hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ホール素子と磁性流体を用いた磁気カメラの開発

市販の高感度ホール素子(HW-105C,旭化成電子)を組み込んだ検出回路をXYZ三軸ステージに取付け,分解能約100nmで三次元に走査可能な磁気計測システムを試作した。そして,このシステムを用いて,鋼板(S45C)を試料として磁場中の試料周辺の磁気分布の測定を行い,非接触測定による強磁性体の可視化の可能性を探った。その結果,鋼板の奥行きの変化などの強磁牲体の三次元形状の観察は通常の手法では困難であった。また,強磁性体の検出であるものの,強磁性体とセンサとの距離の増大に伴い強磁性体中の貫通孔の検出感度が急激に低下する事がわかった。継ぎに,鋼板(S45C)と磁性流体を磁気レンズとして使用し,センサ後方に設置したところ予想通り磁気の収束効果が認められた。そして,磁気レンズの形状を変化させたところ,強磁性体の三次元形状の変化を明瞭に検出する事が可能となった。一方,数値解析によりこのよう牟な磁気レンズによる強磁性体の可視化計測の解析を行ったが,実験結果と同様な傾向を得るに到らなかった。これは,外部磁場の変動等,実験条件を充分に再現できてことや,実験においても磁気レンズの形状によっては,まったく効果がない場合があり,このような条件を再現していると思われ,今後,解析手法を確立して,磁気レンズによる強磁性体の可視化の条件を最適化する事により,この技術を発展させ,コンクリート中の鉄筋のような埋設強磁性体を簡便に可視化する技術が開発されることが期待される。市販のホール素子(HW-105C,旭化成電子)100個を100mm×100mmに2次元的に配列し、DC電源、100chのA/Dコンバータ、コンピュータと接続して2次元磁場計測システム(磁気カメラ)の試作を行った。その結果、ホール素子ごとの出力値には大きなばらつきが生じていたが、磁場による出力変化はどの素子も一定であり(線形的に変化)、それを補正することにより400kHz/100chでの計測が可能であった。この結果、2次元で高速に磁場を測定することが可能となったが、これは単に欠陥検出感度の向上だけでなく、検出時間の大幅な短縮、実時間での測定による材料評価および新材料開発のための新たなツールとしての可能性も示している。次に、鋼板(S45C)を試料として、磁場中の試料表面の磁気分布の測定を行った。この際、320mmの貫通孔を持った試料も測定したところ、試料とホール素子との間隔が5mm程度までは貫通孔の検出が可能であった。このことから、本研究で試作した2次元磁場測定により、従来よりも位置決め精度の要求レベルの低い簡便な欠陥検出の可能性が示された。さらに、鋼板(S45C)と磁性流体を磁気レンズとして使用し、試料後方に設置することにより欠陥検出感度の改善を試みた。その結果、磁気レンズの使用による検出感度の向上はわずかなものであった。しかし、プリポストプロセッサと電磁場解析プログラムによる磁気レンズの最適化については現在解析中であり、この結果もあわせることにより、磁気レンズの形状、大きさなどを改善してさらなる検出感度の向上が期待される。市販の高感度ホール素子(HW-105C,旭化成電子)を組み込んだ検出回路をXYZ三軸ステージに取付け,分解能約100μmで三次元に走査可能な磁気計測システムを試作した。その結果,鋼板の奥行きの変化などの強磁性体の三次元形状の観察は通常の手法では困難であった。また,強磁性体の検出は可能であるものの,強磁性体とセンサとの距離の増大に伴い強磁性体中の貫通孔の検出感度が急激に低下する事がわかった。

次に,鋼板(S45C)と磁性流体を磁気レンズとして使用し,センサ後方に設置したところ予想通り磁気の収束効果が認められた。そして,磁気レンズの形状を変化させたところ,強磁性体の三次元形状の変化を明瞭に検出する事が可能となった。一方,数値解析によりこのような磁気レンズによる強磁性体の可視化計測の解析を行ったが,実験結果と同様な傾向を得るに到らなかった。これは,外部磁場の変動等,実験条件を充分に再現できてことや,実験においても磁気レンズの形状によっては,まったく効果がない場合があり,このような条件を再現していると思われ,今後,解析手法を確立して,磁気レンズによる強磁性体の可視化の条件を最適化する事により,この技術を発展させ,コンクリート中の鉄筋のような埋設強磁性体を簡便に可視化する技術が開発されることが期待される。
液体ヘリウム表面上ウィグナー結晶のスライディングと非線形伝導

平成8年度は、液体ヘリウム表面上ウィグナー結晶の電気伝導に関して以下の実験的研究を行った。(1)液体ヘリウム4表面上ウィグナー結晶における高周波プラズマ共鳴の実験ウィグナー結晶と、結晶が液面に作る周期的なへこみのダイナミクスを明らかにするため、高周波プラズマ共鳴の測定を行った。液体ヘリウム4を用いた予備的測定では、結晶のフォノン(プラズモン)と液面のへこみ(結晶の逆格子の波数を持つリプロン)が結合したプラズモン-リプロン結合モードが観測された。この実験を後述の超流動ヘリウム3表面上ウィグナー結晶に対して行う予定であり、現在その準備を進めている。(2)超流動ヘリウム3表面上ウィグナー結晶の電気伝導超流動ヘリウム3の自由表面な準粒子の散乱が鏡面的(specular)に起こると考えられ異方的超流体に対する理想的な界面として興味深い性質を示すと期待される。表面上ウィグナー結晶をプローブとしてヘリウム3自由表面の研究を行うことを目的として、伝導度の測定を行い興味深い結果を得た。銅核断熱消磁冷凍機を準備し、液体ヘリウム3及び表面上ウィグナー結晶を300マイクロKまで冷却できた。超流動転移温度(930マイクロK)より低温で測定周波数、電圧に依存した非線形伝導が観測された。この原因として、ウィグナー結晶へのヘリウム3準粒子の散乱、及び結晶が高速で動くことにより準粒子を生成していることが考えられる。現在、詳細な測定を行っている。液体ヘリウム表面上ウィグナー結晶でみられる特異な非線形伝導、特にスライディング状態の性質の解明のため、以下のような研究を行った。1パルス法の開発とこれを用いたスライディングのダイナミクスの研究スライディング転移のダイナミクスを調べるため電圧パルスを結晶に印加して応答を調べる方法を開発した。これにより、(1)ウィグナー結晶のスライディングはパルス電圧の時間変化率がある閾値を越えた時に起こることを見いだした。これは結晶の内部に誘起される電流に閾値が存在することを示しており、我々の提唱しているスライディングモデルの正しさを裏付けるものである。(2)結晶がスライディングした後に元の状態へ回復する過程が存在し、これにかかる時間が100マイクロ秒にも達する非常に長いものであることがわかった。これは結晶電子が液面のへこみを「再構成」する過程と考えられる。2.フェルミ液体ヘリウム3表面上ウィグナー結晶の研究液体ヘリウム3はフェルミ液体であり、統計性、高い粘性が表面上ウィグナー結晶のダイナミクスに大きな影響を及ぼすと期待される。そこでこの系の交流伝導度の測定を行った。(1)伝導度が印加磁場の逆2乗に比例し、ドル-デ則に従うことを見いだした。この振る舞いは、ヘリウム4表面上ではドル-デ則が破れているという我々の以前の結果と大きく異なる。(2)移動度が温度の2乗に比例することがわかった。これは、液体ヘリウム3の粘性率がフェルミ液体効果により温度の逆2乗に比例することによると考えている。表面電子系において下地の粘性の効果を見いだしたのはこれが初めてと思われる。(3)ヘリウム4表面上と同じく、スライディングと思われる伝導度のジャンプを観測した。スライディングの閾電圧はヘリウム4でのそれよりも1桁近く小さい。また閾値以下の電圧領域においても伝導度が線形、非線形性を示す2つの領域が存在することがわかった。(2)超流動ヘリウム3表面上

ウィグナー結晶の電気伝導超流動ヘリウム3の自由表面は準粒子の散乱が鏡面的(specular)に起こると考えられ異方的超流体に対する理想的な界面として興味深い性質を示すと期待される。表面上ウィグナー結晶をプローブとしてヘリウム3自由表面の研究を行うことを目的として、伝導度の測定を行い興味深い結果を得た。銅核断熱消磁冷凍機を準備し、液体ヘリウム3及び表面上ウィグナー結晶を300マイクロKまで冷却できた。超流動転移温度(930マイクロK)より低温で測定周波数、電圧に依存した非線形伝導が観測された。この原因として、ウィグナー結晶へのヘリウム3準粒子の散乱、及び結晶が高速で動くことにより準粒子を生成していることが考えられる。現在、詳細な測定を行っている。
Ge-On-Insulator基板上への局所歪み導入によるGe-光素子の高性能化

H30年度の研究成果は以下の通りである。(1) n形p形両方のGOI基板を試作し、その電気・光学特性評価を行った。熱処理によってp-GOI基板の移動度が約4倍向上し、元のバルクGe並みに改善した。水素イオン注入による生成した高欠陥領域を除去し、n-GOI基板を試作した。高欠陥領域を除去しなければp形になることから、高欠陥領域がn-GOI基板の伝導型反転の一因と考えられる。(2) DLTS法によりGe/絶縁膜界面付近の絶縁膜内のBorderトラップ信号を詳細に評価し、BorderトラップのDLTS評価法を確立した。その評価手法の誤差は20%以内と推算した。この手法を用いて、界面トラップとBorderトラップ信号を分離し、Borderトラップの密度と空間分布を測定した。BorderトラップのGe-MOSFET性能への影響を調査し、Borderトラップがn-MOSFETの性能低下の一因と考えられる。さらに、Al-PMA法によるBorderトラップの低減効果を明らかにした。(3) p-GOI基板を用いて発光素子を作製した。GOI基板を導入することで、発光部の電流密度増加とキャリアの閉じ込め効果により、バルクGe基板に比べて、16倍の発光強度の向上を達成した。また、GOI基板におけるブロードな発光スペクトルの原因を調査するため、フォトルミネッセンス測定を行い、Ge薄膜層の結晶性の不均一がブロード化の要因であることを明らかにした。(4)バルクGeを用いて、反応性イオンエッチング装置で垂直な発光・受光面を試作した。AFM像と断面SEM像によって、約83°の櫛形光デバイスパターンの側壁を形成した。さらに、チップ内の光通信機能を実証するため、GOI基板上に横方向発光・受光構造の形成用マスクを設計した。平成30年度まで、p-GOI基板を導入することで、発光素子の発光部の電流密度増加とキャリアの閉じ込め効果により、バルクGe基板に比べて、16倍の発光強度の向上を達成している。これは、研究計画当初の予想値を上回っている。GOI基板の欠陥制御を工夫して、高品質なn-GOI基板を形成できれば、より高効率な発光が期待できる。さらに、Ge/絶縁膜界面付近のBorderトラップ信号を詳細に評価し、前年度に開発したBorderトラップのDLTS評価法を改善して完成度の高いボーダートラップ評価方法を確立した。この評価手法を用いて、Al-PMA法によるBorderトラップの低減を明らかにした。以上より、全体的に順調に進展していると判断している。1.n-GOI基板の作製と高品質化:高濃度n形ドーピングGe基板を用いてn-GOI基板を作製する。GOI構造を形成する前に、水素イオン注入による生成した高欠陥領域を除去し、空孔欠陥の生成を抑制する。Dual-MOS構造のCV法とDLTS法を用いて、Ge/Al2O3の界面準位とAl2O3/熱酸化SiO2中の固定電荷を定量評価する。GOI層の結晶性・欠陥をPL法により評価し、GOI基板の結晶性を掌握する。評価の結果をGOI基板の作製条件にフィードバックし、高品質なn-GOI基板を作製する。2.横方向発光・受光構造の形成:チップ内の光通信機能を実証するため、横方向発光・受光構造を形成する。GOI上で垂直な発光・受光面を形成するため、RFパワーとガス圧を最適化し、高精度なドライエッチングプロセスを構築する。GeとAl2O3/SiO2膜とのエッチング選択比が低いため、エッチングレートを調べ、エッチング時間を精密に制御する。3.垂直な発光・受光面に保護膜の形成:スバッタリング法を用いてSiO2/GeO2保護膜を形成する。垂直な発光・受光面を保護するため、GOI層の厚さと発光・受光素子の間隔距離を変え、スバッタリング角度を調査する。形成した保護膜の断面構造をSEMで観察し、その結果をスバッタリング条件にフィードバックして、保護膜の適正化を図る。4.チップ内の光通信機能の実証:低障壁な金属/側壁GOIコンタクトと垂直な発光・受光面の保護膜を形成し、横方向発光・受光構造を作製する。交流電圧を発光素子に印加し、光素子間の光通信を実証する。発光・受光面の幅と発光・受光素子の間隔距離を最適化して、光通信の伝送効率向上を図る。(1) GOI基板を試作し、その電気特性評価を行った。Smart-Cut後のGOI基板表面の荒れは、CMPによって市販バルクGe基板と同程度まで改善した。熱処理によりバルクGeとほぼ同程度のホール移動度が得たが、移動度はGOI基板の薄膜化に伴い徐々に減少した。その原因はGe/絶縁膜界面欠陥の影響と考えられる。n型Ge基板により作成したGOI基板は、熱処理後p型に転換した。アクセプター不純物または欠陥の原因と考えられる。(2)ウェットエッチングにより、Ge-光素子のパターンを形成した。断面SEM観察により、台形GOIパターンの形成を確認した。形成したパターンの両端にPtGe/GeとTiN/Geコンタクトを形成し、約1000のON/OFF比が得られた。試作したGOI光素子の縦方向発光も観測した。スペクトルのピーク位置はバルクGe光素子より長波長方向(1600 nmまで)にシフトした。薄いGOI層直下にSiO2層があるため熱が逃げにくく、ヒーティング作用が強いと考えられる。

(3) GOIデバイスの性能がGe/絶縁膜界面欠陥により劣化するため、Ge/絶縁膜界面欠陥を評価した。DLTS法により界面トラップと界面付近の絶縁膜内のBorderトラップ信号を分離し、それぞれの密度を定量的に測定した。電子に対してBorderトラップの影響が強いことを明らかにした。(4) ECRスパッタ装置を用いてバルクGe基板にSiNストレッサを堆積し、歪み導入の程度を評価した。SiN膜厚および成膜時Ar/N2ガス流量比を変化し、引張歪み量を0-0.4 %の範囲で制御できることを確認した。SiNとGeの間に1.5 nm-SiO2/1 nm-GeO2保護層を挿入し、厚いSiO2/保護層/Ge構造と同質の界面を形成でき、Ge上に直接SiNを堆積した場合と同等の歪み量を得られた。平成26年度の当初計画は、下記の通りであった。(1) GOI基板の試作、(2)低障壁な金属/側壁GOIコンタクトの形成、(3)垂直な発光・受光面の作製プロセスの構築、(4)局所歪みの導入と評価手法の確立、である。(1)、(2)及び(4)は順調に進展しているが、(3)については、試作したGOI基板の品質の最適化が必要であるため、平成30年度から着手することに変更した。しかし、平成30年度の研究を順調に進めるため、DLTS法によりGe/絶縁膜の界面トラップと界面付近の絶縁膜内のBorderトラップ信号を分離し、それぞれの密度を定量的な測定手法を開発した。以上より、全体的に順調に進展していると判断している。H30年度の研究成果は以下の通りである。(1) n形p形両方のGOI基板を試作し、その電気・光学特性評価を行った。熱処理によってp-GOI基板の移動度が約4倍向上し、元のバルクGe並みに改善した。水素イオン注入による生成した高欠陥領域を除去し、n-GOI基板を試作した。高欠陥領域を除去しなければp形になることから、高欠陥領域がn-GOI基板の伝導型反転の一因と考えられる。(2) DLTS法によりGe/絶縁膜界面付近の絶縁膜内のBorderトラップ信号を詳細に評価し、BorderトラップのDLTS評価法を確立した。その評価手法の誤差は20%以内と推算した。この手法を用いて、界面トラップとBorderトラップ信号を分離し、Borderトラップの密度と空間分布を測定した。BorderトラップのGe-MOSFET性能への影響を調査し、Borderトラップがn-MOSFETの性能低下の一因と考えられる。さらに、Al-PMA法によるBorderトラップの低減効果を明らかにした。(3) p-GOI基板を用いて発光素子を作製した。GOI基板を導入することで、発光部の電流密度増加とキャリアの閉じ込め効果により、バルクGe基板に比べて、16倍の発光強度の向上を達成した。また、GOI基板におけるブロードな発光スペクトルの原因を調査するため、フォトルミネッセンス測定を行い、Ge薄膜層の結晶性の不均一がブロード化の要因であることを明らかにした。(4)バルクGeを用いて、反応性イオンエッチング装置で垂直な発光・受光面を試作した。AFM像と断面SEM像によって、約83°の櫛形光デバイスパターンの側壁を形成した。
セミドライ反応系でのα-1,3-グルカナーゼ転移反応の検討とニゲロオリゴ糖生産

B. circulans KA-304由来α-1,3-グルカナーゼAgl-KAの転移活性を調べるために、基質となるニゲロオリゴ糖の大量調製法を検討した。ニゲロオリゴ糖は、α-1,3-グルカンをAgl-KAで加水分解することで、ニゲロース、ニゲロトリオース、ニゲロテトラオースを得ることができる。しかし、不溶性基質であるα-1,3-グルカンを加水分解しても還元糖量として5 mM程度しか得られなかった。そこで、α-1,3-グルカンをNaOHにて可溶化した後にAgl-KAで加水分解することで、10 mMまで増加した。また基質濃度を1%から4%まで高めることで、遊離還元糖量が約25 mMとなった。薄層クロマトグラフィーで生成物を確認した結果、2,3,4糖だけでなく、5糖が生成していた。得られたニゲロオリゴ糖を用いて、α-1,3-グルカナーゼの転移活性を調べた。なお、酵素は、触媒ドメインのみからなる変異酵素Agl-KAΔDCD-UCDを用いた。前年度では、酵素と基質を混合後に凍結乾燥し吸湿させることで、水分子が極めて少ない条件で反応を行った。今年度は、水溶性の優れたエチレングリコール、グリセロールを45-90%になるように添加して反応を試みた。しかしながら、転移反応を確認することができなかった。次に、高濃度基質条件(10%2,3,4糖混合物)で転移反応を行った。各種pH条件で活性を調べた結果、pH 10付近で転移反応が確認され、4糖以上の長鎖オリゴ糖が生成していた。細菌型α-1,3-グルカナーゼの反応機構を明らかにするために、昨年度から引き続き結晶化条件の検討と得られた結晶のX線結晶解析を行った。触媒ドメインからなるAgl-KAΔDCD-UCDのメチオニンをセレノメチオニンに置換して結晶構造解析を行うことで、位相を決定することができ、立体構造を明らかにすることができた。本研究では、低含水条件下におけるα-1,3-グルカナーゼAgl-KAの糖転移反応を明らかにすること、また、立体構造を解明することで反応機構を明らかにすること、が目的である。前年度まで、転移反応を解析するために著量の基質を必要とするため、多数の反応を行うことが困難であった。そこで、本年度は、オリゴ糖原料となるα-1,3-グルカンをアルカリ可溶化後に酵素加水分解することで、生成物量を約5倍に増やすことができた。本法を用いることで、2-5糖のオリゴ糖を調製できるようになり、また、カラムクロマトグラフィーを行うことで、それぞれのオリゴ糖を分取することもできた。オリゴ糖の調製法を改善できたので、転移活性測定も多数の条件を検討することができた。Agl-KAの転移活性測定に関しては、昨年度課題とした添加剤の影響(エチレングリコール、グリセロール等の水溶性に優れたもの)を調べることができた。結果として、転移活性を確認することはできなかったが、反応pHの影響等を再検証することができた。また、本年度は、Agl-KAの加水分解に必須なアミノ酸を変異させた変異酵素や、他の細菌由来のα-1,3-グルカナーゼについても検討を開始しており、当初の予定通りに研究が進んでいる。結晶構造解析については、触媒ドメインからなるAgl-KAΔDCD-UCDのメチオニンをセレノメチオニンに置換した酵素を用いた結晶化に成功し、また、X線結晶構造解析を行うことができた。得られたデータから得た立体構造には、加水分解に必須なアミノ酸が触媒クリフト内に存在することを確認できた。以上のように、転移反応解析につては順調に進行しており、結晶構造解析に関しては当初計画よりも進展している。今後、真菌型α-1,3-グルカナーゼに関しても研究を進める。低含水条件下におけるα-1,3-グルカナーゼAgl-KAの糖転移反応については、29年度ではAgl-KAと基質ニゲロオリゴ糖の混合物を凍結乾燥させて吸湿させることで転移反応が起きることを明らかにし、30年度ではpH 10付近の条件にすることで転移反応が進行することを示した。また、30年度では、転移反応を促進させる添加剤のスクリーニングや凍結乾燥の際の保護剤に関する検討を開始した。この実験項目に関しては、複数の条件を検討することが必要であるので継続して実験を進める。31年度では、ニゲロオリゴ糖以外のオリゴ糖に関しても保護材としての効果やアクセプターとしての役割を果たすかを調べ、転移反応を追跡しやすい添加剤も検討項目に加える。使用する酵素に関しては、30年度からAgl-KAの変異酵素や他の細菌に由来するα-1,3-グルカナーゼについても検討を行ったが、31年度では、真菌由来α-1,3-グルカナーゼも検討に加える。現在、大腸菌異種発現を構築しており、酵素が調製でき次第、実験を開始する。Agl-KAの結晶構造解析は、29-30年度の研究の結果から立体構造を明らかにした。今後は、基質であるニゲロオリゴ糖を含んだ結晶の調製と、変異酵素の結晶の作製を行う必要がある。現在、加水分解に必須なアミノ酸3種のうち、1種類をアラニンに置換した変異酵素について結晶を作製している。

30年度にニゲロオリゴ糖の調製方法を改善することができたので、ニゲロース、ニゲロトリオース、ニゲロテトラオースをそれぞれ分取できた。今後は、それぞれのオリゴ糖を添加した条件で結晶を作製する。あるいは、Agl-KAΔDCD-UCDの結晶をニゲロオリゴ糖でソーキングして構造解析を行う。Bacillus circulans KA-304由来α-1,3-グルカナーゼAgl-KAを用いた転移反応の最適条件を調べるために、ニゲロオリゴ糖(2-4糖の混合物)とAgl-KAの凍結乾燥物を恒温恒湿条件下で反応を行った。Agl-KAはマルチドメイン構造を有しており、DS1ドメイン、CB6ドメイン、DS2ドメイン、機能未知ドメインと触媒ドメインから構成されている。Agl-KAの転移反応を評価するために、触媒ドメインのみからなる変異酵素Agl-KAΔDCD-UCDを調製して転移反応をおこなった。また、DS1ドメイン、CB6ドメインとDS2ドメインはα-1,3-グルカンの結合に関与している。これら結合ドメイン群とGFPの融合酵素DS1CB6DS2-GFPに関しても転移反応を行った。反応器内の温度を30°C、湿度を65%に設定した場合、Agl-KAは4糖の加水分解が進行し、2糖を主として3糖と4糖が確認できた。一方、Agl-KAΔDCD-UCDは、加水分解が進行して、2糖とグルコースが蓄積した。湿度を65-80%と上昇させた結果、Agl-KAにおいて70-80%で転移反応が起こった。次いで、結合ドメイン群からなるDS1CB6DS2-GFPを用いて実験を行ったが、転移反応は確認できなかった。Agl-KAを用いて転移反応を行なう場合にかなりの量の酵素を必要とするので、酵素の高生産法を検討した。Agl-KAから機能未知ドメイン(UCD)を欠失させることで、酵素の性質を変化させることなく、大腸菌での生成量を増加させることに成功した。また。培養条件を最適化することで、培地あたりの生成量を7倍増加させた。Agl-KAの反応機構を解明するために、触媒ドメインからなる変異酵素Agl-KAΔDCD-UCDを用いて結晶条件を検討した。得られた結晶のX線結晶解析を行った。α-1,3-グルカナーゼAgl-KAと基質ニゲロオリゴ糖の混合物を凍結乾燥させ、吸湿させることで転移反応が進行する。この条件を調べるために、恒温恒湿器を用いて湿度条件変化させて実験を行った。反応時間は4から7日と長時間に渡って反応を行う必要があったが、各種湿度条件を検討して、加水分解が進行しやすい湿度と転移反応が起きる湿度条件について明らかにすることができた。また、触媒ドメインのみからなる変異酵素Agl-KAΔDCD-UCDと基質結合ドメイン群とGFPの融合酵素DS1CB6DS2-GFPに関しても、転移反応を評価することができた。また、酵素の添加量やドナーとアクセプター量に関しても検討することができ、30年度から研究を開始する添加剤や保護剤についての検討についても移行できる状態にある。Agl-KAの転移反応解析には、かなりの量の酵素を一度に使用する。酵素調製量が研究遂行に大きく関わってくるが、Agl-KAから機能未知ドメインを欠失させるだけで、大腸菌を用いた場合の生成量が増加することを見出し、さらに培養条件を検討することで生成量を初期から7倍まで増やせた。Agl-KAの転移反応を解析する上で、反応機構を明らかにすることは不可欠である。したがって、結晶構造解析を行なうための結晶化条件を検討していたが、29年度中にX線結晶解析を行なうことができた。
慢性骨髄性白血病の急性転化および白血病幹細胞の出現・維持におけるメカニズムの解明

慢性骨髄性白血病(CML)はBCR-ABL融合遺伝子によって引き起こされ、最終的に急性転化(BC)に至るが、BC発症の分子メカニズムの大部分は未だ不明のままである。我々は、CML-BC症例の約4割において、Notchの下流で働く転写因子であるHes1の発現が上昇しており、BCR-ABLとHes1を同時に感染導入するマウス移植実験ではKSL分画だけではなく前駆細胞(CMP、GMP)の移植においても移植後非常に早期にCML-BC様の病態を発症し死に至らしめ、CML-BCの発症にHes1発現上昇が強く関わっていることを以前に報告した。今回我々は、発現アレイ等の解析により、Hes1によってMMP-9が強く発現誘導されることを見いだした。またMMP-9プロモーター領域のルシフェラーゼアッセイを行い、Hes1がNF-kBを介してMMP-9を誘導することを見いだした。さらに、ヒト由来サンプルの解析では、CML-BC20サンプルのうち3サンプルにおいてMMP-9の発現上昇を認め、そのうち2症例においてHes1も高値であった。興味深いことに、MMP-9WTもしくはKOマウス由来CMPにBCR-ABLとHes1を導入し行った移植実験において、MMP-9の欠損がCML-BCの発症を有意に遅らせた。さらに、MMP-9はsKitLのsheddingを誘導することが知られているが、本CML-BCマウスモデルにおいても、MMP-9欠損によりレシピエントマウス血漿中のsKitLが有意に減少し、腫瘍細胞の増殖が低下することを確認した。これらの結果は、Hes1によるMMP-9発現誘導が一部のCML-BCの発症・増悪に関与していることを示唆しており、今後の有用な治療標的になることが期待される。ヒト慢性骨髄性白血病急性転化(CML-BC)サンプルでは20症例中8症例という高い頻度でHes1の発現上昇を認め、これらHes1発現高値サンプルにおいてHes1関連遺伝子の変異を全エクソンシークエンスも活用して詳細に検索した。複数の遺伝子において変異を見つけ、現在その遺伝子変異を用いたin vitro, in vivo実験を進めている。またHes1発現上昇にはHedgehog pathwayが重要であることが判明し、それに関係した実験を行っている。Hes1によって誘導される遺伝子を発現マイクロアレイを用いて解析し、いくつかの重要な遺伝子が見つかった。その発現誘導の機序を詳細に調べたところ、Hes1がNF-kBを介して各種遺伝子を誘導し、腫瘍細胞の増殖や骨髄への生着に強く関与していることが判明した。さらにHes1によって誘導される遺伝子のKOマウスを用いたin vitro, in vivo実験を行い有意な結果を得ることが出来たので、現在論文を投稿中である。CML-BC以外の急性白血病でもHes1が他の活性化型変異と協同して白血病を発症させるかを検討しており、Hes1とFlt3-ITDを組み合わせたin vivo, in vitro実験を進めており、両者の協調による白血病発症があることが分かりつつある。以上のように、各種実験を行い有意な結果を得ることが出来た。またHes1発現上昇にはHedgehog pathwayが重要であることが判明し、それに関係した実験を進めている。慢性骨髄性白血病の急性転化もしくは白血病発症にHes1が必須であるかを検索するために、Hes1ノックアウトマウスを利用して解析を進めており、結果が得られつつある。Hes1によって誘導される遺伝子を発現

マイクロアレイを用いて解析し、いくつかの重要な遺伝子が見つかっており、発現誘導の機序を調べつつある。CML-BC以外の急性白血病でもHes1が他の活性化型変異と協同して白血病を発症させるかを検討しており、Hes1とFlt3-ITDを組み合わせたin vivo, in vitro実験を進めており、両者の協調による白血病発症があることが分かりつつある。JAK/STAT経路, Ras/Raf/MEK/ERK経路, PI3K/Akt経路など他のシグナル系とHes1の関連解析では、Hes1導入細胞株を用いた実験では、IL-3依存性の細胞株がサイトカイン非依存性になるにはJAK/STAT経路, Ras/Raf/MEK/ERK経路, PI3K/Akt経路の3経路のうち、後者2つが必須であることが判明し、追加の確認実験を進めている。以上のように、各種実験を行い結果が得られつつある状況である。全体的に概ね順調に進みつつある。ただし見つかった遺伝子変異については全てが慢性骨髄性白血病の急性転化に関わっている訳ではないことが実験で判明しており、有望な候補遺伝子に実験を絞って進めつつある。またノックアウトマウスを利用しての実験も概ね順調だが、より確実な結果を得るためにさらなる移植実験が必要である。現在得られている結果をもとに、さらにin vivoおよびin vitroの実験を進める。見つかっている遺伝子変異のうち、急性転化発症には関係ないと思われる変異に関係した実験は早期に中止し、有望な遺伝子変異での実験を進める。Hes1によって誘導されることが分かった各種の重要な遺伝子での実験を進め、慢性骨髄性白血病の急性転化や白血病発症に重要かどうかの結果を出来るだけ早く得られるようにする。移植などのin vivo実験、増殖や分化を解析するin vitro実験などに主には使用し、さらに追加の解析が必要な項目に研究費を使用する予定である。
オルガノイドを用いた慢性呼吸不全に対する革新的治療法の開発

本研究では、「オルガノイド」作成技術を基礎に、同所性または異所性に「肺オルガノイド」を移植することで、肺移植に代替可能な慢性呼吸不全に対する新規治療技術の基盤を創出する。具体的には、「肺オルガノイド」を用いて、肺移植に代替可能な、慢性呼吸不全に対する新規治療法の開発を目指し、1同所性移植と2異所性移植の二種のコンセプトで研究を行う。
気体の温度上昇を考慮したオゾナイザ放電のシミュレーション

本研究の目的は,従来のオゾナイザ放電のシミュレーションに気体温度の影響を取り入れたモデルを開発し,その影響を調べることである。そこで,まず,実施計画に基づきオゾナイザ内の温度分布を計算するため,ガスの質量,運動量,エネルギーの各保存式を基本とする熱流体モデルを作成し,金属対ガラス電極同軸円筒型オゾナイザに適用した。その結果,1.層流が想定できる範囲では,流入したガスが平衡な流速分布及び温度分布に達するまでの助走距離は1cm程度と通常のオゾナイザ管長に比べて極めて短く,管内のほとんどが平衡温度分布になっていることが分かった。また,2.両面冷却の場合の温度分布はギャップ中央がピークの放物線状であり,その温度上昇は片面冷却の40%程度にしか達しないとの知見が得られた。これらの結果は,電気学会放電研究会で報告した(ED-92-111)。次に,前段階として一様な温度分布を仮定してオゾナイザ放電のシミュレーションを準2次元流体モデルを用いて行った。その結果,3.オゾン濃度と温度の間には著しい相乗効果が見られ,オゾン濃度が濃い場合には僅かな温度上昇によっても大きなオゾン収率の低下がもたらされる。一方,4.放電維持電界は0150°Cの範囲ではほぼ一定であり,実験とのよい一致が得られた。これらの結果は,電気関係学会北海道支部連大で報告した。次に,最終ステップとして放電空間の温度分布が考慮できる準2次元流体モデルを作成し,先の熱流体モデルと組み合わせることにより,両面冷却の場合の放電を計算した。その結果,5.先の一定温度モデルではより強い放電が計算される傾向にあることが判明した。結果は電気学会全国大会で報告する予定である。今後は種々のオゾン濃度,電力密度,片面冷却などの条件下で計算を行い,研究の一層の充実を図りたい。
喀痰中のマイクロＲＮＡを用いた肺癌の早期発見に関する研究

喀痰の採取を行いつつ、喀痰において検出されうるマイクロRNAにより制御されている可能性のあるGRLF1遺伝子の機能解析について研究を進めた。遺伝子導入による一時的な遺伝子のノックダウンにより、腫瘍の増殖抑制効果を認めたが、安定的ノックダウンを行った肺癌細胞では、増殖能は通常と変わらなかった。この分子機構を明らかにするために、主な分子の発現状況をスクリーニングしたところ、STAT3タンパクの活性が増加していることが明らかになった。これが、GRLF1をノックダウンした場合の代替機構として寄与しているものと考えた。喀痰のサンプルについては、保存して将来の解析に供することにした。肺癌細胞株からの核酸の抽出:肺癌細胞株を細胞バンクより収集し合計10種類の細胞について培養を行った。これらからDNAおよびRNAを抽出して保存した。さらに細胞株の数を追加して、合わせて解析を行う予定である。喀痰からの核酸の抽出:喀痰中の細胞の回収に関する検討:喀痰細胞診で使用しているブレンダーによる処理を行った後に1500回転で3-5分の遠心を行った。これにより得られる沈査の中に喀痰中の細胞が効率よく得られることを確認した。沈査の中には扁平上皮細胞が得られるが、好中球やリンパ球などの炎症細胞も多数混在した。この検体からさらに上皮系細胞を特異的に回収することが課題であると認識された。P190RhoGAPのクローニング:我々はこれまでの研究で肺癌の発生進展にRasおよびEGFRのシグナル伝達上の下流に位置するP190RhoGAPタンパクが重要な役割を果たしていることを解明してきた。近年、miR-20aなどのマイクロRNAによるP190RhoGAPの調節が報告されており、今回の研究テーマである喀痰中のマイクロRNAにおいても重要な検討課題になる可能性があると考えた。そこで、マイクロRNAによるP190RhoGAPの機能調節について解析する準備として、P190RhoGAPタンパクをコードするcDNAを肺癌細胞株より作成したcDNAを鋳型にしてPCRで増幅し、発現ベクターへのクローニングを行った。前年度研究の進歩が認められたGRLF1遺伝子の機能解析についてさらに研究を進めた。遺伝子導入による過剰発現と、遺伝子のノックダウンによる発現抑制の双方について、in vivoで効果を確認する実験を行った。過剰発現については、薬剤耐性遺伝子をもつプラスミドベクターとGFP遺伝子を発現するベクターのそれぞれにGRLF1遺伝子を組み、前者を用いてstable transformantを樹立した。これを用いて細胞増殖能と遊走能をコントロールと比較したが、明らかな差を認めなかった。そこで、過剰発現細胞を用いた動物での実験は行わないこととした。一方、レンチウィルスベクターを用いて安定的ノックダウンを行った細胞を用いて、薬剤を用いた選択により、A549を含む複数の細胞においてシングルコロニーを複数樹立した。これらを用いて増殖能と遊走能の解析を行ったところ、ノックダウンを行わない細胞と比較して増殖能の差を認めなかった。以前、プラスミドベクターを用いた一時的なノックダウンではあきらかな増殖能の抑制が認められていたが、安定的にGRLF1をノックダウンするとその効果が消失することが明らかとなったため、その分子機構を明らかにするために、細胞の生存増殖に関わる主な分子の発現状況をスクリーニングした。その結果STAT3が総蛋白、リン酸化蛋白ともに増加していることが明らかになったため、これが、GRLF1をノックダウンした場合の代替機構として癌細胞の生存に寄与しているものと考えた。喀痰のサンプルについては、上記の実験に注力したため行うことができなかった。保存して、将来の解析に供することにした。胸部外科喀痰細胞診陽性の肺癌患者を対象に喀痰の収集を行って、目的とするマイクロRNAの解析に供する予定としているが、昨年度は該当する患者の入院が無かったため収集できなかった。喀痰中の細胞の回収について:好中球やリンパ球などを排除して上皮系細胞を選択的に採取するための条件検討を行う。ビーズ付きサイトケラチン抗体を検討して効率化を図る。十分な上皮系細胞の回収が確認できたら、喀痰からのマイクロRNAの抽出に移行する。また、喀痰細胞診用の保存液に保存した細胞からRNAの抽出を試みて、過去の検体の活用が可能かどうか検討を加える。喀痰細胞診陽性症例からの喀痰の収集:該当患者が来院したときに、十分に説明を行って研究への協力を依頼する。肺癌培養細胞株を用いたマイクロRNAの解析:収集した細胞株を用いて肺癌細胞株からマイクロRNAを抽出し、その発現を解析する。

P190RhoGAPのマイクロRNAによる調節の解析:rasやEGFRのシグナル伝達に関連することが指摘されているmiR-20aなどを中心に、P190RhoGAPとの機能的な関連について細胞株を用いて検討を行う。ほぼ計画通りに執行したが、わずかな残額が生じた。無駄に物品を注文するよりも、次年度に有効に使用するのが適当と考えた。次年度の実験消耗品に当てる予定である。
義歯安定剤利用ガイドライン構築に関する基盤研究：マルチセンター前向き臨床研究

義歯安定剤使用後の、短期効果を検討すべく10施設において無作為割付臨床試験を実施した(実験群:クリームおよびパウダータイプ、対照群:生理食塩水)。その結果、中間報告であるが、義歯安定剤を貼付した群と対照群との間に、主観および客観評価に有意の差を認めていない。予定被験者数が終了していないため、統計的検出力が不足していることが考えられる。今後も被験者の収集と試験を継続して行く予定である。11施設による多施設前向き臨床試験を実施にあたり、主たる研究施設である日本大学松戸歯学部で第1次試験プロトコール(案)の作成を行い、コンセンサスミーティングを全施設参加のもとに実施した(実施日:平成24年10月31日)。全国の施設からは地域の状況を鑑み、多くの改善と要望を求める意見が出されそれらをもとに、第2次プロトコールを松戸歯学部で修正作成し、各施設承認後、最終プロトコールとした。その後、松戸歯学部倫理委員会への申請およびNational Library of Medicine(NLM)at the National Institutes of Healthへ実験プロトコールの登録を行い上記サイトより検索可能である。申請時からの計画の主な変更点は、当初のクロスオーバー試験から、対照群を設置した3群パラレル無作為割付臨床試験に変更を行った点、被験対象義歯を「旧義歯」に加え、「リコール中の義歯」を含む点、試験期間を4日間とした点である。松戸歯学部倫理委員会承認後、主施設において実験を開始した。この目的は実際の使用機器等の試験運用、試験遂行の実現性を確認するためである。まず、使用機器(咀嚼判定用ガム(ロッテ)およびを色彩色素計(コニカ)用いた咀嚼能力試験、口腔湿潤度を測定する。口腔水分計ムーカス(株式会社ライフ)、咬合力を測定するオクルーザルフォースメーターGM10(長野計器)に関する使用試験を実施した。各施設においてもこれらの機器の準備が平成24年度中に終了し、各施設においても同様に試用試験を実施した。現在までに松戸歯学部では8例の割り付けが終了した。他施設についても同様倫理委員会の申請承認を得た施設から被験者の割付を開始している。平成25年度は、昨年度の準備期間を経て全施設で倫理委員会の申請後、試験が開始された。それを踏まえて、第2回全体会議(コンセンサス会議)を平成25年4月27日(東京医科歯科大学歯学部校舎棟3階補綴デモ室)にて委員および実施責任者合わせて18名の出席をもって開催された。この会議では実際の実施にあたっての患者登録に関する件、データ収集方法および評価者に関する件を議題として検討した。それを踏まえてプロトコールの改訂を行い、各施設に配布し標準化を図るとともに、より円滑な試験実施に寄与するよう務めた。さらに10月に第3回全体会議(コンセンサス会議)が平成25年10月26日(土)(東京医科歯科大学歯学部校舎棟3階補綴デモ室)委員および実施責任者合わせて17名の出席をもって開催された。この時点では、数例の試験が各施設で進展しており、それを踏まえたプロトコールおよび介入方法についての議論を深めた。また継続審議になっている、研究成果の発表および研究費配分について検討を加えた。その後、プロトコールの改訂を重ね、2014年1月の最終改訂まで17回を重ねた。現在まで、進捗状況は施設によってばらつきがあるものの、3例から15例まで実施されている。今後は、各施設でプロトコールに乗っ取った被験者の収集・試験の実施を行い、標準化された試験および誤差の少ないデータ収集に務める予定である。また、平成26年度も春と秋に全体会議を予定しており、各施設間の連絡に務める予定である。1研究および進捗(平成27年3月31日現在)。市販されている義歯安定剤使用後の、短期的効果を検討すべく、平成24年から平成26年度末まで全国10施設において無作為割付臨床試験を実施した。効果を知るための義歯安定剤はクリームおよびパウダータイプとし、対照群として生理食塩水を使用する3群を設定した。研究期間は義歯安定剤を貼付後4日間とし、研究会誌前および4日後に主観評価および客観評価を記録する。最終目標は、義歯安定剤の効果に関する臨床エビデンスを明らかにし、歯科医師のみならず医療形職種に有用なガイドラインを作成することである。3年間における研究の進捗は以下の通りである。平成24年度、6月下旬研究プロトコール作成、6月末、各説へ研究費配分。6月9月各施設で倫理委員会申請。6月研究機器・器材購入。被験者募集開始、研究開始。平成25年度4月合同研究委員会。10月研究委員会。3.平成26年度、4月合同研究委員会。10月合同研究委員会。公開セミナー実施による情報公開(1月24日・義歯ケア学会)。となった。

平成26年12月末日の時点で、各施設における進捗状況は目標達成数(300名)の約半数弱(115名)である。2研究結果:予定被験者数は被験者数の算定基準に則り、統計的に検出力および第1種および第2種の過誤の起きない数値を算出した(300名)。現在上記のように中途の段階での結果となる。興味深いことに義歯安定剤を貼付したグループ(クリームおよびパウダータイプ)と対照群である生理食塩水を貼付したグループとの間に、主観評価および客観評価に有意の差を認めていない。これは、未だ予定被験者数が終了していないため、統計的な検出力が不足していることが考えられる。3今後の予定。研究期間は平成27年度末を持って終了であるが、最終被験者数達成するまで継続して被験者の収集を行い研究を継続して行く予定である。26年度が最終年度であるため、記入しない。歯科補綴学26年度が最終年度であるため、記入しない。各施設のコンセンサス会議にて建設的な意見に基づき各施設ともに基準化された機器の購入、臨床試験にあたり当初から目標にしていた試験内容の明確化と標準化が達成されている。倫理委員会申請は松戸歯学部が選考しており各施設の進行は若干遅れ気味だが、前進はしている。当初の予定から被験者のリクルートが2ヶ月ほど遅れているが予定期日までの完了は可能と考える各施設のコンセンサス会議における建設的意見に基づきプロトコールの改訂を重ね、各施設ともに基準化された試験の実施が進んでいる。被験者の収集は全施設で83名、そのうち実施予定および実施済みが65名、拒否等が26名という状況である。予定終了数の約25%の達成度である。施設間にバリアンスが存在するが、今年度に入り第1回のコンセンサス会議が開催され、試験実施を加速するよう依頼し、合意を得ている。今後、達成率の上昇にむけ、各施設との連絡を密にし、予定集達成に向けた取り組みを継続して進める。今後コンセンサス会議を定期で開催するとともに、メール会議で進捗状況を定期で確認し、遅滞傾向にある施設にはその問題を上げてもらい解決方法を検討する。それにより、スピード感を持って研究を推進するものと思われる。秋(10月予定)に開催予定のコンセンサス会議は、最終年度の総括として位置づけられている。その際、研究報告のまとめ(報告会および報告書類)や論文作成をどのように行うか、が審議事項の最優先となる。従ってそれまでに、ある一定の被験者の収集、試験の実施を急がなければならない。その目的のため、現在利用しているメーリングリストを用いて毎月の進捗状況を各施設より随時収集し、全施設にその情報を共有する。また。遅延のある施設には、中核施設(松戸歯学部)より随時問題点や実施の生涯等のヒアリングを実施する予定である。平成24年度に支出された〓費についてコンセンサス会議の開催に関わるものが主であった。平成25年度は研究の進行に伴い施設において結果が出され、当初の計画どおり学術会議等での発表の機会が増えるものと思われる。その〓費に充当する計画である。また、被験者の脱落2Bが〓〓とその対策として物品等に充当する。
特異な多環性骨格を有する海洋性アルカロイド(-)-Sarain Aの合成研究

Sarain Aは、地中海沿岸に生息する海綿より単離・構造決定された海洋性アルカロイドである。抗菌、殺虫、抗腫瘍活性といった幅広い生理活性に加え、高度に官能基化されたジアザトリシクロウンデカン骨格を含む特異な構造を有しており、合成化学的に非常に興味深い化合物である。我々は本化合物の効率的な合成経路の確立を目指し、研究を行った。前年度においてすでにヨードアミド化による中心骨格の構築を達成していたが、鍵反応であるヨードアミノ化の収率および位置選択性に課題を残していた。しかし、添加剤や反応温度を最適化することで収率を著しく向上するとともに、環化の際の異性体を原料へと再生させる方法論も確立したことで、目的物を効率良く合成することが可能となった。続いて、残す不飽和14員環部位の構築に先立って、合成経路の不斉化と短工程化をおこなった。不斉化に関しては野依不斉還元を適用することで高エナンチオ選択的に中間体を得ることができた。短工程化に関しては、それまで保護基の脱着を繰り返していた部分を、変換の順番や用いる反応を最適化することで7工程もの短縮に成功した。最後に全合成に向けて変換を試みたが、中間体の不安定さ故に検討は困難を極めた。そこで、天然物の主幹骨格が完成した中間体からOvemanらによって報告されている合成中間体へと変換し、形式全合成を達成した。こうして文献既知のプロパルギルエーテルより33工程でsarain Aの主幹骨格を構築し、さらに3工程の変換を経てOvermanらの合成中間体へと導いた。なお、Overmanらは合成中間体を非天然型の酒石酸ジエチルより36工程で合成しているが、私は同工程数ながらアキラルな出発原料から不斉反応によって不斉点を制御して独創的なアプローチでこの中間体を合成し、Overmanに続いて二例目のSarain Aの合成経路を開発することができた。全合成を達成することはできなかったが、不斉化と短工程化と収率の改善に成功した。さらに、主幹骨格の構築後にOvermanの合成中間体へと導くことで、形式全合成を達成した。多くの先行研究があるにも関わらず、私の合成経路はOvermanに続く二例目であり、特筆すべきは特異な中心骨格を独創的なニトロンの分子内環化反応で効率的に構築している点である。最終年度が終わり、天然物の主幹骨格の効率的かつエナンチオ選択的な合成を経て形式全合成を達成したため、論文投稿を目指し今後執筆活動をおこなっていく。Sarain Aは、地中海沿岸に生息する海綿より単離、構造決定された海洋性アルカロイドである。今回我々は本化合物の効率的な合成経路の確立を目指し研究に着手した。本年度は研究計画に基づいて、まずホモプロパルギルアルコールから4工程で調製されるエステルにおいてIreland-Claisen転位を行い、二つの連続する立体化学の制御を行った。次に数工程の変換を経てヒドロキシアミン部位とアルデヒド部位の構築を行った後、鍵反応である1,3-双極子付加環化反応を試みたところ、反応は円滑に進行し新たに三つの立体化学が制御された三環性骨格の構築に成功した。一方、Sarain AのC3位の四級炭素の構築は困難を伴ったが、ジアステレオ選択的なヒドロキシメチル化反応が効果的であることを見出した。続いて、適切な側鎖を導入した後閉環メタセシス反応により飽和13員環の構築を達成した。本合成戦略において最も挑戦的な課題となったのは、立体的に著しく遮蔽されたメチン部位での炭素-窒素結合形成であるが、いくつものアプローチで試行錯誤を重ねた末、二重結合の導入とヨードアミド化反応により所望の結合形成が可能であることを見出した。これにより、Sarain Aの特徴的な中心骨格の構築に成功した。現在は、飽和14員環の構築を試みている。SarainAは、地中海沿岸に生息する海綿より単離・構造決定された海洋性アルカロイドである。我々は本化合物の効率的な合成経路の確立を目指し、研究を行っている。すでに飽和13員環とジアザトリシクロウンデカン骨格の構築を達成していたが、鍵反応であるヨードアミド化反応の位置選択性が低いために目的物を十分量得ることができず、その後の変換が困難であった。そこで異なるアプローチで鍵となる炭素一窒素結合の形成を行おうと様々な検討を行ったところ、分子アイケル付加反応によって高収率で所望の結合形成が可能であることを見出した。このアプローチによって合成経路の短工程化に成功したが、得られる生成物はC7'位の水酸基が欠如しており、立体選択的な水酸基の導入が次の課題となった。そこで、再度ヨードアミド化反応の最適化に注力した。反応条件に加えて、各種置換基の効果も体系的に評価したところ、トシルアミドにおいて環化反応の位置選択性が大幅に向上することを見出した。そして、困難が予想されたエポキシド存在下のトシル基の除去も、低温下リチウムナフタリニドを作用させることで解決することができた。

その後、チオフェノールによるエポキシドの開環を経て、C7'位の水酸基の立体化学を制御することに成功している。C8'位水酸基の立体化学は、キレート効果によりC7'位の立体化学を活用して制御することができるため、残る課題は不飽和14員環の閉環のみである。Sarain Aは、地中海沿岸に生息する海綿より単離・構造決定された海洋性アルカロイドである。抗菌、殺虫、抗腫瘍活性といった幅広い生理活性に加え、高度に官能基化されたジアザトリシクロウンデカン骨格を含む特異な構造を有しており、合成化学的に非常に興味深い化合物である。我々は本化合物の効率的な合成経路の確立を目指し、研究を行った。前年度においてすでにヨードアミド化による中心骨格の構築を達成していたが、鍵反応であるヨードアミノ化の収率および位置選択性に課題を残していた。しかし、添加剤や反応温度を最適化することで収率を著しく向上するとともに、環化の際の異性体を原料へと再生させる方法論も確立したことで、目的物を効率良く合成することが可能となった。続いて、残す不飽和14員環部位の構築に先立って、合成経路の不斉化と短工程化をおこなった。不斉化に関しては野依不斉還元を適用することで高エナンチオ選択的に中間体を得ることができた。短工程化に関しては、それまで保護基の脱着を繰り返していた部分を、変換の順番や用いる反応を最適化することで7工程もの短縮に成功した。最後に全合成に向けて変換を試みたが、中間体の不安定さ故に検討は困難を極めた。そこで、天然物の主幹骨格が完成した中間体からOvemanらによって報告されている合成中間体へと変換し、形式全合成を達成した。こうして文献既知のプロパルギルエーテルより33工程でsarain Aの主幹骨格を構築し、さらに3工程の変換を経てOvermanらの合成中間体へと導いた。なお、Overmanらは合成中間体を非天然型の酒石酸ジエチルより36工程で合成しているが、私は同工程数ながらアキラルな出発原料から不斉反応によって不斉点を制御して独創的なアプローチでこの中間体を合成し、Overmanに続いて二例目のSarain Aの合成経路を開発することができた。当初計画していた1,3-双極子付加環化反応による三環性骨格および四級炭素の構築を完了したことに加えて、飽和13員環およびジアザトリシクロウンデカン骨格の構築を達成できた。天然物の不飽和14員環の閉環を残すすべての骨格構築を達成した。今後、分子内カップリング反応と酸化度を調整することで全合成を達成できると考えている。全合成を達成することはできなかったが、不斉化と短工程化と収率の改善に成功した。さらに、主幹骨格の構築後にOvermanの合成中間体へと導くことで、形式全合成を達成した。多くの先行研究があるにも関わらず、私の合成経路はOvermanに続く二例目であり、特筆すべきは特異な中心骨格を独創的なニトロンの分子内環化反応で効率的に構築している点である。Sarain Aの全合成を達成するにあたって残る課題は、N1-C3'結合形成の効率化と不飽和14員環の構築である。前者に関しては、ヨードアミド化がより高い選択性で進行するように活性化基や保護基等をデザインすることを考えている。また後者に関しては、独自性の高い効率的なアプローチを模索していきたい。SarainAの全合成を達成するにあたって残る課題は不飽和14員環の構築のみである。