hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
原子層制御による新しい材料機能探索

原子レベルで厚さ制御された薄膜「ナノ層」を作製し、新しい材料機能の探索を行うとともに、作製した試料を他班に提供することでナノ構造情報の開拓に取り組んだ。主な結果を列挙する。1.酸化物人工超格子で熱を電気に変換する性能をバルク比2倍の増強に成功した、2.透明酸化物半導体薄膜の電子移動度抑制の起源を解明し、高電子移動度を実現した、3.半導体二次元電子ガスが高い熱電変換出力因子を示すことを見出した、4.光透過率・電気抵抗率・磁気的性質を同時に変えられる薄膜デバイスを実現した、5.金属テープ基板上で、実用レベルに匹敵する臨界電流密度を示す鉄系超伝導薄膜を実現した。物質表面・界面の厚さ数ナノメートルの領域「ナノ層」は、不連続な原子配列によって電子・イオンが感じるポテンシャルが変化するため、バルクとは全く異なる様々な機能物性を示す。本研究領域では、ナノ構造と機能物性の相関(=ナノ構造情報)を解明し、合理的な材料創製に繋げるナノ構造情報のフロンティア開拓を目指している。この実現のためには、物質界面の厚さ数ナノメートルの領域を切り出したナノ層モデル試料が必要不可欠である。本班では、超精密薄膜合成法を駆使して原子レベルで厚さ制御されたナノ層を作製し、その新しい材料機能の探索を行うとともに、これをモデル試料として他班に提供することでナノ構造情報のフロンティア開拓を目指す。太田Gでは、サーモクロミック材料であるVO2エピタキシャル薄膜上に、水を含むナノ多孔質C12A7ガラスをゲート絶縁体とする薄膜トランジスタ構造を作製し、金属-絶縁体転移温度のオンデマンド制御を試みた。導電率および熱電能の温度変化を計測した結果、正ゲート電界印加によりCAN薄膜中の水の電気分解が起こり、生成したH+イオンによるVO2薄膜のプロトン化が起こってVO2薄膜表面約4 nmが金属化することが分かった。現在、A01(イ)班との連携により、VO2薄膜表面のプロトン化の検証を行っている。平松Gでは、鉄系超伝導体122型構造BaFe2As2の理想的なナノ層の作製に注力した。P添加BaFe2As2の高い臨界電流密度(Jc)化を目的として、ナノ層成長条件をより細かく見直したところ、成長速度の減少に伴って、Jcが外部磁場に対してより等方的な特性を示すことを見いだした。さらにこのナノ層試料は自己磁場中でJc=7 MA/cm2を超え、さらに9 Tの高磁場下においても1 MA/cm2を超える値を示した。この9 T下のJc値は鉄系超伝導体の中で最高の値であり、最高品質のナノ層の作製に成功した。本班では、超精密薄膜合成法を駆使して原子レベルで厚さ制御されたナノ層を作製し、その新しい材料機能の探索を行うとともに、これをモデル試料として他班に提供することでナノ構造情報のフロンティア開拓を目指している。今年度、太田Gでは、室温において反強磁性絶縁体/強磁性金属の可逆スイッチング可能な全固体薄膜デバイスの開発に成功した(特許出願済)。具体的には、SrCoO3-δ(SCO)エピタキシャル薄膜上に、含水ナノ多孔質C12A7ガラス(CAN)をゲート絶縁体とする薄膜トランジスタ構造を作製し、室温大気中でゲート電圧Vgを印加することによりCAN薄膜中の水を電気分解し、酸化(-Vg印加)時には強磁性金属、還元(+Vg印加)時には反強磁性絶縁体にそれぞれ変化させることができた。さらに、室温で強磁性を示すp型強磁性半導体Sr4-xErxCo4O10+δ(SECO)エピタキシャル薄膜の作製にも成功した。現在、A01(イ)班との連携により、SECO薄膜の秩序構造の原子レベル観察を行っている。また、平松Gでは、鉄系超伝導体ナノ層として、P添加BaFe2As2エピタキシャル薄膜およびKFe2As2膜を作製した。P添加BaFe2As2膜については高磁場環境下での臨界電流の特性を調べ、KFe2As2膜については、高蒸気圧カリウムを主成分とするKFe2As2ナノ層の合成に成功し、Ptに匹敵する高スピンホール伝導度の実現の可能性を示した。【独自電界変調法を駆使したナノ構造情報獲得の高効率化手法の開発】(太田、片瀬、大学院生)絶縁体を電気が流れる磁石にー情報記憶容量の大幅向上に新たな道ー室温・空気中で、安全に、コバルト酸ストロンチウムに内包されている酸素比率を変化させ、電気を通さず(=0)、磁石にもつかない(=B)絶縁体の状態から、電気を良く通し(=1)、磁石につく(=A)状態に、可逆的に切替えることに成功した。精密な作製技術を駆使して10 nmの孔が多数開いた、ナトリウムを含む酸化物の薄膜を、コバルト酸ストロンチウムに貼り付け、その上下に電極を被せた「電池」のような構造を作製した。ナトリウム酸化物薄膜の小さな孔に空気中の湿気が入り込むことで、膜の中のナトリウムがわずかに溶解し、アルカリ溶液が染み込んだ状態になる。電流を流すことで酸素比率が100%の電気を良く通す磁石に、逆方向に電流を流すことで元の絶縁体に、室温で可逆的に変化させられることを発見した。【ナノ層中に意図的に形成した粒界・構造欠陥と輸送特性との関係解明】(平松、大学院生)

鉄系超伝導体の臨界温度が4倍に上昇ー絶縁性薄膜に電界印加で35ケルビンにー鉄系超伝導体の一つである鉄セレン化物「FeSe」のごく薄い膜を作製し、8 Kで超伝導を示すバルクの4倍高い35 Kで超伝導転移させることに成功した。FeSe薄膜が超伝導体ではなく、絶縁体のような振る舞いを示すことに着目し、電気二重層トランジスタ構造を利用して電界を印加することにより実現した。トランジスタ構造を利用したキャリア生成方法は、一般的な元素置換によるキャリア生成とは異なり、自由にかつ広範囲にキャリア濃度を制御できる特徴がある。このため、元素置換によるキャリア添加が不可能な物質でも適用が可能なことから、今後の鉄系層状物質でより高い超伝導臨界温度の実現を狙う有力な方法になると期待される。下表に本A02(カ)班の研究業績の年度別推移を示す。研究開始当初(2013年度)は、北大Gの研究室立上げ期であり、研究成果のアウトプットがほとんどない状態だったが、本科研費により北大Gの設備環境を1年で垂直立上げできたことで、2014年度には7報、2015年度には14報の論文を出版することができた。2016年4月時点で投稿・審査中の論文も複数報あり、2016年度には更なるアウトプットの増加が見込まれる。なお、研究業績を直接反映する論文数と招待講演数だけではなく、新聞・テレビでの報道数が大きく伸びており、科研費で研究を行う上で最も重要な、研究成果の社会・国民への発信も着実に行えるようになってきた。年度論文招待講演知的財産新聞・テレビ受賞本班では、超精密薄膜合成法を駆使して原子レベルで厚さ制御されたナノ層を作製し、その新しい材料機能の探索を行うとともに、これをモデル試料として他班に提供することでナノ構造情報のフロンティア開拓を目指している。2016年度の主要研究成果は下記の通りである。【鏡に文字や絵が表示・記憶される新技術】(太田、片瀬、大学院生)「電子カーテン」として最近注目を浴びているエレクトロクロミック材料に、薄膜トランジスタ構造を適用することで、無色透明⇔黒色の色変化で情報を表示・記憶し、同時に電気を通す⇔通さない(=電子情報)を記憶し、読み出すことが可能な、新しい情報表示・記憶装置の開発に成功した。本装置は、室温で製造できることから、安価で、大面積化が容易という特長がある。また、情報記憶後は待機電力がゼロになるため省エネである。例えば、鏡や窓ガラスに情報を表示し、記憶する装置として応用できると期待している。【ナノ層中に意図的に形成した粒界・構造欠陥と輸送特性との関係解明】(平松、大学院生)鉄系超伝導体の一つである鉄セレン化物「FeSe」のごく薄い膜を作製し、8 Kで超伝導を示すバルクの4倍高い35 Kで超伝導転移させることに成功した。
低次元量子スピン系における量子相関とトポロジカルな秩序に関する研究

低次元量子スピン系における様々な量子状態とそれら量子相の間で引き起こされる新奇な量子相転移現象を特徴付ける「トポロジカル秩序変数」を高次元に拡張し、量子モンテカルロ法などを用いた精密かつ効率的な測定方法を開発した。また、モンテカルロ法と機械学習の手法を組み合わせることにより動的臨界現象の解析が可能となった。大規模な量子モンテカルロシミュレーションを行い、量子相転移や量子相の解析を行った。本研究の目的は、低次元量子スピン系における様々な量子状態とそれら量子相の間で引き起こされる新奇な量子相転移現象の特性を明らかにすることにある。トポロジカル秩序変数、エンタングルメントエントロピー、局所Z_2ベリー位相といったトポロジカルな秩序を特徴付ける量は、これまで主として1次元量子系を中心に研究が進められてきたが、これらを高次元に拡張し、量子モンテカルロ法などを用いたより精密かつ効率的な測定方法を開発する。さらにそれらを用いて大規模な量子モンテカルロシミュレーションを行い、新奇な相転移や量子相の解明を目指す。新しいアルゴリズムに基づくソフトウェアの整備・公開もまた本研究の大きな目的の一つである。平成26年度は、この研究の基礎となる、ワームアルゴリズム量子モンテカルロ法、特に詳細つりあいを満たさない遷移確率をによる実装を行い、ソースコードの公開を行った。また、量子モンテカルロ法と機械学習を組み合わせることにより、空間的・時間的な非等方性の強い量子系における、量子相転移の解析・動的臨界指数の見積もりを高精度で行う方法を開発し、その応用を行った。さらに、基底状態からの励起ギャップを精密に測定する方法を開発した。SU(N)対称性をもつ一次元スピン系について、局所ベリー位相の測定方法を開発し、N個のトポロジカルに異なる相が存在することを示した。量子モンテカルロ法では、負符号問題のため、解析が非常に難しくなるフラストレート量子スピン系に対する、系統的なシミュレーション手法として、テンソルネットワーク法のプログラムを開発し、その収束性を議論した。また、長距離相互作用のあるスピン系の臨界現象や連続空間上の量子モンテカルロアルゴリズムの開発を進めた。本研究の目的は低次元量子スピン系における様々な量子状態とそれら量子相の間で引き起こされる新奇な量子相転移現象の特性を明らかにすることにある。トポロジカル秩序変数、エンタングルメントエントロピー、局所Z2ベリー位相といったトポロジカルな秩序を特徴付ける量は、これまで主として1次元量子系を中心に研究が進められてきたが、これらを高次元に拡張し、量子モンテカルロ法などを用いたより精密かつ効率的な測定方法を開発する。平成27年度は、基底状態からの励起ギャップを精密に測定する方法を開発し論文として発表した。またSU(N)対称性をもつスピン系に対して、局所ベリー位相を用いてN個のトポロジカルに異なる相の存在を示し、その成果を論文として投稿した。ワームアルゴリズム量子モンテカルロ法と機械学習の手法であるRobins-Monroアルゴリズムの組み合わせにより、量子臨界現象の動的臨界指数を正確に見積もる方法を開発し、磁場中の二次元XY模型の量子相転移に適用し、時間反転対称性の有無により動的臨界指数が1あるいは2の値をとることを示した。また、ランダムネスをもつ量子系に対してもこの手法を拡張し、ランダム化学ポテンシャル中の二次元ボーズ・ハバード模型の示す、超流動--ボーズ・ガラス転移の解析を行い、動的臨界指数が系の次元と等しいかどうかの議論を行った。研究計画に挙げた、アルゴリズム開発、それに基づくプログラム開発と公開、それを用いた量子スピン系、ボーズハバード系のシミュレーションによる研究が平行しておおむね順調に進んでいる本研究の目的は低次元量子スピン系における様々な量子状態とそれら量子相の間で引き起こされる新奇な量子相転移現象の特性を明らかにすることにある。ストリング秩序変数、局所Z2ベリー位相といったトポロジカルな秩序を特徴付ける量は、これまで主として一次元量子系を中心に研究が進められてきたが、これらを高次元に拡張し、量子モンテカルロ法などを用いたより精密かつ効率的な測定方法を開発する。最終年度は、二次元量子系における「対称性に保護されたトポロジカル(SPT)相」の性質を明らかにするため、量子モンテカルロ法の拡張を行った。近年提案された「Strange Correlator」と呼ばれる相関関数を精度良く計算する新しい手法を開発し、一次元系においてStrange CorrelatorがSPT相を正しく特徴付けることを確認した。さらに、ワームアルゴリズム量子モンテカルロ法をSU(N)対称性を持つmultibox反強磁性体に拡張し、二次元のSPT相に対する予備的な計算を進めた。また、量子モンテカルロ法と機械学習を組み合わせ動的臨界指数を計算する手法をランダムスピン系に拡張し、一次元ランダムシングレット相とランダムダイマー相における動的臨界現象の違いを明らかにした。本研究の一環として開発した、ワームアルゴリズム量子モンテカルロ法のプログラム(worms)、次世代版ALPSコアライブラリALPSCore、さらには、新しい量子統計力学の計算手法を取り入れた並列厳密対角化パッケージHΦ、シフト型クリロフ部分空間法に基づく線形演算ライブラリKωなど多くのソフトウェアをオープンソースとして公開した。

低次元量子スピン系における様々な量子状態とそれら量子相の間で引き起こされる新奇な量子相転移現象を特徴付ける「トポロジカル秩序変数」を高次元に拡張し、量子モンテカルロ法などを用いた精密かつ効率的な測定方法を開発した。また、モンテカルロ法と機械学習の手法を組み合わせることにより動的臨界現象の解析が可能となった。大規模な量子モンテカルロシミュレーションを行い、量子相転移や量子相の解析を行った。研究計画に挙げた、アルゴリズム開発、それにもとづくプログラム開発と公開、さらにそれを用いた量子スピン系の研究が平行しておおむね順調に進んでいる。平成28年度は、平成27年度の研究を継続するのと並行して、ランダムネスのある長距離相互作用系に対する研究を進める。また、テンソルネットワークとのハイブリッドアルゴリズムの開発を進め、負符号問題のある量子スピン系への応用を試みる。計算物理、統計物理、物性基礎論平成27年度は、平成26年度の研究を継続するのと平行して、2次元系に対するエンタングルメントエントロピーや相互情報量の計算に関して手法の開発を進める。2次元の量子スピン系、特に量子臨界点直上において、他の手法(熱力学的積分法、swap演算子の方法)との比較を行い、その有用性を検証する。また、並列計算の手法や拡張アンサンブル法の改良についても議論する。さらに、相互情報量の計算が行えるよう、アルゴリズムの拡張を行う。また、テンソルネットワークとのハイブリッドアルゴリズムの開発、長距離相互作用系、ランダムスピン系におけるトポロジカル秩序についても研究を進める。購入予定であったワークステーションについては、現在選定作業中であり、本年度導入予定である。今年度上半期にワークステーションを導入の予定である。
プトレマイオス朝エジプトの官僚制の研究

本年度前半、「B.C.3世紀のアルシノイテス・ノモスの行政機構」で研究を行った。対象はエジプト中部、アルシノイテス・ノモスと呼ばれる一県である。プトレマイオス朝政府の対人税徴収(人頭税・職業税)では、県(=ノモス)の内部にいかなる行政階梯が構築されたのかを論ずる。県の内部は、各住民の人数に応じ、上からノモス・メリス・トパルキア・「徴税区」・村落という5つの行政レベルに組織されていた。村落は人数多様、「徴税区」は2千人、トパルキアは1万人、メリスは2万人、最終的に県全体では6万人になる。「徴税区」なる行政区の存在を指摘し、貨幣経済の導入により、同王朝が従来の行政に加え、金納税徴収の便宜から住民を合理的に組織化した事実を究明した。本年度後半、「B.C.120-110年、Kerkeosiris村の村書記Menchesの人的ネットワーク」で研究を行った。対象地域は前述と同じだが、扱うテーマが異なる。同王朝国家収入では、同王朝下に新規導入の前述対人課税に加え、やはり伝統的な「地代・地税」も大きな部分を占めた。この地租徴収のメカニズムを明らかとし、初めて統合的な同王朝官僚システムを究明し得る。村落レベルの書記Menchesが作成した文書の分析を通じ、地租徴収に必用な地籍台帳が、県の内部でいかに扱われたのかを究明した。「地代・地税」では、前述5階梯の行政レベルのうち、ノモス・トパルキア・村落の3つのみ機能していること、最末端の村落と最上位のノモスとが直結し、ノモス行政官が、直接村書記達を組織し、村のデータを取り纏め、2月頃首都アレクサンドリアに数人の村書記を伴って出張し、首都で国家最高位の財務大臣の前で報告した、という事実を明らかにした。これは地方の最末端の行政と国家最上位の行政とが、存外に緊密に結びついていたことを明らかにするものであり、同王朝官僚制研究に新たな光を投げかけるものである。上記2テーマは現在論文執筆中である。私は2003年3月に提出した学位論文「プトレマイオス朝エジプトの官僚制の研究」で、同王朝官僚制に見られる官僚ヒエラルキーの全体構造を歴史的変遷過程の観点から究明した。そこで明らかとなった若干の問題、例えば官僚機構の諸階梯における住民データの集約・処理の実態、ノモス(県)の内部における行政のあり方に関し、考察を行った。さらに私は本年度、2003年8月刊行の重要な研究、J.G.Manning, Land and Power in PtolemaicEgypt, Cambridge UP(2003)に基づき、考察を進めた。同書は、プトレマイオス朝の土地保有体制の実態を究明する。この分野にはCl.Preauxによる1939年の古典的研究があるが、同王朝の土地制度はその保有形態の複雑さから、それ以降ほとんど研究がなされていない。さらに、かかる多様な形態の土地は基本的に「保有」であり、最終的な所有権は国家に帰されるべきものと、旧来長く考えられて来た。しかしManningは、デモティック土地譲渡証書群など近年刊行された史料群に基づき、エジプトには土地の私的所有の伝統が存在し、同王朝期においてもかなりの規模で私有地が存在していた事実を明らかにした。私の関心は、官僚機構力、複雑な現実場面で、いかに「機能」していたのかを究明することにある。そこで現在私は、Manningを批判的に検討しつつ、同王朝が官僚機構を駆使し,多様な土地類型からいかにして収入を上げていたのか(私有地の譲渡にかかる「取引税」など)、現在デモティック史料を用いて研究を続けている。同王朝の国家財政の賄い方には、一方で国家による土地の直営と、他方で、私的土地所有を残しつつもそこから地代・税を徴収するという、二通りの方法があった。官僚がいかにして、かような複雑な地代・税の体系を、実際に国有地・私有地両面で運用していためかを、現在考究している。(799字)本年度、「B.C.3世紀のアルシノイテス・ノモスの行政機構」をテーマに研究を行った。プトレマイオス朝エジプトは、国全体に精緻な官僚機構を構築し、統治を行ったことで名高い。しかしその官僚機構が、王朝初期にいかにして構築されたのか、またいかなる原則に基づいてなされたのか、明らかにされてきたとは言い難い。本テーマはこの点を究明する。アルシノイテス・ノモスと呼ばれるこの県は、元来モエリス湖を中心とする沼沢地だが、王朝初期3代の王の下、大規模な干拓が行われ、耕地はファラオ期に比べ3倍に拡大したとされる。当然かの地では、行政機構も新たに一から構築された。このノモス(県)には、当初は開墾を担当する特殊な行政区、即ちノマルキアが設置されたが、前230年代に入り開墾の必要がなくなるや、近隣諸県に見られるスタンダードな行政構造が導入されたことを指摘した。同地域の行政は下から、村落・徴税区・徴税領域・メリス・ノモス(県)なる5つの階梯から成り、徴税区は成人2000人、徴税領域は10000人をそれぞれ定員とし、かかる定員は、人頭税の徴税請負と徴税活動の便宜から合理的に設定されていた事実を示した。

旧来、同王朝行政は無計画で寄せ木細工的に構築されたと主張されることもあったが、私は同王朝が合理的原則に基づいて行政を構築した事実を指摘し、旧説に対するアンチテーゼとする。なお本年度の研究成果の一部を、「B.C.3世紀のアルシノイテス・ノモスの行政機構」と題し、2004年12月京都大学にて報告を行った。近日中にこのテーマを論文として公にする計画である。本年度前半、「B.C.3世紀のアルシノイテス・ノモスの行政機構」で研究を行った。対象はエジプト中部、アルシノイテス・ノモスと呼ばれる一県である。プトレマイオス朝政府の対人税徴収(人頭税・職業税)では、県(=ノモス)の内部にいかなる行政階梯が構築されたのかを論ずる。県の内部は、各住民の人数に応じ、上からノモス・メリス・トパルキア・「徴税区」・村落という5つの行政レベルに組織されていた。村落は人数多様、「徴税区」は2千人、トパルキアは1万人、メリスは2万人、最終的に県全体では6万人になる。「徴税区」なる行政区の存在を指摘し、貨幣経済の導入により、同王朝が従来の行政に加え、金納税徴収の便宜から住民を合理的に組織化した事実を究明した。本年度後半、「B.C.120-110年、Kerkeosiris村の村書記Menchesの人的ネットワーク」で研究を行った。対象地域は前述と同じだが、扱うテーマが異なる。同王朝国家収入では、同王朝下に新規導入の前述対人課税に加え、やはり伝統的な「地代・地税」も大きな部分を占めた。この地租徴収のメカニズムを明らかとし、初めて統合的な同王朝官僚システムを究明し得る。村落レベルの書記Menchesが作成した文書の分析を通じ、地租徴収に必用な地籍台帳が、県の内部でいかに扱われたのかを究明した。「地代・地税」では、前述5階梯の行政レベルのうち、ノモス・トパルキア・村落の3つのみ機能していること、最末端の村落と最上位のノモスとが直結し、ノモス行政官が、直接村書記達を組織し、村のデータを取り纏め、2月頃首都アレクサンドリアに数人の村書記を伴って出張し、首都で国家最高位の財務大臣の前で報告した、という事実を明らかにした。これは地方の最末端の行政と国家最上位の行政とが、存外に緊密に結びついていたことを明らかにするものであり、同王朝官僚制研究に新たな光を投げかけるものである。上記2テーマは現在論文執筆中である。
レチノイド受容体遺伝子改変マウスを用いた新規肝癌治療法の開発

リン酸化RXRαが肝発癌に及ぼす影響についてRXRα遺伝子改変マウスを用いて検討を行った。この遺伝子改変マウスは肝発癌剤であるDiethylnitrosamine投与に対して、対象マウスと比較して有意な肝腫瘍形成を認めた。また、この肝腫瘍ではPCNA陽性細胞が有意に増加し、細胞周期調節因子であるcyclin D1遺伝子/蛋白発現の増加も認めた。さらに、cyclin D1の発現調節に関わるβ-catenin蛋白の増加も確認された。以上の結果から、リン酸化RXRαはβ-catenin/cyclin D1を介した増殖シグナルを亢進させることでin vivoの肝化学発癌に関与する事が明らかになった。リン酸化RXRαがin vivoの肝発癌過程に及ぼす影響について、RXRα遺伝子改変マウスを用いて検討を行った。始めに、肝発癌モデルとして一般的なDiethylnitrosamine (DEN)モデルを用いた。遺伝子改変マウスをリン酸化RXRα発現群と非発現群(対照群)の2群に分け、DEN(25 mg/kg)を生後15日でそれぞれに服腔内投与した後、月齢6カ月にて屠殺・解剖を行い、DENに対する発癌感受性を検討した。リン酸化RXRα発現群では、対照群と比較して総腫瘍数(リン酸化RXRα群vs対照群; 33.61±11.98 vs 8.14±7.66個)や腫瘍最大径(リン酸化RXRα群vs対照群; 5.36±2.54 vs 2.86±1.21 mm)が有意に増加し、総腫瘍に占める肝細胞癌の割合も有意に増加した。さらに、リン酸化RXRα発現群の肝腫瘍では、対照群と比較して、アポトーシスの程度に差を認めなかったが、PCNA陽性細胞数の有意な増加を認め、細胞増殖に対して促進的に作用することが明らかとなった。加えて、両群の肝腫瘍における細胞周期制御蛋白の発現をウエスタンブロット法にて検討した結果、リン酸化RXRα発現群ではcyclin D1やcyclin D1の下流で細胞増殖調節に働くリン酸化Rb、及びPCNA蛋白の発現増加を認めた。さらに、cyclin D1の発現調節に関わるβ-catenin蛋白の発現増加も認めた。これらの事実から、リン酸化RXRαは、β-catenin/cyclin D1を介した増殖シグナルを亢進させることでDEN肝発癌に関与していることが明らかとなった。これらの結果は、リン酸化RXRαがin vivoの肝発癌過程においても大きく関与していることを示しており、新規肝発癌予防(治療)のターゲットとなる可能性を示唆する意義ある結果である。当初の予定通り研究が進み、研究目的達成に必要な意義ある結果が得られているため。リン酸化型RXRαが肝発癌に及ぼす影響について、RXRα遺伝子改変マウスを用いて検討を行った。始めに、肝発癌モデルとして一般的なDiethylnitrosamine(DEN)モデルを用いた。遺伝子改変マウスをリン酸化RXRα発現群と非発現群(対照群)の2群に分け、DEN(25mg/kg)を生後15日でそれぞれ服腔内投与した後、月齢6カ月にて屠殺・解剖を行い、DENに対する発癌感受性を検討した。リン酸化RXRα発現群では、対照群と比較して肝腫瘍の総数(リン酸化RXRα群vs対照群;33.61±11.98 vs 8.14±7.66個)や腫瘍最大径(リン酸化RXRα発現群vs対照群;5.36±2.54 vs 2.86±1.21mm)が有意に増加し、総腫瘍に占める肝細胞癌の割合も有意に増加した。さらに、RXRα遺伝子改変マウスで確認された肝腫瘍では、PCNA陽性細胞数が有意に増加しており、細胞増殖能が高い状態にあった。また、細胞周期制御蛋白である、Cyclin D1の遺伝子・蛋白発現が増加し、下流のリン酸化Rb蛋白やPCNA蛋白の発現も増加していた。加えて、Cyclin D1の発現調節に関わるβ-cateninの蛋白発現にも増加を認めた。β-catenin発現を制御するGSK3βの遺伝子変異やリン酸化修飾について検討したが、RXRα遺伝子改変マウスと対象マウスの両群でGSK3β遺伝子に変異は無く、リン酸化蛋白発現にも差を認めなかった。これらの事実から、リン酸化RXRαは、DEN肝発癌モデルでは、β-catenin/Cyclin D1を介した増殖シグナルを亢進させることで肝発癌に関与することが明らかになった。本研究は、in vivoの肝発癌におけるリン酸化RXRαの関与を明らかにし、その肝発癌治療のターゲットとなる可能性を示唆する意義ある成果を示した。

これまでの研究から、従来のDEN肝化学発癌モデルにおけるリン酸化RXRαの関与が明らかとなってきたが、将来的に、多様な背景肝を持ったヒト肝発癌の予防法や治療法の確立を目指すためには、よりヒトの肝発癌過程を反映した動物モデルでの検討が必要である。そこで今後は、ヒト肝発癌を反映した新規肝発癌モデルを確立し、肝腫瘍形成におけるリン酸化RXRαの影響について検討を行う。具体的には、近年増加傾向にある肥満や糖尿病を背景とした非アルコール性脂肪肝炎(NASH: nonalcoholic steatohepatitis)関連肝発癌モデルを作製し、リン酸化RXRαがNASH関連肝発癌に及ぼす影響について検討を行う。さらに、DEN肝発癌・新規肝発癌モデルに共通する普遍的な分子異常を同定し、ヒト臨床サンプルにフィードバックすることで新規予防法・治療法の分子標的となりうるか検討を行う。最終的には、本研究を新規肝癌予防法(治療法)の確立へと発展させたい。消化器内科27年度は、新規肝発癌モデル(NASH関連肝発癌モデル)の作製に関しては準備段階であり、28年度における詳細な実験のために費用が増加することが予想される。そのため、28年度への繰り越しが生じた。主な支出は実験動物の管理と試薬の購入が考えられる。その他、研究成果発表のための論文掲載料及び国内外での学会参加旅費に充てられる。
プラズマ－超音波複合プロセスによる液中難分解有機物の革新的処理技術の開発

パルス放電プラズマのみを行う方法,超音波処理のみを行う方法,パルス放電プラズマと超音波を同時に用いる方法の3パターンでの難分解性有機物であるフェノールの分解実験を実施した.気液界面プラズマを用いた場合では,プラズマ単独処理とプラズマー超音波複合処理のフェノール除去率の差はほとんど見られなかった.なお,超音波単独処理では,フェノールはほとんど除去されなかった.一方,液中パルス放電プラズマを用いた場合には,プラズマー超音波複合処理により最大78.9%のフェノール除去率が得られ,超音波照射無しの場合に比べフェノール除去率が14.8%向上し,プラズマと超音波照射の併用効果が確認することができた.H24年度に得られた結果を基にパルス放電プラズマ,超音波をそれぞれの最適な運転条件で駆動させ,1パルス放電プラズマと超音波を同時に駆動する方法,2パルス放電プラズマ処理後超音波処理を行う方法,3超音波処理後パルス放電プラズマ処理を行う方法の3パターンでの難分解性有機物分解実験を実施した.その結果,プラズマ単独処理に比べ,プラズマー超音波複合処理のフェノール除去率の方が高い結果が得られた.超音波単独処理においては,フェノールが殆ど除去されていなかった.また,処理中の溶液温度が高いほどフェノール除去率は高くなり,温度とフェノール除去率の相関が確認された.本実験で得られた最高除去率は水中プラズマー超音波複合処理(5 mm)の電圧印加時間100分の時で,78.9 %であった.パルス放電プラズマのみを行う方法,超音波処理のみを行う方法,パルス放電プラズマと超音波を同時に用いる方法の3パターンでの難分解性有機物であるフェノールの分解実験を実施した.気液界面プラズマを用いた場合では,プラズマ単独処理とプラズマー超音波複合処理のフェノール除去率の差はほとんど見られなかった.なお,超音波単独処理では,フェノールはほとんど除去されなかった.一方,液中パルス放電プラズマを用いた場合には,プラズマー超音波複合処理により最大78.9%のフェノール除去率が得られ,超音波照射無しの場合に比べフェノール除去率が14.8%向上し,プラズマと超音波照射の併用効果が確認することができた.まず実験で使用するプラズマー超音波複合リアクタを設計,製作した.放電による水処理では液中で放電させる方法と,気液界面で放電させる方法があるため,本研究では液中及び気液界面のどちらにも対応可能なように上下可動式の放電電極を採用した.電源については周波数可変パルス高電圧発生装置を用いた.超音波照射については,放電場に直接振動子を設置することは困難であることから間接照射方式を用いた.また,プラズマー超音波の相乗効果を評価する方法として,1パルス放電プラズマと超音波を同時に駆動する方法,2パルス放電プラズマ処理後超音波処理を行う方法,3超音波処理後パルス放電プラズマ処理を行う方法の3パターンが考えられ.これまでの気液界面パルス放電プラズマを用いた水処理に関する研究により,ガスをプラズマリアクタへ供給することでガスを供給しない場合に比べ反応が促進することがわかっていることから,ガス供給方法に関しては既報(1)に示すように,液中でバブリングさせ供給可能な構造とした.パルス放電プラズマおよび超音波処理での難分解性有機物の分解特性の把握するため,それぞれ単独に用いて難分解性有機物処理実験を行った.処理対象物質としてフェノールを用いた.これらの物質の除去率の評価や反応生成物の同定には,高速液体クロマトグラフを用いた.パルス放電プラズマを用いた試験では,液中及び気液界面放電に対して,パルス周波数(1 kHz),消費電力,空気バブリングの有無,放電電極と接地電極の間隔や放電電極と気液界面との間隔などをパラメータとした試験を実施した.超音波処理を用いた試験では,超音波発振機の出力などをパラメータとした試験を実施した.平成24年度の研究目的である、「実験で用いるプラズマ-超音波複合リアクタを設計、製作すること」及び「パルス放電プラズマ及び超音波処理の難分解性有機物の分解特性の把握」を達成することができたため。今後の研究方策は以下のとおりである(1)プラズマー超音波複合処理による難分解性有機物の分解前年度に得られた結果を基にパルス放電プラズマ,超音波をそれぞれの最適な運転条件で駆動させ,1パルス放電プラズマと超音波を同時に駆動する方法,2パルス放電プラズマ処理後超音波処理を行う方法,3超音波処理後パルス放電プラズマ処理を行う方法の3パターンでの難分解性有機物分解実験を実施する.得られた結果と前年度に行ったパルス放電プラズマ,超音波それぞれ単体で用いた場合の結果を比較し,プラズマー超音波複合処理による相乗効果を評価する.また,必要に応じて,さらに酸化分解をさらに促進させると考えられる硫酸鉄(FeSO4),塩化カリウム(KCl)を励起添加剤として用いた実験を行い,励起添加剤の種類,添加量などの条件を変化させ,分解率の改善を図る.

(2)プラズマー超音波複合処理によるBOD,COD低減上記(1)で得られた結果を基に,BOD,CODの原因となる有機物の分解実験を行い,短時間で,低コストかつ高効率に分解処理可能なことを実証する.処理対象物質としては,生活廃水(食用油や洗剤)など有機系物質をターゲットとする.BOD及びCODが100010000 mg/L程度の模擬廃液を準備して,最終的にBOD,CODを規制値(120 mg/L)以下まで低減することを目標とする.BODの分析はBOD測定器),CODの分析はCOD分析用試薬及び吸光光度計を用いて行う.また,必要に応じて有機物がCO2とH2Oに完全に分解されているかどうかを確認するためにTOC(全有機体炭素)の分析も検討する.次年度の研究費の使用計画としては,約90万円を消耗品費として構造材や標準ガス,薬品など研究に必要なものを購入するために使用する予定である。残りの約40万円は学会等出席のための国内,海外旅費及びその他費として学会参加登録費や大阪府立産業技術総合研究所に成分分析を依頼する際の費用として使用予定である.
食塩感受性高血圧におけるNa-Hantiportの役割

高血圧症患者においてはほとんど例外なく血管抵抗上昇を認め、体液量依存性の食塩感受性高血圧症においても血圧維持には血管抵抗の上昇が重要であると考えられている。ナトリウム(Na)過剰が血管抵抗上昇を来たす機序として細胞膜Na輸送機構の異常について多くの検討がなされてきた。その機序は血管収縮に重要な働きを示すカルシウム(Ca)イオンとの関連で検討されているが、十分な成果が上がっていない。そこで、われわれはCa以外の修飾因子として細胞内pHに注目した。また、近年、内皮細胞機能の血管収縮弛緩における重要性が指摘されているので、内皮細胞機能を中心に検討を行なった。その結果、9-10週齢のSpraguc-Dawlcy(SD)雄ラットにおける大動脈リング標本で塩化アンモニウム(NH_4Cl)前処理によって細胞内アルカリ化を行なうと、内皮依存性のアセチルコリン(ACh)弛緩は減弱した。(なお、細胞内酸性化は効果がなかった)。しかも、内皮細胞にのみその特異受容体をもつ化学走性因子formyl-Mct-Lcu-Phc(fMLP)による内皮細胞アルカリ化も同様にACh弛緩を抑制した。これらの作用は血管収縮性プロスタグランデインあるいはスーパーオキサイドの関与が示唆された。さらに、高血圧自然発症ラット(SHR)ではこのNH_4ClのACh弛緩抑制効果は増強していた。食塩感受性モデルである幼若SHRでは4週間の食塩負荷を行なうと、血圧上昇に伴いACh弛緩自体が減弱していた。この際、興味深いことに、SDラットや食塩を負荷していないSHRと異なり、細胞内アルカリ化は効果なく、細胞内酸性化(NH_4Cl一旦負荷後除去するなど)により、ACh弛緩の回復を見た。したがって、食塩負荷-幼若SHRの内皮依存性弛緩反応の減弱に内皮細胞アルカリ化が関与している可能性が示唆された。
新興感染症「エーリキア症」病原体の宿主応答におけるプロテオーム解析

「ヒトエーリキア症」病原体のAnaplasma phagocytophilumと」Ehrlichia chaffeensisは1990代に入ってから発見された新興感染症であるため、これらの病原体の細胞内寄生機構についての知見は乏しい。A.phagocytophilumはヒト顆粒球内で増殖し、またE.chaffeensisはヒト単球内で増殖する。本研究では、これら細菌の細胞内寄生性機構に関与する宿主側の応答タンパク質を、蛍光標識二次元ディファレンスゲル電気泳動(2D-DIGE)とMALDI-TOF/TOF-MSによるペプチド質量分析を用いて網羅的に解析した。非感染細胞と感染細胞との比較解析から、双方間で量的差異が認められたタンパク質スポットの総数286個を得た。このうち、感染細胞のみに見られたスポットは病原体由来のタンパク質で、また非感染細胞のスポットの位置と蛍光強度を基にして感染細胞で量的増減が見られたスポットは宿主細胞由来のタンパク質である。よって、主に宿主側のタンパク質スポットのペプチド質量分析から、およそ154個のタンパク質種の同定に成功した。さらに、感染細胞内のタンパク質変動を経時的に(感染後13日間)追究したところ、感染による酸化ストレスを消去すると思われるPRDX3や細胞骨格の再構築を誘発すると思われるCAPGなどのタンパク質の経時的な増加現象を捉えた。現在、このような感染により変動するタンパク質について、MetaCore Pathway Analysisを用いたタンパク質間の相互作用やRNAiによる発現制御時の感染状態の解析を進めている。これにより細胞内寄生性機構と密接に関連する宿主側のタンパク質分子が明らかになると期待される。「ヒトエーリキア症」病原体のEhrlichiachaffeensisとAnaplasma phagocytophilumは1990年代に入ってから発見された新興感染症であるため、これらの病原体の細胞内寄生機構についての知見は乏しい。本研究では、A.phagocytophilumおよびE.chaffeensisをHL-60細胞にそれぞれ感染させ、感染率80%になるまで培養して感染細胞試料とした後、感染細胞と非感染細胞の全タンパク質をそれぞれ蛍光標識して、その差異を二次元電気泳動によりディファレンス解析した。そして、タンパク量に差異が見られたスポットについて、MALD-TOF/TOF-MSによりペプチド質量分析を行い、タンパク種の同定を試みた。その結果、二次元電気泳動で検出されたタンパク質スポットのうち、非感染細胞と感染細胞の間で量的差異のあるスポットにおいて、感染細胞のみに見られたスポットは病原体由来のタンパク質であると推察され、一方非感染細胞のスポットの位置と蛍光強度を基にして感染細胞で量的増減が見られたスポットは宿主細胞由来のタンパク質であると推定された。そして、主に宿主側のものと推定されるスポットをターゲットにして、これらのスポットのペプチド質量分析から、これまでにおよそ70個のタンパク種の同定に成功している。同定したタンパク質は、糖代謝系、翻訳系、各種酵素あるいは細胞内骨格系に関与するものなどであった。今後は、病原体の感染および増殖過程における同定した宿主細胞タンパク質の量的変動を計時的に解析し、感染機構に関与すると思われる宿主側の因子を絞り込んで行く予定である。これにより、エーリキアおよびアナプラズマのそれぞれにおける単球あるいは顆粒球に特異的な感染機構解明への足掛りも得られるものと期待する。「ヒトエーリキア症」病原体のAnaplasmaphagocytophilumとEhrlichia chaffeensisは1990年代に入ってから発見された新興感染症であるため、これらの病原体の細胞内寄生機構についての知見は乏しい。

非感染細胞と感染細胞との比較解析から、双方間で量的差異が認められたタンパク質スポットの総数286個を得た。このうち、感染細胞のみに見られたスポットは病原体由来のタンパク質で、また非感染細胞のスポットの位置と蛍光強度を基にして感染細胞で量的増減が見られたスポットは宿主細胞由来のタンパク質である。よって、主に宿主側のタンパク質スポットのペプチド質量分析から、およそ160個のタンパク質種の同定に成功した。さらに、感染細胞内のタンパク質変動を経時的に(感染後13日間)追究したところ、感染による酸化ストレスを消去すると思われるPRDX3や細胞骨格の再構築を誘発すると思われるCAPGなどのタンパク質の経時的な増加現象を捉えた。現在、このような感染により変動するタンパク質について、MetaCore Pathway Analysisを用いたタンパク質間の相互作用やRNAiによる発現制御時の感染状態の解析を進めている。これにより細胞内寄生性機構と密接に関連する宿主側のタンパク質分子が明らかになると期待される。
インタラクティブな環境を提供する看護技術教育用システムの試み

1.システム構築:本看護技術教育サポートシステム(以下「システム」とする)は、コンテンツを含めてサーバー上で管理され、webブラウザで閲覧するよう設計構築した。画面構成は、ビデオ表示部・コンテンツ選択部・電子掲示板部とし、電子掲示板部は、ビデオ画面を確認しつつ教授者に質問できるよう同一画面で設計した。システムの完成度を上げるために学習者評価結果から、コンテンツ選択フレームはツリー形式に改修した。2.コンテンツ作成:ビデオコンデンツは、学習効果を考えたビデオ撮影と編集を工夫し、ダウンード時間にも配慮し、一つの技術項目を複数のコンテンツに分割した。看護者の視点からのカメラアングル、同一動作を複数視点から撮影したシーン、ズームアップを多用し、より詳しい解説を挿入するなど、コンテンツの内容を吟味し改良した。本研究期間に10タイトルを作成した。3.システム評価:システムの操作性とビデオ閲覧画面について、学習者の評価を行った。コンテンツの構成要素については評価が高く、繰り返しの視聴、on-demand性、システムの操作性、システムへの関心度に高い評価を得た。逆に、画面の大きさ、配置は、評価が低かった。その他、システムの高い利便性、わかりやすいコンテンツの構成や動画内容・解説、効果的な自己学習、技術への自信が挙がった。電子掲示板機能は、利便性が高く効果的な学習システムであるとの評価を得た一方で、電子掲示板への質問記入の躊躇、教員への個別質問を選択、質問内容の適切な文章化への困難感が電子掲示板の活用を妨げていることがわかり、この面のサポートも含め、今後検討していく。4.学習者の習得困難な点と補完教育は、研究「新卒看護師の看護実践能力育成を支援するe-ラーニングシステム構築の試み」で、継続課題として取り組んでいく。平成16年度は、(1)インタラクティブな環境として掲示板機能を備えたVODによる看護技術教育サポートシステム(以下「システム」とする)の設計構築、(2)システム上で利用されるビデオコンテンツの作成と編集、(3)システムの操作性とビデオ閲覧画面について、学習者の評価を行った。システムは、コンテンツを含めてサーバー上で管理され、webブラウザで閲覧する(Microsoft Internet Explorer^<【○!R】>にて動作確認済)。画面構成は、ビデオ表示部・解説表示部・掲示板部とし、ビデオ表示部はWindows Media Player^<【○!R】>を使用し、解説表示部には、コンテンツ内容の解説等を提示した。掲示板部は、ビデオ画面を確認しながら教授者に質問できるよう同一画面で設計した。掲示板に書き込むと、学習者・教授者の登録者に書き込み通知のメールを配信し、タイムラグを少なく、かつ疑問点を共有できる環境に設計した。掲示板部分は、平成17年度に評価する。ビデオコンテンツは看護技術習得の重要部分であり、文献検討等から学習効果を高めるズームアップ、スロー再生、多角度および実施者の視点を模したカメラアングル等を取り入れ、編集した。ダウンロード時間にも配慮し、一つの技術項目を複数のコンテンツに分割した。これらについて学習者からの評価は、コンテンツの構成要素については評価が高く、繰り返しの視聴、on-demand性、システムの操作性、システムへの関心度は全員が「かなり役立つ」と評価した。KJ法で分析した自由記載では、大項目として「システムの高い利便性」、「わかりやすいコンテンツの構成や動画内容・解説」、「効果的な自己学習」「技術に自信が持てる」が挙がった。平成17年度は、本研究におけるインタラクティブな環境として設計した電子掲示板機能の評価を行うために、システム使用者を対象にグループインタビューを行った。その結果、どこからでもリアルタイムで看護技術に関する質問・返答が得られ、利便性が高く効果的な学習システムであるとの評価を得た。

一方で、掲示板に質問を記入することは自分の知識不足を他者に知られて恥ずかしく、教員に個別に質問する方がよいと感じている者がいること、また、自分が質問したい内容を適切に文章化することに困難を感じる者もいること、それらが電子掲示板の活用を妨げていることがわかった。今後、学習者の特性をふまえてシステムの更なる改修を行う必要があると考える。また、システムの完成度を上げるために利用者からの評価が低かった点について改善した。画面構成は、本システムではVOD配信に耐えるためコンテンツのデータ量を少なくする必要があり、構成自体の改善が困難であった。このため、新たに制作したコンテンツは、これを補完するよう看護者の視点からのカメラアングル、同一動作を複数視点から撮影したシーン、ズームアップを多用し、より詳しい解説を挿入するなど内容を吟味した。本研究期間に作成したビデオコンテンツは、活動・休息援助技術について「安楽な体位の工夫」「体位変換」「車椅子移送」、環境調整技術について「ベッド整備」「就床患者のベッド整備」、清潔・衣生活援助技術について「清拭」「陰部洗浄」、症状・生体機能管理技術について「バイタルサイン測定」「採血」、感染予防の技術について「手洗いとガウンテクニック」、である。また、同じく評価の低かったコンテンツ選択フレームは、コンテンツの種類の増加によりさらに利便性が悪くなることが考えられたため、ツリー形式に改修した。
リンパ系腫瘍の分化抗原発現と免疫グロブリン及びT細胞受容体遺伝子再編成の解析

細胞学的,組織学的及び染色体学的検索がなされた27種の培養細胞株,115例の白血病,リンパ腫につき各種の単クローン抗体を主として用いて膜表面抗原を検索し、免疫表現型を検討するとともに、腫瘍細胞を含む臨床材料から高分子DNAを抽出し、各種の制限酵素で切断し、agarose gel電気泳動後、nick translationにて得られた【^(32)P】標識cDNA probeと核酸分子雑種形成により、Southern blot法で、免疫グロブリン(Ig)遺伝子及びT細胞抗原受容体(TcR)遺伝子の再編成の有無を検索した。probe DNAとしてはIg遺伝子についてはJH,JK,Cλなど、TcR遺伝子については【C_(β1)】,Jγなどを用いた。その結果、T・B細胞系の比較的成熟段階に由来する細胞株や白血病,リンパ腫では免疫表現型と免疫遺伝子型には良好な相関が認められた。また系統特異的な分化抗原の発現が明確でなく、組織学的にも腫瘍及び非腫瘍細胞の多様な混在を示すリンパ腫ないし類縁疾患については、クローン性の確実な指標として有用と考えられ、このようなDNA診断は腫瘍細胞の単クローン性を同定する上で、表面マーカーよりはるかに優れていることが判明した。そのほか、T-ALLではTcRβ鎖の再編成が胸腺細胞の最も未分化な段階で既に起っていることが見い出され、また血球分化の初期段階に由来する急性白血病では、表現型と遺伝子型との間に必ずしも一致をみず、多系統にわたる形質を示す例や、二重遺伝子型を示す例があり、一層の検討が必要と考えられた。そのほかの研究成果として、ヒト胎児肝細胞をEBVでtransformしたpro-B細胞株FLEB14の変異株FLEB14Δ3はt(b;14)(q15;q32)の転座がみられ、H鎖probeで再編成を認め、領域遺伝子の単離と近傍の塩基配列決定からSμ領域に未知のDNAの再編成連結を認め、分子生物学的機序につき検索を進めている。また将来的に組織レベルにおけるin situのmolecular hybridizationを指向して、peroxidaseに代りalkaline phosphataseを標識とする解像力の良好な染色法の開発を試みている。
N-混乱ポルフィリンを基盤とする新規ポルフィリン異性体の合成と錯体化

機能性色素であるポルフィリンは生体模倣化学や材料科学などの分野において広く用いられているのに対し、その類縁体・異性体の研究は端緒に付いたばかりである。特に、ポルフィリンの混乱位置異性体である「N-混乱ポルフィリン(NCP)」はその骨格構造をポルフィリンと同一にしながら、環内部に炭素原子、外部に窒素原子を有するため特異な金属錯化挙動や反応性を示すことが、われわれのグループを中心に明らかになりつつある。電子吸引性基の錯体に与える安定性また触媒能を期待して、C_6F_5基を有するNCPおよび種々の金属錯体を合成した。なかでも、銅(II)錯体はX線による構造解析に成功し、平面四配位構造を形成していることが明らかとなった。銅(II)錯体は環外周NH部位においてアニオンと相互作用し、酸化電位(Cu(III)/Cu(II))は会合定数の高い塩化物イオンを添加することによって低電位側へとシフトし、外周部からの刺激が混乱ピロールを介して中心金属イオンにまで強く伝播することが示された。(J.Am.Chem.Soc.2003,J.Incl.Phen.2003)一方、外周部窒素原子をアルキル基で保護した場合、そのようなアニオン認識や酸化還元挙動は見られなかった。(submitted)反磁性+2価錯体を用いたNMR測定によって、NCPのアニオン認識には、(i)18π芳香族性を有する双性イオン型共鳴構造の寄与および(ii)隣接するC_6F_5基とアニオンとの相互作用が大きな要因であることが示唆された。われわれは以前にNCPの多重混乱異性体の最初の例であるcis型の「二重混乱型ポルフィリン」(cis-N_2CP)を合成し、通常見られない高酸化状態である銅(III)および銀(III)錯体を形成することなどを報告した。一方で、N-フューズポルフィリン類縁体を安定中間体として、混乱ピロール環が対面に位置したtrans型N_2CPを得ることに成功した。芳香族性が不完全な互変異性体を示すcis-N_2CPに対して、trans-N_2CPは環内部に4個の水素原子を持ち、そのため18π電子系に由来する反磁性環電流が^1H NMRによって観測された。(J.Am.Chem.Soc.2003) cis-N_2CPは環外周部にNH基やN基である窒素原子を2個有しているため、結晶中でそれらがN-H...Nの水素結合を介してzigzag型の一次元鎖を形成するのに対し(Supramol.Chem.2003)、trans-N_2CPのCu(III)錯体はrodlike型の超分子ネットワークを形成した。さらに、cis-N_2CPおよびtrans-N_2CPはそれぞれ「混乱ピロール環」の相対位置が異なることに起因して、金属錯体、フリーベース体いずれもアニオン認識能に大きな差が見られた。(総説としてオレオサイエンス2003、一例としてAngew. Chem. Int. Ed. 2003)電子吸引性基の錯体に与える安定性また触媒能を期待して、C_6F_5基を有するNCPおよび種々の金属錯体を合成した。(Org. Lett. 2003)また、C_6H_5基を置換基に持つNCPは酸素存在下、酢酸銅で処理することにより、混乱ピロール部位の位置選択的な酸化さらに脱離によって、開裂した非環状トリピリノン銅(II)錯体を与える。中心銅イオンを除去した配位子はパラジウム(II)と容易に錯形成し、銅(II)錯体およびパラジウム(II)錯体の固体中での配置を比較した。(Inorg. Chem. Commun. 2003)われわれは以前にNCPの多重混乱異性体の最初の例であるcis型の「二重混乱型ポルフィリン」(cis-N_2CP)を合成し、通常見られない高酸化状態である銅(III)および銀(III)錯体を形成することなどを報告したが、cis-N_2CPの銀(III)錯体は一重項酸素の発生効率が高く(φ_Δ=0.81)、光線力学療法への応用が期待される錯体である。(Chem. Lett. 2003)一方で、N-フューズポルフィリン類縁体を安定中間体として、混乱ピロール環が対面に位置したtrans型N_2CPを得ることに成功した。(to be submitted)cis-N_2CPは環外周部にNH基やN基である窒素原子を2個有しているため、結晶中でそれらがN-H【triple bond】Nの水素結合を介して一次元鎖を形成する。

(submitted to Supramol. Chem.)この例から示されるようにピロール部位は水素結合に大きな寄与を与えるが(Polyhedron 2003)、その展開としてアニオン認識色素である2'3-ジピロリル-2'-キノクサリン(DPQ)を初めて環状に組み込んだシッフベース型化合物を合成した。それが協同的な認識部位である2個の空孔を持つことに由来する正のホモアロステリック効果を示す効率のよいアニオン認識レセプターになっていることを明らかにした。(J. Am. Chem. Soc. 2002)機能性色素であるポルフィリンは生体模倣化学や材料科学などの分野において広く用いられているのに対し、その類縁体・異性体の研究は端緒に付いたばかりである。特に、ポルフィリンの混乱位置異性体である「N-混乱ポルフィリン(NCP)」はその骨格構造をポルフィリンと同一にしながら、環内部に炭素原子、外部に窒素原子を有するため特異な金属錯化挙動や反応性を示すことが、われわれのグループを中心に明らかになりつつある。電子吸引性基の錯体に与える安定性また触媒能を期待して、C_6F_5基を有するNCPおよび種々の金属錯体を合成した。なかでも、銅(II)錯体はX線による構造解析に成功し、平面四配位構造を形成していることが明らかとなった。銅(II)錯体は環外周NH部位においてアニオンと相互作用し、酸化電位(Cu(III)/Cu(II))は会合定数の高い塩化物イオンを添加することによって低電位側へとシフトし、外周部からの刺激が混乱ピロールを介して中心金属イオンにまで強く伝播することが示された。(J.Am.Chem.Soc.2003,J.Incl.Phen.2003)一方、外周部窒素原子をアルキル基で保護した場合、そのようなアニオン認識や酸化還元挙動は見られなかった。(submitted)反磁性+2価錯体を用いたNMR測定によって、NCPのアニオン認識には、(i)18π芳香族性を有する双性イオン型共鳴構造の寄与および(ii)隣接するC_6F_5基とアニオンとの相互作用が大きな要因であることが示唆された。われわれは以前にNCPの多重混乱異性体の最初の例であるcis型の「二重混乱型ポルフィリン」(cis-N_2CP)を合成し、通常見られない高酸化状態である銅(III)および銀(III)錯体を形成することなどを報告した。一方で、N-フューズポルフィリン類縁体を安定中間体として、混乱ピロール環が対面に位置したtrans型N_2CPを得ることに成功した。芳香族性が不完全な互変異性体を示すcis-N_2CPに対して、trans-N_2CPは環内部に4個の水素原子を持ち、そのため18π電子系に由来する反磁性環電流が^1H NMRによって観測された。(J.Am.Chem.Soc.2003) cis-N_2CPは環外周部にNH基やN基である窒素原子を2個有しているため、結晶中でそれらがN-H...Nの水素結合を介してzigzag型の一次元鎖を形成するのに対し(Supramol.Chem.2003)、trans-N_2CPのCu(III)錯体はrodlike型の超分子ネットワークを形成した。さらに、cis-N_2CPおよびtrans-N_2CPはそれぞれ「混乱ピロール環」の相対位置が異なることに起因して、金属錯体、フリーベース体いずれもアニオン認識能に大きな差が見られた。