hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
セキュリティLSIに対するハードウェアトロイの対策と検出に関する研究

リバースエンジニアリングの技術の進歩に伴い,ハードウェアトロイの脅威が顕在化してきた。ハードウェアトロイとは,予め定めた発動条件を満たした場合,不正な動作を行うハードウェアウイルスのことである。一方,機密情報は,理論的に安全性が保障されているアルゴリズムを用いて,データを暗号化している。しかし,暗号化は回路で行われるため,その回路動作時の消費電力等を測定することで,不正に内部の秘密情報を解析する攻撃が研究されている。そのため,最近では暗号回路を対象に,いくつかの不正防止回路が開発されている。そこで本研究では不正防止回路も含めた暗号回路に対するハードウェアトロイの対策・検出手法を開発した。リバースエンジニアリングの技術の進歩に伴い,ハードウェアトロイの脅威が,顕在化してきた。一方,機密情報は,理論的に安全性が保障されているアルゴリズムを用いて,データを暗号化することで安全性を確保している。そのため,最近では暗号回路を対象に,いくつかの不正防止回路が開発され,実用化されている。そこで申請研究では,不正防止回路も含めた暗号回路に対するハードウェアトロイの対策手法と検出手法を確立する。平成25年度は,各サブテーマに関して,いくつかの要素技術の開発を行った。まず,対策技術に関して,トロイの実装方法についての検討を行った。特に,省面積実装を指向した方法について,トロイトリガーに着目して,複数の実装方法についてFPGAを用いた評価実験により検証した。一方,検出技術に関しては,これまで開発を進めてきたサイドチャネル攻撃対策用のトロイを対象に評価・検証を行った。このサイドチャネル攻撃対策用のトロイは,トロイトリガーが発動すると対策を無効化するトロイであるため,一般的な機能テストでの検出が難しいことを,FPGAを用いた評価実験により実証した。また,トロイトリガーに関して,これまで発表されているような条件を満たせば必ず発動するトリガーではなく,再現性が無いトロイトリガーを開発することによって,トロイの検出困難性を検討した。さらに,一般的な入力信号をトリガーとするのではなく,リセット信号をトリガーとする新しいトロイも新たに開発して,検出に必要な技術の基本検討を行った。これらの研究成果については,関連する国際会議で発表を行った。また,ハードウエアトロイの専門家だけでなく,ハードウェアセキュリティの専門家とも,適宜,意見交換・情報交換を行った。リバースエンジニアリングの技術の進歩に伴い,ハードウェアトロイの脅威が顕在化してきている。そこで申請研究では不正防止回路も含めた暗号回路に対するハードウェアトロイの対策手法と検出手法を確立する。平成26年度は,各サブテーマに関して,いくつかの要素技術の開発を行った。まず,対策技術に関して,平成25年度は標準暗号AESの回路を対象にトリガーなどの要素技術の研究を行ったが,平成26年度はAESだけでなく,組込システムで期待が高まっている軽量暗号や楕円暗号についてもトロイの実装方法について検討を行った。さらに,実用的なアプリケーションとして車載ECUを対象としたトロイに関してもその実装方法についても検討を行った。一方,検出技術に関しては,消費電力等のサイドチャネル情報を利用した検出方法の基本検討を行った。この検出方法では,サポートベクターマシーンを使ってトロイのモデル化を行った。また,複数の種類のトロイをFPGAに実装して評価実験を行い,その有効性を検証した。さらに,より高精度な検出を実現するために必要な漏洩電磁波等のサイドチャネル情報について,分析・考察を行った。本年度の研究成果については,関連する国際会議や国内会議で発表や情報収集を行った。また,ハードウェアトロイやハードウェアセキュリティの専門家だけでなく,ハードウェアトロイの対象となる車載関係などの組込システムの専門家とも,適宜,意見交換・情報交換を行った。平成27年度は,各サブテーマに関して,いくつかの要素技術を開発するだけでなく,平成25・26年度で開発した要素技術を用いた新しい技術の開発も行った。まず,対策技術に関して,平成26年度に検討した実用的なアプリケーションとしての車載ECUを対象としたトロイの対策技術を開発した。また,処理時間が問題になる車載システムについて,CANを実装したモックアップを用いた評価実験により,その有効性を検討した。一方,検出技術に関しては,これまで検討してきた消費電力等のサイドチャネル情報を利用したサポートベクターマシーンを用いた検出方法について,新たに回路のスタンバイ状態に着目した検出方法を考案し,トリガーや動作の異なった複数のトロイを,種類の違う複数のFPGAに実装して評価実験を行い,その有効性を検証した。さらに,トロイのFPGAへの実装方法による違いについても,面積や消費電力について,分析・考察を行った。

本年度の研究成果については,平成25・26年度と同様に,関連する国際会議や国内会議で発表や情報収集を行った。また,ハードウェアトロイやハードウェアセキュリティの専門家だけでなく,ハードウェアトロイの対象となる組込システムの専門家とも,意見交換・情報交換を行った。当初の研究計画には無かった車載システムという実用的なアプリケーションを対象とした対策技術を新たに検討することができた。また,研究を進めていくうちに,検出タイミングと検出精度の関係性という新しい課題を発見し,回路のスタンバイ状態でのトロイの検出という新しいタイミングでの検出方法について検討ができた。トロイの実装に関して検討を進める中で,当初の研究計画には無かったトロイトリガーとトロイ動作の組み合わせで効率よく複数のトロイを実装する新しい方法を開発することができた。さらに,標準暗号だけでなく,軽量暗号を対象としたトロイの基本検討を行うことも出来た。一方で,当初予定では,スキャンパスチェーンの検討とトロイをASIC実装する予定であったが,これらが達成できていない。リバースエンジニアリングの技術の進歩に伴い,ハードウェアトロイの脅威が顕在化してきている。一方,機密情報は,理論的に安全性が保障されているアルゴリズムを用いて,データを暗号化することで安全性を確保している。しかし,暗号化は回路で行われるため,その回路動作時の消費電力等を測定することで,不正に内部の秘密情報を解析する攻撃が研究されている。そのため,最近では暗号回路を対象に,いくつかの不正防止回路が開発され,実用化されている。そこで申請研究では不正防止回路も含めた暗号回路に対するハードウェアトロイの対策手法と検出手法を確立する。平成25年度から平成28年度において実施した研究において,各サブテーマに関するいくつかの要素技術を開発するだけでなく,要素技術を用いた新しい技術の開発も行った。まず,対象とする暗号回路について,標準暗号AESだけでなく,IoTで使用されることが有望な軽量暗号などを対象に,不正防止回路の構造も含めていくつかの要素技術を開発した。さらに,認証暗号や改ざん検知暗号についても,いくつかの要素技術を開発した。また,トロイの検出技術に関しては,SVMや深層学習などの機械学習をベースとした手法を提案し,FPGAに実装したトロイに対して適用することで,その有効性を検証した。提案手法では,トロイのFPGAへの実装方法による違いについても,面積や消費電力について,分析・考察を行った。一方,対策手法に関しては,実用的なアプリケーションとしての車載ECUを対象としたトロイの対策技術を開発した。
好塩基球を介したTh2分化制御の解析および好塩基球の活性化制御分子の研究

自然免疫系は、感染初期の生体防御機構のみならず、獲得免疫系の機能調節細胞の役割も担っている。しかしながら、自然免疫系細胞の分化、機能調節の研究は未だ発展途上である。本研究は、生体内に少数しか存在しない好塩基球に注目し、2型免疫応答に重要なTh2細胞分化及び感染免疫獲得機構の解明を目的とする。具体的には、好塩基球のIgEを介したエフェクターとしてではなくTh2分化誘導を促進する作用について解析した。その結果、好塩基球は免疫応答初期にナイーブT細胞によって産生されるIL-3依存的にIL-4産生細胞として作用し、Th2分化を促進していることが明らかになった。さらに、インターフェロン制御因子(IRF2)欠損マウスでは好塩基球が増多しており、その結果Th2分化が亢進していることを明らかにし、in vivoにおける生理的役割も明らかにした。また、好塩基球におけるTh2分化誘導能はIL-4産生に依存していることから、好塩基球のサイトカインの産生制御機構についても解析した。これまでT細胞で明らかになっている転写制御に関与する遺伝子STAT6,GATA3は、好塩基球では全く関与していないことから、IL-4産生には好塩基球特異的な機構が存在することが推察できる。我々はFc受容体γ鎖(FcRγ)欠損マウスの免疫応答の解析を通じて、FcRγが好塩基球のサイトカイン産生に必須の分子であることを明らかにし、さらにIL-3刺激による好塩基球の増殖・サイトカイン産生は全く独立したシグナル伝達経路が用いられていることも明らかにした。以上の知見はIRF-2欠損マウスで見られた好塩基球の増多とIL-3によって誘導される増殖の亢進(Hida他Blood,2005)とは対照的であり、IL-3の下流シグナル伝達経路においてIRF-2とFcRγは異なる経路にそれぞれ特異的に関与していることが明らかとなった。本研究は転写因子IRF-2欠損(IRF-2^<-/->)マウスで認められるCD4^+T細胞の自発的Th2型分化機序の解明を通じて、好塩基球依存的なTh1/Th2分化制御機構の解析を行ったものである。野生型と比べIRF-2欠損マウスではTh2細胞が増加していることから、IRF-2欠損マウスのCD4^+T細胞は生体内で既にTh2にシフトしていることが示唆された。しかしながらIRF-2^<-/->ナイーブT細胞では、IL-4産生の増加が認められなかったことから、自発的Th2シフトはT細胞自身の異常ではなく、何らかの環境因子が原因と考えられた。環境因子としてTh2分化に重要なサイトカインにIL-4があるが、興味深いことにIRF-2欠損マウスではIL-4産生細胞である好塩基球が増加していた。そこで好塩基球のTh2分化誘導能を検証するため、in vitroのTh1/Th2分化誘導系を構築し、好塩基球由来のIL-4がTh2分化に重要であることを証明した。さらにはc-kit変異(W^v/W^v)xIRF-2欠損マウスを交配して作成した二重変異マウスでは好塩基球の数が正常値に近づくとともにCD4^+T細胞の自発的Th2シフトが解消されていることを明らかにした。IRF-2の作用機序に関しては、(1)IRF-2^<-/->好塩基球は、野生型とほぼ同程度のIL-4産生能を示すこと、および(2)IRF-2欠損マウス骨髄細胞は1L-3による好塩基球の分化

増殖能は野生型に比して約3倍増加していること、これらの結果からIRF-2はIL-4産生制御機構には直接関与せず、好塩基球の分化・増殖を制御していることを明らかにした。本研究の成果は、免疫応答初期にT細胞より産生されるIL-3が、好塩基球を活性化しIL-4を産生させ、indirectにTh2を誘導するという新しいTh2分化機構を示唆するものである。本研究は種々の遺伝子欠損マウスで認められるCD4^+T細胞のTh1/Th2分化異常の解明を通じて、好塩基球依存的なTh1/Th2分化制御機構の解析を行ったものである。具体的には、好塩基球のIgEを介したエフェクターとしてではなくTh2分化誘導を促進する作用について主にin vitroのTh1/Th2分化誘導系を用いて解析した。抗IL-3抗体や抗IL-4抗体、また好塩基球除去によってTh2分化を完全に抑制できたことから、好塩基球は免疫応答初期にナイーブT細胞によって産生されるIL-3依存的にIL-4産生細胞として作用し、Th2分化を促進していることが明らかになった。つまり、IL-3はそれ自身Th1/Th2分化に影響を与えないが、好塩基球というコンバータを介して間接的にTh2分化を促進していると考えられる。また、好塩基球におけるTh2分化誘導能はIL-4産生に依存していることから、好塩基球のサイトカインの産生制御機構についても解析した。これまでT細胞で明らかになっているIL-4の転写制御に関与する遺伝子STAT6,GATA3は、好塩基球では全く関与していないことから、IL-4産生には好塩基球特異的な機構が存在することが推察できる。我々はFc受容体γ鎖(FcRγ)欠損マウスの免疫応答の解析を通じて、FcRγが好塩基球のサイトカイン産生に必須の分子であることを明らかにし、さらにIL-3刺激による好塩基球の増殖・サイトカイン産生は全く独立したシグナル伝達経路が用いられていることも明らかにした。以上の知見はIRF-2欠損マウスで見られた好塩基球の増多とIL-3によって誘導される増殖の亢進(Hida他Blood,2005)とは対照的であり、IL-3の下流シグナル伝達経路においてIRF-2とFcRγは異なる経路にそれぞれ特異的に関与していることが明らかとなった。
泌乳ラットの性腺刺激ホルモン分泌及び卵巣機能調節における甲状腺と副腎の役割

平成4年度までの研究により,甲状腺と副腎の機能は密接に関連している事実を明らかにした。また,泌乳ラットでは,血中サイロキシン(T4)とトリヨードサイロニン(T3)濃度が低下する事実を明らかにした。本年度は,泌乳ラットにおける甲状腺と副腎皮質機能がどのように関連しているのかについて,ストレス実験を用いて検討した。1.泌乳5日と15日のラットをエーテル麻酔下で,2時間ごとに0時間から4時間まで5回,それぞれ1mlずつ採血するストレス実験を行い,血中マルチマステロン濃度を測定した。泌乳していない対照群として,発情周期第2日(D_2期)のラットを用いた。また,同様のストレス実験を分娩後直ちに乳子を除去したラットについても行い,正常に泌乳しているラットを比較検討した。その結果,泌乳5日及び15日のラットではD_2期のラットに比べて,ストレス時に放出される血中マルチマステロン濃度が著しく低下する事実が判明した。また,乳子を除去したラットでは,泌乳ラットに比ベて,ストレス時に放されるマルチマステロン分泌量が有意に増加する事実が明らかとなった。2.D_2期ラットに,甲状腺機能抑制剤を投与して甲状腺機能低下ラットを作出し,ストレス実験を行った。甲状腺機能低下ラットでは,正常ラットに比べて,ストレスに反応するマルチマステロン分泌量が有意に低下した。このような,マルチマステロン分泌低下は,T4を投与することにより回復した。以上の結果から,泌乳ラットでは,甲状腺と副腎皮質機能が共に低下している事実が判明した。また,このような甲状腺機能の低下は,乳子への泌乳と密接に関連していることが明らかとなった。本年度は、雌ラットにおける甲状腺機能を調べる目的で、甲状腺刺激ホルモン(TSH),チロシン(T4)及びトリヨ-ドチロニン(T3)のラジオイムノアッセイ(RIA)法を設定し、発情周期、妊娠期及び泌乳期中のラットの血中濃度を測定した。泌乳ラットでは吸乳刺激との関連性を検討した。1.発情周期中の血中TSH,T3及びT4濃度2.妊娠期間中の血中TSH,T3及びT4濃度妊娠5,10,15及び20日における上記3種類に血中ホルモン濃度を測定した結果、血中TSHは昼に高く、夜に低い明らかな日内変動を示した。また、血中TSHの基底レベルは、妊娠期が進むに従ってゆるやかに上昇した。一方,血中T3とT4濃度は,逆に減少し,妊娠20日には妊娠0日の1/4の値にまで減少する事実を明らかにした。3.泌乳期間中の血中TSH,T3及びT4濃度血中TSH濃度は、泌乳前半期に近く,中期には上昇し、再び泌乳後半期に低下する変動を示した。血中T3とT4濃度は、泌乳前半期に接娠期に比べてわずかに上昇したが、泌乳全期間を通じて発情周期中のレベルよりも低値で経過した。しかしながら、乳子を除去すると血中T3及びT4濃度は速やかに上昇した。また、哺乳乳子数を2匹に減少すると血中T3及びT4濃度は,8匹の乳子を哺育する母ラットよりも高い値を示した。以上の結果から、ラットでは妊娠及び泌乳期間中には血中T3及びT4濃度が著しく低下する事実を明らかにした。また、泌乳ラットでは吸乳剰激の強さにより血中T3とT4濃度が変化する事実を明らかにした。本年度は,主として,次の2つの項目について研究した。

1)副腎皮質機能と性腺機能:山羊にて作製した抗コルチコステロン血清(ACS)を泌乳ラットに静脈注射して,内因性コルチコステロン(C)を中和した場合に,下垂体性性腺刺激ホルモンである黄体形成ホルモン(LH),卵胞刺激ホルモン(FSH),プロラクチン(PRL)並びに卵巣ホルモンであるプロゲステロン(P)とインヒビン(INH)がどのように変化するかについて調べた。その結果,ACS投与群では,血中LH,FSH及びINH濃度が低下したが,PRL及びP濃度には変化が認められなかった。また,ACS投与群では,卵巣での卵胞発育が抑制されている事実が判明した。これらの事実から,泌乳ラットでは,Cが副腎皮質刺激ホルモン放出ホルモン分泌を介して,LH放出ホルモンの分泌調節に重要な役割を演じているものと推察された。2)甲状腺機能と副腎機能の関連:成熟雄ラットに,メチルチオウラシル(MTU)を飲水投与し,甲状腺機能を抑制した場合の下垂体及び副腎皮質機能について調べた。MTUを投与後2週間を経過すると,血中チロキシン及びトリヨードチロニン濃度は,著しく低下し,逆に,甲状腺刺激ホルモンは著しく上昇した。血中LH,FSH,テストステロン濃度は対照群と比較して差は認められなかったが,血中C濃度が有意に低下した。次に,このような低甲状腺機能のラットに,拘束ストレスを負荷すると,甲状腺機能が正常な対照群のラットに比べて,ストレス時に副腎皮質から放出される血中C濃度が有意に低下する事実が判明した。以上の結果から,実験的に甲状腺機能を低下させると,これに連動して,副腎皮質機能が低下する事実が明らかとなった。なお,甲状腺機能の低下が,どのようにして副腎機能低下を誘起するのかについてのメカニズムについては,来年度の課題として残された。平成4年度までの研究により、甲状腺と副腎の機能は密接に関連している事実を明らかにした。また、泌乳ラットでは、血中サイロキシン(T4)とトリヨードサイロニン(T3)濃度が低下する事実を明らかにした。本年度は、泌乳ラットにおける甲状腺と副腎皮質機能がどのように関連しているかについて、ストレス実験を用いて検討した。1.泌乳5日と15日のラットをエーテル麻酔下で、1時間ごとに0時間から4時間まで5回、それぞれ1mlずつ採血するストレス実験を行い、血中コルチコステロン濃度を測定した。泌乳していない対照群として、発情周期第2日(D_2期)のラットを用いた。また、同様のストレス実験を分娩後直ちに乳子を除去したラットについても行い、正常に泌乳しているラット比較検討した。その結果、泌乳5日及び15日のラットでは、D_2期のラットに比べて、ストレス時に放出される血中コルチコステロン濃度が著しく低下する事実が判明した。また、乳子を除去したラットでは、泌乳ラットに比べて、ストレス時に放出されるコルチコステロン分泌量が有意に増加する事実が明らかとなった。2.D_2期ラットに、甲状腺機能抑制剤を投与して甲状腺機能低下ラットを作出し、ストレス実験を行った。甲状腺機能低下ラットでは、正常ラットに比べて、ストレスに反応するコルチコステロン分泌量が有意に低下した。このような、コルチコステロン分泌低下は、T4を投与することにより回復した。以上の結果から、泌乳ラットでは、甲状腺と副腎皮質機能が共に低下している事実が判明した。また、このような甲状腺機能の低下は、乳子への泌乳と密接に関連していることが明らかとなった。
置換グリコリドの立体選択重合による生分解性高分子の合成と生成高分子の機能性

ポリ乳酸は生分解性ポリマーとして知られているが、その生分解性や物性はポリマー主鎖構造に大きく依存することが知られている。そこで、ポリ置換グリコリドにおいてもポリマー主鎖の構造を規制することで、物性等を変えることができると考えられる。本研究ではアルミニウムおよび亜鉛系触媒を用いてグリコリド類の開環重合を行い、得られたポリマーの構造、物性および生分解性を検討した。重合はエチルグリコリドに対し、Schiff塩基型触媒、ジエチルアルミニウムクロライド/マンニトールおよびジエチル亜鉛/マンニトールを用いて行った。メソ体およびラセミ体の転化率はガスクロマトグラフィーを用い、残存モノマーから算出した。またポリマーの解析には^<13>CNMR、GPC、DSCなどを用いて行った。開始剤にSchiff塩基型触媒を用いると、重合はメソ体をラセミ体より速く消費して進行し、その見かけの重合速度定数はk(meso)=0.0215>k(racemic)=0.0151hr^<-1>であった。同様に、ジエチルアルミニウムクロライド/マンニトールを用いた場合も、メソ体の方を速く消費していた。ところが、ジエチル亜鉛/マンニトールを用いると、重合はラセミ体を速く消費して進行し、用いた触媒の中心金属の違いにより立体選択性が異なっていた。^<13>CNMRによる構造解析の結果、アルミニウム系触媒と亜鉛系触媒から得られたポリマーでは主鎖構造が異なっていた。この主鎖構造の違いにより、ポリマーのガラス転移温度、分解温度に変化が見られた。生分解性はリパーゼによる加水分解で評価した。ポリマー25mgをリン酸緩衝溶液になじませ、リパーゼPSを20mgと内部標準物質としてポリスチレンを加えた。50°Cの中で7日間反応させ、分子量を測定した結果、ポリマーの10.4%が分解された。このことから生成したポリエチルクリコリドも生分解性があることがわかった。DL-ポリ乳酸は生分解性ポリマーであるが、その生分解性やガラス転移温度などの物性はポリマーの主鎖構造に大きく依存することが知られている。本研究ではアルミニウムおよび亜鉛系触媒を用いてエチルグリコリドの開環重合を行い、得られたポリマーの構造、物性および生分解性を検討した。重合はエチルグリコリドに対し、サレン-アルミニウム錯体、ジエチルアルミニウムクロライド/D-マンニトールおよびジエチル亜鉛/D-マンニトールを触媒に用いて行った。またポリマーの物性はガラス転移温度と分解温度により評価した。開始剤にサレン-アルミニウム錯体を用いると、重合速度は1次速度則に従っていた。また、ラセミ体よりメソ体の重合速度の方が大きかった。同様に、ジエチルアルミニウムクロライド/D-マンニトールを用いた場合も、メソ体の方を速く消費していた。ところが、ジエチル亜鉛/D-マンニトールを用いると、重合はラセミ体を速く消費して進行し、用いた触媒の中心金属の違いにより立体選択性が異なっていた。^<13>C-NMR測定による構造解析の結果、触媒によりポリマーの主鎖構造が異なっていた。これは成長反応が起こる際に、ポリマー末端とモノマーの分子間での立体選択性が、触媒によって異なっているためと考えられる。またこの主鎖構造の違いにより、ポリマーのガラス転移温度に変化が見られた。また生分解性は、リパーゼによる加水分解で評価した。50°Cのリン酸緩衝溶液(pH7.4)中で7日間反応させたところポリマーの分子量が低下し、生成ポリエチルグリコリドも生分解性を有することが確認された。

ポリマー25mgをリン酸緩衝溶液になじませ、リパーゼPSを20mgと内部標準物質としてポリスチレンを加えた。50°Cの中で7日間反応させ、分子量を測定した結果、ポリマーの10.4%が分解された。このことから生成したポリエチルクリコリドも生分解性があることがわかった。
物体色鏡面反射成分を考慮した二色性反射モデルの一般化の研究

織物は、極細い短繊維から構成される糸が、経糸と緯糸として複雑に絡み合ってできているために、その見え方をCG表現することは容易ではない。織物のような複雑な構造でも、数値計算で画像化するために、新しい反射モデルの研究を行った。実験では、ミクロレベルの織り構造が見えるまで拡大したスペクトル画像を測定した。また、反射のダイレクト成分とグローバル成分を分離するためにパターン光投影も行った。実験の結果、織物の直接反射成分は、わずかに光源色を含むものの、その大部分が物体色を帯びていることがわかった。これは、光源からの光が糸の内部を通過して反射する、表面下散乱が起きているためだと考えられる。マルチバンドBTFによる反射成分の分離と検討:2ショットマルチバンドでHDR画像を撮影し、画素毎に分光スペクトルを推定を行った。スペクトル推定精度を高める目的でPLS法の導入を試みた。実測値だけでトレーニングデータを構成すると誤差は小さくならなかった。分光計で測定したスペクトルから6バンドのトレーニングデータを構成すると誤差は非常に小さくなったが、汎化能力が低く、ノイズに弱かった。そこで、分光計で測定したスペクトルから作成した6バンドデータと2ショットマルチバンドの実測データからトレーニングデータを構成すると、誤差が小さく、ノイズの影響も少ない推定ができるようになった。相互反射と透過成分の測定と解析:プロジェクタで格子パターンを織物に投影し、格子パターンを1画素づつ変化させることにより、内部散乱光を正確に測定できるうになった。相互反射と表面化散乱を分離して解析した結果、表面散乱の正反射成分は、3mmもの長い距離を進んでいることが分かった。どのような経路を進んでいるのか検証を予定している。リアルタイムCGレンダリングへの拡張:リアルタイムCGレンダリングへの拡張では、実験によって得られた知見に基づき、新しい反射モデルのCGレンダリングへの応用を行い、織物のリアルタイムCGレンダリングを行う計画であった。高精細IBLができるようになったが、内部散乱をコントロールしてCGを作成できる表現にまでは至っていない。今後の予定としたい。研究期間を通じて実験及び解析を行ったデータに関して見直しを行った。その結果、データ解析の過程における、いくつかのテクニカルな誤りを発見し、修正することができた。最終的な結論には、大きな影響を及ぼさないものの、データ解析精度を高めることができた。研究期間全体では、従来からの二色性反射モデルを一般化することに注力し、その結果、従来からの常識では、光源色であると考えられていた鏡面反射は、実験の結果、織物の場合には物体色を帯びていることが分かった。鏡面反射が物体色を帯びる機構を詳細に検討していった結果、着色された単繊維の表面下散乱によるものであろうことが分かってきた。織物のような、微小ではあるが複雑なメゾ構造を持つ表面では、平面を仮定した二色性反射モデルは成立しない。さらに、より詳細な反射機構を解析するためには、ライトトランスポートの解析が必要であることが分かった。織物の構造は微小すぎるので、今後は、3Dプリンターでスケールアップした織り構造を試作し、ライトトランスポートの解析を行い、実際の織物の測定結果と比較を行っていきたい。マルチバンドBTFによる反射成分の分離と検討:RGBの3バンドでは扱える測定物の物体色に制限があるので、マルチバンドでHDR画像を撮影し、画素毎に分光スペクトルを推定を行う計画だった。6バンドのマルチスペクトル計測を実施した。誤差の評価を行った所、6各バンドの境界で誤差が増大していることが判明した。6バンドではバンド数が少なすぎると思われる。スペクトル推定精度を高める目的でPLS法の導入を試みたが、誤差はあまり小さくならなかった。相互反射と透過成分の測定と解析:相互反射と透過成分の測定と解析では、プロジェクタで格子パターンを織物に投影し、格子パターンを1画素づつ変化させることにより、内部散乱光を正確に測定できるようにした。これにより、表面反射と内部散乱を分離できるようになった。今後の予定としたい。マルチバンドBTFによる反射成分の分離と検討は、80%程度の達成度。相互反射と透過成分の測定と解析は、90%程度の達成度、リアルタイムCGレンダリングへの拡張は、60%程度の達成度と思われる。

プロジェクタによる計測で、表面反射と表面下散乱を分離できるようになったので、表面下散乱成分に関して、相互反射と表面下散乱に分離し、さらに、反射方向に指向性がある成分とない成分に分離して調べた。この結果、指向性のある表面下散乱が支配的であることが分かった。今後は、指向性のある表面下散乱の伝達経路を調べていき、質感表現のモデルに組み込む予定である。プロジェクタによる計測で、表面反射と表面下散乱を分離できるようになったので、表面化散乱成分に関して、反射方向に指向性がある成分とない成分に分離し、それぞれの成分がどのように発生するのかを調べる予定である。これにより、透過によるものか、一次散乱によるものかが分かると思われる。2ショット6バンドのマルチバンドカメラでは、各バンド間で推定誤差が増大するので、光源にフィルターを入れて6バンド撮影を行い、PLSによる推定精度をさらに向上させる。出張旅費で予定していた・【ACM SIGGRAPH 2012】・【CVIM研究会技術研究報告】・【2013年電子情報通信学会総合大会】3件は、ほかのメンバーが発表したため、予定の執行金額に至らなかった。実験精度を高める為に、プロジェクタによる計測を改良して、表面下散乱の測定装置を開発し、表面化散乱成分の解析を進めたい。
トリプルアレイ法を応用した新規がん関連遺伝子の同定

がんが遺伝子異常に基づく疾患であることは周知されてきた。どのような遺伝子の異常によりその悪性度が異なるかを検証するために、様々なアレイテクノロジーを用いてがん関連遺伝子の抽出が行われている。我々は、教室で切除された症例の検体の中で、典型的な一症例を用いて遺伝子発現の異常(発現アレイ)、ゲノムの異常(SNPアレイ)、メチル化の変化(メチル化アレイ)を検出するトリプルアレイ法を考案し、これらのすべてのアレイ解析の結果から新規のがん関連遺伝子を抽出することを試みた。抽出された遺伝子は多種にわたり、予後や再発しやすさを予測することが可能であるものが含まれていた。肝細胞癌と胃癌の新鮮摘出標本を用いて質の高いDNAとRNAを抽出し,i)発現アレイ,ii)sNPアレイ,iii)メチル化アレイ,のトリプルアレイを実施した。この結果より発現アレイにて癌部での発現が低下し,メチル化アレイにて癌部でのメチル化値が高値である,がん抑制遺伝子の候補遺伝子について検討を進めた。抽出された遺伝子について,SNPアレイにてLOHなどの染色体欠失がないことを確認し,発現低下の機序がメチル化であると考えた。50症例の切除検体にて,癌部と非癌部でのmRNAの発現を定量RT-PCRで調べ,癌部での発現が低下している遺伝子についてさらなる検討を進めた。まずは細胞株を用いてプロモーター領域のメチル化をメチル化特異的なPCR(MSP)にて調べた。また,メチル化阻害剤である5-Aza-dCを加えた培地にて6日間の培養の後,mRNAの発現の活性化を認めること,さらにプロモータ-領域のSequenceも行いMSPが正しく働くことを確認した。切除検体50症例ではこのMSPを用いて,それぞれの症例の癌部,非癌部でのメチル化の状況を調べ症例でのメチル化の結果,mRNA発現の結果と臨床病理学的な結果との統計解析を行った。今回抽出した遺伝子ではメチル化を認めた症例や発現がより低下していた症例での予後が不良である結果が得られ,トリプルアレイ法によるがん抑制遺伝子の抽出がよい方法であると考えられた。これらの結果について,国内,海外の学会での発表を準備し,Oncology系の英文雑誌へ少なくとも5報,投稿準備中である。23年度は肝細胞がんにおける、トリプルアレイ解析の結果をもとに、がん関連遺伝子の候補を10数遺伝子抽出し、そのうち6種の遺伝子について、非癌部と癌部における発現の変化とメチル化の有無を調べることを行った。いずれも癌部で発現の低下を認める、癌抑制遺伝子の候補であった。癌部におけるmRNA発現の低下やメチル化の有無と臨床病理学的検討との相関を示す遺伝子は3種であり、これらについてはさらにタンパクレベルでの発現の低下を確認し、この結果と予後との相関の有無などについて検討することを行っている。2種の遺伝子では、mRNA発現,蛋白発現,メチル化の有無において、発現の低下した症例で、無再発生存期間の短縮や生存率の増悪を示し、これまで報告されていなかった新規の癌抑制遺伝子として働いている可能性が示唆されている。これらの結果については、論文の作成を開始し、また、国内外での学会での発表の準備を行っている。胃がんにおけるトリプルアレイ解析も行うことができた。胃がんでは癌部で発現が低下する遺伝子を抽出する段階まで進行している。肝細胞がん,胃がん検体においてトリプルアレイ解析を実施した。この結果から、癌抑制遺伝子の候補遺伝子を抽出した。癌部での発現が低下し、その発現低下の機序がメチル化であると予想される遺伝子が約10遺伝子まで絞られた。これらの遺伝子について、細胞株,摘出標本約50例の検体を用いての検討をおこなった。まず、非癌部と癌部での発現の変化をmRNAレベルでは定量RT-PCR、蛋白レベルではウェスタンブロット法、免疫組織化学染色法にて検討した。SNPアレイを行った症例でLOH領域に存在した遺伝子はこの中には認められず、LOHが発現低下の機序であるとは考えられなかった。がん細胞株でのメチル化はメチル化特異的PCR(MSP)とプロモーター領域のSequence(Bisulfate処理をしたDNAでの)、メチル化阻害剤5-Aza-dcを用いた発現再活性化を行うことにより確認した。細胞株の実験でMSPが正しく働くことが確認できた後、患者検体でもMSPを行い、その頻度を調べた。これらの検討により得られた結果につき、臨床病理学的な所見との相関を統計学的に調べ、予後についての統計解析を進めたところ、肝細胞がんにおいては、BLMH,STEAP4,ESR1,DCDC2,PTK7,DNM3,CCNJ遺伝子について発現の変化やメチル化が臨床病理学的因子や予後との有意な相関を認めたため、バイオマーカーとして利用し得る可能性が示唆されており、論文の作成を行い、国内外の学会での発表を行っている。

当初は非癌部より癌部での発現が上昇している遺伝子、がん遺伝子の候補のものを抽出し解析する予定であったが、癌部で発現が上昇する遺伝子群は発現が低下する遺伝子と比較すると数が少ないことに加え、すでに各種の癌種でがん遺伝子であることが報告されているものがほとんどであった。これは、アレイ解析が正しく行われていることを反映していると考えるが、新規のがん遺伝子候補として解析を進めるに至っていない。がん遺伝子候補として抽出された遺伝子では機能解析で、癌抑制遺伝子の機能解析に必要となる強制発現系と比較するとやや簡易である発現消失系を用いて行うことが可能であり、この候補遺伝子の抽出が期待されたが、これまでの段階では新規がん遺伝子候補のものを抽出できていない状況である。また、食道がんにおいてトリプルアレイ解析を行うべき適当な症例がなく、アレイ解析が行えていない。24年度が最終年度であるため、記入しない。癌部で発現が上昇しているがん遺伝子候補のものは、既知のものがほとんどであり、さらにSNPアレイで癌部において染色体の増幅を示す領域からの抽出やメチル化アレイで癌部の脱メチル化を示す遺伝子を抽出する方法などを行っているが、いずれにおいても解析を進めるに至る強い結果を示すものがなく、新規のがん遺伝子の候補となりうる遺伝子の同定はやや難しい状況となっている。肝細胞がん,胃がんにおける新規がん抑制遺伝子候補のものが多数抽出されていることから、これらのがん種における、がん抑制遺伝子を確実に同定していく方策をすることが望ましいと考えている。これまで食道がん症例のアレイ解析が行えていないが、現在の状況からアレイ解析を開始したとしても、その後抽出した遺伝子群の解析を行う段階で研究期間が終了してしまう可能性が高く、報告できる段階まで研究が進まないものと考えている。
新生児呼吸・脳,循環調節機能に及ぼす高炭酸ガス症の影響

新生仔ラットの低酸素症および高炭酸ガス症での呼吸調節機能(1)新生仔期の低酸素暴露(6%反復性、14%持続性)により、その後の分時換気量(VE)はコントロール群に比し有意に増加を認めたが、低酸素負荷により換気応答の著明な抑制を認めた。肺容量依存性吸気抑制反射(Hering-Breuer反射:HBR)は低酸素暴露により、コントロール群に比べ有意に増強した。新生仔期の低酸素症は呼吸調節機構を修飾し抑制的に働く事が示唆された。(2)新生仔期の反復性高炭酸ガス暴露(6%、日齢1から4まで1日2回30分)では、その後の呼吸数、分時換気量、HBRはコントロール群に比し有意な変化を認めなかった。測定時の3%高炭酸ガス負荷では、いずれの群も空気負荷に比較してHBRは減弱したが、その変化率には有意差を認めなかった。(3)持続性高炭酸ガス症のHBRへの影響。日齢1から4までの5%高炭酸ガス暴露では、その後のHBRがコントロール、3%炭酸ガス暴露に比べ有意に減弱していた。新生仔期持続性高炭酸ガス症は呼吸調節機構を修飾し、低酸素症とは逆に働くことが示唆された。1.新生仔での低酸素症および高炭酸ガス症での呼吸調節機能(1)新生仔期の低酸素暴露により、その後の分時換気量(VE)はコントロール群に比し有意に増加を認めたが、低酸素負荷により換気応答の著明な抑制を認めた。肺容量依存性吸気抑制反射(Hering-Breuer反射)は低酸素暴露により、コントロール群に比べ有意に増強した。つまり新生仔期の低酸素症は呼吸調節機構を修飾し抑制的に働く事が示唆された。(2)新生仔期の高炭酸ガス暴露では、その後の呼吸数、分時換気量はコントロール群に比し有意な変化を認めなかった。つまり、高炭酸ガス暴露単独では低酸素症暴露と異なり呼吸調節機構に及ぼす影響が小さく、少なくとも抑制的には働いていないことが示唆された。(3)低酸素+高炭酸ガス暴露については、低酸素単独群での呼吸調節機能への影響の緩和が期待されるが、現在データについて検討中である。2.今後の研究の展開今年度作成した低酸素性脳症モデルに加え、片側の頸動脈を結紮することで虚血モデルを作成し今年度と同様の実験をおこなう予定である。また現在検討中の形態学的な評価もあわせて行ってゆく。
幹細胞由来エクソソームを用いた中枢神経再生に向けた基盤技術の開発

骨髄間葉系幹細胞由来エクソソームを用いた中枢神経損傷に対する新規治療法の基盤技術の開発を目的に、以下の成果を得た。(1)イヌ骨髄間葉系幹細胞を10%FBSからChemical Defined Protein Free Mediumの培養条件下で培養すると多くの細胞が死滅することが明らかとなった、この現象は、ヒト骨髄間葉系幹細胞では認められない反応であった。そこで、イヌ骨髄間葉系幹細胞を無血清培地で2日間培養後にChemical Defined Protein Free Medium変更することによって、細胞の死滅を防げることが明らかとなった。さらにこれらの培養上清にエクソソームが存在することを明らかにした。(2)イヌおよびヒト骨髄間葉系幹細胞の培養上清からイオン交換カラムクロマトグフィーを用いて多量のエクソソームを含む分画を回収することに成功した。(3)ヒト骨髄間葉系幹細胞の培養上清から2種類のエクソソームの分離に成功し、それぞれのエクソソームには抗炎症作用が有することが明らかとなった。以上のことから、骨髄間葉幹細胞をChemical Defined Protein Free Mediumで培養することによって細胞から分泌された因子が多く含まれた培養法を確立した。さらにカラムクロマトグラフィー法を用いて大量の幹細胞由来エクソソームを回収する方法を明らかにした。今後これらの技術を用いて幹細胞由来エクソソームの“ready-to-use"を実現可能にした新たな再生医療の治療を提供することができると考えている。本研究は、幹細胞由来エクソソームを用いた中枢神経損傷に対する新規治療法の基盤技術を獣医療及び人医療で確立することを目的に、本年度は主に培養上清中の幹細胞由来エクソソームを大量に精製する方法について検討を行っている。Chemical Defined Protein Free Mediaを用いて、ヒト間葉系幹細胞の培養上清を回収し、カラムクロマトグラフィー法を用いてエクソソームを画分し、カラムクロマトグラフィー法を用いた精製法について検討した。その結果、陰イオン交換クロマトグラフィーを用いて塩濃度を調整することによって、2種類のエクソソームを分離することに成功した。これらのエクソソームの分画はそれぞれ特性が異なり、これらのうちの1つは脳損傷における炎症を抑える可能性を見出したが、その知見を確実なものとするために検討を行っている。また、イヌ間葉系幹細胞では通常の基礎培地からChemical Defined Protein Free Mediaに培地を変更すると、50%以上の細胞が死滅することから、培地を変更する必要性が生じた。そこで、ゼノフリー培地を用いて培養することによって、細胞の生存率を維持できることを確認した。また、これらの培養上清中のエクソソームの存在を粒子径の測定およびウエスタンブロッティングを用いて確認した。現在、これらの培養上清から大量に精製できる方法ついて検討を行っている。また、これらのエクソソームが抗炎症効果を有するかについても現在検討を行っている。幹細胞由来のエクソソームを精製する研究ではヒト間葉系幹細胞の培養上清から2種類のエクソソームに画分し、その特性の解析を一部完了することができた。イヌ間葉系幹細胞ではChemical Defined Protein Free Mediaの培養条件では細胞が死滅するなどの問題が生じた。そのため、培地を変更することによって細胞の生存を確認し、これらの培養上清中にエクソソームの存在が明らかとなったため、以後の研究を進める目処が立った。1.幹細胞由来エクソソームの精製に関する研究イヌ間葉系幹細胞の培養上清からカラムクロマトグラフィー法を用いて、大量にエクソソームの精製するための方法について検討する。2.幹細胞由来エクソソームの抗炎症効果及び有効因子に関する研究精製されたヒト及びイヌの幹細胞由来エクソソームの抗炎症効果について、in vitro及び脳損傷モデルを用いて検討する。また、その有効成分についてELISA及びマイクロアレイを用いて検討する。当該年度中に論文の英文校閲及び投稿を考えていたが、一部研究に遅れが生じたため、次年度に使用することとした。
限量子付き等式仕様からのプログラム生成に関する研究

本研究の目的は,変換規則によりr_i ; r_iをR_<i+1> ; R_<i+1>に変換することを繰り返えしてプログラムを自動生成する方法を開発することである.ここに,E_iは∀とヨを許した等式だけからなる論理式の集合であり,仕様という.R_iは項書換え系であり,実行可能であるのでプログラムとみなせる.R_0は既に開発済みのプログラムであり,E_0はR_0を基礎に新たに定義したい関数の定義である.あるnでE_nが空集合になれば変換プロセスは終了し,R_nが生成されたプログラムとなる.今年度は以下の研究を行った。1.新しい変換規則の考案:新たな関数の仕様を追加する変換規則"Introduction"を導入し,この導入によっても健全性が損なわれないことを証明した.また,この規則が必要なプログラム生成例を示した.2.対話的変換ツールの作成:変換を対話的に進めるためのツールを開発した.変換対象の論理式が複雑になるにつれて変換候補の数が爆発的に増加する問題に対応するために,変換に有効でない候補を除去する戦略が求められる.本ツールには変換候補の枝刈りを行う戦略を組み込んだ.3.その他:本研究が提案する変換に基づくプログラム自動生成法に密接に関係する項書換え系の停止性について,新たな決定可能なクラス解明,既存の証明法の拡張などを行った.本研究の目的は,変換規則によりE_i ; R_iをE_<i+1> ; R_<i+1>に変換することを繰り返えしてプログラムを自動生成する方法を開発することである.ここに,E_iは∀と∃を許した等式だけからなる論理式の集合であり,仕様という.R_iは項書換え系であり,実行可能であるのでプログラムとみなせる.R_0は既に開発済みのプログラムであり,E_0はR_0を基礎に新たに定義したい関数の定義である.あるnでE_nが空集合になれば変換プロセスは終了し,R_nが生成されたプログラムとなる.今年度は以下の研究を行った。1.等式仕様と項書換え系の対E ; Rを変換する規則集合(変換系)を与え,その規則の正当性を証明した.すなわち,変換によって得られる論理式集合の下では,その仕様である元の論理式が帰納的定理になることを証明した.さらに,この変換系の適用により実行可能な項書換え系が得られる変換系列を挙げて,プログラム生成への応用例を示した.2.関数型プログラムの最適化変換としてよく知られているデフォレステーションを上述の変換系で模倣できることを証明した.この結果は,変換系の能力の高さを示すだけでなく,デフォレステーションの正当性の別証明になっている.つまり,我々の変換系はプログラム変換の正当性の証明にあらたな手法を与え,我々の変換系を基礎としたプログラム変換理論の新たな展開の可能性を示した.本研究の目的は,変換規則によりE_i ; R_iをE_<i+1> ; R_<i+1>に変換することを繰り返えしてプログラムを自動生成する方法を開発することである.ここに,E_iは∀と∃を許した等式だけからなる論理式の集合であり,仕様という.R_iは項書換え系であり,実行可能であるのでプログラムとみなせる.R_0は既に開発済みのプログラムであり,E_0はR_0を基礎に新たに定義したい関数の定義である.あるnでE_nが空集合になれば変換プロセスは終了し,R_nが生成されたプログラムとなる.今年度は以下の研究を行った。1.与えられた項書換え系が計算する関数の逆関数を計算する項書換え系を求める問題(逆計算問題という)は,既存プログラムと仕様からのプログラム生成の典型例である.この問題の解決法を詳細に検討することにより,本研究の目的であるプログラム自動生成のための変換規則の開発に向けて,多くの知見が得られると考えられる.この観点から逆計算問題について研究を進め,先に与えた逆計算問題解決法を改善することで構成子項書換え系に対しても有効であることを明らかにした.2.プログラム自動生成のための変換規則の正しさは帰納的定理の概念によって定式化される.帰納的定理についての考察は,本研究の変換規則に深い洞察を与えると考えられる.このことから,帰納的定理に関する研究を行い,関数型プログラムの計算モデルである単純型項書換え系における帰納的定理自動証明法である暗黙帰納法に関する基礎的な結果を与えた.暗黙帰納法と本研究のプログラム生成法には共通する規則があり,両者の関連が興味深い.本研究の目的は,変換規則によりr_i ; r_iをR_<i+1> ; R_<i+1>に変換することを繰り返えしてプログラムを自動生成する方法を開発することである.ここに,E_iは∀とヨを許した等式だけからなる論理式の集合であり,仕様という.R_iは項書換え系であり,実行可能であるのでプログラムとみなせる.R_0は既に開発済みのプログラムであり,E_0はR_0を基礎に新たに定義したい関数の定義である.あるnでE_nが空集合になれば変換プロセスは終了し,R_nが生成されたプログラムとなる.今年度は以下の研究を行った。1.新しい変換規則の考案:新たな関数の仕様を追加する変換規則"Introduction"を導入し,この導入によっても健全性が損なわれないことを証明した.また,この規則が必要なプログラム生成例を示した.

2.対話的変換ツールの作成:変換を対話的に進めるためのツールを開発した.変換対象の論理式が複雑になるにつれて変換候補の数が爆発的に増加する問題に対応するために,変換に有効でない候補を除去する戦略が求められる.本ツールには変換候補の枝刈りを行う戦略を組み込んだ.3.その他:本研究が提案する変換に基づくプログラム自動生成法に密接に関係する項書換え系の停止性について,新たな決定可能なクラス解明,既存の証明法の拡張などを行った.
分子認識化学を基盤としたキラルマススペクトロメトリーによる定量的キラリティー検出

本研究課題では高感度分析法である質量分析のみでキラル分析を達成する。そのために質量分析で観測可能な種々の分子認識システムを構築する必要がある。本年度はアミノ酸およびカルボン酸を分析するためのキラルホスト系として金属錯体を選択し、そのために種々のキラル配位子をアミノ酸を原料として合成した。また、キラル二級アミン(アンモニウムイオン)に対しても有効であった非環状ポリエーテル型ホストのバインディングサイトを拡張したものも合成した。合成したキラル配位子を有する銅(II)錯体を調製し、その種々のアミノ酸に対するキラル識別能をエレクトロスプレーイオン化質量分析で評価した結果、立体的にかさだかいアミノ酸類に対して良好なキラル識別能を示した。このキラル識別能は溶液系で見積もられたキラル識別能と良い一致を示しており、溶液中の分子認識挙動が観測できていることを示唆した。また、多数のアミノ酸を混合した系でも、サプレッションなどのマトリクス効果の影響をほとんど受けることなく同時にアミノ酸の光学純度決定を行えることがわかった。特にナノスプレーを活用することで感度良く分析できた。一方、非環状ポリエーテル型ホストでは高速原子衝撃質量分析で二級キラル有機アミン(アンモニウムイオン)類に対して良好なキラル識別能を有することが見出された。キラルホスト分子の構造にフレキシビリティーを付与することでこれまで困難であった二級キラルアミンのエナンチオマー認識の質量分析のみでの検出を達成することができた。今年度予定していたキラルホストの合成はキラル金属錯体系、および、ポリエーテル系については目的を達成し、その安定同位体標識物の合成も行うことができた。また、エレクトロスプレーイオン化や高速原子衝撃などの異なるイオン化法それぞれに適した分子認識系があることも見出すことができた。溶液中での錯構造も一部明らかにでき、キラル識別機構を推察することもできた。一方で、中性キラル分子をターゲットとした分子認識系をピラーアレーンで構築するまでには至らなかったので今後の課題と考えている。今後の研究は現在の進捗状況が順調であるので、概ね当初計画どおりに進める。アミノ酸およびカルボン酸に対して良好なキラル識別能を示し、その光学純度決定に活用できることがわかったキラル金属錯体の系では高精度で分析できる条件を検討する。二級アミン類に有効であったポリエーテル類はその同位体標識エナンチオマーを合成し、光学純度評価法へと発展させる。中性キラル分子認識のための分子認識系としてキラルピラーアレーンは候補化合物を複数合成し、そのキラル識別能を質量分析で評価し検証する。識別能が大きい系ではその錯構造を明らかにして、キラル識別機構を解明し、よりキラル識別能が高い化合物の分子設計に活用する。また、上記のすべての分子認識系でイオン化法として有用なものを調査する(ESI, FAB, MALDI)。

また、上記のすべての分子認識系でイオン化法として有用なものを調査する(ESI, FAB, MALDI)。キラル金属錯体を用いた質量分析によるアミノ酸分析が当初計画よりも進展したため、重点的に進めた。そのため、当初計画で当該年度に行う予定のキラルピラーアレーン系の質量分析による中性キラル化合物分析に関する実験を次年度に行うこととした。それに伴い、次年度使用額が生じた。今年度のキラルピラーアレーン系の合成、分析等に係る物品費で使用する計画である。
生体分子複合化による光機能性の芳香環ミセルの開発

本研究では、2つのアントラセン環からなる芳香環パネルを有する独自のV型両親媒性分子を用いた疎水性分子の水溶化を目指した。本年度は、フタロシアニン金属錯体の簡便な水溶化を達成した。V型両親媒性分子とフタロシアニン銅錯体を固体状態でグライディングした後、得られた固体に水を加え、不溶な固体をフィルターで除去すると、フタロシアニン銅錯体の水溶化により青色に呈色した溶液が得られた。この水溶液のUV-visスペクトルでは、フタロシアニン銅錯体に由来するブロードな吸収帯が500800 nmに観測された。この水溶液のDLSを測定すると、約2.0 nmに由来する粒径が観測された。分子力場計算による生成物構造の予測から、およそ2分子のフタロシアニン銅錯体がスタッキングして、約6分子の両親媒性分子からなる芳香環ミセルに内包されていることが判明した。フタロシアニン骨格内のベンゼン環をナフタレン環に置き換えたナフトシアニン銅錯体やフタロシアニンを多量化させたフタロシアニン銅錯体ポリマーは、2 nmを超える巨大なπ平面を有しており、これらを効率良く溶解できる溶媒は、強酸に限定されている。本研究の芳香環ミセルを用いた溶解法では、不溶性の巨大分子なナフトシアニン金属錯体およびフタロシアニンポリマー金属錯体を簡便に水溶化し、溶液の呈色とゲスト由来の吸収帯がそれぞれ観測された。フタロシアニン銅錯体の内包体の水溶液をガラス板にドロップキャストした後に、乾燥および洗浄を行うだけでガラス板上に青色の薄膜が得られた。この薄膜のUV-visスペクトルは、アントラセン由来の吸収帯は観測されず、純粋なフタロシアニン銅錯体のみから成る薄膜が、効率良く得られることが明らかになった。また、フタロシアニン銅錯体の内包体の水溶液にメタノールを添加し、この溶液から遠心分離により、フタロシアニン銅錯体を回収することに成功した。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、2つのアントラセン環からなる芳香環パネルを有する独自のV型両親媒性分子を用いた疎水性分子の水溶化と、それに伴う機能創出を目指した。本年度は、V型両親媒性分子をナノカーボンの水溶化ホストとして用いることで、分子間のスタッキング相互作用により、ナノカーボンを効率的で安定な水溶化を達成した。まず、固体状態のV型両親媒性分子とフラーレンの混合物をメノウ乳鉢によって、グラインディングし、得られ固体に水を加えると、内包されたフラーレンに由来する茶色に呈色したフラーレン複合体の水溶液が得られた。この溶液のUV-visスペクトルを測定すると、内包したフラーレン由来の吸収帯が新たに観測された。また柔軟な集合挙動と多環芳香環パネルを有するV型両親媒性分子を用いることで、テトラセンやコロネンなどの平面状ナノカーボン類もまた、フラーレンと同様の操作で簡便に水溶化に成功し、それぞれのUV-visスペクトルでは水溶化したゲストに由来するブロードな吸収帯が明確に観測された。一次元的に伸長した巨大な構造を有するカーボンナノチューブもまた、固体状態での混合と溶液中での超音波照射を併用することにより、効率的な水溶化を達成した。さらに光に不安定なテトラセンやペンタセンは、V型両親媒性分子の芳香環パネルによって抱接されることで、紫外可視光に対して安定性が向上した。本研究のナノカーボン複合体の水溶液に大気下、キセノンランプを10分間照射すると、ごくわずかな光による分解(<5%)がUV-vis測定により観測された。この観測されたナノカーボンの特異的な光安定性は、多環芳香環パネルの抱接による光遮蔽および立体配置の安定化に起因すると考えられる。