hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
無機ナノシートを用いた光機能性無機―有機融合液晶の構築

本研究の目的は、半導体光触媒活性をもつ層状ニオブ酸のナノシート液晶を機能性有機分子などと融合させ、光機能性の融合マテリアルを構築することである。無機ナノシート液晶を融合マテリアルの基盤物質に用いることで、液晶性に由来するマクロ集積構造を形成させ、特異な光機能を発現する新規材料系の創出を期待した。平成26年度は、ナノシート液晶のマクロ集積の多様化と、ナノシートの集積を利用した光触媒系の構築とを検討した。ナノシート液晶のマクロ集積は、液晶のドメイン成長制御と外場配向とを組み合わせることで、sub-mmmmスケールのマクロ構造を形成させる技術で、網目状および縞状のマクロ構造が得られる。構造形成を詳細に調べたところ、網目状構造の形成にあっては、ナノシート濃度が主たる制御因子であり、ナノシート濃度が高くなるに連れ、単離構造から網目構造さらには入れ子構造へと変化することがわかった。縞状構造については、縞の形成がナノシートの沈降に伴う過渡的な現象であり、ナノシートドメインの沈降に伴う変形と連結が生じ、これによってナノシートが縞状に連なることがわかった。ナノシートの集積を利用した光触媒系として、半導体光触媒活性をもつニオブ酸ナノシートを粘土ナノシートと混合し、これに白金助触媒を加え、さらに高濃度のNaClで粒子成分をヘテロ凝集させた多成分系を構築した。その結果、水からの光触媒的水素発生において、特異な活性向上が見られた。ニオブ酸と粘土の2種類の粒子を含み、白金助触媒が粘土粒子に担持され、さらにNaClを加えたヘテロ凝集系が最高の活性を示し、この活性は、粘土とNaClのいずれか一方が欠けても発現せず、電解質をCaCl2に代えても発現しない。また、白金助触媒は、光不活性な粘土に担持した方がニオブ酸ナノシートに担持した系よりも活性が高くなった。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、無機のニオブ酸ナノシート液晶と有機の液晶や機能分子とを組み合わせた新規な融合マテリアルを構築し、光合成モデル機能(電子移動、エネルギー捕集)を発現させることである。平成25年度は、ナノシート液晶の構造構築を、ナノシート液晶のマクロ組織化と、無機および有機ロッド粒子液晶との複合化の2通りの観点から検討した。ニオブ酸ナノシート液晶のマクロ組織化では、ナノシートの外場配向と液晶のドメイン成長制御とを組み合わせ、成長させた液晶ドメイン(タクトイド)を2次構造単位とするマクロ組織構造を形成させることができた。十分にタクトイドが成長した液晶に電場と重力を互いに垂直に印加することで、ナノシートが一方向に配列し、かつmmレベルの周期構造をもつ組織体を構築した。これにより、厚さ1 nm、幅2 μmのナノシートを階層的に組み上げることで、ミクロマクロのすべての段階で制御された構造を構築する手法を確立した。さらに、この組織体を用いて色素の光触媒分解を行わせたときに、光触媒であるニオブ酸ナノシートの配列に由来する反応性の変化が観察された。ナノシート液晶と他の液晶との融合では、無機の板状および棒状粒子、および有機棒状粒子と複合化させた多成分系コロイド液晶を組織化した。多成分系コロイド液晶は、同種粒子間と異種粒子間との相互作用の違いによって相分離構造を形成する。本研究では、チタン酸ナノシートと粘土ナノシートとを組み合わせたシートーシート系、ニオブ酸ナノシートとセルロースのナノロッドとを組み合わせたシートーロッド系を調べた。いずれの系でも、粒子の相分離を確認し、異なる複数種の液晶相を含む多相共存を観察して、液晶形成の相図を確立した。このような多相共存を実験的に確認した例はほとんどないため、新規なコロイド液晶系を創出できたと考える。ニオブ酸と粘土の2種類の粒子を含み、白金助触媒が粘土粒子に担持され、さらにNaClを加えたヘテロ

凝集系が最高の活性を示し、この活性は、粘土とNaClのいずれか一方が欠けても発現せず、電解質をCaCl2に代えても発現しない。また、白金助触媒は、光不活性な粘土に担持した方がニオブ酸ナノシートに担持した系よりも活性が高くなった。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、無機と有機の2種類のコロイドメソゲンを融合させた新たな液晶の創出を主なターゲットとし、これに無機コロイドメソゲンの組織化や有機分子を組み合わせて光機能の発現をめざしている。しかし、有機メソゲンとの融合については、セルロースロッドとの融合にようやく成功した段階で、系の全容を明らかにできていない。ただし、このステップは当初から認識していた難所であり、これを実現するためにいくつかの物質系を試して成功した系を発展させる計画であった。これまでの試行の中で成功したのはナノシートーセルロース系のみであるが、現に成功系が得られていることから、致命的な遅れとまでは考えていない。今後の検討は、ナノシートーセルロース系を中心に行う。相挙動が明らかになっていない組成領域の検討を進め、相図を確立させる。また、高解像顕微鏡や小角散乱測定によって液晶相の構造を決定する。光機能性の検討としては、系への電子受容性有機分子の添加による半導体ナノシートから電子受容体への光誘起電子移動、増感色素分子の添加による色素から半導体ナノシートへの光誘起エネルギー移動(増感)を調べる。これらの光化学挙動は、半導体ナノシートと有機分子の相対配置や系内の粒子や分子の相互拡散の影響を大きく受けるはずである。この作業仮説を念頭に、液晶の特性と光機能の関連を追求し、ナノシート液晶を用いることによる光機能発現の特徴を明らかにする。
ヒト・肝セリン脱水酵素及びその遺伝子の構造と調節機構に関する研究

セリン脱水酵素は微生物から高等生物に至るまで広く存在するが、哺乳動物では、〓歯類の肝臓で最も活性が高い。種々の実験から、ラットの本酵素は糖新生に関与する酵素とされている。しかし、ヒト肝では活性がラットの1/10以下であることや、材料の入手が困難なことから、酵素化学的研究は全くなされないない。そこで本研究では、遺伝子組換え技術により、ヒト酵素の構造を解明することを第一目標とした。既に得られているラット肝セリン脱水酵素のcDNAをプロ-ブにして、市販のヒト肝cDNAライブラリイをスクリ-ニングした。陽性クロ-ンは5,000個に1つの割で出現したので、その内の15個を精製し解析した。塩基配列の決定から、328のアミノ酸をコ-ドするオ-プン・リ-ディング・フレ-ムが見出せた。その最小分子量は34,615であった。このcDNAを試験管内で転写し、その産物をさらに兎レティキュロサイト・ライセ-トで翻訳したところ、分子量35,000のポリペプチドが合成され、ラット肝セリン脱水酵素の抗体と反応した。アミノ酸配列はラットのそれと80%以上の相同性があることから、得られたcDNAはヒトセリン脱水酵素に対応することは間違いないと思われる。次に、他種のセリン(又はスレオニン)脱水酵素の一次構造を比較したところ、有意なホモロジ-が存在していた。特に活性中心であることが同定されている補酵素ビタミンB_6結合部位の配列や、グリシンに富むある領域が微生物から高等生物の酵素に共通して見出せた。この事実から、セリン脱水酵素は共通の祖先タンパク質から進化してきたのではないかと想像される。またヒト遺伝子ライブラリイから、このcDNAを用いて多数の陽性クロ-ンを分離した。現在これらを解析中である。
プリンタ技術とナノテクノロジーの融合による革新的経肺 DDS 製剤の創出

本研究は,抗体,タンパク,ペプチド及び核酸医薬品等,近年極めて重要性が高くなっているが注射等の侵襲的投与経路以外に有効な投与経路が存在していないバイオ医薬品に対する有効かつ安全な新規経肺DDS製剤の戦略的開発を目的とする.粉末吸入製剤は,安全に自己投与可能な投与形態としてバイオ医薬品のDDSとして非常に有用であるが,良好な吸入特性,肺における安定した薬物吸収には極めて厳格な粒子のサイズ・形状コントロールが必須であり,製剤開発を困難なものとしている.本研究課題はこれらの課題を同時に克服すべく,最新のプリンタ技術とナノテクノロジーを薬剤科学分野の技術と融合,発展的に応用し,革新的経肺DDS製剤の開発を試みた.初年度は新規ナノ粒子調製技術であるMulti inlet vortexmixer (MIVM)の戦略的応用によってペプチド性医薬品封入新規ナノ粒子の開発を中心に検討を実施した.その結果,難水溶性ペプチドであるCyclosporine A (CsA)についてその物性を効果的に改善可能な処方を見出した.特に,Polyethylene glycolやPolyacrylic acid等によって表面コートを施したナノ粒子においては粒子の粘膜中動態制御が可能であり,今後の薬物動態制御への発展的応用が期待できる.更に,プリンタ技術を応用したFine droplet drying工法ではペプチド性医薬品であるSalmon calcitoninを生分解性徐放性ポリマーであるPLGA中に高効率で封入することに成功し,経肺的投与による全身作用を指向した徐放性吸入用微粒子設計に成功した.次年度は,機能性ナノ粒子とFDD工法を組み合わせることで革新的吸入剤設計を試みる.MIVMsystemの応用による機能性ナノ粒子の開発,FDD工法の吸入用微粒子設計技術としての有用性評価を達成しており,今後の発展に必要となる根幹技術については初年度中に確立している.初年度における検討にて,いくつかの機能性ポリマーによるナノ粒子被覆を確認しているが,ナノ粒子のさらなる表面物性解析と処方の最適化を追加で実施よていである.検討の中で,肺内滞留性の高い機能,物性を有する粒子を見極め,今後の吸入用微粒子設計に対して応用していく.FDD工法にて使用する基剤選定や吸入製剤の網羅的評価法についても並行して検討予定である.本研究は,抗体,タンパク,ペプチド及び核酸医薬品等,近年極めて重要性が高くなっているが注射等の侵襲的投与経路以外に有効な投与経路が存在していないバイオ医薬品に対する有効かつ安全な新規経肺DDS製剤の戦略的開発を目的とする.粉末吸入製剤は,安全に自己投与可能な投与形態としてバイオ医薬品のDDSとして非常に有用であるが,良好な吸入特性,肺における安定した薬物吸収には極めて厳格な粒子のサイズ・形状コントロールが必須であり,製剤開発を困難なものとしている.本研究課題はこれらの課題を同時に克服すべく,最新のプリンタ技術とナノテクノロジーを薬剤科学分野の技術と融合,発展的に応用し,革新的経肺DDS製剤の開発を試みた.初年度は新規ナノ粒子調製技術であるMulti inlet vortexmixer (MIVM)の戦略的応用によってペプチド性医薬品封入新規ナノ粒子の開発を中心に検討を実施した.その結果,難水溶性ペプチドであるCyclosporine A (CsA)についてその物性を効果的に改善可能な処方を見出した.特に,Polyethylene glycolやPolyacrylic acid等によって表面コートを施したナノ粒子においては粒子の粘膜中動態制御が可能であり,今後の薬物動態制御への発展的応用が期待できる.更に,プリンタ技術を応用したFine droplet drying工法ではペプチド性医薬品であるSalmon calcitoninを生分解性徐放性ポリマーであるPLGA中に高効率で封入することに成功し,経肺的投与による全身作用を指向した徐放性吸入用微粒子設計に成功した.次年度は,機能性ナノ粒子とFDD工法を組み合わせることで革新的吸入剤設計を試みる.MIVMsystemの応用による機能性ナノ粒子の開発,FDD工法の吸入用微粒子設計技術としての有用性評価を達成しており,今後の発展に必要となる根幹技術については初年度中に確立している.初年度における検討にて,いくつかの機能性ポリマーによるナノ粒子被覆を確認しているが,ナノ粒子のさらなる表面物性解析と処方の最適化を追加で実施よていである.検討の中で,肺内滞留性の高い機能,物性を有する粒子を見極め,今後の吸入用微粒子設計に対して応用していく.FDD工法にて使用する基剤選定や吸入製剤の網羅的評価法についても並行して検討予定である.初年度中の検討予定であった一部の製剤に関する処方最適化検討が実施できていないため,検討に使用予定であった製剤添加剤・試薬類を購入しなかったため若干の差額が生じている.これらの検討については本年度,この差額を使用して速やかに実施予定である.
アジア太平洋域でのエアロゾルの変動と放射への影響

本研究は、アジア太平洋域のエアロゾルの動態とその放射への影響を明らかにすることを大きな目標とした。日本における地理的特徴を生かしてこれらの目標を達成する手段として、これまでに行なわれてきたライダー観測(主として名古屋)、航空機観測(主として日本中部地方)、船舶をプラットフォームにした観測(主として日本海および北部太平洋)および気球観測(主として中国大陸内)をより発展させることに加えて、山岳地帯でのモニタリングを試みた。山岳での観測においては、乗鞍岳に長期の総合的な観測に耐えうる観測用のコンテナーを設置し、立山においては観測季節ごとにポータブルな観測装備を持ち込んだ。また、エアロゾルの動態を理解する手段としてアジア地域に特徴的なエアロゾルである鉱物エアロゾル(黄砂)の「発生、輸送、輸送途中の変質、沈着」などを総合的に組み入れた統合モデルの構築とそれを用いたプロセス検証実験が実施された。また、あわせて中国(主としてチベット地域)および韓国(主として済州島)でのエアロゾルおよび放射観測が実施された。これらの観測研究では、大陸起源の大気が日本列および北西太平洋地域に強い影響を与えていることを示している。この事の概括的なイメージはすでに過去の研究によって指摘されてきたが今回の一連の研究によって、東アジア地域のエアロゾルの放射影響および物質循環における役割を格段に明確な形で理解できるようになった。いかに挙げるものは、なかでも重要と考えられる事実である。1、種々の物質についてマスフローが定量的に議論できる様になった。2、炭素質粒子の大気化学的な面での知見が得られた。3、前線の通過に伴う大陸起源物質の移動・拡散が時にかなり高度の高い大気塊の下降現象を伴う様子が詳細に得られた。4、海霧がエアロゾル物質の輸送変質に大きな役割を果たしている可能性がある。本年度は船舶・航空機・山岳を利用した観測の準備(一部は準備的な観測を実施した)を行なった。また、従来から継続されている観測・研究(岩坂泰信においては、名古屋におけるライダー観測。植田洋匡においてはアジア地域の酸性雨起源物質の広域モデルを用いた評価。植松光夫においては日本沿岸域の海洋起源エアロゾルと陸上起源エアロゾルの同定。塩原匡貴においては日本とオーストラリア間の船を用いたエアロゾル放射効果の観測)を本年度も継続しつつ本研究計画に合わせるように調整した。実験的な手法を用いた大気エアロゾルの機能を評価する研究の一環として、顕微FTIRによる大気エアロゾル表面の水溶性物質の観察法の開発を開始した。船を使った観測では、エアロゾル中の有機物やエレメンタルカーボンをモニターする方法がほぼめどが立った。山岳を使った観測では、夏季に乗鞍岳で予備観測が実施され、オゾンや海起源の硫黄化合物の振舞にメソスケールの大気運動が関わっているいくつかの事例研究が行なわれた。ライダー観測では、自由対流圏で湿度とエアロゾルの光学特性の間に極めて興味ある対応が見出された。アジア大陸起源のエアロゾルと太平洋起源のエアロゾルとの混合状態やアジア大陸起源のエアロゾルの輸送途中での変質過程が関与しているものと考えられた。本年度は、各自の観測フィールドでの観測に加え、班全体として航空機、山岳を利用した観測を実施した。また、従来から各自が継続してきた観測・研究(岩坂泰信においては、名古屋におけるライダー観測。塩原国貴においては日本とオーストラリア間の船を用いたエアロゾル放射効果の観測)を本年度も継続し全体の観測計画に連携するよう努力した。電子顕微鏡が設備され大気エアロゾルの機能を評価する上で個々のエアロゾル粒子の分析をもとにした情報が得られるようになった。

船を使った観測が平成11年8月に実施され、海洋起源有機物を含むエアロゾルが見いだされ海洋上におけるエアロゾル生成過程に大きな話題を提供した。今後更に多方面からの追跡調査が望まれる。乗鞍岳での観測が開始され、エアロゾルの性状に関するデータと放射に関するデータが得られ、今後の解析に貴重なデータセットとなった。ライダー観測では、昨年度に引き続き自由対流圏での湿度とエアロゾルの光学特性との間に見られる対応について解析をつづけた。アジア大陸起源のエアロゾルの輸送と変質について、統合数値モデルを使ったシュミレーションが開始され、粒子の巻き上がりの過程のモデル構築と粒子の拡散に伴う粒径分布関数の時間空間的変化が、アジア大陸および西太平洋を含む空間で、検討された。山岳での観測が本格的に実施され、中国大陸起源の物質の日本への拡散状況が細かい時間分解能で理解された。また、成層圏の影響と考えられるオゾンの急増などについても細かい時間分解能で観測された。チベット観測の解析から、「チベットオゾンの極小域形成」が大気力学的過程が主導する現象で同時に活発な不均一反応が対流圏界面で生じていることが突き止められた。この高原の大気化学的影響が西太平洋域まで及んでいることを示唆する事例が見つかった。モデルによるアジア大陸起源の鉱物粒子の拡散沈着現象や大気中の酸化物の粒子への取り込み過程の評価が、ライダーや航空機観測の事例に対比して実施可能な段階になった。中間結果では、観測されたエアロゾルの濃度や粒径分布の特徴などが乾性沈着によって生じていることが示された。船舶による観測では、海水表面フィルムに起因すると考えられる有機物エアロゾルが検出され、これらのエアロゾルの地球環境への影響評価について新たな課題が提起された。
気候変動が引き起こす災害・水資源・食資源・大気汚染の年代別リスク変化とその適応策

森林火災と大気汚染の関係を評価するに当たり,研究協力者サポートの元,気候モデルMIROC5.9.0を使用して,現在気候及び2030年の将来気候下において,シベリア域の火災(バイオマス燃焼)の発生量を変化させた全球数値シミュレーションを大気結合モデル(15年積分で,最後の10年を解析する)及び大気海洋結合モデル(100年積分で最後の50年を解析する)のバージョンで行なった.また,森林火災の予測に繋げる取り組みにおいては,機械学習を用いてNASAの再解析データMERRA-2や衛星データの先ずはシベリア域を領域平均した気候・環境変数を用いて学習と予測を行なった.陸面モデルMATSIRO開発においては,作物成長モデルMATCROをMIROC5バージョンのオフライン用MATSIROへの組み込みはほぼ完了し,出力される収量・フラックス等を確認しつつ,パラメーター等の調整を行った.科研費とは別に,東京大学大気海洋研究所の共同研究で開発を行ってきたMATSIRO用の積雪モデルに導入した時間変化する積雪密度スキーム(積雪層も可変式から3層式へ変更)を,この開発したMATCROを組み込んだMATSIROにも反映した.また,全球気候モデルおよび陸面モデルによるオフライン計算双方で大気陸面相互作用に起因した多重平衡解の存在を分析した.その結果,夏の大陸中央部において多重平衡解の存在可能性が示唆された.これらの地域の一部は灌漑活動が盛んであることから,本研究課題が開発を行っている動的な植生ならびに人間活動の影響を陸面過程モデルへ反映させることは重要な意味を有するものと考えられる.大気汚染の解析に関しては,予測と解析を分けて議論することにし,機械学習を取り入れた手法でシベリア域の森林火災の予測を試みた.また,解析に関しては,別バージョンのMIROCで全球シミュレーションを行う方向に転換し,合計12実験(6実験x2種類のモデル結合状態)を研究協力者サポートの元に行なった.陸面モデルMATSIROの開発では,MIROC5用のオフラインMATSIROに作物成長モデルMATCROをこれまでマージしてきたが,これに改良された積雪密度スキームもマージすることができた.今後,この改良されたMATSIROを温暖化実験で最新版のMIROCで使えるようにするため,そのMIROC5用に開発してきたMATCROを最新版気候モデルであるMIROC6へも組み込むことにし,MATCROの基本要素の組み込みを行なっている(積雪密度スキームはこれから組み込む予定).経済分析においては,主に文献・データ収集を行うことを計画していた.収集したデータ等については次年度のモデル分析で活用するだけでなく,それ単独から得られた知見についても論文にまとめるべく作業を行なっている.森林火災と大気汚染の機械学習を使った予測に関しては,領域を複数に分けて再計算を行い地域ごとの差を考慮した予測手法の検討を行う(学会発表決定済).MIROCのシベリア森林火災の全球実験シミュレーションを解析した結果を学会で発表予定である(学会発表決定済).作物成長モデルMATCROの開発では,昨年度から作業を行なっているMATCRO自体のアップデートやMIROC6で現在起こっている問題解決し,水稲以外の主要作物(小麦・とうもろこし・大豆)の組み込みをできるだけ年度の早いうちに完了させる.その後,MIROC5・MIROC6共に10年程度のオフライン実験を行い,モデル性能を確認する.その後,MIROC6の方を使って,将来の温暖化実験を行う予定である.その結果を元に水資源との相互作用、さらには大気との相互作用を解析する.また,この結果を用いて経済的な分析にも取り組む予定である.灌漑モデルにおいては,MATCROの整合性の問題などがあるため,取り入れられる部分を取り入れる方向で調整しているが,基本的にはMATCROの組み込みを主体としたモデルで進めていく.その代わりに,分担者は,動的な植生ならびに人間活動の影響を考慮した陸面過程モデルによる大気陸面相互作用の結合強度の評価および多重平衡解の分析を行う予定である.経済分析としては,他のプロジェクトメンバーにより開発が進められているモデルを用いたシミュレーション分析に参画する.また,上記に述べた通り,これまでのデータ収集等で得られた知見(例えば、シベリアにおける森林火災対策についての知見)についてそれ単独で論文にまとめることを予定している.また,随時成果を学会発表し,論文に適宜まとめていく予定である.今年度は、森林火災発生予測高度化に向けた解析、陸面モデル関連の開発、及び環境経済関連の分析を進めた。森林火災発生予測高度化に向け、2003年以降の北海道への越境大気汚染と関連した3事例の森林火災解析を進めた。これら3事例は、東ユーラシアで年明けより平年に比べた乾燥化、火災数ヶ月前の少雪状態(早期融雪)及び地上付近の昇温が見られた。結果として、乾燥状態が長期化し、大規模森林火災が発生しうる気候・環境状態が形成されていた(Yasunari et al., 2018)。また、シベリア域の森林火災発生と気候・環境変数の時系列データ(時間ラグデータ含む)に対して重回帰分析を行い、森林火災発生とこれらの変数の関係性を見出した。これらにより、森林火災発生数ヶ月前の気候・環境状態の考慮が森林火災予測には重要だとわかった。モデルの開発状況は以下の通りである。既存陸面モデルにMATCROの結合を行った。MATCROの高精度化および高速化を行った。高精度化では、光合成速度の計算式・パラメーター値をMATSIRO既存のものから、実験で得られた式・パラメーター値に変更し、より高精度の光合成速度計算が可能となった。また高速化では、光合成速度の計算の際に、時間の掛かっていた繰り返し計算を、解析的な式に置き換え、光合成速度の高速計算が可能となった。

灌漑活動を考慮した全球気候モデルでは、灌漑の有無による地表面ならびに地表面付近の水文諸量への影響を評価し、同モデルの陸面過程のみを扱うオフライン実験結果や既存の研究との比較を行った。また、同モデルによる地下水汲み上げ量についても観測結果との検証を実施した。環境経済分析では、翌年度以降の数値シミュレーション分析のための準備として、水資源(灌漑)の入手可能性の度合いや農作物収量の評価計算を経済評価に結びつけるための分析のアプローチについて検討を行った。今年度は、陸面サブモデルの結合を行うことを主な課題としていてるが、当初の年度計画に書いたように、この特設分野研究は数ヶ月遅れて研究課題が内定し開始されるため、上記課題が次年度にまたがる可能性で元々検討しているため、年度内に完了しないことを当初から可能性として想定している。作物成長モデル(MATCRO)の結合までは大方完了して、現在モデルの検証を行っている。灌漑モデルにおいては、現在モデルは入手できたものの、上記結合モデルには反映するまでには至らなかったが、現在MATCRO結合バージョンをメインとしつつ灌漑モデルの要素を入れられる部分で入れていく方向で考えているため、メインのMATCROをだいたい結合できたので、メインの課題はおおかた順調に進んだと判断できる。また、森林火災発生予測の高度化のための発生要因分析においては、今後の高精度化につながる非常に素晴らしい成果が得られた(Yasunari et al., 2018)。また、その後の更なる解析において、シベリア域においては、大規模森林火災発生予測に関わる気候・環境変数とそれらの時間ラグ考慮などの重要性が重回帰分析で見出せたものの、他の地域にそのまま適応できるかなどはさらなる検討が必要である。結論としては、これらの知見を気候モデルにスキームとして導入するするにはまだ考慮すべきことが多いことがわかった。しかしながら、これらの結果を元に、森林火災発生量変動における大気汚染については、下記に述べる代替の方法で評価をする方向へ転換することにしたため、研究の進捗状況としては問題はないと考えられる。森林火災と大気汚染の関係を評価するに当たり,研究協力者サポートの元,気候モデルMIROC5.9.0を使用して,現在気候及び2030年の将来気候下において,シベリア域の火災(バイオマス燃焼)の発生量を変化させた全球数値シミュレーションを大気結合モデル(15年積分で,最後の10年を解析する)及び大気海洋結合モデル(100年積分で最後の50年を解析する)のバージョンで行なった.また,森林火災の予測に繋げる取り組みにおいては,機械学習を用いてNASAの再解析データMERRA-2や衛星データの先ずはシベリア域を領域平均した気候・環境変数を用いて学習と予測を行なった.陸面モデルMATSIRO
PT-PCR法を用いた破骨細胞形成系に関する分子薬理学的研究

本研究は、活性型ビタミンD3により単球に、TPAによりマクロファージに、レチノイン酸により顆粒球に、更に扁平上皮癌の細胞株(MH-85)のconditioned mediumにより破骨細胞に分化する能力を有するヒト前骨髄細胞様細胞株(HL-60)を用いて、この細胞が単球.マクロファージ、破骨細胞へと分化する過程におけるビオプテリンおよびGTP-シクロヒドロラーゼI(GTP-CHI)の生理的役割を分子薬理学的に検討すると共に、三種の多形の存在が指摘されているGTP-CHIの三種のmRNAの存在比率をこれら血液細胞において検討する事を目的としていた。10%牛胎児血清を含むRPMI1640溶液中5%CO_2存在下,37°Cにて3日間培養したHL-60細胞は、活性形ビタミンD_3(1-100nM)、インターフェロン-gamma(1000u/ml)、TPA(100nM)あるいはレチノイン酸(10-1000nM)添加により、それぞれ単球.マクロファージおよび顆粒球に分化した。これら分化したHL-60細胞よりmRNAをAcid Guanidinium Thiocyanate-Phenol-Chroloform (AGPC)法により抽出し、これら細胞に発現しているGTP-CHIのmRNAをReverse Transcriptase-Polymerase Chain Reaction(RT-PCR)法にて検出し、それぞれの細胞におけるGTP-CHIの三種のmRNAの存在比率を調べた。その結果HL-60細胞にも肝臓において見いだされた様にGTP-CHIの三種のmRNAの存在が確認できた。また、このGTP-CHIの三種のmRNAの発現は活性型ビタミンD_3(1-100nM)およびインターフェロン-gamma(1000u/ml)により著しく誘導された。一方、TPA(100nM)はこの三種のmRNAの誘導を抑制した。これらの観察より、GTP-CHIのmRNAがこれら血液細胞においても三種存在すること、およびこのGTP-CHIのmRNAが血液細胞の分化に関連している可能性が示された。現在、これら分化したHL-60細胞のホモジネートを作製し、ネオプテリンおよびビオプテリン量、GTP-CHI活性を測定している。
アセチル化修飾による細胞周期制御の分子機構と乳癌抑制に向けた新規標的分子の探索

ヒストン脱アセチル化酵素阻害剤(HDACi)は、様々な癌細胞に細胞周期停止、分化および細胞死を誘導するが、その機序の詳細は未知である。我々は、ヒト乳癌細胞MDA-MB-231へのvorinostat処理が、増殖抑制およびアポトーシスを誘導することを確認した。増殖抑制機序として、新たにSCFユビキチンリガーゼ複合体分子Skp2、Cks1発現抑制に伴うp21、p27の蓄積を見出した。さらに、アポトーシス誘導において、p38 MAPKの活性化が必須であることを発見した。本研究により得られた知見は、HDAC阻害剤の抗癌効果におけるSkp2、Cks1およびp38MAPKの新たな機能のみならず、癌治療効果増強への応用の可能性が期待される。ヒストン脱アセチル化酵素(HDAC)阻害剤による癌細胞へのアセチル化修飾は、分化誘導、細胞周期停止、アポトーシスを誘導するが、その機序解明はいまだ十分になされていない。本研究では、ヒト乳癌細胞株(MDA-MB-231)を用い、HDAC阻害剤(SAHA)による細胞周期制御機構の解明と、乳癌抑制に関わる新規標的分子の探索を行うことを目的とした。我々は、現在までにSAHA処理により、MDA-MB-231細胞にG2/Mアレストおよび細胞死を誘導することに成功した。その細胞周期停止において、(1)Cyclin A、Cyclin B1およびCdk1の発現低下、(2)p21およびp27タンパク質の発現上昇がみられた。さらに(3)SCF複合体構成分子であるSkp2およびCks1 mRNAおよびタンパク質発現低下に伴うp21およびp27タンパク質の安定化を見出した。SAHAによるSkp2およびCks1の発現抑制機構の詳細は未だなされておらず、非常に新規性が高いと考える。さらにCks1は、Skp2同様にp27の分解に重要な役割を果たすことがノックアウトマウスの実験から証明されており、乳癌において高発現していることから、乳癌抑制の重要なターゲットであると考えられる。現在、Skp2およびCks1のアセチル化修飾を介した発現制御機構解明に向け、Skp2およびCks1強制発現細胞の作成を行っている。本研究において、ヒト乳癌細胞へのHDAC阻害剤処理による増殖抑制において、SCF複合体構成分子Skp2およびCks1の発現抑制の重要性とそれに関連する分子メカニズムの一端を明らかにした。本年度は、MDA-MB-231細胞において、G2/Mアレストとの関与が報告されているp38MAPKがvorinostatにより顕著に活性化することを新たに明らかにした。興味深いことに、p38MAPKの活性化がG2/Mアレストのみならず、アポトーシス誘導と非常に相関することを見出し、vorinostatのMDA-MB-231細胞へのアポトーシス誘導機序とp38MAPK活性化の役割に関して詳細な検討を行った。p38MAPKのRNAiによるノックダウンの結果、vorinostatに対する細胞死感受性の顕著な減少およびcaspase-3活性化の抑制が認められた。また、p38MAPKノックダウン細胞では、vorinostat処理に対して抗アポトーシスタンパク、Bcl-X_L、survivinの発現レベルが維持されていた。以上より、p38MAPKはcaspase-3およびBcl-X_L、survivin制御を介して、vorinostatによるアポトーシス誘導に重要な機能を有することが明らかとなった。本研究において、p38MAPKが癌抑制において重要な標的分子となりうることを示唆する証拠を得たとともに、HDACiによる癌治療・予防への応用に新たな知見を寄与しうる意義ある研究成果と考える。
肺区域切除時の肺血流ナビゲーションシステムの開発

画像技術、周術期管理の進歩により、これからも増加するだろう肺区域切除術において、区域間の同定の可否は非常に重要な問題であり、確実な同定法の開発は、治癒率の向上、合併症率の減少などに影響すると思われる。(1)肺区域切除術の際に肺動脈からの血流を元にして区域間を同定する方法であるインドシアニングリーン併用赤外光胸腔鏡(ICG+IRT)法のさらなる臨床検討を追加し、(2)サーモグラフィを併用して肺血流を元とした区域間が同定できるナビゲーションシステムの開発への基礎的研究を行うことを目的として研究を行った。(1)の結果:ICGの投与量の検討では、気腫化や炭粉沈着の程度によって、個体差が大きく、現行の2波長モデルでは減量を行うと、縮小手術の絶対適応となりうる肺実質の気腫化や炭粉沈着の強い症例などでは十分な観察効果が得られないと判断した。また、同時に行っていた開胸下での区域切除術で、これまでの方法とICG+IRT法の比較を各群10例で行い、区域間同定率においてICG+IRT法が優っており、合併症等はこれまでの方法と差がなかったことより、この方法を胸腔鏡下区域切除術に発展させることにした。これまでで、6例の症例登録を済ませており良好な結果が得られている。今後も症例登録を続けて結果を報告する予定である。(2)の結果:サーモグラフィで、対象に対して区域支配肺動脈を結紮した後に、観察したところ、温度差が発生するまでに個体差はあったものの、全ての対象で正常血流部と疎血部で25°Cの温度差を観測することが出来た。より迅速に、さらに良好に観察可能な条件を検討していく予定である。
尿細管上皮特異的発現カセットとiKB遺伝子を用いた抗腎間質病変抑制遺伝子の作成

本研究では、腎尿細管間質病変の形成に関与していると考えられ、疾患活動期に尿細管上皮細胞に発現誘導されるオステオポンチンに注目し、同遺伝子の腎尿細管上皮細胞特異的な発現制御領域の検討をする。段階的に欠失を加えたオステオポンチン5'上流域にluciferase cDNAを連結したreporter gene constructを作成し、lipofectin法を用いたtransient transfectionにより、マウス近位尿細管上皮細胞(mPTEC)における転写活性の測定を行った。Transfectionにあたってはpromega社のTransFast Transfection Reagentを用いた。また、OPN発現を認めるその他の培養細胞、繊維芽細胞(3T3)とリンパ球/単球(RAW264)を用いて、同様の測定を行うことで、promoter活性の尿細管上皮細胞特異性について検討を加えた。また、活性化した尿細管での発現誘導の変化を検討する目的でtransforming growthfactor(TGF)-β1刺激をもちいた。測定にはpromega社のDual-Luciferase Reporter Assay Systemを使用した。結果、検討したいずれの細胞でもcDNA : TransFast比は5μg:20μlで最も導入効率がよかった。mPTECでは刺激の有無に関わらず-606-825の領域で最も強い発現誘導が認められた。また、-115-189の領域ではTGF-β1刺激により有意に発現が亢進した。3T3での検討では、非刺激下では有意な発現は認められず、TGF-β1刺激下において-189-407の領域、および-115-189の領域で有意に発現が亢進した。またRAWでは-115-189の領域に転写促進部位が認められた。以上の結果からmPTEC特異的OPN発現制御領域の候補として-606-825の領域が示唆された。本研究ではマウス近位尿細管上皮細胞(mPTEC)(田辺製薬:菅谷健氏より供与)を用いて、上流域より段階的に欠失を加えたオステオポンチン(OPN)5' geneにluciferase cDNAを連結したreporter gene constructを作成し、lipofectin法を用いたtransient transfectionによりその転写活性の測定を行った。使用したいずれの細胞でもcDNA : TransFast 5μg:20μlの比率で用いたときに最も導入効率がよかった。測定にはpromega社のDual-Luciferase Reporter Assay Systemを用いた。またOPN発現を認めるとされるその他の培養細胞、繊維芽細胞(3T3)、リンパ球/単球(RAW264)を用いて、同様のtransfectionを行うことで、そのpromoter活性の尿細管上皮細胞特異性についての検討を行った。また、PTECでのOPNの発現は恒常的ではない為、TGF-β1刺激下での検討も加えて行った。以上の検討によりOPN geneにおいてmPTECでは刺激の有無に関わらず-606-825の領域で発現が亢進した。3T3での検討では、コントロールでは有意な発現を認めず、TGF-β1刺激下において、-189-407の領域、および-115-189の領域で有意に発現が亢進した。
脱髄関連プロテアーゼのオリゴデンドロサイト分化・成熟への作用

KLK6はオリゴデンドロサイトに発現するプロテアーゼであるが、そのオリゴデンドロサイト成熟への関与は不明であった。KLK6ノックアウト(KLK6-KO)マウスの解析により、脊髄でのオリゴデンドロサイト発達の一時的な遅延が見られた。KLK6-KOでは脊髄損傷後のミエリン塩基性タンパク質の発現も少なかった。これらの結果から、KLK6はオリゴデンドロサイトの発達に一定の関与をしていることが明らかとなった。オリゴデンドロサイトに特異的に発現するプロテアーゼ、KLK6は中枢神経障害時に発現が増強し、脱髄とオリゴデンドロサイトの細胞死に関与すると考えられる。一方、KLK6はオリゴデンドロサイトの前駆細胞にも発現し、KLK6遺伝子ノックアウトマウスではこの前駆細胞が少ない事が見出された。すなわち、KLK6は細胞分化と成熟にも関与している事が考えられる。また、中枢神経障害時のKLK6の役割と正常な成長時の役割が異なっている事が推論される。そこで、本研究の21年度の目的はKLK6のオリゴデンドロサイト分化および成熟へ関与する分子を明らかとする事とした。オリゴデンドロサイトの新生および細胞死のメカニズムの一端を明らかとすると、脊髄損傷や自己免疫疾患などにおける軸索および神経細胞の保護への新たな手立てへの道筋をつける点で医学的にも重要である。In vivoでノックアウト動物および野生型動物の胎児期後期および生後の各発達段階で野生型およびKLK6遺伝子ノックアウトマウス(KLK6-KO)の中枢神経の切片を作成し、オリゴデンドロサイト前駆細胞および成熟細胞のマーカーMBP、Olig1、NG2、CNPase、APCにより免疫染色を行い、陽性細胞数をカウントした。その結果、生後4日にNG2陽性細胞が野生型マウスよりも、KLK6-KOで細胞数が多かった。BrdUを投与して、BrdU陽性細胞と各種マーカーの2重染色を行い、細胞増殖に差があるかも観察したが、陽性細胞数には差はなかった。生後の発達段階で野生型およびKLK6ノックアウトマウスの中枢神経をエポン包埋を行い、ミエリン発達を電子顕微鏡下で観察した。現在の解析では、顕著なミエリンの形態的な差は認められていない。一方、KLK6はオリゴデンドロサイトの前駆細胞にも発現し、KLK6遺伝子ノックアウトマウス(KLK6-KO)ではこの前駆細胞が少ない事が見出された。そこで、平成22年度はin vitroでのKLK6の役割の検討と基質との関連の検討を行った。KLK6-KOと野生型新生児マウス脳から細胞を分離し、オリゴデンドロサイト濃縮培養を行った。培養開始3日後に、オリゴデンドロサイトへの分化培地に交換し、3日間培養した。その結果、野生型マウスからのオリゴデンドロサイトにはCNPaseとOSPが豊富にみられ、オリゴデンドロサイトへの成熟が見られた。これに対し、KLK-KOからの培養ではこの2種の分子の発現が有意に低かった。野生型とKLK6-KOマウスにMOGペプチド免疫によるアレルギー性脱髄(EAE)を生じさせたところ、野生型マウスではprotease-activated receptor 2 (PAR2)発現が大きく増加した。これに対し、KLK6-KOでは野生型に比べると発現量は低かった。これらの結果から、KLK6はオリゴデンドロサイトの分化に重要な役割を果たすとともに、脱髄とその修復過程にも重要な関与をしていることが推察される。オリゴデンドロサイトは中枢神経において軸索に髄鞘を形成し、跳躍伝導を行う。さらに、軸索を物理的・化学的に保護するはたらきもあると考えられている。様々な中枢神経系の疾患・障害により、神経細胞と軸索が障害を受けることに加え、オリゴデンドロサイトの障害により神経細胞と軸索が2次的に障害を受け、損傷が拡大することが考えられている。また、オリゴデンドロサイト・髄鞘がはじめに障害される脱髄疾患では、多くが根本治療法がなく、社会的な損失も多い。我々は、これまでの研究でKLK6が中枢神経傷害時にオリゴデンドロサイトに特異的に発現しており、KLK6ノックアウトマウスを用いた研究等を通して、KLK6が脱髄と関連があることを示す結果を得てきた。平成23年度の研究では脱髄疾患の代表的疾患である多発性硬化症の動物モデルであるexperimental allergicenc ephalitis(EAE)においてオリゴデンドロサイトの反応の分子機序を検討した。野生型およびKLK6ノックアウトマウスからオリゴデンドロサイト初代培養を行い、ミエリン関連タンパク質の発現をウエスタンブロットにて検討した。その結果myelin basicproteinは両遺伝子型での差は認めなかったが、oligodendrocyte specific proteinは著名な発現上昇が認められた。

それぞれの遺伝子型マウスにMOG由来のペプチドを免疫注射しEAEを生じさせ。免疫組織化学によりEAEの各ステージでのオリゴデンドロサイト由来の分子発現を観察した。その結果、MMP9の発現が野生型に比べ、KLK6ノックアウトマウスでは少ないことが明らかとなった。オリゴデンドロサイトの微細構造変化を電子顕微鏡にて観察した。その結果、脱髄の過程にはT細胞等の浸潤が認められない部位においても脱髄が進行していることが明らかとなった。
SQUID磁力計を用いた微小地磁気変動観測に関する研究

本研究では、微小な地磁気現象を観測することを目的として、超伝導量子干渉素子(SQUID)を用いた地磁気計測システムを開発した。このシステムを用い、石川県白山市白峰にて観測試験を行った結果、6次までのシューマン共鳴および電離層アルフベン波共鳴を検出することができた。この結果より、本SQUID磁力計システムが微小な地磁気現象の観測に十分な性能を有することが確認され、従来の磁力計では解像し得なかった地磁気現象の観測を可能にすることが期待される。26年度は、これまでの研究で整備した計測システムに改良を加えた。具体的には24ビット収録系の整備を行い、野外観測における可搬性および安全性を向上させるため、システムのバッテリー駆動および防水対策等の改良を行った。また、これまでのSQUID駆動回路(FLL)は低周波ノイズ(低周波温度ドリフト)が大きく、10Hz以下の磁場分解能がFLLで制限されていたため、低周波ノイズを低減した低ドリフトFLLを新たに開発した。その結果、1Hzでのシステム分解能はこれまでより1桁以上改善することができた。これら一次改良システムを既存のクライオスタットおよびSQUIDに接続し試験を行った結果、問題なく動作することを確認した。一方で、環境雑音の低い観測候補地を探すことを目的として、既存のクライオスタットとSQUIDセンサプローブを改良し、約1日の観測ができるような小型の観測用システムを新しく構築した。当初の計画では、26年度後半にこの小型システムを持ち運びながら観測候補地を探す予定であった。しかしながら同時期に液体ヘリウムの供給が一時的に悪化し、購入が難しくなったため、野外観測試験を次年度に変更することにした。その代わり、次年度に予定していたSQUIDセンサの高分解能化を前倒しで行った。SQUIDセンサについては、検出コイルを拡大したものを新たに設計し、薄膜プロセスを用いて作製した。その結果、これまでの固有分解能0.02pT/√Hzから0.008pT/√Hzへと約1/25の高感度化を達成した。また先の新しい低ドリフトFLLと組み合わせ、1Hz以下でも0.01pT/√Hz程度の分解能で計測が可能なことを確認した。本研究は、微小な地磁気現象を高感度に観測することを目的として、超伝導量子干渉素子(SQUID)を用いた地磁気計測システムを開発し、観測試験を通じてその性能検証を行うことである。従来、1pT/√Hz以下の微小な地磁気変動の観測には誘導コイルが用いられているが、誘導コイルは周波数帯域が限られ、異なる周波数帯域に現れる現象を同時に観測することが難しい。一方、SQUID磁力計は周波数帯域が広く、興味ある低周波地磁気変動が現れるDC30HzのELF帯域を十分カバーできる。本研究では、先行研究で試作したSQUID磁力計システムを改良することで、ELF帯の微小地磁気変動を検出することを試みた。先行の試作システムでは、SQUID駆動回路(FLL)の1/fノイズがシステムノイズの主原因であったため、新規にバイアススイッチング方式を考案し、従来のFLLに比べ低周波ノイズを約1/30に低減した。データ収録に関しては24bit化を行い、収録分解能をシステムノイズ以下にした。また野外での観測試験に向けて防水化やバッテリ駆動化も並行して行った。改良した本システムを用いて、石川県白山市白峰地区で約1ヶ月の観測試験を行った結果、840Hzの帯域での6次成分までのシューマン共鳴および夜間にはDC5Hzの電離層アルフベン波共鳴の信号を検出することに成功した。この結果より、本SQUID磁力計が微小な地磁気変動観測に十分な性能を有し、異なる周波数帯域の現象を同時に観測できることが確認できた。一方、システムノイズとしては0.1pT/√Hz以下を目標としたものの、観測時のバックグラウンドレベルは0.2pT/√Hzであった。この原因がSQUIDセンサに施したRFシールドの熱雑音によるものか、それとも自然界に由来するものかを今後評価・検討し、さらなる高感度化を実現する予定である。観測システムの試作・検証に関しては計画通り進んでいる。ただし26年度後半に起こった液体ヘリウムの一時的な供給事情の悪化により、全体計画の一部を変更した。具体的には、当初予定していた野外観測実験をペンディングし、代わりに前倒しでSQUIDセンサの改良を行った。従って、研究期間全体での遅延は生じていないと考えている。超伝導今年度は液体ヘリウム供給が改善されたので、ペンディングしていた野外観測試験を勢力的に行う予定である。期間の前半には小型クライオスタットシステムを用いて長期観測候補地を選定する。また並行して、高感度化を行った新しいSQUIDセンサと低ドリフトFLLとの組み合わせでの最終システムの性能を検証する。期間後半に最終システムでの観測実験を行いながら本研究の総括を行う。合わせて学会発表、論文投稿を予定している。

野外観測実験を予定していた時期に、一時的に液体ヘリウムの供給が悪化し、購入ができなかったため。加えて、野外観測の出張も見合わせたため。27年度は野外観測を精力的に行う予定であり、そのために液体ヘリウム購入および出張費に当てる予定である。また、最終的なシステム構築へ向けての必要な試作や部品の購入、および研究総括のための学会発表や論文投稿などに使用する予定である。
秘密分散法の効率化に関する研究

秘密分散法とは,資格を有する参加者集合のみが復元できるように秘密情報を分散暗号化するための暗号技術であり,重要な情報に対する安全なアクセス制御を実現するための核となる技術である.本研究は,(1)秘密分散法の効率化は原理的にどこまで可能か,および,(2)秘密分散法の効率化は具体的にどのようにして達成できるか,という2つの基本的な問題に関して新しい知見を得ることを目指すものである.秘密分散法とは,資格を有する参加者集合のみが復元できるように秘密情報を分散暗号化するための暗号技術であり,重要な情報に対する安全なアクセス制御を実現するための核となる技術である.本研究は,(1)秘密分散法の効率化は原理的にどこまで可能か,および,(2)秘密分散法の効率化は具体的にどのようにして達成できるか,という2つの基本的な問題に関して新しい知見を得ることを目指すものである.
バイオ分析のための800nmを超える高輝度蛍光色素の開発

天然の光合成色素である(バクテリオ)クロロフィルを原料として有機合成変換を行い、バイオ分析への応用を指向した機能性蛍光色素の開発を行った。主な成果として、1)特定のアニオン濃度に対して蛍光応答するクロリン誘導体の合成、2)アミンに対して吸収・蛍光応答するクロリンカルボン酸類の合成、3)バッファー中でヒスチジン応答するクロリン会合系の構築、および4)800nmを超える長波長領域に蛍光極大を有する新規なバクテリオクロリン誘導体の合成に成功した。バイオセンシングへの応用の可能性から、近赤外領域の波長に高輝度な蛍光を持つ色素分子の開発が望まれている。今年度は、藍藻(シアノバクテリア)からの抽出より得られるクロロフィル-aを出発原料に有機合成変換を行い、見かけ上のストークスシフトが大きなクロリン骨格上に特定のアニオンを認識できるセンシング部位を導入した蛍光イオノフォアを新規開発した。3位にカルボキシ基を有するクロリンとジフェニルリン酸アジドを、トリエチルアミン存在下トルエン中で還流させるとイソシアナートが得られた。この中間体は不安定で単離精製できなかったため、続けて水やブチルアミンやベンジルアルコールと反応させたところ、対応するアミンやウレアやカルバメートがそれぞれ35, 43, 65%の収率で得られた。ウレア誘導体のジクロロメタン溶液中に酢酸テトラブチルアンモニウム塩を加えたところ、可視吸収スペクトルにおいて等吸収点を有するスペクトル変化が見られ、Qy吸収帯は665 nmから658 nmへとブルーシフトした。また、蛍光スペクトルでも酢酸イオンの添加に伴い極大が668 nmから660 nmへと変化した。アニオン添加量と吸光度変化を解析することにより、クロリンと酢酸イオンの1:1の会合定数は4000 M-1と算出された。リン酸二水素イオンおよび塩化物イオンの添加に対しても同様のスペクトル応答が見られ、会合定数は2400 M-1および3500 M-1となった。以上のように、機能性クロロフィルの例として、クロリン特有のQyピークを利用した長波長領域でのアニオンセンシングができることを明らかにした。また、クルチウス転移を利用することにより、クロリン骨格の3位に窒素官能基を直結する誘導体の合成ルートが確立できた。近赤外領域に強いQy吸収帯を持つクロロフィル類は、バイオセンシングへの応用を指向した機能性色素の基本骨格として有用である。今年度は、クロリン環の様々な位置にカルボキシル基を導入した一連の誘導体を合成し、酸・塩基反応を利用したアミン定量試薬としての可能性を検討した。Qy軸上の3位に官能基を持つ誘導体は、7位あるいは8位カルボン酸よりもアミン添加に伴うピークシフトの幅が大きかった。また3位にアクリル酸部位を持つ誘導体を用いてTHF中におけるトリエチルアミン濃度の測定を行ったところ、約2%(v/v)までのアミン濃度変化に伴い吸収のQyピークは681nmから677nmへとシフトし、Soret帯付近の417nmで励起することにより蛍光ピークは685nmから681nmへの変化として、アミン濃度変化に対応した応答をすることが分かった。更にカルボン酸部位を持つクロリン類を酸化チタン上に固定させ色素増感太陽電池の特性を調べたところ、3位はアクリル酸・13位はケトカルボニル基・20位は水素原子・中心金属はなし(フリーベース体)の組み合わせが最も高い光電変換効率を示すことが明らかとなった。一方、別のタイプのクロロフィル誘導体として、31位および32位にフェニルスルファニル基を有するクロリンを合成し、光学特性を評価した。どちらの誘導体も類似した吸収および蛍光スペクトルを示したが、蛍光量子収率は31位置換体(0.18)の方が32位置換体(0.25)よりも約30%小さくなった。リファレンス化合物である3位エチル体の量子収率は0.24であったことから、31位へ硫黄原子を入れることによりクロリン環の発光に重原子効果が表れることが分かった。バクテリオクロリン類は近赤外領域に強いQy吸収帯を有することから、バイオセンシングへの応用を指向した機能性色素の基本骨格として有用である。また、ある種の自己集積型クロリンは特定の条件下において秩序だったJ型会合体を形成することにより、Qy吸収帯が大きく長波長シフトするとともに蛍光が消光する現象が知られている。今年度は(1)800nmを超える蛍光を有するバクテリオクロリン誘導体の開発、(2)バイオ分析への応用例として水系でのクロリン自己会合挙動を利用したアミノ酸センシング、を中心に(バクテリオ)クロロフィル誘導体の合成研究を行った。バクテリオクロリン環のQy軸上である13位ケトカルボニルの酸素原子を硫黄に置換したところ、蛍光は763nmから812nmへと長波長シフトしたが重原子効果のため蛍光強度は著しく弱くなった。そこで電子吸引基であるジシアノメチレンを3位または13位に導入すると蛍光強度を保ったまま波長はそれぞれ808nmおよび809nmとなり、800nmを超える蛍光色素骨格の開発に成功した。一方、3位にヒドロキシメチルまたはヒドロキシエチル基を有する亜鉛クロリンを合成し、5%THF / 0.1M PBS(pH=7.4)中でアミノ酸共存下に自己会合体を形成させたところ、ヒスチジン特異的に濃度に応じてモノマーの強い蛍光が観測された。