hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
炭素共注入によるシリコン中の拡散深さ制御

シリコン安定同位体を用いて、シリコン中のシリコン原子の動きを直接観測することで、共注入した炭素が、どのようにドーパント拡散を抑制しているかを調べた。結晶シリコン中では、炭素イオン注入によってシリコン格子間原子が過剰になっているにも関わらず、炭素共注入により不働態化したホウ素が増加するために、ホウ素拡散が抑制されることを明らかにした。一方、ゲルマニウム注入により試料をアモルファス化した場合には、炭素原子がシリコン格子位置を占め、シリコン格子間原子を捕獲するために、不純物拡散が抑制されていることを示した。この結果から、炭素共注入におけるドーパント拡散抑制のモデルを構築することができた。安定同位体シリコン(28Si)と天然シリコンによる28Si(10nm)/natSi(10nm)周期構造(シリコン同位体超格子)試料に対して炭素とホウ素の共注入を行う実験を継続した。これまでの実験よりもイオン注入条件を広げ、炭素のドーズ量を変えた場合や炭素のみイオン注入した場合も調べた。その結果、炭素のドーズ量が多いほど、ホウ素の拡散が抑制されるが、その一方、シリコンの拡散は逆に促進されることが分かった。炭素のみを注入した場合にもシリコンの拡散は促進されることからも、炭素注入によってシリコン格子間原子の濃度が増加していることが確認できた。SIMS測定の他に電気的に活性なホウ素原子濃度を評価できる拡がり抵抗測定も行い、炭素のドーズ量が多いほど、活性ホウ素が少ないことも明らかにした。これらの実験結果より、炭素共注入によって電気的に不活性なBIクラスター(ホウ素原子とシリコン格子間原子から成るクラスター)の解離が遅くなり、不働態化したホウ素原子が増加するために、ホウ素拡散が抑制されることを明らかにした。また、炭素の拡散はほとんど観測されなかったことから、CIクラスターとなって不働態化しており、このCIクラスターからのシリコン格子間原子によってその濃度が増加したことも分かった。上記の炭素共注入の拡散モデルを植松が独自に確立した拡散シミュレーションに組み込み、実験で得られた拡散プロファイルのフィッティングを行い、提案したモデルの正しさを実証した。市販のソフトを用いるのとは異なり、新たにモデルを自由に組み込むことができる。また、広い実験条件からのデータにより、シミュレーションに必要なパラメータ値の精密化を図ることもできた。実験結果と構築した拡散モデル・シミュレーションを取りまとめ、国際会議における発表(招待講演)、および、論文投稿を行った。炭素とホウ素の共注入に用いる安定同位体シリコン(28Si)と天然シリコンによる28Si(10nm)/natSi(10nm)周期構造(シリコン同位体超格子)試料を用意した。天然シリコンには3.1%の30Siが含まれており、一方、28Si中の30Siは0.1%以下であるので、30Siをマーカーとして観測することによってシリコンの動きを調べることができる。このシリコン超格子試料に炭素を9keV, 1x1015cm-2、続いてホウ素を7keV, 2x1014cm-2の条件でイオン注入した。また、参照用として、ホウ素のみイオン注入した試料も用意した。これらのイオン注入によるシリコン超格子周期構造の乱れがないことを確認した。イオン注入した試料を800°C1000°Cでアニールし、30Si、炭素、ホウ素の拡散プロファイルをSIMS(二次イオン質量分析法)を用いて評価した。その結果、従来通り炭素を共注入した場合にはホウ素の拡散が抑制されていることは確認された。しかし、シリコンの拡散は逆に促進されていることが30Siのプロファイルから明らかとなり、炭素共注入によってシリコン格子間原子の濃度が増加していることが分かった。これは、シリコン格子間原子を介して起こるホウ素拡散から推測される結果とは逆であり、シリコン同位体を用いることによって初めて明らかとなった成果である。次に、植松が独自に確立した拡散シミュレーションを用いて、ホウ素拡散プロファイルを解析した。その結果、高濃度ホウ素領域における不働態化したホウ素原子が、炭素共注入によって増加していることが分かった。このホウ素の不働態化は、ホウ素原子とシリコン格子間原子からのBIクラスターによるものであり、炭素の影響によってBIクラスターの解離が遅くなり、拡散する活性化ホウ素原子が減少したことでホウ素拡散が抑制されるというモデルを立てた。前年度までは、安定同位体シリコン(28Si)と天然シリコンによる28Si(10nm)/natSi(10nm)周期構造(シリコン同位体超格子)試料に対して炭素とホウ素の共注入を行う実験を行った。その結果、炭素共注入によって電気的に不活性なBIクラスター(ホウ素原子とシリコン格子間原子から成るクラスター)の解離が遅くなり、不働態化したホウ素原子が増加するために、ホウ素拡散が抑制されることを明らかにした。

また、炭素の拡散はほとんど観測されなかったことから、CIクラスターとなって不働態化しており、このCIクラスターからのシリコン格子間原子によってその濃度が増加したことも分かった。炭素原子は、シリコン格子位置を占めている場合には、シリコン格子間原子を捕獲することが知られているが、イオン注入した場合には、注入誘起の過剰なシリコン格子間原子とCIクラスターを形成してしまうために、炭素原子がシリコン格子位置を占めることができない。最終年度は、この結果に基づき、ゲルマニウムを高ドーズで注入して同位体周期構造試料を予めアモルファス化した領域に、炭素イオン注入を行う実験を行った。イオン注入によってアモルファス化したシリコン領域は、アニールによって再結晶化し、その際、注入によって誘起された過剰なシリコン格子間原子はほとんど消滅する。そのため、注入された炭素原子は、CIクラスター化することなく、シリコン格子位置を占めると予測した。得られた実験結果から、これまでのアモルファス化をしない場合と比較して、シリコン自己拡散が抑制されることが分かった。これは、イオン注入した炭素原子がシリコン格子位置に入り、シリコン格子間原子を捕獲したためと考えられる。これによって、実際のプロセスで用いられている炭素共注入による不純物拡散抑制の機構を明らかにすることができた。研究内容又は研究成果に関するwebページはない。電子材料物性炭素原子によりBIクラスターの解離が遅くなり、拡散する活性化ホウ素原子が減少するために、ホウ素拡散が抑制されていることを世界で初めて明らかにした。従来は、炭素原子によるシリコン格子間原子の捕獲によるものであると言われていた。今回の成果は、シリコン同位体を用いることによって得られたものである。また、植松が独自に確立した拡散シミュレーションを用いて、シリコン、ホウ素、炭素の同時拡散プロファイルを詳細に解析し、実験結果から得られた炭素共注入の拡散モデルを実証した。今回シリコン同位体を用いることによって、従来言われてきた炭素原子によるシリコン格子間原子の捕獲が、ホウ素拡散抑制の機構ではないことを世界で初めて明らかにすることができた。また、植松が独自に確立した拡散シミュレーションを用いて、ホウ素拡散プロファイルを解析し、炭素の影響によってBIクラスターの解離が遅くなり、拡散する活性化ホウ素原子が減少したことがホウ素拡散抑制の機構であることが分かった。前年度までの研究で、従来言われてきた炭素原子によるシリコン格子間原子の捕獲ではなく、BIクラスターの解離が遅くなることが、ホウ素拡散抑制の機構であることを明らかにした。さらに、イオン注入した炭素原子はCIクラスターとなり、その解離によってシリコン格子間原子の濃度は逆に増加していることも分かった。炭素原子は、シリコン格子位置を占めている場合には、シリコン格子間原子を捕獲することが知られている。しかし、イオン注入した場合には、注入誘起の過剰なシリコン格子間原子とCIクラスターを形成してしまうために、炭素原子がシリコン格子位置を占めることができない。
紫外線のゲノム毒性に対する皮膚組織レベルの防衛機構の解明

紫外線ゲノム毒性に対する皮膚組織レベルの防衛応答である変異誘発抑制(MIS)応答の機構についてアポトーシスに基づく組織交代修復モデルを立て、組織学的解析により証明した。また紫外線特異的DNA損傷の生成作用スペクトルを解析し、MIS応答の作用スペクトルとの比較、およびMIS応答の波長間相互作用の解析により6-4光産物とDewar異性体がMIS誘発に寄与していることを示した。更にDNA修復欠損マウスを用いた解析で、転写共役修復系がMIS応答に関与することを示した。紫外線のゲノム毒性に対する皮膚組織レベルの防衛応答である変異誘発抑制(mutationin duction suppression, MIS)応答の機構を解明するため、アポトーシスに基づく組織交代修復モデルを立て、それに基づく研究手法で解析を試みている。まずMIS応答を規定する原因DNA損傷を同定するため、基礎生物学研究所の単波長紫外線照射装置大型スペクトログラフを用いて、紫外線で生成するDNA損傷のうちシクロブタン型ピリミジンダイマー(CPD)と6-4光産物(64PP)の生成作用スペクトルの解析を行った(池畑、小村)。解析はかなり進んでいるが、まだ最終的な作用スペクトルを得るまでには至ってない。また別の紫外線特異的DNA損傷であるDewar異性体の定量のため、特異的モノクローナル抗体の検討を行った(森)。新たな抗体作出の他に、森自身が以前開発した既存のDewar特異抗体での検討も行い、実験条件を変えることで検出感度を改善できることが明らかとなった。また組織学的方法によりMIS応答に伴うアポトーシスを解析する研究については、研究に必要な機器を購入し、実験条件の検討を行っているが、本格的なMIS応答解析はこれからである(池畑)。一方、DNA修復欠損による皮膚病態とMIS応答異常との関連性の遺伝的解析については、Xpa欠損マウス、Xpc欠損マウス、Xpv欠損マウスで解析を行い、Xpa欠損マウスで著しいMIS応答の更新を認めた(池畑)。紫外線のゲノム毒性に対する皮膚組織レベルの防衛応答である変異誘発抑制(mutation induction suppression, MIS)応答の機構を解明するため、アポトーシスに基づく組織交代修復モデルを立て、それに基づきDNA損傷生成・突然変異誘発・アポトーシス発動の指標を用いて分子生物学的・遺伝学的・組織学的解析を試みている。まずMIS応答を規定する原因DNA損傷を同定するため、基礎生物学研究所の単波長紫外線照射装置大型スペクトログラフを用いて、紫外線で生成するDNA損傷のうちシクロブタン型ピリミジンダイマー(CPD)と6-4光産物(64PP)の生成作用スペクトルの解析を行い、その概要を明らかにした。また別の紫外線特異的DNA損傷であるDewar異性体についても本研究で検討を行った特異的モノクローナル抗体を用いて定量的検出に着手した。また組織学的方法によりMIS応答に伴うアポトーシスを解析する研究について、実験条件の検討を行っているが、本格的なMIS応答解析はこれからである。一方、DNA修復欠損による皮膚病態とMIS応答異常との関連性の遺伝的解析については、Xpa欠損マウス、Xpc欠損マウス、Xpv欠損マウスで更に解析を進め、Xpa欠損マウスの著しいMIS応答の亢進に対し、Xpc, Xpv欠損マウスは野生型マウスより軽微な亢進であることを明らかにした。本研究の成果として、突然変異の作用スペクトルを詳細に解析したデータから明らかにしたMIS応答の波長依存性を国際学術誌に発表すると同時に、国際学会でも発表した。紫外線のゲノム毒性に対する皮膚組織レベルの防衛応答である変異誘発抑制(mutation induction suppression, MIS)応答の機構を解明するため、アポトーシスに基づく組織交代修復モデルを立て、それに基づきDNA損傷生成・突然変異誘発・アポトーシス発動の指標を用いて分子生物学的・遺伝学的・組織学的解析を行った。MIS応答を規定する原因DNA損傷を同定するため、基礎生物学研究所の単波長紫外線照射装置大型スペクトログラフを用いて、紫外線で生成するDNA損傷であるシクロブタン型ピリミジンダイマー(CPD)、6-4光産物(64PP)、Dewar異性体の生成について紫外線波長間の相互作用を解析し、MIS応答の波長依存性との関係を調べた。短波長側で64PPとMIS応答発動に相関が見られたが、64PPをDewar異性体に変換してもMIS応答に変化が見られなかったことから、64PPだけでなくDewar異性体もMIS応答に関与している可能性が示唆された。また組織学的方法によりMIS応答に伴うアポトーシス誘導を解析し、MIS誘発最小線量以上で特異的に表皮全体のアポトーシスが紫外線照射後36時間前後に誘発されることを認めた。一方、DNA修復欠損による皮膚病態とMIS応答異常との関連性の遺伝的解析については、Xpa欠損マウスに加え、ヌクレオチド除去修復のうち転写共役修復に欠損のあるErcc6欠損マウスでも著しいMIS応答の亢進が見られることを明らかにし、MIS応答に転写共役修復系が関与していることを示唆した。本研究の成果として、突然変異の作用スペクトルを詳細に解析したデータから明らかにしたMIS応答の波長依存性を国際学会で発表した。またXpv欠損マウスの突然変異応答について学術論文に発表した。

26年度が最終年度であるため、記入しない。紫外線生物影響26年度が最終年度であるため、記入しない。組織学的方法による解析が遅れているが、方法論の問題ではなく、実験担当者(池畑)の部局内異動に伴う引越などの事情による遅れが影響した。組織学的方法による解析が遅れているが、方法論の問題ではなく、実験動物の飼育施設間移動に伴う手続きによる遅れが影響した。組織学的手法による解析を推進し、MIS応答機構の組織交代修復モデルの証明に特に力を注ぎたい。組織学的解析実験担当者(池畑)の異動により、十分な研究実施ができず、助成金の未使用分が生じたが、当該未使用分は遅れた研究の推進に必要であり、従前より予定していた助成分に加えて、組織学的解析に必要な試薬等の購入に使用する予定である。組織学的解析に必要な実験動物の移動により、十分な研究実施ができず、助成金の未使用分が生じた。当該未使用分は平成26年度分と合わせ、従前より予定していた助成分に加えて、組織学的解析に必要な試薬等の購入に使用する予定である。
第一壁構造物に生じる電磁・構造連成変形と強度評価パラメータの研究

本研究は,電磁・構造連成振動現象のメカニズム及び支配パラメータを実験と解析から解明するものであり,1.磁場中における電磁・構造連成振動実験において,磁場の強さや方向と,固有角振動数の変化量および減衰定数との関係を調べる,2.実験体系に対して有限要素法による動的連成解析を行い,固有値の変化量と実験で得られた測定量の変化を調べ,連成の強さを表わすパラメータを決定する,3.得られたパラメータについて,剛性,板厚,密度,磁場の強さや方向などへの依存性を明らかにし,電磁・構造連成振動時の強度評価方法を確立することを目的として実施し,以下の成果が得られた.1.電磁・構造連成振動実験磁場中においてアルミニウムや銅の薄板の振動実験を行い,レーザ式変位形による変位波形と動ひずみ測定によるひずみ波形から,電磁・構造連成にともなう固有角振動数の変化,減衰定数などを測定した.電磁構造連成による磁気減衰の強さと,磁場の方向・強さや薄板のヤング率・板厚・板幅・長さ等との関係は,インダクタンスの影響により指数関数からはずれた複雑な挙動を示すことが明らかとなった.2.連成パラメータについての検討有限要素法による連成固有値解析および理論的検討を行い,連成による固有値変化量,減衰定数,磁場中での固有角振動数の変化などの諸量の間の関係や依存性の式を理論的に求めた.3.強度評価パラメータの決定および検討実験および解析の両結果に基づき,電磁・構造連成の強さを表わすパラメータとして連成強度パラメータを提案し,この値によって磁気減衰現象が一意的に表されることを確認した.今後の課題としては,トカマク装置の第一壁構造物の様な複雑な形状における確認試験および解析の妥当性の検討,磁気減衰を考慮した第一壁構造設計基準の作成を行う必要がある.本研究は,電磁・構造連成振動現象のメカニズム及び支配パラメータを実験と解析から解明するものであり,1.磁場中における電磁・構造連成振動実験において,磁場の強さや方向と,固有角振動数の変化量および減衰定数との関係を調べる,2.実験体系に対して有限要素法による動的連成解析を行い,固有値の変化量と実験で得られた測定量の変化を調べ,連成の強さを表わすパラメータを決定する,3.得られたパラメータについて,剛性,板厚,密度,磁場の強さや方向などへの依存性を明らかにし,電磁・構造連成振動時の強度評価方法を確立することを目的として実施し,以下の成果が得られた.1.電磁・構造連成振動実験磁場中においてアルミニウムや銅の薄板の振動実験を行い,レーザ式変位形による変位波形と動ひずみ測定によるひずみ波形から,電磁・構造連成にともなう固有角振動数の変化,減衰定数などを測定した.電磁構造連成による磁気減衰の強さと,磁場の方向・強さや薄板のヤング率・板厚・板幅・長さ等との関係は,インダクタンスの影響により指数関数からはずれた複雑な挙動を示すことが明らかとなった.2.連成パラメータについての検討有限要素法による連成固有値解析および理論的検討を行い,連成による固有値変化量,減衰定数,磁場中での固有角振動数の変化などの諸量の間の関係や依存性の式を理論的に求めた.3.強度評価パラメータの決定および検討実験および解析の両結果に基づき,電磁・構造連成の強さを表わすパラメータとして連成強度パラメータを提案し,この値によって磁気減衰現象が一意的に表されることを確認した.今後の課題としては,トカマク装置の第一壁構造物の様な複雑な形状における確認試験および解析の妥当性の検討,磁気減衰を考慮した第一壁構造設計基準の作成を行う必要がある.本研究は,電磁・構造連成振動現象のメカニズム及び支配パラメータを実験と解析から解明するものであり,1.磁場中における電磁・構造連成振動実験において,磁場の強さや方向と,固有角振動数の変化量および減衰定数との関係を調べる,2.実験体系に対して有限要素法による動的連成解析を行い,固有値の変化量と実験で得られた測定量の変化を調べ,連成の強さを表わすパラメータを決定する.3.得られたパラメータについて,剛性,板厚,密度,磁場の強さや方向などへの依存性を明らかにし,電磁・構造連成振動時の強度評価方法を確立することを目的としている。その第一年度の研究として,1.電磁・構造連成振動予備実験実験装置の製作,磁場や変位の較正,測定技術の習熟・改良を行ない,さらに次年度の本実験に備えて予備実験を行った.とくに測定に関しては磁場中での測定であるため,無誘導型ひずみゲージによる応答速度の速い動ひずみ測定と非接触式のレーザ式変位計の両者を併用することにより,測定精度の向上を図った.2.連成解析による実験条件の決定既開発の電磁構造連成解析プログラムを実験体系の解析が可能となるよう改良し,試験片形状・寸法,磁場の方向・強さ等を変えて最適な実験条件を求めた.3.連成パラメータについての検討連成による固有値変化量,減衰定数,磁場中での固有角振動数の変化などの諸量の間の関係や,これらの値の依存性について検討し,依存性について理論的に明らかにした.当初に計画した研究目的を達成するため,平成8年度は以下の本実験および評価・検討を行なう.1.電磁・構造連成振動実験2.連成パラメータの解析および評価

3.強度評価パラメータの決定および検討本研究は,電磁・構造連成振動現象のメカニズム及び支配パラメータを実験と解析から解明するものであり,1.磁場中における電磁・構造連成振動実験において,磁場の強さや方向と,固有角振動数の変化量および減衰定数との関係を調べる,2.実験体系に対して有限要素法による動的連成解析を行い,固有値の変化量と実験で得られた測定量の変化を調べ,連成の強さを表わすパラメータを決定する,3,得られたパラメータについて,剛性,板厚,密度,磁場の強さや方向などへの依存性を明らかにし,電磁・構造連成振動時の強度評価方法を確立することを目的として実施し,以下の成果が得られた.1.電磁・構造連成振動実験磁場中においてアルミニウムや銅の薄板の振動実験を行い,レーザ式変位形による変位波形と動ひずみ測定によるひずみ波形から,電磁・構造連成にともなう固有角振動数の変化,減衰定数などを測定した.電磁構造連成による磁気減衰の強さと,磁場の方向・強さや薄板のヤング率・板厚・板幅・長さ等との関係は,インダクタンスの影響により指数関数からはずれた複雑な挙動を示すことが明らかとなった.2.連成パラメータについての検討有限要素法による連成固有値解析および理論的検討を行い,連成による固有値変化量,減衰定数,磁場中での固有角振動数の変化などの諸量の間の関係や依存性の式を理論的に求めた.3.強度評価パラメータの決定および検討実験および解析の両結果に基づき,電磁・構造連成の強さを表わすパラメータとして連成強度パラメータを提案し,この値によって磁気減衰現像が一意的に表されることを確認した.今後の課題としては,トカマク装置の第一壁構造物の様な複雑な形状における確認試験および解析の妥当性の検討,磁気減衰を考慮した第一壁構造設計基準の作成を行う必要がある.
Fusobacterium nucleatumの硫化水素産生能と歯周病態形成

硫化水素やメチルメルカプタンなどの揮発性硫化物は口臭の主たる原因であるのみならず,その毒性から歯周病との関連も示唆されている。本研究では,歯周炎症におけるH2Sの動態を細胞生物学的に解明した。歯周病の病態は様々な細菌性・炎症性因子によって制御される。硫化水素(H2S)は口臭の原因として広く知られているが,最近,その細胞障害作用が報告され,歯周炎症の重要な制御因子としての作用が報告された。Fusobacterium nucleatum(F. nucleatum)は高いH2S産生能を持つ歯周病原性細菌であるが,その産生機序は不明である。F. nucleatumを標的菌株として,H2Sが歯周病の病態形成に及ぼす作用機序を明らかにするために,H2Sの歯周組織(歯肉,歯根膜,歯槽骨,セメント質)細胞への影響ついて検討した。歯肉・歯根膜線維芽細胞においてH2SはNF-kB経由でPorphyromonas gingivalis由来のLPSによって誘導されたIL-6とIL-8の発現を増加させていることが他誌(2014年)において報告された。本研究ではImaiら(J Periodontol, 2009)の方法を改変し,ガスチャンバーの代わりに最終濃度0.5 mmol/lのNaHS水溶液を用いてH2S環境を再現した。また,Subconfluentとなった骨芽細胞様細胞MC3TC-E1(マウス)に対してNaHS暴露時間を10,30,60,180,360分と設定した。ウェスタンブロット法にてpERKを測定したところ,180分までは発現が増加傾向を示し,360分では逆に抑制的な効果を示した。Fusobacterium nucleatum(F. nucleatum)は高いH2S産生能を持つ歯周病原性細菌であり,その産生機序が明らかにされてきた。本研究ではImaiら(J Periodontol, 2009)の方法を改変し,ガスチャンバーの代わりに最終濃度1 mmol/lのNaHS水溶液を用いてH2S環境を再現した。Subconfluentとなった骨芽細胞様細胞MC3TC-E1(マウス)に対してNaHS暴露時間を6時間として,回収した細胞からRNAを抽出して逆転写を行った。GAP-DH,IL-1β,IL-6,TNF-α,MIP-2に対してReal-time PCRを行ったところ,GAP-DHとIL-1βで増加傾向を示し,炎症反応が起こっていることを認めた。硫化水素(H2S)は口臭の原因として広く知られているが,最近,その細胞障害作用が報告され,歯周炎症の重要な制御因子としての作用が報告されている。昨年度研究計画の一つとして示した,H2Sの歯肉・歯根膜線維芽細胞のシグナル伝達系に与える影響については,2014年に他論文に掲載されたため,今回はH2Sが骨芽細胞様細胞の増殖能に与える影響について検討してきた。細胞活性に影響を与えない濃度のH2Sで細胞を刺激した後のサイトカイン産生について,刺激時間による変化を検討したい。一方で,H2Sの骨芽細胞様細胞のサイトカイン産生性に与える影響について,H2Sで細胞を刺激した後に産生されるサイトカイン・増殖因子群(未知)をpathway解析プライマーアレイを用いて網羅的に解析予定であるが,実現に至っていない。硫化水素(H2S)は口臭の原因として広く知られているが,近年,その細胞障害作用が報告され,歯周炎症の重要な制御因子としての作用が報告された。本研究ではImaiら(J Periodontol, 2009)の方法を改変し,ガスチャンバーの代わりに最終濃度50 mmol/lのNaHS水溶液を用いてH2S環境を再現した。Subconfluentとなった骨芽細胞様細胞MC3T3-E1(マウス)に対して,NaHS暴露時間を24時間として,細胞を回収した。

刺激後の細胞でアポトーシス(細胞の自然死)にかかわるサイトカインを調査するため、pathway解析プライマーアレイを用いて網羅的な解析を行った。硫化水素やメチルメルカプタンなどの揮発性硫化物は口臭の主たる原因であるのみならず,その毒性から歯周病との関連も示唆されている。本研究では,歯周炎症におけるH2Sの動態を細胞生物学的に解明した。硫化水素(H2S)は口臭の原因として広く知られているが,最近,その細胞障害作用が報告され,歯周炎症の重要な制御因子としての作用が報告されている。昨年度研究計画の一つとして示した,H2Sの歯肉・歯根膜線維芽細胞のシグナル伝達系に与える影響については,2014年に他論文へ掲載されたため,今回はH2Sの骨芽細胞様細胞の増殖能に与える影響について検討してきた。細胞活性に影響を与えない濃度のH2Sで細胞を刺激した後の細胞内シグナル伝達系(MAPK系など)について,pERK以外にもpp38,pJNKなどについてウェスタンブロットによって検討したい。一方で,H2Sの骨芽細胞様細胞のサイトカイン産生性に与える影響について,H2Sで細胞を刺激した後に産生されるサイトカイン・増殖因子群(未知)をpathway解析プライマーアレイを用いて網羅的に解析予定であるが,実現に至っていない。細胞活性に影響を与えない濃度のH2Sで細胞を刺激した後のサイトカイン産生について,刺激時間による変化を検討する。また,H2Sの骨芽細胞様細胞のサイトカイン産生性に与える影響について,H2Sで細胞を刺激した後に産生されるサイトカイン・増殖因子群(未知)をpathway解析プライマーアレイを用いて網羅的に解析する。研究が当初計画どおりに進まない場合は,臨床分離株における硫化水素産生酵素について臨床分離株の同定を行う。ペーパーポイントを用いて,ボランティアの下顎第一大臼歯近心頬側の歯周ポケットから歯肉溝浸出液のサンプリングを行う。RTF溶液100 μlに希釈して,50 μlをウサギ血液寒天培地にまき,2日間嫌気培養を行う。形成された白色コロニーに対して,Rep-PCR法とFusobacteriumの硫化水素産生酵素の塩基配列を用いたPCR法を用いてFusobacteriumを同定する。さらに,16s rRNAの塩基配列を用いて,口腔内からFusobacterium nucleatum subsp. nucleatumの臨床分離株を同定する。医歯薬学・歯学・歯周治療系歯学細胞活性に影響を与えない濃度のH2Sで細胞を刺激した後の細胞内シグナル伝達系(MAPK系など)について,pp38,pJNKなどについてウェスタンブロットによって検討する。
炭化水素系分離を目的とするナノポーラスカーボン膜の開発

炭化水素分離用ナノポーラスカーボン膜の作成に成功した。カーボン膜はもろく、カーボンだけでは実用的な機械的強度がない。本研究では機械的に強いセラミック多孔膜の細孔中にカーボンを担持した膜の開発に取り組んだ。ポリイミドを熱処理により炭化し、カーボンに変換した。ポリイミドはジアミンおよびピロメリット酸二無水物(PMDA)を反応させポリアミック酸とし、その後300°Cで熱処理することによりポリイミドに変換した。モノマーを膜細孔中で重合する方法として、2種類のモノマーを混合した後、直ちに基材を溶液中へ入れる含浸法およびモノマーを膜の両側から別々に拡散し、膜細孔中で反応させる対向拡散法の2種類の方法を考案した。これらの膜を900°C熱処理して得られる膜は4Aの細孔を持つカーボン膜であることをガス吸着実験、FT-IRおよびXRDで確認した。熱処理によりカーボンが細孔中で収縮し、基材細孔との界面に隙間が生じるため一度の反応ではクヌッセン拡散による選択性しか得られない。含浸法では細孔中にポリマーを形成することが困難であり、繰り返し反応を行っても選択性の向上はほとんど見られなかったのに対し、対向拡散法を用いた場合重合反応を繰り返すことにより透過選択性は向上した。C_6炭化水素の透過選択性としてn-ヘキサン>ベンゼン>シクロヘキサンとなり、溶質の大きさで分離が行われていることが示唆された。
変異型HIV-1プロテアーゼに対する阻害剤の創出

薬剤耐性を持つ変異ウイルスに薬効を持つ薬物の創出に向けて、HIV-1プロテアーゼのI84VならびにV82A変異体に対し強い増殖阻害効果を示すプロテアーゼ阻害剤の開発を進めた。阻害剤の化学構造を計算機で設計し、設計された薬物について、有機合成を行った。数種の阻害剤候補薬物については合成が完了し、合成化合物の活性評価を実施した。今後、最も有望と思われる化合物の合成と活性評価の結果を受けて、必要に応じて改良を加える予定である。本研究では、野生株のHIVではなく、薬剤耐性を持つ変異ウィルスに最大の薬効を持つ薬物を創出する。薬剤耐性を生じるアミノ酸変異は、一種類ではなく、D30N,L90M,G48Vなど幾つかの深刻な変異が知られている。将来的には、それぞれの変異ウィルスに薬効を持つ複数の薬剤群を揃えて、患者のウィルス型に合わせて、最適な薬剤を選択できるようにすることが目標である。このように薬剤のレパートリーを揃えることにより、HIVをコントロールし、HIV患者が生涯に亘り、エイズ発症を抑制できる。本研究では、I84VならびにV82A変異体に対し強い薬効を示すプロテアーゼ阻害剤を創出することを目的とする。具体的には、(A)阻害剤を計算機で設計し、(B)設計薬剤を合成し、(C)in vitroで薬効を評価確認する。研究期間内では、設計、合成、評価を繰り返し、変異体ウィルスを標的とした薬剤創出を達成することを目指す。平成21年度は、I84VならびにV82A変異体に対し、計算機を使用して有効な化合物構造を見出すことができた。合成実験ならびに生化学実験の結果を受けて、化合物の候補構造に関して必要に応じて、さらに改良を加える予定である。阻害剤候補薬物の一つについては合成が完了した。化合物合成では、主骨格ならびに側鎖領域を、部分ごとに別々に合成準備した上で、側鎖領域の主骨格への結合を行う。これには選択的な結合位置の制御が必須となるが、平成21年度には、有効な反応経路を確定することができた。複数の阻害剤候補薬物を合成した上で、活性の強さを測ることで、より良い阻害剤候補薬物が得られるので、今後、計算機解析で有望と判断された複数の薬物について、合成を進める。同時に、合成化合物の活性評価を実施する。本研究では、野生株のHIVではなく、薬剤耐性を持つ変異ウィルスに最大の薬効を持つ薬物を創出圧する。本研究では、184VならびにV82A変異体に対し強い薬効を示すプロテアーゼ阻害剤を創出することを目的とする。平成22年度は、184VならびにV82A変異体に対し、計算機を使用して有効な化合物構造を見出すことができ、化合物の有機合成を開始した。幾つかの阻害剤候補薬物については合成が完了し、合成化合物の活性評価を実施した。複数の阻害剤候補薬物を合成した上で、活性の強さを測ることで、より良い阻害剤候補薬物が得られるので、今後、さらに阻害剤の計算機設計を進め、活性評価の結果を受けて、必要に応じて改良を加える必要がある。従って、引き続き、計算機シミュレーション、結合評価と繰り返し、設計薬剤の最適化を進める。抗HIV薬は、国内でも既に20を越える薬剤が認可されている。ところがウイルスがアミノ酸変異を持つことで、ウイルスが薬剤耐性を獲得し、薬剤が効かなくなることが深刻な問題となっている。本研究では、野生株のHIVではなく、薬剤耐性を持つ変異ウイルスに最大の薬効を持つ薬物を創出する。将来的には、それぞれの変異ウイルスに薬効を持つ複数の薬剤群を揃えて、患者のウイルス型に合わせて、最適な薬剤を選択できるようにすることが目標である。本研究では、184VならびにV82A変異体に対し強い薬効を示すプロテアーゼ阻害剤を創出する。

研究期間内では、設計、合成、評価を繰り返し、変異体ウィルスを標的とした薬剤創出を達成することを目指す。184VならびにV82A変異体に対し、前年度までに計算機を使用して有望と思われる化合物構造を見出した。平成23年度は、化合物の有機合成を中心に行った。数種の阻害剤候補薬物については合成が完了し、合成化合物の活性評価を実施した。最も有望と思われる薬物については、合成が完了せず、中間体の阻害活性評価に留まっている。今後、合成を完了させることと、その活性評価を受けて、さらに阻害剤の計算機設計を進め、活性評価の結果を受けて、必要に応じて改良を加える。従って引き続き、計算機シミュレーション、結合評価と繰り返し、設計薬剤の最適化を進める。
脱水レベルが運動時の水分摂取と皮膚血流量に及ぼす影響について

今回の研究では,脱水レベルが運動時の水分摂取および皮膚血流量に及ぼす影響および,hyperthermiaを抑制することに皮膚血流量の維持が如何に関与しているかについて検討することを目的とした。皮膚血流量の指示としては前腕血流量を用いた。7名の男子(年齢20±1yr,体重68.4±2.0kg,最大酸素摂取量(VO_2max)3.79±0.42l/min)が高温室(32°C,RH50%)で2種の実験条件について自転車漕ぎ運動を61-64%VO_2maxの運動強度で90分施行した。被験者はrandomlyに,脱水レベル約2.9%(体重減少)の状態で,1)運動時に水分摂取を行わない(NF:no fluid),2)運動時に水分摂取を行う(FR:fluid replacement solution)という実験条件運動を行った。運動時の食堂温(Tes),前腕血流量(FBF),飲水量および発汗量についてみると,Tesは運動時に増加傾向にあるもNFがFRに比べて70分目より高値を示した(p<0.05)。このときの水分摂取量は1650±115mlであった。また、FBFは80分目にFRがNFよりも高値を示し,食堂温の上昇によるFBFの感度(ΔTes/ΔFBF)についてもFRが高く,運動時の体温抑制が示された。以上のことから,脱水時の暑熱下運動時での水分摂取は体温調節における皮膚血流量維持に関与し,体温上昇を抑制し運動能の維持に関与することが示唆された。
TSFZ法の改善による大型超伝導酸化物およびその基盤用酸化物単結晶の作成と評価

赤外線加熱式浮遊帯溶融法にソルベント法を付加したTSFZ法は非調和溶融をする酸化物単結晶を育成する方法として優れた特徴を持つ。我々はこれまで214型超伝導酸化物およびその類縁酸化物単結晶を育成し、X線および中性子単結晶回析実験を行ってきた。これらの物質は比較的単純な結晶構造と、比較的広い初晶領域をもっていることが幸して、TSFZ法により、ある程度の質と大きさをもつ単結晶を得ることができたが、質と組成は実験毎に変わり、再現性のある育成とはいい難かった。この点を改善するためには、結晶成長の全行程にわたって、浮遊帯域の組成を制御する必要のあることが計算機シミュレーションによってわかった。そこで結晶作成プログラムに従って自動的に結晶側と原料供給棒側の送り速度を変えることのできる装置を、従来の単結晶育成装置に付加することによってこれを実現しようとした。すなわち既存の赤外線加熱式浮遊帯溶融炉に本研究補助金によって購入したパーソナルコンピュータで制御されたモーターを取付け、結晶側と原料供給棒側の移動速度を結晶成長の段階に応じて非線型的に変化させ、浮遊帯の化学組成を結晶成長のどの段階においても一定にする試みをおこなった。研究の進展にともない、このアイデアを現実化するためには新たに次の二点に努力の一端を傾ける必要があった。その1は原料棒の焼結密度を可及的に上げることであった。粒度5μ以下の原料粉を調整し最適温度にてこれを焼結し、気孔率を低減させることによって、浮遊帯の液体が原料棒にしみこまないようにすることが必要不可欠であった。その2は、浮遊帯炉の加熱源であるハロゲンランプの形状により照射分布が大幅に変化することが明かとなった事である。計算機によるシミュレーションを行い、急峻な垂直温度勾配が得られるランプ形状を選択した。これらの努力と装置の改善により単結晶の育成の再現性はほぼ90%程度と大幅に改善された。実際にTc30K、半値巾0.14の6mmφx100mmlのLa_<1.8>Sr_<0.2>CuO_4over dope単結晶が再現性よく育成された。さらに再現性をあげるためには制御精度に見合う機械的精度が本育成装置に要求されるが、本助成により育成の基本的パラメータを見出すことができた。赤外線加熱式浮遊帯溶融法にトラベリングソルベントを付加したTSFZ法は酸化物単結晶を作製する方法として優れている。申請者等は在来の装置を用いて、主として214型超伝導酸化物及びその類縁酸化物単結晶を作製してX線及び中性子線単結晶回析実験を行ってきた。214型酸化物とその類縁酸化物は比較的単純な結晶構造を持っていることも幸いして,TSFZ法によって6φx100mm程度の単結晶を育成することができたが結晶の質と化学組成にバラつきがあった。その原因は育成中のトラベリングソルベントの化学組成が浮遊帯の移動に伴って変化し、対応する初晶領域を逸脱してしまうことにあることが計算機シュミレ-ションによってわかった。

本年度、在来の赤外線集中加熱式単結晶作製装置(SCー4、ニチデン機械製)を改造し、上下軸移動部とギャップ調整部が独立に、かつ計算した通りの速度で精度良く運転できるようにパルスモ-タ-を取付け、パ-ソナルコンピュ-タの制御の下に置いた。この装置を用いてPr_2CuO_4、BiCuO_2,La_2NiO_4およびLa_2CuO_4等、既に作製経験の有る試料の単結晶を育成するべく予備実験を行った。作製された単結晶の一部についてX線及び中性子線回折測定を行った。Prを含む酸化物の場合、X線回折実験によって詳細にCuO_2電気伝導面の電子密度分布を測定することができた。La_2NiO_4については結晶中の過剰酸素量を中性子回折強度から決定する事が出来、さらにNiイオンの持つ磁気モ-メント並び方の温度変化も決定する事が出来た。これらの結果の一部を学術雑誌等に公表した。赤外線加熱式浮遊帯溶融法にソルベント法を付加したTSFZ法は非調和溶融をする酸化物単結晶を育成する方法として優れた特徴をもつ。我々はこれまで214型超伝導酸化物およびその類縁酸化物単結晶を育成し、X線および中性子単結晶回折実験を行なってきた。これらの物質は比較的単純な結晶構造と、比較的広い初晶領域をもっていることが幸して、TSFZ法により、ある程度の質と大きさをもつ単結晶を得ることができたが、質と組成は実験毎に変わり、再現性のある育成とはいい難かった。この点を改善するためには、結晶成長の全行程にわたって、浮遊帯域の組成を制御する必要のあることが計算機シミュレーションによってわかった。そこで結晶作成プログラムに従って自動的に結晶側と原料供給棒側の送り速度を変えることのできる装置を、従来の単結晶育成装置に付加することによってこれを実現しようとした。すなわち既存の赤外線加熱式浮遊帯溶融炉に本研究補助金によって購入したパーソナルコンピュータで制御されたモーターを取付け、結晶側と原料供給棒側の移動速度を結晶成長の段階に応じて非線型的に変化させ、浮遊帯の化学組成を結晶成長のどの段階においても一定にする試みをおこなった。研究の進展にともない、このアイデアを現実化するためには新たに次の二点に努力の一端を傾ける必要があった。その1は原料棒の焼結密度を可及的に上げることであった。粒度5μ以下の原料紛を調製し最適温度にてこれを焼結し、気孔率を低減させることによって、浮遊帯の液体が原料棒にしみこまないようにすることが必要不可欠であった。その2は、浮遊帯炉の加熱源であるハロゲンランプの形状により照射分布が大幅に変化することが明かとなった事である。計算機によるシミュレーションを行ない、急峻な垂直温度勾配が得られるランプ形状を選択した。これらの努力と装置の改善により単結晶の育成の再現性はほぼ90%程度と大幅に改善された。実際にTc^30K、半値巾0.14の6mmφ×100mmlのLa_<1.8>Sr_<0.2>CuO_4 over dope単結晶が再現性よく育成された。さらに再現性をあげるためには制御精度に見合う機械的精度が本育成装置に要求されるが、本助成により育成の基本的パラメータを見出すことができた。
手術支援システムを応用した各種脳機能画像の統合解析による言語機能局在同定法の確立

本研究の目的は、1)脳磁図、fPET、fMRIによる言語機能マッピング法の測定精度の向上を図るとともに、2)Broca野近傍の脳腫瘍症例について運動性言語野の局在、機能障害の程度を測定し、3)それら臨床例のマッピングデータを手術ナビゲーションシステムに取り込み、モニター画面上に機能局在を3次元画像表示する方法の確立し、最適な治療計画と治療成績の質的向上を図ることである。脳磁図による言語野マッピングでは、Neuromag社の電流源解析ソフト:Minimum Current Estimation(MCE)を用い、言語視覚提示および言語聴覚提示を行った。健常者を対象とした脳磁図による言語野の検討では、視覚言語提示タスクにおいては、脳磁図による誘発脳磁界の計測結果はfMRIの測定結果とほぼ一致していた。視覚言語提示法に比し、聴覚言語提示法による誘発脳磁界計測は困難なものであるが、提示する語音節長を一定にしたタスクを作成するなど聴覚言語提示プログラムの改良により、安定した計測結果が得られるようになった。言語野近傍の脳腫瘍症例11例を対象として、術前にf-PET、f-MRI、脳磁図による非侵襲的言語機能局在マッピングを行った。11例中10例が右利きであり、これら10例では左前頭葉Broca野近傍に腫瘍が局在しており、10例全例において、左下前頭回ないし中前頭回にBroca野と推定される賦活領域が認められた。左利きの1例は術前から言語障害の程度が強く、言語賦活領域の同定は困難であった。これら言語マッピングデータを手術ナビゲーションシステムに取り込み、モニター画面上に機能局在を3次元画像表示しながら、脳腫瘍の摘出術を行った。全例でBroca野を温存しながら腫瘍が全摘され、術後にも言語障害は現れなかった。本研究により、脳神経外科手術ナビゲーションシステムに脳解剖、脳機能、脳代謝に関するマルチモダル情報を導入し、言語機能の局在や安全な摘出ルートの設定をモニター画面上に3次元表示することが可能になり、治療成績の質的向上が得られた。今後、手術ナビゲーションシシステムの欠点である術中の脳偏位や変形の問題への対策として超音波エコーによるリアルタイム補正を検討しており、さらに脳機能情報として拡散テンソル画像(diffusion tensor image, DTI)の導入などを加えて、より精度の高い手術ナビゲーショシシステムの確立を目指したい。今年度は、言語野近傍の脳腫瘍症例を対象として、1)術前にf-PET、f-MRI、脳磁図を用いて非侵襲的言語機能局在マッピングを行い、2)そのマッピングデータを手術ナビゲーションシステムに取り込み、モニター画面上に機能局在を3次元画像表示する方法の確立を目指した。言語タスクとしては主にverb generation taskを用いた。脳機能マッピングのデータは種々の測定機器により取得され、スキャンのスライス幅や方向も異なる。従って、測定機器の種類を問わず、脳機能マッピングのデータセットとMRI画像のデータセットを手術ナビゲーションシステムへ個別に取り込み、イメージ合成を行う特別なソフトウエアが必要である。本研究では新たに開発されたBrainLAB社のイメージ合成ソフトウエアを用いることにより、脳機能マッピング画像の手術ナビゲーションシステムへの取り込みが可能になった。

実際の臨床例は5例であり、うち4例は右利きで、左前頭葉Broca野近傍に腫瘍が局在していたが言語障害は呈していなかった。残りの1例は左利きであり、右前頭葉に腫瘍が存在し、術前から運動性失語を呈していた。右利き4例全例において、左下前頭回ないし中前頭回にBroca野と推定される賦活領域が認められた。左利きの1例は術前から言語障害の程度が強く、言語賦活領域の同定は困難であった。これらの計測結果を基に、右利き4症例において手術ナビゲーションシステムに言語マッピングデータを取り込み、腫瘍摘出術を行った。全例でBroca野を温存しながら腫瘍が全摘され、術後にも言語障害は現れなかった。脳機能マッピングデータとMRI画像を統合したmoultimodal navigationの開発により、安全で正確な手術が遂行されることが示された。今後、症例の蓄積と、より精度の高い言語機能マッピング法の開発を予定している。今年度も、昨年度に引き続き健常人(ボランティア)を対象として、脳磁図、fMRIによる言語機能マッピング法の総合的解析を行った。脳磁図による言語野マッピングでは、Neuromag社の電流源解析ソフト:Minimum Current Estimation(MCE)を用い、言語視覚提示および言語聴覚提示を行った。視覚言語提示による語想起では、脳磁図による誘発脳磁界の計測結果はfMRIによる言語野の同定結果とほぼ一致していた。視覚言語提示法に比し、聴覚言語提示法による誘発脳磁界計測は困難なものであるが、提示する語音節長を一定にしたタスクを作成するなど聴覚言語提示プログラムの改良により、安定した計測結果が得られるようになった。言語野近傍の脳腫瘍症例5例を対象として、術前にf-PET、f-MRI、脳磁図による非侵襲的言語機能局在マッピングを行った。全例とも右利きであり、左前頭葉Broca野近傍に腫瘍が局在していた。全例において、左下前頭回ないし中前頭回にBroca野と推定される賦活領域が認められた。これら言語マッピングデータを手術ナビゲーションシステムに取り込み、モニター画面上に機能局在を3次元画像表示しながら、脳腫瘍の摘出術を行った。脳機能マッピングデータとMRI画像を統合したmoultimodal navigationの開発は、安全で正確な摘出範囲の決定に極めて有用であることが示された。今後、術中のbrain shift対策としての超音波エコーの併用や、脳機能情報として拡散テンソル画像(diffusion tensor image, DTI)の導入などを加えて、より精度の高い手術ナビゲーションシステムの確立を目指している。
急性呼吸窮迫症候群に対する一酸化窒素およびプロスタグランジン吸入の組織学的研究

平成10年度、11年度の2年にわたる研究の最終年度として、平成10年度に引き続き、マウスによる動物実験系での研究を行った。一酸化窒素(NO)の濃度調整に800ppmNOガスボンベから窒素流量計で調節した800ppmNOガスフローと一定の新鮮ガスフロー(酸素空気混合)との混合法を用いる系を作成し、一定の酸素濃度及びNO濃度の吸入を可能にした。NO濃度はケミルミネッセンスNO-NO2-NO_Xアナライザーで確認した。プロスタグランジンI_2(PG-I_2)の吸入法は、一定濃度のPG-I_2希釈液を超音波ネブライザーに入れ、エアゾールとして吸入暴露装置に投与する系を作成した。吸入暴露は、小動物用吸入暴露装置を用い、同時に8匹に同一条件(同一NO濃度、同一時間)でのNO及びPG-I_2の吸入実験系を確立した。マウスを用いて、エンドトキシンによる実験的呼吸窮迫症候群(ARDS)モデルで、NOとPG-I_2の生存及び肺に及ぼす効果を検討した。検討項目の第1は、肺傷害を起こす前からNOやPG-I_2を投与する系、すなわちNOやPG-I_2の肺傷害予防効果をみるものである。検討項目の第2は、肺傷害を起こしてからNOやPG-I_2に治療効果があるかをみるものである。現在、その結果を解析中である。以上の動物実験系の確立により今後肺傷害の各段階でNO、PG-I_2吸入療法の有効性と、作用機序の研究が可能となった。今後さらに成人呼吸窮迫症候群などの臨床への応用が期待される。平成10年、11年の2年に渡る研究の初年度として、平成10年度には備品の購入、マウス用吸入暴露システムの構築を行った。一酸化窒素(NO)の濃度調整に800ppmNOガスボンベから窒素流量計で調節した流量と一定の流量の新鮮酸素、空気混合ガスとの混合法を用いる系を作製した。プロスタグランジンI_2(PGI_2)の吸入法を一定濃度のPGI_2希釈液を用いたネブライゼイションで確立した。今後、マウスを用いて、エンドトキシン吸入による実験的呼吸窮迫症候群(ARDS)を起こした系で、NOとPGI_2に組織学的に肺障害に対して予防あるいは治療効果があるかどうかを検討する。平成10年度、11年度の2年間にわたる研究の最終年度として、平成10年度に引き続き、マウスによる動物実験系での研究を行った。NO濃度はケミルミネッセンスNO-NO2-NOxアナライザーで確認した。検討項目の第1は、肺傷害を起こす前から、NOやPG-I_2を投与する系、すなわちNOやPG-I_2の肺傷害予防効果をみるものである。
フルオロフィリック効果を秩序構造形成の駆動力とする含フッ素ｎ型導電性高分子の合成

環状ペルフルオロアルキル基の「フルオロフィリック」効果と多環π共役系の「πーπスタッキング」の相乗効果を秩序構造形成の駆動力とする、全く新しいタイプの含フッ素n型導電性高分子材料の開発を目的として、Mallory反応を用いた含フッ素フェナントレン、フェナントロリンの高効率合成を達成した。クロスカップリングによる含フッ素n型導電性高分子化を行い、固体中では、上記の相互作用に基づく自己集積化が起こり、高秩序構造を形成することを見出した。本研究では、環状ペルフルオロアルキル基の「フルオロフィリック」効果と多環π共役系の「πーπスタッキング」の相乗効果を秩序構造形成の駆動力とする、全く新しいタイプの含フッ素n型導電性高分子材料の高効率合成を目指す。具体的には(1)オクタフルオロシクロペンテン(OFCP)のビスアリール化によるジアリールエテン誘導体の合成、(2)光照射下でのScholl反応による含フッ素多環芳香族モノマーの合成、(3)クロスカップリングを中心とする含フッ素n型導電性高分子の合成、(4)固体中における含フッ素n型導電性高分子の基本的な化学的・物理的性質の解明、(5)含フッ素n型導電性高分子の自己集積化(高秩序構造形成)と電子・光特性との関連性、について順次行う。平成27年度は上記(1)(2)を中心に行った。(1)では、含フッ素骨格源であるOFCPと様々なピリジンのリチオ体との反応を行い、ピリジル基を有するジアリールエテン前駆体を与えることを見出した。(2)では(1)で合成した前駆体の光照射下でのScholl反応を行い、ペルフルオロシクロペンテン骨格を有するフェナントロリン誘導体の合成を達成した。これら誘導体の単結晶のX線結晶構造解析を行ったところ、隣接分子との間にはπーπ相互作用だけでなく、フッ素原子間相互作用も働いていることがわかった。これらの実験事実は計画(3)以降で行う含フッ素n型導電性高分子の合成と構造解析の大きな推進力となると考えている。当初は、計画(1)(2)まで行う予定であったが、(2)で合成した化合物の一部ついては高分子化まで進めることができたため、順調に本研究が進行していると考えている。平成28年度は平成27年度に実施した計画(1)(2)で得られた成果に基づいて計画(3)を行った。具体的には含フッ素フェナントレン、フェナントロリン誘導体をモノマーとするπ共役高分子の合成をクロスカップリングにより行った。合成したπ共役高分子のうち、特に剛直なπ共役高分子については顕著な秩序構造を形成していることを粉末X線回折により明らかにした。すなわち、π共役高分子に特有な隣接高分子鎖との間に生じるπーπ相互作用だけでなく、フッ素原子間相互作用も協同的に働いていることが示唆され、計画(4)(5)で行う含フッ素n型導電性高分子の基本的な化学的・物理的性質と関連性を調べる上での大きな推進力となると考えている。平成28年度初めに今年度の計画として引き続き計画(1)(2)(含フッ素多環芳香族化合物の合成)を実施するとともに計画(3)(含フッ素多環芳香族化合物の高分子化)を進めていくことを挙げた。予定通り、含フッ素フェナントレン、フェナントロリンのπ共役高分子を合成することができたので、順調に進展していると判断した。本研究では、環状ペルフルオロアルキル基同士の相互作用と多環π共役系同士のπースタッキングの相乗効果を秩序構造形成の駆動力とする、全く新しい含フッ素n型導電性高分子材料の高効率合成を目指している。具体的には(1)オクタフルオロシクロペンテン(OFCP)のビスアリール化によるジアリールエテン誘導体の合成、(2)光照射下でのMallory反応による含フッ素多環芳香族モノマーの合成、(3)クロスカップリングを中心とする含フッ素n型導電性高分子の合成、(4)固体中における含フッ素n型導電性高分子の基本的な化学的・物理的性質の解明、(5)含フッ素n型導電性高分子の自己集積化(高秩序構造形成)と電子・光特性との関連性、について順次行う。平成29年度は、これまでに実施した計画(1)(4)の計画に基づいて、計画(5)を行った。具体的には、合成した高分子群の可視紫外吸収スペクトル、発光スペクトルを測定することにより、電子・光機能性と計画(3)で明らかにした構造の秩序性について議論した。高分子主鎖中に秩序構造形成を阻害するようなかさ高い置換基を導入しているのにもかかわらず秩序構造を形成するポリマーについては、それらの吸収および発光極大は対応する開環型のポリマーと比べて、いずれも長波長シフトしていることがわかった。

このことから、高分子主鎖に含まれる環状の含フッ素ユニットは他の置換基・ユニットの形状にかかわらず、分子間でお互いに影響を及ぼすことが可能であり、ポリマーの秩序構造形成に大きな役割を果たしていることを見出した。環状ペルフルオロアルキル基の「フルオロフィリック」効果と多環π共役系の「πーπスタッキング」の相乗効果を秩序構造形成の駆動力とする、全く新しいタイプの含フッ素n型導電性高分子材料の開発を目的として、Mallory反応を用いた含フッ素フェナントレン、フェナントロリンの高効率合成を達成した。クロスカップリングによる含フッ素n型導電性高分子化を行い、固体中では、上記の相互作用に基づく自己集積化が起こり、高秩序構造を形成することを見出した。今年度も引き続き計画(1)(2)(含フッ素多環芳香族化合物の合成)を遂行するとともに計画(3)(含フッ素多環芳香族化合物の高分子化)を進めていく。今年度は計画(3)(含フッ素多環芳香族化合物の高分子化)に加えて(4)固体中における含フッ素n型導電性高分子の基本的な化学的・物理的性質の解明、(5)含フッ素n型導電性高分子の自己集積化(高秩序構造形成)と電子・光特性との関連性にも着手し、本研究全体の最終目的への到達を目指す。高分子化学当初の予定通り、研究費の使用を順調に執行できた。特に試薬は価格の変動が大きいので、年度末での5,000円程度の残額はやむを得ないと考えている。28年度は試薬などの物品費が予定よりも低く抑えられたこと、27年度に使用した人件費を28年度では使用しなかったことが主な要因である。平成28年度の早い時期に試薬などの消耗品として使用する計画である。平成29年度の早い時期に試薬などの消耗品として使用する計画である。