hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マルチユーザ型量子ネットワーク（国際共同研究強化）

測定型量子計算による量子計算の検証においては,その資源となる量子状態の検証が本質的であるとともに,どのような量子状態が測定型量子計算において,有効な役割を果たすか明らかにする必要がある.特に,実用性の観点から,より少ない構成要素からこの条件を満たす測定型量子計算機の枠組を与える必要がある。従来のアイデアでは4種類の測定器を必要としていたが,本年度は2種類の測定機だけで実現するアイデアが得られた。これにより,より効率的に測定型量子計算を行うことができる.さらに,このアイデアは測定型量子計算の自己検証にも有効であり,定量的にかつ厳密に量子計算の計算結果について精度保証を行う際に有効であると考えられる.さらに、上記の状態を含む一般的なハイパーグラフ状態に対して、測定装置を信用した場合について、従来法と比べて極めてタイトな検証方法を提案した。そして、ある種の枠組のなかで、提案した手法の最適適性を示した。さらに,ここで得られた知見を,様々なタイプの量子系の検証に応用した。例えば、2体系のエンタングル純粋状態の検証に関しては、従来研究は最大エンタングル状態に対して極めて有効であったが、一般のエンタングル純粋状態の検証に関しては不明な点が多かった。本研究では、複数の枠組でその最適化を扱った。さらに、量子超越性の証明に有効となる重み付きグラフ状態の検証にも、本研究の手法を拡張した。これにより、量子超越性の証明のために有効となるIQP回路状態の検証が極めて効率的に行えることになった。本年度は2種類の測定機だけで実現するアイデアが得られた。これは、従来の測定型量子計算と比較し、必要な量子測定の種類を減らすものであり、極めて画期的なものであった。しかし、これに基づく解析が現時点で十分に完了しているとは言えず,今後、このアイデアをベースに更なる解析が必要であるため、おおむね順調に進展していると考えるのが妥当である。今後は、2種類の測定機だけで実現するアイデアをもちいて、より効率的な測定型量子計算機の自己検証について調べるのことが重要である考えられる。さらに、測定型量子計算の検証のアイデアは、様々な方面に応用可能であるため、この手法の更なる展開を目指す。例えば、量子超越性の検証への展開についても現在検討中である.内定年度:2015本年度は、本格的な国際共同研究で行う自己精度保証に向けて、fault-tolerant型の量子計算を測定型量子計算の枠組みで実装する場合について研究した。fault-tolerant型の量子計算の具体例として、トポロジカル誤り耐性量子計算に注目した。特に、測定型量子計算の枠組みで扱うため、2次元もしくは3次元のグラフ状態を資源として利用することを考え、トポロジカル誤り耐性量子計算の代表例であるトポロジカル表面符号を用いた。その結果、測定器の性能を仮定した場合について、これらのトポロジカル誤り耐性のある測定型量子計算において、具体的に所定の有意水準の下で精度保証を求める手法及び公式を与えることに成功した。ここで与えた成果は、測定型量子計算が実装された場合に、その精度を保証するために必要な手順を与えるものとなっており、今後、その応用面からの研究が期待される。なお、量子計算の検証に置いては、エラーがある場合にエラーを正しく検出する機能detectabilityとエラーが無い場合に正しく計算結果を受け入れるacceptabilityの2つの機能が求めれる。有意水準とは、detectabilityが一定の水準を満たすことを指す。両者はトレードオフの関係にあり、一定の有意水準を満たす範囲で最適なacceptabilityを求めた。この成果を含めた量子計算の精度保証の成果についてパリで開催される国際会議「Trustworthy Quantum Information Workshop」での招待講演が決定している。この会議は量子系の検証に関するトップコンファレンスである。量子情報のトップコンファレンスの1つであるAsian Quantum Information ScienceConferenceからも招待講演を依頼されている。これらの招待講演の依頼はこの成果の重要性を示すものである。上述のように、トポロジカル誤り耐性量子計算を、測定型量子計算の枠組みで実装する場合に、一定の有意水準の下で、計算結果を保証する手法を提案した。この成果は、国際的に高く評価されており、2017年度は、2件の招待講演がある。本年度は,シンガポール国立大学のMichal Hajdusek博士と共同で,グラフ状態の自己検証の方式を提案することができた.グラフ状態は,グラフの形から定まる巨大なエンタングル状態であり,これが準備されると,各qubitでの測定のみから量子計算が可能であることが知られている.このような量子計算のスキームは測定型量子計算とよばれている.過去の林らの研究により,各qubitの測定器が正しく機能する前提で,グラフ状態を検証する方法は知られていた.自己検証とは,各qubitの測定器と検証対象となるグラフ状態の双方について,正しいものであることが保証されていない場合に,それらを動作させることで,正しいものであることを検証する方法である.本研究では,研究の第1段階で,ベル状態とqubitの測定器の候補が与えられた場合に,これまでよりも効果的に,ベル状態とqubitの測定器の双方を検証する方法を提案した.一般に,自己検証のためには,同じ方法で生成されたベル状態の候補対して候補となるqubitの測定器にかける操作を複数回行う必要がある.従来法ではCHSH testを用いていたが,この方法では,検証のための反復回数が多いのが難点であった.本研究では,スタビライザーtestとCHSH testを組み合わせることで,この反復回数を減らすことに成功した.

なお,スタビライザーtestだけでは,自己検証はできないので,両者を適切に組みあわせることがポイントである.さらに次のステップではこれを一般のグラフ状態とqubitの測定器の場合に拡張した.ここでは,適切に検証方法を設計することで,一般のグラフ状態の場合での自己検証をベル状態の場合の自己検証に帰着させた.さらに,これの成果を測定型量子計算に適用することで極めて弱い設定で極めて効果的に量子計算の計算結果を保証するための方法を提案した.当初の予定では,自己検証を行う際,対象となるグラフ状態の候補となる複数の系の状態にに対して,独立性条件を課すことを考えていた.しかし,当初の予想に反して,独立性条件を排除しても自己検証が可能となることが分かった.これは我々の大きな成果の1つである.また,今回の成果は海外で反響があり,多くの国際会議で発表することができた.測定型量子計算による量子計算の検証においては,その資源となる量子状態の検証が本質的であるとともに,どのような量子状態が測定型量子計算において,有効な役割を果たすか明らかにする必要がある.特に,実用性の観点から,より少ない構成要素からこの条件を満たす測定型量子計算機の枠組を与える必要がある。従来のアイデアでは4種類の測定器を必要としていたが,本年度は2種類の測定機だけで実現するアイデアが得られた。これにより,より効率的に測定型量子計算を行うことができる.さらに,このアイデアは測定型量子計算の自己検証にも有効であり,定量的にかつ厳密に量子計算の計算結果について精度保証を行う際に有効であると考えられる.さらに、上記の状態を含む一般的なハイパーグラフ状態に対して、測定装置を信用した場合について、従来法と比べて極めてタイトな検証方法を提案した。そして、ある種の枠組のなかで、提案した手法の最適適性を示した。さらに,ここで得られた知見を,様々なタイプの量子系の検証に応用した。例えば、2体系のエンタングル純粋状態の検証に関しては、従来研究は最大エンタングル状態に対して極めて有効であったが、一般のエンタングル純粋状態の検証に関しては不明な点が多かった。本研究では、複数の枠組でその最適化を扱った。さらに、量子超越性の証明に有効となる重み付きグラフ状態の検証にも、本研究の手法を拡張した。これにより、量子超越性の証明のために有効となるIQP回路状態の検証が極めて効率的に行えることになった。本年度は2種類の測定機だけで実現するアイデアが得られた。これは、従来の測定型量子計算と比較し、必要な量子測定の種類を減らすものであり、極めて画期的なものであった。しかし、これに基づく解析が現時点で十分に完了しているとは言えず,今後、このアイデアをベースに更なる解析が必要であるため、おおむね順調に進展していると考えるのが妥当である。
レクチン遺伝子プールを利用した広域ウイルス抵抗性植物開発の新戦略

昨年度行ったNicotiana benthamianaの展開葉における免疫沈降実験により、レクチン型抵抗性遺伝子JAX1が野生型potato virus X(PVX)株の複製酵素(RdRp)と相互作用すること、抵抗性打破PVX株のRdRpとは相互作用しないことを明らかにした。この結果は、JAX1の標的がウイルスのRdRpであることを示唆していた。そこで今年度は、JAX1抵抗性の分子機構の解明に焦点を絞りさらなる解析を行った。脱液胞化タバコBY-2プロトプラスト抽出液(BYL)を用いたJAX1抵抗性機構の生化学的な解析を試みた。BYLにPVXのRNAおよび翻訳や複製の基質を加え反応させたところ、RdRpの翻訳およびウイルスRNAの複製を確認した。BYLにJAX1のRNAを加え翻訳させた後に同様の解析を行ったところ、PVXのRdRpの翻訳は阻害されなかったがウイルスRNAの複製は阻害された。PVXのRNA添加後、様々なタイミングでJAX1を添加したところ、JAX1を早期に添加するほど高効率に複製が阻害された。また、膜画分を除いたBYL(mdBYL)にPVXのRNAを加え反応させると、RdRpを含む約1,000 kDaの巨大な複合体が検出された。JAX1存在下において、野生型PVX株および抵抗性打破PVX株のRNAを用いて同様の解析を行ったところ、野生型PVXのRdRpの巨大複合体にはJAX1が検出されるが、抵抗性打破株のRdRpの当該複合体にはJAX1が検出されないことが明らかとなった。以上から、JAX1はポテックスウイルスRdRpの巨大複合体にターゲティングし、複製を阻害することで抵抗性を発揮することが明らかとなった。これにより、レクチンによる植物ウイルス抵抗性の分子機構を初めて解明することができた。29年度が最終年度であるため、記入しない。植物ウイルスは農業生産上大きな被害をもたらすが、ウイルスは宿主の代謝系に大きく依存した感染環を有するため、化学農薬による防除は困難である。このため、植物の保有する抵抗性遺伝子によるウイルス病防除が現在広く利用されている。従来利用されてきた植物ウイルス抵抗性遺伝子には、植物に導入すると生育を阻害する、標的ウイルスのスペクトラムが限定的である等の問題点が存在し、新規な抵抗性遺伝子の利用が求められている。本研究では、このような問題点を克服しうる抵抗性遺伝子候補として、シロイヌナズナのレクチン遺伝子群に注目し、レクチン型新規抵抗性遺伝子の単離と抵抗性の分子機構解明を目的として研究を進めている。今年度は、ハイスループットなウイルス抵抗性レクチン遺伝子のスクリーニングに向け、ウイルスおよびレクチン遺伝子の発現用コンストラクトの作成を行った。複数のウイルス感染植物サンプルを用いて、多数のウイルス全長塩基配列を決定し、ウイルスゲノム全長をウイルス発現用プラスミドにクローニングした。この過程で、我が国で初検出されたポテックスウイルスの全ゲノム配列を明らかにし、アグロバクテリウムを利用した複数のウイルスの効率的接種系を初めて構築した。また、複数のレクチン遺伝子を植物由来cDNAをもとに増幅後プラスミドにクローニングし、当該レクチンタンパク質の発現を確認した。今後は、構築したコンストラクトを用いた抵抗性レクチン遺伝子の探索と抵抗性の分子機構解明に向けたレクチン-ウイルス因子間相互作用の解析等を行う予定である。今年度は、ウイルス抵抗性レクチン遺伝子の探索に向け、ウイルスおよびレクチン遺伝子発現用コンストラクトを作出する予定であった。複数のウイルス全ゲノム配列およびレクチン遺伝子をクローニングできたことから、順調に進展しているものと考えている。今年度は、構築したウイルス・レクチン発現プラスミドを用いたレクチン抵抗性遺伝子の探索に着手した。植物細胞よりプロトプラストを調製した後、当該プラスミドを導入しウイルスおよびレクチンの効率的な発現条件の検討を行った。その結果、プロトプラスト内での安定したウイルス因子およびレクチン遺伝子の発現系を構築した。また、並行してレクチン型抵抗性遺伝子による抵抗性の作用機構解明に向け、レクチン遺伝子と標的ウイルスの因子との間の相互作用の解析を行った。その過程で、所属研究室で単離されたレクチン型抵抗性遺伝子JAX1およびポテックスウイルスの一種であるpotato virus X(PVX)の複製酵素をNicotiana benthamianaの展開葉において一過的に発現させ免疫沈降法により解析した。その結果、野生型PVXの複製酵素とJAX1は相互作用したが、JAX1抵抗性を打破するPVX株の複製酵素とJAX1は相互作用しなかった。このことから、JAX1の標的がウイルスの複製酵素であり、抵抗性発現にはJAX1の複製酵素への結合が重要である可能性が考えられた。ウイルスおよびレクチン因子のプロトプラストにおける発現系を構築し、特にレクチン遺伝子JAX1とポテックスウイルス複製酵素の相互作用を確認した。抵抗性機構の未知だったJAX1の機能解明に近づく成果が得られたため、順調に進展しているものと考えている。

そこで今年度は、JAX1抵抗性の分子機構の解明に焦点を絞りさらなる解析を行った。脱液胞化タバコBY-2プロトプラスト抽出液(BYL)を用いたJAX1抵抗性機構の生化学的な解析を試みた。BYLにPVXのRNAおよび翻訳や複製の基質を加え反応させたところ、RdRpの翻訳およびウイルスRNAの複製を確認した。BYLにJAX1のRNAを加え翻訳させた後に同様の解析を行ったところ、PVXのRdRpの翻訳は阻害されなかったがウイルスRNAの複製は阻害された。PVXのRNA添加後、様々なタイミングでJAX1を添加したところ、JAX1を早期に添加するほど高効率に複製が阻害された。また、膜画分を除いたBYL(mdBYL)にPVXのRNAを加え反応させると、RdRpを含む約1,000 kDaの巨大な複合体が検出された。JAX1存在下において、野生型PVX株および抵抗性打破PVX株のRNAを用いて同様の解析を行ったところ、野生型PVXのRdRpの巨大複合体にはJAX1が検出されるが、抵抗性打破株のRdRpの当該複合体にはJAX1が検出されないことが明らかとなった。以上から、JAX1はポテックスウイルスRdRpの巨大複合体にターゲティングし、複製を阻害することで抵抗性を発揮することが明らかとなった。これにより、レクチンによる植物ウイルス抵抗性の分子機構を初めて解明することができた。今後は、今年度開発したウイルスゲノムおよびレクチン遺伝子発現用のコンストラクトを用いることで、抵抗性レクチン遺伝子-標的ウイルスの組み合わせをスクリーニングする予定である。また、抵抗性レクチン遺伝子とウイルス因子の間の相互作用解析等を行い、抵抗性の分子機構の解析を進める予定である。当初は、昨年度構築したウイルス・レクチン発現用プラスミドを用いて新規なレクチン型抵抗性遺伝子の探索を進める予定であった。しかし、それと並行して進めていたレクチン遺伝子-ウイルス因子間相互作用解析の結果、作用機構が未知の既報のレクチン型抵抗性遺伝子JAX1の抵抗性発現能と複製酵素への結合能が相関することを示す実験結果が得られた。そこで今後は、JAX1の抵抗性機構の解明に焦点を絞り解析を進める予定である。29年度が最終年度であるため、記入しない。
小型魚類をモデルとした脊椎動物における雄性ホルモン依存性の器官形成メカニズム解析

Androgen依存性の形態形成メカニズムについて、小型魚類カダヤシの交接器形成、卵黄Androgenによるメダカ初期胚発生制御に注目した解析を展開し、Androgenが二次性徴としての器官形成のみならず、生命機能に必須の発生現象として、メダカ初期胚血球血管発生に貢献することを明らかにした。一方、脊椎動物におけるAndrogen receptor(AR)遺伝子の出現と多様化の過程を明らかにした。さらに、AR遺伝子の発現を組織・発生段階特異的にコントロールし、発現した細胞を可視化することができるトランスジェニックメダカ系統を世界で初めて樹立した。これらの分子進化解析、およびメダカ系統を研究基盤とし、ARシグナリングの活性化された細胞の系譜解析を進めている。血管内皮マーカーであるFlk-1/GFP medakaへのAR Morpholino oligo導入実験より、血管内皮は分化するが、血球分化遅延が生じていることが明らかとなった。遺伝子発現解析の結果、ヘマンジオブラストマーカーであるLmo2、血球分化マーカーであるGATA-1遺伝子の発現が、AR Morpholinooligo導入胚において顕著に低下していた。また、AR antagonist投与実験より、初期発生過程におけるAndrogenの作用点は、少なくともヘマンジオブラスト分化期前後にあることが示唆された。さらに、発生段階特異的にwild type AR、あるいはdominant negative ARを時期特異的に発現するtransgenic medak系統をライン化し、研究の基盤が整った。本年度は、ヘマンジオブラストおよび血球血管分化因子群をメダカから単離し、ARシグナリングの血管血球分化過程における作用点、細胞系譜特異性を遺伝子レベルで解析した。遺伝子発現解析の結果、AR morpholino oligo注入によるAR機能阻害により、赤血球分化マーカーであるGATA1の発現は著しく抑制されたが、顆粒球系細胞で発現するmpoは、コントロール胚およびAR機能阻害胚ともに発現が認められた。また、Lmo2は頭部側、尾部側2つの血島に発現するが、AR機能阻害胚では尾部側の発現が特異的に抑制されていることがわかった。魚類胚一次造血において、尾部側血島から赤血球が主に分化する。よって、Androgenシグナリングは、尾部側中胚葉からのヘマンジオブラストの発生過程に特異的に関与し、赤血球分化制御に貢献していると考えられた。組織学的解析から、AR機能阻害により中胚葉系細胞における細胞増殖が顕著に抑制されることが明らかとなり、Androgenシグナリングが細胞増殖制御を通じて、ヘマンジオブラストの成立に寄与している可能性が考えられた。カダヤシ交接器形成伸長過程に発現する因子群の単離を行い、分泌性因子として、FGF4が先端部間葉, Bmp7が先端部上皮で、Androgen投与により顕著に発現誘導されることが明らかとなった。
食品中のアルミニウムイオンに関する研究

本研究は食品中のアルミニウム量とそのイオン化率を調べたものである。平成4・5年の2ヵ月計画で行ったが,当初は大部分の時間を試料調製およびアルミニウムとアルミニウムイオンの定量方法の検討に費やし,平成5年度にそれらの最終結果を得るに至った。まず野菜13種の無水物1gに含まれるアルミニウムは,ほうれん草が687μg,小松菜が222μg,春菊が117μgと特に多く,次いで大根が13μg,ブロッコリー12μgであった。人参,キャベツ,セロリ,玉葱には7μg前後,レンコン,カリフラワー,かぼちゃには5μg前後含われていた。果実類6種では,キ-ウィフルーツが無水物1g中に22μgとやや高い値を示したが,りんご,柿,いちご,メロン,すいかのアルミニウム含有量は6μg前後であった。また,海藻類のひじきは201μgと高い値を示したが,きのこ類のしいたけ,しめじは各々8μg,6μgで果実類と大きな差はなかった。なお,これらの無水物試料をpH2の水溶液中に37°Cで1または3時間保持した後,クロムアズロールS吸光光度法でアルミニウムイオンを定量し,全アルミニウム量に対するイオン化率を求めたところ,その割合は0100%とそれぞれに大きく異なることがわかった。次に,主として食品包装に使用される市販アルミニウム箔を用いて,アルミニウム溶出量とそれらのイオン化率を調べた。1×2cm,約9mgのアルミニウム箔を5mlの各水溶液に浸漬し,30分間沸騰させ,アルミニウム溶出量を測定したところ,0.1M酢酸,0.1Mクエン酸,0.2Mクエン酸,0.2M塩化ナトリウム水溶液の順に多かった。またそのイオン量は,0.1M酢酸,0.1Mクエン酸,0.2M塩化ナトリウム,0.2Mクエン酸水溶液の順に多く,イオン化率はクエン酸の場合かなり低かった。本研究は平成4年と5年度の2ヶ年計画で進めている.平成4年度の計画では,「食品中のアルミニウムの定量」を予定しており,3/31現在国産野菜12種類についての定量を終えている.なお,数種の試料についても調製中であるが,凍結乾燥に長時間を要しやや計画が遅れている.これまでの結果としては,野菜類のアルミニウム含量は根菜類よりも葉菜類に多く,また野菜の部位によっても含量が大きく異なることがわかった.定量にあたっての前処理方法は,従来からのオープン型湿式加熱分解と,今回試みたマイクロ波湿式分解を比較したところ,定量値に大きな差は見られなかった.従って前処理にマイクロ波加熱分解を用いることは,試料の汚染が少ないということと処理時間が短縮できるという点から有効な方法と考えられた.以上の二点がこれまでに得られた成果であるが,平成5年度はこれらの結果をもとにして,「食品中のアルミニウムイオン量測定」実験を進行させる.イオン量の測定には当初EDTA法を用いる予定であったが,測定精度に多少問題が生じたため,EDTA法に併行してクロムアズロール法および,エリオクロムシアニン法を用いるべく検討している.クロムアズロール試薬を用いた比色測定については、他金属の妨害や有機酸の干渉などの点についての基礎実験が終了したところである.今後は最も精度の高い定量方法を用い,各種の野菜や果物中のイオン量測定を行い,アルミニウムの体内吸収の可能性について検討したいと考えている。

平成4・5年の2カ年計画で行ったが,当初は大部分の時間を試料調製およびアルミニウムとアルミニウムイオンの定量方法の検討に費やし,平成5年度にそれらの最終結果を得るに至った。まず野菜13種の無水物1gに含まれるアルミニウムは,ホウレン草が531mug,小松菜が210mug,春菊が117mugと特に多く,次いで玉葱が19mug,大根が13mug,ブロッコリー10mugであった。キャベツ,セロリ,カリフラワー,きゅうり,人参,かぼちゃ,レンコンなどには5mug前後含まれていた。果実類6種では、キーウィが22mugとやや高い値を示したが,リンゴ,柿,いちご,メロン,すいかのアルミニウム含有量は無水物1g中に6mug前後であった。また,海藻類のヒジキは210mugと高い値を示したが,きのこ類のしいたけ,しめじは各々8mug,6mugで果実類と大きな差はなかった。なお,これらの無水物試料をpH2の水溶液中に37°Cで1または3時間保持した後,クロムアズロール法でアルミニウムイオンを定量し,全アルミニウム量に対するイオン化率を求めたところ,その割合は10100%とそれぞれに大きく異なることがわかった。次に,主として食品包装に使用される市販アルミニウム箔を用いて,アルミニウム溶出量とそれらのイオン化率を調べた。1cm×2cm,約9mgのアルミニウム箔を5mlの各水溶液に浸漬し、30分間沸騰させ,アルミニウム溶出量を測定したところ,0.1M塩酸,0.1M酢酸,0.2Mクエン酸,0.1Mクエン酸,0.2M塩化ナトリウム水溶液の順に多かった。またそのイオン量は,0.1M塩酸,0.1M酢酸,0.1Mクエン酸,0.2M塩化ナトリウム,0.2Mクエン酸水溶液の順に多く,イオン化率はクエン酸の場合かなり低かった。
アトピー性皮膚炎患児を抱える家族のためのグループ療法（CARE-AD）の開発

CAREプログラムは、子どもと大人の関係性に焦点をあてた心理教育的介入プログラムである。CAREでは、取るべきスキルと避けるべきスキルを具体的なロールプレイなどで習得することにより、子どもの不適切な行動を減らし、親が効果的な指示を出して適切な行動を引き出す。本研究では、アトピー性皮膚炎(AD)患児とその親との関係性に着目し、CAREプログラムを適用することにより、親子関係を改善し皮疹のコントロールを目指した。その結果、ストレスコーピングとしての患児の掻破行動が抑制され、ADの皮疹が改善した。この成果は、「アトピー性皮膚炎患児にかける文言集」として作成中である。本研究は、アトピー性皮膚炎(AD)の児を持つ親、特に母親が、患児との適切な関係を構築するスキルを習得することにより、患児の不適切な掻破行動を低減させ、望ましい行動を増やしADの症状と共に母子関係を改善させる治療プログラム“CARE-AD"の開発を目的としている。難治性のAD患児を持つ母親は、患児の掻破行動に対してどのように接して良いかわからず、その結果、ADの増悪とともに母子関係が悪化することが多い.CARE(Child-Adult RelationshipEnhancement:子どもと大人の絆を深めるプログラム)は、発達の遅れや多様なトラウマを背景に関係を築きにくい子どもとその養育者のための心理教育的な介入プログラムとして米国で開発され、研究分担者の加茂らの活動によって本邦でも普及し、その治療効果が報告されている。CARE(Child Adult RelationshipEnhancement:子どもと大人の絆を深めるプログラム)は、発達の遅れや多様なトラウマを背景に関係を築きにくい子どもとその養育者のため米国で開発された心理教育的介入プログラムで、研究分担者の加茂らの活動によって本邦でも普及され,その治療効果が報告されている。本研究は,アトピー性皮膚炎(AD)患児を持つ親,特に母親が,患児との適切な関係を構築するスキルを通してADの悪化因子である連続性掻破を含む不適切な行動を軽減させ,治療効果が期待できる,AD患者に特化したCAREプログラムの開発を目指している.H27年度は,H26年度に大阪医科大学附属病院における臨床研究のための倫理審査を終えた資料を元に,東京女子医科大学女性生涯健康センターにおいてもAD患者に適用できるようで倫理審査を申請した.また,11月に東京で開催された第5回PCIT-Japan&CARE-Japan合同研究会に出席し,研究分担者の加茂やCARE-Japan代表の福丸らと,AD患者に特化したCAREプログラムの開発に向け討議を行った.H27年1月には,第6回日本皮膚科心身医学会に於いて「被虐待経験と抑うつがアトピー性皮膚炎の重症度とQOLの低下に与える影響」について報告を行った.今後,研究代表者が直接CAREプログラムを患者にトレーニングできるようトレーナートレーニングを受講出来るよう準備を進めている.東京女子医科大学女性生涯健康センターでの倫理審査が遅れていることと,研究代表者(大阪医科大学附属病院)がCAREのトレーナートレーニングを受けるまでは,CAREプログラムの実践に,東京女子医科大学女性生涯健康センターより,CAREのトレーニングを受けた臨床心理士を招かないといけないため.研究代表者が,平成26年度より厚生労働省へ出向となったため,引き続き研究分担者の施設(東京女子医科大学女性生涯健康センター)で,パイロットスタディーが行われていた.そこでは,これまで確立されているCAREのプログラム(アトピー性皮膚炎に特化したものではない)を用い,CAREプログラムそのものでも効果があることを確認している.また,研究代表者は,CAREのプログラムを普及できるよう,CAREのトレーナートレーニングを東京で受講し,また,CAREの元となった親子相互交流療法Parent-Child Interaction Therapy(PCIT)のトレーニングを受ける事により,復学後に,安定したCAREのプログラムを提供できるように準備を行っていた.また,11月より大阪医科大学に復学した研究代表者は,附属病院で「アトピー性皮膚炎親子に対するCARE専門外来」を開設できるよう手続きを進め,平成29年7月より開設ができるようになった.研究代表者が,厚生労働省へ出向していたため研究が遅れていた.平成28年11月より,帰学したため,今後は,予定通り研究を進めることが出来る予定である.平成29年7月より大阪医科大学小児科外来で,CARE専門外来を開設し,アトピー性皮膚炎患者にCAREプログラムの適用を開始した.また,その中で,親のアトピー性皮膚炎患児への有効な言葉がけを集計し,文言集を編集中である.結果報告としては,2018年1月28日に開催された,日本皮膚科心身医学会で研究内容の報告を行った.また,2018年7月30日に開催される大35回日本小児臨床アレルギー学会で,CAREのワークショップを研究分担者の加茂と開催予定としている.CAREプログラムは、子どもと大人の関係性に焦点をあてた心理教育的介入プログラムである。本研究を実施するにあたり、倫理委員会への申請手続きに時間がかかったため、やや遅れている。東京女子医科大学女性生涯健康センターでの倫理審査が終了し次第,症例を蓄積する予定である.

今後の研究は,研究計画通り進める予定である.当初の予定通り,アトピー性皮膚炎患児を持つ患者を集め,質問紙を用いた患児およびその親のQOLや,患児のアタッチメント(愛着)スタイルの解析を行いつつ,アトピー性皮膚炎親子に従来のCAREプログラムを施行し,アトピー性皮膚炎親子に有効であった言葉がけを抽出し,アトピー性皮膚炎に特化したプログラムを作成予定である.皮膚科学主機関である大阪医科大学付属病院での倫理委員会の承認も終わり、関連施設でも同様に申請中である。今後、研究計画通りに進める予定である。購入した物品が予定安かったため,次年度使用額が生じた.研究代表者が厚生労働省へ出向していたため,研究に遅れが出たため,研究費を次年度に繰り越したため.物品(コンピューター)の購入に関し、残額では不十分であったため、次年度に繰り越して予算を実施することとしたため。予定通り,CAREのトレーナートレーニング,学会参加に係る費用,コンピューターや記録用のカメラ・ビデオカメラの購入に使用する.成果発表と,成果を英訳するための英文校正費用に使用する予定である.コンピューターの購入のために使用予定である。
肋軟骨移植による関節軟骨欠損修復の検討、骨軟骨移植と軟骨移植の比較検討

骨軟骨移植の動物実験として、日本白色家兎を用いた関節軟骨損傷のモデルを作成し、肋軟骨のみの移植(軟骨移植)と肋骨肋軟骨連結部の移植(骨付き軟骨移植)を行った。移植後3、6、12、24、36、48週で摘出し、ヘマトキシリン-エオジン染色、サフラニン-O染色およびI型、II型コラーゲンの染色を行い、両者を比較検討した。移植後48週において、肋軟骨移植では移植軟骨表面は糜爛、不整等がみられ、間質にも亀裂を生じており、軟骨細胞が広範に壊死、消失している部分もあった。またI型コラーゲンに染色するなど関節軟骨とは異なる性状を示した。これに対し、肋骨肋軟骨連結部移植では移植後48週までの長期に亙って軟骨表面は糜爛等が少なく平滑であり、間質の亀裂や軟骨細胞の壊死もほとんど認めなかった。またII型コラーゲンにも染色性があり、関節軟骨により近い性状と思われた。肋骨肋軟骨連結部移植では軟骨部分を薄くすることが可能であり、また肋骨部分と海綿骨との間で移植後早期に骨癒合し血行の速やかな再開が期待できるため、軟骨表面の糜爛や間質の亀裂、細胞壊死等の変性所見が少なく、良好に生着していると考えられた。また肋軟骨は硝子軟骨でありながら関節軟骨と異なりI型コラーゲンが主成分であるが、肋骨近傍ではII型コラーゲンにも染色されることからより関節軟骨に近いと思われ、この点でも関節軟骨損傷に対する移植材料として有利であると考えられた。臨床的には軟骨欠損が比較的狭く、損傷が軟骨下骨にまで及ぶ離断性骨軟骨炎や特発性内顆骨壊死、骨軟骨骨折等の治療に応用が可能と思われた。骨軟骨移植の動物実験として、日本白色家兎を用いた関節軟骨損傷のモデルを作成し、肋軟骨のみの移植(軟骨移植)と肋骨肋軟骨連結部の移植(骨軟骨移植)を行った。移植後3、6、12、24週で摘出し、ヘマトキシリン-エオジン染色して、両者を比較検討した。移植後24週において、肋軟骨移植では移植軟骨表面は〓爛、不整等がみられ、間質にも亀裂を生じており、また深層には軟骨細胞が広範に壊死、消失している部分もみられた。これに対し、肋骨肋軟骨連結部移植では軟骨表面は〓爛等がなく平滑であり、間質の亀裂や軟骨細胞の壊死もほとんど認めなかった。肋骨肋軟骨連結部移植では軟骨部を薄くすることが可能であり、また肋骨部と海綿骨との間で移植後早期に骨癒合し血行の速やかな再開が期待できるため、軟骨表面の〓爛や間質の亀裂、細胞壊死等の変性所見は少なく、軟骨部は良好に生着していると考えられた。臨床的には軟骨欠損が比較的狭く、損傷が軟骨下骨にまで及ぶ離断性軟骨炎や特発性内顆骨壊死、骨軟骨骨折等の治療に応用が可能と思われた。今後はさらに長期(移植後1年)の結果の検討や力学的評価を行い、また軟骨の再生を期待する軟骨膜の移植に関しても肋骨肋軟骨連結部を用いた(肋)骨付き(肋)軟骨膜移植の実験を並行して行っていく予定である。移植後48週で摘出し、ヘマトキシリン-エオジン染色、サフラニン-O染色して長期成績を比較検討した。またI型、II型コラーゲンを染色して、肋軟骨移植と肋骨肋軟骨連結部移植の間質の性状も比較検討した。

移植後48週において、肋軟骨移植では移植軟骨表面は糜爛、不整等がみられ、間質にも亀裂を生じており、軟骨細胞が広範に壊死、消失している部分もあった。またI型コラーゲンに染色するなど関節軟骨とは異なる性状を示した。これに対し、肋骨肋軟骨連結部移植では軟骨表面は糜爛等が少なく平滑であり、間質の亀裂や軟骨細胞の壊死もほとんど認めなかった。またII型コラーゲンにも染色性があり、関節軟骨により近い性状と思われた。肋骨肋軟骨連結部移植では軟骨部分を薄くすることが可能であり、また肋骨部分と海綿骨との間で移植後早期に骨癒合し血行の速やかな再開が期待できるため、軟骨表面の糜爛や間質の亀裂、細胞壊死等の変性所見が少なく、良好に生着していると考えられた。また肋軟骨は硝子軟骨でありながら関節軟骨と異なりI型コラーゲンが主成分であるが、肋骨近傍ではII型コラーゲンにも染色されることからより関節軟骨に近いと思われ、この点でも関節軟骨損傷に対する移植材料として有利であると考えられた。臨床的には軟骨欠損が比較的狭く、損傷が軟骨下骨にまで及ぶ離断性骨軟骨炎や突発性内顆骨壊死、骨軟骨骨折等の治療に応用が可能と思われた。
ガラクトース血症の遺伝子解析

1)ガラクトース血症I型(GALT欠損症)患者mRNA検体からのRT-PCR法及び患者ゲノムDNA検体からの変成ゲル濃度勾配電気泳動法(DGGE)による遺伝子解析から、患者13人、11家系において13の遺伝子変異を同定することができた。これまで報告された2家系2つの遺伝子変異を加えることで、遺伝子変異の解析率を95%とすることができた。その中で、軽症型であるDuarte異型の分子遺伝学的特徴は白人種と同様にN314D変異であり、また、RFLP解析でSacl(-)を示すことから、日本人種と白人種で同一の起源すなわち極めて古い時代に発生したと考えられる。一方、古典型のGALT遺伝子変異は日本人固有の遺伝子変異であり、比較的新しい時期に発生したと推測される。これまでに同定した遺伝子変異のCOS細胞を用いた変異蛋白発現試験の結果では、進行する精神運動発達遅滞と卵巣機能不全を主症状とする後期症状の発症は遺伝子変異より求められたin vitro GALT活性の残存活性が30%未満の場合に発症するという結果を得ることができた。今後、臨床表現型と遺伝子型の相関、その異常酵素蛋白の特徴を明らかにする。2)ガラクトース血症II型(GALK欠損症)ヒトゲノムDNAコスミッドライブラリーからGALKcDNAでスクリーニングを行ない、ガラクトキナーゼのゲノムDNAが7.3kbにわたり8個のエクソンから構成されていることを明らかにした。遺伝子変異の検索結果では、古典型の3つのミスセンス変異と2つの欠失変異を同定した。特にこれまでGALK欠損症患者では世界的に詳しい報告がなされていない異型について、我々は、日本人家系に共通する異型『Osaka』の変異を確認しており、その分子遺伝学的解析と酵素免疫学的な解析を行なっている。ガラクトースウリジルトランスフェラーゼ(GALT)欠損症7家系のRT-PCR法によるGALTcDNAの増幅合成と遺伝子解析の結果、P325Lをホモ接合体で1家系に、R333Q、M142V変異を複合ヘテロ接合体で異なる数家系に同定しえた。いずれの遺伝子変異も白人種では発見されていない。これまで同定し得たR231H変異、318A-Gスプライシング変異、白人種で発見されR333W変異、Duarte異型に関連するN314D変異を加えると、日本人患者で12/15(80%)の対立遺伝子の変異を同定したことになる。しかしながら、2家系3対立遺伝子においてmRNAレベルからのcDNA分析では異常遺伝子が同定され得なかった。すなわち、蛋白翻訳領域での遺伝子変異の見逃しや転写調節領域の遺伝子変異の可能性が考えられる。ゲノムDNAよりGALTの各エクソンを増幅合成したのち、シークエンスを行なう方法を開発した。このmRNAとゲノムDNAの両者からの解析により、患者の遺伝子変異をより確実に同定することができる。必要であれば転写調節領域についても検討する。また、臨床応用にもよりたやすく利用されえる。GALK欠損症については、2例の患者細胞株のヒトGK2遺伝子のcDNAについて、RT-PCR後、ダイレクトシークエンス法とpUCベクターへのサブクローニング法の両者にて塩基配列を解析した。しかしながら、遺伝子変異は発見され得ず、今後、ヒトGK1遺伝子について解析する予定である。ガラクトースウリジルトランスフェラーゼ(GALT)欠損症患者の遺伝子変異を迅速かつ確実に同定する方法をして変性ゲル濃度勾配電気泳動法(DGGE)を検討した。その結果、これまでに同定されていた遺伝子変異の属するすべてのエクソンにてDGGE方法で異常バンドを検出することができその有用性が確認できた。さらに、未知の検体について解析を行い、これまでの結果と合わせて、10家系で12の遺伝子変異を装置し、遺伝子変異の解析率を95%とすることができた。

R333W変異とDuarte異型に関連するN314D変異を除く10の遺伝子変異は日本人固有の遺伝子変異であった。GALT遺伝子のRFLP解析では比較的稀であるSacl (-)が白人種と同様にN314D変異を示す対立遺伝子上に日本人患者にも存在し、他の正常および古典型GALT欠損症患者ではSacl (+)を示した。以上のこととDuarte異型の頻度が白人種と同様に日本人種で2%と比較的多いことを考えあわせると、他の古典型の遺伝子変異と異なり、N314D変異は日本人種と白人種で同一の起源すなわち極めて古い時代に発生したと推測される。これまでに同定された遺伝子変異の真違を確認するためCOS細胞を用いた蛋白発現試験を行ない、臨床表現型と遺伝子型の相関を検討する予定である。ガラクトキナーゼ(GALK)欠損症については、ヒトゲノムDNAコスミッドライブラリーからGALKcDNAでスクリーニングを行ない、ガラクトキナーゼのゲノムDNAが6.5kbにわたり8個のエクソンから構成されていることを明らかにした。現在、各患者について決定されたエクソンをPCR法にて増幅合成し、遺伝子変異を検索している。1)ガラクトース血症I型(GALT欠損症)変成ゲル濃度勾配電気泳動法(DGGE)を用い、患者11家系でこれまで報告されていない新しい13の遺伝子変異を同定し、遺伝子変異の解析率を90%以上とすることができた。その中で、軽症型であるDuarte異型の分子遺伝学的特徴は白人種と同様にN314D変異であり、また、RFLP解析でSac1(-)を示すことから、日本人種と白人種で同一の起源すなわち極めて古い時代に発生したと考えられる。一方、古典型のGALT遺伝子変異は日本人固有の遺伝子変異であり、比較的新しい時期に発生したと推測される。これまでに同定した遺伝子変異のCOS細胞を用いた変異蛋白発現試験の結果では1から35%の種々の活性を得ることができた。進行する精神運動発達遅滞と卵巣機能不全を主症状とする後期症状の発症はこの遺伝子変異より求められたin vitroGALT活性の残存活性の程度により推測され得た。今後、臨床表現型と遺伝子型の相関、その異常酵素蛋白の特徴を明らかにする。2)ガラクトース血症II型(GALK欠損症)患者7家系における遺伝子変異の検索結果では、5つの新しい変異、すなわち、3つのミスセンス変異と2つの欠失変異を同定した。これらの遺伝子変異は白人種では発見されていない。また、これまでGALK欠損症患者では世界的に詳しい報告がなされていない異型について、我々は、日本人家系に共通する異型『Osaka』の変異を確認しており、その分子遺伝学的解析と酵素免疫学的な解析を行なっている。
血管-神経ガイダンスにおける共通分子実態の解明

1軸索ガイダンス因子FLRT2の血管形成誘導について昨年度、神経軸索ガイダンス分子FLRT2が血管内皮細胞(HUVEC)に対して反発作用を示すことを見出した。従って細胞内シグナル伝達経路を解析するため、この反発作用がUnc5B受容体を介した応答であるかどうかを解析した。Unc5Bリガンドトして知られているRobo4が機能しない細胞内ドメインを欠損したドミナントネガティブ型Unc5B受容体を発現した内皮細胞を用い、FLRT2に対する応答性を解析した。その結果、予想に反し、ドミナントネガティブ型でもFLRT2の反発作用を受けることが明らかとなった。この結果はFLRT2による内皮細胞への反発作用がUnc5Bを介さない可能性を示唆している。また、FLRT2が血管内皮細胞へとエンドサイトーシスされる際、どのような小胞に取り込まれているかを解析した。その結果、一部後期エンドソームに取り込まれていることが確認された。2新規ガイダンス因子Netrin-5について血管ー神経ガイダンスの共通分子実態を見出すため、新規ガイダンス因子の同定を試みた。Netrin-1に対するホモロジー解析により、新規ガイダンス因子Netrin-5を見出した。Netrin-5のC末端に対する抗体を作成し、発現パターンを解析した。その結果、成体齧歯類において神経新生に関わる海馬歯状回及び側脳室下帯・吻側移動経路・嗅球で強い発現が見られた。中でも、ニューロブラストとtransient amplifying cellsに発現が見られる。一方、神経幹細胞やアストログリア細胞では発現が見られなかった。また、一部の血管内皮細胞にも発現が見られたことから、Netrin-5は血管・神経発生を制御する新規ガイダンス因子である可能性が考えられる。26年度が最終年度であるため、記入しない。近年見出した神経軸索ガイダンス分子FLRT2が発生過程におけるUnc5B陽性動脈の走行をガイドしている可能性が考えられたので、発生過程における血管形成時にUnc5Bを発現している血管内皮細胞とFLRT2発現パターンの解析を行った。胎生11日齢のFLRT2 LacZノックインマウスを用いて凍結切片を作製しLacZ染色・抗PECAM抗体染色を行った結果、動脈血管内皮細胞周囲に存在する間葉系細胞でFLRT2の強い発現が観察された。この結果はFLRT2が血管内皮細胞に対してガイダンス因子として血管走行を制御している可能性を強く示唆している。また、FLRT2ノックアウトマウスにおける血管走行に異常が見られるか、抗PECAM1抗体を用いて胎児のホールマウント染色を行った。その結果、胎生11日齢の頭部静脈が融合し、分岐不全を生じているフェノタイプが観察された。この結果はFLRT2が血管の分岐に関わっていることを示唆している。次にin vitroにおいて静脈血管内皮細胞(HUVEC)を用いてFLRT2を基質としてコートしストライプアッセイを行った。その結果、HUVECはFLRT2に対して反発作用を示し、この過程でFLRT2を積極的にエンドサイトーシスしていることが明らかとなった。したがって、FLRT2は神経細胞だけでな血管内皮細胞に対しても反発作用を示すことが明らかとなった。さらに、胎生9.5日齢のC57BL/6バックグラウンドのFLRT2ノックアウトマウスでは接着因子であるPECAM1の発現が全身において著しく低下していた。この結果から、FLRT2ノックアウトマウスが出血により胎生致死になる原因の1つとして、PECAM1発現低下による血管脆弱性が考えられる。神経軸索ガイダンス因子

FLRT2が神経だけでなく血管に対しても反発性のガイダンス因子として作用しうるか仮説を検証し、血管内皮細胞(HUVEC)に対して反発性因子として機能することを見出した。HUVECはFLRT2を細胞内に積極的に取り込んでおり、リガンドとして作用していることをin vitroにおいて示すことができた。また、FLRT2ノックアウトマウスにおいて、PECAM1の発現が著しく低下していること、静脈の分岐不全を生じているという2つのフェノタイプを見出すことができた。これらの結果から、FLRT2は複数の作用、すなわちRobo4やAng1の様にリガンドとして作用することで血管構造安定化に関わっていること、VEGFの様に分岐を促進する作用があることが明らかとなった。本年度の研究でFLRT2ノックアウトマウスの血管走行に異常があることが明らかとなった。しかしながら、フェノタイプにばらつきがある為、カテゴリーに分けて、統計処理による有為差検定を行う。また、静脈系血管の分岐不全のフェノタイプを裏付けるため、静脈血管内皮細胞(HUVEC)を用いたチューブフォーメーションアッセイを行う。FLRT2は血管周辺部間葉系細胞に発現していることが明らかとなった為、血管内皮細胞に対してノンセラトノマスなガイダンス因子として影響を及ぼしている可能性があり、引き続きin vivo及びin vitroにて詳細に解析を行う。特にFLRT2の作用がUnc5B受容体を介しているかどうかに注目する。Unc5Bの野生型及びドミナントネガティブ強制発現細胞を用いて、FLRT2に対する応答性を解析する。また、Unc5Bノックアウトマウスの血管内皮細胞を初代培養し、FLRT2刺激をした際の反発作用をタイムラプス顕微鏡にて観察する。また、細胞内ではどのようなエンドサイトーシス経路によってFLRT2を取り込んでいるのか、どの小器官に蓄積しているのかを解析する。一方、マウス網膜血管網は出生直後7日齢頃までに放射状に伸長しながら形成される。この系はin vivoにおける内皮細胞の形態や血管の分岐を観察する系としてよく用いられている。網膜内においてもFLRT2が発現しており、Unc5B受容体も血管内皮細胞に発現している為、網膜内血管形成に両者がリガンド・受容体として機能している可能性が考えられる。したがって、FLRT2ノックアウトマウスを用い、血管走行についての解析を行う。
ナノポアを有するシロキサン系分子合成と機能開拓

本研究では、分子内にナノレベルの空間を有する新しいシロキサン系分子を創出し、その内部空間を活かした応用展開について検討した。大環状シロキサンにアルコキシシリル基を導入し、加水分解・重縮合反応によって環構造を保持したシロキサン材料を作製し、ガス分離膜として機能することを示した。また、環状シロキサンを自己組織化によって配列制御する手法を確立した。さらに、かご型シロキサン分子を連結制御することで、ゼオライトのリング構造をボトムアップで構築することに成功した。H27年度は、1)人工イオンチャネル、2)分離膜としての応用を目指して、環状シロキサンのアルコキシリル誘導体の合成とその集合によるナノ構造体の合成について検討を行った。1)両親媒性の6員環シロキサンの自己集合によって、イオンが透過可能な大きさのポアを有する中空シロキサンナノ粒子の作製が期待できる。まず、既報を参考にn-オクチル基を有する6員環環状シロキサンがNa及びNiイオンに配位した錯体を合成した。これをClSi(OEt)3でシリル化することで、n-オクチル基及び-Si(OEt)3基を有する新規環状シロキサン誘導体を合成することに成功した。次に、アルコキシ(-OEt)基を酸性条件下、水-エタノール中で加水分解し、得られた溶液をガラス基板上にキャストして膜を作製した。XRD測定によって2.46 nmの周期構造を示すピークを観測したことから、自己組織化によるメソ構造の形成が示唆された。得られた膜はヘキサンに溶解したことから、外表面がオクチル基で覆われたナノ粒子の集合体であることが示唆された。2) 12員環の環状メチルシロキサンがCu, Naイオンに配位した錯体を既報を参考に合成した後、ClSi(OEt)3でシリル化することによって、-Si(OEt)3基を有する大環状シロキサン誘導体を合成した。この分子を酸性条件下で加水分解・重縮合させることによって、透明なゲル膜を得た。固体NMRから、環構造がある程度保持されていることが示唆された。12員環はベンゼン誘導体などの比較的大きな分子が通過可能であり、従来のランダムな細孔構造を有するシリカ膜とな異なる高機能分離膜としての応用が期待される。ナノポアを有するシロキサン系分子として2種類の環状シロキサンのアルコキシシリル誘導体の合成に成功しており、本研究課題の主要なターゲットであるイオンチャネルや分離膜としての応用に向けて順調に研究が進んでいると判断されるため。1)リング状シロキサンの合成と分離膜応用12員環構造のメチルシロキサンのアルコキシシリル誘導体の加水分解・重縮合反応によって得られるゲル膜(H27年度報告)のガス分離性能について調査を行い、一定の分子ふるい効果を示すことを確認した。一方、より明確な内部空間の構築を目的として、剛直なかご型シロキサンオリゴマーをビルディングブロックとして用いた環状状構造体の合成に取り組んだ。立方体形状のかご型シルセスキオキサンH8Si8O12に対して、水酸基を二つ有する有機化合物を反応させることによって、8つの頂点Si-H基のうち隣接する二つを位置選択的にSi-O-C結合に変換することに成功した。この化合物は、Si-O-C結合の加水分解と分子間重縮合によって環状構造体を形成することが期待できる。2)自己組織化による中空状構造体の合成両親媒性の6員環シロキサンの設計と自己組織化について検討した。親水基としてトリエトキシシリル基(-Si(OEt)3)、疎水基としてオクチル基(炭素数n = 8)を導入した分子(H27年度報告)からは、低規則性のメソ構造体が得られた。そこで、分子集合能力向上を目的として、n = 12およびn = 18のアルキル鎖の導入を行った。これらの分子の加水分解・重縮合反応と、溶媒揮発にともなう自己組織化によって、ラメラ構造体が形成されることを示した。当初目的としていた逆ミセル型の中空ナノ粒子は得られなかったが、二次元シート状に環状シロキサンが配列、連結された新材料として、分離膜などとしての展開が期待される。3)分子テンプレート法によるナノポアの創出Si-H基を有するかご型シロキサンの一つの頂点に、ナノポア形成のためのテンプレートとなるかさ高い有機基をSi-O-C結合によって導入する手法を確立した。いずれの実験項目についても、目的のシロキサン化合物や材料の合成は予定通りに進んでおり、学会における成果発表も行っている、また、一部の材料については性能評価も行っている。以上を考慮しておおむね順調に進展していると評価した。1)かご型シロキサンをビルディングブロックとした環状構造体の合成隣接する二頂点が選択的にSi-O-C結合に変換されたかご型シロキサン(H28年度報告)を触媒存在下で加水分解することによって、Si-OH基を二つ有するかご型シロキサンを合成した。さらに、この化合物を加熱することによって、かご型シロキサンが3、4、5つ連結した環状構造体が分子間縮合によって生成することを確認し、GPCによって単離することに成功した。これらの環状構造体は結晶性ミクロ多孔体として知られるゼオライトのミクロ孔と類似した剛直な構造を有することから、選択的な吸着や分離材料としての展開が期待される。

2)分子テンプレート法によるナノポアの創出かご型シロキサンの1頂点にSi-O-C結合を介してかさ高い有機分子が結合した化合物(H28年度報告)をPd/C触媒存在下で水と反応させることによって、Si-O-C結合を保持したまま、7つのSi-H基をすべてSi-OH基に変換した。Si-OH基の水素結合によって分子結晶を形成した後、Si-OH基の縮合と有機基除去を行うことによって、ナノ空間を有する結晶性シロキサン材料の創出が期待できる。一方、光応答性分子であるアゾベンゼンを修飾したかご型シロキサンの自己組織化によるシリンダー状構造体の形成にも成功し、光によって開閉可能なナノポアの設計に道を拓いた。3)自己組織化による中空状構造体の合成逆ミセル形成能を有する3本鎖のカチオン性界面活性剤とシリカ源の混合溶液から、溶媒揮発に伴う自己組織化によって、直径2-3 nmのシリカ-界面活性剤複合体ナノ粒子を作製することに成功した。中空構造は持たないが、自己組織化過程で様々なゲスト種を共存させることによって、粒子内部への取り込みが可能と期待される。本研究では、分子内にナノレベルの空間を有する新しいシロキサン系分子を創出し、その内部空間を活かした応用展開について検討した。大環状シロキサンにアルコキシシリル基を導入し、加水分解・重縮合反応によって環構造を保持したシロキサン材料を作製し、ガス分離膜として機能することを示した。また、環状シロキサンを自己組織化によって配列制御する手法を確立した。さらに、かご型シロキサン分子を連結制御することで、ゼオライトのリング構造をボトムアップで構築することに成功した。H28年度以降は、これまでに合成した環状シロキサンからなるナノ粒子やゲル膜の応用について検討する一方、新しいシロキサン系分子としてかご型シロキサンの連結による環状構造体や中空構造体の合成にも取り組む。従来型の環状シロキサンは骨格が柔軟であるため、明確な内部空間を持たない可能性がある。そこで今後はかご型シロキサンを連結した剛直な環状構造体の合成に注力する。29年度が最終年度であるため、記入しない。無機合成化学29年度が最終年度であるため、記入しない。