hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
自己免疫性肝疾患における疾患特異的T細胞受容体の高解像度解析と病態解明

日本人でもrs9277534はHLA-DPB1の発現に関連していた。さらに、rs9277534ジェノタイプはHLA-DPB1アリルと強い連鎖不平衡を示した。HLA-DPB1アリルはAIHの疾患感受性と関連性は認めなかったがrs9277354Gアリルは有意にAIHと関連していることを証明し、ロジスティック回帰分析からHLA-DRB1*04:05アリルと独立した疾患感受性を持つことが明らかとなった。(Yamazaki T, Umemura T, et al. Scientific Reports2018)AIH 180名とPBC 350名、健常人325名についてはHLAのclass Iとclass IIのタイピングは終了している。AIHとPBCについて80名ずつランダムに抽出し、次世代シークエンサーで全HLA遺伝子のPCRを施行し、解析は終了して6桁から8桁のHLAのタイピングは終了している。健常人80名については現在測定中である。現在得られた塩基配列について従来から報告のある配列との相違を検討中である。新しいアリルの発見もあり投稿準備中である。TCRのレパトア測定法については基礎実験を行っており順調に進展している。HLA領域のリシークエンシング解析は現在投稿準備中であるので早急に投稿を行う予定である。発見された変異について残りの検体で発見された多型・変異が病態と関連性があるか統計学的な検討を行い、確認をする予定である。T細胞受容体のレパトアについての測定方法を開発するための基礎実験を行っていく。TCRのレパトア測定方法の再現性について確認を行い、AIH、PBC患者の検体を用いて解析を開始する予定である。本年度施行したSH2B3遺伝子多型の解析が安価に行えたため。次年度のTCRのレパトア解析について次年度使用額をあてることが出来るため測定系の確立,さらに健常者全ての解析が行えるようになった。より詳細かつ正確なデータ解析が行えると考えられる。本年度施行したオートタキシンの測定、rs9277534の測定には想定より費用がかからなかったため、次年度のTCRのレパトア解析について次年度使用額をあてることが出来るため測定系の確立,さらに健常者全ての解析が行えるようになった。
ライフステージに応じた発達障害児における「不器用」の評価と支援法の開発

本年度は、発達障害児の各ライフステージにおける「不器用」の発生メカニズムの分析に主眼を置いた。様々な年齢の自閉症スペクトラム障害(ASD)児の微細運動課題遂行中の様子をハイスピードカメラで記録すると共に、課題遂行中の視線をアイマークレコーダで同時に記録した。現在、得られたデータを分析中であるが、ASD児の中でも微細運動が巧みな者においては、体性感覚に基づく予期的制御がその一因である可能性が示唆された。その一方で、微細運動課題の成績が低い者においては、その規定要因が一様でない可能性が示唆された。また本年度においては、ASD児の他者との共同作業場面における運動特性を明らかにするために、先行研究にもとづくMotorToM課題を実施した。この課題は、対面する共同作業者が使いやすいように、道具を手渡すことができるかを評価するものである。測定の結果、本研究で対象とした重篤な知的障害のないASD児においては、この課題を定型発達児と同様に遂行することが明らかとなった。この結果は、ASD児の共同作業場面に対する支援を考える上で重要な知見である。本年度も研究分担者と共に関連学会で自主シンポジウムを行い、研究成果の一部を公表した。また、これまで継続的にデータを収集してきた運動アセスメントの妥当性検証の一部を、関連する国際誌に投稿し採択された。更に、昨年度から引き続きASD児と定型発達児を対象として、運動機能についての年齢縦断的調査を行った。これと関連して、別の研究者グループが実施している認知発達のコホート調査の視察を行い、心理発達の年齢縦断的検討についての情報交換を行った。不器用の発生メカニズムについての検討で得られたデータの分析手法に関して、いくつかの技術的問題が生じ、その解決に時間を要したため。研究最終年度となる次年度においては、本年度における不器用の発生メカニズムについての検討を継続すると共に、これまでの研究結果の総括を行い、発達障害児の不器用に対するライフステージごとの支援原則や介入法の提案を行う。本年度は、発達障害児の各ライフステージにおける「不器用」の実態把握に主眼を置いた。日常生活や学校生活で生じる「不器用」がどのようなものであるのか、学校教員や保護者を対象とした質問紙調査を行い、運動のどのような側面を「不器用」と評価しているのか把握する一方で、こうした評価と小児や青年期の発達障害児における実際の運動能力との関係を検討した。よく知られたMABC2やBOT2などの運動アセスメントの成績と、保護者などからの「不器用」という評価の関連を検討したところ、「不器用」と評価される者の運動アセスメントの成績は、そのように評価されない者達の成績よりも低い傾向にあったが、不器用と評価される者においても、運動アセスメントでは運動スキル障害のリスクなしと判定される場合も少なからず認められた。現在、更に分析を進めている。また、今回対象となった小児や自閉症スペクトラム障害(ASD)児における過去(12年)の運動アセスメントの成績について後方視的検討を行ったところ、運動アセスメントの成績は年齢縦断的には上昇傾向にあると共に、過去の運動アセスメントの結果から現在における保護者などからの「不器用」という評価を予測しうる可能性が示唆された。こうした一連の検討に加え、本年度はASD児の系列的な運動制御における内言の関与についても検討したところ、ASD児においては社会性障害が重篤な者ほど、運動制御に対する内言の関与が少なくなることが示唆された。これは次年度から行う不器用の関連要因を行う上でも重要な知見である。また、本年度の後半から次年度に向けてのパイロット的検討として、アイマークレコーダーを用いた運動遂行過程の分析も開始した。また、研究分担者間で臨床活動の見学などを行い、情報交換を行った。概ね交付申請書の通り測定を行い、分析を進めることができたため。

これと関連して、別の研究者グループが実施している認知発達のコホート調査の視察を行い、心理発達の年齢縦断的検討についての情報交換を行った。不器用の発生メカニズムについての検討で得られたデータの分析手法に関して、いくつかの技術的問題が生じ、その解決に時間を要したため。本年度に得られたデータの分析を進めると共に、交付申請書に記載の通り、発達障害児における「不器用」の発生メカニズムについてのライフステージ横断的な分析を行っていく。研究最終年度となる次年度においては、本年度における不器用の発生メカニズムについての検討を継続すると共に、これまでの研究結果の総括を行い、発達障害児の不器用に対するライフステージごとの支援原則や介入法の提案を行う。
短波長用ドメイン反転非線形光学結晶の作製と評価

近年、レーザ光の応用範囲は拡大化しており、その重要性は高まる一方である。このような状況の中で、中心的役割を担うレーザ光源においては、波長範囲の拡大、高効率化、高出力化、小型・軽量化などが強く望まれている。これに対して疑似位相整合を用いた非線形光学相互作用は、高効率な波長変換に非常に有益である。そこで、本研究ではドメイン反転非線形光学結晶の作製法と評価法に着目し、高い光損傷を特徴とする非線形光学結晶LiTaO_3を用いて研究を行った。研究内容は以下に示す通りである。1.多機能小型真空チャンバ、高圧出力電圧30kVの電源、パーソナルコンピュータなどから電界印加システムを構築した。2.偏光顕微鏡を用いてドメイン反転構造の観察を行い、熱処理前に比べて熱処理後、観察像のコントラストが低下することから、ドメイン反転光学結晶に対する熱処理の有効性について知見を得た。3.超音波顕微鏡を用いてドメイン反転構造の観察を行い、超音波顕微鏡がドメイン反転結晶の音響物性の測定に有効との知見を得た。4.厚さ500μmのLiTaO_3に周期7.5μmのドメイン反転格子を作製し、効率やスペクトル特性などの基本的光学特性を明らかにした。
難病、頸椎後縦靱帯骨化症特異的タンパク質の発見とそのメカニズムの解明

我々は、後縦靭帯骨化症の克服のきっかけとなるよう、プロテオーム解析を行ってきた。後縦靭帯骨化症は、脊柱靭帯が骨化し、神経を圧迫し、麻痺を起こす疾患で、日本で見つけられた疾患であるが、現在、アジア以外にも欧米での発症が確認され、未だ原因不明の疾患で、難病となっている。我々は、13年間、患者血液中のタンパク質の解析を行い、健常者と明らかに欠損するタンパク質を発見した。このノックアウトマウスを作製したところ、すべてのマウスに患者と等しく、中年後期に後縦靭帯骨化を発症し、糖尿病の合併を呈し、後縦靭帯骨化症の原因タンパク質であると考えた。我が国には、脊柱靭帯骨化症という脊椎の靭帯が骨化する疾患が存在する。なかでも、頸椎に多発する後縦靱帯骨化症の難病で、脊椎後方靱帯の異所性骨化により脊髄麻痺を来す根治的治療方法がない、難治性疾患の一つである。我々は、この疾患特異的タンパク質を探索し、発症メカニズムの解明と医薬品開発を行う目的で研究を開始した。後縦靭帯骨化症98症例の血液、摘出組織から疾患特異的なタンパク質を発見した。それらのタンパク質を逆相HPLC精製、SDS-PAGEによる分離、LC-MS-MS解析を繰り返し、SAS統計、MASCOT解析にて、特異的タンパク質を同定し、立体構造解析を行った。この疾患特異性を立証するために、in vitro実験では、iPS ; induced pluripotent stem cells靭帯誘導細胞、間葉系幹細胞にこの遺伝子をsiRNA ; small interfering RNAにてノックダウンしたところ、細胞が骨化を示すことが確認された。in vivo実験では、トランスジェニックマウス、ノックアウトマウスの作製を行っており、疾患と同じ靭帯骨化を示すことを病理組織学的に立証している。さらに、血液からDNAを抽出増幅し、一塩基多型(SNPs ; Single Nucleotide Polymorphisms)解析を行ったところ、疾患特異的タンパク質の遺伝子にSNPsを確認できた。我々が作製した脊柱靭帯骨化モデルマウスを使い、疾患特異的タンパク質から作製した靭帯骨化抑制剤の生体内投与を行い、靭帯骨化を予防する薬物吸収濃度の閾値を決め、多臓器との可逆反応の追跡研究を行い、近い将来、安全な安心できる医薬品として、橋渡し研究への基盤研究を実施する。この疾患特異性を立証するために、in vitro実験では、iPS;induced pluripotent stem cells靭帯誘導細胞、間葉系幹細胞にこの遺伝子をsiRNA;small interfering RNAにてノックダウンしたところ、細胞が骨化を示すことが確認された。さらに、血液からDNAを抽出増幅し、一塩基多型(SNPs;Single Nucleotide Polymorphisms)解析を行ったところ、疾患特異的タンパク質の遺伝子にSNPsを確認できた。我国の難病疾患の一つである脊柱靭帯骨化症の中でも重篤な後縦靭帯骨化症を克服するために研究を遂行している。後縦靭帯骨化症の患者血清プロテオミクスより1つのタンパク質が健常者と比較し欠損していた。このタンパク質を抑制したノックアウトマウスを作製したところ、マウスの寿命が約2年とみられる中、誕生から8カ月以降、後縦靭帯骨化を確認し、糖尿病の合併、皮下脂肪の高値など、ヒトの後縦靭帯骨化症と類似した発症を確認した。更なる骨化メカニズムを検証し、ヒトの異所性骨化の機序と同じであった。我々が作成したノックアウトマウスは、後縦靭帯骨化症のモデルマウスであると断定し、2014年、論文公開を行う。我々は、本研究により、後縦靭帯骨化症の直接的な原因タンパク質を見つけ、難病の克服に繋げる研究を成しえたことを研究実績として報告する。

脊柱靭帯骨化症には、特異的なタンパク質の発現が見られる。このタンパク質の発現を調節することで、靭帯骨化の発症に直接関係していることを突き止め、さらに、タンパク質の発現を抑制することで、治療に繋がる発症メカニズムを解明している。健常な靭帯組織を幹細胞から立体的に作成することに成功し、特許出願、論文公開、国民に向けての情報公開を行った。この発見により、患者個別化幹細胞から靭帯組織をin vitroで作製後、脊柱靭帯骨化症の特異的タンパク質の発現を調節すると幹細胞由来靭帯組織を骨化させることができ、さらに、靭帯骨化特異的タンパク質を抑制する化合物が、脊柱靭帯骨化症の治療または、予防となるか、靭帯骨化抑制化合物の薬物動態を検証している。既に、健常の幹細胞由来靭帯組織の発生学的メカニズムは解明し、脊柱靭帯骨化症の発症メカニズムとの検証を実施している。現在、脊柱靭帯骨化症のモデルマウスを作製し、組織機能性、運動機能性等、検証を実施している。in vivoのノックアウトマウスの誕生により、これまで行ってきたin vitroでの靭帯骨化発症メカニズムの立証となり、更なる有意性を証明する。研究目的は、難病疾患の1つである後縦靭帯骨化症の疾患原因を解明し、治療製剤の開発研究の実現である。研究実施計画は、縦靭帯骨化症の患者血清プロテオミクスを施行し、健常者と比較し疾患特異的タンパク質を発見することで、その立証研究として、後縦靭帯骨化症モデルマウスの作製に成功した。このマウスの特徴は、性差があり、糖尿病の合併、中年期以降、後縦靭帯骨化症をすべてのマウスに発症した。また、このタンパク質の精製から立体構造解析を実施し、治療製剤の効果を調べた結果、合併症の抑制を示し、非治療群のマウスは、後縦靭帯骨化症が進行し、四肢麻痺を発症したが、治療群のマウスは、進行の抑制を示した。本研究は、これまで原因不明の難病を克服し、後縦靭帯骨化症の早期発見検査薬と治療製剤の開発へと橋渡し研究を展開する。更に、本研究は、疾患プロテオミクスの重要な成果を世界に示したこととなる。26年度が最終年度であるため、記入しない。整形外科26年度が最終年度であるため、記入しない。トランスジェニックマウスの発現解析、機能解析、骨格標本を作製し、現在、論文投稿中である。ノックアウトマウスは、5月にF1の誕生を予定しており、その後、解析結果を公開していく。可能な限り、遺伝子操作マウスを分与できるように整備し、研究の広い展開を考慮し、一日も早い靭帯骨化抑制剤の効果をまとめ、臨床試験へのベースデータとする。疾患プロテオミクスにより、靭帯特異的タンパク質を発見し、幹細胞から靭帯組織を作製することに成功した。目的である後縦靭帯骨化症の特異的タンパク質を発見したことにより、靭帯組織の中で骨化を起こすメカニズムを検証でき、モデルマウスの作製ができた。幹細胞由来靭帯組織の論文公開、脊柱靭帯骨化症メカニズムの解明が順調に進んでいる。可能な限り早く、論文公開後、製薬企業への橋渡しができるようにしたい。ノックアウトマウスの組織形態、運動神経機能が、ヒトの脊柱靱帯骨化症の発現と同じ発症となるか、病理組織学的、分子生物学的、遺伝子学的検証を実施する。
除菌および殺菌能を有する樹脂の開発

従来、生活用水は塩素などの水溶性殺菌剤によって殺菌されており、残存塩素が水中の熔存物質と反応してハロメタン類などの発ガン性物質を生成することおよび残留殺菌剤による環境汚染が問題になっている。これらの問題を解決するためには不溶性高分子を母体とする不溶性殺菌剤が有効であると考えられる。我々は、下に示す除菌および抗菌能をもつ樹脂を製造することができた。(1)メタクリル酸グリシジル(GMA)を一成分とする球状共重合体にトリエチルアミン(TEA)、N,N-ジメチル-n-オクチルアミン(DMOA)、N,N-ジメチル-n-ドデシルアミン(DMDA)、N,N-ジメチル-n-ヘキサデシルアミン(DMHDA)、を導入して第4級アンモニウム基をもつ樹脂RCG-TEA、RCG-DMOA、RCG-DMDA、およびRCG-DMHDAを製造した。これらの樹脂は、E.coli(グラム陰性菌)やS.aureus(グラム陽性菌)に対して抗菌性を示した。窒素導入量の大きい樹脂ほど高い抗菌性を示した。走査電子顕微鏡観察により菌体が樹脂に吸着されることを確認した。樹脂による低分子の吸着を種々の条件下で検討した。抗菌性は樹脂と菌体との吸着に基づく接触により発現することを推察した。(2)GMAを一成分とする球状共重合体に、トリエチル、トリブチル、およびトリオクチルホスフィンを導入して、ホスホニウム基を有する樹脂RCG-TEP、RCG-TBPおよびRCG-TOPを製造した。これらの樹脂は、E.coliおよびS.aureusに対して抗菌性を有することを見いだした。その抗菌性はホスホニウム基中のアルキル基の長さや官能基の違いのみならず、ホスホニウム基を導入した樹脂母体の違いによっても影響されることがわかった。メタクリル酸メチル,スチレンまたはメタクリル酸グリシジルとジビニルベンゼンの共重合体から球状樹脂を合成した。それぞれの樹脂をRM,RSおよびRGと略す。これらの樹脂にポリエチレンポリアミン側鎖,第4級アンモニウム基およびホスホニウム基を導入した。得られた樹脂のE.coliに対する除菌能を660nmの吸光度およびコロニ-法による残存生菌数により検討した。(1)RMにポリアミンとして,エチレンジアミン(EDA),ジエチレントリアミン(DTA),トリエチレンテトラミン(TTA)およびテトラエチレンペンタミン(TPA)を反応させた。その除菌能はアニオン交換容量の順(RM-EDA<RM-DTA<RM-TTA<RM-TPA)に大きくなった。細胞質成分の溶液への漏出を示す254nmの吸光度も同じ順序であった。RSをクロロメチル化した樹脂(RCS)に上記のポリアミン側鎖を導入した樹脂の除菌能は,交換容量の大きいRCS-DTA>RCS-TTA>RCS-TPAの順であったが,254nmでの吸光度の大きさの順序は逆になり,アミン鎖の長いものほど大きかった。アニオン交換容量の異なるRM-TTAでは交換容量の大きいものほど除菌能が高かった。RM-TTA樹脂の対イオンをOH^-,Cl^-,Br^-およびI_3 ^-にした樹脂を用いて除菌能を測定した。660nmでの吸光度の測定結果からは,その除菌能はOH型>Cl型>Br型>I_3型の順であり,残存生菌数の測定結果からはI_3型>OH型>Cl型>Br型の順であった。(2)RGを,まず塩化水素との反応によりクロロヒドロキシル化した(この樹脂をRCGとする)

のち,各種アミンと反応させて第4級アンモニウム基をもつ樹脂を合成した。トリエチルアミン(TEA)を導入した樹脂(RCG-TEA)においては,RM-TTAの場合と同じくOH型樹脂は高い除菌能を示したが,Cl型樹脂は除菌能を示さなかった。(3)RCGにトリアルキルホスフィンを導入することにより,ホスホニウム基を有する樹脂を合成した。これらの樹脂もE.coliに対して除菌能を示すことが認められた。(1)メタクリル酸グリシジルとジビニルベンゼン(DVB)の共重合により球状樹脂(RG)を合成した。RGをクロロヒドロキシル化したのち(この樹脂を以下RCGと略記する),アルキル鎖の異なるN,N-ジメチルアルキルアミンを反応させて第4級アンモニウム基を有する樹脂を製造し,その抗菌性をE.coliを用いて検討した。対イオンとしてOH^-を有するOH型樹脂では,抗菌性の順序はRCG-DMOA>RCG-DMDA>RCG-DMHDAであった。ここでDMOA,DMDAおよびDMHDAはそれぞれ導入したジメチル(オクタデシル,ドデシル,ヘキサデシル)アミンをあらわしている。Cl型樹脂ではその逆の順になった。これらの樹脂はグラム陽性菌であるB.subtilisに対しても同様の抗菌性を示した。これらの抗菌作用機構を解明するために種々の実験を行った結果,OH型樹脂では樹脂から遊離したOH^-が主に抗菌性に関与すること,またCl型樹脂では菌体との吸着力が強いと考えられる第4級アンモニウム基中のアルキル基の長いものほど樹脂と菌体との接触が大きくなり,抗菌作用が大きくなるものと推察された。(2)RCGにトリブチルホスフィンを導入した樹脂(RCG-TBA)とトリエチルホスフィンを導入したRCG-TEPより高い抗菌性を示した。この樹脂においてもOH型樹脂が高い抗菌性を示した。(3)スチレン-DVB共重合体をクロロメチル化した樹脂(RCS)にポリエチレングリコール(PEG)をスペーサーとして導入した第4級アンモニウム基を有する樹脂(RCG-PEG-DMDA)では,Cl型およびOH型いずれの樹脂でも,PEGの長さには無関係に,DMDAの導入量の多いものほど高い抗菌性が認められた。しかしその抗菌性は大きいものではなかった。フェノール誘導体を導入した樹脂では,没食子酸を導入した樹脂において,0.D._<660>が経時的に増加する現像が見られ,菌体の凝集が起こっていることが示唆された。(1)グリシジルメタクリラート(GMA)-ジビニルベンゼン(DVB)球状共重合体(RCG)に種々の第4級アンモニウム基を導入した樹脂(RCG-Q)を製造した。それらの樹脂の構造と抗菌能の関係を明らかにするために、樹脂構造とアニオン性低分子吸着能との関係を検討した。RCG-Qはベンゼンスルホン酸ナトリウム(SBS)およびドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(SDBS)を広いpH範囲およびイオン強度の溶液から吸着することを認めた。SDBSの吸着量はSBSに比べてかなり大きかった。窒素導入量の大きい樹脂ほど、SDBSの単位重量あたりの吸着量は大きいが、窒素当量あたりの吸着量は逆に、窒素導入量の小さい樹脂ほど大きくなった。窒素導入量が同じRCG-QによるSDBSの吸着量は水中より緩衝液中の方が大きかったが、SBSの吸着量は逆であった。第4球アンモニウム基中のアルキル基の長さも吸着に影響することがわかった。
皮膚の非侵襲的方法を用いた形態学的ならびに機能的評価法の開発

皮膚腫瘍に関する研究表皮内に腫瘍細胞の浸潤が認められる皮膚悪性腫瘍のうち、表皮内に異形なリンパ球の浸潤が認められるparapsoriasisen plaque(PEP ; early stage mycosis fungoides)と、表内に腺系の腫瘍細胞が認められるextramammary Paget's disease(EMP)の2つの皮膚悪性腫瘍に関して、特徴的な皮膚の形態学的変化があるかどうかを調べた。近傍の非病変部健常皮膚とくらべ、PEPでは、より深い皮溝が形成され皮溝の異方向性が低下するという特徴があり、EMPでは、皮溝が浅くなり平坦な皮表conotourになるという特徴が見いだされた(Demonstration of characteristic....)。生体共焦点レーザー顕微鏡は、真皮網状層の上部まで、皮膚を切り取ることなしに組織変化を観察することができ、EMPや日光角化症、基底細胞上皮種(癌)など、表皮に病変の主座がある皮膚腫瘍について、従来の組織切片と同様の組織を確認できた(未発表データ)。アトピー性皮膚炎など炎症性皮膚疾患に関する研究13年度は冬期に若年女性の顔面皮膚で見られやすい「荒れ肌」をモデルにして、それが、軽い炎症の結果であること、そして、その病態に対して適切な保湿剤の使用が有効であることを明らかにした。(Improvement ofmild inflammatory changes of....)。14年度はこれと同様の非侵襲的な方法を用いて、乾燥皮膚から軽度の炎症性変化のあるアトピー性皮膚炎について研究を行った。各種データが、健常人の軽度の皮膚炎(冬期の荒れ肌)と、同様の挙動をしめすのか、あるいはアトピー性皮膚炎独特のものがあるのか、結果を解析中である。
ケアの倫理から考える新たな安全保障研究の構築―武力紛争下の性暴力を事例に

本研究の全体構想は、武力紛争下で性暴力を受けた女性たちが支援者とともに実践してきた尊厳回復のための営みの実態調査を通じて、フェミニズム理論の一つである「ケアの倫理」から考える新たな安全保障研究を構築することである。具体的には、以下の三つの研究を行う。1既存の安全保障に対するフェミニストたちからの批判に関する文献研究2武力紛争下における女性への性暴力の事例として、元「慰安婦」女性たちが支援者とともに実践してきた尊厳回復のための営みに関する実証研究3ケアの倫理から考える新たな安全保障研究構築のための理論研究本研究の全体構想は、武力紛争下で性暴力を受けた女性たちが支援者とともに実践してきた尊厳回復のための営みの実態調査を通じて、フェミニズム理論の一つである「ケアの倫理」から考える新たな安全保障研究を構築することである。1既存の安全保障に対するフェミニストたちからの批判に関する文献研究2武力紛争下における女性への性暴力の事例として、元「慰安婦」女性たちが支援者とともに実践してきた尊厳回復のための営みに関する実証研究3ケアの倫理から考える新たな安全保障研究構築のための理論研究
金属間相互作用の系統的理解を目指した混合金属錯体の研究

本研究では,白金と貨幣金属からなる混合金属錯体における,金属間相互作用の本質を明らかにするために,分子性Z型混合金属錯体および酸化還元活性な配位子を含む混合金属錯体の合成を行い,光物理的性質を明らかにした。カチオン性混合金属錯体の構造との比較により,生成した混合金属錯体の電荷が立体構造に影響を与えていることが明らかになった。また,白金原子間(同種金属原子間)の相互作用に基づく興味深い現象を偶然見出したので,白金イオンに配位したニトリル分子とアミジンとのカップリングにより生じたイミドイルアミジンを配位子とする白金錯体が示すメカノクロミック挙動を明らかにした。本研究では,発光をプローブとして金属間相互作用を系統的に理解するために,様々な混合金属錯体を開発している。昨年度,ビピリジンおよびその誘導体がキレート配位した白金ユニットを含むZ型混合金属錯体[Pt2M2(L)2(μ-3-tBupz)4](PF6)2 (L = bpy, 5,5'-dmbpy, 4,4'-dmbpy; M = Ag, Au, Cu)を合成し,発光特性を詳細に調べた。ビピリジンおよびその誘導体をキレート配位子として用いた場合には,生成する混合金属錯体は正電荷を帯びる。25年度は,フェニルピリジンがシクロメタル化した白金ユニットと架橋配位子として3,5-ジメチルピラゾールを用いることにより,分子性の混合金属錯体を合成した。そして,この混合金属錯体における配位子場強度の増大と電荷の減少が,発光特性にどのような影響を与えるか調べた。その結果,導入する11族の金属イオンとしてAg+を用いた場合には3-t-ブチルピラゾールを用いた場合と同様にZ型Pt2Ag2錯体が得られたが,Au+イオンを用いた場合には,PtAu2錯体が生成することが分かった。Pt2Ag2錯体の発光エネルギーを比較すると,分子性錯体の方がカチオン性錯体よりも低エネルギーの発光を示し,キレート配位子が,4,4'-dmbpy bpy > dfppy (2-(2,4-difluorophenyl)pyridine) > ppy(2-phenylpyridine)の順に低エネルギー側にシフトしていることが分かった。また,3,5-ジフェニルピラゾールがシクロメタル化した白金ユニットに1,1'-ビス(ジフェニルホスフィノフェロセン)(dppf)がキレート配位した錯体[Pt(Ph2pz-κC,κN)(dppf)]の合成にも成功したが,このPt(II)ーFe(II)錯体は室温,低温とも発光を示さなかった。我々は,白金と11族金属イオンおよび様々な置換基を有するピラゾラト配位子からなる混合金属錯体[Pt2M4(R2pz)8](M = Ag, Au, Cu; R2pz =置換ピラゾラト配位子)を開発してきたが,これらの錯体は,有機ELに応用するには吸収が深すぎるという問題点があった。それを克服するためにジイミン配位子を導入する必要があった。本研究では,混合金属錯体の発光強度に与える貨幣金属イオンの効果に関する一般性の有無を明らかにすることを目的として,ビピリジンおよびその誘導体がキレート配位した白金ユニットを含むZ型混合金属錯体[Pt2M2(L)2(μ-3-tBupz)4](PF6)2 (L = bpy, 5,5'-dmbpy, 4,4'-dmbpy; M = Ag, Au, Cu)を系統的に合成し,発光特性を詳細に調べた。その結果,これらの錯体には,固体状態で青色黄緑色の発光を示す結晶相とオレンジ色発光を示す結晶相が存在し,再結晶溶媒の選択によりいずれか一方の結晶相を取り出すことが可能であることが分かった。両結晶相の錯体のCDCl3(CD3CN)中の1H NMRが一致することにより,これらの錯体では結晶構造のみが異なっている2種の結晶が得られているものと考えられる。また,配位子の違いによらず,いずれの場合も青色(L = bpy, 4,4'-dmbpy)または黄緑色(L = 5,5'-dmbpy)に発光する結晶相が主に得られた。黄緑色もしくは青色の発光スペクトルは,振動構造を示すこと,中心金属イオン(Ag, Au, Cu)の違いによらずスペクトルが一致したことから3LCの寄与の大きい励起状態からの発光の可能性が高い。一方,オレンジ色に発光する結晶相の発光スペクトルはブロードであることから,3MLCTまたは3MMLCTからの発光であると考えられる。

2425年度に,ビピリジンおよびその誘導体がキレート配位した白金ユニットを用いると選択的にカチオン性Z型混合金属錯体[Pt2M2(L)2(μ-3-tBupz)4](PF6)2 (L = bpy, 5,5'-dmbpy, 4,4'-dmbpy; M = Ag, Au, Cu)が生成するのに対し,フェニルピリジンがシクロメタル化した白金ユニットと架橋配位子として3,5-ジメチルピラゾールを用いると,導入する11族の金属イオンとしてAg+を用いた場合には分子性のZ型Pt2Ag2錯体が得られたが,Au+イオンを用いた場合には,PtAu2錯体が生成することが分かった。架橋配位子の置換基の違いが生成物の分子構造の違いに影響している可能性があるため,26年度は架橋配位子として3-t-ブチルピラゾールを用いて同様の混合金属錯体を合成したが,架橋配位子の置換基の違いによる影響は観測されなかった。一方,ビピリジンがキレート配位した白金ユニットに,アミジン部位を有するピラゾールである1-アミジノピラゾール塩酸塩を塩基存在下で作用させたところ,溶媒として用いたニトリルと1H-ピラゾール-1-カルボキシアミジンとのカップリングにより生じたイミドイルアミジナトを有する単核白金錯体[Pt(bpy){NH=C(pz)NC(R)=NH}]BF4(R = Me, Et, Ph)が生成することを見出した。これらの白金錯体は固体状態で結晶中のPt-Pt間距離に応じて黄緑色または黄色の発光を示した。これらの化合物の発光特性を詳細に検討する過程で、イミドイルアミジナト錯体がメカノクロミズムやベイポクロミズムの興味深い挙動を示すことを見出した。錯体化学本年度は,混合金属錯体における配位子場強度の増大と電荷の減少が発光特性にどのような影響を与えるかを明らかにした。架橋配位子の置換基がt-ブチル基の場合にはPt-Ag錯体もPt-Au錯体もPt2M2の組成を有するZ型の混合金属錯体が生成するのに対し,置換基がメチル基の場合には,Pt-Ag錯体とPt-Au錯体で異なる構造の錯体が生成したことは驚きである。このことは,Pt2M2の組成を有するZ型混合金属錯体が熱的に最も安定な構造とは限らないことを示しており興味深い。また,当初の計画通り,「ジイミン配位子がキレート配位した白金ユニット」や「フェニルピリジンがシクロメタル化した白金ユニット」にビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセンやo-フェニレンジアミンなどの酸化還元活性配位子を導入する研究も進展しており,新たな知見が得られつつある。本年度は,多様な幾何構造を有する白金ー貨幣金属錯体の合成と発光特性の解明に主眼を置いた研究を行う計画であった。研究実績の概要に記載した通り,様々なジイミン配位子がキレート配位した白金ユニットを用いて,Z型混合金属錯体を系統的に合成し,ジイミン配位子とAg(I), Au(I), Cu(I)のすべての組み合わせにおいて,2種類の結晶相が存在し,両結晶相で最低励起状態が異なることを明らかにできたことは,評価に値すると考えている。また,スペースの関係で研究実績の概要に記載できなかったが,ジフェニルピラゾラトを架橋配位子に用いた混合金属錯体では,室温では発光が観測されないにも関わらず,液体窒素温度では強い発光が観測される錯体や,室温では振動構造が明瞭でない発光スペクトルが低温では明瞭に観測される錯体なども得られており,備品として蛍光光度計用液体窒素冷却ユニットを導入したことによる成果も着実に得られている。当初の計画通り,次年度も引き続きMLCTやLLCT励起状態に主に寄与する「ジイミン配位子がキレート配位した白金ユニット」や「フェニルピリジンがシクロメタル化した白金ユニット」にビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセンや,o-
難治性感染症における好中球と抗菌剤及び強酸性水の協同的殺菌作用に関する研究

当該研究期間に於いて、顎口腔領域の難治性疾患患者の末梢血好中球の機能異常をO_2^<・->産生能を指標として検討した。さらに好中球の貧食殺菌能と抗菌剤との協同的殺菌作用の有無をO_2^<・->産生能を指標として検討した。また、臨床分離菌株を強酸性水により前処理を加え、菌体の貧食に伴う好中球のO_2^<・->産生能と好中球膜表面でのインテグリン分子の発現を測定し、強酸性水の殺菌作用を検討した。その結果、1.口腔癌患者12例、顎骨骨髄炎患者6例の好中球O_2^<・->産生能は健常人に比べ低値を示すことが確認され、口腔癌患者6例はMRSAによる術後感染を合併した。2.ある種の抗生物質(アスポキシシリン、硫酸ネチルマイシン、硫酸イセパマイシン、フレロキサシン)はO_2^<・->産生を増強し協同的殺菌作用を示すこと、アスポキシシリン、硫酸ネチルマイシン、フレロキサシンの効果は好中球膜表面のC3bレセプターの発現増強によることが明らかにされた。3.分離培養された黄色ブドウ球菌1×10^8個/mlを30秒間強酸性水処理を施し、細菌の貧食に伴う好中球O_2^<・->産生能を測定した結果、処理により約50%の細菌が障害を受けること、更に、好中球膜表面のCD11b、CD18の発現を解析した結果、処理により約7080%の菌が生物活性を失うことが明らかにされた。4.MRSA罹患症例において感染部位を強酸性水を用いて局所洗浄した所、強酸性水の臨床的有用性が確認された。また、MRSA感染症における抗菌剤Vancomycinの至適投与基準を血中濃度モニタリングにより確立し得た。以上の研究成果から、難治性感染症患者の治療に於いては、患者の末梢血好中球O_2^<・->産生能を指標とし、O_2^<・->産生の増強作用を示す抗生物質を選択投与することの有用性が示唆された。強酸性水は病原性細菌に致死的効果を示し、臨床上、積極的に応用されるべきものと思われた。口腔癌ならびに難治性感染症患者の末梢血好中球活性酸素産生能に関しては、当診療科で加療した口腔癌患者、顎骨骨髄炎患者に研究協力の同意を得、以下の研究を施行した。入院時、手術前後に末梢静脈血から好中球浮遊液を作成し、血清オプソナイズザイモザン刺激による好中球O_2・-産生能をウミホタル・ルシフェリン誘導体(CLA)を発光試薬とする化学発光法を用い測定した。化学発光の測定は当教室既設のルミネッセンスリーダー(アロカ社製BLR301)を用い、発光曲線を記録し最大発光強度値をO_2・-

産生能としたが、極めて高感度に再現性の高い計測結果を得ることができた。対照として20歳代健常人末梢血好中球を用い比較検討した結果、口腔癌患者、難治性感染症患者共に好中球O_2・-産生能は健常人に比較して低下傾向を示し、臨床経過の改善に伴って上昇することが確認された。また、in vitroでの好中球と抗菌剤との協同的殺菌作用に関して、測定開始前後に測定反応系に各種抗菌剤を添加し、その影響について検討したが、一部の抗菌剤は非水溶性であったため測定結果に影響の少ない可溶性溶媒を現在検討中である。臨床分離菌株に対する好中球の貪食殺菌能の測定については、臨床検体よりMRSA菌株を分離培養し、これを同定する段階に止まっているが、本研究助成費で購入した密閉式超音波生物試料処理装置は極めて効率的に均一な菌体膜の調製を可能にした。難治性感染症症例に対する強酸性水処理の臨床効果については、本研究助成により強酸性水生成器を購入し臨床応用を開始した。少数例ではあるが、難治性の感染症例において口腔粘膜、顔面皮膚感染部位を強酸性水を用いて洗浄し、臨床的効果ならびに有用性を検討したところ著明な臨床症状の改善が得られた。顎口腔領域の難治性疾患患者の末梢血好中球の機能異常並びに好中球の貧食殺菌能と強酸性水及び抗菌剤との協同的細菌作用の有無をO_2^<・->産生能を指標として検討した。また、臨床分離菌株を強酸性水により前処理を加え、菌体の貧食に伴う好中球のO_2^<・->産生能と好中球膜表面でのインテグリン分子の発現について検討した。1.好中球殺菌能については、ウミホタル・ルシフェリン誘導体を発光試薬とする化学発光法により高感度に再現性のあるO_2^<・->産生能の計測結果を得た。口腔癌患者12例、顎骨骨髄炎患者10例の好中球O_2^<・->産生能は健常人に比べ低値を示すことが確認され、口腔癌患者6例はMRSAによる術語感染を合併した。2.好中球O_2^<・->産生能に対する抗菌剤の影響を検討した結果、一部の抗菌剤はO_2^<・->産生を増強し好中球と協同的殺菌作用を示すこと、フローサイトメトリーにより、この相乗的効果は好中球膜表面のC3bセレプターの発現増強によることが明らかにされた。3.臨床検体より分離培養されたStaphylococcus aureus1×10^8個/m1を30秒間強酸性水処理を施し、分離菌の貧食に伴う好中球O_2^<・->産生能を測定した結果、強酸性水処理により約35%の最近が死滅することが明らかにされた。同様に、分離菌刺激による好中球膜表面のCD11b、CD18の発現をフローサイトメトリーにより解析した結果、強酸性水処理により約80%の菌が障害を受けることが明らかにされた。4.MRSAに罹患した症例において口腔粘膜、顔面皮膚感染部位を強酸性水を用いて局所的に洗浄した所、著明な臨床症状の改善が得られ、強酸性水の臨床的有用性が確認された。また、MRSA感染症における抗菌剤Vancomycinの至適投与基準を血中濃度モニタリングにより確立し得た。
鉛フリー組成の高次元ペロブスカイト材料を用いる太陽電池の高効率・高耐久化

本研究では、鉛を含有しない環境適応型のハロゲン化ペロブスカイト材料を用いる太陽電池のエネルギー変換効率と実用耐久性を高めるための技術構築を行う。性能、耐久性、環境適性の三者を両立させる点において、鉛型ペロブスカイトを超える高い特性をもつデバイスを開発する可能性を構築することを目標とする。非鉛組成のペロブスカイト材料として、有機基を含まない全無機組成からなるペロブスカイトを用いて耐熱性と耐湿性を高め、結晶薄膜の質を向上させ、新たな電荷輸送材料を開発し界面の接合構造を改良することで、高効率化を進める。鉛に代わる金属としてはビスマス、チタン、ゲルマニウム、銀、スズ等を用いる。有機無機ペロブスカイトによりエネルギー変換効率23%を超える太陽電池が実現されているが、環境に有害な鉛が含まれ、耐熱性や耐湿性にも問題がある。本研究では、鉛を含有しない環境適応型の全無機組成ペロブスカイト材料を開発し、エネルギー変換効率を鉛型レベルまで高める基盤技術を構築し、高い耐久性をもつデバイスを創製することを目的とする。太陽電池に利用可能なBi系、Sn/Ge系、Ti系などの非鉛系ペロブスカイト材料の光物性を明らかにすることは独創的であり、その学術的意義は高い。さらに、それらの高品位な結晶膜の作製法を探索し、高いエネルギー変換効率を有する新しいペロブスカイト太陽電池の構築に繋げられれば、学術のみならず、社会的な波及効果も極めて大きい。
温帯域イシサンゴ類に共生および寄生する大型無脊椎動物の多様性および進化の研究

日本の温帯域に生息するイシサンゴ類と共生するサンゴヤドリガニを主体にして研究を行った。ミトコンドリアCOI遺伝子を用いた分子系統の結果、イシサンゴ類の"科"特異的に、異なる種類のサンゴヤドリガニが生息していることが明らかとなり、それらが共進化していることが強く示唆された。しかも、温帯特異種も発見された。また、温帯域のイシサンゴ類の共生藻である褐虫藻も温帯に特化していることが明らかとなってきた。以上のことから、温帯域では、多くの部分でイシサンゴ類に共生している生物が温帯独自に特化した可能性を示した。造礁性イシサンゴ類(以下、イシサンゴ類)の骨格内部や表面には様々な動物が生息している。しかしながら、これらの動物に関して分類学的研究が主体で、ほとんど生態や進化の研究がされていない。特に、温帯域のイシサンゴ類における共生/寄生については、分類学的研究ですらほとんど行われていない。そこで、本研究計画では、主に温帯に生息しているイシサンゴ類に共生もしくは寄生している無脊椎動物群の調査を行う。同時に分子学的手法を取り入れ、イシサンゴとそこに生息するそれら生物との進化の関連を探ることを目的とする。21年度の予備調査において、サンゴヤドリガニ類、ゴカイ類、貝類、フジツボ類がイシサンゴ内部の骨格に多く生息していることが判明した。まず、イシサンゴ類に特徴的な構造を作るゴカイ類の遺伝子解析を行ったところ、同種とされているにもかかわらず、宿主であるイシサンゴの種が違うと、わずかに遺伝的な差異がみられた。また、フジツボ類のルリツボムシという種類では、これまで系統のことなるイシサンゴ2属(ルリサンゴ属とアミメサンゴ属)に独立に生息していると考えられていたが、イシサンゴ類の系統解析から、これら2属が近縁であることが分かり、ルリツボムシがこれら2属の祖先において共生を始めたことが明らかとなってきた。最後に、サンゴヤドリガニを調査したところ、宿主のイシサンゴ類と共進化している可能性が出てきた。そのため、現在、サンゴヤドリガニに主体をおき、調査を継続している。造礁性イシサンゴ類の内外には多くの無脊椎動物が生息している。22年度はイシサンゴ類に特異的に生息するサンゴヤドリガニを主体にして研究を行った。日本の温帯域を中心に、また比較として熱帯域を含めた広範囲でサンゴヤドリガニとその宿主であるイシサンゴを採集し、ミトコンドリアCOI遺伝子を用いた分子生物学的手法を用いて解析した。その結果、サンゴヤドリガニはイシサンゴ類の科レベルで宿主特異的に生息する事が分かってきた。サンゴヤドリガニはイシサンゴ類に定着後はほとんどを巣穴の中、またはサンゴ表面で粘液を食べて生活しているため、イシサンゴ類に大きく依存していることが判明した。また、イシサンゴ類の中で近縁であるオオトゲサンゴ科とウミバラ科、およびキクメイシ科とサザナミサンゴ科のそれぞれに生息するサンゴヤドリガニを詳しく解析したところ、それぞれの近縁なグループごとサンゴヤドリガニにも近縁性が認められた。このことは、イシサンゴ類とサンゴヤドリガニが共進化している可能性が高いことを示した。この研究をさらに進めることで、混沌としているイシサンゴの分類体系の再編についても役立つことが期待できる。これらの研究から、サンゴヤドリガニ類がイシサンゴの分類の指標となり得る可能性が得られてきた。しかし、サンゴヤドリガニ類の分類研究がほとんどすすんでおらず、隠蔽種と思われるものもいくつか採取されたため、今後はサンゴヤドリガニの分類学的研究も同時に進めていく必要がある。平成23年度は前年度と同様に日本の温帯域に生息するイシサンゴ類に特異的に生息するサンゴヤドリガニを主体にして研究を行った。日本の温帯域を中心にサンゴヤドリガニとその宿主であるイシサンゴを採集し、ミトコンドリアCOI遺伝子を用いた分子生物学的手法およびサンゴヤドリガニの形態について解析した。前年度から採集数と解析数を増やすことで、イシサンゴ類のウミバラ科とオオトゲサンゴ科には科特異的に別々のサンゴヤドリガニが生息していることが明らかとなった。さらに、この両科のイシサンゴ類が遺伝的に近縁であると同時に共生しているサンゴヤドリガニについても遺伝的に近縁であったことから、イシサンゴ類とサンゴヤドリガニが共進化していることも明らかとなってきた。興味深いことに熱帯・亜熱帯域のイシサンゴ類に比べ、温帯域のイシサンゴ類に、より多くのサンゴヤドリガニが生息している傾向が見られた。

さらに、温帯域に特異的に生息しているイシサンゴ類の1種であるアマクサオオトゲキクメイシにはサンゴヤドリガニの独自種が共生していることも判明した。しかも、未記載種である可能性が非常に高い。一方、温帯域のイシサンゴ類の共生関係における特異性を見るために、イシサンゴ類の主要な共生藻である褐虫藻について温帯域から採集したイシサンゴ類を用いて核のリボソーマル遺伝子を用いて解析したところ、温帯域に生息するイシサンゴ類の褐虫藻は温帯に異的であることが判明した。以上のことから、温帯域では、多くの部分でイシサンゴ類に共生している生物が温帯独自に特化した可能性を示した。
フェムト秒・ナノメートル時空分解測定による単一共役高分子系の励起移動過程の研究

既存の超解像技術ではX-Y2次元系では10nm程度、3次元系では約50nmの空間分解能を有する測定が可能となっている。また単一分子の飽和効果を用いた100 fs程度の時間分解能を持つ測定も報告されている。しかしこれらの両者を同時に達成できる装置は存在せず、一般には単一分子からの発光をサブns程度の時間分解能で決定できる程度であった。本研究では共役高分子などにおける時間・空間分解測定を可能とするために、13次元空間分解測定システムの作成、2時空間分解測定法の開発を目的として、装置・測定手法の開発を中心とした研究を行い、サブ100nm、10psの空間・時間分解能を達成した。光電変換系において重要な役割を担う、主鎖にπ電子系を有する共役高分子では、理論予測を遙かに超えた高速かつ長距離の励起子輸送を示す。この詳細な分子論的メカニズム解明を目指し、単一高分子の時間・空間分解検出を可能とする測定システム構築し、高分子中の発光部位とそのサイズの特定、これらの高分子系における励起移動機構解明を目的とした研究を行う。上記目的のため、平成26年度は、共役高分子中の発光サイト(クロモファー)の位置を高精度に、3次元的に決定可能な測定装置の構築とその評価を行った。3次元的なクロモファーの位置決定のためには幾つか方法が存在するが、装置構成が比較的単純で、これまでの経験、ノウハウ等を有効活用可能な、結像系に非点収差を導入する方法を採用した。非点収差導入のため、シリンドリカルレンズを結像光路に挿入するが、所望の収差を実現するためのf値、レンズの挿入位置などを種々検討した。構築した装置の性能評価のために、ペリレン誘導体を高分子ガラス中に固定化し、その位置をピエゾステージを用いて少しずつ(例えば5 nmずつ)変化させ、各位置における蛍光像を取得し、その楕円率を得た。これを光軸方向位置の校正曲線とした。得られた校正曲線を用い、高分子ガラス中や固体基板表面に固定化された単一蛍光分子に対してその3次元位置の揺らぎを計測し、装置を評価した。構築した装置では、水平方向25 nm,光軸方向40 nm程度の位置決定精度が実現できた。さらに、多波長の励起光学系を構築し、顕微鏡下での光ポンプーダンプ実験を行うための基本的な装置構築が完成した。加えて、パルスレーザー励起用の照射光学系をイメージング装置に追加し、CW及びパルスレーザー両方で試料を励起可能な装置を構築した。フォトニック結晶ファイバによる波長変換液機構を組み込み、種々の波長で励起可能な照射光学系とした。光エネルギー捕集などに重要な役割を果たす分子集合系を対象とした単一分子レベルの蛍光検出測定装置の開発、製作、また時間分解計測への応用を目的として研究を行っている。初年度(H26)には、主に2次元(2D、xy)方向の空間分解計測を行ってきた超解像測定システムに、z軸(光の進行方向)高空間分解能を付与するため、新光学系設計、装置構築、基礎データ取得を行った。この結果、高分子フィルム中の発光色素に対して、約20ー40nmの空間分解能でそのZ軸位置の特定が可能となった。興味深いことに、薄膜内の蛍光ゲスト分子の存在位置は色素に大きく依存し、界面から数500ー700nm程度離れた箇所にのみ分布するものも存在することが明らかになった。この距離は単に界面と色素の相互作用からの影響で説明できるもの(せいぜい数10nm)より遙かに長く、界面の影響を受けて高分子物性が基板から数100nm離れた距離にまで変化していることを示唆している。H27年度は、膜厚やフィルム中の詳細な研究を行うと共に、3次元拡散ダイナミクスの研究へも拡張し、空間・時間分解能の向上を目指した。その結果、10種類以上の色素のフィルム内における存在位置とその並進拡散ダイナミクスのデータを取得することができ、膜厚、基板界面からの距離に依存した高分子薄膜の物性について新たな知見が得られつつある。また、時間分解能の向上をめざし、蛍光励起と基底状態への誘導放出光を組合せた多色レーザー導入光学系の設計し、超解像パターンの作成を可能とする光学系を構築した。またこれらの詳細なデータ解析を基に、励起パルスレーザーと誘導放出光の最適化条件の光学系の条件を検討し、これらの結果、光強度の条件についての知見を得た。これらの基礎データに基づき、H28年度には高空間・時間分解計測システムを完成させ、単一分子集合系のダイナミクス測定に応用する。上記のように、3次元空間分解能の達成とゲスト分子のZ軸における存在位置の特定を目指した研究を行ないつつ装置の空間分解能向上、2色レーザーを用いた超解像スポットの作成による微小領域の選択励起技術については、概ね完成できた。並行して、アンサンブル試料のフェムト秒ダイナミクスの測定も行ってきた。これらの中では、特に、高分子フィルム中のゲスト色素分子が、基板界面から500nm以上長距離にわたって、その距離に依存して不均一に存在し、その分布も色素の種類によって、大きく異なることが明らかとなった。一般に、高分子固体の物性は、界面・表面から、10&#12316;数10nm程度の領域では、内部のものとは異なることが知られていたが、界面から数100nm以上の長距離において、ゲスト色素の溶解性に関わる物性が異なることは知られておらず、基礎的にも興味深い現象ではある。

また更に、高分子フィルム中のゲスト分子の関わる(光)反応は、フォトレジストや架橋などの工業プロセスにも密接に関連しており、また3次元超解像は本課題に基幹手法でもあるので、基礎的な装置評価の観点から研究を推進した。今後の発展については、必要に応じ別プロジェクトとして、高分子物性の観点を取り入れた研究を展開することも可能と考えている。その他、2色レーザー光による超解像発光スポットの作成や時間分解計測などについても、上述のように、ほぼ予定通りに進展しており、全体としては、当初予想していない興味深い結果が得られたため、本課題に関わる計画としては、若干の遅れもあったが、概ね順調に進展している。本研究では、単一分子・高分子の時間・空間分解検出を可能とする蛍光測定システムの構築と応用を目的としている。H27年度までに、二次元(xy)方向に加えて光の進行方向であるz軸の空間分解能を持つ超解像測定システムを構築し、高分子フィルム中の発光色素の三次元拡散ダイナミクスの測定を可能とした。その結果、薄膜中蛍光ゲスト分子の存在確率は界面からの距離に大きく依存していることが明らかとなり、高分子薄膜の物性が基盤から数100 nmもの距離まで界面の影響を受けていることが示唆された。H28年度は、更に多種の蛍光色素を用い、また膜厚依存性などを検討した。数値シミュレーションなどと組み合わせて、これらの実験結果を詳細に解析したところ、このような局在分布は拡散係数の勾配に起因することがわかった。また、このような拡散係数の差違を生じる高分子ホストの物性が、従来考えられてきた範囲よりは、遙かに長い数100 nmの距離まで影響を受けていることが明確になった。更にH28年度は時間分解能の向上を目的として、フェムト秒レーザーを用いて誘導放出光パルスを時間的ゲートとした髙時間分解計測システムを拡充した。過渡吸収スペクトルの時間依存性測定を含めて、誘導放出が高効率に起こる系の探索を行い条件の最適化を行った。その結果、従来の電気素子によるゲーティング検出器を大幅に上回る、時間分解能100 ps以下、空間分解能50 nm以下での超高速・高空間分解イメージングに成功した。さらに、同測定原理を超高速蛍光寿命測定に応用することで、単一光子計数法を上回る時間分解能10 ps以下の精度で測定できることを確認した。既存の超解像技術ではX-Y2次元系では10nm程度、3次元系では約50nmの空間分解能を有する測定が可能となっている。また単一分子の飽和効果を用いた100 fs程度の時間分解能を持つ測定も報告されている。しかしこれらの両者を同時に達成できる装置は存在せず、一般には単一分子からの発光をサブns程度の時間分解能で決定できる程度であった。本研究では共役高分子などにおける時間・空間分解測定を可能とするために、13次元空間分解測定システムの作成、2時空間分解測定法の開発を目的として、装置・測定手法の開発を中心とした研究を行い、サブ100nm、10psの空間・時間分解能を達成した。当初計画書にあるとおり、初年度は装置の構築とその評価を主眼に研究を遂行した。3次元的なクロモファーの位置決定のために結像系に非点収差を導入した蛍光イメージング装置を構築した。非点収差導入のためのシリンドリカルレンズを挿入する場所、所望の収差を実現するためのf値などを種々検討し最適条件の決定に至った。クロモファーの位置決定精度として、20-40 nm程度が実現できたため、おおよそ当初目標を達成できたと言える。