hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高分子材料の射出成形における微細構造予測シミュレーション

射出成形過程における高分子の結晶化挙動を定量的に予測するプログラムを開発を行った。先ず結晶化過程に温度、圧力、配向依存性を取り入れ、結晶動力学に従ったプログラムを作製した。このプログラムを用いて結晶化挙動のシミュレーションを行った。市販の射出成形解析CAEソフトを用い成形品における材料の温度、圧力の温度、圧力および応力の分布と時間変化を計算した。自作のプログラムにこの物性値を取り入れ、射出成形過程での結晶化挙動のシミュレーションを行い、成形品の結晶化度分布および球晶サイズ分布を行った。一般的な成形条件では表層において結晶化が低く、その直下の層では結晶化度が高くなること、さらに中心層付近で結晶化度が徐々に小さくなることが予測された。球晶サイズの大きさは結晶化度と対応し、表層では小さい球晶が多数分布し、中心層では大きいサイズの球晶が存在することが予測された。射出成形CAEにおける金型と成形品表面での熱伝達についても検討を行い、界面伝達を熱抵抗を考慮した場合と無限大に仮定した場合では、無限大と仮定することで過冷却度が大きくなり、結晶化度は小さくなのが、結晶化度分布と球晶サイズ分布の様式は変わらないことが分かった。また、結晶化プログラムのパラメータである球晶成長様式や核発生速度、核成長速度については偏光顕微鏡を使用し、溶融結晶化状態で正確な値を測定した。今後は高分子の結晶化挙動のシミュレーションにおける計算値を実測値と対応させるため、実際の射出成形品の微細構造を詳細に調べる必要がある。射出成形品の球晶サイズを測定し、実測値と計算側との比較検討を行い、計算プログラムの改良を行う。
GRIDによる天文学統合データ解析システムの研究・開発

平成16年度に開発したJVOポータルでは,Webブラウザからinteractiveに解析サービスを呼び出すことは可能であったが,繰り返しを含む自動処理機能は未実装であった。そこで平成17年度は,データ検索や取得データの解析といった個々のサービス呼び出しを一連のWork Flow (WF)として記述し,自動的に連携実行できる環境を構築することを目標とした。我々はこのためのWF言語をBPEL4WSをもとにして天文学研究用に拡張し,XMLを用いて定義した。WF言語では,天文学研究に必要な繰り返し処理(並列繰り返しを含む),分岐処理等を定義した。ユーザーが作成したWFは,一旦Javaの実行スクリプトであるGroovy言語に変換されてから実行される。実装は2段階で行い,平成17年末までにsequentialなWF実行が,また平成18年3月には並列繰り返し処理が可能となった。JVOの目的は天文データベースを活用した天文学の推進であり,その例としてクェーサーに関する統計的解析を行った。その結果,これまで未知であった知見が得られつつある。平成16年度の最大の目標であった欧米のヴァーチャル天文台(VO)システムとの相互接続試験に成功し,お互いが保有する天文データや計算資源を共有する仕組みが構築できた。また,観測データ登録機能,メタデータ登録機能等を実装すると共に,いくつかの解析モジュールをJavaラッピングによりVOシステムに登録できた。さらにJAXA/ISASが運用する天文データベースをJVOシステムに接続することができた。その結果,複数データベースを用いたクェーサー探査,多波長データを活用した銀河のphotometric Zの決定等,天文研究を展開することが可能となった。これらにより本システム構築の基盤が整った。VOの相互接続に必須である標準を定めるIVOAワークショップは,2004年5月に米国,また2004年9月にインドで開催された。JVOからも関連研究者が参加し,それぞれが研究開発しているVOシステムを相互接続するための標準作りに関する活発な議論を行った。その結果に基づいたシステム製作により,上述した日米欧のVOシステムの相互接続試験に成功した。これら研究開発成果を多くの研究会において公表することを通して世界におけるVOへの理解がより深まっただけでなく,我が国の活動度の高さを周知することができた。国内では,すばる望遠鏡で取得したサーベイデータを対象とし,VOを通じて天文研究を行う方法についてのサマースクールを開催した。この他にも別途獲得した研究資金を活用して,欧米研究機関の直接訪問のみならずVO関連研究者による国際打ち合わせ等にも参加し,欧米における最新の開発状況を知ることができただけでなく,我が国における開発の最新状況を知らせるなど,共に足並みを揃えて研究開発を進めてゆくための重要な関係を築くことができた。年度当初は日本側が欧米に訪問することが主体であったが,年度後半にはストラスブールデータセンター(CDS)所長が国立天文台を訪問し台長との懇談を行うなど,研究機関同士の連携がさらに強化された。その副産物として日本天文学会が刊行する欧文研究報告誌(PASJ)に含まれる各種データがCDSを通じて世界の天文研究者に公開されることとなった。また将来を担う若手研究者を積極的に派遣し,全体の派遣人数のうちほぼ半数を若手研究者が占めた。このような派遣は我が国の若手研究者にとって重要な人的ネットワークが築かれつつある。研究者交流等を通じて我が国の研究開発状況が世界に認知されるに伴い,我が国を訪問してその研究成果を学習したいとの要望も多く寄せられている。
1-CD-Linuxによるパソコン管理システムの開発

1.研究目的事業所内にある多くのPCを一括管理するようなシステムは、ソフトウェアのインストールや環境設定が必要であり、専門知識が無いと利用することが難しい。特に大学の研究室や中小企業の場合、管理者がいないことも多く誰でも容易にPCを管理する手段が求められている。加えてセキュリティ管理に必要な情報を自動的に収集することで管理コストも減らすことが期待できる。そこで、必要な情報を自動的に収集し、しかも、PCに詳しくない人でも使用できるように、極力インストールや設定を必要としない、これまでになかった新しいPC管理システムを開発した。2.研究成果サーバにはPCにCDを挿入して起動するだけでLinuxが使用できる1-CD-Linuxを使用することで、起動時に自動的にPC管理サーバが起動するようにした。これにより、従来のようにサーバ側に煩雑なインストールや環境設定を必要としないため、サーバ管理に精通した担当者がいなくても利用できる。サーバに収集した情報はWebブラウザを使って参照でき、セキュリティ管理に必要な情報を容易に得ることができる。また、サーバソフトのセキュリティについても考慮し、サーバプログラムは全て暗号化することでプログラムの改竄などは出来ないようにした。管理対象はWindowsがインストールされたPCである。PCに開発したクライアントソフトをインストールすることで、PC起動時にサーバヘ必要な情報を自動的に送信する。このように、本システムはサーバ及びクライアント共に殆ど設定なしで利用できることから、コンピュータの専門知識が少ない人でも利用できる。今回本システムを使用し、本校の3つの情報処理演習室に設置されている140台ほどのPCについて情報を収集した。結果情報を容易に収集することができ、良好な成果を得ることができた。
パルス大電力により生成した水中微細泡を活用した微生物および菌類の処理法の開発

水中の微生物や菌類のパルス大電力による処理法を開発した。処理に係る微細泡や衝撃波を可視化観測し、泡の直径は約50μmで密度0.065個/mm2であり、衝撃波速度は200μsを経過するとマッハ1を下回ることなどを解明した。水中微生物(アルテミアの幼生)の処理特性を解明し、800回のパルス大電力印加で98%の不活化に成功した。エネルギー効率は25万個体/kWhである。同様に枯草菌では、100回のパルス大電力印加で97%が不活化され、エネルギー効率は4兆個体/kWhであった。水中に設置した電極間(ギャップ長0.25mm)に15kV、0.3kA、4μsのパルス大電力を印加し、以下の実験・検討を行った。1.バックライト法による微細泡の挙動の観測パルス大電力の水中への注入により発生した微細泡にバックライト照明を当て、泡の輪郭を強調しビデオ撮影をすることにより、微細法のマクロな挙動を観測した。とくに、電極から水面までの水高を変化させた場合の微細泡の拡がりを検証した。水高が高い、すなわち、電極上方に十分な水がある場合、微細泡は電極の上下にほぼ均等に拡散した。一方、水高が低い、すなわち、電極直上に水面がある場合、微細泡は主に電極の下方に拡がった。これは、電極上方に拡散した微細泡が水面で反射し、電極の下方に進展するためである。これらの結果から、処理容器内に必要十分に微細泡を拡散させるための電極配置の一条件が明らかになった。2.シャドウグラフ法による衝撃波の観測可視レーザー光を凹レンズおよび凹面ミラーの組み合わせで大口径の平行光線に変換し観測対象媒質(パルス大電力を注入した水)に照射し、シャドウグラフ像を望遠レンズと高速度カメラの組み合わせで撮影することにより、水媒質の密度変化の2次元像を観測した。パルス大電力による電極近傍媒質への瞬間的で局所的なエネルギー注入に伴う密度擾乱の発生が観測された。密度擾乱の一部は電極から球面波状に進展している。その進展速度は平均1500m/sであり、水中の音速と一致することから衝撃波であることがわかった。衝撃波は水面や容器壁面で反射し、水中内に100μs以上の期間、存在していた。今後、微細泡の拡散と衝撃波の関わりについての検討が必要であることもわかった。塩水中に設置した電極間(ギャップ長0.25mm)にピーク電圧15kVのパルス大電力を印加した際の微生物の不活化特性を実験的に検討した。なお、塩水の濃度は3mass%である。電極間では1.5kVの電圧を維持し、0.29kAの電流が3.6μs(FWHM)の間、流れた。ピーク値で0.36MWの電力が水中に注入されている。処理対象とした微生物は孵化直後のアルテミアの幼生およびアルテミアの卵である。1.幼生の不活化塩水中に約250匹の幼生を投入し、パルス大電力印加の積算回数と不活化率の関係を吟味した。幼生の不活化は、その運動性の有無で判断し、1分間の目視観測にて運動性を示さない個体を不活化したものとした。不活化率はパルス大電力印加の積算回数とともに増大し、400回の印加で90%、800回では98%に達した。不活化に係るエネルギー効率は31万個体/kWhとなった。これは、オゾンを使用する手法と同程度、また、フィルタ等を利用する手法の半分程度に抑えられている。2.卵の不活化塩水中に約250個の卵を投入し、パルス大電力印加の積算回数と孵化率の関係を吟味した。パルス大電力を印加しない場合の孵化率は60%程度である(コントロール)。パルス大電力を1回、印加すると孵化率は3%まで急激に低下した。50回では1%となった。不活化に係るエネルギー効率は2.7億個/kWhとなった。3.幼生と卵の同時不活化塩水中に約250匹の幼生と約250個の卵を投入し、パルス大電力印加の積算回数と不活化率の関係を吟味した。幼生では800回のパルス大電力印加で不活化率は97%に達し、それ以降は微増し、2000回で100%となった。卵では200回のパルス大電力印加で不活化率は98%に達し、それ以降は微増し、2000回で100%となった。同時処理により卵の不活化が抑制されることがわかった。高電圧繰り返し電源の納入が2月となったため、当初の研究計画に比べ、当該電源を使用する実験に若干の未実施の部分が生じたが、あと2年間の研究期間内でカバーできる範囲内である。真水または塩水(海水を模擬して塩分濃度3mass%)を満たした処理容器中の電極間(電極直径2mm、ギャップ間隔0.25mm)にピーク電圧15kVのパルス高電圧を印加した際の微生物や菌類の不活化特性を実験的に検討している。電極間の維持電圧は1.5kVで、0.29kAでパルス幅3.6μs(FWHM)のパルス電流が流れている。

これにより、ピーク値で0.36MWのパルス大電力が水中に注入されている。ピーク電力は極めて高いがパルス幅がマイクロ秒オーダーであるため電力量は3.6×10ー7kWh/pulseとわずかであり、使用する高電圧繰り返し電源を最高のパルス繰り返し数10pps(pulse per second)で運転したとしても、その消費電力量は少ない。この水中パルス大電力により、微生物(孵化直後のアルテミアおよびその卵、大腸菌類など)の不活化の諸特性およびその要因を吟味した。1.OHラジカルおよび過酸化水素の不活化への作用パルス大電力を水中に注入した際に各種のラジカルの生成が考えられ、それらは不活化の要因の一つとなる。そこで、OHラジカルの後物質である過酸化水素(H2O2)の定量を試みた。上記の電気的条件においてパルス大電力を積算で最大2000パルス、水中に注入したが、過酸化水素は認められなかった。すなわち、本実験条件においては、すくなくとも、過酸化水素による不活化の可能性の低いことがわかった。2.微細泡の連続発生システムの構築と特性本手法の実応用の基礎検討としてクローズドの水循環系における微細泡連続生成システムの構築を試みた。泡生成部と不活化処理部に泡を含む水を輸送することに成功したが、現状では流量不足により微生物等の不活化に必要十分な微細泡を供給できていない。3.菌類の培養環境の最適化恒温庫等を整備し、安定して菌類の培養や計数を行える環境とした。実験機器や計測機器の整備により研究計画の多少の遅れが生じているが、高電圧繰り返し電源の調整および菌類の培養・計数などの実験環境に目途がたち、研究の遂行には大きな問題はない。1.パルス大電力により生成した水中微細泡による菌類の不活化特性真水または塩水を満たした処理容器中の電極間(電極直径2mm、ギャップ間隔0.25mm)にピーク電圧15kV、パルス幅3.6μsの矩形状パルス高電圧を印加した際の菌類の不活化特性を吟味した。水中に枯草菌を約(10の6乗)CFU/mlの濃度で懸濁し、パルス大電力を0.33ppsの繰り返し率にて、複数回、印加した。パルス大電力の印加回数が10回では34%の不活化に留まったが、パルス大電力の印加を重ねるにしたがい不活化率は上昇し、100回にて97%の不活化率が得られた。これにより、(10の12乗)セル/kWhの処理エネルギー効率と算定され、0.1kWh程度の僅かな電力で1m3の船舶バラスト水の処理を行えることが判明した。2.パルス大電力印加水中の過酸化水素およびOHラジカルの計測上記のパルス大電力印加水に試薬としてテレフタル酸二ナトリウムC6H4(COONa)2を滴下し水中のOHラジカルと化学反応させ2ーヒドロキシテレフタル酸C6H4(COOH)2OHを生成し、これに紫外励起光(波長310nm)を照射して波長425nm付近の可視光の蛍光を分光観測した。その結果、若干の蛍光が観測され、不活化物質の一つであるOHラジカルの生成が示唆された。また、水質検査試薬(パックテスト)によりOHラジカルの後反応物質である過酸化水素H2O2の濃度計測を行ったが、その濃度は検出限界以下であり、蛍光の観測結果と合わせて、OHラジカルの生成量はごく僅かであると推測される。これらより、本手法における微生物ならびに菌類の不活化は、衝撃波や電気衝撃などの要因が主体的であることが判明した。水中の微生物や菌類のパルス大電力による処理法を開発した。処理に係る微細泡や衝撃波を可視化観測し、泡の直径は約50μmで密度0.065個/mm2であり、衝撃波速度は200μsを経過するとマッハ1を下回ることなどを解明した。水中微生物(アルテミアの幼生)の処理特性を解明し、800回のパルス大電力印加で98%の不活化に成功した。エネルギー効率は25万個体/kWhである。
実用型酸化物高温超伝導線材の開発

酸化物高温超伝導セラミックスの線材化は超伝導体への酸素供給、磁場中の臨海電流の劣化、粒界弱結合による全体臨界電流密度の低下といった難問を抱えて成功していない。近年銀を皮覆材料とした酸化物超伝導線材或いはテープが提案されている。これは銀が高温で酸素を透過する性質があるため、熱処理の際銀パイプ壁を通して酸素を酸化物に導入できるためである。しかしながら、貴金属である銀を利用した超伝導線材は大変高価になり量産しかねる。また、酸素供給以外の問題も本質的に解決されていない。本研究はY系高温超伝導材料を中心に下記の研究を行った。1.磁束ピン止め中心の導入。溶融法により作成したY系高温超伝導体では溶融状態から析出した不純物相をピン止め中心として利用し、成功しているが、この方法は超伝導体の融点を超える1000度以上の高温処理が必要であるため、線材化に適していない。本研究は線材化に適用できる磁束ピン止め中心の導入をねらってY系高温超伝導体に簡単な熱処理などの方法で転位を生成させ、それがピン止め中心として利用できることを発見した。結果をJJAPに報告している。銀に代わる廉価金属被覆材の探索酸素供給をまったく必要としない超伝導材料YBa_2Cu_4O_8を簡便に作成できる方法を見つけた。青果をJJAPに公表している。これを利用したら銀以外の普通金属で線材が作れ、低コストの線材の実現が可能になる。
層状珪酸塩を用いた新規ナノ多孔体の合成にむけた構造変化の動的観察に関する研究

1.層状ケイ酸塩からゼオライトへの構造変化を明らかにするために,透過型デバイシェラー粉末X線回折装置専用の高温チャンバーを作成した.このシステムにより室温-1000°Cまでの温度領域において,数分単位の時間分割高温測定が可能となった.様々な層状ケイ酸塩について検討した結果,層間に内包されるOSDA(有機構造規定剤)の燃焼と共に脱水重縮合がほぼ同時に起きていることが明らかとなった.しかしOSDAの燃焼が不十分な場合,脱水重縮合も不完全な状態となりゼオライトへの構造変化が止まってしまうことも分かった.OSDAとしてアミン分子ではなく酢酸分子を層問にインターカレートさせたAc-RUB-18では,ゼオライトRWRへの構造変化が200°Cから800°Cまで連続的に起きていることを見いだした.2.高温酸処理によって,層状ケイ酸塩の層問をSiO_2(OH)_2の四面体部位で架橋することで構築される,高い結晶性を有した層状ゼオライトAPZシリーズの創出に成功した.3.先の高温XRDシステムを用い,新規な3次元大口径マイクロポーラスYNU-2Pについて構造変化を調べたところ,シリル化したYNU-2Pでは耐熱性が600°C程度のゼオライトYNU-2に変化することを明らかにすることが出来た.このYNU-2P及びYNU-2の詳細な結晶構造について報告し,Angewandte Chem.Int.Ed.に掲載された。本年度は,構造変化の動的観察のための装置立ち上げを行った.既存の高温吹きつけ装置の温度を安定化し,温風ガスによる湿度を低減させるために,高純度窒素ガスをバッファーガスとして使用可能な窒素ガス連続供給システムを増設した.また,キャピラリー試料を用い1000°C近くの高温観察を可能に出来るよう,半密閉型チャンバーを有する専用高温システムの開発も平行して進めている.物質探索として,固相反応法を用いて新規層状ケイ酸塩PLS-3およびPLS-4の合成に成功し(国内・国際)学会発表を行った.原料がシリカと有機アミンのみを原料に用い自己静圧かで加熱するだけのシンプルな合成法で,これまでの層状ケイ酸塩の合成に比べ,反応時間が24時間程度非常に短いことを大きな特徴とする.これらの結晶構造について当該システムを使って未知構造解析を行った.その結果,PLS-3は基本構造が既知層状ケイ酸塩PREFERに類似し,PLS-4は代表者が合成した層状ケイ酸塩PLS-1に似ていることが明らかとなった.さらに,この2つの化合物は約250°C以上で,層間のシラノール基が脱水重縮合によって架橋し,それぞれFER型とCDO型の高シリカゼオライトになることを明らかにした.脱水重縮合の過程を窒素ガス吸着で調べたところ,250°C程度の熱処理でも,高いガス吸着能を示し,400°C程度の加熱で完全に架橋することが明らかとなった.また両者とも相体圧の高い領域(大気圧近傍)で,ガス吸着表面積が著しく増加するという吸着特性を示した.これは非常に小さな結晶粒子がさらに高密度に凝集した結晶形態を有していることに起因していると考えられる.またこれまで開発した層状ケイ酸塩を用い,層間にSiO4ユニットを規則的にインターカレートさせ,それにより隣接レイヤーを架橋させることで,新しいナノ多孔体の調製にも成功した.1.層状ケイ酸塩からゼオライトへの構造変化を明らかにするために,透過型デバイシェラー粉末X線回折装置専用の高温チャンバーを作成した.このシステムにより室温-1000°Cまでの温度領域において,数分単位の時間分割高温測定が可能となった.様々な層状ケイ酸塩について検討した結果,層間に内包されるOSDA(有機構造規定剤)の燃焼と共に脱水重縮合がほぼ同時に起きていることが明らかとなった.しかしOSDAの燃焼が不十分な場合,脱水重縮合も不完全な状態となりゼオライトへの構造変化が止まってしまうことも分かった.OSDAとしてアミン分子ではなく酢酸分子を層問にインターカレートさせたAc-RUB-18では,ゼオライトRWRへの構造変化が200°Cから800°Cまで連続的に起きていることを見いだした.2.高温酸処理によって,層状ケイ酸塩の層問をSiO_2(OH)_2の四面体部位で架橋することで構築される,高い結晶性を有した層状ゼオライトAPZシリーズの創出に成功した.3.先の高温XRDシステムを用い,新規な3次元大口径マイクロポーラスYNU-2Pについて構造変化を調べたところ,シリル化したYNU-2Pでは耐熱性が600°C程度のゼオライトYNU-2に変化することを明らかにすることが出来た.このYNU-2P及びYNU-2の詳細な結晶構造について報告し,Angewandte Chem.Int.Ed.に掲載された。
リラキシン含有磁気制御型リポソームを応用した新規骨縫合部改造法の開発

リラキシンは子宮弛緩因子と呼ばれるペプチドホルモンである。本研究ではリラキシン受容体の頭蓋顎顔面領域の発生過程における発現様相を解析した。胎生13.517.5日齢マウス頭蓋骨、軟骨、歯胚および舌におけるリラキシン受容体遺伝子(Rxfp1,2)発現様相を明らかにし、リラキシンはこれら受容体を通じて頭蓋顎顔面領域の発生過程において重要な役割を担う可能性を示唆した。また、リラキシンとその受容体の骨芽細胞表現型に対する作用を検討した。リラキシン受容体の抑制実験から、リラキシン受容体2は骨芽細胞の骨芽細胞分化と石灰化および細胞外基質代謝重要な役割を担うことが示された。リラキシンは子宮弛緩因子と呼ばれるペプチドホルモンであり子宮や胎盤等から妊娠末期に血中へ分泌され、恥骨結合を弛緩させて分娩を補助する。我々はマウス顎顔面頭蓋発生におけるリラキシン受容体遺伝子(Rxfp)発現様相について報告した。リラキシンは細胞外基質分泌を調節することが報告されているが、骨芽細胞に対する作用機序は不明である。本研究はリラキシンとその受容体の骨芽細胞表現型に対する作用を検討することを目的とした。タンパク質輸送担体としてナノサイズのリポソームを用いリラキシン結合型リポソームを作製した。MC3T3-E1細胞を分化誘導培地にて培養し対照群およびリラキシンリポソーム群(20 ng/ml)との間で以下の実験を行った。MTT法にて細胞増殖能を評価し、ALP活性の測定、半定量的PCRによる骨芽細胞分化因子遺伝子発現の検索、アリザリンレッド染色による石灰化能の解析を行った。ザイモグラフィーにてMMP活性を、VVG染色にてコラーゲン生成を評価した。Rxfp遺伝子機能抑制実験としてsiRNA発現ベクター恒常発現MC3T3-E1細胞株を樹立し(MC-siRxfp1, 2)その細胞表現型を評価した。リラキシン群は対照群と比較して細胞増殖能に有意な差は示さなかった一方、有意に高いALPおよびMMP活性、Runx2 mRNAの発現亢進、Opg mRNA発現抑制を示した。MC-siRxfp1, 2は対照群と比較して有意に高い細胞増殖能を示した。MC-siRxfp1リラキシン添加群ではMC-siRxfp2と比較して有意に高いALP活性、Erkリン酸化の亢進、MMP活性の低下、コラーゲン生成の抑制および石灰化能の亢進が認められた。以上のことから、Rxfp2は骨芽細胞分化と石灰化に重要な役割を担うことが示された。リラクシン(Relaxin)はインスリン様ファミリーに属するペプチドホルモンであり、TGF-βによる細胞外基質の分泌を調節すること、また破骨細胞の分化および機能を調節することが報告されている。リラクシンの受容体として、細胞膜上に発現するリラクシン受容体(Rxfp)1-4、および核内受容体であるグルココルチコイド受容体(GR)が知られている。本研究ではGタンパク質共役型受容体であるRxfp1、2さらにGR mRNAの頭蓋顎顔面領域の発生過程における発現様相を解析することを目的とした。胎生13.517.5日齢(E13.5E17.5)C57BL/6J系マウス胎児頭部の前頭断切片を作製し、ジゴキシゲニン(DIG)標識した各遺伝子特異的RNAプローブを用いたin situ hybridization法により遺伝子発現の検出を行った。Rxfp1、Rxfp2およびGR mRNAはE13.5E17.5の前頭骨、上顎骨および下顎骨においてほぼ同様に高い発現を認めた。メッケル軟骨において、Rxfp1はE13.5およびE14.4、Rxfp2はE13.5E17.5、GRはE13.5の軟骨細胞に最も強い発現を認めた。臼歯歯胚においては、Rxfp1、Rxfp2およびGR mRNAは、蕾状期では歯堤に、帽状期では歯堤、エナメル器および星状網に、鐘状期では歯堤、内外エナメル上皮および中間層においてほぼ同様の発現を示した。舌において、Rxfp1、Rxfp2およびGR mRNAはE13.5E17.5の舌筋およびE17.7の舌粘膜上皮に特異的な発現を認めた。今回明らかとなった骨、軟骨、歯胚および舌におけるRxfp1、Rxfp2およびGR mRNA発現様相から、リラクシンはこれら受容体を通じて頭蓋顎顔面領域の発生過程において重要な役割を担う可能性が示唆された。胎生13.517.5日齢(E13.5E17.5)C57

BL/6J系マウス胎児頭部の前頭断切片を作製し、ジゴキシゲニン(DIG)標識した各遺伝子特異的RNAプローブを用いたin situ hybridization法により遺伝子発現の検出を行った。発生中の頭蓋骨、上顎骨、下顎骨、メッケル軟骨、歯胚、および舌にこれら受容体遺伝子の発現を確認した。また、予備実験として、マウス胎児頭蓋冠由来骨芽細胞を用いて、リラクシンの至適濃度の検索を行い、平成24年度に行うin vivoにおけるリラクシン投与のための実験条件を検討した。平成23年度に得られた結果を基に、10週齢マウス頭蓋冠矢状縫合及び口蓋正中縫合部に至適濃度のリラクシン磁性リポソームを骨膜下注射後、4000ガウスの磁力を帯びたスチール線を装着した矯正用拡大装置をチタンスクリューにてウサギ上顎臼歯部及び頭蓋冠に固定し、リラクシン磁性リポソーム注入後2日目より8日間拡大を行う。リラクシンの血中への徐放を考慮し、拡大4日目にリラクシン磁性リポソームを追加注入する。対照群として、生理食塩水を注入した群を用いる。拡大終了後、動物を屠殺し、縫合部のレジン包埋切片、および脱灰切片を作成し、形態学的観察、TRAPassayによる破骨細胞出現様相の検索、免疫組織学的検索によるリラクシンおよびその受容体の局在を検索する。拡大部における骨芽細胞の分化状態、及び破骨細胞分化誘導因子であるRANK/RNAKLシグナル経路について免疫組織学的および分子生物学的手法を用いて解析する。約1ヶ月間の拡大部分における骨新生待機期間を経た後、縫合部の拡大量をμCTにて評価する。また、3次元立体構築を行うことで、より詳細に骨形成状態を解析する。以上の研究から得られた骨代謝関連因子としてのリラクシンの作用および磁気制御型リポソームの骨縫合部制御に対する適応の可能性についての結果を取りまとめ、成果の発表を行う。平成23年度は、実験動物の使用数が少なく、当初予定していた物品費に対し実支出額が少なかったため、655,005円の次年度使用額が発生した。このうち、300,000円を研究打ち合わせ、成果発表のための旅費に、また355,005を物品費として平成24年度の研究費に追加する予定である。従って、平成24年度は、実験動物及び試薬等物品費に1,605,005円、研究打ち合わせ、成果発表のための旅費に500,000円、成果発表のための印刷費として、50,000円を予定する。
外部刺激による屈折率変化ポリマーの開発

光・情報産業の急激な発展に伴い、ネットワークの高速・大容量化が飛躍的に進み、特に、広帯域で大容量の通信システムを実現するには光技術は欠かせないものになっている。光信号を光のまま変換する新たな光伝送システムの開発が求められ、その技術を支える材料として今日、屈折率変換材料の開発が注目されている。このような背景のもと、外部刺激、特に加熱によって構造転位する安息香酸S-(2-ベンゾオキサゾリル)基が屈折率上昇に寄与することを見いだし、また繰り返し単位により多くの官能基を導入することでより多くの変化量を抽出できる高分子ならではのアプローチにより脱離成分の生じない新規屈折率上昇材料を示した。本申請課題である外部刺激による屈折率変化ポリマーの開発は(1)安息香酸S-(2-ベンゾオキサゾリル)基を側鎖に有する直鎖状ポリマーの合成と屈折率変化材料への展開:側鎖に2つの活性エステルを有する2種類のモノマーおよび対応するポリマーの合成を行った。3,5-ジブロモトルエンを出発物とし、4ステップを経てスチレン誘導体を合成、続く鈴木-宮浦カップリングにより側鎖安息香酸部位を構築した。加水分解、酸クロ化後、低温下で2-メルカプトベンズオキサゾールとの反応によって目的とするモノマーを得ることに成功した。開始剤にV-70、溶媒にクロロベンゼンを用い、沈殿精製後、分子量4000程度のポリマーを得た。スピンキャスト法(溶媒:1,2-ジクロロエタン)を用いることで、均一な薄膜を形成することを見出した。2-ブロモテレフタル酸を用い、酸クロ化後、2-メルカプトベンズオキサゾールとの反応によりモデル化合物を合成した。この白色の化合物を加熱すると、およそ110度で融解、115度で再結晶化、200度で融解という、熱転位の挙動が観測された。IRスペクトルにおいて加熱前後でC=Oの伸縮振動が低波数シフトし、さらに1352cm-1にC=Sの伸縮振動のピークが新たに出現したことから、構造転位を示唆した。再結晶化後、固体は黄色へと変化し、紫外可視スペクトルからもスペクトルが長波長シフトした。(2)外部刺激により屈折率変化を引き起こすサリチリデンアニリン誘導体の探索とモノマー合成:得られたポリマーの分子量は30004000程度で、360nm付近に吸収を示した。粉末状態のサンプルにXeランプを用いて照射したところ、モノマーでは黄色から橙色へ変化したが、ポリマーでは応答性を示さなかった。そこでスチレンとの共重合体を合成し、同様に測定したところ、僅かではあるが光応答性を示したが、低分子で示したほどではなかった。本申請課題である外部刺激による屈折率変化ポリマーの開発は、(1)安息香酸S-(2-ベンゾオキサゾリル)基を側鎖に有する直鎖状ポリマーの合成と屈折率変化材料への展開:活性エステル安息香酸S-(2-ベンゾオキサゾリル)が加熱によりN-(ベンゾオキサゾリン-2-チオン)構造転位に伴う屈折率上昇を示したことから、種々の活性エステル誘導体(チアゾリル、イミダゾリル等)を用い、活性エステル構造と屈折率変化の相関の検討を行った。低分子体ベンゾオキサゾリルチオベンゾエート、ベンゾチアゾイルチオベンゾエート、ベンゾオキサゾリルベンゾエートは酸クロライドと対応する市販のメルカプトベンズオキサゾール、チアゾールまたはヒドロキシベンズチアゾールから合成した。DSCより熱転位温度を確認、加熱前後の構造変化をFT-IRにより追跡、ベンゾオキサゾリルチオベンゾエート体で、1353cm-1にC=S結合の伸縮振動に基づく新たなピークの出現を確認した。これを50wt%含むPMMA膜中においても、同様の熱転位を示し、屈折率をプリズムカップラー法によって測定したところ、6001600nmの範囲で屈折率の上昇(+0.0040.006)を確認した。ベンゾオキサゾリルベンゾエートは明確な構造転位は確認できたが、溶解性が低く成膜できなかった。このことから活性エステル体としてベンゾオキサゾリルチオベンゾエート体が最適であることを見出した。この知見をもとに安息香酸S-(2-ベンゾオキサゾリル)基を導入したモノマーの合成およびラジカル重合を行った。(2)外部刺激により屈折率変化を引き起こすサリチリデンアニリン誘導体の探索とモノマー合成:サリチルアルデヒド誘導体とアミノスチレンの縮合反応によって種々のサリチリデンアニリン部をもつモノマーの合成とフリーラジカル重合により、薄膜形成可能な分子量のポリマーを合成した。

初年度は、活性エステル体の構造変化を屈折率変化として抽出するための骨格の最適化を行った。さらに、これを構造に組み入れたモノマーおよびポリマーの合成に着手している。さらに、屈折率上昇の達成を目指し、新規クロミック部位にサリチリデンアニリンを選定し、そのモノマーおよびポリマー合成までを行うことができた。(1)繰り返しユニットに2つの活性エステル部を有するポリマーの合成および大きな屈折率変化の達成:モノマー単位に2つあるいはそれ以上の構造変化部位を導入すればより大きな変化が期待できる。モノマーユニットにカルボキシル基を複数含むモノマーを構築し、酸クロ化後、前年度得られた知見であるS-(2-ベンゾオキサゾリル)基を導入しポリマーを得る。1置換体と2置換体ポリマーでの屈折率の変化量を定量的に議論する。さらに、より大きな極性変化を引き起こす骨格を目指し、S-(2-ベンゾオキサゾリル)構造を保ちつつその新規拡張誘導体を設計し、そのポリマー化、屈折率変化等を従来の、S-(2-ベンゾオキサゾリル)体と比較検討を行う。(2)サリチリデンアニリン誘導体を側鎖または主鎖に組み込んだポリマーの構築と屈折率変化材料への展開:(側鎖型)得られたポリマーを用い、その転位前後の屈折率変化を検討し、置換基・骨格の違いによる屈折率変化量について体系化し構造の最適化を行う。(主鎖型)ジアミン誘導体とジアルデヒド誘導体を用いることで対応するサリチリデンアニリン部位を主鎖に含む環状体またはシッフ塩基型ポリマーを合成、側鎖型/主鎖型の構造と物性の違いについて議論する。また、光学活性なビナフトールから誘導体から構築されるサリチリデンアニリン誘導体も光学活性体であることから、外部刺激による屈折率変化のみならずキロオプティカル特性の変化等についても検討する。本年度も、試料の合成を進め、合成した化合物の物性評価を行い、その結果のフィードバックによる再合成などを行う。このことから有機・無機試薬、溶剤、ガラス器具などの消耗品に研究費の大半を充てる。また、研究実績の発表のための国内旅費に充てる予定である。
間質性膀胱炎による頻尿発症のメカニズム 解明

間質性膀胱炎は頻尿や尿貯留時の疼痛を主訴とする。これらの発症のメカニズムを解明するため、ワイルドタイプとモデル動物を使用して膀胱平滑筋細胞の電気現象(カルシウム電流、ATP依存性カリウム電流)を観察した。平成15年度からは、中枢細胞の応答に着目し、ラット脳を薄切し、海馬のCA-1細胞や黒質細胞を単離して電気生理学的観察を行った。最近これらの細胞に対するGlucagon-like peptide-1(GLP-1)の作用が注目されている。一方、排尿をつかさどる中枢神経細胞の存在部位は橋に存在することが、ネコ等の実験動物で明らかにされている。ヒトでも最近はSPECT, PETなどによる技術の向上で、同部位の排尿に対する支配が明らかにされつつある。これらの中枢に投射する脳領域は多岐にわたっており、海馬のCA-1細胞や黒質細胞もそれらの内の一つである。単離した、これらの中枢細胞でのGLP-1の効果をパッチクランプを用いて観察した。セルアタッチモードでの観察では、細胞の膜電位は通常-60Vほどで安定しているが、GLP-1を還流してやると脱分極を起こし、活動電位は顕著に抑制されることがわかった。GLP-1はこれらの細胞において抑制的に作用することが示唆されるが、橋にある排尿中枢神経細胞にも同様の実験をし、排尿に関する薬剤としてGLP-1が応用できるかどうかを見極めたいと思う。間質性膀胱炎は頻尿や尿貯留時の痛みなどを主訴とするが、これらの症状発生のメカニズムを解明するため、ワイルドタイプマウスと、モデル動物を使用して、膀胱平滑筋細胞の電気現泉(カルシウム電流、ATP依存性カリウム電流)を観察した。ワイルドタイプマウスは比較的容易に電気現象を記録することができたが、モデル動物ではデータの集積を得るまでには至らなかった。様々な文献を比較検討したところ、モデル動物を用いるよりも、薬剤を膀胱内に投与して、間質性膀胱炎モデルをみずから作成したほうが良策であると思われた。マウスだけでなくラットも使用してデータの再現性を確認する必要があると思われた。パッチクランプシステムは計画の通り、データ取り込みにはpclamp8およびdigidata1200を使用する。平成15年度は薄切スライスによる膀胱全層のパッチクランプを予定しているが、膀胱粘膜より放出される物質を吟味し、単離細胞でそれらの物質を還流させパッチクランプを行うことも平行して施行したい。また膀胱に分布する痛覚神経(C-fiber)の同定に挑戦してみることを検討中である。計画書では主にNOに対する平滑筋細胞の電気応答を観察することを記述した。この他にも最近ATPの関与が取りざたされるようになっている。研究課題に加える予定である。電気現象に関しては以上であるが、細胞内カルシウム濃度の測定が比較的容易に当実験室にて可能であるため、これも実験計画に追加する。もし時間があれば膀胱平滑筋細胞の張力測定も行ってみたいと考えているが現在のところ未定である。
医学系国際会議におけるアジア英語の使用実態に関する研究

この調査期間の当初に立てた目標について、私自身は十二分に達成することが出来たのではないかと自負している。2年間行った調査プログラムの2年目には、私は4つの国際医学学会に出席し、140人以上の日本人、および80人以上の他のアジア諸国の医療関係者の英語でのプレゼンテーションについて、情報収集を行った。その結果、日本人が英語で行う医学発表において改善が必要である事項は「冒頭のつかみや結び、話題の転換、質疑応答の処理」であることを明らかにできた。これらの調査結果は、3編の英語教育関連論文として学術雑誌に掲載された。(1つは出版待ち)このおかげで1つの受賞論文にも直接的な影響を与えることとなった。その結果、先に行ったある集団の調査と照らし合わせることで、日本人が英語で行う医学発表において改善が必要である事項は「冒頭のつかみや結び、話題の転換、質疑応答の処理」などであり、アジア地域の基準に準拠できている事項は「発音、専門用語や言い回し」などであることを明らかにすることができた。この調査結果について、三ヶ国で行われた各々の学会で発表したところ、このうち2013年に千葉で行われた日本医学教育学会大会において最優秀賞を頂くことが出来た。また台湾とカンボジアでの学会においては、データをより広くアジア地域の医学英語教育に活用することに重点を置いた。これらの調査結果は、3編の英語教育関連論文として纏められ、(1つは出版待ち)、このおかげで1つの受賞論文にも直接的な影響を与えることとなった。この調査結果と、その後の学会発表と論文発表のおかげで、Medical View社から、日本人医師の国際学会発表におけるスキル向上について書籍を出版する話を頂いた。この本は日本語に訳され、2014年10月に出版予定となっている。また、私自身の勤める宮崎大学と、宮崎で開催された内分泌学会の両者において、プレゼンテーション能力についてのワークショップも開いた。日本人医師が国際学会における研究発表やポスター発表、およびシンポジウム参加等において英語を用いる際に感じる困難について、研究協力者と共に、研究社が勤務する大学病院の医師52人を対象に調査を実施した。その後、回答した7人の医師と面談を行い更に詳しく話を聞いた。調査結果は表にまとめられ、JASMEEの紀要に今年7月に掲載される予定である。調査結果の示すとところによれば、多くの日本人医師は、北米標準英語不安を持つ傾向にある。これが、国際医療学会における質疑応答などのやりとりで大きな不安を感じる原因になっているようだ。また、完璧とは言えない英語使用の状況の中で会話を進めて行ける方略に苦慮するために心理的な混乱を感じる医師も多い。話を次に進める際の合図や、話の導入や終結にふさわしい表現に使用には改善の余地があるようである。また、自らの英語発表に対する周囲からの期待という心理的な負担もある。最近台頭している、共通語としてのアジア英語の使用が、この解決策の1つであろう。医療用語の習得よりむしろ、会話の方略に焦点をあてることが望ましい。し、日本人とアジ人医師による英語発表のデータを更に収集する。データが全て揃ったうえで指導書を作成し、収集したデータと共に得られた知見を掲載し、研究者の勤務する医師が活用できるようにまとめる。既に次年度に向けて、大学の医局の若い医師向けに発表を要請されている。また、10月にも地域学会の招聘を受け、本研究のデータの公開と発表を行う予定である。出版については今年中に2本、2014年初頭に1本、出版したい。また、タイ王国、フィリピンの学会でも、ESP研究者とともに研究成果を報告する。さらにデータを収集するため、以下の4つの国際学会の参加を予定している。研究者の働く大学病院の医師向けに、英語での研究発表に関する指導書を作成し、2014年をめどに、他の病院も視野に入れて出版出来ればと考えている。宮崎大学医学部付属病院で行われる若い医師が国際学会において積極的な発表、かつ雄弁な参加者となることを願い、指導の一環として、大学内のワークショップは続けていきたい。研究結果とそこから得られた知見は、新聞(Yomiuri)に掲載する。以下の学会参加のため、学会参加費用と旅費を必要とする:出版費用と教材作成のための費用を必要とする.最終的な教材作成に向けて、謝金を必要とする。
分子内電荷移動を基盤とする熱活性化遅延蛍光材料の創製

本研究では、2,6ージアミノベンゾフェノン誘導体および2ーアミノイソフタル酸ジエステルの合成および物性評価をおこない、それらの分子が固体状態や高分子薄膜に分散した状態において熱活性化遅延蛍光を発する材料となることを示した。すなわち、電子受容基を電子供与基二つで挟んだ、あるいは電子供与基を電子受容基二つで挟んだ電子構造を有するベンゼン誘導体の設計が、熱活性化遅延蛍光材料の設計指針として有効であることを明らかにした。また、その有用性をしめすべく、2,6ージアミノベンゾフェノン誘導体が分子温度計として機能することを実証した。新規熱活性化遅延蛍光材料として2,5ージアミノー1,4ービス(アロイル)ベンゼンを設計した。アミノ基がカルバゾリル基、アロイル基がベンゾイル基である誘導体は、X線結晶構造解析の結果からカルバゾリル基とベンゾイル基との立体反発により中央ベンゼン環に対してドナーであるカルバゾリル基とアクセプターであるベンゾイル基とがそれぞれ大きくねじれた構造をしていることがわかった。室温および窒素雰囲気下において2,5ージアミノー1,4ービス(アロイル)ベンゼンは、溶媒トルエン中では中程度の発光量子収率で発光する一方、ポリスチレンフィルム中では発光量子収率0.390.66と効率よく発光した。そしてこれらの発光には通常の蛍光に加えて熱活性化遅延蛍光が含まれていることがわかった。77 Kにおける時間分解スペクトル測定により、2,5ージアミノー1,4ービス(アロイル)ベンゼンの励起1重項と励起3重項状態のエネルギー差は、0.14 eV以下であることがわかった。この小さなエネルギーギャップは、分子がねじれた配座をとりHOMOとLUMOの重なりが小さいためであると考えられる。また、ドナーとアクセプターを一つずつもつ2ーアミノベンゾフェノンも設計・合成した。室温窒素雰囲気下においては溶媒トルエン中、ポリスチレンフィルム中で熱活性化遅延蛍光を示すことがわかった。発光スペクトルは、対応する2,5ージアミノー1,4ービス(アロイル)ベンゼンのそれらに比べて短波長していることがわかった。溶媒トルエン中やポリスチレンフィルム中のーアミノベンゾフェノンの発光量子収率は2,5ージアミノー1,4ービス(アロイル)ベンゼンと比較すると低い値を示した。これらの結果から、熱活性化遅延蛍光の発光効率の向上には、隣接するドナーとアクセプターのペアが二つあることが重要であることを明らかにした。2,5ージアミノー1,4ービス(アロイル)ベンゼンが期待通り熱活性化遅延蛍光を効率よく発光する発光団であることを明らかにした。特に、アミノ基としてはカルバゾリル基が、アロイル基としては4ーシアノフェニル基が好ましいことが実験的に明らかにされた。この結果は、理論計算によるシミュレーションからの支持されている。これらの成果が得られていることから、本研究はおおむね順調に進展していると判断される。新規熱活性化遅延蛍光材料として、2ーアミノイソフタル酸ジエステルを設計した。標的とするジメチルエステルは、まず市販の2ーブロモイソフタル酸ジメチルに対して、パラジウム触媒を用いてアニリン誘導体もしくはベンジルアミンをカップリングしたのち、得た第二級アミンを、ヨードメタンを用いてメチル化する、あるいは銅触媒とヨウ化アリールを用いてアリール化することにより合成した。また、ジアリールエステルは、ジメチルエステルを加水分解してイソフタル酸誘導体に導き、これを酸塩化物に変換したのちフェノール誘導体と縮合することにより得た。合成した2ーアミノイソフタル酸ジエステルは、溶媒2ーメチルテトラヒドロフラン中では全くあるいはほとんど蛍光を示さなかった。それに対し、それらの粉末は、青色から緑色の蛍光を量子収率0.060.48で発した。すなわち、設計分子は、まず凝集誘起発光性を示す発光団であることを明らかにした。続いて、この発光団をポリメチルメタクリレート薄膜に分散し、その発光性を真空下および大気下で測定したところ、真空下ではナノ秒オーダーとミリ秒オーダーの寿命をもつ発光成分が含まれていた。一方、大気下での蛍光はナノ秒オーダーの発光成分のみを観測した。また、発光量子収率は、真空下に比べて大気下では約0.020.14低下した。さらに発光スペクトルは、いずれの条件下においても同じであった。以上のことから、今回設計した2ーアミノイソフタル酸ジエステルが、期待通り遅延蛍光性を示す発光材料であることが明らかとなった。2ーアミノイソフタル酸ジエステルが、期待通り遅延蛍光性材料となることを明らかに、分子軌道計算による解析から、アミノ基をアルコキシカルボニル基二つで挟むと、最高被占軌道と最低空軌道の重なりが小さくなることを認め、その分子設計の有効性を確認することができた。これらの成果は、分子軌道計算による予測の有用性を示しており、さらなる分子設計を進める上でも有益な情報をもたらすと考えている。これらのことから、本研究は概ね順調に進展していると判断される。新規熱活性化遅延蛍光材料として、2,6ージアミノベンゾフェノンを設計した。標的分子の合成は、まず、1,3ージブロモベンゼンをLDAを用いて水素引き抜きによりリチオ化したのち、対応するベンズアルデヒド誘導体に付加反応を行い、続けて過マンガン酸カリウムで酸化することにより対応するベンゾフェノン誘導体を合成した。そしてこれにパラジウム触媒を用いるアニリンとのカップリングを行うことにより行った。

メトキシ基置換体のX線単結晶構造解析により、カルボニル基は中央ベンゼン環に対して約55°捩れていることがわかった。また、窒素原子二つはいずれもsp2混成していることが判明した。結晶のパッキングは、パイ平面どうしのスタッキングがなく、分子凝集による濃度消光が起こりにくい様式であることを明らかにした。これらの分子は、有機溶媒中室温ではほとんど発光を示さなかったが、極低温では効率よく青緑色発光を示した。ナノ秒オーダーの発光成分とミリ秒オーダーの発光成分が観測されたので、長寿命成分はリン光と帰属した。すなわち、設計した発光団は、励起一重項状態と励起三重項状態のエネルギー差が項間交差を容易に起こしうるほど小さいことがわかった。そして、発光しない有機溶液に水を添加すると、分子が凝集して黄緑色発光した。また、粉末状態でも室温真空下において黄緑色発光を示した。その際、発光成分は寿命がナノ秒オーダーとマイクロ秒オーダーの2成分あることが明らかとなった。また、大気下では発光効率が低下した。すなわち、今回設計した2,6ージアミノベンゾフェノンは、分子凝集状態において遅延発光を示すことを明らかにした。本研究では、2,6ージアミノベンゾフェノン誘導体および2ーアミノイソフタル酸ジエステルの合成および物性評価をおこない、それらの分子が固体状態や高分子薄膜に分散した状態において熱活性化遅延蛍光を発する材料となることを示した。すなわち、電子受容基を電子供与基二つで挟んだ、あるいは電子供与基を電子受容基二つで挟んだ電子構造を有するベンゼン誘導体の設計が、熱活性化遅延蛍光材料の設計指針として有効であることを明らかにした。また、その有用性をしめすべく、2,6ージアミノベンゾフェノン誘導体が分子温度計として機能することを実証した。アミノ基とカルボニル基の数やコアへの導入位置が熱活性化遅延蛍光の発現に及ぼす影響を明らかにするために、2ーアミノー1,3ージアロイルベンゼン、2,6ージアミノアロイルベンゼンおよび4,6ージアミノー1,3ービスアロイルベンゼンなどの合成と物性評価を進める。2ーアミノー1,3ージアロイルベンゼンおよび2,6ージアミノアロイルベンゼンは、アミノ基もしくはアロイル基の一方を他方二つで挟むことにより、その分子構造の対称性から挟まれた窒素のn軌道やカルボニル基のπ*軌道はコア平面上に配向することを想定していて、その空間配置と熱活性化遅延蛍光の関係を明らかにする。また4,6ージアミノー1,3ービスアロイルベンゼンは対称面を有する構造である。両者を比較することにより分子構造の対称性が熱活性化遅延蛍光に及ぼす影響を調べ、熱活性化遅延蛍光の高効率化に相応しい対称要素を明らかにする。発光団のコアであるベンゼン環に置換する電子供与基(アミノ基)と電子求引基(アルコキシカルボニル基やアシル基)の数、相対配置、組み合わせが遅延蛍光性の発現に及ぼす効果をさらに明らかにしていくために、まず1,3ージアミノー2ーアロイルベンゼンや1,3ージアミノー2ーアルコキシカルボニルベンゼンの合成および物性評価を進める。続いて、電子供与基をアミノ基からアルコキシ基やアルキルチオ基に、電子求引基にアリールスルホニル基やボリル基などを選び、対応するドナー、アクセプター置換ベンゼンの設計、合成および機能評価を進める。
無細胞蛋白質合成系の効率化に関する研究

既存の無細胞蛋白質合成系ではあまりにも微少量しか合成されないので、物としてその特性を調べることが難しい。そこで、無細胞蛋白質合成系の効率向上をめざして次の3点を研究し、それぞれ成果を得た。1.分子拡散型ミニバイオリアクターの開発限外濾過膜を介して翻訳に必須なATPとGTPを連続的に供給する方式の分子拡散型ミニバイオリアクター(容量0.21.0ml)の形式として2つのものを開発した。1つはキャピラリーチューブを使用した透明液循環方式であり、他の1つは反応槽の底部を膜とする平膜形式である。前者については、遠心濾過膜で濃縮した大腸菌のS30画分を用いることによって、約2.5時間の転写翻訳共役反応で、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ(CAT)が1.2mg/ml合成できた。一方、後者においては、ポリエチレングリコールで濃縮した小麦胚芽抽出液を用いた系においてmRNAを経時的に添加することにより3時間でジヒドロ葉酸還元酵素(DHFR)が0.14mg/ml合成できた。2.キャップ非依存性mRNAの5'-UTRの最適化キャップ非依存的にmRNAのリボゾーム複合体への取り込みを促進する配列(IRESと呼ばれている)としてタバコエッチウイルス(TEV)の5'-非翻訳領域(5'-UTR)の配列から出発して8種類の断片をレポーター遺伝子の上流につなぎ、その蛋白質生成量を調べた。その結果、35ntからなるTEV-5'UTRの断片が完全長5'-UTR(144nt)よりも高い翻訳活性を示した。3.翻訳反応終了後の目的蛋白質の分離・精製ニッケル樹脂を用い、CATのN末端側にあるHis-Tagによる精製はうまくいかなかった。しかし、His-TagをC末端側につけ、さらに反応系のジチオスレイトールを全く除いてイミダゾール濃度を徐々に上げていった結果、1MイミダゾールでCATを分離することができた。現在は異種蛋白質の合成は遺伝子工学的技術によっているが、この方法では合成が困難な場合もあるし、翻訳後の修飾を分子レベルで研究するためには無細胞蛋白質合成系が有望である。しかし、既存の無細胞蛋白質合成系ではあまりにも微小量しか合成されないので、物として得てその特性を調べることができない。そこで、無細胞蛋白質合成系の効率向上をめざして次の2点を研究した。(1)無細胞蛋白質合成系の酵素工学的研究翻訳反応速度を高めるため、材料として用いている小麦胚芽抽出液の濃縮を試みた。濃縮法としてポリエチレングリコール添加法が簡便であることを見出し、濃縮翻訳反応系の最適条件を検討した。最適条件下の反応では従来法と比較して約10倍の速度の向上が見られた(論文印刷中)。さらに、合成された蛋白質の精製法を検討している。最も簡便な精製法は反応後ポリゾームを超遠心分離することであると考え、この方法を調べた。現在までのところ、超遠心分離法によって、上澄液中の合成蛋白質(酵素)の比活性は約3倍向上した。(2)分子進化工学的手法による無細胞蛋白質合成反応の効率化真核細胞由来のmRNAの5′-末端上流にはいわゆるCap構造があり、任意のmRNAにこれを付加することは、技術の汎用性を難しくしている。ところが最近Cap非依存性のIRES構造があることがわかり、盛んに研究されている。そこで、小麦胚芽由来の翻訳系に有効なIRES構造を分子進化工学的手法を用いて求めることにした。