hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
経頭蓋パルス電流刺激がヒトの体性感覚機能にもたらす効果とその神経基盤の解明

本研究課題のテーマで体性感覚機能には、一次体性感覚野が重要な役割を担っていることが知られており、特にα波と呼ばれる比較的低周波な成分やγ波と呼ばれる高周波成分が知覚には重要であることがわかっている。本年度はα波やγ波を高めることができるα帯域の経頭蓋交流電流刺激(α-tACS)とγ帯域のtACS(γ-tACS)を一次体性感覚野に与えたときに生じる体性感覚機能の変化を検証し、その刺激効果と脳波データの関連性についても検証を行った。その結果、tACSを行う前のα波やγ波のパワーとtACSによって生じる体性感覚機能の変化の間には相関関係が認められた。つまり、tACSによって生じる体性感覚機能の向上には刺激前のαパワーとγパワーが関与している可能性があることが示唆された。また、上記の体性感覚機能と脳活動計測と平行して、脳波データを高精度で計測・解析できる技術の習得に努めた。本計測・解析技術を用いることで、本研究の主たる目的である経頭蓋パルス電気刺激が体性感覚機能にもたらす効果の神経生理学的メカニズムを詳細に検証することが可能となる。現在、計測した脳波データを用いて、事象関連脱同期やパワースペクトル密度などの様々な解析を予備的に実施している。来年度は経頭蓋パルス電気刺激を後頭頂葉に対して付与したときに生じる体性感覚機能や脳活動の変化を詳細に検討し,体性感覚機能向上を促す新たなリハビリテーション手法の開発に着手する予定である。脳波データの解析方法の習得が想定よりも時間を要している状況である。脳波データの解析方法を習得した後、体性感覚機能を向上させるための介入方法を検討することを目的として、後頭頂葉に対して経頭蓋パルス電気刺激を用いる研究を計画している。本年度は、脳波データの計測・解析技術の習得に注力し、当初計画していた海外学会への参加を控えたことにより次年度使用額が生じた。
線条体のシグナル分子が制御する大脳基底核の神経活動と運動機能の解明

線条体は大脳基底核の入力核の一つであり、大脳皮質からグルタミン酸作動性の入力や黒質緻密部からドパミン作動性の入力を受け、随意運動の調節に重要な領域だと考えられている。線条体には、線条体ー黒質投射ニューロンと線条体ー淡蒼球外節投射ニューロンの二種類の投射ニューロンが存在し、グルタミン酸やドパミンによる情報を処理し、運動の制御に重要であると考えられている。線条体投射ニューロンのうち、線条体ー黒質投射ニューロンのprotein kinase A (PKA)に注目し、グルタミン酸やドパミンにより活性化されるPKAが随意運動の制御や神経活動の調節にどのように関わっているのかを個体レベルで調べた。アデノ随伴ウイルスベクターを利用して、マウスの線条体ー黒質投射ニューロンにPKAのdominant active (DA)を発現させ、マウスの自発運動を観察した。片側の線条体ー黒質投射ニューロンにPKAのDAを発現させたマウスでは、ベクターの注入側とは反対側へ動こうとする顕著な傾向が認められた。さらに、覚醒下でマウスをステレオ装置に保定して、大脳基底核の神経活動を細胞外単一ユニット記録によって記録した。淡蒼球外節や黒質網様部の自発発火頻度や自発発火パターンには変化が認められなかった。そこで、H30年度は大脳皮質運動野に刺激電極を埋め込み、大脳皮質から大脳基底核への入力を模倣するように電気刺激を与え、淡蒼球外節と黒質網様部で応答を記録した。線条体ー黒質投射ニューロンにGFPを発現させたコントロールマウスでは、淡蒼球外節と黒質網様部で一過性の三相性の応答が認められた。これに対して、PKAのDAを発現させたマウスでは、淡蒼球外節ではコントロールと同様の三相性の応答が認められたが、黒質網様部では三相性の持続時間や潜時に有意差が認められた。この応答の変化が行動の変化に起因していると考えられる。線条体は大脳基底核の入力核の一つであり、ドパミン作動性ニューロンやグルタミン酸作動性ニューロンが入力し、随意運動の制御に重要な役割を果たしている。線条体にはこれらの神経伝達物質受容体が発現しているが、受容体の下流にあるシグナル伝達分子が大脳基底核の神経活動にどのように影響を与え、運動をどのように制御しているのかは明らかになっていない。まずは線条体ー黒質投射ニューロンに注目し、ドパミンあるいはグルタミン酸の刺激により活性化するprotein kinaseA(PKA)あるいはmitogen-activated protekin kinase(MAPK)が神経活動や運動制御に与える影響を解析するため、ウイルスベクターを用いて線条体ー黒質投射ニューロン特異的にprotein kinaseA(PKA)あるいはMAPK/ERKキナーゼ(MEK)のdominat active(DA)を発現させることを試みた。マウスの線条体に2種類のアデノ随伴ウイルスベクターを注入し、二重感染を利用したCre-loxPシステムを用いて線条体ー黒質投射ニューロンにPKAあるいはMEKのDAを遺伝子導入した。組織化学的解析により、線条体ー黒質投射ニューロン特異的にPKAあるいはMEKのDAが発現していることを確認した。次に線条体ー黒質投射ニューロンの神経活動を記録するため、覚醒下でマウスをステレオ装置に保定し、線条体および線条体ー黒質投射ニューロンの投射先である黒質網様部からの細胞外記録を試みた。その結果、線条体および黒質網様部の自発発火に影響は無かった。そこで、大脳皮質運動野に電気刺激を与えたときの応答を黒質網様部で記録した。野生型マウスでは「早い興奮ー抑制ー遅い興奮」という一過性の三相性の応答が認められることが知られているが、PKAのDAを発現させたマウスでは、抑制の持続が長くなる傾向が認められた。当初の研究計画では平成28年度は、2種類のアデノ随伴ウイルスベクターによる二重感染を利用したCre-loxPシステムを用いて、線条体の投射ニューロン特異的にPKAやMEKのDAあるいはdominant negative(DN)を発現させることと、これらのマウスを使って覚醒下で大脳基底核の神経活動を記録することを予定していた。実際には、線条体ー黒質投射ニューロンと線条体ー淡蒼球外節投射ニューロンと呼ばれる2種類の線条体投射ニューロンのうち、線条体ー黒質投射ニューロンにおいてPKAあるいはMEKのDAを特異的に発現させることが出来た。さらに、これらのマウスを覚醒下でステレオ装置に保定して神経活動を記録した。自発発射だけでなく、大脳皮質運動野から大脳基底核への入力を模倣するように、大脳皮質運動野を電気刺激したときの応答も大脳基底核から記録した。以上のように当初の計画通りに実験を進めることが出来たため、順調に進展していると言える。大脳基底核の入力核の一つである線条体は、大脳皮質からグルタミン酸作動性ニューロン、中脳からドパミン作動性ニューロンの入力を受け、随意運動の制御に重要な領域だと考えられている。線条体には黒質網様部へ投射する線条体ー黒質投射ニューロンと淡蒼球外節へ投射する線条体ー淡蒼球投射ニューロンの二種類の投射ニューロンが存在する。

線条体ー黒質投射ニューロンにはドパミンD1受容体、線条体ー淡蒼球投射ニューロンにはドパミンD2受容体が発現しており、これらの受容体の下流にあるシグナル伝達物質が線条体の神経活動に影響を与え、運動の制御に重要であると考えられている。しかし、実際にはシグナル伝達物質、神経活動、運動制御の三者の関係が明らかになっているわけではない。この研究では、線条体ー黒質投射ニューロンにおいて、ドパミンあるいはグルタミン酸の刺激により活性化するprotein kinase A (PKA)に注目し、アデノ随伴ウイルスベクターを用いて、マウスの線条体ー黒質投射ニューロン特異的にPKAのdominant active (DA)を発現させ、マウス個体において神経活動に対する影響を調べた。大脳基底核の神経活動は麻酔薬の影響を受けやすいことが一般的に知られており、覚醒下でマウスをステレオ装置に保定して、線条体ー黒質投射ニューロンの投射先である黒質網様部において細胞外記録を行った。黒質網様部における自発発火に加え、大脳皮質運動野に刺激電極を留置し、大脳皮質運動野を電気刺激したときの応答を記録した。その結果、黒質網様部における自発発火頻度や自発発火パターンには影響が認められなかった。大脳皮質運動野を刺激すると、コントロールマウスでは一過性の三相性の応答が認められる。PKAのDAを発現させたマウスでは、コントロールマウスと同様の三相性の応答が認められたものの、応答の持続時間や潜時に有意差が認められた。平成29年度の研究計画では、PKAやMAPK/ERKキナーゼ(MEK)のDAあるいはdominant negative (DN)をマウスの線条体ー黒質投射ニューロンに特異的に発現させ、これらのマウスを覚醒下でステレオ装置に保定して、大脳基底核を構成する神経核から細胞外記録を行い、神経活動に対する影響を解析することを予定していた。実際には、PKAやMEKのDAを線条体ー黒質投射ニューロンに特異的に発現させ、これらのマウスを覚醒下でステレオ装置に保定して黒質網様部から神経活動を記録した。黒質網様部における自発発火頻度や自発発火パターンは、PKAのDAを発現させた場合も、MEKのDAを発現させた場合も、有意な影響は認められなかった。そこで、次に大脳皮質運動野に刺激電極を留置し、大脳皮質運動野を電気刺激したときの応答を記録した。最初に数匹のマウスから応答を記録したところ、MEKのDAを発現させたマウスでは、応答に変化が生じている傾向が認められなかった。しかし、PKAのDAを発現させたマウスでは、応答に変化が生じている傾向が認められた。そのため、PKAのDAを発現させたマウスの神経活動を優先的に記録することにした。その結果、PKAのDAを発現させたマウスではコントロールマウスと同様の三相性の応答が認められたものの、応答の持続時間や潜時が有意に変化していた。以上のように、おおむね当初の計画通りに実験が進んでおり、順調に進展していると言える。線条体は大脳基底核の入力核の一つであり、大脳皮質からグルタミン酸作動性の入力や黒質緻密部からドパミン作動性の入力を受け、随意運動の調節に重要な領域だと考えられている。線条体には、線条体ー黒質投射ニューロンと線条体ー淡蒼球外節投射ニューロンの二種類の投射ニューロンが存在し、グルタミン酸やドパミンによる情報を処理し、運動の制御に重要であると考えられている。線条体投射ニューロンのうち、線条体ー黒質投射ニューロンのprotein kinase A (PKA)に注目し、グルタミン酸やドパミンにより活性化されるPKAが随意運動の制御や神経活動の調節にどのように関わっているのかを個体レベルで調べた。
熱フィラメントCVD法による金属内包フラーレンの合成

(1)熱フィラメントCVD法を用いて、フラーレンを合成することに成功した。従来、フラーレンは、減圧下の不活性ガス雰囲気中において、炭素および金属触媒を用い、直流アーク放電やレーザー蒸発をすることによって、合成されていた。しかし、これらの方法では原料に比較的高価なグラファイトを用い、また生産量も限られているため、それらに代わる安価な大量合成法が望まれていた。トルエンなどの有機溶媒を燃やす燃焼法によって、フラーレン合成が行われているが、この方法では金属などを内包した金属内包フラーレンを合成することは難しい。このように従来法では困難であった、合成効率のよい、安価なフラーレン、カーボンナノチューブ合成法として、熱フィラメントCVD法を開発した。この方法では、低圧下の有機溶媒蒸気中で金属フィラメントを通電加熱して、有機分子を熱分解し、フラーレンを合成した。そして、HPLCによる分離を試み、C60のバルク量生成を確認した。(2)金属内包フラーレンやカーボンナノチューブからの発光過程を蛍光測定装置を用いて調べた。特に、CVD法およびレーザー蒸発法で合成されたSWNTsについて、広範囲に(直径0.8-1.4nm)その発光特性を調べた。これによって明らかになったSWNTの発光特性として以下の3点があげられる。(1)タイプIに分類される半導体SWNTsの発光強度はタイプIIのそれよりも大きい(2)カイラル角が30°に近づくほど発光強度は強くなる(3)ジグザグナノチューブの発光が観測されない。そして、理論モデルと詳細に比較・検討した。また、電子顕微鏡観測により割り出した直径分布とも比較した。その結果、0.3nm以上の直径分布幅をもつSWNTsについて、発光マップから構造分布を求める場合には特に注意が必要であることがわかった。直径の細いSWNTsが優先的に溶液中に溶かされるためである。また、CVD法で合成したカーボンナノチューブにフラーレンを内包させることにも、世界で初めて成功し、そのFET特性を研究した。特に、CVD法で合成されたSWNTsにおいて、as-grown状態から発光信号を得ることに初めて成功した。As-grown状態から発光が得られた理由は、試料中に孤立あるいは数本のバンドル状態になったSWNTsが偶然含まれていたためだと思われる。そして、得られた6本の発光信号の相対強度を、現在最も良く用いられているSDS重水溶液のそれと比べることによって、SDS分散過程のSWNTs依存性を調べた。その結果、SDS分散溶液では直径の細いSWNTsからの発光強度がより強調されており、細いSWNTsを優先的に分散させていることがわかった。
ヒト口腔顔面の末梢神経障害に対する水分子状態をとらえたＭＲ生体病理イメージング

口腔顔面領域のヒトの神経障害を非侵襲的に可視化するために高い空間分解能とコントラスト分解能をもつ2種類のMR画像法の確立と臨床応用を検討した。実際に三叉神経損傷後に慢性疼痛を呈する患者での検索を行い、病的な再生をした神経線維や増生した瘢痕組織に相当する形態を描出することができた。本研究による方法は神経再生異常に伴う神経病理組織を反映した画像法といえ、三叉神経障害の診断や治療方針の策定に有用になるであろう。本研究の目的はMRIを用いて水分子の状態を解析してヒト末梢神経障害を非侵襲的に評価する方法論の開発とその臨床応用にある。H24年度は、引き続き共同研究者の新潟大学脳研究所統合脳機能研究センターの超高磁場実験施設の横型3T MRI装置を用いて末梢神経画像法の実験と患者群による病的神経データの取得を行った。初年度で高い3次元空間分解能を得る3 Dimensional Volume Rendering MR Neurography (3DVR-MRN)のさらなる分解能の向上に成功したが、今年度はさらに水分子の拡散性を検出する拡散強調画像(DWI)と3D anisotropy contrast (3DAC)を組み合わせた高コントラスト分解能画像法の空間分解能を向上させることに成功した。これにより神経損傷後の異常増生した瘢痕組織と正常神経の空間分布を明瞭に描出することが可能になった。加えて三叉神経領域に神経障害をもつ患者群でのデータ取得も順調に進行し、瘢痕組織と神経線維の伸びだしのパターンが形態的にいくつかに分類ができる可能性が示されつつある。この他同時に計測している、軸索とその周囲の結合組織における水分子の見かけの拡散係数と高分子と結合していない自由水を反映するT2緩和時間計測データにより、水分子の状態を反映した組織特性を類推することができる。これらのデータと臨床症状を総合すると神経再生のある時期に神経炎症が異常に遷延していることが、結果として正常なSchwann細胞の働きであるところの髄鞘化が低く、乱雑に配列した軸索の再生、結合組織の増生につながることが見いだされつつある。さらに症例数を重ねることにより時系列変化を明らかにしてゆくことができるであろう。今年度は、本研究ですでに確立した研究用MRIによる神経画像法を用いて患者群でのデータ取得が進められた。損傷神経に対して、拡散強調画像を基に高コントラスト神経画像(3DAC)と高分解能MR Neurography (3DVR-MRN)で形態の検討、さらにT2緩和時間測定と平均拡散能の計測を行った。患者は、片側の下歯槽神経か舌神経の損傷後に感覚障害を持つ群である。その結果、3DVR-MRNでは増生した結合組織と神経線維の識別が困難な病変部位であっても3DACではほとんどの症例で両者を弁別することが可能であった。さらに興味深いことに、瘢痕とみられる結合組織内に走行する神経構造が変形がなく周囲組織と分離されて描出される群は、感覚障害が軽度であった。これに対して、神経自体が、不整形や蛇行といった変形を伴った群は重度な症状を呈することが明らかになった。これらは、髄鞘化と神経上膜により周囲組織と隔てられた神経再生と後者は神経種の形成が推測される。本研究で3DACの末梢神経へ適応することができた。ヒトの末梢神経病理組織を反映した非侵襲的画像が水分子の拡散性を可視化することで可能になることが明らかになった。さらに、病変神経を人工神経管で再生した術前術後比較や、神経損傷動物のMRIによる神経炎症の検討も行われた。難治性の口腔顔面疼痛の一つに神経障害性疼痛がある。その原因に損傷神経の異常再生が挙げられるが、われわれは、ヒト口腔顔面の末梢神経障害を水分子の状態を捉え非侵襲的な生体病理イメージングを行い、異常再生のメカニズムの一端を明らかにし、その予防法を作り出すための基盤を作ることを目的としている。そのために新潟大学統合脳機能研究センターと共同して研究用高磁場(3.0T)MRI装置を用いて神経画像データを取得してゆく。初年度は画像の入り口となる現有の表面コイルの改造と3種類の画像法と解析方法を確立した。1.われわれの先行研究で開発した末梢神経画像法3D volume renderingMRN (3DVR-MRN)は、さらに飛躍的に高分解能なMicro 3DVR-MRNへと発展した。高分子のタンパク質などと結合した水分子の状態をとらえた画像は、神経線維とその周囲の結合組織の3次元微細構造を描出することに成功した。2.細胞間質、疎性結合組織や炎症性組織に多く存在する自由水の状態の水分子を画像演算よりT2緩和時間を求め数値によるマッピング作成。3.ブラウン運動から水分子の拡散性を検出する拡散強調画像をMRIにとって悪条件な口腔顔面領域で高分解能な画像データを得ることを可能にした。

さら高コントラスト画像法である3D anisotropy contrast (3DAC)を世界で初めて三叉神経領域に応用することができた他、数値データとして一本の神経線維の見かけの拡散係数を求めることもできた。われわれは神経損傷後の"異常再生ではSchwann細胞の分化に異常過程を伴い、線維性結合組織が増生する"と考えこの検証にはin vivoでの上記のような強力なツールが不可欠である。すでにこの手法での患者データ取得が始まり、三叉神経領域の再生過程の異常に関する新たな知見が得られはじめているところである。口腔顔面領域の三叉神経の損傷から神経障害性疼痛へと増悪する場合ある。本研究ではその際の末梢神経の病変を高分解能MRIで可視化することを目的とした。用いた手法としては、3次元画像データから神経の走行の3次元情報を2次元平面に投影して、神経特異的な高い空間分解能をもつ画像法である3DVR-MRN、一方高コントラスト分解能をもつ画像法である3 Dimensional Anisotropy Contrastを三叉神経領域で応用することに成功した3DAC-PROPELLERなどを用いた。3DAC-PROPELLERは、神経に特有な水分子が神経の走行方向に拡散異方性を示すことを基に、3次元的な走行方向を赤緑青の3原色のスペクトラムで可視化する。本研究では微細な三叉神経の病変に対して病変部位の形態を3DVR-MRNが高い空間分解能で描出しさらに、多様な組織からなる病変部から神経構造を3DAC-PROPELLERが抽出できることに意義がある。最終年度は主に、三叉神経の神経障害性疼痛が難治性で外科的治療が施行され、その予後の神経評価のデータ取得と解析、学会発表や論文作成が行われた。外科的治療は神経病変部を切除して人工神経管PGA-C tubeを設置して、正常な神経再生を促す生体内神経再生治療で、ヒト三叉神経での再生後の神経イメージングは世界に先駆けるものである。再生術後の組織は周囲に瘢痕とみられる結合組織が増生している場合があり、神経との判別に困難が伴うが、3DAC-PROPELLERにより再生神経を描出することが可能であった。その結果、正常もしくはそれに類する形態に再生された群に比べ正常神経とは異なり変形して再生した群は、臨床症状などの予後が劣ることが明らかになった。本研究で臨床応用した神経MRIは、生体病理イメージングとして神経評価に有用となるであろう。歯学口腔外科本年度では神経障害性疼痛の患者群でのデータ取得の開始が計画されていたが、順調に症例数を重ねている。MRIのハード面ではカスタム化した表面コイルの性能が、必要な撮像深度が得られる感度分布をもち、S/N比も十分で所定の性能を発揮している事が示された。撮像条件の最適化と相まって、きわめてMRIにとって撮像条件の良くない口腔顔面領域で、画像の変形やノイズ、動揺の影響の少ない拡散強調画像データを安定して取得することが可能になった。拡散強調画像データの見かけの拡散係数の解析スクリプトも作成しデータ解析の準備も進んでいる。三叉神経領域に特有のアーチファクトを低減するMRI拡散強調画像法と高コントラスト画像法(3DAC)の手法の確立と三叉神経領域の神経損傷後の感覚障害を持つ患者群でのデータ取得は順調に進行した。しかし、ある時期からデータに一部異常値がみられるようになり、その原因究明に時間を要した。
新規な機能発現を指向する化学発光・生物発光の総合研究

何をどこまで明らかにしたか(1)化学発光機構の解明と複合型増感系の構築:生物・化学発光のエネルギー移動機構の基礎的データを得る目的で,熱および光原子価異性反応を基礎とする化学発光反応系に不斉部を導入し、断熱過程で円偏光を発生する機能集積分子を開発した.ジオキセタンのCIEEL機構の正当性を陰イオン検出マススペクトルで調査したがCIEEL機構の裏付けとなる結果は得られなかった,安定でかつ発光の色調をコントロールできる化学発光系の開発した,ジオキセタンを経由する新規化学発光系の開発と素反応過程の反応速度の決定をした.(2)新規化学発光系の開発:イミダゾピラジノンの新規合成法の開発し,日本化学会の賞を取るに至った.(3)化学発光を用いる超微量分析とその基礎的展開:生体成分の微量分離定量法の開発に必須の検出条件を決めた,アセテートキナーゼの生物発光検出法の確立とイムノアッセイ・ブロッチングアッセイDNAのシークエンスへの応用,活性酸素に於ける化学発光を利用する食品劣化防止,老化防止に資する研究を行った.(4)成果の特徴:分野別で見てみると,有機光化学;天然物化学;生物有機;分析化学;反応化学と広い分野に跨っている.化学・生物発光が,現代化学の総力をあげての研究を必要とする分野であることを物語る.生物発光を化学物質の様々な機能の組み合わせできた系であるとみて,生物発光系に負けない化学発光系を化学物質で人為的に構築した.(5)将来の展望:日本の化学発光の研究は,(故)後藤教授をはじめとする名大グループ,前田のお茶大グループなどで精力的に研究され世界的な研究基盤を構築してきた.国外では米国以外ではあまり研究が行われていない.日本が先導している数少ない化学の分野を,我々の手でさらに発展させた.何をどこまで明らかにしたか(1)化学発光機構の解明と複合型増感系の構築:生物・化学発光のエネルギー移動機構の基礎的データを得る目的で,熱および光原子価異性反応を基礎とする化学発光反応系に不斉部を導入し、断熱過程で円偏光を発生する機能集積分子を開発した.ジオキセタンのCIEEL機構の正当性を陰イオン検出マススペクトルで調査したがCIEEL機構の裏付けとなる結果は得られなかった,安定でかつ発光の色調をコントロールできる化学発光系の開発した,ジオキセタンを経由する新規化学発光系の開発と素反応過程の反応速度の決定をした.(2)新規化学発光系の開発:イミダゾピラジノンの新規合成法の開発し,日本化学会の賞を取るに至った.(3)化学発光を用いる超微量分析とその基礎的展開:生体成分の微量分離定量法の開発に必須の検出条件を決めた,アセテートキナーゼの生物発光検出法の確立とイムノアッセイ・ブロッチングアッセイDNAのシークエンスへの応用,活性酸素に於ける化学発光を利用する食品劣化防止,老化防止に資する研究を行った.(4)成果の特徴:分野別で見てみると,有機光化学;天然物化学;生物有機;分析化学;反応化学と広い分野に跨っている.化学・生物発光が,現代化学の総力をあげての研究を必要とする分野であることを物語る.生物発光を化学物質の様々な機能の組み合わせできた系であるとみて,生物発光系に負けない化学発光系を化学物質で人為的に構築した.(5)将来の展望:日本の化学発光の研究は,(故)後藤教授をはじめとする名大グループ,前田のお茶大グループなどで精力的に研究され世界的な研究基盤を構築してきた.国外では米国以外ではあまり研究が行われていない.日本が先導している数少ない化学の分野を,我々の手でさらに発展させた.ここに集まる化学発光・生物発光研究者は科研の特別研究を目指して全国に散在している研究者間の研究連絡を活発に行うために,お茶大セミナー,平塚セミナーなど行ってきた.今回は総合研究の援助を頂いた関係で"岡山セミナー"を開催しその成果を公開し,討論する機会をえた:世話人は(岡山大学・理木村勝,場所岡山市,日時平成10年12月19日(土)9時17時.講演者16名で参加者はほぼ40名であった.講演者はA4二枚の要旨を提出した.代表的なものとして(岡山大・理)木村勝「バイプレンマーの光化学発光効率決定要素の探索」,(神奈川大・理)大橋守「化学発光反応のダイナミックススペクトロメトリー」, (筑波大・科学系)「Retrograde Analysisof Chemienergization Processes of Phenoxy-dioxetanesと光電子移動誘起化学発光」, (神奈川大・理)松本正勝「CIEEL活性ジオキセタンの分解機構について」などの研究成果が報告された.日本がこの方面で世界をリードしている事を実感させた.何をどこまで明らかにしたか(1)化学発光機構の解明と複合型増感系の構築:生物・化学発光のエネルギー移動機構の基礎的データを得る目的で,熱および光原子価異性反応を基礎とする化学発光反応系に不斉部を導入し、断熱過程で円偏光を発生する機能集積分子を開発した.ジオキセタンのCIEEL機構の正当性を陰イオン検出マススペクトルで調査したがCIEEL機構の裏付けとなる結果は得られなかった.安定でかつ発光の色調をコントロールできる化学発光系の開発した,ジオキセタンを経由する新規化学発光系の開発と素反応過程の反応速度の決定をした.

(2)新規化学発光系の開発:イミダゾピラジノンの新規合成法の開発し,日本化学会の賞を取るに至った.(3)化学発光を用いる超微量分析とその基礎的展開:生体成分の微量分離定量法の開発に必須の検出条件を決めた,アセテートキナーゼの生物発光検出法の確立とイムノアッセイ・プロッチングアッセイDNAのシークエンスへの応用,活性酸素に於ける化学発光を利用する食品劣化防止,老化防止に資する研究を行った.(4)成果の特徴:分野別で見てみると,有機光化学;天然物化学;生物有機;分析化学;反応化学と拾い分野に跨っている.化学・生物発光が,現代化学の総力をあげての研究を必要とする分野であることを物語る.生物発光を化学物質の様々な機能の組み合わせできた系であるとみて,生物発光系に負けない化学発光系を化学物質で人為的に構築した.(5)将来の展望:日本の化学発光の研究は,(故)後藤教授をはじめとする名大グループ,前田のお茶大グループなどで精力的に研究された世界的な研究基盤を構築してきた.国外では米国以外ではあまり研究が行われていない.日本が先導している数少ない化学の分野を,我々の手でさらに発展させた.
FDG PETによる肺癌分子標的治療の関連遺伝子発現の評価と治療効果予測

未治療の非小細胞肺癌患者を対象として、FDG PETにより生体における肺癌の糖代謝活性(FDG集積度)を測定した。術後、肺癌の外科的切除標本を用い免疫組織化学染色法にて抗CD31抗体、抗CD34抗体を用いて肺癌組織の全血管数を測定した。また抗CD105抗体を用いて新生の血管数を測定した。さらにVascularendotherial growthfactor (VEGF)、angiopoietin、hypoxia induced factor-2α(HIF-2α)を測定した。その結果、肺癌のFDG集積度は全血管数とは有意な相関がなかった。しかし、肺癌の新生血管数、VEGFの発現、angiopoietinの発現、およびHIF-2αの発現はFDG集積度と有意な正の相関があった。特にFDG集積度はangiopoietinの発現と相関が強かった。また新生血管数、VEGFの発現、angiopoietinの発現、およびHIF-2αの発現は肺腺癌の分化度と関連があり、細気管支肺胞上皮癌は低分化型肺腺癌よりこれらの発現が低い傾向があった。さらに、real-time RT-PCR法にてangiopoietinのmRNAレベルの発現を測定したところ、FDG集積度と有意な正の相関があった。これらのことから、肺癌のFDG集積度から肺癌の新生血管数、VEGFの発現、angiopoietinの発現、およびHIF-2αの発現の程度を推測することが可能であり、FDG PETにより新生血管を標的とした分子標的治療の治療効果を治療前に予測できることが示唆された。
セロトニン環境に着目した犬の炎症性腸疾患の病態解析

ヒトの過敏性腸症候群(IBS)や炎症性腸疾患(IBD)の病態には腸管クロム親和性細胞(EC細胞)が産生するセロトニン(5-HT)が深く関与している。本研究ではこれに着目した犬IBDの病態解析を行った。まず免疫組織化学染色によって犬十二指腸粘膜組織中に特徴的な5-HT陽性細胞を確認し,犬のEC細胞であると考えた。そしてこの細胞は健常犬群と犬IBD群で数に差が認められた。さらに5-HT産生に関わる酵素TPH1,組織中の5-HT除去機構であるSERTの遺伝子mRNA量を両群で解析し明らかにした。セロトニン(5-HT)は腸管クロム親和性細胞(EC細胞)が産生する消化管ホルモンであり、ヒトの過敏性腸症候群や炎症性腸疾患(IBD)の病態に深く関与している。犬のIBDは最も多い慢性消化器疾患であるものの、診断・治療が困難であり、未解明の病態が複数混在すると考えられる。本研究では、5-HTに着目した犬のIBD病態解析を行った。【5-HT陽性EC細胞の解析】平成24年度に本研究で確立した犬の消化管粘膜組織を用いた5-HT免疫組織化学染色法を用いて,健常犬とIBD症例犬の十二指腸粘膜組織中における5-HT陽性細胞数を比較した。その結果,症例犬において有意に多いことが明らかとなり,犬IBD症例の十二指腸粘膜組織中では健常個体に比べてEC細胞が増数している可能性が示唆された。【5-HT関連因子の遺伝子発現解析】健常犬とIBD症例犬の十二指腸粘膜組織を用いて,セロトニントランスポーター(SERT)、トリプトファンヒドロキシラーゼ(TPH1)の各遺伝子mRNA量をリアルタイムRTPCR法により定量,比較した。その結果,症例群全体としては健常群に比べて,SERT遺伝子mRNA量が有意に低いことが示され,TPH1遺伝子mRNA量は差が認められなかった。一方,症例群内では,SERT遺伝子mRNA量が特に低い群とTPH1遺伝子mRNA量が特に低い群の2群に分かれ,後者は数が少なかったものの値は健常群の値を大きく逸脱していた。以上のことから,犬IBD症例における腸粘膜組織中セロトニン環境は,健常犬に比べて逸脱していることが示唆された。具体的にはEC細胞数の増加とSERT発現の低下によって組織中5-HT量が正常よりも増えている可能性が考えられた。本研究は,犬IBDの新しい一病態を提示するものであり,今後より詳細に検討する余地があると考えられた。セロトニン(5ーHT)は腸管クロム親和性細胞(EC細胞)が産生する消化管ホルモンであり、ヒトの過敏性腸症候群や炎症性腸疾患(IBD)の病態に深く関与している。犬のIBDは最も多い慢性消化器疾患であるものの、診断・治療が困難であり、把握できていない複数の病態が混在すると考えられる。本研究では、5-HTに着目した犬のIBD病態解析を行っている。【腸粘膜組織における5-HT陽性細胞の分布および数の解析】健常犬およびIBDが疑われる症例犬から、内視鏡を用いて十二指腸の粘膜組織を採材した。組織切片を作成し、5-HTに対する免疫組織化学染色によって5-HT陽性細胞(EC細胞に相当)の分布や数を検討した。抗イヌ5-HT抗体や犬の消化管において染色性を確認した抗体の報告がないことから、予備実験としてイヌ5-HTに交叉反応するといわれていた抗体を用いて染色条件を検討した。その結果、ヒトやマウスの免疫組織化学染色所見と同等の結果を得ることができ、イヌの5-HT陽性細胞は逆三角形に近い形で、粘膜上皮細胞の列に散在していることが明らかとなった。現在、健常群での検討はほぼ終了しており、疾患群の症例数を集めているところである。【腸粘膜組織における5-HT関連因子の遺伝子発現解析】セロトニントランスポーター(SERT)、トリプトファンヒドロキシラーゼ(TPH1)、セロトニン受容体(5-HT3, 5-HT4)の各遺伝子のmRNA定量解析を試みた。SERTおよびTPH1遺伝子は、至適プライマーを設計することができた。ところが5-HT3および5-HT4遺伝子では、想定以上に至適プライマーの設計が困難であり、引き続き検索中である。【疾患群の検体収集】申請者が小動物内科診療を担当する東京農工大学動物医療センターにて、消化管内視鏡検査を行う際に、引き続き腸粘膜生検組織を収集しているところである。農学【腸粘膜組織における5-HT関連因子の遺伝子発現解析】セロトニントランスポーター(SERT)、トリプトファンヒドロキシラーゼ(TPH1)、セロトニン受容体(5-HT3, 5-HT4)の各遺伝子のmRNA定量解析を試みた。

ところが5-HT3および5-HT4遺伝子では、想定以上に至適プライマーの設計が困難であり、引き続き検索中である。なお、プライマー設計がほぼ不可能と判断された場合に備えて、5-HT3および5-HT4については免疫組織化学染色を用いた検討も考慮しており、そのための予備実験は現在進行中である。【消化管粘膜組織中に浸潤している炎症細胞における5-HT3,5-HT4の発現解析】5-HT3,5-HT4に対する免疫組織化学染色を消化管粘膜組織で行う。ヒトIBDでは、炎症細胞であるリンパ球がこれらのセロトニン受容体を発現しており、5-HTが炎症の増悪因子である可能性が示唆されている。犬ではまだ調べられていないものの同様の病態が存在する可能性があり、本研究では健常犬とIBD症例犬において比較検討する。両抗原に対する犬用の抗体は存在しないため、ヒトや齧歯類の抗体の中から、使用できるものを現在検討中である。【セロトニンによるリンパ球刺激作用の検討】犬のリンパ球にセロトニン受容体が発現していることが確認できたのち、5-HT存在下でリンパ球を培養し、幼若化およびサイトカインの産生を検討する。測定するサイトカインは、腸炎モデルマウスで報告のあるもののうち、犬で測定系が入手できるIL-4およびIFN-γを選択する。【症例犬群における重症度や治療反応性、予後との関連性】犬IBD群で得られた結果については、犬IBDの臨床スコアであるCCECAI(Allenspach, et al., JVIM, 2007)、臨床徴候、治療への反応性、予後との関連性を検討し、予後因子としての利用価値を明らかにする。次年度は、犬に用いることができる抗体をいくつか検討する必要があり、複数購入する必要があるほか、サイトカイン測定用ELISAキットも比較的高額であることから、残りの研究費のうち相当の割合を使用することになると考えられる。
「既存密集市街地を対象とする防災・安心ネットワーク」

(1)「助け合い型防災・安心ネットワーク」の操作運用に関する詳細調査昨年度に要素装置を改造し、端末の表示・操作方法を改善した高山市三町伝統的建造物群保存地区のネットワークについて、改善の効果を把握し、生活実態に基づいた操作運用の方法論を誘導する目的で、改善後、約半年を経た段階と約1年を経た段階の2回にわたって、対象住戸のアンケート調査を実施した。また、この間、各戸受信機の出力信号モニタも実施した。この結果、非火災報発報時の対応については、改善前に比べて著しい前進がみられ、改善した表示・操作方法で、ほとんどの住戸で非火災報が発生しても他住戸への信号送達を予防できることが判明した。一方、改善によって操作方法は簡略化する際に、非火災報の発生箇所の記憶機能を犠牲にしたため、非火災報の発生原因の特定が困難になり、非火災報自体は以前より多発するようになった。この結果から、本研究で構想するネットワークでは、出火信号の発生箇所の記憶機能を、その表示と独立に確保するこてができれば、システムの円満な運用と信頼性の向上に大きく役立つという今後の開発指針が得られた。(2)「防災・安心ネットワーク」における異状検出判断機能の設計と有効性調査昨年度までの調査から、高齢世帯・単身世帯等では、急病等の際のネットワーク利用をためらったり、十分に操作できない傾向が高いことが推定された。これを補うために、火災感知器・手動信号以外に電力・住宅設備等の動作をモニタして、異状兆候を覚知するシステムを試作して、対象地区の一部住戸に設置し、その有効性を検討した。本システムの試用により、非火災報が発報する際には室内に特異な対流が生じている場合が多いことも明らかになり、本システムと出火信号のモニタと連動させることによって、非火災報の発報を抑制できる可能性が高いことも明らかになった。岐阜県高山市三町重要伝統的建造物群保存地区を対象として以下の調査研究を行った。(1)火災情報ネットワークの実態調査地域防災事業として平成8年度から地区内各住戸(計100戸)に設置している火災情報ネットワークの維持管理について住民の実態・意識調査を行った。その結果、非火災報が近隣住戸に送達された時の処置法について住戸間で種々の取り決めが設けられており、それを通じて防災が日常会話の話題に取りあげられて、防災に対する関心を却って高めるという意外な傾向が認められた。一般には地域防災対策では設備・機器等が有効に利用されないまま放置されがちであることを考慮すると、装置系の防災対策を有効に機能させる基盤となり得る貴重な事実であり、このような傾向がどのように形成されたかを更に分析する計画である。一方、調査では、ネットワーク端末の操作がわかりにくい等の不満も多く指摘されたため、操作を容易にしたり習熟し易くする方法を提案し、有志住戸でその有効性と問題点を把握するためのモニタ調査を開始した。(2)事故/急病情報のネットワーク設計火災情報ネットワークのハードウェアに、高齢世帯等の事故・急病の発生を発信・通報する機能を付加する設計を行い、地区内の高齢世帯2住戸に設置して、その効果と問題点を把握するためのモニタ調査を開始した。これは、市場で入手できる無線・有線発信器を使用して、無線発信器は、高齢者が原則として常時携行し、有線発信器は浴室等、高齢者が日常的に利用していながら発信器の携行が困難な室に設置して、事故・急病等の信号を釦操作でネットワークに送達するシステムである。市場で入手できる装置を使用したのは、修理・点検等を容易にするためである。

前年度の成果に基づき、高山市三町伝建地区の100戸の住戸に設置されている災害情報ネットワークを対象とする研究を行った。本地区の前年度調査では、災害情報ネットワークの受信機等の要素装置が、一般住民には操作が困難であることが指摘されていた。この問題は、前年度に、一部のモニタ住戸で高齢者等の災害弱者を対象とする事故・急病情報を付加した装置についても指摘された。従来のビル等の防災設備は、訓練を受け、専門的知識を有する建物管理者等が操作していたのに対して、開発中のシステムは一般住民が使用するため、操作の容易性が重要な課題であることを示すものであり、今年度は、既設置の装置の改造を最小限に抑えられる範囲で、機器の操作方法と操作部を再設計し、その効果のモニタ調査を開始した。設計は、一部の住戸を対象に、操作方法を改良しながらその効果をモニター調査によって評価するという試行錯誤的な手順で進め、対象地区代表者との合意が成立した段階で、全住戸の要素装置を改造し、操作方法の表示等を全面的に交換した。再設計の内容は、主として下記の通りである。1.火災等の非常時には、装置の表示の視認のみに基づいて釦を操作すれば、誤りなく異常の発信と取消ができること2.操作方法自体の整理と単純化3.操作方法の表示と操作内容の具体的な関係の明確化4.非常時に必要としない操作内容の表示を機器から排除すること5.高齢化による視覚機能低下を考慮した表示の色彩設計6.日常管理・故障対応等を含む一般管理内容のマニュアルのわかり易さの向上今回の装置の改造に際しては、全住戸を対象にネットワークの効果について書面によるアンケート調査を実施した。その結果は、上記の趣旨に基づく操作性の設計が、誤作動の防止に効果をあげていることを示している。本モニタ調査は平成12年度により詳細に実施する計画である。高山市三町伝建地区の100戸の住戸に設置した災害情報ネットワークを対象として、平成11年度に実施した操作盤の再設計・表示の変更をもとに、下記のアンケート及び実測調査を実施した。なお、本調査中に、本災害情報ネットワークが高齢者世帯で実際に発生した出火1件を覚知通報し、近隣住民による初期消火を実現するという本システム本来の目的に適う成果をあげ、本システムの有効性を当該地区住民に印象づけることになった。(1)操作盤の再設計・表示の変更の効果の検証アンケート調査により、災害情報ネットワークの各戸操作盤の表示方法の変更による誤操作・操作の混乱の低減効果を調査した。非火災報時の誤操作は、変更前に比べ顕著に減少したことが判明したが、操作の簡便化に伴って非火災報発報場所の記憶機能が停止されたため、非火災報の原因解明自体は困難になったこと等が問題点としてあげられた。(2)非火災報の発生原因の分析非火災報情報及びアンケート結果を分析した結果、熱感知器でも季節によっては非火災報が頻発するという高層建築等では見られない特質があることが判明した。この原因を解明するために非火災報が頻発する住戸の温熱環境実測を行い、小屋裏換気が不十分な場合、晴天時の日中に小屋浦に蓄積した高温空気が早朝の低温時に侵入する冷気で移動することが原因であること等を明らかにした。現代の戸建て住宅でも起こり得る現象であり、建物内温熱環境の安定化が非火災報発生防止上も必要なことを示している。(3)操作性に対する環境条件の影響の分析
量子エルゴード理論の研究

1.量子エルゴード理論の基本的枠組を確立し、量子時間平均、量子空間平均の概念を余地いて、エルゴード性の定義を明確にした。2.ラプラジアンとそれに対応する古典力学系である測地流の間の関係を、量子エルゴード理論の立場から研究し、固有関数列の性質を導びいた。3.有限エネルギーにおける量子エルゴード性を、半古典近似の立場から研究した。4.離散スペクトル幾何に、上記の考え方を適用し、有限生成=の性質や、コミニュケーション・ネットワークの問題に応用した。1.古典統計力学におけるエルゴード性の概念を、量子力学において定式化する試みは、物理学のサイドでは完全にはなされていない。一方、数学では、量子力学的ハミルトニアンの高エネルギーにおける固有関数の漸近分布に関する結果を、量子エルゴード性の定義とする流儀がある(スニレルマン、ゼルディッチ、コラン・ド・ベルディエール)。しかし、エルゴード性を、時間平均が空間平均に等しいという形で理解するとき、この定義では満足できない。そこで、当研究では、量子エルゴード性の数学的定式化を目論み、高エネルギーにおける場合と、有限エネルギーにおける場合の両方で、それに成功した。その結果、対応する古典力学系のエルゴード性との密接な関連を見出すことに成功した。高エネルギーでは、擬微分作用素のシンボル解析、有限エネルギーでは半古典近似の理論を適用した。2.ラプラシアンの離散近似として、グラフ上の差分作用素の研究を行い、特に重み付きグラフの概念を導入し、その上の解析学を研究した。重み付きグラフは、電気回路、可逆な乱歩、コミュニケイション・ネットワークなどの応用分野に関連し、離散的ラプラシアンの性質はそれぞれの応用に結びつく。無限グラフの場合は、離散群の理論や作用素環論などの純粋数学の分野に応用される。1.量子エルゴード理論の基本的枠組を確立し、量子時間平均、量子空間平均の概念を用いてエルゴード性の定義を明確にした。2.ラプラシアンとそれに対応する古典的力学系である測地流の間の関係を量子エルゴード理論の立場から研究し、固有関数列の性質を導いた。4.離数スペクトル幾何に、上記の考え方を適用し、有限生成群の性質や、コミニュケーション・ネットワークの問題に応用した。
交互積層法によるコア-シェル粒子および中空カプセルの作製と機能探索

本研究では、交互積層法を応用し、無機物質と有機物質がナノレベルで積層されたラミネートコア-シェルハイブリッド粒子および中空カプセルを作製し、その機能探索を行った。今年度は、以下の3点について研究を推進し、重要な成果を得た。【物質輸送放出機能】:高分子電解質とSiO_2-TiO_2の多層膜からなる中空粒子や、高分子電解質とSiO_2およびWPAの多層膜からなる中空粒子の作製プロセスを確立した。得られた中空粒子の内包物放出挙動や化学的安定性の評価を行い、さらに磁場応答材料の設計について研究を進めた。【ナノリアクター機能】:多孔質基板上に、交互積層法を用いて電子伝導性高分子、酸化チタン光触媒、プロトン伝導性高分子電解質、白金ナノ粒子、さらに電子伝導性高分子を積層し、マイクロ・ナノリアクターの構築を行った。紫外光照射によって、燃料として多孔質基板側から供給されたアルコールが酸化チタンの光触媒効果によって酸化され発電することを確認した。【プロトン伝導・センサ機能】:イオン性液体を内包するカプセル粒子を作製し、誘電率変化によって、吸着化学物質を検出する新規化学センサや金属ナノ粒子交互積層法によって電極基板上に形成したレインセンサの構築を試みた。得られた薄膜素子が有機物の吸着や水滴の付着によって誘電率が変化する容量検出型センサとして機能することを明らかにした。1)SiO_2-TiO_2系紫外光応答性カプセルの作製高分子電解質多層膜からなるカプセルに反応条件などを調整することにより,表面にSiO_2-TiO_2を均一にコートできた。紫外光照射前に球形を保っていた粒子は照射後には膜に開裂が見られ,その後,照射時間を長くすることで開裂の度合いが大きくなることがわかった。TiO_2の光触媒効果によって粒子殻を形成する高分子電解質層が分解し,カプセルが開裂したものと考えられる。さらに粒子の開裂と共に,内包された色素が放出されることを確認した。TiO_2含有量を増加させることによってその放出速度は増加した。一方,紫外光の照度を変化させた場合,照度が低いときは,吸光度の増加速度は緩やかであるのに対し,照度を高くすることによって放出速度は増大した。これらのことより,膜組成や照度などでTiO_2の光触媒特性をコントロールすることで,カプセルの内包物放出挙動を自在に制御できることが明らかになった。2)SiO_2-H_3PW_<12>O_<40>(WPA)系中空粒子の作製高分子電解質とSiO_2およびWPAの多層膜からなる中空粒子のSEM,STEM観察の結果,WPAを積層した粒子は,積層前と比較して凹凸が増大していることと,高真空下でも中空構造を保つことが明らかとなった。また,EDX分析より,WPA積層数の増加に伴いW/Si比が上昇した。これらのことから,SiO_2層で構造を安定化した中空粒子の表面にWPAが高分子電解質を介して段階的に積層されていることが明らかとなった。さらに,粒子を90°Cの温水に1時間浸漬させた後でも,W/Si比の減少は見られず,WPAが水にほとんど溶解しないことを確認した。WPAは水に極めて溶けやすく潮解性を示すが,PDDAを用いて交互積層することで,中空粒子表面に固定化できることが明らかとなった。
環状シロキサン部位を有するπ共役液晶の元素ブロック化による混合伝導体薄膜の作製

有機電子機能材料においては、π電子共役系の凝集構造を適切にデザインするとともに、効率的なイオン伝導性を付与する事が必要である。効率的な電子伝導には結晶的な構造が必要であるが、イオン伝導に対しては、液体的な媒体が有利である。液晶材料でのナノ相分離を利用することにより、結晶的な構造と液体的な領域をナノメータースケールで集積する事が可能である。重合性のシクロテトラシロキサン環と電子活性なペリレンビスイミド部位、および、親イオン性のトリエチレンオキシド鎖を分子内に組み込んだ液晶性電子機能材料のエレクトロクロミズムとドーピングについて検討した。重合性のシクロテトラシロキサン環と親水的なトリエチレンオキシド鎖をペリレンビスイミドに導入した液晶化合物を合成した。この化合物はダイマー型のカラムナー相を示した。親水的なトリエチレンオキシド鎖の相互作用のために、カラム構造内にイオン伝導が可能な層が形成されている事が興味深い。この化合物のスピンコート膜をトリフルオロメタンスルホン酸蒸気に暴露する事により重合・不溶化した薄膜は有機電解質溶液中でも薄膜状態を保持でき、負電圧を印加すると、可逆的なエレクトロクロミズムを示した。またこの化合物のスピンコート膜を亜ジチオン酸ナトリウム水溶液に浸す事により、ドーピングする事ができた。この化合物の薄膜は、水溶液に浸漬すると直ちにアニオンラジカルやジアニオンの生成を示唆する青紫色に変色した。それに対して、化合物3の薄膜は2時間浸漬しても変色が起こらなかった。この化合物においては、カラム構造内にイオン伝導層が形成されるため、還元性アニオン亜ジチオン酸アニオンが容易に薄膜内に浸透し、ペリレンコアが還元されるものと考えられる。トリエチレンオキシド鎖の代わりにアルキル鎖を導入した化合物では、還元性アニオンが膜内に浸透しないため、ドーピングができなかった。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題においては、重合性の環状シロキサン部位を有するペリレンテトラカルボン酸ビスイミド誘導体にイオン性部位を組み込んだ液晶分子を合成し、電子輸送部位、イオン性部位、重合部位がナノメータースケールで構造制御された自立型の高分子薄膜を作製する。作製した薄膜の電子移動度、イオン伝導性を評価し、ドーピング、電気化学発光素子、イオン透過膜などへの応用を検討する。重合性環状シロキサン部位とπ電子共役系、および、オリゴエチレンオキシド鎖にイオン性部位を導入した液晶化合物を合成する。これらの化合物は、嵩高い環状シロキサン部位を分子内に有するため、有機溶媒に対して高い溶解性を示し、スピンコート法などの溶液プロセスによる薄膜化も期待できる。これらの化合物を薄膜化し、酸蒸気に暴露し、液晶性薄膜の状態で重合することにより、分子配向した自立型の薄膜を作製する。こうして得られた液晶性混合伝導体薄膜のキャリア移動度をtime-of-flight(TOF)法により、イオン伝導性を交流インピーダンス法により評価する。これらの化合物の液晶性薄膜においては、ナノ相分離により、イオン輸送層と電子輸送層がナノメータースケールで積層した超分子液晶相の形成が期待できる。このような液晶性薄膜においては、効率的なイオン伝導性と電子伝導性が期待でき、両者を組み合わせることにより、エレクトロクロミズムやドーピングが可能となり、さらには、電気化学発光素子やイオン透過膜などの機能デバイスが実現できる。ナノメータースケールのブロック化された機能性部位を集積したソフトな材料は、既存の電子材料にはないユニークな特徴を有する材料になるものと期待できる。ペリレンテトラカルボン酸ビスイミドに重合性のシクロテトラシロキサン環と親イオン性のトリエチレンオキシド鎖を導入した化合物は、室温で液晶相を示した。液晶相においては、オリゴエチレンオキシド鎖間の相互作用により、二量体が形成され、このユニットがカラム構造や層状構造を形成していた。また、π電子共役系が結晶的に集積したπーπスタッキングによる周期構造が観測された。これらの結果は、液晶相において、環状シロキサンからなる重合性サブレイヤーと、π電子共役系が凝集した電子伝導性サブレイヤー、トリエチレンオキシド鎖からなるイオン伝導性サブレイヤーが形成されていることを意味している。これらの液晶化合物は、10-3cm2/Vsの電子移動度を示した。また、トルエンなどの有機溶媒に可溶で、スピンコート法による薄膜作製が可能であった。作製したスピンコート膜をトリフルオロメタンスルホン酸蒸気に曝すことにより、開環重合が進行し、薄膜を不溶化する事ができた。重合の過程において、密なπーπスタッキング構造は失われるものの、基本的なカラム構造や層状構造は保持されていた。ITO電極上に作製した重合薄膜は、電解質溶液中でエレクトロクロミズムを示した。また、重合性薄膜は亜ジチオン酸ナトリウムの水溶液に浸す事により、化学ドーピングする事が可能であった。化学ドーピングにより、薄膜は赤色から青色に変色し、導電率は4ケタ以上上昇し、1×10-5 S/cmに達した。親イオン性部位を持たないペリレンテトラカルボン酸ビスイミド誘導体の薄膜ではドーピングによる変色や導電率の上昇は見られなかった。本液晶材料でレドックス活性・電子輸送部位とイオン伝導性部位、重合性部位がナノメータースケールで集積されているため効率的なエレクトロクロミズムや、化学ドーピングが進行したものと考えられる。