hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高温超伝導体における秩序変数の競合/共存とその揺らぎの定量的評価

本年度は,正孔ドープ系高温超伝導体薄膜La_<2-x>Sr_xCuO_4(LSCO)に対するマイクロ波複素伝導度の広帯域周波数掃引測定を行い,超伝導秩序変数の揺らぎを広い組成範囲で詳細に解析し,超伝導揺らぎの臨界的性質に強い組成依存性があることを発見した.具体的には,まず,前年度に問題となった測定データの定量性を向上させるため,超伝導揺らぎの性質が既知の従来超伝導体NbN薄膜を測定すると共に,広帯域周波数掃引法における測定データの較正方法を検討し直した.次に,高温超伝導体の不足ドープ組成から過剰ドープ組成まで広い組成範囲(x=0.07-0.20)で,超伝導揺らぎ伝導度が動的スケーリング則(σ(ω)=σ_0S(ω/ω_0))に従うかどうかを検証し,超伝導秩序変数の臨界的振舞いの観測と臨界指数の決定に成功した.NbNでは予想通り平均場理論と一致する値が得られたのに対し,LSCOでは平均場理論とは大きく異なり,かつ組成に大きく依存する振舞いが得られた.特に,秩序変数の次元性は,最適ドープ組成から少し過剰ドープ側の組成でのみ3次元で,他では2次元となることが見出され,3次元から2次元へのクロスオーバーは薄膜の膜厚が相関長より短くなることには起因せず,高温超伝導体の相図に本質的であることが分かった.この強い組成依存性は,量子臨界的挙動と密接に関係している可能性がある.また,不足ドープ組成では,2次元XYモデルの位相揺らぎが超伝導揺らぎを支配するが,この揺らぎは擬ギャップ温度よりもはるかに低温で消えることも分かり,擬ギャップ相は超伝導の前駆現象だけでは説明できないことも分かった.本年度は,正孔ドープ系高温超伝導体La_<2-x>Sr_xCuO_4(LSCO)の超伝導秩序変数の揺らぎを定量的に解析することを目指し,LSCO薄膜試料に対して超伝導転移温度近傍でマイクロ波複素電気伝導度の周波数依存性を広帯域周波数掃引法により詳細に測定した.様々なキャリア注入量x(0.040.32)の薄膜試料を用いて,45MHz15GHzまでの周波数領域で複素電気伝導度の周波数依存性を超伝導転移温度以上の温度領域で測定することに成功した.超伝導を示す組成領域(x=0.070.24)の試料に対し,超伝導転移温度近傍で複素電気伝導度の実部と虚部の双方に顕著な周波数依存性を観測した.この周波数依存性から超伝導秩序変数の熱揺らぎを定量的に解析するために,各温度の複素電気伝導度の振幅と位相の周波数依存性が動的スケーリング則(σ(ω)=σ_0S(ω/ω0))を満たすかどうかを検証した.この検証は,測定から得られた複素電気伝導度の周波数依存性の定量性を直接吟味する役割も果たしており,定量的解析に耐え得る測定結果はまだ少ないことが判明した.しかしながら,反強磁性モット絶縁相とd波超伝導相の相境界近傍に位置するx=0.07の試料に対しては,定量的解析が可能な測定結果を得ることに成功し,(1)超伝導転移温度より高温側の熱揺らぎ領域は基本的に2次元として振舞っていること,(2)臨界指数νと動的臨界指数zの積は,秩序変数の振幅をガウス揺らぎで扱ったAslamazov-Larkinの理論値(νz=1)よりやや大きく(νz1.5),むしろ,秩序変数の位相の揺らぎが重要な2次元のKT転移の振舞いと定量的によく一致することが分かった.磁場中測定に関しては現在準備中であり,今後,詳細に調べる予定である.本年度は,正孔ドープ系高温超伝導体薄膜La_<2-x>Sr_xCuO_4(LSCO)に対するマイクロ波複素伝導度の広帯域周波数掃引測定を行い,超伝導秩序変数の揺らぎを広い組成範囲で詳細に解析し,超伝導揺らぎの臨界的性質に強い組成依存性があることを発見した.具体的には,まず,前年度に問題となった測定データの定量性を向上させるため,超伝導揺らぎの性質が既知の従来超伝導体NbN薄膜を測定すると共に,広帯域周波数掃引法における測定データの較正方法を検討し直した.次に,高温超伝導体の不足ドープ組成から過剰ドープ組成まで広い組成範囲(x=0.07-0.20)で,超伝導揺らぎ伝導度が動的スケーリング則(σ(ω)=σ_0S(ω/ω_0))に従うかどうかを検証し,超伝導秩序変数の臨界的振舞いの観測と臨界指数の決定に成功した.NbNでは予想通り平均場理論と一致する値が得られたのに対し,LSCOでは平均場理論とは大きく異なり,かつ組成に大きく依存する振舞いが得られた.特に,秩序変数の次元性は,最適ドープ組成から少し過剰ドープ側の組成でのみ3次元で,他では2次元となることが見出され,3次元から2次元へのクロスオーバーは薄膜の膜厚が相関長より短くなることには起因せず,高温超伝導体の相図に本質的であることが分かった.この強い組成依存性は,量子臨界的挙動と密接に関係している可能性がある.また,不足ドープ組成では,2次元XYモデルの位相揺らぎが超伝導揺らぎを支配するが,この揺らぎは擬ギャップ温度よりもはるかに低温で消えることも分かり,擬ギャップ相は超伝導の前駆現象だけでは説明できないことも分かった.
競泳における種目に応じたスタート方法の提案，効果検証

本研究課題は種目に応じたスタート方法を提案することである.平成30年度は平泳ぎを専門とする,8名のスタートパフォーマンスを測定することができた.それらのデータを用いて,自由形を専門とする選手のスタート動作との比較を行った.その結果,平泳ぎの選手は自由形の選手と比較して入水時の姿勢を示す入水姿勢角が大きい傾向が認められた.また入水後に行う「ひとかきひとけり」開始前後の身体重心速度が15m通過時間に影響を与えることが明らかとなった.平成31年度には日本代表選手を含む複数名の平泳ぎの選手のデータの収集を進める予定である.また昨年度実施することが出来なかったバタフライの選手のデータ収集も行う予定である.実験機器の整備などにより実験の実施回数が減ってしまい,充分なデータを収集することが出来なかった.実験を早急に実施し,データ収集を行う予定である.尾関ら(2012)は自由形種目においてスタートパフォーマンの高い選手の特徴として足離れ時間を示すブロックタイムが短いこと,跳び出し水平速度が高いこと,入水時の泳者の迎え角が小さいことを報告した.また台上蹴り出し動作時の身体重心水平加速度の変位に着目すると一流選手は二峰性の波形を示していることが分かった.この2つの加速のピークはそれぞれ後脚,前脚の蹴り出し動作時に生じるものである.自由形を対象とした選手において入水時の泳者の迎え角が小さいことがスタートパフォーマンスの高い選手の特徴であることを報告しているが,入水迎え角が小さい選手は入水角も小さいことが報告されており(尾関2010),このスタート方法では深く水中に潜ることはできないため,水中でひとかきひとけりを行う平泳ぎ,またドルフィンキックを長く行うバタフライの選手はグライド局面のパフォーマンスが低下する可能性が高い.つまり平泳ぎおよびバタフライは自由形のように浅い入水ではなく,深く入水しても高いスタート局面パフォーマンスを発揮できるよう,種目に応じたスタート方法が提案することが重要であると考えられる.現在は被験者10名を対象に,水上・水中動作を同時に撮影することができる3台の高速度カメラ(200Hz)および,特注の力学センサー,フォースプレートを取り付けたスタート台を用いて実験を行い,各種目試技の分析を進めているところである.本研究を進めるにあたり,新たに作成する力学センサーおよびフォースプレートを取り付けたスタート台の作成が進んでいないことが大きな問題である.現在は既存の実験用スタート台を用いてデータを収集している.本研究課題は種目に応じたスタート方法を提案することである.平成29年度は自由形を専門とし,日本代表選手複数名を含む12名のスタートパフォーマンスを測定することができた.それらのデータを用いてスタート台上動作における四肢の役割を明らかにすることが出来た.スタート台上動作において上肢はスタート動作を行う際に跳び出し方向が上方にならないように大きな鉛直方向の床反力を発揮していることが明らかとなり,その鉛直方向の床反力は競技レベルが高い選手ほど大きくなる傾向が報告された.また後脚の水平床反力が跳び出し水平速度に大きく影響を与えることが示された.さらに平泳ぎ選手のデータの収集も進めており,平成30年度には自由形選手および平泳ぎ選手のスタート動作の特徴を明らかできるように進める予定である.移動式の力測定スタート台を完成することができたため,今後測定データの収集が行いやすくなると考えている.今後は競技レベルの高い選手を含むバタフライの選手の測定および各種目の追加測定を進めていく.本研究課題は種目に応じたスタート方法を提案することである.平成30年度は平泳ぎを専門とする,8名のスタートパフォーマンスを測定することができた.それらのデータを用いて,自由形を専門とする選手のスタート動作との比較を行った.その結果,平泳ぎの選手は自由形の選手と比較して入水時の姿勢を示す入水姿勢角が大きい傾向が認められた.また入水後に行う「ひとかきひとけり」開始前後の身体重心速度が15m通過時間に影響を与えることが明らかとなった.平成31年度には日本代表選手を含む複数名の平泳ぎの選手のデータの収集を進める予定である.また昨年度実施することが出来なかったバタフライの選手のデータ収集も行う予定である.実験機器の整備などにより実験の実施回数が減ってしまい,充分なデータを収集することが出来なかった.移動式の力測定のスタート台の作成を進める.また既存のスタート台を用いた測定,分析を進めることで学会での発表および論文執筆を進めることとする.研究分担者の所属する大学にご協力頂き,実験データを収集する計画である.また国内選手に限らず,国外の一流選手(オリンピック金メダリスト)のデータ測定も計画しており,それらのデータをもとに国内外での学会発表や論文投稿の準備を進めている.実験を早急に実施し,データ収集を行う予定である.移動式スタート台の作成が間に合わなかったため.特注の実験機材の作成が遅れたため,実験の実施が遅れている.それに関わる被験者および検者謝金や分析補助者への謝金等の支払いが次年度になったため.またそれに伴い,学会発表費用や論文投稿の諸経費の支払いも次年度になったため.実験が実施できなかったため.現在,移動式スタート台の作成を急いで進めているため,その出費に当てる.またそれに伴い,測定される被験者数も増えるため,それに伴い分析補助者への謝金等の支払いに用いる.
オプトエレクトロニクス用酸化物バルク単結晶の割れに関する材料力学的研究

LiNbO_3(LN),LiTaO_3(LT)に代表される酸化物単結晶はオプトエレクトロニクス用材料として重要である。これらのバルク単結晶はチョクラルスキー(CZ)法により作られるが、引き上げ条件によっては育成中にマクロな割れが生じる。この割れは単結晶中に生じる熱応力が大きく関与していると考え、本研究では、まず、このような熱応力解析を厳密に行うことができる有限要素法解析プログラムを開発・整備した。すなわち、テンソル変換の手法により、任意の引き上げ方向に対する弾性係数マトリックスおよび線膨張係数ベクトルを求め、有限要素法による熱応力解析プログラムに組み込み、LN、LTといった三方晶系単結晶に対する熱応力解析プログラムを開発した。本解析プログラムを用いて、東北大・金研において行われたLN育成実験体系の熱応力解析を行った。この解析の温度境界条件としては、実験に対応する全体解析モデルによる伝熱計算の結果を用い、単結晶体のa軸およびc軸引き上げについて熱応力解析を行った。この結果、全体の熱応力レベルはa軸引き上げの方が大きいことがわかった。このことは、a軸引き上げの方が割れ易いという経験則を裏付けるものである。しかし、a軸引き上げの結果はc軸引き上げの結果と比べて、結晶内部に広い低応力部が存在しており、もし割れが生じないように引き上げが行えれば、a軸引き上げの方がc軸引き上げよりも高品位バルク単結晶が得られることが予想された。実際にa軸引き上げを行うことによりこのことが実証された。LN単結晶の割れを定量的に扱うことを目的として、円板状LN単結晶試験体を用いて熱衝撃割れ実験を行った。この結果、割れは単結晶のへき開面で主に生じ、へき開面に垂直に作用する応力を用いて割れを定量化し得る可能性が示された。LiNbO_3、LiTaO_3に代表される酸化物単結晶はオプトエレクトロニクス用材料として重要である。これらのバルク単結晶はCZ法により作られるが、引き上げ条件によっては育成中にマクロな割れが生じる。従来この割れについては経験的に扱われてきた。この割れには単結晶中に生じる熱応力が大きく関与していると考え、本研究ではこの熱応力解析を厳密に行う。本年度の研究ではこの熱応力を求めるための有限要素法解析プログラムを開発・整備することを大きな目標とした。まず、LiNbO_3、LiTaO_3について、解析に必要は線膨張係数、弾性係数の温度依存性のデータを立献調査により検索した。また、テンソル変換の手法により、任意の引き上げ方向に対する弾性係数マトリックスを求め、有限要素法による熱応力解析プログラムに組み込み、LiNbO_3、LiTaO_3といったtrigonal系の単結晶体に対する熱応力解析プログラムを開発した。さらに、この解析プログラムをより使い易いものとするために、解析結果の図化機能を整備した。このように開発・整備した解析プログラムを用いて東北大・金研において行われているLiNbO_3育成実験の熱応力解析を行った。この解析の単結晶体の温度境界条件としては、実験に対応する全体解析モデルによる伝熱計算の結果を用い、単結晶体のa軸およびc軸引き上げについて熱応力解析を行った。この結果、c軸引き上げでは応力分布はほぼ軸対称となっているが、a軸引き上げでは、線膨張係数の異方性の効により、応力分布に強い非軸対称性が現れることがわかった。また、全体の熱応力レベルはa軸引き上げの方が大きいことがわかった。このことは、a軸引き上げの場合の方が割れ易いという経験則を裏付けるものと考えられる。

この割れは単結晶中に生じる熱応力が大きく関与していると考え、本研究では、まず、このような熱応力解析を厳密に行うことができる有限要素法解析プログラムを開発・整備した。すなわち、テンソル変換の手法により、任意の引き上げ方向に対する弾性係数マトリックスおよび線膨張係数ベクトルを求め、有限要素法による熱応力解析プログラムに組み込み、LN,LTといった三方晶系単結晶に対する熱応力解析プログラムを開発した。本解析プログラムを用いて、東北大・金研において行われたLN育成実験体系の熱応力解析を行った。この解析の温度境界条件としては、実験に対応する全体解析モデルによる伝熱計算の結果を用い、単結晶体のa軸およびc軸引き上げについて熱応力解析を行った。この結果、全体の熱応力レベルはa軸引き上げの方が大きいことがわかった。このことは、a軸引き上げの方が割れ易いという経験則を裏付けるものである。しかし、a軸引き上げの結果はc軸引き上げの結果と比べて、結晶内部に広い低応力部が存在しており、もし割れが生じないように引き上げが行えれば、a軸引き上げの方がc軸引き上げよりも高品位バルク単結晶が得られることが予想された。実際にa軸引き上げを行うことによりこのことが実証された。LN単結晶の割れを定量的に扱うことを目的として、円板状LN単結晶試験体を用いて熱衝撃割れ実験を行った。この結果、割れは単結晶のへき開面で主に生じ、へき開面に垂直に作用する応力を用いて割れを定量化し得る可能性が示された。
中枢コリン作動性神経由来細胞株を用いた神経死モデルの確立

本研究課題に関して以下の二つの細胞系を用いて検討を行った。(1)ラット胎仔中隔野初代培養神経細胞胎生17日齢ラットの中隔野部位の初代培養を行った。培養最終72時間は無血清培地で培養し、遊離アセチルコリン(ACh)を測定した。ACh合成酵素であるChATは培養4日目から上昇をみせ、一方ACh遊離はそれより遅れて生じた。このACh遊離はテトロドトキシン感受性で、また、ω-コノトキシンにより阻害され、さらに開口放出の過程を介している可能性があることからシナプス伝達を機能的遊離であるといえる。このACh遊離はnon-NMDA受容体阻害薬CNQXにより阻害された。以上より、この培養系においてnon-NMDA受容体を介した興奮性神経回路が形成されていることが示された。この系は中枢における生理的神経伝達を解析するモデルとなりうると考えられる。(2)マウス脊髄運動神経由来細胞株NSC34および中隔野神経細胞由来細胞株SN49NSC34は10%FBS入りDMEMで培養後、各種薬物含有DMEMで培養を行った。FBS除去により細胞増殖性は低下し、神経様の形態変化が生じた。血清除去後、48時間程度は細胞数に大きな変化はみられない。インスリン-トランスフェリン-亜セレン酸添加により血清除去後48時間は細胞増殖がみられることからこの細胞にインスリン(様)受容体の存在が示唆された。一方、レチノイン酸はNSC34のChAT活性を上昇させることはなかった。特に血清除去下でレチノイン酸はNSC34の細胞死を増強する傾向を示した。これがどのようなタイプの細胞死を誘発しているかに関しては現在検討中である。一方、SN49においてはレチノイン酸は細胞死を誘発せず、ChAT活性の顕著な上昇をもたらした。このことから細胞分化の状態によりレチノイン酸の作用は分化誘導あるいは細胞死に振り分けられる可能性がある。
口腔疾患における線維芽細胞成長因子の唾液発現レベルに関する基礎的研究

平成46年度の研究実施計画にもとづいて次の実験をおこない、ヒト唾液中に線維芽細胞成長因子が分泌されている可能性はあるものの、検出限界に達していないことが判明した。さらに唾液腺および口腔の諸疾患において、線維芽細胞成長因子の分布はその機能を推定させることをしめした。すなわち、肉芽組織の器質化過程で、とくに線維化の進行に一致して特定の細胞で発現されることが明らかになった。(1)唾液FGFレベルの検量:唾液ならびに唾液腺組織bFGFの定量にはELISA法を利用したが、抗FGFポリクローナル抗体による間接法では5ng/mlの検出限界であった。モノクローナル抗体によるサンドイッチ法ELISAでは、0.1ng/mlの検出感度をえた。この検出感度で検索したかぎり、正常人唾液ではFGFを検出することはできなかった。歯周病患者唾液でも検出はできなかった。(2)組織内FGFの検出:癌および炎症組織においてa/bFGFがどのように局在するのかを免疫組織化学的に検討した。この結果、癌組織内では、間質の血管内皮細胞、線維芽細胞、そして細胞外基質中に見いだされた。さらに、乳腺および唾液腺良悪性腫瘍の増殖腫瘍細胞巣に一致してFGFの発現がみられた。口腔粘膜炎症組織内では、マクロファージおよび肥満細胞、血管内皮細胞と肉芽組織のヘパラン硫酸プロテオグリカンにとむ新生間質に顕著なbFGF局在をしめすことをみいだした。これらのFGF発現は肉芽組織の血管新生と基質合成の開始時期に一致しており、bFGFの組織改造に機能していることを示唆する所見として興味ぶかい。肥満細胞では細胞内顆粒に一致して局在した。ついで、in situハイブリダイゼーションによって血管内皮細胞については産生担当を確認した。(3)bFGF結合物質の組織化学:bFGFとヘパラン硫酸鎖との親和性を期待して、組織切片にbFGFを結合させて、これをbFGF抗体で検出する方法を開発した。この方法はフォルマリン固定パラフィン切片に応用可能で、口腔粘膜の悪性変化とともにこのbFGF結合物質の分布の乱れがあることが判明した。(4)FGF定量の臨床応用:臨床検査へのFGF定量の導入は未開拓であるが、少なくとも、唾液きを検査材料とすることの利点については再検討が必要であることを確認した。本年度は、唾液中および唾液腺組織中の酸性ならびに塩基性線維芽細胞成長因子(aFGF、bFGF)の同定法の確立とそれらの性格づけを目標におこない、次年度以降の患者データ採取に備えた。(1)唾液の採取法:唾液の経時的採取をおこない、日内変動を電気泳動的に確認したが、採取可能でかつ定常的に行えてFGF検出効率のよい時間帯の設定についてはさらに検討の余地がある。(2)唾液の処理と保存:FGFの免疫化学的定量に先立つ遠心(マイクロ遠心機使用)等の前処理操作後に試料は漸次粘度が増し性状変化の起こることをみいだした。

この対策として、ろ過後直ちに急速冷凍保存するか、前処理操作にはいること、さらに、唾液試料の濃縮時には変性剤や界面活性剤を共存させることにした。(3)抗FGF抗体の作製:あらたに、粗FGFをヤギに免疫して、両型FGFと反応する抗体を得た。FGFの抗原部位の合成ペプチドによる抗体作製を試みたが、抗体産生効率がわるかったので、再検討している。今年度は、武田薬品よりモノクローナル抗体の提供をうけた。(4)唾液FGFレベルの検量と定性:唾液ならびに唾液腺組織FGFの定量にはELISA法(ELISAマイクロプレートリーダ使用)を利用したが、抗FGFポリクローナル抗体による間接法では5ng/mlの検出限界であった。モノクローナル抗体によるサンドイッチ法ELISAでは、0.1ng/mlの検出感度をえた。ウシ唾液腺組織では3.8n/gの濃度でbFGFが存在することを確認し、免疫組織化学的にも唾液腺細胞組織で証明した(クリーンベンチ、蛍光顕微鏡使用)。しかし、正常人唾液では検出できなかったウェスタンブロット法では、試料の濃縮が必要であることがわかった。(6)FGF定量の臨床応用:臨床検査へのFGF定量の導入は未開拓であるが、試料処理操作が容易におこなわれるかどうかについて検討が必要であることを確認した。本年度は、前年度までに検討してきた唾液中および各種腺組織中の酸性ならびに塩基性線維芽細胞成長因子(aFGF、bFGF)の同定法とそれらの性格づけを確立することを目標にした。(1)唾液FGFレベルの検量と定性:唾液ならびに唾液腺組織FGFの定量にはELISA法(ELISAマイクロプレートリーダ使用)を利用したが、抗FGFポリクローナル抗体による間接法では5ng/mlの検出限界であった。この検出感度で検索したかぎり、正常人唾液ではFGFを検出することはできなかった。歯周病患者唾液でも検出はできなかった。(2)組織内FGFの検出:癌および炎症組織においてFGFがどのように局在するのかを免疫組織化学的に検討した。この結果、癌組織内では、間質の血管内皮細胞、線維芽細胞、そして細胞外基質中に見いだされた。炎症組織内では、とくに細胞外基質中に顕著な局在をしめし、マクロファージ様の遊走細胞に強陽性反応があった。これらの免疫反応は、組織の調整法(凍結切片、パラフィン切片、パラフォルムアルデヒド(PFA)固定)によって異なり、とくに細胞外基質中の反応については今後の検討が必要である。ついで、どのような細胞が産生しているのかを調べる目的で、in situハイブリダイゼーション(ISH)をおこなった。材料は歯周炎患者歯肉を4%PFA固定しOCTコンパウンドで包埋後に液体窒素にて凍結させた後クリオスタットにて切片を作製した。プローブは、武田薬品よりラットbFGFcDNAの供与をうけ、これにジゴキシゲニンを標識しISHさせた。その結果、明らかな陽性反応は粘膜下層の血管内皮細胞にみられた。種差による影響を考慮して、既知のヒとbFGFcDNAより設計した45merのオリゴヌクレオチドを合成して検討中である。免疫組織化学による結果から、マクロファージに陽性所見が認められたので、これらbFGF
ナノスケールの反応場を活用する環境調和型プロセスの開発

現代の有機合成化学において、効率化の追求と同時に有害な廃棄物を出さない化学合成プロセスの開発は、地球環境の保護の観点からも重要な研究課題である。本研究においては、反応溶媒として水を用いる反応の開発、および高分子固定化金属触媒の開発とその応用についての検討を行った。以下に得られた成果についてまとめる。1.有機反応を行うにあたり、有機溶媒の代わりに水を溶媒として用いる化学合成手法の開発は、環境に付加をかけないプロセス構築の観点からも非常に期待されている。さらに、水系溶媒を用いる反応は有機溶媒中では見られないユニークな反応性・選択性がしばしば観察されることからも大変興味深い。申請者らは界面活性剤型Bronsted酸触媒と反応基質が水中で作り出す疎水的反応場が、有機合成の中でも基本的な反応である脱水反応に有効であることを明らかにした。また、高疎水性高分子固定型Bronsted酸触媒を開発し、水中での脱水反応を含む種々の反応に有効であることを見いだした。さらに、水系溶媒中での高エナンチオ選択的Mannich型反応やヒドロキシメチル化反応の開発に成功した。これらの成果は溶媒としての水の活用に新たな可能性を示すものである。2.高機能の金属触媒は人体や環境に有害であることも多く、その使用にあたりなるべく金属の廃棄を行わない化学プロセスの開発が重要である。申請者らはマイクロカプセル化法を用いる金属触媒の高分子上への固定化を検討している。本研究においては有機合成上汎用される金属であるルテニウム、パラジウム、オスミウムなどの高分子への固定化を行い、反応後ほぼ完全に回収、再利用可能な高分子触媒を開発した。これらの触媒は、オレフィンのメタセシス反応や水素添加反応、不斉ジヒドロキシル化反応などに高活性を示した。本研究成果は廃棄物の少ない、よりクリーンな化学プロセスの構築に大きく貢献するものである。脱水反応は、通常有機溶媒中で行われる有機合成の中で最も基本的な反応の一つである。今回、申請者らは界面活性剤型Bronsted酸触媒と反応基質が作り出すナノスケールの疎水的反応場が、水中での脱水反応に有効なことを明らかにした。様々な脱水反応について検討を行ったところ、カルボン酸とアルコールとの脱水的エステル生成反応をはじめ、脱水的エーテル生成反応、脱水的スルフィド生成反応、脱水的ジチオアセタール化反応などが良好な収率をもって進行することを見出した。これらの成果は、溶媒としての水の活用の新たな可能性を示すものである。この問題に対し、申請者らはマイクロカプセル化法を用いる金属触媒の高分子上への固定化を検討している。今回、金属としてルテニウムの固定化を検討し、それを用いてオレフィンのメタセシス反応について検討を行ったところ、ポリスチレン上のベンゼン環とルテニウム原子との相互作用を利用して触媒を固定化することができ、メタセシス反応においてこの触媒が有効に機能することを見出した。この触媒は反応後回収し、再度反応に利用できることができ、よりクリーンな科学プロセスの構築に大きく貢献するものである。

本研究では、水系媒体中もしくは高分子固定化触媒中に有効なナノスケールの反応場を構築すること、またそれを用いて新たな環境調和型プロセスを開発することを検討した。水系媒体中での有機合成反応は、有害かつ高価な有機溶媒の使用を低減化できることや、溶媒・反応基質等の脱水乾燥の必要が無いことなどの利点を持つ。更に、有機溶媒中では見られないユニークな反応性・選択性がしばしば観察されることからも大変興味深い。一方、反応基質や触媒の中には、水中に溶解しないもの、分解してしまうものがあり、水系媒体中での反応の実現のためには、有効な反応場を構築することが鍵となる。これらを背景に検討を行った結果、本年度は次の研究成果を得ることができた。(1)高疎水性高分子型ブレンステッド酸触媒を開発し、水媒体中での種々の反応に有効であることを示した。(2)水系溶媒中で、ケイ素エノラートとホルムアルデヒドとの触媒的不斉ヒドロキシメチル化反応を初めて達成した。(3)パラジウム触媒による水媒体中でのアリルアルコール類のアリル位置換反応を開発した。(4)水中でのジアステレオ選択的向山アルドール反応に鉄(III)イオンが有効であることを見出した。一方、回収・再使用が可能な高分子固定化触媒の開発は、環境調和型化学プロセス実現の柱となるものである。本年度は、当研究室で開発した「マイクロカプセル化法」を基盤に、有機合成反応において汎用されるパラジウム触媒について、その活性を維持したままでの高分子上への固定化について検討を行った。これまでのマイクロカプセル化法をさらに発展させたポリマーインカルセレート法(PI法)を用いることにより、オレフィンに対する水素添加反応、さらにアリル位置換反応が効率的に進行することを見出した。本触媒は非常に高い活性を有するだけでなく、パラジウムの流出を伴うことなく全量回収することができ、またその再使用も可能である。さらに、マイクロカプセル化四酸化オスミウムを用いる不斉ジヒドロキシル化反応についても検討を行い、新規高分子担体を用いることにより、有機溶媒を用いず、水のみを溶媒として用いる反応を開発することに成功した。本研究成果は、廃棄物の少ない環境調和型プロセスにつながると考えられる。本研究では、水系媒体中もしくは高分子固定化触媒中に有効なナノスケールの反応場を構築し、それを用いて新たな環境調和型プロセスを開発した。一方、反応基質や触媒の中には、水中に溶解しないもの、水中で分解してしまうものがあり、水系媒体中での反応の実現のためには、有効な反応場を構築することが鍵となる。この概念に基づいて検討を行った結果、有機溶媒を用いない完全水中での初の高立体選択的不斉Mannich型反応を開発することができた。また、水中でアンモニアを窒素源として用いるイミンのアリル化反応を開発した。
イオン注入によるナノ構造シリコンの構造・発光制御とその光機能デバイスとしての応用

本研究はイオンビームによりナノ構造シリコンの微細構造を制御し、核形成、拡散、凝集プロセス、結晶性、界面構造、ナノ結晶サイズ分布等の微細構造を総合的に制御し、発光強度、非線形光学特性等の最大化、プロセスの低温化の達成等とともに、実用的な光機能デバイス実現のための基礎研究を目的としたものである。本研究の特徴はイオン注入法によりドライ・クリーンな雰囲気のもとで絶縁体中に埋め込まれたナノ構造シリコンを作製することであり、従来の半導体プロセスとの整合性を持ち、清浄性、化学的安定性等の点で近年特に注目されている。また、急速ランプ加熱と電気炉を併用することで、高分散性、高発光効率、低温化など本研究で当初目的としたことをほぼ達成することができた。今回の研究では注入時の加速エネルギーを段階的に変化させ、シリコンを多重注入することにより注入シリコンが二酸化シリコン中で深さ方向に対して近似的に方形的な分布を持つ試料を作製し、過剰シリコン濃度の試料内での均一化をはかった。注入後、注入シリコンを析出・凝集させるために高温での熱処理が必要となるが、この電気炉による高温熱処理前に急速ランプ加熱により短時間熱処理を行うことで発光効率が1桁ほど向上することがわかった。この前処理により、注入イオンの拡散、核形成、結晶成長プロセスなどが複雑に変化し、その結果として、ナノクリスタルの微細構造が影響を受け、発光強度が変化するものと考えられる。さらに、前述の高温熱処理は一般的に千度以上が必須であったが、急速ランプ加熱を併用することでこの処理温度の低温化も可能で、半導体プロセスでネックとなる「高温熱処理」もある程度克服することが可能となった。さらに、ここで得られた結果から、私たちの提案している発光モデルの妥当性も確認することができた。イオン注入により構造制御されたナノ構造シリコンに着目し、光電子機能デバイスへの応用を目的とし、発光現象を中心とした光学特性と構造との相関を中心とした基礎研究を行った。本研究の特徴はイオン注入による試料の作製方法と熱処理に急速ランプ加熱を併用することであり、従来の半導体プロセスと整合性を持ち、清浄性、化学的安定性などの点で、近年特に注目されており、高効率・モノリシックナノ量子デバイスへの応用が期待される。今年度は以下の様な有益な結果を得ることができ、さらに、次年度へ向けての準備を完了した。(1)微細構造の均一化、及び熱処理条件による発光の高効率化注入シリコンの分布状態は、注入量、加速エネルギーなどの条件に強く依存する。この研究では、加速エネルギーを段階的に変化させ多重注入することにより、過剰シリコン濃度の均一化をはかった。これまでは注入後、前処理を行わず、電気炉による高温アニールによりシリコンナノクリスタルを形成させていたが、熱処理前にランプアニールプロセスを追加し、相分離・核形成を促進し、クラスター密度を高くすることにより発光強度が数倍高くなることが明らかとなった。(2)ナノ構造シリコン形成の低温化、および発光機構これまでは高温熱処理(1000度以上)後のみにシリコンナノクリスタルが形成されることがわかっていたが、それ以下の温度では生成することができず、デバイス作製上のネックとなっていた。前処理としてランプアニールを行い、その後900度程度で熱処理を行うことでもナノクリスタルが形成され、それに伴い可視領域の発光も観測されることがわかった。この結果と(1)で述べた発光強度の増大は、従来から私たちの提唱している、Cluster-Cluster Interactionモデルによって説明することができ、このモデルが極めて有力であることを実証することができた。イオン注入により構造制御されたナノ構造シリコンを作製し、その物性(光学特性を中心とする)の評価を行った。

本研究の特徴はイオン注入法によりドライ・クリーンな雰囲気のもとで絶縁体中に埋め込まれたナノ構造シリコンを作製することであり、従来の半導体プロセスとの整合性を持ち、清浄性、化学的安定性等の点で近年特に注目されている。また、急速ランプ加熱と電気炉を併用することで、高分散性、高発光効率、低温化など本研究で目的としたことをほぼ達成することができた。注入シリコンイオンの分布状態は、イオン注入量、加速エネルギー、電流密度、基板温度などの様々な注入条件に依存する。また、注入イオンは飛程近傍を中心として近似的にガウス分布をするため、深さにより異なった密度で分布し、試料の構造の不均一性の原因になっている。今回の研究では注入時の加速エネルギーを段階的に変化させ、シリコンを多重注入することにより注入シリコンが二酸化シリコン中で深さ方向に対して近似的に方形的な分布を持つ試料を作製し、過剰シリコン濃度の試料内での均一化をはかった。注入後、注入シリコンを析出・凝集させるために高温での熱処理が必要となるが、この電気炉による高温熱処理前に急速ランプ加熱により短時間熱処理を行うことで発光効率が1桁ほど向上することがわかった。この前処理により、注入イオンの拡散、核形成、結晶成長プロセスなどが複雑に変化し、その結果として、ナノクリスタルの微細構造が影響を受け、発光強度が変化するものと考えられる。さらに、前述の高温熱処理は一般的に千度以上が必須であったが、急速ランプ加熱を併用することでこの処理温度の低温化も可能で、半導体プロセスでネックとなる「高温熱処理」もある程度克服することが可能となった。さらに、ここで得られた結果から、私たちの提案している発光モデルの妥当性も確認することができた。
放射性セシウムの樹木吸収に及ぼす菌根菌の影響の解明

2011年3月に発生した東京電力福島第一原発事故によって拡散した放射性物質の樹木への吸収に及ぼす菌根菌の影響を明らかにするため、まず、樹木のセシウム吸収に関わるとみられる菌根菌の生理特性を調べた。培地へのセシウム添加による菌根菌のセシウム吸収は種によって異なり、また同じ菌株であっても培地に加えた窒素源の違いで吸収量が異なった。また、土壌鉱物に吸着したセシウムの遊離に影響を及ぼすとみられる土壌鉱物可溶化能を調べたところ、これら能力は、表層に有機物があまり堆積していない土壌で生育し、有機物分解能が低い菌において高く、野外のこれら菌の発生環境を反映していた。菌根菌のセシウム吸収能を調べるため、菌根菌5種(コツブタケ、ニセショウロ、アカヒダワカフサタケ、ツチグリ、ヌメリイグチ)をセシウム1ppm加えた合成液体培地にて培養した。その結果、全ての菌はアンモニア態窒素または硝酸態窒素を含む場合であっても良好に成長した。菌体中のセシウム量を測定した結果、ニセショウロにおいてセシウム量が最も多く、アカヒダワカフサタケは最も低かった。いずれの菌においても、窒素栄養源として硝酸態窒素を加えた方がアンモニア態窒素を加えた場合に比べてセシウム量は高かった。以上のことから、セシウムイオンの菌体への吸収は、陰イオンである硝酸イオンを吸収するとともに菌体内に吸収されやすいことが考えられた。また、菌根菌と腐生菌とで、菌体内のセシウム量を比較すると、菌根菌の方が腐生菌に比べて高い傾向にあった。セシウム吸収への菌根菌の影響を評価するための実験系を確立するため、ワカフサタケ属菌8菌株を用いて、予備的にコナラ苗への接種試験を行った。その結果、菌根はほとんどの菌株で形成されたが、その形成量は菌株によって異なった。また、土壌中の窒素濃度を変えて菌根形成への影響を観察すると、用いた濃度の範囲では、高濃度で窒素を含む場合、菌根の形成は良好であった。次に、セシウム吸収にアンモニウムイオンが影響を及ぼす可能性があることから、これら菌の栄養菌糸成長へのアンモニウム態窒素添加の影響を調べた。アンモニウム態窒素として塩化アンモニウムを用い、それぞれ1、10、100または1000 mMの濃度で加えた培地において菌を培養した。この時、培養に伴う培地の水素イオン濃度(pH)の変化を抑えるために、緩衝剤として、2-モルホリノエタンスルホン酸(MES)を50mMの濃度で添加し、培地pH値は5.0に調整した。その結果、アカヒダワカフサタケおよびナガエノスギタケは、塩化アンモニウムを10または100mMで含む場合に良好に成長したが、それ以外の菌については、1mMにおいても良好に成長した。同じく、硝酸態窒素の影響を調べたところ、成長に最適な濃度は、いずれの菌についても10または100mMにあった。野外土壌で育てるため、ウラムラサキ、コツブタケ、ツチグリおよびニセショウロをコナラに接種して菌根感染苗を作成した。ワカフサタケ属菌の成長に適したアンモニア窒素濃度は確定でき、また接種試験に適した菌株は選抜でき当初の予定通りに進捗した。コナラ感染苗を汚染土壌へ植栽することができなかったが、これは菌根菌を接種したにも関わらず菌根形成させることができなかったためであり、現在再度接種するための準備を行っており、次年度の早い時期に汚染土壌に接種する。野外植栽に必要な本数の菌根感染苗を作成出来ず、そのため、コナラ感染苗を汚染土壌へ植栽することができなかった。そのため、再度、菌根菌を接種した上で汚染土壌に植栽する。またこのとき、アンモニアやカリウム添加の影響も併せて調査する。人件費は、菌根菌の再接種とその後の、菌根菌感染苗木の管理の補助のために支出する。菌根菌の培養、分析用試薬のかかる経費として消耗品費を支出する。
岩手県アバクチ洞穴遺跡出土弥生時代幼児人骨の形態学的検討

アバクチ洞穴遺跡出土人骨は東北地方において初めての保存状態良好な弥生時代幼児人骨である。我々は、日本列島の人類史を解明する重要な手がかりになると思われるこの人骨の人類学的位置付けを早急に行わなければならないと判断し研究を着手した。弥生時代の日本列島には縄文人的な特徴を持つ人骨とアジア大陸からの渡来系の要素が強いとされる人骨の2系統が少なくとも存在していたことがこれまでの研究で判明している。研究分担者の鈴木の歯冠計測値による予備的な分析では、この人骨が渡来系弥生人に近いことが示された。これを踏まえて、その他の特徴においてもこの人骨に渡来系弥生人的な形質が認められるかどうかに主眼を置き、詳細な計測値および非計測的形質の記録を頭蓋骨、乳歯について行なった。また札幌医科大学、東北歴史資料館、東京大学、国立科学博物館、国立歴史民俗博物館、及び京都大学で比較対象となる縄文・弥生時代幼児人骨の計測、X線規格写真撮影等を行い、比較資料を収集した。その結果、眼窩ならびに鼻根部の形態および乳歯の非計測的な形質の一部に弥生人的な要素がみられることを確認し、弥生時代中期に、既に東北地方に縄文人以外の形質を持つ人々が流入していた可能性が示唆された。昨年11月に筑波大学で開催された第51回日本人類学会大会で、これまでの研究結果を「岩手県アバクチ洞穴遺跡出土弥生時代幼児人骨の形態学的検討」として発表した。来年度は縄文人と弥生人とでは四肢骨のプロポーションが違うとされていることから、アバクチ幼児人骨の四肢骨の計測を行ない、どの様な四肢のプロポーションを示したのかを明らかにする。また、顎骨内から摘出された形成途上の永久歯に関して、既知の縄文・弥生人の同様の幼若永久歯を用い、咬耗が進行した成人人骨の永久歯とは異なる視点からの比較を試みる。最終的に2年間で得られたデータの更なる統計学的検討を行う。
水平及び上下動を受ける二層立体ラチスドームの耐震性に及ぼす静的耐力余裕度の影響

本研究では、部材の連鎖座屈の進展による崩壊機構を有する二層立体ラチスドームを対象とし、一様分布積雪荷重を想定した付加鉛直荷重に対する静的耐力余裕度を変化させて、本ドームの崩壊最大加速度の解析値を蓄積した。本研究で得られた結論及び成果を以下に列記する。(1)静的耐力余裕度が本ドームの崩壊最大加速度に大きく影響を及ぼすことを明らかにした。また、水平及び上下地震動を受ける本ドームの耐震性能評価尺度及び崩壊最大加速度推定法を提案した。(2)水平及び上下地震動を受けるドームの崩壊最大加速度は静的耐力余裕度に対してほぼ線形的に増大することを明らかにした。(3)静的耐力余裕度と崩壊静的鉛直震度の関係を解析値の下限及び最小二乗法に基づいてそれぞれ定式化し、その計算法を提案した。(4)上下地震動のみを受ける場合並びに水平及び上下地震動を同時に受ける場合について、本ドームの耐震性能評価尺度のひとつとして静的耐力余裕度と崩壊最大加速度を提示するとともに、崩壊最大加速度の推定法を提案した。本推定法と弾塑性動的解析との比較・検討した結果、ドームの半開角及び静的耐力余裕度に関わらず比較的よく一致していることを示すことができた。ただし、本提案法は限られた範囲のデータを用いてまとめたものである。したがって、本提案法の精度の向上及び適用範囲の一般化のためには、地震波の種類、ド・ムの半開角、網目、部材の特性等をパラメータにした解析をさらに行う必要があると考えられる。本年度の研究では、部材の連鎖座屈の進展による崩壊機構を有する二層立体ラチスドームを対象とし、水平及び上下地震動を受ける本ドームの耐震性能評価尺度及び崩壊最大化速度推定法を提案した。以下に本研究で得られた成果を列記する。(1)水平及び上下地震動を受けるドームの崩壊最大化速度は静的耐力余裕度に対してほぼ線形的に増大することを明らかにした。(2)静的耐力余裕度と崩壊静的鉛直震度の関係を解析値の下限及び最小二乗法に基づいてそれぞれ定式化し、その算定式を提案した。(3)上下地震動のみを受ける場合並びに水平及び上下地震動を同時に受ける場合について、本ドームの耐震性能評価尺度のひとつとして静的耐力余裕度と崩壊最大加速度を提示するとともに、崩壊最大加速度の推定法を提案した。したがって、本提案法の精度の向上及び適用範囲の一般化のためには、地震波の種類、ドームの半開角、網目、部材の特性等をパラメータにした解析をさらに行う必要があると考えられる。また、この種の大スパン建築構造の耐震性能に及ぼす屋根構造と下部構造の連成問題、支承部の損傷等の影響に関する研究が必要であると考えられるが、十分に行なわれているとは言いがたい。このことについては、本研究によって得られた成果を反映しうるよう来年度の研究課題として進める予定である。

(4)上下地震動のみを受ける場合並びに水平及び上下地震動を同時に受ける場合について、本ドームの耐震性能評価尺度のひとつとして静的耐力余裕度と崩壊最大加速度を提示するとともに、崩壊最大加速度の推定法を提案した。本推定法と弾塑性動的解析との比較・検討した結果、ドームの半開角及び静的耐力余裕度に関わらず比較的よく一致していることを示すことができた。ただし、本提案法は限られた範囲のデータを用いてまとめたものである。したがって、本提案法の精度の向上及び適用範囲の一般化のためには、地震波の種類、ド・ムの半開角、網目、部材の特性等をパラメータにした解析をさらに行う必要があると考えられる。
遺伝資源マネジメントと知的財産権の総合的研究

本研究においては、中南米及び南アジアにおける遺伝資源・伝統的知識へのアクセス及び利益配分(ABS)システムをめぐる政策及び実態の調査、そして、遺伝資源を最も利用していると考える米国の国立研究機関の調査を行った。その調査の結果、中南米、南アジア諸国については、各国の遺伝資源の潜在力、その遺伝資源に係わる部族構成、遺伝資源の利用に係わる知識の認知程度により、ABSに対する各国の対応は多様ながら、大きく分けて3つに分類できると考えている。第一のタイプは、自国の遺伝資源を付加価値ある素材として位置づけて、遺伝資源の移転を積極的に行い、利益配分を受けていこうとする流れである。特に技術開発力が大きいとはいえない途上国で見られる傾向である。この典型的なものとしては、中米のコスタリカである。第二のタイプは、自国の遺伝資源の外国企業の利用を必ずしも積極的に推進しないで、自国企業の研究開発にこそそれらを活用していこうとするモデルである。このタイプの傾向は、これまでの先進国企業による自国資源及びそれを利用する伝統的知識の無断利用をいかに阻止するかということ、アクセスの規制に重点を置いている。インドやブラジル等、医薬品開発能力を有している国が属するタイプである。第三のタイプは、ABSについて、政策を整備し始めているとは言い難いタイプ、あるいは政策を策定中の諸国群である。しかし、このタイプは、政治、経済的諸問題もあって、第一にも、第二のタイプにも迅速に進みきることができない諸国群である。米国NIH(国立衛生研究所)の調査からは、米国は、生物多様性条約には批准はしていないものの、生物多様性条約の定めに即して、PIC(事前の情報の基づく同意)を取得し、利益配分、技術移転、知的財産の取扱いも、契約により、当該国の求める条件に即して実行してきたとの情報を取得した。但し、その契約相手国がこの第三タイプの諸国である場合、技術力、情報力ともに、優劣があるのは否めず、どの程度のレベルでの合意であるのかは、より細かなフォローアップによる分析が必要となるだろうと思われる。しかしながら、両国ともに、遺伝資源マネジメントの実態としては、まだデータベース化に代表されるようなインフラ作りの段階にあり、その利用からの利益配分メカニズムの構築自体にはまだかなり時間を要する点、大きな課題を抱えている。特に、アユールベーダ大学やアユールベーダ省(共に既に別組織に編成)を抱え、薬草等の伝統的知識の体系的管理にまで乗り出しているはずのスリランカにあって、利益配分メカニズムとの連動が脆弱な点は意外な状況であった。次年度においては遺伝・生物資源の利用と利益配分とのリンケージをより重視していると思われるインドの調査を行うが、インドと両国の対比は、遺伝資源マネジメントの構築にあたっては具体的にどのような政策立案、イニシャティブが必要なのかを示すものとなるのかもしれない。インド及びバングラディッシュにおいて遺伝資源、伝統的知識がいかに保全され、また研究開発に活用されているかについての現地調査を行なった。バングラディッシュにおいては、Institute of International Strategic Studies, Bangladesh Agricultural University, University of Dhaka,環境省、NGOであるDEBTEC(Dvelopment of Biotechnology & Development)を訪問し、関係者にインタビューを行なった。バングラディッシュは、LLECと言われる途上国で唯一、医薬を自給している国であるが、これまでは、医薬品開発において伝統的知識の活用はあまり行なわれてこなかった。しかし、DEBTEC中心に、遺伝資源に係わる伝統的知識のデータベース化が行われ始めている。

一方、インドにおいてはCouncil of Science & Industrial Research, Centre for Policy Researchを訪問し、インドの国家的プロジェクトであるTKDLの進捗状況を確認しつつ、医薬品開発における伝統的知識の活用例についての聞き取りを行なった。インドにおいては、遺伝資源に係わる伝統的知識がAyurveda等(Unani, Siddha, Naturopathyを含む)の伝統医薬において既に体系化され、それをもとに知識がデータベース化が進んでいるが、その知識を利用してきたコミュニティの特定自体は困難なものが多く、また、複数のコミュニティに跨っていることも多いために、直接の利益配分システムという点ではまだ課題があることがわかった。インド国立の研究機関が進めている遺伝資源マネジメンドにおいては、そこから得られる収益は一先ず国家に還元され、その後、国家の政策として、環境保全を考慮に入れて、特定地域を保護しようというのが現在の実態であると思われる。利益配分システムの構築を国際的にも主張しているインドではあるが、国内の特定地域への直接の利益配分メカニズムの構築の検討は現在では進んでいないのが現状である。なお、インドのCSIR、バングラディシュのDEBTEC、スリランカのコロンボ大学から専門家を招き、南アジアのABSに関わるセミナーを実施した。現在の遺伝資源をめぐるABS(利益配分システム)の原点ともいえる中南米コスタリカと米国の製薬会社Merckが締結した遺伝資源提供・利益配分契約の背景及びその履行状況を調べるために、コスタリカのNGOである生物多様性研究所(INBio)を訪問した。生物多様性条約(CBD)締結以前に、遺伝資源の提供と利益配分に契約を締結し、注目を集めたコスタリカであるが、その後は相互の契約ベースで利益配分を行う流れのみに徹底し続けているわけではなく、国家としては、他の途上国、他のメキシコ、インド、コロンビア等と足並みを揃えて、メガ多様性国家グループを形成し、遺伝資源は国家官庁の下で協力な権限の下、一元管理したいと考える途上国の趨勢に飲まれていっているように思えた。依然として、CBD締約国会議で紛糾している先進国と途上国のABSを巡るスタンスの相違に接すると、CBDの趣旨をくみつつも、途上国は、ケース毎にもう少し柔軟に対応できるABSシステムの可能性も考えなければならないのではないかと考える。つまり、医薬の製造能力、研究開発力を持つ国と持たない国等、各国の状況に応じた遺伝資源マネジメントを戦略的に構築するべき時期にあるように考えた。両陣営とも、もう少し妥協点を見出した遺伝資源マネジメントのあり方を検討しなければならないが、その点については、CBDを批准していない、先進国の代表、米国がどう政策的にもメガ多様性国家グループを納得させられるのかに拠るところが大きい。
「ペプチドタグ-小分子プローブ」ペアを利用したタンパク質共有結合ラベル化法の開発

短鎖のペプチドタグと小分子プローブとの相互作用により誘起される「タグ-プローブ」ペア間の求核置換反応によって、標的のタンパク質を不可逆的に共有結合ラベル化する手法の開発を行っている。本年度は上記の研究で設計した、タンパク質を修飾するための新しい反応部位を用いて、標的の内在性タンパク質に機能性分子のみを選択的に化学修飾する手法の開発に取り組んだ。具体的には、標的タンパク質に対するリガンド分子とプローブ分子を高反応性のアシル基で連結したラベル化剤と呼ばれる分子を用いる。このリガンドと標的タンパク質との選択的相互作用により誘起されるタンパク質上でのアシル転移反応により、プローブ分子のみをタンパク質上へ修飾する手法を考案した。本手法を実現するため、水中でも安定で、タンパク質上のアミノ酸と反応し得るアシル基の設計に取り組んだ、当初は反応基としてアシルイミダゾールに着目したが、活性が高すぎて水中で速やかに加水分解されることが強く懸念された。そこで、アシルイミダゾールのカルボニルα位酸素原子に変換してカルボニル炭素の求電子性を適度に抑制した反応基を新たに設計し、これを用いた各種タンパク質に対するラベル化剤を合成して、内在性タンパク質の標識に用いてきた。その結果、生細胞の表層および内部に内在する標的タンパク質の機能を保持したまま修飾可能であることが見出された。今後は彼が開発したタンパク質修飾法により、薬物刺激に伴うタンパク質の局在変化の追跡や、生理活性物質を簡便に検出できるバイオセンサーの構築を実現することが期待される。短鎖のペプチドタグと小分子プローブとの相互作用により誘起される「タグープローブ」ペア間の求核置換反応によって、標的のタンパク質を不可逆的に共有結合ラベル化する手法の開発を行ってきた。その開発過程で筆者は種々のプローブ分子を合成し、それらと相互作用するペプチドの配列依存性を検討してきた結果、フェノールの両オルト位にイミノジ酢酸を配した二核の亜鉛錯体Zn(II)TCaがヒスチジン連続配列(=His-tag)と相互作用することを新たに見出した。His-tagはニトリロ三酢酸ニッケル錯体(=Ni(II)-NTA)と金属-配位子間相互作用により選択的に結合し、近年では蛍光色素を修飾したNi(II)-NTAで生細胞の特定タンパク質を標識して、その動態を直接観測する蛍光イメージング技術が数多く報告されている。一方、それらの報告に共通して見られる問題点として、ニッケルイオンが色素を強く消光してしまい、イメージングの感度を大幅に低下させてしまう点が挙げられる。従って、色素の消光をほとんど示さないことが知られている亜鉛イオンを錯形成させたZn(II)TCaによって、His-tag導入タンパク質を高感度に蛍光可視化する手法の開発は非常に有意義であると判断して当研究を遂行することにした。本年度はこの手法を細胞内の様な夾雑環境下においても適用可能とするために、相互作用ペア間の親和性および選択性の向上を指向してきた。具体的には種々のプローブ分子を合成し、それらと相互作用するペプチドの配列依存性を検討してきた。その結果、二核のニッケル錯体Ni(II)-DpaTyrがアスパラギン酸3連続配列(=Asp3-tag)と従来のペアを遥かに凌ぐ強固な親和性を示すことが新たに見出された。この相互作用ペアの有用性を実証するため、光照射により標的タンパク質の機能を選択的に機能阻害させるCALI技術(chromophore-assisted light inactivation)へ本ペアを応用することを試みた。CALIとは、光増感剤と目的タンパク質が近接した状態で励起光を照射することにより光増感剤から一重項酸素やヒドロキシラジカルなどの活性酸素種が局所的に発生し、その活性酸素種が目的タンパク質を変性させ、結果として目的タンパク質の機能を局所的に不活性化させる手法である。つまり、光増感剤を修飾したプローブ分子により、遺伝子工学的にペプチドタグを融合したタンパク質を光照射により高効率で失活させることが出来れば、タンパク質の未知の機能を解析するツールとして一役を担うことができるのではないかと考えた。Asp3-tagを遺伝子工学的に融合させた加水分解酵素ss-Galを発現する大腸菌を調製し、その大腸菌の破砕液へNi(II)-DpaTyr CALIプローブを添加して光照射を試みた。その結果、ペプチドタグ融合ss-Galの酵素活性が光照射によって大幅に抑制されたのに対し、タグ非融合序ss-Galの場合では光照射前後で酵素活性が比較的保持されていた。すなわち、大腸菌破砕液の様な夾雑環境下においても筆者が開発した強固な親和性を示す「Ni(II)-DpaTyr/D3-tag」ペア間の相互作用は有効に作用しており、その実用性を実証することに成功したと言える。