hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
専用並列計算機による「場の物理」の研究

宇宙物理学,物性物理学の分野でも,プログラム開発,性能測定は終了し,予備的な結果をすでに得ており,得られた結果はこれからの本格的な計算に向け有望である。以下に詳細を述べる。超並列計算機CP-PACSの調整・性能向上として以下の項目を実行した。1)演算プロセッサ電圧・周波数マージンの不足チップの交換2)ノード間ネットワーク一斉データ転送時のDC電源電圧の変動対策3)NIA(ネットワーク・インターフェース・アダプター)電圧・周波数マージンの不足チップの交換4)分散ディスク入出力性能向上のためコトールウエアの改良5)オペレーティング・システムOSのメモリ常駐使用量の削減フラグメンテーション対策6)コンパイラー擬似ベクトル化適用範囲拡大・性能向上7)通信関数既存通信関数の性能評価・性能向上新規通信関数(ソフトウエア・ブロードキャスト関数・RDMAチェイン関数)の実装計算機の環境条件として,空調機・電源設備に関して,床下空気流の吹き出し・室内温湿度の調整,空調機負荷分散を実施,負荷合計約420KVAを確認した。システム障害発生時,及び停電・火災等の障害発生時の対応体制などの技術的問題を検討,対応策を定めた。上記の諸問題の解決を図るのと並行して,超並列計算機CP-PACSの種々の性能測定を行い,最終的に設計とおりの性能が発揮されることを確認した。1)演算プロセッサ基本ベクトル演算の大規模計算に対して,擬似ベクトル機構によって高性能が実測された。特に,キャッシュモードと比較し,ベクトル長が長い時に,決定的に性能差が出ることを測定した。2)ネットワーク性能ピーク性能が1秒間に300MBYTESであり,立ち上がりのハードウエア・ソフトウエアのオーバーヘッドは約3マイクロセカンドという高性能を実測した。これらの基本的性能とともに,前述のとおり,性能測定の世界的な標準となっているリンパック・ベンチマークの実行性能として,368.2GFLOPSを達成した。さらに,格子量子色力学のプログラムを開発し,その性能を測定した。核となる部分はアセンブラコードを用いてプログラムを書き,1プロセッサあたり,191MFLOPSという高性能を実現した。1024個の演算要素から構成されるCP-PACSが完成した時から,格子量子色力学の本格計算を開始した。まず,クエンチ近似と呼ばれる近似のもとで,今まで世界中で行われたことのない高精度の計算を行い,ハドロンと総称される素粒子の質量・崩壊定数を導出した。さらに,近似を含まないフルQCDにおいて,ハミルトニアンに相当する作用を型を改善したものを用いて計算を開始し,ハドロン質量・クォーク間ポテンシャルに関して非常に有望な結果を得た。前述のとおり,これらの結果は平成9年3月に開催された国際研究集会において報告された。また,宇宙物理学においては,輻射効果を取り入れた銀河形成・星形成のプログラムが完成し,物性物理学においても第1原理計算のテストランがすでに終わり,本格的な計算にとりかかる段階である。
記憶・情動・ストレス応答における新規活性酸素産生酵素の役割とその制御機構の解析

新規活性酸素産生酵素であるNOX1/NADPHoxidaseのノックアウトマウスを用いて行動解析を行った。その結果、NOX1/NADPH oxidaseは非ストレス下では情動(不安)に影響を与えなかったが、単回ストレス負荷後のACTH増加とそれに続く不安レベルの増強に関与し、更に慢性ストレス負荷による副腎肥大とさらなる不安レベルの増加に寄与することを明らかにした。ストレス社会の現在、不安やうつなどの気分障害は重大な社会問題となっている。過剰なストレスは扁桃体において嫌悪な刺激として記憶され、不安やうつの増悪が起こる。まずNOX1/NADPHoxidaseと記憶・ストレス応答について行動解析を行った。<記憶におけるNOX1/NADPHoxidaseの機能解析>以前、Nox1遺伝子欠損マウス(Nox1^<-/Y>)はpassive avoidance testでの移行時間低下を示すことを見いだしていた。この試験では電気ショックによる嫌悪刺激を負荷するため、刺激負荷後のストレスによる情動変化が大きく関与する。まずこの影響を調べるため、刺激負荷後1時間および24時間の不安行動をopenfieldtestおよびElevated Plus Mazetestにより評価したが、両マウス群で不安の程度に差は見られなかった。これらの結果は、情動変化は同程度惹起されるものの、その後の記憶の形成・保持等がNox1^<-/Y>マウスで減弱していることが示唆された。現在、恐怖条件付け試験の条件設定を行っており、確立次第、行動解析を行う。<ストレス応答におけるNOX1/NADPHoxidaseの機能解析>Nox1^<-/Y>マウスは野生型マウスと比較して、ストレス非存在下では同程度の不安レベルを示したが、拘束ストレス(2時間)負荷により惹起される不安レベルの亢進および血漿中のACTH濃度の増加を抑制することを見いだした。そこで本年度はHPAaxisの中で、不安に関与するCRHに注目し、ストレス負荷によるCRH産生増加や、CRHとその受容体のCRH-R1との結合能や活性化能に対してNOX1がどのような影響を及ぼすかを解析する。そこでストレス応答におけるNOX1/NADPHoxidaseの役割解析を行った。昨年度、Nox1^<-/Y>マウスは野生型マウスと比較して、拘束ストレス(2時間)負荷により惹起される不安レベルの亢進および血漿中のACTH濃度の増加を抑制することを見いだした。そこでHPA axisに着目し、室傍核でのCRH発現レベルを免疫染色で解析した。拘束1時間後までは両群で同程度の増加が認められたが、それ以降で増加した野生型と比較してNoxl^<-/Y>マウスではさらなる増加は生じなかった。現在、さらなる解析を進行中である。次に拘束ストレスの慢性負荷によるストレス応答についても解析した。野生型マウスでは慢性負荷により不安レベルと副腎重量の増加がともに認められたが、Noxl^<-/Y>マウスではこれらは認められなかった。以上の結果よりストレス応答にNOX1/NADPHoxidaseが関与することが明らかであり、その制御機構の詳細な解析をさらに遂行することでストレス疾患における治療薬の基礎的知見を提供することができると考えられる。
カルシウム感受性制御機構の治療学的研究

細胞内カルシウムイオンは代表的な細胞内情報伝達物質として、細胞機能を調節していることは数多く細胞応答において確立されている。細胞質カルシウム濃度と細胞応答の関係は、アゴニスト、アンタゴニスト、病態などの条件により変化すること、すなわち、カルシウム感受性制御機構が存在することが示唆されている。我々はカルモデュリンのカルシウム感受性を減弱させる平滑筋弛緩薬を新しく見出し、世界で最初のカルシウムデセンシタイザーとして、その作用機序を分子レベルで解明した。さらに我々は独自の方法により新しいカルシウム結合蛋白質S100Cを精製、cDNAクローニングに成功し、その標的分子がアクチンであることを明らかにした。我々は、S100Cはアクチンがカルシウム依存性に結合すること、さらにS100Cはアクチンと結合することにより平滑筋のMg-ATPase活性を阻害することを明らかにした。これらの結果から、S100Cは平滑筋細胞におけるカルシウム感受性制御機構に重要な役割を果たしていることが示唆された。また、我々はすでにS100C遺伝子の全構造を明らかにしており、そのプロモーター領域に低酸素応答配列を見出している。低酸素時には細胞内カルシウム濃度が上昇することが知られているが、血管収縮は必ず起こるわけではなく、その機序については詳しく解明されていない。我々はその機序の1つとしてS100Cを介したカルシウム感受性制御機構の関与を考え、低酸素刺激によるS100Cの遺伝子発現変化を検討した。その結果、S100Cは低酸素刺激により、プロモーター領域に存在する低酸素応答配列を介した転写活性化を受け、遺伝子発現が上昇することを明らかにした。細胞内カルシウムイオンは代表的な細胞内情報伝達物質(セカンドメッセンジャー)として、細胞機能を調節していることは数多くの細胞応答において確立されている。細胞内カルシウム情報伝達機構の研究成果から細胞質カルシウム濃度と細胞応答の関係が、アゴニスト、アンタゴニスト、病態などの条件により変化すること、すなわち、カルシウム感受性制御機構の存在が示唆されてきた。また、S100Cによるアクチン抑制作用はカルポニン、カルデスモンに匹敵しており、心血管系にも多く存在することから、カルシウム感受性制御機構に関与する可能性が示唆されている。我々はすでにS100C遺伝子の全構造を明らかにしており、そのプロモーター領域に低酸素応答配列を見出している。我々はその機序の1つとしてS100Cを介したカルシウム感受性制御機構の関与を考えている。そこで本研究では、低酸素刺激によるS100Cの遺伝子発現変化を検討した。その結果、S100Cは低酸素刺激により遺伝子発現が上昇することが明かとなった。我々はさらにルシフェラーゼアッセイを行い、低酸素刺激によるS100Cの遺伝子発現上昇は、プロモーター領域に存在する低酸素応答配列を介した転写活性化によることを明らかにした。さらに臨床的治療薬としては、すでにカルシウムチャンネルブロッカーが世界的にも広く使用され、その有効性が明らかにされている。その後、細胞内カルシウム情報伝達機構の研究成果から細胞質カルシウム濃度と細胞応答の関係が、アゴニスト、アンタゴニスト、病態などの条件により変化すること、すなわち、カルシウム感受性制御機構の存在が示唆されてきた。

されに我々は独自の方法により新しいカルシウム結合蛋白質S100Cを精製、cDNAクローニングに成功し、その標的分子がアクチンであることを明らかにした。我々は、S100Cはアクチンと結合することにより、平滑筋のMg-ATPase活性を阻害することを明らかにした。その阻害はS100Cの濃度依存症に起こり、half-maximal effectはS100C/actin=0.05のモル比で起こり、S100C/actin=0.2のときに最大抑制が認められた。さらに我々は、カルシウム存在下でのS100Cとアクチンの結合のstoichiometryは1:67であることを見い出した。これらの結果から、S100Cはカルシウム依存性にアクチン線維と結合することにより、平滑筋のMg-ATPase活性を調節し、平滑筋細胞におけるカルシウム感受性制御機構に重要な役割を果たしていることが示唆された。
シオミズツボワムシ培養槽における微小生物の機能に関する研究

海産生物の初期餌料として必要不可欠なシオミズツボワムシ(以下ワムシ)の大量培養時に、今なおしばしば起こる増殖不良、大量斃死現象を解明するために、本研究では、培養槽内生態系の構造解析を通じて細菌がワムシの増殖生理といかに関わっているかを明らかにすることを目的とした。その結果、1.パーティクルカウンターを用いてワムシ培養系の粒子サイズの分布を経時的に測定したところ、餌料として投入したNannochloropsisが存在する限り、はワムシはそれを摂餌するが、食い尽して後は細菌のフロックをNannochloropsisに対する数値の約2倍の利用率で摂餌することが明らかになった。2.ワムシにとって必須のビタミンであるB_<12>は餌料として用いられるNannochloropsisやパン酵母には含まれていなかった事から、その由来を調べるために水中の細菌を分離したところ、約20%の菌株にB_<12>生産性が認められ、また培養株を無菌ワムシに与えた場合にも明瞭な増殖促進作用を示した。ワムシ無菌培養に各種濃度の菌液を添加した場合、10^710^<10>CFU/mlで増殖が促進され、その効果は基本餌料としてパン酵母を用いる場合よりもNannochloropsisを用いる場合に著しかった事から、パン酵母の栄養上の欠陥はビタミンB_<12>に留まらないものと考えられた。これらの細菌のB_<12>生産性は対数増殖期において15ng/ml・dayであり、別に求めたワムシのB_<12>要求量が0.1pg/固体・dayである事と、通常のワムシ密度が1001000固体/mlである事を考えると著しく高い値である。これらの結果から、培養系における細菌類の機能はワムシの代謝活動に伴う排出物を再び餌量化する事を通じてエナジーソースとして量的に大きな経路を担うと同時に、ビタミンB_<12>に代表される必須栄養要素の供給源である事が明らかになった。海産生物の初期餌料として必要不可欠なシオミズツボワムシ(以下ワムシ)の大量培養時に,今なおしばしば起る増殖不良,大量斃死現象を解明するために,本研究では,培養槽内生態系の構造解析を通じて,細菌および原生動物の存在がワムシの増殖生理といかに関っているかを明らかにすることを目的とした.初年度に当る昭和62年度の成果は次の通りである.1.現場調査:日本栽培漁業協会玉野事業場および神奈川栽培センターの「うえ継ぎ式」および「間引き式」ワムシ培養槽について,水質一般項目,微生物相,ビタミンB_<12>量について継時的観測を実施した結果,ワムシにとって必須ビタミンであるB_<12>は,細菌相の約2分の1を占めるB_<12>産生菌によって供給されている事が明らかになった.2.室内実験:現場のワムシ培養槽より細菌23株を分離し,これを液体培養後無菌ワムシに投与したところ,ビタミンB_<12>産生性の高いものほどワムシに対する増殖促進効果が高かったが,この原則にあてはまらない菌株も数株みられた.また,明らかな増殖阻害,斃死をひき起すものが1株分離されVibrio alginolyticusと同定された.

3.原生動物を飼育する事は,生態系内のエナジーフロー解析にとって不可欠であるが,ワムシ培養槽に優占する種はいずれも培養し得る可能性の高い事が判明した.これらの成果を基に, 63年度はより詳細に生態系構成因子間のつながりを明らかにする.海産生物の初期餌料として必要不可欠なシオミズツボワムシ(以下ワムシ)の大量培養時に、今なおしばしば起る増殖不良、大量斃死現象を解明するために、本研究では、培養槽内生態系の構造解析を通じて細菌がワムシの増殖生理といかに関っているかを明らかにすることを目的とした。その結果、1.パーティクルカウンターを用いてワムシ培養系の粒子サイズの分布を経時的に測定したところ、餌料として投入したNannochloropsisが存在する限りはワムシはそれを摂餌するが、食い尽くして後は細菌のフロックをNannochloropsisに対する数値の約2倍の利用率で摂餌する事が明らかになった。2.ワムシにとって必須のビタミンであるB_<12>は餌料として用いられるNannochloropsisやパン酵母には含まれていなかった事から、その由来を調べるために水中の細菌を分離したところ、約20%の菌株にB_<12>産生性が認められ、また培養株を無菌ワムシに与えた場合にも明瞭な増殖促進作用を示した。ワムシ無菌培養に各種濃度の菌液を添加した場合、10^710^<10>CFU/mlで増殖が促進され、その効果は基本餌料としてパン酵母を用いる場合よりもNannochloropsisを用いる場合に著しかった事から、パン酵母の栄養上の欠陥はビタミンB_<12>に留まらないものと考えられた。これらの細菌のB_<12>産生性は対数増殖期において15ng/ml・dayであり、別に求めたワムシのB_<12>要求量が0.1pg/個体・dayである事と、通常のワムシ密度が1001000個体/mlである事を考えると著しく高い値である。これらの結果から、培養系における細菌類の機能はワムシの代謝活動に伴う排出物を再び餌料化する事を通じてエナジーソースとして量的に大きな経路を担うと同時に、ビタミンB_<12>に代表される必須栄養素の供給源である事が明らかになった。
長鎖脂肪酸関連生理活性物質の合成研究

本研究では、長鎖脂肪酸関連生理活性物質の合成とそのための新しい方法論(1.ヨウ化サマリウムによる新規環状エーテル構築法、2.分子内及び分子間メタセシス反応による炭素骨格形成反応)の開発を行い、以下のような成果を上げることができた。1.バンレイシ科植物を起源とする抗腫瘍活性アセトゲニン類の全合成合成的に未開拓な六員環エーテルを持ったアセトゲニン類を効率よく合成するため、ヨウ化サマリウムによるβ-アルコキシアクリレート誘導体の高選択的環化反応を開発した。本反応によって合成された環状エーテルとγ-ラクトン誘導体をWittig反応により連結し、バンレイシアセトゲニンの一種であるピタゴニシンの最初の全合成を達成した。また、SonogashiraカップリングやWittig反応によらないアセトゲニン合成のための新しい方法論の開発を検討した。その結果、環状エーテル部とγ-ラクトンを分子間メタセシスでカップリングさせる手法を考案し、Trichilia alausseniiの実から単離された長鎖アルキルラクトンの合成に応用した。さらに複雑な構造を有するアセトゲニン合成にこの方法論を適用し、ピラゴニシンの第二世代合成も達成した。2.坑ヘルペスウイルス活性を持った大環状糖脂質マクロビラシンAの合成研究シャープレスの不斉酸化反応等を利用して合成した長鎖オレフィンアルコールヘグリコシル化反応を行い、糖アルコール誘導体ならびに糖脂肪酸誘導体を合成した。これらを山口法によりカップリングさせて長鎖アルキルエステルとした後、分子内メタセシスに供すると高収率でマクロビラシンAの構成脂肪酸等価体が得られた。一方、長鎖アルキルエステルのメタセシス反応条件を詳細に検討したところ、分子間メタセシス反応も進行することが分かり、一気にマクロビラシンAの持つ42員環コアを構築することに成功した。バンレイシ科植物から単離されたピラゴニシン(1)ならびにカムバリニン(2)の合成研究を行った。その結果、1の最初の全合成を達成した。1の持つ環状エーテル部分は、最近申請者のグループで行ってきている鎖状β-アルコキシアクリレート誘導体のヨウ化サマリウムによる高選択的環化反応により構築され、ラクトン部位とのWittig反応によるカップリングで1を合成した。一方のカムバリニン(2)については、立体化学の一部が不明であるので、長鎖脂肪酸誘導体から3環性エーテルフラグメントのモデルの合成法を検討した。また、これまでのアセトゲニン全合成で環状エーテルフラグメントとγ-ラクトン部位の縮合は、SonogashiraカップリングかWittig反応によっていたが、反応基質によって、縮合収率が思わしくなく再現性にも問題を残す場面に幾度か遭遇した。そこで、より効率的な2成分連結法の開発を目的として、環状エーテル部とγ-ラクトンを分子間メタセシスでカップリングさせる方法論を考案した。この方法論の試みの最初の応用例として、Trichilia alausseniiの実から単離されたγ-ラクトン3の合成を検討した。まず、脱離しやすいβ-水酸基を持った3のコア部分を2,5-アンヒドロ-D-マンニトールから立体選択的に合成することに成功した。次いで、長鎖オレフィンとの分子間メタセシスを行ったところ、2成分連結が可能であることが分かった。この知見を基にγ-ラクトン3の合成を達成した。現在、この方法論の適用限界を探るため、より複雑な基質を調製しピラゴニシンの第2世代合成に応用中である。今後は、合成されたアセトゲニン類を、生物活性試験に供しバイオツールとしての機能を検証する予定である。

バンレイシアセトゲニン合成の新方法論として、環状工ーテル部とγ-ラクトンを分子間メタセシスでカップリングさせる手法を考案し、昨年度はその最初の試みとして、Trichilia alausseniiの実から単離されたラクトンの合成を行った。今年度は、さらに複雑なアセトゲニン合成への応用としてピラゴニシン(1)の合成を検討した。まず、分子内エーテル化反応による環状エーテル部分の効率良い合成を開発した。この合成研究途上では、メトキシメチル基の新規転位反応も見い出した。さらに、前年度合成に成功しているγ-ラクトン部位と環状エーテル部分を分子間メタセシスによりカップリングさせることに成功し、ピラゴニシン(1)の第二世代合成を達成した。ここで得られた知見は、坑ヘルペスウイルス活性を持った大環状化合物マクロビラシンA(2)の合成にも生かされた。まず、シャープレスの不斉酸化反応等を利用して合成したオレフィンアルコールヘグリコシル化反応を行い、糖アルコール誘導体ならびに糖脂肪酸誘導体を合成した。これらを山口法によりカップリングさせて長鎖アルキルエステル3とした後、分子内メタセシスに供すると高牧率で2の構成脂肪酸等価体が得られた。このものは加水分解を行うことによりC_<22^->構成脂肪酸へ変換された。一方、エステル3のメタセシス反応条件を詳細に検討したところ、分子間メタセシス反応も進行することが分かり、一気に2の持つ42員環コアを構築することに成功した。
DMDにおける新規スプライシング機構の証明

スプライシングでは、通常mRNAとラリアット型のイントロンRNAが生成する。本研究では、生体内のイントロンRNAに末端連結型が存在する可能性について検証した。これまでの結果、末端連結型はイントロンや生体組織に依存せず、普遍的に検出される可能性が示唆された。また、生体由来のtotal RNAを処理したRNase R耐性RNAには、予測されたイントロンRNAが含まれるだけではなく、第1エキソン領域の未知のRNAが多量に存在することが示唆された。デュシェンヌ型筋ジストロフィー症では、エキソンスキップ療法の有効性が検証されつつある。エキソンスキップ療法は、スプライシング機構の知見に基づくものであり、DMD遺伝子など疾患原因遺伝子の個別のスプライシング機構の検証は非常に重要である。我々は、個別の遺伝子についてイントロン産物の検出を行い、RNaseRによるイントロン性RNAの調製手法を確立した。これまでに、こうしたRNAプールに含まれるイントロンRNAの検出を行い、様々な未知のイントロン由来産物を検出している。本研究は、DMD遺伝子のイントロンにおいて、新たなイントロンRNA由来産物を検出した。この新規イントロン由来産物は、従来のブランチとは全く異なる部位で連続した配列を有しており、新規のスプライシング機構を示唆する。本年度の解析により、この新規イントロンRNA由来産物は、骨格筋を含めた様々な組織由来のtotal RNAから検出されることが明らかとなった。DMD遺伝子以外のハウスキーピング遺伝子でも、同様な新規イントロン由来産物が検出されることから、この新規のスプライシング機構が普遍的な機構であると示唆される。加えて、イントロン性RNAのタイリングアレイ解析の結果を精査した所、イントロンRNAを示唆するシグナルに加えて、第1エキソン近傍由来のRNA産物が多くの遺伝子で検出された。第1エキソン部分は、基本的にRNaseRにより分解されており、mRNAとは異なるRNase R耐性RNAが濃縮されたと考えられる。これらのRNAは、スプライシングを含めた転写後制御の動的側面を示すものであり、非常に重要な情報を有すると思われる。この治療法はスプライシング機構の知見に基づくものであり、DMD遺伝子など疾患原因遺伝子のスプライシング機構を個別に検証することは非常に重要である。我々は、特殊なRT-PCRによるイントロン産物の検出を行い、RNase Rによるイントロン性RNAの調製方法を確立した。これまでに、生体由来のtotal RNAに含まれるイントロンRNAの検出を試み、様々な未知のイントロン由来産物を検出している。本研究は、従来のブランチ型とは全く異なるイントロンRNA由来産物について検討を行った。この産物は、配列上イントロンの末端同士が連結した新規の構造を有する。このタイプは、DMD遺伝子の複数のイントロンで検出された。この産物は、骨格筋を含めた様々な組織由来のtotal RNAで見られた。また、ハウスキーピング遺伝子でも、イントロン末端同士が連結した産物が検出された。これらは、新規イントロ、ン由来産物を生成する新たなスプライシング機構の普遍性を示唆する。ただ、in vitroスプライシングと特殊なRT-PCRで増幅されたのは、末端の連結したイントロンではなく、典型的なブランチ型であった。in vivoとin vitroの違いは検討が必要となる。一方、イントロン性RNAのタイリングアレイ解析では、イントロンRNAを示唆するシグナルに加えて、第1エキソン周辺の特異的なシグナルが観察された。精査すると第3、21、22、及びX染色体で少なくとも80遺伝子が該当した。基本的にエキソン部分は、RNase Rにより減少する傾向にあるため、mRNAとは異なるRNase R耐性RNAの可能性が考えられる。これらのRNAは、スプライシングを含めた転写後制御の動的側面を示すものであり、非常に重要と思われる。
ナノ粒子人工流体の熱流動特性に関する基礎的研究

本研究の期間内に達成すべき目的は2つあった。第1はナノ粒子(数十数百ナノメートルのサイズ)を導電性および非導電性液体中に懸濁し、「物性制御を目的としたナノ粒子人工流体」を創製することである。たとえば、高粘性流体は、通常、低熱伝導性を有するが、金属系ナノ粒子を添加してナノ粒子流体化することによって、その流体的特性である粘性を変えることなく高熱伝導性を付与することが可能となる。第2は創製されたナノ粒子人工流体の熱流動特性(電磁特性、熱伝導性、キャビテーション特性など)を明らかにすることである。14年度は、昨年度製作したナノ粒子人工流体実験装置を用い、物性制御を目的としたナノ粒子人工流体の創製と熱物性値の測定を試みた。導電性・非導電性ナノ粒子およびカーボン・ナノ・チューブの水への懸濁を試みたが、ナノ粒子は互いに凝集するため、少量のアルコールを添加し超音波による攪拌を行った。目視の範囲ではかなり懸濁されたように観察され、ナノ粒子人工流体の熱伝導率測定結果は純粋な水より定性的に高い値を示したが、試験装置を改良し、容器内に対流を生じさせて伝熱面における熱伝達率を測定した。しかし、ナノ粒子人工流体は純粋な水の場合よりも逆に熱伝達率が低下するという結果を得た。測定中の粒子挙動を可視化観察したところ、壁面にナノ粒子が付着している様子が観察された。このことから、流体中にナノ粒子を懸濁した場合、流体自身の熱物性は向上できても、粒子の壁面付着による熱抵抗のために、対流挙動に伴う熱伝達は促進されないことが分かった。これは、ナノ粒子人工流体の一つの目標であった「ナノ粒子人工流体では物性値制御のみによる伝熱制御」は困難であったことを意味しており、本研究の当初目標は達成できなかったが、ナノ流体の熱流動特性を知る上で極めて貴重な知見を得ることができた。今後は、流体側の熱物性の制御性について研究を進めるととともに、伝熱面表面の特性を改良することでナノ粒子人工流体との間でのエネルギー輸送特性を改良する研究へ発展させていく予定である。本研究の期間内に達成すべき目的は2つある。特に、キャビテーション気泡は、通常、液体中の溶存気体が減圧沸騰を起こして生成されるが、その大きさや数は液体中の核生成過程で決まると考えられている。この生成核の大きさは熱力学計算から数ナノメートルの大きさであるから、人工流体中ではナノ粒子が沸騰核として働くことが期待でき、このナノ粒子誘起キャビテーション気泡発生過程を可視化計測で明らかにする。13年度は、次の2点を重点的に進めた。1)ナノ粒子を導電性および非導電性液体中に懸濁し、物性制御を目的としたナノ粒子人工流体の創製を試みた。金属系および非金属系のナノ粒子(数十数百ナノメートルのサイズ)およびカーボン・ナノ・チューブを入手した。しかし、測定が困難なため粒径分布は明確に出来なかったが、水中へのナノ粒子の懸濁特性を調べた。想定した状況より容易に分散できることが分かったが、溶媒液の密度調整が重要なことが分かった。ナノ粒子の濃度・分散特性のレーザーを用いた光学的手法(屈折率の変化)や分光学的手法(波長特性:既設のイメージインテンシファイアーを利用)で測定法について検討した。2)ナノ粒子人工流体実験装置を製作した。実験装置は、透明塩化ビニル製の試験部、循環ポンプ、ヒーター、温度調節器、流量計および配管・弁類から構成されている。試験部は加熱部を有する円筒であり、円筒中心軸上の空間に5本の高精度抵抗温度計を設置した構造である。また、熱対流状況の可視化が可能な構造とした。

目視の範囲ではかなり懸濁されたように観察され、ナノ粒子人工流体の熱伝導率測定結果は純粋な水より定性的に高い値を示したが、試験装置を改良し、容器内に対流を生じさせて伝熱面における熱伝達率を測定した。しかし、ナノ粒子人工流体は純粋な水の場合よりも逆に熱伝達率が低下するという結果を得た。測定中の粒子挙動を可視化観察したところ、壁面にナノ粒子が付着している様子が観察された。このことから、流体中にナノ粒子を懸濁した場合、流体自身の熱物性は向上できても、粒子の壁面付着による熱抵抗のために、対流挙動に伴う熱伝達は促進されないことが分かった。これは、ナノ粒子人工流体の一つの目標であった「ナノ粒子人工流体では物性値制御のみによる伝熱制御」は困難であったことを意味しており、本研究の当初目標は達成できなかったが、ナノ流体の熱流動特性を知る上で極めて貴重な知見を得ることができた。今後は、流体側の熱物性の制御性について研究を進めるととともに、伝熱面表面の特性を改良することでナノ粒子人工流体との間でのエネルギー輸送特性を改良する研究へ発展させていく予定である。
有孔虫安定同位体組成のバラツキを活かす：海洋底層環境指標の時空間評価へ向けた試み

底生有孔虫の個体別同位体比分散(バラツキ)という新しい尺度を活用して海洋底層環境指標の高精度化を試みること,また,これまで得られた海洋堆積物試料の積極的な再活用を目指すことを目的とした.本研究の目的は,底生有孔虫の個体別同位体比分散(以下,バラツキ)という新しい尺度を活用して海洋底層環境指標の高精度化を試みることにある.平成26年度は,Uvigerina属の個体別同位体比のバラツキの程度を見積もることによって,再堆積作用の評価ができると考え,その応用を試みた.これまでの私たちの研究で,Uvigerina属は安定同位体比の均質性が高く(個体分散が小さい),1個体でも環境指標としての活用に適していることがわかってきている.しかし,どの海域・深度で採取した個体でも海洋試料としての信頼性が高いというわけではない.検討試料には十勝沖および日高西方沖の大陸斜面から,産総研GH02/GH06航海にて採取された表層堆積物試料を用い,微量炭酸塩安定同位体システム(MICAL3c)で分析をおこなった.分析の結果,海底地形が複雑で海流環境が安定していない地点では有孔虫の個体別同位体組成は不均質で,比較的平坦で海流環境が安定している地点では均質な同位体値を示し再堆積が生じていないことを見出した.特に十勝沖では明らかに氷期の同位体値を示す個体が共存しており,再堆積の事実を明らかにするとともに,地点毎の再堆積の影響の違いも明確にすることができた.本研究の結果は,個体別の安定同位体組成を活用した再堆積の影響評価が可能であり,研究地点毎に環境指標としての信頼性を見積もる基礎データを提供できることを示す初めての研究成果となった.本研究の目的は,底生有孔虫の個体別同位体比分散(以下,バラツキ)という新しい尺度を活用して海洋底層環境指標の高精度化を試みることにある.昨年度は深海域に汎世界的に生息するUvigerina属の安定同位体比が均質であり,環境指標として適した底生有孔虫種であることを見出した.一方で、Bolivina spissaも深海域で広く産出されているが,環境指標としての有用性は未だわかっていなかった.またB. spissaの形態の特徴を大きく3タイプに分類できることも見出していた.そこで,B. spissaを形態ごとに分類し,各々の安定同位体組成に違いがあるのかどうかを検証した.さらにIslandiea norcrossi,Eiphidium batialisなどについても環境指標としての有用性を検討した.検討試料には十勝沖および日高西方沖の大陸斜面から,産総研GH02/GH06航海にて採取された表層堆積物試料を用い,微量炭酸塩安定同位体システム(MICAL3c)で分析をおこなった.B. spisssaは,3タイプともに酸素同位体値が同位体平衡値に近く,標準偏差が±0.1‰程度の範囲に収まっており非常に安定した値をとっている.この結果は、B. spisssaが水温指標として有用であることを明確にした.一方で炭素同位体値は携帯によって0.4‰程度の違いがあることがわかった.I.norcrossiは,U. akitaensisと同様に同位体平衡に近いことがわかり環境指標としての有用性が高いと認定できる.一方,E. batialisの安定同位体組成は他種よりも12‰低く,個体間のばらつきも大きい(±0.5‰程度).本年度の結果から,B. spissaとI. norcrossiは、環境指標としての信頼性が高いと認定することができた.今後は他地域でもB. spissaの同位体比特性を検証し、環境指標としての信頼性と汎用性をさらに確認する必要がある.底生有孔虫の個体別同位体比分散(バラツキ)という新しい尺度を活用して海洋底層環境指標の高精度化を試みること,また,これまで得られた海洋堆積物試料の積極的な再活用を目指すことを目的とした.研究実績でも述べたように,これまで分析不可能だった同位体比データを集積し,新たに高精度化された海洋底層環境指標の提示が可能になることを明らかにした.本研究は有孔虫の個体同位体組成分散(バラツキ)という新しい概念を活用した基礎研究であり,得られる成果はこれまで未知であるとともに,今後の有益な知見となる.さらに本研究の意義の1つに,国費によって得られた貴重な地球科学試料の積極的な再活用を可能にし,その付加価値を高め,有効活用を促進する点が挙げられる.地球環境の将来予測や,海洋資源探査に向けて,今後も多くの海洋試料が収集されて行く中で,本研究参画者それぞれの独自性を活かすことにより,新しい環境指標の基礎データの集約と汎用化を通じて,環境指標・環境試料それぞれのさらなる活用を可能にすることを明示した.また,個別に分析したデータは「研究データの再活用」を容易にすることを目的に,ユーザーが検索可能な形でデータ整理し公開することを計画しており,その基盤として有孔虫文献および模式標本の画像データベース(2002年から継続開発)を茨城高専にて再公開し,(http://www.foram.jp),実際の運用を開始することができた.安定同位体微古生物学平成27年度は本研究課題の最終年度であり,以下の研究目的に沿った研究を推進し,研究課題終了後の成果活用に向けた基礎データを蓄積する.最終的に現生・化石試料へ応用する際の活用方法や指針について明らかにし,今後の活用へとフィードバックする.1他地域との比較

底生有孔虫の種別安定同位体組成を評価する比較試料として,北西太平洋広域の表層堆積物から抽出済の有孔虫サンプルを用い,必要に応じて比較試料として活用する.2化石試料との比較同位体バラツキ指標の時空変遷を辿るために,北海道周辺で得られた柱状コア試料から底生有孔虫を抽出し,時代毎のバラツキ度合いの近似性の有無を明らかにする.近似性がありvitaleffectが小さい種については,特に海域・時代を問わない信頼性の高い底層環境指標として認定し,今後の活用指針を提示する.3データ集積と可視化得られた分析結果をもとに有孔虫同位体データのデータベース化を試行するとともに,北海道周辺における底生有孔虫同位体組成2次元マッピングとの連携をはかる.本研究課題初年に当たる平成26年度は研究費を当初の目的に沿っておおむね使い切っている.平成27年度も研究計画に沿って研究課題を推進できる予定であり,分析に関わる消耗品や試料選定および学会参加などの旅費,研究成果の取りまとめに用いる.
歪み場STMを用いたグラフェンの歪みと電子状態計測

材料に歪みを導入すると、その物質に固有な格子定数の変化が引き金となり、電子状態、バンド構造、材料強度など様々な物性に変化が生じる。本研究ではグラフェンに歪みを印加し、その電子状態を制御する手法の開発を行う。電子状態の検出には走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いる。グラフェンに制御された歪みを導入する方法として、単層グラフェンシートが載った基板に裏面から圧子をあてて、機械的に曲げ変形を起こさせ、表面に引っ張り歪みを導入する。これを実施するために、前年度、超高真空-低温STM中で曲げ試験の可能な歪み印加STM用試料ホルダーの試作を行った。本年度はこの試料を用いて、PET基板上のグラフェンを曲げて応力印加を行い、低温STM計測を行った。応力印加中のグラフェンの原子分解能計測に成功した。一方、トンネル分光を行い電子状態計測を行ったが、応力印加前と変化は見られなかった。そこで、同試料について、同様な曲げ試験および引っ張り試験の実施が可能なラマン分光測定装置用の試料ホルダーを製作し、テストを行った。その結果、グラフェンの2Dバンドのシフト量から換算して、グラフェン自身に導入されている歪み量は0.4%程度あることが判明した。基板を大きく曲げているにも関わらずグラフェンに十分な歪みが導入されなかった原因として、グラフェンと基板を同時に固定している押さえ板周辺でグラフェンが破損し、表面歪みが最大と考えられる領域ではグラフェンと基板がすべりを起こしたためと推察される。本来グラフェンが持つ電子状態を保持するために、グラフェンと相互作用の弱い基板を利用したために、期待した歪み導入に至らなかった。このような結果になったため、グラフェンの歪みを導入するための次の方策が必要である。当初から計画していた曲げ試験による方法では、基板上のグラフェンに十分な歪みが導入されないことが判明した。そのため期待したグラフェンの電子状態変化が検出できなかった。次の方策として、インデンテーション法を提案するが、それを利用するためにSTM装置の改造作業を行ったため、全体の進捗はやや遅れることとなった。グラフェンへの歪み導入法として、曲げ試験による方法から転換し、圧痕を利用する方法を採用する。これはビッカーズ試験のようなインデンテーションを行い、圧痕周辺に導入される歪みを利用する。インデンテーション法では、グラフェンは基板に強く押し付けられるために、基板とのすべりが起こらず、これまで以上に歪みがグラフェンに導入されると期待される。これを実施するために、超高真空中で動作するインデンターの試作とテストを経て、グラフェンへの歪み導入を目指す、材料に歪みを導入すると、その物質に固有な格子定数の変化が引き金となり、電子状態、バンド構造、材料強度など様々な物性に変化が生じる。グラフェンが設置された基板を機械的に変形することにより、引っ張りまたは圧縮応力を発生させる機構をSTMヘッドに組み込む。本年度は、これまで開発を行ってきた、低温STM用応力印加機構内蔵型試料ホルダーの動作試験を行った。応力印加を試みる試料には、マイカ基板上に蒸着法で作製されたAu(111)単結晶薄膜とPET上に転写された単層グラフェンを用いた。室温でマイカ基板の裏面から圧子を押し当てることにより基板変形を行い、Au(111)表面に引っ張り応力を印加すると、<110>方向に沿ったステップで囲まれた数nm数十nm程度の寸法をもつテラス形状へと表面の再構成が起こった。このような顕著なテラス形状の変化は、応力印加によって表面原子の拡散が起こったと解釈しないと説明ができない。一方、同実験を液体窒素温度(77K)で試みるとテラス形状の大きな変化を伴う再構成は起こらず、<110>方向に沿ったステップが多数出現した。低温では原子の拡散が抑制され、応力印加によってすべり変形だけが起こり多くのステップが出現したと考えられる。これらの観察結果は、室温と低温の両方において、試料に引っ張り応力印加が実現されていることを示しており、製作した応力印加機構が正常に動作していることを確認できた。また、PET上のグラフェンにおいても、応力印加前後で原子分解能STM観察に成功した。STM用の応力印加機構の動作試験を行い種々の薄膜材料に歪み印加を行いながらSTM計測できる実験環境が整ったことが確認できた。また、同機構を使用して、グラフェンの原子分解能STM像の取得に成功した。

一方、トンネル分光を行い電子状態計測を行ったが、応力印加前と変化は見られなかった。そこで、同試料について、同様な曲げ試験および引っ張り試験の実施が可能なラマン分光測定装置用の試料ホルダーを製作し、テストを行った。その結果、グラフェンの2Dバンドのシフト量から換算して、グラフェン自身に導入されている歪み量は0.4%程度あることが判明した。基板を大きく曲げているにも関わらずグラフェンに十分な歪みが導入されなかった原因として、グラフェンと基板を同時に固定している押さえ板周辺でグラフェンが破損し、表面歪みが最大と考えられる領域ではグラフェンと基板がすべりを起こしたためと推察される。本来グラフェンが持つ電子状態を保持するために、グラフェンと相互作用の弱い基板を利用したために、期待した歪み導入に至らなかった。このような結果になったため、グラフェンの歪みを導入するための次の方策が必要である。当初から計画していた曲げ試験による方法では、基板上のグラフェンに十分な歪みが導入されないことが判明した。そのため期待したグラフェンの電子状態変化が検出できなかった。次の方策として、インデンテーション法を提案するが、それを利用するためにSTM装置の改造作業を行ったため、全体の進捗はやや遅れることとなった。(1)Au(111)表面に弾性変形領域を超えた引っ張り応力印加を行うと、原子拡散を伴いテラス形状の再構成が起こるという興味深いデータが得られた。応力印加と表面再構成の関係を詳細に調べ、さらにグラフェンが載ったAu(111)表面の場合の実験方法を検討していく。(2)PET上のグラフェンおよび銅フォイル上のグラフェンについて、応力印加を行いながら、形状や電子状態に変化を探る。グラフェンへの歪み導入法として、曲げ試験による方法から転換し、圧痕を利用する方法を採用する。これはビッカーズ試験のようなインデンテーションを行い、圧痕周辺に導入される歪みを利用する。インデンテーション法では、グラフェンは基板に強く押し付けられるために、基板とのすべりが起こらず、これまで以上に歪みがグラフェンに導入されると期待される。これを実施するために、超高真空中で動作するインデンターの試作とテストを経て、グラフェンへの歪み導入を目指す、
微細藻類の電子顕微鏡観察による脂質蓄積部位及び蓄積機構の解析

植物科学は、高バイオマス作物の育種をはじめ、環境関連技術を武器にしたグリーンイノベーションに大きく貢献できると期待されている。その中でも、微細藻類は、新たな高バイオマス材料として注目されているが、藻類が光合成で得た光エネルギーを脂質やデンプンとして細胞中にどのような形で蓄えるのかは、不明な点が多い。微細藻類での貯蔵脂質の蓄積機構が解明できれば、バイオエネルギー生産の制御が可能となり、藻類の細胞中でバイオ燃料や有用物質を高効率に生産するための技術創出が期待される。従って、本研究では、電子顕微鏡による微細藻類の形態観察によって、微細藻類の脂質蓄積部位を明らかにし、脂質蓄積機構を解明するための情報を得ることを目的とした。微細藻類の電子顕微鏡用試料作製については、モデル藻類であるクラミドモナスを用いて検討した。これまでの類縁生物種の知見や情報を集約し、脱水剤、洗浄液などの実験工程で用いる各種溶媒や浸透樹脂の種類、温度、時間等を検討し、脂質が良好に保存され、かつ細胞機能を正しく評価できるような、電子顕微鏡用試料作製技術を確立した。次に、透過型電子顕微鏡による形態観察によって、生育条件の異なるクラミドモナスでは、栄養欠乏条件の違いにより、脂質蓄積部位が異なることが示された。さらに、脂質の蓄積部位は、培養時間に応じて変化する兆候がみられた。これらは、微細藻類での複雑な脂質蓄積メカニズムを反映しているものと考えられる。
脳のレイヤー形成を制御する蛋白質のプロテオリシスとトラフィッキングに関する研究

脳の層構造形成に必須の分泌蛋白質リーリンと、その機能発現に必須とされる細胞内蛋白質Dab1について生化学的・細胞生物学的解析を行い、以下のことを明らかにした。(1)リーリンを受容した細胞内でリン酸化を受け、さらに下流へシグナルを伝える分子と考えられてきたアダプター蛋白質Dab1が、リーリン受容体(VLDLR及びApoER2)の成熟(小胞体もしくはゴルジ体における)及び膜表面への輸送を制御している事を見いだした。また、Dab1はリーリンのエンドサイトーシスをも調節することを見いだした(Morimura et al. J. Biol. Chem.)。これらの結果から、Dab1の真の機能は、リーリン分子の細胞内外でのトラフィッキングを制御することであることが示唆された。(2)リーリンの特異的抗体を用いたカラムを作製し、リーリンを精製することに成功した。精製したリーリンは極めて不安定であり、水溶液中で数日以内にはほとんど検出できなくなることが解った。しかし非常に驚くべき事に、血清脂質や脳脂質抽出物を加えるとリーリンの安定性が飛躍的に増大することを発見した。このことは、リーリンには何らかの脂質性物質を結合する性質があり、それによってその機能が制御されていることを強く示唆する。(3)リーリンのC末端領域には塩基性アミノ酸残基に富む領域が存在する。この部分によってリーリンは細胞外基質(おそらく硫酸基を持つもの)と弱く相互作用することを発見した。哺乳動物の脳が形成される際には、神経細胞は主に脳室領域(脳の内側)において運命決定され、順次表層側へ移動していく。3,461アミノ酸残基からなる巨大分泌蛋白質リーリン(reelin)はこの神経細胞移動を司る分子であり、その遺伝子変異はマウス・ヒトの両者において脳の形成異常を引き起こす。一般にリーリンは、神経細胞上に存在する受容体(リポ蛋白質受容体ファミリーに属する、ApoE受容体及びVLDL受容体)に結合して、細胞内蛋白質Dab1のリン酸化を引き起こし、それがさらに下流シグナルへつながると考えられている。しかし今日に至るまでそのような下流分子は見つかっておらず、リーリンによるシグナル機構の実体は依然として全く不明である。生体内(脳)や培養細胞上清中で、リーリンの多く(全体の48割程度)が分解産物として存在することは既に知られている。申請者はリーリン分子の変異体や、エピトープタグを挿入したものを作製し、それらの分解や抗体反応性を調べた。その結果、リーリンには二ヶ所の特異的分解部位が存在することを見いだした。また、リーリンを切断するプロテアーゼに関しては、メタロプロテアーゼによるという説と、リーリン自身がセリンプロテアーゼであるため自己触媒的に分解するという説がある。後者の可能性を確認するため、活性セリン残基とされる部位を他のアミノ酸で置換した変異体を作製し、その分解を調べたところ、野生型リーリンと全く変化が認められなかった。一方、初代培養神経細胞の培養上清によってリーリンの分解は促進され、それは亜鉛キレーターで阻害された。よって、後者の可能性は否定され、前者の説が正しいと思われる。
磁場印加で薬剤を放出する多層カプセルの開発－その微細構造と超常磁性の複合制御

交流磁場の印加により発熱する多孔質酸化鉄粒子は、搭載した薬剤の放出を外部から制御出来るドラックデリバリーキャリアとしての応用が期待される。本研究では、リン酸鉄水和物粒子を水酸化ナトリウム溶液に浸漬させることにより、カプセル状の多孔質酸化鉄粒子を作製した。また、還元雰囲気下での熱処理により、その粒子を交流磁場印加で発熱させることに成功した。さらに、オキシ水酸化鉄粒子に還元熱処理を施すことにより、交流磁場印加で発熱する針状の多孔質酸化鉄粒子も作製した。リン酸鉄粒子をアルカリ溶液へ浸漬すると、リン酸鉄が溶解した直後に酸化鉄ナノ粒子がその場で再析出する脱成分反応が粒子表面から内部に向かって徐々に進行するため、酸化鉄ナノ粒子で構成された多層カプセル粒子が得られる。本研究では、その微細構造および磁気特性を複合的に制御することにより、交流磁場の印加で内部の薬剤を調節して放出できる機能を備えたドラッグデリバリー用粒子の開発を目的とする。上述の脱成分プロセスで作製した多層カプセル粒子は、フェリ磁性体のマグヘマイト(γ-Fe2O3)のナノ粒子で構成されており、超常磁性を示すが、粒子のサイズが小さいため、交流磁場を印加しても殆ど発熱しない。そこで、本年度は、多層カプセル粒子を構成する酸化鉄ナノ粒子のサイズおよび超常磁性の制御に取り組んだ。粒子のサイズを増大させるために、3価の鉄のみで構成されたマグヘマイトに大気中で熱処理を施すと、ヘマタイト(α-Fe2O3)への変態が生じる。ヘマタイトは反強磁性体であり、交流磁場を印加しても殆ど発熱しない。そこで、マグヘマイトのナノ粒子で構成された多層カプセル粒子に還元雰囲気下で熱処理を施した。その結果、マグヘマイトを構成する鉄の一部が2価に還元されてマグネタイト(Fe3O4)が形成されるため、ヘマタイトへの変態が抑制されることが明らかになった。さらに、適切な条件下で還元熱処理を施すことにより、交流磁場の印加で発熱する多層カプセル粒子の作製に成功した。28年度に取り組む予定であった交流磁場の印加により発熱する酸化鉄ナノ粒子で構成された多層カプセル粒子の作製を本年度に実現することに成功した。有効な抗ガン剤の多くは、体内で吸収および分解されて強い副作用を引き起こし、患部に到達する前に効力を失うことが懸念されるが、ドラックデリバリーキャリアに搭載すれば薬剤を保護できる。しかし、保護性の高いキャリアほど、薬剤は放出されにくい。そのため、搭載した薬剤の放出を外部から制御出来るドラックデリバリーキャリアの開発が求められている。そこで、本研究では、酸化鉄微粒子が交流磁場の印加により発熱する現象を利用して、交流磁場の印加で薬剤を調整して放出できるドラックデリバリーキャリアの開発に取り組んでいる。本年度は、オキシ水酸化鉄粒子に熱処理を施すと酸化鉄に変態することに着目し、レピドクロサイト(γ-FeOOH)と呼ばれるオキシ水酸化鉄粒子を出発素材として交流磁場の印加で薬剤を調整して放出できるドラックデリバリーキャリアの開発に取り組んだ。針状のレピドクロサイトのサブミクロン粒子に水素とアルゴンの混合ガス雰囲気下において還元熱処理を施した結果、粒子サイズおよび形態を保持した状態で、粒子内部に数十nm程度のサイズの空隙が形成することが明らかになった。X線回折測定およびX線吸収分光測定の結果、還元熱処理後の試料はマグネタイト(Fe3O4)およびマグヘマイト(γ-Fe3O4)の混相であった。すなわち、レピドクロサイト粒子に還元熱処理を施すことにより、酸化鉄で構成された多孔質粒子が得られる。さらに、交流磁場の印加による発熱が確認された。従って、レピドクロサイト粒子に還元熱処理を施して作製した多孔質酸化鉄粒子は、交流磁場の印加で薬剤を調整して放出できるドラックデリバリーキャリアとしての応用が期待される。レピドクロサイト粒子を出発素材とすることで、当初計画よりも簡便なプロセスにより交流磁場の印加で発熱するドラックデリバリーキャリアの作製に成功した。昨年度までの研究において、レピドクロサイト(γ-FeOOH)と呼ばれるオキシ水酸化鉄粒子の還元熱処理により酸化鉄で構成された多孔質粒子が得られた。また、交流磁場の印加による粒子の発熱も確認された。本年度において熱処理条件の影響を調べた結果、大気中での熱処理でもレピドクロサイト粒子から酸化鉄で構成された多孔質粒子の作製に成功した。また、その多孔質粒子は、交流磁場の印加により、還元雰囲気中で作製した多孔質粒子よりも優れた発熱特性を示した。さらに、その多孔質粒子に搭載した薬剤の放出は、交流磁場の印加により促進されることが明らかになった。従って、レピドクロサイト粒子を出発素材として作製した酸化鉄で構成された多孔質粒子は、交流磁場の印加で薬剤を調整して放出できるドラックデリバリーキャリアとして応用が期待出来る。

交流磁場の印加により発熱する多孔質酸化鉄粒子は、搭載した薬剤の放出を外部から制御出来るドラックデリバリーキャリアとしての応用が期待される。本研究では、リン酸鉄水和物粒子を水酸化ナトリウム溶液に浸漬させることにより、カプセル状の多孔質酸化鉄粒子を作製した。また、還元雰囲気下での熱処理により、その粒子を交流磁場印加で発熱させることに成功した。さらに、オキシ水酸化鉄粒子に還元熱処理を施すことにより、交流磁場印加で発熱する針状の多孔質酸化鉄粒子も作製した。29年度に行う予定であった計画を前倒しで行う。具体的には、作製した多層カプセル粒子にモデル薬剤として抗ガン剤を搭載し、その安定性および交流磁場印加によるその放出特性を調べる。リン酸鉄粒子およびレピドクロサイト粒子を出発素材として作製した多孔質酸化鉄粒子にモデル薬剤として抗ガン剤を搭載し、その安定性および交流磁場印加による放出特性を調べる。材料物性今年度の研究を効率的に遂行したことで次年度使用額が発生した。今年度の研究を効率的に遂行したことで次年度使用額が発生した。平成28年度の予算と合わせて、研究遂行に有効に使用する。平成29年度の予算と合わせて、研究遂行に有効に使用する。
高周期元素を含む高配位化合物の反応性とその制御に関する理論的研究

有機化学的にRNAを合成しようとする場合には、エステル交換反応による異性化を制御するために、ヌクレオチドモノマーのリン酸部分に様々のエステル性置換基を導入する手法がとられている。本研究はエステル交換反応の反応性を決定する要因を明らかにしてより効率的な異性化反応制御法を開発するための指針を得ることを目的とした。研究にあたっては問題を次の二点に分類して考えた。(1)リン酸エステル交換反応の五配位中間体での異性化を決定する反応の進行の可否。(2)五配位中間体生成の可能性に対する置換基の影響。(1)の観点では擬回転反応に対する置換基効果、secondary ringの効果を調べることになる。(2)では五配位体の安定性に対する置換基効果を明らかにすることになる。(1)については五配位中間体ではt-ブチルエステル置換基を持つ場合でもメチルエステル置換基を持つ場合でも異性化反応の反応性にほとんど変化が見られないという結果が得られた。(2)については、メチル、エチル及びi-プロピルエステルを持つモデルの反応においては、五配位体形成による安定化は同じ程度である。これに対して、t-ブチルエステルモデルときは五配位体の相対的安定性が他の場合と比較して低いことが明らかになった。これは、t-ブチルエステル置換基を導入した場合には異性化を抑制できるという実験結果と一致している。〈R-O-PはR=Me,Et,i-Prの場合にくらべ、R=t-Buの場合は5°程度広がっている。結合角のひずみのために五配位体形成時の安定化がかなり打ち消されるものと考えられる。t-ブチルエステル基をもつ化合物でエステル交換反応が起こらないのは、五配位中間体が不安定なため、擬回転反応による異性化が進行するための出発点にすら到達できないためといえる。以上の結果より、五配位中間体の安定性そのものを変化させ、(2)の反応過程を制御して異性化反応の反応性を操作可能にできると考えられる。上記以外に、第一遷移系列六配位型二価イオンの水交換反応についての理論的研究も行ったが紙面の都合上省略する。