hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
中性子照射による超伝導特性変化の機構解明

ニオブ錫線材を対象として原子炉で中性子照射を行い、照射後、磁化特性を測定するとともに、磁場中での臨界温度を計測し、超伝導特性に及ぼす中性子照射の影響を検討した。その結果、0.1 MeV以上のエネルギーを持つ中性子を1平方メートル当たり10の22乗個照射すると、臨界電流が増加し、同じく10の24乗個照射すると超伝導特性を示さなくなることを明らかにした。中性子照射によって磁束のピン止め力が強化され、臨界電流が増加したと考えられる。15.5T超伝導マグネットを用いて、中性子照射したNb_3SnもしくはNb_3Al線材の中性子照射後の超伝導特性変化を評価するため、4Kから20K程度までの温度範囲で、最大試料電流500Aの通電が可能な温度可変インサートを設計製作し、その動作特性を評価した。その結果、所定の試験条件での超伝導特性評価試験が可能であることが明らかになった。中性子照射した試料での試験では、試料の溶損対策が重要であり、通電電流の緊急遮断システムの確実な動作が必要である。温度可変インサートの設計、製作と並行して、研究用原子炉で0.1MeV以上のエネルギーを持つ中性子を1.0x10^<22>n/m^2および4.3x10^<24>n/m^2照射したNb_3Sn、Nb_3Al線材を準備し、照射後の磁化特性をSQUIDで測定した。Nb_3Sn線材では、1.0x10^<22>n/m^2の中性子照射によって磁化-磁場の履歴曲線が全体として大きくなり、照射によって臨界電流ならびに臨界磁場が増加していることが示唆されている。しかし、4.3x10^<24>n/m^2の中性子照射の場合には4.5Kにおいてほとんど超伝導特性を示さなくなった。一方、Nb_3Al線材では、1.0x10^<22>n/m^2の照射でもほとんど履歴曲線の大きさは変化せず、4.3x10^<24>n/m^2の照射では、Nb_3Snと同様、超伝導特性を示さなくなった。しかし、照射後に適切な熱処理を行うと、ほぼ未照射材のレベルにまで磁化特性が復帰した。これらのことから、中性子照射による弾き出し効果によって臨界電流は増加する可能性があるが、多量の照射を行うと臨界電流は低下し、やがて超伝導特性を示さなくなることを明確にした。放射線管理区域内に導入した15.5T超伝導マグネットと温度可変インサートを用いて、Nb3Sn線材の臨界磁場-臨界温度関係を検討した。原子炉照射によって1.0x10^<22>n/m^2の中性子を照射した試料と未照射の試料ともに、測定した範囲内では臨界磁場-臨界温度の間にほぼ線形の関係が認められた。しかし、臨界磁場-臨界温度関係の傾きは、中性子照射した試料の方が大きくなり、外挿される4.2Kでの臨界磁場は中性子照射によって高くなるであろうことが示唆された。これは、照射欠陥が適度に導入されると、磁束のピン止め力が増し、より高い磁場においても超伝導電流が流れ続けることができるためと考えられる。一方、傾きが大きくなることにより臨界温度は低下する。4.3x10^<24>n/m^2照射した試料では超伝導を示さなくなることをすでに明らかにしており、照射欠陥の増加により、A15結晶構造の規則性が乱され、臨界温度が低下するものと考えられる。1.0x10^<22>n/m2照射した試料の高磁場での磁化測定を、管理区域内に設置されているSQUIDを用いて検討した。その結果、磁場が高くなるほど常伝導状態での反磁性特性が強くなり、また、中性子照射量が増加するほどその反磁性特性が顕著になることが明らかになった。この常伝導状態での反磁性は超伝導素線の構成材料である銅の影響によるものであると考えられる。超伝導状態へ移行後は緩やかに反磁性を示し、磁化特性から臨界温度を定義するのは容易ではない。このように、Nb3Sn線材の超伝導特性に及ぼす中性子照射の効果は、照射欠陥の導入と結晶構造の規則性の乱れによって定性的に説明できる。核融合や高エネルギー分野では、中性子被ばく環境でNb3Sn線材を用いた超伝導磁石を使用する計画である。そのような環境での超伝導特性の変化を検討するため、Nb3Sn線材を原子炉照射し、その後放射線管理施設内に設置した15.5T超伝導磁石を用いて照射した超伝導線材の臨界温度、臨界電流の変化を検討した。原子炉で0.1MeV以上の中性子を1.0E+22 n/m2照射した場合、9Kから14Kの範囲で、臨界磁場が上昇した。臨界磁場と温度の関係は、照射した場合の方が負の傾きが大きく、そのまま線形に4Kでの臨界磁場を外挿すると照射によって臨界磁場が上昇することになる。

14MeV中性子を2.65E+21 n/m2照射した試料では、4.5Kでの臨界電流は13Tから24Tの範囲で増加している。SQUIDによる磁化特性の変化からも中性子照射によって臨界電流が増加していることがうかがわれる。これらの実験事実から、中性子照射による超伝導特性は次のような機構によって変化するものと考えられる。ある一定の照射量までは、中性子照射によって照射欠陥が金属組織内に導入され、その照射欠陥が磁束のピン止め力を増加させ臨界電流が増加する。この照射欠陥は臨界磁場をも増加させる。しかし、照射量が多くなるとA15型結晶の破壊が進行し、超伝導特性を次第に失って行くものと推察される。これまでになされている研究には系統性が少なく、試料や照射条件、評価手法などが統一されていない。従って、定量的な評価はかなり難しい状況にあり、定量的評価に向けた研究が進展することが期待される。中性子照射実験が予定通り実施され、中性子照射したNb3Sn線材の臨界磁場、臨界温度の結果が得られつつある。実験手法そのものが不明確であったが、かなり精度良い実験が可能となり、実験効率も上がってきている。24年度が最終年度であるため、記入しない。これまで確立してきた実験手法によって、中性子照射材料の超伝導特性変化をより詳細に検討する。Nb3Al線材についても、できるだけその特性変化を明らかにし、超伝導特性変化の機構を説明できるようにする。
種々の官能基を有するエポキシドのクリーンな製造法の開発

本年度は高性能なMWW型チタンシリケート(Ti-MWW)合成法の確立,大分子酸化へ適用するための修飾法の開発およびそれら触媒のアルケンの液相酸化への応用について検討を行なった。Ti-MWWの合成法として、ホウ酸を結晶化助剤に用いる水熱合成法、三次元MWWシリケートとその層状前駆物質の間の構造可逆転換を可能にしたポスト合成法および合成ゲルにフッ酸の添加によりホウ酸助剤を大幅に低減した合成法を開発した。合成または処理温度、時間、pH、型剤の種類、結晶化助剤と促進剤の添加等の様々な条件を検討し、触媒の幾何構造、粒子のサイズと形態の制御条件とチタン導入量の最適化条件を確立した。さらに、Ti-MWWに対して層剥離処理と層間拡張処理を行い、広い反応場を持つゼオライト触媒への変換を図った。上記三種類のTi-MWW触媒をシンプルアルケン(1-hexene)の過酸化水素の液相酸化に適用してその触媒特性を検討した。ポスト合成法とフッ化物法で調製したTi-MWWは、水熱合成したものより遥かに高いエポキシ化活性を示した。その原因はポスト方とフッ化物法で通常の水熱合成法で導入できない新しいチタン種を結晶骨格中に挿入したことてあることがわかった。層剥離と層構造拡張処理によって得られたものは環状アルケンのエポキシ化に対して高い触媒活性を示し、大分子の酸化に応用できることも明らかとなった。本年度は多様なゼオライト合成法を駆使して種々のチタンシリケートを調製し、それら触媒のアルケンの液相酸化活性を評価した。通常の水熱合成法と固相転化法を用い、直接にチタンを導入した結晶性チタンシリケート(TS-1,Ti-BetaとTi-MWW)と非晶性チタンメソポーラス触媒(Ti-MCM-41、Ti-MSU-G)を調製した。温度、時間、pH、型剤の種頚、結晶化助剤と促進剤の添加等の様々な条件を検討し、触媒の幾何構造、粒子のサイズと形態および細孔の大きさを制御しながらチタン導入量の向上方法を確立した。直接法でチタンの導入が難しいモルデナイト(MOR)、Y(FAU)、とSBA-15場合、チタン源(Ticl_4とTBOT)による気相または液相処理法(post-synthesis法)で調製した。得たチタンシリケート触媒について結晶構造X線回折法(XRD)と固体NMRで、チタン種の存在状態と周囲の構造を赤外、紫外可視分光法で調べ、チタンは骨格サイトに四配の状態で存在することを明らかにした。また、疎水性は水吸着によりTS-1>Ti-MWW>Ti-Beta>>Ti-SBA-15の順で低下することがわかった。上記のチタンシリケート触媒をシンプルアルケン(1-hexene)の過酸化水素または有機過酸化剤の液相酸化に適用してその触媒活性を測定した。結晶性チタンシリケートは、親水性のチタンメソ多孔物質触媒より遥かに高いエポキシ化活性を示した。さらに、種々の結晶性チタノシリケートの中でTi-MWWは最も高い触媒活性をしめし、今まで最も有効なアルケン液相酸化触媒であることがわかった。
積雲対流起源の大気重力波の大規模モデリングによる研究

近年、積雲対流により励起され鉛直伝播する小規模重力波が、成層圏・中間圏において果たす役割の認識が高まっている。研究代表者はこれまでに、世界に先駆けて、積雲対流を陽に再現する領域気象モデルを用いて地表から高度100kmまでの大気重力波をシミュレートすることに成功した。本年度は、中間圏界面付近での重力波の砕波に伴う大気光擾乱の発生過程ならびに電離層プラズマ擾乱への影響過程を調べる一方で、対流圏における大気重力波励起の理論的検討ならびにスマトラ島での事例への適用を行った。積雲対流による重力波励起の高分解能(水平0.5km,鉛直0.3km)計算を行い、大気光の一つである酸素原子の557.7nmの発光強度を見積った。これにより、大気光の地上観測にしばしば見られる縞構造がモデルで再現された。結果の詳細な解析を通じ、モデル中の砕波においては、幅10km程度の縞模様を産み出す秩序構造と、より小規模な乱流が共存していることが明らかになった(Horinouchi, 2004)。また、Yokoyamaによる電離層プラズマモデルの計算の入力データとして用い、スポラディックE層におけるプラズマ擾乱生成の新しいメカニズムを発見した(Yokoyama et al., 2004)。一方で、積雲対流による大気重力波励起に関する理論的研究を行った。励起の「パラメタリゼーション」という形での従来理論と、数値実験結果の比較により、従来の理論の問題と、その解決のための提案を行った(Chun, Song, and Horinouchi, J.Atmos.Sci.,投稿中)。また、山岳を含む場での現実的な重力波励起を調べるべく、スマトラ島でのキャンペーン観測にあわせた雲分解数値実験を行った(投稿準備中)。研究代表者は、前年までに世界に先駆けて、積雲対流を陽に再現する領域気象モデルを用いて地表から高度100kmまでの大気重力波をシミュレートすることに成功した。本年度は、中間圏界面(高度100km)付近での重力波の砕波に注目し、様々な数値実験により研究をさらに発展させ、また、新たに大気光への影響の過程を明らかにした。まず、モデルの水平・鉛直解像度を変えた一連の実験を行い、これまでの比較的低解像度(水平1.5km,鉛直0.5km)な実験で見いだされた重力波の砕波が、定性的に正しいことを確認する一方で、より高解像度(水平0.5km,鉛直0.3km)な実験により砕波のメカニズムを詳しく診断した。さらに、計算結果より、大気光の一つである酸素原子の557.7nmの発光強度を見積った。これにより、大気光の地上観測にしばしば見られる縞構造がモデルで再現されることが明らかになった。結果の詳細な解析を通じ、モデル中の砕波においては、幅10km程度の縞模様を産み出す秩序構造と、より小規模な乱流が共存していることが明らかになり、また、この結果が大気光観測に見られた著名な砕波現象を説明することも示した。(以上Horinouchi,2004)次いで、本研究を電離層擾乱の研究に応用した。領域気象モデルによる地表から高度110kmまでの計算と、電離層プラズマモデルを組み合わせることで、スポラディックE層におけるプラズマ擾乱生成のメカニズムに、今まで知られていなかったものがあることを見いだした(Yokoyama, Horinouchi, Yamamoto, Fukao, JGR投稿中)。また、上記の研究以外にも、幾つか理論及び観測に関する成果を得た(発表論文)。
軟骨内タンパク質輸送の新機構:多層トランスサイトーシス

軟骨は無血管の組織で従来軟骨内タンパク質輸送は拡散によるものと考えられていた。本研究では、軟骨に発現するLow-density lipoprotein receptor-related protein-1(LRP-1)が結合組織成長因子/CCNファミリー2(CTGF/CTGF/CCN2/CCN2)をトランスサイトーシスすることにより軟骨内を輸送すること、すなわち、軟骨に拡散以外のタンパク質輸送機構が存在することを明らかにした。また、軟骨特異的LRP-1欠損マウスを作成し、骨格異常が認められることを明らかにした。次いで、変異動物を用いた統合的検証をすべく、軟骨組織でのみlrp1の欠損した変異(Col2CreLRP1flox/flox)マウスを作成し、得られた変異動物の表現型を解析した。その結果、LRP-1が軟骨組織の発生に大きく関与していることが明らかとなった。即ち、まず、Col2CreLRP1flox/floxマウスが骨格異常を来たすことを明らかにした。具体的には、Col2CreLRP1flox/floxマウスの肋骨に対する肋軟骨の割合が野生型マウスと比べて大きくなった。また、野生型マウスの胸郭の形状は楕円形を示すのに対し、変異型マウスでは第1肋骨から第12肋骨にかけ広がった釣鐘状を呈した。さらに、変異型マウスでは脊椎にも異常が認められ、野生型と比較し、頸椎の幅は広く、短く、脊椎と脊椎の間も狭かった。ほとんどのCol2CreLRP1flox/floxマウスが出生直後に死亡してしまうが、まれに出生後も成長する変異型マウスも存在し、このマウスは骨格異常により低身長を呈することも明らかとなった。2か月齢の変異型マウスの脛骨軟骨部を採取し、アルシアンブルー染色を行ったところ、変異型マウスの軟骨細胞は野生型マウスの軟骨細胞と比べ丸い形状を呈していた。また、成長板軟骨部においては、野生型で認められる軟骨細胞が整然と並ぶカラム構造が、変異型マウスでは乱れていた。さらに、変異型マウスの関節軟骨部においては、野生型マウスと比較し、関節表層から二次骨化中心までの厚みの増加が認められた。これらの結果よりLRP1は軟骨/骨の発達に総合的に機能することによって生命を維持することが示唆される。(1)エンドサイトーシスにおけるLRP-1の役割の検討siRNAを用いヒト軟骨細胞様細胞株HCS-2/8細胞でのlrp-1の発現をノックダウンし、CTGF/CCN2(以下CCN2と略す)のHCS-2/8細胞への結合を検討した結果、lrp-1ノックダウンHCS-2/8細胞では減少がみられた。またHCS-2/8細胞にLRP-1のアンタゴニストであるreceptor-associated protein (RAP)を作用させ、CCN2のHCS-2/8細胞への結合を検討した場合でも、lrp-1ノックダウン時と同様にCCN2総結合量は減少した。(2)軟骨細胞におけるトランスサイトーシスの検証および(3)軟骨細胞でのトランスサイトーシスにおけるLRP-1の機能の解析トランスウェルを用いてトランスサイトーシスの評価を行ったところ、HCS-2/8細胞に取り込まれたCCN2の一部分は細胞を通過して再び細胞外へ分泌され、この現象はRAPを作用させることにより抑制された。さらに軟骨組織の微細環境を模して、HCS-2/8細胞を低酸素下で培養したところ、LRP-1産生量は増加した。また、低酸素下のHCS-2/8細胞ではトランスサイトーシスされるCCN2量も増加し、この現象はRAPを作用させることにより抑制された。なお、RAPのマウス脛骨軟骨部成長板での分布を免疫染色により確認したところ、CCN2のみられない静止軟骨細胞層に多く分布した。また、ニワトリ胸骨軟骨部の静止軟骨細胞、増殖軟骨細胞、肥大軟骨細胞、それぞれのrap mRNAレベルをreal-time PCRにより確認した場合でも、静止軟骨細胞での発現レベルが高いことが分かった。これらの結果より、軟骨細胞において、酸素濃度やRAPにより制御を受けながらLRP1はCCN2をトランスサイトーシスする機能を発揮するものと考えられる。当初予定していた(1)エンドサイトーシスにおけるLRP-1の役割の検討、(2)軟骨細胞におけるトランスサイトーシスの検証、および(3)軟骨細胞でのトランスサイトーシスにおけるLRP-1の機能の解析の3項目すべてについて、計画どおり研究が進展し、論文としてまとめることが出来た。但し、時間の関係で印刷物として出版するところまでは漕ぎ着けることが出来なかった。平成23年度の研究が計画どおりに順調に進展し、論文としてまとめることが出来たので、まずはこれを印刷物として出版する。平行して、軟骨組織でのみlrp1の欠損した変異(Col2CreLRP1flox/flox)マウスの作成を行い、得られた変異動物の表現型を解析する。具体的は、(1)LRP

-1の軟骨組織発生への関与の検討、(2)軟骨組織切片を用いたLRP-1によるCCN2タンパク質輸送の検討、(3)変異動物の軟骨組織におけるCCN2トランスサイトーシスの検証を行う。ついで、CCN2以外のLRP-1のリガンドであるTGF-beta, PDGF, MMP9, MMP13などが軟骨組織でLRP-1によりトランスサートーシスされるか否かを、LRP-1変異動物と野生型とを比較することによって明らかにする。さらに、できればLRP-1以外の分子を介したトランスサイトーシスによる軟骨組織におけるタンパク質輸送機構の探索を行う。平成23年度の成果を国際誌に論文として投稿し受理されたが、印刷物になるのに時間がかかるため、投稿料や別刷り代の支払が平成24年度にずれ込んだ。そこで、その分の経費と平成23年度にまとめた論文の学会発表のための旅費を平成24年度に繰り越した。平成24年度の当初の交付予定額1,300,000円は、予定どおり物品費1,000,000円、旅費100,000円、人件費・謝金100,000円、その他100,000円で使用計画を立てている。
ベンザインの反応を基軸とする多置換イミノキノン合成法の開発と天然物合成への応用

申請者は、海洋アルカロイドdiscorhabdin Vの合成研究に取り組んだ。Discorhabdin Vはヒト結腸がん細胞に対する細胞毒性を有しており、創薬シード化合物となり得る。また、ピロロイミノキノン構造ならびにアザビシクロ[3.3.1]構造を含むスピロ環構造を有する高度に縮環した天然物であり、合成化学においても興味深い天然物である。しかし、これまでに置換基の相対および絶対立体配置は明らかになっておらず、全合成も達成されていない。申請者は、discorhabdin Vの全合成と構造決定を達成するべく研究を開始した。まずは、多置換トリプタミン誘導体を合成した。本トリプタミン誘導体はこれまで、文献既知法を参考に合成可能であったが、低収率の工程を含むことや再現性に乏しかったため大量合成が困難であった。そこで、オキシムスルホナートの環拡大反応によるインドール合成を鍵とする改良合成法を確立した。その結果、既存法に比べて短工程でトリプタミン誘導体を合成可能になり、各工程の収率も良好であった。続いて、全合成に向け、トリプタミン誘導体からピロロイミノキノン骨格への変換を検討した。検討の結果、保護基の除去により生じたカテコール中間体が、空気雰囲気下において酸化と環化を連続的に起こし、ピロロイミノキノンを一挙に与えることを見出した。さらに、数工程の変換で導いた前駆体に対してHeck反応の条件を適用し、アザビシクロ[3.3.1]骨格構築に成功した。その後、保護基の除去と分子内脱水縮合を一挙に行い、discorhabdin Vの基本骨格に相当する六環性化合物の合成を達成した。残された課題は酸素原子と臭素原子の導入のみであり、全合成に迫った。29年度が最終年度であるため、記入しない。今年度、ピロロイミノキノン骨格の効率的合成を指向した、海洋アルカロイドdiscorhabdin Cの合成研究に取り組んだ。その結果、ベンザインとケテンシリルアセタールとの[2+2]環化付加反応、およびDIBALHを用いたオキシムの還元的環拡大反応を鍵反応として、右セグメントに対応する三環性インドリンの迅速な合成に成功した。次に、左セグメント構築にむけた予備検討を行った。モデル化合物を用いてメルドラム酸誘導体とカップリングさせた結果、反応は高収率で進行した。また、その後の変換により、シクロヘキサノンがスピロ結合したテトラヒドロキノリン骨格の構築に成功した。同骨格は、discouhabdin Cの左セグメントに相当する。しかし、合成した三環性インドリンとメルドラム酸誘導体とのカップリングについて種々検討したが、望みのカップリング体は得られず、目的の達成は困難であった。さらに、類縁体であるdiscorhabdin Vの合成研究にも取り組んだ。Discorhabdin Vはその絶対立体配置が明らかになっておらず、未だ全合成も達成されていない。Discorhabdin Vの左セグメントに相当する、特徴的なアザビシクロ[3.3.1]骨格構築に際し、分子内溝呂木-Heck反応の応用を計画した。モデル検討の結果、望みのアザビシクロ化合物を得ることに成功し、同骨格の新規構築法の開発に成功した。現在、discorhabdin Cと共通の右セグメントを用い、discorhabdin Vの全合成経路の確立および構造決定に向けて、研究を進めている。Discorhabdin Cの合成研究において、右セグメントに相当する三環性インドリンの合成に成功した。まず、ジブロモアニシジン誘導体より発生させたベンザインとケテンシリルアセタールとの付加環化反応を行った後、シリル基を除去してベンゾシクロブタノンを得た。次に、アルコール部分をアルデヒドへ酸化した後、還元的アミノ化によって三環性ケトンへ導いた。さらに、ケトンをオキシムとした後、DIBALHを用いた還元的環拡大反応により三環性インドリンへと変換し、右セグメントの合成を達成した。続いて、左セグメントの構築のため、右セグメントに相当する三環性インドリンとメルドラム酸誘導体とのカップリングを検討したが、望みの付加体は得られなかった。この原因が反応点付近の立体障害にあると考え、反応点付近の立体障害を緩和したインドリンを用いて検討を行った結果、望みのカップリング体を低収率ながら得ることに成功した。しかし、続くケテンを経由する分子内Friedel-Crafts反応が進行せず、インダノンが得られなかったため、本経路での合成を断念した。次に、類縁体であるdiscorhabdin Vの合成研究に着手した。申請者は、分子内溝呂木-Heck反応を応用したアザビシクロ[3.3.1]骨格の構築を計画した。検討の結果、ブロモアニシジンから5工程で調製したモデル化合物を溝呂木-Heck反応の条件に付すことで、望みのアザビシクロ体を得ることに成功した。申請者は、海洋アルカロイドDiscorhabdin Vの合成研究に取り組んだ。また、ピロロイミノキノン構造、アザビシクロ[3.3.1]構造、並びにスピロ環構造を含む、高度に縮環した構造を有しているため、合成化学的にも興味深い天然物である。しかし、C2, C3, C6位の絶対立体配置は明らかになっておらず、未だ全合成も達成されていない。

申請者は、Discorhabdin Vの全合成と構造決定を達成するべく研究を開始し、本天然物に特徴的なアザビシクロ[3.3.1]骨格構築に際し、分子内Heck反応の応用を計画した。モデル検討の結果、望みのアザビシクロ化合物を得ることに成功し、同骨格の新規構築法の開発に成功した。また、実際に全合成に向けた合成経路において、安価なバニリンより14工程で合成したトリプタミン誘導体からピロロイミノキノン骨格への変換を検討した。詳細な条件検討の結果、2つヒドロキシル基の保護基を除去して生じたカテコール中間体が、空気雰囲気下において酸化と環化を連続的に起こし、ピロロイミノキノンが一挙に得られることを見出した。さらに、数工程の変換で導いたHeck反応前駆体に対して、モデル検討で確立した条件を適用し、アザビシクロ[3.3.1]骨格構築に成功した。その後、窒素原子の導入を含む数工程の変換により、Discorhabdin Vの基本骨格の合成を達成した。残された課題は酸素原子と臭素原子の導入のみであり、全合成に迫っている。まず、アザビシクロ[3.3.1]骨格の構築について、モデル検討を行った結果、ブロモアニソールから7工程で調製した環化前駆体をHeck反応の条件に付すことで、アザビシクロ体を得ることに成功した。続いて、Discorhabdin Vの全合成に向け、市販の安価なバニリンから14工程でトリプタミン誘導体を合成した。条件検討の結果、トリプタミン誘導体をBirch還元条件に伏すと、2つのベンジル基をオレフィンを損なうことなく選択的に除去可能であることを見出し、生じたカテコール中間体を空気雰囲気下撹拌することで、酸化と環化が連続的に進行した三環性化合物が高収率で得られた。得られた三環性化合物を2工程でHeck反応前駆体へ導いた後、モデル検討で確立した条件に伏したところ、アザビシクロ[3.3.1]体を得ることに成功した。最後に、側鎖に窒素原子の導入した後、第1級アミンへ導くことで分子内環化を進行させ、Discorhabdin Vの基本骨格の構築に成功した。申請者は、海洋アルカロイドdiscorhabdin Vの合成研究に取り組んだ。Discorhabdin Vはヒト結腸がん細胞に対する細胞毒性を有しており、創薬シード化合物となり得る。また、ピロロイミノキノン構造ならびにアザビシクロ[3.3.1]構造を含むスピロ環構造を有する高度に縮環した天然物であり、合成化学においても興味深い天然物である。しかし、これまでに置換基の相対および絶対立体配置は明らかになっておらず、全合成も達成されていない。申請者は、discorhabdin Vの全合成と構造決定を達成するべく研究を開始した。まずは、多置換トリプタミン誘導体を合成した。本トリプタミン誘導体はこれまで、文献既知法を参考に合成可能であったが、低収率の工程を含むことや再現性に乏しかったため大量合成が困難であった。そこで、オキシムスルホナートの環拡大反応によるインドール合成を鍵とする改良合成法を確立した。その結果、既存法に比べて短工程でトリプタミン誘導体を合成可能になり、各工程の収率も良好であった。続いて、全合成に向け、トリプタミン誘導体からピロロイミノキノン骨格への変換を検討した。
Helix-to-Tube法による革新的有機ナノチューブ合成

本年度の研究では、前年度に引き続き様々な芳香環ユニットとジエチニル基をもったジエチニルアレーンモノマーの合成とGlayser-Hayカップリング反応による重合によるポリ(アリレンジエチニレン)poly-ADEの合成を行なった。アレーンユニットとして、ピリジン、ピレン、ナフタレンイミドを3種類を設計し、光学活性なアルキルアミド、あるいはアルキルイミド置換を導入することで、3種類のpoly-AEDの合成に成功した。また、吸収スペクトル、蛍光スペクトル、円二色性(CD)スペクトル、IRスペクトル、ラマンスペクトルなどの測定によって、いずれも有機溶媒中で光学活性な螺旋構造を形成していることがわかった。これらは溶媒の種類によってCDスペクトルにおけるコットン効果の増減や吸収スペクトルの短・長波長スフトが観測されたことから、キラルらせん構造の微細な構造変化やランダム構造への変化が動的に起こっていると考えられる。このうちピリジンを有するpoly-ADEのらせん状態において、光照射によってピッチ間光架橋反応(トポケミカル重合)が進行したと思われる結果が得られた。これは当初の目的通り、らせん高分子から共有結合生有機ナノチューブが得られたものと考えられる。本研究ではらせん高分子から剛直な共有結合生有機ナノチューブを合成するHelix-to-Tube法の確立と、様々な大きさ・構造・機能を有する有機ナノチューブの合成を目指す。本年度はらせん形成ポリマーのためのモノマーの設計と合成を行い、自発的ならせん形成能を有することを明らかにした。具体的にはキラル側鎖をもつピリジン、ピレンを母骨格とするポリアリレンジエチニレンpoly-PyDE, poly-PyrDEを設計・合成し、いずれもクロロホルム中におけるCDスペクトルで明確なコットン効果を示したことから、これまで合成してきたポリフェニレンジエチニレンと同様に疎溶媒効果と側鎖間の水素結合によるらせん不斉が誘起されたと考えている。また合成したpoly-PyDE, poly-PyrDEは溶媒に応じた多種多様な構造変化を示すことが明らかとなった。特にpoly-PyDEはクロロホルム/メタノール混合溶媒中で、メタノールの混合割合に応じてらせん反転を含む3度のキラルな高次構造変化をすることがあきらかとなった。現在poly-PyDEについては有機溶媒中および固体状態において光照射による架橋共有結合形成反応(helix-to-tube法)を行っており、ラマンスペクトル測定によって、共有結合性有機ナノチューブが生成したことを示す結果を得た。計画通り、新たにピリジン・ピレンなどの芳香環をもつらせん高分子の合成に成功した。想定通り、これらの高分子はらせんを形成することがあきらかとなり、poly-PyDEについてはhelix-to-tube法によって共有結合性有機ナノチューブが生成したことを示す結果が得られている。各種スペクトル測定と電子顕微鏡、原子間力顕微鏡測定などを通し、poly-PyDEから有機ナノチューブが生成したことを示す根拠となるデータを収集し、論文投稿を目指す。また、ピレンを母骨格にもつpoly-PyrDEや他の芳香環をもつらせん高分子も随時設計・合成し、helix-to-tube法による一連の共有結合性有機ナノチューブ群の合成を行う。
新しい抗核抗体(仮称TPNA)の解析と診断への応用

膠原病の確実または疑い例の血清中の抗核抗体の定性をル-チンに行い、臨床像との関連を追求している過程で、新しい抗核抗体(仮称TPNA)を見いだした。この抗体は現在までに同定されているRNP/Sm,SSA/SSBなど20余種類の抗核抗体とは、蛍光抗体法、ゲル内沈降法、immunoblottingの各所見および疾患特異性の点で異なっている。ImmunoblottingではTPNAの認識するペプタイドは、ウサギ胸腺抽出液の99Kd,98Kd,96Kd,KB cell抽出液の99Kdであった。TPNAは抗核抗体陽性360症例中、特発性血小板減少性紫斑病(ITP)の2例に認められ、1例は8年後にSLEを発症した。輸血部の協力を得て、成人ITP患者66例の血清についてTPNAのスクリ-ニングを施行したが、陽性例はなかった。従ってTPNAはITPのマ-カ-抗体として診断に応用はできないと推定された。TPNA抗原の同定に関しては、その単離を進めている段階であるが、現在までのところDNA結合性蛋白である可能性が考えられている。膠原病の確実または疑い例の血清中の抗核抗体の定性をル-チンに行い、臨床像との関連を追求している過程で、新しい抗核抗体(仮祢TPNA)を見いだした。ImmunoblottingではTPNAの認識するペプタイドは、ウサギ脳腺抽出液の99Kd,98kd,96Kd,KB cell抽出液の99Kdであった。TPNAは抗核抗体陽性360症例中、特発性血小板減少性紫斑病の2例に認められ、1例は8年後にSLEを発症した。今後さらに多数症例、とくにITP患者血清中のTPNAスクリ-ニングと臨床像の解析、およびTPNA抗原の同定をすすめる予定である。新しい抗核抗体と思われるTPNA陽性の患者血清を標準として、成人特発性血小板紫斑病(ITP)66例の血清をスクリ-ニングしたが、TPNA陽性例はなかった。従ってTPNAをITP診断のマ-カ-抗体として用いうる可能性は否定的である。アフィニテイ-クロマトグラフィ-、SDSなどのゲル濾過法を用いてTPNA抗原の精製を試みているが、現在のところ他の蛋白の混人があり、単離は成功していない。^<32>Sーメチオニン標識HeLa細胞抽出物を用いた免疫沈降法でTPNAと同位置にDNAと思われる高分子スメアが検出される点から、TPNAはDNA結合性蛋白である可能性が考えられている。
カイコ前胸腺刺激脳ホルモンの遺伝子解析

1.カイコ前胸腺刺激脳ホルモン(PTTH;前称22ーPTTH)のcDNA及び遺伝子のクローニング、構造解析。カイコPTTHの既知のNー末端15個のアミノ酸配列に相当する合成ペプチドを抗原とし、抗PTTHモノクロン抗体を得、これを用いてカイコ脳由来のcDNA expressionライブラリーからカイコPTTHcDNAをクローニングした。106個のアミノ酸残基から成るペプチド鎖がダイマーを成していることが推測された。またそのコーディング領域の構造から、3個の未知の小さいペプチドが、PTTHと同時に合成、分泌されることが推測された。これらのペプチドの変態に対する機能の解明が待たれる。得られたcDNAをプローブとして、カイコゲノムDNAから2種のPTTH遺伝子をクローニングし、その構造を解析中である。2.カイコボンビキシン(前称4KーPTTH)のcDNA及び遺伝子構造解析。ボンビキシンのアミノ酸配列に相当するオリゴヌクレオチドをプローブとして、cDNA及び遺伝子をクローニングし、構造解析を行った。ボンビキシンはシグナルペプチド/B鎖/Cペプチド/A鎖の構造をもつ前駆体、プレプロボンビキシンとしてまず合成され、飜訳後の修飾により、A,B鎖より成る成熟ボンブキシンが形成されることが示され、ペプチド分析からすでに明らかにされていたボンビキシンがインシュリン族ペプチドに属するとする考えをさらに強くうらづけた。ボンビキシンは多重複遺伝子群を形成し、27個のコピーについて構造を決定した。2個づつがペアをなし、逆向きに転写されるという特徴的なゲノム内配列をもつ。insitu hybridizationにより、ボンビキシンは胸で特異的に発現されていることを確認した。3.エリサンでのボンビキシン様遺伝子の構造解析。ヤママユガ科の1種エリサンでも、カイコにおけると同様の構造、ゲノム内配列を示すボンビキシン様遺伝子が存在することを明かにした。1.カイコbombyxin(4K-PTTH)A鎖,B鎖,および22K-PTTHN末端部のそれぞれ5個のアミノ酸に対応するオリゴヌクレオチド混合物をプローブとして用い、カイコゲノムDNAからPTTH遺伝子のクローニングを試みたが、プローブの結合力が弱いために確信のもてるシグナルが得られなかった。2.1.の不成功はプローブが短いことによると考え、第3位コドンをデオキシイノシンに置換した30merのプローブを合成して使用したが、これはゲノムDNAと全く結合しなかった。3.第三の方法として、カイコの遺伝子コドン使用頻度を文献から求めて、51merのヌクレオチド鎖をプローブとして用いたところ、初めて明快な結果が得られた。ゲノムDNAライブラリー(15kb程度の切断、λファージcharon28)のプラークハイブリッド形成により、bombyxinに対して6個、22K-PTTHに対して8個の陽性プラークを得た。これらプラークを液体法により培養、DNAを抽出、BamH1切断、電気泳動後、プローブと強く結合する複数個のバンドが検出された。現在大量培養法によりサブクローニングを行いつつある。4.bombyxin,22K-PTTHの天然標品,合成部分ペプチドを抗原として7種のモノクロン抗体を得た。免疫組織化学的に、これらの抗体はすべて、間脳部脊側中央域の4対の神経分泌細胞と結合するが、抗体の種類によっては、その他に、中央域2対、側方域5対の神経分泌細胞と結合した。PTTH

分子を含む巨体前駆タンパクの、各神経分泌細胞に特異的なプロセシングの存在が予測され、PTTH産生細胞の同定には愼重な配慮が要求されることが明らかになった。5.今後は上記の線に沿ってさらに研究を進め、PTTH遺伝子の構造解析、その転写、翻訳産物の抗体を用いての吟味を続ける。1.カイコ前胸腺刺激脳ホルモン(PTTH)をコードするゲノムDNAの構造解析ーカイコゲノムDNAから4KーPTTHの遺伝子の5個単離し,そのヌクレオチド配列を決定した.そのうち4個の遺伝子は極めて近接して存在する.すでにペプチド分析から,4KーPTTHがインスリンとアミノ酸配列相同性を示すことが明らかにされているが,その遺伝子のヌクレオチド配列はインスリンのそれとさらに高い相同性を示し,4KーPTTHがインスリン族に属することをさらに確証した.遺伝子構造は,(5′)シグナルペプチド/B鎖/Cペプチド/A鎖の順にコードするものであることが示された.この構造は既知のインスリン遺伝子の構造と全く一致する.他のインスリン族ペプチドと異る点として,イントロンをもたないことが示された.このことは,インスリン族ペプチド分子の進化の理解に貴重な資料を与えるものである.2.カイコ脳に由来するcDNAの構造解析ーカイコ脳mRNAから調製したcDNAライブラリーから,4KーPTTHのcDNAを単離し,構造解析を行った.ゲノムDNAから得た遺伝子とよく一致する結果を得,脳でこの遺伝子が発現されていることが確認された.3. 22KーPTTHをコードするcDNA及びゲノムDNAの単離ープローブと結合するクローンは得られたが,ヌクレオチド配列の一致するDNAはまだ得られていない.4. 4KーPTTH天然標品に対する抗体の作製ー抗体作製,その性貭の吟味を終り,今後の遺伝子産物の同定に使用するための準備を終った.購入備品である低温バスサーキュレーター,小型培養回転器は,上記13項の遺伝子クローニングに使用,能率向上に大きく寄与した.1.カイコ前胸腺刺激脳ホルモン(PTTH、前称22KーPTTH)のcDNAクローニング、及び構造解析。カイコPTTHの既知Nー末端15個のアミノ酸配列に相当する合成ペプチドを用いて、抗PTTHモノクロン抗体を作った。これを用い、カイコ脳ポリ(A)^+RNAから作製したexpression cDNAライブラリーから、PTTHのcDNAのクローンを得た。この知見から、PTTHは106個のアミノ酸残基から成るペプチド鎖がダイマーを形成しているものと結論された。またこのcDNAの5′側コーディング領域の構造から、3個の小さいペプチドがPTTHと同時に合成されることが判明した。この新しく見出された3種のペプチドは恐らくPTTHと同時に分泌され、変態に何らかの機能を果たすものと推測され、その機能解明が期待される。2.カイコボンビキシン(前称4KーPTTH)の遺伝子構造解析。ボンビキシンは多重複遺伝子族を形成する。10個のAーファミリー遺伝子コピー、13個のBーファミリーコピー、4個のCーファミリーコピーを同定した。
ジュニア期のトレーニング履歴はランニングエコノミーに影響するか？

平成30年度は、ジュニア期のトレーニング環境が日本人ランナーと異なるニュージーランド人ランナーのランニングフォームの特徴を明らかにするため、平成31年3月にニュージーランド国内で開催された各年齢カテゴリ(18歳未満、20歳未満、20歳以上)の1500mレースにおける450m、850m、1250m地点のランニングフォームを側方より高速度カメラで撮影し、接地時間、滞空時間、ストライド長、ストライド頻度および各局面における下肢関節角度の分析をおこなった。これらを年齢カテゴリ間で比較した結果、年齢が上がるにつれて、同等の速度における1)接地時間が短くなること、2)接地時における大転子と両大腿部のなす角度(以下、シザース角度とする)が小さくなること、3)接地時における遊脚の膝関節角度が小さくなることなどが明らかとなった。今後、日本国内の同一カテゴリ、同等速度でのレースにおける日本人ランナーのランニングフォームを撮影し、その特徴を比較する予定である。また、令和2年に実施予定の課題であったニュージーランド人ランナー(20歳未満)の大腿長、下腿長、大腿最大囲、下腿最大囲および筋厚の計測を3名に対して実施した。その結果、これまでに研究代表者が計測した同世代の日本人ランナーと比較して、中間広筋の筋厚が小さく、大腿直筋の筋厚が大きい傾向にあった。また、大腿長に対する下腿長の割合が高いことも明らかとなった。今後、ニュージーランド人ランナーの対象者を増やして検討を進める予定である。当初、平成30年に実施予定であった「ジュニア期のトレーニング内容が筋・腱の形態に及ぼす影響」についての実験は、ボディラインスキャナの納入が遅れたこと、購入予定であった携帯型の超音波画像計測器の能力が目的に適わなかったことから、次年度に延期した。一方、当初予定していなかったニュージーランドランナーのランニングフォームの分析に着手、また、平成32年度に実施予定であったニュージーランド人ランナーの形態計測を3名実施することができた。現在、昨年3月に撮影した映像の分析を行うとともに、研究課題Iの「ジュニア期のトレーニング内容が筋・腱の形態に及ぼす影響」についての実験を開始している。夏以降に、研究課題IIの「ジュニア期のトレーニング内容が筋・腱の機能および走動作に及ぼす影響」についての実験にも着手する予定である。また、来年の3月には、課題IIIの「ジュニア期のトレーニング環境が筋・腱の機能および走動作に及ぼす影響」について明らかにするために、ニュージーランド人ランナーの測定を行う予定である。前年度の3月に、撮影および測定のための海外出張をおこなったが、その精算が次年度に及んだため。また、前年度に購入予定であった機器を次年度に購入する必要が生じたため。
ラット三叉神経感覚枝の発生分化過程の生理学的・組織学的研究

マウス及びラットのウイスカー(上顎部皮膚のひげ)の刺激による感覚情報は三叉神経感覚枝を介して脳幹の三叉神経核に伝えられる。個々のウイスカー根部に起始する一次求心性線維は、それぞれ三叉神経核内の特定の部位に投射し、数十本あるウイスカーの相対的位置関係が、三叉神経核内においてそのまま再現されている。これまでの末梢神経系で明らにされた神経発生学的知見から、この形成過程は発生のある時に同一のウイスカーからの一次求心性線維同士を認識しあう特定の分子が発現し、これらの線維が走行や終止の部位で収束し、三叉神経核内のバレル様構造の一つに投射すると推察される。本研究ではウイスカーから三叉神経核にいたる選択的神経結合の形成される過程について以下の解析を行なった。(1)胎生-新生ラットの顔面・脳幹摘出標本を用いて個々のウイスカーを電気刺激し、誘発される電位変化を脳幹三叉神経核の各部位から記録した。これにより、一次求心線維の三叉神経核内での結合の空間パタンがE19.5からP0のかけて変化することが分かった。E19.5では各枝からの終止のオーバーラップする領域が広いが、P0ではその境界がより明瞭になる。(2)各ウイスカーの根部にDil等の蛍光色素を注入し、一次求心性線維の超神経節染色を行い、各時期の三叉神経核内での軸索終止の空間的分布様式を調べ、同時に特定のガングリオシドに対する抗体を用いて、三叉神経系の発達段階における抗原の発現時期とその局在を比較した。その結果この抗原が三叉神経のファシキュレーションに役割を果たすことが示唆された。(3)上顎部皮膚、三叉神経節の共培養を行い、三叉神経節細胞からの突起は上顎部皮膚に対しては親和性を示したが、網膜細胞に対してはそれを避けるような形で突起をのばした。網膜細胞には三叉神経突起伸展を抑えるような物質が発現している可能性がある。胎生13日より20日迄のラットにおいて、三又神経上顎枝、下顎枝における9ー0ーアセチルGD_3の発現を免疫組織学的手法を用いて調べた。その結果、胎生13日15日においては、上顎枝、下顎枝とも、末梢端から、三又神経節細胞及び中枢端の全長にわたって、この糖脂貭ガングリオシドの発現が観察された。しかし胎生16日目頃より9ー0ーアセチルGD_3の発現が不均一になり始め、上顎枝のうち、背側のひげを支配している分枝上での発現が消失し始める。さらに発生がすゝみ、胎生18日、19日目には、背側と腹側の上顎枝の中で、背側のものは、9ー0ーアセチルGD_3をもはや発現しなくなり、腹側の限局された軸索のみに、この分子が見られるようになる。20日、21日頃になると、全ての三又神経において、この分子の発現は見られなくなる。この結果は、9ー0ーアセチルGD_3が、胎生のある限られた時期に、三又神経上顎枝及び下顎枝において、背腹方向の濃度勾配をもって発現している事を示している。この時期は、三又神経核内に、感覚枝の中枢端が、突起をのばし終止し始める時期と一致する。

即ち、9ー0ーアセチルGD_3は、発生過程の軸索表面に、ある種の認識因子として存在し、三又神経上顎枝の代表的な支配器官であるひげからの入力の終止領域の決定に何らかの役割を果たしている可能性がある。この系においては、一本のひげからの入力は、中枢端においても、ばらばらになることなく、限局された領域に終止することから、同一のひげからの軸索は、束になって、中枢に至ると考えられている。この同一のタ-ゲットを持つ軸索同志の接着又は認識に、9ー0ーアセチルGD_3が役割を果たしている可能性が大きい。本年は、三又神経中枢枝、特に上顎枝及び下顎枝の三又神経核内での終止領域が発生が進むに従いどの様に変化していくかを、主として電気生理学的手法により調べた。方法としては、胎生または生後のラット(胎生19日生后2日)の脳幹部を、三又神経節及び上顎枝、下顎枝をつけて摘出し、これを左右に切断し一側のみの標本とした。この標本を25°Cクレブス液で潅流し、三枝神経上顎枝、下顎枝を各々吸引電極で刺激し、脳幹内でのフィールドポテンシャルを記録することにより、各枝の終止部位の広がりを同定した。その結果、1)胎生19日において即に末梢からの知覚入力があり、各神経枝の投射領域が異ることが確認された。即ち、下顎枝は三又神経感覚核の背側に上顎枝は腹側に投射していた。観察されたフィールドポテンシャルは潅流液をCa^カフリーにすると消失することから、この時期即にシナプス形成があると考えられる。2)三又神経主知覚核内での各枝の投射領域は、出生前後において変化が見られ、胎生19日生后2日にかけて、上顎枝、下顎枝刺激に対するフィールドポテンシャルのオーバーラップする領域が小さくなり、各神経枝の投射領域が核の背腹方向にそれぞれ局在していくのが認められた。更に、最近軸索投射を調べるのに用いられている螢光色素DiIを用いて、各枝の投射領域を比較した。胎生12日では、下顎枝の終止が前后方向及び、背腹側でかなり広汎に広がっているが、胎生17日目頃から、広がりが限局してくるのが認められた。しかし胎生19日生后になると、神経節を超えて中枢まで輸送されるDiIの量が減るため、終止部位の広がりの比較には不適当と思われた。本年度は主として器官培養系を用いて、三叉神経節細胞のニューロン突起とウィスカーを形成する上顎組織との間にどのような相互作用が起こるかを観察した。まず、上顎組織のみを胎生(E)13E14のラットより分離し器官培養すると、ウィスカーの原基となる組織より、幼若型の突起状のウィスカーが次第に伸長してくる。その時、各ウィスカー間の相対的な位置はある程度保たれている。培養器官周囲にはフィブロブラスト様の細胞が中心より浸潤していく。ここに隣接して三叉神経節のエクスプラントを培養すると、神経突起はウィスカー周辺部まで伸展していく。しかし、上顎組織を取り巻くフィブロブラスト様細胞は、避ける様な形で突起を伸ばす場合が多い。これらの細胞が突起伸展を抑制する物質をもつ可能性が高い。コントロールとして三叉神経節のかわりに網膜神経節細胞を含む網膜組織をやはりE13E14のラットから分離したものを培養すると、網膜からの神経突起は、上顎組織の培養塊から一定の距離内には入り込まない。境界部に細胞がほとんど見られない状態でもこの突起伸展抑制がおこることから、細胞そのものによる阻害というより、細胞から分泌される何らかの物質による阻害の可能性が高い。この物質は、エクスプラントより半径約400μm500μmくらいの範囲に沈着し、影響を及ぼすと考えられる。今後はこれらの物質の精製と同定を行なうことを目標としたい。そのために胎児期の上顎組織に発現または、そこから分泌される既知の突起伸展叉は抑制作用のある物質に対する抗体等を用い、突起伸展がどのような影響を受けるかを調べていく。
近視野型時間分解蛍光分光法の開発とメゾスコピック領域の光反応抑制

固体と接する溶液や液晶の界面層および光ファイバーチップと固体表面の間に挟まれた領域をメゾスコピック反応場として捉え、この領域の化学反応や緩和現象を時間分析して計測すると共に微小領域の光反応制御の可能性を探る事を目的として、ピコ秒の時間分解能と数十ナノメートルの空間分解能を合わせ持つ、近視野型時間分解蛍光分光システムの開発を試みた。1.ピコ秒エバネッセント光誘起蛍光分光システムシンクロナス励起モード同期サブピコ秒色素レーザーを励起用光源とする、2030psの応答関数を持つシングルフォトンタイミングシステムを組み立てた。サファイアおよび石英プリズムを基板に用いて、エバネッセント光を励起光源とするピコ秒エバネッセント光誘起蛍光分光が可能であることを認識した。また、水溶性高分子溶液を用い、近赤外エバネッセント光で界面層のみ可逆的に相転移を起こすことに成功し、界面反応場の光制御に途を拓いた。2.近視野型時間分解蛍光分光システム全反射型のエバネッセント光誘起蛍光分光法に面内方向の空間分解能を付与するため、先鋭化光ファイバーを用いる近視野型時間分解蛍光分光システムを作成した。倒立型顕微鏡に静電容量型エピゾ素子を取り付け、モード同期Nd:YLFレーザーと先鋭化光ファイバーをカップリングさせ、試料面をnm精度でスキャンするシステムを設計した。シングルフォトンタイミングを検出法に用いて、時間分解能30ps以下、空間分解能300nm程度のシステムとした。3.メゾスコピック領域の光ダイナミクス100300nmの大きさを持つ蛍光色素をドープした種々の高分子微粒子の蛍光減衰曲線を計測し、100nmの微粒子においても蛍光ダイマミクスに殆ど差が無いことがかわった。また、石英基板に色素が吸着した系においては、二次元的に不均一な分布が存在し、蛍光ダイナミクスも場所ごとに異なる事が判明した。以上のように近視野型時間分解蛍光分光システムを制作することにより、メゾスコピック領域の光ダイマミクスをピコ秒の時間解能で解析できるようになった。今後、空間分解能を上げると共に、光反応制御の可能性を探る事が課題である。本研究は、光ファイバーチップと表面の間に挟まれた領域をメゾスコピック反応場として捉え、この領域の化学反応や緩和現象を時間分解して計測しようとするものである。今年度は、ピコ秒の時間分解能と数十ナノメートルの空間分解能を合わせ持つ近視野型時間分解蛍光分光システムの開発を試みた。1)まず、現有のシンクロナス励起モード同期サブピコ秒色素レーザーを励起用光源とする時間相関単一光子計数システムを組み立てた。検出器にはマイクロチャンネルプレート型光電子増倍管を用い、システムの応答関数として約30psの値が得られた。次に、サファイアおよび石英プリズムを基板に用いて、全反射条件でレーザー光を入射することにより、エバネッセント光を励起光源とする時間分解金反射蛍光分光が可能であることを確認した。2)全反射型時間分解蛍光分光法に面内方向の空間分解能を付与するために、先鋭化光ファイバーを用いる近視野型時間分解蛍光分光システムの検討を行なった。この為に倒立型顕微鏡にピエゾ素子を取り付ける設計、および先鋭化光ファイバーにレーザー光を入射し試料面をスキャンする光学系を設計した。また、フォトンカウンティングを行いながらxyおよびz方向にピエゾ素子をコンピュータ制御するプログラムを完成させた。

先鋭化光ファイバーは購入したマイクロピペットプラーにより作製可能であり、数十ナノメートル程度の先端径が得られるような条件を種々のパラメータを変えながら探った。光ファイバーチップと固体表面の間に挟まれた領域をメゾスコピック反応場として捉え、この領域の化学反応や緩和現象を時間分解して計測すると共に微小領域の光反応制御の可能性を探る事を目的として、ピコ秒の時間分解能と数十ナノメートルの空間分解能を合わせ持つ、近視野型時間分解蛍光分光システムの開発を試みた。1.ピコ秒エバネッセント光誘起蛍光分光システムシンクロナス励起モード同期サブピコ秒色素レーザーを励起用光源とする、2030psの応答関数を持つシングルフォトンタイミングシステムを組み立てた。また、サファイアおよび石英プリズムを基板に用いて、全反射条件でレーザー光を入射することにより、エバネッセント光を励起光源とするピコ秒エバネッセント光誘起蛍光分光が可能であることを確認した。2.近視野型時間分解蛍光分光システム全反射型のエバネッセント光誘起蛍光分光法に面内方向の空間分解能を付与するために、先鋭化光ファイバーを用いる近視野型時間分解蛍光分光システムを作成した。倒立型顕微鏡に静電容量型ピエゾ素子を取り付け、モード同期Nd:YLFレーザーと先鋭化光ファイバーをカップリングさせ、試料面をnm精度でスキャンするシステムを設計した。シングルフォトンタイミングを検出法に用いて、時間分解能30ps以下、空間分解能300nm程度のシステムとした。3.メゾスコピック領域の光ダイナミクス100300nmの大きさを持つ蛍光色素をドープした種々の高分子微粒子の蛍光減衰曲線を計測し、100nmの微粒子においても蛍光ダイナミクスに殆ど差が無いことがわかった。また、石英基板に色素が吸着した系においては、二次元的に不均一な分布が存在し、蛍光ダイナミクスも場所ごとに異なる事が判明した。以上のように近視野型時間分解蛍光分光システムを制作することにより、メゾスコピック領域の光ダイナミクスをピコ秒の時間解能で解析できるようになった。今後、空間分解能を上げると共に、光反応制御の可能性を探る事が課題である。