hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
工具表面生成物のキャラクタリゼーションによるマイクロトライボロジー挙動の解明

塑性加工中に被加工材の表面物質が工具表面に付着し生成するコーティングは、トライボロジー結果に対して大きな影響を与えることが知られている。コーティングに関して、粗さ、構成物質といったマクロな情報は既に得られているしかしながら塑性加工界面におけるトライボロジー特性の把握には、例えば生成したコーティング中の炭化物や酸化物の分布状態といったミクロな情報やコーティングの経時変化といった情報が必要だと考えられる。そこでアルミニウム冷間圧延中に生成するロールコーティング表面の分析や経時変化の情報を得るために、新たに圧延ロールが直接付着可能な試料ステージを作製し、X線解析(薄膜法)による表面分析を行った。加えて通常用いられるスリットの代わりにコリメータを用いてX線を絞り、コーティングの微小領域の分析を開発した。本研究では、このロールコーティング微小領域分析法の開発過程および実用性について検討し、コリメータを用いた微小部X線回析によるロールコーティングの分析は実用的であるといえた。また、この試料ステージを用いた分析方法ではロールを試験毎に消費しないことから、加工した供試材の量に応じたコーティング表面の経時変化を調査することが可能であることがわかった。本研究は塑性加工におけるミクロ接触状況を定量的に理解するために、工具表面に被加工材から移着した表面生成物のキャラクタリゼーションと加工プロセス中に種々の測定機を用いて定量化し、塑性加工界面におけるマイクロトライボロジー挙動を検証することを目的として、本研究室に現有するすべり圧延形試験機を用いて熱間すべり圧延中に各種トライボロジー条件を変化させて試験を行い、工具表面に被加工材および潤滑剤から生成される表面生成物のキャラクタリゼーションとして蛍光X線分析器、グロー放電分析器などを用いて分析を行った。本年度は、鋼板の熱間圧延の工具-潤滑剤-材料の界面をシミュレートする熱間すべり圧延のシミュレーションにおいて工具表面に生成する表面生成物のキャラクタリゼーションを行った。材料としては、熱間圧延材、工具としてはハイス、潤滑剤としてはCa系スルフォネート含有の潤滑油を用い、950°Cに加熱した材料をすべり圧延する際に工具表面に生成した生成物の分析を行った。この結果から熱間圧延時のロールと材料間に導入される潤滑油の量を定量化することができ、潤滑油に添加したCa系化合物の形態を分析する事が可能となった。コーティングに関して、粗さ、構成物質といったマクロな情報は既に得られているしかしながら塑性加工界面におけるトライボロジー特性の把握には、例えば生成したコーティング中の炭化物や酸化物の分布状態といったミクロな情報や、コーティングの経時変化といった情報が必要だと考えられる。本研究では、このロールコーティング微小領域分析法の開発過程および実用性について検討し、コリメータを用いた微小部X線解析によるロールコーティングの分析は実用的であるといえた。
超弦理論におけるゲージ・重力対応の直接検証および重力の量子論的性質の解明

宇宙初期状態やブラックホールの内部構造を研究するうえで重力の量子論を構成することは非常に重要である。そのなかで超弦理論は、重力理論と素粒子の標準模型を記述する場の量子論を矛盾なく統一できる理論として注目を集めている。超弦理論では重力理論と場の量子論には対応関係があり、一般に時空次元の高い重力理論が時空次元の低い場の量子論に投影されることから、ホログラフィック原理と呼ばれている。今回の研究では、重力理論におけるブラックホールの量子論的性質を解明し、それを投影先の場の量子論の数値計算と比較した。そして、数値的にはホログラフィック原理を強く支持する結果を得た。超弦理論は重力を含む素粒子の理論であり、プランクスケール程度のミクロの世界において重力の量子論的効果を取り入れた解析を行うことができると期待されている。本年度の研究では超弦理論におけるブラックホールについて研究を行い、その熱力学的な性質を理論的に解析した。超弦理論は弦を基本物体とする理論であり、弦の振動によって様々な素粒子を表すことができる。そして、弦の相互作用を摂動的に取り入れることで、様々な素粒子の相互作用を理解できる。特に弦と弦の散乱過程はこれまでの研究でよく調べられており、これらは重力の量子効果を含むと考えられる。本年度の研究では超弦理論から得られる量子効果を含めた有効作用の解析を行い、運動方程式を解析的に解くことに成功した。より具体的には、超弦理論におけるブラックホール解(D粒子の低エネルギー近似)を量子効果を含めて求めることに成功した。これは、超弦理論の力学的な側面を考慮して量子効果の研究したものであり、解析的な解を得たという点で非常に大きな成果であると考えられる。この研究によって、ブラックホールの事象の地平面は量子効果で小さくなり、温度やエントロピーといった熱力学的な物理量も量子効果の影響を受けることが明らかになった。また、事象の地平面近傍では量子重力の効果が強くなって、その近傍を運動する粒子には斥力が働くことも考察した。本研究では超弦理論のブラックホール解を量子効果を含めて解析的に議論することができた。一方でD粒子には開弦がくっついて振動しており、この力学系は量子力学によって記述される。このような重力理論と量子論の対応はホログラフィック原理と呼ばれる。今回の研究はホログラフィック原理によるゲージ理論と重力理論の対応を検証するうえでも非常に重要になると考えられる。自然の基本法則を探求する素粒子論において、最難関かつ最重要なテーマは量子重力の研究であり、その量子重力理論の最有力と考えられているのが超弦理論である。近年超弦理論の研究が進展したことによって、ブラックホールの量子論的な性質の研究が深まりさらにそれを発展させたゲージ・重力対応が提唱され、我々の重力の量子論的理解は著しく進展した。ただし、ゲージ・重力対応はあくまでも状況証拠に基づく予想であり、現在のところ証明はなされていない。本研究ではIIA型超弦理論のDブレーンの多体系に着目して、ゲージ・重力対応の直接検証を行うことを目的としている。ゲージ・重力対応を直接検証する場合、超弦理論のパラメータを有限に保った領域で、それぞれゲージ理論および重力理論について解析する必要がある。平成24年度の研究は、10次元時空で定義されたIIA型超弦理論におけるD粒子のN体系を考察し、ゲージ・重力対応の直接検証を行った。N体のD粒子上の理論としては、U(N)ゲージ対称性を備えた超対称量子力学が実現される。この理論は超対称性を備えているが、我々は場の自由度にエネルギーを与えて超対称性を破った熱的状態を非摂動的に考察した。これは西村淳氏(KEK)、花田政範氏(京大基研)および伊敷吾郎氏(京大基研)との共同研究によるもので、D粒子のブラックホール状態を数値的に構成することにほぼ成功した。このゲージ理論側のシミュレーションデータは、重力理論の量子論的解析結果と比較する必要がある。超弦理論では重力の量子効果はリーマンテンソルの高次項を取り入れることで実現され、我々はそれらを取り入れた運動方程式を解いて、ブラックホールのエントロピーやエネルギーを計算することに成功した。シミュレーションのデータが統計的に十分たまれば、ゲージ・重力対応が成立しているかどうかを検証することが間もなく可能となる。重力理論と量子論を矛盾なく定式化することは理論物理学の積年の課題であるが、近年では超弦理論がその有力候補として盛んに研究されている。私は今年度は、超弦理論に基づく重力の量子論的効果取り入れたブラックホール時空を構成し、その物理的性質について深く考察した。超弦理論は弦を基本物体とする理論であり、重力と量子論を内包した理論になっている。特にソリトン的な物体であるDブレーンは、重力理論の観点からはブラックホールを拡張した物体である。一方で、Dブレーンを解析するうえで、その揺らぎを量子論的に記述することも可能である。従ってDブレーンの研究は重力側からも量子論側からも考察することができる。そして、これらの考察を通して重力理論の物理は量子論の物理に投影されているという「ホログラフィー」の概念が近年では盛んに研究されている。私はDブレーンの中でもとりわけ粒子的な振る舞いをするD0ブレーンに着目し、その重力的な性質を詳細に研究した。超弦理論によれば、重力理論の量子補正は高次の微分を含む項として現れる。私はこのうち、1ループの摂動計算によって導出された補正項を取り入れて、D0ブレーンの重力解を構成した。

Dブレーンにおいてこのような量子補正を求めたのはこれが世界で初めてであり、これによってブラックホールの量子論的な性質、とりわけ熱力学的な性質、の解明が前進したと考えている。またさらに、共同研究ではD0ブレーンの量子論的な性質を数値シミュレーションで解析し、私が理論的に計算で求めた熱力学的量が数値的に再現されることを確認した。これは「ホログラフィー」の非自明な検証結果であり、この概念が重力の量子効果を含めて成立していることを強く示唆している。超弦理論において、ゲージ・重力対応はゲージ理論と重力理論の理解を深める上で中心的な役割を果たしてきた。ただし、この対応はあくまでも予想であり、現在のところ証明はなされていない。最終年度の研究では、主にIIA型超弦理論のDブレーンの多体系に着目して、ゲージ・重力対応の直接検証を行った。論文として発表した研究成果としては、D粒子の多体系に関する成果がある。重力理論では、D粒子の多体系は電荷をもった10次元のブラックホールとして記述される。これまでの私の研究により、この10次元ブラックホールの量子補正を含めた解が明らかになっているが、最終年度ではこの研究をさらに推し進めた。具体的には次のような研究を行った。ブラックホールの温度が低くなると、10次元ブラックホールは11次元のブラックホールに転移することが予想されていた。私はこの転移現象を、重力の量子効果も含めて計算した。その結果、重力の量子効果によって転移温度は上昇し、特にD粒子の数をnとすると、nの11/9乗に反比例することを明らかにした。また、未発表ではあるが、IIA型超弦理論のD6ブレーンに対する重力の量子補正を取り入れた解の構成も行った。解自体は構成できたものの、その物理的解釈については現在も研究を継続している。最後に、上記の研究とは別に、3次元重力理論と2次元共形場理論の検証を行った。特に3次元重力理論には超対称性を導入し、スピン接続を用いたゲージ重力対応の定式化に成功した。これまでの研究は重力理論とチャーンサイモン理論の対応による定式化があったのみで、スピン接続という重力の自由度を直接用いて定式化できた点は重要だと考えられる。この定式化を用いて、2次元境界に超ビラソロ代数が現れることを示し、中心電荷も導出することができた。宇宙初期状態やブラックホールの内部構造を研究するうえで重力の量子論を構成することは非常に重要である。そのなかで超弦理論は、重力理論と素粒子の標準模型を記述する場の量子論を矛盾なく統一できる理論として注目を集めている。超弦理論では重力理論と場の量子論には対応関係があり、一般に時空次元の高い重力理論が時空次元の低い場の量子論に投影されることから、ホログラフィック原理と呼ばれている。今回の研究では、重力理論におけるブラックホールの量子論的性質を解明し、それを投影先の場の量子論の数値計算と比較した。そして、数値的にはホログラフィック原理を強く支持する結果を得た。量子論(ゲージ理論)と重力理論の直接検証が本研究のテーマであるが、D0ブレーン系における対応関係は重力の量子補正を含めた検証を行った。
バクテリア界における新たな高次分類群を代表する細菌の機能解析

新規性の高い細菌を得るため、接種源となる環境試料、培養温度、加える有機物の3つの要素に着目し研究を行った。寒帯亜熱帯域の湖沼堆積物、海洋堆積物、温泉微生物マットなどの多様な水圏環境試料を用いた。培養温度の設定を工夫し、一時的な高温にさらすなどの処理も行った。培養には種々の有機酸または生物毒性の高い石油系炭化水素を添加した。細菌が増殖した培養について、純化作業を繰り返すことにより新規細菌株を得た。細菌株の系統学的・生理生化学的性質の検討を行い、その結果に基づいて新規分類群を提唱した。また全ゲノム配列解析や、細胞形態が独特なものに関しては超微細構造解析も行った。得られた多くの細菌株のなかから、既知の細菌との相違が特に大きい9つの細菌株を選別し、様々な特性を検討した。これまでにうち5株について新種以上のレベルで新規分類群を提唱した。既知の細菌と比較することにより、分類学的混乱が生じていた既存種の再分類や、生化学的分類指標に関する新たな知見を得ることなどができた。さらに、亜寒帯域の湖沼堆積物より得られた細菌についてはこれを唯一の種とする新たな綱・目・科・属を提唱するに至った。この新規細菌は通性嫌気性の中度好熱性細菌であり、細胞形態は球状-桿状-糸状と多様で、細胞の長さは10-100μmと様々に変化する特徴があった。走査型電子顕微鏡解析により、細胞の表面は毛のような構造で密に覆われていることがわかった。ゲノムDNAのG+C含量は約70%と細菌全体で見ても高い数値を示した。透過型電子顕微鏡解析により、この細菌株は芽胞形成能を有することが示された。全ゲノム解析からは、既知の芽胞形成性細菌とは異なる形成機構の存在が示唆された。論文化の完了した細菌株は国内外の菌株保存機関に寄託・公開し、研究者は誰でも利用可能な状態である。27年度が最終年度であるため、記入しない。炭素・硫黄・窒素の環境中での動態は、地球温暖化・環境汚染防止の観点から重要視されている。これらの元素循環において、細菌の活動は非常に重要である。環境中には、莫大な数の未知の細菌種が存在していることが環境から抽出したDNAの多様性解析により示されている。しかし今日までに、人類が純粋分離株にして利用できる形にした細菌種は、地球上の細菌すべてのうちわずか1%以下に過ぎないことが示されている。さらに、細菌はきわめて高い系統的多様性を有することが現在明らかにされつつある。細菌界における最高次分類階位である「門」の数は現在約30であるが、環境中の細菌DNAの解析は100以上の未知の門の存在を示唆している。未培養細菌の多くは、既存の分類群に収めることの出来ない系統的位置にあると考えられる。そのような未知系統の細菌が自然環境中で何を行っているか、どのような役割を果たしているのかについて知ることは非常に困難である。そのため培養に依らないアプローチによる試みが多くなされているが、それらによって知ることの出来る細菌の機能や性質は予測の域を出ないという問題がある。細菌を純粋分離株として得られれば、その細菌が実際に有する生理学的性質や生化学的特性について詳細に調べることができる。系統的・機能的に新規な細菌を培養株として得て、ゲノム配列を用いた機能予測や詳細な系統解析を行うことにより、細菌の系統進化、そしてまったく新しい生物化学的プロセスの存在をも明らかにできる可能性がある。

全ゲノム解析からは、既知の芽胞形成性細菌とは異なる形成機構の存在が示唆された。論文化の完了した細菌株は国内外の菌株保存機関に寄託・公開し、研究者は誰でも利用可能な状態である。新規細菌HC45の純粋分離株を培養系より得ることに成功した。HC45株は系統的に独立しており、Firmicutes門における既存の系統群に分類できないことが示された。さまざまな生理生化学的特徴を検討し、形態観察等を仔細に行った結果に基づき、HC45株をFirmicutes門における新「綱」を代表する新規細菌として記載した。またHC45株のゲノムDNAの抽出を行い塩基配列の解読を行った。その結果、HC45株の全ゲノム配列を決定することに成功した。新規の細菌skLN1株を純粋分離株として得た。系統学的解析の結果よりskLN1株を新属新種細菌Effusibacillus lacusとして記載すると共に、系統樹上で主だったAlicyclobacillus属のメンバーから孤立していたA. pohliaeとA. consociatusの2種をE. pohliae、E. consociatusとして再分類した。新規硫酸還元細菌Pf12B株を得た。この株は、系統的にはDeltaproteobacteria綱Desulfomicrobium属細菌に類縁する硫酸還元細菌である。Desulfomicrobium属細菌は共通して桿状の細胞形態を有し、一部の硫酸還元細菌が特異的に保有するデサルフォビリジンという酵素を持たないことが知られている。しかし形態観察と生化学的解析の結果、Pf12B株はらせん型の細胞形態およびデサルフォビリジンを保有していることが示唆された。その他生理学的にも近縁種とは異なる点が多いため、Pf12B株を新属新種細菌として記載した。27年度が最終年度であるため、記入しない。現在HC45株のゲノム配列の情報解析を行っている。HC45株が属するFirmicutes門は分類学的に混迷を極めており、系統的帰属が明らかになっていない種も非常に多く含まれている。今後はHC45株のゲノム配列から得られた情報をもとに、Firmictes門の他系統について比較解析を行い、この系統の体系的な整理を行う。新規に分離した硫酸還元細菌Pf12B株のゲノム解析も今後行う。また、南極海洋堆積物より、綱レベルで系統学的位置が不確定な細菌を得ているので今後この細菌の特徴づけも進めていく。
高速スイッチング２重エネルギーＣＴの基礎的検討と臨床応用

仮想単色X線CT画像はビームハードニングアーチファクトの抑制効果があることを心筋潅流および腎嚢胞において検証した。仮想単色X線CT画像の70keV画像は、腹部CTで120kVpに比べて画質が良好であること、肝転移においても70keVが至適であることを確認し、70keV画像は120kVpを置換し得ることを示した。また、仮想単純CT像は、CT値は実際の単純CTとほぼ同等で、冠動脈石灰化スコアにおいて有効活用できることを示した。しかし、期待されたヨード強調画像での動脈の石灰化病変の狭窄診断能の向上は得られなかった。今後、メーカーと連携しながら、ヨード強調画像の画質向上に向けて検討を続けて行く。1)腹部における仮想単色X線CTと120kVpの画質の比較51例の腹部CTで、造影後90秒後に2重エネルギーCTと120kVpの画像を8cmの範囲に限局して連続撮影を行った。両者の撮影間隔は4秒程度で、撮影の順番はランダム化し、被曝線量は同等(12.7mGy)にした。2重エネルギーCTから作成した70keVと120kVpの肝臓、大動脈、筋肉の画質を比較した。その結果、70keVの画像は120kVpの画像よりいずれの部位でもnoiseは少なく、SNRもCNRも有意に向上していた。腹部CTでは70keV画像は120kVp画像を置換できるものであることが示された。2)末梢動脈重度石灰化病変の狭窄評価末梢血管の動脈硬化が疑われる21症例に2重エネルギーCTを施行した。ヨード画像(物質弁別画像)の最大値投影法像を作成し、血管造影所見と対比した。その結果、狭窄診断能は、感度90.8%、特異度88.4%、正診率89.0%と比較的高いが、通常の120kVpで報告されている診断能と著変はなかった。また、重度石灰化セグメントに限ると感度55.6%、特異度85.7%、正診率68.8%と低い値であった。従って、現在の2重エネルギーCTによるヨード画像は、重度石灰化病変の診断に有効とは言えず、石灰化除去に関し、更なる技術の向上が必要と判断した。3)冠動脈重度石灰化病変の狭窄評価冠動脈石灰化が疑われる症例50例に対し、dual energy CTを施行した。ヨード画像(物質弁別画像)の最大値投影法像、MPR像を作成した。石灰化の除去について検討したが、石灰化の残存や過剰除去の症例がかなり見られた。更に、画質を向上させる再構成法やソフトを持ち込んだが、著変はなかった。このため、現状のソフトでは石灰化除去が冠動脈においても十分ではないと思われ、更なる技術の向上が必要と判断した。課題として残っていたヨード強調画像の血管描出能の基礎的検討と仮想単純CT像の臨床画質評価をおこなった。これに加えて仮想単色X線CT画像が、腎嚢胞のpsuedoenhancementを低減させるかも検討した。1ヨード強調画像の血管描出能の検討:1.5mm、3mm径の血管ファントムの内腔に25%、50%, 75%の石灰化狭窄を配置した。内腔を100HU、200HU、300HUの造影剤で満たし、120kVpと2重エネルギーCTのヨード画像の狭窄描出能を比較した。その結果、ヨード強調画像では1.5mm径ではヨード自体も消去されてしまい、3mm径では石灰化がヨードと同等濃度の消えの残りが見られ、いずれも内腔評価に妥当な画像を得ることができなかった。2仮想単純CT像の画質評価:27例の冠動脈の2重エネルギーCT画像から作成した仮想単純CT像のカルシウムスコアは、120kVpの単純CT像のカルシウムスコアと非常によい相関(r=0.93)を示した。132例の肝転移が疑われる患者の動脈相、門脈相から仮想単純CT像を作った。肝臓、膵臓、大動脈の単純CTのCT値は、仮想単純CTの値とほぼ同等であることがわかった。大動脈は動脈相から、肝臓や膵臓は門脈相から作成したほうが一致はよかった。仮想単純CTは、通常の120kVpの単純CTを置換可能と思われた。3腎嚢胞のpsuedoenhancementの低減効果:31例の腎嚢胞患者(51病変)において腎実質相を120kVpと2重エネルギーCTをランダムに撮影した。2重エネルギーCTから作成した70keVの仮想単色X線画像のpseudoenhancementは120kVpに比べてCTでは低くなった。仮想単純CTは120kVpより腎の画質(noiseやCNR)は向上した。

しかし、期待されたヨード強調画像での動脈の石灰化病変の狭窄診断能の向上は得られなかった。今後、メーカーと連携しながら、ヨード強調画像の画質向上に向けて検討を続けて行く。1)仮想単色X線CT画像における画質改善効果の検討として以下を行った。90例の肝転移を対象にCNRやnoiseが仮想単色X線像のどこで最もよくなるかを検討した。その結果、およそ70keV付近が最適であることがわかった。また、noiseはBMIが大きくなるにつれ高くなり、CNRもBMIが大きくなるにつれ低くなることがわかった。我々は既に、動脈モデルでは70keV付近が最適であることを明らかにしていたが、腫瘍においても70keV付近が最適であることを明らかになった。2)ビームハードニングアーチファクト(BHA)の改善効果として以下を行った。心筋潅流CTにおいて、左室と大動脈の間にBHAによる低吸収域が出現し、虚血領域と誤診することがあり、正しい補正が行われることが期待される。摘出したご遺体の心臓の心腔に造影剤を入れ、近傍に造影像をいれたシリンジを置き大動脈を模した。これを躯幹ファントムにいれ、120kVpと2重エネルギーCTを撮影した。120kVpでは後壁に低吸収域が見られたが、2重エネルギーCTでは周囲心筋と同等の濃度に描出され、2重エネルギーCTでのBHAの補正が検証された。3)石灰化の描出精度の検討として以下を行った。従来のCTでは石灰化は実際より大きく描出され、サイズ計測は誤差が大きかった。仮想単色X線CT画像は、従来よりはるかに高いエネルギー設定の画像を作ることができるため、石灰化のサイズ測定精度が向上する可能性が高い。サイズのわかっている石灰化角材で120kVpと2重エネルギーCTの撮影を行い、仮想単色X線CT画像でのサイズの正確性を見た。その結果、65keVでの半値幅が120kVpと同等になり、それ以上のkeVにおいては120kVpよりもブルーミングが減少した。このことより、仮想単色X線像は120kVpよりも石灰化のサイズを精度高く描出できることがわかった。この研究の目的は、2重エネルギーCTが120kVpに代わって標準撮影になる可能性、2重エネルギーCTが120kVpではなかったどのような利点をもたらすか(重度石灰化病変の狭窄度診断も向上、仮想単純CT像など)を明らかにすることである。基礎検討と臨床応用の検討をおこなっているが、今年度は主に臨床応用の検討を行った。臨床応用で明らかにすることとしては、以下の課題を挙げていた。1仮想単色X線CT画像の画質評価、2物質弁別画像(ヨード強調画像)での冠動脈重度石灰化病変の狭窄評価、3物質弁別画像(ヨード強調画像)での末梢動脈重度石灰化病変の狭窄評価、4物質弁別画像(仮想単純CT像)の画質評価、である。このうち1は51症例に対し“腹部における仮想単色X線CT画像と120kVp画像の画質の比較"をおこない、120kVpを置換できる可能性があることがわかった。2は21症例に対し、3は50症例に対しおこなったがいずれも、石灰化除去が現在の技術では十分ではなく、更なる技術の向上が必要と判断した。4は現在進行中である。以上は、2年目の研究としては想定通りの進行状況である。この研究の目的は、2重エネルギーCTが120kVpに代わって標準撮影になる可能性、および2重エネルギーCTが120kVpに比べて新たにどのような利点をもたらすか(重度石灰化病変の狭窄度診断も向上、仮想単純CT像など)を明らかにすることである。基礎検討で明らかにすることとしては、以下の課題を挙げていた。(1)仮想単色
非立体反発型誘引的相互作用によるエナンチオ制御を機軸とした新規不斉触媒反応の開発

研究課題に従い、本年度は3点に焦点を絞り研究を推進した。(1)誘引的相互作用を発現するためのペンタフルオロフェニル基を有する金属錯体の分子設計・合成、及び触媒反応の検討昨年度、新規に合成したホウ素上にペンタフルオロフェニル基を有する新規オキサザボロリジン触媒を用い、芳香族ケトンの不斉ボラン還元反応を行った。しかしながら、ペンタフルオロフェニル基による誘引的相互作用が、不斉反応に有意に働いた形跡は見られなかった。そこで、反応基質を芳香族イミンに変えて現在反応検討を行っている。(2)ペンタフルオロフェニル基の新規導入反応の開発ペンタフルオロフェニル基の特異な反応性は新規分子の開発の障害となり、触媒に誘引的相互作用を発現させる分子の構築の妨げとなる。この一つの解答として、昨年度、ペンタフルオロフェニルボロン酸を用いても効率的にヨウ化アリールや臭化アリールと反応する鈴木-宮浦カップリング反応の開発に成功した。本年度は、さまざまな臭化アリールを用いても高収率で反応が進行することを示し、ペンタフルオロフェニルボロン酸を用いる本反応は高い基質汎用性を有することを明らかにした。また、本反応の核となる添加剤であるフッ化セシウムと酸化銀のパラジウム触媒への影響についても実験的考察を行った。(3)ペンタフルオロフェニル基が関与する誘引的新規相互作用の探索昨年度、有機溶媒中のペンタフルオロフェニル基とアリール基の相互作用に関する知見を得ようと考え、ペンタフルオロフェニル基を有する分子ピンセットを開発し、この分子ピンセットを用いた相互作用に関する研究を行った。本年度は、この分子ピンセットによる芳香環との相互作用に関する実験結果を分子軌道計算によるアプローチにより解釈し、この相互作用が静電相互作用に基づくものであることを証明した。(1)パーフルオロアリール基を有する金属錯体の分子設計・合成、及び触媒反応の検討ホウ素上にペンタフルオロフェニル基を導入した不斉オキサザボロリジン触媒と、反応基質のケトン化合物のアリール基とをスタッキング相互作用させ不斉触媒反応における立体制御を行おうとした。分子設計の後、新規オキサザボロリジン触媒の合成を行ったが、ペンタフルオロフェニル基の特異な反応性のため一般的なオキサザボロリジン合成法では合成できないことがわかった。そのため新たな合成法を開拓し、ホウ素上にペンタフルオロフェニル基を有する新規オキサザボロリジン触媒を合成することができた。(2)パーフルオロアリール基の新規導入反応の開発(1)でも報告したように、ペンタフルオロフェニル基の特異な反応性は、新規分子の開発の障害となる。実際、ビアリール合成の代表的反応である鈴木-宮浦反応にペンタフルオロフェニルボロン酸を用いても反応は進行しない事が知られている。そこで、ペンタフルオロフェニルボロン酸を用いても効率的に進行する反応条件の検討を行った所、ヨウ化アリールや臭化アリールとのカップリング反応においても90%以上の収率で目的のビアリールが得られる反応条件を確立することに成功した。(3)パーフルオロアリール基が関与する新規相互作用の探索ペンタフルオロフェニル基とアリール基の相互作用を有機溶媒中で利用した例は極めて少ないが、これはこの相互作用の有機溶媒中での挙動が知られていないためである。そこで、新規相互作用の探索に繋げる意味も含めて、この既知の相互作用の有機溶媒中での知見を得ようと考え、そのためのプローブ化合物としてペンタフルオロフェニル基を有する分子ピンセットを開発した。この分子ピンセットを用いて、THF溶媒中でさまざまな芳香族化合物と会合させることにより、有機溶媒中でもなお静電相互作用が重要であることを見出した。

本年度は、この分子ピンセットによる芳香環との相互作用に関する実験結果を分子軌道計算によるアプローチにより解釈し、この相互作用が静電相互作用に基づくものであることを証明した。
インポーチンβによる液-液相分離の抑制メカニズムの解明

液-液相分離は、ストレス顆粒などの膜の無いオルガネラを説明できる現象として、近年大きな注目を集めている。その優位性は、周囲の環境に応じて形成と消失を行える柔軟性にある。本研究では、ストレス顆粒のもととなる液-液相分離を抑制(ほどく)因子のインポーチンβファミリーに着目して研究を行う。インポーチンβがどのような相互作用を介して液-液相分離を抑制するか、分子レベルで明らかにすることを目指す。
多目的最適化のための革新的情報抽出法の開発とはばたき型MAV設計への適用

固有直交分解をもちいて,多目的最適化問題のパレート最適解がもつ,形状データや流れ場データなどのベクトル情報を分析し,有益な知見を引き出す革新的な情報抽出手法を開発した.また,3次元CFD計算および多目的進化計算を用い,揚力最大化,推力最大化,必要パワー最小化を設計目的として3次元はばたき翼の空力設計探査を行った.これにより,推力最大化と必要パワー最小化,揚力最大化と推力最大化の間には強いトレードオフ関係があること,翼端から発生する渦や前縁剥離渦の制御がはばたき翼の設計に重要であることなどがわかった.固有直交分解をもちいて,多目的最適化問題のパレート最適解がもつ,形状データや流れ場データなどのベクトル情報を分析し,有益な知見を引き出す革新的な情報抽出手法を開発した.また,3次元CFD計算および多目的進化計算を用い,揚力最大化,推力最大化,必要パワー最小化を設計目的として3次元はばたき翼の空力設計探査を行った.これにより,推力最大化と必要パワー最小化,揚力最大化と推力最大化の間には強いトレードオフ関係があること,翼端から発生する渦や前縁剥離渦の制御がはばたき翼の設計に重要であることなどがわかった.本年度は,多目的最適化によりえられたパレート最適解群のもつベクトル情報からの新しい情報抽出法の開発を行った.この新しい手法は,パレート最適解群について,それぞれの最適解の形状データ,表面圧力分布データ,流れ場データなどのベクトル情報を固有直交分解(主成分分析)を用いて,主要なモードの固有ベクトルと基底関数に分解することですべてのパレート最適解のベクトル情報を分析することを可能とするものである.はじめに,申請者が過去に行った2次元遷音速翼型の多目的空力最適化により得られた最適解群について,形状データ,表面圧力分布データなどの1次元ベクトル情報について分析を行い,1次元ベクトル情報の分析に有効であることを示した.この結果は進化計算シンポジウム2008等で発表済みであり,来年度二つの国際会議で発表することが決定済みである.つぎに,遷音速翼型の多目的空力最適化により得られた最適解群について,形状データ,表面圧力分布デーを示した.この結果は来年度の計算工学会講演会で発表予定であり,アメリカ航空宇宙学会の年会等の国際会議ででも積極的に発表していきたい.また,ここまでの結果を投稿論文として公開するべく現在原稿を準備中である.次年度はこの手法を用いて,2次元はばたき運動の流れ場データ(3次元ベクトル情報)を使った分析を試みたい.また,新しい情報抽出法の開発と平行して,3次元はばたき運動の数値シミュレーションコードも開発も行い,流れ場が得られることを確認した.本年度は,3次元はばたき運動の数値シミュレーションコードを開発し,上下運動とピッチ運動を同時に行う複雑な羽ばたき運動について3次元数値流体力学解析を行った.その結果,従来はばたき運動の揚力や推力の確保に支配的とされていた前縁剥離渦の効果に加え,翼端から発生する渦の寄与分も大きいことを示した.また,開発された数値シミュレーションコードと多目的最適化手法を組み合わせて多目的設計探査を行い,1)推力最大化と必要パワー最小化の間には強い相関関係がある,2)揚力最大化と必要パワー最小化には強い相関関係はない,3)揚力最大化と推力最大化の間にはトレードオフの関係がある,などのはばたき型MAV設計の上で有益な情報が得られた.得られたパレート最適解の流れ場についても詳細な分析を行い,流れ場と翼性能の関係を明らかにした.研究成果の発表に関しては,20年度に本研究課題により開発したパレート最適解群のもつベクトル情報からの新しい情報抽出法について研究を進め,国内外で計5件の学会発表を行った.学術雑誌発表も2件行っている.本年度行ったはばたき翼の流れ場解析の結果や多目的設計探査により得られた結果については22年度にロシアにて行われるInternational Conference on Computational Fluid Dynamicsで発表予定である.また,ここまでの結果をあらたに2つの投稿論文として公開するべく現在原稿を準備中である.
未来ビークル普及の社会経済への影響評価手法の開発

未来ビークルのイノベーションは,移動の自由を拡大し,我々の消費・生活スタイル,生産活動や社会インフラなどに様々な影響を与えつつある.日本経済の主役であったビークル産業は,新たな成長経路に向けた戦略が不可欠となっている.本研究の目的は,近未来におけるビークル産業に生じるイノベーションが,地域経済や世界経済に及ぼす影響を評価する方法を開発することである.本年度は,ビークル産業,先端技術情報,地域間産業連関モデル,応用一般均衡モデル等に関する既存文献,資料等を収集し,ビークル産業の現況を把握するとともに,未来ビークルの普及シナリオを整理した.全国産業連関表を用いて,ビークル関連産業を対象に産業連関分析を行った.後方連関モデルと前方連関モデルを用いて,ビークル生産部門が川上産業と川下産業へもたらす経済波及効果を計測した.また,仮想的抽出法を用いて,内燃機関や自動車部品の産業が縮小した場合の経済波及効果を計測する方法を開発した.自動車生産技術変化の影響を計測するモデルを開発して,従来型自動車(内燃機関)と未来ビークル(ハイブリッド,プラグインハイブリッド,電気,水素)の生産拡大による,国内需要と輸出の変化による生産誘発額を導出した.電気自動車など生産構造が大きく変化する産業部門が他産業に与えるインパクトは大きく,日本の経済にも大きな影響を与えることが確認された.間接的な効果により,縮小する傾向にある産業部門と,成長する傾向にある産業部門を示すことができた.この他,自動運転車普及による保険市場への影響を背景として,自動車事故と保険市場に関するモデルを構築し,我が国のデータを用いて,交通事故外部性を考慮した場合の保険プレミアムを導出した.産業連関モデルを用いた評価手法について,おおむね計画どおり実施できている.後方連関モデル,前方連関モデル,仮想的抽出モデル,技術変化による波及効果計測モデルなど複数の計測手法を用いることで,未来ビークル生産拡大の多様な影響を評価できるようになっている.研究成果の一部については,日本環境共生学会や日本地域学会で報告を行った.当初の計画通り,国内の地域レベルや市町村レベルにおける未来ビークル生産拡大の影響について分析を進める予定である.国際レベルでは,未来ビークルの技術移転が国際的な経済に与える影響を評価する予定である.自動運転車や関連するサービス産業拡大の影響については評価方法を検討し分析をすすめる予定である.未来ビークルのイノベーションは,移動の自由を拡大し,我々の消費・生活スタイル,生産活動や社会インフラなどに様々な影響を与えつつある.日本経済の主役であったビークル産業は,新たな成長経路に向けた戦略が不可欠となっている.本研究の目的は,近未来におけるビークル産業に生じるイノベーションが,地域経済や世界経済に及ぼす影響を評価する方法を開発することである.本年度は,ビークル産業,先端技術情報,地域間産業連関モデル,応用一般均衡モデル等に関する既存文献,資料等を収集し,ビークル産業の現況を把握するとともに,未来ビークルの普及シナリオを整理した.全国産業連関表を用いて,ビークル関連産業を対象に産業連関分析を行った.後方連関モデルと前方連関モデルを用いて,ビークル生産部門が川上産業と川下産業へもたらす経済波及効果を計測した.また,仮想的抽出法を用いて,内燃機関や自動車部品の産業が縮小した場合の経済波及効果を計測する方法を開発した.自動車生産技術変化の影響を計測するモデルを開発して,従来型自動車(内燃機関)と未来ビークル(ハイブリッド,プラグインハイブリッド,電気,水素)の生産拡大による,国内需要と輸出の変化による生産誘発額を導出した.電気自動車など生産構造が大きく変化する産業部門が他産業に与えるインパクトは大きく,日本の経済にも大きな影響を与えることが確認された.間接的な効果により,縮小する傾向にある産業部門と,成長する傾向にある産業部門を示すことができた.この他,自動運転車普及による保険市場への影響を背景として,自動車事故と保険市場に関するモデルを構築し,我が国のデータを用いて,交通事故外部性を考慮した場合の保険プレミアムを導出した.産業連関モデルを用いた評価手法について,おおむね計画どおり実施できている.後方連関モデル,前方連関モデル,仮想的抽出モデル,技術変化による波及効果計測モデルなど複数の計測手法を用いることで,未来ビークル生産拡大の多様な影響を評価できるようになっている.研究成果の一部については,日本環境共生学会や日本地域学会で報告を行った.当初の計画通り,国内の地域レベルや市町村レベルにおける未来ビークル生産拡大の影響について分析を進める予定である.国際レベルでは,未来ビークルの技術移転が国際的な経済に与える影響を評価する予定である.自動運転車や関連するサービス産業拡大の影響については評価方法を検討し分析をすすめる予定である.研究成果を3月末の国際学会で報告する予定であったが,国際会議が4月初めの開催となったため次年度使用が生じた.4月開催の国際会議の参加費として使用する予定である.
近赤外・赤外領域の発光の時間分解スペクトル測定装置

本研究は近赤外・赤外領域の発光およびその時間分解スペクトル測定のための装置を作成するに際して問題となる点を明らかにすることを目的とした。近赤外領域のルミネッセンスを測定するために、これまでの感度では十分でないことが明らかになり、そのための検出器の増幅率を上げた。また近赤外領域から可視部領域の広い範囲を測定するためにピンホトダイオードを検出器として装置に組み入れた。これらの時間分解能はそのダイナミックレイジから目的に十分耐え得るものであった。ルビーレーザー用ロッドおよびNd^<3+>ガラスをArイオンレーザーデ照射して発光スペクトルを測定した。それゾれ694nmと1064nmに現われるメインピークは測定することが出来るが、その長波長および短波長側に現われる小さな振電バンドは、FT-IR装置では観測されないことが明らかになった。分散型の分光器を用いると振電バンドが観測されることから、エミッション測定のためには現在のフーリエ変換プログラムの改良が不可欠であることがわかった。また、これは全波長領域で非常に線幅の狭いシグナルだけした現われない場合に問題があることを明らかにした。しかしながら、分解能がよく、容易に線幅の狭いスペクトルが得られ、希土類イオンの発光スペクトル測定にマイケルソン型干渉計を使用することは最適であることがわかった。また干渉計への入射光学系によっては正しい発光スペクトルが得られない場合があり、光学調整が分散系に比べて非常に大切であることが明らかになった。現在これらの問題点を解決すべく、外部入射光学系の設計プログラムの点検等を行なっている。
キク属野生種を用いた遺伝解析基盤の構築と花序形態の分子遺伝学研究

二倍体野生ギクを用いた分子遺伝学基盤の構築と形質遺伝子座のマッピングを行った。自家和合性系統AEV2の自殖を進めることで自殖第7代の純系化系統を作出し、SSRマーカー及びRAD-seq解析により純系化が進行していることが確認された。キクタニギクとリュウノウギクの交雑に由来する戻し交雑集団を用いて連鎖地図構築とQTL解析を行った結果、第7連鎖群上に開花日に関連するQTLが検出された。キク属二倍体野生種を用いてRAD-seq解析により系統解析を行ったところ、キクタニギクとリュウノウギクが区分され、更にキクタニギクは産地ごとに概ね区分された。キク属は産業上、最も重要な花きであり多様な特性が認められるが、最大で十倍体に至る高次倍数性、一般に自家不和合性であることが障害となり重要形質に関する遺伝学的な知見は少ない。我々はこれまでに二倍体のキクタニギク集団から安定的な自家和合性を示す系統を単離しており、本研究では、この自家和合性系統を利用してキク属の遺伝解析基盤を構築すると共に、花序形態を中心とした分子遺伝学研究を行う。花序の形態は観賞価値に関わる重要形質であり、その分子遺伝学機構の解明は栽培ギクの品種改良に貢献する。二倍体の野生ギクにおいて、キクタニギクは散房的な花序を持ち、リュウノウギクは単生的な花序を形成する。これらの交雑に由来する系統では花序の形態が分離する傾向が認められたことから、分離集団を育成して表現型分離を調査した。リュウノウギク×キクタニギク自家和合性系統の交雑に由来するF1系統では散房的な形態を示したことから、このF1系統にリュウノウギクを戻し交雑した分離集団では散房性と単生性が分離すると期待された。この戻し交雑集団を用いて分枝性の遺伝分離を調べたところ、散房性、単生性が正確に判別できない系統が多く出現し、複雑な遺伝的制御が関与する可能性が考えられたが表現型分離が認められたことから、分離集団の内24系統より得たDNAを用いてRAD-seq解析を開始した。キク属野生種を用いた遺伝解析基盤の構築には純系化モデル系統が重要な役割を果たす。我々の研究室で発見したキクタニギク自家和合性系統AEV2に由来する自家和合性遺伝子を利用して純系化を進め、2015年度中に自殖第6代系統を得た。自殖第6代において種子稔性が高い、栄養成長期、生殖成長期の形態が良い系統を選抜し、2系統をモデル系統として確立した。これら2系統について、キクタニギク連鎖地図のゲノム全体をカバーしAEV2がヘテロ型を示すSSRマーカー25種を用いて純系化の程度を評価したところ、92%、100%のマーカーがホモ型を示し、自殖世代の進行に伴い純系化が進んでいることが確認された。リュウノウギク×キクタニギク戻し交雑集団24系統を用いてRAD-seq解析を行った。χ2検定(1:1の期待比に適合)、遺伝子型が得られた個体数が8個体以上、リュウノウギクが劣性ホモ型でF1系統がヘテロ型となるマーカーという3条件で該当するマーカーを抽出し、キクタニギクに特異的なアリルを用いて連鎖地図を作成したところ、キク属の基本染色体数9には収束しなかったものの3個以上のマーカーを含む7個の連鎖群が作成された。これら7連鎖群には合計155マーカーが含まれ、全長743.7cMとなった。キクタニギクにおいて作成された連鎖地図に位置づけられたSSRマーカーをRAD-seqマップにマッピングしたところ、RAD-seqの連鎖群が既存の連鎖群と対応付けられ、連鎖地図作成が問題なく行われていることが確認された。遺伝解析基盤を構築するための材料となるキクタニギク純系化系統を自殖第6代において選抜した。種子結実率が高く、形態が良いという条件で選抜を行った結果、2系統が選抜され、これらについてSSRマーカーを用いて調査したところ、全ゲノムの92%、100%が純系化しており、ゲノムリソースの開発に役立つ純系化系統を確立することができた。この結果より、純系化モデル系統が確立できたとみなされる。戻し交雑集団において24系統を用いてRAD-seq解析を行ったところ、不十分ではあるが既存の連鎖群に対応付けられた連鎖地図を作成することができた。RAD-seq法により迅速にマーカーを得て、既存のSSRマーカーを連鎖群にタグ付けするマーカーとして活用し、その周辺にRAD-seq由来マーカーを置くことで高密度連鎖地図を作成できる見込みが立った。次年度には、より多くの系統を用いて連鎖解析を行うことで遺伝解析に利用可能な連鎖地図を作成できると考えられる。これらの状況から、当初計画で想定していた程度に進展していると考えられる。昨年度までに行ったRAD-seq解析に加えて、以下の解析を行った。1)キクタニギクAEV2由来自殖系統のS1世代からS7世代。2)リュウノウギク×キクタニギクのF1系統にリュウノウギクを戻し交雑したBC1F1集団。3)二倍体野生ギク系統。昨年度の解析では、STACKSを用いて解析を進めたが、今年度はキクタニギクのゲノム配列をリファレンス配列として使用できたことから解析手法を変更し、Bowtie2、SAMtools、VCFtoolsを用いて解析を進めた。

今年度の解析の結果、以下の結果が得られた。1)について、自殖の進行に伴いヘテロで検出される遺伝子座の割合が低下することが期待される。AEV2がヘテロで有する遺伝子座の自殖に伴うヘテロ率の変化を調べたところ、世代が進行するにつれてヘテロで検出されるマーカー座は減少しており、S7世代では系統によって異なったが平均4%(最小1%から最大6%)となり、自殖世代の進行に伴いホモ化が進行していることが確認された。2)について、これまで24系統について解析を行いラフな連鎖地図を構築したが、新たに39系統のデータを追加して解析を行ったところ、9連鎖群、145マーカーからなる414.4cMの連鎖地図が作成された。この分離集団では分枝性の分離が認められたが、関連する遺伝子座を地図上に位置付けることはできなかった。その理由として形質分離が不明確なために正確に評価できなかったこと、連鎖地図上に十分な数のマーカーが載っておらず関連を評価できなかったことが考えられた。3)について、系統解析を行った結果、キクタニギクとリュウノウギクが区分され、産地の異なるキクタニギクの系統関係が明らかとなった。二倍体野生ギクを用いた分子遺伝学基盤の構築と形質遺伝子座のマッピングを行った。自家和合性系統AEV2の自殖を進めることで自殖第7代の純系化系統を作出し、SSRマーカー及びRAD-seq解析により純系化が進行していることが確認された。キクタニギクとリュウノウギクの交雑に由来する戻し交雑集団を用いて連鎖地図構築とQTL解析を行った結果、第7連鎖群上に開花日に関連するQTLが検出された。キク属二倍体野生種を用いてRAD-seq解析により系統解析を行ったところ、キクタニギクとリュウノウギクが区分され、更にキクタニギクは産地ごとに概ね区分された。リュウノウギクとキクタニギク間の交雑に由来するリュウノウギク戻し交雑集団を用いて分枝性の評価を行うと共にRAD-seq解析を開始した。計画当初ではRAPD等の優性マーカーを用いた解析を予定していたが、予定よりも早くRAD-seq解析を行なえる見込みが立ったことから、計画を変更してRAD-seq解析を優先させている。今年度は分離集団の内24系統を用いて解析を始めたが、この結果を元に次年度以降に用いる解析手法を検討する。またDNAマーカーとしては既報のSSRマーカーをテストしたところ多型性が高く有効であったことから、RAPDマーカーではなくSSRマーカーを用いた手法に変更を行う。昨年度行ったRAD-seq解析の結果、EcoRI/BglIIライブラリーのデータを使用することで必要な多型を得ることができたことから、今年度も同様の手法で2集団合計76系統についての解析を追加する。RAD-seqで得られた多型情報に加えて、SSRマーカーについても解析を行い、キク属二倍体の遺伝解析基盤となる高密度連鎖地図を作成する。作成された連鎖地図を利用し、分離する形質について遺伝解析を進める。自殖第6代より選抜した自殖性モデル系統について、遺伝解析基盤とするために、変異体リソースの整備、ゲノムリソースの整備を進める。園芸育種平成26年度に開始したRAD-seq解析では、両親系統を用いてカバー率の最適値について検討中である。データ解析では、分離集団での多型性と最適なカバー率を元にRAD-seq解析が有効であると判断された場合には、解析に用いる系統を増加させて連鎖地図構築と形質マッピングを進める。リュウノウギク×キクタニギク自家和合性系統のF1系統の系統間交雑に由来するF2世代では自家和合性が分離し自殖可能な系統が出現しF3集団を展開できる。
細胞内核酸イメージングによる細胞機能発現の解明と調節

本課題では、生体に優しくかつ高い時空間分解能で細胞内イメージングする核酸ナノセンシング法と核酸を標的とする細胞機能調節法の基盤を構築することを目的とした。両親媒性酸性ペプチド(E5)とカチオン性ペプチドシャペロン材料(PAA-g-Dex)を組み合わせることで、細胞膜の透過性を向上し、細胞外から細胞質への直接的な分子導入を可能となることが示唆された。人工核酸シャペロン(PLL-g-Dex)の添加によって、DNA酵素型核酸センサーのシグナル増幅活性を高め、ターゲット核酸検出感度を1000倍向上させることができた。また、検出条件が緩和できることも見いだされた。本課題では、細胞内において、DNAおよびRNAのイメージングを可能とする核酸ナノセンシング法の構築とそれによる細胞機能発現の解明と制御を目的とする。遺伝子の変異や発現状態の解析は、細胞の機能発現、疾病の病態・要因解明に有用である。さらに、昨今では、マイクロ(mi)RNAなど短い核酸断片が重要な細胞機能を担うことが見いだされている。細胞内で空間的および時間的に高い分解能でこれらの核酸イメージングする手法が求められている。これには、1)核酸プローブの塩基配列選択性の向上、2)核酸検出感度の向上および3)プローブ核酸を細胞内に効率よく送達する手法が求められる。我々は、核酸のハイブリッド形成を分子科学的に考察し、ハイブリッド形成を格段に迅速・安定化する核酸シャペロン機能を持った高分子材料の構築並びに、核酸の配列を一塩基レベルまで厳密に識別可能な核酸プローブの開発を行ってきた。また、細胞内送達には細胞膜破壊/融合活性を持つペプチドが有用であるが、シャペロン高分子材料によりその効率を効果的に向上できることを見いだしてきた。本研究では、これらの知見を集約しさらに班内外の共同研究を通じて、生体に優しくかつ高い時空間分解能で細胞内イメージングを可能とする核酸ナノセンシング法とそれによる細胞機能調節法の基盤を構築する。本年度は、細胞内デリバリーを念頭に、エンドソーム内のpH変化(pH7.4→5.0)に応答する塩基性基を有するポリカチオンの設計を行った。特に、アミノ酸のα-アミノ基が低いpKaを有することに着目し、新しいエンドソームpH応答性高分子の合成とその細胞内送達キャリアとしての評価を行った。その結果、細胞内に導入する上で適したpH応答性をα-アミノ酸のα-アミノ基が有すると示唆された。α-アミノ酸をビルディングブロックとして利用した生体適合性の高いキャリア設計が期待される。DNAzymeは、酵素活性を発現する核酸配列である。タンパク質酵素あるいはRNA酵素(RIbozyme)に比べ、安定性が高い、調製が容易、様々な修飾が可能などの特徴がある。1994年にBreakerらにより見出された後、様々な活性を有するDNAzymeがスクリーニングされている。中でもリボヌクレアーゼ活性を有するDNAzymeに関する研究が進められ、RNAの不活性化、二価カチオンや核酸配列の検出などへの応用が検討されている。しかし、DNAzyme活性のさらなる強化がこれらの応用に必要と考えられる。DNAzyme反応において、低温では生成物がDNAzymeより解離する過程が遅く、またそれが早くなる高温では、基質がEと結合しES複合体を形成する過程が遅くなる。つまり、ターンオーバー効率に制約が生じる。したがって、核酸ハイブリッドの解離と形成を早くする、たとえば核酸シャペロン活性がDNAzyme反応の促進には必要と考えられた。既に、カチオン性くし型共重合体、PLL-g-Dex、が核酸ハイブリッド形成速度を高めハイブリッドを効果的に安定化することを見出している。そこで、DNAzyme反応におけるターンオーバー過程をPLL-g-Dexで加速できると推測した。シングルターンオーバー(ST)およびマルチプルターンオーバー(MT)条件で、PLL-g-Dexの効果を比較した。ST条件では、PLL-g-Dexの有無による反応の違いは見られない。一方、MT条件では、PLL-g-Dex存在下で顕著に反応が早くなっていることがわかった。共重合体がターンオーバー過程を促進し、DNAzyme活性を高めることが明らかになった。インフルエンザウイルス表面に存在するヘマグルチニンのN末端部分を模倣したE5ペプチド(GLFEAIAEFIEGGWEGLIEG)は酸性条件下でグルタミン酸残基がプロトン化することにより分子内の静電反発が減少し、ランダムコイルからα-ヘリックスへ構造転移する。その結果、両親媒性となり、膜破壊能を発現する。E5は細胞内デリバリーの材料としての応用が期待されているが、その活性の低さや溶解性が低いことによる取扱いの難しさを解決することが課題である。これまでに、カチオン性くし型共重合体のカチオン性の主鎖がE5分子内の静電反発を抑制することによりα-へリックスの形成を誘起し、親水性の側鎖がE5ペプチドの疎水性を緩和し溶解性を保持し、ペプチドの活性を顕著に向上できることを明らかにした。本年度は、ペプチドの性状と膜破壊活性との相関を明らかにすべく、E5ペプチド類似体を種々調製し、評価した。その結果、ペプチドの両親媒性、ヘリックス形成性および疎水性度が膜破壊活性に影響することが明らかになった。また、共重合体は、全てのペプチドに対して、溶存性を保持しつつ構造転移を誘起する事が明らかになった。共重合体は、核酸検出のためのデオキシリボザイム活性も高めることも見出され、細胞内遺伝子の解析および調節にも有益と考えられる。