hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
若い宇宙における銀河の進化

本研究は、スターバースト銀河のスペクトル・エネルギー分布(SED)を調べ、宇宙論的距離にある原始銀河を効率的に検出する方法を確立することを目的とした。まずダストによる星の紫外・可視光の吸収と遠赤外・サブミリ波領域における再放射を幅射輸送を解いて求め、銀河のUV-サブミリ波領域にわたるスペクトル進化を記述するモデルを構築した。このモデルは任意の星の生成史について化学進化と星の種族構造を解き、ダストの影響を全面的に考慮して銀河のSED進化を与える世界で初めてのモデルである。このモデルを紫外で明るいスターバースト銀河(UVSBG)と赤外線で非常に明るい赤外線銀河(ULIRG)のSEDに適用し、バーストの年齢、光学的深さ、領域の大きさなどを求めることに成功した。その結果、スターバースト銀河のSEDは多様性を見せるが、これらはこれまで考えられていたようなバースト種族の年齢の違いによるものではなく、星形成領域のコンパクトネスの違いによるものであることを明らかにした。より活発な星形成領域ほどより小さく、タストに厚く覆われている傾向が顕著である。また星形成領域はダストに完全に覆われているのではなく内部の若い星からのフォトンの漏れがSEDに影響する。フォトンの漏れが大きい銀河ほど不透明度は低い。以上から星形成領域には2種類あり比較的弱いスターバーストは銀河円盤の自己重力による不安定が原因で起こると考えられる。一方非常に強いスターバーストは銀河のマージング等による外部からの力学的な揺籃によって引き起こされるものと思われる。これら近傍のスターバースト銀河に見られる二重性はそのまま遠方の原始銀河で存在することが予想され、そのSEDの解析には十分な注意が必要である。今後は新しい宇宙望遠鏡や電波干渉計によって観測データが入手できるようになるであろう。その時に本研究で得られた基礎的な成果が十分に役立つものと信ずる。銀河団の楕円銀河の色-等級関係の進化を遡ると、銀河団におけるこれらの銀河の形成は少なくとも、赤方偏移が2.5-4よりも昔であったことが分かる。若い宇宙はそのような活発な星生成を起している若き楕円銀河で満ちていたであろう。このような銀河を通常原始銀河と呼ぶ。この原始銀河を発見する方法論を構築するのが本研究の主目的である。原始銀河のスペクトルは、宇宙塵(ダスト)によって紫外域から近赤外域までの星の放射が吸収され、遠赤外域からサブミリ波の領域で再放射されるという特徴がある。そこで、児玉・有本(1997)によって開発された銀河のスペクトル進化モデルを基にし、ダストによる吸収、散乱、再放射、並びに再吸収を銀河が球対称であるという仮定のもとに、放射輸達を解いた。これによってUVからサブミリ波領域までの銀河スペクトル・エネルギー分布(SED)の進化を計算することが可能になった。この新しいモデルは銀河の化学進化とスペクトル進化を同時に解き、更に、宇宙塵の影響を詳しく考慮したものとして、非常に完成度の高いものであるといえる。本年度はこのモデルの妥当性を吟味する必要があるので、まず、原始銀河とよく性質が似ていると推測されているスターバースト銀河に適応し、可視ー近赤外の色と遠赤外の色とを組み合わて、年齢とダストを同時に決めることができることを世界で初めて示した。近傍の22個のスターバースト銀河の年齢は1000万年から5億年の範囲にあり、不透明度は0.5から5の範囲にある。この結果はモデルで導入した様々な仮定にほとんど依らないものである。サブミリ波の検出器は急速に進歩している現在の状況から判断して、近い将来に赤方偏移が3以上にある銀河の年齢と不透明度を決めることが可能になるであろう。

それによって、宇宙における星生成の歴史が明らかになると期待できる。初年度に於いて構築した星とダストが混在するような銀河のスペクトルエネルギー分布の進化モデルを用いて、本年度は近傍のスターバースト銀河、楕円銀河、球状星団、赤方偏移z1近傍の最遠方銀河団、0.55【less than or equal】z【less thanor equal】3.80の距離にあるERO(Extremely Red Objects)、サブミリ波で検出された銀河、電波銀河、電波で検出されたサブミリ銀河、ライマンブレーク銀河の形成と進化を考察した。まず、近傍のスターバースト銀河ではダストによるフォトンの吸収と再放射がスペクトルエネルギー分布を決める本質的な役割を果たしていることを明らかにした。スターバースト銀河は原始銀河にその状態が酷似していると考えられる。そのような銀河ではUV領域からサブミリ波領域に渡るスペクトルエネルギー分布への星とダストの寄与を分離することができる。これを使って初めてスターバースト銀河のバースト年齢とダストによる吸収量とを正確に求め、同時に星生成率を正しく評価できることを示した。このモデルを更に遠方の星形成を行っている銀河に適用した結果、2【less thanor equal】z【less thanor equal】3.8にある電波銀河やサブミリ銀河の星生成率は210^2-510^4M_<【of sun】>yr^<-1>という非常に高い値を持つことを明らかにした。これらの値はこれまでUV光やH_α輝線の強度から求められていた値よりはるかに高い。これはダストによる光の吸収を無視していたためである。このように高い星生成率からこれらの銀河は活動期にある巨大質量の楕円銀河であると結論できる。また、ライマンブレーク銀河の星生成率はせいぜい10M_<【of sun】>yr^<-1>程度であり、質量の小さな楕円銀河であろうと考えられる。一方、EROと呼ばれる銀河では既にダストによる吸収と再放射の兆候がほとんど見られなかった。つまり、EROは星生成活動が終了した静的に進化している楕円銀河である。EROは0.5【less thanor equal】z【less thanor equal】1.5という比較的近傍に存在していること、更に、最も遠方の銀河団(z1.1)では楕円銀河は既に静的に進化していることも今回の研究で明らかにしたので、宇宙が活発に星形成を行っている銀河で満ちている時期と、現在の様に静的に進化している時期の境界はz1.5(1-2)にあるのであろうと結論できる。最後に、活発に星形成している原始銀河団は遠赤外-サブミリ波領域において発見できることを明らかにした。
日本自動車産業における部品調達ネットワーク戦略と企業成果の関係

自動車産業は自動車組立て企業(アッセンブラ-)と部品サプライヤーで構成される複雑な企業ネットワーク構造を持つ。ネットワーク構造に関する理論的な枠組みを作り,それが企業成果へもたらす影響を分析することが本研究の目的であった。第一に、アッセンブラの視点から,広範な調達ネットワークを活用することのメリットを論じた。実証的には、近年高業績をあげている自動車メーカーは,部品サプライヤーと協調的な関係を維持しながらも,その特定部品サプライヤーとの排他的な関係に依存するのではなく,広範な部品供給ネットワークを活用することによって競争優位を獲得していることを提示した。第二に、サプライヤーの顧客ネットワークの範囲(顧客数)が企業成果に及ぼす影響を数量的に分析した。サプライヤーの顧客ネットワーク戦略が企業成果に及ぼす関係については,データが豊富な日本企業のデータを利用して検証した。125社のサプライヤーを分析した。顧客範囲の企業成果への影響を検証するために,重回帰分析を利用し,企業規模や売上トレンドなどで制御した。結果としては,顧客範囲が企業成果に正の影響をもたらしていた。最後に、米国(MIT)の共同研究者と共に,ネットワーク分析によって日本比較を実施した。15部品のデータを利用し,各顧客が調達を受けるサプライヤーの数と,各サプライヤーが供給する顧客の数を分析した。米国の方が,各顧客あたりのサプライヤー数は多かった。逆に,顧客の共通サプライヤー利用率は日本企業の方が高かった。特に,トヨタとダイハツのような関連企業だけでなく,マツダと三菱のような直接関係のない企業間でのサプライヤー共通利用が顕著であった。この点では,現状でも日本の自動車産業は系列的(排他的)な関係ではないことが確認された。平成八年度は、日本の自動車部品サプライヤーとアッセンブラ-間の取引関係に関するデータベースの構築と分析,および理論構築のための企業聞き取り調査を実施した。研究実績としては,次の二点がある。第一に,自動車部品サプライヤーの顧客ネットワーク戦略が,企業成果へ及ぼす影響を分析した。この分析では,系列的な関係ではなく広範(オープン)な顧客ネットワークを効果的に管理することによる「顧客範囲の経済性」を活用した戦略が,サプライヤーの企業成果へ貢献することが検証できた。既存研究は自動車メーカーとサプライヤーの協調的な関係がサプライヤーの企業成果へも貢献することを明かにしてきた。しかし,本研究では,個別の企業間関係のあり方ではなく,顧客ネットワーク戦略に焦点を当て,企業成果との関係を導きだした。第二に,アッセンブラ-から見たサプライヤーネットワークのあり方と企業成果について分析した。特定部品の購入において特定サプライヤーへの集中度を低下させ,加えて競合自動車メーカーの間で部品サプライヤーを共有している自動車メーカーの収益性が優れる傾向があることが明らかになった。このような広範(オープン)なネットワークを利用した購買政策を「準マーケット」戦略と呼び,その戦略が自動車メーカーにとってメリットがあるとする議論である。したがって,より広い部品取引ネットワークを築きながら,同時に,既存研究で示されたように企業間の協調関係を構築することが,サプライヤーと自動車企業の双方にとって重要であるとする結論である。自動車産業においても,産業レベルの部品の共通化は主要なテーマである。本研究は顧客範囲の経済と協調的取引関係の双方を同時に取り入れた戦略の重要性を提言した。ネットワーク構造に関する理論的な枠組みを作り、それが企業成果へもたらす影響を分析することが本研究の目的であった。第一に、アッセンブラの視点から、広範な調達ネットワークを活用することのメリットを論じた。実証的には、近年高業績をあげている自動車メーカーは、部品サプライヤーと協調的な関係を維持しながらも、その特定部品サプライヤーとの排他的な関係に依存するのではなく、広範な部品供給ネットワークを活用することによって競争優位を獲得していることを提示した。

サプライヤーの顧客ネットワーク戦略が企業成果に及ぼす関係については、データが豊富な日本企業のデータを利用して検証した。125社のサプライヤーを分析した。顧客範囲の企業成果への影響を検証するために、重回帰分析を利用し、企業規模や売上トレンドなどで制御した。結果としては、顧客範囲が企業成果に正の影響をもたらしていた。最後に、米国(MIT)の共同研究者と共に、ネットワーク分析によって日米比較を実施した。15部品のデータを利用し、各顧客が調達を受けるサプライヤーの数と、各サプライヤーが供給する顧客の数を分析した。米国の方が、各顧客あたりのサプライヤー数は多かった。逆に、顧客の共通サプライヤー利用率は日本企業の方が高かった。特に、トヨタとダイハツのような関連企業だけでなく、マツダと三菱のような直接関係のない企業間でのサプライヤー共通利用が顕著であった。この点では、現状でも日本の自動車産業は系列的(排他的)な関係ではないことが確認された。
血管平滑筋細胞内カルシウム動態の画像解析(低酸素アシド-シス麻酔薬及び血管拡張物質の影響)

平成3年度は血管平滑筋細胞培養法を確立させ、細胞内Caイオン濃度([Ca^<2+>]_i)の分布及び経時的変化に対する血管収縮薬の影響を検索した.1.クリ-ンベンチ(日立社製PCVー750AP)内にて摘出したラット胸部大動脈をコラゲナ-ゼ、エラスタ-ゼによって酵素処理し、得られた血管平滑筋細胞を培養皿内のカバ-スリップ上に置き、炭酸ガス培養器(ダバイエスペック社製BNA111)内で培養した.培養後4ー7日目に細胞が形態学的に血管平滑筋細胞であるかを倒立位相差顕微鏡(オリンパス光学社製CKー2)を用いて確認した.血管平滑筋細胞のミオシン重鎖に対する蛍光抗体を用いて蛍光顕微鏡によりその存在を確認した.平成3年度は血管平滑筋細胞培養法を確立させ、細胞内Caイオン濃度([Ca^<2+>]_i)の分布及び経時的変化に対する血管収縮薬の影響を検索した.1.クリ-ンベンチ(日立社製PCVー750AP)内にて摘出したラット胸部大動脈をコラゲナ-ゼ、エラスタ-ゼによって酵素処理し、得られた血管平滑筋細胞を培養皿内のカバ-スリップ上に置き、炭酸ガス培養器(ダバイエスペック社製BNA111)内で培養した.培養後4ー7日目に細胞が形態学的に血管平滑筋細胞であるかを倒立位相差顕微鏡(オリンパス光学社製CKー2)を用いて確認した.血管平滑筋細胞のミオシン重鎖に対する蛍光抗体を用いて蛍光顕微鏡によりその存在を確認した.
大面積・半導体チェレンコフ・カメラの開発研究とその実証

本研究では、本質的に光効率の高い半導体光電子増倍素子を高密度に配列することでチェレンコフ望遠鏡の光検出器としての要求を満たすことを検証した。並行して、高密度読み出しを可能とする高速波形記録集積回路を開発し、その試作モジュールをチェレンコフ望遠鏡試作機に搭載し、宇宙線による空気シャワーの信号を撮像することに成功し、その性能を現実的環境下で実証した。平成23度は4x4のMPPCモジュールの性能試験を実施し、マルチアノード型の光電子増倍管と比較して2倍近い光検出効率を達成できることを確認した。この結果から、国際共同実験であるCTAにおいてMPPCをチェレンコフカメラの初期設計に採用することが決定した。一方で、高密度のMPPCからの電気信号を処理するための集積回路の開発も並行して実施したが、集積回路に製造上の不具合があり、それを回避するための再設計が必要となったため、平成24年度に繰り越して修正した。その結果、不具合を解消し、所定の仕様を満足していることを確認した。4x4のMPPCモジュールの性能試験を実施し、期待通りの性能が出せることを確認した。さらに紫外領域で検出効率のよいMPPCを入手し、その性能試験を引き続き実施したが、期待する改善は見られなかった。MPPCからの信号の立ち上がり時間が想定外に長かったが、電子処理回路を改良することで短縮に成功した。また、MPPCの基礎特性の温度依存性を測定し、運用環境で予想される温度範囲での最適化条件を決定し、その場合の性能を計算したところ、クロストークが問題となる可能性があることが判明したため、製造メーカーと協力し、クロストークを1/5以下に改善したMPPCを開発した。その性能を測定したところ、光検出効率も下がってしまうことがわかったため、光検出効率への影響を改善した検出器を開発中である。並行してThrough-Silicon-Via(TSV)技術を利用したMPPCを利用し、さらにレンズで集光することで不感領域の影響を抑制する方法を設計したところ、95%近くの開口率になる見込みであることを確認し、本研究の目標の一つである75%以上の開口率を実現できる目途が立った。一方で、高密度のMPPCからの電気信号を処理するための集積回路の開発も並行して実施した。集積回路の設計に不具合があったため、改良した集積回路を製造し、その性能評価を行い、所定の仕様を満足していることを確認した。さらに、カメラモジュールを1台試作し、光検出器を接続して試験をした。その結果、想定通りの実用上性能を確認できたため、1カメラに相当する32カメラモジュールの量産の準備を開始した。並行して、集積回路のトリガー性能の向上のためさらないる調査をした結果、波形記録時のコントロール信号による性能劣化を確認したため、改良した集積回路を試作し試験を開始した。平成23年度は4x4のMPPCモジュールの性能試験を実施し、期待通りの性能が出せることを確認した。平成24年度は、さらに紫外領域で検出効率のよいMPPCを入手し、その性能試験を引き続き実施したが、期待する改善は見られなかった。さらに、昨年の試験では、MPPCからの信号の立ち上がり時間が、想定外に長かったが、読み出し電子回路を改良することで短縮に成功した。MPPCの基礎特性の温度依存性を測定し、運用環境で予想される温度範囲での最適化条件を決定し、その場合の性能を計算したところ、クロストークが問題となることが判明した。製造メーカーと協力し、クロストークを1/5以下に改善したMPPCを開発中である。昨年度は、集積回路の設計に不具合があったため、今年度は改良した集積回路を製造し、その性能評価を行い、所定の仕様を満足していることを確認した。さらに、カメラモジュールに必要な電子回路基板を製作した。平成25年度までの研究で、当初の目標であった75%の開口率を達成する見込みが立ったたが、MPPCでは、一つの光子の入射に対して複数の光子に対応する信号を出力するクロストークとよぶ現象があり、クロストークによって入射光子数より大きな出力することで、光子数の少ないバックグラウンドをガンマ線シャワーの現象と間違えてしまうことが問題となる。平成25年度中にクロストークレートを抑制する素子を試作し、クロストークレートが1/5以下に改善することを確認したが、光検出効率も低下する副作用があるとことが判明した。クロストークレートを抑制するための構造が不感領域となることが原因であることがわかっているため、平成26年度にクロストークレートの抑制効果を保ちつつ不感領域を最小にする改善をした素子を試作した。その結果、クロストークレートの抑制効果を保ちながら光検出効率を以前の水準まで回復することを確認した。一方で、高密度のMPPCの電気信号を処理するための集積回路の開発も並行して実施した。平成25年度までの開発で、波形記録回路とデジタル化回路に関しては所定の性能を達成しているが、トリガー回路に関しては波形記録時のコントロール信号の干渉による性能劣化を確認したため、改良した集積回路を試作した。平成26年度に改良した集積回路のトリガー性能を測定したが、その効果が見られなかった。その結果を受けて、波形記録回路とトリガー回路を独立の集積回路を製造した。

並行して、高密度読み出しを可能とする高速波形記録集積回路を開発し、その試作モジュールをチェレンコフ望遠鏡試作機に搭載し、宇宙線による空気シャワーの信号を撮像することに成功し、その性能を現実的環境下で実証した。27年度が最終年度であるため、記入しない。宇宙線物理学MPPCの開発においては、光検出効率が想定より良かったため、国際共同実験であるCTAでの初期設計に採用され、順調に進んでいる。一方で、集積回路の開発では、一部に設計の不具合があり再設計となったが、全体の計画では、1度の再設計は想定されている。再設計後の集積回路は、所定の使用を満足することを確認しており、計画の遅れにはなっていない。MPPCの開発においては、光検出効率が想定より良かったため、国際共同実験であるCTAでの初期設計に採用され、順調に進んでいる。紫外領域でさらなる改良をねらったMPPCの性能は期待通りではなかったが、あらたに開発されたTSV技術を利用したMPPCを活用し、レンズで集光することで不感領域の影響を抑制する方法を設計し、95%近くの開口率になる見込みであることを確認したところ、本研究の目標の一つである75%以上の開口率を実現できる目途が立った。また、平成24年度の測定でクロストークが問題となることが判明したが、それを1/5以下に改善する検出器を開発に目途がつきつつある。一方で、集積回路の開発では、一部に設計の不具合があり再設計となったが、全体の計画では、1度の再設計は想定されており、再設計後の集積回路は所定の仕様を満足することを確認されたため、計画の遅れにはなっていない。この集積回路を搭載したカメラモジュールに光検出器を接続してモジュールでの試験をした結果、想定通りの実用性能を確認できたため、1カメラに相当する32モジュールの量産の準備を開始しており、平成26年度にはカメラ試作機での実用試験をかんできる見込みである。紫外領域でさらなる改良をねらったMPPCの性能は期待通りではなかったが、異なる方法での改良を検討している。また、今年度の測定でクロストークが問題となることが判明したが、それを1/5以下に改善する目途が立ち、開発中である。一方で、集積回路の開発では、一部に設計の不具合があり再設計となったが、全体の計画では、1度の再設計は想定されており、再設計後の集積回路は所定の使用を満足することを確認されたため、計画の遅れにはなっていない。現在、この集積回路を搭載した電子基板の製作も終わり、モジュールでの試験ができる状態となっている。MPPCの開発においては、さらに光検出効率を改善するための開発を継続し、性能の向上を図る。また、赤色の光は、バックグランドに寄与するため、赤色の光への感度を下げる開発の方向性も検討する。集積回路の開発では、仕様を満足する設計を確認したが、さらにトリガー性能の向上をねらった改良を検討する。MPPCの開発においては、クロストークと光検出効率の改善を両立した検出器の開発を継続し、さらなる性能の向上を図る。また、TSV技術を利用したMPPCにレンズを組み合わせたモジュールを試作し、開口率を実測する。
酸化亜鉛中不純物Ａｌ位置での局在量子構造とその安定性

これまで本研究では摂動角相関法[1]により、空気中での熱処理によって形成するZnO中の不純物AlとInの強い会合状態が真空中での熱処理により解離する現象を観測してきた。またこの局所構造変化が希薄な酸素濃度条件下での熱処理中に生じるZnOの酸素空孔形成に誘起される現象であることを見出した。平成26年度はこの局所構造変化の熱処理時間依存性を詳細に調べることにより、この反応の1123 Kにおける速度定数を見積もることができた。さらに同様の実験を異なる温度で行い、速度定数の温度依存性をみつもり、そこからZnOの酸素空孔形成の活性化エネルギーに相当する値を実験的に0.72(6) eVと見積もった。これは理論計算によって得られた酸素空孔形成エネルギーの値[2]が本実験結果と近い値を示すことからも強く示唆された。[1]ホスト物質に放射性核種のプローブを導入し、プローブ位置での微視的な構造や性質を調べる分光法の一つ。本研究ではプローブに、ZnOのドナーである111Inを採用した。26年度が最終年度であるため、記入しない。不純物AlとInを導入したZnOについて、異なる雰囲気条件で熱処理を行ったものを摂動角相関測定[1]した結果、ZnO中の不純物Inは空気中での熱処理によりAlと強い会合状態を形成するものの、真空中での熱処理によってその会合は解離し、Inは単独でZnの置換サイトを占有することが示された。またこの解離の現象は、真空と同様に酸素濃度が希薄なアルゴンガス気流中でも観測された。一般にZnOのような酸化物は、希薄な酸素濃度条件下での熱処理によって酸素空孔が形成されやすいと言われており、不純物AlとInの解離も試料内に形成する酸素空孔によって誘起される可能性が高い。その機構としては、酸素空孔が形成されると試料内は陽イオンが過剰な状態となり、陽イオンの静電気的な反発力で不純物AlとInの結合が不安定化するために、AlとInが解離すると考えることができる。また上記の不純物AlとInの解離について、解離の機構をより詳細に理解するために解離の温度依存性の調査を行った。その結果、不純物AlとInの解離の現象は真空中での熱処理の温度が高くなればなるほど顕著になることが分かった。本研究ではAlをZnO中へ固溶させ、均一に拡散させる試料調製法の確立と、ZnO中の不純物の安定性の調査の二つを目的としていた。今年度はZnO中の不純物AlとInの不純物が形成する局所構造について、熱処理中の試料をとりまく雰囲気条件によって、不純物の局所構造が変化することを確認した。またその局所構造変化が、酸素濃度が希薄な条件下での熱処理中にZnOに生じる酸素空孔に誘起される可能性を見出した。このようにZnO中に不純物が形成する局所構造の安定性を決める要因を確認することができたため、本研究はおおむね順調に進展していると考えられる。昨年度に引き続き、ZnO中に導入された不純物AlとInの安定性に着目する。不純物AlとInを導入したZnOの局所構造を様々な温度条件、熱処理時間で熱処理したものを観測し、不純物AlとInの局所構造変化の過程をより詳細に調べる研究に着手する予定である。得られた解離の反応の熱処理時間依存性や、熱処理温度依存性の一連のデータから、局所構造変化の反応の、反応速度や活性化エネルギーを見積もる予定である。
骨粗鬆症に対する自家骨髄幹細胞移植効果の検討-骨粗鬆モデルラットを用いて-

近年骨髄内未分化幹細胞は生体内のさまざまな組織に分化することが示されるようになり、種々の研究や臨床応用が報告される。今回我々は今後社会的にも問題になるであろう骨粗霧症の治療に応用するための基礎的実験として骨粗鬆モデル動物でその効果を検討した。当初我々は卵巣摘出ラットを骨粗鬆モデルラットとして用いることを試みた。骨髄採取量と卵巣摘出の手技的な問題から、検討が不具合となったため家兎にステロイド投与によるステロイド骨粗鬆症家兎に変更し検討した。方法:対象は成熟雄日本白色家25羽とした。メチルプレドニゾロンを筋注を週に1回、6週間継続した5羽を作製し、骨粗鬆の発生を検討した。組織学的に大腿骨を評価したが、全例に骨萎縮と骨梁の菲薄化を認め、骨粗鬆の発生しているものとした。同様の手法で20羽中10羽には反対側の大腿骨から採取した骨髄から分離した単核球を大腿骨内に注入した。(骨髄移植群)そのコントロールには単核球のかわりに生理食塩水を注入した5羽(生理食塩水群)と、何も注入しない5羽(未処理群)とした。骨髄注入後4週で屠殺し大腿骨を組織学的に検討した。結果と考察:生理食塩水群と未処理群は同様の骨粗鬆像であったが、骨髄移植群では骨梁の菲薄は軽度でありその有用性が示唆された。また各群2羽、屠殺時に膀胱より尿を採取し、骨形成能評価として骨アルカリフォスファターゼと骨吸収能評価としてデオキシピリジノルを測定した。各群においてその測定値に明らかな差は見いだせなかった。この結果では骨髄移植は局所の骨再生には有用である可能性があるが、骨髄移植後4週での評価のためか全身への抗骨粗鬆効果は明らかでなかった。近年骨髄内未分化幹細胞は生体内のさまざまな組織に分化することが示されるようになり、種々の研究や臨床応用が報告されている。我々も骨髄移植を応用した骨壊死治療の研究を行っており、現在も継続中である。骨髄移植を用いた再生治療は最近最も注目される分野のひとつであり整形外科領域においてもさらなる応用が期待される。そこで我々は今後社会的にも問題になるであろう骨粗鬆症の治療に応用することを検討した。骨粗鬆症に対する骨髄移植は国内外で当科のIchiokaらの報告のみである(Stem cell,2003)。同報告では骨粗鬆症マウスSAMP6を用いた同種骨髄移植を行いその予防効果を検討している。しかし骨粗鬆症への臨床応用は同種骨髄では適合性も問題となり、その道のりは長いと思われる。そこで我々は臨床応用を考慮し自家骨髄移植を用いる方法を考えた。方法は8週齢Wister-Imamichi Ratから両側卵巣を取り出して骨粗鬆症モデルラットを作成し、骨髄液を採取する。採取した骨髄液をNycoprep 1.077Animal(第一化学薬品株式会社)とともに遠心分離して未分化幹細胞を含むと考えられている単核球を採取し、ラット血清を含む培地にて714日間培養する。培養した骨髄未分化幹細胞を生理食塩水に混和した状態で右大腿骨に移植する。移植部の評価として、骨髄移植後4・6・8週に大腿骨HE組織標本を作製し組織学的に評価する。さらに骨吸収マーカーとして尿中deoxypyridinolineを、骨形成マーカーとして骨型アルカリフォスファターゼを経時的に測定し評価する。さらに大腿骨レントゲン写真よりmicrodensitometryを用いて骨密度計測を行い評価する。なおコントロールとして骨髄移植をしない同週齢骨粗鬆症モデルラットを用いる。以上の実験・評価方法を検討し実施する予定である。

また各群2羽、屠殺時に膀胱より尿を採取し、骨形成能評価として骨アルカリフォスファターゼと骨吸収能評価としてデオキシピリジノルを測定した。各群においてその測定値に明らかな差は見いだせなかった。この結果では骨髄移植は局所の骨再生には有用である可能性があるが、骨髄移植後4週での評価のためか全身への抗骨粗鬆効果は明らかでなかった。
DNAトポイソメラーゼIIαの生理的機能と発現制御機構

1.トポIIαの生理的機能の解明ジーンターゲティング法により取得したヘテロ変異ES細胞を解析し,トポIIαの発現量低下により細胞の増殖速度が遅れることを明らかにした。また,トポIIα発現量とトポII阻害剤(VP-16,ICRF-193)感受性との間に正の相関関係があることを示した。さらに,個体レベルの解析を目指してノックアウトマウスの作製を試みたところ,ホモ変異マウスは致死となることがわかった。ヘテロ変異マウスでは全く異常はみられなかった。2.トポIIαの発現制御機構の解明トポIIαプロモーターの活性が細胞周期に依存して変化しておりG2/M期に最大に達することをマウスNIH3T3細胞を用いて示した。この転写調節に関わるシス配列を検索した結果,複数の逆向きCCAAT配列(ICB)がG2/M期での転写活性化に必要であることがわかった。ゲルシフト法により,ICBに結合する転写因子としてNF-Yを同定した。しかし,細胞周期を通じてNF-Yの発現量およびICB結合能に大きな変化はみられなかった。また,プロモーター上における転写因子の結合様式は細胞周期を通じてほとんど変化しなかった。そこで,ヒストンアセチル化の関与を調べたところ,脱アセチル化酵素阻害剤であるトリコスタチンAによりプロモーター活性が著しく上昇することがわかった。この活性化にも複数のICBが必要であった。このことから,G2/M期での転写活性化にNF-Yを介したアセチル化が重要であることが強く示唆された。1.トポIIaの生理的機能の解明_マウスES細胞を用いたジーンターゲティング法により取得したヘテロ変異細胞を解析し,トポIIa発現量の低下が細胞増殖速度を遅らせることを明らかにした。また,トポIIa発現量とトポII阻害剤感受性との間に正の相関関係があることを明確に示した。さらに,ホモ変異細胞の分離を試みることで,本酵素が細胞増殖に必須な役割を果たしていることを強く示唆する結果を得た。現在,個体レベルの解析を目指してノックアウトマウスの作製を行っており,既にキメラマウスの取得に成功した。2.トポIIaの発現制御機構の解明_マウスNIH3T3細胞を用いたトランジェントアッセイにより、トポIIaプロモーターの活性は細胞周期に依存して変化しておりG/M期に最大に達することを示した。こうした転写調節に関わるシス配列をさまざまな変異解析により検索し,複数の逆向きCCAAT配列(ICB)がG2/M期での転写活性化に必要であることを明らかにした。また,ゲルシフト法により,ICBに結合する転写因子としてNF-Yを同定し,細胞周期の各期におけるNF-Yの発現量およびICB結合能の比較を行った。さらにin vivo foot-printing解析を行い,プロモーター上における転写因子の結合様式は細胞周期を通じてほとんど変化しないことを明らかにした。そこで,ヒストンアセチル化の関与を調べたところ,脱アセチル化酵素阻害剤であるトリコスタチンAによりプロモーター活性が著しく上昇することを見い出した。現在,アセチル化の役割に関してさらに詳細な解析を進めている。一方,トポIIamRNAの安定性における3'非翻訳領域の役割を調べ,この領域単独では細胞周期に依存したmRNA安定性の変化に関与していないことを示した。
ナノコンポジット絶縁材料による直流電力機器の高性能化に関する研究

本研究では,ナノサイズの充填剤を混入させた高分子絶縁材料(ナノコンポジット絶縁材料)の直流電力機器への実用可能性を明らかにするため,一連の電気物性を明らかにするとともに,直流絶縁破壊メカニズムについて検討を行った. MgOナノフィラーをLDPEに添加したナノコンポジット絶縁材料は,高電界下においても無添加LDPEより電気伝導性が低いことに加えて,高い直流絶縁破壊の強さを有する良好な直流絶縁材料であることを明らかにした.さらに,直流高電界下でMgOナノフィラーにトラップされた同極性(ホモ)空間電荷が伝導電流の上昇を抑制し,絶縁破壊の強さを上昇させるメカニズムを明らかにした.さらなる効果的なナノサイズ構造探索のため,ナノサイズ空孔構造に着目し,アルミナ/エポキシコンポジットにナノサイズ空孔構造を導入することより低誘電性を持つ絶縁材料が実現できることを明らかにした.本研究では,ナノサイズの充填剤を混入させた高分子絶縁材料(ナノコンポジット絶縁材料)の直流電力機器への実用可能性を明らかにするため,一連の電気物性を明らかにするとともに,直流絶縁破壊メカニズムについて検討を行った. MgOナノフィラーをLDPEに添加したナノコンポジット絶縁材料は,高電界下においても無添加LDPEより電気伝導性が低いことに加えて,高い直流絶縁破壊の強さを有する良好な直流絶縁材料であることを明らかにした.さらに,直流高電界下でMgOナノフィラーにトラップされた同極性(ホモ)空間電荷が伝導電流の上昇を抑制し,絶縁破壊の強さを上昇させるメカニズムを明らかにした.さらなる効果的なナノサイズ構造探索のため,ナノサイズ空孔構造に着目し,アルミナ/エポキシコンポジットにナノサイズ空孔構造を導入することより低誘電性を持つ絶縁材料が実現できることを明らかにした.本研究では,ナノコンポジット絶縁材料の一連の絶縁破壊メカニズムを検討することによって,その直流電気絶縁物性を解明し,有力な直流電気絶縁材料の一つとしてその実用化に対する基本的指針を明らかにすることを目的とする.直流電気絶縁破壊現象は,空間電荷の蓄積を経て絶縁破壊に至るプロセスを有しており,この一連の破壊プロセスの中で材料特性を検討する必要がある.本年度は,ナノコンポジットにおける空間電荷の蓄積が直流絶縁破壊特牲に与える影響と誘電基礎特性を調査した.その結果以下の知見が得られた.(1)MgOナノフィラーをLDPEに添加したナノコンポジット(MgO/LDPEナノコンポジット)に直流ランプ電圧を印加し,直流絶縁破壊特性を取得した.その結果,MgO/LDPEナノコンポジットは無添加LDPEより高い直流絶縁破壊の強さを有することがわかった.(2)MgO/LDPEナノコンポジットにプレストレス(前課電)を加え試料内部に空間電荷を蓄積させた後に,絶縁破壊特性を取得した.その結果,プレストレス電圧の増加と共に,無添加LDPEの絶縁破壊の強さは低下する一方で,ナノコンポジットの絶縁破壊の強さは上昇することがわかった.これは,プレストレス中にナノコンポジット内部に形成されたホモ空間電荷がランプ電圧下において伝導電流の上昇を抑制するため,絶縁破壊の強さを上昇させた可能性を示唆している.(3)ナノサイズ構造を持つアルミナ/エポキシコンポジットを用いて,ナノサイズ構造が誘電特性に与える影響を調査した結果,ナノサイズ構造を持つアルミナ/エポキシコンポジットは,通常のアルミナエポキシコンポジットよりも低誘電特性化することがわかった.本研究では,ナノコンポジット絶縁材料の一連の絶縁破壊メカニズムを検討することによって,その直流電気絶縁物性を解明し,有力な直流電気絶縁材料の一つとしてその実用化に対する基本的指針を明らかにすることを目的とする.直流電気絶縁破壊現象は,空間電荷の蓄積を経て絶縁破壊に至るプロセスを有しており,この一連の破壊プロセスの中で材料特性を検討する必要がある.本年度は,ナノコンポジットにおける直流絶縁破壊に至るまでの空間電荷の蓄積過程と誘電基礎特性を調査した.その結果,以下の知見が得られた.(1)MgOナノフィラーをLDPEに添加したナノコンポジット(MgO/LDPEナノコンポジット)に直流ランプ電圧を印加し,直流絶縁破壊に至るまでの空間電荷の時間変化を取得した.その結果,無添加LDPEは空間電荷の蓄積が進んでいくのに対し,MgO/LDPEナノコンポジットは無添加LDPEより蓄積空間電荷が遥かに少なく,同極性(ホモ)空間電荷が電極近傍に蓄積していることがわかった.(2)MgO/LDPEナノコンポジットの高電界もれ電流特性を取得した.その結果,ナノコンポジットの漏れ電流は無添加LDPEより少ないことがわかった.以上を踏まえると,ナノコンポジット内部に形成されたホモ空間電荷がランプ電圧下において伝導電流の上昇を抑制するため,絶縁破壊の強さを上昇させた可能性を明らかにした.(3)ナノサイズ構造の中でもナノサイズ空孔(ポーラス)構造を有するアルミナ/エポキシコンポジットを用いて,ナノサイズ空孔構造が誘電特性に与える影響を調査した.その結果,ナノサイズ空孔構造を持つアルミナ/エポキシコンポジットは,通常のアルミナ/エポキシコンポジットよりも低誘電特性化することがわかった.
中皮腫の細胞内異常シグナル

ATBF1が細胞質/核を移動している実証:NES/NLSごとのGFP蛍光タンパク質タグ付き融合発現vectorを完成させ、COS-7細胞株に変更して、細胞内局在シグナル活性を確定する実験を実施した。アミノ酸の一次構造的から予想してATBF1のアミノ酸配列の開始番号で分類される4カ所のNLSコンセンサス配列(277、1387、2947、2987)で分類して機能解析を行った。その結果、1387、2947、2987には2倍から7倍程度の核へのタンパク質発現の集中が認められた。2947と2987は実際のタンパク質上では隣接して存在する。そこでGFP蛍光タンパク質タグ付き融合発現vectorにもこの2カ所をタンデムにつなげた発現系を作成して検定したところ、核への集積が32と非常に強い核移行シグナルとして機能することを証明することができた。(三浦、川口)ATBF1がATMによってリン酸化される実証と断片化の事実:私たちの研究とは独立してハーバード大学の研究グループの網羅的検索によりATBF1がATMによってリン酸化されることが決定された(Science316,1160、2007)。このリン酸化は、ATMからATBF1へのシグナル伝達系として極めて重要は意味があり、Ser1180がその標的アミノ酸であることが決定された。アイソトープ32P正リン酸の取り込みによるATBF1分子のリン酸化状態を特異抗体による免疫沈降で検定したところ、全長404-kDaのみがリン酸化状態であった。免疫沈降でえられた小断片はリン酸化しておらず、タンパク質のリン酸化が安定化と深くかかわっていることが推定された。断片化して。NLSを消失したATBF1は細胞質に残存して、核で正常な遺伝子転写調節に関わることができなくなる異常タンパク質変性することが判明し、これが腫瘍の悪性度の指標となることが推察された。(三浦)研究計画1:ATBF1のアミノ酸一次構造から予測されるロイシンに富むNES(核輸出配列)および、アルギニンから始まる11アミノ酸の両端がリジンに挟まれる形のNES(核輸入配列)がそれぞれ生理的にATBF1の細胞内局在を制御するための機能ドメインであることを予想してNESおよびNLSごとのタグ付き発現vectorを作成および変異導入を行うことを企画した。実施内容:構造予想から3箇所のNES、4箇所のNLSをGFP蛍光タンパク質融合発現vectorとして作成し生体標本における細胞質/核移行の解析を行った。到達成果:アミノ酸一次構造から予測されるロイシンに富むNESに関しては、予想される細胞質輸出ドメインとしての機能は、作成したATBF1部分配列のみでは観察できなかった。4箇所のNLSについての核輸入の機能的役割については、3番目と4番目の2カ所に特異的なNLS機能を証明することができた。3番目と4番目の2カ所を直列に並べて同時に発現するベクターを作成した所、90%以上のATBF1タンパク質を核に移動させる効果が出ることが証明できた。研究計画2:NESの機能解析を実施する前提としてATBF1が実際に細胞質にATBF1タンパク質を輸出する機能ドメインを決定する必要があった。しかし、上記のように現時点までの実験では同定が未完成で、この実験計画には着手できていない。ATBF1が実際に細胞質/核を移動している細胞系の準備:マウス由来胚性がん細胞株P19細胞のレチノイン酸による神経分化誘導系が極めて鋭敏かつ再現性よくATBF1の細胞質/核の移動を観察できる。NES/NLSごとのGFP蛍光タンパク質タグ付き融合発現vectorを完成させ、P19細胞に遺伝子導入を試みたが、導入効率が極めて低いために、COS-7細胞株に変更して、細胞内局在シグナル活性を確定する実験を実施した。アミノ酸の一次構造的から予想していた4カ所の核移行シグナルのうちそれぞれ独自に核移行シグナル活性があることをみいだした。それぞれATBF1のアミノ酸配列の開始番号で分類される4カ所のNLSコンセンサス配列(277、1387、2947、2987)で分類してそれぞれの機能解析を行った。その結果、277には有意な核移行活性は認められなかった。他の1387、2947、2987には2倍から7倍程度の核へのタンパク質発現の集中が認められた。(三浦、川口)ATBF1がATMによってリン酸化される機能ドメインの決定:私たちの研究とは独立してハーバード大学の研究グループの網羅的検索によりATBF1がATMによってリン酸化される候補アミノ酸の一つが決定された(Science316,1160、2007)。このリン酸化は、ATMからATBF1へのシグナル伝達系として極めて重要は意味があるとかんがえられ、Ser1180がその標的アミノ酸であることが決定された。その検定を容易に実施できる系を確立する必要があり、抗リン酸化Ser1180モノクローナル抗体の作成を開始した。ペプチド合成、免疫、ハイブリドーマ細胞との融合、非リン酸化ペプチドとリン酸化ペプチドへの反応性に差があるクローンの選択まで研究を進めることができた。(三浦)

ATBF1が細胞質/核を移動している実証:NES/NLSごとのGFP蛍光タンパク質タグ付き融合発現vectorを完成させ、COS-7細胞株に変更して、細胞内局在シグナル活性を確定する実験を実施した。アミノ酸の一次構造的から予想してATBF1のアミノ酸配列の開始番号で分類される4カ所のNLSコンセンサス配列(277、1387、2947、2987)で分類して機能解析を行った。その結果、1387、2947、2987には2倍から7倍程度の核へのタンパク質発現の集中が認められた。2947と2987は実際のタンパク質上では隣接して存在する。そこでGFP蛍光タンパク質タグ付き融合発現vectorにもこの2カ所をタンデムにつなげた発現系を作成して検定したところ、核への集積が32と非常に強い核移行シグナルとして機能することを証明することができた。(三浦、川口)ATBF1がATMによってリン酸化される実証と断片化の事実:私たちの研究とは独立してハーバード大学の研究グループの網羅的検索によりATBF1がATMによってリン酸化されることが決定された(Science316,1160、2007)。このリン酸化は、ATMからATBF1へのシグナル伝達系として極めて重要は意味があり、Ser1180がその標的アミノ酸であることが決定された。アイソトープ32P正リン酸の取り込みによるATBF1分子のリン酸化状態を特異抗体による免疫沈降で検定したところ、全長404-kDaのみがリン酸化状態であった。免疫沈降でえられた小断片はリン酸化しておらず、タンパク質のリン酸化が安定化と深くかかわっていることが推定された。断片化して。NLSを消失したATBF1は細胞質に残存して、核で正常な遺伝子転写調節に関わることができなくなる異常タンパク質変性することが判明し、これが腫瘍の悪性度の指標となることが推察された。(三浦)
アポトーシス誘導複合脂質膜のシグナル伝達とがん治療効果

1.種々の複合脂質膜のin vitroでの制がん効果脂質分子にアシル鎖の炭素数が2個ずつ異なるホスファチジルコリン(PC)を用いて、アポトーシス誘導について検討したところ、(1)アシル鎖長が12のPC(DLPC)の場合は、がん細胞に対してネクローシスを起こし、正常細胞に対しても強い細胞毒性を示した。(2)アシル鎖長が14のPC(DMPC)では、がん細胞にアポトーシスを誘導し、正常細胞に対して無毒性であった。(3)アシル鎖長が16のPC(DPPC)では、がん細胞増殖抑制効果を示さず、正常細胞に対して無毒性であった。2.複合脂質膜のアポトーシス誘導メカニズムDMPC/10mol%C_<12>(EO)_<10>複合脂質膜は、腫瘍細胞に対して融合・蓄積後、デスレセプター(Fas)を活性化する経路とミトコンドリアを活性化する経路が存在し、FasからはFADDを介したカスペース-8の活性化及びBidの活性化、また、ミトコンドリアからはチトクロムcの放出とカスペース-9の活性化後、カスペース-3及びPARPが活性化して、アポトーシスを誘導することを明らかにした。3.複合脂質膜のin vivoでの制がん効果(1)リンパ腫瘍細胞を移植した担がんマウスに対する治療実験から、DMPC/5mol%C_<12>(EO)_n(n=21,23,25)複合脂質膜は、延命率が140%160%と高い延命効果が得られた。(2)正常ラットを用いたDMPC/5mol%C_<12>(EO)_n(n=21,23,25)複合脂質膜の1週間反復投与毒性試験の体重、血球検査、血液生化学検査、各器官の剖検、臓器重量比などの結果から高い安全性が確認された。1.種々の複合脂質膜のin vitroでの制がん効果脂質分子とミセル分子を混合し、新しく創製したハイブリッドリポソーム(HL)は、HLのみでin vitroおよびin vivoにおいて抗腫瘍効果を示すことを報告している。今回は、脂質分子にアシル鎖の炭素数が2個ずつ異なるホスファチジルコリン(PC)を用いて、アポトーシス誘導について検討したところ、次のような興味ある知見が得られた。(1)アシル鎖長が12のPC(DLPC)の場合は、がん細胞に対してネクローシスを起こし、正常細胞に対しても強い細胞毒性を示した。以上のことから、アシル鎖長14のDMPCを構成成分とするHLは、がん細胞に特異的にアポトーシスを誘導し、顕著な増殖抑制効果を示すことが明らかになった。2.複合脂質膜によるカスペース3の活性化1.複合脂質膜のアポトーシス誘導メカニズム(1)ヒト前骨髄性白血病細胞(HL-60)に対して、DMPC/10mol%C_<12>(EO)_<10>複合脂質膜の詳細なアポトーシスシグナルについて検討を行った。DMPC/10mol%C_<12>(EO)_<10>複合脂質膜の融合・蓄積後、デスレセプター(Fas)を活性化する経路とミトコンドリアを活性化する経路が存在することを明らかにした。

FasからはFADDを介したカスペース-8の活性化及びBidの活性化、また、ミトコンドリアからはチトクロムcの放出とカスペース-9の活性化後、カスペース-3及びPARPが活性化することが明らかになった。(2)DMPC/10mol%C_<12>(EO)_<23>複合脂質膜のヒト肺腺がん細胞(RERF-OK)及びヒト肺がん細胞(A549)に対する制がんメカニズムについて検討を行った。DMPC/10mol%C_<12>(EO)_<23>複合脂質膜は、RERF-OK及びA549細胞に対して、顕著な増殖抑制効果を示すことが明らかになった。また、RERF-OK及びA549細胞に対するDMPC/10mol%C_<12>(EO)_<23>複合脂質膜の制がんメカニズムは、がん細胞膜へ融合・蓄積後、カスペース-3,-8,-9を活性化し、DNAを断片化するアポトーシス誘導であることが明らかになった。2.複合脂質膜のin vivoでの制がん効果(1)RAJI細胞移植マウスに対する治療実験から、DMPC/5mol%C_<12>(EO)_n(n=21,23,25)複合脂質膜は、延命効果が140%160%と高い延命効果が得られた。(2)正常ラットを用いたDMPC/5mol%C_<12>(EO)_n(n=21,23,25)複合脂質膜の1週間反復投与毒性試験の体重、血球検査、血液性化学検査、各器官の剖検、臓器重量比などの結果から高い安全性が確認された。
ヘテロ構造半導体ナノ結晶における近赤外プラズモン誘起ホール移動に関する研究

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
ヘテロ架橋オリゴチオフェンの高効率的合成法の開発と機能性材料への応用

硫黄を含む五員環π共役分子であるチオフェンは安定かつ分子修飾が容易であるだけでなく、半導体特性等の興味深い特性を示す様々な誘導体が報告されている。著者らは、窒素、ケイ素等のヘテロ原子で架橋した一連の新規オリゴチオフェンの効率的合成法の開発とその基本的物性の解明を目的とした。その合成戦略としては、合成プラットフォームとして臭素を複数導入したビチオフェン、ターチオフェンを合成し、それらを基点としてヘテロ架橋オリゴチオフェンを効率よく合成する手法を開発した。拡張π電子系化合物は、その電気化学的特性や光特性のため機能性材料の活物質として注目を集めている。本研究の目的は、ヘテロ原子で架橋したオリゴチオフェン骨格の構築とその機能評価である。ところで、拡張π電子系化合物の電気伝導性の向上には、個々のπ共役の共役鎖長に加えて、π共役平面間のπ-π相互作用(π-スタック)が重要である。今回、我々は、3,3'-ジブロモ-2,2'-ビチオフェンと各種アルキルジアミンとの連続的Buchwald-Hartwigカップリングによる、分子内に架橋構造を導入した架橋ビス(ジチエノピロール)の簡便な合成法を開発した。アルキル鎖長2-3の誘導体は得られなかったが、アルキル鎖長4-8の誘導体の合成に成功した。これらのうち、アルキル鎖長4-6の誘導体については結晶構造解析にも成功している。この化合物の物性を精査したところ、結晶中では分子間相互作用の方が優先してしまう者の、溶液中においては弱くではあるが分子内π-π相互作用することが示唆された。さらによりπ拡張したπ電子系化合物である架橋ビス(ジベンゾチエノピロール)誘導体を設計し、その合成ならびに物性評価を行った。架橋ビス(ジチエノピロール)の系同様、前駆体であるビス(ブロモベンゾチオフェン)とアルキルジアミンのBuchwald-Hartwigカップリングにより架橋ビス(ジベンゾチエノピロール)を良好な収率で得た。架橋部位のアルキル鎖の長さと架橋ビス(ジベンゾチエノピロール)の物理的性質、電気化学的挙動の関係について精査したところ架橋ビス(ジチエノピロール)よりも顕著なπ-スタックの効果が発現した。拡張π電子系化合物は、その電気化学的特性や光学特性のため機能性材料の活物質として注目を集めている。中でも硫黄を含むπ共役分子であるチオフェンは安定かつ分子修飾が容易なばかりでんく、その特異な性質から注目されている基本骨格の一つである。本研究の目的はそのチオフェンが複数連なったオリゴチオフェンに対してヘテロ原子を組み込んだ骨格の構築とその機能評価である。今回、ビチオフェンがケイ素で架橋したジチエノシロールを合成する新規手法を開発した。これまで一般的にジチエノシロールを合成するためには、二つのハロゲン部位を導入したジハロビチオフェンに対してブチルリチウム等を二当量作用させてジリチオ化し、これにジハロシランを作用させる手法が一般的であった。しかし、この手法は一般的に収率が低く、また複数のケイ素を導入した誘導体を合成するためには、例えば二つのケイ素を導入する時でさえ、四ヶ所を一度にリチオ化し、不安定なテトラリチオ化体を経由させる必要があった。ところで、最近、國信・高井らはヒドロシリル基を有するビフェニルをロジウム触媒存在下、Si-H/C-H結合切断を経る脱水素型分子内環化反応に供することでシラフルオレンを合成する反応を報告している。本反応を参考に種々検討をおこない、ヒドロシリル基を有するビチオフェンに対し、イリジウム触媒を用いるとSi-H/C-H結合切断を経る脱水素型分子内環化反応が進行し、ジチエノシロール誘導体を与えることを見出した。得られたジチエノシロール誘導体の電気化学的・光学的特性を精査したところ、その骨格によって電気化学的特性・光学特性が共に大きく変化することがあきらかとなった。π共役系が長く連なった拡張π電子系分子は有機機能性材料の活物質として注目を集める分子群である。中でも、硫黄を含む五員環π共役分子であるチオフェンは安定かつ分子修飾が容易であるだけでなく半導体特性や発光特性を示す様々な誘導体が報告されている非常に重要な基本骨格の一つである。本研究では、窒素、リン、ケイ素等のヘテロ原子またはエテンで架橋した一連の新規オリゴチオフェン骨格の効率的合成法を開発し、その基本的物性を明らかにすることを目的とした。まず著者らは反応に用いるプラットフォームとして二つまたは四つの臭素を有するターチオフェンを根岸クロスカップリング反応により合成する手法を開発した。本反応は完全な位置選択性で反応が進行し、またグラムスケールでの反応が容易に可能である。得られたプラットフォームを起点として、窒素で架橋したターチオフェン(Nitrogen-Bridged Terthiophene: NBTT)の効率的合成法を開発した。このNBTTの一部の誘導体が半導体特性を示すことも見出している。NBTTの合成報告は我々が世界初であるが、同時に複数のグループが同様の化合物の合成に取り組んでおり、その一部の類縁体が有機太陽電池として優れた特性を示すことも他のグループにより報告されている。また、我々はプラットフォームを用いて、連続的な薗頭クロスカップリング反応と続く環化反応によりエテン架橋ターチオフェン(Ethene-Bridged Terthiophene: EBTT)の合成にも成功している。EBTTは過去に真空熱分解による合成が一例だけ報告されているのみであり、また、その物性も不明であった。

我々は一連の新規EBTTを合成し、その基本的な光学特性・電気化学的特性も明らかとした。また、ケイ素で架橋したジチエノシロール誘導体がイリジウム触媒により容易に合成できることも見出した。硫黄を含む五員環π共役分子であるチオフェンは安定かつ分子修飾が容易であるだけでなく、半導体特性等の興味深い特性を示す様々な誘導体が報告されている。著者らは、窒素、ケイ素等のヘテロ原子で架橋した一連の新規オリゴチオフェンの効率的合成法の開発とその基本的物性の解明を目的とした。その合成戦略としては、合成プラットフォームとして臭素を複数導入したビチオフェン、ターチオフェンを合成し、それらを基点としてヘテロ架橋オリゴチオフェンを効率よく合成する手法を開発した。ヘテロ架橋した拡張π電子系分子の新規構築法を開発し、新規拡張π電子系分子の合成及び物性評価に成功したのおおむね順調に進展しているといえる。有機合成化学現在、本反応の適用できる適用範囲を調べているが、かさ高い基質になると反応が進行しなくなる傾向にある。反応条件をさらに改良し、基質適用範囲の拡大をはかると共に、他のヘテロ原子の導入反応の開発も並行して進めていく。含チオフェンヘテロ架橋の新規拡張π電子系分子の構築に成功しその性質を精査することを達成しているので、おおむね順調に進展していると言える。一部の高価な試薬を購入するのではなく、より安価な原料から合成することにより物品費を抑えることができた。様々な含ヘテロ原子チオフェン誘導体を合成し、その構造物性相関を明らかとすると共に機能性材料へと応用していきたい。次年度は最終年度であるので、研究の遂行に全力を尽くすため、物品費と論文の投稿料、成果発表の旅費に重点的に予算を用いる予定である。平成25年度は旅費は予想通りであったが、試薬代が当初予想していたよりも安く済んだため、次年度使用額が生じた。平成25年度に得た知見を元に更なるπ拡張ヘテロ架橋チオフェン分子の構築とその機能評価をおこなう。