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人工ジャイロ磁気・誘電特性の創出とその電磁波素子への応用

人工電磁材料の特性を周囲の環境により適応的に変化させるための基礎技術として1x2 mmサイズの小型マイクロコントローラーの制御プログラムもアセンブリ言語で記述する基礎的な部分は完成させており、引き続きこれを人工電磁境界へと応用を進める。研究成果は国内学会発表2件(電子情報通信学会・電気学会)と国際会議発表2件(IEEE APRASC2017, IEEE ICCEM2017)、更に査読付き学術論文誌2件(IEICE, JESIT)に発表することができた。28年度は従来技術で問題となっていた非線形性と雑音特性を能動素子数削減により大幅に改善することができる8の字共振特性の開発、周囲の環境により電磁特性を適応的に変化させるための基礎技術としてマイクロコントローラーのプログラム開発など、基礎的な部分で研究に大幅は進展が見られた。また研究成果発表として国内学会発表2件(電子情報通信学会・電気学会)と国際会議発表2件、更に査読付き学術論文誌2件(IEICE, JESIT)に発表することができた。前年度まで得られた知見をより複雑な導波構造と組み合わせる事で、機能切り替えが可能な平面回路と多機能アンテナを実現するための基礎技術の構築を行なった。人工電磁材料の高度信号が可能な処理平面回路への応用ならびに人工電磁材料の高度信号処理が可能な電磁界境界への応用を目的として動的に物性パラメータを制御可能な電磁材料を作り出し、その評価を行った。更に従来のマイクロ波アイソレータよりも遥かに高いアイソレーション比の実現を目的として電磁界のベクトル場のキャンセリングという新しい動作原理に基づくアイソレータを提案し、その特性評価も行った。さらに能動素子を含む電磁界構造では避けることができない雑音発生について、電磁界構造の回路モデルを構築し、低雑音化への指標を見出すことができた。人工電磁材料の高度信号処理に対してはマイクロコントローラーの知識が不可欠であり、この実現に向けてワンチップ内にプロセッサ、高周波部を全て含む素子であるEspressif社のESP32-PICO-D4を用いた周囲の電磁界に応じて動的にアンテナを切り替えるシステムを試作し、そのプログラム技術の構築も行った。さらに人工電磁材料とプロセッサ技術を組み合わせることで周囲の電磁界の状況に応じて自律的に電磁波伝搬特性を変化することができる人工電磁界境界(メタサーフェス)の基礎技術を確立した。この技術により物性制御による放射ビーム走査、アンテナ開口面積制御によるビーム幅制御、材料の非可逆性による送受信号分離、更に放射偏波面制御を周囲電磁界に応じて自律的に制御できる技術の基本方針を確立した。半導体能動素子の単向性によりリング共振器中に進行波共振を励起させ、これに伴う回転電磁界によりジャイロ電磁物性を人工的に創出し、これを電磁波素子に応用する基礎技術を確立した。リング共振器によりフェライトと等価な電磁材料物性であるジャイロ磁気特性を創出し、更に双対構造であるスロットリング共振器によりジャイロ誘電特性を創出する技術を新たに生み出した。得られた両電磁物性を複合して新しい人工電磁材料を作成し、これをマイクロ波多機能平面回路、自律的に特性が変化する多機能電磁界境界、機能性アンテナへと応用し、さらにソフトウェアの見地から如何に制御信号を生成するかを検証するシステムの試作も試みた。
微視的挙動解析に基づく懸濁液の界面不安定の発生メカニズムの解明

懸濁液の沈降時に生じる界面不安定の発生メカニズムを、粒子と流体の微視的な挙動解析に基づく数値計算により解明することを目的とした。並列計算効率の高い格子ボルツマン法にGPGPU専用計算機を用いたことで、粒子分散系の計算が高速化された。ただし、本計算手法特有の固液界面近傍に発生する流速の滑りにより数値誤差が生じることが明らかになった。格子ボルツマン法の衝突則に適用させた二種類の緩和時間に対し、固液界面に発生する流速の滑りを除去するための関係式を解析的に導出し、更に、陰解法を用いることで、固液境界面への流体の漏れの問題も同時に解決できることを実証した。懸濁液の沈降時に生じる界面不安定の発生メカニズムを、粒子と流体の微視的な挙動解析に基づき解明することが目的である。当年度は、埋め込み境界法を適用した格子ボルツマン法のGPGPUへの適用性評価を行った。格子ボルツマン法では、9方向の離散速度に対応した分布関数が独立に運動することで、系全体の流体運動が再現される。そのため、分布関数が独立に運動する格子ボルツマン法は並列効率が高く、GPGPUによる計算に適している。並列効率の高い格子ボルツマン法を、本年度購入したGPGPU専用計算機に適用し、高速計算に対する有効性を実証した。しかし、埋め込み境界法を格子ボルツマン法へ適用すると、GPGPUによって計算される数値解に数値的不安定が発生した。原因として、粒子相互作用力の重ね合わせによって生じる不安定性と、埋め込み境界法を適用した格子ボルツマン法に生じる流速の滑りや流速の値の低下の問題が挙げられる。前年度、流速の滑りの問題は複数の緩和係数を用いることにより解決されたが、速度の低下の問題は完全に解決されていなかった。本年度、埋め込み境界法において計算される外力を緩和時間の関数にすることで速度の低下の問題が完全に除去されることを、理論的に証明し、数値計算を用い実証した。懸濁液の沈降時に生じる界面不安定の発生メカニズムを粒子と流体の微視的な挙動解析により解明することを目的とした。並列効率の高い格子ボルツマン法に埋め込み境界法を適用することにより、GPGPU専用計算機による、粒子分散系の高速計算に対する有効性を実証した。ただし、粒子数を増大させると、数値的不安定性により計算が発散し、懸濁液の沈降における界面不安定が観測されない問題が生じた。埋め込み境界法を適用した格子ボルツマン法で生じる数値的不安定性の原因には、粒子相互作用力の問題以外に、固液界面近傍における流速の誤差も関係することが明らかになった。格子ボルツマン法の衝突則に適用させた二種類の緩和時間に対し、固液界面に発生する流速分布の歪を除去するための関係式を解析的に導出し、数値実験と参照解との比較検証により本手法の有効性を実証した。二種類の緩和時間を用いる簡便な本手法は、多数の緩和時間に基づく複雑な衝突則を用いる既存の手法と等しい精度で、固液界面近傍に発生する流速分布の歪を取り除くことが出来た。埋め込み境界法を適用した格子ボルツマン法において境界条件と計算された流速とが一致しない問題に対し、陰解法を用いることで解決されることも理論的に証明した。陰解法を用いることで、固液境界面への流体の漏れの問題も同時に解決され、円柱周り流れの計算において、抵抗係数、渦長さ、剥離点について参照解と比較検証し、本手法の有効性を実証した。以上より、分散媒と分散質の微視的な挙動に基づき懸濁液を解析する数値計算手法が確立され、GPGPUによる分散系の計算の高速化にも成功したと結論付けられる。粒子と流体の微視的な挙動に基づく数値解析を用い、懸濁液の沈降時に生じる界面不安定の発生メカニズムを解明することが目的である。当該年度は、埋め込み境界法の格子ボルツマン法への適用性について研究した。埋め込み境界法を格子ボルツマン法に適用した場合、外円は静止し、内円が一定の速度で回転する同心円筒間の剪断流れにおいて、緩和時間が増加すると、流速分布に歪みが発生する問題があった。二枚の平板の運動による剪断流を対象に、境界近傍で発生する速度の歪に対する解析解を導出した。格子ボルツマン法の衝突項に二種類の緩和時間を用いることで、流速の歪が除去されることが解析解から導かれ、数値実験によってその有効性が実証された。緩和時間の数を増加することで速度の歪は除去されたが、全計算領域において速度の大きさが理論解より小さくなってしまう問題が発生した。しかし、この問題は、埋め込み境界法で用いられる外力の導出に繰返し計算を適用することで解決した。格子ボルツマン法では計算条件を実験で用いられる実時間と合わせるため、格子ボルツマン法で用いられる無次元の粘性係数と実際の粘性係数との比から時間刻が算出される。

このため、計算刻みの大きさは緩和時間に比例する。本研究において、二種類の緩和時間を用いることで、緩和時間が大きくなった場合にも、速度の歪がなく計算できることで、計算刻みも大きく出来るようになった。懸濁液の微視的解析において、多量の粒子を用いるため計算コストの問題があったが、本研究で提案した固液二相流解析手法により、時間刻み幅が大きく出来かつ、高精度に多粒子を計算出来るようになった。埋め込み境界法を適用した格子ボルツマン法に生じる誤差の問題を完全に解決できた。埋め込み境界法による多粒子衝突の計算における粒子間相互力の定式化の問題が残されているが、格子ボルツマン法のGPGPUによる高速計算には成功している。当該年度の研究目標は、埋め込み境界法を格子ボルツマン法に適用した場合に発生する流速の歪を取り除くことであった。二種類の緩和時間を用いることで、流速に発生する非物理的な歪の除去に成功しており、研究目標をほぼ計画通りに達成できているため。埋め込み境界法のGPGPUへの適用、粒子間相互力による数値的不安定性の問題の解決を行い、複数枚のグラフィックカードを用いたGPGPUを用い、懸濁液のチャネル内の沈降現象解析を行う予定である。当該年度に提案した計算手法をGPGPUに適用し、多粒子の沈降計算を実施する。粒子の運動、粒子同士の相互作用、粒子と流体との相互作用などの計算に対し、最適な並列化を進める予定である。また、多粒子が堆積したときに発生する粒子間相互作用力による計算上の不安定性の問題も同時に計決する予定である。24年度に購入したGPGPU専用計算機を用い、微粒子がクラスター化し、懸濁液として界面を形成し、fingerが発達する際の粒子と流体の微視的な挙動を数値実験により明らかにする。その成果を、論文および学会にて発表し、その旅費等に使用する予定である。多粒子の沈降計算を実施するため、次年度にリリースされる次世代アーキテクチャ搭載のGPGPUを購入する予定である。また、格子ボルツマン法で問題とされた流速の歪の除去に成功した研究およびGPGPUへの多粒子の並列計算に関する研究について、論文および学会にて発表し、その旅費等に使用する予定である。
日英語における構文の変化と対人機能の発達─使用基盤的構文理論による研究

日英語の語や句ーこれを意味と形式が一体化した「構文」(construction)とよぶーが既存の意味から別の意味を発達させる際、文の命題内容を構成する概念的意味から、聞き手に向けた対人機能を発達させる場合がある。本研究では、使用基盤的構文理論の立場から、日英語の構文が対人的意味機能を発達させるプロセスを詳述し、その発達の動機づけを解明することを目的とする。
無痛的抗菌剤局所急速送達法の開発ー交流矩形波を用いたイオン導入法

我々は交流イオントフォレーシスを用いた長時間の抗菌剤など薬剤局所投与を目的としてその通電条件を検討した。印加する波形は直流成分を含む変動電場が、薬剤担持材として用いるアルギン酸の濃度は1%以下が適していると思われた。しかし交流矩形波と正弦波では現在の条件下ではそれぞれ有利な点があり、今後さらに条件を検討する必要がある。イオントフォレーシス(IOP)は現在ペインクリニック領域などでも応用されている。一般には直流が用いられるが、大量・長時間の通電は熱傷や疼痛などにより制限されている。そこで我々は交流を用いた薬剤のIOP(AC-IOP)を検討してきた。その一方でpHや温度の上昇などの問題も明らかになった。交流矩形波の陽性成分の直流成分とこれらの問題の関連を、リドカインを用いて検討した。方法は両端に白金電極を有する平行平板型アクリル製セルを使用し一方に1%リドカイン水溶液、他方に超純水を満たしセロハン膜で隔て通電を行った。用いた波形は交流矩形波・交流正弦波・直流波等とし、平均電圧を等しくするよう。電圧を設定した、通電時間は240分とし、一定時間おきにリドカイン濃度・温度・pH変化を測定した。リドカインの送達効率は波形による差異はなかった。温度・pHは矩形波より正弦波の方が変化が大きく、低侵襲な通電としては正弦波が有効と考えられた。また、現在用いている薬剤担持材として不織布が用いられているが、生体への適合性密着性の向上のため、東京工業大学と共同で薬剤担持型アルギン酸電極を試作している。in vitroで交流矩形波による薬液の送達が確認され現在臨床応用に対し作製を検討している。この電極は金属である電極とアルギン酸が化学的に結合しており、高い接着性および通電安定性を有しているが、厚さ・柔軟性・含有金属イオン等の問題も有している。現在東京工業大学との間で最適条件を検討中で、アルギン酸濃度が高いと、柔軟性が損なわれるだけでなく、送達効率の低下や温度上昇傾向が認められ、0.5-1.0%が薬液送達と物性の両面において適していると考えた。リドカインと平行平板型アクリル製電極を使用した前年度研究より、pHや温度の上昇などの問題を回避するためには。平均電圧が陽性の交流正弦波が有効と考えられた。本研究でin vitroでの変動電場の有効性が明らかとなったため、in vivoでの薬剤の浸透に関して検討した。方法は、ヘアレスラットの背部皮膚にマイクロダイアリシスプローブを埋め込んだ後、薬剤担持を測定することで、材として不織布を用いた電極を貼付した。種種の電場を印加し、経時的にプローブで回収した浸透薬剤量を定量した。使用薬剤は1%リドカイン水溶液、印加した波形は交流矩形波・交流正弦波・直流波とし平均電圧が等しくなるよう。電圧を設定した、通電時間は120分とし、その間連続的に還流液を回収した。長時間通電によるリドカインの送達は交流が優れていると考えられた。この条件を基に、同様の方法で抗生物質の投与効率を検討中である。またラット局所感染モデルを用いて感染組織における浸透効率、更に有効性の検討のための評価法を検索している。一方今回薬剤担持材として不織布が用いられたが、生体への適合性密着性の向上と有害事象発症低下を目的として、東京工業大学と共同で薬剤担持型アルギン酸電極を試作し臨床応用に対し作製中である。この電極は金属である電極とアルギン酸が化学的に結合しており既存の電極と比べ高効率な薬剤送達が期待される。これらに関しても昨年度に引き続き最適条件を検討中である。イオントイオントフォレーシス(IOP)は薬剤送達法の一種として現在ペインクリニック領域など臨床領域でも一部応用され始めている。一般に直流が用いられるが、大量・長時間の通電は熱傷や疼痛等の問題により制限がある。長時間使用を可能にするため我々は交流を用いたIOP(AC-IOP)を検討してきた。リドカインとアクリル製電極を使用した以前の研究結果より、平均電圧が陽性の交流正弦波を用いることでpHや温度の上昇などの問題を回避できる可能性が明らかとなった。そのため本研究ではin vivoでの薬剤の浸透に関して検討した。一方薬剤担持材として生体への適合性密着性の向上と有害事象発症低下を目的に開発したアルギン酸電極の特性の検討も行った。ヘアレスラットの背部皮膚にマイクロダイアリシスプローブを埋入後、薬剤担持材として不織布を用いた電極を貼付した。種々の電場を印加し、経時的に回収した還流液中の浸透薬剤量を定量した。

使用薬剤は1%リドカイン水溶液、印加した電場は異なる波形の変動電場としたがその平均電圧が等しくなるよう電圧を設定した、通電時間は120分とし、その間連続的に還流液を回収した。長時間通電によるリドカインの送達は交流矩形波が優れていると考えられた。一方、薬剤送達の効率化及び有害事象減少のためには電極の性状も大きな要因となる。我々は東京工業大学と共同でアルギン酸ゲルを用いた薬剤担持型の電極を検討しており、ゲル作製に不可欠なカチオンの種類及び濃度がアルギン酸の物性および送達効率に及ぼす影響も併せて検討中である。この電極は金属である電極とアルギン酸が化学的に結合しており既存の電極と比べ高効率な薬剤送達が期待される。本研究で明らかになりつつある長時間通電の条件を応用し抗生物質投与のための条件およびラット局所感染モデルを用いる浸透効率を検討中である。当初の計画を改変し、骨近傍ではなく皮下を標的とし、薬剤動態検討のための予備研究として過去に導入経験のある局所麻酔薬を用いることで良好な結果を得ることができた。24年度が最終年度であるため、記入しない。前年に得られた条件を基に、抗生物質の局所動態に及ぼす変動電場の影響を検索し、至適条件および感染モデルに対する効果に関しても検討を行う。
肺線維化の抑制で骨肉腫の肺転移を制御できるか

研究計画に基づき、線維化抑制薬によって骨肉腫肺転移が抑制されるかをマウス骨肉腫転移モデルに置いて検証した。肺線維化抑制役であるピルフェニドン内服によって、骨肉腫肺転移は有意に減少した。さらにブレオマイシン肺線維化モデルにおいて、肺線維化によって骨肉腫細胞の肺への生着が増強することも確認した。ポリアクリルアミドゲルを使用した硬度可変型2次元培養系において、骨肉腫細胞が、柔らかい環境ではコラーゲン線維の量依存的に増殖することを確認した。このことは、骨肉腫の肺転移において腫瘍細胞周囲の線維化、さらに線維化に伴う硬化が重要な役割を果たしていることを示している。さらに、骨肉腫肺転移患者の臨床サンプルにおいても、肺転移巣周辺での線維化増強を確認している。ピルフェニドン内服による肺転移抑制効果は、2パターンの投薬量で各2回ずつ実験を行い、効果の再現性も確認している。ブレオマイシン肺線維化モデルではブレオマイシンの投与量を5段階試し、肺転移増強効果を検証するのに最適な投与量が、0.5-1mg/kgであることを確認している。以上の動物実験はほぼ計画通り進められた。in vitroの実験系も、臨床サンプルの入手を含めて概ね順調に進行している。現在、骨肉腫肺転移細胞が肺線維芽細胞を活性化しているのかを、初代培養肺線維芽細胞を用いて検証している。本実験で、骨肉腫肺転移細胞に線維芽細胞を活性化する働きがあることが確認された後は、その原因因子の探求を行う予定である。現在は、細胞上清内の分泌タンパクとエクソソームに焦点を絞って検討する計画である。動物実験を含めて、実験が順調に推移したため次年度使用額が生じた。今年度は、当初の計画であるコラーゲン3次元培養実験に加えて、骨肉腫以外の癌腫と骨肉腫の違いを硬度可変型2次元培養系を用いて検証し、さらにエクソソーム解析としてエクソソームのRNA-seqを提出する計画である。
生理活性ペプチドホルモンによる摂食・代謝制御機構の解明

サリューシン-α及びサリューシン-βはヒト全長cDNAライブラリーより予測したそれぞれ28及び20アミノ酸残基からなる、新規多機能性生理活性ペプチドである。これらのペプチドは、ヒトにおいてはプロサリューシンより同時に産生されると考えられているが、ヒト以外の種においてはその生合成や存在様式は明らかになっておらず、齧歯類においてはヒトプロサリューシンにみられる二塩基性アミノ酸配列が存在しない。今回我々は、ラットサリューシン-α、-βそれぞれに特異的な抗体を作成し、免疫組織化学、ウエスタンブロット、ゲルろ過、逆相HPLCにて解析した結果、ラットプロサリューシンは、二塩基性アミノ酸の非存在下においてもサリューシン-α及びサリューシン-βにプロセシングされる可能性が示唆された。サリューシンのペプチド医薬や抗体医薬への応用が期待されているため、本研究はげっ歯類を用いた実験系の妥当性を明確に示した意義がある。さらに、ラット視床下部に強く発現するサリューシン-βの中枢神経作用を解析するため、飲水・摂食・行動量の同時測定システムを用いて、マウスにサリューシン-βの抹消、および中枢投与法を確立して、経時的に行動変化を評価した。抹消投与により飲水行動が促進されるが、アトロピンの前処置により解除され、逆に中枢投与では濃度依存性に、非常に低濃度で飲水行動が抑制され、抹消と中枢では異なった機序によりサリューシン-βが飲水行動を制御しているという新たな知見が得られ、現在さらに解析を進めている。新規生埋活性ペプナドによる、エネルギー代謝、循環調節、糖・脂質代謝制御作用について簡易機能解析を行った。まず、新規ペプチドの発現分布の検討を行うため、各種ペプチドを抗原として、抗体を作成し、全身の発現分布の検討を行って各種ペプチドの役割について、免疫組織化学染色やHPLCでの解析行った。その結果、神経系の臓器に主に発現するペプチドや、内分泌臓器、免疫系の臓器に発現するものが確認された。また、内分泌代謝制御面で重要な役割を果たしている臓器に発現が認められたペプチド配列を選択して以後の検討に用いた。機能解析では、エネルギー、体液量バランスの制御、糖・脂質代謝に変動が見られるか否かを簡易的な手法で検討した。すなわち、無麻酔下でマウスに選択したペプチド急性投与、慢性投与し、摂食・飲水・自発運動量同時測定システムを用いて各種変化のスクリーニングを行った。その中では飲水行動の変化や自発運動量の変化が認められるものが発見されつつある。投与方法は中枢シグナルとして脳室内投与、末梢シグナルとして腹腔内投与、皮下投与、静脈内投与を行った。投与経路の違いや、投与期間などの検討を行って、各種関連する血中、尿中における代謝パラメータ、電解質などの測定など、引き続き、詳細な検討を行っている。また、ペプチドの慢性投与を行い、病態の解析を詳細に行った結果、動脈硬化病変の起因として酸化ストレスに関与し、薬剤の投与によって解除される可能性も示された。
家父長制世界システムにおける戦時の女性差別の構造的研究

本課題は、20世紀において、男性が支配する国家が起こした世界戦争において、主導権を持たない女性が、ただに「被害者」となったのではなく、さまざまな方法で、戦争遂行に「利用」され、そのことによって一層その隷属性を悪質化したことを明らかにした。以下、代表および分担者の研究成果の要旨を個別に簡略に述べる。若桑は、南京の性暴力の「言説史」を中心課題として研究し、南京で性暴力を受けた被害者に関する日本ナショナリスト男性の「歴史記述」がこの被害を隠蔽したばかりでなく、この性暴力を批判した女性たちをも攻撃し、その言論を封殺したことを明らかにした。これは被害者としての女性への性暴力のみならず、女性の被害を記録する「女性の告発」をも抹消する行為であった。池田は、民族服の女性表象に着目し、アジア・太平洋戦争期における植民地・侵略地への帝国の眼差しを分析した。総力戦体制下の女性服めぐる言説と表象は、国家による女性の身体の管理と動員に深くかかわっていることを明らかにした。北原は、第一次世界大戦期にアメリカ合衆国で制作された戦争プロパガンダポスターに焦点をあて、女性が、男性を戦争へと誘惑する強力な徴発者として利用されたことを明らかにした。この誘惑する女性を媒介としてこれを「守る」男性性が「真のアメリカ人」として構築された。吉岡は中国入スターとして使用された日本人女優李香蘭の仮装と国籍の移動(バッシング)を分析し、植民地と宗主国の国境を逸脱する女が戦略的に植民地民衆の慰撫に利用されたことを明らかにした。2005年6月、「世界女性会議2005」(韓国)に、北原、池田、池川、千葉、金、若桑)が参加し、以下の報告を行った。若桑は、「戦争とジェンダー-戦争を起こす男性同盟と平和を創るジェンダー理論」(大月書店)を出版した。この論考の第3、4、5章において、ナショナリズムが男性性に支配されることによって、戦争および紛争において女性への性暴力が必然的におこることを歴史的に検証した。また2006年3月4日国際シンポジウム「戦争と表象/美術」(千葉大学社会文化科学研究科、於東京国立博物館)では本研究課題である「南京虐殺と女性」について、南京の強姦に関するさまざまな論議とそのジェンダーバイアスについて発表した。1定時研究発表会とシンポジウム毎年4回、合計して8回定時報告会を持ち、その研究成果を集約するため、2006年12月26日、東京ウィメンズプラザにおいて、シンポジウムを開催した。総合テーマは「戦時における女性差別」とし、若桑みどり「家父長制社会における戦争と性暴力の関係-南京のレイプを問題として」、池田忍「戦時下の衣服と女性表象-「帝国」の身体への眼差し」以下北原恵、吉岡愛子、池川玲子、山崎明子、千葉慶、木村智哉、吉良智子、金惠信が研究成果を報告した。2国外における発表・2005年6月「世界女性会議2005」(ソウル)において、若桑、池田、北原、池川、千葉、金が報告を行った。・2006年5月25-26日(ソウル)梨花女子大学大学院お茶の水大学大学院による「韓日プログラム」研究発表若桑みどり「明治の皇后美子の政治的表象」
新たなヒト化マウスの開発と再生医学への応用

疾病に対する新たな治療法として、ヒトから採取された細胞・組織の応用が注目されている。特に患者から得られる細胞を増殖.分化させ、患者本人に戻す治療法は、拒絶がないことから最も理にかなった治療法である。そのためには各種の細胞を体外で増殖させ、さらに特定の方向に分化誘導する技術が極めて重要である。本研究では、新たな医用材料の開発研究として、ヒト骨髄間葉系幹細胞に着目し、主に心筋細胞、神経鞘細胞、内皮細胞への分化誘導法ならびに前臨床試験として免疫不全マウスへのこれらヒト組織の移植をおこなった。まず、ヒト骨髄間葉系幹細胞の心筋細胞への分化誘導法の確立を行い、細胞が採取しやすいヒト骨髄から、心筋細胞を得た。心筋症、心筋梗塞などの心疾患は、現在のところ心臓移植でしか救命できないことから必要性が高い。本研究で、NOD/SCIDマウス心臓へのヒト心筋細胞の移植実験が可能であることを明らかにしたことから、本実験系が前臨床的な生体内での詳細なデータを入手し、安全性の評価ならびに治療効果の推測を行う上で有用であることが判明した。またNOD/SCIDマウスへ、ヒト骨・肝を移植することでヒト化マウス(SCID-hu)を作成し、ヒト骨形成、造血、血管新生、肝再生モデルを開発し得たことから、ヒトでの造血、骨、血管、肝への薬剤の影響に対するスクリーニングや、これらの正常組織の再生を促進する物質の探索にも有用と思われる。さらに腫瘍血管新生モデル、C型肝炎ウイルス感染モデルの確立の成功は、これらの疾患の分子機構を生体レベルで明らかにするだけでなく、新たな薬剤の効果の判定、遺伝子治療の安全性・効率評価などに需要であり、前臨床試験の材料として汎用されることが期待される。このように本研究は、新しい材料(実験動物、医用材料)の開発に関する研究であり、その実用化へ向けた重要な基礎的検討を推進しえたものと確信する。また近年の動物実験の制限化を考慮すると、現在、病院医療廃棄物となっているヒト手術材料をインフォームドコンセントのもとに有効に利用していく本研究は、動物実験の縮小化の推進のみならず、ヒトでの細胞・組織の知見が得られることから、今後の医学研究にきわめて有効な方向性を示せたものと考える。ヒト細胞をヒトに移植することで,本来の臓器の機能を補充することができる.このように臓器の機能を回復するために,細胞を導入することを「細胞移植」と呼ぶ.細胞移植は従来の臓器移植と異なり,他人の臓器そのものを移植しようと言う考えではなく,自分の細胞を含めた範囲の中で細胞レベルで臓器の機能を補填することを目指す.ここでは,骨髄中に存在する間質細胞が,細胞移植を行う上で有用であることを示す.

独自に樹立した骨髄間質細胞は,興味深いことに骨細胞,軟骨細胞,脂肪細胞そして心筋細胞としての表現形質を示す.多分化能を有する間葉系細胞の幹細胞が骨髄中に存在することが予想され,他の興味深い分化能に関して試験管内にて検討した.同時に,多分化能のうち,特に骨細胞,心筋細胞への分化について注目し,細胞を心筋,骨格筋ならびに骨欠損部位に移植した.移植後,短期および長期では,生体内において細胞は意外な分化能を示した.さらに,ヒト骨髄間質細胞をNOD/SCIDマウスに移植することに成功し,新たなヒト骨粗鬆症,ヒト腫瘍血管形成,また間質細胞の転換技術を用いた細胞移植系を確立した.脱メチル化剤である5-azacytidineによる間質細胞の分化は不可逆的であり,再現性が高いシステムであることを,繰り返された実験で明らかにした.5-azacytidine以外の,他の効率のよい分化誘導剤または細胞転換剤の探索過程で多くの低分子化合物を試みた.この低分子化合物は必須であり,他の蛋白性物質では置き換えることはできなかった.しかし,蛋白性物質によりその転換の頻度を増減させることは可能であり,蛋白性物質は補助的な役割があると予想された.ヒト細胞をヒトに移植することで、本来の臓器の機能を補充することができる。このように臓器の機能を回復するために、細胞を導入することを「細胞移植」と呼ぶ。細胞移植は従来の臓器移植と異なり、他人の臓器そのものを移植しようと言う考えではなく、自分の細胞を含めた範囲の中で細胞レペルで臓器の機能を補填することを日指す。ここでは、骨髄中に存在する間質細胞が、細胞移植を行う上で有用であることを示す。独自に樹立した骨髄間質細胞は、興味深いことに骨細胞、軟骨細胞、脂肪細胞そして心筋細胞としての表現形質を示す。多分化能を有する間葉系細胞の幹細胞が骨髄中に存在することが予想され、他の興味深い分化能に関して試験管内にて検討した。同時に多分化能のうち、特に骨細胞、心筋細胞への分化について注目し、細胞を心筋、骨格筋ならびに骨欠損部位に移植した。移植後、短期および長期では、生体内において細胞は意外な分化能を示した。さらに、ヒト骨髄間質細胞をNOD/SCIDマウスに移植することに成功し、新たなヒト骨粗しょう症、ヒト腫瘍血管形成、また間質細胞の転換技術を用いた細胞移植系を確立した。脱メチル化剤である5-azacytidineによる間質細胞の分化は不可逆的であり、再現性が高いシステムであることを、繰り返された実験で明らかにした。5-azacytidine以外の、他の効率の良い分化誘導剤または細胞転換剤の探索過程で多くの低分子化合物を試みた。この低分子化合物は必須であり、他の蛋白性物質では置き換えることはできなかった。しかし、蛋白性物質によりその転換の頻度を増減させることは可能であり、蛋白性物質は補助的な役割があると予想された。ヒト細胞をヒトに移植することで、本来の臓器の機能を補充することができる。細胞移植は従来の臓器移植と異なり、他人の臓器そのものを移植しようと言う考えではなく、自分の細胞を含めた範囲の中で細胞レベルで臓器の機能を補填することを目指す。独自に樹立した骨髄間質細胞は、興味深いことに骨細胞、軟骨細胞脂肪細胞そして心筋細胞としての表現形質を示す。
分子内相互作用を利用したクラウンエーテル型ケイ光・吸光試薬の開発

開環型のクラウンエーテル類似化合物をアミノ基を両末端に有するポリエーテルとアントラセンなどの多環芳香族カルボン酸から合成した。これらの化合物について、金属イオンとの錯形成能や蛍光スペクトル変化を検討し、それらに対する両端に導入した芳香環の種類による効果、ならびにポリエーテルの鎖長の長さの効果について検討を行った。まず、アントラセンを両端に持つ化合物4pAAでは錯形成によってエキシマー型の蛍光強度が著しく増大した。このことを用いてアルカリ土類金属イオンとの錯形成定数を求めるとその序列はCa^<2+>>Sr^<2+>>Ba^<2+>>Mg^<2+>の順となった。また、芳香環の種類を変えてもこの順番は変わらないが、ピレンとアントラセンを1つずつ導入した化合物4pAPは4pAAよりさらに80倍錯形成能力が大きかった。鎖長の効果では、ポリオキシエチレン鎖が短いとMg^<2+>やCa^<2+>イオンを共存させるとモノマーピークの増大がみられた。これは、freeの状態でも短い鎖長なので相互作用していた2つのアントラセン環が錯形成により引き離されるためである。さらに、鎖長が長すぎると、錯形成によってモノマーのピークの増大が見られた。これ鎖長が長すぎて、錯形成してもうまくアントラセン環が重ならず、かえって孤立するためと考えられる。また、一方に蛍光性発色基としてアントラセン、もう一方にその消光剤であるアントラキノンを導入した化合物も合成した。この化合物も上記と同様な錯体を形成し、それによって蛍光が消光された。この様子は^1H-NMRの測定によって観測され、アントラセンとアントラキノン環が平行に重なっていることが証明された。開環型のクラウンエーテル類似化合物をアミノ基を両末端に有するポリエーテル化合物と多環型芳香族カルボン酸から合成した。芳香環としてはアントラセン,ピレン,キサンテン,フルオレン,ベンゾオキサジアゾールを検討した。まず、両端をアミド結合によってアントラゼンを導入した化合物(AA)について、アルカリおよびアルカリ土類金属イオンとの錯形成とそれに伴うケイ光・吸光スペクトルの変化を測定した。AAはフリーな状態ではアントラセンモノマーのケイ光スペクトルを与えるが、カルシウムイオンと錯形成するとエキサイマーのケイ光スペクトルへと変化していった。これは錯形成にともなって2つのアントラセン部位が近づいて相互作用をおよぼしたためと考えられる。これらのスペクトル変化から錯形成を検討したところ、すべてのアルカリ土類金属イオンとは1:1錯体を形成し、錯形成の序列はCa^<2+>>Sr^<2+>>Ba^<2+>>Mg^<2+>となった。アルカリ金属イオンとは明確な錯体を形成しなかった。一方、ピレンを発色団とした試薬(PP)は始めからエキサイマーを形成し明確なスペクトル変化は示さなかった。これはよく知られているようにピレン部位が2量体を形成しやすいためである。ポリエーテルの両端に異なる官能基を導入した化合物についてもケイ光挙動と錯形成挙動を検討した。アントラセンとピレンを導入した化合物(AP)では、Ca^<2+>と錯形成するとピレンとアントラセンとからなると考えられるエキサイプレックスの発光が見られるようになった。また錯形成定数はAAに比べて80倍ほど大きいことが分かった。このように芳香環を種々導入することによって新しい形のケイ光試薬を合成することができた。

本年度は錯形成と螢光スペクトル変化に対するポリエーテルの鎖長の長さの効果について主として検討を行った。まず、対応するポリエチレングリコールより通常の方法によりジアミノ化合物を合成し、これに目的とする芳香族カルボン酸の塩化物を反応させて目的とする物質を合成した。ポリオキシエチレン鎖が3の3-AAでMg^<2+>やCa^<2+>イオンを共存させるとモノマーピークの増大がみられた。これは、freeの状態でも短い鎖長なので相互作用していた2つのアントラセン環が錯形成により引き離されるためである。一方、4-AAではMg^<2+>,Ca^<2+>,Sr^<2+>と錯形成するとダイマーもしくはエキシマー型のブロードなスペクトルに変化した。これは昨年度に合成した4pAAと同じように錯形成にともなって、2つのアントラセン環が重なりがしやすい長さのためと考えられる。さらに、6-AAでは錯形成によってモノマーのピークの増大が見られた。これは6-AAでは鎖長が長すぎて、錯形成してもうまくアントラセン環が重ならず、かえって孤立するためと考えられる。さらに本年度は同様な原理に基づき、一方に螢光性発色基としてアントラセン、もう一方にその消光剤であるアントラキノンを導入した化合物も合成した。この化合物も上記と同様な錯体を形成し、それによって蛍光が消光された。この様子は^1H-NMRの測定によって観測され、アントラセンとアントラキノン環が平行に重なっていることが証明された。
世紀転換期における文化意識の変遷とアメリカ文学史の形成

本研究は1880年代から1920年代にアメリカで「文化」(culture)の概念がどのように形成され、それがどのように文学史の形成に影響したかを考察するものである。急速な移民の増加や流通ネットワークの形成によって多様な文化が流入する中で、アメリカの知識人たちは国民が共有すべき「共通文化」を規定し、文化階級の固定化を試みた。その中で古典文学が聖別され、文学史が編纂され、アメリカ文学が学問として制度化された。本研究は、大西洋を挟んで流通した複数の雑誌における英米知識人の批評活動を横断的に精査することで環大西洋批評空間を再構成し、英米の「文化」意識の共有と拮抗や、文学史生成の背景を記述する。
QOLを考慮した地方鉄道の駅周辺地区の評価手法の開発

具体的な研究の実施内容としては、以下の4点について調査・研究を終えている。(1)鉄道の利用者と非利用者に対しQOLと地方鉄道の再生に関する意識調査を実施(2)QOLを構成する要素の重視度の解析と利用者、非利用者、それぞれの視点からの考察(3)地方鉄道の再生によるQOL向上の可能性に関する検討(4)全国の地方鉄道を対象に、地域特性別にみた地方鉄道の価値に関する検討(1)(3)については、昨年度にひきつづき論文の内容について検討を重ね、口頭による発表を終えた後、レフリー付英文論文(学会誌等への発表の第2、3番目の論文)として投稿し採択された。さらに、(4)については、これまですすめてきた研究成果をまとめ、投稿し採択された。また、欧米諸国における「地方鉄道の駅周辺地区におけるまちづくり(都市再生)」に関する詳細な事例調査を行い、駅周辺地区の再生に至った背景、市民と行政、事業者間のパートナーシップのあり方や具体的な再生手法等を日本における取り組みに活用できるように整理・分析するための準備もおこなっている。
DNAと抗癌活性白金錯体との反応の速度論的研究

(1)擬一次条件下で白金錯体とDNAの反応UVにより追跡した。non-leaving ligandの嵩高さが大きくなると反応速度の減少が観察された。(2)double stranded DNAのimino protonのhydrogen-deuterium exchange rateを290nmの吸光度変化により追跡した。この重水交換速度はDNAが白金錯体で修飾されると促進されることがわかった。しかしながら、重水交換に伴う吸光度変化は速度定数を決定するにはあまりにも小さすぎた。(3)白金錯体のDNAへの結合により生じる296nm/267nmの吸光度比は白金錯体のDNAへのchelationの速度を反映することがわかった。(4)DNAと白金錯体の付加物を酵素分解・HPLC法で研究した。隣接GGとの付加物、隣接AGとの付加物、グアニン塩基との付加物などの同定・定量を行った。C_2対称性を欠いた白金錯体の場合はGGおよびAGとの付加物にジアステレオマ-が生じる。このジアステレオマ-の分離定量を行った。(5)AG、GG配列を含むオリゴヌクレオチドを合成し(12mer程度)、白金錯体のこれらの配列への結合選択性を調べた。GGとの付加物はAGとのそれより10倍程度優位であった。(6)上の反応で生じたジアステレオマ-の構造を高分解能NMRを使って明らかにした。DNAへの白金錯体の結合の機序を明らかにする目的でデザインした非対称シスプラチン誘導体およびシクロヘキサンジアミン誘導体の白金錯体を合成した。これらの白金錯体がDNAのどのような塩基配列にどれくらいの選択性をもって結合するかを検討した。DNAを上記白金錯体で修飾した後、酵素分解により白金錯体で修飾された塩基をHPLCで分離同定した。また、HPLCで同定された白金錯体修飾塩基を別途合成し、その構造を高分解能NMR(500MHz)により解析した。なお、DNA塩基への白金錯体の結合選択性、反応速度との関連をより明確にする目的で白金錯体に結合選択性を有する配列を含むオリゴヌクレオチド(12mer)を合成し検討している。白金錯体とDNAとの反応速度に関しては非対称シスプラチン誘導体とDNAとの反応をUVスペクトル法で追跡し、monofunctional bindingとbifunctional bindingとの間の吸収スペクトルの特徴を抽出する事に成功した。この結果に基づき、二波長測光モードでchelation段階の反応を選択的に追跡できることが判明した。その結果、嵩高い置換基、水素結合能の減少した白金錯体はmonofunctional bindingだけでなく、次のchelationの段階の速度も減少させることがわかった。また、半金錯体修飾DNAの二本鎖間のイミノプロトンの重水交換速度をストップドフロー法で追跡した。白金錯体による修飾により重水交換速度が速くなることがわかった。以上の研究結果の一部は「日本薬学会113年会」「金属の関与する生体関連反応シンポジウム」「日本化学会67春季年会」「日本薬学会114年会」で発表した。
植民地統治と南進政策ー帝国日本のアジア・南洋をめぐる地理的認識ー

本研究では日本の植民地統治における南進政策の分析を通じて帝国日本のアジア認識を明らかにすることを目的としている。2018年度の計画においては、(1)植民地政策や南進政策に関する資料収集を実施しその整理・分析を行うこと、(2)アジア太平洋地域の構造形成に関する歴史的経緯に関する文献調査を実施することであった。(1)に関しては、日本において植民地政策や教育政策に関する文献資料や、南進政策に関する資料や文献収集を行った。南進政策に関しては、南進基地とされた台湾について焦点をあて、その役割の変化に関する文献資料の収集とその分析を行った。また東南アジア(外南洋)や南洋群島(内南洋)への南進政策に関して、台湾ー外南洋ー内南洋という日本を核とする階層性を明らかにするため、既往研究の整理や資料収集を実施した。1930年代半ばから日本は南進政策を国策とし、南支南洋への軍事的・経済的拡大を図った。そのなかで台湾は南進基地として位置付けられ、南方開拓を目的とした台湾拓殖株式会社が設立された。台湾拓殖株式会社の業務内容と植民地政策・南進政策における役割を明らかにするべく、既存研究の整理を行った。台湾拓殖株式会社は、主に中国華南地方(南支)およびインドシナ半島(仏印)、インドネシア(蘭印)への経済進出の役割を担い、農林業や牧畜業など各種開拓事業を展開していた国策会社である。一方南洋群島は軍事・経済戦略上の重要拠点として位置付けられた。南洋庁と国策会社である南洋拓殖株式会社の本社はパラオに置かれ、製糖業やリン鉱業などの発展により、多くの日本人が移住した。(2)に関しては、南進政策と関連して日本が南洋群島をも含めた地域における「東亜新秩序」や「大東亜共栄圏」の構想を立てたが、そのなかでの中国華南、仏印、蘭印、さらに南洋群島諸地域の階層化が、政策やその実践のなかでいかに進められたのかについて分析した。昨年度は諸事情により、海外調査を実施出来なかった。しかし日本における資料調査を実施し、植民地政策や南進政策など、日本が植民地統治において実施した政策に関する資料はほぼ収集することができた。これらの資料に関してはデータベース化と分析を進めている。また、教育政策に関しては台湾・朝鮮・南洋群島における教科書などの資料を収集し、その比較分析を行っているところである。その成果については近く学術雑誌への投稿を予定している。以上のように文献資料の収集とその整理・分析が昨年度の主な活動であったが、予定した以上に日本における資料や文献を収集し、順調にその分析を行うことができている。昨年度は、予定していた海外調査を実施することができなかったため、次年度は収集した資料とその分析結果に基づいて、台湾および韓国において資料収集(地図・統計資料)と現地の教育機関(日本統治時代に設立された旧制学校など)での調査を行う。また当時、日本教育を受けた人々への聞き取り調査を実施する。かなりの高齢者が対象となるため、早急に実施したい。また南進政策に関しては、引き続き文献や既往研究の収集と整理を実施する。オーストラリア国立図書館に所蔵されている南洋の地図や統計資料・文献を収集し、当時、諸外国から日本の南方進出がどのように見られていたのかについてを明らかにする。

これらの資料に関してはデータベース化と分析を進めている。また、教育政策に関しては台湾・朝鮮・南洋群島における教科書などの資料を収集し、その比較分析を行っているところである。その成果については近く学術雑誌への投稿を予定している。以上のように文献資料の収集とその整理・分析が昨年度の主な活動であったが、予定した以上に日本における資料や文献を収集し、順調にその分析を行うことができている。昨年度は、予定していた海外調査を実施することができなかったため、次年度は収集した資料とその分析結果に基づいて、台湾および韓国において資料収集(地図・統計資料)と現地の教育機関(日本統治時代に設立された旧制学校など)での調査を行う。また当時、日本教育を受けた人々への聞き取り調査を実施する。かなりの高齢者が対象となるため、早急に実施したい。また南進政策に関しては、引き続き文献や既往研究の収集と整理を実施する。オーストラリア国立図書館に所蔵されている南洋の地図や統計資料・文献を収集し、当時、諸外国から日本の南方進出がどのように見られていたのかについてを明らかにする。次年度使用額が生じた理由は、家族の入院に伴う介護・看病などで、事前準備を十分に行うことができなかったことから、海外調査を実施することができなかったためである。次年度は、昨年度実施できなかった海外調査(台湾・韓国)を含め、当初計画していたパラオなどでの海外調査について、十全な準備を行った上で実施したい。また海外調査のため昨年度購入予定であった機器類(レコーダー・カメラなど)も、次年度購入の予定である。
自発的かつ柔軟な同期状態遷移を実現する脳神経ネットワーク構造と非線形性の解明

1.数理モデル作成によるてんかん発作抑制法の提案(1)てんかん発作の予兆の解明(2)てんかん発作の抑制手法の提案に関する課題に取り組んだ。(1)に対しては,ニューロンーグリア間相互作用を考慮した数理モデルに対する数値実験を行い,長周期の細胞外カリウム振動がニューロンの異常発火を発生させる原因となっていることを示唆する結果を得た。この結果を基に,細胞外カリウムの振動を消去することによって,てんかん発作を抑えることが可能になるという仮説を立てた。(2)に関しては,細胞外カリウムの時間周期振動を消去する刺激印加法を提案した。数理モデルに対する数値実験を行い,磁気刺激を想定した外部刺激を印加することにより細胞外カリウム振動を消去することに成功した。単発刺激印加では,振動を消去するためには精密な印加タイミングや強度の制御が必要であるが,連続刺激印加により,刺激開始のタイミングに依存せず,広いパラメータ領域において振動が消去可能であることを数値シミュレーションによって示した。2.柔軟なアトラクター遷移を実現する神経ネットワークモデルの作成外部からの刺激入力の変化に応じて脳波の同期領域が柔軟に変化することが知られている。そのような柔軟な状態遷移(アトラクター遷移)を実現するための数理的条件の解明を試みた。神経ネットワークの興奮・抑制ネットワークの構造と神経ダイナミクスが有する非線形性に着目し,ネットワークの切断や入力情報の変化が生じた際に新たな状態に確実に遷移するための条件を示した。29年度が最終年度であるため、記入しない。ヒトの脳では,状況に応じて神経発火振動の同期・脱同期が調整され,同期領野を柔軟に変化させる。脳にみられる自律分散的ネットワークにおいて,柔軟なアトラクタ遷移が実現される数理的仕組みの解明は重要な課題である。その中心的課題は,局所的摂動に対して如何に大域的脳活動状態を適切に制御するかという点にある。その仕組みを明らかにするために,ネットワーク上の振動子モデルの作成とその数理解析を行った。ノード上に配置される素子を記述するモデルとしてMorris-Lecarモデルを採用した。モデルが有する双安定性を利用することによって,ネットワークの切断やノードの除去などによってネットワークに障害が生じた際に新たなアトラクタに確実に収束することを数値的に示すことに成功した。従来のモデルではノードの状態がオン・オフ(1と0)の定常状態として表現されていたが,本研究によって振動・定常の2状態でも記述することができることが明らかになった。リーチング問題で現れるある境界値問題の近似解を求める数理モデルを作成した。提案するモデルは次のように構成した。(1)各関節の位置を空間ラティス上に配置された振動子の活性状態(アトラクター)として表現する。(2)腕の長さと関節角の可動範囲の拘束条件を隣接ラティスの振動子をつなぐネットワーク構造で表現する。(3)道具の利用は空間ラティスの増加で表現する。以上の構成方法により,数理モデルは腕の末端(手)の位置の変化に対して自発的に解を発見する。従来のネットワークモデルでは,柔軟なアトラクタ遷移を実現させるためには精密なパラメータのチューニングが必要があったため,その条件を弱めることが目標の一つであった。Morris-Lecarモデルの分岐構造を用いることによってその課題を解決することができた。(1)今年度提案したモデルを階層型ネットワークに適用し,柔軟なアトラクタ遷移を実現させる。(2)階層型ネットワークに対する数理モデルの作成により,今年度より複雑な物理的拘束条件を持つ課題に対するソルバーを開発する。(3)てんかん発作の発生機構を解明するために,数理モデルを作成する。
アシル典型元素化学種の光化学に基づく感応性化学種の発生とその反応制御法の開発

アシルシランは中性条件下、室温で光励起をするだけで高反応性のシロキシカルベンを発生することが古くから知られていたが、このカルベン生成を有機合成に利用した例は極めて限られていた。前年度の検討では、シロキシカルベンの求電子性を利用した反応開発に取り組み、シロキシカルベンとピリジン、あるいはキノリンとのイリド形成、ならびにそのアルケンとの付加環化反応の開発に成功した。本年度はこの反応の基質適用範囲を更に詳細に調べると共に、反応機構の詳細な検討を実施した。その結果、ピリジニウムイリドを経由する反応では溶媒量のピリジンを必要とするのに対し、キノリニウムイリドでは少過剰のキノリンを用いるだけで効率良く反応することが明確となった。この理由を明らかにすべくレーザーフラッシュフォトリシスを用いてイリドの過渡吸収スペクトルの測定を行ったところ、キノリニウムイリドの寿命はピリジニウムイリドのそれよりも一桁程度長いことが明らかとなり、これが反応効率に大きく影響していることが明らかとなった。またイリドを捕捉する親双極子としては、フマル酸誘導体が最適であり、アクリル酸誘導体では目的の反応が進行するものの、目的物の収率は大きく低下する結果となった。これらの結果はシロキシカルベン種を利用したイリド形成を他の合成反応に展開する上で重要な知見であると言える。26年度が最終年度であるため、記入しない。アシルシランは光励起を経てシロキシカルベン種へと異性化することが古くから知られているが、このカルベン生成を有機合成に利用した例は極めて限られている。とりわけ、シロキシカルベン種の求電子性を利用した反応開発はこれまで行われていない。本研究では、シロキシカルベンとピリジン、あるいはキノリンとのイリド形成を経由する含窒素複素環化合物の新規合成法の開拓を目的に検討を行った。その結果、アシルシランとピリジンまたはキノリン、ならびにフマル酸ジメチルの混合物に室温で光照射を行うと三成分がカップリングした複素環化合物が立体選択的に得られることを見出した。この反応について、反応条件、基質一般性の検討を行ったところ、電子求引性基の置換したベンゾイルトリメチルシラン誘導体を用いた場合、目的の三環性化合物が得られ、特にメトキシカルボニル基やトリフルオロメチル基を有するベンゾイルトリメチルシランを用いたとき、高収率かつ単一の立体異性体として目的物を与えることを見出した。さらに、キノリン類に関する基質一般性について検討したところ、本反応には様々な置換様式のキノリン類が適用できることが分かった。また、本反応の各段階の反応速度定数を求めることで本反応を効率よく行うために必要な要素を明確にすべく、反応性に違いの見られたベンゾイルシランと4-トリフルオロメチルベンゾイルシランを用いて、レーザーフラッシュフォトリシスにより発生させたピリジニウムイリドの挙動を過渡吸収スペクトルにより追跡した。その結果から、本反応はイリドとアルケンとの[3+2]付加環化が律速段階となること、また電子求引性基の置換したシロキシカルベンのほうがより安定、かつ生成しやすいことを明らかにした。以上、本研究から得られた知見は、シロキシカルベンの求電子的性質を活かした反応開発研究をさらに展開する上で大変意義深いものと言える。本研究はアシル典型化学種の光化学を基盤として感応性化学種を発生させるとともに、これを利用した新規合成反応の開発を目的としている。25年度はアシルシラン類の光化学を利用した反応開発について主に検討を行ってきたが、これまでに報告のない環状骨格形成手法の開発に成功するなど、一定の成果を挙げることができたと考えている。また、アシルシランのみならず、アシルすず、アシルゲルマニウム、ジシリルケトンなどの合成と光反応性に関する検討にも着手しており、次年度も継続的に検討を行うことで、興味深い反応性を有する化学種の創製や合成反応への利用が実現できるものと期待される。

以上より、本研究課題は当初目的に照らして、おおむね順調に進展しているものと考えている。今後は、アシルシランの光化学を基盤とする新規合成反応の開発について更に展開を図ることは元より、他のアシル典型元素種としてアシルすず、アシルゲルマニウム、ジシリルケトンなどの光反応性を利用した反応開発へと展開していく予定である。また、遷移金属種を含む新たな感応性化学種の創製と反応についても検討を実施する計画であり、例えば、アシルシランの光異性化で生じるシロキシカルベン種と遷移金属種との反応等について精力的に検討を行っていく予定である。