hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
大規模シーケンシングを用いたALS原因因子FUSによる疾患発症機構の解明

筋萎縮性側索硬化症の原因因子FUSによる疾患発症機構解明の為、家族性変異R495X体の機能を探索した。マウスES細胞由来神経細胞にR495X及び野生型を発現させた後、結合RNA及び、発現RNAの転写量、翻訳量を網羅的に解析する、CLIP-seq、RNA-seq、Ribo-seqを行い、R495X特異的な機能を探索した。その結果、R495Xは細胞質内のmRNAに非特異的に結合し、ミトコンドリア機能に寄与する遺伝子の翻訳を変化させ、ミトコンドリアの縮小化及び、細胞死を誘発することが分かった。これらのことから、R495Xはミトコンドリアを標的とした疾患発症分子機構に寄与していることが考えられた。筋萎縮性側索硬化症(ALS)の原因因子FUSタンパク質は通常、細胞の核内においてRNAに結合し機能すると考えられている。一方、患者由来遺伝子変異によって産生されるFUSR495X変異体は、核内移行シグナルを欠如するため細胞質に局在する。しかしながら、R495Xは分子内におけるRNAとの結合領域は保持しているため、細胞質で異所的にRNAと結合する機能を持った結果、疾患を引き起こすという疾患発症分子機構が考えられた。そこで、本研究では、R495Xが実際に細胞内においてどのような機能を獲得しているのか、大規模シーケンスにより網羅的に明らかにすることとした。平成27年度は大規模シーケンスを行うため、まず初めに、マウスES細胞由来神経細胞にFUSR495X変異体を発現させる実験系の構築を行った。同細胞において、以下の実験に必要な量のタンパク質発現を確認した後、R495Xに結合するRNAをCLIP法により取得しライブラリを調整した。また、発現しているRNAを網羅的に明らかとするためTotal RNAを用いたライブラリを調整した。更に、細胞質内の成熟mRNAにR495X変異体が結合することによって後の翻訳過程を阻害もしくは亢進する可能性が考えられたため、Ribosome profiling法によりribosomeに取り込まれたRNAを網羅的に取得しライブラリを調整した。これらライブラリを用いて大規模シーケンスを行い、得られたリードをゲノムにマッピングした結果、今後の解析に十分な量と質のシーケンス結果が得られたことが分かった。平成27年度は計画通りシーケンスを行い、今後の解析に十分な量のリード数を得ることができた。核内タンパク質FUSをコードするFUS遺伝子の変異は筋萎縮性側索硬化症(ALS)を引き起こすことが知られている。しかしながら、その発症分子機構は明らかではない。本研究では患者由来変異である、495番目のアルギニンがストップコドンに変異したR495X変異体を用いて、疾患発症に関わる分子機構の解明を目指している。昨年度までにCLIP, RNA-seq, Ribo-seqにおけるシーケンスを行い、得られたデータをゲノムにマッピングした。今年度は、これらの結果についてより詳細な解析及び検証実験を進めた。CLIPの結果において、野生型FUS(WT)は多くの標的RNAを持ち、特にイントロンに結合が認められたのに対し、R495Xは多くのエクソンに結合していることが分かった。WTは核内に局在していることから、多くの標的RNAがpre-mRNAであるのに対し、R495Xは細胞質に局在するため、多くの標的RNAが成熟mRNAであることに対応していると考えられた。RNA-seqにおける結果では、WT特異的、R495X特異的、両分子に共通した遺伝子発現変化があることが分かった。WTではスプライシング異常が認められる場合が多く、R495Xでは転写産物の長さに変化があることが分かった。ところが、CLIPにより標的であることが明らかとなった遺伝子群における発現を検証したところ、バックグラウンド遺伝子群と比較して有意に発現変化が認められたものは極わずかであり、2倍以上の変化を示したものは数遺伝子でしか無く、WT、R495X共に遺伝子発現に対する機能は極めて限局されたものであると考えられた。一方、遺伝子翻訳レベルで解析を行うRibo-seqの結果においても、WT及びR495X発現による翻訳変動は極めて小さなものであることが分かった。平成28年度は計画通りシーケンスの解析・検証を進めた。研究開始当初は、R495X発現によって、遺伝子の発現・翻訳過程に大きな変動が認められることを予測していたが、実際には極めて限局的な変動しか認められていない。その為、平成29年度は、僅かな発現変動についての精緻な解析を行わざるを得ないと考えている。本研究では患者由来変異R495X変異体を用いて、疾患発症に関わる分子機構の解明を目指している。昨年度までに得られたRNA-seq, CLIP-seq, Ribo-seqのデータ解析結果から、R495X変異体の発現によってミトコンドリア機能に関連した遺伝子群のタンパク質合成量が減少していることを見出した。CLIP-seqの結果から、これら遺伝子群はR495Xの標的となっていることが分かったが、RNA-seqの結果から、そのRNA発現量は変化していないことが分かった。これらのことから、R495Xは細胞質内において、標的RNAの翻訳過程の異常を引き起こしていることが考えられた。

その機能が細胞に与える影響を明らかとするため、ミトコンドリアの形態を解析した結果、R495X発現によってミトコンドリアのサイズが縮小していることを見出した。この異常がR495XのRNA結合によることを検証するため、R495XのRNA結合領域に変異を導入したR495X4FL変異体を作成、発現させたところ、ミトコンドリア機能関連タンパク質量の減少が有意に抑制された。更に、ミトコンドリアの縮小化も抑制されていた。古くからALS患者の神経細胞ではミトコンドリアの異常が見出されており、FUS以外のALS原因因子がミトコンドリアの機能異常を引き起こすことが報告されてきた。本研究では、これらと同様にFUSR495X変異体もまた、ミトコンドリアの異常を引き起こすことを明らかとした。このことは、様々なALS原因因子の発症の分子機構に共通性を見出していることを示唆する。今後詳細な作用機序を明らかにすることで、発症分子機構の全容解明に繋がると考えている。筋萎縮性側索硬化症の原因因子FUSによる疾患発症機構解明の為、家族性変異R495X体の機能を探索した。マウスES細胞由来神経細胞にR495X及び野生型を発現させた後、結合RNA及び、発現RNAの転写量、翻訳量を網羅的に解析する、CLIP-seq、RNA-seq、Ribo-seqを行い、R495X特異的な機能を探索した。その結果、R495Xは細胞質内のmRNAに非特異的に結合し、ミトコンドリア機能に寄与する遺伝子の翻訳を変化させ、ミトコンドリアの縮小化及び、細胞死を誘発することが分かった。これらのことから、R495Xはミトコンドリアを標的とした疾患発症分子機構に寄与していることが考えられた。平成28年度は得られたシーケンスの詳細について、Bioinformaticsによる解析を行い、R495X変異体が引き起こす細胞内RNA環境の異常について体系的に解析する。また、RT-PCR等によるシーケンス結果の検証を行い、結果の精査を行う予定としている。平成29年度は得られたシーケンスの詳細について、より詳細な解析・検証を進める。特に、僅かな変動遺伝子群が位置する機能カテゴリや、その変動と翻訳過程への関係性について精緻な解析・検証を行っていく。神経科学年度末に放射性同位元素を用いた実験を行う予定であったが、平成29年度に実験を行うこととしたため、本金額を平成29年度に持ち越した。放射性同位元素の購入を行い、CLIP実験に使用する計画としている。
ＥＵ統合における「世俗主義」の再評価ートルコ加盟交渉と「アラブの春」を手掛かりに

「世俗主義」とは国家と宗教を別の制度と捉えることである。EUは経済共同体として発足したが、宗教に関する政策も権限もなかった。2009年リスボン条約で、EU設立条約として初めて「宗教」に関する条項が挿入され、EUは宗教全般に対して中立性を保ち、宗教的な団体も他の市民社会団体と同様に尊重することを明記した。EU加盟国は各国の伝統や慣習に基づいた世俗主義の在り方を規定しているが、EUはその権限はない。EUは伝統という観点から宗教一般の文化的役割を認め、欧州の伝統として人権や信教の自由を普遍的価値として重視する。その価値を現実的に保護できる制度を構築することがEUの世俗主義の在り方となる。研究初年度は、文献調査による机上作業とトルコおよびEU諸国での現地聞き取り調査を予定していた。文献調査は、世俗主義を主題もしくは関連する内容の文献を購入した。そのうちの一冊で、欧州におけるイスラーム教徒女性によるスカーフ着用を取り上げた文献について、フランス社会学、トルコ現代政治を課題としている研究者2名とともに書評研究会を以下のような内容で実施した。近接分野および欧州4か国のスカーフ着用へのアプローチの違いを議論することで「世俗」と「宗教」の距離の取り方を確認して有意義であった。書評文献:The Headscarf Debates" (A.Kortenweg and G.Yurdakul,Stanford U.P.,2014)実施日時:平成28年2月23日午後2時5時、場所:東洋大学2号館6階B会議室現地聞き取りはトルコ国内の治安状況に照らしてヨーロッパに限定することとした。ヨーロッパでの現地調査に相当するのは、コロンビア大学(USA)が中心となって平成27年7月8ー10日にパリ行政学院にて開催された第23回CES国際会議(Council for European Studies)である。当該国際会議へは、"Varieties of Secularism"でセッションを提案したが採用されなかったので、宗教、世俗主義、市民社会と政治等の課題を中心に連日セッションに参加し質疑応答を利用した意見交換の機会を得た。日本ではなかなか取り上げられないキリスト教と市民社会、宗教と社会、宗教の歴史的功罪などが議論されて新たな知見を得ることができ、参考となる論文入手もできて有意義であった。初年度は文献研究を中心とする予定であったので、必要と思われる文献の購入もでき、参加した国際会議での議論に触発された書評会も開催できたので、ほぼ順調であった。ただし、「アラブの春」以後の国際政治の現実は、研究計画当初の予測をはるかに超える紛争の悪化とそれに伴う難民の倍増、ヨーロッパの混乱となり、難民の対応に関する解説や講演を求められる状況への対応が増えた。とはいえ、難民問題を考察することは必ずしも本研究課題から外れたものとはいえない。難民としてEU諸国を目指す人の多くはイスラーム教徒であるが、EU諸国を襲ったテロとの混同により、難民受け入れをめぐって宗教を大きな問題とする社会の認識が広がった。こうした状況は、世俗主義と人権および民主主義の関連を新たに問いかけていると言える。「アラブの春」が宗教と民主主義を問う意義があったとすれば、その後の展開は世俗主義のあり方を再考させることになっているのではないか。トルコにおいては、独自の国内政治の展開がありトルコ憲法が規定する「世俗主義国家」とEUとの乖離は現実政治に翻弄されている感が否めない。当面はより国際関係の現状に沿った分析に取り組む必要があると考える。助成事業2年目の本年度の主な成果は、国際会議での報告(英語)、研究会での報告、「世俗主義」に関連する文献2冊をまとめた書評一作である。口頭での報告:12016年世界政治学会(IPSA)大会、7月23ー28日、ポズナンコングレスセンター(ポーランド共和国)において、「宗教と政治」をテーマにしたセッションで、3人のそれぞれに国籍の異なる報告者の一人として、Mapping Secularism, Accommodating Religion in the European Unionのタイトルで報告をした(7月26日)。2九州政治研究者フォーラム、8月30-31日、佐賀県古湯町。毎年開催の九州地区研究会において、『EU統合における世俗主義』を報告。12の両報告では、経済分野の統合という機能性のみが論じられているEU統合において、制度構築にみられる宗教の影響を指摘したうえで、加盟国それぞれに異なる協会と国家との関係の相違を確認した。報告1では、EUは諸条約の文言においては一切の宗教色を排していたが、『リスボン条約』で「宗教団体」という用語が初めて使われた意義を論じた。報告2では、EUと「宗教団体」との意見交換のためのチャンネルを概観した。これらの考察は、宗教的な対立が顕著になっているヨーロッパ諸国において、統合体であるEUに特徴的な宗教との関係の打ち立て方、あるいはEU型の「世俗主義」の実践の在り方の考察の途上をなすものである。書評:イスラーム女性が着用するベールをめぐるヨーロッパ諸国の論争を主題にした英文文献と和文(言語は英語)文献を比較しつつ、西欧4カ国とトルコにおける多様な論議を通して明らかになる国家による宗教の位置づけを論じた。宗教上の問題と理解されているベール着用の問題は、社会問題であり同時に民主主義の制度構築の問題でもある。本年度は、生活環境の変化(退職)により時間的な余裕ができて、常に最優先事項として研究課題と取り組むことが可能であった。

具体的には、2年ごとに開催される世界政治学会(IPSA)での報告およびモデレーター参加、国内研究会での報告と参加等により、課題とする「世俗主義」への理解の幅を広げることができた。その一方で、「アラブの春」に関する争点は、現実問題としての停滞状況や研究者の間での関心の低下がみられて新たな知見を得ていない。しかし、トルコにおけるクーデター未遂とその後の国内政治の抑圧的な状況が起こっているため、宗教と国家の関係に限った場合であっても、トルコに特化した多くの新たな問題と研究課題の表出という、予期しなかった状況が進展している。ただし、トルコについては、現地の研究者との直接の協力がほぼ不可能な状況にある。対応策として実施した、2月27日3月7日までブリュッセルでの12カ所に及ぶ聞き取り調査により、文献での知識の確認、研究ネットワークの拡大が可能となり、実りが多く有意義で満足がいく調査ができた。最終年度となる次年度の研究につながるものとなった。本研究課題は、トルコのEU加盟交渉の停滞と中東地域での「アラブの春」へのEUの無力な対応に触発されて、EU統合における宗教の位置づけを[世俗主義]に立った政策を通して解明することを目的に設定した。問題意識の根底には、2009年に発効した「リスボン条約」の前文と第17条に、EU設立条約において初めての「宗教」が書き込まれたことがある。当該条約の宗教への言及は、EUの「価値」への息吹を与えたヨーロッパの伝統の源泉という捉え方である。一方で、研究期間の3年間で、トルコ国内の民主性の後退と「アラブの春」以降の中東国家の再権威主義化とシリア内戦の激化という政治的かつ社会的不安定化が起こり、大量の難民がEUへ流入する事態となり、人権保護の実践や国家の安全保障などが、現実的にも学術的にも喫緊の課題となった。こうした現実問題に対峙して、EU統合における宗教の位置づけが根源的課題として残ることが一層明白になったと認識している。この様な状況の展開を背景に、研究上の関心は、EU域内における宗教政策や宗教関連事項の争点分析から、世俗化の進展として理解されている欧州近代国家とそれらの国家の統合体であり、人権や民主主義等の価値を重視する地域統合体としてのEUにとって、宗教の位置づけはどのようなものとなりうるか、へとシフトした。裏返していえば、EUの加盟国で多様な制度化をとる世俗主義は、EUレベルでの実践は果たして可能かという問題である。最終年度で得た結論は、経済的機能性によって構築された地域統合体としてのEUの成功は法治主義に支えられているが、宗教関連事項はEU法の権限になく、また、「EUの宗教」ではなく各国の伝統が多様に存在するだけである。即ち、EU独自の伝統が未だ不在の中での「世俗主義」とは、EU法による信条の自由や基本的人権の保障にならざるを得ないが、EUの人権政策の施行も構築途上である。「世俗主義」とは国家と宗教を別の制度と捉えることである。EUは経済共同体として発足したが、宗教に関する政策も権限もなかった。
超音波顕微鏡による生体試料の高精度音響特性計測に関する基礎的研究

生体組織や細胞など微小領域の音響特性を観察するために、超音波顕微鏡が開発されてきた。その心臓部である超音波デバイスでは、音響レンズを用いて平面波を集束させて空間分解能の向上と高出力化が図られてきた。ビーム集束によって様々な音響パスが生じるが、それらが音響特性(音速・減衰)測定値へ与える影響については全く考慮されていなかった。さらに、生体試料においては、試料表面からの反射信号の振幅が小さくS/Nが低下し、音響特性の計測精度が劣化する。本研究では、垂直入射成分が大きくなるように集束超音波音場を制御し、精度の高い音響特性が求められる超音波デバイスを新たに開発し、実験的に実証する。また、S/Nが低い場合でも精度の高い音響特性を得るために、ロバストな解析法を開発する。本年度は、音速、厚さをロバストに得られる解析方法を検討した。超音波顕微鏡の試料となる生体組織や細胞は厚さが薄いため、試料の表面と裏面からの反射パルスが時間領域で重畳し、時間領域では解析できない場合がある。このとき、周波数領域において試料からの反射スペクトルを解析することにより音響特性が求められる。この際に、試料の音速や厚さを生体試料として予測できる値に予め制限し、反射スペクトルを計測モデルと比較し、周波数スペクトル全体に放物線近似を行った。肌の悪性黒色腫試料に対して本手法を適用した結果、従来の解析方法に比べて、音響特性の誤解析を大幅に低減することができた。超音波顕微鏡による生体組織や細胞の音響特性の解析では、内部に空隙や不均質な領域が存在するため、超音波の反射や散乱が起こる。これらの影響を低減するために、試料の音速や厚さを生体試料として予測できる値に予め制限し、反射スペクトルを計測モデルと比較し、周波数スペクトル全体に放物線近似を行うロバストな音響特性の解析法を開発した。この結果、音響特性の誤解析を大幅に低減できるようになった。本研究の目的を達成するための課題は、(1)音響特性計測に最適な超音波デバイスの開発、(2)ロバストな音響特性解析法の開発、(3)生体試料計測への応用の3つである。これまでの研究を継続するとともに、以下の検討をおこなう。動作中心周波数が約250 MHzとなる音響レンズを取り上げ、集束超音波音場の数値計算を行い、垂直入射成分が強くなるようなデバイスパラメータを求める。さらに、このパラメータを有する集束超音波デバイスを作製する。また、垂直入射成分が小さいデバイスも同様に作製し、2つの超音波デバイスの特性を評価し、デバイスパラメータを最適化する。動作中心周波数が80 MHz、150 MHz, 350 MHz, 500 MHzの超音波デバイスを設計、作製し、50-500 MHzにおける生体組織の音響特性を求める。また、超音波診断装置により、薄切前の試料に対して数MHz-50 MHzの音響特性を計測する。これらの結果より、数MHzから数百MHzの音響特性を比較する。

また、垂直入射成分が小さいデバイスも同様に作製し、2つの超音波デバイスの特性を評価し、デバイスパラメータを最適化する。動作中心周波数が80 MHz、150 MHz, 350 MHz, 500 MHzの超音波デバイスを設計、作製し、50-500 MHzにおける生体組織の音響特性を求める。また、超音波診断装置により、薄切前の試料に対して数MHz-50 MHzの音響特性を計測する。これらの結果より、数MHzから数百MHzの音響特性を比較する。
高圧下におけるYM_<n2>の反強磁性スピンゆらぎのNMRによる研究

YMn_2は常圧下でネール温度が100Kの反強磁性体であるが,0.3GPa以上の圧力下では磁気秩序が消失する。本研究では、YMn_2に1.2GPaまでの圧力をかけ、その磁気的性質を^<55>Mn-NMRとNQRを用いて調べた。特に、そのスピン相関を銅酸化物超伝導体のものと比較した。以下、本研究で得られた結果について述べる。まず、0.33GPaから0.4GPaまでの圧力の範囲内では、反強磁性相と常磁性相の共存を見い出し、圧力誘起相転移が1次相転移であることを明らかにした。次に、常圧下でナイトシフトを測定し、スピン帯磁率を評価した結果、この物質のエネルギーバンド幅が電子相関を取り入れない計算値よりも6倍ほど狭いことを明らかにした。これは電子相関の効果であると考えられる。次に、0.4GPaと8.5GPaの圧力下でナイトシフトを4.2Kから300Kまでの温度範囲内で測定した。ナイトシフトの大きさは圧力とともに減少した。Mn核の超微細相互作用が負であるので、この結果はエネルギーバンド幅が圧力とともに増大することを示すものである。これは、圧力はMn3d電子の遍歴性を増大させた結果と考えられる。さらに、0.33GPa,0.40GPa,0.85GPaと1.2GPaの圧力下で核スピン緩和率1/T_1を測定した。1/T_1が低温で異方的スピンゆらぎの理論に従うが高温では局在的スピンゆらぎの振る舞いを示す。このクロスオーバー温度が圧力とともに増大する。これは圧力とともに、Mn3d電子の遍歴性が増大した結果と考えられ、先のナイトシフトの結果と一致する。また、このクロスオーバーが銅酸化物に似ていることを指摘した。本研究の目的は,銅酸化物以外の物質におけるスピンゆらぎの特性を調べ、銅酸化物高温超伝導体におけるスピンゆらぎとの相違点を明白にし、超伝導発現におけるスピンゆらぎが果たす役割を考察することである。研究対象物質としてYMn_2を選び、高圧力の環境下でこの系の性質を調べた。これまでの研究で、高圧下におけるYMn_2の反強磁性スピンゆらぎの特徴および銅酸化物高温超伝導体におけるスピンゆらぎとの違いが明らかになりつつある。銅酸化物高温超伝導体においては、二次元面内における反強磁性スピン相関が格子常数の二倍以上の距離におよび、さらにスピンゆらぎの特性エネルギーが高いことがわかっている。それに対して、YMn_2の反強磁性スピンゆらぎは空間的に局在し、特性エネルギーも低いことが本研究から示唆された。YMn_2は常圧下で反強磁性的に秩序化するラーベス金属間化合物であるが,0.4GPa以上の圧力下では磁気秩序が消失し,スピンゆらぎのみが存在する。本研究では0.45GPaから1GPaまでの圧力下で核四重極共鳴法(NQR法)によりMn核のスピン格子緩和率1/T_1を測定した。その温度依存性から、この系で電子が低温で遍歴的に振る舞い高温では局在化することが示唆された。この結果は電気抵抗の実験結果と定性的に合致する。また、スピンゆらぎの自己無撞着繰り込み(SCR)理論を用いてNQR実験結果を解析した結果、この系のエネルギー幅が銅酸化物のものより一桁以上小さいと推定された。スピン揺らぎによる超伝導の可能性が理論的に考察されているが、それによると、超伝導の引力となり得るのは高周波成分のスピン揺らぎである。もしこのような理論が正しければ、YMn_2におけるスピン揺らぎのスペクトルが超伝導の発現に不利であると考えられる。

これは圧力とともに、Mn3d電子の遍歴性が増大した結果と考えられ、先のナイトシフトの結果と一致する。また、このクロスオーバーが銅酸化物に似ていることを指摘した。
液晶を用いたテラヘルツ波高速制御素子の研究

テラヘルツ帯では発生・検出技術が飛躍的に発展しているが、有力な光学材料の不足によって能動不足素子の研究の立ち後れが指摘されている。一方、液晶は、可視域のみならずテラヘルツ帯においても複屈折を有し、比較的高い透過率を示すことからテラヘルツ波を制御する光学素子の有力な材料として研究されている。しかしながら、液晶を用いたテラヘル波制御素子では、その厚い素子からくる遅い応答速度が指摘されており、実現化への大きな障害となっている。そこで本研究では応答速度の改善に取り組んだ。本研究ではこれまで、液晶素子の薄膜化に取り組んできた。無水合成石英と空気層を積層して作製した誘電体多層膜中に100μm厚の液晶層を挿入することで、短い光学距離で光学効果を得ることができた。その結果、本研究開始時点で発表されていたテラヘルツ帯液晶素子より10倍以上の高速化に成功した。より液晶層を薄くすることで更なる高速化が達成できると考えられるが、従来のようなトップダウン型の素子作製法ではこれ以上の薄膜化は難しい。そこで、二光子光重合を用いた光造形法によるボトムアップ型の素子作製を試みた。本手法では、光重合性材料にレーザーを集光・走査することで局所的に重合反応を発生させ、任意形状の3次元マイクロ構造を作製することができる。また、分子配向性を有する光重合性材料を用いて作製した3次元マイクロ構造中に液晶を導入することで、微細空間中での液晶の配向制御が可能であると考えられる。本年度は、光造形に用いる光学系の設計・作成及び分子配向性を有する光重合性材料の物性解析、及び3次元マイクロ構造の作製に取り組んだ。その結果、これまで明らかになっていなかった、分子配向性を有する光重合性材料の重合前後における誘電的性質の変化を詳細に解明することが出来た。また、同材料を用いて数μmの3次元マイクロ構造の作製に成功した。(抄録なし)テラヘルツ帯では発生・検出技術が飛躍的に発展しているがく有力な光学材料の不足によって能動不足素子の研究の立ち後れが指摘されている。一方、液晶は、可視域のみならずテラヘルツ帯においても複屈折を有し、比較的高い透過率を示すことが発見されたためテラヘルツ波を制御する光学素子の有力な材料として研究されている。速い応答速度を得るためには液晶相を薄くすれば良いが、単純に薄くするだけで十分な光学効果が得られないため、本研究では誘電体多層膜中に液晶を導入した。この構造では多重反射を利用しているため、短い光学距離で大きな光学効果を得ることができる。その結果、テラヘルツ帯フィルターとしての機能を有しつつ、電界を印加した時の応答速度が5-3s、電界を除去した時の応答速度が12.2sと高速な素子の作製に成功した。この応答速度はこれまで提案されてきたテラヘルツ帯液晶素子の10倍以上高速である。また、透明電極として幅広く用いられているITOはテヲヘルツ波を反射してしまうため、テラヘルツ帯素子で用いることは出来ない。そこで本研究では、ITO代替の透明電極として導電性高分子PEDOT:PSSに着目した。100nm厚のPEDOT:PSS薄膜の透過率は0.2THz-1.5THzで80%以上と高い透過率を有することがわかった。また、PEDOT:PSS薄膜のみを使った可視域で駆動する液晶素子を作製し、ITOと同様に1.5V程度の電界で駆動させることができた。以上より、PEDOT:PSSはテラヘルツ帯透明電極としての機能を有していることが確認できた。液晶は、可視域のみならずテラヘルツ帯においても複屈折を有し、比較的高い透過率を示すことが発見されたためテラヘルツ波を制御する光学素子の有力な材料として研究されている。平成23年度に於いては、誘電体多層膜を用いたエタロン構造中に液晶を導入することにより液晶層の薄膜化を実現した。作製した素子では、電界を印加した時の応答速度が5.3s、電界を除去した時の応答速度が12.2sであった。上述した液晶素子では、電界を基板に対して水平方向、すなわち入射テラヘルツ波に対して垂直方向に印加している。この時、電極間はテラヘルツ波のスポットサイズ(約5m)より広くしなければならず、結果として数kVもの高電界が必要であった。一方で、ITOに代表される透明電極を用いて基板垂直方向に電界を印加することができれば、数V程度の電界のみで駆動することが出来る。しかしながら、ITOはテラヘルツ波を反射してしまうため、テラヘルツ帯では透明電極として用いることが出来ない。そこで、本研究では導電性高分子PEDOT:PSSに着目した。

PEDOT:PSS薄膜を電極として用い、テラヘルツ波を制御するよう設計した入/4板を作製した。1.4THzを動作周波数とし、ネマティック液晶E7の液晶層厚は350皿とした。5Vの電圧を印加したところ、作製した入/4板が動作しテラヘルツ波の偏光状態が変化していることが確認できた。また、シミュレーションによるブイッティングから、PEDOT:PSS薄膜に印加した電圧によって液晶分子が完全に向きを変えているがわかった。本研究で用いた駆動電圧は過去報告されていたものより10倍以上低く、PEDOT:PSS薄膜を用いることでテラヘルツ帯液晶素子の低電圧化に成功した.テラヘルツ帯では発生・検出技術が飛躍的に発展しているが、有力な光学材料の不足によって能動不足素子の研究の立ち後れが指摘されている。一方、液晶は、可視域のみならずテラヘルツ帯においても複屈折を有し、比較的高い透過率を示すことからテラヘルツ波を制御する光学素子の有力な材料として研究されている。しかしながら、液晶を用いたテラヘル波制御素子では、その厚い素子からくる遅い応答速度が指摘されており、実現化への大きな障害となっている。そこで本研究では応答速度の改善に取り組んだ。本研究ではこれまで、液晶素子の薄膜化に取り組んできた。無水合成石英と空気層を積層して作製した誘電体多層膜中に100μm厚の液晶層を挿入することで、短い光学距離で光学効果を得ることができた。その結果、本研究開始時点で発表されていたテラヘルツ帯液晶素子より10倍以上の高速化に成功した。より液晶層を薄くすることで更なる高速化が達成できると考えられるが、従来のようなトップダウン型の素子作製法ではこれ以上の薄膜化は難しい。そこで、二光子光重合を用いた光造形法によるボトムアップ型の素子作製を試みた。本手法では、光重合性材料にレーザーを集光・走査することで局所的に重合反応を発生させ、任意形状の3次元マイクロ構造を作製することができる。また、分子配向性を有する光重合性材料を用いて作製した3次元マイクロ構造中に液晶を導入することで、微細空間中での液晶の配向制御が可能であると考えられる。本年度は、光造形に用いる光学系の設計・作成及び分子配向性を有する光重合性材料の物性解析、及び3次元マイクロ構造の作製に取り組んだ。その結果、これまで明らかになっていなかった、分子配向性を有する光重合性材料の重合前後における誘電的性質の変化を詳細に解明することが出来た。また、同材料を用いて数μmの3次元マイクロ構造の作製に成功した。交付申請書時点より更に高速に応答するテラヘルツ帯液晶素子の作製に成功し、これまで提案されてきたテラヘルツ帯液晶素子より10倍以上速い応答速度を得ることができた。また、大きな課題とされてきたITO代替透明電極としてPEDOT:PSSを見いだし、テラヘルツ帯での有用性を提示した。これは研究の目的を大きく進展させる可能性を有する成果である。以上の理由より、当初の計画以上に進展したと考えられる。また、大きな課題とされてきたITO代替透明電極としてPEDOT:PSSを見いだし、PEDOT:PSS電極を用いて作製した波長板において低電圧駆動に成功した。
新規な性的二型核の探索と探索した性的二型核の性差形成機構および生理機能の解明

脳構造には性差があり、これにより脳機能の性差が生じる。これまでの研究から、エストロゲン受容体αの発現に雌優位な性差がある新規領域をマウスの視床下部で発見した。本研究では、当該脳領域の形態学的特徴、性差形成のメカニズム、生理機能について解析した。その結果、ニューロン数には雌優位な性差があること、その性差の形成には性ステロイドホルモンが重要な働きをすることが示された。当該脳領域は雌性行動の発現制御に関与しないことが示唆された。生理機能の解明には更なる研究が必要である。脳には構造の性差があり、この性差によって脳機能の性差が生じる。しかしながら、脳の性差と性差が形成されるメカニズムには未知な部分が多い。我々は、エストロゲン受容体α(ERα)を発現するニューロンがGFPで可視化された遺伝子改変マウスを用いた研究から、ERα発現ニューロンの数に性差がみとめられる部位としては、これまで知られていなかった領域を視床下部の中に発見した(以後、領域Xとする)。本研究では、領域Xの形態学的特徴と性差形成機構、および生理機能を明らかにすることを目的としている。本年度は、遺伝子改変マウスの新生仔より作製した脳スライスのライブイメージングを行い、GFP発現細胞の動態を観察した。その結果、視床下部を含む脳スライスにおいて、脳室周囲領域から出現したGFP発現細胞が徐々に側方あるいは腹側へ移動し、領域Xを含む視床下部の領域に定着する様子が観察された。これまでの研究代表者の研究から、領域XにおけるERα発現ニューロンの数は、雌マウスにおいて雄マウスよりも多いことが示されている。しかし、ニューロンやグリアの総数に性差があるか否かは不明である。そこで、本年度は、成熟雌雄マウスを用いた領域Xの定量組織学的解析を実施した。その結果、領域Xのニューロン総数は、雌マウスにおいて雄マウスよりも有意に多いことが明らかになった。一方、グリア細胞の総数には性差はみとめられなかった。脳の内部構造には性差があり、これにより生理機能の性差が生じると考えられているが、脳の性差には未知な部分が多い。研究代表者は、GFPでエストロゲン受容体α(ERα)発現ニューロンを可視化した遺伝子改変マウス(ERαーGFP TGマウス)を用いた最近の研究から、ERα発現ニューロンの数に性差がある領域としては、これまでに知られていなかった部位(以後、領域Xと仮称する)を視床下部の中で発見した。前年度の研究から、領域Xには雌優位なニューロン数の性差があるが、グリア細胞数には性差がないことが明らかになった。本年度は、領域Xの性差形成に対する性ステロイドホルモンの影響を検証するため、出生日に去勢した雄マウスと新生仔期にテストステロンを投与した雌マウスの領域Xのニューロン数を計測した。その結果、去勢した雄マウスの領域Xにおけるニューロン数は、正常雄マウスに比べて多くなっていた。反対に、テストステロンを投与した雌マウスでは、ニューロン数が少なくなった。このことから、発達期の精巣由来テストステロンの影響を受け、領域Xの形態構造が脱雌性化すると考えられた。さらに、本年度は、雌マウスの領域Xの生理的役割を明らかにするため、雌マウスの性行動(ロードーシス)における関与の有無について検討した。神経活性マーカーであるfosタンパク質発現細胞を計測した結果、ロードーシスを起こした雌マウスの領域Xにおけるfos発現細胞数は、ロードーシスを起こしていない雌マウスと変わりがなかった。このことから、雌マウスの領域Xは性行動制御に関与しない可能性が示された。雌優位な性差領域として見出した領域Xの生理機能については、今後さらなる研究が必要である。神経内分泌脳スライスのライブイメージングに関する当初計画では、画像データを解析することで、GFP発現細胞の動態に性差が生じか否か検証することも予定していた。しかしながら、イメージングの至適条件等の検討に時間を要し、画像データの解析が進んでいない。本年度研究から、マウスの視床下部に存在する領域Xには雌優位な構造の性差があることが明らかになった。次年度では、領域Xの性差が形成されるメカニズムと生理機能を明らかにするための実験を実施する予定である。また、蛍光タイムラプス顕微鏡を用いた脳スライスのライブイメージング解析を引き続き実施するとともに、研究の進捗を図るため、各日に取得した脳スライスのイメージイング画像の解析も行う。
スペクトル取得型光学オゾンゾンデの開発

上部成層圏オゾンを観測するためのフィルター式オゾンゾンデの光学系を小型分光器に換えてオゾンの他に二酸化窒素等も観測可能とした新たなスペクトル取得型光学オゾンゾンデを開発した。膨大なデータ量の送信方式や光ファイバー入射部の拡散板などの開発に工夫を要したが、無事開発を行い、性能試験により正常動作していることを確認した。今後これを用いた実観測を行える目処が立った。新たに開発するスペクトル取得型光学オゾンゾンデは、現有のフィルター式光学オゾンゾンデの長所(姿勢制御不要・可動部分無し等による簡便性と高い信頼性および気温・気圧・風速の同時測定)を生かした上で多波長観測を可能とするため、フィルター式光学オゾンゾンデの光学系部分を光ファイバーとアレイセンサを用いた小型回折格子型分光計に置き換えた構成とする。気温・気圧・GPS位置測定部等はこれまでの実績のある部品をそのまま使用することとし、分光計からの大量のデータの取り込み部・分光計の露出時間制御部を新たに組み込んだ基板を設計・製作した。送信部については基本設計を行った。また、光ファイバーによる太陽光受光部を製作し、入射光の角度依存性を測定した。その結果、受光部の拡散板を固定しているケースの縁の部分の厚みが若干入射光を遮る場合があることがわかり、次年度に改良することとした。分光観測手法に関する情報交換のため、村田がスペインで開催された分光研究に関するワークショップに参加し、議論を行った。20年度に気球観測を行うため宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究本部の気球実験の申請を行った。気象庁の高層気象データや二酸化窒素の吸収係数のデータを用いて二酸化窒素の吸収量を推定し、成層圏コラムの測定が可能であることを確認した。昨年度に、新たに開発するスペクトル取得型光学オゾンゾンデの基本設計や一部の基板製作は終了したため、今年度は実際に観測する装置の製作を始めた。今年度は申請していた宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究本部の気球実験は不採択であったため、当初予定していた試験観測は出来ないことになったが、その分時間をかけて検討しながら製作を進めた。新しい観測器の性能を検証するためには現有のフィルター式光学オゾンゾンデとの同時観測が必要であるので、両者の光学系部分を同じ装置内に配置し、気温・気圧・GPS位置測定部等を共用する観測器を設計することとし、その仕様に合わせたデータ送信基板等を製作した。また、光ファイバーによる太陽光受光部は、昨年度にケースの縁の部分が入射光を遮る問題があったため、新たに改良版を設計・製作した。これを用いて太陽光の入射角依存性を測定し、特性が大幅に改善されたことを確認した。これまでの光学オゾンゾンデの観測結果を含めた研究成果の発表のため、村田がノルウェーで開催された国際オゾンシンポジウムに参加し発表した。また、21年度に気球観測を行うため宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究本部の気球実験の申請を行った。昨年度までで小型分光器を用いた新型観測器の設計は終了していたので、今年度は実際に装置の製作・性能試験を行った。製作は村田が中心に進めたが、送信データ量が旧型に比べて大幅に増加したため、57.6kbpsの通信速度でもデータの送受信に工夫が必要となり、途中で設計の手直しを行った。これにより製作費用が当初予定よりも増加し、研究費の大半をこれに充てることとなったが、製作は無事終了し、性能試験を宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究本部の恒温槽および真空チャンバーを用いて行った。真空試験では特に問題がなかったが、温度試験では若干測定値の変動があり、回路を修正して再び温度試験を行った。その結果、較正信号などを含めて正常な値が得られることを確認した。以上により、無事に新型の観測器を完成させることが出来た。
ノシセプチンの疼痛に及ぼす影響の検討-ノルアドレナリン作動性神経との関連

ノシセプチンと痛覚伝導に重要なアドレナジック受容体との相関を検討する為、in vitroでノルエピネフリンの放出を指標とし、両者の関係を検討した体重250-300gの雄性Wistar系ラットから作成した大脳皮質スライス標本を用い、ノルアドレナリン神経刺激薬としてはα2アンタゴニストのヨヒンビン、ノルアドレナリン神経抑制薬としてα2アゴニストのクロニジンを加え各々、10分間37°Cでインキュベーションした(各群n=6)。各試薬の投与量は10^<-8>、10^<-7>、10^<-6>、10^<-5>、10^<-4>、10^<-3>Mとした。ヨヒンビンにより大脳皮質標本からのノルアドレナリン放出は最大約160%増加し、クロニジンにより、同ノルアドレナリン放出は最大約50%減少した。このモデルを用いてヨヒンビン10^<-3>Mでインキュベーションした大脳皮質標本に10分後のノシセプチン10^<-6>Mを添加し、更に10分間37°Cでインキュベーション、放出されたノルアドレナリンを定量した。その結果、ノシセプチンはノルアドレナリン量に影響しなかった。ノシセプチンのノルアドレナリン作動性神経に及ぼす影響はα2アドレナジック受容体に直接影響する以外の機序が関与することが示唆された。更に代表的な鎮痛薬であるオピオイドの神経回路と近年、鎮痛作用を有する事が報告されたオレキシン作動性神経と、ノシセプチン作動性神経との三者間の連関を、上記と同じくin vitroでノルエピネフリンの放出を指標とし検証した。上記大脳皮質スライスに様々なオピオイド、ノシセプチン作動約を添加してもオレキシンで亢進したノルアドレナリン放出は変化せず、これらの神経に明らかな連関がないことが示唆された。これらの結果、ノシセプチンはこれまでの鎮痛作用を有する神経(アドレナリン作動性、オピオイド作動性神経)とは独立して作用することを示唆しており、新たな鎮痛療法の開発の余地を示したと考えられる。このモデルを用いてヨヒンビン10^<-3>Mでインキュベーションした大胆皮質標本に10分後のノシセプチン10^<-6>Mを添加し、更に10分間37°Cでインキュベーション、放出されたノルアドレナリンを定量した。ノシセプチンのノルアドレナリン作動性神経に及ぼす影響はα2アドレナジック受容体に直接影響する以外の機序が関与することが示唆され、詳細については検討中である。

上記大脳皮質スライスに様々なオピオイド、ノシセプチン作動約を添加してもオレキシンで亢進したノルアドレナリン放出は変化せず、これらの神経に明らかな連関がないことが示唆された。これらの結果、ノシセプチンはこれまでの鎮痛作用を有する神経(アドレナリン作動性、オピオイド作動性神経)とは独立して作用することを示唆しており、新たな鎮痛療法の開発の余地を示したと考えられる。
海上運送状および電子式船荷証券についての比較法的実証的研究

船荷証券の代替物として実務界に普及し始めた海上運送状および電子式船荷証券の法律上および実際上の問題点を解明し、その解決の道を探求するために海上運送状および電子式船荷証券の実務を調査し、国際取引法の実務を指導・支配する英米法のもとにおける船荷証券とわが国海上物品運送法のもとにおける船荷証券とを比較法的に考察し、その考察に照らしてその問題点を明らかにし、今後の海上運送状および電子式船荷証券の在り方について考察を加えた。具体的には、以下のとおりである。海上運送状については、万国海法会(CMI)の自主ルール(1990年海上運送状CMI統一規則)を採用しているわが国の代表的な海運会社の実務を調査し、これに検討を加え、同社の適用する海上運送状CMI統一規則は、運送人が運送品を無権利者に引き渡した場合の運送人の免責を定めているが、これは荷主に一方的に不利益を負担させるものであり、その実務の合理性には疑問があり、同社の海上運送状は書面の海上運送状に限定しており、船積書類の電子化に寄与しないものであり、荷主にとってその利用のメリットは大きくない。電子式船荷証券においても、世界的規模で商業化されている「ボレロ計画」および同計画が前提とする万国海法会の自主ルール(1990年電子式船荷証券CMI規則)に検討を加えたうえ、同計画のようなセキュリティ上の問題を伴うオープンネット利用の電子取引においてその不利益を荷主に負担させる制度のもとでは、電子式船荷証券の普及は困難であると指摘した。また、わが国の船荷証券と英米法上船荷証券を比較法的に考察し、英米法においても船荷証券の物権的効力の問題が存在するが、それは運送品の上の物権変動の対抗要件としてではなく、それが運送品引渡請求権の唯一の根拠としての占有の移転の問題として取り扱われていることを明らかにした。海上運送状(Sea Waybill)及び電子式船荷証券(以下においては、「海上運送状等」という。)は、伝統的な船荷証券に代替するものとして国際物流の実務が生み出したものであるが、アメリカ合衆国においては海上運送状等に関する画期的な法律の制定に向けた動きがあり、1999年春には上院スタッフにより法律案の原案(U.S.COGSA'99)が作成され、ほぼ同案に沿った形での法案の成立が予想されている。U.S.COGSA'99にはアメリカ合衆国の港からの出入の貨物のすべてにアメリカ合衆国法を適用するいわゆる域外適用の条項が設けられていることから、新法の制定は、わが国の国際物流の実務にきわめて重大な影響を及ぼすことが予想される。そこで、まず第一に、公刊されておらず、入手の困難と思われていたCOGSA'99の入手につとめ、いちはやくこれを入手した。第二に、U.S.COGSA'99の全体的な構成を考察し、それを理解するために検討すべき問題点を抽出した。第三に、U.S.COGSA'99の全面的な考察の準備作業としてU.S.COGSA'99の翻訳に着手した。ただ、U.S.COGSA'99はかなり包括的なものであり、深い海運実務の知識を必要とすることから、海運実務家・海商法学者と連携のうえに作業を進めているが、成果を公表する段階に至っていない。

また、海上運送状等の国際売買において果たす法的機能の比較法的実証法的研究に関しても、その基礎的な作業として、物品の所有権の移転と船荷証券の関係について、英米の判例法を比較検討し、イギリス法においては、船荷証券の占有いかんによって決せられるというアプローチがとられているのに対して、アメリカ合衆国では代理(agency)のアプローチがとられていることを明らかにした。本年度は、従来一般的用いられてきた書面形式の船荷証券の代替物として近年国際取引実務界に普及し始めた海上運送状および電子式船荷証券の法律上および実際上の問題点を解明し、その解決の道を探求するために、海上運送状および電子式船荷証券の実務を調査し、国際取引法の実務を指導し、支配する英米法を考察し、その考察に照らしてその問題点を明らかにし、今後の海上運送状および電子式船荷証券の在り方について考察を加えた。具体的には、以下のとおりである。海上運送状については、わが国の代表的な海運会社の実務を調査し、これに検討を加え、同社の適用する万国海法会(CMI)の自主ルール(海上運送状CMI統一規則)は、運送人が運送品を無権利者に引き渡した場合の運送人の免責を定めているが、これは荷主に一方的に不利益を負担させるものであり、その実務の合理性には疑問のあることを指摘した。また、電子式船荷証券においても、世界的規模で商業化されている「ボレロ計画」および同計画が前提とする万国海法会の自主ルール(電子式船荷証券CMI規則)に検討を加えたうえ、同計画のようなセキュリティ上の問題を伴うオープンネット利用の電子取引においてその不利益を荷主に負担させる制度のもとでは、電子式船荷証券の普及は困難であると指摘した。また、わが国の従来の学説では英米法上船荷証券の物権的効力の存在が否定されていたが、英米法においても船荷証券の物権的効力の問題が存在することを指摘し、かつわが国の場合と異なりそれが運送品引渡請求権の唯一の根拠としての占有の移転の問題として取り扱われていることを明らかにした。
開多様体の上の概複素構造

幾何学的、位相的研究代表者足立、分担者上野、松澤、西田、原田を中心に、CR構造との関連や、超多様体の手法との関連で、一般偶数次元多様体とくに開多様体上の概複素構造の可積分性を研究し、また数理物理学ホモトピー論との関連も研究した。代数的研究分担者土方、丸山、吉田、神保を中心にして、整数論、代数幾何学、代数解析学の手法を用いて、代数ベクトル束のモジュライ空間等との関連を研究し、また量子群等との関連についても研究した。また開多様体の概複素構造とそのコンパクト化上の概複素構造についても研究した。解析的研究分担者池部、岩崎を中心にスペクトル論、線型微分方程式論の手法を用いて概複素構造の可積分性の問題を研究し、また分担者平井を中心にして函数解析学、群の表現論との関連する問題が研究された。また分担者渡辺、重川を中心として確率論との関連する問題が研究された。分担者上野、谷口を中心として複素解析学の手法を用いて、タイヒミューラー空間との関連する分野の研究が行なわれた。
ルイス塩基触媒を用いる有機ケイ素化合物とカルボニル化合物との触媒的不斉反応の開発

我々は既に、ポリスチレンを基盤とする高分子に固定化した金属ナノクラスター触媒、高分子カルセランド型金属触媒(PI M, PI/CB-M)が、アルコールやヒドロキノンの酸素酸化反応に有効に機能すること見いだしている。今回、本触媒を用いたオルトアミノフェノールとアルデヒドのSichff塩基からの酸化的ベンゾオキサゾール誘導体合成法を開発した。Ptナノクラスターを担持したPI/CB-Ptを触媒として用いたところ、目的の反応が弱塩基存在下、室温、大気圧酸素という穏和な条件下円滑に進行し高い収率セベンゾオキサゾール誘導体が得られた。同様の方法でオルトアミノベンゼンチオール用いることで。ベンゾチアゾール誘導体も合成可能であった。本触媒は簡便な操作のみで、活性を維持したまま回収、再利用が可能で、金属の流出も観測されなかった。さらに、N-アルキル置換オルトアミノフェノールを用いることで、二段階の酸化過程を含むワンポット直接ベンゾオキサゾール合成反応もPI/CB-Pt触媒を用いることで円滑に進行することを見出した。本反応も金属の流出なく、触媒は活性を維持したまま回収再利用可能であった。以上のように、環境負荷の少ない方法で、様々な生理活性物質、医薬品に見出されるベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾールの新しい触媒的合成法の開発に成功した。当初は均一系触媒を用いる、一工程の反応開発が目的であったが、より効率的な触媒反応系を追求し、回収再利用可能な触媒を用いる環境負荷の少ない様々な反応系を開発することができた。具体的には、アリルアルコールの酸化-Michael付加連続反応、酸化的ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール誘導体合成法の開発が挙げられる。今後は、本研究において開発した高分子カルセランド型金属触媒を用いる高効率酸素酸化反応を基盤とした様々な触媒系の開発を行う。例えば、金属ナノクラスター触媒と不斉有機分子触媒を同一単体に固定化した高機能触媒を用いる、酸化-不斉炭素炭素結合形成反応の開発が挙げられる。具体的には、金属ナノクラスター触媒によるアリルアルコールの酸素酸化反応、引き続く高分子固定化光学活性プロリノール触媒による、1,3ジカルボニル化合物の不斉1,4付加反応が挙げられる。研究代表者、分担者らは既に、ポリスチレンを基盤とする高分子に固定化した金ナノクラスター触媒(PI Au)が、アルコールやヒドロキノンの酸素酸化反応に有効に機能すること見いだしている。今回、本触媒にルイス酸もしくはルイス塩基触媒機能を導入し、ワンポット酸素酸化、炭素-炭素結合形成反応に有効で回収、再使用可能な固体触媒の開発を目指し検討を行った。その結果、PI Au触媒が1,3ジカルボニル化合物のメチルビニルケトンへの1,4付加反応を有効に触媒することを見いだした。活性種を同定するため固体NMR解析、ICP分析等を行った結果、金塩を還元する際に用いた水素化ホウ素ナトリウムがホウ酸エステル化合物として高分子中に固定化されたものが活性種であることを見いだした。そこで、高分子担体と水素化ホウ素ナトリウムから調製した固体触媒(PI B)を用いて検討を行った結果、本触媒が様々なマイケル反応に高い活性、選択制を持って対応する付加体を与えることを見いだした。また、本触媒は簡便な濾過のみで活性を維持したまま回収再使用が可能であった。さらに、金、白金、水素化ホウ素ナトリウム、カーボンブラック、高分子担体から調製された触媒(PI/CB-Pt/Au/B)を触媒として用いたところ、穏和な条件下、酸素雰囲気下、1,3ジカルボニル化合物と3-ブテン2-オンから酸化付加生成物が得られ、当初の目的としていた単一触媒によるワンポット酸素酸化、炭素-炭素結合形成反応が進行することを見いだした。今後、さらなる基質の適用範囲の検討、フロー合成装置への応用等を行っていく予定である。我々は既に、ポリスチレンを基盤とする高分子に固定化した金ナノクラスター触媒(PI Au)が、アルコールやヒドロキノンの酸素酸化反応に有効に機能すること見いだしている。その結果、金属ナノクラスターを調製する際に用いた水素化ホウ素ナトリウムが高分子中のアルコール部位とテトラアルコシキボレートを形成し高分子担体に固定化され、Michael反応を触媒することが明らかとなった。触媒調製の最適化を行ったところ、金パラジウム合金ナノクラスターとホウ素触媒を固定化したPI/CB-Pd/Au/B触媒がアリルアルコールの酸素酸化、続くMichael付加反応の二段階反応を効率的に進行させることがわかった。本触媒は回収、再利用が可能で、室温、中性、一気圧酸素という極めて穏和な条件下、広い基質一般性を示した。さらに、反応の律速段階が一段階目であり、本触媒を用いアリルアルコールの酸化反応のみを行うと副反応が進行することから、ワンポット反応を行うことによる利点を示すことができた。さらに、金属ナノクラスター触媒とプロリン誘導体を同一担体に固定化した二機能性触媒を新たに開発し、本触媒がアリルアルコールの酸素酸化、引き続く不斉Michael反応の二段階反応を効率的に進行させることを明らかにした。反応の最適化の結果、不斉収率は96%以上、収率80%以上と極めて高い反応性、選択性を示した。固定化不斉触媒でこのような高い選択性、活性を示す例は珍しいばかりか、本触媒のように不斉触媒と金属触媒を同一担体に同時に固定化し、ワンポット多段階反応を行った例はこれが初めてである。

我々は既に、ポリスチレンを基盤とする高分子に固定化した金属ナノクラスター触媒、高分子カルセランド型金属触媒(PI M, PI/CB-M)が、アルコールやヒドロキノンの酸素酸化反応に有効に機能すること見いだしている。今回、本触媒を用いたオルトアミノフェノールとアルデヒドのSichff塩基からの酸化的ベンゾオキサゾール誘導体合成法を開発した。Ptナノクラスターを担持したPI/CB-Ptを触媒として用いたところ、目的の反応が弱塩基存在下、室温、大気圧酸素という穏和な条件下円滑に進行し高い収率セベンゾオキサゾール誘導体が得られた。同様の方法でオルトアミノベンゼンチオール用いることで。ベンゾチアゾール誘導体も合成可能であった。本触媒は簡便な操作のみで、活性を維持したまま回収、再利用が可能で、金属の流出も観測されなかった。さらに、N-アルキル置換オルトアミノフェノールを用いることで、二段階の酸化過程を含むワンポット直接ベンゾオキサゾール合成反応もPI/CB-Pt触媒を用いることで円滑に進行することを見出した。本反応も金属の流出なく、触媒は活性を維持したまま回収再利用可能であった。以上のように、環境負荷の少ない方法で、様々な生理活性物質、医薬品に見出されるベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾールの新しい触媒的合成法の開発に成功した。当初は均一系触媒を用いる、一工程の反応開発が目的であったが、より効率的な触媒反応系を追求し、回収再利用可能な触媒を用いる環境負荷の少ない様々な反応系を開発することができた。具体的には、アリルアルコールの酸化-Michael付加連続反応、酸化的ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール誘導体合成法の開発が挙げられる。今後は、本研究において開発した高分子カルセランド型金属触媒を用いる高効率酸素酸化反応を基盤とした様々な触媒系の開発を行う。例えば、金属ナノクラスター触媒と不斉有機分子触媒を同一単体に固定化した高機能触媒を用いる、酸化-不斉炭素炭素結合形成反応の開発が挙げられる。具体的には、金属ナノクラスター触媒によるアリルアルコールの酸素酸化反応、引き続く高分子固定化光学活性プロリノール触媒による、1,3ジカルボニル化合物の不斉1,4付加反応が挙げられる。