hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
蛋白ー蛋白相互作用（PPI)阻害剤による神経疾患治療法の開発

脳虚血、神経変性疾患にても、原因蛋白質や病因は色々と明らかにされたが、臨床的に神経保護効果を有する治療薬は非常に少ない。本研究では、特定のタンパク質間相互作用(Protein-Protein Interaction; PPI)を標的としたPPI阻害剤による創薬を目指した。癌抑制遺伝子p53は中枢神経系にても多くの細胞死に関与する。そこでp53に関するPPI阻害剤など、特にp53とMDM2,MDMXの相互作用を阻害剤する薬剤の新規合成を施行。p53-MDM2/MDMX阻害剤は脳梗塞モデルにても神経保護効果を確認した。又、パーキンソン病モデルマウスにおける黒質における神経保護効果も確認できた。PPI阻害剤としては、分子量1000以上の中分子であるラパマイシン、タクロリムス、高分子ペプチドなどが多く報告されている。しかしながら、これら中、高分子は脳内移行性は低い。そこで我々は、分子量200300の低分子PPI阻害剤につき、独自のPPI阻害剤ライブラリーを構築した。p53-MDM2のPPI阻害剤としてはNutlin-3aが有名であるが、今回p53-MDMXのPPI阻害剤として独自のK-178(分子量253)、K-181の構造、抗癌効果、動物投与時の体重変動を報告した(Bioorg Med Chem. 2016)。本論文においては、K-178、K-181とその周辺化合物について、p53と相互作用が知られているp53-mdm2 p53-mdmx p53-death-associated protein kinase 1 (DAPK1)、p53-peptidylprolyl isomerase D (PPID)の相互作用阻害について報告。我々の独自のPPI阻害剤特に神経細胞においては、p53は、ネクローシス、アポトーシス、ネクロトーシスなどの広範な細胞死において関与することが報告されている。これら神経細胞死に関与するp53とDAPK1並びにPPIDとの改変ELIZA法での結果を報告した。今後のHTSスクリーニングに対応するようなαースクリーニングの系を確立した。これらの独自の化合物について初代神経細胞培養系における脳虚血モデル、SH-SY5YにおけるMPTP(パーキンソン病)モデルでの神経保護効果につき、特許出願した。脳内血管新生への効果として、K-178、K-181、K-630などを投与時のtube-formation assayを施行し、新生血管への効果を確認した。又、K-178、K-630の脳内移行性について、経口投与し、その神経保護効果を確認した。我々は、PPI阻害剤を神経保護剤として開発するために、従来の中分子並びに高分子を主とするPPI阻害剤では脳内移行性が低いと判断し、脳内移行性が期待できる低分子化合物からなる独自で開発した低分子化合物からなるPPI阻害剤における検討を中心に施行した。本年度においては、まず独自の低分子化合物よりなる蛋白ー蛋白相互作用阻害剤ライブラリーのp53を中心とした阻害作用、各化合物の構造、in vivo投与時の体重変動、アポトーシスへの効果などにつき論文報告したBioorg Med Chem. 2016)。また、これらの神経保護効果についてスクリーニングを施行し、それらのin vitroにおける脳虚血モデル、MPP+(パーキンソン病モデル)に対する神経保護効果を有する化合物を抽出した。また、in vivoにおいてはMPTPモデルにおける神経保護効果について、こららのPPI阻害剤の経口投与における効果を検討し、経口投与における神経保護剤を抽出できた(特許出願ずみ)。更に、血管新生への効果としてtube-formation assayを施行した。またPPI阻害効果に関するアッセイ系、実験系としては、αースクリーニングに加えて、生体分子間相互作用解析装置(Biacore T200)を用いて、検証実験を繰り返し施行している。これらの論文報告、特許出願などは、本研究課題当がおおむね順調に進展しているといえる。脳虚血、神経変性疾患のいずれにおいても、その原因蛋白質や病因は色々と明らかにされてきているものの、臨床的に神経保護効果を有する治療薬は、非常に少ない現状にある。異常蛋白質が個体間、細胞間で伝播するpropagation仮説も注目されている。そのような背景のもと、本研究においては、特定のタンパク質間相互作用(Protein-Protein Interaction; PPI)を標的としたPPI阻害剤による創薬を目指した。癌抑制遺伝子であるp53は多彩な機能を果たしており、p53抑制が神経保護、老化抑制に繋がることが報告されている。本課題においては、蛋白のS-S結合を標的として蛋白の立体構造に影響を与えることによるp53とMDM2,MDMXの相互作用を阻害剤する薬剤の新規合成などを施行した。

この際α-スクリーニング、Biacoreなどを使い、実際のp53-MDMXの阻害効果を確認した。また、これらのp53-MDM2/MDMX阻害剤の一部はHDAC阻害活性も有しており、HDAC阻害剤としても作用することが判明した。また、これらのp53-MDM2或は、p53-MDMX阻害剤は、初代神経細胞培養系、脳梗塞モデルの神経保護効果を確認した。加えて、パーキンソン病モデルマウスにおける黒質における効果も確認できた。とりわけ我々が今回新たに合成したp53-MDMX阻害剤は、分子量300程度と非常に小さく、脳内移行性が示唆された。又、その神経保護メカニズムとしてMDMXの発現を上昇させることがわかった。特に脳虚血においては、細胞へのCa-カルパイン経路が活性化することによりMDMXが分解されるが、今回、我々が合成した化合物はその分解されたMDMX量を上昇させるメカニズムが示唆された。又、これらの化合物がPPID、PPIA、DAPKとp53との結合に影響を与えるかのPPI選択性も明らかとした。本年度までは、p53 negative regulatorを中心に検討してきたが、今後、p53と神経細胞死に関与するdeath-associated protein kinase 1 (DAPK1)やcyclophilin D(CypD)とp53との相互作用については、更なる新規化合物の設計、合成などの検討を進める。また、更にp53 negative regulatorだけでなく、p53 positive regulatorについての検討を推進する。また、本年度において、in vitroの虚血モデル、パーキンソン病モデルにおいて神経保護効果が示唆された化合物については、今後、各々、経口投与によるin vivoモデルにおける神経保護効果、即ち、脳梗塞モデルとしての中大脳動脈閉塞モデルにおける神経保護効果、慢性脳虚血モデルにおける効果、並びにMPTPモデルを用いたパーキンソン病モデルなどを用いた効果、そしてこれらの神経保護メカニズムについての検討を推進する。更に、今後これらのPPI阻害剤のHTSスクリーニング系の確立(αースクリーニング,TR-FRET)を更に推進する。また細胞内におけるPPI現象を病態モデルにおいて検討するために、現在BRET(生物発光共鳴エネルギー転移)の系を推進しており、現在までに多様な、各種蛍光アクセプター、生物発光ドナー(ルシフェラーゼ)の組み合わせが施行されてきているが、どの様な生物発光ドナーと蛍光アクセプターの組み合わせが良いかの検討と、それらの神経病態モデルへの応用を推進する。また、PPI現象の検出とPPI阻害効果の検証については、生体分子間相互作用解析装置(Biacore T200)を用いた更なる検討を施行する。神経内科学本研究課題に使用する試薬が、国内に在庫がなく、海外よりの取り寄せになったため、納期が大幅に遅れ、それに伴い納品が遅れたためである。海外からの試薬が到着次第、実験を開始し、本研究を予定どうり遂行できるように研究を進める。
母児が健やかに実践できる母乳栄養法の確立

母乳は乳児にとって最適な栄養源である。母乳栄養法に関する報告は乳児や授乳婦単独を対象とした物が多く、母児が健やかに実践できる母乳栄養補を検討した報告はほとんど見られない。本研究では母乳中に含まれる各種栄養素および生理活性物質を高速液体クロマトグラフィー法などにより測定、解析することで母乳栄養法が乳児の健やかな成長にどのように影響するのかを明らかにする。これに加えて授乳婦を対象として乳児に対する栄養法を確認した上で栄養状態や食事摂取状況等を評価することで母乳栄養法に係わる栄養学的問題点の抽出および解決策を検討する。これらにより、母児が健やかに実践できる母乳栄養法を確立することを目的とする。
高反応性カチオン種の触媒的制御を志向したキラルボレート塩の創製と機能評価

キラルイオン対型触媒は、高い反応性をもつイオン性活性種とキラルイオンが強いクーロン相互作用により緊密なイオン対を形成することを利用して活性種の反応性や立体選択性を制御できるというユニークな機能への興味ゆえに、古くから広く研究されてきた。しかし、既知のキラルイオン対型触媒系を俯瞰すると、キラルカチオン触媒によるアニオン種の立体制御を実現した数多くの報告に比べ、相補的なキラルアニオン触媒による反応性カチオン種の制御に挑戦した例は非常に限られている。本研究では新たなキラルアニオンとして、四配位のホウ素を中心に持つアニオンであるキラルボレートに注目した。ボレートは、テトラアリールボレートやテトラフルオロボレートに代表されるように配位性が低い安定アニオンとして汎用されてきた。しかし、これまでボレート骨格自体に立体制御能を求めるような試みは少なく、高い立体制御能を示すキラルボレートは全くと言ってよいほど知られていない。私は、ボレートが低い求核性とカチオン性中間体の安定能を併せ持っている点に着目し、適切な三次元構造を有するキラルな骨格が設計できれば高反応性カチオン種の立体制御を目指した研究に適用できると考えた。本年度は昨年度に引き続き、独自に創製した配位性が低く高い安定性をもつキラルボレートを触媒量の不斉源とする立体選択的反応の探索を行った。まず、対イオンとしてプロトンを持つボレート塩を調製するためのイオン交換プロセスを確立した。続いて、極低温下でボレート酸塩を触媒として用いることで立体選択性が発現するカルボカチオン型反応系を見出し、反応条件と触媒構造の検討の結果、比較的良好な立体選択性で目的物を得ることに成功した。この研究により、第三のキラルアニオン触媒と位置付けられる非配位性アニオン触媒による反応性カチオン種の制御の実現に道筋をつけることができたと考えている。27年度が最終年度であるため、記入しない。イオン対型触媒は、イオン対間に働く強いクーロン相互作用により高い反応性を持つイオン性活性種を認識し、反応性や立体選択性を制御するための触媒として広く研究されている。しかし、既知のイオン対型触媒系を俯瞰すると、キラルカチオンを持つ触媒と相補的になるべきキラルアニオンを持つ触媒による反応性カチオン種の制御を実現した例は非常に限られている。これは、入手容易なキラルアニオンが一般に求核性を持ち、高い反応性を持つカチオン性中間体と反応しイオン性を失うことで、分子認識を実現するためのクーロン相互作用が期待できなくなるという根源的問題に起因する。本研究では、新たなキラルアニオンを設計するためのコア構造として四配位ホウ素アニオンすなわちボレートに着目した。ボレートは、テトラピラゾリルボレートのような特有の立体的・電子的性質を利用した金属への配位子、あるいはBF_4-やBArF-のような嵩高い非配位性アニオンとして広く使われてきた。一方で、その骨格に立体制御能を求めるような試みは少なく、高い立体選択性を示すボレートはほとんど知られていない。われわれは、BArF-の非配位性アニオンとして求核力を持たない性質を活かした特有の三次元構造を有するキラルボレートを創製できれば、高反応性カチオン種の新たな立体制御法を確立しうると考えた。本年度は、既に合成済みのモデル化合物であるアキラルなボレートを基に、キラルな三次元構造を持つテトラアリールボレート塩の合成に取り組んだ。しかし、環歪を減少させる為に様々な入手容易な不斉源の導入および芳香環の検討を行ったが、単離精製可能な安定性を有するキラルなボレートは得られなかった。一方、【5.5】スピロ環構造を持つBN_2O_2型ボレートを新たに設計し、合成に成功した。今後は、安定なボレート構造の探索の継続とアニオンの特性を生かした反応開発に取り組む。イオン対触媒は、イオン対間に働く強いクーロン相互作用によりイオン性活性種を認識し、反応性や立体選択性を制御するための触媒として広く研究されている。しかし、既知のイオン対触媒系を俯瞰すると、キラルカチオンを持つ触媒と相補的になるべきキラルアニオンを持つ触媒による反応性カチオン種の制御を実現した例は非常に限られている。ボレートは、特有の立体的・電子的性質を利用した金属への配位子、あるいはBArF-のような嵩高い非配位性アニオンとして広く使われてきた一方で、立体制御能を期待する試みは少なく高い立体選択性を示すボレートは殆ど知られていない。我々は、非配位性アニオンの求核力を持たないという性質を活かして特有の三次元構造を有するキラルボレートを創製できれば、高反応性カチオン種の新たな立体制御法を確立し得ると考えた。本年度は、合成済みのモデル化合物であるアキラルなボレートの合成で得られた知見を基に、剛直な骨格の導入によるボレートの安定性向上を目指して従来の2座配位型を4座配位型骨格にしたキラルボレートを設計した。実際課題であったホウ素ー

ヘテロ原子結合が有する可逆性による不安定性はBN2O2型の4座配位子により改善され、合成したボレートはカラムクロマトグラフィーによる単離操作に耐える堅牢性を有し、イオン交換によって種々の対イオンを持つ塩の調製が可能だった。現在は、本ボレートをアニオンとするキラルイオン対触媒を実際の反応系に適用し、カチオン性活性種の認識・制御能の評価を進めている。キラルイオン対型触媒は、高い反応性をもつイオン性活性種とキラルイオンが強いクーロン相互作用により緊密なイオン対を形成することを利用して活性種の反応性や立体選択性を制御できるというユニークな機能への興味ゆえに、古くから広く研究されてきた。しかし、既知のキラルイオン対型触媒系を俯瞰すると、キラルカチオン触媒によるアニオン種の立体制御を実現した数多くの報告に比べ、相補的なキラルアニオン触媒による反応性カチオン種の制御に挑戦した例は非常に限られている。本研究では新たなキラルアニオンとして、四配位のホウ素を中心に持つアニオンであるキラルボレートに注目した。ボレートは、テトラアリールボレートやテトラフルオロボレートに代表されるように配位性が低い安定アニオンとして汎用されてきた。しかし、これまでボレート骨格自体に立体制御能を求めるような試みは少なく、高い立体制御能を示すキラルボレートは全くと言ってよいほど知られていない。私は、ボレートが低い求核性とカチオン性中間体の安定能を併せ持っている点に着目し、適切な三次元構造を有するキラルな骨格が設計できれば高反応性カチオン種の立体制御を目指した研究に適用できると考えた。本年度は昨年度に引き続き、独自に創製した配位性が低く高い安定性をもつキラルボレートを触媒量の不斉源とする立体選択的反応の探索を行った。まず、対イオンとしてプロトンを持つボレート塩を調製するためのイオン交換プロセスを確立した。続いて、極低温下でボレート酸塩を触媒として用いることで立体選択性が発現するカルボカチオン型反応系を見出し、反応条件と触媒構造の検討の結果、比較的良好な立体選択性で目的物を得ることに成功した。この研究により、第三のキラルアニオン触媒と位置付けられる非配位性アニオン触媒による反応性カチオン種の制御の実現に道筋をつけることができたと考えている。本年度は既に合成に成功したアニオンキラル型イオン対触媒を用いた新しいカチオン性活性種の立体制御反応を探索し、実際に本法の有効性を示唆する結果を得た。今後は継続的に本触媒が有効に機能する反応系を探索すると同時に触媒骨格の修飾を行い、構造の最適化と触媒ライブラリの増強を推し進める。27年度が最終年度であるため、記入しない。カチオン性中間体を経由する様々な反応に適用することで、本触媒による制御が有効なカチオン性活性種の構造を精査するとともに本法による立体制御因子への理解を深める。具体的には合成したボレートの高い安定性を生かし、これまで難しかったプロトンを対イオンに持つボレートを用いた立体選択的酸触媒反応および種々のカチオンを対イオンに持つボレートを用いた新たな立体選択的分子変換の二つのアプローチを軸に研究を進める。さらに、立体構造・電子的性質を系統的に調整した触媒ライブラリを構築し、触媒の構造をパラメータとして反応の立体選択性との相関を見ることによって、カチオン性活性種の制御因子についての情報を集め、今後の触媒開発のための基盤とする。本研究では従来型イオン対触媒と相補的なキラルアニオンを持つイオン対触媒の合成が鍵となるが、本年度の研究によってその合成に成功している。
Defect Engineeringによるシリサイド系熱電変換材料の特性改善

我々の研究グループは,最近,Reシリサイド(ReSi_<1.75>)が無次元性能指数(ZT)1に迫る高い熱電変換特性を示すことを発見し,この高い熱電変換特性は格子中でのシリコン空孔の規則配列に起因し,単結晶ではこのシリコン空孔が一次元に空孔チャンネルを作る方向に特に特性がよいことを見出している.本研究では,このようなReシリサイドやチムニー・ラダー構造をとるRuシリサイドを取り上げ,遷移金属の少量(12at.%)添加により,結晶欠陥(シリコン空孔の濃度,規則配列あるいはチムニー・ラダー構造における面欠陥)をナノ・スケールで導入制御し,ナノ構造の可視化解析とともに,"Defect Engineering"の観点から,熱電変換シリサイド系化合物の熱電変換特性を劇的に向上させるための指針を得ることを目的としている.本年度は,Reシリサイドの一次元空孔チャンネルの密度と配列を価電子設計から変化させ,熱電特性の向上を試みた.2元系では無次元性能指数は[001]方向で特に優れ,800KでZT=0.75を示す.Reとの価電子数の多寡により空孔濃度を増減させることができ,その結果インコメンシュレート相が形成されるが,合金元素量増加に伴いインコメンシュレート構造は,シアー構造からアダプティブ構造へと変化する。この変化がおきる合金組成は合金元素に依存し,Mo,W, Alなどでは少ない添加量でこの変化がおこるものの,Ru, Fe, Cr, Nbなどでは固溶限ぎりぎりまでシアー構造が安定となる.熱電特性は概して,シアー構造を取る場合に低く,アダプティブ構造を取る場合に高い.たとえば,2%程度の合金添加でアダプティブ構造が形成されるMo添加の場合,[001]方向で得られた無次元性能指数は800KでZT=0.85(n型)であり,2元系Reシリサイドをはるかに凌駕する.また,SiをAlで置換すると,結晶全体としては大きな微細構造の変化はないものの,双晶境界に局所的に,アダプティブ構造が散在して形成され,[010]方向の無次元性能指数は400KでZT=1(p型)を超える高い性能を示した.我々の研究グループは,最近,Reシリサイド(ReSi_<1.75>)が無次元性能指数(ZT)1に迫る高い熱電変換特性を示すことを発見し,この高い熱電変換特性は格子中でのシリコン空孔の規則配列に起因し,単結晶ではこのシリコン空孔が一次元に空孔チャンネルを作る方向に特に特性がよいことを見出している.本研究では,このようなReシリサイドやチムニー・ラダー構造をとるRuシリサイドを取り上げ,遷移金属の少量(12at.%)添加により,結晶欠陥(シリコン空孔の濃度,規則配列あるいはチムニー・ラダー構造における面欠陥)をナノ・スケールで導入制御し,ナノ構造の可視化解析とともに,"Defect Engineering"の観点から,熱電変換シリサイド系化合物の熱電変換特性を劇的に向上させるための指針を得ることを目的としている.本年度は,Reシリサイドの一次元空孔チャンネルの密度と配列を価電子設計から変化させ,熱電特性の向上を試みた.2元系では無次元性能指数は[001]方向で特に優れ,800KでZT=0.75を示す.Reとの価電子数の多寡により空孔濃度を増減させることができ,その結果インコメンシュレート相が形成されるが,合金元素量増加に伴いインコメンシュレート構造は,シアー構造からアダプティブ構造へと変化する。この変化がおきる合金組成は合金元素に依存し,Mo,W, Alなどでは少ない添加量でこの変化がおこるものの,Ru, Fe, Cr, Nbなどでは固溶限ぎりぎりまでシアー構造が安定となる.熱電特性は概して,シアー構造を取る場合に低く,アダプティブ構造を取る場合に高い.たとえば,2%程度の合金添加でアダプティブ構造が形成されるMo添加の場合,[001]方向で得られた無次元性能指数は800KでZT=0.85(n型)であり,2元系Reシリサイドをはるかに凌駕する.また,SiをAlで置換すると,結晶全体としては大きな微細構造の変化はないものの,双晶境界に局所的に,アダプティブ構造が散在して形成され,[010]方向の無次元性能指数は400KでZT=1(p型)を超える高い性能を示した.
分子間相互作用に基づく球状π空間の物性制御

本研究課題では,小分子が内包されたフラーレンにおける分子内相互作用の評価を行なうと同時に,金属試薬を用いたフラーレン骨格外部の新しい反応開発を行なうことを目的としている.1)内包水分子とアザフラーレンのカチオンおよびアニオン中心との相互作用評価:アザフラーレン(C59N)の酸化体であるC59N+において,NMR緩和時間を用いて,内包された水分子と骨格上のカチオン中心には静電引力が存在することが明らかとなった.また,Brwon大学Wang教授との共同研究により,質量分析の原理を用いて真空中でアザフラーレンアニオン(C59N-)の発生を達成し,内包された水分子とアニオン中心とのクーロン相互作用を明らかにした.2)金属触媒を用いたフラーレン骨格外部の構造変換:Pd触媒を用いて,C60骨格上にπ縮環構造を導入することに成功した.この手法は,あらかじめ構造修飾した誘導体を用いることでも適用可能であり,HOMOを制御することにより位置選択的なπ縮環反応が進行することがわかった.さらに,水分子を内包した開口C60誘導体においても反応は同様に進行し,単結晶X線構造解析の結果,内包された水分子の配向は,開口部および縮環構造の導入により静電的な影響を大きく受けることがわかった.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。
火災による炎にさらされたLNG容器内の二重拡散対流伝熱機構に関する研究

本研究は、火災による炎にさらされたLNG容器内の二重拡散対流伝熱機構を明らかにするために、実験と数値解析の両面から研究を行った。実験では、LNGタンクを想定した小型の矩形容器を作成し、その容器に二層の水溶液をいろいろな体積割合で積載して安定密度成層を形成し、容器外壁を部分加熱した場合の自然対流を観察した。バンドル状にした熱伝対によって高さ方向について溶液の温度が測定された。加熱によって、下層のサッカロース水溶液層に循環対流が発生し、下層での蓄熱が始まり、分離対流層を挟んで2つの同一方向の循環対流セルが発生する。単層の場合と違って熱抵抗層となる分離対流層のため上層の温度上昇は遅れる。蒸気圧は二重拡散対流の結果輸送された気液界面での溶液の温度と濃度に支配される。温度の上昇は蒸気圧を高くし、濃度の上昇は蒸気圧を降下させる役割を果たす。分離対流層の崩壊は気液界面での濃度の急上昇効果のため、1時蒸気圧が下がることが示された。層流領域での二重拡散対流の解析モデルを作り、ガラーキン法に基づく有限要素法を採用し、数値解析を行った。計算の条件は実験で使った水-サッカロースの物性値を参考値とした。Pr数は7、Le数は300、Ra*数は2×10^6で行った。実験の場合と同じように分離対流層を挟んだ上下層に対流セルが発生することを速度ベクトル線図で示した。温度分布の蓄熱の様子、分離対流層の崩壊の様子は定性的にも定量的にも実験とよく一致した。本研究では、火災による炎にさらされたLNG容器内の対流伝熱機構を明らかにする一連の基礎実験として、密閉矩形容器内にエチールアルコール-水、水-サッカロース水溶液の二層密度成層状態を初期条件とする二種類の自然対流熱伝達実験を行った。一つは下方壁を加熱壁として上方壁を等温条件にした場合の対流発生の条件を調べる目的で行った。その結果、理論解として知られている単層の場合と同じようにレイリー数1708で対流開始が観察された。加熱量の増加によるヌセルト数の増加率は二層の安定密度差が大きいほど押さえられ、分離対流層の崩壊によってやがて単層の場合の自然対流熱伝達と一致することが判った。もう一つは、1つの側壁の下方1/4部分を加熱壁として他をすべて断熱壁とした場合で、上層部を水、下層部をサッカロース水溶液でその質量比1対2で積載し、上部1/4は真空ポンプ脱気し水蒸気層とした。加熱量、水溶液濃度を変えて実験をおこなった。流体の可視化にはシャドウグラフ法が使われた。溶液の温度測定には上下方向移動可能な装置に取り付けた熱電対によって行った。加熱によって、下層のサッカロース水溶液層に循環対流が発生し、下層での蓄熱が始まり、分離対流層を挟んで二つの対流セルが形成される。蒸気圧は二重拡散対流の結果輸送された気液界面での溶液の濃度と温度に支配される。分離対流層の崩壊は界面での濃度急上昇効果のため一時蒸気圧が下がることが示された。実験終了後、上層部アルコール、下層部を水に取り替えた場合についても行い同様な二重拡散対流の観察結果を得た。

実験では、LNGタンクを想定した小型の矩形容器を作成し、その容器に二層の水溶液をいろいろな体積割合で積載して安定密度成層を形成し、容器外壁を部分加熱した場合の自然対流を観察した。バンドル状にした熱伝対によつて高さ方向について溶液の温度が測定された。加熱によって、下層のサッカロース水溶液層に循環対流が発生し、下層での蓄熱が始まり、分離対流層を挟んで2つの同一方向の循環対流セルが発生する。単層の場合と違って熱低抗層となる分離対流層のため上層の温度上昇は遅れる。蒸気圧は二重拡散対流の結果輸送された気液界面での溶液の温度と濃度に支配される。温度の上昇は蒸気圧を高くし、濃度の上昇は蒸気圧を降下させる役割を果たす。分離対流層の崩壊は気液界面での濃度の急上昇効果のため、1時蒸気圧が下がることが示された。層流領域での二重拡散対流の解析モデルを作り、ガラーキン法に基づく有限要素法を採用し、数値解析を行った。計算の条件は実験で使った水-サッカロースの物性値を参考値とした。Pr数は7、Le数は300、Ra*数は2×10^6で行った。実験の場合と同じように分離対流層を挟んだ上下層に対流セルが発生することを速度ベクトル線図で示した。温度分布の蓄熱の様子、分離対流層の崩壊の様子は定性的にも定量的にも実験とよく一致した。
2種の遺伝子多型と生活習慣の眼圧および血圧の推移に及ぼす交互作用に関する追跡研究

本研究の目的は、アンギオテンシノーゲンT174M遺伝子多型(AGT174)およびミトコンドリア5178C/A遺伝子多型(MT5178)と生活習慣の眼圧および血圧の変動に対する交互作用を明らかにすることである。1999年から2006年までの8年間における、水戸赤十字病院人間ドック部門への中高年受診者を研究対象とし、横断的疫学分析に加えて縦断的疫学分析を行うことにより、飲酒、喫煙、コーヒー摂取などのライフスタイル因子、上記遺伝子多型(SNP)および血圧、眼圧の各因子相互間の関連性を詳細に分析した。この結果、生活習慣因子の眼圧、血圧への影響が上記SNPにより異なることを示唆する次のような成績がえられた。1.横断的ならびに縦断的分析により、AGT174のMアリル保有者(MM/TM)では飲酒習慣が拡張期血圧を低下させる作用を有するのに対して、Tアリルホモ結合型(TT)では逆に飲酒習慣は拡張期血圧上昇に作用することが示唆された。2.喫煙習慣、コーヒー摂取習慣、高BMIの拡張期血圧および眼圧の上昇作用が、AGT174のMM/TM型ではTT型に比し、より明瞭であることが縦断的分析より明らかとなった。3.横断的分析により、MT5178C型男性の血圧は、習慣的飲酒者が非飲酒習慣者よりも有意に高いのに対して、MT5178A型男性では飲酒と血圧の関係は明らかでなかった。4.横断的分析により、MT5178A型男性では喫煙習慣が眼圧と正の関連性を示したのに対して、MT5178C型男性では飲酒習慣と眼圧の間に正の関連性が認められた。本研究では眼圧および血圧の変動とレニン・アンギオテンシン系およびミトコンドリア遺伝子多型との関連性を明らかにすべく、平成15年7月より平成16年3月までの間に、水戸市近郊に在住する人で、水戸赤十字病院人間ドック部門の1泊2日人間ドックに受診してきた人に対し、最初の受付で研究代表者(高島)および研究分担者(小風、吉田)が交替でもれなく面談を行い、所定の人間ドック検査に加えて、今回のこの調査研究の趣旨説明を文書、パンフレットおよび口頭で十分に時間をかけて説明し調査への参加をお願いした。ここに同意をえられた540名の対象者について追跡調査を開始している。調査対象者全員に対して、質問票を用いて生活習慣調査および半定量式食物摂取頻度調査(SQFFQ調査)を実施するとともに、アンギオテンシノーゲン遺伝子(AGTT174M)とミトコンドリア遺伝子(Mt5178A/C)の遺伝子多型解析をpolymerase chain reaction(PCR)法で実施した。また採血時に遺伝子検査用とは別の採血管に採取した血液試料をただちに血清分離した後の凍結保存した血清を用いて、血清アンギオテンシンI濃度(AGT)の測定も行った。眼圧測定は非接触式眼圧計(non-cotact tonometer)を用いて、ドック初日の午後3-4時に左右3回ずつ同一の検査技師が測定した。これらの遺伝子解析結果等のすべての個人情報は、エクセルファイルとして逐次保管しつつある。またこれらのデータに基づき、現在すでにpilot studyとして若干の解析も実施しており、T174M多型および飲酒の血圧に及ぼす交互作用について興味ある知見をえている。本年度は、まず昨年度に引き続き、眼圧および血圧の変動とレニン・アンギオテンシン系およびミトコンドリア遺伝子多型との関連性を分析することを主目的とした本研究プロジェクトをふまえて、水戸赤十字病院人間ドック部門への受診者におけるベースラインデータ、すなわち生活習慣調査結果、食物摂取頻度調査結果(SQFFQによる)、アンギオテンシノーゲン遺伝子(AGTT174M)多型およびミトコンドリア遺伝子(Mt5178C/A)多型の分析(PCR-RFLP法による)

結果、血清アンギオテンシンI濃度(AGT)測定結果、血圧および眼圧(non-contact tonometerによる)の測定結果等の獲得を実施した(平成16年4月-平成17年3月)。平成17年2月末の時点で、本調査への参加についてインフォームド・コンセントがえられ、調査研究対象とすることができた受診者の総数は835名であった。さらにこれに加えて本年度は、昨年度受診した者のうちの再来者(repeater)を平成16年7月以降把握することができたので、このrepeaterについて、2度目の眼圧および血圧記録の獲得も行った。このrepeaterは平成17年2月末現在で、323名に及んでいた。これらのすべての個人情報は、個人名を特定できるデータを外しID番号のみで識別する形でエクセルファイルとして逐次、保存・管理を行っている。解析については、現在までにMt5178C/A多型における眼圧、血圧との関連性についての断面的分析は完了しており、興味深い知見がえられている。今後AGTT174M多型、生活習慣情報、食習慣情報を交えた縦断的分析(追跡研究)を総括的に進展させていく予定である。本年度は、眼圧および血圧の変動とレニン・アンギオテンシン系およびミトコンドリア遺伝子多型との関連性を分析することを主目的とした本研究プロジェクトをふまえて、平成15-17年度における水戸赤十字病院人間ドック部門の受診者(745名)におけるベースラインデータ、すなわち種々の生活習慣調査結果、アンギオテンシノーゲン遺伝子(AGTT174M)多型およびミトコンドリア遺伝子(Mt5178C/A)多型の分析(PCR-RFLP法による)結果、血清アンギオテンシンI濃度(AGT)測定結果、血圧および眼圧(non-contact tonometerによる)の測定結果につき、主に断面的な疫学解析を多角的に実施した。この結果、AGTT174MのSNPと生活習慣要因の眼圧、血圧に及ぼす交互作用に関連して、以下のような興味ある成績をえた。1.Tアリルホモ結合型(TT)、Mアリル保有型(TM/MM)の両群間で、全体としては血圧、眼圧に差は認められない。2.飲酒、肥満による血圧上昇はTT型がTM/MM型よりも明瞭である。3.コーヒー飲用による血圧低下とAGT上昇がTT型では明瞭に認められるが、TM/MM型ではこの傾向は不明瞭である。4.肥満による眼圧上昇はTT型がTM/MM型よりも明瞭である。5.喫煙による血圧低下はTM/MM型がTT型よりも明瞭である。一方、平成16年度までにMt5178C/AのSNPにおける、生活習慣要因、眼圧、血圧との相互関連性についての断面的分析はほぼ完了しているが、本年度は以上のデータを集約することにより、Mt5178C/Aについてもさらに新規の知見を論文発表することができた。今後はこれらの遺伝子多型、生活習慣情報、食習慣情報を交えた縦断的分析(追跡研究)を総括的に進展させていく予定である。眼圧および血圧の変動とレニン・アンギオテンシン系およびミトコンドリア遺伝子多型との関連性を分析することを主目的とした本研究プロジェクトをふまえて、研究年度の最終年度である平成18年度は、過去3年度(平成15-17年度)における水戸赤十字病院人間ドック部門の受診者(745名)におけるベースラインデータ、すなわち種々の生活習慣調査結果、アンギオテンシノーゲン遺伝子多型(AGTTI74M)およびミトコンドリア遺伝子多型(Mt5178C/A)の分析(PCR-RFLP法による)
マイクロガスタービン用オイルフリーフォイル軸受の設計論の構築

本研究では,バンプ型フォイル軸受の性能予測モデルの手がかりとして,リンク・スプリング構造でバンプを置き換え,バンプの弾性,トップフォイルの局部変形,バンプの相互作用力(摩擦力を含む)及び組み立て予圧の4つの要因の影響を考慮している解析方法について提案した.この計算モデルを用い,以下二つ利点を得られる.(1).今までの計算モデルでは,バンプフォイルが固定部から円周方向に移動することを仮定するため,フォイルの全ての接触面で固定部を指向する摩擦力がある.実際に,接触部の摩擦力は受ける力によって変化する.リンク・スプリング計算モデルでは,ばねがバンプの相互作用力と平行であるため,接触部の摩擦力方向が直接判断できる.(2).リンク・スプリング計算モデルで,バンプの剛性は変形に伴って減少することを計算できる.このように,以上の要因を全て考慮することが可能なリンク・スプリング計算モデルを提案した.このモデルを用い,軸受の静特性と安定性に対するフォイル設計変数の影響を調べ,バンプ型フォイル軸受の設計指針を明示した.バンプ数,バンプ間の幅とバンプ半分の幅の比,板厚及びフォイルのヤング率を増加させると,軸受の最大負荷容量が大幅に向上する.また,軸受の負荷容量はバンプの高さの変化による影響をほとんど受けない.一方,軸受の安定限界回転数はバンプ数の増加につれて急激に低下するが,その他の設計変数の変化によってあまり変わらない.また,提案したモデルを用いれば,具体的な軸受性能が必要である場合には,フォイル軸受の性能を精確に予測することが可能である.そして,本研究ではフォイル軸受の製作と力学モデルの検証を目的とし,実験装置を設計した.フォイル軸受の力学モデルによる解析は完了したが,フォイル軸受の実験を行うには至らなかった.実験装置の図面を書き上げるとともに,剛性係数,減衰係数などの軸受性能に関する係数についての具体的な知識を得た.一般に,回転部分を有する高速機械では,すべり軸受やころがり軸受が使用されている.これらの歴史のある軸受は信頼性も高く,実績も豊富であるが,潤滑油が必要なことが欠点として挙げられる.フォイル軸受はメンテナンスフリーで補機を必要としないことから,回転機械に適用可能な省エネルギーを担う機械要素として1980年代に研究開発が開始された.近年では国内外の自動車関係研究者を中心に多くの関心を集めている.本研究によって以下の設計指針が得られた.バンプ数,バンプ間の幅とバンプ半分の幅の比,板厚及びフォイルのヤング率を増加させると,軸受の最大負荷容量が大幅に向上する.また,軸受の負荷容量はバンプの高さの変化による影響をほとんど受けない.一方,軸受の安定限界回転数はバンプ数の増加につれて急激に低下するが,その他の設計変数の変化によってあまり変わらない.しかし,バンプフォイルの構造は実際にバンプ形の金型の上にフォイルをおいて押すことによって形成されるため,バンプの数が多くなる,或いは比が上がると,バンプの幅が狭まってバンプの形状が鋭くなり,フォイルが切断しやすくなるため,加工が難しくなる.そのため,フォイルの構造を設計するとき,軸受の性能と加工の容易さの両方を考慮しなければいけない.また,提案したモデルを用いれば,具体的な軸受性能が必要である場合には,フォイル軸受の性能を精確に予測することが可能である.本研究では,バンプ型フォイル軸受の性能予測モデルの手がかりとして,リンク・スプリング構造でバンプを置き換え,バンプの弾性,トップフォイルの局部変形,バンプの相互作用力(摩擦力を含む)及び組み立て予圧の4つの要因の影響を考慮している解析方法について提案した.この計算モデルを用い,以下二つ利点を得られる.(1).今までの計算モデルでは,バンプフォイルが固定部から円周方向に移動することを仮定するため,フォイルの全ての接触面で固定部を指向する摩擦力がある.実際に,接触部の摩擦力は受ける力によって変化する.リンク・スプリング計算モデルでは,ばねがバンプの相互作用力と平行であるため,接触部の摩擦力方向が直接判断できる.(2).リンク・スプリング計算モデルで,バンプの剛性は変形に伴って減少することを計算できる.このように,以上の要因を全て考慮することが可能なリンク・スプリング計算モデルを提案した.このモデルを用い,軸受の静特性と安定性に対するフォイル設計変数の影響を調べ,バンプ型フォイル軸受の設計指針を明示した.バンプ数,バンプ間の幅とバンプ半分の幅の比,板厚及びフォイルのヤング率を増加させると,軸受の最大負荷容量が大幅に向上する.また,軸受の負荷容量はバンプの高さの変化による影響をほとんど受けない.一方,軸受の安定限界回転数はバンプ数の増加につれて急激に低下するが,その他の設計変数の変化によってあまり変わらない.また,提案したモデルを用いれば,具体的な軸受性能が必要である場合には,フォイル軸受の性能を精確に予測することが可能である.そして,本研究ではフォイル軸受の製作と力学モデルの検証を目的とし,実験装置を設計した.フォイル軸受の力学モデルによる解析は完了したが,フォイル軸受の実験を行うには至らなかった.実験装置の図面を書き上げるとともに,剛性係数,減衰係数などの軸受性能に関する係数についての具体的な知識を得た.
ブフォリン2の効率的膜透過機構の解明と細胞内薬物導入ベクターとしての応用

ヒトを含むあらゆる動物および植物から500種以上の抗菌性ペプチドが単離され、これらは先天性免疫機構に重要な役割を担っていることが明らかとなってきている。アフリカツメガエル由来のマガイニン2に代表されるように、多くの抗菌性ペプチドは細菌の細胞膜を標的とし、その透過性を亢進させることによって殺菌効果を発揮する。しかし、アジアヒキガエル由来のブフォリン2は、ほとんど膜傷害を引き起こすことなく効率的に膜を透過し、細胞内に容易に進入してDNAやRNAと結合し抗菌力を発揮すると考えられている。本研究は、ブフォリン2の効率的膜透過機構を解明し、さらにこの特性を利用して、細胞内に薬物を導入するためのベクターとして応用することを目的とした。まず、ブフォリン2は基本的にマガイニン2同様のペプチド-脂質超分子複合体ポアを形成するが、ProIIによって形成される歪んだ短い両親媒性ヘリックス(残基5-21)に多くの正電荷が集中するため、静電反発によってボアが著しく不安定化するため、膜損傷なく効率的に膜透過できることを明らかにした。ついで、N末端あるいはC末端に薬物モデルとして蛍光色素Texas Redを結合させたブフォリン2誘導体を用い、ヒト細胞(HeLaおよびTM12)との相互作用を検討した結果、エネルギー代謝阻害剤や温度の影響を受けず、ペプチドを細胞内に導入できることを見いだし、さらに本ペプチドの毒性がきわめて低いことから、細胞内薬物導入ベクターとして有用であることを明らかにした。以上のように、本研究は科学研究費補助金を受けて、当初目的の成果を挙げることができた。膜透過性抗菌ペプチドであるアジアヒキガエル由来のブフォリン2を細胞内薬物導入ベクターとして利用する可能性を探るため,誘導体BF2d(TRSSRAGLQWPVGRVHRLLRKGGC-(Texas Red)-amide)を合成し,ヒト子宮頸癌細胞HeLaおよび繊維芽細胞TM12との相互作用を詳細に調べた.共焦点レーザー顕微鏡観察からBF2dは37°Cにおいて両細胞膜を透過し,核内にまで分布することが明らかとなった.また,低温(4°C)あるいは代謝阻害剤(アジ化ナトリウム)存在下でもこの細胞内移行は抑制されなかったことから,エネルギー非依存的な受動的機構によって膜を透過したと考えられる.これは,ブフォリン2が人工脂質膜を透過する事実(Biochemistry 39,8648(2000))と符合する.細胞内移行の時間依存性を調べたところ,15分程度で最大取り込みに達し,その後何らかの排出機構により,取り込みが徐々に減少することが明らかとなった.BF2dの細胞毒性をMTT assayで評価したところ,代表的抗菌ペプチドであるマガイニン2誘導体が5μM以上で毒性を示すのに対し,BF2dは100μMにおいてもほとんど毒性を示さないことが分かった.そこで,2価リンカーであるBS3を用いてBF2dとGreen Fluorescence Protein (GFP)を結合させ,HeLa細胞に加えたところ,このBF2d-GFP複合体の細胞内移行が観測されたことから,BF2dはTexas Redのような低分子化合物のみならず,蛋白質の細胞内導入ベクターとして有用であることが明らかとなった.抗菌ペプチドであるアジアヒキガエル由来のブフォリン2(TRSSRAGLQFPVGRVHRLLRK)の効率的な膜透過の機構解明を試みた.まず,膜透過には11番目のプロリンが重要であるとのこれまでの成果(Biochemistry 39,8648(2000))に基づき,プロリンのもつシス-トランス互変異性が膜透過に関与しているか否かを調べた.トランス型に固定するため,プロリンをα-メチルプロリンに置換したブフォリン2誘導体(1)を合成し,膜との相互作用をモニターするため,N末端をダンシルで蛍光ラベルした.

トリプシン内封ホスファチジルグリセロール/ホスファチジルコリン(1/1)リポソームを用いて膜透過性を調べたところ,(1)はダンシル-ブフォリン2(2)と同等の膜透過性を示したことから,シス-トランス相互変換は膜透過に関与していないことが明らかとなった.次に,F11W-ブフォリン2(3)を用いて,トリプシン内封ホスファチジルグリセロール/ホスファチジルコリン(1/1)膜透過のペプチド濃度依存性を調べた.膜透過性はペプチド濃度に対し協同的に増大したことから,モノマーではなく,オリゴマーとして膜を透過すると推定された.さらに,ホスファチジルコリンを負の曲率をもつホスファチジルエタノールアミンに置換すると,(3)の膜透過は完全に抑制されたことから,膜透過にはブフォリン2が膜に誘起する正の曲率が関与していることが示唆された.アフリカツメガエル由来のマガイニン2に代表されるように、多くの抗菌性ペプチドは細菌の細胞膜を標的とし、その透過性を亢進させることによって殺菌効果を発揮する。しかし、アジアヒキガエル由来のブフォリン2は、ほとんど膜傷害を引き起こすことなく効率的に膜を透過し、細胞内に容易に進入してDNAやRNAと結合し抗菌力を発揮する。そこで、このブフォリン2(TRSSRAGLQFPVGRVHRLLRK)の効率的な膜透過の機構解明のため、F11W誘導体を用い、蛍光を利用してリポソームとの相互作用を調べた。リポソーム膜の脂質組成を従来の卵黄ホスファチジルグリセロール/卵黄ホスファチジルコリン(1:1)から、より負電荷の多い卵黄ホスファチジルグリセロール100%に変えたところ、マガイニン2同様に、リポソームに内封した蛍光色素カルセインの漏出とNBDラベル脂質のジチオナイト消光反応を利用して評価した脂質のフリップフロップがカップリングして観測された。また、トリプシン内封リポソームを用いて評価したペプチド自身の膜透過効率は、この脂質組成変化に伴い減少した。また、P11A置換によりブフォリン2の性質がマガイニン様に変化すること、膜透過には膜に誘起される正の曲率が関与すること、およびNMRによって決定されたブフォリン2のコンフォメーションを総合的に考察し、「ブフォリン2は基本的にマガイニン2同様のペプチド脂質-超分子複合体ポアを形成するがブフォリン2の場合、短い両親媒性ヘリックス(5-21)に多くの正電荷が集中するため、強い静電反発によってポアが著しく不安定化するため、膜損傷なく効率的に膜透過できる」と結論づけた。
超高分解能キャピラリー液相分離システムの開発

本研究では,2年間に下記4項目について検討を行った。1.新規固定相の開発:疎水性のオクタデシル基(C_<13>H_<37>基:ODS)をシリカ表面に化学結合した固定相は,LCにおいて最も汎用性の高い固定相であるが,無機イオンなどのようにODSでは分離が困難な場合がある。17年度は,無機イオンの超高速分離のための固定相を開発した。具体的には,モノリス型シリカキャピラリーに第4級アンモニウム基を有する界面活性剤を流すことだけにより,目的の無機陰イオンを2分以内に分離定量できる固定相の開発に成功し,海水中臭化物イオンの定量に応用した。2.濃縮分離システムの開発:応用分析に対応したオンライプレカラム濃縮を組み込んだ分離検出システムの構築を図った。とくに環境ホルモンであるビスフェノールAの濃縮分離方法を開発し,飲料水中ビスフェノールAの定量に成功した。3.高感度化に関する研究:キャピラリーカラムの分離性能を最大限に引き出すために通常オンカラム検出が適用される。しかしながら,この場合濃度感度の低下を避けることが困難である。本研究では,光路長を約1桁向上させたフローセルの開発を試み,理論段数が1万段程度のキャピラリーカラムの場合には分離性能を損なうことなくフローセル検出が可能となり,高感度化ならびに検出の簡易化に貢献するものとして期待できる。4.固定化酵素カラム(内径0.5mm,長さ50mm)を調製し,タンパクを含む溶液を通過させるだけで短時間にトリプシン消化できることを見いだし,諸条件を最適化することによりバッチ法とほぼ同じトリプシン消化効率を達成することができた。この結果,サイズ排除モードキャピラリーLCでタンパクを分離し,引き続いてオンラインで固定化酵素カラムによりタンパクのトリプシン分解を数分に短縮することが可能となり,タンパク消化物定量のオンライン化・迅速化に成功した。本研究では,初年度に下記3項目について検討を行った。1.内径0.050.1mmモノリス型シリカキャピラリーカラムの調製法の確立:長さ50cm,内径0.050.1mmの高性能モノリス型シリカキャピラリーカラムの調製条件をこれまでの研究に引き続いて最適化し,さらに再現性の高い調製方法を確立した。長いカラム(1m程度)に本法を適用し,高理論段数(5万段以上)の達成を図り,複雑系試料への応用を図った。2.キャピラリーカラム周辺技術およびグラジエント溶離法の確立:キャピラリーLCの最大の利点は,究極の検出器であるMSとの直結が容易になることである。キャピラリーLC/MSによるペプチド分析は,プロテオーム解析の有効な一方法として期待されているが,ペプチドは,極めて多成分存在することから,高性能キャピラリーカラムと溶媒グラジエント送液システムの開発が必要とされている。ここでは,精度の高い簡便な勾配溶離システムの開発を行った。市販のキャピラリーLC用ポンプを用い,0.1μL/min程度の極微小流量下でのグラジエント溶離法を検討した。その結果,市販のデッドボリュームの小さいナノYコネクターを利用することで低流量下でのグラジエント溶離を可能とした。3.粒子充填型キャピラリーカラムの調製法の確立:高圧条件下での操作を視野に入れ,高圧送液に耐えうる微粒子充填カラムの調製法を確立した。デッドボリュームを最小化するために,市販のユニオンを一部改良し,高圧下でも稼働可能なキャピラリーカラムを開発した。長さ50cmのカラムで4万段(理論段数)を超えるカラムの調製が可能となった。本研究では,2年度に下記3項目について検討を行った。

1.新規固定相の開発:疎水性のオクタデシル基(C_18H_37基:ODS)をシリカ表面に化学結合した固定相は,LCにおいて最も汎用性の高い固定相であるが,無機イオンなどのようにODSでは分離が困難な場合がある。17年度は,無機イオンの超高速分離のための固定相を開発した。具体的には,モノリス型シリカキャピラリーに第4級アンモニウム基を有する界面活性剤を流すことだけにより,目的の無機陰イオンを2分以内に分離定量できる固定相の開発に成功し,海水中臭化物イオンの定量に応用した。2.濃縮分離システムの開発:応用分析に対応したオンライプレカラム濃縮を組み込んだ分離検出システムの構築を図った。とくに環境ホルモンであるビスフェノールAの濃縮分離方法を開発し,飲料水中ビスフェノールAの定量に成功した。3.高感度化に関する研究:キャピラリーカラムの分離性能を最大限に引き出すために通常オンカラム検出が適用される。しかしながら,この場合濃度感度の低下を避けることが困難である。本研究では,光路長を約1桁向上させたフローセルの開発を試み,理論段数が1万段程度のキャピラリーカラムの場合には分離性能を損なうことなくフローセル検出が可能となり,高感度化ならびに検出の簡易化に貢献するものとして期待できる
分子線エピタキシーによる化学進化の研究

本研究の目的は、宇宙環境での生命起源物質の生成と進化、及び、その際に鉱物表面が果す機能の研究である。下記の実験装置を作って実験を行なった。1.ガラス製分子線装置。高周波放電により活性化した混合ガスを高真空中にふき出させて、基板表面に蒸着させる。基板としてモンモリロナイトを置いた時に収率よくアミノ酸が生成することを見出した。2.ステンレス製分子線エピタキシー装置。真空ヌードゲージ、四重極質量分析計でモニターしながら実験できかつ基板温度は液体窒素温度から150度Cまでコントロールできる。つ往復回転で蒸着むらを防ぐ。真空度は実験開始前に【10^(-7)】Tarr、実験中は【10^(-5)】Tarrである。混合ガスの活性化に高周波放電、高圧火花放電、熱イオン化、加熱触媒反応を試みた。加熱触媒反応が最も良い収率をあげたが、この方法は研究目的と外れるので、マイクロ波放電の反応系を組立てている。3.マイクロ波CVD装置。マイクロ波で混合ガスをプラズマ化し、低温部に置いた基盤に反応物質を蒸着させる。真空は中真空で宇宙環境ではないが反応の収率が高いので、高真空実験の予備実験として、又惑星・衛星大気中での反応のシミュレーションとして使う。鉱物触媒の存在で、放電法とフィシャートロプシュ法との両方の反応が起るように思われる。以上の装置で生成した有機薄膜を、加水分解して高速液体クロマトグラフによる分折、電子顕微鏡による電子線回析(不成功)、赤外線反的スペクトルによって分析した。多くの問題を試行錯誤で実験したため、追試的な確認と予備的成果しか末だ出ていないことを反省する。この蓄えられた経験と成果の上に、特に宇宙環境での生命起源物質の生成と進化を、宇宙塵の観測データと対比させつつ進める予定である。1.前年度に製作した真空槽を用いて、【CH_4】,N【H_3】,COの混合ガス、又はメタノールとアンモニアの混合蒸気を分子ビームとして鉱物表面にふきつけ、同時に高周波放電又は熱電子によるイオン化で活性化させることで、アミノ酸(前駆体)生成反応を起させた。2.基板物質として、粘土鉱物,雲母など珪酸塩鉱物の他に、宇宙空間により広く存在するグラファイトを用いて、粘土鉱物と変らないかそれより勝っている効果を得た。グラファイトは電顕観察等にも都合が良いので今後の実験はグラファイト基板を主とする計画である。3.真空系に小型真空槽をつけ加えて、分子ビームと同時に金属蒸気を発生させて金属クラスターの触媒効果を調べた。未だ実験条件の制御が不十分で結論は得ていない。4.粘土鉱物又はグラファイト表面にアミノ酸(前駆体)をエピタキシー成長させるのが本研究の主目的である。前年度よりエピタキシーの検出に電子顕微鏡による電子線回析を使って調べているが、未だに成功していない。アミノ酸は電子線下で極めて不安定なので、低角X線による解析を、カメラを作って計画中である。5.エピタキシー実験の基礎として、アミノ酸そのものが雲母表面に薄膜としてエピタキシー成長する条件を調べた。そのために150度迄加熱可能な真空計を使用して、主要アミノ酸の蒸気圧を測定し、種々の温度での蒸着実験を行なった。この基礎実験でも、エピタキシーの条件は未だにつかめていない。6.アミノ酸生成は反応生成物を加水分解して後、螢光反応を利用した高速液クロ分析によっているので反応生成物そのものが何であるかは不明である。これを調べるために反的型FFT赤外分光を用いて基板上の反応生成物の解析を進めている。