hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非線形光学効果を用いたテラヘルツ波シンセサイザーの開発

実験によると,グレーティングやエタロン等のスペクトル制御素子の挿入によりOPO出力はほぼ1/2に低下するために,効率の良いOPAの開発が重要になり,OPAゲインの大きなドメイン反転構造を有するPPKTP結晶あるいはPPLN結晶を用いて,結晶温度と角度を制御することにより12001600nm域における光増幅を行った。その結果,周期が9μm,厚み1mm,長さ10mmのドメイン反転KTP結晶を532nmで励起すると3倍以上の光増幅を確認し,2波長OPOとの組み合わせ時の最適化を進め光増幅率を向上とTHz波出力の高出力化を実現した。研究項目:プログラム制御THz波シンセサイザーのシステム化とTHz波分光技術の開発19年度は,THz波シンセサイザーの高性能化に有効なDAST系新結晶材料の研究を行った。DAST結晶のアニオンのメチル基をクロル基に置換したDASC結晶およびDAST/C混晶を開発し,それらのTHz波発生特性の評価を行った結果,DASTとDASC結晶を組み合わせることにより,より広い周波数範囲で出力強度変動の少ないTHz波シンセサイザーが実現できることを見出した。また,18年度までに基礎検討した有機DAST結晶と無機GaP結晶を用いた高出力THz波発生系をプログラム制御したTHz波シンセサイザーを開発し,小型ケース内に収めると共にPC制御部と合わせたシステム化を行った。本光源システムと室温動作の焦電検出器を組合わせたTHz波透過・反射分光システムを新たに開発し,ポリエチレン,ポリプロピレン,ポリイミド等の高分子材料およびGaAs, GaN, ZnO等の半導体材料におけるTHz波透過・反射分光測定を行い,波長可変THz波分光の有効性を実証した。特に,430THzの高域THz波を用いたGaAsおよびGaNの反射分光によりキャルア密度を非接触で測定可能であることを見出し,半導体材料評価システムとして応用が有望であることを実験的に確認した。また,SDカード内の金属パターンの反射イメージングが室温動作の焦電検出器で可能であり,分光イメージングシステムとして実用性が高いことを実証した。本研究による実用性の高いTHz波シンセサイザーシステムは,THz波域における分光だけでなくプロセシングも含めた異分野の学際研究に有利であり,THzテクノロジーの進展に大きな貢献が期待される。
Clutter Image Rating 日本語版の得点と生活支障度の関連

本研究では、ため込みの程度を測定するClutter Image Rating (CIR)日本語版の得点と生活支障度の関連を明らかにすることを目的とする。CIRは、寝室、台所、居間の散らかりの程度を9段階で評価する写真を用いた尺度であり、海外では心理的、福祉的支援の必要な住居をスクリーニングするツールとして用いられている。そして、カットオフ得点が定められている。現状として研究1を行っているところであり、CIRの信頼性、妥当性を検討するためのデータを収集している。ためこみによって問題が生じ、福祉的な支援が必要な住居であると専門家が判断した住居の住民、同地区に在住しそのような問題がない住居の住民に協力を依頼する予定であった。これは研究者1人につき2回回答してもらうもので、1回目は研究者が訪問時に回答してもらい2回目は1週間後に自身で回答し返信用封筒にて送付により回収をおこなった。1回目の調査では、CIR日本語版とため込みを測定するSaving Inventory-Revised日本語版に回答を依頼し、2回目はCIR日本語版に回答を依頼した。現在、ためこみを呈する当事者、その家族、または支援者(当事者、家族が回答できない場合)合計27名から協力を得ており、データ収集を継続している。平成30年度は、複数の福祉関係機関を通じて、関西地方、九州地方および東北地方においてため込みを呈する住民およびそうではない住民を募集し、研究協力を得られた参加者にデータの提供を受けた。参加者に対して、Clutter Image Rating (CIR)日本語版、ため込みの程度を測定する自記式尺度であるSaving Inventory-Revised(SI-R)日本語版(23項目から構成される尺度であり、散らかり、入手、捨てられないという3つ概念を測定する)に回答するように依頼した。SI-R日本語版はCIR日本語版の収束的妥当性、弁別的妥当性の高さを検討するために用いた。CIR日本語版の得点はSI-Rの「散らかり」と強い相関を示すこと、他の2つの下位尺度とはそれよりも弱い相関を示すことが予想される。さらに、1週間の期間をあけて、CIR日本語版に再度回答するように依頼した。なお、研究の開始に先立ち、研究代表者が所属する機関の倫理審査委員会から研究の実施に関する承認を得ている。現在のところ、27名からデータを得ている。このうち、男性は18名、女性は9名であった。平均年齢は49.9歳であった。居住状況は、持ち家が13名、賃貸一戸建てが1名、賃貸アパートが13名であった。CIR日本語版の平均得点については、平均が2.2、標準偏差が1.33であった。支援が必要となる可能性を示唆する4点以上は3名のみであり、全体的に得点が低い参加者が多かった。散らかりの程度が顕著な参加者の確保に苦心しているところであり、協力機関との調整をしながら、データ収集に努めているところである。データの収集を終え次第、信頼性と妥当性の検討を行う予定である。予想以上にCIR日本語版の得点が高い参加者の協力を得ることができなかったため、現在得られているデータは比較的散らかりの程度が軽微な参加者集団のデータとなっている。信頼性と妥当性を検討するためには、CIR日本語版の得点が高い参加者を追加募集する必要がある。そのため、データ数を増やせるように関係機関に研究主旨の説明を行いながら、協力の依頼を行ってきている。例えば、高齢者福祉機関の協力のもと参加者を募集できるよう準備を進めている。目標としては、CIR日本語版の平均得点が4を超える参加者が合計10名程度になることを目的とする。研究1が終了した後に研究2を行う。研究2ではCIR日本語版の得点と生活支障度の関連の検討する予定である。研究1に続き、ためこみによって問題がある住居の住民20名、そのような問題がない住居の住民30名を対象とする。これは、ためこみを呈する当事者、その家族にCIR日本語版、Sheehan Disability Scale日本語版(Seehan, 1983)に回答してもらう。Sheehan Disability Scale日本語版は3項目から構成されており、学業・職業上、人付き合いや余暇の過ごし方、家庭内のコミュニケーションにおける生活支障度を測定する。

現在、ためこみを呈する当事者、その家族、または支援者(当事者、家族が回答できない場合)合計27名から協力を得ており、データ収集を継続している。平成30年度は、複数の福祉関係機関を通じて、関西地方、九州地方および東北地方においてため込みを呈する住民およびそうではない住民を募集し、研究協力を得られた参加者にデータの提供を受けた。参加者に対して、Clutter Image Rating (CIR)日本語版、ため込みの程度を測定する自記式尺度であるSaving Inventory-Revised(SI-R)日本語版(23項目から構成される尺度であり、散らかり、入手、捨てられないという3つ概念を測定する)に回答するように依頼した。SI-R日本語版はCIR日本語版の収束的妥当性、弁別的妥当性の高さを検討するために用いた。CIR日本語版の得点はSI-Rの「散らかり」と強い相関を示すこと、他の2つの下位尺度とはそれよりも弱い相関を示すことが予想される。さらに、1週間の期間をあけて、CIR日本語版に再度回答するように依頼した。なお、研究の開始に先立ち、研究代表者が所属する機関の倫理審査委員会から研究の実施に関する承認を得ている。現在のところ、27名からデータを得ている。このうち、男性は18名、女性は9名であった。平均年齢は49.9歳であった。居住状況は、持ち家が13名、賃貸一戸建てが1名、賃貸アパートが13名であった。CIR日本語版の平均得点については、平均が2.2、標準偏差が1.33であった。支援が必要となる可能性を示唆する4点以上は3名のみであり、全体的に得点が低い参加者が多かった。散らかりの程度が顕著な参加者の確保に苦心しているところであり、協力機関との調整をしながら、データ収集に努めているところである。データの収集を終え次第、信頼性と妥当性の検討を行う予定である。予想以上にCIR日本語版の得点が高い参加者の協力を得ることができなかったため、現在得られているデータは比較的散らかりの程度が軽微な参加者集団のデータとなっている。信頼性と妥当性を検討するためには、CIR日本語版の得点が高い参加者を追加募集する必要がある。そのため、データ数を増やせるように関係機関に研究主旨の説明を行いながら、協力の依頼を行ってきている。例えば、高齢者福祉機関の協力のもと参加者を募集できるよう準備を進めている。目標としては、CIR日本語版の平均得点が4を超える参加者が合計10名程度になることを目的とする。研究1が終了した後に研究2を行う。研究2ではCIR日本語版の得点と生活支障度の関連の検討する予定である。研究1に続き、ためこみによって問題がある住居の住民20名、そのような問題がない住居の住民30名を対象とする。これは、ためこみを呈する当事者、その家族にCIR日本語版、Sheehan Disability Scale日本語版(Seehan, 1983)に回答してもらう。Sheehan Disability Scale日本語版は3項目から構成されており、学業・職業上、人付き合いや余暇の過ごし方、家庭内のコミュニケーションにおける生活支障度を測定する。
単クローン抗体を用いた牛毛ケラチン可溶化生成物の特性解析

牛毛をチオグリコール酸により還元的分解して得られた可溶化生成物について、SDS-ポリアクリルアミゲグル電気泳動を行ない、その成分の分子量を検討した。その結果、低イオウ画分として70キロダルトン(KDa),60KDa,50KDa,45KDaの成分.高イオン画分として40KDaと25KDaの成分の存在することが明らかとなった。先に牛毛可溶化生成物を抗原として得られた単クローン抗体(MAb)の作製に成功したが、このMAbは牛毛可溶化生成物の内、高イオウ画分には全く反応せず、低イオウ画分の60KDa,50KDa,45KDaの成分と反応することが明らかとなった。低イオウ画分の70KDa成分には、このMAbに対する反応性は検出されなかった。この抗体を用いて免疫組織化学的手法により牛皮膚を検索したところ、毛を構成するトリコサイト及び毛乞の外根鞘細胞の一部に陽性反応が観察され、他の上皮細胞はすべて陰性であった。このことから、上皮系組織に広く存在するケラチンの中に毛に特異的に存在する成分の存在が明らかとなった。さらにウシ、ブタ、ヤギ、ヒツジ毛よりケラチン成分をインタクトな条件で抽出しその成分を検討したところ、分子量は45KDa60KDaであり、表皮ケラチンよりやや低い分子量を示し、ウエスタンブロッティングにより各動物毛において免疫化学的に共通する成分の存在することが明らかとなった。免疫組織化学的検索によっても各動物組織内の毛、トリコサイト外鞘根の一部が陽性となり、生化学的データが裏付けられた。
生体内の動脈硬化症防御因子に関する研究:ACAT活性のヘパリノイドによる抑制機序

生体内の動脈硬化症防御因子に関して、ACAT活性のヘパリノイドによる抑制機序を検討した。ラット腹腔内よりチオグリコレート刺激下に得たマクロファージを培養し、アセチルLDLを加えてコレステロールの集積とエステル化に及ぼすヘパリンの効果を観察したところ、用量反応性にACAT活性は抑制された。糖尿病ラットではヘパリンのACAT阻害作用が著しく減弱していたので、ヘパリンの作用機序を詳細に検討した。糖尿病ラットのマクロファージには、PGI_2の安定代謝産物である6keto-PGF_<1α>の低下を認めた。一方、PGI_2はヘパリンによるコレステロールのエステル化抑制作用を減弱させ、コレステロールエステル水解酵素活性の促進によるものと考えられた。トロンボキサンの合成をオザグレルNaで阻害すると、コレステロールの再エステル化は、糖尿病ラットで著しく抑制された。アセチルサリチル酸でサイクロオキシゲナーゼを阻害すると、コレステロールの再エステル化は対照ラットで有意に減少し、糖尿病ラットでは逆に、著しいエステル化の促進が認められた。ヘパリンのコレステロール再エステル化抑制作用は、糖尿病の有無に関わらずアセチルサリチル酸で増強された。以上より、ヘパリンはプロスタグランジン系とは独立してマクロファージ内のコレステロールエステルの蓄積を直接抑制すると考えられた。酸化LDLには内因性ヘパリン合成を低下させる作用が認められている。一方では、マクロファージ内へコレステロールエステルを蓄積する作用を認め、これもまた外因性に加えたヘパリンで阻害されることを確認している。また、内因性ヘパリノイドの産生刺激作用をプロスタサイクリンに認めている。なお当初の計画していたヘパリンによるACATmRNA制御に関する実験はprobe合成が完了せず今後の問題であるが、ACATの調節には内因性ヘパリノイドが重要であり、コレステロールの細胞内蓄積調節機序の主要な部分に関わっていることが判明した。ラット腹腔内よりチオグリコレート刺激下にマクロファージを得て、10%FCS添加MEM培地で培養した。アセチルLDL100μg/mlを加えてコレステロールの集積とエステル化に及ぼすヘパリン10-100μg/mlの効果を観察したところ、用量反応性にコレステロールのエステル化が抑制された。マクロファージのACAT活性を測定すると、ヘパリン存在下の培養で著明に低下していた。ヘパリンによるACAT阻害は糖尿病ラットでは著しく減弱していることが認められたので、ヘパリンの作用機序を詳細に検討するために、プロスタグランジンとの関係を検討した。PGI2はコレステロールエステル水解酵素活性を上昇させることが知られている。糖尿病ラットでは、マクロファージのPGI2の安定代謝産物である6keto-PGF1αが低下し、ヘパリンによるコレステロールのエステル化抑制作用が減弱した。トロンボキサンの合成をオザグレルNaで阻害して、コレステロールの再エステル化をみると、対照ラットのマクロファージでは不変であったが、糖尿病ラットでは著しく抑制された。ヘパリンのコレステロール再エステル化抑制作用は対照ラットと糖尿病ラットの両者でアセチルサリチル酸存在下に増強された。以上より、ヘパリンはプロスタグランジン系とは独立してマクロファージのACAT活性を抑制すると考えられた。

ラット腹腔内よりチオグリコレート刺激下に得たマクロファージを培養し、アセチルLDLを加えてコレステロールの集積とエステル化に及ぼすヘパリンの効果を観察したところ、用量反応性にACAT活性は抑制された。糖尿病ラットではヘパリンのACAT阻害作用が著しく減弱していたので、ヘパリンの作用機序を詳細に検討した。糖尿病ラットのマクロファージには、PGI2の安定代謝産物である6keto-PGF1αの低下を認めた。一方、PGI2はヘパリンによるコレステロールのエステル化抑制作用を減弱させ、コレステロールエステル水解酵素活性の促進によるものと考えられた。トロンボキサンの合成をオザグレルNaで阻害すると、コレステロールの再エステル化は、糖尿病ラットで著しく抑制された。アセチルサリチル酸でサイクロオキシゲナーゼを阻害すると、コレステロールの再エステル化は対照ラットで有意に減少し、糖尿病ラットでは逆に、著しいエステル化の促進が認められた。ヘパリンのコレステロール再エステル化抑制作用は、糖尿病の有無に関わらずアセチルサリチル酸で増強された。以上より、ヘパリンはプロスタグランジン系とは独立してマクロファージ内のコレステロールエステルの蓄積を直接抑制すると考えられた。酸化LDLには内因性ヘパリン合成を低下させる作用が認められている。一方では、マクロファージ内へコレステロールエステルを蓄積する作用を認め、これもまた外因性に加えたヘパリンで阻害されることを確認している。また、内因性ヘパリノイドの産生刺激作用をプロスタサイクリンに認めている。なお当初の計画の一部であったヘパリンによるACATmRNA制御に関する実験はprobe合成が完成せず今後の問題であるが、ACATの調節には内因性ヘパリノイドが重要であり、コレステロールの細胞内蓄積調節機序の主要な部分に関わっていることが判明した。
環境変化によるイネ芒形質可塑性の分子メカニズムの解明

2017年度はRAE3のクローニングを試みた。ファインマッピングにより4つ遺伝子に絞り込んだ後、塩基配列の比較から候補遺伝子を1つ見いだした。また、染色体断片置換系統群を用いた解析から、RAE1/An-1とRAE2は芒伸長に対して独立に機能し、両方を機能型で持つ系統は片方だけを持つ系統より長い芒を呈する、すなわち相加的に働くことが示された。一方でRAE3を機能型で持っていても芒は伸長せず、RAE1/An-1もしくはRAE2とペアになって働くことが示された。RAE1/An-1-RAE2-RAE3の遺伝的上位性を明らかにするため、RAE1/An-1&#8211;RAE3をペアでもつ系統(A)、RAE2 -RAE3をペアでもつ系統(B)、RAE3のみをもつ系統(C)、SGR19系統を用いてqRT-PCRにより各遺伝子発現レベルを検証した。その結果、AとBではRAE1/An-1、RAE2が高発現しているのに対し、CとSGR19では両方の遺伝子発現は低く抑えられていた。このことからRAE3はRAE1/An-1、RAE2の遺伝的上位にあり両方の遺伝子発現を制御していることが示唆された。また前年度までは、O. rufipogonまたはO. glaberrimaを供与親、O. sativaを背景親としたCSSLを用いて解析を行っていた。今年度はO. sativaを背景親に固定し、AAゲノム種のイネ7つを供与親とする11のCSSLを解析することで、上記の2種以外のAAゲノム種イネがもつ芒関連遺伝子について広く議論しようと試みた。各系統における芒長と一穂あたりの有芒種子割合を調査した結果、複数の染色体領域が保存されていることが明らかとなった。特に第4、第8染色体が供与親に置換した系統はほぼ全て有芒であり、配列解析の結果RAE1/An-1とRAE2が機能型であることが明らかとなった。29年度が最終年度であるため、記入しない。まず、栽培イネの染色体背景に野生種及び近縁種の染色体断片を置換した複数の系統群(染色体断片部分置換系統群CSSLs: Chromosome Segment Substitution Lines)を用いて、芒の有無と遺伝子型を比較し、12本ある染色体のうち、第4、第8染色体の2つに芒形成の遺伝子があることを見いだしました。それぞれ、Regulator of Awn Elongation 1 (RAE1)、RAE2と命名し、今回、RAE2遺伝子(Os08g0485500)を突き止めることに成功しました。芒のある野生イネのRAE2遺伝子を栽培イネの1つであり芒の無い日本晴に導入したところ、芒が形成されました。また芒のある系統でRAE2遺伝子の発現を抑制すると芒の長さが短くなりました。遺伝子配列検索の結果、RAE2はEPFL1とよばれる分泌型ペプチドの一つであることが明らかになりました。分泌型ペプチドとは、N末端側に存在する分泌型シグナル配列をもち、小胞体やゴルジ体を経由して細胞外へ分泌される比較的短いペプチドのことを指します。この中には、様々な翻訳後修飾やプロテアーゼによる切断を受けて10アミノ酸程度となってから分泌されるものと(短鎖翻訳後修飾ペプチド)、分子内ジスルフィド結合の形成を経て比較的長鎖のまま分泌されるもの(システインリッチペプチド(CRP))の二種類に大別することができます。このうちRAE2は、システインリッチペプチド(CRP)に属していました。野生イネではRAE2が正常に機能していますが、栽培イネでは、このRAE2遺伝子に突然変異が入り、機能が喪失していました。今回、分泌型ペプチドRAE2がイネの芒形成に関与していることが明らかになりました。研究計画通りにイネ芒形成遺伝子の同定に成功し、その分子機構について明らかにするとともに、論文発表(Uehara et al.2016 PANS)に行うなど、研究は当初の計画と通りに進んでいる。

また前年度までは、O. rufipogonまたはO. glaberrimaを供与親、O. sativaを背景親としたCSSLを用いて解析を行っていた。今年度はO. sativaを背景親に固定し、AAゲノム種のイネ7つを供与親とする11のCSSLを解析することで、上記の2種以外のAAゲノム種イネがもつ芒関連遺伝子について広く議論しようと試みた。各系統における芒長と一穂あたりの有芒種子割合を調査した結果、複数の染色体領域が保存されていることが明らかとなった。特に第4、第8染色体が供与親に置換した系統はほぼ全て有芒であり、配列解析の結果RAE1/An-1とRAE2が機能型であることが明らかとなった。芒形成遺伝子RAE2は分泌性ペプチドをコードすることを明らかにしてきたが、受容体の存在が予想された。これまで、レセプターカイネース型レセプターをイネゲノムから選抜するとともに、イネの穂で発現する6つのRAE2レセプター候補を見いだしている。そこで、これらの遺伝子1つづつクローニングし、RAE2と相互作用するか検証し、RAE2レセプターの同定を行う。また、無芒の栽培品種であっても、環境条件によって芒の形成が見られることが知られている。これまでの、予備実験で低温環境で一般的に芒を形成しない品種でも、芒を形成する現象を見いだした。温度における、RAE1, RAE2遺伝子の発現を調査し、芒形成の可塑性の分子メカニズムを明らかにする。また、イネの芒形成に関与する遺伝子座を網羅的に同定するために、イネ野生種の染色体置換系統群を観察することによって、イネ野生種が保持する芒形成遺伝子の座乗領域を特定し、遺伝子の同定を進めていく。29年度が最終年度であるため、記入しない。
酸化物半導体における表面プラズモンクロミック機能の創成

2018年度は、酸化物半導体ナノ粒子への不純物ドーピングの最適化やナノ粒子薄膜の形成、及びその光学的性質を明らかにした。酸化物半導体ナノ粒子はIn2O3:Sn(ITO)ナノ粒子に着目した。高温有機分解合成(ホットコロイド)法を適用し、高い電子濃度(1021 cm-3以上)を持つITOナノ粒子の合成によって近赤外域で強い表面プラズモン励起に成功した。更に、ドロップ・スピンコーティング法を用いてITOナノ粒子薄膜を作製した結果、近赤外から中赤外域で60%を超える高い反射性能を実現させた。ナノ粒子薄膜の構造解析は、小角X線散乱(SAXS)、走査型・透過型電子顕微鏡(SEM・TEM)を用いて解析され、薄膜試料内のナノ粒子が細密充填構造を有することを確認した。ITOナノ粒子薄膜の光学特性は、3次元有限差分時間領域(FDTD)法を用いて理論的に解析された。ITOナノ粒子薄膜は近赤外と中赤外域に選択的に共鳴反射ピークを示す。近赤外域の共鳴反射は、ナノ粒子間の面直方向の電場相互作用が重要な役割を果たし、一方、中赤外域の共鳴反射は、ナノ粒子間の面内方向の電場相互作用が寄与することを明らかにした。ナノ粒子間の電場相互作用の重要性は、粒子間距離を系統的に制御することで確認した。粒子間距離の制御は、ナノ粒子薄膜試料への機械的な引張歪みの導入によって実現させた。更に、ナノ粒子のサイズ効果や表面修飾に利用した有機リガンド分子の選択調査も併せて推進した。故に、本年度においては、ナノ粒子合成の最適化及びナノ粒子薄膜からの光学特性の解明を行った。2018年度は研究実績の概要から順調に進展している。特に、高品質な酸化物半導体(ITO)ナノ粒子の合成が重要な進歩であり、良質な光学的性質を持つITOナノ粒子薄膜の作製に成功したポイントである。また粒子径の制御や粒子表面への有機リガンド分子の選択は、ナノ粒子薄膜の光学増強に同様に繋がる実験となった。また、FDTD法を用いた3次電磁界計算による理論的考察と実験結果の相補性も確認され、ITOナノ粒子薄膜の光学特性のメカニズムの解明に寄与した。それは、今後の更なる光学特性の向上に向けた重要な指針となる。2019年度は、酸化物半導体ナノ粒子内の化学的ドーピング(不純物添加)による電子濃度制御を実施する。特に、ナノ粒子内の電子濃度の相違が表面プラズモン励起に与える影響を検討する。中でも、電子濃度は近赤外から中赤外域の反射強度や共鳴ピークとの関係を明らかにする。ただし、電子濃度の制御範囲は1019 cm-3から1021 cm-3程度とする。一方、光励起ドーピングによるナノ粒子内の電子濃度制御を行うフォトドーピングを行う。光励起による電子ドーピングは、不純物元素を用いた化学ドーピングとの対比実験となる。フォトドーピングは、ナノ粒子と溶媒間の電荷移動に基づく。紫外線照射に伴い、伝導帯に電子キャリアを蓄積させてナノ粒子を金属化させることで表面プラズモン励起を発現させる手法となる。この手法は、化学ドーピングと異なり、ナノ粒子全体に電子キャリア注入が可能であり、表面プラズモン励起の電子キャリア制御の動的過程を評価することが可能である。紫外線(351 nm, 100 mW)を用い、光照射時間や強度変化に対するプラズモンの励起強度や共鳴波長シフトを評価する。ナノ粒子内の電子濃度は、Mie理論に基づいて同定する。

特に、高品質な酸化物半導体(ITO)ナノ粒子の合成が重要な進歩であり、良質な光学的性質を持つITOナノ粒子薄膜の作製に成功したポイントである。また粒子径の制御や粒子表面への有機リガンド分子の選択は、ナノ粒子薄膜の光学増強に同様に繋がる実験となった。また、FDTD法を用いた3次電磁界計算による理論的考察と実験結果の相補性も確認され、ITOナノ粒子薄膜の光学特性のメカニズムの解明に寄与した。それは、今後の更なる光学特性の向上に向けた重要な指針となる。2019年度は、酸化物半導体ナノ粒子内の化学的ドーピング(不純物添加)による電子濃度制御を実施する。特に、ナノ粒子内の電子濃度の相違が表面プラズモン励起に与える影響を検討する。中でも、電子濃度は近赤外から中赤外域の反射強度や共鳴ピークとの関係を明らかにする。ただし、電子濃度の制御範囲は1019 cm-3から1021 cm-3程度とする。一方、光励起ドーピングによるナノ粒子内の電子濃度制御を行うフォトドーピングを行う。光励起による電子ドーピングは、不純物元素を用いた化学ドーピングとの対比実験となる。フォトドーピングは、ナノ粒子と溶媒間の電荷移動に基づく。紫外線照射に伴い、伝導帯に電子キャリアを蓄積させてナノ粒子を金属化させることで表面プラズモン励起を発現させる手法となる。この手法は、化学ドーピングと異なり、ナノ粒子全体に電子キャリア注入が可能であり、表面プラズモン励起の電子キャリア制御の動的過程を評価することが可能である。紫外線(351 nm, 100 mW)を用い、光照射時間や強度変化に対するプラズモンの励起強度や共鳴波長シフトを評価する。ナノ粒子内の電子濃度は、Mie理論に基づいて同定する。
疾患関連蛋白質の翻訳後修飾多重検出法による機能プロテオーム解析

二次元電気泳動法とウェスタンブロッティング法、および量子ドット法を組み合わせて、複数の蛋白質翻訳後修飾を同時に検出する方法を開発し、蛋白発現量だけではわからなかった蛋白質の翻訳後修飾異常が糖尿病発症以前から生じていることが明らかになった。本研究は、糖尿病の病態に関わる蛋白質の複数の翻訳後修飾を、特異的なプローブを同時に用いて多重検出し、糖尿病診断の新規マーカー候補を探索することが目的である。これを実現する基本技術は、(1)アガロース二次元電気泳動(2-DE)法、(2)ウェスタンブロッティング(WB)法、(3)量子ドット法、および(4)蛍光波長の異なる量子ドットを別々に検出する分光技術の4つである。(1)と(2)の技術はすでに確立したので、本年度は(3)と(4)の技術を確立することに集中した。糖尿病ラット骨格筋から抽出した蛋白質をアガロース2-DE法で展開し、WB法でPVDF膜に転写した。2種類の量子ドットでカルボニル化とユビキチン化を別々にラベルし、卓上複合照射装置でPVDF膜に紫外線を照射し、各々の量子ドットを別々の波長のバンドパスフィルターを通して検出した。2枚の蛍光画像が得られたので、それらを1枚の画像に重ね合わせることによって2種類の翻訳後修飾の同時検出を行った。また、個々のタンパク質の蛍光染色パターンを比較してみたところ、カルボニル化蛋白質の多くがユビキチン化されていなかった。特に、アクチンはカルボニル化蛋白質が生じているにもかかわらず、抗ユビキチン抗体では検出されなかった。変性タンパク質はユビキチン化されてプロテアソームに運ばれ、そこで分解されるという考え方が定説になっているが、糖尿病ラット骨格筋においては、アクチンを含むカルボニル化蛋白質の多くが分解されずに細胞内に蓄積されていることが示唆された。上記2種類の翻訳後修飾のほかに、3種類目の翻訳後修飾として蛋白質の糖化(HHE化:4-hydroxy-2-hexanal)を抗HHEマウスモノクローナル抗体と抗マウスIgG抗体結合一量子ドットで標識し、上記2種の標識とあわせて合計3種類の翻訳後修飾を同時に検出することに成功した。疾患マーカー探索を目的とした発現プロテオミクスにおいては、主に蛋白存在量の増減が重視されてきたが、蛋白質の機能変化に関与する翻訳後修飾については、あまり考慮されてこなかった。本研究では、蛋白量の増減に加えて、複数の翻訳後修飾を同時に検出できる手法を開発し、糖尿病診断の新規マーカー候補を探索することを主な目的としている。これを実現する基本技術は、(1)蛋白成分の分離精製を目的としたアガロースニ次元電気泳動(2-DE)法、(2)ゲルからPVDF膜に転写するウェスタンブロッティング(WB)法、(3)各種翻訳後修飾を特異的に認識する特異抗体標識量子ドット法、および(4)蛍光波長の異なる量子ドットを別々の画像として検出できる分光技術の4つである。本研究ではこれら4つの技術を確立し、それを糖尿病モデルラットの各組織に含まれる蛋白質成分に応用することに成功した。すなわち、糖尿病ラット組織から抽出した蛋白質成分をアガロース2-DE法によって分離し、WB法でPVDF膜に転写した。カルボニル化(酸化傷害)、ユビキチン化(蛋白分解シグナル)、4-ヒドロキシ-2-ヘキサナール(HHE)化(糖化)、メチルグリオキサール(MG)化(糖化)を分析したが、そのうち最大4種類の同時多重検出に成功した。また、糖尿病ラット骨格筋において、糖尿病発症に伴い(1)アクチンのカルボニル化、HHE化、MG化が著しく増加すること、(2)アクチンのカルボニル化が増加してもユビキチン化はまったく検出されないこと、などが明らかになった。以上のことから、糖尿病発症に伴うアクチンの翻訳後修飾変化は、糖尿病の進行状況を見極める指標にたると考えられる。
抗癌剤分布を可視化するchemoCESTの開発と頭頚部悪性腫瘍への応用

抗癌剤を用いた化学療法は、全身の悪性腫瘍に対する標準的治療法の一つであり、特に進行癌症例においては重要な治療法である。経静脈的に投与された抗癌剤は、標的となる腫瘍性病変も含めて全身に分布するが、投与した薬剤が病変に適切な濃度や分布で到達しているかについて評価を行うことは困難なことが多い。近年は高価な薬剤も多数開発されており、適切な投与法の確立、効果・副作用の個人差など、その安全な使用には解決すべき問題も多く、特に患者適合性と治療効果の判定は重要である。初年度としては、実験的に抗がん剤を使用して、1chemoCESTの撮像パルスシークエンスの開発・最適化と再現性の検証、2chemoCEST解析法の開発と評価法の確立を行った。1に関しては、それぞれの抗がん剤に特有の変化する周波数を確認、その画像化を行ったが、低濃度の抗がん剤では検出が困難であり、シークエンスや画像化の改良が必要である。2に関しても低濃度状態での抗がん剤を検出し画像化するための解析法を開発中である。次年度はシークエンスや解析法を改良し、実際の患者を対象に撮像を行う予定である。特定の抗がん剤は検出可能であるが、現状では検出困難な抗がん剤も多く、また生体内の分布を考慮した低い濃度では検出が困難であり、その検出能の向上のためのシークエンスの改良や画像の最適化が必要であるため。シークエンスの改良に加え、解析ソフトの改良も行うことによって、より低濃度の抗がん剤の検出を可能とし、その後実際の臨床症例を用いて、撮像を行う予定である。低濃度のchemoCEST撮像のパラメータ作成に時間を要し、画像解析や作成ソフト開発が遅延しているため。本年度はパラメータ改良やソフト開発を行う。
ナノ空間制御レドックス活性高分子の精密合成

本研究では、リビングラジカル重合およびリビングカチオン重合を用いで、星型ポリマーの核や枝部分に官能基、さらに金属錯体を導入し、ナノ空間が制御されたレドックス反応場を有するポリマーを合成し、これを用いたレドックス反応を検討した。1.リビングラジカル重合による星型ポリマールテニウム錯体を用いてメタクリル酸メチルのリビングラジカル重合を行い、異なる量のホスフィンモノマーとジビニル化合物を添加して、ミクロゲル核に種々の量のルテニウム錯体を有する星型ポリマーを合成した。反応条件により、枝の本数20-30本、半径9-13nm、核中のルテニウム量がポリマー1gあたり31-74μmolのものが合成可能であった。この星型ポリマーは、種々のアルコールからケトンへの酸化反応触媒として働き、とくに芳香族の基質に対して選択性が高いことが示された。またさらに、枝ポリマーとして親水性のポリエチレングリコール鎖を有するものも合成し、これによる酸化還元反応の触媒能を調べたところ、ケトンからアルコールへの還元反応において、元のルテニウム錯体より高い活性能をもち、周りの枝ポリマーによって囲まれたナノ空間が、特殊な反応場として働く可能性が示された。2.リビングカチオン重合による星型ポリマービニルエーテルのカチオン重合により合成した枝の末端または側鎖にクロロを有するリビングポリマーとジビニルエーテルを反応させ,星型ポリマーを高収率で得た。次いで,枝にあるクロロを段階的にアミノ基からホスフィン(変換率80%以上)へと変換した。このように枝に導入したホスフィン配位子にルテニウムを配位させることに成功した。さらに,この星型ポリマー錯体が,アルコールの酸化反応などの触媒として作用することがわかった。また,側鎖にオキシエチレン鎖を有する枝からなる親水性星型ポリマーが,温度応答性を示すことがわかった。これらの星型ポリマーは,枝の長さ,組成を選ぶことで,水に不溶な疎水性化合物(アゾベンゼンなど)を分子あたり約数十から400個と,非常に効率よく捕捉した。リビングラジカル重合による星型ポリマーの合成ルテニウム錯体を用いたリヒングラジカル重合により、メタクリル酸メチルのリビングラジカル重合を行い、得られた直鎖状のリビングポリマーをアミド基や水酸基を有するジビニル化合物でリンキング反応させることにより、核部分に官能基を有する星型ポリマーを90%以上の高収率で合成した。生成ポリマーは、サイズ排除クロマトグラフ多角度光散乱検出器で測定した結果、分子量が数十万から数百万、枝の本数が数十本から数百本で、大きさが数ナノから数十ナノメーターのサイズであり、反応条件によりこれらの制御が可能なことが明らかとなった。この星型ポリマーは中心核に多数の極性官能基を有しており、核部分は、カルボン酸、アルコール、アミンなどのプロトン性の低分子化合物と相互作用するが、ケトンやエステルなどの非プロトン性化合物とは相互作用しないことが核磁気共鳴分光装置により確認され、選択的な低分子捕捉能を示すことがわかった。また、核部分の親水性の性質と枝ポリマーの親油性の性質とを利用すると、水溶性の色素を水相から有機相へ抽出可能であることが明らかとなった。さらに、ホスフィンなどの官能基を有するモノマーの存在下でリビングポリマーのリンキング反応を行うことにより、核部分に金属錯体が導入可能なことを生成ポリマーの紫外・可視分光器測定により明らかにした。重付加反応を用いた星型ポリマーの合成これまで、星型ポリマーはリヒングポリマーとジビニル化合物の反応により合成されてきた。本研究では、ポリマー結合反応に逐次重合反応を用いる新しい合成法を開発した。たとえば、ビニルエーテル類のリビングカチオン重合により、側鎖に水酸基を持つ直鎖状ブロックポリマーを合成し、次いで、このポリマーと二官能性イソシアナートを反応させ、核にウレタン結合を多数含む星型ポリマーが合成出来ることを明らかにした。本研究は、リビングラジカル重合およびリビングカチオン重合さらに縮合反応・重付加反応を用いて、星型ポリマーの核や枝部分に官能基、さらに金属錯体を導入し、ナノ空間が制御されたレドックス反応場を有するポリマーの合成を行ったものである。1.リビングラジカル重合による星型ポリマールテニウム錯体を用いてメタクリル酸メチルのリビングラジカル重合を行い、得られた直鎖状のリビングポリマーを、ホスフィンを有するモノマーの存在下でジビニル化合物によりリンキングさせ、核部分にルテニウム錯体を有する星型ポリマーを高収率(90%以上)で得た。反応条件により、重量平均分子量30-60万、枝の本数20-30本、半径8-13nmの、大きさの揃った星型ポリマーの合成が可能であった。星型ポリマーの核部分にルテニウム錯体が存在することを、紫外可視分光装置、透過型電子顕微鏡、誘導結合高周波プラズマ発光分光分析により確認し、条件により、触媒のルテニウムはほぼ完全に星型ポリマーに導入可能であった。この金属錯体を有する星型ポリマーは、アルコールからケトンへの酸化反応の触媒として働くことがわかった。2.リビングカチオン重合による星型ポリマービニルエーテルのリビングカチオン重合により合成した二種類の枝からなる両親媒性ヘテロアーム星型ポリマーが、水溶液の表面張力、疎水性化合物の可溶化の結果から、単分子でミセルとして働くことを明らかにした。これらの星型ポリマーは枝に対応する直鎖状ポリマーに比べて、疎水性化合物を取り込む能力に優れていた。

このような星型ポリマーの枝に、触媒を導入するため、側鎖にクロロを有するリビングポリマーとジビニル化合物を反応させ、星型ポリマーを合成した。さらに、側鎖のクロロをホスフィンに変換し、ルテニウムを配位させることに成功した。また、ポリマー結合反応に、温和な条件で行える従来のラジカル重合、重縮合などを用いる新しい合成法を開発した。本研究では、リビングラジカル重合およびリビングカチオン重合を用いで、星型ポリマーの核や枝部分に官能基、さらに金属錯体を導入し、ナノ空間が制御されたレドックス反応場を有するポリマーを合成し、これを用いたレドックス反応を検討した。1.リビングラジカル重合による星型ポリマールテニウム錯体を用いてメタクリル酸メチルのリビングラジカル重合を行い、異なる量のホスフィンモノマーとジビニル化合物を添加して、ミクロゲル核に種々の量のルテニウム錯体を有する星型ポリマーを合成した。反応条件により、枝の本数20-30本、半径9-13nm、核中のルテニウム量がポリマー1gあたり31-74μmolのものが合成可能であった。この星型ポリマーは、種々のアルコールからケトンへの酸化反応触媒として働き、とくに芳香族の基質に対して選択性が高いことが示された。またさらに、枝ポリマーとして親水性のポリエチレングリコール鎖を有するものも合成し、これによる酸化還元反応の触媒能を調べたところ、ケトンからアルコールへの還元反応において、元のルテニウム錯体より高い活性能をもち、周りの枝ポリマーによって囲まれたナノ空間が、特殊な反応場として働く可能性が示された。2.リビングカチオン重合による星型ポリマービニルエーテルのカチオン重合により合成した枝の末端または側鎖にクロロを有するリビングポリマーとジビニルエーテルを反応させ,星型ポリマーを高収率で得た。次いで,枝にあるクロロを段階的にアミノ基からホスフィン(変換率80%以上)へと変換した。このように枝に導入したホスフィン配位子にルテニウムを配位させることに成功した。さらに,この星型ポリマー錯体が,アルコールの酸化反応などの触媒として作用することがわかった。また,側鎖にオキシエチレン鎖を有する枝からなる親水性星型ポリマーが,温度応答性を示すことがわかった。これらの星型ポリマーは,枝の長さ,組成を選ぶことで,水に不溶な疎水性化合物(アゾベンゼンなど)を分子あたり約数十から400個と,非常に効率よく捕捉した。
拡張アンサンブル法による蛋白質の立体構造予測

我々はこれまで、タンパク質の立体構造予測問題に、物理学の分野で開発された、除冷モンテカルロ法やマルチカノニカル法適用することを提唱してきた。特に、マルチカノニカル法及びその類似法は拡張アンサンブル法と総称される。本年度は厳密な溶媒の寄与として、RISM理論に基づく溶媒和エネルギーを使って、Met-enkephalinにおいて、徐冷モンテカルロシミュレーションを行なった。そして、最小エネルギー構造が、NMR実験の結果と同様に、伸びた構造であることを示した。C-peptideにおいて、マルチカノニカルシミュレーションを行い、得られた最小エネルギー構造が、X線実験の結果と全く同じ場所にα-ヘリックスを持つと共に、2番目の残基と12番目の残基が塩橋を作ることを確認した。この一致は驚くべきものである。更には、Met-enkephalinにおいて、拡張アンサンブルシミュレーションを行い、蛋白質の折り畳みに関する二つの特徴的な温度が存在することを示し、その値を求めた。これは、構造予測ばかりでなく、蛋白質の折り畳み機構の解明への一歩を示すものである。
アイソトポログによる地球表層環境診断

環境物質の同位体置換分子種(アイソトポログ)の自然存在度を計測して、地質、生物、人為の各プロセスを精密に解析し、その相互作用で決まる地球表層環境を統一的に診断する方法創出の研究を開始した。アイソトポログには、分子内同位体分布(PSIA)、非質量依存同位体分別(MIF)、多重同位体置換(Clumped)の3つの置換モードがある。これら全ての先端計測解析が唯一可能な本グループは、その強みを生かし、要素ごと、および3要素を融合した異次元のアイソトポログ計測法を構築し、世界標準とし、各プロセスとその相互作用を解析し、地球表層環境診断を行っている。計測法開発および国際標準化については、PSIA、C-Hおよび36O2-Clumped(18O18O)計測法の開発、炭酸塩-Clumped(13C18O)温度依存曲線の高精度化、MIF、国際標準化を計画に沿って進めた。地質、生物、人為の各プロセスへの応用については、岩石圏から大気海洋へ供給されるメタン・炭化水素、大規模火山噴火後の大気化学過程と気候変動、環境変化に伴う炭素固定系変化の解明、環境変化に伴うVOC代謝変化の解明、地球温暖化影響に関する試料採取および模擬実験系の構築、人為起源汚染物質に関する試料採取と分析を進めた。実施計画の中で、特に計測法開発および国際標準化について大きな進展があり、既にいくつかの低分子量揮発性有機化合物と長鎖炭化水素および脂肪酸の熱分解法による炭素の位置別同位体分布の計測法を確立しつつある。この成果を踏まえて平成30年度に予定していた高度な同位体分子計測法開発を前倒して、高分解能質量分析計を賃貸により導入し、他の計測法とのクロスチェックと国際標準化のための標準物質の作成を開始した。これにより、各プロセスへの応用が平成30年度において早期に進めることができ、研究のさらなる加速が期待される。下記の10.研究発表に記すように、いずれも科学的に高く評価されている科学誌に34編の原著論文を公表した。2018年もまだ最初の四半期ほどのところ、16編の論文公表を行っている。学会発表は79件、うち招待講演5件、国際会議発表31件を数える。6.研究実績の概要に前述したように、計測法開発および国際標準化、地質・生物・人為の各プロセスへの応用については、ほぼ計画に沿って順調に進められている。さらに、実施計画の計測法開発と国際標準化については大きな進展があり、炭素の位置別同位体分布の計測法を確立しつつある。このため平成30年度に予定していた、より高度な同位体分子計測法開発を前倒して、高分解能質量分析計を賃貸により導入した。これによって早期に他の計測法とのクロスチェックと標準物質の作成が実施できるため、より詳細な環境診断が可能となる。本研究目的の一つである地質・生物・人為プロセスへの応用による解明がさらに加速すると期待される。また、平成29年度に予想以上に研究が進捗したため、12に示したように、2018年3月にInternational Symposium on Isotopomersを米国ルイジアナ州立大学において主宰し、本研究計画の成果として多くの論文発表を行い、世界から集まった一線の研究者と情報交換を活発に行った。2020年には同国際会議を日本に誘致し、当研究グループが中心となって開催することとなった。2020年は本研究計画のちょうど中間点に当たり、日本発の情報発信を行うとともに、より一層の国際共同研究の発展を加速することが可能となった。また、これらの相乗効果でもあるが、13.に記したように6か国15研究機関との国際共同研究の推進も、本計画が国際的に評価されていることの表れと言える。下記に示すように(A)同位体トレーサーの計測法開発および国際標準化を行い、(B)それらを速やかに、さまざまな環境試料に適用して各プロセスを解明し、その相互作用を統一的に解析する診断法として提示する。(A)の高度化とともに、(B)を加速的に推進する。(A)計測法開発と国際標準化;PSIA、Clumped、MIFの新たな同位体分子計測法開発を本年度も継続して行う。計測法および作成した標準物質について、国際機関でのオーソライズを進める。(B)各プロセスへの応用;B-1)地質プロセス:大気メタン、蛇紋岩熱水のメタン、プロパン、および熱分解起源炭化水素についてC-H-Clumped計測・PSIA計測を実施する。熱水実験等の無機生成炭化水素および熱分解実験による炭化水素のC-H二重置換度・PSIA計測から、地質温度計の構築および生物・非生物プロセスの区別を行い、地圏から大気海洋への水素・メタン・炭化水素供給過程の解明に取り組む。同位体を考慮して構築したモデルを硫黄MIFに展開する。B-2)生物プロセス:平成29年度に立ち上げた培養系とVOC計測システムを用いて、生物が放出するVOCの同位体特徴と代謝変化、放出量変化との関係の定量化に取り組む。RubisCOの理論モデルの構築を行い、結晶構造から座標を読み取りモデル用の座標を作る。B-3)人為プロセス:国際標準化したN2OのPSIA計測を適用して経年変動や季節変動を解析する。海洋酸性化を模擬した微生物の培養実験を行い、生成するN2OのPSIA計測を行うことにより、酸性化に対するこれらの生成過程の質的・量的変化の検証に取り組む。

石川県珠洲市でのエアロゾル採取に加えて中国における試料採取・観測の準備を開始し、東アジア域で進行する光化学オキシダント・大気エアロゾル生成の関連解明に取り組む。環境物質の同位体置換分子種(アイソトポログ)の自然存在度を計測して、地質、生物、人為の各プロセスを精密に解析し、その相互作用で決まる地球表層環境を統一的に診断する方法創出の研究を開始した。アイソトポログには、分子内同位体分布(PSIA)、非質量依存同位体分別(MIF)、多重同位体置換(Clumped)の3つの置換モードがある。これら全ての先端計測解析が唯一可能な本グループは、その強みを生かし、要素ごと、および3要素を融合した異次元のアイソトポログ計測法を構築し、世界標準とし、各プロセスとその相互作用を解析し、地球表層環境診断を行っている。計測法開発および国際標準化については、PSIA、C-Hおよび36O2-Clumped(18O18O)計測法の開発、炭酸塩-Clumped(13C18O)温度依存曲線の高精度化、MIF、国際標準化を計画に沿って進めた。地質、生物、人為の各プロセスへの応用については、岩石圏から大気海洋へ供給されるメタン・炭化水素、大規模火山噴火後の大気化学過程と気候変動、環境変化に伴う炭素固定系変化の解明、環境変化に伴うVOC代謝変化の解明、地球温暖化影響に関する試料採取および模擬実験系の構築、人為起源汚染物質に関する試料採取と分析を進めた。実施計画の中で、特に計測法開発および国際標準化について大きな進展があり、既にいくつかの低分子量揮発性有機化合物と長鎖炭化水素および脂肪酸の熱分解法による炭素の位置別同位体分布の計測法を確立しつつある。この成果を踏まえて平成30年度に予定していた高度な同位体分子計測法開発を前倒して、高分解能質量分析計を賃貸により導入し、他の計測法とのクロスチェックと国際標準化のための標準物質の作成を開始した。これにより、各プロセスへの応用が平成30年度において早期に進めることができ、研究のさらなる加速が期待される。下記の10.研究発表に記すように、いずれも科学的に高く評価されている科学誌に34編の原著論文を公表した。2018年もまだ最初の四半期ほどのところ、16編の論文公表を行っている。学会発表は79件、うち招待講演5件、国際会議発表31件を数える。6.研究実績の概要に前述したように、計測法開発および国際標準化、地質・生物・人為の各プロセスへの応用については、ほぼ計画に沿って順調に進められている。さらに、実施計画の計測法開発と国際標準化については大きな進展があり、炭素の位置別同位体分布の計測法を確立しつつある。このため平成30年度に予定していた、より高度な同位体分子計測法開発を前倒して、高分解能質量分析計を賃貸により導入した。これによって早期に他の計測法とのクロスチェックと標準物質の作成が実施できるため、より詳細な環境診断が可能となる。本研究目的の一つである地質・生物・人為プロセスへの応用による解明がさらに加速すると期待される。また、平成29年度に予想以上に研究が進捗したため、12に示したように、2018年3月にInternational Symposium on Isotopomersを米国ルイジアナ州立大学において主宰し、本研究計画の成果として多くの論文発表を行い、世界から集まった一線の研究者と情報交換を活発に行った。2020年には同国際会議を日本に誘致し、当研究グループが中心となって開催することとなった。
「とらえなおし」「わかりなおし」のツールとしてのマルチメディア利用の方法

まずは知識形成や運用、教え-学びについてのさまざまな考え方から、代表的な6つの対立する考え方(「哲学」)を決定した。次にその対立哲学項目を含む調査票をまず英語で作成し、ドイツ語、韓国語のネイティブ・スピーカーを介してそれぞれの言語に翻訳し、日本語を含む4カ国語の調査票を作成した。それを、各国の現場の教師に配布・回収した。主要な結果はまず、知識獲得時に具体的教材を使うか抽象的教材を使うか、についてはどの国でも圧倒的に具体的教材がいい、としていた。同様に、知識を現実場面で有効に使うためには、教室での教授活動で現実事例を用いるべきである、とする意見も4カ国ほぼ共通であった。さらに、もっともよく学習ができるのは、協同した状況であることについても国によるちがいはなかった。学習の転移の可能性については、アメリカと韓国でそれを認める傾向にあり、獲得した知識の想起については、ドイツで圧倒的に「知識は特定のものとして想起される」という意見が多い。また、学びが主体的に行われるのがいい、とするのは日本の教師がもっとも多かった。「哲学」とコンピュータの利用の関係では、特にアメリカにおいて、生徒の受容的態度重視の教師は「使わない」のが40%を超え、逆に、主体的学び重視の教師は「いつも使う」又は「よく使う」が40%であった。また、コンピュータを使う理由については、アメリカや韓国では「校務の時間を節約することができる」といった、CMI的な使い方をその理由にあげているのが多いが、日本では、「自分で学ぶことができる」といった、自主的学びの契機として捉えていることが分かった。さらに、日本の教師がもっとも多く、「自由にいろんなレベルのイメージや表現を行ったり来たりできる」から、という理由をあげていた。
環拡大反応を利用したフシコクシンAの全合成研究

天然物Fusicoccin Aの全合成と各種誘導体合成および生物活性評価による構造活性相関研究を目指し、三環式炭素骨格の合成に挑戦した。ベンゼンに4炭素ユニットの側鎖を導入し、4-6-4炭素骨格を5-8-5縮環構造に変換するという極めて斬新な合成計画であった。すなわち、置換ベンゼンから連続的な環拡大反応で行い、6員環を8員環に変換する。市販化合物から7工程で得られた置換ベンゼンに、Rh(II)触媒を作用させてBuchner反応を試みた。その結果、立体選択的なシクロプロパン化条件を見出し、続く中間体のジビニルシクロプロパン転位により、7員環をほぼ単一の生成物で定量的に得た。Fusicoccin A (FC-A)は、植物病原真菌の一種Fusicoccum amygdale Del.から単離・構造決定された5-8-5員環構造を有するジテルペン配糖体である。FC-Aは植物細胞膜上のH+-ATPaseを直接活性化させることが知られており、気孔の非可逆的な開口を誘起する。そのため、FC-Aを植物に対し作用させると、植物の枯死を引き起こす。気孔の開口は植物の光合成の促進など、生長に深く関わる重要因子であり、FC-Aを誘導化しその作用を制御することが可能になれば、植物の生長を促進する分子の創製に繋がる。そのためには、全合成と各種誘導体の生物活性評価による構造活性相関研究という合成化学による生物化学研究へのアプローチが必須である。本研究では新規植物生長制御分子の創製を指向し、天然物Fusicoccin A (FC-A)の全合成と各種誘導体合成および生物活性評価による構造活性相関研究を行う。類縁体を効率的に供給できるアプローチを念頭に置き、FC-Aの中心骨格である5-8-5員環の革新的合成法の開発に着手する。本年度は、FC-Aの主骨格である5-8-5員環を有する環状化合物を合成標的とし、基本合成戦略「6員環からの8員環への環拡大反応」でその合成経路を確立を行った。すなわち、三置換ベンゼンからの連続的な環拡大反応(Buchner反応)により6員環を8員環に変換手法である。モデル化合物を市販化合物から7工程で合成し(最適化により数工程短縮する予定)、Rh(II)触媒を作用させてBuchner反応を試みた。種々検討を行ったところ、立体選択的なシクロプロパン化条件を見出し、続く中間体のジビニルシクロプロパン転位により、7員環をほぼ単一の生成物と定量的に得ることに成功した。FC-Aと同じtetradecahydrodicyclopenta[a,d][8]annulene三環式炭素骨格(5-8-5員環)を主骨格とする分子は天然に100種類以上存在する。この三環式炭素骨格の効率的合成法の開発を試み、現在目的の骨格の合成まで後一歩のところまで進んでいる。従って研究は概ね順調に進展しているといえるFusicoccin A (FC-A)は、植物病原真菌の一種Fusicoccum amygdale Del.から単離・構造決定された5-8-5員環構造を有するジテルペン配糖体である。類縁体を効率的に供給できるアプローチを念頭に置き、FC-Aの中心骨格である5-8-5員環の革新的合成法の開発に着手した。昨年度はFC-Aの主骨格である5-8-5員環を有する環状化合物を合成標的とし、基本合成戦略「6員環からの8員環への環拡大反応」でその合成経路を確立を行い、7員環を合成することに成功した。今年度は本合成法を応用しFCに加えて5-7員環を有する天然物の合成を行った。その結果、基本合成戦略に基づく主骨格の迅速合成に成功している。今後はこれら天然物の官能基化をへて、全合成を行う予定である。今後は、三環式炭素骨格の効率的合成法を確立し、FC-Aの全合成を達成する。