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高効率な水酸化反応実現のための光触媒表面制御

本研究では、太陽光を利用した水素製造技術の一つである光触媒に着目し、光触媒粒子の形状制御により望まれない副反応を抑制できるか検討した。その結果、反応中に生成するFe(II)の再酸化反応は熱力学的に水の酸化よりも圧倒的に進行しやすく、性能低下の大きな要因の一つであるが、露出結晶面の違いにより、その反応選択性が劇的に変化することを初めて明らにした。このように、露出する結晶面の精密制御が、高性能な光触媒開発の指針となることを実証した。さらに、新規酸化物光触媒の開発や既存材料を高性能化手法開発にも合わせて取り組んだ結果、有望な材料をいくつか見出すことにも成功した。本研究では、光触媒の表面構造制御の重要性を明確化するために、露出結晶面の異なる酸化タングステン(WO3)粉末を調製し、Fe3+を還元しながら水を酸化するエネルギー蓄積型(ΔG>0)の光触媒反応を評価する。特に、望まれない副反応である、生成したFe2+の再酸化過程に由来する性能低下を露出結晶面の制御により抑制できるか評価する。さらに、可視光の大部分を利用可能な光触媒材料の開発および性能向上を目的としている。本年度は、酸化と還元の反応場を空間的に分離できるWO3粒子を調製し、市販品の無定形粒子との逆反応速度を比較した。その結果、同じ結晶構造を有するWO3粒子であっても、Fe2+蓄積に伴う性能低下率に、劇的な差があることを明らかにした。今回調製した反応場を分離できるWO3粒子は、市販品よりも大幅に逆反応が促進されてしまった。このことから、現状露出していない結晶面を選択的に露出させることで、改善できる可能性がある。可視光の大部分を利用可能な新規光触媒の開発にも成功した。540nmまでの可視光を利用できるPbCrO4が、水の酸化反応を進行できる新材料であることを見出した。バンド構造の詳細な解析を行った結果、伝導帯位置が+0eV vs. RHEと従来の酸化物材料と比べ高い位置に形成されており、幅広い可視光を利用できる材料としては魅力的なバンド構造を有していることを明らかにした。安価で安定な材料であり、600nmまでの光を吸収できるFe2O3光触媒に少量のCoOxを修飾することで、その性能を2倍に向上できることを見出した。興味深いことに、CoOxはレドックスの再酸化を抑制する機能があることがわかった。Fe2O3を利用したZスキーム型光触媒で初めて水を完全分解することに成功した。本研究では、光触媒の表面構造制御の重要性を明確化するために、形状制御された酸化タングステン粉末を調製し、光触媒性能を評価した。特に望まれない副反応である、生成したFe(II)イオンの再酸化過程による性能低下が露出結晶面の制御により抑制できるか評価した。さらに、可視光を利用可能な新材料の開発および性能向上を目指した取り組みを行った。本年度は、昨年度に続き、さまざまな形状を有する酸化タングステン粒子の作製を試みた。その結果、酸化面と還元面を分離した結晶性の良好な酸化タングステン粒子の作成に成功した。しかし、光触媒性能は球状に近い無定形粒子で最も高い性能が得られた。逆反応についても、形状制御の恩恵は得られなかった。この要因としては、形状制御するため、様々な鋳型材料を添加、もしくは熱処理を苛酷に設定したため、性能低下につながる表面や結晶内部の欠陥形成が起こり、性能が低下したと考えられた。新材料の開発については、酸化鉄と酸化インジウムを複合化させた半導体で、500nmまでの幅広い可視光領域を利用できる新材料の開発に成功した。可逆レドックスとしてヨウ素やバナジウムイオンを利用できることが確認でき、最終的にZスキーム水分解の酸素発生触媒としても機能することを明らかにした。また高性能な光触媒の一つとして知られるビスマスバナデートのさらなる高性能化を行った結果、ガリウムイオンを添加する新規な調製法を開発することで、従来法よりも3倍程度高い性能を実現した。450nm照射下での量子収率は30%を超え、太陽光エネルギー変換効率でも0.65%と粉末光触媒を利用したエネルギー変換反応の中では最も高い値を実現した。粒子の形状を変化させ、露出結晶面を制御することで、Fe2+蓄積に伴う性能低下率に、劇的な差があることを明らかにしたことから、表面制御の重要性を明確化することができた。さらにCoOx助触媒にはレドックスの再酸化を抑制する機能があることがわかった。540nmまでの可視光を利用できるPbCrO4が、可逆レドックスを利用した水の酸化反応を進行できる新材料であることを見出した。光機能性材料露出結晶面を制御することで、逆反応の速度に大きな差が生じることが明らかになった。

このことより、現状露出していない結晶面の選択的露出を実現する調製手法を用いてWO3を調製し、性能評価を行う。具体的には、鋳型を用いた水熱合成手法を利用する予定である。理想的な結晶面の選択的露出に成功した粒子は、透過型電子顕微鏡を用いた手法により、結晶面の同定を行う。可視光の大部分を利用可能な新規光触媒の開発も同時に行う。具体的にはCrを含む様々な化合物を調製し、光触媒性能を評価する。最終的に、可視光の大部分を利用可能な光触媒材料の性能向上を実現するための指針を提案する。理想的な結晶面を露出した粒子のTEM分析を予定していたが、その依頼分析を次年度へ持ち越したこと、および、キセノンランプ等の高価な消耗品の購入を次年度へ持ち越したため、次年度使用額が生じた。キセノンランプ等の消耗品購入および透過型電子顕微鏡を用いた結晶面分析の依頼に使用する。
ＭＲＩ適合Ａｕ－Ｐｔ－８Ｎｂ合金の微細組織制御による特性改善

加工性の低いAu-5Pt-8Nb合金をスウェージング加工することで,加工中の割れを抑制して線材を作製することに成功した。一方,加工中に微量不純物元素を吸収して磁化率がやや上昇するため,組成をAu-5Pt-7Nbに変更した。この合金線材は,熱処理により引張強さと伸びのバランスを,540MPa・25%から630MPa・13%まで変化させることができた。動脈瘤クリップの試作では,焼鈍により軟化させた線材を成形後,時効硬化処理を行うことでクリップに必要な閉鎖力を確保できた。一方,クリップのループ部でアーチファクトが生じることがわかり,ループを用いないクリップデザインが必要とわかった。前年度までの開発で,スウェージング加工によりAu-5Pt-7Nb合金を線材に加工することに成功した。しかし,この線材から動脈瘤クリップを試作する際に加工性が低いことが問題となり,加工前に1000°Cで軟化熱処理(焼鈍)する必要があった。一方,焼鈍状態ではクリップに必要な閉鎖力を発揮することができなかったため,クリップ形状を作製後に700°Cで硬化熱処理(時効硬化処理)することで,現在市販されているクリップと同じ閉鎖力を確保することができた。上記の熱処理はいずれも非酸化環境で行う必要があり,製造時間と製造コストにおいて問題ではあるが,大量生産されるデバイスではないこと,デバイス全体の製造コストに占める割合が比較的小さいことから,深刻な問題とは考えていない。一方,クリップの形状を保持するために装着されるブリッジ線と呼ばれる細線の取り付けにおいては,さらに強い加工が行われるため,焼鈍しても市販クリップと同形状には取り付けができなかった。このような細線における加工性を向上させるため,今後は線引条件の最適化を進めるとともに,結晶粒微細化効果が期待できる第4元素の微量添加を検討することとした。MRIアーチファクトフリーとなるAu-5Pt-8Nb合金を実用に供するには、この合金から線材や板材といった素材を作製する必要がある。しかし、本合金のボタン状インゴットを圧延すると端部に割れが入りやすいことから、その加工性は低いと推測され、素材への加工には加工性の改良が必要と考えられた。その手法はいくつか考えられるが、その中には現有の設備では困難なものもあるため、当初計画では他の手法を提案していた。ところが、本年度の研究実施において田中貴金属工業株式会社(以下、田中KK)の協力を得ることができ、田中KKの設備によって上記の断念していた手法を採用することができた。すなわち、高温でのスウェージング加工(回転鍛造加工)である。この手法を特定の温度下で用いると、圧延では容易に割れが発生していた合金を線材に加工することができた。現在では線径60ミクロンの細線の製造も可能になっている。したがって、本研究の最初の目的である、加工性を向上させて素材を作製することには成功したといえる。一方、田中KKで作製した線材の磁化率を測定すると、合金時よりも若干上昇することがわかった。これは、加工時に治具と摩擦する際に治具の成分、特に強磁性元素が線材を汚染し、磁化率を増加させているものと推定された。その対策としては加工後の線材の酸洗も考えられるが、細線の場合は洗浄が困難である。そこで合金の組成を微調整して磁化率を制御することとした。この合金の磁化率はNb濃度で制御できるため、Nbを減少させたAu-5Pt-7Nbとすることで、アーチファクトフリーの目安である体積磁化率-9ppm(SI単位系)をほぼ達成することができた。今年度は,合金細線作製時の条件を変更し,製造後の細線の加工性が改善するかを評価したが,微細組織制御にも限界があり,加工性向上には至らなかった。また,金合金の組織微細化に有効であることが知られているIrおよびRhの微量添加の効果を評価したが,特にIrでは磁化率の変化が大きく,アーチファクトフリーを維持することが困難であった。Rh添加による磁化率の変動は,合金組成の調整でカバーできると推定されたが,強度の低下が予想されることから,こちらも有効ではないと判断した。最終的には,試作脳動脈瘤クリップのブリッジ線の直径を小さくすることで加工を可能とし,試作クリップを完成させることができた。しかし,ブリッジ線を細くした結果として,クリップのブレードの開口量を制限する能力が低下する恐れが生じ,ブリッジ線の2重化などの対応策が必要と考えられた。研究期間全体を通じ,MRI中で磁化率アーチファクトを生じないAu-8Nb-5Pt合金を開発し,この合金が軟化熱処理と硬化熱処理を用いることで加工性と強度を両立できることを見出した。

この合金は線材への加工が可能で,MRI中でのアーチファクトを大きく低減できる脳動脈瘤クリップの試作に成功した。この合金は,脳動脈瘤塞栓用コイルの作製も可能と推定され,様々なアーチファクトフリーデバイスを作製可能と判断されることから,当初の目標は概ね達成できたと考えている。残念なことに,試作クリップのコイル部には明瞭なアーチファクトが生じていたが,このアーチファクトはクリップデザインに由来することを新たに見出した。すなわち,クリップのバネであるコイル部がMRI中で変動磁場に晒される結果,誘導電流が生じ,磁場を生成するためにアーチファクトを生じると判断された。従って,アーチファクトフリーのデバイスを作製するには,非磁性合金の使用に加え,デバイスデザインの最適化も必要である。生体材料工学元々加工性の低いAu-Pt-Nb合金から,市販されている動脈瘤クリップと同等の性能を示す試作クリップを作製可能な加工性を確保できることを証明した点で,研究は順調に進捗していると考える。加工性と機械的特性を両立させるために複数回の熱処理が必要な点は改善の余地があり,また,さらに加工性を高める努力も必要であるが,少なくとも一部の医療用デバイスへの応用が可能な特性を示す合金と線材が得られたと判断している。当初研究計画における加工性の向上の目的が、合金からの素材の作製を可能にすることであったことを考えると、計画とは異なる手法ではあるがAu-Pt-Nb合金の線材作製に成功した点から、加工性を向上させる目的は達成したと評価できる。一方で、この線材の機械的特性(強度および伸び)の最適化に関しては、熱処理条件を変化させて評価中であり、今年度以降も続行する必要がある。ただし、これまでに得られた強度と伸びのデータから、この線材は生体用金属材料の規格であるISO5832の中の純チタンの規定値を満足できることは確認しており、用途を選べば十分に実用化の可能性があると期待できる。動脈瘤クリップのブリッジ線の加工においては,細線であるが故に非常に小さい半径で90度に屈曲させるデザインとなっていることから破断を招きやすいと考えられ,クリップデザインの最適化で対応することも可能と思われる,一方,さらに加工性や塑性変形能が要求されるステントの試作においては,細径パイプからのレーザーカットによる製造が比較的困難であること,試作ステントの拡張性が不足することを確認した。そこで,開発対象をステントグラフト用の編み上げステントに限定することを検討する。この場合でも,線材の加工性の向上が不可欠であり,線引工程の最適化による結晶粒形状の異方性制御や,第4元素としてRh等の添加による結晶粒微細化による改善を試みる。MRIアーチファクトフリーのAu-Pt-Nb合金線材の作製が可能となったことから、この線材を用いて機械的特性の最適化を進める。研究期間内の到達目標の1つめ、室温で加工が可能な合金の作製については、スウェージング加工後の線材が室温で線引できていることから、既に達成できたと判断している、2つめの目標である高強度チタン合金と同等の強さを示す高強度合金に関しては、ISO5832の中のTi-6Al-4Vの規定値である引張強さ853MPa以上、降伏強さ770MPa以上、伸び10%以上を目標に、線材への時効処理条件の最適化で到達可能かを調べる。
ヘム生合成を調節するミトコンドリアタンパク質分解系の解明-ポルフィリン症との関連

δ-アミノレブリン酸合成酵素(ALAS)はミトコンドリアマトリックスに局在する短寿命タンパク質として知られている。ALASはヘム生合成系の律速酵素であることから、酵素量の調節はポルフィリン症と密接に関係している可能性がある。本研究ではALAS量の調節に関し、ラット肝臓ミトコンドリアにおけるALAS分解とその制御について検討した。これまでに初代培養ラット肝細胞及びミトコンドリアにおいて、ヘム生合成阻害剤存在下でALAS分解が抑制され、さらにhemin添加によりその抑制が解除されることを見出している。このことは、ヘムによる律速酵素分解速度調節を介したヘム生合成制御機構の存在を示唆するものである。昨年度、ALAS分解制御について解析した結果、ミトコンドリアにおけるALAS分解を促進する因子として、ヘムの他にcysteine (Cys)とascorbic acid (ASA)を同定した。今年度、これらの因子により促進されたALAS分解について解析を行い、以下に示す結果が得られた。ヘム生合成阻害剤投与ラット肝臓ミトコンドリアにおけるALAS分解について、プロテアーゼ阻害剤の影響を検討したところ、(1)Cysにより促進されるAbAS分解は、システインプロテアーゼ阻害剤であるleupeptinやE-64dにより阻害された。(2)heminやASAにより促進されるALAS分解は、leupeptin、E-64d、PMSF、o-phenanthoroline、epoxomicinにより阻害されず、効果的なALAS分解の阻害剤を見出すことが出来なかった。しかしながら、このALAS分解はラジカルスカベンジャーであるMCI-186により阻害された。これらの結果から、ミトコンドリアにおけるALAS分解は、システインプロテアーゼによるものとラジカルが関与するものの少なくとも2通りの分解様式があることが示めされた。本研究ではラット肝臓ミトコンドリア内におけるALAS分解とその制御について検討している。ALASはヘム生合成系の律速酵素であることから、検討課題はポルフィリン症との関連が考えられる。これまでに初代培養ラット肝細胞及びミトコンドリアにおいて、ヘム生合成存在下でALAS分解が抑制され、さらにヘミン添加によりその抑制が解除されることを見出している。このことは、ヘムによる律速酵素分解速度調節を介したヘム生合成制御機構の存在を示すものである。今年度は、ALAS分解酵素検索のためのALAS分解再構成系確立に向けて必要な情報であるラット肝臓におけるALAS分解条件の検討を行った。その結果、ヘム生合成阻害剤投与によりALAS分解が抑制されたラット肝臓において以下の事が明らかとなった。ALAS分解速度に対する灌流処理の影響について検討した。生理食塩水で脱血処理を行った肝臓由来のミトコンドリアにおけるALAS分解はほぼ停止していたのに対し、Williams' medium E灌流処理を行った肝臓由来のミトコンドリアにおいては分解が観察された。培地に含まれるALAS分解に必要な成分について調べたところ、アスコルビン酸またはシステインであった。さらに、脱血処理肝臓由来のミトコンドリアに対し、アスコルビン酸あるいはシステインを作用させるとALAS分解の促進が観察された。従って、ALAS分解には還元作用が必要であり、分解はミトコンドリア内で起こっていることが示された。
三次元培養モジュールを用いたヒト肝細胞への化学物質の毒性評価法に関する研究

現在地球上にある約3万種類ある既存化学物質の安全性評価を行うために、ヒト肝細胞の三次元培養モジュールを用いた化学物質の毒性評価法の確立のための基礎研究を行った。その結果、1このモジュールを用いて成人肝細胞の亜急性毒性に必要な1か月間の生存及び機能維持に成功した。2500種類以上ある肝機能の評価を迅速に行うために188の肝機能関連遺伝子解析用DNAチップを開発し、その再現性の確認を行った。3胎児肝細胞は成人肝細胞に比べてミトコンドリア(MT)活性が低いことが遺伝子解析等で明らかとなり、化学物質に対する毒性発現の違いがMT活性の違いに依存している可能性が示唆された。わが国では、国際的な化学物質管理に関する戦略的アプローチ(SAICM)に沿って、2020年までに、約3万種類ある既存化学物質の安全性評価を行うことが閣議決定されている。しかし、この安全性試験を動物実験で行うには膨大なコストと時間を必要としてしまい、2020年までの評価には困難を伴う。そこで、本研究では、化学物質の中心的代謝臓器である肝臓について、研究代表者が開発してきた三次元培養モジュールと、研究分担者の石田博士と行ってきたヒト胎児および成人肝細胞の三次元培養に関する知見を組み合わせて、種々の化学物質のヒト胎児及び成人肝細胞への低濃度長期暴露による毒性評価(亜急性毒性)に関する知見を得ようとするものである。26年度は、以下の3点の知見を得た。1)胎児の成長上影響の大きい神経系への毒性が考えられる化学物質リストから4種類の化合物を選定し、各細胞へのIC50値を測定した。その結果、アセトアミノフェン(解熱鎮痛剤)・トリブチルスズ(殺菌剤・塗料)・バルプロ酸ナトリウム(抗てんかん剤)では胎児肝細胞が成人肝細胞に比べ感受性が高く、逆にパーフルオロオクタンスルホン酸カリウム(殺虫剤)は成人肝細胞の方が感受性が高い結果が得られた。これらの結果から、ミトコンドリアの活性への影響を介して、胎児肝細胞への毒性が発現される可能性が示唆された。2)化学物質を暴露する前段階の対象実験として、胎児肝細胞と成人肝細胞の遺伝子の網羅的解析を行い、胎児肝細胞ではミトコンドリア機能の一つである尿素回路酵素の遺伝子発現量が相対的に低いことが明らかとなった。3)三次元培養モジュールを用いた上記化学物質の長期暴露実験に備えて、モジュール内の生細胞数の評価方法の構築を試み、いくつかの知見を得た。現在わが国では、国際的な化学物質管理に関する戦略的なアプローチ(SAICM)に沿って、2020年までに約3万種類ある既存化学物質の安全性評価を行うことが非常に重要な政策課題(閣議決定)となっている。しかし、この安全性試験を動物実験で行うには膨大なコストと時間を要してしまい、2020年までの評価には困難を伴う。そこで、本研究では、化学物質の中心的代謝臓器である肝臓について、研究代表者が開発してきた三次元培養モジュールと、研究分担者の石田博士と行ってきたヒト胎児及び成人肝細胞の三次元培養に関する知見を組み合わせて、種々の化学物質のヒト胎児及び成人肝細胞への低濃度長期暴露による毒性評価(亜急性毒性)に関する知見を得ようとするものである。27年度は、以下の知見を得た。1)三次元培養モジュールを用いた化学物質の低濃度長期暴露実験(亜急性毒性試験)の評価系を確立することを目的として、研究協力者の三菱レイヨン(株)とともに、188遺伝子のプローブを搭載した肝機能評価用DNAチップを作成した。このDNAチップを用いて、ヒト凍結肝細胞(成人肝細胞)や胎児肝細胞の遺伝子発現解析を行い比較した。同条件の試料の測定結果より作成したscatter plotが正の相関関係を示していたことや、階層的クラスタリングの結果から、このDNAチップの測定結果の再現性が確認された。2)このDNAチップを用いて、成人肝細胞や胎児肝細胞の二次元培養と三次元培養での遺伝子発現の違いを比較した結果、三次元培養によって薬物代謝系のシトクロームP450の遺伝子発現が亢進していることが示された。3)暴露実験に用いたバルプロ酸ナトリウム(抗てんかん薬)やパーフルオロオクタンスルフォン酸ナトリウム(殺虫剤)を、成人肝細胞や胎児肝細胞に暴露し、このDNAチップで解析したところ、有意に変動のあるいくつかの遺伝子が検出できた。三次元培養モジュールを用いた肝クリアランス値の測定が、実施できなかった以外は、おおむね当初の計画通り進捗している。現在わが国では、国際的な化学物質管理に関する戦略的なアプローチ(SAICM)に沿って、2020年までに約3万種類ある既存化学物質の安全性評価を行うことが重要な政策課題(閣議決定)となっている。そこで本研究では、化学物質の中心的代謝臓器である肝臓について、研究代表者が開発してきた三次元培養モジュールと、研究分担者の国立衛研の石田博士と行ってきたヒト胎児及び成人肝細胞の化学物質感受性の相違に関する知見を組み合わせて、種々の化学物質のヒト胎児及び成人肝細胞への低濃度長期暴露実験による毒性評価(亜急性毒性)に関する知見を得ようとするものである。2628年間の研究期間で、以下の知見を得た。1)研究協力者の三菱レイヨン社との共同で開発した三次元培養モジュールを使って、亜急性毒性評価に必要な1か月間の成人肝細胞の生存及び機能維持に成功した。

2)肝機能は500種類以上あるため、多数の機能評価を迅速に行うための188の肝機能関連遺伝子発現の解析用DNAチップを、この分野で実績のある石田博士とともに開発した。3)このDNAチップを用いて、胎児肝細胞と成人肝細胞の遺伝子発現の解析をscatter plotや階層的クラスタリング解析で行った結果、再現性の確認ができた。また、両細胞のミトコンドリア含有量には、顕著な差があり、胎児肝細胞がミトコンドリア含有量が少ないことが明らかとなった。4)胎児の発達に影響を与える可能性のある化学物質の中から数種類を選定し、胎児肝細胞と成人肝細胞への暴露実験を行った結果、感受性に差異がある化学物質は、同時にミトコンドリア活性にも影響を与えることが示唆された。現在地球上にある約3万種類ある既存化学物質の安全性評価を行うために、ヒト肝細胞の三次元培養モジュールを用いた化学物質の毒性評価法の確立のための基礎研究を行った。その結果、1このモジュールを用いて成人肝細胞の亜急性毒性に必要な1か月間の生存及び機能維持に成功した。2500種類以上ある肝機能の評価を迅速に行うために188の肝機能関連遺伝子解析用DNAチップを開発し、その再現性の確認を行った。3胎児肝細胞は成人肝細胞に比べてミトコンドリア(MT)活性が低いことが遺伝子解析等で明らかとなり、化学物質に対する毒性発現の違いがMT活性の違いに依存している可能性が示唆された。26年度の研究計画は、次の3点であった。1)尿素回路・グルクロン酸抱合で代謝される化学物質に対するIC50値の測定。2)化学物質暴露細胞のトランスクリプトミクス解析。3)三次元培養モジュールを用いた化学物質のIC50値以下の低濃度での長期暴露実験。これに対し、1)では、計画通り尿素回路・グルクロン酸抱合で代謝されるアセトアミノフェンやバルプロ酸での静置培養での暴露実験を行い、さらに他の化学物質の暴露実験の知見からも、胎児肝細胞と成人肝細胞の毒性の感受性の違いが、ミトコンドリアの活性の違いとその影響にある可能性が示唆されたため、おおむね順調に研究は進展しているものと思われる。また2)については、トランスクリプトミクス解析の基礎となる暴露前の細胞からDNAとRNAを抽出し、遺伝子発現の網羅的解析が行えデータが得られた。またその解析結果から、上記の1)の可能性を支持する知見が得られたため、おおむね研究は進展しているものと思われる。3)についても、三次元培養モジュールを用いた化学物質の低濃度暴露実験(亜急性毒性試験の動物実験代替法)が最終的目標であったが、その前段階として、モジュール内の細胞の生細胞数の評価が重要となるため、その分析方法の確立に関する知見が得られたので、若干の進展の遅れはあるものの、おおむね順調に研究は進展していると思われる。計画通り、28年度は三次元培養モジュールを用いて、低濃度暴露実験を実施するとともに、肝クリアランスの測定および胆汁排泄機能についても検討する予定である。工学27年度は、26年度の結果を踏まえて、1)暴露する化学物質を増やすことで、胎児肝細胞と成人肝細胞に対する化学物質毒性の感受性の違いのメカニズムの解明を目指す。2)化学物質暴露後のトランスクリプトミクス解析を行い、化学物質の暴露によって変化するマーカー遺伝子の探索を行う。3)三次元培養モジュールを用いた化学物質の低濃度
細胞性粘菌を用いた生殖細胞分化の分子機構に関する研究

1.細胞性粘菌における細胞融合関連分子gp138をコードする遺伝子GP138Aの上流領域の解析:GP138Aの上流約2.0Kbを単離し、塩基配列、及び転写開始点を決定した。また、発現長世知機構の解明のために、GP138Aの転写開始点を含む上流配列を細胞性粘菌のプロモーター解析ベクターであるpDdGalのlacZ遺伝子の前に挿入したプラスミドを調製し、それを導入した細胞性粘菌の形質転換を作製した。2.gp138遺伝子およびその産物の多重性の解析:gp138をコードする複数の遺伝子について過剰発現株を作製し、タンパク質についての厳密な解析を行った。それによって、「gp138」タンパクは分子量的に極めて接近し、構造的・免疫学的に類似したアイソフォームの集団であることが明らかになった。このような遺伝子の多重性は、gp138の重要性の反映であると考えられる。3.生殖細胞分化に伴って発現する新たな遺伝子の単離:性的に成熟した細胞性粘菌のcDNAライブラリーを作製し、そこで発現する遺伝子を大規模に配列決定する試みを開始した。配列決定された新規の遺伝子の中から膜タンパク質と予想される遺伝子を選び出し、さらにノーザンハイブリダイゼーションを行って、生殖細胞特異的に発現している遺伝子を検索した。その結果、2種類の著しく発現が増加する遺伝子を得ることができた。
可逆マルコフ過程の関数解析的研究

対称マルコフ過程の加法的汎関数の分解定理の精密化とその応用を図るという研究目的に沿った申請書の研究計画・方法に従って研究を進めた結果以下の研究業績を得ることが出来た。代表者福島は分担者竹田および熊本大学の大島教授と共に、共著の著書(1994年発刊)において上記分解定理のみならず、その局所的な場合への拡張及び推移確率が絶対連続な場合における精密化についての基礎理論を展開している。特に精密化に関してはいくつかの十分条件が与えられているが、福島はこの一般論を徹底して進め、加法的汎関数u(X_t)-u(X_o)のマルチンゲ-ル部分M_tとエネルギー零の部分N_tとの和としてのstrictな分解が成立するための関数uに対する必要十分条件やN_tが有界変動になるためのuに対する必要十分条件を求めることに成功し、更にN_tのstrictな意味での台とuのスペクトルの関係を明らかにした。福島はこの一般論を山口大学の富崎教授と共同で応用して境界がヘルダー連続性しか持たないR^d上の領域に対し、ヘルダー指数がd/(d-1)より大きい時にはその領域上の反射壁ブラウン運動はスカラホ-ド分解を許容することを証明した。実はdの如何にかかわらずヘルダー指数が1/2より大きいときにこれは正しいという予想を持ち目下その証明に取り組んでいる。分担者竹田は上記共著の著書で展開された対称マルコフ過程の乗法的汎関数による変換とデイリクレ形式の変換の関係に関する基礎理論の発展に取り組んでいる。特に上述の加法的汎関数の分解定理の精密化を用いることによって優マルチンゲ-ル的な乗法的汎関数による変換論の精密化に成功している。また尾角は数理物理的な可解格子模型にたいして、稲垣、谷口、安芸は統計的モデルに対してそれぞれ汎関数の分解定理の有効性を示す研究を着実に進めた。
最先端解析手法を用いた多様な地表面上でのシビア現象発生機構の解明と予測

本研究は、多様な地表面上に出現して短時間強雨や突風などのシビア現象をもたらす積乱雲の構造を先端的レーダー解析と高解像度数値モデル実験とによって対流スケールで明らかにすることで、シビア現象の発生機構の解明と短時間予測の高度化を行い、さらに降水量の短時間予測が中小河川の流出予測に及ぼす効果を評価することを目的とする。本研究の最大の特徴は、最新鋭のフェーズドアレイレーダーからの観測データを用いて、1分間隔という高時間解像度で雲内の3次元気流構造の時間発展を解析する点にある。シビア現象の短時間予測の高度化は、レーダー観測から明らかにされた雲の顕著な特徴を用いて、斬新的な非線形時系列解析によって行う。本研究では、平坦または複雑地形上に出現して短時間強雨や突風などのシビア現象をもたらす積乱雲の時間発展をレーダー観測とそのデータ解析、および高解像度数値モデルや湿潤ラージエディーシミュレーションを相互補完的・有機的に用いることによって、シビア現象の発生機構の解明と短時間予測の高度化を行う。わが国では近年、集中豪雨とそれに伴う洪水被害が大きな問題となっている。本研究の特色はフェーズドアレイレーダーなどを用いた観測結果と、湿潤ラージエディーシミュレーション、高度化されたバルク微物理モデルによる高解像度数値モデル実験を有機的に用いることにある。本研究により集中豪雨などのシビア現象の発生機構が解明され、また集中豪雨の予測が高精度化されると期待される。
屈曲構造のπドナーを用いる新規な機能性分子物質の開発

我々のグループで合成した屈曲型ドナー分子を用いて、(1)伝導性π電子と局在dスピンがより強く相互作用する、屈曲型ドナー分子のラジカルカチオンの磁性FeX4^-イオン塩の作成とそれを利用する分子スピントロニクスデバイスへの応用、(2)屈曲型ドナー分子のラジカルカチオン塩の分子伝導体磁性伝導体のナノワイヤーの作成とそれを用いるナノエレクトロニクスやナノスピントロニクスデバイスへの応用、(3)ディスク型とバナナ型の中間の液晶性屈曲型ドナー分子の合成とその液晶相の電場応答ホール移動性質の評価について研究を実施した。本年度では、当研究室で開発した屈曲型ドナー分子の新しい誘導体を合成し、これらを用いて本研究課題である、1、次世代ナノスピントランジスターを組立する上で不可欠な高い電気伝導度を示す分子半導体ナノワイヤーの作製、および2、液晶性屈曲型ドナー分子のキャリヤー相におけるホール移動度の評価についてそれぞれ行った。1、については、シリコンウエハの(001)面上にリン脂質分子によるラメラ構造を形成させ、この修飾したシリコンウエハを電極に用いて屈曲型ドナー分子の電解酸化を行うと、直径が10-25nmの対応する電荷移動(CT)塩のナノワイヤーを作製することに成功した。しかし、このナノワイヤーは電気伝導度の低い半導体であった。この方法はCT塩のナノワイヤーを作製する上で極めて有効的であるので、次年度では他の屈曲型ドナー分子を用いて高い電気伝導性のナノワイヤーの作製を検討する。2、については、屈曲型ドナー分子にデンドリマー型置換基を導入することに液晶性を発現させることにすでに成功しているので、この液晶性屈曲型ドナー分子を電界効果トランジスターのキャリヤー相に用いてホール移動度を測定し、0.1cm^2 V^<-1> s^<-1>の高い値を得た。次年度では、キャリヤー相における液晶性屈曲型分子の配向を調べ、ホール移動度の向上を計る。本研究グループで合成に成功した新しい屈曲型ドナー分子、テトラチアフルバレノキノン(チオキノン)-1,3-ジチオールメチドは、(1)高い電子供与能、(2)末端位にある1、3-ジチオール基のS原子上にも大きな電子密度を有するHOMO、そして(3)分子骨格の中央部で大きく屈曲しているために電子密度分布が非対称となり、分子面内に3-7デバイの大きな双極子モーメントが存在するなどの特長を持っている。本研究課題では、この屈曲型ドナー分子の持つ上記の特長を生かして、(1)伝導性π電子と局在dスピンとが強く相互作用する強磁性の半導体や金属、そして(2)ディスク型とバナナ型の中間の分子構造を有する新しい液晶化合物のそれぞれの開発を昨年度に引き続いて検討した。(1)については、昨年に見出した、金属伝導性と強いπ-d相互作用に基づくdスピンの反強磁性秩序化するSe原子を含む屈曲型ドナー分子とFeBr_4^-イオンの2:1塩の磁気抵抗の異方性と圧力効果について検討し、この強いπ-d相互作用の電子構造を明らかにした。また、種々の新しい屈曲型ドナー分子のFeX_4^-(X=Cl、Br)イオン塩を作成したが、いずれの塩においても期待した金属伝導性と強磁性の同時の発現に成功していない。しかし、エチレンジセレナー1,3-ジチオール基を導入した屈曲型ドナー分子とFeCl_4^-イオンの2:1塩は、45S cm^<-1>の高い室温電気伝導を示す太さが約5nmのナノワイヤとして得られた。容易に得られるこの高伝導性ナノワイヤは分子ナノデバイスへの応用が期待される。一方、(2)については、4つのデンドリマー型の置換基を導入した屈曲型ドナー分子を作成し、その示差走査熱量の測定により液晶相の存在を認めた。FET装置を用いて得られた、この液晶型半導体のホール移動度は比較的高い約3×10^<-2> cm^2 V^<-1> sec^<-1>であった。この液晶相の電場による動作については現在検討中である。
羊膜と口腔上皮細胞による培養上皮シートの開発に関する実験的研究

われわれの研究室で開発した無細胞ヒト乾燥羊膜を口腔上皮細胞のscaffoldとし、この基質上で口腔上皮細胞を気相下培養する事により、マウスfeeder layerなどの未知因子を使用する事無く、口腔粘膜上皮本来の構造である培養重層上皮シートの作製を試みた。口腔上皮細胞の培養は、Boyce & Hamの方法に準じ、各種添加物含有MCDB 153培地を選択した。実験の手順は、1,抜去歯から口腔上皮細胞を単離。2,口腔上皮細胞を23継代培養。3,無細胞ヒト乾燥羊膜上に培養口腔上皮細胞を播種し4日間液相下培養。4,無血清培地のカルシウム濃度を上げ約3週間気相下培養。5,組織標本による形態学的・免疫組織学的検討。口腔上皮細胞は、ヒト乾燥羊膜上で気相下培養を行っても増殖を続けた。複合培養重層上皮シートのH-E染色による形態学的検討では、口腔上皮細胞がヒト乾燥羊膜でほぼ均一な約10層以上からなる重層化が認められた。また重層化に伴う核の消失は認められず、すべての層で活性のある細胞がみられた。免疫組織学的検討では、cytokeratin 10/13、PCNA、laminin-5において、本来の口腔上皮と類似した発現を示した。さらに、stem-cellや上皮の活発な増殖能を示すマーカーであるkeratin-19では、正常な口腔上皮と比べ、培養上皮全層で著しい発現が認められた。本実験結果より、口腔上皮細胞とヒト乾燥羊膜による複合培養重層上皮シートは正常口腔粘膜上皮と比較し、より高い細胞活性と増殖能があることが判明した。本複合培養重層上皮シートは、ヒューマンセルラインによる培養上皮シート開発における有望な供給源となり得る事が示唆された。この複合培養上皮シートの臨床応用により、歯周病により破壊された歯肉の再生や唇顎口蓋裂治療など、ヒューマンセルラインによる新たな移植法の確立が期待される。本研究は、優れた免疫学的特性や各種増殖因子を含有しているといわれる羊膜と、細胞のターンオーバーが早く増殖能が著しく高いとされる口腔上皮の細胞特性に着眼し、現在多くの人工上皮シート作製時に使用されているマウス・フィーダー細胞(3T3 cell)やウシ血清などの未知因子を使用する事無く、よりクリーンな上皮シートを作製する事を目的としている。今回実験に使用した羊膜や口腔上皮は、信州大学倫理委員会において研究の科学的妥当性及び倫理的妥当性についての検討が行われ承認を得たうえで、提供者に十分なインフォームドコンセントを行い提供者から同意が得られた組織を使用した。われわれの研究室では、無細胞ヒト乾燥羊膜の作製に成功しており、この基質上で口腔上皮細胞を気相下培養する事により、本来の口腔粘膜上皮の構造である重層上皮シートの作製を試みた。実際の手順は以下の通りである。(1)抜去歯に付着した粘膜片をPBSにて洗浄。(2)粘膜片をトリプシン-EDTAにて処理し口腔上皮細胞を単離。(3)口腔上皮細胞をシャーレ内、無血清培地にて34継代の培養。(4)ヒト乾燥羊膜上に口腔上皮細胞を播種し、無血清培地のカルシウム濃度を上げ約4週間気相下条件にて培養し、H-E染色による組織標本を作製し形態学的に検討を行った。諸事情により無細胞ヒト乾燥羊膜の供給が一時的に停止してしまった事や、気相下培養条件時に無細胞ヒト乾燥羊膜上に培養液が浸出してしまう等の問題点もあり、現時点では口腔粘膜上皮の構造である重層上皮化したシートの作製には至っていない。平成18年度には、無細胞ヒト乾燥羊膜の供給も再開する予定であり、羊膜と口腔上皮細胞による培養上皮シートの開発を当初の実験計画通り遂行する所存である。

さらに、stem-cellや上皮の活発な増殖能を示すマーカーであるkeratin-19では、正常な口腔上皮と比べ、培養上皮全層で著しい発現が認められた。本実験結果より、口腔上皮細胞とヒト乾燥羊膜による複合培養重層上皮シートは正常口腔粘膜上皮と比較し、より高い細胞活性と増殖能があることが判明した。本複合培養重層上皮シートは、ヒューマンセルラインによる培養上皮シート開発における有望な供給源となり得る事が示唆された。この複合培養上皮シートの臨床応用により、歯周病により破壊された歯肉の再生や唇顎口蓋裂治療など、ヒューマンセルラインによる新たな移植法の確立が期待される。
畜産副産物の活用・流通・取引の比較機構分析-安全な静脈流通の再構築の課題解明-

畜産副産物は再生可能かつ多用途な原料である。しかし、BSE感染因子が反芻動物由来の畜産副産物から製造された肉骨粉と考えられ、畜産副産物の利用は規制されるようになった。本研究はBSE発生後の畜産副産物とそれを原料とする製品の安全性が確保され、畜産副産物がより有効活用される流通の再構築の課題に接近するために、日本、EU、オーストラリアの以下の3領域に関することを明らかにした。第一は畜産副産物の利活用の相違である。第二は畜産副産物の加工処理・流通の事例実態である。第三は畜産副産物の需給を調整する価格形成の方法と価値を反映すると考えられる価格水準の状況である。本研究の目的はBSEに伴う牛由来肉骨粉の飼料給与禁止後の畜産副産物流通の再構築に向けた課題を解明することである。今年度は日本とEUにおける畜産副産物の利用の相違を明らかにした。第一はEUでは畜産副産物をリスクの高いものからC1C3と分類し、リスクに応じた管理と有効利用を図っているが、日本においてはBSE検査を受けて問題のなかった牛から特定危険部位が除去されたC3と同等の畜産副産物からの肉骨粉であっても焼却処理している。日本での焼却以外の新たな利用について検討の余地がある。第二は飼料、肥料、ペットフードへの畜産副産物の利用規制に日本とEUで相違があるが、EUではC2とC3からの牛由来肉骨粉は肥料として使用されていることは注目に値する。第三は日本ではC1と同等のものはすべて焼却処分されているが、EUではC1を一定のシステム下で処理することにより、バイオガス発生やバイオディーゼル生産のための利用、温熱ボイラーでの燃焼が認められ、エネルギー転換剤としての利用が進んでいる。第四はEUでは畜産副産物由来物(C1油脂)を自社の処理加工の燃料としたり、食品残渣(C3)を原料として発生させた熱エネルギーを自社利用する動きがみられる。第五はEUではC3のリスクの低い畜産副産物の集荷をめぐってレンダリング工場、バイオガス工場、堆肥工場、工業製品工場の間で競合が起こっている。C3はレンダリング工場の処理を経ずに、直接これらへ移送可能であること、様々な用途があることから畜産副産物の静脈流通に多様な業態が介在するようになっている。畜産副産物の利用はいつでも慎重なリスク評価と適切なリスク管理のもとに実行されなければならないが、これらは日本での新たな利用に示唆を与えるものである。これまでにBSEに感染した牛がいないオーストラリアでの畜産副産物のリスク管理制度と流通機構について次のことを明らかにした。1.脊椎動物由来のゼラチン、乳、獣脂以外の製造物を反芻動物へ給餌することが禁止されている。これは牛由来の肉骨粉の牛への給餌は禁止されるが、豚、鶏への給餌はそうでないということであり、豚、鶏への給餌が禁止されている日本やEUと異なる。また牛由来の肉骨粉はペットフードや肥料に利用されており、EUと同じであるが、日本では禁止されている点も異なる。2.畜産副産物のレンダラーにはレンダリング事業のみを行う主体及びと畜事業とレンダリング事業を兼ねる主体が見られる。後者は特に牛のと畜業者に多い。そのため、レンダリング事業に特化したレンダラーは牛由来の畜産副産物の多くを牛肉の小売業者から集荷している。調査したレンダラーの一つは工場での廃液を利用して、バイオガスを発生させ、自社工場で利用する電力の自給率を高めており、もう一つのと畜業兼レンダラーは工場でのバイオガス発生を計画するなどバイオガス事業への関心が高い。3.畜産副産物の単価は、畜産副産物からの製品の市場単価に歩留まり率(製品の重量を畜産副産物の重量で除したもの)を掛けたものからレンダラーの畜産副産物の集荷に要する単位当たり輸送費用、単位当たり加工・営業管理費用、マージンを引いて計算されている。歩留まり率は畜産副産物の特性により不変であるが、製品の市場価格、輸送費用、加工・営業費用は変動する。したがって製品の市場価格が下落し、レンダラーの諸費用とマージンが上昇すると畜産副産物の価格はマイナスになることもあり得るが、調査時点では、その単価はプラスであり、畜産副産物は有価財となっていた。BSE発生後の日本のレンダリング工場における畜産副産物の処理製造について、以下の対策の形態があることを明らかにした。第一は死亡牛(検査によりBSE陰性であってもSRMが除去されていない)と牛せき柱のみを原料とするラインを新たに構築し、そこでは肉骨粉と油脂が製造されるが、前者は焼却し、後者は自社工場ボイラーの燃料として利用している。

第二は牛の骨や内臓等と豚・鶏のそれらを分別処理するために、牛のみの骨や内臓等を原料とするラインを新たに構築し、ここでは肉骨粉と油脂が製造されるが、肉骨粉は焼却し、油脂は飼料用と工業用に販売している。これより豚・鶏の骨や内臓等を処理するラインが確保されることになり、製造された肉骨粉は牛以外の飼料用に販売し、油脂も飼料用と工業用に販売している。第三に牛・豚・鶏の骨や内臓等を同じラインで処理する場合は、製造された肉骨粉は焼却しなければならず(BSE発生以前は飼料用に販売できた)、油脂は飼料用と工業用に販売している。また、日本におけるレンダリング工場の原料価格を原料の集荷競争がない事例において明らかにした。死亡家畜については畜種にかかわらず全てマイナスとなっており、その水準は畜種と生後日数により異なる。牛せき柱もマイナスである。マイナスということはそれを排出する側がレンダリング工場に支払うということである。内臓と血液は0円、骨は1円/kg、生脂(牛と豚)は10円/kgとなっている。つまり、骨や生脂は有価財ではあるが、BSE発生前の2000年度の全国平均の内臓4.8円5.1円/kg、骨が9.110.1円/kg、牛の生脂20.2円/kg、豚の生脂16.2円/kgと比べると、極めて低い水準にある。研究の目的を達成するために必要な調査、情報収集、分析は着実に進んでいる。24年度が最終年度であるため、記入しない。分析の精度を高めるために、追加的に情報が必要となる場合もあるが、この場合、最終年度である次年度に補足的に収集する。研究者、産業及び行政の関係者との密な情報交換により、研究を推進していく。
朝鮮後期海上交通史研究

平成16年7月24日、朝鮮史研究会関西部会七月例会(於河合塾梅田校セルスタ会議室)において口頭発表した「一七一八世紀朝鮮東海産物の流通構造」では、朝鮮において全国的な商品流通体系が形成されていく該当時期の遠隔地商品流通様相の構造的把握を目的として、青魚(ニシン)と明太(スケトウダラ)という二つの東海(日本海)産物に注目し、その流通経路と流通様相について考察した。その結果、活動範囲をそれぞれ異にする全羅道、慶尚道地域の船商たちが東海産物を各地に流通させていた事実、そして東海産物の流通形態について、実際の交易事例の分析を通して明らかにした。その要旨は「一七一八世紀朝鮮東海産物の流通様相」として『朝鮮史研究会会報』第158号に掲載された。また研究代表者は、1819世紀の済州島を主たる対象として、賑恤穀の輸送体系、官民による商品流通構造について考察を進めているが、10月に公刊された論文「一八世紀済州地域の凶年と賑恤策」では、その前提となる同地域に対する賑恤策について考察した。賑恤策、特に穀物移転の実態分析から、全国規模の穀物流通が朝鮮王朝国家の地方支配と大きく関わっていた点を明らかにした。なお、12月12日に九州大学で開催された九州史学会大会朝鮮学部会では「朝鮮後期沿海航路の復元」を口頭発表した。申景溶が著した『道路攷』を中心に、1819世紀の沿海交通路を地図上に復元した。『道路攷』と同時期の地理資料との対照、地名の現地比定を綿密に行うことにより、当時の朝鮮半島全沿海地域にわたる海路図を作成した。水路・陸路を問わず、前近代朝鮮の交通路に関する研究は極めて乏しく、今後も歴史地理学的観点からより精密な交通路復元の作業を継続する予定である。平成15年9月に発表した論文「朝鮮後期商品流通経済と地方浦口」では、朝鮮後期の海上交通における浦口(港)の位置を商品流通経済との関連から考察した。ここから、船舶が往来碇泊できる浦口施設の存在が、全国的海上交通体系、全国的市場圏形成の前提となったことを指摘した。また大きく発展した浦口に共通に見られる条件として、(1)海と河川が連結された地点にあり、遠隔地間交易の拠点となり得ること、(2)周辺に中規模浦口が多数存在し、これが後背市場圏をなしていたこと、(3)国家による税穀輸送体制である漕倉制との関連、即ち漕倉が設置された浦口が民間による商品流通の拠点として成長したことを挙げた。同時に、金海七星浦を例に、史料にあらわれる地名が実は当時一般的に使用された地名と完全に一致するものではなく、史料に対する歴史地理的な実証が欠かせないことを指摘した。なお、10月5日、朝鮮学会大会(於天理大学)では「朝鮮王朝後期済州島産物の流通構造」を発表した。1718世紀、済州島を拠点とした商船の交易活動の実態分析を通して、この地域の海上交通の様相を考察した。このとき済州島を全国的市場圏の一部としてとらえ、済州産品の流通体系を、当時の遠隔地間商品流通構造のなかに位置づけることを目的とした。その結果、済州の商船と京畿道の商人との連携によって、済州からソウルに通じる流通体系が整えられていたこと、また全羅道の行商人たちが済州船を利用して、陸地(半島本土)と済州の間で穀物と済州産品の流通主体となっていたことを指摘した。なお研究代表者は、平成15年4月から平成i6年2月までの10ヶ月間、ソウル大学校韓国文化研究所客員研究員として在外研究を行ったが、11月21日には韓国歴史研究会(ソウル)中世2分科月例発表会で済州商船の活動実態を詳細に分析した「朝鮮後期済州商船の交易活動」を発表した。

『道路攷』と同時期の地理資料との対照、地名の現地比定を綿密に行うことにより、当時の朝鮮半島全沿海地域にわたる海路図を作成した。水路・陸路を問わず、前近代朝鮮の交通路に関する研究は極めて乏しく、今後も歴史地理学的観点からより精密な交通路復元の作業を継続する予定である。
Benzocyclobuteneの機能を活用する生理活性化合物の高選択的合成

Benzocyclobuteneは加熱するとo-キノジメタンをin situに生成し、これがその化学的環境に応じてcyclsaddition,electrocyclic reactionあるいはsigma-tropicreactionをおこす。このため著者らはこれらの反応に着目しbenzocyclobuteneを有力学活性芳香族合成素子として利用して来たが、さらに著者らはbenzocyclobuteneが反応条件に応じてelectrocyclic reactionとsigmatropic reactionが一挙に進行することを見出し、本反応を利用する生理活性アルカロイドの合成を検討した。allyl benzocyclobutenecarboxylcteの加熱により先ずelectocyclic reactionと3,3-sigmatropic reactionを行わせイソクロマノン誘導体を製し、これより下記アルカロイドの合成中間体となるインドール誘導体に導いた。続いてピロール環,フラン環,あるいはピラン環を形成させることにより眼科領域で重要な位置を占めるカラバル豆アルカルイドのphysostigmine,Physovenineおよびgeneserineの全合成を達成した。さらにbenzocyclobuteneの分子内Diels-Alder反応を利用し合成ステロイドのnorspirono lactoneの合成を行った。すなわちbenzocyclobutene誘導体を加熱して分子内Diels-Alder反応を行わせステロイドのBCD環部に相当する三環性化合物を合成し、次いでラクトン環を構築し四環性化合物に導いた。本化合物をBirch環元に付しエノン体とした後、還元的にアルキル化を行った。ここに得られるシクロヘキサノン誘導体に対し三枝反応、次いでannalationを行い五環性化合物とし、最後にチオ酢酸を付加させ降圧利尿剤としてすぐれた作用を示すnorspiloronolactoneの合成を完成した。
高圧試料と天然試料のマイクロラマン分光法によるキャラクタリゼーション

研究期間中に、マイクロラマン分光法に必要な機器およびダイアモンドアンビルセルによるその場分光に必要なタイプIIダイアモンドを購入し、固体地球研究センター内に設置した。設置されたラマンマイクロプローブシステムは、当研究所の高圧物質研究グループの必要を満たすため、および地球・太陽系物質調査のために特別に設計されたものである。このシステムは、約0.5nmの分光解像度および高い光学処理能力を持ち、すでにとても高い性能を発揮している。実験室においては、高圧マルチアンビル実験で合成された相の同定、および天然鉱物の調査のために日常的に使われている。研究期間中に、ラマンマイクロプローブシステムを使って多くの合成および天然シリケート相と合成、および天然酸化物相の同定を行い、標準試料として用いるファイルも作り上げた。また同装置を使い、コロラド台地のエクロジャイトゼノリス中の、SiO_2の高圧相転移であるコーサイトの存在を同定した。これは、この地域で最初に報告されたエクロジャイト内のコーサイトである。ナトリウムシリケートメルトに硫黄を加えた場合のメルトの構造とイオン種および重合の影響をすでに同装置を用いて研究してきた。さらに、解重合したシリケート系のメルトの構造の研究も続行している。マイクロラマン装置は実験室で、ダイアモンドアンビルセル実験時にルビー蛍光によるその場圧力決定の目的にも使われている。私達は、ラマン分光法が重要な役割をはたすプロジェクトに従事することを続けていく。高圧実験岩石学や高圧鉱物物性学で最も重要なことの一つは、実験生成物の厳密な同定とキャラクタリゼーションである。レーザーラマン顕微分光は、鉱物や非晶質相の局部構造を解析できることにより、高圧実験研究において一般的に用いられるようになっている。私達は、固体地球研究センターに、高圧物質研究のために特別に設計されたラマンマイクロプローブシステムを設置した。これは、当研究センターのマルチアンビルおよびダイアモンドアンビルセルの高圧実験生成物の特性の決定のために高圧研究グループに大きな価値のあるものであり、また地球構成物質および隕石中の鉱物包有物や流体包有物の分析のために地球化学グループにも価値のあるものである。今年度は、レーザー顕微ラマン分光装置を固体地球研究センターに設置した。この装置は、バックイルミネート型、液体窒素冷却CCD検知器(100×1340ピクセル)を装備し、焦点距離500mm、グレーティング300,1200および1800gr/mmの分光計を使っている。この分光装置は、ラマン散乱において典型的である小さな強度信号に対しても非常に感度が良い。波長調節可能のアルゴンイオンレーザービームは、プラズマ輝線を抑制するための調節可能のバンドパスフィルターを通過した後、フィルターとビームエキスパンダーを通る事によりビーム特性は改善され2μm以下の小さな点に正確にビームを当てられるようなる。サンプルから放射された光(ラマンスペクトル)は偏光アナライザー、および偏光のスペクトルを測定するためのλ/2プレートを通過する。このλ/2プレートは分析に最適な偏光に必要である。ノッチフィルターは色々な励起波長にあわせるために使用され、光はイメージング分光器の入射スリットに焦点があわせられる。この装置は、高圧実験によって合成された生成物の同定のためにすでに使われている。さらに、米国のコロラド高原のエクロジャイトに包有された直径10μのSiO_2高圧相(コーサイト)の同定のためにこの装置を使用した。米国で最初のエクロジャイト中のコーサイトの同定であり、この地域の超高圧変成岩の存在を証明するものである。最新の顕微ラマン分光装置を固体地球センター内に設置した。この装置は、256×1340配列の液体窒素冷却CCD検知器を装備した、50mmイメージングスペクトロメーターを使っている。基本励起輻射光は、調節可能なアルゴンレーザーによって供給される。特徴として、スペクトルモノクロメーター、空間フィルター、ホログラフィックノッチフィルターが使われている。

この装置の通常の作動状態での分光解像度は0.1nm以下であり、実験室において以下の課題のために日常的に使われている。1.高圧マルチアンビル実験で合成されたの相の同定。2.ダイアモンドアンビルセル内の圧力測定のためのルビー蛍光分光法。3.ダイアモンドアンビルセル実験で合成された相の同定。このために、蛍光の小さいタイプII天然ダイアモンドを取り付けた。4.天然試料中の包有物の鉱物種の同定。5.急冷メルトのラマン分光。平成13年度のププロジェクトには次のようなものがある。1.北アメリカコロラド高原のエクロジャイトゼノリス中の包有物である高圧相鉱物の同定。この技術を使って、直径10μmのコーサイト粒子が同定された。2.下部マントル状態でのMgO-FeO-SiO_2系をレーザー加熱ダイアモンドアンビルセルで生成された高圧相の同定。