大阪大学大学院理学研究科 高分子科学専攻

高分子合成化学グループ 　
青島 貞人（教授）、金岡 鐘局（准教授）

我々は、従来と全く異なる高分子材料合成アプローチ法の確立を目指して、高分子の設計及び精密合成法を検討しています。重合反応においては、モノマーに開始剤を加えると活性種ができ、それらが次々に他のモノマーと連結して長い鎖が形成されます（図参照）。しかし、従来の方法では重合は選択的・定量的には進行せず、高分子の構造や分子量の規制は極めて困難でした。そこで、我々はカチオン重合機構や活性種の性質を詳細に研究することにより、副反応の全く起こらないリビングカチオン重合系を見いだし、新たな高分子設計・合成に関する検討を始めました。現在のテーマとしては、（1）新規カチオン重合開始剤系の開発と重合メカニズムの検討、（2）リビングカチオン重合による種々のブロックコポリマーの合成と高感度な刺激応答性高分子の設計、（3）リビング重合を用いた様々な形状や特異的な性質を有するポリマーの合成を進めています。

ホームページ: http://www.chem.sci.osaka-u.ac.jp/lab/aoshima

高分子反応化学グループ 　
鬼塚 清孝（教授）、岡村 高明（准教授）

金属元素の特性を活用した高分子合成法の開拓と機能性高分子の創出について、幅広い研究を行っています。例えば、新しい遷移金属錯体を分子レベルで精密に設計し、その反応性を精査することによって新しい重合触媒を開発しています。また、有機合成化学をベースにして高分子の構造を高度に制御し、その構造を生かした機能化について検討しています。さらに、天然の高機能高分子錯体の代表例である金属酵素に注目し、活性部位のモデル錯体や非天然型ペプチドの合成と構造についての研究を通じて、金属酵素が高度な機能や特異な反応性を発現する機構の解明に取り組んでいます。

1. 有機金属錯体を用いた新しい重合反応の開発と機能性高分子への応用
2. 金属錯体を構成単位とする機能性高分子錯体に関する研究
3. 金属酵素の活性部位の反応制御機構を簡単な配位子や合成ペプチドにより明らかにする研究
4. 非天然型ペプチドにより新しい高次構造の形成や機能発現を行う研究
5. 新規金属錯体試薬を用いたアミノ酸配列決定などによる蛋白質の解析。

ホームページ: http://www.chem.sci.osaka-u.ac.jp/lab/onitsuka/index.html

高分子物理化学グループ
井上 正志（教授）、四方 俊幸（准教授）、浦川 理（講師）

高分子、超分子、液晶、コロイド、粒子分散系などは、内部に多くの自由度を持っており、相互作用によって多様な構造を発現させるばかりか、流動場、電場等の外場の刺激によって容易に構造を変化させ、複雑な応答を示します。私たちの研究室では、高分子や超分子を中心に、その多彩な物理化学的性質を分子レベルで理解することを目指して研究しています。具体的には、粘弾性、誘電緩和、流動複屈折等の手法を用いて、以下のようなテーマに取り組んでいます。

1. 高分子のアーキテクチャと分子運動
2. 高分子固体の流動光学と非線形レオロジー
3. ソフトマターの流動誘起構造
4. 超分子ポリマーの構造と分子運動
5. 水溶性高分子の水和
6. 高分子複合系の構造と分子運動

変形を加え、応力と複屈折を同時測定する装置

ホームページ: http://www.chem.sci.osaka-u.ac.jp/lab/inoue/index.html

高分子溶液学グループ
寺尾 憲（助教）

1. 多糖類の構造・分子形態
2. 分岐高分子の構造と溶液物性の関係
3. らせん状高分子の溶液物性

高分子のほとんどの性質は究極的には1本の高分子鎖の特徴によって決まっています。私たちの研究室では、1本の高分子鎖の分子特性（形態、鎖長、屈曲性等）を決め、その情報に基づいて分子内・分子間相互作用（排除体積効果）、鎖の定常運動、形態転移、相平衡など多様な高分子の溶液挙動を統一的に解明することを目指しています。具体的には、光・X線散乱、超遠心、粘度、旋光度、GPC等の手法を駆使し、目では直接見えない高分子鎖の個性や複雑な振る舞いを調べています。このような実験的研究に加え、計算機シミュレーションや理論的研究も必要に応じて行っております。実験結果の説明に普遍性を求めているからです。研究対象物質は合成、天然、生体高分子の多岐にわたります。

高分子の分子量や大きさを測るための光散乱光度計

ホームページ: http://www.chem.sci.osaka-u.ac.jp/lab/norisuye/index.html

超分子科学グループ
原田 明（教授）、山口 浩靖（准教授）、高島 義徳（助教）

原子と原子が結合して分子が形成されるように、分子と分子との相互作用により超分子が形成されます。このような分子と分子との相互作用により、「もの」としての性質が発現され、さらには生物のような機能が発現されます。超分子科学研究室では高分子が低分子や他の高分子と特異的に相互作用して新たな構造や機能を持つ「もの」を創ることを目指しています。

1. 環状化合物と線状分子との組合せによる超分子構造の形成
2. ロタキサン、ポリロタキサン、分子シャトルの合成
3. 抗体と抗原の結合による超分子構造の形成（抗体デンドリマーなど）
4. 大環状DNA（プラスミド）の絡み合いによるカテナン（鎖状分子）の合成
5. 新たな触媒による新たな構造と機能を有する高分子の合成

ホームページ: http://www.chem.sci.osaka-u.ac.jp/lab/harada/index.html

高分子固体構造論グループ 　
今田 勝巳（教授）、金子 文俊（准教授）、川口 辰也（助教）

生体内では、生体高分子が多数集合してできた分子機械が様々な化学反応や機能を担い、生命活動を支えています。生体高分子でできた分子機械は人工システムとは異なり、高精度といい加減さが両立しながら機能します。細菌のべん毛システムや蛋白質輸送システムは代表的な生体分子機械です。このような生体分子機械の作動機構や形成機構を、原子レベルの立体構造解析と分子機械の再構成を通して探ります。また、高分子と低分子化合物複合体の構造を調べ、それら分子の構造と機能の関係の研究も行っています。

1. 回転分子モーターである細菌べん毛の回転機構の解明
2.べん毛モーターの形成機構の解明
3. 細菌の蛋白質輸送装置システムの構造と機能の解明
4. 細菌の環境センサーユニットの構造と機能の解明
5. 高分子／低分子複合体の構造とその形成機構に関する研究

回転分子モーターである細菌べん毛の回転機構

ホームページ: http://www.chem.sci.osaka-u.ac.jp/lab/okuyama/

高分子集合体科学グループ
佐藤 尚弘（教授）、橋爪 章仁（准教授）

高分子は、プラスチックやフィルムなど固体状態で利用されるばかりでなく、溶液状態で利用されることも数多くあります。食品、化粧品、ペイントなどの乳化安定剤や増粘剤として高分子が利用されているのをはじめ、溶液中で形成される高分子ミセル中に薬を内包した系がドラッグデリバリーシステムとして利用され、またタンパク質や核酸が細胞内で種々の生化学反応に関与しているのも溶液状態です。そのような溶液系の諸性質には、溶質である高分子の会合状態が非常に重要な役割を演じています。私たちの研究室では?､溶液中で数本から非常に多数の高分子鎖が集まった高分子集合体を研究対象とし、溶液中で新規な集合様式を有する高分子の合成、ならびに高分子集合体の溶液状態のままでの構造解析・構造形成過程追跡の新しい手法の開発を行っています。具体的には、以下のような高分子系を現在研究しています。

1. 水溶液中での両親媒性高分子
2. 水溶液中で高次構造をとる生体高分子
3. らせん高分子のキラルな会合体と液晶
4. 窒素原子を主鎖に含む会合性高分子
5. 水素結合能を有する高分子
6. 非極性溶媒中での高分子リビングイオン

リビングアニオン重合では、会合が重合反応制御に重要

ホームページ: http://www.chem.sci.osaka-u.ac.jp/lab/sato/sato_lab_j/index_j.html

蛋白質構造形成研究室（蛋白質研究所）　
後藤 祐児（教授）、櫻井 一正（助教）、八木 寿梓（助教）

1. フォールディング過程の観察
2. 蛋白質の構造安定性と揺らぎの解析
3. アミロイド線維の構造と形成反応

蛋白質は、アミノ酸の一次配列に従い、機能を発揮できる特有の立体構造に自発的に折り畳みます。この現象はすべての蛋白質で見られますが、高分子科学的にはいまだに理解されていない蛋白質特有の性質です。蛋白質が折り畳む反応（フォールディング反応）を明らかにすることは、蛋白質の構造や機能を理解する前提となるだけではなく、人工蛋白質の設計にもつながる重要な課題です。
蛋白質のフォールディング反応は、多くの生物現象にも関わりを持ちます。例えば、アルツハイマー病やプリオン病などの疾病は、蛋白質がフォールディングの異常を起こし、アミロイド線維として生体中に蓄積することと関連します。フォールディング病とも呼ばれるこれらの異常がなぜ起きるのか、病因の解明は治療法の開発のために必須の課題です。
当研究室の実験では、各種分光法（核磁気共鳴、円二色性、赤外吸収）、特殊な観察法（蛍光顕微鏡）、物理化学的手法（熱量計測や分析用超遠心）など様々な測定手法を用います。また、大腸菌や酵母を使った分子生物学的手法により、変異体蛋白質の発現、精製も行い、実験に用います。これらの手法を駆使し、蛋白質の構造と安定性、フォールディング反応の分子機構、アミロイド線維の構造と形成機構を研究しています。

アミロイドβペプチド線維の全反射蛍光顕微鏡画像

ホームページ: http://www.protein.osaka-u.ac.jp/physical/yoeki.html

蛋白質結晶学研究室（蛋白質研究所）
栗栖 源嗣（教授）、昆 隆英（准教授）、田中 秀明（助教）

蛋白質を複合体状態でそのまま構造解析し生命システムを理解する
生命システムのなかで、蛋白質はネットワークを形成しながら機能しています。我々は、蛋白質結晶学の手法で複合体状態の蛋白質を結晶化し、結晶構造に基づいて生命システムを理解しようという研究室です。精製・結晶化した蛋白質の構造を解析することで、全ての生命現象を理解できるとは思いませんが、「呼吸」、「光合成」、「生体運動」などに限って考えた場合、その働きは複合体蛋白質の結晶構造を基に理解することができます。今にも回り出しそうな状態で構造解析されたF1-ATPaseの結晶構造（1998年ノーベル化学賞）などはその良い例でしょう。我々の研究室では「光合成」「分子モーター」「生体超分子」をキーワードに、以下のような研究プロジェクトを進めています。

1. 光合成生物のエネルギー変換反応、レドックス代謝ネットワークの構造生物学
2. 巨大な生体分子モーターであるダイニンの構造-機能相関の解明
3. 分子量約1000万の巨大な核酸-蛋白質複合体Vaultの構造研究

左：光合成電子伝達で働く膜蛋白質複合体Cytochrome b6f の結晶構造、
右：ラット肝臓由来Vaultの結晶構造

ホームページ: http://www.protein.osaka-u.ac.jp/crystallography/

超分子構造解析学研究系（蛋白質研究所）
中川 敦史（教授）、鈴木 守（准教授）、山下 栄樹（助教）

1. 生体超分子複合体およびタンパク質のX線結晶構造解析
2. 生体超分子ビームラインの開発・整備・管理
3. 脳・神経系に関連するタンパク質の構造プロテオミクス
4. 微小結晶からのデータ処理技術の開発
5. ターゲットタンパク研究プログラムに関連するタンパク質群の構造解析

生体超分子複合体は、個々のタンパク質／核酸コンポーネントが会合することによって初めてその機能を持つため、個々のコンポーネントではなく、超分子複合体全体の立体構造を決定することが重要です。 本研究系では、イネ萎縮ウイルス、超好熱菌由来ウイルス様粒子といった生体超分子複合体や生物科学的に興味のあるタンパク質の立体構造決定行うと同時に、SPring-8の生体超分子構造解析ビームラインの開発を中心とした、生体超分子複合体のＸ線結晶構造解析のための新たな方法論の開発を行っています。 また、文部科学省ターゲットタンパク研究プログラムに参加し、構造解析の技術開発やいくつかの重要なタンパク質群の構造解析研究を進めています。

ホームページ: http://www.protein.osaka-u.ac.jp/rcsfp/supracryst/index.html

環境安全化学研究室
山本 仁（教授）、富田 賢吾（講師）

1. 低障壁イオン伝導性高分子の研究
2. 水素結合のスイッチングによる光-化学エネルギー変換系の研究
3. リアルタイム微量化学物質検出技術の開発
4. 安全風土の構築を目指した大学における安全教育手法の開発
5. 世界の大学における事故の調査・分析

当研究室は、大学を構成する全ての人の安全と衛生の管理を行う安全衛生管理部の中にあり、そのミッションである、学生・教職員に対する安全衛生教育・講習を通した大阪大学の安全風土の醸成を行うと共に、広く科学技術の安全に寄与する研究を行っています。現在は、リチウムイオン二次電池の本質安全化を目指した低障壁イオン伝導性高分子電解質の研究、光によって化学的性質を制御できる分子の研究、様々な化学物質が生体に与えるストレスに対する生物の遺伝子レベルでの応答に関する研究を進めています。 また、学内のみならず日本、世界の大学内の事故に関する調査研究を行い、様々な分野での事故から共通の要因を探り出すことで、より安全な研究・実験操作の提言・指導を行っています。