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がん細胞におけるテロメアの維持機構とテロメラーゼの新たな生理機能

ところがテロメラーゼが活性化しているにもかかわらず、がん細胞は周辺正常組織の細胞よりもテロメアが短い。がん細胞があえて短いテロメアを保持する理由はあるのか、あるとすればどのような分子が関与しているのか、その詳細は不明である。そこで本研究では、がん細胞が短いテロメアを保持することの合目的性を明らかにすることを目的とした。ヒトがん細胞株の中でも特にテロメアの短い前立腺がん由来の培養細胞PC-3のテロメラーゼ活性を増強し、テロメアの伸長した株を樹立した。まずテロメア伸長による遺伝子発現への影響をGeneChipマイクロアレイにより解析すると、細胞外マトリクスや接着といった、細胞間のクロストークに関与すると思われるカテゴリがうかびあがった。そこで多細胞かつ多彩な環境下での挙動を調べるため、テロメアが伸長したがん細胞株をヌードマウスの皮下に移植し組織切片を観察すると、テロメア伸長株において腺管形成すなわち分化していることが明らかとなった。さらにCre-loxPシステムを構築し、テロメア長のみが対照群に比べ伸長している株についても同様の結果が得られ、テロメラーゼ活性増強の有無にかかわらず、テロメアの伸長にともない分化することが明らかとなった。またin vitro網羅的遺伝子発現解析により、分化に関与していると考えられる分子としてRIF1およびCCND1という、未分化に寄与する因子がテロメア伸長にともない減少していることを見いだした。以上の結果は多様な環境下での分化誘導というこれまでにないアプローチであることから、新しいがん治療の端緒となる可能性が期待される。
歴史書編纂と王権理論に見る東アジア3国の比較

中国の『宋史』、朝鮮の『高麗史』、日本の『大日本史』の三つの歴史書における王権理論を比較検討することを通じて、これら東アジア三国における朱子学の役割の異同を検証した。具体的には、水戸学の発展において中国史・朝鮮史の認識がどう作用したか、および1315世紀における東アジア各国の政治変動が歴史認識の形成に及ぼした影響を明らかにした。平成17年度は研究初年度として、まず研究分担者各自が個別に資料の収集と分析を行い、18年度以降に予定されている共同分析作業の基礎を固めることに主眼をおいた。小島は領域代表としての業務のかたわら、この計画研究の代表として『宋史』礼志の訳注作業を主宰し、2月にその第一巻を印刷刊行した。保立は南北朝王権に関わる大徳寺文書の現地調査をおこない、その整理作業を補助業務者の協力を得ておこなった。近藤は『大日本史』に関係する史料編纂所所蔵の原資料を整理・分析する作業を中心におこなった。山内は朝鮮思想史関係資料の調査・蒐集をおこない、『高麗史』について基礎的な分析作業を進めた。陶は日本思想・日中交流史関係の調査を国内・国外の各地でおこない、一次資料を収集して近代史学の形成過程につき分析を進めた。伊東は中国思想資料の収集・解析作業を、別件での長期海外研修の機会を活かしておこなった。共同研究としては、年度内に3回、6人全員の会合を持ち、研究の進捗状況についての報告と今後の計画を策定した。また、研究主題にかかわる内容の講演会を3回主催し、特定領域研究の他の構成員や領域外部の研究者を交えて意見交換をおこなった。特に12月の会は「水戸学セミナー」として講師2名とコメンテーター1名を招聘した。この会は同じ特定領域のなかの他の計画研究との共催であった。1月に開かれた文献資料研究部門主催の国際シンポジウムでは、陶が他の計画研究の発表者に対するコメンテーターをつとめ、特定領域全体の共同研究活動に協力した。分担者それぞれに所与の役割分担にもとづいた課題を個別に研究するため資料収集・調査旅行・研究発表(口頭および印刷物)をおこなったほか、共同研究活動として以下のものを実施した。(1)国際学術フォーラム「東アジアの文化と儀礼」を7月28日に関西大学との共催で開催。代表者・分担者6名全員が参加し、陶が全体の企画・進行係、山内が研究発表、小島・伊東が他の報告への討論者を務めた。(2)シンポジウム「水戸学をいまどう見るか-『大日本史』刊行百周年を迎えて」を10月28日に東京大学で開催。本特定領域の他の計画研究との共催。近藤が他の計画研究分担者の報告に対する討論者を務めた。(3)シンポジウム「東アジアのなかの平泉」を11月25日に岩手県一関市で開催。本特定領域の他の計画研究、および岩手県教育委員会・岩手大学との共催。保立が研究発表した。また、これにさきだち9月9日の盛岡での同様のシンポジウムでは小島が研究発表した。この一連の企画は、平泉の世界遺産登録申請運動に学術面で協力する事業でもある。(4)本計画研究の主題である3つの正史に関しては、上記『大日本史』シンポジウムのほか、あらたに「高麗礼思想研究会」を発足させて高麗時代の国家儀礼を調査研究している。また、『宋史』の礼志訳注、および『大日本史料』関連データベース作成や大徳寺文書調査(いずれも『大日本史』関係)についても作業を継続している。19年度には、これら3つを比較・総合する作業を開始する予定である。各人が所与の役割分担にもとづいた課題を個別に研究するため資料収集・調査旅行・研究発表(口頭および印刷物)をおこなったほか、共同研究活動として以下のものを実施した。(1)本計画研究の主題である3つの正史に関して、18年度に引き続き、分担者各人が役割分担して作業を継続した。すなわち、『宋史』の訳注作業は、18年度予定分(第二分冊)を年度繰越して制作刊行し、第三分冊の編集を開始した。『高麗史』については、「高麗礼思想研究会」を4回開催して検討を加えた。『大日本史』については、大徳寺文書調査、明治大正期の史学資料分析、関連データベース作成を進めた。(2)領域全体のワークショップ(九州大学で7月22日に開催)に本計画研究が企画したパネルを提供し、小島(当日代読)・近藤・金栄済(韓国檀国大学、海外協力者)が研究発表をおこなって、ほかの計画研究の代表者・分担者たちと一緒に議論を展開して研究対象への認識を深めた。(3)如上の研究成果を中間的に総括し、計画後半年次への展望を得るため、王権論に造詣の深い内外の研究者を交え、9月下旬に中国上海にて復旦大学との共催でフォーラムを開催した。そこでの議論をもとに、フォーラムに提出されたペーパーを各自修訂し、20年度に編集・刊行予定の報告論文集の準備作業をおこなった。(4)中国浙江大学の王海燕氏を2月に招聘し、講演会をはじめとする研究交流をおこなった。

平成20年度においても、前年に引き続いて研究分担者・連携研究者各自が役割分担に従って作業を進めた。すなわち、小島は『宋史』礼志の解析を、保立は大徳寺文書の調査を、近藤は『大日本編年史』の元になった資料分析を、陶は幕末維新期の政治思想史料分析を、山内は朝鮮儒学の検討を、伊東は清代朱子学の検討をおこなった。共同作業としては、平成19年9月に上海において開催した日中共同の国際フォーラムの発表原稿を改訂のうえ中国語に翻訳し、陶が中心になって復旦大学との共同編集のかたちで出版するための作業を進めた。また、本領域の他のいくつかの計画研究と協力して、五山文化や朱子学思想に関する共同の研究会に参加するなどして、領域全体の重点項目課題の探究作業を進めた。これらの作業を通して、最終年度である平成21年度の成果取りまとめに向けた情報の蓄積と知見の拡大を実現した。ただ、資料入手に困難が生じたために『宋史』礼志三と四の訳注刊行作業が遅れたことと、先方の都合により大徳寺文書調査のうち予定していたものを一部実施できなかったため、それらの作業にかかわる経費について年度繰越しをし、平成21年度において実施した。研究代表者および分担者おのおのの分担課題にもとづく作業を継続し、必要な調査旅行や研究補助者への謝金、冊子作成などをおこなった。20年度に開催した国際フォーラムの成果として、復旦大学との共同編集の形で中国語で『東亜的王権与政治思想』を刊行した。また、研究最終年度にあたるため、共同研究としての取りまとめ作業を進め、研究成果論文集を制作するための準備会議を開催し、その方針や時期について検討した。本特定領域研究全体で各計画研究の成果を総覧できるものとして、文部科学省に提出する成果報告冊子と、別途制作刊行する叢書との二種類が作成されるのにあわせて、それぞれに関する準備作業をおこなった。具体的には、最終的な共同研究成果を、日本史の文脈から比較して捉えなおす試みとしてまとめることとした。そのために、研究分担者間の意見交換を行い、朱子学の浸透過程における禅仏教の受容形態が、中国・韓国と比べたときの日本の特殊性を示すものであること、禅と旧来の仏教との力関係に焦点をあてることなどが確認された。そのうえで、あらためて後醍醐天皇およびその前後の時期に着目することとし、西暦1315世紀の東アジア三カ国の王権理論を核に据えて成果の取りまとめをおこなった。中国では元と明における王権の変質の問題、朝鮮では高麗から朝鮮への王朝交替と朱子学の興隆の問題が扱われ、日本の南北朝並立とそれに対する後世の歴史認識が生みだした正閏論が検討対象となった。しかしながら、ウェブによる研究成果公開のためのシステム構築とデータ作成作業が遅延したため、成果報告書作成のために、これらを年度繰越して22年度において作業した。
歩行リハビリテーション自動診断・アシスト機構設計に関する統合型支援システム開発

本研究では,歩行アシストロボットを用いた歩行リハビリテーションを簡単に実現できるようにするため医療情報定量化手法の提案と,患者への状態表示システム,歩行リハビリテーション用モーションプランニングシステム,医療情報データベースシステムから構成される統合型診断支援システムを実現するための基本アルゴリズムを構築する.本研究では,歩行アシストロボットを用いた歩行リハビリテーションを簡単に実現できるようにするため医療情報定量化手法の提案と,患者への状態表示システム,歩行リハビリテーション用モーションプランニングシステム,医療情報データベースシステムから構成される統合型診断支援システムを実現するための基本アルゴリズムを構築する.従来のパワーアシストシステムとは異なるリハビリテーションに特化した歩行アシストシステムを実用化し,術後リハビリテーションや介護予防のためのトレーニングの効果を増進することを最終目的としていることから,今年度は評価対象を膝関節置換が必要な患者として,手術前および手術後の経過および歩行評価が実現できるような医学的情報の定量化を行った.特に歩行画像からの評価基準として,足部高さ,膝屈曲角度,歩幅,歩行周期で評価できることを確認した.更に個人差の影響を検証するためにX線写真画像および歩行画像からの比較を行った結果,歩行画像でも十分評価できることが確認できた.また筋肉の動きの影響により,アシスト装具位置の動きと膝関節の動きに違いが見られることからも,X線画像情報だけでは歩行状態の予測が困難であることも明らかになった.更にリハビリテーション用の動作のプランニングを自動生成する対話型モーションプランニングシステムを実現するために,まず膝関節屈曲角度の変位曲線を自動生成できるように機械の加減速曲線に用いられるユニバーサルカム曲線の概念を用いて新たな曲線生成アルゴリズムを構築した.これらに加え臨床試験等で得られた医療情報,および歩行状態計測から得られた歩行状態情報を統合して管理するデータベースを構築し,手術前,手術後の患者の歩行状態のデータ計測を開始した.なお重心動揺と膝屈曲角度の相関と疾患の影響があることも確認された.本年度は膝関節疾患患者を中心に歩行データを測定し,歩行評価支援システムの根幹となる歩行画像および歩行時の足圧変化から抽出する各特徴量の再検討を行った,その結果,歩行評価の定量化データとして使えるものを抽出することができた.特に術前術後の変化を理学療法士へ簡単に表示できる指標を提案した.なおその際に膝関節疾患患者において開発している歩行評価システムでは,手術しない側の足の状態による重心動揺により,センサシステムの誤検知が発生することも明らかになった.また足関節の曲がりにくい患者においてはその誤検知率が高くなることも明らかになった.また術後疼痛がなくなっても指導しないと過去の歩容から変化しないことも明らかになり,患者に提案する評価指標を用いて歩行矯正が可能になることを確認した.一方,モーションプランニングにおいてはアシストタイミングと遊脚振幅および周期を制御してアシスト量を定量的に調整できるようなアルゴリズムを構築し,プランニングシステム単体では有効に制御できることを確認した.また装着ロボットシステムの自動設計システムについては技術的には可能でも,現状では薬事法の関係でカスタムメイドが認められないことから,医師によるバリエーションからの選択が必要であることが明らかになったため,そのバリエーションの幅および選択項目を決定した.これにより医師による装具サイズおよび膝運動量の決定が可能になった.本年度はまず昨年度までの研究により膝関節疾患患者においては重心動揺の影響による誤検知問題を改善するために,足裏接触状態計測システムの電極部の形状見直しを行い,足サイズ22cmから26cmまでの計測精度の向上が図られ,誤検出をなくすことができた.更に重心動揺の状態をリアルタイム表示できるように計測表示システムを作成し,理学療法士のその場での確認が可能になった.加えて重心動揺計測システムそのものの小型化を実現した.更にこれらの構築した各システムを用いて,人工膝置換手術患者における歩行状態の変化を市立甲府病院および本学附属病院にて継続的に計測し,患者の術前,術後の歩行状態の比較を行うとともに状態分類を行った.なお附属病院において手術件数そのものが大幅に少なくなったために患者データ収集が当初計画よりも遅れた.また対話型モーションプランニングシステムについては当初はすべてプログラム上で設定する予定だったが,理学療法士の意見を取り入れ,その場で股関節・膝関節最大曲げ角を調整できる方式に変更した.またモータアシスト率についてもその場で調整できる方が使い易いとの指摘から,コンピュータ上でのオフラインプランニングは不要であることが確認されたためシステムを変更した.なお装着ロボットシステムの自動設計システムについては,薬事法の関係でカスタムメイドが認められないため,自動設計ではなく駆動用カム形状のバリエーション設計をできるように改良した.また医療情報データベースシステムについて項目の追加を行い,健常者および人工膝置換手術患者のデータ蓄積を行った.
歯の移動を行った圧迫側歯根膜細胞から発現する新たな化骨細胞分化調整因子の解明

矯正力により歯を移動した際の圧迫側歯根膜に発現する遺伝子を経時的に解析したところ、初期の圧迫側歯根膜領域にHeat Shock Protein A1A(HSPA1A)の発現が著しく増加することが明らかになった。このことは、圧迫や酸欠などのストレスに対して歯根膜細胞を保護し、恒常性を維持するだけでなく、その後に起こる変性と炎症にもHSPA1Aが関与する可能性を示唆するものである。過去の研究で、矯正的に歯の移動を行った圧迫側歯根膜線維をLaser capture microdissection法により採取し、マイクロアレイで発現遺伝子の網羅的解析を行った。本年度はこの中で、歯の移動開始初期に発現が強く見られたHSP27とHSPa1aのmRNA、タンパクの発現をin vivoにて詳細に検討を行った。結果として、HSP27の発現に差はなかったものの、HSPA1Aの発現が矯正的歯の移動開始6時間後に有意に増加することがin vivoで明らかとなった。この研究結果は、Histochemistry and Cell Biologyにて掲載された(Arai C., et al.Histochem Cell Biol 2011)。このときに圧迫側歯根膜に加わるストレスを、毛細血管の圧縮により生じる酸欠と推察した。そこで、歯根膜培養細胞を1,3,6,12,24時間低酸素状態で培養したところ、HSPA1A mRNA発現量にin vivoと同様の結果が認められた。現在は、この条件下で発現するHSPA1Aが、破骨細胞の分化に影響する因子(GM-CSF,M-CSF,RANKL,VEGFなど)にどのような影響を及ぼすか明らかにするために、不活化したセンダイウィルスベクターを用いて、歯根膜培養細胞へHSPA1A siRNAを導入する研究の条件設定をin vitroで行っている。また、同じベクターを用いてin vivoでも検討を行う予定である。本研究は、歯科矯正学における歯の移動現象を分子生物学的に解明するだけでなく、破骨細胞の分化様相に新たな概念を提示するものであり、臨床応用へ展開するための研究基盤となることを確信する。申請者はこれまで、矯正的に歯を移動した初期のラット圧迫側歯根膜細胞でHeat shock protein A1A(HSPA1A)が顕著に発現することを明らかにしてきた。この領域の歯槽骨表面には後に破骨細胞が多く出現し、歯槽骨の吸収が生じて歯の移動が起こることから、HSPA1Aが破骨細胞による歯槽骨の吸収に何かしらの影響を及ぼす可能性が示唆される。そこで本年度は、ラット骨髄由来破骨前駆細胞にHSPA1Aのリコンビナントタンパク(100ng,500ng,1000ng,2000ng/ml)を添加して培養を行い、破骨細胞の分化に対するHSPA1Aの影響を調べた。培養開始10日目に酒石酸抵抗性酸性フォスファターゼ(TRAP)染色を行い、多核を有する破骨細胞数を計測した。結果としては、リコンビナントタンパクを添加していない対照群が20.8±11.7個に対して実験群がそれぞれ7.4±3.9,5.6±2.8,5.8±4.7,4.4±3.9個と破骨細胞数が減少する傾向が認められた。このことからHSPAIAが破骨細胞の分化に抑制的に働く可能性が示唆されるが、現在、再現性を検証するために繰り返し実験を行っている。また、siRNAを用いてHSPA1Aの発現抑制を行ったヒト歯根膜培養細胞を一定時間酸欠状態で培養し、HSPA1Aとアポトーシスや破骨細胞分化に関与する因子との関連についてmRNAレベルで検討を行っている。本研究は、歯科矯正学における歯の移動現象を分子生物学的に解明するだけでなく、破骨細胞の分化様相に新たな概念を提示するものである。
メスバウアー分光法における時間分解分析法の開発と応用

動的解析を可能とするメスバウアー分光法の確立を目的として、マルチパラメーター・メスバウアー分光器の開発を行った。本研究では「事象(イべント)処理法」を採用し、また安価なマイクロコンピューターを基本構成として装置を試作した。メスバウアーγ線の検出を「事象」として取扱い、その事象の観測された時のドップラー速度および時間、温度、磁場などをパラメーターとしてラべルし、ディスクなどの記録媒体に集積し、ある時間のあと、パーソナル・コンピューター(PC)によって分類してスペクトルとするものである。PCをメスバウアー分光器に応用する場合、既に割当てられている入出力ポートや割込みなどの割付け状況を知っておく必要がある。さらに基本ソフトウェア(OS)の割込み利用状況やデータ構造なども必要な情報である。PCによっては、これらの情報の公開が不十分な場合があり、応用できない場合がある。また、分っている場合でも、処理時間の関係で不都合なことが起る。PCの高級化に伴ってその内部構造はハードウェア、ソフトウェアともに複雑になってきており、PCだけでメスバウアー分光器を実現するのは非常に困難になっており、またその機能面から見ても得策ではない。しかし、PCはフォートランなどの高級言語が使えたり、入出力機能や表示機能が充実しており、分光器の機能の中でもデータ表示、制御、出力装置への記録、データ解析などには内部構造などの情報が無くても実現が可能である。本研究においては、データの蓄積をワンボードのマイクロプロセッサーで行い、蓄積したデータを随時PCに転送して表示などを行う方式を採用した。時間分解メスバウアー測定の応用として、試作装置は遅延同時計数測定やヘム蛋白質の光解離再結合過程の追跡に利用された。また通常の測定にも簡便に利用されることは勿論である。本研究の目的は、動的解析が可能な時間分解メスバウアー分光法の確立にある。電子捕獲などの核壊変にともなう化学的後遺効果やその緩和過程、また光・放射線などの照射によって生成される準安定状態、さらに磁場、電場など外的条件を変化させた時の磁性体、誘電体などにおける臨界現象などを研究するために必要なメスバウアー分光器の試作を行なっている。1.時間分解メスバウアー分析器の試作マイクロコンピューター(PC-9801)を事象処理装置とするマルチパラメーター・メスバウアー分光器を昨年度より試作しているが、今年度は入力インタフェイスの試作を進め、調整作業、開発ソフトウェアのテスト及び改良を行なった。また、【^(57)Co】のEC壊変後の122keV-14.4keVカスケードの遅延同時計数実験を行うため、検出器および回路の検討を行い、改良のための試作を行なった。主な検討点は、【i】)122および14.4keVγ線に対する検出効率の改善、【ii】)タイミング特性の改良、【iii】)パイルアップなしに比較的強い線源が使えるよう工夫すること、などであった。種々検討の結果、14.4keVγ線検出には薄いNaI結晶を使用するが、122keVγ線検出器としてはプラスチック・シンチレーターを採用することが最適であると判断して製作にとりかかっている。2.時間分解分析法の応用の検討【^(57)Co】EC壊変の後遺効果研究の対象としてマグネタイトなどのスピネルB位置にCo置換した試料を調製し、現在通常スペクトルを測定している。また、磁性流体、生物起源の磁性微粒子フェリチンを準備し、交番磁界を印加して時間分解メスバウアー測定を行うことを計画している。

電子捕獲などの核壊変に伴う化学的後遺効果やその緩和過程は、時間遅延同時計数法によるメスバウアー効果で研究される。また、光・放射線などの照射によって生成される準安定状態の研究もメスバウアー分光法で行なわれるようになってきた。磁性体や誘電体における秩序過程の研究、ガラス・結晶転移の研究,超微粒子・薄膜・表面の研究にもメスバウアー効果が利用されているが、動的解析が可能になれば研究の飛躍的な進展が期待される。本研究においては、時間分解に適したマルチパラメーター・メスバウアー分光法の確立とその応用を主眼とした。1.時間分解メスバウアー分析器の試作通常のメスバウアー分光法では、データ集積に1次元マルチチヤネル分析器を使用するが、現象の時間変化を観測できない。本研究では、マイコンを事象処理装置とするマルチパラメーター・メスバウアー分光器を試作開発してきた。本装置では、エネルギー変調器のドップラー速度と時間、或いは磁場,湿度などの物理量を事象パラメーターとして透過検出ガンマ線を記録・蓄積し、のちにリスト処理してマルチ・パラメーター・スペクトルを得る。本年度は、分析器への各種パラメーターの取込みインタフェイスの設計・製作およびソフトウェアの整備を行い、試験の結果、メスバウアー分光におけるマルチパラメーター解析が容易に行なえることが分った。2.時間分解分析法の応用動的解析が望まれるメスバウアー測定の一つとして、磁性超微子の研究がある。工業的にも広く利用されている磁性流体は、マグネタイト超微粒子を液体に浮遊させたものである。溶液における微粒子の動的運動、超常磁性は磁場・温度などを動的に変化させて追跡することが有力で、試作装置で研究に着手し、明るい見通しを得た。
触覚受容の分子基盤の解明

動物は外界の状況をさまざまな感覚系で受容する。触覚はその1つであり、何らかのものが皮膚に接触すると、一次感覚ニューロンはその情報を中枢へ送る。本研究では触覚応答をしないゼブラフィッシュ変異体を足がかりに、触覚応答に関与する新規分子を同定し、その機能解析を行った。我々はRNF121というリングフィンガータンパク質が触覚応答に必要であることを見出し、これが小胞体に局在するユビキチンリガーゼであることを発見した。さらに、RNF121が電位依存性ナトリウムチャネルをユビキチン化し、分解系へ仕向けると同時に細胞内輸送を制御することから、電位依存性ナトリウムチャネルの品質管理に寄与することを明らかにした。触覚受容に関わる分子の機能理解を目指し、触刺激応答に異常のあるゼブラフィッシュ変異体の応答をビデオカメラを用いて動画記録し、フレーム解析することで詳細に解析した。触刺激以外の応答として、光に対する応答、音に対する応答、水流に対する応答、マスタードオイルなど刺激物に対する応答も同様に動画記録して、変異体が触刺激に対する応答のみを喪失しているのか、あるいはあらゆる外界刺激に対する応答を喪失しているのかを解析した。また、変異体の責任遺伝子同定を目指し、変異の遺伝的マッピングを行ッた。具体的にはWIKという遠系統のゼブラフィッシュと交配し、次にF1個体同士を交配することでF2世代の変異体を得て、PCRにより変異とリンクする既知のマイクロサテライトマーカー(ゲノム上に218個整備されている)を探索した。1つの変異体の責任領域が第21番染色体上のRNF121領域にマップされることをつきとめ、変異体のRNF121遺伝子をクローニングし、これがRNF121変異体であることを明らかにした。RNF121は膜貫通ドメインを6つとE3ユビキチンリガーゼドメインを1つもつ、小胞体型ユビキチンリガーゼタンパクをコードしていた。触覚受容に関わる分子の機能理解を目指し、前年度に引き続き触刺激応答に異常のあるゼブラフィッシュ変異体の応答をビデオカメラを用いて動画記録し、フレーム解析を行うことで、運動特性を詳細に解析した。また、触刺激以外の刺激に対する応答として、光に対する応答、音に対する応答、水流に対する応答、マスタードオイルなど刺激物に対する応答も前年同様に解析して、変異体が触刺激に対する応答のみを喪失しているのか、あるいはあらゆる外界刺激に対する応答を喪失しているのかを解析した。さらに、変異体の責任遺伝子同定の目的で、変異体のヘテロ個体を遠系統ゼブラフィッシュWIKと交配して、それで得られたF1個体からヘテロ個体を同定してヘテロ個体同士を交配してF2ホモ変異体個体を得て、それらからゲノムを抽出し、ゲノム上に散在する218個のマイクロサテライトマーカーのPCR解析により、変異体とリンクする染色体領域を同定、ナローダウンする実験を進めた。また、前年度に責任遺伝子を同定したRNF121変異体についての解析を進め、遺伝子発現を遺伝的に操作するGAL4-UASシステムを用いてカルシウム感受性蛍光タンパクGCaMPを一次感覚ニューロンであるRohon-Beardニューロンに発現させたトランスジェニックゼブラフィッシュを使い、感覚刺激を与えた時にRohon-Beardニューロンが活動するかをGFP蛍光で可視化する実験を行った。正常個体ではRohon-Beardニューロンが活動することを蛍光観察により見ることができたが、変異体ではRohon-Beardニューロンの活動が見られず、変異体ではRohon-Beardニューロンが刺激受容時に活動しないことが確認された。この結果はユビキチンリガーゼであるRNF121が触覚受容に必要であることと合致しており、変異体では何らかのタンパクの蓄積により触覚異常になると考えられる。前年度は変異体の原因遺伝子としてRNF121を同定したが、本年度はGCaMPを用いたカルシウムイメージングを一次感覚ニューロンであるRohon-Beardニューロンで行った。正常なRohon-Beardニューロンは触刺激に応じて活動電位を発生させることが蛍光シグナルの観察から分かったが、RNF121変異体のRohon-Beardニューロンは触刺激によって活動電位を発生しないことが蛍光観察から確認された。したがって、RNF121変異体が触刺激に応答しないのはたとえばアクチン分子に変異があって筋収縮が起こらないなど運動器に異常があるなどの理由によるものではなく、Rohon-Beardニューロン、つまり感覚ニューロンに異常があることによると確かめられた。これは当初の目的である触覚受容の理解を目指すことと合致するものであり、研究は予定通りの方向に進んでいると言える。神経細胞において活動電位は、まず電位依存性ナトリウムチャネルが閾値電位を超える脱分極によって活性化されることではじまり、これがナトリウムイオンを細胞外から細胞内に透過させ、大きな脱分極を誘導する。次に電位依存性カリウムチャネルが開き、カリウムイオンを細胞内から細胞外へ透過させることで膜電位を低下させる。RNF121変異体では活動電位が発生しないと考えらえることから、変異体では電位依存性ナトリウムチャネルに異常がある可能性が考えられる。しかし、ユビキチンリガーゼであるRNF121が電位依存性ナトリウムチャネルにどう関係するかは現時点では不明なので、今後の研究でこの点を明らかにする必要がある。RNF121がどのように電位依存性ナトリウムチャネルを制御するのかを明らかにすれば、本研究の目的とする触覚受容の分子基盤理解に大きく寄与できると思われる。来年度はRNF121と電位依存性ナトリウムチャネルに注目した解析を進めていきたい。触覚受容に関わる分子の機能理解を目指し、前年度に引き続き触刺激応答に異常のあるゼブラフィッシュ変異体を解析した。

また、前年度に責任遺伝子を同定したRNF121変異体について解析を進め、正常個体ではRohon-Beardニューロンが活動するが、変異体では活動しないことを見出した。Rohon-Beardニューロンを電気生理解析をして、変異体では電位依存性ナトリウムチャネルに異常があり、活動電位を発生しないことを確認した。また、RNF121は小胞体に局在することが分かった。さらにRNF121は電位依存性ナトリウムチャネルNav1.6をユビキチン化して分解を促進することが分かった。電位依存性ナトリウムチャネルはNav1.6以外にScn1bというアクセサリーサブユニットと会合して働くことが知られており、以下の仮説が提唱された。Nav1.6は膜貫通ドメインを24個もつ巨大なタンパクで、タンパク質の折りたたみに異常を起こしやすく、小胞体において一定の確率で折りたたみ異常の不良品となる。RNF121は不良品Nav1.6をユビキチン化し、プロテアソームによる分解へ仕向けるので、正常に折りたたまれたNav1.6だけがゴルジ体へ輸送され、ゴルジ体でNav1.6はScn1bと会合し、細胞膜へ輸送される。しかし、RNF121変異体では不良品Nav1.6が分解されないまま小胞体に蓄積し、これがゴルジ体でScn1bと会合するが、その先細胞膜に輸送されることはなく、ゴルジ体に蓄積することになり、一方でScn1bは不良品Nav1.6に奪われ、結果的に正常に折りたたまれたNav1.6と会合できるScn1bが不足し、Nav1.6を細胞膜へ輸送することができなくなる。このことはRNF121という膜タンパク質がNav1.6に品質管理を行うことを示唆している。この研究は米国科学アカデミー紀要に論文発表された。動物は外界の状況をさまざまな感覚系で受容する。触覚はその1つであり、何らかのものが皮膚に接触すると、一次感覚ニューロンはその情報を中枢へ送る。本研究では触覚応答をしないゼブラフィッシュ変異体を足がかりに、触覚応答に関与する新規分子を同定し、その機能解析を行った。我々はRNF121というリングフィンガータンパク質が触覚応答に必要であることを見出し、これが小胞体に局在するユビキチンリガーゼであることを発見した。さらに、RNF121が電位依存性ナトリウムチャネルをユビキチン化し、分解系へ仕向けると同時に細胞内輸送を制御することから、電位依存性ナトリウムチャネルの品質管理に寄与することを明らかにした。変異体の責任遺伝子として、RNF121を同定できた。この遺伝子は、コードタンパクのアミノ酸配列から小胞体ユビキチンリガーゼと推察されるが、機能は未知であり、なぜこの遺伝子を欠くことで触覚異常が引き起こされるのか、解析が待たれる。本研究から触覚受容の新しい分子基盤の理解が進みそうであり、研究はおおむね順調に進展しているといえる。ユビキチンリガーゼであるRNF121が電位依存性ナトリウムチャネルにどう関係するかを明らかにしたい。
嚥下障害モデル動物を用いた摂食嚥下障害の病態解明

超高齢社会となった現在,脳血管疾患や術後の合併症により嚥下障害を来たした高齢者が増加している.治療には,食物を使用しない間接訓練や食物を使用する直接訓練などをはじめとした理学療法的方法が知られているが,その診断は嚥下造影検査や嚥下内視鏡検査をもとにしたものが中心となっており,より客観的な機能評価が求められている.特に咀嚼などの口腔機能の改善が嚥下運動にいかなる効果をもたらすかを明らかにすることは,歯科医療における嚥下障害の治療に新たなエビデンスを与えるためにも重要である.本研究では,疾患がもたらす摂食嚥下運動への影響やその後の機能回復がもたらす機序を神経生理学的に明らかにすることを目的とする.超高齢社会となった現在,脳血管疾患や術後の合併症により嚥下障害を来たした高齢者が増加している.治療には,食物を使用しない間接訓練や食物を使用する直接訓練などをはじめとした理学療法的方法が知られているが,その診断は嚥下造影検査や嚥下内視鏡検査をもとにしたものが中心となっており,より客観的な機能評価が求められている.特に咀嚼などの口腔機能の改善が嚥下運動にいかなる効果をもたらすかを明らかにすることは,歯科医療における嚥下障害の治療に新たなエビデンスを与えるためにも重要である.本研究では,疾患がもたらす摂食嚥下運動への影響やその後の機能回復がもたらす機序を神経生理学的に明らかにすることを目的とする.
水素吸蔵によるシリコンの転位移動度向上と低侵襲性延性マイクロニードルの開発

水素と欠陥の積極的制御によりシリコン表面の塑性特性の向上を試みた.反応性イオンエッチングにより導入した欠陥に水素を捕捉させ、押し込み試験により塑性特性を評価した.同じ荷重下において欠陥と水素のどちらか一方では押込み深さへの影響はなく,両者が存在する場合のみ,押込み深さが増加する傾向が認められた.また押込み深さを浅くすると欠陥と水素の影響が相対的に大きくなることから,表面近傍のみが塑性変形しやすく,無欠陥のシリコン結晶とは明らかに異なった機械的性質であることが示唆された.初年度は単結晶シリコンへの水素注入方法の探索と吸蔵水素量の定量化について実施した。具体的にはシリコンへの水素注入として、水素プラズマと水中煮沸による2種類の方法を採用し、これら処理で各試料に含有された吸蔵水素量を定量分析するため、昇温脱離分析(TDS分析)と拡がり抵抗測定(SRA)を用い、試料に含まれる水素含有量および表面から侵入した水素の拡散深さをそれぞれ評価した。さらに、ナノインデンテーション法を用いてバーコビッチ型圧子による試料への押し込み荷重と変位の計測して、水素注入した試料と未処理試料の機械的特性を比較し、以下の研究成果を得た。(1)水素プラズマした試料は水中煮沸のものと比べて、表面近傍に含まれる水素含有量が多い傾向がTDS分析により得られたが、SRAには未反応であった。一方で、水中煮沸した試料はTDSとSRAの分析が可能であり、SRAでは試料表面から深さ方向に数μm程度の水素拡散の分布の情報が得られた。これら結果から、水素プラズマと水中煮沸の注入方法の違いによって、試料内部における水素の存在状態の違いが示唆された。(2)同じ押し込み荷重下における押し込み深さについて、水素注入した試料と未処理の試料を比較したところほぼ同じ押し込み深さであった。反応性イオンエッチング(RIE)により試料表面に欠陥を導入した試料に対して水素注入した試料は、RIE処理のみした試料に比べて押し込み深さが深くなる傾向が得られた。このことから、シリコンの変形には水素の存在と試料の欠陥との相互作用に関与することが示唆された。当初計画に従って、シリコンの水素注入の方法として水素プラズマと水中煮沸を実施し、各試料の水素含有量および試料表面からシリコン内部への水素拡散深さの分析方法として、昇温脱離分析と拡がり抵抗測定が有効であり定量化できることを確認した。また次年度の計画予定となる水素注入した試料の機械特性評価について実験着手し、水素と欠陥の存在がシリコンの変形に強く関与することを明らかにした。以上の点から概ね順調に進展していると判断した。平成28年度は、初年度に実施した単結晶シリコンへの水素注入方法の結果に基づき、注入した水素がシリコンの塑性変形に及ぼす効果について評価した。またMEMSプロセスでは反応性イオンエッチング(RIE)により構造体の表面へ欠陥が導入されるため、RIE処理で導入した欠陥と水素がシリコンの塑性変形に及ぼす影響についても評価した。RIE(ON/OFF)と水素注入(ON/OFF)の効果を検証するための試料(4種類、ON/OFFは処理/未処理を意味)を準備し、ナノインデンテーション試験により押込み深さを変えて計測を実施し、以下の研究成果を得た。(1) 4種類の試料に対して押し込み試験を実施した結果、RIE(ON)と水素注入(ON)の試料のみ、未処理の試料に比べて押し込み深さが増加する傾向が得られた。またRIE(ON)と水素注入(ON)の試料の押込み量の変化は、深い押込み試験に比べて浅い押込み試験の方が相対的に大きくなることを確認した。これより、シリコンの表面近傍は、欠陥と水素の相互作用によって塑性変形しやすくなり、バルクの機械特性とは異なる性質であることがわかった。(2) RIE(ON)と水素注入(ON)の試料を500°Cで熱処理して欠陥をアニールアウトさせ、さらに押込み試験を行い、シリコンの塑性変形挙動が未処理試料のものへ変化することを確認した。これにより、(1)の成果の裏付け(欠陥と水素の相互作用がシリコンの塑性変形にとって重要)となる実験結果を得た。(3) TOF-SIMSにより、RIE(ON/OFF)の試料に対して水素注入による水素の深さ方向を分析し、両試料ともに表面から10nm以下の領域で局部的に水素が偏析した分布をもつことを確認した。またRIE(ON)の試料は、RIE(OFF)と比べてより表面近傍に水素が存在した分布であり、表面の欠陥に水素が補足されたことを示唆する結果を得た。当初計画では、シリコンの塑性変形を促進させる要素として水素のみに着目していたが、水素と結晶欠陥との相互作用がシリコンの塑性変形にとって最も効果的であることを本研究によって得た。反応性イオンエッチングによって発生する欠陥の種類や欠陥の存在状態に関して透過電子顕微鏡観察解析等が必要であると考えられるが、最終年度の目標として掲げたダクタイルシリコンニードルの設計・開発にとって重要な指針と実験結果が得られており、おおむね順調に進展していると判断した。最終年度は、単結晶シリコンのナノ・マイクロ構造体の塑性変形に及ぼす水素の影響について評価した。構造体はマイクロニードルへの応用を想定した柱状のピラー構造として、ナノ・マイクロサイズのシリコンピラーの作製方法について検討を行った。シリコンピラーへの水素の導入は、前年度に習い水素プラズマを用いた。ピラーの塑性変形は、走査型電子顕微鏡内に設置したナノインデンターの圧縮試験により評価した。

また繰返し負荷を与えたシリコンの結晶状態を透過型電子顕微鏡や電子線誘起電流法による観察手法で評価し、シリコンへの負荷と結晶すべりとの関係について調査した。以下に研究成果を示す。1)直径500nmおよび1μmサイズのシリコンピラーの作製を目標として、リソグラフィと反応性イオンエッチング(RIE)による方法および集束イオンビーム(FIB)加工を試みた。RIE加工では垂直性をもったナノ・マイクロサイズのピラーの製作は困難であった。一方、FIB加工において目標サイズのピラーの製作方法を確立した。2) FIB加工で製作したシリコンピラーに水素プラズマ処理を施し、フラットパンチ圧子を装着したナノインデンターを用いてピラーの圧縮試験を行った。水素プラズマ処理したピラーは、未処理のピラーと比較して小さな荷重で降伏しやすい、すなわち水素によりシリコンの転位の移動障壁のエネルギーが下がる結果が得られた。3)湿潤環境下で繰返し負荷を与えたシリコンの結晶状態を電子線誘起電流法(EBIC)および透過型電子顕微鏡(TEM)により観察し、EBICでは繰返し負荷に伴う欠陥の成長過程の可視化画像、TEMでは結晶のすべりの痕跡の観察結果が得られたことから、特定の環境と力学的条件下がシリコンの塑性変形に寄与する知見が得られた。水素と欠陥の積極的制御によりシリコン表面の塑性特性の向上を試みた.反応性イオンエッチングにより導入した欠陥に水素を捕捉させ、押し込み試験により塑性特性を評価した.同じ荷重下において欠陥と水素のどちらか一方では押込み深さへの影響はなく,両者が存在する場合のみ,押込み深さが増加する傾向が認められた.また押込み深さを浅くすると欠陥と水素の影響が相対的に大きくなることから,表面近傍のみが塑性変形しやすく,無欠陥のシリコン結晶とは明らかに異なった機械的性質であることが示唆された.塑性変形の過程の基礎的性質を理解するため、水素チャージしたシリコンを走査型電子顕微鏡内でナノインデント試験を実施し押し込み荷重-変位曲線の関係から不純物濃度と非拡散性水素に対するシリコンのヤング率、硬度、塑性指数の機械特性を定量的に評価する。次に水素吸蔵したシリコンの塑性変形の基礎過程を転位機構の観点から理解し、知識の確立を試みる。シリコンは結晶構造が共有結合のため、その変形は特定のすべり面、すべり方向に沿って優先的に進行し、強度と変形量に著しい違いが生じる。この特徴はシリコンが変形時のすべり面、方向の影響を定量的に解明する上で格好の材料であることを意味する(Siのすべり系はfcc金属と同じ(111)面、<110>方向)。そこで水素吸蔵シリコンの塑性変形特性の転位機構を把握するため、面方位の異なるウエハに関して先と同様にSEM内ナノインデント試験を実施し、変形速度、すべり面・方向をパラメータして、その降伏強度の定量化を行う。また押込み試験に伴う転位の導入と分布を半導体結晶欠陥評価技術であるEBIC(Electron B eam Inuduce Current)観察、名古屋大学超高圧電子顕微鏡施設のTEM (Transmittion Electron Microscopy)観察による結晶欠陥解析を併用し、結晶の塑性変形機構を解明する。
教師の心理・学校経営・教育行政に基づいた包括的な教師のメンタルヘルスの確保

本研究計画は教師個々人の健康自己防御力と能力開発の課題、学校経営を通して行う支援、教育行財政による環境整備の3つの側面から教師のメンタルヘルスを包括的に改善するための議論を行った。参加者も教育経営学、教育行政学、心理学といったそれぞれの専門性を有しており学際的な議論を行っている。実証性も量的調査研究と質的調査研究を交互に積み重ねて検討と発表を繰り返している。特に従来のメンタルヘルスの枠を超え、「教職生活全体を通じた」健康と能力形成、教育振興への貢献を積み重ねる教職キャリアという概念の提案を行っている。【25・26年度の申請目的と24年度までの状況】25・26年度は先行研究レビューとともに独自の新規調査の実施を行い,本研究計画表題である教育行政と学校経営,教師個人それぞれに向けた改善提案を科学的根拠と学術的公表につなげていく期間として提示している。24年度中に査読誌『学校メンタルヘルス』においてレビュー論文と教師ストレスに関する展望の共著論文を発表するなどの成果を上げ,1年間に『教職員ストレスチェッカー』システムを通して2000人分の新規データを確保を果たしている。【25年度実施・成果の状況】2013年度は2県,2区の自治体より『教職員ストレスチェッカー』システムを通して合計5000超の教師の職業ストレス過程データの確保に成功し,このうち縦断的データとしては1県の3年にわたる1800超および1区の2年にわたる1000超のデータの確保に成功した。これにより世界的にも珍しい教師ストレスのパネルデータを大量に確保することに成功した。また,教師のキャリアに関する振り返り自由記述データも600超を確保している。また,現在このような問題が放置されている教職の一部である保育者に関する検討も始めたこは本研究の領域面での大きな進展のひとつである。調査研究の発表も順調に進み共著査読誌寄稿論文2部,非査読論文寄稿論文3部を発表し,平成26年3月現在掲載決定の査読誌寄稿論文もこれより別に2部存在する。これにより科学研究費補助金申請書面における教職員ストレスに関する問診調査データと電話相談データ,教員研修用キャリア自己分析データをそれぞれ複数の分析視点で論文として発表を完了したこととなる。また,25年夏には本研究計画代表者のホームページも開設し,学会等の著作権を侵害しない自らの学会発表配布資料等を中心に公開を始めている。【24年度の申請目的・実施計画】平成24年度科学研究費助成事業交付申請時点の研究計画では(1)教職員ストレス問診量的・質的データの分析・発表の開始,(2)教師のメンタルヘルス・キャリアに関連した研究200部の蓄積とショートレビューの研究者間共有(既存保管分を含めて合計500部超)の2点が平成24年度に実施事項であった。共同研究者5名および連携研究者2名(妹尾渉国立教育政策研究所主任調査官,波多江俊介九州大学大学院博士課程院生)の貢献のおかげで後述するような研究業績の確保がなされた。【24年度の実施状況・成果状況】具体的には,(1)「教師ストレス・メンタルヘルス」研究を超えて「教師のキャリア」という研究概念の提案が各学会発表(日本教育経営学会と日本教育行政学会での共同発表など)での議論および査読誌採択までの過程を通して「妥当である」と認定されつつある。(2)研究者間共有のショートレビューのリスト化(Microsoft社Skydriveで共有)は論文547部分を達成しており平成25年度には本格的なレビューの発表(日本教育心理学会自主シンポジウム話題提供等)と論文投稿の準備中である。また,ストレス性疾患の治療・予防に限った側面では平成24年度中に査読誌(『学校メンタルヘルス』)掲載を果たしている。このほかにも計画以上の成果として『九州教育経営学会』(査読誌)において管理職に絞ったストレス性精神疾患指標(バーンアウト)のメカニズムに関する研究が掲載されており,これは管見の限り国内初の査読誌掲載学校管理職のストレス研究である。量的データの源である『教職員ストレスチェッカー』(産学連携のシステム)も24年度に4000部以上のデータ増強と2000名を超え,同一教師の縦断的回答データも得られている。これらを原動力に25年度より独自の調査研究とシステム開発の議論につなげる予定である。本科研を申請した2011年度の時点での教育心理・教育学研究上の実績において、「教師のメンタルヘルス」とは教師の精神疾患の予防やストレスのメカニズムに関する議論に限られていた。しかし、広く医療、福祉、職業・労働・キャリア研究において「メンタルヘルス」とはストレス性の病気の治療・予防(精神衛生)に加えて、充実した職業・私生活を過ごし、将来に対しても見通しを持つことまでを意味している。そのため、本科研の申請上の目的は教師個人と学校経営、教育行政それぞれに対し、教師の精神衛生とともに生活やキャリアの充実までを質・量それぞれの実証的根拠をもとに分析し、提案を行うことまでを目的とした。

平成18年より継続収集中のストレッサー・キャリア適応力・バーンアウト調査(約70項目の量的調査)が平成26年度末の時点で教諭2万超、管理職3千超、養護教諭千5百超、指導主事6百超(いずれも実数)にまで収集できた。また、本科研助成費用により協力自治体に報告と議論を平成2426年度で計12回行うことができている。また、ストレス・キャリアに関する自由記述データも3年間で820部確保し、人事異動を中心に分析を行っている。本科研助成により想像以上に豊富なデータが確保できたため、「教師のメンタルヘルス」の議論は「教師」という総体の議論よりも学校種・職種・職位に分けて詳細な分析検討ができるようになっている。3年間ですでに研究成果をあげているもにについては、管理職(各学校種の校園長、副校園長、教頭を含む)、養護教諭、保育者(幼稚園教諭・保育士さらに園長等)に分けた報告をおえている。また、教師に関する比較群として教育(学校)事務職員に関する検討も一定程度議論を行っている。さらにストレス性疾患の治療者である医師・臨床心理士とも議論の機会を設け、精神衛生とは別の職業上の充実化課題について提案と批判、議論を完了している。教育経営学【24年度までの達成状況】本研究計画の実施状況報告書(平成24年度)においては「当初の計画以上に進展している」との自己評価を行ったがこれはデータ収集および既確保データの発表が査読誌発表(『日本教育経営学会紀要』など)を含めた論文として世に出すことに成功しつつ,25年度計画であった先行研究レビュー等が前倒しで行われたことによる。【25年度の達成状況】25年度については日本教育心理学会自主シンポジウムに話題提供で参加するなど学校経営・教育行政以外の分野においても議論を深めることができた。また,査読誌2部(いずれも『九州教育経営学会紀要』)の発表と,査読誌2部の採択(『日本教育経営学会紀要』『九州教育経営学会紀要』いずれも26年度夏公刊予定)などの成果を上げている。これに26年度予定のホームページを前倒しで開設し成果公表状況は順調な進展状況であると考える。データ収集においても同一人物の繋がりを持った縦断的データが3年分のもの1800超,2年分のもの1000超のものが確保できている。また,従来の『教職員ストレスチェッカー』システムに自治体要望の新規質問項目の検討を導入したため,別の角度からのデータの補強が進みつつある。このような状況でデータ収集状況については期待以上の成果を上げつつある。しかしながら,縦断的データの分析に関するいわゆる「パネルデータ」の分析手法について主に分析スキルの未熟から未だ十分な分析を行いきれていない。加えて研究対象者の教職に保育者という従来研究上あまり注目してこなかった下位職域を加えたことなどから,本研究計画表題でもある教師・保育者個人と学校・園経営,教育行政それぞれへの提言を行うための根拠ある議論・研究成果蓄積が未だ不十分である。これら想定以上の成果と新たに生じた課題を相互的に判断し「概ね順調」と自己評価することとした。
分子シミュレーションによる流体の相分離ダイナミクスの研究

相分雑している流体系に流動が加えられると流体のドメイン構造が流動により大きな変形を受け,ドメイン構造の変化が流体のレオロジーにも影響する.本研究では,相分離している2成分流体に及ぼすせん断流の影響を分子動力学シミュレーションによって調べた。この場合共存する2相を隔てる界面の存在によって,流体力学的な効果が非常に重要となる.現在のところシステムサイズと計算時間の兼ね合いから2次元のLennard-Jones流体を取り扱っている.今回のようなミクロなモデルを用いる最大の利点は,流体力学的な効果が自然に取りこまれることにある.せん断流を与えながら長時間シミュレーションを行ない,まずせん断流下で相分離する流体のドメインの構造について調べた.その結果,引き延ばされたドメインの特徴的な「幅」はせん断に対しおよそ1/3の指数を持って減少することが示された.さらにせん断が相分離の特徴的な成長率より速い「強せん断」の領域ではせん断流下の定常状態でドメインは流れの方向に大きく引き延ばされて,ストリングのように細長くつながることがわかった.このようなドメインのストリング構造は,低レイノルズ数の高分子混合物では観察されていたが,高レイノルズ数の低分子混合物に対しては今回のシミュレーションではじめてその存在が確認された.次にせん断流でのレオロジーについて調べたところ,界面の効果による過剰粘性率は著しい非ニュートン性を示し,せん断に対しおよそ指数1/2で減少するという結果が得られた.相分雑している流体系に流動が加えられると流体のドメイン構造が流動により大きな変形を受け,ドメイン構造の変化が流体のレオロジーにも影響する.本研究では,相分離している2成分流体に及ぼすせん断流の影響を分子動力学シミュレーションによって調べた。この場合共存する2相を隔てる界面の存在によって,流体力学的な効果が非常に重要となる.現在のところシステムサイズと計算時間の兼ね合いから2次元のLennard-Jones流体を取り扱っている.今回のようなミクロなモデルを用いる最大の利点は,流体力学的な効果が自然に取りこまれることにある.せん断流を与えながら長時間シミュレーションを行ない,まずせん断流下で相分離する流体のドメインの構造について調べた.その結果,引き延ばされたドメインの特徴的な「幅」はせん断に対しおよそ1/3の指数を持って減少することが示された.さらにせん断が相分離の特徴的な成長率より速い「強せん断」の領域ではせん断流下の定常状態でドメインは流れの方向に大きく引き延ばされて,ストリングのように細長くつながることがわかった.このようなドメインのストリング構造は,低レイノルズ数の高分子混合物では観察されていたが,高レイノルズ数の低分子混合物に対しては今回のシミュレーションではじめてその存在が確認された.次にせん断流でのレオロジーについて調べたところ,界面の効果による過剰粘性率は著しい非ニュートン性を示し,せん断に対しおよそ指数1/2で減少するという結果が得られた.
超分子ナノ結晶を用いる柔軟な光機能材料の創成

有機結晶は基本的特性は優れていても、単結晶は成形加工の問題があるため、光機能材料への実用化に至っていない。そこで本研究においては発想を転換し、ナノサイズの結晶を作り、これをゲルなどと複合化することにより、薄膜化、表面コーティングは勿論、折り曲げ自由で生体にも使用できるような柔らかい光機能材料の開発を最終目標として研究を行った。本研究はナノ結晶がないと始まらないが、有機ナノ結晶の作製方法についてはまだ確立されているとは言えないので、ナノ結晶の作製法から検討を開始した。用いた方法は、基質溶液を、その基質は溶解しない溶媒に加え、基質溶液の溶媒を吸収させることにより結晶を析出させる、液体乾燥法(溶媒吸収法)である。まずポルフィリンについて溶媒の種類、濃度、温度、撹拌方法、熟成時間などのパラメーターを変えて検討した。その結果、-30°Cに冷却したエタノールと水の1:1溶液に、テトラフェニルポルフィリンのジクロロメタン溶液を撹拌しながら滴下し、10分後にろ過することにより、100200nmの微結晶を得た。次に、私達の開発したアミノピリジン-ベンゼンスルホン酸系の非線形光学結晶については、両成分を含むメタノール溶液を、-10°Cのベンゼンと四塩化炭素の1:1溶媒に撹拌しながら滴下し、すぐにろ過することにより、1μm程度の微結晶を得た。また、強い青色蛍光を示すピリジルベンズイミダゾール系の化合物については、-30°Cのシクロヘキサンとデカリンの1:1溶媒に、N-メチルピロリドン溶液を、超音波を照射しながら滴下し、すぐにろ過することにより、サブμm程度の微結晶を得た。一方、フレキシブルな複合体を作るための媒体として、イソプロピルベンゼン系ゲル、ピリジルベンズイミダゾール系の蛍光性ゲルを創製した。これらゲルの微細構造を走査型電子顕微鏡により観察したところ、繊維状などの多様な構造が明らかとなった。