hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マルチパラメトリックMRIを用いた前立腺癌の腫瘍悪性度の非侵襲的評価法の確立

その結果、腫瘍の増大を予測する因子として平均ADC0-10パーセンタイル値が最も高い識別感度とAUCを示した。さらにADCヒストグラム解析の時に得られた腫瘍の体積の治療前後の変化率は、その後の悪性度の変化と関連していた。したがって本研究によってPSA監視療法を行っている前立腺癌症例に対する拡散強調像の定量評価と連続した前立腺マルチパラメトリックMRI検査の役割が支持された。この研究成果を京都で開催された第106回日本泌尿器科学会総会で発表し、多くの研究者からの支持を得た。1.5T装置を用いた後ろ向き研究は、画像・病理解析が終了した。3T装置を用いた横断研究は、拡散強調像のモデル、定量評価方法およびPSA監視療法への応用に関する解析および論文執筆が終了している。ただし還流画像から得られる薬物動態パラメータの解析が遅れている。MRIで偽陰性となる前立腺有意癌の臨床病理学的な特徴の多角的解析【方法】対象は前立腺全摘前に前立腺マルチパラメトリックMRI (mpMRI:T2強調像、拡散強調像、造影ダイナミック)を受けた前立腺癌95症例(139前立腺有意癌)。二名の放射線科医がProstate Imaging Reporting and Data System Version 2(PI-RADS v2)を用いてMRI画像を評価した。検討項目は、PI-RADS v2の腫瘍検出能、総合的なマルチパラメトリックMRI法(oMRI:3つの撮像法の中の一つでも陽性所見があれば癌と診断)および造影ダイナミックで検出される腫瘍と検出されない腫瘍の臨床病理所見の比較であった。【結果】PI-RADSカテゴリー3以上を陽性とした場合の前立腺有意癌の腫瘍検出能は、72.1%(98/136病変)であった。oMRIは、PI-RADS v2で偽陰性であった病変の61.1%(22/36病変)を検出することができた。それらの中で特に造影ダイナミックは14病変を拾い上げることができた。oMRIで検出できない17病変は検出可能な118病変に比して、PSAおよびD'amico risk classificationが有意に低く、拡散強調像の見かけの拡散係数が有意に高かった(P≦0.048)。造影ダイナミックで検出される腫瘍(89病変)は検出不能な腫瘍(118病変)に比して、PSA、腫瘍サイズ、グリーソンスコア(GS)およびGS3+4以上の腫瘍の割合が有意に高く、ADCが有意に低かった(P≦0.046)【結論】PI-RADS v2の前立腺有意癌の腫瘍検出能は、従来法であるoMRIに比して低かった。oMRIにおいて偽陰性となる病変の特徴は、小さい、低リスクおよび低い細胞成分であった。造影効果を伴う腫瘍はサイズが大きく、悪性度が高い傾向があった。今後は3.0T装置を用いた横断研究に向けて研究対象症例の募集およびデータ収集を行い、また潅流画像の画像解析方法にも慣れ、予定通り画像・病理解析およびデータ解析を行う予定である。今後は灌流画像の画像解析を行い、予定通り前立腺癌の悪性度の評価におけるマルチパラメトリックMRIの総合的な評価を行う予定である。
有限要素解析による管フランジ継手からの内部流体漏洩量評価手順の検討

本研究の最終的な目的は,管フランジ継手からの内部流体の漏洩量を,有限要素法を用いた構造解析から見積もる手順を確立することである.本年度は,確立した管フランジ継手の有限要素解析を応用し,漏洩特性に対して重要となる組立て過程におけるボルト締付け手順の評価に関する研究を進めた.その結果,これまで企業や現場独自の手順が用いられていたボルト締付け手順に対して,統一的な指針を作成するための考察を行い,効率的かつ簡便な手順を提案した.また,ボルトの締付けは通常トルクを指針として行われるため,ボルトの締付け軸力にばらつきがある場合の管フランジ継手の締付け特性を,有限要素法を用いて評価した.漏洩の観点からは,まず実際の管フランジ継千からの漏洩特性を評価することを目的とし,漏洩実験と有限要素解析の結果を比較した.解析の妥当性は,フランジをボルトで締付けることにより生じるフランジローテーシヨンを実測し,解析結果と比べることによって確認した.フランジローテーションを強制的に変化させ,ガスケット応力を分布させることを目的として,ガスケット幅およびフランジ厚さを変化させた.以上の結果より,管フランジ継手からの内部流体の漏洩量は,分布するガスケット応力の最大値に強く影響されることを明らかにした.このため,通常ガスケットの漏洩試験として行われている平板間での均一なガスケット応力下における評価では,実際の漏洩量を精度良く見積もることが困難であることを指摘した.本研究では,管フランジ継手からの内部流体の漏洩量を精度良く予測する手順を提案することを目的としている.本年度は,管フランジ継手の三次元有限要素解析手法を確立した.管フランジ継手は非常に複雑な三次元構造物であり,さらに非常に剛性が低く,圧縮特性において強い非線形挙動を示すガスケットを使用するため,その特性評価は困難である.本解析手法では,管フランジ継手を効率的にモデル化し,ガスケットの非線形挙動を一次元ガスケット要素として導入した.そして,管フランジ継手の内圧および曲げモーメント負荷試験を行い,ボルト軸力変化を測定することにより解析手法の妥当性を確認した.また,管フランジ継手の漏洩特性に重要な影響を与える組立て過程に着目した.管フランジ継手の組立て過程におけるボルト締付け手順について有限要素解析による体系的な評価を行った.管フランジ継手は,多数のボルトにより締結されており,通常ボルトは1本ずつ締付けられる.この時,ボルトの軸力は互いに相互作用を生じ,締付け作業完了時に均一な軸力状態を達成することは非常に困難である.評価の結果,ボルトを時計回りにかつ作業の初期段階から高い締付け力で締付け作業を行うと,少ない労力で高い達成度が得られることを確認した.また,均一な軸力状態を達成するための締付け作業回数は管フランジのサイズによって異なるが,この回数を有限要素解析により明確にし,実際の作業現場における明確な作業指針を確立した.通常,ボルトはトルクを指標にして締付けられることが多いが,ねじ面とナット座面の状態によりボルトの締付け軸力はばらつくことが知られている.この個々のボルトの締付け軸力にばらつきがある場合を考慮し,管フランジ継手の締付け特性を評価し,個々のボルトの締付け軸力のばらつきと,多数のボルトにより管フランジ継手を締付ける場合の弾性相互作用によるばらつきの相互関係を明らかにした.本研究の最終的な目的は,管フランジ継手からの内部流体の漏洩量を,有限要素法を用いた構造解析から見積もる手順を確立することである.本年度は,確立した管フランジ継手の有限要素解析を応用し,漏洩特性に対して重要となる組立て過程におけるボルト締付け手順の評価に関する研究を進めた.その結果,これまで企業や現場独自の手順が用いられていたボルト締付け手順に対して,統一的な指針を作成するための考察を行い,効率的かつ簡便な手順を提案した.また,ボルトの締付けは通常トルクを指針として行われるため,ボルトの締付け軸力にばらつきがある場合の管フランジ継手の締付け特性を,有限要素法を用いて評価した.漏洩の観点からは,まず実際の管フランジ継千からの漏洩特性を評価することを目的とし,漏洩実験と有限要素解析の結果を比較した.解析の妥当性は,フランジをボルトで締付けることにより生じるフランジローテーシヨンを実測し,解析結果と比べることによって確認した.フランジローテーションを強制的に変化させ,ガスケット応力を分布させることを目的として,ガスケット幅およびフランジ厚さを変化させた.以上の結果より,管フランジ継手からの内部流体の漏洩量は,分布するガスケット応力の最大値に強く影響されることを明らかにした.このため,通常ガスケットの漏洩試験として行われている平板間での均一なガスケット応力下における評価では,実際の漏洩量を精度良く見積もることが困難であることを指摘した.
軟X線磁気旋光分光の研究

本研究では、多層膜を用いて軟X線ファラデー回転測定をまず放射光光源で手軽に行なえるようにし、かつこの測定が放射光を用いた磁気円二色性(MCD)測定よりもより磁性体のバルクの性質を与えることを示すことと、ファラデー回転測定を実験室でも可能にすることを目的とした。初年度はファラデー回転測定装置を製作し、組立・調整を行なった。直線偏光の生成および偏光回転の測定には、開発した透過型および反射型のAl/YB_6系多層膜偏光子と検光子(5070eV)を用いた。磁場発生装置にはSm-Co系永久磁石を用いた。装置全体を真空容器の中に収め、ターボ分子ポンプで排気した。次年度は、まず最初に分子科学研究所の放射光施設(UVSOR)において、ファラデー回転測定を行なった。偏光子として透過型多層膜を用い、分光器の後の直線偏光度を向上させ、NiのM_<2,3>、CoのM_<2,3>およびCo/PtのCoのM_<2,3>とPtのN_<6,7>吸収端付近で測定を行なった。Niで得られたファラデー回転角(室温)は、これまで全光電子収量法により測定されたMCD(140K)を解析して得られた値に比べて大きかった。したがって本研究で得られた磁気光学効果の値の方が従来の結果よりも酸化などの表面状態の影響を受け難く、よりバルクの性質を反映していると考えられ、この方法の有用性が実証された。さらにレーザー誘起プラズマ光源を用いた分光系において偏光子として反射型多層膜を用い、ファラデー回転測定を実現した。これは実験室で磁気分光実験を可能とした世界で最初のものである。放射光を用いたNiの結果については、第12回真空紫外線物理学国際会議で報告した。実験室光源を用いたファラデー回転の実験については、目下投稿準備中である。今後、この2年間で測定できなかった試料を順次調べていく予定である。本研究の目的は、軟X線多層膜を用いて磁性体の磁気旋光、特にファラデー回転を実験室でも可能とする装置を開発し、この測定結果とこれまでの放射光を用いた磁気円二色性によって得られた結果との無矛盾性を確証し、磁性体の電子構造の研究手段としての有用さを実証することである。測定領域は50-120eVである。本年度は主として磁気旋光測定装置を製作し、組立・調整を行った。磁気旋光測定装置は、光軸に対して平行な磁場を磁性体薄膜試料に印加し、軟X線直線偏光をこれに入射させ、透過光の偏光面の回転を測定する装置である。磁場発生装置には我々がすでに別の用途で利用したSm-Co系永久磁石を用いた。これは、小型かつ電力不要という利点を持っている。直線偏光の生成および偏光回転の測定には、それぞれ上記の軟X線多層膜を光軸に対して約45°傾けて置いた偏光子と検光子を用いた。その角度は測定波長に応じて45°のまわりで微調整することができ、さらに検光子をパルスモーターで駆動して光軸の回りに回転させ、その回転角に対する透過量の変化から磁気旋光の角度を得ることができるものである。光強度の測定には軟X線検出器(MCP)を用いた。本装置を製作するために軟X線検出器等を購入した。また、本装置は軟X線用であるため全体を真空容器の中に収める必要があるので、ステンレス容器を製作し、排気系としてターボ分子ポンプを購入した。現在真空テスト等を行い、次年度からの本格的実験に備えている。なお、反射型および透過型のAl/YB_6系多層膜偏光子・検光子の開発も進めた。

これは実験室で磁気分光実験を可能とした世界で最初のものである。放射光を用いたNiの結果については、第12回真空紫外線物理学国際会議で報告した。実験室光源を用いたファラデー回転の実験については、目下投稿準備中である。今後、この2年間で測定できなかった試料を順次調べていく予定である。本研究の目的は、多層膜を用いて軟X線ファラデー回転測定をまず放射光光源で手軽に行なえるようにし、かつこの測定が放射光を用いた磁気円二色性(MCD)測定よりもより磁性体のバルクの性質を与えることを示すことと、ファラデー回転測定を実験室でも可能にすることである。10年度は、前年度製作した測定装置を用い、ファラデー回転の実験を室温で行なった。測定試料として、Ni薄膜(Alの酸化防止膜のあるものとないもの)、Co薄膜およびCo/Pt多層膜をマグネトロンスパッタ法、イオンビームスパッタ法および抵抗加熱法によって製作した。そのためのターゲット材などを購入した。基板として銅メッシュに裏打ちされたコロジオン膜を用いた。まず最初に分子科学研究所の放射光施設(UVSOR)において実験を行なった。偏光子として透過型多層膜を用い、分光器の後の直線偏光度を向上させ、NiのM_<2.3>、CoのM_<2.3>およびCo/PtのCoのM_<2.3>とPtのN_<6.7>吸収端付近(5070eV)で測定を行なった。Niで得られたファラデー回転角は、これまで140Kで測定されたMCDのデータをクラマース・クローニヒ解析して得られたものに比べて大きかった。このことより本研究で得られた磁気光学効果の値の方が全光電子収量法によるMCDで得られた値よりも表面状態(酸化など)の影響を受け難く、よりバルクの性質を反映しているものと考えられ、この方法の有用性が実証された。この成果については、第12回真空紫外線物理学国際会議(VUV-12)で報告した。さらに実験室のレーザー誘起プラズマ光源全用いた分光系において、偏光子として反射型多層膜を用い、ファラデー回転測定を実現した。これは世界で最初の試みであり、S/N比は劣るが放射光光源を用いなくても磁気分光の実験が可能となった。この成果については目下投稿準備中である。
変異株を用いた転写制御因子GATAの分解制御の機構

特異的蛋白の分解経路にかかわる因子を遺伝学的に解析することを目指し、ブラストサイジンデアミナーゼ(BSD)遺伝子のプロモーターにGATA-6の結合配列を2個直列につないだ発現プラスミドを構築した。この発現プラスミドを導入したCHO-K1細胞では、GATA蛋白質依存的にBSDを発現し、BS耐性になる。しかしジブチリルcAMPを添加するとGATA-6が分解し、BS耐性が消失する。この細胞にアルキル化剤による変異導入を行い、ジブチリルcAMPが存在しても生育できる変異株細胞を分離5種分離した。これらの細胞では、ゲルシフト法およびウエスタンブロッテイング法によってGATA-6がcAMP存在下に分解しなかった。そこで、これら細胞を用いて、細胞内分解経路(すなわちcAMPからプロテアソームにつながる経路)にかかわる因子を明らかにすることが可能になった。細胞質のプロテアソーム活性測定系や二次元電気泳動による細胞内蛋白質の移動度検定系を構築した。また、GST融合蛋白質として、GATA-6を大腸菌に発現させ精製し、細胞質画分添加による試験管内蛋白分解系の構築も行った。この系により、ジブチリルcAMP処理した細胞の細胞質画分が融合蛋白質の分解を促進した。これらの系を用いて変異株の性状を解析しつつ、変異遺伝子の同定を進めることが可能になった。また、一つの変異株細胞では、cAMPが存在しないときのプロテアソーム活性が低く、少なくとも初期のねらいに沿った変化が変異株に起きていることが明らかになった。
オオムギの芒が葉に転換する変異体の遺伝生理学的解析

イネ科に固有の器官である穂先の針状突起である芒は、葉が変化して生じた器官とみられる。芒は種子を鳥獣から保護したり、光合成を行い収量に貢献するなど、重要な役割を担う。本研究は、オオムギの芒が葉に先祖帰りした、珍しい突然変異体(leafy lemma)を解析する。この変異体を利用し、芒から葉への形態変化に働く遺伝子を特定し、その分子機構を明らかにする。得られた結果を総合し、イネ科だけで、芒という器官が進化的に生じた機構を解明することを目指す。さらに、芒を光合成に最適な形態に改良し多収性オオムギ品種の作出への応用を目指す。
G1サイクリンを標的とした長期放射線被ばくマーカーの同定と有効な放射線療法の確立

放射線治療では、照射休止期の放射線傷害からの回復を利用し、正常細胞への放射線被ばく影響を軽減している。このため、一般的な放射線治療は、分割照射を用い、毎日2Gyの放射線を約1月間にわたり照射するスケジュールからなっている。放射線治療においては腫瘍細胞の放射線耐性、がんの再発は解決すべき難問であり、より有効な放射線療法を確立するには、放射線耐性の分子機構を解明することが必須である。本研究では放射線耐性の獲得に必要な遺伝子の同定を目的とし、放射線分割照射の放射線応答の解析を行なった。我々はヒト肝がん細胞株HepG2に0.5GyのX線を12時間おきに一月間照射し、長期分割放射線被ばく株を作製した。これまでの解析から長期分割放射線被ばく株では、DNA合成期(S期)への進行を司るサイクリン依存性リン酸化酵素(CDK)の補酵素サイクリンD1が過剰発現し、CDKを活性化することを明らかにした。サイクリンD1の分解はグリコーゲン合成酵素リン酸化酵素-3β(GSK-3β)により制御されている。しかし、長期分割放射線被ばく株では恒常的にGSK-3βが不活性化され、分解が抑制されていることで、サイクリンD1が過剰発現している。長期放射線被ばく株ではCDKが活性化していることから、10Gyの急性照射後、CDKの抑制が観察されず、細胞がS期へ進入する。このことから、細胞周期チェックポイント機構が正常に機能しないことが示唆される。また、長期放射線被ばく株は2Gyの放射線に対し抵抗性を示し、それがサイクリンD1の過剰発現に起因することを明らかにした。以上の結果より、サイクリンD1を分子標的し、長期分割照射によるサイクリンD1の過剰発現を抑制することで、腫瘍細胞の放射線耐性の獲得を抑えたより有効な放射線療法の確立が期待される.放射線治療では、照射休止期の放射線傷害からの回復を利用し、正常細胞への放射線被ばく影響を軽減している。以上の結果より、サイクリンD1を分子標的し、長期分割照射によるサイクリンD1の過剰発現を抑制することで、腫瘍細胞の放射線耐性の獲得を抑えたより有効な放射線療法の確立が期待される.
β2ミクログロブリンアミロイド線維の構造モデル構築

アミロイド線維は不均一な超分子複合体であり、固体NMR信号の分散が悪い。特に本研究の対象であるβ2ミクログロブリン(β2m)はアミノ酸残基数も多く非常に不均一な線維であるため信号帰属が非常に困難である。構造解析に耐えうる良好なスペクトルを得るためには構造的に均一なアミロイド線維試料の作製が不可欠であり、初年度はスペクトルの向上を目指した試料調製を集中しておこなった。その結果非常に良好なスペクトルを再現よく得られることが可能となり、最終年度ではアミロイド線維コア領域の8割以上の信号帰属を達成した。立体構造計算をする上で重要となる分子間距離情報を分子内距離情報と分けて取得するために、13C同位体ラベルβ2mと2H,15N同位体ラベルβ2mの混合線維を用いた分子間NHHC測定をおこない、距離情報の取得をおこない、構造計算をおこなった。さらに、近年目まぐるしい発展を遂げているクライオ電子顕微鏡の測定もおこなった。それぞれの手法による解析から確からしい構造モデルの構築に近づきつつある。また、最近の世界的なアミロイド線維構造解析の進捗状況は試験管内でアミロイド線維ができやすい条件で作製したサンプルから、より生体条件に即した、患者体内からの試料をもとに作製したサンプルが用いられるようになってきている。そのため、本研究でもより生理条件に近いサンプルの構造解析を目的として、生体サンプルからNMRサンプルを増幅させること計画し、実験準備と条件検討をおこなった。残念ながら研究課題期間中の構造モデルの発表までには至らなかったが、基礎となるデータの取得と解析はほぼできており、近いうちに生体条件に近いアミロイド線維の構造を詳細かつ正確にモデル構築し発表する予定である。アミロイド線維は高分子複合体であったり、不均一性であることが原因で固体NMR信号の分散が悪い。特にβ2ミクログロブリン(β2m)はアミノ酸残基数も多く非常に不均一な線維であるため信号帰属が非常に困難である。そこで、今年度はNMR構造解析に耐えうる良好なスペクトルを得るためのサンプル作製の条件検討をおこなった。いくつかの溶液条件や、撹拌条件、あるいは線維継代条件などを検討し、実際に同位体ラベルを施したアミロイド線維のNMRサンプルを準備した。これらのサンプルのNMRスペクトルを比較することで、従来条件より格段に良好なスペクトルが得られる条件を探し出し、様々な同位体ラベルサンプルを作成するための基盤となる複数のサンプルを再現性良く作ることが可能となった。そこで、信号帰属に必要な種々の同位体ラベルサンプルや、距離制限情報を取得するための同位体サンプルを作成した。そのため、本研究でもより生理条件に近いサンプルの構造解析を目的として、生体サンプルからNMRサンプルを増幅させることを試みた。立体構造計算をする上で重要となる分子間距離情報を分子内距離情報と分けて取得するための方法に分子間NHHC測定がある。より確実に分子間のみの情報を得るために本研究では13C同位体ラベルβ2mと2H,15N同位体ラベルβ2mの混合線維を用いる。今年度はこれら2種の蛋白質の発現と精製をおこなった。当初計画では研究開始後早い時期に信号帰属のための様々なスペクトルの測定を行うことができる予定であったが、予想以上にスペクトルの質が悪かったために、サンプル作成条件の検討を再度行った。さらに、近年のアミロイド線維構造解析の世界情勢が生体試料を用いたものに移行しつつあることから、この研究にもそれを取り入れる重要性を確認し、試料調製を新たに試みた。そのため、これらの実験に8か月ほど要したため、研究の進捗がやや遅れている。また、確度の高い選択アミノ酸ラベルサンプルを作成するための無細胞合成を試みたが、NMR測定に見合うだけのサンプル量が合成できなかった。そのため、この方法による劇的な研究の進展は期待できない結果となった。

残念ながら研究課題期間中の構造モデルの発表までには至らなかったが、基礎となるデータの取得と解析はほぼできており、近いうちに生体条件に近いアミロイド線維の構造を詳細かつ正確にモデル構築し発表する予定である。次年度では信号帰属に必要な様々なNMR測定をフル13C, 15Nラベル蛋白質とグリセロールによる部分的13Cラベル蛋白質を用いておこなう。さらに、2H, 13C, 15Nラベルを用いた高速MASによって分解能を向上させる。さらに、測定したスペクトルから得られる情報を精査したうえで追加で必要なアミノ酸選択ラベル蛋白質を発現・精製し、ほぼ全てのアミノ酸残基の信号帰属をおこなう。信号帰属には複数のコンピューター帰属方も組み合わせて効率的かつ精度の高い信号帰属をおこなう。一連の信号帰属に加えて、距離制限情報の取得も同時に進めていく。非同位体ラベル蛋白質と同位体ラベル蛋白質の混合線維を作製し、分子内のみのNMR信号の取得をする。また、2H, 15Nラベル蛋白質と13Cラベル蛋白質の混合線維を作製し、分子間のみのNMR信号を取得する。さらに、スピンラベル法や電子顕微鏡による構造情報を加えることで距離制限情報を増やす。これらの様々な距離制限により、構造計算をおこない、β2ミクログロブリンのアミロイド線維構造モデルを発表する。今年度は当初研究計画にはなかったサンプル条件検討を複数おこなった。そのためNMR管が追加で必要となり、年度内に購入する予定であったが、納期が間に合わず、次年度初旬の納品となった。そのため次年度使用額が生じた。
音声データベースからの音声知識の発見

現在,マルチメディア情報のライブラリ化が急速に進められている.音声情報においてもニュースなどを自動的にライブラリ化していくことが強く望まれている.自動ライブラリ化は,発声内容が文字情報として与えられている場合とそうでない場合に分けることができる.与えられている場合には,文字情報と音声情報を対応させることが必要であり,そうでない場合には,音声情報のみから話題の要約が必要になる.本研究では,発声内容に関する文字情報が与えられた場合とそうでない場合に分けて研究を行った.文字情報が与えられた場合には,音声情報と言語情報を対応させるために,高精度な音素モデルと高精度な対応付けの方法が必要になる.文字情報が与えられない場合には,汎用の言語モデルや,音声区間の類似性を高速に計算する方法が必要になる.本年度はこれらの研究目的を達成するために,以下の3項目について研究を行った.1.音声情報と文字情報を対応させるための高精度音素モデルの自動構築法の開発.2.高精度音素モデルを用いた音声情報と文字情報の高精度対応づけ(自動音素ラベリング)の方法の開発.3.音響的類似性を利用した,発声内容をあらわすキーワードの自動抽出法の開発.研究項目の1番目に関しては,従来利用されていた方法より高精度な音素モデルを自動的に構築することができた.この方法は事前に要因を規定する必要がないので,要因を規定できない言語モデルの獲得や認識単位の自動設定などへの応用も可能である.しかし,まだ十分なものとは言えず,一層の高精度化が必要である.研究項目の2番目に関しては,一層の高精度化にはパラメータの差分情報や周波数上の利用が必要である.研究項目の3番目に関しては,音響的類似性のみから高頻度で発声されている共通区間を自動的に抽出する手法を開発した.しかし,「ました」などの話題に依存しない単語も検出された.今後これらの付属語を除去するために,基本周波数情報や言語情報の利用が必要になると考えている.現在,マルチメディア情報のライブラリ化が急速に進められている.音声情報においてもニュースなどを自動的にライブラリ化していくことが強く望まれている.自動ライブラリ化は,発声内容が文字情報として与えられている場合とそうでない場合に分けることができる.与えられている場合には,文字情報と音声情報を対応させることが必要であり,そうでない場合には,音声情報のみから話題の要約が必要になる.本研究では,発声内容に関する文字情報が与えられた場合とそうでない場合に分けて研究を行った.文字情報が与えられた場合には,音声情報と言語情報を対応させるために,高精度な音素モデルと高精度な対応付けの方法が必要になる.文字情報が与えられない場合には,汎用の言語モデルや,音声区間の類似性を高速に計算する方法が必要になる.本年度はこれらの研究目的を達成するために,以下の3項目について研究を行った.1.音声情報と文字情報を対応させるための高精度音素モデルの自動構築法の開発.2.高精度音素モデルを用いた音声情報と文字情報の高精度対応づけ(自動音素ラベリング)の方法の開発.3.音響的類似性を利用した,発声内容をあらわすキーワードの自動抽出法の開発.研究項目の1番目に関しては,従来利用されていた方法より高精度な音素モデルを自動的に構築することができた.この方法は事前に要因を規定する必要がないので,要因を規定できない言語モデルの獲得や認識単位の自動設定などへの応用も可能である.しかし,まだ十分なものとは言えず,一層の高精度化が必要である.研究項目の2番目に関しては,一層の高精度化にはパラメータの差分情報や周波数上の利用が必要である.研究項目の3番目に関しては,音響的類似性のみから高頻度で発声されている共通区間を自動的に抽出する手法を開発した.しかし,「ました」などの話題に依存しない単語も検出された.今後これらの付属語を除去するために,基本周波数情報や言語情報の利用が必要になると考えている.
2種類のALSモデル動物における細胞内主要銅代謝関連蛋白の免疫組織学的検討

変異SOD1のgain of functionに関する銅の細胞内動態と、選択的運動ニューロン死の関連を検討することを目的に、G93Aトランスジェニックマウス(導入コピー数少)を発症直後、進行期、末期の3ポイントで屠殺しホルマリン固定凍結切片およびパラフィン切片を作製、細胞内銅輸送、貯蔵の動態に関連する特異的SOD-1への銅シャペロン(CCS)、ATX-1、S100b、メタロチオネイン(MT)などを用いた免疫組織化学染色を行った。その結果、発症後の全経過を通じてCCS、ATX-1が前角ニューロンに発現しており、グリア細胞では、アストロサイトにMTが恒常的に発現していることを見い出した。これらのうち特にCCSは発症後の前角ニューロンに凝集体を形成し、SOD-1と共にいわゆるLewy body-like hyaline inclusion(LBI)の主要構成成分であることを明らかにした。そこで、変異SOD1関連家族性筋萎縮性側索硬化症のヒト剖検例において同様の検索を行ったところ、CCSはSOD-1と共にLBIに共存していた。また、MT欠損マウスとG93Aトランスジェニックマウスを交配し検討したところ、MT欠損G93AトランスジェニックマウスではワイルドのG93Aトランスジェニックマウスよりも病期の進行が早く、かつグリア反応が乏しく、前角ニューロン脱落が高度であることを明らかにした。これらのことから細胞内の銅輸送、貯蔵の動態が運動ニューロン死に密接に関連することが示された。一方、G93Aに比し細胞内での安定性が劣ると考えられる2塩基欠失(エクソン5,コドン126)ヒトSOD-1を有するトランスジェニックマウスを作成したが、2歳超まで明らかな発症は認めなかった。そこでこのマウスと正常ヒトSOD-1遺伝子トランスジェニックマウスとのダブルトランスジェニックマウスを作成し、現在継代、繁殖中である。ヒト生体内により近い環境で、この不安定型変異SOD-1の動態と運動ニューロン死の関連を今後検討する。変異SOD1のgain of functionに関する銅の細胞内動態と、選択的運動ニューロン死の関連を検討する目的で変異ヒトSOD1 transgenicマウスを用いて、細胞内銅輸送、貯蔵の動態に関連する特異的SOD-1への銅シャペロン(CCS)、ATX-1、S100b、metallothioneinなど各種蛋白の抗体を用いて免疫組織化学的に検索した。購入したG93Aトランスジェニックマウス(導入コピー数少)は、生後約200日前後で発症した。発症直後、進行期、末期の3ポイントで屠殺しホルマリン固定凍結切片およびパラフィン切片を作製、通常の病理学的検索に加え上述の各種細胞内銅輸送関連蛋白に対する抗体、および細胞同定のための抗リン酸化neurofilament、GFAP、Mac-1抗体などを用いた免疫組織化学染色を行った。その結果、発症後の全経過を通じてCCS、ATX-1が前角ニューロンに発現すると考えられる結果を得た。グリア細胞には、前角のアストロサイトにATX-1が発現しており、白質のアストロサイトにMTが恒常的に発現していた。現在これらの発現パターンと、病理像、時期との対比を検索中である。今後、発症前の時期を加え、細胞レベルでの銅代謝動態を検索する予定である。また、これまでヒトSOD1遺伝子の2塩基欠失(エクソン5,コドン126)を有するトランスジェニックマウスを4ライン作成し、これらの各個体で導入コピー数をチェックし、ホモ及びヘテロの個体をそれぞれ継代、繁殖中であるが、現時点では高齢マウスで下肢筋に軽い神経原性筋萎縮を認めたものの、脊髄前角ニューロンの脱落変性は見い出していない。今後このトランスジェニックマウスが確立すれば、G93Aマウスでの結果と対比検討することで、変異SOD1のgain of functionに関する銅の細胞内動態と、選択的運動ニューロン死の関連を考察する予定である。

一方、G93Aに比し細胞内での安定性が劣ると考えられる2塩基欠失(エクソン5,コドン126)ヒトSOD-1を有するトランスジェニックマウスを作成したが、2歳超まで明らかな発症は認めなかった。そこでこのマウスと正常ヒトSOD-1遺伝子トランスジェニックマウスとのダブルトランスジェニックマウスを作成し、現在継代、繁殖中である。ヒト生体内により近い環境で、この不安定型変異SOD-1の動態と運動ニューロン死の関連を今後検討する。変異SOD1のgain of functionに関する銅の細胞内動態と、選択的運動ニューロン死の関連を検討することを目的に、G93Aトランスジェニックマウス(導入コピー数少)を発症直後、進行期、末期の3ポイントで屠殺しホルマリン固定凍結切片およびパラフィン切片を作製、細胞内銅輸送、貯蔵の動態に関連する特異的SOD-1への銅シャペロン(CCS)、ATX-1、S100b、メタロチオネイン(MT)などを用いた免疫組織化学染色を行った。その結果、発症後の全経過を通じてCCS、ATX-1が前角ニューロンに発現しており、グリア細胞では、アストロサイトにMTが恒常的に発現していることを見い出した。これらのうち特にCCSは発症後の前角ニューロンに凝集体を形成し、SOD-1と共にいわゆるLewy body-like hyaline inclusion(LBI)の主要構成成分であることを明らかにした。そこで、変異SOD1関連家族性筋萎縮性側索硬化症のヒト剖検例において同様の検索を行ったところ、CCSはSOD-1と共にLBIに共存していた。また、MT欠損マウスとG93Aトランスジェニックマウスを交配し検討したところ、MT欠損G93AトランスジェニックマウスではワイルドのG93Aトランスジェニックマウスよりも病期の進行が早く、かつグリア反応が乏しく、前角ニューロン脱落が高度であることを明らかにした。これらのことから細胞内の銅輸送、貯蔵の動態が運動ニューロン死に密接に関連することが示された。
組織傷害時に誘導される内因性リガンドと病原体センサーシグナルの遺伝生化学的解明

ショウジョウバエ遺伝学と生化学を用いて、自然炎症に関与するシグナルメカニズムの解明を試みた。細胞死実行因子カスパーゼの活性変異体は、ストレスに脆弱である。その原因として、野生型ではストレス依存的に腸細胞でカスパーゼが活性化し、腸環境の恒常性が維持されて生存するが、変異体ではそれが起こらず、毒性成分が体液中に上昇して個体死した。変異体の体液中に上昇する因子をオミクス解析したところ、ストレスによって上昇するアミノ酸代謝産物が同定され、その代謝経路がストレス応答に関与することを明らかにした。このようなストレス依存性のアミノ酸代謝産物は、非感染性炎症疾患のバイオマーカーとして有用であると考えられる。本研究では、ショウジョウバエ自然炎症における内在性リガンド、そのリガンドを感知するセンサー、内因性リガンド放出メカニズムの解明、および、内因性リガンドに応答するカスパーゼ活性動態の検出ツール開発を目指している。本研究は、以下の5つの段階によって遂行する。A損傷後のdapaf-1変異体の体液中に含まれる過剰な内因性リガンドのオミクス解析B損傷後に致死性を誘導する内因性リガンドおよび自然炎症センサーのスクリーニングE内因性リガンドによるインフラマソーム/カスパーゼ活性動態検出ツール(ハエ、マウス)の確立平成21年度はAの遂行を中心的に行った。ショウジョウバエ成虫から体液を採取することはこれまで困難であったが、予備研究において、効率良く安定して体液を採取する方法をすでに確立した。損傷前および損傷後のdapaf-1変異体と野生型の体液をオミクス解析により比較した結果、プロテオミクス解析においては、ショウジョウバエ自然免疫経路に関与するPGRPの1つが、dapaf-1体液中に多く含まれることが明らかになった。このタンパク質のdapaf-1変異体における機能を調べるために、dapaf-1とPGRPの二重変異体を作成し、ストレスへの脆弱性、自然免疫経路の活性化などを調べた結果、ほ乳類のTLR経路にあたるToll経路の過剰な活性化が観察されたことから、PGRPはdapaf-1変異体において発現が増加することで、Toll経路の抑制に働いていることが示唆される。自然炎症におけるPGRPの機能についてさらなる解析を行っていく。A損傷後のdapaf-1変異体の体液中に含まれる過剰な内因性リガンドのオミクス解析B損傷後に致死性を誘導する内因性リガンドおよび自然炎症センサーのスクリーニングE内因性リガンドによるインフラマソーム/カスパーゼ活性動態検出ツール(ハエ、マウス)の確立平成22年度はA,Bの遂行を中心的に行った。Aはショウジョウバエから体液を採取してメタボロミクス解析をすでに行い、dapaf-1変異体で顕著に増加するメタボライトの候補を得ている。Bについては、ショウジョウバエのRNAi系統のライブラリを用いて、単独の遺伝子ノックダウンによって損傷後致死性を示す系統についてスクリーニングを行った。ノックダウンにより損傷後致死性を示す候補因子には、自然炎症センサーが含まれると予想されることから、膜タンパクのシグナル配列を持つ遺伝子のRNAi系統を選択し、優先的に解析を行った。その結果複数の系統が得られたため、今後詳細な解析を進める。ハエは個体レベルでの遺伝学的検索が可能であり、内因性リガンドと病原体センサーの検索に遺伝学を導入できる。我々は、ショウジョウバエ唯一のNOD様タンパク質であるカスパーゼ活性化因子dapaf-1の機能欠損変異体に組織傷害を与えると数日の内に個体死し、その体液中に個体致死活性が存在することを見出した(投稿中)。体液中に存在する新規内因性リガンドを同定するためにオミクス解析を行った。その結果、変異体において損傷後上昇してくるタンパク質が21種類、その中でもmRNAの上昇とリンクするものが12種類同定された。同定されたタンパク質の中には、熱ショックタンパク質や抗菌ペプチド、プロテオグリカン認識タンパク質などが含まれていた。ほ乳類まで保存されている核酸代謝酵素に注目し、核酸成分の代謝経路が個体の致死性にどのように関連するか、遺伝学的手法を用いて確認している。また、病原体センサーの探索としてショウジョウバエRNAi系統を用いて、損傷後致死性を指標にスクリーニングを行っている。

これまでに2082系統についてスクリーニングを行い、37遺伝子を同定した。同定された遺伝子の中には、ロイシンリッチリピートを持つタンパク質(未報告)や、GPCRなどのセンサー候補遺伝子が含まれており、遺伝学的手法を用いた表現型の確認やdapaf-1との相関について解析を行っている。本研究では、ショウジョウバエ自然炎症における内在性リガンド、そのリガンドを感知するセンサー、内因性リガンド放出メカニズムの解明、および、内因性リガンドに応答するカスパーゼ活性動態の検出ツール開発を目指した研究である。ハエは個体レベルでの遺伝学的検索が可能であり、内因性リガンドと病原体センサーの検索に遺伝学を導入できる。我々は、ショウジョウバエ唯一のNOD様タンパク質であるカスパーゼ活性化因子dapaf-1の機能欠損変異体に組織傷害を与えると数日の内に個体死することを見出した。2013年の成果としては、このdapaf-1における個体致死がどのような経緯で生じるか明らかにし、国際誌Cell Reportsにおいて報告した。上皮に損傷を加えた場合、腸細胞においてカスパーゼの活性化が生じ、腸細胞のターンオーバーによって体内の恒常性が維持されて生存するが、dapaf-1の変異体においては、腸細胞のターンオーバーが起こらず、個体死することが明らかになった。我々は体液交換実験により、この個体死の原因がdapaf-1変異体における致死活性因子の蓄積にあることを突き止めた。この致死活性因子の候補因子として、これまでに進めてきたオミクス解析に基づき解析を行い、今年度(2014年)の成果として、Cell Reports、およびJBC、に報告した。細胞死不全変異体における炎症応答の過剰な活性化が、個体において脆弱性をもたらすメカニズムを提示した。本研究では、ショウジョウバエ自然炎症における内在性リガンド、そのリガンドを感知するセンサー、内因性リガンド放出メカニズムの解明、および、内因性リガンドに応答するカスパーゼ活性動態の検出ツール開発を目指している。本年度の成果としては、このdapaf-1における個体致死がどのような経緯で生じるか明らかにし、国際誌Cell Reportsにおいて報告した。この致死活性因子の候補因子として、これまでに進めてきたオミクス解析に基づき、解析を継続している。
グラファイトシートを弁尖に用いた大動脈弁再建術に関する基礎研究

平成31年度に・グラファイトシートの血栓性評価・弁葉に用いるグラファイトシートの適切な厚さの評価を予定。平成32年度に・グラファイトシート弁の耐久性評価を予定している。
遠心力により展開する大型膜面宇宙構造物の形状安定性に関する研究

平成19年度は,昨年度に引き続き,真空チャンバ内での円形膜の回転実験において発生した振動の原因の解明と提案した振動モード解析の詳細な検証を行った.そのため,膜面に発生する振動を系統的に計測することとした.膜面には厚さ7.5pmのポリイミド膜と,厚さ12.5pmのポリエチレンテレフタレート膜の2種類を用い,直径は600mmと500mmとした.回転数を5Hz15Hz,真空チャンバの内圧を401kPaの範囲で変化させ,膜面外周の面外振動を計測して周波数分析を行った.なお,外力による共振点を計測するために,膜面に磁性体薄膜を貼付して電磁石による強制励振実験を試みたが,磁力が弱く加振できなかった.実験の結果,チャンバ内圧が高いほど回転数と異なる特定の振動ピークが顕著に現れ,内圧を低下させると振動振幅が減少し,回転数の整数倍のピークと同時に他の多数のピークが発生し,主要なピークが不明確となった.すなわち,実験で発生する振動は主に残留空気の影響によるもので,内圧によって振動モードや振動数が変化することがわかった.そのため実験結果と解析で得られた振動モードとを逐一対応づけることは困難だったが,最も基本的な振動モードである(0,0)モード(周方向波数0,半径方向波数0),(1,0)モード,および(2,0)モードの振動数について,回転数の高い範囲で実験結果と解析結果の問に整合性が確認された.また,実験に用いた円形膜においては,製作誤差による偏心や回転軸の微小な振れ周りが存在するが,それらの影響で振動が不安定となる現象は観察されず,基本的には安定であった.本研究により,ソーラーセイルなどの遠心力展開される大型膜面構造物の初期検討のため,おおよその振動モードを理論解析や数値解析によって予測できるのではないかと考えられる.今年度はまず,回転円形膜面が面外分布荷重や慣性力を受ける際の静的平衡状態における変形形状や応力分布の解析を行った.膜面は容易に大変形し,座屈を生じるため,曲げ剛性を無視し,膜面形状の回転対称性を仮定して面外大変形を表現できる回転対称シェルの膜理論を適用して,座屈を考慮した基礎方程式の数値解法を提案した.重力下,真空中で円形膜の回転実験を行い,本解析法結果と比較し,解析の有効性を明らかにした.また,本解析結果と,従来よく用いられるvon Karman理論による同様な解析結果を比較し,両者はよく一致するが,座屈を伴い面外変位が非常に大きい場合に差異が現れることを示した.また,提案手法を用いて,直径50m,膜厚7.5μmの回転円形ソーラーセイル膜面が太陽幅射圧や慣性力を受ける場合の平衡状態を解析した.その結果,検討したソーラーセイル膜面は,ほとんどの場合,面外変形によって周方向に座屈を生じ,半径方向,周方向ともに張力が発生するのは,回転数が高く遠心力が十分大きい場合か,太陽幅射圧と慣性力がバランスする限られた場合であること,宇宙機がスラスタ等で加速して大きな慣性力が作用すると,膜面は後方に大きく面外変形する可能性があることなどを定量的に明らかにした.さらに,平衡状態の動的安定性の解析の準備として,von Karman理論の基礎方程式に基づき,回転円形膜の微小振動モードの解析を行った.従来の回転円形板の振動解析は板の曲げ剛性が支配的な場合であるのに対し,本研究は遠心力のみで面外剛性が生じる場合である.また,板の解析ではモード形状を数式で表すガラーキン法がよく利用されるが,曲げ剛性の無い場合に境界条件を満足する変位関数を得ることは困難なため,半径方向のモード形状を数値的に求める方法を考案して解析を行った.解析結果を膜面をバネ・質点系で近似する多粒子系モデルの数値解析結果と比較し,両者が概ね一致することを確認した.17年度は,遠心力と分布荷重を受ける回転円形膜の平衡状態の基礎方程式の解析法を提案した.その解析法を用い,18年度は,回転円形膜の平衡状態の安定性を解明するため,平衡状態周りの振動モードについて検討した.まず,膜の曲げ剛性の無視し,von Karman理論による平衡状態の応力分布における面外振動の方程式を提示し,その周りの振動モード形状を仮定して,モード振動数とモード形状を数値的に求める解析法を考案した.その手法を用い,重力下の小型回転円形膜面の振動モードを解析した.検証のため,膜面をバネ・質点系で模擬した多粒子系モデルにより,遠心力と重力を受ける円形膜の平衡状態に対する固有値解析を行った結果,理論解析と多粒子系モデルの振動モードがほぼ整合することを確認した.さらに,重力下,真空槽内で小型回転円形膜の実験を行い,発生した面外振動の膜面形状を観察し,外周付近の面外変位をレーザー変位計により計測して周波数分析を行った.その結果,発生した振動モードが解析的に予測された振動モードに対応することを確認した.また,平衡方程式と振動方程式の無次元化を行い,回転数や膜の内外径比,張力,モード振動数の関係を示した.次に,考案した解析法を用い,太陽輻射圧を受ける遠心力展開型ソーラーセイル膜面の振動モード解析を行い,低次モード振動数は回転数と同じオーダーとなり,振動数が回転数とほぼ一致するモードが存在することを明らかにした.

さらに,多粒子系モデルを用いて,太陽光が斜めに入射する場合に対する応答の数値シミュレーションを行い,モード解析結果で指摘した振動モードが励起されることを明らかにした.平成19年度は,昨年度に引き続き,真空チャンバ内での円形膜の回転実験において発生した振動の原因の解明と提案した振動モード解析の詳細な検証を行った.そのため,膜面に発生する振動を系統的に計測することとした.膜面には厚さ7.5pmのポリイミド膜と,厚さ12.5pmのポリエチレンテレフタレート膜の2種類を用い,直径は600mmと500mmとした.回転数を5Hz15Hz,真空チャンバの内圧を401kPaの範囲で変化させ,膜面外周の面外振動を計測して周波数分析を行った.なお,外力による共振点を計測するために,膜面に磁性体薄膜を貼付して電磁石による強制励振実験を試みたが,磁力が弱く加振できなかった.実験の結果,チャンバ内圧が高いほど回転数と異なる特定の振動ピークが顕著に現れ,内圧を低下させると振動振幅が減少し,回転数の整数倍のピークと同時に他の多数のピークが発生し,主要なピークが不明確となった.すなわち,実験で発生する振動は主に残留空気の影響によるもので,内圧によって振動モードや振動数が変化することがわかった.そのため実験結果と解析で得られた振動モードとを逐一対応づけることは困難だったが,最も基本的な振動モードである(0,0)モード(周方向波数0,半径方向波数0),(1,0)モード,および(2,0)モードの振動数について,回転数の高い範囲で実験結果と解析結果の問に整合性が確認された.また,実験に用いた円形膜においては,製作誤差による偏心や回転軸の微小な振れ周りが存在するが,それらの影響で振動が不安定となる現象は観察されず,基本的には安定であった.本研究により,ソーラーセイルなどの遠心力展開される大型膜面構造物の初期検討のため,おおよその振動モードを理論解析や数値解析によって予測できるのではないかと考えられる.
遷移金属酸化物ナノ粒子を利用した元素ブロックの創製

新材料として期待される元素ブロック高分子材料においてモノマーとして位置づけられる、多彩な元素群で構成される元素ブロックの新しい合成戦略として、遷移金属酸化物ナノ構造を用いた元素ブロックの合成手法を発展させた。チタニアナノ粒子の作製手法とチタニアナノ粒子の表面修飾による元素ブロックへの変換に関する研究を展開するとともに、酸化物ナノシートのグラフト反応による元素ブロックへの変換についても研究を実施した。金属酸化物ナノ粒子の作製として、チタニアナノ粒子の新しい合成手法を開発した。Urea Hydrogen Peroxide (UHP)は、尿素(H2NCONH2)と過酸化水素(H2O2)の1:1の付加体である。UHPはこれまで主に酸化剤としてエポキシ化などの有機反応に用いられてきたが、金属酸化物ナノ粒子の合成においてもUHPは大きなポテンシャルを有し、UHPと酸素を含まない遷移金属化合物を用いることにより、酸素量を直接制御した酸化物合成が可能となる。そこで、二酸化チタン(TiO2)ナノ粒子の作製を、UHPと四塩化チタン(TiCl4)からCH2Cl2を用いたソルボサーマル条件下で行った。UHPとTiCl4をオートクレーブに入れ、80°Cで3040時間熱処理して得られた生成物は白色粉末であった。X線回折分析から、Anatase型TiO2に帰属可能なブロードな回折線のみを観測した。Anataseの(101)面の回折線を用い、シェラー式から求めた結晶子径は8-9 nmであった。TEM観察では、約5 nmの楕円体粒子を観測した。ラマン分光法でも、Anatase型TiO2に帰属可能なバンドのみを観測した。154 cm-1付近のEgバンドの位置は粒子径によってシフトすることが知られているが、観測されたEgバンドの位置(153-154 cm-1)はナノ粒子の生成を示していた。IRスペクトルにおいては、v(Ti-O)に帰属可能な吸収帯に加え、尿素に帰属可能な吸収帯を観測した。特に、v(Ti-OCN-Ti)モードに帰属される吸収帯を1561-1562 cm-1付近に観測したことは、尿素のNH2基がTiO2ナノ粒子と相互作用していることを示している。また、得られた試料は容易に水に再分散し、その分散液はチンダル現象を示した。これは表面に尿素が吸着しているためと考えられた。元素ブロック高分子材料のモノマーとして位置づけられる元素ブロックを、遷移金属酸化物ナノ粒子を出発物質として作製し、将来的には元素ブロック高分子へ展開するために、遷移金属の単純酸化物や複合酸化物のナノ粒子の作製とこれらを対象とした表面修飾技術を発展させるべく、研究を展開している。二酸化チタンナノ粒子の表面をリン酸エステルを用いて修飾した。リン酸エステルは、モノエステル体とジエステル体の混合物として入手可能であることから、元素ブロック作製に適していると考え、表面修飾剤として使用した。オレイル基を有する分子が酸化物粒子の表面修飾に用いらていることから、リン酸オレイルを用いて修飾を行った。二酸化チタンナノ粒子の水分散液にメタノールに溶解させたリン酸オレイルを加え、室温で反応させ、洗浄後、生成物を得た。分光学的キャラクタリゼーションにより、リン酸オレイルが二酸化チタンナノ粒子表面と反応し、グラフトされていることを示した。生成物はトルエンに優れた分散性を示した。代表的温度応答性高分子として知られるPoly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm)鎖をナノシートの表面にPNIPAAm鎖を導入し、温度応答性ナノシートを作製した。表面開始原子移動ラジカル重合(SI-ATRP)開始基を有するホスホン酸誘導体を表面に固定化し、ATRPプロセスでNIPAAm鎖を成長させた。これを水に分散することにより懸濁液を得た。電子線回折像は、ペロブスカイト層構造を示すc軸入射の正方晶に対応していた。また、AFM観察から、生成物は厚さ25 nm程度のナノシート構造を有していることがわかった。得られた懸濁液の透過率の温度依存性を測定したところ、34°Cから透過率が減少し、濁った状態となった。これはポリマー鎖が疎水性となりナノシート同士が凝集していることを示している。液-液2層系を用いて、二酸化チタンナノ粒子の表面のリン酸エステルによる修飾を行った。リン酸エステルはモノエステル体とジエステル体の混合物として入手可能であり、すでに均一系での二酸化チタンナノ粒子のリン酸オレイルによる表面修飾による、二酸化チタンナノ粒子の元素ブロック化に成功している。本研究では、二酸化チタンナノ粒子の水分散液とリン酸オレイルを溶解させたトルエンを用い、界面での反応を試みた。室温で界面を保ったまま反応させると、二酸化チタンナノ粒子の水分散液が徐々に透明となり、トルエン層は徐々に透明度が低下した。8時間反応させた後には、二酸化チタンナノ粒子の水分散液はほぼ透明となった。トルエン層から固体を分離し、洗浄して生成物とした。赤外分光分析と固体高分解能核磁気共鳴分析の結果から、リン酸オレイルが二酸化チタンナノ粒子表面と反応していることがわかった。

また、生成物は、トルエンに再分散させることができた。トルエン分散液のDynamic Light Scatteringの結果から、ナノ粒子が大きな凝集体を形成することなく、表面修飾が進行していることがわかった。ナノ粒子とナノシートの作製並びにその表面修飾技術に関して、これまで多くの技術を獲得してきた。こうした技術を自在に駆使することにより、目的とする元素ブロック高分子の作製に到達できると考えている。ナノ粒子の作製については、鉄酸化物についてはマグネタイトナノ粒子の作製に成功しており、現在その粒径制御を試みている。今後元素ブロック化に展開できると考えられ、機能性元素ブロックの作製に向けて推移してきている。ナノ粒子に関しては、ホスホン酸やリン酸エステルを用いた表面修飾技術に関して様々な修飾剤を用いて検討を行ってきており、2015年度は2種類の修飾剤を用いた修飾方法が有効であること、仕込みの比率にほぼ対応した形で表面が修飾されることも見出している。これは、重合可能な官能基数の制御に対して重要な知見と考える。また、すでに表面開始原子移動ラジカル重合にも成功しており、高分子鎖の導入と末端への導入が可能となっている。一方、ナノシートに関しては、ナノシートの連結に向けて、反応性官能基をナノシート表面に導入し、低分子化合物や高分子化合物の固定に関する基礎的検討を行っている。また、Liquid-phase deposition法を利用した重合性官能基を有するナノシートの作製についても成果が出てきている。さらに、表面開始原子移動ラジカル重合にも成功しており、高効率な重合に向けて条件の検討を行っている。このように今後ナノ粒子やナノシートを連結させて高分子化するための準備は十分整ってきており、2016年度に向けておおむね順調に進展している。元素ブロック高分子材料のモノマーとして位置づけられる元素ブロックを、遷移金属酸化物ナノ粒子を出発物質として作製し、将来的には元素ブロック高分子へ展開するために、遷移金属の単純酸化物や複合酸化物のナノ粒子の作製とこれらを対象とした表面修飾技術を発展させるべく、研究を実施した。また、分子の反応による無機ナノ構造骨格の形成を利用した元素ブロックへも展開した。表面開始原子移動ラジカル重合(SI-ATRP)開始基を有するホスホン酸誘導体をチタニアナノ粒子表面に固定化し、ATRPプロセスでポリメタクリル酸メチル(PMMA)鎖を成長させ、ポリマー鎖で覆われた元素ブロックを作製した。この時イソデシルリン酸を同時に反応させて、ATRP開始基の表面密度を低下させた。チタニア粒子から切り離したPMMA鎖の分子量分布は狭く、ATRPプロセスが進行したことがわかった。PMMA鎖修飾チタニアナノ粒子をメタクリル酸メチルに分散させ、得られた安定な分散液を重合して5mm厚のバルク体を作製した。6.3体積%のチタニアを含むハイブリッドバルク体では、透過率は76.1%、屈折率は1.566であった。カゴ型構造ボロフォスフォネートは、ホウ素とリンをそれぞれ4つ含み、両者が酸素を介して結合しているB-O-P骨格を中心に有しており、微小な無機ナノ構造を有する元素ブロックと考えることができる。