hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
バイオ・ナノ界面における電気的相互作用の探索

本研究では、グラフェンや二硫化モリブデンに代表される2次元ナノシートを基板として使用し、その表面にペプチドの自己組織化構造を形成することによる、生体分子とナノシートの間の電気的相互作用について理解することを目的とした。まず、2次元ナノシート上におけるペプチドの自己組織化機構を理解するため原子間力顕微鏡を用いた観測を重点的に行なった。その結果、ペプチドの表面への吸着、拡散、自己組織化の各表面過程を分離して観測に成功した。続いて、二硫化モリブデンのトランジスタ構造を用いた光電気計測を行い、ペプチドによるナノシート内の電子状態への影響を調査し、ペプチドによるナノシートへの化学ドーピングが観測された。様々なナノシート表面上での超分子構造を形成するペプチドを、新たなアミノ酸配列を設計することによって探索しました。まず、異なる電荷を有するアミノ酸を付加したペプチドを新規合成し、グラフェンや二硫化モリブデンといったナノシートトランジスタにどのような電気特性変調を来すかをペプチド自己組織化膜のモルフォロジーとトランジスタの電動特性をあわせて観測することによって検証しました。その結果、ペプチドの自己組織化の進展具合によって、敏感にナノシートトランジスタの電気特性が変化することがわかりました。特に、半導体ナノシートである二硫化モリブデンでは電気特性だけではなく、発光特性の変調を観測したことにより、ペプチドとナノシートの相互作用を多角的に観測することに成功しました。上記の乾燥した自己組織化膜の観測に加えて、本年度は液中でのペプチドの自己組織化の観測、そして電気特性の変調を観測しました。液中では感想中と異なり、ナノシートの電気特性変調がより顕著にみられることがわかりました。この、液中での観測はバイオ・ナノ界面における電気的相互作用を理解する上で非常に重要なものであり、それに成功したことは今後の研究展開を拡げる意味で大きなステップです。本研究では、半導体ナノシート上に特異的なナノ構造を自己成長するペプチドを用いて、バイオ材料とナノ材料の界面の電子状態を制御し、新規バイオナノ・ハイブリッドシステムを探索します。昨年度に引き続き、ペプチドの自己組織化とナノシートの化学ポテンシャルの相関の調査を行いました。本年度は、新たに電荷を有するアミノ酸を工学的に設計したペプチドを用意し、それらがグラファイト基板の電気化学的ポテンシャルに対してどのように応答し、その自己組織化構造を形成するかを調査しました。その結果、アミノ酸の電荷の正負によって、著しく電気化学ポテンシャルに対する応答が変化することがわかりました。続いて、単層二硫化モリブデンに吸着するペプチドによって、二硫化モリブデンからの発光スペクトルがどのように変調を受けるのかを検証しました。異なる電荷を有するアミノ酸を有する2種類のペプチドを用意し、それらの吸着によって、発光スペクトルの変調の様子が異なることを発見しました。詳細には、二硫化モリブデン中に光励起によって生成される自由励起子と荷電励起子の割合が、吸着するペプチドの種類によって異なり、また荷電励起子はペプチドの吸着によって空間的に束縛されていることが示唆される実験結果が得られました。トランジスタ構造をもつ二硫化モリブデンで同様の実験を行い、電気伝導特性と発光特性の両面からペプチドによる二硫化モリブデンの電子状態の変調について調査を行ったところ、ペプチドによって二硫化モリブデンに誘起する電子濃度の量に差異があることがわかりました。またその傾向は、上記の荷電励起子の発光スペクトルから得られる発光エネルギーと相関を持っていることがわかりました。本研究では、半導体ナノシート上に特異的なナノ構造を自己成長するペプチドを用いて、バイオ材料とナノ材料の界面の電子状態を制御し、巣インキバイオナノ・ハイブリッドシステムを探索します。昨年度に引き続き、液中において自己組織化ペプチドが吸着している二硫化モリブデンの電子状態の調査を電気伝導測定および顕微分光測定を用いて行った。その結果、同種のペプチドであっても、自己組織化過程の条件を変えることにより、ペプチド自己組織化膜の分子配置を変化させることによって、二硫化モリブデンの発光スペクトルに変化をもたらすことが解った。この知見を基に、蛍光分子を修飾したペプチドを用いて、二硫化モリブデン上にペプチドを自己組織化させ、修飾蛍光色素の発光スペクトルを観測した。同様な実験をグラフェン上でも行った。グラフェン上での蛍光測定では有意な発光強度の現象が観測された。これは蛍光色素からグラフェンへのエネルギー移動による消光現象が起きている可能性を示唆している。一方で、二硫化モリブデンではグラフェンほどの消光は観測されなかった。次に、二硫化モリブデンに電極を接触させ、その電気化学ポテンシャルを制御しながら、発光測定を行ったところ、二硫化モリブデンの腐食作用が観測された。これは、ペプチドの有無によらず、光照射下において二硫化モリブデンの電気化学腐食として古くから確認されている現象であったが、単層二硫化モリブデンでの観測は初めてのことである。また、多層物質の場合は、腐食が活発に起こるのに対し、単層だけは腐食が起きにくい現象も初めて観測した。これらの知見を基に、単層半導体ナノシート界面でのバイオ材料からのエネルギー移動に関する研究を進める。

続いて、二硫化モリブデンのトランジスタ構造を用いた光電気計測を行い、ペプチドによるナノシート内の電子状態への影響を調査し、ペプチドによるナノシートへの化学ドーピングが観測された。計画の「ペプチドの自己組織化とナノシートの化学ポテンシャルの相関の調査」については、ほぼ理解が進んだと考えます。自己組織化ペプチドの基板表面における様態が基板に与えられた電気化学ポテンシャルにより劇的に変化し、その変化は、ペプチドのアミノ酸配列中にある電荷をもったアミノ酸の種類によってある程度予測することが可能となりました。「空間的な電子状態の分布の計測」については、空間分解能は落ちるものの、自己組織化ペプチド構造や表面における被覆率の差によって、二硫化モリブデンからの発光特性が変化していることを観測しました。ただ、より高い空間分解で微視的な効果を測定する必要があり、今後も引き続き研究を進める必要があります。「波長可変光源を用いたエネルギー移動機構の探索」については、波長可変光源を使用するのではなく、まずは単色光源を用いてエネルギー移動について検証を行うための実験系の構築を行いました。来年度は当初の計画の通り、それを用いて、実験結果を収集する予定です。27年度が最終年度であるため、記入しない。生体分子と固体の界面科学吸着した自己組織化ペプチドが半導体ナノシートの電子状態を空間的にどのように変調するのかは、引き続き検証が必要です。高分解の空間分解能を得るために油浸光学レンズを用いた液中での蛍光イメージング測定を行います。併せて、ペプチド自己組織化構造の違いによるナノシートの伝導特性や光学特性の違いをより明確な形で実証するような実験を設計します。また、より高分解能を有する原子間力顕微鏡を用いて、液中でのペプチド自己組織化構造の調査を行います。「ペプチド-基板間のエネルギー移動機構の探索」については、来年度は蛍光分子だけではなく、酸化還元機能を有するタンパク質酵素を用いてより、バイオデバイスに近い形での実験を行う予定です。これにより、本研究で得られた知見がいかにバイオ分子をエレクトロニクスと融合することに有益であるかを検証することができます。研究の基礎となるグラフェンにおけるペプチドとの電気相互作用の実験が、トランジスタの電気特性変調を観測することにより進展したことは、初年度の達成事項としては、次年度以降につながるよい結果となりました。さらに、二硫化モリブデンでも同様の実験を行い、半金属特性を有するグラフェンに比して、半導体特性を有する二硫化モリブデンでも有意な実験結果が得られました。将来のデバイス開発を見据えた上で、半導体ナノシートでのバイオ・ナノ界面の形成が有望であることが実証されたことは、大きな成果です。最後に、乾燥した環境での観測のみならず、水液中でも同様の観測ができたことは、バイオセンサーなどの応用を考える際に、非常に重要な問題を克服したこととなり、今後の研究発展が期待されます。
骨芽細胞の分化および機能の調節機構と加齢に伴うその障害の発現機序の解明 -細胞・基質間相互作用の解明とその老人性骨粗髭症の病態解明への応用-

1.骨芽細胞が産生する基質蛋白が成長因子の作用発現に及ぼす影響の検討:基質蛋白デコリンはTGF-βと結合すると共にその受容体への結合を促進し、TGF-β作用を増強すること明らかにした。従って、骨芽細胞により分泌されるデコリンは、この様な作用を介して骨形成の促進に関与している可能性が明らかとなった。3.加齢が骨髄間質細胞の骨芽細胞分化能に及ぼす影響の解明:骨粗鬆症のモデル動物である老化促進マウスSAMP6由来の骨髄間質細胞の骨芽細胞への分化能が対照マウスに比べて低く、interleukin-11(IL-11)の添加により改善されること、SAMP6の骨髄細胞ではIL-11発現が低下していることを明らかにした。この成績は、加齢による骨形成の低下とそれによる骨量減少にIL-11の作用不全が関与する可能性を示唆するものである。1.骨芽細胞が産出する基質蛋白が成長因子の作用発現に及ぼす影響の検討:今年度の研究から、基質蛋白デコリンに対する特異的結合部位を発現する骨芽細胞でのみ、TGF-βの受容体への結合が促進されることによりデコリンによるTGF-β作用の増強が認められることが明らかとなった。従って、骨芽細胞により分泌されるデコリンは、その結合部位を持つ骨芽細胞に対するTGF-βの作用を増強することにより骨形成を促進する役割を果たしている可能性が明らかとなった。2.骨基質コラーゲンとの接触を介する骨芽細胞の分化促進機序の解明:α2β1インテグリン(α2β1)を介する基質I型コラーゲン(COL)への細胞の接着を抗α2β1抗体などで阻害することにより骨芽細胞の分化過程が抑制されることから、COL/α2β1相互の接着が骨芽細胞分化に関与することを明らかにした。また、両者の結合によりfocal adhesion kinase(FAK)のチロシン燐酸化による活性化が惹起されることを見出した。FAK燐酸化をherbimycin Aなどにより阻害することで骨芽細胞の分化が抑制されることから、COL/α2β1結合はFAKの活性化を介して骨芽細胞の分化に関与している可能性を明らかにした。3.加齢が骨髄間質細胞の骨芽細胞分化能に及ぼす影響の解明:骨粗鬆症のモデル動物と考えられている老化促進マウスSAM-P6由来の骨髄間質細胞の骨芽細胞への分化能が対照マウスに比べて低いことを見出した。SAM-P6骨髄間質細胞にinterleukin-11(lL-11)を添加すると対照マウスと同程度の骨芽細胞分化能が得られること、さらに対照マウス骨髄間質細胞にlL-11中和抗体を添加すると骨芽細胞分化が抑制されることから、老化促進マウスではlL-11作用の低下が骨形成の抑制に関与している可能性を明らかとした。1.骨基質コラーゲンとの接触を介する骨芽細胞の分化促進機序の解明:これまでに、α2β1インテグリン(α2β1)を介する基質I型コラーゲン(COL)への細胞の接着が骨芽細胞分化に関与することを明らかにし報告している。本年度の研究から、骨芽細胞におるCOL/α2β1両者の結合によりfocal adhesion kinase(FAK)のチロシン燐酸化による活性化とMAP kinase(MAPK)familyのERKの活性化が惹起されることを見出した。これらのキナーゼは重要な細胞内情報伝達分子であり、細胞機能の制御に密接に関与することが知られている。我々は、FAK活性化を阻害する種々の薬剤を用いた検討およびFAK antisense mRNA発現細胞を用いた検討から、COL/α2β1結合はFAKの活性化を介して骨芽細胞の分化に関与している可能性を明らかにすると共に、MAPKの活性化がFAK活性化に依存することを明らかにした。さらに、MAPKの不活性化酵素を一過性に強制発現させた細胞を用いた検討から、MAPKの活性化が骨芽細胞の分化に重要な役割を果たしていることを明らかにした。2.加齢が骨髄間質細胞の骨芽細胞分化能に及ぼす影響の解明:これまでに、骨粗鬆症のモデル動物と考えられている老化促進マウスSAMP6由来の骨髄間質細胞の骨芽細胞への分化能が対照マウスに比べて低く、inter leukin-11(IL-11)の添加により改善することを報告している。本年度の研究から、SAMP6の骨髄細胞ではIL-11発現が低下していることが明らかとなり、これが本動物における骨代謝の低下に関与する可能性が明らかとなった。
看護職の人間の性に対する認識を高める教育支援プログラムの開発と運用に関する研究

この研究の目的は、看護師の性に対する認識を高め、人間の性に関する倫理的問題への認識を高める学習プログラムの開発と運用である。研究の結果、認識を高めるにはまず自分の性意識に気づく事が重要である。その上で患者の性的言動に対し倫理的な側面で語り合う事が有効とわかった。具体的には、事例をもとに意見感情を語り合う。次に事例に対しアドバイザーの助言を借りて倫理的問題をディスカッションする方法である。患者の性的な言動について語り合う方法と5つの事例とその解説を冊子にまとめた。本研究は、患者の尊厳を尊重した援助を実践するための看護師の継続教育の方策について、特に性の認識に焦点をあて、ジェンダーやセクシュアリティなど「人間の性」と看護実践の関連、「患者の性」に対する倫理的問題の対応および看護師のキャリア形成の視点から作成した教育支援プログラム(以下試行版プログラムと略す)を運用・検討し、実効性のある継続教育プログラムとして開発することを目的としている。2年目の2012年度は、臨床看護師の協力を得て、初年度に作成した試行版プログラムを継続して実施し、今回の評価データと過去の研究成果から、プログラムの内容や運用を検討し、改善することを計画した。課題1「試行版プログラムの運用と評価データの収集」では、研究参加の承諾を得た男女看護師5名に研究の目的・方法や倫理的配慮を口頭・書面で説明し、署名と参加の意思表明によって同意を得た。試行版プログラム実施前後に個人に対し質問紙調査、実施後にグループインタビュー法によるインタビューを行い、評価データとした。過去の研究成果と合わせて、プログラムの内容(経験に近い題材や専門的な情報提供)だけでなく、参加メンバーの構成や参加者の語り参加者の語りを促進するファシリテータの問いかけ、ファシリテータからの情報提供が、ディスカッションを深め、認識を高める大きな要因であることがわかった。課題2「試行版プログラムの検討と改善」では、プログラムの進行を担うファシリテータの問いかけや情報提供、ファシリテータの評価データに着目し、プログラム運用に関する評価や課題を整理した。3年目の平成25年度は、「人間の性に対する認識を高める教育支援プログラム」試行版を複数回運用しデータを得た。それを基に試行版を完成版として統合するために、参加者の視点からの再度評価のデータを収集した。過去の研究成果と合わせて、プログラムの内容(経験に近い題材や専門的な情報提供)と参加者の語りを促進するファシリテータの問いかけだけでなく、参加者の経験の多様性と促進された語りが、ディスカッションを深め、認識を高める要因であることが再度確認された。課題2「試行版プログラムの検討と改善」では、プログラムの進行を担うファシリテータの問いかけに着目し、参加者の視点からプログラム運用に関する評価や課題を整理した。本研究は、患者の尊厳を尊重した援助を実践する看護職の継続教育の方策について、特に性の認識に焦点をあて、ジェンダーやセクシュアリティなど「人間の性」と看護実践の関連、「患者の性」に対する倫理的問題の対応および看護職のキャリア形成の視点から作成した教育支援プログラム(以下試行版プログラムと略す)を実施・検討し、実効性のある継続教育プログラムとして開発することを目的としている。初年度の2011年度は、過去の研究成果を踏まえ、臨床看護師の協力を得て試行版プログラムを実施し、評価データからプログラムを検討し、改善することを計画した。課題1「試行版プログラムの実施と評価データの収集」協力の得られた保健医療福祉施設で、倫理的配慮を踏まえて研究参加の承諾を得た男女看護師5名に研究の目的・方法や倫理的配慮を口頭・書面で説明し、署名と参加の意思表明によって同意を得た。それらから、プログラムの内容(経験に近い題材や専門的な情報提供)だけでなく、状況に合わせて参加者の語りを促し、ディスカッションを深める方法が、性の認識を高める大きな要因であることがわかった。課題2「試行版プログラムの検討と改善」

得られたデータを元に、患者の尊厳の尊重、患者の性に関する倫理的問題への分析、個人および看護職としての経験などに着目してプログラムを検討し、研修の手引き「人間の性に関する倫理的な課題と看護ー臨床看護師の生涯学習編ー」を作成した。本研究は、患者の尊厳を尊重した援助を実践するための看護師の継続教育の方策について、特に性の認識に焦点をあて、ジェンダーやセクシュアリティなど「人間の性」と看護実践の関連、「患者の性」に対する倫理的問題の対応および看護師のキャリア形成の視点から作成した教育支援プログラム(以下試行版プログラムと略す)を運用・検討し、実効性のある継続教育プログラムとして開発することを目的としている。4年目の平成26年度は、「人間の性に対する認識を高める教育支援プログラム」試行版のデータを基にファシリテータの視点からの評価データを収集し、プログラムの完成版として「人間の性に対する倫理的な課題と看護研修テキスト臨床看護師の生涯学習編」を作成した。課題1試行版に対するファシリテータの評価データの収集研究参加の意思がある看護師1名に研究の目的・方法や倫理的配慮を口頭・書面で説明し、署名と参加の意思表明によって同意を得た。試行版プログラムの映像を視聴後に実施した半構成的面接の内容を質的記述的に分析し評価データとした。その結果、1ファシリテートのうち「自分が感じたこと」の言語化を促すタイミングと表現の難しさ、2看護で解決できる患者の健康上の問題という視点からのアセスメントや援助の議論を促す難しさ、3患者と看護師自身の性の健康と権利に関する知識不足による議論の限界、4ファシリテートに関する評価の必要性がカテゴリとして抽出された。課題2「人間の性に対する倫理的な課題と看護研修テキスト臨床看護師の生涯学習編」の作成課題1の結果得られた課題をもとに作成した。今後はこのテキストをもとに実施し、参加者およびファシリテータの視点から、研修直後だけでなく研修数カ月後など継続的な評価を計画したい。看護学2012年度以降は試行版プログラムによる性の認識の変化に影響を与えると考えられる要因(年齢、性別、臨床経験、ジェンダーやセクシュアリティや性のイメージ、倫理的問題への対応など)を調整して参加者を構成すること、試行版プログラムを複数回実施すること、試行版プログラムの運用方法を検討して改善することを課題として、実効性のあるプログラム推進の方法に焦点をあてて検討することを計画していた。複数回実施することはできなかったが、性の認識の変化に影響を与えると考えられる要因を調整して参加者を構成することができたこと、運用やプログラム推進の方法の課題を整理することはできた。平成25年度は、「人間の性に対する認識を高める教育支援プログラム」試行版を複数回運用しデータを得た。それを基に試行版を完成版として統合するために、参加者とファシリテータの両方の視点からの再度評価のデータを収集する予定であった。しかし、ファシリテータからの評価が不十分な状況により、今年度は評価データ収集ができずに、対外的に発表できない段階にある。
大震時火災対応のコミュニケーション型立法化の支援システム研究

コミュニケーション型立法によるワークショップの実施を行い、住民と行政と専門家が、ワークショップを通じてルール作りを実施した。例えば、木造密集地に対する事前対策に関する立法については、空き家の更地化の効果、沿道建物の耐火化の効果、沿道建物のセットバック、防火樹木の効果について検討した。また、シミュレータを用いて、リスクの顕現化と低減化について提示し、熟議と検討を行った。また、防火樹木による、避難場所の安全性についても検討を行った。1)シミュレーターの改良・開発(研究分担者:二神・高山、研究協力者:木俣)研究初年度であり、研究協力者である金沢大学名誉教授・木俣と、火災延焼シミュレーターの建物データの自動採取化を行った,具体的には,国土地理院の空間データから,任意の地域の建物情報(ポリゴン・建物属性)を採取するためのシステム開発を行った.よって,シミュレーター適用の汎用化が可能となり,全国の地域でデータの採取が可能となる.このシステムを用いて,久枝全体と,15の各自主防災単位でデータを採取した.つぎに,火災から避難をイメージするための避難シミュレーターを開発し,様々な条件の火災状況から,安全に逃げるための経路をアニメーションで表示した.二神・高山は、松山市の道路幅員・沿道建物状況から,消防車の到着可能確率・時間について分析した。2)ワークショップによるシミュレーター要件の付与(研究分担者:二神,研究協力者,森川,松山・秋月)久枝連合自主防災会副会長森川の協力の下,15の自主防災会から,いくつかのの自主防災を対象に,住民・専門家・行政が参加してワークショップを行い,1)で改良・開発した両シミュレーターに必要な要件を整理した.現在のところ,火災延焼シミュレーターの基本要件は,1同時多発火災を取り扱える,2風向・風速といった気象条件の設定,3空き家の更地化や,沿道建物の耐火化といったまちづくりによる火災リスクを定量的かつ視覚的に提示できる点にある.避難シミュレーターについては,ダイナミックな火災の状況から,安全に避難するための経路を表示した.これらのシミュレーターを提示することによって,住民・行政からの視点で,両シミュレーターに更なる必要要件を探り,シミュレーターの改良・開発を行った.研究代表者は、地震時の火災延焼シミュレーション・システムを開発している。本システムは、国土地理院の国土空間データを活用し、建物ポリゴンデータを用いて、シミュレーションに必要な都市構造データを自動変換するシステムである。よって、全国の市街地の地震火災リスクを再現することができる。本年度は、地震火災から逃げるイメージを高めてもらうために、自宅から避難場所場所までの経路を、マウスで指定し、地震火災と重ねるシミュレータを開発した。国土空間データは,白地図であるため,航空写真を用いた,背景画像を重ねることによってより地形特性が把握できるようシステムの改良を行った.また、国土地理院の標高データ(DEM)を用いた、地形勾配を2次元上のマップに表示可能なシステムを開発した。よって、起伏がある地域の避難等のイメージを高めることができた。松山市消防局、連合自主防災会と連携し、2014年に改正された災害対策基本法に位置付けられる、地区防災計画を進めるために、松山消防局各支署単位で、消防職員・連合自主防災会役員・女性消防団・民生委員と、地震火災延焼シミュレータ、避難シミュレータの講習会を実施した。2015年度以降、松山消防局、自主防災会、消防団、愛媛大学が連携し、各地区の地区防災計画の策定に着手する予定である。開発したシステムを用いて、松山市垣生小学校で講義を行うとともに、アンケートを実施し、シミュレータが子供たちの防災意識に与える影響を確認することができた。1)コミュニケーション型立法によるワークショップの実施を行い,住民・行政と専門家が,ワークショップを通じてルール作りを実施する.例えば,1木造密集地帯に対する事前対策に関する立法については,空き家の更地化の効果,沿道建物の整備,防火樹木の配置など,様々な代替案の効果について,シミュレーターを用いて,リスクの顕在化と低減化について提示し,熟議・検討した.神奈川県の茅ヶ崎市を対象として,地域住民と行政とのまちづくりが進んでいる地区を対象にして,生け垣化,セットバック,空き地の緑化,駐車場の緑化などの整備効果について,焼失面積の低減,延焼速度の提言効果を定量的かつダイナミックに提示することができた.2災時の住民の初期消火と消防の役割分担に関する立法については,家庭での初期消火のあり方,火災警報設置の重要性,消防団・自主防災会による消火活動,消防署による公的消火について,火災シミュレーターを提示して,熟議・検討した.それらの結果,火災延焼シミュレータを中心に,消防戦略,避難経路や避難場所の安全性を確認しながら,地震火災時のイメージを高めるとともに避難訓練への反映化が必要であるとのルール形成が行われた.3火災避難に関する事前および災時対応に関する立法については,避難を必要とする火災の状況を,火災シミュレーターを用いて提示するとともに,命を守るための避難経路や,地域の要援護者と安全に避難する経路について,避難シミュレーターを用いて提示し,熟議・検討することが必要であるとのルールを形成した.以上のように,開発したシステムを支援システムとして,関係者とのコミュニケーション立法によって,それぞれの地域で命を守るためのルールが形成された.今後は,システムの更なる汎用化と操作性を高め,活用事例報告とともに提供し,様々な地域での活用を期待している.コミュニケーション型立法によるワークショップの実施を行い、住民と行政と専門家が、ワークショップを通じてルール作りを実施した。

また、シミュレータを用いて、リスクの顕現化と低減化について提示し、熟議と検討を行った。また、防火樹木による、避難場所の安全性についても検討を行った。二神・高山は、消防署の地震火災時の活動役割を明確化するために、消防署・松山市の道路幅員・沿道建物状況から、消防車の到着可能確率・時間について分析した。具体的には、地域の火災延焼リスクとを、出火点や風速など、様々なシナリオで時系列で提示した。高山は、消防車の駆けつけ信頼性からみた消防困難地域マップを作成した。本年度は、松山消防局と連携し、松山市の62の連合自主防災会と、上述した消防車の到着時間確率や、開発した地震火災延焼シミュレータを用いて、シミュレータの説明会を実施した。そして、今後、地区防災計をシミュレータを用いて作成するための合意を得た。防災情報工学今後の展開としては、松山市消防局と連携し、各地区における地区防災計画の策定を予定している。松山市の各地区では、地震火災、津波、土砂災害、洪水といった、地区それぞれの災害特性をもっているが、地震火災のリスクの高い地区を対象に開発したシミュレータを地区防災計画の支援システムとして活用し、地域の地区防災計画の策定を行いたいと考えている。もう一方では、本研究で明らかになった、防災教育へのシミュレータの活用である。本年度は、松山市の垣生小学校のパソコンに地震火災延焼シミュレーション・システムをインストールし、子供たちの活用状況を記録し、個人属性別に分析を行った。それらの結果、活用頻度の高い子供ほど、自助・公助の防災意識が継続することを確認した。今後、県内の小中学校にシステムを導入し、継続的な活用と意識の変化を分析し、効率的な防災教育の在り方を探っていきたいと考えている。そのために、愛媛県の委員会と連携し2015年6月に、東予・中予・南予で行われる、各学校の防災担当者研修会にてシミュレータの防災効果について紹介するとともに、各学校での活用とシミュレータの改良に繋げたいと考えている。よって、地震火災から命を守るために、行政・住民・学校関係者による地域のルール作りを進めたいと考えている。3年次計画の初年度の計画通り,システムの開発と適用化に関するソフトウェアの部分と,松山消防局,松山市久枝自主防災組織との連携を深めることができた.開発したシステムを,リスク・コミュニケーションのためのツールとして,使用前後の意識調査を行った結果,地震火災のリスクの認識の向上が認められた.科研以外の単年度外部資金が入ったため、旅費と謝金について外部資金で賄ったため、助成金が生じた。1)各種ハザード情報提供の効果分析(研究分担者:二神・高山,研究協力者,松山・秋月)地域の火災延焼リスク,避難困難リスクの提示方法として,ハザードマップを作成し,提示する方法が行われている.二神は,延焼速度に基づく延焼危険マップを作成する.高山は,消防車の駆けつけ信頼性からみた消防困難地域マップを作成する.これらを,ある自主防災組織には,紙媒体の静止画像情報として提供する.
胃癌に対するHER2標的抗体医薬を搭載した金ナノ粒子製剤の開発と治療効果の検討

トラスツズマブ(Tmab)結合金ナノ粒子(Tmab-AuNP)は、Tmab抵抗性を有するHER2陽性胃癌細胞株に対しても有意な細胞障害活性を示した。HER2陰性胃癌細胞株に対してはHER2細胞外ドメインを強制発現させることで同様に有意な細胞障害活性を示すようになった。Tmab-AuNP特有の細胞障害メカニズムとしては、Tmab-AuNPの細胞内への取り込みによる酸化ストレスやオートファジーの増強が一因と考えられた。以上より、Tmab-AuNPはTmab抵抗性癌腫に対する有効な新規治療薬となり得る可能性が示された。昨年度までに、トラスツズマブ結合金ナノ粒子(Tmab-AuNP)を作成し、in vitroでHER2陽性胃癌細胞株(NCI-N87, MKN7)に対して、コントロールよりも有意に強力な細胞障害活性を示すことを証明した。本年度は、HER2陽性トラスツズマブ抵抗性株であるMKN7を主に使用し、Tmab-AuNPとTmabを比較することで、Tmab-AuNP特有の細胞障害メカニズムの解明に従事した。蛍光標識したTmabを使用し、MKN7におけるTmabとTmab-AuNPの細胞内動態をタイムラプスイメージにて経時的に観察したところ、Tmabは細胞表面にわずかに結合するのみであったが、Tmab-AuNPは細胞表面に結合した後細胞内に取り込まれていくことが確認された。トラスツズマブ感受性株であるNCI-N87を用いた同様の実験では、Tmabも細胞内にとりこまれるもののライソゾームと共に局在しており、一方でTmab-AuNPは単独で細胞内に存在しているものも確認された。また、Tmab-AuNPはTmabと比較し、有意に酸化ストレスを誘導しオートファジーを増強することも確認されており、これらのことからTmab-AuNP特有の細胞障害メカニズムとして、細胞内に取り込まれたTmab-AuNPによる酸化ストレスやオートファジーの増強が一因と考えられた。in vivoでは、ヌードマウスにおけるNCI-N87の背部皮下腫瘍モデルを作成し、Tmab-AuNPの腫瘍内投与による治療効果を確認したところ、Tmabなどのコントロールと比較しTmab-AuNPは有意に強力な抗腫瘍効果を示した。当初計画していた尾静脈からの全身投与による検討も行ったが、Tmab-AuNPは主に肝臓に取り込まれ腫瘍への到達効率が悪かったため、同所性モデルでの治療効果の検討は断念した。トラスツヅマブ結合金ナノ粒子(Tmab-AuNP)の作成および質的評価の後、Tmab-AuNPの細胞への取り込みと細胞障害活性がHER2の発現強度依存的に増加していることを確認できたことは当初の仮説通りである。消化器外科現在のところ概ね順調に進んでいるため、当初の予定通り、in vitroではTmab-AuNPの治療メカニズムの解析を進めつつ、in vivoでマウスの胃癌皮下腫瘍モデルさらには胃癌同所性モデルにおける治療効果の検討を行う予定である。実験消耗品の購入が当初の予定より安くすんだため。繰り越しとなった金額は主に次年度の実験消耗品に用いる予定である。
子宮内膜症癌化過程におけるサイトカインとミスマッチ修復異常の関与に関する研究

不死化卵巣表層上皮細胞OSE2aにおいて、TNFα100pg/ml添加72時間後のMLH1およびMSH2発現抑制が観察された。この作用はNFκB阻害薬で相殺されたことからNFκBを介していると考えられた。子宮内膜癌細胞株Ishikawa、HEC1BではTNFα添加、鉄イオン添加によりMLH1およびMSH2発現抑制が観察され、卵巣子宮内膜症内でこれらがミスマッチ修復(MMR)機能低下にかかわることが示唆された。子宮内に発がん物質メチルニトロソ尿素(MNU)を注入することによるマウス内膜癌発生モデルでは、高エストロゲンはMMR蛋白の発現亢進を誘導し、癌化をむしろ抑制している可能性を見出した。ミスマッチ修復(MMR)異常の指標であるマイクロサテライト不安定性(MSI)の陽性率は、正所性子宮内膜<卵巣子宮内膜症<内膜症に関連した卵巣癌と病変の進行に従って有意に高頻度であることを見出した。内膜症癌化過程へのMMR異常の関与が考えられ、本研究で検討する。また近年、炎症の発癌への関与も報告されているが、子宮内膜症性嚢胞内では様々な炎症性サイトカインの上昇が知られている。そこで本研究では、炎症性サイトカインのMMR機能異常への関与もあわせて検討する。MSIと臨床病理学的背景の比較では、MSI陽性症例で白血球数とCRP値が有意に高く、MMR蛋白発現は有意に低値であった。正常子宮内膜腺上皮細胞を炎症性サイトカイン(TNF-α、IL-6)存在下で長期培養し、MMR発現の変化を検討したところ、MMR発現が抑制された。これらのことから、子宮内膜症にはMMR機構の異常が存在し、炎症によって誘導されるMMR機構の異常が子宮内膜症から卵巣癌への発癌過程に関与する可能性が示唆された。また正常子宮内膜(NE)、子宮内膜異型増殖症(AH)、類内膜腺癌(EC)の新鮮凍結組織切片から腺上皮組織のみをlaser microdissection法で採取し、NEをcontrolとして全エクソンシーケンス法によりAH, ECの遺伝子変異を同定した。AHの変異部位は4046ヵ所、ECは5746ヵ所で両者の共通は2252ヵ所であった。MMR蛋白であるMSH2やMSH5, PMS1にAHの段階で機能変化を伴うmutationが認められ、MMR異常が癌化に大きく関与していると考えられた。炎症性サイトカインとMMR蛋白発現の関連を示す結果が得られている。我々はDNAミスマッチ修復(MMR)の指標であるマイクロサテライト不安定性(MSI)の陽性率は、正所性子宮内膜<卵巣子宮内膜症<内膜症に関連した卵巣癌、と病変の進行に従って高頻度であることを見出した。このことから子宮内膜症の癌化にはMMR異常が深く関与していることを見い出した。同時に我々は同一患者から採取した正常子宮内膜、内膜癌の前癌病変である子宮内膜増殖症、子宮内膜癌の3つの部位の遺伝子変異を全エクソンシークエンス法で解析したところ、内膜症で約4000箇所、内膜癌で約5700箇所、両者に共通な遺伝子変異が約2200箇所あることを見出した。さらにその変異のなかにはMMRの機能分子であるhMSH2やhMSH5の変異も含まれており、内膜組織の癌化の初期段階にはMMR異常が重要であることを明らかにした。MMRを調整する因子として我々はまずエストロゲンに着目し、発癌物質であるMNUを用いたマウス内膜癌発生モデルを作成した。このマウスに種々の濃度のエストロゲンを投与したところ、高エストロゲンはMMR蛋白の発現亢進を誘導し、癌化をむしろ抑制している可能性を見出した。この結果から内膜症には著明な炎症が伴うことから炎症関連因子に着目した。培養子宮内膜細胞に炎症性サイトカイン(TNF-a, IL-6)を添加して培養すると、MMR蛋白の発現が低下したことから、内膜症では炎症によるMMR蛋白の発現低下が内膜症の癌化に関与している可能性が示唆された。本研究は内膜症のMMRと炎症を介した癌化機序の検討が主目的であるが、その準備的実験として正常内膜のマウスMNU癌化モデルの実験を追加したため、内膜症の研究がやや遅れた。また研究施行予定であったin vitroミスマッチ修復アッセイ実験の施行が遅れたため。ミスマッチ修復(MMR)異常ではDNA複製時のエラーを修復の障害から遺伝子変異頻度が上昇し、変異の蓄積から癌化が起こりやすくなるとされる。我々はこれまでにMMR異常の指標であるマイクロサテライト不安定性(MSI)の陽性率が、正所性子宮内膜<卵巣子宮内膜症<内膜症に関連した卵巣癌と病変の進行に従って有意に高頻度であることを見出した。このことから内膜症癌化過程へのMMR異常の関与が考えられ、本研究で検討する。これまでにMSIと臨床病理学的背景の比較では、MSI陽性症例で白血球数とCRP値が有意に高く、MMR蛋白発現は有意に低値であった。正常子宮内膜腺上皮細胞を炎症性サイトカイン(TNF-α、IL-6)存在下で長期培養し、MMRタンパク発現の変化を検討したところ、抑制が観察された。子宮内膜症性嚢胞内(OEM)には多量のTNFαやIL-6などの炎症性サイトカインとともに、赤血球由来の鉄イオンが存在している。

そこで、血清2%下に無添加対照、recombinant TNFα添加、鉄イオン(塩化鉄(III))添加の各条件でIshikawa細胞およびHEC1B細胞を1872時間培養したところ、recombinant TNFα添加および鉄イオン添加により、MLH1発現およびMSH2発現の低下が観察された。このことからOEM内のTNFαだけでなく鉄イオンもMMR機能低下にかかわると考えられる。この発現低下はmRNAでも観察されるが、低下の程度はタンパクの方が大きいことから、転写抑制だけでなく、タンパク分解の促進も関与していると考えられた。さらに鉄イオンはフェントン反応による酸化ストレスから、DNA障害を引き起こすことから、遺伝子変異を誘発し、癌化に大きく関与する可能性が考えられた。不死化卵巣表層上皮細胞OSE2aにおいて、TNFα100pg/ml添加72時間後のMLH1およびMSH2発現抑制が観察された。この作用はNFκB阻害薬で相殺されたことからNFκBを介していると考えられた。子宮内膜癌細胞株Ishikawa、HEC1BではTNFα添加、鉄イオン添加によりMLH1およびMSH2発現抑制が観察され、卵巣子宮内膜症内でこれらがミスマッチ修復(MMR)機能低下にかかわることが示唆された。子宮内に発がん物質メチルニトロソ尿素(MNU)を注入することによるマウス内膜癌発生モデルでは、高エストロゲンはMMR蛋白の発現亢進を誘導し、癌化をむしろ抑制している可能性を見出した。基本的に当初の計画通りにすすめる。また、炎症や内膜症性嚢胞内に蓄積した鉄による酸化ストレスも癌化への関与が指摘されている。酸化ストレス条件下でのMMRタンパク発現や機能についても検討したい。今後はサイトカイン添加下で培養した内膜のin vitroミスマッチ修復アッセイを施行する予定である。また我々は内膜症では鉄イオンに由来する活性酸素(ROS)が癌化に重要であることを見出したが、このROSの蓄積とMMRの関係についても解析する予定である。産婦人科学、婦人科腫瘍学本研究の準備的研究としてMNU実験を施行したため本研究での予算執行が遅れ、次年度使用額が生じた。次年度使用額は平成29年度請求額と合わせてin vitroミスマッチ修復アッセイを主とした消耗品費として使用する計画である。
in vivoにおける生体内局所ラジカル消去能の画像化に関する研究

これまでの研究では、ラットの虚血脳に取り込まれたC-PROXYLをL-band ESR-CTsystemを用いて撮像することが可能であり、その描出巣は虚血時間の延長に伴う梗塞巣の分布の拡がりに一致して拡大すること、さらに虚血後の再環流後の描出巣の経時的変化もとらえられることを示した。また、X-bandESRspectrometerを用いて、microdialysis法により虚血脳におけるニトロキシドラジカルの信号強度を経時的に測定したところ、ESR一CTにおける描出巣の経時的変化と同様の傾向を示した。すなわち、信号強度は再環流20分後で最大となり、その後減少するが、40分後には再増加する傾向が認められた。以上の結果より、ESR一CTにおける描出巣は虚血部におけるラジカル産生を間接的に反映したものであり、ESR-CTによる撮影はラジカルの産生、消去などを経時的にとらえている可能性が示唆された。しかし、これまでの研究では、虚血部位において産生されるラジカルの種類までは特定できておらず、現在、X-bandESRspectrometerを用いて検討中である。1実験方法撮影後速やかに脳を摘出し、ヘマトキシリン-エオジン染色による冠状断の組織標本を作成し同部位における冠状断の画像所見と比較した。また4時間虚血ラットについてはC-PROXYL投与10分後より60分後まで5分間隔での連続撮影を行った。2結果各脳虚血モデルの画像所見では脳内にC-PROXYLの取り込みが認められ、これは虚血時間の延長とともに増大を示した。描出部位はヘマトキシリン-エオジン染色にて認められた梗塞部位にほぼ一致していた。連続撮影ではC-PROXYL投与10分後より60分後まで描出が認められ、その範囲は20分後に最大であったが、60分後にも20分後に近い範囲の描出が認められた。3考察実験結果からESR-CT法にて脳虚血の病巣を捉えることが可能であった。一方、これらの連続撮影の結果は局所におけるredox cycleを反映している可能性があるのではないかと考えられた。以上、現時点におけるESR-CTは分解能の点では病巣描出に充分であると考えられた。また、現在のESR-CTにて局所におけるラジカル消去過程を観察する事が可能であると考えられた。平成8年度の研究において、ラットの虚血脳に取り込まれたC-PROXYLをL-band ESR-CT ststemを用いて、撮像することが可能であることを示した。また、その描出巣は虚血時間の延長に伴い、拡大すること、さらに虚血後の再環流後の経時的撮影も可能であった。今年度はmicrodialysis法を用いて脳虚血部位におけるニトロキシドラジカルを経時的に測定し、これをESR-CTにおける描出巣の経時的変化と比較した。200gWisterラットを用いて、Longaおよび小泉らの方法をもとに左中大脳動脈閉塞モデルを作成した。L-band ESR-CT systemを用いた虚血部の連続撮影は、虚血時間を4時間とし、その後再環流を行い、環流後10分から60分まで5分間隔で行った。C-PROXYLは0.3Mで3mlとし,再環流直前に腹腔内投与した。その結果、再環流後10分から描出を認め、その広さは20分後で最大となり、その後減少するが、40分後には再拡大する傾向が認められた。同様の虚血モデルにて、X-bandESRspectromererを用いて、microdialysisにより虚血脳におけるニトロキシドラジカルの信号強度を経時的に測定したところ、EST-CTにおける描出巣の経時的変化と同様の傾向を示した。以上の結果より、ESR-CTにおける描出巣は虚血部におけるラジカル産生を間接的に反映したものであり、ESR-CTのよる撮影はラジカルの産生、消去などを経時的にとらえている可能性が示唆された。
屈折率時空間観測法によるフェムト秒レーザー内部加工の動的過程の観測

本研究課題の目的は、屈折率分布変化ダイナミクスの観測装置を開発し、それを用いてレーザー照射後の応力緩和過程と圧力波発生、熱拡散過程を観測することで、ガラス内部のフェムト秒レーザー加工のメカニズムを明らかにすることである。本年度は、材質の異なるガラス・繰り返し周波数・レーザーのパルス幅・照射エネルギーに関する圧力波発生過程や熱拡散過程の違いや、最終的な構造変化と圧力波発生の関係を明らかにすることを目的とした。(1)様々な条件での圧力波測定パルス幅が一定の場合、圧力波発生過程は主にガラスのバンドギャップや熱膨張係数や弾性係数によって決まるが、パルス幅を変化させた時の圧力波のレーザー強度依存の変化がガラスの種類に大きく依存することが明らかになった。特に、多数の元素から構成されるガラスと構成元素数が少ない石英ガラスを比較すると、石英ガラスの方がパルス幅の変化に対して現象が2倍以上敏感であることが明らかになった。また、原子レベルでの構造変化と圧力波との関係を調べると、圧力波の強度と高密度構造に由来する原子配置(Si-0のリングの数)の量に相関があることが明らかになった。(2)熱拡散過程と熱蓄積レーザー照射の繰り返しが200kHz以上になると、温度降下が起こる前に次のレーザーパルスが照射されるため、熱の蓄積が構造変化に影響することが広く知られているが、熱蓄積によってどの程度の温度上昇が材料内部で起こっているのか、全く明らかにされていなかった。今年度の研究で、熱拡散測定と高温下でのレーザー照射と異なる二点にレーザーを照射する実験を行うことで、レーザー照射領域の中央と周囲での温度分布を明らかにした。ここで得られた温度分布は、熱による材料の変形の原因を知る上で非常に有用な情報である。ガラス内部のフェムト秒レーザー加工におけるダイナミクスの時間分解観測装置の作製と、それを用いたフェムト秒レーザー誘起構造変化のダイナミクスの観測実験と観測結果の解析方法の開発を行った。(1)レーザー加工の時間分解観測装置の作製従来の過渡レンズ法に基づいた観測装置では時間分解観測と同時にレーザー加工をモニターすることができない上に、観測できる試料の形状に制限があった。本年度の研究で作製した観測装置により、時間分解観測と同時にレーザー照射領域の明視野観察・観測試料の高さ制御・数ミリ角の試料の観測が可能になり、様々なガラス試料に対して応用することや時間分解観測後にレーザー加工領域の詳細な分析が可能になった。(2)フェムト秒レーザー誘起構造変化のダイナミクスの観測実験と観測結果の解析方法の開発作製した時間分解観測装置により、様々なガラスでのフェムト秒レーザー誘起構造変化の検出を試み、レーザー照射領域から発生する圧力波と熱拡散過程を観測した。観測された圧力波はガラスの力学的な性質やレーザー照射条件に大きく依存することが明らかになった。また、熱拡散過程の観測結果から、光励起直後の温度上昇・温度分布の幅・冷却速度を見積もった。(レーザー研究Vol35(2007)109-115)また、観測結果(過渡レンズ信号)から圧力波の形などを容易に得るための解析法を開発するために、様々な圧力波の形を用いてシミュレーションを行い、過渡レンズ信号の振動の振幅と減衰速度から、容易に圧力波の強度と幅を得ることができることを明らかにした。
低原子価ケイ素およびゲルマニウムを配位原子とする遷移金属錯体の研究

低原子価ゲルマニウムを配位原子とする遷移金属錯体の出発原料として,ジクロロゲルミレンとアニオン性金属錯体との反応により,クロロメタロゲルミレンを合成した。光照射によってメタロゲルミレンからゲルミリン錯体への誘導に成功した。これらの反応を応用して,(クロロゲルミル)クロロゲルミレンからジゲルマビニリデン錯体を合成した。また,ゲルマニウム上にN,Oキレート配位子をもつ(クロロゲルミレン)メチルタングステン錯体の合成を行った。この錯体において,タングステン上のメチル配位子とゲルマニウム上のクロロ基が交換するという交換反応がジアステレオ選択的に起こることを見出した。1.ジゲルマビニリデン錯体の合成研究前年度は,N-複素環式カルベン(NHC)が配位したジクロロゲルミレンとアニオン性金属錯体との脱塩反応によるクロロメタロゲルミレンの合成方法を確立した。さらに,光反応によって金属上のCO配位子を解離させることにより,メタロゲルミレンからゲルミリン錯体への誘導を行った。本年度はこれらの反応を応用して,これまでに合成例のないジゲルマビニリデン錯体の合成を行った。NHCが配位した(クロロゲルミル)クロロゲルミレンとアニオン性タングステン錯体との脱塩反応により,ゲルミレン上の塩素のみが選択的に置換され,(クロロゲルミル)メタロゲルミレンが得られた。さらに,光照射を行うことによりNHCで安定化された(クロロゲルミル)ゲルミリン錯体が得られた。この錯体からクロロ基を塩化物イオンとして引き抜くことにより,カチオン性ジゲルマビニリデン錯体の生成がNMRおよびIRスペクトルによって確認された。また,この錯体は4-ジメチルアミノピリジンを反応させると逆反応が進行し,ゲルミリン錯体が再生することがわかった。2.(クロロゲルミレン)メチルタングステン錯体のCl/Me交換反応前年度に見出したN,Oキレートを持つクロロゲルミレンが配位したメチルタングステン錯体におけるタングステン上のメチル配位子とゲルマニウム上のクロロ基のジアステレオ選択的な交換反応についてその反応機構を調べた。その結果,N,OキレートのN上の置換基が小さいと反応は遅くなり,Nの塩基性が強くなると反応は進行しなくなることがわかった。これらの結果は,この交換反応がNの配位が外れることによって進行することを示している。また,ジアステレオ選択制はNが再配位する際にタングステン上の配位子との立体反発が生じることによって起こると推定される。1.ジハロゲルミレンを用いたクロロメタロゲルミレンの合成研究新奇な構造を持つ低原子価ゲルマニウムを配位原子とする遷移金属錯体の前駆体として、クロロメタロゲルミレンの合成を行った。N-ヘテロ環式カルベンが配位したジクロロゲルミレンとアニオン性タングステン錯体との脱塩反応により、ゲルマニウム上の置換基にクロロ基を持つメタロゲルミレンを合成することに成功した。X線結晶構造解析により、N-ヘテロ環式カルベンで安定化されたクロロメタロゲルミレンのW-Ge結合距離は既知のW-Ge結合の中で最も長いことがわかった。また、理論計算からこのクロロメタロゲルミレンのゲルマニウム中心はほとんど混成しておらず、ゲルマニウムの4s軌道は主に孤立電子対によって占有されていることがわかった。2.分子内塩基で安定化されたゲルミレン錯体およびゲルミリン錯体の合成研究N,Oキレートを持つクロロゲルミレンを合成し、それをタングステンピリジン錯体と反応させることで、分子内塩基で安定化されたクロロゲルミレンタングステン錯体の合成を行った。さらに、この錯体からクロロ基を塩化物イオンとして引き抜くことで分子内塩基で安定化されたカチオン性ゲルミリン錯体の合成に成功した。また、分子内塩基で安定化されたクロロゲルミレン錯体において、加熱条件下でタングステン上のメチル配位子とゲルマニウム上のクロロ基が交換するという転位反応がジアステレオ選択的に起こることを見出した。昨年3月の東日本大震災により、研究室は壊滅的な被害を受けた。実験施設は一時使用停止になり、実験器具や分析機器などもほとんどが使用不可能となった。その後、仮設校舎の建設や分析機器の再購入など迅速な復旧活動が行なわれたものの、約8カ月間は実験研究をほとんど停止せざるおえない状況であった。そのため、当初の研究計画よりも遅れている。震災後、ほとんど実験研究のできない状況が続いていたが、昨年11月に新設された仮設校舎に移設が完了し、実験器具や分析機器も揃いようやく本格的な実験研究が可能となった。そこで今年度は、前年度の遅れを取り戻し当初の研究目的を達成できるよう全力を尽くす。

次年度使用額は,震災から実験研究を復旧させるため物品費を多く消費したことにより0円となった.次年度の研究費は平成24年度請求額を計画している研究の遂行に使用する予定である.
位置特異的ラジカル重合反応による高性能高分子材料の設計

高機能・高性能ポリマー材料の簡便かつ新規な合成法を開拓し、腎炎モノマーならびに酸素や二酸化硫黄など非ビニル系化合物をコモノマーとして活用して共重合体の精密構造制御を行い、成長反応で高い位置選択性およびモノマー配列制御能を発現する分子設計によって、既存の高分子材料に比べて優れた熱、機械、光学特性を示す高性能高分子材料を得ることに成功した。本研究では、高機能・高性能ポリマー材料の新規な合成法を開拓するため、ジエンモノマーと非ビニル系化合物のラジカル交互共重合で発現する位置特異的な成長反応に着目し、共重合体の精密構造制御によって、既存材料に比べて優れた熱、機械、光学特性を示す新規ポリマー材料の設計を行っている。初年度は、まず二酸化硫黄とジエンモノマーの位置特異的ラジカル交互共重合について重合反応機構の解析と生成ポリマーの特性解析に関する研究を行い、以下に示す成果を得た。まずジエンモノマーと二酸化硫黄の位置特異的ラジカル交互共重合によって、主鎖中にスルホニル基を有するポリジエンスルホンを合成した。ブタジエン、イソプレン、ヘキサジエン、シクロペンタジエンなどを用いて低温レドックス開始による二酸化硫黄とのラジカル共重合を行い、高収率で高分子量のポリマーを得ることに成功した。二酸化硫黄と炭化水素系ジエンモノマーの交互共重合系における位置特異的な成長反応をポリマー構造解析の結果より確認し、さらにDFT計算による考察に基づいて位置特異的なラジカル成長反応の機構を明らかにした。つづいて、ポリジエンスルホンの構造と分解特性ならびに物性評価を行うため、得られたポリマーの熱特性、結晶性、機械特性、光学特性、ならびに分解挙動などを明らかにし、ポリマーの繰り返し構造と物性とを相関づけた。また、ポリジエンスルホンの分解特性について、熱重量分析ならびに分解生成物の構造解析を行い,ポリマー中の繰り返し構造が分解特性に及ぼす影響についても明らかにした。さらに、ポリジエンスルホン中の不飽和結合への水素添加による耐熱性ポリスルホンの合成と光学特性評価を行い、水素化ポリジエンスルホンが耐熱性新規ポリスルホンとして優れた性質を示すことを見出した。他の非ビニル系モノマーのラジカル交互共重合による耐熱性ポリマーの合成についても予備的検討を行った。平成23年度は、初年度に取り組んだ研究項目のうちのポリジエンスルホンの構造と分解特性、物性評価ならびに光学特性評価について検討を継続して行い、さらに以下の項目についての新たな成果を得た。まず、極性基をもつジエンモノマーと二酸化硫黄の共重合を行いため、側鎖にカルホン酸エステルなどの官能基を含むジエンモノマーを新規に合成し,重合ならびに生成ポリマーのキャラクタリゼーションを行った。さらに、官能基を含むポリジエンスルホンならびにその水素添加物のフィルム化ならびに表面モルフォロジーや物性の評価を行い、非極性ジエンモノマーと同様にポリジエンスルホンが合成できることを見出した。さらに、環状構造をもつジエンモノマーを用いるポリジエンスルホンの合成と物性評価を行うための、新規な環状モノマーの合成を試みた。硫黄原子を含む環状ジエンモノマーを新規に合成、精製単離し、二酸化硫黄との共重合が可能であることを確認できたものの、ポリマーの詳細なキャラクタゼーションにまでは至らなかった。最終年度である平成24年度も継続して検討予定である。環状不飽和スルホンであるスルホレン誘導体の開環重合を試みたが、スルホニルラジカルの環状不飽和スルホンへの付加がエネルギー的に不利であることがわかった。そこで、新規に反応性基を含む新規なスルホラン誘導体を設計し、開環重合が可能であることを見出した。重合挙動の詳細や生成ポリマーのキャラクタリゼーションを継続して行っていく予定である。本研究では、高機能・高性能ポリマー材料の簡便かつ新規な合成法の開拓を目的として、ジエンモノマーと非ビニル系化合物のラジカル交互共重合で発現する位置特異的な成長反応に着目し、分子ならびに反応設計によってポリマーの構造制御が可能なラジカル重合反応系を開拓した。成長反応で高いモノマーおよび位置選択性を発現できるようにジエンモノマーの分子設計を行うと同時に、非ビニル系化合物をコモノマーとして活用することで新規重合系を開発、共重合体の精密構造制御を行い、既存材料に比べて優れた熱,機械、光学特性を示す新規ジエン系ポリマー材料を設計した。平成24年度は、これまでの取り組んできた二酸化硫黄とジエンモノマーの位置特異的ラジカル交互共重合の成長反応機構の解析、生成ポリジエンスルホンの構造ならびに基本物性評価、水素添加による耐熱性ポリマーの設計に関して検討を継続しながら、さらに、高機能化・高性能化をめざした分子設計を行い、耐熱透明ポリマー材料の開発を進めた。昨年度まで行ってきた高機能・高性能ポリジエンスルホンの開発をさらに展開し、硫黄原子を含むジエンモノマーを用いた高性能化