hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生物教育における環境倫理意識を高めるバイオフィリアの概念を導入した環境教育の研究

本研究は、生徒のバイオフィリアへの気づきを促し、環境倫理意識を高め、環境保全に寄与する態度と行動力を育成する高校生物の生態学分野における環境倫理教育プログラムを開発し、環境倫理教育の理論と実践に関する基礎知見を得ることを主目的としたものである。前年度までは、近代の生物学の流れの中でのバイオフィリアの出現・展開、環境思想の流れとの関連、大学の生物学の教科書への導入、そして、バイオフィリアの概念を導入した初等教育の実践の特質について明らかにした。今年度は、まず、環境教育、特に生物教育における環境倫理意識の育成を促す概念として扱われているディープ・エコロジーとバイオフィリアの概念の対比を行い、それらの共通点、差異点を明らかにした。そして、その共通点、差異点に基づき、生物教育において、行動変革まで結びつくような環境倫理意識を強く動機付けるための環境教育を開発するに当たって検討すべきいくつかの視点を指摘した。その成果を投稿論文にまとめた。次に、これまでの文献調査の結果より、バイオフィリアの概念を導入した環境教育実践の多様性についてまとめ、学会発表を行なった。その教育実践の多様性に関しては、特に特徴的な傾向として,認知的バイオフィリアを導入した事例、バイオフィリック・デザインを適用した事例、エコロジカル・リテラシーを基盤とした事例の実践的な広まりが明らかになった。最後に、以上の文献研究をもとに、高校生物での実践的検討を見据えた実践として、中学校理科における、バイオフィリアとディープ・エコロジーの概念を連関させた環境教育プログラムを開発し、公立中学校の2年生2クラスを対象として2時間連続の授業実践を行い、その結果を分析した。本研究では、生徒のバイオフィリアへの気づきを促し、環境倫理意識を高め、環境保全に寄与する態度と行動力を育成する高校生物の生態学分野における環境倫理教育プログラムを開発し、環境倫理教育の理論と実践に関する基礎知見を得ることを主目的とした。バイオフィリアは、近年、生徒の環境倫理意識を高め、生物多様性の保全の動機付けを強めるものとされ、北米、北欧諸国を中心として注目されている生命愛の概念である。今年度は、上記の目的を達成するための第一段階として、近代の生物学、および、環境思想の流れの中でのバイオフィリアの出現・展開と、その特質を明らかにするための文献調査を行なった。具体的には、以下の点が明らかになった。第一に、バイオフィリアの概念はウィルソンの熱帯雨林でのフィールドワーク中に想起され、その基盤は社会生物学であること、1970年代に出現した環境倫理学と関連させて議論されていることが明確になった。第二に、生物学については、大学の生物学教科書『キャンベル生物学』の原書とコンパクト版であるCampbell Essential Biologyの最新版において、バイオフィリアが保全生態学分野の最後で扱われ、生物多様性の保全のための環境倫理を生徒に強く動機づける概念として紹介されていることが明らかになった。また、環境倫理学の文脈においては、バイオフィリアは仮説というより概念として扱われていることが示唆された。第三に、バイオフィリアは、環境教育、科学教育、音楽教育、治癒教育など様々な教育分野に導入され、議論されており、特に実践研究では、バイオフィリアの実証研究となる「バイオフィリア仮説」に基づいたアプローチを行なった科学教育、生物教育がアメリカを中心として展開されていることが明らかになった。バイオフィリア、および、生物多様性の提唱者であるE.O.ウィルソンの著書や関連図書・資料の収集、および、バイオフィリア仮説に至る背景・出現・発展に関する内容の整理、分析は順調に進んでいる。生物学(特に生態学)、環境倫理学、環境思想におけるバイオフィリアの議論に関する文献は一部収集し分析を進めている。特に、生物学に関する文献は、次に示した『キャンベル生物学』を中心に生態学分野の内容分析を終えたところである。『キャンベル生物学』の原書であるCampbell Biology(最新版10th,2013)、コンパクト版であるCampbell Essential Biology(最新版6th,2015)の初版から最新版の内容分析については、その成果の一部を理科教育学会、生物教育学会にて発表した。その他の、大学の生物学のテキスト、例えば『ケイン生物学』、『細胞の分子生物学』、もしくは、辞典『生物学辞典』等の内容調査も進めている状況である。そして、学校教育のみならず社会教育まで広げた環境教育、科学教育におけるバイオフィリアの概念の教育への導入の議論、実践事例に関する文献については、現段階で収集、分析したものに関しては、理科教育学会、生物教育学会にて発表した。具体的には、アメリカの生物教員の授業実践に関するジャーナル"The American Biology Teacher"等に掲載された実践論文の内容分析を進めた。さらに、申請者がこれまで行ってきたディープ・エコロジーの視点を導入した環境教育と、バイオフィリアの視点を導入した環境教育との関連については、アメリカの環境教育に関する先行研究を収集し、分析を始めている。以上より、達成度を総合的に評価した結果、全体としておおむね順調に進展していると判断した。バイオフィリアは、人間が「生命および生命に似た過程に対して関心を抱く生得的傾向」と定義されている(Wilson, 1984)。近年、欧米では、子どものバイオフィリアを活性化する教育および学習環境の議論や、バイオフィリア仮説に基づいた教育プログラムの開発、実践が広まりつつある。

前年度は、近代の生物学の流れの中でのバイオフィリアの出現・展開、環境思想の流れとの関連、大学の生物学の教科書への導入の特質を明らかにした。今年度は、さらなる文献調査の結果、アメリカでは小学校の学習環境の設定にバイオフィリック・デザインを取り込み、それを使った体験学習のアプローチが検討、実践されていること、子どものバイオフィリアの育成時期として、幼児教育、初等教育段階が適切であるという議論がなされていること、子どものバイオフィリアを引き出す活動を導入したアプローチにより、認知と言語の発達などの教育実践目標の達成を図るような教育プログラムが行われていることが明らかになった。また、申請者がこれまで行ってきたディープ・エコロジーの視点を導入した環境教育とバイオフィリアとが関連した教育理論・実践研究が盛んに行われていることが明らかになったため、文献調査と並行して、高校生物の生態学分野におけるディープ・エコロジー教育の過去の実践より得られたデータの再分析を行い、環境倫理意識を高め環境保全に寄与する態度を育成するための環境倫理教育のあり方についての検討を行った。研究計画段階では、初年度(前年度)に、近代の生物学、および、環境思想の流れの中でのバイオフィリアの出現・展開と、大学の生物学の教科書への導入の特質を明らかにし、今年度は文献調査の結果をもとにして日本の小学生・中学生・高校生を対象とした、バイオフィリアの概念、および、環境倫理に関する意識・態度の実態調査を行う予定であった。しかし、バイオフィリアの概念を導入した環境教育が、欧米において想定以上に幅広く展開しており、バイオフィリアを活性化する環境教育の特質を明らかにするためには、更なる文献調査を行う必要が出てきた。特にアメリカ・カナダにおいて、初等教育におけるバイオフィリアを活性化するための教育の議論・実践が多く行われており、それらの文献調査を引き続き行っている状況である。さらには、申請者がこれまで行ってきたディープ・エコロジーの視点を導入した環境教育とバイオフィリアとが関連した教育理論・実践研究が盛んに行われていることが明らかになったため、バイオフィリアを活性化する環境倫理教育プログラムの開発を行うに当たって、申請者の過去の環境倫理教育実践の結果を再分析することとした。以上より、達成度を総合的に評価した結果、文献調査は当初の計画以上に進展しているが、実態調査の実施までには至っていないので、全体としてやや遅れていると判断した。本研究は、生徒のバイオフィリアへの気づきを促し、環境倫理意識を高め、環境保全に寄与する態度と行動力を育成する高校生物の生態学分野における環境倫理教育プログラムを開発し、環境倫理教育の理論と実践に関する基礎知見を得ることを主目的としたものである。前年度までは、近代の生物学の流れの中でのバイオフィリアの出現・展開、環境思想の流れとの関連、大学の生物学の教科書への導入、そして、バイオフィリアの概念を導入した初等教育の実践の特質について明らかにした。
大規模集団に適応できる口腔内細菌叢解析システムの構築

口腔内には常時数百種の細菌が存在している。これらの菌種の変動を効率良く解析するために制限酵素末端断片長解析法(Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism ; T-RFLP)を用いて菌種のその割合の推定を計算するシステムの構築を行なった。T-RFLP法はピークの重なりがあって各菌種の割合を推定するのが難しいのが欠点であるが、それを乱数を用いたシミュレーションを繰り返すことで最適な計算結果を求めるMonte Carlo法を使って解決した。その解析を行なうための口腔内細菌および口腔内細菌と密接な関係のある腸内細菌の16S rRNAデータベースを構築した。本年度の計画としては、多検体ピークパターンの比較による各ピークのアラインメントを行うためのプログラム設計と、その結果を利用した相関係数行列を用いた菌種推定と構成比の計算方法の確立、およびMonte-Carlo法による菌種構成比の計算方法の開発であった。ピークの分布密度に基づくアラインメント方法の開発の結果は、その雛形となるプログラムをhttp://trf-alignment.appspot.com/にて構築した。まだ1000を越えるような解析は試みていないが、原理的には目的に叶うプログラムを開発できた。そのプログラムを用いておよそ300の唾液中の細菌叢を解析するためのサンプルのT-RFLPピークをアラインメントし、各ピークの増減のパターンを調べ、サンプル間の変動を比較するためにる総当たりの相関係数行列を計算した。その結果、同一DNA断片由来の末端の組合せを推定でき、その組合せから細菌種の推定も行えるようになった。唾液サンプルを採取したときの被験者の口臭測定データと比較し、菌叢パターンから口臭の有無を予測することが可能であるかどうかを検証し、ある程度の予測が可能であるという結果が得られた。現在、Monte-Carlo法による菌種構成比の計算方法の開発を進めているところである。前年度までに、多検体T-RFLPデータのピークパターンの比較による各ピークのアラインメントと相関係数行列を用いた菌種推定と構成比の計算を行なったが、今年度は主にMonte-Carlo法による菌種構成比の計算方法の確立を目指した。多検体ピークパターンから相関係数行列を基に菌種推定を行なうのは、類似の測定結果が多数あるときに計算速度の向上に威力を発揮するが、類似度の小さい解析結果が多数あるときには必ずしも有効とはいえない。そこで、ランダム・アルゴリズムで近似値を推定する計算方法を導入して、ピーク変化の類似度に依存しない菌種推定と割合の計算を試みた。その結果、口腔内細菌の細菌叢の菌種の割合を妥当な範囲で推定し、さらにその値に基づいて3人の唾液中の細菌を一日の異なる時間に採取し、75サンプルを本法で解析したところ、それぞれのサンプルを個人に帰属させることができた(Microb.Ecol.60:364,2010)。また別の42サンプルにそれぞれ固有のタグ配列を末端に付加したのち、pyrosequence法で検体由来の16S rRNAの塩基配列を決定した。タグ配列を含む有効な31450配列が得られた。この結果をT-RFLP解析の妥当性の検証、解析の高速化に活用する。現在、口腔内および腸内細菌の16S rRNAデータベースの構築と、多数の検体に対応できる解析システムの準備を進めているところである。前年度までに、モンテカルロ法を用いた菌叢解析法による菌種推定とそれぞれの割合の予測を行なったが、今年度は、データベースの更新・充実と、T-RFLP解析システムのウェブ公開、およびpyrosequence法での菌叢解析を行なった。口腔内細菌および腸内細菌の16S rRNAの配列情報を基にT-RFLP解析のために4塩基認識制限酵素による切断断片長データベースを構築し、その断片データベースを利用したT-RFMAW解析システムを開発して公開(http://trflp.info/trfmaw/)した。また、これらの16S rRNA遺伝子配列データベースを2008年に発表した解析システム(J. Microbiol. Methods 75:501-505)で利用できるように設定した(http://trflp.info/bptrfma/main.html)。これまで研究費の制限からT-RFLP法を優先して用いて菌叢解析に活用する有効性を主張してきたが、この一年間でpyrosequence法による配列解析の価格が低下し、T-RFLPに近づいてきた状況を踏まえ、16S rRNA遺伝子断片の塩基配列情報による菌叢解析を進めてきた。塩化亜鉛は洗口剤の口臭抑制成分として利用されている。その効果は揮発性硫化物と結合し不揮発化することによるという報告があるが、一方で亜鉛イオンが一部の菌の増殖に対して強い抑制効果を発揮するという報告もある。

まず20名を対象に、亜鉛イオン水溶液による一日3回の洗口が口腔内の細菌叢にどのような影響を与えるかを調べたところ、菌叢全体の構成には大きな影響を与えることなく、Porphyromonas属細菌、Fusobacterium属細菌など、口臭の原因菌として報告されている数種の菌種を特異的に有意に減少させることが明らかとなった(135回歯科保存学会2011年10月)。さらに対象人数を増やし、220名の口臭測定と菌叢分析を行い解析した。その中から43名の結果を用いてメチルメルカプタンと硫化水素を特異的に発生させる細菌層の特徴を明らかにすることができた(Sci.Rep.2:215)。これらの研究を通して、口腔内細菌の数百人レベルでの菌叢解析が日常的に行なえるシステムを確立できた。
気道上皮細胞の上皮間葉転換による自然免疫応答修飾作用の解明

背景:重症喘息の不可逆的な病態であるリモデリングの発生機序の一つに、上皮間葉転換(EMT)の存在が示唆されている。一方、喘息を含む慢性呼吸器疾患の急性増悪を来す原因として、最も高頻度に認められるのは呼吸器感染症であるが、EMTと呼吸器感染症に対する自然免疫応答との関係を検討した報告は見当たらない。目的:今年度は、気道上皮細胞がEMTを起こすことで、自然免疫応答によるサイトカイン産生応答が亢進する際の、シグナル経路を明らかにすることを目的とする。方法:ヒト肺胞上皮細胞株(A549細胞)に、TGFを作用させEMTを誘導し、CpG ODNを作用させる際、細胞内の代表的MAPキナーゼ経路であるJNK、p38、ERK経路、またNFκBの関与について、阻害剤を用いて実験を行なった。方法、結果、考察:JNK、p38 MAPK、MEK1/2に対する特異的阻害剤を使用して阻害実験を行ったところ、IL-6とMCP-1の産生はJNK経路の阻害で部分的に低下する傾向が見られ、p38経路の阻害で有意に低下したが、IL-8の産生はこれらの経路の阻害で抑制されず、ERK経路の阻害で部分的に低下する傾向が見られた。一方、NFκBの特異的阻害剤を使用し阻害実験を行ったところ、IL-6、IL-8、MCP-1の産生はいずれも添加により有意に抑制され、EMT誘導後CpG ODN刺激によるサイトカイン産生はNFκB依存的であると考えられた。In vitroの実験が比較的順調に進み、進捗は順調である。現在までにTLRリガンドとしてLPS、CpGの効果を解明しているため、今後他のTLRリガンドに対する影響も明らかにし、サイトカイン産生のみならず、細胞増殖能や粘液、細胞外マトリックス産生能についても解析を進める予定である。また、これまでEMTの誘導にはTGF-β1を用いているが、生体内では喫煙によるEMTの存在が報告されている。そのため、タバコ抽出液を用いてEMTを誘導し、同様の解析を行う予定とする。in vitro実験に必要な経費として、ほぼ計画通りに研究費を使用していたが、予想以上にデータが順調に揃ったため、未使用分が生じた。しかしながら、次年度はin vitro実験ではあるものの、タバコ抽出液を用いたより費用のかかる実験を予定しており、また、成果をまとめて報告する予定であり、これまで以上に試薬その他経費が必要になる可能性があると考えている。したがって、残金も試薬代等として、次年度に用いる予定としている。
エイズの病態と制御に関する基礎研究 柱1.HIVの複製機構

足立はHIV-1のGagの機能領域を確定した。GagはHIV-1複製の初期及び後期に重要な役割を果たしている。MAとCAは初期・後期に、NCとp6はそれぞれ初期と後期に必須である。変異体を用いて解析したところ、CA変異体の多くが非常に強力に野性株の複製を阻害することがわかり、遺伝子治療の標的遺伝子となり得ることが明らかとなった。岡本は、HIVプロウイルス活性化因子であるNF-kBを活性化するNF-kB kinaseをヒト末梢血Tリンパ球分画より精製し、種々のリン酸化酵素阻害剤の効果を調べた。H8,H9,HA1077がNF-kB kinase活性を阻害した。さらに、HA1077はTNFによる持続感染細胞からのHIV誘導をも阻害した。木戸は、HIVgp120のV3領域と相互作用するtryptase TL2には6種のアイソマ-があることを見出した。C型アイソマ-はプロテインキナーゼFRAPと特異的に複合体を形成し、FRAPの自己リン酸化を促進し、T細胞の活性化に関与している。木戸は、またPlasminと類似したセリン性プロテアーゼがHIV外膜蛋白質の成熟に関与することを明らかにした。小島は足立との共同研究で、HIV-1のNefが細胞内侵入過程と逆転写過程の2つの作用点で複製を調節していることを示した。水落は、特定糖鎖を導入した人工糖脂質で被覆したリポソームがフロイントの完全アジュバントよりも強い遅延型アレルギー反応誘導能を持つこと、また、CD8陽性のCTLを強く誘導できることを示した。この人工糖脂質を用いてサルにおけるSIVの感染防御及び発症阻止試験を実施する予定である。中村はフレームシフトを標的とするエイズ医薬品の開発に取組んでいる。HIVの複製機構について分子生物学的に解析し、以下の結果を得た。1.足立は全てのアクセサリー遺伝子産物のウイルス複製における作用点について検討した。Vif,Vpr,Vpx,Nefの効果は感染サイクルの初期に認められ、Vpuのみ感染後期にその発現効果があらわれた。足立はまた、Gagの変異体が強力にHIV複製を阻害することを見出し、その阻害の機構も明らかにした。2.岡本はHIV活性化因子であるHF-kBの作用機構を検討するとともにその阻害剤のスクリーニングも行なっている。NF-kBと相互作用すると予想される分子クローンを得、現在その構造と機能について解析中である。阻害剤についても有望なものが得られている。3.木戸はHIV gp120と結合する細胞蛋白質tryptase TL2の生化学的性質及びgp120との相互作用について検討した。TL2の分子クローニングに成功し、現在その構造と機能について解析している。また、TL2は種々のHIV gp120を限定的に分解することを示し、その生物学的意義を解析中である。5.水落はHIVに対する細胞性免疫を誘導できるヒトに毒性が少ない安全なアジュバントを開発して実用化する研究を行なっている。特定糖鎖を導入した人工糖脂質で被覆したリポソームにはフロイントの完全アジュバントよりも強い遅延型アレルギー反応誘導能があることを見出した。また、この物質が細胞性免疫を強く誘導することも示した。足立はHIVのNefがT細胞傷害性を持つことを明らかにした。NefのHIV複製における役割はどのような標的細胞を用いてもあまり大きくない。しかし、Nefはある特定のT細胞と結合しアポトーシスを誘導する。soluble Nefにもこの活性が認められた。岡本は、HIVプロウイスル活性化因子であるNF-kBを活性化するNF-kB kinaseをヒト末梢血Tリンパ球分画より精製し、種々のリン酸化酵素阻害剤の効果を調べた。小島は、HIVのVprやVifを発現する組換えワクシニアウイルスを構築した。現在Vpr及びVifのウイルス粒子内存在様式を追求中である。

さらに、HA1077はTNFによる持続感染細胞からのHIV誘導をも阻害した。木戸は、HIVgp120のV3領域と相互作用するtryptase TL2には6種のアイソマ-があることを見出した。C型アイソマ-はプロテインキナーゼFRAPと特異的に複合体を形成し、FRAPの自己リン酸化を促進し、T細胞の活性化に関与している。木戸は、またPlasminと類似したセリン性プロテアーゼがHIV外膜蛋白質の成熟に関与することを明らかにした。小島は足立との共同研究で、HIV-1のNefが細胞内侵入過程と逆転写過程の2つの作用点で複製を調節していることを示した。水落は、特定糖鎖を導入した人工糖脂質で被覆したリポソームがフロイントの完全アジュバントよりも強い遅延型アレルギー反応誘導能を持つこと、また、CD8陽性のCTLを強く誘導できることを示した。この人工糖脂質を用いてサルにおけるSIVの感染防御及び発症阻止試験を実施する予定である。中村はフレームシフトを標的とするエイズ医薬品の開発に取組んでいる。
コンピュータビジョンのためのソフトコンピューティング技術に関する研究

コンピュータビジョンにおいて重要なカメラとプロジェクタのモデルの高精度化技術を非線形モデル構築に適したファジィモデルやタイルコーディングなどのソフトコンピューティング技術を適用して取り組み、能動方式にる三次元計測精度の大幅な向上と三次元計測の適用対象の拡大を図るとともに、三次元復元の高性能化を目標として研究開発に取り組んでいる。当該年度では、三次元計測結果である三次元点群データから対象物の三次元形状をコンピュータ内部に適格に表現する三次元再構成技術を考案し、そこで必要となる要素技術の開発を行った。三次元計測に必要となるカメラとプロジェクタのモデリング及び三次元再構成に必要となる形状モデリングを高精度かつ光学ノイズに対してロバストに行うために、モデル化時の残差のファジィ集合による評価に基づくLMedS(Least Median of Squares)法およびRANSAC(Random Sample Consensus)法において強化学習に基づくサンプリングと学習を効率的に行うために新しいサンプリング手法を考案し、カメラ及びプロジェクタのモデル化のためのキャリブレーション作業を通して得られる実験データを対象としたモデリング実験を実施し、従来のLMedSアルゴリズム及びRANSACアルゴリズムと比較してモデル化精度の改善とモデル構築のための計算速度を短縮でき、ロバスト性が改善できることを確認した。更にサンプリングを実施せず強化学習のみでモデリング性能を改善する手法を新たに考案し、現在評価中であるが、性能が更に改善できる見通しが得られている。これらの技術は三次元再構成などのコンピュータビジョンシステム構築の基礎となるモデリング技術であるだけでなく、プロセス制御モデル等の制御モデル構築などの一般のロバストモデリング問題に幅広く適用でき、汎用性が高いという特徴がある。当該年度で複数の光学機器を用いた技術の評価を完了する予定としていたが、核となるモデリング技術の開発に注力したこともあって、安価な光学機器や普及品レンズを用いた当該技術の評価はまだ完了できていない。ただ、かなり時間を要するキャリブレーションデータと実験データの採取を短時間で行うために、特徴点抽出技術を応用した新しい自動データ採取システムを開発した。本研究を遂行していく上での特徴として、計測技術の評価を行うためのキャリブレーションデータと実験データの採取にかなり時間がかかるという問題があるが、前述の採取システムの開発により、短時間で完了することができるようになっている。また、実験と評価のノウハウが蓄積できてきた事により、実験データのチェックの方法なども確立できてきている。卒業研究の学生のテーマとして本研究に関わる内容を多く設定し、本研究の意義や重要性を十分に理解してもらって、勢力的に取り組む事で進捗の遅れを取り戻すとともに、多面的に研究を推進していく予定としている。また、研究を迅速に推進していくために、国内外の学会や会議に積極的に参加し、更に関連技術の調査を十分に行う。コンピュータビジョンや光学的計測において重要なカメラとプロジェクタのモデルの高精度化技術を非線形モデル構築に適したファジィモデルやタイルコーディングなどのソフトコンピューティング技術を適用して取り組み、能動方式によって三次元計測精度の大幅な向上と三次元計測の適用対象の拡大を図る事を当面の目標として研究開発に取り組んでいる。当該年度では、モデル化精度の向上とロバスト性の改善を目指した残差のメジアン値とその四分位数の組合わせを報酬として用いた強化学習に基づくサンプリングと残差のファジィ集合による評価に基づくLMedS(Least Median of Squares)法を考案し、プロジェクタのモデル化のためのキャリブレーション作業を通して得られた実験データを対象にモデリング実験を実施し、従来のLMedSアルゴリズムと比較してそのモデル化精度改善とモデル構築に関わる計算速度の短縮、ロバスト性の向上効果を確認した。この技術はコンピュータビジョンシステム構築の基礎となるモデリング技術だけでなく、プロセス制御モデル等の制御モデル構築などの一般のロバストモデリング問題に幅広く適用でき、汎用性が高いという特徴がある。当該年度では単体のプロジェクタモデルの構成精度までしか確認できていないが、カメラとプロジェクタの組み合わせや複数のカメラの組み合わせなどの複数の光学機器を用いた構成においても性能の改善が期待できる。また、カメラと歪みの異なる多様なレンズの組み合わせの下でのモデリング精度の改善にも繋がる事が期待できる。当該年度内に複数の光学機器(カメラ、プロジェクタ)を用いた計測システムを構成し技術開発する計画としていたが、モデル性能改善に不可欠な単体のモデル精度向上技術の開発を重視して優先し、これに注力したためもあり、未達となっている。また、キャリブレーションデータと実験データの採取に想定以上に手間がかかったことも影響している。実際に実験を担当する卒業研究学生の人数が少なかったことも進捗が遅れている原因である。三次元計測に必要となるカメラとプロジェクタのモデリング及び三次元再構成に必要となる形状

モデリングを高精度かつ光学ノイズに対してロバストに行うために、モデル化時の残差のファジィ集合による評価に基づくLMedS(Least Median of Squares)法およびRANSAC(Random Sample Consensus)法において強化学習に基づくサンプリングと学習を効率的に行うために新しいサンプリング手法を考案し、カメラ及びプロジェクタのモデル化のためのキャリブレーション作業を通して得られる実験データを対象としたモデリング実験を実施し、従来のLMedSアルゴリズム及びRANSACアルゴリズムと比較してモデル化精度の改善とモデル構築のための計算速度を短縮でき、ロバスト性が改善できることを確認した。更にサンプリングを実施せず強化学習のみでモデリング性能を改善する手法を新たに考案し、現在評価中であるが、性能が更に改善できる見通しが得られている。これらの技術は三次元再構成などのコンピュータビジョンシステム構築の基礎となるモデリング技術であるだけでなく、プロセス制御モデル等の制御モデル構築などの一般のロバストモデリング問題に幅広く適用でき、汎用性が高いという特徴がある。当該年度で複数の光学機器を用いた技術の評価を完了する予定としていたが、核となるモデリング技術の開発に注力したこともあって、安価な光学機器や普及品レンズを用いた当該技術の評価はまだ完了できていない。ただ、かなり時間を要するキャリブレーションデータと実験データの採取を短時間で行うために、特徴点抽出技術を応用した新しい自動データ採取システムを開発した。キャリブレーションデータと実験データの採取に時間がかかる問題については、部分的な採取し直しが発生する問題が大きいため、データの確認方法をどうするかなど実験実施前に十分に打合せを行い、予想される問題とその方策などを事前に実験担当者間で十分共有しておくこと、当該年度で頻繁に発生した測定ミスの原因などの情報を共有することなどで対処する。卒業研究の学生の担当人数が結果的に少なくなったことについては、本研究の意義や重要性を十分に説明し、多くの学生に興味を持ってもらって人員を増やすことで対応する。また、当該年度では関連技術の調査が十分ではなかったが、国内を中心に学会や国際会議などに積極的に参加し、十分に調査を行う。本研究を遂行していく上での特徴として、計測技術の評価を行うためのキャリブレーションデータと実験データの採取にかなり時間がかかるという問題があるが、前述の採取システムの開発により、短時間で完了することができるようになっている。また、実験と評価のノウハウが蓄積できてきた事により、実験データのチェックの方法なども確立できてきている。卒業研究の学生のテーマとして本研究に関わる内容を多く設定し、本研究の意義や重要性を十分に理解してもらって、勢力的に取り組む事で進捗の遅れを取り戻すとともに、多面的に研究を推進していく予定としている。また、研究を迅速に推進していくために、国内外の学会や会議に積極的に参加し、更に関連技術の調査を十分に行う。
トキシコゲノミクスを基盤とした新規生体防御因子の探索

昨年度に続いて、各種薬物による酸化ストレス関連研究と新規指標探索を目指した研究を進めた。Nrf2KOマウス由来のマクロファージにおけるリポポリサッカライドによるヘムオキシゲナーゼー1(HO-1)と誘導型-酸化窒素合成酵素(iNOS)の誘導において、経時的な時間差があり、後者が先に誘導され、前者が遅れることを明らかにした。HO-1の誘導剤や阻害剤等を種々用いた結果、前者お誘導に伴い、後者が誘導され、後者は更に前者の誘導を阻害するという誘導型酵素の相互調節が存在することを初めて明らかにした。また、カドミウムがHO-1とともに、CYP2A5を誘導することを明らかにし、Nrf2KOマウスにおいては誘導が認められないことから、本P450酵素誘導は、Nrf2依存性であることを明らかにした。また、膵臓β細胞が酸化ストレスに脆弱であることを明らかにし、システインによる防御効果を詳細な検討を加え、その有用性を示すとともに、糖尿病と関連する新たな観点からの機構解明への緒を開くことができた。一方、抗悪性腫瘍薬として汎用されてている5-フルオロウラシルを用いて、各種抗悪性腫瘍薬の標的部位である骨髄毒性に関して、トキシコゲノミクス解析をwildマウスやNrf2KOマウスで行い、HO-はじめ多くの遺伝子の変動が明らかになり、特に早期にはp53で調節される遺伝子変動が、がん細胞と同様に起きていることが判明した。本件の結果、酸化ストレス関連遺伝子の変動は、かなり遅れて発現していくることも明らかになった。本結果は、抗悪性腫瘍薬の毒性標的となる骨髄の防御方法への方向性を一定程度示唆するものである。転写因子Nrf2は、抗酸化タンパク質群や薬物代謝第二相酵素群など生体防御関連遺伝子発現を統合的に制御し、発がん物質、環境汚染物質などから生体を保護することが報告されている。Nrf2を介した生体防御機能は、多岐にわたっており、さらなる生体防御因子の制御に関与している可能性があることから、薬毒物侵襲時に変動する新規生体防御遺伝子の探索を目的にNrf2遺伝子欠損(KO)マウスを用いて網羅的な検討を行った。Nrf2活性化剤であるBHA、phoroneおよびoltiprazの処置による経時的な遺伝子発現変動を検討したところ、既知のNrf2制御遺伝子であるheme oxygenase-1とNADPH:quinone oxidoreductase-1同様の誘導が、薬物代謝第一相酸化反応の中心的な役割を担うシトクロムP450(P450)分子種であるCyp2b10とCyp2a5で認められた。そこで、Nrf2 KOマウスへphoroneを処置し、Cyp2b10誘導能を検討したところ、野性型(WT)マウスと比較してその誘導レベルが有意に低下していた。すでにCyp2b10誘導に関与する転写因子としてCARの存在が明らかとなっている。そこで次にNrf2活性化物質によるCyp2b10誘導が、Nrf2による制御なのか、CARによるものなのかを検討する目的で既知のCyp2b10誘導剤であるphenebarbital(PB)を用いて検討した。その結果、WTマウスと比較してNrf2 KOマウスでは、PBのCyp2b10 mRNA誘導レベルの有意な減弱を確認した。次にCARによるCyp2b10遺伝子転写活性化を検討するために、BHA処置によるCARの核集積とphorone処置によるPBREMを介した転写活性を検討した。WTマウスでは、BHA処置12時間後にCARの核移行が明らかとなり、また、phorone処置24時間後に転写活性化が認められた。しかし、Nrf2 KOマウスではこれらの現象が認められなかった。以上の結果から、Nrf2はCyp2b10遺伝子発現においても関与することが示唆された。
生きている脊椎動物平滑筋細胞におけるミオシン分子構造・軽鎖燐酸化関係定量化の試み

生きている脊椎動物平滑筋細胞では未だ明らかでない、ミオシン軽鎖燐酸化反応によるミオシンフィラメント構造の制御機構の解明に向けて、平滑筋生筋標本の張力・X線回折像ミオシン反射強度・ピロリン酸ポリアクリルアミドゲル電気泳動によるミオシン軽鎖燐酸化量の比較を行うために、(1)双方の測定に適当な試料の検討と、(2)試料環流装置の検討を行った。(1)X線回析実験は、文部省高エネルギー物理学研究所放射光実験施設BL 15Aにて行った。張力を測定しつつ、筋弛緩時・収縮時の二次元X線回析像をイメージングプレート(Fuji)上に記録し、データをコンピュータで解析した。ラット肛門尾骨筋及び、子宮縦走筋から得られる反射は非常に弱く収縮反応も一過性であるので解析が困難であった。一方モルモット盲腸紐の回析像は強度も強く収縮張力も持続性の部分が大きな割合を占めた。更に、本研究代表者が所属している研究室に本補助金で購入した電気泳動装置を用いたミオシン軽鎖燐酸化度測定においても、モルモット盲腸紐では他の標本とは異なり、X線回析実験で用いた標本同様の小標本で検出することが可能であった。すなわち、本研究の遂行にはモルモット盲腸紐を使用することが妥当であると結論した。(2)従来のX線回析用の試料環流装置では瞬時の溶液交換を行うことが難しく、反応停止液によって素早く標本の燐酸化・脱燐酸化反応を停止させることが必要な生筋のミオシン燐酸化測定には不適当であった。そこでX線回析用の試料環流装置を改造して、迅速な溶液交換及び標本の取付け取り外しが容易に行えるように改良した。
光遺伝学による細胞内のセカンドメッセンジャー分子の制御

光活性化アデニル酸シクラーゼは、情報伝達物質(cAMP)の生産を光で制御できる生体タンパク質で、生体内での光スイッチとして医学的な応用が期待される分子である。また、ランソウ由来の光活性化アデニル酸シクラーゼ(OaPAC)における原子レベルでの構造・機能解明に成功した。本研究ではOaPACの光活性化メカニズムの構造科学的解明を基に、光制御の応用展開、酵素ドメイン改変によるcGMP光産生酵素の創出や発生学的疾病の機構解明、さらに光遺伝学による神経回路形成疾患などの基礎医学的研究を目指す。今回は、結晶においてX線による構造変化をとらえるために-180度でのスペクトルを測定してみたところ、溶液とは異なった二相性を示すスペクトルを捉え、さらに、光活性化前後でのBLUFドメインとアデニル酸シクラーゼ( AC )ドメインのCαを重ね合わせたところ、BLUFドメイン間ではわずかながら変化していることが明らかになった。また、結晶状態においても青色光を照射することにより、cAMP活性を保持しているということが明らかとなった。更に、Gln48の側鎖とフラビンN5の水素結合ネットワーク形成の変化により、光エネルギーがアデニル酸シクラーゼ活性へと伝わっている機構を明らかにした。さらに、変異体作製においてFMNとRoFの構造類似性を基に構造から変異体を作成したが、いずれの変異においても活性を示さず、FMNとRoFでは電子伝達が異なるためにアデニル酸シクラーゼ活性を持たなかったのではないかと考えられる。今後、他のフラビンであるRoFMNまたはRoFADを用いることでOaPACの励起波長改変を目指す。また、バイオインフォマティクスの手法を用いてグアニル酸シクラーゼ活性をもつOaPACの作製を試み、さらにはHEK細胞での発現を確認する予定である。本研究で、解明されたOaPAC光活性化アデニル酸シクラーゼ活性メカニズムの構造科学的解明を基盤として、さらに細胞内でのセカンドメッセンジャー光制御への応用展開において、色素置換によるOaPACの励起波長の改変を行う。光活性化アデニル酸シクラーゼによる複合的な光制御の実現に向け、分別的な複数波長の励起(マルチカラー化)を目指している。また、OaPACの酵素ドメイン改変によるcGMPの光産生酵素の創出を目指す。天然のOaPAC構造の活性機能はcAMP合成酵素であるが、OaPACの改変によりcGMP合成酵素へと創出し、光によるコントロール技術を実現する。そこで、アミノ酸の配列情報に構造情報を加味することで、最適な分子改変を行い、医療分野への適用に耐える、高性能で実用的な改変・光活性化グアニル酸シクラーゼを設計・作製し、光遺伝学への応用展開を目指す。本年度では解明されたOaPACの構造情報をもとに、FMNまたはFADを保有するOaPACとRoF(Roseo-Flavin)に置換されたOaPAC-RoFの構造と比較したところF46とH70においてRoF-PACとの立体障害が生じていることで活性が阻害されている可能性が考えられた。以上のことから、アミノ酸の変異体を作製し、RoFの置換を行った上で活性の検討をおこなった。また、光活性メカニズムの詳細は知られていない。そのため、我々はOaPACの活性化状態における構造解析さらにはキネティクスを解析することによって、メカニズムの解明をおこなった。平成29年度までの研究において、OaPAC-RoF試料が長波長505nmでcAMP合成活性を測定し、OaPACの励起波長による活性型である事を確認を行った。その結果、F46A, H70Aは吸収極大が長波長にシフトしており、RoFに置換されていることが確認された。一方でF46A/H70Aは目的タンパク質の発現は確認できたが、タンパク質溶液の色は透明であることから、補因子との結合が外れたと考えられる。その結果、F46とH70はFMN分子の結合安定性に関与していると考えられる。また、H70A変異よりもF46A変異の方がRoFに置換されやすかったことから、H70はフラビンの結合に重要ではないかと考え、以後46番目の位置の変異を広く検討することとした。また、OaPACにRoseo-Flavinが置換されたOaPAC-RoFタンパク質を哺乳類培養細胞HEK293細胞へ導入し、光制御、生物発光による細胞内cAMPの定量計測を行う予定であった。しかし、構造情報を元にBLUFドメイン周辺のアミノ酸変異を作製したが、アデニル酸シクラーぜ活性を持つRoF-OaPACを作製することはできなかった。また、OaPACの活性化状態における構造解析とキネティクス解析において、OaPACのメカニズム解明をおこなうことに成功した。OaPACの結晶においては分光学的な手法により405nmの波長を照射することにより、約20秒で励起し飽和することが明らかとなり、その構造をlight状態の構造とした。Dark状態とLight状態の構造を比較した結果、BLUFドメインにおいてはα1とα2ヘリックスがフラビン分子を巻き込むようにして構造変化をしていることが明らかとなった。そしてACドメインにおいてはα5, 7, 8, 11ヘリックスにおいて外側に開く向きを示し、二分子間内で外側に開く向きをしていることがわかった。

本研究ではOaPACの光活性化メカニズムの構造科学的解明を基に、光制御の応用展開、酵素ドメイン改変によるcGMP光産生酵素の創出や発生学的疾病の機構解明、さらに光遺伝学による神経回路形成疾患などの基礎医学的研究を目指す。今回は、結晶においてX線による構造変化をとらえるために-180度でのスペクトルを測定してみたところ、溶液とは異なった二相性を示すスペクトルを捉え、さらに、光活性化前後でのBLUFドメインとアデニル酸シクラーゼ( AC )ドメインのCαを重ね合わせたところ、BLUFドメイン間ではわずかながら変化していることが明らかになった。また、結晶状態においても青色光を照射することにより、cAMP活性を保持しているということが明らかとなった。更に、Gln48の側鎖とフラビンN5の水素結合ネットワーク形成の変化により、光エネルギーがアデニル酸シクラーゼ活性へと伝わっている機構を明らかにした。さらに、変異体作製においてFMNとRoFの構造類似性を基に構造から変異体を作成したが、いずれの変異においても活性を示さず、FMNとRoFでは電子伝達が異なるためにアデニル酸シクラーゼ活性を持たなかったのではないかと考えられる。今後、他のフラビンであるRoFMNまたはRoFADを用いることでOaPACの励起波長改変を目指す。また、バイオインフォマティクスの手法を用いてグアニル酸シクラーゼ活性をもつOaPACの作製を試み、さらにはHEK細胞での発現を確認する予定である。今後は、変異体作製においてFMNとRoFの構造類似性を基に構造から変異体を作成したがいずれの変異においても活性を示さず、FMNとRoFでは電子伝達が異なるためにアデニル酸シクラーゼ活性を持たなかったのではないかと考えられる。タンパク質の精製に用いる樹脂、消耗品およびサンプルに添加するフラビン試料などに費用を計上していた。平成30年度の使用予算としては引き続きタンパク質の発現精製、消耗品に限り、次年度に持ち越すことになった。今後の使用計画としては、研究計画が多少の遅れは生じているものの、計画の流れとしては変更していないため、繰り越した予算は当初の予定通りの用途で平成30年度に使用する計画である。具体的には精製用のカラム樹脂や消耗品、フラビン試薬、結晶化試薬、X線照射実験に用いる機器などである。また、今後の研究計画を遂行する上で、HEK細胞やベクターなども予算を必要とする過程にあり、繰り越した予算は平成30年度に計上された予算と合わせて、これらに使用していく予定である。
サーファクタントエピタキシー法を用いた金属多層膜の界面構造と物性制御

サーファクタント媒介エピタキシー法を主にFe/Cr金属多層膜に適用し、同手法のメカニズム解明に寄与すると共に良質のヘテロ界面を実現した。以下にその概要を示す。Fe(100)面上のFeのホモエピタキシャル成長、及びCrのヘテロエピタキシャル成長にBiをサーファクタントして用いてその効果を調べた。その結果、Biサーファクタントはそれら蒸着原子の表面拡散を抑制し、ステップでの層間移動を容易にさせることで層状成長を促進させる効果があることを見いだした。また、最も効果的に層状成長を促進させるBi原子の蒸着量には最適値が存在することが判明した。薄膜成長中にBiが効果的に表面偏析していることも確認され、Biがサーファクタントとして効果的に働いていることが確認された。以上の結果を踏まえて、分子線エピタキシャル装置(MBE)とスパッタ装置の双方を用い、BiサーファクタントをFe/Cr多層膜作製時に適用したところ、微量のBiがサーファクタントとして効果的に働き、Fe/Cr多層膜の層状成長を促進させていることが確認された。Biを用いて作製したFe/Cr多層膜の界面構造は、Biを用いないで作製したFe/Cr多層膜の界面構造よりも急峻であり、磁気抵抗比も増大した。これらの結果から、サーファクタントにより界面構造が急峻になることで巨大磁気抵抗(GMR)効果が大きくなることが判明した。Au/Co、Cu/Co等のFe/Cr以外の系におけるサーファクタント効果についても同様に研究を行った。その結果、Fe/Cr系の場合と同様に、サーファクタントが蒸着原子の表面拡散を抑制することで層状成長を促進することが判明した。これらの結果から、サーファクタントは金属多層膜の界面構造を制御する場合には非常に効果的であり、且つ界面構造を制御することで、多層膜の磁気特性を人工的に制御可能であることが本研究から導き出された。サーファクタントエピタキシー法を、巨大磁気抵抗効果を示す金属多層膜に応用し、良質のヘテロ界面を有する金属多層膜を作製した。具体的には、界面構造の急峻性が重要な因子の一つである巨大磁気抵抗効果を示すFe/Cr多層膜に、サーファクタントエピタキシー法を応用した。Bi, Pb, Agをサーファクタントとして適用し、Fe/Fe(100)ホモエピタキシャル成長に及ぼす影響についてRHEED、AFM、AESを用いて比較を行ったところ、サーファクタント原子としてBiが最も効果的であることが判明し、表面ラフネスが1Å以下という極めて平坦な薄膜表面が得られた。また、Fe(100)表面上にそれぞれのサーファクタント原子の蒸着量を0.2Å2.4Å(1ML)の範囲で変化させて蒸着し、同様の実験により比較を行ったところ、サーファクタント原子の蒸着量には最適値が存在することが分かった。RHEEDパターン及び強度振動の解析により、サーファクタントエピタキシー法のメカニズムとしてはサーファクタント原子が表面テラス上でFe原子の拡散を抑制することによってステップエッジにおける層間移動を促進することによると結論づけられた。また、最適値が存在する理由としてはFe原子の拡散を抑制しつつステップエッジまでは到達させる必要があるためと考えられる。次に行ったFe/Crヘテロエピタキシャル成長においても、同様にBiが最も界面修飾効果が大きいことが確認され、Biが多層膜界面構造を急峻に制御することが予想された。また、MBE装置に真空排気システムEPIT-300((株)エイコー)を増設した。

これによりさらなる真空度の向上が達成され、サーファクタント原子を用いた良質なヘテロ界面構造の実現にとって好ましくない不純物ガスの影響を軽減することができた。また、サーファクタント自体が及ぼす影響をより明確にする事が可能となり、今後の実験成果に大きく寄与することが期待される。サーファクタントエピタキシー法及びシーディッドエピタキシー法を、垂直磁気異方性・巨大磁気抵抗効果を示す金属多層膜に応用し、極めて平坦な磁性薄膜・多層膜及び配向性の制御された金属多層膜を作製した。具体的には、(1)スパッタ法を用いて作製したFe/Cr多層膜、及び(2)MBE法を用いたAu上のCoヘテロエピタキシャル成長に対するサーファクタントエピタキシー法の応用、また(3)スパッタ法を用いたCo/Cu多層膜に対するシーディッドエピタキシー法の応用について研究を行った。(1)昨年度の結果から効果的なサーファクタントと結論づけられたBiを、工業的に必要不可欠な手法であるスパッタ法を用いて作製したFe/Cr多層膜に適用した。XRD低角域測定及び深さ方向AES測定の結果より、Biを約1原子層(3Å)蒸着させたFe/Cr多層膜の界面急峻性を向上させることができ、その結果としてMR比の向上が確認された。(2)Al_2O_3(0001)基板上のAu(111)層上のCo成長に対して、Biを蒸着させた場合とそうでない場合の成長様式を比較した。RHEED強度振動測定の結果、Biを04Å蒸着させた場合の方がRHEED強度振動がより持続する結果が得られた。即ち、Coの成長がより層状成長的になり、極めて平坦な表面をもつCo層を作製することができた。(3)MgO(100)基板上にTi及びCoシード層を0.1nm堆積させることでその上のCuバッファー層及びCo/Cu多層膜の配向面がfcc(100)面に制御され、良質な超格子構造になることが分かった。また、配向面制御に伴い磁気抵抗の変化率は最大1.56倍程度に向上させることができた。考察の結果として、基板に対するシード層原子の結合エネルギーが大きな因子になっていることが分かった。また、MBE装置にRHEED解析システム:MR-1000((株)エイコー)を増設した。これによりさらなる高精度な試料表面の解析が可能となったため、サーファクタント自体が及ぼす影響をより明確にする事が可能となり、今後の実験成果に大きく寄与することが期待される。サーファクタントエピタキシー法及びシーディッドエピタキシー法を、垂直磁気異方性・巨大磁気抵抗効果を示す金属薄膜・多層膜に応用し、平坦な磁性薄膜・多層膜及び配向性の制御された金属多層膜を作製した。また、サーファクタントエピタキシー法の基板方位おける効果の違いについて研究し、その機構について解明した。具体的には、(1)スパッタ法を用いて作製したFe/Cr多層膜、及び(2)MBE法を用いたCu表面上のCoヘテロエピタキシャル成長に対するサーファクタントエピタキシー法の応用について研究を行った。(1)昨年度に引き続きBiをサーファクタントとして用い、工業的に必要不可欠な手法であるスパッタ法で作製したFe/Cr多層膜に適用した。XRD低角域測定及び深さ方向XPS測定の結果より、Biを約1原子層(3Å)蒸着させたFe/Cr(100)多層膜の界面急峻性を向上させることができ、その結果としてMR比の向上が確認された。
有機メッキ法を用いる有機積層膜の層数制御とその物性

種々の6-置換基-1,3,5-triazine-2,4-dithiol monosodium(R_1、R_2は置換基)を合成し、有機メッキ法による薄膜生成条件と薄膜の構造を検討した。濃度と電流密度の関係の検討から、拡散律則の条件では非晶薄膜が、また電荷移動律則の条件では結晶薄膜が得られることが明らかとなった。さらに、非晶及び結晶構造はトリアジンジチオールの置換基構造の影響を受け、置換基が短鎖長のときには非晶が、また長鎖長の時には結晶構造となることも分かった。また、置換基が一本鎖の時には非晶構造が、二本鎖の時には結晶構造が生成しやすいことも明らかとなった。それぞれの電流効率を測定し、電解重合時間の調整により一定の層数の皮膜が得られることが分かった。不飽和基を有するトリアジンジチオールは電解重合すると、生成する皮膜はすべて三次元化した溶剤不溶の薄膜に変化する。さらに、皮膜の成長速度rは直線則に沿って増加するので、電荷移動過程が律則反応である。6-ジオクチルアミノ-1,3,5-トリアジン(DOTT)のように飽和置換基のトリアジンジチオールでは同じような電解重合挙動を示すが三次元化しないため皮膜は溶剤に可溶となる。この時の薄膜はLB膜のY型膜に類似しているが、不飽和基含有トリアジンジチオールから得られる三次元化薄膜はLB膜のX型膜である。このX型膜は三次元化されているため、熱などにより再配列することは殆んどなく、非線形光学材料やコンデンサー材料として有効であると考えられる。6-置換基-1,3,5-triazine-2,4-dithiol monosodiumの結晶構造を検討した結果、トリアジン環の内部が電子ドナー部分とアクセプター部分(両極性物質:アンビポーラー)に分離されるため、薄膜はドープされないときでも電圧により導電性を示した。従って、皮膜の成長は電位を一定電に保持することにより成長することが分かった。さらに、この性質を利用することにより、有機半導体、コンデンサーおよび抵抗体など電子素子としての可能性が今後期待される。トリアジンチオールの電解重合を我々は金属メッキに対応する機構で進むと考え、これを「有機メッキ」と命名し実用化製品も出現し、認知されつつある。従来の電解重合との違いは生成した薄膜が導電体であるのに対して絶縁体であることである。これによりトリアジンチオールの有機メッキの工業的展開が急速に進展すると期待して鎖長と層数制御の関係を解明し、膜の物性評価を行った。以下にその結果を報告する。(1)2-置換-1,3,5-トリアジン-4,6-ジチオールにおいて、2位の置換基の鎖長が炭素鎖数4,6,8,10の飽和基及び6,10の不飽和基、パーフルオロ含有基からなるトリアジンジチオールを4工程を経て合成した。(2)これら(5mmol/dm^3)を超平滑ステンレス板(Ra:4nm,1tx30x50mm)及びアルミニウム板上に電流密度:0.02,0.05,0.10,0.15,0.2mA/cm^2で有機メッキし、皮膜量と電流効率の関係を求めた。

(3)電流効率は0.02mA/cm^2の時最も高い値(95%)が得られるが、鎖長に依存した。それぞれのトリアジンジチオールについて電流効率から層当たりの電気量を計算して、異なる層数の有機メッキ被覆試料を得る条件が明らかとなった。(4)この結果を複雑形状(凹凸)の試料について同様の実験を行い、異なる層数の有機メッキ被覆表面を得ることができた。(5)被膜の層構造をX-線回折装置、層数をエリプソメーター、トップ層の構造を接触角測定装置及びAFM装置などにより検討した結果、(6)LB法におけるY膜構造を有することが明らかになり、被膜の立体的化学構造が明らかになった。平成15年度の研究成果を以下に報告いたします。まず、皮膜量と時間の関係に及ぼすトリアジンジチオール濃度の影響を検討し、皮膜生成の律速過程がトリアジンジチオール濃度と電流密度によって電荷移動過程と拡散過程にあることが分かった。トリアジンジチオール濃度が高く電流密度が低いとき律速過程は電荷移動過程に、またトリアジンチオール濃度が低く電流密度が高いとき律速過程は拡散過程にあることが分かった。そこで、層数を制御するために律速過程が電荷移動過程になるように濃度と電流密度を選択した。電荷移動律速過程に条件を選択し、電流効率について検討した結果、電流密度が0.01-0.05mA-cm^2の範囲内で行うと高い電流効率が得られた。電流効率は皮膜の結晶性に影響し、電流効率が高いほど結晶性に優れた皮膜が生成した。アルキル鎖長が4(R=4),6(R=6),8(R=8),10(R=10)と増加するに従い、濃度と電流密度が同じ条件下で皮膜結晶性及び電流効率は増加した。アルキル鎖長の増加は皮膜の積層性を向上させ、トップ層におけるメチル基濃度も増加した。皮膜は2分子膜が積層して出来た構造からなった。不飽和アルキル鎖が増加するに従い、電流効率は飛躍的に増加し、皮膜は三次元化した1分子膜構造からなることが分かった。トップ層は不飽和基からなり平滑な表面モルホロジーを示した。結果として、層数制御は高濃度、低電流密度条件で高電流効率において、反応時間により行うことが可能であることが明らかとなった。平成16年度の研究実績を以下に報告致します。置換基にジエチル基、ジブチル基、ジヘキシル基、ジオクチル基およびジデカン基を有する6-置換基-1,3,5-トリアジン-2,4-ジチオール(RTD)を合成した。これらをステンレス板(Ra:4nm)上で電解重合して被膜の性能をIRスペクトル、XPS分析および小角X線解析などから検討を行った結果以下の知見を得た。(1)被膜は電流密度が0.05mA/cm^2以下の時、0.1mmol/dm^3以下のRTD濃度では放物線則に従って増加し、主に無定形の被膜が生成することが明らかとなった。これは被膜形成の律速過程が拡散過程であるので高分子鎖が逐次反応的に生成するためであることが明らかとなった。(2)被膜は電流密度が0.05mA/cm^2以下の時、0.1mmol/dm^3以上のRTD濃度では直線則にしたがって増加し、主に結晶性の被膜が生成することが明らかとなった。これは被膜形成の律速過程が電荷移動過程であるので高分子鎖が連鎖反応的に生成するためであることが明らかとなった。(3)電流密度が0.05mA/cm^2以上になると、直線則に従うRTD濃度は高くなり、その濃度以下では放物線則に従い無定形被膜が、またその濃度以上では結晶性被膜が生成することが明らかとなった。