hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
有限量子系の集団振動におけるゆらぎの機構の半古典論的研究

原子核や極低温原子気体などの有限量子多体系では、多数の構成要素が関与する集団励起が観測される。これらの励起のバルクな性質は、集団変数を導入することにより記述できる。一方、分光学的な詳細な研究が実行される原子核では強度関数のゆらぎも測定され、古典的な非線形性との関連も検討されてきた。本研究では、集団励起およびそのゆらぎを半古典的な理解を目的として、上記の二つの系およびより簡単な模型を用いて研究した。1.原子核の巨大共鳴の強度関数とそのゆらぎ集団励起の強度関数のゆらぎを分析するためのいくつかの指標を考察し、その指標と量子カオスの研究に用いられる手法との関連を検討した。とくに、強度関数の微細構造から得られるフラクタル次元が含む情報を、原子核の四重極振動励起を例として数値的に分析した。エネルギースケールへの依存性が、集団励起における戸口状態の効果を含む可能性を示唆した。2.トラップされた極低温原子気体における集団励起の半古典論的記述集団励起の例として、ボース・フェルミ斥力系における振動励起を調べ、半古典的な分析と比較した。とくにボース・フェルミ逆位相の単極子励起において、斥力相互作用強度の関数として励起構造を調べ、基底状態における相分離の出現と集団励起との対応を明らかにした。また、有限性の効果や、半古典論の予想との対応、一粒子スペクトルとの関連、和則の方法による解釈などの検討を行った。3.簡単な模型による、波動関数の分析強度関数のゆらぎの微細構造と古典的非線形性の関係は、波動関数の分析を行うことによって可能であると考えられる。このため、一挙に現実的な複雑な系ではなく、まず模型を用いた検討を行った。具体的には可積分からカオス系への変化を追える二次元非調和振動子模型を用い、波動関数の特徴的変化の指標として結節領域分布を調べた。とくに、可積分系からカオス系への変化が単調ではなく、準位統計には見られない急激な変化を経由することが示された。本年度は研究課題の目的に関係して以下の点で研究を行なった。1)原子核の集団振動における揺らぎの特徴づけとその古典的意味○原子核の四重極巨大共鳴の強度関数をTDA近似に二粒子・二空孔配位を加えて計算し、その揺らぎの特徴をあらわす量として「Δ3統計」および「局所スケーリング次元」を選び、アイソスピン依存性、状態間結合強度依存性を調べた。とくに後者では(古典カオス的)乱雑行列予想からずれる点が戸口状態のスケールに対応すること、結合強度と共にこのずれは消えていくこと、が見出された。但し、この結果はアイソスピンその他の条件に依存しており、今後さらに分析することが必要である。○強度揺らぎと古典的概念との関係を調べるため、二次元非調和振動子模型における応答関数を検討し、位相空間内の半古典的曲面上の積分公式を導いた。2)トラップされた極低温原子凝縮系の集団励起と半古典的方法の適用○ボーズ・フェルミ混合縮退系(BF系)における集団振動励起のRPA計算を行ない、遷移強度、遷移密度、形状因子の特徴を調べた。とくにボーズ粒子が圧倒的に多いBF系の特徴的な状態として、泡型基底状態の形成を見出し、その成立条件を半古典的方法に基づいて調べた。またこのときの一粒子状態および単極子励起の特徴を考察した。

○二成分フェルミ粒子系で異成分間に引力が働く場合における超流動転移過程を検討し、とくに正常相および超流動相における対振動モードの特徴を調べた。なお、本研究海外共同研究者である、P-Schuck氏(フランス>が2002年11月に氏が訪日された機会に招聘し、原子縮退気体系における半古典的方法の適用等について議論した。本年度当初に提出した研究実施計画に基づき、以下のように研究を進めた。[a]昨年度進めた集団励起のゆらぎの研究成果を、原子核の四重極振動励起に対して論文にまとめ、出版した。(Physical Review C68)ここで得られた結果を、古典軌道概念に照らして理解するため、応答関数の半古典論に基づく研究を進めた。[b]トラップされた極低温原子気体における集団励起の例として、ボース・フェルミ斥力系における単極子振動励起を、斥力相互作用強度の関数として調べた。この結果、基底状態における相分離の出現に対応して、単極子平均エネルギーが極小となること、この極小値がゼロにならず有限にとどまることは全系が有限の広がりを持つためであること、相分離前後で一粒子スペクトルが大きく変化すること、単極子強度の分散が相分離後に極端に大きくなる(集団性の喪失)こと、などを見いだした。これらに対して半古典的方法および和則の方法による検討を行い、主要な特徴を再現した。これらの結果を論文にまとめ出版した。(Physical Review A68)[c]集団励起における強度分布の揺らぎは、量子力学系の励起スペクトルの揺らぎにおける可積分系と非可積分系(とくにカオス的系)におけるユニバーサルな差異を、波動関数の特徴の違いとして反映していると期待される。これを直接に波動関数のふるまいの違いとして調べるため、二次元系の模型を用いて波動関数のノード(結節)領域の分布を調べた。この研究はこれまで典型的な可積分系とカオス系に対してなされて来たが、本研究ではこの両者の極限を含む非可積分系である、非調和振動子に対して行なった。その結果、ノード分布のFisherスケーリング、可積分系からカオス系への移行が確認された。とりわけ、これまでの研究では予測されなかった、非可積分性にともなってノード領域が増える可能性を見いだした。この点のさらに詳しい分析を実施している。以上の他、本研究の海外共同研究者と打ち合わせを行ない、とくに、極低温原子気体の基底状態相および励起状態について議論を行なった。1.ポテンシャルにトラップされたボース原子・フェルミ原子からなる極低温原子気体の集団的対相関と基底状態変化・ボース原子とフェルミ原子の間に引力の対相互作用を仮定し、相互作用の変化に伴って二原子の準束縛状態が形成される可能性を調べた。この現象は、金属超伝導におけるクーパー対の形成に対応する現象であるが、二原子対が複合フェルミ粒子であるため、秩序変数は存在せず、異なる量子数を持つ複合フェルミ粒子が次々に形成されていくクロスオーバー過程になると考えられる。・上の予想を正確に解ける模型で調べた。この模型はフェルミ対におけるRichardson模型をボース・フェルミ対相関に拡張したものであり、基底状態の変化がクロスオーバー過程となることが確認された。また、基底状態からの素励起構造を求め、基底状態近傍の準位密度を半古典論で調べた。2.二次元模型における波動関数の構造と、ゆらぎの指標
糸球体硬化進展に関する混合細胞培養法による検討

実験背景と目的:糸球体腎炎において一過性の單球,マクロファージの糸球体集積はメサンギウム細胞(M細胞)の増殖をおこさないのに,マクロファージの糸球体の長期にわたる停滞はM細胞の増殖と相関することが知られている。M細胞増殖へのマクロファージの関与を他の因子を除外した当該2細胞による混合培養法を用いて解析することを目的とした。材料と方法:フィッシャー系ラット単離糸球体よりメサンギウム細胞を培養し34週で46継代でconfluent状態になったものを用いた。マクロファージは無処置の糸球体及び卵白アルブミン感作によって惹起される免疫複合体型腎炎の抗原腹腔内感作中及び感作終了後の糸球体から培養基中に遊走した5日後のもので用いた。培養M細胞を浮遊状態にしたのちそれぞれ培養皿で7日でsubconfluent,monolayer状態にしたのちマクロファージを1×10^3/皿の濃度で混合培養した。混合培養後の増殖度をOliverらの方法及び抗PCNA/cyclineを用いて免疫組織化学的にみた。結果と考察:無処置及び抗原感作中(10日),感作終了後(28日)の糸球体からのマクロファージはともにM細胞の増殖を惹起したが,感作中糸球体のマクロファージはコントロールの増生に対し抑制がみられた。一方感作後のマクロファージはコントロールに比し増殖能力がまさっていた。このことによりM細胞にはオートクリン的に増殖する能力をもつが,マクロファージ由来の増殖因子によっても増殖し,しかも抗原感作時期の異なる糸球体中のマクロファージにはそれヾれ増殖能において差のあることが観察され,増殖因子の産生あるいは抑制の抗原刺激に関係する経時的な差があることが示唆された。PCNA/cycline陽性M細胞はマクロファージと接触をもつものにみられ,その増殖にはマクロファージとの直接の接触が必要であることが示唆された。
霊長類キメラ酵素を用いた環境中化学物質の代謝に与るグルクロン酸転移酵素の機能解明

前年度に引き続き、カニクイザルのグルクロン酸転移酵素(UGT)の遺伝子クローニング及び異種細胞現系でのタンパク質発現系構築を進めた。またUGTキメラ酵素作成のためにの手始めとして、同じマーモセットからすでにクローニングをしていたCYP2D19とヒトCYP2F6のキメラ酵素作成も同時に進めた。両酵素間では基質であるデブリソキンの酸化反応の位置選択性が異なっていることを指標に、それぞれをコードしているcDNAを制限酵素により3分割して、交換してつなぎ合わせA、BおよびCの3種のキメラcDNAを作成し、酵母細胞に導入し、キメラ酵素タンパク質を発現させた。その酵素機能を検討することにより、ヒトおよびマーモセットCYP2D酵素の独自のデブリソキンの酸化反応の位置選択性を決定する部分構造を確認した。この結果を踏まえて、ヒトUGT2B15と、その相同酵素である力ニクイザルUGT2B20のcDNAクローニングを行い、それぞれ酵母細胞に導入して酵素タンパク質を発現させ、7-ヒドロキシトリフルオロクマリン(7-HTFMC)を基質にしてその酵素機能を調べた。酵素活性はUGT2B15<<UGT2B20であり、キメラ酵素作成に適していることが分かった。上記のCYP2D酵素の例に倣ってこれら2種のUGTをコードするcDNAを制限酵素で2分割して、A(N-末端部位がUGT2B15CでC-末端部位がUGT2B20)とB(N-末端部位がUGT2B20でC-末端部位がUGT2B15)の2種類のキメラcDNAを作成し、酵母細胞に導入してキメラ酵素タンパク質を発現させた。しかしながら、この条件ではいずれのキメラ酵素タンパク質も十分な酵素活性を有していなかった。そこで、現在、発現系を酵母細胞からCOS-7細胞に代えて、発現を試ており、その結果が待たれるところである。光学活性基質propranolon(PL)及びetodolac(ED)を用いて、まずヒトとカニクイザル(以下サル)の肝ミクロゾーム(以下Ms)によるグルクロン酸抱合反応を検討した。PLグルクロン酸抱合反応のEadie-Hofsteeプロットを用いた速度論的解析において、R-PLはヒトでフック型、サルで一相性、S-PLはいずれも一相性を示した。肝MsのV_<max>値はいずれのエナンチオマーでもヒトに比べてサルの方が有意に高かったが、基質エナンチオマー選択性は認められなかった。ヒトUGT発現異種細胞Msを用いた速度論的解析及び阻害試験から、ヒトではUGT1A9、UGT2B4及びUGT2B7が抱合活性を示し、特にUGT1A9の寄与が大きいと考えられた。EDグルクロン酸抱合反応の速度論的解析において、ヒト、サル共に二相性を示し、Low-K_m相、High-K_m相いずれもS選択性であった。Low-K_m相のK_m値は両エナンチオマーでヒトに比べてサルの方が有意に低く、R-体のin vitroクリアランス値はヒトに比べてサルの方が有意に高かった。ヒトUGT発現異種細胞MsによるEDグルクロン酸抱合反応にはUGT2B7(R-ED及びS-ED)及びUGT1A9(3-ED)が重要な役割を担う可能性があることから、ヒト及びカニクイザルの肝臓total RNAからRT-PCRによりそれぞれヒトUGT1A9及びカニクイザルUGT1A09をコードするcDNAクローニングを行った。得られたcDNAはいずれも1593bpの翻訳領域から構成され、530残基のアミノ酸をコードしていた。ヒトとサルの推定アミノ酸配列における相同性は93.2%であった。これらのUGT酵素タンパク質を酵母細胞に発現させ、現在、環境中化学物質を基質として酵素機能を詳細に比較検討しているところである。
マルコフ基底の理論とその統計学への応用

本年度は,ファイバーに付随するトーリックイデアルに関する研究成果を論文としてまとめる作業と,A-超幾何系の統計学への応用の二つに取り組んだ.統計モデルに付随するトーリックイデアルの構造を調べることは,統計的仮説検定への応用に向けて重要な意味をもつ.本研究は,具体的な統計モデルに付随するトーリックイデアルに対して,その生成系と等価なマルコフ基底の導出とその仮説検定への応用を目標とする.これまでの研究では,ランキングに関する統計モデルの一つであるBirkhoffモデルに付随する配置行列の一般的構造に着目し,ある配置行列のファイバーに付随するトーリックイデアルの性質を調べてきた(古山貴之氏,竹村彰通教授との共同研究).本年度は得られた結果について考察を深め,論文の形にまとめた.統計的推測では,条件付き尤度の規格化定数の計算が問題となることがしばしば起こる.本研究は,超幾何関数論の分野で重要な偏微分方程式系の一つであるA-超幾何系を利用して,特定のモデルの場合に条件付き尤度の規格化定数計算を効率的に行う手法の構築を目標とする.高山信毅教授,竹村彰通教授との共同研究により,超幾何関数論の分野で最近得られた隣接関係式を利用することで,二元分割表の特別なモデルの場合に規格化定数を効率良く計算する手法を提案した.実データを題材に,提案手法が正しい計算結果を与えることを確認した.提案手法は,観測される頻度が増大しても,計算に必要な演算の回数の増加が緩やかであるという利点をもつ.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。初年度の研究では、実用上自然であり、かつ対応するトーリックイデアルの構造が比較的簡明であることが期待される統計モデルに対して、そのマルコフ基底の構造解明を行う予定であった。具体的には、(1)二元分割表の独立モデルに複数の副表の効果を加味したモデル、(2)コミュニティ構造を加味したランダムグラフモデル、の二種類を候補として挙げていた。まず、(1)については変化点に対応する効果を含めたモデルと、対角ブロックの効果を加味したモデルに対し、マルコフ基底の具体形の導出に成功しており、この結果は既に論文誌に掲載されている。(2)については、ランダムグラフの基本的モデルである、ベータモデル、Bradley-Terryモデルに対して、各コミュニティの影響を表すパラメータを導入したモデルを考え、対応するグレイバー基底の適切な部分集合について考察を行った。特に、コミュニティ数が2である場合については、適切な極小部分集合の具体形を導出した。この結果については、研究集会での発表を行った。コミュニティ数が2である状況は、男女の別、左利きと右利き、文系と理系など、現実世界でしばしば現れる。今後、具体的な実データ解析を行ったうえで、論文を執筆予定である。初年度では新たな研究対象として、統計的ランキングモデルに付随するトーリックイデアルの研究にも着手した。具体的には、山口天氏との共同研究により、Birkhoffモデルと呼ばれるモデルに関するDiaconisとErikssonによる予想を、より一般的な枠組みにおいて肯定的に示した。第2年度の前半では,統計的ランキングモデルの一つであるBirkhoffモデルに付随するトーリックイデアルに関して,山口天氏,竹村彰通教授との共同研究の成果である3次生成の証明について,証明の細部を精緻化した上で論文を執筆し,採録決定となった.また,新たにA-超幾何系の統計学への応用について研究を開始し, A-超幾何系がトーリックモデルを基礎とする統計モデルの条件付き最尤推定に対して重要な役割をもつことを発見した.具体的には,条件付き最尤推定の際に問題となる規格化定数の計算を, A-超幾何系を利用したホロノミック勾配法の枠組みで定式化した.特に, Aomoto--Gei'fand系に対応する場合について,青本・喜多によるジェネリックな点でのPfaff系が利用できることを確認した.提案手法の適用には, Pfaff系の特異点およびその近傍における数値計算が問題となるが,本研究ではすべてのパラメータを変数として含む特異点上の関係式を導出した.さらに,高山信毅教授との議論により, Aomoto--Gel'fand系の微分Pfaff系と差分Pfaff系の具体的な対応についても結果が得られた.一方で, Birkhoffモデルに付随するトーリックイデアルの結果の拡張として,輸送多面体に付随するトーリックイデアルについても研究を行った.まず, Birkhoffモデルの場合と同様に, 3次生成であることの初等的証明を与えた.輸送多面体に付随する配置行列が完全二部グラフの接続行列に対するファイバーであることに着目し,ファイバーに生起する配置行列のトーリックイデアルに関する研究を古山貴之氏との共同研究の形式で開始した.ファイバーに生起する配置行列のマルコフ次元の最大値が,マルコフ複雑度によって上からおさえられることを示した.さらに,いくつかの具体例を通じて,マルコフ次元の最大値とマルコフ複雑度が一致する場合と乖離する場合の両方が存在することを確認した.本年度は,ファイバーに付随するトーリックイデアルに関する研究成果を論文としてまとめる作業と,A-超幾何系の統計学への応用の二つに取り組んだ.

統計モデルに付随するトーリックイデアルの構造を調べることは,統計的仮説検定への応用に向けて重要な意味をもつ.本研究は,具体的な統計モデルに付随するトーリックイデアルに対して,その生成系と等価なマルコフ基底の導出とその仮説検定への応用を目標とする.これまでの研究では,ランキングに関する統計モデルの一つであるBirkhoffモデルに付随する配置行列の一般的構造に着目し,ある配置行列のファイバーに付随するトーリックイデアルの性質を調べてきた(古山貴之氏,竹村彰通教授との共同研究).本年度は得られた結果について考察を深め,論文の形にまとめた.統計的推測では,条件付き尤度の規格化定数の計算が問題となることがしばしば起こる.本研究は,超幾何関数論の分野で重要な偏微分方程式系の一つであるA-超幾何系を利用して,特定のモデルの場合に条件付き尤度の規格化定数計算を効率的に行う手法の構築を目標とする.高山信毅教授,竹村彰通教授との共同研究により,超幾何関数論の分野で最近得られた隣接関係式を利用することで,二元分割表の特別なモデルの場合に規格化定数を効率良く計算する手法を提案した.実データを題材に,提案手法が正しい計算結果を与えることを確認した.提案手法は,観測される頻度が増大しても,計算に必要な演算の回数の増加が緩やかであるという利点をもつ.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。これまでに、比較的簡明な統計モデルに対するマルコフ基底に関していくつかの結果が得られた。二元分割表の統計モデルでは、変化点モデルとブロック対角モデルに対してマルコフ基底の具体形の導出に成功しており、論文誌にも掲載されている。コミュニティ構造を加味したランダムグラフモデルでは、コミュニティ数2の場合に限り具体形の導出に成功した。しかし、コミュニティ数3以上の場合には具体形の導出が困難であると思われる。一方、新たな研究課題として、統計的ランキングモデルに関する結果も得られている。以上を踏まえ、当初の計画の一部に課題が残っているものの、新たな課題についても進展が得られたため、全体としてはおおむね順調に進展している。Birkhoffモデルに関する論文が採録決定となっており,オンラインでは既に公開されている.新たに着手したホロノミック勾配法の研究では,超幾何関数論で重要なA-超幾何系が統計学で現実的な問題設定とホロノミック勾配法の枠組みを通して密接に関係していることが判明し, Aomoto--Gel'fand系のPfaff系の特異点への対処について理論的結果も得られている.また, Brikhoffモデルの結果の拡張として,輸送多面体に関する成果が得られている.関連する一般論として,古山貴之氏との共同研究によるファイバーに生起する配置行列の研究も進んでいる.以上の状況から,おおむね順調に進展している.第2年度では、初年度の結果を足掛かりとし、高次元分割表の統計モデルに対するマルコフ基底の構造解明や、新たにホロノミック勾配法に関する研究を行う予定であった。初年度新たに着手した統計的ランキングモデルに付随するトーリックイデアルについては、グループ選択モデルへの拡張や証明手法の他の統計モデルへの適用など、さらに結果を得られる可能性がある。そこで、第2年度には、当初から予定していた研究課題と並行して、統計的ランキングモデルに対しても継続的に研究を進めていく予定である。ホロノミック勾配法については、応用上重要である分割表モデルの条件付き最尤法への応用を第一の課題として取り組む予定である。A-
プラズマ物理に現れる双曲－楕円型方程式系の解の時間大域構造

ボーム条件下では定常解が漸近安定であることが予想されていたが、この予想を肯定的に解決した。具体的には,オイラー・ポアソン方程式に対して、ボーム条件は半空間上で定常解が存在して且つ時間的に安定であるための十分条件を与えることを証明した。さらに、時間大域解が定常解に収束する速さを求めた。あわせて数値解析で同じ問題のシミュレーションを行い、方程式の解が定常解に収束する様子を可視化した。5つのスキームを実装し比較したが、収束の速さ及びスキームの安定性の観点から、Roeによるスキームが最も優れていた。本研究課題は、プラズマ物理に現れる双曲ー楕円型非線形偏微分方程式系に対する時間大域的可解性と、解の漸近挙動を解明することを目的としています。とくに、ボーム・モデルと呼ばれるオイラー方程式とポアソン方程式の連立した双曲ー楕円型方程式系を主な研究対象としています。ボーム・モデルに対するこれまでの研究では、プラズマ物理学でシース(鞘)と呼ばれる境界層は、数学的には半空間上の平面定常解と理解される現象であることを示し、シース形成の条件として知られていたボーム・シース条件が、定常解が存在して漸近安定になる為の十分条件であることを証明しています。さらに、線形化方程式を解析することで、ボーム条件はまた必要でもあることを示唆する結果も得られています。また、初期条件に応じた定常解への収束の速さも求めました。これらの研究を発展させ、プレ・シースと呼ばれるシースとプラズマつなぐ中間領域は、ボーム・モデル対して電位準中性を仮定して得られる双曲型方程式系(ラングミュア・モデル)の希薄波に対応することが、時間大域解が存在した場合に解の取りうる漸近状態を解析することで明確になりました。一方、数値計算による解析では、この結果は空間次元が2以上で初めて成立し、空間次元を1とした場合には特殊な初期条件以外では成立しないことを示唆する結果も得られました。したがって、空間次元を1とした時、解は有限時間で爆発し時間大域的には存在しないことが予想されます。こうした空間次元に応じた解の挙動の違いを解明し、空間次元が2以上ならば漸近挙動が定常解で与えられることの証明が重要な課題の一つとなります。ボーム・モデルに対するこれまでの研究で、プラズマ物理学でシース(鞘)と呼ばれる境界層は、数学的には半空間上の平面定常解と理解される現象であることを示し、さらにシース形成の条件として知られていたボーム・シース条件が定常解が存在して漸近安定になる為の十分条件であることを証明しています。あわせて、初期条件に応じた定常解への収束の速さも求めました。また、線形化方程式を解析することで、ボーム条件は必要でもあることを示唆する結果も得られています。プレ・シースと呼ばれるシースとプラズマつなぐ中間領域は、ボーム・モデル対して電位準中性を仮定して得られる双曲型方程式系(ラングミュア・モデル)の希薄波に対応することが、時間大域解が存在した場合に解の取りうる漸近状態を解析することから、明確になりました。とくに、ボーム・モデルと呼ばれるオイラー方程式とポアソン方程式の連立した双曲ー楕円型方程式系を、主な研究対象としています。

したがって、空間次元を1とした時、解は有限時間で爆発し時間大域的には存在しないことが予想されます。こうした空間次元に応じた解の挙動の違いを解明し、空間次元が2以上ならば漸近挙動が定常解で与えられることの証明が当面の課題となります。本研究課題は、プラズマ物理に現れる双曲ー楕円型非線形偏微分方程式に対する時間大域的可解性と、解の漸近挙動を解明することを目的としています。とくに、ボーム・モデルと呼ばれるオイラー方程式とポアソン方程式の連立した双曲ー楕円型方程式系を主な研究対象としています。ボーム・モデルに対するこれまでの研究で、プラズマ物理でシース(鞘)と呼ばれる境界層は、数学的には半空間上の平面定常波と理解される現象であることを示し、さらにシース形成の条件として知られていたボーム・シース条件が単調な定常解が一意的に存在する為の必要条件であることを示しました。さらに同条件は、定常解が漸近安定である為の十分条件を与えていることも示しました。あわせて、初期条件に応じた定常解への収束の速さも求めまています。また、線形化方程式を解析することで、ボーム条件は漸近安定性の為の必要条件でもあることを示唆する結果も得られています。これらの物理モデルに対する研究を踏まえて、一般的な双曲ー楕円型非線形偏微分方程式系の解析も目的としていますが、その為の準備として一般的な双曲型ー放物型非線形偏微分方程式系の半空間上での定常解の存在と漸近安定性を証明しました。そこで得られた研究成果や解析手法は、本研究課題である双曲ー楕円型非線形偏微分方程式系にも応用可能であり、定常解の存在と漸近安定性が証明できると予想しています。非線形偏微分方程式論プレ・シースに対する研究の成果として、空間次元に応じて解の挙動が異なることを示唆する結果が得られています。また、数値解析を用いた研究にも着手し、過去の研究で頻繁に用いられていた幾つかのスキームと比較して、ローにより発案されたスキームを用いた方がより良い精度が得られることが分かりました。また、双曲ー放物方程型の一般的な方程式系を使う準備として行った双曲ー放物方程式系でも新しい成果を得ました、この手法はボーム・モデルを含む一般的な双曲ー楕円型方程式系の研究にも応用可能だと考えられます。プレ・シースに対する研究の成果として、空間次元に応じて解の挙動が異なることを示唆する結果が得られています。また、数値解析を用いた研究にも着手し、過去の研究で頻繁に用いられていた幾つかのスキームと比較して、双曲型方程式系を解く際にローにより発案されたスキームを用いた方が、より高い精度が得られることが分かりました。さらに、双曲ー放物方程型の一般的な方程式系を使う準備として行った双曲ー放物方程式系に対して、定常解の存在と安定性を証明し、定常解への漸近の速さを求めています。この手法は、ラングミュア・モデルを含む双曲型方程式系や、ボーム・モデルを含む一般的な双曲ー楕円型方程式系の研究にも応用可能だと考えられます。研究概要で述べている通り、プレ・シースに関する研究の成果として、空間次元に応じて解の挙動が異なることを示唆する結果が得られています。この研究課題は本年度着手したことを勘案すると、1年間の成果として十分なものであると思われます。プレ・シースと呼ばれるシースとプラズマつなぐ中間領域は、ボーム・モデル対して電位準中性を仮定して得られる双曲型方程式系(ラングミュア・モデル)の希薄波に対応することが、解の取りうる漸近状態を解析することで示されています。
プロテオーム解析による抗癌剤耐性獲得の新規診断マーカーの開発

本研究では、新規プロテオーム解析法によって乳癌細胞におけるタキサンに対する耐性獲得に関する新規蛋白質を同定した。乳癌細胞株(MCF-7)と、そのパクリタキセル耐性獲得細胞株(MCF-7/TAX)を用いて、改良型2次元電気泳動法で蛋白質を分離し、両者の発現を比較して耐性獲得に関連する蛋白質を同定した。その結果、多くの蛋白質に発現の差異を認めた。これらのうち、MCF-7/TAXに過剰発現していた蛋白質Aに注目した。MCF-7/TAXにおいて蛋白質Aの発現をノックアウトさせたところ、パクリタキセルに対する感受性が回復した。蛋白質Aがパクリタキセルに対する耐性獲得に関連することが示唆された。本研究では、新規プロテオーム解析法による基礎的研究によって、乳癌細胞におけるタキサン系抗癌剤に対する耐性獲得機序を解明することと、耐性獲得マーカーとしての臨床応用を目指す。まず、平成25年度に「改良型IPG法で乳癌細胞とそのPTX耐性獲得株の蛋白質分離を行い、耐性獲得に関連する蛋白質の検索・同定」を行った。現在汎用されるIPG法は、翻訳後修飾以外の人為的な理由で偽陽性スポットがでること、再現性の低さ、添加できる蛋白量が少ない(通常ミニゲルで50μg)ため定量性の悪い銀染色が必要など様々の問題点がある。我々は、試料の調整法・添加方法及び泳動条件を検討し、上記問題点を解決した改良型IPG法を用いて解析を行った。これにより、リン酸化などの翻訳後修飾も再現性よく捉えることができる。また、同定のために大量に必要な時は大ゲルを用い数mgまで添加できるため、免疫沈降法を用いた相互作用する蛋白質の同定などの詳細な検討も可能となる。これまでに、乳癌細胞株(MCF-7)ならびにそのPTX耐性獲得細胞株を初期大量培養を行い蛋白質のサンプルをストックし、改良型IPG法による蛋白質分離を行った。電気泳動したゲルをCBB染色し、デンシトメトリーで定量化し、両者に有意に発現の異なるスポットを検索した。これらのスポットをゲルより切り抜き、還元アルキル化、ゲル内トリプシン消化した後、酵素消化物を溶媒・抽出した。得られた断片化ペプチドをMSによって蛋白質を同定した。以上により、PTXに対する耐性獲得マーカーとして、臨床応用できる可能性のある候補蛋白質を見出した。タキサン系抗癌剤は再発乳癌患者に用いられる代表的な抗癌剤である。現在のところ治療における効果予測や耐性獲得に関するエビデンスは不十分である。耐性獲得の機序としてP糖蛋白、MAP2、MAP4、tauの過剰発現やβ-tublinの変異といったものが報告されているが、主にin vitroでのものでありエストロゲン受容体、HAR2蛋白といった治療効果の予測因子や治療の適応決定に活用されているものはない。今回われわれは、添加できる蛋白量を増やし再現性を高めCBB染色を用いた定量性も高いIPG法(改良型IPG法)を用いpaclitaxel耐性に関連する蛋白質を同定する。乳癌細胞株(MCFー7、以下親株)とパクリタキセル耐性株(MCFー7/tax、以下耐性株)を用い、個々の細胞株から可溶性蛋白を抽出し、改良型IPG法を用い2次元電気泳動にて蛋白質を分離する。両者間での発現する蛋白スポットを定量し、質量分析器(MALDI-TOF MS/MS)を用いて同定する。同定された蛋白質を認めた場合、その機能を論文検索し関連性の高いと思われる蛋白質においてノックダウンを行い、その発現を抑制させることで耐性の消失があるかをMTT assayにて確認する。その結果、電気泳動で分離された蛋白のうち、親株と比較して有意に蛋白発現の亢進や抑制した蛋白質を耐性株に認め、これらを質量分析器にて複数同定した。現在、その蛋白質の役割について、特に抗癌剤に対する獲得耐性との関連に絞って文献的に考察を行っている。タキサン系抗癌剤は、再発乳癌患者に用いられる代表的な抗癌剤であるが、現在では治療の効果予測や耐性獲得に関するエビデンスは不十分である。耐性獲得の機序としては、P糖淡白、MAP2、MAP4、Tauの過剰発現やβチュブリンの変異といったものが報告されているものの、主にin vitroにおける結果であり、エストロゲン受容体やHER2蛋白といった治療効果の予測因子や治療の適応決定に活用されているものは存在しない。今回、われわれは、添加できる蛋白質を増やして再現性を高め、さらに定量性も高いIPG法(改良型IPG法)を用いて、パクリタキセル耐性に関連する蛋白質を同定することを目的として研究を行った。まず、研究代表者の日常臨床業務が多忙であった。また、当該研究では、2次元電気泳動法の結果の再現性の予想以上に多くの確認に時間を要したため、当初の研究計画から遅延した。これまで、同定されたすべての蛋白質についての文献的考察は終了し、その中でノックダウンを行って耐性獲得に影響を及ぼすことができうる蛋白質の候補をいくつかピックアップした。タキサン系抗癌剤は再発乳癌患者に用いる代表的な薬剤である。本研究では、新規プロテオーム解析法による基礎的研究によって、乳癌細胞におけるタキサンに対する耐性獲得に関する新規蛋白質を同定し、耐性獲得マーカーとしてその臨床応用を目指した。乳癌細胞株(MCF-7)と、そのパクリタキセル耐性獲得細胞株(MCF-7/TAX)を用いて、改良型

2次元電気泳動法によってこれらの細胞株の蛋白質を分離し、両者の発現を比較することで耐性獲得に関連する蛋白質の検索と同定を行った。その結果、多くの蛋白質が有意に発現の差異を認めた。これらの蛋白質の中から、MCF-7/TAXにおいてMCF-7よりも過剰発現していた蛋白質Aに注目した。MCF-7/TAXに対して、遺伝子操作によってこの蛋白質Aをノックダウンさせたところ、パクリタキセルに対する感受性が回復した。以上より、この蛋白質Aがパクリタキセルに対する耐性獲得に重要な働きをしていることが示唆された。今後は再発乳癌患者の血清を用いて、蛋白質Aの変動とタキサン系薬剤の治療効果を比較検討することにより、耐性獲得マーカーとして蛋白質Aの臨床応用の可能性を検討していく予定である。本研究では、新規プロテオーム解析法によって乳癌細胞におけるタキサンに対する耐性獲得に関する新規蛋白質を同定した。乳癌細胞株(MCF-7)と、そのパクリタキセル耐性獲得細胞株(MCF-7/TAX)を用いて、改良型2次元電気泳動法で蛋白質を分離し、両者の発現を比較して耐性獲得に関連する蛋白質を同定した。その結果、多くの蛋白質に発現の差異を認めた。これらのうち、MCF-7/TAXに過剰発現していた蛋白質Aに注目した。MCF-7/TAXにおいて蛋白質Aの発現をノックアウトさせたところ、パクリタキセルに対する感受性が回復した。蛋白質Aがパクリタキセルに対する耐性獲得に関連することが示唆された。現在のところ、同定された全ての蛋白質について文献的考察を行っており、その中でノックダウンを行って耐性獲得に影響を及ぼすことができうる蛋白質の候補をピックアップさせる予定にしている。現在は新規耐性獲得マーカーの候補蛋白質をいくつか同定した状態であり、今後は、これらの蛋白質をノックアウトさせることで耐性獲得にどれほど影響するかを検討しながら、再現性のある実験を行っていく予定である。また、その次のステップとして、可能であれば当初予定していた臨床検体を用いた血液診断マーカーとしての有用性を確かめる目的で、定量化可能なシステム(ELISA法など)を作成を行っていく。腫瘍学引き続き、文献的考察を行いながら、ノックダウンの候補蛋白質の選定を速やかに行い、実験を進めていく。これまでのところは、概ね計画通りに研究が推進されていると考える。現在までの進捗状況にも述べたように、研究代表者の日常臨床業務が多忙であったこと、また、結果の再現性の予想以上に多くの確認に時間を要したことから、当初の研究計画から遅延した。そのため次年度に期間延長を申し出た。各種試薬を購入予定であったが、まだ、候補蛋白質の選定中であるため購入に至っていない。各種試薬およびELISA法の確立などの目的にて使用する予定。改良型IPG法で得られた結果の妥当性の検証を行う。WB・ECL法にてその妥当性を確認する。つぎに親株および耐性株の当該遺伝子の発現レベルをRT-PCR法を用いて解析する。さらに、siRNA法を用いて、候補蛋白質の発現変動による薬剤耐性の変化を確認する。ついで、耐性獲得の診断マーカーとしての有用性の確認を行っていく。PTXをはじめとしたタキサン系抗癌剤の投与を受ける進行再発
レーザープロセス技術を利用した新奇ランダムレーザー光源作製法の開発

本課題では、これまでのレーザープロセスによるマクロな構造の形状やサイズの制御だけでなく、レーザー照射時の加熱効果やアブレーションなどの影響をも考慮することで、結晶性の改善や意図的な欠陥構造の導入を試みた新しい手法の開発を行う。この成果により、マクロな光学特性の改善のみならず、欠陥や色中心の意図的な導入による発光・導電特性の改善を同時に実現し、新規波長域での低しきい値レーザー発振の誘起を試みる。また、半導体表面欠陥は、光触媒やバイオセンサ、色中心などの化学反応を誘起する反応点としての活用も期待されており、レーザープロセスにより作製した不規則構造を利用した新規な光デバイス応用展開に挑戦する。
キノンの電子受容能を利用した新しい有機反応系の開発

[2+2]光環化付加反応:種々のメターおよびパラー置換ホモキノンをエチルビニルエーテル存在下、光照射すると[2+2]環化付加生成物がレギオおよびendo選択的に得られた。その付加物はすべてアンチ型構造をとり、エチルビニルエーテルがホモキノンの立体障害のより小さい側から接近しシクロ付加したものである。付加に関与するホモキノンのC=C結合の置換基(CH_3,Cl, Br, CH_3O)にかかわらず、head-to-head型の付加配向が優先した。また、エチルビニルエーテルのEtO基がendo配向する付加体が主に生成した。一方、メトキシ置換基は1/5のexo体を副生した。また、Br置換[2+2]付加生成物は容易にジハイドロ_<-0->ベンゾキノンメチドとジハイドロベンゾフランに骨格転位した。以上、ホモキノンの光による[2+2]環化付加反応により新規な三環性骨格を高収率で合成できることが明らかとなった。キノクラウンのディールス-アルダー反応:15-21員環のキノクラウンとシクロペンタジエンのディールス-アルダー反応におけるアルカリおよびアルカリ土類金属イオンの添加効果を速度論的に調べた結果、この付加反応の速度はサイズフィットしたクラウン環とイオンの組み合わせにおいて金属選択的に最高3700倍も加速された。この効果は1価のアルカリ金属より2価のアルカリ土類金属でより顕著となり、また、クラウン環の幾何学的配位構造にも依存することが明らかとなった。このカチオン認識効果は、キノンのLUMOエネルギー準位が金属を認識することにより低下し、シクロペンタジエンとの軌道相互作用が促進されるとして説明できる。つぎの二つの目標を設定し研究を行った.1)キノンとジアゾアルカンの1,3-双極子付加環化反応により、合成ブロックであるシクロプロパン環を縮環したホモキノン化合物を合成し、電子供与体であるナフタレンやトリエチルアミンなどの芳香族化合物やアミン等からの光誘起電子移動を鍵過程とする新しい合成プロセスの開発.2)キノン骨格にクラウンエーテルを接合したキノン・クラウンエーテルを合成し、カチオンに対する選択的包摂能を利用した反応の制御.目標1では、生成する反応中間体(ラジカルイオン)の高い反応性により、通常の熱反応では起こり得ないシクロプロパン環の結合開裂反応、ホモキノンの骨格変換反応、水素引き抜きによるラジカルペアーの形成とラジカル再結合による高次環状化合物の生成などの各反応が起こることを明らかにした.今後、これらの新規な合成経路の展望と限界を知るため、ホモキノン化合物の置換基、反応溶媒、電子供与体等の反応支配因子の最適化ならびに反応機構の解明を行う.目標2では、キノン骨格のC=C二重結合の反応を取り上げた.キノンのディールス・アルダー反応および1,3双極子付加反応の反応性を制御するためクラウンエーテル環をキノン骨格に縮環させた機能性キノン化合物を合成した.この化合物とシクロペンタジエンとのディールス・アルダー反応を種々の金属イオン存在下行い、反応速度を測定した結果、クラウン環の選択的カチオン取り込みに依存する加速効果が認められた.この現象はクラウンエーテルのカチオン包摂能を利用した新しい反応制御で、カチオンサイズを変えることによって反応を微妙にコントロールすることが可能である.この系についても今後発展させる予定である.本研究課題としてつぎのサブテーマ1)-3)について結果をまとめる。1)ホモキノン化合物とアルケンとの[2+2]光付加反応.この[2+2]光環化付加反応の立体化学を支配する要因の解明を目的とした。生成物は多環系シクロブタン化合物である。付加の位置選択性についてはHead-to-Head体が優先的に得られた。

一方、立体選択性については、一般にtrans体が優先的に得られたが、オレフィン置換基の電子共役系が広がるとcis体が主生成物となり逆転した。この位置および立体選択性より反応はより安定なビラジカル中間体を経由し、ラジカル中心とアルケン置換基の共役によってラジカル寿命も延びcis体が優先することが明らかとなった。2)ジアゾクラウンエーテルの1,3-双極子反応におけるカチオンの添加効果.この熱[3+2]環化付加反応の基質にクラウン環を導入し、そのカチオン認識効果を利用した反応制御を目的とした。無水マレイン酸との2次反応速度は、クラウン環サイズとカチオンサイズが丁度合致する場合に大きく減速し、カチオン選択性が認められた。この結果より、カチオン認識による基質の電子状態の変化が可能で反応性をコントロールできることが分かった。3)クラウンエーテル部位を有するベンゾフェノンの光ピナコール化反応.クラウン環を持つベンゾフェノンをイソプロパノール存在下、光照射するとピナコールがdl/meso=1:1の生成比で得られた。クラウン環とイオンのサイズが合う場合において水素引抜きの速度が加速された。一方、より大き目のカチオンを添加するとdl/meso=47となった。この結果より、カチオン認識により反応が促進されること、およびサンドウッチ型のコンプレックス形成が立体化学に反映していることが明らかとなった。本研究課題としてつぎの3つのテーマについて結果をまとめる。1.キノンとドナーオレフィンの光誘起電子移動反応によるカップリング反応電子移動反応により生成したセミキノンラジカルとオレフィンのラジカルカチオンはプロトン移動によりフェノキシラジカルとオレフィンのアリルラジカルになる。このラジカル対はカップリングすることにより1°,2°,あるいは3°のヒドロキノンビニルエーテルとなる。この生成物分布がキノンおよびオレフィンの置換基の立体的かさ高さに大きく影響されることを見いだした。2.ホモキノンとアルキンの[2+2]光環化生成物のルイス酸触媒分解反応3環性光環化物はルイス酸により常温でシクロブテン環の開裂を伴う多段階骨格転位反応により4環性のかご状化合物を与えた。用いるルイス酸の強さによりこのタンデム型転位反応を途中段階で停止させることが可能で、種々の環骨格を形成できることが明らかとなった。3.ピリドノクラウンエーテルのカチオン認識互変異性に基づく反応制御ピリドノクラウンエーテルはクラウン部位の金属カチオン認識によりピリドン型からフェノール型に互変異性化する。したがって、金属カチオンとの選択的錯体形成によりフェノール部位のOH基の酸性度をコントロールすることが期待できる。具体的な反応として、ジフェニルジアゾメタンの酸触媒分解(メタノール中)に適用したところ、15員環のクラウンエーテルではMg^<2+>>Ca^<2+>>Sr^<2+>>Ba^<2+>の順に反応が加速されたが、18員環では逆の加速効果が見られイオン半径と環サイズの適合する組み合わせにおいてピリドノクラウンエーテルの酸性度が大きくなり反応が速くなることが明らかとなった。キノン骨格を有する3H-ベンゾ[f]インダゾール誘導体の光および熱反応置換1,4-ナフトキノン類とジアリールジアゾメタンの1,3-双極子付加反応により窒素をへてホモキノンと呼ばれるシクロプロパナフタレンジオンを与えることを見いだした。
加齢に伴う過活動膀胱の発生メカニズムの解明と新治療法に関する研究

過活動膀胱は加齢に伴い有病率が上昇する。疫学調査においてはうつ傾向と動脈硬化性疾患との間に有意差を認めた。ラットによる動物実験では、過活動膀胱治療法のひとつであるニューロモデュレーションでは膀胱を含む骨盤内臓器に対する血流増加作用を動物実験において証明した。過活動膀胱発生機序として、中枢系の病態と末梢循環との関連が示唆された。平成22年度は本研究の端緒として実験系の確立を中心に行った。1.膀胱血流測定系の確立本研究では、加齢に伴い有病率が増加する非神経因性過活動膀胱の発生メカニズムを膀胱組織血流というあらたな手法を通して解明し、メカニズムの解明により考え得る新たな治療法の開発を目指すまったく新しい研究である。この研究の端緒として、膀胱血流の測定系の確立を行った。当初、麻酔薬の腹腔内投与による実験系で実験を開始した。今回治療のターゲットとした電気刺激療法においては、ラットの筋組織に対する刺激が同時に加わるため、膀胱血流の測定誤差が生じるという問題が明らかとなった。そこで、実験系を筋弛緩薬を投与し、人工呼吸下に変更することにより安定した測定が可能となった。2.膀胱機能測定系の確立血流と膀胱機能を同時測定するための圧測定システムの構築を行った。ラットの両側尿管を腎下端の高さで切断し、膀胱内への尿の流入を遮断する。尿道マイクロチップカテーテル法(Am J Phvsiol Renal Phvsiol.2067 292(2):F639-46)を準用して、経尿道的に膀胱機能外尿道口からマイクロチップ圧トランスデューサーを挿入し、膀胱内を0.4ccの生理食塩水で満たし、膀胱内圧を測定することをおこなった。当初再現性に難が認められたが、その後のシステム改良によりデータの安定性が得られた。1と2の測定系を同時に行うことにより、血流と膀胱機能の同時測定が可能となり、本研究における実験系はほぼ確立したものと考えられる。平成23年度は実験系の確立を中心に行った。1)膀胱血流測定系の確立本研究では、加齢に伴い有病率が増加する非神経因性過活動膀胱の発生メカニズムを膀胱組織血流というあらたな手法を通して解明し、メカニズムの解明により考え得る新たな治療法の開発を目指すまったく新しい研究である。昨年まで血流測定法としてレーザー血流計を膀胱に接触させて血流測定を行ったが、電気刺激による骨格筋の振動により誤差が生じたことから全身麻酔下の測定に変更した。しかし、十分な筋弛緩を行った場合、反応が不十分となることから血流測定法の新たな方法を見いだす必要に迫られた。2)膀胱機能測定系の確立血流と膀胱機能を同時測定するための圧測定システムの構築を行った。ラットの両側尿管を腎下端の高さで切断し、膀胱内へのの流入を遮断する。尿道マイロチップカテーテル法(Am J Physiol Renal Physiol.2007 292(2):F639-46)を準用して、経尿道的に膀胱機能外尿道口からマイクロチップ圧トランスデューサーを挿入し、膀胱内を0.4ccの生理食塩水で満たし、膀胱内圧を測定することをおこなった。本研究課題の最終年度である平成24年度は加齢に伴う過活動膀胱の発生メカニズムを疫学的観点・動物実験により解明をすすめるとともに、成果報告として学会のシンポジウム等で報告を行った。加齢に伴う過活動膀胱患者の増加の原因について疫学的観点から解析を行った。高齢者の過活動膀胱のは、Geriatric Depression Scaleにより層別化したうつ傾向と有意な相関を認めた。脳卒中などの中枢疾患などをふくめた多変量解析でも、この結果はかわらなかった。この結果からは、過活動膀胱が膀胱やその支配神経・感覚神経だけが原因ではなく、うつ状態と共通する中枢系の疾患が関与している可能性を示唆すると考えられる。動物実験では過活動膀胱の治療法のひとつであるニューロモデュレーションにより膀胱・前立腺・尿道を含む骨盤内臓器の血流増加作用を認めた。血流の増加作用はニューロモデュレーションの刺激後速やかに上昇することが認められた。刺激後血流増加までの時間から、反射を含む神経系の関与によるメカニズムが示唆されたが、その詳細を解明するまでには至らなかった。今回の結果は、既に報告されている骨盤内の血流障害が高齢者の過活動膀胱の一因であるとする仮説を間接的に裏付けるものと考えられる。以上の結果をふくめ、本研究課題の一部を第100回日本泌尿器科学会:シンポジウム;「難治性下部尿路機能障害に挑む」で報告するとともに今後の提言を行った。東日本大震災の影響で、本年度は一時研究を遂行できない時期が存在した。24年度が最終年度であるため、記入しない。最終年度となる24年度は、非接触型の血流測定装置を使用することにより、加齢と過活動膀胱発生のメカニズムについて新たな知見をうる予定である。
循環型素材をベースとした高次元異方性複合材料の創成

非磁性体に及ぼす磁場効果を利用して,結晶構造解析,新規異方材料の創成,配向メカニズムの解析を行った.(A)パルプ/無機系微粒子系において,配向・配列が制御された異方複合材料を創成し,その力学的特性を明らかにした.(B)セルロース/合成高分子系において,セルロースミクロフィブリルの3次元配向を試みた.その結果,磁化困難軸配向には成功したが,磁化容易軸と磁化中間軸の配向制御は困難であった.完全な三次元配向を成功させるためには,セルロースミクロフィブリルの更なる微細化が必要であることが判明した.(C)配向構造形成のメカニズムをin-situ観察する手法の開拓.磁場下in-situ XRD測定装置により,セルロースの微細化と磁化率異方性との関係を明らかにした.セルロースの微細化により,磁気異方性が大きくなることが判明した.また,磁化率の異方性の測定に成功した非磁性体に及ぼす磁場効果を利用して,結晶構造解析,新規異方材料の創成,配向メカニズムの解析を行った.(A)パルプ/無機系微粒子系において,配向・配列が制御された異方複合材料を創成し,その力学的特性を明らかにした.(B)セルロース/合成高分子系において,セルロースミクロフィブリルの3次元配向を試みた.その結果,磁化困難軸配向には成功したが,磁化容易軸と磁化中間軸の配向制御は困難であった.完全な三次元配向を成功させるためには,セルロースミクロフィブリルの更なる微細化が必要であることが判明した.(C)配向構造形成のメカニズムをin-situ観察する手法の開拓.磁場下in-situ XRD測定装置により,セルロースの微細化と磁化率異方性との関係を明らかにした.セルロースの微細化により,磁気異方性が大きくなることが判明した.また,磁化率の異方性の測定に成功した非磁性体に及ぼす磁場効果を利用して,結晶構造解析,新規異方材料の創成,配向メカニズムの解析,新規配向法の開拓を行うことを目的とし,(1)高分子/セルロースナノクリスタル系,及びパルプ/有機,無機系微粒子系において,配向・配列が制御された異方複合材料を創成し,(2)その光学的,力学的,電気的特性を明らかにし,(3)配向構造形成のメカニズムをin-situ観察する手法の開拓を目指した.今年度は,次の成果が得られた.CaCO3ウィスカーを紙面上に磁場配向させた試料の作製することに成功した.顕微鏡観察により配向度を評価したところ,理論的に予行された配向度よりかなり低かった.これはウィスカーが表面に積層する際に,紙を構成する繊維との相互作用により配向が乱されたためと結論された.実際,紙の種類(表面形状が異なる)により配向度が異なった.また,アガロースゲル中にカーボンファイバーを磁場配向させた複合材料の作製を行った.磁場分布に応じてカーボンファイバーが配向分布する試料を作製することに成功した.得られた複合材料の力学物性を測定したところ,異方弾性率を示した.この複合材料に強磁場を印加するとカーボンファイバーの配向分布に応じて変形した.変形の大きさが複合材料の変形弾性エネルギーと,カーボンファイバーの磁場配向エネルギーとの兼ね合いにより決定されることが明らかになった.微結晶懸濁液を磁場配向させ,その様子をin situ X線構造解析する方法を開発した.懸濁液の磁場配向により,単結晶のX線回折スポットを得ることに成功した.ただし半値幅は広くまだ改良の余地が大きい本年度の成果は以下のとおりである.(1)高機能配向材料の作製.高度に配向を制御することにより,外場応答性の材料創成を行った.(1-1)アガロースゲル/カーボンファイバー複合材料による磁場応答性ゲルの作製を行った.ゲル中にカーボンファイバーを放射状に磁場配向させた複合材料を作製し,それを,磁場印加により変形させることにはじめて成功した.磁気エネルギーと弾性エネルギーの競合により変形の大きさが決まることが分かった.第4回日本磁気科学会年会において,発表者の学生がポスター賞を受賞した.(1-2)圧電性微結晶の磁場配向を行い,複合系の圧電材料の作製を試みた.ロッシェル塩微結晶を,変形による圧電効果が最大になるような方向に磁場配向させたフィルムを作製し,その圧電性能を測定したところ,d=2pC/Nの性能を得た.この値は本来ロッシェル塩の持つ値よりかなり小さかった.結晶とマトリクスとの密着性等の改善が必要との結論を得た.これらの成果は,(2)微結晶の精密配向による結晶構造解析手法の開発.(2-1)アラニンの精密配向試料(擬単結晶)の中性子回折測定を行ったところ,マトリックス樹脂のD化処理を行っていないにも関わらず,S/Nの良い中性子回折を得た.蛋白への応用等,今後の中性子回折分野への応用が期待される.(2-2)精密磁場配向方法の検討を行った.低速回転磁場領域での配向形態に関し,これまでにない知見を得た.即ち,回転軸方向に困難軸が並ばないケースがあることが見出された.設定した課題をほぼクリアできた。具体的には以下の通り。1)異方性配向材料の作製○22年度はパルプ/フィラー系の検討を行った。パルプ繊維のルーメンにナノオーダーの鉄を導入することに成功した。その鉄パルプ複合体を用いて、紙漉きを行った。

その際に磁場を印加することにより、パルプ繊維を2次元的に並べことに成功した。その複合材料の力学物性を評価すると、繊維の配向方向と垂直方向で明白な力学特性の違いを観測し、異方性循環型素材をベースとした高次元異方性複合材料の創製に成功した。○セルロース/合成高分子系の検討を行った。種々の大きさの微細化セルロースをUV硬化モノマーに懸濁させ、セルロースミクロフィブリルの3次元配向を試みた。その結果、磁化困難軸配向には成功したが、磁化容易軸と磁化中間軸の配向制御は困難であった。完全な三次元配向を成功させるためには、セルロースミクロフィブリルの更なる微細化が必要であることが判明した。セルロース系材料は,環境調和型循環材料として,その利用拡大,高度利用が益々期待されているなか、セルロース結晶の持つ力学特性を利用した高次元異方性複合材料の創成に成功したことは、意義があると考える。2)配向メカニズムのin-situ観察:20年度に製作した磁場下in-situ XRD測定装置により、セルロースの微細化と磁化率異方性との関係を明らかにした。即ち、種々の条件を変えて、セルロースを微細化させた。そのセルロースマイクロクリスタル懸濁液に磁場を印加することにより、配向をその場観察した。その結果、セルロースの微細化により、磁気異方性が大きくなることが判明した。また、見かけの磁化率の異方性の測定に成功した。良好な配向構造を達成するためには磁場配向メカニズムの理解が欠かせないが、今回セルロースミクロフィブリルの配向メカニズムの解析を磁場下in-situ XRD測定により成功した。この手法及びセルロース材料での配向メカニズムの解析はこれまで開発されておらず、意義がある研究であった。