hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
児童・生徒を支援するための「適応度診断と介入」検査の開発と応用

友人関係を4つのタイプに分類し、タイプ1(孤立する・仲間と協調しない)、タイプ2(無理に仲間に合わせ、ストレスを抱える)と学校満足度・親子関係・担任教師との関係など包括的な側面から、支援が必要な児童・生徒をアセスメントする検査を開発した。担任教師はタイプ1を把握しやすいが、タイプ2は見過ごしやすい。学習面を含めた学校満足度は、親密な友人関係、親密な親子関係、そして担任教師との心理的距離とが関連していた。さらに、この検査を通して学級経営が困難な状況が把握できた。自分の信念を持ちつつ、人と協調できる児童・生徒を育てるために、「自分らしさを活かしてつきあう」と題したアセスメントと介入に役立つ検査項目を、研究代表者を中心にして作成した。その上で、小・中学校の現職教員を交えて、児童・生徒にとって分かりやすい語句に改め、回答しやすいように事例を挿入し、プライバシーに配慮した予備調査の検査項目を決定した。平成22年9月に、小学5年生3クラス、中学2年生3クラス(合計約200名)を対象に予備調査を実施した。データを分析して、「友人関係」の4つのタイプ(自立満足群、しがみつき群、マイペース群、同調ストレス群)のどの群に相当するのか、座標軸上で個人ごとに診断できる図を作成した。同様に「父親関係」と「母親関係」についても、各個人を4つのタイプ(信頼・自立群、依存群、反発・反抗群、表面的服従群)に分類し、一目でわかるように図示した。その上で、友人・父親・母親・担任教師・養護教諭とのパーソナル・スペースから、「介入」に適切な人物がわかるようなデータとしてまとめ上げた。このデータをもとに、11月に小・中学校の担任教師と再度調査項目の検討を行ったが、好評を得ると共に、一部修正した方がよいとの意見が出された。研究代表者を中心にして、最終的に決定し、「自分らしさを活かしてつきあう」を再作成した。そして、岐阜県・愛知県の小学4年生中学3年生までの1800人を対象とした本調査を平成23年1月2月に実施した。得られたデータを各クラス別に「適応度診断」が分かるような図表として作成し、3月に協力してもらった学校に送付した。『自分らしさを活かしてつき合う』と題した友人関係のアセスメントと介入に役立つ検査の予備調査を小学5年生と中学生2年生の192名に実施した。予備調査の目的は項目の信頼性や妥当性を検討し、調査協力者への倫理的配慮等を含めて検討するためである。結果は平成23年度の日本教育心理学会大会と中部大学現代教育学部の紀要論文に掲載した。自己開示・親和得点は男女ともに中学2年生の方が小学5年生より高く、逆に同調得点は中学2年生が低い。支援が必要な児童生徒を、学校満足度・担任教師とのパーソナル・スペース(以後PS)を加えて「友人関係の分布図」を作成し各担任と検討した。調査項目やPSの例示等に修正を加え、本調査(小学4年生中学3年生の約1800名)を平成23年1月2月に実施した。簡単な分析結果は平成23年の3月に、全調査協力校に送付した。平成23年度は「友人関係の分布図」に親子関係・学校満足度・担任教師とのPSを加えて、包括的な視点から分析した結果、担任教師の学級運営の影響が浮かび上った。このため、学級を1人の教師が受け持つ小学校の4年6年の284名をクラス別に、教務主任と児童の実態・学級運営の困難さを詳細に検討した。友人との自己開示・親和得点は、小学6年生の方が小学4年生よりも高いが、4年生では学級運営が困難なクラスが多く含まれていた。学校満足度・担任教師とのPSを加えた「友人関係の分布図」は、学級運営が困難なクラスほど支援が必要な非協調・孤立児が多い。その上に、学校満足度も低く、担任教師とのPSも離れていた。また、同調・ジレンマ群の児童は教務主任からは発見されにくい点も浮き彫りにされた。結果は2011年度の日本学校心理士会年報第4号の実践論文に採択され、現在印刷中である。「研究目的と実施経過」学校生活に不満を抱き、「友人関係で孤立している」、「無理に合わせてストレスを抱えている」児童・生徒を支援するために、学習面を含めた学校満足度、友人関係、父子関係、母子関係、教師との関係等について、包括的な側面からアセスメントする検査を開発し、援助することが本研究の目的であった。支援と介入にかかわるリソースとしての人物との関係を担任教師・養護教諭を含めた会話場面でのパーソナル・スペースを測定することで、会話の相手との心理的距離を把握する工夫を入れた。具体的には『自分を生かしてつき合う』と名付けたアセスメント検査を予備調査を経て作成し、本調査を実施した。調査協力者は全体で約2,000名である。

調査協力校にはクラスごとの個人結果を報告し、2013年3月に研究報告書(平成22年度平成24年度科学研究費補助金(基盤研究(C)全192頁)にまとめ、関連の学校等へ郵送した。「研究の結果」友人関係をタイプ1(仲間と協調しない・孤立する)、タイプ2(無理に仲間に合わせ、ストレスを抱える)、タイプ3(友人と親密な関係にあるが依存度が高い)、タイプ4(自分の意見は主張するが、親密な友人関係にある)の4つに分類し、父子関係・母子関係についても4つに分類した。1小学生の9クラスについて、アセスメント結果を学校現場の教師と検討した結果、教師はタイプ1を把握しやすいが、タイプ2は見過ごしやすいことが認められる。2小・中学校全体について、学習面を含めた学校満足度に関与する要因を探るため、パス解析を実施した。小学生については、親密な友人関係、親密な親子関係、そして担任教師との心理的距離が関連していた。中学生については、親密な友人関係と担任教師との心理的距離が関与していた。3クラス別のアセスメント結果(図・表)から学級経営が困難なクラスを把握することができた。当初の予想通りに研究は進めてきている。予備調査を実施し、本調査を実施した上で、支援が必要な児童・生徒の内、平成23年度は、特に児童に焦点を当てて包括的な視点から教務主任と集中的に結果を検討した。この結果、非協調・孤立群と同調・ジレンマ群で支援が必要な児童を検査上は特定することができたが、教務主任の把握と検査結果の相違点も分かってきた。特に同調・ジレンマ群の児童は学級の中では、孤立する、反抗するなどの表面的な問題を抱えていないため、発見されにくいことが把握できた。さらに担任教師の学級運営が友人関係にまで影響することがわかってきた。学級運営が困難なクラスでは自己開示・親和得点が低く、学校満足度得点も低い。しかも、非協調・孤立群で支援が必要な児童が多い。24年度が最終年度であるため、記入しない。『自分らしさを活かしてつき合い』と題した検査結果(小中学生1800名)について、検査の信頼性・妥当性を検討し、学校現場で利用できるようにすることを最終目的にしている。これまでは、友人関係・担任教師との関係・学校満足度を中心に分析を進めてきたが、父親・母親・養護教諭を加えて包括的な分析を試み、検査マニュアルを作成する必要がある。一般に、学校適応度等は家庭環境とも関係があると言われてきているが、父親・母親との自己開示・親和得点、同調得点から親子関係を詳細に分析して、友人関係・担任教師との関係を含めた包括的な視点から診断することを、現在試みつつある。この結果は平成24年度の日本教育心理学会に報告し、教育現場で利用できるような冊子として配布し、アセスメントを通して心理教育的援助に貢献したい。
ミュラー細胞によるガス状メディエータを介した網膜内情報伝達制御機構の解析

Solubleguanylate cyclase (sGC)は、細胞内second messengerであるcGMPの生成反応を触媒するヘム酵素である。その酵素活性はNOやCOによって増強されることが報告されているが、両ガス分子が共存するin vivoでの本酵素の活性調節機構については不明な点が多い。COがNO依存性sGC活性化をsynergisticにあるいは逆にantagonisticに制御するかは長い間論争の的であった。そこで本研究では、sGC活性化に伴う構造変化を認識する抗sGC単クローン抗体(mAb3221)を用いた免疫組織化学的メカニスティックプロービングという全く新しいアプローチにより、ラット網膜組織におけるsGCによるin vivoガスセンシングの空間的解析を試み、生体内でのNO・COの制御分子としての役割を考察した。ラット網膜という組織学的に層を構成する細胞種の同定が容易である実験系の選択がもたらした最大のメリットは、シグナル分子であるCO・NOとそのセンサー蛋白のsGCの相互作用が一組織内であるにもかかわらず、一面的でなく多面的に捉えられたことである。ハウスキーピングレベルのCOを抑制すると、網膜全層にわたるhomogeneousなsGC活性化が起きるのに対して、NOを抑制した状況下でのCO抑制はheterogeneousであり層特異的であることが判明した。つまりexternal limiting membrane (ELM)とoptic fiber layer (OpFL)では、内因性のCO抑制によってNO単独阻害による抑制に加えてさらなるsGC活性減少が起きるが、一方inner nuclear layer (INL)とinner plexiform layer (IPL)ではこのような相加的な減少は示されない。COに対するこのようなheterogeneousな反応性のメカニズムのkeyとなるのは局所のNO availabilityであるという仮説のもとにin vivo実験系でさらなる検証をした。ウシ肺から精製したsGC精製標品を用い、CO存在下・非存在下でNO donorであるS-nitroso-N-acetylpenicillamine (SNAP)によるsGC活性を測定した。反応溶液中にCO(10-30μM)が存在するとSNAPの濃度が低い範囲ではsGC活性は促進され、逆にSNAPの濃度が高い範囲では抑制された。このデータはCOがNOによるsGC活性化の行き過ぎを抑制する一方、NOの低い状況下ではsGC活性化を介して基礎cGMP量を確保するためのagonistと働く可能性を示唆するものであり、我々の仮説を支持するものである。可溶性グアニル酸シクラーゼ(sGC)は、網膜組織において神経細胞の制御分子として重要な役割を担うcGMPの生成反応を触媒するヘム酵素である。sGCの酵素活性はNOやCOによって増強されることが報告されているが、その両者が生成される部位でのin vivoの活性調節機構については不明な点が多い。我々は、脳神経組織のモデルとして組織を構成する細胞種が同定しやすいラット網膜を用い、sGCによるガスシグナリングの空間的解析を試みた。このため、特定のガス状メディエータの産生あるいは抑制刺激として作用しうる可能性のある物質(例えば、zinc protoporphyrin lXをhemeoxygenaseの競合的阻害剤として)をラットに注入した後固定した網膜組織でsGC活性動態を免疫組織学的にin situで検証した。

sGC活性化に伴う構造変化を認識する抗sGC単クローン抗体(mAb3221)よる染色像を用いたgrey level morphometryを網膜の異なる細胞層ごとに施行したところ、L-arginineの血管内投与でsGCの活性化が増加、NOS阻害剤であるN^ω-L-argininemethyl投与で減少した。またHO阻害剤であるzincprotoporphyrin lX投与によってsGCは著明に活性化することが示された。またsGCは網膜の支持細胞であるM ller細胞に恒常的に発現しており、またCO産生酵素であるheme oxygenase(HO)-2がsGC同様Muller細胞に高発現していること、一方NOの生成系は少数のamacrine細胞および比較的サイズの大きい微小血管内皮細胞に限られていることが判明した。この知見はMuller細胞がストレスを感知しオートクライン的にsGC活性を修飾していることを示唆している。また一方ウシ肺から精製したsGCの酵素精製標品を用いたin vitroの解析では溶液中のNOがCOに比べて相対的に高い時、COはNO依存性のcGMP生成を抑制することが示された。以上の結果より定常状態では内因性のCOがNOによるsGC活性化に抑制的に作用することが示唆された。Solubleguanylate cyclase(sGC)は、細胞内second messengerであるcGMPの生成反応を触媒するヘム酵素である。その酵素活性はNOやCOによって増強されることが報告されているが、両ガス分子が共存するin vivoでの本酵素の活性調節機構については不明な点が多い。COがNO依存性sGC活性化をsynergisticにあるいは逆にantagonisticに制御するかは長い間論争の的であった。そこで本研究では、sGC活性化に伴う構造変化を認識する抗sGC単クローン抗体(mAb3221)を用いた免疫組織化学的メカニスティックプロービングという全く新しいアプローチにより、ラット網膜組織におけるsGCによるin vivoガスセンシングの空間的解析を試み、生体内でのNO・COの制御分子としての役割を考察した。ラット網膜という組織学的に層を構成する細胞種の同定が容易である実験系の選択がもたらした最大のメリットは、シグナル分子であるCO・NOとそのセンサー蛋白のsGCの相互作用が一組織内であるにもかかわらず、一面的でなく多面的に捉えられたことである。
マイクロ波常温乾燥による生物製剤のガラス化保存法の検証

タンパク質を用いた医薬品が増えているが,溶液状態での安定性確保が困難なため,一般には凍結乾燥(以下FD)によって乾燥保存されている.しかし,FDは乾燥に長時間・高エネルギーを要するうえ,凍結過程でタンパク質が失活,凝集する可能性がある.そこでFDに代わる高速・高品位な乾燥方法としてマイクロ波常温乾燥(以下MVD)に着目した.この研究では,MVDで乾燥させた卵白の分子構造が維持され,リゾチームの分解活性も保存されることを確認することができた.また,熱により敏感とされているプロテアーゼについても,MVDによる乾燥時間の大幅な短縮と分子構造の維持が確認された.加えて,MVDのマイクロ波出力と真空度を調整して試料に発泡状態を形成することにより,更なる高速化を可能とするマイクロ波発泡乾燥(以下MFD)が極めて有効であることを示し,試料の発泡特性の観察と乾燥後の分解活性の評価を行った.MFDの具体としては,実験試料に卵白,リゾチーム水溶液(10wt%),プロテアーゼ水溶液(10wt%),およびスクロース水溶液(40wt%)各5gを用い,ガラス製のビーカー(容量100mL)に入れて乾燥を行った.発泡乾燥は5kPa,100200Wの条件で行い,乾燥中の温度がスクロースでは50 °C以下,それ以外の試料は40°C以下とした.乾燥後の品質評価においては,リゾチームを試料として,紫外可視分光光度計を用いて分解活性測定を行い,基質分解による吸光度変化を測定した.また,乾燥後の試料の保存温度の目安として,示差走査熱量計を用いてガラス転移温度を測定した.その結果,発泡をともなうMFDによって大幅な乾燥時間の短縮が可能になり,発泡乾燥後にも,リゾチームの分解活性が維持できており,タンパク質の品質が保たれていることを確認した.近年の医療分野において,タンパク質,酵素,ペプチドなどの生体高分子を用いた生物製剤の利用が急速に進んでおり,その製造技術の高度化が新規薬剤開発において極めて重要になっている.その機能を失活させない製造技術として凍結乾燥法が多く用いられているが,冷凍過程での氷晶形成による損傷や,氷晶の昇華に長時間かつ膨大なエネルギーを要するなどの大きな課題があり,製薬メーカーにおいては革新的な技術の登場が望まれている.この要望に応えるべく,本研究では研究代表者が開発したマイクロ波常温(真空)乾燥技術に注目し,常温状態のままで超急速な水分蒸発によるガラス化を実現する画期的な方法を提案するとともに,その有効性を示すことに取り組んでいる.具体的には,生物製剤として卵白(アルブミン)やリゾチーム等のタンパク質水溶液を用い,主たる手法であるマイクロ波常温(真空)乾燥(MVD)とともに,凍結乾燥(FD)および両者の組合せであるMVD+FD複合乾燥の3つの方法で乾燥を行い,タンパク質の構造解析や残存活性の測定を行って品質評価を実施している.その結果,3つの乾燥法のいずれにおいても(マイクロ波を用いる場合には常温乾燥を行う限り),卵白アルブミン,リゾチームともタンパク質構造を維持でき,活性も残存することが確認できた.また,マイクロ波常温乾燥による乾燥処理時間の短縮も確認したが,特に,静的なフィルム状乾燥から気泡形成を伴うダイナミックな乾燥を実現すれば,乾燥処理時間を極端に短縮できることを新たに見出した.フィルム状のガラス化ではなく,多孔性のガラス化となっており,空隙部の存在により,乾燥速度が大幅に増大するとともに,水への溶解性も増して,フィルム状に行うマイクロ波常温乾燥の溶解性についての短所を補うことが可能となった.計画した卵白アルブミンとリゾチーム水溶液を用いた3つの乾燥法(マイクロ波常温乾燥MVD,凍結乾燥FD,両者の複合乾燥MVD+FD)による乾燥と,乾燥後の構造解析を行い,いずれの乾燥によってもタンパク質構造が維持されていることを確認した.なお,MVD+FDは,凍結乾燥の前にマイクロ波常温乾燥による予備脱水を施す方法であり,組織内の水分を予め取り除くことにより,最大氷晶生成帯を通過する時間が短くなり,凍結温度が低下して氷晶サイズも小さく,乾燥物への機械的ストレスを低減できる.また,多孔質構造が維持され,溶解性が向上するという利点を持っている.乾燥速度については,FD,MVD+FD,MVDの順に乾燥速度が速くなることを確認したが,卵白アルブミンのMVDにおいてマイクロ波強度を高めることにより泡を形成すれば,乾燥速度が大きく短縮できることを見いだした.そして,たとえ泡立つほどのマイクロ波照射を行なっても,乾燥後にはタンパク質構造が維持できていること,加えて水への溶解性も高まることも明らかにしている.また,リゾチームに対して細菌細胞壁ミクロコッカスルテウスの細胞壁分解活性能を紫外線可視分光光度計(UV)にて測定し,リゾチームが失活せずにミクロコッカスルテウスを分解すること,すなわち活性を維持できていることも検証している.さらに,リゾチームは熱変性温度が比較的高く,熱に強いタンパク質であるため,熱変性温度がこれよりも低いプロテアーゼを用いた乾燥実験を行い,その変性温度を実測して把握するとともに,MVDを行なってもその分子構造が維持されていることが確認できた.以上の内容から,当初の計画以上に進展していると判断する.タンパク質を用いた医薬品が増えているが,溶液状態での安定性確保が困難なため,一般には凍結乾燥(以下FD)によって乾燥保存されている.しかし,FDは乾燥に長時間・高エネルギーを要するうえ,凍結過程でタンパク質が失活,凝集する可能性がある.そこでFDに代わる高速・高品位な乾燥方法としてマイクロ波常温乾燥(以下MVD)に着目した.

この研究では,MVDで乾燥させた卵白の分子構造が維持され,リゾチームの分解活性も保存されることを確認することができた.また,熱により敏感とされているプロテアーゼについても,MVDによる乾燥時間の大幅な短縮と分子構造の維持が確認された.加えて,MVDのマイクロ波出力と真空度を調整して試料に発泡状態を形成することにより,更なる高速化を可能とするマイクロ波発泡乾燥(以下MFD)が極めて有効であることを示し,試料の発泡特性の観察と乾燥後の分解活性の評価を行った.MFDの具体としては,実験試料に卵白,リゾチーム水溶液(10wt%),プロテアーゼ水溶液(10wt%),およびスクロース水溶液(40wt%)各5gを用い,ガラス製のビーカー(容量100mL)に入れて乾燥を行った.発泡乾燥は5kPa,100200Wの条件で行い,乾燥中の温度がスクロースでは50 °C以下,それ以外の試料は40°C以下とした.乾燥後の品質評価においては,リゾチームを試料として,紫外可視分光光度計を用いて分解活性測定を行い,基質分解による吸光度変化を測定した.また,乾燥後の試料の保存温度の目安として,示差走査熱量計を用いてガラス転移温度を測定した.その結果,発泡をともなうMFDによって大幅な乾燥時間の短縮が可能になり,発泡乾燥後にも,リゾチームの分解活性が維持できており,タンパク質の品質が保たれていることを確認した.まず,従来のマイクロ波常温乾燥による静的なフィルム状乾燥に比較して,乾燥速度と溶解性において優れた特性を示したマイクロ波バブルフォーミング乾燥法の特許化を目指す.マイクロスケールの気泡を形成する発泡乾燥により,綿アメ状となり,これまでに無い乾燥品を得ることが期待できる.この方法を,製薬分野に加えて,プラセンタやコラーゲンなどの美容健康素材の製造技術にも応用できるよう研究調査を開始する.また,水分とタンパク質系物質とを含有する液状原料からの濃縮液や乾燥物を製造できるため,その際に必要となるタンパク質の熱変性温度,および濃縮濃度によって変化するガラス転移温度の計測を行い,マイクロ波乾燥の温度条件と,凍結乾燥を併用した複合技術とする場合の濃縮条件の最適化について検討したい.計画では,分光光度計を購入する予定であったが,凍結乾燥機の購入を優先しなければならない事態が生じたため,分光光度計は学内の他学科にある設備を利用することとした.また,知的財産になりうる新たな知見が得られたため,学会発表を控えることになり,予定した旅費を一切使わないことになった.以上の2点が次年度使用額の生じた主要因である.次年度では,国際学会発表旅費に当てるとともに,効果の幅広い検証を行うために,高額なタンパク質をも対象とした実験を行う必要があり,そのために使用したいと考えている.
プロテインホスファターゼ2Aの活性制御に関する研究

1) B"の試験管内リン酸化部位の決定(武田分担)-ヒト赤血球サイトゾル画分よりPP2A(ACB")を当教室で確立した方法で均質に精製した。精製酵素を試験管内でオカダ酸の存在下,[γ-32P]ATPを用いてA-キナーゼでリン酸化した。リン酸化B"をSDS-PAGEで他のサブユニット,酵素より分離し,リジンエンドペプチダーゼで消化後,リン酸化消化ペプチドをC^<18>逆相カラムで分離し,そのアミノ酸配列を決定した。B"の推定一次構造よりB"のリン酸化部位をSer-60,Ser-75,Ser-573と決定した。2) B"のリン酸化による活性変化の解析(碓井分担)-精製したACB"を150mM KCl存在下でATPを用いてA-キナーゼでリン酸化し,A-キナーゼでリン酸化したH1ヒストン,H2Bヒストン,ホスホリラーゼを基質として,リン酸化による活性変化を解析した。その結果,B"のリン酸化により,これらの基質に対する特異性の変化が見られた。3) B"結合蛋白質の検索(西藤分担)-B"とGAL4タンパク質のDNA結合ドメインとの融合タンパク質を発現するプラスミドを出芽酵母Y190に導入する。これにGAL4タンパク質の転写活性化ドメインとの融合タンパク質を発現するヒト大脳cDNAライブラリーを導入し,レポーター遺伝子HIS3の発現を指標にスクリーニングを行い,B"と結合するタンパク質のcDNAを単離し,解析中である。4)分裂酵母のB"に対応する遺伝子破壊株の作成と解析(田邉分担)-分裂酵母のB"ホモログであるpbpl^+とpbp2^+の2つの遺伝子をPCRにより単離し,選択マーカーのura4^+遺伝子を挿入した後,分裂酵母のura4^-変異株に導入しpbpl^+とpbp2^+遺伝子破壊株を作成した。この遺伝子破壊株には形態,増殖能に異常が見られ,ヒトB"遺伝子の導入によりこの異常は救済された。1.B′′の試験管内リン酸化部位の決定-ヒト赤血球サイトゾル画分よりPP2A(ACB′′)を当教室で確立した方法で均質に精製した。精製酵素を試験管内でオカダ酸の存在下、^<32>P-ATPを用いてA-キナーゼでリン酸化した。リン酸化B′′をSDS-PAGEで単離し、リジンエンドペプチターゼで消化後、リン酸化消化ペプチドをC_<18>逆相カラムで分離し、そのアミノ酸配列を決定した。B′′の推定一次構造よりB′′のリン酸化部位を決定した。2.B′′のリン酸化による活性変化の解析-精製したACB′′を150mMKCI存在下でATPを用いてA-キナーゼでリン酸化し、ホスホリラーゼ、リン酸化したH1ヒストン、H2Bヒストンを基質として、リン酸化による活性変化を解析した。その結果、B′′のリン酸化により、これらの基質に対する活性の促進が見られた。3.B′′結合蛋白質の検索-B′′とGAL4タンパク質のDNA結合ドメインとの融合タンパク質を発現するプラスミドを出芽酵母Y190に導入する。これにGAL4タンパク質の転写活性化ドメインとの融合タンパク質を発現するヒト大脳cDNAライブラリーを導入し、レポーター遺伝子HIS3の発現を指標にスクリーニングを行い、B′′と結合するタンパク質のcDNAを単離する。現在融合タンパク質を発現するプラスミドを作製中である。4.分裂酵母のB′′に対応する遺伝子破壊株の作成と解析-分裂酵母のB′′ホモログであるpbp1+とpbp2+の2つの遺伝子をPCRにより単離し、選択マーカーのura4+遺伝子を挿入した後、分裂酵母のura4-変異株に導入しpbp1+とpbp2+遺伝子破壊株を作成中である。この遺伝子破壊株の形態、増殖能、細胞周期などを解析し、B′′ホモログの出芽酵母における機能を明らかにする。これにGAL4タンパク質の転写活性化ドメインとの融合タンパク質を発現するヒト

大脳cDNAライブラリーを導入し,レポーター遺伝子HIS3の発現を指標にスクリーニングを行い,B"と結合するタンパク質のcDNAを単離し,解析中である。4)分裂酵母のB"に対応する遺伝子破壊株の作成と解析(田邉分担)-分裂酵母のB"ホモログであるpbpl^+とpbp2^+の2つの遺伝子をPCRにより単離し,選択マーカーのura4^+遺伝子を挿入した後,分裂酵母のura4^-変異株に導入しpbpl^+とpbp2^+遺伝子破壊株を作成した。この遺伝子破壊株には形態,増殖能に異常が見られ,ヒトB"遺伝子の導入によりこの異常は救済された。
非線形発展方程式に現われる界面の運動

最終年度に当たる本年度は、界面を始めとする局在状態のさまざまなダイナミクスを、これまでの研究で得た結果をもとに見直すという作業を行った。特に、パルスの弱い相互作用に基づく解析を、空間一次元におけるパルスのダイナミクスに応用することにより、分岐問題を含め、既成の多くの問題を統一的に見ることが出来るようになった。例えば従来、定常問題の分岐問題として扱われていた問題は、分岐理論を用い、存在、安定性と別々に証明していかなくてはならない場合が多かったが、弱い相互作用のアプローチをすることによって、直接時間発展のダイナミクスを導くことが出来るため、存在と安定性が同時に、かつ容易に示される。特に進行波解の分岐問題に関してその効力は大きく、進行波ということを意識することさえ必要なく、自然に導くことが出来るようになった。更に、ダイナミクスを直接見ることが出来るため、進行波解の分岐点近傍における、パルスの粒子的振る舞いの存在と証明が可能となった。これは、従来数値実験でのみ確認されていた現象であり、その理論的裏付けを与えたことになる。このように、空間一次元の反応拡散方程式における局在解のさまざまな運動は、弱い相互作用のもとでは、ほぼ解析が可能になったといえる。しかし、空間次元が2次元以上では、より複雑なダイナミクスがいくらでも出現し得る。現在のところ、あるパターン形成問題における安定な尖塔状局在定常状態が弱い相互作用のもとで、単純に離れあうことが証明できているのみである。高次元空間における局在解のさまざまなダイナミクスに関する研究は、今ようやくその端緒が捉えられつつある状態と言える。この研究はパターンの時間発展を解析する上で大変重要であり、将来にわたる継続的な研究が望まれる。今年度は、パターン形式に関わる問題のうちでも、特に媒体が3つの相を安定相として持つ場合における、相転移問題に着目することにした。これは、合金や結晶成長、或いは画像処理、3種競合生態系などにおけるパターン形成の問題に関連しており、3相が同時に出会う場所(triple junctionという)が発生する。従って、パターンの持つ構造を研究するためには、triple junction近傍における理論解析が必要不可欠であるが、それは一般には大変困難であり、空間が2次元以外では何も分かっていないのが現状である。そこでまず、3つの安定相を持つ散逸系のプロトタイプとして、3つの種による競合生態系モデルを考察することにした。これは、3つの種のうちの、ただ一種のみが生き残り、他の2種は絶滅しているという状態を安定相として持つモデル方程式糸である。実際、3種が互いに強く競合している場合、各場所毎にはどれか一種類の種のみしか生存できないという状況が生じる。従って、3つのうちのどの種が生存しているかに対応して、3つの安定相が存在することになる。このモデルにおいては、種の間の競合の強さを変化させることにより、回転運動など、さまざまな時・空間パターンが生じることが、数値シミュレーションにより確認された。そこで、その中でも最も単純な運動形態である、曲率による遅い運動に対して理論的解析を試みた。その結果、形式的漸近展開の手法を用い、更に、これまで知られていなかった新しい量を導入することにより、triple junction近傍における最も特徴的な性質の一つである、3相の接触角度条件の導出に成功した。今年度は、形態形成に現れるモデルを中心に、パルス解、或いはスパイク状解の挙動に着目し、その時間発展のダイナミクスを調べた。これは、実際の形態形成における初期形成過程に対応すると考えられる。空間次元が1次元の場合は、これまで少なからぬ結果があり、例えば、単独のパルス解の存在や安定性に関しては、既に多くのモデルについて調べられている。しかしながら、複数のパルスが同時に存在する場合についてはまだ殆ど研究されていなかった。複数のパルスが存在する場合、それらは互いに相互作用し、単独の場合とは異なった運動が出現すると考えられる。実際、当研究グループのメンバーの構成員の一人は、神経モデルにおける複数の神経インパルスの相互作用を、形式的議論ではあるが考察し、そのことを示唆する結果を得ている。今回の研究成果は、そうした複数のパルスの相互作用を考察するための一般論を展開出来たことであり、これまでの形式的議論も含めて、その殆どに数学的に厳密な基礎を与えることに成功した。さらに、その理論は、パルスが分裂するといった、いわゆる自己分裂の挙動の理論解析にも有効であることが分かってきた。これに関しては、将来の研究が期待される。一方、空間次元が2次元以上の場合は、パルス解のダイナミックスに関しては厳密な結果はこれまで皆無であった。この場合でも、単独のパルスがある条件を満たせば、その相互作用を厳密に議論することが出来ることが分かった。その応用として、例えば、形態形成モデルとして有名なGierer-Meinhardtモデルにおけるスパイク解は、領域が2次元の有界領域であれば、ある条件の下では境界に近づくことを示すことが出来た。2次元以上では、1次元にはない複雑な、しかし、興味深いパルスの挙動が多く存在する。これまで形式的な議論のみで扱われてきた、そうした問題の多くに数学的基礎付けを与えることが出来るのではないかと期待される。

例えば従来、定常問題の分岐問題として扱われていた問題は、分岐理論を用い、存在、安定性と別々に証明していかなくてはならない場合が多かったが、弱い相互作用のアプローチをすることによって、直接時間発展のダイナミクスを導くことが出来るため、存在と安定性が同時に、かつ容易に示される。特に進行波解の分岐問題に関してその効力は大きく、進行波ということを意識することさえ必要なく、自然に導くことが出来るようになった。更に、ダイナミクスを直接見ることが出来るため、進行波解の分岐点近傍における、パルスの粒子的振る舞いの存在と証明が可能となった。これは、従来数値実験でのみ確認されていた現象であり、その理論的裏付けを与えたことになる。このように、空間一次元の反応拡散方程式における局在解のさまざまな運動は、弱い相互作用のもとでは、ほぼ解析が可能になったといえる。しかし、空間次元が2次元以上では、より複雑なダイナミクスがいくらでも出現し得る。現在のところ、あるパターン形成問題における安定な尖塔状局在定常状態が弱い相互作用のもとで、単純に離れあうことが証明できているのみである。高次元空間における局在解のさまざまなダイナミクスに関する研究は、今ようやくその端緒が捉えられつつある状態と言える。この研究はパターンの時間発展を解析する上で大変重要であり、将来にわたる継続的な研究が望まれる。
フィブリノゲンクライオゲル形成機構の解明：血液凝固におけるフィブリンゲルとの違い

フィブリノゲンクライオゲル形成における分子間の相互作用と分子間相互作用部位の特定を試みた。相互作用については、静電的相互作用と水素結合の関与を調べるため、尿素およびNaClの添加効果の実験を行った。その結果、尿素は原線維であるプロトフィブリルの形成を阻害し、NaClはプロトフィブリルのラテラル集合を阻害していることが示唆された。相互作用部位については、フィブリノゲン分子のalpha C鎖を切除したフラグメントXがゲル化しないことから、クライオゲル形成にalpha C鎖が必須であることが明らかとなった。当該年度の研究実施計画はa)とb)である。a)分子間相互作用部位の特定フィブリノゲンをプラスミンで処理すると、その処理時間により様々な分解産物を得ることができる。本年度はフィブリノゲン分子のα鎖のC端(αC-domain)が切断されたFragment Xおよびフィブリノゲン分子両端の球状領域であるFragment Dを調製することができた。得られた分解産物がクライオゲルを形成するか否かを濁度測定より調べた。実験はコントロールとして6.0 mg/mlのインタクトフィブリノゲン水溶液、6.0 mg/ml Fragment XおよびFragment D水溶液を2°Cに冷却後、波長500 nmで濁度の経時変化を測定した。その結果、コントロールのインタクトフィブリノゲンでは濁度上昇見られたが、Fragment XおよびDでは濁度に変化が見られなかった。Fragment Dはその構造からもゲルを形成しないことが推測できる。しかしながら、Fragment Xはトロビンを作用させるとゲル化することが知られており、クライオゲル形成にはαC-domainの存在が必須であることが分かった。b)フィブリンゲルとの比較(尿素およびNaClの添加効果)これまでの我々の研究から、生体内で形成されるフィブリンゲルとクライオゲルとの間に共通の形成メカニズムが存在することが示唆された。本実験では、フィブリノゲンクライオゲルおよびフィブリンゲル形成における相互作用が、静電的あるいは水素結合に起因するか否かを知るために尿素およびNaClの添加効果について調べた。濁度測定の結果から尿素およびNaCl添加により、クライオゲルとフィブリンゲルともに遅延・抑制効果が見られた。特にNaClの添加では、フィブリンゲルと比べてクライオゲルで顕著な抑制効果が見られたことから、静電的相互作用が支配的であることが分かった。当該年度の研究実施計画は1)分子間相互作用部位の特定と2)フィブリノゲン付加糖鎖の影響である。1)分子相互作用部位の特定昨年度は調製したフラグメントXとフラグメントDに関して,これらの分解産物がクライオゲルを形成するか否かを濁度測定より調べ、両者ともゲル形成しないことが明らかとなった.このことから、クライオゲル形成にαC鎖が必須であることが分かった.本年度はさらに相互作用部位の特定を目指し,フラグメント間の相互作用を水晶振動子マイクロバランスと表面プラズモン測定により調べた.その結果,フラグメントXーフラグメントDおよびフラグメントDーフラグメントDの間に相互作用があることが分かった.しかしながら,もう1つのフラグメントであるNDSKについては,まだ十分な純度と収量が得られておらず,現在作製条件の再検討を行い収率の向上を図っている.2)フィブリノゲン付加糖鎖の影響フィブリノゲン分子には2分岐アンテナ構造の糖鎖がβ鎖とγ鎖にそれぞれ2個ずつ計4個存在する.その内β鎖に存在する2つの糖鎖はトロンビンによるフィブリン重合に大きな影響を与えることが示されている.ことから,クライオゲル形成に対しても大きな影響を及ぼすことが推測される.実験はフィブリノゲンにグリコシダーゼとしてPNGaseFを異なる濃度で作用させて付加糖鎖の切除を行った.その後,GPCカラムを用いて精製を行い,糖鎖の切除割合が異なる2つの試料を得た.こららの試料を用いて水晶振動子マイクロバランスによりクライオゲル形成過程を調べた.その結果,糖鎖の切除によりゲル形成が促進されることが分かった.フィブリノゲンクライオゲル形成における分子間の相互作用と分子間相互作用部位の特定を試みた。当該年度の研究実施計画は1)および2)である。1)水晶振動子マイクロバランス(QCM)法を用いたクライオゲル形成過程の測定これまでにトロンビン作用によって生じるフィブリンゲルの形成過程の測定をQCM装置を用いて室温下で行ってきた。当該年度はこの測定を2°Cの低温下で形成されるクライオゲル形成過程の測定に応用することであった。実験はまず冷却装置を0°C付近までコントロールを可能にすることから始め、続いて温度変化に対する水晶振動子の周波数変化の校正を行いベースラインを決定した。次に、水晶振動子金表面に自己組織化単分子膜を形成させフィブリノゲンを固定化するとともに、サンプルセルを2°Cまで冷却させた。クライオゲル形成に伴う周波数変化を確実に捉えることができQCM法を用いてクライオゲルの形成過程を測定することが可能となった。

今後、フィブリノゲン分解産物や種々の阻害剤の添加効果を調べることで、クライオゲル形成メカニズムの解明の大きな手がかりが得られることが期待される。2)クライオゲルネットワーク線維の構造解析濁度の波長依存性の測定から2°Cの低温下で形成されるフィブリノゲンの集合体の構造解析を行う。測定には試料セルを0°C付近まで冷却する必要があり、その時に生じる結露の問題があった。これらの問題を克服するため、備品申請した結露防止機能付きの温度コントローラーを備えた分光光度計を購入し測定を行った。その結果、結露することも無くクライオゲル形成に伴う濁度変化を観測することができた。また、波長依存性の解析から線維の半径や線維密度などを求めることができた。今後、トロンビン作用により形成されるフィブリンゲルとの比較を行う。当該年度の研究実施計画は,フィブリノゲンクライオゲル形成における分子間相互作用部位の特定である.昨年度は,相互作用部位の特定に必要なフィブリノゲン分解産物として,フラグメントX,フラグメントDおよびフラグメントNDSXの作製を行った.フラグメントXおよびDについては,測定に必要な純度と量が得られ,濁度測定,水晶振動子マイクロバランス法および表面プラズモン共鳴法を用いた測定を行った.その結果フラグメントXは,クライオゲルを形成しないことが明らかとなった.フラグメントXは,フィブリノゲンをプラスミンで処理してαC鎖を切除したものである.従って,クライオゲル形成には,フィブリノゲンのαC鎖が必須であることが分かった.フラグメントDについては,フラグメントXーフラグメントD間およびフラグメントDーフラグメントD間に相互作用が認められ,クライオゲル形成にD-DあるいはDーE相互作用が関与していることが示唆された.もう一つの分解産物であるフラグメントNDSKについては,測定に十分な純度と量が得られず,本年度への期間延長を申請しNDSKの収量の向上を目指した.作製条件等を再検討し,測定に必要な純度と収量を得ることができた.水晶振動子マイクロバランス法を用いて低温下でのフィブリノゲン重合への添加効果を測定したところ,クライオゲル形成への抑制効果が見られた.しかしながら,フラグメントDの添加効果よりは小さかった.以上の結果より,フィブリノゲンクライオゲル形成における相互作用部位は,αCーαCおよびDーD相互作用が重要な役割をはたしていることが分かった.血液レオロジー補助事業期間における具体的な研究目標は以下1)から5)である。1)水晶振動子マイクロバランスを用いた低温下でのフィブリノゲンの集合体およびクライオゲル形成過程の測定、2)濁度の波長依存性の測定によるフィブリノゲン線維の構造解析、3)クライオゲル形成へのフィブリノゲン分解産物の影響よる分子間相互作用部位の特定、4)クライオゲル形成におけるフィブリノゲン付加糖鎖の影響、5)トロンビン作用によるフィブリンゲルとの形成メカニズムの比較。研究計画による昨年度の達成目標は上記の1)および2)で既に実績報告済みである。
加熱処理法を利用した高強度グリーンコンポジットの創製

近年,再資源可能なグリーンコンポジット(強化材:天然繊維,母材:生分解性樹脂)製小型電気自動車のコンセプトカーが発表されており,更なる用途拡大には高強度を有するグリーンコンポジットの創製が必要となる.天然繊維の主な構成材料には,高強度および高剛性を有するセルロースミクロフィブリルがある.その天然繊維を利用した高強度グリーンコンポジットの創製を目的として,本年度は天然繊維特有の構造を有するジュート単繊維に加熱処理を行った.加熱処理により天然繊維特有の構造である細胞間層および一次壁を除去した場合では,繊維の母材の役割であるヘミセルロースやリグニンが少なくなる可能性がある.また,ジュート単繊維の細胞間層および一次壁の熱分解中では,セルロースミクロフィブリルの割合を増加させ,繊維細胞も抽出できる可能性もある.しかしながら,ジュート単繊維の主な構成材料の熱分解温度は異なるため,リグニンやヘミセルロースを多く含む細胞間層および一次壁が熱分解する最適な加熱処理条件を把握しなければならない.そのため,ジュート単繊維の主な構成材料の熱分解温度付近での加熱処理を行った.ジュート単繊維表面の加熱処理した結果では,繊維表面に変色がみられたため,加熱処理後のジュート単繊維の炭化の有無について確認した.また,走査電子顕微鏡で加熱処理後のジュート繊維の表面観察を行った結果では,ジュート単繊維表面にき裂の発生も確認できた.本年度の研究においては,加熱処理後にジュート単繊維表面にき裂発生がみられ,ジュート単繊維の強度評価や繊維細胞の抽出が難しかったため.加熱処理後のジュート単繊維の特性評価を引き続き実施し,他の天然繊維の加熱処理および特性評価も行い,それらの天然繊維の特性評価と加熱処理した天然繊維を用いて高強度グリーンコンポジットの創製および強度評価を行う.近年,再資源可能なグリーンコンポジット(強化材:天然繊維,母材:生分解性樹脂)製小型電気自動車のコンセプトカーが発表されており,更なる用途拡大には高強度を有するグリーンコンポジットの創製が必要となる.天然繊維の主な構成材料には,高強度および高剛性を有するセルロースミクロフィブリルがある.その天然繊維を利用した高強度グリーンコンポジットの創製を目的として,本年度は天然繊維特有の構造を有するジュート単繊維に加熱処理を行った.加熱処理により天然繊維特有の構造である細胞間層および一次壁を除去した場合では,繊維の母材の役割であるヘミセルロースやリグニンが少なくなる可能性がある.また,ジュート単繊維の細胞間層および一次壁の熱分解中では,セルロースミクロフィブリルの割合を増加させ,繊維細胞も抽出できる可能性もある.しかしながら,ジュート単繊維の主な構成材料の熱分解温度は異なるため,リグニンやヘミセルロースを多く含む細胞間層および一次壁が熱分解する最適な加熱処理条件を把握しなければならない.そのため,ジュート単繊維の主な構成材料の熱分解温度付近での加熱処理を行った.ジュート単繊維表面の加熱処理した結果では,繊維表面に変色がみられたため,加熱処理後のジュート単繊維の炭化の有無について確認した.また,走査電子顕微鏡で加熱処理後のジュート繊維の表面観察を行った結果では,ジュート単繊維表面にき裂の発生も確認できた.本年度の研究においては,加熱処理後にジュート単繊維表面にき裂発生がみられ,ジュート単繊維の強度評価や繊維細胞の抽出が難しかったため.加熱処理後のジュート単繊維の特性評価を引き続き実施し,他の天然繊維の加熱処理および特性評価も行い,それらの天然繊維の特性評価と加熱処理した天然繊維を用いて高強度グリーンコンポジットの創製および強度評価を行う.2018年度に引き続き,ジュート単繊維や他の天然繊維の加熱処理および特性評価を行うため,走査電子顕微鏡観察や加熱処理で必要な消耗品として次年度に計上する.
I型アレルギーの予防を指向した若年者のミネラル代謝に関する研究

近年我が国では、若年者におけるI型アレルギー疾患の急増が著しい。その一方で、臨床などにおいてアレルギー疾患と必須微量元素である亜鉛との関連性が報告されている。そこで、本研究では予防医学的見地から大規模な若年者のI型アレルギーの実体を調査し、生体内亜鉛動態の一つの指標である血清亜鉛濃度とI型アレルギーとの関連性について検討した。まず、大学生2,899名(男性1,894名、女性1,005名)を対象に、1996年の4-5月に質問票による調査を行った。その結果、アレルギー体質であると自覚している者は男性17.2%、女性24.9%であった。そのうちアトピー体質であると自覚している者は、約半数を占めていた。次に、同様な対象者(女子学生140名)について和光純薬製亜鉛測定キットを用いて血清亜鉛濃度を測定したところ、アレルギー体質であると自覚している者(85.4±13.1μg/dl)とアレルギー体質であると自覚していない者(86.0±11.7μg/dl)との間に統計的に有意な差は認められなかった。ところが、55名について最大酸素摂取量の50%に相当する運動を1日30分間、週3回、6週間負荷したところ、アレルギー体質であると自覚している者(14名)においては85.0±7.8μg/dlから83.2±8.5μg/dlへと低下する傾向を示した。アレルギー体質であると自覚していない者(41名)は85.0±13.2μg/dlから85.1±14.2μg/dlと変化は認められなかった。さらに、I型アレルギーの指標である血清lgE濃度と血清亜鉛濃度の関連について20-50歳の健常な男性221名を対象に検討したが、統計的に有意な相関関係は認められなかった。本研究ではアレルギー体質であると自覚している者において軽度運動負荷による血清亜鉛濃度の低下が認められたことから、I型アレルギーが運動習慣による生体内亜鉛動態と関連している可能性が示唆された。
ピッチ中での基本炭素骨格の構築

ピッチ中での基本炭素骨格の形成および成長,すなわち違方性構造(メソフェーズ)の形成および成長,についてポリイミドフィルムおよび気相成長炭素繊維中での炭素骨格の形成および成長と比較して検討した.本研究で選ばれたこれら3つの試料は,ピッチは液相を経由して炭素化し,液相中で基本炭素骨格が形成されるのに対して,ポリイミドは固相で炭素化する代表的な前駆体であり,また気相成長炭素繊維は気相炭素化によって生成することから,それそれが3つの炭素化プロセスを代表する炭素材料である.さらに,これらの基本炭素骨格の成長の結果として生じる炭素材料の構造と組織を議論するとともに,炭素科学と工学におけるそれらの重要性について議論した.1.液相ピッチ中での基本炭素骨格の形成と成長基本炭素骨格の形成と成長は試料ピッチの化学組成とその熱覆歴に依存している.熱処理にともなう炭素骨格の形成過程から,試料として採用したピッチは2つに大別できた.その一つのグループはミクロンオーダーでの不均質性を持っており,Brooks-Taylor型のメソフェーズ球晶を含む等方性の相と,基本構造単位(炭素六角網平面)がエッジ同志で会合し広い範囲に配向した異方性の相とから成っている.これに対して,他のピッチのグループは,広範囲に配向した異方性相のみから成り,均質であった.2.炭素骨格の成長による構造の形成異方性構造が発達したいわゆるメソフェーズピッチについて,その異方性構造骨格がどのように炭素繊維中に引き継がれていき,いわゆるメソフェーズピッチ系炭素繊維の構造と組織を形成するかについて透過電子顕微鏡および偏光顕微鏡によって観察した.さらに,これらの組織が明確にキャラクタライズされた炭素繊維の中での炭素六角網面の発達状況および配列状況をX線開折および磁気抵抗測定に依って明らかにした.メソフェーズピッチ中に生成した等方性の部分と,炭素六角網平面のエッヂ同志で会合した異方性の部分,およびBrooks-Taylor型のメソフェーズ球晶がスピニング後のピッチ繊維の組織にも引き継がれ,たとえば,エッヂ同志で会合した異方性部分を大量に含むピッチからはラジアル型の組織を持つピッチ繊維が得られ,その組織が不融化,炭素化,さらに黒鉛化処理の過程まで保たれている.そして,繊維軸方向には長く延びた炭素六角網面を生成する.これに対して,ポリイミドフィルムの場合も,前駆体での分子の配向が炭素化・黒鉛化後の構造に支配的な影響を持つことが明らかとなった.3.炭素材料の組織と機能との関係メソフェーズピッチ系炭素繊維の組織は,気相成長系炭素繊維の年輪状組織を含めて,繊維の各種の機能の発現に大きく関わっている.たとえば,高温処理による黒鉛構造の発達はこの組織に大きく左右され,切り欠きを持つラヂアル型組織を持つ炭素繊維が最も高い黒鉛化度を持つことを,高温処理試料のX線パラメーターおよび磁気抵抗測定によって示した.メソフェーズピッチ系炭素繊維の場合は非常に広い範囲の組織を取ることが可能であり,それに機能および用途の多様性が由来していることを示すことができた.メソフェーズピッチ系炭素繊維とポリマーとの濡れ,およびその構造中への硫酸およびリチウムのインターカレーション挙動を検討し,その組織が大きな影響を持つことを示した.ピッチ中での基本炭素骨格の形成および成長,すなわち違方性構造(メソフェーズ)の形成および成長,についてポリイミドフィルムおよび気相成長炭素繊維中での炭素骨格の形成および成長と比較して検討した.本研究で選ばれたこれら3つの試料は,ピッチは液相を経由して炭素化し,液相中で基本炭素骨格が形成されるのに対して,ポリイミドは固相で炭素化する代表的な前駆体であり,また気相成長炭素繊維は気相炭素化によって生成することから,それそれが3つの炭素化プロセスを代表する炭素材料である.さらに,これらの基本炭素骨格の成長の結果として生じる炭素材料の構造と組織を議論するとともに,炭素科学と工学におけるそれらの重要性について議論した.1.液相ピッチ中での基本炭素骨格の形成と成長基本炭素骨格の形成と成長は試料ピッチの化学組成とその熱覆歴に依存している.熱処理にともなう炭素骨格の形成過程から,試料として採用したピッチは2つに大別できた.その一つのグループはミクロンオーダーでの不均質性を持っており,Brooks-Taylor型のメソフェーズ球晶を含む等方性の相と,基本構造単位(炭素六角網平面)がエッジ同志で会合し広い範囲に配向した異方性の相とから成っている.これに対して,他のピッチのグループは,広範囲に配向した異方性相のみから成り,均質であった.2.炭素骨格の成長による構造の形成異方性構造が発達したいわゆるメソフェーズピッチについて,その異方性構造骨格がどのように炭素繊維中に引き継がれていき,いわゆるメソフェーズピッチ系炭素繊維の構造と組織を形成するかについて透過電子顕微鏡および偏光顕微鏡によって観察した.さらに,これらの組織が明確にキャラクタライズされた炭素繊維の中での炭素六角網面の発達状況および配列状況をX線開折および磁気抵抗測定に依って明らかにした.メソフェーズピッチ中に生成した等方性の部分と,炭素六角網平面のエッヂ同志で会合した異方性の部分,およびBrooks-Taylor型のメソフェーズ球晶がスピニング後のピッチ繊維の組織にも引き継がれ,たとえば,エッヂ同志で会合した異方性部分を大量に含むピッチからはラジアル型の組織を持つピッチ繊維が得られ,その組織が不融化,炭素化,さらに黒鉛化処理の過程まで保たれている.

そして,繊維軸方向には長く延びた炭素六角網面を生成する.これに対して,ポリイミドフィルムの場合も,前駆体での分子の配向が炭素化・黒鉛化後の構造に支配的な影響を持つことが明らかとなった.3.炭素材料の組織と機能との関係メソフェーズピッチ系炭素繊維の組織は,気相成長系炭素繊維の年輪状組織を含めて,繊維の各種の機能の発現に大きく関わっている.たとえば,高温処理による黒鉛構造の発達はこの組織に大きく左右され,切り欠きを持つラヂアル型組織を持つ炭素繊維が最も高い黒鉛化度を持つことを,高温処理試料のX線パラメーターおよび磁気抵抗測定によって示した.メソフェーズピッチ系炭素繊維の場合は非常に広い範囲の組織を取ることが可能であり,それに機能および用途の多様性が由来していることを示すことができた.メソフェーズピッチ系炭素繊維とポリマーとの濡れ,およびその構造中への硫酸およびリチウムのインターカレーション挙動を検討し,その組織が大きな影響を持つことを示した.ピッチ中での異方性構造(メソフェーズ)が発達したいわゆるメソフエーズピッチについて、その異方性構造骨格がどの様に炭素繊維中に引き継がれていき、いわゆるメソフェーズピッチ系炭素繊維のナノ組織を形成するかについて透過電子顕微鏡および偏光顕微鏡によって観察した。さらに、これらの組織が明確にキャラクタライズされた炭素繊維の中での炭素六角網面の発達状況および配列状況をX線回折および磁気抵抗測定に依って明らかにした。また、これらの繊維中への硫酸のインターカレーション反応を化学酸化に伴うポテンシャル測定によって追跡した。メソフェーズピッチは基本的に等方性の部分と、芳香族網面のエッヂ同志で会合した異方性の部分、およびBrooks-Taylor型の異方性球状粒子からなっており、それらの混在する割合がピッチ毎に異なっている。そして、その割合がスピニング後のピッチ繊維の組織にも大きな影響を持っていることが明かとなった。たとえば、エッヂ同志で会合した異方性部分を大量に含むピッチからはラヂアル型の組織を持つピッチ繊維が得られ、その組織が不融化、炭素化、さらに黒鉛化処理の過程まで保たれている。そして、繊維軸方向には長く延びた炭素六角網面を生成する。この組織が炭素繊維の各種の機能の発現に大きく関わっている。たとえば、高温処理による黒鉛構造の発達はこの組織に大きく左右され、切り欠きを持つラヂアル型組織を持つ炭素繊維が最も高い黒鉛化度を持つことを、高温処理試料のX線パラメータおよび磁気抵抗測定によって示した。ピッチ中での異方性構造(メソフェーズ)は液晶の一種と考えられ,多くの研究者がその考えに従って研究結果を解釈してきたが,本研究で前年度(平成4年度)に得られたコロイド説は学会に大きなインパクトを与えた。なお異論もあり,さらなる検討とブラッシュアップを行う必要がある。この異方性構造,メソフェーズの発達状況はスピニングによる繊維化の過程に大きな影響を持ち、生成するメソフェーズピッチ系炭素繊維の組織ならびに特性に強い影響を及ぼしている。全く異なるプロセスで生成する気相成長炭素繊維,特性との比較・対照によって,メソフェーズピッチ系炭素繊維の特徴の一つが断面組織の多様性にあることを明らかにした。そして,その組織が繊維の特性を支配していることも明らかになった。