hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
受動的機械回路網による制振制御系設計―達成可能性能とハイブリッド最適化

受動的機械素子を用いた振動抑制に関して、特に近年提案されたイナータという素子の利用を念頭に置き、達成可能性能に関する研究を行った。イナータを用いた場合、H2ノルム、H∞ノルムで性能評価するとメリットは限定的であること、一方、振動吸収部の最大変位に関しては減少させられることが確認された。その他、H∞ノルムでの性能を最適化するための、代数的手法に基づくパラメータ最適化手法を確立した。また、「平均的減衰比」という概念を提案し、それが代数的に特徴づけられることを示し、さらに平均的減衰比に制約を課しながら達成可能性能を低減させる手法を提案した。イナータと呼ばれる受動的機械素子による制振性能の向上に関して,H2ノルムやH∞ノルムと呼ばれる指標を用いて評価した場合,性能向上は見られることは確認できたが,その向上量はかなり限定的であることも確認できた.H2ノルムやH∞ノルムは計算しやすいこと,物理的な意味もあることから有用な指標として制御の分野では多用されているが,振動部の最大振幅やロバスト性などその他現実的な指標も用いて,イナータの有用性を検証しているところである.1.代数的手法を用いた物理パラメータに関するH2ノルム最適化振動抑制性能も含め制御系の性能指標として,インパルス外乱に対する出力のエネルギーを表すH2ノルムと呼ばれる量がよく用いられる.線形制御系のH2ノルムは,連立一次方程式を解くことにより,すなわち四則演算に基づき計算できる.この特長を生かし,数式処理システムを活用することにより,システムのH2ノルムを物理パラメータに関して陽に表現し,さらに偏微分を行うことによりH2ノルムの感度解析ができる.この事実を用いて,システムのH2ノルムをニュートン法を用いて最適化する手法を確立した.さらに,平成25年度の計画にあるH∞ノルムの最適化に関しても,その計画に着想を得,H∞ループ整形設計法における達成可能性能の最適化手法を,他の研究にも関連させ,提案した.この手法を改良することにより,本研究で必要な,制御系の共振のピークを低減化するアルゴリズムが実現できるので,その準備ができた.2.受動的機械回路網における新たな自由度の有効な条件イナータと呼ばれる新たな受動的機械素子が,様々な構成の受動的機械回路網において制振性能の向上に寄与するかどうかを調査する計画であったが,もっとも単純な構成に対する検討のみ行われた.性能向上に寄与するかどうかの境界は,動吸振器の設計に関する知見と密接に関連していることが,発見的手法に基づく設計により確認された.仮説は立てられたので,平成25年度以降,数学的に証明するとともに,様々な構成における条件を明確にしていく.イナータと呼ばれる受動的機械素子を用いた振動の抑制効果に関して,制御の分野で用いられるH2ノルムやH∞ノルムと呼ばれる指標が,本研究で検討している問題においては,現実的に要求される性能を直接的に表現せず,実応用の観点からは必ずしも適切でないことが前年度までの研究で明らかになっている.これを解決するため,システムの極の位置,特に系の振動的な挙動を決定する複素極の虚部の情報に注目することを検討した.系の極の虚部の絶対値を取ったものの和を系のパラメータと関連づける代数的手法に基づくアルゴリズムを考案した.さらに,より一般的なフィードバック制御系において最適制御を行う場合に,複素数の虚部に制約を課しながら達成可能性能を最小化するパラメータの値を求める,数式処理と数値最適化を組み合わせたハイブリッド最適化アルゴリズムを提案した.また,振動の最大振幅など,現場で用いられている指標と相関があり,代替となる指標で,特にパラメータが含まれていても計算が可能なものを模索中であり,パラメトリックな場合の計算手法の確立と合わせて検討を進めている.イナータと呼ばれる受動的機械素子による制振性能の向上に関して,H2ノルムやH∞ノルムと呼ばれる指標を用いて評価した場合,性能向上は見られることは確認できたが,その向上量はかなり限定的であることも確認できた.制御の分野で多用されているH2ノルムやH∞ノルムが計算しやすい,また物理的な意味もあるという特長も活かしつつ,振動部の最大振幅やロバスト性など,その他現実的な指標を用いることも検討した.そのような方向の一つとして,システムの極の位置,特に系の振動的な挙動を決定する複素極の虚部の情報に注目することを検討した.系の極の虚部の絶対値の和を系のパラメータと関連づける代数的手法に基づくアルゴリズムを考案した.さらに,より一般的なフィードバック制御系において最適制御を行う場合に,複素数の虚部に制約を課しながら達成可能性能を最小化するパラメータの値を求める,数式処理と数値最適化を組み合わせたハイブリッド最適化アルゴリズムを提案した.最終年度では,振動の最大振幅など,現場で用いられている指標と相関があり,代替となる指標で,特にパラメータが含まれていても計算が可能なものを模索した.有限周波数H2ノルムをその一つとして検討したが,パラメトリックな場合の計算手法の確立までは行なえなかった.代替指標としての適切さ及び計算手法の確立を,科学研究費助成終了後も引き続き検討していく.また,上述の複素極の虚部の情報に関する研究では,一般的なフィードバック制御系において達成可能な性能に関する表現として,さらに代数的手法に適切なものを検討しており,結果をまとめて論文誌に投稿する予定である.受動的機械素子を用いた振動抑制に関して、特に近年提案されたイナータという素子の利用を念頭に置き、達成可能性能に関する研究を行った。

イナータを用いた場合、H2ノルム、H∞ノルムで性能評価するとメリットは限定的であること、一方、振動吸収部の最大変位に関しては減少させられることが確認された。その他、H∞ノルムでの性能を最適化するための、代数的手法に基づくパラメータ最適化手法を確立した。また、「平均的減衰比」という概念を提案し、それが代数的に特徴づけられることを示し、さらに平均的減衰比に制約を課しながら達成可能性能を低減させる手法を提案した。内閣府総合科学技術・イノベーション会議の上席政策調査員(平成26年8月まで)・上席科学技術政策フェロー(平成26年9月より)を兼務しているため,かけられるエフォートが減っていて,研究の進捗が遅れている.平成26年8月には2週間ほど海外共同研究者を訪問したが,確固たる成果を得るには期間が短く,また,それ以降,まとまった時間の確保が難しく,大きな進展とはならなかった.システム制御理論計画された研究内容に関しては,上述の通り,新たな指標の導入等を検討し進めているが,大きなフレームワークとしては変更がないので,本来の実施計画に新たな指標を組み込む形で進めて行く.本研究課題の研究期間を平成27年度末まで延長したが,上席科学技術政策フェローとしての任期も平成27年度末であり,時間の調整が最優先事項となっている.平成25年3月より,内閣府総合科学技術会議事務局の上席政策調査員の兼業を行うこととなり,単純にかけるべきエフォートがかけらなれなかった.また,夏季休暇中は海外共同研究者を訪問することができたが,春季休暇中は,訪問を予定していたが,新潟と東京の往復による疲労のため体調を崩し,訪問をキャンセルするなど,共同作業を進めることができなかった.以上の理由により,研究は遅れている.「2.受動的機械回路網における新たな自由度の有効な条件」の部分は,計画より若干遅れてはいるが,「1.代数的手法を用いた物理パラメータに関するH2ノルム最適化」の拡張としてH∞ノルム最適化手法の基礎となる計算手法が確立できつつあり,その点の進展があったので,全体としては,おおむね順調であると判断した.今年度は想定されていなかった学内の業務のため,海外共同研究者を訪問できず,それが「2. ...」の部分の遅れの一因となった.平成25年度は,学内業務をある程度整理できたので,得られた時間を使って挽回する.計画された研究内容に関しては,上述の通り,新たな指標の導入等を検討し進めているが,大きなフレームワークとしては変更がないので,本来の実施計画に新たな指標を組み込む形で進めて行く.本研究課題の研究期間を平成27年度末まで延長したが,上席科学技術政策フェローとしての任期も平成27年度末であり,時間の調整が最優先事項となっている.計画された研究内容を変更する特段の理由はないため,まずは平成25年度の実施計画に基づき研究を進める.また,スケジュールを調整して海外共同研究者のSmith教授を訪問できるようにする.一方,内閣府上席政策調査員の任期は平成27年2月までであり,それまではどうしても十分時間が取れないため,研究期間の延長も視野に入れて,計画の見直しも行っていく.研究実施計画に基づき研究を遂行していく.具体的には,H∞ノルム最適化手法の確立と新たな自由度の有効な条件を数学的に明確にすることである.
去勢抵抗性前立腺癌に対する新規薬剤治療比較解析

本申請者がカナダ留学中にEPIのヨード化により(I-EPI)、オリジナルの薬剤であるEPIと比較し、去勢抵抗性前立腺癌細胞株であるLNCaP95細胞を用いて、細胞増殖抑制効果が同等または増強する可能性をIn Vitroで以前証明した。当施設で予備実験として同様のIn Vitroの実験を行ったところ、以前と同様の細胞増殖抑制効果を得られず、In Vitroの実験系を確立するために時間がかかったが、薬剤の濃度調整、実験条件の調整等行い、細胞株での実験で薬剤の増殖抑制効果を確認した。続いて動物実験の免疫不全マウスにLNCaP95細胞のXenograftモデルを背部皮下に作製するIn Vivoの実験を行っているが、安定したXenograftモデルの作製ができておらず、薬剤の腫瘍縮小効果の実験へ移行ができていない状態である。I-EPI及びEPIは、共同研究を結んでいるBCCA Genome Sciences CentreのSadar教授またはBritish Columbia大学Andersen教授より提供をいただいており、適宜Sadar教授やAndersen教授らとディスカッションを行い、動物実験でのXenograftモデルの作成条件の再検討を行う。また、必要があればI-EPI及びEPIを再度追加で提供していただくことも可能である。細胞増殖がより安定している前立腺癌細胞株LNCaP細胞も用いて免疫不全マウスにXenograftモデルの作製条件が問題ないか予備実験を行い、去勢抵抗性前立腺癌細胞株であるLNCaP95のXenograftモデルを作製、腫瘍縮小効果の実験を行う予定である。当施設で予備実験として同様のIn Vitroの実験を行ったところ、以前と同様の細胞増殖抑制効果を得られず、In Vitroの実験系を確立できていないため、細胞株での実験から、動物実験の免疫不全マウス(SCIDまたはNOD-SCIDマウス)にLNCaP95のXenograftモデルを背部皮下に作製するIn Vivoの実験へと移行ができていない状態である。I-EPI及びEPIは、共同研究を結んでいるBCCA Genome Sciences CentreのSadar教授またはBritish Columbia大学Andersen教授より提供をいただいており、適宜Sadar教授やAndersen教授らとディスカッションを行い、再度I-EPI及びEPIを提供していただき、市販のEnzalutamideも再度購入することで、去勢抵抗性前立腺癌細胞株LNCaP95の細胞増殖抑制効果を再確認し、免疫不全マウスにLNCaP95のXenograftモデルを作製、腫瘍縮小効果の実験を行う予定である。
中国西部地域の小城鎮開発における東部地域開発経験の適用性に関する研究 -教育開発を中心に-

本研究の第2年目には、昨年の作業と現地調査に基づき、収集した資料を分析・考察し、報告書及び論文の作成に努めた。1.調査した甘粛省小城鎮の開発実態を明らかにした。省内の小城鎮は昨年の中間報告で指摘したような問題点を抱えているが、近年、同省の指導部門は積極的に東部地域の小城鎮開発の経験を導入しようとしており、特に鎮内の道路建築や市街地建設などハード面の経験導入が見られている。2.西部地域の小城鎮開発における人材と教育へのニーズを考察した。(1)現時点では、起業人材が至急のニーズであるが、その具体的な方策が早急に求められる。(2)初等職業技術を持つ労働者が必要で、初等職業教育を求めている。(3)長期的に見れば、小城鎮の産業発展につれて、中級技能労働者と高級技術人材も必要となる。その場合の対応策も大きな課題となりつつある。3.西部小城鎮のニーズと教育資源を併せて考察し、東部地域の有効な教育改革経験の適用性を検討した。(1)東部地域が実践してきた前期中等普通教育に当たる「3+1」、「3+X」制の職業技術教育、「初中浸透」と「初3分流」の制度は導入可能である。(2)西部地域の環境再築を配慮し、東部地域で進んでいる環境教育、「緑色証書(農民の農業技術証書)」教育の導入は重要な課題となる。(3)東部地域に有効である「双重証書」、「双重学籍」制の教育、並びに「一校多能型」、「双元制型」などの職業教育制度の導入は、今後の有意義な課題であると考える。以上を踏まえ、2年間の研究結果を約200頁の報告書にまとめた。報告書の構成は次の通りである。序章研究の目的及び方法第1章東部地域の小城鎮開発の回顧第2章東部地域の小城鎮開発における労働者と人材育成の経験第3章西部大開発の概要第4章西部大開発における小城鎮開発の課題第5章西部大開発における教育改革の新動向終章西部地域における東部小城鎮の開発経験の適用性分析特別研究員として第1年目には、研究計画に沿って、資料の収集、現地調査の実施、部分研究結果の発表を中心に進めた。1.「西部大開発」の政策・方針に関する文献資料と中国・日本で公表された「西部大開発」にかかわる文献資料を収集した。それらの資料を整理・分析し、大開発の概要や本課題の背景情況を把握した。大開発の狙いと重点分野により、(1)西部地域の経済開発と小城鎮開発を含める都市化発展は、自然環境の保護・再建とを統合しなければならないことが分かった。また、(2)小城鎮開発にかかわる農村教育の改革は、「東・西地域学校の相対支援」、「貧困地区教師育成」、「女子教育」など多様なプロジェクトを実施していることも明らかにできた。2.甘粛省を中心とした現地調査の実施により、西部の一部地域の小城鎮開発と農村教育改革の実態を明らかとした。(1)西部の小城鎮開発が積極的にスタートしたが、開発の時期が遅れ、鎮区規模が小さく、鎮区のインフラ設備が不備、持続的発展の原動力が不足、技術と人材が欠如などの問題点を抱えている。また、西部各地域の特徴が非常に異なるため、各地域の小城鎮開発モデルを探ることは早急な課題となっている。(2)農村教育改革により、西部地域の教育構造や教育内容などが改善されているが、西部地域は、教育改革の受身姿勢、改革の効率性などの問題が存在し、教育改革と経済開発の統合性も直面している課題となっている。3.第1年目の資料収集と現地調査を2002年9月まで実施したが、その分析結果を10月から、広島地理教育懇話会(「中国西部大開発と小城鎮の開発」10月)、中国四国教育学会第54回大会(「中国西部大開発における教育改革の新動向」11月)、日本地理学会2003年度春季学術大会(「中国の西部大開発における小城鎮開発をめぐる今日的課題」3月)で、それぞれ発表した。

(2)西部地域の環境再築を配慮し、東部地域で進んでいる環境教育、「緑色証書(農民の農業技術証書)」教育の導入は重要な課題となる。(3)東部地域に有効である「双重証書」、「双重学籍」制の教育、並びに「一校多能型」、「双元制型」などの職業教育制度の導入は、今後の有意義な課題であると考える。以上を踏まえ、2年間の研究結果を約200頁の報告書にまとめた。報告書の構成は次の通りである。序章研究の目的及び方法第1章東部地域の小城鎮開発の回顧第2章東部地域の小城鎮開発における労働者と人材育成の経験第3章西部大開発の概要第4章西部大開発における小城鎮開発の課題第5章西部大開発における教育改革の新動向終章西部地域における東部小城鎮の開発経験の適用性分析
変性軸索再生モデルの開発と応用

BALB/cマウス脊髄後根神経節(DRG)細胞とシュワン細胞を共培養して、シュワン細胞の作るミエリン鞘によって髄鞘化したニューロン群からなるネットワーク構造を培養条件下に作製し、磁気刺激装置により高頻度刺激を持続的に与えた結果、ニューロンの神経突起が完全に露出した.24時間-36時間の磁気刺激を施して、ミエリン鞘が脱落したDRGニューロンを、刺激を止めて培養を続けると、再度髄鞘化が始まり、7日目には約50%のニューロンで著明な回復が見られた(変性軸索再生モデル).本研究で開発した変性軸索再生モデルを用い、インフルエンザ脳症との関連が疑われているシクロオキシゲナーゼの2つのサブタイプ(COX1およびCOX2)の役割について、各サブタイプの阻害薬であるSC-560(COX1阻害薬)およびNS-398(COX2阻害薬)を用いて検討した.DRGニューロン・シュワン細胞共培養標本の生育過程を、第1ステージ(損傷後0日目-7日目)と第2ステージ(損傷後10日目-14日目)に分けて検討した結果、第1ステージでは、SC-560(10μM)処置群で神経突起の収束化および再髄鞘化が阻害されたのに対して、NS-398(10μM)はほとんど影響を及さなかった.一方、第2ステージでは、SC-560とNS-398ともに神経突起の収束化および再髄鞘化を阻害し、両薬物併用で、その効果は強められた.以上の結果から、神経損傷からの回復過程のステージに依存して、COX1とCOX2が重要な役割を果たしていることが示唆された.以上の知見をもとに、今後、インフルエンザ脳炎の予防と予後管理、特に、処方薬の選択に関わる基礎研究ならびに臨床研究が遂行され、より安全な非ステロイド性抗炎症薬(NSAIDs)の開発が行われることが期待される.BALB/cマウス脊髄後根神経節(DRG)細胞とシュワン細胞を共培養して、シュワン細胞の作るミエリン鞘によって髄鞘化したニューロン群からなるネットワーク構造を培養条件下に作製し、磁気刺激装置により高頻度刺激を持続的に与えた結果、ニューロンの神経突起が完全に露出した.24時間-36時間の磁気刺激を施して、ミエリン鞘が脱落したDRGニューロンを、刺激を止めて培養を続けると、再度髄鞘化が始まり、7日目には約50%のニューロンで著明な回復が見られた(変性軸索再生モデル).本研究で開発した変性軸索再生モデルを用い、インフルエンザ脳症との関連が疑われているシクロオキシゲナーゼの2つのサブタイプ(COX1およびCOX2)の役割について、各サブタイプの阻害薬であるSC-560(COX1阻害薬)およびNS-398(COX2阻害薬)を用いて検討した.DRGニューロン・シュワン細胞共培養標本の生育過程を、第1ステージ(損傷後0日目-7日目)と第2ステージ(損傷後10日目-14日目)に分けて検討した結果、第1ステージでは、SC-560(10μM)処置群で神経突起の収束化および再髄鞘化が阻害されたのに対して、NS-398(10μM)はほとんど影響を及さなかった.一方、第2ステージでは、SC-560とNS-398ともに神経突起の収束化および再髄鞘化を阻害し、両薬物併用で、その効果は強められた.以上の結果から、神経損傷からの回復過程のステージに依存して、COX1とCOX2が重要な役割を果たしていることが示唆された.以上の知見をもとに、今後、インフルエンザ脳炎の予防と予後管理、特に、処方薬の選択に関わる基礎研究ならびに臨床研究が遂行され、より安全な非ステロイド性抗炎症薬(NSAIDs)の開発が行われることが期待される.本プロジェクトを効果的に遂行するために、研究代表者が以前開発した磁気刺激装置に若干の改良を加えた。BALB/cマウス脊髄後根神経節(DRG)細胞とシュワン細胞を共培養して、シュワン細胞の作るミエリン鞘によって髄鞘化したニューロン群からなるネットワーク構造を培養条件下に作製し、磁気刺激装置により高頻度刺激(3-5mT,50Hz)を持続的に与え、位相差顕微鏡画像(4x10および10x10)を12時間ごとに撮影した。その結果、経時的にミエリン鞘が脱落し、72時間で、ニューロンの神経突起が完全に露出した。これらの経時的形態変化は、24時間間隔で作製したパラホルムアルデヒド固定標本に抗ミエリン塩基性蛋白モノクローナル抗体と抗ニューロフィラメント・モノクローナル抗体を用いて、蛍光顕微画像として確認した。24時間36時間の磁気刺激を施して、ミエリン鞘が脱落したDRGニューロンを、刺激を止めて培養を続けると、再度髄鞘化が始まり、7日目には約50%のニューロンで著明な回復が見られた。一方、72時間以上の磁気刺激を施したニューロン群では、ほとんど回復が見られず、ニューロンとシュワン細胞ともに細胞死を起こした。DAPIを用いた核染色の結果、シュワン細胞は核の断片化(fragmentation)、すなわちアポトーシスの様相を示したのに対して、ニューロンでは、核の断片化は起こらず、ネクローシスによる細胞死であった。BALB/cマウス脊髄後根神経節(DRG)ニューロンとシュワン細胞の共培養系に強い焦点パルス磁気刺激を与えると、ニューロン,シュワン細胞ともに不可逆的な壊死を起こし、再髄鞘化現象は検討不能であったが、自然回復により50%以上のニューロンに再髄鞘化を起こさせるような適度な条件で処置しながら、NGF, BDNF, b-FGFおよびEGFを与えると、NGF>BDNF>

b-FGFの効果順位で再髄鞘化を促進するのが確認され、EGFはほとんど無効であった。また、NGF受容体の中和抗体は再髄鞘化を著しく阻害した。一方、DRG構成ニューロンのうち30%のニューロンで発現し、NGF受容体と類似した役割を持つと言われているc-KITチロシンキナーゼ受容体の中和抗体(ACK2)では有意な再髄鞘化の阻害は観察されなかった。以上より、焦点パルス磁気刺激で共培養標本内に発現が増加したNGFを中心としたサイトカインとその受容体による神経栄養機能が、再髄鞘化においても重要な役割を果たしていることが示唆された。再髄鞘化過程におけるCa^<2+>シグナルの細胞内トポロジーは同磁気刺激を伴った再髄鞘化過程と対照群の再髄鞘化過程で、ニューロン,シュワン細胞ともに有意な差は認められなかった。また再髄鞘化過程にあるニューロンの神経伝達物質(GABA,5-HT)応答も、対照群と磁気刺激群で有意な差は認められなかった。以上より、焦点パルス磁気刺激は各種サイトカインの放出とその受容体の発現を促すことによって神経組織再生過程の一環として再髄鞘化を促すことが示唆された。またその過程で、ニューロン機能の特性変化は伴わないことから、神経組織再生における適度な興奮と神経栄養因子ホメオスターシスの重要性が示唆された。本申請研究で開発した変性軸索再生モデルを用い、インフルエンザ脳症との関連が疑われているシクロオキシゲナーゼの2つのサブタイプ(COX1およびCOX2)の役割について、各サブタイプの阻害薬であるSC-560(COX1阻害薬)およびNS-398(COX2阻害薬)を用いて検討した。BALB/cマウス脊髄後根神経節(DRG)ニューロン・Schwann細胞共培養標本の生育過程を、第1ステージ(損傷後0日目7日目)と第2ステージ(損傷後10日目16日目)に分けて検討した結果、第1ステージでは、SC-560(10μM)処置群で神経突起の収束化および再髄鞘化が阻害されたのに対して、NS-398(10μM)はほとんど影響を及さなかった。一方、第2ステージでは、SC-560とNS-398ともに神経突起の収束化および再髄鞘化を阻害し、両薬物併用で、その効果は強められた。以上の結果から、神経損傷からの回復過程のステージに依存して、COX1とCOX2が重要な役割を果たしていることが示唆された。
円筒型分子の配位プログラミングによるチューブ状超構造体の構築と物質移動

本研究では、新規なハイブリッド型金属錯体ナノチューブの構成要素となり得る円筒型有機配位子の合成とその錯形成について研究を行った。一定の径や長さをもつ円筒型分子を合成し、これを配位プログラミング的に複数の金属と錯形成させることで、新規な連結型の金属錯体ナノチューブの合成が可能になると期待される。前年度に、大量合成の容易なカリックス[6]アレーンを基本骨格とする円筒型の多座配位子の合成を行っており、本年度はこの円筒型配位子と各種金属イオンとの錯形成を検討した。その結果、パラジウム(II)との錯形成で配位ポリマーが効率よく生成することが明らかとなった。また、ビルディングブロックとして白金(II)を含むボックス型骨格の形成についても検討を進めてきた。キノフフェナントロリン部位をもつ配位子と白金(II)の錯形成により定量的に得られるボックス型2:2錯体が、甲状腺ホルモンT3,T4の部分構造である2-ヨードフェノールや2,6-ジヨードフェノール等をはじめとしたヨードアレーン類の高選択的レセプターとして機能することを初めて見いだした。また本年度は新たに、ビスペンチプチセン型円筒状分子の合成も行った。ペンチプチセンは複数の芳香環を剛直な骨格により連結した構造をもつため、変形しにくい円筒状構造を作るのに適している。アントラセン誘導体とベンゾキノンとの反応により、部分骨格となるテトラヒドロキシペンチプチセンを合成した。これとρ-フェニレンジボロン酸の反応により、剛直な円筒状の骨格をもつ2:2環化体をほぼ定量的に合成できること見いだした。本研究では、直径の定まった環状多座配位子を合成し、これを複数の金属と協同的に錯形成させることにより連結して金属錯体ナノチューブの合成を行い、チューブ内に包接された物質の移動について検討することを目的とする。一定の径や長さをもつ円筒型分子を使うことで、金属イオンをチューブ骨格の望みの位置に組み込んだ、新しいタイプの応答性のハイブリッド型ナノチューブの合成を目指す。円筒状骨格を持つ分子として、大量合成の容易なカリックス[6]アレーンを基本骨格とする多座配位子の合成を行った。p-tert-ブチルカリックス[6]アレーンから四段階の反応によりupper rimにヒドロキシ基を導入し、クロロメチルピリジン塩酸塩との反応により円筒配位子を合成した。この円筒型配位子と各種金属イオンとの錯形成では、チューブ構造をもつと考えられる配位ポリマーが生成した。また、ビルディングブロックとして円筒型だけでなくボックス型配位子を使ったチューブ構造の形成についても検討を始めた。キノフェナントロリンおよびピリジン部位をもつ配位子を白金(II)と錯形成させたところ、定量的にボックス型2:2錯体が生成した。このボックス状ホストは2-ヨードフェノールや2,6-ジョードフェノール等のヨードアレーン類の認識能が高いことが明らかとなった。従って、このボックス状骨格をもつチューブ構造が甲状腺ホルモンの移動場として使える可能性が示された。
非アルコール性脂肪肝炎の予測因子としての脂質代謝酵素測定意義の樹立

肝性リパーゼ(HL)が非アルコール性脂肪肝炎(NASH)の診断に有力なマーカーとなるか検討した。対象はアルゼンチン人の非アルコール性脂肪性肝炎(NASH)を疑われた42名。Steatosis gradeを3段階に分類し各群のHL活性を測定。HL活性は各群で差がなし。一方、肝生検された日本人31名でも検討した結果、HL活性はNASH(-)群、NASH(+)群でそれぞれ差がなし。HL活性で評価することの限界性が示唆され、抗ヒトモノクローナル抗体を用いたHL蛋白量のELISA系を確立した。HL蛋白量はHL活性より肝酵素ALTとの相関性に優れ、NASH検出に優れる可能性が示唆された。今年度は、HTGL活性と脂肪肝患者の肝生検の線維化程度との関係を検討した。対象はa)アルゼンチン人の非アルコール性脂肪性肝炎(NASH)を疑われた42名。その結果、HL活性はNASH(-)群、NASH(+)群でそれぞれ187±87 IU/L、163±51 IU/L (p=0.35)と差がなかった。また、HL活性は肝臓の線維化を示す指標であるヒアルロン酸とは相関なく(r=-0.23 p=0.36, n=18)、4型コラーゲン7Sとは負の相関傾向を示した(r=-0.36, p=0.06, n=0.06)。一方、ヒアルロン酸値は、NASH(+)群、NASH(ー)群でそれぞれ、72±51 ng/ml, 26±19 ng/ml (p=0.053)、4型コラーゲン7SはNASH(+)群、NASH(ー)群でそれぞれ5.5±1.6 ng/ml, 4.2±0.5 ng/ml(p=0.065)であり、NASH群で明らかに高値傾向を示した。本年度は、肝性リパーゼ(HL)活性、リポ蛋白リパーゼ(LPL)蛋白量と、血清脂質、肝機能、肝線維化マーカー、高分子アディポネクチンなどとの相関関係の解析にとり組んだ。対象はアルゼンチン人の非アルコール性脂肪性肝炎(NASH)を疑われた42名であった。対象症例は男性/女性=14名/28名,年齢50.1±10.3歳,BMI34.3±6.4kg/m2,総コレステロール209±40 mg/dl,トリグリセリド182±80 mg/dl, HDL-コレステロール42±8.2 mg/dl,血糖値115±37 mg/dlであった。HL活性はヘパリン静注10分後の血漿を用い、以前に報告した比色法で測定、LPL蛋白量は血清を試料とし、サンドイッチEIA法で測定した。HL,LPL,高分子アディポネクチンと、血清脂質、AST,ALT,ヒアルロン酸、typeIV collagenとの相関を検討した。その結果、HL活性は、HDL-Cと逆相関傾向(r=-0.29 p=0.08)を示したが、AST,ALT,ヒアルロン酸、typeIV collagen,高分子アディポネクチンとは有意な相関を示さなかった。一方、LPL蛋白量は高分子アディポネクチンと正相関(r=0.33, p<0.05)したが、AST,ALT,ヒアルロン酸, typeIV collagenとは相関しなかった。そこで、高分子アディポネクチンと上記マーカーとの関係を検討した。その結果、AST,ALT, typeIV collagenと逆相関した(それぞれr=-0.39, p<0.05; r=-0.42, p<0.01; -0.41, p<0.05)。現時点ではLPL,HTGLとも肝酵素変動や線維化マーカー変動との明らかな相関を示していない。一方高分子アディポネクチンはそれら因子との良好な逆相関を示した。昨年報告の"今後の推進方策"で述べたように今年度は、肝性リパーゼ(HTGL)量測定系を確立し、その量と肝酵素の動向との関係を検討し、HTGL活性を用いる場合より優れる可能性を調べた。方法:ヒトHTGLはChinese Hamster Ovary(CHO)細胞にHTGLを発現させ、その培養液からFLAG-epitope tag systemを用いて精製したHTGL蛋白を用いてBALB/c miceを免疫し、得られた2種類の抗ヒトHTGLモノクローナル抗体(8A4、3B1)を用いてHTGLの蛋白量測定ELISA系を確立した。HTGL測定検体は、米国人ボランティア144名にヘパリ(50IU/kg)静注後15分後に採血して得られた血漿を用いた。結果:HTGL蛋白量はHTGL

活性と良好な相関を有した(r=0.847 p<0.01)。一般に脂肪肝やNASHで増加がみらえるALTとの相関を調べたところ、HTGL活性、HTGL蛋白量はそれぞれr=0.185 p<0.05; r=0.285 p<0.01とHTGL蛋白量の方が相関性において優れていた。一方ASTとの相関はそれぞれr=0.028 ns; r=-0.014 ns。γGTPとの相関はそれぞれr=0.174 p<0.05; r=0.203 p<0.05であった。結論:抗ヒトHTGLモノクローナル抗体を用いたヘパリン静注後血漿中のHTGL蛋白量のELISA測定系を確立した。脂肪肝やNASHとの動態を反映できる代謝マーカーである可能性が示唆された。臨床検査学当初の目的は、非アルコール性脂肪性肝炎(NASH)の予測因子としての脂質代謝酵素測定意義の樹立であり、当施設内の消化器内科専門の研究者を本研究の分担研究者として推進していく計画であった。その分担研究者の予期しない退職、転出などから、急遽、NASHの症例を有する別施設との共同研究という形で研究を遂行することに方針を変換した。海外の施設と共同研究という形で、脂肪肝を有する患者の肝臓の生検所見とHTGL活性との相関性を検討してきた。当初の目的である肝臓の生検所見とHTGL活性との関連性の検討には着手することが出来た。しかしながら、解析結果は予想に反し、NASHの有無とHTGL活性との明らかな相関性は見られていない。当初の目的であるNASHを診断するためのマーカーとしてのリポ蛋白代謝酵素の一つHL活性測定の有用性を、肝生検にてNASH有無を判定できた国内外の脂肪肝症例を対象として検討することが出来た。ただ、HL活性はAST、ALT、ヒアルロン酸、typeIVコラーゲン7s、肝生検で得られた脂肪肝重症度やNASHの有無との相関を示さなかった。当初の目的は、非アルコール性脂肪性肝炎(NASH)の予測因子としての脂質代謝酵素測定意義の樹立であり、当施設内の消化器内科専門の研究者を本研究の分担研究者として推進していく計画であった。このような方針転換にもかかわらず、現在、その施設との共同研究の関係を樹立し、脂質代謝酵素や高分子アディポネクチンなどを測定するための検体を入手、それらの測定を実施し、脂質代謝酵素と肝トランスアミナーゼや線維化マーカーとの相関の解析を42名の症例について行うことができた。海外施設との共同研究の結果はNASHの有無とHTGL活性との関連性を示すものではなかった。この点について国内で脂肪肝の肝生検を行っている施設との共同研究を行い、検証する。一方で、HTGL活性という指標そのものが肝臓からのHTGL蛋白発現を正確に反映していない可能性も残されており、そのために新たにHTGL蛋白量測定のための正確な系の確立をすすめる。具体的には現在、ヒトHTGLに対する少なくとも2つのモノクローナル抗体の獲得とそれらを組み合わせた、サンドイッチEIA系の確立である。上記の成績から、少なくとも活性で評価した上では、HLとNASHとの関連性を証明することには至っていない。一方で、本研究開始時にも述べたように、HL欠損マウスでは高脂肪食負荷しても脂肪肝が出来ない(Endocrinology2010;151:993-1001)などの事実からHLが脂肪肝形成に必須の酵素と捉えている。今後の研究推進は、HLを評価するマーカーとして活性測定ではなくそれに代わるマーカーの測定系を確立し、NASHとの関係について検討していく方向を考える。
機能性分子設計に基づく技術融合型分子イメーイング法の開発

化学原理に基づいた機能性プローブ開発、遺伝子工学による蛋白質改変、最新の機器測定技術を融合させることにより、次世代分子イメージング技術に有用な要素技術の開発を行った。具体的には、(1)生細胞内の遺伝子発現の^19F MRI検出技術、(2)蛋白質の機能性分子ラベル化技術、(3)蛋白質の時間分解イメージング技術、の開発を行った。細菌酵素β-ラクタマーゼの活性部位のアミノ酸に変異を導入することにより、ペニシリンあるいはセファロスポリンなどのβ-ラクタム誘導体は加水分解反応途中で反応が停止し、酵素-基質複合体が安定に形成される。この現象を応用し、β-ラクタマーゼの変異体をタンパク質タグとして利用することで、標的タンパク質に機能性分子を特異的に修飾する新規「タンパク質ラベル化システム」を開発した。ラベルする機能性分子としては、クマリン、フルオレセイン、ローダミンなどの蛍光色素、あるいはビオチンなどの機蛋白質と相互作用するものを選択した。これらのラベル化プローブを用いることで、細胞表面あるいは細胞内に発現させた蛋白質タグを選択的にラベル化することが可能であった。また、タンパク質にラベル化されると消光状態から蛍光状態に変化する「発蛍光型蛋白質ラベル化プローブ」の開発にも成功した。続いて、SNAP-tagなどの市販されているタンパク質ラベル化システムと同時に用いることができるかを検討した。遺伝子工学技術を用いて、二種類のタンパク質にそれぞれSNAP-tagおよび変異型β-ラクタマーゼを融合させ、培養細胞中で発現させた。ここに本研究で開発したラベル化プローブとSNAP-tagプローブを添加しラベル化を行なったところ、異なるタンパク質を異なる蛍光色素で同時にラベル化することに成功した。さらに、ビオチンラベル化プローブをアビジン修飾蛍光量子ドットと組み合わせることで、様々な蛍光波長の量子ドットのラベル化に成功した。前年度までに開発した細胞内ラベル化法をさらに発展させ、複数種のラベル化プローブを開発した。具体的にはビオチンラベル化を可能とするプローブの開発を行い、新たにストレプトアビジン修飾された鉄ナノ粒子を細胞特異的にラベル化する技術を開発した。この手法により、細胞をMRIによって検出することが可能となった。また、異なる蛍光色を持つストレプトアビジン修飾蛍光量子ドットを用いることで、細胞表面蛋白質のパルスチェイス実験を行った。さらに、発蛍光型ラベリング法を拡張し、これまでの蛍光共鳴エネルギー移動を用いたものとは異なる会合消光の原理を利用した発蛍光型ラベル化プローブを開発した。また、適当な化学修飾を行うことで、細胞内蛋白質の蛍光ラベル化にも成功した。一方、これまではプローブ分子の蛋白質へのラベル化と消光基の脱離基にタイムラグがあり、迅速な発蛍光ラベル化が困難であったが、脱離速度を詳細に検討することで、蛋白質へのラベル化と蛍光強度の増大がほぼ同時に起こるラベル化技術へと発展させた。また、前年度までに開発した^<19>F MRIプローブの原理を拡張し、新たにβガラクトシダーゼ活性を^<19>F MRIによって検出可能なプローブ分子を作製した。この分子はβガラクトシダーゼに高い特異性を示し、類似の等加水分解酵素には全く応答しなかった。また、この分子をレポーター蛋白質として用いることで、固定化した細胞内における遺伝子発現を^<19>F MRIで検出することに成功した。前年度までに開発した改変型βラクタマーゼタグ(BL-tag)に適用可能な高機能性ラベル化プローブを複数開発し、本ラベル化技術の汎用性や応用性を示し、さらには新たな生体機能解析技術へと発展させた。具体的には、希土類の長寿命蛍光を有するラベル化プローブを開発し、蛋白質の時間分解蛍光イメージングに適用した。さらに異なる種類の蛋白質を希土類プローブと低分子蛍光プローブでそれぞれ特異的にラベル化し、発する蛍光寿命の違いにより蛍光シグナルを分離、別々の測定チャネルでデータを取得することで、同一波長フィルタを用いたマルチカラーイメージングを開発した』また、ラベル化されると同時に消光基が脱離する発蛍光型ラベル化プローブを開発し、細胞膜蛋白質の非洗浄ラベル化を達成した。このプローブを用いることで、上皮成長因子受容体の細胞内から細胞表面への移行をリアルタイムに蛍光発蛍光ラベルすることで可視化することに成功した。さらに、前年度までに開発したビオチンラベル化プローブとストレプトアビジン修飾超常磁性酸化鉄ナノ粒子(SPIO)を利用して、BL-tagへのSPIQの特異的ラベル化に成功し、タグ蛋白質を発現している細胞のみを^1H MRIの陰性スポットとして検出することに成功した。さらに、これまでに開発した^<19>F MRIプローブの原理を応用し、新たにクラスAβラクタマーゼ活性を^<19>F MRIで検出するプローブ分子を作製した。このプローブはβラクタマーゼに高い選択性を有しており、本酵素添加によって、^<19>F MRIシグナルの増大が観測された。βラクタマーゼは細胞表面に提示が可能であることを利用して、生きた細胞における遺伝子発現を^<19>F MRIで検出することに初めて成功した。
多様なセンサを用いた実世界でのロボットの動作学習

本研究課題では環境についての知識を前提とすることができない実世界で活動するロボットの開発を目的とする.実世界では多様な身体的インタラクションが避けられないため,様々な情報を統合し多様な状況に対応することが必要になる.そこで本研究では多数のセンサモダリティを利用したロボットの運動学習に取り組んだ.初めに制御入力として必要なセンサを自動的に選択する強化学習法,および,多自由度ロボットを制御を目的にしたモデルの信頼度を用いたサンプリングベース動作学習法を開発した.そして,実環境で人とインタラクションを行うロボットの開発を行った.平成26年度は1.ロボットの作製, 2.ノンパラメトリックモデルを用いた制御法の開発, 3. LSHに基づくGP (ガウス過程回帰)高速化アルゴリズムの開発を目標とした.ロボットの作製としては,研究室で保有している空気圧駆動型の人間上肢型ロボットの各アクチュエータに空気圧センサー,モーションキャプチャシステム・加速度センサなどを加えて,ロボット自体の状態だけでなく外部とのインタラクションを計測できるロボットシステムを作製した.外部の物体,特にヒトとの抱擁などの物理的インタラクションにはロボットの姿勢やその動きだけでなく,その硬さの制御も重要な課題となるが,そのために必要な情報を含むと期待されるセンサの実装を行った。また,ノンパラメトリックモデルを用いた制御法としてはGPを用いたモーションプランニング(人工知能学会2014にて発表)の開発,制御に必要なセンサを抽出する強化学習アルゴリズム(AROBにて出版)の開発を達成した.前者は上記のロボットを動かすための基礎技術となるものであり,多自由度ロボットに対する実用的な時間でのモーションプランニング法を開発した.後者は上記のロボットシステムのように非常に多くのセンサを持つシステムから制御に必要なセンサ情報だけを抽出するメカニズムとなっており,前者と組み合わせることでスケーラビリティのある制御法が確立できると期待される.GPの高速化に関しては不要なサンプルを間引くことで高速化をはかるスパースGPアルゴリズムの性能の評価を行っており,我々が提案したハッシュキーを用いることで部分空間に分割することで高速化をはかるLSH-GPアルゴリズムとの組み合わせは今後の課題となっている。本研究課題では,環境についての知識を前提とすることができない実世界で活動するロボットの開発を目的としている.そこで,近年,様々な実問題に応用されてきているノンパラメトリック法を利用した外界との接触などのインタラクションが避けられない複雑な環境でも活動できるロボットのための制御法の開発を目指している.平成27年度は平成26年度に開発した高速なノンパラメトリックモデルであるLSH-GPRをベースとした制御法の実ロボットへの応用に取り組んだ.単純な構造を持つロボット(シミュレーション)を制御対象としてオンライン動作計画法の開発を行うとともに,モデルの与えられていない静的な物体との物理的なインタラクションが避けられない状況での動作計画に必要な接触時にロボットの手先に加わる力に対する予測モデルの構築を行った.さらに,ダイナミクスが前もって与えられない状況の下で適用可能なロボット制御法としてモーションプランニング手法の開発を行い,空気圧駆動型の人間上肢型ロボットへの対する応用に取り組んだ.また,実環境での人間とのインタラクションを実現するロボットの実現を目指し,近年,自然画像や音声認識など実環境で容易に計測可能なセンサデータに対して非常に高い識別率を実現している手法であるディープラーニングの利用に関する検討を行った.ロボット自身に埋め込まれた視覚センサのみを用いた認識より,人とのコミュニケーション動作の学習を行うロボットの開発に着手している.空気圧駆動型の人間上肢型ロボットの制御においては,我々の開発したLSH-GPRにより,制御対象のモデル化を明には行わず,試行錯誤的に収集したデータからロボットの動作に対する予測モデルを用い,ロードマップ法に基づく制御手法を開発した.本手法では,LSH-GPRがベイジアンノンパラメトリック法の一種であることから,予測値の信頼性を推定することができることを利用し,予測の信頼性に基づく制御手法を開発することができた.すなわち,過去の経験に基づき再現可能性が高いと推定される動作を計画することが可能となり,少ないデータからでもゴールに到達する可能性を考慮した信頼性の高い動作計画が実現出来る.本手法を人間上肢型ロボットのリーチングタスクに応用し,複雑な構造を持つロボットの制御にも適用可能なことを示した.ロードマップ法は実際にロボットを稼働する前に動作を計画するものであり,予測モデルの推定誤差や確率的な振る舞いによって,実際の動作が計画通りに実現するとは限らない.そこで,オンラインで誤差を補正する枠組みとしてオンライン動作計画法の開発にも取り組んだ.オンライン動作計画においては精度だけではなく制御周期に合わせた高速な計算速度も要求される.単純な構造を持つロボット(シミュレーション)への適用の結果,精度の面では我々の開発したLSH-GPRは優れているが,計算量が今後の課題となっている.また,物理的なインタラクションが避けられない実環境で活動するロボットの実現に向けて,接触において発生する力を予測するモデルの開発にも取り組んだ.我々の開発したLSH-GPRは精度や計算量において十分な能力を持っていることを示した.これらの技術をまとめることで,実環境において活動するロボットに対する制御法の開発が期待できる.本研究課題では,環境についての知識を前提とすることができない実世界で活動するロボットの開発を目的として,多様なセンサを用いた実世界でのロボットの動作学習に取り組んだものである.実世界では,多様な身体的なインタラクションが避けられないため,様々なセンサ情報を統合し,状況に応じた動作を行う必要がある.

そこで本研究では,多数のセンサモダリティを利用したロボットの運動学習や,実世界で簡単に得ることができる画像情報を直接利用した人間とロボットによる身体的なインタラクションを含む動作の学習,多様な動作を実現するための多自由度ロボットの制御法についての研究を行った.多数のセンサモダリティを利用したロボットの運動学習としては,センサモダリティごとに,制御則に対する寄与度を学習することで,タスクの実行には必要なモダリティだけを用いた方策関数を学習する強化学習法を提案した.また,多自由度のロボットに対する制御法として,人間型の筋骨格ロボットに対する高速なノンパラメトリック法を用いたロードマップ法を提案し,モデル化に必要なデータが少ない場合でも,モデル化の信頼性に応じたロードマップを作ることで,ダイナミクスについての知識が与えられなくても動作可能な制御法を構築した.また,2016年度には実応用として人間型ロボットを用いた人間とのインタラクションの学習にも取り組み,深層ニューラルネットワークを用いることで,画像を入力として実環境中での状況を理解し,人との身体的なインタラクションを学習するロボットを開発した.本研究課題では環境についての知識を前提とすることができない実世界で活動するロボットの開発を目的とする.実世界では多様な身体的インタラクションが避けられないため,様々な情報を統合し多様な状況に対応することが必要になる.そこで本研究では多数のセンサモダリティを利用したロボットの運動学習に取り組んだ.初めに制御入力として必要なセンサを自動的に選択する強化学習法,および,多自由度ロボットを制御を目的にしたモデルの信頼度を用いたサンプリングベース動作学習法を開発した.そして,実環境で人とインタラクションを行うロボットの開発を行った.本研究の目的は収集したデータセットを直接利用するノンパラメトリック法を基本とし,そのデータセットを操作することで学習を行い,複雑な状況においても環境に対する先験的知識を利用しないロボットの制御法・学習法の開発を目指す.そのための課題として,外界との物理的なインタラクションを行うことが可能なロボットの開発およびそのようなロボットシステムを制御する際に不可避な多自由度な制御対象に応用可能な制御手法の開発を行っている。初年度は多数のセンサシステムを含むロボットシステムの作製,および,基礎となるベイジアンノンパラメトリックモデルを利用した多自由度ロボットのためのモーションプランニングのためのロードマップ法を開発するとともに,センサの重要性をタスクの達成度(報酬)に基づき決定する学習法の開発も行った。これらの結果は人工知能学会での発表や論文誌AROBでの発表として結実している.また,現在,ノンパラメトリックモデルの高速化に関してもスパースGPアルゴリズムに関する検討を開始すると共に,人間上肢型ロボットを用いた外部物体との物理的インタラクションの実験も開始している.
ディスコチック液晶相を示す光応答性蝶番分子の創製と液晶相の光制御

本研究課題では、光刺激に応答して、液晶相と等方相(液体)の間をスイッチング可能なディスコチック液晶分子系を開発することを目標とする。そのために、液晶核である大環状アゾベンゼンの周囲に、柔軟な側鎖を共有結合で導入した化合物を合成したところ、この化合物の光照射に伴う分子の大きな構造変化により、可逆的な液晶相変化の誘起が可能であることが明らかになった。さらに、これらの化合物は、光照射によって、結晶から液体への相転移を示した。本研究課題では、液晶核の構造変化を利用したディスコチック液晶相の光スイッチングを世界に先駆けて達成するために、光応答性分子蝶番を液晶核に有する円盤状の化合物を合成し、液晶性および光応答性を検討する。そのために、今年度は、側鎖に長鎖アルキル基を有する大環状アゾベンゼンオリゴマーを設計し、3段階の反応により合成した。得られた環状アゾベンゼン誘導体の液晶性を偏光顕微鏡観察、示差走査熱量分析、X線回折などを用いて解析したところ、環状二量体は分子が二次元層状に組織化したスメクチック相を、環状三量体は分子が一次元柱状に組織化したカナムナー相を示すことがわかった。環状アゾベンゼン誘導体の液晶状態における光反応性を調べるために、偏光顕微鏡観察下で液晶薄膜に紫外光を照射した。すると二量体、三量体のいずれにおいても、アゾベンゼン部位の光異性化反応に伴う液晶相から等方相への等温的な相転移が誘起され、紫外光照射により得られた等方相は、熱により元の液晶相へ可逆的に変化させることができた。本研究で開発した大環状アゾベンゼン誘導体は、光照射により光学異方性を有する液晶相と光学的等方相を可逆的に相転移させることが可能であることから、書き換え可能な光学メモリー、ホログラム材料等への応用が期待できる。また、この技術を活用して、ディスコチック液晶の電子伝導性を光によって制御することができれば、光パターニングによる全く新しいプロセスでエレクトロルミネッセンス素子、電界効果型トランジスタなどといった電子デバイスの作製が可能となり、有機エレクトロニクス材料分野において大きな波及効果をもたらすと考えられる。そのために、側鎖に長鎖アルキル基を有する大環状アゾベンゼンを設計し合成した。得られた化合物の液晶性を偏光顕微鏡観察、示差走査熱量分析、X線回折などを用いて解析したところ、環状二量体は分子が二次元層状に組織化したスメクチック相を、環状三量体は分子が一次元柱状に組織化したカナムナー相を示した。偏光顕微鏡観察下で、これらの化合物の液晶薄膜に紫外光を照射すると、いずれの化合物も、アゾベンゼン部位の光異性化反応に伴う液晶相から等方相への等温的な相転移が誘起された。紫外光照射により得られた等方相は、熱により元の液晶相へ可逆的に変化した。加えて、これらの化合物の結晶状態に紫外光を照射すると、照射された部分が液体に相転移することが明らかになった。さらに、光によって得られた液体状態は、加熱によって元の結晶状態へと戻る。すなわち、本研究で得られた化合物は、光と熱によって可逆的に何度でも固体と液体の間の相転移を繰り返す事が可能である。このような性質を示す材料はこれまでに存在しないことから、学術的に見ても大変興味深い。この研究成果については、産総研プレスリリースとして発表し、新聞紙上(日経産業新聞、日刊工業新聞、化学工業日報)で報道された。本研究成果は、光照射により光学異方性を有する液晶相と光学的等方相を可逆的に相転移させることが可能であることから、書き換え可能な光学メモリー、ホログラム材料等への応用が期待できる。さらに、固体と液体の間で可逆的に相転移させることが可能であることから、新しいフォトレジスト材料や、光で粘着性が変化する接着剤等への応用が考えられ、広い産業分野への波及効果が期待される。
先端的X線解折手法によるセラミックスのガラス相誘起超塑性変形の解明

セラミックスの超塑性現象において粒界すべり、粘性流動、結晶粒界におけるガラス相の存在などが重要な役割を果たすことが指摘されつつあるが、その本性の解明および制御のためには巨視的特性と微視的構造を関連付ける情報の蓄積が不可欠である。本研究では、バルクとは異なることが予想される材料表面の構造や結晶粒の配向性の変化等の超塑性変形機構に関する新しい知見を得ることを目的として、全反射X線回折法を超塑性セラミックスに適用し、超塑性材料表面の構造評価を行った。本実験で使用したバルク3Y-TZPはほぼ単一のtetragonal相であるが、しかし、Seemann-Bohlin(S-B)法およびGrazing Incidence X-ray Scattering(GIXS)法の全反射X線回折法により得られた3Y-TZPの回折パターンにはmonoclinic相も認められ、また測定法の違いによる強度比の変化が生じていることから各相の表面構造に配向性があることが分かった。例えば、GIXS法ではtetragonal相002反射のピークは検出されず、200反射のピークが明瞭に観察された。一方、S-B法では、相対的に002反射の反射強度の増加が認められることから3Y-TZP材料表面の構造は、[001]選択配向の傾向が強いことを示唆している。また、赤外線イメージ炉で試料を大気中で加熱して3Y-TZPのX線反射率を測定し、その温度依存性を調べた。臨界波長の入射角依存性から表面密度を見積もった結果、文献値とほば一致した値が得られた。