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正則ベクトル場の大域的性質の研究

伊藤敏和は正則ベクトル場の孤立特異点におけるH.Poincare(1879年)とH.Dulac(1912年)の多項式化定理の応用として,2n-1次元球面に正則ベクトル場から定義される非特異な1次元葉層構造のコンパクト葉の数を決定した。さらに,伊藤が得た正則ベクトル場に対するPoincare-Hopf型定理のより一般の状況への拡張を大本亨氏と共同研究中である。松本和一郎は強双曲型偏微分方程式系の特徴付けを研究した。係数が時間変数にのみ依存する場合に双対変数の各点的には強双曲系は主要部対角のフックス系に相似変換されねばならないことを導いた。これは空間次元が1の場合には必要十分条件である。一方、空間多次元の場合には,更に相似変換行列の双対変数に関する一様有界性が必要となることが予想されるが,Petrovskiのあげた非強双曲系の例が摂動に不安定で容易に強双曲系に移ることを示した。四ツ谷晶二は境界条件が非線形な拡散系の解の漸近挙動について,これまでの研究を発展させて解の漸近挙動の速さの研究,および実用的な数理モデルの解の存在,一意性と漸近安定性の研究を行った。半線型楕円型方程式については,非常に一般的な状況のもとで,方程式の係数K(r)と指数Pから決まる2つの関数の零点の位置だけから正値球対称解の構造が決まってしまうという,非常に強力な分類定理とその拡張を得た。岡宏枝は常微分方程式におけるあるタイプの局所的分岐で,ローレンツ型のカオス的アトラクターが生じることを証明した。また,orbit-flipと呼ばれる余次元2のホモクリニック軌道の倍分岐が無限回引き続いて起こるような大域的分岐現象を,ある種の区分線型ベクトル場を数学的・数値的に調べることにより見出した。森田善久は二宮、柳田との共同研究で非線形境界条件下の反応拡散方程式の解の成す散逸力学系の研究を行い,有界な解をすべて引き込む有限次元の慣性多様体の存在を証明し,その多様体上の力学系を記述する常微分方程式を導いた。また,森田はK.Mishaikowとの共同研究で1次元区間上のGinzburg-Landau方程式の散逸力学系の大域的な構造を明らかにし,神保との共同研究では多次元の有界領域におけるGinzburg-Landau方程式の定常解の安定性と領域の位相的な性質を関連づける結果を導いた。伊藤敏和は正則ベクトル場が球面と横断的に交わる状況から接する状況に変化するところでの幾何学的構造を考察した。一般的な場合はThom座標を構成することにより変化する現象が記述できた。次に一般的でない場合にホロノミーが非周期的になる現象を示した。一方、ザイフェルト予想に対する自分が与えた証明とは異なる別証を与え,さらにそれをn≧3の場合にも拡張することに成功した。松本和一郎は場は均質だが時間と共に変化する偏微分方程式の系が低階に摂動に安定に解を持つ為の条件を研究した。

この方程式系の主要部は空間変数に関してフーリエ交換でき,低階も含めて擬微分作用素のシンボルと見れる。摂動に安定に解を持つ為にはこのシンボルが双対変数を固定するごとにフックス系に変換されねばならないことを示し,更に空間次元が1ならば,この条件は十分条件であることもわかった。四ツ谷晶二は.天体物理学に現れるエムデン・ファウラ-方程式や松隈方程式,微分幾何に現れる共形スカラー曲率方程式を典型例とする半線形楕円型方程式に関して,正値球対称解の全体構造の分類定理と有限個の零点を持つ球対称解の存在定理を得た。さらに半線形放物型方程式の解の漸近挙動の分類定理を得た。いずれも,微分方程式から定まるベクトル場の大域的な性質を幾何学的,解析的に検討することにより証明を行った。岡宏枝はベクトル場の退化特異点とホモクリニック軌道からのカオス的アトラクターの分岐について研究した。平衡点における線形化行列が3重の零固有値をもつような余次元7のある退化特異性の開折に幾何学的ローレンツアトラクターが存在することを示した。一方,余次元2のホモクリニック軌道からの幾何的ローレンツアトラクターの出現に関して,今までに知られていないタイプの分岐のメカニズムを見出した。伊藤敏和は正則ベクトル場の孤立特異点におけるH. Poincare(1879年)とH. Dulac(1912年)の多項式化定理の応用として,2n-1次元球面に正則ベクトル場から定義される非特異な1次元葉層構造のコンパクト葉の数を決定した。さらに,伊藤が得た正則ベクトル場に対するPoincare-Hopf型定理のより一般の状況への拡張を大本亨氏と共同研究中である。松本和一郎は強双曲型偏微分方程式系の特徴付けを研究した。係数が時間変数にのみ依存する場合に双対変数の各点的には強双曲系は主要部対角のワックス系に相似変換されねばならないことを導いた。これは空間次元が1の場合には必要条件である。一方、空間多次元の場合には,更に相似変換行列の双対変数に関する一様有界性が必要となることが予想されるが,Petrovskiのあげた非強双曲系の例が摂動に不安定で容易に強双曲系に移ることを示した。四ツ谷晶二は境界条件が非線形な拡散系の解の漸近挙動について,これまでの研究を発展させて解の漸近挙動の速さの研究,および実用的な数理モデルの解の存在・一意性と漸近安定性の研究を行った。半線型楕円型方程式については,非常に一般的な状況のもとで、方程式の係数K(r)と指数Pから決まる2つの関数の零点の位置だけから正値球対称解の構造が決まってしまうという、非常に強力な分類定理とその拡張を得た。岡宏枝は常微分方程式におけるあるタイプの局所的分岐で,ローレンツ型のカオス的アトラクターが生じることを証明した。また,orbit-flipと呼ばれる余次元2のホモクリニック軌道の倍分岐が無限回引き続いて起こるような大域的分岐現象を,ある種の区分線型ベクトル場を数学的・数値的に調べることにより見出した。森田善久は二宮、柳田との共同研究で非線形境界条件下の反応拡散方程式の解の成す散逸力学系の研究を行い,有界な解をすべて引き込む有限次元の慣性多様体の存在を証明し,その多様体上の力学系を記述する常微分方程式を導いた。また,森田はK.Mishaikowとの共同研究で1次元区間上のGinzburg-Landau方程式の散逸力学系の大域的な構造を明らかにし、神保との共同研究では多次元の有界領域におけるGinzburg-Landau方程式の定常解の安定性と領域の位相的な性質を関連づける結果を導いた。
対話的権利論に基づく多元的価値の調整

当初の研究計画では、最終年度である本年度では、「対話的権利」についての法哲学の領域にも踏み込んだ根源的研究を行い、論文を1本公表し、研究報告を1回行うことであった。形式的な論文の本数と研究報告の回数という意味では、計画よりも進んだことになるが、「対話的権利」の根源的な研究については、部分的に明らかにし、公表したに留まっている。社會科學研究38巻2号で発表した「宗教的共同体の構成員資格に関するルールへの介入ーカナダ憲法に基づく一考察」においては、法哲学や政治哲学分野では注目されているものの、憲法学においては十分には検討されていない「マイノリティの中のマイノリティ」問題を念頭に宗教的共同体の内部紛争への司法的介入という問題を分析した。宗教的共同体の自律を認めることが、当該共同体の構成員の権利を抑圧してしまうというジレンマを抱える中で、多文化主義を国是とするカナダにおいては、宗教的共同体の多数派と少数派、そして政府の三者による「対話」を前提とした解決策が模索されていることを明らかとした。大沢秀介・新井誠・横大道聡編著『変容するテロリズムと法』に収録された「危険人物認証制度(Security Certificate)の「司法的」統制」及び、移民政策学会での報告では、移民法の技術的な問題を中心に検討することとなったが、その過程からは、好意的なイメージが強くもたれるカナダにおいて、移民の選定過程や入国後の排除プロセスにおいて、厳重な管理が行われていることを指摘した。移民法領域は、多様性を尊重しつつもその「管理」も重要視するカナダのあり方を象徴している。長期的な計画となるが、ある社会に様々な価値を背景にもつ者が流入してくる移民法領域と、本研究課題を合わせて検討することは、グローバル化による現代多文化社会の形成とその調整を総合的に検討する研究成果となるものと考えられる。29年度が最終年度であるため、記入しない。本年度の研究は、研究課題である「対話的権利に基づく多元的価値の調整」の主要部分に取り組むための前提として位置づけられる。そこでは、「対話的権利」の前提となる、あらゆる人を社会における平等な参加者として「承認」するということについて、カナダの判例・憲法学説・哲学的理論を素材として検討を行った。具体的には、対話的権利やその前提である承認論の母体となる「多文化主義」がカナダにおいて、どのように論じられてきたのかを、制定法や連邦議会での議論を下に後付けし、それらを原理的に考察するキムリッカ(Will Kymlicka)や、テイラー(Charles Taylor)、パレク(Bhiku Parekh)といった(政治)哲学者の議論を参照することで、その重要性を確認した。その後、カナダにおいて「多文化主義」が憲法原理として規定されている(憲章27条)ことに着目し、カナダの裁判所が多文化主義をどのように位置づけ解釈しているかについて、多文化社会にとって最重要な権利となり得る信教の自由を具体例にして、判例・学説を中心に検討を加えた。今年度の研究から得られた結論は、多文化主義的な「承認」の原理に基づく信教の自由解釈は、1国家が、宗教的少数派に対して当該政治社会の完全な成員ではないといったような、シンボリックな「排除」のメッセージを発することを深刻な問題として危惧し、2保護される宗教とは何かという問題には個人の主観的解釈をベースとする、ということが重要であり、そうすることで「私自身のアイデンティティ」の承認を可能にし、あらゆる人を社会への完全な参加者とする道を開くことにつながる、というものである。今年度の研究成果をベースに来年度は、憲法上の議論として多様な価値の調整における「対話」の意義について検討する。本年度の研究は、研究計画書で当初予定していた通り、「対話的権利論」の主要部分を研究するための前提部分であり、その成果を、法学政治学論究107号31ー65頁(2015年、12月)において公表しているため、順調に進んでいるといえる。なお、移民法と憲法と関係について研究会で報告を行ったが、これは移民法の執行機関や移民法の理論を研究したものであり、多文化社会の「形成」に関する重要な論点であり、この論点を研究を行ったことで、本研究課題である「対話的権利に基づく多元的価値の調整」の多角的な視点による考察を可能にした。。当初の研究計画では、今年度は、現代多文化社会における多元的価値の衝突を如何に調整するかに関する、合理的配慮の法理(reasonable accommodation)について、憲法学的観点から研究することを予定していた。この点に関して、法学政治学論究110号にされた「カナダにおける信教の自由と合理的配慮の法理ーその多文化主義的擁護に向けた緒論」と法学政治学論究113号に掲載予定の「信教の自由における「法的多文化主義」と合理的配慮ーカナダ憲法理論を素材として」の2本の論文で検討し、カナダにおける合理的配慮の法的構造を示した上で、同法理に対する2方向からの批判ー一方で少数派に対する配慮の行き過ぎという批判、他方で「真の平等」を達成しているほどの配慮となっていないという批判ーからこの法理を擁護することを試み、多元的価値の調整において、合理的配慮の法理が有用であると結論付けた。

さらに、法政論業53巻1号に掲載された「市民権取得と多文化国家カナダーイスハーク判決の位置付けとその憲法問題」では、カナダにおいて市民権を取得する際の最終ステップである市民権の宣誓の際に、ニカブの着用を禁止する行政機関の方針が争われたイスハーク判決を主に信教の自由の観点から検討をおこなった。ここでは、イスハーク判決のような事例でのニカブの着用禁止は違憲と考えるべきことを指摘するとともに、イスハーク判決のカナダでの位置付けを明らかにし、カナダという多文化主義に基づく移民国家にも「揺らぎ」の一端があるものの現状では多文化主義が支持されているということを指摘した。また、本論文はより実践的な観点から合理的配慮の法理を検討するものでもある。以上のように、今年度の研究成果は当初の研究計画の目標を十分に達成している。当初の研究計画では、今年度の研究成果の公表として予定していたのは、合理的配慮の法理に関する研究を行い論文を1本公表することであった。昨年度より、現代多文化社会を国家が生み出し、また、コントロールしている(あるいはし得る)領域である移民法に関する研究を行うことで、ある社会に様々な価値を背景にもつ者が流入してくる場面(移民法領域)と、従来の研究計画の目的である、多元的価値が混在している社会における価値相互の調整を憲法学的に検討することによって、グローバル化による現代多文化社会の形成とその調整を総合的に検討することも視野に入れている。このように研究計画を拡大しているが、今年度の研究成果は、論文が4本(内2本は掲載予定)と研究報告が3回である。そのうち従来の研究計画に沿った論文が2本、研究報告が1回、前年度より並行して取り組んでいるカナダの移民法の研究に関する論文が1本と研究報告が1回、さらに、両領域にまたがるとともに、より実践的な観点から検討する論文が1本と研究報告が1本である。したがって、前年度より移民法関係の研究も並行して行っているが、こうした観点から研究をすることによって当初の研究計画が妨げられているわけではなく、むしろ、当初の計画以上の進展があるといえるであろう。当初の研究計画では、最終年度である本年度では、「対話的権利」についての法哲学の領域にも踏み込んだ根源的研究を行い、論文を1本公表し、研究報告を1回行うことであった。形式的な論文の本数と研究報告の回数という意味では、計画よりも進んだことになるが、「対話的権利」の根源的な研究については、部分的に明らかにし、公表したに留まっている。社會科學研究38巻2号で発表した「宗教的共同体の構成員資格に関するルールへの介入ーカナダ憲法に基づく一考察」においては、法哲学や政治哲学分野では注目されているものの、憲法学においては十分には検討されていない「マイノリティの中のマイノリティ」問題を念頭に宗教的共同体の内部紛争への司法的介入という問題を分析した。宗教的共同体の自律を認めることが、当該共同体の構成員の権利を抑圧してしまうというジレンマを抱える中で、多文化主義を国是とするカナダにおいては、宗教的共同体の多数派と少数派、そして政府の三者による「対話」を前提とした解決策が模索されていることを明らかとした。大沢秀介・新井誠・横大道聡編著『変容するテロリズムと法』に収録された「危険人物認証制度(Security Certificate)の「司法的」統制」及び、移民政策学会での報告では、移民法の技術的な問題を中心に検討することとなったが、その過程からは、好意的なイメージが強くもたれるカナダにおいて、移民の選定過程や入国後の排除プロセスにおいて、厳重な管理が行われていることを指摘した。移民法領域は、多様性を尊重しつつもその「管理」も重要視するカナダのあり方を象徴している。
分泌性糖タンパク質Wnt5aの生体内動態及び動態制御機構の解明

平成30年度はVenus-Wnt5aノックイン(KI)マウスのホモ接合体(KI/KI)が致死になる理由を明らかにするため、胎生13.5日のVenus-Wnt5a KI/KIの胎児から線維芽細胞を単離し、培養を行った。私共はマウスの胎児線維芽細胞はWnt5aを分泌し、オートクラインに働いてDvlのリン酸化を引き起こすことをこれまでに見出していたので、Venus-Wnt5a KI/KI由来の胎児線維芽細胞におけるWnt5aの発現量と分泌量、Dvlのリン酸化レベルをウエスタンブロットにより野生型マウスと比較した。胎児線維芽細胞においてWnt5aの発現量および分泌量はKI/KIの方が野生型よりも多かったが、Dvlのリン酸化レベルは野生型とKI/KIで有意な差はなかった。また胎児線維芽細胞をWntの分泌を阻害するIWP2の処理することにより、Wnt5a依存的なDvlのリン酸化は野生型とKI/KI共に抑制された。以上から、少なくともin vitroの胎児線維芽細胞においてはVenus-Wnt5aは正常に分泌され、受容体に結合し、シグナルを伝える能力を有することが明らかとなった。しかしながら、Venus-Wnt5a KI/KIマウスは致死となることから、in vivoにおいてはVenus-Wnt5aは正常に機能していないことが推測されるがその要因をin vitroの実験で明らかにするのは困難であった。今後の解析に用いるためのVenus-Wnt5aKIのヘテロマウスを交配により得ることができた。成体ではDSS投与後の腸管の大腸潰瘍部線維芽細胞でWnt5aの発現が大きく上昇する。Venus-Wnt5a KIにDSSを投与して、Venus-Wnt5aの発現がこれらの内在性のWnt5aの発現と同様に大腸潰瘍部線維芽細胞で上昇するか否かをまず確認する。発現の誘導を確認した後、Venus-Wnt5a KIにDSSを投与して腸管炎症を引き起こす。腸管炎症を起こしたマウスの腸管を麻酔下で取り出し、セルソーターを用いてVenus-Wnt5a高発現線維芽細胞を単離する。Venus-Wnt5a高発現線維芽細胞とVenus-Wnt5a低発現線維芽細胞の遺伝子発現をRNAシークエンスにより比較することにより、Venus-Wnt5a高発現線維芽細胞で活性化しているシグナル伝達経路や発現の高い転写因子を同定する。同定したシグナル伝達経路の阻害剤や転写因子に対するsiRNAでWnt5a高発現線維芽細胞を処理して、Wnt5aの動態に与える影響についても検討する。また私共は発がん物質アゾキシメタン(AOM)の投与とその後のDSS投与を組み合わせた大腸癌モデルにおいて、大腸腫瘍組織のビメンチン陽性線維芽細胞Wnt5aの発現が亢進していることを見出している。そこでVenus-Wnt5a KIにAOM/DSSを用いて大腸癌を誘導して、生じた大腸腫瘍組織のビメンチン陽性線維芽細胞におけるVenus-Wnt5aのライブイメージングを行い、炎症を背景とした大腸癌におけるWnt5aタンパク質の生体内動態及びその動態制御機構を明らかにする。また、Ror2のタモキシフェン誘導型ノックアウトマウスを用いて腸管炎症や大腸癌を誘導し、Ror2が欠損した状態でVenus-Wnt5aの動態が変化するか否かを観察する。平成29年度はマウスWnt5a遺伝子の57番目のメチオニン残基と58番目のセリン残基をコードするexon3にVenus遺伝子をノックインしたマウス(Venus-Wnt5a KI)をCRISPR/Casシステムを用いて作製した。具体的な方法としては、Wnt5aのexon3に対するガイドRNA (gRNA)、gRNAの標的配列の前後の部分をアームとしたターゲッティングベクターを構築し、Cas9、sgRNAを発現するベクターと共にマウス受精卵にインジェクションした。22匹得られた産仔の中にPCRによりノックインされた個体がいることが確認された。得られたファウンダーマウスを野生型マウスと交配して得られたヘテロ接合体のF1マウスで、内在性のWnt5aが発現していることが報告されている組織(肺、心臓、胃、腎臓)において、Venus-Wnt5aが発現していることをウェスタンブロットにより確認した。また胎生14.5日齢の胎児において内在性のWnt5aが高発現している四肢や顔面の先端においてVenus-Wnt5aが発現していることを免疫染色により確認した。次にヘテロ接合体のF1マウス同士を交配させてホモ接合体のF2マウス(Venus-Wnt5a KI/KI)を得ようとしたが、生後3週間まで生存した産仔50匹の中にホモ接合体はいなかった。Wnt5aノックアウトマウスは胎生致死となることから、Venus-Wnt5aが生体内においてWnt5aとして機能していない可能性が示唆された。そこで、胎生14.5日齢の胎児を取り出して解析したところ、Venus-Wnt5a KI/KIは四肢の形成不全などWnt5aノックアウトマウスと同様の表現型を示すことが明らかとなった。私共はマウスの胎児線維芽

細胞はWnt5aを分泌し、オートクラインに働いてDvlのリン酸化を引き起こすことをこれまでに見出していたので、Venus-Wnt5a KI/KI由来の胎児線維芽細胞におけるWnt5aの発現量と分泌量、Dvlのリン酸化レベルをウエスタンブロットにより野生型マウスと比較した。胎児線維芽細胞においてWnt5aの発現量および分泌量はKI/KIの方が野生型よりも多かったが、Dvlのリン酸化レベルは野生型とKI/KIで有意な差はなかった。また胎児線維芽細胞をWntの分泌を阻害するIWP2の処理することにより、Wnt5a依存的なDvlのリン酸化は野生型とKI/KI共に抑制された。以上から、少なくともin vitroの胎児線維芽細胞においてはVenus-Wnt5aは正常に分泌され、受容体に結合し、シグナルを伝える能力を有することが明らかとなった。しかしながら、Venus-Wnt5a KI/KIマウスは致死となることから、in vivoにおいてはVenus-Wnt5aは正常に機能していないことが推測されるがその要因をin vitroの実験で明らかにするのは困難であった。今後の解析に用いるためのVenus-Wnt5aKIのヘテロマウスを交配により得ることができた。成体ではDSS投与後の腸管の大腸潰瘍部線維芽細胞でWnt5aの発現が大きく上昇する。Venus-Wnt5a KIにDSSを投与して、Venus-Wnt5aの発現がこれらの内在性のWnt5aの発現と同様に大腸潰瘍部線維芽細胞で上昇するか否かをまず確認する。発現の誘導を確認した後、Venus-Wnt5a KIにDSSを投与して腸管炎症を引き起こす。腸管炎症を起こしたマウスの腸管を麻酔下で取り出し、セルソーターを用いてVenus-Wnt5a高発現線維芽細胞を単離する。Venus-Wnt5a高発現線維芽細胞とVenus-Wnt5a低発現線維芽細胞の遺伝子発現をRNAシークエンスにより比較することにより、Venus-Wnt5a高発現線維芽細胞で活性化しているシグナル伝達経路や発現の高い転写因子を同定する。同定したシグナル伝達経路の阻害剤や転写因子に対するsiRNAでWnt5a高発現線維芽細胞を処理して、Wnt5aの動態に与える影響についても検討する。また私共は発がん物質アゾキシメタン(AOM)の投与とその後のDSS投与を組み合わせた大腸癌モデルにおいて、大腸腫瘍組織のビメンチン陽性線維芽細胞Wnt5aの発現が亢進していることを見出している。そこでVenus-Wnt5a KIにAOM/DSSを用いて大腸癌を誘導して、生じた大腸腫瘍組織のビメンチン陽性線維芽細胞におけるVenus-Wnt5aのライブイメージングを行い、炎症を背景とした大腸癌におけるWnt5aタンパク質の生体内動態及びその動態制御機構を明らかにする。また、Ror2のタモキシフェン誘導型ノックアウトマウスを用いて腸管炎症や大腸癌を誘導し、Ror2が欠損した状態でVenus-Wnt5aの動態が変化するか否かを観察する。研究計画が順調に進んでいたため、当該年度に消耗品を新たに買う必要が無くなったため。今年度からVenus-Wnt5a KIマウスの生化学的解析やライブイメージングを行うために大量の消耗品が必要であり、消耗品費として使用する予定である。
市販歯磨剤を用いたブラッシングがチタンの表面性状に与える影響

平成30年度は主に、各種歯磨剤を用いてブラッシングしたチタンがインプラント周囲における細菌感染に対する最前線の防御機構に関与する歯肉上皮細胞に与える影響を検討した。まず、歯肉上皮細胞の接着および増殖に与える影響を検討するために、チタン上に接着し活性が高い細胞をMTSアッセイにより検出した結果、各種歯磨剤でブラッシングしたチタン上での初期接着細胞数は、洗浄処理のみのコントロールおよびMQ水でブラッシングしたチタンの場合と同等またはそれ以上を示し、48時間後では全てのサンプル間で有意差はなかった。また、歯肉上皮細胞は全てのチタン表面上で経時的に増殖する傾向がみられた。次に、歯肉上皮細胞の形態に与える影響について免疫蛍光染色を行って観察した結果、培養6時間後、研磨剤配合の歯磨剤の場合には細胞突起が伸展している形態を示す細胞が多く確認された。48時間培養後においては、細胞形態に大きな違いはなかった。さらに、歯肉上皮細胞における接着因子の発現に与える影響をreal time quantitative RT-PCR法を用いて解析した結果、チタン表面と細胞基底膜の接着に関与するIntegrin-α6およびIntegrin-β4の遺伝子発現量は、一部のフッ化物・研磨剤配合歯磨剤およびフッ化物・研磨剤無配合歯磨剤の場合に有意に促進された。前年度から行なっているチタン表面解析にて、歯磨剤中のフッ化物や研磨剤がチタンの表面性状や耐食性に影響を及ぼす可能性があることを捉えており、このような微細な表面構造の変化が歯肉上皮細胞に分子レベルで影響を与えたことが推察された。今後も詳細に検討していく必要があると考えられる。チタン製のインプラントや補綴装置を装着している患者が使用する歯磨剤については、含有するフッ化物と研磨剤の有効性やリスクについて材料学的および生物学的な面から十分に考慮するべきである。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成29年度は、各種歯磨剤を用いてブラッシングを行い、歯磨剤中のフッ化物・研磨剤の配合の有無と種類の違いがチタンの表面性状にどのような影響を与えるのかを材料学的な観点から検討した。その結果、歯磨剤を用いたブラッシングによりチタン表面は摩耗し、研磨剤配合の歯磨剤を用いた場合にはチタン表面の摩耗がより促進された。研磨剤無配合の歯磨剤を用いた場合は水の場合と摩耗の程度がほぼ同等であった。チタン表面の色差および光沢度についても同様に、研磨剤無配合の歯磨剤を用いた場合は変化はほとんどなく、研磨剤配合の一部の歯磨剤は影響が大きかった。チタン表面性状の変化の指標となりうるこれらの解析結果について、肉眼およびSEM観察でも確認することができ、一部の研磨剤配合歯磨剤では特にチタン表面への物理的侵襲が大きいことが明らかとなった。これらのことに強く関与すると考えられる研磨剤粒子について、共通に重質炭酸カルシウムが配合されており、これらの研磨剤粒子は多角形状をしているものが多く認められた。したがって、研磨剤の種類および粒子の形状によりチタン表面の摩耗に及ぼす影響が異なることが推察された。また、色調に与える影響が大きかったフッ化物・研磨剤配合歯磨剤ではチタン表面に汚染様黒点が多く確認された。ここまでの結果より、フッ化物と研磨剤の両者が配合されている歯磨剤の製品の中には、ブラッシングを行うことにより、チタンの劣化や腐食につながる可能性を持つものがあることが考えられた。また、インプラント用のフッ化物・研磨剤無配合歯磨剤はチタン表面に及ぼす影響が小さいことがわかり、インプラントやチタン製補綴物を装着している患者への歯磨剤選択の基準をより明確にするエビデンスを蓄積することができた。引き続き、生体適合性・安全性を考慮した分子レベルでの検証も行い、将来的には新規歯磨剤の開発へ繋げていく予定である。平成29年度の検討事項である「歯磨剤を用いてブラッシングを行ったチタンの表面性状解析」を行い、歯磨剤中のフッ化物・研磨剤の配合の有無と種類の違いによって粗さや色調、光沢度などチタン表面への影響が異なってくることを明らかにし、今後、本研究を遂行していく上での重要なデータを得ることができた。しかし、平成29年度の研究期間や新規購入した摩耗試験機の実質の使用が当初の予定よりも遅れたこともあり、十分なデータが得られていない項目もあるので、表面性状への歯磨剤の影響に関して今年度も引き続き検証を行なっていく予定である。以上の理由から、平成29年度についてはおおむね順調に研究が進展しているといえる。

48時間培養後においては、細胞形態に大きな違いはなかった。さらに、歯肉上皮細胞における接着因子の発現に与える影響をreal time quantitative RT-PCR法を用いて解析した結果、チタン表面と細胞基底膜の接着に関与するIntegrin-α6およびIntegrin-β4の遺伝子発現量は、一部のフッ化物・研磨剤配合歯磨剤およびフッ化物・研磨剤無配合歯磨剤の場合に有意に促進された。前年度から行なっているチタン表面解析にて、歯磨剤中のフッ化物や研磨剤がチタンの表面性状や耐食性に影響を及ぼす可能性があることを捉えており、このような微細な表面構造の変化が歯肉上皮細胞に分子レベルで影響を与えたことが推察された。今後も詳細に検討していく必要があると考えられる。チタン製のインプラントや補綴装置を装着している患者が使用する歯磨剤については、含有するフッ化物と研磨剤の有効性やリスクについて材料学的および生物学的な面から十分に考慮するべきである。これまでに得られたチタン表面性状に関する知見を基盤として、分子レベルでの生体適合性評価を行う。チタンインプラントの表面性状はタンパク質の吸着や細菌・細胞の接着等に関与することが知られており、申請者がこれまでに行ってきた研究を含め、口腔インプラント治療におけるオッセオインテグレーションの早期獲得やインプラント周囲炎の予防を目指したインプラント体の開発において、微細な表面構造の変化とその生体適合性を検証するために培養細胞を用いた研究が多くなされてきた。本研究分野においても、これらの手法を参考に歯肉上皮細胞をターゲットにして、各種歯磨剤を用いたブラッシング後のチタン表面上での接着や増殖の程度、細胞形態、および接着因子の発現様式について解析を行う。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
細胞内プロテアーゼ活性のin vivo,real time測定法

細胞を生かしたまま、内在性プロテアーゼ活性を定量する。もしもこれが可能になれば、real timeで酵素活性変化が追跡できるし、細胞を破壊するために生じるア-ティファクトの心配もない。この要求が本研究の出発点となった。しかしながら、市販のプロテアーゼ基質は、細胞膜に対して透過性が高く、本研究の目的には添わなかった。そこで我々は、蛍光物質、7-aminocoumarin-4-methanesulfonic acid(ACMS)を開発した。ACMSは細胞膜不透過性であり、7位のアミノ基にペプチドを結合することによって、プロテアーゼ基質が合成できる。Suc-Phe-Leu-Arg-ACMSを合成して、ヒトデ卵母細胞にマイクロインジェクションしたところ、卵の蛍光量が増加した。この蛍光量の増加は、プロテアーゼ阻害剤(特にプロテアソーム阻害剤)によって特異的に阻害されたことから、卵内のプロテアソーム活性に対応すると考えられた。そこで光電子倍増管を蛍光顕微鏡に接続し、生きた卵母細胞1個における蛍光強度の増加率、すなわち基質分解の初速度を定量した。すると大変興味深いことに、ホルモンによる減数分裂再開と同時に、蛍光基質の分解初速度が上昇し始めた。さらにこの上昇は、第一減数分裂の後期または終期まで続くことが明らかになった。したがってこの結果から、卵成熟過程において、プロテアソームの酵素的な性質が変化していることが予測される。そこでさらに速度論的な解析を行うために、生きた細胞内に於けるVmaxおよびKmの測定を試みた。ホルモンで処理する前の未成熟卵と処理後約80分の成熟卵に、各種濃度の基質をマイクロインジェクションし、それぞれの初速度を求めプロットしたところ、成熟卵と未成熟卵のVmaxは、2.3と0.84(μM/min)であることが算出された。一方Kmについては、60と30(μM)のであることが明らかになった。これらの結果は、確かにヒトデ卵成熟過程において、プロテアソームの酸素的性質が変化していることを示している。ホルモン処理後約80分には、M期促進因子(MPF)の構成要素であるサイクリンBが、プロテアソームによって分解される。この酵素活性の変化は、M期終了時のサイクリンB分解に関与する可能性も考えられる。また、受精時においても、プロテアソーム活性が一時的に上昇することを見いだした。
過酷環境における複合材料の繊維・母材界面の疲労微視破壊に関する基礎的研究

1.球圧子押込み法による,複合材料の繊維・母材界面の疲労試験システム拡張し,温水中での界面疲労強度測定を可能とした.本手法は,繊維直交面に球圧子による繰返し押込み荷重を与えることで,試料表面に界面疲労微小き裂を発生させるものである.常温,50°,および80°水中で試験を実施し,界面疲労強度の温度依存性を検討した.2.界面疲労試験で発生する微小き裂の伝ぱ挙動を,積層板の破壊をもたらす長いき裂の挙動と比較するために,繊維強化複合材料を繊維と樹脂の非均質材料と見るメゾメカニックス解析を行い,両者の応力状態を比較した.長いき裂の場合,メゾメカニックス解析によるエネルギ解放率は従来の均質異方性弾性解析による値と一致する.しかしながら,微小き裂の場合は両解析モデルによるエネルギー解放率が一致ぜず,この点で長いき裂とは大きな違いがあることが明らかとなった。3.炭素繊維/エポキシ積層板の層間はく離疲労破面のフラクトグラフィ的検討を行った.疲労破壊は繊維/樹脂界面の微視破壊とマトリックス樹脂の微小割れが集積したものであるが,初めに繊維/樹脂界面がはく離し,そのはく離部分を起点にマトリックスの微小割れが成長していく.したがって,積層板全体の疲労破壊において,界面の微視破壊が大きな役割を果していることが明らかとなった.1.球圧子押込み法による,複合材料の繊維・母材界面の疲労試験システム拡張し,温水中での界面疲労強度測定を可能とした.本手法は,繊維直交面に球圧子による繰返し押込み荷重を与えることで,試料表面に界面疲労微小き裂を発生させるものである.常温,50°,および80°水中で試験を実施し,界面疲労強度の温度依存性を検討した.2.界面疲労試験で発生する微小き裂の伝ぱ挙動を,積層板の破壊をもたらす長いき裂の挙動と比較するために,繊維強化複合材料を繊維と樹脂の非均質材料と見るメゾメカニックス解析を行い,両者の応力状態を比較した.長いき裂の場合,メゾメカニックス解析によるエネルギ解放率は従来の均質異方性弾性解析による値と一致する.しかしながら,微小き裂の場合は両解析モデルによるエネルギー解放率が一致ぜず,この点で長いき裂とは大きな違いがあることが明らかとなった。3.炭素繊維/エポキシ積層板の層間はく離疲労破面のフラクトグラフィ的検討を行った.疲労破壊は繊維/樹脂界面の微視破壊とマトリックス樹脂の微小割れが集積したものであるが,初めに繊維/樹脂界面がはく離し,そのはく離部分を起点にマトリックスの微小割れが成長していく.したがって,積層板全体の疲労破壊において,界面の微視破壊が大きな役割を果していることが明らかとなった.
腎薬剤排出系の生理学的・薬物動態学的意義の解明

腎臓の近位尿細管に局在する薬物の運び屋タンパク質(トランスポータ)の役割について明らかにすることを目的として、トランスポータを発現していないマウスを用いた解析を行った。その結果、腎臓のトランスポータによって運ばれることがわかっている薬物であっても、その尿中排泄における寄与は異なっていることが明らかになった。またトランスポータ機能低下によって薬物の血中濃度や組織中濃度が変動し、薬物の副作用を引き起こすことを明らかにした。種々薬物トランスポータの構造・機能解析が進められ、個々の薬物動態学的意義が明らかにされつつあるが、薬物トランスポータ基質の体内動態特性が個体レベルで異なる例も多く見受けられる。また、薬物トランスポータの内因性基質が見いだされ、生理学的にも重要な役割を果たしている例も報告されている。本研究では、腎薬剤排出系の薬物動態学的、生理学的意義を解明し、新薬開発における基礎的情報の提供や生体の恒常性維持機構を明確にすることを目的として検討を進めた。Mate1ノックアウトマウスを用いて、種々カチオン性化合物の体内動態解析を実施した。特に糖尿病治療薬メトホルミンに関して、その臓器蓄積と副作用発現にMATE1が重要な役割を果たしていることを明らかにした。一方、アシドーシスモデルラットを用いた薬物動態解析により、カチオン性薬物の尿細管分泌への影響は小さいものの、有機アニオントランスポータの発現低下により薬物排泄能の低下することを明らかにした。また、新生児の発達過程におけるトランスポータの発現および機能変化についても明確にした。さらに、MATE1またはMATE2-Kを安定発現させたHEK293細胞を用いた解析から、これらトランスポータによる基質認識に関わる化合物側の物理化学的特性について明確にすることができた。本研究の遂行によって、ノックアウトマウスで得られた動態特性の情報と化合物側の情報を集積し,MATEを介した輸送のモデル構築を行うことで、今後の新薬開発段階における動態予測などに有用な情報を与えることが可能となるものと考える。Mate1ノックアウトマウスを用いて、抗アレルギー薬フェキソフェナジンの体内動態解析を実施したところ、MATEの輸送基質であるにも関わらず、フェキソフェナジンの血中濃度推移や尿中排泄には野生型マウスとノックアウトマウスで差が認められず、フェキソフェナジンの尿細管分泌にはMATEがほとんど寄与していないことを明らかにした。また、ヒト腎臓におけるMATEの局在を免疫組織化学的手法により検討し、MATEと血管側のOCT2, OAT1, OAT3が同じ近位尿細管セグメントに発現していることを明確にし、血管側のOCT2, OAT1, OAT3と管腔側のMATEが協働して薬物の尿細管分泌を担っていることを示した。さらに、東京大学杉山名誉教授、楠原教授等との共同研究により、メタボローム解析の結果から、チアミンがMATEの内因性基質であることを明らかにし、MATE機能のマーカーとして有用であることを示した。Mate1ノックアウトマウスを用いて、種々カチオン性化合物の体内動態解析を実施したところ、MATEによって輸送されることが明確な薬物であっても、その体内動態への寄与が異なり、尿中排泄にもほとんど寄与していない場合もあることが判明した。また、薬物によりMATEを介した組織移行にも差異が認められることが明らかとなった。一方、新生児の発達過程での腎臓におけるトランスポータの発現変動とそれに伴う薬物分泌能の変化についても明確にした。また、BCRPの機能欠損により、分子標的抗がん薬スニチニブの体内動態が大きく変動し、その副作用発現に影響することを見いだした。本研究の遂行によって、ノックアウトマウス等で得られた個体レベルでの動態特性の情報と化合物側の情報を集積し,モデル構築を行うことで、今後の新薬開発段階における動態予測などに有用な情報を与えることが可能となるものと考える。平成23年度の目標としたMATEの薬物動態学的意義の解明に関して、メトホルミンを中心に種々化合物を用いた解析を進めて新知見を得ることができた。

25年度が最終年度であるため、記入しない。MATEの薬物動態学的意義の解明に関しては、Mate1ノックアウトマウスを用いた多様な化合物の動態解析が順調に進行しており、おおむね問題はない。Mate1ノックアウトマウス等を用いた個体レベルでの解析と、MATE安定発現細胞やMATE/OCT2共発現MDCK細胞を用いたin vitroでの解析結果を集積し、動態特性の情報と化合物側の情報を集積し,MATEを介した輸送のモデル構築を行うことで、MATE基質の動態予測法の開発などを進める。Mate1ノックアウトマウス等を用いた個体レベルでの解析と、in vitroでの解析結果を集積し、MATEを介した輸送のモデル構築を行うことで、MATE基質の動態予測法の開発などを進めるとともに、内因性物質の動態解析によるMATEの生理学的意義の解明に注力する。
シグナルソームによる神経軸索の伸長機構

これまで、私どもは神経伝達物質の放出にSNARE系の活性制御タンパク質であるトモシンが抑制的に働くことを明らかにしている。N末端側のWD40リピート領域によるSNARE複合体の形成と多量体化の促進とC末端側のVAMP様領域によるSNARE複合体形成の抑制の二つの作用により、トモシンが強力に神経伝達物質の放出を抑制する。本年度は、トモシンのN末端側のWD40リピート領域によるSNARE複合体の形成と多量体化の促進とC末端側のVAMP様領域によるSNARE複合体形成の抑制という二つの相反する作用がどのように分子内調節されるか検討した。トモシンのN末側WD40リピート配列からなる2つのβ-プロペラは、酵素のように働いてシンタキシン-1とSNAP-25のVAMP2との結合を促進し、SNARE複合体を形成する。さらにSNARE複合体の多量体化を促進する。トモシンのC末端VAMP様領域はシンタキシン-1、SNAP-25と結合し、SNARE複合体に似た構造の複合体(トモシン複合体)を形成する。トモシンは、トモシン複合体を形成することによりSNARE複合体の形成を阻害する。私どもは、トモシンがTail領域とN末端WD40リピート領域、C末端VAMP様領域間の分子内結合状態を切り替えることで、SNARE複合体の形成を調節していることを明らかにした。このことから、トモシンは分子内結合状態を切り替えることでダイナミックに構造を変化させ、神経伝達物質の放出を調節していることが明らかになった。このように本年度は、トモシンの作用機構について当初の計画以上の成果をあげることができた。トモシンはt-SNAREであるシンタキシン-1とSNAP-25とトモシン複合体を形成し、小胞融合に必須なSNARE複合体の形成を抑制することにより、神経伝達物質の放出を制御している。トモシンによる小胞融合抑制は、神経細胞の軸索形成にも重要な役割をしている。伸長中の軸索において、トモシンは成長円錐の後方部におけるSNARE依存的な小胞融合を抑制し、先導端での小胞融合を促進することで軸索の伸長を促進する。本年度は、トモシンの生体での機能を明らかにするために、トモシンノックアウトマウスを作成した。トモシンノックアウトマウスでは、海馬苔状繊維終末における神経伝達物質の放出が亢進しており、短期記憶に異常が認められた。しかし、トモシンノックアウトマウスでは、SNARE複合体量が野生型マウスよりも減少するという全く予想と逆の結果を得た。小胞融合にはSNARE複合体の多量体化の関与が示唆されていたことから、トモシンのSNARE複合体の多量体化における効果を生化学的に検討した。その結果、トモシンのN末端側のWD40リピートドメインがt-SNAREと結合し、トモシンはSNARE複合体の形成と多量体化を促進していることが明らかとなった。また、培養ラット上頸交感神経細胞において、WD40リピートドメインがアセチルコリン放出を抑制した。以上の結果から、N末端側のWD40リピートドメインによるSNARE複合体の多量体化の促進とC末端側のv-SNARE相同領域によるSNARE複合体形成の抑制の二つの作用により、トモシンが強力に神経伝達物質の放出を抑制することが明らかになった。
ポリメチルメタクリレート添加による水酸化カルシウムセメントの物性の改善

現在覆髄剤として使用されている水酸化カルシウムセメントは、口腔液中における耐久性と機械的性質が劣るため、仮封剤としての併用は不可能である。近年、メーカー側で種々の改良が進められているが、多量のカルシウムイオンと水酸イオンを放出することを前提としているためか、いぜんとして、機械的性質は十分でなく、水中で容易に崩壊し、口腔液に直接接触するような状況下での使用は禁忌とされている。これは、いったん辺縁漏洩が生じた場合、覆髄剤あるいはベース剤としても口腔液に対する耐久性が要求される実際の臨床では、無視できない問題である。一方、水酸化カルシウムセメントが普及する前に歯髄保護の目的で長く使用されてきた酸化亜鉛ユ-ジノールセメントでは、ポリメチルメタクリレート(PMMA)の添加により、機械的性質が大きく向上し、口腔液中での崩壊性が低く抑えられている。そこで本研究では、PMMA添加水酸化カルシウムセメントを各種調整し、機械的性質の改善の可能性を検討した結果、水酸化カルシウムセメントはPMMAを添加することにより、PMMA強化型ユ-ジノールセメントと同様のメカニズムで機械的性質が向上することが明らかになった。PMMAを添加することにより、圧縮強さは市販の改良型水酸化カルシウムセメントとほぼ同程度にまで増加し、ダイアメトラル引張強さは同じく市販の改良型水酸化カルシウムセメントの約二倍に増加した。さらに、市販セメントは一ヶ月間水中に浸せきすることにより、圧縮強度が約二分の一に低下したが、PMMAを添加したセメントでは、適当なサリチル酸エステルを選ぶことにより、初期の圧縮強度を一ヶ月間は保持することができた。
ピロールを基盤とした新規機能性色素の開発

本研究ではピロールと典型元素を組み合わせた新たなパイ共役分子の開発を行った。ます、合成を達成するために必要な鍵中間体としてビピロールの合成に成功した。その後、種々の典型元素を導入することを検討したところ、窒素原子を導入することはできなかったものの、硫黄、リン、ケイ素といった典型元素を導入することに成功した。得られた一連の化合物の構造を明らかにするとともに、その電子状態についても詳細に検討した。その結果、非常に珍しいラジアレン型構造をもつことを明らかにした。有機太陽電池をはじめとする様々な有機デバイスを目指した研究には、オリゴチオフェンが広く用いられている。一方、オリゴピロール類も優れた導電性や酸化還元特性を示すほか、興味深い光物性をもつことなどから、その応用が期待されている化合物である。また近年、パイ共役化合物に典型元素を組み込むことで新たな物性の発現を目指した研究が盛んに行われている。今回、ピロールを基本骨格にもち、典型元素を有するビスピロロヘテロールの開発検討を行った。まず、ハロゲン化されたピロールの変換反応の検討を行うことで、ビスピロロヘテロールの前駆体であるジブロモビピロールの合成に成功した。得られたジブロモビピロールに対しBuchwald-Hartwigアミノ化反応を行うことにより、極めて電子豊富なパイ共役分子であるビスピロロピロールが生成することを見出した。また、硫黄原子を導入した、ビスピロロチオフェンの合成・単離にも成功した。同一の前駆体からそれぞれ窒素原子・硫黄原子を導入したビスピロロヘテロールが生成することを見出したことから、今回設計したジブロモビピロールは、様々なビスピロロヘテロール合成の良い前駆体であるものと考えられる。このことから、他の典型元素を導入した、さらなるビスピロロヘテロールの合成も十分期待ができる。しかしながら、ビスピロロピロールは電子豊富なため空気中で不安定であったことから、その安定化の検討を行っている。一方で、ビスピロロチオフェンは単離に成功したことから、官能基化・修飾法の検討を行っている。これらの手法を確立することにより、新奇なポルフィリノイドの開発や、機能性材料としての物性を明らかにするとともに、有機デバイスへの検討を予定している。今回、ピロールを基本骨格にもち、典型元素を有するビスピロロへテロールの開発検討を行った。前年度までに、ハロゲン化されたピロールの変換反応の検討を行うことで、ビスピロロヘテロールの前駆体であるジブロモビピロールの合成に成功していた。そこで今年度では、様々な典型元素を導入したビスピロロへテロールの合成および単離、そしてその物性解明を主に行った。その結果、硫黄・リン・ケイ素といった典型元素を導入した一連の化合物を合成・単離することに成功した。一連の化合物について、その結晶構造解析にも成功し、それぞれの構造を明確に決定することができた。特に、結合長について詳細に解析したところ、本研究で得られたビスピロロヘテロールは、極めて珍しいヘテロ[5]ラジアレン構造を有することを見出した。この構造は理論計算によっても支持されており、構造が明確なヘテロ[5]ラジアレン化合物として興味深いものといえる。またこれらの化合物をパイ共役化合物のビルディングブロックとして用いるため、さまざまな修飾の検討を行った。しかし残念ながら、効率的な修飾法を確立するまでには至らなかった。26年度が最終年度であるため、記入しない。有機化学26年度が最終年度であるため、記入しない。ビスピロロヘテロールは興味深い構造をもち、古くからその構造が報告されている化合物であるが、その例は限られている。その大きな理由として、合成法が確立されていないことがある。加えて、過去の報告例から適切な置換基導入により安定化させることが必要であると予想されている。このように、ビスピロロヘテロールの開発はさほど容易ではない。そこで研究代表者は、前駆体としてジブロモビピロールを設計し、これにより一連のビスピロロヘテロールを得るという、直線的な合成戦略を立てた。実際に前駆体の合成・単離に成功し、この前駆体を用いることで、Buchwald-Hartwigアミノ化反応による窒素原子の導入・ハロゲン-リチウム交換に続く硫黄原子の導入に成功し、ビスピロロピロール・ビスピロロチオフェンが生成することを見出した。当初の戦略どおり、同一の前駆体から異なるビスピロロヘテロールが得られたことから、他の典型元素置換基についても導入できるものと十分期待できる。

ビスピロロピロールはその電子豊富な性質のために不安定であり、その単離の実現にはまだ至っていないが、ビスピロロチオフェンについては単離することにも成功している。ビスピロロピロール合成の足がかりを着実に築きつつあり、またその修飾法の検討も行うことができていることから、本研究はおおむね順調に進展しているといえる。ジブロモビピロールを前駆体として用いることで、ビスピロロピロール・ビスピロロチオフェンが生成することを見出しており、今後はリンやホウ素など、その他の典型元素を導入したビスピロロホスホール・ビスピロロボロールなどの合成に挑戦する。また、生成することがわかっているビスピロロピロールを安定化し単離することにも挑む。加えて、単離にも成功したビスピロロチオフェンを用い、その官能基化・修飾法の確立に向けた検討を行う。修飾法を確立したのち、その手法を用いて新奇なポルフィリノイドの開発や、有機デバイスへの適用を目指し機能性材料としての物性の解明を行う予定である。
固液界面における高分子電解質の吸着構造と微粒子の分散・凝集挙動の解明

種々の材料の生成プロセスに関与している微粒子分散系では,微粒子の分散剤・凝集剤として高分子電解質が添加されるが,微粒子の分散・凝集効果に対する高分子電解質の作用機構には未だ不明な点が多い.プロセスの高精度化・高効率化のためには,その作用機構を分子レベルから理解することが必要であり,その手段として分子シミュレーションが有効であると考えられるが,計算機の能力による制約から,従来の手法では実現が困難であった.そこで本研究では,溶媒を陰に扱い,溶媒の情報を近似的に含む溶質間相互作用を用いることにより,計算量の大幅な削減と定量性の確保を両立した新規なシミュレーション手法を確立し,微粒子表面における高分子電解質の分子挙動(ミクロな情報)と液相中での微粒子挙動の支配因子である微粒子表面間力(マクロな情報)の関係を解明することを目指した.本年度は,前年度に開発した水溶液中における高分子電解質単分子のシミュレーションプログラムを多分子系に拡張し,高分子電解質に含まれるイオン基の割合や,添加塩の影響を適切に表現できることを確認した.さらに,このような高分子電解質水溶液中に微粒子を含んだシミュレーション手法の開発に取り組んだ.カチオン基を有する高分子電解質水溶液中に,負に帯電した微粒子を導入したシミュレーションプログラムの開発を行い,カチオン基の割合と微粒子表面における吸着状態について検討を行った.その結果,カチオン基の割合が小さくなると,高分子電解質の凝集が起こり,微粒子表面への高分子の吸着が起こらないことがわかった.このように本研究では,従来は困難であった微粒子まで含んだ高分子電解質水溶液のシミュレーションを可能とする手法の開発に成功しており,この手法用いることで微粒子表面間力に及ぼす高分子電解質の影響について分子レベルで検討できると考えられる.液相中に微粒子を分散させた微粒子分散系は種々の材料の生成プロセスに関与している.これらのプロセスでは,微粒子の分散剤・凝集剤として高分子電解質が添加されるが,微粒子の分散・凝集効果に対する高分子電解質の作用機構には未だ不明な点が多く,ほとんど経験に頼って使用されているのが現状である.プロセスの高精度化・高効率化のためには,その作用機構を分子レベルから理解することが必要であり,その手段として分子シミュレーションが有効であると考えられるが,計算機の能力による制約から,従来の手法では実現が困難であった.そこで本研究では,溶媒を陰に扱い,溶媒の情報を近似的に含む溶質間相互作用を用いることにより,計算量の大幅な削減と定量性の確保を両立した新規なシミュレーション手法を確立し,微粒子表面における高分子電解質の分子挙動(ミクロな情報)と液相中での微粒子挙動の支配因子である微粒子表面間力(マクロな情報)の関係を解明することを目的としている.微粒子を含むシミュレーションを行う前に,水溶液中の高分子電解質自体を適切にシミュレートできる必要があるため,本年度は高分子電解質水溶液のシミュレーションに取り組んだ.高分子電解質の疎水基をメタンで,イオン基をテトラメチルアンモニウムイオンで表現し,それらの相互作用に,水分子の影響を含む相互作用である平均力ポテンシャルを適用した.このようなモデルにより水溶液中の高分子電解質をシミュレートした結果,(1)高分子電解質中に含まれるイオン基の割合がある程度以上になると,高分子は水中で線状に広がって存在すること,(2)電解質を添加することで,水中では広がって存在していた高分子が糸まり状になることが分かった.また,実際に高分子電解質を合成し,光散乱測定を試みたが,測定結果に大きなばらつきが見られた.これは,合成した高分子の分子量分布が広すぎたためだと考えられる.種々の材料の生成プロセスに関与している微粒子分散系では,微粒子の分散剤・凝集剤として高分子電解質が添加されるが,微粒子の分散・凝集効果に対する高分子電解質の作用機構には未だ不明な点が多い.プロセスの高精度化・高効率化のためには,その作用機構を分子レベルから理解することが必要であり,その手段として分子シミュレーションが有効であると考えられるが,計算機の能力による制約から,従来の手法では実現が困難であった.そこで本研究では,溶媒を陰に扱い,溶媒の情報を近似的に含む溶質間相互作用を用いることにより,計算量の大幅な削減と定量性の確保を両立した新規なシミュレーション手法を確立し,微粒子表面における高分子電解質の分子挙動(ミクロな情報)と液相中での微粒子挙動の支配因子である微粒子表面間力(マクロな情報)の関係を解明することを目指した.本年度は,前年度に開発した水溶液中における高分子電解質単分子のシミュレーションプログラムを多分子系に拡張し,高分子電解質に含まれるイオン基の割合や,添加塩の影響を適切に表現できることを確認した.さらに,このような高分子電解質水溶液中に微粒子を含んだシミュレーション手法の開発に取り組んだ.カチオン基を有する高分子電解質水溶液中に,負に帯電した微粒子を導入したシミュレーションプログラムの開発を行い,カチオン基の割合と微粒子表面における吸着状態について検討を行った.その結果,カチオン基の割合が小さくなると,高分子電解質の凝集が起こり,微粒子表面への高分子の吸着が起こらないことがわかった.このように本研究では,従来は困難であった微粒子まで含んだ高分子電解質水溶液のシミュレーションを可能とする手法の開発に成功しており,この手法用いることで微粒子表面間力に及ぼす高分子電解質の影響について分子レベルで検討できると考えられる.