hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
公的支出による固定費用の一部負担を考慮したグローバルAGEモデルの開発と利用

本研究の目的は、公的支出によるインフラ整備や制度変更が企業活動における固定費用負担を軽減させるような仕組みを明示的に取り扱った、応用一般均衡(AGE)モデルを開発することであった。世界貿易を考慮した数多くのAGEモデルで採用される一方で問題点が多いと考えられるArmington仮定に代わるものとして、近年の理論分野における研究成果であるMelitz型の生産・販売システムを考慮し、実際の政策分析に耐えるツールの開発を目指してきた。事業発足以降、研究代表者の小山田が先行して小規模なプロトタイプを開発もしくは拡張し、シミュレーション実験を実施してモデルの基本的性質を確認したうえで研究協力者である板倉の手を借りながら大規模な汎用モデルとして実用化を図るというパターンで作業を進める一方、研究分担者の内田が中心となりモデルの有効性を検証するための実証分析を実施すべく努力を続けてきた。しかしながら三つの深刻な問題に直面し、事業期間延長を経てもなお未解決のまま現在に至る。三つの問題とは、(1)政策立案現場での使用に耐えるための条件として分析対象となる産業部門を自由に選択できるような柔軟性を分析モデルが備えていることが求められるにもかかわらず、Melitz型の生産・販売システムを考慮した産業部門が複数ある場合に数値計算が収束せず均衡解が得られないケースが頻発すること、(2)固定費用が企業の進出先で発生するように設定した場合に、与えられたデータからパラメータ値を決定することが難しいこと、および(3)実証推計の面で期待していたような結果が得られず、モデル自体の修正を含めて試行錯誤してみたものの改善がみられなかったことである。特に(1)は深刻であり、事業期間の大半を原因の特定化などの作業に費やしたが、現時点では一定の方向性すら見いだせていない。事業終了後も引き続き、問題解決のための努力を続けたい。平成27年度は、研究代表者である小山田の手によってこれまで開発が続けられてきたグローバル応用一般均衡モデル(Melitz型の企業の異質性を考慮したもの)のアップデート作業を、連携研究者である名古屋市立大学の板倉健教授と共同で実施した。具体的には、計算ソフトウェアGAMS用プログラムの改良と拡張、および計算ソフトウェアGEMPACK用プログラムへの移植作業を進めた。GAMSを利用したプログラミングでは、比較的容易にモデルを記述して計算を実行することが可能である一方、大規模で複雑な連立方程式を解く際には様々な工夫が必要となることが多い。そのため、プログラミングの面では多くの作業が必要となるものの、複数の産業部門において規模の経済が働くような、いわゆる「解きにくいモデル」を取り扱う際に強みを発揮すると考えられるGEMPACKを併用することとした。試行錯誤の繰り返しとなることが多いモデルの実装可能性の確認をGAMSで行い、有効であったものをGEMPACK用に移植していくことで、両作業の効率化を図っている。研究分担者である内田が当初予定していた作業を育児休業のため延期せざるを得なかったため、代わりに研究代表者の小山田と連携研究者である板倉が平成28年度以降に予定していた作業の一部を前倒しして実施した。ただし、全体的な遅れは否定できない状況にある。平成28年度は、研究代表者である小山田の手によってこれまで開発が続けられてきたグローバル応用一般均衡モデル(Melitz型の企業の異質性を考慮したもの)のアップデート作業を、昨年度に引き続き連携研究者である名古屋市立大学(現在は米国Purdue大学に長期滞在中)の板倉教授と共同で実施するとともに、そのモデルの概要や基本的性質などについて記した研究報告書を執筆した。具体的には、計算ソフトウェアGAMS用プログラムの改良と拡張、計算ソフトウェアGEMPACK用プログラムへの移植作業、それらを利用したシミュレーション分析の実施、その結果の国際会議などでの報告、および報告書への取りまとめである。そのため、プログラミングの面では多くの作業が必要となるものの、複数の産業部門において規模の経済が働くような、いわゆる「解きにくいモデル」を取り扱う際に強みを発揮すると考えられるGEMPACKを併用している。報告書は現在、査読付専門誌に投稿中である。また、研究分担者の内田研究員が担当する実証分析に向けたデータ整備を進めている。今後、すぐにでも最初の推計テストを行い、その結果に基づいてデータの変更や拡張、モデルの修正を加えていく作業に入る予定である。研究分担者である内田研究員が育児休業のために平成27年度に当初予定していた作業を延期せざるを得なかった影響が、まだ残っている。ただし、遅れを取り戻すべく急ピッチで作業を進めているため、十分に挽回可能である。平成29年度は、研究代表者である小山田の手によってこれまで開発が続けられてきたグローバル応用一般均衡モデル(Melitz型の企業の異質性を考慮したもの)のアップデート作業を、平成28年度に引き続き連携研究者である名古屋市立大学(年度前半は米国Purdue大学に長期滞在)の板倉教授と共同で実施するとともに、そのモデルの概要や基本的性質などについて内外の学会で発表して各国の専門家との意見交換を行った。平成28年度に取りまとめ、査読付き専門誌に投稿していた報告書は複数回の査読を経て未だ加筆修正と審査の過程にある。その一方で、研究分担者の内田研究員が中心となって進めてきた実証分析では、推計作業の面で期待していたような結果が得られず、試行錯誤のために当初の想定をはるかに超えた時間を投入することになってしまっている。

試行錯誤の過程にはデータの吟味・変更に加えて実証分析の基礎となるモデル自体の修正も含まれるため、フットワークの軽さから採用した計算ソフトウェアGAMS用のプログラム、より大規模で複雑なモデルに拡張する際に強みを発揮するGEMPACK用のプログラムの両者に対する修正が必要となっており、修正を加えた結果としてシミュレーション計算がうまくできなくなるなどの二次的な問題への対処も必要としてきた。ただし、思い当たる対応策が未だいくつか残っており、それらを試し尽くすために事業期間の延長を申請し、承認された。実証分析関連の作業において期待していたような結果が得られず、試行錯誤のために当初の想定をはるかに超えた時間を投入することになってしまった。思い当たる対応策が未だいくつか残っているので、試行錯誤を続けたい。本研究の目的は、公的支出によるインフラ整備や制度変更が企業活動における固定費用負担を軽減させるような仕組みを明示的に取り扱った、応用一般均衡(AGE)モデルを開発することであった。世界貿易を考慮した数多くのAGEモデルで採用される一方で問題点が多いと考えられるArmington仮定に代わるものとして、近年の理論分野における研究成果であるMelitz型の生産・販売システムを考慮し、実際の政策分析に耐えるツールの開発を目指してきた。事業発足以降、研究代表者の小山田が先行して小規模なプロトタイプを開発もしくは拡張し、シミュレーション実験を実施してモデルの基本的性質を確認したうえで研究協力者である板倉の手を借りながら大規模な汎用モデルとして実用化を図るというパターンで作業を進める一方、研究分担者の内田が中心となりモデルの有効性を検証するための実証分析を実施すべく努力を続けてきた。しかしながら三つの深刻な問題に直面し、事業期間延長を経てもなお未解決のまま現在に至る。三つの問題とは、(1)政策立案現場での使用に耐えるための条件として分析対象となる産業部門を自由に選択できるような柔軟性を分析モデルが備えていることが求められるにもかかわらず、Melitz型の生産・販売システムを考慮した産業部門が複数ある場合に数値計算が収束せず均衡解が得られないケースが頻発すること、(2)固定費用が企業の進出先で発生するように設定した場合に、与えられたデータからパラメータ値を決定することが難しいこと、および(3)実証推計の面で期待していたような結果が得られず、モデル自体の修正を含めて試行錯誤してみたものの改善がみられなかったことである。特に(1)は深刻であり、事業期間の大半を原因の特定化などの作業に費やしたが、現時点では一定の方向性すら見いだせていない。事業終了後も引き続き、問題解決のための努力を続けたい。育児休業中であった研究分担者の内田が平成28年度以降は研究に復帰するため、研究代表者および連携研究者が積極的に補助しながら平成27年度に実施できなかった作業を重点的に進めることから始めたい。育児休業中の内田とは電話やEメール、FaceTime(テレビ電話)などを活用して研究の進捗状況などについて連絡を取り合い、スムーズに復帰できるよう準備してきたので、深刻な障害はないと考えている。
金属イオンを含有した亜臨界水による土壌粘土鉱物からのCs脱離に関する研究

本研究の目的は、粘土鉱物からのCsのイオン交換脱離について層間構造とCs-Mgイオン交換現象の関係を明らかにし、分子動力学(MD)計算によりイオン交換機構を原子・分子スケールで解析することである。Csを高選択吸着する粘土鉱物は主にバーミキュライトであるが、その層間距離がXRDにより実験的に調べられ、Cs飽和吸着時に10.7 A、Mgで交換されることで14.5 Aまで広げられた。この実験結果をMD計算で解析した。MD計算の妥当性を調べるために力場パラメータおよびアンサンブル等の計算条件を検討し、clayff力場パラメータを用いたNPTアンサンブルが有効であることを見出した。次に、バーミキュライト層間にCs, K, Mg, H2Oを入れ込んだモデルでMD計算を行った結果、Csイオンのみが層間に取り込まれた場合、層間長は約11A程度に収縮し、Mgイオン及びH2OとCs, Kがともに層間に取り込まれた場合は、層間長が約14.5 A程度に広がることが分かった。これらの結果は、XRDによる実験結果とよく一致した。これらのMD計算結果より、Csイオンが単独でバーミキュライトの層間に取り込まれた場合、その層間長が25 %程度収縮することにより高選択的に吸着し固定化されると言える。これらの挙動は、300 K(室温)のみならず523 Kでも観測されることから、Csイオンを層間に高選択吸着・固定化した場合、温度効果だけでは、元の層間長まで拡張することはなく、Csイオンを取り除くことが難しい。したがって、水を含む他金属イオンによる交換が必要であることと考えられる。水およびMgイオンを含む場合は、バーミキュライトの層間が14.5 A程度まで膨潤し、広がった層間からCsが水相中を拡散することによりイオン交換の可能性があることが分かった。これらのMD計算の結果は実験結果をよく表していた。平成30年度の提案書で挙げている5つの課題(1福島の土壌を構成する粘土鉱物類を準備し、回分式の亜臨界水接触装置を用いて、亜臨界水条件におけるイオン交換平衡、交換速度を測定する。2XRD用の高温高圧セルを用いて、亜臨界水条件のイオン交換平衡における粘土鉱物の層間距離を測定し、層間距離から金属イオンの存在状態を解析する。3亜臨海水条件下で起こる粘土鉱物内の原子・分子の交換挙動をナノスケールで解析するための分子動力学(MD)計算条件および構造モデルを最適化する。4実際の系を模擬する統計集団および粘土鉱物に適した原子間ポテンシャルおよび構造モデルの検討と決定する。網羅的なパターン計算を行うことで、MDシミュレーションモデルの最適化を図る。5X線回折実験およびMDシミュレーションによる構造情報の比較・解析によるMDシミュレーション条件の妥当性検討する。)についてほぼ研究を終えている。計画通りに順調に研究を進めていると判断できる。令和元年度は申請書に従い、以下の5つの研究項目を進める。1実汚染土壌を篩分けした細粒分(<75μm)を準備し、回分式亜臨界接触装置及び小型カラム試験装置を用いてイオン交換平衡・速度、Cs連続脱離を測定する。2XRD用の高温高圧セルを用いて、亜臨界水条件のイオン交換平衡における汚染土壌の分級細粒物の層間距離を測定し、層間距離から金属イオンの存在状態を解析する。3土壌細粒物のイオン交換挙動(平衡、速度)を支配している土壌構成成分及びプロセス操作条件を明らかにする。4MDシミュレーションによる水熱条件下における固液界面での原子・分子レベルでのイオン交換過程の動的変化を解析する。固液界面でのイオン交換挙動をMDシミュレーションにより模擬し、交換過程を解析する。5第一原理計算による層間に取り込まれた水分子およびその他のイオンや分子の化学状態を解析する。粘土鉱物層間に取り込まれた水分子やイオンの電子状態を解析する。

水およびMgイオンを含む場合は、バーミキュライトの層間が14.5 A程度まで膨潤し、広がった層間からCsが水相中を拡散することによりイオン交換の可能性があることが分かった。これらのMD計算の結果は実験結果をよく表していた。平成30年度の提案書で挙げている5つの課題(1福島の土壌を構成する粘土鉱物類を準備し、回分式の亜臨界水接触装置を用いて、亜臨界水条件におけるイオン交換平衡、交換速度を測定する。2XRD用の高温高圧セルを用いて、亜臨界水条件のイオン交換平衡における粘土鉱物の層間距離を測定し、層間距離から金属イオンの存在状態を解析する。3亜臨海水条件下で起こる粘土鉱物内の原子・分子の交換挙動をナノスケールで解析するための分子動力学(MD)計算条件および構造モデルを最適化する。4実際の系を模擬する統計集団および粘土鉱物に適した原子間ポテンシャルおよび構造モデルの検討と決定する。網羅的なパターン計算を行うことで、MDシミュレーションモデルの最適化を図る。5X線回折実験およびMDシミュレーションによる構造情報の比較・解析によるMDシミュレーション条件の妥当性検討する。)についてほぼ研究を終えている。計画通りに順調に研究を進めていると判断できる。令和元年度は申請書に従い、以下の5つの研究項目を進める。1実汚染土壌を篩分けした細粒分(<75μm)を準備し、回分式亜臨界接触装置及び小型カラム試験装置を用いてイオン交換平衡・速度、Cs連続脱離を測定する。2XRD用の高温高圧セルを用いて、亜臨界水条件のイオン交換平衡における汚染土壌の分級細粒物の層間距離を測定し、層間距離から金属イオンの存在状態を解析する。3土壌細粒物のイオン交換挙動(平衡、速度)を支配している土壌構成成分及びプロセス操作条件を明らかにする。4MDシミュレーションによる水熱条件下における固液界面での原子・分子レベルでのイオン交換過程の動的変化を解析する。固液界面でのイオン交換挙動をMDシミュレーションにより模擬し、交換過程を解析する。5第一原理計算による層間に取り込まれた水分子およびその他のイオンや分子の化学状態を解析する。粘土鉱物層間に取り込まれた水分子やイオンの電子状態を解析する。
老化、脳虚血およびメタボリック症候群におけるメタロチオネインの役割と創薬の研究

メタロチオネイン-III(MT-III)は、メタロチオネイン-I/II(MT-I/II)同様、抗酸化作用、重金属解毒作用を有し、またMT-IIIは精神行動にも影響を与えていることを提示した。そして、MTs(MT-I/II, MT-IIIを総称)は血管障害、神経変性疾患、メタボリック症候群、精神疾患さらに老化と幅広い病態に関連していることを見出した。MTsまたその関連低分子化合物は特に筋萎縮性側索硬化症(ALS)、脳虚血の薬物治療薬としてきわめて有望なことを明らかにした。本研究は疾患におけるメタロチオネイン(MT)の役割の解明と創薬への応用を目的としている。本年度、筋萎縮性側索硬化症(ALS)におけるMTの動態をALSとコントロール各12例の剖検材料を用いて抗体を用いて組織検索を行なった。その結果は、MT-1/2、MT-3の染色性は疾患の進行と共に著減するが、低下の動態にはMT間で差異があることなどを見出し、研究成果はALSの専門英文誌「ALS」に受理された。また、脳虚血における検索ではMT-1/2のノックアウトマウスを用いて脳虚血を作成し、その組織障害がコントロールよりも一層悪化することが見出された。エリスロポイエチンにおける脳保護作用効果がMT-1/2を介していることが示された。MT-1/2の上昇をmRNAレベルで検索すると、組織障害によって主にMT1-mRNAが、薬剤投与によって主にMT-2mRNAが上昇していたことは、今後の治療応用を考えると興味深い研究結果であった。これらの研究内容は英文誌「Neuroscience」に掲載した。さらに、疾患に対する治療への応用を考え、MT-1cDNA、MT-3cDNAを組み込んだアデノウイルスを作成、大量培養、精製した。次年度これらを用いてALSのモデルマウス、アルツハイマー病のモデルマウス、脳虚血モデルマウスにおいて投与実験を行なう予定である。一方、今後のMT-3の臨床応用を考え、脳、脊髄といった中枢神経系以外の末梢臓器におけるMT-3の存在を検索し、精巣、前立腺、舌にも存在することを蛋白、mRNAレベルで確認し、研究成果は英文誌「Neuroscience letter」に受理された。またMT-3の作用機序を解明する目的で、MT-3の結合蛋白をLC/MS-MSで検索し、現在解析を進めているが、MT-3の結合蛋白が解明されると、MT研究における大きな進展につながることが期待できる。昨年度は脳梗塞モデルマウスに既存の薬剤であるシロスタゾール、エリスロポイエチンを投与することで、メタロチオネイン-1/2が誘導され、脳梗塞の病変部位が縮小することを明らかにした(Brain Res、Neuroscienceに掲載)。今年度、運動によってメタロチオネイン-1/2のみならずMT-3が誘導されることを明らかにした(Neuroscienceにrevise中)。またMT-3はアルツハイマー病のみならず、筋萎縮性側索硬化症(ALS)でも著減していることをヒト剖検材料から明らかにした(ALSに掲載)。MT-3の臨床応用を考え、脳、脊髄といった中枢神経系以外の末梢臓器におけるMT-3の存在を検索し、精巣、前立腺、舌にも存在することを蛋白、mRNAレベルで確認し、研究成果は英文誌「Neuroscience letter」に掲載された。ALSモデルマウス(G93ASOD-1Tgマウス)にMT-3cDNAを組み込んだアデノウイルスを筋肉内注射したところ、著明な症状の改善、生存期間の改善を認めた。さらに有効かつ低価格の薬剤を開発する目的で、MT-3の構造を解析し、80万個のデーターベースから20個のMT-3結合低分子化合物を見出した。現在、運動ニューロンの培養細胞、モデル動物でその効果を確認中で、この中に有望な化合物が見出され、安全性が確認できれば、即、創薬につながるものと考えられる。抗酸化作用など多面的な作用を有するMT-3を活用した創薬は、アルツハイマー病、ALS、さらにはパーキンソン病にも有効と考えられ、老化を基盤とした神経変性疾患の治療に限らず、老化そのものの進行抑制につながるものと期待される。今後のそのMT研究の展望は「医学のあゆみ」に掲載した。今年度、マウスで運動療法によって脊髄のMT-I/IIのみならずMT-IIIが誘導されることを明らかにした(Neuroscienceに掲載)。我々は昨年度、MT-3はアルツハイマー病のみならず、筋萎縮性側索硬化症(ALS)でも著減していることをヒト剖検材料で明らかにしており、(ALSに掲載)、今年度、ALSモデルマウス(G93ASOD-1Tgマウス)にMT-III cDNAを組み込んだアデノウイルスを筋肉内注射したところ、著明な症状の改善と生存期間の延長を認めた(2010

米国神経学会で発表予定、抄録掲載、Ann Neurologyに投稿中)。また、有効かつ低価格の薬剤を開発する目的で、MT-3の構造を解析し、80万個のデーターベースから20個のMT-3結合低分子化合物を見出している。マウス培養細胞、モデル動物でその効果が見出され、安全性が確認できれば、即、創薬につながる。その成果をヒトへ即応用することを考え、今年度は神経変性疾患患者の不要となった歯の歯髄からiPS細胞の作製を開始し、平成21年12月岐阜で初めてALSの患者からiPS細胞を樹立した。現在、MT-IIIの効果をヒトiPS細胞で確認する段階までに至った。一方、MT-IIIが脳虚血の再還流時の活性酸素の除去に関与すること(Brain Resに掲載)、さらには自閉症などの精神疾患に関与することを見出し(Neurosci Lettに掲載)、報告した。またMT-IIIノックアウトマウスを用いてカドミウム毒性に関する作用も考察した。MTは脳虚血、糖尿病から神経疾患、さらには解毒作用、精神疾患、老化機構に及ぶまでその関与が示唆され、MTそのもの、MT関連低分子化合物による創薬としての有望な可能性と現実性が一連の本研究で明らかにされた。
日本語の連濁に関する実証的研究

本研究の目的は、(1)村田(1984)、伊原・村田(2006)、Tamaoka,Ihara,Murata,Lim(2006)の無意味語を使った日本語の連濁に関する実験のより精密な追加実験、追加分析を行ない、連濁の研究を発展させること、更に(2)第1要素と第2要素の接触部分に関する音声特性の分析(3)音声分析手法による連濁音の分析である。上記(1)のなかで、1984年と2005年のライマンの法則における濁音の位置に関する実験データとライマンの法則の例外に関する実験データの、1984と2005年の比較を含めた追加・再分析を行った。ライマンの法則は連濁に対する強力な制約とされているが、今回の決定木分析により、(1)第2要素の濁音の位置が3拍目・4拍目にある方が2拍目よりライマンの法則の例外の実験では、両年とも第1要素の語種が和語、漢語、外来語の順で連濁可能性が下がり、各語種とも2005年の方が連濁可能性が下がっていることが実証的に確認された。(ソウルで7月に発表)。また、Tamaoka,Ihara,Murata,Lim(2006)では、第1要素の長さ(モーラ数)と語種の違いが連濁に与える影響を実験的に実証したが、更に実験的なアプローチの刺激統制で2つの追加実験を行った。音韻構造・語彙使用頻度・訓読みの漢字1文字で統制した実験と語種の違いを音韻構造・語彙使用頻度で統制した実験であるが、同様の結果が得られた。これらの追加実験結果をまとめ、現在海外誌に投稿中である。上記目的(2)(3)については、研究初年度にあたり実験や解析に必要なソフトウェアの導入などの実験準備・整備を重点的に行った。前年度の準備期間で活発な研究活動を行った結果、今年度になって一気に成果が集中することとなった。具体的には、連濁に関する収集したデータの分析方法について再検討したほか、追加データの収集も行った。その意見交換を通じて、連濁に関する2つの研究が同時進行的に進展していった。その一つはソウルの国際言語学者会議で口頭発表し(英文要旨は学会で配布された本に掲載されている)、さらに、その議論を修正拡大した論文が既に昨秋受理された。もう一つはJournal of Japanese Linguisticsに正式に受理された。いずれも、頁などは知らされていないが、次号掲載決定ということで大きな成果である。また、それとは別に、連濁実験でやっかいな現象としてサ行、ザ行等は、濁音が摩擦音なのか、破擦音なのか、不明確な例として残っていた。これらの特性を考察している内に副産物として、日本語のサ行の音声学書における記述自体にばらつきを発見した。これについては単独の論考とし、切り離して、発表した。これは日本英語音声学会九州沖縄四国支部第8回研究大会での特別講演として招聘されたものである。さらに改訂版をロンドン大学のAshbyらと議論を重ねている。もう一点、連濁を考察する際に問題となる語形論的考察として、重複形、オノマトペ表現などとの関連の研究にも取り組んだ。これは谷川俊太郎を中心とする月刊雑誌「国文学」(学燈社発行)のオノマトペ特集への依頼執筆による原稿となった。今回のプロジェクトは終了したというよりは、次の課題のほうが増えたといったほうが、いいかもしれない。
真正粘菌を用いた新しいタンパク質発現系の開発と応用

真正粘菌(Physarum.polycephalum)を用いたタンパク質発現系の開発のため、昨年度に引き続き発現ベクターの導入法を検討した。通常の方法では変形体へのDNA導入効率の改善が困難であったため、真正粘菌に特有の現象を利用した方法を試みた。粘菌変形体は表面に傷が生じると細胞質が一時的に露出し、その後速やかに細胞膜が形成される。この際に外来DNAを導入することを試みた。現在のところ導入DNAを定量的に回収するには至っていないが、導入方法としては極めて簡便であることからこの方法の完成をさらに目指している。タンパク質発現系の確立にはベクター開発以外にも、発現タンパク質の精製、発現量測定、活性測定を定量的にかつ容易に実施可能とする必要がある。昨年、粘菌変形体や乾燥休眠体には、SDS電気泳動後にゲル内活性測定が可能なアルカリホスファターゼが存在することを発見した。その後分子量約100kDaの酵素の精製に成功し、詳細な性質を明らかにした(論文投稿準備中)。この酵素は非常に安定で、SDS電気泳動後に切り出したゲル中で電気泳動前の半分以上の活性を回収することができた。今後、この酵素の分子クローニングと遺伝子構造の解析を進め、ホスファターゼ遺伝子の下流に様々な任意の遺伝子を連結したコンストラクの作製も計画している。その際に連結部分に既知のプロテアーゼ感受性部位を介在させる予定である。これらの手法が開発されれば、発現タンパク質をSDS電気泳動後にゲル内定量するという画期的な方法も可能となり、プロテアーゼを使用することによって発現タンパク質の非常に簡便な精製法も実現することになる。真正粘菌(Physarum polycephalum)を用いたタンパク質発現系の開発の第一段階として、発現ベクターの作成と発現タンパク質の精製と活性検出法の確立を試みた。真正粘菌におけるベクター導入効率を確認するために、市販のクローニングベクターを用いてエレクトロポレーション法やリポソーム法などによる形質転換を行ったが、導入効率はきわめて低かった。この原因のひとつには、粘菌特有の厚いスライム層の存在が考えられ、今後は顕微注射等のアプローチも考慮する必要があると考えられる。発現ベクター作成と同時に、発現タンパク質の精製・発現量・活性測定に関する予備的実験を行った。粘菌変形体に発現させたタンパク質が乾燥休眠体でも活性を保持したまま保存されることを確認する必要があるので、まずリポータータンパク質の候補を検討した。その結果、粘菌変形体にはSDS電気泳動後、ゲル内活性測定が可能なアルカリホスファターゼが存在することを発見した。元来粘菌変形体にはアルカリホスファターゼが存在しないとされていたが、界面活性剤可溶性画分にこの酵素が多量に含まれることが判明した。さらにこの酵素は非常に安定でSDSによって変性しないことや乾燥休眠体にも存在することもわかった。これらのことから今後、この酵素のクローニングを行い、様々な遺伝子のプロモーターに連結し、簡便な発現測定法の確立も目指す。さらにこの酵素をリポータータンパク質として使用することにより、発現ベクターから合成されたタンパク質の活性測定におけるポジティブコントロールとしての応用も可能になったと考えられる。
ヘパリン起因性血小板減少症（HIT）の病態検査学の確立

マウスモノクローナルPF4/ヘパリン抗体(マウスHIT抗体)を用いて、HIT抗体による細胞活性化機序の解明を行った。洗浄血小板をマウスHIT抗体とで刺激し、血小板凝集能検査計(PRP313M)を用いて評価した。マウスHIT抗体により、特徴的なlag timeと濃度依存的な凝集反応を認め、ウエスタンブロットでもHIT抗体がFcγRIIAに作用したときに生じる切断されたFcγRIIA(40kDa→32kDa)のバンドを得て、HITのin vitroモデル系を確立した。次にマウスHIT抗体による血小板活性化に関わる活性脂質解析を行った。LC-MS/MSおよびELISAでトロンボキサンB2(TXB2)放出量を測定し、凝集反応と相関がみられた。HITの診断において重要な機能的HIT抗体検査の感度を上げる方法として、サイトカラシンB(CB)で血小板を処理する方法を考案した。血小板と低濃度CBを短時間混和後にマウスHIT抗体で刺激すると、低濃度でも凝集する血小板ドナーではlag timeの短縮を認め、低濃度マウスHIT抗体では凝集しない血小板ドナーでは凝集が誘導された。臨床検体30症例を用いて、5名の血小板ドナーにCB処理の有無で評価したところ、CB処理なしではドナーにより凝集の有無にばらつきがみられたが、CB処理ありでは全例で凝集を認めた。さらにHIT抗体が陰性の症例では、CBで処理しても血小板凝集は誘導されなかった。機能的HIT抗体検査では血小板ドナーの選択は極めて重要であるが、CBを用いることでドナー選択が不要となる可能性が示唆され、この報告を現在、投稿中である。本研究は東京大学大学院医学系研究・医学部倫理委員会によって承認されている[審査番号: 10324-(3)]。また、HITの血小板研究に関連して血小板凝集塊の検出法の成果もあがっている(Nitta N, Cell 2018)平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。洗浄血小板をヘパリンとマウスHIT抗体とで刺激し、血小板凝集能検査計(PRP313M)を用いて血小板凝集反応(PAT)を評価した。マウスHIT抗体により、HITに特徴的なlag timeと濃度依存的な凝集反応を認め、ウエスタンブロットでもHIT抗体がFcγRIIAに作用したときに生じる切断されたFcγRIIA(40kDa→32kDa)のバンドを得た。以上より、マウスHIT抗体を用いたHITのin vitroモデル系を確立した。さらには、本系におけるエイコサノイド解析を行い、12-HETEが有意に高値であるという興味深い結果が得られた。H28年度の繰越資金を用いて、別のアッセイ系であるELISA法を確立させて測定すると、LC-MS/MSとELISAによる測定で差異が生じていることが判明した。現在、この検討を継続中である。HITの診断において重要となる機能的HIT抗体検査の感度を上げる方法として、サイトカラシンB(CB)で血小板を処理する方法を考案した。さらに機能的HIT抗体検査が陰性の症例では、CBで処理しても血小板凝集は誘導されなかった。また、H28年度の繰越資金を用いて、ソノクロットの備品を購入し、全血凝固解析も進めている。本研究はHIT抗体による細胞活性化機序の解明と機能的HIT抗体検査の研究の大きく2つからなっている。前者の研究は、マウスHIT抗体を用いて、HITのin vitroモデル系を確立することで、昨年度はHIT抗体による刺激で12-HETEが有意に高いことを示したが、測定系により異なることが判明した。活性脂質解析は継続して検討中である。また、既報では抗PF-4抗体(KKOとRTO)によるin vitroモデルが使用されており、現在、同じ結果が得られるかKKOとRTOを用いて再現性を評価している。後者の研究も順調に進んでおり、サイトカラシンBを用いてin vitroモデル系での検討は終了し、臨床検体での検討も30例を超えており、有益な結果が得られたため、現在、論文を投稿中である。また、これらの検査の発展させ、ソノクロット装置を用いて全血凝固解析にも着手している。安定した実験系を確立するための基礎検討中である。ELISA法とソノクロット装置を用いた全血凝固解析はH28年度の繰越資金を用いて開始し、H29年度の資金を用いて、継続的に研究を進めている。

洗浄血小板をヘパリンとマウスHIT抗体とで刺激し、血小板凝集能検査計(PRP313M)を用いて血小板凝集反応(PAT)を評価した。マウスHIT抗体により、HITに特徴的なlag timeと濃度依存的な凝集反応を認め、ウエスタンブロットでもHIT抗体がFcγRIIAに作用したときに生じる切断されたFcγRIIA(40kDa→32kDa)のバンドを得た。以上より、マウスHIT抗体を用いたHITのin vitroモデル系を確立した。さらには、本系におけるエイコサノイド解析を行い、興味深い結果が得られているが、LC-MS/MSとELISAによる測定で差異が生じており、現在、検討を継続中である。HITの診断において重要となる機能的HIT抗体検査の感度を上げる方法として、サイトカラシンB(CB)で血小板を処理する方法を考案した。血小板と低濃度CBを短時間混和後にPATを行うと、低濃度マウスHIT抗体でも凝集する血小板ドナーではlag timeの短縮を認め、低濃度マウスHIT抗体では凝集しない血小板ドナーでは凝集が誘導された。臨床検体30症例を用いて、5名の血小板ドナーにCB処理の有無で評価したところ、CB処理なしではドナーにより凝集の有無にばらつきがみられたが、CB処理ありでは全例で凝集を認めた。さらに機能的HIT抗体検査が陰性の症例では、CBで処理しても血小板凝集は誘導されなかった。機能的HIT抗体検査では血小板ドナーの選択は極めて重要であるが、CBを用いることでドナー選択が不要となる可能性が示唆され、この報告を現在、投稿中である。本研究は東京大学大学院医学系研究・医学部倫理委員会によって承認されている[審査番号: 10324-(3)]。本研究はHIT抗体による細胞活性化機序の解明と機能的HIT抗体検査の研究の大きく2つからなっている。前者の研究は、マウスHIT抗体を用いて、HITのin vitroモデル系を確立することで、昨年度はHIT抗体による刺激で12-HETEが有意に高いことを示したが、測定系により異なることが判明した。活性脂質解析は継続して検討中である。また、既報では抗PF-4抗体(KKOとRTO)によるin vitroモデルが使用されており、現在、同じ結果が得られるかKKOとRTOを用いて再現性を評価している。後者の研究も順調に進んでおり、サイトカラシンBを用いてin vitroモデル系での検討は終了し、臨床検体での検討も30例を超えており、有益な結果が得られたため、現在、論文を投稿中である。また、これらの検査の発展させ、ソノクロット装置を用いて全血凝固解析にも着手している。安定した実験系を確立するための基礎検討中である。マウスモノクローナルPF4/ヘパリン抗体(マウスHIT抗体)を用いて、HIT抗体による細胞活性化機序の解明を行った。洗浄血小板をマウスHIT抗体とで刺激し、血小板凝集能検査計(PRP313M)を用いて評価した。マウスHIT抗体により、特徴的なlag timeと濃度依存的な凝集反応を認め、ウエスタンブロットでもHIT抗体がFcγRIIAに作用したときに生じる切断されたFcγRIIA(40kDa→32kDa)のバンドを得て、HITのin vitroモデル系を確立した。次にマウスHIT抗体による血小板活性化に関わる活性脂質解析を行った。LC-MS/MSおよびELISAでトロンボキサンB2(TXB2)放出量を測定し、凝集反応と相関がみられた。
電磁流体学有限要素法の基礎的研究

研究代表者および研究分担者が提唱している電磁流体模型によるシミュレーションの技法FEMALE法は,双曲型あるいは双曲型に近い放物型偏微分方式に対して,数値拡散のない,もしくは事実上ない数値解を与える事が出来る.このアルゴリズムの適用範囲を見極めまた適用範囲を拡大する事が本研究の目的であった.FEMALE法は,節点(したがって有限要素)が任意の速度で運動する可動節点有限要素法と考えられ,その速度の任意性を利用して数値解の精度の最適化を行なう.この時に生じる2つの問題点がある.第1は最適節点速度を決定する方法である最小2乗法の開発であり,第2は有限要素の変形を抑止する節点再結合法である.最小2乗法は一般に,解は任意性をもつ.節点速度の場合のこの任意性は有限要素の変形を小さくする事に利用した.具体的には節点速度の発散を0とする条件と連立させた.まり離散化された基礎方程式中に含まれる数値誤差のために節点速度が異常な値を取る可能性を指摘し,これをさける方法について論じた.節点再結合法については,基本的な5つの方法について考察した.それらはDIAGONAL FLIP,年輪状多角形法,デカルト系多角形法,外節円法,補助格子法である.これらはそれぞれの特徴があり,一概には優劣をつけ難い.研究代表者および研究分担者が提唱している電磁流体模型によるシミュレーションの技法FEMALE法は,双曲型あるいは双曲型に近い放物型偏微分方式に対して,数値拡散のない,もしくは事実上ない数値解を与える事が出来る.このアルゴリズムの適用範囲を見極めまた適用範囲を拡大する事が本研究の目的であった.FEMALE法は,節点(したがって有限要素)が任意の速度で運動する可動節点有限要素法と考えられ,その速度の任意性を利用して数値解の精度の最適化を行なう.この時に生じる2つの問題点がある.第1は最適節点速度を決定する方法である最小2乗法の開発であり,第2は有限要素の変形を抑止する節点再結合法である.最小2乗法は一般に,解は任意性をもつ.節点速度の場合のこの任意性は有限要素の変形を小さくする事に利用した.具体的には節点速度の発散を0とする条件と連立させた.まり離散化された基礎方程式中に含まれる数値誤差のために節点速度が異常な値を取る可能性を指摘し,これをさける方法について論じた.節点再結合法については,基本的な5つの方法について考察した.それらはDIAGONAL FLIP,年輪状多角形法,デカルト系多角形法,外節円法,補助格子法である.これらはそれぞれの特徴があり,一概には優劣をつけ難い.本研究において開発している可動節点有限要素法(FEM・ALE法)に現われてきた問題点の中、有限要素の望ましくない変形をさける方法としてrezoningおよびreconnection法がある。rezoningは、節点自身を再配置する方法であり、新節点値は旧節点値を用いて内括によって求める。ところが内括は数値的拡散を伴ない望ましくない。そこで節点および節点値を不変として、節点間の結合を変えるreconnectionを用いる事にした。reconnectionは通常diagonal flipによって行なわれるが、これに要するCPU時間は節点数のほぼ2乗に比例する。我々は節点数にほぼ比例する2つのアルゴリズムを開発した。第一の方法は節点座標を高速にソートして、できるだけ局所的に再結合を行なう方法であり、第二の方法は仮想的正方形(2次元)立方体(3次元)の網目を作り、その網目を媒介として最近接点を見出す方法である。第一の方法はすべての節点を再結合する事ができるが、好ましい単体要素を作るのには、diagonal flipなどの2次操作が必要で、2次操作の方に計算時間がかかる。第二の方法は好ましい単体要素を作る事はできるが、すべての節点を再結合する事ができない。総合的に見れば、必ずしもすべての節点を再結合する必要はないものと考えられるので第二の方法を採用している。
安全で楽しい理科実験の授業ができる教員の養成に有用な化学実験教材の開発と実践

安全に楽しい理科実験の授業ができる有為な教員を養成するために、化学マジックなどの観察・参加型、および、実験教室用の個別体験型の、汎用性のある有用な化学実験教材と、その演示法を開発した。開発した教材による出前化学実験を、社会貢献と学生への教育を両立させた、大学の授業であるサービス・ラーニングとして実践を繰り返し、教材を改良した。最終的な実験演示方法を、化学実験教材実験集(非売品)として出版し、教員養成系国立大学などの図書館に配付した。本研究では、安全に楽しい理科実験の授業ができる有為な教員を養成するために、以下の内容を行うことを目的とする。1)演示するための学習や予備実験の過程で学生が化学の知識や実験技術を習得することができ、かつ、教育現場などで理科の授業に実際に使用される、汎用性のある有用な化学実験教材とその演示法を開発。教材は実際に使用されてこそ意味がある!2)開発した教材による出前化学実験を、授業の一環であるサービス・ラーニングとして実践。3)実践と改良を繰り返し、最終的な実験演示方法を、化学教材のマニュアルとして出版し、広く公表、教育現場に配付する。以上の結果、教員養成のための教育としての出前実践を通じ、受講・体験者に理科実験を経験する機会を提供し、出前実践のために開発した化学教材実験・演示法を公表する。これにより、現場教員の教科指導力の向上、最終的には理科好きの児童・生徒・大人を育むことに貢献する。2009年度は12回(日)の出前等による化学実験の実践を行った。受講・体験者の総数は753名以上、参加学生は延べ69名に上る。以上の実践により、これまでに開発、実践してきた化学実験教材(化学マジック、お菓子作り化学実験、生物発光実験)の改良には、ほぼ目処が付いた。ちなみに、お菓子作り化学実験として、筆者が開発・監修したラムネ菓子、グミキャンディーの実験法が、中日新聞「おもしろ実験室」で紹介された(8月30日、1月31日)。今後、確立した実験法の点検、および新たな教材実験の追加開発のために出前実践を行い、実験法の詳細マニュアル、演示・指導用のプレゼンテーション資料、および実践例のシナリオと映像を作成し、化学実験教材実験集としての完成を目指す。特に、完成度の高い実験法(密閉爆発-ロケット&爆発する炎&アルコール鉄砲)は論文として公表する予定である。教材は実際に使用されてこそ意味がある!2)開発した教材による出前化学実験を、大学の授業であるサービス・ラーニングとして実践。3)実践と改良を繰り返し、最終的な実験演示方法を、化学実験教材実験集として出版し、広く公表、教育現場に配付する。以上の結果、教員養成のための教育としての出前実践を通じ、受講・体験者に理科実験を経験する機会を提供し、出前実践用に開発した化学教材実験・演示法を公表する。2010年度は11回(日)の出前等による化学実験の実践を行った。受講・体験者の総数は1526名以上、参加学生は延べ70名に上る。そのうち2回の実践の様子はケーブルテレビで放映された。大きな成果は、化学マジックショーのサイエンスアゴラ2010への出展が採択され披露したこと、および2006年度から2010年度までの実践をまとめた報告書が国立科学博物館の平成22年度「野依科学奨励賞」<学校教員・科学教育指導者の部>を受賞したことである。化学マジックの演示・実験法の改良は愛知教育大学の研究報告に発表した。完成度の高い実験法(「密閉爆発-ロケット&爆発する炎&アルコール鉄砲」、本年度開発した「ニッケル忍者の木の葉隠れの術」)は学会発表、または論文として公表する予定である。最終年度は、実験法の詳細マニュアル、演示・指導用のプレゼンテーション資料、および実践例のシナリオと映像を含む化学実験教材実験集を完成させたい。

3)実践と改良を繰り返し、最終的な実験演示方法を、化学実験教材実験集として出版し、広く公表、教育現場に配付する。以上の結果、教員養成のための教育としての出前実践を通じ、受講・体験者に理科実験を経験する機会を提供し、出前実践用に開発した化学教材実験・演示法を公表する。これにより、現場教員の教科指導力の向上、最終的には理科好きの児童・生徒・大人を育むことに貢献する。2011年度ま11回(日)の出前等による化学実験の実践を行った。受講・体験者の総数は480名以上、参加学生は延べ38名に上る。大きな成果は、化学マジックショーの青少年のための科学の祭典2011全国大会へのステージ出展が採択され披露したこと、および、これまでの活動により、日本化学連合主催の世界化学年記念「化学コミュニケーション賞」審査員特別賞(個人の部)を受賞したことである。クラリネットを使った、気柱共鳴による音速測定実験を、日本理科教育学会全国大会、および愛知教育大学研究報告に発表した。最終的に、開発した観察・参加型の化学演示実験(化学マジック)11題、および個別指導体験型の化学実験教室用教材実験10題の実験法と演示法を記述した、フルカラーの化学実験教材実験集を完成させ、全教員養成系国立大学図書館に送付し、開架を依頼した。併用のプレゼンテーション資料、および実験の動画はWebによる公開を検討中である。
超流体中の射影低次元空間における自発的対称性の破れ

この課題では主に,2成分の超流体で構成される2成分ボース・アインシュタイン凝縮体における動的現象に関して,理論・数値的研究を行った.以下に主な研究成果を挙げる.(1)2成分超流体中のドメイン壁対消滅過程で生じる量子渦の拡散現象:生成された量子渦はドメイン壁と垂直な「余剰次元」方向へと拡散し,その長さスケールが時間に比例して成長することを明らかにした.この事と,対消滅によって有効的に意味を成す射影2次元空間における特徴的な長さスケールの時間発展が時間の平方根に比例するということを比較すると,一定時間経過したあたりで2次元的な振る舞いが3次元的な振る舞いへとクロスオーバーすることが期待される.(2)2成分冷却原子気体ボース・アインシュタイン凝縮体と場の理論で実現するドメイン壁(ブレーン)と量子渦(ストリング)の複合ソリトンおよびブージャムの解の比較:「ブージャムチャージ」と呼ばれる場の理論で提唱された物理量の2成分凝縮体系への適用を試み,その定式化を行った.(3)2成分超流体の量子渦に関して新奇な動的振る舞いを発見:お互いに逆向きの回転流をもった混合2成分超流体の渦が重なっている状態をCounter-rotating vortexと名づけ,その安定性解析を行った.その結果,初期状態で各成分が保有する量子渦の量子数の絶対値よりも多い数の量子渦に分裂することで,この状態は不安定化することがわかった.この奇妙な現象には対向超流動の不安定性の特徴が強く影響することを明らかにした.(4)相分離した2成分超流体における南部・ゴールドストーン(NG)モードの理論的同定:一様系で平面状のドメイン壁が存在する場合,NGモードの数は二つしか存在しないことを初めて明らかにした.これはこの系のNGモードの1つであるリプロンがドメイン壁の並進移動と相対位相の揺らぎの線形結合として表現できることに起因していると考えられる.翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
養菌性キクイムシ随伴Fusarium属菌の生存戦略：樹木病原菌化の条件とは？

キクイムシ類との共生菌類について、その病原性が判明したのはナラ類萎凋病が最初である。近年はアボカドやチャ、デイゴの枯死原因が、キクイムシ類随伴Fusarium属菌であると判明したほか、マンゴーの枯死原因も共生菌の可能性がある。養菌性キクイムシと一部の樹木病原菌の間には密接な連携があると予想した。一方、樹皮下キクイムシからも近縁菌が頻繁に検出されるが強病原性を示していない。本研究ではキクイムシ類と随伴菌の生存戦略の追求によって相互の依存性を明らかにする。また、共生菌の病原性獲得の条件を検証する。
有機化学と物理化学の融合による高分子界面組織体に関する基礎研究

疎水鎖とイオン性の親水鎖からなるジブロックコポリマー(イオン性両親媒性高分子)の分子物性および水中でのミセル,水面単分子膜などそれらの自己組織体の構造と特性に関して,合成から物性,構造解析に至る系統的研究を展開した.イオン性両親媒性高分子は,(i)意外にも界面不活性性を示す,(ii)しかしながら水中ではミセル会合体を形成する,という界面化学の常識を逸脱する「新規物質」であることが判明した.この異常な性質の根源を,疎水鎖と親水鎖の鎖長と鎖長比を厳密に制御した試料を用いて検討したところ,イオン鎖による気水界面での鏡像力が支配的因子であることを見いだした.そして,界面不活性となる鎖長,鎖長比,イオン強度などを定量的に解明した.すなわち,この特異な性質は,高分子性,イオン性,疎水性の三要素が絶妙のバランスを達成した時に発現するものであることが明らかとなった.水中で形成されたミセルは,0.5M以上の極めて高い耐添加塩性を示した.また,鎖長,鎖長比,塩濃度により球状-棒状の形態変化を示すことが認められた.単分子膜の構造をX線および中性子反射率測定にて系統的に調査したところ,疎水層/ブラシ層の単純な二層構造ではなく,間に「絨毯層」とよぶ親水鎖が密に詰まった層が存在することが見いだされた.これは,界面自由エネルギーを低下させるために形成されると考えられ,その厚さは,常に15Å程度と一定であった.二層構造と3層構造の転移を示す臨界ブラシ密度を見いだすと共に,添加塩により構造転移が起こる,臨界塩濃度が存在することを見いだした.以上より,イオン鎖と疎水鎖という相反する性質を持つ高分子を有機化学を駆使して合成し,さらに精密合成の技術と,界面および溶液の物性測定技術,そして自己組織体の厳密な構造解析技術が融合することにより,新規物質「イオン性両親媒性ポリマー」の発見と応用に結びついたと結論できる.疎水鎖とイオン性の親水鎖からなるジブロックコポリマー(イオン性両親媒性高分子)の分子物性および水中でのミセル,水面単分子膜などそれらの自己組織体の構造と特性に関して,合成から物性,構造解析に至る系統的研究を展開した.イオン性両親媒性高分子は,(i)意外にも界面不活性性を示す,(ii)しかしながら水中ではミセル会合体を形成する,という界面化学の常識を逸脱する「新規物質」であることが判明した.この異常な性質の根源を,疎水鎖と親水鎖の鎖長と鎖長比を厳密に制御した試料を用いて検討したところ,イオン鎖による気水界面での鏡像力が支配的因子であることを見いだした.そして,界面不活性となる鎖長,鎖長比,イオン強度などを定量的に解明した.すなわち,この特異な性質は,高分子性,イオン性,疎水性の三要素が絶妙のバランスを達成した時に発現するものであることが明らかとなった.水中で形成されたミセルは,0.5M以上の極めて高い耐添加塩性を示した.また,鎖長,鎖長比,塩濃度により球状-棒状の形態変化を示すことが認められた.単分子膜の構造をX線および中性子反射率測定にて系統的に調査したところ,疎水層/ブラシ層の単純な二層構造ではなく,間に「絨毯層」とよぶ親水鎖が密に詰まった層が存在することが見いだされた.これは,界面自由エネルギーを低下させるために形成されると考えられ,その厚さは,常に15Å程度と一定であった.二層構造と3層構造の転移を示す臨界ブラシ密度を見いだすと共に,添加塩により構造転移が起こる,臨界塩濃度が存在することを見いだした.以上より,イオン鎖と疎水鎖という相反する性質を持つ高分子を有機化学を駆使して合成し,さらに精密合成の技術と,界面および溶液の物性測定技術,そして自己組織体の厳密な構造解析技術が融合することにより,新規物質「イオン性両親媒性ポリマー」の発見と応用に結びついたと結論できる.強イオン性であるスルホン酸基を有する親水鎖と柔軟な疎水鎖からなる両親媒性ジブロックコポリマーを種々の鎖長,鎖長比で合成し,その会合挙動を詳細に調査した.得られたポリマーは,長い疎水鎖を有する非水溶性のものと,短い疎水鎖の水溶性のものに大別でき,前者は水面上で単分子膜を,後者は,水中でミセルを形成した.単分子膜は,カルボキシル基を有する両親媒性ポリマーの単分子膜同様,疎水層,親水鎖の絨毯層,そして親水鎖のブラシ層の3層構造を取っており,鎖長,鎖長比,表面圧によるナノ構造の変化も類似の挙動を示した.しかし,添加塩による変化は大きく異なり,強酸に特徴的なものであった.塩濃度0.2Mまでは,ナノ構造の変化が全く見られず,0.2M以上で膜は収縮した.これはブラシを構成する高分子が強イオン性の高分子電解質であるため,ブラシ内のイオン強度が非常に高く,少々の塩を添加してもその小イオンはブラシ内に侵入できず,膜構造に変化を与えないものと考えられる.0.2M以上での収縮は,小イオンがブラシ内に入り,高分子鎖間の静電的反発力を遮蔽した結果と解釈できる.水溶性高分子は,以前研究を行った強酸性ポリマーと同様,水面に全く吸着することなく水中でミセルを形成した.

これは,鏡像電荷によるイメージフォースのためと考えられる.しかし,塩を添加すると高分子濃度が高い領域でわずかな表面張力の低下が見られ,吸着現象が起こっていることがわかった.色素可溶化法により求めた臨界ミセル濃度は,塩濃度の増加と共に高濃度側にシフトした.イオン性低分子界面活性剤では,Corrin-Harkinsの経験則に従い,低濃度側にシフトすることが知られており,この全く逆の傾向は,イオン性高分子界面活性剤の特徴と言える.その原因については今後の課題である.以上,親水鎖を強イオン性としたポリマーで新規高分子組織体創生の可能性が示唆された.疎水性高分子とイオン性高分子がブロック的に結合したイオン性両親媒性高分子の特異的な性質,すなわち,気水界面に吸着せず(界面不活性)に水中でミセルを形成する現象について,より詳細な調査を行った.親水鎖の重合度をほぼ50と一定にし,疎水鎖の重合度を変化させた一連の試料をリビングアニオン重合法とそれに続く高分子反応により合成した.疎水鎖が比較的短いポリマーは,やはり界面不活性であり,水溶液の表面張力は低下せず,また起泡性も極めて弱いものであった.一方,水溶液中には,ミセル会合体が存在することが,動的光散乱,X線小角散乱,中性子小角散乱(SANS)測定により確認された.SANSによっては,ミセルが球状のみならず,棒状ミセルと共存している場合があることが判明した.水溶液中に1M程度の添加塩(NaCl)を添加すると,表面張力の低下が見られ,起泡性も大きく増大した.これは,非吸着性が,界面における静電気的効果であることを物語り,鏡像電荷によるイメージフォースがその主因であることを示唆する.疎水鎖長が親水鎖長の3倍を超えると,無添加塩条件でも,表面張力の低下が見られ,起泡性も増大した.これは,疎水鎖長増大にともない,疎水吸着力が大きくなり,イメージフォースによる界面からの斥力を凌駕したことを反映していると考えられる.これは,イメージフォースの定量化につながる重要な情報である.疎水鎖の長い高分子系に添加塩を加えると,表面張力は大きく低下していき,ある一定の高分子濃度以上では一定値になるという,低分子界面活性剤と同様の傾向を示すことがわかった.これは,イオン性高分子ならではの強いイメージフォースが,添加塩により遮蔽され弱まると共に,これに長い疎水鎖長による強い疎水吸着力が加わって,イオン性両親媒性高分子ならではの特性がすべて打ち消されたためと解釈できる.我々が合成に成功したイオン性両親媒性ブロックコポリマーは,界面不活性でありながら,水中でミセルを形成するという従来にない新規物質であることが判明した.この特異性は,高分子性,イオン性,両親媒性の3つの性質がバランス良く調和した時に発言することが分かった.分子鎖長と鎖長比を厳密に制御した一連のポリマーを合成し,その性質と自己組織化挙動を表面張力測定,蛍光測定,動的光散乱,および中性子小角散乱等の手法を駆使して系統的な研究を展開した結果,「新規物質」となる条件は,(1)イオン性の親水鎖の重合度が50以上であること,(2)疎水鎖長が親水鎖長の3倍以内であること,(3)クーロン相互作用を遮蔽してしまう添加塩の濃度が0.1M以下程度であること,が判明した.また,これらの一連の実験により,この特異性発現は,イオン鎖が界面近傍に存在することによる鏡像電荷斥力が疎水鎖の疎水性による界面吸着力を凌駕することによることが定量的に明らかとなった.また,疎水鎖,弱酸鎖,強酸鎖からなるトリブロックポリマーの合成にも成功し,同様の性質を示すことを確認した.