hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アルツハイマー病病態に基づく発症予防法の解明

本研究は、アルツハイマー病(AD)モデルマウス(APP23)を用い、記憶・学習障害に対するケルセチンの作用機序を明らかにする。さらに、ケルセチン高含有玉葱粉末を用いた介入試験を発症早期のAD患者に実施する。それにより、発症予防法の確立に重要な病態機序の解明を到達目標とする。APP23マウスにケルセチンを含む餌を与え、1ケルセチン摂取によりAPP23マウスの記憶障害の進行が遅延すること、また2脳内GADD34タンパク質の発現の上昇を確認した。さらに、発症早期のAD患者の介入試験にて、ケルセチン高含有玉葱の摂取において改訂長谷川式簡易知能評価スケールの想起に関する評価項目の改善を確認した【研究目的】アルツハイマー病は、超高齢化社会において、最も重要な神経変性疾患である。しかし、発症機序は不明な点が多く残されており、治療のみならず予防・進行遅延法も確立されていない。本研究は、先行知見(■小胞体ストレスにより発現誘導された転写因子ATF4がアミロイド-β産生を促進する[培養細胞]、■機能性食品成分[ケルセチン]はGADD34の発現を誘導することによりATF4の発現を減少させ,アミロイド-β産生を抑制する、□ケルセチンが正常加齢マウスの記憶・学習を改善する)に基づき、アルツハイマー病モデルマウスを用い、脳内アミロイド-β産生と記憶・学習障害に対するケルセチン及びその標的タンパク質GADD34の作用機序を明らかにする。【研究成果】平成26年度は、アルツハイマー病モデル(APP23)マウス接種に必要なレンチウイルスを作成した。また、マウス神経初代培養細胞を用いて感染性と機能性を確認した。さらに、APP23マウスにケルセチンを含む餌を与え、行動解析(恐怖条件付け学習試験:電気刺激と環境および音の条件付け)とケルセチン摂取による脳内のタンパク質の変化を解析し、1)ケルセチン摂取によりAPP23マウスの記憶障害の進行が遅延すること、また2)脳内GADD34タンパク質発現の上昇を確認した。【研究目的】アルツハイマー病は、超高齢化社会において、最も重要な神経変性疾患である。本研究は、先行知見(■小胞体ストレスにより発現誘導された転写因子ATF4がアミロイド-β産生を促進する[培養細胞]、■機能性食品成分[ケルセチン]はGADD34の発現を誘導することによりATF4の発現を減少させ,アミロイド-β産生を抑制する、□ケルセチンが正常加齢マウスの記憶・学習を改善する)に基づき、アルツハイマー病モデルマウスを用い、脳内ATF4タンパク質の発現と記憶・学習障害に対するケルセチン及びその標的タンパク質GADD34の作用機序を明らかにする。【研究成果】平成27年度は、アルツハイマー病モデル(APP23)マウス接種に必要なレンチウイルスを作成し、脳内での発現を検討した。また、APP23マウスと肥満マウス(Leprdb/db)を交配し、肥満を伴うアルツハイマーモデルマウスを作成した。このマウス脳内のタンパク質の変化を解析し、APP23マウスに比べ早期に脳内ATF4タンパク質の発現が上昇していることを確認した。転写因子ATF4の発現上昇が肥満を伴うアルツハイマー病モデルマウス脳で確認した。さらに、論文として発表した。【研究成果】平成28年度は、アルツハイマー病モデル(APP23)マウスにケルセチンを含む餌を与え、記憶に関する行動解析(恐怖条件付け学習試験:電気刺激と環境および音の条件付け)を実施した。ケルセチン摂取により、記憶の再生(想起)の改善を確認した。さらに、アルツハイマー病患者5名にケルセチン高含有玉葱を摂取する介入試験を実施した。ケルセチンを含まないコントロール玉葱に比べ、ケルセチン高含有玉葱の摂取において改訂長谷川式簡易知能評価スケール(HDS-R)の想起に関する評価項目の改善を確認した。これらの成果は、機能性食品成分によるアルツハイマー病の認知機能低下に対する予防法の確立、さらに、記憶の再生障害による行動・心理症状(BPSD)への適切な対応につながると考えられる。

さらに、ケルセチン高含有玉葱粉末を用いた介入試験を発症早期のAD患者に実施する。それにより、発症予防法の確立に重要な病態機序の解明を到達目標とする。APP23マウスにケルセチンを含む餌を与え、1ケルセチン摂取によりAPP23マウスの記憶障害の進行が遅延すること、また2脳内GADD34タンパク質の発現の上昇を確認した。さらに、発症早期のAD患者の介入試験にて、ケルセチン高含有玉葱の摂取において改訂長谷川式簡易知能評価スケールの想起に関する評価項目の改善を確認したアルツハイマー病モデル(APP23)マウスにおいてケルセチン摂取による記憶障害の進行の遅延と脳内GADD34タンパク質発現の上昇を証明することが出来たことは初年度の計画以上の進展である。APP23マウスに高効率のGADD34ΔNレンチウイルスを接種し、eIF2αリン酸化-ATF4シグナルによる認知機構への作用をマウス個体にて解明する。岐阜大学大学院医学系研究科神経生物分野神経内科APP23マウスにGADD34ΔNレンチウイルスを接種し、eIF2αリン酸化-ATF4シグナルによる脳内アミロイド-β産生制御機構をマウス個体にて解明する。
ピリジルキャビタンドとポルフィリンを鍵とする分子集合体が拓く機能創発

ピリジルキャビタンドとポルフィリンを鍵とする分子集合体として、以下の3つのテーマの研究を行った。テーマ1:(1)テトラキス(p-ピリジルエチニル)キャビタンドとテトラキス(レゾルシノール)ZnポルフィリンとDABCOを2:2:1で混合すると、水素結合およびDABCOとの配位結合を介した2:2:1ポルフィリン二重積層型カプセルを生成することを見出した。(2)テトラキス(m-ヒドロキシフェニル)ポルフィリンとテトラ(m-ピリジル)ポルフィリンから水素結合に基づく1:1異種ポルフィリン二重積層集合体を形成すること、また、テトラキス(レゾルシノール)ポルフィリンとテトラ(m-ピリジル)ポルフィリンから1:2異種ポルフィリン三重積層集合体を形成することを見出した。テーマ2:(1)テトラ拡張アリールRhポルフィリンとテトラ(m-ピリジル)キャビタンドとのRh-NPy配位結合に基づく4:1分子集合ギアは、(n-Bu)4NBF4または1-プロピニル-3,5-ジメトシキベンゼンと相互作用するが、これらゲスト添加の有無ではギア回転速度の変化は起こらなかった。(2)テトラアリールRhポルフィリンとヘキサキス(p-ピリジルフェニル)ベンゼンを6:1で混合するとRh-NPy配位結合に基づく6:1錯体を形成し、アリール基がビフェニル基やターフェニル基の場合、6枚のポルフィリンの歯(アリール基)が噛み合って分子集合ギアとして機能することを見出した。テーマ3:テトラキス(p-ピリジルフェニル)キャビタンドとPd[(S,S)-BDPP](OTf)2からPd-NPy配位結合に基づく2:4不斉カプセルの構築に成功したが、プロキラルなビフェニルゲストに対してジアステレオ包接選択性を発現しなかった。テーマ1:(1)テトラキス(p-ピリジルエチニル)キャビタンドとテトラキス(レゾルシノール)ZnポルフィリンとDABCOを2:2:1で混合すると、PyN-HO基間の水素結合に基づく2:1カプセルと、PyN-HO基間とOH-OH基間の水素結合ならびにZn-DABCO-Zn間の配位結合に基づく2:2:1ポルフィリン二重積層型カプセルを生成することを見出した。(2)テトラキス(m-ヒドロキシフェニル)ポルフィリンとテトラ(m-ピリジル)ポルフィリンからPyN-HO基間の水素結合に基づく1:1異種ポルフィリン二重積層集合体を形成すること、また、テトラキス(レゾルシノール)ポルフィリンとテトラ(m-ピリジル)ポルフィリンから水素結合に基づく1:2異種ポルフィリン三重積層集合体を形成することを見出した。テーマ2:(1)テトラ拡張アリールRhポルフィリンとテトラ(m-ピリジル)キャビタンドとのRh-NPy配位結合に基づく4:1分子集合ギアは、(n-Bu)4NBF4または1-プロピニル-3,5-ジメトシキベンゼンと相互作用するが、低温NMR測定の結果、これらゲスト添加の有無でギア回転速度の変化は起こらなかった。テーマ3:テトラキス(p-ピリジルフェニル)キャビタンドとPd[(S,S)-BDPP](OTf)2から2:4配位結合不斉カプセルの構築に成功し、前年度見出したPd[(R)-BINAP]を有する不斉カプセルよりプロキラルなビフェニルに対する包接能は向上したが、ジアステレオ包接選択性を発現しなかった。テーマ1:(1)上記キャビタンドと上記ZnポルフィリンとDABCOから成る水素結合と配位結合に基づく2:2:1ポルフィリン二重積層型カプセルの生成を、DOSYスペクトル測定等によって検証する。また、2:2:1ポルフィリン二重積層型カプセルの生成選択性の向上を検討する。(2)上記1:1異種ポルフィリン二重積層集合体ならびに1:2異種ポルフィリン三重積層集合体の光学特性を明らかにし、また、ポルフィリン積層間へのゲスト包接について検討する。また、2種類のポルフィリンの一方または両者をZnポルフィリンにした1:1異種ポルフィリン二重積層集合体ならびに1:2異種ポルフィリン三重積層集合体を構築し、それらの光学特性ならびにゲスト包接能を比較検討する。テーマ2:(1)ビフェニル基やターフェニル基を有するテトラ拡張アリールRhポルフィリンとテトラ(m-ピリジル)キャビタンドから成る4:1分子集合ギアについて、引き続き、包接ゲスト分子を探索し、ゲスト包接に基づくギア回転速度の制御を探求する。(2)上記テトラ拡張アリールRhポルフィリンとヘキサキス(p-ピリジルフェニル)ベンゼンから成る6:1分子集合ギアに関して、単結晶を作成しX線構造解析を行い、溶液中でのNMR測定結果と併せて、詳細なギア特性を解明する。(3)新たにテトラ拡張アリールRhポルフィリンとテトラ(p-ピリジル)ポルフィリンから成る4:1分子集合ギアを構築し、ギア特性を評価する。ピリジルキャビタンドとポルフィリンを鍵とする分子集合体として、(1)ピリジルエチニルキャビタンドとレゾルシン金属ポルフィリンとの水素結合分子集合体、

(2)テトラアリールRhポルフィリン-ピリジルキャビタンド4:1分子集合ギア、(3)拡張ピリジルキャビタンドの配位結合分子集合キラルカプセル、の研究を行った。テーマ1:テトラキス(p-ピリジルエチニル)キャビタンドと可溶性テトラキス(レゾルシノール)ZnポルフィリンとのPyN...HO基間の8点水素結合によって、Znポルフィリン環で仕切られた2つのキャビティーを持つ水素結合性2:1カプセルの構築に成功した。そして、このカプセルが、1) 1-アセトキシ-3,5-ジメトシキベンゼン(G1)を2分子包接すること、2)そこに4-(4-メチルフェニル)ピリジン(L1)を加えると、一方の部屋にL1を配位包接し、もう一方の部屋にG1を包接した異種ゲスト包接カプセルの創出に成功した。テーマ2:テトラアリールRhポルフィリンとテトラ(m-ピリジル)キャビタンドを4:1で混合すると、Rh-NPy配位結合によって4:1錯体を形成することを見出した。アリール基がフェニル基の場合は、分子集合ギアとして機能しないが、アリール基がビフェニル基やターフェニル基に拡張した場合、4枚のポルフィリンの歯(アリール基)が噛み合ってこの4:1錯体が分子集合ギアとして機能することを見出した。テーマ3:テトラキス(p-ピリジルフェニル)キャビタンドとPd[(R)-BINAP](OTf)2からPyN-Pd配位結合によって2:4不斉カプセル錯体の構築に成功した。そして、この不斉カプセルがプロキラルな4,4'-ビス(1-プロピニル)-2,2'-エステルビフェニルを包接すること、エステル基CO2-RのR部位とジアステレオ包接選択性の相関を明らかにした。テーマ1:当初計画通り、テトラキス(p-ピリジルエチニル)キャビタンドと可溶性テトラキス(レゾルシノール)ZnポルフィリンとのPyN...HO基間の水素結合によって、Znポルフィリン環で仕切られた2つのキャビティーを持つ水素結合性2:1カプセルの構築に成功した。また、キャビティーにフィットするG1とL1を共存させると、各キャビティーにG1とL1を1分子ずつ包接した異種ゲスト包接カプセルを形成すること、G1とキャビティーに対してサイズの小さな4-tert-ピリジン(L2)を共存させた場合、L2は全く包接されず2分子のG1を包接したカプセルを形成すること、L1, L2を過剰に加えても本水素結合カプセルは崩壊せず安定に存在することを見出した。テーマ2:当初計画通り、ビフェニル基やターフェニル基を有するテトラ拡張アリールRhポルフィリンとテトラ(m-ピリジル)キャビタンドが、4:1錯体を形成して分子集合ギアとして機能することを見出した。また、(n-Bu)4NBF4や1-プロピニル-3,5-ジメトシキベンゼンをゲストとして添加すると、分子集合ギアと相互作用することを見出した。テーマ3:当初計画通り、テトラキス(p-ピリジルフェニル)キャビタンドとPd[(R)-BINAP](OTf)2から配位結合に基づく2:4不斉カプセル錯体の構築に成功した。そして、プロキラルなビフェニルゲストとして4,4'-ビス(1-プロピニル)-2,2'-エステルビフェニルを用い、本不斉カプセルがビフェニルゲストのベンゼン環を繋ぐC-C結合周りの回転抑制によってジアステレオ包接選択性を発現することを見出した。
構造化技能情報による溶接技能教育支援システムの開発

近年のものづくり産業における大量退職などの問題により,ものづくり力の教育システムの整備が極めて重要となっている.本研究では溶接技能を対象として,学習者の熟達度に適した技能教育支援システムの開発を目的とした.本システムは,パターンマッチング技術のMT法により技能の定量評価を可能とした.また,技能要因解析および技能情報構造化手法を開発し,被覆アーク溶接の技能情報構造化を実施した.この構造化情報より初級学習者に効果的な学習を実現できる新指導法を作成し,従来指導法との比較から優位な学習効果を得ることができた.また,学習者は技能に関する身体情報の気付きが得られ,情報の再構築化が可能となった.平成27年度は要因分析による技能要因の解析および技能教育情報の構造化手法の提案とMT法による技能定量評価システムの開発を行った.要因分析による技能要因の解析および技能教育情報の構造化手法の提案では,被覆アーク溶接技術や溶接教育に関する文献・資料と熟達技能者によるアンケートから,要因ー結果に関する情報を収集し,定性・定量情報やアーク,溶接器具,身体情報といった技能情報の属性を明確にした.その後,結果に対する要因に関する記述情報から,特性要因図を作成して技能情報を構造化する手法を提案した.解析した情報構造は,溶接品質に直接影響を及ぼす溶融池とビードの状態である直接要因と,アーク状態や溶接棒といった溶接道具に関する間接要因,道具を操作する身体に関する身体要因(関係性から1次から3次に分類),身体制御に関わる体性感覚要因,注目点に関わる視覚要因に構造化することが出来た.また,現状の被覆アーク溶接技能の教育情報は,調査文献の記述から殆どが直接要因と間接要因であることが分かった.次にMT法による技能定量評価システムの開発では,特性要因図で重要部位である箇所の3次元位置情報をリアルタイムモーションキャプチャシステムで,身体部位の表面筋電位を筋電センサで取得し,品質工学的手法のMT法により熟達度分類評価を行った.まず教授者のデータを「良品」として基準空間データを作成し,該当する学習者の熟達度に必要な評価項目からマハラノビス距離により良品・不良品判定を行う.多変量によるパターン解析を行うことで,技能の身体動作の熟達度を判定することが可能となった.要因分析による技能要因の解析の結果として国内学会での口頭発表を2件,MT法による技能定量評価システムの開発の結果として国内学会での口頭発表を1件実施した.平成27年度は研究初年度であり,研究計画の2つのシステムのうち,「要因分析による技能要因の解析および技能教育情報の構造化手法の提案」については,おおむね順調に研究が進んだが,文献調査や新たな情報構造化手法の開発に当初の計画した以上に時間がかかった.相対的に「MT法による技能定量評価システムの開発」の開発時間が短くなり,また購入したリアルタイムモーションキャプチャシステムの購入時の評価や,納入に時間がかかったため,十分な実験時間を確保できなかった.また,被覆アーク溶接実験を学内の工場で行うが,工場の改修等が入り日程確保がうまく出来なかった.したがって,技能定量評価システムの評価がまだ十分に実施できていないため,区分の通りとなった.平成28年度は品質工学の手法である特性要因分析を応用した技能要因解析を行い,対象技能である被覆アーク溶接の技能情報構造化を実施した.さらに,構造化情報から技能学習の初期段階で重要な情報を抽出し,学習者に提示することで,効果的な学習を実現する教育支援システムの開発を行った.具体的には,まず前年度で実施した文献・資料による被覆アーク溶接技能の技能要因解析に基づいて,教師側の熟達者にインタビューを実施した.従来の熟達者に対するインタビューでは,対象が身体に関する技能の場合はいわゆる暗黙知とされている情報であり,話し手側の熟達者も技能のパフォーマンスと関係する身体要因を把握できていないため,十分な説明をすることが困難である.また,聞き手側も技能に関連する要素とその構造が理解できないため,的確なインタビューを実施できないことが極めて多い.そこで,本研究で提案している技能要因分析により,技能のパフォーマンスの評価とパフォーマンスに影響を及ぼす要因を構造化して提示することで,熟達者とインタビューの聞き手双方に共通のイメージを創出することが可能となる.ここで,インタビューの聞き手とは教育支援システムの開発者を意味する.昨年度の技能要因分析の結果から,溶接品質に影響を及ぼす身体要因であるホルダ保持手から肩部までの上腕部の動作と,その制御に関わる体性感覚要因が特に技能修得初期段階で重要であることが,熟達者,学習者のインタビューと動作解析,筋活動解析の結果から抽出することが出来た.この結果から新たな学習支援プログラムとして,従来の教授法では用いられていない上腕部の動きとその体性感覚を第一教授情報として提示して,学習向上の効果を検証する実験を行った.その結果,1回の教授で溶接結果の評価指標であるビード形状の向上が得られた.技能要因解析と教授支援システムに関して国内学会での口頭発表を2件実施した.平成28年度では研究計画の1つである「学習情報を学習過程の適切な時期に提示するティーチング・コーチング機能を有する教育支援システムの開発」については,前年度で開発した技能要因分析の結果から,熟達者とシステム開発者による技能修得に重要な要因の創出が可能となった.

また,得られた情報から新たな学習支援プログラムを提案し,実際に被覆アーク溶接実技において検証して,従来教授法と比較して効率的な学習効果を得ることが出来た.ただし,前年度からの若干の遅れの影響と,被覆アーク溶接実験を学内の工場で行う関係で,工場との実験実施の日程調整による遅れが生じ,実験解析の予定が遅れてしまった.そのため,熟達度を基にデータベースの該当する技能情報をマルチタッチディスプレイ上に提示するティーチング機能を有したシステムの開発において,マルチタッチディスプレイ上で関係する技能知識の上位,および下位の知識が提示され,技能改善のための気づきを促すシステムの開発に遅れが生じているため,区分の通りとなった.平成29年度は最終年度として,溶接技能教育支援システムの開発と実際の溶接技能教育を行い,システムの有効性について検証を行った.平成28年度までに,技能要因解析による技能情報構造化手法の提案と,初級段階で効果的な技能学習を実施できる教育プログラム作成を支援するシステムの開発を行った.既存の技能情報を技能要因解析により,効果的に技能学習に重要な身体動作や体性感覚情報の抽出が可能となった.さらに,従来の作業工程の難易度に準じた学習過程とは違い,技能品質に直接影響を及ぼす要因を学習初期から意識させる,これまでにない学習プログラムを提案することが可能となった.本年度は開発したシステムから新たな学習プログラムを提案し,従来指導法との比較から学習効果の検証実験を実施した.具体的には被覆アーク溶接の技能要因分析と熟達者のインタビュー,動作解析,EMG解析から,ホルダ保持手から肩部までの上腕部の動作と,その制御に関わる体性感覚要因が溶接品質にとって極めて重要であることが抽出出来た.そこで新たな学習プログラムとして,ホルダ保持手の動きは「鉛直下向き方向に制御する」ように指示し,上腕および肩部は「ホルダ保持手の動きをスムーズになるように支える」ことを,頭部は「常に溶融池が確認できる位置に制御する」ことを学習者に指示するプログラムを提案した.実験では初めから新指導法で指導を行った場合と,従来指導法の後に新指導法を実施した場合とで比較したが,どちらも新指導法後で良好な溶接ビードとなった.さらに,新指導法では学習者が技能に関する身体情報の気付きが得られ,構造化情報を基に意見交換をし,情報の再構築化と新たな学習プログラムの提案を行っていた.したがって,学習者のモチベーション向上と身体技能のアクティブラーニングの実現可能性があるといえる.本研究の成果に関して国内学会での口頭発表を4件実施した.近年のものづくり産業における大量退職などの問題により,ものづくり力の教育システムの整備が極めて重要となっている.本研究では溶接技能を対象として,学習者の熟達度に適した技能教育支援システムの開発を目的とした.本システムは,パターンマッチング技術のMT法により技能の定量評価を可能とした.また,技能要因解析および技能情報構造化手法を開発し,被覆アーク溶接の技能情報構造化を実施した.この構造化情報より初級学習者に効果的な学習を実現できる新指導法を作成し,従来指導法との比較から優位な学習効果を得ることができた.また,学習者は技能に関する身体情報の気付きが得られ,情報の再構築化が可能となった.
ゴンズイPlotosuslineatusの群認識物質の同定と機能解析

群認識物質の解明は認識システムや群間相互作用の解明の手掛かりとなり、さらに、生物を模倣した分散型自律システムへの応用が期待できる。そこで本研究ではゴンズイの群認識物質を解明することを目的とした。1生物試験法の開発、活性物質の単離、構造決定活性物質に対する行動特性を少量の試料を用いて検出する手法の開発を目指した。自群固体の体表粘液を寒天に混ぜ、それに対する行動の観察を定量化した。次に、本試験法に基づき、活性物質の単離を試み、活性画分を得た。この画分に含まれる化合物がホスファチジルコリン(PC)の混合物であることがわかった。2 PC分子種による群認識機構の解析活性画分(以降PCF)と粘液の活性を濃度応答実験で比較したところ、PCFは、体表粘液と同等の濃度依存性を示した。次に、活性画分をホスフォリパーゼA2で処理したところ活性が消失したため、PCがPCF中の活性本体であることが確実になった。ついで、PCFが自他の群の識別に関わるか否かを調べた結果、PCFが群の識別に関わることが明らかになった。さらに、活性を保持するには、少なくとも二種類のPC分子種が必要であることがわかった。つぎに、PCFに合成PCを添加してPCFのPC分子種の組成を意図的に変え、活性を調べた。その結果、活性が激減した。すなわち、PC分子種の組成が群認識に関与することが示された。3 PC分子種の組成分析と多変量解析群ごとのPC分子種の組成を調べるために、定量分析法を確立し、いずれの群のPCも、多数のPC分子種から構成される複雑な組成を示した。ついで、群間での組成の違いを調べるために主成分分析と相関係数(相関係数行列)による解析を行った。この結果、群のPCパターンによる分離が明瞭に確認できた。すなわち、PC分子種の組成が群により異なることを示した。自群個体の体表粘液を寒天に混ぜ、それに対する行動を観察を定量化した。2 PC分子種による群認識機構の解析活性画分(以後PCF)と粘液の活性を濃度応答実験で比較したところ、PCFは、体表粘液と同等の濃度依存性を示した。

3 PC分子種の組成分析と多変量解析群ごとのPC分子種の組成を調べるために、定量分析法を確立し、いずれの群のPCも、多数のPC分子種から構成される複雑な組成を示した。ついで、群間での組成の違いを調べるために主成分分析と相関係数(相関係数行列)による解析を行った。この結果、群のPCパターンによる分離が明瞭に確認できた。すなわち、PC分子種の組成が群により異なることを示した。
次世代超高速シーケンサーを用いた脳動脈瘤関連遺伝子領域からの責任変異の同定

脳動脈瘤との連鎖と関連が報告されている染色体14q23領域に注目し、脳動脈瘤の大家系を対象に次世代シーケンサーによるターゲット・リシーケンシングを行った。得られた網羅的データに独自のクオリティコントロールを加えて解析を行ったところ、14q22.3-14q24.3領域に正の連鎖シグナルが再現され、やはりこの領域に感受性遺伝子が存在している可能性が高いと考えられた。本年度は染色体14q23のSNP rs767603領域に注目して解析を行った。この領域は、我々のゲノムワイド連鎖解析で2番目に高い連鎖を認めた領域であり、米国の脳動脈瘤家系の解析でも連鎖が再現されている(Stroke 37 : 1021-1027, 2006)。さらに本邦の他研究班で行われた、現在までに報告のあった全ての連鎖領域全域での関連解析(Locus Wide Association Study)により、SNP rs767603と、このSNPを組み込んだハプロタイプで有意な関連も再現された(J Hum Genet 53 (4) : 325-32, 2008)。すなわち、我々の研究結果とあわせると異なる3集団において有意な連鎖と関連が再現されたことになる。まず、このSNP rs767603を患者168例と対照193例でジェノタイピングし、相関の有無を検証した。Tアレル頻度が患者群で14%に対し、対照群では20%でP=0.034と前出の報告と同様の有意な差を示した。やはりこの領域には感受性遺伝子が存在している可能性が高いといえる。この連鎖と相関が再現された領域は、一つの大きな連鎖不平衡ブロックを形成している。全長は少なくとも599kbに及び、7個の遺伝子が登録されている。そこで次に、これらの限定された領域について次世代シーケンサーターSOLiDシステムによるゲット・リシーケンシングを行った。サンプルは第14染色体連鎖領域でIdentity-by-descent≧1であった家系の発端者を選定した。得られたデータはBioScopeソフトウエアで解析を行い、ナンセンス変異、アミノ酸置換を来す変異やスプライシング受容・供与部位の変異に注目して抽出を行っている。複数の患者で共通の遺伝子に存在する変異については、サンガー方による確認作業を順次行っているところである。異なる3集団で脳動脈瘤との連鎖または関連が報告されている、染色体14q23のSNP rs767603領域に注目して解析を行った。まず、rs767603を患者168例と対照193例でジェノタイピングして関連解析を行ったところ、Tアレル頻度が患者群で14%に対し、対照群では20%でP=0.034と有意な関連が再現された。やはりこの領域に感受性遺伝子が存在している可能性が高いと考えられたので、次に次世代シーケンサーSOLiD(ライフテクノロジーズ)によるターゲット・リシーケンシングを行った。サンプルは、先のゲノムワイド連鎖解析にて第14染色体連鎖領域でIdentity-by-descent≧1であった大家系を一つ選定した。この家系からサンプリング可能であった罹患者および非罹患者合計7名のサンプルを解析に供した。同時に、SOLiDデータのクオリティコントロールおよび、注目した本家系単一で密な連鎖解析を行う目的でイルミナ社SNP arrayを用いて、高密度のSNPジェノタイピングも行った。パラメトリック連鎖解析により、rs862132rs10148224(14q22.314q24.3)の領域で多点HLOD値が正の連鎖シグナルが再現されたので、この領域でSOLiDデータのフィルタリングを行った。まずは、家系内で疾患とともに伝達しているアミノ酸置換またはスプライス部位の変異で、Common SNPとしてデータベースに登録されていないものを抽出することとした。その結果、これに該当するヴァリアントはこの連鎖領域には存在しないことが判明した。すなわち、この領域についてはコーデイング領域以外で遺伝子発現調節領域も含めた解析が必要なことがわかった。そのための最も有用な方策はSOLiDによる全ゲノムシーケンスであり、現在、本家系発端者で解析を進めているところである。
中緯度大気海洋系の大規模変動:力学的メカニズムと予測可能性

中緯度大気海洋系の自然変動およびその予測可能性の探求を目的とする3ヵ年計画の最終年度である。本研究の中核をなす、中程度の複雑さをもつ大気海洋結合モデルを用いた数値実験は昨年度のうちにほぼ終了し、500年の結合標準実験およびその実験から得られる気候値の海面水温を与えた大気モデル実験を比較し、大気海洋結合の効果が気候平均場および長周期気候変動へ与える影響が明らかになった。結合効果として、海面熱フラックスが気温・海面水温変動を抑制する過程を弱める、いわゆる"reduced thermal damping"に加え、海面風応力の変動が風成循環のスピンアップ・スピンダウンを通じて西岸域の海面水温を変え、それが大気循環を変えるという大規模フィードバックが同定された。この結果は、中緯度西岸域の海面水温(太平洋ならば日本東方沖)が大気海洋相互作用の鍵領域であること、さらには風成循環変動の指標となる季節水温躍層の監視が、10年規模の気候変動の予測に有益である可能性を意味している。上記の成果は論文としてまとめられ、近日中に投稿予定である。中緯度大気海洋系の自然変動を理解するのに最も重要なのが、海面水温変動に対する大気の応答過程の解明である。中緯度大気変動の主要な部分は、いわゆるストームトラックが主体的に関わっているので、研究当初から用いてきた線型大気モデルに総観規模擾乱と大気長周期変動の相互作用を組み込むことを試みた。この成果は既に印刷中である(Jin et al.2006ab)。また、海面水温偏差を強制源として線型モデルによる定常応答を求めると現実の大気長周期変動をよく再現できるが、そのためには高解像度のモデルに対する効率的な行列解法が必要である。これは昨年度の懸案課題であったが、今年度新しい行列解法を提案することができ、これも投稿論文がまもなく受理される見込みである。当初の計画に記したとおり、本研究は中緯度大気海洋系に卓越する自然変動を理解し、その予測可能性について有益な知見を得ることを目的としている。研究の柱として、中程度の複雑さをもつ大気海洋結合大循環モデルを構築し各種数値実験を行うこと、力学大気モデルを用いた大規模行列計算により、大気海洋の変動を「モード」として理解すること、の二つを挙げたが、本年度は、主に後者に重点を置いていくつかの研究成果をあげることができた。まず、既に構築されている線型力学大気モデルを用いて,中緯度大気循環に卓越する長周期変動が、帯状流-停滞波動結合、ジェット導波管上の準定常波動伝播、準定常波動-ストームトラックの相互作用といったいくつかの力学過程により選択されやすいモードであることを示すことができた。この過程において、ストームトラックの実体である短同期の高低気圧擾乱の新たなパラメタリゼーション手法を開発し、それを準定常大気モデルに組み込んだ。さらに、このモデルを簡単な中緯度海洋モデルと結合して系のモード計算も行った。これについては興味深い成果が得られたが未発表である。また、非線形モデルを用いた理想的条件下での数値実験も行い、中緯度のジェット気流・高低気圧活動・放射強制の間の非線形平衡化の機構を明らかにした。この成果は、今後予定している結合大循環モデルを用いた数値実験のデザインに大きく役立つものである。結合モデルに関しては,大気・海洋とも2層の簡略化したモデルが出来上がっているが、大気部分をさらに空間解像度の高い大循環モデルで置き換えて長期時間積分を行うことは来年度の課題である。中緯度大気海洋系の自然変動およびその予測可能性の探求を目的とする3ヵ年の研究計画の2年目である。本年度は、昨年度に引き続き大規模大気変動を力学的な「モード」として理解する試みと、大気海洋結合モデルを用いた数値実験を行なった。前者については、「北極振動」と呼ばれる冬季北半球の卓越変動の実質的な部分が、線型大気モデルに基づく行列演算から得られる中立力学モードとして説明できることを明らかにし(Watanabe and Jin 2004)、また北極振動形成過程において北大西洋域から日本付近へ速い波束伝播が生じることをつきとめた(Watanabe 2004)。この結果はアジア域の延長予報にとっても有益であると考えられる。さらに、北極振動の原型を理解するために、理想化した大気における卓越変動を水惑星大循環モデルの長期積分を用いて調べた(Watanabe 2005)。これらの研究の過程で、線型大気モデルの空間解像度を上げてより詳細な計算をする必要性が生じてきたが、現在は解像度の高い線型演算子行列の解法を模索している最中であり、その成果は来年度に持ち越される。本研究の中核をなす中緯度大気海洋相互作用を、中程度の複雑さをもつ大気海洋結合モデルを用いた数値実験で調べた。我々の過去の研究から、中緯度海洋西岸域の海面水温偏差は蒸発降水過程を介して大気定在波を強制し得るという結果が得られており、定在波に伴う海面西風が駆動する風成循環(熱輸送を介して海面水温を変化させる)と併せると大気海洋結合フィードバックを構成するかも知れない。この作業仮説を検証するために、定在波の振幅を調節する山岳標高を外部パラメータとして、結合モデルのパラメータ走査実験を行なった。同じ標高のもとで大気モデルを積分して得られる気候平均場と比べると、結合系では山岳の変化に対する感度が高いことが分かった。詳細を解析すると、先に推測した大気定在波-風成循環の正のフィードバックが高感度をもたらすらしいことが見出された。

これらは基礎的な成果であるが、来年度は結合モデルの大気部分をより現実に近づけ、さらに多様な時間スケールの変動において同様のメカニズムが作用しているかどうかを調べることで、結合系変動の予測可能性に繋がる知見を得ることができると考えている。中緯度大気海洋系の自然変動およびその予測可能性の探求を目的とする3ヵ年計画の最終年度である。本研究の中核をなす、中程度の複雑さをもつ大気海洋結合モデルを用いた数値実験は昨年度のうちにほぼ終了し、500年の結合標準実験およびその実験から得られる気候値の海面水温を与えた大気モデル実験を比較し、大気海洋結合の効果が気候平均場および長周期気候変動へ与える影響が明らかになった。結合効果として、海面熱フラックスが気温・海面水温変動を抑制する過程を弱める、いわゆる"reduced thermal damping"に加え、海面風応力の変動が風成循環のスピンアップ・スピンダウンを通じて西岸域の海面水温を変え、それが大気循環を変えるという大規模フィードバックが同定された。この結果は、中緯度西岸域の海面水温(太平洋ならば日本東方沖)が大気海洋相互作用の鍵領域であること、さらには風成循環変動の指標となる季節水温躍層の監視が、10年規模の気候変動の予測に有益である可能性を意味している。上記の成果は論文としてまとめられ、近日中に投稿予定である。中緯度大気海洋系の自然変動を理解するのに最も重要なのが、海面水温変動に対する大気の応答過程の解明である。中緯度大気変動の主要な部分は、いわゆるストームトラックが主体的に関わっているので、研究当初から用いてきた線型大気モデルに総観規模擾乱と大気長周期変動の相互作用を組み込むことを試みた。この成果は既に印刷中である(Jin et al.2006ab)。また、海面水温偏差を強制源として線型モデルによる定常応答を求めると現実の大気長周期変動をよく再現できるが、そのためには高解像度のモデルに対する効率的な行列解法が必要である。これは昨年度の懸案課題であったが、今年度新しい行列解法を提案することができ、これも投稿論文がまもなく受理される見込みである。
界面配向制御機能をもつ金属イオン抽出試薬の開発とその速度論的分離・濃縮への応用

水相-有機相界面を利用した新しい抽出システムの設計に関して以下に記す成果を得た.(1)抽出試薬上のアルキル基の効果:4-アシル-5-ピラゾロン誘導体をモデル試薬として用い,希土類金属イオンのキレート抽出系における抽出試薬上のアルキル基の効果について検討した結果,抽出化学種,抽出定数,抽出速度定数および律速過程は抽出試薬上のアルキル基の長さに依存しないことが明らかとなった.従来の抽出構造(水相反応モデル)では,アルキル基を長くすると水相内の試薬活量の低下により抽出速度は小さくなるが,4-アシル-5-ピラゾロン誘導体のように疎水性の高い試薬を用いる抽出系では速度は低下せず,界面における錯形成反応が抽出速度を支配することが示された.また1,10-フェナントロリンを併用した協同効果抽出系および第4級アンモニウム塩を用いたイオン対抽出系についても同様の結果を得た.(2).界面配向制御のための試薬の開発:界面における配位官能基の配向状態(横向き,下向きなど)の制御を試みる系として長鎖アルキル基を有する8-キノリノール誘導体をモデル試薬として選択し,7-ドデシル-5-メチル-8-キノリノール,5-ドデシル-7-メチル-8-キノリノール,5-オクチルオキシメチル-8-キノリノールの合成に成功した.長鎖アルキル基を導入する部位の設計およびアルキル鎖への親水基の導入により,試薬の配向状態の制御が可能となることが予想される.また合成した試薬は希土類金属イオンを広いpH領域で抽出しない5,7-ジメルチ-8-キノリノールと同じ骨格を有することから界面配向による効果と併せてその特異性が期待される.(3).界面の疎水性を利用するスポットテスト法の開発:本研究の新展開として,疎水性界面の特性によって金属錯体をリング状に濃縮できる高感度スポットテスト法の開発を行った.水相-有機相界面を利用した新しい抽出システムの設計に関して以下に記す成果を得た.(1)抽出試薬上のアルキル基の効果:4-アシル-5-ピラゾロン誘導体をモデル試薬として用い,希土類金属イオンのキレート抽出系における抽出試薬上のアルキル基の効果について検討した結果,抽出化学種,抽出定数,抽出速度定数および律速過程は抽出試薬上のアルキル基の長さに依存しないことが明らかとなった.従来の抽出構造(水相反応モデル)では,アルキル基を長くすると水相内の試薬活量の低下により抽出速度は小さくなるが,4-アシル-5-ピラゾロン誘導体のように疎水性の高い試薬を用いる抽出系では速度は低下せず,界面における錯形成反応が抽出速度を支配することが示された.また1,10-フェナントロリンを併用した協同効果抽出系および第4級アンモニウム塩を用いたイオン対抽出系についても同様の結果を得た.(2).界面配向制御のための試薬の開発:界面における配位官能基の配向状態(横向き,下向きなど)の制御を試みる系として長鎖アルキル基を有する8-キノリノール誘導体をモデル試薬として選択し,7-ドデシル-5-メチル-8-キノリノール,5-ドデシル-7-メチル-8-キノリノール,5-オクチルオキシメチル-8-キノリノールの合成に成功した.長鎖アルキル基を導入する部位の設計およびアルキル鎖への親水基の導入により,試薬の配向状態の制御が可能となることが予想される.また合成した試薬は希土類金属イオンを広いpH領域で抽出しない5,7-ジメルチ-8-キノリノールと同じ骨格を有することから界面配向による効果と併せてその特異性が期待される.(3).界面の疎水性を利用するスポットテスト法の開発:本研究の新展開として,疎水性界面の特性によって金属錯体をリング状に濃縮できる高感度スポットテスト法の開発を行った.
南九州の豚繁殖・呼吸障害症候群ウイルス株の遺伝子解析と持続感染様式の解明

本研究では、母豚において扁桃がPRRSウイルスの増殖の場として重要であることを我々の開発したISH増感法で明らかにした。口腔液中で検出されるPRRSVの主な局在部位は口蓋扁桃であることが示唆された。農場内における母豚等におけるウイルス動態の調査に大変有用であると考えられた。本研究で行った調査ではクラスターI、II、IV型のウイルス株が検出された。特に南九州のある地域においてはクラスターIVに分類されるウイルス株が多い傾向にあった。豚繁殖・呼吸障害症候群(PRRS)は、養豚業界において経済的損失が最も大きいウイルス性疾病で、母豚の繁殖障害や子豚の呼吸器障害などを引き起こす。PRRSウイルスに感染している妊娠母豚は、繁殖豚舎内で垂直感染や分娩後早期の感染を起こし、離乳後に子豚舎内で呼吸器病が蔓延する。したがって、本対策で最も大事なポイントは、「繁殖母豚から子豚への感染を抑えること」である。本研究では、母豚群におけるウイルス動態、感染臓器、感染細胞、南九州におけるウイルス株の遺伝子性状を明らかにして、持続感染様式の一端を解明することである。今年度は流産母豚における感染細胞を明らかにするために、扁桃を用いて免疫組織化学法とISH法の二重染色を実施した。その結果、ウイルス感染細胞は扁桃陰窩周囲や粘膜固有層のマクロファージもしくは樹状細胞であることが示された。また、ウイルスが唾液で検出される一因として、感染細胞の一部が口腔内に脱落するためと推測された。対象農場において母豚の血清を採取し、PRRSウイルスの遺伝子検査を行ったところ、46例中1例がPCR陽性を示した。次に、母豚血清および唾液を経時的に採取し、ウイルス感染状況を解析した。対象母豚は、血清あるいは唾液サンプルでPCRが陽性になった症例、高い抗体価を示した症例、流産歴のある症例とし、合計42例の扁桃を採取した。これらの扁桃よりRNAを抽出し、PRRSウイルス遺伝子を検査したが、全ての症例は陰性を示した。以上の成績より、母豚において扁桃がPRRSウイルスの増殖の場として重要であることが明らかになった。感染細胞の一部は口腔内に脱落し、唾液検査で検出されることが示唆された。豚繁殖・呼吸障害症候群(PRRS)対策で最も大事なポイントは、「繁殖母豚から子豚への感染を抑えること」である。繁殖母豚のPRRS免疫を安定・持続化させるためには、繁殖候補雌豚に免疫を賦与させ、ウイルスを排泄していない状態で繁殖母豚群に繰り入れる必要がある。したがって、繁殖候補雌豚の適切な馴致が本対策の最大のカギとなる。本研究では、繁殖母豚または繁殖候補雌豚におけるウイルス動態、感染臓器、南九州におけるウイルス株の遺伝子性状を明らかにすることである。昨年度は、母豚において扁桃がPRRSウイルスの増殖の場として重要であることを明らかにした。感染細胞の一部は口腔内に脱落し、口腔液検査で検出されることが示唆された。今年度は対象農場において導入したPRRSウイルスフリーの繁殖候補雌豚より経時的に口腔液を採取してウイルス動態を明らかにし、本検査の有用性を検討した。その結果、PRRSウイルスは導入後3週で口腔液より検出され、導入後11週で検出されなくなった。また、導入後4週および導入後5週の死亡豚を検査したところ、扁桃よりPRRSウイルスが検出された。次に鹿児島県内の複数農場にて発育不良豚を検査したところ、多くが豚呼吸器複合感染症と診断され、肺よりPRRSウイルスが検出された。また、ORF5遺伝子に基づく北米型PRRSウイルスの分子系統樹解析を行ったところ、日本国内のPRRSウイルス株のクラスターIVに分類された。豚繁殖・呼吸障害症候群(PRRS)は、母豚の繁殖障害や子豚の呼吸器障害などを引き起こすウイルス性疾病である。PRRSの防除対策として、母豚群の抗体価を安定・持続化させ、母豚および子豚の被害を抑える試みがなされているが、優れたワクチンがなく、母豚への持続感染のため清浄化が難しい。また、本ウイルスの遺伝子変異の幅は極めて大きく、全国有数の畜産県である宮崎・鹿児島両県由来ウイルス株は解析されていない。今年度は母豚群で検出されるウイルス株が流産や子豚の呼吸器病の原因になっているかを明らかにするために、対象農場で発生した流産母豚および胎児におけるウイルス遺伝子の局在などを詳細に解析した。流産母豚においてウイルス遺伝子は唾液、扁桃で検出され、その他の臓器においてPCR陰性を示した。一方、流産胎児においてウイルス遺伝子は肺と胎盤で検出された。シークエンス解析の結果、母豚の扁桃で検出されたPRRSウイルスORF5遺伝子の塩基配列は流産胎児のそれと100%の相同性を示した。

また、子豚の肺炎材料より、同じウイルス株が検出された。以上の成績より、母豚群で検出されたウイルス株が流産や子豚の呼吸器病の原因になっていることが明らかになった。さらに、母豚の唾液でウイルスが検出されたことから、持続感染豚における唾液検査の有用性が示唆された。豚においてロープを用いた唾液採取法が報告されている。妊娠母豚において血液採取時期は限定されるのに対し、ロープを用いた唾液採取法はどの妊娠ステージにおいても採取可能であり、豚にストレスを与えないメリットがある。現在、母豚血清および唾液の経時的調査を実施し、ウイルス感染状況やELISA抗体価の推移を解析している。豚繁殖・呼吸障害症候群(PRRS)対策で最も大事なポイントは、「繁殖母豚から子豚への感染を抑えること」である。したがって、繁殖候補雌豚の適切な馴致が重要である。本研究では、繁殖母豚または繁殖候補雌豚におけるウイルス動態、感染臓器、南九州におけるウイルス株の遺伝子性状を明らかにすることである。母豚においてPRRSウイルスは扁桃で増殖するが、ウイルス量は高くないため、in situ hybridization(ISH)増感法を開発した。今回、免疫組織化学的検査法、ISH通常法、我々の開発したISH増感法を比較検討し、増感法の感度が非常に高く、非特異反応が少ないことを証明した。加えて、固定液や固定時間を検討したところ、4%パラホルムアルデヒド固定液で2週間以内の固定時間が良好であることを明らかにした。本研究では、母豚において扁桃がPRRSウイルスの増殖の場として重要であることを我々の開発したISH増感法で明らかにした。口腔液中で検出されるPRRSVの主な局在部位は口蓋扁桃であることが示唆された。本検査の有用性を確認するために、対象農場において導入したPRRSウイルスフリーの繁殖候補雌豚から経時的に口腔液を検査してウイルス動態を調べた。その結果、PRRSウイルスは導入後3週で口腔液より検出され、導入後11週で検出されなくなった。頻回の血液採取は動物にとって大変ストレスがかかるが、口腔液採取は容易であることより、今後、農場内における繁殖母豚または繁殖候補雌豚におけるウイルス動態の調査に大変有用であると考えられた。日本で検出されるPRRSウイルスは5つのクラスターに分類されるが、本研究で行った調査ではクラスターI、II、IV型のウイルス株が検出された。特にある地域においてはクラスターIVに分類されるウイルス株が多い傾向にあり、今後さらに症例数を増やして検討する必要がある。農学平成24年度計画していた母豚血清の経時的調査および廃豚の調査は、概ね達成できた。研究はほぼ予定通り進行している。ウイルス動態およびウイルス感染臓器や感染細胞を明らかに、口腔液検査法の有用性を示した。また、これらの成果は学会にて発表し、国際雑誌に受理された。平成23年度計画していた母豚血清の経時的調査および流産胎児や子豚の呼吸器病の調査は、概ね達成できた。前年度の検査に加え、持続感染豚における感染臓器や感染細胞を明らかにする目的で、高産歴母豚だけでなく、繁殖候補雌豚(更新用未経産雌豚)を検査対象に加える。
液晶ナノミセルにおける薬剤分子の輸送と液晶秩序の動的結合

はじめに時分割放射光X線回折実験を行い、回折プロファイルの時間変化を測定した。その結果、時間の経過に従い、層間隔の逆数に対応する回折ピークの中心波数が高波数側へシフトすることが明らかになった。つまりこの結果は、分子長の短いN液晶分子が層間中に浸潤し、層を収縮させていることを示している。一方で、回折ピークの幅から見積もった層秩序の相関長は、時間経過に従い減少することが明らかになった。これは、SmA液晶ナノミセル中にN液晶分子が侵入したことで、混合液晶としてのSmA-N相転移温度が低下し、層秩序が低下したことを示していると考えられる。次に、得られた層間隔の時間発展とマクロな物性である配向揺らぎの時間発展の比較を行った。その結果、N液晶分子の侵入によるミクロ及びマクロな物性変化のタイムスケールが一致していることがわかった。これは、分子長の短いN液晶の侵入がマクロスコピックには配向揺らぎを増大させ、ミクロスコピックには層間隔を収縮することを示している。最後に、バルク状態で層間隔とN液晶分子の混合濃度の関係を調べ、この関係を用いて層間隔の時間発展から、N液晶分子の混合濃度の時間発展を定量的に評価した。その結果、初期状態ではほとんどN液晶分子は混合しておらず、時間経過に従い連続的にN液晶分子が侵入することが明らかになった。さらに、十分時間が経過するとN液晶とSmA液晶が一様に混合した平衡状態となることがわかった。以上の通り今年度私は、混合過程に伴うミクロな物性変化を捉えることに成功し、N液晶分子の混合濃度を定量的に評価することに成功した。27年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は次の2点に着目し研究を行った。1、液晶ナノエマルションからの色素分子放出に対する液晶秩序が駆動する力の効果:液晶秩序に駆動された力が色素分子をエマルション外へ放出しているのかどうかに着目して研究を行った。2成分混合液晶をコア中に導入することで、混合液晶の混合比を新しい自由度として液晶ナノエマルションコアの液晶秩序と液晶相転移温度を調整できないかと考えた。そしてコア中の液晶の相転移温度と色素分子がエマルション外へ放出される温度を、偏光解消静的光散乱実験と透過光スペクトル測定によりそれぞれ見積もった。得られた色索分子放出温度はコア中の混合液晶の液晶相転移温度と強い相関があることが明らかになった。この結果は液晶秩序が色素分子を放出する力を駆動していることを示唆する結果である。2、マイクロメートルスケールにおける液晶秩序に誘起された色素分子放出現象:色素放出現象を直接的に確認するために、サイズが数100マイクロメートル程度の液晶マイクロエマルションを作成し、このエマルション内外における色素分子の輸送現象について研究を行った。液晶マイクロエマルションはマイクロ流路を用いて、色素分子水溶液中に液晶を分散させて作成した。得られた液晶マイクロエマルションについて顕微鏡観察により色素放出現象を観察した結果、ナノエマルションと同様の結果を得た。この結果は液晶秩序に駆動された色素放出現象がナノメートルからマイクロメートルにわたる広いスケールで成り立つことを示唆する結果である。バルクにおいてスメクチック相を発現する液晶分子をコア中に導入し、スメクチック液晶ナノミセルを作成した。今年度はこのスメクチック液晶ナノミセルについて、次の2点を目的とし研究を行った。1、スメクチック液晶ナノミセルがコア中の液晶分子が層秩序を有することを確認する:コア中の液晶分子の層秩序を確認するために放射光を用いたX線回折実験を行った。その結果、バルクにおけるスメクチック-ネマチック相転移温度以下の温度において回折ピークが得られ、液晶ナノミセルが層秩序を有することが明らかになった。また得られた回折ピークから見積もった(a)層間隔は導入した液晶分子のバルクにおける層間隔と一致しており、(b)相関長はエマルションサイズ程度に抑制されていることが明らかになった。これらの結果からコア中の液晶分子が層秩序を有することが明らかになった。2、コア中の液晶分子の運動性に対する層秩序の効果を明らかにする:ミセル間の液晶分子の拡散過程を用いて、コア中の液晶分子の運動性を見積もった。この拡散過程は、2種類の液晶ナノミセルを混合した溶液において、それぞれのミセル間で液晶分子が拡散する過程である。この過程の拡散速度は、コア中の液晶分子のミセル動径方向の運動性を反映していると考えられる。実験によって得られた拡散速度は、温度の低下に伴い急激に減速することが明らかになった。この結果は、層秩序の発展に伴いコア中の液晶分子の運動性が低下することを示しており、層秩序が液晶分子の運動性を抑制することを示している。

次に、得られた層間隔の時間発展とマクロな物性である配向揺らぎの時間発展の比較を行った。その結果、N液晶分子の侵入によるミクロ及びマクロな物性変化のタイムスケールが一致していることがわかった。これは、分子長の短いN液晶の侵入がマクロスコピックには配向揺らぎを増大させ、ミクロスコピックには層間隔を収縮することを示している。最後に、バルク状態で層間隔とN液晶分子の混合濃度の関係を調べ、この関係を用いて層間隔の時間発展から、N液晶分子の混合濃度の時間発展を定量的に評価した。その結果、初期状態ではほとんどN液晶分子は混合しておらず、時間経過に従い連続的にN液晶分子が侵入することが明らかになった。さらに、十分時間が経過するとN液晶とSmA液晶が一様に混合した平衡状態となることがわかった。以上の通り今年度私は、混合過程に伴うミクロな物性変化を捉えることに成功し、N液晶分子の混合濃度を定量的に評価することに成功した。今年度はミセルコアに層秩序を有するスメクチック液晶ナノミセルを作成することを目的として研究を行った。そしてスメクチック液晶ナノミセルが層秩序を有することを明らかにし、さらにコア中の液晶分子の運動性が層秩序により抑制されていることを示唆する結果を得た。これは層秩序によりコア中の液晶分子の拡散を制御できることを示しており、計画通りの発展である。27年度が最終年度であるため、記入しない。今年度ミセル間における液晶分子の拡散過程を用いて、コア中の液晶分子の運動性について研究を行った。しかし、この拡散過程の素過程において、(a)水を介した拡散、(b)ミセル同士が接触している際の拡散どちらが支配的なのか明らかになっていない。そこで来年度は拡散過程の素過程を明らかにするために研究を行う予定である。また、拡散過程の進行に伴った、層秩序の変化について着目し研究を進める。特に、時分割放射光X線回折実験により層秩序の相関長を精密に測定する予定である。初年度はエマルションコアの液晶秩序と色素分子のエマルション外への放出の関係を明らかにすることを目的として研究を行った。そして色素分子放出温度が液晶相転移温度と強い相関があることが明らかになった。これは液晶秩序が色素分子を放出する力を駆動していることを示唆する結果であり、計画通りの発展である。異なる液晶を閉じ込めた2種類の液晶ナノエマルションを混合し、各エマルションコア間の液晶の混合過程を測定する予定である。混合過程を測定するためにコアの液晶の相転移挙動に着目する。この結果からエマルションコアの液晶及びエマルションシェルの両親媒性高分子の運動性について研究を行う予定である。さらに、より高次の液晶相をコアに導入した液晶ナノエマルションについても研究を行い、液晶相によるコアの運動性の変化についても研究を行う予定である。