hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新鮮気道分泌液の質的変化に起因する粘膜防御能脆弱化メカニズムの解明とその制御

この炎症惹起状態においてもLABAは気道分泌量を抑制し、pHをアルカリ側に変化させる傾向を示した。慢性炎症によって気道過分泌および病的酸性化に変化した気道分泌液をLABAおよびLABA/LAMA併用ともに正常化に変化させる可能性が示唆された。以上の研究結果は2019年4月の日本呼吸器学会総会で発表した。本研究をさらに発展させることにより、新規治療薬の開発に向けた基礎を提供しCOPD増悪予防を目的とした安全で有効な早期治療法の確立と臨床応用が可能である。2018年度の当初の計画であったブタ気管粘膜面での新鮮分泌液の可視化を可能にするシステムを構築することができた。既存のCOPD治療薬であるLABAおよびLABA/LAMA併用による気道分泌液特性の正常化を確認することができた。定常状態および炎症惹起状態におけるそれぞれの解析も可能となった。いくつかの実験プロトコルでは統計学的処理可能なレベルにまでデータ数が達している。CFTRは気道に豊富に発現する陰イオンチャネルであり、Cl-だけでなくHCHO3-分泌に関与することから、本研究結果にはCFTRの機能不全が大きく関わっていると考えられる。データ数は限られるがCFTR阻害剤の効果を確認中である。並行して実施している気道上皮線毛輸送運動の観察および周波数、振幅などの観察・定量化について予備実験を行っている。既存の高速度カメラ付き顕微鏡システムを用いた予備研究も進んでおり、本研究の主題であるCOPDにおける気道粘膜防御能の脆弱性の定量化、気道被覆液の質的正常化を可能とする新規治療法の確立に向けて、今後更なる研究を発展させる基盤を構築できた。炎症惹起状態においてなぜ気道分泌が増えるのか、なぜ酸性化に傾くのか、その分子機序を明らかにする必要がある。またLABAおよびLABA/LAMAがそれらを正常化するメカニズムにどのような分子が関与しているのか確認する必要がある。過去の報告および我々の検討結果より、CFTRが第一候補として考えられる。CFTRは気道に豊富に発現する陰イオンチャネルであり、Cl-だけでなくHCHO3-分泌に関与すること、およびCFTRの機能不全が本態である嚢胞性線維症では気道被覆液のpHは健常人より酸性に傾いていることが知られている。現喫煙者やCOPD症例では気道のCFTRの発現低下と機能不全を認めることも知られている。CFRT機能不全は気道表面の脱水および酸性化を引き起こし、ムチンの過剰貯留や変性が気道粘膜防御機構の破綻を来し、COPD増悪病態の一部を形成する可能性をさらに検討する。当初pH測定用として予定していた蛍光色素BCECF/蛍光顕微鏡による解析法およびイオン交換樹脂/微小電極による解析法ではなく、より安価なプロトン選択的色素SNARF-1 dextranとマルチプレートリーダー(FlexStation 3)による自動解析法が可能であったことが原因と考えられる。また参加した国際学会が国内開催であったことも旅費の経費が少なかった原因と考えられる。2018年度の研究成果は概ね達成できており、次年度使用額として使用することで研究に支障は来さない。2019年度は昨年度の得られた研究結果の信頼性を高めるために、現在の実験を継続して統計学的有意差の解析が可能な実験データ数を十分増やす予定である。
鉱物における構造色の基礎研究-レインボーガーネットを例として-

奈良県吉野郡天川村より採集された,イリデッセンスによって虹色に輝く"レインボーガーネット"を試料に用いて電子顕微鏡観察を行った結果,本産地のレインボーガーネットが通常のガーネットでは見られない波状のラメラ組織および数百nmオーダーの微細なラメラ組織をもつことを示し,後者の微細ラメラによる光の干渉がイリデッセンスを引き起こすことを明らかにした。しかし,電子顕微鏡による観察だけでは,作製試料に依存した局所的な情報のみに限られてしまい,例えば試料全体の歪みの分布などの情報を得ることは困難である。そこで,これまで電子顕微鏡を用いて観察してきたレインボーガーネット中のラメラ組織の形成に格子欠陥等の結晶不整が関連しているのかを検証するために,放射光を用いたX線トポグラフィーによる結晶評価を行なった。実験はSPring-8のBL28B2に設置された白色X線トポグラフカメラを用いて,室温で撮影を行なった。その結果,得られたトポグラフ像においては,ほとんどの回折斑点内に結晶外形に垂直方向に伸長した2または4本の筋が確認できた。これまでの電子顕微鏡による観察から確認されている累帯構造・波状ラメラ組織・微細ラメラ構造のうち,累帯構造および微細ラメラ構造は結晶外形に平行な構造を持っており,本実験で得られた結晶外形に垂直方向に伸びた筋の成因としては考えにくい。そのため,波状ラメラ組織がこの筋の成因だと考えられる。前年度の報告書に「レインボーガーネットの構造色の原因は,初生的には微細ラメらによる多層膜干渉による」が、「その副次的な効果を波状組織が担っている」と仮説した。今回観察された波状組織による僅かな方位のズレがその副次的な効果を与える要因である可能性が示唆された。イリデッセンスによって虹色に輝くアンドラダイト系ガーネット(通称レインボーガーネットと呼ばれる)は世界的にも稀産な鉱物であるが,2004年に奈良県吉野郡天川村から大量に産出して,新聞誌上やテレビニュースでも取り上げられるなど大きな話題となった。本研究では,天川村産のレインボーガーネット試料についての鉱物学的研究を行なった。現地調査の結果,同じ天川村産のアンドラダイトでも,全くレインボーを発しないものもあれば,レインボーの強いものから弱いものまで多彩であることが確認され,それらの比較研究を行なった。その結果,レインボーを放つガーネット中には,波状ラメラ組織(数μmから数十μm周期)と微細ラメラ組織(100200nm周期)の2種類の微細組織の共存が確認された。それに対して,レインボーを放たないガーネットについては,これらのラメラ構造はさほど発達していないことがわかり,光の波長との関連から微細ラメラの層構造による多層膜干渉がレインボーガーネットの構造色の原因であることが推察された。この「レインボーガーネットの構造色の原因は,初生的には微細ラメラによる多層膜干渉による」との結論は,日本における「構造色」の第一人者である大阪大学の木下修一教授からもご支持いただいた。しかし,「それだけではいろいろな角度から眺めて虹色になることの説明は出来ない」とご指摘いただいたため,その副次的な効果を波状組織が担っていると考えて引き続き研究を継続させていく。また,レインボーガーネットの構造や対称低下などについて精査する目的で,つくばの高エネルギー加速器研究機構の放射光を利用して共同実験を行なった。その結果は現在解析中である。
知の循環型社会における対話型博物館生涯学習システムの構築に関する基礎的研究

本研究は、地域の博物館の連携を通じて、博物館の資源を活用しやすい形態で社会に還元し、人々の地域への参画力を高め、地域の活性化と生涯学習の振興に資する博物館機能の構築を目指している。具体的には、複数の博物館が有する学習プログラムや展示等の学習資源を、人々の科学リテラシーの向上を目的とした共通の枠組みで蓄積する。そして、博物館利用者がそれらを活用して学んだ成果を確認し、さらにその学習方法や成果を社会に還元するシステムを研究開発することにより、知の循環型社会における科学リテラシーの向上に資する博物館活用のモデルを確立し、博物館の新しい機能としての対話型博物館生涯学習システムの構築を目的としている。研究当初(平成24年度4,5月)は、博物館利用者の世代、科学に対する興味・関心等の区分から捉えた科学リテラシーの枠組みと評価の指針を検討するために、科学コミュニケーションの国際学会等において科学コミュニケーションや博物館の学習モデルに関する理論の調査を行った。その結果、科学コミュニケーションにおいては、博物館という場での実践的な人材養成、特にこれから社会に出る理系の大学院生を対象とした養成を行う重要性や、「対話型博物館生涯学習システム」の構築において、自然科学の理論だけでなく、心理学等も含めた幅広いコミュニケーションの理論構築の必要性が認識された。また、博物館において生涯学習という観点から幅広い世代の科学リテラシーを涵養する学習活動の体系は世界的に見てもほとんどなく、このような枠組みに対する国際的な関心の高さと有用性が明らかとなった。
重症児者の小集団における体感音響装置を用いた療育活動の開発

最大8名の重症心身障害児に対して、ベッドに寝たままで状態でも車椅子に座ったままの状態でも、単一周波数や音楽により振動を一斉に呈示することができ、それにより緊張の強い彼らにリラクゼーションを促すことができる体感音響装置を開発した。このシステムを活用は、少ないスタッフで一度に多くの重症児者の生活の質を高めることに貢献する新たな日中療育活動の方法と考える。また、学生14名を対象に心地よいと評定された強度で振動呈示をおこなった。その結果、心理評価からリラクゼーションを促す傾向、アミラーゼ値の減少傾向、皮膚温の上昇傾向が認められた。これらから、重症児者への適用が支持された。1.医療型障害児通所施設における療育活動: 75施設で回収率49%、1施設1日平均利用者数は10名、大島分類1で成人が多い。療育は25名、3145分かけて、楽器演奏、集団で音楽活動、音楽鑑賞、マッサージ、タッチングによる触刺激などを、活動内容、姿勢、表情などに配慮しておこなっていた。通所施設は医療的ケアを必要とする障害者が重症児の約3倍多く、主に看護師、介護福祉士と保育士などが障害程度に合わせて療育を行っていること、職員は療育活動の保障に苦慮していることが推察された。2.体感音響装置による音楽呈示の基礎的検討:対象は成人女性2名、うちデータ良好な1名の心拍変動と皮膚温の変化を検討した。呈示音楽は「音薬」とし音薬呈示前後に各3分間の安静状態を設定。1呈示音楽の特徴;「音薬」は各曲約3分20秒の7曲から構成。分解能1HzでFFTにより周波数分析した結果、最大パワの周波数は65Hz、73Hz、83Hz、87Hz、99Hz、110Hz、124Hzと順次高くなり、低周波数領域の強調とシンセサイザーの特徴が認められた。2心拍変動の周波数分析;各曲3分間の心拍変動のゆらぎをFFT解析し、副交感神経活動を反映するHF (0.150-0.400Hz)成分と交感神経活動を反映するLF/HFを求めた。その結果、音薬の呈示中は副交感神経が亢進し交感神経活動が抑制されている様相を示した。3皮膚温の変動;顔面神経が支配する額、鼻、頬、涙腺付近、耳、口下の領域の皮膚温変化は安静時と比較して鼻が2.4度、頬が2.1度、口下が1.5度上昇し、他の領域は明確でなかった。従って、皮膚温測定の領域は鼻と頬が適している可能性が認められた。4皮膚温の変動とLF/HFの関係;安静と7曲呈示のLF/HFと鼻・頬・口下の皮膚温の変動は、口下、鼻、頬の順に相関係数が-0.65、ー0.55、-0.45で相関が認められた。よって、体感音響装置による音楽呈示が自律神経系に影響すること、皮膚温も指標として有効であることが示唆された。1.体感音響装置の特性を計測する基礎実験本研究では、体感音響装置から呈示される振動を人間がどう感じるか、心理物理的に検討することが目的のひとつであるため、振動盤とベッドパッドの特性を計測して調整し確認することが重要である。体感音響装置のベッドパッド(13個の振動盤が埋め込み)の腰、両膝部に当たる2箇所に圧電式加速度ピックアップを埋め込んだ。その後、ファンクションジェネレータが呈示するサイン波を電圧、周波数を変えてベッドパッドの振動盤を駆動し、その振動をピックアップと振動計ユニットで計測し、その波形とジェネレータ出力波形をデジタルオシロスコープに取り込んで波形の平均電圧、SMSを分析した。その結果、ジェネレータからの出力は、0.1Vにすることが振動盤の特性を活かすこと、振動盤は15Hz以下と150Hzを越えると応答しにくいことを確認した。このことと音階の特徴から振動呈示周波数を35Hz、50Hz、70Hz、100Hz、140Hzにすることとした。2.健常学生が振動を心地よいと感じる刺激強度と周波数に関わる基礎実験大学生5名がベッドパットに仰臥位で安静にした後、35Hz、50Hz、70Hz、100Hz、140Hzのサイン波を上行、下行試行の順で呈示した。各周波数に対して、被験者は1分以内に心地よいと感じる強度をコントローラで決めた後、1分間の振動を呈示した。各刺激呈示間のジェネレータ出力と腰部の振動出力をデジタルオシロスコープに取り込み保存した後、被験者が心地よいと設定した強度のジェネレータ出力電圧の24秒間の平均電圧とRMSを計測した。その結果、5名の平均電圧、RMSともに140<100<70<35<50Hzの周波数の順に快適とする電圧は高かった。140Hz、100Hzが低電圧であることは5名とも共通しており、振動感覚が周波数と総エネルギー量に関係する可能性が示唆された。1.フィンランドへの振動音響療法の実際について研修これまで懸案であった世界で初めて音響振動療法を実施したフィンランド在住のオラヴ博士とその研究者4名(ユバスキュラ大学・病院・クリニック)を5日かけて訪問し、体感音響療法の理論と実際を知るとともに、研究者と意見交換することができた。そのなかで、重症心身障害児者に対する取り組みの臨床例を知り、本研究の取り組みの意義を確認できた。

今回の大きな収穫は、振動を音楽で駆動せず、同じ周波数のサイン波をリズミックに駆動しており、その方が、振動を集中して感じることができることを具体的に知ったことである。私のこれまでの研究や今後の研究計画では音楽を活用することを考えていたが、再検討するきっかけになった。世界振動音響療法学会の研究者と知己を得て研究の幅が広がったと考えている。2.健常学生が振動を心地よいと感じる刺激強度と周波数に関わる基礎実験II心地よいと感じる振動刺激の強度と周波数の同定をめざした研究を20名を対象に実施した。被験者は振動音を遮音するためイア・マフを装着し、ベッドパットに仰臥位で安静にした後、35Hz、50Hz、70Hz、100Hz、140Hzのサイン波を上行、下行の順で呈示した。各周波数に対して、被験者は1分以内で心地よいと感じる強度をコントローラで決めた後、1分間の振動を呈示した。刺激強度はジェネレータ出力と腰部の振動出力をデジタルオシロスコープに取り込み、24秒間の平均電圧とRMSを計測した。その結果、実験Iとは異なり、20名の平均電圧、RMSは140<100<35<50<70の周波数の順に快適とする電圧は高かった。健常学生において70Hz前後の振動が心地よいと感じる傾向が示唆された。一方、平均電圧が高い人は大柄の傾向があり、体型と多少関係ある印象も受けた。今後、同定した周波数のリズミックな呈示や持続時間で検討する。平成27年度では、健常学生に対する振動刺激受容の基礎的な実験は首都大学東京で実施してきた。実験は、大学院生の協力も得て、健常学生の刺激強度と周波数の関係について一定の傾向を得ることができた。その結果に基づいて、振動の強度を一定にして5周波数と持続時間の関係を心拍とサーモグラフィなどの生理指標も交えて検討する準備をしていた。しかし、9月にフィンランドのオラヴ博士を訪ね、研究計画で予定していた音楽で振動を駆動するのではなく、心地よい周波数をリズミックに呈示することが重要であることを知った。そこで、これまでの研究計画の見直しをおこなうなど、日本の研究者などと討論に時間を費やし、実験まで進むことができなかった。このような理由により、研究が遅れている。以上の理由により、研究の進捗状況は必ずしも予定通りではないが、今後の研究成果を考えると研究計画の見直しの検討は、精度の高い研究をおこなう上で重要であり、有意義な期間であったと考えている。1.全国の医療型障害児入所施設の調査結果の論文作成と投稿医療型障害児入所施設における日中活動の現状を明らかにするため、全国122ヵ所の公法人立施設に対して、郵送法によりアンケート調査をおこなった結果をまとめ、目白大学総合科学研究に投稿した。その結果、96%の施設で超重症児や準重症児が日中活動に参加していた。日中活動の規模は、210名、活動時間は3160分が多く、その活動を主に、保育士、看護師、介護福祉士が少人数で担当していた。日中活動の内容は、いずれの施設も音楽などを利用した静的な取り組みが多い一方で、中・大規模施設では、集団音楽活動や園芸など動的な要素を含む活動がおこなわれていた。活動を担当する職員は、活動内容、活動の種類、職員間の連携と配置に加え、利用者の参加頻度や体調などにも配慮していた。特に、94%の施設の職員は、日中活動に困り感を持っており、支援スタッフの配置、利用者の参加頻度の調整、刺激強度や室内環境などが共通の悩みがあることを明らかにした。このことも踏まえて、集団で体感音響装置を作成する意義が確認できた。また、重症児者の療育活動を踏まえ、日中活動を日中療育活動とすることを提案した。2.集団活動で体感音響を個別に提供する装置の開発を模索
欧米とわが国における社会病理学の学説史的研究

本年度は以下の要領で研究を行ない,以下のような成果をおさめた.1,文献・資料の補充. 5つの班((1)社会解体論,(2)葛藤・フラストレーション論,(3)アノミー論・疎外論・相対的剥奮論,(4)エスノメソドロジー・レイベリング論・統制理論,(5)社会的不適応論)に分かれて,各分担者が既に集めた資料に加えて,さらに未発表の論稿・雑誌論文を探して,わが国の社会病理学の学説を理解する上で最小限必要とされる論文を一通り網羅した. (しかし,その中でも, 19世紀後半から20世紀初期にかけての,創始期の項のものは必ずしも十分には集められなかったので,今後の課題とした. )2,班ごとの研究会.合担者が相互に連絡をとりあって情報を交換すると同時に,班を越えて集まり,お互いの情報を確認しあった.3,全体打ち合わせ会.7月下旬と12月下旬に大阪と東京で合同合宿を行なった.当初,設定しておいた5つの理論は,研究を進める中で,相互に複雑にからみあっており,単に名称だけ異なっているものもあり,整理と検討を重ねていく中で,従来の学説を1本の太い幹と,それに連なる数本の枝とにまとめあげることができた.4,これらの成果については,別に冊子としてまとめあげた(現在印刷中.)が,これはあくまで中間報告てあり,今後,既に申請してある研究費(63年度総合研究A「欧米とわが国における社会病理学の学説史的研究ー19世紀後半から20世紀初頭(明治期・大正期)を中心にー」の補助を待ちながら,さらに深い研究を重ねていくつもりである.本年度は以下の要領で研究を行ない、以下のような成果を納めた。1、文献・資料の収集.5つの班((1)社会解体論,(2)葛藤・フラストレーション論,(3)アノミー論・疎外論・相対的剥奪論,(4)エスノメソドロジー・レイベリング論・統制理論,(5)社会的不適応論)に分かれて、各分担者が各々の所属機関の図書館を中心に、19世紀後半(社会病理学の創始期)および20世紀前半(社会病理学全盛期)に刊行された単行本,雑誌論文,未発表の草稿を集めることに専念した。2、班ごとの研究会。分担者が相互に連絡をとりあって、情報を交換すると同時に、時には直接会って文献を解読し、学説の系譜をたどっていった。3.全体打ち合わせ会。7月下旬、12月下旬の2回にわたって、分担者の合同合宿を行った。そこでは各々の分担者が集めた文献について簡単に報告しあう中で、従来の定説に対して新説を提示したり、従来長く空白になっていた時期あるいは国について新しい発見をしたりした。本研究の柱となっている5つの理論も、研究を進めていく中で、これまで別々の理論として招介されてきたものが、以外にも多くの共通性をもっており、むしろ一括して論じた方が望ましいと考えられるようなものもでてきた。また、それぞれの理論の中に登場する用語の数々も、その意味を厳密に迫っていくと、別の用語と同義語であるものもあり、従来の学説研究にかなり大きな修正と再考を迫る程の資料を提供できる程になりつつある。62年度は、これらの文献・資料を基に、独自の体系化を試み、社会病理学の学説史の研究に、新しい説を提案していくつもりである。本年度は以下の要領で研究を行ない,以下のような成果をおさめた.1,文献・資料の補充. 5つの班((1)社会解体論,(2)葛藤・フラストレーション論,(3)アノミー論・疎外論・相対的剥奮論,(4)エスノメソドロジー・レイベリング論・統制理論,(5)社会的不適応論)に分かれて,各分担者が既に集めた資料に加えて,さらに未発表の論稿・雑誌論文を探して,わが国の社会病理学の学説を理解する上で最小限必要とされる論文を一通り網羅した. (しかし,その中でも, 19世紀後半から20世紀初期にかけての,創始期の項のものは必ずしも十分には集められなかったので,今後の課題とした. )2,班ごとの研究会.合担者が相互に連絡をとりあって情報を交換すると同時に,班を越えて集まり,お互いの情報を確認しあった.3,全体打ち合わせ会.7月下旬と12月下旬に大阪と東京で合同合宿を行なった.当初,設定しておいた5つの理論は,研究を進める中で,相互に複雑にからみあっており,単に名称だけ異なっているものもあり,整理と検討を重ねていく中で,従来の学説を1本の太い幹と,それに連なる数本の枝とにまとめあげることができた.4,これらの成果については,別に冊子としてまとめあげた(現在印刷中.)が,これはあくまで中間報告てあり,今後,既に申請してある研究費(63年度総合研究A「欧米とわが国における社会病理学の学説史的研究ー19世紀後半から20世紀初頭(明治期・大正期)を中心にー」の補助を待ちながら,さらに深い研究を重ねていくつもりである.
離散幾何解析学としての量子ウォークの研究

最終年度は,引き続き周期的ユニタリ推移作用素の性質について研究した.周期的ユニタリ推移作用素という,扱いやすいクラスのユニタリ作用素を導入したが,これは砂田利一氏が考察していた,一般の結晶格子上の関数空間に作用する,被覆変換群の作用と可換なユニタリ作用素と等価であることがわかった.等価という意味は,周期的ユニタリ推移作用素を与えた場合,そのステップ集合から結晶格子とその上のユニタリ作用素で,与えた周期的ユニタリ推移作用素と新しく得られたユニタリ作用素がユニタリ同値であるだけでなく,intertwining作用素が,それらの定める量子ウォークも関連づけている,という意味で等価である.この内容はどこにも記述していない.数年前に執筆した投稿中の論文があるが数年経ったにも関わらずレポートが来ていないため,一旦取り下げて新たに書き直す予定であるが,その際に盛り込むこととした.研究期間の初期段階では無限二面体群の正則表現と1次元斉次量子ウォークの関係とベキ乗公式,ハミルトン作用素の導出を行なった.その後周期的ユニタリ推移作用素を導入し,そのスペクトル構造を調べた.結果,周期的ユニタリ推移作用素の連続スペクトルは絶対連続であるという結果が得られた.これにより周期的ユニタリ推移作用素によって定義される量子ウォークの局在化現象は固有値の存在によって引き起こされ,それ以外に局在化を起こす要因はないことが分かった.この結果を使用して2次元のフーリエ型ユニタリ推移作用素,一般次元のグローバー型ユニタリ推移作用素の局在化現象を体系的に調べた(小松尭(横国大)との共同研究).また,X.Luo(湖南大学)と共同で単体複体上のグローバーウォークを定義しそのスペクトル論的な性質と単体複体の位相幾何学的な性質の関連を調べた.なお,1次元量子ウォークの半古典解析を確立することは今後の課題として残されている.本年度は主に1次元量子ウォークのHamilton作用素とそれから付随するフーリエ乗法作用素について考察した。2012年度以前に行った量子ウォークの研究において、1次元の量子ウォークの局所漸近公式やChebyshev多項式を用いたベキ乗の明示公式が得られていた。Chebyshev多項式を用いたベキ乗の明示公式を得る際、無限2面体群の関係式が現れていたが、2013年度は1次元量子ウォークのHamilton作用素の明示的な表示式、そしてベキ乗計算に現れる無限2面体群の表現が正則表現であることを掲載した論文を出版した。また、Hamilton作用素の表示式から連続極限を経由して、以前局所漸近公式を得た後に考察した、弱極限の発散する点にまつわる「仮想的ポテンシャル」の問題についての情報が得られないか考察したが、残念ながら得られなかった。代わりにHamilton作用素の解析から、離散時間量子ウォークと連続時間量子ウォークの関連について、1次元においては離散時間量子ウォークの定義する行列の固有値を用いてフーリエ乗法作用素を定義し、スペクトルを調整することによって連続時間量子ウォークが得られることを明らかにし、Ambainisの提唱した問題の1次元についての部分的な解答を得た。更に2013年度は代数系をクラインの4元群と標準2次元格子との半直積群から定まる群環に対して1次元の場合と同様に定義されるユニタリ作用素を考察した。結果、これらのユニタリ作用素は二次元の量子ウォークのうち、とくにGroverウォークと呼ばれる特殊な量子ウォークと、それを含む4次のユニタリ群内の極大トーラスに対応した量子ウォークが得られることが分かった。このクラスの作用素の代数的な構造並びに漸近解析的な挙動の解明は今後の課題である。本年度は引き続き量子ウォークを多角的な始点から研究した。量子ウォークにおいては一次元の極単純な設定においてすら、ある点に粒子が無限時間留まる確率が正となる、いわゆる「局在化」現象が、Konnoらにより発見されている。その後Konnoらは様々な具体的な量子ウォークに対して局在化が起こることを見出している。本研究代表者は、これらの局在化現象が起こるメカニズムをきわめて一般的に明らかにした。実のところ、これ自身はきわめて単純で、一般にユニタリ作用素が固有値を持つとき、対応する確率分布は局在化現象を起こすことが単純な考察で分かる。代表者はこれだけでなく、標準格子上の平行移動不変な量子ウォークを一般化した、標準格子上の「周期的ユニタリ推移作用素」というクラスのユニタリ作用素を導入し、スペクトルを調べた。その結果、固有値と絶対連続な連続スペクトルしか持たないことが分かった。特にこれにより、局在化が起こるためには固有値を持つことが必要十分であること、そしてさらに固有値が唯一つの場合には、各点での確率分布が時間無限大の極限で零に収束することを示すことが出来た。この結果は既に論文にまとめarXivに投稿したのであるが(1411.4215v1(math.FA))、その後A.Joye氏との議論において、その論文の一部分が劇的に簡略化されることが分かり現在、改訂中である。この結果は当然予測されていた結果であり、驚きはない。しかし今回導入した「周期的ユニタリ推移作用素」というクラスのユニタリ作用素は群をなし、その群はユニタリ群のループ群の部分群をなす、自然な対象である。さらに、昨年度までの研究において、量子ウォークとA型アフィンWeyl群の関係が見出されていたが、アフィンWeyl群がループ群のWeyl群と見なすことが出来ることを考えると、今後、量子ウォークの表現論的、定性的な性質の解明に大きく寄与するものと期待している。平成27年度は主に周期的ユニタリ推移作用素の局在化現象について研究した。

周期ユニタリ推移作用素とは、一般次元の整数格子上の有限次元複素ベクトル空間に値を取る2乗可積分関数からなるヒルベルト空間上の、整数格子の群作用と可換なユニタリ作用素のことであり、昨年度導入した概念である。これらは、定数コインで定義される一般次元の通常の量子ウォークやそれらの積などを含む十分大きなクラスであり、しかも平成26年度、このクラスのユニタリ作用素に対する局在化は、フーリエ変換で定義されるユニタリ行列値関数の定数固有値の存在と同値であることを示した。しかしながら、定数コイン行列で定義される量子ウォークはそのコイン行列のみで決定されているため、コイン行列の性質により局在化の判定ができるようになることが望ましい。そこで本年度は小松尭氏と共同で、この問題について研究した。設定は、通常の定数コイン量子ウォークよりも多少一般な、特殊な周期ユニタリ推移作用素に対して行った。これらはやはり定数コインで定義されるのだが、使用する直交射影子の族が通常のものとは異なり、この一般化により定数コインの固有空間と直交射影子とがどのような関連にあるときに局在化現象が起こるかが明確になるものと期待した。期待通り、特に定数コイン行列の2乗が1となる場合には、局在化現象が起こるための必要十分条件を、コイン行列の固有空間とある行列の関連に関する条件として得ることに成功した。また、上記のようなユニタリ作用素2つの積を取った周期的ユニタリ推移作用素にたいしても同様の問題を考察したが、この場合(緩やかな条件のもとで)必ず局在化現象が起こることを証明した。現在、2乗して1となるという条件を取り去った場合を考察しており、これまで知られていなかったフーリエ・ウォークに対しても局在化現象の判定条件を得られないか、小松氏と共同研究中である。研究自身は順調に進んでいるものの、成果の公表が若干遅れている。実際、平成26年度に得られていた、周期的ユニタリ作用素のスペクトルと局在化現象に関する論文を、適切に修正し公表する必要があるものの、本研究課題に即した、先に記載した小松氏との共同研究を優先させたことや、通常業務等により残念ながら公表に至っていない。平成28年度には是非公表できるよう、準備したい。研究自身は概ね順調に進行している。先の研究実績の概要欄には記載しなかったが、平成27年度末には半古典解析の問題に再び着手した。これは平成26年度に着手する予定であった研究であり、多少遅れていたが、本年度行った研究により、かなり状況が明確になった。実際、平均等の重要な量の漸近挙動は既に得られていて、適切なスケーリングもおおよそ特定できている。しかしながら、目標であるガウス分布の出現には至っていない。通常の独立同分布の確率変数族に対する中心極限定理と異なり、平均による平行移動によっては、指数の肩のある部分が消去できないため、その部分を処理しなければならない。なお、ツリー等の一般のグラフ上の量子ウォークの研究は現在のところ着手できていない。斉
膵胆管合流異常の胆嚢粘膜に及ぼす影響についての研究

膵胆管合流異常は日本人に特別に多くみられる膵管と胆管との奇形であり,特に,胆管の拡張を伴わない膵胆管合流異常は胆嚢癌の発生率が高率であるため,癌化に至るメカニズムの解明が急がれる。われわれはネコを用いた胆管拡張を伴わない膵胆管合流異常モデルを作製し,この実験モデルを用いて,膵胆管合流異常が胆嚢上皮の変性をもたらす機序を解明することを研究目的とした。ネコを用い全身麻酔下に開腹し膵管と総胆管を側々吻合して合流異常を作製した。胆道上皮をPCNA(Proliferating Cell Nuclear Antigen)に対する免疫組織染色を施工し,細胞動態を検討した。結果,胆嚢上皮粘膜は著しい細胞動態の亢進を示し,これは慢性炎症とは関わりないことが確認された。形態的には胆嚢上皮の過形成がこの結果生じることが示された。膵胆管合流異常における胆嚢上皮の癌化において細胞動態を亢進させるメカニズムが重要であることが示された。しかし,未だこの細胞動態の亢進が何によって調節されているか検討された報告はみられない。Transforming Growth Factor-α(TGFα)は胃,大腸,肝などの上皮細胞を増殖させる生理的なcytokineであり,胆嚢上皮の細胞増殖を亢進させる可能性があると考えられる。そこで,臨床例における合流異常の胆嚢粘膜におけるTGFαの発現を免疫組織学的に検討し,合流異常における胆嚢粘膜上皮の細胞回転の亢進と関係があるか検討した。結果,合流異常例においてTGFαは高い発現がみられた。またTGFαは弱いながらも正常胆嚢においても発現がみられた。すなわち,TGFαは胆嚢においても生理的なcytokineであり,胆嚢上皮の細胞増殖を亢進させる機序としてTGFαが関与している可能性が高いことが示された。膵胆管合流異常は日本人に特別に多くみられる膵管と胆管との奇形であり,特に,胆管の拡張を伴わない膵胆管合流異常は胆嚢癌の発生率が高率であるために,早期の治療と共に,癌化に至るメカニズムに対する解明が急がれる。われわれはネコを用いた胆管拡張を伴わない膵胆管合流異常モデルを作製しているので,この実験モデルを用いて,膵液の胆嚢内逆流が胆嚢粘膜に及ぼす影響を検索することによって,膵胆管合流異常が胆嚢上皮の変性をもたらす機序を解明することを第1の研究目的とした。体重3.55.0kgのネコを用い全身麻酔下に開腹し膵管と総胆管をmicro surgeryの手技を用いて側々吻合して合流異常を作製した。胆管剥離のみを行った群を対照とした。術後半年以上経過したモデルと対照の胆道上皮をPCNA(Proliferating Cell Nuclear Antigen)と細胞骨格に対する免疫組織染色を施行し,胆道上皮における細胞動態と細胞異型を検討した。結果以下の知見が得られた。即ち,膵液の胆嚢内への逆流により,胆嚢上皮粘膜は著しい細胞動態の亢進を示し,これは慢性炎症とは関わりのない機序で起きていることが確認された。細胞動態の亢進は胆嚢上皮だけでなく,程度は若干低いが,総胆管上皮にも生じていることが示された。総胆管上皮ではこの結果,多数の粘液腺が形成されてくることが示された。

胆嚢上皮の細胞骨格はαtubulinに対するモノクローナル抗体を用いた限りでは膵胆管合流異常モデルと対照で有意な差は得られなかった。膵胆管合流異常における胆嚢上皮の癌化において細胞動態を亢進させるメカニズムが重要であることが示された。膵胆管合流異常(以下合流異常)は胆嚢癌の危険因子であり,前年度までに,ネコを用いた合流異常モデルにより癌発生母地として胆嚢上皮の細胞動態の亢進がみられることを明かにした。しかし,未だこの細胞動態の亢進が何によって調節されているか検討された報告はみられない。Transforming Growth Factor-α(TGFα)は胃,大腸,肝などの上皮細胞を増殖させる生理的なcytokineであり,胆嚢上皮の細胞増殖を亢進させる可能性があると考えられる。そこで,臨床例における合流異常の胆嚢粘膜におけるTGFαの発現を免疫組織学的に検討し,合流異常における胆嚢粘膜上皮の細胞回転の亢進と関係があるか検討した。結果,合流異常例においてTGFαは高い発現がみられた。また,TGFαは弱いながらも正常胆嚢においても発現がみられた。すなわち,TGFαは胆嚢においても生理的なcytokineであり,胆嚢上皮の細胞増殖を亢進させる機序としてTGFαが関与している可能性が高いことが示された。また,合流異常において胆嚢胆汁中胆汁酸が変化し,二次胆汁酸および遊離胆汁酸が増加することにより,胆嚢上皮に障害を与える可能性が臨床例から推測されている。そこで,われわれのネコモデルにおける胆嚢胆汁の胆汁酸の組成をHPLCをもちいて検討した。結果は胆汁中の胆汁酸分画は対照群がTCA68.9±5.94%,TCDCA8.65±4.72%,TDCA21.1±9.33%で,吻合群がTCA75.3±7.24%,TCDCA8.19±1.48%,TDCA10.8±1.12%であり,遊離胆汁酸も両群に有意差は認めなかった。よって,胆汁酸の関与する役割はほとんどないものと考えられた。
イオン性前駆体を用いた多孔性金属酸化物の作製及び構造形成機構の解明

(1).イオン性前駆体を用いたゾル-ゲル反応における構造形成過程の解析をおこなった。また、多様な反応系への本手法の拡張を試みた。まず、小角X線散乱(SAXS)その場観察により、多孔構造形成時の粒子形成過程および粒子凝集過程を明らかにした。1次粒子の粗大化を制御するとともに迅速な粒子凝集を誘起することが本手法を用いた多孔体作製に必要な条件であることが示された。SAXS測定で得られた知見に基づき、オングストローム領域、ナノメートル領域、マイクロメートル領域の3つの異なるサイズ領域に細孔を併せ持つ材料の作製にも成功した。これらの内容は国際学術論文誌にて発表済みである。併せて、リン酸カルシウム系における多孔体作製に関する研究を、昨年度に引き続きおこなった。試料作製手順および後処理手順を適切に制御することにより、多様な結晶構造を有するリン酸カルシウム多孔体の作製に成功した。上記内容および現在進行中の遷移金属酸化物多孔体作製に関する研究結果の一部は、国内および国際学会にて発表済みである。(2).無機ゾル-ゲル反応を用いて、有機ELデバイス中の界面構造の精密制御をおこなった。具体的には、無機ゾル-ゲル構造体の作製条件を変化させることにより、従来の研究では充分な検討がおこなわれていなかった作製条件-デバイス特性相関を系統的に調査した。本研究で得られた基礎科学的な知見に基づき、長寿命・高輝度・低電圧デバイス作製に向けた研究を進める予定である。上記の研究内容は国際学会にて発表済みであり、一部の研究結果は国際学術論文誌に投稿中である。マクロ孔領域及びメソ孔領域に細孔を併せ持つ多孔性アルミナゲルの微細構造解析を主眼とした研究をおこなった。超臨界乾燥を利用して得られるアルミナエアロゲルに対して小角X線散乱測定をおこなった結果、多孔性ゲルを構成する1次粒子は10nm程度であり、その凝集体がマイクロメートル領域の構造を形成していることが明らかになった。1次粒子の凝集体の間隙が形成するメソ孔は出発原料組成に依存するため、相分離に対するゲル化のタイミングにより制御可能なマクロ孔領域の構造に加えて、メソ孔領域の構造も制御可能であることが示された。このようなアルミナ多孔性ゲルの微細構造に関する知見は、本実験手法を様々な反応系に拡張する上で重要である。申請者はアルミナ多孔性ゲルの微細構造解析結果より得られた知見をもとに、これまでに報告がなされていないモノリス型リン酸カルシウム多孔材料の作製に初めて成功した。生体親和性の高いリン酸カルシウム系材料はインプラント物質、分離媒体、吸着剤としての応用が期待されている。特に、制御された細孔構造を有する新規のリン酸カルシウム系材料は高性能分離媒体として従来型製品を遥かに凌ぐ性能が期待される。また、これらの研究と並行して階層的多孔構造を有するゼオライトモノリスの作製を試みた。本研究で作製されたゼオライトモノリスは、ミクロ孔領域、メソ孔領域、マクロ孔領域のそれぞれに制御された細孔を有する物質であり、触媒・分離剤として優れた反応効率を示すことが期待される。得られた研究結果を論文にて公表すると共に、国内外の学会にて発表し、15th International Sol-Gel Conferenceにおいて2009 J.D.Mackenzie Awardを受賞した。
糖尿病状態における足場材料・成長因子を用いた安全で効率的な骨再生の確立

現在,糖尿病など全身状態に問題のある歯周炎患者への効果的な再生治療のあり方が課題となっている。また,インプラント治療を行う際の骨増生や埋入手術においても,全身状態が影響する。近年,研究の進歩により,様々な材料や方法で再生療法が行われてきた。細胞増殖因子や,人工骨などの骨補填材は,わが国における新規歯周組織再生療法としての臨床応用が期待されている。しかし,糖尿病患者に使用した場合の効果については未だ不明な点が多い。そこで本研究では,糖尿病状態の実験動物の骨欠損部に,増殖因子としてbFGF,骨補填材としてPLGA/β-TCPを併用し,再生療法を行なった場合の治癒動態について明らかにする。
小胞体ストレス応答における甲状腺ホルモン受容体の作用の解明

TRα0/0マウスの初代培養膵β細胞においても、palmitate負荷によってROSの著明な増加を認めた。高脂肪食で飼育したTRα0/0マウスの膵島は縮小しており、膵β細胞数の減少、免疫染色ではTUNEL陽性の膵β細胞の増加がみられた。また、ATF4の発現を認めず、酸化ストレスマーカーである8-hydroxydeoxyguanosineの発現を認めた。内因性TRはATF4の発現に関わっており、ERストレス下にある膵β細胞において抗アポトーシス作用を有し、膵β細胞の生存に重要な働きを有していることが示唆された。甲状腺ホルモン受容体ノックアウトマウス、変異甲状腺ホルモン受容体ノックインマウスは甲状腺ホルモン受容体が有する脂質代謝系、糖代謝系に異常が見られた。これらの甲状腺ホルモン受容体変異マウスでは、野生型との比較で、随時血糖値が高値(1.53倍)であり、月齢12以上の「高齢」マウスほど随時血糖値が上昇傾向であった。一方、甲状腺ホルモン受容体変異マウスでは、野生型と比較して、膵臓の形態の変化や、膵臓特異遺伝子(Pdx-1, ISL-1, GLUTなど)の蛋白発現レベルの変化は見られなかった。こうした予備実験の結果は、マウスでの、加齢に伴うある期間の「ストレス」が血糖値上昇の誘因となっており、甲状腺ホルモン受容体の作用の欠損がマウスの糖尿病発症の原因となっている可能性を示唆するものと言える。そこで、今回、膵臓のβ細胞に障害を誘発する機序として小胞体ストレスに注目した。週齢7(若年)の野生型マウス(コントロール群)と遺伝子改変マウスに通常の餌と高脂肪を含有する高カロリー食(日本クレア)を与え、1ー6か月飼育し、1、3、6カ月の時点でマウスの膵臓、腎臓、白色脂肪組織、褐色脂肪組織を回収し、それぞれの臓器における小胞体ストレス応答蛋白(PERK、elf2a、ATF4、CHOP)とその下流にあるアポトーシス関連蛋白(Bcl-2、Caspase)の蛋白発現レベルをwestern blot、蛍光免疫染色法を用いて検討した。また、PERK、elf2a、ATF4蛋白が有するキナーゼ活性につき、kinase assay kitを用いて行った。小胞体ストレスにともなうアポトーシスをTUNEL法を用いて定量的に解析した。甲状腺ホルモン受容体ノックアウトマウスではこれら抗アポトーシス蛋白の発現の低下が見られた。A.小胞体ストレス下の遺伝子改変マウスの膵臓(主にβ細胞)・腎臓(血管内皮細胞、メサンギウム細胞)におけるストレス応答蛋白、アポトーシス関連蛋白の発現レベル、キナーゼ活性の検討(in vivo)甲状腺ホルモン受容体変異マウスでは、野生型との比較で、随時血糖値が高値(1.53倍)であり、月齢12以上の「高齢」マウスほど随時血糖値が上昇傾向であった。マウスでの、加齢に伴うある期間の「ストレス」が血糖値上昇の誘因となっており、甲状腺ホルモン受容体の作用の欠損がマウスの糖尿病発症の原因となっていると考えられた。膵臓のβ細胞に障害を誘発する機序として小胞体ストレスに注目した。週齢7(若年)の野生型マウス(コントロール群)と遺伝子改変マウスに通常の餌と高脂肪を含有する高カロリー食を与え、1ー6か月飼育し、1、3、6カ月の時点でマウスの膵臓、腎臓、白色脂肪組織、褐色脂肪組織を回収し、それぞれの臓器における小胞体ストレス応答蛋白とその下流にあるアポトーシス関連蛋白の蛋白発現レベルをwestern blot、蛍光免疫染色法を用いて検討している。B.転写因子ATF4の発現調節における甲状腺ホルモン受容体の作用の検討(in vivo, in vitro)「恒常性の維持」から「アポトーシス」への変換に関与しているATF4遺伝子のプロモータ領域に対して、リガンド依存性転写因子である甲状腺ホルモン受容体が結合することが、gel shift assayにより確認された。プロモータの作用部位の特定を目的にluciferase assayを行う。また、in vitro、in vivoにおいて甲状腺ホルモンによりリガンド依存性のATF-4の発現レベルの変化をrealtime-PCRを用いRNAの解析を、western blotを用い蛋白の解析を行っている細胞に小胞体ストレスを長時間与え続けると、細胞はアポトーシスを起こす。この小胞体ストレスにおけるアポトーシスの誘導機構についてはいくつかの機序が考えられているが、未だ不明な点が多い。このアポトーシス調節機構に対する、甲状腺ホルモン受容体の作用機序につき検討した。A.小胞体ストレス下の遺伝子改変マウスの膵臓(主にβ細胞)・腎臓(血管内皮細胞、メサンギウム細胞)におけるストレス応答蛋白、アポトーシス関連蛋白の発現レベル、キナーゼ活性の検討:甲状腺ホルモン受容体ノックアウトマウスに高カロリー食を与え、膵臓、腎臓、白色脂肪組織、褐色脂肪組織を回収する。

それぞれの臓器における、小胞体ストレス応答蛋白(PERK、elf2a、ATF4、CHOP)とその下流にあるアポトーシス関連蛋白(Bcl-2、Caspase)の発現、キナーゼ活性の検討を行った。高カロリー食で飼育した甲状腺ホルモン受容体ノックアウトマウスでは、高血糖とインスリン分泌能の低下が見られた。膵島ではeIF2αとATF4の発現の低下が見られた。B.転写因子ATF4の発現調節における甲状腺ホルモン受容体の作用の検討:小胞体ストレスが軽減されない細胞では「恒常性の維持」から「アポトーシス」へと変換される。この過程でのATF-4の産生は、アポトーシス促進性の転写因子であるCHOP/GAD153の産生へとつながる。このことからATF-4の発現調節は「恒常性の維持」から「アポトーシス」への変換に関与している可能性が考えられている。甲状腺ホルモン受容体ノックアウトマウスではATF-4の発現低下が見られ、このことが抗ストレス作用の低下の原因と考えられた。内分泌当該研究の成果を学術誌に投稿し採択された。予備実験で確認されていた、甲状腺ホルモン受容体ノックアウトマウス、変異甲状腺ホルモン受容体ノックインマウスは甲状腺ホルモン受容体が有する脂質代謝系、糖代謝系に異常が再度確認されている。甲状腺ホルモン受容体の作用の欠損がマウスの糖尿病発症の原因となっている可能性を示唆するものと言える。そこで、今回、膵臓のβ細胞に障害を誘発する機序として小胞体ストレスに注目して小胞体ストレス応答蛋白(PERK、elf2a、ATF4、CHOP)とその下流にあるアポトーシス関連蛋白(Bcl-2、Caspase)の蛋白発現レベルをwestern blot、蛍光免疫染色法を用いて検討が行えている。小胞体ストレスにともなうアポトーシスをTUNEL法を用いて定量的に解析を開始している。小胞体ストレスが軽減されない細胞では「恒常性の維持」から「アポトーシス」への方針転換が行われる。この過程において、アポトーシス促進性の転写因子であるCHOP/GAD153の産生が行われており、ATF-4の発現調節は「恒常性の維持」から「アポトーシス」への変換に関与していると言える。現時点までに、ATF4遺伝子のプロモータ領域に対して、リガンド依存性転写因子である甲状腺ホルモン受容体が結合することが、gel shift assayにより確認されている。この結果は、小胞体ストレスにある膵β細胞において「恒常性の維持」から「アポトーシス」への変換に甲状腺ホルモン受容体が重要な働きを有している可能性を示唆するものといえる。更なる検討として、プロモータの作用部位の特定を目的にluciferase assayを行い。直接作用が確認できた。また、in vitro、in vivoにおいて甲状腺ホルモンによりリガンド依存性のATF-4の発現レベルの変化をrealtime-PCRとwestern blotを用い蛋白の解析中である。糖尿病モデルマウス(db/dbマウス、高カロリー食にて飼育した野生型、甲状腺ホルモン受容体ノックアウトマウス、変異甲状腺ホルモン受容体ノックインマウス)に対し、AdTRを膵臓に局所投与し、膵β細胞における抗アポトーシス作用について評価する。それぞれのマウスの体重増加の推移、随時血糖値の推移を経時的に評価する。
電気化学ノイズ法による鉄筋腐食メカニズムの把握と非破壊腐食診断手法の開発

本研究は,RC構造物の腐食診断に電気化学ノイズ法を適用しコンクリート内部の鉄筋の腐食状態を天候や気温などの外的環境要因の影響をフーリエ解析により除去してモニタリング可能な技術の開発を目指した。しかし腐食反応自体と環境要因の周波数が重なっており影響を除去することが困難であったため,まずはコンクリートの細孔特性に着目し,これとRCの電気化学的特性の相関を精査した。その結果,細孔の体積増分と比表面積増分の比(細孔形状に関するパラメータ)がインピーダンス周波数特性と相関があり,材料の種類や含水状態が未知の場合であってもコンクリートの細孔特性により電気化学特性がある程度説明可能であることを明らかにした。本研究は,実構造物の腐食診断に電気化学ノイズ(EN)法を適用し,コンクリート内部の鉄筋の腐食状態をモニタリング可能な技術の開発を目的としたものである。この研究では,EN測定値のフーリエ変換により天候や気温などの外的環境要因の影響を除去し,外部からの各種要因が腐食反応やコンクリートの物性に及ぼす影響を把握した上で,鉄筋の腐食機構とENの発生機構との関係性を明確にすることを目指した。しかし,研究を進める過程で,これらの外的要因と腐食反応の周波数が重なっており影響を除去することが困難であることが判明したため,それぞれのコンクリートに固有の物性である細孔特性に着目して研究を行うように方向を転換し,以下の成果を得た。1.実構造物に対し交流インピーダンス法とコアサンプリングを適用し電気化学的特性値(3種)と細孔構造を代表する各種特性値(8種)を測定した。その後,細孔特性と電気化学的特性値の相関を重相関分析により検討し,コンクリートの電気化学的特性(特に静電容量)は,細孔径分布や比表面積分布といった細孔特性に影響を受けている可能性を指摘した。2.1の結果をもとにコンクリートの細孔特性値を精査し,0.1μm未満の細孔の体積増分に対する比表面積の増分の関係(グラフの傾き)が細孔の形状に関する情報を示しているとして,コンクリートの周波数特性との相関を確認した。これは,材料の種類や含水状態が未知の場合であっても,コンクリートの細孔特性により電気化学特性がある程度説明可能であることを示している。本研究は,コンクリート内部の鉄筋の腐食状態を外部から完全に非破壊で正確に逐次モニタリングできる手法の開発を最終的な目的とする。その際に,腐食の状態を電気信号として取得可能な電気化学ノイズ法を適用し,コンクリート表面から直接観察することが困難である内部の鉄筋の腐食状態を,外部から非破壊で把握可能な技術の開発を行う。RC実構造物中の鉄筋は天候や気温などの外的環境要因の影響に常に曝されており,電気化学ノイズは鉄筋表面に存在するイオンの活動を反映した信号であるため,鉄筋の腐食状態に関わらず,これらの外的要因が電気化学ノイズの発現状態に影響を及ぼすことは避けられない。また,電気化学反応に各種イオンがかかわっているため実調査ではデータがばらつきやすく,ばらつきに対してデータの信用度が不明なために腐食に関する判断が下せないということが多く起こりうる。鉄筋の腐食機構と電気化学ノイズの発生機構との関係性を明確にするには,データばらつきの影響を排除する必要がある。そのために,平成24年度は,コンクリートの物性(細孔容積・塩化物イオン濃度)と電気化学特性値(自然電位・コンクリート抵抗・鉄筋界面の分極抵抗)に着目した。実RC構造物に対して調査(電気化学特性値の測定・コンクリートコアの採取)を行い,採取したコアの細孔容積と塩化物濃度が電気化学特性値に及ぼす影響について検討した。これをもとに,実際の腐食診断においてコンクリートの物性値を測定することの有効性について確認した結果,コンクリートの物理的物性である細孔容積と塩化物イオン濃度は,実構造物の電気化学調査結果と相関があり,電気化学測定値と鉄筋の腐食形態が一致しない場合でも,物理的物性で結果を整理することで,合理的説明が困難にみえる測定値のばらつきを説明することができる可能性が示唆された。コンクリートの物理的物性(細孔径・塩化物濃度)と電気化学ノイズ・鉄筋の腐食の相関に関する研究は進めているが,その他の物理的物性については相関を見出すことができず,その理由に関する検討が停滞している。この遅れに伴い,コンクリートの化学組成(イオン)やその移動,構造物が置かれている環境条件などが電気化学ノイズに及ぼす影響に関する研究も遅れている。(1)コンクリートの物性と電気的特性値の相関に関する実験的把握(2)環境要因に起因するコンクリートの物性変化の把握(3)鉄筋の電気化学ノイズ測定とコンクリート内部のイオンの移動状態の把握(4)大地(構造物の立っている場所)の土壌の電気化学特性が腐食診断に及ぼす影響の把握(5)得られた成果の実構造物への適用2012年度の研究では当初想定よりも少数の試験体に対し各種の試験を行い詳細な検討を行ったため,研究費の余剰が発生した。

2013年度は,当初想定した実験室での検討を進めるのと同時に,得られた成果を実構造物(長崎県・端島,東京・同潤会)に適用するため,現地調査を重点的に行う。
外部刺激応答性の超分子ポリマーの構築

本研究課題ではこのシクロデキストリン誘導体を用いて超分子ポリマーの分子認識挙動について研究を行い、さらに形成された超分子ポリマーを光異性化により構造を制御する系の構築を試みた。具体的には(1)外部刺激に応答するシクロデキストリン誘導体からなる超分子錯体の選択性、(2)シクロデキストリン誘導体からなる外部刺激応答性ゲルの作成、に焦点を当て研究を進める。外部刺激には光刺激だけでなく、酸化還元反応も視野に入れ展開を試みた。本年度は(2)に該当する研究として、ヒドロゲル形成について検討を行った。シクロデキストリン誘導体と低分子ゲスト化合物を混合させてもヒドロゲルの形成は確認されなかった。一方で、ゲスト化合物を高分子側鎖に導入し、シクロデキストリンダイマーと混合したところ、ヒドロゲルの形成を確認した。特に高分子の分子量として10万以上が必要であるが、低分子ゲスト化合物の導入率が高いほど、ゲルの粘度が高くなる事が確認された。またシクロデキストリンダイマーの種類においてはテレフタル酸にて架橋されたシクロデキストリンダイマーよりもスチルベンにて架橋されたシクロデキストリンダイマーの方が粘度が高かった。このようにスチルベンにて架橋されたダイマーの有効性が示されたことから、光照射を行い、粘度の変化が確認されるか調べた。スチルベンは光照射を行うことにより、シススチルベンへと変化する。このシススチルベンにて架橋されたシクロデキストリンダイマーではゲスト分子との会合力が低下し、ゲルがゾルへと変化した。上記の内容を踏まえ、今後、論文投稿に向けて纏める。生体系においてはアクチンフィラメントに見られるような伸縮性を持った機関が存在する。一方、従来の高分子材料においては共有結合により形成されているため、化学構造から精密に構築された伸縮性材料の構築には至っていない。このような伸縮性の高分子を構築するためには超分子科学の知識を元に構築する必要がある。光異性化を起こすスチルベンにて架橋されたα-CDダイマーを合成し、これに対応するゲスト分子として桂皮酸部位を両末端に有するゲスト分子の合成した。このスチルベン修飾α-CDダイマーはtrans構造とcis構造を光により可逆的に変化させることができる。水溶液中でのスチルベン修飾α-CDダイマーとゲストダイマーを混合した場合、トランス状態の時は1:1の包接錯体が形成され、シス状態に異性化させると超分子ポリマーが形成が確認された。この超分子ポリマー形状変化を、AFMやSTMにて分子観察を行った。またPFGSE NMRから拡散係数の算出を行うことにより、伸張状態(トランス状態)と収縮状態(シス状態)の分子サイズの算出を行った。