hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高分解能ＭＲ内視鏡の開発とその臨床的有用性に関する研究

高分解能MR内視鏡(MRE)の研究・開発を3-TのMRI装置と7-TのMRI装置を使用して行った。実験用ファントム、実験動物並びに手術によって摘出された臓器・組織を用いて高分解能MREの最適化を行った。消化管腫瘍についてDiffusion-Tensor Imaging (DTI)とq-Space Imaging (QSI)を施行し、DTIとQSIによる高分解能拡散強調MREの実行可能性を明らかにした。更に、病変の質的な診断とともに、病理組織学的な壁深達度、リンパ節転移の有無並びに腫瘍の病期診断に関してDTIとQSIによる高分解能拡散強調MREの有用性を明らかにした。1.高分解能MR内視鏡(MRE)の撮像を1.5-TのMR装置と7-TのMR装置を用いて行った。2.全身の各臓器の高分解能MREに適合する様々な形状と大きさのRFコイルについて設計と試作を行った。3.実験用ファントムを用いて高分解能MREの撮像実験を施行した。スピンエコー法、高速スピンエコー法、グラディエントエコー法及び高速グラディエントエコー法による高分解能MREを施行することにより、RFコイルの空間分解能、コントラスト分解能及び時間分解能を検討した。この結果に基づいて、最適な高分解能MRE像の得られるパルス系列、繰り返し時間(TR)、エコー時間(TE)、フリップ角、field-of-view(FOV)、マトリックスサイズ、スライス厚を検討した。4.実験動物を用いた高分解能MREの撮像実験を施行した。実験動物の臓器についてスピンエコー法、高速スピンエコー法、グラディエントエコー法及び高速グラディエントエコー法による高分解能MREを施行し、各臓器ごとに最適な高分解能MRE像の得られるパルス系列、TR、TE、フリップ角、FOV、マトリックスサイズ、スライス厚を検討した。5.実験動物から臓器の組織標本を作製し、それぞれの臓器における高分解能MRE像と組織像との相関性を検討した。6.手術によって摘出された人体の臓器を用いて、高分解能MREによる病理組織学的なレベルでの病変描出能力と病変の質的診断能力を検討した。7.消化管腫瘍については7-TのMR装置によるdiffusiontensor imagingを実施し、拡散強調高分解能MREの検討を行った。病変の質的な診断とともに、病理組織学的な壁深達度、リンパ節転移及び病期診断に関する拡散強調高分解能MREの診断能力を検討した。1.高分解能MR内視鏡(MRE)の撮像を1.5-TのMR装置と7-TのMRI装置を用いて行った。7.消化管腫瘍については7-TのMRI装置を使用してDiffusion-Tensor Imaging(DTI)を施行し、DTIによる拡散強調高分解能MREの実行可能性を検討した。病変の質的な診断とともに、病理組織学的な壁深達度、リンパ節転移の有無並びに腫瘍の病期診断に関してDTIによる拡散強調高分解能MREの有用性を確認することができ、現在その診断能力について詳細な検討を行っているところである。1.高分解能MR内視鏡(MRE)の撮像を1.5-TのMR装置と4.7-TのMR装置を用いて行った。

この結果に基づいて、最適な高分解能MRE像の得られるパルス系列、繰り返し時間(TR)、エコー時間(TE)、フリップ角、field-of-view(FOV)、マトリックスサイズ、スライス厚を検討した。4.実験動物を用いた高分解能MREの撮像実験を施行した。実験動物の臓器についてスピンエコー法、高速スピンエコー法、グラディエントエコー法及び高速グラディエントエコー法による高分解能MREを施行し、各臓器ごとに最適な高分解能MRE像の得られるパルス系列、TR、TE、フリップ角、FOV、マトリックスサイズ、スライス厚を検討した。5.実験動物から臓器の組織標本を作製し、それぞれの臓器における高分解能MRE像と組織像との相関性を検討した。6.手術や剖検によって摘出された人体の臓器を用いて、高分解能MREによる病理組織学的なレベルでの病変描出能力と病変の質的診断能力を検討した。7.ボラティアや様々な疾患の症例に対して高分解能MREを施行し、全身各部位の臓器や組織について最適な高分解能MRE像が得られる撮像条件を検討した。8.消化管の腫瘍については病変の質的な診断能力とともに、病理組織学的な壁深達度、リンパ節転移及び病期診断に関する高分解能MREの診断能力を検討した。1.高分解能MR内視鏡(MRE)の撮像を3-TのMRI装置と7-TのMRI装置を用いて行った。2.全身の各臓器の高分解能MREに適合する様々な形状と大きさのRFコイルについて撮像実験を行った。3.実験用ファントムを用いて高分解能MREの撮像実験を施行した。スピンエコー法、高速スピンエコー法、グラディエントエコー法及び高速グラディエントエコー法による高分解能MREを施行することにより、RFコイルの空間分解能、コントラスト分解能及び時間分解能を検討した。この結果に基づいて、最適な高分解能MRE像の得られるパルス系列、繰り返し時間(TR)、エコー時間(TE)、フリップ角、field-of-view (FOV)、マトリックスサイズ、スライス厚を検討した。6.手術によって摘出された人体の臓器を用いて、高分解能MREによる病理組織学的なレベルでの病変描出能力と病変の質的診断能力を検討した。7.消化管腫瘍については3-TのMRI装置と7-TのMRI装置を使用してDiffusion-Tensor Imaging (DTI)とq-Space Imaging (QSI)を施行し、DTIとQSIによる拡散強調高分解能MREの実行可能性を検討した。病変の質的な診断とともに、病理組織学的な壁深達度、リンパ節転移の有無並びに腫瘍の病期診断に関してDTIとQSIによる拡散強調
複数の無人航空機を用いたユーザ位置検出手法の研究

本研究では、無人航空機(UAV: Unmanned Aerial Vehicle)ー地上端末間で観測されるドップラーシフトを用いたユーザ位置検出手法を新たに提案すると共に、様々な飛行モデルや条件下において、ユーザ位置検出精度をドップラーシフト分布や計算機シミュレーションにより評価すると共に、UAVの飛行条件とユーザとの位置関係が位置検出精度に与える影響を表す測位精度指標として、複数のドップラーシフト観測値により形成される双曲面上のユーザ位置における勾配ベクトルの内積の余弦の絶対値を利用することを提案し、その有効性を確認している。無人航空機システム(UAS)では、時速40100km/hで高度1501,000mの上空を無人航空機(UAV)が旋回することを想定しているため、UAVに通信機能を搭載した場合、UAVー送受信機間の視線速度の変化によって、送受信信号の搬送波周波数にドップラーシフトが生じる。このドップラーシフトを複数のUAVに対して観測することにより、通信用端末を保有するユーザの位置を検出することが可能となる。今年度は、UASを対象とする位置検出システムにおいて、1機のUAVを用いて異なる時間にドップラーシフトを観測して最小2乗法により位置検出を行う手法を新規に検討すると共に、UAVの航行制御誤差が位置検出精度に与える影響について計算機シミュレーションにより評価した。計算機シミュレーションでは、UAVが一定の高度で同じ場所を中心とした等速円運動を行っているものと想定し、簡易的なモデルとしてUAVの旋回半径に一定の誤差が固定値として生じているものとした。シミュレーションの結果、UAVとユーザの位置関係や飛行位置誤差の大きさに応じて位置検出精度が変化することを確認し、その値を統計的に解析した。次に、2機のUAVを平行して飛行させる場合を想定し、UAVの飛行位置誤差が位置検出精度に与える影響を計算機シミュレーションにより評価すると共に、測位対象とするエリア内で測位精度が良好となるUAV間距離を検討した。その結果、4km四方のエリアを対象として高度200mを時速100km/hで2機のUAVが平行飛行する場合、その間隔を2,0004,000mで設定することが望ましいこと、また、最適値は2,800mの場合となることが明らかになった。初年度となる平成27年度は、UAVー地上端末間に生じるドップラーシフトを利用した位置検出手法を提案すると共に、特性評価用のシミュレーションプログラムを計算機上で作成し、下記のように二段階に分けて特性評価を実施することを想定していた。1)1機のUAVを用いた位置検出手法の性能評価:UAVを用いた災害対策用ワイヤレスネットワークのシステム構成を検討し、UAVのスペックや運用条件、無線リンクの要求スペック等を明らかにする。それに基づき、最小構成となる1機のUAVを対象として、UAVの高度や航行速度、周回運動に伴って変化するユーザ受信点におけるドップラーシフト量を用いて位置検出を行う手法を提案する。また、ノートPC上にシミュレーションプログラムを作成し、UAVの高度や航行速度、ユーザとの位置関係を変化させながら、提案手法の有効性を検証する。2) N機のUAVを用いた位置検出手法の性能評価:複数のUAVが同時に飛行することを想定して、UAVの機数をN機(N>2)に拡張した場合のユーザ位置検出アルゴリズムを考案し、1)で作成したシミュレーションプログラムの拡張を図る。第1ステップについてはほぼ予定通りに進展した。一方、第2ステップではUAVの機数をN機に拡張することを想定していたが、2機のUAVの飛行方法を変えて評価することを優先した。具体的には、従来、UAVを一定半径で周回させていたが、人命救助を優先する場合にはUAVを平行飛行させることが現実的と考えられ、そのようなモデルでシミュレーション評価を行い、測位精度特性を面的に評価した。なお、シミュレーションを実行するノートPCとシミュレーション評価用のソフトウェアツールとしてMATLAB/Simulinkを予定通り調達すると共に、研究成果を電子情報通信学会衛星通信研究会およびワイドバンドシステム研究会等において発表した。今年度はUAVの機数をN機に拡張し、位置推定のための最小2乗法の計算アルゴリズムを明らかにするとともに、最大N=3機までのシミュレーション評価を周回飛行モデルで行った。また、N=13機の範囲でUAVの飛行位置誤差やUAVの初期配置、ユーザとの位置関係が位置検出精度に与える影響を計算機シミュレーションにより評価した。その結果、UAVの機数や配置モデル、UAVーユーザ端末間の位置関係により位置検出精度が変化することを明らかとした。さらに、その原因を解析するためにドップラーシフト分布を新たに導出し、位置検出精度が劣化するUAVの配置やユーザとの位置関係を定性的に明らかにした。さらに、山岳地域等での遭難者探索を目的として平行飛行する2機のUAVを用いた位置検出システムについて、平成28年度に明らかにした最適飛行間隔に加え、最適な位置関係の検討を行い、飛行方向と2機のUAVを結ぶ直線のなす角が約45°となるときに位置検出精度が最良となることを明らかにした。その他、市販のソフトウェア無線機(blade-RF)を用いてMATLIB/Simulinkにより高周波信号の基本出力性能を評価するとともに、新たに調達したGPS-Studioを用いてUAVの配置とユーザの位置関係に関するモデル化の基礎検討などを行った。

平成28年度の実施計画では、UAVの機数をN機(N≧1)に拡張し、ア)UAVの航行位置の制御誤差、イ)ドップラーシフト量の観測誤差、の2項目の影響を詳細に評価することを目的としてソフトウェアプログラムの改修を図り、UAVとユーザの位置関係やUAVの飛行速度、飛行高度などの条件を変えながら位置検出精度の特性評価を行うことを想定していたが、当初予定通りに検討を進めることができた。具体的には、N機まで拡張したシミュレーションプログラムを作成し、N=13機の範囲でUAVの飛行位置や飛行初期位置、飛行方向等を変化させながら特性評価を行い、位置検出精度が良好となるパラメータに目処をつけることができた。さらに、UAVの最適配置検討を目的として、UAVを中心としたドップラーシフト分布を新たに導出し、シミュレーションだけでなく、定性的に位置検出精度が良好となる位置検出の対象エリアやUAVの初期位置及び初期飛行方向を明らかにすることができた。なお、当初計画ではドップラーシフトの検出精度を向上する送受信技術を検討するため、ソフトウェア無線機を用いてトーン信号の発生機能をプログラムとして実装し、電波暗室においてトーン信号の発振周波数をスペクトルアナライザにより確認することを予定していた。本件については、前述のUAV最適配置検討を優先したため、市販のソフトウェア無線機を2台入手し、昨年度に調達したMATLAB/Simulinkによる基本動作確認を行うにとどまっている。本件については、平成29年度に併せて実施する予定である。また、提案手法の実伝搬環境での実用性検討を目的として、レイトレーシング法に基づく電波伝搬シミュレータであるRapLabをベースとしたGPS-Studioのソフトウェアライセンスを調達し、基本動作の確認・評価を行った。本研究では、災害時や緊急時、山岳地域などにおける遭難時など、人命救助を目的としたUAS(無人航空機システム)を利用したユーザ位置検出手法を提案し、様々な飛行モデルにおいてシミュレーション評価を実施してきた。具体的には、N機(N=13)のUAVを介して観測されるドップラーシフトを用いて最小2乗法によりユーザの位置検出を行う手法を提案し、位置検出精度を計算機シミュレーションによる評価を実施した。また、複数のUAVの飛行経路や位置関係によって位置検出精度が大きく変化することから、ドップラーシフト分布を用いてUAVの飛行経路やUAVの位置関係が位置検出精度に与える影響を定性的に解析し、シミュレーション結果と比較検証を行った。最終年度は、UAVの飛行条件とユーザとの位置関係が位置検出精度に与える影響を表す指標として、ドップラーシフト観測値により形成される双曲面上のユーザ位置における勾配ベクトルの内積の余弦の絶対値を利用することを新規に提案すると共に、評価対象エリア(8km四方)内における測位精度指標を導出し、シミュレーションに基づく位置検出精度との相関関係を明らかにした。また、2機のUAVを利用する位置検出手法において、1周回飛行モデル、28の字飛行モデル、3直線飛行モデルを対象とするシミュレーション評価を行い、提案した測位精度指標を用いることによりUAVの適切な初期配置モデルを明らかにした。さらに、最小2乗法の初期値候補として、ドップラーシフトにより描かれる2つの双曲線の交点を直線近似で求め、それらをドップラーシフトの正負で判別するアルゴリズムを新規に考案し、特許化を図ると共に、モンテカルロシミュレーションによる基本特性評価を行った。
新たな細胞医薬戦略を目指した体細胞復帰変異発生機序の解析と制御法の開発

本研究では、先天性魚鱗癬の一種であるichthyosis with confetti(IWC)に着目する。この疾患では、異常な高頻度で「体細胞復帰突然変異によるモザイク現象」(revertant somatic mosaicism, RSM)を生じている。RSMを起こした健常組織は、患者本人の細胞からなり、一般に免疫原性が認められない為、細胞医薬として理想的である。IWCでは、原因遺伝子KRT1、KRT10の特定の領域に変異が集中するが、RSMが高頻度に生じる理由は不明である。本研究では、IWCのモデル細胞系とモデル動物系を世界に先駆けて作成し、それらの系を用いて、RSMの分子的機序を解析する。本年度の研究では、以下の内容の研究を施行した。(1)不死化ケラチノサイトを用いたIWC皮膚表皮細胞のモデル系とスクリーニングプラットホームの構築KRT1のゲノムサイズは約4.5kbと小さく、in situでの遺伝子操作に極めて適しているため、本研究では、KRT1変異によるモデル系の作成を目指した。KRT1遺伝子にCRISPR-Cas9によるヘテロ接合性遺伝子変異導入を行い、野生型および変異KRT1を有する不死化ケラチノサイトを作成し、それぞれ異なる蛍光蛋白で標識した。これらのIWCモデル細胞をスクリーニング系として、RSMを促進する条件についてのケミカルクスリーニング、DNAストレス、siRNAスクリーニングなどの各種スクリーニングプラットホームの構築を試みた。(2)薬剤投与により誘導可能なIWCモデルマウスの作成CRISPR-Cas9によりKrt1-EGFPノックインマウスの作成を目指した。また、表皮特異的CreER発現マウスは購入した。4-OHT誘導性mRFPおよび変異KRT1発現カセットをCRISPR-Cas9によるゲノム編集によりヘテロ接合性に導入したマウスを、上記2種のマウスと掛け合わせることにより、IWC症状を薬剤誘導性に発症するモデルマウスの作成を試みた。以下の2つのプロジェクトを並行して進めて来ている。1.不死化ケラチノサイトを用いたichthyosis withconfetti(IWC)における皮膚表皮細胞のモデル系とスクリーニングプラットホームの構築本研究では、ケラチン1の遺伝子、KRT1のゲノムサイズは約4.5kbと小さく、in situでの遺伝子操作に極めて適していることから、KRT1変異によるモデル系の作成を行なっている。これらのIWCモデル細胞をスクリーニング系として、復帰体細胞変異を促進する条件についてのケミカルクスリーニング、DNAストレス、siRNAスクリーニングなどの各種スクリーニングプラットホームを構築することを目指した。このIWCモデル細胞の作成において、KRT1遺伝子変異導入効率を高めることに試行錯誤を要したため、研究の進捗にやや遅れを生じている。2.薬剤投与により誘導可能なIWCモデルマウスの作成CRISPR-Cas9によりKrt1-EGFPノックインマウスの作成を試みた。4-OHT誘導性mRFPおよび変異KRT1発現カセットをCRISPR-Cas9によるゲノム編集によりヘテロ接合性に導入したマウスを、上記2種のマウスと掛け合わせることにより、IWCの表現形を薬剤誘導性に発症するモデルマウスの作成を目指した。変異KRT1発現カセットをヘテロ接合性に導入したマウスの作成時の条件設定に試行錯誤を要したため、研究の進捗に遅れを生じている。今後の研究において、具体的には、以下の三つのプロジェクトを推進する方針である。(1)不死化ケラチノサイトを用いたIWC皮膚表皮細胞のモデル系とスクリーニングプラットホームの構築:前年度の研究の若干の遅れのため、本研究でのKRT1変異によるモデル細胞系の作成実験の一部が、未施行の状態である。この未施行部分を、次年度の前半に行い、KRT1遺伝子にCRISPR-Cas9によるヘテロ接合性遺伝子変異導入を行い、野生型および変異KRT1を有する不死化ケラチノサイトを作成し、それぞれ異なる蛍光蛋白で標識したIWCモデル細胞を完全に樹立する。その細胞をスクリーニング系として、RSMを促進する条件についてのケミカルクスリーニング、DNAストレス、siRNAスクリーニングなどの各種スクリーニングプラットホームを完成させる。(2)薬剤投与により誘導可能なIWCモデルマウスの作成:CRISPR-Cas9によりKrt1-EGFPノックインマウスの作成についても、一部、完了していない実験があるため、その部分を、次年度の前半に完了させる。4-OHT誘導性mRFPおよび変異KRT1発現カセットをCRISPR-Cas9によるゲノム編集によりヘテロ接合性に導入したマウスを、CRISPR-Cas9によるKrt1-EGFPノックインマウス、表皮特異的CreER発現マウスと掛け合わせることにより、IWC症状を薬剤誘導性に発症するモデルマウスを確立する。(3) RSM発生の分子機序の解析とRSMの発生を制御しうる低分子化合物の探索:上記モデル細胞系、モデルマウスを用いて、種々の条件下でのRSM発生頻度、発生機序を解析する。さらに、低分子化合物ライブラリを用いたスクリーニングにより、RSMの発生を制御しうる低分子化合物を探索する。

IWCでは、原因遺伝子KRT1、KRT10の特定の領域に変異が集中するが、RSMが高頻度に生じる理由は不明である。本研究では、IWCのモデル細胞系とモデル動物系を世界に先駆けて作成し、それらの系を用いて、RSMの分子的機序を解析する。本年度の研究では、以下の内容の研究を施行した。(1)不死化ケラチノサイトを用いたIWC皮膚表皮細胞のモデル系とスクリーニングプラットホームの構築KRT1のゲノムサイズは約4.5kbと小さく、in situでの遺伝子操作に極めて適しているため、本研究では、KRT1変異によるモデル系の作成を目指した。KRT1遺伝子にCRISPR-Cas9によるヘテロ接合性遺伝子変異導入を行い、野生型および変異KRT1を有する不死化ケラチノサイトを作成し、それぞれ異なる蛍光蛋白で標識した。これらのIWCモデル細胞をスクリーニング系として、RSMを促進する条件についてのケミカルクスリーニング、DNAストレス、siRNAスクリーニングなどの各種スクリーニングプラットホームの構築を試みた。(2)薬剤投与により誘導可能なIWCモデルマウスの作成CRISPR-Cas9によりKrt1-EGFPノックインマウスの作成を目指した。また、表皮特異的CreER発現マウスは購入した。4-OHT誘導性mRFPおよび変異KRT1発現カセットをCRISPR-Cas9によるゲノム編集によりヘテロ接合性に導入したマウスを、上記2種のマウスと掛け合わせることにより、IWC症状を薬剤誘導性に発症するモデルマウスの作成を試みた。以下の2つのプロジェクトを並行して進めて来ている。1.不死化ケラチノサイトを用いたichthyosis withconfetti(IWC)における皮膚表皮細胞のモデル系とスクリーニングプラットホームの構築本研究では、ケラチン1の遺伝子、KRT1のゲノムサイズは約4.5kbと小さく、in situでの遺伝子操作に極めて適していることから、KRT1変異によるモデル系の作成を行なっている。これらのIWCモデル細胞をスクリーニング系として、復帰体細胞変異を促進する条件についてのケミカルクスリーニング、DNAストレス、siRNAスクリーニングなどの各種スクリーニングプラットホームを構築することを目指した。このIWCモデル細胞の作成において、KRT1遺伝子変異導入効率を高めることに試行錯誤を要したため、研究の進捗にやや遅れを生じている。2.薬剤投与により誘導可能なIWCモデルマウスの作成CRISPR-Cas9によりKrt1-EGFPノックインマウスの作成を試みた。
ベイズ統計学に基づく医療技術評価方法論の開発-統計学と臨床医学の橋渡し研究

臨床試験の方法論が確立した1950年以降、有意性検定および推定が標準的アプローチとして主流であった。これは頻度論アプローチと呼ばれる。近年、ベイズ統計学が生物医学分野での複雑な統計的モデリングに適用され、試験デザインや逐次モニタリングに対するいくつかのアプローチが主に癌の臨床試験において提案されている。私たちは、ベイズ流アプローチに基づいて探索的臨床試験に関する新しいデザインを開発した。近年、ベイズ統計学(Bayesian Statistics)は、医学・薬学分野における実験・臨床試験のデータ解析に頻繁に用いられている。しかしながら通常、実験・臨床試験の計画は頻度論(いわゆるフィッシャー・ネイマン・ピアソン理論)の統計学に基づいて行われており、計画から解析・解釈までをベイズ統計学に基づいて行うという試みはほとんどなされていない。本研究の目的は、ベイズ統計学の最大の利点である一貫した論理に基づいて臨床試験の計画から意思決定までを実施する医療技術評価の新規方法論を開発することである。本研究の最終目標は、臨床科学に最先端の統計科学・科学哲学の思想を導入することである。本研究では、臨床試験の新しい方法論を確立し、臨床的意思決定におけるベイズ流アプローチの有用性を探ることが主となるが、その方法論は現在の頻度論アプローチ中心の臨床試験の方法論を大きく変える可能性を秘めている。本年度の主な成果は以下のとおりである。1. FDA(米国保健福祉省食品医薬品局)発行のガイダンス「医療機器の臨床試験におけるBayes流統計学の利用に関するガイダンス」の日本語訳および出版を行った(臨床評価2010年38巻2号)。2.ベイズ流デザインに関する研究:2項エンドポイント単群臨床試験について、デザインから解析まで一貫したベイズ統計学に基づく標本サイズ決定方式(解析事前分布とデザイン事前分布の導入)、中間モニタリング方式(予測確率の利用)を考案し、その動作特性を数値的シミュレーションにより調べた。また、標本サイズ決定のためのRプログラムを開発した。3.考案したベイズ流デザインを実際の臨床試験(腎細胞癌に対する免疫療法)に適用した。1.ベイズ流デザインに関する研究:2項エンドポイント単群臨床試験について、デザインから解析まで一貫したベイズ統計学に基づく標本サイズ決定(解析事前分布とデザイン事前分布の導入)、中間モニタリングと標本サイズ選択(予測確率の利用)を考案し、その動作特性を数値的シミュレーションにより調べた。2.新規デザイン(上記)の標本サイズ決定に関する汎用的プログラム(Rライブラリ)の開発に着手した。1.ベイズ流デザインに関する研究:2項エンドポイント単群臨床試験について、デザインから解析まで一貫したベイズ統計学に基づく標本サイズ決定(解析事前分布とデザイン事前分布の導入)、中間モニタリングと標本サイズ選択(予測確率の利用)を考案し、Statistics in Medicine誌に公表した。2.新規デザイン(上記)の標本サイズ決定に関する汎用的プログラム(Rライブラリ)を開発した。平成22年度には、FDA(米国保健福祉省食品医薬品局)発行のガイダンス「医療機器の臨床試験におけるBayes流統計学の利用に関するガイダンス」の日本語訳および出版を行い、平成23年度には、研究協力者と共同で新規のベイズ流臨床試験デザインの考案、国際学会での発表、論文作成(現在、投稿中)を行った。

また、提案するデザインを普及させるためのプログラム開発にも着手しており、おおむね順調に進展していると考える。24年度が最終年度であるため、記入しない。まずは投稿中の論文の公表を目標とし、その後、提案するデザインを普及させるためのプログラム(Rライブラリ)の完成、公開を目指す。また、提案する新規デザインを実際の臨床試験に適用する。
妊娠高血圧腎症とPlacental Protein 5(PP5)の関連の検討

正常妊娠症例の血清をフィルターに通し超遠心した沈殿をmicroparticle(MP)分画として回収し、PP5に関連する凝固蛋白である組織因子(TF)並びにPP5のWestern blotを施行、PP5の大部分がMPに含まれることが判明した。これはTFが惹起する血液凝固をPP5が抑制することを示唆する。妊娠高血圧腎症症例の血清でPP5に結合する蛋白質の傾向を分析したが、一定の傾向はみられなかった。妊娠高血圧腎症症例において、血清PP5濃度が正常例と比較し上昇する原因を追求すべく、またPP5の胎盤及び妊婦血清中における生理機能の解明をこころみるべく、研究を開始した。妊娠高血圧腎症症例及び正常例の血清ならびに胎盤検体を、患者への十分な説明ののち文書にて同意を得た上で採取した。まず胎盤検体を用い、ウエスタンブロット及びリアルタイムRT-PCRを行った。蛋白・mRNAレベルで、妊娠高血圧腎症症例と正常例との間にPP5の発現量の差があるか検討したが、有意差は得られなかった。また胎盤検体を用いて雷子顕微鏡での免疫染色法を行い、PP5を胎盤絨毛表面に吸着していると思われるGlypican、Svnd6canといった糖鎖の発現について、妊娠高血圧腎症症例と正常例とで比較するべく実験を行ったが、免疫染色の段階で技術的に困難であり、まだ予備実験の段階となっている。これについてはいったん中止とし、次年度以降に再度計画することとした。替わりに血清を用いた実験に着手した。すなわち妊婦血清中PP5を、坑PP5坑体をコートしたビーズに吸着させ、吸着したPP5と結合している機能性蛋白質、特にセリンプロテアーゼやマトリックスプロテアーゼのプロファイリングを行った。その詳細からPP5の機能を推測することを目標として、現在研究を行っている。さらに妊娠高血圧腎症症例と正常例で、PP5と結合している蛋白質の質及び量に違いがあるかどうか検索を行っている。前年度までに採取した(患者への十分な説明ののち文書にて同意を得た)妊娠高血圧腎症症例及び正常例の血清ならびに胎盤検体を用い、研究を引き続き行った。すなわち妊婦血清中PP5を、抗PP5抗体をコートしたビーズに吸着させ、吸着したPP5と結合している機能性蛋白質、特にセリンプロテアーゼやマトリックスプロテアーゼのプロファイリングを行った。その詳細からPP5の機能を推測することを目標として、現在研究を引き続き行っている。また引き続き検体採取は続行している。また胎盤検体を用いて電子顕微鏡での免疫染色法を行い、PP5を胎盤絨毛表面に吸着していると思われるGlypican、Syndecanといった糖鎖の発現について、妊娠高血圧腎症症例と正常例とで比較するべく実験を再度計画、実行する予定である。免疫染色の手技に関して問題があり、計画を中断していたが、これについては抗体の変更や染色手技の変更など、改善策を考慮中である。個々の症例で、胎盤における糖鎖の発現と、血清中PP5と結合する蛋白質のプロファイリングに一定の傾向があるのか、さらに検討する予定である。患者への十分な説明ののち文書にて同意を得た妊娠高血圧腎症症例及び正常例の血清ならびに胎盤検体を用い、研究を引き続き行った。正常妊娠症例の血清をpore size 0.22μMのフィルターを通した後に、ELISA法によりPP5/TFPI-2の濃度を測定した。続いて、100Kxgで超遠心して沈殿をmicroparticle(MP)分画、上清を非MP分画として回収した。非MP分画のPP5/TFPI-2の濃度を測定、MP分画について組織因子(TF)並びにPP5/TFPI-2のWestern blotを施行した結果、正常妊娠例ではPP5/TFPI-2の大部分がMPに含まれることが判明した。このことは、胎盤由来MPのTFが惹起する血液凝固をPP5/TFPI-2が抑制していることを示唆するものであった。しかしflow cytometryを行った結果は、PP5/TFPI-2のシグナルはMP分画にはみられず、特殊な2量体などの状態で存在していることがうかがわれた。合併症妊娠におけるPP5/TFPI-2の存在様式に変化があるかは未だ検討中である。さらに妊娠高血圧腎症症例と正常例で、PP5と結合している蛋白質の質及び量に違いがあるかどうか未だ検索を行っている。

胎盤検体を用いて電子顕微鏡での免疫染色法を行い、PP5を胎盤絨毛表面に吸着していると思われるGlypican、Syndecanといった糖鎖の発現について、妊娠高血圧腎症症例と正常例とで比較するべく実験を再度計画、実行する予定である。免疫染色の手技に関して問題があり、計画を中断していたが、これについては抗体の変更や染色手技の変更など、改善策を考慮中である。
野菜水抽出エキスの齲蝕予効果に関する研究

前年度の研究で、ビ-ト、西洋ワサビ、コ-フリ-、フキ、ルバ-ブ、ナナカマドの水抽出物について齲蝕抑制能をスクリ-ニングした結果、その全てに不溶性グルカン合成抑制が、さらにコ-ンフリ-、ルバ-ブ、ナナカマドにミュ-タンス連鎖球菌の増殖抑制能が認められた。本年度においては、これらの野菜抽出物のラットによる齲蝕抑制実験が原料の入手困難により不可能となったため、ビ-トから齲蝕抑制活性成分である、五環性トリテルペンのオレアノ-ル酸を抽出し、本物質の臨床応用への開発を行なった。オレアノ-ル酸は、水不溶性でvitroにおいてはジメチルスルフォキシドを使用したが、臨床にはこの溶媒は使えない。そこで様々なオレアノ-ル酸の可溶化を試みた結果、シクロデキストリンで包接することによって水溶化できることがわかり、このオレアノ-ル酸シクロデキストリン包接化合物(OAーCD)の齲蝕抑制効果をin vitroで測定した。その結果、OAーCDはStreptococcus sobrinus OMZ176の不溶性グルカン合成をオレアノ-ル酸濃度25μg/mlで30%、50μg/mlで54%、100μg/mlで70%阻害した。さらにmutans streptococciに対する抗菌作用は、48μg/mlの最小発育阻止濃度を示した。本研究の成果をもとに今後、OAーCDのラットによる齲蝕抑制実験を行ない、臨床応用にむけて開発を進める予定である。また他の野菜抽出物におけるデ-タをもとに齲蝕予防からみた食生活について考察を深めていきたいと考えている。今回用いた野菜水抽出エキスの内訳は、ビ-ト、フキ、コ-ンフリ-、西洋ワサビ(葉および根茎)の5種であった。すでに、これらのエキスは全て今までの予備実験で、抗GTase活性を認めたものである。これらを用いて、ラット齲蝕抑制実験を行う予定であったが、必要とする大量の野菜が収穫量と季節の関係上、入手不可能となったため、今年度は現存のエキスを使って詳細なデ-タを得ることを目的とした。まず各エキスを80倍(1.25%)まで希釈(終濃度0.3%)し、抗GTase活性の消長をみた。実験方法は<Streptococcus sobrinus>___ーOMZ176の粗GTase(培養上清を塩析、透析して濃縮した)に、^<14>Cースクロ-ス、リン酸緩衝液(pH6.0)、デキストランT10(primerとして)および各野菜水抽出エキスを加え、1時間37°Cで反応させた後、ペ-パ-クロマトグラフィを行って、生成した放射性の不溶性グルカン量を測定した。その結果、濃度依存性を示したものは、フキ、ビ-ト、西洋ワサビ(根茎)であり、そのうち酵素阻害効果の最も高かったのは、フキであった(0.6%濃度:32%、0.3%濃度:11%)。一方、mutans菌に対する抗菌作用を<Str.mutans>___ーMT8148を用いて調べた結果、コ-ンフリ-のみが唯一、抗菌性を示した(MIC:0.23%)。その他新たに入手した、ナナカマド、ルバ-ブ(茎葉、根)の水抽出エキスについて、同様の実験を行ったところ、いずれも抗菌作用は示さないものの、抗GTase作用に関しては、ナナカマド250mg/ml、ルバ-ブ茎葉625mg/ml,ルバ-ブ根420mg/mlで完全に近い効果を示した。今後、さらに検討を加えたいと考えている。また、ビ-トには抗齲蝕作用物質として我々が研究を進めているオレアノ-

ル酸も含まれており、本物質に関しては、現在ラット齲蝕抑制実験を行っている。我々は、齲蝕予防を目的として主に植物成分の抗齲蝕性について研究を行なっているが、本研究では野菜類に注目しビ-ト、西洋ワサビ、コ-フリ-、フキ、ルバ-ブ、ナナカマドの水抽出物について齲蝕抑制能をスクリ-ニングした結果、その全てに不溶性グルカン合成抑制が、さらにコ-ンフリ-、ルバ-ブ、ナナカマドにミュ-タンス連鎖球菌の増殖抑制能が認められた。これらの野菜抽出物のラットによる齲蝕抑制実験が原料の入手困難により不可能となったため、ビ-トからの齲蝕抑制活性成分である、五環性トリテルペンのオレアノ-ル酸を抽出し、本物質の臨床応用への開発を行なった。オレアノ-ル酸は、水不溶性でvitroにおいてはジメチルスルフォキシドを使用したが、臨床にはこの溶媒は使えない。そこで様々なオレアノ-ル酸の可溶化を試みた結果、シクロデキストリンで包接することによって水溶化できることがわかり、このオレアノ-ル酸シクロデキストリン包接化合物(OA-CD)の齲蝕抑制効果をin vitroで測定した。その結果、OA-CDはStreptococcus sobrinusOMZ176の不溶性グルカン合成をオレアノ-ル酸濃度25μg/mlで30%、50μg/mlで54%、100μg/mlで70%阻害した。さらにmutans streptococciに対する抗菌作用は、48μg/mlの最小発育阻止濃度を示した。本研究の成果をもとに今後、OA-CDのラットによる齲蝕抑制実験を行ない、臨床応用にむけて開発を進める予定である。また他の野菜抽出物におけるデ-タをもとに齲蝕予防からみた食生活について考察を深めていきたいと考えている。
表面反応制御用高品質中性ラジカルビームの生成技術および分光評価技術の開発

PDINIB法に関しては、高品質中性ラジカルビーム材料プロセス装置試作機の開発を進めた。成膜プロセスなどの基礎研究への利用を念頭に置くPDINIB法ではCWレーザーを励起光源として定常的なfluxの中性粒子ビームを生成し材料表面に供給できることが望ましく、パルスレーザーのピーク出力に比べCWレーザーの出力は小さいことから、PDINIB法の開発において、中性ラジカルビームの品質を落とすことなく負イオンビームからの変換効率を如何にして高めるかが勘所となる。研究代表者はマルチパス光脱イオン化機構を開発し高品質中性ラジカルビーム材料プロセス装置に組み込むことによってこの技術課題を克服した。また平成11年度は、PDINIB法による中性ラジカル生成レートを評価するための高感度測定法として提案した低周波プローブによる電場変調光電子電流計測法の開発を進めた。さらに、高品質中性ラジカルビーム材料プロセス装置試作機においてCu^-イオンビームにCWレーザー(波長514.5nm、出力25W)光を照射した際の原子状Cuの生成レートを同測定法により評価し、負イオンから中性ラジカルへの変換効率を実用化に充分な10%以上にまで高め得ることを実証した。平成10年度は,PDINTB法により生成した高品質中性ラジカルビームを利用して中性ラジカルの表面反応機構を解析する装置の試作機において,生成される高品質中性ラジカルビームの高flux化を図ることを目標に研究を進め,その前提となる負イオンビームの大電流化を達成した.また,PDECB法について,alkyl azideを原料として窒素ラジカル種を生成しZnSeの有機金属気相成長においてアクセプタードーピングに成功した実験成果を踏まえ,さらに多様なラジカル種を生成すためにPDECB法の原料として適した化合物の系統的な探索を,ab-initio量子化学計算による光解離および熱解離反応素過程の解析に基づいて行なった.理論探索の電子論的な指針として,(i)配位空間において大域的に不安定かつ断熱ポテンシャル面上で局所的に安定な準安定分子でありかつ(ii)可視近紫外域に吸収を持つ官能基を有する分子がPDECB法の原料として適していることを明らかにした.さらに理論検討に基づいて,原料化合物として金属原子を含むジアゾエタン誘導体を採用しPDECB法によって系統的に有機金属のビラジカル種のビームを生成する技術を提案した.PDINIB法に関しては、高品質中性ラジカルビーム材料プロセス装置試作機の開発を進めた。成膜プロセスなどの基礎研究への利用を念頭に置くPDINIB法ではCWレーザーを励起光源として定常的なfluxの中性粒子ビームを生成し材料表面に供給できることが望ましく、パルスレーザーのピーク出力に比べCWレーザーの出力は小さいことから、PDINIB法の開発において、中性ラジカルビームの品質を落とすことなく負イオンビームからの変換効率を如何して高めるかが勘所となる。また平成11年度は、PDINIB法による中性ラジカル生成レートを評価するための高感度測定法として提案した低周派プローブによる電場変調光電子電流計測法の開発を進めた。さらに高品質中性ラジカルビーム材料プロセス装置試作機においてCu^-イオンビームにCWレーザー(波長514.5mn、出力25W)光を照射した際の原子状Cuの生成レートを同測定法により評価し、負イオンから中性ラジカルへの変換効率を実用化に充分な10%以上にまで高め得ることを実証した。
地上磁力計と衛星・レーダー観測に基づく磁気嵐時の大規模電場の形成過程に関する研究

昨年度に引き続き、磁気嵐における過遮蔽電流系の時間・空間発展を明らかにすることを目的として、高緯度から磁気赤道にわたるグローバルな地上磁場変動の統計解析を、昨年度より厳密な基準に基づき行った。その結果、11例において中緯度で明瞭な過遮蔽電流が観測され、その継続時間は平均80分であった。一方、赤道電離圏電流は、全ての事例において中緯度より長い継続時間(平均259分)を示した。この結果は、赤道電離圏電流が数10分の時定数を持つ過遮蔽電場だけでなく、数時間-数10時間の時定数を持つ電離圏擾乱ダイナモによっても作られていることを示唆している。本研究の結果は、中緯度と赤道における電離圏電流の時定数を互いに比較すれば、過遮蔽電場の時定数の同定と、その電場と電離圏擾乱ダイナモ電場との分離が可能であることを表している。さらに過遮蔽電流系の空間分布にも着目し、2次元的な電流パターンを調べた結果、中緯度において高緯度とは逆向きの2セル電流(中緯度過遮蔽電流)の全体像を初めて検出することに成功した。また、過遮蔽電場をもたらす領域2型沿磁力線電流(R2 FACs)の出現緯度が平均58度であり、サブストーム時(平均62度)[Hashimoto et al.,2011]より低緯度側にあることが分かった。これはR2FACsが、磁気嵐時にはより地球の近くで発達することを示唆している。また名古屋大学の中溝葵氏らが進めている電離圏全球ポテンシャルソルバの開発において、観測面から知識を提供した。このソルバが完成すれば、地上磁場変動から推定した電離圏電流の解釈に理論的裏付けを与えることが可能となる。電離圏の電気伝導度を仮定し地上地場変動から算出した電場と、あけぼの衛星により電離圏で直接計測された電場との定量的関係を、磁気嵐において調べた。これまで、中緯度領域において地上磁場変動と電離圏電場との間に良い対応関係があることを示したが、伝導度が高い領域(オーロラ帯)が急速に時間・空間変動する場合においては、経験的な伝導度モデルでオーロラ帯を再現できないため、対応関係が悪くなることが分かった。これは、地上地場変動から電離圏電場を定量的に算出するためには、現実に見合った伝導度モデルを開発する必要があることを示している。磁気嵐における過遮蔽電流系の時間・空間発展を明らかにすることを目的として、高緯度から磁気赤道にわたるグローバルな地上磁場変動の統計解析を行った。その結果、赤道で逆向きの電離圏電流(CEJ)が観測されていた間、中緯度において過遮蔽に伴う逆向きの電離圏電流が現れていたことが分かった。しかし、それら電離圏電流の継続時間には隔たりがあり、赤道(70-470分)の方が中緯度(40-200分)より、平均して2.3倍長かった。これは、CEJが数十分の時定数を持つ過遮蔽電場だけでなく、数時間-10数時間の時定数を持つ電離圏擾乱ダイナモ電場によっても作られていることを示唆している。
繊維補強コンクリートの高性能化・高機能化に関する研究

本研究においては、コンクリートの引張軟化曲線の推定方法を確立したうえで、曲げに対して硬化型の挙動を示す高性能な繊維補強コンクリートの破壊性状について検討することを目的としている。(1)引張軟化曲線の試験方法実験で得られた荷重変位関係から、引張軟化曲線を多直線近似法により高精度で推定する方法を提案した。載荷試験時に計測する供試体の変位として、載荷点変位に比べ開口変位は、支点の沈下等の影響を受けず、簡便に精度の良い実験データを得ることができるため、引張軟化曲線の推定に適していることを明らかにした。(2)高性能な繊維補強コンクリート曲げに対して硬化型の挙動を示す高性能なアラミド繊維補強モルタル(曲げ強度20MPa)に加え、鋼繊維やビニロン繊維を多量に(最大繊維容積混入量6%)混入した高性能な繊維補強モルタルを開発し、その特性を明らかにした。はり供試体の曲げ試験において、ひび割れ発生荷重よりも最大荷重が十分大きい場合には、供試体側面に複数のひび割れが分散して発生することを実験的に確認した。仮想ひび割れモデルに基づく引張軟化曲線について、繊維補強コンクリートへの適用限界について検討した。鋼繊維補強コンクリートの場合、繊維混入量が2%までは、曲げ破壊挙動がほぼ1本のひび割れによって支配されるので、仮想ひび割れモデルを適用できるが、繊維混入量が4%以上の場合には、複数のひび割れが生じ仮想ひび割れモデルを適用できず、したがって引張軟化曲線による性能評価が行えないことを明らかにした。本研究においては、曲げに対して硬化型の挙動を示す高性能な繊維補強コンクリートを開発することを目的としている。繊維には、鋼繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維等を用いた。高性能な繊維補強コンクリートのひび割れ性状と靭性とを関連づけるとともに、引張軟化曲線(ひび割れを跨いで伝達される引張応力とひび割れ幅との関係)を用いて繊維補強コンクリートの曲げ破壊性状について検討した。1.曲げに対して硬化型の挙動を示す高性能な繊維補強コンクリートの開発曲げに対して硬化型高靭性挙動を示す高性能なアラミド繊維補強モルタルに加え、鋼繊維やビニロン繊維を多量に混入した(最大繊維容積混入量6%)高性能な繊維補強モルタルの製造方法を開発した。2.繊維補強コンクリートに生じる複数ひび割れの定量化と靭性との関係の検討はり供試体の曲げ試験において、ひび割れ発生荷重よりも最大荷重が十分大きい場合には、供試体側面に複数のひび割れが分散して発生する。こうした複数ひび割れと曲げ破壊時の靭性(エネルギー吸収能)との関係について検討した。3.引張軟化曲線による繊維補強コンクリートの曲げ破壊性状の評価曲げ試験時に得られる荷重変位曲線から逐次逆解析を行うことにより、精度良く引張軟化曲線(ひび割れを跨いで伝達される引張応力とひび割れ幅との関係)を求める手法を提案した。部材寸法が異なる場合の荷重変位関係を、引張軟化曲線を組み込んだ有限要素解析により解析し、その有効性を確認した。平成8年度には、コンクリートの高性能化の動向に関する検討、短繊維補強コンクリートに適した補強材用に関する検討、ならびに高靱性な繊維補強コンクリートへの仮想ひび割れモデルの適用性に関する検討を行った。1.コンクリートの高機能化に関する検討材料の高機能化を推進する際の動機を、(1)問題点の解決、(2)競争力の強化、(3)魅力の向上、(4)社会的要請に分類し、働く人にとっての働きがいや魅力の重要性を指摘した。高機能な材料を開発し提供する側と採用し発注する側のそれぞれにとっての要点を、コスト、機能評価、体質や制度、規準類等の面から考察した。2.短繊維補強コンクリート用補強材に関する検討短繊維補強コンクリートを補強する補強材としては、降伏棚が無く、弾性係数が小さいものが、曲げ部材として大きな耐荷力と靱性を得るには望ましく、この点で鉄筋よりはFRP連続繊維補強材が優れていた。降伏棚のある鉄筋を用いた場合に比べ、降伏棚の無い鉄筋を用いた場合にはひび割れの集中が遅れるため、曲げ部材としての耐荷力は10%以上大きくなり、最大荷重時の変位も50%以上大きくなった。3.高性能な繊維補強コンクリートへの仮想ひび割れモデルの適用性に関する検討

仮想ひび割れモデルに基づく引張軟化曲線は、コンクリートの破壊性状の評価に有用であるが、繊維補強コンクリートへこのモデルを適用する場合の限界について検討した。鋼繊維補強コンクリートの場合、繊維混入量が2%までは、曲げ破壊挙動がほぼ1本のひび割れによって支配され仮想ひび割れモデルを適用できるが、4%以上では、複数のひび割れが生じモデルを適用できず、引張軟化曲線による評価が行えないことを明らかにした。
分子間相互作用の精密制御に基づく環境調和型ナノハイブリッドの創成

天然アルミノケイ酸塩ナノチューブであるイモゴライトは内表面にSi-OH、外表面にAl-OH基、ハロイサイトはアルミノケイ酸塩シートが筒状になったもので外表面にSi-O-Si、内孔壁にAl-OH基を有する。申請者らはAl-OHを有する表面あるいは内壁の選択的化学修飾がリン酸基を持つ化合物で可能であることを見いだし、種々の有機/無機ハイブリッド材料に展開した。今年度はスルフォン基、カルボキシル基などのアニオンを有する水溶性多糖類であるサクランあるいはリン酸基を導入したセルロースナノ結晶(P-CNC)とイモゴライトとの多層積層により新規有機/無機ナノハイブリッドを調製した。交互積層は交互溶液浸漬法ならびにスピンアシステッドLBL法を用いた。赤外吸収スペクトル、放射光X線散乱などの手法で交互積層が進行することを確認した。またイモゴライトの表面親水基とセルロースナノファイバーとの相互作用に着目したハイブリッド膜を調製した。イモゴライトの表面親水基とセルロースナノファイバーの表面親水性により両成分が比較的良好に分散したハイブリッド材料が得られた。調製した薄膜は極めて優れた力学物性と熱的な安定性を示した。一方、ハロイサイトの表面のSi-O-Siを利用しシランカップリング反応を利用してボロン酸表面修飾ハロイサイト(B-HNT)を調製した。ボロン酸の導入はXPSやIRにより確認した。ボロン酸修飾HNTとポリビニルアルコール(PVA)とのハイブリッドを調製した。ボロン酸修飾HNT/PVAハイブリッドはハロイサイトの微細分散により高い透明性を示し、PVAとHNT上のボロン酸の相互作用により優れた力学的特性と熱的な安定性を示した。昨年度断念したボロン酸を利用した修飾反応に再挑戦し、ハロイサイトの表面修飾法を改良することによりボロン酸修飾HNTとポリマーのハイブリッド化に成功した。さらにイモゴライトのハイブリッド系では水溶性のサクランとのハイブリッド化への展開を行った。1ナノセルロースの基本物性の確認:セルロースナノファイバー(CNF)あるいはセルロースナノ結晶(CNC)にリン酸基を導入し分散溶液のレオロジー特性を評価する。2製膜法の確立:CNF、CNC、サクランあるいはリン酸基修飾CNC(P-CNC)とHNTあるいはIMNTの水系分散溶液を液晶状態などの秩序性のある溶液からバーコート法で製膜し、配向した有機無機ハイブリッド膜を調製し、ハイブリッド薄膜の粘弾性特性、X線回折測定、熱重量分析を行う。3力学物性評価:実用条件に近い条件での物性評価を行うためにハイブリッド膜の二軸変形、さらにはバルジ試験によりハイブリッド膜の力学物性を評価する。併せて凝集構造を放射光X線散乱により解析する。またこのデータを材料設計にフィードバックする。4ハイブリッド薄膜の高性能化:薄膜のタフネスを増すための界面修飾相を導入したマトリクス高分子を設計し、合成する。天然アルミノケイ酸塩ナノチューブであるイモゴライトは内表面にSi-OH、外表面にAl-OH基、ハロイサイトは外表面にSi-O-Si、内孔壁にAl-OH基を有する。申請者らはAl-OHを有する表面あるいは内壁の選択的化学修飾がリン酸基で可能であることを見いだし、種々の有機無機ハイブリッド材料に展開した。リン酸基とイモゴライト表面の官能基との特異的分子間相互作用に着目し、リン酸修飾セルロースナノクリスタル(P-CNC)とイモゴライトとの多層積層構造により新規ナノハイブリッドを調製した。交互積層はスピンアシステッドLBL法を用いた。赤外吸収スペクトルなどの手法で交互積層が進行することを確認した。交互積層により得られた膜は防曇性を示した。調製した薄膜は極めて優れた力学物性を示した。また様々な基板に表面付着性を有する生体由来のカテコール基含有モノマーとフルオロアクリレートからなる新規撥水性高分子とハロイサイトのハイブリッド化で撥水撥油表面被覆材を設計した。得られた被覆表面は優れた撥水性、撥油性を示した。また水のスプレーに対しても安定で基質付着性も良好であった。表面修飾ハロイサイトと化学修飾ヒアルロン酸を利用したハイブリッドハイドロゲルを調製し膨潤特性と力学物性を評価した。得られたハイブリッドハイドロゲルは優れた水に対する膨潤特性を示しかつ強化材としてのハロイサイトにより優れた力学的特性を示した。最初の提案ではボロン酸を利用した修飾反応とポリマーのハイブリッド化を検討したが、ボロン酸とイモゴライトの反応性が予想以上に低かったので、ポリマーへの導入官能基をリン酸基に変更する研究方針とした。この方針に基づきH29年度後半よりリン酸修飾セルロースナノクリスタルとイモゴライトとの多層積層により新規ナノハイブリッドを調製した。基板上の積層薄膜は高い親水性を示し、防曇性を示した。現在、自己支持性のある薄膜の開発を目指している。またイモゴライトの表面親水基とセルロースナノファイバーの表面親水性により両成分が比較的良好に分散したハイブリッド材料が得られた。調製した薄膜は極めて優れた力学物性を示したがタフネスを向上させる必要がある。一方、イガイなどの接着分子であるカテコール基含有モノマーとフルオロアクリレートからなる新規撥水性高分子の合成に成功した。

この新規高分子の開発によりハロイサイトとの複合化を行うことにより親水性と撥油性を示すハイブリッド薄膜の調製が加速した。天然アルミノケイ酸塩ナノチューブであるイモゴライトは内表面にSi-OH、外表面にAl-OH基、ハロイサイトはアルミノケイ酸塩シートが筒状になったもので外表面にSi-O-Si、内孔壁にAl-OH基を有する。申請者らはAl-OHを有する表面あるいは内壁の選択的化学修飾がリン酸基を持つ化合物で可能であることを見いだし、種々の有機/無機ハイブリッド材料に展開した。今年度はスルフォン基、カルボキシル基などのアニオンを有する水溶性多糖類であるサクランあるいはリン酸基を導入したセルロースナノ結晶(P-CNC)とイモゴライトとの多層積層により新規有機/無機ナノハイブリッドを調製した。交互積層は交互溶液浸漬法ならびにスピンアシステッドLBL法を用いた。赤外吸収スペクトル、放射光X線散乱などの手法で交互積層が進行することを確認した。またイモゴライトの表面親水基とセルロースナノファイバーとの相互作用に着目したハイブリッド膜を調製した。イモゴライトの表面親水基とセルロースナノファイバーの表面親水性により両成分が比較的良好に分散したハイブリッド材料が得られた。調製した薄膜は極めて優れた力学物性と熱的な安定性を示した。一方、ハロイサイトの表面のSi-O-Siを利用しシランカップリング反応を利用してボロン酸表面修飾ハロイサイト(B-HNT)を調製した。ボロン酸の導入はXPSやIRにより確認した。ボロン酸修飾HNTとポリビニルアルコール(PVA)とのハイブリッドを調製した。ボロン酸修飾HNT/PVAハイブリッドはハロイサイトの微細分散により高い透明性を示し、PVAとHNT上のボロン酸の相互作用により優れた力学的特性と熱的な安定性を示した。昨年度断念したボロン酸を利用した修飾反応に再挑戦し、ハロイサイトの表面修飾法を改良することによりボロン酸修飾HNTとポリマーのハイブリッド化に成功した。さらにイモゴライトのハイブリッド系では水溶性のサクランとのハイブリッド化への展開を行った。1ナノセルロースの基本物性の確認:セルロースナノファイバー(CNF)あるいはセルロースナノ結晶(CNC)にリン酸基を導入し分散溶液のレオロジー特性を評価する。2製膜法の確立:CNF、CNC、あるいはリン酸基修飾CNC(P-CNC)とHNTあるいはIMNTの水系分散溶液をバーコーターで製膜し、有機無機ハイブリッド膜を調製し、ハイブリッド薄膜のを粘弾性特性、X線回折測定、熱重量分析を行う。3力学物性評価:実用条件に近い条件での物性評価を行うためにハイブリッド膜の二軸変形、さらにはバルジ試験によりハイブリッド膜の力学物性を評価する。併せて凝集構造を放射光X線散乱により解析する。またこのデータを材料設計にフィードバックする。4スプレーコート積層法の確立:スプレーコート法を利用して、CNC、イモゴライトの多層積層膜を調製し、その分子鎖凝集構造を放射光X線回折により評価する。5ハイブリッド薄膜の高性能化:薄膜のタフネスを増すためのマトリクス高分子を設計し、合成する。