hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生体医療デバイスのためのフレキシブル温度保護回路の開発

本プロジェクトでは、アクリル系コポリマーと導電粒子であるグラファイトを混ぜることにより、体温付近で急激に抵抗変化を示す温度センサの開発を行った。開発した温度センサーは体温付近の4°Cでおよそ6桁程度の非常に大きな抵抗変化を示した。作製した温度センサを有機トランジスタと集積化することで、温度保護回路としての特性を評価した。温度が上がるにつれて、有機トランジスタのON電流は6桁程度変化することが確認でき、温度保護回路として高い特性を有していることを確認できた。本研究では、体温付近で急激に抵抗変化を温度センサを開発し、フレキシブルエレクトロニクスへの応用を行うことを目的とする。今年度は、体温付近に融点を有する新奇ポリマー材料の開発と、ポリマー材料と導電性粒子を混合するプロセスの確立と動作評価を目標とした。特に、ポリマー材料の結晶性や融点が温度センサの特性変化に大きな影響を与えることがわかっている。2種類のアクリルモノマーを光重合することで、体温付近に融点を持ち、尚且つモノマーの混合比で融点を制御することを実現した。また、導電フィラーとして、カーボンブラックを用いることにより、最大6桁の抵抗変化を実現した。より具体的には、2種類のモノマー材料の混合比を変えることで、25°Cから50°Cの間で融点を精密に制御することに成功した。この制御性は、モノマー材料のモル比と線形性を有しており、従来の種類のポリマー材料などを混ぜるデバイスと比較しても、高い制御性の実現に成功した。これらの結果は2015年11月の米国科学アカデミー紀要(PNAS)に掲載され、「印刷可能でフレキシブルな」な温度センサとして話題を呼んだ。また、この温度センサを12.5マイクロメートルのポリイミド基板上に印刷を行い、非常にフレキシブルなデバイスを作製することで、0.1°Cと非常に微小なラットの肺の呼吸時の温度変化の測定も実現した。さらに、このようなポリマー材料を用いた温度センサーの再現性の向上にも成功しており、2000回程度の温度変化に対しても特性の劣化はほとんど起こらなかった。体温付近で抵抗変化が大きく変わるフレキシブル温度センサの開発に成功したことに加え、動物の生体温度の変化を計測することに成功したため。本年度は、1μmの基板上に温度センサをAll印刷プロセスを用いて作製することに成功した。作製した温度センサは、総厚さ20μm程度と非常に薄く、高いフレキシブル性を実現することに成功した。作製した温度センサは、昨年度までの厚い基板上に作製した温度センサと比較してもほとんど同等の特性を示しており、5°C以下の小さな温度変化に対して抵抗値が56桁と非常に高い変化を示した。また、作製した温度センサは1mm以下の径を持つ棒に巻き付けても、動作するなど高いフレキシブル性を有していることを確認した。さらに作製した温度センサは、厚さが20μmと薄膜であるために、従来の温度センサと比較して熱容量を低減することができ、高い反応速度を示した。さらに、作製した温度センサは生体組織などに非常に高い密着性を示しており、生体組織の温度の安定的な測定を実現した。また、本年度は温度センシング領域を広げるために、融点の異なる数種類のアクリルコポリマーを混合するし、温度センサの作製を行った。作製した温度センサペーストは、従来の温度センサペーストと同様に印刷プロセスを用いて作製することが可能である。作製した温度センサは適切な割合でコポリマーを混合することにより、25°Cから45°Cの範囲で抵抗変化を示しており、4桁以上の抵抗変化を示した。このデバイスを用いて、生体に直接貼ることのできるパッチ式体温計を作製した。作製した体温計はワイヤレスでデータを転送することができ、体温のモニタリングを行うことを確認した。さらに微細な導電粒子を用いることで、デバイスのさらなる薄膜化を行う。具体的には、10マイクロメートル以下の厚さを目指す。さらに、導電率の高い金属フィラーなどを用いることにより、温度センサーの初期抵抗の低減を目指す。これらを実現することにより、デバイスの微細化、フレキシブル性を向上させ、有機集積回路の保護回路への応用を実現する。フレキシブルエレクトロニクス昨年度は、温度センサーの開発の際に既存の設備と非常に安い材料を用いた。その結果、予想以上に特性の良いデバイスの開発に成功したため、新しく材料や装置の調達を行う必要性がなくなり、デバイスの基礎特性の評価を行うことに集中した。その結果、次年度への繰越額が生じた。次年度への繰越額と翌年度分の助成金を合わせて、材料混合のための装置の購入を予定している。この装置を用いることで、さらにデバイスの均一性や特性を改善することができると考えられる。また、有機集積回路との集積化を考えており、デバイス作製のためのマスク作製費用などに充てる予定である。
異種界面での化学結合を伴わないナノ－バイオハイブリッド材料作製技術の開発

様々な材料で様々な形状のナノマテリアルの作製が可能になってきた。特に、Carbon nanotube (CNTs)のような優れた物性を有するナノ材料が注目を集めている。しかしナノ材料活用の際、水などの溶媒中でナノ材料が凝集してしまうことが大きな問題となっている。一方、今後ナノマテリアルは特定の材料に限らず多種多様な材料で作製されていくと予想される。そのため多種多様な材料の表面を同じ方法論で、しかも簡便に修飾・分散安定化する技術が必要になると考えられる。そこで本研究では、界面活性剤の非脱着化のために界面活性剤同士で重合化させる方法を検討した。ここでは、界面活性剤に重合性官能基を導入し、光あるいは熱刺激で界面活性剤同士が重合するようデザインした。重合性界面活性剤を新規に設計,合成した。重合性官能基にはラジカル重合可能な官能基を用いた。ナノマテリアルとしてはグラフェンを検討した。具体的には、合成した重合性界面活性剤を用いて膨張黒鉛からグラフェンを剥離させ、このグラフェン表面で重合性界面活性剤の重合を行った。その結果、グラフェン洗浄後も良好な分散状態を有機溶媒中で示し、重合前後で分散安定性に大きな違いが見られた。また重合時の架橋剤の有無も分散安定性に大きく影響しており、グラフェン表面での重合が進行していることが示唆された。さらにこのポリマー化した界面活性剤で被覆されたグラフェンは水にも安定的に分散することが判明し、本方法論の有用性が実証された。重合性界面活性剤の開発を行い、これを用いて膨張黒鉛からグラフェンを製造することに成功した。さらにグラフェン表面に吸着した重合性界面活性剤を架橋剤存在下で重合させ、その分さん安定性を向上させることに成功したため。研究計画に従い、CNTやグラフェン、金属ナノ粒子の表面機能化を、重合性界面活性剤を用いて行っていく。特に、本法論によりナノ粒子表面へのリガンドの導入等を行い不可逆的な表面機能化が可能でありかつナノ粒子の物性を損なわないことを実証していく金属ナノ粒子はバルクではみられないナノ粒子特有の性質を示す。近年、この性質を利用して、生体分子や高分子材料と複合化させることによるバイオ分野や医療分野等への応用が試みられている。しかしながら、金属ナノ粒子表面は一般に強い疎溶媒性を示すため応用の過程において溶媒中で凝集してしまうことや、反応点が限られているといった問題がある。すなわち、金属ナノ粒子と他の材料を複合化させるためには、金属ナノ粒子表面を修飾し、表面改質を行うことが必要である。我々は、ナノ粒子表面改質法の中でも最も汎用的な界面活性剤による表面修飾法に着目した。しかしながら、界面活性剤の金属ナノ粒子表面への吸着は物理的な吸着平衡に支配されるため、界面活性剤が材料表面から脱着してしまうという課題があった。界面活性剤の脱着によって最終的に粒子同士が凝集してしまうだけでなく、フリーの界面活性剤が生体分子の機能を阻害する恐れがある。そこで我々は、界面活性剤に重合性官能基を導入した重合性界面活性剤を開発し、界面活性剤同士の重合を行なうことを提案した。重合性官能基としてメタクリロイル基,親水基としてポリエチレングリコール鎖,疎水基としてアルキル鎖らなる重合性界面活性剤数種を新規に設計,合成した。この合成した重合性界面活性剤を用いて、金ナノ粒子(AuNPs)表面上での重合を行った。水中でAuNPs表面に重合性界面活性剤を吸着させた後に架橋剤にN,N'-methylenebisacrylamide、重合開始剤にammonium persulfateとN,N,N',N'-tetramethylethylenediamineを用い重合を行った。次に、各AuNPsの酸性条件下での分散試験を行った。この界面活性剤の重合性を評価し、またナノ粒子分散剤として機能することも実証した。重合性界面活性剤を数種開発し、その分散能力を評価できたため。

重合性界面活性剤の開発を行い、これを用いて膨張黒鉛からグラフェンを製造することに成功した。さらにグラフェン表面に吸着した重合性界面活性剤を架橋剤存在下で重合させ、その分さん安定性を向上させることに成功したため。今後は、開発した重合性界面活性剤を用いて、ナノ粒子表面状で重合し、その長期分散性を定量的に評価する。この評価の際には、吸光度や電子顕微鏡観察、光散乱測定などを実施する予定である。その後、重合性界面活性剤の親水鎖末端に反応点を導入し、ナノ粒子表面に重合性界面活性剤を介して、種々の機能性分子を固定化できることを実証するよていである。研究計画に従い、CNTやグラフェン、金属ナノ粒子の表面機能化を、重合性界面活性剤を用いて行っていく。特に、本法論によりナノ粒子表面へのリガンドの導入等を行い不可逆的な表面機能化が可能でありかつナノ粒子の物性を損なわないことを実証していく
ダウン症児の読み・書き・算に関する比較的事例研究-普通学級・特殊学級・養護学校に通う低学年児童を対象として-

ダウン症児の就学先として普通学級、特殊学級、養護学校、3種の学校が考えられる。どの学校において学ぶことがダウン症児の「読み・書き・算」の能力を伸ばすことになるのだろうか。本研究の目的は、この3種の学校に通学している同年齢の児童にプリントを学習させることにより、どの学校へ通学することがダウン症児の能力をより多く伸ばすことになるのかをできるだけ客観的にみることである。昨年度に引き続き、本年度も研究計画に基づき次のことを行った。(1)小学校3年児童のA子(普通学級・東京)B子(普通学級・岐阜)C子(養護学校・大阪)D男(特殊学級・岐阜)E男(特殊学級・岐阜)を事例対象の児童として取り上げた。いずれも我々が開発した早期教育プログラムで指導を受けた子どもである。親の研究協力体制も十分であった。(2)D男とE男は、今年度当初から平仮名と数の表記については習得できていなかった。1年間の指導においてもその能力を高めることはできなかった。しかしE男は、平仮名と数字のみの絵本を一人で文字を追いながら音読することが出来るようになった。D男の方は学習体制がとれない状態のまま1年が経過した。(3)A子は、今年度の後半に学習態度が飛躍的に向上した。一定時間にこなすプリントの量が2倍くらいになっている。3年生に進級して担任が変わり、クラス内で認められることが多くなってきたことも影響している。B子は昨年度同様、健常児に遅れを取りながらも簡単な漢字の表記までできるようになった。日記も平仮名を使って書けるようになってきた。C子は、母親の多大な協力により平仮名と20までの数字表記ができるようになった。2年間の成果をまとめると、普通学級進学児童が学習能力の伸びが著しかったといえる。ただ、高学年まで継続研究しなければダウン症児にとって最適な学校種を決定できないことがより明確になった。ぜひ継続的に5人の子どもの事例研究を行いたい。就学年齢に達したダウン症児の入学先としては普通学級、特殊学級、養護学校の3種が考えられる。この3種のうち、どこに入学することがダウン症児の「読み・書き・算」の能力を伸ばすことになるのか。本研究の目的は、3種の学校に入学している事例児に毎月プリントの課題を課し、その習得状況を比較することである。本年度は、研究計画に基づいて次のことを行った。(1)1992年4月に小学校に入学した事例児5名(全員小学校2年生)を選定した。A子(普通学級・東京)、B子(普通学級・岐阜)、C子(養護学校・大阪)、D男(特殊学級・岐阜)、E男(特殊学級・岐阜)。選定した5名の事例児は、いずれも我々が開発した早期教育プログラムで指導を受けてきた子である。当初は7名の事例児の予定であったが、2名の父母の協力を得ることができなかった。(2)平仮名表記、一年次に習得すべき漢字80字、数の表記、2桁までの加法・減法の習得度を試すプリントを作成した。プリントは、学習指導要領に準拠した基本的な内容に限定した。(3)今年度は、上記のプリントのうち、描かれている物の名称を平仮名で表記するプリントと描かれている物の数を表記するプリントを使用した。父母の協力を得て、各家庭で適宜練習をしていただき、毎月1回事例児に直接面接してその習得度をテストした。A子、B子、C子のテスト結果のデータは着実に収集されている。しかし、D男、E男に関しては、現在のところ両児の平仮名及び数の表記能力が不十分なため、データ収集は不可能な段階にある。

2年間の成果をまとめると、普通学級進学児童が学習能力の伸びが著しかったといえる。ただ、高学年まで継続研究しなければダウン症児にとって最適な学校種を決定できないことがより明確になった。ぜひ継続的に5人の子どもの事例研究を行いたい。
新規輸送キャリアーによるゴルジ体から細胞膜へのタンパク質輸送機構の解明

私たちは以前、ゴルジ体から細胞膜への輸送を仲介する新規輸送キャリアー、CARTSを同定した。今回、私たちはCARTSの微小管上の移動にキネシン-5/Eg5が関与することを報告する。Eg5は分裂期細胞において、双極性紡錘体の形成に働くことでよく知られており、この研究成果は新たに、Eg5の間期における機能を示すものである。また、私たちはCARTSの形成に小胞体-ゴルジ体接触部位における脂質輸送が必要であることを明らかにした。このことは、ゴルジ体における輸送キャリアー形成制御に小胞体が直接的に関わることを示唆している。小胞体で合成されたタンパク質はCOPII小胞によりゴルジ体へと輸送される。トランスゴルジ網(TGN)において積み荷タンパク質は選別され様々な輸送キャリアー(COPI小胞、クラスリン小胞など)に搭載されてそれぞれの最終目的地(細胞膜、エンドソーム/リソソーム、小胞体など)へ輸送される。TGNにおける積み荷選別および輸送キャリアーの配送の分子メカニズムの解明は、小胞輸送研究における重要な課題である。私たちは以前TGNから細胞膜への輸送に関わる新規輸送キャリアーであるCARTSを同定した。CARTSはデスモソームの構成因子やPAUF(pancreatic adenocarcinoma upregulated factor)などの分泌タンパク質を含むが、従来の輸送マーカーであるVSV-G(水疱性口内炎ウィルスのコートタンパク質)は含まないためVSV-Gの輸送キャリアーと異なることがわかっていた。私たちは今回CARTSの微小管上の移動にキネシン-5/Eg5が特異的に関与することを明らかにした。Eg5は細胞分裂の際の紡錘体形成において重要な役割を担うことがわかっていたが、私たちは間期においてEg5がPAUFの分泌に必要であることを見出した。興味深いことに、VSV-Gの細胞膜への輸送にEg5は必要ないことがわかった。モーター活性を消失したEg5変異体はCARTSの移動速度を低下させ、この時CARTSはゴルジ体の周囲に蓄積した。一方、CARTS形成はEg5阻害剤の影響を受けなかった。これらのことから、間期においてEg5はCARTSのTGNから細胞膜への輸送に関与することが示された。種々のサイトカインやホルモン、細胞外マトリックス構成因子は、トランスゴルジ網(TGN)において輸送キャリアーに選択的に取り込まれて細胞膜へと運ばれ、分泌される。私たちは以前、TGNから細胞膜への輸送を仲介する新規輸送キャリアー、CARTS(carriers of the TGN to the cell surface)を単離し、その構成成分を明らかにした。本研究では、CARTS移動メカニズムについて解析を行い、キネシン-5/Eg5の関与を明らかにした。Eg5は分裂期細胞において紡錘体形成に働くことが知られており、私たちの研究成果は、新たにこのタンパク質の間期における機能を示すものである。興味深いことに、Eg5はホモ四量体を形成し、二量体からなる2つのモーター部位が逆平行に並んだ二本の微小管をスライドさせることで双極性紡錘体の形成を促す。このことは間期におけるCARTS輸送も逆平行微小管の滑り込みという、これまでと全く異なる仕組みで行われている可能性を示唆している。また、CARTS形成メカニズムの解析の結果、小胞体-TGN接触部位における脂質輸送がCARTS形成制御において非常に重要な役割を持つことを見出した。近年、小胞体は様々なオルガネラとの間に膜接触部位を形成し、それらを介して直接的なコミュニケーションをとることが明らかになった。そこでは主に脂質やカルシウムイオンがやりとりされ、様々なシグナリングを仲介していると考えられる。これまでの研究から、TGNにおける輸送キャリアー形成には、ジアシルグリセロール(プロテインキナーゼDをリクルートすることによって膜切断を促す)をはじめとする様々な脂質が関与することが明らかになっている。しかし、依然として脂質を適切な場所に適切なタイミングで供給するメカニズムは明らかになっていない。本研究成果はその意味で意義深く、当初の目的であったプロテインキナーゼD上流のシグナル経路の解明につながる成果である。細胞生物学当初の計画どおり蛍光タンパク質mRFPとGFPをそれぞれ融合させたPAUF(CARTSマーカー)とα-tubulinをHeLa細胞に発現させlivecell imagingによりCARTSが微小管上を移動する様子を観察することに成功した。また、当初困難と考えられたCARTSの移動速度を測定することもできた。Eg5のモーター活性を消失した変異体をHeLa細胞に過剰発現させてCARTS動態を調べた結果、移動速度に顕著な低下が見られEg5がCARTS移動に働くことの直接的証拠を得ることができた。

また、Eg5の機能阻害は従来の輸送マーカーであるVSV-Gの輸送に影響せず、Eg5がCARTS輸送に特異的に働くという非常に興味深い結果を得た。CARTSへの積み荷選別メカニズムの解析については、PAUFの選別シグナルを同定するためC末端側欠失変異体を複数作製して、それらの細胞内局在と分泌量を調べた。その結果、C末端側の30アミノ酸が小胞体からの輸送に必要であることが明らかになった。ゴルジ体からの輸送に関しても同じシグナルが使われているのではないかと考えている。PAUF-MycHis安定発現株および抗PAUF抗体を作製したが、ウェスタンブロッティングでは量的な問題から単離したCARTS中にPAUFを検出するのは困難であり、積み荷選別のためのin vitro系は確立できていない。その一方で、RNAi法によるタンパク質の発現抑制とCARTS形成実験系を組み合わせることに成功し、膜タンパク質についてはCARTS形成への関与を直接、定量的にモニターすることが可能となった。Eg5は紡錘体形成の際ホモ四量体を形成し、二量体からなる2つのモーター部位が逆平行に並んだ二本の微小管をスライドさせる。この働きにより双極性の紡錘体が形成される。Eg5は細胞周期によらず安定的にホモ四量体として存在すると考えられる。このことは間期におけるCARTS輸送についても逆平行微小管の滑り込みが重要である可能性を示唆しており、神経軸索で見られるようなキネシンが微小管に沿ってプラスエンドに小胞を輸送する様式は、CARTS輸送には該当しないと考えられる。Eg5はCARTSそのものよりも、CARTSが結合した微小管を運ぶのかもしれない。C末端側の尾部を欠失させたEg5変異体(ΔC:1-591 a.a.)はホモ四量体を形成せず、一本の微小管にのみ結合するホモ二量体として存在する。ホモ四量体型Eg5のCARTS輸送への関与を調べるため、ΔC変異体をHeLa細胞に過剰発現させた場合にドミナントネガティブとして働きPAUFの分泌が抑制されるかどうかを調べる。また、CARTSの微小管に沿った移動が抑制されるかどうかをlive cell imagingにより調べる。TGN46を発現抑制した細胞では、未成熟型のPAUFが分泌されることがわかった。興味深いことに、同様の効果は脂質輸送を介してTGNの膜ドメイン形成に関わる可能性があるVAPというタンパク質の発現抑制でも見られた。TGN46がそのような膜ドメインにおいて積み荷タンパク質と糖鎖修飾酵素を結びつけているかどうかを調べる。また、VAPを介した脂質輸送・膜ドメイン形成がCARTS形成に与える影響を前述の実験系により解析する。これは当初の目的であるプロテインキナーゼD上流のシグナル経路の解明につながると期待される。
巨大地震発生予測に関するＧＰＳデータを用いたプレスリップの検出

以下の研究成果を得た。1国土地理院GEONET提供のF3データやRINEXデータを用いて、東北地方を中心とする国内の地殻変動を観察するためのシステムの基礎を構築した。2プレート境界型の巨大地震における、発生数日前からの「プレスリップ(予兆すべり)」の2次元有限要素法による数値シミュレーションを実施する過程において、両プレート間の摩擦係数の時間的・空間的変動の考慮の必要性が明確になった。3過去10年間に発生した東北地方における8個の被害地震では、その地殻変動の時間履歴にプレスリップに関係すると思われる本震直前の23日前頃に水平変位の方位角の日変動に変化が生じることがわかった。巨大地震の発生予測の一手法としてGPSデータの常時観測に基づくプレスリップの検出が有効であることについて,GPSデータの実測と数値シミュレーション解析の両面から検討を行う計画であり,平成25年度は当初の実施計画に従い,以下を実施した。1.「平成25年度の研究実施計画」内の1について:地球上の2つのプレート接触面におけるスリップ現象の発生を,有限要素法(FEM)によるプレートの形状を考慮した数値シミュレーションでモデル化できることがわかった。これにより,プレートやプレート接触面部分の物性や摩擦係数を変化させ,プレスリップの普遍的な発生現象を解析するための基礎を築くことができた。今後は,現実に近い各種物性値やプレート間の摩擦則を用いて実現象に近いシミュレーションを行う。2.「平成25年度の研究実施計画」内の2について: GPSデータについて,国土地理院GEONET提供の「RINEXデータ」を準リアルタイムに入手して常時地殻変動を観察するためのシステムの前段として,GEONET提供の「F3データ」を用いた自動取得処理システムを構築することができた。これによりGPSデータを常時観察するためのシステムの基礎を築くことができた。3.「平成25年度の研究実施計画」内の3,4について:上記の「F3データ」を用いた自動取得処理システムを用いて,東北地方の各観測点における座標変動(地殻変動)を追跡することが可能となった。また,当該システム内にはデータ処理結果の可視化も組み入れられており,地殻変動の様子を容易に常時観察することが可能となった。2011年東北地方太平洋沖地震での甚大な被害発生を受け、本研究は、GPSデータの常時観測に基づき、減災につながる巨大地震発生予測に資する「プレスリップ」検出の価値を明らかにすることを目的とし、その最終年度の研究成果は以下の2点である。1国土地理院GEONET提供の「RINEXデータ」を用いて地殻変動を観察するためのシステムを概ね構築した。これにより、平成25年度に構築した「F3データ」を用いた自動取得処理システムと合わせることで、GPSデータを常時観察するためのシステムの基礎を築くことができ、リアルタイムなGEONETデータ処理に加えて、膨大な過去のGPS観測データ処理による被害地震発生に伴うプレスリップ特性と地殻の長期的な時間変動の解析と考察が可能となった。また、その結果、過去10年間に発生した東北地方における8個の被害地震では、その地殻変動の時間履歴にプレスリップに関係すると思われる本震直前の23日前頃に「変動異常」が存在することが明らかになった。特に、この変動異常は地殻水平変位の方位角の日変動に出現することがわかった。2巨大地震発生23日前に現れる「プレスリップ」の発生を調べるシミュレーションを、プレート接触面の摩擦係数を様々に変化させて実行した。その結果、巨大地震発生数年前からの所謂「スロースリップ」に相当する可能性のあるすべりは再現できたものの、現行条件内ではプレスリップの発生を確認するに至らず、今後の研究課題となった。本研究結果を活用し、今後は、GEONET提供の「30秒RINEXデータ」処理の高速・高精度化をはかり、完成させるプレスリップを含む地殻変動シミュレーションの結果を活用した時間変動特性の異常探知を自動抽出するシステムへと拡張し、主に東北地方での巨大地震発生時の減災に貢献する実践を試みたいと考える。土木工学プレスリップの数値シミュレーションにおけるモデル化については,初年度はほぼ当初の計画通りの進捗状況である。GPSデータを用いた常時観測(主に山形・秋田県)については,現時点ではまずは「F3データ」の使用に対して実施済みであり,今年度に当初の計画通り,「RINEXデータ」の利用へとシステムを拡張する予定である。当初予定の平成25年度未実施分(GPSデータの「RINEXデータ」の取り扱い)の実施と,下記に示す当初予定の平成26年度の実施計画に従い研究をすすめる。1.プレート接触面に与えた境界条件に対するプレスリップ発生に関するパターンの類型化をはかる。また,プレスリップが,プレート接触面から離れた場所(GPS観測地点)に対して変位を生じさせることを明らかにし,巨大地震におけるプレート界面でのプレスリップが、地表面でのGPSの位置データの変動を引き起こすことを明らかにする。

そして,巨大地震の予兆としてのプレスリップ現象を利用することの有効性についての科学的根拠を与える。2.開発したGPSデータの常時観察システムを用いて,東日本大震災発生の刺激により巨大地震発生が懸念される地域に対し,常時監視を実施し,関連データの蓄積を図る。GPSデータの収集整理に伴う「人件費・謝金」の支出が、平成25年度に扱ったデータが「RINEXデータ」ではなく「F3データ」までとなったことにより、扱うデータ量の減少に伴い低額となったため。平成25年度にGPSデータの「RINEXデータ」を取り扱うことができず、その分の作業等が平成26年度となった。よって、本「次年度使用額」は、それによって増加する「人件費・謝金」に充当する計画である。
超電導線材の複合強化とストレス効果の制御に関する研究

核融合炉に用いられる大型の高磁界超電導マグネットに於ては、使用されている線材に巨大な電磁力(ローレンツカ)がかかる。従って超電導導体の複合強化が必要不可必である。また現在高磁界用として最も有望視されている【Nb_3】Sn導体には歪に弱に性質(ストレス効果)がある。複合強化した【Nb_3】Sn極細多芯導体のストレス効果はどの様になるか、更には導体の複合強化と同時に、マグネットが最大磁場を発生した最大歪下で導体が最大の臨界電流値(Ic)を持つ様にストレス効果を制御できないものであろうか?一方ストレス効果の無い(又は少ない)超高磁界用先進超電導線材の開発研究も又、必須の研究課題であると思われる。前年度に引き続いてSusとMo線を用いて内部複合強化した【Nb_3】Sn極細多芯線材の強度とIcの引張り並びに曲げ歪依存性について測定研究した。その結果3本のMo又はSus線を用いて【Nb_3】Sn極細多芯線を複合強化してやることにより、0.2%耐力にして最大22Kg/【mm^2】迄補強することができる事が確認された。又MoとSus線の割合を変えることにより【Nb_3】Snに加わるprecompressionの量を0から1.0%迄変化させ得ること、即ち線材に加わる最大歪下で最大のIcをもつ様にストレス効果を制御し得ることがわかった。しかしながらMo線は硬くて脆く、加工性に乏しい為、補強線材の長尺化は非常に難しいことが判明した。現在ステンレス線のみを用いた長尺の内部複合強化線材を開発する研究を急いでいる。【Nb_3】Alは【Nb_3】Snよりも優れた超電導特性(Tc,【H_(c2)】)を持ち且つ歪によるIc,【H_(c2)】,Tcの劣化が非常に少ない事がわかっている。しかしながら、その実用化が遅れていた。最近我々は粉末冶金法(P/M法)によりかなり良い特性をもつP/M法・長尺・【Nb_3】Al線材の開発に成功した。Al濃度、減面加工率、熱処理条件等の最適化により、20Tで【10^4】A/【cm^2】以上のJcをもつ超高磁界発生用線材として実用化し得るものと思われる。
自閉性障害における病因遺伝子の同定(7q領域を中心に)

コミュニケーション、社会性における発達の障害として、有病率の高い自閉症に関して、生物学的要因のひとつと考えられる遺伝的な背景について、近年可能性が示唆されている7番染色体長腕(7q)領域で、候補となる遺伝子を選定し、自閉症、広汎性発達障害と臨床診断された例の遺伝子検索を行い、原因遺伝子の同定を試みた。方法として、DHPLC法での変異スクリーニング、PCRでの増幅後にheteroduplexを作成後、WAVEでの変異検出、その後症例プロファイリングによる発症との関連を調べるという方法を用いた。いくつかWNT2、AUTS2、Reelin、FOXP2など、既知の報告のある候補遺伝子に対し、スクリーニング的に検索をかけたが、検出率は低く、変異もまばらであった。前述の領域の遺伝子以外での候補の選定もいくつか行い、それ以外の言語、コミュニケーション関連の遺伝子や、内分泌、特にテストステロンの受容体異常等との関連にも幅を広げ検索を行っていたが、検出率の高い遺伝子変異を同定するには至らず、疾患の病理背景の多様性を示唆するものと思われた。今後人種間差異や、患者プロファイルから臨床像の細分化を図るなど検出率や同定率を上げる工夫が必要と思われた。平成17年度については、計画にあったように当施設定期通院中のアメリカ精神医学会DSM-IVの診断基準に準拠した、自閉症ないし広汎性発達障害と診断を受けた患者からの検体の収集に前半は時間を割き、ついで事前に候補遺伝子と考えられる染色体7q領域の候補遺伝子のうち当面WNT2、AUTS2についての解析に着手した。中枢神経内発現の確認されたエクソンに標的を絞り、プライマーの作成、WAVEによる解析を行っている。現在までに報告に至るまでの明らかな成果が挙げられておらず、標的となるエクソンの選定や、プライマーの作成の試行錯誤を行いながら、変異同定についての作業を継続的に行っている。また当初より計画していた、他の候補遺伝子に関しても、プライマーの設計を開始し、平成18年度に向けた新たな解析の準備段階に入ったと言える。また今後の発表される他の報告などから、当初予定していた遺伝子とは異なる候補遺伝子の可能性もあり、より成果が期待できるものへの変更も視野に入れ、今後さらなる解析作業を進めていく。平成18年度については、昨年に引き続き当施設定期通院中のアメリカ精神医学会DSM-IVの診断基準に準拠した、自閉症ないし広汎性発達障害と診断を受けた患者からの検体の収集を継続し、候補遺伝子と考えられる染色体7q領域の候補遺伝子のうち当面WNT2、AUTS2についての解析を行ってきた。その他の候補遺伝子の解析についても順次準備を行っている。現時点では一貫して高頻度に検出される遺伝子変異はなく、変異が認められないものも多い。7q領域の中で、CAPS2など既に一塩基多型などが見つかっている例もあり、方法そのものについても順次見直していく。FOXP2などの有力候補遺伝子と考えられるものについては一部変異が認められる例もあり、我々も注目している。方法としては昨年度同様、中枢神経内発現の確認されたエクソンに標的を絞り、プライマーの作成、WAVEによる解析を行っている。また他の候補遺伝子に関しても、プライマーの設計を開始し、今年度も新たな解析の準備を同時におこなう。今後の発表される他の報告などから、当初予定していた遺伝子とは異なる候補遺伝子も視野に、より成果が期待できるものへの変更も考慮しながら解析作業を進めていく。
ジルコニアナノ界面制御型接着システムの創製

オートクレーブによる水熱処理によりジルコニア表層に水酸基が吸着することが、X線光電子分光分析により判明した。ジルコニア表面にサンドブラスト処理を施し表面形状を凹凸化させることで、吸着量が増加することも判明した。この吸着した水酸基が接着性レジンセメントのモノマー成分と重合反応し、接着強度を向上させる。特に、リン酸基モノマーを多く含有する接着性レジンセメントとの強度が向上したことより水酸基とリン酸基モノマーによる特異的な重合反応が形成されたと考えられる。歯科用ジルコニアのコアフレームとしての臨床応用に際し、長期的予後の成否はジルコニアと他材料および歯質との接着耐久性に依るところが大きい。それゆえ、ジルコニアの表面改質により機械的嵌合力または化学的接着力の向上が不可欠である。本研究ではジルコニア表面へのサンドブラストおよび熱処理後に134°Cで5時間オートクレープ処理を施した。表面処理後のジルコニア表層の組成変化はエックス線光電子分光分析(XPS)により確認した。表面処理後の接着強度はジルコニアおよび接着性レジンセメントとのせん断接着強さを測定することにより評価した。XPS分析よりオートクレープ処理後のジルコニア表面には水酸基の存在が明らかとなった。対照実験としてオートクレープ処理後に150°Cで3時間乾燥した試料から水酸基が検出されなかった。これらの結果よりオートクレーブ処理後のジルコニア表面には水酸基が吸着していることが推察された。また、せん断接着強さを比較するとオートクレープ処理したジルコニアと接着性レジンセメントの接着強さはオートクレーブ処理後に乾燥処理した群と比較して有意に高かった。さらに、リン酸エステルモノマーを含む接着性レジンセメントは含まないセメントと比較してせん断強さが有意に高かった。以上の結果からオートクレープ処理によりジルコニア表層に吸着した水酸基が接着性レジンセメントのリン酸エステルモノマーと反応してジルコニアと接着性レジンセメントの接着強度の向上に寄与したものと推察される。歯科用ジルコニアは近年、高強度、高靱性化による物性の向上ならびに生体親和性の高さにより臨床応用の機会が増えている。臨床成績の向上のためにジルコニアと歯質および他の歯科材料との接着強度および長期耐久性が重要である。今年度の研究計画としてジルコニア表面をオートクレーブ処理することによる、表面改質および物性変化について調査した。ジルコニア表層にアルミナによるサンドブラスト処理後、陶材焼成炉にて熱処理を施し、ジルコニアの結晶構造の相変態を回復させた後、オートクレープ処理を施した。長期耐久性に関しては、冷熱サイクル試験によりジルコニアと接着性レジンセメントの接着耐久性を確認した。以上の結果より、ジルコニアに対する、オートクレープ処理はサンドブラスト処理と併せて施すことにより、ジルコニアの接着耐久性の向上に寄与する有効な処理方法であることが明らかとなった。
階層構造を有する多重物性システムの構築

1.無機ナノシート積層体における磁気物性磁性ナノシートとしてCoおよびNiイオンを導入した層状複水酸化物(Co-Ni LDH)を用いて積層体を作製した。領域内共同研究によるGI-XRD測定から、Co-Ni LDHが基板に平行に配向しているが確認された。積層体の磁化測定から、Co-Ni LDHナノシートは面直方向に強く磁化される垂直磁気異方性を示した。種々の対照実験から、垂直磁気異方性の発現においては、Niイオンが関与していることを明らかとした。また、Co-Ni LDHナノシート積層体の作製におけるカウンターとして、半導体性のチタン酸ナノシートを用いたところ、チタン酸ナノシートのバンドギャップ励起によって、磁化率が減少することがわかった。特に磁気異方性に関しては、バンドギャップ励起後において垂直磁気異方性が強まることを観測した。2.ホウ素ドープ型ダイヤモンドにおける超伝導特性の制御超伝導を示すホウ素ドープ型ダイヤモンド(BDD)に関して、その終端構造が水素の場合、および酸素の場合を比較・検討した。その結果、臨界電流密度は水素終端BDDのほうが酸素終端BDDよりも大きく、この変化は可逆であることを見いだした。この研究成果は学術雑誌(Physica Status Solidi B 2013, 250, 1943-1949.)の中表紙として採択された。次に、超伝導を示すBDDの特性を能動的に制御するために、外場応答性物質との複合化を試みた。その際に、BDDが優れた電極として機能することを利用し、電気化学的手法を取り入れ、フォトクロミックなアゾベンゼン化合物をBDD表面に固定化した。光照射を行ったところ、アゾベンゼン化合物のフォトクロミズムに伴って、臨界電流密度が可逆に変化することを見いだした。25年度が最終年度であるため、記入しない。1.無機ナノシート積層体における垂直磁気異方性磁性ナノシートとしてCoおよびNiイオンを導入した層状複水酸化物(Co-Ni LDH)を、その相手としてスメクタイト粘土(SSA)を用い、layer-by-layer法によって積層体を作製した。XRD測定から、Co-Ni LDHとSSAとの1 : 1のサンドイッチ構造の形成が確認された。積層体に対し、面内および面直方向に磁場を印加して磁化測定を行ったところ、面直方向において大きな保磁力が得られた。また、SSAのかわりにPSSを用いて積層体を作製したところ、同様に垂直磁気異方性が発現した。さらに、磁性ナノシートとして、Co-Co LDHを用いた場合は、面内方向において大きな保磁力が得られた。以上より、Co-Ni LDH / SSA積層体における垂直磁気異方性の発現には、Niイオンが関与していることが明らかとなった。2.ホウ素ドープ型ダイヤモンドにおける表面種に敏感な超伝導特性超伝導を示すホウ素ドープ型ダイヤモンド(BDD)に関して、水素終端(H-BDD)、酸素終端(O-BDD)、再び水素アニールした水素終端(Re:H-BDD)の3種類の終端状態に対して行った。その結果、磁化測定および電気測定から見積もった臨界電流密度はH- Re:H-BDD O-BDDであった。この臨界電流密度の可逆的な変化の起源を調べるため、3種類の終端状態に関して超伝導体積分率を算出したところ、H-BDDでは30%, -BDDでは6%, Re:H-BDDでは17%であった。詳細は明らかとなっていないが、BDDの表面終端を変化させることによって、超伝導グレイン間のウィークリンクの寄与が変化しているためであると考えられる。

本研究課題では、申請者がこれまでに見出してきた、分子磁性体を集積化させた超薄膜における「バルクを超えた機能性材料創製のコンセプト」を拡張させ、光に応答して機能を発現する化学素子の構築を目的とする。具体的には、[I]無機ナノシートを積層させた電子貯蔵型ナノ構造体(素子パーツ)、[II]超伝導を示すホウ素ドープ型ダイヤモンド薄膜(素子パーツの受け皿)、の2点に関して重点的に検討を行い、これらを組み合わせた光作動型多重物性素子の構築を目指す。[I]無機ナノシートを積層させた電子貯蔵型ナノ構造体、に関しては、垂直磁気異方性を示す構造体の作製に新たに成功したことから、これまでに申請者が創製してきたような無機ナノシート積層体に見られるような単なる磁性体に留まらず、磁気異方性という新機能を発現させるシステムを発見したといえる。Co-Ni LDHの垂直磁気異方性に対して光応答性を付与するべく、半導体性ナノシートとの組み合わせも検討している。[II]超伝導を示すホウ素ドープ型ダイヤモンド薄膜、に関しては、ダイヤモンド表面の終端原子種のみを化学的に変換することによって劇的な臨界電流密度の制御に成功した。薄膜の厚さが10 umであることを考慮すると、この結果は特異的であり、超伝導ダイヤモンドの特性は表面種に極めて敏感であるといえる。同様の特性制御を光化学反応を介して行うべく、光応答性分子による表面改質も検討している。以上、素子パーツとその受け皿の準備が整ってきたことが、おおむね順調に研究が進展している理由である。本研究課題では、光に応答して機能を発現する化学素子の構築を目的とする。[I]無機ナノシートを積層させた電子貯蔵型ナノ構造体、に関しては、垂直磁気異方性を示す構造体の作製に新たに成功し、今後はこの垂直磁気異方性に対して光応答性を付与するべく、磁性ナノシートと半導体性ナノシートとの積層体を作製し、半導体の光化学反応によって生じる励起電子もしくは正孔を利用することによって垂直磁気異方性の光制御を達成したい。このような、表面種に極めて敏感な超伝導ダイヤモンドの特性を光化学反応を介して制御するべく、広い意味でのフォトクロミック分子による表面改質によって、電子状態変化を光誘起させ、超伝導ダイヤモンドの特性を光制御することを達成したい。また、素子パーツ(無機ナノシート積層体)とその受け皿(超伝導ダイヤモンド)の準備が整ってきたため、これら2つを組み合わせた化学素子の作製および特性評価を行っていきたい。25年度が最終年度であるため、記入しない。
建築分野における幾何的最適化及び幾何的データ分析アルゴリズムの開発

1.2次元デジタル画像のデジタルハーフトーニングへの応用のための、行列丸めの問題を数学的に定式化した。問題を点に重みのあるハイパーグラフ上の丸め誤差最小化問題として定式化し、完全単模なハイパーグラフのクラスに対しては、線形計画法や最小費用流アルゴリズムによる丸め誤差を最小にする効率的アルゴリズムを提案した。また、2×2の小行列からなる領域族に対しては、近似アルゴリズムを提案し、誤差に関する上限の解析をおこなった。また、提案アルゴリズムを実装し、従来手法との比較実験をおこなった結果、実用的にも優れた手法であることを確認した。またデジタルハーフトーニングに関連するいくつかの興味ある他の数学的問題を提起した。2.最適室配置問題に対して、室間の隣接関係を固定せずより優れた室配置を得るために、Sequence-Pairを用いた室配置パターン探索手法を提案した。遺伝的アルゴリズムを用いて複数の室配置パターンを保持しながら、優れた配置を求める手法で、建物形状を変化させながら,ユーザーの求めたい建物形状に近いものを出力できる特性を有し、0-1整数計画問題による通路配置,線形計画問題による出入口配置をおこなっている。3.「人が建築空間を体験する際に空間のどのような特徴に注目して、建築空間に対する印象を知覚するのか」を明らかにすることを目標とし、建築内部空間画像が観察者に与える知覚イメージと画像から得られるローレベル特徴の相関関係を明らかにした。人々がどのような特徴情報に注目して、知覚イメージを得ているのかという点について、新しい知見を得た。1.ドーム建築物などで生じる曲面を三角形トラスとして生成するための最適三角形メッシュ分割アルゴリズムの開発をおこなった。平面上の凸多角形領域の一様三角形メッシュ生成のアルゴリズムを,球面のみならず回転面や線織面などできるだけ一般的な曲面に拡張して,三角形メッシュの性能を理論的に保証するアルゴリズムを開発した。スタイナー点の数が所与の場合,三角形メッシュとして現れる線分の長さの最大値と最小値の比が6以下,辺の長さの下限値が所与の場合その比が2以下であることを理論的に証明することに成功した。また,上記の現れる線分の長さの最大値と最小恒の比を保証しつつ,対称な三角形メッシュを生成する方法についてもアルゴリズムを開発した。2.建築物の二次元画像から直線,線分,長方形,および曲線分(パラメトリック曲線)等の幾何構造を抽出するアルゴリズムの開発の基礎となる直線,線分,長方形,曲線分のデジタル成分抽出アルゴリズムを開発した。建築画像からの曲線分抽出とその情報を用いて三次元モデル再構成アルゴリズムも開発した。3.固有振動数や座屈荷重制約下での最小重量の建築構造物の設計のための最適化問題を定式化し、半正定値計画法にもとづく解を求める高速なアルゴリズムの開発をおこなった。また,与えられた問題の設計条件がある種の対称性を有する時,半正定値計画法によって得られる設計解は常に対称性を有することを理論的に明らかにした。また,いくつかの設計例を通して,解法の有効性も明らかにした。また,上記の現れる線分の長さの最大値と最小値の比を保証しつつ,対称な三角形メッシュを生成する方法についてもアルゴリズムを開発した。2.ケーブル補強骨組の張力導入とベンド除去順序を最適化する問題に対して、動的計画法にもとづく厳密解法や近似解法を提案した。骨組とケーブルの応力に関する制約の下で3.固有振動数や座屈荷重制約下での最小重量の建築構造物の設計のための最適化問題を定式化し,半正定値計画法にもとづく解を求める高速なアルゴリズムの開発をおこなった。

また,与えられた問題の設計条件がある種の対称性を有する時,半正定値計画法によって得られる設計解は常に対称性を有することを理論的に明らかにした。また,いくつかの設計例を通して,解法の有効性も明らかにした。1.2次元デジタル画像のデジタルハーフトーニングへの応用のための、行列丸めの問題を数学的に定式化した。問題を点に重みのあるハイパーグラフ上の丸め誤差最小化問題として定式化し、完全単模なハイパーグラフのクラスに対しては、線形計画法や最小費用流アルゴリズムによる丸め誤差を最小にする効率的アルゴリズムを提案した。また、2×2の小行列からなる領域族に対しては、近似アルゴリズムを提案し、誤差に関する上限の解析をおこなった。また、提案アルゴリズムを実装し、従来手法との比較実験をおこなった結果、実用的にも優れた手法であることを確認した。またデジタルハーフトーニングに関連するいくつかの興味ある他の数学的問題を提起した。2.最適室配置問題に対して、室間の隣接関係を固定せずより優れた室配置を得るために、Sequence-Pairを用いた室配置パターン探索手法を提案した。遺伝的アルゴリズムを用いて複数の室配置パターンを保持しながら、優れた配置を求める手法で、建物形状を変化させながら,ユーザーの求めたい建物形状に近いものを出力できる特性を有し、0-1整数計画問題による通路配置,線形計画問題による出入口配置をおこなっている。3.「人が建築空間を体験する際に空間のどのような特徴に注目して、建築空間に対する印象を知覚するのか」を明らかにすることを目標とし、建築内部空間画像が観察者に与える知覚イメージと画像から得られるローレベル特徴の相関関係を明らかにした。人々がどのような特徴情報に注目して、知覚イメージを得ているのかという点について、新しい知見を得た。
公法と私法の観点を総合した、インターネット上の表現活動への法的規律枠組の探求

初年度には、研究対象とするインターネット上の表現活動への法的規制の在り方に関する研究書などの資料収集に力を注いだ。とくに、ドイツで新たに制定された、ネット上のヘイトスピーチなど違法表現により効果的に対処するためのNetzwerkdurchsetzungsgesetzについては、その実施が始まったことにより、実務的な問題点も含め検討する文献が多数公表されているので、丹念に収集した。また、インターネット法の最新の状況について広く知見を得るため、ドイツで最近公刊された、人格権やメディア法についての浩瀚なHandbuchも購入した。その他、ドイツでのメディア法についての雑誌や、日本での関連書籍も購入した。日本では、発信者情報開示の裁判所による運用がプロバイダ責任制限法の趣旨に合致しているのかについてしっかり検討する必要があると分かった。また、日本では、インターネットのプラットフォーム事業を営む会社の法務を長らく担当してきた方から、違法性の疑われる書き込みや、警察からの発信者情報開示の要請など、悩ましい問題にどのように対処してきたか、具体的事例も含めて詳しくお話を聞く機会を持てた。また、ネットを主な情報源とすることにより、自分の気に入る情報にしか触れない人の数が増え、社会の分断が進んでいると言われる中、ネット上の情報を集約して示すプラットフォームと呼ばれるサイトの重要性が増していることも確認できた。このようなサイトの運営ができるだけ公平になされるように、法的にどのように支えていくかが課題であると改めて認識した。研究にあたり必要な資料は順調に入手できている。また、実務についての知見を得ることもできた。その中で、ネット上での一見したところの匿名性が、表現活動に対してどのような影響を及ぼしているのかについて、様々な見方に触れることができた。また、日本の発信者情報開示の実務における問題点についてより具体的な認識をもてた。2019年度も、資料収集を続けつつ、徐々にそれを整理し、インターネット上の表現活動に対する法的規律枠組みについて、考察を深めていきたい。各国で公権力による規制が強まりつつある状況をどのように評価すべきかが特に問題となるだろうが、2年目はまだ視野を広くとって、各国のネット法制の全体像をつかむことを心がける。ただ、2019年度には、別のテーマで日本公法学会総会報告を依頼されるという、計画外の事態が生じた。この報告には、相当のエネルギーを注がねばならず、本研究が少々遅滞する恐れはある。購入予定だった新刊本が年度内に発行されなかったため。
液体有機化合物の迅速X線結晶構造解析

C6程度の分子量を持つ単純な低分子化合物については、室温で液体であるためこれまで結晶構造解析による研究が行われてこなかった。一方でこのような低分子については逆に非常に多彩な手段によって理論計算、分光学的測定がなされており、分子や結晶の3次元構造の決定については多大な興味が持たれている。そこで、本研究では2次元検出器を用いた新しい迅速X線回折計と窒素吹き付け型低温装置を組み合わせることにより、有機物理学の分野で興味が持たれている液体化合物について結晶化を行い結晶構造の解析を目的とした。昨年度は、分子内に剛体部分と自由度を持つ部分とを合わせもつ化合物スチレンの結晶化を行うことに初めて成功し、液体化合物結晶化の条件を検討するとともに、X線結晶構造解析を行い精密な三次元分子構造を行うことができた。スチレン分子は高分子材料として使われる基本的な分子であり、その分子構造はこれまで多数の理論計算によって検討されてきたが、今回初めて結晶状態の分子構造が決定できたため、今年度は構造の比較を行った。理論計算との顕著な分子構造の違いはビニル基のねじれ角にあり、結晶中のパッキングによる分子の変形について知見を得ることができた。また、融点直下から-180度までのいくつかの温度で結晶構造解析を行ったところ、結晶中におけるビニル基の回転運動が分子の乱れ構造として現れていることを見いだした。このような結晶中の分子の運動をX線構造解析から検討した研究例はこれまであまり例がないものである。本研究による成果は(1)液体有機物の単結晶作成法について技術開発を行った、(2)基本的な分子であるスチレンの結晶構造解析に成功した、(3)スチレンの結晶中での運動を明らかにした、とまとめられる。X線単結晶解析は分子・結晶構造を研究する手法として広く用いられているが、化合物が室温で液体であるC6程度の低分子化合物の結晶解析データはほとんど得られていない。一方、このような分子については理論計算や分光学的測定がなされており、3次元構造の決定については多大な興味が持たれている。そこで申請者は液体物質の単結晶化の手法を確立し、迅速X線回折法によるX線構造解析の結果を元に物質の特性を調べることを目的として本研究を行っている。平成10年度は、スチレン分子(C_8H_8、融点-31°C)の結晶化と構造・重合活性について研究を行った。この分子は工業的にポリマー原料として使われており、しかもその精密な分子構造が理論計算によって調べられているなど、分子の三次元構造が多分野から興味をもたれているためである。結晶化についてはさまざまな手法が考案されているが、本研究ではスチレンをキャピラリに封入し、迅速測定装置に取り付けたまま、吹き付け型低温装置を使って融点下でサイクリックに温度制御する手法を考案しスチレン単結晶の作製に成功した。結晶の温度を-100°Cに保ち、迅速測定装置を使ってわずか5時間で結晶構造解析に必要な反射データをすべて収集することができた。構造解析の結果、空間群Pbcn,Z=8,R=4.12%となった。分子構造は理論計算によるものとよく一致していたが、ビニル基のねじれ角が約5゚であり理論計算による27゚とかなり異なっていた。これは結晶のパッキングによるものと考えられる。また、結晶にUV光を照射することにより、ビニル基がポリマー化する可能性について検討したところ、ビニル基間の距離が4.5Åとやや遠いため、この結晶構造のままポリマー化する可能性が低いことが分かった。実際にUV光を照射したところ重合反応は起こらないことが確認できた。