hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
金属錯体を利用した多点相互作用に基づく分子認識の研究

会合定数はアシルピラゾロン類の酸としての強さ、窒素原子の塩基性の強さ、立体効果に影響される。同時に、水酸基を持つものとはもっと安定な付加錯体を生成し、水酸基とアシルピラゾロンの配位酸素原子との間の水素結合が観察された。この水素結合の強さは、窒素原子と水酸基との距離(メチレン鎖の長さ)、アシルピラゾロンの4-位の、特に電子求引性の置換基にも依存することが明らかになった。銅錯体との反応において、水酸基を持たないアミン類、ピリジン類の場合と比較すると、二点で結合する場合には反応の△H、△Sは共に小さくなった。亜鉛錯体と二官能性配位子との反応では、水酸基に結合しているメチレンのプロトンはそのシグナルが高磁場シフトしていることが確認された。これは水酸基が配位酸素原子に接近したためにアシルピラゾロンの4-位のベンゾイル、ナフトイル基の環電流の効果を受けているためである。このようにアシルピラゾロン錯体と上記の中性配位子との二点相互作用は、熱力学的パラメーターと^1H-NMRスペクトルによっても確かめられた。
ペプチド核酸を用いた生細胞内のRNA動態の1分子リアルタイムイメージング

本研究は、生きた細胞内に内在している特定のmRNAを特異的に検出し、さらにその発現量を定量化することを目的として行った。特定のmRNAを可視化するために、異なる蛍光団で標識した2種アンチセンス分子の標的RNAへの相補結合に伴うFRETによる検出を考案した。前年度までに、人工核酸アンチセンスプローブを用いて、生きた細胞内に内在するc-fos mRNAのリアルタイムイメージング法を確立した。本年度は確立したmRNA検出法を応用して、生きた細胞内における内在性mRNAの定量化を試みた。細胞内に導入したアンチセンスプローブは、細胞に内在するc-fos mRNAとの結合により分子量が増大するため、蛍光相関分光法(FCS)により未結合のプローブと分離して定量できると考えた。まずin vitroにて、c-fos mRNAの定量を行った。チューブ内でc-fos mRNAとCy3標識アンチセンス2'O-methyl RNAプローブを混合後、FCSにより解析した。mRNAとの結合型及び非結合型のプローブを、それぞれの拡散時間の違いから分離して定量することが出来た。さらに、一定濃度のmRNAと混合した種々濃度のアンチセンスプローブのFCS測定を行い、その結合比率から、アンチセンスプローブとc-fos mRNAとの解離定数を算出した。得られた解離定数と結合率から算出したmRNAの濃度は、吸光度から定量した濃度とほぼ一致した。続いて、定量法を生きた細胞内に応用するためCos7細胞にプローブを導入後、FCS解析を行った結果、細胞内においても、mRNAとの結合型、非結合型のプローブを同様に分離して定量することが出来た。さらに導入したプローブ濃度と結合率から、細胞内における解離定数を算出し、同様に個々の細胞における内在性c-fos mRNAの濃度の定量を初めて達成した。本研究は蛍光イメージングにより細胞内の特定のmRNAをリアルタイムに観察することを目指している。特定のmRNAを可視化するために、異なる蛍光団で標識した2種アンチセンス人工核酸の標的RNAへの相補結合に伴うFRETによる検出を考案した。人工核酸として2'OMe-RNAとペプチド核酸を用いてプローブの設計及び調製を行い、以下の三点を達成した。1.蛍光分光器を用いた評価プローブの標的mRNAとの結合能を、蛍光分光器にて評価した。in vitroに調製した標的RNAであるhuman c-fos mRNAとアンチセンス核酸との混合前後の蛍光スペクトルの変化から、設計及び調製したプローブが標的RNAの配列特異的に結合することが分かった。2.細胞内におけるmRNAの選択的な検出生きた細胞内でmRNAを選択的に検出するために、in vitroに調製したc-fos mRNAを2種のプローブとハイブリダイズさせた後にマイクロインジェクションによりCos 7細胞の細胞質へ導入した。プローブの分布をイメージングにより観察した結果、アンチセンス人工核酸を用いた時に未結合のプローブと区別して細胞質に分布しているmRNAを検出することが出来た。3.細胞内における内在性のmRNAの検出内在性のmRNAを検出するためにc-fos mRNAの哺乳類細胞発現用ベクターを作成し、c-fos mRNAを大量発現させたCos 7細胞に2種のプローブのみをマイクロインジェクションし、イメージング観察を行った。導入した人工核酸の大部分は核内へと流入して蓄積し、細胞質において標的mRNAに基づくFRET蛍光は観察されなかった。核内への流入を防ぐためストレプトアビジンを結合させたアンチセンス核酸を別途に調製し同様に細胞内へ導入したところ、プローブは細胞質のみに分布し、標的mRNAと結合していることが確認された。
単一遺伝子疾患における遺伝子変異の新規検出方法確立-関連解析の応用-

単一遺伝子疾患のサンプルを短期間で集めるのは容易ではないが、申請者が最終年度末までに集めることができたのは、脊髄小脳変性症42症例、ハンチントン病6症例、多発性内分泌腫瘍症3症例、Gitelman症候群23症例である。脊髄小脳変性症とハンチントン病については疾患の原因であるトリプレットリピート領域をPCRにて増幅した後電気泳動することによってリピート数確認を行った。多発性内分泌腫瘍症、Gitelman症候群については塩基配列決定法にて原因変異を同定した。遺伝子マーカーとして適しているsingle nucleotide polymorphism(SNP)を選択した。最終的に論文化によって世界に発信していきたいと考えている。単一遺伝子疾患のサンプルを短期間で集めるのは容易ではないが、申請者が平成22年度末までに集めることができたのは、脊髄小脳変性症41症例、ハンチントン病6症例、多発性内分泌腫瘍症2症例、Gitelman症候群7症例である。これらは臨床症状からそれぞれの疾患が疑われていたもので、脊髄小脳変性症とハンチントン病については疾患の原因であるトリプレットリピート領域をPCRにて増幅した後電気泳動することによってリピート数確認を行った。原因変異の精度保証については研究分担者のもとで実施し、確実であることを確認することを予定している。これら確定診断が決定したものについては抽出したDNAは冷蔵保存し、血漿・血清は凍結保存した。DNAは一部PCRと塩基配列決定法に使用したものについては濃度調整したため、今後もすぐに使用可能な状態にある。臨床データは、case・control studyに必要なものである性別、年齢、当該疾患家族歴などその都度checkしており、そのまま継続する。今後遺伝子マーカーとして適しているsingle nucleotidepolymorpllism(SNP)を選択し、遺伝子型を決定する。またサンプル収集を継続していくとともに過去に収集したサンプルについてデータのインプット作業をこなし、更に解析可能なサンプル数を増やしていく予定である。ハプロタイプ関連解析にはSNPAlyze softwareを用いる予定で、過去に使用経験があり習熟度については問題ない。研究分担者同士は本研究のために進捗状況や研究結果について意見交換し本研究のスムーズな進行に努めている。単一遺伝子疾患のサンプルを短期間で集めるのは容易ではないが、申請者が平成23年度末までに集めることができたのは、脊髄小脳変性症41症例、ハンチントン病6症例、多発性内分泌腫瘍症2症例、Gitelman症候群10症例である。臨床データは、case-control studyに必要なものである性別、年齢、当該疾患家族歴などその都度checkしており、そのまま継続する。今後遺伝子マーカーとして適しているsingle nucleotide polymorphism(SNP)を選択し、遺伝子型を決定する。ハプロタイプ関連解析にはSNPAIyze softwareを用いる予定で、過去に使用経験があり習熟度については問題ない。単一遺伝子疾患のサンプルを短期間で集めるのは容易ではないが、申請者が平成24年度末までに集めることができたのは、脊髄小脳変性症42症例、ハンチントン病6症例、多発性内分泌腫瘍症3症例、Gitelman症候群16症例である。臨床データは、case-control studyに必要なものである性別、年齢、当該疾患家族歴などその都度checkした。

遺伝子マーカーとして適しているsingle nucleotide polymorphism (SNP)を選択した。塩基配列決定法によって遺伝子型を決定する予定である。ハプロタイプ関連解析にはSNPAlyze softwareを用いる予定で、過去に使用経験があり習熟度については問題ない。研究分担者同士は本研究のために進捗状況や研究結果について意見交換し本研究のスムーズな進行に努めている。最終的に論文化によって世界に発信していきたいと考えている。サンプル収集数が若干少なめであるが、臨床データの蓄積がなされ、遺伝子型決定、ハプロタイプを用いた関連解析の準備が整っている。24年度が最終年度であるため、記入しない。研究分担者と連携を密にとり、積極的にサンプル収集を行いうことを確認し合う。解析予定のSNP情報の詳細をあらかじめ把握しておき、遺伝子型決定に備えてプローブ、プライマー対設計に着手する。こうした情報を研究者同士でお互いに共有し、意志統一しながら本研究を推進したい。
日本人口唇裂口蓋裂患者の遺伝学的研究-分子生物学的分析-

今回、私たちは、日本人の唇裂・唇顎口蓋裂(CL/P)多発家系を対象に、19番染色体上のBCL遺伝子および近傍の遺伝子座について連鎖解析を行い、本疾患との関連性について検討した。新潟大学歯学部附属病院第二口腔外科を受診したCL/P患者の家系調査を詳細に行い、少なくとも親子で本疾患の発症を認めた9家系60名(患者20名、非患者40名)を対象とした。なお、合併奇形を有する症例は除外した。本研究の施行には、新潟大学歯学部倫理委員会の審査と承認を受け、対象家系には研究の主旨を十分に説明して得た上で末梢血採血を行った。ゲノムDNAを抽出後、19q13.2領域に存在するD19S178、BCL3、007/008、AC1/AC2の4つのマイクロサテライトマーカーを用いてPCR増幅し、ポリアクリルアミドゲル電気泳動を行って銀染色法にて各アリルを検出し、遺伝子型を判定した。連鎖解析に入力が必要な各遺伝子座の多型情報については、健常日本人50名について同様に分析し、アリル数およびアリル頻度、ヘテロ接合度を求めた。次いで、各家系の情報、遺伝子型を入力し、常染色体優性遺伝モデルとしてLINKAGE packageのMLINKおよびFASTLINKにて二点連鎖解析を行い、各組換え率におけるLODスコアを求めた。その結果、affected-onlyモデルの場合では、全てのマーカー部位において原因遺伝子の存在が否定された。一方、浸透率0.8、0.6、0.3の場合では、D19S178、007/008、AC1/AC2の両側約1cM以内に原因遺伝子の存在が否定されたが、BCL3では、浸透率0.999、組換え率0で最大LODスコア0.206を示し、連鎖否定とも連鎖ありとも判定できず、原因遺伝子の存在は不確定であった。本研究課題における平成9年度科学研究費補助金によって、計画された設備備品を購入し、平成9年11月までは主に実験環境の整備に努めた。平成9年12月以降は、家系内発現のあった口唇口蓋裂患者について詳細な家系調査(特に3親等以内)を行ない、研究の主旨を十分に説明して同意を得た上で(同意書を作成)、家系内のできるだけ多くの構成員の血液採取を適宜行っているところである。採取された血液からはフェノール/クロロホルム法にてゲノムDNAを抽出しており、現在3家系21名のDNA試料が収集できているが、次のステップのDNA分析を行うためには未だ家系数が不足している。今後も引き続き血液採取を行ない、試料数の増加に努める予定である。また、口唇口蓋裂の発生に関連が予想される遺伝子近傍のマーカーの選定につてい現在検討しているが、特に6番染色体短腕に存在するF13A遺伝子について着目しており、予備実験として正常人の同遺伝子座をPCR法で増幅し、ポリアクリルアミドゲル電気泳動を行って、最適なPCR条件や泳動条件について検討を行っている。今後、他の遺伝子領域のマーカーについても検討を考えている。まお、日本人と同じ黄色人種である中国人の口唇口蓋裂患者の遺伝子背景について比較検討を行うことは、日本人の本疾患患者の詳細な分析を行う上で有用と考えられることから、平成10年1月、研究代表者の大橋および研究分担社の小野、今井が中華人民共和国ハルビン医科大学において研究計画のレビューを受けた。本研究課題における平成10年度科学研究費補助金によって、計画された設備備品を購入し、昨年度に引き続いて実験環境の整備を行った。

今年度は主に、家系内発現のあった口唇口蓋裂患者について詳細な家系調査を行ない、研究の主旨を十分に説明して同意を得た上で、家系内のできるだけ多くの構成員の血液試料を適宜採取するように努めた。採取した血液からはフェノール/クロロホルム法にてゲノムDNAを抽出し、現在13家系77名(採取途中の5家系19名を含む)の試料を収集した。しかし未だ家系数が不足しており、更に詳細な分析を行うために、家系内発現のない家族に対しても、子(患者)と父母を最小限とし、可能ならば兄弟、祖父母に対象を拡大して採血およびDNA抽出を行ない、6家系31名の試料を収集した。次いで、口唇口蓋裂の発生に関連が示唆されている幾つかの遺伝子領域について、文献的検討および予備実験等を行っており、本研究に適した遺伝子マーカーの選定中である。また、口唇口蓋裂患者の遺伝的背景の一端を明らかにする目的で、細胞遺伝学的に臨床データをまとめ、1998年10月7-8日、第43回日本口腔外科学会総会(長野県松本市)において、「染色体核型異常を有する口唇口蓋裂患者の臨床統計的観察」の口演発表を行った。本口演発表において、染色体核型異常が認められた唇顎口蓋裂(全て両側性)患者は2,6,7,13,21番染色体に、口蓋裂患者は1,4,5,9,13,15,18,21番染色体に様々な異常が認められたと報告した。新潟大学歯学部附属病院第二口腔外科を受診した合併奇形を伴わない口唇口蓋裂患者に対して詳細な家系調査を行い、研究の主旨を十分に説明して同意を得た上で、発端者以外にも親族内に口唇口蓋裂を認めた18家系112名(口唇口蓋裂を有する者38名)の採血を行い、フェノール/クロロホルム法にてゲノムDNAを抽出した。また、更に詳細な分析を行うために、家系内発現のない孤発例に対しても、40家系158名のDNA試料を収集した。これまで口唇口蓋裂の発生に関連が示唆されている候補遺伝子(染色体領域)には、TGFA(2q13)、F13A(6p24-25)、TGFB3(14q24.1)、RARA(17q21.1)、BCL3(19q13.1)等が報告されているが、これらの幾つかの遺伝子領域および近傍の多型マーカーを選択し、ゲノムDNAをPCR法にて増幅した。現在、ポリアクリルアミドゲル電気泳動を行って銀染色にて各アリルを検出し、遺伝子型を判定しており、各遺伝子座の多型についての情報を連鎖解析中である。なお、本講座では、口唇口蓋裂の成因および顎裂発現メカニズムの解明を目的に、実験動物モデルとしてCL/Fr系マウスの維持継代を行ってきているが、CL/Fr系マウスに見られた唇裂、唇顎裂を有する生存個体における裂奇形の状態、特に顎裂に隣接してみられる上顎切歯の形態異常について観察を行い、顎顔面の変形と上顎切歯の異常との関連性について検討し、日本口腔科学会雑誌(48(6):454-463,1999)にて発表した。当科を受診した唇裂・唇顎口蓋裂患者の家系調査を詳細に行い、少なくとも親子で本疾患の発症を認めた9家系60名を対象とした。本研究の施行には、新潟大学歯学部倫理委員会の審査と承認を受け、対象家系には研究の主旨を十分に説明して同意を得た上で末梢血採血を行った。ゲノムDNAを抽出後、19q13.2領域に存在するD19S178、BCL3、007/008、AC1/AC2の4つのマイクロサテライトマーカーを用いてPCR増幅し、ポリアクリルアミドゲル電気泳動を行って銀染色法にて各アリルを検出し、遺伝子型を判定した。連鎖解析に入力が必要な各遺伝子座の多型情報については、健常日本人50名について同様に分析し、アリル数およびアリル頻度、ヘテロ接合度を求めた。
強磁性酸化物半導体による室温動作スピントロニクス素子の作製

本研究は、室温で動作するスピントロニクス素子の作製を究極の目標としている。我々は室温強磁性であるCo添加TiO_2の強磁性の起源がキャリア誘起によるものであることを系統的に作製した試料の磁気輸送効果および磁気光学効果の測定から明らかにし、Co添加TiO_2のスピン偏極したキャリアをスピントロニクス素子に利用可能であることがわかった。そこで我々は、Co添加TiO_2を用いたスピントロニクス素子としてトンネル磁気抵抗素子の作製を行なった。基板表面処理、薄膜成長条件の最適化、そしてデバイス構造の最適化など作製プロセスを改良することにより、世界で初めて酸化物強磁性半導体を用いたスピントロニクス素子の動作を実現した。さらに我々は、キャリア誘起強磁性の性質を活かし、光照射をすることで、Co添加TiO_2の強磁性を変調することに成功した。この光照射による効果は、室温で観測でき、室温で動作するスピントロニクス素子のはじめてのデモンストレーションとなった。したがって、Co添加TiO_2は、実用化可能な強磁性半導体であることを証明することができた。また、我々は、2004年にCo添加TiO_2の異常ホール効果が導電率に対して特異的なスケーリング則を示すことを見いだしている。近年の理論研究によりそのスケーリング則は、異常ホール効果の起源と密接な関係にあり、我々の研究成果は、実験的に異常ホール効果の起源に関連したスケーリング則を示した最初の例であったことが分かった。我々の研究成果により、Co添加TiO_2は、非常に興味深い材料物性を示すだけでなく、応用に適した材料であることを示すことができた。今後、強磁性酸化物半導体に関する研究を進めていく上で、これらの研究成果は非常に大切な土台となるであろうことが確信できる。本研究は、室温動作スピントロニクス素子の作製を目的としている。我々は素子作製の材料として、室温で強磁性を示すCoをドープしたTiO_2を用いた。この材料は我々により発見された材料であるが、近年まで、その強磁性の起源が不明確であった。そこで我々は素子作製をする前に、この新しい材料であるCoドープTiO_2の強磁性の起源を明確にするための研究を行なった。材料の基本特性を研究するためには高品質の材料をもちいることが不可欠である。まず我々は、高品質CoドープTiO_2薄膜の作製を行なった。緩衝層の導入、作成条件の最適化によりレーザーMBE法を用いて原子レベルで平坦な高品質CoドープTiO_2薄膜の作製に成功した。次に、磁性の起源を明らかにするために磁気輸送特性および、磁気光学効果の観測を行なった。磁気輸送特性に於いて室温で大きな異常ホール効果の観測に成功した。室温ではっきりと異常ホール効果を観測しうる材料は稀であり、また異常ホール効果の観測はCoドープTiO_2の強磁性の起源がキャリア誘起強磁性であることを強く示唆していることからCoドープTiO_2が室温動作スピントロニクス素子の作製に適していると考えられる。さらに、我々は磁気光学効果(磁気円二色性)の測定からもCoドープTiO_2がキャリア誘起強磁性であることを確認した。以上からCoドープTiO_2による室温動作スピントロニクス素子の作製が原理上可能であることが分かったので、代表的なスピントロニクス素子の一つであるトンネル磁気抵抗素子の作製を行なった。室温での素子動作は確認できてはいないが、低温では動作確認ができている。従って、今後素子作成条件の最適化などを通して室温動作スピントロニクス素子の作製が可能であることを示せた。我々は室温強磁性であるCoドープTiO_2の強磁性の起源がキャリア誘起によるものであることを系統的に作製した試料の磁気輸送効果および磁気光学効果の測定から明らかにした。したがって、CoドープTiO_2のスピン偏極したキャリアをスピントロニクス素子に利用可能であることがわかった。素子へ応用するにあたっては、CoドープTiO_2のスピン偏極したキャリアを外部に取り出すこと(スピン注入)が必要である。そこで我々は、CoドープTiO_2を用いたスピントロニクス素子としてトンネル磁気抵抗素子の作製を行なった。これはGaNやZnOをホストとする材料を含めた室温強磁性半導体の中でも最初のスピン注入デバイスである。トンネル磁気抵抗比は15Kで約11%程度であり、最高動作温度は約200Kである。室温動作には至っていないが、従来の強磁性半導体デバイスの3倍以上の動作温度を達成した。この結果は、現在は低温動作に留まっている半導体スピントロニクスデバイスのが高温でも動作の可能性であることを意味している。また、素子の作製プロセスの更なる改良によりデバイスの室温動作をも期待できる。

基板表面処理、薄膜成長条件の最適化、そしてデバイス構造の最適化など作製プロセスを改良することにより、世界で初めて酸化物強磁性半導体を用いたスピントロニクス素子の動作を実現した。さらに我々は、キャリア誘起強磁性の性質を活かし、光照射をすることで、Co添加TiO_2の強磁性を変調することに成功した。この光照射による効果は、室温で観測でき、室温で動作するスピントロニクス素子のはじめてのデモンストレーションとなった。したがって、Co添加TiO_2は、実用化可能な強磁性半導体であることを証明することができた。また、我々は、2004年にCo添加TiO_2の異常ホール効果が導電率に対して特異的なスケーリング則を示すことを見いだしている。近年の理論研究によりそのスケーリング則は、異常ホール効果の起源と密接な関係にあり、我々の研究成果は、実験的に異常ホール効果の起源に関連したスケーリング則を示した最初の例であったことが分かった。我々の研究成果により、Co添加TiO_2は、非常に興味深い材料物性を示すだけでなく、応用に適した材料であることを示すことができた。今後、強磁性酸化物半導体に関する研究を進めていく上で、これらの研究成果は非常に大切な土台となるであろうことが確信できる。
種々の集積型金属錯体による新規ナノ空間触媒の構築

本研究ではナノ空間触媒として、ジカルボン酸Rh集積型金属錯体・ビピリジンCo集積型金属錯体及びその類似複合体としてVIII族金属内包シリカやチタニアナノチューブの気体吸蔵と触媒反応特性の検討を行なった。配位子としてフマル酸・テレフタル酸・ナフタレンジカルボン酸ムコン酸・ポルフィリンジカルボン酸を用いたRh錯体で水素,CO,NO,メタン,種々のオレフィン,パラフィンの吸蔵(Rh 1原子あたり数分子)がみられる。吸蔵量は配位子と分子の大きさの相対関係に依存するが、吸蔵・放出を繰り返すと錯体の結晶化が促進される結果となった。また、H_2-D_2交換反応は200Kの低温で速やかに進行するが、解離水素の再結合による交換と配位子の水素との交換の2種類の機構のあることが明らかとなった。また、オレフィンの水素交換および水素化反応も室温以下の温度で速やかに進行するが、前者が細孔内でのみ進行するのに対し、後者は細孔内と外表面の双方で進行した。しかし、反応を繰り返すことにより錯体自身の還元も進行する結果となった。TEMの観察によると集積型錯体はシート構造というよりも23nmの均一な球状である可能性が高い。一方、集積型のCo(bpy)(NO_2)錯体では多量のアンモニア(Coあたり数分子)の吸蔵がみられ、NO-NH_3反応が室温域から進行することが明らかとなった。生成物としてはN_2とN_2O,H_2Oであるが、細孔内に吸蔵されたアンモニアはN2生成への高い選択性を示すという興味深い結果が得られた。PtやPdを内包したシリカナノチューブにおいては、高温排気処理によりシリカ壁にウルトラミクロ孔が生成し、水素のみの選択透過性のあることが明らかとなった。金属はチューブ内部に数十nmの大きさで存在するものと、シリカの壁内のネッテワークにサブnmのクラスターの状態で存在した。COの水素化反応において特異な触媒挙動を示すのは後者の微小クラスターである可能性が高い。また、Ptを内包したチタニアナノチューブでは水性ガスシフト反応やCOの水素化反応で通常のPt/TiO_2触媒にくらべ1桁以上大きなTOFを示し、メタノールの選択性が90%近くにおよぶ特異な触媒挙動を示した。ナノチューブでは赤外分光法で観測されるCOの吸着状態も特異的であり、それが高活性・高選択性を示す原因となっていることが示唆された。ナノ空間触媒として本年度は集積型Rhジカルボン酸錯体高分子とPtを内包したSiO_2-ナノチューブでのオレフィンの水素化・水素交換反応について検討した。Rhジカルボン酸錯体はRh-Rh結合を有する2次元シート構造が3次元的に積層してその間に1次元のチャンネルを形成し、メタン、エタン、エチレン、プロピレン、ブテンなどの炭化水素をRh原子あたり1数個吸蔵する。

吸蔵されたオレフィンは水素を共存させると200Kの低温でも水素化されて、パラフィンとなる。その反応速度は用いたオレフィン分子の大きさや配位子であるジカルボン酸の大きさに依存し、錯体が形成するナノ空間が重要な役割を果たしていることが明らかとなった。さらにオレフィンのみの場合には、分子間の水素交換反応が進行するが、それはC-H結合の完全な解離を伴わない、ナノ空間内特有の交換機構で進行していることが明らかとなった。一方、Ptを内包したSiO_2-ナノチューブでは、H_2、CO、O_2、エチレン、プロピレンなど種々の気体の吸蔵を検討したところ、水素のみを選択的に透過するウルトラミクロ孔を有する興味深い特性を有することが明らかとなった。このチューブでのC_3H_6-D_2反応とC_3H_6-C_3D_6水素交換反応の速度を通常の含浸法で調製したPt/SiO_2触媒と比較したところ、後者はチューブ外にわずかに存在するPt上で進行するのに対し、前者の水素化反応はチューブ内に透過して解離した水素原子がスピルオーバー現象でチューブ外に拡散し、プロピレンと反応している可能性が示唆された。これはナノ空間が、触媒反応場を分離する能力を有することを示した最初の例であり、今後の展開が期待される。今年度は昨年度の研究をさらに発展させ、ナノ空間触媒として集積型Rhジカルボン酸錯体高分子と種々のVIII族金属を内包したSiO_2ナノチューブ(nt)やナノカプセル(nc)によるブテンの異性化反応やCOの水素化反応、COやH_2の吸蔵挙動の検討を行なった。(1)Rh錯体では、配位子としてフマル酸とテレフタル酸を用いた場合、吸蔵されるブテンの異性体の挙動が異なった。フマル酸錯体では3種の異性体はほぼ同量吸蔵されるのに対し、テレフタル酸ではシスー2ーブテンの吸蔵量が多く細孔構造の違いが示唆された。1-ブテンの異性化反応は室温域から進行するが、後者のほうが著しく活性が高かった。反応中に細孔内に吸蔵されたブテンの異性体分布を求めると気相よりずっと平衡組成に近いことがわかり、異性化反応は細孔内で速やかに進行し、その後の脱理過程がこの反応の律速段階であることが明らかとなった。(2)Pt,Pd,Rh,やRuを内包したシリカナノチューブやカプセルによるCO-H_2反応を検討し、通常の含浸法で調製した触媒と活性・選択性を比較検討した。これらのナノ構造体のSiO_2膜は水素を選択透過し、COの吸着阻害なく水素原子を反応場に供給する特性を示すことが期待される。実際通常の担持触媒にくらべ、これらの触媒では活性こそ低いが、メタン及びメタノールへの選択性が著しく向上し、表面水素濃度の高いことが示された。(3)これらのナノ構造体のうち、Pd-SiO_2(nt)およびRu-SiO_2(nc)はH_2およびCOを多量に吸蔵する特性を有することが明らかとなった。今後はこの特異は性質とCO-H2反応挙動との関連について検討していく。本課題の最終年度である今年は、過去2年間の研究を更に発展させ、ナノ空間触媒として集積型Rhジカルボン酸錯体高分子による水素の吸蔵挙動を検討した。水素は室温ではRh原子当たり約1分子吸蔵されるが、77Kでは57分子に及んだ。これらの錯体での水素-重水素交換反応を検討した結果、解離吸着水素の再結合による早い交換過程と錯体中の配位の水素との遅い交換過程の存在することが明らかとなった。又、配位子にテトラフェニルポルフィンをもつジカルボン酸を用いるとオレフィンの異性化反応の活性が向上することも見出された。一方、ナノ空間触媒として昨年から検討しているVIII
特許制度と企業の収益性に関する研究

中小企業の特許取得のシグナリング効果によって、ベンチャーキャタルなどの外部の資金提供機関との情報の非対称性の解消機能がどの程度機能しているのかをソフトウェア分野を対象に実証的に分析した。ソフトウェアは90年代になってはじめて特許化が可能となった技術分野であり、その時点での特許のシグナリングの役割を分析することで、外生的なショックに焦点を当てた分析が可能となる。なお、中小企業では一般的に資金制約が大きく、ベンチャーキャピタルからの出資が必要とされる一方で、ベンチャーキャピタルから見ると、中小企業に関する情報が少なく、情報の非対称性の程度が大きい。したがって、特許取得は有用なシグナリングとして機能すると考えられる。分析では、内生性の問題を解決するために、弁理士事務所の立地件数を操作変数として用いた。分析結果では、特許取得はソフトウェア企業におけるベンチャーキャピタルからの出資を加速化させることが明らかとなった。また、比較のために用いたソフトウェア著作権の登録件数も同様にベンチャーキャピタルからの出資につながることがわかった。ただし、両方の権利を取得することは追加的な出資につながらないことを示す結果を得た。また、2000年以降、特に著作権登録のベンチャーキャピタル出資への効果が弱くなる傾向が見られた。以上の結果から、特許権はシグナリングとして、情報の非対称性を解消する手段として機能しているが、一方で、ソフトウェアの著作権も同様な効果があり、少なくとも2つの知的財産権が並立していることは、シグナリングの観点において、必ずしも有用でないことを示していると思われる。科研費に関連する内容で複数のディスカッションペーパーと掲載論文が出ている点では順調に研究が進んでいると言える。しかし、研究計画にある弁理士事務所を使った操作変数の作成について、どの程度ロバストなのかについては複数の研究者から疑義がでており、再度その方法について検討する必要がある。今後は操作変数の作り方を再度検討し、代替案を含め、因果関係を明確にできる手法を考える予定である。大学の異動による研究資金の増加やデータ分析手法の再検討等による利用するデータ利用のタイミングの遅れが生じているため。
地球放射線帯内捕捉粒子の起源と強度変動に関する研究

本研究では、USERS衛星およびSERVIS-1衛星に搭載された粒子検出器(LPD)、つばさ衛星に搭載された重粒子検出器(HIT)で得られたデータを中心に解析し、さらに、ロシアのCORONAS-F衛星、日本のGEOTAIL衛星、アメリカのNOAA衛星の観測データも合わせ、高度の異なる衛星による多点同時観測による地球磁気圏の立体的な解析を実施することで、地球放射線帯の変動および太陽高エネルギー粒子の地球磁気圏内への侵入の様子を観測高度の相違から解析し、地球磁場に捕捉された高エネルギー粒子の起源を解明することを目的とした。また、放射線帯内での荷電粒子の強度変動の研究から、より精度の高い"宇宙天気予報"のための基礎研究を行なった。SERVIS-1およびUSERS衛星データの解析により、数日内に連続して起こる大きな磁気嵐時の放射線体内部、特に南太平洋異常帯(SAA)での陽子強度変動が、2回目の磁気嵐の際にSAA中心部で増大し、その後周辺部へ広がっていくことを明らかにした。また、SERVIS-1、CORONAS-F、NOAA衛星データにより、地球近傍のL1.6付近で観測される電子降下に伴う短時間の電子強度増大の起源が、発生場所と発生時間の相関からオーストラリア西部およびハワイにあるVLFステーションであることを特定した。つばさ衛星データの解析により、太陽静穏期の放射線帯外側(L>5)領域の20-200MeV/nの重イオンは、主に銀河宇宙線から供給されるが、捕捉中の超高層大気との衝突によりその組成と強度が変動することを明らかにした。また、放射線帯内側(L<3)領域での3He同位体の過剰は、太陽活動期の変化に伴う大気組成の変化と一致し、また、Li核は観測されたが、それ以上の重イオンが観測されなかったことから、捕捉陽子と大気原子の衝突がその起源であることを示した。地球放射線帯内部での放射線環境を理解することは、物理的、地球電磁気学的な興味の対象としてだけでなく、人工衛星や今後の人類の宇宙空間への進出を考えると大変重要なことである。近年CRESS衛星の観測により、放射線帯が自然現象により時間的空間的に大きく変動することを再確認している。このようならの変動は、太陽活動やそれに伴う地球磁場の変化が原因であると考えられるが、まだ明らかになっていない。これらの変動機構を明らかにすることは、放射線帯粒子の強度変動を予測する上で大変重要である。本研究では、TSUBASA衛星に搭載された重イオンテレスコープ(HIT)で観測されたヘリウム同位体のデータから、3He過剰の起源について研究を行っている。HITにより、数10MeV/nucleon領域のヘリウムから鉄核までの荷電粒子を観測した。この解析の中で、放射線帯外部からの粒子の流入に関して大変興味深い観測結果が得られた。HITによるヘリウム同位体の強度は、太陽活動の時期によってその強度と同位体比が変化することが明らかになった。これは、超高層の地球大気組成に関連していると考えられる。さらに、USERSおよびSERVIS衛星に搭載された放射線モニタで得られたデータの解析も行っている。粒子強度変動を数MeV/nucleonから数100MeV/nucleonのエネルギー領域で、電子、陽子、ヘリウム核について観測を行っている。これかの観測から、大きな磁気嵐が連続して起こることで、放射線帯の電子、陽子の強度分布が大きく変動し、放射線帯内帯および外帯の電子が低高度へ移動すること、陽子成分で10日以上持続する新しい放射線帯を形成することがわかった。以上の事実について、その機構を現在検討を行っている。
がん免疫の活性化を伴う新規プログラム細胞死機構の解明

研究目的本研究ではトポテカン誘導性細胞死における細胞死関連遺伝子を同定し、その細胞死機構を明らかにするとともに、同定した遺伝子の活性化が細胞死とそれに伴うがん免疫の誘導を介して腫瘍の成長を阻害するかを担がんマウスモデルを用いて評価する。これまでの研究成果申請者はトポテカンの既知の標的タンパクであるトポイソメラーゼIの欠損細胞をCas-CRISPR法を用いて作成し、トポテカンに対する耐性を検証した結果、トポイソメラーゼI欠損細胞においてもトポテカン誘導性細胞死は誘導されることが判明した。そこでトポテカンはトポイソメラーゼIとは異なる標的タンパクを介して細胞死を促進することが示唆されたため、申請者はトポテカン結合ビーズを作成して新規トポテカン標的タンパクの探索を行い、新規トポテカン標的遺伝子を質量分析により同定した。さらにこの新規トポテカン標的遺伝子の点変異体とトポテカン結合ビーズによるプルダウンアッセイを行った結果、トポテカンの結合に必要なアミノ酸を同定した。このトポテカンに結合しない変異体はトポテカンによるトポイソメラーゼI非依存的な細胞死とDAMPsの放出を抑制した。この新規トポテカン標的遺伝子をドキシサイクリン依存的にノクダウンするEG7細胞を作成済みであり、現在はこのEG7細胞をC57BL/6マウスに同系移植し、トポテカンによるがん免疫の活性化に新規トポテカン標的遺伝子が生体内において寄与しているかを検証中である。これまでの研究から、新規トポテカン標的遺伝子とトポテカンとの結合部位を同定し、タンパク構造情報から結合シュミレーションを行えたこと、また新規標的遺伝子がトポテカンによる細胞死やがん免疫の活性化に寄与していることを明らかにできたことから研究はおおむね順調に進捗していると考えられる。しかし、当初の仮説とは異なり、カルシウムシグナルと新規トポテカン標的遺伝子との間に有意な相関は見られなかった。そのためカルシウムシグナルとトポテカンによるがん免疫の活性化との関連を裏付けるデータは得られていない。生体内において新規トポテカン標的遺伝子の阻害が細胞死に伴うがん免疫の活性化に寄与するかを検証するため、Tet-ONシステムを利用してドキシサイクリン誘導的に同遺伝子がノックダウンされるEG7細胞を作成する。Tet-ONシステムはドキシサイクリン誘導性プロモーターを使用した遺伝子発現システムであり、RIPKなどのように遺伝子発現に伴い細胞死を誘導する遺伝子の解析に非常に効果的である。そこでTet-ONプロモーターと同定した遺伝子のshRNAをEG7細胞に組み込み、マウスに移植し、担がんマウスを作成する。EG7細胞はトリ卵白アルブミン(OVA)を恒常的に発現するマウス由来のリンパ腫細胞であり、EG7細胞を移植したマウスの体内ではOVA特異的な抗原提示が行われることが知られている。そこで上記の細胞をマウスに移植後、ドキシサイクリンを担がんマウスに投与し、がん細胞の細胞死を誘導した後にマウスから樹状細胞を回収する。この樹状細胞をOVA特異的なT細胞受容体を持つOT-I T細胞と共培養し、OT-I T細胞の増殖とサイトカイン産生を定量することでトポテカン誘導性細胞死実行遺伝子による細胞死ががん抗原特異的な細胞障害性T細胞の活性化を誘導し、がん免疫を増強するかを検証する。

生体内において新規トポテカン標的遺伝子の阻害が細胞死に伴うがん免疫の活性化に寄与するかを検証するため、Tet-ONシステムを利用してドキシサイクリン誘導的に同遺伝子がノックダウンされるEG7細胞を作成する。Tet-ONシステムはドキシサイクリン誘導性プロモーターを使用した遺伝子発現システムであり、RIPKなどのように遺伝子発現に伴い細胞死を誘導する遺伝子の解析に非常に効果的である。そこでTet-ONプロモーターと同定した遺伝子のshRNAをEG7細胞に組み込み、マウスに移植し、担がんマウスを作成する。EG7細胞はトリ卵白アルブミン(OVA)を恒常的に発現するマウス由来のリンパ腫細胞であり、EG7細胞を移植したマウスの体内ではOVA特異的な抗原提示が行われることが知られている。そこで上記の細胞をマウスに移植後、ドキシサイクリンを担がんマウスに投与し、がん細胞の細胞死を誘導した後にマウスから樹状細胞を回収する。この樹状細胞をOVA特異的なT細胞受容体を持つOT-I T細胞と共培養し、OT-I T細胞の増殖とサイトカイン産生を定量することでトポテカン誘導性細胞死実行遺伝子による細胞死ががん抗原特異的な細胞障害性T細胞の活性化を誘導し、がん免疫を増強するかを検証する。日本薬学会第139回年会への参加を取りやめたため未使用額が発生した。生化学実験全般に必要な試薬・消耗品の購入に使用する。
5-7族金属クラスターの白金族金属代替触媒としての利用

白金族金属は様々な分野の触媒として使われているが、高価なうえ希少金属のため代替触媒の開発が急務である。我々は安価な5?7族金属で構成されハロゲンや硫黄が配位したクラスター化合物が水素気流下加熱活性化処理により種々の官能基の水素化やシクロヘキセンの脱水素、ハロゲン化ベンゼンの水素化分解のような白金族金属が行う種々の反応の触媒となることを見いだした。また上記活性化により配位子の一部が脱離し生じた配位不飽和サイトが触媒活性点として働くと推察された。白金族金属触媒は金額にして我が国で出荷される触媒の7割を占めるが、高価なうえ希少金属のため代替触媒の開発が急務である。これまでに我々は安価な5-7族金属で構成される無機のクラスター化合物が触媒として利用できることを世界に先駆けて見いだし、ついで様々な反応を試みたところ、白金族金属と同様の触媒活性を示すことを予備的に見いだした。そこで白金族金属を用いて行われている様々な反応をクラスターを触媒として試みた。モリブデンクラスターをガス気流下300-450°Cで加熱活性化処理後、引き続き温度を変えずにフェニルアセチレンを反応させるとスチレンへの水素化が選択的に進行することを見いだした。さらに、1-および2-ペンチンや1-および2-,3-ヘキシンのような脂肪族アルキンを反応させてもオレフィンへの水素化が進行することを見いだした。一方、シクロヘキセンを反応させると300-350°Cではシクロヘキサンへの水素化が選択的に進行し、400-450°Cではベンゼンへの脱水素が選択的に進行することを見いだした。反応温度による選択性の違いは、等圧下では高温になるにつれ分子数の増える方向に平衡が偏るとするルシャトリエの法則により説明される。アルキンの水素化やシクロヘキセンの水素化・脱水素は主にPdやPtなどの白金族金属を触媒として行われている反応である。以上のことから、クラスターが白金族金属代替触媒として利用できる可能性が示された。我々はこれまでに正八面体金属骨格を有する5-7族の無機クラスター化合物が白金族金属を用いて行われている種々の反応の触媒となることを報告してきた。今年度さらに反応スクリーニングを行った結果、種々の環状エーテルの開環によるアルデヒドの生成反応が進行することを見いだした。すなわち、モリブデンクラスターを水素気流下300-450°Cで加熱活性化処理後、引き続き温度を変えずにテトラヒドロフランを供給すると、C-O結合切断を伴う開環反応が進行しブチルアルデヒドが生成した。トリメチレンオキシドやテトラヒドロピラン、ヘキサメチレンオキシドのような他の無置換環状エーテルについても同様の開環反応が進行した。さらに、2-メチルテトラヒドロフランのようなアルキル置換環状エーテルの開環反応も進行した。一方、モリブデン金属や八面体クラスター骨格を持たないモリブデン硫化物を触媒としてもこれらの反応は進行しなかったことから、反応の進行にはクラスターが必須であることがわかる。アルキル置換環状エーテルの開環反応はPtを用いて行われているが、無置換環状エーテルの開環によるアルデヒド生成反応は白金族金属でも困難であり他の触媒についても報告例が皆無である。触媒活性発現機構について詳細に調べた結果、モリブデンクラスターは大気中保存により酸素をとりこむが、上記加熱活性化によりクラスター骨格を保持したまま酸素が脱離することにより配位不飽和サイトが現れ、これが活性点として働くことを明らかにした。我々はこれまでに正八面体金属骨格を有する5ー7族の無機クラスター化合物が白金族金属を用いて行われている種々の反応の触媒となることを報告してきた。今年度さらに反応スクリーニングを行った結果、種々の官能基の水素化反応が進行することを新たに見いだした。すなわち、モリブデンクラスターを水素気流下300 °C前後で加熱活性化処理後、引き続き温度を変えずに種々のアルデヒドを反応させると対応する一級アルコールが最大93%の選択性で生成した。カルボン酸の反応では対応する一級アルコールが最大85%の選択性で生成した。また、スチレンからはエチルベンゼンが99%以上の選択性で生成し、ニトロベンゼンからはアニリンが98%以上の選択性で生成した。一方、クロロベンゼンやブロモベンゼン、ヨードベンゼンを反応させると水素化分解が99%以上の選択性で進行しベンゼンが生成した。

アルデヒドの水素化はRuやPtにより、カルボン酸の水素化はRuやPtにより、スチレンの水素化はRhやPtにより、ニトロベンゼンの水素化はPdやPtにより、また、ハロゲン化ベンゼンの水素化はRhやPd,Ptにより行われている反応であり、クラスターが白金族金属代替触媒として広範囲の反応に適用できることを明らかにした。活性化後のクラスターでは、金属骨格1個あたり最大0.4個の硫黄欠損サイトを持つことがアンモニア昇温脱離法により確認され、配位不飽和なモリブデン原子が活性点として働くことにより上記触媒反応が進行することを明らかにした。キャリアガスの種類・濃度や反応温度などの反応条件を変えながら種々のクラスターおよび基質を用いて環状エーテル開環反応の反応性を詳細に調べるとしていた当初の計画を予定通り実施できただけでなく、当初計画していなかった触媒活性発現機構の詳細な解明まで進んだため。24年度が最終年度であるため、記入しない。クラスターが白金族金属代替触媒として機能しうることはほぼ実証できた。今後は反応スクリーニングにより代替触媒としての適用範囲の拡大を目指すとともに、種々の担体への担持や配位子の化学的引き抜きによる配位不飽和サイト数の増加等により高活性かつ高選択性を示す高機能触媒としての可能性も探る必要があると考えている。
TMEM16E変異による顎骨に生じる硬組織形成線維性病変の発症メカニズムの解明

顎骨の骨性異形成症を主要症状の一つとする顎骨骨幹異形成症(GDD)は、TMEM16Eの変異を原因とする常染色体優性の遺伝性骨系統疾患である。一般的に顎骨の骨性異形成症は、骨形成線維腫、線維性骨異形成症や慢性硬化性骨髄炎などと共に、顎骨のいわゆる線維骨性病変に属するが、現在でも病因に対する根治的な治療は確立されていない。TMEM16E遺伝子は歯根膜細胞において高い発現を示すというこれまでの報告から、歯根膜あるいはセメント芽細胞の分化過程において重要な機能を果たしている可能性が考えられる。TMEM16Eを切り口として顎骨に生じる硬組織形成線維性病変発症・病態のメカニズムの解明を目指す。
スメクタイト含有粘土地山の膨潤挙動に対するマルチスケール理論解析モデルの構築

スメクタイトを含む地山の膨潤問題に対する合理的かつ効果的な対策法の確立のために,地山の膨潤挙動を予測評価するマルチスケール解析モデルの構築を目指した.まず,スメクタイト吸水膨潤挙動を定量把握するために,モンモリトナイト試薬を用いた膨潤実験実施して膨潤挙動を記述する数理モデルを作成した.そして,作成した膨潤モデルと岩盤要素の損傷モデルを均質化理論の枠組みの中で組み合わせて,膨潤に伴って軟化する岩盤の力学挙動を,割線係数を用いて追跡するマルチスケール解析モデルを構築した.検証例題として膨潤性岩盤に構築されたトンネルの応力照査解析を通して提案手法の有効性および発展性を確認した.スメクタイトの吸水膨潤挙動と微視構造変化を定量的に把握するために,まず,スメクタイトを含んだ膨張性の岩石試料の薄片サンプルを作成して,その顕微鏡写真撮影を行ってスメクタイト鉱物の微視的な配置状態を把握した.この微視構造の顕微鏡写真の撮影により,ミクロ構造のモデル化に必要な幾何学的データが得られた.また,この幾何学データは,材料の異方性を検討するために必要なものであり,これによって今後の材料モデル開発を構築する上で重要な知見が得られた.次に,その膨潤過程を把握するための実験計画を策定するために,スメクタイト類の一種である純モンモリロナイト粉を締め固めた試料を作成して,一定荷重下での膨潤試験を実施し,膨潤速度・膨潤量を計測した.ここでは,まず,荷重の大きを4つ想定し,その実験を行っている.既にモンモリロナイト粉が膨張しはじめ,荷重の大きさによってその挙動の違いが少しずつ確認されている.この計測については,時間と変形量の関係について,4つの曲線が得られることになる.これら4つの曲線が同時にフィッティングするようなスメクタイトの異方性マクロ材料モデルを今後提案するが,その準備として数値材料試験と称する数値計算プログラムの開発を始めた.またその一方で,メクタイト含有粘土の微視構造変化に対するフェーズフィールド法を利用したマルチフィジックス理論解析モデルの開発に向けて,数値解析に関する手法の検討を開始した.平成27年度は,(1)水の温度,圧力,pHなどの条件を変えながら,スメクタイトの鉱物試料を用いて吸水膨潤挙動とそれに伴う微視構造変化を観測し,膨潤するスメクタイトの微視構造の変化を観察した.(2)スメクタイト含有粘土試料の吸水膨潤試験を実施した.吸水膨潤したスメクタイトは,強制乾燥させると取り込んだ水をはき出して初生的な状態に戻ることが知られている.そこで,スメクタイト含有粘土試料の微視構造およびスメクタイトの含有量を把握した上で,自然湿潤状態の供試体と強制炉乾燥により何通りかの水分含有量が異なる供試体を作成して,荷重,水のpH,温度,供試体の方向などを変えながら,吸水膨潤試験を実施し,膨潤速度,膨潤量などのマクロ的膨潤特性を定量的に把握した.そして,(3)それらの情報を元にして,フェーズフィールド法と有限要素法を併用したミクロスケールにおけるスメクタイトの膨潤反応とそれにともなう粘土の微視構造の変化を扱うマルチフィジックス理論解析モデル構築に取りかかった.(4)その一方で,理論モデル構築に必要な岩石内部におけるスメクタイト鉱物の集合体の弾性率を把握するために,実際の岩石試料が示す膨潤圧のデータと,スメクタイト鉱物試料の膨潤特性曲線を手掛かりとして,有限要素法による3次元逆解析を実施して,当該弾性率の同定を行った.その結果,膨潤挙動を示している時には,スメクタイト鉱物の弾性率は予想よりもかなり小さいことが推定できた.これは最終的な理論解析モデルの構築に向けて大きな手掛かりとなる成果である.スメクタイト鉱物試料の膨潤試験に予想以上の時間が掛かかったことから十分な数のデータが得られていない.また,マルチフィジックス理論解析モデルの構築についても,プロトタイムモデルのコーディングおよびバグ取りに予想の時間を要している.最終年度では,ミクロスケール・マルチフィジックス理論解析モデルの検証・修正作業および完成を目指した.まず,スメクタイト含有粘土試料の微視構造およびスメクタイトの含有量を把握した上で,自然湿潤状態の供試体と強制炉乾燥により何通りかの水分含有量が異なる供試体を作成して,荷重,水のpH,温度,供試体の方向などを変えながら,膨潤速度,膨潤などのマクロ的膨潤特性を定量的に把握することを目的とした吸水膨潤試験を実施した.そして,自然湿潤状態の供試体も含め,水分状態が異なる供試体の膨潤曲線を比較し,その違いが試験開始時の初期水分の違いのみに依存したものかどうか,スメクタイトが配置された粘土の微視構造のみで決まる特性か否かを調べた.また,昨年度までに開発したマルチフィジックス理論解析プロタイプモデルを用いて,それら膨潤試験に対するシミュレーションを実施し,解析結果と試験結果の比較を通してマルチフィジックス理論解析モデルの修正を行った.さらに,そのミクロスケール・マルチフィジックス理論解析プロトタイプモデルとマクロスケール連成挙動解析モデルを組み合わせたスメクタイト含有地山の膨潤挙動に対するマルチスケール解析手法の構築に取り組んだ.すなわち,すでに確立しているマルチスケール解析理論の枠組みにおいて,スメクタイト含有粘土の微視構造に対するマルチフィジックス理論解析モデルと,地山の変形と水および熱移動を扱うマクロスケール連成解析モデルを組み合わせて,トンネルなどの地中構造物の構築に伴う地山の膨潤挙動を予測評価するためのマルチスケール解析手法のプロトタイプを構築した.

スメクタイトを含む地山の膨潤問題に対する合理的かつ効果的な対策法の確立のために,地山の膨潤挙動を予測評価するマルチスケール解析モデルの構築を目指した.まず,スメクタイト吸水膨潤挙動を定量把握するために,モンモリトナイト試薬を用いた膨潤実験実施して膨潤挙動を記述する数理モデルを作成した.そして,作成した膨潤モデルと岩盤要素の損傷モデルを均質化理論の枠組みの中で組み合わせて,膨潤に伴って軟化する岩盤の力学挙動を,割線係数を用いて追跡するマルチスケール解析モデルを構築した.検証例題として膨潤性岩盤に構築されたトンネルの応力照査解析を通して提案手法の有効性および発展性を確認した.当初の予定では,電子顕微鏡による観測を実施し,スメクタイトの土の微視構造を把握することであったが,試料を真空環境において観察する電子顕微鏡では水を伴う膨潤挙動の観察が技術的な困難を伴うことから,岩石薄片試料を作成して微視構造を顕微鏡観察することに変更した.しかし,明瞭な微視構造の写真撮影ができたので当初の目的は十分に達成できたと考える.また,フェーズフィールド法を適用して,スメクタイト膨潤反応とそれに伴う粘土の微視構造変化を合理的に予測評価するためのミクロスケール・マルチフィジックス理論解析モデルについて検討を開始した.これも当初の予定どおりである.膨潤試験については,ノウハウが蓄積できつつあるので,最終年度には十分なデータが揃うことが期待できる.また,解析モデルについてもプロトタイプのコーディングが完成に近づいているので,最終年度には検証解析を含めた成果が期待できる.岩盤力学まず,スメクタイト含有粘土試料の吸水膨潤試験を実施して,膨潤速度,膨潤量などのマクロ的膨潤特性を定量的に調べ,その膨潤特性がスメクタイトが配置された粘土の微視構造のみで決まる特性か否かを検証・把握する.一方で,ミクロスケール・マルチフィジックス理論解析モデルを構築して,膨潤試験に対するマルチスケール・シミュレーションを実施し,解析結果と試験結果の比較を通してマルチフィジックス理論解析モデルの検証と修正を行う.また,ミクロスケール・マルチフィジックス理論解析モデルとマクロスケール連成挙動解析モデルを組み合わせたスメクタイト含有地山の膨潤挙動に対するマルチスケール解析手法の構築を行う予定である.わずかではあるが、次年度で必要となる参考文献や参考図書の購入に役立てたいと考えた。参考文献、参考文献の選択については十分な調査が必要となるので次年度に繰り越すこととした。最終成果の質の向上に向けて、参考文献、参考図書の購入に充てる予定である。