hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
オーバートッピングに対する水理抵抗機能を備えたリップラップ工の開発と設計

これまで単なる「捨石」として,斜面表面における雨水浸食防止の役割しか与えられてこなかったリップラップ工に対し,オーバートッピング(堤体越流)に対する水理抵抗機能を開発し,その設計法を明らかにすることを目的とした。リップラップを構成する粗粒礫材を対象に,越流条件下における通水性能と水理学的特性を明らかにするとともに,リップラップ工の基盤となる土砂層の透水性の測定法の開発に取り組んだ。2年度にわたる研究により次の成果を得た。ア)室内水路実験により,締固められた捨石(粗粒材)構造体を通過する流れの水頭損失モデルを明らかにした。このモデルの特徴は,流れの非線形水頭損失特性を記述するパラメータを,粗粒材構造体に分布する間隙の水理学的平均径とユニークに結びつけた点である。これにより,土質材料の浸食によって生じる捨石工の目詰まりとそれに伴う流れの変化を適切に予測することが可能となった。イ)また流量の測定値から上記のパラメータを精度よく推定する数理計算システムを開発した。ウ)リップラップ工の安定性は,礫構造体自体はもちろん,基盤となる土砂層部の安定性と密接な関連性を持つ。後者の侵食性は透水性能に支配されることから,礫混じり土砂の透水性能を原位置で精度良く推定できる透水係数モデルならびに試験法について検討した。2年間にわたる研究とその成果を通して,今後検討を加えていく必要があると考えられる課題が明らかとなった。つまり,(1)流水条件下での礫材個々の粒子安定性に関する力学的・水理学的モデルの開発と設計法への導入,ならびに(2)礫構造体を通過する流れと慣性力を伴う構造体の越流を考慮したThrough+Overflowの数理モデルの開発と設計法への導入の2点である。これらについて,今後,鋭意,検討を進めていく予定である。ゲリラ豪雨のような突発的な異常豪雨が多発するようになり,都市近郊部はもちろん農業農村地域においても災害に対する危機管理のあり方が衆目を集めるようになった。農用,上水用の水資源を確保する上で重要なアースダム,ため池等で代表される土質貯水施設を対象に,ハード面からの危機管理技術について検討する。具体的には,これまで単なる「捨石」として,斜面表面における雨水浸食防止の役割しか与えられてこなかったリップラップ工に対し,オーバートッピングに対する水理抵抗機能を開発し,その設計法を明らかにすることを目的とする。これにより,オーバートッピングを許容した,経済的なダム設計手法の開発も可能になると考える。本研究では,次の4つの課題,つまり,(1)オーバートッピングの水理特性と堤体下流部における浸食ポテンシャル,(2)リップラップ工の越流条件下における水理学的安定性,(3)土質性状・状態に応じた定性的な浸食機構,および(4)設計式の実用性について,段階的に検討する。これらにより,リップラップ工の越流に対する水理抵抗機能と浸食メカニズムを明らかにし,ロック材の粒形や粒度・粒径,斜面こう配,厚さ,越流水深,越流量等をパラメータとする水理・構造設計式を提案する。本年度の研究では,上記の課題(1)および(2)の一部について室内水路実験により検討を加え,締固められた捨石(粗粒材)構造体を通過する流れの水頭損失モデルを明らかにした。これにより,土質材料の浸食によって生じる捨石工の目詰まりとそれに伴う流れの変化を適切に予測することが可能となる。研究では,さらに,流量の測定値から上記のパラメータを精度よく推定する数値計算システムも開発した。課題

(1)および(2)では,粗粒材構造体を通過する流れ(throughflow)に加えて,慣性力を伴う構造体の越流(overflow)を考慮しなければならない。Through+Overflowの数理モデル検討は,次年度の課題とする。ゲリラ豪雨のような突発的な異常豪雨が多発するようになり,農業農村地域はもちろん都市近郊部においても災害に対する危機管理のあり方が衆目を集めるようになった。農用,上水用の水資源を確保する上で重要なアースダムやため池堤防などで代表される貯水用盛土構造施設を対象に,ハード面からの危機管理技術について検討した。具体的には,これまで単なる「捨石」として,斜面表面における雨水浸食防止の役割しか与えられてこなかったリップラップ工に対し,オーバートッピングに対する水理抵抗機能を開発し,その設計法を明らかにすることを目的とした。これにより,オーバートッピングを許容した,盛土堤体の経済的な設計手法の開発も可能になると考える。本研究では,リップラップを構成する粗粒礫材を対象に,越流条件下における通水性能と水理学的特性を明らかにするとともに,リップラップ工の基盤となる土砂層の透水性の測定法の開発に取り組んだ。前年度からの継続的な研究により,次の成果を得た。ア)室内水路実験により,締固められた捨石(粗粒材)構造体を通過する流れの水頭損失モデルを明らかにした。このモデルの特徴は,流れの非線形水頭損失特性を記述するパラメータを,粗粒材構造体に分布する間隙の水理学的平均径とユニークに結びつけた点である。これにより,土質材料の浸食によって生じる捨石工の目詰まりとそれに伴う流れの変化を適切に予測することが可能となった。イ)また流量の測定値から上記のパラメータを精度よく推定する数値計算システムを開発した。ウ)リップラップ工の安定性は,礫構造体自体はもちろん,基盤となる土砂層部の安定性と密接な関連性を持つ。後者の侵食性は透水性能に支配されることから,礫混じり土砂の透水性能を原位置で精度良く推定できる透水係数モデルならびに試験法を開発した。2年間にわたる研究とその成果を通して,今後検討を加えていく必要があると考えられる課題が明らかとなった。つまり,(1)流水条件下での礫材個々の粒子安定性に関する力学的・水理学的モデルの開発と設計法への導入,ならびに(2)礫構造体を通過する流れと慣性力を伴う構造体の越流を考慮したThrough+Overflowの数理モデルの開発と設計法への導入の2点である。これらについて,2年度にわたる研究実績を踏まえて,鋭意,検討を進めていく予定である。
オンコスタチンMによる細胞増殖抑制の分子機構とその生理的役割

オンコスタチンM(OSM)は、黒色腫細胞に対しては増殖抑制に作用し、カポジ肉腫細胞には増殖を促進する。この細胞種特異的なシグナル伝達の違いは、ヒトOSMを用いた研究で明らかになったが、その生理的役割を理解するには正常細胞や個体でのOSMの生物活性を知る必要があった。本研究では、本研究者らが近年クローニングしたマウスOSMを使って以下の事実を明らかにし、新規実験系を樹立した。1)マウスOSM(mOSM)はヒトの場合と異なり、LIF受容体を活性化せず、OSM特異的受容体を〓してシグナルを伝達する。2)マウスOSM受容体ベータ鎖(mOSMRβ)をコードするcDNAをクローニングし、mOSMはgp130とmOSMRβにそれぞれ低親和性で結合し、両者が共発現すると高親和性で結合しシグナルを伝達する。さらにこの受容体はヒトOSMやマウスLIFでは活性化されない。3)mOSMは胎生中期の生殖隆起や、新生マウス精巣セルトリ細胞に発現し、それぞれ対応する組織の初代培養系で細胞増殖を促進する。4)胎仔培養系から新規にOSM依存性に増殖する血管内皮様細胞株LOを樹立した。5)増殖抑制に働くNIH3T3細胞株と増殖応答性のLO細胞株とを比較したところ、OSMRβの発現とOSM刺激後のJAK2/STAT3活性化や初期応答遺伝子OIG31、Myd118の発現は、両細胞株ともに観察されたが、adherens junctionの消失や裏打ち蛋白質群の細胞質分布増大はLO細胞にのみ観察された。これらの結果は、OSMによる細胞増殖促進・抑制シグナルの切り換えは受容体レベルではなく、細胞種特異的な細胞内分子の発現の違いに起因することを示唆する。裏打ち蛋白質群が細胞増殖を直接引き起こすのかどうか、増殖抑制にも特異的分子の発現が必要であるか、本研究で得られた実験系と遺伝子を活用してさらなる解析が進むと期待できる。オンコスタチンM(OSM)受容体は、IL-6のシグナル伝達分子であるgp130とLIF受容体ベータ鎖とから成るI型とgp130とOSM特異的受容体ベータ鎖とから成るII型の二種類の機能受容体を有することが、ヒトOSMを用いた研究で明かになっている。これがマウスOSMにもあてはまるかどうか、またOSMの生理的役割を探るために、様々なLIF反応性マウス細胞株に対する効果を検討した。その結果、マウスOSMはLIFの機能受容体に対しては低親和性でのみ結合し、増殖や分化シグナルを伝達しないことが判明した。一方II型受容体を発現すると考えられるNHI3T3細胞や後述のLO細胞には高親和性で結合し、低濃度でシグナル伝えた。このことはマウスにおいてはLIFとOSMは異なる受容体を使っていることを示し、これまでのヒトOSMを用いて行われてきた動物実験系での結果は再検討されねばならない。OSMの生理的役割を明かにするために、マウスOSM cDNAと特異的抗体を用いてin situ hybridizationおよび組織化学的解析を行ったところ、OSMは胎生11-14日の生殖隆起部位、前腎、神経管、背根神経節および新マウス精巣に強い発現が観られた。そこで精製したマウスOSMをもちいて胎生11日大動脈・中腎・生殖隆起部位(AGM)領域を初代培養したところ、OSM依存的に敷石状細胞のクラスターとそれに続き多数の血球細胞が出現した。

これらの血球細胞は形態的に未分化前駆細胞でありここには造血幹細胞の活性と考えられているCFU-Sが認められた。これらの細胞群はLIFやIL-6の添加では同程度には出現しないことから、OSM受容体が造血幹細胞あるいはそれを産み出す多能性細胞に特異的に発現しており、細胞増殖分化に働いていることが示唆された。さらに胎生11日AGM領域からOSM依存性細株、LOを樹立することに成功した。LOからは細胞密度があがると浮遊性の血球細胞が生じる。LOの細胞表面には幹細胞血球マーカーが発現しており、そこから生じた血球細胞はB220とThy-1というリンパ系マーカーが発現していた。このことはLO細胞株が造血幹細胞あるいはその前駆細胞であることを示唆する。同様のOSM依存的細胞増殖は新生マウス精巣のセルトリ細胞でも観察された。OSMはセルトリ細胞が増殖している時期に発現し、増殖停止する生後8日以降では消失することから、セルトリ細胞のオートクライン増殖因子であると判明した。これらの実験結果はOSMの生理的役割が、胎生中期からの器官形成における各種の未分化前駆細胞の増殖分化過程にあることを示唆する重要な知見である。その点を明確にするために、マウスOSM受容体ベータ鎖遺伝子の分子クローニングを試みてきた結果、候補遺伝子断片を単離するのに成功した。また、来年度へ継続研究するために、OSMトランスジェニックマウスとOSM遺伝子ノックアウトマウスの作成準備を進めることができている。当初の研究目標であったOSMによる細胞増殖抑制のシグナル伝達機構については、上記のLO株とNIH3T3株との比較という形で今後進めていく予定であり、今年度はそのための細胞系の準備を完了することができた。オンコスタチンM(OSM)は、細胞種により増殖を促進したり抑制に作用する。その生理的役割を理解するには、正常細胞や個体でのOSMの生物活性を知る必要があった。昨年度の研究では、マウスOSMはヒトの場合と異なり、LIF受容体を活性化せず、OSM特異的受容体を介してシグナルを伝達すること、マウスOSMは胎生中期の生殖隆起や、新生マウス精巣セルトリ細胞に発現し、それら由来の細胞増殖を促進すること、を証明した。さらに胎仔培養系から新規にOSM依存性細胞株LOを樹立した。マウスOSMはNIH3T3細胞に対しては増殖抑制に働く。増殖が促進されるLO細胞株との違いを理解するために、本年度は、マウスOSM受容体ベータ鎖(mOSMRβ)をコードするcDNAをクローニングした。mOSMRβはヒトOSMRβやLIFRβと、全体的構造は類似していたが相同性は45%前後と低かった。mOSMRβを共通のシグナル伝達分子gp130とともにBa/F3細胞株に発現させたところ、トランスフェクタントはmOSM存在下でのみ増殖した。mOSMはgp130とmOSMRβにそれぞれ低親和性で結合し、両者が共発現すると高親和性で結合した。以上のようにmOSM受容体の構造が本研究により分子レベルで解明された。次に、フローサイトメトリーとNorthern blot analyisisにより、OSMRbはLO株とNIH3T3株の両方に発現することが判った。OSM刺激後、JAK2/STAT3活性化や初期応答遺伝子OIG31、Myd118の発現は、両細胞株ともに観察されたが、adherens junctionの消失や裏打ち蛋白質群の細胞質分布増大はLO細胞にのみ観察された。
小脳運動学習機構の多重性と海馬による制御

小脳運動学習の一つである瞬目反射の古典的条件付けを用いて、小脳皮質の可塑性と海馬の役割について検討した。小脳皮質の長期抑圧(LTD)に障害をもつグルタミン酸受容体サブタイプGluRδ2欠損マウスは、無条件刺激(US)が条件刺激(CS)に遅れて始まって同時に終わる課題(遅延課題)では学習が障害されるが、USがCS終了直後に始まる課題(トレース0-ms課題)では学習が成立する。このトレース0-ms課題における海馬の関わりを明らかにするために,海馬を破壊して学習に及ぼす効果を調べた。野生型マウスでは海馬破壊群はコントロール群と同様に学習したが、GlnR δ2欠損マウスの海馬破壊群はコントロール群に比べ、学習が顕著に障害されていた。この結果は、小脳皮質LTDに依存しない学習メカニズムには海馬が重要な役割を果たしていることを示している。現在、GluR δ2欠損マウスの海馬に慢性電極(ワイヤー電極)を埋め込み、学習中の海馬神経活動を解析中であるが、遅延課題とトレース課題の間で顕著な差は検出できていなく、今後の検討課題である。また、瞬目反射条件付けにおける海馬の役割を検討するために、ムスカリン性アセチルコリン受容体のサブタイプを欠損したマウスの行動解析を行った。従来、ムスカリン拮抗薬であるスコポラミンの投与により、海馬依存的にこの学習が顕著に障害を受けることが知られている。M1, M2, M3, M5それぞれの欠損マウスを用いて、遅延課題、トレース課題(500ms)を検討したところ、M3欠損マウスのトレース課題において、顕著な学習障害が認められた。このことは、海馬依存性の高いトレース課題は、ムスカリン性アセチルコリン受容体の中で、M3サブタイプが重要な役割を果たすことを示唆している。
老人痴呆症に関与する生体分子の診断用酵素免疫測定法の開発

現在老人痴呆の問題は緊急を要する最重要研究課題の一つであるが発症の明確な原因は明らかでない。本研究は脳内でのアセチルコリンの合成や分解酵素の著しい低下あるいはマイネルト基底核の神経細胞の選択的変性脱落によるコリン作動性神経ニュ-ロンの障害など老人痴呆でみられる変化の根底にある原因を神経栄養因子(Neurotrophic Factor:NTF)や細胞成長因子を中心に分子レベルで究明し老人痴呆の発症機序を明らかにすることを目的としている。本研究は老人痴呆に関与すると考えれる生体分子の診断用酵素免疫測定法の開発を目的としてヒト線維芽細胞増殖因子(Fibroblast Growth Factor:FGF)およびヒト神経成長因子(Nerve Growth Factor:NGF)などの高感度酵素免疫測定法(Enzyme Immunoassay:EIA)の開発について詳細に検討したものである。その結果(1)recombinatbFGFと抗bFGFモノクロ-ナル抗体を用いて固相サンドイッチ型EIAの作製に成功した。確立したEIA系の検出感度は30pg/ml(約1pg/tube)で日内日差再現性はいずれも良好であったがヒト血清から定量的に添加回収されなかった。これらの結果は血清中には本EIA系を妨害する物質が存在することが示唆された。(2)ヒト血清中のbFGFレベルを本法を用いて測定した結果検出限界以下から100pg/mlまで広く分布し検体間で著しい相異が観察された。(3)recombinantヒトNGF(rhNGF)を抗原として調製した抗rhNGF抗体を用いヒトNGFに対する固相サンドイッチ型の確立に成功した。本測定法の感度は0.02pg/tabe(NGFの8×10^<ー19>molに相当)と極めて高く再現性も良好であった。また最近生体内に存在することが明らかにされているNGFとアミノ酸残基の相同性の高いNF3は10ng/ml濃度まで本測定法で交差反応性を示さず特異性の高い測定系であることがわかった。(4)本測定系を用いて健常ヒト血中のNGFレベルを測定した結果510ng/mlであることがわかった。現在老人痴呆患者血中および組織中のNGFレベルを詳細に検討中である。人口の高齢化に伴い老人痴呆は極めて重大な社会問題となりつつあるが発症の明確な成因はわかっていない。本研究は脳内でのアセチルコリンの合成や分解酵素の著しい低下やマイネルトを基底核の神経細胞の選択的変性脱落によるコリン作動性神経ニュ-ロンの障害など老人痴呆でみられる変化の根底にある原因を神経栄養因子や細胞成長因子を中心に分子レベルで究明し,老人痴呆の成因や老人痴呆発症に関与すると考えられる生体分子の酵素免疫測定法(enzyme immunoassay:EIA)を開発し,これらの手法を活用し老人痴呆の早期診断に用いられるキットの作製を目的としている。その結果,(1)遺伝子操作の手法を用いて調製された生理活性の強いヒト神経成長因子(hNGF)やヒトNGFの合成部分ペプチドを抗原としてウサギを用いてポリクロ-ナル抗体を調製した,

(2)調製された抗ヒトNGF抗体はヘビ毒由来NGFを除くすべてのNGFと免疫交差反応性を示すことがわかったが,特にヒトNGFとアミノ酸配列の相同性の高いウシNGFとは酵素免疫測定法で強い交差反応性を示すことも明らかとなった,(3)得られた抗ヒトNGF抗体をビオチンで標識し,ガラクトシダ-ゼあるいはパ-オキシダ-ゼと共有結合させたストレプトアビジンでサンドウィッチするいわゆるBーSA(ビオチンーストレプトアビジン)系による簡便で再現性の高い(群内群間再現性はいずれも変動係数10%以下)高感度(0.06pg0.2ng/assay tube)の測定係の開発に世界に先がけて成功した,(4)ヒト塩基性線維芽細胞増殖因子(hbFGF)についてもその測定係(ElA)を作製した,(5)確立した測定法を用いて正常人や老人痴呆患者血中組織中のNGF,FGFレベルを測定したがこれらの試料中には本測定系を阻害する因子の存在が示唆された。このため現在本測定系を阻害する因子が如何なる物質であるかや測定条件などについて検討中である。人口の高齢化に伴い老人痴呆は極めて重大な社会問題になりつつある。しかし発症の明確な原因は明らかでない。本研究は脳内でのアセチルコリン合成酵素の著しい低下、あるいはマイネルト基底核の神経細胞の選択的変性脱落によるコリン作動性神経ニュ-ロンの障害など老人痴呆で見られる変化の根底にある原因を神経栄養因子(Neurotrophic Factor:NTF)や細胞成長因子を中心に分子レベルで究明し老人痴呆発症の機序を明らかにすることや老人痴呆に関与すると考えられる生体分子の酵素免疫測定法を開発しこれらの測定法を活用して老人痴呆の早期診断用キットの開発を目的とした。その結果(1)遺伝子工学の手法を用いて調製された強い生物活性をもつヒト神経成長因子(Nerve Growth Factor:NGF,rhNGF)を抗原として抗rhNGF抗体を調製した。(2)本rhNGF抗体を用いてサンドウィッチ型酵素免疫測定法(Enzyme Immunoassay:EIA)の確立に成功した。本測定法の感度は0.02pg/well(NGFの8×10^<-19>モルに相当)と極めて高く、また再現性も高かった。(3)最近生体内にNGFとアミノ酸配列の相同性の高いBrain-Derived Neurophic Factor(BDNT),NT-3,NT-4,NT-5などが存在することが知られている。そこで今回確立したrhNGFに対するEIAの特異性について検討した。その結果これらのNTFの中入手可能なNT-3は10ng/mlの濃度まで本測定法で交差反応性を示さず特異性が高いことが分かった。(4)本測定系を用いて正常ヒト血中のNGFレベルは510pg/mlであることが分かった。血中には本測定系を妨害する物質が存在する可能性が示唆されたが、これらに関しては現在検討中である。(5)ヒトではどのような細胞がNGFを生合成するか明らかでないため、本測定法によりまずヒト線維芽細胞(WS-1)がNGFを合成分泌するか否かを検討した。その結果、WS-1細胞はNGFを産生することが明らかとなった。現在老人痴呆症患者血中および組織中のNGFレベルを詳細に検討中である。
Ｌｙｓｉｎｉｂａｃｉｌｌｕｓコレクションの整備と新規生物農薬の開発

本研究では、昆虫死体から耐熱性を示すLysinibacillus様菌株を分離し半翅目に対して強い殺虫効果を示す菌株の結晶性タンパク質をスクリーニングした。各種の昆虫を約20000個体収集しBacillus属類縁細菌株約5000株を取得し、培養性状と顕微鏡観察によって、約2000株がLysinibacillus属近縁細菌として選別した。16S rRNA配列により最終的に約500株がLysinibacillus属に属した。Cryタンパク質のアミノ酸配列の分析を行ったが、使用したプライマーがほとんどの菌株で機能しなかった。分離された菌株は保存し、利活用を希望する研究者に譲渡する態勢を整えた。本研究は、国内のさまざまな地域の水田などから昆虫死体を多数収集して、これらの腸管から耐熱性を示すLysinibacillus様菌株を分離する。分離された菌株を飼育されたショウジョウバエに噴霧することにより、半翅目に対する殺虫効果を確認する。半翅目に対して強い殺虫効果を示す菌株の結晶性タンパク質の遺伝子配列をすでに知られている鱗翅目に有効なCryタンパク質などに基づいて設計されたプライマーを使用して解読し、アミノ酸配列のデータベースを確立する。これらの菌株で鞘翅目など鱗翅目以外の昆虫に広い殺虫スペクトルを示す菌株を選別し、生物農薬として使用する系統を確立することを目指している。さらに、将来的にはこの菌株を資材化と毒素タンパク質の一部をイネにペプチドが発現されるような形で導入して、耐虫性系統の作出を目指している。昨年度は昆虫を双翅目、半翅目を中心に約500個体を採取し、80°C10分の耐熱性を示す菌株の分離を行い、約200株を取得し、16SrRNA部分配列によってLysinibacillus属と判定されたもの約50株を選別した。今年度は引き続き双翅目、半翅目、鱗翅目昆虫を約10000個収集し、80°C10分の耐熱性を示すBacillus属類縁細菌株約2000株を取得し、培養性状と顕微鏡観察によって、これらのうち約1000株がLysinibacillus属近縁細菌を選別した。選別した細菌の16SrRNA部分配列の解読によって、最終的に約300株がLysinibacillus属であることが確認され、16SrRNA配列において、昨年度までに確認されたこの属の多様性がさらに大きいことが確認された。取得された菌株はグリセロールを50%になるように加えて-80°Cで保存した。現在、プライマーを用いた結晶性タンパク質の多様性確認作業を行っている。今年度は東京大学学内の管理的な仕事のため長期出張ができなかったため、東京近県より昆虫を採取した。昆虫は双翅目、半翅目を中心に約500個体を採取し、次にこれらを80度で10分加熱して耐熱胞子を生成する細菌だけを選別した。昆虫をホモジェナイザーで摩砕して耐熱性細菌をでんぷんを含むNB寒天培地で培養した。この結果、約200株の耐熱細菌を分離した。これらの細菌から培養性状と顕微鏡観察によってLysinibacillus属細菌と判定される細菌を約100株選別した。選別した細菌の16SrRNA部分配列の解読によって、最終的に約50株がLysinibacillus属であることが確認された。16SrRNA配列において、従来まで確認されているこの属の多様性を確認した。半翅目に対して強い殺虫効果を示す菌株の結晶性タンパク質の遺伝子配列をすでに知られている鱗翅目に有効なCryタンパク質などに基づいて設計されたプライマーを使用して解読し、アミノ酸配列データベースを確立する。これらの菌株で鞘翅目など鱗翅目以外の昆虫に広い殺虫スペクトルを示す菌株を選別し、生物農薬として使用する系統を確立することを目的としている。さらに、将来的には毒素タンパク質の一部をイネにペプチドが発現されるような形で導入して、耐虫性系統の作出を目指している。

平成24年度および25年度の研究では、双翅目、半翅目、鱗翅目昆虫を約10000個体収集し、80°C10分の耐熱性を示すBacillus属類縁細菌株約2000株を取得し、培養性状と顕微鏡観察によって、これらのうち約1000株がLysinibacillus属近縁細菌として選別した。今年度はこれらの菌株で16SrRNA配列を確認したところ、最終的に約200株がLysinibacillus属に属することが判明した。また、この解析によってこの属の多様性が非常に大きいことが確認されたため、平成26年度も昆虫から菌株の取得を行い、最終的には約400株のLysinibacillus属菌株を取得した。引き続きCryタンパク質のアミノ酸配列の分析を行っているが、使用したプライマーが機能しない菌株が多かったため、プライマーの再設計と分析を繰り返している。このため、27年度に繰り越して研究を実施する状況となっている。分離された菌株はグリセロールを50%になるように加えてー80°Cで保存した。本研究は、国内のさまざまな地域の水田などから昆虫死体を多数収集して、これらの腸管から耐熱性を示すLysinibacillus様菌株を分離する。分離された菌株を飼育されたショウジョウバエに噴霧することにより、半翅目に対する殺虫効果を確認する。半翅目に対して強い殺虫効果を示す菌株の結晶性タンパク質の遺伝子配列をすでに知られている鱗翅目に有効なCryタンパク質などに基づいて設計されたプライマーを使用して解読し、アミノ酸配列データベースを確立する。これらの菌株で鞘翅目など鱗翅目以外の昆虫に広い殺虫スペクトルを示す菌株を選別し、生物農薬として使用する系統を確立することを目的としている。さらに、将来的には毒素タンパク質の一部をイネにペプチドが発現されるような形で導入して、耐虫性系統の作出を目指している。平成24年度から27年度の研究では、双翅目、半翅目、鱗翅目昆虫を約20000個体収集し、80°C10分の耐熱性を示すBacillus属類縁細菌株約5000株を取得し、培養性状と顕微鏡観察によって、これらのうち約2000株がLysinibacillus属近縁細菌として選別した。今年度はこれらの菌株で16S rRNA配列を確認したところ、最終的に約500株がLysinibacillus属に属することが判明した。また、この解析によってこの属の多様性が非常に大きいことが確認された。引き続きCryタンパク質のアミノ酸配列の分析を行ったが、使用したプライマーが機能しない菌株が多かったため、共通に使えるプライマーの設計ができなかった。分離された菌株はグリセロールを50%になるように加えてー80°Cで保存し、利活用を希望する研究者に譲渡する態勢を整えた。本研究では、昆虫死体から耐熱性を示すLysinibacillus様菌株を分離し半翅目に対して強い殺虫効果を示す菌株の結晶性タンパク質をスクリーニングした。各種の昆虫を約20000個体収集しBacillus属類縁細菌株約5000株を取得し、培養性状と顕微鏡観察によって、約2000株がLysinibacillus属近縁細菌として選別した。16S rRNA配列により最終的に約500株がLysinibacillus属に属した。Cryタンパク質のアミノ酸配列の分析を行ったが、使用したプライマーがほとんどの菌株で機能しなかった。分離された菌株は保存し、利活用を希望する研究者に譲渡する態勢を整えた。殺虫性タンパク質のアミノ酸配列解読が、アミノ酸配列の多様性のため解読用プライマーの適用範囲が狭く、解読できない株が多数存在している。応用微生物学殺虫性タンパク質のアミノ酸
原発性肺癌局所浸潤リンパ球による養子移入免疫療法の基礎的検討

本研究の目的は、原発性肺癌患者の肺腫瘍周囲に浸潤するリンパ球をはじめとする単核球を分離し、ヒトリコンビナントインタ-ロイキン2(rIL2)を用いたIVS(in vitro sensitization)システムを応用し、腫瘍細胞に特異的なTIL(tumor infiltrating lymphocyte)を分離誘導し、その細胞学的特徴を検討することにより、養子移入免疫療法adoptive immunotherapyの基礎的研究を行うことにあったが、当初計画した研究目的や研究方法は動物実験(マウス線維肉腫MCA105、MCA106)では殆ど計画した通りに行えたが、臨床的に原発性肺癌患者より実際に腫瘍特異的Tリンパ球を分離誘導することは計画通りにいかなかった。気管支肺胞洗浄BAL(bronchoalveolar lavage)により腫瘍周囲に浸潤するTリンパ球を集め、分離培養したり、クロ-ニングすることが技術的に困難であるためであった。肺癌所属リンパ節を外科的に切除できれば、抗腫瘍Tリンパ球を集めることは難しくはないが、対象患者は臨床病期がIV期の手術不能症例が多いので、外科的切除により抗腫瘍Tリンパ球を得ることには限界があった。むしろ臨床病期IIIB期の癌性胸膜炎合併症例の胸水より、抗腫瘍Tリンパ球を得ることの方が容易であり、腫瘍細胞の培養も同時に行えるので、当初予定した基礎的検討の一部を省略し、当該年度においては、癌性胸膜炎・癌性膜炎症例に対し、IVS細胞をrIL2と共に胸腹腔内局所や全身的に投与する治療プロトコ-ルを作成し、原発性肺癌6例、転移性肺癌2例の計8例に施行した。この結果、原発性肺癌の3例に有効であることが認められ、これらの成績はマウスMCA105におけるIVS細胞誘導の基礎的検討と共に平成元年度(1989年度)の日本癌学会、日本肺癌学会、第二回JBRM学術集会総会において発表した。本研究の目的は原発性肺癌患者の肺内腫瘍周囲より浸潤単核球を分離し、ヒトリコンビナントインターロイキン2(rIL2)を用いたIVS(in vitro sensiti zation)システムを応用し、腫瘍細胞に特異的なTIL(tumor infiltrating lymphocyte)を誘導し、その細胞学的特徴を検討し、養子免疫療法adoptive immunotherapyの基礎とすることにあるが、当該年度においては臨床応用の前段階として、C57BL/6(B6)マウスの低免疫源性腫瘍モデルであるMCA105においてIVSシステムで誘導される抗腫瘍T細胞(免疫IVS細胞)の最適培養条件およびエフェクター細胞としての免疫学的特徴を検討した。その結果以下のことが明らかになった。(1)抗腫瘍T細胞は広範囲のrIL2濃度に反応して誘導可能であった。高濃度rIL2使用の場合には誘導された細胞はLAK(lymphokine activated killer)活性を示した。(2)低濃度のrIL2を使用したIVS培養の方が高濃度rIL2使用のIVS培養に比し、より治療効果の高い細胞の誘導が可能であった。(3)in vitroでは免疫IVS細胞はautologousなターゲットに対し、より高い細胞障害活性を示したが、in vivoでの抗腫瘍効果との相関はなかった。(4)担癌マウス由来のIVS細胞は、免疫マウス脾臓細胞をほIVS培養のresponderに使用し誘導されたIVS細胞のin vivoでの治療効果がMCA105に特異的であるのに対しのinvivoでMCA106と交差反応を示した。即ち腫瘍増殖に伴って惹起される特異的免疫反応と免疫賦活剤を併用した能動免疫によって惹起される反応とは異る可能性を示した。

以上の基礎的実験研究の他に癌性胸膜炎・腹膜炎に対し、IVS細胞をrIL2と共に胸腹腔内局所や全身的に投与する臨床プロトコールを作成し、これ迄に4例に施行、内2例に効果を認めた。効果のあった1例では放射照射した腫瘍細胞で免疫してTILを得ており、今後のadoptive immurotherapyに応用していく予定である。本研究の目的は、原発性肺癌患者の肺腫瘍周囲より浸潤単核球を分離し、ヒトリコンビナントインタ-ロイキン2(rIL2)を用いたIVS(in vitro sensitization)システムを応用し、腫瘍細胞に特異的なTIL(tumor infiltrating lymphocyte)を誘導し、その細胞学的特徴を検討することにより、養子免疫療法adoptive immunotherapyの基礎的研究を行うことにあるが、当初計画した研究目的や研究方法は、動物実験(マウス線維肉腫きMCA105、MCA106)では殆んど計画した通りに行い得たが、臨床的に原発性肺癌患者より実際に腫瘍特異的Tリンパ球を誘導することは計画通りに行かなかった。気管支肺胞洗浄により腫瘍周囲に浸潤するTリンパ球を集め、分離培養したり、クロ-ニングすることが技術的に困難であるためであった。肺癌所属リンパ節を外科的に切除できれば抗腫瘍Tリンパ球を集めることは難しくないが、対象患者は臨床病期がIV期の手術不能症例が多いので、外科的切除により抗腫瘍Tリンパ球を得ることには限度があった。むしろIIIB期の癌性胸膜炎症例の胸水より抗腫瘍Tリンパ球を得ることの方が容易であり、腫瘍細胞の培養も同時に可能なので、当初予定した基礎的検討の一部を省略し、当該年度においては、癌性胸膜炎、腹膜炎症例に対し、IVS細胞をrIL2と共に胸腹腔内局所や全身的に投与する治療プロトコ-ルを作成し、原発性肺癌6例、転移性肺癌2例の計8例に施行した。この結果、原発性肺癌の3例に有効であった。これらの成績はマウスMCA105におけるIVS細胞誘導の基礎的検討と共に、平成元年度(1989年)の日本癌学会、日本肺癌学会、第2回JBRM学術集会総会において発表した。
ダイヤモンド薄膜気相合成における活性種の測定

本研究では赤外レーザー吸収分光法(IRLAS)によってECRプラズマCVDを用いたダイヤモンド気相成長雰囲気中のメチル(CH_3)ラジカルを測定し、成長速度との関連を調べた。初めにメタン/水素の混合ガスでプラズマを発生させ、692.493cm^<-1>の位置にCH_3ラジカルのν_2=1←0R(4,0)の吸収を確認した。メタン濃度を増加させた場合に吸収強度が増加すること、マイクロ波電力を変化させても大きくは変化しないことがわかった。次に実際にダイヤモンド薄膜作製に用いているメタン/二酸化炭素/水素の混合ガスで放電させ、ダイヤモンド成長環境下でのCH_3ラジカル密度、およびアセチレンと供給した二酸化炭素の密度を測定した。マイクロ波電力が2kW以下の場合にはCH_3ラジカル密度とアセチレンの密度はほとんど一定で、CH_3ラジカル密度は23×10^<11>cm^<-3>程度である。マイクロ波電力を増加させると二酸化炭素の分解が進み、それに伴ってCH_3ラジカルとアセチレンの密度が増加する。マイクロ波電力5kWではCH_3ラジカル密度は8×10^<11>cm^<-3>に達する。ダイヤモンド薄膜の成長速度はマイクロ波電力2kWまではほとんど0で、マイクロ波電力2kWを越えると急激に増加する。この傾向は定性的にはCH_3ラジカルの密度の変化と一致するが、2kW以下でCH_3ラジカル密度は必ずしも0でないにも関わらずダイヤモンドの成長がまったく認められないことから、CH_3ラジカル以外に成長に関与する活性種の存在が予想される。また、パルス変調放電を行なった結果、放電開始時のCH_3ラジカルの生成速度、放電後の消滅の速度を測定した。メタン/水素混合ガスでは放電終了直後にCH_3ラジカルの増加が認められた。これは親ガス(メタン)と水素ラジカルまたはCH_2との反応と考えている。
連産性に着目した環境・エネルギー政策間評価のためのエネルギー需給構造に関する研究

リサイクル政策の多くは最終製品に焦点をあて,より上流の連産品には注目していない。本研究では連産品に焦点をあてた環境政策の計画のために,国連エネルギー統計データベースを用いて日本他いくつかの国の石油製品の需給構造を分析する。例えば,一部の産油国で連産品として他の製品に随伴して産出され燃料用途に向かず非燃料用途向けとして,当該国内消費が困難なナフサを日本は輸入し,プラスチック類のような石油化学製品の主要原料として資源活用している。プラスチックごみの熱回収は,石油化学製品経由での燃料化と評価でき,再生利用は資源活用への逆行とも考えられる。より上流の連産品の性質を視野に入れるべきである。リサイクルに関する政策は,重要な環境政策の中のひとつであるが,多くの政策は最終製品に焦点をあてており,より上流の連産品には注目していない。連産品とは,ある特定の製品の生産に伴って産出される別の製品であり,その意図にかかわらず産出されることが特徴である。本研究では,連産品に焦点をあてた環境政策の計画のために,国連エネルギー統計データベースを用いて,日本他いくつかの国の石油製品の需給構造を分析する。例えば,石油製品の中でも,燃料用途への現実的な使用が困難なナフサは,非燃料用途向けに使用されており日本ではその傾向が強い。産油国で燃料用の石油製品を製造する際,連産品としてこれは産出されるが当該国内での消費は困難である。日本はこれを輸入し,非燃料用途として資源の有効活用を行っている。ここでの非燃料用途とは石油化学製品の製造である。それに対して例えば,米国では,非燃料用途向けに燃料としても使用できる液化石油ガスを石油化学製品の原料として多く使用している。非燃料用途向けとして想定されるプラスチック原料に関してのマテリアルリサイクルは,日本の場合,ナフサの省資源化につながり,ナフサの資源活用的側面に対しては逆の効果を持つことが推測される。それに対して米国の場合は,マテリアルリサイクルによって燃料用途に転用できる液化石油ガスの省資源化に結びつくため,マテリアルリサイクルの意味合いが異なる。日本の場合,熱回収は,燃料用途としての使用が困難なナフサを,石油化学製品を介して固形燃料化しているとも評価できる。このように連産品の場合は,下流の製品それぞれを単独で想定するのではなく,上流をも視野に入れた環境政策の立案が望まれる。国際連合の統計(UNData)サイトから石油製品の需給関連データを収集し、これらの項目を解析、そして集計単位の項目修正等、データベース構築にかかる作業はほぼ完了している。この成果により、国毎に石油製品別の消費量や輸出量、輸入量、在庫の増減量等が時系列で把握できるようになる。環境政策で対象となるエネルギーや製品は、原油等化石燃料の特定の成分から変換あるいは生産される。他方で特に原油は、様々な石油製品を同時に産出しており、特定の石油製品だけを生産することは効率的ではない。ある環境政策の効果を石油換算という形式で計算上での効果を示すことはよく行われる。しかし、現実には特定の石油製品に対して省資源化を行う施策を実施しても、同時に生産される他の石油製品の需給動向によっては、省資源化された故に生じた余剰分が他国へ向けて輸出されるか国内で在庫となる場合が考えられる。この成果は、各国の石油製品別の需給構造を把握し、例えばプラスチック再利用等ある環境政策と照合することで、その環境政策の効果が化石燃料そのものの消費量の削減へ結びつく程度を比較評価することが可能になる。また、省資源化に関わる環境政策は諸外国と比較されて議論されることがよく行われる。我が国と比較対象にある国との間にある化石燃料の需給構造の違いによって環境政策の効果は異なってくることが予想されるが、それらを評価する上でのデータを提供することができる。他には、需給構造の時系列変化を追跡することにより、過去の実施時期の違いによる環境政策の効果について議論することができるようになる。データベースの構造解析作業及びデータ集計のためのプログラムの構築作業が当初の見込みよりも時間を要した。研究計画の変更を必要とするほどの遅れではないので、世界全体の需給構造およびアジア、ヨーロッパ等の地域単位での需給構造の分析を行う。その後、用途転換の分析や、文献調査(必要に応じて実態調査)を行い、環境政策・エネルギー政策等の評価(プラスチックリサイクル等の評価)について行う予定である。該当なし
B細胞腫瘍の病因解析のための病理学的、疫学的研究

本研究の目的はリンパ節外性に発生するBリンパ腫を対象として、臓器の長期炎症が炎症局所からのリンパ腫発症の重要な要因となることを明らかにすることである。1.甲状腺リンパ腫(1)染色体分析の結果から2群に分けられる。一方は数的異常を示す群で、甲状腺腫大から受診までの期間が長く、かつ血清中の甲状腺自己抗体陽性率が高い。他方は14q+を示す群で受診までの期間が短く、抗体陽性率低い。(2)甲状腺リンパ腫はATL非汚染地区では全てB細胞性であった。これらの症例で腫瘍細胞内へのEBウイルスゲノムの取り込みを調べたが、大部分が陰性であった。現在はATL汚染地区の甲状腺リンパ腫、その基礎疾患というべき橋本病患者についての病理学的、免疫学的調査を行いつつある。2.慢性結核性膿胸患者に発生する胸膜リンパ腫慢性結核性膿胸患者に胸膜リンパ腫が多発している。全国調査の結果(1)患者の年齢は46-81才(平均63才)、男女比は5.2である、(2)全例20年以上の慢性結核性膿胸の経過後に胸腫リンパ腫が発生している、(3)腫瘍細胞はほとんどの場合B細胞性格を示すことが明らかとなった。現在、胸膜リンパ腫の発病背景要因の検討、予後因子の解析のための調査を準備中である。これまでに得た知見から「慢性炎症はその原因を問わずBリンパ腫の発生母地となりうる」ことを示唆している。3.脳リンパ腫腎移植患者、AIDS患者に脳リンパ腫が多く発生することが報告され、免疫不全と脳リンパ腫発生の因果関係が想定されている。本邦の脳リンパ腫(97症例)を調査したところ臓器移植、AIDS患者は一例もなかった。免疫学的には全例B細胞性であった。他方は14q+を示す群で受診までの期間が短く、抗体陽性率は低い。全国調査の結果(1)患者の年齢は46ー81才(平均63才)、男女比は5.2である、(2)全例20年以上の慢性結核性膿胸の経過後に胸膜リンバ腫が発生している、(3)腫瘍細胞はほとんどの場合B細胞性格を示すことが明らかとなった。免疫学的には全例
噴霧・噴流冷却時の局所的固液接触初生・拡大プロセスの可視化計測と伝熱解析

沸点以上に過熱された高温面を噴霧あるいは噴流で冷却する場合、固液接触の無い膜沸騰状態はいずれ局所的・間欠的に崩壊し、局所的な固液接触が発生し急冷が始まる。その発生条件(いわゆる濡れ開始条件)は、鉄鋼冷却プロセスの高度化や高温物体緊急冷却安定性評価において非常に重要となる。本研究ではその濡れ開始条件を、主に可視化実験と局所表面温度計測により検討した。その結果、本実験条件下では、濡れが開始する時の表面温度は自発核生成温度とライデンフロスト温度の間に分布すること等が分かった。現有の噴流冷却・固液接触可視化装置を改良し、可視化伝熱面であるサファイア板に穴空け加工を行い、シース熱電対(シース外径1mm)による表面温度測定を試みた。試験液体にHFE-7100(沸点60°C)を用い、サファイア板初期温度約250°Cの状態から噴流冷却を行った際、膜沸騰状態(全面乾燥状態)から局所的濡れが発生する時の表面温度測定を行った。その結果、シース熱電対位置の濡れ開始温度(MHF点温度に相当)は、試験液体の自発核生成温度とライデンフロスト温度の間に分布することが分かった。また、噴流の流量密度増加に伴い濡れ開始温度も増大することが分かった。同時に、試験液体を水に変更しサファイア板初期温度が約400°Cに設定可能な装置の設計を行った。現有装置ではシール部分にシリコン系接着剤を用いていたが、そこを金属Oリングに変更し、サファイア板の形状・サイズも、現有の矩形(50mm角)から直径100mmの円板に変更させ、装置全体の設計をゼロから行った。製作完了には至らなかったが、サファイア板以外の部分の装置製作を開始した。制作中の可視化装置では、当初の計画内容に加えて、極細細線シース熱電対(シース外径0.1mm)による表面温度計測も加えた。上述の今年度の研究成果は、シース熱電対部分の熱容量等の違いにより、特異点の現象を捉えている可能性を否定できない。そのため、熱容量の問題を極力排除しつつ、固液接触可視化と濡れ開始表面温度を同時に可能とする装置に変更した。昨年度に改良製作した噴霧冷却時の固液接触状況可視化装置では、過熱面中心1点にφ1mmのシース熱電対を設置し、局所的濡れ開始時の現象観察と表面温度測定を同時に行った。今年度は、さらに表面温度測定点を5点に増やすと同時に、シース径をφ0.25mmと極細タイプに変更し、局所的濡れ開始が噴霧ノズル直下からの距離に対してどのように変化するのかを実験的に調査した。その他の実験条件は、ほぼ昨年と同様で、試験液体はHFE-7100(沸点約60°C)、透明なサファイア板初期温度は約250°C、流量密度は97263L/m^2s、液温は室温、である。その結果、局所流量密度がほぼ均一な領域内においても、局所的濡れが開始するのはノズル直下が最も早く(最も表面温度が高温で濡れが生じ)、流量密度だけではなく衝突角度(ひいては、過熱面に対する液滴衝突速度の鉛直成分)が濡れ開始に影響を及ぼすことが示唆される。その他、ノズル直下からの水平方向距離が大きくなるにつれ局所的濡れ開始表面温度は低下することや、過熱面上の三相界線が周囲に拡大する際に、表面温度は一旦低下した後わずかにわずかに温度回復し、その後また低下する傾向があることが分かった。伝熱解析について、過去に作成した液滴衝突時の過熱面内非定常熱伝導解析プログラムを改良し、表面境界条件として大きく膜沸騰領域・三相界線近傍領域・濡れ領域の3つの領域の熱伝達境界条件を入力できるように改良した。過熱面サイズを大型化(φ180mm)し試験液体を水に変更し初期温度約400°Cに設定可能な実験装置は、昨年度に設計作業を一旦は終えていたが、高温のオイル漏れ防止の設計し直し等により製作完了には至らなかった。過熱面サイズを大型化(φ180mm)し試験液体を水に変更し初期温度約400°Cに設定可能な実験装置は、製作を進める段階で新たな問題(高温のオイル漏れ防止、装置全体重量、等)が分かり、設計を全面的に見直したため製作完了には至らなかった。昨年度までに改良製作した噴霧冷却時の固液接触状況可視化装置では、濡れ開始温度を2次元的に計測するため、シース径φ0.25mmの極細熱電対を5点設置した。しかし、数回の実験後に、この極細熱電対設置部位よりサファイア面に亀裂が生じ、製作し直しても亀裂が生じやすいことから、2次元的な濡れ開始温度計測は一旦中止し、噴霧冷却時の濡れ開始に至る詳細な画像解析を行った。噴霧冷却時には、滴径100μm程度の多数の液滴がサファイア面上に連続的に衝突しており、初期表面温度が高い場合には、高速度カメラの撮影速度(1000fps,露光時間1/50000s)の範囲内では、各液滴ごとの固液接触は観察されない。しかし、冷却が進行し表面温度がある程度まで低下すると、噴霧領域内にある分布を伴うが、各液滴の衝突に対応する局所的な濡れ点(サイズは0.1mm程度、持続時間は20μs程度)が観察され始め、そのような濡れ点が多数観察された後、直径数mmの濡れ領域が初生・拡大していくことが分かった。

局所的な濡れ点の数を、画面上で手作業でカウントした結果、時間経過に伴いそれほど濡れ点の数に大きな変化は見られなかった。この結果は、昨年度に改良した過熱面内非定常熱伝導解析プログラムで想定した状況とほぼ同様であり、今後の伝熱解析の実験的エビデンスとなった。過熱面サイズの大型化(φ180mm)と表面温度を400°Cに設定可能な実験装置は、高温のオイル漏れ防止が可能なメタルシールの導入により製作が完了した。沸点以上に過熱された高温面を噴霧あるいは噴流で冷却する場合、固液接触の無い膜沸騰状態はいずれ局所的・間欠的に崩壊し、局所的な固液接触が発生し急冷が始まる。その発生条件(いわゆる濡れ開始条件)は、鉄鋼冷却プロセスの高度化や高温物体緊急冷却安定性評価において非常に重要となる。本研究ではその濡れ開始条件を、主に可視化実験と局所表面温度計測により検討した。その結果、本実験条件下では、濡れが開始する時の表面温度は自発核生成温度とライデンフロスト温度の間に分布すること等が分かった。試験液体を水に変更しサファイア板初期温度が約400°Cに設定可能な装置の製作を完了する予定であったが、研究実績の概要に述べたように、濡れ開始表面温度の同時測定も行う意義が高いと判断し、その実験実施を優先させたため、新装置製作完了には至らなかった。1)昨年度作成したHFE-7100用の装置により、実験条件を変更させて追加の実験を行う。2)これまで得られた実験データや他の文献知見を用いて、過熱面内の非定常熱伝導解析を行う。必要であれば、さらにプログラムの改良を行う。3)過熱面サイズを大型化(φ180mm)し試験液体を水に変更し初期温度約400°Cに設定可能な実験装置は、今年度前半に完成させる予定。より汎用的な知見取得を目指す。伝熱工学平成26年度に完了しなかった新装置製作をまず完了させ、当初の計画通りに、試験液体を水に変更しサファイア板初期温度が約400°Cに設定可能な装置により固液接触状況の可視化実験を行う。追加として、可視化と同時に濡れ開始表面温度の測定も行い、より汎用性・信頼性のある結果を得たい。伝熱解析については、過熱面内の非定常熱伝導解析を行う。表面の境界条件として、可視化で得られる知見をふまえて、他の文献に示される熱伝達境界条件を設定し計算を行う。新規実験装置の製作が完了するに至らなかったため。平成26年度27年度の研究実施内容に一部修正が生じたため。(以下、その詳細)研究実績の概要に述べたように、平成26年度において、試験液体を水に変更しサファイア板初期温度が約400°Cに設定可能な装置の製作を完了する当初予定であったが、研究実施途中の検討の結果、濡れ開始表面温度の同時測定も行う意義が高いと判断し、その実験実施を優先させたため、年度内に新装置製作完了には至らなかった。その装置製作作業の一部を平成27年度に持ち越したため。平成28年度に新規実験装置製作時に使用する。次年度使用額(B-A)分は、平成26年度に完了しなかった新装置製作のための費用(全て消耗品費)として使用する予定。
双極子モーメントを持つ有機半導体材料群の創出と有機デバイスへの応用

アズレン骨格で構成された3量体分子(ターアズレン)がn型半導体材料として優れた性質を持つことを見出した。また、分子軌道の偏りが半導体の極性を制御していることを見出し、「分子軌道制御による半導体極性制御」という新しい概念を確立した。チエノチオフェン骨格が持つ折れ曲がり構造によって、無置換にもかかわらず高い溶解性を持ち、溶液プロセスでの薄膜作成が可能な有機半導体材料を開発した。本結果によって、高い溶解性と分子配向性を両立させる新たな分子設計指針が得られた。アズレン3個を2,6-位で同方向に連結したターアズレンが持つn型特性を説明するために、分子軌道、トランスファー積分、再配向エネルギーを計算した。その結果、LUMOが分子全体に広がっているのに対してHOMOは分子の末端に分布しており、双極子モーメントが分子軌道に大きな影響を与えていることが明らかになった。また、電子輸送に対するトランスファー積分が高い値を示した。一方、再配向エネルギーはカチオン種が低い値でありホール輸送に対する優位性を示した。以上の結果から、ターアズレンのn型半導体特性において分子間の軌道の相互作用が支配的であることが明らかになった。アズレンの方向が異なる残り3種のターアズレン異性体全ての合成に成功し、有機電界効果トランジスタ(OFET)特性を評価した。その結果、全てのターアズレン異性体においてn型特性の発現が確認され、移動度は最大で0.3 cm2/Vsを示した。さらに、HOMOの軌道が分子全体に広がった異性体はn型とp型の両特性(アンバイポーラ特性)を示した。以上の結果は、分子軌道制御による半導体極性制御を支持しており、半導体材料の新規な分子設計の指針としての利用が期待される。溶解性と配向性の向上を目的として折れ曲がり型アセンの合成とFET特性評価を行った。その結果、2種の折れ曲がり型アセン化合物bent-DNTT,bent-DATTを3段階の簡便な合成法により得ることができた。また,bent-DNTTはジクロロメタンに対して2000 ppmの高い溶解度を示した。FET特性の評価を行ったところ、bent-DNTTがスピンコートによる塗布法においてp型半導体特性を示した。以上の結果より、官能基を導入することなくチオフェン骨格が構築する分子の折れ曲がり構造のみによって高い溶解性と分子配向性の両立が可能であることを示すことができた。分子軌道制御に基づくアンバイポーラ材料の合成を目的として、ターアズレン異性体について詳細な半導体特性評価を行った。その結果、4種類のうち2種においてアンバイポーラ特性を確認した。即ち、全ての異性体について分子軌道制御による半導体極性制御を達成した。この際、全ての異性体において分子の双極子モーメントが分子軌道制御に大きな影響を与えていることを明らかにした。また、ビアズレン化合物についても同様に分子軌道制御を支持する結果が得られた。さらに、アルキル基を有するアズレンオリゴマーの合成に成功し、非対称に導入したアルキル基が溶解性と分子配向を両立することを明らかにした。高溶解性を有する折れ曲がり型アセン化合物群の合成と物性評価、およびそれらを塗布型半導体に用いた有機電界効果トランジスタの開発を目的として、前年度合成が達成されたbent-DNTTの単結晶構造解析ならびに薄膜構造解析を行った。その結果、再結晶法では唯一の結晶構造が得られ、その構造はπスタック方向に大きなトランスファー積分を有していた。一方、蒸着法では結晶多形が存在し、優位なトランスファー積分を持たない構造であることが明らかになった。また、非対称なbent-ANTTの合成を検討した。その結果、段階的なFriedel-Crafts反応を用いることで目的物を合成することができた。非対称型の折れ曲がり構造に期待した高い溶解性は得られなかったが、他の対称型分子と比較して高い分子配向性を持つことを見出した。有機化学、機能物性化学当初の計画通り、全てのターアズレン異性体の合成に成功し、全ての半導体特性の評価を完了している。特に、n型半導体材料としての有用性、ならびに「分子軌道制御による半導体極性制御」という有機半導体材料における新規な分子設計の指針を示すことができた。また、折れ曲がり型アセン類の合成法を確立し2種類の化合物の合成に成功している。さらに、これらの折れ曲がり型アセン類を用いてスピンコート法によって作成したデバイスにおいて半導体特性を得ることに成功している。本結果の一部は既に当初計画していた次年度の計画内容を含んでおり、研究期間内にすべての目的が達成できると考えられる。今年度、ターアズレンが高いn型半導体特性を持つことを見出し、分子間の軌道の相互作用が支配的であることを確認した。最終年度は、さらに高い移動度を目指してアズレン骨格を拡張したクオータアズレンの合成とファスナー効果を期待した長鎖アルキル基の導入を検討する。また、折れ曲がり型アセン類の溶解性と分子配向性の更なる向上を目指した非対称な折れ曲がりアセンの合成を検討する。

さらに、有機薄膜太陽電池への応用を検討する。ターアズレン異性体の合成が予定よりも早く進展したため、当初は最終年度に計画していた全異性体の合成と長鎖アルキル基の導入の実施順序を入れ替えて研究を行った。この変更に伴う全計画内容の変更は無く、当初予定していた研究成果の達成が期待できる。ターアズレンへの長鎖アルキル基の導入に用いる合成用試薬と溶媒を購入する。