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肝臓の骨格筋肥大に対する役割-骨格筋肥大機構の新たな展開-

骨格筋肥大に伴うアルブミンの増加は肝細胞の由来であることが判明した。そこで、これまでの実鹸結果を確認するために、GFPラットを用い、GFPラットの肝細胞を被験ラットの尾静脈に注入し肥大した筋細胞への移動について検討した。その結果明らかにGFP由来の肝細胞が肥大筋細胞に融合しているのが観察され、これまでの実験結果を再確認することができた。従って、骨格筋肥大はサテライト細胞による既存筋細胞への融合だけでなく、血液を介した肝臓からの肝幹細胞が深く関与していることが判明した。そこで、筋肥大率とアルブミンの関係を観察した結果、筋肥大とアルブミン量とは密接な関係にあることが判明した。すなわち、肝幹細胞の骨格筋への流入の程度が骨格筋肥大に関与していることが示唆された。骨格筋組織で肝幹細胞がどのような機構で筋細胞(筋予定芽細胞)に変化していくのかを組織学的に検討した。肝幹細胞は、基本的にアルブミン合成能を有していることから、骨格筋組織に流入した時点ではアルブミンの抗体でよく染まるのが観察された。さらに、筋細胞へ分化する指標でマイオゲニンの抗体を用いて二重染色した結果、明らかにアルブミンとマイオゲニンの両方が染まる細胞が、筋組織の細胞間隙に多数観察することができた。従って、肝幹細胞は骨格筋組織融合前に、なんらかの刺激によって筋細胞に分化し、その後、筋細胞に融合するものと考えられる。また、培養実験の結果、肝幹細胞は筋培養液中で筋細胞に変化するのが観察された。最初の実験では成長や運動時の生体を染色し、筋組織を観察した。その結果、発育過程において染色液浸透の変化が観察された。とくに未熟な組織において、浸透液浸透の割り合いが高かった。このことは発育に伴い筋組織が完全に形成されるまでには相当な時間がかかることが判明した。二番目の実験では運動によって筋の肥大が観察され、その際、筋組織の崩壊像が観察された。その崩壊した組織の多くの筋細胞に染色液が浸透した。このように成長時や運動時では基本的に新たな組織を構築するために筋組織の崩壊が起るものと思われる。三番目の実験として肝幹細胞や骨髄幹細胞を採取し、運動負荷時、移植することによって、それらの幹細胞が既存の筋繊維の融合するのを検討するために行った。その結果、両幹細胞とも既存の細胞に融合している組織像を観察することができた。実際、運動負荷によって肝臓からの肝幹細胞の筋組織への移送の可能性を確認するために血中逸脱酵素と筋組織でのアルブミン陽性細胞、さらには血中でのアルブミン陽性細胞の有無について確認した。その結果、血中逸脱酵素GOTとALPは統計的に有意に増加した。しかしながら血中逸脱酵素GPTやγーGTPの変化については観察されなかった。これらの結果は骨格筋肥大に伴い肝機能に何らかの変化が存在したものと考えられるは、それぞれの逸脱酵素の挙動については今後検討する必要がある。また、筋組織内にアルブミン陽性細胞が多数存在することが確認された。また二重染色の結果アルブミン陽性細胞が筋分化転写因子であるマイオゲニンを発現している像が確認された。さらに、血液中にアルブミン陽性細胞が存在した。このことから肝臓から肝幹細胞が移送され骨格筋肥大に関与していることが強く示唆された。そこでこれまでの実験結果を確認するために、GFPラットを用い、GFPラットの肝細胞を被験ラットの尾静脈に注入し肥大した筋細胞への移動について検討した。その結果明らかにGFP由来の肝細胞が肥大筋細胞に融合してるのが観察され、これまでの実験結果を再確認することができた。

従って、骨格筋肥大はサテライト細胞による既存筋細胞への融合だけでなく、血液を介した肝臓からの肝幹細胞が深く関与していることが判明した。そこで、筋肥大率とアルブミンの関係を観察した結果、筋肥大とアルブミン量とは密接な関係にあることが判明した。すなわち、肝幹細胞の骨格筋への流入の程度が骨格筋肥大に関与していることが示唆された。骨格筋組織で肝幹細胞がどのような機構で筋細胞(筋予定芽細胞)に変化していくのかを組織学的に検討した。肝幹細胞は、基本的にアルブミン合成能を有していることから、骨格筋組織た流入した時点ではアルブミンの抗体でよく染まるのが観察された。さらに、筋細胞へ分化する指標でマイオゲニンの抗体を用いて二重染色した結果、明らかにアルブミンとマイオゲニンの両方が染まる細胞が、筋組織の細胞間隙に多数観察することができた。従って、肝幹細胞は骨格筋組織融合前に、なんらかの刺激によって筋細胞に分化し、その後、筋細胞に融合するものと考えられる。また、培養実験の結果、肝幹細胞は筋培養液中で筋細胞に変化するのが観察された。
工業高等専門学校における応用数学の教授内容と方法に関する研究

工業高等専門学校の学生においても、数学的基礎学力・応用能力の低下や、気質の変化には近年著しいものがある。基礎学力の低下は、教科として学習した数学を工学系専門科目に結びつけようととする学生達の意識を弱くさせており、数学の教授方法はもっと専門科目の内容を強く意識した上に立って検討されるべきと考える。その観点に立って、平成9年以来科研費の援助を受けて「工学系分野に必要とされる数学に関する調査研究」を行ってきた。既に、物理化学、材料力学、流体力学、電磁気学、符号理論、熱力学、構造力学の7分野について調査研究を行い、それらの結果は論文として公表され、さらに学会においても口頭発表されている。本年度科研費による研究はこれらの成果の総仕上げとして、上記各分野の調査から得られた「工学実例からの数学例題集」を各分野ごとに作成した。本例題集は、数学教官が実際の授業でも使用できるよう専門用語の解説を付け、その工学分野の目的と概観、使用する数学の特徴と方法などについても解説を行った。工業高等専門学校の学生においても、数学的基礎学力・応用能力の低下の傾向や、学生気質の変化には、近年著しいものがあり、従来行われている数学の教授方法・内容・組立方では、学生達が工学系専門科目を修得していくに際して、大きな役割を果たし得なくなっていると考えられる。基礎学力の低下は、数学を専門科目へ結びつけようとする学生達の意識を弱くさせており、数学の教授方法はもっと専門科目の内容を強く意識した上に立って検討され直さなければないと思われ、平成9年度以降数学教師の立場に立って、各分野での数学の特徴的な使われ方、特に必要とされる数学項目やその偏り方を明らかにするための調査を物理化学、材料力学、流体力学、電磁気学、符号理論、熱力学の各分野について既に行ってきた。それらの結果は論文として発表され、さらにテキストとしても作成されている。本年度の研究はこれらの成果に基づき、(1)数学の授業で使用できる工学問題の例題集を作成すること、(2)構造力学分野における数学についての調査研究、であり(1)は冊子として出版され、(2)は論文としてまとめられ公表された。
気相堆積法による平坦化酸化物表面を利用したLiイオン電池固体電解質界面のナノ解析

酸化物電極表面における電解質分子と溶媒分子の反応サイトを特定することを目的とし、二酸化チタン単結晶表面におけるLi原子と炭酸プロピレン分子の吸着状態を解析した。Li原子は単原子ステップに濃縮され、炭酸プロピレン分子はO原子欠陥で安定化されることを明らかにした。得られた結果は、電極表面ナノ構造の制御が固体電解質界面の最適化の鍵になることを示している。本研究の目標は、電極表面における固体電解質界面(SEI)の形成サイトを特定し、電極表面のナノ構造に基づいたSEIの制御法を提案することである。SEIは、Liと電解質から成る化合物の厚さ数nmの層であり、リチウムイオン電池の陽極と電解質の界面に形成される。電極表面や電解質の分解を抑制する正の効果と、電池の付加逆容量を増加させる負の効果を併せ持ち、SEIの構造(厚さ、濃度)の最適化がリチウムイオン電池の長寿命化、高容量化の鍵である。平成24年度は、二酸化チタン(TiO2)(110)-(1×1)表面における炭酸プロピレン(PC)分子の吸着を解析した。TiO2は、リチウムイオン電池の陽極材料であるマンガン酸化物と同様にイオン性が強い酸化物である。表面は平坦なテラスで構成され、テラスにはO原子が抜けた欠陥が存在する。このO原子欠陥やテラス間の段状構造(ステップ)には配位不飽和なTi原子が露出する。そのため、これらのナノ構造にはPC分子が吸着し、SEIの形成サイトとなる可能性がある。TiO2(110)-(1×1)表面の仕事関数はPC分子の吸着により減少した。仕事関数の減少は真空側に向いた表面双極子の形成を示す。極性分子であるPC分子は負に帯電したカルボニル基のO原子を介して(1×1)表面に結合すると考えられる。走査トンネル顕微鏡(STM)を用いた分子スケール観察により、PC分子がTi原子列上及びO原子欠陥に吸着することがわかった。室温でPC分子はTi原子列上を拡散したが、O原子欠陥には安定に吸着した。カルボニルO原子はO原子欠陥で露出した2つのTi原子に配位し、安定化すると結論した。得られた結果は、電極表面の還元処理によりO原子欠陥の密度を変えることでPC分子の吸着を制御できることを示す。今後、Li原子とPC分子の反応活性サイトの特定、マンガン酸化物表面の電解質溶液中解析を進める。本研究は、リチウムイオン電池の陽極のモデル表面を解析し、電極表面ナノ構造が固体電解質界面(SEI)の局所構造(濃度、厚さ)に与える影響を解明することを目標とする。SEIは、電解質の分解生成物とLiで電極表面に構成される、厚さ数nmの層である。電解質や電極の分解を抑制する正の効果と付加逆容量を増加させる負の効果を併せ持つSEIの最適化が、リチウムイオン電池の長寿命化、高容量化の鍵となる。平成23年度は、二酸化チタン(TiO2)(110)表面におけるLi原子の吸着状態を解析した。TiO2はリチウムイオン電池の陽極材料であるマンガン酸化物と同様にイオン性が強い酸化物であり、表面局所構造(ステップ、原子欠陥)では正負イオン比が不均一になり、電荷分布が局所的に変動する。正イオンとして吸着するLi原子の分布は局所構造の影響を受けると予想され、その吸着状態の解析はSEIの形成プロセスの初期段階の解明に繋がる。TiO2(110)表面にLi原子を蒸着し、超高真空中で走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて観察した。Li原子はin-plane酸素原子のfourfold hollow site、in-plan酸素原子とブリッジ酸素原子から成るthreefold hollow site、ブリッジ酸素欠陥の3種類のサイトに吸着し、室温で拡散した。また、ステップ端では吸着Li原子の密度が低下することを見出した。Li原子は負電荷密度が高い酸素原子欠陥やステップ端では基板に電子を与えることができず、安定に吸着しないと考えられる。得られた結果は、酸化物電極表面ステップや欠陥の密度を利用した、Liの吸着を制御できる可能性を示している。次年度はLi原子と炭酸プロピレンの反応活性サイトの特定、マンガン酸化物表面の電解質溶液中解析に着手する。平成23年度には、Li原子の分布が二酸化チタン表面の電荷分布を反映することを明らかにした。イオン性金属酸化物表面の局所構造における分布の不均一性は、NaやKなど他のアルカリ金属原子や遷移金属原子では報告されておらず、Li原子に特有の性質であると考えられる。この結果は、Li原子の吸着を酸化物電極表面のステップや欠陥の密度を利用して制御できる可能性を示している。本研究は、「電極表面と固体電解質界面(SEI)のナノ構造制御がリチウムイオン電池の高性能化に繋がる」、という発想に基づいている。この発想の実現に繋がる成果を得た意義は大きく、研究は順調に進展していると考える。

平成24年度は、1)イオン性酸化物表面におけるLi原子と炭酸プロピレンの反応活性サイトの特定、2)リチウムイオン電池電極モデル表面の作製、3)電池動作環境下での固体電解質界面(SEI)の電解質溶液中解析、を進め、電極表面ナノ構造がSEIの局所構造(濃度、厚さ)に与える影響を解明する。1)超高真空中でLi蒸着TiO2(110)表面に炭酸プロピレンガスを導入する。Li原子と炭酸プロピレンの化合物の生成が進行する反応活性サイトを走査トンネル顕微鏡観察により特定し、酸化物表面ナノ構造を利用した反応活性サイトの密度・分布制御が可能であることを実証する。2)気相堆積法を用いてβ-MnO2単結晶薄膜をTiO2(110)表面に作製する。β-MnO2とTiO2の格子のミスマッチは4%であり、エピタキシャル成長が予想される。走査トンネル顕微鏡を用いてβ-MnO2単結晶薄膜表面の原子レベル構造を解析し、Li原子と炭酸プロピレンの反応活性サイトを特定する。3) β-MnO2薄膜を陽極、HOPGを陰極、LiPF6の炭酸プロピレン溶液を電解質溶液として、リチウムイオン電池を作製する。電池の充放電に伴う電極表面構造の変化を、周波数変調原子間力顕微鏡を用いて電解質溶液中で観察する。次に、電池動作環境下でのSEIの局所厚さ・濃度を探針に働く力学的相互作用(ファンデルワールス力、静電気力)として解析し、SEIの局所構造(濃度、厚さ)に与える影響を解明する。平成24年度の研究費は、消耗品の購入、論文投稿経費、旅費に充当する。主な消耗品の1つは、周波数変調原子間力顕微鏡(FM-AFM)用のSi製カンチレバーである。FM-AFMを用いたナノ分解能解析を実現するためには、カンチレバーの探針の先端は清浄で鋭利でなければならない。しかし、試料表面への意図しない衝突や酸化により鋭利な探針は容易に損なわれるため、カンチレバーの交換頻度は高く、消耗数は大きい。また、必要な試薬として、イオン性酸化物基板として利用するTiO2単結晶、β-MnO2薄膜の作製に用いる高純度MnO、炭酸プロピレンが挙げられる。これらに加え、超高真空装置やFM-AFMを維持するための真空・電気部品が消耗品に該当する。論文投稿経費は、掲載料及び英文校正料である。旅費は国内外学会での成果発表に必要な交通費、宿泊費である。
数理生態モデルのパーシステンスと大域的安定性

本研究の目的は、数理生態学における最も重要で基本的な課題である、生態系を構成する生物種が死滅したり、その個体数が爆発したりしないことを保証している系の構造を明らかにするため微分方程式系で記述される数理生態モデルを用いて解析することであった。従来の平衡点に注目した安定性概念ではなく、最近提案されたパーシステンスという概念を用いた。本研究は、生態系のパッチ構造と時間遅れが数理生態モデルのパーシステンスと大域安定性にどのように関連しているのかを考察するとともに、そのような構造を導入しないモデルの大域的安定性を解析した。1.系のパッチ構造とパーシステンス・大域的安定性:生物種が1種の場合(論文1),生物種が2種で捕食者-被食者系(論文2),競争系(論文3,4)について,パッチ構造と系のパーシステンス・大域的安定性の関連が解析された。一般に全てのパッチ内ダイナミクスが大域的に安定であっても、生物種がパッチ間を拡散移動することにより系の安定性が失われるが、系全体がパーシステンスを保存するための条件を求めた。2.時間遅れとパーシステンス・大域的安定性:2種の競争種が大域的に安定な共存状態を有するとき、種内・種間関係に時間遅れを導入した影響を考察し、安定性は失われるが系のパーシステンスは保存されることを明らかにした(論文7)。また、ある生物種とその栄養塩の関係を表すケモスタットモデルに、生物の栄養塩へのリサイクルと生物の成長に時間遅れの影響を導入し、モデルの大域的安定性を解析した(論文5、6)。3.パッチ構造を持たない系の大域的安定性:系を構成する生物の種間関係を表す行列が定性的に安定であるならば、系は大域的安定性であることを示すとともに、そのような系の構造を明らかにした(論文8、9、10)。
間葉-上皮細胞分化転換の分子機構

上皮-問葉細胞分化転換(EMT, epithelial-mesenchymal transition)は発生の過程などにおいて上皮細胞が問葉系細胞に分化するプロセスである。EMTの研究が近年急速に注目を浴びているに対し、逆のプロセスである間葉-上皮細胞分化転換(MET, mesenchymal-epithelial transition)についてはほとんど明らかとなっていない。我々は転写因子TTF-1の肺癌細胞に対するMET誘導促進作用を中心に研究を行った。その結果、TTF-1はE-cadherinの発現を促進するだけでなく、細胞の遊走性、浸潤能を抑制した。EMTの誘導には転写因子SnailやSlugが重要であることが明らかとなっているがTTF-1を発現している細胞でTTF-1をノックダウンするとSnailやSlugの発現上昇は見られなくなった。これらの作用はTTF-1のTGF-β-Smadシグナルに対する抑制作用によるものであることが、いくつかの実験から明らかとなった。さらにTTF-1を発現した肺腺癌をヌードマウスに移植し検討したところ、原発腫瘍の大きさがTTF-1の発現によって小さくなることが確認された。しかし,形態学的な変化や転移能については明らかな差違は認められず,実験モデルの検討を含めて今後の研究が必要と考えられた。また本研究により、TTF-1自体に細胞増殖抑制作用があり、TGF-β-Smadシグナルを介さないシグナルの重要性も示唆されたことから,今後、METの新たな誘導因子として本プロジェクトを継続して行く予定である。
準結晶の構造とその秩序化過程の理論的研究

2次元準結晶については、少なくとも射影模型の範囲内では新関駒二郎により、かなり一般的な体系化を行った。しかし、2次元と3次元は、別問題である。3次元については、小川泰が正20面体対称の群論的研究を基とした試みを行い、渡辺泰成が立方対称での準結晶の研究を行っているが、まだ、準結晶の体系化というには遠い。宮島佐介、小川泰は、(必ずしも物理的な裏づけを持たない)幾何学的な模型の範囲で、成長のシミュレーションを試みている。これは、準結晶の成長過程自体を問題とするシミュレーションというよりも、協力現象による長距離秩序としての準結晶秩序を検討するものとととらえるべきであろう。正五角形が辺を共有して接触充填するような始め配向秩序を前提とした模型でも、準結晶的な長距離秩序が自発的に生ずることはない。後にも述べるように、現段階では準結晶の安定性を議論できる模型がないので、試行錯誤を繰り返すことも必要である。米沢富美子は準結晶上での浸透(パーコレーション)、電子状態の研究をおこない、準結晶構造の特徴を探ろうと試みた。また、川崎恭治、宮島佐助は、界面やセル構造の動力学的な研究や、いわゆるDLA(拡散に律速された集合体)など、各種のパターン形成、成長の問題を研究した。当計画研究の組織としての結合の度合いは緩く、研究の進め方は、各分担者の自由な発想、創意にゆだねている。また、準結晶研究が物理学全体の中で秘めている可能性、位置づけを考えて、現段階では、狭い意味での準結晶研究に直接的にはかかわっていない一般的な問題としての、パターン形成、成長の問題を重視している。これは、現段階では準結晶の安定性を議論できる模型がないため、将来を考えてのことである。
超硬バインダーレスWCの粒成長支配因子の解明

金属バインダー無添加のWC、WC-V_8C_7、WC-Cr_3C_2超硬質セラミックスは、通電加圧焼結により、いずれも緻密に焼結した。機械的性質に影響をおよぼすWCの粒成長抑制には、W_2C型相の存在が効果的である。平均粒径の増加により硬さが低下し、硬さと平均粒径の間にはよい相関関係が見られた。超硬質バインダーレスWCの機械的性質は、炭素添加量の制御を通じ、平均粒径により制御可能である。優れた機械的性質をもつバインダーレス超硬合金を作製するためには、最も単純な系であるバインダーレスWCにおいて、機械的性質と関係する粒成長の支配因子を明らかにする必要がある。WC粉末にCを添加し、通電加圧焼結法により試料を作製し、構成相の変化を調べた。C添加量が0.2mass%まではWCとW_2C相が確認されたが、0.25mass%CではWC単相となった。これ以上C添加量を増加するとCが残留した。C添加量が0.4mass%までは相対密度は99%以上の緻密な焼結体が得られた。これ以上のC添加量では相対密度は低下した。0.25mass%CまではC添加により、ヤング率は増加し、0.25mass%Cで最大となり、これ以上の添加量で減少した。このヤング率の変化は、焼結体の構成相に関与していると考えられる。硬さは、0.2mass%C添加までは、ほぼ一定であり、0.25mass%C添加で急激に低下した。さらにCを添加すると硬さはわずかに増加した。EPMAによる組織写真から結晶粒径の変化を調べたところ、0.2mass%C添加までは、結晶粒径は微細で、ほぼ一定であったが、0.25mass%C添加で急激に増加した。これ以上のC添加では、結晶粒径は減少した。従って、W_2C相残留の場合、微細粒組織を形成し、C添加でWC単相になると大きく粒成長することがわかった。バインダーレスWCにおいては少量のW_2C相の存在が粒成長抑制の支配因子であると考えられる。TEMによる組織観察において、W_2C残留試料では、W_2C粒の存在が確認され、WC粒界にはW_2C析出物は確認されなかった。一方、WC単相の試料でもWC粒界に析出物は確認されなかった。粒状のW_2Cの存在が粒成長を抑制していると考えられる。すなわち、炭素を少量添加し、W_2Cを残留させることが機械的性質に効果的であることがわかった。WCに他炭化物を添加し、粒成長抑制因子を調べ、WCの粒成長を抑制した機械的性質に優れるバインダーレスWC系超硬質セラミックス形成のための指針を得ることを目的とする。金属バインダーを含む超硬合金において、特に粒成長抑制効果があると知られる、V_8C_7およびCr_3C_2を他炭化物として選択した。焼結体は短時間かつ難焼結性材料でも焼結可能な通電加圧焼結法により作製し、構成相、組織、V_8C_7およびCr_3C_2の存在形態を調べた。WCにV_8C_7を添加したが、WC平均粒径はほとんど変化しなかった。そこでV_8C_7添加量を一定量とし、炭素添加量を06mol%に変化させた。相対密度は99%以上となり、炭素添加量が増加しても緻密な焼結体の形成が可能であった。構成相については、2mol%C添加によりW_2C型結晶相が消滅し、WCと(v,w)C固溶体の2相が形成した。6mol%C添加の焼結体では、機械的性質の低下もたらす炭素が残留した。W_2C型結晶相が消滅するとWCの平均粒径は著しく増加し、硬さは逆に著しく低下した。硬さはWC平均粒径に支配的であった。WC粒界には、W_2C型結晶相をはじめとする析出物は確認されなかった。WC-V_8C_7セラミックスでは、粒状のW2C型結晶相の存在が粒成長抑制の支配因子であると考えられる。Cr3C2添加の場合も緻密な焼結体が形成した。構成相はW_2C固溶体相に加え、WC固溶体相が形成した。V_8C_7添加の場合と異なり、WC中にはCrが固溶し、Cr_3C_2ベースの固溶体は形成しなかった。W2C固溶体相の存在およびWC固溶体形成によりWCの粒成長が抑制されると考えられる。WC平均粒径は、W_2C固溶体相が消滅するとわずかに増加し、硬さも低下した。これら他炭化物添加では、炭素を添加し、W2C型結晶相を少量残留させることが機械的性質向上に効果的であることがわかった。
ミニマイジング・ムーブメントを中心に変分問題、微分方程式等における諸問題の研究

本件の研究により障害物のある弦の振動方程式についてミニマイジング・ムーブメント法により構成された近似解の極限が実際に方程式をみたすことがわかった。このほか,ノンパラメトリックな膜の振動方程式に関する研究,準線形双曲型方程式系に関する研究,有界変動函数に対する勾配ヤング測度に関する研究,一次増大度の強粘性項を持つ発展方程式に関する研究についても成果を得ることができた。本件の研究の目的はミニマイジング・ムーブメントの理論について主として以下のことを明らかにすることである:(1)変分問題に関係するミニマイジング・ムーブメントの研究(2)微分方程式の研究におけるミニマイジング・ムーブメントの果たす役割の解明(3)ミニマイジング・ムーブメントによる曲面の振動の研究(4)ミニマイジング・ムーブメントの研究への幾何学的測度論の応用。おそらくこれらの諸問題は一つ一つ独立しているのではなく何らかの形で互いに関係しているであろう。ミニマイジング・ムーブメントという視点で捉える事により,それらの関係を解明していくことが本研究の一番の目的である。各分担者の分担は以下の通りである。(1)については足達と菊地が,(2)については清水と菊地が,(3)については星賀と菊地が,(4)については中島と菊地が担当する。そして,代表者および各分担者が関連する文献の収集および関連する研究者との研究連絡を行う。本年度の計画は,変分問題,微分方程式,幾何学的測度論の研究の最新の情報を収集し特にこれらの交錯する分野における状況について調査し,国内外におけるミニマイジング・ムーブメントの研究の情報も収集することであった。そのため解析学関係を中心に幾何学関係や数値解析関係を含む図書を10数冊購入した。また,研究代表者の菊地は熊本大学,神戸大学,愛媛大学などを訪問し熊本大学教授三沢正史氏,神戸大学准教授石井克幸氏,同講師白川健氏,愛媛大学教授坂口茂氏,同准教授門脇光輝氏らと研究連絡を行った。このほか埼玉大学で開催された研究集会にも参加し埼玉大学教授長澤状之氏や参加していた金沢大学教授小俣正朗氏,ピサ高等師範学校教授Mariano Giaquinta氏とも研究連絡を行った。また流体の方程式について世界的に知名度のあるダルムシュタット工科大学教授Reinhard Farwig氏の来日の際に静岡大学を訪問してもらいこの方面の研究の最新の動静について情報提供してもらった。また富山大学の山口範和氏にも静岡大学を訪問して情報提供してもらった。本件の研究目的の1つにミニマイジング・ムーブメントによる曲面の振動の研究があるが,今年度はこの問題と関連する問題として障害物のある振動方程式について成果を得た。今回得た結果は曲面ではなく弦の振動に関するものであるが,ミニマイジング・ムーブメント法により構成された近似解の極限は実際に方程式をみたす(解である)ことがわかった。この結果は8月に熊本県で開催された研究集会において発表した。なお,この方程式は過去に神戸大学の丸尾健二氏により吉田近似を用いて解かれているが,大学院生の協力を得て,ミニマイジング・ムーブメント法で構成した解は一般には吉田近似で構成した解とは異なっていることもわかった。本年度は第1年目に続き,変分問題,微分方程式,幾何学的測度論の研究の最新の情報を収集しこれらの交錯する分野における状況について調査し,国内外におけるミニマイジング・ムーブメントの研究の情報を収集する計画であった。そのためまず解析学関係図書を数冊を購入した。そして研究代表者の菊地は広島大学,熊本大学などを訪問し広島大学教授坂口茂氏,三上敏夫氏,熊本大学教授三沢正史氏らと研究連絡を行った。このほか浜松市,大阪市,姫路市などで開催された研究集会に参加し,参加者の神戸大学教授丸尾健二氏,同准教授石井克幸氏,茨城大学教授曽我日出夫氏,広島大学准教授川下美潮氏,東北大学教授久保英夫氏らと研究連絡を行った。このほか各分担者にも必要な研究連絡,情報収集を行ってもらった。また,研究代表者菊地は米国フロリダで7月に開催されたWCNA2008に出席しこれまでの研究成果について発表した。研究代表者菊地は以前に曲面の振動方程式に代表される準線形双曲型方程式に対してエネルギー保存則の仮定の下での弱解の構成や線形近似についてミニマイジング・ムーブメント法を用いて研究を行ったが,今年度はこれらの結果の連立準線形双曲型方程式系への拡張を試みた。連立系になるとエネルギー汎函数が凸とは限らず一般には準凸となるところに困難点がある。多くの技術的な仮定を要求すればこれらの事実が成立するという結果はすでに得られていたが,今回の研究では,これらの技術的仮定をほぼ解消させることに成功した。ただ,従来から解の定義がやや弱い形でしか与えられておらず,残念ながら現時点では解の定義はこの弱い形のままである。より適切な解の定義の下で同じ事実が確立できるかどうかは今後の課題である。本年度は最終年度前年であるので昨年度までの成果を発展させ来年度の最終的な結果に向けて研究を推進する年度である。

今年度は解析学関係図書,幾何学関係図書を数冊購入したほか,研究代表者の菊地は龍谷大学セミナーハウス,京都大学,愛媛大学,名古屋大学,神戸大学などで開催された研究集会に出席し,大阪府立大学教授壁谷喜継氏,龍谷大学教授四ツ谷晶二氏,愛媛大学教授内藤雄基氏らと研究連絡を行った。さらに早稲田大学大学院生生駒典久氏,大阪大学大学院生土井一幸氏,信州大学教授一ノ瀬弥氏に静岡大学を訪問してもらい函数方程式に関する最新の研究成果について情報提供してもらった。今年度は昨年度から継続して一次増大度のエネルギーを持つ準線形双曲型方程式系のミニマイジング・ムーブメントを用いた研究を推進してきたが,とくにその主要な道具である勾配ヤング測度の研究が大きく前進した。エネルギー汎函数が一次増大である場合には適切な函数空間はソボレフ空間ではなく有界変動函数の空間(BV空間)となるため,従前のようなソボレフ函数に対する勾配ヤング測度の理論では対応できないため,有界変動函数に対する勾配ヤング測度の理論を開発する必要に迫られる。今年度の研究でソボレフ函数に対する勾配ヤング測度に対して知られている性質と類似の事実が有界変動函数に対する勾配ヤング測度で均質なものに対しても成立するということがわかってきた。さらに勾配ヤング測度を用いて一次増大度のエネルギーを持つ準線形双曲型方程式系の線形近似を確立させることが出来た。今後は,一般の勾配ヤング測度について同様の結果を導き出したいと考えている。研究代表者の菊地は広島大学,神戸大学,茨城大学などで開催された研究集会に出席し,広島大学教授坂口茂氏,三上敏夫氏,柴田徹太郎氏,神戸大学教授中桐信一氏,同准教授白川健氏,茨城大学教授曽我日出夫氏らと研究連絡を行った。さらに広島大学研究員川上竜樹氏,山口大学助教幡谷泰史氏に静岡大学を訪問してもらい函数方程式に関する最新の研究成果について情報提供してもらった。分担者の星賀は東北大学を,中島は名古屋大学を訪問し必要な研究連絡を行った。今年度はノンパラメトリックな曲面の振動方程式(2階準線形双曲型方程式)に関する結果を2つ得た。まず,ある特殊な形の一次増大度の粘性項をノンパラメトリックな曲面の振動方程式に付加した時に,初期条件が適当なクラスに属していれば,その方程式は有界変動函数の空間で解けることを示した。このとき解は方程式の形を少し変形した上でミニマイジング・ムーブメントの方法により構成した。この結果は,神戸大学における研究集会で口頭発表した。もう1つは,ノンパラメトリックな曲面の振動方程式に関する過去の研究成果の証明を改良した。ノンパラメトリックな曲面の振動方程式の近似解をミニマイジング・ムーブメントの方法で求めその極限がエネルギー保存則を満たせば弱解になるという定理を過去に得ていたが,以前は幾何学的測度論の一つであるヴァリフォルド理論を用いて証明した。しかしながら,ヴァリフォルド理論は偏微分方程式の研究においては標準的な理論ではなく,そのため,多くの偏微分方程式の研究者にとっては理解が困難なものであった。これを,エネルギー汎函数の凸性を利用してより標準的な方法で証明することに成功した。この結果は東京工業大学におけるセミナーで口頭発表した。
相対論的ブラソフコードを用いた衝撃波における高エネルギー粒子加速

昨年度までの研究では1次元のプラズマ粒子コードを用いたシミュレーションを行い、強い準垂直衝撃波において一部の電子がサーフィン加速とドリフト加速と呼ばれる二つの機構を介して非常に効率良く加速され得ることが分かってきた。この機構で生成された被加速粒子のエネルギーはFermi加速によって加速されるために十分なエネルギーを持ち、衝撃波粒子加速理論における最大の問題点である注入問題を解決し得る。しかしこれらの結果は1次元性を仮定したものであり、より現実的な見積りには多次元性を考慮することが必須課題である。そこで本年度はこれまでの結果を2次元に拡張し、粒子加速効率をより詳細に調べた。強い衝撃波においてはBuneman不安定性と呼ばれる2流体不安定性が起こることが知られており、電子サーフィン加速に重要な役割を果たす。特にこの不安定により励起される静電波動のエネルギーは被加速粒子の最大エネルギーを決める重要な指標である。そこで2次元周期系においてBuneman不安定性の粒子シミュレーションを行い、励起される波動の最大エネルギーを調べた。その結果多次元においては斜め伝播波動による効率的な散乱が働き、飽和時の電場エネルギーは1次元の場合の20-30%程度に留まることが分かった。上記は簡単化した周期系のシミュレーションから得られた結論であったが、さらに垂直衝撃波の2次元シミュレーションも行い、電子の加速効率を調べた。その結果、2次元であっても電子の加速は効率良く起こることが分かった。詳細な解析の結果、加速機構はサーフィン加速が多次元性によって変性を受けたものと分かった。本研究の結果、超新星残骸で見られるような強い衝撃波において1次元で有効だと思われたサーフィン加速が2次元でもやはり働き、電子の注入に関して重要な役割を果たすことが明らかになった。1.非相対論ヴラソフコードを用いた衝撃波の数値計算による非断熱的電子加熱マッハ数の大きな衝撃波においては上流の電子と一部の反射イオンとの間に流体不安定が起きることが知られていたが、本研究ではこのプラズマ不安定に伴う電子加熱を詳細に調べた。シミュレーション結果から励起される波動がイオン音波と同定され、これによって効率的な電子加熱が起こること、また衝撃波の非定常性によって加熱効率が変化することを明らかにした。2.相対論効果を取り入れたヴラソフコード開発のプロトタイプ開発ヴラソフコードは必要とされる計算量とメモリが膨大なため、特に衝撃波の問題に適用するには少しでも計算機のリソースを節約する必要がある。例えば衝撃波の問題では速度空間の格子を等間隔で切った場合、上流と下流では熱速度やバルク速度が著しく異なるため無駄な計算が多くなってしまう。これを回避するために実空間の位置によって速度空間の格子(格子幅や速度空間の原点)を変化させることを考え、実際にコードを開発しテストを行った。これによって、例えばそれぞれの位置における流体的な速度、もしくはguiding centerを原点とし、かつ極座標の速度空間格子を用いることができれば速度空間の格子数を劇的に減らした計算ができると期待される。スキームとしてはこれまで開発してきた非相対論のヴラソフコードと同じ非保存型を用いた計算を行った。しかし、このスキームでは速度空間の格子を固定した場合に比べ密度保存の誤差が非常に大きくなるということが分かった。プラズマのシミュレーションでは密度保存の誤差が大きな電場を作り出し、これによって数値的な不安定を引き起こすという結果となってしまった。この問題を本質的に回避するためには密度の保存が保証される計算スキームを用いることが必須であることが分かった。このため保存型のスキームを用いたコードは現在開発中である。主に粒子コードを用いて準垂直衝撃波における電子加速について詳細に調べ、新しい成果を得た。具体的には、1次元の準垂直衝撃波の粒子シミュレーションによってサーフィン加速とドリフト加速というこれまで別々に考えられてきた加速メカニズムが同時に働き、従来考えられていたよりもさらに高エネルギーまで電子を加速する2段階の電子加速メカニズムを発見した。衝撃波における標準加速理論である1次フェルミ加速では熱的粒子をあらかじめある程度高エネルギーに加速する必要があるという問題点(注入問題)があった。本研究で発見したメカニズムによって加速された電子は上流に反射されるが、この粒子のエネルギーがその後のフェルミ加速によって加速され得ることも示した。これは、この加速メカニズムによって注入問題が解決し得ることを意味する。そこで、シミュレーション結果を基にこの電子の反射効率を衝撃波角の関数として予測する理論モデルを構築した。これはすなわちフェルミ加速過程への注入効率そのものである。このモデルを用いて、実際の超新星残骸における衝撃波の注入効率を予測し、観測との比較を行った。モデルによって得られた値は10^<-4>程度であり、観測的にも見積もられた注入効率(10^<-3>10^<-4>)と良く一致した。また、本研究のモデルから予測される注入効率は衝撃波角80度付近でピークとなるが、これも超新星残骸において観測的に予測された衝撃波角を説明することができる結果となった。本研究はこれまで行われてこなかった注入効率の定量的な、そして観測を説明可能な見積りを与えるものであり大きな意味を持つと考えている。

そこで本年度はこれまでの結果を2次元に拡張し、粒子加速効率をより詳細に調べた。強い衝撃波においてはBuneman不安定性と呼ばれる2流体不安定性が起こることが知られており、電子サーフィン加速に重要な役割を果たす。特にこの不安定により励起される静電波動のエネルギーは被加速粒子の最大エネルギーを決める重要な指標である。そこで2次元周期系においてBuneman不安定性の粒子シミュレーションを行い、励起される波動の最大エネルギーを調べた。その結果多次元においては斜め伝播波動による効率的な散乱が働き、飽和時の電場エネルギーは1次元の場合の20-30%程度に留まることが分かった。上記は簡単化した周期系のシミュレーションから得られた結論であったが、さらに垂直衝撃波の2次元シミュレーションも行い、電子の加速効率を調べた。その結果、2次元であっても電子の加速は効率良く起こることが分かった。詳細な解析の結果、加速機構はサーフィン加速が多次元性によって変性を受けたものと分かった。本研究の結果、超新星残骸で見られるような強い衝撃波において1次元で有効だと思われたサーフィン加速が2次元でもやはり働き、電子の注入に関して重要な役割を果たすことが明らかになった。
近代国家/国家間システムの動態 : プーランザス国家論のアクチュアリティ

本年度当初の計画は、本格的な博士論文を完成させることであった。この計画は、12月に『社会的敵対性と国家ニコス・プーランザスにおける政治的なものの位相論』を東京外国語大学・大学院総合国際学研究科に提出したことで達成された。なお、教授会での審査および公開審査の結果、2012年3月には博士の学位を同大学より授与された。本研究が解明したのは、プーランザスが国家を一個の自律的な社会的形態として理解したにもかかわらず、同時にそれを資本蓄積の総体的なダイナミズムの内部へと位置づけたということである。このことをかれは、国家を政府や軍などの個別の諸制度のたんなる集合としてではなく、社会的勢力関係の凝縮として理解することによって達成した。さらに本研究では、上述のようなプーランザスのアプローチが、一国的分析と国際関係の分析との乖離の根底にある「国内/国外」の二分法を相対化する意義をもつことを同時に解明した。したがって本研究の目的のうち、「1.プーランザスの思想と理論のアクチュアリティの解明」、「2.一国的視点ではなく「国家間システム」というアプローチを盛り込みながら、近代国家/国家間システムとその動態とを分析する諸カテゴリーの練り上げ」は、達成されたと言える。最後の目的「3.1970年代以降の世界のいわゆる「グローバル化」という傾向について、単一なグローバル主権への傾向を想定する哲学的アプローチと、アメリカ帝国主義という批判的社会科学の古典的アプローチの双方における欠点・問題点を明らかにしつつ、別の可能なアプローチを探る」は、部分的には達成しえたが、「別の可能なアプローチ」を明確化するところにまでは到達しえていない。この点は今後の研究の課題とする。2010年度の研究内容は、「研究の目的」にもあるように、主として、英語圏およびドイツ語圏におけるプーランザス国家理論の再評価の潮流へのサーヴェイとなった。資料調査は主要には国内で可能であったが、海外での調査の必要もあったただし、英語よりもドイツ語における再評価の仕事のほうが質・量ともに上であることが分かったため、「研究実施計画」にあったカナダ・トロントへの調査出張の計画を変更し、実際にはフランスおよびドイツでの資料収集を行った。また、ドイツへの出張時においては、幸運にも、プーランザス再評価の一翼を担うアレックス・デミロヴィッチとの意見交換の場をもつことがてきた。これらの調査の中間報告は、学内紀要に投稿してある(掲載決定、次年度に刊行予定)。以上の研究のもつ意義は次のようなものであると考えられる。「研究の目的」においては「一国的視点ではなく「国家間システム」というアプローチを盛り込みながら、近代国家/国家間システムとその動態とを分析する諸カテゴリーを案出していく」ことを掲げていたが、このような問題関心からプーランザスの国家理論の再評価を行っている先行研究が、ドイツにはあることが判明した。これは本研究への重要な参考軸となっていくだろう。そして、このように一国レベルの分析枠組と「国家間システム」の枠組とを接合していく試みを紹介・採用することにより、過去(とくに1970年代以降)の国家理論をほぼもっぱら一国的枠組でのみ受容してきた日本の研究水準を押しあげることに、今後つながりうるという点で、2010年度における本研究は重要性をもっと考えられる。
血管新生因子ＳｈｈによるＡｎｇｉｏｐｏｉｅｔｉｎ制御機構：病態モデルへの展開

Shhは血管新生作用を有することが報告されている。我々はFGF-2による血管新生作用を報告しており、ShhとFGF-2の関連について検討した。マウス虚血下肢ではShhは発現亢進し、Shhの阻害剤により下肢血流回復が阻害され、Shhが血管新生に必須の因子であることを確認した。またFGF-2によりShh発現はさらに亢進した。ShhはAng-1の発現を亢進したが、VEGFやPDGF-BBの発現には関与していなかった。FGF-2はShhやTNF-αによるAng-1発現を抑制し、Ang-2発現を亢進させ、Ang-2優位な状態に寄与しており、血管の安定性に関与する可能性が示唆された。発生段階において重要なmorphogenであるSonic hedgehog(Shh)はVEGF、Ang-1を介して血管新生に関与すると報告されている(Roberto Pora, et al. Nat Med,2001)。またShhは糖尿病性の創傷治癒やNeuropathyを、血管新生を介して改善するなどの報告もされてきている。申請者らは、FGF-2による治療的血管新生のメカニズムについて報告してきているが、ShhとFGF-2がangiopoietin-1,-2の発現を制御するという研究結果を報告している。血管新生における内因性のShhの役割、さらにFGF-2による血管新生のメカニズムとの関連性を検討する。これまで、マウス下肢虚血モデルにおいて、Shhが発現亢進していることを確認している。また同じモデルにおいて、Shhと同じく、発生段階で発現が認められるmidkineの発現が亢進していることを確認している。また、腫瘍におけるリンパ節転移におけるリンパ節被膜浸潤の意義を検討し報告している。発生段階において重要なmorphogenであるSonic hedgehog(Shh)は血管新生作用を有することが報告されているが、我々はマウス重症虚血下肢モデルを用いたFGF-2遺伝子導入による血管新生のメカニズムについて報告していおり、このShhとFGF-2の関連について検討を行った。マウス重症虚血下肢モデルにおいて、Shhの発現亢進が認められ、hedgehogの阻害剤であるcyclopamine投与により下肢血流回復が阻害されることを明らかにしており、Shhが血管新生に必須の因子であることが示唆された。その際に下肢の浮腫をcyclopamine投与群において認め、SHhが血管のmaturationに作用している可能性が考えられた。またFGF-2遺伝子導入によりShhの発現はさらに亢進を認めた。Shhは、これまでの報告と同様にvascular morphogenであるAngiopoietin(Ang)-1の発現を亢進することを確認したが、VEGFやPDGF-BBの発現には関与していなかった。FGF-2はSHhやTNF-αによるAng-1発現を抑制し、Ang-2発現を亢進させた。FGF-2は、Ang-1発現を抑制することでもAng-2優位な状態に寄与している可能性が示唆された。さらに、糖尿病性血管障害について、ストレプトゾトシン誘発糖尿病(STZ-DM)マウスを用い、報告しているが、このSTZ-DMマウスの下肢で、Shhの発現が亢進していることを確認しているが、ShhによりPDGF-BBの発現は変化は認めなかった。Shh (Sonic Hedgehog)は、上皮間葉系の相互作用によって、胎生期の発達、特に肺、神経系、肢、骨などの形態に関与する。また最近、VEGF、Ang-1を介して血管新生に関与するという報告されている(Roberto Pora, Jeffrey Isner et al. Nat Med,2001)。さらに、マウス下肢虚血モデルにおいて、Shhが発現亢進していることを確認しており、研究をすすめていく予定である。Shhは血管新生、腫瘍発生に関与している。ShhとFGF-2がangiopoietin-1,-2の発現を制御し、マウス下肢虚血モデルにおいて、Shhが発現亢進していることを確認している。

また、midkineの発現亢進も確認できており、Shh、midkineの血管新生における役割を明らかにしつつある。また、腫瘍におけるリンパ節転移におけるリンパ節被膜浸潤の意義を検討し報告している。Shhは血管新生、腫瘍発生に関与している。申請者らは、FGF-2による治療的血管新生のメカニズムについて報告してきているが、ShhとFGF-2がangiopoietin-1,-2の発現を制御するという研究結果を報告している。さらに、マウス下肢虚血モデルにおいて、Shhが発現亢進していることを確認しているため。血管新生におけるShh、midkineの役割を、hedgehogの阻害剤を用い検討する。また、申請者らはPKC/PDGF-BB経路が糖尿病性血管障害の発生初期段階に最も重要であることが明らかにし、さらに多面的効果をもつスタチン(HMG-CoA還元酵素阻害剤)はeNOS/NOを介して糖尿病性血管障害を改善することを報告している。Shhは糖尿病性の創傷治癒やNeuropathyを、血管新生を介して改善することが報告されてきている。今後は、糖尿病モデルマウスにおけるShh発現の病態学的意義をhedgehogの阻害剤を用い検討し、さらにShhのPDGF-BBなど血管新生因子との関連、スタチン投与によるShh発現の変化などを解析していく。また腫瘍血管新生などとの関連を検討する。引き続き腫瘍、リンパ節転移との関連も検討していく。申請者らはPKC/PDGF-BB経路が糖尿病性血管障害の発生初期段階に最も重要であることが明らかにし、さらに多面的効果をもつスタチン(HMG-CoA還元酵素阻害剤)はeNOS/NOを介して糖尿病性血管障害を改善することを報告している。今後は、糖尿病モデルマウスにおけるShh発現の病態学的意義をhedgehogの阻害剤を用い検討し、さらにShhのPDGF-BBなど血管新生因子との関連、スタチン投与によるShh発現の変化などを解析していく予定である。また、腫瘍におけるリンパ節転移におけるリンパ節被膜浸潤の意義、さらにShhの意義を検討していく。STZ-DMマウスの下肢で、Shh、midkineの発現を確認する。STZ-DMマウスに重症下肢虚血手術を施行、Hedgehog阻害剤であるシクロパミンを投与し、血流回復効果の変化をレーザードップラーにて測定、免疫染色にて血管管腔数を測定、病理組織学的解析を加え、糖尿病性血管障害におけるShhの機能を検討する。またAng-1、Ang-2、VEGF、PDGF-BBなど各種血管新生因子の発現を解析する。さらに同モデルに対するスタチン投与による血流効果改善機能にShhが関与していないか、Hedgehog阻害剤であるシクロパミンを投与し関連性を検討する。そのため、実験用動物、試薬等に研究費を使用予定である。予定である。また、腫瘍におけるリンパ節転移におけるリンパ節被膜浸潤の意義、さらにShh、midkineの意義を検討していく。STZ-DMマウスの下肢で、Shhの発現を確認する。
ポリエステルの分子・材料設計に基づく分解のプログラム

生分解性高分子である脂肪族ポリエステルの物性は、結晶構造依存性が強く、その分解性も結晶化度、結晶サイズ・形態によって大きな影響を受ける。これまで、他のモノマー単位の共重合による分解性制御が試みられてきたが、共重合による材料物性の低下が避けられず、本来の性能を保ちながら生分解性を付与することが困難であった。本研究では、脂肪族ポリエステルの結晶制御を行うとともに、その構造一物性一機能の相関を明らかにし、酵素・微生物による生分解を制御するとともに、「性能」と「時限分解性」を持ち合わせ持った生分解性プラスチックを開発することを目的とした。具体的には以下の項目を研究し、その目的を達成した。(1)共重合による生分解性ポリマーの物性制御(2)生分解性ポリマーの結晶化と分解性の制御マンデル酸をPLLAに導入し、その結晶化度を変化させ、分解速度を制御することに成功した。また、ポリ乳酸-ポリエチレングリコール(PEG)ブロック共重合体を合成し、その分子会合に基づくナノ構造変化を解明した。またトリブロック共重合体PLLA-PEG-PLLAとPDLA-PEG-PDLAを混合することにより、ステレオコンプレックス形成を利用したゾル-ゲル転移を誘起させることに成功した。(3)生分解性ポリマーの複合化による制御加水分解速度の速いポリグリコール酸を芯部に、PLLAを鞘部に有する繊維を溶融紡糸法により成形し、分解速度の向上に成功した。(4)汎用ポリエステルと生分解性ポリマーの共重合と生分解性生分解性高分子である脂肪族ポリエステルの物性は、結晶構造依存性が強く、その分解性も結晶化度、結晶サイズ・形態によって大きな影響を受ける。(4)汎用ポリエステルと生分解性ポリマーの共重合と生分解性本研究では、実用的な生分解性ポリマーとして期待されている、ポリ-L-乳酸(PLLA)、ポリヒドロキシ酪酸(PHB)、およびポリコハク酸ブチレン(PBS)の3種の脂肪族ポリエステルの結晶制御を行なうとともに、「性能」と「時限分解性」を合わせ持った生分解性プラスチックを開発することを目的としている。(2)結晶核剤による生分解性ポリマーの結晶化と分解性の制御:PLLA、[R]-PHBがいずれもヘリックス性の高分子であることに着目し、六方晶系の結晶核剤を中心にスクリーニングを行った。現在、いくつかの有効な核剤の添加効果を検討している。また、微生物産生の[R]-PHBの溶融紡糸を検討し、その繊維化に成功した(口頭発表)。現在、poly(butylene succinate-co-L-lactate)(PBSL)のリパーゼPSによる酵素分解機構を明らかにした。(3)生分解性ポリマーの複合化:ポリグリコール酸(PGA)を芯に、[R]-PHB、PBSを鞘に有する複合繊維を作製し、その水中における迅速な分解特性から、目的とする時限分解が可能なことを確認した。(1)非晶性ラセミポリマーと結晶性キラルポリマーのブロック共重合:L-リンゴ酸とグリコール酸単位からなる6員環状モノマー3-[(benzyloxycarbonyl)methyl-1,4-dioxane-2,5-dione](BMD)、および、グリコール酸と[R]-3-ヒドロキシ酪酸単位からなる新規7員環状モノマー[R]一4-methyl-1,5-dioxepane-2,6-dione([R]一MDP)の2種の環状ジエステルモノマーを合成した。これらの環状ジエステルモノマーの開環重合性を検討するとともに、[RS]-β-butyrolactone(βBL)との開環共重合を行い、[RS]-poly(3-hydroxybutyrate)(PHB)の改質について検討を加えた。また、Polylactide-block-Poly(oxyethylene)(PLA-PEG)を合成し、水中に分散させて微粒子水溶液を調製した。この微粒子水溶液を基板上にキャストし、熱処理(60°C,2h)することにより、微粒子は破壊され、より微小な数ナノ径の粒子状態を経てバンド構造に変化した。その他、直接重縮合法によるポリ-L一乳酸(PLLA)、ポリグリコール酸(PGA)の合成についても顕著な成果を得ている。

(2)生分解性ポリマーの結晶化と分解性の制御:PBSの誘導体としてpoly(butylene succinate-co-L-lactate)(PBSL)を用いて、リパーゼPS(Pseudomonas cepacia由来)による酵素分解を検討し、その酵素分解機構を明らかにした。この酵素分解においては、Exo型の分解機構が明らかとなり、高分子のコンホメーションと酵素の活性部位への取り込みについて検討した。(3)生分解性ポリマーの複合化:PLLAを芯に、[R]-PHBを鞘に有する複合繊維を作製し、その繊維物性並びに分解性について検討を行った。さらに、PLLA、PBSを芯部に、PET、PBTを鞘部に有する複合繊維の繊維特性並びに表面加水分解について検討した。本研究では、脂肪族ポリエステルの構造-物性-機能相関を明らかにし、「性能」と「時限分解性」を合わせ持った生分解性プラスチックを開発することを目的としている。昨年度に引き続き、PLLAの合成、構造、物性に関する研究を行い多くの成果を得た。その他、次のような成果を得た。(1)グリコール酸(GA)と[R]-3-ヒドロキシ酪酸(3HB)単位からなる新規7員環状ジエステルモノマー[R]-4-methyl-1,5-dioxepane-2,6-dione([R]-MDP)を次式に従い合成した。この環状ジエステルモノマーは単独では開環重合性を示さないが、他のラクトーン類と共重合することを見出した。[R]-3-butyrolactone([R]-βBL)と[R]-MDPとの共重合では、GA単位を有するpoly(3-[R]-hydroxybutyrate-co-glycolate)(3HB/GA)が生成される。(2)ポリエチレングリコール(PEG, Mn=4,000)を開始剤とするL-およびD-ラクチドの重合によりABA型ブロックコポリマー(PLLA.-PEG-PLLA、PDLA-PEG-PDLA)を合成した。得られた各ブロックポリマーを水中に分散させて微粒子分散液を調製し、低温で両者を1:1に混合することによりPLLA-PEG-PLLA/PDLA-PEG-PDLA微粒子の混合液を得た。この微粒子混合液を徐々に加温すると35°C付近でゲル化を生ずることが見出された。混合溶液のWAXD変化より、ゲル化点付近で、PLLAとPDLAのステレオコンプレックス結晶が生成し、昇温とともにその量が増大していくことが確認された。(3)PBSにテレフタール酸を共重合したPBSTのLipase PS【○!R】による酵素分解性について詳細に調べた。succinate, terephthalate, oxybutylenoxy単位をそれぞれS, T, Bと略記すると、加水分解生成物としてSBS, BTB, BのほかBTB, SBSB, SBTBが確認された。また、比較的大きなフラグメント(SBSBTB or SBTBSB)の生成も認められた。このことより、PBSTの加水分解はendo型で進行していくと考えられる。また、テレフタル酸単位(T)を末端に持つ化合物がほとんど検出されないため、Lipase PS【○!R】は主に脂肪族エステル結合を切断していると思われる。