hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
自律機能を内在した超分子のメゾスコピックパターン形成

自律振動能を内在する微小ゲルのリズムは、閾値以下の信号でもノイズを重畳することによって信号に同期することが見出された。この同期能は、最適ノイズ振幅で最大になった。更に光照射によってホップ分岐を誘起し、ゲルを興奮状態にした。これにノイズ電場をかけると、或る強度以上で振動状態が誘起された。この励起振動のコヒーレンス度は、様々な統計量を使って評価され、最適ノイズ振幅で最大になることが分かった。これはコヒーレンス共鳴が起きたことを示している。イオン強度や温度の変化によってコイルーグロビュール(CG)転移を起こすポリN-イソプロピルアクリルアミド(PNIPAM)にルテニウムビピリジン錯体(Ru(bpy)_3^<2+>)を共重合し、BZ反応液中で周期的にCG転移を繰り返すRu(bpy)_3^<2+>-co-PNIPA分子を創製した。22°Cに保たれた1×1cmの角セルを用いて濁度測定を行ったところ,約60秒周期の濁度の自励振動が観測された。この振舞いは顕微鏡下で約0.5μm径の多数粒子の周期的な生成・消滅として観測された。更に、BZ反応液中のRu(bpy)_3^<2+>-co-PNIPA分子濃度を1分子計測が可能なほど希薄にし、動的光散乱実験を行った。その結果、還元状態では分子回転半径が酸化状態の約半分になることが見出された。これは、CG転移が起きていることを意味する。濃厚溶液で観測された周期的な濁度変化は、CG転移による分子の絡み合いが原因と思われる。生体の感覚器や神経回路は、微弱信号の検出にノイズを利用していることは良く知られている。乳化重合を用いて、ミクロン径のRu(bpy)_3^<2+>-co-PNIPA微小ゲル粒子を創製し、外部ノイズによる自己組織化の誘起を試みた。Ru(bpy)_3^<2+>の鋭敏な光感受性を利用して光照射によるホップ分岐を誘起し、ゲルを興奮状態にした。或る強度以上の白色ノイズ電場をかけると、振動状態が誘起された。この励起振動のコヒーレンス度は、スペクトル密度のSN比や発火スパイクの時間間隔の標準偏差など様々な統計量を使って評価された。これらの量は最適なノイズ強度で最大になった。コヒーレンス振動の周期は系の特性時間で決定されることは理論的に予測されていたが、この実験によってそれが確かめられた。
サル視床下核破壊によるバリスムモデルの淡蒼球細胞活動の解析

この課題では、視床下核の破壊によるバリスムモデルのサルの淡蒼球の活動を解析し、異常運動の発現に対する視床下核、淡蒼球の役割を明らかにする事を目的とする。この異常運動は、淡蒼球内節に対する視床下核からの抑制が失われた結果と考えられてきた。しかし視床下核ー淡蒼球投射の性質については、むしろ興奮性ではないかと考えられる実験結果が近年次々と得られており、異常運動と視床下核の関係についてもあらためて見直す必要がある。われわれは、無麻酔のサルで実験的に視床下核を破壊し、淡蒼球のニュ-ロン活動に起こる変化を調べた。サルには肘の屈曲伸展によってハンドルを一定の位置に保持する運動課題を行なわせた。視床下核の破壊の前と後に同じサルの淡蒼球ニュ-ロンの課題運動遂行中の活動を記録し比較した。視床下核は細胞体のみを破壊する薬剤、イボテン酸を微量注入して破壊した。実験後の組織学的検査により、破壊部位は視床下核内に限局していること、2頭のサルで、それぞれ、30%および70%の領域が破壊されていることを確認した。視床下核の破壊後、淡蒼球の内節及び外節のニュ-ロンのスパイク発射頻度は大幅に減少した。2頭のサルの内節で視床下核の破壊後に記録された180個のニュ-ロンのハンドル保持中の発射頻度の平均は毎秒46.0±22.3で、これは破壊前の記録した169個のニュ-ロンの発射頻度の平均の毎秒69.9±21.6に比べて有意(p<0.001)に低い。外節でも視床下核の破壊後に記録された208個のニュ-ロンの発射頻度の平均は毎秒41.0±18.1で、破壊前の218個のニュ-ロンの平均の毎秒63.6±25.1に比べて有意(p<0.001)に低かった。これらの結果は、淡蒼球の内節および外節にたいして視床下核が興奮性の入力源であるという考えを支持する。視床下核の破壊による異常運動は淡蒼球内節の出力の減少によって起こると考られる。この課題では、視床下核の破壊によるバリスムモデルのサルの淡蒼球の活動を解析し、異常運動の発現と随意運動の製御に対する大脳基底核視床下核、淡蒼球の役割を明らかにする事を目的とする。本年度は、まず視床下核の確実な破壊によりバリスム類似の異常運動を再現性よく発現する方法を確立する事を目標とした。単一細胞の発射活動の記録により生理学的に視床下核を同定してその部位だけを壊すために細胞活動の記録と、神経毒の微量注入が同時に行える注入・記録装置を新たに開発した。これは、外径500ミクロンのガイドチュ-ブ、外径300ミクロンの注入用カニュ-レ、外径50ミクロンの記録用タングステン線の3重構造で、カニュ-レ開口部から突き出したタングステン線の断端で注入部位の近傍のニュ-ロン活動を、注入時にも連続的に記録できる。この注入・記録装置を確実に操作できる油圧式電極駆動装置の改良を行なった。

この装置を用いて電気生理学的に視床下核の同定をして、核内微小領域に1ulの神経毒イボテン酸(10ug/1ul)を注入した。注入後数分で注入部位の周辺の視床下核細胞の活動電位はほぼ完全に消失した。実験後の組織学的検査により1回の注入で約1.2立方ミリ,容積比で視床下核の8パ-セントで細胞体の消失が明暸に認められた。注入後30ー40分後に注入と反対側の上肢、下肢にはっきりと異常運動が認められ、60ー80分後には、肩関節の内転外転、大腿関節の内転外転を主とする激しい異常運動が観察された。異常運動は、4ー6時間の間続いた。他日部位を変えて再注入を行い、4回にわたり同様の異常運動を引き起こすことができた。以上のように、異常運動の再現性の高い発現という目標はほぼ達成した。今後不随意運動にともなう淡蒼球細胞の活動をしらべて、発射パタ-ン、発射頻度、筋電図との時間関係の検討によって正常な随意運動にともなう淡蒼球細胞の活動と何が異なっているかを明らかにする。この課題では、視床下核の破壊によるバリスムモデルのサルの淡蒼球の活動を解析し、異常運動の発現に対する視床下核、淡蒼球の役割を明らかにする事を目的とする。この異常運動は、淡蒼球内節に対する視床下核から抑制が失われた結果と考えられてきた。しかし視床下核ー淡蒼球投射の性質については、むしろ興奮ではないかと考えられる実験結果が近年次々と得られており、異常運動と視床下核の関係についてもあらためて見直す必要がある。われわれは、無麻酔のサルで実験的に視床下核を破壊し、淡蒼球のニュ-ロン活動に起こる変化を調べた。サルには肘の屈曲伸展によってハンドルを一定の位置に保持する運動課題を行なわせた。視床下核の破壊の前と後に同じサルの淡蒼球ニュ-ロンの課題運動遂行中の活動を記録し比較した。視床下核は細胞体のみを破壊する薬剤、イボテン酸を微量注入して破壊した。実験後の組織学的検査により、破壊部位は視床下核内に限局していること、2頭のサルで、それぞれ、30%および70%の領域が破壊されていることを確認した。視床下核の破壊後、淡蒼球の内節及び外節のニュ-ロンのスパイク発射頻度は大幅に減少した。2頭のサルの内節で視床下核の破壊後に記録された180個のニュ-ロンのハンドル保持中の発射頻度の平均は毎秒46.0±22.3で、これは破壊前に記録した169個のニュ-ロンの発射頻度の平均の毎秒69.9±21.6に比べて有意(p<0.001)に低い。外節でも視床下核の破壊後に記録された208個のニュ-ロンの発射頻度の平均は毎秒41.0±18.1で、破壊前の218個のニュ-ロンの平均の毎秒63.6±25.1に比べて有意(p<0.001)に低かった。これらの結果は、淡蒼球の内節および外節にたいして視床下核が興奮性の入力源であるという考えを支持する。視床下核の破壊による異常運動は淡蒼球内節の出力の減少によって起こると考えられる。
新規なデキストラン合成酵素と環状化酵素の分子解析と応用

デキストラン合成酵素と環状化酵素に関する研究である。その内容は、1)当該外国人特別研究員はデキストランから新規な環状糖(CIと略;α-1,6グルコシド結合で構成)を生産する酵素を見出した。グルコースが79残基のCIを産する酵素はあるが、これらのCIには包接能がない。本酵素は大環状のCIを与え、特にCI-10の生産能が高い。CI-10は10残基のグルコースからなり高分子化合物を包接できるが、環状化酵素の分子機構は未解明である。2)澱粉からデキストランを生産する酵素を得た。アミノ酸配列は新規であり、α-1,4結合をα-1,6結合に転換する分子機構は未知である。3)上記の2酵素を利用することで、安価な澱粉から有用なCI-10の製造法が確立できる。研究の目的は、A)環状化酵素と合成酵素の分子機構を究明、B)高機能な酵素の作製、C)「澱粉→デキストラン→環状糖」の完成である。本年度は次の知見を得た。1.環状化酵素(CITaseと略)1)触媒アミノ酸:2つの酸性アミノ酸の変異酵素にケミカル-レスキュー現象が認められ、これらのアミノ酸を触媒残基と推定した。2)立体構造解析:結晶作製条件の確立を行った。3)性質解明:合成した基質を用いサブサイト構造を解明した。糖転移作用を解析し有用な長鎖イソマルトオリゴ糖を効率良く生産する条件を確立した。2.合成酵素(DSaseと略)1)遺伝子発現:酵素遺伝子の異種宿主発現に成功し発現酵素の性質を解析した。2)結晶作製:発現酵素を用いX線構造解析のための結晶条件を検討した。3)構造と機能の関係究明:C末端半分の領域は活性に関与せず、触媒作用に必須な領域は、N末端側に存在することが判明した。3.CITaseとDSaseによるCI-10の生産2つの酵素の同時作用によるCI-10の製造条件を調べ、生成したCI-10の分離方法を確立した。本手法で、CI-10の製造試験を行った。本酵素は大環状のCIを与え、包接効果があるCI-10の生産能が高い。本研究の目的は、A)環状化酵素と合成酵素の分子機構を究明、B)高機能な酵素の作製、C)「澱粉→デキストラン→環状糖」技術の完成、である。本年度は次の成果を得た。1.環状化酵素(CITaseと略)の研究:化学合成したω-エポキシアルキルα-グルコシドが、自殺基質の反応機構でCITaseを失活させることを明らかにした。作用機構の詳細を解析し、触媒アミノ酸を推定した。基質に対する作用から得た速度論的データと一致した。大腸菌で発現させたCITaseを用いた結晶作製や本酵素遺伝子を持つプラスミッドの軟X線処理を開始した。両者は時間を要する実験であるので、次年度以降の継続課題としたい。2.合成酵素(DSaseと略)の研究:DSaseに対する高精度な酵素活性測定法の確立に成功した。HPLC法による生成物測定が迅速かつ正確であることが判明した。X線構造解析を意図した結晶化も開始したが、長時間を要するため、次年度も継続させる。

2)立体構造解析:結晶作製条件の確立を行った。3)性質解明:合成した基質を用いサブサイト構造を解明した。糖転移作用を解析し有用な長鎖イソマルトオリゴ糖を効率良く生産する条件を確立した。2.合成酵素(DSaseと略)1)遺伝子発現:酵素遺伝子の異種宿主発現に成功し発現酵素の性質を解析した。2)結晶作製:発現酵素を用いX線構造解析のための結晶条件を検討した。3)構造と機能の関係究明:C末端半分の領域は活性に関与せず、触媒作用に必須な領域は、N末端側に存在することが判明した。3.CITaseとDSaseによるCI-10の生産2つの酵素の同時作用によるCI-10の製造条件を調べ、生成したCI-10の分離方法を確立した。本手法で、CI-10の製造試験を行った。
充填スクッテルダイト超伝導体の磁場誘起秩序と超伝導に関するNMRによる研究

充填スクッテルダイト超伝導体PrOs_4Sb_<12>は、Pr系で初めての重い電子超伝導体である。この物質の特筆すべき点は、(1)超伝導転移にともなって比熱の2段転移が観測され、熱伝導測定から超伝導多重相の存在が指摘されている。(2)ミュウ中間子実験では自発磁化の存在が観測されており、スピン3重項状態の可能性が指摘されている。(3)超伝導相が消失した後、磁場誘起秩反強四極子序相が現れ、Th対称性をもつ局在4f電子の結晶場が重要である。(4)反強四極子秩序相はこの系の重い電子超伝導対生成機構に関与していると考えられている。にまとめられるが、超伝導パリティをふくめ磁場誘起秩序相と超伝導機構の関係など重要な課題が残っている。本研究では、特にこれまでに行われていない単結晶試料を用いた極低温(0.3ケルビン-15ケルビン)でのSb-NMR/NQR実験を行った。得られた結果は(1)磁場依存性・角度依存Sb-NMR実験から、Sb-NMRスペクトラムの帰属を精度良く決定し、電子スピン磁化率を評価する際の基礎データである電場勾配テンソルやナイトシフトに関する情報を得た。(2)バンド計算との比較から、これまで未知であった、Sbの核四極子モーメントを決定した。(3)精密なSb-NQR実験を行い、核四極子パラメータの低温での異常な温度依存性がTh対称性をもつPr-4f^2由来の16極子によるものであることをはじめて明らかにし、多極子自由度の存在と超伝導の関係を指摘した。(4)超伝導状態でナイトシフトの温度依存性が無いことから、スピン3重項超伝導状態であることを示唆する結果を得た。(1)(3)については公表済み。(4)については、現在執筆中である。また、これ以外に、(5)(Ba,Sr)Fe4Sb12のNQR/NMR実験から強磁性スピン揺らぎに関する知見を得た。(6)重い電子超伝導準粒子磁化率評価に関して、比熱や緩和時間からスピン磁化率を評価できることを示した。充填スクッテルダイト化合物PrOs_4Sb_<12>はPr化合物初の重い電子超伝導体である。また、低温、高磁場には磁気誘起秩序相が存在し、その特異な物性に興味が持たれている。その特異な超伝導特性をミクロな観点から明らかにするために、PrOs_4Sb_<12>の粉末試料においてSb-NQR、単結晶試料において角度分解Sb-NMR(核磁気共鳴)測定を行っている。常伝導状態のSb-NMR測定をおこなったところ、非常に複雑なスペクトルを得た。この複雑なスペクトルの帰属を決めるために、角度分解実験を行い、数値計算によるシミュレーションを行うことで、Sb-24gサイトは結晶学的には等価であるが、四重極テンソル最大主軸の方向が異なる3つのサイトが存在するため、磁場中では合計で36本もの信号が観測されることを明らかにした。今回の実験で、複雑なSb-NMRスペクトルの帰属を決定し、四重極パラメータを明らかにした。この成果は、ドイツで行われた国際会議SCES2004にてポスターとして発表した(Physica B(2005),印刷中)。これをベースとして、現在、超伝導状態のナイトシフトの測定を行っている。これまでに、高温のナイトシフトから超微細相互作用定数を決定し、超伝導状態ではナイトシフトは温度によらず一定であることを見いだした。現在、これを確認すべく、追試を行っているところであるが、ナイトシフトが不変であるという実験事実は超伝導対パリティが奇であることを示唆している。これらの結果は2004年9月物理学会、2005年3月物理学会で口頭発表した。現在、NMR装置を応用した表面インピーダンス測定法を開発中であり、PrOs_4Sb_<12>に対し適用する予定である。

(2)バンド計算との比較から、これまで未知であった、Sbの核四極子モーメントを決定した。(3)精密なSb-NQR実験を行い、核四極子パラメータの低温での異常な温度依存性がTh対称性をもつPr-4f^2由来の16極子によるものであることをはじめて明らかにし、多極子自由度の存在と超伝導の関係を指摘した。(4)超伝導状態でナイトシフトの温度依存性が無いことから、スピン3重項超伝導状態であることを示唆する結果を得た。(1)(3)については公表済み。(4)については、現在執筆中である。また、これ以外に、(5)(Ba,Sr)Fe4Sb12のNQR/NMR実験から強磁性スピン揺らぎに関する知見を得た。(6)重い電子超伝導準粒子磁化率評価に関して、比熱や緩和時間からスピン磁化率を評価できることを示した。
クルマエビのサイトカインネットワークの解明－血管内皮細胞増殖因子の機能解析－

エビ養殖において、高密度飼育によるエビの感染防御能力の低下等により、ウイルス病や細菌感染症を主とした疾病が世界各地で発生している。本研究では、エビ類における生体防御と生命維持などの統合的な生体制御機構をサイトカインの側面から明らかにし、これらの遺伝子を早期疾病診断へ応用することを目的とした。平成26年度は遺伝子レベルおよび、タンパク質レベルの解析を行った。遺伝子レベルでは、クルマエビにおけるVEGFファミリーに属する遺伝子4種類を同定し、免疫応答を明らかにした。同定したクルマエビのVEGF1、2、3および4はそれぞれ、198、193、305および322アミノ酸残基をコードしていた。立体構造解析において、クルマエビのVEG1は2量体を形成することが予測された。ウイルス病PAVの原因ウイルスであるPRDVおよびビブリオ感染症の原因菌であるVibriopenaeicidaを用いて病原体感染時の遺伝子発現動態を定量解析した。PRDV注射後132時間の血リンパにおいて、平常時の約10倍、リンパ様器官において平常時の約40倍、VEGF1の発現が増加した。この結果より、クルマエビのVEGF1はエビ類の生体防御機構に関与している可能性が示唆された。現在、タンパク質レベルでは、リコンビナントタンパク質を作製し、その機能を解析するとともに、それを用いたポリクローナル抗体や十数アミノ酸残基からなるペプチド抗体を作製し、抗体の特異性の確認を進めている。26年度が最終年度であるため、記入しない。
階層並列モデルによる運動学習とブレイン・マシン・インターフェースへの応用

階層型順逆強化学習モデルの開発自由行動下での動物の探索行動データおよびヒト意思決定データへの、階層型逆強化学習法の適用を進めた。共同研究者から線虫の自由行動下での探索行動データの提供を受け、逆強化学習法を適用した結果、線虫の行動には記憶に依存した搾取戦略と記憶に依存しない探索戦略があり、感覚細胞を欠失した個体では前者が存在しないことを見出した(Yamaguchi, et al., to 2018)。動的環境において意思決定課題を行っている際のヒト行動データに階層型逆強化学習法を適用することで、メタな学習戦略を規定する逆温度を動的に変化させながら環境適応するヒト行動のモデル化を行った。このモデルを用いた順強化学習を行うことで、ヒトの動的な環境適応の模倣学習を可能とした。ヒトイメージングからの視覚注意のデコーディング視覚注意課題を対象に、ヒトの脳波(EEG)および機能的核磁気共鳴図(fMRI)からのデコーディング研究を進めた。ヒト動画観視時のEEGデータの解析を進めた結果、動画に含まれる特徴量(顕著度)がEEGデータに含まれる特徴量からデコード可能であることが分かった(Liang, et al., 2018)。また、視覚注意に関わる被験者間転移デコーディング法の開発を進めた。提案手法では、ヒト脳の構造的結合について非剛体変換を行うことで転移を可能とする。この手法は、従来の脳の構造に基づく被験者間転移デコーディング法よりも精度が高いことが分かった(Fuchigami, et al., 2018)。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。研究実績の概要順逆強化学習モデルの開発サンプル利用効率の高いモデル同定強化学習法(逐次KL強化学習法)の開発を行った。これまでの潜在KL制御に対して、サンプリング方策の逐次更新を行うことで非線形問題に対するサンプル利用効率を高めた。また潜在空間のダイナミクスに対して、正規化ガウスネットワークによるオンライン学習を用いた。また、複数の学習戦略を混在しながら学習しているエージェントの行動系列に対しても適用可能な並列逆強化学習法を開発した(内田ら、2017)。学習エージェントはしばしば学習初期には探索的戦略を、学習が進行するにつれて搾取的戦略へと切り替えるが、そうした場合であっても、未知の報酬関数、未知の方策パラメータを同時に推定することができる。ヒトイメージングからの一般手指運動のデコーディング脳磁図から一般手指運動のデコーディングを行った。独立成分分析によるアーチファクト除去、隠れマルコフモデルによる特徴量抽出の後、判別器にかける。しかし、一部の手指の運動がうまくデコーディングできないことが分かった。筋の受動性により動作しているため脳活動中の運動信号成分が弱いことが考えられる。また、自然動画の顕著度を動画観視時の脳波からデコーディングを行う一般動画デコーディングを試みた。場面転換を含む編集動画観視時には、場面転換点で事象関連電位が観測されることを確認した(濱田ら、2017)。順逆強化学習モデルの開発においては、サンプル利用効率の高いモデル同定強化学習法と、参照エージェントの学習戦略変化にも追随可能な並列逆強化学習法の開発に成功した。今後は、これらを組み合わせることで、順逆強化学習法の開発へと展開する。また、Fristonらの自由エネルギー原理を利用したモデル予測制御の調査研究を行ったので、今後はその発展版の開発の検討を進める。一般手指デコーディングの研究は、筋の受動性の要素が大きく、当初想定していた性能が出ていないことが分かった。同様の多自由度運動でありながら筋受動性の影響を受けにくいと考えられる一般腕運動を対象に、現在、追加実験の設定を終えた段階にある。これらとは別に、一般動画デコーディングの予備研究を行い、一部ポジティブな結果を得たので、今後はこの研究の発展版の検討を進める。

階層型順逆強化学習モデルの開発自由行動下での動物の探索行動およびヒト意思決定過程を想定して階層型逆強化学習法の開発を進めた。共同研究者から線虫の自由行動下での探索行動データの提供を受け、エネルギーベースの逆強化学習法の適用を進めた。遺伝子改変により感覚細胞の機能欠失を行った個体についての解析も進めた。動的環境での意思決定課題を想定した階層型逆強化学習法の開発を進めた。この手法は、変化点検出法と学習時のエージェントにも適応可能な逆強化学習法との組み合わせになる。簡単な動的環境(部分観測マルコフ決定過程)において強化学習を行っている人工エージェントの行動データに適応した結果、エージェントの報酬関数およびメタパラメータの推定が可能であることが分かった(Uchida, et al., 2017)。ヒトイメージングからの視覚注意のデコーディング視覚注意課題を対象に、ヒトの脳波(EEG)および機能的核磁気共鳴図(fMRI)からのデコーディング研究を進めた。ヒト動画観視時のEEGデータの取得を行い、動画に含まれる特徴量(顕著度)とEEGデータとの関連を解析している。また、視覚注意に関わる被験者間転移デコーディング法の開発を進めている。提案手法では、ヒト脳の構造的結合について非剛体変換を行うことで転移を可能とする。さらに、EEGベースの視覚注意の被験者間転移の際に用いる転移行列が被験者の特定(個人認証)に利用可能であるかについて、予備的な実験と解析を行った(Nishimoto, et al., 2017)。当初の29年度計画によれば、MEGデータへの階層的学習モデルの適用を予定していたが、適用した結果、MEGのアーチファクトが大きくデコード性能が十分に出ないことが判明した。研究方法の再検討を行い、MEGから、バックアップ実験として並列実施していたEEGにデータを変更し、あらためてEEGデータの解析からやり直す必要が生じたため7か月間の計画延長を行った。一方で、上記の実績概要に示すように、EEGデータのデコード解析は順調であるので、結果として「(2)おおむね順調に進展している」と判断された。逆強化学習については、現在、小型動物の全身運動のデータを得たので、その解析に適用することで、脳ー運動シナジーへの応用を試みる。一般に、順逆強化学習は大量のサンプルを必要とすることが多く、そのことが工学的応用性を狭めており、脳の学習モデルとしての妥当性の欠如につながっている。モデル誤差に対してロバストなる強い正則化が入る手法の開発が重要であり、今後はその方向でのアルゴリズム開発に展開する。一方で、ヒトの運動データからの模倣学習への応用も行う予定である。現在一般腕運動の実験準備をほぼ終えたので、データが取れ次第、一般運動デコーディングの研究を再開する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。階層型順逆強化学習モデルの開発階層型逆強化学習の自由行動下での動物の探索行動データへの適用については、解析結果をまとめたうえで学術雑誌上の論文化を進める。ヒトの動的な意思決定過程に適応可能な階層型順逆強化学習法については、動的環境での意思決定課題を課したヒト実験データを取得し、それを模倣できるような学習エージェントのモデル化に展開する。
尿路感染症における網羅的薬剤耐性機構の研究

本研究では主にカルバペネムなど多剤耐性腸内細菌科細菌や非発酵菌について、染色体性のみならずプラスミド性も含めた網羅的な耐性機構ならびに耐性遺伝子伝播形式の研究を行う。さらに日本国内のみならず、他のアジア諸国も含めた薬剤耐性細菌の出現、院内感染の状況ならびに抗菌薬投与歴などの患者背景因子との関連を解析することにより、各国間の耐性菌伝播様式の相違点を見極め、各国における効果的な分子疫学対策手法・感染制御対策の確立を目指す。
現代の多様な子ども達に向き合う養護教諭の養成教育とカリキュラムに関する認識調査

本研究は異なる養成機関(教育系・看護系・学際系)を経た養護教諭が受けてきた教育に関する認識を明らかにすることを目的とし、現職養護教諭13名を対象にインタビューを実施した。看護系では教育に関する学びや学校での実践が少ないこと、学際系では救急処置に関して不安が大きく、教育系では十分な学びを得ているなど、様々な認識と課題が明らかとなった。しかし、いずれの養護教諭も養成教育で学んだ知識や技術を活かし、専門職としてのポリシーをもって実践し、その実践における学びも重要であることがわかった。以上より、各養成機関の教育に差が生じている現状において、養成課程で学ぶべきことのさらなる検討の必要性が示唆された。本研究では、養護教諭の養成教育に焦点を当て、異なる養成機関を経た養護教諭が受けてきた教育と実践に関する認識を明らかにし、養護教諭養成教育の教育内容(カリキュラム)を検討することを目的としている。平成24年度は、その目的の一つである、異なる養成機関を経ている養護教諭に対して、受けてきた教育がどのように実践に影響しているかインタビューを行うため、文献検討、インタビューガイドの作成、予備調査を実施し、研究計画書を作成した。研究者が属する研究機関の倫理審査委員会に申請し、受理されたため、研究参加者をリクルートしインタビューを実施し始めたところである。文献検討では、日本養護教諭養成大学協議会において、カリキュラムの見直しの必要性が検討されており、モデルカリキュラムの構築を試みていたが、実現に向けて考慮すべき課題が多く、その一つとして、これまで実施してこなかった現職の養護教諭に対する意識調査が必要であるということであった。また、さまざまな学問的背景の下で養成された養護教諭に対する現任教育も課題となっており、現職の養護教諭に対するあらゆる角度からの認識調査は意義があるものであることが確認できた。インタビューガイドの作成や予備調査では、実際に10年以上の経験を持つ養護教諭に協力を得て、研究計画書を作成、倫理審査も通過した。研究参加者のリクルートに関しては、機縁法で15名確保できたが、キーパーソンとなる人が体調不良となり、インタビューが計画通りに行えなかった。6名のみ実施したところであるが、経験年数、学問的背景が異なることで、得られる内容も多種多様である。データが少ないため比較や分析はしていないが、今後インタビューを重ねていく中で豊富なデータが得られることが予測され意義のある成果につなげたいと考える。本研究は養護教諭の養成教育に焦点をあて、教育系、看護系、学際系(栄養学や心理学等)と異なる養成機関を経た養護教諭が受けてきた教育と実践に関する認識を明らかにし、養護教諭養成課程の教育内容(カリキュラム)を検討することを目的とした。具体的には、1.異なる養成機関を経ている養護教諭に対して、受けてきた教育がどのように実践に影響しているか、インタビューを行い、それぞれが抱いている認識を明らかにする。2.各養成機関の養護教諭免許取得のための現行のカリキュラムの内容。3.1,2より現行のカリキュラムの問題点を分析し、今後の養成教育に向けての提言を行う。ことを目標に計画を立て、研究に取り組んだ。養護教諭は、養成課程での教育についてさまざまな思いを抱いていた。特に看護系では養護や教育に関する学びが少ないこと、学際系では救急処置に関して不安が大きかったこと、教育系では十分な学びを得たことを語っていた。しかしながら、いずれの養護教諭も、学生のときに必要な知識や技術、養護教諭像などの基盤を築き、教員になってからはベテラン養護教諭の実践や他校の養護教諭とのつながりにおいて自らの実践を振り返ったり、組織の中でいかに良好な人間関係を作るかに努力していたり、子どもや保護者の実態と向き合って働いていた。その経験や実践の積み重ねにおいて、学校組織の一員である養護教諭として働いていく自信を持っていた。また、現行のカリキュラムの内容を概観すると、看護系は教育系や学際系のカリキュラムに比べて免許法上の「養護に関する科目」において養護の専門科目が少なく、積極的に看護学の科目が読み替えられていた。以上より、各養成機関で用意されているカリキュラムに差が生じている現状において、なるべくその差を小さくするべく読み替え科目の再検討が課題であり、養成課程で学ばなければならないことをさらに探求していく必要性が示唆された。研究参加者の状況が変わり、インタビューを実施できなくなったことで、再度リクルートし直したり、研究参加者に合わせたりしているためデータ収集が計画よりやや遅れている。25年度が最終年度であるため、記入しない。現職養護教諭へ継続してインタビューを行い、それぞれが受けてきた教育に対して抱いている認識(考え方や思い、悩み)について記述、分析することで、現行の養護教諭養成課程における教育内容の課題を明らかにする。また、並行して各養成機関の養護教諭免許取得のための現行のカリキュラムの内容も調査し、現行のカリキュラムの問題点を分析し、今後の養成教育に向けての提言を行いたい。
人工関節軟骨を目指した超低摩擦・高強度高分子ゲルの創成

金属などで構成される機械とは異なり、生物は実にしなやかに、そしてダイナミックに運動し、そのエネルギー効率は高い。これは、生体を構成する含水ゲル状物質が極めて特異的な超低摩擦性を発揮していることに依る。その最も良い例は生体関節軟骨である。軟骨は軟骨細胞と細胞外マトリックスから構成され、約70%の水を含むゲル状の物質である。軟骨にはマイナス電荷をもつ糖がたくさん結合しているため、イオン浸透圧が高く、高荷重に耐えながら、低い摩擦抵抗を示す。しかし、現在使用されている人工関節は、超高密度ポリエチレン・セラミックなどの固体材料で作られている。これらの人工関節は、生体軟骨の『含水構造』という大きな特徴を無視した造りであるため、その摩擦は生体関節のそれよりも数十倍大きい。しかも、変形性に乏しく、生体軟骨のような、衝撃吸収性がなく、摩擦界面に関節液(潤滑剤)を保持する能力も持ち合わせていない。人工関節素材に望まれる条件としては、非常に大きな負荷に耐えられる事はもちろん、摩擦係数が小さく、かつ磨耗しにくいことが挙げられる。しかし、これらすべての条件を充分に満足する素材の開発は非常に難しく、本来の構造とは掛け離れた素材で造り続けられているのが現状である。高分子ゲルは多量の溶媒を含みつつもその形状を維持できる、生体軟骨と同様の含水物質である。本研究はゲルの表面は生体軟骨並の非常に小さな滑り摩擦抵抗を示すことを見出した。また、通常のゲルは機械的強度に乏しく脆いが、圧縮強度が数MPaという、人工関節軟骨に匹敵する強度と柔軟性を兼ね備えたハイドロゲルの合成に成功した。さらに、本研究は低摩擦と高強度特性を併せ持ったゲルの創製を実現し、それによって、初めて人間の膝関節と同等の荷重・滑り速度での摩擦研究が可能となった。本研究によって、これまでの生理学・組織学的研究では謎であった関節軟骨を構成するコラーゲンやアグリカンのもつブラシ状の分子構造や、それらが帯びる電荷の意味を、潤滑効果を生じるものとして物理化学的に明確に説明した。本研究で得られる知見は組織の運動や変形挙動をとり入れた人工関節や人工臓器など次世代人工医療機器を創製する重要な戦略指針を与える。ゲル表面の水和潤滑・摩擦の研究は、高分子ゲルの表面科学という新たな研究領域を開拓したと言える。これまでの研究はゲルの静止摩擦や緩和現象を避けて、動的な平衡過程を中心に展開してきた。そこで今年度は,ゲル表面どうしの摩擦界面が示す静止摩擦の挙動に焦点を置いて検討してきた。これは,ゲル表面の摩擦特性を理解する上での重要なカギとなる界面相互作用の働き方-摩擦界面がどのような状況・状態にあるか-は,平衡状態に達した動摩擦よりもむしろ、「静→動」の過程で発生する静止摩擦にこそ,より色濃く影響してくると考えられたからである。筆者らが提唱した理論モデルによると、反発相互作用系におけるゲルの摩擦は流体潤滑が働くので、静止摩擦がないと予測できるが、今回の実験では、吸着相互作用がする系のみではなく、静電反発系においても静止摩擦が観測され、界面すべり運動には臨界せん断応力が存在していることを見出した。

これは、連続体流体力学では説明できない現象であり、ゲル中にと閉じ込まれている水が小さいせん断応力に対して、固体的な振る舞いをしていることを示唆している。さまざまな滑り速度、荷重、温度におけるゲルの静止摩擦を調べた結果、静止摩擦力は速度にほぼ依存しないこと、垂直圧力の増加に伴って増加すること、温度の上昇によって小さくなることが明らかとなった。また、電解質ゲルの静止摩擦力は高分子網目の対イオンの水和能力によって変化することも明らかになった。また、大過重下の摩擦挙動を研究するために、独自の摩擦測定装置を設計・試作した。これまで手付かずの人体並の高荷重(数十MPa)領域でのゲル摩擦の経時的応答(瞬間的に荷重が抑えた時の応答など)や時間に対する履歴などの研究を展開することが可能となった。これまでの研究で、ゲルの表面に高分子鎖の自由末端が存在すると、両末端固定の網目表面より摩擦係数がさらに12桁下がることが発見した。本年度はこのような表面高分子鎖の形状の効果を明らかにすることを目的とした。そのために、グラフト鎖の分子量や密度を精密に制御されたゲルとそれに対応する両末端架橋するゲルの合成をまず行った。ゲル表面の高分子鎖を両末端化学架橋することによって固定する場合と片末端固定場合比較した結果、グラフト鎖の密度が一定にしたときに、その長さ(分子量)がある臨界値を超えると、摩擦抵抗が急激に下がり、グラフト鎖効果は臨界分子量が存在することを始めて明らかとなった。また、高い滑り速度において、グラフト鎖の長さが大きくなるにつれて、グラフト鎖の効果が無くなり現象はグラフト鎖間が物理的絡み合いが形成される場合による効果を明らかにした。グラフト鎖の効果はせん断応力による高分子鎖の変形と関連を付けられ、グラフト鎖効果は高分子鎖のShear Thinning Effectであることを始めて明らかとなった。前年度に独自に設計・試作した大荷重下の摩擦測定装置を用いて、これまで手付かずの人体並の高荷重(100kg/cm^2)領域でのゲル摩擦挙動・グラフト鎖効果を研究した。その結果、大荷重下においても我々が提案している吸着・反発説が成り立つこと、グラフト鎖効果を示すことを明らかにした。平行して、オルガノゲル(有機溶媒ゲル)の表面にも超低摩擦構造を導入し、超低摩擦能を発現させた。この結果は、非極性有機溶媒を含む有機ゲルの振る舞いを調べることによって、ヒドロゲル中における極性溶媒である水の役割を明らかにするとともに工業面への広い応用が期待できる(ゲルを用いた新規ベアリング機構の開発、マイクロマシーンの潤滑等)。1)高分子電解質ゲルに中性な高分子網目を導入し、その2重網目構造を持つゲル(DNゲル)は含水率が90%以上にもかかわらず、初期弾性率0.3MPa、圧縮破壊応力20MPaを示す。DNゲルの高強度化メカニズムを研究するために、ゲルの破壊エネルギーGを測定する方法を確立し、様々な重合条件で合成したDNゲルのGを測定した。その結果、重合条件が最適化されたDNゲルは1000J/m^2のGを示すことが分かった。この値は高強度ゴムに匹敵するもので、従来の高分子材料の破壊理論では高分子密度がゴムの十分の一しかないゲルのこの強度を説明できない。
戦前期における内地／外地を結ぶ書物流通の総合的研究

本研究は、戦前期の帝国日本の各都市、各地方を結んで展開した書物の流通ネットワークを、外地を取引先とした取次業者、海外各地に店を構えた小売書店の活動に注目することで明らかにするものである。東アジア各地やハワイ、北米などへの日本人の侵出にともない、20世紀初頭から各地に日本人経営の書店が誕生した。1910年代からは各地域で徐々にこうした外地書店の組織化が進み、同時に内地とそれら書店を結ぶ書物取次網も機能を始めた。この研究では、取次書店としては大阪屋号書店、東京堂、三省堂ほか、小売書店としては朝鮮半島、台湾、旧満洲、樺太、ハワイ地域の小売書店に焦点を当て、帝国日本の書物流通の素描を試みた。今年度は(1)台湾の新高書店を中心とする小売書店と流通の歴史、(2)朝鮮半島における小売書店と流通の歴史、(3)大阪屋号書店の再検討・再評価を行った。(1)台湾の課題としては、『台湾日日新報』の閲覧・分析を行いながら、新高堂が設立される以前と、新高堂が設立された後の初期の状況がどうであったのかについて、考察を行った。その成果は、「外地書店を追いかけるー台湾・新高堂以前ー」(『文献継承』金沢文圃閣2013年4月第22号pp.1-3)、「外地書店を追いかける(2)ー台湾・新高堂の誕生ー」(『文献継承』金沢文圃閣2013年10月第23号pp.6-8)として公表している。(2)朝鮮半島の課題としては、同地における書店史の概略および流通のありかたについて、朝鮮書籍雑誌組合の資料や内地の関連資料などを用いながら考察した。日韓書房、大阪屋号書店京城支店および卸部、釜山の吉田博文堂などを、鍵となる書店として注目した。流通に関しても、内地の業界資料などを用いながら一覧化して考察した。その成果は、「戦前外地の書物流通(1)朝鮮半島における日本語書店の展開」と題して、高麗大学で開かれた「東アジアと同時代日本文学フォーラム」において発表した(2013年10月18日)。現在論文化するため作業中である。(3)大阪屋号は外地専門の取次最大手として著名である。ただしこの書店にのみ注目されて他の業者への目配りが不十分だった。そのため、東京堂や三省堂、関西・九州の業者などの活動を追跡しながら、外地向け取次全体のあり方を再評価しようと試みた。その成果は「大阪屋号書店・再考ー外地/内地を結ぶ書物流通」として日本出版学会出版支部会において報告した(2014年2月15日)。また2014年3月11日には、堂書店関係者にインタビューも行った。今年度は開始初年度であり、まずは関連資料を購入することから始めた。朝鮮半島や満洲において出版された雑誌およびその総目次などを揃えた。研究業績としては「外地書店とリテラシーのゆくえー第二次大戦前の組合史・書店史から考えるー」を発表した。これは小売書店の組合史資料および各書店史を資料から、外地書店の概略を広く見渡そうとした論考である。具体期には、外地書店の同業者組織である外地の書籍雑誌商組合の歴史、そして外地書店が生まれ育つ際の典型的道筋の素描という二つの課題から外地書店の歴史に迫った。地域を横断して俯瞰的に展開を描出すると同時に、文化的な〈接触領域〉として、外地書店という空間を考えた。また『台湾日日新報』の広告を資料として、従来注目されることの多かった新高堂より、更に遡った時代における書店の展開を考察した。これにより、日清戦争後の台湾領有直後の時代における、台北を中心とした日本人居留地の書店のありさまが浮かび上がってきた。これは2013年4月に刊行された。今年度は、研究論文を1本、短い研究報告記事を1本発表し、研究発表を1回行った。論文としては、「朝鮮半島における日本語書店の展開ー戦前外地の書物流通(1)ー」『跨境日本語文学研究』(第1号、2014年6月)がある。朝鮮半島における日本語の書物を扱う書店の歴史および書物取次の歴史を概観した。具体的には、書店数増加の追跡、個別例として日韓書房の検討、教科書取次の歴史の発掘、鮮配設立騒動の追跡などを行っている。記事としては「外地書店を追いかける(4)ー台湾・新高堂の発展ー」『文献継承』(金沢文圃閣、第26号、2015年3月)がある。

台湾の日本語の書物を扱う書店のうち、代表的な店である新高堂について、『台湾日日新報』をもとに調査したものである。第四回となるこの記事では1915年前後を扱っている。研究報告としては、「Rethinking Circulation of Japanese-Language Books between Japan and its Oversea Territories before the World War II」と題する発表を、ICC Research Unit “Japanese Literature in Motion"(上智大学、2015年1月23日)において行った。第二次世界大戦以前における外地各地域における日本語書店の展開を広く見渡しつつ、同時に大阪屋号書店や東京堂などの書物取次の活動について報告した。他に、北京において戦前の日本語書店に関する実地調査を行っている。満洲、樺太、ハワイなどにおける書店の歴史についても、資料の収集と分析を行った。近現代日本文学・文化史台湾、朝鮮、書籍流通、それぞれにおいて研究発表や論文化しており、順調であると言える。台湾を対象とした研究は、予定したよりもやや遅れている。しかしながら、全体を見渡す論考を本年度紅葉することができたため、これは大きな進捗だと自己評価できる。上記(1)については、続稿を『文献継承』に掲載する予定である。(2)については、今年前半には論文化する予定で目下準備している。(3)も今年度中に投稿を行いたい。さらに、今年度は中国大陸における書店の展開も調査を始める予定である。今年度は家庭の事情(妻の出産と育児)により、海外渡航による調査研究が難しかった。最後までその可能性を探ったが、果たせなかった。そのために、研究費を余らせる結果となった。次年度は引き続き、台湾についての調査研究、および朝鮮半島についての調査研究を行う。可能であれば双方に調査に行きたい。また秋には外地の書物流通についての研究報告を予定している。予定していた調査出張について、行けなかった。また高麗大学における研究発表の旅費・滞在費が、前方から支出された。また物品費について、想定よりも少なくて済んだ。調査出張については、計画的に行う。物品費は関連資料の購入を中心に、早めに執行する。今年度執行できなかった予算は、次年度海外旅費あるいは資料購入に振り分けるかたちで、生かしていきたい。台湾、韓国における海外調査、また国立国会図書館での調査を計画している。
重金属による食細胞フリーラジカル産生刺激と細胞内情報伝達機構

酸化亜鉛(ZnO)フュームによる金属熱の発症機序を解明する目的で、ラット腹腔内浸出性好中球やマウスマクロファージ様細胞株Raw264.7などの貪食細胞を用いて、ZnOの活性化作用とその機序を検討した.ZnOは、グルタチオン(GSH)やチオール化合物の添加により活性化作用が増強されることがわかった。ZnO単独では、好中球やマクロファージの細胞膜のCR3受容体に認識され、GSHによりFcγRやその他の受容体を介して、GTP結合蛋白、カルモジュリン、プロテインキナーゼC、チロシンキナーゼ、細胞内カルシウムなどの細胞内情報伝達機構の関与のもとにNADPHオキシダーゼの活性化によりO_2さらにH_2O_2が増加することがわっかた。ZnOとZnO+GSH刺激による好中球活性化作用の違いを検討すると、ZnOは細胞膜のNADPHオキシダーゼ以外に細胞質の一酸化窒素合成酵素(NOS)からO_2産生を刺激しパーオキシナイトライト(ONOO)を発生させるのに対し、ZnO十GSHは、ミトコンドリアに局在するといわれるモノアミンオキシダーゼ(MAO)を活性化しH_2O_2の産生を増強している可能性が示唆された。このことは、核転写因子の活性化やアポトーシスの発生機序に関与する新しいH_2O_2の発生源としての可能性を有しているだけではなく、MAOと細胞内情報伝達機構の関係を繋ぐ新しい発見の可能性がある。さらに、Raw246.7を用いた実験から、GSHはZnO粒子の貪食作用を増強させることが認められた。本研究より、亜鉛熱は、ZnO粒子に内因性のGSHが作用することによって発症する可能性が示唆された。酸化亜鉛(ZnO)刺激によるラット腹腔浸出性好中球の活性化機構をルミノールやルシゲニンを用いた化学発光で細胞内情報伝達機構とNO(一酸化窒素)との絡みにおいて検討した。酸化亜鉛によるルミノール発光は、還元型グルタチオンだけでなくチオール基を有したチチオスレイトールの添加によっても増強された。酸化亜鉛+グルタチオン刺激よる発光は、酸化亜鉛単独刺激に比べスパーオキシドディスムターゼ(SOD)による抑制効果が少なく、活性酸素(O_2^-)の関与が少ないことが示唆された。種々の阻害剤を用いることにより酸化亜鉛、酸化亜鉛+グルタチオンによる刺激にプロテインキナーゼC、カルモヂュリン、GTP結合蛋白、チロシンキナーゼ、細胞内カルシウムの遊離などの細胞内情報伝達機構が関与していることが認められた。また、dichlorofluorescin diacetate(DCFH-DA)を用いた蛍光法による細胞内H_2O_2量は、酸化亜鉛刺激より酸化亜鉛+グルタチオン刺激の方に上昇を示し、ミエロペルオキシダーゼ(MPO)活性に対してもグルタチオン添加が著明な抑制を示すことから、H_2O_2の上昇が関与していることが認められた。さらに、NOの産生をNO_2^-でみると酸化亜鉛および酸化亜鉛+グルタチオンで上昇することがわかり、これら刺激剤によるルミノールの発光のNOとO_2^-の反応物ONOO^-の関与が示唆された。酸化亜鉛(ZnO)によるラット腹腔浸出性好中球の活性化をルミノールを用いた化学発光で検討した。ZnOによるルミノール発光は、還元型グルタチオン(GSH)により増強され、この現象が活性酸素(O2^-)の消去酵素であるスーパーオキシドデイスムターゼにより抑制されず、過酸化水素(H2O2)の消去酵素であるカタラーゼで抑制されることから、当初、細胞内でH2O2が産生されていることが考えられた。

また、ミトコンドリアに主に局在すると言われているモノアミンオキシダーゼの阻害剤であるclorgylineがZnO単独刺激による化学発光にはなんら影響を与えないのにたいして、ZnO+GSH刺激化学発光を著名に抑制することから、モノアミンオキシダーゼ由来のH2O2の関与が考えられた。しかしながら、NADPHオキシダーゼ阻害剤や低分子O2^-消去剤であるDPIやTironなどもZnO+GSH刺激化学発光の著名な抑制作用を示すことから、細胞内NADPHオキシダーゼの存在とその関与も示唆された。そこで、今後、TironのO2^-消去にたいする特異性や、モノアミンオキシダーゼの細胞内情報伝達における関与をリン酸化に焦点を絞って検討するとともに、最近ZnOヒュームのヒトへの吸入実験から、肺胞洗浄液中のTNFαの上昇が指摘されていることから、細胞内H2O2による転写因子を絡めたTNFαの産生を培養細胞系で証明しなければならない。酸化亜鉛(ZnO)フュームによる金属熱の発症機序を解明する目的で、ラット腹腔内浸出性好中球やマウスマクロファージ様細胞株Raw264.7などの貧食細胞を用いて、ZnOの活性化作用とその機序を検討した。ZnOは、グルタチオン(GSH)やチオール化合物の添加により活性化作用が増強されることがわかった。ZnO単独では、好中球やマクロファージの細胞膜のCR3受容体に認識され、GSHによりFcγRやその他の受容体を介して、GTP結合蛋白、カルモジュリン、プロテインキナーゼC、チロシンキナーゼ、細胞内カルシウムなどの細胞内情報伝達機構の関与のもとにNADPHオキシダーゼの活性化によりO_2さらにH_2O_2が増加することがわかった。ZnOとZnO+GSH刺激による好中球活性化作用の違いを検討すると、ZnOは細胞膜のNADPHオキシダーゼ以外に細胞質の一酸化窒素合成酵素(NOS)からO_2^-産生を刺激しパーオキシナイトライト(ONOO^-)を発生させるのに対し、ZnO+GSHは、ミトコンドリアに局在するといわれるモノアミンオキシダーゼ(MAO)を活性化し、H_2O_2の産生を増強している可能性が示唆された。このことは、核転写因子の活性化やアポトーシスの発生機序に関与する新しいH_2O_2の発生源としての可能性を有しているだけではなく、MAOと細胞内情報伝達機構の関係を繋ぐ新しい発見の可能性がある。さらに、Raw246.7を用いた実験から、GSHはZnO粒子の貧食作用を増強させることが認められた。本研究より、亜鉛熱は、ZnO粒子に内因性のGSHが作用することによって発症する可能性が示唆された。
チタノシリケート構造の精密制御による高機能液相酸化触媒の創製

高性能液相選択酸化触媒への応用が期待されながら、調製が困難とされていたMWW型チタノシリケート、Ti-MWWの合成の研究に取り組み、その水熱合成法、ポスト合成法、固相合成法とフッ化物合成法を確立した。また、過酸化水素を酸化剤とする不飽和炭化水素の液相選択酸化におけるTi-MWWの特異的な触媒作用を見出した。ホウ酸を結晶化の助剤として用い、幅広い範囲においてチタン含有量が可変なTi-MWWを水熱合成することができた。Ti-MWWは分子サイズの異なるアルケンならびに各種官能基を有するアルケンの液相酸化に高い触媒活性を示し、特に鎖状アルケンには従来のMFI型(TS-1)とベータ型(Ti-Beta)チタノシリケートと比べ、はるかに有効であること、アルケンの幾何異性体の酸化に対して特異的な形状選択性を示すことがわかった。MWW型ゼオライトの構造特異性を利用し、三次元結晶構造と二次元層状構造の間の自由な相互変換をはかり、Ti-MWWの新規合成法である構造可逆転換ポスト合成法を見出し、現在まで知られているエポキシ化触媒として活性の最も高い触媒を調製することができた。また、ポスト法で調製したTi-MWWを剥離処理あるいは酸処理して、嵩高いアルケンの酸化に対応できる触媒に転化することもできた。従来のアルミニウム含有[Ti, Al]-Beta、フッ化物法Ti-Beta-FとETS-10の高性能化について、生成物選択性と触媒活性を向上させるポスト法を確立した。さらに耐水熱安定性とチタン活性点の耐溶出性の高いチタン含有メソポーラス物質、Ti-SBA-15とTi-MSU-Gの新しい合成法を見出した。直接水熱合成法と固相転化法を用いTS-1、Ti-Beta、Ti-MWW、Ti-MCM-41とTi-MSU-Gを調製した。ケイ素源、組成モル比、合成条件(結晶化助剤の添加、合成時の温度、pH値と時間など)と後処理を検討し、調製条件の最適化、粒子径の制御と骨格外チタンの除去を行った。特に、Ti-MWWの結晶化にはホウ酸助剤が大きな役割を果たしていることが明かとなった。また、酸処理による骨格外Ti種の除去が不可欠であることもわかった。間接法としてチタン化合物処理法を用い、Ti-MWWとTi-SBA-15を入手した。これらのチタノシリケートにつて、シリル化処理、四級アンモニウムイオン交換修飾、合成の段階有機シラン剤またはフッ素の導入などを行うことにより、チタノシリケートの親水・疎水性、表面酸性質とTi種の局部構造の制御を行った。チタノシリケートの構造についてXRD、ガス吸着を、Ti周囲の構造について赤外、紫外可視分光法を用いて調べた。また、疎水性を水吸着、昇温脱離により評価した。全てのチタノシリケートのTi種が結晶骨格中に四配位として存在することがわかった。また、他のチタノシリケートと異なり、Ti-MWWのTi種が複雑な局部構造を有することを明らかにした。これらのチタノシリケート触媒を分子サイズの異なるシンプルアルケン或は官能基を有するアルケンの過酸化水素によるエポキシ化に適用し、触媒活性と選択性がチタノシリケートの形状選択性、酸性質、親水・疎水性、Ti種の状態に大きく依存することがわかった。特に、四級アンモニウムイオン交換修飾によりTi-Betaの表面酸点が大幅に減少され、エポキシドの選択性が大幅に的に生成されること、とTi-MWWがアルケンの幾何異性体(cisとtrans体)の酸化に異常に高いtrans選択性を示すことを見い出した。

平成13年度に調製した各種のチタノシリケートを触媒とし、種々の有機分子の液相酸化反応を行った。具体的には、アルカン、アルケン、フェノールなどの芳香族の過酸化水素による酸化、ケトンのアンモニアと過酸化水素によるオキシム化を行い、構造の異なるチタノシリケートの触媒特性を調べた。触媒の細孔径、細孔構造と反応分子のサイズの変化による形状選択性、溶媒効果、活性と選択性に及ぼす共存の骨格アルミニウムとホウ素の酸性の影響、疎水性の差による活性、チタン種の安定性と触媒寿命への影響を検討した。結晶性チタノシリケートは触媒活性、チタン種の安定性において非晶性チタン含有メソポラース物質より優れていることが明らかとなった。特に、MWW構造のチタノシリケートは非常に有効なアルケン液相エポキシ化触媒であることがわかった。また、結晶骨格に共存するホウ素はチタン活性種の触媒作用に大きな影響を与えないことがわかった。上記の触媒反応結果と平成13年度得た物性測定の結果と照らし合わせ、結晶構造・チタンの存在状態と触媒活性・生成物選択性の関連性を探った。水熱合成法とポスト合成法を用いてゼオライト結晶骨格中に導入したチタン種が異なる局所構造を有することを固体NMR、UV-visとIR分光法測定により解明した。ポスト法で導入した存在状態の異なるチタン種がエポキシ化反応の高性能化に寄与することがわかった。本年度はMWW型チタノシリケート触媒の高性能化のための合成法の開発、大分子の液相選択酸化に適応する大口径チタノシリケート触媒の調製ならびにそれらの触媒作用を中心に研究を行なった。三次元結晶構造のMWWシリケートをpiperidineまたはhexamethyleneimineの水溶液で処理し可逆的に層状前駆物質に変化することを見出した。この構造変化特徴を利用しチタン種の均一なポスト導入法を確立した。また、合成ゲルにフッ酸を添加することにより結晶化助剤のホウ酸を大幅に低減したMWW型チタノシリケートの合成法も確立した。1-ヘキセンの過酸化水素に対してポスト法とフッ化物法で合成したTi-MWWは従来の水熱合成Ti-MWWより2-3倍高い比活性を示した。固体NMR、UV-visとIR分光法測定によりポスト法とフッ化物法のTi-MWWにチタン種は水熱合成Ti-MWWと異なる微細環境に存在することがわかった。塩基性条件下でTi-MWWを界面活性剤の水溶液で処理した後、さらに超音波処理することによりゼオライトの基本構造を持つ高い表面積の層剥離触媒を調製した。また、チタン含有量の少ないTi-MWW層状前駆物質を酸処理するだけで層間が拡張された新規物質、Ti-YNU-1を選択的に調製できることを見出した。層剥離物質とTi-YNU-1は広い反応場を生かし環状アルケンのエポキシ化に高活性の触媒であることを明らかにした。また、六配位のチタン種のみの大口径チタノシリケートETS-10は酸または硝酸塩で処理し、特定の場所に存在する一部のケイ素またはチタンを除去することによって、大分子のエポキシ化触媒になることを見出した。