hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
流動的社会関係における協力のメカニズム：経験的研究と数理的研究による比較制度分析

本研究の目的は、従来の理論研究では困難だとされていた流動的な社会関係や集団において人々が協力し合うためのメカニズムを解明することである。従来の研究では、人間関係が流動的な場合、情報の流れが制限されたり、非協力的な行動に対する罰則行動がうまく機能しなかったりするという問題が指摘されていた。しかし、現代社会においてはそのような状況でも人々の助け合いが行われている例が確かに存在する。そのため、従来の理論を超えて人々が助け合うためのメカニズムを解明することは現代的な意義が高いと思われる。研究の基本的な方向性としては、まずは流動的な社会関係や集団において人々が協力し合っている事例を詳細に調査し、その知見をもとに、ゲーム理論による分析を行って理論化を行う。次に、理論をもとに量的なデータを収集し、統計的に分析し、理論の検証を行う。さらに、その結果をもとに必要があれば理論を修正し、流動的な社会関係や集団において人々が協力し合うための経験的に妥当な包括的理論を構築することを、最終的な目的としている。そのために本研究では具体的に、コミュニティ・ユニオンで行われている助け合いを対象として、その助け合いが維持されるメカニズムを理論的かつ実証的に分析する。本年度は、昨年度から継続して収集している助け合いのデータを分析することに集中的に取り組んだ。時系列的な人々の相互作用を統計分析するのは統計的には、内生性などさまざまな困難が存在する。そのため、最新の統計手法を習得し、何種類かの統計手法を試行錯誤で実行した。たとえば、交差ランダム効果入りのロジスティック回帰分析、条件付きロジスティック回帰分析(固定効果入り)などである。さらに、ネットワーク分析の分野で行われている指数ランダムグラフモデルも行い、どれも主要な結果に違いがなく、ロバストな分析となっていることが確認できた。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。コミュニティ・ユニオンとは、個人加盟型労働組合の総称であり、組合員の加入・離脱のサイクルが早く流動性の高い組織である。平成27年度が始まる時点で、理論研究までは完了しているため、本年度は理論をもとにした経験的データの収集および分析に集中的に取り組んだ。具体的には、コミュニティ・ユニオンのひとつである東京管理職ユニオンの助け合いのデータを体系的に収集する方法を確立し、1年分のデータを収集した。さらに、データの記述や統計的分析の一部を行って、組合員同士の助け合いの実態を徐々に明らかにすることができた。本年度は、経験的分析のパートに力点を置き、助け合いに関する経験的データの収集と分析の一部を行った。具体的には、コミュニティ・ユニオンのひとつである、東京管理職ユニオンに焦点を当て、そこで行われている争議での助け合いのほぼ完全なデータを1年分収集した。まずは東京管理職ユニオンで行われている争議のデータをすべて記録するための体系的なデータ収集の方法を確立して軌道に乗せたことが重要な点である。データの収集は2014年10月から継続的に行っており、現在も継続中である。データには、争議の日付・案件・当事者・参加者が含まれており、誰がいつ誰を助けたのかがわかるようになっている。また、東京管理職ユニオンでは、組合員の加入や脱退が非常に多いのが特徴である。そのため、東京管理職ユニオンのスタッフの協力を得て、組合員に関する情報を収集した。具体的には、どの組合員がいつ組合に加入し、いつ脱退したのか、という情報を収集した。上記のように収集したデータを記述的・統計的に分析することで、東京管理職ユニオンでの助け合いの実態が徐々に明らかになってきた。まずひとつの争議に平均的にどれだけの人が参加しているのか、また個人が争議にどれくらいの回数参加しているのかなど、基本的な情報を整理した。さらに、収集したデータをもとに変数を作成し、統計的な分析を行った。通常の回帰分析では、個人間の相互支援活動を分析することが推定上困難なので、マルチレベルロジットモデルを用いて分析を行った。その結果、「以前自分を助けてくれた人を助ける」、「以前ほかの人の争議で会ったことがある人を助ける」という傾向があることがわかった。

以上のように、経験的分析のパートに関しては当初の計画以上に進展している。本研究の目的は、従来の理論研究では困難だとされていた流動的な社会関係や集団において人々が協力し合うためのメカニズムを解明することである。従来の研究では、人間関係が流動的な場合、情報の流れが制限されたり、非協力的な行動に対する罰則行動がうまく機能しなかったりするという問題が指摘されていた。しかし、現代社会においてはそのような状況でも人々の助け合いが行われている例が確かに存在する。そのため、従来の理論を超えて人々が助け合うためのメカニズムを解明することは現代的な意義が高いと思われる。研究の基本的な方向性としては、まずは流動的な社会関係や集団において人々が協力し合っている事例を詳細に調査し、その知見をもとに、ゲーム理論による分析を行って理論化を行う。次に、理論をもとに量的なデータを収集し、統計的に分析し、理論の検証を行う。さらに、その結果をもとに必要があれば理論を修正し、流動的な社会関係や集団において人々が協力し合うための経験的に妥当な包括的理論を構築することを、最終的な目的としている。そのために本研究では具体的に、コミュニティ・ユニオンで行われている助け合いを対象として、その助け合いが維持されるメカニズムを理論的かつ実証的に分析する。本年度は、昨年度から継続して収集している助け合いのデータを分析することに集中的に取り組んだ。時系列的な人々の相互作用を統計分析するのは統計的には、内生性などさまざまな困難が存在する。そのため、最新の統計手法を習得し、何種類かの統計手法を試行錯誤で実行した。たとえば、交差ランダム効果入りのロジスティック回帰分析、条件付きロジスティック回帰分析(固定効果入り)などである。さらに、ネットワーク分析の分野で行われている指数ランダムグラフモデルも行い、どれも主要な結果に違いがなく、ロバストな分析となっていることが確認できた。今後の研究の推進方針としては2つある。1つ目は、27年度に軌道に乗せた東京管理職ユニオンの助け合いのデータを継続して収集することである。もうひとつは、経験的データを分析する手法を確立することである。まず、1つ目に関してであるが、これは継続的にデータ収集をすることでサンプル数を増やすことや個人が組合に加入してからの完全な履歴を収集することを目的としている。東京管理職ユニオンの組合員の平均的な在籍期間は約1年から2年である。そのため、個人が加入してから脱退するまでに、何回争議行動を行い、何人の人を助け、何人の人に助けられたのか、という完全な行動履歴を取得するには1年から2年の歳月を要する。データの収集を始めたのが平成26年10月からなので、完全な個人の行動履歴を収集するには、28年度も継続して収集する必要がある。このデータを収集することで、組合員がいつ、どのような人を助けたのかが明らかになり、流動的な社会関係における助け合いの実態を明らかにすることができるようになる。2つ目は、収集したデータを正確に分析することを目的としている。収集したデータは、従来の研究とは異なった特殊な構造をしている。そのために計量経済学やネットワーク分析に関する最新の分析手法を習得する必要がある。
消化管間質腫瘍の悪性化機序の解析

4GIST臨床検体を用いて,マイクロアレイ解析で網羅的遺伝子解析を施行.さらにRealtime-PCR解析を用いることで,GIST悪性化機序に関わると予測される遺伝子候補を見出した.良性GISTと悪性GISTの間で現在蛋白レベルでも発現に違いがあるのか免疫組織染色で解析中である.4GIST臨床検体を用いて,マイクロアレイ解析で網羅的遺伝子解析を施行.さらにRealtime-PCR解析を用いることで,GIST悪性化機序に関わると予測される遺伝子候補を見出した.良性GISTと悪性GISTの間で現在蛋白レベルでも発現に違いがあるのか免疫組織染色で解析中である.消化管間質腫瘍(GIST)は、発生原因としてc-kit遺伝子の機能獲得性変異が報告されて以来、診断および治療は一変した。特に分子標的治療薬のイマチニブがGIST患者に投与され有効な成績を収め、進行再発GISTに対してはイマチニブ投与が第一選択となってきた。しかし最近では二次耐性の出現が問題となっている。この原因としてc-kitおよびPDGFA遺伝子の二次変異などが報告されているが未だ不明な点も多く、イマチニブ耐性機序のみならずGISTの生物学的悪性化機序の解明が今後の臨床に重要である。さらにイマチニブの副作用発現は必発であり、副作用のために継続囚難となる例が問題視されている。一方GISTの肝転移症例では、肝外病変のない患者にたいする外科切除が有効である可能性を示唆した報告もあり、肝切除の再検討が話題となっている。浜松医科大学第二外科學講座ではGIST肝転移症例からGISTめ悪性化機序とc-kit遺伝子領域のLOHとの相関を検討してきた。本年度までに集積した新たな症例を加えた12例の検討では、LOHの有無とKI-67が5%以下め二つの因子を組み合わせた結果予後とめ相関が認められた(Cancer Science 2007:98:1734-1739)。現在当科で3症例が追加され、さらに大阪大学医学部や新潟大学医学部に協力を得て症例を集積していき、c-kit領域のLOHと悪性化のメカニズムを検討していく予定である。もしLOHと悪性化との関係が明らかにされ肝転移症例を選別することが可能であれは、肝切除後にイマチニブ投与の回避可能症例を選択する基準を決めることができる可能性がある。本研究は外科的切除の意義にっき再検討を与える内容であり、本邦における臨床診療に与える影響は大きく、重要度は高いといえる。また遺伝子変化に伴う悪性化機構という基礎的検討を行うことも腫瘍生物学的に重要である。消化管間質腫瘍(GIST)は, Cajalの介在細胞由来でc-kit遺伝子の機能獲得性変異が発生の原因といわれている.最近の報告では臨床症状をきたさないような小さなGISTでもc-kit遺伝子変異があり,腫瘍の発生にc-kit遺伝子変異が必要であるが,腫瘍の進展や悪性化には更なる遺伝的な要因が関与しているのではないかと考えられるようになってきた。我々は肝臓の転移性GISTの解析からc-kit領域のLOHが悪性化に関与している可能性を報告してきたが、転移が発生するメカニズムは不明であった。本年度は切除検体を用いて網羅的遺伝解析を行うことで,悪性化に関与する遺伝子の同定を試みた。2004年8月2008年11月までに当院で手術を施行した原発GIST5例と肝転移GIST8例を対象とし,すべての検体からmRNAを抽出しマイクロアレイ解析を施行した。悪性化に関与する遺伝子検索のため1.原発部位2.大きさ3. Ki67 4. exon変異5.原発巣と転移巣6.イマチニブ投与転移群と非投与転移群7.再発までの期間をパラメーターとして各々2群に分け,発現の異なる遺伝子群を検索した。【結果】2群間での遺伝子発現をp=0.05, Fold change2倍以上をカットオフ値として解析した結果1. 235遺伝子2. 208遺伝子3. 3遺伝子4. 19遺伝子5. 429遺伝子6. 75遺伝子7. 58遺伝子が候補に挙がり,現在RT-PCRで解析中である。【意義と重要性】現在GIST切除後のイマチニブ投与の有用性は確立していない。本研究で悪性化に関与する蛋白が同定可能であれば、切除検体の免疫組織染色を施行することで術後補助化学療法の適応を決定することが可能になる可能性がある。また悪性化蛋白が同定可能であれば,新たな分子標的治療薬の開発につながる可能性もあり極めて重要である。
ラジカル的アリルスタニル化反応の開発とその有機合成への応用

研究代表者はアリルスタナンを用いるアセチレンやオレフィン類のラジカル的アリルスタニル化反応について詳細に検討し,以下のような成果を得た.アセチレンとしてエチルプロピオラートを用いて,アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)存在下,各種のアリルスタナンとの反応を行ったところ,β位に電子求引基を有するアリルスタナンが収率よくアリルスタニル化体を与えることがわかった.反応は高い位置および立体選択性で進行し,スタニル基が末端炭素に入ったアンチ付加体が主生成物となった.次にアセチレンを変えて本反応の適用範囲を調べたところ,電子不足な末端あるいは内部アセチレンだけでなく,1-ドデシンのような単純アルキンでも効率よくアリルスタニル化できることがわかった.本反応により得られるビニルスタナンのスタニル基は様々な官能基や水素に変換することで,多置換オレフィンの立体選択的合成に利用することができた.オレフィンのアリルスタニル化についても同様な傾向が見られ,β位に電子求引基を有するアリルスタナンがよい結果を与えた.電子不足な末端および内部オレフィンに対して効率よくアリルスタニル化が進行するが,電子豊富なオレフィンには全く反応しなかった.また,不斉助剤を有するアクリル酸エステルやアミドを用いると,5070%のジアステレオマ-過剰率で不斉誘導が起こった.さらに,アクリル酸メチルのアリルスタニル化によって得られたβ-スタニルエステルはホモエノラート等価体として働き,アルデヒドとの付加体を与えることもわかった.本反応を1,6-エンイン類に応用したところ,5員環への環化とアリルスタニル化を同時に行うことができた.以上のように本研究では,今まで報告例のないラジカル的なカルボメタル化反応について検討し,その合成反応としての有用性を明らかにすることができた.研究代表者はアリルスタナンを用いるアセチレンやオレフィン類のラジカル的アリルスタニル化反応について詳細に検討し,以下のような成果を得た.アセチレンとしてエチルプロピオラートを用いて,アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)存在下,各種のアリルスタナンとの反応を行ったところ,β位に電子求引基を有するアリルスタナンが収率よくアリルスタニル化体を与えることがわかった.反応は高い位置および立体選択性で進行し,スタニル基が末端炭素に入ったアンチ付加体が主生成物となった.次にアセチレンを変えて本反応の適用範囲を調べたところ,電子不足な末端あるいは内部アセチレンだけでなく,1-ドデシンのような単純アルキンでも効率よくアリルスタニル化できることがわかった.本反応により得られるビニルスタナンのスタニル基は様々な官能基や水素に変換することで,多置換オレフィンの立体選択的合成に利用することができた.オレフィンのアリルスタニル化についても同様な傾向が見られ,β位に電子求引基を有するアリルスタナンがよい結果を与えた.電子不足な末端および内部オレフィンに対して効率よくアリルスタニル化が進行するが,電子豊富なオレフィンには全く反応しなかった.また,不斉助剤を有するアクリル酸エステルやアミドを用いると,5070%のジアステレオマ-過剰率で不斉誘導が起こった.さらに,アクリル酸メチルのアリルスタニル化によって得られたβ-スタニルエステルはホモエノラート等価体として働き,アルデヒドとの付加体を与えることもわかった.本反応を1,6-エンイン類に応用したところ,5員環への環化とアリルスタニル化を同時に行うことができた.以上のように本研究では,今まで報告例のないラジカル的なカルボメタル化反応について検討し,その合成反応としての有用性を明らかにすることができた.
ワーキングメモリの脳内活動ダイナミクスを説明する神経回路網モデル

ワーキングメモリ機能は,情報の保持だけでなく,保持された情報を選択統合したうえで,運動領域などへ出力する働きがある.中でも,最近いくつかの生理実験結果が報告されている前頭前野における目標志向型のルールの表象は非常に興味深い(Asaad et al., 1998, ; White and Wise, 1999 ; Wallis et al., 2001).また,脳損傷患者の例でよく知られているように,前頭前野損害を持ったヒトはウィスコンシン・カード・ソーティング・テスト(WCST)の中で紋切り型の欠損を示す.このように,前頭前野に障害があるとルールに従うのがしばしば困難になることから,ルールの利用は前頭前野の活動によると考えられる.しかしながら,ルールに関するサルの生理実験データに関して,モデルを用いて明らかにしようとした研究は,ほとんどないのが現状である.そこで,前頭前野におけるルールの符号化に関するニューラルネットワークモデルを提案し,Wallis et al.(2001)の生理実験結果のシミュレーションを行うことにより,ルールの情報処理ダイナミクスの検証を行った.その結果,Wallis et al.(2001)で示されたルール選択性ニューロンの特性を再現することができた.さらに,モデルのユニットの時間パターンと結合荷重を分析し,その特性を生理実験結果と比較した.結合荷重の分析を通じて,ルールに基づいた遅延見本合わせ課題を行うときの前頭前野の機構を明確にし,ルール選択的なニューロンの機能的な役割を解明した.さらに,学習していない入力に対しても,タスクが出来るように,モデルを拡張して,提示期間,遅延期間,反応期間において,より詳しくユニット特性を見ることにより,生理実験との比較を行った.その結果,ニューロンの時間特性以外に,ルール指標分布についても,生理実験結果を再現し,生理実験では調べられていなかった反応期間におけるニューロン特性に対する予測を行った.認知における前頭前野の主な機能は,関連する情報をオンラインで保持するワーキングメモリとしての機能である.Raoら(1997)は前頭前野において,形態と位置の両情報に応答するニューロンの存在を確認した.本研究では,その脳内メカニズムを明らかにするために,ワーキングメモリのニューラルネットワークモデルを提案し,生理学実験結果のシミュレーションを行った.その結果,Raoら(1997)で示された形態と位置の両情報に応答するニューロンの発火パターンを再現できた.さらに3つのモデル構造における結果を比較することにより,ワーキングメモリの領域特異性に関する考察を行い,前頭前野ワーキングメモリには領域特異性がないことを構成論的手法により示した.次に,前頭前野ワーキングメモリの数多い認知機能の中で,ルールの符号化に注目した.Wallisら(2001)は,'match'ルールと'non-match'ルールという2つのルールを使用するように訓練されたサルの前頭前野皮質中の単一のニューロンから記録することにより,ルール符号化の神経基盤を調べた結果,学習したルールに選択的に反応するニューロンを見つけた.しかしながら,ルールに基づいた行動の機構については明らかにされていない.また,生理実験で示されたようなルール選択的なニューロンの機能的な役割は解明されていない.そこで,脳がルールに基づいた行動をどのように実行するか調べるために,Wallisら(2001)の生理実験結果のシミュレーションを行い,モデルの隠れユニットの時間パターンと結合荷重を分析し,その特性を生理実験結果と比較した.その結果,結合荷重の分析を通じて,ルールに基づいた遅延見本合わせ課題を行うときの前頭前野の機構を明確にし,ルール選択的なニューロンの機能的な役割を解明することができた.ワーキングメモリ機能は,情報の保持だけでなく,保持された情報を選択統合したうえで,運動領域などへ出力する働きがある.中でも,最近いくつかの生理実験結果が報告されている前頭前野における目標志向型のルールの表象は非常に興味深い(Asaad et al., 1998, ; White and Wise, 1999 ; Wallis et al., 2001).また,脳損傷患者の例でよく知られているように,前頭前野損害を持ったヒトはウィスコンシン・カード・ソーティング・テスト(WCST)の中で紋切り型の欠損を示す.このように,前頭前野に障害があるとルールに従うのがしばしば困難になることから,ルールの利用は前頭前野の活動によると考えられる.しかしながら,ルールに関するサルの生理実験データに関して,モデルを用いて明らかにしようとした研究は,ほとんどないのが現状である.そこで,前頭前野におけるルールの符号化に関するニューラルネットワークモデルを提案し,Wallis et al.(2001)の生理実験結果のシミュレーションを行うことにより,ルールの情報処理ダイナミクスの検証を行った.その結果,Wallis et al.(2001)で示されたルール選択性ニューロンの特性を再現することができた.さらに,モデルのユニットの時間パターンと結合荷重を分析し,その特性を生理実験結果と比較した.結合荷重の分析を通じて,ルールに基づいた遅延見本合わせ課題を行うときの前頭前野の機構を明確にし,ルール選択的なニューロンの機能的な役割を解明した.さらに,学習していない入力に対しても,タスクが出来るように,モデルを拡張して,提示期間,遅延期間,反応期間において,より詳しくユニット特性を見ることにより,生理実験との比較を行った.その結果,ニューロンの時間特性以外に,ルール指標分布についても,生理実験結果を再現し,生理実験では調べられていなかった反応期間におけるニューロン特性に対する予測を行った.
天然変性蛋白質の動的構造及び基質認識機構の原子レベルでの解明

本研究課題の目的は、溶液X線散乱(SAXS)とMDシミュレーションとを組み合わせた方法(MD-SAXS法)により、天然変性蛋白質の動的構造を明らかにすることである。今年度は、DNA組み換え修復を行う天然変性蛋白質Hef及びに、ATP合成酵素F1-ATPaseεサブユニットの動的構造解析をMD-SAXS法によって行った。Hefは2つのドメインが100残基と非常に長い天然変性領域によって繋がれた構造を持つ。Hefの動的構造解析には、昨年度行ったMD-SAXS法による計算に、NMRが提供する局所構造情報を取り入れた解析方法を開発することで行った。その結果、Hefの天然変性領域は完全にランダムでは無く、増殖細胞核抗原PCNA等をリクルートする箇所にへリックス構造を形成していること、及びにそのために、全体構造も完全にランダムな構造ではなく、それよりも縮んだ構造を持っていることが明らかになった。F1-ATPaseεサブユニットは約40残基の天然変性領域を持ち、ATP存在下において初めて立体構造を形成する。本年度は、εサブユニットの天然変性構造がどのようにしてATPを認識しているかを明らかにするために、全原子MDと粗視化MD(CGMD)を併用した手法であるMulti-scale ensemble sampling (MSES法)をMD-SAXS法と組み合わせた方法を開発し、εサブユニットの動的構造解析に適用した。解析結果からεサブユニットの動的構造は、天然変性領域にある、ATPを挟む形で結合させる2本のへリックスが天然変性状態ですでに形成されており、またこれらのへリックスが緩くパックした構造を持つことが明らかになった。また、ATP結合は、天然変性領域と構造形成ドメインとの正しい相互作用形成の障害となる残基をへリックス間に折りたたませることで、全体構造の形成を促すことも明らかになった。25年度が最終年度であるため、記入しない。研究代表者はこれまで、溶液X線散乱(SAXS)と分子動力学(MD)シミュレーションとを組み合わせ、蛋白質分子の動的構造を原子レベルで得る新しい構造解析法(MD-SAXS法)を開発してきた。本研究課題の目的は、MD-SAXS法を発展させることで、天然変性蛋白質の動的構造を原子レベルで追跡し、その生物学的機能との関連を明らかにすることである。本年度は、MD-SAXS法を用いてDNA組み換え修復蛋白質Hefの動的構造解析を行った。MD-SAXS法による解析から、Hefの天然変性領域は完全にランダムではなく、それよりも縮んだ構造を持ち、有る程度の特徴的な構造を部分的に形成していることが分かった。今回得られた動的構造の情報は、結晶構造解析のみからでは得られないものであり、天然変性蛋白質の機能の理解に重要な知見である。今後は、NMRが提供する局所構造情報をMD-SAXS法と組み合わせることで、より詳細な動的構造解析を目指す。また、増殖細胞核抗原PCNAの溶液構造の解析をMD-SAXS法を用いて行った。PCNAの構造はリング型構造をしており、そのリング内側に広い正電荷表面を持つ。PCNAはこのリング内側表面にDNAを結合させ、DNAに作用する蛋白質の足場として機能を果たす。また、PCNAのリング外側には、天然変性配列PIPボックスを始めとする複数の酵素を認識する長いループ領域が存在する。MD-SAXS法による解析により、PCNAのリング内側表面には特異的な水和構造が形成されていることが明らかになり、PCNAとDNAの相互作用について重要な物理化学的知見が得られた。

また、溶液中においてはリング外側のループ領域は大きく揺らいでいることがわかり、PCNAが様々な酵素を認識する機構について重要な知見が得られた。MD-SAXS法を発展させることで、本研究課題の目的である天然変性蛋白質の動的構造解析を行えるようにした。発展させたMD-SAXS法を用いてDNA組み換え修復蛋白質Hefの解析を行い、その動的構造について重要な知見を得た。さらに、様々な天然変性蛋白質と結合するPCNAの動的構造の解析も行い、PCNAが様々な天然変性蛋白質を認識するためにはその動的構造が重要であることも分かりつつある。以上のように当初の目的に沿った研究が進みつつあるが、同時にMDにおける構造サンプリングの非効率性から、実験データの厳密な解釈を十分に行えないという課題も明確になった。これらの課題を解決するために、昨年度末から粗視化MD(CGMD)やMulti-scale ensemble sampling (MSES法)といった新しいシミュレーション手法を、MD-SAXS法に組み込む作業をすでに開始している。これらの状況から判断するに、達成度はおおむね順調に進展していると評価した。前年度において行ったHefの動的構造解析における課題は、Hefの天然変性領域は100残基と非常に長いため、通常の全原子MDでは構造のサンプリングが十分でなかったことである。そのため、天然変性領域の構造特徴を完全に同定するまでには至っていない。そこで本年度はこの問題を解決するために、HefのMD-SAXS法に粗視化MD(CGMD)を導入する。さらには現在、同じ新学術領域の計画班である佐藤衛教授、菅瀬謙治主任研究員、石野良純教授らの研究グループによって、全体構造の実験情報であるSAXSに加えて、局所構造の実験情報を与えるNMR測定がHefに対して行われている段階である。すでに、化学シフト等などの実験情報が得られており、これらのNMR実験情報もCGMD法と共にMD-SAXS法に取り入れ、より精度の高い動的構造解析を行う。更には、研究目的を円滑に推進するために、Hefと異なり天然変性領域が約10残基と短い、ATP合成酵素F1-ATPaseεサブユニットの動的構造解析も行う。εサブユニットは、ATP存在下においてはじめて、その構造が形成される。MD-SAXS法を用いて、ATP存在下と非存在下での動的構造解析をMD-SAXS法によって行い、εサブユニットの天然変性構造がどのようにしてATPを認識しているかを明らかにする。その際、通常の全原子MDでは構造サンプリングが難しいため、近年開発されたMulti-scale ensemble sampling (MSES法)を用いる。MSES法は、全原子MDと粗視化MD(CGMD)を併用した手法であり、10残基程度の変性領域の構造変化過程ならば、十分な効率でサンプリングできることが期待される。25年度が最終年度であるため、記入しない。
プラスミドプロファイルを基準としたチフス菌の薬剤耐性化と拡散リスク

第三世代セファロスポリン薬耐性チフス菌、パラチフスA菌の解析から、両菌ともCTX-M-15型基質拡張型βラクタマーゼ遺伝子をコードするIncI1型プラスミドが薬剤耐性を担っていることが明らかとなった。また多剤耐性チフス菌のプラスミドプロファイルでは、IncHI1型が検出された一方で、不和合性型別不能株も存在した。それらのドラフトゲノム配列の解読結果から不和合性決定領域を検索したところ、IncQ1型の配列が確認された。また薬剤耐性遺伝子の検索結果から、当該耐性遺伝子配列を含む配列が検出され、既報の多剤耐性チフス菌由来プラスミドとの相同性が示された。腸チフスの治療にはセフトリアキソン、セフォタキシムといった第三世代セファロスポリン薬が投与されることも多く、耐性菌の出現は治療に及ぼす影響も大きい。中でもプラスミド性の基質拡張型βラクタマーゼ(ESBL)遺伝子は、水平伝播も容易であると考えられ、その拡散リスクは高い。本年度は、すでに分離されている第三世代セファロスポリン耐性チフス菌の保有するESBL遺伝子をコードしているプラスミドの詳細な知見を得るため、当該プラスミドの全塩基配列を決定することを目的とした。三世代セファロスポリン耐性チフス菌と感受性チフス菌のゲノムシーケンスの比較により、プラスミド由来の配列と染色体由来の配列を区別し、プラスミド由来の配列について全配列を決定した。このプラスミドは不和合性型IncI1に属し、CTX-M-15型ESBL遺伝子、シャフロンと呼ばれる多元的に逆位を行う領域等を含んでいることが明らかとなった。一方で、第三世代セファロスポリン耐性パラチフスA菌が分離された。プラスミドプロファイル及び薬剤耐性遺伝子のPCRスクリーニング、シーケンスより、第三世代セファロスポリン耐性チフス菌と同様に、CTX-M-15型ESBL遺伝子をコードするIncI1型プラスミドが薬剤耐性を担っていることが明らかになった。パラチフスA菌はチフス性疾患であるパラチフスを引き起こし、治療についても腸チフスに準ずる。今後はチフス菌だけでなくパラチフスA菌の耐性化についてもリスク評価し、今後の治療方策に役立てていく必要がある。腸チフス、パラチフスの治療には、第一選択薬として第三世代セファロスポリン薬も考慮されており、耐性菌の出現が治療に及ぼす影響は大きい。また、第三代セファロスポリン薬耐性遺伝子はプラスミドにより媒介されるため、その伝達性故に耐性菌の蔓延が考えられる。本年度は菌株の系統解析及びプラスミド解析から耐性菌の出現機序の解明を目的とし、耐性チフス菌、パラチフスA株についてドラフトゲノム配列を取得した。また、感受性試験の結果、第三代セファロスポリン薬であるセフトリアキソンに対して中間を示すチフス菌が分離されたので、この株も解析に供した。一方、従来より検出されている多剤耐性チフス菌についてプラスミドプロファイル及びプラスミドの不和合性を確認した。その結果、既報の多剤耐性チフス菌と同じ不和合性incHI1のプラスミドを保持する株が高い割合でみられたが、従来の不和合性の型別方法では判定できないプラスミドを有する株も検出された。本邦で分離された第三世代セファロスポリン薬耐性チフス菌、及びパラチフスA菌の解析を行った。その結果、両菌ともCTX-M-15型基質拡張型βラクタマーゼ遺伝子をコードするIncI1型プラスミドが薬剤耐性を担っていることが明らかとなり、サルモネラ属細菌間でのプラスミド伝播が示唆された。一方、アンピシリン、クロラムフェニコール、ST合剤に耐性を示す多剤耐性チフス菌のプラスミドプロファイルをPCRによる型別方法で明らかにした。その結果、68株中39株で従来から報告されているIncH1型が検出されたが、29株は判定できなかった。そこで、これらの株について、ドラフトゲノム配列の解読結果からプラスミドの不和合性決定領域を検索したところ、27株について不和合性IncQ1の配列が確認された。これはPCRによる型別法の検出候補に含まれていないため、本研究結果から新たな検出用プライマーを設計することで、出現の際の早期検出が可能になると考えられる。当初予定していた健常人を対象としたスクリーニングは行っておらず、患者由来の耐性チフス菌、パラチフスA菌の解析に注力しているため。細菌学不和合性の型別ができなかったプラスミドを有するチフス菌について、全ゲノムシーケンスを行う。得られた配列からプラスミド由来の配列のみ抽出し、プラスミド全領域の配列決定を目指す。

また、他の血清型のサルモネラ属細菌の耐性菌からも同様の解析を行い、サルモネラ属細菌間でのプラスミドの伝播の可否について、基盤情報を得る。当初の予定である薬剤耐性チフス菌のゲノムシーケンスを行った。また薬剤耐性プラスミドの配列から多様性が高いシャフロン領域を明らかにし、PCRスキャニングを行うための基盤情報を得た。第三世代セファロスポリン薬耐性チフス菌の検出数が少なく、全ゲノムシーケンスを行った検体数が少なかったため。当初の予定通り、他の腸内細菌科細菌の第三世代セファロスポリン耐性菌の有するプラスミドの耐性遺伝子及び不和合性郡の決定を行う。また、第三世代セファロスポリン耐性パラチフスA菌が分離されたので、パラチフスA菌由来のプラスミドの解析も進める。比較解析はプラスミドMLST、SNPs解析と多面的に行う予定である。全ゲノムシーケンスを第三世代セファロスポリン薬耐性チフス菌だけでなく、多剤耐性チフス菌についても行う予定であり、そのための試薬購入に使用する予定である。当該年度中に耐性パラチフスA菌が1株分離されたので、その解析に注力した。その結果、スクリーニング作業が減り、当初よりも消耗品の使用量が減少した。スクリーニング作業を再開することで、消耗品の使用が増加するので、この購入にあてる。
固体高分子燃焼電池の高性能化のための反応・熱/物質移動に関する研究

固体高分子燃料電池(PEFC)は反応温度が80°Cと低く,出力密度が高いため,取り扱い易く,自動車用動力源として,又電気と熱を供給する家庭またはオフィス用電・熱併結装置として注目されている。しかし実用化するには出力密度をさらに高める必要があり,そのため電極における熱の発生,ガスの流れ,反応生成物と熱負荷分布,水分の移動機構を解明することを本研究の目的とした。さらに実用上重要なメタノールを水蒸気により水素に転換するメタノール改質器を組み込んだ燃料電池システムについてその構成要素を検討し,熱効率の向上を図った。以上の結果から燃料電池の性能を評価する,反応・熱/物質移動を考慮した3次元シミュレータ,燃料電池および燃料改質装置から成るシステムの効率評価プログラム,燃料電池を動力源とする自動車の走行シミュレータを開発し電池システムの性能解析からその自動車への応用まで幅広く検討した。(1)単セルでの試験では電池の電流密度を変化させ,供給ガス組成,流量および温度の電池性能に及ぼす影響を評価した。電池性能に及ぼす酸素濃度の影響は大きく,電極反応はカソードにおける活性化分極が支配的である。又電池性能に対する水分濃度の影響が最も大きく,電解質である高分子膜を常に湿潤状態に維持することが重要であった。(2)カソード出口ガスを冷却することにより水分を回収し,アノード,カソード側に自動的に水を循環する,10セル積層電池を開発し、性能を評価した結果,電池への水分供給法として非常に有効であった。又システムの効率向上にも有効である。(3)3次元シミュレーターにより,セル面の、電流密度,ガス組成、温度分布を計算し,水素,空気の燃料電池内の流れ,冷却法の最適化を検討し,直行流より並行流のほうが温度分布,電流密度分布が均一になり,電池の冷却セルは少くとも3セルに1セルが必要である。(4)燃料電池および燃料改質装置から成るシステムのシミュレーションプログラムを開発し,燃料改質器を含めた全体の効率を40%以上にする条件を明らかにした。固体高分子燃料電池(PEFC)を試作し、水素,空気供給系,ガス加湿系,電子負荷装置およびデータ収録装置より構成された電池評価設備により電池性能を測定した.電池には固体高分子膜と電極が一体に成形された有効面積104×104mmのGORE-SELECT膜(62μm)を使用し,両側から溝付きカーボンセパレー夕でサンドイッチし、電池1セルを構成した.更に多層のセルを積層し,その性能を測定した.電池性能はガス濃度および湿度,電池温度および圧力,高分子膜の物性,電極の活性,負荷(電流密度),電池構造,運転条件など多くの因子により影響を受けるので,二次元の電池性能評価シミュレーターを開発し,実験データを評価した.(1)二次元電池性能シミュレーターの開発反応ガスの電極における拡散,活性化分極,抵抗,濃度分極、高分子膜における水の拡散および電気浸透,電池における発熱量および冷却を考慮した二次元電池性能シミュレーターを開発した.本解析コードにより単セル試験,多層セル試験の実験結果をシミュレートできることを明らかにした.(2)単セル試験電池の電流密度を変化させ,供給ガス組成および流量,電池温度の電池性能に及ぼす影響を評価した.電池性能へおよぼす酸素濃度の影響は大きく、水素濃度の影響は少ない。電極反応はカソードにおける活性化分極が支配的であることが分かった.電池性能に対する水分濃度の影響が最も大きく,電解質である高分子膜を常に湿潤状態に保つことが最も重要であることが明らかになった.電池を常温状態からの起動試験を行った.

電池の応答速度は速いが,電解質膜の含有水分量が変化するため,電池性能が不安定になるので、新しい起動法を考案した.(3)多層セル試験10セルより成る積層電池を設計し,電池の冷却方法および,生成水を回収し,再利用することにより,外部からの水の供給をなくす内部補給型燃料電池を検討した.固体高分子燃焼電池(PEFC)を試作し、水素、空気供給系、ガス加湿系、電子負荷装置およびデータ収録装置より構成された電池評価設備により電池性能を測定した。電池有効面積104×104mmの単セル電池、10セルより成る多層セル電池性能を各種条件下で測定し、ガス濃度、水分濃度、温度、電流密度の影響を明らかにした。さらにメタノールから水素を製造するためのメタノール改質反応装置を試作し、水蒸気/メタノール比、反応温度を変化し水素転換率を測定することにより、最適条件を明らかにした。以上の結果から燃焼電池の性能を評価する、反応・熱/物質移動を考慮した3次元シミュレータ、燃焼電池および燃料改質装置から成るシステムのシミュレーションプログラム、燃焼電池を動力源とする自動車の走行シミュレーションを開発し、電池システムの性能解析からその自動車への応用まで幅広く検討した。(1)単セルでの試験では電池の電流密度を変化させ、供給ガス組成、流量および温度の電池性能に及ぼす影響を評価した。電池性能に及ぼす酸素濃度の影響は大きく、電極反応はカソードにおける活性化分極が支配的であることが明らかになった。又電池性能に対する水分濃度の影響が最も大きく、電解質である高分子膜を常に湿潤状態に維持することが最も重要であった。そのため多層セルではカソード出口ガスを冷却し水分を回収すると共にアノード、カソード側に自動的に水が循環する、自己循環型の多層セルを開発し、電池への水分供給法として非常に有効であった。(2)改質触媒(Cu/Zn)、燃焼触媒(Pt)、CO除去触媒(Ru)の性能を触媒量、ガス組成、および温度を変化し、測定した。この結果により触媒の反応速度を明らかにした。(3)燃料電池の性能を評価する3次元シミュレーターを開発し、セル面の、電流密度、ガス組成、温度分布を計算し、水素、空気の燃料電池内の流れは直行流より並行流のほうが温度分布、電流密度分布が均一になり、電池の冷却セルは3セルに1セルでも比較的均一に出来ることを明らかにした。(4)燃料電池および燃料改質装置から成るシステムのシミュレーションプログラムを開発し、燃料改質器を含めた全体の効率を40%以上にする条件を明らかにした。
日本における産業技術基盤の形成と情報通信技術を通じたその進化

本研究の目的は、日本における産業技術基盤(素材、部品・機械、資本財の産業技術)の形成を、最終製品と産業技術基盤の産業・技術特性をふまえて歴史的・構造的に把握し、その上で情報通信技術の産業利用、つまり製品と産業技術の自動化・電子化を明らかにすることであった。情報通信技術の産業利用のメカニズムとしては、19702000年代には、最終製品、つまり産業技術基盤を使用する側の企業群の要求にもとづいて産業技術基盤が提供・使用されてオートメーション(自動化)が進展した。その延長上にある産業IoTは、グローバル展開の中で生産情報の可視化やビッグデータ収集、AIによる分析とソリューションを通じた生産性向上が目的であるが、オートメーションの中で形成された産業技術基盤が技術的な基礎になっていると同時に、技術の日本的な特質を規定している。本研究では、文献調査やヒアリング調査を国内外で行うことでこれらの内容を整理し、適切な論点設定を行うとともに今後の課題を明確にすることができた。2018年度の研究実績としては下記の4点を挙げることができる。1.年度内に56回程度の対面による研究打合せとメールによる打合せを行い、研究会で扱う内容の設定、調査先と調査内容の設定を行なった。2.メンバーそれぞれは、当初設定した分担、つまり機械産業技術、工作機械・金型産業技術、石油化学技術、鉄鋼・鋳物産業技術、科学技術政策といった分野ごとに個別の研究やヒアリング調査を行なってきた。3.1年を通じて何度かの研究会を実施した。7月には、国内調査予定を立てるとともに、9月に実施するドイツ調査について相談した。4.8月にはPLCを扱う国内企業3社を訪問した。9月には、ドイツIoT調査の中で、日系企業を訪問したり、ドイツの同業種企業を訪問して日本企業と比較するなどした。11月にはFA向けに自動制御機器を提供する日本企業を訪問して、PLC事業について日本と中国、欧州事業の展開などをヒアリング調査した。1月にはPA向けに自動制御機器を提供する日本企業を訪問してDCSの産業利用とその発達プロセスについてのヒアリングを実施した。今後の研究の推進方策としては、第1に、日本製造業の産業IoTの特質を明らかにするために、自動化及びIIoTの手段を供給するメーカー群を対象に調査・分析する必要がある。メーカー群は、自動制御機器メーカーを中心に工作機械メーカーや産業用ロボットメーカー、装置メーカー、センサメーカーなどの産業技術基盤の供給企業群から構成される。第2に、機械工業のFAを実現するFA供給企業群と、装置工業のPAを実現するPA供給企業群という2つのタイプの産業技術基盤の供給企業群を対象に比較、調査する必要がある。一方はドメスティック、他方はグローバルと対照的な展開の志向性をもつことから、両者の比較によってグローバル市場における日本の産業技術基盤の普遍的性格と特殊的性格を明らかにすることもできる。第3に自動化及び産業IoTを実現するユーザー群を包括的に調査・分析する必要がある。供給企業群はFA供給企業群とPA供給企業群に、産業技術基盤の使用企業群は機械工業と装置工業に分けられる。機械工業には量産型の自動車産業や非量産型の航空機産業、装置工業としては素材形成で欠かすことのできない鉄鋼業や化学工業、鋳物工業が典型的な産業である。第4に、産業技術基盤の供給企業群と使用企業群の両側面から相互的に分析を行う必要がある。供給企業群と使用企業群の相互関係は、これまでほとんど重視されてこなかった。しかし、メーカーとしての供給企業群が直接的には産業技術基盤を提供するが、その技術的特質は、使用企業群における具体的な使用形態によって規定される。産業技術基盤の日本的特質はメーカーとユーザーの双方から二重的に規定されるのであり、オートメーションでは積極的に評価されていた産業技術基盤が、産業IoTでは消極的に評価されている理由を、技術の日本的特質という面から明らかにする必要がある。2016年度の研究実績としては下記の4点を挙げることができる。1.年度内に34回程度の対面による研究打合せとメールによる打合せを行い、研究会で扱う内容の設定、調査先と調査内容の設定を行なった。3.1年間の研究活動を総括する意味で、包括的な研究会を2月27日に立命館大学OICキャンパス(AC341)で行なった。各研究メンバーがそれぞれの担当分野における1年間の研究成果を報告すると同時に、共同研究として研究プロジェクトを収斂させる方向を議論し、研究目的に沿ったより具体的な方向性を共有することができた。具体的には、近年、製造業におけるIoTとして注目を集める建設機械メーカーを対象にして次年度以降、理論研究と実態研究を進めていき、ヒアリング調査も行なうことを決めた。4.メンバーが共通で行うヒアリング調査として、3月10日に川崎重工業株式会社の名古屋第一工場を訪問した。ボーイング社の1次サプライヤとして大型旅客機の機体構造を製造する川崎重工業の技術的特徴及び電子化・自動化の画期を、1980年代に開発されたボーイング767、90年代に開発されたボーイング777、2000年代に開発されたボーイング787という開発機ごとに把握することができた。

本研究の目的は、日本における産業技術基盤(素材、部品・機械、資本財の産業技術)の形成を、最終製品と産業技術基盤の産業・技術特性をふまえて歴史的・構造的に把握し、その上で情報通信技術の産業利用、つまり製品と産業技術の自動化・電子化を明らかにすることである。そのために、まずはメンバー各自がそれぞれの研究対象について理論的、実態的に分析することが前提であり、その上で日本における産業技術基盤の全体像を描き出す必要がある。その準備作業として、まず各自が自身の担当分野に関する研究を進めることができ、それぞれが研究成果を出してきた。次に、包括的な研究会を年度末に行うことによって各自の成果を共有するとともに、全体としての方向性を具体的に定めることができた。最後に、プロジェクトで想定していた産業技術の一つである航空宇宙産業技術について、共同調査を行い、具体的事象についてもメンバー同士で共有することができた。そのために、メンバー各自がそれぞれの研究対象について理論的、実態的に分析する研究会を行なう一方で、IoTに関する共通理解をもつための研究会も実施した。今日の自動化・電子化は、アメリカではインダストリアル・インターネット、ドイツではインタストリー4.0と呼ばれ、日本の状況は相対的に遅れていると指摘されることが多い。製造業についてみると、その実態は、各種のセンサで情報を集め、集めた情報をAIの活用などによってコンピュータ処理し、工場内でのトラブルや事故の事前予防などに活用するこことと理解できる。そのような認識のもとで、IoTや個別産業技術における自動化・電子化に関する研究会を行い、またAIに関連するIT企業や電子技術を活用する工作機械メーカーに対するヒアリング調査を実施した。これらを通じて、オートメーションと言われてきた1990年代までの日本における製造業の自動化・電子化の段階から、今日のIoTと言われる段階にかけて、何が共通した現象であり、何が異なる現象であるのかということについて、仮説的視点を共有することができた。その認識にもとづいて、2018年度の研究方針を定めることができた。2017年度の研究実績としては下記の4点を挙げることができる。1.年度内に56回程度の対面による研究打合せとメールによる打合せを行い、研究会で扱う内容の設定、調査先と調査内容の設定を行なった。2.メンバーそれぞれは、当初設定した分担、つまり機械産業技術、工作機械・金型産業技術、石油化学技術、鉄鋼・鋳物産業技術、科学技術政策といった分野ごとに個別の研究やヒアリング調査を行なってきた。3.1年を通じて何度かの研究会を実施した。2017年4月16日にIoTに関する既存研究の評価と調査先に関する事前学習、5月21日にIoTに関する具体的事例に関する研究会、7月4日に具体的調査に関する相談を行なった。11月11日にはDMG森精機から講演者を招き「DMG森精機における生産管理」講演会を実施した。2018年2月2日にはこの間のヒアリング調査、講演会をふまえて、来年度の方向性について議論した。
６０°ベント角の屈曲分子によるバナナ液晶形成と強誘電応答ディスプレイの開発

種々の新規バナナ型液晶分子をデザイン・合成し目的とする電場応答特性を有する液晶相を発見した。これらの応答性と約60°の屈曲角を持つ屈曲分子の配向制御との組み合わせで、面内で高速スイッチングが可能なディスプレイが期待できる。キュービック、カラムナー、バナナ液晶相を同時に有し、バナナ相のみならずカラムナー相においても強誘電応答が見られた。さらなる分子構造の最適化を行えば、キュービック相の電場応答も期待できる。強誘電相に加えて特異的ネマチック相を発見した。通常のネマチックと異なり、配向特性に加え長周期の位置の秩序を有する特性を見出した。ネマチック相のさらなる可能性を確認することができた。本年度は、平成26-27年度の2年間行う“分子設計と構造・物性の基礎研究"の1年目として計画通りの研究成果が得られた。分子設計の対象として、1)分子中心の屈曲コア部と2)サイドウィング部の二つの要素に着目し、新規化合物を合成しその構造・物性を評価した。結果、上記1)の設計案として、ビストランを基盤とした液晶化合物にジクロロ置換基を導入することで、先行研究において発見した強誘電スイッチング相であるB7相、B2相の発現相転移温度を200°C以下までに下げることに成功し、今後の複合的分子設計によっては100°C以下の相転移温度が目指せると思われる。また2)の設計案としてサイドウィングにクロロ置換基を導入したナフタレン誘導体の合成から新規のネマチック相の発現を見出した。このネマチック相の詳細については今後調査を必要とするが、ネマチックダイレクターの垂直方向に分子の大きさを超えるサイズの長距離秩序の存在を示唆するX線散乱パターンが確認された。ネマチック相においては、分子間の平均的距離および分子長相応のX線散乱が見られることが一般的であり、このようなネマチック相についてはこれまで報告の例がない。今回の分子設計が生み出したこのような興味深い結果から60度の分子屈曲形状とサイドウィング部の置換基導入の分子設計案の相関を詳しく調査することは翌年度以降の重要な研究対象であり、さらには、今後、基礎科学や応用分野を問わず新しい液晶として注目されると思われる。本年度は、平成26年27年度の研究計画である"分子設計と構造・物性の基礎研究"の2年度目として1年度目に開発した新規液晶化合物の相構造・電気応答特性などの詳細を調べた。1,7-ナフタレンジオールコアを基本としサイドウィングに1個の塩素基を有する分子(1Cl-N(1,7)-O6)系において、新規のネマチック液晶性が見られ(N1相、N2相と命名)、その詳細を調査した結果、最近最も注目を集めているツイストーベンドネマチック(Ntb相)相と非常に類似していることが分かった。これまでのNtb相は、奇数系の二量体液晶やバナナ型液晶において報告あるが、本研究のような小さなベント角を有する分子では前例がない。N1相・N2相が現在注目のNtb相であるかについては今後さらなる調査を必要とするが、現在みられているN1相・N2相の特性だけでも学問的・応用的十分な面白みがあると思われる。新規ネマチック相の特徴が最もよく見られるのはX線回折像からである。N2相においては、分子ダイレクター垂直方向に分子長を超える大きさのテトラゴナール格子を自発的に形成しており、テトラゴナールカラム格子の形成は、ヘキサゴナールカラム格子の形成に比べ非常に珍しい発見である。ずなわち、本分子系に見られたN1-N2相転移は、カラムナーテトラゴナール秩序形成におけるdisorder-order相転移として考えられる。ヘキサゴナール格子に比べ空間充填の側面から不利と思われるテトラゴナール格子の自発的発現は非常に興味深い結果であり、今後はこれら相構造形成のメカニズム・駆動力の解明を進めていく必要がある。このようにして、本来目的としていた強誘電・反強誘電相の発現に加え、新規のネマチック相の発見は、今後の展開・解明によって新しい液晶ディスプレイ材料・技術としても非常に興味深い結果となった。本研究の1年度目には、強誘電・反強誘電特性を示す新規化合物という目的から二つ以上の分子系を発見することができた(Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 8216, J. Mater. Chem. C, 2015, 3, 2266)。これらの結果は、本研究本来の目標・目的以上の進展であり、新規液晶相転移系列と液晶相転移温度の低下という二つの目標を同時に達成することができた。一方、塩素基を導入した新規分子設計からは、思わぬ新規ネマチック相のN1相・N2相を発見することができた。これら新規のネマチック相からは、通常のネマチック相においてよく知られている誘電応答特性が確認され、二軸性ネマチック相の電気応答という意味合いでは、新規ディスプレイ技術への応用へ大きな期待が持たれるため、こちらの新規ネマチック相の調査をも同時に進めてきた。まず広角X線回折および小角X線散乱実験からN1相、N2相にはネマチック分子ダイレクターに垂直な方向に付加的秩序構造を有することが確認できた。X線回折パターンの解析からこの秩序構造は、分子の大きさより大きい約57Åの大きさを有し、テトラゴナール対称性を持つことが分かった。

一方、両相における電気光学特性の調査からは誘電応答が確認でき、通常のネマチック相同様、外部電場により分子の配向制御、すなわち光スウィッチング機能を有することが確認できた。これら新規ネマチック相は、強誘電性とは異なるものの、新たな代替え材料としても応用へ大きな期待が持たれる。総括すると、(1)アセチレン連結部の導入によるB2、B7強誘電・反強誘電液晶の誘導、(2)新規のスメクチック相ーヘキサゴナール相ーB7相の相転移の観察、(3)新規ネマチック液晶の形成を確認することに成功した。本年度は強誘電ディスプレイ応用の新しいモードとして提案した1極性SmA相および2カラムナー相・キュービック相の特性評価および相温度領域の低温化と設定し推進した。1,7-ナフタレンコアを使った分子系においては、強誘電スイッチングを示すカラムナー相ーキュービック相の相構造を分光学的視点からも詳しく調べるため固体NMR測定を行い、それぞれの相構造の詳細を明らかにした。2次元の周期構造を有するカラムナー相においては分子の両末端がカラムの内外の両側に向いていることが示唆された。一方、3次元周期構造を有するキュービック相においては、グロビュール状の分子集合体を形成し、大きく分け、2種類の分子収納の形式が存在することが示唆された。すなわち、カラムナー相同様、分子の両末端をグロビュールの両側(内・外)に向けた形式に加え、両末端をグロビュールの外に向けた形式の分子収納も示唆された。これらの結果は、カラムナー相やキュービック相の相構造の詳細を与える情報としてスイッチング応用へ大いに役立つ知見である。さらに、液晶温度領域の低温化設計も大きな進歩が見られた。まず、1,2-フェニレンコアにアセチレン基を有するバナナ型分子を基盤に両サイドウィング部に塩素置換基を導入する分子設計を行い、極性スイッチング相のB2相の温度領域を100°C付近まで低下させることができた。さらには、異なる分子系としては1,7-ナフタレンコアを有する誘導体(2置換・1置換体)の分子設計を行い、カラムナー相・キュービック相の温度領域をこれまでに比べ約100°C以上低温化させることまで成功した。実用的応用のためにはさらなる低温化が必要であるが、今後の進展につなげられる大きな設計指針を得た。当該分子系の開発ではさらに興味深いネマチック相の形成を確認し、その詳細構造を調べ報告するに至り、ネマチック液晶のさらなる可能性としても期待できる。種々の新規バナナ型液晶分子をデザイン・合成し目的とする電場応答特性を有する液晶相を発見した。これらの応答性と約60°の屈曲角を持つ屈曲分子の配向制御との組み合わせで、面内で高速スイッチングが可能なディスプレイが期待できる。キュービック、カラムナー、バナナ液晶相を同時に有し、バナナ相のみならずカラムナー相においても強誘電応答が見られた。さらなる分子構造の最適化を行えば、キュービック相の電場応答も期待できる。強誘電相に加えて特異的ネマチック相を発見した。通常のネマチックと異なり、配向特性に加え長周期の位置の秩序を有する特性を見出した。ネマチック相のさらなる可能性を確認することができた。研究初年度の分子設計と構造・物性の評価の1年目として、既存の相転移挙動を示す材料においては、応用を見据えた相転移温度の低温シフト化が進められ、より低温領域において応用可能な強誘電・反強誘電性液晶相を発現させることができた。また、新規液晶相として異種のネマチック相を発見した。