hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
クライオプラズマ材料プロセス学の創成

本研究では、プラズマ材料プロセスの新しい可能性を開拓すべく、熱プラズマ、低温プラズに次ぐ、第3の温度領域のプラズマであるクライオプラズマの材料プロセス学ークライオプラズマ材料プロセス学ーの創成を目指し、クライオプラズマの創製、診断、材料加工プロセスへの応用を行った。具体的には、誘電体バリア放電などによるクライオプラズマの創製、発光分光法、レーザー吸収法、レーザー干渉法などによる電子密度、電子温度、ガス温度などの計測、熱的な損傷に敏感であるポーラスマテリアルに対する低襲性プラズマ加工プロセスとしての低誘電率ポーラスマテリアルのプラズマアッシングプロセス開発などの基礎プロセス研究を行った。(1)クライオプラズマの創製と物性研究(プラズマ診断)主に、1クライオヘリウム、2クライオヘリウム/窒素、3クライオアルゴン/酸素、クライオヘリウム/酸素プラズマの創製とそのプラズマ診断を行った。とりわけ、1については、ヘリウムの臨界点近傍における絶縁破壊現象についての研究を行った。これは、希ガスのクライオプラズマに反応性を付与するための反応場として臨界点近傍の密度揺らぎ場に着目したもので、絶縁破壊現象というプラズマ生成の前駆現象における分子配置の相関距離と電子の平均自由行程の関係性を示し、大きな揺らぎを内包するプラズマ反応場における反応機構の基礎となる電子の運動への知見を得た。また、2については、クライオプラズマを含む低温プラズマにおいて重要なパラメーターである「中性プラズマガス温度」によりプラズマ化学が劇的に変化すること、プラズマガス温度を考慮した反応モデルにより再現できることを、時間分解発光分光測定、レーザー吸収分光などの分光学的実験、および、新たに構築したプラズマ反応モデル計算により明らかにした。(2)材料プロセス予備実験酸素/アルゴンおよび酸素/ヘリウム混合系のクライオプラズマによる低誘電率材料の低侵襲性アッシングの実験を行った。クライオプラズマを使用することによる低侵襲性を、従来の固体構造の解析(電子顕微鏡、光電子分光法、X線反射法など)に加え、本研究では電気的特性の向上によっても確認し、クライオプラズマプロセスの低ダメージ性を実証することができた。プロセスプラズマ装置開発を通じたクライオプラズマの創製、および、そのプラズマ物性測定、を主に行った。(1)クライオプラズマの創製:以下のようなプラズマ発生法を用い、各種のプロセス用のクライオプラズマの創製を試みた。高圧雰囲気での安定性、制御性に富む、DBD(誘電体バリア)放電を基本にした、(A)キャピラリジェット型、(B)平行平板型、のプラズマ、について、発生システムを試作した。プラズマ電源としては、研究室が所有する交流(130kHz程度)、高周波(100400MHz程度)領域の、連続、および、パルス電源を適宜選択して用いた。プラズマチャンバーとしては、研究室が現有している1液体窒素温度(77K)対応型クライオプラズマ発生チャンバー、および、2液体ヘリウム温度(4K)対応型クライオプラズマ発生チャンバー、を改良して3材料加工プロセス専用のクライオプラズマ材料プロセス装置、とした。プラズマガスとしては温度領域に対応した、He,Ar,Air,N2,O2などの各種のガス、および、その混合ガスを用い、各種プロセス条件下(ガス種、ガス圧、電力、電圧、電極形状など)におけるクライオプラズマ発生特性を調べた。今回の研究で一番重要なファクターであるガス温度は、微小熱電対、抵抗温度計を用いて行った。とりわけ、Heクライオプラズマ中の自己組織化パターン形成について詳細に調べた。(2)クライオプラズマの物性研究(プラズマ診断):上記の各種クライオプラズマの物性(電子密度・温度など)について、ガス温度をパラメーターにして、発光分光測定装置、マイクロプローブ測定装置、電圧・電流測定装置、高速カメラなどを用いて明らかにし、相互関係を検討した。本年度は昨年度までに進めた各種のクライオプラズマ装置を用いた、クライオプラズマの創製、診断・物性測定を継続・発展させ、材料表面プロセスへの展開を図った。(1)プラズマの創製:各種のプラズマパラメーター(ガス温度、電圧、周波数など)を変化させたクライオプラズの創製を進めた。特に本年度はクライオプラズマに微粒子を導入させたクライオダストプラズマの創製などを試みた。(2)プラズマ診断・物性測定:プラズマ診断に関しては、上記の各種のクライオプラズマの発光分光、レーザー吸収分光、レーザー干渉法、計算シミュレーションにより、電子密度、電子温度、ガス温度、ラジカル密度の測定を行った。例えば、誘電体バリア放電により発生させたクライオプラズマにおけるプラズマ化学反応でのキイとなる反応種である準安定ヘリウム原子の密度および寿命のガス温度依存性をレーザー吸収法で測定し計算モデルとの比較検討を行った。室温以下では温度領域により生成のメカニズムが変化し、寿命、密度が2桁以上も変化することが実験と計算でよい一致を示した。一方、物性測定においては、昨年度までのヘリウムのクライオ領域での超臨界状態(臨界温度5K)を含む高密度環境での放電現象の特異挙動を説明する理論的研究が大いに進んだ。

昨年度のシンプルな剛体球モデルをより発展させた、密度揺らぎ場での平均自由行程の理論モデルを、μmオーダーの微小領域でのトンネル電子の効果も加味した精緻な形で構築し実験との良い一致を実現した。(3)プロセス応用:ナノポーラス材料、ナノウイスカー材料、ファンデルワールス材料のナノコーテイング、不純物ドーピング(窒素、酸素など)のプロセス研究を進めた。また、クライオ酸素系プラズマにおける原子状酸素のフラックスの温度依存性を測定し反応動力学計算と合わせの比較も行い、クライオプロセスにおける役割も半定量的に明らかにした。26年度が最終年度であるため、記入しない。プラズマ材料科学26年度が最終年度であるため、記入しない。研究は順調に進んでおり、1密度揺らぎ場中の電子の運動や、2プラズマガス温度によるプラズマ化学の変化およびそれに対する反応モデルの構築、など目的に十分に沿った成果が得られ、また国際会議でのAWARDを受賞するなど高い評価をいただいた。。平成24年度は、各種の新しいプロセス装置の構築、および、それらを用いた実験が順調に進んだ。これらの成果は、学術雑誌への発表などを通じて一部公表されるとともに、今後、順次公表していく予定である。最終年度である平成26年度は、順調に進んでいる従来の方針に沿って実験および計算研究を進めるとともに、今までの研究結果について、国際学会発表、国際雑誌への投稿論文として積極的にその成果を発信していく。平成24度の成果を踏まえ、クライオプラズマの発生、診断研究をさらに進めると共に、プラズマアッシングなどの表面加工への応用研究を推進する。
抗アポトーシス分子アナモルシンの機能解析と造血における役割

アナモルシン(AM)欠損マウスの胎児造血幹細胞および胎児肝ストローマ細胞を用いて、AMが造血幹細胞と造血支持細胞の両方において造血に重要な役割を果たしていることを明らかにした。また、AM欠損細胞において、細胞内に自由鉄が蓄積することで、ROSが蓄積し、アポトーシスの増加につながることをみいだし、AMが鉄・硫黄クラスター形成に関与し、細胞内の鉄代謝を調節する作用を有していることを明らかにした。本研究は、申請者らが単離したアナモルシン(AM)の抗アポトーシス作用や細胞増殖促進作用の分子機序ならびに、正常造血における詳細な役割や造血障害の発症機構との関連を明らかにすることを目的とする。本年度はAMが胎生期の造血に及ぼす影響について解析を行い、以下の結果を得た。1. AMの遺伝子発現は、胎生9.5日(E9.5)の卵黄嚢、E10.5のAGM領域、及びE14.5のFLいずれにおいても成体骨髄と同程度認められ、さらにE14.5FLでは、造血幹細胞を含むLSK細胞や前駆細胞など未分化な細胞でその発現レベルが高く、Ter119, Gr-1などの分化マーカーを発現している細胞では発現が低下していた。2. E14.5AM-/-マウスのFLでは、正常(AM+/+)マウスFLと比較して、LSK細胞数が約1/3に減少しており、コロニー形成能が著明に低下していた。さらに同系移植の系を用いてLSK細胞の骨髄再建能について評価した結果、AMノックアウトによりCRUの頻度が約1/4に低下していた。3. E14.5AM+/+あるいは-/-マウスFL由来のストローマ細胞と、LSK細胞とを共培養し、得られた浮遊細胞のコロニー形成能を比較した結果、AM-/-由来のストローマ細胞と共培養することにより、AM+/+LSK細胞のコロニー形成能が低下し、一方でAM+/+由来のストローマ細胞と共培養することによりAM-/-LSK細胞のコロニー形成能が部分的に回復した。以上の結果から、AMは胎生期の造血において、未分化な造血細胞の維持や増殖だけでなく、ストローマ細胞のもつ造血支持能にも重要であることが示唆された(投稿準備中)。最近、AMのyeastのhomologであるDre2が鉄硫黄(Fe-S)クラスター形成に必須であることが報告されている。Fe-Sクラスターは、細胞内のエネルギー代謝、細胞周期制御、DNA修復等に関わる様々な酵素活性に重要であることから、今後は引き続きAMと細胞内機能、さらには造血障害の発症機構との関わりについて、Fe-Sクラスター形成の観点から検討を行う予定である。本研究は、申請者らが単離したアナモルシン(AM)の抗アポトーシス作用や細胞増殖促進作用の分子機序ならびに正常造血における詳細な役割や造血障害の発症機構との関連を明らかにすることを目的とする。申請者らは、Yeast-two-hybrid法を用いてAMと結合する分子として、PICOTをクローニングした。AMのyeast homologであるDre2とPICOTのyeast homologのGrx3/4が鉄・硫黄クラスター蛋白であることが相次いで報告され、AMもPICOTと結合し、鉄・硫黄クラスター蛋白として機能していると考えられた。本年度は、主に、AMKOマウスから作成したMEF細胞や胎児肝細胞などを用いて、酬の鉄・硫黄クラスター蛋白としての機能を検討した。まず、IRP-1の発現およびアコニターゼ活性などを調べたところ、AMKO細胞では、IRP-1の発現低下およびアコニターゼ活性の低下が認められ、また、AMKO細胞にAMを発現させたところ、IRP-1の発現およびアコニターゼ活性が回復した。さらに、AMKO細胞でのROSの蓄積などを検討したところ、H_2O_2の添加により、WT細胞と比較して、AMKO細胞では、容易にROSが蓄積し、細胞のアポトーシス誘導が認められた。近年、鉄・硫黄クラスター蛋白は、細胞内のエネルギー代謝、細胞周期制御、DNA修復等に関わる様々な酵素活性に重要であることが明らかにされている。さらに、PICOTがPKCの活性を抑制することから、AM/PICOTが形成する鉄・硫黄クラスター蛋白は、PKCを含むシグナル伝達分子の活性制御に関与する可能性が考えられた。今後は、造血幹細胞を含む造血細胞におけるシグナル伝達分子への鉄・硫黄クラスター蛋白の作用について検討する。

本年度は、昨年度に引き続き、AM KOマウスの胎児肝から作成した胎児肝細胞および造血細胞を用いて、AMの鉄・硫黄クラスター蛋白としての機能を検討した。培養液に鉄を添加した際に、AM欠損細胞においては、細胞内の自由鉄が蓄積することが明らかとなった。また、そのことが、ROSの蓄積および、アポトーシスの増加につながることが明らかとなった。さらに、AM KOマウスの胎児肝から得た造血細胞においても、特に幼弱な赤芽球にROSが蓄積していることが明らかとなった。以上のことから、AMは細胞内の鉄代謝を調節する作用を有している可能性が示唆された。また、AMの機能をさらに詳細に解析するために、AMコンディショナルKOマウスを作成することとし、まずは、Cre-loxPシステムを用いるためにAM遺伝子座へのTargetベクターを作成し、さらにES細胞株へのTargetをおこない、目標の遺伝子座にTargetできていることを確認した。アナモルシンが、PICOTとともに、鉄・硫黄クラスター蛋白を構成する分子として、機能していることを明らかにした。PICOTが、PKCの活性を抑制すると報告されていることから、アナモルシン/PICOTの鉄・硫黄クラスター蛋白は、PKCを含むシグナル伝達分子の機能を制御するという、これまでに報告されていない新規の鉄・硫黄クラスター蛋白の機能を世界に先駆けてみいだした可能性がある。24年度が最終年度であるため、記入しない。造血幹細胞を含む造血細胞におけるアナモルシン/PICOTの鉄・硫黄クラスター蛋白のシグナル伝達分子の活性制御作用について、アナモルシン遺伝子改変マウス(ノックアウトマウスおよびトランスジェニックマウス)を用いて解析する。また、アナモルシンノックアウトマウスは胎生後期に致死となる。成体でのアナモルシンの機能を解析するため、コンディショナルノックアウトマウスを作成する予定である。
ダイナミック光線空間の圧縮撮像

光線空間(Light Field)とは、実世界を飛び交う高密度な光線群を用いて,3次元視覚情報の完全な記述を可能にする枠組みである.本研究では,撮影対象に動きがあるダイナミックな光線空間の撮像を課題とする.これはデータ帯域(単位時間あたりのデータ量)の観点から挑戦的である.この問題に対して,本研究では,撮像時にデータ帯域を大幅に圧縮する手法を追究する.すなわち,画像センサが捉えるのは既に圧縮されたデータであり,この圧縮撮像されたデータは,計算処理によって元の光線空間へと復元される.具体的には、コンピュテーショナルカメラ,圧縮センシング,および深層学習の方法論を組み合わせることで,ダイナミック光線空間を,高々数%程度のデータ帯域まで圧縮して取得できる撮像方式の開拓を目指す.2018年度には,静的な光線空間を対象として,符号化開口を備えたカメラを用いた圧縮撮影に取り組んだ.このカメラの光路上には液晶素子が備えられており,この素子の透過率を電気的に制御することで,開口(絞り)の透過率パターンを変更しつつ撮影することができる.この機構によって一種の符号化が施された撮影画像をもとに,元の光線空間を計算機で復元する.本研究では,深層学習の枠組みのもとで大量の光線空間データを学習データとして用いることで,カメラの透過率パターンと光線空間の復元アルゴリズムを同時に最適化した.結果として,わずか2-4回の撮影画像から,5x5または8x8の視点からなる光線空間を復元できることが明らかになった.提案手法の復元性能は,当該分野の従来手法を定量的に上回るものであった.実際のカメラのハードウェア上でも,提案手法の有効性を実証することができた.2018年度に得られた成果(わずか2-4回の撮影画像から,5x5または8x8の視点からなる光線空間を高品質に復元できること)は,顕著なものであり,主要国際会議でも発表を果たした.このアプローチを発展させることで,今後に取り組む動的光線空間の取得においても有意義な成果が見込まれる.今後も,符号開口カメラを用いた撮影技術の開発を継続する.2018年度の取り組みで明らかになったように,静的光線空間の取得においては,大量の光線空間データを用いた学習ベースのアプローチが有効である.今後は,これを動的光線空間に発展させるため検討を行う.動的光線空間においては,撮影のたびに,開口の透過率のパターンが変わるだけではなく,被写体も移動に伴う画像の変化も発生する.したがって,撮影画像から光線空間を復元のする際に,動きによる変化と,透過率パターンの切り替えに伴う視差の効果を分離することが必要である.この課題に対処するために,動きを含むような学習データの活用と,深層学習のネットワーク構造の工夫が必要であると考えられる.また,符号化開口カメラにハードウェア上の拡張を加えることも検討し,動的光線空間の効率的な圧縮取得という課題に取り組みたい.光線空間(Light Field)とは、実世界を飛び交う高密度な光線群を用いて,3次元視覚情報の完全な記述を可能にする枠組みである.本研究では,撮影対象に動きがあるダイナミックな光線空間の撮像を課題とする.これはデータ帯域(単位時間あたりのデータ量)の観点から挑戦的である.この問題に対して,本研究では,撮像時にデータ帯域を大幅に圧縮する手法を追究する.すなわち,画像センサが捉えるのは既に圧縮されたデータであり,この圧縮撮像されたデータは,計算処理によって元の光線空間へと復元される.具体的には、コンピュテーショナルカメラ,圧縮センシング,および深層学習の方法論を組み合わせることで,ダイナミック光線空間を,高々数%程度のデータ帯域まで圧縮して取得できる撮像方式の開拓を目指す.2018年度には,静的な光線空間を対象として,符号化開口を備えたカメラを用いた圧縮撮影に取り組んだ.このカメラの光路上には液晶素子が備えられており,この素子の透過率を電気的に制御することで,開口(絞り)の透過率パターンを変更しつつ撮影することができる.この機構によって一種の符号化が施された撮影画像をもとに,元の光線空間を計算機で復元する.本研究では,深層学習の枠組みのもとで大量の光線空間データを学習データとして用いることで,カメラの透過率パターンと光線空間の復元アルゴリズムを同時に最適化した.結果として,わずか2-4回の撮影画像から,5x5または8x8の視点からなる光線空間を復元できることが明らかになった.提案手法の復元性能は,当該分野の従来手法を定量的に上回るものであった.実際のカメラのハードウェア上でも,提案手法の有効性を実証することができた.2018年度に得られた成果(わずか2-4回の撮影画像から,5x5または8x8の視点からなる光線空間を高品質に復元できること)は,顕著なものであり,主要国際会議でも発表を果たした.このアプローチを発展させることで,今後に取り組む動的光線空間の取得においても有意義な成果が見込まれる.今後も,符号開口カメラを用いた撮影技術の開発を継続する.2018年度の取り組みで明らかになったように,静的光線空間の取得においては,大量の光線空間データを用いた学習ベースのアプローチが有効である.今後は,これを動的光線空間に発展させるため検討を行う.動的光線空間においては,撮影のたびに,開口の透過率のパターンが変わるだけではなく,被写体も移動に伴う画像の変化も発生する.したがって,撮影画像から光線空間を復元のする際に,動きによる変化と,透過率パターンの切り替えに伴う視差の効果を分離することが必要である.

この課題に対処するために,動きを含むような学習データの活用と,深層学習のネットワーク構造の工夫が必要であると考えられる.また,符号化開口カメラにハードウェア上の拡張を加えることも検討し,動的光線空間の効率的な圧縮取得という課題に取り組みたい.
Otx1の大脳皮質形成に及ぼす役割と分子カスケードについて

Otx1遺伝子欠損マウス(理研相沢先生より供与)のバックグラウンドを改変し成体にまで成長する系統を確立し、同マウスにおいて大脳皮質の形成特に領野の相対的領域の変化を見いだした。さらに生後視覚野でのGABA性神経細胞数の減少を見いだし、また同マウスにおいて発現が減弱する分子を同定した。以下にその内容を記す。まず、Otx1遺伝子欠損マウスであるが、同マウスにはイタリアのSimeoneのグループによるものと、熊本大(現、理研)の相沢教授のグループによるものがある。Simeoneのマウスは生後も長く生存する。一方、相沢教授のマウスは生後まもなく、homozygoteは死亡する。この違いは前者が部分ノックアウトであるためとも考えられたが、他方バックグラウンドの違いによる可能性も考えられた。そこで我々は、相沢教授よりマウスの供給を受け、Otx1遺伝子欠損マウス(体色black)x BDF1マウスの交配を試みた。その結果成体にまで成長するhomozygoteの系を樹立した。Otx1遺伝子欠損マウス大脳皮質において、大脳皮質領野のマーカー(cadherin8)を用いて検討したところ、領野のシフトが観察された。これはOtx1により領野の性質が変わるとの従来の報告とは異なるものであった。さらに領野のシフトの様子をトレーサーや、その他の領野のマーカーにて観察・確認した。又、生後の視覚野におけるGABA細胞数の減少を観察した。その減少は全てのGABA細胞においては観察されず、その一部のポピュレーションが減少することを、他のマーカーと併せ確認した。Otx1は発達・成熟に伴う大脳皮質領野特異的な錐体路軸索の刈り込みに関係すると考えられていたが、我々はOtx1がむしろ領野そのものの配置に関わる事を見いだした。我々は新たに成体にまで成長しうるOtx1遺伝子欠損マウスラインを確立し、そのOtx1遺伝子欠損マウスでは、従来の説と異なり大脳皮質の領野の境界が移動していることを観察した。H15年度の研究実績は以下の通りである。(1)Otx1遺伝子欠損マウスの大脳皮質の領野についてさらなる検討を加えた。大脳皮質の領野マーカーとして、Cadherin6, Cadherin8, Id2のmRNA発現をin situ hybridization法により検討した。その結果Otx1遺伝子欠損マウスにおいて、領野のシフトが起きていることを確認した。特にId2は運動野と感覚野の境界を示すが、その部位に変化を予備実験においては観察した。この領野のシフトが発生のいつ頃から起こっているかについてさらに検討を進めた。具体的には、胎生中期のマウスを用い大脳皮質尾端に発現するWnt7b mRNAの分布を検討し、同分子の発現部位に一部移動があることを確認した。更に、GABA細胞のサブタイプについてマーカーを用い検討し、あるサブグループが減少していることを観察した。今後生後発達に伴うサブタイプの発現変化を検討する予定である。
生体分子相互作用系観察のための走査型トンネル顕微鏡の試作と生体試料調整法の開発

本年度は主として、1)STM操作用およびデータの画像表示用のソフトウエアの改良、2)厚い試料を蒸着金属膜で被覆する場合の金属膜の厚さとSTM測定用のために必要な電導性の関係の解析、3)金属膜を蒸着しない薄い生体試料の直接観察とその結果の原子間力顕微鏡および電子顕微鏡観察結果との比較を中心に研究を進めた。まず、画像表示用ソフトウエアにおいては、生体試料の特徴である表面凹凸構造の変化幅の大きさに柔軟に対応できる表示ソフトを開発した。また、STMの操作性に関しては、本研究による試作品をもとに島津製作所が市販品を開発するにあたって参考となる事を念頭において、粗動接近法の改善を行った。ハードウエア的には白金探針研磨法と探針装着法の改良を行った。比較的厚さの薄い低分子やDNAは金属蒸着無しでSTM観察が可能であるのが、そのような分子を清浄な電導性基板表面に吸着させる方法を完成した本STMの清浄雰囲気チャンバーを使って現在開発中である。バクテリオファージのように厚い試料は白金蒸着して観察するが、蒸着膜の厚さをコントロールして、試料の特徴を失わないためにはできるだけ薄く、またトンネル電流を得るには十分な厚さを持つよう系統的な実験を実施中である。原子間力顕微鏡を使って得たバクテリオファージやDNAなど生体試料の凹凸像とトンネル電流を基礎とした測定を比較して、生体機能分子の孤立単分子レベルでの物性の研究を進めている。得られたデータは試料のトンネル物性が不明であるという現状で精密に解析する事は難しいが、分子原子レベルでの物質のトンネル物性が明らかにされてゆく中で、生体試料のSTM測定結果も解析が可能となる。本研究におけるパイオ試料観察用STMをプロトタイプとして、島津製作所でWET-901という中高度真空及び不活性ガス雰囲気対応のSTMを市販品として製作し、発展を期待している。本年度は生体試料として基本的な核酸とタンパク質について、無機材料研究用走査トンネル顕微鏡を用いて超高真空下で観察し、生体試料観察用走査型トンネル顕微鏡に必要な性能と操作性を最終的にまとめて、表記の目的で設計・製作した。生体試料の観察には生端形状ができるだけ鋭いタングステンの電解研摩探針を使うのが最良と判断し、この探針が空気中の酸素により酸化をうけ劣化しないよう、密封室内にトンネル顕微鏡をおき、試料及び基盤の出し入れは室内の状態を乱さずできるようにした上で、密封室内を清浄なチッソガスあるいはアルゴンガスで満たせるようにした。探針のとりつけ、基盤への試料の添加についても、手袋を通して操作できるようにし、清浄ガス中で行うこととした。この結果、空気中での油滴の沈着など有機物による汚れも大巾に減少した。超高真空型のトンネル顕微鏡でDNAとタンパク質の像を得る事に成功したので、現在はその解像度の向上に努めるとともに、真空でない、自然な湿度を保った状態での生体分子の観察をするために新しく試作したトンネル顕微鏡で条件を探索しているところである。DNAは、クラファイト基盤上で細状分子としてあるいは球状にかたまった分子として割合高い頻度で見る事ができ、よい条件下ではらせん構造を見分ける事も可能である。ただ探針の先鋭度がまだ十分でないため、十分満足できる解像度はないし、球状にかたまる性質を試料調整に際してなおして細状にのびたイメ-ジを得る努力が必要である。タンパク質については現在超高真空状態又は大気圧において映像を得る事がDNAより難しく、乾燥による変形も著しいようである。この点で今年度試作した機器の性能が十分引き出されるようになれば、清浄で適正な湿度下における変形の少ない生体分子の映像が得られる事を期待して実験を進めている。

本年度は以上のように試料変性を最小限に止める生体観察法の開発途上にある。本研究で目的としている生体試料観察用走査型トンネル顕微鏡走査部とこれを入れる定質清浄環境設定用チャンバ-の製作が終わり、生体試料の観察にはいった。試運転時の状況ではチャンバ-付属の操作用手袋の材質、大きさ、操作性などの点、走査型トンネル顕微鏡走査部の機械的操作性などで改善点が見いだされ、必要に応じて改良した。探針は電解研磨したタングステンまたは白金-イリジウムを用いることにした。清浄ガス雰囲気は一度真空ポンプで排気後アルゴンガスでチャンバ-内を充填することで実現した。以下、大気中、真空中、アルゴンガス雰囲気中での測定を行い、条件による生体試料の映像化のちがいを検討している。はじめは探針の清浄度や試料および基板表面の清浄度を比較するため映像化そのものが容易な金および白金で金属コ-トしたタバコモザイクウイルスを試料とした。ウイルスは長さ30nm、太さ2nmの棒状粒子として観察された。その表面はやや粗い金属粒子で覆われているが大気中では走査に不安定さがある。これは機器自体の問題か試料表面の状態が探針の汚染によるものかはまだわからない。金属粒子表面の凹凸はかなり解像度よく観察されているのでコ-トする金属粒子が微細なものになれば被膜試料を使ってもかなりな構造情報が得られる。このことは生体試料にとっては高さの情報が得られることになり電子顕微鏡観察の欠点を補うものとなる。コ-トしていない試料の場合は大気中の観察はかなり困難であり、真空中でできるだけ水分を減らしたものが観察しやすい。これは試料と基版との間の吸着が真空中のほうがよいという単純な理由か、試料表面の水分量の問題のどちらかと思われる。今後、清浄環境下で湿度を次第に減少させての映像化の検討を行う予定である。本年度は、製作した走査型トンネル顕微鏡のソフトウェアの改良とハードウェアの操作性の改善に重点をおいた。ソフトウェア面では,トンネル顕微鏡のオペレーションを安全かつ確実にするための運動メニューの充実と、得られた映像の画像処理方法に工夫を加えた。その結果、従来より鮮明な映像を提供できるようになった。探針として白金イリジウム合金を用いるので、その電解研磨法に改良を加えてより鉛い探針が得られるようにした。このようにして清浄雰囲気下でのトンネル顕微鏡の運転が可能となったので、金属コーティングした生体試料を中心に、各種試料の観測を行った。金属コーティングしたタバコモザイクウイルス、T4バクテリオファージ、細胞、タンパク質、DNAを観察したところそれぞれの形態を映像化することができた。特にT4バクテリオファージは頭と尾が区別できたので、テイルファイバーと呼ばれる2-3nm幅の繊維の観察を試みたが、金属コーティングが厚いため明瞭に識別できる映像は得られなかった。同時に行った原子間力顕微鏡法では明らかにテイルファイバーが観測できるので、金属コーティングをできるだけ薄く、かつ電導性が得られるように行えば、2nmの解像度も可能である。タバコモザイクウイルスの場合は300nm、20nmの長さと太さをもつ棒状粒子が見える。その表面には、このウイルス特有の縞模様が見える。
病弱児・者における唾液バイオマーカーを用いた情動評価の実践応用に関する研究

本研究は、重度重複障害者を含む病弱児・者における心理的な介入及び教育実践における対象児・者の情動把握に際する生理学的指標を用いた評価の有用性及び妥当性を確認し実践応用を検討することを目的としている。重度重複障害児者における唾液バイオマーカーの解釈に関する検討では、本年度はこれまでの蓄積してきたデータで刺激と表出及び生理学的指標の関連を分析した。その結果、特に同じような生理学的な状態にあったとしても表出にはばらつきがあり、そのばらつきは刺激の属性及び提示した刺激の数に左右される可能性が明らかになった。その中でも、刺激数が多い場合には、表出上観察されない生理学的覚醒が存在することが明らかになり、支援者の働きかけに対して対象者が処理しようと努力する内的プロセスを実行している状態を生理学的指標が反映している可能性が示された。また、病弱者の心理的課題に対する介入における生理指標の活用に関する検討も行い、指標として唾液バイオマーカー及び心拍数を用いた。対象者にストレス緩和を目的とした漸進的筋弛緩法(PMR)を実践した結果、実施前に比べ心拍数の減少がみとめられ、手法そのものの有効性を確認した。さらに、PMRの継続的な実施を行い、主観的評価(STAI、疾患特異的QOL評価)、心拍数、唾液アミラーゼ活性値の評価を行った結果、疾患特異的QOL評価にはQOLの向上がみとめられ主観的評価の水準でのPMRの継続的な実施の有効性が示唆された一方で、STAI及び生理学的な指標には同様の変化が必ずしもみとめられなかった。これについては、主観的な慢性ストレスの評価の妥当性に関する課題、PMRの実施プロトコル上の課題、自律神経系の評価における慢性ストレスの評価の課題の三点が関与していると推測された。特に三点目については心理的介入といった実践における生理指標の活用におけるさらなる検討の必要性を示唆している。本研究の目的は、病弱児・者を対象とした教育実践や支援介入に際する対象児・者の情動把握において、生理学的指標の活用を検討することである。さらに、生理学的指標の内、実践場面における指標の生態学的妥当性の観点から、唾液内の生体物質である唾液バイオマーカーに着目し、その実践応用を試みるものである。以上の目的を達成する上で、主に二つの研究を実施することを計画しており、一つ目が重度・重複障害児・者における唾液バイオマーカーの妥当な解釈の検討(研究1)であり、二つ目が病弱教育実践に際する唾液バイオマーカーの活用法の検討(研究2)である。本年度は、研究実施計画における初年度に当たり、研究1では、療育実践における生理学的指標の測定と活動記録等の質的情報との記録を行い、生理学的指標に観査される変動等と質的情報の関連から、生理学的指標をもとに重度・重複障害者の情動評価を行う上での妥当な解釈の検討を行った。生理学的指標としては唾液アミラーゼ活性値、心拍数といった自律神経系の指標を用いた。その結果、行動からも観察される大きな変化(笑顔や発声)に先駆けて、唾液アミラーゼ活性値の上昇を認める場面がみられ、情動表出が極めて限定される対象においては、行動等における情動表出には至らないレベルでの情動の変化を生理学的指標で把握できる可能性や意義があらためて示唆される結果となった。研究2については、測定が妥当な唾液バイオマーカーの探索および測定プロトコルの検討、並びに研究協力者の募集を行う計画であった。唾液バイオマーカーとしては慢性的なストレスの指標として、唾液中コルチゾール濃度に着目し、コルチゾール濃度分析のための研究設備を整え、先行研究を中心に標準データ等に関する情報収集を行った。研究1についてはおおむね順調に進行しており、今後も着実にデータを蓄積していくことで、おそらく研究目的を達成することは可能になると推測される。研究2については、年度内に研究実施のための研究設備等を整えることはできたが、研究フィールドを確保することが出来なかった。実際の教育現場をフィールドとして想定する上では、当初予定していたよりも時間をかけた交渉や関係性の構築が必要となるため、今後も他業務との兼ね合いの中で継続して尽力する必要があると考えられる。それと同時に、その他の方策も含めて改めて検討を重ねる予定である。したがって、研究2について若干の遅れが生じていることから、進捗状況はやや遅れていると判断する。本研究は、重度重複障害者を含む病弱児・者における心理的な介入及び教育実践における対象児・者の情動把握に際して、客観的かつ定量的な評価の有用性及び妥当性を確認し実践応用を検討することを目的としている。情動把握においては、客観性・定量性に優れた生理学的指標の活用を検討しており、そのうち、心理的な介入及び教育実践の現場における生態学的妥当性の観点から、唾液中に含まれる物質である唾液バイオマーカーの活用を検討している。以上の目的を達成するために本研究では主に二つの研究を計画している。そのうちの一つである、重度・重複障害児・者における唾液バイオマーカーの妥当な解釈の検討(研究1)については、昨年度から引き続き実施中である。特に、急性ストレス等交感神経系の指標からみられる短時間の対象者の生理学的な変化を、唾液アミラーゼ活性値及び心拍数によって評価しており、その解釈について生理学的指標とその他の環境的な刺激との関係を丁寧に分析していくことが今後の取り組みの中心となる。また、その際には、刺激の質的な差にと唾液アミラーゼ活性値もしくは心拍数の関連を調査する必要性が示された。

二つ目の研究である病弱教育実践における唾液バイオマーカーの活用法の検討(研究2)については、今年度も引き続き研究協力校の検討及び交渉を行っており、現時点で実質的な実施に至っていないが、測定プロトコルの検討やコルチゾール濃度分析手技に関する情報収集等を行った。研究1、2共にデータの蓄積について進行が遅れている。研究に係るエフォートの見直し及び研究設備の整備の遅れが原因と考えられる。それぞれに見直しを行い、研究に尽力する環境を整えるよう努力する。本研究の目的は、重度・重複障害者を含む病弱児・者に対する心理的な介入及び教育実践における対象の情動把握に際する客観的かつ定量的な評価の有用性及び妥当性の確認を目的としている。さらに、上記2点が確認された指標の実践応用の可能性を検討することも目的としている。コミュニケーションが困難な重度・重複障害者においては、生理学的指標である唾液バイオマーカーに観察されるデータの解釈において、その妥当性を向上させるために経時的かつ反復的なデータの蓄積が必要となり、【研究1】においてさらにデータを積み重ねているところである。現段階では、物理的な刺激と生理学的指標の関連に関する分析を行っているところだが、それに加えて、介入者及び保護者、観察者の主観的な評価も併せて、生理学的データとの関連を丁寧に検討する必要があるとともに、行動や主観的な評価に現れない生理学的データの解釈を課題として引き続き検討する必要がある。【研究2】については、病弱児・者の心理的な介入及び自立活動等の教育実践において、介入対象となりがちな病弱児・者の心理特性について、成人患者を対象として遡及的調査を行い整理した。さらに、成人の病弱者のストレス緩和を目的とした心理的な介入における唾液バイオマーカーの活用についてもパイロットスタディを行った。最終年度に向け、教育実践での唾液バイオマーカー活用の検討を実施すべく引き続き対象の選定、協力の依頼を行う予定である。研究1については、対象者の健康が最も優先すべき事項であるため、必ずしも順調なデータ収集ができているわけではないが、健康状態を観察しながら、収集回数を増加させるなどして、対応する予定である。研究2については、教育実践における活用検討が依然難しい状況にあり、研究計画の精査もしくは延長も含めて今春には方向性を定め実施に向けて動く必要があると思われる。本研究は、重度重複障害者を含む病弱児・者における心理的な介入及び教育実践における対象児・者の情動把握に際する生理学的指標を用いた評価の有用性及び妥当性を確認し実践応用を検討することを目的としている。重度重複障害児者における唾液バイオマーカーの解釈に関する検討では、本年度はこれまでの蓄積してきたデータで刺激と表出及び生理学的指標の関連を分析した。その結果、特に同じような生理学的な状態にあったとしても表出にはばらつきがあり、そのばらつきは刺激の属性及び提示した刺激の数に左右される可能性が明らかになった。その中でも、刺激数が多い場合には、表出上観察されない生理学的覚醒が存在することが明らかになり、支援者の働きかけに対して対象者が処理しようと努力する内的プロセスを実行している状態を生理学的指標が反映している可能性が示された。また、病弱者の心理的課題に対する介入における生理指標の活用に関する検討も行い、指標として唾液バイオマーカー及び心拍数を用いた。
超音速衝突個体セラミックス粒子接合メカニズムの解明と成膜技術としての確立

金属の粉末材料を超音速に加速し、衝突・堆積させるコールドスプレー法において、これまで不可能とされてきたセラミックス材料の成膜を実現するため、原料粉末の重要性と界面での接合メカニズムの調査を行った。その結果、粒子構造に三大要因を満たすセラミックス粉末が厚膜を形成することを明らかにした。また、各種基材への成膜試験から、粒子/基材間の活性な新生面同士による化学結合による接合の可能性を示した。原料粉末を超音速ガス流により加速し、固体のまま基材表面に衝突・偏平させることで付着・堆積させる成膜技術であるコールドスプレー法は塑性変形を起こす金属材料の新規成膜技術として開発が進んでいる。これに対し、申請者らは1微細な一次粒子から構成される10μm程度の凝集粉末、2多孔質な構造での凝集、3一次粒子が大きな結晶中で配列、という三大要因を満たすセラミックス粉末を用いることによるセラミックス成膜への適用について検討を行った。超音速個体セラミックス接合が可能な粉末材料のナノ構造の重要性を調査するため、種々の条件で酸化チタン(TiO2)粉末の合成を行った。硫酸チタネルを原料とした加水分解によりTiO2粉末の作製は可能であるが、硫酸アンモニウムの添加および水熱合成の後処理を加えて得られた粉末のみが申請者らが提案する三大要因を満たすナノ構造を有していた。また、これらの合成粉末をコールドスプレー法による成膜に供したところ、三大要因を満たす硫酸アンモニウム添加および水熱合成処理を施した粉末のみが堆積可能であることを確認した。また、粒子付着形態の微細構造観察により、結晶中で配列していた微細な一次粒子が超音速で基材表面に衝突した際に破断され、活性な新生面が基材および堆積粒子間において結合を起こすことを確認した。これらの結果から、申請者らが提案する三大要因を満たすセラミックス粒子を用いることにより、コールドスプレー法における超音速衝突個体接合が実現したことを明らかにした。原料粉末を超音速ガス流により加速し、固体のまま基材表面に衝突・偏平させることで付着・堆積させる成膜技術であるコールドスプレー法において、セラミックス粒子の付着メカニズムに関する調査を行った。各種基材上への酸化チタン成膜実験から、銅基材において特出した高い密着強度を示すことが明らかになった。この原因を調査するため、基材衝突・付着粒子断面形状観察、皮膜基材界面の透過型電子顕微鏡(TEM)による微細構造観察およびX線光電子分光(XPS)による界面結合状態の分析等を行った。その結果、比較的軟質金属基材では粒子衝突に伴う基材表面の変形が起こり、それと共に表面酸化物が破断し新生面の露出が起こることが明らかになった。銅基材の場合は銅の新生面と酸化チタンの酸素成分が結合することで、強固な接合が起こることを確認した。ただし、同様に軟質金属材料であるアルミニウムを基材とした場合、厚く安定な表面酸化物は粒子衝突時に除去されず、新生面による強固な結合が起こらないため、密着強度が銅に対して低い結果となることが明らかになった。また、付着に対する粒子側のメカニズムとして、長音突衝突接合が可能な三大要素を満たす酸化チタン粒子の衝突・偏平現象を、付着粒子断面観察およびナノスクラッチ試験による個々の粒子の密着強度評価を用いて詳細に調査した。その結果、多孔質な凝集粉末が塑性変形するかのように偏平・付着している様子が観察された。また、衝突中心部が緻密化されると共に基材表面と強固に接合していることが明らかになった。これは一次粒子が結晶中に配列して二次粒子を形成いると共に、二次粒子同士は弱い結合で多孔質な三次粒子を形成する構造に起因する現象であることを明らかにした。平成23年度の実施内容として、当初目的としていた固体セラミックス粒子の接合メカニズムの調査についてはほぼ完了した。予定していたナノスクラッチ試験による粒子密着強度評価、付着粒子断面組織観察、および皮膜/基材界面のTEMによる原子レベルでの微細構造観察を実施し、メカニズムの解明が実現した。また、超音速衝突接合が可能な三大要素を満たす粒子の合成実験も実施し、積層成膜が可能な酸化チタン粒子の独自合成に成功している。ただし、その粒子合成条件の最適化には至っておらず、改善の余地があることから、達成度としては「おおむね順調に進展している」とした。界面での接合メカニズムの解明が実現し、粉末材料の重要性が明らかになったことから、超音速衝突接合を可能とする粉末材料の合成に関する研究を進めていく。具体的には、これまでに成功している酸化チタン粒子の合成に対し、粒子サイズ等の制御を行うための因子の特定や成膜プロセスにおいて最適な粒子合成条件の選定を行う。また、酸化チタン以外の材料として、同じ酸化物系セラミックスである酸化亜鉛を対象とし、三大要因を満たす粒子合成ならびに成膜実験を試みる。平成23年度に粒子合成に必要な反応容器を購入しており、また成膜実験に必要なコールドスプレー装置は研究室に既設であることから、平成24年度の研究費の使途としては主に粒子合成に用いる薬品類や、成膜実験に必要な加速ノズル、プロセスガス等の消耗品類を予定している。
piRNAをガイドとしたレトロトランスポゾン・遺伝子発現制御機構の解析

piRNA経路は生殖細胞で機能する機構で、次世代へ受け渡すための大切なゲノムをレトロトランスポゾン(TEs)から保護する機構に関わるということが盛んに研究され報告されてきた。近年では、piRNA経路構成因子は特定の条件下で体細胞においても発現し、もしかすると類似した機構で働く可能性について報告されていきている。ヒトやマウスにおいて、多くの体細胞由来がん細胞においてpiRNA経路構成因子の発現について報告がある(Ross et al., Nature, 2014)。この中には、前年度において注目した分子、piRNA経路構成因子GTSF1も含まれ、リンパ腫において発現する。また、マウスにおいては、炎症に伴ってpiRNA経路構成因子であるMIWI2が肺上皮細胞で発現し、自然免疫系の誘導に機能することが示唆されている(Wasserman et al., J.Clin.Invest., 2017)。すなわち、piRNA経路と類似した機構が免疫系の生理的な機序の中に組み込まれていることを示唆している。前年度の実施報告書の研究推進方策欄で、本研究課題を遂行するにあたり革新的な方向性を模索することに言及したとおり、本年度においては上記のような驚くべき知見をもとに免疫系における短いRNAs(piRNAやmiRNAs等)やTEsの挙動について検討した。リンパ球の機能を阻害したときにTEsや短いRNAsの挙動がどのように変化するのかを明らかにするために、Dock2欠失マウスの脾臓T細胞およびB細胞(D2KO ST or SB cells)におけるTEsの発現と短いRNAsの一種であるmiRNAsの発現を調べた。その結果、D2KO ST cellsでは野生型と比べてTEsの発現が有意に低下していた。免疫系細胞の活性変化とTEs発現が関連する可能性を示唆している。本年度内に研究機関を2回異動したため、実験を実質的に進展させる時間は限定された。研究実績の概要の欄で報告したとおり、今年度では脾臓に存在するT細胞およびB細胞におけるTEsの発現を調べ、免疫系細胞の活性変化とTEs発現が関連する可能性を示唆するデータを得た。最近の報告で、脾臓には血液凝固FVIII因子に対する中和抗体の産生経路における最も上流に位置する抗原提示細胞が存在することが報告され注目されている(Zerra et al., blood, 2017)。どのようにしてFVIII因子が自己あるいは非自己分子と認識され、寛容あるいは免疫活性化が誘導されるのかについては、抗原提示細胞における細胞内メカニズムが関係していると推察されるが、分子機構は不明である。次年度においては、抗原提示細胞におけるTEs発現とFVIII因子の自己・非自己認識に、短いRNA経路のような細胞内メカニズムが関与するのかどうかを調べる。これまでの解析から、1胎児期前精原細胞においてGTSF1タンパク質はpiRNA pathwayで中心的に働くMILIおよびMIWI2タンパク質と共局在すること、2タンパク質間相互作用解析において、GTSF1タンパク質はMILI-およびMIWI2-piRNA複合体の両者と相互作用すること、3GTSF1欠失胎児期前精原細胞において、(a)レトロトランスポゾンの発現が顕著に上昇し、(b)MIWI2およびMIWI2複合体関連タンパク質の局在が異常を示し、(c)MIWI2に結合するpiRNAが消失し、(d) MILI-piRNA複合体がpiRNA配列をガイドとしてターゲットRNAを切断する過程(ピンポンサイクル)が阻害されることを明らかにしてきた。本年度では、マウスGTSF1の分子機能解明に向けて、ピンポンサイクルにおける役割を絞り込むことにした。そのために、MILI-piRNA複合体によって切断される箇所が同定済みである1つのnoncoding RNAに注目し、modified RACE法を用いてGTSF1変異体においてこのRNAが切断されているかどうかを調べた。その結果、この切断は検出されなかった。このことから、マウスGTSF1はMILI-piRNA複合体がターゲットRNAを切断するために重要であり、PIWI-piRNA複合体が抑制のターゲットを認識して安定化する過程で働く可能性が高いことを報告した(Yoshimura et al., EMBO Rep., 2018)。マウスにおいては、GTSF1はレトロトランスポゾンの抑制に必須であることは報告されていたが(Yoshimura et al., Dev. Biol., 2009)、関係している分子機構は不明であった。ハエにおける分子機能解析の報告から、GTSF1はレトロトランスポゾン抑制に重要な二つの過程(ピンポンサイクル、エピジェネティックな転写制御)のうち、エピジェネティックな転写抑制機構に関係していると報告されていたため(Muerdter et al., Mol. Cell, 2013; Donertas et al., Genes Dev., 2013; Ohtani et al., Genes Dev., 2013)、マウスでも同様にエピジェネティックな転写制御機構におけるGTSF1の役割に焦点が当たっていた。本研究においては、マウス胎児期前精原細胞においてピンポンサイクルが作動するためにGTSF1が必須なタンパク質の一つであることを報告した(Yoshimura et al., EMBO Rep., 2018)。またこの報告の中で、modified RACE法およびRT-qPCR法を用いた実験データから、マウスGTSF1はpiRNA pathwayにおいてpiRNAをガイドとしたターゲットRNAの認識過程に関わり、そのためピンポンサイクルとエピジェネティックな転写制御の両方の過程で働く可能性を示唆できたため、一定の進展が認められる。piRNA

経路は生殖細胞で機能する機構で、次世代へ受け渡すための大切なゲノムをレトロトランスポゾン(TEs)から保護する機構に関わるということが盛んに研究され報告されてきた。近年では、piRNA経路構成因子は特定の条件下で体細胞においても発現し、もしかすると類似した機構で働く可能性について報告されていきている。ヒトやマウスにおいて、多くの体細胞由来がん細胞においてpiRNA経路構成因子の発現について報告がある(Ross et al., Nature, 2014)。この中には、前年度において注目した分子、piRNA経路構成因子GTSF1も含まれ、リンパ腫において発現する。また、マウスにおいては、炎症に伴ってpiRNA経路構成因子であるMIWI2が肺上皮細胞で発現し、自然免疫系の誘導に機能することが示唆されている(Wasserman et al., J.Clin.Invest., 2017)。すなわち、piRNA経路と類似した機構が免疫系の生理的な機序の中に組み込まれていることを示唆している。前年度の実施報告書の研究推進方策欄で、本研究課題を遂行するにあたり革新的な方向性を模索することに言及したとおり、本年度においては上記のような驚くべき知見をもとに免疫系における短いRNAs(piRNAやmiRNAs等)やTEsの挙動について検討した。リンパ球の機能を阻害したときにTEsや短いRNAsの挙動がどのように変化するのかを明らかにするために、Dock2欠失マウスの脾臓T細胞およびB細胞(D2KO ST or SB cells)におけるTEsの発現と短いRNAsの一種であるmiRNAsの発現を調べた。その結果、D2KO ST cellsでは野生型と比べてTEsの発現が有意に低下していた。免疫系細胞の活性変化とTEs発現が関連する可能性を示唆している。本年度内に研究機関を2回異動したため、実験を実質的に進展させる時間は限定された。これまでに得られた組織学的なデータおよび次世代シーケンスデータをもとに興味深い未発表知見を掘り下げて調べ、革新的な方向性を模索する。同時に、Piwi familyタンパク質複合体と結合できないGTSF1を発現するマウス、およびRNAと結合できないGTSF1を発現するマウスの表現型を解析し、GTSF1の分子機能の詳細に迫る実験計画についても施行を検討する。これらの推進により得られた結果から、piRNA pathwayの分子機構解析を進めていく。研究実績の概要の欄で報告したとおり、今年度では脾臓に存在するT細胞およびB細胞におけるTEsの発現を調べ、免疫系細胞の活性変化とTEs発現が関連する可能性を示唆するデータを得た。最近の報告で、脾臓には血液凝固FVIII因子に対する中和抗体の産生経路における最も上流に位置する抗原提示細胞が存在することが報告され注目されている(Zerra et al., blood, 2017)。
精密重合による交互共重合体の合成と選択的分解:新規ケミカルリサイクルへ向けて

本年度は、低環境負荷型の反応系として、「交互型ポリマーの合成、選択的分解、分解生成物の再利用」という、新規なケミカルリサイクル系の構築を目指し研究を行った。またその中で、「再生可能資源である植物由来アルデヒド化合物を用いたポリマー合成」も行った。1.新規リサイクル性ポリマーの合成昨年度、シンナムアルデヒドとビニルエーテルの交互共重合体の選択的分解反応により、共役系の拡大したエナール化合物が得られることを見出していた。このエナール化合物を用いてビニルエーテルと共重合すると、反応条件を適切に選択することで、副反応なく重合が進行し、構造の制御された交互共重合体を得られることがわかった。さらに、合成した交互共重合体は酸性条件下で速やかに分解反応を引き起こした。適切な条件下、交互共重合体は完全に分解され、約80%の高い選択性でさらに共役系の拡大したアルデヒド化合物を選択的に与えた。以上の結果から、生成するアルデヒド化合物の共役系の拡大を伴う、交互共重合・選択的分解からなる新規なケミカルリサイクル系を確立した。2.植物由来アルデヒドを用いた分解性ポリマーの合成ミルテナール、ペリルアルデヒド、シトラール、ノナジエナール等の天然に由来する共役アルデヒドとビニルエーテルの交互共重合により、選択的分解が可能な新規バイオマスベースポリマーを合成した。様々な側鎖構造のアルデヒドを用いて検討する事で、側鎖構造が共重合に与える影響を明らかにした。3.様々な構造のエノールエーテルを用いた交互共重合と生成ポリマーの性質様々な構造のエノールエーテルを用い、ベンズアルデヒド誘導体との交互共重合体を合成した。ビニル基の置換様式により、共重合性が大きく異なることがわかった。得られた交互共重合体は非常に優れた熱的性質を有しており、また適切な条件下で選択的分解が可能であることもわかった。本研究では交付申請書に記載した、(1)新規リサイクル性ポリマーの設計、(II)植物由来アルデヒド化合物を用いたポリマー合成、を達成しただけでなく、(III)様々なエノールエーテルを用いた、優れた熱的性質を有する選択的分解が可能なポリマーの合成、を達成し、(IV)エノールエーテルないしアルデヒドモノマーの構造と共重合挙動との関連性を系統的に調べ、明らかにした。上述のように、研究は当初の予定以上に順調に進んだ。本研究では新規な交互型ポリマー、分解性・リサイクル性ポリマー、バイオマスベースポリマーの合成を達成しただけでなく、モノマーの構造が共重合に及ぼす影響を系統的に調べ、明らかにした。このことから、本研究は今後の新規分解性ポリマー設計、ポリマーのシーケンス制御等の基礎的研究となりうる。既に本研究の成果を基に、外部刺激に応答する分解性ポリマーの合成、モノマー配列・分解性部分の導入が制御されたポリマー合成、に関する研究が始まっており、いずれの研究でも良好な結果が得られ始めている。本年度は、単一の低分子化合物へと選択的かつ完全に分解することが可能なポリマーの合成と、分解生成物を用いたポリマー合成を行い、新規なリサイクル性ポリマーを確立することを目指し研究を行った。その結果、以下のような成果を得た。1.シンナムアルデヒドとビニルエーテルの交互共重合体の精密合成及び選択的分解ベンズアルデヒド誘導体とビニルエーテルの交互共重合体の選択的分解反応により、シンナムアルデヒド誘導体が得られることを既に見出していた。このシンナムアルデヒドを用いてビニルエーテルと共重合すると、反応条件を適切に選択することで、副反応なく交互共重合体を得られることがわかった。適切な条件下、交互共重合体は完全に分解され、ほぼ単一な分解生成物としてある共役アルデヒド化合物が選択的に得られた。この結果ベンズアルデヒド誘導体を出発物質とする新規なリサイクル性ポリマーを確立した。2.「1」で選択的に得られた分解生成物を用いての共重合1で得られた共役アルデヒドとビニルエーテルの共重合を行った。従来の条件下では、副反応が頻発し低分子量体しか得られなかった。しかし、アルデヒドとビニルエーテルはほぼ交互で配列した構造であることがわかっており、今後の検討次第で高分子量の交互共重合体が得られると考えられる。3.ミルテナールとビニルエーテルの交互共重合予備的検討として、天然に豊富に存在する共役アルデヒド化合物、ミルテナールとビニルエーテルの共重合を行っところ、副反応無く重合し、交互共重合体が得られた。4.分解反応機構の考察様々な側鎖構造のビニルエーテルを用い、ベンズアルデヒド誘導体との交互共重合体を合成した。その分解反応を行い、側鎖構造と分解生成物の関連性を調べた。