hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高機能難加工板材の冷・熱間成形CAEのための高精度材料モデルと成形限界予測

1.種々の金属材板材(高張力鋼板,ステンレス鋼,アルミニウム合金など)について,冷間(室温)における様々な材料試験(単軸引張り,二軸引張り,繰返し塑性実験など)を実施し,加工硬化,繰返し硬化,バウシンガー効果,異方性,応力-ひずみ応答の速度依存性などの重要な弾塑性挙動を調査した.2.熱間プレスへの対応のため,ボロン鋼,アルミニウム合金,チタンおよびその合金,マグネシウム合金について,高温での材料実験を行った3.これらの実験結果をもとに,弾(粘)塑性変形挙動を記述する構成モデルについて検討した.これには室温における速度非依存型ものと,主に高温で顕著となる速度依存型ものの二つについて考えた.前者については既に提案しているYoshida-Uemori modelの枠組みを使いながら,異方性降伏関数を組み込んだものとする.従来の高精度異方性降伏関数は極めて多数の材料パラメータを必要としていることは実用上問題であるので,この点については新たな降伏関数を考案した.4.主に高張力鋼板の穴広げ性について実験的に調べるとともに,その成形限界についてFEMシミュレーションとともに検討した5.結晶塑性理論をベースとして集合組織がr値や流動応力,降伏曲面形状に及ぼす影響を調べた.1.板材の冷間(室温)変形挙動とそのモデル化について:種々の金属材板材(高張力鋼板,ステンレス鋼,アルミニウム合金など)について,冷間における様々な材料試験(単軸引張り,二軸引張り,繰返し塑性実験など)を実施し,加工硬化,繰返し硬化,バウシンガー効果,異方性,応力-ひずみ応答の速度依存性などの重要な弾塑性挙動を調査した.全体としてはYoshida-Uemori modelの枠組みを使うことによりこれらの弾塑性挙動を精度良く表すことができることを確認した.今年度はとくに非比例変形のモデル化およびステンレス鋼のTRIP現象のモデルを新たに提案した.また,応力の線形変換と不変量を用いて表現する3次元異方性降伏関数の提案を行った.2.熱間変形挙動とそのモデル化について:ボロン鋼,アルミニウム合金,チタンおよびその合金,マグネシウム合金(AZ31)について,高温での材料実験を行った.それぞれの材料に特徴的な変形メカニズム(例えばAZ31における双晶・双晶解消など,チタンにおける降伏点現象など)があり,それらのモデル化を行った.3.結晶塑性モデルについて:Bcc(鉄鋼),fcc(アルミニウム)およびhcp(マグネシウム)について,結晶塑性の枠組み用い,変形挙動に及ぼす集合組織の影響を検討し,hcpの双晶・双晶解消挙動のモデルを構築した.4.成形限界について:高張力鋼板の非比例変形FLDモデルを提案した.また,伸びフランジ成形限界については,ねじりを含むモードでの破壊限界について検討し,ひずみ勾配が成形限界に強く影響するなどの新たな知見が得られた.
新生仔期グルタミン酸受容体遮断による統合失調症モデル動物の認知機能障害とその改善

統合失調症は陽性・陰性症状、認知症状を呈する精神疾患であるが、このうち認知機能障害については発症メカニズムの解明、薬物療法の開発が遅れている。統合失調症の動物モデルとして、本研究では新生仔期にグルタミン酸NメチルDアスパラギン酸(NMDA)受容体を慢性遮断したラットを用いる。この動物の認知機能障害に及ぼす効果を調べるため、非定型の抗精神病薬投与による空間的記憶機能、注意機能の改善効果をテストする。さらに、新生仔期NMDA受容体遮断とその後の長期社会的隔離(孤立飼育)を組み合わせたモデルを導入して、新奇物体再認機能を加えてテストし、認知機能障害の特徴と薬物による改善の可能性を検索する。
超原子価ヨウ素化合物の新機能開発

本年度得られた成果を以下に述べる。超原子価ヨウ素ベンザイン発生剤として、[o-(トリメチルシリル)フェニル]ヨードニウムトリフラートを開発したが、このベンザイン発生剤を用いる種々の反応および発生するベンザインの性質を他のベンザイン発生剤と比較し、超原子価ヨウ素ベンザイン発生剤の合成・ベンザインの発生と性質についてまとめた。塩基などに不安定な官能基であるエステル、ケトンを有する超原子価ヨウ素アライン発生剤の新規合成法を開発した。トリメチルシリルエチニルヨードニウムトリフラートをシクロペンタジエンと反応させて得られる環状ビニルヨードニウムトリフラートとBu_4NFにより環状アルキンが発生することを昨年度見いだした。本年度はさらにこの反応を検討し、環状アルキン発生剤として利用できることを明らかにした。ジアセトキシヨードベンゼンをトリフルオロメタンスルホン酸(TfOH)中で重合させると、p-フェニレン型の超原子価ヨウ素オリゴマーが得られることを見いだした。今年度は、水や芳香族化合物と反応させることにより、末端がヨード基やアリール基の超原子価ヨウ素オリゴマーの合成法についてまとめた。
ペルオキシダーゼの立体構造に基づいた反応機構の解明

1.ARPをコードしている領域を含むゲノムDNAとcDNAの塩基配列を決定した。さらにARPの一次構造解析などの結果とあわせて、N末端には20残基からなるシグナルペプチドがあり、成熟酵素はピログルタミン酸からはじまる344アミノ酸残基からなっていることを明らかにした。またARPのcDNAを酵母中で発現させた。2.ARPにI_3^-およびCN^-をヘムに結合させ、その複合体結晶の構造を高分解能で決定した。この解析結果より、I_3^-およびCN^-はヘムの遠位側に結合していることを確認した。CN^-はbent型のコンフォメーションをとり、遠位ヒスチジンと水素結合している。CN^-およびI_3^-が結合すると、遠位ヒスチジンのコンフォメーションが変化したが、チトクロムcペルオキシダーゼがフッ素を結合したりcompound Iに変換する際に見られたようなアルギニン残基の大きな動きはなかった。CN^-が結合したARP(低スピン型)ではヘム鉄はヘム面内に位置しているが、I_3^-が結合したARP(高スピン型)ではヘム鉄はヘム面から約0.2Å近位側にずれていた。3.アンモニアの有無およびpHにより、ARPの吸収スペクトルが大きく変化することを示した。さらにpHが低い環境ではヘムが5配位構造をとり、ヘム鉄がヘム面より近位ヒスチジン側に0.19Åずれていることを明らかにした。これにより生理条件下ではARPのヘム鉄は5配位構造の高スピン状態をとっていることを示すと共に、pHが高いとアンモニアを結合することを証明した。また一般にペルオキシダーゼのヘム鉄の遠位側に見られる水分子の位置は、ヘム鉄との相互作用というよりむしろ遠位ヒスチジンのイミダゾール環の配向により決まっていることを示した。4.ARPはカルシウムイオンを結合しており、これまでのX線解析から推定されていた2個のカルシウム結合部位を、今回X線異常散乱法で確認した。Arthromyces ramosus由来のペルオキシダーゼ(ARP)のシアンイオンおよび三ヨウ素イオン結合型の立体構造をX線結晶解析により決定した。これらより、活性部位を構成する残基の構造変化を明らかにし、構造・反応相関に示唆を与えた。平成6年度の研究成果は以下の通りである。1.ARP結晶にsoaking法でシアンイオンを結合させ、pH7.5、5.0および4.0における構造を1.6Å分解能で調べた。いずれの構造もプログラムXPLORを用いて、約3万7千個の独立反射に対し、R値が18%まで精密化した。シアンイオンは、ヘムの遠位側でヘム鉄に結合し、bent型をとっていた。pHによる構造の違いは認められなかった。シアンイオンが結合することにより、ヘム鉄はほぼヘム面内に位置するようになった。遠位側ヒスチジンのイミダゾール環はシアンイオンに近づくようにC_β-C_γ結合まわりに回転し、N_εとシアンイオンとの間に水素結合ができた。2.三ヨウ素イオン結合型ARPのpH6.5および5.0における構造を、1.9Å分解能で決定した。このイオンが結合するに伴い、ヒスチジンのC_α-C_βおよびC_β-C_γ結合まわりに回転が起こった。pHの違いによる構造の差異は認められなかった。3.上記2種のイオンがヘムに結合するに伴い、遠位側のヒスチジンのみがコンフォメーション変化を起こし、アルギニンはコンフォメーション変化がほとんど起こらなかった。

これらの情報をもとに、過酸化水素が活性部位にどのように結合するかをコンピュータグラフィクスを用いてシミュレートし、この酵素が触媒する反応の素過程および活性残基の役割について示唆を与えた。1.ARPをコードしている領域を含むゲノムDNAとcDNAの塩基配列を決定した。さらにARPの一次構造解析などの結果とあわせて、N末端には20残基からなるシグナルペプチドがあり、成熟酵素はピログルタミン酸からはじまる344アミノ酸残基からなっていることを明らかにした。またARPのcDNAを酵母中で発現させた。2.ARPにI_3^-およびCN^-をヘムに結合させ、その複合体結晶の構造を高分解能で決定した。この解析結果より、I_3^-およびCN^-はヘムの遠位側に結合していることを確認した。CN^-は、bent型のコンフォメーションをとり、遠位ヒスチジンと水素結合している。CN^-およびI_3_-が結合すると、遠位ヒスチジンのコンフォメーションが変化したが、チトクロムcペルオキシダーゼがフッ素を結合したりcompound Iに変換する際に見られたようなアルギニン残基の大きな動きはなかった。CN^-が結合したARP(低スピン型)ではヘム鉄はヘム面内に位置しているが、I_3^-が結合したARP(高スピン型)ではヘム鉄はヘム面から約0.2Å近位側にずれていた。3.アンモニアの有無およびpHにより、ARPの吸収スペクトルが大きく変化することを示した。さらにpHが低い環境ではヘムが5配位構造をとり、ヘム鉄がヘム面より近位ヒスチジン側に0.19Åずれていることを明らかにした。これにより生理条件下ではARPのヘム鉄は5配位構造の高スピン状態をとっていることを示すと共に、pHが高いとアンモニアを結合することを証明した。また一般にペルオキシダーゼのヘム鉄の遠位側に見られる水分子の位置は、ヘム鉄との相互作用というよりむしろ遠位ヒスチジンのイミダゾール環の配向により決まっていることを示した。4.ARPはカルシウムイオンを結合しており、これまでのX線解析から推定されていた2個のカルシウム結合部位を、今回X線異常散乱法で確認した。
SLPI発現肺癌選択的E1A存在下のNK4蛋白高発現効果:局所並び全身性腫瘍抑制

本研究では研究者がすでに作製しているSLPIプロモーターを用いたアデノウイルス(AdSLPI.E1AdB)の非小細胞肺癌特異的腫瘍の腫瘍選択性についてさらに研究を進め、in vitroだけでなくin vivoにおいてもSLPI分泌非小細胞肺癌で複製されていることをその抗腫瘍効果と同時に観察した。SLPIプロモーターのはたらきをその下流にレポーター遺伝子をつなぎマウスの静脈に投与を行うと、肝臓での発現は僅かにしか認められず、気管内投与でも発現する正常細胞は太い気管支に少数の細胞が認められるのみで当ベクターの安全性が期待できる。次に、非複製アデノウイルスであるAdCMV.NK4(NK4はHGFの分子内断片でありHGFのアンタゴニストとしてのはたらきとHGFに依存しない強力な血管新生阻害作用御もつ)とAdSLPI.E1AdBの併用療法を行った。二つのウィルスが同一SLPI産生腫瘍内に感染したとき、AdSLPI.E1AdBより発現したE1A蛋白がAdCMV.NK4にはたらき、単独では複製しないAdCMV.NK4に複製と発現増強が認められた。また、この併用療法を腫瘍に対し試みると単独療法を凌ぐ効果があり、なおかつ通常の遺伝子治療では効果を発揮することが難しい径が1cmを超える腫瘍に対しても十分な効果を発揮することが出来た。腫瘍組織の分析では、AdCMV.NK4の作用である血管新生阻害の増強が認められた。この二つのウイルスベクターの併用療法は非小細胞肺癌特異的な強力な遺伝子治療として期待できる。
砕波に伴う渦を考慮した海底砂の浮遊機構に関する研究

海岸侵食を防止する新しい漂砂制御方法を構築するための初期段階においては,砕波による砂の浮遊現象の構造を解明しなければならい.そこで,本研究では水理実験と数値計算により,砕波時の波内部の渦や乱れの分布と海底砂の浮遊現象を定量的に明らかにすることに主眼をおいて,研究をした.本研究の概要は,砕波による砂の浮遊現象を解明し海岸侵食を防止するためには,砕波帯内に生じた渦や乱れが海底砂の巻き上げを引き起こす構造を検討した.続いて,これらの現象をモデル化し,砕波による浮遊砂量を考慮した漂砂量を定式化した.本研究では,PIV法による水理実験とMARS法という気液混相流の直接数値計算により波内部の流速場を詳細に把握し,進行波の砕波に伴う渦や乱れの時空間的変化を算定して,1)砕波形式の相違による波内部の渦度分布,乱れ強度の特性を考究し,さらに,砕波と底質の浮遊との関連を,砂を追跡粒子としたPIV法による移動床実験により検討して,2)砕波時の渦や乱れによる砂の浮遊構造と3)砕波形式や無次元係数Cの相違による海底砂の浮遊形態を解明した.また,粒子濃度計による浮遊砂量の定量的評価を実施して,4)砕波形式の相違による砂の浮遊量の特性を明らかにした.砕波帯内に生じた渦や乱れが海底砂の巻き上げを引き起こす構造を,水理実験とMARS法を自由表面の解法としたk-ε乱流モデルによる気液混相流の直接数値計算により明らかし,波内部の渦構造,乱れ強度の分布特性と海底砂の浮遊現象を関連づけるパラメータを見いだした.砂粒を追跡粒子としたPIV法による実験を実施して,海底砂の浮遊と沈降の速度を詳細に把握した.さらに,撮影画像の解析から砕波形式の相違による海底砂の浮遊形態を解明した.平成17年度は,MARS法を自由表面の解法としたk-ε乱流モデルによる気液2相流の数値計算により,気相と波内部の流速と渦度の分布を算定した.同時に,砂粒を追跡粒子としたPIV法による移動床実験を実施して,砕波形式の相違による砂の浮遊形態と移動速度を詳細に把握した.これらの研究より得られた成果を以下に示す.(1)砂の移動速度と波内部の速度場,および海底形状を関連づけて考察することにより,砂の移動速度の時空間分布特性が明かとなった.すなわち,先行波により浮遊した砂は,戻り流れと同方向に移流する.バーの沖側域では,砂は水粒子よりも大きい速度で沖側の斜め下方向に移動する.そして,波が伝播し岸向きの流れが強まると,砂が水粒子速度よりも速く斜め下方向に移動する領域は,岸方向にバー近傍域まで縮小する.その後,入射波が砕波点に接近すると,バー沖側では水平方向の流れが,バーの影響により流向を岸側斜め上方に変化させる.この約40cm/sの斜め上方向の流れにより,バーの沖側上端部では新たに砂が約20cm/sで浮遊する.さらに,新たに浮遊した砂は,先行波により浮遊した砂と合一する.砕波後,浮遊砂は波内部の流れと同方向に沈降する.(2)固液2相流における浮遊砂の移動速度は,波動運動に伴う水粒子速度と比較すると,その大きさが砂の移動方向によって,異なることが判明した.すなわち,戻り流れと同方向の砂の移動速度は,同領域の水粒子速度と比較して大きい.これは,Trajectory biasingによる沈降速度の増加,および砂の沈降しようとする下向き流速と斜め下方向の戻り流れが強めあうためであると推察できる,一方,斜め上方向の砂の移動速度は,同領域の水粒子速度と比較して小さい.これは,波動運動に伴う斜め上方向の流速と砂が沈降しようとする下向きの流れが弱めあうためであると考えられる.海岸侵食を防止する新しい漂砂制御方法を構築するための初期段階においては,砕波による砂の浮遊現象の構造を解明しなければならい.そこで,本研究では水理実験と数値計算により,砕波時の波内部の渦や乱れの分布と海底砂の浮遊現象を定量的に明らかにすることに主眼をおいて,研究をした.本研究の概要は,砕波による砂の浮遊現象を解明し海岸侵食を防止するためには,砕波帯内に生じた渦や乱れが海底砂の巻き上げを引き起こす構造を検討した.続いて,これらの現象をモデル化し,砕波による浮遊砂量を考慮した漂砂量を定式化した.本研究では,PIV法による水理実験とMARS法という気液混相流の直接数値計算により波内部の流速場を詳細に把握し,進行波の砕波に伴う渦や乱れの時空間的変化を算定して,1)砕波形式の相違による波内部の渦度分布,乱れ強度の特性を考究し,さらに,砕波と底質の浮遊との関連を,砂を追跡粒子としたPIV法による移動床実験により検討して,2)砕波時の渦や乱れによる砂の浮遊構造と3)砕波形式や無次元係数Cの相違による海底砂の浮遊形態を解明した.また,粒子濃度計による浮遊砂量の定量的評価を実施して,4)砕波形式の相違による砂の浮遊量の特性を明らかにした.砕波帯内に生じた渦や乱れが海底砂の巻き上げを引き起こす構造を,水理実験とMARS法を自由表面の解法としたk-ε乱流モデルによる気液混相流の直接数値計算により明らかし,波内部の渦構造,乱れ強度の分布特性と海底砂の浮遊現象を関連づけるパラメータを見いだした.

砂粒を追跡粒子としたPIV法による実験を実施して,海底砂の浮遊と沈降の速度を詳細に把握した.さらに,撮影画像の解析から砕波形式の相違による海底砂の浮遊形態を解明した.
デルマトポンチン・フィブロネクチン・細胞増殖因子を用いた新しい創傷治療法の開発

真皮細胞外マトリックスに豊富に存在するデルマトポンチン(DP)はフィブロネクチン(Fn)と相互作用しFnを活性化し、Fnの細胞接着を増強することで創傷治癒を促進すると思われる。DPはFnが安定化して存在するための分子内相互作用を抑制することでFnの高次構造を変化させ、Fnの細線維形成に必要な分子間相互作用を増強することで、Fnの活性化を促進していると考えた。Fnは血管内皮細胞増殖因子と相互作用するが、DPはその相互作用を増強したため、DP・Fn・細胞増殖因子を用いた創傷治療法の可能性を考えた。昨年度までにデルマトポンチン(DP)はフィブリンやフィブロネクチン(Fn)と濃度依存性に相互作用し、Fnを活性化し、線維形成させることが分かっていた。Fnは12個のタイプIリピート(I1-I12)、2個のタイプIIリピート(II1-II2)、15個のタイプIIIリピート(III1-III15)と呼ばれるドメインから構成され、III2-3とIII12-14が相互作用してらせん状の構造をとり安定化していること、III12-14とI1-5が相互作用して細線維を形成することが知られている。大腸菌に発現させたFnのドメインを用いてFnのDP結合部位をELISAにて確認したところ、III1、III13、III14であり、III13-14が最も優位であった。さらにDPはIII2-3とIII12-14の相互作用を抑制し、III12-14とI1-5の相互作用を増強していた。このことからDPは、III2-3とIII12-14の相互作用を抑制することでFnの高次構造を変化させ、またIII12-14とI1-5の相互作用を増強することで、細線維を形成させていると考えた。以上によりDPによるFn活性化のメカニズムが明らかになった。また逆にDPのFn結合部位はDP-4と呼ばれるぺプチドであることが分かっている。フィブリンを固相化しFnとDP-4の混合物を加えると、DP-4の濃度依存性にフィブリンとFnの結合は増強した。DP-4とFnをインキュベートするとDP-4はFnを不溶化するが、このFnの不溶化(線維化)は電子顕微鏡でも確認できた。以前確認していたFnの細胞接着を増強することと併せて、DP-4はDPの活性ペプチドと考えられた。最後にFn、DPによる細胞増殖因子の保持能を検討した。FnとVEGFは相互作用するが、DPはFnとVEGFの相互作用を濃度依存性に増強した。今後はVEGFの血管内皮細胞増殖能に与える影響や他の増殖因子への機能修飾について検討したい。デルマトポンチン(DP)はフィブリンやフィブロネクチンと濃度依存性に相互作用し、フィブロネクチンを活性化し、線維形成を起こさせることが分かっている。これまで組織から得られるDP(組織DP)を用いて検討してきたが、組織DPは精製量が限られることから、DPを大量に得るために大腸菌に発現させて精製した。この大腸菌に発現させたDP(大腸菌DP)の活性を検討したところ組織DPと同様にフィブロネクチンと濃度依存性に相互作用するが、その作用は組織DPより著しく弱かった。さらに大腸菌DPはフィブロネクチンを混合し一定時間インキュベートしても、フィブロネクチンを不溶化し、活性化しなかった。これらは組織DPと大腸菌DPの高次構造の違いによるものと思われ、DPの生理活性には高次構造が重要と考えた。DPをトランスフェクションし、強制発現させた293細胞をディッシュに培養し、帯状の細胞欠損創を作成した後、培養液中にフィブロネクチンを添加し、DP強制発現293細胞の動態を観察したところ、フィブロネクチン添加群において細胞遊走距離の増加を認めた。DPがフィブロネクチンを活性化し、細胞遊走能を増強させると考えた。手術患者から得られた創傷浸出液と同患者の血清を経時的に採取し、必要に応じてゲルろ過で分画後にウエスタンブロットしデンシトメトリーで定量化したところ、浸出液中のDPは創傷直後に最も濃度が高くその後経時的に減少していくのに対し、血清中のDPは創傷にかかわらず常に一定の濃度であった。仮マトリックスではDPがフィブリン・フィブロネクチン複合体と相互作用し結合するため、DPがフィブリン塊内に固相で存在するために減少していくのではないかと考えた。今後も引き続きDPの創傷治癒過程における活性についての検討と他の細胞増殖因子に与える影響を検討したい。培養細胞を用いてDPによる活性化フィブロネクチンの生物活性の検討、ならびに局所と血中のDPの動態の検討について順調に経過している。細胞増殖因子とDPやフィブロネクチンとの相互作用の検討を次年度も引き続き行う予定である。予定通りDPにより活性化されたフィブロネクチンの創傷治癒促進効果を、マウスを使用して検討する。

さらに種々の細胞増殖因子との相互作用を固相法にて検討し、その結果有用と判断された増殖因子でマウスを用いて検討する。マウスの餌代、飼料代をはじめマウスを用いたin vivoの検討に必要な物品などの購入、学会研究会への参加などを予定しています。
リーマン多様体の理想境界の研究

前年度の塩濱勝博氏との共同研究である、超曲面からの放射曲率の挙動の研究から派生した問題であるが、回転面モデルの極集合のサイズの新しい評価の見直しを行った。この結果はKyushu Journal of Math.へ発表された。結果を要約すると、超曲面を底空間に持つ捩り積空間は平面公理を満たすというものであるが、この場合の平面公理とは「捩り積の子午線で張られる全測地的な曲面が存在する」という意味である。全測地的部分多様体の存在が、器である多様体の曲率に影響を与えることはよく知られている。特に、正の断面曲率や正のリッチ曲率を持つリーマン多様体の場合、全測地的部分多様体の存在は、多様体自体の位相へ制限を与える。研究代表者は、捩り積における全測地的曲面の存在性から、コンパクトな底空間を持つ完備な捩り積は正の断面曲率を持てないことを証明した。これは9月に行われた九重微分幾何研究集会において発表した。また、捩り積よりも高度な空間であるファイバーバンドルが正の断面曲率を許容できるか、という問題にも挑戦した。一般のファイバーバンドルでは話が難しいので、一番身近なファイバーバンドルである、接束の超曲面である接球束の断面曲率が正になるかを調べた。ただし、接球束のリーマン計量は佐々木計量である。従来の方法はテンソル計算による断面曲率の詳しい表示から、それが正であるかを調べていたが、研究代表者の方法は接球束内で測地線の幾何を展開し、ベルジェの比較定理を適用するというものである。この方法により、奇数次元のリーマン多様体の接球束は局所的にも正の断面曲率を持たないことが証明できた。この結果はコバルスキー・関沢の接球束の断面曲率に関する結果より強い主張である。この結果は、12月に佐賀大学で行われた微分幾何研究集会で発表した。放射曲率が下からある関数で押さえられたリーマン多様体についての研究を行った。今までの1点からの放射曲率が下から押さえられたリーマン多様体のカテゴリーをも含む、超曲面からの放射曲率の挙動を研究した。次に、これは上述の論文から派生した問題であるが、回転面モデルの極集合のサイズの新しい評価が得られた。リーマン多様体の極とは、最小跡が空集合である点のことである。結果を要約すると、超曲面を底空間に持つ捩り積空間は平面公理を満たすというものであるが、この結果も塩濱氏との共著、The axiom of plane for warped product models and its applicationとして国外の雑誌に投稿中である。また、佐賀大学で行われた微分幾何研究集会において、放射曲率が下から押さえられたリーマン多様体の理想境界に関する講演をした。この結果は永野幸一氏(東北大学助手)と大塚和男氏(元九州大学大学院生)との共同研究であり、Jourunal of Mathematical Society of Japanへの発表が決まっている(次頁の研究発表参照)。曲率の下限に制限をもつ非有界完備リーマン多様体のコンパクト化が主な研究であり、M.グロモフが導入したティッツ理想境界(無限遠点)を空間のスケーリングにより具体化させた。特に放射曲率に制限をもつリーマン多様体のクラスを扱った。断面曲率が非正なリーマン多様体における半直線の漸近類を、自然な形で非負断面曲率・非有界完備リーマン多様体へ導入出来ることは知られていた。猿子・永野・大塚の共著では、ガウス曲率が非正な回転面を比較空間にもつリーマン多様体のクラスに対し半直線の漸近類が意味を持つことを確認し、多様体のスケーリング極限が、グロモフ-ハウスドルフ位相に関し、理想境界上の錐に収束することを示した。塩濱勝博氏との共同研究では、今までの1点からの放射曲率が下から押さえられたリーマン多様体のカテゴリーをも含む、超曲面からの放射曲率の挙動を研究した。まず、放射曲率が超曲面からの距離にしか依存しないリーマン多様体は7つのタイプに分類出来ることを証明した。この7タイプを比較空間として一般化された測地三角形に対する比較定理を証明し、最大直径定理・剛性定理の証明や、今までにない収束(特に崩壊)の状況を捉えることに成功した。上述の論文から派生した問題であるが、回転面モデルの極集合のサイズの新しい評価が得られた。結果を要約すると、超曲面を底空間に持つ振り積空間は平面公理を満たすというものであるが、この結果は塩濱氏との共著として、Kyushu Journal of Mathに発表予定である。更に、多様体同士の捩り積多様体ではなく、アレキサンダー-ビショップとチェンにより導入された距離空間同士の捩り積空間を考えた。彼らの空間設定や証明の不備を訂正し、クレローの関係式や平面公理が成立することを証明した。これは熊本大学で行われた研究集会で発表した。

全測地的部分多様体の存在が、器である多様体の曲率に影響を与えることはよく知られている。特に、正の断面曲率や正のリッチ曲率を持つリーマン多様体の場合、全測地的部分多様体の存在は、多様体自体の位相へ制限を与える。研究代表者は、捩り積における全測地的曲面の存在性から、コンパクトな底空間を持つ完備な捩り積は正の断面曲率を持てないことを証明した。これは9月に行われた九重微分幾何研究集会において発表した。また、捩り積よりも高度な空間であるファイバーバンドルが正の断面曲率を許容できるか、という問題にも挑戦した。一般のファイバーバンドルでは話が難しいので、一番身近なファイバーバンドルである、接束の超曲面である接球束の断面曲率が正になるかを調べた。ただし、接球束のリーマン計量は佐々木計量である。従来の方法はテンソル計算による断面曲率の詳しい表示から、それが正であるかを調べていたが、研究代表者の方法は接球束内で測地線の幾何を展開し、ベルジェの比較定理を適用するというものである。この方法により、奇数次元のリーマン多様体の接球束は局所的にも正の断面曲率を持たないことが証明できた。この結果はコバルスキー・関沢の接球束の断面曲率に関する結果より強い主張である。この結果は、12月に佐賀大学で行われた微分幾何研究集会で発表した。
マルチモーダル多視点画像を用いたタンパク質立体構造の解析

タンパク質の高度な構造解析を目指して,3次元形状だけではなく,電荷や親水性などの情報も反映できるマルチモーダル構造類似度を提案した.比較する2つのタンパク質の3次元モデルから生成した多視点画像セットからそれぞれ部分空間を生成し,両者の成す正準角を構造類似度とする.回転不変LBP特徴とグラスマン判別分析(GDA)の組合せから成る提案法と,代表的なアライメントベース法との性能比較を行った結果,提案法の高い識別性能(69.43%)を確認できた.さらに提案フレームワークを実装したタンパク質解析サーバー(View-based Protein Comparison (VPC) system)を構築した.タンパク質の高度な構造解析を目指して,3次元形状だけではなく,電荷や親水性などの情報も反映できるマルチモーダル構造類似度を提案した.比較する2つのタンパク質の3次元モデルから生成した多視点画像セットからそれぞれ部分空間を生成し,両者の成す正準角を構造類似度とする.回転不変LBP特徴とグラスマン判別分析(GDA)の組合せから成る提案法と,代表的なアライメントベース法との性能比較を行った結果,提案法の高い識別性能(69.43%)を確認できた.さらに提案フレームワークを実装したタンパク質解析サーバー(View-based Protein Comparison (VPC) system)を構築した.本年度は以下の項目について研究を実施した.【マルチモーダル多視点画像の生成方式】多視点画像の表示形式として,バックボーン,リボン,ロケット,スティックの4種類の各特性と識別性能を調べた.また多視点画像から抽出した位置不変特徴(HLAC, LBP-u2,LBP-ri,LBP-riu2,RIC-LBP)の有効性について評価を行い,位置と回転の両方に対する不変性を有するRIC-LBP特徴が特に有効であることを確認した.【多視点の選択法】3つの回転主軸を基準として,タンパク質を一定角度ステップで回転させて多視点画像を生成する方法と,視点をランダムに変化させて生成する方法の有効性を比較した.視点数が多くなるにつれて,ランダム生成の方が高い性能が得られる傾向を確認できた.【マルチモーダル構造類似度の有効性】代表的な立体構造データベースSCOPからランダムに抽出したタンパク質セット(700個=各クラス100個×7クラス)を用いて,構造の違いによる7タイプ(α型,β型,α/β型,α+β型など)の識別実験を行った.その結果,代表的な従来法であるCE特徴を用いた方法では識別率が50%だったのに対して,マルチモーダル構造類似度を用いた提案法では61%と,識別性能を大きく改善することが出来た.【アンサンブル識別】タイプの異なる特徴量による識別器を複数用意して,それらが出力する類似度の重み和を用いた識別法の有効性を評価した.単一の識別器よりも,様々な情報を反映した複数の識別器を組み合わせる方が,より高い識別性能を実現できることを確認した.本年度は以下の項目について研究を実施した.【マルチモーダル構造類似度の性能向上】部分空間セットに対して,相互部分空間(MSM)の替わりに,判別性能が格段に優れているグラスマン判別分析(GDA)を適用することで,構造類似度の判別能力を大きく向上させた.【構造類似度計算サーバーの構築】上記アルゴリズムを実装した計算機サーバー(View-based Protein Comparison (VPC) system)を構築した.本サーバーは,ユーザが比較したい2つの3次元タンパク質をネット経由で指定すると,両者の3次元構造類似度を上記アルゴリズムで計算し,ユーザにフィードバックする.【研究成果の発表】研究成果をまとめた論文(2本)を英文ジャーナルへ投稿し,判定待ちである.本課題で開発した多視点画像セットに基づく3次元タンパク質の構造類似度の算出アルゴリズムを実装したネットワークサーバーのURLである.ユーザが比較したい2つの3次元タンパク質をネット経由で指定すると,本サーバーは両者の3次元構造類似度を測り,ユーザにフィードバックする.コンピュータビジョン700個のタンパク質から成る比較的大規模なデータベースを用いた評価実験を実施し,従来法に対する提案法の優位性を確認できた点を鑑みると,ほぼ当初の予定通りに進んでいると考える.今後はマルチモーダル構造類似度の改良および高速化を行ったうえで,より大規模なデータ(数千クラス)に対して,マルチモーダル構造類似度の性能評価を行う.またマルチモーダル構造類似度に基づくクラスタリング実験を行う.特徴抽出の工夫やアルゴリズムの改良により,処理の高速化が実現でき,それによって購入する計算機のスペックを少し抑えることができた.これにより当初予定していた額の次年度使用が生じた.次年度に実施する大規模な評価実験のための計算機環境の強化,および研究成果の発表に掛かる費用に使用する.
林業生産組織としての事業体の存在形態と発展条件に関する研究

国産材時代の林業生産を具体的に担うであろう地場の林業生産組織は次のように整理して捉えることができる。ひとつは,自営集団型組織と言えるものである。これら組織らしくない組織は全国に広く分布し、今後においても日本林業の総体としての生産力を支える,いわば日本林業の基底的生産力部分である。林野所有の根幹が農家林家である限り農民的土地経営そのものを構成するものとして存立の根拠を有する。しかし今日的に機能している組織は、林研グル-プや4Hクラブの延長として技術向上や啓蒙活動のプロジェクトが発展したもの,さもなくば,伐採段階への移行に伴って自営性の甦りが間伐や市場対応をめぐってみられる中大規模林家の同族組織である。第2番目には,各地に生まれつつある機能集団型組織がある。その典型例は、北海道と静岡にみられる林業機械とそれらのオペレ-タを擁する協同組合組織である。林業労働力不足と生産性向上の当面する問題解決が背景にあるが、日本の生産現場に適応した機械化の進展はいわば歴史的法則であり、人工林資源の伐出段階という林業個有の発展経過からも不可避のものである。それが、経営の発展と一体のものではなく機械化部分を分離する形で、政策的にも梃子入れせざるを得ないところに課題がある。第3番目には、独立事業体型組織を指摘し得る。その数も少なくないが、しかし、必ずしも発展的ではなく,上記2つの組織が捕捉し得ない部分を拾い集めるような形で機能している。クレ-ン付トラックの開発による集運材労働力編成の再編が事業体としての自立化の根拠にある。しかし事業体利潤の源泉は、外材による価格支配構造の下で、短期的市況変動に対応した小回りのきく立木購入の行動様式か、あるいは個人としての労働力の自立化を要求しない夫婦2人の労働力編成である。本年度は,実態調査と資料収集に重点があるため,分析を踏まえた新知見の整理というわけにはいかないが,研究計画に沿ってその成果を略述すると以下の通りである。1.林業事業体に関する全国的資料は,主要には林野庁と全国林業改良普及協会で得ることができた。今日,事業体として活況を呈しているものに共通することは,組織の能力に合ったムリのない事業規模と510年先を見通した組織運営対応(リフト)及びリ-ダ-の存在の3点を指摘することができる。2.北海道の実態調査からは,新たな事業体として機械利用を軸とした既存事業体の組合組織と,地域において職種横断的的な労務提供の企業組合組織が展開していた。いずれも北海道農山村の主要な生産関係が資本と賃労働という当該地域の構造的特徴を背景にしてのものである。しかし、生産におけるコスト低下の実績が得られており,今後の普遍的組織原理を内在しているだけに注目される。岩手県の実態調査からも,農民的共同を軸とした活発な事業体が見られたが,必ずしも発展の論理が明示的ではなく,地域資源管理を持続的に生産力を落すことなく展開している点が評価される。3.宮崎県の実態調査からは,林業生産のための農民的共同組織が,地域の土地条件したがって産業としての林業の位置づけ如何では,地域の生活丸ごとの組織実体へと発展し,また,林業の側面では,森林組合系統を通じ巨大な木材市場にも参入,シェアを拡大していた。一方ではまた、これらの発展がいわば基本組織としての林業事業体の今日的な存立条件となっているのである。次年度は,先進地域の実態調査を合せ,国産材を担う林業事業体の組織原理と存立条件を整理する。本年度は昨年度に引き続き林業事業体に関する全国的資料の収集と先発(進)林業地帯での聞ききとり調査を実施した。

その成果について略述すると以下の通りである。1.事業体に関する全国的資料の収集からは、労働力確保への取組みの中から、これまでとは異なる内容の組織が現われてきていることがわかった。組織形態の違いから捉えておくと、ひとつには、第3セクタ-による組織化である。ここには「悠木産業」(熊本県小国町)や「KKいぶき」(愛媛県久万町)のように町村レベルによるものと高知県の「嶺北林業」のように数カ町村によるものがある。第2は,既存事業体の内容変更で、そこには森林組合と民間事業体の事業提携や森組出資の労働会社の設立も含まれる。第3は、林研グル-プの事業体化である。2.三重県の調査からは、とりわけ素林生産と係わって次の3つの事業体グル-プが析出されていることを確めた。ひとつは、中大所有者の同族による作業会社である。その背景には,伐採方法の択伐・間伐方式への移行と、事業体の減少の実態がある。第2は,年間3,000m^3以下の事業規模にある零細資本の事業体で,わずかひとセット(5人以下)編成の組織である。クレ-ン付トラックの導入によるコストダウンと材価の短期的変動に対応する事業体として存立根拠をもっている。第3は,いわば小農的生産者組織と言えるもので、主要には兼業農家の夫婦2人による事業体化である。あるいは、シイタケ等の「手間替」労働のメンバ-による組織化であり、間伐木の大量集荷が不可欠な資源構造が背景にある。3.静岡県の調査からは、太平洋ベルト地帯への労働力流出構造が一段と進む中で、そして一方では,木材生産コスト低減の要請の中で、高性能大型機械を軸とする新たな機能組織が生まれていることがわかった。
音楽コミュニケーション系の総合支援を目指した高度音楽理解モジュール群の開発

本研究の目的は,熟練した演奏技術や高度な音楽的専門知識を持ち合わせていない音楽初心者の音楽活動を,作編曲と楽器演奏の2つの側面において支援する"総合的音楽活動支援システム"を構築することにある.本年度は,旋律の自動生成および和声付与,および楽器演奏の練習を支援する計算機システムを開発した.以下にそれぞれの詳細について述べる.作編曲支援システムに関する研究では,ポピュラー音楽を対象とし,その音楽的構造の基盤となっているポピュラー和声理論に記載されている作編曲のためのルールを細部にわたって計算機に実装することにより,音楽理論の観点から楽曲を分析・生成することが可能な作編曲支援システムを開発した.具体的には,ユーザが指定した音楽ジャンルやテンポなどを加味した旋律を自動的に生成する"旋律生成システム"の他,与えられた旋律データに対してジャズ風の洒落た和音を付与する"ジャズ風和音列生成システム"を開発した.楽器演奏練習支援システムに関する研究では,ピアノ,およびギターにおける基礎演奏を対象とし,奏者の演奏情報から,演奏上の弱点を推定することによって,熟達度や効率的な練習方法を提示する"楽器演奏練習支援システム"を開発した.具体的には,ピアノの打鍵におけるオンセット間間隔のバラツキから奏者の弱点となる指を推定し,それを効率よく矯正するためのHANON風練習課題を動的に生成する"ピアノの練習課題生成システム"や,ギター演奏時の奏者の手指にかかる負荷を定量的に分析し,それらが最も小さくなる押弦位置列を計算論的に導出することによって,奏者にとって最も負荷の少ない,すなわち弾きやすい押弦位置列を提供する"ギター演奏練習支援システム"を開発した.本研究の目的は,人間の音楽活動を総合的に支援することが可能な計算機システムを実現することにあり,そのための要素技術を以下に挙げる3つの研究テーマを並行して進めることによって開発してきた.楽曲情報処理の研究では,ポピュラー音楽の和声を分析,または生成するための規則を体系化したポピュラー和声理論に記述されている項目を細部にわたって計算機に実装することによる楽曲分析・生成システムを開発した[雑誌論文].演奏情報処理の研究では,ギターで和音列を演奏する場合の手指にかかる負荷を,学習者の演奏ミスの量から推定することにより,学習者の弱点となる項目を特定し,それらを含まないような練習課題を動的に生成する「弾き易さを考慮したシステム」を開発した[雑誌論文の項を参照].さらに,ピアノで単旋律を演奏する場合の打鍵制御の精度を,演奏に用いた運指パターン別に分析することによって,学習者の弱点となる項目を特定し,それらを効率よく矯正するための課題を動的に生成する「弱点克服システム」も開発した.審美情報処理の研究では,ポピュラー和声理論に記載されている和音構築のための理論であるヴォイシングの規則と人間の審美感の関係性について,心理学的観点から研究を行ってきた.本研究の目的は,熟練した演奏技術や高度な音楽的専門知識を持ち合わせていない音楽初心者の音楽活動を,作編曲と楽器演奏の2つの側面において支援する"総合的音楽活動支援システム"を構築することにある.本年度は,旋律の自動生成および和声付与,および楽器演奏の練習を支援する計算機システムを開発した.以下にそれぞれの詳細について述べる.作編曲支援システムに関する研究では,ポピュラー音楽を対象とし,その音楽的構造の基盤となっているポピュラー和声理論に記載されている作編曲のためのルールを細部にわたって計算機に実装することにより,音楽理論の観点から楽曲を分析・生成することが可能な作編曲支援システムを開発した.具体的には,ユーザが指定した音楽ジャンルやテンポなどを加味した旋律を自動的に生成する"旋律生成システム"の他,与えられた旋律データに対してジャズ風の洒落た和音を付与する"ジャズ風和音列生成システム"を開発した.楽器演奏練習支援システムに関する研究では,ピアノ,およびギターにおける基礎演奏を対象とし,奏者の演奏情報から,演奏上の弱点を推定することによって,熟達度や効率的な練習方法を提示する"楽器演奏練習支援システム"を開発した.具体的には,ピアノの打鍵におけるオンセット間間隔のバラツキから奏者の弱点となる指を推定し,それを効率よく矯正するためのHANON風練習課題を動的に生成する"ピアノの練習課題生成システム"や,ギター演奏時の奏者の手指にかかる負荷を定量的に分析し,それらが最も小さくなる押弦位置列を計算論的に導出することによって,奏者にとって最も負荷の少ない,すなわち弾きやすい押弦位置列を提供する"ギター演奏練習支援システム"を開発した.
新潟県上山遺跡調査による東日本縄文時代後・晩期の編年と生業の研究う

前年度科研費調査結果をうけ、新潟県岩船郡山北町大字堀之内にある上山(うえのやま)遺跡の発掘調査を9月4日から16日までの日程で、遺跡内の3地点で実施し、次のような成果を得た。なお、発掘に当たっては明治大学大学院生・学部学生の協力を得た。成果1:遺跡内の高まり部で、1968年・1994年の各1基に加えて新たに竪穴住居1基を検出した。谷部の包含層は生活残滓の投棄場とみられるので、縄文後期後半の集落景観のある程度の復元が可能となった。成果2:包含層で縄文後期後半晩期初頭の資料群を層位的に検出した。つまり、IIIc層=瘤付土器1段階,IIb2層=瘤付土器2段階(多)・3段階(少)・IIb1層=瘤付土器2段階(少)・3段階(多),IIa層=大洞B1式(多)・瘤付土器各段階(少)・大洞C1式(少)。仙台湾沿岸以外での層位的検出は初例であり仙台湾地域の成果を追認できた。また昨年、北陸で従来晩期初頭とされてきた八日市新保2式土器が検出されているから、これが瘤付土器23段階に併行することがひとつの遺跡で確認できた点は重要である。成果3:今回の調査で1965・66年調査区が確定し、国指定重要文化財の巻貝形土製品・足形付土製品のみ独り歩きし、具体的内容が明らかでなかった上山遺跡の内容が統一的に把握できるようになった。成果4:住居・土器・土製品・土偶・石器など遺物・遺構の分析から、瘤付土器段階がまさしく縄文晩期亀ケ岡文化の形成過程であることがよく理解できる。なお、発掘データ・資料の整理・分析はなお中途であり、今後精力的に推進する。
緑膿菌由来セラミダーゼによる三次元培養正常ヒトケラチノサイトの免疫応答の解明

アトピー性皮膚炎は、緑膿菌由来セラミダーゼ(PaCDase)によって分解・減少し、増悪することが示唆されているが、その分子機構は明らかになっていない。そこで、本研究ではヒト表皮スキンシートを用いて、PaCDaseによるケラチノサイトの免疫応答について検討した。3次元培養正常ヒトケラチノサイトはPaCDaseによってTNF-αやIL-8など様々な遺伝子の発現レベルを上昇させた。セラミド代謝産物の中では、sphingosine-1-phosphate (S1P)がケラチノサイトからTNF-αの産生を引き起こし、TNF-αによってIL-8など様々なサイトカイン産生が誘導されることが明らかとなった。アトピー性皮膚炎(AD)患者では、角層のセラミド含量の減少がバリア機能異常の原因の一つと考えられている。AD患者皮膚にセラミダーゼ産生菌が高頻度に検出され、セラミダーゼ活性が高いとの報告がある。セラミダーゼで生じるセラミド代謝産物は様々な生物活性を示すが、これら代謝産物が分化過程にあるケラチノサイトの痒みに関わる免疫応答にどのように影響するかは不明である。そこで、三次元培養ケラチノサイトは正常に分化し、バリア機能をもった角質層を形成する。この点に着目し、バリア機能をもった三次元培養ケラチノサイトを用いて、角層の透過性を亢進するTritonX100存在・非存在下で、AD患者由来緑膿菌由来セラミダーゼを作用させた。その結果、セラミド分解物であるスフィンゴシン1リン酸(S1P)がケラチノサイトのTMF-α遺伝子発現上昇を示した。これらの結果は、セラミダーゼによって角層セラミドが分解されると、スフィンゴシンがケラチノサイトでS1Pとなり、ケラチノサイトに炎症応答を誘導すると考えられた。そこで、S1Pによって三次元培養ケラチノサイトのどのような遺伝子の発現が変化するかについて、「DNAマイクロアレイを用いて解析を行った。その結果、ケラチノサイトはS1P受容体を介してNFκBを介さずにTNFαを産生し、産生されたTNFαがケラチノサイト自身のTNFα受容体を介してオートクライン作用を起こし、NFκBを介した炎症性ケモカインやかゆみ誘発物質であるEndothelin 1を産生することが分かった。角層を破壊する溶液としては、各種界面活性剤がある。そこで、ニトロセルロースフィルターに反応液を湿らせて角質の上に載せて、24時間後に反応を見ると、ケラチノサイトは緑膿菌由来セラミダーゼ特異的にTMF-α遺伝子発現を上昇させた。この反応は、Triton非存在下では起こらなかったことから、角層がTritonで障害を受けることで、セラミダーゼが作用してケラチノサイトは反応したと考えられた。セラミドはセラミダーゼによって、脂肪酸とスフィンゴシンに分解される。そこで、セラミド分解物について検討を行ったところ、スフィンゴシンにTNFαのメッセージを上昇する活性があった。スフィンゴシンはケラチノサイトでスフィンゴシン1リン酸(S1P)にリン酸化されることが知られている。そこで、S1Pを用いて、反応させたところ、S1PはケラチノサイトのTMF-α遺伝子発現上昇を示した。緑膿菌由来セラミダーゼによるケラチノサイトの反応がセラミド分解物の中では、スフィンゴシン1リン酸であることがリアルタイムPCR法を用いて分かった。そこで、これらの結果に基づき、DNAマイクロアレイを用いて解析を始めることとしており、計画に沿って、データが得られつつある。セラミダーゼやS1Pを三次元培養ケラチノサイトに作用させた際に、どの様な分子の発現が変動するかをDNAマイクロアレイ解析により明らかにする。既に必要となるRNAの調製は済んでおり、現在、解析を順次行っている。変動の大きい分子について、定量的リアルタイムPCRにて定量的に遺伝子発現を解析することで、特にS1Pによってケラチノサイトがどの様に反応するかを明らかにする。

また、変動が明らかとなった分子について、アトピー患者皮膚においても同様に発現変動しているかを調べたい。これらの研究を推進するために、今年度の予算では、三次元培養ケラチノサイトやDNAチップ等を中心に購入する予定である。ケラチノサイトの三次元培養キットは1キット8万円、DNAマイクロアレイチップが1枚5万円することから、これらを効率よく用いて研究を展開する予定である。
一次元金属錯体を主鎖とする自己組織性分子ワイヤーの開発と機能

本研究では,ナノメゾスコピック領域における分子組織化学と錯体化学の融合をはかり、自己組織系を有するナノ共役電子系を創成することを目標とした。このために、これまで固体物性科学の研究対象であった擬一次元ハロゲン架橋白金混合原子価錯体に着目し、この一次元構造を溶液中に可溶化するための新しい方法論を開拓した。(1)一次元錯体を脂質でパッケージングすることにより、有機溶媒に可溶化できるばかりでなく、脂質の分子構造に依存したCT吸収が得られた。このことは,脂質の分子充填状態に依存して一次元錯体の電子状態が変化することを示している(Supramolecular band gap engineering)。(2)また、この金属錯体を用いて、高湿度条件下で溶液よりキャストすることによって、立体ハニカム構造を有する表面パターンを自己組織的に得ることができた。このように、一次元錯体を可溶化させる本技術は、特異な表面ナノ集積構造を設計・構築する上においても決定的な役割を演じる。(3)脂溶性一次元錯体のデザインを、スピン転移特性を示すFe(II)トリアゾール錯体に展開し、さらに脂溶性Co(II)トリアゾール錯体を開発した。これらは一次元錯体鎖を主鎖とするナノファイバー構造を形成し、有機溶媒をゲル化した。特に、後者は有機媒体中で加熱によりゲル状ネットワーク形成を示す初めての例である。以上より、超分子ナノ構造の形成と連動して新しい電子状態が生まれるシステムを開発すれば、分子構造(アナログ情報)→超分子ナノ構造(アナログ情報)→構造に特有の電子・スピン状態(デジタル情報)という情報変換系を構築することが可能なことが示された。本研究成果は、分子のセルフアセンブリと分子情報の変換を結びつける新しい方法論を与えるものであり、新しい分子情報変換技術や機能性分子組織材料への展開が可能になろう。キラルな骨格を有するアニオン性脂質は,長鎖アルキル基を有する二本鎖型グルタミン酸骨格を含み,かつ親水性の高いスルホン酸を有するものを合成した。この脂質と一次元錯体との複合体[Pt(en)_2][PtCl_2(en)_2][脂質分子]_4は,既報(N. Kimizuka et al. Angew. Chem. Int. Ed. Eng.,2000)により合成した。合成した複合体[pt(en)_2][PtCl_2(en)_2][脂質分子]_4は,ジクロロメタン中において600nm付近に電荷移動(CT, Pt^<II>→Pt^<IV>)吸収を与えた(紫色、15°C)。この溶液を加熱すると電荷移動由来の吸収が減少し約30°Cで完全に消失した。また15°Cに冷却すると電荷移動吸収は完全に復活した。このように,加熱冷却によって一次元錯体の形成と解離を制御できることが明らかとなった。これらの複合体は,脂質のテール部位,スペーサー部位,コネクター部位を設計することによって,有機溶媒中においてPt^<II>-Pt^<IV>間距離を制御することができ,電荷移動吸収を制御できることが確認された。この複合体のジクロロメタン溶液について透過型電子顕微鏡(TEM)にて観察すると、幅約50nmのロッド状構造,らせん構造を与えた。一方、脂質分子のテール部位にオレイル基を有する複合体のジクロロメタン溶液についてTEM観察を行ったところ、ハニカム構造が観察された(N. Kimizuka et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA,2002,in press)。このように,脂質分子の設計により,白金混合原子価錯体のバンドギャップ制御と,形態制御が可能であることが明らかとなった。

分子骨格に3つのアミド結合を有する二本鎖型の脂質として、テール部がヘキサデシル基(1)及びオレイル基(2)を有するものを新規に合成した。また、テオフェノール基により保護した金ナノ粒子(OHPhS-Au)の合成を行った。この金ナノ粒子は、メタノールなどの極性溶媒には溶解するが、クロロシクロヘキサンなどの非極性溶媒には不溶である。脂質1及び2と金ナノ粒子をメタノール中でそれぞれ混合し、溶媒を留去、乾燥させて得られた固体に、クロロシクロヘキサンを加えて加熱させた。ナノ粒子は、脂質存在下でクロロシクロヘキサンに均一に溶解することができた。これらの複合体を室温まで放冷すると、複合体1/OHPhS-Auはオルガノゲルを形成した一方、2/OHPhS-Auは溶液状態を保っていた。2/OHPhS-Au溶液の透過型電子顕微鏡(TEM)観察を行うと、金ナノ粒子が一次元の鎖状構造を形成しており、1/OHPhS-Auの希薄溶液では、金ナノ粒子の一次元構造が束なった幅数10100nmのファイバーを形成していることが判った。また、これらの溶液を加熱することによりナノ粒子の一次元構造は崩壊したが、冷却により再び元の構造を形成でき、この状態は可逆的に繰り返すことができた。一方、1の3つのアミド基のうち2つがエステル基に置換された脂質3とOHPhS-Auとの複合化では、一次元構造ではなく、三次元の集合体を与えるだけであった。このことから、適切な脂質分子の設計によって、金ナノ粒子に自己組織性が付与された、脂質被覆型の金ナノ粒子一次元構造の形成が行えることが明らかとなった。本研究ではナノメゾスコピック領域における分子組織化学と錯体化学の融合をはかり,自己組織系を有するナノ共役電子系を創成することを目標とした。このために,これまで固体物性科学の研究対象であった擬一次元ハロゲン架橋白金混合原子価錯体に着目し、この一次元構造を溶液中に可溶化するための新しい方法論を開拓した。一次元錯体を脂質でパッケージングすることにより.有機溶媒に可溶化できるばかりでなく、脂質の分子構造に依存したCT吸収が得られた。このことは,脂質の分子充填状態に依存して一次元錯体の電子状態が変化することを示している(Supramolecular band gap engineering)。また、この金属錯体を用いて,高湿度条件下で溶液よりキャストすることによって、立体ハニカム構造を有する表面パターンを自己組織的に得ることができた。このように、一次元錯体を可溶化させる本技術は、特異な表面ナノ集積構造を設計・構築する上においても決定的な役割を演じる。また、脂溶性一次元錯体のデザインを.スピン転移特性を示すFe(II)トリアゾール錯体に展開し、さらに脂溶性Co(II)トリアゾール錯体を開発した。これらは一次元錯体鎖を主鎖とするナノファイバー構造を形成し、有機溶媒をゲル化した。特に、後者は有機媒体中で加熱によりゲル状ネットワーク形成を示す初めての例である。以上のように超分子ナノ構造の形成と連動して新しい電子状態が生まれるシステムを開発すれば、分子構造(アナログ情報)→超分子ナノ構造(アナログ情報)→構造に特有の電子・スピン状態(デジタル情報)という情報変換系を構築することが可能である。