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新しい免疫抑制物質の医薬品への応用のための生化学的研究

当初、冬中夏草より得られた新しい免疫抑制剤であるISP-1に対し特異的な受容体あるいは結合タンパク質の存在を想定し検索を行ったが、成功せず、ISP-1は特異的な結合タンパク質を介して作用するものではないとの結論に達した。そこで次に、抗原刺激のシグナル伝達系に対するISP-1の作用を検討した。抗原刺激によるT細胞活性化機構は大きく二つに分けることができる。第一は、T細胞受容体に抗原が提示され、そのシグナルが最終的にIL-2の産生を促す過程。次に、産生されたIL-2がIL-2受容体に結合しT細胞の分裂を引き起こす過程。前者は、「T細胞受容体シグナル経路」、後者は、「IL-2受容体シグナル経路」と呼ばれる。種々の免疫抑制物質のうち、シクロスポリンAやFK506は前者の経路を、ラパマイシンは後者の経路を阻害することが知られている。そこで、ISP-1がどちらの経路を阻害するかを検討したところ、ISP-1はIL-2の産生は阻害せず、後者のIL-2受容体シグナル経路のみを阻害することが明らかになった。次に、IL-2依存的に増殖をするCTLL-2細胞の系を利用して、ISP-1のアンタゴニストの検索を行ったところ、ISP-1類似物質であるスフィンゴシンがアンタゴニストとしての強い活性を有していた。スフィンゴシンは生体内で種々物質と結合し、スフィンゴ脂質として存在し、それらのいくつかは、細胞内シグナル伝達のメッセンジャーとして働いていることが知られている。さらに、スフィンゴシンのISP-1阻害活性機構について検討を加えたところ、ISP-1は、スフィンゴシンの生合成系を阻害することでCTLL-2の増殖を阻害し、外から加えられたスフィンゴシンは、ISP-1によるスフィンゴシン生合成の阻害を補うことで、ISP-1に対してアンタゴニストとして働いていることが推測された。以上の知見は、IL-2受容体シグナル経路のより一層の解明に役立つとともに、今後、スフィンゴシン合成系の阻害効果を指標にして、新たな免疫抑制剤の開発を行なえる可能性を示唆している。イサリア(Isaria)属菌より単離した免疫抑制物質ISP-1の受容体の精製を行うためにラット脾臓をホモジナイズしたのち10,000gで遠心した。放射標識したISP-1を用いてその結合活性を測定したところ活性は遠心上清に回収された。この画分についてSDS-PAGEを行ったのち、ニトロセルロ-ス膜を用いてwestern blottingを行った。このニトロセルロ-ス膜を放射標識したISP-1を含む緩衝液中に浸け結合反応を行ったところ弱いながら分子量10,00015,000付近のタンパク質のバンドに放射活性が認められた。この分子量の値は、現在、免疫抑制物質として汎用されているシクロスポリンAと特異的に結合するタンパク質であるシクロフィリンのものと類似していた。そこで、ISP-1がシクロフィリンに作用するか否か検討を加えた。シクロスポリンAはシクロフィリンの持つペプチジルプロリルイソメラ-ゼ活性を阻害することが知られている。ISP-1について同様の作用があるかを調べたところ、阻害活性は認められなかった。

さらに、上述したラット脾臓の10,000xg上清を分離用超遠心機を用いていて遠心し100,000xg上清を得たところ、ISP-1結合活性は消失していた。シクロフィリンがこの画分に回収されることが知られていることを考えあわせると、ISP-1受容体はシクロフィリンとは異なり、100,000xgの沈殿画分、すなわち膜画分に存在することが推定された。一方、ISP-1の収量は、イサリア菌の培溶液の場合1mg/1と極めて悪いため、高い収量の得られる菌を探したところ、M.steriliaを用いることにより、約200倍収量が得られることが明らかになった。また、この菌の培溶液中には、ISP-1と類似構造を有すると思われる微量成分が認められた。今後、これらの微量成分を単離精製し、そのの免疫抑制活性を調べる予定である。イサリア属菌より得られた免疫抑性剤であるISP-1の受容体を単離する目的で、ラット脾臓をホモジナイズした後、超遠心機によって膜画分を単離した。この画分を用いて、ISP-1結合実験を行ったところ、ISP-1結合能は認められたが、ISP-1に対するKmは12.3μMと算定された。このことは、ISP-1との結合が特異的なものではなく、むしろISP-1の非極性基と膜画分の脂質部分との非特異的なものであることを意味していた。既に報告をしたように、可溶性画分にも特異的な結合が認められないことを考えあわせると、ISP-1は、他の免疫抑制剤とは異なり、細胞内に特異的な受容体が存在しない可能性が示唆された。次に、ISP-1の作用機構について検討を加えた。現在、主要な免疫抑制剤として知られているcyclosporinA(CsA)は、細胞内のシトゾルに存在するシクロフィリンと呼ばれる特異的なペプチジルプロリルイソメラーゼ(PPIase)と結合してその活性を阻害することが知られている。さらに、この複合体は細胞質にあるカルシニューリンというタンパク質に作用し、そのフォスファターゼ活性を阻害することによりIL-2産生抑制を引き起こしていることが明らかにされている。そこで、これら一連の経路に対してISP-1の作用を検討した。まず、シクロフィリンのPPIase活性に対するISP-1の影響を調ベたところ、ISP-1はこの活性を全く阻害しなかった。次に、カルシニューリンに対して直接抑制的に働くかどうかを検討したが有意な結果は得られなかった。最後に、IL-2産生に対する直接の影響を調べたところ、ISP-1を生理的有効濃度の30倍加えるとIL-2mRNAの量を約50%程度阻害したものの、生理的有効濃度付近では全く影響は見られなかった。以上の結果、ISP-1はT細胞活性化シグナル経路のうちIL-2産生誘導までの経路ではなく、産生されたIL-2がその受容体に結合した後の経路を阻害している可能性が考えられる。昨年までに、免疫抑制剤ISP-1に対する結合タンパク質に関する研究を行ってきたが、最終年度は、このISP-1の作用機構に関する研究を行った。抗原刺激によるT細胞活性化機構は大きく二つに分けることができる。第一は、T細胞受容体に抗原が提示され、そのシグナルが最終的にIL-2の産生を促す過程。次に、産生されたIL-2がIL-2受容体に結合しT細胞の分裂を引き起こす過程。
血漿非対称ジメチルアルギニン濃度解析による脳卒中リハビリテーション転帰の早期予知

非対称ジメチルアルギニン(ADMA)は、内皮機能不全および脳血管疾患の有用なバイオマーカーである。本研究では、脳出血(ICH)における臨床転帰および血腫拡大におけるADMAの役割に焦点を当てて、検討した。入院後1、3、7、14日目に119人のICH患者でADMA値を測定した。55人の患者は転帰不良(3ヶ月後モディファイランキンスケール:3-6)を有していた。ADMA値は、94人の患者から4つの時点すべてで測定することができた。ADMA値に関連する様々な因子を評価するために、単変量および多変量解析を行った。結果としては、交絡因子を調整した後の最も低い三分位と比較して、最も高いADMA三分位は3ヵ月後の転帰不良は4.86倍増えた(4.86; 95%CI、1.41-16.6; p = 0.011)。54人の患者(57.4%)においてADMA値は1日目から3日目(Δ3-1ADMA値)に減少した。血腫拡大の患者では、単変量(p <0.001)および多変量解析((OR adjusted for each increase by 0.01: 1.79; 95%CI: 1.05-3.03; p<0.001)により、Δ3-1ADMA値の増加が観察された。1日目のADMA高値は、ICHの3か月後転帰不良と有意に関連していた。ICHにおける血腫拡大はΔ3-1ADMA値の増加により予測され、ADMA値の測定はICH患者の転帰の予測や血種増大に有用であることが示唆された。2019年内科学会にて発表予定である。上記の成果について関しては、出血部位や出血体積に関しての詳細なデータが欠落しているため、現在再度データを集積し、解析後、論文とする予定である。また、一部症例の血液よりマイクロRNAの解析を行い、RNAのプロフィールについての解析も行う追加し、マイクロRNAの脳出血における特徴に関しても検討を行っているため、進捗状況はやや遅れている。ADMAのデータから、論文化していくが、高感度CRPやシスタチンCやトロポニンTやそのほか一般採血結果との関連については膨大な組み合わせがあるため、現在様々因子との相互関係を厳密に検討しており、結果については鋭意発表する予定である。脳梗塞・脳出血の症例の検討では、3か月後の転帰不良とADMAの推移やADMAの値自体が関連することがわかった。ADMAの推移は3日目、7日目、14日目を取り、7日目や14日目に有意差が確認された。また、推移だけではなく、初日よりも7日目や14日目のADMAの値が転帰と密接に関与していた。ADMAの継時的な推移に直接影響を与える因子としては、さまざま因子が見つかっている。病型や脳血管障害の範囲、NIHSS重症度、嚥下障害、急性期の食事形態等である。嚥下障害を伴う症例で上昇しやすく、また絶食の症例で上昇しやすいことが判明した。そのほかには、凝固線溶因子や甲状腺ホルモンや腎機能・アルブミン尿、BNP、EPA、CRP、TropT、高感度CRP、シスタチンC、入院時収縮期血圧、拡張期血圧、脳血管障害の大きさなど様々な因子も関連していた。このうちどの因子が強く影響を及ぼしているかに関しては現在検討しているところである。高感度CRPに関しては3日目までの変化が大きく、大きい症例ほど転帰不良と関連していた。3日目までの継時的な推移に直接影響を与える因子としては、病型、急性期治療の種類、早期感染症が関連していた。トロポニンTに関しては、心原性脳塞栓症において、上昇している症例が多かった。BNPにかわる心房細動の予測マーカーたりうるか検討を行ったが、BNPが優れていることが分かった。今後、鋭意まとめ、学会および論文発表を予定している。解析が進んでおり、論文作成の準備が進んでいる。論文は複数作成できると考えている。

血腫拡大の患者では、単変量(p <0.001)および多変量解析((OR adjusted for each increase by 0.01: 1.79; 95%CI: 1.05-3.03; p<0.001)により、Δ3-1ADMA値の増加が観察された。1日目のADMA高値は、ICHの3か月後転帰不良と有意に関連していた。ICHにおける血腫拡大はΔ3-1ADMA値の増加により予測され、ADMA値の測定はICH患者の転帰の予測や血種増大に有用であることが示唆された。2019年内科学会にて発表予定である。上記の成果について関しては、出血部位や出血体積に関しての詳細なデータが欠落しているため、現在再度データを集積し、解析後、論文とする予定である。また、一部症例の血液よりマイクロRNAの解析を行い、RNAのプロフィールについての解析も行う追加し、マイクロRNAの脳出血における特徴に関しても検討を行っているため、進捗状況はやや遅れている。複数の統計パターンは分類を通して、新たな知見を見出し、発表につなげていく。ADMAのデータから、論文化していくが、高感度CRPやシスタチンCやトロポニンTやそのほか一般採血結果との関連については膨大な組み合わせがあるため、現在様々因子との相互関係を厳密に検討しており、結果については鋭意発表する予定である。データ解析や学会発表・論文発表に使用する予定であったが、未実施となり、当該助成金が発生した。昨年度、実行できなかった課題に関して、機器や解析ソフトをそろえ、発表を行っていく予定である。具体的には脳血管障害の体積を測定するため、モニタや解析ソフトの購入および統計ソフトの購入を進めていき、結果に関しては、学会での発表や論文の作成を行っていく。国際学会や国内学会への発表や雑誌投稿が少なかったため、次年度使用額が発生しました。これまで集めた血液を使用し、マイクロRNAの解析を追加して行うため、試薬の購入や測定チップの購入に使用額を使う予定です。
LIFによるCaMKI,IVの活性化機構の解明と心肥大形成におけるその意義

我々はこれまでLIFが成獣ラット心筋細胞のL型Ca-channelを介したCa2+電流を増大すること、これに伴い心筋[Ca2+]-transientが増大すること、このシグナル伝達にはMAPK系が関与することを報告した[J Mol Cell Cardiol.1999;31]。これに引き続きこのLIFのL型Ca2+-Channelを介したCa2+電流増大作用がCa2+/Calmodulin-Calmodulindependentprotein kinaseII(CaMK II)を活性化すること、CaMKIIの活性化が心肥大に関与していることを見出した(Circ Res.2000;87)。ラット新生児心筋細胞の初代培養を行った。初代培養した心筋に対し、無血清培養24時間後にLIF 1000u/mlにて心筋細胞の刺激を行いCaMK I,CaMK IVの活性の上昇を確認し続いて以下をおこなった。【ゲルシフト法】LIF刺激した細胞より核分画を抽出する。抽出した核分画に対し、CaMK I,CaMK IVの下流にあるCREB等のゲルシフトアッセイを行、CREBの活性化及び、これに対しCaMK I、CaMK IVのDN form transfectionがこの活性を抑制することを確認した。【細胞面積】LIF刺激した細胞と対照の細胞を固定し、ミオシンの抗体による免疫蛍光写真を撮影後コンピューターに取り込み、細胞面積の測定を行った。LIFによる細胞面積の増加に対し、CaMK I、CaMK IVのDN form transfectionの抑制作用を認めた。
低ノイズ変位機構を搭載したナノ加工・その場計測プローブの開発

原子間力顕微鏡(AFM)技術は計測手段としてのみならず,先鋭なナノ探針先端を用いた生体高分子の分子サージャリなど,分子科学領域での新しいナノツールとして発展が期待される。ナノ加工とその場での高解像計測を両立するために,本研究では,ナノニードル(探針)を2本のカンチレバー先端に配置したデュアルプローブを形成し、ナノ加工用と計測用に使い分ける機構を開発した。先鋭な探針先端を500 nmまで近接して形成する自己整合プロセスを開発し,また,直交配置したマイクロカンチレバーへFePd磁歪薄膜を積層形成し,低ノイズで探針切り替え可能な外部磁場による変位機構をもつデュアルAFMプローブを開発した。単結晶Si基板の熱酸化膜表面へFePd磁歪形状記憶合金のスパッタ成膜に取り組み、微小な柱状結晶が成長し、(111)結晶面へ強く配向した薄膜が得られることを見出した。FePd薄膜をエッチングおよびリフトオフ法により線幅10μm程度まで微細パターニングできる条件を確立し、SOI構造の多層シリコンのMEMS構造化プロセスと組み合わせて、高精度のFePd/Si積層構造のMEMS型マイクロカンチレバーを試作することができた。形成したカンチレバーのFePdの膜厚が4μmの場合には、低い磁場領域で磁歪効果により変位する特性が得られた。膜厚がサブμmの揚合には磁力の影響により磁場方向へ変位する特性であったが、いずれの場合も先端では1μmを超える変位が得られ、目的とするデュアルカンチレバーの上下動作には十分な特性を得る見通しを得た。ナノ加工と計測のプローブ変更時の位置補正精度向上には探針間の近接化が有効であり、カンチレバー先端に搭載予定のナノ探針の近接形成プロセスの開発に取り組んだ。探針間ギャップを左右するシリコンエッチングによる溝加工条件の最適化を図り、さらにエッチング溝を熱酸化膜と塗布型保護材によって埋め込んでエッチバックするプロセスを開発し、ギャップ0.5μm程度まで近接したデュアル探針形成を可能にした。また、シングルプローブを用いた高分子材料のナノ加工の特性評価を実施し、100nN前後の垂直力を加えながら水平方向にスクラッチすることによって、紐状のビアルロン酸バンドルを機械的に切断できることを見出した。さらに、高温AFMの条件を最適化してポリメチルメタクリレート結晶薄膜の分子鎖の融解挙動のその場観察を可能にし、この融解は可逆的であることより探針先端による結晶構造破壊の効果が無視できることを確認した。原子間力顕微像(AFM)を低ノイズ観察しながら機械的ナノ加工を施すナノプローブの実現を目的として,近接Siナノ探針おとび磁歪薄膜アクチュエータを搭載したデュアルカンチレバーを開発し,ナノ加工および計測の基礎的な評価を行った。1.デュアル近接プローブの作製および特性評価評価用MEMSカンチレバーを試作し,FePd,FeGa,およびNiの各種の磁歪合金スパッタ薄膜について,種々の膜厚における磁歪特性を詳細に評価し,Fe-40at%Pd合金膜では,1μm厚で50ppmを超える磁歪を発現することを見い出した。多層単結晶シリコン(SOI)基板を用い,前年度までに確立した自己整合プロセスを適用して近接探針を形成し,さらにFePd磁歪膜を積層してカンチレバー形状にエッチング加工するプロセスを確立して,約2μm高さの近接探針を搭載した150170μm長の直交型デュアルカンチレバーを試作した。積層したFePd膜(1μm厚)の磁歪効果により,300 Gaussの磁束印加で観察および加工用の探新先端を独立して1μm以上変位させることができ,外部磁場によるプローブ切換が可能となった。それぞれのカンチレバーの共振周波数をずらした設計とし(57, 80 kHz)に設定し,片方のみ共振させたタッピング観察が可能であることを確認した。汎用AFM装置へ磁場印加機構を取り付け,デュアルカンチレバーを切り替えながら高解像のAFM像を安定して観察可能であることを実証した。2. AFMプローブによるナノ加工・計測手法の確立マイカ基板上に形成したシンジオタクチックポリメチルメタクリレート(ガラス転移温度Tg:100°C)孤立鎖の高温AFM観察を行ない、前年に確認した低Tgの分子の場合と同様の分子鎖の凝集が100°Cで開始することを見出した。分子の凝集開始温度は、Tgではなく基板との接着強度に依存すると考えられる。原子間力顕微鏡(AFM)で分子像を観察しながら機械的ナノ加工を施すデュアルAFMナノプローブ開発を目的とし,Siナノ探針の近接形成および磁性薄膜アクチュエータ搭載デュアルカンチレバーの開発を行い,ナノ加工および計測の基礎的な評価を行った。得られた成果は以下の通りである。

1.デュアル近接プローブの設計および作製Si超微細トレンチエッチング,スピンオングラス(SOG)をによる埋込,化学機械研磨(CMP),および結晶異方性エッチングを用いた自己整合プロセスによる近接探針形成法を開発し,ギャップの拡大を抑制してデュアルナノ探針を500nm以下に近接させて精密かつ安定に形成することを可能にした。種々の磁性膜をスパッタ成膜したデュアルSiカンチレバーを形成し,FePd膜は薄膜化に伴って磁歪効果が低下して磁力(引力)が支配的となり,また,Ni膜では膜厚1000nmで逆磁歪効果により500nm以上のカンチレバー先端変位が得られることを見出した。膜応力によりカンチレバーに数ミクロンの初期たわみが発生することを確認し,デュアルカンチレバー双方に同様の磁性膜パターンを形成して初期たわみを揃えた構造設計とし,カンチレバーを直交配置することで,外部磁場の印加方向の制御によって片方ずつ個別の変位制御を可能とした。2. AFMプローブによるナノ加工・計測手法の確立マイカ基板上に形成したイソタクチックポリメチルメタクリレートをシングルAFMプローブにより高温下でタッピング観察し、ガラス転移温度を数十度超えると分子の運動が活発になり分子鎖の凝集が始まることを確認し,本サンプルがAFMナノチップ先端の影響が波及する効果を系統的に検討するモデルになりうることを見出した。磁歪形状記憶合金薄膜の成膜および微細パターニング技術を確立し、マイクロカンチレバー形成に成功し、磁場印加による変位特性の基礎的なデータ収集まで先行して実施することができた。また、探針形成についても新しい形成法を開発して良好な探針形成の見通しが得られた。25年度が最終年度であるため、記入しない。探針形成については,新しく開発した形成プロセスにより,当初の予想を超える精度で500nmギャップの近接ナノ探針を安定形成することを可能とした。カンチレバー駆動については,前年までに磁力(引力)による駆動を可能とし,さらに薄膜化した場合の磁歪効果発現についても検討を進めた。成23年度に開発した探針先端形成プロセスを安定して実施するための微細加工条件を検討し、カンチレバー細部の設計を適正化してデュアル探針を一体化したデュアルカンチレバー試作に取り組む。磁歪効果と磁力による変形の双方を考慮したマイクロカンチレバーの安定した駆動についても検討する。試作したデュアルプローブを汎用型原子間力顕微鏡へ搭載し、カンチレバーを共振させるダイナミックモードによる表面計測への適用も含め、ナノ加工および計測の操作性について検証していく。また、シングルプローブを用いて、ナノスケールでの加工および計測時における探針の作用、高温下での高分子の構造に与えるナノチップ先端の影響について評価を継続しいていく。前年度まで得られた成果を基に,デュアルAFMプローブの完成度を上げて試作開発して行く予定である。研究を進める中で,FePd膜を薄膜化していった場合には磁歪効果が低下して磁力(引力)による変形が支配的となることが判明した。AFMカンチレバーとして実用上は十分な変位が得られているが,磁歪効果を得られる薄膜形成条件の検討も並行して進めて行く予定である。
回転分子モーターF1-ATPaseの活性型-阻害型制御機構

私たちの体内で生命維持に必要なエネルギー源ATPを合成する酵素は、どのように活動と休止を決めているのだろうか?実験系の単純化のためATP合成の最小部位F1-ATPaseのATP加水分解反応(合成の逆反応)の活動-休止の移り変わりとそれぞれの状態でのヌクレオチド結合数を調べた。その結果、活動中も休止中もヌクレオチドの結合数は同じであることが分かった。今後は、この結合ヌクレオチドがATPかADPかを調べていきたい。本課題の目的は、ATP加水分解酵素であるF1-ATPaseが持つ2つの状態、活性型-阻害型の遷移の機構を明らかにすることである。F1-ATPaseは、3種類7つのサブユニットα3β3γからなり、ATP加水分解の触媒部位はβサブユニット上にあることが明らかにされている。また、この分子モーターの特徴の一つとして、ATP加水分解活性をもたない休止モードをもつこと(阻害型)が明らかにされている。本年度は、活性型-阻害型の各々の活性部位のヌクレオチド状態を調べることに主眼を置いた。各々のヌクレオチド状態が明らかになれば、その遷移機構も明らかになると考えたためである。実験方法:活性部位へのヌクレオチドの結合を蛍光強度の変化でモニターできる変異体を用いた。この変異体(中央大学宗行先生に提供して頂いた)を用い、触媒活性部位に結合しているヌクレオチドの個数をリアルタイムでモニターした。また、これと同じ条件下で、活性型-阻害型の存在比の推移を観察し、ヌクレオチド数の推移と比較した。結果:活性部位に結合しているヌクレオチドの個数は活性型-阻害型によらず同じである事が明らかになった。今後は、結合ヌクレオチドの個数だけでなく、種類(ATPであるかADPであるか)を明らかにしていくとともに、触媒活性部位βサブユニット、非触媒活性部位αサブユニットへのヌクレオチドの結合が活性型-阻害型の遷移にどういう影響を与えるかを1分子顕微鏡観察を通して明らかにしていきたい。また、この分子モーターの特徴のーつとして、ATP加水分解活性をもたない休止モードをもつこと(阻害型)が明らかにされている。昨年度は多分子系を用いて、活性型、阻害型それぞれのヌクレオチド結合数を調べたが、どちらも同じヌクレオチド結合数であることが分かった。その延長にあるが、本年度は、より広範囲のATP濃度で、より詳細にヌクレオチド結合数の違いを調べてみたところ、低いATP濃度(μM以下)においては、活性型、阻害型のヌクレオチド結合数が異なる可能性を示唆する結果が得られた。これまでのところ、両者の結合数の違いが何によるものかは明らかではない。しかし、多分子系の実験と平行して行っているF1-ATPaseのγサブユニットの回転の1分子顕徴鏡観察によって、両者(活性型、阻害型)のヌクレオチド結合数の違いが見られた低いATP濃度でのみ起こるγサブユニットの回転の特徴を見つけた。この特徴が活性型-狙害型の遷移にどういう役割を果たしているかを明らかにするにはより詳細な解析を行う必要がある。今後は、触媒活性部位βサブユニット、非触媒活性部位αサブユニットへのヌクレオチドの結合がATP加水分解活性にどういう影響を与えるかを1分子顕微鏡観察を通して明らかにしていきたい。本課題の目的は、ATP加水分解酵素であるF_1-ATPaseが持つ2つの状態、活性型一阻害型の遷移の機構を明らかにすることである。F_1-ATPaseはATP存在下で活性型一阻害型の2つの状態を確率的に行き来することが知られている。本研究では、系の単純化のため、阻害型から活性型へ遷移するためのスイッチの役割を果たすといわれるαサブユニットへのヌクレオチドの結合ができない変異体を用い、活性型→阻害型の一方向の遷移のみが起こるようにし、ヌクレオチド結合数の変化に注目して実験を行った。その結果、予想に反して活性型、阻害型においてヌクレオチドの結合数は同じであった。結合ヌクレオチドの種類、ATPまたはADP、については現在実験中である。また、本研究の最終目的ではなかったが、ATP再生系の要素であるPhosphoenol Pyruvate(以下PEP)がF_1-ATPaseへのヌクレオチドの結合を競合的に阻害することがわかった。これまで他の研究者により、りん酸がF_1-ATPaseへのヌクレオチドの結合を競合的に阻害すること、また活性型-阻害型の平衡を活性型が多いほうヘシフトすることが報告されていたが、PEPは競合阻害はするが活性型一阻害型の平衡には影響を及ぼさなかった。

本課題の遂行において、測定溶液中のATP濃度を一定に保つことは必須であったため、上述のPEPは殆どすべての実験で用いられていた。その結果、これまで理解できなかった実験結果の矛盾点を説明できるようになり、F_1-ATPaseのATP加水分解機構の解明に貢献できたと感じている。これらの実験結果・考察についての論文は現在投稿中である。
トリスイミダゾリンとカルボン酸の相互作用を利用する有機触媒の開発

我々はトリスイミダゾリン分子がカルボン酸と複合体を形成することに着目し、本分子認識を利用した触媒反応の開発を行っている。これまでに、カルボン酸を利用する反応としてハロラクトン化反応について検討し、独自に開発したC3対称性キラルトリスイミダゾリンを触媒とした不斉ブロモラクトン化反応を報告している。本年度は、不斉ブロモラクトン化を基盤とし、β置換エンカルボン酸の速度論的光学分割、ジエン並びにジカルボン酸の不斉非対称に取り組み以下の知見を得た。1)不斉ブロモラクトン化を利用し、β位に不斉中心を持つカルボン酸の速度論的光学分割に成功した。これは、有機触媒を用いてβ置換カルボン酸の光学分割に初めて成功した例である。本反応における生成物の立体化学とその生成比から、環形成時の6員環遷移状態における立体的要因により、選択性が発現したと考察した。2)β位で分岐した対称ジエン並びにジカルボン酸の不斉非対称化について検討した。ジエンについては、従来の反応条件で高選択的に非対称化反応が進行した。一方、ジカルボン酸の場合には、従来の反応条件では選択性は低かったが、溶媒の極性が選択性発現の鍵であることを見出し、アセトンとトルエンの混合溶媒を用いることで劇的に選択性を向上させることに成功し、これまでに例のないジカルボン酸の不斉非対称化を達成した。また、トリスイミダゾリン触媒とジカルボン酸の相互作用について、NMR実験により検討し、トリスイミダゾリンがジカルボン酸とイオン対形成していることに加え、2つのカルボン酸が識別されていることが明らかとした。25年度が最終年度であるため、記入しない。我々はこれまでにC3対称性トリスイミダゾリンを触媒とした、不斉ブロモラクトン化反応を報告している。本年度は、触媒作用機序に関する研究を行うとともに、構造修飾したトリスイミダゾリンについて触媒能を評価した。さらに、不斉ブロモラクトン化を基盤とし、β置換エンカルボン酸の速度論的光学分割に取り組み、以下の知見を得た。1)本反応では、触媒とカルボン酸の相互作用が鍵となり、カルボン酸を活性化すると同時に不斉環境が構築され、続く環化反応が選択的に進行すると考えている。本不斉発現機構に関し、触媒とカルボン酸の混合比を変えNMR測定を行いJob plotを作成することで、1対3の複合体が最も安定であることが分かった。さらに反応の変換率ごとのee測定を行い、1対3の比率が安定ではあるものの、反応の終盤においてもブロモラクトン化の選択性は低下しないことを確認した。また、酸素リンカーを持つカルボン酸の複合体について調べることで、カルボン酸が強固に固定され不斉環境が構築されていることを明らかとした。一方で、触媒が一旦ブロモ化されていることを示唆するデータも得られたため、触媒作用機序の解明には更なる検討の余地を残している。2)種々の置換トリスイミダゾリンを合成し、その電子的、立体的影響について評価を行い今後の触媒設計における知見を得ることに成功した。また、極端に嵩高い触媒は従来のアルデヒドを経る手法では合成が難しかったが、イミデートを経る手法を見出すことで解決し、新規合成法として確立した。3)α、β、γ位に置換基を持つ種々のエンカルボン酸に、ブロモラクトン化を適用しβ置換エンカルボンにおいて最も効率的に速度論的光学分割が進行することを見出した。本反応について精査し、新たに合成した4-tBuC6H4基が置換したトリスイミダゾリン触媒を用いて良好な選択性での光学分割に成功した。

研究実績の概要で記したように、本研究ではトリスイミダゾリン触媒とカルボン酸の相互作用を利用した不斉ブロモラクトン化反応について、1)反応機構に関する研究、2)触媒構造に関する研究、3)不斉ブロモラクトン化の関連反応に関する研究について行っている。まず、1)反応機構に関する研究については、現在のところ触媒の作用機序について明確には明らかにできていないものの、触媒とカルボン酸の相互作用についての知見を得るとともに、触媒とハロゲン化剤の相互作用を示す興味深い知見も得ており、作用機序に迫るための実験事実が着実に得られている。また、2)触媒構造に関する研究では、当初の予定を概ね終了し構造に関する知見を得ることに成功した。3)不斉ブロモラクトン化の関連反応については、実験計画に則り速度論的光学分割について検討し、一定の成果を得た。本結果については、現在投稿中である。以上の様に、本研究課題についておおむね順調に進展している。まず、触媒の作用メカニズム研究に関して、現在のところ、触媒と基質カルボン酸が水素結合を介して相互作用することが不斉発現に重要と考えているが、昨年度の研究において、触媒とカルボン酸、ハロゲン化剤の相互作用についてNMRを用いて検討し、一定の知見を得たので、引き続きカルボン酸複合体のNMR測定や質量分析、さらにはX線結晶構造解析等を用いてその分子認識について明らかにする。また、計算化学も利用し選択性発現について反応の遷移状態の解明を目指す。また、不斉ブロモラクトン化反応の応用としてラセミ体カルボン酸の速度論光学分割について検討し、ベータ置換体において最も良い選択性で分割が進行するということを見出した。本実験結果についてまとめるとともに、ジエンカルボン酸並びにエンジカルボン酸の不斉非対称化反応について検討する。速度論光学分割の検討で得られた知見から、カルボン酸のベータ位で分岐させた基質が本触媒系においては、良好な結果が得られると予想されるのでそのような基質から検討を開始する。また本ブロモラクトン化反応に、1,3ージエンを用いると、どのような反応形式となるか興味が持たれるので、この点について検討する。これらの検討を並行して実施し、互いの結果を反映させることで、触媒と基質カルボン酸の相互作用やトリスイミダゾリンを用いる反応の特徴をより深く理解し、カルボン酸を基質とする新規有機触媒として確立する。25年度が最終年度であるため、記入しない。
離散事象システム理論によるデータに基づく離散最適化モデルの自動生成

本研究の目的は離散最適化問題のモデルを推定し,そのモデルを離散事象システムに変換することで,モデル構造の抽出やモデル縮約を行って,与えられた仕様を満たす妥当な最適化モデルを構築するための離散事象システム理論を用いたデータに基づく離散最適化技法を創成することである.平成30年度はデータに基づく離散最適化モデルの同定手法の開発を目的として,以下の3項目に関する研究を実施した.具体的にはデータに基づく離散事象システムの同定手法に関する一般的な手法の一つである機械学習モデルによるブラックボックス同定手法を調査し,実用的な生産スケジューリング問題の目的関数の同定を試みた.得られた知見は以下である.1.生産スケジューリング問題の例題とその出力から目的関数を判定するための手法として,機械学習モデルを用いた判定手法を開発した.未知のスケジュールに用いられている目的関数の種類として,重み付き完了時刻和,重み付き納期遅れ和,重み付き遅れ仕事数,最大納期遅れ和,段取りコスト和を精度良く推定可能であることを明らかにした.2.データ前処理として特徴量の抽出方法を変えながら判定結果の比較を行い,候補となる目的関数値と順位相関係数をそれぞれ標準化した値を特徴量とする方法により,約90%程度の良い正答率が得られることを確認した.3.小規模問題で学習させたニューラルネットワークを用いて,実データ規模の目的関判定を行い,提案手法の有効性と汎化性能を検証した.さらに,機械学習手法の違いによる結果の比較,機械学習を用いない簡易判定手法の検討を行った.その結果,本研究で提案したデータ前処理手法の下では,ニューラルネットワークを用いた判定でより正答率の良い結果が得られることを確認した.離散最適化問題の入出力データが与えられたとき,制約条件を抽出方法については制約条件の候補から多項式時間での判定問題を解くことで可能となるが,目的関数の判定は困難であった.本年度は機械学習モデルを用いて多数の入出力データから目的関数の判定を約90%以上の精度で行うことを可能とする目的関数判定手法の開発に成功していることから,研究はおおむね順調に進展している.本年度はブラックボックスモデルを用いてモデル判定を行う手法を開発したが,より説明性の高いモデルのホワイトボックス化を行うためには,離散事象システム理論やモデル検証などの方法論との融合が期待される.また,単一目的関数に対する同定だけでなく,多目的関数の同定や重み係数の同定など,データに基づく離散最適化モデル同定手法のさらなる研究の進展が求められる.本研究の目的は離散最適化問題のモデルを推定し,そのモデルを離散事象システムに変換することで,モデル構造の抽出やモデル縮約を行って,与えられた仕様を満たす妥当な最適化モデルを構築するための離散事象システム理論を用いたデータに基づく離散最適化技法を創成することである.平成29年度はデータに基づく離散最適化モデルの同定手法の開発を目的として,以下の3項目に関する研究を実施した.具体的にはデータに基づく離散事象システムの同定手法に関する一般的な手法の一つであるブラックボックス同定手法を調査し,巡回セールスマン問題やナップサック問題などの基本的な離散最適化モデルの同定を試みた.次に,スケジューリング問題の出力結果から制約条件を同定する手法について検討した.得られた知見は以下である.1.ブラックボックス同定手法を用いて,入出力データから巡回セールスマン問題やナップサック問題などの基本的な離散最適化問題の同定を試みた.その結果,従来のブラックボックス同定手法では入出力データが不足する場合に,すべての可能な組合せを列挙することが困難であることが判明した.2.フローショップスケジューリング問題の各機械での処理に要する時間や各仕事の技術的順序が既知のもとで,各機械での処理の開始時刻が与えられたとき,各機械での容量制約を同定する問題を整数計画問題として定式化した.この問題に対する厳密解法と近似解法を提案し,これらの解法の妥当性を検証した.3.厳密解法は小規模問題では適用可能であるが,大規模問題には適用が困難であることが判明した.近似解法は実用的な計算時間で解を得ることができることを確認した.スケジューリング問題の制約条件同定に関する数理モデルと厳密解法,近似解法の構成が完了したことからおおむね順調に進展しているといえる.本研究の目的は離散最適化問題のモデルを推定し,そのモデルを離散事象システムに変換することで,モデル構造の抽出やモデル縮約を行って,与えられた仕様を満たす妥当な最適化モデルを構築するための離散事象システム理論を用いたデータに基づく離散最適化技法を創成することである.平成30年度はデータに基づく離散最適化モデルの同定手法の開発を目的として,以下の3項目に関する研究を実施した.具体的にはデータに基づく離散事象システムの同定手法に関する一般的な手法の一つである機械学習モデルによるブラックボックス同定手法を調査し,実用的な生産スケジューリング問題の目的関数の同定を試みた.得られた知見は以下である.1.生産スケジューリング問題の例題とその出力から目的関数を判定するための手法として,機械学習モデルを用いた判定手法を開発した.未知のスケジュールに用いられている目的関数の種類として,重み付き完了時刻和,重み付き納期遅れ和,重み付き遅れ仕事数,最大納期遅れ和,段取りコスト和を精度良く推定可能であることを明らかにした.2.データ前処理として特徴量の抽出方法を変えながら判定結果の比較を行い,候補となる目的関数値と順位相関係数をそれぞれ標準化した値を特徴量とする方法により,約90%程度の良い正答率が得られることを確認した.3.小規模問題で学習させたニューラルネットワークを用いて,実データ規模の目的関判定を行い,提案手法の有効性と汎化性能を検証した.

さらに,機械学習手法の違いによる結果の比較,機械学習を用いない簡易判定手法の検討を行った.その結果,本研究で提案したデータ前処理手法の下では,ニューラルネットワークを用いた判定でより正答率の良い結果が得られることを確認した.離散最適化問題の入出力データが与えられたとき,制約条件を抽出方法については制約条件の候補から多項式時間での判定問題を解くことで可能となるが,目的関数の判定は困難であった.本年度は機械学習モデルを用いて多数の入出力データから目的関数の判定を約90%以上の精度で行うことを可能とする目的関数判定手法の開発に成功していることから,研究はおおむね順調に進展している.今年度は以下の手順で研究を実施する予定である.1.データから推定された数理モデルから変換される離散事象システムのモデル解析を行うことにより,離散事象システム理論の観点から,到達可能性,安全性,健全性などのモデル構造の特徴づけを行う.2.離散事象システムの最大許容スーパバイザを導出することにより,もとの離散最適化問題で実行不可能となる状態を削除する妥当不等式を得る.また,ルール抽出によって得られた制約条件を満たすかどうかの検証問題をSPIN(Simple Promela Interpreter)などのモデル検査ツールを用いて解くことによって,変換された離散事象システムが満たすべき仕様を満たすかどうかを判定する.3.大規模データから得られるモデルに対しては,モデルの共通部分を抽出し,システムを構成する各要素の解析から大規模システムのモデル構造を抽出する方法論を検討する.また,より少ないデータから得られるモデルで仕様を満たす場合は,不必要なデータや制約条件を削減することでモデルの縮約を行うことができるため,不要なデータを削減や状態の遷移を制限し,モデルの大規模化を制限するための方法論についても検討する.モデル分類にはディープラーニングツールや離散事象システムの論理検証ツールとして,形式手法によるモデル検査ツールSPINを導入する.本年度はブラックボックスモデルを用いてモデル判定を行う手法を開発したが,より説明性の高いモデルのホワイトボックス化を行うためには,離散事象システム理論やモデル検証などの方法論との融合が期待される.また,単一目的関数に対する同定だけでなく,多目的関数の同定や重み係数の同定など,データに基づく離散最適化モデル同定手法のさらなる研究の進展が求められる.2017年度については数値計算用パーソナルコンピュータ,および最適化計算用ワークステーションの購入が別予算で調達が可能となり,研究調査旅費,および研究打合せについても近距離となったため,使用額に差が生じた.これらの差額分については,2018年度の執行計画を変更し,2018年度に国内および国外成果発表や国際共同研究,数値計算ツールやクラウドコンピューティング,シミュレーション環境の整備のために執行する予定である.
複合斜面上の遡上波挙動の力学的解析

単一・複合斜面上での遡上波波の運動挙動を把握するため、遡上波水面形の時空間変動記録から連続式を使用して内部平均流速を算定し、非線型長波運動方程式により底面せん断力変動特性を、摩擦係数を介して検討する手法を開発した。算定流速の時空間変動と数値計算結果との一致度は比較的良好で、しかも斜面上での遡上モード遷移を示すbore collapsing過程、流速と底面せん断力との位相差など、波打ち帯内波動場の特徴を良好に捉えることが出来た。底面せん断力と流速とから算定する非定常摩擦係数は、せん断力の先走り効果のため定常摩擦係数にくらべてReynolds数に対する依存度が強く、遡上波動場時空間変動に対応して変化し、遡上波の打ち上げと打ち下げによって異なることが明らかにされた。特に、これまで十分に解明されていなかったdry bed上での遡上波特性を、底面摩擦特性を介してを定量評価することが可能となった。以上の研究成果によって、斜面上遡上波のモデル化に対する知見が得られた。固定床に対する研究成果の適用性を検討するため、移動床実験による波打ち帯地形変動と地形変動予測モデルとの比較を行った。予測モデルでは、遡上波による浮遊砂移動のモデル化精度が十分でない。浮遊輸送発生域を、底面せん断力に基づくShields数ψ=0.81.0を閾値として判定することにより、遡上波の打ち上げと打ち下げによる底質移動の違いが、精度よく評価されることが分かった。その結果、せん断力モデル、例えば佐藤らの予測モデル、を波打ち帯域にまで拡張使用しうることが可能となった。単一・複合斜面上での遡上波波の運動挙動を把握するため、遡上波水面形の時空間変動記録から非線型長波の連続式を使用して内部平均流速を算定し、せん断力を考慮した運動方程式により海底面の摩擦係数を評価する手法を開発した。このようにして算定された流速の時空間変動と数値計算結果との一致度は比較的良好で、しかも測定結果から斜面上での遡上モードが、平均汀線近傍で段波モードからswashモードに遷移することが確認された。遡上波の遷移現象を周期波で捉えたことは、本研究が初めてである。この結果に基づき、遡上高さの算定モデルを提案した。一方、海浜面に働くせん断力と流速との関係から、dry bed上での底面摩擦を評価することがある程度可能となった。時間依存の摩擦係数は、従来採用されているものより若干大きく、しかも遡上波の打ち上げと打ち下げによって異なることが明らかにされた。より詳細な検討は、測定データの処理法に関係するため、現在その検討を行っている。移動床では、底質移動厚を正確に判定することが難しいため、その判定条件の決定にレイノルズ数などの指標を考えている。そこで現時点では、遡上波内部の流速が対数分布則に従うと仮定して底質移動量を算定し、海浜地形の変化を数値計算モデルと比較した。その結果、佐藤らの予測モデルを遡上域にまで拡張使用しうることが確認された。

底面せん断力と流速とから算定する非定常摩擦係数は、せん断力の先走り効果のため定常摩擦係数にくらべてReynolds数に対する依存度が強く、遡上波動場時空間変動に対応して変化し、遡上波の打ち上げと打ち下げによって異なることが明らかにされた。特に、これまで十分に解明されていなかったdry bed上での遡上波特性を、底面摩擦特性を介してを定量評価することが可能となった。以上の研究成果によって、斜面上遡上波のモデル化に対する知見が得られた。固定床に対する研究成果の適用性を検討するため、移動床実験による波打ち帯地形変動と地形変動予測モデルとの比較を行った。予測モデルでは、遡上波による浮遊砂移動のモデル化精度が十分でない。浮遊輸送発生域を、底面せん断力に基づくShields数ψ=0.81.0を閾値として判定することにより、遡上波の打ち上げと打ち下げによる底質移動の違いが、精度よく評価されることが分かった。その結果、せん断力モデル、例えば佐藤らの予測モデル、を波打ち帯域にまで拡張使用しうることが可能となった。
カーボンナノチューブを用いた高分子アクチュエータの高機能化

カーボンナノチューブとイオン液体および支持高分子からなる電極膜の伸縮現象を利用した高分子アクチュエータの高機能化を目的として研究を行った。その結果、ポリアニリン等の導電性添加物を電極膜に添加することにより、伸縮率を3倍程度、発生力は最大10倍まで向上させることに成功した。さらに、長時間、アクチュエータの一定電圧に対する耐久性を向上(変位の戻り現象の抑制)させるための指針として、より小さなサイズのアニオンを有するイオン液体を用いることが有効であることを明らかにした。また、TTFやTCNQなどの電荷移動錯体の添加により、2時間以上、変位の戻り現象を抑制することに成功した。本研究課題では、カーボンナノチューブとイオン液体および支持高分子からなる電極膜の伸縮現象を利用したアクチュエータの高機能化を目的として研究を進めている。今年度は、電極膜中あるいは電解質膜中のイオン液体濃度を調整することにより、素子中のイオン液体濃度の異なるアクチュエータ素子を作成し、その変形応答特性を調べることで変形応答メカニズムの解明を試みた。これまで、交流電圧を印加することによりアクチュエータの変形応答を調べていたが、印加電圧の周波数が遅くなってくる(0.1Hz以下)と、初期的に正極側に屈曲変形した素子が次第に電圧印加前の原点方向に戻ってくる現象が見られた。さらに、この現象を調べる為に直流電圧(DC2V)をアクチュエータに長時間印加して、その変位変化を調べたところ、初期的に正極側に変形した後、電圧印加前の原点を通り越して反対側(負極側)に変形してしまう現象が見られた。そこで、アクチュエータの電極膜層あるいは電解質膜層に含まれるイオン液体量を調整して変形応答を詳細に調べた。その結果、電解質膜および電極膜中のイオン液体量を減らすことにより、変位の戻り現象及び逆方向への変位が抑制できることが明らかになった。中でも電極膜中のイオン濃度を極めて低濃度にした場合、順方向(正極側)の変形応答より、逆方向(負極側)の変形応答が優先することが明らかになった。これらの結果から、アニオンの移動が変位の戻り現象(逆方向への変位)を誘起していることが示唆された。本結果を検証するために、用いるイオン液体のカチオン部位は同じものを使用し、アニオン部位のサイズがより大きなイオン液体を用いて、同様にDC2Vで変形応答を調べたところ、より大きなアニオンを用いた場合の方が、より速く、順方向から原点に戻り、逆方向により大きく変形することが明らかになった。本研究課題では、カーボンナノチューブとイオン液体および支持高分子からなる電極膜の伸縮現象を利用したアクチュエータの高機能化を目的として研究を進めてきた。3年間の研究期間で今年度が最終年度であった。最終年度では、アクチュエータの電極膜中にドナー性有機分子(テトラチアフルバレン(TTF))やアクセプター性有機分子(テトラシアノキノジメタン(TCNQ))を添加することによるCNTへのn-typeあるいはp-typeドーピング効果について検討した。その結果、TTFの添加(n-typeドーピング)は、0.1Hzより速い周波数でアクチュエータの変形応答を向上させること、また、逆にTCNQの添加(p-typeドーピング)は0.1Hzより遅い周波数域で変形応答を向上させることが明らかになった。昨年度までに、本研究対象であるカーボンナノチューブ高分子アクチュエータは電圧を印加すると正極側に屈曲変形するが、時間とともに変位が戻ってしまうという問題点があり、本現象は用いるイオン液体のアニオンの移動に起因していることを突き止めた。変位の戻り現象改善の指針として、アニオンの移動による体積変化を小さくするため、より小さなアニオンを使用すること、あるいは、カチオンとアニオンのサイズ差を最大化することが有効であることを得た。一方、最終年度にドーパントとして用いたTCNQの添加あるいはTCNQ/TTFを同時添加することによっても変位の戻り現象が抑制され、アクチュエータの耐久性を大きく改善することに成功した。本研究を通して、研究対象であるカーボンナノチューブを用いた高分子アクチュエータの応答特性を飛躍的に向上(伸縮率で約3倍、発生力は約10倍向上)させることに成功し、さらに耐久性の改善により、カーボンナノチューブ高分子アクチュエータを実用化可能なレベルまで高機能化することに成功した。今年度は、電極膜中の成分組成を調整することにより、アクチュエータの性能パラメータである伸縮率、発生力、応答速度の最適化を行った。まず、添加物として導電性ナノ粒子であるポリアニリンとカーボンブラックの添加を試みた。

電極膜中のカーボンナノチューブとイオン液体および支持高分子の量を固定し、導電性添加物の添加量を変えてアクチュエータ性能を調べたところ、変形応答は添加量のみならず添加種により大きく変化することが明らかになった。導電性添加物を加えた電極膜の電気化学特性と機械的特性として、それぞれ、キャパシタンス、導電率およびヤング率を調べた。ポリアニリンを添加した場合、電気化学的特性及び機械的特性とも添加量を増やすほど増加することが明らかになった。一方、カーボンブラックを添加した場合は、キャパシタンスは添加量が増えると大きくなるが、導電率及びヤング率は添加し過ぎると逆に低下することが分かった。以上のことから、導電性添加物の中でもポリアニリンを添加したほうが伸縮率と発生力を同時に向上できることが分かった。そこで、添加物をポリアニリンとし、上記で最適化されたポリアニリン添加量を基準として、イオン液体種、添加するイオン液体量、さらに、素子厚を最適化した。その結果、例えば、0.1Hzでは、イオン液体としてEMIBF4が最適であり、添加量としては電極膜中の組成比で57wt%程度添加することにより、300μm程度の厚みのアクチュエータ素子(素子サイズ:2mm(幅)×10mm(長さ))で0.4mm程度の変形量、1g以上の発生力を達成することに成功した。今年度はアクチュエータの変形応答を更に改善させるために、主に変形のメカニズムに重点を置いて研究を行った。その結果、電圧印加に伴うアニオン移動が変形の戻り現象を誘起していることを明らかにした。また、電極膜中あるいは電解質膜中のイオン液体量を調整することにより変形の戻り現象を抑制することに成功した。添加物によるアクチュエータ性能の改善及びメカニズム解析の成果を国内外の学会およびシンポジウムで発表した(3件)。研究実績の概要でも述べたように、今年度開始当初予定していた電極膜の成分比を調整することによりアクチュエータ特性を最適化するための条件を見出すことができた。その結果、開始当時に比べ、発生力をほぼ落とすことなく、伸縮率を2倍程度向上させることに成功した。その成果を国内外の学会で発表し、プロシーディングスにまとめた。その他、特許(1件)を出願した。また、種々のイオン液体を電解質として試すことにより、変形応答のメカニズムについても知見を得ることが出来た。次年度以降は電極薄膜の積層化による性能の向上を図る。積層化の方法および電圧の印可方法を工夫することにより、性能のさらなる向上を目指す。また、キャパシタンス測定など電気化学的特性を詳細に調べることにより、今年度明らかになった変形メカニズムの結果と合わせて、さらに詳細なメカニズム解析を行い、モデル化を目指す。今年度、アクチュエータ作成条件を最適化し、発生力を向上させるために厚膜化を試みた。しかし、単純な厚膜化では、発生力は向上するものの、それに伴い伸縮率が減少してしまう。そこで、次年度以降は電極薄膜の積層化による性能の向上を図る。また、キャパシタンス測定など電気化学的特性を詳細に調べることにより、変形のメカニズム解析とモデル化を行う。今年度同様、次年度も多くは消耗品の購入に当てる。
成分栄養剤「エレンタールR配合内用剤」の経口摂取支援に関する検討

【目的】エレンタール^[○!R]配合内容剤(以下、エレンタール)は独特の味や香りがあるため、経口補助として多種のフレーバー等が用意されている。中でも、ゼリー状にできるゼリーミックスは、独特な風味の軽減だけでなく、浸透圧が無くなり水分量も減るため下痢の改善も期待できる。従来品のゼリーミックスは熱湯を用いて調製する必要があり調製方法が煩雑であったが、最近調製が箇便な「水で作れるゼリーミックス(以下、水ゼリーミックス)」が使用可能となった。そこで今回、エレンタールの経口摂取支援の目的で、水以外の飲料水を用いた水ゼリーミックスによるゼリー化、および規定量の水より少量の水でのゼリー化が可能か検討した。【方法】水ゼリーミックスの既定の調製方法のうち、水150mLを他の飲料水150mLに置き換えてゼリー化が可能か検討した。飲料水としては、オレンジジュース、りんごジュース、トマトジュース、野菜ジュース、スホーツ飲料(ポカリスエット)、コーヒー、ココア、紅茶、コンソメスープ、コーンポタージュを使用した。味の評価は、栄養士9名、薬剤師22名を対象に試食会を開催し、4段階評価で行った。また、既定の水量150mLを, 10mLずつ100mLまで減らし、他の調整方法は変えずに水ゼリーミックスでゼリー化可能か検討した。フレーバーは専用の青りんごを用いた。味の評価は、薬剤師8名を対象に試食会を開催し、4段階評価で行った。【結果】今回検討した飲料水は全てゼリー化可能であった。飲料水で作成したゼリーの味の評価において、「好き」と回答した人が最も多かったのは、ココア、コーンホタージュであり、エレンタールの味を完全にマスクしているという感想が多かった。水は100mLまで減らしてゼリー化することが可能だった。水を減らすことでゼリー化するまでの時間が早くなり、100mLでは振り混ぜる途中で固まりはじめた。また、水を減らすと通常より硬いゼリーができたが、味の評価に大差はなく、摂取するうえで大きな問題はなかった。【考察】水ゼリーミックスを使用すると、既定の水の量を減らしたり、水を他の飲料水に置き換えてもエレンタールをゼリー化することができた。今回検討した飲料水以外でも、簡単にゼリー化することができる可能性がある。飲料水で作成したゼリーの味は、全体的な評価が低いものであっても好きと感じる人もおり、個人差があった。飲料水でエレンタールゼリーを作成することは、ゼリーの味のバリエーションを増やす上で有用であり、エレンタールの経口摂取支援の一助となることが示唆された。
ヴェトナム系アメリカ人アーティスト　ディン・Q・レによるヴェトナム戦争表象

ヴェトナム戦争表象は米兵の経験に焦点を当て、ヴェトナムの視点が欠落していると違和感を覚えたヴェトナム系アメリカ人アーティストのディン・Q・レは〈ヴェトナムの声〉を意欲的に作品に取り入れようと試みる。レの作品は視覚芸術が中心であるため、先行研究は美術研究の文脈で分析し、評価したものがほとんどである。しかし、レの作品は米国で発表された過去のヴェトナム戦争表象を換骨奪胎して、新たな作品へと創造したものが多く、ヴェトナム戦争表象の流れの中で分析し、考察する必要がある。本研究ではレが過去の作品をレがどのように再構築し、ヴェトナム戦争表象の流れにどのような異議申し立てをしようとしているかを明らかにする。