hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
CGキャラクタとロボットが共存するVR環境の構築

本研究はゲーム,ストーリーテリング,e-Learningなどのインタラクションシステムにおいて,CGキャラクタとロボットが共存するVR環境を構築する基本技術の開発が大きな目的である.本年度はまず人型のCGキャラクタの制御規則の拡張を行った.物語のコンテンツに登場するCGキャラクタは,動物や想像上の生物など人型以外のキャラクタも存在し,人型のCGキャラクタと同様にアニメーションで動きを与える必要がある.昨年度に策定したCGキャラクタとロボットの共通制御機構を用いて駆動箇所数を保持しつつ,駆動箇所を犬や馬などの四足歩行動物,鳥,魚などの関節に適宜変換して動作するしくみを検討して規格を考案し,システム上での利用を可能にした.これにより,童話や昔話など幅広いストーリーコンテンツに対応することが可能となり,システムの表現の幅を拡げた.また,CGキャラクタとロボットの最小単位のモーションデータを作成するモーションエディタがそれぞれ別のエディタを利用していたが,制御データの共通化に伴い1つのモーションエディタでデータが作成できるようにエディタを開発し,コンテンツデータ作成の効率化を実現した.CGキャラクタやロボットを利用したインタラクティブなコンテンツ作成は簡単なスクリプト言語で行い,システムの利用例としてCGキャラクタとロボットが同じ楽曲に合わせてダンスを踊るものや,日本昔話をテーマにしたストーリー体験型コンテンツを作成した.本システムについて,実際にコンテンツ作成作業をしてもらった被験者のアンケートでは,スクリプトからのロボットの制御の手軽さ,シンプルなしくみを持つ点で良い評価を得られた.本研究はゲーム,ストーリーテリング,e-Learningなどのインタラクションシステムにおいて,CGキャラクタとロボットが共存するVR環境を構築する基本技術を開発する事が大きな目的である.まず,CGキャラクタとロボットの共通制御データを処理する基幹部分となるCGキャラクタの基本的なモーション制御プログラムを作成した.関節角度を直接指定するのではなく,半自律型の制御が可能となっており,そのエンジン部分をe-Learningシステムに適用した研究成果を国際会議で発表した.人型を基本的なCGキャラクタモデルとしてデザインし,小型二足歩行ロボットの制御を考慮した制御規則を作成した.CGキャラクタとの共存に適したロボットの動作速度と時間分解能について,ロボットの駆動箇所を21個として関節部の構造や機構を検討した.数種類のモータと関節の形状を試作し,試行錯誤の結果CGキャラクタとの共存に適した制御が可能なロボット機構を取得した.CGキャラクタに比べロボットはモータの駆動による動作の遅延が発生するため,スケジューリングされた時系列のモーションデータと実際の姿勢変化に誤差が生じる.誤差の補正にはニューラルネットワークを導入し,ロボットの姿勢変化のパターンにおいて誤差を学習し,適宜補正を行う処理を行った.これにより,ほぼ誤差なくCGキャラクタとの同期を取ることが可能となった.共通化した制御規則および制御データにより,コンテンツ作成者側からはCGキャラクタと二足歩行ロボットの物理的な種別を意識せずに制御が可能となり,CGキャラクタとロボットが共存したVR環境の利用がより身近なものとなったと考えられる.本研究はゲーム,ストーリーテリング,e-Learningなどのインタラクションシステムにおいて,CGキャラクタとロボットが共存するVR環境を構築する基本技術の開発が大きな目的である.本年度はまず人型のCGキャラクタの制御規則の拡張を行った.物語のコンテンツに登場するCGキャラクタは,動物や想像上の生物など人型以外のキャラクタも存在し,人型のCGキャラクタと同様にアニメーションで動きを与える必要がある.昨年度に策定したCGキャラクタとロボットの共通制御機構を用いて駆動箇所数を保持しつつ,駆動箇所を犬や馬などの四足歩行動物,鳥,魚などの関節に適宜変換して動作するしくみを検討して規格を考案し,システム上での利用を可能にした.これにより,童話や昔話など幅広いストーリーコンテンツに対応することが可能となり,システムの表現の幅を拡げた.また,CGキャラクタとロボットの最小単位のモーションデータを作成するモーションエディタがそれぞれ別のエディタを利用していたが,制御データの共通化に伴い1つのモーションエディタでデータが作成できるようにエディタを開発し,コンテンツデータ作成の効率化を実現した.CGキャラクタやロボットを利用したインタラクティブなコンテンツ作成は簡単なスクリプト言語で行い,システムの利用例としてCGキャラクタとロボットが同じ楽曲に合わせてダンスを踊るものや,日本昔話をテーマにしたストーリー体験型コンテンツを作成した.本システムについて,実際にコンテンツ作成作業をしてもらった被験者のアンケートでは,スクリプトからのロボットの制御の手軽さ,シンプルなしくみを持つ点で良い評価を得られた.
ライム病ボレリアの進化遺伝学的研究と媒介マダニの系統解析

マダニ属ダニ11種(タネガタマダニ、I.pavlovskyi、シュルツエマダニ、フサマダニ、アサヌママダニ、I.ricinus、タヌキマダニ、ヒトツトゲマダニ、アカコッコマダニ、ヤマトマダニ、I.garnulatus)55個体からDNAを抽出して、PCR法によりリボソームRNA遺伝子間のスペーサー領域の増幅、塩基配列を解析した。配列は約700塩基対からなりそれぞれのマダニ種に特異的な配列を有していた。これらの配列からそれぞれ塩基置換率を計算、similarity matrixを作成さらに近接結合法により系統樹を作成した。またこの系統樹には北米大陸に分布するI.pacificusおよびI.scapularisも加えた。この系統樹において、Ixodes ricinus species complexに属するマダニはすべて近縁でそれぞれ10%以内のクラスターを形成したが、その他のマダニ種はそれ以上、最大70%の差が認められた。さらにこれまでマダニ属での位置づけが明確でなかったフサマダニはマダニ属において最も遺伝的に差の大きい種であることが明らかにされた。これまでマダニの分類は形態による分類のみであったが、本実験による塩基配列を用いた分類はこの形態分類によく一致し、しかも遺伝的距離関係が数値で表せるという利点が有り有用であることが明らかになった。さらに、以前の我々のボレリアに関する研究結果と併せて考察すると、ボレリアの種別とマダニの分類は完全に一致しており、マダニの進化分化につれて寄生ボレリアも適応進化してきたことが本実験によって明らかにすることができた。
ソフト化学的手法を用いた新奇物質の探索

1.コバルト固溶系MnO2ナノシート(Mn1-xCoxO2)のワンポット合成申請者の開発したMnO2ナノシートのワンポット合成法を拡張し、コバルト固溶系のMnO2ナノシート,(Mn1-xCox)O2のボトムアップ合成を行った.MnCl2とCoCl2の混合水溶液を出発物質として固溶系ナノシート(Mn1-xCox)O2を合成し,XRD測定とEDS組成分析によりCoの固溶限界はx0=0.20付近であることを明らかにした.Coの固溶はUV-visスペクトルの吸収端の変化や,磁性変化からも確認されている.磁性の変化と組成変化を検証すると,Coは全て三価としてMnO2層に固溶しており,また無機層の電荷密度は固溶によってほとんど影響を受けないことが明らかとなった.2.層状有機無機複合体(n-ブチルアンモニウム/MnO2)のワンポット合成での反応過程の調査ワンポット合成法で用いる有機塩基に直鎖アミンを用いると、室温一日で層状の有機無機複合体が形成することが分かった。申請者はn-ブチルアンモニウム/MnO2層状複合体をボトムアッププロセスにより合成し,その反応機構を検討した.層状複合体の形成はXRDとIRによって確認し,また合成過程で得られる沈殿を反応時間ごとに回収し,そのXRDパターンと,赤外吸収スペクトル(IR),および反応溶液のpHを検討することで,本ボトムアッププロセスでは(1)β-MnOOHの形成と結晶成長,(2)β-MnOOHのトポタクティック酸化によるHxMnO2・yH2Oの形成,および(3)HxMnO2・yH2O層間のH+イオンと有機塩基との酸塩基反応(イオン交換反応)という三つの過程を経て有機/無機層状複合体に至る事を明らかにした.反応の類似性から、MnO2ナノシートも同様の反応過程を経由して形成しているものと思われる。3.MnO2ナノシート単層での電極材料への応用単層のMnO2ナノシートとアセチレンブラック(AB)から成るコンポジット電極(MnO2/AB)の構造と擬似キャパシタとしての電気化学特性を評価した.MnO2ナノシートのコロイド溶液にABを添加撹絆する事でMnO2/ABを作成した.得られたMnO2/ABのXRDパターンはAB由来のピークとMnO2の面内反射(100,および110)のみを示し,面間反射は示さない.この結果と,ボトムアップ合成法で得られるナノシートの単層率の高さとから,AB上に吸着されたABは積層構造を形成せず,単層でAB上に吸着されていると結論した.このコンポジットの定電流充放電測定による容量はMnO2当たり400mAh/g,サイクリックボルタンメトリー(CV)による容量は739F/gと大きな値を示すことを明らかにした.当初の目標は、(1)MnO2ナノシートのワンポット合成における反応機構解析、(2)MnO2ナノシートの電極材料への応用、(3)層状水酸化物を経由したCoO2ナノシートの合成、の3つであった。これのうち(1)と(2)については研究が完了しており、一方は論文掲載済み、他方は現在投稿中となっている。(3)については期間内に達成できなかったが、副産物的に溶液合成によってNaxCoO2が形成するという興味深い結果が得られた。この研究課題については目標は達成できたと考えている。今後は、ナノシートを中心とした電極材料の開発に注力し、特にマンガン系での容量とサイクル特性を向上するためのアプローチを模索中である。1.MnO_2ナノシートの形成機構の解明一段階酸化法は簡便かつ高速で酸化物ナノシートを得られるが,未だその形成機構に関する実験データが得られていない.反応中間体の構造やナノシート収率の時間変化に関する情報は,一段階溶液法を他の酸化物の系に応用する上で重要である.申請者は一段階溶液合成法の反応機構を,反応時間ごとに回収した試料のXRD,IRおよび元素分析等を用いて詳細に解析し,反応中間体と形成機構を明らかにした.その結果,一段階溶液合成法ではまず層状オキシ水酸化物がアルカリ性溶液中で形成したのち,酸化剤による酸化と有機イオンとのイオン交換反応を経て反応が進行することが明らかとなった.これにより,層状オキシ水酸化物を有機イオン存在下で酸化することでナノシートや有機/無機複合体を得られる事が示され,一段階溶液法を応用できる物質の幅が広がった.2.CoO_2ナノシートの合成CoO_2ナノシートを得ることができれば透明伝導膜や高効率電極材料,高効率熱電材料の開発が可能となるのみならず,エキゾチックな物性を示す二次元電子ガスとして物性研究の舞台となるため,ナノシート化がもたらすインパクトは物性研究・材料開発の面で多大である.しかしながら,CoO_2層の電荷密度は比較的高いため,イオン交換反応で層間距離を広げる剥離剤の挿入が困難である.CoO_2ナノシートを得るためにはこの剥離剤の挿入が不可欠であるが,申請者は層間距離の大きく広がった層状水酸化物を前駆体に,これを剥離剤の存在下で化学酸化することで,剥離剤(四級アンモニウムイオン)の挿入した層状コバルト酸化物を得ることに成功した.

コバルト酸化物に四級アンモニウムが挿入した例はこれが初であり,ナノシート化に大きく近づいたと言える.剥離はこの物質のCoO_2層を酸化し,無機層の負電荷を低減することで達成できると考えられ,現在酸化剤を検討中である.1.コバルト固溶系MnO2ナノシート(Mn1-xCoxO2)のワンポット合成申請者の開発したMnO2ナノシートのワンポット合成法を拡張し、コバルト固溶系のMnO2ナノシート,(Mn1-xCox)O2のボトムアップ合成を行った.MnCl2とCoCl2の混合水溶液を出発物質として固溶系ナノシート(Mn1-xCox)O2を合成し,XRD測定とEDS組成分析によりCoの固溶限界はx0=0.20付近であることを明らかにした.Coの固溶はUV-visスペクトルの吸収端の変化や,磁性変化からも確認されている.磁性の変化と組成変化を検証すると,Coは全て三価としてMnO2層に固溶しており,また無機層の電荷密度は固溶によってほとんど影響を受けないことが明らかとなった.2.層状有機無機複合体(n-ブチルアンモニウム/MnO2)のワンポット合成での反応過程の調査ワンポット合成法で用いる有機塩基に直鎖アミンを用いると、室温一日で層状の有機無機複合体が形成することが分かった。申請者はn-ブチルアンモニウム/MnO2層状複合体をボトムアッププロセスにより合成し,その反応機構を検討した.層状複合体の形成はXRDとIRによって確認し,また合成過程で得られる沈殿を反応時間ごとに回収し,そのXRDパターンと,赤外吸収スペクトル(IR),および反応溶液のpHを検討することで,本ボトムアッププロセスでは(1)β-MnOOHの形成と結晶成長,(2)β-MnOOHのトポタクティック酸化によるHxMnO2・yH2Oの形成,および(3)HxMnO2・yH2O層間のH+イオンと有機塩基との酸塩基反応(イオン交換反応)という三つの過程を経て有機/無機層状複合体に至る事を明らかにした.反応の類似性から、MnO2ナノシートも同様の反応過程を経由して形成しているものと思われる。3.MnO2ナノシート単層での電極材料への応用単層のMnO2ナノシートとアセチレンブラック(AB)から成るコンポジット電極(MnO2/AB)の構造と擬似キャパシタとしての電気化学特性を評価した.MnO2ナノシートのコロイド溶液にABを添加撹絆する事でMnO2/ABを作成した.得られたMnO2/ABのXRDパターンはAB由来のピークとMnO2の面内反射(100,および110)のみを示し,面間反射は示さない.この結果と,ボトムアップ合成法で得られるナノシートの単層率の高さとから,AB上に吸着されたABは積層構造を形成せず,単層でAB上に吸着されていると結論した.このコンポジットの定電流充放電測定による容量はMnO2当たり400mAh/g,サイクリックボルタンメトリー(CV)による容量は739F/gと大きな値を示すことを明らかにした.当初の目標は、(1)MnO2ナノシートのワンポット合成における反応機構解析、(2)MnO2ナノシートの電極材料への応用、(3)層状水酸化物を経由したCoO2ナノシートの合成、の3つであった。これのうち(1)と(2)については研究が完了しており、一方は論文掲載済み、他方は現在投稿中となっている。(3)については期間内に達成できなかったが、副産物的に溶液合成によってNaxCoO2が形成するという興味深い結果が得られた。この研究課題については目標は達成できたと考えている。今後は、ナノシートを中心とした電極材料の開発に注力し、特にマンガン系での容量とサイクル特性を向上するためのアプローチを模索中である。
歯あるいは顎の大きさをきめる分子メカニズムの解明にむけた基礎的研究

マウス咽頭・喉頭のcDNAライブラリーを構築し、特異的遺伝子を検索した。その結果、マウス咽頭・喉頭に特異的に発現する遺伝子を見い出し、IF5と名づけた。この遺伝子のmRNAはマウスの気管、鼻腔、卵管、精巣上体頭部など線毛の機能の発達した組織にも発現していた。しかし、食道、腸、肝臓など他の組織ではまったく発現が観察できなかった。このことから、IF5は咽頭・喉頭にも存在する線毛上皮細胞に関与している可能性が考えられた。さらに、この遺伝子の咽頭における発現の加齢による影響を調べた。その結果、4週齢では高発現していたIF5 mRNAは10週齢から減少し、48週齢ではほとんど発現が観察できなかった。口腔上皮細胞にも発現していることがわかった。今後1.in vivo系においてメカニカルストレスが顎発育にどのような影響を与えるかを調べる。対照群と瘢痕組織群(口蓋部)方法:ステンレススチールワイヤー、直径0.08インチを使用する。ヘリカルを用いたスプリングを作製し、そのスプリングをマウスの前歯にエッチング処置を施しレジン系接着剤にて装着する。左右臼歯部の口蓋側にスプリングの脚部を接触させ拡大力をかける。対照群マウスと比較し、どのように上顎骨の形態や大きさが変化するか検討する2.瘢痕組織群(口蓋部)においてのIF5の関連性を調べる。マウスを用い口蓋粘膜に瘢痕組織を作製。瘢痕組織における創傷治癒の過程でのIF5の発現の確認。歯あるいは顎の大きさをきめる分子メカニズムの解明にむけた基礎的研究を行う。歯の大きさを決定する要因をしらべるために、歯胚のin vitor培養系をもちい、歯胚の成長におよぼす各種のプロスタグランジン、ホルモン、ビタミン、さらには、内分泌かく乱物質の影響をしらべる。または、顎の大きさを決定する要因をしらべるために、最終的には歯槽骨由来、破骨細胞および骨芽細胞をもちいin vitro系で、これらの細胞の分化や増殖におよぼす各種のプロスタグランジン、ホルモン、ビタミン、さらには、内分泌かく乱物質の影響をしらべる。まず顎の成長発育について調べるために、in vitro系の研究に先立ち、in vivo系においてメカニカルストレスが顎発育にどのような影響を与えるかを調べている。方法:ステンレススチールワイヤー、直径0.08インチを使用した。ヘリカルを用いたスプリングを作製し、そのスプリングをマウスの前歯にエッチング処置を施しレジン系接着剤にて装着した。対照群マウスと比較し、どのように上顎骨の形態や大きさが変化するか検討している。メカニカルストレスが顎発育や口蓋粘膜にどのような影響を与えるかを調べている。ここで意味するメカニカルストレスとはいわゆる歯を介して歯や顎骨、口腔組織に伝わる矯正力のことである。方法:ステンレススチールワイヤー、直径0.08インチを使用。ヘリカルを用いたスプリングを作製し、そのスプリングをマウスの前歯にエッチング処置を施しレジン系接着剤にて装着。対照群マウスと比較し、上顎骨の形態や大きさ、また口蓋粘膜の構造がどのように変化するか検討している。検討項目:至適な力の検討-マウスの歯に対する至適矯正力(5g,10g,15g)をかけた。装置のヘリカルの大きさは一定させスプリングの活性化量を変化させた。力をかけてからどのくらいで効果を評価するかを検討した。長期間口腔内で保持できるような装置の形態(口蓋側から力をかけるタイプ、頬側から力をかけるタイプ)

歯槽骨、口蓋粘膜の構造変化を切片試料にて観察。評価する部位を口蓋粘膜とした場合口蓋側から力をかけるタイプのものが適切であることがわかった。
高強度EUVパルス光を用いたワイドバンドギャップ材料プロセシング

SiおよびSiC薄膜の分析を行なった。Siに関しては前年度の結果で膜厚28.0 nm、密度1.8 g/cm3であり、SiCに関しては膜厚57.0 nm、密度1.72 nmであった。成膜に用いたSiCターゲットの密度は3.15 g/cm3であるため、こちらも疎に堆積していることを示す。得られたSi, SiC薄膜それぞれに対し、XRD (X線回折法)を用いて結晶構造の分析を行なったが、共に回折ピークは観測されなかった。高強度EUV光照射により薄膜は形成できるものの、特にWBG材料薄膜に機能性を付与するには、成膜中または成膜後における結晶化が必要であるという結論に至った。一方代表者らの過去の研究から、高フルエンス低強度EUV光照射による極浅表面ナノ粒子のコロニー化が観測されていることに着想を得て、SiC薄膜に低強度EUV光を照射し焼結を試みた。照射後のSiC膜厚、密度は59.6 nm、および1.70 g/cm3と大きく変化が無かったものの、AFM分析により100 nm程度であった粒径が、照射後1 um程度のコロニーを形成していることが分かった。この薄膜をXRD分析した結果、回折ピークが検出された。比較実験として、532 nmのYAGレーザー二倍波を用いて同条件で成膜を行なった。XRR (X線反射)分析の結果に振動スペクトルが検出されず、薄膜が均一に堆積していないことを示した。当該年度はスイス連邦材料試験研究所(EMPA)において、放電プラズマEUV光源の材料プロセス利用の可能性を検討した。放電プラズマEUV光源は装置の運転の容易さ、デブリフリーな点などで利点があるが、物質アブレーションの実績が無いためまずはEUVパラメータを求めた。10-20 nm領域に輝線ピークが観測され、本研究で対象とする100 eV前後のEUV光の利用が可能であることが分かった。当初の計画で予定していた薄膜評価、EUV対レーザー特性比較に関しては実験が完了したものの、考察が完了しておらず、次年度へ持ち越しとなった。また微細加工に関しては、アブレーション特性の評価という形で、Si, AlN, SiC,ガラスへの照射を行なったが、こちらも分析が完了していない。一方、レーザープラズマ駆動EUV光源の強みと弱点が明らかになってきており、平行して放電プラズマEUV光源の国際共同研究に着手したことは当初の計画を超える進捗である。相手方は材料試験、材料研究の専門機関であるため、最終年度必要となる材料分析への寄与が期待される。2年度目までに、最大の問題であった薄膜へのデブリ堆積を解決し、成膜手法と分析手法を確立した。最終年度においては、各種材料のEUVアブレーション特性の、レーザーとの比較を行いEUV光利用における利点、優位となる材料を明らかにする。この研究には、スイス連邦材料試験研究所でのアブレーション実験と材料分析も利用する。またWBG材料研究者の助力を得て薄膜分析(結晶性、電気的特性、ドロップレット堆積量など)を進める。以上により、EUVアブレーションによる成膜の可能性および、従来光との際を明らかにし取りまとめる。本研究では、レーザー駆動高強度極端紫外(EUV)パルス光を用いてワイドバンドギャップ(WBG)材料、また透明材料をアブレートさせることによる新しい材料プロセシングの可能性を明らかにすることを目的として実施しており、薄膜生成(成膜)を中心に研究を遂行している。当該年度は光源からの高速Xeによる集光回転楕円鏡由来のAuデブリ抑制システムの定量評価を行った。二枚の回転楕円鏡とその間の中間集光点を取り囲むように設置した物理シールドからなる光学配置に対し、先行研究では検出限界(0.01%)以下までのデブリ抑制能力が確認されている。当該年度はXeイオンとスパッタされたAu粒子の絶対量を、Xeイオンの角度分布エネルギー分布計測と、そのデータを用いたTRIM計算により求め、ターゲットに到達するAu粒子は工夫を施さない一枚回転楕円鏡の配置と比較し3桁抑制されることを明らかにした。この提案したデブリ抑制方式が有効であることが明らかとなったため、今後使用していく方針とした。以上の結果に関して、春季応用物理学会で成果発表を行いOptics Expressに論文を投稿中である。Siの成膜では目視でも膜の形成が確認された。XRR(X線反射法)分析を行い、28 nmの膜厚であることが分かった。これは薄膜としての分析を今後行っていくにあたり十分な膜厚である。また密度は1.8 g/cm3であり、Siの2.33 g/cm^3よりも小さかった。理由として基盤加熱などをせずに成膜した結果、焼結が起こらず粒子が疎に堆積していることを示している事が考えられる。更に代表的なWBG材料としてSiC (amorphous)の成膜にチャレンジしSiCのプラズマを伴うアブレーションを確認、薄膜形成の目視での確認まで研究を進めた。このことにより本研究で用いているEUV光が、成膜可能な強度と不純物抑制能力を持つことを実証した。

当初の計画では当該年度では電場を用いたイオン偏向によるデブリ抑制装置を設置する予定であったが、光学配置を利用したPT, TT方式のデブリ抑制が実験的にも計算からも十分有効である事、また実験的にXeイオンの角度分布を求めた結果、光源からの軸に対して60度以上の広がりを持つ事が明らかになったことから、電場によるデブリ抑制方法の有効性が必ずしも高くないとの結論に至った。このことより、研究を前倒しに進める事ができた。Siに関しては膜厚や密度の分析を完了した。また、30年度以降に予定していたSiCの成膜に前倒しで着手し、目視での薄膜形成の確認まで研究を進める事ができた。SiおよびSiC薄膜の分析を行なった。Siに関しては前年度の結果で膜厚28.0 nm、密度1.8 g/cm3であり、SiCに関しては膜厚57.0 nm、密度1.72 nmであった。成膜に用いたSiCターゲットの密度は3.15 g/cm3であるため、こちらも疎に堆積していることを示す。得られたSi, SiC薄膜それぞれに対し、XRD (X線回折法)を用いて結晶構造の分析を行なったが、共に回折ピークは観測されなかった。高強度EUV光照射により薄膜は形成できるものの、特にWBG材料薄膜に機能性を付与するには、成膜中または成膜後における結晶化が必要であるという結論に至った。一方代表者らの過去の研究から、高フルエンス低強度EUV光照射による極浅表面ナノ粒子のコロニー化が観測されていることに着想を得て、SiC薄膜に低強度EUV光を照射し焼結を試みた。照射後のSiC膜厚、密度は59.6 nm、および1.70 g/cm3と大きく変化が無かったものの、AFM分析により100 nm程度であった粒径が、照射後1 um程度のコロニーを形成していることが分かった。この薄膜をXRD分析した結果、回折ピークが検出された。比較実験として、532 nmのYAGレーザー二倍波を用いて同条件で成膜を行なった。XRR (X線反射)分析の結果に振動スペクトルが検出されず、薄膜が均一に堆積していないことを示した。当該年度はスイス連邦材料試験研究所(EMPA)において、放電プラズマEUV光源の材料プロセス利用の可能性を検討した。放電プラズマEUV光源は装置の運転の容易さ、デブリフリーな点などで利点があるが、物質アブレーションの実績が無いためまずはEUVパラメータを求めた。10-20 nm領域に輝線ピークが観測され、本研究で対象とする100 eV前後のEUV光の利用が可能であることが分かった。当初の計画で予定していた薄膜評価、EUV対レーザー特性比較に関しては実験が完了したものの、考察が完了しておらず、次年度へ持ち越しとなった。また微細加工に関しては、アブレーション特性の評価という形で、Si, AlN, SiC,ガラスへの照射を行なったが、こちらも分析が完了していない。一方、レーザープラズマ駆動EUV光源の強みと弱点が明らかになってきており、平行して放電プラズマEUV光源の国際共同研究に着手したことは当初の計画を超える進捗である。相手方は材料試験、材料研究の専門機関であるため、最終年度必要となる材料分析への寄与が期待される。30年度は29年度で完成させたデブリ抑制システムを用いて、WBG材料などのターゲット材料へのEUV光照射をし、アブレーションによる成膜を中心に研究を遂行する。具体的には得られた薄膜の分析と、従来光との比較である。得られた薄膜はX線回折や走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、蛍光X線分析により、結晶性や構造、含有元素組成比を評価する。分析方法や分析パラメータは各種材料分析のノウハウを持つ安田と連携を取って決定していく。
歩行中の力学的エネルギー変換効率評価システムの開発と臨床評価

身体質量重心の力学的エネルギー変換効率は、歩行中の重力の効率利用の程度を定量的に表す指標である。従来の算出手法では、三次元動作解析装置や床反力計を設置した実験室環境が必要で、臨床現場での評価に障壁になっていた。本研究の目的は、身体質量重心の力学的エネルギー変換効率の評価を臨床現場で可能とするシステムを開発することである。本システムにはKinect V2センサを採用し、歩行中の身体質量重心の位置を自動的に取得し、力学的エネルギー変換効率をリアルタイムに算出するアプリケーションを開発した。本システムと従来手法とのデータの誤差率は1%未満と低く、臨床場面で運用する上では支障のない範囲であった。従来、力学的エネルギー変換効率算出には、床反力計を用いて床反力前後方向成分と鉛直方向成分データから算出する方法と、三次元動作解析装置から求めた身体質量重心の位置情報から算出する方法が存在するが、いずれも大規模な実験室が必要である。H26年度の研究成果としては、新たな手法として、ゲーム用デバイス(Kinectセンサ)を活用し、人間の関節位置をから自動的に取得し、リアルタイムに身体合成重心を描写するアプリケーションを開発した。本研究により開発したKinectセンサ(v1)を用いたシステムと、既存手法である三次元動作解析装置とで健常被験者を同時計測し、身体質量重心の位置情報について精度検証実験を行った。結果としては、Kinect(v1)検出範囲(0.84.0m)の中央付近では比較的良好に身体質量重心位置が得られている一方、検出範囲の境界に近づくと誤差が大きくなった。特にセンサから遠ざかると高周波ノイズの増大とともに計測精度が低下していた。結果の要因としては、Kinectセンサは本来ゲーム用コントローラデバイスであり、プレイ中の使用頻度の低いカメラ距離について計測精度が重視されていないと推察した。今回の研究結果は複数台のKinectセンサを用いたシステム構築により、計測精度が向上する可能性を示唆した。該当研究における平成26年度の研究業績は、国際会議発表2件、国内学会発表7件である。現在はマイクロソフト社より新たにリリースされたKinectセンサ(v2)を活用したシステムを開発し、精度検証実験を進行中である。従来、力学的エネルギー変換効率算出には、床反力計を用いて床反力前後方向成分と鉛直方向成分から算出する方法と、三次元動作解析装置から求めた身体質量重心の位置情報から算出する方法が存在するが、いずれも大規模な実験室が必要である。H26年度の研究成果としては、新たな手法としてゲーム用デバイスであるキネクトv1センサを活用し、体表マーカーが不要で、かつ、リアルタイムに身体合成重心を描写するシステムを開発した。H27年度の研究成果は、マイクロソフト社より新たにリリースされたキネクトv2センサを活用し、キネクトv1センサを用いたシステムとの精度検証を実施した。結果は身体質量重心の検出範囲は、キネクトv2センサの方が遠くまで検出可能で、検出精度も高かった。該当研究におけるH27年度の研究実績は、査読付原著論文1件、国際会議発表2件、国内学会発表5件である。平成27年度の計画は従来法により得られたデータとの差異の検討および誤差を最小化する手法の検討であった。研究計画は概ね順調に進行している。従来、歩行中の力学的エネルギー変換効率を算出するためには、床反力前後方向成分と鉛直方向成分データから算出する方法と三次元動作解析装置を使用し、身体合成重心の軌跡から算出する方法が用いられていたが、いずれも大規模な実験室環境が必要でリハビリテーション現場には普及していない。本研究は、脳血管障害や高齢重複疾患患者などの低歩行能力者を対象に、歩行時の力学的エネルギー変換効率の評価を病院・施設などの臨床現場で容易に可能とするシステムの開発・臨床評価を目的としている。本研究ではキネクトV2センサを活用し、人間の関節および身体質量重心の位置を自動的に取得し、リアルタイムに歩行中の力学的エネルギー変換効率を算出するアプリケーションを開発し、精度検証実験を実施した。提案したシステムと既存手法である三次元動作解析システム(VICONシステム)との誤差率は、1%未満と低く、リハビリテーション場面で歩行評価を行う上で支障のない範囲であった。平成26年度の研究実績は、国際会議発表2件、国内会議発表7件であった。平成27年度の研究実績は、査読付原著論文1件、国際会議発表2件、国内会議発表5件であった。平成28年度の研究実績は、査読付原著論文1件(印刷中)、国内会議発表4件であった。

本システムと従来手法とのデータの誤差率は1%未満と低く、臨床場面で運用する上では支障のない範囲であった。平成26年度の計画は歩行中の力学的エネルギー変換効率を算出するアプリケーションの開発であった。研究計画は概ね順調に進行しており、開発したシステムの精度検証実験に移行している。実施の患者を対象とした臨床評価を計画している。低歩行能力患者を対象とし、補装具を利用する前後のデータを取得し、エネルギー変換効率を評価し、臨床現場での有用性の視点で検証する。人間医工学従来法により得られたデータとの本システムで得られたデータとの差異、および誤差を最小化する手法を検討し、従来法と本システムとの関係性から統計学的な見地から補正アルゴリムの確立を目指す。また、健常者データを蓄積し、フィードバックに必要な基礎データ作成を目標とする。研究成果発表のための学会旅費が当初の予定より支出が多かったが、次年度使用額は74,632円と小額であり、ほぼ計画通り支出した。次年度使用額は2,693円と小額であり、ほぼ計画通り支出した。人件費・謝金、旅費などを中心に支出する計画である。kinectセンサ(v2)や三次元動作解析装置のマーカー、ボディスーツ、学会旅費等に使用する計画である。
Xenopus卵を用いたDNA複製開始機構の研究

DNA Untwisting/Unwinding Factor(DUF)は、二重鎖DNAに負のひねりを加え、かつ二重鎖を巻き戻すことによって、in vitroでDNA複製を開始させる因子として、筆者らによってXenopus卵抽出液から単離された。この因子は、140kDaと96kDaの2種のサブユニット1:1から成る。これまでの研究で、96kDaサブユニット(DUF96)の全アミノ酸配列を決定し、これがマウスT160(V(D)J組換えのシグナル配列に結合する因子)およびヒトSSRP1(抗癌剤シスプラチン付加によって修飾されたDNAに結合する因子)と高い類似性を有することを明らかにした。本研究では、140kDaサブユニット(DUF140)の全アミノ酸配列を決定した。さらに、DUF140に対する抗体を作成し、DNA複製に対する効果を見た。(1)DUF140は出芽酵母のCDC68と約30%の類似性を持ち、N-末端近くには、DNAヘリカーゼモチーフと似た配列が、C-末端付近には酸性アミノ酸に富む部分と核移行シグナルと考えられる塩基性アミノの連続配列が存在することが分かった。(2)E.coli内で発現させたDUF140の部分フラグメントを抗原として、抗-DUF140抗体を作成した。この抗体を用いてXenopus卵無細胞抽出液からDUFを除くと、抽出液のDNA複製活性が顕著に減少することが分かった。また、この抗体を用いてXenopus培養細胞A6を染色すると、低密度で増殖中の細胞は、核が強く染色されたが、高密度の細胞では核の染色が減少することが分かった。このことは、DUF量が細胞増殖能と密接に関連することを示唆する。さらに、増殖中のA6細胞では、かなり顕著な核小体の染色が見られ、DUFが核小体中での転写にも関与する可能性が示唆された。
細胞機能を司るゲノムDNAメチル化の生理的動態ならびに病態解析

<目的>ヒト11p15.5はインプリンティング領域といわれ、遺伝病(Beckwith-Wiedemann症候群)や小児腫瘍を発症する座位として知られている。しかし、その発症機序は解明されていない。我々は現在までにヒトゲノムの当該領域に対応するマウスゲノム領域(7F4/F5)1Mbの中で、500kbに及ぶサブドメインのシークエンスを完了した。ここでは、インプリンティングの生成機構にかかわるDNAメチル化のこのドメインにおける生理的動態の検討と、ヒトにおける病態解析のための基盤情報作りを行った。<結果>マウスNap1l4-Tapa1間のシークエンス結果に伴い、既知遺伝子やCpGislandのマッピングを行った。すでに報告されているヒト配列と比較した結果、p57kip2を含む周辺のゲノム構成に両者間で違いが観察された。ついで、マウスCpG islandのDNAメチル化を解析した。先ずメチル化感受性制限酵素HpaIIを用い、ついでbisulfite法により詳細に解析した。その結果、p57kip2およびその上流は父由来アリル特異的メチル化、Lit1は母由来アリル特異的メチル化が観察された。生殖細胞の観察では、p57kip2の上流(CpG4)では精子にメチル化は観察されなかった。一方、ヒトの解析も行い新しい遺伝子としてKCNQ1DNやC11orf21を同定した。<考察>解析をしたサブドメイン全体の中で組織、時期を問わずアリル特異的メチル化と発現が常に一定なのはp57kip2とLit1である。この中でH19上流のDMRと同じような配偶子インプリントの役割を担うものがあるとすれば候補は絞られるわけで、おそらくLit1のみと考えられ、サブドメインのインプリンティング制御中枢として働いている可能性は高い。
極大地震を受ける冷間成形角形鋼管柱部材の不安定挙動の解明と座屈設計法の合理化

本研究の目的は,鋼構造建築物の柱材として広く使用される冷間成形角形鋼管部材などの正方形中空断面部材の不安定挙動を解明し,局部座屈に対する設計法を合理化することである.平成27年度では,以下の2つを検討した.1.軸圧縮力を受ける正方形中空断面部材の局部座屈性状に及ぼす初期不整の影響実部材が有する初期不整を測定した上で,本年度では正方形中空断面部材の大変形挙動に及ぼす材料的初期不整と幾何学的初期不整の影響を解析によって詳細に検討した.その結果,大変形挙動に及ぼす板要素の元たわみの影響は大きく,材料特性の断面内変化と残留応力と角部曲率半径の影響は大きくないことを明らかにしている.さらに,初期不整の影響に対する知見を踏まえ,最大耐力と塑性変形能力を解析によって検討し,これまでの実験結果も用いて,現在の幅厚比制限値が製造方法と鋼種が異なる正方形中空断面部材に対して妥当であることを示している.2.曲げせん断力を受ける正方形中空断面部材の局部座屈性状まず,最大耐力と塑性変形能力の評価のために,部材形状である辺長比と荷重条件である加力角度や曲げモーメント勾配などに応じた弾性局部座屈耐力と全塑性耐力に基づく基準化幅厚比を提案している.また,曲げせん断力を受ける場合の大変形挙動に及ぼす初期不整の影響と荷重条件の影響を理解した上で,最大耐力と塑性変形能力を解析によって検討し弾性局部座屈耐力による基準化幅厚比を用いて評価している.さらに,これまでの実験結果を用いて,最大耐力と塑性変形能力に及ぼす繰返し荷重の影響を示している.曲げせん断力と軸圧縮力を受ける場合の大変形挙動を検討していないものの,以上の成果は正方形中空断面部材の局部座屈性状の決定要因を明らかにしたものであり,本研究によって曲げせん断力を受ける場合の構造性能を部材形状や荷重条件などに応じた形で合理的に予測することが可能になる.27年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は,鋼構造建築物の柱材として広く使用される冷間成形角形鋼管部材の不安定挙動の解明と局部座屈に対する設計法の合理化を目的としている。平成26年度では,以下の3つを検討した。1.正方形中空断面部材の局部座屈耐力算定二軸曲げせん断力と軸力を受ける正方形中空断面部材の弾性局部座屈耐力を,板要素の連成効果を考慮した形で理論的に導出し,弾性局部座屈耐力を決定する因子の影響を明らかにした。さらに,簡便な連成局部座屈耐力の算定法を提案した。この座屈耐力の算定法によって,板要素の幅厚比と辺長比,曲げモーメント勾配,加力角度,軸力比に応じた合理的な連成局部座屈耐力の算定が可能になる。2.正方形中空断面部材の初期不整試験と数値解析まず,材料的初期不整である断面各部の材料特性,残留応力と幾何学的初期不整である板要素の元たわみを試験によって検討した。試験変数は,正方形中空断面部材の製造方法,鋼種,幅厚比である。冷間成形角形鋼管部材に加えて溶接組立箱形断面部材も対象とした。実部材の初期不整を把握した上で,試験結果に基づく初期不整が正方形中空断面部材の弾塑性挙動に与える影響を有限要素法解析によって検討した。この数値解析によって,各初期不整が正方形中空断面部材の剛性と最大耐力および塑性変形能力に与える影響を把握した。3.正方形中空断面部材の構造実験実部材の弾塑性挙動を構造実験によって検討した。実験変数は,正方形中空断面部材の製造方法,鋼種,幅厚比と荷重条件および荷重履歴である。冷間成形角形鋼管部材と溶接組立箱形断面部材を対象とした。荷重条件は軸圧縮力あるいは二軸曲げせん断力である。二軸曲げせん断力の構造実験において,加力角度と荷重履歴の影響を検討した。この構造実験によって,軸圧縮力あるいは二軸曲げせん断力を受ける正方形中空断面部材の最大耐力と塑性変形能力を把握した。本研究の目的は,鋼構造建築物の柱材として広く使用される冷間成形角形鋼管部材などの正方形中空断面部材の不安定挙動を解明し,局部座屈に対する設計法を合理化することである.平成27年度では,以下の2つを検討した.1.軸圧縮力を受ける正方形中空断面部材の局部座屈性状に及ぼす初期不整の影響実部材が有する初期不整を測定した上で,本年度では正方形中空断面部材の大変形挙動に及ぼす材料的初期不整と幾何学的初期不整の影響を解析によって詳細に検討した.その結果,大変形挙動に及ぼす板要素の元たわみの影響は大きく,材料特性の断面内変化と残留応力と角部曲率半径の影響は大きくないことを明らかにしている.さらに,初期不整の影響に対する知見を踏まえ,最大耐力と塑性変形能力を解析によって検討し,これまでの実験結果も用いて,現在の幅厚比制限値が製造方法と鋼種が異なる正方形中空断面部材に対して妥当であることを示している.2.曲げせん断力を受ける正方形中空断面部材の局部座屈性状

まず,最大耐力と塑性変形能力の評価のために,部材形状である辺長比と荷重条件である加力角度や曲げモーメント勾配などに応じた弾性局部座屈耐力と全塑性耐力に基づく基準化幅厚比を提案している.また,曲げせん断力を受ける場合の大変形挙動に及ぼす初期不整の影響と荷重条件の影響を理解した上で,最大耐力と塑性変形能力を解析によって検討し弾性局部座屈耐力による基準化幅厚比を用いて評価している.さらに,これまでの実験結果を用いて,最大耐力と塑性変形能力に及ぼす繰返し荷重の影響を示している.曲げせん断力と軸圧縮力を受ける場合の大変形挙動を検討していないものの,以上の成果は正方形中空断面部材の局部座屈性状の決定要因を明らかにしたものであり,本研究によって曲げせん断力を受ける場合の構造性能を部材形状や荷重条件などに応じた形で合理的に予測することが可能になる.1.正方形中空断面部材の局部座屈耐力算定については,完了している。2.正方形中空断面部材の初期不整試験と数値解析については,計画通り研究が進展している。製造方法,鋼種,幅厚比が異なる正方形中空断面部材の初期不整と弾塑性挙動に与える初期不整の影響を把握できており,成果が得られている。3.正方形中空断面部材の構造実験については,やや遅れている。荷重条件が軸圧縮力あるいは二軸曲げせん断力の構造実験は完了しているが,荷重条件が曲げせん断力と軸力の構造実験は完了していない。これは,製造方法,鋼種,幅厚比の影響を検討することに時間を要したためである。以上を総合的に考え,おおむね順調に進展していると判断する。27年度が最終年度であるため、記入しない。今後は,曲げせん断力と軸力を受ける正方形中空断面部材の弾塑性挙動を検討する。この検討は構造実験によって行う計画であるが,時間の関係上,構造実験で検討できなかった範囲については,数値解析によって検討する。今後も継続して,冷間成形角形鋼管柱部材を含む正方形中空断面柱部材の不安定挙動の解明と座屈設計法の合理化を目指す。
微分方程式と鏡映群(多面体調和関数・超幾何方程式・パンルヴェ方程式)

1.多面体調和関数論:多面体調和関数全体のなす線形空間の有限次元性や多面体調和関数を特徴付けるホロノミックな編微分方程式系を中心とする多面体調和関数論の一般的理論について研究を進めた。有限鏡映群に対する標準不変式系を導入し,例外型正多面体に対する多面体調和関数を決定した。総合報告を執筆するとともに,日本数学会の企画特別講演において理論の概要を発表した。2.超幾何関数論:孤立特異点に付随する捩れド・ラム・コホモロジー群に対する交点理論を確立した。ウィッテンの捩れラプラシアンに対する熊ノ郷・谷口流の擬微分作用素解析を実行することにより,捩れホッジ・小平分解を構成し,ポアンカレ・セール型の双対性定理を証明した。応用として,一般エアリ関数に付随する捩れ交点行列を歪シューア多項式を用いて具体的に書き下した。また,非同次線形差分作用素に対するある種のコホモロジー理論を展開した。これを合流型超幾何方程式系の隣接関係式に応用しジェブレイ・コホモロジー群を計算した。3.パンルヴェ方程式:パンルヴェ第II方程式の有理解の母関数をエアリ関数の漸近展開係数を用いて書き下した。パンルヴェ第VI方程式の非線形モノドロミーを複素3次曲面へのモジュラー群の作用として具体的に実現した。パンルヴェ第VI方程式とその多変数化であるガルニエ系の相空間を安定放物型接続のモジュライ空間として代数幾何学的に構成した。力学系のアフィン・ワイル群対称性,即ちベックルント変換群をリーマン・ヒルベルト対応の見地から自然に構成した。4.分岐理論の逆問題:特異ウィナー・ホップ型積分方程式の可解性を研究した。この成果を分岐理論における逆問題,更には数理生物学における反応拡散動態モデルに応用した。1.捩れコホモロジー群と超幾何関数の研究:岩崎克則(研究代表者)は捩れde Rhamコホモロジー群の双対性をWitten Laplacianに対する擬微分作用素解析を展開することにより確立した.その結果を論文にまとめると共に,京都大学数理解析研究所における研究集会「微分方程式の超局所解析・漸近解析」その他で発表した.また多変数Airy関数の捩れ交叉行列をskew-Schur多項式を用いて表わす公式を執筆公表した.吉田正章(分担者)は捩れコホモロジー群の交叉理論に関する概説論文を執筆公表した.2.多面体調和関数の研究:岩崎克則は「多面体調和関数のなす関数空間は有限次元である」という基本定理を中心とした,自己の結果の総合報告を執筆公表した.また慶應大学理工学部における研究集会「特殊関数をめぐって」で「多面体調和関数の数理」と題する講演を行った.3.Wiener-Hopf方程式と逆分岐問題の研究:岩崎克則と上村豊(分担者)は従来から行っているWiener-Hopf型積分方程式の研究を数理生態学における逆分岐問題へ応用した.そして人口の反応拡散モデルにおいて,分岐曲線の観測から非線型項を同定する逆問題の可解性を証明した.この結果をまとめた論文は数理生物学の専門誌に受理された.また京都大学数理解析研究所における研究会「関数方程式論の定性的理論とその現象解析への応用」その他で発表した.4.パンルヴェ方程式の研究:渡辺文彦(分担者)はPainleve方程式のq差分版の研究のために線型q差分方程式に対するRiemann-Hilbert問題の可解性を示した.

岩崎克則はPainleve第6方程式の研究に複素3次曲面の理論が有用であるとの着想を得,吉田正章,高野恭一(分担者)との議論を開始した.1.Painleve方程式の研究:岩崎克則(代表者)はPainleve II方程式の有理解に付随する母関数がAiry関数の漸近展開を用いて明示的に書き下せることを発見した(梶原健司と共同).また,Painleve VI方程式の非線型モノドロミーがモジュラー群の複素3次曲面への作用として具体的に表示できることを発見した.2002年2月に九州大学でPainleve方程式に関する小研究会を開催し,津田照久(東大数理)を招聘した.高野恭一(分担者)はPainleve系の初期値空間の合流に関する論文を出版公表した.2.捩れコホモロジー群と超幾何関数の研究:岩崎克則(代表者)は2001年1月に京都大学数理解析研究所における短期共同研究「微分方程式論における積分公式とtwisted cohomology」を主催した.その際に出席者の一部の旅費を本科研費から支出した.吉由正章(分担者)は振れコホモロジー群の交叉理論に関する一連の論文の第4部を三町勝久,落合啓之と共に執筆した.また,3次曲面のモジュライ空間の双曲構造に関する論文をTopology誌上で出版公表した.3.多面体調和関数の研究:岩崎克則(代表者)は大阪大学談話会において「多面体・不変式・調和関数」という題目で講演を行った.また,専門書「多面体の調和関数」の執筆を継続している.更に,松本圭司(北大)験馬厚文との論文を完成させた.4.Wiener-Hopf方程式と逆分岐問題の研究:岩崎克則(代表者)と上村豊(分担者)はWiener-Hopf型積分方程式の研究成果を数理生態学における逆分岐問題へ応用し,生態の反応拡散動態モデルに対する逆問題の可解性を示した.この結果をまとめた論文がJ.Math.Biol.誌上で出版公表された.また,上村は岩崎との共同研究の成果を含む専門書「積分方程式-逆問題の視点から-」を共立出版から出版した.1.パンルヴェ方程式の研究:岩崎克則(代表者)はパンルヴェ第VI方程式をシンプレクティック幾何学の見地から研究する新たな視点を導入した.また齋藤政彦(神戸大)稲場道明(九大)とベクトル束のモジュライ理論の見地からの共同研究を開始した.岩崎は非線型モノドロミーをモジュラー群の複素3次曲面への作用として表現する速報論文を印刷公表した.岩崎克則(代表者)梶原健司(分担者)中村俊哉(岩崎の学生)はパンルヴェ第II程式の有理解の母関数とエアリー関数の関係を明らかにする論文を印刷公表した.高野恭一(分担者)は野海正俊,山田泰彦(神戸大)と共同でパンルヴェ方程式の初期値空間をベックルント変換を使って再構成した.尚,今年度は九大においてパンルヴェ方程式関係の小研究会を活発に開いた.その目的で,竹縄知之,Davide Guzzetti,寺島ひとみ,河井真吾,Marta Mazzocco,津田照久等を招聘した.2.捩れコホモロジー群と超幾何関数の研究:岩崎克則(代表者)は孤立特異点に付随する捩れコホモロジー群の双対定理の論文を印刷公表した.木村弘信(熊本大)は以前に岩崎(代表者)と松本圭司(北大)が得ていた一般エアリー関数に対する捩れ交点理論をベロネーゼ配置の場合に一般化した.神本丈(分担者)はベルグマン核の漸近展開をニュートン図形を用いて構成するという新しい手法を開発した.
超分子科学的アプローチによる階層制御型機能性材料の開発

これまでに、金属錯体と配位子を元素ブロックとして用いて、高分子材料を集積させる新しい高分子接着システムを創製してきた。ホストーゲスト相互作用やボロン酸の水酸基含有化合物との錯体形成、金属錯体と生体高分子との複合体形成を利用して、高分子ヒドロゲルを自己組織化させることができた。本年度は、塩化ルテニウム(RuCl3・nH2O)あるいは塩化ロジウムを含む水溶液を浸漬したポリアクリルアミド(pAAm)ゲルが、金属塩化物を含まないpAAmゲル(以降「fresh pAAmゲル」と記載)と接着する現象を見出した。強い配位部位を持たないpAAmが、金属塩の存在により接着した例は現在までになく、興味深い現象である。塩化ルテニウムあるいは塩化ロジウム水溶液に浸漬したpAAmゲルとfresh pAAmゲルは強く接着し、水中で振とうしても解離しなかった。一方、この2種類の金属塩化物以外の金属塩水溶液を用いた系では、pAAmゲルが接着するような現象は見られなかった。また、ポリ(N,N-ジメチルアクリルアミド)ゲルあるいはポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)ゲルを用いた系では、塩化ルテニウムや塩化ロジウム存在下でも接着は見られなかった。以上のことから、この接着がpAAm、塩化ルテニウムあるいは塩化ロジウムを用いた系において特異的な現象であることが示唆された。接着したゲルの接着強度を、引張試験により定量的に評価した。その結果、ゲルを浸漬させる塩化ルテニウム水溶液の濃度増大に応じて、引張接着力の増強が見られた。尿素(水素結合阻害剤)過剰条件下で、PAAmとRuCl3との凝集体形成が抑制されたことから、水素結合が高分子ヒドロゲルの接着において重要な役割を果たしていると考えられる。26年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は金属イオンあるいは金属錯体を介したゲルの自己集積を検討するために以下の2つの方法論で高分子材料の集積ならびに機能化を行った。(i)金属塩を含む水溶液を浸漬したポリアクリルアミド(pAAm)ゲルが、金属塩を含まないpAAmゲルと接着する現象を見出した。この接着現象に関与する因子の探求を行った。RuCl3水溶液に浸漬したpAAmゲルと金属塩を含まないpAAmゲルは強く接着し、接着したゲルを水中で振とうしても解離しなかった。これに対し、CrCl3、FeSO4、CoCl2、Ni(NO3)2、あるいはCuSO4の各水溶液を用いた系ではpAAmゲルは接着しなかった。この現象は高濃度のRuCl3存在下で見られる現象であることがわかった。RuCl3水溶液を用いても、同一条件下ではカチオン性ゲルもしくはアニオン性ゲルは接着しないことがわかった。このことから、RuCl3水溶液浸漬によるゲル接着現象が、静電相互作用以外の分子間相互作用に由来する可能性が高いと考えられる。また、RuCl3と直鎖状pAAmを水中で混合すると凝集体形成が見られた。(ii)ヘム酵素の一つである西洋わさびペルオキシダーゼ(HRP)から補因子を抜き出したapoHRPと補因子である鉄ポルフィリン(FePor)をそれぞれ導入したアクリルアミドゲルを合成した。これらのゲルが互いに接着することで触媒機能が発現する新しいシステムを構築することに成功した。apoHRPゲルとFePorゲルを接着させると、HPRの基質の一種であるピロガロールの酸化反応が促進された。この酸化反応の速度はゲル中のapoHRPやFePorの導入量やゲルの接着表面積に比例した。反応中にゲルを解離させたり接着させたりすることで、触媒反応の速度を制御できることがわかった。

尿素(水素結合阻害剤)過剰条件下で、PAAmとRuCl3との凝集体形成が抑制されたことから、水素結合が高分子ヒドロゲルの接着において重要な役割を果たしていると考えられる。26年度が最終年度であるため、記入しない。2つの研究方法において予想しなかった現象、あるいは優れた機能を見出すことができた。金属塩の水溶液をポリアクリルアミドゲルに添加した系では、金属イオンの配位子として用いられる有機分子をゲルに導入しなくても、一般的なヒドロゲルを接着させることに成功した。この反応が塩化ルテニウムの場合のみで起こった。アポタンパク質と補因子を導入したシステムでは、2つのヒドロゲルを接着させるだけで触媒反応が起こることを見出すことができた。無機イオンを介したゲルの自己集積配位子が2つ以上配位可能な無機イオン(4配位や6配位型錯体となるもの)を添加するとゲルが集積・接着するような機能化ヒドロゲルシステムを構築する。そのゲルには単座配位子、2座配位子、3座配位子を導入する。水で膨潤したゲルを一辺5 mm程の立方体に切り出し、ゲルを金属イオンを含む水溶液に入れ、ゲル間の接着挙動を観察する。このとき、ゲル表面の配位子密度と金属イオン濃度の比率がゲル接着に重要な因子になると予想される。ゲルに導入する配位子ユニット含有量と金属イオン濃度を可変させながら、注意深く観察する。金属イオンと配位子との錯体形成安定度(錯生成定数)は、予め架橋剤を加えないで重合した配位子含有線状ポリマーと金属イオンを混合したときのNMRシグナルのシフト量をもとに定量化する。この錯生成定数に応じてゲル間の接着力が増大するか否かを観測する。配位子含有ゲルが金属イオン(様々な金属の2価イオンやCuの1価)存在下で接着した場合、接着したゲルの力学特性を評価するためにレオメーターを用いた応力ひずみ測定を行う。有機溶媒中で膨潤するゲルも合成し、金属イオン添加により発現される機能、特性を評価する。ゲルには異なる2種類の配位子導入することも可能である。1つ目の配位子導入ゲルを合成してから、連続してに2つ目の配位子導入ゲルを合成すると2種類の界面が融合し、階層制御型自己組織化ゲルが合成できると考えられる。