hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヒト造血幹/前駆細胞における放射線感受性関与遺伝子の探索

全ての血球を産生する造血幹細胞は、多分化能と自己複製能を有する生体の恒常性において極めて重要な細胞であり、その高い増殖能ゆえに放射線の標的細胞となる。ヒト造血幹/前駆細胞に2GyのX線を照射し、遺伝子プロファイルを網羅的に調べたところ、非照射群に対し照射群ではMyc遺伝子の発現が上昇していると予測された。また照射・非照射群間では、EIF4G1遺伝子、PNO1遺伝子の発現が上昇していた。これら二つの遺伝子はMyc遺伝子の下流遺伝子に属し、細胞死に関与している。Myc遺伝子、EIF4G1遺伝子、PNO1遺伝子は造血幹/前駆細胞の放射線感受性に深く関与している可能性が示唆された。ヒト造血幹細胞は極めて少数しか生体内に存在しない為、その採取や分離精製及び培養評価には困難が伴う。よってヒト造血幹細胞の放射線感受性に関して不明な点が多くなっている。平成26年度はヒト臍帯血より造血幹/前駆細胞(以下:CD34抗原陽性細胞)を高度に分離精製し、分離したCD34抗原陽性細胞にX線を暴露後早期の段階で網羅的遺伝子解析データを算出することで、放射線感受性を司る遺伝子の探索を行った。以下、本年度行った解析項目を示す。1)放射線暴露ヒト造血幹/前駆細胞の網羅的遺伝子解析2)放射線暴露ヒト造血幹/前駆細胞の細胞生物学的、分子生物学的解析CD34抗原陽性細胞に2GyのX線を暴露し、暴露後6時間の時点の遺伝子解析において、様々な遺伝子の発現量が変化している中でも、特に17個の遺伝子の変動が大きいことがわかった。また、様々な遺伝子のregulatorとしての機能を持ち、がん遺伝子の一つとしても知られているMYC遺伝子の発現量がX線暴露後の造血幹細胞内において、特異的に上昇していることが分かった。造血幹細胞は、数日から数十日しか機能しない成熟血球を生涯にわたって産生し続ける生体の恒常性維持に必須の細胞である。しかし、高い増殖能と未分化性を持っているため、放射線感受性が高く、標的となりやすい細胞だと知られている。今年度得られた結果は、がん遺伝子の一つであるMYC遺伝子がヒト造血幹細胞の放射線感受性を左右する重要な因子である可能性を示唆しており、将来的な発がんリスク評価にも直結する非常に貴重な知見が得られた。造血幹細胞は病院より提供していただいたヒト臍帯血より分離精製し各種実験に用いた。造血幹細胞は実験を行う度に臍帯血より分離精製し、実験に使用しない臍帯血は凍結保存していた。しかしながら凍結保存した臍帯血より造血幹細胞の分離精製を試みた際、搾取できる細胞数が減少し、及び凍結のダメージによって機能異常を示す細胞が多く、予定していた解析項目全てを行うことが出来なかった。一方で、放射線暴露後の網羅的遺伝子解析は全て予定通り行うことが出来ているため、次年度は冷凍保存した臍帯血を用いることなく、実験に必要な細胞の確保を出来るよう工夫をする。ヒト臍帯血由来造血幹/前駆細胞(以下:CD34抗原陽性細胞)は多分化能と自己複製能を有する生体において非常に貴重な細胞であるが、その高い増殖能ゆえに放射線の標的細胞となりうることが分かっている。本研究ではCD34抗原陽性細胞の放射線感受性に関与する遺伝子の特徴を明らからにすることを目的として、下記の2項目の実験を行い、以下の結果が得られた。1)造血サイトカインで処理又は未処理の放射線暴露CD34抗原陽性細胞の網羅的遺伝子解析2)造血サイトカインで処理又は未処理の放射線暴露CD34抗原陽性細胞の細胞生物学的、分子生物学的解析分離精製したCD34抗原陽性細胞にX線2Gyを照射し、14日後の骨髄系造血前駆細胞由来コロニーの生存率を観察したところ、生存率は非照射コントロールの約20ー30%まで減少した。また、X線照射6時間後における、造血サイトカインで処理・非処理間、またはX線照射群・非照射群間、で遺伝子プロファイルを網羅的に調べたところ、X線非照射群に対し照射群では比較した全ての条件間でup-stream regulatorとしてMyc遺伝子の発現が上昇していると予測された。またX線照射・非照射群間では、どの条件においても共通してEIF4G1遺伝子、PNO1遺伝子の発現が上昇していた。これら二つの遺伝子はMyc遺伝子の下流遺伝子に属し、アポトーシスやオートファジーなどの細胞死に関与している。さらに造血サイトカインで処理をした群ではこれらの遺伝子の発現上昇率は少なくなっていることからも、Myc遺伝子、EIF4G1遺伝子、PNO1遺伝子は造血幹/前駆細胞の放射線感受性に深く関与している可能性が示唆された。

本年度は、長期冷凍保存した臍帯血からの造血幹細胞の精製制度が想定外に低く、予定していた全ての解析項目を行うことが来なかった。次年度は実験の直近に臍帯血を確保することで細胞の精製精度の問題を解決し、実験推進に努める。27年度が最終年度であるため、記入しない。放射線科学27年度が最終年度であるため、記入しない。
数理計画法のアルゴリズムとその応用に関する諸問題

本研究は, 1988年夏に東京で開催される第13回国際数理計画法シンポジウム(13th International Symposium on Mathematical Programming)に向けてわが国の学界および産業界の研究者と実務者たちを糾合し,数理計画法の理論と応用を総合的な立場から研究することを目的に行なわれた.理論に関しては,線形計画問題の新解法,計算幾何学,ネットワーク理論,非線形最適化のアルゴリズム,ファジイ計画法,均衝計画法,アルコフ決定問題などの研究グループが組織され,様々な研究を行なった.また,応用上は,化学プロセス,金融・投資,鉄鋼業,石油精製,人工知能,ロボット工学,通信ネットワークの最適設計, FMSなどへの応用に見るべきものが多数得られた.これらはすべて日本の研究者がオーガナイザーとなり,今夏の国際会議の特別セッションとして企画を進めている.また, 1987年10月には, 2日間にわたって広島において第8回数理計画法シンポジウム, Japanを開催した.この会議は上記の国際会議の準備会として実施されたもので,発表件数は約20件,参加者は150人に達し活況を呈した.また,この会合には,国際会議の組織母体の1つである国際数理計画法学会の現会長M.Balinski教授が特別参加し,特別講演を行ったほか,日本側関係者と国際会議に関する重点的な打合わせを行なったことを付け加えておく.本研究は, 1988年夏に東京で開催される第13回国際数理計画法シンポジウム(13th International Symposium on Mathematical Programming)に向けてわが国の学界および産業界の研究者と実務者たちを糾合し,数理計画法の理論と応用を総合的な立場から研究することを目的に行なわれた.理論に関しては,線形計画問題の新解法,計算幾何学,ネットワーク理論,非線形最適化のアルゴリズム,ファジイ計画法,均衝計画法,アルコフ決定問題などの研究グループが組織され,様々な研究を行なった.また,応用上は,化学プロセス,金融・投資,鉄鋼業,石油精製,人工知能,ロボット工学,通信ネットワークの最適設計, FMSなどへの応用に見るべきものが多数得られた.これらはすべて日本の研究者がオーガナイザーとなり,今夏の国際会議の特別セッションとして企画を進めている.また, 1987年10月には, 2日間にわたって広島において第8回数理計画法シンポジウム, Japanを開催した.この会議は上記の国際会議の準備会として実施されたもので,発表件数は約20件,参加者は150人に達し活況を呈した.また,この会合には,国際会議の組織母体の1つである国際数理計画法学会の現会長M.Balinski教授が特別参加し,特別講演を行ったほか,日本側関係者と国際会議に関する重点的な打合わせを行なったことを付け加えておく.
敗血症における原因菌の迅速同定技術の開発

敗血症患者の救命において、原因菌に感受性のある抗生剤の早期投与は極めて重要であるが、通常の血液培養検査では24時間以上の時間を要する。この問題に対して、遺伝子増幅法を用いた迅速検査法が幾つか試みられているが、遺伝子増幅前の検体処理として12時間以上の培養が必要であり、十分な迅速性を有するとはいえない。本研究では、血液培養前の血液試料から効率的な細菌遺伝子精製法と、全ての細菌が保有する16SrRNA遺伝子を標的とした遺伝子増幅法による高感度迅速検査法の構築を目指す。これらによって、迅速に原因菌を同定することで敗血症の初期診療において最適な抗生剤の選択が可能となり救命率向上に寄与すると考える。
パーキンソン病モデルマウスを用いた摂食・嚥下障害発症のメカニズム解明と治療戦略

軟食化ならびに社会の高齢化が急速に進むなか、「噛めない」「うまく飲み込めない」児童や、摂食(咀嚼・嚥下)機能障害を持つ高齢者が急増している。しかしながら、病因、病態が不明確なために、診断治療が困難な機能障害が多く存在する。パーキンソン病は、神経伝達物質であるドパミンの不足により、無動、筋強剛、振戦、姿勢反射障害を特徴とする進行性の運動障害を呈する疾患であり、顎口腔領域においては、症状の進行により摂食・嚥下障害を呈することが知られている。パーキンソン病の死因の約60%は誤嚥性肺炎であるという報告もあり、摂食・嚥下障害の機能改善が生命維持にとっても重要であることを示している。これまで、摂食・嚥下機能の評価や診断法の開発が進められてきたが、顎口腔領域の運動を司る神経筋機構の複雑さゆえに、摂食・嚥下機能障害に対しての決定的な治療法が確立されていないのが現状である。本研究は、パーキンソン病モデルマウスを用いて、下顎運動・筋活動などの生体信号を記録することで、摂食機能障害の発症のメカニズムを解明することを目的とする。さらに、病因・病態仮説に基づいた治療戦略を構築し、その有効性を検証することを目指している。本年度は、ドパミン神経細胞死を引き起こすMPTPをマウスに腹腔内投与し、パーキンソン病モデルマウスを構築して、摂食機能障害を明らかにするため、顎・舌機能データを収集する予定であった。しかしながら、揮発性の神経毒であるMPTPの扱いが難しく、本病態モデルマウス作製が困難であったため、計画を変更した。咀嚼機能に関わる神経機構には、GABA受容体が豊富に存在しており、感覚情報伝達や運動制御にGABA入力が大きな役割を果たすと考えられている。そこで、GABAの作動薬あるいは拮抗薬を用いて、摂食(咀嚼・嚥下)機能への影響を検証することとした。当初、摂食機能障害を有するモデルとしてパーキンソン病モデルマウスを用いて、6自由度顎運動・筋活動を計測し、顎・舌機能データを収集することとした。しかしながら、MPTPによる本病態モデルマウス作製が困難であった。このため、計画を変更して、GABAの作動薬あるいは拮抗薬を用いて、摂食(咀嚼・嚥下)機能への影響を検証することとしたため、進捗状況は遅れている。今後は、ドパミン神経細胞死を引き起こす6ーOHDAをマウスの線条体や内側前脳束に脳室内投与し、パーキンソン病モデルを作製する。さらに、本病態マウスを用いて、6自由度顎運動・筋活動計測し、摂食(咀嚼・嚥下)機能障害発症のメカニズムを明らかにする予定である。

さらに、本病態マウスを用いて、6自由度顎運動・筋活動計測し、摂食(咀嚼・嚥下)機能障害発症のメカニズムを明らかにする予定である。
フラーレン各種誘導体の化学構造と抗酸化活性との相関性に関する体系的解析

フラーレン(以下"Flln")各種誘導体の抗酸化活性を比較し各種細胞死への最適な制御法への応用を目指した。(1)Fenton反応、過酸化水素への紫外線B波/A波照射の3種の方法で生成させたHydroxyl radical (・OH)への捕捉能はリポソーム(Lpsm)-FllnがPVP-/_Y-CD-Fllnより大きく経時的保持も優れていてアスコルビン酸(Asc)を凌駕し、Flln不含のLpsm単独では効能が小さかった(DMPO/ESR法)。Fllnの抗酸化容量が大きく、Lpsm中へのFlln分散による・OH捕捉持続力の増強が考えられる。(2)上記(1)の水相に対して油相での抗酸化能はスクワラン(Sqln)-Fllnが優れていてα-TocopherolやAscを凌駕し、Flln不含のSqln単独では効能が小さかった(β-カロテン退色法)。ミクロ環境に依存して最適のFlln誘導体による抗酸化能発揮が考えられる。(3)上記(2)のミクロ環境の他に酸化ストレス剤それ自体の水性/油性の観点から、t-BuOOH, 2, 4-Nonadienal (NDA),過酸化水素の3種によるヒト皮膚角化細胞の細胞死とDNA2本鎖切断はSqln-Fllnで防御され、その大きさはt-BuOOH>NDA>>過酸化水素だった(WST-1法とTUNEL法)。各種酸化ストレス剤とこれ迎撃するFlln誘導体の水溶性/脂溶性に基づく相性が考えられる。(4)酸化ストレス応答性転写因子PPAR-_Yのうち、PPAR-_Y2発現は前駆脂肪細胞OP-9で超高度水酸化Flln(SHHF)で抑制されたが、PPAR-_Y1は差違なく、SHHFよりも水酸化度が小さいFllnは著効でなかった。(5)Sqln-Fllnはヒト皮膚角化細胞HaCaT内部へ半日ほどでほぼ飽和状態まで取込まれ、特に核膜隣接の細胞質に多く分布するが、細胞外排出は数時間で急激に起こった(Flln抗体/免疫染色法)。(1)フラーレン(Flln)各誘導体を作製し、ヒト皮膚角化細胞へのUVA照射による細胞死を防御する活性をWST-1法で測り、PVP-, γ-CD(シクロデキストリン)-,Lipsm(レシチン/ステロール構成リポソーム)-,Sqln(スクワラン)-各Fllnは高活性だった(これらのFlln不含体は無効)。活性本体はFllnで、その存在様式の違いに依って活性大小が左右されると示唆された。(2) H_2O_2&Fe^<2+> (Fenton反応)で生じる"・OH"の消去効果をDMPO/ESRで検出し、水酸化((-OH)_<44>), PVP-, PEG-, Sqln-, LipSm-各Fllnが有効だが、PVP-Fllnは300μM以内が有効で600μM以上で活性低下したが、これはt-BuOOHによる細胞死への防御効果と相関した。H_2O_2&UVA/UVBによる"・OH"の消去効果でも調べ、Lipsm-Fllnは細胞死防御効果を示すUVAで有効だが、UVBでは細胞死防御効果も"・OH"消去効果も見られず、両効果の相関性が示された。(3)水相より脂質相でのフリーラジカルを調べるためβ-カロテン退色法で測り、Fllnの水酸化体やγ-CD体は高活性だが、PVP/PEG/LipsmなどFlln包含体は劣った。脂溶性Flln分子部分が脂質相に接触しうるかが優劣の分れ目であると考えられる。(4)物質レベルより細胞レベルでの抗酸化能が、臨床応用で重要だが、ヒト皮膚角化細胞にUVA照射して生じる細胞内のROOH/ROO・/H_2O_2を検出するCDCFH-DAで測った結果、PVP-, Lipsm-各Fllnが高活性だった。細胞内のO_2・-を検出するNBT法では、水酸化体とLipsm体が高活性だった。

(3)上記(2)のミクロ環境の他に酸化ストレス剤それ自体の水性/油性の観点から、t-BuOOH, 2, 4-Nonadienal (NDA),過酸化水素の3種によるヒト皮膚角化細胞の細胞死とDNA2本鎖切断はSqln-Fllnで防御され、その大きさはt-BuOOH>NDA>>過酸化水素だった(WST-1法とTUNEL法)。各種酸化ストレス剤とこれ迎撃するFlln誘導体の水溶性/脂溶性に基づく相性が考えられる。(4)酸化ストレス応答性転写因子PPAR-_Yのうち、PPAR-_Y2発現は前駆脂肪細胞OP-9で超高度水酸化Flln(SHHF)で抑制されたが、PPAR-_Y1は差違なく、SHHFよりも水酸化度が小さいFllnは著効でなかった。(5)Sqln-Fllnはヒト皮膚角化細胞HaCaT内部へ半日ほどでほぼ飽和状態まで取込まれ、特に核膜隣接の細胞質に多く分布するが、細胞外排出は数時間で急激に起こった(Flln抗体/免疫染色法)。
Blazarの放射機構の研究

主にX線天文衛星「あすか」によるX線観測から活動銀河核、中でもブレザーと呼ばれる天体からの放射機構について研究した。ブレザーには2種類の天体が含まれる。一つはOVVクェーサーまたは高偏極クェーサーと呼ばれるもので、X線スペクトルの指数は-1.7程度の比較的緩かい傾きのスペクトルである。この代表は3C279という天体で、1987年からの長期の観測を行っている。スペクトル指数とX線強度に相関はなく、ほぼ一定である。X線強度は30Ghz付近の電波のスペクトルの勾配と相関があるように思われる。つまりスペクトル指数が正となる場合にX線強度が高いと推定される。放射のモデルでいえば、X線はシンクロトロン光子の逆コンプトン散乱で発生したと考えられる。しかし、ガンマ線との相関は明らかではなく、必ずしも同じ原因とは結論できない。もう一つの代表はとかげ座BL型天体(BL Lac)と呼ばれるものである。この天体からのX線のスペクトル指数は-2.5程度で、強度と指数の間に明確な相関がある。また強度変化にエネルギー依存性があり、エネルギーが高い光子の変化の位相が早い。これは強度変化のピークにも谷にも観測された。これを説明するために、シンクロトロン冷却モデルを考えた。高エネルギー電子の輸送方程式の一般解を見つけ、これを用いて、代表的な初期条件で解くことにより、BL Lacの諸現象を再現できることを示した。
アミロイドβ（Ａβ）の低凝集性・低毒性化を目指したＡβ選択的アセチル化触媒の開発

アルツハイマー病発症にアミロイドβ(以下、Aβ)凝集体の関与が強く示唆され、治療戦略の1つに凝集阻害がある。本研究では、Aβのアセチル化修飾で凝集を阻害する戦略に基づき、必要となるAβに結合する化合物の取得・分析を試みた。昨年度、Aβ凝集阻害剤KLVFFの環化誘導化研究から同定した、Aβ凝集阻害剤の凝集阻害に重要な4つの構造部位(ファーマコフォアユニット)を基に、低分子型新規Aβ凝集阻害分子を取得した。本年度は、昨年取得した分子の誘導体を種々合成し、その構造とAβ凝集阻害活性の相関と、Aβ凝集阻害分子とAβの結合の有無を分析した。Aβ凝集阻害分子の構造と凝集阻害活性の分析のため、昨年導出した低分子化合物の中心骨格と側鎖部位の誘導体を設計・合成し、取得した一連の誘導体の活性を評価した。その結果、環状KLVFF誘導体と同様に置換基の疎水性と阻害活性に相関がみられた。Aβと凝集阻害分子の結合の有無の分析のため、導出した低分子化合物を用いた生化学的分析を行った。水晶振動子マイクロバランス法による結合定数の測定、円偏光二色性スペクトルの測定による凝集体の二次構造の分析、サイズ排除クロマトグラフィーによる凝集体の分子サイズの分析から、導出した化合物はAβモノマーと直接相互作用し、通常と異なるAβ凝集体が速やかに形成されると示唆された。この結果は、環状KLVFF誘導体において通常と異なるAβ凝集体が観測された結果と一致する。環状KLVFF誘導体と同様のファーマコフォアの性質と相互作用メカニズムが示唆されたことから、本研究を通じて導出した新規低分子Aβ凝集阻害剤分子は、設計で基づいたファーマコフォア由来の凝集阻害メカニズムを有する可能性が高い。また、Aβモノマーとの直接的な結合が示唆されたため、導出した化合物はAβ選択的なアセチル化触媒に必要な分子プローブとしての活用が期待される。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。本研究の第一段階目はアルツハイマー病治療を志向したアミロイドβ凝集阻害分子の開発である。アルツハイマー病発症にはアミロイドβの凝集体の関与が示唆され、有望な凝集阻害剤はアルツハイマー病の治療に貢献する。また、凝集性を持つという性質上安定な取り扱いが困難で未だ生理機能が解明されていないアミロイドβの生化学の解明のためのケミカルツールとしても凝集阻害剤は有望である。当初、受入研究室で見いだした環状ペプチド性アミロイドβ凝集阻害剤の活性発現に重要な4つの構造部位(ファーマコフォアユニット)を有する低分子性の阻害剤を設計・合成・誘導化し、さらにアミロイドβと化合物の作用メカニズムを精査し、得た知見を基にさらなる阻害活性向上を行う予定であった。以前取得した、4つのファーマコフォアユニットの内3つを有する低分子阻害剤を基に誘導化を行っていたが、活性が伸び悩み、その構造を基に残る4つ目のファーマコフォアユニットを導入した化合物を種々合成しても活性が低下するか失われた。原因として、これまで用いていた中心骨格が鎖状であるために化合物の構造上の自由度が高く、各ファーマコフォアユニット同士の空間配置が阻害活性発現に適した形に固定化されていないことが一因だと推察された。そこでファーマコフォアユニットを保持する母骨格を変更し、分子モデリングを用いた計算結果から各ファーマコフォアユニットの空間配置がより固定化されると示唆された剛直な中心骨格を有する化合物を設計・合成したところ、期待通り、以前より強力な阻害活性を有する化合物が得られた。その後、中心骨格及び中心骨格とファーマコフォアユニットをつなぐリンカー部位の最適化のため、それらが異なる種々の誘導体を合成し阻害活性を評価した結果、当研究室で見いだした最も強力な環状ペプチド性凝集阻害剤と同程度以上の活性を有する低分子阻害剤の取得に成功した。

そこでファーマコフォアユニットを保持する母骨格を変更し、分子モデリングを用いた計算結果から各ファーマコフォアユニットの空間配置がより固定化されると示唆された剛直な中心骨格を有する化合物を設計・合成したところ、期待通り、以前より強力な阻害活性を有する化合物が得られた。その後、中心骨格及び中心骨格とファーマコフォアユニットをつなぐリンカー部位の最適化のため、それらが異なる種々の誘導体を合成し阻害活性を評価した結果、当研究室で見いだした最も強力な環状ペプチド性凝集阻害剤と同程度以上の活性を有する低分子阻害剤の取得に成功した。アルツハイマー病発症にアミロイドβ(以下、Aβ)凝集体の関与が強く示唆され、治療戦略の1つに凝集阻害がある。本研究では、Aβのアセチル化修飾で凝集を阻害する戦略に基づき、必要となるAβに結合する化合物の取得・分析を試みた。昨年度、Aβ凝集阻害剤KLVFFの環化誘導化研究から同定した、Aβ凝集阻害剤の凝集阻害に重要な4つの構造部位(ファーマコフォアユニット)を基に、低分子型新規Aβ凝集阻害分子を取得した。本年度は、昨年取得した分子の誘導体を種々合成し、その構造とAβ凝集阻害活性の相関と、Aβ凝集阻害分子とAβの結合の有無を分析した。Aβ凝集阻害分子の構造と凝集阻害活性の分析のため、昨年導出した低分子化合物の中心骨格と側鎖部位の誘導体を設計・合成し、取得した一連の誘導体の活性を評価した。その結果、環状KLVFF誘導体と同様に置換基の疎水性と阻害活性に相関がみられた。Aβと凝集阻害分子の結合の有無の分析のため、導出した低分子化合物を用いた生化学的分析を行った。水晶振動子マイクロバランス法による結合定数の測定、円偏光二色性スペクトルの測定による凝集体の二次構造の分析、サイズ排除クロマトグラフィーによる凝集体の分子サイズの分析から、導出した化合物はAβモノマーと直接相互作用し、通常と異なるAβ凝集体が速やかに形成されると示唆された。この結果は、環状KLVFF誘導体において通常と異なるAβ凝集体が観測された結果と一致する。環状KLVFF誘導体と同様のファーマコフォアの性質と相互作用メカニズムが示唆されたことから、本研究を通じて導出した新規低分子Aβ凝集阻害剤分子は、設計で基づいたファーマコフォア由来の凝集阻害メカニズムを有する可能性が高い。また、Aβモノマーとの直接的な結合が示唆されたため、導出した化合物はAβ選択的なアセチル化触媒に必要な分子プローブとしての活用が期待される。これらの結果をふまえ、現在はファーマコフォアユニットの誘導化による活性向上を行うとともに、化合物とアミロイドβ間の作用メカニズムを精査している。そこから得られた情報を基に合理的な阻害剤設計・誘導化を行っていく予定である。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
光学の数理解析学的研究

1)多次元虹の発生と撮影.昨年度から行っている滑らかな凹凸のあるガラスに懐中電灯の光をピンホールで絞って照射し多次元虹を発生させる実験を続けた.デジタル一眼レフを購入し,それによるバルブ撮影を行った.撮影時間は通常の一眼レフより短縮でき,画質をすぐ確認できたので連続的な変化を捉えるのに役立った.初等カタストロフ理論における,双曲型の臍,梢円型の臍,放物型の臍の特異点集合がモノクロでなく分光し虹としてかつ過剰虹を伴って発生させ撮影でき,数理科学的解析するための実験資料を得ることができた.2)過剰虹の数理解析的研究.カスプ虹などの多次元虹の発生を表す関数は,初等カタストロフのポテンシャル関数を指数関数の肩に乗せ積分したいわゆる振動積分として与えられる.この多変数関数としての漸近展開は上の実験の結果を説明するような,ある方向では指数減少,ある方向では正弦関数的に振動するものとして計算できるはずである.カスプの場合はパーシー積分であり,また,一般エアリー関数の変数を適当に制限してやることによりにより,エアリー・ハーディーの関数に還元されることが以前の研究で分かっており,それを手掛かりにして行っているがまた完全ではない.3)視覚教材を作成.自然界や人口虹スクリーン上の過剰虹,カスプ虹などの多次元虹を撮影したものと数理解析学的理論を解説した教材を印刷物および計算機上にハイパーテキストとして完成させることも一つの目標としてきたが,この研究で得られた資料等を参考に大学院生が「虹を題材とした計算機支援教材の研究」を行い,ハイパーテキストによる教材例が作成された.1)ビーズを発泡スチロールの平板に均一一層に張り付けた人工虹スクリーンに単一6本のマグランプで光を照射すると緑色と紫色が56回交互に現れる過剰虹が肉眼で見られることを発見した。自然光よりも鮮明に見える。カメラによる撮影も行ったが肉眼で見る程の回数のものを撮れていない。研究集会や講義・セミナーで学生等には、この組み合わせで、過剰虹を体験して貰っている。2)別件で夏休みにイギリスに行く機会があり、ビデオを持参したところ、過剰虹を自然界で初めて見る機会に恵まれた。ビデオで撮影したが、白っぽい過剰虹はあまり鮮明に写っていなかった。今年度も別件で行く機会があるので、鮮明な映像を撮れることを祈念している。また、以前から、散水の時にも虹が現れるのを知ってはいたが、適当な時間帯・場所で過剰虹が見えること体験した。(2月初め午前北方向の暗がりに散水している時に見えた、撮影はできなかった。)3)数学的には、一般エアリー関数の変数を適当に制限してやることによりにより、エアリー・ハーディーの関数に還元されることを大学院生を指導しながら発見した。4)ベリーらの凹凸のある硝子に光を照射してカスプ状の過剰虹が発生するという実験の文献を知った。これを説明するのに使われる、パーシー積分の2変数関数としての漸近展開を3)を手がかりに調べていきたいと考えている。1)過剰虹の発生と撮影(数理科学的解析のための資料の作成).夏にイギリスに行く機会があり,自然現象としての過剰虹を実際に,カメラとビデオ・カメラで撮影できた.人工虹スクリーンにより,虹が楕円から双曲線に変化する様子も撮影した.また、ペリーらの論文にあるカスプ状の過剰虹の発生実験についても,滑らかな凹凸のあるガラスに単一6本のマグランプの光を照射して追試できた.ただし,バルブ撮影時間は彼らより短くできたが対称軸に現れるはずの暗線は確認できなかった.2)視覚教材の作成.長谷川道理子氏が「科学の目科学のこころ」(岩波新書623(1999))の中に「牧場の地面に降りた虹」と題して,牧草地に朝露が降りそこに太陽光が注ぐ時に見えた虹のことが書いてある.元々は雑誌「科学」に連載されたエッセイの一つとして書かれ,この現象の説明を読者に求めたところ寄稿がいくつかあり,その一つも収録されている.その説明はおよそ良いのだが,そこに使われている曲線の呼称が数学的には適切でない.一般読者を想定して「放物線状」という言葉を用いたそうだが,これは正しくは,(切断面の連続性に注意すると)すべての色について(軸のとても長い)楕円か,一つの色だけ放物線で他の色は楕円か双曲線かどちらか,すべての色について双曲線か,のいずれかである.都ではこの種の虹は見られないだろうが,人工虹スクリーンを使えば,(虹の全体は見えないが)容易に曲の変化を見ることができ,そのようなことも含めて「虹にまつわる数学-虹曲線は二次曲線」という小論を書いた.この中で,人工虹スクリーンによる点光源の虹についても触れた.これはトーラスの切断面となり4次曲線(二つの2次曲線に分解することもあるが)であるが,Mathematicaにより切断面を描かせ断面の変化が見られるようにできた.教材の充実さらにハイパー・テキスト化を次年度行う予定である.1)多次元虹の発生と撮影.昨年度から行っている滑らかな凹凸のあるガラスに懐中電灯の光をピンホールで絞って照射し多次元虹を発生させる実験を続けた.デジタル一眼レフを購入し,それによるバルブ撮影を行った.

撮影時間は通常の一眼レフより短縮でき,画質をすぐ確認できたので連続的な変化を捉えるのに役立った.初等カタストロフ理論における,双曲型の臍,梢円型の臍,放物型の臍の特異点集合がモノクロでなく分光し虹としてかつ過剰虹を伴って発生させ撮影でき,数理科学的解析するための実験資料を得ることができた.2)過剰虹の数理解析的研究.カスプ虹などの多次元虹の発生を表す関数は,初等カタストロフのポテンシャル関数を指数関数の肩に乗せ積分したいわゆる振動積分として与えられる.この多変数関数としての漸近展開は上の実験の結果を説明するような,ある方向では指数減少,ある方向では正弦関数的に振動するものとして計算できるはずである.カスプの場合はパーシー積分であり,また,一般エアリー関数の変数を適当に制限してやることによりにより,エアリー・ハーディーの関数に還元されることが以前の研究で分かっており,それを手掛かりにして行っているがまた完全ではない.3)視覚教材を作成.自然界や人口虹スクリーン上の過剰虹,カスプ虹などの多次元虹を撮影したものと数理解析学的理論を解説した教材を印刷物および計算機上にハイパーテキストとして完成させることも一つの目標としてきたが,この研究で得られた資料等を参考に大学院生が「虹を題材とした計算機支援教材の研究」を行い,ハイパーテキストによる教材例が作成された.
ナチ体制下ドイツの労働者・労働力政策と「社会変動」－航空機産業を中心に

平成28年度は、(1)第一次世界大戦期の「強制労働」とヴァイマル期「アメリカニズム」の問題、(2)ナチ・ドイツ、とりわけ航空機産業において展開された労働者・労働力政策、および(3)ドイツ航空機産業の労働現場に着目するミクロレベルでの「社会変動」に関する研究成果を総合する作業を行った。(1)では、まず第一次大戦下になし崩しで行われた「強制労働」が帝政ドイツの崩壊を防ぎ得なかった事実が、第二次大戦期の「強制労働」の「教訓」として機能した点が重要である。ナチ期に「強制労働」を担った官僚たちは第一次大戦でも同様の政策に携わった「テクノクラート」だった。また、第二次大戦で「ドイツ人」の労務政策を担った彼らは、戦後の西ドイツで労働行政のグランド・デザインにも関与していく。こうした観点からは、ドイツの労働行政は第一次大戦から第二次大戦を経て、戦後ドイツにも連続性が維持されたと言える。この連続性は、戦後(西)ドイツでガストアルバイター(外国人労働者)受け入れの政策枠組み形成に色濃く影響を及ぼした。一方、「アメリカニズム」は、ヴァイマル期・ナチ期ドイツに「経営共同体」「工場共同体」理念を生み出す出発点となり、戦後ドイツの「経営協議会」という労使共同決定プロセスへと引き継がれていった。他方、こうした「ドイツ人」労使関係の発展は、戦後ドイツに向かって純粋に漸進的な歩みを見せたわけではない。(2)「共同体」という理念は、ナチ期には垂直型のヒエラルキー構造へと転換され、「共同体異分子」の労働動員とともに人種主義的な色彩を強く帯びるに至った。これはヒエラルキーの下位に位置付けられた人びとに対する抑圧を正当化し、(3)ドイツ人労働者の「社会的地位向上」をつうじて、ナチ・ドイツの基盤を下から支える要素のひとつだったことが明らかとなった。以上の結果はドイツにおける最新の研究成果とも軌を一にするものである。28年度が最終年度であるため、記入しない。本年度の分析対象は、第一次世界大戦下の「強制労働」、ヴァイマル期の「アメリカニズムへの熱狂」と「合理化運動」を経験し、やがて1933年以降のドイツ航空機産業の拡大・合理化と第二次戦時中の「労働動員」を担っていくことになる鉄鋼業企業家や技術者の経営思想・技術論を解明することであった。彼らは、これらナチ期以前の「経験」から何を見出し、どのような経営思想・技術論を理想化し、やがてドイツ航空機産業で実践していくことになったのか。特に、第一次世界大戦でベルギー人らの強制労働をも主張して軍需生産増大を企てたラーテナウの思想との関係、フォーディズムをはじめとする大規模かつ徹底的に機械化・自動化・合理化された生産システムの(自らの理想に沿った解釈という意味での)ドイツ的受容、労資対立止揚の処方箋としての「工場共同体」思想への傾倒、の三点について二次文献のみならず同時代に彼らが執筆した業界誌や技術専門誌などの記事・論文の分析を行った。また、あわせて「学習プロセス」たる第一次大戦下の「強制労働」に関与し、ナチ体制下でも専門家として「労働動員」政策に取り組むことになった官僚層(4カ年計画庁、労働省、航空省など)の思想・動向もナチ期以前にさかのぼって検討した。これにより、ナチ期にドイツ航空機産業が展開することになる労働者・労働力政策の前提条件およびその特徴を一定程度把握することに成功した。2015年1月から2月にかけて、一ヶ月弱のドイツでの現地調査を実施した。現在、これらの研究調査に基づく具体的な研究成果を公表すべく論文執筆中である。また、関連学会・研究会でも部分的成果を発表する予定である(すでに4月、7月にエントリーあり)。初年度の研究は、自身の観点からは、当初の計画通り良好に進捗したと考えている。平成27年度の研究課題は、主としてナチ期の労働者・労働力政策および強制労働の実態をとりわけ「航空機産業」に即して明らかにすることにあった。この課題に取り組むために、8月から9月にかけてドイツで文書館調査を実施し、関係省庁の公文書とドイツ航空機産業の企業文書を中心とする関連史料の収集に努めた。これらの史料調査をつうじて、ナチ期のいわゆる「強制労働」政策が、第一次世界大戦期の「強制労働」に関する経験とヴァイマル期のドイツ人に対する労務政策に基づいて実施されたこと、さらには、これまで考えられてきた以上に「強制労働者」の雇用主たる産業界のイニシアティブが強力であったことが明らかとなった。これらは、ナチ期の強制労働をもっぱら「ナチ犯罪」と見なしてきたドイツの研究動向とは異なり、むしろ第二次世界大戦期にすべての主要交戦国が直面した総動員体制構築の問題と関連が深いことを示している。ドイツでは、それが被占領下諸国の人びとや「共同体異分子」として迫害を受けた人びとをも動員する政策として表れることになった。そして、これらの政策はもっぱらナチ政府の指令によってのみ推進されたのではなく、労働力を欲する産業界の要請と受け入れ態勢の整備という「実践」をつうじてより促進された。もっとも、強制労働者を人種・国籍別に階層化し、それに応じた労務政策を強いたこと、これにより下位に位置付けられた人びとが過酷な労働を強制され、多くの犠牲者を出したことは、ナチズムの犯罪的側面をあらわにするものといってよい。さらに、強制労働者を使役する企業は、こうした階層化された労務政策にかなりの裁量権を振るい得たことは注目に値する。

平成27年度のこのような分析結果は、これまで蓄積してきた研究成果とともにその一部を共著書や一般書、関連事典などで発表するなど、成果の社会還元にも努めた。採用当初に提示した研究計画と研究費交付請求時に提出した実施計画に沿って、平成27年度の研究活動を遂行することができたため。具体的には、設定した研究課題に関する研究文献の収集・批判的検討を相当程度進められただけでなく、8月から9月にかけての現地での史料収集では想定していた以上の関連文書を調査できた。また、共著専門書2冊の刊行と一般書(共著)へのナチ期強制労働に関する寄稿によって、これらの研究成果の公開および社会還元も行った。これらの研究活動により、主としてナチ期の労働者・労働力政策および強制労働の実態をとりわけ「航空機産業」に即して明らかにするという、平成27年度の研究実施計画をおおむね達成できたと考えている。平成28年度は、(1)第一次世界大戦期の「強制労働」とヴァイマル期「アメリカニズム」の問題、(2)ナチ・ドイツ、とりわけ航空機産業において展開された労働者・労働力政策、および(3)ドイツ航空機産業の労働現場に着目するミクロレベルでの「社会変動」に関する研究成果を総合する作業を行った。(1)では、まず第一次大戦下になし崩しで行われた「強制労働」が帝政ドイツの崩壊を防ぎ得なかった事実が、第二次大戦期の「強制労働」の「教訓」として機能した点が重要である。ナチ期に「強制労働」を担った官僚たちは第一次大戦でも同様の政策に携わった「テクノクラート」だった。また、第二次大戦で「ドイツ人」の労務政策を担った彼らは、戦後の西ドイツで労働行政のグランド・デザインにも関与していく。こうした観点からは、ドイツの労働行政は第一次大戦から第二次大戦を経て、戦後ドイツにも連続性が維持されたと言える。この連続性は、戦後(西)ドイツでガストアルバイター(外国人労働者)受け入れの政策枠組み形成に色濃く影響を及ぼした。一方、「アメリカニズム」は、ヴァイマル期・ナチ期ドイツに「経営共同体」「工場共同体」理念を生み出す出発点となり、戦後ドイツの「経営協議会」という労使共同決定プロセスへと引き継がれていった。他方、こうした「ドイツ人」労使関係の発展は、戦後ドイツに向かって純粋に漸進的な歩みを見せたわけではない。(2)「共同体」という理念は、ナチ期には垂直型のヒエラルキー構造へと転換され、「共同体異分子」の労働動員とともに人種主義的な色彩を強く帯びるに至った。これはヒエラルキーの下位に位置付けられた人びとに対する抑圧を正当化し、(3)ドイツ人労働者の「社会的地位向上」をつうじて、ナチ・ドイツの基盤を下から支える要素のひとつだったことが明らかとなった。以上の結果はドイツにおける最新の研究成果とも軌を一にするものである。日本での史資料分析とドイツでの現地調査が当初予定した通りに進捗したことから、達成度もまたおおむね順調に進展しているものと考えている。最終年度となる平成28年度は、まずナチ・ドイツの労働者・労働力政策、とりわけ「共同体異分子」の「労働動員」の展開によってドイツ社会に引き起こされた「社会変動」の諸相を、主にドイツ航空機産業の労働現場に着目して解明するというミクロレベルでの「社会変動」分析を継続する。その後、8月を目処にミクロレベルでの「社会変動」に関する分析を終え、成果を活字化する。
光機能性ホスト化合物を利用した新規分離材料の創製とその光制御

新規化学物質の創製、生体機構の解明あるいは環境汚染物質の探索などにおいて、カラム、薄層あるいは液体クロマトグラフィーなどは必要不可欠な分離法である。これらの分離法では分離特性を調節するために抽出溶媒、移動相として有機溶媒を用いることが多いが、生態系に有害なものが多い。本研究では、移動相の特性ではなく、固定相自体の性質を外部場(光)により変えることによって、限られた、しかし安全で環境に優しい溶媒を移動相として使用しても多様な分離特性を発揮できる分離手法の開発を行った。まず、アゾベンゼン部位を修飾したγ-シクロデキストリン(CD)を光応答性分子認識部位とし、シリカゲルに化学結合させた充填剤(AzCDシリカ)を調製し、逆相系マイクロ液体クロマトグラフを用いてその分離特性およびその紫外・可視光に対する応答性を検討した。モデル試料として7種類の多環芳香族炭化水素を用いた。本充填剤に紫外光を照射したところ、ペンタセンなどの比較的幅の狭い試料分子の保持は減少し、ペリレンなどの幅広い分子の保持は逆に増加した。可視光照射を行うと保持は復元した。単一の移動相を用いた恒温下で、紫外光照射時間を制御することにより、6種類の分子認識能(溶出順序)を発現させることに成功した。また、CDの光学異性体に対する認識能(キラル認識能)に着目し、この認識能を光照射により制御する試みを行った。AzCDシリカに紫外光を照射すると、試料の分子形状の違いによって異なる光応答性が認められた。例えば、ダンシルフェニルアラニンの保持能およびキラル認識能は紫外光照射により増加するのに対し、ジニトロベンゾイルナフチルエチルアミンのそれらは共に減少した。この結果は、試料の分子形状を誘導体化によって変えることにより、保持能およびキラル認識能を光照射により意図的に変えられることを示唆した。本研究では光応答性ホスト化合物を分子認識部位とし、光照射により分子認識機能を制御できる新規分離材料の創製および分離システムへの応用を目的としている。本年度はアゾベンゼン部位を修飾したγ-シクロデキストリンを光応答性分子認識部位、シリカゲルを固定化担体とした分離材料(充填剤)を調製し、逆相系マイクロ液体クロマトグラフを用いてその分離特性およびその紫外・可視光に対する応答性を検討した。移動相には水・メタノール混液(20:80)を使用した。モデル試料としてペンタセン、ペリレンなど7種類の多環芳香族炭化水素を用いた。アゾベンゼン部位をシクロデキストリンの第一級水酸基に導入した充填剤の場合、アゾベンゼン部位の分子認識性とシクロデキストリン部位の形状選択性の双方が発現した。可視光照射を行なうと保持は復元した。アゾベンゼン部位のみを修飾した充填剤では、本移動相条件下において紫外光照射によりすべての試料に対して保持が減少することから、アゾベンゼン部位の光異性化がシクロデキストリンのホスト-ゲスト相互作用の変化を促していることが推察された。逆相系移動相を用いて光照射により初めて保持を増加させ、かつ紫外光照射時間を制御することにより、単一の移動相を用いた恒温下で6種類の分子認識能(溶出順序)を発現させることに成功した。一方、アゾベンゼン部位をシクロデキストリンの第二級水酸基に結合させた充填剤では前者ほどの光応答性は示さなかったことから、アゾベンゼン部位の導入位置が特異的な光応答性発現に重要な要因であると考えられる。

本研究では光応答性ホスト化合物を分子認識部位とし、光照射により分子認識機能を制御できる新規分離材料の創製および分離システムへの応用を目的としている。本年度はシクロデキストリン(CD)の光学異性体に対する認識能(キラル認識能)に着目した。すなわち、アゾベンゼン部位を修飾したγ-CDをシリカゲルに固定化とした分離材料(充填剤、AzCDシリカ)を調製し、マイクロ液体クロマトグラフ装置を用いて保持能、キラル認識能およびその紫外・可視光に対する応答性を検討した。アゾベンゼンの修飾部位は前年度の検討結果より、より光応答性を発現すると考えられるCDの第一級水酸基とした。比較としてγ-CDをAzCDシリカとほぼ同密度に固定化したシリカゲル(CDシリカ)を調製した。移動相にメタノール・リン酸緩衝水溶液混液を用いた場合、AzCDシリカはダンシルフェニルアラニン(DnsPhe)、N-(3、5-ジニトロベンゾイル)-1-(1-ナフチル)エチルアミン(DNBNEA)およびベンゾイン(Bz)などの光学異性体に対してキラル認識能を認めた。同じ移動相条件下において、CDシリカも同様の光学異性体に対してキラル認識能を認めたが、AzCDシリカに比較して保持能および認識能は小さかった。AzCDシリカに紫外光を照射すると、試料の分子形状の違いによって異なる光応答性が認められた。すなわち、DnsPheの保持能およびキラル認識能は増加するのに対し、DNBNEAのそれらは共に減少するが、Bzについてはほとんど変化しないという興味深い結果を得た。これらの変化は可視光照射により復元した。以上の結果は、試料の分子形状を誘導体化によって変えることにより、保持能およびキラル認識能を光照射により意図的に変えられることを示唆するものである。分析法において、分離法は試料の予備処理、定量に於いて重要な役割を果たしている。カラムクロマトグラフィー、薄層クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィーあるいは液体クロマトグラフィーなどは代表的で、必要不可欠な分離法である。通常、これらの分離法では分離特性を調節するために分離場の選択、調整、移動相組成の変化、調整が必要となる。2本以上のカラム、或いは2種以上の移動相を組み合わせて、選択性の調節がはかられる。本研究では、移動相の特性ではなく、固定相自体の性質を外部場(光)により変えることによって、限られた、しかし安全で環境に優しい溶媒を移動相として使用して、多様な分離特性を発揮できる分離主要の開発を行った。本年度はCDの光学異性体に対する認識能(キラル認識能)に着目し、この認識能を光照射により制御する試みを行った。例えば、ダンシルフェニルアラニンの保持能およびキラル認識能は紫外光照射により増加するのに対し、ジニトロベンゾイルナフチルエチルアミンのそれらは共に減少した。一方、ベンゾインのように比較的小さい分子のキラル認識性およびその光応答性はほとんど変化しなかった。これらの結果は、試料の分子形状を誘導体化によって変えることにより、保持能およびキラル認識能を光照射により意図的に変えられることを示唆した。
ナノ結晶の配向集積の制御による秩序構造体の構築と機能開拓

本研究は、多様な物質系を対象とするナノ結晶の配向集積技術の確立を目指し、軽量高強度材料の開発に向けた炭酸カルシウムナノ結晶の階層構造作製と、機能性ナノ結晶の配向配列による新機能開拓を行うものである。平成30年度には、炭酸カルシウムナノ結晶の大規模秩序構造体の形成、炭酸カルシウムナノ結晶の熱的挙動の検討、機能性ナノブロックの秩序配列体の作製を行い、その中でもイオン伝導体のナノブロック秩序配列体について評価を行った。第1に、これまでの成果で得られている炭酸カルシウムナノ結晶の13次元構造体を階層化するために、ナノ結晶の秩序集積薄膜作製手法のひとつである移流集積法を強磁場下で行うことによって結晶方位のそろった薄膜を基板上に作製した。第2に、カルサイトナノ結晶の集積構造作製に熱処理や水蒸気暴露、高分子複合することで強度向上を検討する中で、カルサイト結晶のナノスケールでの熱的挙動に関して、低温においても結晶方面でイオンの移動が起こることや、水分子によってそれが促進されることを発見した。第3に、これまでに炭酸カルシウム系の実験で得られた知見を活かし、磁性体・圧電体・イオン伝導体のナノ結晶について、合成と集積薄膜の作製を行った。分散液環境を、濃度や界面活性剤の添加などによって変化させることで、集積薄膜の厚さや配向ドメインサイズが変化することがわかり、異種のナノブロックの混合積層も実現することができた。また、作製した機能性ナノ結晶の集積体の中で、イオン伝導体である二酸化セリウムについて特性評価の成果が得られた。結晶方位のそろう集積構造を形成するキューブ状であることと、サマリウム添加量を両立したナノブロックを合成し、それらの秩序集積体について評価した結果、これまでの報告に比べて低温環境下でのイオン伝導率を向上させることができた。平成30年度の研究では、当初予定していたカルサイトナノ結晶の大規模な秩序配列体作製についてのみでなく、2年目に予定していた内容に関しても成果へと繋げることができた。炭酸カルシウムナノ結晶の配向集積に関する研究では、2年目に予定していた階層構造の構築を行い、実用を見据えたスケールの拡大およびバイオミネラル模倣である交差板構造作製まで達成し、米国化学会の学術論文誌に成果を掲載した。さらに、集積体の機械的特性の向上を目指した実験をする中で、炭酸カルシウムナノ結晶のナノメートルスケールでの熱的挙動に関する新たな知見を見出し、学会において発表し、議論を深めることができた。また、ナノ結晶配向集積技術の機能性ナノキューブへの応用に関して、当初予定していたイオン伝導体だけでなく、圧電体・磁性体などのさまざまなナノブロックの合成を行った。分散液環境や蒸発条件などを検討することによって様々なナノブロックを基板上に配向集積させることに成功した。その中でも、イオン伝導体ナノブロックの集積体について、平成31年度に予定していた性能評価についても達成し、これまで報告されてきたイオン伝導率よりも優れた特性を有することを見出すことができた。本成果は、英国王立化学会誌に論文が掲載された。以上のことから、本研究課題の進捗は期待以上に進んでいるといえる。平成31年度には、昨年度に作製した炭酸カルシウムや機能性無機物質のナノ結晶配列体の機械的性質の評価を行い、ナノブロック集積技術の優位性の検討を深める。また、セラミックス材料の基礎的知見として、炭酸カルシウムナノ結晶の熱的挙動に関しての検討を深める。(a.炭酸カルシウムナノ結晶を用いた階層構造による軽量高強度材料の開発)まず、これまでの成果において確立された炭酸カルシウムナノ結晶の合成と1次元から3次元の配向集積技術を基盤として、その高度化を進める。平成30年度に、強磁場中での移流集積によって、大規模に結晶方位のそろった階層構造を作製することに成功している。平成31年度には、テンプレート法・3次元プリンティング法を用いた構造体作製も行い、作製した炭酸カルシウムナノロッド集積体の機械的特性評価を進める。また、これまでに達成した1方向集積および直交2方向集積よりもさらに複雑ならせん状集積などの作製を目指す。テンプレート法では、基板上にマイクロメートルスケールの溝等を形成し、その内部において配向集積をおこなうことでマクロな構造体を得る。さらに、3次元プリンティング法では、移流集積法との組み合わせにより任意な3次元形状の獲得を目指す。本申請期間が終了するまでに、得られた構造体について機械的性質の評価を行い、微細構造と機械的性質の相関関係について検討する。(b.機能性無機ナノ結晶の配向配列体構築・機能評価)ここでは、炭酸カルシウムのナノ結晶の配向集積で培った手法を、機能性金属酸化物へと適用する。これまでに、様々な機能性無機ナノ結晶の配向構造体を作製し、その中でもイオン伝導体ナノ結晶の評価を行い、配向配列による優位性を見出した。今後は、これまで作製した磁性体・圧電体などの機能性ナノ結晶についても評価を行い、ナノ結晶の配向集積プロセスの酸化物への拡張による機能材料の展開の可能性を探る。

第1に、これまでの成果で得られている炭酸カルシウムナノ結晶の13次元構造体を階層化するために、ナノ結晶の秩序集積薄膜作製手法のひとつである移流集積法を強磁場下で行うことによって結晶方位のそろった薄膜を基板上に作製した。第2に、カルサイトナノ結晶の集積構造作製に熱処理や水蒸気暴露、高分子複合することで強度向上を検討する中で、カルサイト結晶のナノスケールでの熱的挙動に関して、低温においても結晶方面でイオンの移動が起こることや、水分子によってそれが促進されることを発見した。第3に、これまでに炭酸カルシウム系の実験で得られた知見を活かし、磁性体・圧電体・イオン伝導体のナノ結晶について、合成と集積薄膜の作製を行った。分散液環境を、濃度や界面活性剤の添加などによって変化させることで、集積薄膜の厚さや配向ドメインサイズが変化することがわかり、異種のナノブロックの混合積層も実現することができた。また、作製した機能性ナノ結晶の集積体の中で、イオン伝導体である二酸化セリウムについて特性評価の成果が得られた。結晶方位のそろう集積構造を形成するキューブ状であることと、サマリウム添加量を両立したナノブロックを合成し、それらの秩序集積体について評価した結果、これまでの報告に比べて低温環境下でのイオン伝導率を向上させることができた。平成30年度の研究では、当初予定していたカルサイトナノ結晶の大規模な秩序配列体作製についてのみでなく、2年目に予定していた内容に関しても成果へと繋げることができた。炭酸カルシウムナノ結晶の配向集積に関する研究では、2年目に予定していた階層構造の構築を行い、実用を見据えたスケールの拡大およびバイオミネラル模倣である交差板構造作製まで達成し、米国化学会の学術論文誌に成果を掲載した。さらに、集積体の機械的特性の向上を目指した実験をする中で、炭酸カルシウムナノ結晶のナノメートルスケールでの熱的挙動に関する新たな知見を見出し、学会において発表し、議論を深めることができた。また、ナノ結晶配向集積技術の機能性ナノキューブへの応用に関して、当初予定していたイオン伝導体だけでなく、圧電体・磁性体などのさまざまなナノブロックの合成を行った。分散液環境や蒸発条件などを検討することによって様々なナノブロックを基板上に配向集積させることに成功した。その中でも、イオン伝導体ナノブロックの集積体について、平成31年度に予定していた性能評価についても達成し、これまで報告されてきたイオン伝導率よりも優れた特性を有することを見出すことができた。本成果は、英国王立化学会誌に論文が掲載された。以上のことから、本研究課題の進捗は期待以上に進んでいるといえる。平成31年度には、昨年度に作製した炭酸カルシウムや機能性無機物質のナノ結晶配列体の機械的性質の評価を行い、ナノブロック集積技術の優位性の検討を深める。また、セラミックス材料の基礎的知見として、炭酸カルシウムナノ結晶の熱的挙動に関しての検討を深める。(a.炭酸カルシウムナノ結晶を用いた階層構造による軽量高強度材料の開発)まず、これまでの成果において確立された炭酸カルシウムナノ結晶の合成と1次元から3次元の配向集積技術を基盤として、その高度化を進める。