hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マイクロRNAプロモータの網羅的プロファイリング

マイクロRNAの生合成経路をノックダウンしその核内RNAを次世代シーケンサによりプロファイルするアプローチを試みた。一分子シーケンサを用いることで定量的な転写開始点プロファイリングを行うHeliScopeCAGEを用い60のmiRNAに関するプロモータ24個を同定し、長鎖RNAを断片的にシーケンスすることでその全長の再構築を目指すRNA-Seqを用いることで、24のうちの半数以上に関するprimary miRNAを同定した。[計画の微修正]配分された資金が申請時計画よりも小規模であったため、計画の微修正を行った。広範囲のサンプルを対象にするのでなく、モデルシステムを絞り込み、現在適用可能であるRNAプロファイル技術を、同一のRNAへ適用することで、miRNAのプロモータに加えprimary miRNAの全貌に迫るアプローチへと修正した。[試料の準備]miRNAの生合成に関与するタンパク質(Dicer, Drosha, DGCR8)のsiRNAによるノックダウンとその対照実験を3度繰り返し、各々(12条件)から核内RNAの抽出を行った。各々のRNAにおいては、ノックダウン効率や、核内/核外RNAの分離が適切に行われていることを確認した[RNAのプロファイル]CAGE(Cap Analysis Gene Expression)法を用いたライブラリ作成と、シーケンスを、上記で準備した核内RNAに対して行った。また、この中からDGCR8のノックダウンにより得られたRNAに対して、RNA-seqとCAGE-scanのライブラリ作成、シーケンスを行った。[バイオインフォマティクス解析]CAGEデータの解析を行った結果、タグクラスタ(近傍の転写開始点をまとめた、ゲノム上の単位)を約340,000領域同定した。このうち、Dicerをノックダウンしたときと比べ、Drosha, Dgcr8をノックダウンした際にいずれも発現が有意に上昇しているプロモータ領域を約2,000個同定した。これらの下流20kbp以内にあるmiRNAは30個以上存在し、これらに対応するプロモータについてはほぼ確実にmiRNAプロモータと考えられる。また、下流1Mbp以内に存在するmiRNA数は250個以上存在し、これらについてはRNA-seqやCAGEscanのデータを考慮にいれ解釈を行う予定である。本研究では、(1)miRNAの産生に関わるDicer,DroshaについてsiRNAによるノックダウンし、そのRNAを(ii)次世代シーケンサを利用して定量的かつ網羅的なプロファイルを行う、ことでmiRNAのプロモータにアプローチする。昨年度は(i)を完了し、(ii)の一部、特にCAGEを用いた転写開始点の定量的なプロファイリングを行った。今年度は、昨年度得ることのできなかったデータ、すなわち細胞質における低分子RNAのプロファイルを行った。これにより、本研究で用いた細胞においてmiRNAが確実に低減していることを確認できた。さらに本データを用いることで、既知miRNAだけでなく未知のmiRNAについてもプロモータと共に同定できる可能性を見いだした。また、Drosha,Dgcr8をノックダウンした細胞について、RNA-seqの追加シーケンスを行った。これはmiRNAのプロモータに加えて前駆体の全体構造を同定することを目的としたものであり、昨年度も一部実施していた。しかしながら、昨年度のデータ量では前駆体の全体構造を把握するのに不十分であったため、今年度は数倍量のシーケンスを取得した。このシーケンス結果をリファレンスゲノムと比較するところまで完了したところである。これら今年度の追加データ取得により、miRNA自身の転写制御を明らかにする基盤データの取得を完了した。
抗菌剤を含むDNA/人工脂質コンプレックスを用いた抗菌性義歯床用材料の開発

前年度は、DNA/lipidコンプレックスをレジン粉末に各々5、10、15、20wt%になるように添加した市販床用レジンの抗菌性・抗真菌性について検討した。細菌には10%以上では抗菌性を示し、C.albicans以外の真菌でも抗真菌性を示した。また、DNA/lipidコンプレックス添加レジンの抗菌性・抗真菌性は、菌の種類によって、lipidやアミノ酸の化学構造やDNA/lipidコンプレックスの濃度により影響を受けることが判明した。本年度行ったDNA/lipidコンプレックスへの抗菌剤・抗真菌剤の導入は、薬剤の分子構造が荷電しやすく、かつ比較的平滑な構造であれば、DNAと結合しやすく、水晶発振装置によっても結合が確認できたが、抗真菌剤にはこのような構造を有するものが認められなかった。DNAに結合した薬剤は人工唾液中で比較的速やかに放出されてしまい、長期間にわたっての徐放には難点がある。床用レジンの重要な性質である強さについて、曲げ強さを測定した。DNA/lipidコンプレックスを15、20wt%含有するレジンの曲げ強さは無添加レジンに比べ1/10の強さしか認められなかった。また、5、10wt%含有レジンでも無添加レジンに比べ1/2の値であった。これは、DNA/lipidコンプレックスがモノマーを吸収し、ポリマーに対して適正なモノマー量が供給できないことによると思われる。また、モノマーを多く添加しても重合に関与しないDNA/lipidコンプレックスの存在が曲げ強さの低下に影響を及ぼしたものと考えている。従って、DNA/lipidコンプレックスの義歯床用材料としては強さが求められないコーティング剤への応用が適当と考えられた。DNA/lipidコンプレックスとDNAフィルムの抗菌性や抗真菌性を利用した床用材料を開発する目的で、まずDNA/lipidコンプレックスを市販床用レジンに各種濃度で添加し、抗菌性および抗真菌性について検討した。以上の結果から、DNA/lipidコンプレックス添加レジンの抗菌性・抗真菌性は、菌の種類によって、lipidやアミノ酸の化学構造やDNA/lipidコンプレックスの濃度により影響を受けることが判明した。
暗所視を可能にする光受容タンパク質の分子基盤の解明

ロドプシンと錐体視物質の性質の違いが視細胞の光応答特性に果たす役割について検証する為、ニワトリ緑色感受性錐体視物質がロドプシン遺伝子座に導入されたノックインマウス視細胞を電気生理学的に調べた。その結果、ホモ体視細胞では野生型に対して有意なノイズの増大が観察された。次に、ヤツメウナギ網膜の桿体・錐体視細胞から光応答を測定した結果、桿体視細胞は錐体視細胞に比べ、約30倍光感度が高いことが分かった。さらに、暗所視にかかわる視物質の分子的基盤を検証する為、錐体視物質変異体がアカハライモリ網膜に発現するトランスジェニック個体を作成し、解析を行っている。視細胞の機能が光環境に適応した進化プロセスを明らかにすると共に、視細胞の生理的特性を決定するタンパク質の分子的基盤を明らかにすることを試みている。まず、ロドプシンと錐体視物質の性質の違いが視細胞の光応答特性に果たす役割について検証する為、ニワトリ緑色感受性オプシン(以下、ニワトリ緑)を相同組換え法によりロドプシン遺伝子座に導入したノックインマウスの視細胞の電気生理学的解析を行った。野生型とニワトリ緑ホモ体の3週齢マウスにおいて、桿体視細胞の光応答を吸引電極法により測定した。単色光(500 nm)のフラッシュ光に対する光感度(最大応答の1/2の光応答に必要な反応視物質数)を比較したところ、野生型は16 R*であるのに対し、ニワトリ緑ホモ体は42 R*であった。つまり、光感度に関しては、ニワトリ緑ホモ体は野生型に対して1/2.6倍に低下することが分かった。また、単一光子応答(視物質一分子反応により発生する光応答)の振幅は、野生型で0.53 pAであったのに対し、ニワトリ緑ホモ体で0.22 pAであった。つまり、単一光子応答の振幅に関しては、野生型に対してニワトリ緑ホモ体は約1/2.5倍に低下することが分かった。続いて、光応答の形状を比較したところ、ピークに達するまでの時間は野生型で159 msであったのに対し、ニワトリ緑ホモ体で145 msとホモ体の方が有意に短くなることが分かった。さらに、アカハライモリの桿体視細胞に変異錐体視物質を発現する為の導入ベクターの構築を行い、赤錐体視物質遺伝子の部位特異的変異体を作製した。電気生理学的予備実験として、野生型イモリを用いて桿体及び錐体視細胞の電気生理学的測定系の確立を行った。1)ロドプシンと錐体視物質の性質の違いが視細胞の光応答特性に果たす役割について検証する為、ニワトリ緑色感受性オプシン(以下、ニワトリ緑)をロドプシン遺伝子座に導入したノックインマウスの電気生理学的解析を行った。その結果、単色光のフラッシュ光に対する光感度に関して、ニワトリ緑ホモ体は野生型に対して1/2.6倍に低下することが示された。また、視物質一分子の光反応による応答の振幅に関して、野生型に対してニワトリ緑ホモ体は約1/2.5倍小さい値を示した。さらに、光応答の形状に関して、ピークに達するまでの時間は野生型に対し、ニワトリ緑ホモ体の方が有意に短くなった。次に、暗状態で外節を流れる電流のノイズ成分を解析したところ、暗時におけるニワトリ緑の熱安定性は、ロドプシンに比べると460倍不安定であることが分かった。以上の結果は、視物質の高い熱安定性はロドプシンが錐体視物質グループから分岐した後に獲得されたことを示唆する。2)暗順応させたヤツメウナギ網膜から単離した桿体と錐体視細胞の光応答を調べた。その結果、ヤツメウナギ桿体の光感度は錐体に比べて約30倍高いことが分かった。しかし、視物質一分子の光反応による応答の振幅に関しては、他の脊椎動物に比べ小さく、桿体視細胞に特徴的な単一光子の検出能は、ヤツメウナギには備わっていないことが示唆された。3)アカハライモリの桿体視細胞に錐体視物質変異体を発現する為の導入ベクターを、イモリ受精卵に注入し、尾芽胚において導入遺伝子の発現を確認した。今後、電気生理学的に測定を行い変異錐体視物質の生理的性質を明らかにする予定である。

動物生理学当初計画では、ニワトリ緑遺伝子をロドプシン遺伝子座に導入したノックインマウスを用い、M2グループ錐体視物質とロドプシングループの光応答の違い及び暗状態での熱安定性の比較解析を予定していた。初年度は当初計画通り、吸引電極法を用いて、光応答の違いに関し詳細な比較解析を行った。また、ニワトリ緑ホモ体では野生型に対してノイズの増大が観察され、予備的な結果ではあるが野生型に対してニワトリ緑の方が約500倍不安定と推定された。また、第二の計画として、現存する脊椎動物で最も原始的と考えられるヤツメウナギに着目し、ヤツメウナギロドプシンを含む視細胞の電気生理学的特性を調べる計画であった。しかし、例年に比べヤツメウナギの採取数が少なく、生体ヤツメウナギの入手が困難であった為、次年度に遂行予定であった第三の計画を前倒しで遂行した。第三の計画では、次年度以降に遂行予定であった赤色錐体視物質の変異体を桿体視細胞に異所発現させたトランスジェニックイモリの作製及び電気生理学的解析を、初年度に計画を前倒しで遂行した。三種類の赤色錐体視物質変異体の作製及び野生型のアカハライモリの桿体・錐体視細胞から電気生理学的特性の解析を行った。以上を総合的に鑑み、研究計画はおおむね順調に進展していると評価した。第一の計画に関しては、これまでM2グループに属するニワトリ緑遺伝子をロドプシン遺伝子座に導入したノックインマウスを用い、光応答の解析を行ってきた。今後は、M2グループ視物質とロドプシングループの暗条件下での熱安定性の違いを明らかにする為、暗状態で視細胞の外節を流れる電流のノイズを、野生型とニワトリ緑ホモ体で比較解析を行う計画である。第二の計画に関しては、桿体と錐体視物質の中間状態の性質を示すと推定されるヤツメウナギロドプシンの電気生理学的な特性を調べる為に、ヤツメウナギの桿体視細胞から吸引電極法を用いて光応答及び暗ノイズの測定を引き続き行う計画である。多方面からの実験材料の入手を検討し、今年度は計画遂行に十分な匹数を確保している。第三の計画に関しては、視物質の熱安定性に関わると推定されるアミノ酸残基を置換した赤錐体視物質を、アカハライモリの桿体視細胞に異所発現させ、その視細胞応答特性の解析を行う。まず、既に作製した三種類の部位特異的変異体を導入した赤色錐体視物質と蛍光タンパク質mCherryを挿入したベクターを構築し、イモリ受精卵に注入することにより、トランスジェニックイモリの作製を行う。さらに、作製したトランスジェニックイモリの桿体視細胞の暗条件下でのノイズの増減を各変異体について測定をすることにより、熱安定性に関わるアミノ残基を同定する計画である。調達を予定していた電気生理学備品について、海外からの輸送が寒波による遅れが生じ当該年度内に納品が困難となった為。昨年度予定していた電気生理学備品の調達を行う計画である。
溶媒との複合体結晶を用いたポリ乳酸ゲルの構造解析と材料展開

ポリ乳酸は環境・生体に優しい高分子として利用が期待されている。本研究では、ポリ乳酸が溶媒分子と形成する複合体結晶を利用して容易に形成する高分子ゲルに関して、その構造や物性を評価することを目的とした。ポリ乳酸は複合体結晶を形成することで直径100 nm程度の微細な繊維構造を形成することで溶媒分子の流動を抑制し、ゲル化することが分かった。一旦、複合体結晶によって微細な繊維構造を形成すれば、その後に複合体結晶以外の結晶形に変化しても微細な繊維構造を維持し、ゲル状態を保つことも見出した。これを利用して、ゲルの耐熱性を向上させることに成功した。ポリ乳酸と溶媒との複合体結晶によって形成されるゲルに関して、そのゲル中でのポリ乳酸およびポリ乳酸と複合体を形成している溶媒に対して、種々の条件下における構造を評価し、ゲル形成過程の一部を解明した。具体的には、ゲル中でのポリ乳酸の構造を原子間力顕微鏡で解析し、そのナノファイバー構造を観察した結果、超高周波誘電緩和測定によってポリ乳酸と複合体を形成することで分子運動性が抑制された溶媒成分の存在を確認した結果において、顕著な進歩が見られた。これらの結果と、加熱、溶媒交換時におけるゲルの構造・物性変化に関する知見から、ゲル形成時に溶媒との複合体を形成し、ナノファイバー構造を形成することがゲルの形成過程で非常に重要であることを明らかにしつつある。また、ゲル化初期過程をより詳細に解明する目的で、ポリ乳酸とポリスチレンのブロック共重合体がポリ乳酸と複合体結晶を形成する溶媒中でとる構造に関しても研究を始めた。十分な成果が得られる段階ではないが、既に予備的な実験によって特定の溶媒中で微量の巨大な会合体が存在することを強く示唆する実験結果が得られており、今後確認実験を経て、学会や学術雑誌において成果を公表していく予定である。得られた研究成果を論文にまとめ、学術雑誌(Polymer誌)に投稿・掲載された。また、研究成果をアメリカ化学会の全国大会、レオロジー討論会で研究代表者本人が口頭発表したのをはじめ、本研究課題に取り組んでいる指導学生が中部化学関係学協会支部連合秋季大会、東海支部若手繊維研究会で口頭発表を行っている。また、本研究課題に関連して繊維学会奨励賞、東海化学工業会賞の受賞が内定している。このように本研究課題に関しては順調に研究実績が得られている。溶媒との複合体結晶で作製したポリ乳酸ゲルの溶媒交換によるゲルの流動温度の向上に関して主に研究した。一旦複合体結晶で作製したポリ乳酸ゲルを40度程度に加熱したポリ乳酸の溶液に再度浸漬したところ、条件によって数十度の流動温度の上昇が見られた。この原因として一旦できたポリ乳酸ゲルの網目構造の中にさらに網目構造が形成されることによる安定化と、一旦できた網目構造のポリ乳酸がより熱的に安定な結晶形に変化することによる効果の2つが考えられた。一旦できたポリ乳酸ゲルを単に加熱することによっても流動温度がかなり上昇することから熱的に安定な結晶形に変化することによる寄与が大きいことが分かった。一旦複合体結晶で作製した後で別の溶媒に交換する際には、種々の溶媒で交換を試みた結果、ポリ乳酸との親和性が低く、沸点が低くない溶媒を用いれば、溶媒交換が可能で流動温度が高いゲルになることが分かった。ただし、溶媒交換の可否は単純にポリ乳酸との親和性だけでは決まらず、ポリ乳酸の結晶形変化をより誘起する溶媒の方が交換し易いと思われる。複合体結晶を誘起する溶媒中での結晶化挙動をポリ乳酸とポリスチレンのブロック共重合体で調べた。光散乱測定から結晶の成長の様子が分かり、複合体結晶を誘起し易いN,N,-ジメチルホルムアミド中では結晶成長が早く、また菱餅状の大きな結晶ができることが原子間力顕微鏡、電子顕微鏡などから分かった。ゲル化のメカニズムに関しては、これまでの研究結果をまとめると、複合体結晶によって網目構造を形成することが重要であるが、その安定化には別の結晶形に変化させることが有効だと言うことが明らかになりつつある。これらの研究結果は既に繊維学会や高分子学会などで発表している。特に流動温度の向上に関しては、若干の追加実験の後に学術雑誌で発表すべく、準備を進めている。課題申請時に行った、ゲル化過程での構造変化、溶媒交換によるゲルの構造変化、作製条件によるゲル構造の変化の3つの目標のうち、溶媒交換によるゲルの構造変化およびゲル化機構の解明に関しては、既にほぼ明らかにしており、学術雑誌への論文投稿を準備中である。作製条件によるゲル構造の変化に関しても、概ね実験を終えており、今後追加の実験を行った上で学会発表や論文投稿を行う予定である。ゲル化過程での構造変化に関しては、研究に用いる予定だった光散乱装置および電子顕微鏡の故障・不具合が続き、一応のデータは得られているものの、論文投稿に向けてさらに実験すべき状況でありながら、なかなか進められていない。両装置はゲル化過程での構造変化を知る上で不可欠であり、装置の不具合による遅れは如何ともし難かった。今後、なるべく速やかに装置の修理を行い、実験を進めたい。本課題で導入した示差屈折率計や既設の粘弾性測定装置やX線回折装置等、光散乱装置や電子顕微鏡以外の装置を用いた実験に関しては大きな障害は発生しておらず、これらを使った実験は順調に進んでいる。研究課題全体としては学会発表も盛んに行い、学界から評価を受けている。

特に本研究課題に関連して平成27年度の繊維学会奨励賞、および東海化学工業会賞を受賞しており、当該分野で注目を集められていると考える。今後、論文を学術雑誌で発表することでさらに強力に研究成果を発信する予定である。このように、一部で予期せぬ事態によって遅れが見られる部分があるものの、全般的には順調に進展しており、特に大きな問題にはならないと考える。ポリL-乳酸(PLLA)はジメチルホルムアミド(DMF)などのある種の溶媒と複合体結晶を形成する。そのような溶媒中ではPLLAがナノファイバー構造を取ることで溶媒の流動を抑えて、容易にゲル化する。一旦複合体結晶でナノファイバー構造を形成させれば、複合体結晶を形成しない溶媒と交換してもゲル状態を保つことが可能な場合があったが、PLLAと溶媒の親和性はゲルの流動温度と明確な相関がみられず、どのような溶媒で交換可能なのか明らかでなかった。そこで、一旦DMF中で複合体結晶のナノファイバー構造を形成させた後で、1-プロパノールに浸漬させてPLLAをより安定な結晶形に変化させたの後に、種々の溶媒と交換を試みた。その結果、DMFから直接溶媒交換した場合と異なり、ほとんどの溶媒と交換可能になり、ゲルの流動温度も溶媒とPLLAとの親和性と良い相関がみられた。また、複合体結晶によって形成させたナノファイバー構造の間に新しい高分子構造を構築させることで、ゲルの流動温度の向上などの物性を制御することを試みた。一旦形成したナノファイバー構造を壊さずに新しい高分子構造を形成させるために、種々の溶媒に対して溶解性が高いポリスチレンとPLLAとのブロック共重合体を用いることで、PLLAのナノファイバー間にブロック共重合体の構造を形成させることに成功した。ブロック共重合体の凝集構造形成は静的・動的光散乱測定で確認し、ナノファイバー間でのモルフォロジーは走査型電子顕微鏡で観察した。ブロック共重合体の新しい高分子構造を構築させたゲルは、ブロック共重合体を導入する前よりもより高温まで流動しないゲルを作製することができた。ポリ乳酸は環境・生体に優しい高分子として利用が期待されている。本研究では、ポリ乳酸が溶媒分子と形成する複合体結晶を利用して容易に形成する高分子ゲルに関して、その構造や物性を評価することを目的とした。ポリ乳酸は複合体結晶を形成することで直径100 nm程度の微細な繊維構造を形成することで溶媒分子の流動を抑制し、ゲル化することが分かった。一旦、複合体結晶によって微細な繊維構造を形成すれば、その後に複合体結晶以外の結晶形に変化しても微細な繊維構造を維持し、ゲル状態を保つことも見出した。これを利用して、ゲルの耐熱性を向上させることに成功した。導入予定であった示差屈折率計は既に導入済みで、装置の立ち上げ、構成は無事に終わった。実際にポリ乳酸のブロック共重合体に対して異なる種類の溶媒に対して、示差屈折率増分を測定積みであり、示差屈折率計の導入に関しては計画通りに進んでいると言える。溶媒交換によるゲルの構造変化に関しては、既に数十種類かの溶媒を用いて交換可能か否かを調べており、そのうちの数種類に対しては原子間力顕微鏡、走査型電子顕微鏡などを用いてゲル中のポリ乳酸の構造を観察済みである。粘弾性測定装置を用いて力学的測定も測定済みである。溶媒交換の可否に関しては、ポリ乳酸と溶媒のとの親和性では説明できないことが明らかになった。
パイロットモデルのオンライン同定を核とした小型機・無人航空機の安全性向上システム

ドローンや自動運転自動車などの操縦者をリアルタイムモデリングし,モデルパラメータから操縦者状態を推定する手法の検討を行った.機体の運動や周囲環境の変化に対する操縦者の振る舞いをモデル化し,そのモデルパラメータで操縦者状態を評価する.操縦シミュレータ実験を行い,操縦者モデルを同定し解析した結果,ワークロード量とモデルの残差,モデル変動などとの相関があることが明らかになった.既存手法は心拍などの生体信号を計測してその変化を評価する.一方提案手法は,刺激に対する操縦者ダイナミクスの応答を評価する手法であるため,車両振動や外部環境の変化に適切に反応できているか直接評価することができる.平成26年度は実験環境全般の構築と,基礎的な実験を行った.(1)操縦シミュレータのセットアップおよび基本的なビークルダイナミクスの組み込み市販のバーチャルリアリティ環境を援用して操縦シミュレーションのハードウェアの構築を行った.ノートPCで運動の演算を行い,ビークルからの視界をプロジェクターで投影する.オペレータの操縦入力は操縦桿,ステアリングホイールなど任意のUSBデバイスが使用可能である.さらに6自由度のビークルの運動方程式をプログラミングし操縦シミュレータに組み込んだ.運動パラメータの設定で,有人の航空機の操縦,無人機のオペレーション,地上走行車両の操縦など任意のビークルの操縦を模擬可能である.(2)操縦環境の組み込み突風外乱をモデル化し操縦シミュレータに組み込んだ.(3)ワークロード測定センサの構築心拍を計測しその変動からワークロードを推定するシステムを構築した.さらにアイトラッカーで眼球の動きを計測しワークロードを構築するシステムを構築した.心拍からのワークロード推定では,心拍変動をウェーブレット変換して低/高周波成分の比で推定する既存手法を採用した.(4)基礎的な操縦シミュレーション外乱が持続的に印加される環境下での操縦シミュレーションを実施し,構築したシステムでワークロードの推定を行った.当該研究は有人航空機の操縦および無人機のオペレータが対象であるが,基礎的な試験として被験者の操縦経験のある地上走行車両を模擬したダイナミクスを採用した.そして操縦対象のダイナミクスを変化さるとワークロードの推定結果が変化することが確認できた.平成27年度は構築したシステムで一連の実験を行い,ワークロード推定手法を構築した.(1)平成26年度に構築したフライトシミュレータを用いて,無人機を操縦してウェイポイントを通過するタスクを実行する実験を行った.その際2重タスクを与えて明示的に操縦の負荷を変化させた.その結果リアルタイム同定されたオペレータモデルの残差と操縦成績,生体信号から推定されたワークロード,与えたタスクの難易度などについて相関がみられた.(2)平成26年度に構築したドライビングシミュレータを用いて,自動運転自動車が自動運転から手動運転に切り替わり前走車との車間距離を保つタスクを実施する実験を行った.その際2重タスクを与えて明示的に操縦の負荷を変化させた.実際の前走車位置と前走車を注視する視点の関係をリアルタイム同定し,前走車注視モデルとドライバ状態との関係を解析した.無人航空機や自動運転自動車を操縦するシミュレータ環境はほぼ構築し終わった.さらに心拍や視点などの生体信号や操縦履歴などを記録し,それらからオペレータモデルを同定するアルゴリズムを構築した.また約十名の被験者について2重課題を与えてビークルの操縦を行う一連の実験を行い,有意なデータを取得する技術を構築した.得られたドライバモデルのパラメータと操縦負荷やドライバ状態などの関係についての解析も進めた.特にドライバの視点の動きを表現するドライバモデルは今までにないものであり,新規性が高い.平成28年度は,自動運転自動車への適用できるシステム提案を目指し,操縦者の運転動作を利用しない操縦者状態推定手法を構築した.そのため,自動走行時でも得られる操縦者の振る舞いとして注視点移動を利用した.車両搭載のアイトラッカーで操縦者の視点を計測し,周辺環境の変化に対してどのように注視点が動くかをリアルタイムモデリングする手法である.まず,自動走行システムを模擬した操縦シミュレータを構築した.そして自動走行時に操縦者の注意力を低下させ自動運転から手動運転へ切り替える実験を行った.そのとき,副次課題を与える場合と与えない場合の前方注視タスクを実行する被験者の注視点の動きをモデル化することで,モデル特徴量から注意力低下状態を推定可能か確認した.5名の被験者に対して,自動走行する車両の操縦シミュレータ実験を実施した.様々なモデル構造で検証したところ,入力が前方車両の速度,出力が注視点移動の速度とした操縦者の注視点モデルが操縦者状態とモデルパラメータの相関が高いことを明らかにした.操縦者モデルの残差が被験者5人中3人において,操縦者モデルの残差が小さい場合に割り込み車両が現れた時の反応時間も遅いことが確認できた.これより,同定モデルの残差を評価することで注意力低下とそれが引き起こす反応時間の増加を推定できる可能性がある.残り2名に関してはブレーキペダルとスロットルペダルの踏み間違えが発生していた.本研究の結果から,操縦者が操縦していない自動走行時でも操縦者の注視点モデルの残差を評価することで,操縦者の注意力低下状態を推定できる可能性が示唆される.今後はより多くの被験者に対して実験を行い汎用的なアルゴリズム構成が必要である.ドローンや自動運転自動車などの操縦者をリアルタイムモデリングし,モデルパラメータから操縦者状態を推定する手法の検討を行った.機体の運動や周囲環境の変化に対する操縦者の振る舞いをモデル化し,そのモデルパラメータで操縦者状態を評価する.操縦シミュレータ実験を行い,操縦者モデルを同定し解析した結果,ワークロード量とモデルの残差,モデル変動などとの相関があることが明らかになった.既存手法は心拍などの生体信号を計測してその変化を評価する.

一方提案手法は,刺激に対する操縦者ダイナミクスの応答を評価する手法であるため,車両振動や外部環境の変化に適切に反応できているか直接評価することができる.交付申請書において平成26年度は実験用シミュレータの構築,同定データの事前処理および切り分け手法の確立を行うこととした.この中で最も時間がかかると予想していたのは実験用シミュレータの構築である.平成26年度中にハードウェア,ソフトウェアの構築を行い,基礎実験により有意なデータが取得できることが確認できたので,実験用シミュレータの構築はほぼ達成した.オペレータ同定についての作業は未実施である.一方平成27年度以降に実施予定であったワークロード推定システムの構築を前倒しでH26年度に実施した.実験環境と解析アルゴリズムの構築は終了し,ドライバ状態を推定する手法の検証も進んでいる.今後はより多くのシナリオと被験者について実験を行い,提案手法の妥当性を多角的に評価する.飛行制御平成27年度前半に,平成26年度に実施予定であったオペレータ同定に関する作業を実施する.予定より半年遅れることとなるため,研究目的は変えずに,研究対象を被験者の確保が困難で評価試験の実施に時間のかかる有人機のシミュレータ試験ではなく,実験の実施が容易な無人機のオペレーションに限定する.しかし平成27年度以降に実施予定であった作業を一部前倒しで実施しているため計画の遅れは軽微である.
生体内コラーゲンの分子状態の可視化と医療への応用を目指した新規環状ペプチドの開発

●環状平行2量体ペプチドの構造最適化:コラーゲンへのハイブリ能を有する環状平行2量体ペプチド(プロトタイプ)には、自己集合能が残存していた。自己集合は標的コラーゲンとのハイブリッド形成と競合するため、ペプチド溶液を使用(投与)直前に加熱変性する必要があった。この問題を解決するために、荷電アミノ酸の導入およびペプチド主鎖骨格への歪導入といった分子設計の改変を行った。構造ー活性相関研究の結果、変性コラーゲンへのハイブリ能を維持したまま、自己集合能が低減されたペプチドの作成に成功した。本ペプチドを用いて、in vitroで変性コラーゲンを効率的に検出できた。ELISA、western blotting、蛍光染色によるin vitroイメージングにおいては、抗コラーゲン抗体と匹敵する検出感度を示したことから、本ペプチドはコラーゲン検出試薬として有用である。●がん組織のin vivoイメージング:上記環状平行2量体型ペプチドを蛍光あるいはアイソトープで標識し、これを用いてヒトがん細胞を移植したマウスのがん組織のイメージングができるかどうかを検討した。尾静脈から投与した標識ペプチドは、がん腫瘍を効果的に描出できることが明らかになった。多種のヒトがん細胞を用いて検討したところ、がん種により標識ペプチドの集積度合いが異なることがわかった。また、ペプチドの分子デザインによりイメージングプローブの体内滞留時間を制御できる可能性が示唆された。さらに、本ペプチドは、がん組織に加え、椎間板や足関節など軟骨が多い組織に集積する傾向がみられた。●薬物コンジュゲートの作成:上記イメージングによりがん腫瘍への集積が確認されたことから、抗がん剤ドキソルビシンとのコンジュゲート化に着手した。現在のところ低収率ながら目的物を得ており、今後in vitroおよびin vivoでの薬効の検討に入る予定である。主に環状ペプチドの分子設計とコラーゲンへのハイブリッド形成能およびペプチドの自己集合能との関連についてin vitroで検討した。1)環状平行2量体ペプチドについて:1環状構造の重要性、2分岐・結束部位のリンカー構造、3ペプチド鎖長、4ペプチドの電荷、5立体構造の歪みをパラメータとして、構造-活性相関研究を実施した。その結果、環状構造を持つものが、一本鎖および分岐鎖のペプチドよりも有用であることが示された。また、ペプチド鎖への負電荷導入が分子設計上有用であることも分かった。また、コラーゲンへのハイブリ能は、ペプチド自己集合物の変性温度と密接なかかわりを持っていることが明らかになり、今後のさらなる分子設計に指針を与えるものとなった。加えて、適切に設計された環状平行2量体ペプチドは、市販の抗コラーゲン抗体に匹敵するコラーゲン検出力を有していることが示され、in vitroにおける変性コラーゲン検出試薬としてwestern blottingおよび培養細胞あるいは組織の蛍光染色に実用的であることが示された。さらにこのペプチドは、抗体では検出できない細胞内で構造形成の途上にあるプロコラーゲンを検出することができた。これらの結果について、1件の特許出願、2件の学会発表を行うとともに、現在原著論文を投稿中である。2)環状1本鎖について:コラーゲン様配列を有するペプチドのhead-to-tail環化法を確立した。様々な長さの環状1本鎖ペプチドについてそのコラーゲンへのハイブリッド形成能および自己集合能を調べた。予想どおりこれらはすべてコラーゲンへのハイブリ能を有さなかったが、一定以上の鎖長では、環状であっても3重らせんを形成しながら自己集合しうることが示唆された。鎖内にMMPによる切断配列を導入することで、MMP高発現細胞周辺のコラーゲンの検出を試みたが、現状では成功していない。本項目で得られた成果については1件の学会報告を行った。環状平行2量体ペプチドの構造-活性相関については順調に進行した。

ペプチド鎖への電荷の導入に関しては、当初計画していたホモ2量体に加え、二つの鎖のアミノ酸配列が異なるヘテロ2量体についても検討した。導入する電荷としては負電荷の方がコラーゲンとのハイブリッド形成に有利であったことから、コラーゲン上のペプチド結合部位が正電荷を含んでいることが示唆された。様々な温度において、コラーゲンとのハイブリッド形成能とペプチド自己集合能を調べることによって、両者に強い正の相関があることが明らかになった。したがって、ペプチドの自己集合能を欠失させた上でコラーゲンへのハイブリ能のみをペプチドに付与することは困難であるが、使用する温度において最適なペプチドを設計するだけの化学的基盤はすでに得られた。In vitroでの変性コラーゲンの検出系として、western blotting, ELISAおよび免疫蛍光染色を検討した。いずれの系においても、最適化した環状平行2量体ペプチドは、抗コラーゲン抗体に匹敵するコラーゲン検出能を有しており、また既報1本鎖のコラーゲンハイブリダイズペプチドよりも約100倍強いアフィニティーを示した。環状1本鎖ペプチドについては、主として化学合成法の最適化をおこなった。その結果、環化反応を変性条件において行うこと、およびアミド結合形成に先立って、末端に導入したシステイン残基間でジスルフィド結合により環化することが高収率な環化に重要であることが明らかになった。得られたコラーゲン様環状1本鎖ペプチドが、立体構造形成(自己集合)において、これまでに知られていない性質を有していることも示唆されている。平成29年度に得られた知見を基に、生体内でのコラーゲン検出に最適と思われる分子デザインのペプチドを数種に絞り込み、in vivoでの検討を本格化する。ここでは、より研究が進行している環状平行2量体ペプチドを用いた検討を優先して実施する。蛍光プローブを付加したペプチドを調製し、これを担がんマウスに経静脈投与したのち、IVISを用いた蛍光in vivoイメージングを実施する。がん組織へのペプチドの集積が有意であった場合には、複数のがん細胞種をもちいた同様の検討を実施することで、がんの悪性度とイメージングの結果との相関を調べる。また、放射性同位体標識したペプチドを調製し、これを用いて本ペプチドの体内動態を詳細に解析したうえで、体内の変性コラーゲンのPETによる描出についても検討する。さらに、環状平行2量体ペプチドと薬物とのコンジュゲートの分子設計を進め、新しいDDS担体としての本ペプチドの応用研究も進める。具体的には、マウスに移植した肺がんへの抗がん剤のターゲッティングおよび骨粗鬆症モデルマウスの骨組織への治療薬のターゲッティングについて検討を加える。この過程においては、新規な薬物候補物質が取得される可能性があるため、知財の保護についても適切にマネジメントしながら研究を推進する。
東日本大震災からの住宅再建における選択の社会構造的要因と納得構造の解明

本研究は、東日本大震災によって被災し住宅の移転を余儀なくされた人びとがどのような選択をしたのか社会構造と人びと自身がその選択にどのように納得しているか言説の双方から明らかにしようとするものである。東日本大震災で住宅を被災した人びとがどこでどのように住宅を再建させるのかには、各種の住宅再建を支援する制度や居住予定地域の生活環境などの社会構造的な要因で決まる一面がある。一方で、当事者自身の志向性など主体的な選択である側面も持ち合わせている。本研究では、その双方を同時に解明しつつ、両者の関係を明らかにする。
ペプチド性植物増殖因子ファイトスルフォカインの受容体と生合成に関する研究

我々が発見したペプチド性植物増殖因子ファイトスルフォカイン(PSK)は,アミノ酸5残基からなり,動物の増殖因子と同様に受容体を介してその機能を発現すると考えられた.これまでの研究からイネ細胞膜にPSKに特異的な結合部位が存在することを証明していた.本研究においては,PSK誘導体を用いて光アフィニティーラベルにより,この結合部位の分子量が120,160kDであることを示し,これらをグリコシダーゼで処理することによりそれぞれ10kD分子量が減少することが判明した.これらはPSKの受容体と考えられ,現在精製を行っている.PSKに含まれるチロシン2残基はいずれも硫酸化されており,しかもこの硫酸化が生物活性の発現に不可欠である.またチロシン残基が硫酸化されたペプチドやタンパク質は,動物では数多く報告され,研究もされてきているが,高等植物においてはPSKが最初の例である.そこで植物のチロシンタンパク質硫酸転移酵素(TPST)について研究を開始した.既に明らかになっているイネPSK前駆体遺伝子の配列から,PSKを含む十数残基のペプチドを合成し基質とした.動物TPSKを参考に,PSKを生産することが判明している植物を抽出して,TPSK活性を検定したところ,アスパラガスが最も活性が高いことが判明した.植物起源のTPSKは,動物起源のそれに比べて至適pHなどがやや異なるものの,おおむね類似の性質を示した.特に,硫酸化されるチロシン残基直前に酸性アミノ酸の存在することが,必要であることがこの場合も確かめられた.硫酸化される配列を複数繰り返すペプチドを合成し,これを用いてアフィニティー担体を作成して,これを精製に使用したところ,100倍以上の精製効率を達成できた.さらに特殊なアフィニティー法を用いて,本酵素の分子量を61-62kDと推定した.我々が発見したペプチド性植物増殖因子ファイトスルフォカイン(PSK)は,アミノ酸5残基からなり,動物の増殖因子と同様に受容体を介してその機能を発現すると考えられた.これまでの研究からイネ細胞膜にPSKに特異的な結合部位が存在することを証明していた.本研究においては,PSK誘導体を用いて光アフィニティーラベルにより,この結合部位の分子量が120,160kDであることを示し,これらをグリコシダーゼで処理することによりそれぞれ10kD分子量が減少することが判明した.これらはPSKの受容体と考えられ,現在精製を行っている.PSKに含まれるチロシン2残基はいずれも硫酸化されており,しかもこの硫酸化が生物活性の発現に不可欠である.またチロシン残基が硫酸化されたペプチドやタンパク質は,動物では数多く報告され,研究もされてきているが,高等植物においてはPSKが最初の例である.そこで植物のチロシンタンパク質硫酸転移酵素(TPST)について研究を開始した.既に明らかになっているイネPSK前駆体遺伝子の配列から,PSKを含む十数残基のペプチドを合成し基質とした.動物TPSKを参考に,PSKを生産することが判明している植物を抽出して,TPSK活性を検定したところ,アスパラガスが最も活性が高いことが判明した.植物起源のTPSKは,動物起源のそれに比べて至適pHなどがやや異なるものの,おおむね類似の性質を示した.特に,硫酸化されるチロシン残基直前に酸性アミノ酸の存在することが,必要であることがこの場合も確かめられた.硫酸化される配列を複数繰り返すペプチドを合成し,これを用いてアフィニティー担体を作成して,これを精製に使用したところ,100倍以上の精製効率を達成できた.さらに特殊なアフィニティー法を用いて,本酵素の分子量を61-62kDと推定した.我々はすでにイネを材料にして,受容体の研究を行っているが,可溶化の効率や可溶化後のタンパク質の安定性に問題があったために,イネの結果を参考にしながらニンジンの培養細胞を材料にして,ペプチド性植物細胞増殖因子ファイトスルフォカイン(PSK)受容体の精製を行ったミクロゾーム画分を調整し,可溶化剤を検討してトリトンX-100が最適であることが判明した.この可溶化された区分をアフィニティーカラムで精製し,さらにヒドロキシアパタイトカラムで精製後,脱塩濃縮を行い,SDSゲル電気泳動により得られる120kD,150kDのバンドを切り出した.この精製法によりPSKが特異的に結合するタンパク質を高度に精製できたと判断しており,現在部分アミノ酸配列を決定するのに十分な量を確保すべく,大量のサンプルを調整中である.PSKの構造的な特徴は,硫酸基により修飾されたチロシン2残基を分子内に含む点であり,このようなペプチドは高等植物からはPSKが初めての例である.そこでこの硫酸化を触媒する酵素TPSTの精製を行った.アスパラガス培養細胞からミクロゾーム画分を調整し,トリトンX-100により酵素を可溶化した.種々のカラムクロマトグラフィーにより精製を試みたが効率的な方法は,アフィニティークロマトグラフィーだけであった.すなわち前駆体のPSK配列の直前に存在する硫酸化に必須なアスパラギン酸を含む配列を繰り返すペプチドを合成し,これを担体として利用した.このクロマトグラフィーを2回繰り返した後にSDSゲル電気泳動とフォトアフィニティーラベルを組み合わせて,本酵素の分子量を59kDと推定した.我々が発見したペプチド性植物増殖因子ファイトスルフォカイン(PSK)は,アミノ酸5残基からなり,動物の増殖因子と同様に受容体を介してその機能を発現すると考えられた.

これまでの研究からイネ細胞膜にPSKに特異的な結合部位が存在することを証明していた.本研究においては, PSK誘導体を用いて光アフィニティーラベルにより,この結合部位の分子量が120, 160kDであることを示し,これらをグリコシダーゼで処理することによりそれぞれ10kD分子量が減少することが判明した.これらはPSKの受容体と考えられ,現在精製を行っている. PSKに含まれるチロシン2残基はいずれも硫酸化されており,しかもこの硫酸化が生物活性の発現に不可欠である.またチロシン残基が硫酸化されたペプチドやタンパク質は,動物では数多く報告され,研究もされてきているが,高等植物においてはPSKが最初の例である.そこで植物のチロシンタンパク質硫酸転移酵素(TPST)について研究を開始した.既に明らかになっているイネPSK前駆体遺伝子の配列から, PSKを含む十数残基のペプチドを合成し基質とした.動物TPSKを参考に, PSKを生産することが判明している植物を抽出して, TPSK活性を検定したところ,アスパラガスが最も活性が高いことが判明した.植物起源のTPSKは,動物起源のそれに比べて至適pHなどがやや異なるものの,おおむね類似の性質を示した.特に,硫酸化されるチロシン残基直前に酸性アミノ酸の存在することが,必要であることがこの場合も確かめられた.硫酸化される配列を複数繰り返すペプチドを合成し,これを用いてアフィニティー担体を作成して,これを精製に使用したところ, 100倍以上の精製効率を達成できた.さらに特殊なアフィニティー法を用いて,本酵素の分子量を61-62kDと推定した.
レドックス応答蛍光プローブを用いた生体触媒活性のナノイメージング

生体酵素や無機ナノ粒子のようなナノサイズの触媒は、化学合成やエネルギー生成において多くの応用可能性を秘めている。本研究では、たった一つの触媒上における分子の吸着挙動や界面反応の観測に応用できる水溶性蛍光プローブを開発した。水溶性を高めるためのスルホン酸と反応部位であるジニトロフェニル基を持つ還元応答型蛍光プローブを用いて、単一触媒ナノ粒子上での光誘起電子移動反応の単一分子蛍光観察に成功した。さらに、カテコールを修飾したBODIPY蛍光色素を用いて、金属酸化物表面における吸着サイトの位置を光の回折限界を超える空間分解能で特定した。本研究では、水溶性レドックス応答蛍光プローブを開発し、ナノサイズの触媒上で起こる還元反応を単一分子レベルで観測した。既報のレドックス応答蛍光プローブ3,4-dinitrophenyl-BODIPY(DN-BODIPY)にスルホン酸を修飾したDS-DN-BODIPYを合成した。蛍光プローブの性能および反応機構を明らかにするため、二酸化チタンナノ粒子による多電子還元反応を単一分子蛍光イメージング法により観測した。その結果、DS-DN-BODIPYは従来のDN-BODIPYより高い反応応答性を示し、単一分子レベルでの蛍光観測にも適用できることがわかった。さらに、金ナノ粒子を修飾した二酸化チタンナノ粒子を合成し、可視光照射下での光触媒活性を単一分子および単一粒子レベルで観測した。反応生成物の蛍光強度に対する励起波長依存性の実験から、光励起された金ナノ粒子から二酸化チタンへの電子移動およびエネルギー移動によって還元反応が進行していることが示唆された。また、同プローブを用いて出芽酵母の触媒活性を観測することで、スルホン酸の効果について検討した。生細胞の蛍光イメージングを遂行するために新たに構築した顕微鏡システムを用い、細胞中における発光性ナノ粒子の単一粒子蛍光イメージングを行った。本研究課題とも密接に関係するナノスケールの界面反応に関する単一分子研究を行い、学術論文として発表した。分子の吸着および解離過程のその場観察は、触媒反応機構を理解する上で重要である。本研究では、金属酸化物表面における分子吸着サイトの空間分布を調べるため、カテコール修飾BODIPY色素(CA-BODIPY)を用いた単一分子蛍光観察を行った。CA-BODIPYは通常無蛍光性であるが、二酸化チタン表面への吸着によってカテコール部位の電子状態が変化し、分子内電子移動による蛍光消光が抑制されることで強い蛍光を発するようになる。したがって、吸着したCA-BODIPYの単一分子蛍光を空間解析することで、分子吸着サイトを光の回折限界を超える空間分解能で決定することができる。水溶液中、マイクロメートルサイズのアナターゼ結晶上で観測された蛍光輝点位置を解析した結果、{001}面や{100}面と比べ、{101}面でより多くの吸着サイトが存在していることがわかった。この結果は、表面エネルギーの高い{001}面では水分子が解離的に吸着するのに対し、{101}面では水分子が分子的に吸着するためCA-BODIPYが化学吸着しやすいことに起因していると解釈された。また、分子吸着における結晶サイズの影響を調べるため、バルク結晶、マイクロ結晶、ナノ結晶における分子吸着挙動をCA-BODIPYを用いて調べた。二酸化チタンナノロッドにおいて観測された吸着サイトの空間分布は、マイクロ結晶と異なり、{101}面と{100}面で吸着サイト数に有意な差はみられなかった。これは、熱力学的に安定な結晶面固有の表面構造より、むしろ酸素空隙のような格子欠陥が分子吸着に重要な役割を果たしていることを示唆している。また、生細胞中における発光性ナノ粒子の単一粒子蛍光イメージングや反応活性種の蛍光イメージングを行った。微生物の有する生体触媒活性を利用した化学反応は、環境負荷の低い触媒として、近年、様々な応用が期待されている。本研究では、生体内における酵素触媒活性のナノイメージングに応用できる新規水溶性レドックス応答蛍光プローブの開発を行った。既報のレドックス応答蛍光プローブ3,4-dinitrophenyl-BODIPY(DN-BODIPY)をスルホン化することで水溶化を達成した。具体的には、DN-BODIPYを1等量もしくは2等量のクロロスルホン酸と反応させることで新規化合物MS-DN-BODIPYおよびDS-DN-BODIPYを高収率で得た。これらの蛍光プローブの性能を評価するため、二酸化チタン光触媒による多電子還元反応を観測した。その結果、酸性条件下で、DS-DN-BODIPYはMS-DN-BODIPYより高い反応応答性を示すことがわかった。これは、スルホン酸アニオンが正電荷を帯びた二酸化チタン表面に強く吸着することに起因する。また、単一分子蛍光イメージング法により、いずれの蛍光プローブも、単一粒子および単一分子レベルの触媒活性評価に適用できることを確認した。

特に、DS-DN-BODIPYでは従来のDN-BODIPYと比べ、100倍以上低い濃度でも触媒活性が観測できた。さらに、同プローブを用いて、出芽酵母の触媒活性を確認した。生細胞の蛍光イメージングを遂行するための顕微鏡システムを新たに構築し、光学素子の選定も含めた測定条件の最適化を行った。また、本研究課題とも密接に関係するナノスケールの界面反応に関する単一分子研究を行い、学術論文として発表した。本研究の重要な課題である水溶性のレドックス応答蛍光プローブに成功し、界面電子移動反応を単一分子レベルで観測できることを実証した。これらの蛍光プローブを用いることで、出芽酵母における触媒活性の観測にも成功した。また、新たに構築した顕微鏡システムを用いて、生細胞中における発光性ナノ粒子の蛍光イメージングも達成している。以上のように、研究は当初の計画通り順調に進展している。本研究の重要な課題である水溶性のレドックス応答蛍光プローブに成功した。具体的には、1つ、もしくは2つのスルホン酸基を3,4-dinitrophenyl-BODIPYのBODIPY骨格に修飾した。二酸化チタン光触媒による多電子還元反応を用いてこれらの蛍光プローブの性能を評価したところ、水溶液中でも極めて高い反応選択性と検出感度を有していることがわかった。また、同プローブを用いることで、出芽酵母における触媒活性の観測にも成功した。生細胞の蛍光イメージングを遂行するための顕微鏡システムの構築も行い、単一分子観察に向けた予備実験も進んでいる。平成24年度に、単一波長光源を用いた触媒活性の蛍光顕微分析を行う予定であったが、観察において想定外の興味深い光照射波長依存性が観測されたため、当初の計画を変更し、照射波長依存性の解析を行うこととした。このため、平成25年度は、蛍光プローブを用いた触媒活性観察における光照射波長依存性の解析と得られた結果の論文化を中心に研究を推進する。全反射蛍光顕微鏡もしくは共焦点蛍光顕微鏡を用いた生細胞中の単一分子蛍光観察を本格的に開始する。特に、重要な目的である触媒活性の超解像解析に焦点を絞り、研究を推進する。未使用額は光照射に用いる光源の購入費と得られた結果の論文化のための経費に充てる予定である。研究を進めていく上で必要に応じて研究費を執行したため当初の見込み額と執行額は異なったが、研究計画に変更はなく、前年度の研究費も含め、当初予定通りの計画を進めていく。
電量滴定法による新しい無機材料中の微量非金属成分の精密定量法の開発

〔炭素の定量〕酸素気流中で燃焼が困難な試料からの炭素の抽出にクロム酸-硫酸を用いた湿式酸化分解法を応用する場合,金属試料の急激な分解に伴って発生する水素による爆発をなくすために,窒素をキャリヤーとして使用した.その結果,急激な分解による爆鳴気反応もなく,酸素を用いた場合と同様の精度と正確さで炭素を定量できた.また,パラジウム膜透過により水素だけを分解する方法を導入したところ,キャリヤーガスが酸素でも爆発を充分に避けることができた.この方法により,チタン合金,高純度インジウム及びカリウム中の1ppm以下の極微量炭素も定量可能であることが分かった.一方,燃焼困難といわれる金属に従来の酸化燃焼法を応用するため,助燃剤についても検討した.高純度ケイ素の場合には鉄とスズのそれぞれ試料量の2倍以上を助燃剤として用い, 1400°Cで完全に燃焼できることを見いだした.また,粉末タンタルでは試料の2倍量のスズが,モリブデンを含むチタン合金では試料の2倍量の銅が助燃剤として最適であった.実際にそれら金属中に含まれる数ppmから数十ppmの炭素を高い精度と正確さで定量できた.〔水分及び水素の定量〕岩石試料を100°Cから階段状に昇温し,それぞれの温度で放出された水分を電量滴定して水の存在状態を解析した結果,全抽出水分量の約40%は100°Cで放出される吸着水であり, 450°C付近で結合水の放出がみられた.〔硫黄の定量〕試料を鉄(II)・強リン酸で分解して硫黄を硫化水素として分離抽出し,それを電量銀滴定する方法を検討した.硫酸カリウム標準溶液中の1.127.9μgの硫黄を定量した結果,硫酸イオンは定量的に硫化物イオンに還元され,満足できる精度と正確さが得られた.〔炭素の定量〕試料を湿式分解し、炭素を二酸化炭素として抽出する方法は、ショ糖標準溶液を用いた検討では0.03μgの微量炭素の定量にも成功したが、試料が細かい場合に相当量の水素が発生し、それがキャリヤーの酸素と爆鳴気反応を起こす問題の解決のために、キャリヤーガスに窒素を用いる方法を検討した。酸素中の炭素化合物の除去は従来の検討結果が利用できるが、窒素中の炭素化合物の除去はあまり検討されていない。しかし、加熱酸化銅とソーダタルクにより、ほぼ酸素と同程度にまで空試験値を減少させることができた。クロム酸含有強リン酸による試料分解法も検討したが、実用化には至らなかった。一方、高温の酸素気流中で試料を燃焼する従来の燃焼法も検討した。この場合もショ糖標準溶液一定量を採取して定量したときは、上記と同程度の微量炭素の定量ができた。また、ケイ素中の炭素の定量に応用するための助燃剤として、銅,鉛,スズ,鉄,リン酸ホウ素などを検討したが、スズと鉄を多量に加えたときに燃焼がかなりよく行われた程度で、更に検討中である。〔水または水素の定量〕試料として電解コンデンサーに用いられるタンタルを選び、その表面の酸化皮膜の水の状態を検討した。すなわち、試料を100°Cの炉中に入れ、アルゴン気流中に放出された水をナトリウムアミドでアンモニアに変え、そのアンモニアを電量滴定して水を定量した。試料加熱は100°Cから100°Cごとに階段状に行い、それぞれの温度で放出された水分を定量した結果、タンタル表面の酸化皮膜上の付着水は少なく、酸化皮膜内に存在すると思われる結合水がかなり多量にあることがわかった。〔硫黄の定量〕硫化銀形銀イオン電極を用いた硫化物イオンの電量滴定法により、0.03μgの硫黄が定量できた。鉄(【II】)強リン酸による硫黄イオンの還元蒸留分離法を導入した。〔炭素の定量〕酸素気流中で燃焼が困難な試料からの炭素の抽出にクロム酸-硫酸を用いた湿式酸化分解法を応用する場合,金属試料の急激な分解に伴って発生する水素による爆発をなくすために,窒素をキャリヤーとして使用した.その結果,急激な分解による爆鳴気反応もなく,酸素を用いた場合と同様の精度と正確さで炭素を定量できた.また,パラジウム膜透過により水素だけを分解する方法を導入したところ,キャリヤーガスが酸素でも爆発を充分に避けることができた.この方法により,チタン合金,高純度インジウム及びカリウム中の1ppm以下の極微量炭素も定量可能であることが分かった.一方,燃焼困難といわれる金属に従来の酸化燃焼法を応用するため,助燃剤についても検討した.高純度ケイ素の場合には鉄とスズのそれぞれ試料量の2倍以上を助燃剤として用い, 1400°Cで完全に燃焼できることを見いだした.また,粉末タンタルでは試料の2倍量のスズが,モリブデンを含むチタン合金では試料の2倍量の銅が助燃剤として最適であった.実際にそれら金属中に含まれる数ppmから数十ppmの炭素を高い精度と正確さで定量できた.〔水分及び水素の定量〕岩石試料を100°Cから階段状に昇温し,それぞれの温度で放出された水分を電量滴定して水の存在状態を解析した結果,全抽出水分量の約40%は100°Cで放出される吸着水であり, 450°C付近で結合水の放出がみられた.

〔硫黄の定量〕試料を鉄(II)・強リン酸で分解して硫黄を硫化水素として分離抽出し,それを電量銀滴定する方法を検討した.硫酸カリウム標準溶液中の1.127.9μgの硫黄を定量した結果,硫酸イオンは定量的に硫化物イオンに還元され,満足できる精度と正確さが得られた.