hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Fcαレセプター欠損マウスの作成とIgAネットワークの解明

IgEとIgG以外のFcレセプター(FcR)の中で分子レベルで機能解析が進んでいる唯一のものはヒトのIgAのレセプター,FcαRである.一方,本研究において目標としたマウスFcαRを単離する試みは今のところ成功していないが,この研究の過程において意外な副産物を産み出した.キラー抑制レセプター(KIR)はMHCクラスI分子をリガンドとして認識することによりNK細胞,一部のT細胞の活性抑制を行う.KIR細胞内領域のチロシンリン酸化された抑制モチーフITIMにSHP-1が動員されることの重要性が示されている.p58などのKIRはFcαRや機能不明なマウスgp49との相同性が高いことがクローニングされた当初から指摘されていた.我々はヒトFcαRのcDNAをプローブとしてマウスFcαRのクローニングを試みていたが,KIRやFcαRに似た新規な分子群を単離した.我々はこれらがNK細胞を除く多くの細胞種に発現していることを示し,p91と命名したが,FcRとしてのIg結合活性は検出できなかった.この分子群の興味深い点は,細胞外領域が極めて多型性に富む,複数の遺伝子群で構成されるファミリーであることで,特にその中で細胞内領域にITIMに類似した配列を有する分子が存在することが注目に価する.マウスにおけるIgSFに属するKIRではないかと考えられたgp49Bは,確かにNK細胞に発現し,抑制機能を有していることが示されたが,MHCクラスI分子に対応するために必要と思われる多型性が見られない.一方,p91分子群は多型性に富むがマウスNKには発現しておらず,分布はFcγRIIBに近い.よってこれら分子群は遺伝子進化上,FcRとKIRの境目,中間に位置するたいへん興味深いグループであり,リガンドの解明やシグナル伝達のメカニズムなど今後の研究の発展が期待される.IgEとIgG以外のFcレセプター(FcR)の中で分子レベルで機能解析が進んでいる唯一のものはヒトのIgAのレセプター,FcαRである.一方,本研究において目標としたマウスFcαRを単離する試みは今のところ成功していないが,この研究の過程において意外な副産物を産み出した.キラー抑制レセプター(KIR)はMHCクラスI分子をリガンドとして認識することによりNK細胞,一部のT細胞の活性抑制を行う.KIR細胞内領域のチロシンリン酸化された抑制モチーフITIMにSHP-1が動員されることの重要性が示されている.p58などのKIRはFcαRや機能不明なマウスgp49との相同性が高いことがクローニングされた当初から指摘されていた.我々はヒトFcαRのcDNAをプローブとしてマウスFcαRのクローニングを試みていたが,KIRやFcαRに似た新規な分子群を単離した.我々はこれらがNK細胞を除く多くの細胞種に発現していることを示し,p91と命名したが,FcRとしてのIg結合活性は検出できなかった.この分子群の興味深い点は,細胞外領域が極めて多型性に富む,複数の遺伝子群で構成されるファミリーであることで,特にその中で細胞内領域にITIMに類似した配列を有する分子が存在することが注目に価する.マウスにおけるIgSFに属するKIRではないかと考えられたgp49Bは,確かにNK細胞に発現し,抑制機能を有していることが示されたが,MHCクラスI分子に対応するために必要と思われる多型性が見られない.一方,p91分子群は多型性に富むがマウスNKには発現しておらず,分布はFcγRIIBに近い.よってこれら分子群は遺伝子進化上,FcRとKIRの境目,中間に位置するたいへん興味深いグループであり,リガンドの解明やシグナル伝達のメカニズムなど今後の研究の発展が期待される.抗原抗体複合体を認識し,エフェクター細胞の活性化あるいは機能抑制を行うFcRは,体液性免疫と細胞性免疫の間のコミュニケーションを担うと言うより,むしろT細胞レセプター(TCR)やB細胞レセプター(BCR)と同じく全身免疫系・局所免疫系をトータルに調節している極めて重要な分子群である.本年度は特に局所免疫系において重要な調節機能を担っていると考えられるIgAレセプターであるFcαRの遺伝子ノックアウトマウスを作成し,このマウスの個体レベルでの免疫機能を解析することで,B細胞・胸腺外分化T細胞・IgA・FcαRなどを構成員とする局所免疫調節機構の分子および細胞のネットワークを解明することを目指した.これまでの結果では,ヒトFcαRのcDNAをプローブとして遺伝子スクリーニングを行った限りにおいて,マウスにはヒトFcαRに相当する遺伝子が見い出されていない.遺伝子スクリーニングの過程においてヒトのFcαRにきわめて類似した遺伝子が単離されたが,培養細胞上への発現実験の結果,これがコードするタンパクであるp91はIgAや他のイムノグロブリンを結合する能力を持っていなかった。このp91分子のアミノ酸配列はヒトFcαRと相同性が高いが,意外なことに,むしろナチュラルキラー(NK)細胞表面上に発現されているキラー細胞抑制性レセプター(KIR)分子群の構造ときわめて相同性が高かった.p91は細胞内領域に抑制性モチーフと考えられる構造を有しており,KIRと異なる顕著な点はマクロファージに主に分布していることであった.

現在この分子のIg結合能やその他の機能を検討しているが,今後この分子の同族分子群の構成を明らかにするとともに,ノックアウトマウス作成による機能解析にも取り組みたいと考えている.IgEとIgG以外のFcレセプター(FcR)の中で分子レベルで機能解析が進んでいる唯一のものはヒトのIgAのレセプター,FcαRである。一方,本研究において目標としたマウスFcαRを単離する試みは今のところ成功していないが,この研究の過程において意外な副産物を産み出した。キラー抑制レセプター(KIR)はMHCクラスI分子をリガンドとして認識することによりNK細胞,一部のT細胞の活性抑制を行う。KIR細胞内領域のチロシンリン酸化された抑制モチーフITIMにSHP-1が動員されることの重要性が示されている。p58などのKIRはFcαRや機能不明なマウスgp49との相同性が高いことがクローニングされた当初から指摘されていた。我々はヒトFcαRのcDNAをプローブとしてマウスFcαRのクローニングを試みていたが,KIRやFcαRに似た新規な分子群を単離した。我々はこれらがNK細胞を除く多くの細胞種に発現していることを示し,p91と命名したが,FcRとしてのIg結合活性は検出できなかった。この分子群の興味深い点は,細胞外領域が極めて多型性に富む,複数の遺伝子群で構成されるファミリーであることで,特にその中で細胞内領域にITIMに類似した配列を有する分子が存在することが注目に価する。マウスにおけるIgSFに属するKIRではないかと考えられたgp49Bは,確かにNK細胞に発現し,抑制機能を有していることが示されたが,MHCクラスI分子に対応するために必要と思われる多型性が見られない。一方,p91分子群は多型性に富むマウスNKには発現しておらず,分布はFcγRIIBに近い。よってこれら分子群は遺伝子進化上,FcRとKIRの境目,中間に位置するたいへん興味深いグループであり,リガンドの解明やシグナル伝達のメカニズムなど今後の研究の発展が期待される。
ケモカイン受容体発現におよぼすインテグリン下流シグナル分子の役割

流血中において好塩基球は最も少ない細胞であるが、アレルギー疾患においては炎症局所に好塩基球の著しい集簇を認める。そのためには好塩基球の基底膜を通過(transmigration)が重要である。好塩基球の血管内皮通過は広く解析されているがtransmigrationは多くが知られていない。transmigrationモデルとしてマトリゲルを用い各種の遊走因子に対する好塩基球の反応を解析した。意外なことにマトリゲル上段のIL-3存在が好塩基球のtransmigration亢進に重要であった。好塩基球の化学遊走因子である脂質メディエーターやRANTES, IL-8がマトリゲル下段に存在してもtransmigrationの亢進は認め得なかった。しかしながらIL-3が上段に存在することにより好塩基球の、下段化学遊走因子に対するtransmigrationは著しく亢進した。抗体による中和実験により好塩基球に発現するMMP-9とβ2インテグリンがtransmigrationに重要であることが判明した。MMP-9は好塩基球に恒常的に細胞内および細胞表面に発現し、IL-3によりMMP-9の発現は亢進した。MMP-9は癌細胞の転移成立に重要であることはかねてより指摘されている。MMP-9を介する好塩基球のtransmigrationは慢性炎症およびアレルギー反応後発相の特徴的所見であり、その制御が炎症のコントロールに資するものと思われる。好塩基球の化学遊走因子である脂質メディエーターやRANTES,IL-8がマトリゲル下段に存在してもtransmigrationの亢進は認め得なかった。流面において好塩基球は最も少ない細胞であるが、アレルギー疾患においては炎症局所に好塩基球の著しい集籏を認める。

MMP-9を介する好塩基球のtransmigrationは慢性炎症およびアレルギー反応後発相の特徴的所見であり、その制御が炎症のコントロールに資するものと思われる。
樹木タンニン類の酸化が関与する反応特性の解明

樹木タンニン類の酸化が関与する反応特性の解明を目的とし、タンニンとアミン類との反応挙動の解明を行った。芳香核モデル化合物、タンニン単量体・二量体及び樹木から抽出したタンニン類を用いてn^-プロピルアミンとの反応を検討した結果、酸素存在下でピロガロール核のアミノ化が起きること、カテコール核ではアミノ化は顕著でないことを明らかにした。以上から、ピロガロール核を有する樹木タンニン類は、酸化的条件下で一級アミン類とアミノ化反応を起こす特性を有することを明らかにした。樹木タンニン類は酸化の過程において反応性が高まり、様々な物質と化学反応を起こすことが示唆されており、本反応は樹木タンニン類の有する様々な特性や機能に関係していると考えられる。本研究は、酸化がタンニンの特性や機能に関わる"鍵となる反応"であると位置づけ、樹木タンニン類の酸化が関与する反応特性を明らかにすること、具体的にはタンニンの酸素酸化による変性と、それに引き続いて起こるアミン類等の求核試薬との反応特性の解明を目的とする。タンニンの芳香核モデルとして多価フェノール類を用い、求核試薬であるn-プロピルアミン(PrAm)との反応挙動について検討を行った。空気雰囲気下のPrAm水溶液による反応により、カテコールおよびプロトカテク酸では出発物質が90%程度に、ピロガロール、ガリック酸では20%以下に減少し、反応生成物が確認された。本反応は何れの化合物においても窒素雰囲気下ではほとんど進行せず、酸素雰囲気下では促進されたことから、酸素の関与が確認された。また、レゾルシノールは何れの条件でもほとんど反応せず、フロログルシノールでは酸素の有無に関わらずPrAmとの反応が確認された。空気雰囲気下のPrAm反応による生成物を検討した結果、ピロガロールから2位プロピルアミノ化物、3位プロピルアミノ化物を、ガリック酸から3位プロピルアミノ化物、4位プロピルアミノ化物、4位アミノ化物を、フロログルシノールから5位プロピルアミノ化物をそれぞれ単離同定した。以上の結果から、ピロガロール核有するピロガロール、ガリック酸は、PrAmと酸化を経由したアミノ化反応を起こすことが示された。また、本アミノ化反応はメタノール等の有機溶媒中で生成物の選択性が高くなることから、反応条件により位置選択性が変化することが示唆された。一方、フロログルシノールは酸素酸化とは無関係にアミノ化反応を起こすことが示された。樹木タンニン類は酸化の過程において反応性が高まり、様々な物質と化学反応を起こすことが示唆されており、樹木タンニン類の有する様々な特性や機能に関係していると考えられる。本研究は、樹木タンニン類の酸化が関与する反応特性を明らかにすること、具体的にはタンニンの酸素酸化による変性と、それに引き続いて起こるアミン類等の求核試薬との反応特性の解明を目的とする。多価フェノール類とn-プロピルアミン(PrAm)との反応生成物を詳細に検討した結果、ピロガロール及びガリック酸の反応生成物からプロピルアミノ化物をそれぞれ単離・同定し、ピロガロール核で酸素酸化が関与するアミノ化反応が起きることを明確にした。また、フロログルシノールでは、酸素酸化とは無関係にアミノ化反応を起こすことを明らかにした。タンニン単量体であるフラバノール類とPrAmとの反応挙動を検討した。B環がピロガロール型であるエピガロカテキンでは、空気雰囲気下、水中での反応により、いくつかの反応生成物を確認した。反応生成物を検討した結果、エピガロカテキンの3'位プロピルアミノ化物及び4'位プロピルアミノ化物、エントガロカテキンの3'位プロピルアミノ化物を単離同定した。これらアミノ化物はアルゴン雰囲気下の反応で顕著に生成が抑制されたことから、反応に酸素が関与することが明らかとなった。また、アルゴン雰囲気下でのPrAm反応では、アルカリ反応による2位の異性化が主反応として起こることを明らかにした。一方、B環がカテコール型であるエピカテキンのPrAm反応では、アミノ化反応は顕著でなく、酸素の存在に関わらず2位の異性化が主反応であることを明らかにした。PrAmとの反応挙動の解明に用いるため、タンニン二量体の化学合成を行った。エピガロカテキン及びエピカテキンを出発物質として用い、Rimaらの方法(Tetrahedron Lett.,51:1193-1195,2010)に基づいて合成を行い、B環がピロガロール型及びカテコール型の二量体を調製した。本研究は、樹木タンニン類の酸化が関与する反応特性を明らかにすること、具体的にはタンニンの酸素酸化による変性と、それに引き続いて起こるアミン類等の求核試薬との反応特性の解明を目的とした。

タンニン二量体とn-プロピルアミン(PrAm)との反応挙動を検討した。B環がピロガロール核の二量体(プロデルフィニジンB2)では、空気雰囲気下でのPrAmとの反応により、4'-プロピルアミノエピガロカテキンの生成が示唆されたことから、ピロガロール核での酸素酸化が関与するアミノ化反応が示唆された。一方、B環がカテコール核の二量体(プロシアニジンB2)では、アミノ化反応は確認されず、2位異性化反応及び構成単位間結合の開裂が、酸化とは関係ないアルカリ反応により起きることを明らかにした。樹木から抽出したタンニン類とPrAmとの反応挙動を検討した。ピロガロール核を多く有するアカシアタンニンの反応生成物をNMR及びIRで分析した結果、空気雰囲気下での生成物においてピロガロール核4'及び5'位へのアミノ化反応が起きていることが示され、アルゴン雰囲気下ではアミノ化反応が抑制されることを明らかにした。一方、カテコール核を多く有するケブラコタンニンの反応生成物では、空気雰囲気下で僅かにプロピルアミノ基の導入が示唆されたが、アカシアタンニンと比較してアミノ化反応は顕著でないことを明らかにした。PrAmとの反応によるタンニンの平均分子量変化について検討を行った結果、アミノ化反応が確認されたアカシアタンニンの反応生成物で分子量の増加が認められた。以上の結果から、樹木タンニン類においてもタンニン単量体・二量体と同様に、ピロガロール核において酸素酸化が関与するアミノ化反応が起きることを明らかにした。
スピン偏極電子線マイクロアナライザの開発

本研究課題のスピン偏極電子線マイクロアナライザの設計においては、入射電子のエネルギーや得られる信号の検出条件を最適なものに設定することが重要である。各種の分祈に対する最適条件を実験的に求めることは効率的ではないため、本研究では装置設計に先立ち、シミュレーションによる最適条件の探索を行うことにした。本年度はそれに用いるスピン偏極電子の磁性試料中での振る舞いを解析するモンテカルロシミュレーションプログラムの開発を行った。基本となるシミュレーションモデルは二次電子のカスケード衝突モデルである。試料中で発生した二次電子のスピン方向は磁性材料の伝導帯のスピン偏極度に基づいて乱数により決定した。また、二次電子の非弾性衝突の平均自由行程はスピンに依存した値を導入した。このシミュレーションを用いて鉄とパーマロイから発生する二次電子のスピン偏極度の入射エネルギー依存性を求めたところ、実験により報告されているものと非常によく一致した。また、この入射エネルギー依存性が二次電子の発生深さの点から説明できることがわかった。しかしながらスピン偏極度の二次電子エネルギー依存性については十分な結果が得られていない。これは導入したスピンに依存する平均自由行程に二次電子のエネルギー依存性を持たせていないためであると考えられる。また、スピン方向の決定に用いる伝導帯のスピン偏極度には平均値を用いているが、具体的な状態密度を用いる必要があると考えられる。これらを考慮に入れてシミュレーションモデルを改良することが今後の課題である。スピン偏極電子線を用いた実験においてはスピン偏極度を測定するスピン検出器が必要不可欠である。最も代表的なスピン検出器はMott検出器であるが、Mott検出器は検出感度が非常に低く、スピン偏極度の測定に長い時間を要するという欠点を持つ。スピン偏極電子線を用いた新しいマイクロアナライザを開発することを目的とする本研究においても、より高感度なスピン検出器を開発することは重要な課題である。そこで本研究では、まず、電子散乱のモンテカルロシミュレーションによりMOtt検出器の感度を上げるための条件の探索を行った。これまでの電子散乱のモンテカルロシミュレーションでは電子のスピンが考慮されていないため、スピンに依存した散乱過程のモデルの構築を行った。すなわち弾性散乱過程にスピンを考慮したMottの断面積を組み込んだ。開発されたシミュレーションは報告されているスピン偏極電子線の散乱実験の結果を忠実に再現することができた。これを用いてMott検出器の高感度化の条件を探索した結果、従来型のMott検出器では、現在よく用いられているものが既に最適条件に近く、これ以上の高感度化をはかることは難しいことが判明した。そこで次に従来型のMott検出器を直列に数個並べた多段型のMott検出器を考案し、これについて検出感度の検討を行った。シミュレーションの結果、段数を増やすにともないスピンの検出感度が大きく向上することがわかった。今回の検討により原理的な高感度化の可能性を示すことができたので、より現実的な条件における検討が今後の課題である。
Dual Catalysis with Photoredox Catalysts for Organic Transformations Mediated by Single-Electron Transfer Processes

二酸化炭素と容易に入手可能な原料からのラクトンの合成研究として、C-H活性化の化学と銅触媒によるカルボキシル化反応とを組み合わせたベンジルアルコール類のフタリド類への変換、及び、連続的なトランス選択的ヒドロアルミニウム化に次ぐ銅触媒によるカルボキシル化反応によるプロパルギルアルコール類のブテノライド類への変換を試みた。最後に、複雑な有機分子を構築するための二酸化炭素との多成分カップリング反応の開発に興味を持ち研究を行った。二酸化炭素およびフッ化セシウムとの1-アリール-2,2-ジフルオロアルケンのフルオロカルボキシル化により、トリフルオロメチルカルボン酸が良好な収率で得られることを見出した。有機合成化学
血管細胞の起源と運命を可視化する分子イメージング技術の開発

動脈硬化などの血管病は傷害に対する修復機構を契機として局所の細胞増殖によって生じると考えられている。成体にも様々な臓器への分化能を有する幹細胞が存在することが近年明らかになった。血管病の発症と進展における血中前駆細胞の関与を検討した。(1)マウス異所性心臓移植モデルにおいて、グラフト動脈硬化病変の大部分はレシピエント由来細胞で構成されていた。(2)骨髄置換マウスの大腿動脈に機械的傷害を加えた。再生内皮、新生内膜、中膜の一部が骨髄由来細胞で構成されていた。(3)高脂血症マウスに骨髄移植を施行したところ、粥腫平滑筋細胞の半数は骨髄由来細胞であった。高度進行した動脈硬化病変においても骨髄由来細胞が病変部に集積しており、平滑筋様、内皮様細胞に分化していた。(4)3148週齢のApo E欠損マウスの進行した動脈硬化病変において内皮細胞と平滑筋細胞のアポトーシスが高頻度に認められた。GFPマウスの骨髄を移植したのち、8083週齢において粥腫ならびに外膜にGFP陽性細胞が集積していた。これらの骨髄由来細胞の一部は平滑筋細胞もしくは内皮細胞のマーカーを発現していた。骨髄由来内皮様細胞は管腔側内皮のみならずプラーク内および外膜の新生血管にも認められた。粥腫内石灰化部位において骨髄由来細胞が骨芽細胞関連蛋白を発現していた。以上より、骨髄細胞などから前駆細胞が血中に動員され、血管修復と病変形成へ貢献すると考えられる。血中の血管前駆細胞に遺伝子操作もしくは、生体ラベリング法を行うことでその運命と分化形式を可視化することが可能であることが確認された。臨床応用を目指して、現在生体において可視化の諸条件を検討している。
π中間子-原子核反応におけるスピン相関

π中間子と原子核との反応に関連して、下記のような研究成果を得た。・陽子と原子核の衝突における(p,π^-)反応のπ^-中間子のスペクトルの理論計算を有限レンジのDWBAで世界で初めて行った。標的核としてCalcium領域での計算を行い、しきい値付近で既存の実験とのよい一致を得た。より高いエネルギー領域での理論予測も行った。・π中間子と原子核の光学模型のパラメータは、π中間子が長波長であるため、実験から一意的に定まらず不定性がある。深く束縛されたπ中間子原子で、原子核の四重極変形によるHyper fine構造が、この不定性を取り除くのに有効である可能性を示した。・π中間子や陽子と原子核との反応の詳細な研究のためには、運動量表示で運動方程式を解く必要があるが、この際に長距離力であるクーロン力の扱いが難しい。ここでは、クーロン力をガウス関数で展開することで、クーロン力が簡単にかつ精度よく扱えることを示した。・原子核の構造計算を行う確率的な方法である補助場モンテカルロ法を多次元化することで、励起状態の理論計算を可能にする新しいアルゴリスムを提案した。この手法を試行状態がSlater行列の場合に適用し、適用可能性と計算上の問題点を明らかにした。π中間子の関与した核反応の理論計算を行った。・陽子と原子核の衝突に伴い、負電荷のπ中間子が発生する(p,π^-)反応は、大運動量移行反応であるため、いままで多くの実験結果が得られていたが、理論計算は困難であり、反応機構は良く理解されていなかった。私はこの(p,π^-)反応のエネルギースペクトルの計算を歪曲効果まで含めた2核子模型を用いて行い、原子核模型としては殻模型を用いることでf_<7/2>核でのインディアナでの実験結果を再現するのに初めて成功した。またデルタ領域の入射エルメギ-領域でも、理論計算を行い、高スピン状態が敷居値付近よりも更に選択的に励起されるであろうことを示した。・電子散乱の研究より軽いp-shellの原子核では原子核の芯偏極効果がσ・τ型の形状因子に大きな影響を与えることが知られている。この芯偏極効果がπ中間子の荷電交換の反応断面積とアシンメトリーに対してどの様な効果を及ぼすかをデルタ領域で調べた。・上記のπ中間子の荷電交換反応に対する芯偏極効果がGeV領域、特に600MeV付近で顕著に見られることを示した。(この計算は現在進行中)・原子核の構造計算等を行う確率論的な方法である補助場モンテカルロ法を多次元化することで、励起状態の理論計算を可能にする新しいアルゴリスムを提案した。この方法では試行関数を複数個準備し、虚時間依存の固有値方程式を解くことで、励起状態まで扱う。この方法の有効性を、リプキン模型と対相互作用模型で試した。(論文掲載済み)・深く束縛されたπ中間子原子での、原子核の四重極変形効果の理論計算を^<175>Luの1s,2p,3d状態について行った。四重極変形効果はπ-原子核ポテンシャルの詳細に敏感であること、さらに3d状態に関して原子核の変形効果が測定にかかる可能性があることを示した。(論文掲載済み)・炭素原子核と陽子との衝突によるπ中間子発生反応について、その入射エネルギー依存性を2核子発生模型で計算した。前方での断面積の理論値はデルタ共鳴付近で緩やかなピークを示すこと、アシンメトリーは^<12>Cの場合、エネルギー増加にともなって、符号をかえることなどを示した。(論文掲載決定)・GeV領域での^<13>C核でのπ中間子の荷電交換反応に対する、芯偏極効果の理論計算を行った。標的核が偏極している場合の荷電交換反応のアシンメトリーには、散乱振幅のσ・τ部分からの寄与が大きい。この部分について、芯極効果が顕著であることはよく知られている。π-核子相互作用のスピンフリップ項の大きいエネルギー領域で、アシンメトリーと反応断面積の理論計算を行った。(論文準備中)π

中間子と原子核との反応に関連して、下記のような研究成果を得た。・陽子と原子核の衝突における(p,π^-)反応のπ^-中間子のスペクトルの理論計算を有限レンジのDWBAで世界で初めて行った。標的核としてCalcium領域での計算を行い、しきい値付近で既存の実験とのよい一致を得た。より高いエネルギー領域での理論予測も行った。・π中間子と原子核の光学模型のパラメータは、π中間子が長波長であるため、実験から一意的に定まらず不定性がある。深く束縛されたπ中間子原子で、原子核の四重極変形によるHyper fine構造が、この不定性を取り除くのに有効である可能性を示した。・π中間子や陽子と原子核との反応の詳細な研究のためには、運動量表示で運動方程式を解く必要があるが、この際に長距離力であるクーロン力の扱いが難しい。ここでは、クーロン力をガウス関数で展開することで、クーロン力が簡単にかつ精度よく扱えることを示した。・原子核の構造計算を行う確率的な方法である補助場モンテカルロ法を多次元化することで、励起状態の理論計算を可能にする新しいアルゴリスムを提案した。この手法を試行状態がSlater行列の場合に適用し、適用可能性と計算上の問題点を明らかにした。
紫外発光ダイオードによる水中微生物の制御

本研究は、水の消毒技術として紫外発光ダイオード(UV-LED)の利用を提案し、その有効性と課題の明確化を目指したものである。異なる発光ピーク波長のUV-LEDを用いて多様な微生物種の不活化特性を調査し、不活化効率を評価したほか、給水栓ごとや建物ごとに水を処理する個別分散型システムとしてのUV-LED活用を想定し、ラボスケール実験と実証試験を実施した。また、途上国へのUV-LED浄水装置の適用可能性とニーズについて、ベトナムのハノイ市で現地調査を行った。本研究により、UV-LEDを利用した水処理の有効性と課題を多角的に示し、装置開発と社会実装に資する基盤的知見を獲得した。給水栓における浄水の安全性を向上する技術として、紫外線発光ダイオード(UV-LED)の利用を提案した。本年度は、指標微生物(大腸菌、大腸菌ファージ)試料を管路内に通水してUV-LEDを照射し、水理条件や素子の配列が不活化効果に及ぼす影響を調査した。また、水系感染症の原因となる病原性アデノウイルスを対象に、UV-LED照射による不活化効果を調査した。さらに、給水栓で使用の都度に水を処理するPoint-of-use(POU)型浄水装置に膜ろ過技術が多用されていることを踏まえ、膜の前段にUV-LEDを照射することで膜閉塞を抑制できるか検討した。いずれの実験でも、発光ピーク波長282nmの素子を20個装着した環状外照式装置を用い、以下の成果を得た。1.管路内を流れる試料にUV-LEDを照射した実験では、流量600mL/分で最大6log、流量1200mL/分で最大3logの大腸菌不活化を達成し、その有効性を確認した。また、素子を一箇所に配列するよりも分散して配列したほうが不活化効果が向上し、装置設計上の有益な知見を得た。2.UV-LED照射によるアデノウイルス不活化特性を調査した結果、本研究で採用した素子のアデノウイルス不活化効率は低圧紫外線ランプに比べて高く、その機構解明など今後の研究展開の糸口を得た。なお、アデノウイルスのUV-LED不活化を感染性試験によって定量した報告は世界的に前例がない。成果を国際会議で発表したほか、欧文学術誌に投稿し査読中である。3.精密膜ろ過の前段にUV-LED照射を施し、水道水中の従属栄養細菌の不活化および膜ファウリング制御の効果を調査した。UV-LED照射により、脱塩素後の水道水中でも従属栄養細菌の増殖を3日程度抑制できること、精密ろ過膜の閉塞を低減できることが示唆された。また、従属栄養細菌の中でも菌種による紫外線感受性が異なることが示された。紫外発光ダイオード(UV-LED)は、小型でレイアウト自在なため装置本体の小型化に有利であり、無水銀で衝撃に強いためユーザーが自己責任で運転するシステムに導入しやすい。また、繰り返しのオンオフに強く、水を必要なときに必要な量だけ処理するシステムに有効である。すなわち、UV-LEDは小規模な水システムに有利なデバイスといえる。H27年度は、小規模水道や家庭での利用を想定したUV-LED装置を試作し、その性能を評価した。特に、浄水膜とUV-LEDの併用に着目し、浄水膜の前にUV-LEDを設置して後段の膜ファウリングを抑制する可能性を検討するため、水道水中の従属栄養細菌に対するUV-LED照射の効果を調査した。これは、一般に普及している浄水器の多くはろ過を基本としていること、また、そのような浄水器の性能低下は生物膜発生によるろ過閉塞が要因のひとつと考えられるためである。実験では、脱塩素した水道水をUV-LED流水殺菌装置に通水し、照射後7日間にわたる従属栄養細菌の変化を測定した。浮遊性および膜付着性の従属栄養細菌をR2A培地による混釈培養法で測定したほか、R2A培地上のコロニーを色調別に釣菌し、単離株の16sRNA遺伝子をPCR増幅してシーケンスを決定した。その結果、浮遊性および膜付着性の従属栄養細菌ともに、UV照射後6日目まで照射ありが照射なしを下回った。また、照射なしでは6日目で増殖が飽和した一方、照射ありでは7日目でもなお増殖傾向を示した。よって、膜ろ過前にUV-LEDを照射すると、従属栄養細菌に由来する膜ファウリングを照射なしの場合よりも一定期間は低減できるものの、長期的な効果は今後注意深く検証する必要がある。また、従属栄養細菌にはUV耐性に違いのある複数の種が存在することが分かった。当初計画に沿った研究成果を得ている。本研究は、給水栓における浄水の安全性を担保する技術として、紫外線発光ダイオード(UV-LED)の利用を提案するものである。UV-LEDは、小規模なシステムに有利な小型無水銀光源である。そこで、給水の直前で使用の都度に水を処理するPoint-of-Use型の浄水装置や、集落規模の飲料水供給施設など、いわゆる個別分散型水システムへのUV-LED適用を想定して研究を展開した。H28年度は、蛇口取り付け型の装置を意識して浄水膜とUV-LEDの併用に着目し、膜の前にUV-LEDを設置して後段の膜ファウリングを抑制する可能性について実験的に検討した。はじめに、UV-LED照射前後の水道水中の従属栄養細菌をゲノムシーケンシングに供し、群集構造を理解した。種によって紫外線耐性に著しい差があり、特にメチロバクテリウムは紫外線耐性が高いことを理解した。そこで、水道水由来のメチロバクテリウムを単離・集積培養し、UV-LEDによる不活化特性を明らかにした。

また、日和見感染症の原因菌として知られ生物膜を形成しやすい緑膿菌に着目した。緑膿菌純粋株を水道水に添加し、UV-LEDを照射して照射後7日間にわたる増殖状況を調べるとともに、UV-LED照射ありと照射なしの試料を精密膜ろ過装置に供給し、膜間差圧の変化を追跡した。その結果、UV-LED照射後少なくとも2日間は緑膿菌の増殖を抑制できることが判明した。さらに、事前にUV-LEDを照射すると、照射しない場合に比べて後段のろ過膜が目詰まりしやすくなることが判明し、膜ろ過とUV-LEDの併用では適用順が重要と判明した。なお、この知見は、事前の紫外線照射で膜閉塞を抑制できたとする既往研究とは逆の結果であり、今後はメカニズムの現象論的理解が求められる。当初計画をほぼ完了し、相応の研究成果を得ている。なお、研究期間を延長したのは進捗が遅れたためではなく、当初計画どおりに実施した病原微生物(アデノウイルス、レジオネラ属菌など)の実験結果について、社会的インパクトを考慮して慎重に再現性を検証すべきと判断したためである。本研究は、給水栓における浄水の安全性を担保する技術として、紫外線発光ダイオード(UV-LED)の利用を提案するものである。小型、無水銀というUV-LEDの特徴を生かす利用方法として、給水の直前で使用の都度に水を処理するPoint-of-Use(POU)型の浄水装置、建物の入り口で処理するPoint-of-Entry(POE)型の浄水装置、集落規模の飲料水供給施設など、いわゆる個別分散型水システムへのUV-LED適用を想定して研究を展開した。H29年度は、蛇口レベルでUV-LEDを適用した場合の水道水中の細菌叢変化を調べるため、POU型UV-LED装置と実際の水道水を用いてUV-LED照射前後の水道水中の従属栄養細菌叢の変化を調べた。その結果、UV-LED照射が選択圧となってUV耐性の高い細菌群が優占する現象を見出し、特にメチロバクテリウムが優占することを国際学術誌に発表した。消毒処理が選択圧となって一部の細菌群が優占する現象はあらゆる消毒技術において生じうるが、UV-LEDはPOUでの利用が合理的と考えられるため、処理水は直ちに利用される前提での水質管理が必要である。よって、特定種の優占が人の健康にどれほどの影響を与えうるか、慎重な検討が必要であることを指摘した。また、日和見感染症の原因菌として知られ生物膜を形成しやすい緑膿菌に着目した実験では、紫外線照射が引き金となって緑膿菌のストレス応答が活性化し、細胞外多糖体(Extracellular Polymeric Substances、EPS)を平時よりも多く生成する場合があることを見出した。この知見は、UV-LED処理がその後の給配水系統にバイオフィルム形成の促進などの悪影響をもたらす可能性を示唆しており、どのような条件でEPSの増産が生じるのか、今後の研究でより詳細に調査する必要性を見出した。本研究は、水の消毒技術として紫外発光ダイオード(UV-LED)の利用を提案し、その有効性と課題の明確化を目指したものである。異なる発光ピーク波長のUV-LEDを用いて多様な微生物種の不活化特性を調査し、不活化効率を評価したほか、給水栓ごとや建物ごとに水を処理する個別分散型システムとしてのUV-LED活用を想定し、ラボスケール実験と実証試験を実施した。
地域福祉における社会福祉協議会の意義と問題点－公私の役割分担の再構築に向けて

本研究ではまず、わが国の社会福祉協議会の内実について分析を試みた。その上で、一方では日本国憲法前文に係るロックの現代的意義をふまえつつ、他方では近代西洋のパラダイムを超えた視点にも配慮しつつ、生命・生存の保障に係わる市町村社会福祉協議会の今後の「立ち位置」とその姿勢のあり様について、最終年度に本格的に実施した調査結果も踏まえながら考察を行った。また関連するところとして、社会福祉協議会の歴史を辿りつつ、社会福祉協議会の自律性及び主体性を確保するという観点から、組織の基本となる住民会員制度と住民参加に焦点をあてて考察を行った。さらに、行政法学及び法哲学の観点からの総合的な考察を行った。現在、日本型福祉のキーコンセプトとして、理論的にも実践的にも注目を集めている「地域福祉」概念に注目し、「社会福祉協議会」が果たす(べき)役割について、検討する。「社会福祉協議会」は、個別の事業者や団体、あるいは個人をつなぐ中間組織として、また同時に地域自治組織などと協働しつつ地域福祉を支える団体として、大きな期待を寄せられている。しかしながら、その実態について、特に法的視点からの検討は十分になされているとは言えない。本共同研究では、主として神奈川県を対象とし、「社会福祉協議会」の実態を明らかにし、行政学・行政法、社会保障法の観点から、「社会福祉協議会」の団体としての法的性格を分析・検討する。同時に、パブリックセクターとの関係、プライベイトセクターである企業・事業体との関係、またNPOなどとの関係についても、考察する。法哲学・社会理論の観点から「地域福祉」を支える中間団体としての意義と可能性を探る。具体的には、以下の柱を建て研究をすすめる。A社会福祉協議会の実態調査B社会福祉協議会の法的性格に関する研究B-1国内法的な研究B-2比較法的研究C社会理論の観点からの研究D研究の統合・地域福祉の担い手としての社会福祉協議会のための施策本研究ではまず、わが国の社会福祉協議会の内実について分析を試みた。行政法学の視点からは、社会福祉協議会に法が期待している役割と組織を明らかにし、そこに見られる特色と問題点を考察した。これは、社会福祉協議会の特色を法学の観点から分析する初めての本格的な試みとなった。また、国及び地方自治体から社会福祉協議会に交付される補助金のしくみを詳細に検討することにより、政策法務の視点からの問題提起を行った。法哲学的な視点からは、社会福祉協議会をコミュニティ・オーガニゼーション的機能とサービスプロバイダー的機能の2つの機能をもつ団体として位置づけ、市民社会論の側からの課題を整理するとともに、公私二元論に再考をもたらしている他の事例と比較研究を行うことで、公私二元論批判、公私再編の文脈のなかに、社会福祉協議会を積極的に位置づけることにより、新しい成果を得ることができた。現在、日本型福祉のキーコンセプトとして注目を集めている「地域福祉」概念に注目し、「社会福祉協議会」が果たす(べき)役割について、検討する。「社会福祉協議会」は、個別の事業者や団体、あるいは個人をつなぐ中間組織として、大きな期待を寄せられている。しかしながら、その実態について、またその法的な検討は十分になされているとは言えない。本研究では、神奈川県を対象とし、「社会福祉協議会」の実態を明らかにし、行政学・行政法、社会保障法の観点から、「社会福祉協議会」の団体としての法的性格を分析・検討するとともに、法哲学・社会理論の観点から「地域福祉」を支える中間団体としての意義と可能性を探り、具体的な施策として提言する。A社会福祉協議会の実態調査B社会福祉協議会の法的性格に関する研究B-1国内法的な研究B-2比較法的研究C社会理論の観点からの研究D研究の統合・地域福祉の担い手としての社会福祉協議会のための施策A社会福祉協議会の実態調査神奈川県に加え、部分的には東京都に関しても調査の比較の対象として対象を広げた。歴史的経緯・沿革も含めて研究をもとに、以下の点につき、調査を実施した。地区社協、市町村社協、県社協などの相互関係、自治体などとの関係を資金・人の動きの観点からの分析。それぞれの組織の政策決定に関する実態と意識についての聞き取り調査を実施。

B以下の研究を進めるために中間的に報告会を随時実施した。社会福祉協議会の法的性格に関する研究国内法的な研究を主として進めた。実態調査の中間的報告を受け、既存の法人制度の中での位置づけを検討した。社会福祉協議会の特徴と法的な位置づけに関して分析し、検討した。C社会理論の観点からの研究社会福祉協議会の役割やそもそも地域福祉概念を検討するために、現代市民社会論の観点から、公的団体と民間団体の関係、また市民社会内の諸団体の関係について検討した。D研究の統合・地域福祉の担い手としての社会福祉協議会のための施策BとCは、Aの成果報告と両輪をなす形ですすめられている。そこでは、両者のフィードバックも行われており、実質的にはDについても、着手しており、その意味で、具体的な成果としてまとめ上げるのは、最終年度の課題となるが、概ね順調といいうる。以下の柱に沿って、研究をすすめている。A社会福祉協議会の実態調査神奈川県に加え、部分的には東京都に関しても調査の比較の対象として対象を広げ、歴史的経緯・沿革も含めて研究を進めている。B以下の研究を進めるために中間的に報告を随時実施した。B社会福祉協議会の法的性格に関する研究国内法的な研究を主として進めた。C社会理論の観点からの研究社会福祉協議会の役割やそもそも地域福祉概念を検討するために、現代市民社会論の観点から、公的団体と民間団体の関係、また市民社会内の諸団体の関係について、検討した。D研究の統合・地域福祉の担い手としての社会福祉協議会のための施策BとCは、Aの成果を前提としてすすめる性格をもっているため、やや遅れがちである。しかし、中間的な報告をうけつつ進め、かつフィードバックプロセスも含め進めており、その意味でおおむね順調と評価しうる。Dについては、ACの成果を踏まえ、来年度の課題としたい。研究計画の中で設定した柱に沿って、以下のようにすすめる。A社会福祉協議会の実態調査神奈川県の調査や、歴史的経緯についての調査についてのまとめをおこなう。特に、1)各団体の規定など機構上・組織上の分析・検討2)補助金のながれなど、運営に関する分析・検討を中心におこなう。また、具体的な事業展開や政策形成過程における意思決定プロセスや、それらに関わる人たちの意識の問題などについても、追加的に調査・分析する。さらに、下記Bで得られた視点を、検討枠組に生かし、分析することを目指す。B社会福祉協議会の法的性格に関する研究B-1国内法的な研究1)法人制度の中での検討、2)苦情処理・不服申立などに関する分析・検討3)自治体、他の団体との関係についての分析・検討を実施する。B-2比較法的研究日本の状況を相対化し検討するために、同じく中央集権的な地方自治の制度をもつフランスの地域社会・住区組織について調査を行う。昨年の調査を元に、更なる追加の調査の実施とともに、具体的な形での成果をまとめる。C社会理論の観点からの研究市民社会論を参考に、社会福祉協議会を位置づける。
固体表面近傍でのコロイド粒子挙動が固液間伝熱へ及ぼす影響の解明

不溶性分散粒子を含む液体(コロイド)と固体壁の間の固液伝熱に着目し,壁近傍の分散粒子運動が伝熱特性に与える影響を調べる.壁面の一部をガラスで作成した試験部にコロイドを封入し,壁面温度を制御した状態で溶液に電場を印加する.温度場と電場による影響で粒子は複雑挙動を示すことが予想され,壁近傍での流動速度に注目する.固液境界面でのエバネッセント光の干渉を用いたレーザードップラー計測と,光学顕微鏡観察による可視化に基づく2種類の手法を併用し,粒子の流動速度を評価する.印加電場強度と温度条件,粒径の異なる条件で流動挙動を調べ,分散粒子の電気運動学および熱力学的挙動が固液間の伝熱に及ぼす影響の解明を目指す.不溶性分散粒子を含む液体(コロイド)と固体壁の間の固液伝熱に着目し,壁近傍の分散粒子運動が伝熱特性に与える影響を調べる.壁面の一部をガラスで作成した試験部にコロイドを封入し,壁面温度を制御した状態で溶液に電場を印加する.温度場と電場による影響で粒子は複雑挙動を示すことが予想され,壁近傍での流動速度に注目する.固液境界面でのエバネッセント光の干渉を用いたレーザードップラー計測と,光学顕微鏡観察による可視化に基づく2種類の手法を併用し,粒子の流動速度を評価する.印加電場強度と温度条件,粒径の異なる条件で流動挙動を調べ,分散粒子の電気運動学および熱力学的挙動が固液間の伝熱に及ぼす影響の解明を目指す.
ＥｐＣＡＭによる癌幹細胞特異的代謝機構の解明及びその阻害による癌治療法の開発

本研究では、主要な癌幹細胞マーカーの一つであるEpCAMが癌幹細胞の細胞内代謝に与える影響について解析し、その阻害による癌幹細胞特異的治療法の立案を目的として行った。その結果、EpCAMの発現は癌細胞においてペントースリン酸経路の活性化を促進することで抗酸化物質グルタチオンの還元力を高め、酸化ストレス抵抗性に寄与することが分かった。このことから、EpCAM陽性の癌幹細胞において、EpCAMを介したペントース経路の活性化機構を標的とする治療法は、グルタチオン合成の阻害剤と併用することで、効果的に癌幹細胞の酸化ストレス抵抗性を減弱させることが可能であると考えられた。主要な癌幹細胞マーカーの一つである接着分子EpCAMを介したシグナルによる癌細胞の代謝調節機構を明らかにし、その阻害による治療法を考案することを目的に研究を行った。EpCAMを高発現する大腸癌HCT116細胞においてRNA干渉(RNAi)を用いてEpCAMの発現抑制を行った。その結果、作成したRNAiが、HCT116細胞において効果的にEpCAMの発現を抑制できることを確認した。そこで次に、EpCAMの発現が細胞内の代謝に影響を及ぼしているかを検討する目的で、、HCT116細胞にコントロールRNAiおよびEpCAMを標的とするRNAiを導入し、細胞内の代謝物質を網羅的に解析するすることが出来るメタボローム解析を行った。その結果、HCT116細胞においてEpCAMの発現抑制は、解糖系の分枝路であるペントースリン酸経路における代謝物質を有意に減少させることが分かり、接着分子EpCAMはペントースリン酸経路の活性を制御することが示唆された。ペントースリン酸経路は、細胞内の還元状態の維持に関わる反応を触媒する補酵素であるNADPHの主要な産生経路であり、本経路が活性化している癌細胞では酸化ストレスに対する抵抗性が亢進していることが知られている。今回の検討の結果から、EpCAMの発現抑制は、癌細胞のペントースリン酸経路を特異的に抑制することでNADPHを減少させると考えられた。そのため今後、接着分子EpCAMが、ペントースリン酸経路をどのようなシグナルを介して制御しているのかを明らかにしていくと共に、EpCAMを高発現する癌細胞における糖代謝機構を標的とした新規治療ターゲットを探索していくことが出来るようになった。癌幹細胞特異的治療法の開発は、癌の治療抵抗性や転移に対して有効な治療法に繋がる可能性があり期待されている。まずEpCAMが、癌治療標的と成りえるかについて、EpCAM陽性卵巣癌幹細胞を移植した担癌マウスを作成し、抗EpCAMモノクローナル抗体を用いた治療実験を行った。その結果、抗EpCAM抗体の投与により、有意に腫瘍の増大を抑制出来ることが分かり、EpCAMが、癌幹細胞に対する治療標的となり得る可能性があることが分かった。次に、EpCAMの発現が細胞内活性酸素の制御に関わるような代謝機構に対して影響を与えるかについて検討するために、EpCAMのRNAiを作成した。EpCAM高発現ヒト大腸癌細胞株HCT116細胞においてEpCAMの発現をノックダウンし、活性酸素レベルの変化について、活性酸素の蛍光プローブDCFH-DAおよびミトコンドリア由来活性酸素の蛍光プローブMitoSOXを用いた検討を行った。その結果、EpCAMの発現低下は、ミトコンドリア由来活性酸素の増加を引き起こし、細胞内活性酸素の蓄積を誘導することが分かった。このことから癌幹細胞マーカーEpCAMは、ミトコンドリア由来の活性酸素の発生を抑制することで、細胞内活性酸素レベルを負に制御し、腫瘍形成を促進することが示唆された。前年度に行ったメタボローム解析の結果から、EpCAM特異的ノックダウンによって癌細胞における重要な抗酸化物質であるグルタチオンの還元に必要なNADPHの産生に関わる経路であるペントース経路の著明な低下が認められることが分かった。そこで本年度は、EpCAM特異的ノックダウンが、グルタチオン合成を阻害する薬剤の効果を亢進させるかについて調査を行った。その結果、EpCAMをノックダウンした細胞においては、スルファサラジン感受性が亢進していることが示された。そこで次に、EpCAMがどのようにペントース経路を制御するのかを明らかにするため、ペントース経路への流入において最も重要な酵素であるペントース-6-リン酸デヒドロゲナーゼ(G6PD)の発現に及ぼす影響を検討した。

2種類のEpCAM特異的RNAiを用いたノックダウンにより、G6PDの発現低下が生じることが分かった。このことから、EpCAMはG6PDの発現を制御することによりペントース経路を活性化していることが示唆され、EpCAMを介したG6PDの制御機構が、EpCAM陽性癌幹細胞を特異的に標的とする癌治療のための新たな分子標的となり得ると考えられた。腫瘍生物学接着分子EpCAMの発現が癌細胞の代謝に影響を及ぼすと仮説を立て、これまで本研究課題を推進してきたが、メタボローム解析という実験結果にバイアスの掛かりにくい実験手法を用いて、EpCAMの発現抑制が、実際に癌細胞の代謝に影響していることを明らかにすることが出来た。このことから、本研究課題における重要な仮説の一部が実証されたと考えられる。さらに今後、癌細胞の代謝のうち、とくにペントースリン酸経路に着目して研究を推進していくことで、研究の効率化が図れるようになったため。平成24年度の研究によって、実際にEpCAM分子が癌の代謝に関与していることおよび腫瘍形成を促進することを見出だすことが出来ており、本研究の重要な仮説である、EpCAMが癌細胞の細胞内代謝に与えるという事実を確認することが出来たため。接着分子EpCAMによる癌細胞の代謝制御に重要な酵素およびシグナルについて解糖系やペントース経路を中心に解析を行い同定する。また、EpCAMがペントースリン酸経路の活性化を引き起こし、NADPHの産生を亢進を誘導することで、癌細胞の酸化ストレス抵抗性を亢進させているかについて検討を行う。さらには、EpCAMの発現抑制や特異的抗体が、癌細胞に酸化ストレスを誘導する抗がん剤の効果を増強する作用があるかについて調査し、接着分子EpCAMを介したシグナルによる癌細胞の代謝調節機構を標的とした新規治療法の開発の可能性を検討する。平成24年度に実施した研究によってEpCAMが癌細胞の細胞内代謝に与えるという事実を確認できたことから、平成25年度よりEpCAM分子の発現がどのように、ミトコンドリア由来の活性酸素の発生を抑制するのかについての分子メカニズムを明らかにしていく。具体的には、ミトコンドリア由来の活性酸素の発生に関与する事が知られている、糖代謝制御機構の変化や癌の治療抵抗性に関わる抗酸化能に対するEpCAM分子発現の影響について詳細に検討を行うとともに、EpCAMによる細胞内代謝制御機構を標的とした治療法の確立を目指す。本研究費は主として消耗品と国内旅費、外国旅費、印刷代、研究成果投稿料などに利用する予定であり、設備備品を申請する予定はない。研究設備はすべて整っており、新規の設備投資は必要とせず、直接研究に関わる経費のみを支出する予定である。
非平衡液体界面における階層的分子鎖熱運動特性と機能化への展開

材料・デバイス創出におけるイノベーションを目的として高分子を使用する際、界面における構造・物性制御は必須の基盤技術である。本研究では、種々の界面選択分光法および走査フォース顕微鏡技術を組合せることで、液体界面における高分子の階層的ダイナミクスを明らかにした。セグメント運動に対応するα過程のダイナミクスは液相に近づくほど速くなること、また、その活性化エネルギーはバルク試料のβ過程のそれよりも小さな値であることを見出した。得られた知見を精密合成にフィードバックすることで、界面の分子鎖ダイナミクスを制御し、生体適合性コーティングなどバイオ応用に資する高分子材料を創製することに成功した。高分子をグリーン・ライフイノベーションに資する機能性材料として用いる場合、その表面は液相や固相等、異種相と接触する。このため、異種相界面における構造と物性を正確に理解し制御することは、学術的にはもちろん、表面機能性材料を設計するうえでも重要である。本年度は、代表的な疎水性高分子であるポリスチレン(PS)の膜最外層における局所コンフォメーションを評価することで、高分子表面構造における環境応答性の普遍性について検討することを目的とした。試料として、数平均分子量(Mn)=290kの単分散PSを用いた。PSのガラス転移温度(Tg)は373Kであった。PS膜はトルエン溶液から石英プリズム上にスピンコート法で調製し、真空下、(Tg+20)K以上で24h熱処理を施した。空気および水との界面におけるPSの局所コンフォメーションを和周波発生(SFG)分光測定に基づき評価した。空気界面ではメチン基のCH伸縮振動およびフェニル基の振動由来のピークが観測された。したがって、空気界面においてPSは側鎖を配向させたコンフォメーションをとっているといえる。一方、水界面におけるPSのSFGスペクトルは空気界面の場合と異なっていた。水界面では、空気界面において観測されなかったメチレン基のCH伸縮振動およびメチル基のCH伸縮振動由来のピークが観測された。この結果は、PS膜でさえも水と接触することで表面の凝集状態が変化することを示している。フェニル基は芳香環のπ電子を介して水酸基と相互作用することが知られている。したがって、水界面でフェニル基が自由エネルギーを低下させるコンフォメーションをとれば上述の結果は説明できる。しかしながら、ここで観測されたコンフォメーション変化を達成するためには、ローカルモードだけでなく、比較的大きなスケールの分子運動が必要となる。液相界面における高分子の局所コンフォメーション変化と分子運動特性の関係はH25年度の課題である。高分子材料はしばしば液体や固体等の異種相と接した状態で利用される。例えば、分離膜やバイオチップ等は液中で使用され、光電変換素子や無機フィラーとの複合には、(高分子/固体)界面が存在する。高分子材料の機能特性は、これらのような界面を介して発現する。したがって、材料に望みの機能を付与するためには、界面における高分子の振る舞いを正確に理解し、制御する必要がある。界面に存在する高分子鎖はバルク中のそれと比較して異なったエネルギー状態にあるため、一般にその凝集状態、ひいては物性も異なる。本年度は、非溶媒との接触によって誘起される高分子膜表面の構造再編成および界面機能化の試みとして、キラル高分子膜の不斉識別表面について検討した。試料として、単分散のPMMAを用いた。PMMA膜表面に着滴した純水の接触角の経時変化を測定した。接触角は着滴直後から時間に対して指数関数的に減少し、その後、単調に減少した。接触角の指数関数的な減少を定量的に議論するためフィッティング解析により、緩和時間&#61556;を評価した。解析の結果、&#61556;値は1.8 sであった。PMMA膜表面の濡れ性変化を検討するため、和周波発生分光(SFG)測定を行った。空気界面のスペクトルにおいて、2908 cm-1、2936 cm-1および2955 cm-1の波数にピークが観測された。これらのピークは、それぞれ主鎖のメチレン基のCH対称および逆対称伸縮振動、側鎖のエステルメチル基のCH対称伸縮振動に帰属できる。水界面においては、メチレン基に由来するピークが消失し、エステルメチル基のピークのみ観測された。この結果は、親水性であるカルボニル基が水界面に配向することによって、メチレン基がランダムになると考えれば説明できる。今年度は、試料としてポリ(アクリル酸2-メトキシエチル)(PMEA)、重水素化PMMA(dPMMA)を用いた。各単分散PMEAとPMMAまたはdPMMAのブレンド溶液を調製し、混合比は重量比で50/50(wt/wt)とした。ブレンド膜はスピンコーティング法に基づき石英基板上に作製し、熱処理を施した。参照試料としてPMMA単体膜も作製した。