hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
光・磁気・電気化学活性な金属を有する自己組織化機能性分子材料の創出

高効率な光電変換システムの構築を指向し、光応答性アゾベンゼンと酸化還元挙動を示す銅イオンをともに含む金属錯体の開発を行った。すでに、アゾベンゼン型配位子を用いた銅錯体とビピリジンの配位子交換反応に基づく光電変換は西原研究室により報告されている。本研究では、この変換効率向上を目指して、まず配位子の設計に「ベンゼンとペルフルオロベンゼンの静電的相互作用」による構造安定化と「フッ素効果」に基づく電位の制御を導入した新規含フッ素配位子の合成を検討した。配位子前駆体は、二通りの合成ルートを検討したが、従来の合成法に沿った方法ではフッ素の電子吸引性により反応が進行しないことがわかった。そこで、3段階で合成したトリブロモピリジンを調整し、クロスカップリング法によりペルフルオロベンゼンの導入を行った。構造は各種NMRと質量分析から明らかにした。さらに、銅錯体とビピリジンの分子間配位子交換による効率の低下を防ぐために、ソフトなアルコキシ鎖で銅錯体とビピリジンを連結した系の合成研究に一部携わった。手法として、銅錯体前駆対となる配位子とビピリジン配位子を各々多段階で合成し、両者の交差カップリングから分子量約1460の巨大環状分子の構築を行う。本研究では、環状分子の原料化合物の合成を行った。今後はこの環状分子の単離ならびにカテナン化が検討される。また、このほかに昨年度の研究成果である、アルコキシ基で連結した二つの環状錯体のカテナン化による二量化反応について学術論文作成を行いACIEに報告した。本論文はさらにサイエンス誌のハイライトに紹介されている。二価のパラジウム核を含む環状分子を効率的に合成し、可逆的カテナン化重合反応を用いて二分子の環状分子が空間を介して連結した「カテナン」の自己集合を行った。また、環状分子が二つ連結した新たな「八の字型分子」の合成を行った。この八の字型分子の可逆的カテナン化重合反応を行うことで、環状の三量体である「ビス[2]カテナン」を構築した。各化合物の構造は、X線単結晶構造解析、各種NMRや低温における質量分析法であるCSI-MS等から明らかにした。これらの環状分子がカテナン化する仕組みは、環骨格の有機分子部分が水を嫌って表面積を小さくするように働く疎水性相互作用であり、合成した環状分子に水を加えると速やかにカテナン化が生じる。また、有機溶媒を添加すると速やかに連結したカテナンの環を外すことができる。さらに光・電気化学的に活性な金属を用いた自己組織化を検討し、二価のルテニウムを用いた環状分子の合成とその可逆的カテナン化を行った。得られた環状分子とルテニウム二核カテナンでは、基本的な組成や構造は全く同じであるにもかかわらず分光学的にも、電気化学的にもわずかにその性質が異なることがわかり、カテナンの16Å離れた二つのルテニウム間に静電的な相互作用が働いていることを明らかにした。また、ルテニウムを六核含む八面体型のかご状分子を効率的に合成した。得られたかご状分子は深い紫色を呈し、吸収スペクトルからMLCTバンドが顕著に高波長側へシフトしていた。また、この分子はさまざまな有機分子を取り込むことを明らかにし、わずかではあるがアダマンタン類の包摂と除去により可逆的に色が変換することがわかった。
神経内分泌因子による肝障害増強作用のex vivo・in vitro系での検討

本研究においては、肝交感神経及び内分泌因子がガラクトサミン肝障害におよぼす影響とそのメカニズムの検討を、肝を神経をつけたまま灌流する「肝-神経標本」を用いたex vivoの系と、培養細胞を用いたin vitroの系によって行った。その結果、以下に述べるような新しい知見が得られた。1)ラットにガラクトサミンを投与し軽度に肝障害を引き起こした肝を灌流しながら肝神経を電気的に刺激すると、肝からのLDHとASTの漏出が増加し、肝細胞壊死の増加を示す。同様の結果は、神経刺激のかわりに門脈にノルアドレナリン、ATPなどの交感神経伝達物質あるいはエンドセリンなどの肝類洞細胞から産生される因子により得られることから、肝交感神経の肝障害増強作用は、肝細胞への直接作用のみではなく、肝類洞細胞からの放出因子も関与することを示唆している。2)また、ガラクトサミン肝障害において肝細胞のアポトーシスも増加しているため、アポトーシス促進因子として、TNFなどのサイトカイン産生を検討すると、肝神経刺激やノルアドレナリン投与に反応して、肝からのTNF及びIL-6放出が増加していた。しかし、サイトカイン放出の増加は、部分的肝切除後の再生肝においても認められるため、肝細胞の再生に関与している可能性も考えられた。サイトカイン放出はラットにガドリニウムを投与すると有意に低下することから、肝類洞細胞から行われていると考えられる。3)ラット肝から分離培養した肝細胞の培養液中にガラクトサミンを添加すると、濃度依存性に細胞死を引き起こした。同様の効果は肝類洞細胞の培養においても認められた。ガラクトサミンによる細胞死は、ノルアドレナリンやATPの添加により増強した。この現象は、肝実質細胞と非実質細胞の共培養系においても認められた。以上の結果から、肝交感神経による肝障害には、類洞細胞からの因子を含む複雑な経路が関与していることが判明した。今年度は主にex vivoの灌流系を用い、肝神経刺激のmediatorである物質を検索した。1)ラットにガラクトサミン800mg/kgを腹腔内に投与して急性肝障害を惹起した。投与24時間後に麻酔下で開腹し、門脈よりKrebs-Henseleit緩衝液をベースとした灌流液で肝を灌流した。灌流液中に漏出してくる乳酸脱水素酵素(LDH)とアスパラギン酸アミノ基転移酵素(AST)をNecrosisの指標としてその変化を測定した。灌流開始後30分前灌流し、LDH、ASTの漏出が一定レベルまで落ち着いたところで交感神経伝達物質であるノルエピネフリンを門脈内に投与すると、LDH、ASTの漏出が一過性に増強し、以前に申請者らが観察した肝神経刺激による肝障害増強作用と同様の変化を引き起こした。この肝障害増強作用は、肝交感神経刺激時に産生が増加するエイコサノイドであるプロスタグランジンやトロンボキサンの投与時にはほとんど観察されず、エンドセリンの投与により認められた。以上の実験結果は、肝交感神経刺激による肝細胞障害増強作用には、エンドセリンが媒介物質として関与していることを示唆している。2)肝組織のDNA断片化をTUNEL法にて検出すると、ガラクトサミン投与後の障害肝において断片化の増加が認められることから、上記の灌流実験においてみられた肝障害増強作用においてもアポトーシスの増強している可能性が示唆されるため、今後詳細な検討を行いたい。3)ラット肝から、肝細胞および非実質細胞をそれぞれ分離培養し、数日間形態変化を観察した。また、非実質細胞についてはマクロファージに対する抗体でKupffer細胞を確認した。

今年度は、昨年度に実施したex vivoの肝灌流系における肝神経刺激のmediatorとなる因子の検索結果をもとにして、肝細胞死のメカニズムを検討した。1)ラット肝細胞を分離し、肝実質細胞と非実質細胞に分け、それぞれ初代培養を行った。培養中に培養液を経時的に取り出し、細胞死のマーカーとして中に含まれるLDHおよびAST活性の時間的変化を測定した。培地にガラクトサミンを添加しておくと、濃度依存性に培地中のLDHおよびAST活性の増加が認められた。高濃度のガラクトサミン添加では、添加後6時間目で細胞の膨化と空胞形成など著しい変形が認められ、低濃度のガラクトサミン添加においては、細胞の形態変化の発現は遅延していた。形態変化の時間経過は、実質細胞と非実質細胞の間で明らかな差異は認められなかった。ガラクトサミンとともに交感神経伝達物質であるノルエピネフリンを添加するとガラクトサミン単独の場合よりも細胞死に至る時間が短縮した。2)ラット肝から分離した肝実質細胞と非実質細胞を同じディッシュで培養する共培養系の確立を試みた。非実質細胞を培養した上へ新しく調整した肝実質細胞を添加した。肝実質細胞は、2日目までは生着していたが、その後線維芽細胞を含む非実質細胞部分が増殖した。3)ガラクトサミンで肝障害を誘発したラット肝をex vivoで灌流しながら、肝交感神経を電気的に刺激すると、肝細胞壊死が増強するとともに、灌流液中にサイトカインであるTNFおよびIL-6が増加してくるが、この増加は、あらかじめガドリニウム投与により類洞のKupffer細胞を破壊しておくと抑制される。肝を部分的切除した後の再生肝を灌流した場合には、ベースのサイトカイン放出量が同じく増加していた。また、肝のパラフィン包埋切片を作成し、TUNEL法にてアポトーシス細胞を検出するとガラクトサミン障害肝においてTUNEL陽性細胞も増加していた。以上の結果から、肝細胞障害に交感神経が関与しており、これには肝類洞細胞から産生されるサイトカインが関与することが示唆される。
閉路問題の次数和条件について

ハミルトン閉路を一般化した概念であるrelative lengthという不変量の研究を行い,relative lengthが1以下であるための4頂点次数和条件を得た.このことで,代表者らの提唱している閉路の存在を保証する次数和条件に関する予想に対して新たなる証拠を与えた.さらに,この予想における最長閉路の長さに関する研究を行い,その一部を解決した.また,ハミルトン閉路,指定された点を通る閉路と最長閉路の長さに対する2部グラフにおける次数和条件についての研究を行い,これらの次数和条件には,一般のグラフで見られた類似性が見られないことがわかった.ハミルトン閉路を一般化した概念であるrelative lengthという不変量の研究を行い,relative lengthが1以下であるための4頂点次数和条件を得た.このことで,代表者らの提唱している閉路の存在を保証する次数和条件に関する予想に対して新たなる証拠を与えた.さらに,この予想における最長閉路の長さに関する研究を行い,その一部を解決した.また,ハミルトン閉路,指定された点を通る閉路と最長閉路の長さに対する2部グラフにおける次数和条件についての研究を行い,これらの次数和条件には,一般のグラフで見られた類似性が見られないことがわかった.本研究の目的は,次数和,連結度,独立数などの不変量がどのような関係にあるときにハミルトン閉路の存在を保証するのかを調査することである.特に,本研究においては,ハミルトン閉路を一般化した概念であるrelative lengthという不変量に関して研究を行っている.具体的には,relative lengthは「最長道の頂点数と最長閉路の頂点数の差」で与えられるもので,relative lengthが0であることとハミルトン閉路が存在することは同値であり,relative lengthが1以下ならば任意の最長閉路が支配的になる.我々は,ハミルトン閉路が存在するための2頂点,3頂点,4頂点次数和条件における規則性が,relative lengthが1以下であるための次数和条件にも存在するのではないかと予想した.そこでまず,relative lengthが1以下であるための4頂点次数和条件を与えた.この4頂点次数和条件とすでに知られている3頂点次数和条件と比較することで我々の提唱している予想に関して新たなる証拠を与えた.また,この4頂点次数和条件は連結度が関連しており,relative lengthにおける次数和と連結度の関係が明確になった.さらに,我々の提唱する最長閉路の長さに関する予想の解決のために2部グラフにおける最長閉路の研究を行った.特に今年度は,その第一歩として,ハミルトン閉路と指定された点を通る閉路の次数和条件の研究を行った.その結果,2部グラフにおけるこれらの閉路が存在するための次数和条件に差異があることがわかった.本研究の目的は,次数和,連結度,独立数などの不変量がどのような関係にあるときにハミルトン閉路もしくは,その一般化された閉路(指定された頂点を通る閉路や最長閉路など)の存在を保証するのかを調査することである.本年度は,昨年度行った2部グラフにおけるハミルトン閉路と指定された点を通る閉路に対する次数和条件の研究に引き続き,2部グラフにおける最長閉路の長さを次数和で評価する研究を行った.この最長閉路に関する結果と昨年度得られたハミルトン閉路と指定された点を通る閉路に関する結果を比較することで,それぞれの閉路によってその次数和条件が異なることがわかった.つまり,一般のグラフにおけるこれらの閉路に対する次数和条件で見られた規則性は,グラフのクラスを2部グラフに限定すると見られないことがわかった.したがって,グラフの不変量と閉路の研究を推し進めていく上で,グラフの様々なクラスに対する研究を行うことが重要であることがわかった.その一方で,最長閉路の長さを3つの不変量(次数和,連結度,独立数)で評価するという問題に対する予想の1つについての研究も行った.研究開始当初,relative lengthに関する2つの場合分けで予想の解決を図ろうとしていたが,その方法では非常に困難であることがわかった.そこで,支配閉路に関する3つの場合分けをすることで予想の解決を図ることを試みた.その結果,3つの場合分けのうち,2つの場合に関してその解決に至った.その過程で,この問題の他の予想も含め,この問題の解決を困難にしている状況が明確になった.具体的には橋と呼ばれる閉路の外の部分の研究が重要であることがわかった.
イオン導電性高分子アクチュエータを用いたマイクロマシンに関する研究

本研究の目的は、イオン導電性高分子アクチュエータ(Ionic Polymer-Metal Composite : IPMC)のマイクロマシン、特に空気中駆動のマイクロマシンへの応用である。本年度は、IPMCの空気中動作時における印加電圧-変位特性、印加電圧-発生力特性、複素インピーダンス特性およびそれらの雰囲気湿度依存性を評価し、IPMCの基本応答モデルの構築を行った。そのため、まず空気中で駆動可能なIPMCの作製方法として、IPMCをイオン液体と水の混合液中に常温で浸漬することによる新たなイオン液体の導入方法を提案した。この結果、同一基板上に他のデバイスとIPMCを集積化する際、従来の方法よりも他のデバイスに対する物理的、化学的な影響が小さい方法で空気中駆動可能なIPMCを作製可能であることがわかった。また、屈曲曲率および駆動電流のステップ電圧応答の実験から、従来IPMCの最も単純な等価回路として考えられていたイオン性高分子膜の抵抗と電気二重層キャパシタの直列回路に対し、電極と高分子膜の間のリーク抵抗を考慮することにより、考慮しない場合よりも長時間の駆動電流の振る舞いを説明できることがわかった。また、電圧印加により生じたカウンターイオン密度の増減を電極近傍のみとしたモデルに対する屈曲曲率の関係を表す式を導き、IPMC内部の体積ひずみはカウンターイオン密度に比例することを示した。実験との比較の結果、移動したカウンターイオンはその体積の23倍の体積変化をIPMCに対して生じさせると考えると、電圧印加後約30秒間の曲率の時間変化を説明できることがわかった。従来の水中駆動のIPMCの動作モデルでは、特定のカウンターイオン(例えば、水素イオン)を含むIPMCの変位量の実験値を基準にし、相対的、定性的な変位量の議論がされていた。これらのことから、イオン液体を用いたIPMCの空気中動作においては、提案モデルのように移動したカウンターイオンの体積効果を考慮することで、従来モデルよりも定量的にIPMCの動作を説明できた。
体育学習におけるフロー体験を支える勤勉性とそれに影響する要因

近年、幼少期の勤勉性の育成の重要性が報告されている。本研究は学校体育における勤勉性の要素を抽出し、質問紙を作成した。勤勉性に関わる要素は、小学校の体育授業を質的分析することで抽出され、それによって質問紙が作成された。作成された質問紙を1276名の小学生に調査を実施した。その結果、探索的・検証的因子分析によって4因子22項目(仲間との共感、挑戦機会の発見、積極的発言、勤勉さ)の構造が明らかになった。これら4因子は体育場面における自律的な勤勉性を測定するものであった。本研究は体育学習場面におけるフロー体験を重視し、このフロー体験が勤勉性によってすると仮定した。また勤勉性によって、運動に必死に取り組む時間自体をフロー体験と考えられることから、勤勉性とそれに関わる要因を明らかにすることを目的としている。初年度の研究実施計画として、体育授業の位置単元を対象に子どもの発言、行動やビデオ観察の記録し、対象児や教師、保護者の働きかけについてカテゴリー化を行うこととしていた。実施した研究は、小学校2年生、3年生、4年生各1クラスずつの体育授業ボール運動単元合計23時間、体つくり運動各クラス1単元、合計16時間を対象とした。これらの体育授業では3台のカメラを使用し、対象児2名、担任教員1名を単元を通して撮影を行った。この対象児2名については担任教員と協議し、「一生懸命取り組む子ども」を単元ごとに各2名、合計12名抽出している。撮影した映像から共同研究者との協議の結果、子ども達の発言、行動を抽出し、カテゴリー化を行った。その結果、"あきらめずに続けられる"、"いろいろな方法を試す"などを含む「我慢強さ」、"仲間の失敗を励ます"、"仲間の失敗を我慢できる"など「仲間の失敗への対応」、"みんなと一緒に声を出せる"、"仲間を応援できる"といった「仲間との関係」、"積極的に仲間に声を掛ける"、"めあてや目標をみんなに言える"など「リーダーシップ」、"仲間の発表を熱心に見る"、"人の演技を見るのが楽しい"など「周囲への関心」、"できるだけ長く運動したい"、"わからないことは先生に聞く"など「意欲・態度」、"授業の決まりは守る"など「規範意識」の7カテゴリーが抽出された。これらのカテゴリーを質問紙として作成し、次年度以降の調査へと繋げていく。平成26年度に近隣小学校と協力し実践した「体つくり運動」と「ボール運動」の単元から、勤勉性に関わる対象児の発言、行動を記録し、それらをKJ法によって分類し、体育授業における勤勉性に関わる要素を抽出した。このなかでは「我慢強さ」、「仲間の失敗への対応」、「仲間との関係」、「リーダーシップ」、「周囲への関心」、「意欲・態度」、「規範意識」の計7カテゴリーの要素が抽出された。平成27年度はこれらの抽出された要素をもとにして、質問紙を作成し、体育学習における勤勉性尺度(以下勤勉性尺度)の作成を試みた。質問紙調査として小学校4校1272名(男子646名、女子626名)を対象に調査を実施した。また妥当性の検討として、4学級120名については新体力テストの結果を、学校長の承諾を得て提供を受けた。これらの質問紙調査結果を因子分析によって分類し、項目の取捨選択を行い、体育授業勤勉性尺度を作成した。この尺度において抽出された因子は、「仲間との共感」、「試行錯誤」、「勤勉さ」、「積極的発言」の4因子であった。平成26年度に抽出した要素のなかで、「規範意識」についてはほとんどの回答者が高い規範意識を持っていたため尺度に反映できず、「仲間の失敗への対応」も因子としては確認できなかった。しかし、それ以外の5カテゴリーの要素は勤勉性尺度の中にほぼ反映された。この構成された勤勉性尺度について信頼性を検討したところ、十分な内的整合性が得られた。また妥当性については、「勤勉さ」と最も相関が高い新体力テストの結果が、シャトルランであり、「試行錯誤」もシャトルランと最も相関が高いこと、BigFiveの「良識性」との相関が、勤勉性尺度の「勤勉さ(.43)」、「試行錯誤(.34)」、「仲間との共感(.30)」、「積極的発言(.25)」の順に有意な相関が認められたことから、その妥当性が確認された。当初の計画通り、27年度は質問紙を作成し、調査実施、分析、尺度構成まで進行中である。現在その過程を論文にし、投稿の準備をしている。生涯スポーツの実践において、最も重要であろう要素は運動を自律的に楽しむ能力と考えられる。本研究は、その楽しむ能力を没頭する能力である「勤勉性」と仮定した。本研究の目的は、体育授業における勤勉性に関する要素を抽出し、その向上に関わる方策を検討することであった。2年目までの研究において、体育授業場面から抽出した勤勉性によって質問紙を作成し、小学生36年生1,276名を対象とした調査を実施した。3年目は、この調査から得られたデータについて因子分析を行い、因子を抽出後、関連する要因との分析を実施し、その結果を元に論文を作成した。因子分析によって「勤勉さ」、「挑戦機会の発見」、「積極的発言」、「仲間への共感」の4因子22問から構成される「体育勤勉性尺度」が完成された。

この尺度は、体育場面において問題状況を解決しようと努力する場面の営みを測定するものであり、自律的な傾向を評価したものである。この「体育勤勉性尺度」4因子は、体育授業での没頭度に関する設問との間に中程度の相関を確認できた。なかでも「勤勉さ」との間にr=0.63の相関を確認できたことから、本尺度は楽しさ体験である「フロー」を測定していると考えることができる。また、本尺度の内容は問題解決に向かう過程のなかで、自律的に体育場面を楽しもうとする傾向を明らかにしたものであった。また、国語や算数における勤勉性との相関から、教科に関わらない普遍的な勤勉性の存在が示唆された。さらに、「体育勤勉性尺度」を用い、体育授業の実践のなかで勤勉性を高める方策を検討した。その結果、単元展開に応じた教師の発問が子どもの創造的思考を生み出し、それを運動のなかで実現しようとする過程が子どもの必要感に即した課題設定であった。この様な子どもの挑戦的機会を探索しようとする課題設定が子どもの勤勉性を高めることを確認できた。近年、幼少期の勤勉性の育成の重要性が報告されている。本研究は学校体育における勤勉性の要素を抽出し、質問紙を作成した。勤勉性に関わる要素は、小学校の体育授業を質的分析することで抽出され、それによって質問紙が作成された。作成された質問紙を1276名の小学生に調査を実施した。その結果、探索的・検証的因子分析によって4因子22項目(仲間との共感、挑戦機会の発見、積極的発言、勤勉さ)の構造が明らかになった。これら4因子は体育場面における自律的な勤勉性を測定するものであった。研究計画に示した通りボール運動単元、体つくり運動単元について撮影を実施した。またそれらの映像から発言を分類し、カテゴリー化を行った。カテゴリーについては再考の余地はあるものの、概ね計画通りの進行状況である。勤勉性を高める方策を取り入れた授業を実践する。具体的方策として、思考判断や認知に関わる要素を強調し、「次にすること」を明確にした授業実践を展開することで、勤勉さの向上を図る。体育科教育平成26年度に作成したカテゴリーから質問紙を作成し、小学生を対象に調査を実施する。この調査では勤勉性とそれに関わる要因、さらに統制感やフロー体験について質問紙を作成し、調査を行う。ただし、小学生向けのフロー体験質問紙に適当なものが存在しないため、今後作成の必要がある。平成26年度、物品として購入を予定していたものが、納入段階で安く納入されたため、端数として504円が残っている。平成27年度の物品日として算入し、消耗品の購入に充てる。
ポリコーム複合体群因子による植物免疫誘導・免疫記憶樹立機構の解析

植物が病原体を認識して防御応答が活性化されると、病原体認識部位に加えて全身で防御応答が記憶化され、二次感染に対してより早く・強く応答可能なプライミング状態となる。一般に転写の抑制に働くヒストン修飾酵素CLFおよびその複合体(ポリコーム複合体・CLF-PRC2)がプライミング時に防御応答遺伝子群をむしろ正に制御することをこれまでに見出した。さらに、種子特異的にCLFと同様の働きを担うMEAが、防御応答時には葉で発現誘導され、プライミングに寄与することを示唆する知見を得た。そこで本研究では、主にMEA-PRC2に着目し、ポリコーム複合体を介したプライミングの制御機構の一端を明らかにすることを目的とした。プライミングの成立に至るまでには、1接種葉での防御応答、2接種葉から全身へのシグナル伝達、3全身での免疫記憶成立の3ステップがある。まずトマト斑葉病細菌Pseudomonas syringae pv tomato AvrRpm1を免疫のトリガーとして用い、1接種葉での防御応答及び3全身での免疫記憶(プライミング)について調べた。その結果、接種葉での防御応答は、野生型植物と比較してmea変異体植物では強まっている傾向にあるものの、プライミングについては野生型植物より低下していることがわかった。さらに、先進ゲノム支援の採択を受けて、プライミング成立時のヒストン修飾動態について、野生型植物およびmea変異体植物を用いたChIP-seq解析を現在行っている。得られた結果をもとに、プライミング誘導時にMEA依存的にヒストン修飾が変動する遺伝子群を同定するとともに、プライミング誘導時特異的なPRC2ターゲティングに関わる因子や経路の情報を得たいと考えている。本年度は、mea変異体植物を用いた表現型解析を行うだけでなく、ChIP-seq解析にも着手することができた。また、MEAの機能部位や時期の推定に向けて、グルココルチコイド(DEX)投与によりMEAの機能性を誘導できるMEA-GR形質転換植物やDEX誘導性のMEAノックダウン植物の作出を現在進めている。mea変異体植物のさらなる表現型解析を行う。加えて、作出したMEA-GR形質転換植物やMEAノックダウン植物を用いて、MEAの機能部位や機能時期の推定を試みる。また、MEA依存的にプライミングの標的となる遺伝子の同定に向けて、mea変異体を用いたトランスクリプトーム解析を行うとともに、その結果とChIP-seq解析の照合を行いたいと考えている。次世代シーケンス解析を次年度に繰り越すことにしたため。
オンライン部分空間同定法を利用したフィードバック系の変化検出法の開発

本研究では、フィードバックループ内に接続された制御対象の入出力信号からダイナミックスの変化をリアルタイムで検出するための閉ループ同定に基づくアルゴリズムの開発を行っている。従来の閉ループ同定法では、開ループ同定の手法をそのまま閉ループ系から得られるデータに適用したいわゆる直接法と、まず感度などの閉ループ特性を推定してから次に同定対象の推定を行ういわゆる間接法とに分類できる。直接法では推定値のバイアス誤差の問題があり、間接法はバイアス誤差の問題を回避できるがそのオンライン化が困難であった。平成17年度では、まず前年度に得られた同定手法のオンライン化、つまり、逐次型閉ループ部分空間同定アルゴリズムの導出を行なった。研究成果を第49回システム制御情報学会研究発表講演会で口頭発表した。つぎに、前年度に導出した閉ループ部分空間同定法よりもロバストな数値計算を可能にするため、行列分解法の一つであるQR分解に基づくMOESP型閉ループ部分空間同定法の導出を行った。本結果は開ループ部分空間同定法の有力な手法であるMOESP法の閉ループ同定への拡張と位置づけられる。研究成果の一部を第34回制御理論シンポジウムにて口頭発表した。また、The 17th International Symposium on Mathematical Theory of Networks and Systemsに採択され、2006年7月に口頭発表する予定である。さらに、まとめた成果を計測自動制御学会論文集に投稿し、同論文集の2006年6月号への掲載が決定した。変化検出に関して、部分空間同定法で推定可能な拡大可観測性行列の部分空間の主角度に基づく変化検出法を提案し、The 3rd International Symposium on Systems & HumanScienceにおいて口頭発表した。現在稼動中のプラントの多くは何らかの制御動作が加えられている.その場合,対象は信号のフィードバック構造を持つ閉ループ系と考えられる.従来の閉ループ同定法では,開ループ同定の手法をそのまま閉ループ系から得られるデータに適用したいわゆる直接法と,まず感度などの閉ループ特性を推定してから次に同定対象の推定を行ういわゆる間接法とに分類できる.直接法では推定値のバイアス誤差の問題があり,間接法はバイアス誤差の問題を回避できるがそのオンライン化が困難であった.平成16年度では,まず,閉ループ系から得られたデータから閉ループ内に接続されたサブシステムの動特性を推定できる部分空間同定法を開発した.提案する同定法はオンライン化を視野に入れており,サンプルされる入出力データから直接所望のパラメータを推定できる.しかし,提案手法は本質的に間接法の一つとして知られるTwo-stage法に基づいておりバイアス誤差の問題を克服している.上記結果をThe 43^<rd> IEEE Conference on Decision and Controlにて口頭発表した.次に,前述の閉ループ部分空間同定法の逐次アルゴリズムを開発した.これにより,計算量の大幅な軽減が可能になった.つまり,データ長をMとしたとき,バッチ同定での計算量がMの2乗のオーダーであったのが,逐次化によってMのオーダーに軽減された.また,提案する逐次アルゴリズムはオンライン同定に適用可能な更新則となっでいる.つまり,時々刻々オンラインでサンプルされるデータだけを使って項の更新が行われ,過去に遡ってデータをストックしておく必要が無い.上記結果は現在The 44^<th> IEEE Conference on Decision and Control and Europe an Control ConferenceECC 2005に投稿中である.本研究では、フィードバックループ内に接続された制御対象の入出力信号からダイナミックスの変化をリアルタイムで検出するための閉ループ同定に基づくアルゴリズムの開発を行っている。
障害の重度・重複化とニーズの多様化に対応し得る訪問教育の在り方に関する実践的検討

重障児への「訪問教育」は、約20年間に及ぶ経験を蓄積してきた。しかし近年、この経験だけでは対応することが困難な新たな事態に直面している。その背景には、障害の重度化と生活や教育のニーズの多様化がある。この動向の下で、教育内容の検討が十分になされないままに、「超重障児」をはじめとする多様な事例の受け入れだけが急速に進行し、教育現場に様々な問題が生じている。一方、制度面では、訪問教育が学習指導要領に明文記載されていないこともあり、地域間に大きな落差が存在している。本研究では、メンバーがそれぞれ長期間にわたってかかわってきた個別ケースの障害実態、教育的処遇、生活形態などに関する具体的資料をもとにしたカンファレンスと、全国訪問教育親の会会長や訪問教育担当教員からの現状と課題に関する報告をもとにした研究会議などを積み重ねた。それを通じて、各地域での制度と教育内容における従来の経験と到達点にみられる問題点を整理することができた。これに基づき、訪問教育を障害の重度・重複化と教育的ニーズの多様化に応え得る援助システムの中核として位置付けるというコンセプトの下で、「事例遡及的分析による訪問教育の現状把握」、「指導内容・方法に関する実践的教育」、「生活環境(地域差)と訪問教育へのニーズに関する調査研究」、「教員支援システムの構築」という相互に関連する4個別課題からなる、今後実践的に検討すべき研究課題を明確にした。
準安定的に形成される受容体・リガンド複合体間の相互作用解析

生命現象発動の場においては、不安定で過渡的な複合体の存在およびその重要性が指摘されている。しかし、このような準安定な複合体をin vitroで再構成して、従来の構造生物学的手法を適用するのは困難である。本申請課題では、準安定複合体に対するNMR測定法、ならびに生理的環境を模倣できるNMR試料調製法を開発して、生命現象発動の場における過渡的準安定複合体に対する方法論を確立した。これらの手法を、ケモカイン・ケモカイン受容体、細胞接着分子CD44、光合成膜タンパク質などに適用し、これらの分子の機能発現に重要な過渡的複合体の構造情報を得ることに成功した。YUHのユビキチン結合界面の淵に存在する、E16,T40,S85,S154,A159、ならびに結合界面から離れたS68,S123,T197のシステイン変異体を作成した。過剰量のユビキチンを添加してYUHの活性中心C90を保護した条件で、変異導入した目的システイン残基に選択的にcysteaminyl-EDTA修飾を施した。得られたEDTA修飾YUHに,常磁性金属のガドリニウム(Gd)やニッケル(Ni)、ならびに反磁性金属の亜鉛(Zn)をキレートさせることができた。次に、過渡的相互作用を検出するために、修飾YUHとの結合に伴って誘起される分子間PREである、Gd^<3+>による横緩和速度増大と、大きさがその1/340である縦緩和速度増大を、freeのユビキチンのNMRシグナルに誘起される転移PREとして観測した。その結果、YUHのT40Cにプローブを導入した条件では、ユビキチンのT7,K11,T12に0.050.15s^<-1>の縦緩和増大と、315s^<-1>の横緩和増大が両方有意に観測され、A46Q49,L73G76には横緩和増大のみが有意に観測された。また、A159にプローブを導入した条件では、G75,G76に縦緩和増大のみが有意に観測された。また、縦緩和時間および横緩和時間の常磁性による増大の比は複合体形成の交換時間に依存するため、これらの結果よりYUHとユビキチン相互作用における早い複合体生成(過渡的複合体)および遅い複合体形成の構造情報が得られたと判断した。細胞接着分子CD44は、細胞外マトリックスの主成分であるヒアルロン酸(Hyaluronic acic ; HA)と相互作用することにより、細胞接着、細胞遊走に関与するタンパク質である。CD44は、細胞外領域のN末端に、HAとの結合を担う158アミノ酸残基から成るHA結合ドメイン(HA-binding domain ; HABD)を有する。当研究室において、HABDはHA結合に伴い、C末端に構造変化が生じ、運動性が高いdisorderした構造をとることが明らかとなっている。そこで、本研究ではCD44のHA認識機構と細胞接着に関し、NMRを用いた構造生物学的および細胞生物学的研究を行った。リガンド非結合時のHABDの1H-15N HSQCスペクトル上において、HABDのシグナルとして一義的に帰属されたシグナル以外に複数のマイナーシグナルが観測された。これらのマイナーシグナルの化学シフトは、HA結合時に観測されたものと同様であった。1H-15N HSQCスペクトル中におけるマイナーシグナルは、測定温度の上昇に伴いシグナル強度が増大し、またその変化は可逆的であった。加えて、メジャーおよびマイナーピーク間に化学交換が観測された。この結果より、HA非存在下のHABDは、既に結晶構造が解明されてHA非結合型構造とC末端に構造変化が生じているHA結合型の構造との間のHA存在下および非存在下の立体構造をもとに、C末端がdisorderした構造に平衡を片寄らせた変異体を作成し、HAに対する親和性を測定した。その結果、変異体は野生体と比較して7倍高い親和性を有していることが判明した。次に、この平衡が細胞のローリングに及ぼす影響を調べるために、CD44野生体および作成した変異体を発現した細胞を調製し、そのローリグ活性を調べた。その結果、野生体を発現した細胞ではローリングが観測されるものの、変異体のものでは観測されなかった。変異体では野生体に観測される高親和性・低親和性状態間の平衡が存在しないことを考え、CD44発現細胞のローリングには、HABDの立体構造平衡が重要な役割を果たしていると結論した。ユビキチンと酵母ユビキチン加水分解酵素(YUH)が形成する過渡的複合体を、常磁性緩和増大(PRE)を利用したNMR解析により高感度で検出するために、スピンラベルの導入部位を検討した。12種類の部位に対して修飾反応を行い、修飾率と観測されるPREの大きさを調べた。

その結果、これまでに確立していたT40に加えて、E43,E220へのスピンラベルの導入およびPREの観測に成功した。これにより、検出されるPREの数が約3倍に増大しただけでなく、過渡的複合体では、ユビキチンのG10近傍、A46近傍、C末端のいずれもT40,E43,E220に近接しており、両者が様々な向きを向いているという結合様式が新たに明らかになった。さらに、導入する常磁性金属の種類を検討した結果、従来のガドリニウムイオンだけでなく、マンガン、鉄、バナジルイオンでのPREの検出に成功した。いずれの金属でも、ガドリニウムイオンより約2倍大きいPREが観測された。さらに、観測されたPREの大きさと運動性がない時に各金属が誘起するPRE大きさをプロットすることで、最終的に形成される複合体と過渡的複合体では結合・解離の交換速度が異なり、それぞれ約50s^<-1>,1,000s^<-1>以上であることが新たに明らかとなった。このような過渡的複合体をユビキチンが迅速に形成することは、YUHだけでなく多様な蛋白質とconformational selectionのメカニズムでの複合体形成を迅速に行う上で重要であると考えた。In-cell NMR法は細胞内に導入したタンパク質のNMRシグナルを直接観測し、その構造情報を得る手法である。近年、より高等な哺乳細胞を対象としたin-cell NMR法の開発も報告されており、実際の細胞内での相互作用観測に基づく創薬スクリーニングへの応用も期待されている。しかし、高密度の細胞をNMR試料管内に充填して測定を行うin-cell NMR法では、細胞内環境の劣化および細胞死が経時的に生じるため、限られた時間内でしかNMR観測を行うことができないという問題があった。そこで、我々は細胞内環境を保ったまま長時間のin-cell NMR測定をおこなうための新規バイオリアクターシステムの開発を行った。まず、細胞を温度可塑性のメビオールゲル内に封入した状態でNMRサンプル管に充填し、サンプル管底部から一定の速度で培地を灌流させた。31P NMR観測の結果から、通常は30分以内で枯渇する細胞内ATP濃度を、バイオリアクターを用いることで15時間以上一定に保持できることが示された。また、15時間経過後にも死細胞の増加がほとんど認められず、長時間のin-cell NMR測定が可能であることが示された。確立した手法を用いて、外部から導入したタンパク質と内在性のタンパク質との相互作用界解析を行った。微小管結合ドメインCap-Gly domain 1 (CG1)をHeLa細胞内に導入し、内在性の微小管との相互作用部位を転移交差飽和(TCS)法により観測した。その結果、既にin vitro研究にて重要性が示されている疎水性面を相互作用部位として同定することに成功した。Gタンパク質共役型受容体(GPCR)はリガンドが存在しない状態でもGタンパク質を介したシグナルを惹起し(基礎活性)、またリガンド結合によるシグナル伝達活性の強度は、リガンドによって異なること(薬効度)が知られている。これまでに様々なリガンドに結合したGPCRの結晶構造が明らかになっているにもかかわらず、リガンドごとに薬効度が異なる機構は明らかではない。そこで、NMRを用いて、beta2 adrenergic receptor (b2AR)を解析対象とし、b2ARのシグナル制御機構の解明を行った。
UV励起/光電子放出による半導体粒子の減圧場における帯電

本研究の目的は、「光電子放出帯電による半導体製造真空プロセスにおける微粒子除去技術」の実用化に必要な基礎データの集積にある。2つのタイプの「UV/光電子放出による微粒子帯電装置」を試作した。一つは光電子放出材にUVを照射し、放出された光電子により粒子を荷電する方法(光電子放出-拡散荷電装置)、もう一つはUV照射により粒子から光電子を放出させて帯電させる方法(直接光電子放出装置)である。それぞれの荷電装置について、減圧場における粒子帯電の数値シミュレーションと実験による評価を行った。「光電子放出-拡散荷電装置」のSiO_2粒子を用いた実験では、粒子は負に帯電し、UV強度、粒径の増加に対し、帯電量は僅かに増加した。また、本装置では、圧力が減少するにしたがい、帯電量が減少した。これら実験結果は数値解析結果と定量的に良く一致した。「直接光電子放出装置」では、粒子は正に帯電し、帯電量はUV強度と粒径の増加、圧力の減少により増加した。しかし、流量には影響されなかった。本装置の数値シミュレーションは、実験の定性的な傾向を説明できたが、定量的な一致は得られなかた。実験とシミュレーションの不一致の原因として、実際の粒子からの光電子放出量がシミュレーションで用いた値より小さい、あるいは、臨界ノズル(減圧容器への粒子の導入口)における粒子沈着がシミュレーションの値より大きいことが考えられる。SiO_2粒子の他にZnO粒子とCdS粒子についても帯電実験を行った。ZnOとCdS薄膜を用いた予備実験では、UV照射による光電子放出が確認された。ZnO粒子の実験結果は、UV強度、粒径、圧力の変化に対しSiO_2粒子と同様の結果を与えた。CdS粒子は、粒径が1場では、帯電量はUV強度および粒径の増加により増えた。一年目である本年度は、(1)「UV/光電子放出による微粒子帯電装置」を試作した。予備実験として、まず、試作器が所定の真空度を達成することを確認した。次に、UVランプの選定実験を行った。実験に用いるSiO_2薄膜をCVD法により石英ガラス基板上に作成し、100数torrの減圧場においてUV光を照射し、このとき薄膜より放出される光電子量を測定した。種々のUVランプを用いたところ、低圧水銀ランプ(波長185と254nm)で薄膜からの光電子放出が確認された。殺菌ランプ(波長254nm)では、光電子放出が見られなかったことから、波長185nmのUVが光電子放出に関与していることが明らかとなった。ランプのワット数を15、30、60Wと変えたところ、放出量は15Wから30Wでは増加したが、60Wでは30Wと変わらなかった。また、来年度からの粒子除去実験に用いる半導体粒子発生器を製作した。本年度は、TEOS/O_3-常圧CVD法によるSiO_2粒子発生器を試作した。発生した粒子を捕集し、FT-IRスペクトルとXRDを測定したところ、アモルファス状のSiO_2粒子であることがわかった。また、粒度分布をDiffrential Mobility Analyzerを用いた静電粒径法で測定したところ、幾何平均粒径1060nm、幾何標準偏差1.31.4の比較的単分散なナノメータ粒子であることがわかった。

二年目である本年度は、(1)昨年度作成した「UV/光電子放出による微粒子帯電装置」によるSiO_2粒子の帯電実験を10010torrの圧力場で行った。粒径を16,40.4,80.8nmと変えたところ、粒子の帯電量は粒径に比例して増加した。また、ランプの数を1本から2本に増やすと、粒子の帯電量は2倍に増加した。以上の結果から、UV照射による粒子からの光電子放出が起こっていることがわかる。また、粒子の帯電量は圧力の減少により増加し、流量の変化には無関係であった。前者は、圧力が減少することにより185nmの光電子放出に関与する波長を吸収する酸素分子が少なくなり、粒子からの光電子放出が増えたものと考えられる。後者は、光電子放出はUVの照射時間に左右されないことを意味する。(2)ZnO粒子からの光電子放出を確認し、最適UV波長を決定するため、ZnO薄膜を作成し、UV照射実験を行った。SiO_2の場合と同様に、波長185nmのUV照射においてZnO薄膜からの光電子放出が確認された。(3)「UV/光電子放出による微粒子帯電装置」の帯電現象をシミュレーションするため、減圧帯電装置内における気流の速度分布計算を熱流体解析ソフトを用いて行った。(4)ZnCl_2を原料にしたZnO粒子の発生装置(蒸発-酸化反応型)を試作し、粒径100200nmのアモルファスZnO粒子の発生を確認した。本研究の目的は、「光電子放出帯電による半導体製造真空プロセスにおける微粒子除去技術」の実用化に必要な基礎データの集積にある。最終年である本年度は、「UV/光電子放出による微粒子帯電装置」によるZnO粒子とCdS粒子の帯電実験を行い、さらに昨年度に得られたSiO_2の実験結果と共に数値シミュレーション結果と比較検討した。(1)ZnO粒子はZnCl_2を原料に蒸発-酸化反応法で作成した。粒径100200nmのアモルファス粒子が生成した。10010torrの圧力場での実験結果は、粒子帯電量が粒径、UVランプ数の増加により、また、圧力の減少により増えることを示した。しかし、流量には無関係であった。(2)CdS粒子は、硝酸カドミウムとチオ尿素のエタノール溶液の噴霧熱分解により粒子を合成した。合成粒子の粒径は1ミクロンサブミクロンと大きく、減圧装置内での沈着が激しく、減圧場における実験は行えなかった。常圧場では、粒子帯電量はUVランプ数の増加により増えたが、流量には影響されなかった。これら(1)(2)の結果の内、UVランプによる帯電量の増加は、光電子放出による粒子荷電が起こっていることを示し、流量に対して一定であることは、光電子放出がUV照射時間に左右されないことを意味する。(3)「UV/光電子放出による微粒子帯電装置」の帯電現象の数値シミュレーションは、実験の定性的な傾向を説明できたが、定量的な一致は得られなかった。計算に用いた薄膜のUV照射実験から推定した光電子放出量を十分の一百分の一に、あるいは粒子濃度を十分の一百分の一にすると、実験結果が上手く説明できた。このことから、実験とシミュレーションの不一致の原因として、実際の粒子からの光電子放出量がシミュレーションで用いた値より小さい、あるいは、臨界ノズル(減圧容器への粒子の導入口)における粒子沈着がシミュレーションの値より大きいことが考えられる。
特徴抽出フィルターの可塑性

1.目的.感覚中枢の神経回路網は,特徴抽出フィルターとして生体に与えられた刺激から一定の特徴を抽出し,それをより高次の中枢へ伝達する.本研究は,この特徴抽出回路における可塑性発現のメカニズム解明を目的とする.2.結果.津本班員は,成熟ラットと幼若ラットの大脳皮質視覚野ニューロンに対する興奮性アミノ酸拮抗薬の作用を切片標本を使って調べた.その結果, N-methyl-D-aspartate(NMDA)型受容体に対する選択的拮抗薬が成熟ラットでは無効であるのに,幼若ラットでは有効であることを見い出した.外山班員は新生仔ラットの大脳皮質視覚野に胎仔期ラットの外側膝状体を移植し,神経回路の形成のされ方を主に電気生理学的に調べた.その結果,胎仔外側膝状体がどこに移植されても,正しく標的細胞見つけ出し,正常な神経回路を形成することを発見した.伊藤班員は,ネコの外側膝状体において免疫組織化学法を使いコレシストキニン, P物質, K物質等の活性ペプチドを含むニューロンが存在することを発見した.岩村班員は,無麻酔サルで体性感覚野(SI領域)にガンマアミノ酪酸の作動薬であるムシモールを微量注入した結果起る手指運動異常を解析し, SI領域は運動の習熟に密接に関連していることを発見した.福島班員は,学習能力を持ち,パターン認識能を自ずから身につけてゆく遠心性回路を含む階層型神経回路モデルを提唱した.前川班員は,仔ネコにおいて小脳への前庭及び視神経求心路の生後発達を調べ,出生直後から14日齢頃迄前庭小脳に内顆粒層が形成される前に,前庭情報を伝える苔状線維が一過性にプルキンエ細胞と異所性シナプスを作ることを発見した.3.考察.本年度は視覚系,前庭系回路網の形成期及び発達期における特異的結合能の存在や異所性シナプスの一時的出現,さらには可塑性に関与する興奮性アミノ酸受容体の役割等の重要な発見があった.1.目的.感覚中枢の神経回路網は,特徴抽出フィルターとして生体に与えられた刺激から一定の特徴を抽出し,それをより高次の中枢へ伝達する.本研究は,この特徴抽出回路における可塑性発現のメカニズム解明を目的とする.2.結果.津本班員は,成熟ラットと幼若ラットの大脳皮質視覚野ニューロンに対する興奮性アミノ酸拮抗薬の作用を切片標本を使って調べた.その結果, N-methyl-D-aspartate(NMDA)型受容体に対する選択的拮抗薬が成熟ラットでは無効であるのに,幼若ラットでは有効であることを見い出した.外山班員は新生仔ラットの大脳皮質視覚野に胎仔期ラットの外側膝状体を移植し,神経回路の形成のされ方を主に電気生理学的に調べた.その結果,胎仔外側膝状体がどこに移植されても,正しく標的細胞見つけ出し,正常な神経回路を形成することを発見した.伊藤班員は,ネコの外側膝状体において免疫組織化学法を使いコレシストキニン, P物質, K物質等の活性ペプチドを含むニューロンが存在することを発見した.岩村班員は,無麻酔サルで体性感覚野(SI領域)にガンマアミノ酪酸の作動薬であるムシモールを微量注入した結果起る手指運動異常を解析し, SI領域は運動の習熟に密接に関連していることを発見した.福島班員は,学習能力を持ち,パターン認識能を自ずから身につけてゆく遠心性回路を含む階層型神経回路モデルを提唱した.前川班員は,仔ネコにおいて小脳への前庭及び視神経求心路の生後発達を調べ,出生直後から14日齢頃迄前庭小脳に内顆粒層が形成される前に,前庭情報を伝える苔状線維が一過性にプルキンエ細胞と異所性シナプスを作ることを発見した.3.考察.本年度は視覚系,前庭系回路網の形成期及び発達期における特異的結合能の存在や異所性シナプスの一時的出現,さらには可塑性に関与する興奮性アミノ酸受容体の役割等の重要な発見があった.
新しい概念に基づくC_<60>の化学変換

我々は,C_<60>イオン(分子軌道)と遷移金属イオン(原子軌道)の軌道の形式的類似性から,C_<60>を遷移金属的性質をもつSuperatomとみなす新概念を提出し,この概念に基づき人工ニトロゲナーゼとしてC_<60>とγ-シクロデキストリンからなるBicapped C_<60>錯体を創出した。このBicapped C_<60>は水溶性の錯体で,N_2分子を作用させることにより錯体の上下の疎水性キャビティにあるC_<60>の活性点にN_2分子が配位したBicapped C_<60>・2N_2錯体(ν_<N2>2152cm^<-1>,ν_<N2>freeより179cm_<-1>低波長シフトしている)を生成する。この錯体は水溶液中Na_2S_2O_4およびATP(あるいは三リン酸ナトリウム)の存在下CpH13),常温,常圧でN_2分子をNH_3分子に効率的に変換する。新しいN_2固定プロセスとして興味深い。C_<60> Superatom Cpnceptはニトロゲナーゼ的機能に止まらず,遷移金属の関係する物理現象や化学反応にC_<60>を用いうることを始めて示した点においても意義深い。なお,これらの結果の詳細についてはNature誌に投稿中である。
界面活性剤の自己組織化を用いた機能性複合ゲルの創製

界面活性剤の自己組織化された構造体を内包する機能性ゲルを創成する目的で,ゲル成分ならびに界面活性剤成分の相挙動を解明した.こののち,界面活性剤を含有するゲルを形成したところ,界面活性剤の相境界が低温領域に大きくシフトするという現象を見いだした,この現象を有効に利用することによって機能性を有する創薬ゲルを開発する方向性が明らかになった.界面活性剤の自己組織化された構造体を内包する機能性ゲルを創成する目的で,ゲル成分ならびに界面活性剤成分の相挙動を解明した.こののち,界面活性剤を含有するゲルを形成したところ,界面活性剤の相境界が低温領域に大きくシフトするという現象を見いだした,この現象を有効に利用することによって機能性を有する創薬ゲルを開発する方向性が明らかになった.当該研究では,複合系における形態形成を対象として研究を展開する.その基礎として複合系を形成する各成分の基礎物性を明らかにする目的で研究を行った.生体高分子のアガロース,アルギン酸でゾル-ゲル転移と相図の決定を行った.アガロースにおいてはゾル-ゲル転移と相分離のカップリング現象を見いだした.また相分離は系にメタノールを添加することにより高温側にシフトすることが明らかとなった.これらの結果は,統計熱力学的な立場から説明した.これに対して,アルギン酸系ではアガロースとは全く質的に異なった現象を見いだした.ゲル化の条件を適切に調整することにより,得られるゲルに,螺旋やカプセルなどの形態が自発的に発現する現象を見いだした.この結果は,一次元の拡散-反応系に特徴的なものであり,現在さらに詳細な研究を行っている.第二成分である界面活性剤については,相図や構造の動的な挙動を観測するために必要な光散乱装置を構築した.従来の装置と比べて,性能的には同等ながらも,顕微鏡下で測定することを念頭に置いたものであるため,微小領域の動的な構造を議論できる.当面は,界面活性剤溶液系の相図を作成するために稼働する.合成高分子-界面活性剤系については,ゲルの形成と構造形成の関係を,共焦点検鏡法を用いて明らかにした.界面活性剤の相転移がゲル化と同時におこるため,様々な形態がゲル中に凍結されることが明らかとなった.この結果は現在定量的に解析している.上述の界面活性剤系の相図の結果とともに総合的な議論をする予定である.1.界面活性剤水溶液の相図典型的な非イオン性界面活性剤であるTriton X-100ならびにTriton X-114水溶液系の相図を決定した.これらの非イオン性界面活性剤は特に生化学分野で蛋白質の可溶化に利用されている.広い濃度範囲に亘って水溶液を調製し,その曇点を測定した.得られた結果は,両者ともに下限臨界完溶温度を有する溶液系であることを確認した.臨界点はTriton X-100では,3.0g/100ml,64.9°Cであることがわかった.Triton X-114の臨界点はまだ確定できていない2.ゲルの相図界面活性剤の相図を決定するのと並行して,ゲルの相図を作成した.試料にはアクリルアミドゲル,カラギーナンゲル,アルギン酸ゲル,アガロースゲル,ゼラチンゲルを選んだ.いずれの系においても,濃度を可能な限り広く変え,ゲル化温度や曇点,場合によってはスピノダル温度を決定した、アクリルアミドゲルにおいては,ある条件下で表面パターンが形成されることを見いだした.このパターンは温度を調整することによって変化させることができることを見いだし,これを報告した。アガロースゲルにおいては,ゲル化と相分離がカップリングしていることを見いだした.これについては投稿準備中である.カラギーナンとアルギン酸ゲルではリーゼガングパターンや形態の自己組織化が起こることを見いだし,詳細を研究中である当該研究を遂行するうち,本来の目的はもちろんのことであるが,これに付随した興味深い現象を数多く発見した.これらの現象は将来の発展的なテーマとなりうるものであると考えている本研究では界面活性剤の自己組織化現象をゲルの高分子網目の内部で生じさせることが重要なポイントとなる。よく知られているように,ゲルも界面活性剤も共に相転移現象を示す系である.従って,これらの相転移の協力現象を解明し,両者の共存した系での自己組織化を制御する必要がある.そこで,第一段階として,高分子ゲルと界面活性剤,おのおの独立した系の相図を明らかにした.この研究により,これまでに不明確だった界面活性剤の相図が,2成分液体の相転移と同様に記述できることが明らかとなった.高分子ゲル系にあっては,ゾル-ゲル転移と高分子の相分離がカップリングしていることを見いだした.また,高分子溶液を一次元拡散-反応系でゲル化させる過程において,得られたゲルが巨視的な形態を形成する現象を見いだした.このような,ゲルの形態形成は従来知られていなかった現象である.現在この形態形成現象は,高分子溶液の「等価相図」の概念を用いて説明することが可能であることを明らかにした.しかしながら,さらに詳細な物理的な解析が望まれる.第二に,界面活性剤を高分子ゲルに導入することを試みた.種々の濃度の界面活性剤を含む溶液でゲルを形成した結果,常温では透明なゲルが形成される条件下にあっても,得られたゲルが白濁する現象を見いだした.このことは,界面活性剤を高分子網目のような「狭い空間」に導入することにより,界面活性剤の相分離温度が低温側に大きくシフトすることを示している.