hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
肥満成立過程における糖輸送機構の解明

肥満成立過程における糖輸送機構の解明に関する研究から以下の如きの結果を得た。(1).in vivoの系として糖負荷試験:対照(C)群に比して視床下部腹内側核破壊(V)群では1週後では血糖消失率は有意に上昇し、4週以降有意に低下、インスリン抵抗性が肥満成立期において認められた。(2).単離脂肪細胞の糖輸送活性におけるインスリン刺激効果:C群の傍子宮脂肪組織より調整した脂肪組織ではインスリンの添加により約15倍の糖輸送活性(3).糖輸送担体GLUT4の細胞内動態の研究:細胞膜と細胞内膜(Golgi複合体膜)のGLUT4の定量い、C群ではインスリン刺激により細胞膜分画で4-5倍の増加とそれに相補的に細胞内膜分画のGLUT4の減少を認めたが、V群1週後では基礎状態、インスリン刺激ともに細胞膜分画、細胞内膜分画の両方でC群に比して増加を認めた。このことは細胞内総GLUT4量が増加し細胞内プール増加にもとずくtranslocationの亢進が糖輸送活性の亢進の主因であることを示唆した。V群4週後では基礎状態では細胞膜分画ではGLUT4の増加を認めたが、細胞内膜分画では低下し、インスリン刺激では細胞膜分画、細胞内膜分画の両方でC群に比して低下を認めた。以上より糖輸送担体GLUT4細胞内プールの減少がインスリン抵抗性の一因になっていることが示唆された。
双曲型方程式とその応用

双曲型方程式に関する諸問題を,偏微分方程式論の枠を超えて数学の諸分野からの視点をもって研究し多くの成果を挙げることが出来た.波動方程式の散乱理論は特に,ゼ-タ-関数の特異性を調べることにより,散乱行列の極に関する情報を得られることが解り,数学の諸分野が相互に深く関連していることを関連を豊に示すものとなった.この課題について,力学系のゼ-タ-関数の研究を行い,その中心的性質を如何にして取り出すか,解析的,幾何的,代数的にそれぞれ興味のあるものである.この問題につき積極的な研究を行ない多くの進展をみた.双曲型方程式に近接する問題として,量子力学の散乱論があるが,磯崎はこれまで極めて困難な問題として手づかずに残っていた多体系の散乱行列核を決める問題に取る組み,その詳細な性質を取り出す道を見いだした.これは,新しい研究分野を切り開いたものであり,特筆すベき結果である.今後,この問題が大いに発展するものと思われる.幾何学の関連に於て、偏微分方程式論に関連する問題が今日非常に興味を引いている.われわれは加須栄を中心としてリ-マン多様体の崩壊とラプラス作用素のスペクトルの関連を詳しく研究した。多様体が崩壊し,タイプの全く異なる多様体へ移るときの様子を,その多様体上のラプラシアンのスペクトルの挙動を一つの尺度として用いる方法を考えだし,その有効性示すことが出来た.これは,幾何学と解析学を結びつける顕著な例であり,今後の展開が待たれるものである.双曲型方程式に関する諸問題を,偏微分方程式論の枠を超えて数学の諸分野からの視点をもって研究し多くの成果を挙げることが出来た.波動方程式の散乱理論は特に,ゼ-タ-関数の特異性を調べることにより,散乱行列の極に関する情報を得られることが解り,数学の諸分野が相互に深く関連していることを関連を豊に示すものとなった.この課題について,力学系のゼ-タ-関数の研究を行い,その中心的性質を如何にして取り出すか,解析的,幾何的,代数的にそれぞれ興味のあるものである.この問題につき積極的な研究を行ない多くの進展をみた.双曲型方程式に近接する問題として,量子力学の散乱論があるが,磯崎はこれまで極めて困難な問題として手づかずに残っていた多体系の散乱行列核を決める問題に取る組み,その詳細な性質を取り出す道を見いだした.これは,新しい研究分野を切り開いたものであり,特筆すベき結果である.今後,この問題が大いに発展するものと思われる.幾何学の関連に於て、偏微分方程式論に関連する問題が今日非常に興味を引いている.われわれは加須栄を中心としてリ-マン多様体の崩壊とラプラス作用素のスペクトルの関連を詳しく研究した。多様体が崩壊し,タイプの全く異なる多様体へ移るときの様子を,その多様体上のラプラシアンのスペクトルの挙動を一つの尺度として用いる方法を考えだし,その有効性示すことが出来た.これは,幾何学と解析学を結びつける顕著な例であり,今後の展開が待たれるものである.双曲型方程式の特異性の伝播の解明と散乱作用素に物する跡公式を結びつけることにより、ゾゥルベントの極と物体の幾何学との関連を調べる研究は着実な進歩を得た。この結果は国際的0年8月に開催された国際数学者会議で発表され高い評価を得た。これは特異性の伝播と幾何光らかにし、また幾何光学の道筋のエルゴ-ド的性質を調べ、その漸新的性質をゼ-タ関数の性質から解明する方法である。従来、物体の幾何学とレゾルベントの極の関数については、予想が有の実例すら得られていなかった。この問題に対して我々は決定的な進歩をもたらした。上の問題とともに、深い関係にある常微分方程式の解の漸近挙動に関して我々は大山を中心的方法を用いての研究をなした。従来、解析的方法で取り扱われてきた問題であるが、代数的手とにより、問題の新しい展開を示し、これまで適用できなかった問題へも強力な道具となり得るした。。しかし、目下のところ、主として2階の方程式に限られているが、これをより高階の方きるようにすることが来年度の研究課題である。熱方程式および確率論との関連を池田信行が幾何学的問題の解析的取扱を巡って研究し、そび外国の各所で発表され高い評価を得た。このように、双曲型方程式を中心として数学の諸問題を研究することは実り豊かな課題であいるが、より深くまた広く研究することが必要であり、そのためには共同の研究が必要であり、として広く研究することが来年度の課題である。双曲型方程式に関連する諸問題を,偏微分方程式論の枠を超えて数学の諸分野からの視点をもって研究し多くの成果を挙げることが出来た.波動方程式の散乱理論は特に,ゼ-タ-関数の特異性を調べることにより,散乱行列の極に関する情報を得られることが解り,数学の諸分野が相互に深く関連していることを関連を豊に示すものとなった.この課題について,力学系のゼ-タ-関数の研究を行い,その中心的性質を如何にして取り出すか,解析的,幾何的,代数的にそれぞれ興味のあるものである.この問題につき積極的な研究を行ないに多くの進展をみた.双曲型方程式に近接する問題として,量子力学の散乱論があるが,礎崎はこれまで極めて困難な問題として手づかずに残っていた多体系の散乱行列核を決める問題に取り組み,その詳細な性質を取り出す道を見いだした.

これは新しい研究分野を切り開いたものであり,特筆すべき結果である.今後,この問題が大いに発展するものと思われる.幾何学の関連に於て,偏微分方程式論に関連する問題が今日非常に興味を引いている.われわれは加須栄を中心としてリ-マン多様体の崩壊とラプラス作用素のスペクトルの関連を詳しく研究した.多様体が崩壊し,タイプの全く異なる多様体へ移るときの様子を,その多様体上のラプラシアンのスペクトルの挙動を一つの尺度として用いる方法を考えだし,その有効性を示すことが出来た.これは,幾何学と解析学を結びつける顕著な例であり,今後の展開が待たれるものである.
過渡吸収法と過渡発光法による有機太陽電池の初期過程に関する速度論的研究

2018年度はペロブスカイト太陽電池の層構成と成膜法を検討した。まず、緻密TiO2層の作製時に電気炉で高温焼成することでTiO2層がFTO基板に強く結合され高効率の電子輸送が実現された。第二に、TiO2懸濁液中のP90とP25の組成や分散剤の添加量を変えることで、多孔質TiO2層の間隙率を高めて粒径50 nm以上のPv結晶が入り込んで三次元的な接合を形成できるようになった。第三に、PbI2溶液の塗布後に基板を真空中に静置し溶媒を除去することで、CH3NH3Iとの反応による結晶成長を促進できた。第四に、厚み約40 nmの金接点を真空蒸着することでPv結晶の破壊や劣化を防止できた。以上4つの改善の結果、Jscが格段に上昇し5%を超える変換効率が得られた。並行してヨウ化鉛ペロブスカイト中のエキシトンの拡散長およびその寿命を知るために、時間分解分光法によってエキシトンからの光ルミネッセンスを分析した。その際に、ストリークカメラと分光器から構成されるレーザー励起時間分解発光分光装置を用いた。太陽電池の光電変換電極の過渡発光を検出しデコンボリューション法で発光寿命を推定した。試料は石英基板、緻密酸化チタン薄膜、ペロブスカイト結晶、電荷輸送物質の4層構造を持つ。電荷輸送物質として、電子輸送体のスピロ化合物またはホール輸送体のPCBMを用いると、780nm付近の発光の寿命が1ns程度まで減少した。この結果から、平面ヘテロ接合面でエキシトンが電子とホールに分離すると予想された。平成30年度は主にペロブスカイト結晶の足場となる酸化チタンTiO2のナノ粒子層の最適形状を検討した。導電性ガラスの上にエアスプレー法で緻密TiO2層を作製したのち、TiO2懸濁液をスピンコートし、550°Cの電気炉で焼成し多孔質TiO2とした。この懸濁液は、アナターゼ型TiO2ナノ粒子に増粘剤、分散剤と界面活性剤を混ぜてペースト化し、エタノールで希釈したものである。その際に、増粘剤のエチルセルロースおよび2種類のナノ粒子、P90(平均粒径約15 nm)とP25(約25nm)の含有率を変えることで複数のペーストを調製した。組成を系統的に変えて発電性能を調べたところ、P25、P90、エチルセルロースの重量比を2:2:1にしたときに最も高いエネルギー変換効率1.54%が得られた。粘度が高すぎると多孔質TiO2層に段差や凹凸が生じて、ペロブスカイト結晶の大きさや分布が不均一となり変換効率が低下すると考えられる。逆に、粘度が低すぎても性能が落ちるという結果は、TiO2層の厚みが不足して、ペロブスカイトの結晶成長が抑制されて吸光率が下がるためと解釈される。このように、エキシトンの拡散長や寿命は、酸化チタンナノ粒子の界面構造に影響を受けていることは明らかである。しかし、本研究を進展させる際の最も大きな障害は、大学の共通施設に備えられている電子顕微鏡の分解能が50nm程度しかなく、基板表面の酸化チタンナノ粒子とペロブスカイト結晶の形態がはっきりしないという問題である。現在は他大学に我々の試料を持ち込んで、電界放出型電子顕微鏡画像を借用して画像観測しているが、極めて効率が悪く研究に支障をきたしている。ペロブスカイト薄膜のみの発光寿命t1に対する電荷輸送物質を積層させた試料の発光寿命t2の比(t1/t2)から、1次元拡散方程式に基づき各電荷輸送子の拡散長を計算する。ここで観測波長はバンド間遷移の位置とする(CH3NH3PbI3ならば760 nm)。ただし、ペロブスカイトのみの発光寿命は、現有のストリークカメラの最長掃引時間3.7 nsでは不足している(厚み65 nmのCH3NH3PbI3で4.5 ns、厚み200 nmのCH3NH3Pb(I1-xBrx)3で100 ns以上)。ストリークカメラの改造で対応する予定であったが、販売元からは旧型機種のため電子部品の供給ができないと言われた。そのため、今年度の校費で、サブナノ秒からミリ秒の蛍光寿命を測定できる最新型装置を購入することになった。この装置の導入により本課題は大きく進展すると期待される。【序論】色素増感太陽電池の発電メカニズムの初期過程として、励起色素から酸化物半導体ナノ粒子への高速電子注入が優先的に進行する。一方、蛍光発光や無輻射遷移によって電子励起状態から基底状態に戻る緩和過程も競合する。本研究では、複数の有機色素について、それぞれの経路の速度定数を求め、孤立分子の蛍光寿命のデータと比較した。【実験】酸化チタンTiO2または酸化ジルコニウムZrO2のナノ粒子に、分散媒、界面活性剤、増粘剤を用いペースト化した。各ペーストを導電性ガラス基板に塗布し焼成した。得られたTiO2またはZrO2薄膜に、インドール系増感色素またはD-π-A型色素を吸着させた。これらの試料の過渡発光を波長470nmのピコ秒レーザーダイオード、分光器とストリークカメラから成る装置によって観測した。得られた過渡発光曲線を理論式にフィッティングさせ、励起状態Snからの失活過程の5種類の反応速度を決定した。その際に単独分子の蛍光量子

収率は、積分球法で求めたクロロホルム溶液中の色素のそれに等しいと仮定した。電子注入ダイナミックスを議論するために、色素のクロロホルム溶液のサイクリックボルタンメトリも測定し、酸化ピークの立ち上がり電位と標準物質フェロセンの電位との差を求め、各色素のHOMO準位を決定した。さらに、紫外可視吸収スペクトルのしきい値からLUMO準位を求めた。【結果と考察】蛍光寿命は発光強度曲線の減衰部の傾きによって決まる。TiO2とZrO2薄膜の曲線の比較から、ZrO2薄膜に吸着した色素よりもTiO2薄膜に吸着した色素の方が蛍光寿命は短いことが分かる。これはTiO2基板では色素からの電子注入が1ns以下の時間スケールで起こるためである。つまり、色素の光励起状態が基底状態に失活する前に、励起電子がTiO2伝導帯へ注入されて蛍光量子収率が減少し、見かけの蛍光寿命が短縮されると理解される。有機無機混成ペロブスカイト太陽電池を自作し、エネルギー変換効率として5.0%が得られた。試作品の電池としては十分に高い値であり、主目的である時間分解測定に向けて、信頼に足る試料であることが証明された。申請書提出の時点では、太陽電池まで組み上げたときに、さしあたって1%の変換効率しか予想していなかった。なぜなら、試料基板にヨウ化鉛とヨウ化メチルアンモニウムを別々に作用させる2液法を採用する限り、空気に露出された環境で5%以上の変換効率が得られている研究室は限られていたからである。今回、高い変換効率が得られたので、時間分解分光の結果をエキシトンの拡散長や電荷分離効率の増加に繋げることができれば、変換効率のさらなる上昇が期待される。分光実験に関しては、ペロブスカイト太陽電池の光電変換電極側、すなわちアノード側を用いて時間分解発光測定を開始した。申請段階でこの分光実験を2017年度後半に予定しており、計画通り順調に進んでいる。透明導電性基板上に酸化チタン緻密層を作りさらに2液法でハロゲン化有機鉛ペロブスカイト(CH3NH3PbI3)を製膜した。この上に(a)ポリメチルメタクリレートPMMA、(b)フラーレン誘導体PCBM、または(c)Spiro-OMeTADをスピンコートすることで、3種類の基板試料を用意した。PCBMは光励起子から電子を引き抜いて電極まで輸送する電子輸送物質であり、Spiro-OMeTADは正孔を引き抜く正孔輸送物質である。時間分解測定から、(a)では5 nsの最長測定範囲内で発光強度減衰が観測されなかったのに対し、(b)と(c)の発光寿命は約1nsとなった。これから、エキシトンは脱励起するよりも十分早くペロブスカイトと電荷輸送物質との界面まで到達し、そこで速やかに電荷分離を起こすことが明らかとなった。2018年度はペロブスカイト太陽電池の層構成と成膜法を検討した。まず、緻密TiO2層の作製時に電気炉で高温焼成することでTiO2層がFTO基板に強く結合され高効率の電子輸送が実現された。第二に、TiO2懸濁液中のP90とP25の組成や分散剤の添加量を変えることで、多孔質TiO2層の間隙率を高めて粒径50 nm以上のPv結晶が入り込んで三次元的な接合を形成できるようになった。第三に、PbI2溶液の塗布後に基板を真空中に静置し溶媒を除去することで、CH3NH3Iとの反応による結晶成長を促進できた。第四に、厚み約40 nmの金接点を真空蒸着することでPv結晶の破壊や劣化を防止できた。以上4つの改善の結果、Jscが格段に上昇し5%を超える変換効率が得られた。
HLAの関与する特異体質薬物毒性発症のin vitro予測を志向した基盤研究

HLAの関与する薬物毒性のin vitroにおける予測系を構築するため、ファージディスプレイ法による検討を行った。HLA-B*57:01多型とそのリスク薬物であるアバカビルの組合せを例に行った。まず、HLA-B*57:01に結合する抗体ファージをスクリーニングしたところ、3*10^9のライブラリから4種類の抗体ファージクローンを取得することができた。次に、HLA-B*57:01に対する抗体ファージの結合性をアバカビル曝露の有無で比較したところ、取得した4種類のファージクローンのうち3つはアバカビルの曝露によって大きく結合性が変化することが明らかとなった。残り1つのクローンはHLAそのものへの結合も認められなかった。HLA-B*57:01にアバカビルが結合するとHLAの構造が変化し、それが免疫系の活性化に繋がっていると考えていることから、ファージディスプレイ法を用いてHLAの構造変化を間接的に予測できることが本研究から示唆された。また、in silicoコンピュータシミュレーションにより、HLAの構造安定性についても評価した。その結果、薬物副作用との関連が知られるHLA-B*57:01多型では構造の安定性が低いことが分子動力学シミュレーションから明らかとなった。同時に行ったin vitroにおける解析からHLA-B*57:01と補助分子であるβ2-microglobulinの相互作用レベルが低いことも見出しており、HLAの構造安定性の低さが薬物との結合ポテンシャルを増大させ、免疫活性化に繋がっている可能性が示唆された。3年間の研究を通して、in vitroおよびin silicoの解析から、HLAの関与する薬物毒性を予測するための基盤が構築できたものと考えており、今後種々の多型でその正確性を確かめるとともに、より精度の高い手法の確立に結び付けていきたい。これまでに、HLA遺伝子を導入したHeLa細胞を用いた検討から、HLA-B*57:01特異的にアバカビルの結合が認められることをLC-MS/MSを用いて確認しており、それが当該多型保有による特異体質毒性惹起に関連しているものと考えている。28年度は、HLAに薬物が結合した際に、実際に提示されるペプチドのレパートリーが変化することを確認した。具体的には、HLAを導入したHeLa細胞に薬物を曝露し、酸性バッファーによって表面タンパク質・薬物を溶出させた後に、そこに含まれる911アミノ酸からなるペプチドをLC-MSを用いて測定した。この結果から、被験薬物を曝露したHLA導入細胞を利用することによって、29年度以降に予定しているペプチドレパートリー変化を検出可能なファージディスプレイスクリーニングの系を構築できるものと考えている。また、コンピュータを用いたin silicoドッキングシミュレーション法によって、HLA-B*57:01とアバカビルの静的な結合を再現できること、さらにアバカビルと類似の構造を有する化合物では結合が認められないことを示した。特に、HLAと薬物の相互作用を検出するにあたっては、HLAのペプチド結合領域全体に対してシミュレーションを行うのではなく、ペプチド結合領域に存在する溝ごとに行うことが望ましく、さらに結合パターンについてクラスター解析を行うことで、特異的な結合を見出せるものと考えている。以上より、HLAに提示されたペプチドレパートリー変化(異常抗原)のスクリーニング系、さらにはスクリーニングの適切性を確認するin silico評価系の基盤構築が行えたものと考えている。29年度からはファージディスプレイ法を用いて、HLAに対する抗原提示変化を評価する方法論の構築に着手するが、28年度にそのベースができたものと考えている。また、抗体ファージライブラリを購入し、培養法・振盪条件を工夫することで、安定的に増幅・精製することが可能となった。以上より、研究は計画的かつ順調に進展しているものと判断した。HLAの関与する特異体質薬物毒性をin vitroの系で再現するため、アバカビルとその服用による過敏症発症の原因多型であるHLA-B*57:01の組合せに焦点を当て、29年度は皮疹発症が特異体質性に起こる機序について検討した。HLA-B*57:01遺伝子または陰性対照のHLA-B*57:03遺伝子を導入した新生児マウスよりケラチノサイトを単離し、アバカビルを曝露したところ、HLA-B*57:01遺伝子を持つケラチノサイトにおいてのみERストレスやMAPKシグナルの活性化などの応答を示すことが見出された。また、このHLA多型特異的な自然免疫応答が、獲得免疫にかかわる樹状細胞に対する活性化作用も有していることが明らかとなった。これら一連の反応はHLA遺伝子導入マウスin vivoにおいても確認することができ、HLA多型特異的な薬物性の皮疹発症は、ケラチノサイトがHLA多型特異的な自然免疫応答を示すことが原因であると考えられた。28年度の検討から、HLA-B*57:01分子にアバカビルが結合することで、提示されるペプチドのレパートリーが変化することが分かっている。HLA-B*57:01遺伝子を持つケラチノサイトにおいてもアバカビルの曝露を受けることによって提示されるペプチドのレパートリーが変化し、これら一連のイベントの過程でケラチノサイト内にストレス応答が惹起していたことが示唆された。よって、HLA分子に原因となる薬物やそのハプテン等が結合することが、提示ペプチドレパートリーの変化や異常抗原の提示となり、細胞傷害性T細胞に対する攻撃の対象となることから、HLA分子複合体の構造変化を予測できる方法論を構築することで、HLAの関与する特異体質薬物毒性の回避に繋がるものと強く期待される。

28年度は、培養細胞株であるHeLa細胞を用いて、HLA分子に原因薬物が結合することで、提示されるペプチドのレパートリーが変化することの評価に成功した。29年度は、マウス由来の初代培養ケラチノサイトを用いて、原因となる薬物を曝露することでHLA多型特異的な免疫応答を示すことを明らかとした。今後、毒性の発現を予測する方法論の構築をin vitro、in silicoの観点から行うが、そのベースがこれまでの研究から確立したものと考えている。HLAの関与する薬物毒性のin vitroにおける予測系を構築するため、ファージディスプレイ法による検討を行った。HLA-B*57:01多型とそのリスク薬物であるアバカビルの組合せを例に行った。まず、HLA-B*57:01に結合する抗体ファージをスクリーニングしたところ、3*10^9のライブラリから4種類の抗体ファージクローンを取得することができた。次に、HLA-B*57:01に対する抗体ファージの結合性をアバカビル曝露の有無で比較したところ、取得した4種類のファージクローンのうち3つはアバカビルの曝露によって大きく結合性が変化することが明らかとなった。残り1つのクローンはHLAそのものへの結合も認められなかった。HLA-B*57:01にアバカビルが結合するとHLAの構造が変化し、それが免疫系の活性化に繋がっていると考えていることから、ファージディスプレイ法を用いてHLAの構造変化を間接的に予測できることが本研究から示唆された。また、in silicoコンピュータシミュレーションにより、HLAの構造安定性についても評価した。その結果、薬物副作用との関連が知られるHLA-B*57:01多型では構造の安定性が低いことが分子動力学シミュレーションから明らかとなった。同時に行ったin vitroにおける解析からHLA-B*57:01と補助分子であるβ2-microglobulinの相互作用レベルが低いことも見出しており、HLAの構造安定性の低さが薬物との結合ポテンシャルを増大させ、免疫活性化に繋がっている可能性が示唆された。3年間の研究を通して、in vitroおよびin silicoの解析から、HLAの関与する薬物毒性を予測するための基盤が構築できたものと考えており、今後種々の多型でその正確性を確かめるとともに、より精度の高い手法の確立に結び付けていきたい。29年度以降に、HLAに薬物が結合した際に生じるペプチドレパートリー変化をファージディスプレイ法を用いて検出するための方法論を構築する。通常、ファージディスプレイは標的となる抗原に特異的に結合する抗体をスクリーニングする方法として用いられるが、その概念を応用して、ペプチドレパートリー変化を間接的にモニターすることが可能となるのではないかと考えている。具体的には、ネガティブセレクション、ポジティブセレクションのサイクルを繰り返し、HLA-薬物複合体に結合する特異的なファージクローンが取得されるか否かで評価する。
非フラーレン系n型半導体材料群の系統的創製とオールプラスチック太陽電池への展開

有機薄膜太陽電池用フラーレン代替アクセプター材料を指向したアリレンビスイミド骨格を核とするアクセプター性低分子群のスティレカップリング反応による系統的合成、およびアリレンビスイミド骨格含有アクセプター性高分子群の直接アリール化合成法の開発に成功した。これらの低分子材料および高分子材料に関して、分子構造による材料の光特性・電気化学特性・ナノ構造のチューニングに成功した。本成果により、フラーレン代替を目指したアリレンビスイミド骨格含有分子群の「分子構造-材料特性」の相関性を明らかにすることができた。本研究では、高性能なオールプラスチック太陽電池開発を目指し、優れたフラーレン代替材料の開発を行う。それを実現するために、第一にフラーレン代替材料の「分子構造-分子特性-太陽電池特性」を系統的に解析し、フラーレン代替材料の分子設計指針を確立することが本研究の指針である。分子設計について、申請者の先行研究を踏まえて、優れたアクセプター性を持つペリレンビスイミド骨格を中心骨格に据えたドナー/アクセプター型低分子を提案した。これまでに、スティレカップリング反応を利用して、異なるドナー構造(チオフェン、ジチオフェン、ターチオフェン)を持つ3種類のドナー/アクセプター型低分子の合成に成功した。得られた3種類のドナー/アクセプター低分子の物性評価を紫外/可視光吸収(UV-vis)スペクトル測定およびサイクリックボルタンメトリー(CV)測定により実施した。UV-vis測定の結果、ドナー部の構造によって光吸収領域を400-900nmの領域でコントロールすることに成功した。さらに、3種類の低分子の混合膜は、900nmまで切れ目のない光吸収を実現した。有機薄膜太陽電池用途を想定した場合、今回得られた光吸収特性は理想的である。また、CV測定からは、ドナー部の構造によって分子のエネルギー準位(HOMO)のコントロールも可能であることを見出した。以上の結果から、3種類の新規ドナー/アクセプター型低分子を用いて、「分子構造-分子特性」の相関性を得ることができた。今後、有機薄膜太陽電池作製を行い、「分子構造-分子特性-太陽電池特性」の相関性を解析し、フラーレン代替材料の分子設計指針の確立へと繋げる。それを実現するために、第一にフラーレン代替材料の「分子構造-分子特性-太陽電池特性」を系統的に解析し、フラーレン代替材料の分子設計指針を確立することが本研究の目的である。平成26年度、スティレカップリング反応を用いて、優れたアクセプター性を持つペリレンビスイミド骨格を中心骨格に据えたドナー/アクセプター型低分子群を合成した。ドナーユニット構造による分子特性のチューニングを実施し、「分子構造-分子特性」の相関性を見出すことに成功した。平成27年度、ペリレンビスイミド骨格を含むドナー/アクセプター型交互共重合体群を直接アリール化反応により合成した。高分子に関しても、構造制御による分子特性のチューニングを達成し、「分子構造-分子特性」の相関性を見出した。さらに、微小角入射広角X線散乱によりペリレンビスイミド骨格含有低分子および高分子のナノ構造解析を行った結果、分子構造と熱アニーリングでナノ構造を調節できることを観察した。また、ペリレンビスイミド骨格含有低分子、高分子ともにフラーレン誘導体と同程度のLUMO値を示したことから、フラーレン代替材料として機能することが期待できる。以上、スティレカップリング反応および直接アリール化反応を用いたペリレンビスイミド骨格含有分子群の系統的合成により、当該分子群の「分子構造-分子特性-ナノ構造」の詳細な関連性を見出すことに成功した。本成果は、フラーレン代替材料の分子設計指針の確立に大きく貢献するものであると考える。平成26年度、3種類の新規ドナー/アクセプター型低分子の合成および物性評価を行い、それらについて「分子構造-分子特性」の相関性を解明した。これは、申請書記載の研究計画通りの進展であり、研究はおおむね順調に進展していると考える。高分子合成、機能性高分子これまでに得た3種類のドナー/アクセプター型低分子をフラーレン代替材料に用いて、有機薄膜太陽電池を作製する。それより「分子構造-分子特性-太陽電池特性」の相関性を解明し、優れたフラーレン代替材料の分子設計指針の確立へとフィードバックする。平成26年度、研究代表者は所属機関の実施する海外派遣プログラムでマサチューセッツ工科大学に客員研究員として滞在し研究に従事した。滞在中の研究費はマサチューセッツ工科大学より支弁して頂いたため、当初の申請使用額と違いが生じた。平成27年度の申請額については、計画通りに有機薄膜太陽電池作製関連・特性評価の消耗品費および旅費として使用する。平成26年度からの繰越は、平成26年度の研究成果を踏まえた新規の材料合成関連の消耗品費として主に使用する。
集積型精密制御法による含フッ素活性種の創製とその高次応用

トリフルオロメチル基,ジフルオロメチル基などの含フッ素置換基を求核的に有機化合物に導入する反応は,多岐に渡るフッ素化合物を合成する強力な手法である。しかしながら,一般的には「含フッ素アルキル基の求核的導入」は困難を伴う。これは,含フッ素アルキルカルバニオン種の不安定さに起因するものである。特に,β位にフッ素を有するカルバニオンは容易にβ-フッ素脱離を起こし,アルケンを生成する。一方,α位にフッ素を有するカルバニオン種はα-フッ素脱離を起こし,ジフルオロカルベンの発生を伴いながら分解することが知られている。私たちは,脱離反応を抑制した求核的フルオロアルキル基導入反応の開発を目指し,研究を進めてきた。フルオロアルキル銅とハロゲン化アリールとのクロスカップリング反応は,フルオロアルキル芳香族化合物の合成に有効である。今回,α-脱離を抑制した芳香族ジフルオロメチル化クロスカップリング反応,さらに,カスケード環化を伴うトリフルオロメチル化反応を開発した。芳香族化合物へのジフルオロメチル基導入法の開発を目指し,研究を行なった。クロスカップリング法による直接的芳香族ジフルオロメチル化反応は極めて例が少ない。これは反応中間体であるジフルオロメチル金属種が不安定であることに起因する。そこで,以下に示す脱炭酸ルートを検討した。本年度はさらに,フタルアルデヒドを基質とするフッ素官能基導入カスケード環化反応を開発した。フッ化物イオン存在下,o-フタルアルデヒドに対し種々のフルオロアルキルシランを作用させると,求核的フルオロアルキル化/分子内アセタール化を経てフルオロアルキル基を有するイソクマラン誘導体が高収率で得られた。現在,イソクマラン誘導体のイソフラン誘導体への誘導を行なっている。含フッ素置換基を求核的に有機化合物に導入する反応は,多岐に渡るフッ素化合物を合成する強力な手法である。しかしながら,一般的には「含フッ素アルキル基の求核的導入」は困難である。今回、トリフルオロメチルアニオン種のα-フッ素脱離、およびβ-フッ素脱離を抑制しながら、求核的に含フッ素置換基を導入する反応の開発を目指した。銅触媒芳香族トリフルオロメチル化反応において、トリフルオロメチル銅のα-フッ素脱離から生じるジフルオロカルベン(:CF_2)の挿入反応によって,ペンタフルオロエチル化物(Ar-CF_2CF_3)が副生することが知られている。私たちは、トリフルオロメチル銅のα-フッ素脱離を抑制した芳香族トリフルオロメチル化クロスカップリング反応を開発した。具体的には,トリフルオロメチルヘミアミナール誘導体が芳香族トリフルオロメチル化剤として用いる反応系である。特に,銅アルコシド錯体からトリフルオロメチル銅錯体をゆっくりと生成させて,これとヨウ化アリールと反応させることが,α-フッ素脱離由来の副生物の生成を抑制するカギとなった。私たちはさらに、β位にフッ素を有するカルバニオンの発生について検討した。β位にフッ素を有するカルバニオンは容易にβ-フッ素脱離を起こし,アルケンを生成することが知られている。マイクロフロー法の美点を利用して、様々なアニオン源から低温条件下で「β位にフッ素原子を有するアルキルリチウム」の発生を行なっているが、今のところ、β-フッ素脱離生成物が主生成物として得られている。
特筆すべき生物活性を有する超微量天然物の立体化学に関する合成化学的研究

Nigricanoside A(1)はタキソールと同様の機序により、ガン細胞の有糸分裂を強力に阻害するグリセロ糖脂質である。しかし、1は8年の歳月を費やして採取した緑藻Avrainvillea nigricans 28kgから0.8mgしか得られず、その立体化学は不明のまま残されている。本研究は、1の予想立体異性体の合成を行い、立体化学の解明及び大量合成を見据えた合成ルートの確立を目的としている。昨年度に引き続き、1の脂肪酸部分と類似構造を有するトリヒドロキシ不飽和脂肪酸malyngic acid(2)およびその12-epimer(3)の合成研究を行い、合成スキームにおける工程数の短工程化を試みた。まず、オキサゾリジノン誘導体に対し不斉アルキル化反応を行って得た中間体(4)から1工程でホスホネート(5)を導くこととし、4に対しジメチルメチルホスホネートのアニオンを作用させたところ、低収率ながら5を得ることができた。しかし、オキサゾリジノン環が開裂した副生成物(6)も得られたため、カウンターカチオンを変えることで副反応(オキサゾリジノン環の開裂)を抑制しようと考えた。そこで系内にLewis酸を添加して反応を行ったが、無反応もしくは副反応が進行するといった結果となった。そこで、4からエステルを導き、エステル交換反応によって5へ導くルートを検討した。チオールエステル(7)やメチルエステル(8)を経るルートでは良い結果が得られなかったが、4から2工程の変換を経てWeinrebアミド(9)を得、9に対してホスホネート化を行ったところ、望む5を収率よく得た。次に最終物の精製について検討を行った。トリヒドロキシカルボン酸の状態では12-エピマー(3)との分離が困難であったため、9位の保護基(Piv基)を選択的にはずし、トリオールでの分離が可能であるかを試みた。しかし、Piv基の選択的脱保護は困難であり、さらなる検討が必要である。しかし、1は8年の歳月を費やして採取した緑藻Avraibvillea nigricans 28kgから0.8mgしか得られず、その立体化学は不明のまま残されている。まず1の側鎖脂肪酸部分と類似構造を有する生物活性物質(-)-pinellic acid(2)の合成研究に着手し、合成を達成した。即ち、Sharplessの不斉ジヒドロキシル化反応によりジオールフラグメントを調製し、Sharplessの速度論的光学分割(KR)によりアリルアルコールフラグメントを調製した。両者をGrubbs触媒によるクロスメタセシス(CM)反応によって連結させ、2を簡便かつ高立体選択的に合成した。このルートでは立体選択的な合成が可能であるものの、分子内に複数の二重結合が存在する基質ではCM反応時の副反応の進行が懸念される。そこで、1の側鎖部分により近い構造を有する脂肪酸malyngic acid(3)を次の標的化合物とし、新たな合成ルートを検証した。即ち、オキサゾリジノン誘導体に対し不斉アルキル化反応を行い、その後数工程を経てホスホネートへと導いた。このホスホネートと、前述のアリルアルコールより得られるアルデヒドを用いてHorner反応を行ったところ、3の炭素骨格を有するα-ヒドロキシエノンをE-選択的に得た。カルボニル基の還元は、α位の水酸基が無保護のものに対し無水CeCl_3を用いてLuche還元を行うことで、望むanti-ジオールを立体選択的に得る事が出来た。その後加水分解を行い、3の生成を確認した。現在、反応条件の最適化について検討中である。

次に最終物の精製について検討を行った。トリヒドロキシカルボン酸の状態では12-エピマー(3)との分離が困難であったため、9位の保護基(Piv基)を選択的にはずし、トリオールでの分離が可能であるかを試みた。しかし、Piv基の選択的脱保護は困難であり、さらなる検討が必要である。
乳房超音波検査の有効性評価とコンピュータ支援診断システムの開発

宮城県対がん協会の画像データ11,442症例(通常のマンモグラフィ(MG)検診を受けるコントロール群;5,655名、MGに超音波を加えて検診を行う介入群;5,783名)に関して乳房構成を4段階に分類し、乳がんの発見契機を検証した。発見がん数はコントロール群28例(がん発見率0.49%)、介入群55例(がん発見率0.95%)であった。感度はそれぞれ71.8%、94.8%であった。高濃度乳房においては有意差をもって介入群でのがん発見率が上昇していた。超音波検査の追加により、特に高濃度乳房での乳がん発見率が大幅に改善することが示され、超音波がMGの弱点を補助的に補える検査法であることが示された。乳がん検診の精度向上を目的とした調査、研究を継続している。マンモグラフィによる乳がん検診は20世紀後半にそのエビデンスが確立され、特に50歳以上の年代においては検診の利益である死亡率減少効果が確実なこと、検診による不利益が許容範囲であることから定期的な受診が推奨されている。その一方で49歳以下の年代では乳腺濃度が高いこと(Dense Breast)に起因する不利益が大きいために、総合的な利益は十分とは言えないことが問題視されている。超音波検査はマンモグラフィと比較して高濃度乳房での小腫瘤の診断力が高く、マンモグラフィの弱点を補う手段として期待される。我々は、我が国初の大規模な無作為化比較試験「がん対策のための戦略研究:超音波検査による乳がん検診の有効性を検証する比較試験(Japan strategic anti-cancer randomized trial,以下J-START)」の事務局を運営しており、その主要評価項目に関する論文をThe Lancetに報告することが出来た。がん発見数・発見率は介入群で184件(0.50%)、コントロール群で117件(0.33%)であり、有意差をもって介入群で高かった(p=0.0003)。乳がん発見感度は介入群91.1%(95%CI 87.2-95.0)、コントロール群77.0%(95%CI 70.3-83.7)となり、介入群で有意に高かった(p=0.004)。一方、検診における特異度は介入群で87.7%(95%CI 87.3-88.0)とコントロール群の91.4%(95%CI 91.1-91.7)と比較して有意に低下しており(p=0.0001)、不利益の増大が懸念される結果であった。今後より不利益の少ない検診システムにできるよう、マンモグラフィと超音波の総合判定基準をブラッシュアップすることが重要と考える。集積された検診での画像データの解析により、より見逃されやすい(中間期がんとなる可能性の高い)画像所見のデータベース化を進め、検診精度の向上に寄与することを目的として研究を継続している。では、主要評価項目に関する論文を発表できたことは大きな成果であった。また、研究の全体を俯瞰した組織作りなどに関して学会で発表を行った。一方、検診発見癌の画像データの収集を継続しているが、マンモグラフィは撮影機器・メーカー毎に独自の画像処理が働いており、これを一元的に評価することの困難さ、プリントされてデータしか残されていない場合の収集困難さ、超音波ではプリントだけが保存されていることなどから、包括的な評価には至っていないマンモグラフィによる乳がん検診は死亡率減少に関するエビデンスが確立され、50歳以上の年代においては定期的な受診が推奨されている。その一方で49歳以下の年代では乳腺濃度が高いこと(Dense Breast)に起因する不利益が大きいために、総合的な利益は十分とは言えない。我々は40代女性ではマンモグラフィ検診のがん発見の感度が71.4%であり、50代、60代と比較して有意に低いことを論文として報告し、Dense Breast対策として超音波検査の有効性に関する研究を続けている。我々は、我が国初の大規模な無作為化比較試験「がん対策のための戦略研究:超音波検査による乳がん検診の有効性を検証する比較試験(Japan strategic anti-cancer randomized trial,以下J-START)」の事務局を運営しており、その主要評価項目に関する論文をThe Lancetに報告した。がん発見数・発見率は介入群で184件(0.50%)、コントロール群で117件(0.33%)であり、有意差をもって介入群で高かった。中間期乳がんは介入群で18例、コントロール群で35例の報告があり、有意差をもって介入群で低かった。乳がん発見感度は介入群91.1%、コントロール群77.0%となり、介入群で有意に高かった。一方、検診における特異度は介入群で87.7%とコントロール群の91.4%と比較して有意に低下しており、不利益の増大が懸念される結果であった。現在、超音波導入による検診成績の差が、マンモグラフィの限界であるDense Breastに起因するものなのか検証するために、マンモグラフィの画像所見の詳細な検証と超音波発見乳がんの特徴に関して研究を続けている。J-STARTは全国42の検診施設の協力の基に行われ、およそ76,000名の参加を頂いた大規模試験であるが、施設によっては画像の保存年限が経過しており、全ての症例に関する検証は現実的ではない。

次善の策として我々がマンモグラフィや超音波所見の読影に参加した宮城県対がん協会の画像データ11,442症例に関して画像所見の再検証を行うこととし、研究を進めている。平成28年度末までに11,442症例全ての乳房構成に関する再評価を終えた。J-STARTは全国42の検診施設の協力の基に行われ、およそ76,000名の参加を頂いた大規模試験であるが、施設によっては画像の保存年限が経過しており、全ての症例に関する検証は現実的ではない。次善の策として我々がマンモグラフィや超音波所見の読影に参加した宮城県対がん協会の画像データ11,442症例(通常のマンモグラフィ(MG)検診を受けるコントロール群;5,655名、MGに超音波を加えて検診を行う介入群;5,783名)に関して画像所見の再検証を行った。マンモグラフィ所見から受診者の乳房構成を4段階(極めて高濃度、不均一高濃度、乳腺散在、脂肪性)に分類し、それぞれから発見された乳がんの所見、発見契機を検証した。高濃度乳房の割合は介入群、コントロール群ともにおよそ60%であり、有意差を認めなかった。発見がん数はコントロール群で28例(がん発見率0.49%)、介入群で55例(がん発見率0.95%)であった。中間期がんはコントロール群、介入群でそれぞれ11例、3例であり、これらを基に算出される検診の感度はそれぞれ71.8%、94.8%であった。乳房の構成別では乳腺散在または脂肪性の乳房では検診発見がん数、中間期がん数がコントロール群で13件と3件、介入群で19件と2件であり、有意差を認めない。一方、不均一高濃度以上のいわゆる高濃度乳房においては検診発見がん数、中間期がん数がコントロール群で15件と8件、介入群で39件と1件であり、有意差をもって介入群でのがん発見率が上昇していた。今回の検討では超音波検査の追加により、特に高濃度乳房での乳がん発見率が大幅に改善することが示され、超音波がMGの弱点を補助的に補える検査法であることが示された。宮城県対がん協会の画像データ11,442症例(通常のマンモグラフィ(MG)検診を受けるコントロール群;5,655名、MGに超音波を加えて検診を行う介入群;5,783名)に関して乳房構成を4段階に分類し、乳がんの発見契機を検証した。発見がん数はコントロール群28例(がん発見率0.49%)、介入群55例(がん発見率0.95%)であった。感度はそれぞれ71.8%、94.8%であった。高濃度乳房においては有意差をもって介入群でのがん発見率が上昇していた。超音波検査の追加により、特に高濃度乳房での乳がん発見率が大幅に改善することが示され、超音波がMGの弱点を補助的に補える検査法であることが示された。で発見された乳がん画像の解析を継続しているが、集積された検診での画像データの解析により、より見逃されやすい(中間期がんとなる可能性の高い)画像所見のデータベース化を進め、検診精度の向上に寄与することを目的として研究を継続していきたい。平成29年からは、上記の再評価した乳房構成を基に、発見がんと乳房構成との関連、乳房構成とがん発生率との関連、超音波検査の有効であった症例の乳房構成との関連などを検証し、論文発表する計画である。さらに超音波画像のコンピュータによる診断支援システムに関しては、静止画像の自動計測に関するプロジェクトが緒についたところであり、今後さらに発展させてゆきたい。
光合成酸素発生マンガンクラスターの電子状態の解明:軟X線発光分光によるアプローチ

本研究は、生体内に存在する状態を保持した0光化学系IIの酸素発生4核マンガンクラスターのMn2p内殻励起による軟X線吸収・発光測定を行うことを目的として装置開発を行ってきた。これまで固体や気体試料に限定されていた軟X線吸収・発光実験をターゲットとなるイオン種が非常に低濃度に存在する溶液試料にも適用するために、以下の3つの開発を行った。1.軟X線発光分光器の高エネルギー分解能化及び高検出効率化従来測定対象としては十分な信号強度の期待できなかった単層表面吸着試料に対し、分解能1000(E/ΔE)を維持したまま30分程度で測定が行えるようになった。2.超高真空中で溶液試料を保持するためのSi_3N_4膜付溶液セルの開発・改良膜厚200nmのSi_3N_4薄膜のついたSiプレート2枚の間に約2μlの溶液試料を挟み込み、真空用シール剤でシールする方法で1x10^<-10>Torrの超高真空中に溶液試料を維持することに成功し、最も安定で高濃度の試料が得られるミオグロビンについてFe2p内殻励起の吸収・発光スペクトルを取得することができた。3.照射ダメージを避けるための試料位置制御システムの開発軟X線の影響を最小限に防ぐため、可視光を一切照射をせずに試料を超高真空中に導入し、液体窒素冷却下において、10μm以内の精度で試料位置を制御する機構の開発を行ったが、試料位置の制御に必要な開口面積と耐真空のために制限される開口面積が両立せず、試料位置スキャンするという手法は断念した。そこで、超高真空環境下という制約を外した高エネルギー光電子分光装置による表面鈍感な分光装置の立ち上げを行った。本課題では、光化学系IIの生体内に存在する状態を保持して測定を行うことを目的として、これまで固体試料、表面吸着試料、または気体に限定されていた軟X線吸収・発光実験を溶液試料にも適用するために、1.超高真空中で溶液試料を保持するためのSiN膜付溶液セルの開発を行った。マンガンクラスターのMn2p励起分光の予備実験は、始めに高エネルギー加速器研究機構Photon Factory BL2cで行った。2価4価の低・高スピン状態の各種マンガン酸化物を同時に測定し、参照試料とした。その結果、マンガンクラスターのMn2p内殻吸収測定を行う10分以内の時間で軟X線照射破壊の影響によりマンガンクラスターが全て2価高スピン状態になっていることを確認した。そこで、軟X線の影響を最小限に防ぐため、2.可視光を切照射をせずに試料を超高真空中に導入し、液体窒素冷却下、10μm以内の精度で試料位置を制御する機構の開発を行った。1.2.のシステムを用いたマンガンクラスターのS_0状態の軟X線発光の実験をSPring-8 BL27SUにて試みた。その結果、1.に関しては超高真空を維持したままマンガンクラスターを含む光化学系IIの溶液試料を保持することに成功したが、2.に関しては光の入射軸と溶液試料位置、及び発光分光器の光軸を合わせるために必要な精度を満たすことができず、有意なシグナルを検出することができなかった。現在、試料位置の特定を容易にするためのSiN膜付溶液セルの改良、及び溶液試料の高真空中への導入、冷却、交換を簡便に行うためのシステムの改良を行っている。

本課題では、光化学系IIの生体内に存在する状態を保持して軟X線吸収・発光測定を行うことを目的として、これまで固体試料、表面吸着試料、または気体に限定されていた軟X線吸収・発光実験を溶液試料にも適用するために、超高真空中で溶液試料を保持するためのSi3N4膜付溶液セルの開発・改良を行い、前年度照射ダメージを避けるための試料位置制御システムを開発してきた。しかし、試料位置の制御に必要な開口面積と耐真空のために制限される開口画積がうまく合わず、試料位置スキャンするという手法は断念した。そこで、信号強度の比較的強い軟X線吸収スペクトルを取得することに注力し、照射ダメージの少ない偏光電磁石ビームラインを用いた実験を高エネルギー加速器研究機構Photon Factory BL11Aにおいて行った。信号強度の確認のため、光化学系IIと同じオーダーのマンガン濃度にするため純水に溶かしたMn(acetylacetate)2錯体試料で実験を行ったところ、検出器として用いたゲルマニウム単素子半導体検出器では、軟X線吸収スペクトルを十分なS/N比で取得することができなかった。結果的に、本研究で目指した1.高いS/IN比での測定と2.試料のダメージを回避することの両立には、1.アンジュレータビームラインで2.試料をスキャンしながら測定することが不可欠である、また試料を真空封止セルに詰めて真空中に導入する方法では十分な試料位置のスキャンが行えないため、真空と薄膜で仕切られたHeパス中で試料位置の制御や試料冷却が十分に行えるような大掛かりなシステムが必要であるとの結論に至った。
ポテンシャル論的手法の非線形問題への応用

研究目的である非線形問題へのポテンシャル論的手法の応用のためのステップとして,研究分担者大春愼之助氏は一般的なクラスの非線形分散系と非線形退化放物型方程式の自然な弱解を,新しい発展方程式の生成理論の適用により構成した.この研究によって,これらの方程式は有界変動関数の空間において取り扱うのが自然であることが判明した.また研究分担者松本敏隆氏は,Banach空間におけるある種の抽象的半線形発展方程式の初期値問題における大域解の存在および解の滑らかさについて新しい知見を得,その結果を筋肉の収縮を表すモデル方程式に応用した.研究分担者内藤学氏と内藤雄基氏は2階非線形常微分方程式の初期値問題の解の零点の個数について調べ,その結果として,ある2点境界値問題に対し与えられた個数の零点を持つ解の存在を示した.さらに内藤雄基氏は,準線形常微分方程式の初期値問題の解についての新しい比較定理を示し,それにより,p-Laplace作用素を持つ非線形楕円型偏微分方程式の境界値問題に対し,球対称な正値解の一意性を示した.また,Emden-Fowlerタイプの非線形楕円型偏微分方程式のDirichlet型境界値問題および全域解の問題に対する球対称解の存在も示した.研究代表者はp-Laplace方程式を特別な場合として含む退化型非線形楕円型偏微分方程式に関するポテンシャル論について既存の理論の詳細な検討を行い,その拡張を試みたほか,そのような非線形方程式に対する優調和-劣調和関数に関する極値的長さを用いた新しいタイプの比較定理を与えた.研究目的である非線形問題へのポテンシャル論的手法の応用のためのステップとして,研究分担者大春愼之助氏は一般的なクラスの非線形分散系と非線形退化放物型方程式の自然な弱解を,新しい発展方程式の生成理論の適用により構成した.この研究によって,これらの方程式は有界変動関数の空間において取り扱うのが自然であることが判明した.また研究分担者松本敏隆氏は,Banach空間におけるある種の抽象的半線形発展方程式の初期値問題における大域解の存在および解の滑らかさについて新しい知見を得,その結果を筋肉の収縮を表すモデル方程式に応用した.研究分担者内藤学氏と内藤雄基氏は2階非線形常微分方程式の初期値問題の解の零点の個数について調べ,その結果として,ある2点境界値問題に対し与えられた個数の零点を持つ解の存在を示した.さらに内藤雄基氏は,準線形常微分方程式の初期値問題の解についての新しい比較定理を示し,それにより,p-Laplace作用素を持つ非線形楕円型偏微分方程式の境界値問題に対し,球対称な正値解の一意性を示した.また,Emden-Fowlerタイプの非線形楕円型偏微分方程式のDirichlet型境界値問題および全域解の問題に対する球対称解の存在も示した.研究代表者はp-Laplace方程式を特別な場合として含む退化型非線形楕円型偏微分方程式に関するポテンシャル論について既存の理論の詳細な検討を行い,その拡張を試みたほか,そのような非線形方程式に対する優調和-劣調和関数に関する極値的長さを用いた新しいタイプの比較定理を与えた.
小型高速艇の復原性能と転覆機構に関する研究

本研究では小型高速艇として競走用モーターボートを取り扱った。これは滑走中、外乱などにより転覆する事故が多く、安全体策が求められているからである。この艇はL×B×△=2.885m×1.266m×71.8kg(操縦者除外)の要目をもつ。模型はこの1/10のスケールである。(1)艇の空気力学的特性を広島大学の風洞において調査した。計測はトリム角、ヒール角、横流れ角を組合せて変化させ、その場合に艇の受ける空気力学的な力とモーメントを求めた。その結果、通常の姿勢で直進あるいは旋回運動では問題がないが、艇体が水面上に一旦跳躍した場合、大きな転覆に至る力を受ける状態になり易いことが判った。(2)艇のさまざまな姿勢での航走状態時に水から受ける力について調査した。計測には五分力計と三分力計を組合せて用いた。この結果、艇体固定座標系の各方向の力と各軸まわりのモーメントが明らかになった。また、通常の直進や旋回時の航走では横復原モーメントは傾いた側に発生する揚力のため大きく、艇の安定性は比較的良好であることが判った。(3)艇に作用する力を5つの成分に分け、それぞれの力を簡単にモデル化して操縦運動モデルを構成し、操縦運動のシミュレーションを行うことに成功し、艇の操縦性能に関する多くの知見を得た。(4)艇がさまざまな姿勢で運動している場合、艇体がどのように水に接して、水から力を受けているかを明らかにするため透明模型艇を製作して浸水表面の状態やスプレイを調べ、多くの知見を得た。(5)艇の転覆のメカニズムは結極、艇が水面上の波や凹凸のため跳躍し、その時に姿勢が変化して空気力学的に大きな揚力が発生して転覆に至るのが通常であることが判った。しかし表面張力の影響等で跳躍の条件については定量的には判らなかった。小型高速艇が滑走をしているとき,僅かな外乱によっても転覆し,事故が多く発生している.我が国で多く用いられているいわゆるワン・ポイントプレイニングハルを中心に,転覆事故の調査を行った結果,転覆は直進中でも旋回中でも発生するが,後者の方が多い.ビデオ記録などにより調べると小さな波に出会っても高速のため衝〓が大きく,大きく姿勢が変化し,それに伴って大きな空気力学的な力を受けて転覆に至る場合が多いことが伴った.この空気力学的な力を調べるため模型艇を製作し,風洞において艇に風防がある場合,無い場合につき姿勢を多数変化させて艇に作用する空気力学的な力やモーメントの計測を行った.その結果,艇の姿勢がある再度以上になると,急に受ける力が増大し,転覆に結びつくことが伴った.滑走艇は高速のため試験水槽,あるいは回流水槽で許される速度で実験を行なおうとすると,相似則によってどうしても模型寸法が小さくならざるを得ず,すべての実験や計測に大きな困難を伴う.本年度はその計測装置と計測方法の開発を行いつつ実験を進めたが末だ完全に満足出来るものには至っていない.しかしながら,艇に作用する流体力の6成分(3軸方向と各軸のまわり)の概器についてはその知見を得ることが出来た.