hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
衛星からの合成開口レーダー観測を利用した東北タイ天水田における水稲生産量の推定

タイでの衛星画像の入手が困難となったため,研究の遅延が予測されたが,インドネシアに加え,ラオスの衛星画像が入手でき,一気に研究が進んだため.解析および公表などは順調に推移しているものの,予定していた衛星画像が手に入らず,調査地の変更を余儀なくされた.しかしながら新たに選定した調査地との交渉が順調に進み,課題内容は問題なく遂行できる見込みとなったため,おおむね順調に進展しているとした.25年度の研究により,対象地域において葉面積の成長率が推定できればある程度の収量予測が可能であることがわかかったため,本年度はσを用いた葉面積もしくはその成長率の推定へと研究を進め,水稲収量予測の可能性について検討を行う.検討の結果をもとに,申請者らが開発したリモートセンシングによる分光反射計測を組み込んだイネの生育・収量予測モデルを,合成開口レーダー技術を組み込んだ物へと改良を行い,その精度を検証する.インドネシアのチタルム川を対象に衛星データの収集および農家圃場の調査を行い,衛星リモセンによるSAR画像との関連性について解析を行う.衛星データに関してはチタルム川観測網データーベースにアクセスし,そこから入手する予定である.農家圃場調査に関しては同国のボゴール農科大学講師Iskandar Lubi博士と交渉済みであり,サポートを受ける予定となっている.研究対象地の研究機関(ボゴール農科大学,ラオス国立大学)との共同研究として進めたため,旅費や謝金の削減が可能となったため.計測のフォローアップとしての渡航を計画しており,ラオスもしくはインドネシアへの渡航費に割り当てる予定である.インドネシアのチタルム川流域においてケチャマタン(郡)単位の行政データを収集する.水稲に関するデータを抽出し,SARデータから計算した後方散乱係数σ0との関係を解析する.またチタルム川下流のCikarang県およびKarawang県において農家圃場の現地調査を行い,水稲の生育データを収集し,これについてもσ0との関係を解析する.解析により得られた成果を学会等にて報告を行う.
干しスルメイカの最適調理条件の検索

干しスルメイカを水戻しすると、物理化学物性とミクロ構造上どんな変化をもたらすか?概要摂氏4度(Aグループ)と40度(Bグループ)で干したスルメをそれぞれ水に漬け、更にアルカリ溶液に浸し、その物理化学物性と組織構造上の変化を観測した。水含みの体重はAの方がBより著しく大であった。この膨潤法では、破裂の圧力並びにエネルギーの点でBは遙かにAより顕著であった。又、AのSDS-PAGEパターンが生スルメイカとほぼ同等であったのに対し、Bのそれはより低い分子量をもつ多量の破片を生じた。なお、蒸留水に浸したときは、BのSDS-PAGEパターンに大きな変化はみられなかったが、光学顕微鏡で組織構造を分析すると、筋肉繊維束が観測された。また、Bの筋肉繊維はアルカリ溶液で膨潤されると水浸透がすすむ。AとBのグループについて蒸留水での浸水時間と温度の関連を実験した。Aの場合、AMPとIMPの含有量は摂氏60,20,5,95の順で多かった。Bの場合、同含有量は摂氏60,95,20,5の順で多かった。目的:低温で乾燥させたスルメ(低温スルメ)と高温で乾燥させたスルメ(高温スルメ)を調製し、乾燥法の違いによって、水で戻したスルメとアルカリで戻したスルメの吸水性、色、および物性の違いを調べることを目的とした。また、スルメを戻す過程でおこるたんぱく質の組成変化、組織構造変化も調べ、乾燥法によってスルメの吸水性や物性の異なる原因を検討した。方法:スルメイカの外套膜を2等分して、一方は4°Cで、他方は40°Cで、乾燥させ、スルメを調製した。スルメを体軸に対して45度に1x3cmの長方形に切り、測定試料とした。戻し方はまず、水に12時間浸漬し、次に10mM炭酸カリウム水溶液(pH11.0)に12時間浸漬後、6時間再度水に浸漬しアルカリを除いた。このようにして戻したスルメを水戻し低温(高温)スルメ、アルカリ戻し低温(高温)スルメとし、これらの吸水性、物性、色差、電気泳動によるたんぱく組成、光学顕微鏡による組織構造を調べた。結果と考察:水戻しにより低温スルメは重さが2.5倍、高温スルメは2倍に、アルカリ戻しによりそれぞれ4倍、3.4倍になり、低温スルメは高温スルメより吸水性が高かった。破断応力及び破断エネルギーはアルカリ戻しをすると、水戻しより格段に低くなったが、水戻しでもアルカリ戻しでも高温スルメは低温スルメより有意に高く、硬かった。b値は高温スルメが低温スルメより有意に高く、メイラード反応が進んでいることが示唆された。高温スルメの電気泳動パターンから乾燥中にタンパク分解が起こっていることが推察された。低温スルメの電気泳動パターンは生イカのそれとほぼ同様であったが、水戻しすると高温スルメの泳動パターンとほぼ同様になった。アルカリ戻し低温スルメ、高温スルメの泳動パターンは水戻しのそれと殆ど変わらなかった。組織構造は水戻し低温スルメでは筋原繊維が個々に乾燥していたが、水戻し高温スルメでは束になって乾燥している様子がみられた。アルカリ戻しをすると、どちらのスルメも多量の水が浸透し、隙間が観察されたが、その度合いは低温スルメの方が大きかった。以上の結果から、高温スルメが低温スルメより硬いのは、高温スルメの乾燥中にメイラード反応とタンパク分解によるミオシンの変性および分解がおこり、これが吸水性の低下や筋肉繊維の束の形成を引き起こしていることが原因の1つとして考えられた。干しスルメイカの水もどしに与える温度と時間の影響について-天日乾燥と温風乾燥の比較-目的:前回は天日乾燥と温風乾燥によるスルメイカの呈味成分が異なることを報告した。今回はこれらの干しスルメを水につけて軟化させると同時にだしも利用することを目的として水温および浸漬時間と浸漬液中の呈味成分量との関係を検討した。方法:06°Cで乾燥させた天日乾燥スルメと3540°Cで乾燥させた温風乾燥スルメを5%(w/w)となるように5,20,60°C水中で24時間まで、95°Cで1時間まで浸水した。

スルメイカについては膨潤度と硬さを測定し、戻し汁ついては遊離アミノ酸量、ATP関連化合物量、乳酸量を測定した。結果および考察:膨潤度については、天日乾燥と温風乾燥とも生イカのように膨潤するのは5,20°Cで戻したもので、戻す前の干しスルメイカの2.3倍になった、60°Cで戻したものはいったん1.68倍に増加し、24時間後は1.4倍で落ち着いた。95°Cで戻したものは最大1.6倍しか増えなかった。一方厚みについては戻す前の干しスルメイカは1.52mmであったが、膨れると46mm近くの厚さになる。硬さについては、天日乾燥と温風乾燥とも5,20,60°Cは30分間後の破断荷重が顕著に減少し、1時間後ほぼ同じ値になった、95°Cの方は10分後に減少し、破断荷重はやや大きかった。遊離アミノ酸の浸出量は5,20°Cに比べ60°Cは1時間後から倍近くの量が浸漬水に溶出している。そして60,95°Cと高温になるほど溶出が多かった。浸漬液中のATP関連化合物量については、天日乾燥では60,20,5,95°Cの順にAMP,IMP含量が多い、温風乾燥では60,95,20,5°Cの順に多い。酸味を呈する乳酸はては、温風乾燥は天日乾燥より1.7倍に含まれた。
微視的その場観察による接着接合材の苛酷湿潤環境下における疲労劣化損傷機構の解明

実機の樹脂接着部材を用いて強度試験を行い実働水環境での長期使用により強度低下が生じることを明らかとした.フーリエ変換赤外分光光度計測により樹脂の加水分解率を測定した.最低強度保持率と加水分解率の間には良い相関があることがわかった.実機の強度低下は走行距離により定量評価できることも明らかにし,10万kmの走行距離で強度保持率は約0.5であった.実機を模擬できる吸水劣化試験条件を明確にするため,新品樹脂試験片の促進試験を実施た.結果として60°C30日間の浸漬が実機の10万kmに対応することを明らかとした.また,実機と模擬試験の強度低下率と加水分解率の関係は良く一致し,促進試験の有効性が確認できた.接着接合材の基礎的疲労強度特性を取得するために,エポキシ系樹脂を用いた薄板接合疲労試験片を作製し,基礎的疲労強度データの取得を行った.その場観察用の吸水劣化槽の性能が予定のレベルに達しなかったため,適宜吸水劣化させた接着接合材の疲労強度特性を取得し,温度ならびに時間の上昇とともにバルクの疲労強度が低下することが明らかとなった.一方,実験を行っいく過程において吸水劣化の程度についての問題が生じた.水環境温度は実環境以上に上昇させることは可能で有り,加速試験は行える.しかしながら,加速試験の妥当性についての疑義が生じたため,自動車技術会の委員会と共同で実機における劣化状態の調査を本研究の計画に取り込むこととした.5年ならびに10年経過した廃車の接着部から試験片を作製し強度低下割合を調べるとともに赤外線吸収スペクトル(IR)測定を行い,エポキシ樹脂の加水分解程度の定量的測定を行った.この調査により,加水分解割合と強度低下はある程度関連性があるともに,実機の劣化状態レベルが判明し,劣化材作成の指針が得られた.実機の樹脂接着部材を用いて強度試験を行い実働水環境での長期使用により強度低下が生じることを明らかとした.フーリエ変換赤外分光光度計測により樹脂の加水分解率を測定した.最低強度保持率と加水分解率の間には良い相関があることがわかった.実機の強度低下は走行距離により定量評価できることも明らかにし,10万kmの走行距離で強度保持率は約0.5であった.実機を模擬できる吸水劣化試験条件を明確にするため,新品樹脂試験片の促進試験を実施た.結果として60°C30日間の浸漬が実機の10万kmに対応することを明らかとした.また,実機と模擬試験の強度低下率と加水分解率の関係は良く一致し,促進試験の有効性が確認できた.接着接合材疲労試験片を作製し,疲労試験の実施準備を行った.従来の薄板材のスポット溶接材やレーザー溶接材と同様に,接着接合材は接合端面において,応力特異性を示すため接着面積の大小の影響を見極める必要が生じた.そのため,疲労試験片作成に先立って,特異応力場解析を行った.その結果,接着面端部において極度の応力集中が生じ,接着層の内自由表面近傍の一部のみが荷重分担することが明らかとなった.この結果,接着剤自由表面ならびに接着面積の形状が重要な因子になるため,バラツキの少ない疲労試験片作成のための手順の確立に予想外の時間が掛かってしまったが,本年度中にほぼ確立された.微視的その場観察の高精度化のためのレーザー変形を利用した変位制御システムの構築は予定通り終了した.一方,吸水劣化槽については,樹脂を浸けただけでは不十分であることがわかり,撹拌装置等の設置が必要であるため完成には至っていない.局所変形定量化システムの高分解能化については,従来金属材料に対して有用であった既存システムの改良により,樹脂材料についてもその荷重負荷に伴う変形量をより正確に測定する手法がほぼ確立された.接着接合材の基礎的疲労強度特性としては,エポキシ系樹脂による薄板接合試験により取得できた.従来研究として行われている厚板の接着接合試験片との強度比較において特に顕著な差異は生じないことが明らかとなった.接着界面近傍の詳細な応力解析を実施することで,接着面積によらず接着端の特異応力場によって強度が支配されることになり板厚依存性が現れないことを明らかにした.昨年度実施した実機の接合部材の劣化調査を参考に環境槽の条件を種々変化させ劣化現象が起こり,強度低下することは明らかとなったが,必ずしも実働状態の再現が困難であったためメカニズムの解明までは至らなかった.材料強度学研究実績の概要に示したように,当初の計画通り進展しない点がある.計画通りに進捗しなかった項目は吸水劣化状態をその場観察するための原子力顕微鏡付属吸水劣化槽についてである.樹脂を浸けただけでは不十分であることがわかり,撹拌装置等の設置が必要であるため吸水性能が所定のレベルに達していない.その他の項目はほぼ予定通り進捗しており,微視的その場観察の高精度化のためのレーザー変形を利用した変位制御システムの構築は予定通り終了した.また,局所変形定量化システムの高分解能化については,従来金属材料に対して有用であった既存システムの改良により,樹脂材料についてもその荷重負荷に伴う変形量をより正確に測定する手法がほぼ確立された一方,模擬吸水状態の妥当性を検討するために,当初の予定になかった実機における劣化状態の調査を行った.その結果により実機の劣化状態レベルが判明し,劣化材作成の指針が得られており,試験条件に関しての進捗状況は十分である.研究実績の概要に示したように,当初の計画通り進展しない点がある.計画通りに進捗しなかった項目は以下の通りである.

1疲労試験片の作成において,従来の薄板材のスポット溶接材やレーザー溶接材と同様に,接着接合材は接合端面において,応力特異性を示すため接着面積の大小の影響を見極める必要が生じた.そのため,疲労試験片作成に先立って,特異応力場解析を行った.その結果,接着面端部において極度の応力集中が生じ,接着層の内自由表面近傍の一部のみが荷重分担することが明らかとなった.この結果,接着剤自由表面ならびに接着面積の形状が重要な因子になるため,バラツキの少ない疲労試験片作成のための手順の確立に予想外の時間が掛かってしまった.その結果,本年度は疲労強度特性を取得するところまで行えなかった.2吸水劣化状態をその場観察するための原子力顕微鏡付属吸水劣化槽については,樹脂を浸けただけでは不十分であることがわかり,撹拌装置等の設置が必要であるため完成には至っていない.その他の項目はほぼ予定通り進捗しており,微視的その場観察の高精度化のためのレーザー変形を利用した変位制御システムの構築は予定通り終了した.また,局所変形定量化システムの高分解能化については,従来金属材料に対して有用であった既存システムの改良により,樹脂材料についてもその荷重負荷に伴う変形量をより正確に測定する手法がほぼ確立された本年度により,吸水劣化槽以外の項目については完成しており,また,実機相当の環境状態を実現するための指針も得られているので,強制湿潤化状態でのバルク名疲労特性を取得する.それに併せて,荷重負荷状態での疲労き裂進展近傍変形場を原子間力顕微鏡で観察し,接着樹脂材料の疲労損傷機構の解明を目指す.吸水状態は試験片毎のバラツキが大きいと予測されるので,赤外線吸収スペクトル(IR)測定を用いてそれぞれの試験片の加水分解割合と局所硬度測定により劣化状態の定量的評価を行った上で,疲労強度・機構の統計的な処理を行うことで,劣化の影響を明確にする.本年度により,吸水劣化槽以外の項目については完成しており,今後,まず,乾燥状態でのバルク名疲労特性を取得する.それに併せて,荷重負荷状態での疲労き裂進展近傍変形場を原子間力顕微鏡で観察し,乾燥下での接着樹脂材料の疲労損傷機構の解明を目指す.その後,吸水劣化させた樹脂接着材料における疲労試験を実施し,吸水による接着強度の劣化を定量的に評価する.吸水状態は試験片毎のバラツキが大きいと予測されるので,統計的な処理を行うとともに,局所硬度測定により劣化状態の定量的評価を試みる.購入を予定していた物品の納期が遅れたため,次年度の購入としたため次年度使用額が生じた.購入予定の物品を購入するともに,疲労試験片の作成や治具の作成を行う.改良を行った高分解能局所変形定量化システムに対して,実時間での解析を実施可能とするため画像解析用高速コンピュータを購入し,高速化を目指す.初年度達成できなかった吸水劣化槽について撹拌装置等の付属装置を購入し設置することで,環境の均質化を目指す.原子間力顕微鏡による微視的観察のための消耗品ならび破面観察のための走査型電子顕微鏡用消耗品の購入を行う.その他,研究成果の発表を国内外で行う予定である.
脂質ラフトを場とする免疫監視の破綻と自己免疫病発症

抑制型低親和性IgG受容体FcgRIIBはB細胞及び骨髄球系細胞に発現し、これらの細胞に発現する細胞活性化型受容体群、B細胞受容体、高親和性IgG受容体FcgRI、低親和性受容体FcgRIIIからの陽性シグナルを負に制御して過剰な免疫反応を回避し自己免疫発症を抑える働きがある。FcgRIIB遺伝子欠損マウスは他の免疫抑制性遺伝子の欠失、過剰な抗原暴露等に際して容易に全身性自己免疫病態を発症する事から、代表的ヒト全身性自己免疫疾患である全身性エリテマトーデスにおける疾患感受性FcgRIIB遺伝子多型が検索され、京極、土屋、徳永らにより構造遺伝子変異FCGR2B c.695T>Cが見いだされた。同一塩基置換はFcgRIIBの膜貫通部ほぼ中央にある232IleをThrに変換する。本田らはFc受容体架橋による細胞活性化シグナルの発信機構と同受容体の脂質ラフト移行の関連を調べ、Fc受容体膜貫通部位が脂質ラフトの空間的融合を引き起こす事を証明し、さらに、脂質ラフトに常在するSrc型チロシンキナーゼの相互活性化が生じてシグナル発信が始まるという作業仮説を提唱していた。本田らは上述のFcgRIIB膜貫通部位多型が受容体の脂質ラフト会合を変化させてそのB細胞機能抑制の能力に影響を与える可能性を考え、FcgRIIB自然に欠失したヒトB細胞株、ST486に各々の受容体をレトロウイルスベクターを用いて発現し機能解析を行なった。その結果、Ile232Thrの置換によって静時及び種々の刺激下におけるFcgRIIBの脂質ラフトへの移行が減弱する事、同時にB細胞機能抑制の能力が減弱することが分かった。即ち、SLEに関連するFcgRIIB232Thr発現細胞では正常型232Ile発現細胞に比較してPIP3蓄積及びその下流のAkt活性下、カルシウム流入等が増強しB細胞の過剰な活性化が生じる。この観察はFcgRIIB232Thrを有するSLEにおけるB細胞の異常活性化の分子機構の一部を説明する可能性がある。FcgRIIB Ile232Thr置換は脂質ラフト会合に影響し機能を変容する事が示された初めての例であり、疾患関連多型分子の機能解析の重要性を例示する知見となった。脂質ラフトは細胞膜上の機能微小ドメインであり情報伝達の起点として注目されている。種々の受容体はリガンド結合時に脂質ラフトに会合するがその機構は不明である。申請者はSLEに連関する抑制型Fc受容体FcγRIIB膜貫通部多型の機能解析を行い、同受容体が脂質ラフト移行の障害を呈しその免疫細胞活性化抑制機能が弱く、自己免疫発症の原因となりうることを示した。脂質ラフト移行に異常がある疾患連関受容体の報告はこれまでに無く、SLE発症の分子基盤、ならびに受容体の脂質ラフト移行のメカニズム解明に重要な知見と考えられる。さらに、抑制受容体CD72多型を複数同定し、その細胞外部分の構造変化をもたらす多型(スプライス変異をもたらすイントロン多型)がSLE腎症発症に負に連関することを見いだし、その分子機構を解析している。

Src family tyrosine kinase (SFK)の新たな活性調節機構解明、運動および極性形成に重要なその細胞内再分布の機構解明を目的としてSFK SH2-SH3をbaitとする2-hybrid cloningを行いポリプロリン配列及びRINGfinger様を持つ新たな微小管会合分子(仮にPPRと呼ぶ)を単離した。同分子は細胞の遊走方向に配向する微小管上に存在し、しかも安定化アセチルチュブリンと今日局在することから、安定化微小管をマークする新規分子であること、あるいは微小管の方向性を持った安定化を促進する新規調節分子であることが強く示唆された。抑制型低親和性IgG受容体FcgRIIBはB細胞及び骨髄球系細胞に発現し、これらの細胞に発現する細胞活性化型受容体群、B細胞受容体、高親和性IgG受容体FcgRI、低親和性受容体FcgRIIIからの陽性シグナルを負に制御して過剰な免疫反応を回避し自己免疫発症を抑える働きがある。FcgRIIB遺伝子欠損マウスは他の免疫抑制性遺伝子の欠失、過剰な抗原暴露等に際して容易に全身性自己免疫病態を発症する事から、代表的ヒト全身性自己免疫疾患である全身性エリテマトーデスにおける疾患感受性FcgRIIB遺伝子多型が検索され、京極、土屋、徳永らにより構造遺伝子変異FCGR2B c.695T>Cが見いだされた。同一塩基置換はFcgRIIBの膜貫通部ほぼ中央にある232IleをThrに変換する。本田らはFc受容体架橋による細胞活性化シグナルの発信機構と同受容体の脂質ラフト移行の関連を調べ、Fc受容体膜貫通部位が脂質ラフトの空間的融合を引き起こす事を証明し、さらに、脂質ラフトに常在するSrc型チロシンキナーゼの相互活性化が生じてシグナル発信が始まるという作業仮説を提唱していた。本田らは上述のFcgRIIB膜貫通部位多型が受容体の脂質ラフト会合を変化させてそのB細胞機能抑制の能力に影響を与える可能性を考え、FcgRIIB自然に欠失したヒトB細胞株、ST486に各々の受容体をレトロウイルスベクターを用いて発現し機能解析を行なった。その結果、Ile232Thrの置換によって静時及び種々の刺激下におけるFcgRIIBの脂質ラフトへの移行が減弱する事、同時にB細胞機能抑制の能力が減弱することが分かった。即ち、SLEに関連するFcgRIIB232Thr発現細胞では正常型232Ile発現細胞に比較してPIP3蓄積及びその下流のAkt活性下、カルシウム流入等が増強しB細胞の過剰な活性化が生じる。この観察はFcgRIIB232Thrを有するSLEにおけるB細胞の異常活性化の分子機構の一部を説明する可能性がある。FcgRIIB Ile232Thr置換は脂質ラフト会合に影響し機能を変容する事が示された初めての例であり、疾患関連多型分子の機能解析の重要性を例示する知見となった。
外部導体系プラズマ閉じ込めの最適化に関する研究

本研究計画の目的は定常核融合炉の可能性を有する外部導体系トーラスのプラズマ閉込めに関する最適化の方法を研究する事である.この目的に沿って理論・実験双方から研究を進めている.1.理論的には本年度は平面軸ヘリカル系トーラスでの磁気流体的ベータ限界値の解析を計算機コードにより行い,又プラズマ閉込め,特に粒子閉込めについても計算機コードを開発し,解析を行った.(1)MHD,粒子閉込め両方についてポロイダル磁場の制御によってどのように変化するかを調べ,いわゆるβτの積の最大,最適な制御範囲について知見を得た事は大きな成果であった.(2)又ヘリカル系トーラスのコンパクト化についても種々の方法を検討,例えばラプラス解によりアスペクト比が3前後の磁場配位が実現可能である事がわかった.又コイル巾の変調(トーラスの内側で電流の集中する方式)を用いてコイルアスペクト比に依存しない対称性の良い磁場配位を見出した事も大きな収獲であった.2.実験としては(1)小型トカマクナヘリカル磁場によるエルゴデイック層の研究を行い,エルゴデイック層におけるプラズマの粒子,熱の輸送,プラズマ電位構造について詳細な研究が行われ,ヘリカル磁場の増大に伴ってヘリカルダイバータ構造へ遷移していく過程が明らかにされた.(2)又周辺プラズマ計測法としてのLiビームプローブ測定機を完成し,ヘリオトロンE装置に適用し,磁気面周辺部のプラズマの構造や,ゆらぎのレベルの測定が初めて行われ興味ある結果を得ている.ダイバータプラズマ構造についても調べられつつある.現在さらに高密度プラズマへも適用できるビームプローブ法について研究中である.(3)その他直線ミラー装置を用いてエンドプレートによるプラズマ電位制御を行い電場形成の基礎過程を実験研究しており,又ビームプローブ(金属原子ビーム)によるプラズマ電位計測法の開発研究も進展中である.本研究計画の目的は定常核融合炉の可能性を有する外部導体系トーラスのプラズマ閉込めに関する最適化の方法を研究する事である.この目的に沿って理論・実験双方から研究を進めている.1.理論的には本年度は平面軸ヘリカル系トーラスでの磁気流体的ベータ限界値の解析を計算機コードにより行い,又プラズマ閉込め,特に粒子閉込めについても計算機コードを開発し,解析を行った.(1)MHD,粒子閉込め両方についてポロイダル磁場の制御によってどのように変化するかを調べ,いわゆるβτの積の最大,最適な制御範囲について知見を得た事は大きな成果であった.(2)又ヘリカル系トーラスのコンパクト化についても種々の方法を検討,例えばラプラス解によりアスペクト比が3前後の磁場配位が実現可能である事がわかった.又コイル巾の変調(トーラスの内側で電流の集中する方式)を用いてコイルアスペクト比に依存しない対称性の良い磁場配位を見出した事も大きな収獲であった.2.実験としては(1)小型トカマクナヘリカル磁場によるエルゴデイック層の研究を行い,エルゴデイック層におけるプラズマの粒子,熱の輸送,プラズマ電位構造について詳細な研究が行われ,ヘリカル磁場の増大に伴ってヘリカルダイバータ構造へ遷移していく過程が明らかにされた.(2)又周辺プラズマ計測法としてのLiビームプローブ測定機を完成し,ヘリオトロンE装置に適用し,磁気面周辺部のプラズマの構造や,ゆらぎのレベルの測定が初めて行われ興味ある結果を得ている.ダイバータプラズマ構造についても調べられつつある.現在さらに高密度プラズマへも適用できるビームプローブ法について研究中である.(3)その他直線ミラー装置を用いてエンドプレートによるプラズマ電位制御を行い電場形成の基礎過程を実験研究しており,又ビームプローブ(金属原子ビーム)によるプラズマ電位計測法の開発研究も進展中である.
暗闇での物体追跡と画像復元の研究

本研究では、暗闇での物体追跡と画像復元を実現するため、ベイズ推定の枠組みを用いて対象の運動と参照画像を同時に推定する手法を提案した。ぶれのある画像に対しては、運動推定により得られたパラメータを用いてぶれ補正を行うようにした。その結果、シミュレーションではPSNRが-6dBまでの動画像、実環境では被写体照度0.01lx以下の暗闇環境で撮影した動画像に対し、物体追跡と画像復元を行うことができた。さらに、画像復元のための最適フレームレートを調査し、比較的ノイズが少ないときは高いフレームレートが、ノイズが多いときには低いフレームレートのほうが良いことがわかった。平成24年度は,前年度に構築した暗闇での物体追跡と画像復元を実現するための対象の運動と参照画像を同時に推定する手法を拡張し,回転や奥行き方向への動きに対応できるようにしたほか,カラー画像にも対応できるようにした.対象の回転等への対応は、対象の運動を二次元の並進運動から平面アフィン変換に拡張することで実現した。また、カラー画像への対応は、モノクロ画像と同じアルゴリズムをカラー画像の各チャネルに適用することで実現した.人工的に生成した画像による評価実験では,円形軌道を描いて並進移動する対象が含まれるPSNRが-6.0dBの入力画像を100枚合成することで,13.2dB(元の9.1倍)まで画質を改善した.画像合成によりガウシアンノイズは10倍に低減されると期待されるため,その効果の分とトラッキング誤差からくる画像の劣化を合わせた結果であると考えられる.また,単純テンプレートマッチング(TM)およびローパスフィルタを伴ったテンプレートマッチング(LPF-TM)との比較実験を行い,提案手法が最も高い位置精度と復元精度を持つことを示した.回転運動を含む対象について,モノクロカメラおよびカラーカメラを用いて実験を行った.照明を消した夜間のオフィス環境で撮影し,光源はコンピュータのディスプレイのみであった.実験の結果,回転を含む運動にも追従できることが示された.また,画像合成により色情報も復元できることも示された.平成25年度は、ぶれを含む画像について、運動推定により得られたパラメータを用いてぶれ補正を行う手法を、回転や奥行き方向への動きにも拡張し、ぶれのない復元画像を得られるようにした。さらに、動画像のフレームレートを変えて、運動推定とぶれ補正を行うシミュレーション実験を行い、トラッキング性能と復元精度のトレードオフについて調査した。実験の結果、フレームレートが低いと、ノイズは低減されるが、画像にはややぶれが残る。フレームレートが大きいと、画像はよりシャープになるが、ノイズは増える傾向となった。PSNRの評価尺度での最適フレームレートは、画像に付加されるノイズの量によって変わり、ノイズは多くなるほど最適フレームレートが低くなることが分かった。さらに実画像を用いた実験を行い、回転運動を含む対象について、ぶれ補正によりぶれのない復元画像を得ることができた。また、このときのノイズ量と対象の運動速度に対する相対フレームレートが、シミュレーションにおける最適フレームレートの値とほぼ同じであることが確かめられた。このほか、画像の事前分布を導入することによるトラッキング性能の変化について調査したが、事前分布を導入してもトラッキング性能は変わらないかむしろ悪化することがわかった。一方、画像復元においては事前分布の導入が復元画像のノイズを減らし、画質を改善することが分かった。平成23年度は,暗闇での物体追跡と画像復元を実現するため,ベイズ推定の枠組みを用いて対象の運動と参照画像を同時に推定する手法を構築した.勾配を計算する際に,局所解に落ちないように,入力画像に強いローパスフィルタをかけた後に差分を取るようにすることで,より広い探索を行えるようにした.また,ぶれのある画像に対しては,運動推定により得られたパラメータを用いてぶれ補正を行うようにした.提案手法の有効性を実証するため,人工的に生成した画像でのシミュレーションと実画像を用いた実験を行った.シミュレーションでは,人工的に生成した入力画像(モノクロ8ビット階調,512×512画素)を用いた.対象は256×256画素のlena画像とし,100フレームで半径100画素の円軌道を1周するものとした.画像には平均0,標準偏差σのガウシアンノイズを付加し,画素値が8ビットに収まるようにゲインとオフセットを調整した.推定に利用する範囲は128×128画素とした.ぶれのない画像でのシミュレーションでは,PSNRが-6dBまでの入力画像に対し,画像復元を行うことができた.また,提案手法は他の手法に比べて推定軌跡の誤差が小さくなった.実画像を用いた実験では、IEEE1394モノクロカメラGrasshopper(Point Gray Research Inc.)で書籍の表紙を撮影し,画像サイズ640×480の右半分を切り出して使用した.フレームレート60fps,フレーム数100で,カメラから対象までの距離は約150cmであった.トラッキングと復元の領域は128×128画素とした.

その結果,被写体照度0.01lx以下(照度計の測定限界)の暗闇環境で撮影した動画像に対し,物体追跡と画像復元を行うことができた.研究の目的に掲げていた対象の三次元運動への対応や、カラー画像への対応が達成できており、順調に進展しているといえる。当初の計画では、計算機シミュレーションまでの予定であったが、実画像を用いた実験まで行うことができた。次年度は最終年度であるため、残った課題のうち特に重要度の高い、背景と対象の自動分離、および対象が複数ある場合への対応を優先的に行う。さらに、事前分布を考慮した推定や、オクルージョンへの対応についても検討を行う。また、これまでの研究成果を国内会議や国際会議に投稿し、研究成果を国内外に発信する。次年度は、カラー画像への対応、回転等のより高い自由度の運動を仮定した実験、背景が存在する場合の領域分割などを行うとともに、実画像を用いた実験をより多くの対象物に対して行い、提案手法の有効性を確実なものにする。これまでよりさらに高度なアルゴリズムを検証するため、高速な実験用計算機を購入する。また、成果発表のための国内旅費・海外旅費、および学会参加費に使用する。次年度の研究費の主な使途として、前年度の成果の国内学会、国際会議での発表が挙げられる。また、精度の高い照度計や新しい高速カメラ、および実験用PCの購入を予定している。
密度汎関数理論に基づく非調和フォノン物性の数値的研究

昨年度までに開発したself-consistent phonon (SCP)法に基づく自由エネルギー計算を立方晶および正方晶SrTiO3へ適用し、両者の自由エネルギー比較によって構造相転移温度の第一原理予測を行った。その結果、Tc = 80 Kという実験結果(105 K)と良く一致する値を得た。また、SCP法において原子振動の量子効果を無視する古典近似を用いると転移温度が170Kとなる事を明らかにし、ペロブスカイト酸化物の構造相転移における量子効果の重要性を数値的に実証した。また、熱電材料であるテトラへドライトCu12Sb4S13に見られる格子熱伝導の弱い温度依存性の起源を明らかにするために第一原理解析を行った。その結果、Cu原子の大振幅(ラットリング)振動モードの昇温に伴うハード化によって高温域における熱伝導の温度依存性が弱まる事を明らかにした。更に、高温域ではバンド的伝導とホッピング的伝導の両者が共存している事を実証した。以上の成果をもとに論文発表(発表済1本、採択済:1本)と学会発表(16件、うち招待講演6件)を行った。本研究計画の過程で開発を行った理論手法は、その多くが既にALAMODEパッケージに実装済みであり、未実装部分に関しても順次追加予定である。この計算パッケージによって、これまで困難だった有限温度効果を考慮したフォノン、熱伝導、自由エネルギー計算が可能になり、セラミックス材料や熱電材料などのフォノン物性が高い精度で予測可能になった。今後も適用例の更なる拡大が期待できる。本課題では原子振動の非調和効果を考慮した第一原理フォノン計算手法の開発を行っている。まず3次非調和効果によるフォノン振動数シフトの大きさを定量的に解析するため、非調和性の強い立方晶SrTiO3をテストケースとして計算を行った。計算手順としては、はじめに自己無撞着フォノン(SCP)法を用いて4次非調和効果による振動数シフトを非摂動的に計算し、続けて3次非調和項由来の最低次の自己エネルギーを摂動的に考慮した。その結果、3次非調和効果でフォノン振動数が全体的にソフト化し、その大きさは強誘電性(FE)ソフトモードとゾーン境界におけるAFDソフトモードで特に顕著であることを明らかにした。また、3次非調和補正の自己エネルギーの振動数依存性を解析したところ、低振動数領域で自己エネルギーの実部がほぼ一定になる事を確認した。これは自己エネルギーに対する静的近似を正当化するための重要な根拠となり得る。さらにHSEハイブリッド汎関数に基づく高精度な非調和フォノン計算にも成功し、LDAやPBE、PBEsol汎関数で問題であった実験結果からのずれが大幅に改善された。4次非調和効果が強いと考えられる熱電材料SnSeとI型クラスレートBa8Ga16Ge30について、SCP法に基づく応用計算を並行してして行った。クラスレートでは4次非調和効果によってラットリング振動の振動数がハード化し、その結果音響フォノンの散乱強度が下がるため熱伝導率が上昇することを明らかにした。さらに、実験で報告されているラットリング原子の可動域と熱伝導率の相関関係を定量的に説明するためには、4次非調和効果を考慮する必要があるという結論を得た。これらの成果をもとに論文発表(投稿中:2本)と学会発表(8件、うち招待講演4件)を行った。当初の予定通り、クラスレートにおけるゲスト可動域と4次非調和性、および熱伝導率の関連性を微視的に理解することが出来た。SnSeの高温相(CMCM構造)についても、計画していた通りに4次非調和性を考慮した熱伝導率計算を完了したが、熱伝導率の計算結果が実験値からずれており、その原因解明に当初の予想より多くの時間を要している。3次非調和効果による振動数シフトを非摂動的に取り扱うためのコード開発はまだ中途段階であるが、今年度の研究結果から自己エネルギーに対する静的近似を正当化する根拠が得られたのは大きな進展であると言える。今年度も引き続き原子振動の非調和効果を考慮した第一原理格子動力学法の開発と応用計算を行った。まず、self-consistent phonon(SCP)法を自由エネルギー計算に展開し、従来の準調和近似(QHA)では無視されるフォノン-フォノン相互作用を考慮可能な自由エネルギー計算コードを作成した。さらに、improved self-consistent phonon (ISC)法に基づいて3次・4次非調和効果を同時に考慮する方法も開発した。これらの手法をQHAが破綻するScF3へ適用し、大きな負熱膨張とその温度依存性を定量的に説明することに成功した。また、クラスレート化合物における熱伝導のガラス的温度特性の起源の第一原理解析を行い、低温(20 K)で見られる熱伝導率のディップやプラトーは、強いフォノン-フォノン散乱さえ考慮すれば、構造の乱れが無くても説明できることを明らかにした。その一方で、高温では局在フォノンによるホッピング伝導の寄与が無視できなくなる可能性を実験と計算結果との詳細な比較により示した。本プロジェクトの主題の一つである3次非調和効果の非摂動計算手法についても、継続して開発を進めている。当初の予想よりも計算コストが高くなったため、計算アルゴリズムの見直しを行い、少なくとも2倍の高速化に成功した。また、圧縮センシングを用いて3次非調和項をスパース化することで計算効率の劇的な改善が見込まれるため、そのためのプログラム整備(API開発)にも注力した。さらに、ペロブスカイトを対象に、非調和フォノンが電子格子相互作用を介してバンドギャップに与える効果の解析を行った。

以上の成果をもとに論文発表(発表済4本、投稿中:1本)と学会発表(9件、うち招待講演4件)を行った。また、開発した計算プログラムの一部を計算パッケージALAMODEの機能として公開した。今年度は非調和効果を考慮した自由エネルギー計算やALAMODEパッケージのAPI作成など当初の計画以上に進展した項目があり、また3次非調和効果の非摂動的な扱いや電子格子相互作用の解析などにも十分な進展が見られた。その一方で、SnSeの熱伝導率が計算と実験で一致しない問題は決着しておらず、またスピン自由度による熱伝導率低減メカニズムの解析も十分な進展には至らず、次年度へ持ち越すこととなった。これらを総合的に判断すると、プロジェクト全体の進捗は概ね順調であるといえる。昨年度までに開発したself-consistent phonon (SCP)法に基づく自由エネルギー計算を立方晶および正方晶SrTiO3へ適用し、両者の自由エネルギー比較によって構造相転移温度の第一原理予測を行った。その結果、Tc = 80 Kという実験結果(105 K)と良く一致する値を得た。また、SCP法において原子振動の量子効果を無視する古典近似を用いると転移温度が170Kとなる事を明らかにし、ペロブスカイト酸化物の構造相転移における量子効果の重要性を数値的に実証した。また、熱電材料であるテトラへドライトCu12Sb4S13に見られる格子熱伝導の弱い温度依存性の起源を明らかにするために第一原理解析を行った。その結果、Cu原子の大振幅(ラットリング)振動モードの昇温に伴うハード化によって高温域における熱伝導の温度依存性が弱まる事を明らかにした。更に、高温域ではバンド的伝導とホッピング的伝導の両者が共存している事を実証した。以上の成果をもとに論文発表(発表済1本、採択済:1本)と学会発表(16件、うち招待講演6件)を行った。本研究計画の過程で開発を行った理論手法は、その多くが既にALAMODEパッケージに実装済みであり、未実装部分に関しても順次追加予定である。この計算パッケージによって、これまで困難だった有限温度効果を考慮したフォノン、熱伝導、自由エネルギー計算が可能になり、セラミックス材料や熱電材料などのフォノン物性が高い精度で予測可能になった。今後も適用例の更なる拡大が期待できる。次年度以降も非調和効果を非摂動的に取り扱うフォノン計算手法・コードの開発と応用計算による妥当性の検証作業を遂行する。また、スピン自由度による熱伝導率低減メカニズムの解析に当初の計画通り着手する。前述のSnSeにおける実験結果と計算結果の不一致については、本研究課題のみならず第一原理フォノン計算や熱電材料コミュニティにとっても大きな問題であるため、その原因については計算精度や実験結果の信頼性を含めて多角的に検討する。最終年度は3次非調和効果の非摂動計算方法を完成させ、さらに電子格子相互作用がバンドギャップや輸送特性に与える影響の解析をさらに進めることを最重要課題として研究を遂行する。
キラルルイヌ酸を用いるエナミド類の不斉求核反応

エナミド、エンカルバメートは、求電子剤として多く用いられている基質であるが、求核剤としてはその反応性の低さのためほとんど有機合成に用いられている例がない。当研究室では、アルデヒドへのエンカルバメートの触媒的不斉付加反応について既に報告している。しかしながら、ケトンに対する付加反応はこれまで例がない。ケトンに対する付加反応は有機合成化学上有用な3級アルコールを合成でき、これをさらにエナンチオ選択的に行うことができれば、その利用価値はさらに大きくなる。一般にケトンはアルデヒドと比較して反応性は乏しく、触媒的不斉付加反応に用いられている例は少ない。そこで筆者らは、1,2-ジケトンを用いることでその問題を克服することとした。種々の触媒存在下エンカルバメートとジケトンの反応を検討した結果、Ni(II)塩とキラルなジアミン配位子(例えば1,2-ジフェニルエチレンジアミン由来のキラルジアミン)を用いると良好な収率、選択性で目的物が得られることを見いだした。特筆すべき点として、通常の触媒的不斉反応が微量の水の存在により選択性等に大きな変化を与えるのに対して、今回開発した反応は水の混入に対し寛容でありほとんど影響を受けないことが分かった。例えば、金属塩として金属水和物を用いた場合においても、無水金属塩を用いた場合の結果とほぼ変わらないことが分かった。これらの結果は、真に有効な触媒的不斉反応に有用な指針を与えるものである。ケトンは一般に、アルデヒドと比較して反応性が低いため、触媒的不斉付加反応に用いられている例は数少ない。そこで、今回筆者はエンカルバメートのケトンへの不斉付加反応を研究した。ケトンとしては2座での配位が可能である1,2-ジケトンを用いた。アルデヒドやイミンに対する付加反応において良好に機能した銅触媒を用いたが、選択性は低くとどまった。そこで種々の金属塩とジアミン配位子との錯体を触媒として反応を検討したところ、ニッケル塩、特にNi(OTf)_2を用いた際に良好なエナンチオ選択性が観察された。この時の反応の遷移状態についての知見を得るべく、錯体のX線結晶構造解析を行ったところ、NiBr_2とジアミンリガンドとの錯体においては正四面体構造、NiI_2とジアミンリガンドとの錯体においては正八面体構造をそれぞれ形成していることが分かった。さらに以前用いていた銅触媒との反応性の比較を行ったところ、銅触媒においては反応は早いが選択性が低く、ニッケル触媒においては反応は遅いが選択性が高いという知見を得ることができた。現在、開発したニッケル触媒を用いて不活性アルデヒドへの付加反応など、他の反応への展開も検討している。
超高エネルギー宇宙由来ニュートリノに対する大型チェレンコフ光検出器の感度増大

1020eVを超える超高エネルギー宇宙線の起源を明らかにするためにその宇宙線由来の超高エネルギーニュートリノを捕らえることが有効である。このニュートリノに対する大型チェレンコフ光検出器の感度を上げる手法を開発した。バックグラウンドである大気ミューオン束とニュートリノ信号からの単一ミューオンは一見似たように見えるが、粒子軌跡の進行方向のチェレンコフ光の分布に違いが見られることが分かった。この違いを利用することでより多くのニュートリノ信号を得ることができる。本研究の目的は現在世界最高の検出器体積を誇るIceCube検出器を用いて、10^<20>eVを超える超高エネルギー宇宙線からの超高エネルギーニュートリノを世界に先駆けて捕らえることで、未だ謎に包まれたままの超高エネルギー宇宙線の起源の解明に迫ることである。この目的のために、今まであまり活かされていなかった波形データ情報を用いた高精度のニュートリノ事象再構築を行ったり、現在の超高エネルギーニュートリノ探索において最も大きな系統誤差である氷の不定性を取り除く事等により超高エネルギーニュートリノに対する感度を上げる。今年度は上記の目的を達するための準備としてより良いと思われている新しい氷モデルを用いたシミュレーションデータを製作した。この新しい氷のモデルは各光検出器に装着されているLEDからの光を用いて実験的に決められている。また、波形データを活かすためには、より正確なバックグラウンドモデルの構築が必要となる。このために当初計画していた経験的なモデル構築をやめ、より詳細なシミュレーションデータ(CORSIKA)を用いることにした。このCORSIKAデータの問題は超高エネルギーの宇宙線バックグラウンドでは生成されるミューオンの多重度が大きくなり、シミュレーション生成に莫大な時間がかかる。この問題を回避するために、幾つかのミューオンを束ねるシンニング法を開発した。このようにして生成されたシミュレーションデータを用いて、上記目的を達する予定である。今年度は昨年度に作成した氷の性質を改善して作成したモンテカルロデータを用いて、超高エネルギーニュートリノ信号とバックグラウンドである大気ミューオン束により発せられる光量分布に違いがないかを検証した。その結果、運動方向の光量分布に違いが表れることが分かり、この違いを利用することで、信号をバックグラウンドから切り分けることができる事が分かった。また、検出器の端を通過する事象に対しては再構築が上手くいかないことが分かっていたが、波形データを利用した再構築法を用いることにより正しく事象再構築が行えることが分かった。現在、これらの改善されたデータ解析手法を用いて2010-2011年にIceCubeで取得されたデータを解析中である。期待される超高エネルギーニュートリノ信号は約1事象/年と求まった。
高分子鎖を自在に築きあげる精密重合：形態に基づく機能創発を目指して

高分子鎖はモノマーが多数連結した巨大分子であり,その繋がり方は高分子鎖の絡み合いや集合挙動などに影響を与える。中でも環状高分子は,末端がないというトポロジー的制約を持ち,対応する直鎖状ポリマーとは異なる物性や集合構造から興味が持たれる。本研究では,申請者がこれまで独自に展開してきた「環拡大カチオン重合」をより発展させ,環状高分子側鎖官能基の拡張および誘導体合成とともに,環状高分子の物理的特徴の解明を行った。平成28年度は以下2点で成果を得た。(1)環状高分子側鎖官能基の拡張および誘導体合成環状高分子鎖の官能基に加え,環状高分子を基盤とした誘導体へと展開を図った。カチオン重合性の異なる種々アルキル基を有するビニルエーテルでも,環拡大成長反応が進行することを明らかにした。加えて,環融合を起こした環状ポリマーを二官能性ビニルエーテルで架橋を進行させると,環状高分子をベースとしたゲルが構築可能であることを明らかにした。(2)環状高分子の物理的特徴の解明上記(1)で展開したビニルエーテルを利用し,バルクでの環状高分子のガラス転移温度,並びに溶液中での感温性を,直鎖状高分子と比較して調べた。その結果,バルクでは環状高分子は直鎖状高分子と比較して自由体積が小さいことに起因してガラス転移温度が小さいことがわかった。一方,有機溶媒中では環状高分子が直鎖状高分子と比較して溶媒和に寄与可能な溶媒分子の数が少なくなることから,曇点や上限臨界溶解温度が小さくなることが分かった。28年度が最終年度であるため、記入しない。合成高分子において,例え構成単位の化学的組成が同一の場合でも高分子鎖のかたち(トポロジー)が異なると特徴的な性質を発現しうる。特に`末端がない'という奇異な特徴を持つ「環状」高分子は,古くから高分子科学者を魅了し続けているものの,環状高分子とその誘導体の効率的で簡便な合成法は未だ少ない。本研究では,申請者がこれまで独自に開発してきた環拡大リビングカチオン重合を展開し,効率的かつ簡便に環状高分子を得ることを目的とする。平成26年度は,以下3点で成果を得た。(1)単分散に近い環状高分子を得る手法の確立:単分散の環状高分子を得づらいという従来の問題に対し,分子間反応を抑えるため希釈下の重合条件を検討し,分子間反応を抑えることで単分散に近い高分子を得ることが出来た。(2)環状高分子が動的に共有結合を組み替えていることの発見:従来の環状高分子は一旦合成するとその形が共有結合で固定されたままである。申請者は,本重合で触媒存在下環状ポリマーを希釈すると活性点同士が分子内で動的に組みかわり,時間とともに単分散に近くなることを見出した。これは,環状高分子の動的変換を実現することに繋がる。(3)環状高分子側鎖に対する官能基導入:環状高分子に特徴的な機能を発現させる予備検討として,モノマーに各種機能基(水酸基,アミノ基,開始剤等)の保護基を導入し,それらモノマーを用いて環拡大重合を行なった。その結果各種モノマーで環状高分子が得られ,機能性基を側鎖に有する環状高分子を合成可能と分かった。本研究員は,環状高分子を簡便かつ効率的に合成する手法として,「環拡大リビングカチオン重合(RE-LCP)」を見出した。本手法は,ヘミアセタールエステル結合を環状分子内に組み込み,ルイス酸触媒を用いて可逆的に炭素カチオンと対アニオンを発生させ,ビニルエーテル(VE)を挿入し大環状構造の高分子を得る手法である。ブロック共重合が可能なほど本質的な重合制御性は高く,得られる高分子鎖は環状であることがわかっているが,重合中に環状ポリマー同士が融合し分子量分布が大きくなる問題があった。そこで本年度は,分子量の揃った環状高分子の合成手法を確立すると共に,環状グラフト共重合体の構築に取り組んだ。平成27年度は,以下2点で成果を得た。(1)分子量の揃った環状高分子の精密合成:従来,分子間の高分子間反応により単分散の環状高分子を得づらいという問題があったが,分子間反応を抑えるため希釈条件で行うと重合が進行しないというトレードオフの関係にあった。本研究員は本問題を解決する手法として,巧みに重合後に分子内反応を誘発する“後希釈"を考案した。本手法では,触媒存在下環状ポリマーを希釈すると活性点同士が分子内で動的に組みかわり,分子量分布の広い環状高分子が,一定の分子量に収斂していき,時間とともに単分散に近くなることを見出した。(2)環状グラフト共重合体の構築:ナノスケールのドーナツ状高分子である環状グラフト共重合体は,その環サイズを反映した自己組織化構造を形成すると期待される。そこで,環拡大リビングカチオン重合で用いるVEに対して,リビングラジカル重合(LRP)開始点を導入し環拡大重合することで,環状高分子型の開始剤を合成した。本高分子鎖を用いてメタクリル酸メチル(MMA)のLRPを行うことで,環状主鎖骨格から多数の高分子鎖が側鎖に連結した環状グラフト共重合体の合成を達成した。平成27年度は,最終年度に予定している環状高分子からさらに派生する環状高分子誘導体の構築に向けて,その基盤となる手法を確立できた。具体的には,単分散に近い環状高分子を得る手法を確立した点,環状高分子側鎖にグラフト鎖を導入出来た点は,今後の研究展開の鍵となるであろう。以上の理由より,当該研究はおおむね順調に進展していると判断される。

高分子鎖はモノマーが多数連結した巨大分子であり,その繋がり方は高分子鎖の絡み合いや集合挙動などに影響を与える。中でも環状高分子は,末端がないというトポロジー的制約を持ち,対応する直鎖状ポリマーとは異なる物性や集合構造から興味が持たれる。本研究では,申請者がこれまで独自に展開してきた「環拡大カチオン重合」をより発展させ,環状高分子側鎖官能基の拡張および誘導体合成とともに,環状高分子の物理的特徴の解明を行った。平成28年度は以下2点で成果を得た。(1)環状高分子側鎖官能基の拡張および誘導体合成環状高分子鎖の官能基に加え,環状高分子を基盤とした誘導体へと展開を図った。カチオン重合性の異なる種々アルキル基を有するビニルエーテルでも,環拡大成長反応が進行することを明らかにした。加えて,環融合を起こした環状ポリマーを二官能性ビニルエーテルで架橋を進行させると,環状高分子をベースとしたゲルが構築可能であることを明らかにした。(2)環状高分子の物理的特徴の解明上記(1)で展開したビニルエーテルを利用し,バルクでの環状高分子のガラス転移温度,並びに溶液中での感温性を,直鎖状高分子と比較して調べた。その結果,バルクでは環状高分子は直鎖状高分子と比較して自由体積が小さいことに起因してガラス転移温度が小さいことがわかった。一方,有機溶媒中では環状高分子が直鎖状高分子と比較して溶媒和に寄与可能な溶媒分子の数が少なくなることから,曇点や上限臨界溶解温度が小さくなることが分かった。平成26年度は,今後予定している環状高分子から派生する機能性環状高分子の構築に向けて,その基盤となる手法を確立できた。具体的には,単分散に近い環状高分子を得る手法を確立した点,高分子側鎖に機能基を導入出来た点は,今後の研究展開の鍵となるであろう。加えて,ルイス酸の刺激で環状ポリビニルエーテルが動的にサイズ変換されることは,当初申請者が予測していなかった結果であり,今後の展開へ興味が持たれる。以上の理由より,当該研究はおおむね順調に進展していると判断される。上述の平成27年度の結果に基づき,平成28年度は環状構造から派生する誘導体の合成と,それら高分子の環状構造に基づく機能の発現を目指す。(1)さまざまな環状グラフト共重合体の合成:環拡大重合がブロック共重合可能である点,さらに後希釈法で単峰性環状高分子の合成が可能になった点を活かすと,例えば環の半分がグラフト鎖を持つ環状高分子や,側鎖のグラフト鎖がブロック共重合体となった高分子を合成する。それらをAFM等で測定することにより,環状高分子一分子での形態や,環状高分子が積層し自己組織化した構造体の観察を予定している。(2)環状ブロック共重合体の構築:本環拡大重合が多様なビニルエーテルを用い種々の環状高分子を与えることに着目し,これらをブロック重合することにより,異なる性質を有するセグメントが環に配置したジブロックを得る。これらを溶液やバルクでの挙動を観測し,直鎖と比較してどのように異なるかを明らかにする。さらに,これまでに例のない環状トリブロック共重合体の合成及び物性測定にも挑戦する。28年度が最終年度であるため、記入しない。
高校野球選手に見られる投球障害肩に対する三次元動作解析

研究対象は当初予定の32チーム約100名の投手から、最終的に22チーム80名の投手に変更され、調査を実施した。調査方法のうち(1)アンケート調査および全員の診察・レントゲン検査は対象80名に対して施行し得た。(2)投球動作の三次元解析については現在、対象者を順次呼び出しあるいは訪問によって解析を続行中である。現在までの結果は主に(1)によるものである。投球時の肩痛の既往がある選手は38.8%,現在投球時痛がある選手は12.5%であった。Relocationtestは肩の痛みや痛みの既往と有意な関連があったが、個々の病態との特異性はなかった。全身関節過可動性と肩関節動揺性は肩の痛みや、理学検査上の異常とは関連がなく、投球障害には無関係であるように思われた。肩峰の形態と肩の痛みやimpingement signはとくに関連性はなかった。但し,type II群には有意に肩甲上腕関節後面の圧痛が少ないことが判明した。以上の概要を第12回日本肩関節学会で報告した。