hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
照射精子受精卵におけるS期チェックポイントにかかわるp53機能ドメインの解析

我々は,マウス初期胚の放射線応答を解析し,p53依存性S期チェックポイントを発見している.今回は,精製したp53タンパクを微少注入する方法を用い,更なるp53の機能ドメインの解析を行った.放射線応答では,損傷感知キナーゼとしてATM,ATRが知られており,p53はこれらによりリン酸化されることで活性化される.ATM,ATRを共に活性阻害するcaffeineと,ATM阻害剤であるwortmanninを用いてS期チェックポイントへの影響を調べた.照射精子受精卵でのDNA合成抑制は双方のいずれの投与でも解除された.これよりS期チェックポイントにはATMが関与していることが示唆された.次に,p53タンパクのリン酸化部位に変異を導入したタンパクを照射精子受精卵に微少注入したがS期チェックポイントの阻害はみられず,DNA合成抑制を示した.このことより,S期チェックポイントにはATMによるp53タンパクのリン酸化は大きな役割を果たしていないかもしれない.p53は転写活性化因子として知られている.p53の転写活性化能がS期チェックポイントに必要かどうか調べた.転写活性化領域に変異の入ったp53タンパクをp53ノックアウト受精卵に微少注入したところ,DNA合成抑制が見られた.また,転写阻害剤であるα-amanitinを投与してもDNA合成には影響がなかった.これらは,S期チェックポイントにはp53の転写活性化は必要でないことを示している.一方,p53タンパクの配列特異的DNA結合領域に変異の入ったp53タンパクをp53ノックアウト照射精子受精卵に微少注入したところ,DNA合成抑制はみられなくなった.また,p53野生型を用いてドミナントネガティブ効果を試みたところDNA合成抑制が阻害された.以上より,p53のDNA結合が転写とは異なる機構を介してS期チェックポイントに関与していることが明らかとなった.しかし,ATMによるp53のリン酸化は必要としないことから,ATMがターゲットとする第三の未知のタンパクとp53が何らかの働きでS期チェックポイントに関与していることが示唆される.当研究室では,照射精子受精卵を用いて発生初期における損傷応答を研究している.現在までに,初期胚では,これまで報告がなかったp53依存性S期チェックポイントを明らかにした.この発見はp53遺伝子の機能に関するこれまでの常識をくつがえすものである.放射線応答シグナルとして,ATM, ATRが知られていて,p53の活性化にはこれらの分子によるリン酸化が必要である.初期胚でみられるS期チェックポイント機構にもATM, ATRが関与するかを検討した.方法として,ATM, ATRの活性阻害剤であるCaffeine,またATMの活性阻害剤であるWortmanninを用いてS期チェックポイントへの影響を調べた.非照射ではどちらの薬剤でも影響はみられなかった.しかし,X線照射によるDNA合成抑制はCaffeine, Wortmanninとも投与することにより解除された.これはp53依存性S期チェックポイントにATMが関与していることを示唆する.また,転写活性化領域に変異の入ったGST-p53タンパクをインジェクションしたところ,DNA合成抑制が見られた.転写阻害剤であるα-amanitinを投与してもDNA合成には影響がなかった。これらの結果は,S期チェックポイントにはp53が下流の遺伝子を活性化することによるのではないことを示唆している.しかし,配列特異的DNA結合領域に変異の入ったp53タンパクをインジェクションしたところ,照射精子受精卵において,DNA合成抑制はみられなくなった.以上のことより,p53のDNA結合が転写とは異なる機構を介してS期チェックポイントに関与していることがいえるであろう.我々は,マウス初期胚の放射線応答を解析し,p53依存性S期チェックポイントを発見している.今回は,精製したp53タンパクを微少注入する方法を用い,更なるp53の機能ドメインの解析を行った.放射線応答では,損傷感知キナーゼとしてATM,ATRが知られており,p53はこれらによりリン酸化されることで活性化される.ATM,ATRを共に活性阻害するcaffeineと,ATM阻害剤であるwortmanninを用いてS期チェックポイントへの影響を調べた.照射精子受精卵でのDNA合成抑制は双方のいずれの投与でも解除された.これよりS期チェックポイントにはATMが関与していることが示唆された.次に,p53タンパクのリン酸化部位に変異を導入したタンパクを照射精子受精卵に微少注入したがS期チェックポイントの阻害はみられず,DNA合成抑制を示した.このことより,S期チェックポイントにはATMによるp53タンパクのリン酸化は大きな役割を果たしていないかもしれない.p53は転写活性化因子として知られている.p53の転写活性化能がS期チェックポイントに必要かどうか調べた.転写活性化領域に変異の入ったp53タンパクをp53ノックアウト受精卵に微少注入したところ,DNA合成抑制が見られた.また,転写阻害剤であるα-amanitinを投与してもDNA合成には影響がなかった.これらは,S期チェックポイントにはp53の転写活性化は必要でないことを示している.一方,p53タンパクの配列特異的DNA結合領域に変異の入ったp53タンパクをp53ノックアウト照射精子受精卵に微少注入したところ,DNA合成抑制はみられなくなった.また,p53野生型を用いてドミナントネガティブ効果を試みたところDNA合成抑制が阻害された.以上より,p53のDNA結合が転写とは異なる機構を介してS期チェックポイントに関与していることが明らかとなった.

しかし,ATMによるp53のリン酸化は必要としないことから,ATMがターゲットとする第三の未知のタンパクとp53が何らかの働きでS期チェックポイントに関与していることが示唆される.
エネルギー調節と未分化性制御の協調的相互関係の分子基盤

がんの悪性進展において、がん特有の代謝調節の存在やその重要性が示されてきた。そこで、申請者は、エネルギー代謝調節とがんの未分化性・悪性形質との連関性を明らかにするため、悪性脳腫瘍(膠芽腫)モデルと化合物スクリーニングを組み合わせ、ミトコンドリアを傷害し、エネルギー代謝を抑制する化合物(候補化合物)が、膠芽腫細胞の生存率を抑制し、オートファジーを誘導することを見出した。そこで、オートファジー欠損細胞を作製し、解析したところ、オートファジー欠損は候補化合物に対する感受性を増加させた。さらに、候補化合物の作用を解析し、これらの化合物は細胞内カルシウム濃度を増加させ、カルシウムシグナルの異常を引き起こし、ミトコンドリアの活性酸素やアポトーシスを増加させること、逆に、カルシウムシグナルの阻害が候補化合物に対する感受性を抑制することを明らかした。マウスを用いた実験により、オートファジー阻害とカルシウムシグナルの異常を引き起こす候補化合物の組み合わせが、単剤の処置と比較し、より腫瘍抑制効果があることを示した(Cancer Sci. 2018,109(8):2497-2508)。また、抗精神薬の一部が、カルシウムシグナルの異常を引き起こす候補化合物と同様の効果があることを見出した。抗精神薬は中枢神経に作用するため、血液脳関門を通過でき、膠芽腫の治療に適していると考えられる。本研究は、膠芽腫において、オートファジーと薬剤応答を結びつける機構を明らかにし、膠芽腫の治療における、オートファジー経路の利用の有効性を示した。がんにおけるオートファジーの機能はがんの種類や状況によって異なり、がんの促進や治療薬に対する抵抗性に働く場合、逆に、発がん抑制や治療薬に対する感受性に働く場合の両方が報告されている。そのため、オートファジー経路をがん治療に利用するためには、がん細胞の薬剤応答におけるオートファジーの役割とその機構を明らかにする必要がある。我々は、膠芽腫細胞において、オートファジー阻害がカルシウムシグナルの異常を引き起こす候補化合物に対する感受性を上昇させ、逆に、カルシウムシグナルの阻害が候補化合物に対する感受性を抑制することを明らかした。さらに、マウスを用いた実験により、オートファジー阻害とカルシウムシグナルの異常を引き起こす候補化合物の組み合わせが、単剤の処置と比較し、より腫瘍抑制効果があることを示した(Cancer Sci. 2018,109(8):2497-2508)。また、抗精神薬の一部が、カルシウムシグナルの異常を引き起こす候補化合物と同様の効果があることを見つけ、その作用機構を解析中である。本研究課題において、オートファジー阻害が、カルシウムシグナルの異常を誘導する候補化合物に対する膠芽腫細胞の感受性を増加させることを明らかにした。オートファジーは細胞の飢餓状態時に、自食作用によって、エネルギーやアミノ酸の供給に働くとされている。そのため、カルシウムシグナルの異常を誘導する候補化合物に対する感受性における、オートファジーの役割を明らかにするため、オートファジー阻害時の代謝経路の異常をメタボローム解析により探索する。さらに、オートファジー阻害時の感受性の増加に関与する代謝経路を明らかにするため、ゲノム編集技術を用いた遺伝子ノックアウトスクリーニングを行う。また、本研究において、抗精神薬の一部が、カルシウムシグナルの異常を引き起こす薬剤と同様の効果があることを見つけたため、より詳細に、抗精神薬とカルシウムシグナルの異常を引き起こす候補化合物との作用の比較を行い、その作用機構を解析し、新しい膠芽腫の治療法を探索する。しかし、エネルギー代謝調節とがんの未分化性・悪性形質との連関の詳細は不明である。申請者は、悪性脳腫瘍(膠芽腫)モデルと化合物スクリーニングを組み合わせ、mTOR複合体1の活性化が、酸化的リン酸化を介したATP産生亢進作用によって未分化性を維持していることを見出した。また、この過程において得られたmTOR複合体1の活性が高い膠芽腫細胞のスフィア形性能をより効果的に抑制する化合物(候補化合物)は、mTOR複合体1の下流機能であるオートファジーを誘導した。そこで、我々の膠芽腫の系におけるオートファジーの役割を明らかにするために、患者由来膠芽腫細胞を用いて、オートファジー関連因子ATG5のノックアウト細胞を作製した。ATG5欠損細胞はLC3-IIの形成が起こらず、標準的オートファジー機能の欠損が確認できたが、スフィア形性能、増殖能、マウスにおける腫瘍形成能はコントロール細胞と差異はなかった。また、膠芽腫の治療薬テモゾロミドに対する感受性にも差がなく、オートファジー欠損による影響は見られなかった。しかし、ATG5欠損細胞は候補化合物に対してコントロール細胞より高い感受性を示した。候補化合物は細胞内カルシウム濃度を上昇させ、カルシウムシグナルの阻害によってATG5欠損細胞の感受性が抑制されたことから、オートファジー欠損膠芽腫細胞はカルシウムシグナルの異常な活性化に対し感受性を示すことを明らかにした。

我々は、膠芽腫細胞において、オートファジー欠損がカルシウムシグナルの異常を引き起こす薬剤に対する感受性を上昇させることを明らかした。これによりオートファジーと薬剤応答を結びつける機構が明らかになり、オートファジー経路のがん治療への応用を前進させる成果であるため。がんの悪性進展において、がん特有の代謝調節の存在やその重要性が示されてきた。そこで、申請者は、エネルギー代謝調節とがんの未分化性・悪性形質との連関性を明らかにするため、悪性脳腫瘍(膠芽腫)モデルと化合物スクリーニングを組み合わせ、ミトコンドリアを傷害し、エネルギー代謝を抑制する化合物(候補化合物)が、膠芽腫細胞の生存率を抑制し、オートファジーを誘導することを見出した。そこで、オートファジー欠損細胞を作製し、解析したところ、オートファジー欠損は候補化合物に対する感受性を増加させた。さらに、候補化合物の作用を解析し、これらの化合物は細胞内カルシウム濃度を増加させ、カルシウムシグナルの異常を引き起こし、ミトコンドリアの活性酸素やアポトーシスを増加させること、逆に、カルシウムシグナルの阻害が候補化合物に対する感受性を抑制することを明らかした。マウスを用いた実験により、オートファジー阻害とカルシウムシグナルの異常を引き起こす候補化合物の組み合わせが、単剤の処置と比較し、より腫瘍抑制効果があることを示した(Cancer Sci. 2018,109(8):2497-2508)。また、抗精神薬の一部が、カルシウムシグナルの異常を引き起こす候補化合物と同様の効果があることを見出した。抗精神薬は中枢神経に作用するため、血液脳関門を通過でき、膠芽腫の治療に適していると考えられる。本研究は、膠芽腫において、オートファジーと薬剤応答を結びつける機構を明らかにし、膠芽腫の治療における、オートファジー経路の利用の有効性を示した。がんにおけるオートファジーの機能はがんの種類や状況によって異なり、がんの促進や治療薬に対する抵抗性に働く場合、逆に、発がん抑制や治療薬に対する感受性に働く場合の両方が報告されている。そのため、オートファジー経路をがん治療に利用するためには、がん細胞の薬剤応答におけるオートファジーの役割とその機構を明らかにする必要がある。我々は、膠芽腫細胞において、オートファジー阻害がカルシウムシグナルの異常を引き起こす候補化合物に対する感受性を上昇させ、逆に、カルシウムシグナルの阻害が候補化合物に対する感受性を抑制することを明らかした。さらに、マウスを用いた実験により、オートファジー阻害とカルシウムシグナルの異常を引き起こす候補化合物の組み合わせが、単剤の処置と比較し、より腫瘍抑制効果があることを示した(Cancer Sci. 2018,109(8):2497-2508)。また、抗精神薬の一部が、カルシウムシグナルの異常を引き起こす候補化合物と同様の効果があることを見つけ、その作用機構を解析中である。
言語活動による子どもの概念変容の自覚を支援するITを活用した授業プログラムの開発

●研究目的子どものもつ素朴概念が多岐にわたる単元において,実験や観察によって得た科学的な見方や考え方をもとに現象を子ども同士相互に説明し合う活動を構想し,その活動において蓄積していく情報をもとに概念変容を言語化させ自覚化させていくデジタル運勢ライン法を活用した授業プログラムを開発した。●研究方法DFLはiPodtouchに搭載し,子ども一人ひとりが使える学習環境における授業プログラムの開発と授業プログラムの試案の施行及び評価をし,授業プログラム案の有効性を明らかにした。●研究成果小学校6年生の「電気の利用」を理解する単元において,子どもたちに仮説に対するコミットメントをDFLにラインとして表現させ、子ども自身の解釈や考え方の変容を説明し合う活動を構想した.2011年11月12月にかけて,9時間で授業を行った。その中で,構成した科学概念をライン法と言語によって表現させながら,論理的に説明することを促す授業を開発した。授業では,電気の存在についてはじめに誤概念を明確にするとともに,実験を通して,科学的な理解を促した後に,DFLを使って子ども自らの仮説に対するコミットとそのコミットの変容の理由について説明を促す場面を設定した。児童は,DFLを利用しながら電気はどこにでも存在していることについてはじめにもった考えと照らし合わせながら科学的に正しい説明を行い,電気についての誤概念を修正することができた。これらの成果については,平成23年度日本理科教育学会近畿支部大会において,口頭発表することで,研究者,実践者に紹介することができた。
児童期から思春期への移行期における問題行動とそれを抑止する教師の関わりの関連

本研究の目的は,児童期から思春期までの移行期に焦点を当て,学校適応がどう変化していくのか,また学校適応を促進するためにはどのような教師の関わりが効果的なのかを検討することであった。学校適応については2つの指標から検討する。1つ目は,問題行動であり,これは教師の目から見て問題である児童・生徒の行動である。2つ目は,向学校適応行動であり,これは教師の目から見て,児童・生徒が頑張っていると判断する行動である。教師の関わりは,3つの指標から検討する。1つ目は,児童・生徒が困っているときやトラブルを生じさせた時に教師が行う事後的関わりである。2つ目は,児童生徒が頑張っているときや普段の日常生活で教師が子ども達に働きかける能動的関わりである。3つ目は,授業中に勉強を教える学習時の関わりである。学校適応の指標と教師の関わりの指標が,小学校から中学校にかけてどう変化するのか,また,学校適応の指標と教師の関わりの指標の影響関係が学年ごとにどう変化するのかを明らかにすることが目的であった。これまで小学校4年次,5年次,6年次と3地点の縦断データを収集済みである。今年度は,これまで縦断調査をしてきた児童が,中学校に進級した中学1年次のデータを収集することで,児童期から思春期への移行期を捉えることが目的であった。その結果,公立中学校2校において,データを収集することができた。学校適応,特に学校内問題行動に関する研究では,横断調査を用いたものが多く,中学生を対象としたものが大半であった。本研究によって,学校内問題行動を児童期から思春期への移行期によって明らかにできるようになった。縦断調査のデータを2019年3月に収集した。年度末に調査を実施するのは,1年間の学校生活を振り返りながら,アンケートに回答してもらうためである。調査を実施し,アンケートを回収できたものの,今回の報告書までに詳細な分析を行うことができなかった。以上の理由から,やや遅れていると判断した。今年度の学会発表を通して,2018年度分のデータについては,より詳細に分析し遅れを取り戻したい。しかしながら,小学校から中学校への移行期を捉える4地点から構成されたデータは収集できており,研究計画上に大きな変更が生じるものではない。これまで実施してきた調査によって,小学校4年生から中学1年生までの4地点から構成される縦断データを収集することができた。2019年3月に収集したデータによって初めて,小学校から中学校への移行期をとらえるデータを得ることができた。小学校から中学校への移行期に,学校適応の指標や教師の関わりの指標において,どのような変化が生じているのか,データの分析を行いたい。その分析結果については,学会発表や論文として公表していく。今後は,小学校4年生から中学2年生までの5地点から構成される縦断調査を実施できるよう準備を進めていく。

小学校から中学校への移行期に,学校適応の指標や教師の関わりの指標において,どのような変化が生じているのか,データの分析を行いたい。その分析結果については,学会発表や論文として公表していく。今後は,小学校4年生から中学2年生までの5地点から構成される縦断調査を実施できるよう準備を進めていく。2019年度において,当初計画していなかった国際学会(国際学校心理学会)に参加することにした。その参加に必要な経費を確保するため,次年度に余剰金として繰り越すことにした。国際学校心理学会に参加することによって,学校適応や学校心理学に関する海外の動向を知ることが1つ目の目的である。2つ目の目的は,申請者がこれまで実施してきた学校適応に関する研究を国外にも発信しながら,海外の研究者と交流する機会を持つためである。今後の研究の幅を拡げるために国際学会に参加するのであり,研究計画は順調に進んでいくと見込んでいる。
標高に伴う気圧変化を考慮した湿地からのメタン放出量の再評価

標高にともなう大気圧変化が生態系からのメタン等の温暖化ガス放出に及ぼす影響を検証するために、大気圧を調整できる大型チャンバーシステムを開発し、このチャンバーシステムによる室内実験と、実際に野外調査をチベット高原の高山草原で行った。本研究によって、長期間の連続低圧環境が維持可能な実験システムの開発に成功した。一方、実際の野外調査では、高山環境下での低気圧がメタン放出に与える影響は明らかに出来なかったが、CO_2に関してはほとんど影響がないことを明らかにした。標高に伴う大気圧の変化が湿地からのメタン放出に及ぼす影響を評価するには、実際の現場での調査の他に、大気圧を調整できるような実験系を確立して気圧の影響を検証することが極めて重要である。植物を長期間栽培でき、かつ大気圧の調整が可能な実験系が存在しないため、H18年度には、大気圧が調整可能な実験システムの開発を行った。開発した実験システムは、円筒状の大型チャンバー(内径600mm×高さ1000mm:アクリル製)で、ダイヤフラムポンプとPID制御による大気圧調整機からなり、チャンバー内の気圧を1013hPa(低地の大気圧)から約500hPa(標高6000m程度の大気圧)の範囲で維持することが可能である。開発したシステムの特徴は、常にチャンバー内のガスを排気しつつ、同時にチャンバーの外部から大気をわずかに導入し続ける方法(半閉鎖型気圧調整法)をとることで長期間連続的に大気圧環境を維持できる点にある。H18年7月に行った試運転では5ヶ月間連続的に低気圧環境(600hPa)に維持しつつ、植物を栽培することに成功した。なお、植物栽培に必要な水や養分の供給は、チャンバー内部から外部へと通じているステンレス製チューブを経由して定期的に行うことが可能である。なお開発した実験システムは、国立環境研究所内にある温度、湿度および光条件を制御できる大型実験棟に設置しており、大気圧以外の環境条件の制御は大型実験棟を利用して行う。以上のように開発した実験システムは、大気圧の調整および長期運用が可能であり、今後は当実験システムを用いて実際に湿地植物を栽培して、大気圧がメタン放出に及ぼす影響を検証する。標高に伴う大気圧の変化が生態糸に及ほす影響を評価するうえで,本研究では初年度に開発した実験システムを用いた検証とともに,実際の野外での検証が不可欠である。一昨年度(H18年度)は、大気圧を御させられる実験システムの構築に成功したので,H19年度は実際の野外での観測を行った。その際に,本研究での最終目的は「湿地からのメタン放出に及ぼす大気圧の影響」であるが,H19年度の野外観測では,開発した測定システムの検証も含めて湿地よりも観測を行ない易い二酸化炭素(CO2)を対象とし,標高3200mから4200m(大気圧:683.6haから600.5haまで)に広がるチベット高山草原で調査を行った。標高200m毎に5つの調査地を設置して,開発したチャンバーシステムを用いて生態系CO2フラックス(生態系レベルの生態系呼吸量)の観測を2008年7月下旬から8月上旬に行なった。その結果,生態系レベルの生態系呼吸量は,標高が上がり大気圧が下がるにつれて小さくなる傾向を示した。これらの結果を植物量あたりの生態系呼吸量で評価しても,同様の傾向が見られ,その主な要因が標高に伴う温度の低下であるこどが示唆された。このことは,同じ生物量であった場合でも標高が上がるにつれて(気圧が低下するにつれて)生態系レベルのCO2放出量は小さくなる傾向を示唆している。この野外での観測結果は,本研究の仮説である「標高に伴う気圧の低下が土壌中で生成されるガスの放出を促進する」という仮説とは異なった。今後は開発した実験システムを用いた検証とともに実際に湿地でのメタン放出を測定する事で大気圧がメタン放出に及ぼす影響を検証する。植物を長期間栽培でき、かつ大気圧の調整が可能な実験系が存在しないため、初年度に、大気圧が調整可能な実験システムの開発を行った。開発した実験システムは、円筒状の大型チャンバー(内径600mm×高さ1000mm :アクリル製)で、ダイヤフラムポンプとPID制御による大気圧調整機からなり、チャンバー内の気圧を1013hPa(低地の大気圧)から約500hPa(標高6000m程度の大気圧)の範囲で維持することが可能である。

その後、植物栽培に必要な水や養分の供給は、チャンバー内部から外部へと通じるコック付きチューブを経由して定期的に行えるように改良した。なお開発した実験システムは、国立環境研究所内にある温度、湿度および光条件を制御できる大型実験棟に設置しており、大気圧以外の環境条件の制御は大型実験棟を利用して行った。これに加えて、高山湿地が多数存在するチベット高原湿地および高山草原にて実際にメタンおよびCO2フラックスの測定を行った。諸事情によって、メタンガスを採取したバイアル瓶を国内に持ち込むことが出来ず、メタンフラックスの定量化は出来なかったものの、CO_2フラックスに関しては、気圧の影響はほとんど見られないことを明らかにした。
エアロゾルプロセスによるシリコン量子ドット材料創製

シリコン、炭素など、埋蔵量が豊富でかつ毒性の低い材料系において、高度に制御された量子ドット構造を形成することで、次世代高効率太陽電池などに用いられる光電変換材料の合成プロセスの開発を行った。このために、シリコンを核として、その周りを透明導電体でコーティングした二層構造ナノ粒子(コアシェル粒子)を、レーザー技術とエアロゾル技術の融合によってワンステップに直接合成することに成功した。また、これを薄膜状に積層した量子ドット構造体を形成するプロセスの開発を行った。本研究では、エアロゾルプロセスによる量子ドット材料の創製を目的として、1)Si量子ドットのエアロゾル合成、2)表面修飾によるコアシェル構造の作製、3)量子ドットナノ構造と光エネルギー変換効率との相関の解明を行っている。初年度である今年度は、サイズ、組成、粒径分布、形状、結晶性が制御された直径が210nmの単分散Siナノ粒子合成法を開発するために、管型電気炉内での種々の固体ターゲットのレーザー照射により非平衡プラズマ場を形成し、核生成過程を経由してナノ粒子を生成し、その生成過程を解析した。特に、均一粒子の生成が見込まれる2001000Pa程度で生成場の圧力を精密に制御し、さらにレーザー照射場の温度を常温1000°Cまで変化させたところ、管内での膜状のナノ構造体の析出が確認された。また生成したナノ粒子のサイズ分布を低圧動作型のモビリティーアナライザによってオンライン計測し、Siナノ粒子が得られる条件を実験的に決定した。さらに、粒子生成場の速度・温度分布ならびに核生成による粒子の生成・成長過程を汎用数値流体シミュレーションによって解析した。また、ナノ粒子の表面修飾に関して本年度は、ターゲット材料にSiの他に炭素を用い、コアシェル構造の形成を試みた。生成したナノ粒子へのレーザーの再照射を行うことで、アモルファスからグラファイト状のシェル構造が形成されることを明らかにした。今後は本年度得られた知見を利用して、Siナノ粒子上へのグラファイトのヘテロ成長機構を解析し、さらに得られたコアシェル粒子の物性を評価していく予定である。また、本年度に光エネルギー変換効率評価装置を導入し、得られたSiナノ粒子構造体の光エネルギー変換特性の評価を開始した。表面に機能を有する量子ドット材料の創製のために、まず昨年度に引き続き、シリコンをコアとしたコアシェル粒子のワンステップ合成を試みた。具体的には、レーザーアブレーションのターゲット形状とレーザー照射条件を最適化することで、コアとなるシリコンと、シェル材料である亜鉛もしくは銀を同時に気化させ、その粒子化(核生成)のタイミングを制御することで、ワンステップで種々の複合構造を有するナノ粒子を合成することに成功した。得られた生成物を高分解能透過型電子顕微鏡で観察したところ、直径10nm以下のシリコン量子ドットの周りに数nmのシェル材料が被覆されたコアシェル粒子であることが分かり、その直径とシェル厚みをレーザーと系の圧力により制御できることが明らかとなった。また、ナノテクノロジープラットフォームの支援を受け、得られた粒子のさらなる構造解析を行ったところ、Agをシェル材料とした場合には、シリコン粒子表面にAgが部分的に被覆したパッチ構造が形成されることが分かり、この境界粒径となる条件を界面エネルギーを用いて理論的に解析した。さらに得られた量子ドットコアシェル粒子の基板上への堆積法とデバイス化についての検討も行った。堆積基板として表面に絶縁性の酸化膜を形成したシリコン基板に、エッチングによって数mm程度のホールを形成し、その部分にナノ粒子をインパクタにより選択的に堆積を行った。得られた構造体の表面に、スパッタリングによって透明導電膜を堆積させ、その電気抵抗を計測したところ、ナノ粒子構造体のIV特性を計測することができた。現在のところ、シリコンの結晶性が低いため、光電変換効率が非常に低い結果となっているが、今後アニーリングなどによってさらなる効率の向上を試みる予定である。本研究の目的である、エアロゾルプロセスによる量子ドット材料創成のために、今年度は特に、表面修飾によるコアシェル構造の作製について検討を行った。昨年度までの結果より、量子ドット活性層となるシリコンナノ粒子の合成条件が得られているため、今年度はエアロゾルプロセスを用いて、透明導電体のシェルを被覆するプロセスの開発を行った。具体的には、シリコンと亜鉛の二成分固体ターゲットを用い、これにレーザー光を同時照射し、レーザー照射による非平衡プロセスを用いることでコアシェルナノ粒子のワンステップ合成を試みた。得られたナノ粒子を透過型電子顕微鏡で観察したところ、レーザーの照射強度と二成分ターゲットへの照射面積比ならびに系の圧力・温度などの操作パラメータを調整することで、得られるナノ粒子の形態をある程度制御可能であることが明らかとなり、シリコンをコア、酸化亜鉛をシェルとしたコアシェルナノ粒子の合成条件を見いだすことができた。さらに、シェル材料の候補として、昨年より検討を開始した炭素系の材料について、レーザー光を気中浮遊粒子に再照射することにより、炭素のナノ構造変化が生じ結果的に数層のグラフェン層からなるナノカーボンが合成できることが明らかとなった。このレーザー照射による炭素ナノ構造の変化過程、すなわちレーザー誘発相転移について、レーザーの照射条件と得られるナノカーボンの特性について検討を行った。

さらに、これらのナノ粒子を実際に光エネルギー変換デバイスとして用いるための素子化のために固体基板上へのナノ粒子の堆積制御プロセスの開発を開始した。エアロゾル状態のナノ粒子を静電場ならびに慣性力を利用して基板上に配列制御ならびに素子化に関する装置を開発し、これらの操作条件と得られる素子のナノ構造の関係について基礎的な知見が得られた。シリコンナノ粒子の生成に関しては当初の計画通り進展している。またシェル構造を形成する材料の候補として、炭素のレーザー照射によるグラファイトの生成など新たな知見も得られており、研究は概ね順調に進展している。25年度が最終年度であるため、記入しない。二成分ターゲットのレーザー同時照射によって、シリコンをコア、酸化亜鉛をシェルとしたコアシェルナノ粒子の合成に成功しており、当初の計画通り進展している。またシェル材料としてナノカーボンの合成に関する新たな知見も得られている。さらにこれらのナノ粒子を基板上に配列する手法について基礎的な検討を進めており、研究は概ね順調に進展している。次年度は複合構造を持ったコアシェル粒子の生成とその堆積によるナノ粒子薄膜の形成、素子化を重点的に行う予定である。得られた粒子の物性は、本学で所有する分析装置で解析するとともに連携研究者などの協力も受け、ナノ粒子のサイズ、構造とその光特性の相関に関する新たな知見を得ることを目指していく予定である。最終年度である次年度は、得られたコアシェル粒子の基板上への堆積と素子化を行い、得られた粒子の物性を透過型電子顕微鏡やラマン散乱などを用いて解析するとともに、太陽電池としての光エネルギー変換特性において、ナノ構造との相関に関する新たな知見を得ることを目指していく予定である。
Fe-Co-Al-0グラニュラー膜のレーザー分光研究

平成17年度:超常磁性Co-Al-O膜中の室温磁気励起をブリルアン散乱により観測し、磁場誘起強磁性秩序の発達とともに緩和型散乱ピークが強磁性スピン波ピークに移行する過程を初めて捉えた。この成果は京都国際磁性会議ICM2006で発表した。微粒子磁化の動力学解明のため、低温測定を計画している。次に、組成の異なる3枚の強磁性Co-AI-O膜について室温でスピン波散乱を観測し、交換磁場を含む磁気定数を決定した。この研究において電気抵抗率ρと交換磁場H_<ex>が逆二乗則ρ∝H_<ex>^<-2>を満たすことを見出した。この結果は、Co-Al-O強磁性膜ではCo微粒子間の電子移動が電気伝導と強磁性交換相互作用を同時に担うことを示している。この実験結果はこれまで全く報告されていない。本研究成果のグラニュラー磁性材料の開発における重要性は、(1)グラニュラー磁性膜においても強磁性領域では微粒子間に交換相互作用が働くこと、(2)直接測定が極めて困難な微粒子間交換磁場の強さを、比較的簡単に測定できる電気抵抗測定から定量的に評価する可能性が開かれた点にある。平成18年度:強磁性Co-Al-O膜で見出した逆二乗則は金属-絶縁体グラニュラー強磁性膜に固有の電気・磁気物性と考えられる。従って、Co-Al-O強磁性膜と並んで重要な材料であるFe系グラニュラー膜についても成立することが期待される。平成18年度は4つの異なる組成の強磁性Fe-Al-Oグラニュラー膜についての系統的にブリルアン散乱測定を行い、交換磁場を決定した。電気抵抗の結果と併せて、Fe-Al-O膜でも逆二乗則が成立していることを確認した。Co-Al-OとFe-Al-Oに対する逆二乗則はそれぞれρ_<Co>=22.1×H_<ex>^<-2>(μΩ・cm),ρ_<Fe>=30.3×H_<ex>^<-2>(μΩ・cm)と表わされる。ただし、交換磁場はkOe単位である。2年間の研究機関で得られた上記の研究成果は、国際磁性会議ICM2006、応用磁気学会、物理学会でそれぞれ報告した。代表者と共同研究者は研究の更なる発展を目指して有志の研究会を組織し、2006年11月に第一回目の勉強会を電気磁気材料研究所(仙台)で開催した。本年度はCo-Al-Oグラニュラー磁性膜を中心に、強磁性Co-Al-O膜中に室温において熱励起されたスピン波によるブリルアン散乱を観測し、磁気定数、特に交換磁場の大きさを決定した。

本研究により、強磁性Co-Al-O膜における交換磁場の強さと膜の電気抵抗率の間には明確な相関が存在し、交換磁場が強い膜ほど電気抵抗率が小さくなることが分かった。電気抵抗率と交換磁揚の詳細な解析を行った結果、電気抵抗率が交換磁場の逆二乗に比例することを見出した。この結果は、グラニュラー磁性膜では磁性微粒子間の電子移動が交換相互作用を直接担っていることを明確に示している。このような研究結果はこれまで全く報告されておらず、本研究の極めて重要な成果である。この結果はグラニュラー磁性材料開発において重要な指針を与える。即ち、比較的簡単に行える電気抵抗測定から測定が極めて困難な微粒子間交換相互作用の強さを定量的に評価する道が開かれた。現在、Fe-Al-Oグラニュラー磁性膜についてもブリルアン散乱測定を進めている。超常磁性Co-Al-O膜についても磁気散乱の観測に成功した。微粒子の磁気配向きが大きく乱れた低磁場では磁気励起の減衰が大きく、磁気散乱スペクトルは過減衰もしくは緩和型ピークとして観測される。一方、強い外部磁場により微粒子の磁化が強制的に強磁性配向させられると、磁気励起スペクトルは通常の強磁性スピン波スペクトルに類似する。磁気励起振動数の磁場依存性を解析した結果、磁気異方性と微粒子問交換相互作用の寄与は無視できるほど小さいことが分かった。このような磁場誘起磁気秩序と磁気励起の関係はこれまでに報告されておらず、本年度の大きな研究成果である。以上の研究成果は、2005年応用磁気学会(長野,9月)、2006年物理学会(松山,3月)で報告し、国際磁性会議ICM2006(京都,8月)で発表予定である。平成17年度の研究(初年度)において、Co-Al-O強磁性グラニュラー膜中に熱励起されたスピン波をブリルアン散乱により観測し、スピン波振動数の磁場依存性の解析から交換磁場を含む磁気定数を決定した。この研究において、試料の電気抵抗率ρと交換磁場H_<ex>の間に逆二乗則ρ∝H_<ex>^<-2>が成立することを見出した。Co-Al-O強磁性膜ではCo微粒子間の電子移動が電気伝導と強磁性交換相互作用を同時に担っていることを示している。このような実験結果はこれまで全く報告されておらず、グラニュラー磁性材料の開発において極めて重要な成果である。即ち、グラニュラー磁性膜においても強磁性領域では微粒子間に交換相互作用が働いており、直接測定が極めて困難な微粒子間交換磁場の強さを測定が比較的簡単な電気抵抗測定から定量的に評価する道が開かれた。逆二乗則は金属-絶縁体グラニュラー強磁性膜に固有の電気・磁気特性と考えられることから、Co系グラニュラー材料と並んで重要な材料であるFe系グラニュラー膜についても成立することが期待される。平成18年度はFe-Al-Oグラニュラー強磁性膜について系統的なスピン波ブリルアン散乱測定を行い、逆二乗則が成立していることを確認した。Co-Al-OとFe-Al-Oに対する逆二乗則は具体的に、と表わされる。ただし、交換磁場はkOe単位である。次の課題として、金属-絶縁体グラニュラー強磁性膜における誘導磁気異方性の機構解明と制御に関する研究を開始している。以上の研究成果は、国際磁性会議ICM2006(京都,8月)、2006年応用磁気学会(松江,9月)で発表した。代表者と共同研究者は研究の更なる発展を目指して有志の研究会を組織し、2006年11月に第一回目の勉強会を電気磁気材料研究所(仙台)で開催した。
タイト結合の機能の制御機構に関する分子解剖学的研究

タイト結合の膜蛋白であるoccludinは、N末端とC末端を細胞質側に向け細胞膜を4回貫通する。一方、タイト結合の裏打ち構造を構成する蛋白の一つであるZO-1はoccludinのC末端と結合し、occludinと細胞骨格の結合を仲介していると考えられている。本研究では、MDCK細胞にZO-1のoccludin binding domainのみを過剰発現し、occludinと細胞骨格の連絡を阻害することによりタイト結合に起こる変化を透過型電子顕微鏡およびフリーズフラクチャー法により形態学的に、また、transepithelial electrical resistanceにより機能的に評価することを目的とする。最初に、マウス肺のcDNAライブラリーをスクリーニングしoccludinとZO-1のcDNAの一部を取得した。何れも、5'側の配列が不足していたのでPCRを用いて全長を取得した。次に、occludinの細胞質C末端に相当する領域をpGAD424 vectorに挿入し、マウス肝臓のcDNAをpGAD10 vectorに組み込んで作製したライブラリーをtwo hybrid systemを用いてスクリーニングした。しかし、occludinのC末端と特異的に結合する新たな蛋白質を見い出すことはできなかった。また、ZO-1のcDNAをpGAD10 vectorに組み込んで同様の実験を行ったが結果は得られなかった。そこで、実験系を変更し、in vitro filterbinding assay法により蛋白質相互作用を検討することにした。pGEX vectorにoccludinあるいはZO-1のcDNAを組み込みグルタチオン-S-トランスフェラーゼとの融合蛋白質として大腸菌に発現させ、filter上で蛋白質相互作用を検討する。現在、大腸菌による発現と精製を行っているところである。最近、membrane-associated guanylate kinase homologuefamilyのPDZ domainが他の蛋白質との結合に重要であることがわかってきた。ZO-1はこのファミリーに属しN末端にPDZ domainを持っており、特にこのdomainに注目して発現ベクターを構築中である。今後、さらに検討が必要である。
ハプティックインターフェイスを指向した生体用接触圧力及びせん断力センサの新規構築

平成22年度は最終年度であり,前年度までの研究成果を踏まえ,次の研究項目を実施することにより,生体用せん断応力・接触圧力分布センサのプロトタイプの構築なる本研究の目的を達成した。1.基本構造単位の3次元集積化微細加工技術を用い,せん断応力センサの基本構造単位を面内に5×3個アレイ状に集積することにより,せん断応力センサの2次元化を行った。これによりせん断応力の分布計測を可能にした。また,基本構造単位におけるせん断応力検出の電極パターンの改良を行い,感受性の向上を図るとともに,これまで困難であったせん断応力作用方向の検出を可能にした。さらに従来の接触圧力測定のためのセンサ構造も同時に集積することにより,接触圧力分布の測定機能を付加した高機能化を行った。これにより,厚さ方向の集積化を行うことなしに接触圧力分布とせん断応力分布の同時測定に成功した。2.複合負荷試験に基づいた特性評価前年度製作したせん断力試験装置に対し,垂直力の高精度な制御が行えるように改良を行い,試作した集積化センサのせん断応力-電気抵抗特性とそれらの感度均一性に関する特性評価を行った。また,接触圧力作用下での測定値におけるせん断応力と接触圧力との分離性についても評価を行い,これらを各々的確にかっ同時に測定可能であることを確認した。3.集積化センサの生休への応用集積化したセンサを健常者の膝蓋腱部に接着し,その上から骨折固定に用いる下腿装具を装着した状態で歩行を行い,歩行中の装具内接触圧力とせん断応力の分布測定に初めて成功し,生体のせん断応力・接触圧力分布を同時測定可能なセンサのプロトタイプ構築を達成した。本年度は初年度であり,次の研究項目を実施した。1.センサ基本構造の創製これまで申請者らが開発に成功している高空間分解能の生体接触圧力センサは,感圧導電塗料を塗布した櫛目状電極を対向かつ直交させた構造となっている。これまでの導電塗料よりも高感度で柔軟性に富む感圧材料として,ポリピロールなどを主材料とした導電性高分子材料を用いてセンサの作製を行った。ホイートストンブリッジ回路を参考にして,せん断応力による出力に対する垂直応力の影響を排除し,上下電極間の面内方向変位を測定できる機構を創製した。フォトリソグラフィー技術により専用の銅箔電極のパターン形状の微細加工を行い,さらにポリピロール感圧導電層との積層化構造を新たに試作することにより,1測定点におけるせん断応力測定のためのセンサ基本構造の実現に成功した。2.せん断力負荷試験に基づいた特性評価試作したセンサ基本構造に対し,せん断応力負荷試験を実現するため,ロードセルとリニアアクチュエータを用いた試験装置を製作した。装置には,せん断力を制御するだけでなく垂直力も負荷できる機構を備えた。同試験装置を用いて,センサ基本構造のせん断応力-電気抵抗特性(感度)の評価を行った。垂直応力の大小によらず作用させたせん断応力に対応する出力を再現性よく得ることができた。また,垂直応力すなわち接触圧力とせん断応力を独立に負荷除荷する実験を行い,1つのセンサ基本構造によって,接触圧力とせん断応力各々の変化を同時に測定可能であることを示した。これらによりセンサ基本構造の有用性を確認した。
脳・神経細胞におけるインパルス・シグナリングの分子機構

平成元年度から平成3年度まで行われた重点領域研究「神経伝達」に於いては概略以下のような重要な知見が得られた。1)プレシナプス内におけるCaイオンの一過性の上昇にはN型Caチャンネルの他にP型Caチャンネルも貢献することが分かった。2)シナプス小胞と膜の融合にはシナプトタグミンは無効だが、シナプシンIがDGキナーゼとして重要な役割を果たすことが示唆された。3)抗ホスファチジルセリン抗体の導入によりCキナーゼの細胞内活性化部位を可視化する事に成功した。以上のような事実をもとにシナプス小胞と膜融合のプロセスに関して全く新しいモデルを提唱した。このような我々の3年間に亙る研究成果を世に問うため、世界でも有数な権威と伝統を誇るニューヨーク科学アカデミー東京会議を下記の要領で開催した。(1)日時:平成5年1月12日1月15日(2)場所:早稲田大学国際会議場(4)参加者:総数約250名うち外国人シンポジスト21名、日本人シンポジスト11名、ポスター発表者120名会議は特別講演3件をはじめとして、レセプターとイオンチャンネルの世界最先端の発表が行われた。特に目を引いたのは、日本人若手研究者の発表の質の高さであった。これら発表はニューヨーク科学アカデミーの紀要(Annals)として本年8月頃に刊行される予定である。これとは別に計画研究班員・一般公募班員の3年間の業績集をまとめて刊行する予定である。
電気化学的エネルギー変換の工学的研究

研究目的将来のエネルギーシステムでは、電気エネルギーの効率的貯蔵法と化石燃料からのより効率的な発電が重要となる。このために期待されるシステムは「電気エネルギーの化学エネルギーとしての貯蔵」と「化学エネルギーを直接電気エネルギーへ変換する発電方式」である。研究成果の概要1.電力貯蔵・発電用次世代電池の開発に関する工学的研究溶融塩系の数百度、高温固体電解質系の千度で作動させ高効率が実現できる次世代電池関係5課題をとおし、溶融炭酸塩燃料電池の酸素極と水素燃料極の反応を速度論的に究明し電極材料設計の基礎を確立、高温固体電解質燃料電池開発に必要な酸素極材料としてのスパッター法によるペロブスカイト型酸化物の検討、プロトン導電性電解質を応用した水蒸気電解とその逆方向の水素・酸素燃料電池に関するペンチスケールテストによる実証、電力貯蔵用Na/X(X=S,Se,Te)系溶融塩高エネルギー密度電池の電極反応の解析、溶融炭奏塩の酸・塩基平衡の実験的検討を行った。2.メタノール化学エネルギーの電気化学的有効利用に関する研究3課題をとおして、高活性で耐被毒性に優れた電極触媒探究、ガス拡散電極を応用した従来の常識を打破した高性能極の実証、メタノール減極電解を亜鉛電解へ応用するための高性能極の開発と8千時間におよぶ実証がなされた。3.電気化学リアクター・材料関係4課題をとおして、大量の電気エネルギーを消費する現行のアルミニウム電解法にかわる画期的な省エネルギー電解法として期待される高温塩化アルミニウム電解を確立するに不可欠な内熱・二重電極式電解槽のスケールアップのための炉壁構造の検討、熱力学的に優先する酸素の発生を抑えて目的の塩素を高効率、高純度で電解採取するための塩水電解用高性能電極触媒の設計法の確立、流液型三次元電極を用いた高性能電気化学リアクター開発に必要な基礎の究明、現行より大容量の電源を塔載する人工衛星に必要な高性能水素極を水素吸蔵合金方式によりその画期的改良を達成しようとする研究、電池の中心である活物質の減極作用を工学的に扱う研究を行った。
デジタルメディアを活用した多視点・協同型デザイン討論支援環境の構築

これまでのAR・VRによる空間表示と体験技術を活用したシステム開発の経験を活かし,造形デザインや施設計画に対応できる実践的システム環境の構築に取り組んだ。3DCGモデルによるデザイン支援として,HMDに表示されたVR上の仮想空間で,設計者が試行錯誤的なモデリングを行う際のメンタルモデルを明らかにし,ジェスチャ操作による仮想空間インタフェースの開発を行った。従来のCAD/CGシステムは,設計者が事前に構想した設計案(モデル)をシステム毎に異なるコマンドを組み合わせた手続き(プロシージャ)で清書をするように進めるのに対し,提案システムでは,模型製作やスケッチ操作のアナロジーをベースにハンドジェスチャを実装,初学者でも直感的にモデリングを行えるシステムの提案を行った。次に3DCGによるパラメトリックデザイン支援ツールの開発にも取り組んだ。前述のようにCAD/CGシステムの使いこなしには習熟が必要であり,設計者の試行錯誤的なデザイン思考に迅速に対応できているとは言い難い。提案システムでは,汎用CAD/CGシステムをベースに,基本形状の選択,変形などの編集,レンダリングによるデザイン案の確認の一連のプロセスをシームレスにつなぐことで,短時間で複数のデザイン案を仮想空間上でヒューリスティックに探索できるデザイン支援ツールの構築を行った。またARなどの強化現実技術は,ワークプレイスやラーニングコモンズといった諸施設の運用状況を把握,改善する施設計画に有効と考え,利用者がスマホなどの端末から仮想空間上にコメントやアノテーションが行えるツールの開発を行った。利用者が施設利用上の問題を仮想空間に直接書き込み,共有することで円滑なファシリティマネジメントを行うことを目的とする。以上のように仮想空間による情報ナビゲーションとインタフェースについて研究・開発を行った。デジタルメディアを活用した多視点・多人数参加型のデザイン討論環境及びシステム構築にあたり,デザイン討論のファシリテーション支援に必要な機能を,1ARによるデザイン対象の具体的な体感と表現のシミュレーション,2デザイン討論過程で交わされる様々なスケッチやメモなどのデザインリソースをWeb上で共有するアーカイブ,3デジタルデータとして定義されたデザイン対象の3次元モデルを直感的に操作・編集できるVR対応のインターフェースの3つと位置づけ,研究初年度は,デザイン討論を円滑に行うシステムインターフェースの試作と評価を中心に研究に取り組んだ.ARによるデザイン評価支援ツールでは,UnityとAR開発環境Vuforiaにより,現実空間にCGモデルをインポーズするシステムインターフェース試作を行った.現在,より高精度で操作性の高いインタフェースを実現するSmartARによる開発に取り組んでいる.Webに対応したデザインリソースアーカイブは,Webデータベースソフト(FileMaker Server)によるフレームワークを構築,学生によるデザイン討論実験を通じて評価を行なっている.またアーカイブに蓄積されたリソースをファシリテータが俯瞰し,マネジメントに活用できるリッチインターフェースの構築に取り組んでいる.VRに対応した直感的操作を可能にするインターフェースは,非接触型デバイス(LeapMotion)を利用して,3次元モデルを複雑な操作コマンドや手順によらず,積み木や模型を作るような操作で直接CGモデルを扱えるシステムの試作と評価実験を行なった.ARによる臨場感を高めたデザイン評価,デザイン討論履歴のアーカイブ,VRによるデジタルモデルの直感的操作方法といった個別の要素技術について,デザインファシリテーションにおける優位性や問題点について知見が得ることができ,一定の技術的成果を上げることができた.また学生によるデザインコンペプロジェクトにおいても,これらの試作システムを部分的に利用し,少人数のチームによるデザイン作業で活用できるとの評価を得ている.しかし,現状ではこれらの技術は独立したシステム環境で運用されており,実際の運用を目指す上でシームレスなデータ連携が必要と考えている.多人数参加及び多視点でのデザイン討論支援環境の構築にあたり,デジタルメディアによる強化現実(AR)技術を実空間に導入するとともに,デザイン討論のファシリテーション支援と討論プロセスを履歴として蓄積,再利用できることが必要と考えた。研究2年目の段階では,これらの討論支援ツールのプロトタイプ構築に取り組んだ。ARによるデザイン検討作業を現地で周囲の状況を確認しながら行えるオンサイト(現地対応)型のツールの開発を行った。このツールは,事前に3次元モデルとして作成した検討案を組み込んだアプリとタブレット端末を利用して,検討対象を設置する現地にてARモデルを表示,複数の参加者が気づいたことやデザイン上の問題点をアノテーションマーカーとコメントでDBサーバに蓄積する。また,マーカーレス技術を用いるこことでモデル表示の煩わしさやマーカーのサイズによる表示範囲の制約を緩和することができた。次に,多人数でのデザイン討論において,逐次追加・更新されるデザイン案の提示やコメントを保存するWeb対応のデータベース機能に加え,討論参加者のアイデアの展開や引用,コメントなどのやりとりを,グラフ理論をもとにしたセミラティス構造のビジュアルマップとして視覚化できるシステム環境とデザイン討論の量的・質的な評価技法の構築を行った。RDBに記録した討論記録をグラフ型DBにより,デザイン提案とコメントをリソースのノード(結節点),他の参加者からの引用や参照をリンク(関連)としてマップ化することで,視覚的にデザイン討論の展開を俯瞰することができる。また関連研究として,仮想空間上に配置したモデルを指や手の動き(ジェスチャー)で操作できる次世代型のインターフェースの開発やデザイン活動のための空間構成やスペースのあり方について調査研究も行った。3次元モデルによるデザイン検討支援,AR/VRによる空間評価ツールの試作といったシミュレーション環境の構築,仮想空間上で模型やモデルを直感的な手順や操作で扱えるインターフェース,グループワークとしてデザイン討論をメディエートするファシリテーション技法,さらにはデザイン討論のためのミーティングスペースの什器やデバイスの整備などは個々の技術研究は順調に進んでいる。一方で,HMD(ヘッドマウントディスプレイ)などのハードウェアの性能やAR/VRのプログラミング開発環境は,急速に変化しており,今後主流になるこれらの技術に十分対応しているとは言えない。

特にHMD及びモーションジェスチャーによる仮想空間体験とモデル操作は,将来的な展望を含めた技術的考察が必要と考えられる。最後に,これらの技術やツールは,試作として個別に開発に取り組んでいる段階で,統合的なシステム環境として十分に連携利用できるまでに至っていないことが課題となっている。これまでのAR・VRによる空間表示と体験技術を活用したシステム開発の経験を活かし,造形デザインや施設計画に対応できる実践的システム環境の構築に取り組んだ。3DCGモデルによるデザイン支援として,HMDに表示されたVR上の仮想空間で,設計者が試行錯誤的なモデリングを行う際のメンタルモデルを明らかにし,ジェスチャ操作による仮想空間インタフェースの開発を行った。従来のCAD/CGシステムは,設計者が事前に構想した設計案(モデル)をシステム毎に異なるコマンドを組み合わせた手続き(プロシージャ)で清書をするように進めるのに対し,提案システムでは,模型製作やスケッチ操作のアナロジーをベースにハンドジェスチャを実装,初学者でも直感的にモデリングを行えるシステムの提案を行った。次に3DCGによるパラメトリックデザイン支援ツールの開発にも取り組んだ。前述のようにCAD/CGシステムの使いこなしには習熟が必要であり,設計者の試行錯誤的なデザイン思考に迅速に対応できているとは言い難い。提案システムでは,汎用CAD/CGシステムをベースに,基本形状の選択,変形などの編集,レンダリングによるデザイン案の確認の一連のプロセスをシームレスにつなぐことで,短時間で複数のデザイン案を仮想空間上でヒューリスティックに探索できるデザイン支援ツールの構築を行った。またARなどの強化現実技術は,ワークプレイスやラーニングコモンズといった諸施設の運用状況を把握,改善する施設計画に有効と考え,利用者がスマホなどの端末から仮想空間上にコメントやアノテーションが行えるツールの開発を行った。利用者が施設利用上の問題を仮想空間に直接書き込み,共有することで円滑なファシリティマネジメントを行うことを目的とする。以上のように仮想空間による情報ナビゲーションとインタフェースについて研究・開発を行った。