hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
樹木リョウブの重金属集積メカニズムの解明－内生菌に着目して－

本年度はリョウブ葉内、根内内生菌叢の季節変化と元素濃度について調べ、他樹種としてタカノツメとの比較を行った。結果として、リョウブ葉内では5月に優占した種が7月以降は消え、他の種が優占した。落葉前の11月は夏期に優占した種以外の種も多く出現していた。夏期に優占した種は重金属耐性が確認された種だった。一方で、タカノツメ葉内内生菌は季節ごとの明確な優占パターンは確認できなかった。根の内生菌叢については、リョウブで5-7月は共通する4種が優占する傾向があった。11月には5-7月と共通する1種の他、異なる2種が出現し、3種が優占する傾向があった。タカノツメ根では特定の1種が1年優占する傾向があり、リョウブ根11月の優占種と共通していた。重金属濃度についてはリョウブ葉内でタカノツメに比べCo濃度が20倍、Mn濃度が3倍高かった。また、リョウブのCo、Mn濃度は秋にかけて高濃度になる傾向が確認された。重金属耐性種が優占したのは、葉内のCo、Mn濃度が影響した可能性がある。また、接種試験として2種類の実験を行った。葉内内生菌の接種試験では、重金属耐性が確認された内生菌を無菌幼植物体に接種し、Co処理を行った場合に重金属集積に影響するかを調べた。結果としては、非接種区と接種区で成長や各器官重金属濃度に明確な影響は確認されなかった。根内内生菌の接種試験では、Co、Niを集積させた幼植物体に蛇紋岩土壌区、名大土壌区の土壌抽出物を接種し、非接種区との比較により重金属集積の違いが内生菌に与える影響を調べた。結果として、Ni処理名大区のリョウブでのみ他条件よりも成長増加が確認された。また、重金属濃度に他区との違いは確認できなかったが、K、P濃度が低かった。これらから内生菌の養分吸収によらない補助成長促進効作用が確認され、集積した重金属によって内生菌叢を調整し、成長を補助している可能性が示唆された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。重金属汚染地の緑化や浄化を目指した植物の重金属集積機構解明の上で、微生物は重金属集積と密接な関係が示唆されている。本申請課題では、リョウブ樹体内に生息する内生微生物の内、特に内生糸状菌が重金属集積に関与するという仮説をたて、内生糸状菌が関わるリョウブのニッケル(Ni)、コバルト(Co)集積機構を明らかにすることを目的とした。本年度はリョウブ葉内重金属に関わる実験として、Co、Ni溶液処理を行い生育させたリョウブに対して、シンクロトロン光を用いたX線分析を行った。リョウブ葉中においてCoは先端に集積し、Niは葉縁に局在しており、各部位での隔離がリョウブの重金属耐性メカニズムであることが考えられた。また、局在部位におけるXANES測定からCoは硫酸、Niは有機酸との結合が示唆された。合わせて葉中の硫酸、有機酸をイオンクロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィーにより定量分析を行ったところ、Co蓄積したリョウブ葉中で硫酸濃度の増加が確認され、Ni蓄積した葉中では有機酸の内、コハク酸、シュウ酸濃度の増加が確認された。それぞれの物質はリョウブ葉中の液胞内においてCoまたはNiと結合していることが予想された。内生菌に関わる実験として、リョウブ葉内内生菌において、リョウブの重金属集積性が異なる2サイトでの種組成、重金属への耐性の比較を行った。結果として、2サイト間で5種は共通していたが、異なる種が3種分離され、葉内に集積された重金属の種類が影響していることが考えられた。耐性試験において分離された内生菌のいくつかの種はNiとCoの内、分離されたサイトのリョウブ葉内で高濃度だった重金属によって成長が抑制された。また、分離サイトが異なる場合、同種であってもNiとCoに異なる応答を示したため、分離株間で重金属に関わる特性が変化していることが示された。本年度における特筆すべき研究成果としては、CoとNiのリョウブ葉における局在を、愛知シンクロトロンセンターにおいてX線分析により明らかにしたことである。Coは葉の先端に、Niは葉縁や主脈に局在することが明らかになった。また、CoやNiの局在する部位における有機酸やイオウについても分析をおこなっており、これら重金属の化学形態についても、興味深い知見を得ている。このような元素の局在は、並行して実施している内生菌に関する研究ともリンクしていくものと期待できる。研究課題となっている内生菌については、リョウブ葉に内生する種を同定し、それらの菌における重金属耐性を明らかにしている。このような知見の蓄積により、次年度には、リョウブにおける重金属集積メカニズムにおける内生菌の役割が解明できると期待している。

一方で、タカノツメ葉内内生菌は季節ごとの明確な優占パターンは確認できなかった。根の内生菌叢については、リョウブで5-7月は共通する4種が優占する傾向があった。11月には5-7月と共通する1種の他、異なる2種が出現し、3種が優占する傾向があった。タカノツメ根では特定の1種が1年優占する傾向があり、リョウブ根11月の優占種と共通していた。重金属濃度についてはリョウブ葉内でタカノツメに比べCo濃度が20倍、Mn濃度が3倍高かった。また、リョウブのCo、Mn濃度は秋にかけて高濃度になる傾向が確認された。重金属耐性種が優占したのは、葉内のCo、Mn濃度が影響した可能性がある。また、接種試験として2種類の実験を行った。葉内内生菌の接種試験では、重金属耐性が確認された内生菌を無菌幼植物体に接種し、Co処理を行った場合に重金属集積に影響するかを調べた。結果としては、非接種区と接種区で成長や各器官重金属濃度に明確な影響は確認されなかった。根内内生菌の接種試験では、Co、Niを集積させた幼植物体に蛇紋岩土壌区、名大土壌区の土壌抽出物を接種し、非接種区との比較により重金属集積の違いが内生菌に与える影響を調べた。結果として、Ni処理名大区のリョウブでのみ他条件よりも成長増加が確認された。また、重金属濃度に他区との違いは確認できなかったが、K、P濃度が低かった。これらから内生菌の養分吸収によらない補助成長促進効作用が確認され、集積した重金属によって内生菌叢を調整し、成長を補助している可能性が示唆された。地下部の内生菌についても本年度と同様に調べて、重金属との関係性を明らかにする。根や葉において重金属の関係性が深い菌株を決定でき次第、葉、根の内生菌それぞれについてリョウブへの接種試験を行い、重金属集積性の変化を調べるこのことにより、リョウブの重金属集積への内生菌の関与を明らかにすることができ、応用可能性を検討できる。また、これと合わせて、内生菌を接種したリョウブ各器官中の成分や重金属の化学状態の変化を調べることで、リョウブ樹体内における内生菌と重金属の相互作用に関係する詳細なメカニズムを明らかにする。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
高機能活性タ脱離基を有するアルキル化剤の開発

エノラートアニオン等のカルバニオンのアルキル化剤への求核置換反応による炭素炭素結合形成反応に於けるアルキル化剤の脱離基の機能強化を当初の目的として、研究に着手した。1.機能性脱離基を有するアルキル化剤の設計、合成昨年度に引き続き金属カチオンにキレート能力を有するアルキル化剤を各種設計、合成した。今年度はアリファティックスルフォン酸エステルを合成した。2.それらを用いてケトンのアルファー位メチル化反応を試みたところ、THF中では全く反応が進行しなかったが、トルエン中で行うと21%の収率で所望のモノメチル化生成物が得られた。収率は低いものの、この溶媒効果は脱離基のキレート能が効力を発揮したと考えられることから今後のアルキル化剤の設計に指針を与えるものと期待される。3.エノラートの反応性の向上も図るため種々のジアニオンを検討中に興味深い反応を見出した。エステルエノラートのジアニオンをα-ブロモエステルから生成し、次いで0度まで反応温度を昇温したところ3重結合を有するイノラートアニオンが生成した。このカルバニオンは文献上いくつかの合成法が知られているものの、実用に耐えうる汎用性のある合成法は見出されていなかった。そこで条件検討を行ったところ90%以上の生成効率でイノラートアニオンを合成する新規方法論を確立することができた。次にこのイノラートアニオンの反応について、いくつかの検討を行った。その結果、イノラートアニオンとアルデヒド及びケトンとの反応において求核活性の高いβラクトンエノラートが効率よく生成することを見出した。更にこのエノラートを熱分解すると高いE選択性で多置換オレフィンが生成することを見出した。この反応は従来のオレフィン化反応を良がする選択性を示す系も見出されており有機合成上有用なものと考えられる。エノラートなどのカルバニオンのアルキル化剤(求電子剤)ヘの求核置換反応による炭素炭素結合形成反応におけるアルキル化剤の脱離基の機能強化という観点からの研究を行った。1)機能性脱離基を有するアルキル化剤の設計・合成カルバニオンの対カチオン(リチウムカチオン)と強く相互作用する事が期待されるメトキシエトキシ、もしくはメトキシエトキシメチルユニットをオルト位に組み込んだ各種ベンゼンスルフォニル基を機能性脱離基として設計しそのブチルエステルを合成した。合成法は、3-メトキシエトキシベンゼン誘導体をオルトリチオ化した後亜硫酸、SO_2Cl_2で順次処理してスルフォニルクロリドに導き、引き続きエステルとする方法、もしくはベンゼンスルフォニルエステルをオルトリチオ化しついでメトキシエトキシメチルクロリドと反応させる方法である。2)リチウムエノラートのブチル化反応一般にケトエノラートは反応性が低く、そのアルキル化は容易でない。本研究ではまずテトラロンのリチウムエノラートのブチル化について検討した。この反応系は、現在最強のアニオン活性化剤であるHMPA(強い発ガン性を有する)を添加してヨウ化ブチルを用いてもわずか10数%しか所望のαブチルテトラロンを得ることができない。しかし今回合成した新アルキル化剤をトルエン中で用いたところ4%の収率で所望の生成物を得た。HMPAや他の金属を用いずにブチル化反応が(わずかでも)進行したことは大いなる前進である。興味深いことにTHF、DME中では0%であった。以上の結果は脱離基に導入したメトキシエトキシユニットがリチウムエノラートのリチウムと相互作用し反応活性化に貢献したことを示唆する。即ち、本コンセプトの妥当性が示されたのである。以上のように本年度の研究によって高機能脱離基開発の端緒を掴んだ。
エクソソームの組織指向性に依存したがん転移機構の解明

エキソソームは、様々な細胞から分泌される脂質二重膜の小胞体で、タンパク質および核酸を含む。エキソソームは、ドナー細胞由来の細胞情報を伝達し、臓器特異的転移などの様々な生理学的および病理学的事象に関与する。しかしながら、ドナー細胞によって分泌されたエキソソームがレシピエント細胞に選択的または非選択的に組み込まれているかどうかは不明である。我々の結果は、ドナー細胞によって分泌されたエキソソームはレシピエント細胞に非選択的に取り込まれ、エキソソームの取り込みのメカニズムはレシピエント細胞によって異なることを明らかにした。エクソソームは、さまざまな種類の細胞から分泌され、生体内の体液中に存在する直径30100 nmの膜小胞である。エクソソームは、分泌する細胞(ドナー細胞)由来のmiRNA、mRNA、タンパク質等の細胞機能を制御する分子を内包して、エクソソームを受容する細胞(レシピエント細胞)にその情報を伝達する。エクソソームは、がんや神経変性疾患の進行に関与し、エクソソームの取り込み阻害は、がんや神経変性疾患の進行の抑制につながる可能性がある。しかし、エクソソームがどのようなメカニズムで細胞内に移行し、ドナー細胞の情報を伝達するかは不明である。本研究では、エクソソームの細胞内移行メカニズムを明らかにするために、レシピエント細胞に依存したエクソソームの取り込み能と取り込みに関与する分子の発現について検討した。ドナー細胞とレシピエント細胞が同じ細胞の時には、DiO標識したエクソソームは、細胞内に取り込まれた。ドナー細胞とレシピエント細胞が異なる細胞の時には、DiO標識した各細胞由来のエクソソームの取り込みは、HCT116、A549、COLO205細胞の順に減少した。さらに、クラスリンの発現は、COLO205細胞と比較してA549およびHCT116細胞では減少した。一方、カベオリン-1の発現は、COLO205細胞ではほとんど認められず、A549細胞と比較してHCT116細胞でより多く発現していた。エクソソームの細胞内取り込み能は、ドナー細胞によって規定されるのではなく、レシピエント細胞によって規定されており、さらにレシピエント細胞におけるカベオリン-1の発現と相関していることが示唆された。カベオリンを介したエクソソームの細胞内取り込み機能を評価するために、カベオリンのsiRNAを用いてカベオリンをノックダウンした細胞を構築した。しかし、この細胞を用いてカベオリンの基質を細胞内に取り込ませたところ、取り込み量に差がなく、カベオリンを介した細胞内取り込み能を評価する実験系の構築ができなかった。また、研究協力者が研究半ばで退職されたため、次世代シークエンスで解析する実験が途中で頓挫した。体液中を循環するエクソソームには、マイクロRNAやタンパク質が含まれ、がんの悪性化、とくに転移への関与が示唆される。転移を介してがん疾患が増悪化するには、体液中のがん細胞由来エクソソームが、その特異的な転移組織に選択的に取り込まれ、異常な細胞機能を伝達する可能性がある。しかし、エクソソームの組織指向性については、解析が不十分である。そこで、エクソソームの細胞内取り込み機構の解明するためにヒト肺がん由来A549細胞、ヒト大腸がん由来HCT116細胞およびCOLO205細胞を用いてエクソソームの細胞内取り込み様式について検討した。昨年度、エクソソームの精製方法を確立し、細胞間でエクソソームの膜たんぱく質の発現が異なることおよびエクソソームの細胞内への取り込みには、レシピエント細胞に依存することを明らかにした。本年度は、エンドサイトーシスを介したエクソソームの取り込み機構を明らかにするために、クラスリンエンドサイトーシス阻害剤であるpitstop2およびカベオリンエンドサイトーシス阻害剤であるゲニステインを用いて、エクソソームの取り込み様式について検討した。その結果、HCT116細胞におけるA549細胞由来エクソソームおよびCOLO205細胞由来エクソソームの細胞内取り込みは、Pitostop2で有意に阻害されたが、ゲニステインでは顕著な差は認められなかった。A549細胞におけるA549細胞由来エクソソームの細胞内取り込みは、Pitostop2で阻害されず、ゲニステインで有意に阻害された。COLO205細胞におけるA549細胞由来エクソソームの細胞内取り込みは、HCT細胞同様Pitstop2で阻害された。この結果より、レシピエント細胞に依存してエクソソームの取り込み様式が異なり、この違いがエクソソームを介した組織指向性に関与する可能性が示唆された。カベオリンを介したエクソソームの細胞内取り込みを評価するために、カベオリンを介した細胞内取り込みを阻害する物質を用いて、カベオリンを介したエクソソームの細胞内取り込みについて検討する予定である。

さらに、カベオリン依存性のエンドサイトーシス以外の機構も関与している可能性があるので、その他のエンドサイトーシスの機構についても、阻害剤を用いて検討する予定である。医療薬学カベオリンを介したエクソソームの取り込みを証明するための評価系が構築できなかった。そのため、動物実験を用いてエクソソームの体内動態を検討する実験まで、手を回すことが出来なかった。また、次世代シークエンス用の試薬代として予算を残していたが、研究協力者が退職したため次世代シークエンスを行うことができず、次年度に使用する額が増えた。カベオリンを介したエクソソームの取り込みを証明する評価系を構築する。いままで用いたしsiRNAの配列やメーカーを変えたり、トランスフェクション試薬の種類を変えたり、試行錯誤する。しかし、これら条件を検討しても評価系を構築することができなければ、特異性が弱いが、カベオリンの阻害剤を用いて、カベオリン介在性の取り込みを評価する予定である。
都市新中間層の共同性形成と社会教育に関する歴史研究：高度成長期の団地を事例として

本研究で検討する事象はいずれも、高度成長期(1950年代後半1970年代前半)の範囲に基本的に限定する。まず、団地住民と社会教育をめぐる当時の関係者の認識枠組みを把握するとともに(1)、団地住民に対する当時の社会教育行政の対応を把握し(2)、当時の全体的状況を概観する。その上で、団地における社会教育実践の具体的な展開とその団地住民への影響について、事例調査によって検討する(3)。以上を踏まえて、高度成長期における団地の社会教育実践が住民たちにもたらした成果とその限界、またそれらを規定していた社会的要因について考察する(4)。
若年性骨髄単球性白血病と小児骨髄異形成症候群の網羅的ゲノム・エピゲノム解析

近年、成人のAMLとMDSでCBL遺伝子変異が高頻度にみられることが報告された。Juvenile myelomonocyticleukemia (JMML)と小児myelodysplastic syndrome (MDS)に対して、AffymetrixとAgilentのゲノムとエピゲノムのアレイを用いた網羅的解析を行い、発症、進展の分子機構を解明する。今年度は、SNPアレイ解析で抽出したCBL遺伝子の解析を行った。これまで変異の報告のあるCBL遺伝子のexon7-9(linker/RING finger domain)について、PCR法と直接塩基決定法にて変異の有無を検討し、小児白血病149例とMDS65例におけるCBL遺伝子と臨床像の関係を検討した。MDSのうち、JMML40例の検討では、CBL遺伝子変異は3例(7.5%)にみられ、いずれも11番長腕-acquired uniparental disomy (11q-aUPD)がみられ、PTPN11やRAS遺伝子の変異はみられず、CBL遺伝子はJMMLの原因遺伝子の1つであると思われた。これらの3例の年齢は2例が2ヵ月、1例が3ヵ月で、1例が移植の副作用で32ヵ月で死亡したが残り2例は12ヵ月と68ヵ月無病生存中であり、CBL変異例は予後良好であることが示唆され、欧米の報告と一致した。欧米ではCBL遺伝子の胚細胞変異が報告されているが、正常細胞が入取できなかったので、今回は検討できなかった。AML81例の検討では、急性巨核芽球性白血病(AMKL)1例(1.2%)にのみ変異がみられた。また検索したCMML1例で変異がみられたが、小児ALL28例では変異はみられなかった。CBL遺伝子変異はJMMLに頻度が高く、AMKLでもみられるが、他のAML、MDSやALLではまれであることが示唆された。SNPアレイでスクリーニングした候補遺伝子を次々とSanger sequenceにより検証しており、特にDNAメチル化に関与する遺伝子の関係が明らかになりJMMLの病態解明に貢献している。24年度が最終年度であるため、記入しない。
中等理科教員養成における科学技術リテラシーの指導についての教授理論と方法

欧米の科学教育研究ではSSI(socio-scientific issues)の研究が近年盛んになりつつある反面日本ではあまり進展していない。中学校理科には「科学技術と人間」というSSIの要素を含む単元があるが、高校入試の時期に重なるなどで積極的な指導が行われていないと推察されるが、そもそもその実態はほとんど明らかにされていない。そこで、国内の中学校理科教諭に質問紙調査をおこない(回答者725名、回答率19.6%)、当該単元「科学技術と人間」の指導の実態を明らかにするとともに、単元「科学技術と人間」の指導の枠組み、科学的根拠に基づく意思決定の目標やルーブリック評価などを提示した。中学校理科における内容「科学技術と人間」の実践や指導方法についての先行研究を収集、分析をおこない、おもな特徴について考察をおこなった。そこから明らかになったことは、「科学技術と人間」についての先行研究自体が少なく、また学習指導要領が求めている科学的な根拠に基づいた意思決定をおこなわせることについての研究が必ずしも十分ではないということである。「科学的な根拠」とはどのようなものかという理解や、科学的な根拠に基づいて「意思決定」をおこなう科学的思考を生徒にどのように指導するかの具体やその評価方法についての知見や議論が十分蓄積されているとは言い難い状態であった。学習指導要領において「科学的な根拠」やそれに基づいた「意思決定」についての解説が不十分であり、指導にあたる教師がこれらについての理解が十分でないことが想像されるが、その状況を改善するための支援方法が必要であることが改めて浮き彫りになった。その一方で、意思決定の方法や生徒の意思決定の内容を分析した研究も散見され、それらを分析することで、「科学技術と人間」の指導の実態を見通すことができた。また、ヨーロッパの科学教育研究を中心にして、内容「科学技術と人間」に関連の深いSSI(socio-scientific issues)の指導や評価方法に関する先行研究の調査をおこなった。いわゆる物化生地といった伝統的でオーソドックスな理科の内容の指導方法についての先行研究のボリュームと比較すると必ずしも多くはないものの一定の研究の蓄積がなされており、アメリカ合衆国を中心としてフランス、カナダ、イギリス、スウェーデン、ドイツ、台湾、チュニジア、イスラエル、ポルトガルなどの諸国における研究論文を収集した。日本の中学校理科における単元「科学技術と人間」に関連する欧米における科学教育のトピックSSI(Socio-scientific Issues)研究の動向について、アメリカにおける当該研究を牽引している南フロリダ大学の研究者を訪問した。フロリダ州タンパ近隣の中・高校理科教員の教員研修に参加するとともに、SSIの高等学校での実践内容について調査をおこない、開発された教材について情報収集をおこなった。科学的な意思決定やargumentationなどのアクティブラーニングを取り入れたモジュールは日本の次期学習指導要領改訂がめざしている能動的な学習の具現化に向けて参考になることがわかった。また、SSIは次世代科学スタンダード:NGSSやSTEM Educationといった科学教育のトレンドとも深く関わりがあることも明らかとなり、日本の中学校理科の単元「科学技術と人間」の展望についての示唆を得ることができた。また、単元「科学技術と人間」の指導の実態を明らかにする目的で、2014年11月12月にかけて国内政令都市13市の中学校理科教員725名に質問紙調査を実施した。主な調査結果として、1)同単元にかける指導時間は約半数の教員が05時間であること、2)回答者の約8割が同単元の指導において学習指導案の作成経験がほとんどないかまったくないこと、3)しかしながら2)に関連して、その経験は市によって傾向のちがいがあること、4)同単元の指導について大学や大学院の講義や教職に就いた後の研修などにおいて、約7割の教員が学んだことがないこと、などの実態が明らかになった。同単元の指導時期が中学校3学年の高校入試と重なることから、教員の指導だけでなく中学生の学習への意欲が低いことや評価の難しさなどの課題が抽出された。2015年3月に調査結果の概要を各市教委に報告するとともに、現在詳細な分析を継続中である。1.単元「科学技術と人間」の指導の現状分析中学校理科の単元「科学技術と人間」の指導の実態について、2014年11月から12月に全国政令指定都市13市の市立全中学校に勤務する理科教諭を対象に調査票をおこなった(回収725部、回収率19.6%)。その結果、指導や学習指導案の作成経験の不十分さが見られ、多くの教員が当該単元内容の難しさ、とくに科学技術の社会的経済的倫理的側面の扱い、科学技術の進歩についての情報更新の難しさなどを指摘した。当該単元の特徴である「科学的な根拠に基づいた意思決定」についての指導や評価がほとんどなされていないことが明らかになった。かつて欧米やアジア諸国で取り組まれたSTS教育を新たにしたSSIは科学技術の社会的側面などについての議論や判断などを指導する科学教育の実践と研究である。アメリカ合衆国ではSSIの指導と評価についてのガイドブックや教員研修がおこなわれており、その研修に参加し、生徒のポートフォリオの作成およびルーブリックによる評価基準の作成について情報収集をおこなった。また、ヨーロッパ科学教育学会でもSSIの研究動向を情報収集し、それらを取り入れて「科学技術と人間」の指導方法の改善に資するために、図書に執筆をおこなっており近日中に印刷予定である。また、生徒に身近な科学技術の例としてリサイクルなどを取り上げ、科学技術の経済性について科学的な根拠に基づいた意思決定を指導し、それを評価する事例など指導方法について提示する。

欧米の科学教育研究ではSSI(socio-scientific issues)の研究が近年盛んになりつつある反面日本ではあまり進展していない。中学校理科には「科学技術と人間」というSSIの要素を含む単元があるが、高校入試の時期に重なるなどで積極的な指導が行われていないと推察されるが、そもそもその実態はほとんど明らかにされていない。そこで、国内の中学校理科教諭に質問紙調査をおこない(回答者725名、回答率19.6%)、当該単元「科学技術と人間」の指導の実態を明らかにするとともに、単元「科学技術と人間」の指導の枠組み、科学的根拠に基づく意思決定の目標やルーブリック評価などを提示した。中学校における単元「科学技術と人間」の指導の実態の概要を質問紙調査によって明らかにすることができ、また同単元に関連するSSIの研究と研究の動向の調査をおこなうことができた。これらのことから、本研究がめざしている科学技術の意思決定などの指導法についての教授理論を構成する主要な内容を得ることができたため。科学教育今年度明らかに出来た研究成果をもとにし、さらにアクティブラーニングの実践的な手法を取り入れることによって、単元「科学技術と人間」の指導法の理論を構築するとともに、その公表方法を検討、決定し、研究成果を中学校理科指導に資するものにする。いわゆる教科専門の位置づけとして科学技術社会論などをベースにして、科学的な根拠あるいはそれに基づいた意思決定がどのように論じられているか先行研究を収集し分析をおこなっている。「科学技術と人間」における意思決定の指導方法について先行研究を収集し分析をおこなっている。SSIにおける意思決定についての先行研究を収集し分析をおこなっている。また、ドイツの理科教育における科学技術と生活および社会との関連についての指導の実践事例や指導方法について聞き取り調査をおこなうとともに、ドイツの教科書や指導書を入手した。欧米の大学の教員養成課程における科学技術リテラシーの指導方法を調査するとともに、日本の教員養成のシラバスから科学技術リテラシーの指導方法と比較する。引き続きSSIについての先行研究から、科学的な根拠に基づいた意思決定の指導方法の分析をおこなう。また、博物館などの学校外の教育資源を活用した学習プログラムや指導方法についても調べを進める。
行列式による虚アーベル体の相対類数公式の研究

1.最近、円藤によって奇数導手の円分体Kの2次拡大の相対類数とKのそれとの商が1つの行列式で与えられた。(この結果は今だ未発表のようである。)本研究代表者はこの結果を円分体から一般の虚アーベル体に、パラメータを含んだ形で拡張した。特に、Kをp分体(pは奇素数)とし、Kの2次拡大として、Kと4分体の合併体を取り、パラメータを4p+1とすると、金光一葛巻が条件付きで与えていた相対類数の商の公式が符号をこめて最終的な形で得られる。また、Kを導手mの円分体とし、Kの2次拡大としてKに4分体、8分体の2次部分体を添加した体とし、パラメータを4m+1、あるいは8m+1とすると、円藤の公式が符号をこめた形で得られる。また、パラメータを2とすると、円藤の1996年の公式ができる。これらの結果とこれまでのいろいろな公式の相関関係を明治学院大学の数論セミナー、京都大学の数理解析研究所の研究集、会「代数的整数論とその周辺」で発表した。2.1970年Newmannは奇素数分体の相対類数を計算するために、相対類数を行列式で表した。また、Skulaはこの公式を奇素数べき分体に拡張した。本研究代表者はこれらの結果を一般の虚アーベル体まで、パラメータbを持った形で拡張した。この公式において、体をpべき分体(pは奇素数)、bをp+1とすると、Newmann、Skulaの公式が得られ、彼らが決めていなかった行列式の符号を決めることができる。この結果を上記の数理研の研究集会で簡単に紹介し、本年度5月に金沢の研究集会で詳しく紹介した。1.pを奇素数、gを法pの原始根として、1/pを1/gのべき級数で展開したときの係数でできる行列式でp分体の相対類数が表せる。p分体の相対類数は他の形の行列式、Maillet行列式、Demjanenko行列式でも表せる。これら3つの行列式は、津村、研究代表者、Kuceraによって、パラメータを持った形で統一化、一般化された。これらの行列式の成分は、導手を法として最小正剰余から作られる。また、絶対最小剰余からも同様にして、相対類数公式ができる。2003年、円藤がこれらのp分体の公式それぞれ一般化した。本研究で円藤の公式がKuceraの公式から導かれることを示した。この結果を平成18年1月に首都大学の数論セミナーで発表した。2.津村によって、虚アーベル体Kの相対類数は、その導手mを法とする最小正剰余を-1のべきにとったもののいくつかの和を成分とする行列式で表せている。他方、p分体について、円藤は、絶対最小剰余を成分とする行列と-1の絶対最小剰余のべきを成分とする行列の積の行列式でp分体の相対類数を表した。また、金光-葛巻は、絶対最小剰余を成分とする行列式でp分体の相対類数公式を求めた。これらの商で-1の絶対最小剰余のべきを成分とする行列式が、ある条件の下でp分体の相対類数を表すことになる。本研究では、この商でできた公式を虚アーベル体まで拡張し、その系として、円藤、金光-葛巻のp分体の公式を条件なしで表した。この結果を平成18年3月の日本数学会で発表した。

(この結果は今だ未発表のようである。)本研究代表者はこの結果を円分体から一般の虚アーベル体に、パラメータを含んだ形で拡張した。特に、Kをp分体(pは奇素数)とし、Kの2次拡大として、Kと4分体の合併体を取り、パラメータを4p+1とすると、金光-葛巻が条件付きで与えていた相対類数の商の公式が符号をこめて最終的な形で得られる。また、Kを導手mの円分体とし、Kに4分体、8分体の2次部分体を添加した体とし、パラメータを4m+1、あるいは8m+1とすると、円藤の公式が符号をこめた形で得られる。また、パラメータを2とすると、円藤の1990年の公式ができる。これらの結果とこれまでのいろいろな公式の相関関係を明治学院大学の数論セミナー、京都大学の数理解析研究所の研究集会「代数的整数論とその周辺」で発表した。2.1970年Newmannは奇素数分体の相対類数を計算するために、相対類数を行列式で表した。また、Skulaはこの公式を奇素数べき分体に拡張した。本研究代表者はこれらの結果を一般の虚アーベル体まで、パラメータbを持った形で拡張した。この公式において、体をp分体(pは奇素数)、bをp+1とすると、Newmann、Skulaの公式が得られ、彼らが決めていなかった行列式の符号を決めることができる。この結果を上記の数理研の研究集会で簡単に紹介し、本年度5月に金沢の研究集会で詳しく紹介した。
薬物動態・薬理遺伝学に基づいたテーラーメイド抗がん剤治療の標準治療化に関する研究

肝代謝型抗がん薬は治療域が狭いだけでなく薬物動態の個人間差異が大きい。遺伝子多型や併用薬および薬物動態などの情報を基に投与量を個別に調整する方法は、理論的に最も単純でかつ確実な方法である。京都大学大学院医学研究科・医の倫理委員会にて承認を得て、複数の臨床楽理学関連の医師主導臨床試験を行い、薬物動態の個人間差異を出来るだけ小さくするための手法の可能性を検討した。抗がん剤の多くは、肝臓や腎臓で代謝・排泄されるが、体表面積(BSA)がこれらの臓器機能と相関するというはっきりとした根拠は存在しない。肝臓の代謝酵素(CYPやUGT1A1など)の遺伝子多型や併用薬が薬物動態に影響を及ぼし、その結果として副作用や有効性にも影響することがある。テーラーメード医療として、個々の患者における遺伝子多型や薬物動態を基に個々の患者における効果や副作用の確率を予想して投与量を調整する方法は、理論的に最も単純でかつ確実な方法である。京都大学大学院医学研究科・医の倫理委員会にて承認された医師主導臨床試験において臨床研究実施計画書(プロトコール)に従って肝代謝の抗がん剤投与がなされた患者の中で、副作用や最大耐量(MTD)との関連が示唆されるAUC(Area Under the Blood Concentration-time Curve)やクリアランス(CL)などの薬物動態因子や薬物代謝酵素の遺伝子多型などの中から、重篤な副作用や最大耐量(MTD)と良く相関するだけでなく、臨床の現場において広く普及が可能な検査法の組み合わせを同定する。計画に含まれていた臨床試験(1)乳癌症例を対象とした術後補助化学療法としての個人内用量漸増を伴う経口CEF療法-第I・II相試験(薬物動態解析を含む)当施設の標準治療が変更になり十分な症例を集積できず試験を中止せざるを得なかったが、試験選択基準を満たさずも他の治療選択肢がないため当臨床試験に準じて治療を行った症例を含めて解析を行うと、エピルビシンにおいては体表面積で投与量の補正を行わなくとも、個々の症例における推奨投与量は一定の用量にたることが示唆された。(2)進行乳癌症例を対象としたドセタキセル化学療法に伴う爪の変化と冷却グローブによる予防効果の検討(薬物動態解析を含む)登録が順調に進み予定期間内に終了となる見込み。試験途中であり詳細な解析は行っていないが、個々の症例におけるAUCおよびクリアランスは、効果や有害事象の予測因子になり得ることが示唆された。これらのデーターを基にドセタキセルの投与間隔を調整できる可能性も示唆されている。計画に含まれていなかった臨床試験(3)アンスラサイクリン系薬剤かつ、タキサン系薬剤の治療歴を有する再発・転移性乳癌に対するCPT-11/S-1併用療法の第I・II相臨床試験(付随研究:UGT1A1遺伝子多型と塩酸イリノテカンの臨床効果との関連に関する臨床研究)臨床研究実施計画書の倫理委員会承認を得た。(4)乳癌患者における循環血液中腫瘍細胞数および血管内皮細胞数測定の精度に関する探索的研究臨床研究実施計画書の倫理委員会承認を得た。臨床試験実施計画書(薬物動態解析)を作成した。計画に含まれていた臨床試験(1)進行乳癌症例を対象としたドセタキセル化学療法に伴う爪の変化と冷却グローブによる予防効果の検討(ドセタキセル薬物動態測定・解析含む)予定登録症例の6割の症例が登録され薬物濃度測定が施行されたが、残りの4割の症例登録のために、登録期間1年間延長の変更を医の倫理委員会に申請し承認された。(2)アンスラサイクリン系薬剤かつ、タキサン系薬剤の治療歴を有する再発・転移乳癌に対するCPT-11/S-1併用療法の第I/II相臨床試験(CPT薬物動態・代謝酵素遺伝子多型測定・解析含む)第I相試験を終了し、そのデータをまとめて今年の日本乳癌学会で共同演者として報告予定である。第II相試験においては、CPTの添付文書改訂に伴う計画書・説明文書・症例報告書改訂を行い、医の倫理委員会の変更承認を得た。引き続き症例登録を開始し、平成21年3月までに3例の症例を登録した。計画に含まれていなかった臨床試験これまでの、薬物動態に基づいた投与量の設定に加えて、薬理遺伝学的手法を加えて、より精度の高い治療効果または副作用予測を行うべく、以下のヒト遺伝子解析研究を開始した。(1)乳癌内分泌療法において薬物代謝酵素遺伝子多型が薬物血中濃度に及ぼす影響の検討ヒト遺伝子解析研究計画書の倫理委員会承認を得て、症例登録を開始した。平成21年3月末までに6例が登録された。(2)抗がん剤による重篤な有害事象発現患者における抗がん剤代謝酵素の遺伝子多型および薬物動態に関する研究ヒト遺伝子解析研究計画書を作成し倫理委員会に提出した。以下の研究(臨床試験)を主任研究者として施行している。

(1)進行乳癌症例を対象としたドセタキセル化学療法に伴う爪の変化と冷却グローブによる予防効果の検討(ドセタキセル薬物動態測定・解析含む)平成22年3月末の時点で予定登録症例(25例)の9割(22例)の症例が登録され薬物濃度測定が施行された。平成22年6月で登録期間終了予定である。(2)アンスラサイクリン系薬剤かつ、タキサン系薬剤の治療歴を有する再発・転移乳癌に対するCPT-11/S-1併用療法の第I/II相臨床試験(CPT薬物動態・代謝酵素遺伝子多型測定・解析含む)第I相試験を終了し平成21年の日本乳癌学会にて共同演者として報告した。平成22年2月末までに当院にて10例、全体で26例の症例が登録された。当院で登録した患者においてはイリノテカンの薬物動態測定も施行された。平成22年7月で登録期間終了(予定登録数50例)予定である。(3)乳癌内分泌療法において薬物代謝酵素遺伝子多型が薬物血中濃度に及ぼす影響の検討(CYP2D6遺伝子多型・抗エストロゲン剤薬物動態測定・解析含む)平成22年3月末で当院予定登録症例(40例)の8割(35例)が登録され、60例に症例追加する予定である。多施設共同研究(200症例)として行うために計画書を変更し倫理委員会の承認を得た。平成22年3月末で4施設(全12施設予定)で倫理委員会の承認を得ている。(4)抗がん剤による重篤な有害事象発現患者における抗がん剤代謝酵素の遺伝子多型および薬物動態に関する研究平成22年3月末の時点で1例登録した。(5)ホルモン感受性乳癌症例を対象とした遺伝薬理学および薬物動態学に基づいた抗エストロゲン療法の臨床薬理学試験実施計画書を作成し倫理委員会に提出し承認を得た。多施設共同研究として施行する準備中である。以下の臨床試験を主任研究者として施行した。(1)進行乳癌症例を対象としたドセタキセル化学療法に伴う爪の変化と冷却グローブによる予防効果の検討(ドセタキセル薬物動態解析含、登録期間平成22年6月)(2)アンスラサイクリン系薬剤かつ、タキサン系薬剤の治療歴を有する再発・転移乳癌に対するCPT-11/S-1併用療法の第I/II相臨床試験(CPT薬物動態・代謝酵素遺伝子多型解析含、登録期間平成23年7月)(3)乳癌内分泌療法において薬物代謝酵素遺伝子多型が薬物血中濃度に及ぼす影響の検討(CYP2D6遺伝子多型・抗エストロゲン剤薬物動態解析含、登録期間平成24年7月)当院予定登録症例(40例)は終了した。多施設共同研究は、平成24年2月末現在で300症例中276例が既に登録されている。(4)ホルモン感受性乳癌症例を対象とした遺伝薬理学および薬物動態学に基づいた抗エストロゲン療法の臨床薬理学試験(トレミフェン薬物動態解析含む)予定症例30例中、当院からは5例登録された。全体での登録症例数は13例である。(5)「エストロゲン受容体陽性HER2陰性乳癌に対するS-1術後補助療法ランダム化比較第III相試験」におけるバイオマーカー探索研究-薬理ゲノム・薬物動態/薬力学研究-(S-1薬物動態解析含む)倫理委員会の承認を得て試験を開始した。平成23年3月末時点で、1例登録された。
神経細胞におけるカルシウム応答遺伝子群の検索とその発現制御機構の解析

本年度は、主にマウス小脳顆粒細胞ニューロンの初代培養系において、細胞質膜の脱分極で惹起されるカルシウムシグナルで発現変化を受ける一連の遺伝子群(カルシウム応答遺伝子群)の検索と、その発現制御系の解明を目指した。1.カルシウム応答遺伝子群の検索:脱分極によって電位依存性カルシウムチャネルからCa2+流入が誘起され、細胞内にカルシウムシグナルが惹起される。このシグナルで発現変化を示す遺伝子をDifferential display法によって検索した所、セクレトグラニン-II(Sg-II)遺伝子が同定された。現在、そのプロセッシング産物であるセクレトニューリンを合成しており、今後、その細胞生存や可塑性に与える影響等を検討する。2.カルシウム応答遺伝子群の発現制御系の解析: VDCCからのCa^<2+>流入でBDNF,Sg-II遺伝子はup-regulationを、NT-3遺伝子はdown-regulationを受ける。この発現制御には、最適な細胞内Ca^<2+>濃度が必要とされる。また、BDNF,Sg-II遺伝子の活性化にはVDCCからのCa^<2+>流入が影響を与えるが、c-fos誘導にはNMDAレセプターからのCa^<2+>流入も効果的であった。このカルシウムシグナリングにはMAPキナーゼの活性化は関与していないことが明らかとなった。今後、これらカルシウムシグナル伝達系の解析を行う。また、BDNF遺伝子のプロモーター解析によって、一200bpより下流にカルシウム応答エレメントのあることが明らかとなった。
心身障害者の歯科治療時における全身管理

前年度はパルスオキシメーターのコンピューター処理とVTRの同時記録を可能にした。さらに重症心身障害児154名の歯科治療時のSpQ_2値を測定した。これらの最重度の心身障害児であっても、約9割は健常者と同様のSpsQ_2値を示すことを明らかにし、残り1割もSpQ_2値は90以上を示す事を明らかにした。本年度は153名の心身障害者について、種々の治療方法による歯科治療時の全身管理のモニタリングとしてパルスオキシメーター測定のVTRの同時記録を行った。心身障害者の全身麻酔を用いた集中歯科治療時の全身管理で、SpQ_2値の測定を61症例に行い、その結果、重度の脳性麻痺患者では覚醒時の自発呼吸が再開するまでに著しい遅延が見られることが明らかとなり、適切な抜管時期を知る上で、また病棟帰室後の呼吸管理にきわめて有用であることが明らかとなった。静脈内鎮静法を用いた場合の全身管理では42症例についてSpQ_2測定を行った。その結果、静脈内鎮静法の導入時および術中、術後に鎮静が深くなった場合の呼吸抑制を他のモニターより早期に知ることができ、より安全な鎮静法を行うことが可能となった。特に脳性麻痺患者の舌根沈下などを早期に知ることができ呼吸管理上きわめて有用であった。さらに通常の歯科治療時においても脳性麻痺患者36症例の測定を行い、頻回にSpQ_2値の著しい低下が認められ、呼吸管理上きわめて危険な状況にあることが明らかとなった。これらを回避するためにSpQ_2値を常時監視することが重要であることが明らかとなった。しかし不随意運動が著しい場合には測定不能となる場合も多く今後改善する必要があることが明らかとなった。コウシタ症例では笑気吸入鎮静法が不随意運動を抑制し、SpQ_2値を高い値に保つことができ、きわめて有用であった。また通常の歯科治療時にてんかん発作を起こした症例では呼吸状態を正確に把握でき適切な対処が可能となった。最重度の心身障害者の歯科治療時にパルスオキシメーターは,最も重要なモニターとなりうることが明かとなった.本年度は,パルスオキシメーター(CSI502)と記録用のコンピュータ(NEC98LT)間のデータ受信のコンピュータープログラムおよびデータ処理用コンピューター(NEC9801)を用いた同時解析プログラムを9月末までに自主開発した.これにより,歯科治療時の膨大なPaO_2をリアルタイムで連続的に測定し,診療内容とともに記録することが可能となった.同時にビデオカメラで診療時の患者の状態が記録できこれを分析することによって脳性麻痺患者にとって最も安全かつ楽な歯科治療姿勢を検索することが可能となった.これらを用いて,最重度の重症心身障害児154名の歯科検診時のPaO_2(動脈血酸素飽和度)を測定した.1)約9割の者がSpO_2値(パルスオキシメータ測定動脈血酸素飽和度)9499%を示した.残りの約1割の者はSpO_2は90%以上が,ほとんどである事が明かとなった.2)心疾患(ファロー四微)を合併した重症脳性麻痺児でSpO_2が70%以下を示した者が一名いた.3)重症脳性麻痺患者では通常の歯科治療でも姿勢によってはSpO_2が85%以下になる事があった.パルスオキシメータ監視時には,こうした低値となった場合直ちに警報により知ることができるため,気道の確保,分泌物吸引など直ちに対処できる利点があることが明かとなった.4)パルスオキシメータは重症脳性麻痺患者の通常の歯科治療時はもちろん,各種の〓静法や全身麻酔時の術中術後管理に有用であった.特に術後長時間にわたって呼吸の監視が必要な症例では,きわめて有用であった.前年度はパルスオキシメーターのコンピューター処理とVTRの同時記録を可能にした。

コウシタ症例では笑気吸入鎮静法が不随意運動を抑制し、SpQ_2値を高い値に保つことができ、きわめて有用であった。また通常の歯科治療時にてんかん発作を起こした症例では呼吸状態を正確に把握でき適切な対処が可能となった。
多言語性の否定と肯定―ルーマニア・ドイツ語文学に見る言語アイデンティティの諸相―

本研究では、第一次世界大戦後にルーマニアのマイノリティとなったユダヤ系およびドイツ系ドイツ語詩人や作家が自らの背負った多言語性に対して示した一見相反する姿勢に着目し、多言語性が彼らの文学の形成に果たした役割を考察するものである。ルーマニア・ドイツ語文学は、近年のドイツ文学研究で次第に注目を集めているが、国民文学観を踏まえた文学史観の桎梏から解放されることは現在もなお難しい。マイノリティの視座から従来の文学評価に新たな照射をも行うことで、文学研究およびマイノリティ研究双方に寄与可能な学際研究である。書籍化やデジタル化されていない重要な資料の発掘と部分的公刊も可能となる本研究では、第一次世界大戦後にルーマニアのマイノリティとなったユダヤ系およびドイツ系ドイツ語詩人や作家が自らの背負った多言語性に対して示した一見相反する姿勢に着目し、多言語性が彼らの文学の形成に果たした役割を考察するものである。書籍化やデジタル化されていない重要な資料の発掘と部分的公刊も可能となる
ナノシートを用いたメタマテリアル構造の構築によるＴＨｚ波強度変調デバイス

4種類の導電性ナノシート(K-RuO2,Na-RuO2,K-IrO2,還元型酸化グラフェン)のTHz領域における電磁応答特性を調べ,新規THz光学デバイスへの応用性を検討した。THz領域における透過率を測定し,シートインピーダンスを算出した結果,K-RuO2はTHz領域において比較的高い導電性を示すことが示された。K-RuO2ナノシート膜は波長に対して非常に薄い領域にTHz波を吸収させることができるため,THz領域の薄膜吸収体として応用が期待できる。一方,メタマテリアルへの応用について検討した結果,導電率が最も高いK-RuO2ナノシートでもメタマテリアル構造には適していないことが示唆された。本研究は,テラヘルツ領域におけるナノシートの応答特性を調べ,その特性を新規のテラヘルツ光学デバイスに応用することを目的としている。本年度において,層状K0.2RuO2.0・nH2Oから誘導した酸化ルテニウム(RuO2)ナノシートの原子平滑薄膜を作製し,テラヘルツ領域における重要な光学定数であるシートインピーダンスを評価した。RuO2ナノシートは厚みが1 nm以下,面方向が数100 nmの板状単結晶であり,高い電子伝導性を有することが従前の研究でわかっている。RuO2ナノシートコロイドを用いて交互積層法により石英およびシリコン基板上にRuO2ナノシートを1層から3層重ねた1,2,3ML-RuO2ns/quartz,1,2,3ML-RuO2ns/Siを成膜した。3層積層した膜で解析可能なS/N比が得られた。テラヘルツ領域における振幅の透過率は石英,Si基板のいずれにおいても0.32.5THzで約90%であった。測定に用いたテラヘルツ時間領域測定法では,複素透過係数を測定することが可能であるので,測定した値からシートインピーダンスを算出することができる。テラヘルツ波の波長(100μm1mm)に対し,ナノシートの厚み(1nm程度)は0.000010.000001程度であり,ナノシートの厚みを無限小としてシートインピーダンスを算出した。その結果,石英基板及びSi基板を用いた3ML-RuO2nsの両方において,0.32.5THzでおおよそ5001500Ω/squareの値であった。これらの分光学的に求めたテラヘルツ領域での抵抗値は,直流に対する抵抗値(2300Ω/square)のオーダーと一致している。これは,RuO2ナノシートが,テラヘルツ波の高周波領域まで,ある程度の導電性を持っていることを示しており,今後のデバイス研究において重要な情報である。本研究は,THz領域におけるナノシートの応答特性を調べ,その特性を新規のTHz光学デバイスに応用することを目的としている。前年までに,層状K0.2RuO2.1・nH2Oから誘導した酸化ルテニウム(K-RuO2)ナノシートを13層積層させた薄膜のテラヘルツ(THz)領域におけるシートインピーダンスを評価し,THz時間領域分光法にて,非破壊・非接触でナノシートのシートインピーダンスを測定できることを確認した。本年度は,積層数を10層まで増加させた薄膜のシートインピーダンスを調べた。それらの値は,直流におけるシート抵抗の値とオーダーが一致しており,THz領域においても比較的高い電子伝導性を示す材料であることがわかった。さらに層状NaRuO2.0・nH2Oから誘導した酸化ルテニウム(Na-RuO2)ナノシート,IrO2ナノシート,還元型酸化グラフェンの薄膜を作製し評価したところ,測定精度を超える高いシートインピーダンスを有しており,THz領域における電子伝導率が低いことがわかった。さらに,比較的伝導率が高いK-RuO2においてTHz領域のメタマテリアル応用の可能性を検討した。計算機シミュレーションによって,K-RuO2(10層)を材料とした分割リング共振器と呼ばれるメタマテリアル構造を形成し,そのTHz応答特性を調べたところ,完全導体を仮定した場合には現れる共鳴スペクトルが,K-RuO2(10層)では観測されなかった。実際にレーザー加工によりK-RuO2をメタマテリアル構造に加工,特性を評価した結果,シミュレーションとよく一致した。シミュレーションでは,K-RuO2の導電率を10倍程度高めると共鳴スペクトルが観測される結果が得られているため,K-RuO2単体でのメタマテリアル応用としては導電率が不足することがわかった。本研究は,ナノシートを用いてTHz領域における変調デバイスを作製することを目的としている。その実現のためには,各ナノシートのTHz領域における光学特性を詳細に把握しておくことが重要である。本年度は,K-RuO2において110層までの試料のシートインピーダンスを詳細に調べ,かつ直流のシート抵抗と比較することによって,THz領域において比較的高い電子伝導率を有することが確認できた。さらに他のナノシート(Na-RuO2,IrO2,グラフェン)のシートインピーダンスも測定し,K-RuO2とは異なり電子伝導率が低いことが明らかになった。特に,同じRuO2であるK-RuO2とNa-RuO2の伝導率が大きく異なることは興味深い知見である。またナノシートのメタマテリアル応用のために,K-RuO2でメタマテリアル構造を作製した際のTHz応答を測定した。

明確な共鳴スペクトルは観測されなかったが,ナノシートをレーザーによって微細加工することが可能であることと,10nmという,THz波の波長と比較して4桁も薄いナノシートで形成したメタマテリアル構造のシミュレーションと実験結果とが良い精度で一致することを確認することが出来た。これらは今後のメタマテリアル開発において重要な技術である。本研究は,テラヘルツ領域においてナノシートの電磁応答特性を調べ,その応答特性を新規のテラヘルツ光学デバイスに応用することを目的としている。昨年度までに層状K0.2RuO2.1*nH2Oから誘導した酸化ルテニウム(K-RuO2)ナノシートを110層積層させた薄膜のテラヘルツ領域におけるインピーダンスを測定し,テラヘルツ領域において比較的高い導電率を示すことを見出した。本年度は,比較的導電率が高いK-RuO2ナノシートに注目し,その電気伝導特性を詳細に調べるため,温度依存性の測定を行った。そのために,試料の温度を変化させることができる装置を構築し,それをテラヘルツ時間領域分光装置に導入することによりナノシートの温度変化によるインピーダンスの変化を測定した。その結果,温度変化に対してK-RuO2ナノシートのインピーダンスはあまり変化しない様子が観測された。通常の金属では低温になるに従ってフォノン散乱が減少し,電気抵抗が下がるのが一般的であるが,今回の結果はその傾向と異なる。そのような温度特性を示す原因は,今後解明する必要がある。さらに本年度は,K-RuO2の吸収率の評価を行った。K-RuO2ナノシートの透過及び反射特性を測定し,それらの結果から吸収率を見積もった結果,基板の両面にK-RuO2(10層)ナノシートを成膜した試料において,入射テラヘルツ波に対して30%程度のパワーが吸収されていることがわかった。テラヘルツ波の波長は300ミクロン(1THzにおいて)であるのに対して,両面のK-RuO2ナノシートをあわせた厚みは20nm程度である。このように波長に対して非常に薄い領域にテラヘルツ波を吸収させることができる特性は,テラヘルツ領域の薄膜吸収体として応用することができると考えられる。4種類の導電性ナノシート(K-RuO2,Na-RuO2,K-IrO2,還元型酸化グラフェン)のTHz領域における電磁応答特性を調べ,新規THz光学デバイスへの応用性を検討した。THz領域における透過率を測定し,シートインピーダンスを算出した結果,K-RuO2はTHz領域において比較的高い導電性を示すことが示された。K-RuO2ナノシート膜は波長に対して非常に薄い領域にTHz波を吸収させることができるため,THz領域の薄膜吸収体として応用が期待できる。一方,メタマテリアルへの応用について検討した結果,導電率が最も高いK-RuO2ナノシートでもメタマテリアル構造には適していないことが示唆された。本研究は,ナノシートを用いてテラヘルツ領域における変調デバイスを作製することを目的としている。その実現のためには,外場(電場や光)によるナノシートのテラヘルツ応答の変化が必要である。そこで,本年度の研究において,3ML-RuO2ns/quartzに800nm及び400nmの可視光を照射し,ポンプープローブ法によってテラヘルツの応答特性の変化を調べた。しかしながら,測定精度範囲内でテラヘルツの応答特性の変化は見られなかった。そのため,メタマテリアル光学素子の具体的な設計検討及び作製には至っていない。