hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
情報社会における表現力を育成する役割別能力育成・リフレクション方式の研究

大学の一般教育におけるプレゼンテーション教育において、ペアを組んだ相手に、互いに作った発表資料を演じさせるための指示書作成を通して、互いが演じる様子を見て、役割の気づきとリフレクションを誘発させるという「D-P方式」を開発した。Dとはディレクター役(シナリオライターも兼ねる)で、Pとはプレイヤー役(プレゼンターとも言う)である。授業実践とワークショップで具体的な手法を確立し、作る役割・演じる役割・評価する役割に、自分と他者の関係を導入したプレゼンのタイプを設定することで、「D-P方式」を教育手法として位置づけることができた。1.「D-P方式」によるプレゼンテーション教育の理論的枠組みの構築従来のプレゼンテーション教育の過程を見直し、プレゼンテーションに関わる能力から、プレゼンテーション教育を7つの段階とした。それらは「制作」、「内容チェック」、「制作物の修正」、「リハーサル」、「演じ方の修正」、「本番発表」、「視聴評価」である。この内、「内容チェック」の段階と「リハーサル」の段階では、筆者らの授業実践の経験から、制作者自身でのリハーサルだけでは、リフレクションが不十分であることが分かっている。その改善策として、制作者の自作品の発表練習を他者に代行してもらい、気づきを行ないやすくするという「プレゼンテーション代行」のコンセプトを導入した。そこでは、制作者が他者に自作品の発表内容を指示し、指示を受けた者(他者)が制作者の代わりにリハーサルを行ない、それを制作者が見ることで、リフレクションに必要な客観視や評価視点の乏しさが補え、発表内容の見直しができる。また、自分が演じることをしないため、リハーサル内容のチェックに集中することができ、さらなる気づきの深まりが期待できると考えた。そして、制作者は自分の意図を相手に伝えるために、自分の考えたプレゼンテーションのやり方を外化する必要があるので、指示・指示確認の中でも副次的なリフレクションが生じる可能性があると考えた。これらの手法を「D-P方式」とし、その理論的枠組みを構築した。2.プレ実践授業の実施とデータ分析実践的論証の基礎データに用いるために、研究組織のメンバーが担当している授業において、「D-P方式」によるプレゼンテーション教育を組み込み、実践データを得た。それらを分析した結果、(1)この方式は受講者に好意的に受け入れられた。(2)リフレクションの結果が作品修正の一部として確認できた。1.「D-P方式」によるプレゼンテーション教育の位置づけの強化「D-P方式」によるプレゼンテーション教育の実施環境の制約条件を、(1)大学等における一般教育科目(例:情報教育のリテラシー教育科目)、(2)多数の初級者を対象、(3)特別な装置やソフトウェアが不要、(4)パソコン演習室とプロジェクタ・スクリーン設置教室の利用、と規定した。そして、「D-P方式」での「リハーサル代行」の教育方法としての位置づけは、従来よく行われる「ひとりリハーサル」が、初級者にとって演じ方や話し方などの表現に気をとられてしまい、分かりやすさなどの内容についてのチェックができないことに比べて、リフレクション能力(チェックし、気づき、改善案を考え、修正すること)を強化するものであると理論づけた。2.実践ノウハウの蓄積研究グループのメンバーが担当する大学の授業で「D-P方式」の実践を重ね、18ステップの指導手順を確立した(1:内容の制作、2:指示のまとめ、3:指示書の作成、4:ペア相手の決定、5:ペア相手に指示、6:ペア相手からの指示受書の受理、7:指示書と指示受書の比較、8:指示書の修正、9:ペア相手によるリハーサル代行の実施、10:リハーサル代行の視聴、11:リハーサル代行のチェック、12:役割の交代、13:ペア相手から指示を受ける、14:作成した指示受書を渡す、15:ペア相手のリハーサル代行を実施、16:自分の分の代行プレゼンで気付いた内容修正、17:自分のプレゼンの本番発表、18:自分のプレゼンの自己評価)。3.ワークショップによる実践ノウハウの公開と検証情報教育学(IEC)研究会第247回定例研究会でワークショップを開催(2011年1月9日)し、「D-P方式」によるプレゼンテーション教育の実践ノウハウの公開と、参加者との意見交換による実践ノウハウの検証が行えた。1.ワークショップによる実践ノウハウの公開と検証(その2)2011年1月9日に行なったワークショップ(情報教育学(IEC)研究会第247回定例研究会)の結果を論理的に検討した結果、「D-P方式」は、視点(自分と他者、作ること、演じること、評価すること)の組み合わせによる教育手法の一形態であることが判明した。つまり、「作ること、演じること、評価すること」をすべて自分で行なわせるという一般教育でよく行なわれる初学者対応の「自作自演自評価型の教育手法」から、「作ること、演じること、評価すること」をすべて他者に行なわせて、それらを俯瞰するという上級者対応の「他作他演他評価型の教育手法」まで、8通りに論理的拡張が考えられることが分かった。

2.蓄積した実践ノウハウの整理上述した8通りの教育手法の実践的な可能性を探るために、他人が作成したプレゼン資料を演じる方法を2011年7月30日に情報コミュニケーション学会第5回ワークショップ-プレゼンテーション教育の視点を変える-(大阪電気通信大学駅前キャンパス)で実践し評価を頂いた。これに基づいて考案した「他作自演自評価型」の授業を園田学園女子大学短期大学部の後期授業で行ない、授業実践性の確認ができた。3.得られた研究成果のまとめとその公表開発した「D-P方式」によるプレゼンテーション教育手法は、前述した8通りの1つ「自作他演自評価型の教育手法」として位置づけられることができ、大学におけるプレゼンテーション教育の初学者対応の手法として、実践手法をまとめた。また、プレゼンテーション教育には、視点(自分と他者、作ること、演じること、評価すること)の組み合わせによる8通りの教育手法が構築できる可能性を検討し整理した。これらの成果を学会発表・論文で公表した。
「小僧伝」－日本僧侶の現状についての研究

研究開始前は、120150人の僧侶にインタビューする予定だったが、計226人の僧侶とインタビューできた。内訳は、男性199人、女性27人。宗門大学1年生から先代住職まで幅広い世代の僧侶とインタビューできた。寺の状況も幅広く、大都市の裕福寺から地方の貧窮寺まで、場所も、新潟、千葉、東京、埼玉、横浜、大阪、和歌山、神戸、京都、広島、島根、出雲、大分、北九州、福岡、佐賀、北海道、仙台、福島、岩手、岡山と鳥取となった。ある地域の少しの寺の実態を知るだけでなく、全国を回って、一つのエリアの殆どの寺を見学する事も重要だと考え、大阪府豊中市の57ヶ寺の中の21ヶ寺を回り、各寺間の関係(法類、末寺、教区又は組・ブロック)、仏教会においての活躍、町の背景、などを考察した。上記フィールドワークで、重要なテーマがいくつか見えてきた。例えば、過疎地の寺の現実、世襲問題、在家と寺生まれの違い、役僧と住職の違い、布教と寺の運営の交渉と、本山と現場(地方の寺)のコミュニケーション等が、現在、宗派を問わず、地域差もなく多くの僧侶の悩みの種となっている。また、寺の現状と住職の実践だけではなく、僧侶の教育と修行も考察して来た。いくつかの宗門大学と修行道場の僧侶や、先生もインタビューしてきた。長谷寺、叡山学院、駒澤大学、龍谷大学、高野山大学等。今後は、大正大学、立正大学、浄土宗の養成講座でのインタビューを予定している。今回の研究を元に、それぞれの教団の研究所と宗門大学で、僧侶たちを前に講演をし、今後の研究に大切な情報や意見を僧侶や先生方から得ることができた。計画にそって、現代日本の仏教僧侶へのインタビューと僧侶の活動の実態調査を行った。インタビュー調査は120150人の僧侶に行う予定だったが、予想以上に順調に進んだので、220人を目標とすることとした。すでに、新潟、千葉、東京、埼玉、横浜、大阪、和歌山、神戸、京都、広島、島根、出雲、大分、北九州、福岡、佐賀で行った。今後は、北海道、岡山、名古屋、鳥取、島根で行う予定である。広く諸地域で話を聞くとともに、大阪府豊中市の57ヶ寺を集中的に回り、地域の寺院組織や自治体との関係についても考察している。計画以上:120-50人の予定が実際に220人以上にインタビューすることが出来、計画以上の調査を行えたため。引き続きインタビューを行い、テープ起こし、インタビューをまとめていく。
CTコロノグラフィーの半定量的側面像解析を用いた新たな大腸癌深達度診断法の確立

術前の大腸癌症例に対して320列マルチスライスCTを用いてCTコロノグラフィーを行い、大腸癌の仮想注腸画像を用いた側面変形の定量的評価を行い、大腸癌の深達度診断におけるその有用性についての検討を行った。結果として、早期大腸癌、すなわち粘膜内癌と粘膜下層癌との鑑別において、側面変形の定量的評価は従来の定性的評価に比して正診率の向上が得られ、治療方針決定の一助となることが分かった。大腸癌および大腸ポリープのうち、粘膜内病変における仮想注腸画像での側面変形は幾何学的要因によるものと理論上は考えられる。今回われわれはCTコロノグラフィーが施行された大腸癌および大腸ポリープのうち、内視鏡治療あるいは外科手術が行われ、病理組織学的に粘膜内病変と診断された病変を対象として、幾何学的要因による仮想注腸画像での側面変形の程度が、仮想注腸画像の側面像に直交するCT画像であるMultiplannar reformation画像(以下、cross-sectional MPR画像)を用いて予測可能であるかについて検討を行った。画像解析としてまず、対象病変の仮想注腸画像での側面変形の高さを計測した。次に、病変部のcross-sectional MPR画像を用いてピタゴラスの定理を利用して幾何学的要因による側面変形の予測値を計測した。最後に両者の測定値を比較検討した。結果として、仮想注腸画像での側面変形の実測値とcross-sectional MPR画像を用いた側面変形の予測値には有意差がみられた(それぞれ0.64 ±0.52 mmand 0.51 ±0.73mm; P < 0.05)が、両者の測定値には強い相関関係がみられた(R2 = 0.91, P < 0.0001)。結論として、大腸癌および大腸ポリープにおける仮想注腸画像での幾何学的要因による側面変形の程度はcross-sectional MPR画像を用いてある程度の予測が可能であると考えられた。従って、大腸癌の深達度診断において仮想注腸画像での側面変形の実測値とcross-sectional MPR画像を用いた幾何学的要因による側面変形の予測値を合わせて評価することで腫瘍浸潤要因による側面変形をより正確に評価できる可能性がある。大腸癌、特に早期大腸癌の深達度診断は治療方針の決定に重要であり、深達度診断の重要な指標の一つが注腸画像における側面変形である。側面変形は腫瘍の形態を反映した幾何学的要因と腫瘍浸潤要因から構成される。以前に我々はCTコロノグラフィーにおいて幾何学的要因による側面変形の程度を定量的にある程度の予測をすることが可能であることを報告した。今回は治療前にCTコロノグラフィーが施行され、かつ、手術あるいは内視鏡治療が施行され、病理診断にて早期大腸癌と診断された病変を対象として、仮想注腸画像において幾何学的要因を考慮した側面変形の定量的評価による深達度診断について検討を行った。画像解析として、まず仮想注腸画像にて大腸癌の側面変形の高さを計測(a)し、次に腸管の短軸像に相当するcross-sectional MPR(CS-MPR)像にて幾何学的要因による側面変形の高さに相当する高さの予測値を腸管径および病変径から三平方の定理を用いて計測(b)し、aとbの値の比をBI比と定義して、粘膜内癌と粘膜下層浸潤癌の両者の間でBI比の値の比較検討を行った。結果として、粘膜内癌のBI比は平均0.82 ±0.12、粘膜下層浸潤癌のBI比の値は平均2.1 ±0.15と両者間で有意差がみられ、BI比のカットオフ値を1.64とすると、感度90.5%、特異度100%でAUCは0.974であった。以上の結果より、BI比による側面変形の定量的評価は早期大腸癌の深達度診断の精度向上に役立つ可能性があると考えられた。症例の蓄積、特に早期大腸癌の症例の蓄積に時間を要したため、必要なデータの解析を早期に行うのが困難であった。昨年度に引き続き、仮想注腸画像の側面変形の定量的評価による大腸癌の深達度診断について、早期大腸癌37例(粘膜内癌16例、粘膜下層浸潤癌21例)を隆起型と表面型に分けてさらなる詳細な検討を行った。cross-sectional MPR画像を併用して、隆起型と表面型それぞれの形態に基づく幾何学的要素を考慮した側面変形の定量的評価を行い、側面変形比を求めた。結果として、粘膜内癌と粘膜下層浸潤癌の鑑別に関しては従来の定性的評価に比して深達度診断の正診率の向上が得られた(隆起型100%、平坦型88%)。病変が大腸のひだ上に存在する場合は、cross-sectional MPR画像を併用しても仮想注腸画像の側面変形における大腸癌の幾何学的要素を定量的に予測することが困難であったが、仮想注腸画像上のひだの開大度を定量的に評価することによって、早期大腸癌の深達度診断の高い正診率が得られた(粘膜内癌は100%、粘膜下層浸潤癌は83%)。さらに、進行大腸癌についても早期大腸癌と同様の方法にて深達度診断の定量的評価の検討を行った。結果として、進行大腸癌と粘膜下層浸潤癌の側面変形比は同等の値を示し、両者の間の側面変形比の値に有意差は認めなかった。また、病変のサイズが管腔の半周を超えるような大きな進行癌については、側面変形の幾何学的要素を正確に評価することは困難であった。

以上の結果より、側面変形比による定量的評価は早期大腸癌、すなわち粘膜内癌と粘膜下層癌との鑑別に有用であると考えられた。一方、側面変形比を用いた大腸癌の転移、再発の予測についての検討も行ったが、今回の研究期間においては側面変形比による定量的評価では転移、再発を予測することができず、側面変形の定量的評価が大腸癌の転移、再発の予測因子となりうるかどうかについては今後のさらなる検討が必要であると考えられた。術前の大腸癌症例に対して320列マルチスライスCTを用いてCTコロノグラフィーを行い、大腸癌の仮想注腸画像を用いた側面変形の定量的評価を行い、大腸癌の深達度診断におけるその有用性についての検討を行った。結果として、早期大腸癌、すなわち粘膜内癌と粘膜下層癌との鑑別において、側面変形の定量的評価は従来の定性的評価に比して正診率の向上が得られ、治療方針決定の一助となることが分かった。対象となった大腸癌症例のうち、早期大腸癌を占める割合が当初の予定よりやや少なく、データの解析を行うには不十分な状況である。これまでの研究結果を踏まえて、今後さらなる症例の蓄積およびデータの解析を行い、側面変形の観点から、大腸癌の転移や再発リスク要因についての検討を行っていく予定である。放射線科学今後は上記の結果を踏まえて、さらなる症例の蓄積およびデータ収集を行い、腫瘍浸潤要因による側面変形の定量的評価による大腸癌の深達度診断の精度について詳細に検討していく予定である。大腸癌の深達度診断においてCTコロノグラフィーによる側面変形の定量的評価が有用であることをある程度示すことはできたが、さらなるデータの解析を行うには症例の蓄積が不十分であり、さらなる国際学会での発表および論文作成を行うまでに時間を要するため。幾何学的要因による側面変形はある程度の定量的予測が可能であることが分かったが、大腸癌の深達度診断に応用できるかについては、今後の症例の蓄積が待たれるところである。国際学会での発表および論文作成に関しては、深達度診断における有用性が十分に示されていないため現時点では困難な状況である。今後も引き続いて症例の蓄積およびデータの解析を行い、より効率的にデータの解析を行える研究環境を整え、転移や再発リスク要因となり得る新たな深達度診断に関する結果が得られ次第、積極的に国際学会での発表および論文作成を行う。今後も引き続いて症例の蓄積およびデータ収集を行い、より効率的にデータの解析を行える研究環境を整え、深達度診断に関して有用なデータ結果が得られ次第、積極的に国際学会発表を行い、論文を作成する。
ポルフィリン合成を標的とした抗マラリア薬の開発

アラレマイシンをリード化合物として19種類の誘導体を合成した。大腸菌hemB欠損株を宿主として、マラリア原虫を含む様々な生物種由来のPBGSの異種発現系を構築した。構築した株を用いてアラレマイシンおよび誘導体の感受性を調べた結果、PBGSの由来によって感受性が異なることが判明した。アラレマイシン生産菌のゲノム解析を行ったところ、2つのALA生合成酵素ホモログの遺伝子hemAとALASが見出された。ALA要求性変異株の相補性試験により、hemAがALAの合成を担うことが明らかとなった。一方、ALASはその下流の3つの遺伝子とともにアラレマイシン生合成に関与していることが明らかとなった。Pseudomonas putida由来のポルフォビリノーゲン合成酵素(PBGS)に対するin vitroでの阻害活性を調べたところ、アラレマイシンより10100倍程度阻害活性が上昇したものが得られた。マラリア原虫のPBGSに対するアラレマイシンの阻害効果を簡便に検定できるようにするために、大腸菌のPBGSをコードする遺伝子(hemB)をマラリア原虫のPBGS遺伝子に置換した株を構築した。λred相同組換え系を用いて、大腸菌のhemB遺伝子を欠失させ、マラリア原虫PBGS遺伝子の発現プラスミドを導入した。マラリア原虫由来のPBGS遺伝子は、hemB欠失株の増殖を回復させたことから、大腸菌細胞の中で発現し機能していると思われた。今後、構築した株を用いて、合成した誘導体の阻害活性をアッセイする予定である。アラレマイシン生産菌であるStreptomyces sp. A012304株はアラレマイシンに耐性を示すことが分かっている。そこでA012304株から標的酵素をコードするhemB遺伝子のクローニングを行った。近縁のStreptomyces属細菌3種の配列をもとにプライマーを設計し、hemB遺伝子部分断片を増幅した。これをもとに周辺領域を増幅してhemB遺伝子全長を得ることに成功した。得られたhemB遺伝子の配列を決定したところ、A012304株に特有のアミノ酸置換が6ヶ所に認められた。今後、得られた遺伝子の発現系を構築し、A012304由来PBGSのアラレマイシン感受性を調べる予定である。また、A012304株特有のアミノ酸残基について、それぞれアミノ酸置換体を構築し、アラレマイシン耐性に関与する残基を同定する。平成25年度に構築した大腸菌のポルフォビリノーゲン合成酵素(PBGS)をコードするhemB遺伝子を欠失し、マラリア原虫由来のPBGSをプラスミドから発現する株を用いて、アラレマイシンの作用を解析した。また、マラリア原虫由来PBGS酵素を精製し、アラレマイシンの作用を解析した。その結果、マラリア原虫由来のPBGSはヒトや細菌由来の酵素と比べてアラレマイシンに高い感受性を示すことが明らかとなった。また、合成したいくつかのアラレマイシン誘導体について阻害活性をアッセイし、PBGSの由来によって誘導体に対する感受性が大きく変化することが明らかとなった。アラレマイシン生産菌Streptomyces sp. A012304株由来のPBGSについて、生産菌に特有なアミノ酸残基を置換した変異体を構築した。今後、変異体のアラレマイシン感受性を調べ、アラレマイシン耐性に関与するアミノ酸残基を明らかにする予定である。また、アラレマイシン生産菌のゲノム配列の決定を行い、アラレマイシン生合成に関与すると思われる遺伝子クラスターを見出した。今後、遺伝子クラスターのクローニングとその機能の解明を行っていく予定である。アラレマイシン生産菌Streptomyces sp. A012304株からアラレマイシンの標的酵素ポルフォビリノーゲンシンターゼ(PBGS)をコードするhemB遺伝子をクローン化した。コリネ型細菌Corynebacterium glutamicumを宿主として生産菌PBGSの過剰発現と精製に成功した。アラレマイシンに感受性であることが知られているPsudomonas属細菌のPBGSと生産菌PBGSの酵素学的性質の比較を行った。その結果、生産菌PBGSはPsudomonas属細菌PBGSと比べてVmaxおよびKmが約1/2であり、アラレマイシンに対して約10倍耐性であることが明らかとなった。アラレマイシン生産菌Streptomyces sp. A012304株のゲノム解析を行い、5-アミノレブリン酸合成酵素のホモログが2つ存在することが明らかとなった。ひとつは細菌型のhemA遺伝子で、もうひとつは動物型のALAS遺伝子である。大腸菌の5-アミノレブリン酸要求性変異株の相補性試験から、hemAホモログが5-アミノレブリン酸の生合成を行っており、ALASホモログは5-アミノレブリン酸以外の物質の合成を行っていることが示唆された。ALAS近傍にはアミノトランスフェラーゼ、オキシドレダクターゼ、トランスポーターをコードすると思われる遺伝子があり、アラレマイシンと5-アミノレブリン酸の構造の差異を考えるとこれらがアラレマイシン生合成に関与していると思われた。そこでこれらの遺伝子を大腸菌で異種発現させたところ、アラレマイシンの生産が確認された。これより、ALASホモログを含むこれらの遺伝子群がアラレマイシン生合成に関与することが明らかとなった。大腸菌hemB欠損株を宿主として、マラリア原虫を含む

様々な生物種由来のPBGSの異種発現系を構築した。構築した株を用いてアラレマイシンおよび誘導体の感受性を調べた結果、PBGSの由来によって感受性が異なることが判明した。アラレマイシン生産菌のゲノム解析を行ったところ、2つのALA生合成酵素ホモログの遺伝子hemAとALASが見出された。ALA要求性変異株の相補性試験により、hemAがALAの合成を担うことが明らかとなった。一方、ALASはその下流の3つの遺伝子とともにアラレマイシン生合成に関与していることが明らかとなった。当初の計画通り、マラリア由来PBGSの大腸菌での異種発現系や精製酵素を用いてアラレマイシン感受性の解析を行なった。また、アラレマイシン生産菌Streptomyces sp. A012304株由来のPBGSの変異体の構築も行った。応用微生物学[1.マラリア原虫由来PBGSに対する阻害効果の検定]引き続き、大腸菌のPBGSをマラリア原虫のPBGSに置換した株や精製酵素を用いて、アラレマイシンおよびその誘導体の阻害作用を調べる。有望な化合物に関しては佐藤恵春博士(東京大学)の協力のもとにマラリア原虫の対する阻害活性の検定を行う。[2.生産菌由来PBGSの変異体に対する阻害効果の検定]構築した変異体について、アラレマイシン感受性を測定し、アラレマイシン耐性に関与するアミノ酸残基を明らかにする。[3.アラレマイシン生合成遺伝子の解明]新たに、アラレマイシン生産菌のゲノムに見出したアラレマイシン生合成遺伝子の機能解明を行う実験を27年度の計画として追加する。25年度に予定した、アラレマイシン誘導体の合成、マラリア原虫由来PBGSに置換した大腸菌株の構築、アラレマイシン生産菌Streptomyces sp. A012304株由来hemB遺伝子のクローニングに成功した。研究が順調に進行し試薬等の購入を最小限に抑えることができたため繰越額が生じた。25年度の成果をもとに以下の実験を進める。1.誘導体の合成については引き続き、アラレマイシン誘導体の合成を行なう。2.マラリア原虫のPBGSに対する阻害効果の検定については、大腸菌のPBGSをマラリア原虫のPBGSに置換した株を用いて、アラレマイシン誘導体の阻害作用を調べる。また、この菌株よりアラレマイシン耐性変異株を分離して、アラレマシンのマラリアPBGSに対する作用機構を明らかにする。有望な化合物に関してはマラリア原虫の対する阻害活性の検定を行う。3.アラレマイシン生産菌PBGSのアラレマイシン耐性機構の解析については、A012304株由来PBGSの発現系を構築し精製する。得られた精製酵素を用いて、アラレマイシン感受性を調べる。繰越額を含めた助成金は主に試薬等の消耗品の購入および研究成果発表旅費に使用する。
持久走のパフォーマンス向上にストレッチングは必要か？

(研究1)大学陸上競技部中長距離種目選手7名が下肢筋群に20秒×1セットのスタティックストレッチング(SS)を実施後、最大酸素摂取量の90%相当強度のトレッドミル走を疲労困憊まで継続し、運動継続時間をパフォーマンスの指標として測定した。その結果、SSを実施しても運動継続時間は延長も短縮もしなかった。(研究2)大学陸上競技部中長距離種目選手7名が下肢筋群における10回×1セットの速い速度のダイナミックストレッチング(DS)を実施した後、研究1と同様の運動継続時間の測定を行った。その結果、DSの実施により運動継続時間が有意に(p<0.01)延長し、パフォーマンスの向上が認められた。ダイナミックストレッチング(DS)が持久走パフォーマンスに及ぼす影響についての報告は少ない.また,僅かな報告の走運動の強度は陸上競技長距離種目に比べ低かった.よって,今のところ陸上競技長距離種目のウォームアップにおけるDSの実施がパフォーマンス向上に有効か否かについては不明のままである.そこで本研究の目的はDSが比較的高い強度の持久走パフォーマンスに及ぼす影響を明らかにすることであった.被験者は大学陸上競技部所属の中長距離種目選手7名であった.各被験者は以下に示す2処置の1つを施行した後,最大酸素摂取量の90%相当の速度に設定したトレッドミル上で疲労困憊に至るまで走運動を実施した.処置は1)DSを実施する(DS)処置および2)安静保持のコントロール(CON)とし,すべての被験者が両処置を別日にランダムな順序で施行した.DS処置では両脚の5筋群(股関節伸展筋群および屈曲筋群,膝関節伸展筋および屈曲筋群,足底屈筋群)に2秒に1回のペースで10回のDSを1セット実施した.走運動パフォーマンスは運動継続時間を以て評価した.また,走運動中の効率を評価するため呼気ガス分析装置を用いて運動開始から終了まで酸素摂取量を測定した.DS処置の運動継続時間は928.6±215.0秒と,CONの785.3±206.2秒に比較し,有意に(p<0.01)高値を示した.一方,酸素摂取量は処置間に差は認められなかった.これらのことから,DSは比較的高い強度の持久走パフォーマンスを向上させることが明らかとなった.一方,酸素摂取量より同定した走運動の効率には変化を来さなかったことから,他の要因がパフォーマンス向上に関わっていることが示唆された.以上,本研究で得られた知見より,陸上競技長距離種目のウォームアップにおいて本研究で用いたDSを実施することはより良いパフォーマンス発揮に繋がることが示唆される.(研究1)大学陸上競技部中長距離種目選手7名が下肢筋群に20秒×1セットのスタティックストレッチング(SS)を実施後、最大酸素摂取量の90%相当強度のトレッドミル走を疲労困憊まで継続し、運動継続時間をパフォーマンスの指標として測定した。昨今,スタティックストレッチング(SS)による運動パフォーマンス低下が報告されているものの,持久的な走運動パフォーマンスに及ぼす影響についての報告は少ない.また,それら僅かな報告の走運動の強度は陸上競技長距離種目に比べ低かった.加えて,SSの時間が一般に競技現場のウォームアップで用いられているものに比べ長かった.そこで本研究の目的は短時間のSSが比較的高い強度の持久的な走運動パフォーマンスに及ぼす影響を明らかにすることであった.被験者は大学陸上競技部所属の中長距離種目選手7名であった.各被験者は以下に示す2処置の1つを施行した後,最大酸素摂取量の90%相当の速度に設定したトレッドミル上で疲労困憊に至るまで走運動を実施した.処置は1)SSを実施する(SS)処置および2)安静保持のコントロール(Con)とし,すべての被験者が両処置を別日にランダムな順序で施行した.SS処置では両脚の5筋群(股関節伸展筋群および屈曲筋群,膝関節伸展筋および屈曲筋群,足底屈筋群)に20秒間のSSを1セットずつ実施した.走運動パフォーマンスは運動継続時間を以て評価した.また,走運動中の効率を評価するため呼気ガス分析装置を用いて運動開始から終了まで酸素摂取量を測定した.運動継続時間はSS処置で792.0±281.2秒,Conでは785.3±206.2秒であり,条件間に有意な差は認められなかった.また,酸素摂取量も両条件において有意な差はみられなかった.これらのことから,短時間のSSは比較的高い強度の持久的な走運動パフォーマンスを低下させず,走運動の効率も減じないことが示された.

よって,本研究で得られた知見より,陸上競技長距離種目のウォームアップにおいて比較的短時間のSSを実施することはより良いパフォーマンス発揮に繋がるようなポジティブな効果はないものの,少なくともネガティブな影響もないことが示唆される.当初の計画では走運動の強度を最大酸素摂取量の85%としたものの,予備実験を繰り返した結果,運動継続時間が冗長であったため,90%に適宜変更した.また,主観的運動強度の測定を計画していたが,比較的高い強度の走運動であり,しかも呼気ガス分析装置のフェイスマスクを装着していたため,被験者より回答してもらうのが難しく,測定項目から除外した.以上のような変更はあったものの,その他については,本年度の研究は滞りなく遂行できた.また,次年度に予定している研究も既に実施中である.そのため,1に該当すると考えた.次年度はダイナミックストレッチング(DS)が比較的高い強度の走運動のパフォーマンスに及ぼす影響を明らかにすることを目的に研究を実施する.被験者は大学陸上競技部に所属する中長距離種目選手7名とする.DS処置とストレッチングをしない条件の2処置のもと,本年度同様,最大酸素摂取量の90%相当強度の走運動をトレッドミル上で行い,運動継続時間および運動効率を計測する.なお,DS処置は本年度のSS処置と同様の下肢筋群を対象に実施する.まずは消耗品である呼気ガス分析装置に係るフェイスマスク(1,800円/個)を直接経費より支出し,数個追加購入する計画である.また,各被験者の謝金を本年度同様1実験当たり2,920円とし,7名に対し3回分に当たる61,320円を直接経費から支出したい.さらに,得られた結果は国内学会で報告する.そのため学会大会参加費用11,000円を直接経費より支出したい.加えて,得られたデータをもとに執筆した論文を英文誌に投稿し,掲載を目指す.そのため,英文校正,投稿料および掲載された際の別刷購入等にかかる費用20,000円程度を直接経費より支出したい.
気管支喘息における抗原特異的T細胞の役割の解明

気管支喘息における抗原特異的T細胞の役割の解明に向けて、まずアスカリス抗原腹腔内感作による喘息モデル動物を作製し、その末梢血単核球(PBMC)のアスカリス抗原に対するリンパ球幼若化反応を測定した。腹腔内感作群では未感作群に比較して幼若化反応が有意に高値を示した。次に喘息モデル動物に抗原を10分間吸入させて即時型気道反応を発症させ、その時の発作強度と抗原に対する末梢血リンパ球幼若反応の関係を検討したが、両者の間に有意な相関は認められなかった。またメサコリン吸入閾値とリンパ球幼若化反応の間にも相関は認められなかった。以上より、抗原感作によってリンパ球幼若化反応が亢進する事は確認されたが、リンパ球幼若化反応と即時型気道反応の発作強度や気道過敏性との間の関係は確認できなかった。一方遅発型気道反応とメサコリン吸入閾値及びリンパ球幼若化反応との関係については、今後検討する予定である。抗原特異的T細胞クローンについては、アレルギー性喘息の患者からダニおよびカンジダ特異的なクローンを樹立し、そのサイトカイン産生を測定した。T細胞培養上清中のIFN_<-Y>とIL-4を測定したところ、Th1様、Th2様のそれぞれのサイトカイン分泌パターンが認められた。一方、アスカリス抗原感作モルモットにおいても、PBMCにリコンビナントヒトIL-2を加えると増殖が認められ、アスカリス抗原で刺激すると増殖するCell lineも認められ、ヒトと同様の方法で抗原特異的T細胞クローンが樹立可能である事が示唆された。今後アスカリス抗原特異的T細胞クローンを体外で増殖させ、再び体内ヘ戻し、それにより、即時型気道反応、遅発型気道反応がどのような影響を受けるかを観察する予定である。まず喘息動物モデル作成のため、モルモットにアスカリス抗原を腹腔感作し、その後経気道的にアスカリス抗原を吸入させることにより即時型気道反応及び遅発型気道反応を発症する喘息動物モデルを作成した。このモデルは抗原吸入10分前後の即時型気道反応が一旦回復した8時間前後に遅発型の気道反応を呈した。この喘息動物モデルに繰り返し抗原吸入を続けると慢性的な呼気延長を認め、ヒトにおける慢性喘息に相当する動物モデルと考えられた。このモデル動物の気道あるいは末梢血中にはアスカリス抗原特異的リンパ球が存在すると考えられ、現在比重遠沈法でモルモット末梢血からリンパ球を分離し、これをリコンビナントヒトIL-2により培養増殖させることが可能であるが、まだアスカリス抗原特異的リンパ球クローンは得られていない。今後アスカリス抗原添加による培養を続けてアスカリス抗原特異的リンパ球クローンを分離し、体外で増殖させて体内に戻し、抗原吸入による喘息発作の増悪および、気道過敏性の亢進等の所見がみられるか否かを検討する実験を予定している。次にその時の気道反応の特徴(即時型優位か、遅発型優位か)や慢性的な発作を引き起こせるかどうかを検討し、さらに気道組織中に浸潤したリンパ球のサブセットを免疫組織学的に検討する予定である。これらの検討により気管支喘息発作における抗原特異的リンパ球の役割が明確になり、今後の気管支喘息の治療の有力な手がかりが得られると思われる。気管支喘息における抗原特異的T細胞の役割の解明に向けて、平成6年度に作製した、アスカリス抗原腹腔内感作による喘息モデル動物において、まず末梢血単核球(PBMC)のアスカリス抗原に対するリンパ球幼若化反応を測定し、腹腔内感作群では未感作群に比較して有意に高値を示す事を確認した。

次に喘息モデル動物に抗原を10分間吸入させて即時型気道反応を発症させ、その時の発作強度と抗原に対する末梢血リンパ球幼若化反応の関係を検討したが、両者の間に有意な相関は認められなかった。またメサコリン吸入閾値とリンパ球幼若化反応の間にも相関は認められなかった。以上より、抗原感作によってリンパ球幼若化反応が亢進する事は確認されたが、リンパ球幼若化反応と即時型気道反応の発作強度や気道過敏性との間の関係は確認できなかった。遅発型気道反応については、今後検討する予定である。抗原特異的T細胞クローンについては、アレルギー性喘息の患者からダニおよびカンジダ特異的なクローンを樹立し、そのサイトカイン産生を測定した。T細胞培養上清中のIFN-γとIL-4を測定したところ、Th1様、Th2様のそれぞれのサイトカイン分泌パターンが認められた。一方、アスカリス抗原感作モルモットにおいても、PBMCにリコンビナントヒトIL-2を加えると増殖が認められ、アスカリス抗原で刺激すると増殖するCell lineも認められ、ヒトと同様の方法で抗原特異的T細胞クローンが樹立可能である事が示唆された。今後アスカリス抗原特異的T細胞クローンを体外で増殖させ、再び体内へ戻し、それにより、即時型気道反応、遅発型気道反応がどのような影響を受けるかを観察する予定である。
金属原子間結合種を活性点とする混合酸化状態ネットワーク化合物の構築とその物性

伝導性をもつ多孔性結体高分子を作ると、小分子の吸着に伴って、ホストの伝導度が変化すると期待される。分子性化合物に伝導性を付与するための鍵は混合酸化状態の錯体を合成することにある。この日的に沿い、レドックス活性種として水車形ロジウム複核錯体を選び、中性錯体とそのカチオンラジカルから成る混合酸化状態の3次元ダイアモンド形ネットワーク構造の化合物を構築し、その物性を検討した。アセトアミデート架橋ロジウム複核結体とそのカチオンラジカル塩とョウ化物イオンを水中で反応させ、ダイアモンド形骨格をもつ混合酸化物錯体を得た。この錯体は室温伝導度3.8×10^<-4>S/cm、伝導の活性化エネルギー160meVの半導体であることを示した。この錯体と関連結体の電子スペクトル等の比較に基づき、この結体の伝導は"small polaron"機構によりもたらされ、隣接レドックスサイト間の相互作用が33meVと小さいものでることが示された。また、この錯体の室温における伝導度の圧力依存性を調べると、1気圧から2万気圧の範囲において、加圧とともに伝導度が単調に増大し、2万気圧では11×10^<-4>S/cmであった。この結体を真空下で加熱すると、結晶水が脱離して多孔性物質となることが見出された。この脱水錯体は炭酸ガス、アセチレン、メタノール、アセトニトリルなどの小分子を吸着する。元の含水錆体に較べて、脱水錆体の伝導度は著しく小さく、これに小分子を吸着させると吸着に伴って伝導度が増大する。しかし、ホスト骨格構造の強度不足のため、吸着に伴う伝導度変化の詳細な解析は出来なかった。また、あわせてアセトアミダート配位子をもつ開設電子構造のルテュウム複核錯体のハライド架橋一次元鎖構造の錯体の磁性も調べ、ゼロ磁場分裂が大きく、隣接サイト間相互作用が小さいことを見出した。伝導性をもつ多孔性錯体高分子を作ると、小分子の吸着に伴って、ホストの伝導度が変化すると期待される。分子性化合物に伝導性を付与するためのキーは混合原子価状態の錯体を合成することにある。そのような多孔性錯体高分子を作ることを目指し、金属原子間結合種として水車形ロジウム複核錯体を選び、中性複核錯体とそのカチオンラジカルから成る混合酸化状態の3次元ダイアモンドネットワーク構造化合物を構築し、その物性を検討した。すなわち、アセトアミデートにより架橋されたロジウム複核錯体とそのカチオンラジカル塩とヨウ化物イオンを水中で反応させ、ダイアモンド構造の骨格をもつ混合酸化物錯体を得た。伝導度の温度依存性は、この錯体が室温伝導度1.4×10^<-3>S/cm、伝導の活性化エネルギー160meVの半導体であることを示した。また、この錯体の室温における伝導度の圧力依存性を調べると、1気圧から1万気圧の範囲において、加圧とともに伝導度が増大し、1万気圧では5.0×10^<-3>S/cmであった。この錯体を真空下で加熱すると、結晶水が脱離して多孔性物質となることが見出された。この脱水錯体はドライアイス温度において組成ユニット1モル当たり2モル余りの炭酸ガスを吸着する。元の含水錯体に較べて、脱水錯体の伝導度は著しく小さく、これに炭酸ガスを吸着させると吸着に伴って伝導度が更に減少する。

また、脱水錯体のアセチレン吸着の際には伝導度がわずかに増大する傾向を示した。これらの現象は、多孔性物質による分子認識の伝導度による検出として興味深いものと考えている。また、あわせてカテコール配位子をもつ開殻電子構造のルテニウム複核錯体の幾何構造ならびにその特異な電子構造を明らかにした。混合原子価状態の多孔性錯体高分子を合成すると、ゲストの吸脱着に伴って、多孔性錯体高分子ホストの伝導度が変化し新しいタイプの小分子センサーのプロトタイプになり、また吸脱着による電子構造変化としても興味深いものと期待される。このような多孔性錯体高分子として、ヨウ化物イオンで架橋された混合酸化状態のロジウム複核錯体からなる多孔性錯体高分子を合成し、その伝導機構の評価、小分子吸脱着挙動とそれに伴う電導度の変化を調べた。まず含水多孔性錯体高分子ならびに関連錯体の電子スペクトルの相互比較に基づき、この混合酸化状態錯体の原子価問電荷移動(IVCT)吸収帯が6.10kKの近赤外領域にあらわれることを見出した。この吸収帯と、伝導のアーレニウス活性化エネルギー1.27kKを比較すると、本錯体の伝導はトランスファーインテグラル値が0.26kKのスモールポーラロン機構により生じていると評価された。また、2万気圧までの加圧において電導度は大気圧下のそれの1/3まで単調に減少し、加圧にともなう相転移のような伝導性の劇的変化は示さなかった。この錯体を室温ないし加熱下で真空引きすると、結晶水が脱離して多孔性物質となる。もとの結晶水の2/3までの部分脱水の場合、伝導度は1万分の1まで減少するが吸湿により電導度はもとの値まで回復する。このとき結晶構造は可逆的に変化していた。また、完全に脱水した錯体は室温において組成式ユニット1モル当たり2モル余りのメタノールやアセトニトリルを吸着する。脱水により減少した電導度はメタノールやアセトニトリルの吸着に伴って増加する。今回合成した錯体のトランスファーインテグラル値はかなり小さく、従ってホストの微小な幾何学的ないし電子的構造変化の影響を大きく受け、小分子の吸脱着に伴って大きな伝導性の変化が生じると考えられる。
弱磁化固体天体－宇宙プラズマ相互作用の粒子モデル計算機実験

月や小惑星など弱磁化固体天体のプラズマ環境を正確に把握する上で、固体表面ープラズマ相互作用は必要不可欠の要素である。本研究は、当該相互作用の結果、天体表層で生起する非熱的プラズマ成分を数値的に予測した上で、高層への自由エネルギー輸送過程を明らかにする。H30年度の主な成果は以下の通りである。「かぐや」やALTEMIS衛星による月プラズマ観測では、月上空で様々な波動励起が確認されている。本研究で着目するのは、科学衛星と月面の非磁化(磁気異常の存在しない)領域が太陽風磁力線で接続されているときに観測される、VLF帯の電磁波動である。この波動は磁力線に対して右回りの円偏波を有し、電子サイクトロン周波数の数分の一の周波数帯を有するためホイッスラーモード波動と考えられているが、その観測領域は月面から数1001000 km離れている。一般にデバイ長(数10 m)スケールで特徴づけられる非磁化固体表面によるプラズマじょう乱の影響が、ここまで高高度まで波及するか否かが問題の焦点であった。この点を明らかにするため、太陽風磁力線に沿った長距離のシミュレーション領域を設定し、固体表面から発生する電子分布関数変化と、波動励起の有無を調査した。計算技法としては、月面近傍の高密度光電子層と、上空の太陽風プラズマ領域を分離して計算し、その間を適切に連結した。これにより、月面から100 km(10000デバイ長に相当)の長距離プラズマ粒子モデル計算機実験を実現した。その結果、月面での電子吸収によって、磁力線に平行方向の電子速度分布が大きく変化し、この影響が月面から100 km上空まで波及することを実証した。これは天体の大きさが電子ジャイロ半径より十分に大きいために生じる現象である。この結果として、磁力線に対して平行、および垂直方向の間に温度異方性が発達し、電磁波動を成長させていることが明らかとなってきた。当初より3年間の課題実施期間で、1弱磁化天体表層環境と2高層電磁気プロセスの物理的相関を明らかにする計画であった。H30年度は計算モデルの工夫により実現した長距離シミュレーションにより、天体表層での固体表面ープラズマ相互作用が、高層でしばしば観測される電磁波動じょう乱を誘発する過程を再現することに成功した。現在、シミュレーションの長時間化やパラメータサーベイにより、この過程の詳細な特徴を調査しており、2019年度中に成果発表が可能な見込みとなっている。2019年度は、研究目的である固体プラズマ境界圏と天体高層プラズマ環境の結合過程解明に向けた計算機実験解析を引き続き進める。計算機実験結果が、「かぐや」やARTEMIS衛星の観測結果と整合的であることを示すことによって、計算機実験から得られた物理的知見の妥当性を示す計画である。このためには、現在波動励起の初期成長段階にとどまっているシミュレーション解析の長時間化が必要である。これを実現するため、シミュレーションプログラムへの陰解法導入などいくつかの準備作業を進めており、まもなくそれらを用いた長時間シミュレーション解析が可能になる見込みである。本研究は、当該相互作用の結果、天体表層で生起するプラズマ・ダスト環境や非熱的プラズマ成分を数値的に予測した上で、高層への荷電粒子・エネルギー輸送過程を定量的に評価する。これにより両領域でのプラズマ過程の間の関連を明らかにする。H29年度の主な成果は以下の通りである。1弱磁化小型天体と宇宙空間プラズマの相互作用過程の代表例として、月と太陽風プラズマの相互作用に着目した。スケール化された月全体を含む2次元グローバル粒子モデルプラズマ計算を実施し、月後方に掲載されるウェイクの境界周辺に静電的な波動の励起を確認した。本解析を行うにあたっては、低密度であるウェイク領域においても十分な個数の超粒子が必要となるため、1セルあたり512個の超粒子を導入した大規模計算を進めている。惑星間空間磁場(IMF)の角度を変更したいくつかの計算を実施したところ、この静電プラズマ波動は片側のウェイク境界のみで励起されることが確認された。これはウェイク境界電場とIMFの間の角度が重要なパラメータであることを示唆している。今後、Liouvilleの定理を利用したテスト粒子計算を活用して、ウェイク境界領域での速度分布関数を取得し、粒子モデルシミュレーションで確認された波動の励起プロセスの詳細に踏み込む計画である。2月面で発見された縦孔と地下空洞地形に関して、プラズマ粒子シミュレーションコードEMSESを応用した3次元大規模数値解析を行い、その静電プラズマ環境を世界で初めて再現した。これにより、日向と日陰の帯電差に伴う局所的な強電場の存在と、縦孔内部への太陽風電子侵入の制限に起因する縦孔内外間の電位差、周辺のプラズマ粒子と帯電ダストの輸送機構を明らかにした。H29年度はこのうち1の固体表面近傍のプラズマ環境の定量的評価を集中的に実施した。固体ープラズマ相互作用によって形成される月ウェイクは、太陽風プロトンのジャイロ半径より大きな空間スケールを持つが、これを粒子モデルシミュレーションで再現するのは計算資源の観点から容易ではない。そこで本研究では、天体サイズやプラズマ条件を適切にスケール化することにより、ウェイク環境の構築と波動励起の再現に成功した。

一方、上記の取り組みに時間を要した結果、当初計画されていたウェイク領域での速度分布関数解析を達成するまでには至らなかった。特に低密度領域であるウェイク中の計算粒子数の少なさから統計的な正確さを保証するのが難しい点も進捗に影響を及ぼした。このことから、当初設定した研究実施計画に照らして、「やや遅れている」と自己点検した。今後の展望については、Liouvilleの定理に基づく後方追跡法を適用したテスト粒子計算を併用することで、H30年度以降速やかに速度分布関数解析を進める予定である。月や小惑星など弱磁化固体天体のプラズマ環境を正確に把握する上で、固体表面ープラズマ相互作用は必要不可欠の要素である。本研究は、当該相互作用の結果、天体表層で生起する非熱的プラズマ成分を数値的に予測した上で、高層への自由エネルギー輸送過程を明らかにする。H30年度の主な成果は以下の通りである。「かぐや」やALTEMIS衛星による月プラズマ観測では、月上空で様々な波動励起が確認されている。本研究で着目するのは、科学衛星と月面の非磁化(磁気異常の存在しない)領域が太陽風磁力線で接続されているときに観測される、VLF帯の電磁波動である。この波動は磁力線に対して右回りの円偏波を有し、電子サイクトロン周波数の数分の一の周波数帯を有するためホイッスラーモード波動と考えられているが、その観測領域は月面から数1001000 km離れている。一般にデバイ長(数10 m)スケールで特徴づけられる非磁化固体表面によるプラズマじょう乱の影響が、ここまで高高度まで波及するか否かが問題の焦点であった。この点を明らかにするため、太陽風磁力線に沿った長距離のシミュレーション領域を設定し、固体表面から発生する電子分布関数変化と、波動励起の有無を調査した。計算技法としては、月面近傍の高密度光電子層と、上空の太陽風プラズマ領域を分離して計算し、その間を適切に連結した。これにより、月面から100 km(10000デバイ長に相当)の長距離プラズマ粒子モデル計算機実験を実現した。その結果、月面での電子吸収によって、磁力線に平行方向の電子速度分布が大きく変化し、この影響が月面から100 km上空まで波及することを実証した。これは天体の大きさが電子ジャイロ半径より十分に大きいために生じる現象である。この結果として、磁力線に対して平行、および垂直方向の間に温度異方性が発達し、電磁波動を成長させていることが明らかとなってきた。当初より3年間の課題実施期間で、1弱磁化天体表層環境と2高層電磁気プロセスの物理的相関を明らかにする計画であった。H30年度は計算モデルの工夫により実現した長距離シミュレーションにより、天体表層での固体表面ープラズマ相互作用が、高層でしばしば観測される電磁波動じょう乱を誘発する過程を再現することに成功した。現在、シミュレーションの長時間化やパラメータサーベイにより、この過程の詳細な特徴を調査しており、2019年度中に成果発表が可能な見込みとなっている。H30年度は、前年度に引き続き月に着目し、研究目的である固体プラズマ境界圏と天体高層プラズマ環境の結合過程解明に向けて計算機実験解析を進める。
回折・全散乱実験と理論計算による層状酸化物系イオン伝導体の欠陥構造モデリング

本研究では、固体酸化物形燃料電池の電解質として層状構造を有する酸化物イオン伝導体に注目し、伝導を担う欠陥(格子間酸素など)の分布を明らかにするため、回折・全散乱測定により得られたブラッグ反射と2体分布関数を解析した。その結果、LaSrGa3O7系材料において、格子間酸素は特定の原子(La)の近傍に捕捉される傾向があることを明らかにした。また、第一原理計算の援用により、解析精度の向上に成功した。固体酸化物形燃料電池の電解質への応用が期待されているメリライト型構造を有する酸化物について、導電特性と原子配列の関係を明らかにし、新規材料の設計指針を得るため、以下の実験を行った。これらの試料について導電率の酸素・水蒸気分圧依存性と濃淡電池の起電力測定を行った結果、いずれの試料も大気下において酸化物イオン伝導性を示すことが確認された。さらに、導電率の組成依存性を検討し、置換量と導電率、伝導の活性化エネルギーの関係を明らかにした。結晶構造に関する詳細な知見を得るため、中性子および放射光X線回折測定を行い、Bragg反射を用いた結晶構造解析(リートベルト法・最大エントロピー法)を行った。その結果、La1+xSr1-xGa3O7+dにおいて伝導種となる酸化物イオン(格子間酸素)の平均位置とその分布を決定することに成功した。一方、Sr2-xNaxMgSi2O7-dについては実験的手法のみでは酸素空孔の位置を決定することが困難であったが、第一原理計算の援用により酸素空孔の位置とその周辺の構造変化(欠陥構造)に関する知見が得られた。また、電子密度分布と状態密度の解析により、電子構造が欠陥構造に及ぼす影響を検討した。さらに、一部の試料については全散乱測定を行い、動径分布関数を得ることに成功した。これによりBragg反射だけでは表せない周期性をもたない構造(伝導イオンの分布等)に関する知見が得られた。当初計画において、平成27年度は(1)試料合成、(2)導電特性の評価、(3)Bragg反射を用いた結晶構造解析、(4)第一原理計算による欠陥構造解析を予定していたが、(1)と(2)については計画通りに進展している。また、(2)についてはガス環境制御用石英チューブの導入により、当初想定していたよりも幅広い条件下で導電率測定が可能となった。(3)については主要な試料に関しては中性子あるいは放射光X線回折測定を完了しており、結晶構造の精密化にも成功している。特にLa1+xSr1-xGa3O7+dについては伝導イオンの分布に関する知見が得られた。(4)については現在も進行中であるが、特にSr2MgSi2O7系について有用な知見が得られた。固体酸化物形燃料電池の電解質への応用が期待されているメリライト型の層状構造を有する酸化物イオン伝導体について、導電特性と原子配列の関係を明らかにし、新規材料の設計指針を得るため、以下の実験を行った。これまでの研究成果を踏まえて、特にLa1+xSr1-xGa3O7+dに着目し、2体分布関数(PDF)の解析による周期性のない構造(欠陥構造)の検討と、第一原理分子動力学計算による伝導経路の検討を行った。また、Gaの一部を異元素で置換した物質についても、同様の検討を行った。Bragg反射を用いた結晶構造解析により、伝導種となる酸化物イオンの平均位置が明らかになったため、平均構造をもとに2体分布関数を再現する原子配列を詳細に検討した。このとき、Bragg反射とPDFデータを併用した逆モンテカルロ法を適用することによって、伝導イオンと置換種の相対的な位置関係を解析した。さらに、解析精度の向上を目的として、第一原理計算による構造緩和の援用も行った。その結果、La1+xSr1-xGa3O7+dとLaSr(Ga,Al)3O7について、同じ結晶学的サイトを占有する元素を区別することに成功した。さらに、得られた原子配列を詳細に検討した結果、伝導種となる酸化物イオンは(La,Sr)サイトを占有するSr2+よりもLa3+の近傍に存在しやすいことが明らかになった。酸化物イオンの伝導機構に関する知見を得るため、逆モンテカルロ法によるPDF解析により得られた原子配列をもとに、第一原理分子動力学計算を行った。その結果、LaSrGa3O7系材料においては、組成によらず酸化物イオンがGa-O層の隙間を伝導することが示唆された。当初計画のとおり、本研究の中核となる欠陥構造解析に重点をおいた研究を実施する。具体的には、Ln1+xSr1-xGa3O7+d系およびSr2-xNaxMgSi2O7-d系イオン伝導体について、中性子あるいは放射光X線を用いた全散乱測定を行い、構造因子S(Q)の取得と還元二体分布関数G(r)への変換を行う。なお、一部の試料については既に測定済みであり、解析に十分な精度のデータが得られることを確認している。これらのデータとBragg反射を併用して解析することにより結晶中における欠陥(伝導イオン)の分布を検討する。

なお、解析手法としては逆モンテカルロ法を用いる。さらに、伝導機構に関する知見を得るため、上記の解析により得られた原子配列をもとに第一原理分子動力学計算を行い、伝導経路の可視化を行う。また、伝導イオンの平均二乗変位から、拡散係数と活性化エネルギーの評価を行う。これにより、原子配列と導電特性の関係を明らかにする。また、電子構造を詳細に検討することで、イオン伝導性に与える影響を明らかにする。固体化学全散乱測定用の試料合成の一部を次年度(測定の直前)に実施することにしたため。全散乱測定用の試料合成に使用する。