hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
代数群上の保型函数論とP-進離散群の研究

1.ユニタリ-群の類数の研究。虚2次体Kを係数とする正値ユニタリ-形式の類数を求める問題は代数群の数論に於ける一つの基本問題であるが、本研究ではこれをSelbergの跡公式を応用する事により求める事を試みた。この方法は既に四元数環や二次形式の類数の計算で応用され多くの成果が上げられているが、ユニタリ-群(正値エルミ-ト形式)ではこれが最初の成果である。まず一般階数のユニタリ-群の共役類の分類研究をし、次に跡公式の主要項であるMass formulaの具体的表示の初等的証明を与えた。また階数が2、及び3の場合に、unimodular latticeを含む種(genus)の類数に対する具体的公式を与えた。2.P-進離散群のSelberg-Ihara型ゼ-タ関数の研究。伊原氏はLie群の離散群に対するSelbergゼ-タ関数の類似をP-進体K上の二次特殊線形群(PSL(2、K)の離散群に対して考察し著しい結果を得た。本研究では伊原の結果をK-rankが1の線形代数群に一般化する事を試み、所期の成果を収めたものである。主要な成果はゼ-タ関数の有理式表示及び特殊因子(1-u)が商空間の2乗可積分関数空間のスペクトル分解に於いて所謂Steinberg表現に対応し両者の重複度が等しいという結果である。3.有限グラフのゼ-タ関数の研究。上記2の研究を更に一般化したもので、任意の連結有限グラフXとその基本群の有限次ユニタリ-表現pに対してゼ-タ関数Z(X、p;u)を定義し、これに関数行列式としての表示を与え、それより導かれる多くの性質を研究した。
温室効果ガスの増加による成層圏の寒冷化に関する理論的研究

温室効果ガス濃度の増加による大気による長波放射の射出率の増加、したがって大気の長波放射に対する吸収率の増加が、大気層に加熱効果をもたらすか冷却効果をもたらすかのどちらかを決める閾値が射出率に存在することを、放射平衡で拘束した簡単な二層大気モデルを用いて示し、さらに、その閾値をもたらす二酸化炭素濃度の値の検討を行った。長波放射の射出率が、現在の状態から増加すれば、成層圏の温度は現在より低い状態(成層圏の冷却)となる。一方、長波放射の射出率が、ある閾値0.258より高い状態から増加すれば、成層圏の温度は元の値より高い状態(成層圏の昇温)となる。このような射出率の閾値が存在する。温室効果ガスの増加などによる大気の地球放射に対する透過率の減少が、大気層に加熱効果をもたらすか冷却効果をもたらすかのどちらかを決める透過率の閾値が存在することを、放射平衡・灰色大気を仮定した簡単な二層大気モデルを用いて示し、特に、成層圏の冷却に焦点を当てた研究を行った。この研究結果を整理した上で、透過率の閾値をもたらす二酸化炭素の濃度の検討結果を加え、査読付き学会誌への投稿論文としてまとめているところである。さらに、成層圏のような鉛直温度構造を形成するための大気の不透明度の鉛直構造の条件を整理し、「大気の不透明度の増加による温暖化と寒冷化の境界が、どの高度にあり、それを決める不透明度の条件は何か」という問題に取り組み、その研究結果を査読付き学会誌への投稿論文としてまとめるべく、論文内容を検討しているところである。温室効果ガスの増加などによる大気の地球放射に対する透過率の減少が、大気層に加熱効果をもたらすか冷却効果をもたらすかを決める透過率の閾値が存在することを、放射平衡・灰色大気を仮定した簡単な二層大気モデルを用いて示し、特に、成層圏の冷却に焦点を当てた議論を行った。さらに、成層圏のような鉛直温度構造を形成するための大気の不透明度の鉛直構造の条件を整理し、「大気の不透明度の増加による温暖化と寒冷化の境界が、どの高度にあり、それを決める不透明度の条件は何か」という問題に取り組んでいる。温室効果ガスの増加などによる大気の長波放射に対する吸収率の減少、したがって大気による長波放射の射出率の増加が、大気層に加熱効果をもたらすか冷却効果をもたらすかのどちらかを決める閾値が射出率に存在することを、放射平衡で拘束した簡単な二層大気モデルを用いて示し、特に、成層圏の冷却に焦点を当てた研究を行った。この研究結果を整理した内容を、査読付き英文雑誌に投稿すべく、投稿原稿を完成に近づけた。さらに、長波の射出率の閾値をもたらす二酸化炭素の濃度はどの程度かの検討を行い、その内容を、査読付き英文雑誌に投稿すべく、投稿原稿のドラフトの作成を開始した。上記の結果からわかることは、温室効果ガスの濃度(現在の射出率)が、現在の濃度の状態から増加(射出率が増加)すれば、成層圏の温度は現在より低い状態(成層圏の冷却)となる。一方、温室効果ガスの濃度(射出率)が、ある閾値より高い状態から増加(射出率が増加)すれば、成層圏の温度は元の値より高い状態(成層圏の昇温)となる。このような温室効果ガスの濃度(射出率)の閾値がある。さらに、成層圏のような鉛直温度構造を形成するための大気の不透明度の鉛直構造の条件を整理し、「大気の不透明度の増加による温暖化と寒冷化の境界が、どの高度にあり、それを決める不透明度の条件は何か」という問題に取り組んだ。気候科学・研究成果を査読付き学会誌への投稿論文としてまとめているところである。・査読付き学会誌への投稿論文としてまとめていところである。・査読付き学会誌へ論文を投稿し、印刷までもってゆく。・適当な国際・国内学会で発表する。計画よりも学会参加が少なめであった。査読付き学会誌への論文の投稿に際しての英文校閲料、投稿料などで、予算を有効に執行する予定である。物品費12万旅費43万謝金40万その他5万計100万
米国内航空輸送業の市場構造の調査、市場行動の数量モデル化、並びに市場成果の測定

米国航空業において、合併が航空会社の営業実績或は経営指標、更には経済厚生に対して、如何なる影響を及ぼしたのか、或は合併の規模或は形態の差異によって、その影響が企業間で異なったのかについては、未だ計測されていなかった。今回の研究ではネットワークの経済理論と産業組織論的視点から、メガキャリアに関する合併の影響を、米国国内線データを元に計測した。その結果、次のような計測結果を得た。(1)ネットワーク拡張による座席利用率上昇、機材規模拡大、或は集中度上昇等の影響は、合併後一時的に大きくなるけれども、合併後の期間その傾向が維持されるとは言えない。(2)'87年以前では運賃は集中度、座席利用率、及び平均費用により決定されていたけれども、'87年以降の景気後退局面では集中度と平均費用の決定力は弱くなった。しかし、合併企業の中でも、取り分けメインハブ空港における市場支配力を強化したノースウエスト航空についてのみ、ネットワーク拡張→集中度上昇→運賃上昇という因果連鎖が、合併後の期間においても観察された。この結果は、メインハブ空港における運航シェアを同程度増加させたノースウエスト航空とTWAの内、ノースウエスト航空のみが独占的市場において市場支配力行使による高運賃設定を行い得たとするBorenstein1990の実証結果と整合的である。(3)利潤率は、景気回復局面においては集中度により決定される傾向がある。しかし、後退局面では座席利用率の影響を受け易くなる。また、この傾向は企業間で相異らない。以上の結果から判断すると、合併を通じたネットワーク拡張→ハブ空港関連路線での市場支配力強化→高運賃設定、更には高利潤獲得という因果序列は、メインハブ空港での市場支配力強化を行った航空会社について顕著である。従って企業の経営政策としては、合併によるメインハブ空港関連市場における市場支配力強化は魅力であるけれども、社会的厚生の観点からは、そのような形式の合併は好ましくない点が指摘された。
地元地域を創生するインクルーシブデザイン養成プログラムの開発と実践

本研究のテーマは「地元地域を創生するインクルーシブデザイン養成プログラムの開発と実践」である。平成30年度の主な研究実績は、1)ハンダ供給装置の自書による作成の申請書類で特許を出願したこと、2)本研究のプログラムにより開発した照明付き観察装置およびハンダ供給装置の実証実験を生産現場で実施し有効性を確認したこと、3)正反射金属材の3次元測定における青色レーザーの有効性を確認したことである。顧客の極端な意見を考慮した発想、設計、試作、試用を繰り返すことで新たな価値を創出するインクルーシブデザインは普遍的な方法とされている。典型的な高等教育機関の地域連携は地域に活動拠点のある大規模事業者との共同開発である。成果は注目され易いが地元地域の企業業績に繋がらないことも多い。全国390万事業者中169万者が小規模事業者であり大規模事業者は1万者と少ない。特に、製造業の生産波及の大きさは2.13と他産業1.93と比較して大きいので、製造業小規模事業者の活性化は地元地域の創生に繋がるに違いない。加えて、問題を発見し解決する能力が要求される工学教育にも好適である。インクルーシブデザイン開発プログラムの適用効果を生産性の改善として数値化できるからである。3Dスキャナーにより3次元データを測定するには入射レーザー光が被測定物表面で乱反射されなければならない。インクルーシブデザインでは正反射材の3次元データがしばしば必要となるが、この測定データが得られず新たな創作の妨げになることがある。この課題を解決するために3Dスキャナー用レーザーを赤色から青色に改良し正反射金属材料の3次元測定を試みたところ、一部の正反射材料で明らかな改善が見られた。これは正反射金属材料表面からの乱反射光によるものではなく、金属原子の散乱によるものではないかと推測され、正反射材の3次元測定の可能性を示唆している。現在までの進捗状況は「(3)やや遅れている」と自己評価した。やや遅れた理由は、1)ハンダ供給装置を自書により作成した申請書類で特許を出願したこと、2)LED直照式額帯鏡を電子素子用照明付き観察装置に発展させ生産現場で実証実験を実施したこと、3)青色レーザー3Dスキャナーを試作したための時間を要したためである。出願した特許は自書により作成した申請書類の不備により方式審査で法令に定める要件を満たさず手続補正指令書(方式)に従い補正書類の提出が求められた。特許庁から送付された指令書は申請書類の補正事項に関し懇切丁寧に解説されていたために、補正書類の作成は容易であったが出願特許2件の補正には多くの時間を費やした。照明付き観察装置およびハンダ供給装置を利用して生産する製品は受注生産品である。注文が無ければ開発プログラムの適用効果は測定できない。発想から試用のサイクルで試用の実施に日数を要すこともあった。3Dスキャナーでは被測定物表面で乱反射する入射レーザー光の一部を検知することで3次元測定を行っているので、入射レーザー光がほぼ正反射する鏡面金属の3次元測定は困難であるとされている。どのような波長のレーザーでも鏡面では正反射されるが、金属の反射率には波長依存性があり、波長の短いレーザー光では入射光の一部が表面の金属原子で散乱され3D測定が可能となることが本研究で示唆された。そこで、3Dスキャナーを改造して赤色レーザーを青色レーザーに替えて鏡面金属物体の3D測定を実施し実験結果を解析した。本研究の研究期間は3年間から4年間となり1年間遅れた。これは1)インクルーシブデザイン養成プログラムの開発に不可欠な実用例が2件になったこと、2)自書による特許出願2件の方式審査に時間を要したこと、3)青色レーザーを適用した3Dスキャナーを製作し正反射金属材料の3D測定を実施したためである。本研究で開発した技術に関する出願特許2件は方式審査を完了したので、本年度はこの出願特許2件に基づき開発した「地元地域を創生するインクルーシブデザイン養成プログラムの開発と実践に関する研究発表」である。照明付き観察装置における照射光の光束化技術およびハンダ供給装置におけるハンダ供給機構はこの養成プログラムの成果である。更に、自書による特許出願の効用、生産性および利益率の改善による有効性の検証、地元地域の創生効果などを成果として公表できる見込みで、高等専門学校の地元企業への貢献と地元地域の創生が主要な研究成果となる。金属の可視光領域での反射率には波長依存性があることが知られている。これは金属表面の原子で入射光が散乱されるためで、この散乱光の利用で正反射金属材料でも3次元測定が可能となる可能性が本年度の研究で示唆された。赤色レーザーの波長は約650nm、青色レーザーの波長は約450nmである。銅およびアルミニウムの赤色光の金属反射率は90%以上である。また、青色光の反射率は銅では40%に低下するがアルミニウムではほとんど低下しない。鉄の青色から赤色の可視光領域での反射率は5060%程度である。金属反射率が小さいほど金属表面での散乱は大きいに違いない。赤色および青色レーザーを用いた3Dスキャナーを製作し、銅、鉄、アルミニウムの3次元測定を実施、測定結果を解析することで、正反射金属材の3次元測定の可能性を検討したい。インクルーシブデザインおよび工学技術によりLED直照式額帯鏡の高性能化(長時間使用、LED光源の光束化、軽量化)に取り組んだ。

複数の高輝度LEDによる一軸性光束を光源とした観測装置は有用性が高く開発が活発である。例えば、京都大、九州大他の連携による関西TLOは平成18年に医療用額帯鏡を提案、その後改良が加えられているが実用に至っていない。我々は公開特許に従い額帯鏡の試作品を製作し試用、医師や患者の要望や意見を集め分析することで新たな問題点を見つけた。公開特許に従い1次試作したLED直照式額帯鏡の構造であるが、外径30mm長さ25mmの円筒ハウジングの中央部には内径25mmの覗き穴がある。光源は砲弾型LEDを利用、覗き穴の周囲を囲むように配置した。また、LEDの発光駆動回路はハウジングに内蔵、電源部は外部に取り付けることで光源部を作成した。LED直照式額帯鏡はこの光源部を反射式額帯鏡の額帯部に取り付けることで試作した。公開特許によれば砲弾型LEDの発する光は光束化され中心の覗き穴から観察すれば外耳道や鼻腔の奥深くまで観察できるとのことであるが、外耳道や鼻腔の奥深部の観察は困難であった。加えて、LEDの発光スペクトルは自然光のそれと異なるために外耳道や鼻腔の毛細血管の色が病変したように見える欠点が判明、公開特許技術で実用化は困難であることが明らかとなった。LED直照式額帯鏡を実用化するために幾つかの新技術を開発し改良した結果、外耳道や鼻腔奥深部の明瞭な観察が可能となった。そこで、使用者および被使用者の極端意見の収集を試みたが有益な要望や意見は得られなかった。インクルーシブデザインでは少数の極端意見を取り入れた開発が重要である。そこで、被使用者の極端意見を収集するために、協力企業8社の他にも保育園併設型高齢者複合施設と連携した様々なプロジェクト活動を推進している。研究計画調書に示した実施計画では平成28年度にLED直照式額帯鏡のインクルーシブデザインを終えていることになっているが、現在までの進捗状況は新技術によりこの額帯鏡を実用化できる性能にまで改良しインクルーシブデザインを始めた段階であり、3月遅れの進捗状況と考えている。反射型額帯鏡と比較してLED直照式額帯鏡は耳鼻科用照明付観察装置として優れた性能を示すとされ、基礎技術に関する基本特許は関西TLOから平成16年7月に出願、平成18年7月に登録されている。この特許は更新されず現在は失効しているが公開技術は実現性が高く、また、発明者が現役の耳鼻科臨床医であったことから実用性も高いと判断した。しかし、公開特許に基づき試作したLED直照式額帯鏡は実用に耐える性能は発現せず実用化には新技術の開発が必要であった。インクルーシブデザインで新たな価値を創造する前に実用化できる性能に改良しなければならず工学的な技術開発に時間を要した。市場のニーズを分析し市場に合った製品の商品化には顧客意見の収集と正確な分析が不可欠であるが、これは難しいことである。まして真剣で真面目な極端な要求と意見を収集し分析することは更に難しいが、インクルーシブデザインによる新たな価値の創生にはこのことが不可欠である。この極端意見を収集する体制を構築するために協力企業8社の他にも保育園併設型高齢者複合施設と連携したプロジェクト活動を始めた。この複合施設では一棟の建物が保育所エリアと高齢入所者エリアに分けられ、保育園児と高齢入所者との交流が日常的で少数顧客の真剣で真面目な極端意見の収集に好適と考えた。
第三期役者評判記本文の出版と役者評判記総合情報書庫公開の研究

本研究は、江戸時代に歌舞伎興行の劇評として出版された役者評判記のうち、既に翻字出版された万治明和期(1658-1772年)までの『歌舞伎評判記集成』第一期・第二期に引き続き、第三期として、安永享和期(1773-1804年)の翻字本文を出版し、公開するための共同研究である。最終年度には本文データをほぼ完成し、出版に向けた準備を開始している。と同時に、そのデータを、総合情報書庫として閲覧、検索できるシステムを開発しつつあり、役者評判記総合情報書庫として国内外に公開できるよう、精度を上げている。本研究は、第三期役者評判記研究会による、安永享和期(1773-1804年)役者評判記の正確な翻刻本文の出版(基礎研究)と、索引に当たる第一期第三期役者評判記デジタル総合情報書庫の完成・公開(IT活用研究)を目的とするものである。平成23年度は、基礎研究において、パソコン上の第一次翻刻(諸本参照による翻刻精度アップ、改版チェックを済ませたC翻刻)を完成させた。引き続き、D作業(校訂本文の完成、解題執筆)を行うに当たり、デジタル本文データを組版原稿に仕上げるための問題点と必要作業、第一期・第二期を引き継ぐ文字処理の問題、多くの会員がパソコンで統一的な解題を執筆するための凡例やフォーマット等について事務局会議とシミュレーションを重ね、ほぼ遺漏のないD作業凡例(異体字処理原則・異体字処理付表・位付一覧表・外字一覧表・広告一覧・解題凡例・解題書式フォーマット他)を仕上げることができた。これは、第一期・第二期とは異なり、初めてデジタル本文データによる出版を目論む第三期役者評判記研究会にとって必須の研究であり、第四期以降の範となる成果である。併せて、D作業のための底本選定作業、諸本写真収集(実践女子大学・国会図書館・大阪府立中之島図書館・国立劇場)等を行い、万全の準備を整えた。いよいよD作業開始に当たり、2月の全体会において会員全員にD作業の内容を説明し、凡例やフォーマットを徹底するとともに、役者評判記研究会ホームページ上で公開している。IT活用研究においては、役者評判記のデジタル画像と翻刻本文を組み合わせた基本システムの開発・実験を行った。第一期・第二期のデータ入力を進め、索引作成のための研究にも着手している。平成25年度は、基礎研究において、平成24年度からスタートさせたD作業(校訂本文の完成、解題素案執筆)の2年目にあたり、3分の1を完成させた。特に解題執筆に関して、事務局においてD作業を経て抽出された問題点の検討・整理を行うと同時に、解題素案の統一をはかった。これらの検討結果は全体会を開いて会員全員と共有している。また、全体会においては会員からの問題提議にも対応した。E作業(事務局による最終原稿仕上げ)についても、検討を重ね、出版を予定している和泉書院における編集作業シミュレーションを行う段階まで整備を進めた。組版に関わる画像データ(挿絵・役者の紋他)の蓄積については、連携研究者を中心として作業を進めており、第1次作業(画像の切り出し)は全体の6割強を終了し、同時進行で行っている第2次作業(確認、撮り直し)を経て、全体の5分の1程度を整備した。その他、東京大学・京都大学・静嘉堂文庫・阪急文化財団池田文庫・姫路文学館の役者評判記写真を収集した。IT活用研究においては、平成24年度作成したβ版のシミュレーションを重ね、問題点の検討、整備を進めた。平成24年度は、基礎研究において、D作業(校訂本文の完成、解題素案執筆)をスタートさせた。1回の作業期間を5ヶ月とし、その中には、底本所蔵機関に出向いての原本閲覧も含めている。1回目・2回目の作業結果を事務局が検討し、必要に応じてD作業凡例の改訂を行って、会員にフィードバックしている。本年度は全体の5分の1を完成した。D作業凡例(異体字処理原則・異体字処理付表・位付一覧表・外字一覧表・広告一覧・解題凡例・解題書式フォーマット他)の検討・改訂は、第一期・第二期とは異なり、初めてデジタル本文データによる出版を目論む第三期役者評判記研究会にとって必須の研究であり、第四期以降の範となる成果である。2回目の作業締切を迎えた2月には全体会を開催し、D作業凡例の改訂について会員全員に周知し、会員からの問題提議にも対応した。D作業凡例は、その研究成果を役者評判記研究会ホームページ上で公開している。また本年度は、出版を予定している和泉書院との編集会議を7月に行い、連携研究者を中心として、組版に関わる画像データ(挿絵・役者の紋他)の蓄積を開始した。その他、国立劇場・実践女子大学・国会図書館・東京芸術大学・京都大学・早稲田大学演劇博物館の役者評判記写真収集を進めた。IT活用研究においては、専門語彙・人名・外題の索引作成システムのβ版を開発した。

本研究は、第三期役者評判記研究会による、安永享和期(1773-1804年)役者評判記の正確な翻刻本文の出版(基礎研究)と、索引に当たる第一期第三期役者評判記デジタル総合情報書庫の完成・公開(IT活用研究)を目的とするものである。平成26年度は、基礎研究において、平成24年度からスタートさせたD作業(研究会会員による校訂本文の完成、解題素案執筆)の3年目に当たり、5割近くを完成させた。さらにE作業(科研費メンバーによる入稿原稿仕上げ)についてシミュレーションを重ね、出版を予定している和泉書院による組見本の検討を経て、入稿原稿の形態を確定し、E作業の内容、分担を明らかにすることができた。この間、第一期・第二期役者評判記研究会から引き継がれている文字処理の問題についても、独自の検討と整備を進めている。組版に関わる画像データ(挿絵・役者の紋他)の蓄積については、連携研究者を中心に作業を進めており、第1次作業(画像の切り出し)は全体の8割強を終了し、同時進行で行っている第2次作業(画像確認、撮り直し)を経て、全体の3割強を整備した。いよいよE作業を開始することは、全体会で会員全員と共有し、会員からの質問や提案にも対応している。その他、新たに発見された御園座演劇図書館所蔵役者評判記(名古屋)の書誌調査と撮影を初めとして、京都大学・早稲田大学演劇博物館他の複製写真を収集し、第三期以降の役者評判記(原本)の購入も行った。IT活用研究においては、既開発の翻刻本文閲覧・索引構築システムを利用し、索引用タグ付け作業を行った。本文データ、画像との連携閲覧については、前述システムと連動させて実装すべく、システムの設計を行った。また、第一期、第二期評判記の翻刻本文をデジタル化し、上記システムへの搭載を進めた。評判記原本の挿絵や紋について、画像切抜き作業を継続的に実施した。本研究は、第三期役者評判記研究会による、安永享和期(1773-1804年)役者評判記の正確な翻刻本文の出版(基礎研究)と、索引に当たる第一期第三期役者評判記デジタル総合情報書庫の完成・公開(IT活用研究)を目的とする。平成27年度は、基礎研究では、D作業(研究会会員による校訂本文の完成、解題素案執筆)の4年目に当たり、8割近くを完成させた。更にE作業(科研費メンバーによる入稿原稿仕上げ)において、第1巻の具体的な作業に入った。第一期、第二期役者評判記研究会から引き継がれている文字処理の問題についても、第三期独自の整備を進め、原稿に生かしている。組版に関わる画像データ(挿絵・役者の紋他)の蓄積も、連携研究者によって作業を進め、全体の5割以上を整備している。併せて、東京大学国語研究室・国文学研究室他所蔵役者評判記の複製写真を収集した。10月には、和泉書院による『歌舞伎評判記集成第三期』全11巻(本編10巻・補遺索引編1巻)の刊行を明確にし、第1巻(『役者一陽来』『役者芸雛形』10部)の最終原稿を仕上げ、画像データと共に3月に入稿を果たした。平成28年度以降は、役者評判記研究会から役者評判記刊行会へ発展的解消を行い、全11巻の刊行に邁進する。IT活用研究では、1、第三期役者評判記本文確定のために、最も参考となる『歌舞伎評判記集成第二期』のデジタルテキストを完成し、全文閲覧・索引構築システムに搭載した。2、索引用タグ付けについても継続して実施し、全文検索システムを複合させた、効率的検索システムに成長しつつある。この作業は、刊行会に引き継がれて出版と同時に確定する本文を使った総合検索システムとして完成できる。
測定応力による電子デバイス接合界面強度の定量評価

電子デバイスなどでは、内部および外部からの力学的負荷による界面の剥離が問題となっている。本研究では、電子デバイスを模擬した材料としてCuと単結晶Al2O3あるいは多結晶Al2O3の接合体を作製し、力学的負荷を接合体に加えた時に剥離に影響を与える界面に平行および垂直な方向の応力成分を求めた。応力成分はEBSD法を用いて得られるAl2O3の結晶方位の情報とレーザーを用いた蛍光分光法により得られるピークの位置情報より算出することができた。また、界面が剥離している状態においても応力成分を求めることができた。Cuと単結晶あるいは多結晶Al_2O_3との接合体を作製し、接合体に応力を負荷した状態での界面近傍でのAl_2O_3の応力状態、分布を調べた。また、界面に剥離を導入した接合体についても、き裂先端近傍について応力状態、分布を調べ、測定結果から界面剥離機構や剥離条件の解明を行った。その結果をもとに、剥離開始を定量的に評価する手法を検討した。(1)結晶方位測定手法の確立:結晶方位が既知のAl_2O_3単結晶について、EBSDパターンが最も精度良く検出でき、正しい結晶方位が判定されるコーティング条件を求めた。得られたコーティング条件を多結晶Al_2O_3に適用し、得られた結晶方位情報に基づく結晶粒組織図と組織を比較し、場所による正しい情報が得られていることを確認した。(2)小型力学試験機の設計・作製:蛍光分光装置の試料室内に取り付けられる横型の小型力学試験機を作製した。(3)応力成分算出手法の確立:結晶方位が既知のAl_2O_3単結晶試料の中心部に穴を空けた後、力学的に負荷を加え、穴の周辺の場所による応力成分を蛍光分光法で応力を測定することにより、実験的に求めた。(4)結晶方位測定手法と応力成分分離手法のAl_2O_3多結晶体への適用:多結晶Al_2O_3の試料中心部に穴を空け、穴の付近の結晶方位が未知の領域について結晶方位測定手法と応力成分算出手法を適用し、多結晶Al_2O_3に対して、それぞれの結晶粒における応力成分を算出できることを確認した。(5)Cu/Al_2O_3接合体の作製:Cu/単結晶Al_2O_3およびCu/多結晶Al_2O_3接合体を高真空ホットプレスによって作製した。剥離や未接合領域の確認をデジタルマイクロスコープにより行った。Cuと単結晶あるいは多結晶Al_2O_3との接合体をホットプレスにより作製し、接合体に応力を負荷した状態での界面近傍でのAl_2O_3の応力状態、分布を調べた。また、界面に剥離を導入した接合体についても、き裂先端近傍での応力状態と分布を調べ、測定結果から界面剥離機構や剥離条件の解明を試みた。さらに、剥離進展挙動の観察も行った。(1)試験片作製方法:試験に適した試験片を作製する手法を確立した。試験片はDCDC(Double cleavage drilled compressive)試験片を用いた。界面への予き裂は、負荷方向に低荷重で長時間繰り返し負荷を加えることで導入した。Cu/多結晶Al_2O_3接合体の場合には、マイクロスコープで観察しながら界面への予き裂を導入した。(2) Cu/Al_2O_3試験片の応力状態の決定:作製した予き裂未導入のCu/単結晶Al_2O_3試験片およびCu/多結晶Al_2O_3試験片の穴付近の接合界面近傍について無負荷状態から力学的に負荷を加え、応力成分算出手法を適用し、界面近傍での応力状態、分布を求めることが可能になった。予き裂を導入したCu/単結晶Al_2O_3試験片およびCu/多結晶Al_2O_3試験片については荷重負荷中に剥離が進展してしまう場合が多くあり、剥離先端での応力状態を決定することは、かなり難しかった。しかし、各結晶粒の結晶方位を測定後、界面近傍での応力状態、分布を求めることがある程度可能となった。(3)結果のまとめ:最大応力値や応力状態から結晶方位の違いが接合界面強度に及ぼす影響や剥離発生に最も関係のある応力成分を明らかにした。この手法をAl_2O_3が使用中に生成する熱遮蔽コーティングシステムにも適用可能であった。
磁気浮上搬送制御のための三次元位置推定および浮上・搬送制御の実現

磁気浮上搬送は,対象物体を非接触で搬送できる利点があるが,鉛直方向の安定浮上と水平方向の制振制御を実現するためには対象物体の3次元位置の検出が必要であり,その位置センサの配置等が課題として挙げられる.そこで,本研究では,電磁石の電流と電磁石の磁極部に配置した4個のホール素子の磁束情報から,オブザーバにより3次元位置を推定し,その推定位置を用いて鉛直方向の安定浮上を実現し,また2自由度積分型最適サーボ系を用いて水平方向の制振制御と搬送制御が両立できることを実験により確認した.本研究の目的は,磁気浮上搬送制御に利用可能な三次元位置推定方法およびその推定値を用いた浮上制御と搬送制御の干渉を考慮した設計方法を確立することであり,本研究の特徴として,電磁石の電流値と磁極部に配置したホール素子の電圧値の情報を用いて,浮上・搬送制御に有効な三次元位置を推定するものである.当該年度では,2個のホール素子による2次元(鉛直・水平方向の)位置推定を用いた水平1軸方向に対する磁気浮上搬送系の制振・搬送制御の実現および平成23年度に構築した4個のホール素子による3次元位置推定を用いた制振制御(搬送制御は未実装)の実現した.水平2軸方向の制振・搬送制御を実現するための予備実験として,ホール素子2個による2次元(鉛直・水平方向の)位置推定を用いた水平1軸方向への制振・搬送制御の構築を実施した.浮上物体の制振とスライダの搬送制御を両立させるため,本研究では2自由度積分型最適サーボ系の適用した.この制御系は,基本的に最適サーボ系による制振制御を実現し,搬送中の外乱やモデル化誤差によって,搬送制御の目標速度軌道から外れた場合のみ,独立に積分補償が動作することによって,速度追従性を確保するものである.数値計算と実験結果より,水平1軸方向に対して,2自由度積分型最適サーボ系を適用した磁気浮上搬送系の有効性を示した.水平2軸方向の制振・搬送制御の実現に拡張するため,水平2軸ステージの動特性および4個のホール素子の関係式を含めた磁気浮上搬送系の3次元数学モデルを導出し,3次元位置推定を用いた3次元位置制御(鉛直浮上制御および水平制振制御)の実現を理論と実験により明らかにした.課題としてモータノイズの影響により,制振制御が振動的になるため,ノイズ対策による制振性の向上が挙げられる.製造部品の高品質化に伴って,搬送時の接触による物体の表面品質の低下を防ぐため,搬送機構の非接触化が求められており,電磁力を用いた磁気浮上搬送系が提案されている.しかし,問題点として,浮上物体の3次元位置を計測するための変位センサの配置が困難であることが挙げられる.本研究の目的は,これらの課題を解決して磁気浮上搬送系の非接触把持搬送のロバスト性を向上させるため,電磁石の電流と磁束情報をフィードバックすることで,浮上物体の3次元位置を推定し,その推定位置を用いた鉛直方向の浮上制御と水平方向の制振制御および搬送制御を実現することである.本研究の成果としては,単極電磁石を水平2軸スライダに取り付けた磁気浮上搬送系の実験装置を製作し,電磁石の電流と磁極部に配置した4個のホール素子の磁束(ホール電圧)を計測することで,浮上物体の3次元位置の推定と,その推定値を用いて鉛直方向の浮上制御と水平方向の制振制御が可能であることを数値計算と検証実験により明らかにした.3次元位置推定については,浮上物体の3次元位置に関する運動方程式,電磁石の電気回路方程式,水平2軸スライダの運動方程式および浮上物体の3次元位置とホール電圧の関係式を導出し,これらの関係式から線形オブザーバを設計した.浮上制御と制振制御については,浮上物体の3次元位置の推定値を用いた状態フィードバック制御を実装することで,鉛直方向の浮上制御と水平方向の制振制御を実現した.浮上制御の設計に関しては,モデル化や線形近似誤差を考慮して,安定余裕を大きく確保することで安定浮上が実現できることを示した.また,水平方向の搬送制御に対しては,2自由度積分型最適サーボ系を適用し,浮上時や搬送中の外乱に対しても浮上物体の振動を抑制して目標搬送速度軌道に追従できることを検証実験にて確認し,追従性と制振性が両立できることを明らかにした.磁気浮上搬送は,対象物体を非接触で搬送できる利点があるが,鉛直方向の安定浮上と水平方向の制振制御を実現するためには対象物体の3次元位置の検出が必要であり,その位置センサの配置等が課題として挙げられる.そこで,本研究では,電磁石の電流と電磁石の磁極部に配置した4個のホール素子の磁束情報から,オブザーバにより3次元位置を推定し,その推定位置を用いて鉛直方向の安定浮上を実現し,また2自由度積分型最適サーボ系を用いて水平方向の制振制御と搬送制御が両立できることを実験により確認した.本研究の目的は,磁気浮上搬送制御に利用可能な三次元位置推定方法およびその推定値を用いた浮上制御と搬送制御の干渉を考慮した設計方法を確立することであり,本研究の特徴として,電磁石の電流値と磁極部に配置したホール素子の電圧値の情報を用いて,浮上・搬送制御に有効な三次元位置を推定するものである.

そこで,当該年度では,その三次元位置推定方法を実現するため,磁気浮上搬送の実験装置の製作と,浮上物体の三次元位置変化におけるホール電圧分布の計測と関係式の導出を実施した.実験装置として,4個のホール素子を小型基板に配置して,電磁石の磁極部に小型基板を設置し電磁石の駆動回路と電流およびホール素子の測定回路を製作し,電磁石への制御電圧は,開発PC搭載の制御ボードのD/A変換からアンプ回路を経由して印加し,電流とホール電圧は制御ボードのA/D変換によって計測する環境を構築した.また,浮上物体の3次元位置変化のホール電圧変化を測定するため,精密XYZ自動ステージ上に浮上物体を固定し,XYZステージも制御ボードから駆動することが可能である.予備実験より電磁石の電流と浮上物体の3次元位置を変化させたときの各ホール電圧を測定することで,3次元位置とホール電圧の関係を解析した.実験結果より,鉛直方向に対して反比例,水平方向に対しては定常値付近で比例の関係があることを明らかにし,関係式を導出した.その関係式を用いて磁気浮上系の数学モデルを導出し,最適制御理論を適用することで,3次元位置推定と安定浮上が実現できることを理論と実験により明らかにした.課題として,予備実験による測定誤差が推定に大きく影響するため,測定時の原点の設定などの見直しが必要である.本研究の目的は,磁気浮上搬送制御に利用可能な三次元位置推定方法およびその推定値を用いた浮上制御と搬送制御の干渉を考慮した設計方法を確立することであり,計画している具体的な研究解題は,1三次元位置変化におけるホール電圧分布の計測と関係式の導出,2浮上時の安定性を確保した三次元位置推定の設計と実験評価,3推定値を用いた浮上制御と搬送制御の干渉を考慮した制御設計と実験評価,の3つである.研究課題1の三次元位置変化におけるホール電圧分布の計測と関係式は平成23年度に実施済みであり,当該年度の計画としては,研究課題2はホール素子の関係式の近似誤差を制御系の安定余裕を大きく確保することで補う方法を提案し,理論と実験により有効性を示すことが実施できた.しかし,ノイズの影響を低減させるような制御設計を未実施であり,引き続き課題として残った.また,搬送制御においては,水平2軸方向の搬送実験の環境を構築し,制御系として搬送制御と振れ止め制御を同時に実現する2自由度制御系を設計し,三次元位置推定の水平2軸方向の推定値が,搬送時の振れ止め制御に有効であることを実験と理論によって検証することを計画し,磁気浮上搬送系に2自由度積分型最適サーボ系を適用して,水平1軸方向の制振・搬送制御を実現した.また,水平2軸方向の搬送制御が未実施であるが,水平2軸方向の制振制御は実現できた.研究課題3は,鉛直方向に可動するための1軸ステージを追加し,磁気浮上系の鉛直移動を実現した.以上より,当初の計画通り研究課題1を実施済みで,研究課題2および3も進めることができたが,研究課題2のノイズ対策と水平2軸方向の制振・搬送制御の実現が課題として残ったため,達成度としては,「おおむね順調に進展している」と判断する.本研究の目的は,磁気浮上搬送制御に利用可能な三次元位置推定方法およびその推定値を用いた浮上制御と搬送制御の干渉を考慮した設計方法を確立することであり,計画している具体的な研究解題は,(1)三次元位置変化におけるホール電圧分布の計測と関係式の導出,(2)浮上時の安定性を確保した三次元位置推定の設計と実験評価,(3)推定値を用いた浮上制御と搬送制御の干渉を考慮した制御設計と実験評価,の3つである.当該年度の計画としては,研究課題(1)の三次元位置変化におけるホール電圧分布の計測と関係式の導出であったが,計画通りに実施することができ,研究課題(2)の安定浮上の実現まで実験検証することができた.
ファロ-四微症術後の突然死予防対策。水中運動時の不整脈発現について

ファロ-四微症(TOF)心内修復術後患者7例(10ー16歳の男子5例、女子2例、術後経過年数平均11年、術後右室収縮期圧平均50.6mmHg)を対象に水中心電図検査を行い、術後管理におけるその有用性を検討した。水中心電図検査は、(1)できる限りその場に潜る「潜水」、(2)可能な泳法で原則として25m泳ぐ「水泳」2回ずつ繰り返し、心拍数変化および不整脈の有無を観察した。同時にBruce法によるトレッドミル運動負荷検査(TMT)、4°Cの冷水を用いた顔面浸水負荷検査(CFI)を行った。TMT成績からみた運動能は、7例中5例は年齢相当の正常範囲、2例は若干劣ると考えられた。各症例で泳法や所要時間は異なっているが、水泳中の心拍数変化はほぼ同様で、水泳開始直後より直線的に増加し、25ー30秒後にはBruceIII段階相当の心拍数に達し、その後プラト-となる傾向がみられた。また、潜水時の心拍数は前値の約55%まで低下し、CFIと低下の程度に差は認められなかった。TMTあるいはCFIで心室性期外収縮(VPC)が誘発された3例は、水泳または潜水時にもVPCが認められた。TOF術後患者の水泳および潜水時の心拍数変化は、健常児と変わらない反応と考えられる。しかし、ばた足などの比較的軽いと思われる水泳でもBruceIII段階に相当する心拍数に達し、日頃の運動習慣に乏しい術後患者にとっては強い運動強度となっている。TOF術後患者の管理指導上、運動の中でも水泳は必要以上に制限されている場合が少なくないのが現状である。水泳援動参加の可否や運動強度の許容範囲を決定する際、水中心電図検査は有用で、より具体的な指導が可能になると考えられた。
複合オミックス解析によるプロバイオティクス因子の同定とその評価

われわれがこれまでに同定したビフィズス菌のプロバイオティックトランスポーター遺伝子の効果を証明するため、プロバイオティックトランスポーター遺伝子欠損株や遺伝子導入株を遺伝子組み換え技術を駆使して作製し、腸管出血性大腸菌O157 : H7感染マウスモデルを用いてその機能を評価した。その結果、プロバイオティックトランスポーター遺伝子はマウス大腸内での酢酸産生量の増加に寄与し、O157感染によって生じる腸管局所の炎症を抑制することを明らかにした。腸内細菌叢(腸内フローラ)の改善による腸管関連疾患や感染症などの改善・予防効果が明らかになってきている。それと共にビフィズス菌などのプロバイオティクスの有用性が健康維持・予防医学の面から認識されているが、それらを裏づける科学的根拠は乏しかった。そこでわれわれは、腸管出血性大腸菌Ol57感染症に対するプロバイオティクスの効果について、マウスモデルを用いたマルチオーミクス解析手法を考案し、プロバイオティクスによるO157感染死予防機構について解析を行った。O157感染死を予防できるビフィズス菌と予防できないビフィズス菌を用い、代謝物や発現遺伝子群の網羅的解析、すなわちマルチオーミクス解析により詳細な比較を行ったところ、感染死を予防できるビフィズス菌を定着させたマウスでは、予防できないものを定着させたマウスよりも糞便中の糖質の含量が有意に少なく、短鎖脂肪酸の一つである酢酸が有意に多いことを見出した。ヒト大腸上皮株化細胞であるCaco-2細胞を用いてO157感染に対する酢酸の効果を調べたところ、酢酸を培地に加えるとO157が産生する病原因子の発現量に違いはないにもかかわらず、Caco-2細胞の細胞死が有意に抑制された。トランスクリプトーム解析結果から、酢酸によるマウス腸管上皮層での抗炎症応答が促進していることが明らかになった。ビフィズス菌の比較ゲノム解析結果から、感染死を予防できるビフィズス菌は主にフルクトースを取り込むABC型の糖質のトランスポーターをコードする遺伝子を特徴的に有しており、マウス腸管内で発現していることが明らかになった。この糖質のトランスポーター遺伝子を欠損させることでO157感染死を予防できなくなったことから、プロバイオティクスによるO157感染死予防効果の一因として、糖質のトランスポーターを介した高い糖代謝能(酢酸産生能)が重要であることが示唆された。ヒトの腸管内には多種多様な腸内共生細菌群が棲息しており、腸管上皮細胞群や粘膜免疫細胞群と複雑に相互作用することで、腸内環境生態系、すなわち「腸内エコシステム」を形成している。近年、これらの腸内共生細菌叢の改善による腸管関連疾患や感染症などの改善・予防効果が明らかになってきており、それと共にビフィズス菌などのプロバイオティクスの有用性が健康維持・予防医学の面から認識されているが、それらの効果を裏づける科学的根拠は乏しいのが現状であった。われわれはこれまでに、腸管出血性大腸菌O157:H7感染マウスモデルを用いて、プロバイオティクスの1種であるビフィズス菌がO157感染を予防できることを明らかにした。このプロバイオティックビフィズス菌は、ABC型の糖質のトランスポーターを発現することで、単糖の一種である果糖を代謝し、酢酸を産生することを明らかにした。産生された酢酸が大腸上皮細胞のバリア機能を高めることでO157感染によって生じる炎症を抑制したことから、本遺伝子を「プロバイオティックトランスポーター遺伝子」として同定した。本研究ではプロバイオティックトランスポーター遺伝子の効果を証明するため、プロバイオティクスとしての機能を持たないビフィズス菌にプロバイオティックトランスポーター遺伝子を形質転換し、O157感染マウスモデルを用いてその機能を評価した。その結果、プロバイオティックトランスポーター遺伝子導入ビフィズス菌を無菌マウスに定着させたモノアソシエイトマウスでは、プロバイオティックトランスポーター遺伝子導入ビフィズス菌による大腸内での酢酸産生量が増加し、O157感染によって生じる炎症が抑制された。以上のことから、プロバイオティックビフィズス菌による腸管出血性大腸菌O157:H7感染予防メカニズムの一つとして、プロバイオティックトランスポーターの有無がその指標になることを明らかにした。
ヘテロ遷移金属錯体の金属間共同作用の発現と応用

本研究では、触媒反応と密接に関連すそ10族遷移金属と6,7,8族遷移金属間結合を有するヘテロ二核錯体を合成単離し、その化学反応性や安定性を検討することにより、二つ以上の遷移金属がもたらす共同効果の本質を解明すること、およびこれらの共同効果を基礎としたより効率的で完全な分子変換法を開拓することを目的とする。メチルパラジウム-コバルト二核錯体(dppe)MePd-Co(CO)_4と一酸化炭素との反応が、対応する単核錯体であるPdMeCl(dppe)の場合と比べて、40倍程度速く進行し、Pd-Me間に一酸化炭素か挿入したアセチル錯体(dppe)AcPd-Co(CO)_4を与えるという極めて顕著な二核錯体による反応促進効果を見出した。^<13>COを用いた反応により、この一酸化炭素挿入反応において、Pd-Me間に挿入するのは添加した^<13>COではなく、コバルト上のCOであることも明らかにした。また、名古屋大学の古賀教授との共同研究による理論計算の結果から、本反応ではPd上のメチル基が一旦Co上に移動し、Co上で炭素-金属間にCOが挿入したのち、再びPd上に移動することで生成物であるアセチルコバルト錯体を与えることをも明らかにした。本研究では、触媒反応と密接に関係する10族遷移金属と6,7,8または9族遷移金属間結合を有するヘテロ二核有機金属錯体の素反応について、理論との共同研究を行うことにより、二つ以上のの遷移金属がもたらす共同効果の本質を解明することを目的とする。1,2-ビス(ジフェニルホスフィノ)エタンを配位子とするパラジウム-コバルト錯体(dppe)MePd-Co(CO)_4はCOとの反応により、単核錯体PdMeCl(dppe)での反応に比べて10倍以上速く、対応するアセチル錯体を与えるを見いだした。^<13>Cラベルした一酸化炭素を用いた反応を行うことで、本挿入反応に用いられるCOは、Co(CO)_4上のカルボニル配位子に由来することも明らかにした。また、理論化学計算により本反応は、パラジウム上のメチル基がコバルトに移動したのち、メチル基-コバルト間に一酸化炭素が挿入し、アセチルコバルト種が生成し、アセチル基がパラジウムに移動することで進行していることが明かとなった。
知的財産教育としての方言・地域語教育の方法・教材開発に関する実験的・実践的研究

知的財産教育としての方言・地域語教育に関して、理論研究・調査研究・教材開発・実験授業の点から検討を加えた。理論研究では山形県の方言・地域語を例に、教材開発の理論的根拠を示した。調査研究では、戦後教科書教材に着目し、歴史的変遷の観点から実態を明らかにした。教材開発では、香川県を例に教材化の可能性を具体的に示した。実験授業では、小中学校あわせて4本の授業を行った。初年度としては、方言・地域語という言語文化の知的財産化の方法・手順・注意点について理論的に考察することをとを通して、知的財産教育の基礎を確認した。あわせて、研究に必要な物品の購入をおなった。具体的には、方言・地域語の文化的認知の実状、遠隔地相互方言・地域語の認識度の検討、方言学の実状とその教育への反映度の検討、地域的特徴に関する研究情報交換、方言・地域語の特徴の要因・理由の検討、知的財産という概念の検討、知的財産教育の重要性・必要性に関する研究情報の交換及び検討、弘前地域の方言・地域語文化の継承方法の検討、研究研究協力校の選定条件の検討と確保の見通しの検討などを行った。その際、義務教育段階における知的財産意識の適切な形成に重点を置いた教育方法を案出すること、ならびに伝承的な言語文化の知的財産化による活用・再創造を図るという、著作権・特許権という知財産産保護的な教育とは別の側面の教育を構想するということに主眼を置いてとらえることが確認された。すなわち、知的財産意識をその活用・再創造の作業の中で育成するという観点を重視することを研究コンセプトとして確認し合った。2年次となる平成19年度は、まず年度当初に全体会合を行い、年度計画の確認・修正を行った。これまでに収集した各地の方言・地域語に関する資料や文献・CDなどを材料に、どのような研究成果のまとめが可能かを検討した。なかでも、体験的に知的財産としての方言・地域語の価値を見出したり活用したり新しく創造したりする方法など学ぶ実験授業を計画した。小学校・中学校・および大学などで実際に可能な実験授業の実際について模索した。そのため、教材となる方言・地域語素材に関して各地で新たに調査を行ったり、実験授業の実施をお願いできる学校を探したりした。そしてそうした結果を持ち寄って、教材となる方言・地域語素材がもつ教材的な価値や学習指導案などについて、全体会合の場などで全員で分析・検討し、改善点をなどを明らかにした。今年度の最後の全体会合では、2年次の研究の集約を図り、3年次の知的財産としての方言・地域語の地域間交流・汎用化のための実践的研究に向けて研究計画の修正・精緻化を図った(実験授業計画・教材作成・カリキュラム試案作成の見通しなど)。その結果、大きな二つの柱として、理論的・歴史的な角度から方言・地域語教育を検討する領域、教材開発や実験授業などの観点から実践的・実験的に方言・地域語教育を検討する領域で、報告書をまとめていくことが確認された。3年次は、その柱立てに即してそれぞれの研究が展開されていくことになっている。最終年度となる平成20年度は、これまで行ってきた理論研究・調査研究・教材開発・実験授業などをまとめ、報告書として刊行した。調査や理論研究としては、方言・地域語にみる地域文化のリテラシーとして山形県の方言・地域語を例に、教材開発の理論的根拠と新しい視点を示した。また、調査研究としては、戦後教科書教材に着目し、そこに方言・地域語がどのように教材化され掲載されてきたのかを歴史的な変遷の観点から詳細に明らかにした。教材開発としては、香川県を例にこれまで教材化されてこなかったさまざまな方言・地域語にまつわる素材を可能なかぎり広く収集しながら、それらをどのように教材としていくかその可能性を具体的に示した。実験授業としては、小学校で3つ、中学校で1つの授業を行った。小学校では、一つめは、子どもたちに京都の丹後地域の民話を収集させ聞き手の前で実際に語らせる授業がなされた。二つめは、与論島の方言・地域語である与論言葉の価値を子どもたちに考えさせる授業がなされた。三つめには、山形県の子どもたちに日本語の一部としての方言・地域語を考えさせる授業がなされた。一方、中学校では、新聞に長期にわたって掲載された青森県の民話を取り上げ、中学生たちにそれを次の世代に伝えるお話として再話させていく授業がなされた。このように、方言・地域語教育について、理論研究・調査研究・教材開発・実験授業の4つの観点から総合的に検討を加え、この分野の研究に関して新しい地平を開いた。
多孔性ゲルによるタンパク質の微視的構造状態の機能解析

ヘモグロビンの酸素結合には強い協同性がある。この協同現象は、2状態モデル的なT-R転移で説明される場合が多い。しかし、この考え方には疑問がある。ヒトヘモグロビンのR状態の酸素親和性は溶液条件によらずほぼ一定値をとるが、T状態の酸素親和性は溶液条件に依存して約100倍も変化してしまう。このT状態の酸素親和性変化の原因についてはまだなにも分かっていない。今回、この問題をはっきりさせるため、いくつかの溶液条件のT状態デオキシヘモグロビンの構造をゾル・ゲル包括で固定し、酸素平衡曲線を測定した。その結果、T状態ヘモグロビンの中に酸素親和性の大幅に異なる二種類の状態が存在することが分かった。即ち、T状態の酸素親和性の最低値を持つ状態と最高値を持つ状態が平衡で存在し、これらの存在比が変わることでT状態の酸素親和性変化が起こっているようである。ゾル・ゲル包括でとらえられた二種類のT状態の存在の裏付けをとるため以下の研究を行った。先ず、酸素親和性の低い色々なヘモグロビン(異常ヘモグロビンや金属置換混成ヘモグロビン)の溶液の酸素平衡曲線のデーターを再検討した。その結果、ヒトヘモグロビンの酸素親和性には共通の最低値があることが分かった。即ち、ヒトヘモグロビンには"最低親和性状態"が存在する。この状態が、ゲル中で見つかった"T状態の親和性の最低値を持つ状態"に対応する。また、この状態の酸素親和性は、デオキシヘモグロビン結晶の酸素親和性(結晶中では協同性は無い)と定量的に一致する。したがって、ヘモグロビンの"最低親和性状態"の構造は、デオキシヘモグロビンのX線結晶構造で与えられると考えるのが自然であろう。現在、ゲル中で見つかったもう一つの酸素親和性の高い方のT状態の構造的基盤を求めて研究を行っている。ヘモグロビン分子のゾル・ゲル包括を用いた以下の研究を行った。1. 1960年代半ばに2つのアロステリックモデルが提出された。1つはモノーらによる2状態モデルで、もう一つはコシュランドらによる逐次モデルである。これら2つのモデルは概念的に異なる分子メカニズムを仮定しているが、ヘモグロビン溶液の平均的性質からこれらを区別するのは難しい。今回、両モデルの明確な区別を行うため、透明な多孔性ゲルの細孔中にリガンドが2個結合したヘモグロビン分子(リガンドが2個結合した金属置換混成ヘモグロビン分子)を水と一緒に封じ込め高次構造を固定し、その酸素平衡機能を測定した。その結果、2状熊モデルの予想する酸素親和性の大幅に異なる2つの構造状態の平衡が直接観測で初めて証明された。これは逐次モデルの予想とは完全に矛盾する。2.フイルム状のゲルに包括したオキシヘモグロビンをdithionite溶液で洗ってやると、dithioniteが拡散で浸透し12分でヘモグロビンは還元され、ゲル中にR構造のデオキシヘモグロビンができる。これが熱力学的に安定なT構造のデオキシヘモグロビンへ構造変化してゆく過程(R-T転移)を速度論的に調べた。数分から数10時間にわたる3つの過程が観測された(一酸化炭素ヘモグロビン溶液の光解離実験でも数ナノ秒から数10マイクロ秒の時間領域に複数の過程が存在することが報告されている)。この結果はゲル中でタンパク質の構造変化の速度が10^<10>倍(100億倍)程度遅くなることを示している。