hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
哺乳動物胚の初期発生におけるPolarityに関する研究

(2)割球細胞内構造のPolarity:細胞内構造と蛍光反応部位との関連を知ろうとして,共焦点レーザー顕微鏡によるの観察を行ったところ,割球表面のFITC Con A染色による蛍光反応部位と細胞内構造物の偏在位置が一致し,細胞内においてもPolarityの起っていることが示唆された。これらのことから,移植核の選別は可能と思われた。1研究目的:哺乳動物胚の発生過程における機能分化と細胞表面微絨毛および細胞内小器官のPolarity(極性化)が関連あるものと推察し,ウシ,ウサギおよびハムスター胚のそれら形態と割球発生能を観察した。2研究の実施計画:Polarity観察は生体外成熟・受精ウシ胚,生体内受精ウサギおよびハムスター胚の分離割球をFITC結合Concavalin A染色(以下,Con A)法で行い,また走査型電子顕微鏡(以下,SEM)観察をハムスター胚とウサギ胚について実施した。さらに,ウシ胚割球をCon A法染色後,蛍光顕微鏡下で選別し,除核卵子に移植してPolarityと胚発生の関連を追及した。3研究成果:(1)Con A法による観察:ウシでは,受精後3日目胚のうち10および12細胞期胚(14%,2/14)にPolarityが確認され,46日目胚(1589細胞期)では,21%(633%)に増加した。ウサギ胚では交配後5866時間目(32115細胞期)の胚全てに出現し(100%,16/16),割球の15%(337%)にPolarityが確認された。ハムスターの18細胞期胚ならびに胚盤胞の細胞表面は均一に染色され,染色パターンの違いによるPolarityは見られなかった。(2)SEM観察:ハムスターの17細胞期胚ではPolarity細胞は全く観察されなかった(0/69)。微絨毛のPolarityは後期8細胞期に初めて観察され(27.5%,14/51),桑実胚(9-15細胞)では44%(11/25)となった。分離割球では,初期8細胞期胚,後期8細胞期胚ならびに桑実胚のそれぞれ14%(038%),29%(088%)ならびに35%(1156%)がPolarity細胞であった。ウサギ32細胞期胚の凍結割断面観察では,胚周辺部割球の核はやや外側に,胚中央部のそれはほぼ中心に存在することが確認され,細胞内小器官においてもPolarityの発現することが堪忍された。(3)ウシ胚の核移植成績:8細胞期胚の核移植では2細胞期胚への発生率は8%(4/50)と低く,桑実胚割球の移植例では全く発生胚は得られなかった。
新規睡眠制御遺伝子の発現細胞の同定

先行研究により、Sik3遺伝子及びNalcn遺伝子が睡眠覚醒の調節に深く関与している事が判明したが、その詳細な局在については未だ明らかになっていない。睡眠覚醒は脳内の神経細胞の複雑なネットワークによって制御されているため、その解明のためこれらの睡眠関連遺伝子がどのような神経細胞集団に局在しているのかを同定することを本研究の目的とした。手法としてIn situ hybridizationによる蛍光二重染色を用いた。Sik3遺伝子及びNalcn遺伝子を発現する神経細胞を同定するためのマーカーとして、グルタミン酸作動性神経には小胞型グルタミン酸トランスポーター(Vglut2)、GABA作動性神経には小胞型GABAトランスポーター(Vgat)、コリン作動性神経にはコリンアセチル転移酵素(ChAT)、ヒスタミン作動性神経にはヒスチジン脱炭酸酵素(Hdc)をそれぞれ用いた。Sik3遺伝子及びNalcn遺伝子についてはFITCでラベルしたRNAプローブを作製、各種の神経伝達物質についてはDIGでラベルしたRNAプローブを作製し、同時染色における染め分けをすることで共局在の有無を調査した。染色の結果、Sik3遺伝子とNalcn遺伝子はともに脳全域の広範囲にわたって密に発現し、どちらもグルタミン酸作動性神経、及びGABA作動性神経に発現している事が確認された。コリン作動性及びヒスタミン作動性神経における局在は現在検討中である。また、本研究のIn situ hybridizationに使用したViewRNAの技術は本来スライド貼付法を主とするが、本研究の過程でより取扱いが簡便で染色ムラの少ない浮遊法の染色技術を確立し、今後の研究を進める上で大きく貢献した。
弦双対性が予言するアクセサリパラメータ付き特殊関数

弦理論の双対性から,佐々木・アインシュタイン多様体上のラプラシアンの固有関数と4次元超対称ゲージ理論のBPS状態の対応が予言され,これから佐々木・アインシュタイン多様体上のラプラシアンの固有関数としてホイン関数(3つの確定特異点をもつ2階フックス型常微分方程式の大域解)の存在が予想される.この検証を目指したが,残念ながら未解決のままに終わった.これは対応する超対称ゲージ理論のBPS状態の理解が不十分であったことが原因である.菅野は4次元超対称ゲージ理論のBPS状態の数え上げに関する組み合わせ論的性質を分配関数の視点から研究した.これは課題として上に挙げた4次元超対称ゲージ理論のBPS状態の理解に寄与することを期待している.BPS状態の数え上げの生成母関数はNekrasovの分配関数と呼ばれているが,今年度はこれを高次元ゲージ理論に拡張する試みを行った.局所化公式を用いて分配関数を計算すると4次元では分配関数をヤング図に関する足し挙げで書くことができるが,6次元では立体ヤング図(平面分割)に関する足し挙げとして書くことができる.この計算を具体的に実行し6次元ゲージ理論に対して分配.関数の一般型を予想し,その一部について証明を与えた.研究分担者の落合は,反自己共役作用素のスペクトルとその分布について研究を行った.特にヒルベルト空間上の特別な積分核で表わされるヒルベルト行列の反自己共役バージョンを考察し,その作用素のスペクトルの分布に関するいくつかの予想を提唱した.また研究協力者の安井は,高次元ブラックホールの"隠れた対称性"を研究し,高次元ブラックホール解の一意性定理を証明した.本研究課題では3つの確定特異点をもつ2階フックス型常微分方程式(ホインの微分方程式)の接続問題と大域的な解の存在に関する研究を,超弦理論の双対性で重要な役割を果たす佐々木・アインシュタイン多様体上のラプラシアンの固有関数を調べることにより進展させることを目指している.初年度に当たる19年度は研究代表者と分担者間の共同研究へ向けた取り組みを開始する予定であった.しかし定期的な研究交流を行ったものの,まだ共同研究の方向性を見いだせていないのが現状である.弦理論・ゲージ理論対応によれば佐々木・アインシュタイン多様体上のラプラシアンの固有関数に対応するものは4次元超対称ゲージ理論のBPS状態であり,この対応に基づいてラプラシアンの固有関数の存在が期待され,それがホイン関数を与える.今年度の研究は弦理論側に相当する佐々木・アインシュタイン多様体の幾何学に関するものではなく,むしろ対応する4次元超対称ゲージ理論のBPS状態に関するものが中心であった.特に研究代表者の菅野は4次元超対称ゲージ理論に関するこれまでの研究成果を発展させNekrasovの分配関数をBPS状態の数え上げの母関数の視点からその構造を調べ,位相的頂点(topological vertex)の一般化の試みを行った.これは本研究課題に深く関わる弦理論・ゲージ理論対応のより深い理解につながるものである.弦理論・ゲージ理論対応によれば,佐々木・アインシュタイン多様体上のラプラシアンの固有関数に4次元超対称ゲージ理論のBPS状態が対応する.この対応に基づいて超対称ゲージ理論のBPS状態の存在から,ラプラシアンの固有関数としてのホイン関数(3つの確定特異点をもつ2階フックス型常微分方程式の大域解)の存在が予想される.この検証を目指して研究交流を継続したが,いくつかの問題点が解決できずに残っている.これは弦理論側に相当する佐々木・アインシュタイン多様体の幾何学に関するものではなく,むしろ対応する超対称ゲージ理論のBPS状態の理解が不十分であることに由来している.4次元超対称ゲージ理論のBPS状態について,菅野はBPS状態の数え上げに関する組み合わせ論的性質を分配関数の視点から研究した.より具体的には精密化された位相的頂点(refined topological vertex)をMacdonald関数のある特殊化を用いて定義し.それからBPS状態の数え上げに関する分配関数(母関数)がグラフ的方法によって計算できることを示した.これは課題として上に挙げた4次元超対称ゲージ理論のBPS状態の理解に寄与することを期待している.なお本研究課題に直接関係するものではないが,この計算結果は4次元超対称ゲージ理論のインスタントン計算や結び目やリンクの不変量などに応用がある.弦理論の双対性から,佐々木・アインシュタイン多様体上のラプラシアンの固有関数と4次元超対称ゲージ理論のBPS状態の対応が予言され,これから佐々木・アインシュタイン多様体上のラプラシアンの固有関数としてホイン関数(3つの確定特異点をもつ2階フックス型常微分方程式の大域解)の存在が予想される.この検証を目指したが,残念ながら未解決のままに終わった.これは対応する超対称ゲージ理論のBPS状態の理解が不十分であったことが原因である.菅野は4次元超対称ゲージ理論のBPS状態の数え上げに関する組み合わせ論的性質を分配関数の視点から研究した.これは課題として上に挙げた4次元超対称ゲージ理論のBPS状態の理解に寄与することを期待している.BPS状態の数え上げの生成母関数はNekrasovの分配関数と呼ばれているが,今年度はこれを高次元ゲージ理論に拡張する試みを行った.局所化公式を用いて分配関数を計算すると4次元では分配関数をヤング図に関する足し挙げで書くことができるが,6次元では立体ヤング図(平面分割)に関する足し挙げとして書くことができる.この計算を具体的に実行し

6次元ゲージ理論に対して分配.関数の一般型を予想し,その一部について証明を与えた.研究分担者の落合は,反自己共役作用素のスペクトルとその分布について研究を行った.特にヒルベルト空間上の特別な積分核で表わされるヒルベルト行列の反自己共役バージョンを考察し,その作用素のスペクトルの分布に関するいくつかの予想を提唱した.また研究協力者の安井は,高次元ブラックホールの"隠れた対称性"を研究し,高次元ブラックホール解の一意性定理を証明した.
新生児シリンジ輸血におけるM-sol置換血小板の有効性に関する検討

新生児における輸血医療は、1回の輸血量や輸血速度が制限されており、塩化ビニル製の注射用シリンジを用いる分割輸血が主流となっている。止血を目的とする濃厚血小板製剤は、注射用シリンジではガス交換を行うことができず輸血効果の低下が危惧される。そこで、血小板の機能保持に優れているM-solという置換液を用いて調製される置換血小板に注目し、注射シリンジ内での血小板機能の変化について検討した。サンプルは、院内にて廃棄となった日赤血の血小板製剤を使用し、置換群と非洗浄群とに分けてシリンジに分割し実施した。サンプリングは調製直後、1時間後、3時間後、6時間後に行い、pHや電解質といった性状変化と血小板の活性化を判断するCD62Pを中心とした機能変化について検討した。pHの変化は、直後、6時間後において非洗浄群では、7.41±0.05、7.12±0.16であり、置換群では7.10土0.10、7.24±0.14であった。また、CD62Pの値についてはそれぞれ非洗浄群では、0.40%±0.20、5.20%±2.64であり、置換群では5.78%±2.10、6.23%±3.66であった。なお、本年度は廃棄の血小板が少なくn=3のみの検討であった。検討数が少ないため結論は出せないが、非洗浄群は注射シリンジで保存することで徐々にpHが低下していき血小板が活性化していく傾向がみられた。それに対し、置換血小板群では、pHは緩衝作用により酸性に傾くことなく維持することができ、CD62Pにおいてもほぼ変わらない状態を維持できていた。引き続き本検討を行い、置換血小板調製が新生児輸血へ貢献できる可能性について検証する必要がある。
瀬戸内地域における水資源の有効利用に関する研究

瀬戸内沿岸は、日本でも雨が最も少い地域の1つである。また、高度の農業地帯である。香川県はその中でも特に雨が少い。そのため、56年に1度の高い割合で干バツが生じていた。現在香川用水の完成により、讃岐本土の大部分は水不足からまぬがれている。しかしながら、その恩恵を受けていない讃岐本土の山間部および島しょ部は依然として水不足であり、その解決が強く望まれている。本研究では、水資源の有効利用に関して、まず、香川用水の効果を明らかにし、同時に島しょ部の水資源開発の必要性を論じ、さらに節水かんがい法としてのドリップかんがい、蒸発抑制としてのマルチの諸問題および傾斜地流域の水賊存量の評価について論究を行った。これらについて要点をまとめると次のとおりである。1.香川用水の効果香川用水通水前後における水稲の干バツによる被害量、水稲の生産量と生育期間における日謝量、気温との関係を解析し、香川用水の効果を明らかにした。2.ドリップかんがいによる節水(a)マイクロチユーブの摩擦抵抗によるドリップかんがいシステムの滴下流量の調節その端の流れがドリップフローとなる条件でラテラルラインに沿った滴下流量が均一となるような設計手法を提案した。(b)ラテラル管内水頭の簡易計算法水頭分布の算定精度に及ぼす摩擦損失係数および滴下流量の影響について論じ、簡易に水頭分布を算定する手法を開発した。香川県多度津における約90年にわたる降雨観測資料を統計解析し,本県における渇水の特性を明らかにした.昭和53年には,香川用水が完成し,その効果を論じ,讃岐本土では山間部を除き,水不足から解放されていることを述べた.しかしながら,その恩恵を受けていない小豆島等の島しょ部では,依然として水不足であり,その解決が強く望まれていることを指摘した.さらに,水資源の開発およびその有効利用について,小豆島を研究対象地域に選定し,現地調査を行った.特に香川県農業試験場小豆島分場においては,菊に対するドリップかんがい試験の現状を知ることができた.また,ドリップかんがいの研究において,今後解決すべき問題を明らかにし,今後の課題を提示した.一方,実験室においては,ドリップチューブの水理実験を行い,設計に必要な資料を得た.さらに,新しい考えに基づく設計法を提示し,他大学教官との討論を行い,学会論文に投稿した.その他得られた成果は次のとおりである.(1)マイクロチューブを用いたドリップかんがいにおいて,水滴発生が容易にわかる判定図を提示し,設計に便ならしめた.(2)均等配水が可能なラテラルの長さを大きくし,且つ施設費が最も低廉となるシステムの設計法を論じた.(3)傾斜地畑の環境評価について検討し,全天日射量と散乱日射量を実測し,日射量を直達日射量および散乱日射量に分離する方法を求め,従来の研究成果と比較検討を行った.(4)同一深さにおける地温のバラツキと,地温の評価を行った.研究成果を要約すると次のようになる。1.マイクロチューブを用いたドリップかんがいにおける均等配水マイクロチューブの先端に生じる流れはdrip flowとjetflowとに分けられる。jet flowの状態で水を流すと、それによって土壌が移動し、作物の根が露出する等、生育の障害となる。また、八種後におけるカン水では発芽率の減少をきたし、営農上の障害となる。そこで、マイクロチューブを用いたドリッフかんがいでは、drip flowとしてカン水する必要がある。以上のような諸問題を鑑み、マイクロチューブを用いたドリップかんがいにおいて、ラテラルに沿う滴下流量が同一で、且つ、マイクロチューブの先端に生じる流れがdrip flowとなるような設計手法の開発を試みたものである。2.ドリップかんがいシステムにおけるラテラル菅内水頭の簡易計算法従来発表されている簡易計算法は、水頭分布の算定において、摩擦損失係数を一定と仮定したり、また、滴下流量がラテラルに沿って均一であると仮定して導かれている。

そして、仮定された摩擦損失係数および滴下流量の値が摩擦損失水頭の値の算定に及ぼす影響等については、ほとんど言及されていない。著者らは、まず水頭分布の算定精度に及ぼす摩擦損失係数および滴下流量の影響について論じ、さらに、水頭分布を算定する簡易法の提案を試みた。
自閉スペクトラム症幼児の早期発見・早期支援に関する検討

本研究は、1)自閉スペクトラム症(ASD)の早期診断のためのスマートフォンを利用した遠隔行動観察評価システム(NODA:Naturalistic Observational Diagnosis Assessment)の日本語版を開発し、日本の自閉症幼児に対するその信頼性と妥当性を検討すること、2)早期診断された自閉症幼児の対人コミュニケーション行動を改善するために、PRT(Pivotal Response Treatment)の手法を取り入れ、我が国の実情に応じてカリキュラム化された療育プログラムを開発し、その有効性を検討すること、3)早期診断を受けた自閉症幼児をもつ親をエンパワメントするために、診断直後の幼児をもつ親にとって必要な情報に特化させた心理教育教材を作成し、PRTの実技指導を取り入れた包括的プログラムを開発し、その短期的および長期的な有効性を検証すること、の3つを目的として実施した。1)については、これまでASD幼児(18ヶ月5歳)を対象にNODA日本語版を用いて、その信頼性と妥当性が予備的に明らかとなった。2)については、コミュニケーションに問題を抱える2歳児8名(うちASD児6名、平均29.9ヶ月児)に対して、1年間週7.5時間の集中的なPRT療育を実施したところ、療育の開始前と比較して、発達水準および適応行動に有意な改善がみられ、超早期支援の有効性が示唆された。3)については、1回90分4回の心理教育を実施するため、その教材を開発し、また保護者へのPRTの実技指導を行うために、フィデリティのチェックシートの開発を行った。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。平成28年度は、米国の自閉症研究機関にて研究を行った。1.子どもの発達への心配を親が気づいてから早期診断までのタイムラグを短くするため、自閉スペクトラム症幼児に対する早期診断の遠隔アセスメントツールであるNODA(Naturalistic Observation Diagnostic Assessment:日常場面行動観察アセスメント, Smith et al., 2016)の日本語版アプリについて、バックトランスレーションの手続きを経て、開発が完了した。NODA日本語版の妥当性と信頼性を検討するため、日本の研究協力者の協力を得て、複数の医療・療育機関に依頼し、26歳までの自閉スペクトラム症群と対照群である非自閉スペクトラム症群のデータ収集を行っている。2.米国で開発された自然な場面での行動分析学的介入法であり、エビデンスベースドプラクティスであるPRT(Pivotal Response Treatment:機軸行動発達支援法)のアプローチを取り入れ、日本の実情に合わせたPRT早期療育プログラムの開発に着手した。マンパワーや日本における実行可能性の観点から、個別療育ではなく、グループ療育を行うこととし、グループの特徴を活かしたプログラムを開発した。グループ療育は1年間継続して毎週行う予定であり、平成29年3月までに2歳児7名のリクルートが完了し、療育開始前の行動評価を行った。平成28年度は米国にて研究を進めており、本研究の最大のハードルは、研究協力をしてくれる対象のリクルートであった。しかし、日本にいる研究協力者を複数得て、データ収集および研究協力児のリクルートを着実に進めることができており、概ね研究計画通りに研究を推進できていると考えられる。グループ療育は1年間を計画しており、途中の脱落を防ぐために、数ヶ月ごとに子どもの行動の変化をフィードバックするようなニュースレター等を発行するなどの工夫をするう予定である。また、参加している対象児の親に対して、研究3として、育児をエンパメントする親向けの心理教育素材を開発していく。
分布北限の海洋生物の生活史-特にヤドカリの場合

イソヨコバサミClibanarius virescensの分布の世界的な最北端である房総半島と、黒潮流の中にある伊豆諸島の八丈島、三宅島に、調査地点を設け、採集を行った。採集した個体は、固定して実験室に持ち帰り以下のことを調べ2地点間で比較する:詳細な形態の記録と計測、特に鉗脚・歩脚、頭部・尾部とその付属肢の形態とそれらの計測値を用いたコンピューターによる多変量解析と統計処理、サイズ頻度分布による成長の季節変化とコホート分析、性比とそのサイズ・季節による変動、繁殖期の推定、1雌あたりの卵数と卵サイズ、利用貝殻の種類と頻度、詳細な潮間帯内での分布域を調べた。房総半島では年間で2177個体が採集され、性比は雄:雌=8:10、サイズは平均すると雄のほうがやや大きく、また利用貝として多いのはクボガイ、スガイ、イソニナ、イシダタミガイなどであた。潮間帯のほぼ中央に分布し繁殖期は4月から10月で非繁殖期には分布がひろがる。また八丈島、三宅島産の個体との比較をおこなった。その結果、伊豆-マリアナ島弧産のものは体色の色彩が緑で、房総半島産の紺色とは、一見して異なるが形態的には全く同じであった。房総半島産と八丈島産の個体で、攻撃行動などの個体間の行動を目視またビテオ撮影で観察したが、特に大きな違いはなかった。この色彩の2系統が存在することは、本種が複数の系統をもつことを意味するのかもしれないが、今後の詳細な検討が必要である。
現行耐震基準で設計される建物の地震時機能保全耐震性の分析

兵庫県南部地震(1995)における10兆円におよぶ経済損失や、東北地方太平洋沖地震(2011)での首都東京の機能麻痺など、経済活動や都市機能の地震に対する脆弱性が明らかになってきた。一方で近い将来の首都直下地震の発生が危惧されている。本研究の取り組む課題は次の2点である。・都市機能維持の観点から見た首都東京の耐震性の現状は?・世界的な経済活動の場である大都市東京に必要な耐震性レベルとは?建築基準法で求められる耐震性能は人命保全を目的としたものであり機能保全に対してはさらに高い耐震性能が求められる。機能保全に対して要求される耐震性能レベルを、建築基準法が要求する耐震性能との関係で明らかにする。
高校の過程を通じた学校間進路格差の形成メカニズムの実証的研究

本研究の目的は、日本の高校生の進路選択過程に着目して、社会経済的な地位の階層化に対する学校教育の影響メカニズムを、実証的に解明することである。全国から抽出された高校生母子を追跡した質問紙調査データ、また都市圏/非都市圏の高校教員に対するインタビュー調査データを用いて、高校ランク・学科間の入学者層の違いを考慮しながら、高校内での高校生の進路分化の過程と分化を促すメカニズムについて検討する。
有限群の指標間のパーフェクト・アイソメトリの一般化について

位数が小さいシロー部分群をもつ有限単純群を分類し、分類に現れる群のシロー部分群となり得る群の決定を行い、その中で、考えている素数が小さく、かつ、シロー部分群が非可換の場合に、その群上のフュージョン・システムの分類を行った。また、上で現れる有限単純群でシロー部分群およびそれ上のフュージョン・システムが同じ場合、主ブロックの指標間にパーフェクト・アイソメトリが存在することをほとんどの場合に確認した。なお、その際、一般化されたパーフェクト・アイソメトリが存在すると予想されていたが、本研究で確認できたものは通常のパーフェクト・アイソメトリであった。1.有限単純群の分類結果とそのシローp-部分群(pは素数)についての知られた結果を用い、位数がp^4であるp-群Pをシローp-部分群にもつ単純群の分類を完成した。具体的には、散在型は極めて少なく、標準的な交代群と有限シェバレー群のみで、特に例外的な構造をもつ有限単純群は現れなかった。この結果から、特に、Pが非可換の場合、P上のフュージョン・システムは極めて限られたものしか存在しないことが予想でき、実際、p=3の場合については、フュージョン・システムの分類もほぼ完成している。また、p=3の場合、これらの単純群の中で、シローp-部分群上同じフュージョン・システムをもつ階数が小さい有限シェバレー群の主ブロック間にパーフェクト・アイソメトリーが存在することを確認した。パーフェクト・アイソメトリーの計算には、群論計算システムGAPを用いた。2.上で述べた位数がp^4である非可換群と類似の構造をもつ位数P^<P+1>の非可換群(具体的には次数pの対称群のシローp-部分群)の構造分析を進め、その共役類、自己同型などを決定した。これらは、この群上のフュージョン・システムの分類にあたって必要不可欠なプロセスである。3.シローp-部分群がいわゆる自明交叉(T.I.)の場合のパーフェクト・アイソメトリーの一般化については、連携研究者である楢崎が計算を進めていて、単純群の場合、および、中心による剰余群が単純群になる場合で、シローp-部分群上のフュージョン・システムが同じ場合は、主ブロックの既約指標間に一般化されたパーフェクト・アイソメトリーが存在することを確認した。1.位数がp^4であるp-群Pをシローp-部分群にもつ単純群の分類に基づき、Pが非可換の場合、P上のフユージョン・システムの分類に着手した。p=3の場合については、Pの階数が2の場合のフユージョン・システムの分類は完成しており、ねじれ型のD_4タイプの有限シュバレー群のフユージョン・システムが現れる。これらの中で、定義体の位数が小さい場合の有限シェバレー群の主ブロック間にパーフェクト・アイソメトリーが存在することを確認し、さらに、一般の場合計算に必要な既約指標の構成を行った。また、このタイプの群では、局所部分群の中で、全体の群との間にパーフェクト・アイソメトリが存在する可能性を発見した。2.位数がp^4である非可換群で階数が3のものと類似の構造をもつ位数P^<P+1>の非可換群(具体的には次数pの対称群のシローp-部分群)の構造分析を更に進め、その組成列などを決定した。これらは、この群上のフュージョン・システムの分類にあたって必要不可欠なプロセスであるが、フージョン・システムの分類完成には至っていない。3.シローp-部分群がいわゆる自明交叉(T.I.)の場合のパーフェクト・アイソメトリーの一般化については、連携研究者である脇、楢崎が引き続き計算を進めていて、上記の群をシローp部分群にもつ場合に、主ブロックの既約指標間に一般化されたパーフェクト・アイソメトリーが存在すること、および、より局所的な部分群の指標の対応を含むアイアイソタイプの存在を確認している。部分的な結果については、連携研究者が学会等で発表している。pを素数とする。位数がpの5乗、および、pの6乗であるp-群Pをシローp-部分群にもつ単純群の分類を行った。分類には、Gorenstein等による単純群のpシロー群の分析結果を用いた。特に、非可換で位数が3の5乗のシロー部分群にもつ単純群をいくつか選び、主ブロック間にパーフェクト・アイソメトリーが存在することを確認した。計算した例については、一般化されたものではなく、従来のパーフェクト・アイソメトリの存在が確認できた。なお、パーフェクト・アイソメトリーの計算には、群論計算システムGAPを用いた。

位数がpの4乗である非可換群で階数が3のものと類似の構造をもつ位数がpのp+1乗の非可換群(具体的には次数pの対称群のシローp-部分群)の構造分析を更に進め、その共役類、自己同型群などを決定した。これらは、この群上のフュージョン・システムの分類にあたって必要不可欠なプロセスであるが、フュージョン・システムの分類については、p=3の場合にいくつかの可能性を列挙するに留まり、分類は完成していない。また、一般のpの場合は、上記考察からp=3の場合と同様の分類が得られると思われるが、分類完成には至っていない。シローp-部分群がいわゆる自明交叉(T.I.)の場合のパーフェクト・アイソメトリーの一般化については、連携研究者である脇、楢崎が今年度も引き続き計算を進めていて、上記の群をシローp部分群にもつ場合に、主ブロックの既約指標間に一般化されたパーフェクト・アイソメトリーが存在すること、および、より局所的な部分群の指標の対応を含むアイアイソタイプの存在を確認している。有限群のシローp-部分群P(pは素数)の要素間の関係を記述するフュージョン・システムとパーフェクト・アイソメトリについて、以下の研究を行った。1.Pの位数がpのp+1乗であり、pの2乗次の対称群のシローp-部分群に同型な(非可換)群上のフュージョン・システムの分類を試みた。まず、これまでの先行結果であるp=3の場合に続いて、pが小さい場合の分類を進めた。また、分類と平行して、近年急速に発展しているフュージョン・システムの一般論を用いる方法について考察した。一般論を応用してのpが小さい場合の分類は進展があったが、これを一般のpの場合に発展させるには至らなかった。2.Pの位数が3の4乗の場合、上記のpの2乗次の対称群のシローp-部分群に由来するフュージョン・システム以外に、triality groupと呼ばれる群のシローp-部分群(非可換)に由来するものが存在する。この場合のフュージョン・システムの考察を一般論により行うことを試みた。しかし、この場合のPの構造の特殊性から一般論適用の困難さが逆に判明した。3.Pの位数がpの5乗、6乗の場合のP上のフュージョン・システムについて、Pの位数がpの4乗で上記1に現れる部分群と他の部分群の直積になる場合に分類を行った。パーフェクト・アイソメトリの存在についての考察は進行中であり完成には至っていない。4.限定的な結果ではあるが、これまでの成果を有限群の表現論の研究集会で発表した。26年度が最終年度であるため、記入しない。群および多元環の表現論26年度が最終年度であるため、記入しない。位数がp^4で階数が3である非可換群と類似の構造をもつ位数P^<P+1>の非可換群上のフージョン・システムの分類完成には至っていない。また、ねじれ型のD-4タイプの有限シュバレー群について、既約指標の構成までのみで、パーフェクト・アイソメトリの存在確認まで至っていない。位数がpの4乗で階数が3である非可換群と類似の構造をもつ位数がpのp+1乗の非可換群上のフュージョン・システムの分類を完了する予定であったが、まだ完成には至っていないこと。また、pの5乗、6乗のシロー部分群をもつ単純群は分類したが、そのような群でのフュージョン・システムの状況、パーフェクト・アイソメトリの状況分析が不十分であること。上記に記載したように、研究計画がやや遅れている。今年度の平成24年度の前半では、この遅れを取り戻すべく研究を進める。上記に記載したように、研究計画が予定より遅れている。
ウイルス侵入の鍵となる硫酸化の仕組みの解明と阻害剤探索

生体内で働くタンパク質の中には、特定のチロシン残基が硫酸化修飾を受けることで、機能が制御されているものがある。この修飾は、抗原抗体反応、補体カスケード、HIVを含むウイルスの感染等、様々な生命現象への関わりが報告されている。硫酸化修飾を担っているのは、タンパク質チロシン硫酸転移酵素(TPST)である。ゼブラフィッシュをモデルとしたTPST遺伝子ノックダウンによる生理機能解析から、TPSTは、胚発生に重要な影響を与えている。また、予備実験として硫酸化に必須な活性硫酸PAPS合成遺伝子(PAPSS)をノックダウンした場合、表現型の異常が顕著に見られた。そこで平成30年度は、翻訳後修飾としてのチロシン硫酸化と低分子生体内生理活性物質の硫酸化の機能性解明のため、3種類あるPAPS合成遺伝子をノックダウンした場合の、胚発生に及ぼす影響を詳細に検討した。手法はアンチセンスオリゴを12細胞期の受精卵にインジェクションして、インジェクション後27時間および51時間後のゼブラフィッシュの表現型を観察した。その結果、27時間後のゼブラフィッシュの表現型は、PAPSS1/2/3いずれも背骨の屈曲が顕著に現れた。このことは、ヒトのPAPSS2欠損時の臨床症状と類似していた。また、51時間後もPAPSS1/2/3いずれも背骨の屈曲が顕著に現れた。これもヒトのPAPSS2欠損時の臨床症状と類似していた。これらのことから、軟骨組織におけるPAPSSアイソフォーム間の発現量の違いに影響していることが考えられ、表現型が酷似していることからPAPSS1,2,3の生理機能はオーバーラップしている可能性が示唆された。また、ノックダウンした胚を35S同位体で代謝ラベルした後、SDS-PAGEにて硫酸化タンパク質を解析した結果、対照区に比べて異なるスポットをいくつか確認した。3種類あるPAPS合成遺伝子をノックダウンした場合の、胚発生に及ぼす影響を詳細に検討し、27時間後および51時間後のゼブラフィッシュの表現型が、PAPSS1/2/3いずれも背骨の屈曲が顕著に現れることを明らかにしたことから。また、表現型が酷似していることからPAPSS1,2,3の生理機能はオーバーラップしている可能性を明らかにしたことも理由として挙げられる。活性硫酸PAPS合成遺伝子をノックダウンした場合、表現型の異常が顕著に見られたことから3種類のPAPSS遺伝子のノックダウン個体のプロテオーム解析を行い、有意に異なる挙動を示すタンパク質を特定する。なお、手法は、蛍光ディファレンシャル二次元電気泳動(2D-DIGE)による多重比較解析を行い、発現挙動の異なるタンパク質を質量解析して同定する。平成29年度は、結晶構造解析に成功したヒトhTPST1の論文作成と国際誌への投稿を行った。その結果、Scientific Reports, (2017)に掲載された。hTPST1は、可溶性タンパク質として大量発現させ、その後、反応後生成物である3',5'-Phosphoadenosine phosphate (PAP)と基質となる補体C4タンパク質からデザインした11残基のペプチドとの共存下で結晶化した。このhTPST1は、hTPST2と同様に、二量体を形成し、その二量体の間につくられる奥深い溝の部分でターゲットとなるタンパク質のチロシン残基部分を結合して、その部分で特異的に硫酸基をつけていることが判明した。また、真核生物の生体内での硫酸化には、唯一の硫酸供与体である活性硫酸PAPSが必須である。これらのPAPS合成酵素遺伝子は2種類存在する。硫酸化の生理機能を解明するために、ゼブラフィッシュをモデルとした活性硫酸合成酵素(PAPSS)のクローニング・諸性質の検討を行った。その結果、生理的pH条件下において、zfPAPSS1はzfPAPSS2よりもATPに対する親和性が高く最大反応速度が遅く、温度安定性が低いことが明らかとなった。さらに、ゼブラフィッシュを用いて遺伝子ノックダウン及び2D-DIGEによるPAPSSアイソフォームの生理機能解明を試みた。その結果、PAPSSアイソフォーム遺伝子ごとにそれぞれ差異のある表現型及びタンパク質発現が観察された。結晶構造解析に成功したヒトhTPST1の論文作成と国際誌への投稿を行った。その結果、Scientific Reports, (2017)に掲載されたことから。また、真核生物の生体内での硫酸化には、硫酸供与体である活性硫酸PAPSが必須である。硫酸化の生理機能を解明するために、ゼブラフィッシュをモデルとした活性硫酸合成酵素(PAPSS)のクローニング・諸性質の検討行った。その結果、生理的pH条件下において、zfPAPSS1はzfPAPSS2よりもATPに対する親和性が高く最大反応速度が遅く、温度安定性が低いことを明らかにしたことから。

ゼブラフィッシュをモデルとしたTPST遺伝子ノックダウンによる生理機能解析から、TPSTは、胚発生に重要な影響を与えている。また、予備実験として硫酸化に必須な活性硫酸PAPS合成遺伝子(PAPSS)をノックダウンした場合、表現型の異常が顕著に見られた。そこで平成30年度は、翻訳後修飾としてのチロシン硫酸化と低分子生体内生理活性物質の硫酸化の機能性解明のため、3種類あるPAPS合成遺伝子をノックダウンした場合の、胚発生に及ぼす影響を詳細に検討した。手法はアンチセンスオリゴを12細胞期の受精卵にインジェクションして、インジェクション後27時間および51時間後のゼブラフィッシュの表現型を観察した。その結果、27時間後のゼブラフィッシュの表現型は、PAPSS1/2/3いずれも背骨の屈曲が顕著に現れた。このことは、ヒトのPAPSS2欠損時の臨床症状と類似していた。また、51時間後もPAPSS1/2/3いずれも背骨の屈曲が顕著に現れた。これもヒトのPAPSS2欠損時の臨床症状と類似していた。これらのことから、軟骨組織におけるPAPSSアイソフォーム間の発現量の違いに影響していることが考えられ、表現型が酷似していることからPAPSS1,2,3の生理機能はオーバーラップしている可能性が示唆された。また、ノックダウンした胚を35S同位体で代謝ラベルした後、SDS-PAGEにて硫酸化タンパク質を解析した結果、対照区に比べて異なるスポットをいくつか確認した。3種類あるPAPS合成遺伝子をノックダウンした場合の、胚発生に及ぼす影響を詳細に検討し、27時間後および51時間後のゼブラフィッシュの表現型が、PAPSS1/2/3いずれも背骨の屈曲が顕著に現れることを明らかにしたことから。また、表現型が酷似していることからPAPSS1,2,3の生理機能はオーバーラップしている可能性を明らかにしたことも理由として挙げられる。予備実験として、ゼブラフィッシュをモデルとしたTPST遺伝子ノックダウンによる生理機能解析から、TPSTは、胚発生に重要な影響を与えている。また、活性硫酸PAPS合成遺伝子をノックダウンした場合、表現型の異常が顕著に見られた。これらのことから、ノックダウン個体のプロテオーム解析を行うことで、高発現または低発現タンパク質を特定し、硫酸化に係わるタンパク質や代謝制御のメカニズムを明らかにする。活性硫酸PAPS合成遺伝子をノックダウンした場合、表現型の異常が顕著に見られたことから3種類のPAPSS遺伝子のノックダウン個体のプロテオーム解析を行い、有意に異なる挙動を示すタンパク質を特定する。なお、手法は、蛍光ディファレンシャル二次元電気泳動(2D-DIGE)による多重比較解析を行い、発現挙動の異なるタンパク質を質量解析して同定する。物品の購入において、より安い価格のものを選択したため。次年度使用額は、平成30年度の物品購入費として使用の予定。学会出張を予定していたが、大学の重要会議と重なり、学会出張を取りやめたため。次年度使用額は、令和元年度の旅費として使用の予定。
受容体チロシンキナ-ゼによる細胞増殖の制御機構: mi突然変異マウスを利用した解析

1.肥満細胞が欠損する小眼球症突然変異マウスmi/miを用いて、cーkit蛋白をレセプタ-とする増殖シグナル伝達経路の解析を行なった。その結果(1)mi異変ではILー3を介する増殖シグナル系には異常がないために、in vitroでその骨髄からILー3存在下に培養肥満細胞が得られること。この肥満細胞は、W突然変異マウス(cーkit遺伝子の変異)由来培養肥満細胞と同様に、cーkitのリガンド(SLF)によつては増殖刺激をうけないこと、即ちmi遺伝子座産物はcーkitの下流で機能していることがあきらかとなつた。(2)mi/miマウスはosteopetrosisも合併しており、マクロファ-ジ系に異常があるので、CSFー1レセプタ-(cーfms)を介するシグナル伝達系にもmi遺伝子座が関与している可能性を考え、以下の実験を行った。正常マウス由来及びW/Wマウス(cーkit機能不全)由来の培養肥満細胞に、cーfmsを導入したところ、ともにCSFー1により細胞増殖が誘導されるようになった。即ち培養肥満細胞には、cーfmsレセプタ-チロシンキナ-ゼの下流になる増殖シグナル伝達系が発現している。しかしmi/miマウス由来培養肥満細胞にcーfmsを導入しても、CSFー1による増殖は誘導できなかった。おそらくmi遺伝子座産物はレセプタ-型チロシンキナ-ゼcーkitだけではなくcーfmsのシグナル伝達系においてもその下流で必須の機能を果たしているのであろう。2.SLFの機能に欠陥のあるSl/Slマウス由来の3T3線維芽細胞と培養肥満細胞との共培養系を用いて、SLFが細胞の増殖だけではなく接着及び移動にも重要な働きをしていることをin vitroで示した。
超希薄気体流における非平衡現象のミクロスケール・アナリシス

平成12年度までにREMPIを用いた超希薄気体流計測システムを、現有のYAGレーザー励起の色素レーザーを中心とした光学系および2次電子増倍管とボックスカー積分器からなるイオン検出系により構成するとともに、温度計測法を確立した。また、色素レーザーの2倍波出力に現有のオートトラッキング装置を組み込むことで、広い波長範囲にわたって一定出力を維持することが可能となり、同時に広範囲のREMPIスペクトルの検出を可能とした。このシステムを真空中へ噴出する超希薄自由噴流の流れ場に適用し、温度非平衡現象を調査した。その結果、回転温度の凍結現象を明らかにするとともに、貯気室圧力が非常に低密度の場合には、回転エネルギー分布がボルツマン分布とならず、回転エネルギーの低い領域と高い領域でそれぞれ別のボルツマン分布を形成していることを明らかにした。分子線による面-干渉問題における固体表面にファントム粒子モデルの適用可能性を調査した。ファントム粒子モデルをアルゴン分子線がプラチナ表面に入射する問題に適用し、固体表面から散乱されたアルゴン分子の流束強度分布の反射角依存性、飛行時間(TOF)スペクトル、適応係数、吸着確率のシミュレーション結果が実験結果と良く一致し、このモデルの有効性が明らかとなった。さらに、アルゴン分子のプラチナ表面とのエネルギー交換は入射分子のエネルギーの垂直方向成分が大きく寄与し、接線方向成分のエネルギーは固体表面への入射前後でほとんど変化しないことも明らかにした。現在、超高真空を維持できる差動排気真空チャンバーを利用した面-分子干渉実験が進行しており、実験結果とファントム粒子モデルによるシミュレーション結果を相補的に融合して、面-分子干渉に関する精緻データの取得を目指す。平成11年度までにREM PIを用いた超希薄流計測システムを,現有のYAGレーザー励起の色素レーザーを利用した光学システムおよび2次電子増倍管とボックスカー積分器などからなるイオン検出系により構築した.窒素の2R+2REMPI (2-photon resonance and 2-photon ionization)を対象としてシステムの有効性を検証するとともに,検出感度が4.0×10^<12>molecules/cm^3であることを明らかにした.このREMPIシステムを温度・密度変化の大きい真空中へ噴出する超音速自由噴流の流れ場に適用し,温度非平衡現象を明らかにした.温度計測はボルツマン・プロットにより行ったが,より高精度な計測を目的として,異なる複数のブランチを利用する方法を提案するとともに,これに利用した2光子ヘンル・ロンドン因子の比を基に理論スペクトルの実験スペクトルへのフィッティングを可能にした.また,固体表面における気体分子の挙動(面一分子干渉)を調査するために,超高真空を維持できる差動排気型真空チャンバーを製作した.今後これにREMPIシステムを適用して固体表面から散乱される気体分子を検出し,運動量およびエネルギー適応係数の取得や流束強度分布の計測を行うことを計画している.これと並行して,面一分子干渉問題をシミュレートするためのファントム粒子固体表面モデルによる解析手法を提案し,従来から実験で得られている流束強度分布,飛行時間スペクトル(TOF),吸着確率などの結果とよく一致するデータを得ている.これにより,実験とシミュレーションを相補的に融合し,面一分子干渉のに関する精緻データの取得を目指す.最終年度までにREMPIを用いた超希薄気体流計測システムを、現有のYAGレーザー励起の色素レーザーを中心とした光学系および2次電子増倍管とボックスカー積分器からなるイオン検出系により構成するとともに、温度計測法を確立した。また、平成12年度には色素レーザーの2倍波出力に現有のオートトラッキング装置を組み込むことで、広い波長範囲にわたって一定出力を維持することが可能となり、同時に広範囲のREMPIスペクトルの検出を可能とした。

その結果、回転温度の凍結現象を明らかにするとともに、貯気室圧力が非常に低密度の場合には、回転エネルギー分布がボルツマン分布とならず、回転エネルギーの低い領域と高い領域でそれぞれ別のボルツマン分布を形成していることを明らかにした。分子線による面-干渉問題における固体表面にファントム粒子モデルの適用可能性を調査した。ファントム粒子モデルをアルゴン分子線がプラチナ表面に入射する問題に適用し、固体表面から散乱されたアルゴン分子の流束強度分布の反射角依存性、飛行時間(TOF)スペクトル、適応係数、吸着確率のシミュレーション結果が実験結果と良く一致し、このモデルの有効性が明らかとなった。さらに、アルゴン分子のプラチナ表面とのエネルギー交換は入射分子のエネルギーの垂直方向成分が大きく寄与し、接線方向成分のエネルギーは固体表面への入射前後でほとんど変化しないことも明らかにした。現在、超高真空を維持できる差動排気真空チャンバーを利用した面-分子干渉実験が進行しており、実験結果とファントム粒子モデルによるシミュレーション結果を相補的に融合して、面-分子干渉に関する精緻データの取得を目指す。
幸せに生きる基盤としての家庭科食領域授業と形成的評価規準の開発

本研究の目的は、幸せに生きる基盤としての心身の健康につながる食生活を営む力の育成を目指し、家庭科食領域における授業開発とその評価としての形成的評価規準の検討を目的とするものである。研究初年度に続き、平成30年度は、主として資料の調査・収集とそのデータ整理を行うことを目的として、次の(1)(4)を実施した。(1)家庭科食領域における授業実践と評価規準に関するアンケート調査を作成し、調査を行った。この内容については、現在集計中であり、2019年度中に学会等で発表予定である。(2)幸せに生きる基盤としての心身の健康につながる食生活を営む力の育成を「安全・健康」の視点から検討するために、2018年12月及び2019年2月にヒアリング調査を行った。この調査は当初の研究計画にはなかったものである。しかし、「幸せに生きる基盤として」という本研究のキーワード及び心身の健康、そして、次期学習指導要領において示された家庭科の見方・考え方に係る視点を踏まえ加えたものである。この調査の一部について、2019年度日本家政学会及び日本家庭科教育学会で発表するための準備を行った。(3)評価規準の作成に関して、家庭科教師を対象とした評価に関するヒアリング調査等を行いはじめた。この調査は上記(1)に関連するものである。現時点は2名に対する調査を終えている。(4)平成29年度に実施した調査等の内容についてまとめている最中である。学内での教育活動等に割く時間が予想を超えた。前年度までに得たデータ及び情報を検討する中で、当初の研究計画を修正し、行なう必要があると判断し、そのように行った。前年度に研究計画を変更した部分と当初計画を確認しつつ、行ないたい。初年度である平成29年度は、主として資料の調査・収集とそのデータ整理を行うことを目的として、次の(1)(5)を実施した。(1)家庭科で対象とすべき生活に関する資料をアジア家政学会(2017年8月)等に参加し、収集することに加え、その一環として、家政学に関する専門的知見を幅広く有する講師を招聘し、特別講義「家政学における日常の生活を理解する」(2017年10月)を実施した。(2)元家庭科教師を対象として家庭科授業に関するインタビュー調査(2017年8,9,10,12月及び2018年3月各1回)を実施した。なお、この内容に関しては2018年度に学会発表を予定している。(3)第56回関東甲信越地区中学校技術・家庭科研究大会新潟大会において、第6分科会(「B食生活と自立」)に助言者として参加し、食生活を営む力の育成を目指した家庭科食領域における授業について検討した。(4)家庭科食領域における実習を含む授業の評価規準の検討を目的として、授業開発及び評価規準検討のための予備的実践を行った(2017年12月)。対象は大学生(4名)であった。(5)家庭科食領域における授業実践と評価規準に関するアンケート調査を作成し、発送準備を行った。なお、発送は、2018年6月下旬から7月中旬を予定している。また、それに関わり、予定していた調査を行うことができなかった。また、収集した資料の整理等の補助として人件費を計上していたが、予定通りに行うことができなかった。初年度の積み残しを確認しつつ、研究計画を修正しつつ行いたい。次年度使用額が生じた主な理由は次の2点である。

(1)学内での教育活動等に割く時間が予想をこえたため、予定していた調査を行うことができなかったためであり、その分の調査は2018年度に実施予定である。(2)研究が予定より遅れているため、物品の購入も予定よりも遅れている。その分は2018年度に購入予定である。次年度使用額が生じた理由は、学内での教育活動等に割く時間が予想をこえたため、計画よりも研究が遅れているためであるが、一部、研究内容の公表ができつつあるため、それにあわせて使用したい。
水の分解反応に対するd^<10>電子状態の光触媒の活性

水の分解反応を促進できる新しい光触媒系を確立することを目的とし、d^<10>電子状態の典型金属イオン(Ga^<3+>,Ge^<4+>,In^<3+>,Sn^<4+>,Sb^<5+>)の典型金属酸化物、d^<10>-d^<10>電子状態の複合典型金属酸化物、d^<10>-d^<10>s^2電子状態の金属酸化物PbWO_4,また、d^<10>電子状態の典型金属窒化物Ge3N4が高活性な光触媒となることをこれまでに見出してきた。本年度の研究では、種々の金属イオンの添加が光触媒作用に及ぼす効果を調べた。d^<10>電子状態のβ-Ga_2O_3において、In^<3+>添加量とともに光触媒活性は増加し,3%添加で最大活性を示し、それ以上では、急減した。In^<3+>添加量とともに吸収波長は、20nmほど長波長側へ、また、X線回折ピークは低角度側にシフトし、光触媒の活性化はInの固溶化によることが示された。ZnGa_2O_4においても、In^<3+>およびY^<3+>添加により光触媒活性は顕著に増加した。これらの活性化が、軌道混成による電子構造の変化およびGaO_6八面体の歪み構造の形成によることを明らかにした。d^<10>電子状態の金属窒化物GaNは光触媒不活性であるが、GaNに2価金属イオン(Mg^<2+>、Zn^<2+>、Be^<2+>)を添加した場合に、安定に水素と酸素を化学量論比で与える高活性な光触媒となることを見出した(助触媒:RuO_2)。一方、4価のイオンであるSi^<4+>やGe^<4+>イオンを添加した場合には、活性化は起らなかった。密度汎関数法による計算は、GaNの伝導帯は大きなバンド分散を持つsp混成軌道から、また価電子帯はN2p軌道で構成される結果を与えた。330nmでの励起光により、Zn^<2+>やMg^<2+>添加GaNの場合には、430nm付近に強い発光が現れた。この発光は、伝導帯近傍のN不純物準位から、価電子帯近傍の2価金属イオンのアクセプタ-準位への遷移に帰属され、GaNがp型化していることが示された。これらの結果に基づき、GaNのp型化により価電子帯に生成する正孔の濃度および移動度が増加し、顕著な光触媒活性をもたらす機構を明らかにした。本研究代表者は、水の光分解反応を促進できる光触媒の開発において、これまでに、d^<10>電子状態の金属イオンを含む典型金属酸化物に、RuO_2を担持した揚合に水の分解反応に対してUV照射光下で水素と酸素を与える安定な光触媒となることを見出してきた。本研究では、d^<10>電子状態の典型金属イオンとd^<10>s^2電子状態の金属イオンの両者を含むd^<10>-d^<10>s^2電子状態の複合金属酸化物について、新しい光触媒を得ることを行った。d^<10>s^2電子状態の典型金属イオンであるPb^<2+>とd^<10>電子状態のSb^<5+>の両イオン含む複合金属酸化物として、PbSb_2O_6,およびPb_2Sb_2O_7,また比較のためにアルカリ土類金属イオンを含むd^<10>電子状態の酸化物MSb_2O_6,およびM_2Sb_2O_7,(M=Ca,Sr,Ba)を粉末焼成法により合成した。RuO_2担持後の光触媒活性は、d^<10>s^2電子状態の典型金属イオンPb^<2+>を含む場合に、アルカリ土類金属イオンを含むd^<10>電子状態の酸化物に比べ,6-15倍も高活性となることを見出した。また,Pb^<2+>を少量(<5モル%)のNiやCuで置換した場合にも高活性が維持された。高活性の発現が、金属酸化物の酸素八面体の歪みの局所構造効果に基づくこと,および金属酸化物の価電子帯および伝導帯バンド構造に対する密度汎関数法の計算結果より、PbSb_2O_6およびPb_2Sb_2O_7,では、伝導帯がSb(5s+5p)+Pb6pの混成軌道から構成され,バンド分散が大きく,励起電子が高い移動度を持つことに基づくことを示し、d^<10>-d^<10>s^2電子状態の複合金属酸化物が、新しい光触媒系となることを明らかにした。さらに、d^<10>電子状態の典型金属窒化物Ge_3N_4にRuO_2を担持した場合に,水の分解反応に対し水素と酸素を与える光触媒となることを見出した。これは,金属窒化物が水の分解の光触媒となることを示した最初の例である。この結果は、金属窒化物の多くは可視光吸収をもつため、本研究の発見は、水の分解反応に対し可視光下で働く光触媒系の確立へむけて新たな展開となることを示した。

水の分解反応を促進できる新しい光触媒系を確立することを目的とし、d^<10>電子状態の典型金属イオン(Ga^<3+>,Ge^<4+>,In^<3+>,Sn^<4+>,Sb^<5+>)の典型金属酸化物、d^<10>-d^<10>電子状態の複合典型金属酸化物、d^<10>-d^<10>s^2電子状態の金属酸化物PbWO_4,また、d^<10>電子状態の典型金属窒化物Ge3N4が高活性な光触媒となることをこれまでに見出してきた。本年度の研究では、種々の金属イオンの添加が光触媒作用に及ぼす効果を調べた。d^<10>電子状態のβ-Ga_2O_3において、In^<3+>添加量とともに光触媒活性は増加し,3%添加で最大活性を示し、それ以上では、急減した。In^<3+>添加量とともに吸収波長は、20nmほど長波長側へ、また、X線回折ピークは低角度側にシフトし、光触媒の活性化はInの固溶化によることが示された。ZnGa_2O_4においても、In^<3+>およびY^<3+>添加により光触媒活性は顕著に増加した。これらの活性化が、軌道混成による電子構造の変化およびGaO_6八面体の歪み構造の形成によることを明らかにした。d^<10>電子状態の金属窒化物GaNは光触媒不活性であるが、GaNに2価金属イオン(Mg^<2+>、Zn^<2+>、Be^<2+>)を添加した場合に、安定に水素と酸素を化学量論比で与える高活性な光触媒となることを見出した(助触媒:RuO_2)。一方、4価のイオンであるSi^<4+>やGe^<4+>イオンを添加した場合には、活性化は起らなかった。密度汎関数法による計算は、GaNの伝導帯は大きなバンド分散を持つsp混成軌道から、また価電子帯はN2p軌道で構成される結果を与えた。330nmでの励起光により、Zn^<2+>やMg^<2+>添加GaNの場合には、430nm付近に強い発光が現れた。この発光は、伝導帯近傍のN不純物準位から、価電子帯近傍の2価金属イオンのアクセプタ-準位への遷移に帰属され、GaNがp型化していることが示された。これらの結果に基づき、GaNのp型化により価電子帯に生成する正孔の濃度および移動度が増加し、顕著な光触媒活性をもたらす機構を明らかにした。