hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
有機金属気相成長用の新窒素ソースとアルキル金属の反応機構の解明と窒化物混晶の成長

有機金属化学気相成長装置の成長室内で基板を設定するサセプタの幾何学的構造に工夫を行い、反応ガスのサンプリングを効果的に四重極質量分析計へ導入することが出来るようにして、反応機構の解析を行った。また、そのサセプターを用いて窒化物混晶InGaNの成長条件を検討した。60Torrの減圧のもとで、サセプタの温度を室温から650°C程度にかえて、成長用の窒素ソースであるモノメチルヒドラジンだけを供給し生成ガスを、四重極質量分析用にサンプリングを行い質量スペクトルの測定を行なった。その結果、モノメチルヒドラジンだけを供給した時に、約200°Cで最初の分解が生じ、次に、約400°Cでエネルギーの値と対応させると、約200°Cでモノメチルヒドラジンの窒素と窒素の結合が解離し、次に、約40O°Cで窒素と炭素の結合が解離していると考えられる。また、メチルアミンやモノメチルヒドラゾンが中間生成物として存在していることが明らかとなった。また、トリメチルインジウムとモノメチルヒドラジンを供給するとアダクトが生成することが明らかとなった。次に、新窒素ソースのモノメチルヒドラジンとIII族アルキル金属のトリメチルガリウムとトリメチルインジウムの混合ガスをソースとして、ソースの供給量や基板温度などの成長条件をかえて減圧有機金属化学気相成長法で、アモルファスGaN上にIn_xGa_<1-x>Nの成長を行い、成長条件が組成xに及ぼす影響を調べた。成長層をx線回折法で調べた結果、組成xを従来のサセプターの約0.1までを約0.5に増加させることができることが分かった。有機金属化学気相成長装置の成長室内で基板を設定するサセプタの幾何学的構造に工夫を行い、四重極質量分析計へのガスのサンプリングが効果的に行えるようにして実験を行った。60Torrの減圧のもとで、サセプタの温度を室温から650°C程度にかえて、成長用の窒素ソースであるモノメチルヒドラジンだけを供給し生成ガスを、四重極質量分析計にサンプリングを行い質量スペクトルの測定を行った。その結果、モノメチルヒドラジンだけを供給した時に、約200°Cで最初の分解が生じ、次に、約400°Cでさらに分解を生じていることを、初めて、見いだした。モノメチルヒドラジンの解離エネルギーの値と対応させると、約200°Cでモノメチルヒドラジンの窒素と窒素の結合が解離し、次に、約400°Cで窒素と炭素の結合が解離していると考えられる。新たな知見をもとに、モノメチルヒドラジンとIII族アルキル金属であるトリメチルインジウムを同時に供給して反応生成物の解析を行っている。成長層をX線回折法で調べて、組成xを求めた結果、成長層In_xGa_<1-x>Nの組成xを約0.5まで大きくできることが実証された。しかし、成長層の組成xを制御するには今後の検討が必要である。

また、そのサセプターを用いて窒化物混晶InGaNの成長条件を検討した。60Torrの減圧のもとで、サセプタの温度を室温から650°C程度にかえて、成長用の窒素ソースであるモノメチルヒドラジンだけを供給し生成ガスを、四重極質量分析計にサンプリングを行い質量スペクトルの測定を行った。その結果、モノメチルヒドラジンだけを供給した時に、約200°Cで最初の分解が生じ、次に、約400°Cでさらに分解を生じていることを、初めて、見いだした。モノメチルヒドラジンの解離,エネルギーの値と対応させると、約200°Cでモノメチルヒドラジンの窒素と窒素の結合が解離し、次に、約400°Cで窒素と炭素の結合が解離していると考えられる。また、メチルアミンやモノメチルヒドラゾンが中間生成物として存在していることが明らかとなった。また、トリメチルインジウムとモノメチルヒドラジンを供給するとアダクトが生成することが明らかとなった。次に、新窒素ソースのモノメチルヒドラジンとIII族アルキル金属のトリメチルガリニウムとトリメチルインジウムの混合ガスをソースとして、ソースの供給量や基板温度などの成長条件をかえて減圧有機金属化学気相成長法で、アモルファスGaN上にIn_xGa_<1-x>Nの成長を行い、成長条件が組成xに及ぼす影響を調べた。成長層をX線回折法で調べた結果、組成xを従来のサセプターの約0.1までを約0.5に増加させることができることが分かった。
尿酸値を対象とした遺伝要因および環境要因を交えた疾患リスク推定モデル構築の研究

病気の原因には、個人が生まれながらに持つ遺伝的な要因と、個人個人が生活している環境の要因があります。そのため、個人個人の違いを考慮することで、より効果の高い治療を行うことができます。我々は尿酸値を研究対象としています。我が国の30歳以上の男性の約3割が高尿酸血症といわれています。高尿酸血症は痛風を引き起こします。その上、慢性腎臓病や心臓病の発症・進展のリスクを高めます。高尿酸血症の機序としては尿酸産生過剰、腎臓からの排泄低下、腸管からの排泄低下があります。尿酸値に影響を与えている因子を患者ごとに判断することで、より適切な対処法および治療薬を選択することができます。平成29年度においては、尿酸再吸収にかかわるURAT1タンパク質、およびそれをコードするSLC22A12遺伝子の変異について、タンパク質実験およびRNA実験を行うことで、この遺伝子上に見られる変異がタンパク質の機能に影響を与えていることが示されました。平成30年度は、これらの結果を踏まえ、東北大学東北メディカル・メガバンク機構が行うToMMoコホートToMMoコホート参加者のうち1,278人にみられるSLC22A12遺伝子上の変異を持つ人と持たない人の間で、尿酸値に差があるかどうかの解析を行いました。その際に、腎機能の指標であるeGFRと、血糖値の指標の一つHbA1c、さらに、尿酸値に影響が与えられていることが知られている年齢・性別・BMIの影響を、多変量解析で調べました。その結果、実験で尿酸再吸収に影響が強いことが示された変異は、コホート参加者の人たちの尿酸値にも、実際に影響があることが示されました。遺伝率に換算すると10%ほどは、これらの変異で説明されることがわかりました。現在は、その解析結果を2つの論文にまとめ、投稿し、審査を受けています。研究代表者の転勤があったため、論文投稿が予定より少し遅くなった。本研究のこれまでの解析で見つかった変異は、実験では尿酸値に影響を与えていることが示されました。また、実験で得られた尿酸取り込みへの影響と、ヒトの尿酸値への影響を定量的に解析した。その際に、性別・年齢、BMI・eGFR、HbA1cなど、尿酸値に影響を与える要素を考慮に入れた。今後は、将来的に痛風予防や治療に役立てるため、変異から尿酸値を予測するモデルを構築する。また、今回変異が見つかったSLC22A12遺伝子以外の遺伝子にも、尿酸値に影響を与える変異がないか調べる。さらに以外の集団に関しても、尿酸値に影響を与える遺伝的変異を探索する。平成29年度は、当初の計画通り、また、東北メディカル・メガバンク計画ならびにみやぎ東北メディカル・メガバンク計画において行われた、地域住民コホートの参加者を体表した全ゲノム配列が決定された2KJPNに含まれる人達について、尿酸値と遺伝的変異の関連を調査しました。すると、腎臓に局在する尿酸トランスポーターURAT1をコードする遺伝子SLC22A12上の変異が尿酸値と関連していることが示されました。2KJPNが持つSLC22A12変異の中には、未報告のものもあり、また、その中には、アミノ酸を変えるものが見つかりました。それらの変異を持つたんぱく質をコードする遺伝子配列を人工的に作り出し、実験を行いました。アフリカツメガエル卵母細胞で変異を持つ遺伝子を発現させたところ、尿酸取り込みに影響があることがわかった。また、その配列からminigeneを作り出し、HEK293T細胞で作られるmRNAを調べた所、splicingに影響がある変異が見つかりました。弊機構のスーパーコンピュータシステムの更新が在り、その期間は解析ができなかったが、順調に進展している。

平成29年度においては、尿酸再吸収にかかわるURAT1タンパク質、およびそれをコードするSLC22A12遺伝子の変異について、タンパク質実験およびRNA実験を行うことで、この遺伝子上に見られる変異がタンパク質の機能に影響を与えていることが示されました。平成30年度は、これらの結果を踏まえ、東北大学東北メディカル・メガバンク機構が行うToMMoコホートToMMoコホート参加者のうち1,278人にみられるSLC22A12遺伝子上の変異を持つ人と持たない人の間で、尿酸値に差があるかどうかの解析を行いました。その際に、腎機能の指標であるeGFRと、血糖値の指標の一つHbA1c、さらに、尿酸値に影響が与えられていることが知られている年齢・性別・BMIの影響を、多変量解析で調べました。その結果、実験で尿酸再吸収に影響が強いことが示された変異は、コホート参加者の人たちの尿酸値にも、実際に影響があることが示されました。遺伝率に換算すると10%ほどは、これらの変異で説明されることがわかりました。現在は、その解析結果を2つの論文にまとめ、投稿し、審査を受けています。研究代表者の転勤があったため、論文投稿が予定より少し遅くなった。本研究のこれまでの解析で見つかった変異は、実験では尿酸値に影響を与えていることが示されました。今後は、将来的に痛風予防や治療に役立てるため、実験で得られた尿酸取り込みへの影響と、ヒトの尿酸値への影響を比較し、変異から尿酸値を予測するモデルを構築する。その際に、飲酒や、性別・BMI・eGFRなど、SLC22A12上の変異以外でも、尿酸値に影響を与える要素を考慮に入れます。また、実験で得られた尿酸取り込みへの影響と、ヒトの尿酸値への影響を定量的に解析した。その際に、性別・年齢、BMI・eGFR、HbA1cなど、尿酸値に影響を与える要素を考慮に入れた。今後は、将来的に痛風予防や治療に役立てるため、変異から尿酸値を予測するモデルを構築する。また、今回変異が見つかったSLC22A12遺伝子以外の遺伝子にも、尿酸値に影響を与える変異がないか調べる。さらに以外の集団に関しても、尿酸値に影響を与える遺伝的変異を探索する。当初の予定では、スーパーコンピュータでのソフトウエア開発のため、平成29年度にスーパーコンピュータの構成に近いパーソナルコンピュータの購入を予定していた。しかしスーパーコンピュータの入れ替えがあったため、パーソナルコンピュータの購入を延期した。また、当初の予定では、平成29年度内に論文出版を行う予定だったが、予定より多くの解析を行ったため、論文の出版が延期となり、出版費用の出費が無かった。平成30年度に、新しいスーパーコンピュータにあわせたパーソナルコンピュータを購入し、ソフトウエア開発を行い、解析を進める。その解析結果を利用し、平成30年度に論文出版を行い、出版費用を支払う。平成30年度内に論文出版を行う予定だったが、予定より多くの解析を行ったため、論文の出版が延期となり、出版費用の出費がありませんでした。平成31年度には複数の論文出版をよていしていまして、出版費用の支払いが発生します。
成体の血液細胞系譜の起源の多様性と機能との関連性についての幹細胞学的研究

近年、胎生期に発生した成熟血液細胞が、成体骨髄の造血幹細胞へ依存せず、生涯にわたり、末梢組織に存在し続けることが示されている。本研究課題では、これらの成体造血幹細胞非依存的な細胞系譜の発生学的起源を探るとともに、その起源の違いによる機能差異の可能性について精査した。その結果、造血幹細胞非依存的マクロファージについては、卵黄嚢の起源を示唆した。また卵黄嚢に由来するNK細胞の存在を明らかとし、成体由来NK細胞と機能差異を見出した。本研究課題は、成体に存在する血液細胞系譜の発生学的多様性を明らかとするとともに、起源の異なる成熟血液細胞の機能性の差異について調べることを目的としている。まず胎生期に出現し、生涯にわたり自己複製することが知られているB-1細胞系譜について、まず胚胎においてB前駆細胞がいつどこで出現するか検討した。胎齢11日においてはほとんど検出されなかったが、胎齢12日以降に胎仔肝臓で劇的に発生してくることを見出した。しかしながら胎仔肝臓が形成される胎齢10.5日にすでに胎仔肝臓に到達している造血前駆細胞のほとんどは、通常のB細胞系譜(B-2B細胞)へ分化することが判明したので、もう一つのB細胞系譜であるB-1B細胞への寄与は、卵黄嚢、胎盤などに少量存在したB前駆細胞がその供給源の第一候補として考えられた。またミエロイド系譜については、近年、成体の組織滞在型マクロファージ、ランゲルハンス細胞が胎生期の造血細胞に由来することが示唆されている。また我々は破骨細胞系譜も胎生期由来であることを示唆するデータを有していることから、これらの供給元の候補となるM-CSF/IL-34受容体(FMS)陽性細胞の探索を行った。興味深いことに、FMS陽性細胞は、胎齢9日には胚体や卵黄嚢において検出され始めた。これはリンパ球や顆粒球などの他系譜に運命決定を受けた前駆細胞が出現するのに比べ早い時期であり、FMS陽性系譜の早期の分離を示唆した。これまでに腹腔や胸腔に多く存在するB-1B細胞に関して、卵黄嚢由来のプロB細胞が寄与することを示してきた。まず、卵黄嚢由来プロB細胞から遺伝子発現プロファイルを作製し、成体骨髄由来のプロB細胞系譜と比較を行ったところ、卵黄嚢由来B細胞系譜にはTdT [Terminal deoxynucleotidyl transferase]活性が認められないことを見出し、抗原受容体のダイバーシティは、成体骨髄由来のB細胞系譜と比べ限られていることが推察された。またその他の機能分子についても発現の差異を見出しており、今度の課題となる。また副次的な発見として、細胞分化を司る複数の転写因子遺伝子に発現の差異を認め、卵黄嚢の造血細胞がB-1B細胞系譜へ偏向分化する理由について、その分化傾向を説明し得る複数の候補分子を挙げることができた。B-1B細胞の起源に関して、一部の研究グループでは、成体骨髄の造血幹細胞は、B-1B細胞系譜へ分化しないと報告しているが、我々の実験結果では、成体骨髄造血幹細胞由来のB細胞を免疫不全マウスへ移植すると、B-1B細胞系譜は容易に誘導できる。従って、卵黄嚢由来及び成体由来のB-1B細胞系譜の組織分布、機能性の差異について現在、解析を進めている。またNK細胞系譜に関して、卵黄嚢由来のNK細胞が、少なくとも免疫不全マウスの環境下では、成体マウスにおいて生存し続けることを実験的に示した。現在、機能性の差異について検討している。リンパ球系譜の機能性について解析が進んでおり、概ね順調に進んでいる。本研究課題は、成体に存在する血液細胞系譜の発生学的多様性を明らかにするとともに、起源の異なる成熟血液細胞の機能差異を見出し、その分子基盤を明らかにすることを目的としている。これまでに腹腔や胸腔に存在するB-1B細胞について、卵黄嚢由来の造血細胞が寄与することを示してきた。本年度は、B細胞の分化機構について、B-2B細胞になりやすい成体骨髄プロB細胞と、B-1B細胞になりやすい卵黄嚢由来のプロB細胞を比較し、遺伝子発現に大きな差異のある転写因子群を抽出して、試験管内にて分化転換を誘導できる遺伝子のスクリーニングを行った。その結果、一つの転写因子遺伝子の過剰発現により、成体骨髄プロB細胞から、B-1B細胞へと分化方向を転換させうることを見出した。現在、さらにこの転写因子分子の抑制実験を進めている。またNK細胞系譜について、卵黄嚢に由来するNK細胞系譜と成体骨髄由来NK細胞系譜の機能アッセイを試験管内で行い、そのサイトカイン分泌機能と細胞傷害機能に差異が存在することを見出し、その生物学的意義について考察した。さらにマクロファージ系譜について、初期卵黄嚢において産生されるマクロファージ系譜が存在することを明らかとし、このマクロファージ系譜が、全身に存在する組織滞在型マクロファージの第一波となりうることを示唆した。現在、このマクロファージ系譜の発生経路、胎仔型赤血球、多能性造血細胞との系譜関係、成体単球由来マクロファージとの差異について解析を進めている。

本研究課題では、これらの成体造血幹細胞非依存的な細胞系譜の発生学的起源を探るとともに、その起源の違いによる機能差異の可能性について精査した。その結果、造血幹細胞非依存的マクロファージについては、卵黄嚢の起源を示唆した。また卵黄嚢に由来するNK細胞の存在を明らかとし、成体由来NK細胞と機能差異を見出した。胎生期由来の細胞系譜の供給源の候補集団を既に単離しており、概ね順調に進行している。今度、発生学的起源の違いと機能性の関連性について、精査する。三重大学大学院医学系研究科幹細胞発生学分野ホームページ血液学免疫学幹細胞生物学発生学今度、供給源について精査するとともに、機能性の差異について検証する。当初の実験計画に対し、動物実験から細胞生物学・遺伝子工学実験への比重が増し、当初の支出予定に比べ、マウス購入、飼育費が低く抑えられたため。当初の平成26年度と平成27ー28年度の計画を平成26年度中に並行的に進めたため、マウス購入額が低く抑えられたため。ひきつづき、マウス購入、試薬、器具購入に用いるとともに、細胞生物学・遺伝子工学実験、動物実験が多大なため、人件費へも使用する。今度、マウス購入も含め物品費に用いるとともに、マウス解析、細胞解析が多大なため、一部人件費に使用する。
特徴的胎土をもつ土器の定量分析による弥生・古墳時代の土器生産流通体制の比較研究

本研究は、特徴的な胎土をもつ土器に注目し、その広がりと分布を通じ古墳時代初頭の土器生産流通体制を解明することを目的とする。具体的な分析としては、生駒西麓型庄内形甕の分布と、結晶片岩を含む土器として認識可能な紀ノ川流域産の土器の空間的な分布の把握を行った。まず、基礎資料の整理として、紀ノ川下流域の土器資料について資料の図化・公開、胎土分類の統計処理を行い基礎資料とした。その結果、紀ノ川下流域では胎土に含まれる鉱物には一定の傾向があることが判明し、紀ノ川流域でも地域により傾向が異なることが分かった。また、この結果をもとに形態が類似する淡路島の土器との比較を行い、両地域で土器が共通することが判明した。一方で生駒西麓型庄内形甕の分布傾向の検討を行った。生駒西麓型庄内形甕の生産地と考えられる八尾市域から河内平野部にかけては、甕形土器の中で生駒西麓型庄内形甕が80%以上を占めることが分かった。また、河内平野より南では堺市小坂遺跡で10%以下、それより南の熊取町大久保B遺跡では1%と極めて低い割合を示す。紀ノ川下流域の遺跡でも同様の傾向をもうかがうことができ、太田・黒田遺跡で01%、田屋遺跡で1%という結果がわかった。この点から生駒西麓型庄内形甕は、河内平野を中心に供給されており、周辺地域には距離に応じて拡散して行くことが読み取れた。しかし、庄内形甕という器種の観点からみると、田屋遺跡、西田井遺跡、鳴神IV遺跡などで在地胎土の庄内形甕が見られることが判明した。在地の庄内形甕の分布は南河内、和泉地域では極少量であり、紀ノ川下流域でも特に限定された遺跡で庄内形甕が生産されることがわかった。同様の現象は大和地域、播磨地域、山城地域でも認められ、庄内形甕の広がりには生駒西麓型庄内形甕の広がりと、一定の距離を超えた地域には庄内形甕の土器製作技法が広がることが判明した。庄内形甕の広がりからは古墳時代初頭の人・モノ・情報の動きは極めて限定的であることが土器の動きから裏付けられたことが本研究の成果である。
新しい固体NMR法による高分子構造解析に関する共同研究

本研究は、角度依存、距離依存解析法を組み合わせた従来にない新しい固体NMR法を国際共同研究としてフロリダ州立大学のクロス、ギャリオン両教授並びにコ-ネル大学のニコルソン博士らと共同開発し、高分子の原子レベルでの構造解析を行うことを目的とする。この解析法は、現在、広く用いられている固体CP/MAS NMR法で到底得ることのできないX線回折に匹敵する原子レベルの固体構造の解明が可能であるとともに、X線回折では行うことのできなかった非晶構造の解明や原子座標を基にした分子レベルでの詳細なモデルビルディングに基づくダイナミックスの解析を行うことも可能となる。平成68年度の3年間の実績を上記に記す。平成6年度は、絹、ポリアミド繊維ならびにポリエチレンテレフタレート配向膜の原子レベルでの新しい構造解析を行うために、日本の研究代表者および研究分担者を派遣し、また、米国の研究分担者2名を招へいし、双方での実験、解析、討論を行った結果、多くの研究実績を得ることができた。^<15>N、^<13>C-^<15>Nならびに^2Hラベル絹を、既に、我々が確立してきたカイコの絹糸線培養(培地に同位体ラベルアミノ酸を加える)によって得、その角度依存固体NMRデータの解析から、結晶部の詳細な構造や、物性発現のための非晶部と結晶部の関わり等を検討した。さらに、米国側で^<15>N-^<15>Nスピン拡散2DNMRの開発を具体的に推進することで同意した。これらの成果は、Chemistry Letters(日本化学会)、Sen-i Gakkaishi(繊維学会)に発表した。ポリアミド繊維についても同様の解析手法を用いて、構造情報を得、成果は、Solid state NMR,Polymer J.、Macromol.Chem.Phys.の関連誌に報告した。さらに、ギャリオン教授のグループとの共同研究によって、同位体ラベル原子間距離を精度良く決定するREDOR法を用いて、絹の^<13>C,^<15>Nダブルラベル絹モデル化合物について、ラベル部位間の距離を決定した。今後^<13>C-^<13>Cまたは、^<15>N-^<15>Nダブルラベル絹を用いて、全く新しい固体NMR法であるCROWN法の開発に着手することになった。尚、その成果はPolymer J.に発表し、さらに、ポリエチレンテレフタレートの成果については、化学工業日報で紹介された。平成7年度は、絹フィブロイン繊維、特に、重水素ラベル化試料を作製し、原子レベルでの新しい構造解析を行うために、日本の研究代表者および研究分担者を派遣し、また、米国の研究分担者2名を招へいし、双方での実験、解析、討論を行った。^<15>N、^<13>C-^<15>Nならびに^2Hラベル絹の角度依存固体NMRデータの解析から、結晶部の詳細な構造や、物性発現のための非晶部と結晶部の関わり等を検討した。第一に、^<15>N、^<13>Cラベル絹フィブロイン繊維の角度依存固体NMR法から得られた配向角を分析するコンピュータプログラムを作成し、X線法では困難なアミノ酸サイトについて、主鎖内部回転角を決定することに成功した。第二に、重水素ラベル化試料から得られた配向試料について、固体重水素NMRスペクトルを測定し、そのスペクトルシミュレーションから、CD結合に関する配向角ならびにダイナミクス解析を行った。第三に、^<15>N、^<13>C、さらに、^<17>Oラベルサイト間の精密原子間距離決定法をT.Gullion博士を中心に進展させた。これらの成果は、Asakura,Demura,Crossらによって環太平洋国際会議にて、また、Gullion博士らによって米国国際会議にて発表した。平成8年度は、平成6年、7年度に測定、解析してきた結果のまとめ、ならびに国際会議での口頭発表、国際雑誌への論文投稿を重点的に行った。特に、平成8年8月に、研究代表者が渡米し、コロラド州キ-ストンで開催された国際会議で研究成果を発表した。3年間の本研究によって、今後の固体NMR解析の新しい展開について、我々の研究成果の現状を踏まえて、綿密な意見交換を行うことができ、固体NMR法による新しい高分子構造解析に関する成果が達成された。^<15>N、^<13>C-^<15>Nならびに^2Hラベル絹を、既に、我々が確立してきたカイコの絹糸線培養(培地に同位体ラベルアミノ酸を加える)によって

得、その角度依存固体NMRデータの解析から、結晶部の詳細な構造や、物性発現のための非晶部と結晶部の関わり等を検討した。さらに、米国側で^<15>N-^<15>Nスピン拡散2DNMRの開発を具体的に推進することで同意した。これらの成果は、Chemistry Letters(日本化学会)、Sen-i Gakkaishi(繊維学会)に発表した。ポリアミド繊維についても同様の解析手法を用いて、構造情報を得、成果は、Solid state NMR,Polymer J.、Macromol.Chem.Phys.の関連誌に報告した。さらに、ギャリオン教授のグループとの共同研究によって、同位体ラベル原子間距離を精度良く決定するREDOR法を用いて、絹の^<13>C,^<15>Nダブルラベル絹モデル化合物について、ラベル部位間の距離を決定した。今後^<13>C-^<13>Cまたは、^<15>N-^<15>Nダブルラベル絹を用いて、全く新しい固体NMR法であるCROWN法の開発に着手することになった。尚、その成果はPolymer J.に発表し、さらに、ポリエチレンテレフタレートの成果については、化学工業日報で紹介された。平成7年度は、絹フィブロイン繊維、特に、重水素ラベル化試料を作製し、原子レベルでの新しい構造解析を行うために、日本の研究代表者および研究分担者を派遣し、また、米国の研究分担者2名を招へいし、双方での実験、解析、討論を行った。^<15>N、^<13>C-^<15>Nならびに^2Hラベル絹の角度依存固体NMRデータの解析から、結晶部の詳細な構造や、物性発現のための非晶部と結晶部の関わり等を検討した。第一に、^<15>N、^<13>Cラベル絹フィブロイン繊維の角度依存固体NMR法から得られた配向角を分析するコンピュータプログラムを作成し、X線法では困難なアミノ酸サイトについて、主鎖内部回転角を決定することに成功した。第二に、重水素ラベル化試料から得られた配向試料について、固体重水素NMRスペクトルを測定し、そのスペクトルシミュレーションから、CD結合に関する配向角ならびにダイナミクス解析を行った。第三に、^<15>N、^<13>C、さらに、^<17>Oラベルサイト間の精密原子間距離決定法をT.Gullion博士を中心に進展させた。これらの成果は、Asakura,Demura,Crossらによって環太平洋国際会議にて、また、Gullion博士らによって米国国際会議にて発表した。平成8年度は、平成6年、7年度に測定、解析してきた結果のまとめ、ならびに国際会議での口頭発表、国際雑誌への論文投稿を重点的に行った。特に、平成8年8月に、研究代表者が渡米し、コロラド州キ-ストンで開催された国際会議で研究成果を発表した。3年間の本研究によって、今後の固体NMR解析の新しい展開について、我々の研究成果の現状を踏まえて、綿密な意見交換を行うことができ、固体NMR法による新しい高分子構造解析に関する成果が達成された。
腸微生物叢と骨格筋マイオスタチン腸筋相関による大腸がん発生機序の解明と予防法開発

腸微生物叢と腸筋相関microbiota-gut-muscle axis(腸内環境と骨格筋およびマイオスタチン)による大腸がん発生あるいは抑制機序を明らかにし、それに関連する細菌種、バクテリオファージを特定する。
20世紀初頭における日独米の女性運動指導者に見る優生思想と育児観の比較研究

20世紀初頭の日独米の女性運動指導者における優生思想と育児観を比較研究するために、スウェーデンのエレン・ケイ、アメリカ合衆国のシャーロット・パーキンズ・ギルマン、ドイツのヘレーネ・シュテッカーとマリアンネ・ヴェーバー、目本では平塚らいてうを取り上げた。まず、日本とドイツに大きな影響を及ぼしたケイの『児童の世紀』において、社会進化論、ニーチェ哲学の影響、優生学、恋愛結婚論、未来の社会構想、育児論などを吟味した。ギルマンに関しては『女性と経済学』と『ハーランド』において独創的な母性論と集合育児論に注目し、社会進化論、性的-経済的関係論、協同家事論、母性論、集合育児論、優生思想などの特色を検討した。両者とも、社会進化論を基調に、女性の経済的自立、新しい家族論、未来の社会構想を掲げ、優生思想によって親からの遺伝と環境の影響の重要性を指摘し、育児の変革を提起した。しかし育児の方法論が異なり、ケイは母性年金による実母育児論を、社会的母性を評価するギルマンは訓練された専門家による集合的育児を主張した。優生思想は、ギルマンの場合移民社会を反映したものになっており、ケイの場合は両親の、特に母親の心身の健康を重視するものとなっている。ドイツでは独訳を通して、市民的女性運動急進派は、ギルマンからは経済的自立論を、ケイからは母性保護論と産児調節論を受容した。「母性保護同盟」を主催し、産児調節運動を積極的に推進したシュテッカーにとっては、女性運動と新マルサス主義(産児調節)と母性保護は連動していた。シュテッカーに関してフェミニズムと優生思想の結合に関する最新の研究動向を整理した。機関誌『母性保護』『新世代』から重要な論説を翻訳した。穏健派のヴェーバーは、ギルマン、ケイ、シュテッカーのそれぞれを批判して、独自の現実的政策を提案した。日本近代の女性たちは優生思想を少子良育の家族の健康管理の方法として受容した。この例として、『新真婦人』の優生学紹介記事を分析した。らいてうは、ケイの受容から始まり、経験を通して思考したが、その優生思想を、『青鞜』、母性保護論争、新婦人協会の花柳病男子結婚制限運動と順を追って検討した。育児観についてもギルマンに対する批判論を分析した。欧米でも遺伝と環境を混同する段階にあって、科学に楽観的に期待し、法的措置の対象に多くもの挙げていた男性や国際的優生運動とは異なって、最終的にはらいてうが性病にのみ限定するに至った独自性を考察した。母性主義も優生思想も多様であり、女性たちは家族と社会と人類への責任を自立の問題と同時に視野に入れて熟考していた。

1「研究の目的1」として掲げた「20世紀初頭の日本における女性運動の指導者たちに見られる優生思想と育児観の検討」のために、本年度研究実施計画12に対応する研究として、『青鞜』(19111916)とほぼ同時期の女性雑誌『新真婦人』(19131923)における優生思想の紹介記事を分析した。自立する女性向けの雑誌を標榜しながら、男性医学博士等を登場させ、「人種改善学」と訳された欧米の優生思想の紹介に積極的な記事が散見する。1910年代の早い段階で、新マルサス主義を避妊論として受容し、少子良育のための産児制限論に結実する主張の流れが見える。伝染病と遺伝と教育環境の問題との区別が曖昧なまま、女性の側に、配偶者選択に始まる家庭の問題を社会問題と連携させて理解する教養を持つよう呼びかけ、人口政策としての側面よりも、家庭を性病から守り、子どもを非行から遠ざけるための方策として、「質のよい」子どもを産育する庶民の目線の優生思想が肯定された。母性保護論争の担い手たちへの影響を始め、婦人矯風会や新婦人協会等の運動へつながり、やがて国家主義へと絡めとられる、日常生活の中への自主規制的受容の流れを形成する役割の一端を、この雑誌は果たしたといえるであろう。2「研究の目的2」として掲げた「20世紀初頭のドイツとアメリカ合衆国における、進化思想に裏付けられた合理的家事改革論(集合家事論・集合育児論)と母性保護論及び女性運動穏健派の母性論・育児論の分析と比較」のために、本年度研究実施計画36に基き、本年度は集中的に英語・ドイツ語の文献を収集した。特にドイツ語文献は、当時の貴重な文献を多数入手できた。ヘレーネ・シュテッカーの「母性保護同盟」機関紙は、研究補助者を用いてマイクロ・フィッシュからの複写印刷を行った。以前から続行しているマリアンネ・ヴェーバーの著作の翻訳・分析もさらに進めた。1「研究の目的1」として掲げた「20世紀初頭の日本における女性運動の指導者たちに見られる優生思想と育児観の検討」のため、本年度研究実施計画12に対応する研究として、特に平塚らいてうにおける優生思想と育児観を取り上げた。平塚らいてうは、『青鞜』誌上においてすでに、自覚的な女性は少なく産んで良い教育を授けるべきという考え方を書いており、避妊・堕胎の承認という自主的母性の萌芽的発想も指摘できる。『青鞜』の他の執筆者にも社会的ダーヴィニズムが確認できる。らいてうは、エレン・ケイへの傾倒の著しい「母性保護論争」を経て、母子保護の構想に向かうが、性病防止の側面など家族の健康からの発想であって、優生思想の問題性に対して無防備である。らいてうの育児観は、子どもの自主性と才能を尊重するリベラルなものではあった。2「研究の目的2」として掲げた「20世紀初頭のドイツとアメリカ合衆国における、進化思想に裏付けられた合理的家事改革論と母性保護論及び女性運動穏健派の母性論・育児観の分析と比較」のために、本年度研究実施計画37に基づき、本年度はさらに文献を購入し、特に貴重なドイツ語文献の翻訳・解釈を中心に進めた。ヘレーネ・シュテッカーについては先行研究の整理を行い、その優生思想に関して中間発表をWorking PaperNo.20にまとめた。シュテッカーのラディカル・フェミニズムはニーチェ哲学と優生学に結合した思想であったが、優生思想の支持者内部の差異を厳密に検討する必要性、及びシュテッカー自身の諸論文を緻密に分析する必要性を改めて確認した。穏健派の理論家マリアンネ・ヴェーバーの著作の翻訳も続行して行い、子どもへの影響重視の立場を確認した。マリアンネのDas Problem der Ehescheidungの翻訳を雑誌に掲載した。
地下構造物の非定常熱負荷の線形近似予測手法と熱性能評価指標の開発

地下構造物の空調熱負荷を精度良く予測する実用的手法は確立されておらず、一般建築物としての地下構造物の利用は進んでいない。そこで本研究では、一般の住宅規模の地下構造物を対象に、利用可能な簡易かつ精度の高い地下構造物空調熱負荷計算手法の開発を実施した。具体的は煩雑かつ冗長な計算時間を有する非線形熱水分同時移動モデルによる予測精度をフィールド実験実測と比較しその精度を確認し、この結果を用いて線形近似的に負荷予測する手法を開発した。筆者らは、これまで、戸建住宅規模程度の比較的地表面に近い部分の地下空間を対象として、フィールド実験・実測を行い、自然条件下、室内一定温度条件下での地下室およびその周辺地盤の熱・水分性状に関する解析を行って来た。本研究では、これら一連の研究成果を基に、実用的な地下構造物の年間暖冷房熱負荷予測手法の開発を行うと共にこれを用いた地下構造物の熱評価指標の確立が目的である。本年度においては、実験地下室における暖房時の室内表面熱流の測定を開始し、冬季における地下室内熱流測定値が非線形熱水分同時移動理論に基づく数値解析結果と比較検討を行った。その結果、実測値と理論数値解析値は、各部位において非常に良い一致を示した。したがって、本理論数値解析法は地下室全体の貫流熱流(=平均熱流)のみならず、その各部位の熱性状をも十分に予測することが可能であることが明らかとなった。なお、本実測は現在も継続中であり、壁体表面での結露が発生する可能性のある夏季まで実測を継続する予定である。また、理論的検討においては、非線形熱水分同時理論による地下構造物の非定常熱負荷予測手法は極めて冗長な計算時間を有することから、これについての線形近似手法の検討・開発を行い、コンクリート単層からなる地下構造物の各部位、位置毎の外気温変化に対する線形近似単位応答を作成し、これらを用いた非定常地下構造物熱負荷計算値が非線形正確解を十分な精度で再現することを明らかにした。本年度においては、昨年度から開始した実験地下室における暖房時の室内表面熱流の実測データを用いて、地下室内熱流測定値が非線形熱水分同時移動理論に基づく数値解析結果と比較検討を行った。その結果、実測値と理論数値解析値は、各部位において年間を通して非常に良い一致をすることを確認した。また、理論的検討においては、昨年度は非線形熱水分同時理論による地下構造物の非定常熱負荷予測手法は極めて冗長な計算時間を有することから、これについての線形近似手法の検討・開発を行い、コンクリート単層からなる地下構造物の各部位、位置毎の外気温変化に対する線形近似単位応答を作成し、これらを用いた非定常地下構造物熱負荷計算値が非線形正確解を十分な精度で再現することを明らかにした。そこで、本年度は、同モデルを用いて、より一般的な形状の地下室を想定し、一般地下室の各部位、位置毎の外気温変化に対する線形近似単位応答の整理を行った。本年度においては、昨年度より開始した実験地下室における暖房時の室内表面熱流を簡易かつ精度よく予測するための地下構造壁の外気温変動に対する線形近似貫流応答の整理を行った。また、ここで整理提案したコンクリート単層地下構造物壁体の外気温変動に対する線形近似貫流応答を用いて現実的な形状の地下室の年間での地下室貫流熱負荷を算出し、従来の詳細非線形モデルによる正確解との比較を行った。その結果、ここで整理・提案した線形近似単位応答を用いた簡易予測手法は極めて精度よく地下構造物の壁体貫流熱負荷を予測できることを確認した。本手法による地下構造物の年間の空調負荷計算時間は通常のパーソナルコンピュータでも数秒であり、従来の煩雑かつ冗長な予測を必要とした地下構造物の空調負荷計算が実用レベルで予測、利用できるものである。フィールド実験による実測データと理論解析の比較により、モデルの妥当性も確認された。

また、この理論解析は極めて冗長な計算時間を有するため、本研究の主目的である、簡易かつ精度の高い線形近似予測法を確立することができた。24年度が最終年度であるため、記入しない。最終年度は、今年度までに提案された線形近似手法を用いて、より現実的な地下構造物の部位別、構造別の外気温変化に対する室内顕熱流の近似単位応答を作成、整理し、その妥当性検証を行う。
クロマチン変換による遺伝子転写の標的型操作技術の開発

ヒトの疾患において、病因遺伝子の異常な活性化または不活性化が病態に直接関わる例が多数知られている。また、遺伝子治療ベクターなどが宿主細胞内でしばしばメチル化を受けて不活性化される。細胞内の遺伝子発現を選択的に人為的に操作できる技術として、クロマチン変換による新しい標的型遺伝子操作技術の開発を推進した。具体的には、[1]メチル化DNA結合タンパク質の転写抑制ドメインを用いた転写抑制技術、[2]DNAメチル化酵素の活性領域を用いた恒久的な転写抑制技術、[3]転写活性化ドメインを用いた遺伝子の活性化技術に取り組んだ。[1]発がんを促進する転写因子E2F1のDNA結合ドメインとMBD1およびMeCP2の転写抑制ドメインを連結したキメラ蛋白質を細胞内で発現させて、E2F1の標的遺伝子であるサイクリンDのプロモーター活性を低下することができた。[2]転写因子のDNA結合ドメインとDNAメチル化酵素活性領域を連結させた標的型メチル化酵素の開発に取り組んでいる。メチル化酵素が作用するCpG配列との位置的な関係、標的遺伝子が新規にメチル化されるか否か、メチル化が獲得された場合に体細胞分裂で安定に維持されるかについて検討中である。がん細胞の増殖を阻止を目標にしており、プラスミドおよびウイルスベクターを用いた幅広い転写操作技術としての応用を目指している。[3]転写活性化ドメインを用いた遺伝子の活性化技術についても、プロモーター再活性化技術に取り組んでいる。また、メチル化DNA結合タンパク質MBD1の転写抑制機構として、1)新規のポジティブメディエーターMCAFを阻害することで転写開始を直接抑制すること、2)ヒストンのメチル化酵素・脱アセチル化酵素との協働で転写抑制すること、3)塩基除去修復酵素と相互作用することでゲノム安定性に関わることを見出した。p16などの癌抑制遺伝子のプロモーター領域のメチル化による不活性化、ゲノムのDNA損傷に対する修復に関連することが新たに判明した。ヒトの疾患の分子機構を考察すると、病因遺伝子の異常な活性化または不活性化が病態に直接関わる例が多数知られている。細胞内の遺伝子発現を選択的に人為的に操作できる技術として、クロマチン変換による新しい標的型遺伝子操作技術の開発を推進している。具体的には、[1]メチル化CpG結合タンパク質の転写抑制ドメインを用いた転写抑制技術、[2]DNAメチル化酵素の活性領域を用いた恒久的な転写抑制技術、[3]変異型メチル化DNA結合ドメインを用いたメチル化遺伝子の活性化技術に取り組んだ。[1]発がんを促進する転写因子E2F1のDNA結合ドメインとMBD1よびMeCP2の転写抑制ドメインを連結したキメラ蛋白質を作成して、標的型の転写抑制技術を開発した。E2F1の標的遺伝子であるサイクリンDのプロモーター活性を低下させた。標的遺伝子が新規にメチル化されること、獲得されたメチル化が体細胞分裂で安定に維持されることを期待して、がん細胞の増殖を阻止を目標にしている。いずれも、プラスミドおよびウイルスベクターを用いて、幅広い転写操作技術としての応用を目指す予定である。[3]メチル化DNA結合ドメインの変異体がドミナントネガティブ効果を持つことを見い出したので、メチル化プロモーターを再活性化する技術にも取り組む。

細胞内の遺伝子発現を選択的に人為的に操作できる技術として、クロマチン変換による新しい標的型遺伝子操作技術の開発を推進した。具体的には、[1]メチル化DNA結合タンパク質の転写抑制ドメインを用いた転写抑制技術、[2]DNAメチル化酵素の活性領域を用いた恒久的な転写抑制技術、[3]転写活性化ドメインを用いた遺伝子の活性化技術に取り組んだ。[1]発がんを促進する転写因子E2F1のDNA結合ドメインとMBD1およびMeCP2の転写抑制ドメインを連結したキメラ蛋白質を細胞内で発現させて、E2F1の標的遺伝子であるサイクリンDのプロモーター活性を低下することができた。[2]転写因子のDNA結合ドメインとDNAメチル化酵素活性領域を連結させた標的型メチル化酵素の開発に取り組んでいる。メチル化酵素が作用するCpG配列との位置的な関係、標的遺伝子が新規にメチル化されるか否か、メチル化が獲得された場合に体細胞分裂で安定に維持されるかについて検討中である。がん細胞の増殖を阻止を目標にしており、プラスミドおよびウイルスベクターを用いた幅広い転写操作技術としての応用を目指している。[3]転写活性化ドメインを用いた遺伝子の活性化技術についても、プロモーター再活性化技術に取り組んでいる。また、メチル化DNA結合タンパク質MBD1の転写抑制機構として、1)新規のポジティブメディエーターMCAFを阻害することで転写開始を直接抑制すること、2)ヒストンのメチル化酵素・脱アセチル化酵素との協働で転写抑制すること、3)塩基除去修復酵素と相互作用することでゲノム安定性に関わることを見出した。p16などの癌抑制遺伝子のプロモーター領域のメチル化による不活性化、ゲノムのDNA損傷に対する修復に関連することが新たに判明した。
血液細胞の分化多能性・自己複製能を制御するデコード回路の解明

赤血球分化に必須な転写因子GATA-1を欠損したマウスES細胞を,試験管内で,OP9ストロマ細胞との共生培養により,赤血球方向へ分化誘導すると,本来,数回の細胞分裂を経て,赤血球へと分化してしまう赤血球系前駆細胞が,自己複製能と好中球やマクロファージへ分化することができる分化多能性を有していることを見出した.その,自己複製能・分化多能性獲得の分子機構を探るために,Cre/LoxPシステムにより,GATA-1遺伝子を任意の分化段階で欠損させることができるES細胞株(GATA-1<loxP>ES細胞)を樹立した.そのES細胞をOP9ストロマ細胞との共生培養により,分化誘導し,分化誘導開始前(ES細胞),開始から5日目(中胚葉造血前駆細胞),7日目(造血前駆細胞),9日目(赤血球前駆細胞)で,Creを発現させ,得られた赤血球系前駆細胞の解析をおこなった結果,いずれの分化段階でGATA-1の欠損を誘導した場合においても,得られた赤血球系前駆細胞は,自己複製能を有していたが,ES細胞の段階で欠損を誘導した場合においてのみ,分化多能性を獲得した.したがって,ES細胞から中胚葉付近への分化誘導過程において,すでに赤血球系前駆細胞の性質が決定されてしまうことが明らかとなった.野生型ES細胞から分化させた中胚葉系細胞と,GATA-1欠損ES細胞から分化させた場合において,マイクロアレイによる遺伝子発現の網羅的解析をおこなった結果,いくつかの遺伝子について,発現量の差を認めている.今後,それらの遺伝子の解析をおこなう予定である.マウス胚性幹細胞(ES細胞)は,分化全能性であり,成体において全ての細胞系列へ分化することができ,試験管内においても様々な細胞へ分化誘導することができる。われわれは,赤血球の最終分化に必須な転写因子GATA-1が,血液細胞の分化多能性・自己複製能をの制御にかかわっていることを見出している。本研究計画では, GATA-1遺伝子をCre/LoxPシステムを用いて,任意の細胞系列・分化段階で,欠損させることができるES細胞を樹立し,そのES細胞を用いた解析を行った. ES細胞を赤血球方向へ分化誘導し, ES細胞から赤血球までの各分化段階で, GATA-1の欠損を誘導した。ES細胞から赤血球への試験管内分化誘導は, OP9ストロマ細胞との共生培養により行った。この方法は,生体内の赤血球発生を忠実に再現しており, ES細胞は,中胚葉,造血前駆細胞,赤血球系前駆細胞(前赤芽球),赤芽球を経て,赤血球へ分化する.上記各分化段階でGATA-1の欠損を誘導し,さらに分化誘導を続けると,いずれも,前赤芽球以降の分化が認められず,これらの前赤芽球は,試験管内で増殖し続けた.一方, ES細胞の段階でGATA-1の欠損を誘導後,分化誘導をおこなうと,得られた前赤芽球は,好中球・マクロファージなどへ分化できる分化多能性を有していたが,中胚葉以降のGATA-1欠損により得られた前赤芽球は,分化多能性を消失していた.さらに,この細胞では,好中球・マクロファージ分化に関与する遺伝子のヒストンアセチル化が不可逆的に変化していることが判明し,以上の結果から, GATA-1は,中胚葉付近の分化段階で,好中球・マクロファージの分化に関与する遺伝子のエピジェネティック修飾を不可逆に変化させることにより,赤血球系列の運命決定を誘導しているものと考えられた.赤血球分化に必須な転写因子GATA-1を欠損したマウスES細胞を,試験管内で,OP9ストロマ細胞との共生培養により,赤血球方向へ分化誘導すると,本来,数回の細胞分裂を経て,赤血球へと分化してしまう赤血球系前駆細胞が,自己複製能と好中球やマクロファージへ分化することができる分化多能性を有していることを見出した.その,自己複製能・分化多能性獲得の分子機構を探るために,Cre/LoxPシステムにより,GATA-1遺伝子を任意の分化段階で欠損させることができるES細胞株(GATA-1<loxP>ES細胞)を樹立した.そのES細胞をOP9ストロマ細胞との共生培養により,分化誘導し,分化誘導開始前(ES細胞),開始から5日目(中胚葉造血前駆細胞),7日目(造血前駆細胞),9日目(赤血球前駆細胞)で,Creを発現させ,得られた赤血球系前駆細胞の解析をおこなった結果,いずれの分化段階でGATA-1の欠損を誘導した場合においても,得られた赤血球系前駆細胞は,自己複製能を有していたが,ES細胞の段階で欠損を誘導した場合においてのみ,分化多能性を獲得した.したがって,ES細胞から中胚葉付近への分化誘導過程において,すでに赤血球系前駆細胞の性質が決定されてしまうことが明らかとなった.野生型ES細胞から分化させた中胚葉系細胞と,GATA-1欠損ES細胞から分化させた場合において,マイクロアレイによる遺伝子発現の網羅的解析をおこなった結果,いくつかの遺伝子について,発現量の差を認めている.今後,それらの遺伝子の解析をおこなう予定である.
導電性分子ファイバーの開発と電場配向制御

水素結合やπ-πスタッキングなどの分子間相互作用により、溶媒中で一次元分子ファイバーを形成する自己組織性分子が、導電性材料や光学機能材料として注目を集めている。一般に、等方性溶媒中で形成される分子ファイバーの配向はランダムである。もし、形成されるファイバーの配向を電場により制御することができれば、多方面にわたる機能材料として,分子ファイバーの応用範囲を広げられると考えられる。本研究では、電場存在下、等方性溶媒中で配向したファイバーを形成する自己組織性分子を開発することを目的とした。水素結合性のウレア基を有するフッ素置換オリゴチオフェン誘導体を設計・合成した。この化合物をドデシルベンゼン溶媒に加熱溶解させた後、冷却すると、ファイバー状集合体を形成して溶媒をゲル化することがわかった。ファイバー形成における電場効果を調べた。電場を印加せずにゾル状態から冷却してゲル状態にした場合には、溶媒中で三次元的にランダムに分散したファイバーが形成された。一方、交流電場を印加してファイバー形成を行うと、電極間を橋渡しするように、電場方向にそって配向したファイバーが形成された。この配向したファイバーに紫外線を照射したところ、光導電性を示すことを見出した。もし、形成されるファイバーの配向を電揚により制御することができれば、多方面にわたる機能材料として、分子ファイバーの応用範囲を広げられると考えられる。水素結合性のアミド部位および電場応答性を示すフッ素置換メソゲン部位からなる自己組織性分子を設計・合成した。この化合物をドデシルベンゼン溶媒に加熱溶解させた後、冷却すると、溶媒をゲル化することがわかった。このゲルを光学顕微鏡で観察したところ、溶媒中でファイバー状集合体が形成されていることを確認した。ゲルの温度可変赤外吸収スペクトル測定を行った。温度変化によるゾル状態からゲル状態への転移に伴い、アミド部位の伸縮振動の吸収バンドがシフトした。このことより、アミド部位が形成する一次元的な分子間水素結合が駆動力となり、ファイバー状集合体が形成されることがわかった。ファイバー形成する分子設計に電場応答性メソゲン部位を導入することにより、形成される自己組織性ファイバーの配向を制御できることを見出した。
大学講義で物理的概念の理解を促進させる系統的演示実験とリアルタイム評価の開発

学生が物理的概念を理解することを促進するため、講義内容と連携した系統的演示実験を開発した。学生が自主的に考えて論理的に物理法則に到達できるように、視覚的に明瞭な実験を開発して段階的に導入することが有効であった。論理的に考えて物理法則を自分で再発見するためには、一連の実験を計画的に配列し、各段階で適切な情報を過不足なく学生に提示することが重要であった。具体例を挙げると、開発した演示実験により「質量と重量」の違いを視覚的、直観的に理解させ、「単振り子」と「剛体振り子」の周期を比較することにより「慣性モーメントと振り子の周期との関係」を理解させることができた。大学初年次の物理学講義において、通常の授業だけでは学生が把握しにくい基本的な物理的概念や法則を理解させるため、力学と電磁気学の分野を中心に授業中に行う演示実験を開発している。物理的概念を学生に主体的に理解させるためには、先ず「問題意識」を喚起することが重要である。そこで、最初に学生の予想と異なる現象を実験により提示した。そして、予想が外れた原因を考察させ、仮説を立てさせた。次に、その仮説から導かれる結果を実験で検証した。この一連の実験は、学生に現実感を持たせること、及び科学的に推論する姿勢を養うことが目的である。そして、実験の各段階で学生に予想した根拠をシートに記述させた。これは学生に物理法則の発見を「追体験」させる試みであったが、教員の意図から外れた推論も見受けられた。この調査により、系統的演示実験をさらに改善する手がかりが得られた。最近の画像技術の進歩のため、学生がアニメと、物理法則によるシミュレーション画像を混同する恐れが出てきた。そこで、実験で現象を見せて、それを推論の起点とすることが重要であった。一部は事前に撮影してスロー再生で提示したが、学生に現実感を持たせるために、可能な限り授業で実演するように努めた。実演するには、準備する負担の軽減や、明確な結果が得られることが重要である。そのほか、時間の制限や安全性にも配慮して実験を開発している。開発した系統的実験、及びそれに対する学生の反応について物理学会で発表するとともに、近隣大学から物理教育の担当者を講師として招いてワークショップを開催し、物理教育の改善について意見交換を行った。大学初年次の物理学講義において、通常の授業だけでは学生が把握しにくい基本的な物理的概念や法則を理解させるため、力学と電磁気学の分野を中心に授業中に行う演示実験を開発した。さらに、物理的概念を学生に直観的に理解させるための実験動画を製作し、公開した。理解を深めるためには、学生の「問題意識」を喚起することが重要である。そこで、条件の異なる実験を提示することにより、学生に現象を説明する仮説を立てさせた。その際、学生に予想した根拠をワーク・シートに記述させ、理解の進む過程を追跡した。演示実験では、物理法則を直観的に見て取れるように工夫した。例えば、金属板の上を移動する磁石は電磁誘導により「電気的な摩擦抵抗」を受ける。その誘導電流の方向を示すため、金属板を平面に垂直方向と水平方向に分割して比較した。分割した金属は互いに絶縁した。その結果、金属板を平面に垂直方向に分割した場合に「摩擦抵抗」が大きく減少することから、誘導電流の流れる方向は、金属板に水平であることが分かった。また、実現困難な状況で、直観的に物理概念を示す実験も有効であった。例えば、自由落下する容器内部は無重力となる。この中で「重量と質量」の違いを示す実験を行った。無重力で同じように浮遊する「風船と石」に人形を強く衝突させると、「風船は吹き飛ぶのに対し、石は動かず大きな衝撃を受ける」結果が得られ、「重量が消えても質量はそのまま残っている」事実を直観的に示すことができた。これらの開発した系統的演示実験について国際会議(APPC 12)、及び物理学会で発表するとともに、一部を論文にまとめた。また、近隣大学から物理教育担当者を講師として招いてワークショップを開催し、互いに実験を披露し、意見交換を行った。学生が把握し難い基礎的な物理的概念や法則を理解させるため、力学と電磁気学の分野を中心に、講義中に行う系統的な実験を開発した。物理的概念を学生に主体的に理解させるには「問題意識」を喚起することが重要であり、そのため講義中の限られた時間の中で、合理的に物理法則や物理的概念の発見を追体験できるよう、シリーズで行う実験を開発した。実験をシリーズで行う目的は、その時点までに得られた実験結果を元に、次の段階の結果を学生に論理的に推論させ、物理的概念や物理法則の発見を「追体験」させることにある。