hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
加齢による筋Caチャネルの異常が骨格筋力低下を生じる分子メカニズム

また筋萎縮のモデルとして右坐骨神経を切除した除神経マウスを作成し、こちらでも検討を行った。その結果,加齢、除神経ともに筋の電気刺激による収縮力、断面積、断面積当たりの特異張力が有意に減少していた。長趾伸筋でも同様の検討を行った結果,加齢による筋断面積の減少と筋力の低下が観察された。次に骨格筋の収縮およびカルシウム代謝に関わる代表的な分子について解析を行った。5,10,および26ヶ月齢のC57BL/6マウスから長趾伸筋を摘出し,ウェスタンブロッティングを行った。その結果,LTCCのCaV1.1サブユニットの発現量が,加齢によって有意に減少していた。除神経モデルでは有意な変化はみられなかった。一方,LTCCのβ1サブユニットは加齢、除神経により著しい増加が認められた。除神経によるβ1サブユニットの増加はこれまで報告されておらず、興奮収縮連関の異常や筋萎縮に関わっている可能性もある。現在,β1サブユニットの増加と病態との関係について解析を続けている。筋のL型Ca2+チャネル(LTCC)の異常とサルコペニアの発症機序の関係について検討を行った。5および26ヶ月齢のC57BL/6マウスの前脛骨筋を比較した結果,単位面積当たりの張力が加齢によって有意に減少していた。次にウェスタンブロットによってLTCCの各サブユニットの発現量を定量した。その結果,CaV1.1の発現量が加齢によって減少していた。一方,CaVβ1サブユニットの発現量は有意に増加していた。また,除神経による筋萎縮モデルにおいても,CaVβ1の発現増加が認められた。CaVβ1の発現量の変化が,興奮収縮連関の異常や筋萎縮に関わっている可能性もあり,現在解析を続けている。実験に用いるマウスの系統を変更したものの,in vivoでの筋力測定,CaV1.1サブユニットの定量については一定の成果が得られた。また異所性発現系における骨格筋L型Ca2+チャネルの解析を予定していたが,これについては継続して測定条件の検討を行っている。医歯薬学外科系臨床医学整形外科学老化マウスを用いた検討でCaV1.1サブユニットの発現量低下を確認できたので,今後,このメカニズムと,筋力低下への寄与がどの程度なのかについて明らかにしていく。プロテアソームの阻害剤などを用い,関連分子を共に定量することで,CaV1.1の発現量の調節メカニズムを明らかにする。さらにCaイメージングなどの実験により,CaV1.1の減少が,興奮収縮連関にどのような影響を与えているか検討を行う。また,2015年にコロラド大のグループがstac3と呼ばれる骨格筋型L型Ca2+チャネルのアクセサリーサブユニットを同定している。Stac3を用いることで異所性発現系による骨格筋L型Ca2+チャネルの解析が行える可能性が高いと考えられるので,これについても解析を行う。実験計画として予定していた異所性発現系における骨格筋L型Ca2+チャネルの解析については,電流量が非常に小さく,安定してデータを収集することができなかった。一方,次年度以降の計画であったSAMP1を用いたin vivoの実験については,既に筋力測定系が確立しつつあり,今後,より詳細な検討を行うことが可能となった。研究の進捗状況により,購入を見送った試薬があるため,次年度使用額が生じた。
顔画像の知的符号化による高次コミュニケーションの基礎研究

本研究は、知的画像符号化の開発を通じて、将来の知的通信や知的マンマシンインタフェースの基盤となる高次コミュニケーション技術を確立することを目的としている。本年度は、人物顔画像を対象とした知的画像符号化のキーテクノロジーである次の項目について検討した。1.動画像からの3次元構造情報の自動抽出に関する検討知的画像符号化において汎用的な符号器を実現するには、予めモデルを用意するのではなく、動画像そのものから3次元構造情報が自動的に抽出できることが望ましい。ここでは、次の2通りの手法を検討した。(1)単眼動画像からの3次元構造・運動推定(2)ステレオ動画像からの3次元構造・運動推定2.顔画像の表情パラメータの抽出ならびに表情合成の検討顔画像の知的符号化方式における顔面表情の分析と合成手法として、次の2通りのアプローチを検討した。(1)FACSに基づく表情分析・合成手法の検討(2)中割りに基づく表情分析・合成手法の検討3.音声・テキスト情報からの口唇画像の合成に関する検討知的画像符号化におけるメディア変換の一例として、音声およびテキスト情報から受信側において口唇画像を合成する手法を開発した。さらに、この手法と2.で述べた顔面表情の合成法を組み合わせることにより、よりリアルな顔画像を合成することを試みた。
クロマチン構造形成と共役するヒストンバランス制御機構

クロマチン構造形成はゲノム統合性と関連して厳密に制御される。本研究では、クロマチン形成の反応中間体である可溶性ヒストン複合体を様々な条件で精製し、それらの機能解析を行うことにより、ヒストンバランス制御システムの分子基盤の解明を目指した。分裂酵母をモデル系として新規可溶性ヒストンH3結合因子を同定し、その機能解析から可溶性ヒストン量の制御への関与、およびヒストンH3/H4量と細胞増殖との関連性が示唆された。本研究では、ヒストンバランス制御システムの分子基盤を解明するために、酵母をモデル系としたクロマチン形成の反応中間体である可溶性ヒストン複合体の機能解析を行った。22年度においては、分裂酵母で可溶性ヒストンH3/H4結合因子として同定したHiTAP1(Mlo2)の分子機能に焦点を絞り解析を進めた。HiTAP1はそのC末端領域に高度に保存された新規ヒストンH3結合モチーフを持ち、生理的条件下において従来解離しないとされてきたH3/H4を解離させるという驚くべき結果を得た。また、in vivoにおいても全長HiTAP1が優先的にH3と結合することを明らかにした。分裂酵母HiTAP1は生育に必須でないが、HiTAP1欠損株はH3大量発現に感受性となったことから、ヒストンバランス制御に関与することが示唆される。さらにヒトの可溶性H3複合体にもhHiTAP1が含まれることが確認された。この事実は、可塑的かつ動的なエピジェネティック制御において、全く新しいメカニズムを提示するものである。ヒストンバランスを含めたクロマチンダイナミクス制御の解明に向けて、さらにHiTAP1によるH3/H4分離の分子機構、およびその生理的意義について研究を進める予定である。HiTAP1以外にも様々な条件における新規制御因子の生化学的探索とそれらの機能解析を組み合わせた基盤研究から、ヒストン分子を介した新しい品質管理システムの分子基盤を理解したいと考える。本研究では、ヒストンバランス制御システムの分子基盤を解明するために、酵母をモデル系としたクロマチン形成の反応中間体である可溶性ヒストン複合体を様々な条件(各種阻害剤添加時や定常期、嫌気的条件、ヒストン大量発現などによるクロマチン制御バランス変動等)で精製し、それらの機能解析を行っている。平成23年度は、分裂酵母で可溶性ヒストンH3結合因子として同定したHiTAP1(Mlo2)の分子機能解析を中心に解析を進めた。HiTAP1はそのC末端領域に高度に保存された新規ヒストンH3結合モチーフを持ち、in vitroでH3/H4を解離させる活性を持つ。H3との結合部位、およびH3/H4解離活性部位の同定のため、点突然変異体を多数構築しGST融合タンパク質として精製した。これらの変異体を用いてH3/H4とのGSTプルダウン解析を進めているところである。また、ヒストンバランス制御への関与について、HiTAP1破壊株がH3大量発現に感受性となったことより、HiTAP1のユビキチンリガーゼ活性について解析を進めた。HiTAP1はN末端にユビキチンリガーゼE3様ドメインを持つため、様々なE2と組み合わせてin vitroにおいてE3活性の検出を試みている。現在までに明確な結論を得るに至っていないが、この領域の変異体を構築してH3大量発現に対する影響を解析する計画である。本研究では、ヒストンバランス制御システムの分子基盤を解明するために、酵母をモデル系としたクロマチン形成の反応中間体である可溶性ヒストン複合体を様々な条件で精製し、それらの機能解析を行った。平成24年度は、分裂酵母で可溶性ヒストンH3結合因子として同定したHiTAP1(Mlo2)の分子機能解析に加え、ヒストンバランス変動時における酵母の増殖阻害とヒストン複合体に焦点を当てて解析を行った。各ヒストンについて、単一もしくはH2A/H2B, H3/H4の各ペアで大量発現したところ、H3/H4のペアを大量発現した場合に顕著な増殖阻害が起こることを見いだした。逆に、H3/H4の遺伝子コピーを減少させた場合は高温感受性となったことより、可溶性H3/H4量は特に厳密に制御されることが示唆される。HiTAP1欠損株ではH3大量発現による増殖阻害が増すことから、HiTAP1のヒストンバランス制御への関与が示唆された。さらに、各ヒストン分子の量比を変動させた場合のH2A複合体やH3複合体を様々な条件で精製することにより、特異的構成因子を見いだした。これらの因子によるヒストンバランス制御への関与について、今後解析を進めることで動的なクロマチン構造形成におけるDNAとヒストン八量体の量比や、各ヒストン分子間の量的バランス制御など新しい品質管理システムの分子基盤の理解に繋がることが期待される。

可溶性ヒストンH3/H4結合因子として見いだしたHiTAP1(Mlo2)の分子機能解析を進めており、新規にヒストンバランス制御システムの分子基盤に迫れるものと考えている。24年度が最終年度であるため、記入しない。研究目的達成のために、HiTAP1によるH3/H4解離の分子機構とその生理的意義について、さらに研究を推進する。また、HiTAP1以外にも単独のヒストンに優先的に結合する新規因子の探索を進めることや、ヒストンバランス変動時における複合体解析を進めることで、ヒストンバランス制御ネットワークを明らかにしたいと考えている。
先天性代謝病動物モデルによる病因の解析と治療に関する研究

この研究班は、実験動物において、先天性代謝病モデルを開発し、ヒトの先天性代謝病の予防と治療の研究に役立てることを目的とするものである。したがって、疾患モデル動物を育成する研究者と、それを先天性代謝病の研究に利用する研究者が密接に提携して協同研究を進めることに特色がある。今年度は班会議を3回開催して、両者の連絡を密にし、開発された疾患モデル動物は直ちにそれぞれの疾患の研究者により使用され、病因解析が加えられ、その有用性が評価された。疾患モデル動物を育成する研究者側としては近藤班長を始めとして、富田,信永はそれぞれ、ラット,マウス,ネコについてモデル動物の探索、遺伝解析および系統育成を遂行し、特徴あるモデルを確立しつつある。山村は、遺伝子導入技術を用いて、ヒトの疾患遺伝子をマウスに導入し、この遺伝子を肝臓で特異的に発現させることに成功した。また、舘はキメラ動物を用いて先天性代謝病の発症機構と病因解析する方法の開発を試み、毛色色素の画像解析法を考案した。一方、開発されたモデル動物を利用する研究者側では、北川を始めとして、御子柴,辻,小浜は、モデル動物の病因解析を進め、モデル動物の有用性評価を担当すると共に、野口,衛藤,北村,野沢,高坂,大西,桜川と協力して、モデル動物を利用した先天性代謝病治療の研究を進めた。治療法の開発研究で中心となったのは疾患モデル動物に正常動物より組織,臓器を移植して、遺伝的に欠損している酵素など生体活性物質を補填する試みであった。骨髄移植,培養細胞移植,羊膜移植,脳内移植および臓器移植が行われ、治療効果の認められる場合、部分的効果にとどまる場合、あるいは効果が認められない場合など、モデル動物を用いる利点を生かした研究が進展した。衛藤はリポソームの脳血管障壁通過のためには、マンノースが重要な役割を果たしていることを示した。以上のように各研究は順調に進んでいる。
高次前射影多元環の表現論の研究

本研究の主な目的は、古典的重要なクラスである前射影多元環多元環を一般化した高次前射影多元環多元環を研究する事である。そのために傾理論を用いる事でn無限表現型多元環といわれるクラスの多元環の新たな構成方法を与えた。そしてそこから得られる高次前射影多元環の圏論的性質を調べ、特に導来圏同値となるものを与えた。これらの成果は学術雑誌に掲載されている。またこれらの成果は国内外の会議で発表された。多元環の最も基本的かつ重要なクラスとして道多元環及び前射影多元環がある.これらは多元環の表現論だけでなく,代数幾何学や量子群とも関連を持ち,活発な研究対象の一つである.今年度のひとつの成果として,研究目的のひとつでもあったこれらの一般化であるn無限表現型多元環及びその高次前射影多元環の研究がある.以下は山浦氏(山梨大学)との共同研究に基づく.n無限表現型多元環とは,古典的重要クラスである無限表現型多元環の一般化で,様々な良い性質を持つ事が知られている.しかし一方で,その具体的構成方法にかんしてはほとんど知られていなかった.この共同研究では,古典的手法であるAPR傾加群を一般化した傾加群を用いる事で,その自己準同型環によってn無限表現型多元環を構成出来る事を示した.傾加群は一般に導来圏同値を導く事が知られており,それゆえこれらの多元環は導来同値である事も分かる.さらにそこで構成した傾加群が,高次前射影多元環上の別の傾加群を与える事を示した.n無限表現型多元環の高次前射影多元環はCalabi-Yau多元環になり,この多元環は様々な方面から研究されている研究対象のひとつである.上記の方法によって,Calabi-Yau多元環上の傾加群を与え,またその自己準同型環が再びCalabi-Yau多元環になるという事も示した.さらに特にn=1またはn=2の場合には,多元環の箙と関係式についても明確な記述を与える事に成功した.今年度は(通常の意味での)前射影多元環の導来圏の構造に注目した。導来圏同値となる環を調べる事は環論における基本的問題となるが、これは傾複体を調べる事に帰着される。今年度の成果の一つとして相原氏との共同研究において、Dynkin型前射影多元環の傾複体の分類があげられる。まずDynkin型前射影多元環のτ傾加群がWeyl群と一対一に対応するという事実から、同様の事が長さ2以下の準傾複体に対しても示される。そしてそこからWeyl群のある部分群と長さ2以下の傾複体との間に一対一対応がある事を示した。さらにこれから長さ2以下の傾複体の変異はbraid関係式を満たす事を導いた。一方で傾複体全体の個数にある有限条件をかした多元環のクラスを傾離散という。この傾離散の同値条件の特徴付けを与える事で、Dynkin型前射影多元環が傾離散である事を示した。そして前述の長さ2以下の傾複体の場合の性質を適応することで、傾複体とブレイド群との一対一対応を与えた。そして系として導来圏同値となる環は自身のみである事を示した。またこれらの研究成果に対して名古屋大学、静岡大学、京都産業大学などで講演を行った。当初の研究計画の目的のひとつを達成する事が出来,それらを論文にまとめ投稿する事が出来た.代数学今後も前射影多元環の研究を進めていく.とりわけ傾複体の解析を中心として研究を行う予定である.
ＳＯＦＣの超高電流密度発電へむけた多孔質電極における輸送現象解明と微構造最適化

SOFC(Solid oxide fuel cell)は,空気極と燃料極間の酸素ポテンシャル差で駆動する濃淡電池である。近年,FIB-SEM (Dual beam focused ion beam-scanning electron microscope)を用いてSOFC電極の微構造を3次元的に観察して微構造パラメータを抽出し,数値計算で電極性能を予測する手法が確立されつつある.しかし、その計算に必須な単位反応場あたりの交換電流密度式の情報が乏しい.そこで前年度までに一般的なSOFC空気極材料であるLSM-YSZでの単位三相界面あたりの交換電流密度を正確に見積もった.今年度は,この手法をその他の一般的な電極材料にも適用した.具体的には,一般的な燃料極材料であるNi-YSZの単位三相界面あたりの交換電流密度式とLSCFの単位二相界面あたりの交換電流密度式を定式化した.その結果,従来の式よりも正確に実験結果を再現できる式を導出することができた.さらにこの式を使用することで,空気極,電解質,燃料極で構成される単セル全体の性能を,電極の微細構造データからより正確に過電圧特性を見積もることが可能になった.これにより,電極微構造の最適設計を行う際に重要な基礎的な知見を得ることができたといえる.また,三相界面あたりの交換電流密度を求めることにより,LSMにおける二相界面あたりの反応量を見積もること,そして電極内部の過電圧等に依存するような不純物による劣化現象を詳細に見積もることができるようになった.そこで,LSMパターン電極における二相界面の影響に関する考察とLSM空気極におけるCr被毒現象の時間変化についても研究を行った.これにより電極内部でどのように劣化現象が進行しているのかが明らかになった.27年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。微構造は反応場である三相界面(電子伝導相,酸化物イオン伝導相,ガス拡散相の接する場所)の密度だけでなく電子,イオンやガスの拡散に大きな影響を与え,発電性能を大きく左右する.近年,FIB-SEMを用いて電極の微構造を3次元的に観察し,それを基にした数値計算により電極性能を予測する手法が確立されつつあるが,関連した研究は燃料極に主眼を置いたものが多く,空気極における知見は少ない.その中でも特に,中低温(600750°C)向けのLSCF空気極における研究は数件あるものの,高温域(850°C)で有用な性能があるLSM空気極においての研究はほぼ無い.本研究ではLSM空気極の微構造を取得し,それを基に性能を予測することを目的とする.本研究では,(1) FIB-SEMを用いたLSM空気極微構造の取得,(2)単位三相界面あたりの交換電流密度の定式化,(3)導出した単位三相界面あたりの交換電流密度式を用いて新たな計算モデルを構築し空気極の三次元数値計算を行った.(1)においては異なる焼結温度で空気極を作成したものや,LSM-YSZ空気極など,様々な微構造を持つ空気極構造の取得をすることができた.(2)においては,従来三相界面が幾何学的にわかるようなパターン電極を使用することが多い中で,より実際の電極に近い多孔質電極を用いて交換電流密度の定式化を行った.(3)の数値計算の結果は,実験結果を定性的に追うことができていた.そのため,今後の予定である,空気極,電解質,燃料極の三層を一体としたシステムの解析において今回構築したモデルを適用することが可能である.SOFC(Solid oxide fuel cell)は,空気極と燃料極間の酸素ポテンシャル差で駆動する濃淡電池である。近年,FIB-SEM (Dual beam focused ion beam-scanning electron microscope)を用いてSOFC電極の微構造を3次元的に観察して微構造パラメータを抽出し,数値計算で電極性能を予測する手法が確立されつつある.しかし、その計算に必須な単位反応場あたりの交換電流密度式の情報が乏しい.そこで前年度までに一般的なSOFC空気極材料であるLSM-YSZでの単位三相界面あたりの交換電流密度を正確に見積もった.今年度は,この手法をその他の一般的な電極材料にも適用した.具体的には,一般的な燃料極材料であるNi-YSZの単位三相界面あたりの交換電流密度式とLSCFの単位二相界面あたりの交換電流密度式を定式化した.その結果,従来の式よりも正確に実験結果を再現できる式を導出することができた.さらにこの式を使用することで,空気極,電解質,燃料極で構成される単セル全体の性能を,電極の微細構造データからより正確に過電圧特性を見積もることが可能になった.これにより,電極微構造の最適設計を行う際に重要な基礎的な知見を得ることができたといえる.また,三相界面あたりの交換電流密度を求めることにより,LSMにおける二相界面あたりの反応量を見積もること,そして電極内部の過電圧等に依存するような不純物による劣化現象を詳細に見積もることができるようになった.そこで,LSMパターン電極における二相界面の影響に関する考察とLSM空気極におけるCr被毒現象の時間変化についても研究を行った.これにより電極内部でどのように劣化現象が進行しているのかが明らかになった.当初の研究計画通りに進展している.27年度が最終年度であるため、記入しない。現在のところ,計画通りに研究が進展している.今後は当初の予定通り,空気極,電解質,燃料極を一つのシステムと捉えた数値計算を行っていく.27年度が最終年度であるため、記入しない。
高感度流動複屈折測定装置による高分子ダイナミックスの研究

1.現有の引張試験機に光学系をつけることにより、応力と複屈折の緩和の同時測定装置を開発した。この装置では、30mmx4mmx1mm程度の高分子膜を試料とし、測定時間範囲は110000秒、温度範囲は0200°Cである。同様に、動的粘弾性と動的複屈折の同時測定装置を開発した。同様な試料について、振動数1200Hz、温度0250°Cの範囲で測定することができる。2.ガラス領域およびガラス転移領域における、ポリスチレンの複屈折の挙動を記述するために、修正光弾性則を提案した。この解析法により、粘弾性のガラス転移現象が、2種類の緩和スペクトルの重るあわせで説明できることが判明した。3.ポリーαーメチルスチレン、ポリカ-ボネ-ト、ポリアリレ-ト、ポリスルフォン、ポリエ-テルスルフォン、ポリエ-テルイミド、ポリエ-テルエ-テルケトンについて動的複屈折の測定を行い、修正光弾性則に基づいて解析した。その結果、これらの高分子およびポリスチレンについては、複屈折の強さを決定する応力ー光学係数と分子構造との関係を明らかにすることができた。4.ポリスチレンおよびポリカ-ボネ-トに関して、瞬間的な大変形の後および一定速度での大変形の際の複屈折および応力を測定し、修正応力ー光学対応則で解析した。その結果、これらのガラス状高分子の大変形の際の降状現象が、分子間力に由来するエンタルピ-起源の応力の降状によること、高分子の連結性に由来するエントロピ-起源の応力は降状現象を示さないことが明らかになった。1.現有の引張試験機に光学系をつけることにより、応力緩和測定と同時に、複屈折の測定を行う装置を開発した。この装置では、30mmx4mmx1mm程度の高分子膜を試料とし、測定時間範囲は110000秒、温度範囲は0150°Cである。2.現有の振動型粘弾性測定機に光学系をつけることにより、動的粘弾性測定と同時に、複屈折の測定を行う装置を開発した。上述の試料と同様な試料について、振動数1200Hz、温度0180°Cの範囲で測定することができる。3.これらの装置を用いて、ポリスチレンについて測定を行い、異なった測定法で得られた結果が、現象理論の観点から全く矛盾なく関係づけられることを証明した。4.ガラス領域およびガラスーゴム転移領域におけるポリスチレンの複屈折の挙動を記述するために、修正光弾性則を提案した。この解析法により、粘弾性のガラス転移現象が、2種類の緩和スペクトルの重ねあわせで説明できることが判明した。二つのスペクトルに対応する光弾性係数は、符号が逆で、大きさは約200倍異なっている。また、これらのスペクトルの温度依存性は互いに異なっており、この結果によって、従来不明であった熱レオロジ-的複雑さの原因が明らかになった。5.種々の変形履歴に対する複屈折の時間変化を、線型応答理論によって一般的に表す方法を提案し、基本的な応答関数の間の関係を明らかにした。1.昨年度開発した動的複屈折測定装置を改善して、測定感度を3倍程度上げることに成功し、更に装置を自動化することにより測定を迅速化した。また、測定温度範囲についても、従来180°Cまでであったものを250°Cまで拡張した。複屈折緩和測定装置についても、測定の迅速化をはかり、測定温度範囲を150°Cから200°Cに広げた。2.ポリーαーメチルスチレン、ポリカ-ボネ-ト、ポリアリレ-ト、ポリスルフォン、ポリエ-テルスルフォン、ポリエ-テルイミド、ポリエ-テルエ-テルケトンについて動的複屈折の測定を行い、昨年度ポリスチレンについて確立した修正応力ー光学対応則に基づいて解析した。その結果、これらの高分子については、複屈折の強さを決定する応力ー

光学係数と分子構造との関係を明らかにすることができた。3.ポリ酢酸ビニルおよびポリメタクリル酸メチルについて同様な研究を行った結果、これらの高分子に関しては、前述の高分子よりも多数の緩和機構が関与しているために、応力ー光学対応則を更に拡張する必要があること、また溶融状態あるいはゴム状態での応力ー光学係数が温度によって強く変化することを明らかにした。4.ポリスチレンおよびポリカ-ボネ-トに関して、瞬間的な大変形の後および一定速度での大変形の際の複屈折および応力を測定し、修正応力ー光学対応則で解析した。その結果、これらのガラス状高分子の大変形の際の降伏現象が、分子間力に由来するエンタルピ-起源の応力の降状によること、高分子の連結性に由来するエントロピ-起源の応力は降状現象を示さないことが明らかになった。
鉱物の結晶構造とイオンの拡散速度及び拡散機構との相関関係について

特定の結晶構造を持った鉱物中で、元素の拡散率がどの様に異るのか、又この違いが、どの様な一般的規則性としてとらえられるのか、を実験的に明らかにすることを目的としている。〈結果及び考察〉上記試料について、対加熱による相互拡散及び放射性同位体を用いたトレーサー拡散係数を窒素気流中1250°Cに於て測定した結果、次のことが明らかとなった。1.Ak-CoAk対に於ては、Coと【M_4】が1:1の割合で置換する相互拡散であり、Ak-Gh対ではMg+SiとAl+Alの組合わせで置換する2:2相互拡散である。係数はそれぞれ、5×【10^(-12)】と5×【10^(-14)】【cm^2】【sec^(-1)】で、電荷の収支を保ちながら拡散する2:2の相互拡散は1:1のそれと比べ非常に起りにくい。2.Ak中のCoトレーサー拡散はCo-【M_4】相互拡散とほぼ同じ大きさの値を示していた。このことはトレーサー拡散もイオンの置換による拡散であることを強く示していた。3.Ak中のBa,Sr,Ca,Mn,Fe,Co,Niのトレーサー拡散係数は、5×【10^(-11)】5×【10^(-12)】【cm^2】【sec^(-1)】の範囲で、これ等の値は拡散イオンのイオン半径の増大と共にゆるやかに増加していた。4.三種類の大きさの異る陽イオンサイトを持つメリライト結晶中での二価陽イオンの拡散は、かんらん石等の場合と異り、大きなイオンも容易に拡散することができる。これはメリライトは酸素のパッキング構造を持たないため結晶格子による立体障害の効果が小さく、拡散イオン周囲に発生する点欠陥の寄与が大きい為である。
認知症患者の問題行動に関連する神経生理学的要因の解明：長期的な非薬物療法を用いて

認知症に伴う問題行動(BPSD)は認知症高齢者の在宅生活の継続を阻害する主な要因である。近年、その対応方法として非薬物療法が行われ、主に行動学的な観点から一定の効果が報告されている。しかし、非薬物療法がどの様にBPSDを緩和するのか、その効果に対する神経生理学的メカニズムは未だ明らかでない。そこで本研究では、BPSDを有する認知症高齢者に対し、長期間の非薬物療法を行い、BPSDの緩和効果に関連する神経生理学的指標を明らかにする。この結果から、BPSDに対する非薬物療法の科学的根拠を示し、地域在住の認知症高齢者に対する、より効果的なBPSD緩和プログラムの開発へと発展させたい。本研究の全体構想は,認知症高齢者の問題行動(Behavioral and Psychological Symptoms of Dementia:BPSD)を行動学的指標のみならず,神経生理学的指標を用いて評価し,前向き研究手法を用いて長期間の非薬物療法介入による問題行動(BPSD)の緩和効果を検証し,その効果に関連する神経生理学的要因を明らかにするものである。本研究では,コミュニケーションロボットを用いたロボット介在活動(Robot Assisted Activity:RAA)を,非薬物療法として用いている。30年度は,認知症高齢者における,非薬物療法介入を用いた長期介入前のベースライン測定(行動学的指標・神経生理学的指標)を課題とした。30年度の取り組みは,地域在住の認知症高齢者10名と健常若年者8名を対象に,単回介入前後の神経生理学的指標を測定し比較することで,認知症高齢者における非薬物療法の即時効果や反応特性を検証した。また認知症高齢者10名の問題行動に関する行動学的指標の測定を実施した。さらに認知症高齢者に対して,本年5月に非介入期間後の測定を,8月に長期非薬物療法介入後の測定を実施する予定である。30年度の研究成果について,日本生体医工学会BME on Dementia研究会「ロボット介在療法を用いた認知症の問題行動抑制に向けた取り組み-大学生を対象とした予備的研究-」と,日本早期認知症学会学術大会「リハビリテーションの現場におけるコミュニケーションロボットの導入セラピストによる事前評価」の2演題を発表し,それぞれ学会研究報告集に掲載された。30年度は問題行動(BPSD)の緩和に向けた非薬物療法の長期介入効果を検証するためのベースライン測定を実施できたこと,また協力施設との間で今後の測定・介入準備が順調に進んでいることから「おおむね順調に進展している」と判断した。31年度(令和1年度)は,以下の様な計画で進める。30年度に実施したベースライン測定の後,12週間の非介入期間を置く。その後,12週間の非薬物療法(コミュニケーションロボット使用,2回/週,30分/回)を用いた介入を行う。介入前後でベースライン測定と同様の項目(神経生理学的指標,行動学的指標)を測定する。各回の測定結果を比較することで,非薬物療法介入による認知症の問題行動の緩和効果を明らかにする。また神経生理学的指標と行動学的指標の変化の関連を検討することで,問題行動の緩和に関連する神経生理学的指標を明らかにしたい。

31年度(令和1年度)は,以下の様な計画で進める。30年度に実施したベースライン測定の後,12週間の非介入期間を置く。その後,12週間の非薬物療法(コミュニケーションロボット使用,2回/週,30分/回)を用いた介入を行う。介入前後でベースライン測定と同様の項目(神経生理学的指標,行動学的指標)を測定する。各回の測定結果を比較することで,非薬物療法介入による認知症の問題行動の緩和効果を明らかにする。また神経生理学的指標と行動学的指標の変化の関連を検討することで,問題行動の緩和に関連する神経生理学的指標を明らかにしたい。
枯草菌ゲノムベクターによる新たなゲノム工学システムの確立

巨大DNA断片の遺伝子操作技術はゲノム機能解析に不可欠な基盤技術であり、ゲノム解読が進むにつれてますますその重要性が増している。Mbスケールの遺伝子操作が可能な枯草菌(BGM)ゲノムベクターに着目し、次世代のDNA改変システムの確立のため下記2つの研究を実施し、多様な遺伝子操作法やトランスジェニックマウスへの応用技術の整備、改良型BGMベクターの構築、学術研究への応用を達成した。本技術は、物質生産や人工ゲノム合成、トランスジェネシス、ゲノム機能解析など、遺伝子操作をおこなう産業・工学・学術のあらゆる分野への応用が期待できる。1.キシロース誘導カセットを用いてRecA誘導型枯草菌株(inducible recA expression BGM vector: iREX)を構築した。iREXにおけるRecAの発現はキシロースにより厳密に制御されており、誘導時にはこれまで通りプラスミドやBAC-DNAをクローニングできることを示した。キシロース非存在下では、既存のBGMベクターで見られていた培養中の相同組換えを抑えることでより安定にインサートを保持でき、従来のシステムでは構築が難しかった複数の類似配列(レポーター遺伝子等)を含むような複雑なトランスジーンにも応用できることを示した。2.BGMベクターの実用性を示すために、BACクローンの逆位・連結操作を駆使してマウス水棲型嗅覚受容体遺伝子ゲノム領域の再構築をおこない、Mbスケールの連結型トランスジーンの構築を試みた。252 kbまでは再構築できていたものの、サイズの大きなBAC-DNAのクローニングにおいて新たな課題が明らかになった。しかしながら別の発展課題において、BGMベクターでの遺伝子操作やトランスジェニックマウスの解析を駆使することにより、初めて水棲型嗅覚受容体遺伝子の発現制御領域の同定に成功した。27年度が最終年度であるため、記入しない。巨大DNA断片の遺伝子操作技術はゲノムの機能解析に不可欠な基盤技術であり、ゲノム解読が進むにつれてますますその重要性が増している。メガベース(Mb)スケールの遺伝子操作が可能な次世代の枯草菌ゲノムベクター(BGMベクター)システムの確立のため、誘導型組換え系を導入した新たなBGMベクターを構築した。本研究ではキシロース誘導カセットを用いて、RecA誘導型枯草菌株(inducible recA expression BGM vector: iREX)を構築した。キシロースによるRecA誘導条件の最適化をおこない、GFP遺伝子を含むプラスミドや114 kbのマウスゲノム断片を含むBACクローンのクローニングに成功した。またキシロース無添加(RecA発現抑制)時においては、iREX内における組換え反応はほぼ抑制されていた。以上の成果より、iREXは既存のBGMベクターシステムと比べてより安定にクローニングした外来DNA断片を保持できることを示し、従来のBGMベクターでは難しかったより複雑なトランスジーンの構築に有用であることを示した。現在は、マウス水棲型嗅覚受容体遺伝子クラスターを対象として、逆位・連結操作を利用したメガトランスジェニック作製技術の確立を進めている。これまでに、1Mb程度のマウスゲノム再構築に必要な8つのBACクローンのうち6つのクローニングと252 kbのマウスゲノム領域の再構築を終え、そのトランスジェニックマウスの作製に成功している。さらにBGMベクターシステムの実用性・応用性を実証するために、BGMベクターでの遺伝子操作を活用して多数の欠失トランスジーンを構築し、そのトランスジェニックマウスの作出をおこなった。本年度は、特にRecA誘導型BGMベクターシステムの開発をおこなった。研究計画に沿って、キシロースによるRecA誘導型BGMベクター(iREX)の構築、遺伝子操作条件の確立、システムの評価をおこない、H26年度中にその成果を論文として投稿した。

逆位・連結操作を利用したマウスゲノム再構築によるメガトランスジーンの構築においては当初の計画よりも遅れが見られるが、BGMベクターシステムを用いて多数のトランスジェニックマウス系統を作出し、その有用性を示すことができた。27年度が最終年度であるため、記入しない。メガトランスジーンの構築に必要なBACクローンのうち、未だBGMベクターへクローニングできていないクローンはいずれも200 kb以上とサイズが大きい。DNAが長大になるほど物理的なダメージ等の理由によりBGMベクターへのクローニングが難しくなるため、来年度は既存のBGMベクターへのクローニングと並行して、本研究で構築したiREXや自然形質転換法によらないクローニング法を検討する。クローニングを終えたBACクローンから、マウスゲノムの再構築をおこない、1Mb長のトランスジーンの構築とトランスジェニックマウスの作製を目指す。
いつ流に伴う円筒堰の自励振動の解明

フランスの高速増殖炉ス-パフェニックス1号炉で観察された溢流によって発生する堰の自励振動について研究を行なった。まず実験室規模で、現象を再現することに努めた。具体的には、ステンレス製の薄肉同心多重円筒堰で仕切られた円筒形水槽とアルミ製の薄肉平板堰で仕切られた矩形水槽の2種類の実験装置を製作し、流量と落下高さをパラメ-タとして振動の発生条件を探るための実験を行なった。円筒形水槽ではスロッシングモ-ドの発生は確認できたが、流力弾性振動モ-ドの発生は確認できなかった。また、矩形水槽ではスロッシングモ-ドと流力弾性振動モ-ドの両方の発生を確認することができた。特に矩形水槽においては、同一流量のもとで、流力弾性振動モ-ドからスロッシングモ-ドに移行する場合が観察された。また、理論的な研究では、自由液面と円筒堰を連続体として扱う一段階前のモデルとして、自由液面の振動を耐震設計で用いられるハウスナ-モデルで置き換えて(すなわち、矩形水槽の中心に節が一つだけ現われる対称一次モ-ドを等価なバネ-マスモデルで置き換えて)、スロッシングモ-ドの解析を行なった。さらにより厳密な理論を構築するために、自由液面の運動と堰の変形を連続体として取り扱った理論を構築し解析を行なった。具体的には、タンク内部の液体の運動を記述するためにポテンシャル理論を適用し、溢流によって生じる流体力を運動量理論によって算出し、流量の連続の関係式と下流タンクのスロッシングの運動方程式を連立させて、不安定振動の発生条件式を導くことに成功した。その結果、自励振動の発生振動数は、下流タンクのスロッシングの1次固有振動数に等しいこと、ある範囲の落下高さの時に自励振動が発生すること、流量が多くなるほど自励振動が発生する落下高さの幅が狭くなることが明らかになった。結果は計算結果とよく一致し、理論の妥当性が検証された。平成2年度の研究では、ステンレス製の薄肉同心多重筒堰で仕切られた円筒形水槽とアルミ製の薄肉平板堰で仕切られた矩形水槽の2種類の実験装置を製作し、流量と落下高さをパラメ-タとして振動の発生条件を探るための実験を行なった。特に矩形水槽においては、同一流量のもとで、流力弾性振動モ-ドからスロッシングに移行する場合が観察された。また、理論的な研究では、自由液面と円筒堰を連続体として扱う一段階前のモデルとして、自由液面の振動を耐震設計で用いられるハウスナ-モデルで置き換えて(すなわち、矩形水槽の中心に筋が一つだけ現われる対称一次モ-ドを等価なバネ-マスモデルで置き換えて)、スロッシングモ-ドの解析を行なった。この計算によってスロッシングモ-ドの不安定振動の発生は、堰板の肉厚および供給側液体の液面と回収側液体の液面の液面間の距離にのみ依存し、流量にはほとんど依存しないことが明らかになった。また、流量は振動が発生した場合の振幅に影響を与かるだけであることも明らかになった。さらに、自由液面の振動を、等価な質量とバネから構成されるモデルで置き換えたハスウナ-モデルがスロッシングモ-ドの発生機構を記述するために有効であることが明らかになった。

平成3年度は、自由液面の運動を連続体として取り扱う。具体的には、ポテンシャル理論を適用し流体力を算出し、不安定振動の発生機構について検討を行なう。フランスの高速増殖炉ス-パフェニックス1号炉で観察された溢流によって発生する堰の自励振動について研究を行なった。平成3年度は振動の発生機構の理論的解明を目的として、理論モデルの構築に重点を置いた研究を行なった。平成2年度の研究では、自由液面と堰を連続体として扱う一段階前のモデルとして、自由液面の振動を耐震設計で用いられるハウスナ-モデルで置き換え(すなわち、水槽の中心に筋が一つだけ現われる対称一次モ-ドを等価なバネ-マスモデルで置き換えて)、下流タンクに発生するスロッシングモ-ドの解析を行なったが、今年度の研究では、自由液面の運動と堰の変形を連続体として取り扱った理論を構築し解析を行なった。具体的には、タンク内部の液体の運動を記述するためにポテンシャル理論を適用し、溢流によって生じる流体力を運動量理論によって算出し、流量の連続の関係式と下流タンクのスロッシング運動方程式を連立させて、不安定振動の発生条件式を導くことに成功した。その結果、自励振動の発生動数は、下流タンクのスロッシングの1次固有振動数に等しいこと、ある範囲の落下高さの時に自励振動が発生すること、流量が多くなるほど自励振動が発生する落下高さの幅が狭くなることが明らかになった。理論の妥当性を検証するためアルミ製の薄肉平板堰で仕切られた矩形水槽を製作し、流量と落下高さをパラメ-タとして振動の発生条件を探るための実験を行なった。実験結果は計算結果とよく一致し、理論の妥当性が検証された。
気候変動の緩和策・適応策における農業技術展開と持続的な農村形成に関する研究

本研究は農業技術が持続的な農村発展にどのように寄与するのか農村主幹産業や環境問題を対象として総合的に分析した.自立的な農村地域のマネジメントを検討する上で,勘案されている気候変動対応策,水環境保全対策,再生可能エネルギー政策などの環境政策の意義について,動学的一般均衡モデルをはじめとする数理的手法によって明らかにした.また農村の産業衰退の実証分析を通して,長引く経済低迷をもたらした原因を明らかにした.そこでは分析過程で生態系システムを考慮した資源管理が重要であることを示すとともに,生産技術や地域経済循環の影響についても明らかにした.本研究は農業技術が持続的な農村発展にどのように寄与するのか農村主幹産業や環境問題を対象として総合的に分析した.自立的な農村地域のマネジメントを検討する上で,勘案されている気候変動対応策,水環境保全対策,再生可能エネルギー政策などの環境政策の意義について,動学的一般均衡モデルをはじめとする数理的手法によって明らかにした.また農村の産業衰退の実証分析を通して,長引く経済低迷をもたらした原因を明らかにした.そこでは分析過程で生態系システムを考慮した資源管理が重要であることを示すとともに,生産技術や地域経済循環の影響についても明らかにした.気候変動が農業に与える影響を地域レベルで評価するため、以下に示す通り係る影響因子の抽出とそのデータベースを作成した.(1)農業活動インベントリの整理主に稲作を対象とし、コメ収量に対する影響因子を気象、栽培技術(保全型農業を含む)とし、生産活動において環境中に排出される温室効果ガス、水質汚濁物質についての排出負荷原単位を統計既存研究情報に基づいてまとめた.ただし施肥における温室効果ガス排出については、対象地域において温室効果ガス排出が有意とみなせない先行研究結果に基づいて環境負荷因子として取り扱わないこととした.これらは農作物生産に要する土地、その他資源(水利施設に起因する地域用水賦存量を含める)変数として、後のCGEモデルに用いる資源や排出量に関する変数とした.(2)地理情報システム(GIS)を援用した地域環境、社会、経済情報のデータベース化過疎化、高齢化が危惧される農村地域を対象として、流域の環境社会経済システムモデル構築のための長期データベースを構成する大気、水環境負荷源となる民生、産業部門の規模推定を行った.規模推定では、作成したデータベースは各種資料の定義の違いから、地点負荷情報が統一されていない.そこでGISシステムにより3次メッシュを用いて各種負荷源データベースを統合する作業を行い、過去30年分の環境負荷量を流域内任意地点において評価できるシステムを開発した.特に産業活動規模の推定では小地域レベルにおける精度が要求されるが、非公表データ取り扱いが問題となる.従来RAS法により非公表データ部の推定が行われるが、推定された生産額は小地域別の事業所数順位と整合しないことが明らかとなった.そこで事業所数を重み付けとする乗数法を定式化し、妥当な推定結果を得た.(1)低炭素灌漑技術法・再生可能エネルギー技術を考慮した産業部門別環境負荷量原単位の推計将来の高齢化過疎化が深刻と予想される地域をピックアップし,過去の都道府県版産業連関表を用いて農林漁業、エネルギー部門に焦点を当てた市町村版産業連関表を作成したこの作業は現在普及途上にある環境保全型農業の技術を考慮した産業連関表の更新作業に対応するものである.これまで環境負荷原単位を水質汚濁物質について推計した.別途過去30年分の産業,土地利用動態を地理情報システムを援用して開発し,排出負荷原単位と統合して排出量を推定可能にした.(3)動学的一般均衡モデルによる漁業不振の原因分析農漁村存続や生物資源絶滅の危機に瀕している地域をケーススタディとして,それらの原因分析に当たり社会システムモデルを開発した.その際、他産業や他地域との関連性を考慮する2国モデルを仮定した.漁業の資源量推定式にはPrey-Predatorモデルを考慮した.観測が困難な複数魚種資源量を推定するために,長期漁獲量を観測値としてモデルパラメータを推定した.モデルは2地域の漁業部門やその他部門の生産量、生産額を良好に予測できた.本モデルにより種苗に混入した外来種の存在や,それを知らない漁業主体の過剰漁獲と,併せて生じた労働投入減少が定量的に示され,総合的な漁業不振の実態が示された.またシナリオ分析を行い,種苗が放流ない場合は,短期間の漁獲量制限努力を経て資源回復がなされた可能性と,それに伴う漁業生産の損害額を定量的に示した.気候変動緩和策であり,農村の地域振興策として注目される小水力発電普及施策を評価するため,産業連関表ベースのトップダウンモデルと再生可能資源エネルギー技術の投入産出構造を個別に扱うボトムアップモデルを統合する計算法を開発した.市販計算ソフトウェアに依存しない,乗数法を適用した計算アルゴリズムを起用し,RPSやFIT制度下の一般均衡モデルを解くことを可能にした.また不確実下の再生可能資源量の推定を行うことは世界中で続発する漁業崩壊問題の原因を明らかにするとともにその持続的な資源管理法の見直しに資する.そこで観測誤差とシステム誤差を情報の不確実性と捉え,拡張カルマンフィルタを適用して,確率論的に生物資源経済モデルが逐次型の動学的一般均衡体系下で推定できることを示した.そのため漁業資源モデルと地域交易モデルに含まれるパラメータが生産量で結び付けられることに注目して拡張生産量を導入し,資源量を状態変数とする状態空間式を定義した.また,モデルには海洋生態系システムを捕食者ー被食者モデルを考慮した.一方で,資源量だけではなく産業技術水準の経年変化を推定するためのモデル構成を整備した.

これは海洋資源にとどまらず高度な技術の急速な発展が資源枯渇を加速化する既往研究の裏付けを定量的に評価可能にするためである.構築した資源評価モデルを一つの実証分析に適用した.そこでは日本のアサリ漁業の不振問題を取上げ,人為的な漁業管理によって捕食者が侵入し生態系を改変した可能性と,その資源回復施策が取られない原因として,技術水準が経年低下し,付加価値の相対的に低い資源においては資源管理のインセンティブが環境経済的に働きにくいことを明らかにした.さらに気候変動に伴う適応策として漁獲魚種の変動を想定した場合に,気候変動の影響の少ない,相対的付加価値の低い魚種の漁業予測もモデル検討するよう改良した.過疎化高齢化が進む農村地域の環境社会経済アセスメントの基礎情報となる市町村社会会計表の推定は、その方法や精度の検証作業を終え、合理的な結果を得た点で順調であるといえる.得られた社会会計表を用いた実証分析を漁業資源問題に適応した,発展研究も行うことができた.環境政策変数とリンクする排出負荷量の推定については、特に農業生産技術と温室効果ガスにおいては排出ガス存在の有意性の是非では先行研究を含め大きく意見が分かれるところである.この結果問題となる推定量のばらつきを前提とした評価方法については継続的に検討する必要があるが,概ね計画通りに進んでいるといえる.24年度が最終年度であるため、記入しない。農村地域に自然エネルギーした場合の産業連関モデルを作成し,農村地域における新技術と環境保全型農業導入が気候変動下の緩和策への貢献度を定量的に分析する予定である.また漁業資源モデル推定は価格固定でのものであったため,動学的確率論的一般均衡モデルとしてモデルパラメータを推定できるように改良する予定である.24年度が最終年度であるため、記入しない。
クラスレート系化合物の物質探索

高温高圧条件を用いて,新規シリコンクラスレート系化合物の物質探索を行った。Na-Si系におけるタイプII型クラスレートの単結晶育成と構造解析に成功した。La-Si2元系およびCa-Al-Si, Mg-Al-Si3元系においても,新規高圧相化合物を発見し,構造と超伝導特性を調べた。シリコンクラスレート化合物に類似する炭素クラスレートの実現を目指して,フラーレンC_<60>の3次元重合体を高圧合成した。半導体的クラスレート化合物を合成し,熱電変換機能を高めるとともに,その機能発現機構を解明した。とくにI型構造のBa_8Ga_<16>Sn_<30>およびVIII型構造のBa_8Ga_<16>Sn_<30>について詳細に調べた。(1)ユビキタス元素(C, B, N, Al, Si, P, Ge,Snなど)は指向性の強いsp3混成軌道により三次元ネットワークをつくり易い。この特性を用いて,クラスレートと呼ばれるカゴ状ナノネットワークを構築し,新規機能材料の創製を目指す。(2)カゴの中に種々の原子を閉じ込めることにより,あるいはネットワーク原子の同形置換により,半導体から,金属,超伝導体におよぶ多彩な物性示す新規クラスレートを設計する。(3)内包される原子とカゴの大きさのマッチングを調整することにより,高効率の熱電変換材料を探索する。(4)極めて多彩な物性が期待できるユビキタス元素から構成されるクラスレート化合物について,構造設計・合成と物性探索の両面から総合的に研究を推進する。1. Ca-Si 2元系について.高温高圧合成を行い,.新規シリサイド相の探索を行った。Ca-Si 2元系では、これまで、CaSi_2が最もSiリッチな相であっだが、新たに、LaSi_5と同形と思われる超伝導相CaSi_5を発見し、LaSi_5との固溶体生成についても調べた。急冷と徐冷では、物性が大きく異なる別の結晶相を生じることを見いだした。2. C_<60>モノマー結晶を15GPa.550°Cの高温高圧処理により、面心立方晶の3次元ポリマーを合成した。単結晶構造解析と分子動力学計算を用いて、この結晶は空間群R3の3次元ポリマーで、向かい合うC_<60>分子の炭素5員環が[3+3]付加により、面内で連結し、この層が5/6員環の共有エッジで[2+2]付加により3次元構造を構築することを明らかにした。3次元ポリマーはc-BNに匹敵するマイクロビッカース硬度を有し、半導体である。3. Ba_8Ga_<16>Sn_<30>のα相とβ相の単結晶育成に始めて成功し,構造解析によりβ相の14面体中でBaは中心から0.43AKもずれた四つの位置を占めることを明らかにした。低温の格子熱伝導率はタイプ1クラスレートの中で最も小さいだけでなく,低熱伝導の典型物質であるシリカガラスの値よりも小さいことが判った。その原因は,分裂サイト間のBaゲストのラットリング/トンネリングがケージフレームの音響フォノンを激しく散乱するためであると結論した。4.タイプIクラスレートの格子熱伝導率を統一的に理解するために,14面体中におけるゲストの可動長という量を導入した。17種類の化合物の150Kでの格子熱伝導率は,可動長が増大するにつれて直線的に減少することが判明した。この普遍的な関係は,ラットリングが格子熱伝導率を抑制していることを反映しており,熱伝導率の更に低い熱電クラスレート創製の指針を与える。1. La-Si二元系について, 12-15GPaにおける高圧状態図を実験的に作成した。常圧ではLaSi_2が最もSi含有量の多い化合物であるが超高圧を用いることにより, LaSi_5およびLaSi_<10>の新規化合物が得られた。それぞれ, 980°Cと750°Cに分解溶融点を有する化合物であるが,単結晶の合成に成功し, X線構造解析を行った。LaSi_5はSiからなるポリアセン構造を含み,急冷相(α相)と徐冷相(β相)が存在する。β相ではSiがdisorderしている。α-LaSi_5はTc=10.5Kで, LaSi_<10>はTc=6.7Kで超伝導体となることを見いだした。LaSi_<10>はLaを内包するSi_<18>多面体が連結する新規クラスレート構造を有する。La@Si_<18>ケージ構造は先に高圧合成して得られたBaSi_6に含まれるBa@Si_<18>

多面体と興味有る類似性があることを指摘した。高温高圧合成は新規クラスレートの探索において,極めて有力な手段である。2. I型クラスレートA_8Ga_<16>Ge_<30>(A=Ba, Sr, Eu)の内包原子とカゴのGa原子の電子状態を放射光X線光電子分光によって調べた。14面体中のゲストの電子状態はA=BaとA=Srでは異なり,しかもカゴのGaの配列も異なることが判明した。この結果は,ケージのGa-Geの配列がゲスト原子に強く依存することを意味する。3. I型Ba_8Ga_<16>Sn_<30>の熱伝導率はn型p型に拘わらず,同型のもののなかで最も低く,ガラスに似た温度依存性を示す。この原因を比熱測定とラマン散乱によって調べた。Baゲストの非調和振動の特性エネルギーとカゴの振動エネルギーは他のI型よりも著しく低いことが判った。ゲストの非中心サイト間の運動が音響フォノンを効果的に散乱し,低温での熱伝導率を抑制すると結論した。高温高圧条件を用いることにより,あらたに三元系化合物Ca_2Al_3Si_4を発見し,単結晶構造解析に成功した。構造は複雑であるが,カルシウム原子に着目すると,リンの高圧相である黒リンと同形である。黒リン構造のCa層と[Al_3Si_4]が互いに入り組んだ構造である。この化合物はT_c=6.4Kに臨界温度を示す超伝導体であることを見いだした。2.ナトリウム内包シリコンクラスレートの高圧合成と単結晶構造解析ナトリウム原子を内包する16面体ケージを有するタイプII型シリコンクラスレートNa_<24>Si_<136>の単結晶を高圧合成することに成功した。単結晶構造解析によって,内包されるNa原子は8箇所のオフセンター位置を占めることを明らかにした。3. Si及びSnベースのクラスレート単結晶を育成しその熱電物性(電気抵抗率ρ,熱電能S,熱伝導率κ)を調べた。(i)安価で軽い元素のみで構成されるI型Sr_8Al_<11>Si_<35>の単結晶を育成し,熱電物性を調べた。室温でのρ=0.3mΩcmとS=10μV/Kは金属間クラスレートとしては小さく,室温での熱電変換無次元性能指数ZTは高々0.1であった。(ii)Kを内包するK_8Ga_8Sn_<38>単結晶の育成に成功した。単結晶構造解析によって、ゲストがカゴの中心で大振幅振動していることを確かめた。静電ポテンシャルの計算ではカゴの中心に最小が確認された。室温での熱電変換無次元性能指数ZTは高々0.1であった。山中昭司(研究代表者)1.ナトリウム含有シリコンクラスレート単結晶の高圧合成と構造評価5GPa,800-1000°Cの高温高圧条件下でNa含有シリコンクラスレート単結晶の合成に成功した。タイプI型はNa_8Si_<46>の定比組成で,格子定数も常圧で得られる試料と変わらないが,タイプII型は組成がNa_<29>Si_<136>で,常圧で得られる最もNa含有量の多いNa_<24>Si_<136>に比較してもNaが過剰であり,格子定数も大きい。構造解析から,余分なNa原子は,16面体ケージにNa-Na対として取り込まれることをを明らかにした。同じケージに2個の原子が取り込まれた最初のシリコンクラスレート化合物として注目できる。