hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
蛋白工学とクライオ電子顕微鏡を用いた分子立体構造に基づくタンパク質モーター機構の研究

外側のドメインの中でも、第4サブドメインのセリンに富むループ(SRL)の近傍のアミノ酸がトロポミオシン結合にとって、重要であると特定出来た。アクチン・トロポミオシン・トロポニンから再構成した細いフィラメントの三次元構造をCaイオンの有無で比較したとき、Caイオンが存在するとき密度で増える領域と、上記のセリンに富むループ(SRL)とは良く一致するので、この部位をトロポミオン結合部位とすべき根拠はより深まった。Caイオンが存在しない時は、外側のドメントの密度が有意に上昇することは既に確立したが、天然の細いフィラメントでも同様の結果が得られた。
好ましい寝室の温熱環境条件および機器設計に関する基礎的研究

本研究は,入眠および深睡眠を促進し,快適な睡眠が得られる環境づくりを目的として,おもに冬期における入床時の皮膚温と入眠潜時との関係および睡眠経過について検討し,これまでの研究で得られた夏期・秋期の結果を総合して,質のよい睡眠が得られる温熱条件およびコントロールのあり方を導き出した。環境条件を冬期の室温として13°Cに設定し,女子大学生を被験者として終夜睡眠実験を行った結果,電気毛布で入床時まで予め寝床内を加温した場合と,しない場合とでは入眠および睡眠経過に差が認められ,予め加温した場合のほうが末梢部(とくに足部)の皮膚温上昇が早く,REM睡眠の持続時間も長く,秋期と類似した睡眠経過が得られ,入床時における寝具の加温効果がその後の睡眠経過にも認められた。また,熱流量の測定から室温が低い場合には身体からの熱損失が大きく,コア温(直腸温)の低下が大きくなるという傾向が認められた。夏期において室温29,30°Cの暑熱環境下で,不感気流に近い微気流を頭部または足部に暴露することにより入眠時のコア温下降が促進,低いレベルで安定し,皮膚温は高めに保たれ,微気流による局部冷却は乾性放熱を促進させ,睡眠ステージの安定化も図れた。冬期における足部の加温,夏期における冷却はいずれも睡眠時の放熱を促進させるために効果があり,この目的に合致した制御機器についての研究が今後の課題である。本研究は,入眠および深睡眠を促進し快適な睡眠が得られる環境づくりを目的として,睡眠リズムを整える皮膚温条件について,(] SY.encircled1.[)寒冷な冬期においては頭寒足熱,つまり温度の低い末梢部を加温することにより入眠を促進することができる,(] SY.encircled2. [)夏期の暑熱環境下では,額部または末梢部からの放熱を促進することにより,入眠を促し安定した睡眠が得られる,という2つの仮説に基づいてその検証を行うべく環境条件を種々コントロールし,男女被験者を対象として実験を行っている。まず,(] SY.encircled1. [)冬期においては,室温13°C環境において,電気毛布で予め寝床内を加温した場合と加温しない場合とで比較を行い,加温した場合のほうが末梢部の皮膚温上昇が早くREM睡眠の持続時間も長く,秋期と類似した睡眠経過が得られた。また,熱流量の測定から室温が低い場合には寝具を加温しないと身体からの熱損失が大きく,コア温(直腸温)が低下しすぎるという傾向が認められた。次いで(] SY.encircled2. [)夏期の暑熱環境下において室温を28,29,30°Cに設定し,前額部または下腿部に気流(0.4m/s)を暴露,気流なしの3条件により比較検討した。その結果から,気流なしの状態では気温が高い場合(29,30°C)には,直腸温の下降速度が遅く,その程度も約0.2°Cと少なく,発汗による湿性放熱量を増加させて体温調節を行っており,睡眠ステージが不安定でREM睡眠や深睡眠の持続時間の減少や中途覚醒の増加などがみられた。これに対し気流を当てた時には,直腸温の下降速度が速く,発汗が減少し平均皮膚温が高く保たれ,睡眠ステージも安定することが明らかになった。このように,気流による前額部または下腿部の局部冷却は,乾性放熱を促し比較的質の良い眠りが得られ,微弱な気流で暑熱環境を緩和させる効果が認められた。今後は,環境温度と気流との関係についてさらに詳しく検討を加えるとともに,輻射冷却の効果についても検討する予定である。本年度は,中間期(秋期)および冬期の睡眠について昨年度と同様な方法で皮膚温,直腸温に焦点を当て,温熱生理学的に好ましい睡眠経過が保たれる条件を導き出すとともに,昨年度に行った夏期における実験結果と総合して,入眠および深眠を促進し,睡眠リズムを整える皮膚温条件についての仮説を検証する。

中間期における測定結果から,睡眠中の皮膚温および直腸温の挙動において,入眠から深眠期における各部位の変化は,昨年度夏期に行った気流暴露実験と同様に,額および直腸温の低下と末梢部皮膚温の上昇が明確に認められた。このことから,夏期の暑熱環境において微気流により放熱を促す方法が,温熱生理学的に好ましい効果をもたらしていることが検証され,省エネルギーの面からも好ましい方法であることが明らかとなった。さらに,冬期寝床内を加温することによる入眠および深眠への効果について検討し,上記の仮説を検証するとともに,睡眠の温熱生理学についての新しい知見を確立し,さらに,睡眠環境機器設計のための基礎的資料を導き出す予定である。
火山性大気汚染の人体影響に関する研究

火山活動の被害は一般には自然災害として認識され、大気汚染の立場から人の健康に対する影響に関心が向けられることは少ない。これに対して桜島火山は殆ど連日の噴煙活動を続けており、噴石被害の外にも人の健康に対する影響も考えられる。本研究は、鹿児島県の人口動態統計を用いて、桜島火山を中心とする同心円で区分した地域の死亡像、死亡率の年次的変化、さらに週単位での死亡数の変動を調べ、桜島火山との距離関係や高度の火山性大気汚染が出現した時の死亡数の変動に対する影響を短時間ベースで検討した。また、桜島町の国民健康保険加入者について、医療機関における呼吸器系疾患の受診内容から呼吸器疾患の罹病,有病率を調べ、対照地域としての大浦町の場合と比較検討した。結果の概要は次の通りである。(1)桜島から距離30km以内の区分地域においては、気管支炎,肺気腫,インフルエンザによる死亡実数は期待数を有意に上廻った上、これら疾病のSMRには桜島からの距離に関して勾配関係が見られ、さらに、桜島に近い地域では、気管支炎,喘息及び肺気腫を併せた呼吸器疾患の年次別訂正死亡率は、火山の爆発回数がピークを示した年に一致して上昇した。これらのことから、火山活動による大気汚染が呼吸器疾患の死亡を高めていることが示唆された。(2)死亡数の週変動からは、1時間値で0.2ppm以上の【SO_2】濃度が出現した週の次週には一過性の死亡数増加が見られ、高度の火山性大気汚染で過剰死亡がおきている可能性が疑われた。(3)医療機関における受診状況からは、櫻島町では、気管支炎,喘息の罹患,有病率は櫻島町の方が対照の非汚染地域より高く、殊に、喘息の月別受診件数の変動は浮遊麈濃度或いは降灰量よりも、【SO_2】濃度と有意の正相関々係を示し、季節的な変動というよりも、火山性大気汚染の影響を反映していることが示唆された。
国際金融市場の信用膨張・収縮が日米企業の国際競争力に及ぼす影響に関する実証研究-日本企業とアメリカ企業との財務構造に関する比較研究を中心として-

本年度の研究調査は、科学研究費によって東京へ数回にわたって出張し、日米の金融機関、製造業企業のヒアリングを重ねることによって、日米企業の国際競争力の推移に果たした資本コストの影響について事実調査を続けた。それによって、いわゆるバブル崩壊によって日本企業の資本調達コスト上昇がきわめて顕著で、銀行等の金融機関からの借入には製造業企業はきわめて消極的であり、と同時に金融機関は貸付けに消極的であり、いずれの面からも一種の信用収縮がうかがえた。それによって、アメリカ企業との国際市場での競争という面からも、一時とはうって変わって自信の無さが目だった。それと、資本コストの上昇、株価下落にともなって、一部でいわゆる「株式の持ち合い崩れ」が生じていることが実感できた。これは、手持ちの株式を売却することによって資金手当てを行なっていること、それがたとえ銀行株式といえども例外でないことをヒアリングすることができ、金融市場、企業間関係の部分で、相当な日本的経営の変化がうかがわれた。この点を銀行側からいうと、不良債権問題が深刻で、そこからの立直りが容易ではないという感触を関係者からのヒアリングで受けることができた。ただ問題は、株式の持ち合いが崩れつつあるとはいえ、一体どういう企業構造が近い将来の企業関係としてイメージされるのかは定かではない。そこで、アメリカにおける「東アジア・モデル」と「アングロ・サクソン・モデル」との相違、あるいは収斂するのかどうかという議論が興味深い。「東アジア・モデル」は、日本も含めて、どういう特徴があり、その欧米の「アングロ・サクソン・モデル」との共生は可能かどうかに、今後議論が推移していくものと予想される。アジアの金融市場の活況を背景にしたアジア像の転換が進むなか、日本的経営とアジア・モデルとの相違と共通性の吟味、さらには双方のモデルの相互浸透という局面に研究を深めていくことを報告者は計画している。
高齢者自主グループの運動を普及・継続するための仕組みづくり：住民参加型の実証研究

本研究はグループで自主的に運動を継続することが、個人の身体機能・精神的健康の改善、社会的つながりの強化を通じて、ポピュレーションレベルでの身体活動促進と介護予防につながることを仮定した。藤沢市老人クラブ連合会(市老連)と共同で、住民参加によるグループ運動開始・継続のための仕組みづくりとその効果(質問紙調査とワークショップ)および短時間・低強度運動プログラムのフレイル予防効果(クラスターランダム化比較試験: cRCT)について検討することを目的とした。2018年度は、各クラブのグループ運動の実施状況および会員個人の身体活動、健康状態、社会的つながり等を質問紙で調査した。対象は全クラブ(124クラブ)、全会員(6,276名)とした。調査実施にあたっては、89月に常任理事会および全15地区の代表者会議で説明し、質問紙を配布した。回答数は、クラブ向け調査では全124クラブ(100%)と未加入3クラブの合計127クラブ、会員個人向け調査では退会、死亡等の437名を除いた5,839名に配布し、4,102名(70.3%)であった。ワークショップは、上記調査結果を踏まえ、2019年度に全15地区を対象に開始する予定である。2018年度は各クラブの代表者が参加する講座で短時間・低強度運動プログラム「ふじさわプラス・テン体操」(Osawa et al. 2015)と開始・継続のためのルール(自生した約束や決まり事)・ロール(自主的な役割)・ツール(役立つ道具や資源)を掲載したグループ運動ガイド(齋藤ら. 2018)を紹介し、2019年度に各地区でワークショップを行うことを案内した(全3回、参加者177名)。cRCTは、市老連事務局と2019年度実施に向けて計画・調整を行った。倫理的配慮については、慶應義塾大学大学院健康マネジメント研究科研究倫理審査委員会より承認を得た(受理番号2018-14)。クラブ向け質問紙調査では、すべてのクラブから回答があった。全会員を対象とした質問紙調査は、70.3%の回答率であった。市老連事務局が行う会員個人への調査では、通常1030%の回答率とのことであったため、本研究への強い関心が伺えた。また全15地区に出向き、研究の趣旨を丁寧に説明したことで、理解を深めていただいたことが高い回答率に繋がったと考える。クラブ向け・会員個人向けともに、データの入力作業とクリーニングがおおよそ終了し、解析を進める準備ができた。グループ運動開始・継続のための仕組みづくりでは、上記グループ運動ガイドを活用したワークショップの開催を予定している。当初計画では2018年度から実施予定であったが、市老連事務局との調整により、段階的に進めることとした。2018年度は市老連主催の介護予防講座で運動プログラムとグループ運動ガイドの紹介、2019年度のワークショップ開催案内を行った。講座には各クラブの役職者が多く参加しており、2019年度実施に向けた基盤ができた。cRCTについても2018年度に実施予定であったが、クラブ向けアンケートの回答に時間を要したため、市老連事務局と協議して、2019年度に実施することした。2019年度初頭に、上記質問紙調査の結果と併せて説明と募集を行う予定である。上記グループ向け調査については、すべてのクラブにおけるグループ運動の状況を把握することが可能となった。各クラブのグループ運動の実施状況を把握し、ワークショップおよびcRCT実施の際の基礎資料とする。個人向け調査については、身体活動・グループ運動と健康状態(フレイル、精神的健康)との関連を社会とのつながりや基本属性を考慮して横断的に解析する。並行して、2020年度に予定している追跡調査の準備を行う。2019年度から2020年度にかけて全15地区でワークショップを行う。ワークショップでは、グループ運動ガイドを用い、グループ運動開始・継続のためのルール・ロール・ツールの抽出や整理を行い、グループ間で共有をして、円滑な活動を促進する。その後のフォローアップは、藤沢市のグループ運動登録制度事業とも連携し、持続的な活動のための基盤を形成する。cRCTについては、定期的にグループ運動を実施していない(月2回未満)クラブを対象とする。ベースラインの評価実施後に、介入群と対照群の2群に無作為に割り付け、10週間の介入を実施する。主要評価項目は2ステップテストとする。副次評価項目は基本チェックリスト、健康関連体力(握力、通常歩行速度、開眼片足立ちテスト、CS-30テスト、体組成)、加速度計による身体活動量、認知機能(CADi2)、精神的健康状態とする。介入終了後は、介入における効果測定のための評価を行う。ワークショップ・cRCTの実施にあたっては、藤沢市の担当課および市内の実践機関である藤沢市保健医療財団との連携体制が構築できており、円滑に遂行できる体制が整っている。

対象は全クラブ(124クラブ)、全会員(6,276名)とした。調査実施にあたっては、89月に常任理事会および全15地区の代表者会議で説明し、質問紙を配布した。回答数は、クラブ向け調査では全124クラブ(100%)と未加入3クラブの合計127クラブ、会員個人向け調査では退会、死亡等の437名を除いた5,839名に配布し、4,102名(70.3%)であった。ワークショップは、上記調査結果を踏まえ、2019年度に全15地区を対象に開始する予定である。2018年度は各クラブの代表者が参加する講座で短時間・低強度運動プログラム「ふじさわプラス・テン体操」(Osawa et al. 2015)と開始・継続のためのルール(自生した約束や決まり事)・ロール(自主的な役割)・ツール(役立つ道具や資源)を掲載したグループ運動ガイド(齋藤ら. 2018)を紹介し、2019年度に各地区でワークショップを行うことを案内した(全3回、参加者177名)。cRCTは、市老連事務局と2019年度実施に向けて計画・調整を行った。倫理的配慮については、慶應義塾大学大学院健康マネジメント研究科研究倫理審査委員会より承認を得た(受理番号2018-14)。クラブ向け質問紙調査では、すべてのクラブから回答があった。全会員を対象とした質問紙調査は、70.3%の回答率であった。市老連事務局が行う会員個人への調査では、通常1030%の回答率とのことであったため、本研究への強い関心が伺えた。また全15地区に出向き、研究の趣旨を丁寧に説明したことで、理解を深めていただいたことが高い回答率に繋がったと考える。クラブ向け・会員個人向けともに、データの入力作業とクリーニングがおおよそ終了し、解析を進める準備ができた。グループ運動開始・継続のための仕組みづくりでは、上記グループ運動ガイドを活用したワークショップの開催を予定している。当初計画では2018年度から実施予定であったが、市老連事務局との調整により、段階的に進めることとした。2018年度は市老連主催の介護予防講座で運動プログラムとグループ運動ガイドの紹介、2019年度のワークショップ開催案内を行った。講座には各クラブの役職者が多く参加しており、2019年度実施に向けた基盤ができた。cRCTについても2018年度に実施予定であったが、クラブ向けアンケートの回答に時間を要したため、市老連事務局と協議して、2019年度に実施することした。2019年度初頭に、上記質問紙調査の結果と併せて説明と募集を行う予定である。上記グループ向け調査については、すべてのクラブにおけるグループ運動の状況を把握することが可能となった。各クラブのグループ運動の実施状況を把握し、ワークショップおよびcRCT実施の際の基礎資料とする。個人向け調査については、身体活動・グループ運動と健康状態(フレイル、精神的健康)との関連を社会とのつながりや基本属性を考慮して横断的に解析する。並行して、2020年度に予定している追跡調査の準備を行う。2019年度から2020年度にかけて全15地区でワークショップを行う。
運動制御における小脳小規模回路の機能

運動制御における小脳皮質の機能的役割を明らかにする目的で、2光子イメージングを用い、運動課題実行中の小脳プルキンエ細胞の活動解析を行った。まず、小脳皮質の帯状構造を可視化することのできるマウスを用い、小脳皮質の機能単位である微小帯域の機能イメージングを行った。2光子カルシウムイメージングにより、プルキンエ細胞の登上線維応答観察したところ、登上線維応答の同期性と帯状構造がを1細胞レベルで一致していることが明らかとなった。また、覚醒状態のマウスでこの同期性と帯状構造の一致がどのようになるかを調べたところ、帯状構造をまたいで複数の微小帯域が協調して働いていることが明らかとなった。この結果は、小脳皮質微小帯域と登上線維の関係は投射パターンによって厳密に決まっているものの、脳の覚醒状態や行動状態によって、それらの間のカップリングを柔軟に変化させて、情報処理を行っていることを示唆している。次に、微小帯域の運動制御・運動学習における機能的役割を明らかにするために、頭部固定下のマウスで運動課題を学習途中に、GCaMPによるカルシウムイメージングにより、同一個体で経時的に小脳プルキンエ細胞の活動を観察した。その結果、運動開始のタイミング制御に関わると考えられる活動や、運動の結果としての感覚フィードバックを表現していると思われる活動などが観察され、それらの活動が学習の過程で変化すること、運動や感覚情報を担う機能的微小帯域と帯状構造とが一致していることなどが明らかになりつつある。レバー引きなどのより複雑で精緻な多関節前肢運動についても、同様の実験をおこなっており、これらの実験を通して運動制御・運動学習の基盤となる小脳皮質小規模回路の機能的役割を明らかにしていく。26年度が最終年度であるため、記入しない。微小帯域活動の可視化これまでに、分子発現をマーカーとした遺伝子改変マウスを用いて、麻酔下のマウスで、プルキンエ細胞における登上線維応答と微小帯域の関係を単一ニューロンレベルで明らかにすることに成功した。In vivoカルシウムイメージングにより、プルキンエ細胞の自発活動を観察し、プルキンエ細胞活動の同期性とaldolase C発現をマーカーとした帯域構造の間に1細胞レベルで高い相関があることを明らかにしている。さらに、感覚刺激に対する応答においても、プルキンエ細胞の同期性がaldolase C発現の境界と一致していることを見出し、覚醒下では異なる微小帯域同士が同期して活動することを明らかにした。運動課題遂行中の小脳微小帯域活動を観察するための実験装置を開発し、運動と微小帯域活動との関係について、2光子カルシウムイメージングによる解析を行った。シンプルなGo/No-go課題において、トライアルタイプ(Hit, Correct rejection, False alarm)によって、プルキンエ細胞の登上線維応答に違いが見られることが明らかとなり、プルキンエ細胞の集団活動がマウスの運動情報とともに意思決定に関わる情報をコードしている可能性が示唆された。新規カルシウム指示薬の機能評価覚醒下での効率的なイメージングのために、新規カルシウム指示薬(Cal-520)の機能評価を脳スライスおよびin vivoで行った。その結果、Cal-520は従来のOGB-1と比較して、活動電位発生に対するシグナル変化が大きく、減衰時定数も短いことが明らかとなり、極めて有用な指示薬であることを確認した。交付申請書に記載した本年度の研究実施計画について、その目標をほぼ達成しており順調に進行している。本研究に必要な技術開発(運動課題装置、ウイルスベクターによるカルシウムセンサーの導入、課題実行中のマウスにおけるカルシウムイメージング)はすでに完了し、実験を集中的に行っている。今後、これらの実験をさらに推進していくとともに、オプトジェネティクスを導入して、本研究の目的である、小脳微小回路の生理的意義について明らかにしていく。
脳の光学的測定領野内からの脳波同時計測や電気刺激を目的とした曲面状透明電極の開発

膜電位の光学測定中に、測定領野内から表面脳波を記録することが出来る透明電極を開発した。成体ラット大脳の曲率にフィットしたガラス製平凹レンズの曲面にガリウム添加酸化亜鉛の透明導電膜を付着させ、電極部分以外を二酸化ケイ素膜で絶縁した構造を有する。これを、光学的に膜電位を測定するシステムに導入することにより、光学記録に混入してくる心拍動に伴うアーティファクトを、劇的に減少させることに成功した。初年度の本年は計画通り、成体ラット脳の感覚運動野の曲率半径約20mmによくフィットするように、凹面の曲率半径が20mm、中央部分の厚さ(Tc)が頭蓋骨表面から脳表面までの距離である2mm強以上ある平凹レンズを電極のベースに用いて、曲面状透明電極を試作した。Tcが2mmもある厚手の平凹レンズは市販されていないので、直径10mm、焦点距離10mm、Tcが3mmの市販の凹面鏡を購入し、平面部を鏡面研磨し、凹面部に蒸着してあるアルミを酸で除去することにより、所定のサイズの平凹レンズとした。ラット脳正中部には太い血管が前後方向に走っていて、頭頂部の頭蓋骨を正中部を含めて除去することは極めて困難であるため、平凹レンズを中央で切断し、半円形の形状とした。この電極基板である平凹レンズの円周部分の角を丸めてから、レジストで5つの扇形に分け、凹面部および側面全体に透明な導電体であるガリウム添加酸化亜鉛(GZO)の薄膜をスパッターにより成膜した。レジストを溶剤で除去後、それぞれの扇形部分に1ヶ所、最終的にGZOを露出させて電極とする直径約300μmの部分を設け、ここと側面部下半分のGZO膜をレジストで覆い、レジスト以外の部分に二酸化珪素膜をスパッターにより成膜し、絶縁した。レジストを除去し、この処理を施した電極基板(半切した平凹レンズ)を支持用のガラス板に透明なシリコンゴムで貼り付け、側面のGZO膜が露出した部分に、導出線を銀ペーストで取り付けた。最後に、側面部下部を透明なシリコンゴムで被覆し、電極部分以外をすべて絶縁した。このようにして5つの電極を持つ曲面状透明電極を作製した。この透明電極を用い、ラット大脳皮質感覚運動野より光学的膜電位測定を行っている記録部位内の5ヶ所から、光学測定と同時に皮質脳波を記録することに成功した。昨年度は、成体ラット脳によくフィットするように平凹レンズを電極基板とし、スパッターによりガリウム添加酸化亜鉛(GZO)の透明導電性薄膜を付着させ、電極部分以外を二酸化ケイ素膜で絶縁した透明電極を開発した。しかし、この電極を刺激電極として用いる場合、電位を測定するときには電極にはほとんど電流が流れない為問題にならなかったことが電流を流すことで問題となってきた。その一つは、GZOは半導体である上膜厚が数百nmしか無い為抵抗が大きく、電流を流すと発熱し、電極部附近の二酸化ケイ素膜が破壊されてしまうことである。解決策として、絶縁膜に弾力性の高い紫外線硬化型の透明なレジストを導入することにした。直径100μm以下の電極部のみ硬化させない紫外線の照射方法として、最終的に、基板の平凹レンズと曲率が同じ凸レンズの曲面にマスクを書くことで大きめの紫外線非照射部分を作り、更にそこに顕微鏡用の対物レンズの拡大実像面にマスクを置き、上から紫外線照射する方法を開発した。もう一つは、現在透明導電体として用いている厚さ数百nmのGZO膜では、電極部の導電物質の電気化学的な量が8μC程度しか無いため、通常用いられるduration数msec、刺激強度20μA程度の電気刺激では100回にも満たない内に溶液中に溶出して無くなってしまう点である。解決策として、電極の大きさが光学測定の1つの領域よりかなり小さければ不透明であっても支障無いことに着目し、電極部分の露出しているGZO膜に銀ペーストを微細な針でつけ、熱処理することで、電極部分を銀で厚く覆う方法を現在試行中である。昨年度までに、成体ラット脳によくフィットする平凹レンズを電極基板とし、スパッターによりガリウム添加酸化亜鉛(GZO)の透明導電性薄膜を付着させ、電極部分以外を二酸化ケイ素膜で絶縁した透明電極を開発し、光学的測定中に光学測定している領野内からの膜電位測定が可能となった。今年度は、このデータを用いて皮質に電気活動が無いことを確認することにより、自発活動が見られる感覚運動野から、光学測定を行う時に問題となる心拍動のアーティファクトをほぼ自動的に取り除くソフトの開発に成功し、オフライン処理ではあるが、自発性の電気活動を含め、かなりのデータ処理を動物が生きている内に出来るようになった。一方、透明電極を電気刺激に用いることを可能にする改良は、当初の予想を超えて非常に難しいことが明らかになった。

結論としては、現在用いているGZO膜では刺激電極として用いる場合、そのまま電極のリード線とするには抵抗が大きすぎ、通常電気刺激に用いられるオーダーの電流を流した時、その発熱に耐える透明な絶縁体は、当初予定した弾力性の高い紫外線硬化型の透明レジストを含めて現時点では存在しないことが判明した。解決策としては、リード線に用いる透明導電体そのものの抵抗を1-2桁オーダー小さくすることが唯一の方法と考えられる。電極自体は小さくすれば不透明でも問題無いが、リード線は透明でなければならず、GZO以外の素材を用いるか、導電性の高い透明な導体でメッキする以外に道は無いと考えられたが、計画年度内にこの問題点を解決することは出来なかった。電極自体が電気分解されて解けて無くなる問題は、電極部分の露出しているGZO膜に銀ペーストを微細な針でつけ、熱処理することで、電極部分のみ透明では無いものの、少なくとも現在用いているピクセルサイズ(標本上で225μm四方)では、電極が含まれるピクセルからも光学記録が可能であった。
レソトにおけるジンバブエ移民行商人の会計方法にかんする人類学的研究

南部アフリカのレソト王国には、インフォーマルな行商をおこなうジンバブエからの出稼ぎ移民が多くいる。彼らはホウキやモップ、毛布など、さまざまな日用品を肩や背にかつぎ、都市部や農村部で売り歩く。とくに注目すべき点は、彼らの帳簿記録と支払い遅延への対処である。彼らが帳簿を記録するのは事業全体ではなく一部(掛売りをした場合のみ)である。また、代金の支払いが遅れた場合、顧客にたいする罰則などはなく、顧客よりもむしろ行商人の方が多くの労力や負担を負いながら未払金が回収される。本研究ではこうした彼ら独自の経営・会計方法について、現代社会の一般的な会計方法や財産管理の仕方と比較しながら明らかにする。
侵蝕段丘における基盤岩石の風化速度の野外測定

侵蝕段丘面下における基盤岩石の風化速度を表わす経験式の確立を目的として,房総半島および秩父盆地の侵蝕段丘面(計11段,離水年代:7070,000年)の段丘面下における基盤岩石の風化帯の厚さをボーリングおよび弾性波探査で測定し,次の結果を得た。1)侵蝕段丘面下という一定の風化環境における基盤岩石の風化速度,すなわち風化帯の厚さが時間とともに増加する速度,が次のように定式化された。dz_H/dt=0.4×10^<-3>t^<-0.27>,dZ_M/dt=1.1×10^<-3>t^<-0.30>,dZ_S/dt=2.8×10^<-3>t^<-0.37>,dZ_F/dt=4.6×10^<-3>t^<-0.32>.ただし,Z_H,Z_M,Z_SおよびZ_Fはそれぞれ基盤岩石の表面から強風化帯,中風化帯,弱風化帯および微風化帯の基底までの厚さであり,tは風化時間である。2)風化速度は時間とともに指数関数的に遅くなり,しかも微風化,弱風化,中風化,強風化と風化程度が高くなるほど,風化速度は遅いことが実証された。3)同一または類似の風化環境では,硬岩よりも軟岩のほうが、その風化速度が大きいことが実証された。4)風化物質の色調,節理間隔(割れ目),硬さなどに関する視察は,他の種々の定量的物性(縦波速度,横波速度,山中式貫入硬度,間隙径分布など)と比較することによって,かなり有力な分帯方法になり得る。4)崩壊発生などに重要な意味をもつ強風化を、弾性波探査によって検出するためには,縦波探査だけでは不十分であって,横波探査が有力であることが判明した。広い段丘面の下に比べて,段丘崖に近づくほど,風化速度が速いことが知られた。岩盤の風化速度をここでは「風化フロントが地表面に対して垂直方向に進行する速度」と定義し、岩盤の風化開始年代が明らかで、その後現在まで風化過程の中断・停止がなく、しかも風化物質の除去がない、という条件を満たすと仮定し得る地点として、秩父盆地の河成侵食段丘面を選び、段丘面形成年代(=風化開始年代と仮定)の異なる11地点で弾性波探査(24成分、受振点間隔2.5m、測線長:57.5m、遠隔起振点距離:3050m、P波起振:カケヤ法、S波起振:板タタキ法)を行い、その走時曲線を「はぎとり法」で解析して、段丘礫層の下位における基盤岩石(第三系)の風化帯の厚さを調査した。探査結果と露頭観察によると、縦波速度で認定される風化帯よりも横波速度によるそれが一般に厚く、前者の風化帯は視察で区分(強・中・弱風化帯に3区分)される強または中風化帯に、後者は中または弱風化帯にそれぞれ対応しているようである。風化開始年代が等しい場合には、砂質岩層、砂質シルト岩層、シルト岩層の順に風化帯が厚く、この順序で風化速度が大きいことを示す。

この風化速度は原岩の未風化部の強度と反比例の関係にある。段丘崖の頂部付近ではそこから離れた段丘面下より風化帯が厚い。今年度は、段丘面形成年代(=風化開始年代)が6千年から7万年の基盤岩石についての風化帯の厚さを測定したが、この種の測定値がさらに若い段丘面についても増加すれば、任意地点での段丘面下における基盤岩石の風化速度に関する経験式が構築されよう。岩盤の風化に関する研究のうち,風化機構についてはかなり詳しく研究されているが,任意の風化環境における風化速度については,経験式すら確立されていないのが現状である.そこで本研究では,岩盤の風化速度(dZ/dt)を表す経験式の構築を目的とした.ここに,Zは風化帯の厚さ(地表面に対して垂直方向における岩盤表面から風化フロントまでの深さ)であり,tは岩盤の風化年数である.普通の斜面では,風化開始年代および風化物質の削剥量の特定が極めて困難ないし不可能である.しかるに,侵食段丘面の直下の基盤岩石の場合には,段丘面の離水年代を風化時間と見做すことができるし,薄い段丘堆積物に覆われているために風化物質の除去がないと考えれる.そこで,離水年代の明らかな秩父盆地と房総半島先端部に発達する14系統の侵食段丘面(t=70年7万年)の44地点において,弾性波探査,ボーリング,テストピット掘削により,基盤岩石(第三紀堆積岩)の風化帯の厚さを測定した.その結果,風化帯の厚さと風化時間の関係は,Z=at^βの経験式で表された.ここに,αとβは定数であり,αの値は,強風化,中風化,弱風化の風化帯のそれぞれについて0.48,1.2,3.2であるが,βは0.75というほぼ一定の値を示した.ゆえに風化速度(dZ/dt)は,強風化,中風化,弱風化の風化帯の順に早いことが明かになった.今後は種々の岩石物性をもつ別の岩石について,この種の経験式の確立が必要である.
体内時計とアレルギー性疾患

本年度(平成22年度)は、マスト細胞の脱顆粒反応において概日性のリズムが認められ、そのリズムがマスト細胞のもつ体内時計によって制御されているか否かについて以下の方法によってin vivoの実験系を用いて検討した。1マスト細胞における"時計遺伝子"が欠如したマウスの作成時計遺伝子群において中心的な役割を果しているPer2遺伝子の変異マウスが既に樹立されており、概日リズムの乱れが観察されている(Nature 400,169,1999)。このマウスは研究協力者である柴田重信博士(早稲田大学)から入手した。このマウス骨髄細胞(及びコントロールとして野生型マウス骨髄細胞)をIL-3/SCFの存在下で培養しBMMCを得たあと、マスト細胞欠損マウス(W/Wvマウス)に移入しPer2欠損マスト細胞をもつマウス(マスト細胞に"時計遺伝子"機能がないマウス)ならびに正常マスト細胞をW/Wvマウスに移入したコントロールマウスを樹立した。なおマスト細胞はマウス背部皮下に導入した。2マスト細胞"時計遺伝子"欠如マウスへの急性皮膚過敏反応モデルの導入これらのマウスに、TNP-IgE抗体をマウス背部皮下に注射し、その後、対応抗原であるDNP-BSAとエバンスブルー色素を静脈注射し、急性の皮膚即時型過敏反応(PCA反応)を惹起させた。このとき、ODNP-BSAをチャレンジする時間を、日中及び夜間など時間を変えて行い、チャレンジする時間による皮膚反応の強さの変化について観察した。本実験によって、PCA反応における概日リズムの存在と、この反応におけるマスト細胞に内在する体内時計の役割が明らかになる。現在までPCA反応に概日リズムがあることは確認し、現在更なる実験中である。本研究の目的は、喘息や花粉症で見られる24時間周期性(概日性)の症状発現と体内時計との関連を明らかにすることである。本年は、マスト細胞における体内時計の存在の有無およびマスト細胞機能と体内時計との関係について主に検討した。その結果、1.重要な時計遺伝子の1つであるPer2遺伝子及びその他の時計遺伝子(clock, cry, BMAL)でマウス骨髄由来培養マスト細胞およびマウス腹腔マスト細胞において24時間周期性の発現変化が認められることをin vitro概日振動モニター系およびreal-time PCR法によって見いだした。2.マウス骨髄由来培養マスト細胞をIgEで刺激したときの脱顆粒反応の強さには、24時間周期性の変化が認められることをβヘキソサミダーゼ測定によって見いだした。3.上記1,2で認められた時計遺伝子群およびマスト細胞脱顆粒反応の24時間周期性の変化は、Per2遺伝子欠損マウス骨髄由来培養マスト細胞においては消失していた。以上の結果から、マウスマスト細胞において、体内時計システムが機能していること、またそれらの体内時計システムがIgEによる脱顆粒反応の24時間周期性の変化を調節していることが明らかになった。本知見は、最も重要なアレルギー反応であるマスト細胞の脱顆粒反応が概日性を示し、かつ時計遺伝子の制御下にあることを世界で初めて明らかにした重要な知見である(論文投稿準備中)。次年度は、これらの知見がin vivoでも認められるか否かについて野生型マウスおよびPer2遺伝子欠損マウスを用いて明らかにしていく。
妊娠初期正常トロホブラストと腫瘍性トロホブラストの増殖・浸潤能の差異の検討

妊娠初期のトロホブラストは増殖能が高く,異種組織である母体の子宮内膜に侵入する現象は癌細胞の増殖・浸潤と類似するが,トロホブラストの増殖・浸潤は,厳密にコントロールされており,なんらかの調節機能が存在することが考えられる。われわれは,妊娠初期の各種トロホブラストにおいて,細胞周期関連因子・アポトーシス・アポトーシス関連分子がどのように発現しているかを組織化学的に検討し,さらに脱落膜内に浸潤する中間型トロホブラスト(intermediate trophoblast)と,その腫瘍化したplacental site trophoblastic tumor(PSTT)で増殖能の差異を検討した。その結果,妊娠初期絨毛のトロホブラストの中では,trophoblasts in the cell columns(CC)とcytotrophoblast(CT)の増殖能が高く,多様な細胞周期関連因子の発現も認められた。逆にsyncytiotrophoblast(ST)とintermediate trophoblast(IT)の増殖能は低く,細胞周期関連因子の発現はあまり認められなかった。また,placental site trophoblastic tumor(PSTT)は,正常のITよりも明らかに増殖能が高く,細胞周期関連因子の発現にも異常を認め,PSTTでは,正常のITで存在する細胞増殖調節機構に破綻をきたしていることが示唆された。STでは,散在性にアポトーシス細胞を認めたことから,STの増殖抑制にアポトーシスが関与している可能性が示された。さらに,STではbcl-2の強い発現を認めたにも関わらず,アポトーシスが起こっていることから,STにおけるアポトーシスの誘導に,bcl-2を介さない系の存在することが示唆された。1.妊娠初期トロホブラストの組織学的同定と分類患者同意のもとに採取した妊娠初期の絨毛・脱落膜組織を用いて、免疫組織学的にサイトケラチン・hPL・hCGの免疫染色を行った。すべてのトロホブラストはサイトケラチン陽性、syncytiotrophoblast(ST)はhPL・hCGともに陽性、cytotrophoblast(CT)はhPL・hCGともに陰性、intermediate trophoblast(IT)はhPL陽性・hCG陰性または弱陽性であった。これらの染色結果から正常トロホブラストの組織学的同定と分類を行った。2.妊娠初期トロホブラストにおける細胞周期関連因子の発現の検討CT・ST・ITにおける、Ki-67、サイクリン(A・B・D1・E)、サイクリン依存性カイネース(cdc2・cdk2・cdk4)、p53の発現を免疫組織学的に検討した。その結果、STではこれら細胞周期関連因子の発現はほとんど認められなかった。ITでは、サイクリンBとEの弱い発現が認められたが、その他の細胞周期関連因子の発現は認められなかった。CTでは、Ki-67の標識率が35%と高く、サイクリンB・E・cdk2・cdc2の発現が認められた。また、着床部位cell columnのCTは、Ki-67の標識率が85%ときわめて高く、その他の細胞周期関連因子の発現も他の部位のトロホブラストより強く、増殖能の非常に高いことが示された。ITの腫瘍性病変であるplacental site trophoblastic tumor (PSTT)6例を用いて、正常トロホブラストと同様の免疫組織学的検討を行った。その結果、PSTTでは、サイクリンD1・p53を含めた、すべての細胞周期関連因子の発現が確認された。つまり、正常のITでは増殖能がたくみにコントロールされているか、PSTTではその調節に異常がおこっている可能性が示唆された。妊娠初期のトロホブラストは増殖能が高く,異種組織である母体の子宮内膜に侵入する現象は癌細胞の増殖・浸潤と類似するが,トロホブラストの増殖・浸潤は,厳密にコントロールされており,なんらかの調節機構が存在することが考えられる。

われわれは,妊娠初期の各種トロホブラストにおいて,細胞周期関連因子・アポトーシス・アポトーシス関連分子がどのように発現しているかを組織化学的に検討し,さらに脱落膜内に浸潤する中間型トロホブラスト(intermediate trophoblast)と,その腫瘍化したplacental site trophoblastic tumor (PSTT)で増殖能の差異を検討した。その結果,妊娠初期絨毛のトロホブラストの中では,trophoblasts in the cell columns (CC)とcytotrophoblast (CT)の増殖能が高く,多様な細胞周期関連因子の発現も認められた。逆にsyncytiotrophoblast (ST)とintermediate trophoblast (IT)の増殖能は低く,細胞周期関連因子の発現はあまり認められなかった。また,placental site trophoblastic tumor (PSTT)は,正常のITよりも明らかに増殖能が高く,細胞周期関連因子の発現にも異常を認め,PSTTでは,正常のITで存在する細胞増殖調節機構に破綻をきたしていることが示唆された。STでは,散在性にアポトーシス細胞を認めたことから,STの増殖抑制にアポトーシスが関与している可能性が示された。さらに,STではbcl-2の強い発現を認めたにも関わらず,アポトーシスが起こっていることから,STにおけるアポトーシスの誘導に,bcl-2を介さない系の存在することが示唆された。
森林昆虫ー共生微生物の共進化と温度反応及び気候変動から予測される動態予測

ルリクワガタ属やその他多くの森林昆虫の分類群について大量の遺伝子データを用いた分化過程の推定を行った。多くの特徴的な分化パターンや隠蔽種の存在が示された他、特にルリクワガタ属で実施したRADシーケンス解析では信頼性の高いトポロジーが得られた。ルリクワガタ属について共生酵母との共進化が検出された。また、酵母の高温耐性は系統による変異が大きかった。ルリクワガタ属について生態ニッチモデリングによる生息適地の推定を現在・過去について行い、この属の種の分布域がおおむね気候条件によって決まっていることが明らかになった。本研究では森林昆虫、特に冷温帯林に生息する昆虫を対象とし、それらの分化・多様化のプロセスを解析し、進化的重要単位の提唱を行う。また、昆虫の共生微生物の分離を試み、共生微生物の温度適応・高温耐性と系統関係を解析し、昆虫との共進化の有無を検討する。さらには、昆虫種の詳細な分布情報とGIS情報、環境データを利用して、多くの種の分布適地を推定し、環境データの操作により、過去の分布状態の再現、将来気候変動が進行した場合の分布予測を行う、等の目的を設定している。本年度は、ミトコンドリア遺伝子にもとづくオオトラフハナムグリ種群、アリガタハネカクシ属の遺伝子解析が終了し、それぞれ論文が投稿中となっている。コシビロダンゴムシ科に関しては、分類改訂に関する論文が公表され、また遺伝子解析も終了して論文の投稿準備中である。ルリクワガタ属に関しては、全国各地の種・個体群のサンプルを入手し、すべての雌成虫の菌嚢から共生酵母の分離に成功した。それらのrDNA遺伝子の解析から系統関係が推定できた。また、共生酵母やその他の菌嚢内の微生物をコントロールしたルリクワガタ属の飼育実験も実施中である。また、分布情報の整理も行っている。その他、地域分化の著しい分類群の候補として、ブナアオシャチホコ等、複数について解析を始めている。本年度の成果としては、ルリクワガタ属の共生酵母が、ホストのクワガタとの共生関係を維持しながら分化してきた可能性が示され、森林昆虫ー共生微生物の共進化を検討する上で適切な材料であることがわかったので、今後の発展的な研究の進展が期待される。本年度は、ルリクワガタ属の共生酵母について、ホストのクワガタとの共進化過程の概要が、両者の遺伝子解析から明らかになり、少なくとも一方の系統は他方の系統の制約を受けていることが示された。また、共生酵母の高温耐性に大きな変異があり、ホストのクワガタの系統および生息標高の制約を受けていることが明らかになった。また、共生酵母の資化能について、主要な木材構成成分のうち、ヘミセルロースおよびその構成成分の大半を資化できること、セルロースは資化できないが、二糖類にまで分解されたものは資化できることが明らかになった。また、ルリクワガタ属の現在及び最終氷期の分布適地の推定を行った。その他の分類群では、オオオサムシ亜属複数種の分散過程に関する解析やグンバイムシ科の分化過程に関する解析が進展した。また、これらの他、オオトラフハナムグリ種群、アリガタハネカクシ属の遺伝子解析等、前年度までに行った解析を含め、多くの論文が投稿中及び投稿準備中となっている。さらには、昆虫種の詳細な分布情報、環境データを利用して、多くの種の分布適地を推定し、環境データの操作により、過去の分布状態の再現、将来気候変動が進行した場合の分布予測を行う、等の目的を設定している。本年度は、ルリクワガタ属について、RADシーケンス解析用サンプル収集を完了し、日本産全分類群を含むサンプルの試料調整を完了した。また、これまでに収集した韓国産種の遺伝子解析も100サンプル以上行った。日本産ルリクワガタ属に関しては、環境要因から分布適地を推定する解析も進めており、種によって推定精度に差があることも明らかになりつつある。共生酵母に関しては、ホストのクワガタとともに遺伝子解析を進めて共進化過程の概要がより明確になった。また、共生酵母の高温耐性に関する培養実験もさらに進み、共生酵母の系統および生息標高の制約を受けていることがより鮮明となった。野外のホスト材にデータロガーを設置して温度変化を測定し、ホスト材の夏季の温度が培養実験における共生酵母の高温限界温度を超えないことも確認した。また、共生酵母とホストクワガタ幼虫との親和性について、複数種の共生酵母に晒した場合、飼育温度によって幼虫体内で優占する酵母の種類が入れ替わることが明らかになった。その他の分類群でも遺伝子解析、形態解析によって、関東地方のグンバイムシ科、ヒメフナムシ属の中で、隠蔽種と思われる個体群の存在が認められた。

また、オオオサムシ亜属、オオトラフハナムグリ種群、アリガタハネカクシ属の遺伝子解析等、前年度までに行った解析を含め、多くの論文が投稿準備中となっている。主たる材料として想定されていたルリクワガタ属に関しては、多くの新規知見が得られ、当初の目的のかなりの部分が達成された。これらは多くの個体群から共生酵母株も得られており、酵母の遺伝子解析や培養実験から今後発展的な研究が期待される。RADシーケンス解析は本年度の予定から次年度に先送りとしたが、すでに試料の調整は完了しており、解析の遅れはまもなく回復できる予定である。その他の分類群に関しても基礎的な解析や情報の収集が進展している。日本産ルリクワガタ属について、全種全亜種を含む48サンプルのRADシーケンス解析を完了した。その結果、極めてトポロジーの信頼性の高い系統樹を構築することができた。これらは既知の分類体系とほぼ一致し、個々の分子マーカーの解析結果でみられる分類体系との不一致点の多くは解消されていた。このことはRADシーケンス法のもつ系統解析の頑健性を示しており、今後より安価にこの方法が実施できるようになると系統進化学や保全生物学上の問題点の多くが解決できると考えられた。しかし、形態分類学上、同系統となるべき分類群がRADシーケンス法による系統樹で多系統群となるものが1例のみ存在し、この群を巡る追加的な検討が必要となった。日本産種に関しては環境適応進化に種差があり、気候変動に対する反応に違いがある可能性が示唆された。また、共生微生物に関しては、野外のホスト材に複数種の共生酵母を埋め込み、相互作用と雑菌への抵抗性を検討した。その結果、地上材に産卵するルリクワガタの共生酵母が、地表材に産卵するユキグニコルリクワガタの共生酵母にくらべて雑菌の侵入に対する抵抗性が高いことが示唆された。これはルリクワガタの生息環境がTrichoderma属の侵入を受けやすいことにともなうホストとの共進化である可能性がある。他に韓国各地から採集したチョウセンルリクワガタの遺伝子解析により、分化した個体群が二次的に大規模な遺伝子交流をおこしていることが明らかになった。また、新たに中国産種のサンプルを入手できたため、遺伝子解析に取りかかっている。その他の森林昆虫の分類群では、ニホンヒメフナムシの隠蔽種と思われる個体群どうしが同所的に存在する地域が発見された。またこれらの他、オオオサムシ亜属、オオトラフハナムグリ種群、アリガタハネカクシ属、グンバイムシ科等の分化過程に関する論文が投稿中及び投稿準備中となっている。主たる材料として想定されていたルリクワガタ属に関しては、東アジア各国における分化過程、共生酵母との共進化過程の解明や機能解析、気候変動に伴う動態予測等、多くの新規知見が得られ、当初の目的のかなりの部分が達成された。ただし、RADシーケンス法による結果に、一部想定外のものが含まれていたため、そのフィードバックとして、対象となる分類群の追加的なサンプル採集とそれらの解析が必要となった。また、国外の研究者との協力関係が進展したため、追加的なサンプルが多量に得られ、それらの解析も必要となった。このため作業量が増加して時間を要しているが、解析そのものは継続的に進行している。その他にも研究の取りまとめ段階に入っている分類群も多い。
パッシブダイナミック制御による空気圧アクチュエータの高速高精度位置決め

1.パッシブダイナミック制御(PDC)の理論まとめPDCは、移動操作と平衡操作を独立して行う新しい機械システム制御方式であり、本質的安全設計に基づいている。PDCでは、制御をホールド、アンバランス、フリーの三つのステップに分け、各ステップで「準備」と「確認」を経て「実行」が許可される。また、PDCでは、ブレーキ機構による受動制御が重要な役割を果たす。このため、安全性、省エネルギー性、安定性、順応性に優れているが、一方で、その基本シーケンスでは速応性は考慮されていない。本研究では、PDCの基礎理論をまとめるとともに、制御性を向上させる方法について検討を行った。また、PDC用に開発した機能化定荷重バネを用いた物体の鉛直方向位置決め制御実験により、その有効性を確認した。2.PDCによる空気圧シリンダの位置決め制御本研究の主目的である、PDCの空気圧シリンダの位置決め制御への適用を行った。PDCの基本に従う制御ではオーバーシュートが生じるので、目標位置手前にホールドを行う点(HSP)を設定する方法を示し、その有効性を検証した。また、2つのタンクを用いる空圧調整法を示し、ブレーキに掛かる圧力の振動が解消できることを示した。いずれも、連続した位置決め制御や負荷がある場合に対してもその有効性を確認した。さらに、空気圧シリンダを2本用いたx-y平面での位置決め実験装置を作製し、予備実験を行った。1.パッシブダイナミック制御(PDC)の制御性向上に関する研究申請者らが提案しているPDCは、能動制御と受動制御を併用した制御方式であり、特に受動制御が制御の主役を担う。このため、安全性、省エネ性、安定性、順応性に優れた制御方式であるが、一方で、その基本シーケンスでは、速応性は考慮されていない。そこで、制御性を向上させる方法について検討を行った。その効果を検証するため、PDCを実現するために開発した機能化定荷重バランサを用いた物体の上下方向位置決め制御実験を行い、その有効性を確認した。2.PDCの空気圧シリンダ制御への適用本研究の主目的である、PDCの空気圧シリンダの位置決め制御への適用方法を検討した。目標位置に達したらブレーキ機構でロックし、ロック状態で空気圧のバランスを取ることで、高速高精度な位置決めが実現できると考えられる。実験装置と実験方法を検討し、実験に用いる空気圧シリンダ、レーザ変位計などの機器類を購入し、準備を行った。1.パッシブダイナミック制御(PDC)の理論まとめPDCは、移動操作と平衡操作を独立して行う制御方式であり、本質的安全設計の思想を取り入れている。PDCでは、制御をホールド、アンバランス、フリーの三つのプロセスに分け、各プロセスで「準備」と「確認」を経て「実行」が許可される。各プロセスでは、ブレーキ機構による受動制御が重要な役割を果たす。このため、安全性、省エネルギー性、安定性、順応性に優れた機械システム制御方式である。2.PDCによる空気圧シリンダ制御の位置決め制御本研究の主目的である、PDCの空気圧シリンダの位置決め制御への適用を行った。
スピン・分極空間創発による複合酸化物の電気・磁気・光機能開拓

強誘電体、強磁性体、発光材料、のうち強誘電性は酸化物が原子部品として工業的に実用化された最も重要な成功例の1つである。最近のマルチフェロイックスの研究には多数の研究者が参加しているにもかかわらず、室温以上で動作するデバイスの報告はきわめて少ない。本研究では、変位型強誘電体の起源を完全解明し、その結果に基づいて、室温以上で転移点を持つユビキタス元素からなる強誘電体、マルチフェロイックスを開発し、さらに低電圧で発光するELデバイスを構成するための基礎的要素の抽出を試た。その結果、従来全く研究の対象とされていなかった物質系を提示し、物性の本質を解析し、新しい物質開発の戦略を提示することに成功した。本研究では、創発化学により従来のプロセスでは実現不能なスピン・分極空間を創成し、これまでの酸化物合成プロセスでは決して手に入れることができなかった、実質的に極めて大きな負の圧力条件に相当する場を作り出す真空プロセス(PLD法)により、ペロブスカイト型酸化物を中心とする複合酸化物を合成して系統的に評価することにより酸化物科学の新しいパラダイムを構築することを目的とする。本年度はPLD法でBaTiO_3, SrTiO_3, MgTiO_3, MnSnO_3, ZnSnO_3, CaIrO_3, FeTiO_3等の薄膜を合成した。その結果、BaTiO_3では数%体積膨張した薄膜の強誘電性確認し、本系では鴛が700K程度まで上昇し、これが従来報告されている基板との整合歪みのみならず別の原因で処が上昇すること、鶏以上の常誘電相でも大きな正方晶歪みが残存し、これが塁の上昇と関連あることが推定された。この格子歪みの原因は今のところ不明であり引き続き調査予定である。また、誘電特性、磁気特性を測定することによりMnSnO_3, ZnSnO_3, FeTiO_3薄膜はLiNbO_3型強誘電体薄膜であることが確認され、通常の固相反応法では得られない準安定相の合成が可能であることを確認した。蛍光体の新物質探索の戦略として、層状酸化物の1つであるK2NiF_4型酸化物を選択し、より高性能な赤色蛍光体の合成を試みた。LaCaAlO_4のAlを3価のEuイオンで置換した固溶体を合成したところ、本系はいわゆる濃度消光が起こりにくく、Euを高濃度で置換できることを確認し、新しい物質合成の指針を得た。また、本物質の薄膜化にも成功し、赤色純度も従来物質よりも良好であることを確認した。また、PLD法による薄膜作製の新しい利用法として、還元反応場による、新しい原子価、結晶構造の制御が可能であることを確認し、鉄酸化物の強還元相を実現することに成功した。これは薄膜作製では従来、原子配列のみを利用した1種のテンプレートとしての利用ばかりでなく反応場としての利用も可能であることを確認するものであり、次年度以降も引き続き方針を修正しながら研究を推進する予定である本年度は、最終年度として所期の目的を果たすべく精力的に実験を行った結果、以下の重要かつ斬新な結果を多数得ることができた。[1]準安定相1次元構造を持つ強誘電体Bi2SiO5に関して、強誘電性の評価、第1原理計算、フォノン構造の光学測定、透過電子顕微鏡観察を行い、本物質が変位型強誘電体であることを確認し論文として報告した。また、詳細な構造解析を行い、本物質の電気分極の起源であるイオンの変位が2つのブロックから生じており、それらは反平行に配置する反強誘電体であるが、反平行成分がキャンセルしないためフェリ的な強誘電性を示すことが明らかになった。また、本物質の強誘電性はSiO44面体のSi-Oボンドに不均化が生じることで発生する電気分極が起源であることが明らかになった。[2[非中心対称構造を有する準安定相AlFeO3相を薄膜法で単結晶薄膜を作製して磁性と強誘電性を調べた。本物質は強誘電臨界温度が1600 K、電気分極が25μC/cm2、強磁性(フェリ磁性)臨界温度が300 K付近に存在するマルチフェロイックであることが判明した。また、本物質の電気分極は主に4面体から生じていることも明らかになった。[3]単純酸化物で極性結晶として評価されているウルツァイト構造の分極を全く新しい見地から再評価し、本物質でもキャリアが入らなければ強誘電性の発現が期待できることを明らかにした。