hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
幼児造形教育の環境設計と指導法の確立

本研究の目的は、幼児造形教育を構成する「もの」「こと」「ひと」について、環境設計と教育方法を生態造形教育学として確立することである。環境を通して、「幼児一人一人の特性に応じ,発達の課題に即した指導を行うようにする」ために、「場の保育」という具体的な環境設定と保育者の視座の養成の方法を実践し記録を行った。芸術士による場の設定によって、保育者の設定的な遊びと子供主体の自由な遊びの違いを明確にし、2つが相反するものでなく「型と形」として補完する機能を持つ保育であることを理論的に示した。そのための具体的な素材・道具・空間、記録・展示・対話、観察・予想・研修の教育方法についてモデルを提示できた。初年度は、研究の中心となる造形遊びの実践やデータ収集を中心に行った。また先進園への視察を行い、研究の方向性の確認を行った。高梁中央保育園にて造形遊びの実践を年間を通して行い、ビデオカメラやデジタルカメラで撮影保存し得られたデータを分析した。デジタル一眼カメラの精細な画像を保存して、最終年度に協力園等に研究報告および広報を行うための資料作成を行うことができた。本年度の成果としては、大量の粘土を使用した粘土遊びや自然木などを使用した造形遊びを0歳から5歳児クラスで継続して行い、幼児が造形遊びを行う際の遊びの移り変わりに関するデータを収集することができた。高梁市立高梁幼稚園にも粘土場を設置し比較実践を行うことができた。また本研究で確立しようとしている造形教育法にとって重要な視点となる「環境が行動を引き出す」というアフォーダンス理論(Gibson)について先行研究を行った。7月には大地太陽幼稚園を訪問し、どろんこ遊びなどについて坂本行正園長から詳しい実践内容説明を聴くことが出来た。8月には日本美術教育学会にて発表を行った。9月にはせいが保育園(藤森平司園長)、3月には和光保育園(鈴木眞廣園長)を訪問し、環境による保育に関する実践的な実例と方法論について丁寧な説明を受けることができた。継続している研究内容としてイタリアのレッジョ・エミリア市のペダゴジスタ(教育学者Paola Cavazzoni)からレッジョ・チルドレンの活動について解説頂いた内容を、研究協力園である高梁中央保育園の保育士と情報交換しながら、造形遊びの環境について検討を行うことができた。園内研修に講師として関わり、造形環境改善のための研修を行うことができた。さらに同園の「保育の基本」作成のためのアンケートを行い園長とともに検討を行った。初年度の研究全体の成果については、平成27年度の日本保育学会にて発表を行った。研究の目的は、幼児造形教育を構成する「ひと」「こと」「もの」について、環境設計と教育方法を生態造形教育学として確立することである。3年にわたる研究の2年目は、研究の中間的整理を行い、必要な実践データの収集に努めた。中間発表として3つの学会への発表を行うことで、多くの示唆と新たな研究協力を得ることができた。引き続き協力園である高梁中央保育園(私立:岡山県高梁市)にて、年間にわたり造形遊びの実践研究を行った。デジタルカメラの精細な画像を保存して、最終年度に協力園等に研究報告および広報を行うための資料作成を行うことができた。また新たに陽だまりの丘保育園(東京都中野区)などの先進園への視察を行い、保育記録や週案の記録方法、保護者への提示方法などについて詳細な検討ができた。本年度の成果としては、軒先粘土場の実践的な整備と室内外での粘土遊びの比較研究、発泡スチロールブロックなど様々な素材による0歳から5歳児クラスでの造形遊びの移り変わりに関するデータ収集が挙げられる。高梁市立高梁幼稚園との比較研究も継続できている。また「環境が行動を引き出す」というアフォーダンス理論(J.Gibson)をもとに、初めて生態教育学の視点から日本保育学会(H28.5:東京)にて発表を行うことができた。8月に日本美術教育学会(静岡)、11月に日本乳幼児教育学会(東京)にて発表を行った。2月に新宿せいが保育園を訪問し、環境による保育に関する実践的な実例と方法論について丁寧な説明を受けることができた。継続して研究しているイタリアのレッジョ・エミリア市の保育について、ペダゴジスタ(教育学者Paola Cavazzoni)から解説頂いた内容を、2月の研修会(まちの保育園主催:東京)にて深めることができた。平成27度に使用する予定であった研究費は予定額を100%使用して、機材を含め研究への準備や対応が十分にできた。また予定していた研究計画を推進することができ、先進園視察や学会発表での情報交換、論文発表も充実した内容であった。具体的な理由としては、粘土200kgを使用した園庭での粘土遊びの実践を、デジタルカメラ等で記録・分析し、生態教育学的な視点で幼児の遊びを環境から眺める方法を示すことができた。この内容は、日本保育学会(H28.5.7)にて口頭発表し、有意義な意見交換ができた。また0歳から5歳クラスの子ども達の遊び環境を必要に応じて構成するための協力園での保育者研修会を、年間を通じて行うことができた。交付申請書の研究実施計画に示した内容である1造形教育プログラム研究、2主体的な学びの場の研究、3造形遊び環境の研究、これらについておおむね順調に進展した。特に「場の保育」としての環境による遊びの実践は順調に進んでいる。また新規採用された保育園職員による粘土場の運営が可能となり、自立的な環境構成が実を結びつつある。

一方で、保育所、幼稚園、学童保育、盲学校、総合教育センター(岡山県)、大学(鹿児島大学、高知大学)などから講演や研究協力の依頼があり研究実施計画を上回る進展も見られた。また園内研修に芸術士として関わり、造形環境改善のための研修を行うことができた。しかし、協力園の保育士と情報交換しながら、造形遊びの環境について検討を行った結果、造形遊びが単独の方法論として確立できるわけではなく、園全体の基本的な考え方から見直す必要のあることが明らかとなってきた。これは本研究の最大の成果であり、次年度の最大の課題でもある。本研究の目的は、幼児造形教育を構成する「ひと」「こと」「もの」について、環境設計と教育方法を生態造形教育学として確立することである。初年度は、高梁中央保育園に芸術士として週1回程度参加し、造形遊びの実践に関するデータ収集を行うことができた。大量の粘土や自然木などを使用した造形遊びを0歳から5歳児クラスで継続して行い、幼児が造形遊びを行う際の遊びの移り変わりに関するデータを収集することができた。また先進園への視察を行った。「環境が行動を引き出す」というアフォーダンス理論について先行研究を行った。2年目は、引き続きデジタルカメラ等で撮影保存して得られたデータを分析した。また陽だまりの丘保育園など先進園の協力を得て、週案や保育記録などについて詳細な検討ができた。具体的には、軒先粘土場の整備と室内外での遊びの比較研究を継続して行い、造形遊びを行う際の遊びの移り変わりに関するデータを収集することができた。最終年度には、「環境による保育」としての「場の保育」を具体的な指導法と合わせてモデル化することができた。保育園や幼稚園との共同研究により、環境に基づく保育指導について週案や個人記録の点で具体的な方法を確立して実践するとともに論文としてまとめることができた。これらの実践をiMacなどのICTを利用して、保護者との共通理解の方法として実験的に実施し継続できている。最大の成果は、3年間の実践や園内研修によって、高梁中央保育園の保育士一人ひとりの保育実践の目的を「環境による保育」へと意識化できたことである。これによって最大の環境である「ひと」の育成に新たな方法論がもたらされた。これらの成果は、3年間にわたる各学会での発表に加え、H29年度の第68回造形表現・図画工作・美術教育研究全国大会(岡山大会)にて、岡山市立鹿田幼稚園における2年間の共同研究の成果として、公開保育と口頭発表を行う。本研究の目的は、幼児造形教育を構成する「もの」「こと」「ひと」について、環境設計と教育方法を生態造形教育学として確立することである。環境を通して、「幼児一人一人の特性に応じ,発達の課題に即した指導を行うようにする」ために、「場の保育」という具体的な環境設定と保育者の視座の養成の方法を実践し記録を行った。芸術士による場の設定によって、保育者の設定的な遊びと子供主体の自由な遊びの違いを明確にし、2つが相反するものでなく「型と形」として補完する機能を持つ保育であることを理論的に示した。そのための具体的な素材・道具・空間、記録・展示・対話、観察・予想・研修の教育方法についてモデルを提示できた。
高温・高圧下における岩石と地質不連続面の時間依存型破壊に関する研究

本研究は、高温・高圧下における岩石のクリープ、疲労破壊に関する実験を体系的に行い、地下深部での地下構造物の長期安定問題に資するデータを提供することを直接の目的とている。その研究成果は、以下のように要約できる。1)花岡岩のような脆性材料のクリープ、疲労特性を実験的に明らかにするために、制御のアリゴリズムの作成の実験精度の確認を行い、またステレオロジーを応用したクラック検出法を開発した。2)岩石の高圧三軸圧縮、クリープ、疲労試験を行い、微小クラックの発生・進展の観察を行った。クラックの発生・進展を定量化に追跡し、クラックの進展と時間依存型破壊との間の重要な関係を指摘した。3)花崗岩を90°Cの熱水に浸潤させ、2000日の長期にわたる物理的・化学的変化を追い、力学挙動を予測する上での基礎的データを得た。化学的には、粘土鉱物の合成が進むなど著しい変化を生じていて、長期の熱水浸潤によりそのクリープ、疲労特性は大きな影響を受けることを確認した。また透水係数の大きな変化は、花崗岩の残留応力の開放によるクラック発生・進展によっていて、応力腐食割れの効果の大きいことを示した。4)二次元的クラックを仮定し、また異種結晶粒や粒界の影響などを無視したマイクロメカニックスを展開することにより、新しいクリープ理論を構築した。本モデルによって、定性的にではあるが、クリープ破壊における1、2、3次クリープの遷移、クリープ破壊でのせん断面の形成など、時間依存型破壊の基本的なメカニズムが説明できた。5)高速変形下に置かれた岩石不連続面の摩擦実験から、変位速度1000-10000mm/sで斑レイ岩の動摩擦は大きく低下する現象を捉えた。地質不連続面の時間に依存する変形特性は、今後この方面での研究に大きく貢献するものと考えられる。本研究は、高温・高圧下における岩石と節理のクリープ、疲労破壊に関する実験を体系的に行い、地下深部での地下構造物の長期安定問題に資するデータを提供することを直接の目的とするが、併せて、岩石と節理の時間依存型破壊に関する一般理論の構築にも十分配慮して構成されている。すなわち、(1)実験結果を実務に利用できる形に整理すると共に、次の課題を集中的に検討する。(2)高温(200°C)・高圧(140MPa)下の岩石と節理の時間依存型破壊(クリープ破壊、疲労破壊)の微視的メカニズムの解明。(3)微細クラックの発生・進展に及ぼす応力腐食の定量的評価(構成式の確立)。(4)マイクロメカニックスの手法による時間依存型破壊の定式化と評価。平成8年度の研究成果を要約すれば、以下の通りである。1)試験機の精度確保の検討とクラックの抽出方法の確立:花崗岩のような脆性材料のクリープ、疲労特性を実験的に明らかにするには、高度な制御機能が試験機に要求されるのみならず、クラックの抽出やAE計測など周辺機器の整備が不可欠である。本年度、a)制御のアリゴリズムの作成と実験精度の確認を行い、b)ステレオロジーを応用したクラック検出法を開発した。2)岩石のクリープ、疲労試験による微小クラックの発生・進展の観察:脆性材料の時間依存型破壊を微小クラックの発生・進展の観点から説明するために、b)で開発した手法を用いてクラックの発生・進展を追跡し、クラックテンソルの考えを使ってその定量的評価を行った。その結果から、c)クラックの進展と時間依存型破壊との間の重要な関係を指摘した。

また、d)変形に伴う透水性、弾性波速度、AEの変化を計測し、変形・破壊の微視的なプロセスを明らかにした。本研究は、高温・高圧下における岩石の時間依存型破壊に関する実験を体系的に行い、地下深部での構造物の長期安定問題に資するデータを提供することを直接の目的とするが、併せて、その一般理論の構築にも十分配慮して構成・企画されている。平成9年度に得られた結果は、以下の3点に要約できる。1)微小クラックの発生・進展からみた脆性破壊の条件:脆性材料の時間依存型破壊は、微小クラックの発生・進展によって引き起こされると考えられている。レプリカ法を用いてクラックの発生・進展を追跡し、クラックテンソルとしてその定量的評価を行い、破壊との関連性について明らかにした。また、クラックの発生・進展と透水性との関連に注目し、クラックテンソルにより透水テンソルを理論的に誘導すると共に、その妥当性を実験的に検証した。2)岩石の時間依存型破壊挙動の究明:花崗岩を試料として、変形速度の異なる試験を行い、変形特性や強度特性に及ぼす時間の効果を明らかにした。時間依存型破壊に及ぼす圧力、間隙水の化学特性の影響を検討した。また、微視的なクラックの発生・進展を観察すると共に、変形に伴うAcoustic Emission、透水性、弾性波速度の変化を計測することにより、変形・破壊の微視的な機構を解明している。3)破壊モデルの構築と分岐解析:マイクロメカニックスの手法により、クラックの進展速度と応力拡大係数との間の実験式を用いて、クラック相互の干渉を取り込んだ分岐理論を提案した。その結果、岩石のクリープ特性を定性的にも定量的に評価できることが示された。本研究は、高温・高圧下における岩石のクリープ、疲労破壊に関する実験を体系的に行い、地下深部での地下構造物の長期安定問題に資するデータを提供することを直接の目的とている。その研究成果は、以下のように要約できる。1)花岡岩のような脆性材料のクリープ、疲労特性を実験的に明らかにするために、制御のアリゴリズムの作成と実験精度の確認を行い、またステレオロジーを応用したクラック検出法を開発した。2)岩石の高圧三軸圧縮、クリープ、疲労試験を行い、微小クラックの発生・進展の観察を行った。クラックの発生・進展を定量化に追跡し、クラックの進展と時間依存型破壊との間の重要な関係を指摘した。3)花崗岩を90°Cの熱水に浸潤させ、2000日の長期にわたる物理的・化学的変化を追い、力学挙動を予測する上での基礎的データを得た。特に化学的には、スメクタイトやハロイサイトの粘土鉱物の合成が進むなど著しい変化を生じていて、長期の熱水浸潤によりそのクリープ、疲労特性は大きな影響を受けることを確認した。また透水係数の大きな変化は、花崗岩の残留応力の開放によるクラック発生・進展によっていて、応力腐食割れの効果の大きいことを示した。4)二次元的クラックを仮定し、また異種結晶粒や粒界の影響などを無視したマイクロメカニックスを展開することにより、新しいクリープ理論を構築した。本モデルによって、定性的にではあるが、クリープ破壊における1、2、3次クリープの遷移、クリープ破壊でのせん断面の形成など、時間依存型破壊の基本的なメカニズムが説明できた。5)高速変形下に置かれた岩石不連続面の摩擦実験から、変位速度1000-10000mm/sで斑レイ岩の動摩擦は大きく低下する現象を捉えた。地質不連続面の時間に依存する変形特性は、今後この方面での研究に大きく貢献するものと考えられる。
夏期原発復旧除染作業・建設作業等の酷暑作業における暑熱負担軽減対策手法の開発

夏期の原発復旧除染作業や建設作業などの酷暑作業時の暑熱負担を軽減し熱中症を予防することを目的として、送風ファンと水スプレー(手足の浸漬を追加併用)を用いた暑熱ストレイン軽減モデルの開発を人工環境室内で行い、健常被験者を対象に一定の効果を検証できた。そこで本モデルの効果を実際の夏期屋外作業現場で検証するために、本モデルに類似した冷却メカニズムを有する市販のミストファンを転用し建設作業現場で暑熱ストレスの軽減効果を調べたところ、WBGT指数からみた夏期屋外建設現場の暑熱環境ストレスを著明に低減する効果があることが確認され、さらにミストファンによる暑熱ストレスの軽減効果に対する至適距離を特定できた。夏季に深刻な問題となっている原発復旧除染作業や建設作業における熱中症を予防し安全かつ健康に作業を遂行するために、暑熱負担を抜本的に軽減する作業管理手法を開発することが本研究の目的である。作業前に深部体温を下げるプレクーリングは、作業中の暑熱負担を軽減させる有効な手段であるが、実験的に頻用される全身冷水浸漬によるクーリングは、労働現場などでは実用性に乏しく、寒冷ストレスが大きいという問題があった。我々は全身をスプレーで濡らしながら風を当てる方法(風冷)でプレクーリングを行ったところ、深部体温が約0.4°C減少し、防護服を着た暑熱下歩行時の暑熱負担を軽減させることを報告した。効果として全身冷水浸漬に劣ることから、風速と曝露時間を変えて、より効果的なクーリング方法の検討を試みた。健常成人男性8名を対象に、室温28°C、相対湿度40%の人工環境室において実施した。ショーツ1枚となり、座位姿勢の上半身と下半身の前面に、それぞれ風が曝露されるよう上下2台の扇風機を設置し、スプレーの水で身体の前面を濡らしながら送風を行った。30分の曝露時間で2 m/s、4 m/s、および8 m/sの風速で実施する試行、さらに4 m/sの風速で15分および45分の曝露時間で実施する試行の計5試行を行った。曝露終了1時間後に食道温は最低値を示し、30分の曝露時間で風速の違いを比較すると、2 m/sでは0.4 ±0.1°C、4 m/sおよび8 m/sでは0.5 ±0.1°C低下し、有意な差は見られなかった。一方、4 m/sの風速で曝露時間の違いを比較すると、曝露終了1時間後の食道温は、15分曝露では0.3 ±0.1°C、45分曝露では0.6 ±0.1°Cと時間に依存して低下した。風冷クーリングによる深部体温低下には、風速の影響はほとんどなく、曝露時間が長いほど、効果はより大きくなることが示唆された。扇風機およびスプレーを用いた身体冷却において、これまでスパッツのみの着衣で全身に風および水をばく露していた。しかし、様々な労働現場を想定すると、着衣の問題が生じるため、上半身のみのばく露や、顔のみのばく露に限られてしまう可能性がある。そこで、上半身または顔のみへの送風およびスプレー噴霧によって、深部体温がどの程度減少するかを検討した。健常成人6名を対象に、室温28°C(相対湿度40%)の環境において、上半身のみ(作業ズボン、下着、およびソックス着衣)または顔のみ(作業服、作業ズボン、下着、Tシャツ、およびソックス着衣)に風速4m/sの風および室温の水によるスプレーを30分間ばく露した。その結果、ばく露終了1時間後の直腸温は、上半身ばく露および顔ばく露の両方において、0.4±0.1°C低下した。これは全身ばく露の低下(0.5±0.1°C)よりやや小さいものの、統計的な有意差は認められなかった。寒さ感覚および温熱的不快感は、ばく露終了時においては、ばく露面積の違いによる影響はなかった。しかし終了後に、全身ばく露では持続して寒さ感覚および温熱的不快感の有意な増加が見られたのに対して、上半身ばく露および顔ばく露では増加が見られずニュートラルに回復した。以上のことから、送風およびスプレーによる身体冷却は、少なくとも顔ばく露である程度の効果が得られることが明らかとなった。扇風機およびスプレーを用いた身体冷却による暑熱ストレインの軽減効果をこれまでに検証してきたが、その方法と効果にある程度の目途が立ったため、異なる身体冷却の方法と組み合わせることで効果が大きくなるか否かを検証した。健常成人男性9名を対象に、室温28°C(相対湿度40%)に設定した人工気象室において、スパッツ1枚で身体の前面に扇風機による送風(4m/s)およびスプレーによる水の塗布を行いながら、両手両足を18°Cの水に30分間または15分浸水させた。その後、防護服と全面マスクを着用し、室温37°C(相対湿度50%)の別室へ移動し、2.5km/hのトレッドミル歩行を1時間行った。冷却を行わないコントロール(CON)試行において、暑熱下歩行により直腸温は約1.2°C上昇したのに対し、30分のプレクーリング(PC30)試行では約0.6°Cと低値を示した。これは手足の浸水単独の効果と同程度であった。15分のプレクーリング(PC15)試行では約0.8°CとCON試行と比べて低値を示したものの、PC30試行より高値であった。胸部の発汗率および体重減少率においても、PC30試行、PC15試行、CON試行の順で小さかった。

PC30試行における脱水の低減率は、手足の浸水単独の効果の2倍認められた。温度感覚、温熱的不快感、疲労感、口渇感、および蒸れ感については、CON試行と比べてPC30およびPC15試行の方で低値を示し、それらの低減率は手足の浸水単独の効果と同程度であった。クーリング時間の影響は認められなかった。深部体温上昇の抑制には、手足の浸水によるプレクーリングが有効であり、送風スプレーを併用することは全身の皮膚温低下を引き起こすことで発汗を抑制し、脱水を大きく軽減させることが明らかとなった。クーリング時間の短縮は、生理的負担の軽減を弱めてしまうが、心理的負担の軽減については効果を保持する可能性がある。人工環境室でのプレクーリングによる暑熱ストレイン軽減モデル構築の被験者実験は比較的順調に進展しているが、その実験成果を現場に応用展開する調査研究が大幅に遅れている。その理由は、現場作業者に実験室実験で構築しつつある手法を導入する現場の協力と選定が困難なためである。これまでに送風ファンと水スプレーを用いた暑熱ストレイン軽減モデルの開発を健常な被験者を対象に人工気象室で実施してきたが、今年度は同手法を夏季暑熱作業現場で暑熱環境ストレスの軽減効果を検証する実験に適用した。送風ファンと水スプレーを用いる手法として、熱中症対策製品の一つとして市販されているミストファンを転用し、暑熱環境ストレス指標であるWBGT値に対してどの程度の低減効果があるかを実験的に検証した。快晴の屋外建設現場においてミストファンの前方1.5mに自然湿球型WBGT測定器を,その左側2mに対照用のWBGT測定器(いずれも3M-Quest, QT-36)を設置して1ファンなし・ミストなし(30分)→2ファンあり・ミストなし(30分)→3ファンあり・ミストあり(30分)の1時間半を1サイクルとし,4サイクルの実験を行った。その結果,ファン単独でWBGT値は12°C程度低下し,ファン+ミストで46°C程度の低下が認められた。WBGT値を構成する要素別では,黒球温(Tg)がファン単独で510°C低下,ファン+ミストで1520°C程度低下したのをはじめ,乾球温(Ta)がファン単独で0.51°C程度低下,ファン+ミストで4°C程度低下,自然湿球温(Tnw)がファン単独,ファン+ミストともに11.5°C低下していることが確認された。これらは対流による熱放散効果(Tnw, Tg)と,蒸散による熱放散効果(Tg, Ta)が複合的に起きたことによると考えられ、ミストファンによりWBGT値を最大6°C程度低減可能であることが判明した。以上より、送風ファンと水スプレーの併用は、WBGT指数からみた夏季屋外建設現場の暑熱環境ストレスを著明に低減する効果があることが実証され、ミストファンの適切な活用は、厚生労働省が示す職場の熱中症予防のためのWBGT値低減方策として,極めて有用となる可能性が示唆された。当初の計画では、研究期間の前半で実験室実験を通して送風ファンと水スプレーによる暑熱ストレイン軽減モデルの構築を行い、それを受けて後半で実際の作業現場で作業者を対象にして実験モデルの導入展開を図る予定であった。ところが、作業者に対する実験モデルの現場導入は協力事業所の選定が難航して、最終年度は下記暑熱作業現場での暑熱環境ストレスの軽減効果を部分的に検証するにとどまり、現場作業者を対象にした暑熱ストレインの軽減効果の検証実験までには至らなかった。夏期の原発復旧除染作業や建設作業などの酷暑作業時の暑熱負担を軽減し熱中症を予防することを目的として、平成2527年度は送風ファンと水スプレーを用いた暑熱ストレイン軽減モデルの開発を人工環境室内で行い、健常被験者を対象に一定の効果を検証できた。
マウス生殖系列成立機構と幹細胞システム制御機構の解析

PGCの発生過程では、Wntは発現しておらず、また、β-cateninが積極的に分解されていることから、Wnt/β-cateninシグナルは抑制されていることが分かった。PGCに、安定化型β-cateninを発現させ、Wnt/β-cateninシグナルを活性化させたところ、脱分化はおこらなかった。しかし、細胞周期に異常がおこり、生殖細胞が激減した。このように、生殖細胞の発生過程では、Wnt/β-cateninシグナルの抑制が、PGCの増殖に重要であることが明らかとなった。PGC特異的ノックアウト・マウスの解析から、PI3キナーゼに拮抗する脱リン酸化酵素PTENが欠損するとPGCが全能性をもつ細胞に「脱分化する」ことを明らかにした。マウスES細胞に、活性化型Aktを発現させ、PI3K/Aktシグナルを活性化させたところ、マウスES細胞の未分化性維持に必要なサイトカインであるLIFを添加しなくても、ES細胞の未分化性・分化全能性を維持できることが分かった。マウスとは異なる機構が機能している霊長類のES細胞でも、同様の結果を得た。このように、PI3K/Aktシグナルは、種を超えて、複数の幹細胞システムを制御することが明らかとなった。本研究では、マウスにおける生殖系列成立の分子機構を明らかにするために、(1)生殖系列成立のシグナル機構、(2)他の動物種において生殖系列成立に必須な分子のホモログの解析を行った。さらに、その成果を他の幹細胞システムにも発展させ、幹細胞システムや未分化性の普遍的制御機構の解明と、その人為的操作法の開発を目指した研究も行った。1、始原生殖細胞(Primordial germ cell : PGC)特異的ノックアウト・マウスの解析から、P13キナーゼに拮抗するフォスファターゼであるPTENが、生殖系列の成立に必須であること、PTENが欠損するとPGCが全能性をもつ細胞に「脱分化する」ことを明らかにした。さらに、その分子基盤を解析するために、遺伝子発現解析に必要なシングルセルPCRの条件検討を行った。また、他の幹細胞システムにおけるP13キナーゼシグナルの機能を解析するために、P13キナーゼシグナルの強さを制御した幹細胞を作製し、P13キナーゼシグナルがこれらの幹細胞の分化能を制御できるという予備的な結果を得た。2、上皮系幹細胞で重要な機能を担っているWnt/β-cateninシグナルに注目し、PGC特異的にWnt/β-cateninシグナルが亢進したマウスの解析を作製した。このマウスの解析から、Wnt/β-cateninシグナルがPGCの増殖・分化を制御することを明らかにした。3、ショウジョウバエのPGC形成に重要な遺伝子であるgerm cell-lessのマウス・ホモログ(mgcl-1)が、精子核のリモデリングという全く異なる機能をもつことを明らかにした。その分子基盤を明らかにするために、mgcl-1に結合する因子の同定を行い、いくつかの候補を得た。
圧電性五酸化タンタル/パイレックスガラス構造超音波デバイスの試作

本研究では、五酸化タンタル/パイレックスガラス複合圧電ダイアフラム構造を実現すると共に、これを利用して高性能な超音波デバイスを実現することを目的とした。まず、対向ターゲットスパッタ法による酸化亜鉛薄膜の成長を試みた。そして、通常のマグネトロンスパッタ法に比べて非常に緻密で配向性に優れた良好な膜が得られ、この薄膜によりUHF帯で特性が格段に良好な超音波トランスジューサが実現できる事が分かった。ただし、ターゲット表面への酸化膜堆積によって異常放電が生じ、これにより膜質が劣化する問題が生じた。この問題については、現在も検討中である。なお、五酸化タンタル薄膜の場合、基板温度が400°C以下ではアモルファスとなって圧電性が生じない事が分かり、熱歪による破壊を避けるために以下の実験は全て酸化亜鉛を用いて行なった。次に、圧電性酸化亜鉛/パイレックスガラス複合ダイアフラムの作成プロセスを検討した。その結果、複合ダイアフラムを構成するパイレックスガラスが、異方性エッチングの際に歪み、これがデバイス特性に悪影響を及ぼすことが明らかとなり、その対策としてパイレックスガラスへのシリコン層付加を提案した。これは、シリコンの柔軟性によりダイアフラム全体に内部応力を拡散しようとするものである。また、窒化シリコンスパッタ膜を保護膜として利用する事により、低歪の複合ダイアフラム構造を実現できる事が分かった。そして、この構造を利用して次世代移動体通信機器への応用が考えられる圧電共振子を構成し、共振周波数250MHzにおいてQ〓600に達する良好な特性を実現した。また、このプロセスをさらに発展させ、この共振子を基板から浮かせて作製するプロセスを構築し、共振周波数が500MHzに達するデバイスの試作にも成功した。これにより、高周波超音波デバイスのシリコン基板上のモノリシック集積化の可能性が示された。本研究では、五酸化タンタルの大きな誘導率と強い圧電性に着目し、五酸化タンタル/パイレックスガラス複合圧電ダイアフラム構造を実現すると共に、これを利用して、低挿入損失で広周波数帯域幅を有する非破壊検査用超音波トランスジューサや液体・ガスセンサ用ラム波板波デバイスを実現することを目的とする。五酸化タンタル成長に利用する対向ターゲットスパッタ法の特性の理解を目的として、性質が比較的よく調べられている酸化亜鉛薄膜の成長を試みた。その結果、本スパッタ法は通常のマグネトロンスパッタ法に比べて低ガス圧で高速成長可能であり、緻密で配向性に優れた酸化亜鉛圧電薄膜が実現できることが判った。但し、直流電源を利用した場合、低ガス圧下では異常放電のために膜質が劣化することが判った。今後、高周波電源を利用することにより、更なる薄膜品質の向上を計ると共に、五酸化タンタル薄膜成長へ対向ターゲットスパッタ法を適用する予定である。また、複合ダイアフラムの作製プロセスについても検討している。その結果、ダイアフラムの歪は、シリコン基板の異方性エッチングの際に使用する薬品との化学反応により生じることが判った。そこで、エッチング液、ダイアフラムの薬品耐性、並びに作製手順の3つの観点から、ダイアフラムの最適作成手法を探索し、高い留まりで比較的良質なダイアフラムを作製することに成功している。更に、このプロセスと共に犠牲層エッチング技術を利用することによって、パイレックスガラス/酸化亜鉛/パイレックスガラス複合ダイアフラム構造を中空部分を介して基板の上に作製するプロセスを実現した。また、これを利用して超小型の超音波トランスジューサの試作に成功した。このデバイスをアレイ状に配置することにより、マイクロマシン用超音波イメージセンサが実現できるものと考えられる。

本研究では、五酸化タンタル/パイレックスガラス複合圧電ダイアフラム構造を実現すると共に、これを利用して高性能な超音波デバイスを実現することを目的とした。まず、対向ターゲットスパッタ法による酸化亜鉛薄膜の成長を試みた。そして、通常のマグネトロンスパッタ法に比べて非常に緻密で配向性に優れた良好な膜が得られ、この薄膜によりUHF帯で特性が格段に良好な超音波トランスジューサが実現できる事が分かった。ただし、ターゲット表面への酸化膜堆積によって異常放電が生じ、これにより膜質が劣化する問題が生じた。この問題については、現在も検討中である。なお、五酸化タンタル薄膜の場合、基板温度が400°C以下ではアモルファスとなって圧電性が生じない事が分かり、熱歪による破壊を避けるために以下の実験は全て酸化亜鉛を用いて行った。次に、圧電性酸化亜鉛/パイレックスガラス複合ダイアフラムの作成プロセスを検討した。その結果、複合ダイアフラムを構成するパイレックスガラスが、異方性エッチングの際に歪み、これがデバイス特性に悪影響を及ぼすことが明らかとなり、その対策としてパイレックスガラスへのシリコン層付加を提案した。これは、シリコンの柔軟性によりダイアフラム全体に内部応力を拡散しようとするものである。また、窒化シリコンスパッタ膜を保護膜として利用する事により、低歪の複合ダイアフラム構造を実現できる事が分かった。そして、この構造を利用して次世代移動体通信機器への応用が考えられる圧電共振子を構成し、共振周波数250MH_ZにおいてQ【similar or equal】600に達する良好な特性を実現した。また、このプロセスをさらに発展させ、この共振子を基板から浮かせて作製するプロセスを構築し、共振周波数が500MH_Zに達するデバイスの試作にも成功した。これにより、高周波超音波デバイスのシリコン基板上へのモノリシック集積化の可能性が示された。
ニコチン様アセチルコリン受容体機能の核医学診断法確立に関する研究

痴呆症などの各種脳疾患とアセチルコリンレセプターとの関係について議論されているが、ニコチン様アセチルコリンレセプター(以下ニコチンレセプター)については血液脳関門を透過し得る受容体結合試薬が知られていないこともあり、特にin vivo研究で今後の成果が期待されている。そこで本研究の目的を、ニコチンレセプターに対する新規核医学診断薬を開発することにおいて研究を行った。すなわち、母体化合物としてニコチンを用い、化学的安定性等を考慮した5-ヨードニコチンを、トリブチルスズ体を前駆体とする方法で合成した。本化合物は不斉炭素を一つ有するため光学異性体が存在するが、前駆体である5-ブロモニコチンの段階で分別再結晶法により光学分割を行った。得られた(S)-5-ヨードニコチン及び(R)-5-ヨードニコチンを用いて、ラット大脳皮質レセプター画分におけるH-3-シチジンの結合に対するIC_<50>を求めたところ、(S)-5-ヨードニコチンは(S)-ニコチンと同等の阻害活性を有することが認められた。さらに、I-125で標識された(S)-5-ヨードニコチンによるin vitro ARGの検討の結果、視床に最も高い特異的結合が認められ、その値は大脳皮質の約2倍であった。この事は文献的なニコチンレセプター分布に良く一致する。次いでインビボにおける本化合物の有用性について、正常マウス及びラットを用いて本標識体の脳内分布をインビボARG法により検討した。その結果、投与10分後において視床および大脳皮質に高い取り込みが認められ、インビトロARG法により検討した結果と良く一致した。これにより、本化合物を用いたSPECTによる核医学診断へ適用し得るニコチンレセプターイメージングが可能であると考えられた。
ふく射の空洞量子効果による革新的水素製造機構の解明

本研究は、高度に制御されたマイクロ構造体を作成し、空洞内ふく射と諸種のガス分子が熱力学的に非平衡状態で改質反応を起こさせることによって、高効率に水素を得るものである。精密なマイクロ構造体の作成をめざし、コロイド結晶鋳型法と酸化チタン浸潤法を比較し、コロイド結晶鋳型法によるセラミック構造体がもっとも構造体の構造制御にふさわしいことを確認した。このマイクロ構造体を用いて、水蒸気改質実験を行い、構造体の有無の違いにより改質反応量に違いが生じることを確認した本研究は、高度に制御されたマイクロ構造体を作成し、空洞内ふく射と諸種のガス分子が熱力学的に非平衡状態で改質反応を起こさせることによって、高効率に水素を得るものである。このマイクロ構造体を用いて、水蒸気改質実験を行い、構造体の有無の違いにより改質反応量に違いが生じることを確認した本研究は,ふく射の空洞量子効果をより効率的に活用できる機能性構造体を製作し,分子の非平衡状態を空洞内で実現することで水蒸気-メタン改質反応を低温かつ高効率で行うことを目的としている.本年度は,まず球形空洞内の電磁波方程式を解析し,メタン・水蒸気系の改質において球形空洞の最適直径を検討した.数値シミュレーションで電磁波方程式を解き,空洞内の共振電磁場モードの解析を行った.このデータを基礎にし、空洞の大きさを5ミクロンと決定した.実験的には,最適空洞径を有するセラミック構造体を製作するために,最適直径に近いラテックス粒子を購入し,これを懸濁したセラミックスを乾燥し,還元雰囲気中で焼結する焼結法を検討した.パラメトリックな試験を行うことで,ナノ機能性構造体製作の製作手順を決定した.粒子径を精密に制御したラテックス表面に原料物質を吸着させ,容器内に充填する.充填したセラミックスとラテックス粒子を乾燥させ,これを加熱炉に装着し還元生雰囲気中で高温にしてラテックス粒子を熱分解させ,真球のマイクロ・ナノ空洞群を作るとともに,粒子表面の触媒物質を球形空洞内面に付着させた.ミクロ空洞構造の観察と計測には,現在保有している大型電子顕微鏡を使用し,焼成後もミクロ空洞が適正な直径と数密度を保っているかを検証・確認した.また,次年度のガスクロマトグラフを用いた水素改質実験を行うに当たり,ミクロ構造体の球形空洞内面に焼結する触媒物質の選定をおこなった.最適な化学成分とその濃度を,コンピュータソフトを使用して推定し,非平衡状態におけるふく射と反応ガスとの関係を明らかにした.本研究は,ふく射の空洞量子効果をより効率的に活用できる機能性構造体を製作し,分子の非平衡状態を空洞内で実現することで水蒸気-メタン改質反応を低温かつ高効率で行うことを目的としている.研究2年目の本年度は,前年度行ったミクロ構造体の球形空洞内面に焼結する触媒物質の選定により数種の物質を用いて改質実験を行った.この実験と平行してミクロ構造の熱ふく射定在波と分子の熱力学的非平衡状態における反応機構の基礎的知見を得るために,既存の計算コードを用いたミクロ領域におけるふく射特性の理論研究を進めた.改質実験では,前年度に作成したセラミックス焼結炉を改造し,マスフローコントローラーおよびガスクロマトグラフにより構成されるメタン改質実験装置を構築した.現有の温度計測装置やコンピュータを組み合わせた自動計測システムを構築することで,パラメトリックな実験に対応できるようにした.このシステムに高温のメタンと水蒸気を透過させて,水素の反応速度計測を行った.実験では加熱炉の温度を調整して種々の反応温度,流量を変化させることで反応ガスのミクロ構造体での滞留時間を調整し,それぞれのパラメータについてデータ取得をした.併せてこれまので改質充填層との比較を行うために,従来型の改質充填層を制作し,ミクロ構造体の改質実験との対比実験を行った.これにより高温側では改質割合の差が顕著になることを定性的にとらえることができた.ふく射特性の理論的研究については,ミクロ構造体がふく射特性に及ぼす影響を評価するために,物質およびミクロ構造のサイズをパラメータとした解析を行い,広範な波長領域におけるふく射特性を評価した.得られた結果より,水素改質における最適パラメータの詳細検討を行った.本研究は,高度に制御されたマイクロ構造体を作成し,空洞内ふく射と諸種のガス分子が熱力学的に非平衡状態で改質反応を起こさせることによって,高効率に水素を得るものである.この技術を確立する上では、マイクロ構造体の設計、改質反応実験、そしてマイクロ構造体内に生成する共振ふく射場の解明が必要になる。研究最終年度は,前年度に行った改質実験結果に基づき新たなマイクロ構造体の検証とそれを用いた実験を行った。このマイクロ構造体を用いて、水蒸気改質実験を行い、構造体の有無の違いにより改質反応量に違いが生じることを確認した。また新たなマイクロ構造体として、多孔質体ではなくマイクロチャネル形状の構造体を設計および製作した。導波管の原理により管内に存在可能な共振波長を求め、さらに希薄気体の圧力損失関係式により管の大きさを決定した。さらに、ふく射特性の理論的研究を行った。

微小空間内に生じるふく射場すなわち電磁場の共振現象を理論的に解析した。もっとも簡単な系として平行平板系を考え、球面波の多重反射過程を積分し、伝播エネルギーと温度の関係をプランクの法則で結びつけることにより共振現象およびそれによるエネルギー輸送量を導いた。
腫瘍壊死因子の全身性および局所性作用の制御と解析

I.CD14遺伝子の発現制御の解析:マウスCD14ゲノム遺伝子の転写開始点上流-249bpから-255bpに存在するTPA responsiveelement様配列(TRE)、TGATTCAおよびその直ぐ下流のCT rich配列がCD14の発現制御に関与するシスエレメントとなることを明らかにした。ヒトCD14遺伝子のプロモーター領域の塩基配列を明かにし、マウス配列と比較した。II.CD14 cDNAおよびゲノム遺伝子改変によるTNFの産生制御実験:1.膜非結合型リコンビナントCD14(rCD14)の分離:nativeおよびcDNAの3'側コード部にmutationを加えC末端部が種々の長さで短縮したクローンを作成し、大腸菌および昆虫系ベクターで発現させた。単クローン抗体(mAb)を作成した。このmAbとCD14 cDNAを用いてKupffer細胞(KC)のCD14はLPS刺激により著しく発現増強し、常時強くCD14を発現し、LPS刺激では発現増強が軽度な腹腔Mφとは著しく性質が異なることを明らかにした。さらにmAbを用いたFACSでKCと腹腔Mφの解析を行っており、KCは特有な小集団のMφに由来する結果を得た。2.CD14遺伝子TGマウスの作成:メタロチオネイン(MT)、U2αグロブリンおよびサイトメガロウイルスをプロモーターにしたnativeおよび変異CD14を注入したF_1マウス由来の卵から各々のTGマウスを得た。これまでの亜鉛投与MTプロモーター変異CD14遺伝子マウスのノーザン法による解析では肝、小腸、精巣で強い発現が見られた。III.TNFのランゲルハンス島β細胞における発現TGマウスの検索:島はリンパ球の浸潤により著しく腫大が見られた。β細胞の障害は軽微であった。浸潤リンパ球はCD4^+,CD8^-のTリンパ球あるいはslg^+Bリンパ球であった。小数のリンパ球で活性化が見られた。β細胞はリンパ球で圧排されていたが、β細胞の有意の減少は見られなかった。TGの島ではfibrosisが見られた。このfibrosisは抗CD3抗体投与で減少した。また、β細胞細胞上にMHCクラスII抗原の発現は見られなかった。β細胞の再生像が見られた。I.CD14遺伝子の発現制御の解析:CATアッセイおよびゲルシフト法でCD14ゲノム遺伝子の上流にCD14のマクロファージ特異的発現制御に関与するシスエレメントを同定した。現在ヒトCD14のプロモーター領域についても同様に解析を行っている。II.CD14 cDNAおよびゲノム遺伝子改変による産生制御実験:a.膜非結合型rCD14の分離:nativeおよびcDNAの3'側コード部にmutationを加えC末端部が種々の長さで短縮したクローンを作成し、大腸菌および昆虫系で発現させた。b.膜非結合型rCD14のinvitro効果の検討:Mφ細胞株をLBPを含む血清(硝酸銀液を皮内注射したマウスより得られた急性期血清)存在下にLPSで刺激し、TNFの遊離を目下検討中である。

C.CD14遺伝子TGマウスの作成:未変異および変異マウスCD14ゲノム遺伝子の5'上流に肝細胞特異的蛋白α_2Uグロビンのブロモーター、3'末端にSV40のポリAシグナルを結合した変異CD14遺伝子を作成し、BDA/2Ncrj/C57BL/6NcrjF1マウスの授精卵に注入し、ICR偽妊娠マウスで発生させた。現在まで膜結合型およびPl結合部を改変し膜非結合型にしたCD14遺伝子トランスジェニック(TG)マウスを各々一匹づつ得ており、現在pairingによりこれらのTGマウスの増殖を行っている。d.CD14遺伝子TGマウスにおけるCD14の発現および副次変化の検索:肝臓およびその他の組織における発現状態についてのノーザン法およびPAP法での解析はまだ使用可能なF2が得られていないため行っていない。一方、C57BL/6Jマウスではこれまで高い頻度で食仔されること、および生存中の一匹の発育が異常に悪いことなどを経験しており、これらがTGと関連した現象か否かを検討中である。II.TNFのランゲルハンス島β細胞における発現TGマウスの検索:TNF TGマウスをPAP、電顕、オートラジオグラムで検討し、種々の形態変化を観察した。I.CD14遺伝子の発現制御の解析:マウスCD14ゲノム遺伝子の転写開始点上流-249bpから-255に存在するTPA responsiveelement様配列(TRE)、TGATTCAおよびその直ぐ下流のCT rich配列がCD14の発現制御に関与するシスエレメントとなることを明らかにした。ヒトCD14遺伝子のプロモーター領域の塩基配列を明かにし、マウス配列と比較した。1.膜非結合型リコンピナントCD14(rCD14)の分離:nativeおよびcDNAの3'側コード部にmutationを加えc末端部が種々の長さで短縮したクローンを作成し、大腸菌および昆虫系ベクターで発現させた。単クローン抗体(mAb)を作成した。このmAbとCD14 cDNAを用いてKupffer細胞(KC)のCD14はLPS刺激により著しく発現増強し、常時強くCD14を発現し、LPS刺激では発現増強が軽度な腹腔Mphiとは著しく性質が異なることを明らかにした。さらにmAbを用いたFACSでKCと腹腔Mphiの解析を行っており、KCは特有な小集団のMphiに由来するる結果を得た。2.CD14遺伝子TGマウスの作成:メタロチオネイン(MT)、U2alphaグロブリンおよびサイトメガロウイルスをプロモーターにしたnativeおよび変異CD14を注入したF_<1.>マウス由来の卵から各々のTGマウスを得た。これまでの亜鉛投与MTプロモーター変異CD14遺伝子マウスのノーザン法による解析では肝、小腸、精巣で強い発現が見られた。III.TNFのランゲルハンス島beta細胞における発現TGマウスの検索:島はリンパ球の浸潤により著しく腫大が見られた。beta細胞の障害は軽微であった。浸潤リンパ球はCD4^+,CD8^-のTリンパ球あるいはslg^+Bリンパ球であった。小数のリンパ球で活性化が見られた。
水溶液の凍結・融解に伴うpH変動測定システムの開発

凍結濃縮は、水が凍結する際に物質を排除する性質から、溶質の移動が起きる現象である。産業では、濃縮果汁還元による輸送の効率化や品質維持、アルコール類の濃縮による風味や味の向上に利用されている。凍結濃縮に伴う溶質の移動により水溶液中の水素イオン濃度指数(pH)は変動し、含有される物質に影響を与えることになる。しかしながら、凍結濃縮に伴うpHの変動を定量的に測定した例は皆無に近い。本研究では、凍結・融解に伴うpHの変動を、高い時間・空間分解能で測定可能なシステムを構築することを目的とする。現在までの進捗状況は、凍結濃縮を評価するために必要なシステムを構築するための基礎データを取得した。また、評価システムの構築に必要な予備実験を実施してきた。簡易の測定装置を構築し、条件を変えて作成した氷の融解過程における外周から内側に向かう際のpHの変動を測定してきた。これまでに得られたデータから、凍結濃縮によるpHの変動は、水溶液の組成、氷の大きさ(容量)、凍結温度、凍結時に開放系とするか閉鎖系とするか、等の条件によって異なり、各パラメータに対して一定の傾向を示すことが解ってきた。今後の推進方策は、これまでに融解時のpH変動を測定可能な計測システムは既に構築し、測定を行ってきたことを受けて、今後は凍結・融解の双方向に対してpH変動を測定可能な測定系を構築することで、凍結途中のpH変動幅のデータも取得する。今後は、双方向に対応した計測系の開発を進めていく。また、融解時のpH変動データは、条件を変えて測定を続けていく。水溶液2種類、大きさ3種類、凍結温度2種類、の氷を作成し、これまでに構築した計測システムを用いて、凍結濃縮に伴うpH変動を測定した。得られたデータから、水溶液の組成に対してはイオン濃度が高いほど、氷の大きさ(容量)に対しては大きいほど、凍結温度に対しては温度が高いほど、凍結濃縮によるpH変動は大きい結果となった。これらは、次期測定システムの構築に向けた基礎データになる。凍結・融解の双方向のpH変動の計測を可能にするため、新たに凍結過程に計測可能なシステムを構築していく。凍結過程における測定に対応するには、局所におけるpHを正確に測定できること、およびセンサ周辺の水が凍結してもセンサが破損しないことを満たす必要がある。これらを満たす基盤技術として、我々が多検体自動pH測定システムを開発した際に構築したフロースルー型センサプローブがあるので、これを元に開発を進めていく。凍結時に生じるpH変動と融解時に生じるpH変動をそれぞれ測定し、結果を比較検討することによって、凍結濃縮によるpH変動について詳細に考察していきたい。物品の機種選定において、適切な製品を特定するために今暫く研究を進める必要があったため。
動的バビネ反転可能な異方的メタ表面によるテラヘルツ波制御の新展開

チェッカーボード構造は接点状態が接続か非接続かによってその応答が劇的に変化する。こうしたチェッカーボード構造の特異な応答について本研究課題ではデバイス応用可能性の追求、および、新たな物理的理解を目指して研究を進めている。以下、当該年度に得られた具体的な成果について説明する。まず、出射偏光の回転方向(ヘリシティ)を制御可能な動的λ/4波長板を実現するために必要とされる対称性を明確化し、設計の指導原理として新たにまとめた。この指導原理において、フォスターの定理と呼ばれる受動的な回路の一般的な性質が鍵となることも明らかになった。今回、定式化できた指導原理においてはデバイスの具体的な形状ではなく、対称性が重要な役割を果たす。このため、今回得られた指導原理はヘリシティ切り替えを実現するための普遍的な原理として様々な形状に応用でき、非常に有用性は高い。さらに、こうした動的λ/4波長板の性能を向上させるために、新たな構造を検討し、その動作周波数の広帯域化も検討した。その結果として構造を単純化させることで動作周波数のブロードバンド化が実現可能であることが明らかとなった。こうしたブロードバンド化は通信やセンシング応用にとって重要となる。また、上記の動的λ/4波長板とは別にチェッカーボード構造を利用した回折波の進行方向制御に関する数値計算も行なった。その結果として、チェッカーボード構造を用いてテラヘルツ波のビームステアリングが可能であるという知見も得られた。こうしたステアリング技術を用いると通信効率やセンシングの効率を上げることが可能になると期待される。(1)出射テラヘルツ波の偏光の回転方向(ヘリシティ)を制御可能な動的λ/4波長板に関して得られた成果をまとめた論文を執筆・投稿した。その後、査読者とのやり取りを通して原稿の改訂が必要となった。このためにデバイスの設計理論をさらに精緻化した。また、データの信頼性を上げるための実験も行なった。こうした進捗のおかげで、年度内での論文受理は叶わなかったものの適切に査読コメントへ対応できた。さて、実現した動的λ/4波長板は高効率にヘリシティを切り替え可能であるが、一方でその動作周波数帯域が狭いという問題が新たに判明した。この問題を解決するために協力研究者と研究を進め、構造を工夫することでブロードバンド化が可能であることを示した。(2)チェッカーボード構造を利用した回折波の進行方向制御に関するシミュレーションを行なった。その結果、異方性のあるチェッカーボードを用いることでこうしたテラヘルツ波の進行方向の制御が可能であることがわかった。しかしながら、回折効率を高くすることができないという問題点も新たに判明した。(3)新たな方向性としてチェッカーボード系に表れる双対性とトポロジカル物理の融合が可能かどうか、ということを検討しはじめた。その準備としてトポロジカル伝搬が表れる系をシミュレーションと実験によって調べ、その本質的なポイントを抽出した。以上のように様々な方向性からチェッカーボード構造に関する研究が進んでおり、当初の想定以上に進捗していると言える。今年度の研究でわかった知見を元にデバイスのブロードバンド化を推進する。また、前年度からの課題であった平面カイラル応答切り替えについてもデータをまとめ論文として報告できるようにする。さて、これまでの研究で異方性チェッカーボードの様々な応用可能性が明らかになったわけであるが、その特性の物理的起源についてはいまだ十分な理解に達していない。このため、最終年度はこれまでの成果を総合し、チェッカーボード系に現れる双対性の本質的な理解を進め、特異性の起源を探る。特に幾何学的な側面について理論的に議論する。また新たなチェッカーボード系の研究の方向性としてトポロジカル物理との融合も模索する。金属チェッカーボード構造は接点の接続状態により、その電磁応答を劇的に変化させるという、特異な性質を持っている。本研究では、こうしたチェッカーボード構造の特異性を使った動的変調デバイスの実現に関し研究を行っている。特に、異方性のあるチェッカーボード構造の接点状態を切り替えることにより、動的にテラヘルツ波の偏光や伝搬の制御を可能にすることを目指している。本年度は、異方的チェッカーボードの特異性を応用し、偏光応答を切り替え可能なメタ表面に関して研究した。具体的には、(1)動的に速軸を90度回転可能な四分の一波長板、および、(2)平面カイラリティを切り替えられる構造体、を実現するために構造最適化と評価装置の改良をおこなった。(1)で開発中の動的四分の一波長板に関しては、特定の偏光のテラヘルツ波を入射している状況で、チェッカーボード構造の相転移を引き起こすと、出射波の円偏光のヘリシティ(右回り、左回り)を逆転させることができる。(2)に関しては、これまでに報告がないような人工平面材料のカイラリティ切替えが実現できる。これらのデバイスに対し、透過波の偏光を解析できるテラヘルツ時間領域分光法を用いて評価を進めている。得られた結果についてデータ解析、および、論文執筆作業を行っている段階である。このような研究はテラヘルツ波の動的偏光制御技術として広く活用可能なものである。偏光敏感分光、ロックイン技術を活用した高感度測定、データ伝送などへの応用が期待される。まず、動的に速軸を90度回転可能なテラヘルツ四分の一波長板の開発を進めた。本デバイスには二酸化バナジウムの相転移が利用される。