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カーネーションを用いたエチレン主導型老化花きの分子機構の研究

エチレン主導型老化花きであるカーネーションの開花と老化の分子機構を明らかにする研究を行い,主に以下の3点の成果を得た.(1)開花花弁細胞において発現が特異的に変化する遺伝子の解析を行い,花弁の伸長と展開時に特異的に発現する遺伝子群を明らかにした.これらの遺伝子群には,転写,シグナル伝達,細胞壁代謝,脂質代謝,輸送に関わる遺伝子が含まれていた.さらに,4種類のキシログルカングルコシル転移酵素/加水分解酵素(XTH)遺伝子,3種類のエクスパンシン(EXP)遺伝子,1種のスクロース合成酵素遺伝子(DcSUS1)を単離し,花弁の伸長成長と展開成長時における発現特性を明らかにした.(2)カーネーションのACC合成酵素遺伝子(DcACS1)に,イントロンの構造(塩基配列)が異なる2つの遺伝子(genomic DNA, DcACS1aとDcACS1b)が存在することを明らかにした.DcACS1aとDcACS1bのプロモーター領域を含むゲノムDNAをAgrobacterium法によって導入した遺伝子組み換えタバコを作出した.この遺伝子組み換えタバコの解析は,クリマクテリック型エチレン生成の成立を解明する手掛かりを与えることが期待される.(3)花弁老化時に発現が低下する遺伝子としてglycine-rich RNA binding protein遺伝子(DcGRP1)を取得し,この遺伝子のプロモーター領域にエチレン応答配列(ERE)が存在することを明らかにした.これによって,プロモーター領域にEREをもち発現が増加するシステインプロテナーゼ1遺伝子(CPase1)との比較解析が可能になった.エチレン主導型老化花きであるカーネーションの開花と老化の分子機構を明らかにする研究を行い,主に以下の3点の成果を得た.(1)開花花弁細胞において発現が特異的に変化する遺伝子の解析を行い,花弁の伸長と展開時に特異的に発現する遺伝子群を明らかにした.これらの遺伝子群には,転写,シグナル伝達,細胞壁代謝,脂質代謝,輸送に関わる遺伝子が含まれていた.さらに,4種類のキシログルカングルコシル転移酵素/加水分解酵素(XTH)遺伝子,3種類のエクスパンシン(EXP)遺伝子,1種のスクロース合成酵素遺伝子(DcSUS1)を単離し,花弁の伸長成長と展開成長時における発現特性を明らかにした.(2)カーネーションのACC合成酵素遺伝子(DcACS1)に,イントロンの構造(塩基配列)が異なる2つの遺伝子(genomic DNA, DcACS1aとDcACS1b)が存在することを明らかにした.DcACS1aとDcACS1bのプロモーター領域を含むゲノムDNAをAgrobacterium法によって導入した遺伝子組み換えタバコを作出した.この遺伝子組み換えタバコの解析は,クリマクテリック型エチレン生成の成立を解明する手掛かりを与えることが期待される.(3)花弁老化時に発現が低下する遺伝子としてglycine-rich RNA binding protein遺伝子(DcGRP1)を取得し,この遺伝子のプロモーター領域にエチレン応答配列(ERE)が存在することを明らかにした.これによって,プロモーター領域にEREをもち発現が増加するシステインプロテナーゼ1遺伝子(CPase1)との比較解析が可能になった.(1)クリマクテリック型エチレン生成・クリマクテリック型花きの成立の研究:カーネーション花弁からクリマクテリック型エチレン生成に関与するACC合成酵素遺伝子(DcACS1)のゲノムDNAをクローニングし構造を解析した.構造遺伝子は3つのエクソンと2つのイントロンからなること,1000bpのプロモーター領域の中にエチレン応答配列(ERE)が存在することなどを見いだした.このゲノムDNAを元にしてからコンストラクトを作成し,Agrobacterium法によってタバコに導入し,花のエチレン生成特性の形質転換実験を行う準備が整った.(2)花弁の伸長と展開時に特異的に発現する遺伝子の研究:キシログルカングルコシル転移酵素/加水分解酵素(XTH)遺伝子(DcXTH1,DcXTH2)とスクロース合成酵素遺伝子(DcSUS1)の花弁の伸長成長と展開成長時における発現特性を明確にした.他方,開花花弁細胞で発現が変化する遺伝子を,SSH法によって多数取得した.このうちの1000個について,塩基配列の決定を継続中である.これらの結果から,花弁細胞の展開伸長に密接に関与する遺伝子の手がかりを得ることができた.(3)花弁のエチレン依存性老化(萎れ,wilting)と非依存老化(萎縮,fading)の比較研究:エチレン依存性・非依存老化花弁の調整,RNA試料の抽出を行った.このRNAサンプルを用いて,β-ガラクトシダーゼ,β-グルコシダーゼ,システインプロテアーゼ(CPase),ヌクレアーゼ遺伝子の発現を比較検討する準備が整った.(1)クリマクテリック型エチレン生成・クリマクテリック型花きの成立の研究:カーネーション花弁のクリマクテリック型エチレン生成に関与するACC合成酵素遺伝子(DcACS1)のゲノムDNAを解析し,DcACS1には構造が非常によく似た2つの遺伝子,DcACS1aとDcACS1bが存在することを見いだした.さらに,DcACS1aとDcACS1bの両方をもつカーネーション品種と,DcACS1aのみをもっ品種があることを明らかにした.DcACS1aとDcACS1bのゲノムDNAをAgrobacterium法によってタバコに導入し,遺伝子組換え体を作出した.今後,この組換え体を開花させ,花のエチレン生成がクリマクテリック型に形質転換するか否かを明らかにする.(2)花弁の伸長と展開時に特異的に発現する遺伝子の研究:キシログルカングルコシル転移酵素/加水分解酵素(XTH)

遺伝子にっいて,前年度に明らかにした2種に加えて,さらに2種をクローニングし合計4種(DcXTH1,2,3,4)を得た.4種の遺伝子の発現を解析した.さらに,花弁細胞の成長に関わるタンパク質因子エクスパンシンの遺伝子を3種得て,構造と発環の解析に着手した.SSH法によって取得した開花花弁細胞で発現が変化する遺伝子のうち,花弁伸長期と花弁展開期に特に発現量の変化が大きい遣伝子を,それぞれ6個ずつ選び,発現を解析した.(3)花弁のエチレン依存性老化(萎れ,wilting)と非依存老化(萎縮,fading)の比較研究:エチレン誘導性老化時の,花弁細胞の分解・崩壊の制御に関与する転写因子の遺伝子DcGRP1を明らかにした.DcGRP1遺伝子のプロモーター領域にエチレン応答性因子(ERE)が存在することを見いだし,同様な遺伝子DcCP1との比較発現解析に着手した.エチレン主導型老化花きであるカーネーションを用いて,(1)カーネーションのACC合成酵素ゲノムDNAをタバコに導入する実験を行い,クリマクテリック型エチレン生成の成立を解明する,(2)開花花弁細胞において発現が特異的に変化する遺伝子の解析を行って,花弁の伸長と展開時に特異的に発現する遺伝子を明らかにし,次世代型高品質花き「ゆっくり咲く花」の作出の標的遺伝子を提案する,ことを目的にした.(1)については,カーネーションのACC合成酵素遺伝子(DcACS1aとDcACS1b)のプロモーター領域を含むゲノムDNAをAgrobacterium法によってタバコに導入した.開花させてT1種子を取得し,現在解析中である.(2)については,4種類のキシログルカングルコシル転移酵素/加水分解酵素(XTH)遺伝子,3種類エクスパンシン(EXP)遺伝子,1種のスクロース合成酵素遺伝子(DcSUS1)を単離して構造を解析し,花弁の伸長成長と展開成長時における発現特性を明らかにした(投稿準備中).「ゆっくり咲く花」作出の標的遺伝子として,XTH遺伝子とSUS遺伝子を明らかにすることができた.
国民に広く浸透する肺炎予防のオーラルバイオフィルムを除去する新しい方法の開発

平成29年度に課題となった室温や日内変動の影響についての要因を検討しより厳格で新たなプロトコールの作成に入り、それに基づき研究を進めていくこととし、条件探索実験を行なった。同時に平成30年2月に行われたメール会議で、実際の人の唾液による抗菌効果を加味した検討が必要ではないかとの結論に達した。そこで人の唾液に含まれる抗菌物質であるC.albicansに特異的な抗菌作用を示すβ-defensin 3、histatin 5およびIgAなどがあるが、抗菌物質の唾液中の濃度を測定することによりC.albicansに対する感染防御能やバイオフィルム抑制が個人レベルで把握することが可能であるのではないかと推察し、唾液試料を用いた基礎的検討を試みた。着目したのは先にしました唾液中抗菌物質であるが、IgAは日内変動が存在していることは知られているが、C.albicansに対して強い抗菌作用を有するβ-defensin 3およびhistatin 5の日内変動については未だ不明である。そのため、唾液採取の至適時間を決定することを目的とし、健常者20名(男性10名、女性10名、平均年齢25.7 ±1.95歳)を対象に1日2回、連続7日間の安静時唾液を採取し、唾液中抗菌物質濃度をELISA法にて測定し、β-defensin 3、histatin 5およびIgAにおける日内変動および日間変動をTwo-wayANOVAを用いて検討した。さらに、被験者から採取した唾液よりELISA法を用いて唾液中抗菌物質濃度を測定し、全被験者から得られた抗菌物質濃度より最大濃度、中央濃度および最小濃度の3種類の濃度を決定し、それに基づき詳細が明らかになっていないβ-defensin 3およびhistatin 5のC.albicansに対する抗菌効果について検討した。平成29年度に行った研究の結果、真菌数の経時的な変化においてβ-defensin 3は有意な差は認めないが、経時的に真菌数が増加する傾向を示す(p=0.051)一方で、histatin 5は経時的に真菌数が減少する傾向を示した(p=0.017)。結果、最大濃度のhistatin 5とコントロールの間に6時間経過時の真菌数の比較において有意な差を認めた(p=0.003)。ATP活性値の経時的な変化においてβ-defensin 3は経時的にATP活性値が増加する傾向を示した(p=0.050)。Bonferroni法の結果、最大濃度のβ-defensin 3とコントロールとの間に6時間経過時のATP活性値の比較において有意な差を認めた(p=0.007)。一方で、histatin 5は有意な差を認めないが、経時的にATP活性値が減少する傾向を示した(p=0.051)。β-defensin 3濃度の違いにおける真菌数とATP活性値との相関係数は最大濃度1.000 (p<.0001)、中央濃度1.000 (p<.0001)、最小濃度0.998 (p<.0001)となり、正の相関を示した。Histatin 5濃度の違いにおける真菌数とATP活性値との相関係数は最大濃度0.913 (p=.002)、中央濃度0.907 (p=.002)、最小濃度0.900 (p=.002)となり、正の相関を示した。感受性試験においてβ-defensin 3およびhistatin 5すべての濃度において阻止円を形成せず、薬効効果を示すほどの抗菌作用はないことが明らかになった。また前年度継続して課題としていた青色光(スポットライトα)にて1060秒間にて10秒おきに6条件で照射を行った結果、予備実験ではあるが20秒、40秒、60秒の20秒間隔での照射での臨床試験を行うこととした。今後当該年度に行う予定のバイオフィルムの数量化について検討する予定であり、年度の予定を繰越すが、以上のことから概ね順調に研究は進展していると考える。次年度はバイオフィルムの数量化(河相・水口・木本克彦)付着菌の測定を細菌数測定装置細菌カウンター・DU-AA01NP-H(パナソニックヘルスケア株式会社)を用いて行う。表面から細菌を採取しコンパクト恒温器カルボックスCB101(株式会社テックジャム)で培養し、定量化を行う。また歯垢染色液プロスペック(ジーシー)で染め出し後、面積測定器PLANIX7(タマヤ計測システム株式会社)にて染め出された面積(バイオフィルム)の数量化を行う。そして予定通り平成31年度は臨床試験を行う予定である。まず臨床試験に関わる倫理審査を受審し、被験者を当初の予定通り40名収集することとする。介入は全部床義歯または部分床義歯を通法に従いの機械的及び化学的清掃法を実施し、義歯に青色光を基礎研究から検討した至適条件を参考に照射する。被験者には3日間義歯の清掃をしない状態で来院をしていただく。来院時に、細菌数の測定、および培養の準備、バイオフィルムの形成を染めで足による観察を行い、バイオフィルムの付着を定量化する。その後従来の機械的及び化学的清掃法を実施する。対照は、義歯に光照射を行わず、3日間清掃をしない状態で、同様に、バイオフィルムの形成を観察し、バイオフィルムの付着を定量化する。平成29年度の研究実績は以下の通りである。

研究委員会の開催:研究委員会をメールで2回開催した、第1回目のメール会議で資料作成方法、及び実験進行のプロトコールの確認と修正を行った。第1回目のメール会議でコンセンサスを得たプロトコールの修正は、基礎実験(In Vitro)の試験体を当初4施設で60試験体としていたが、アウトカムと最小有効値を精査して再度計算した結果、1施設18試験体、4施設合計52試験体と修正した。また懸案であった照射する青色光は各施設に備わっているレジン照射器(歯科用ワイヤレスLED光重合器D1)とすることで検討され同意が得られた。各施設で当初の実験条件に沿って、レジン照射器で6条件の時間で照射後、人口唾液に浸漬し細菌(C.albicans)に暴露させた。しかしながら、この暴露方法についC.albicansの定着に偏差が生じ難渋した結果、異なる菌株のC.albicansを試行錯誤しながら適応し実験を繰り返した。年度末の2月の時点で、付着試験の結果の偏差は当初より低下(ばらつきが低下)しており、従前より付着が安定しているものの、未だ十分な域に到達したとはいえず、引き続きの検討が必要な段階である。年度末に予定通り第2回メール会議を開催し、先に記載した問題への討議を行い、室温や日内変動の影響についての要因を検討しより厳格で新たなプロトコールの作成に入り、それに基づき研究を進めていくこととした。現在も継続して条件探索実験を行なっている。当該年度は研究の推進と、共有を図る目的でで研究委員会(メール会議)を開催した。会議の次第は主に研究内容の確認と、共有であり具体的には1)試験体の製作方法2)試験体への照射実験の方法の確認で、各施設で実施が進んだ。当初の予定でである3)試験体の人工唾液の浸漬と細菌の暴露4)バイオフィルムの数量化を検討については,細菌の暴露方法について予想以上の時間と研究手法に時間を要したため若干の進行の遅れがあるものの,概ね順調に推移していると思われれる。平成29年度に課題となった室温や日内変動の影響についての要因を検討しより厳格で新たなプロトコールの作成に入り、それに基づき研究を進めていくこととし、条件探索実験を行なった。同時に平成30年2月に行われたメール会議で、実際の人の唾液による抗菌効果を加味した検討が必要ではないかとの結論に達した。そこで人の唾液に含まれる抗菌物質であるC.albicansに特異的な抗菌作用を示すβ-defensin 3、histatin 5およびIgAなどがあるが、抗菌物質の唾液中の濃度を測定することによりC.albicansに対する感染防御能やバイオフィルム抑制が個人レベルで把握することが可能であるのではないかと推察し、唾液試料を用いた基礎的検討を試みた。着目したのは先にしました唾液中抗菌物質であるが、IgAは日内変動が存在していることは知られているが、C.albicansに対して強い抗菌作用を有するβ-defensin 3およびhistatin 5の日内変動については未だ不明である。そのため、唾液採取の至適時間を決定することを目的とし、健常者20名(男性10名、女性10名、平均年齢25.7 ±1.95歳)を対象に1日2回、連続7日間の安静時唾液を採取し、唾液中抗菌物質濃度をELISA法にて測定し、β-defensin 3、histatin 5およびIgAにおける日内変動および日間変動をTwo-wayANOVAを用いて検討した。
歯科領域における遠隔X線・病理診断に関する研究

本研究の目的はまず放射線科と病理学研究室との間での遠隔カンファレンスを想定した場合の放射線画像および病理組織画像について、それらの伝送の実現性、伝送画像の診断学的価値を評価することとし、さらに実際にカンファレンスを行ったときの利便性を、TV電話などを含めて評価することとした。その結果、以下のことが判明した。1)パソコン同士をISDN回線で直結してデジタル化した画像を伝送する場合、放射線画像では、可逆圧縮および非可逆圧縮(JPEG20:1)、いずれの場合であっても、その画質は良好であり、通常の診断目的には充分であった。病理画像は可逆圧縮のみを試みたが、充分な画質を有していた。2)放射線画像の画像データ量は非常に大きいため、たとえJPEG20:1圧縮を行った場合であっても、1枚のシート画像を送るのに2分程度を要し、リアルタイムでのカンファレンスは困難であった。また可逆圧縮画像の場合は1枚のシート画像に30分程度を要するため、カンファレンスの前日の夜から、伝送する必要が生じた。病理画像についてはさらに時間を要した。3)TV電話によるカンファレンスではビデオカメラで撮像した画像を即座に伝送できるため、リアルタイムでの討論が可能であり、その利便性は高いといえた。4)TV電話で伝送された画像は、放射線画像についてはその質はほぼ良好で、診断に必要な画質を有するといえたが、病理組織像についてはことに弱拡大の像では診断が困難であり、強拡大となって、はじめて許容できた。5)TV電話でのカンファレンスでは、専門医同士の解説などが加わるために、多少の画質の劣化は補償できた。したがって、画質の向上を目的とした今後の検討が必要ではあるが、現時点においても、充分、使用にたえるものと判断できた。6)パソコン同士を接続する場合、今回用いたISDN64は日本全国で利用できる利点はあるが、通信速度が不十分と考えられた。光通信網やADSLなど最新の通信方法は今回の通信速度の1,500倍程度まで早くできると考えられ、通信基盤が整備されるとパソコン同士でのカンファレンスも実用になると考えられた。遠隔医療は「映像伝送を中核とした情報の伝達によって何らかの診療行為を行うこと」であり、僻地医療など専門家の少ない領域の場合においてその利用が検討され医科領域では一部臨床応用も行われてきている。診療の第一線をほとんど個人開業医に依存している歯科領域においては、このシステムはより有用と考えられる。しかしながら現時点では歯科X線画像、口腔病理画像ともにこの種の応用に関する研究は限られており、早急な検討が望まれている。特に画像の伝送においては画質の低下は不可避であり、原画像の情報のうち診断に必要な情報を損なうことなく伝送するための伝送の諸条件を明らかにする必要がある。本研究では白黒のX線画像および病理組織画像などのカラー画像について診断学的価値を維持した上で伝送を行うのに必要な画像取得法などの条件を決定し、実際に複数の施設間で伝送を行いその有効性・短所について明らかにする。本年は、ISDN64回線を利用し口腔病理学教室との間で腫瘍症例のX線画像および病理組織画像を実験的に伝送しカンファレンスを行った。コンピュータを利用してデジタル化後伝送する場合、X線画像1枚のデジタル化に平均8分程度要し、可逆圧縮で伝送する場合伝送時間が1枚あたり25分程度、JPEG約1/20圧縮方式で伝送する場合1枚あたり1.5分程度要した。

これよりデジタル化および転送所要時間でみるとリアルタイム性を必要とするカンファレンスにはこの方式は不適と考えられた。画質の点ではJPEG圧縮でカンファレンスには十分と考えられた。以上よりリアルタイムの応答が必要とされるカンファレンスなどでは、現状ではパソコンを介さずテレビ電話などでビデオ信号を直接伝送する方がいいと考えられ、現在テレビ電話によるカンファレンスシステムを構築中である。次年度はこのシステムを利用した場合の利点欠点について明らかにしていく予定である。
水拡散測定法を用いた次世代ファンクショナルMRIメカニズムの解明とその応用

本課題では水拡散測定法を用いたファンクショナルMRI(DfMRI)のメカニズム解明とその応用を試みた。ヒト・動物MRIの結果から、我々の獲得しているDfMRI信号変化はBOLD環境の変化に大きく依存したが、その変化は従来のBOLD変化とは異なるものであった。また、わずかではあるが、低拡散水フラクション変化も確認された。これらは、in vitro実験の結果も考慮すると、DfMRIが細胞レベルでのBOLDおよび水拡散変化を反映していることを示唆している。本研究課題の目的は、「ヒトMRI、動物MRI、動物レーザー顕微鏡を結ぶ共通のプラットフォームを完成させ、臨床で観測される拡散脳機能MRI(D fMRI)の変化と細胞レベルでの生理学的・病理学的変化とのマッチングをはかるとともに、DfMRIを用いた臨床疾患診断に向けたエビデンスを提供していく」であり、初年度の平成21年度は実験系のベースとなる「共通のプラットフォームの完成」に重点を置いた。行った研究内容は以下の通り。1、共通のプラットフォーム構築(1)ヒト・動物の双方で使用可能な拡散脳機能MRI(DfMRI)撮影用のパルスシーケンスの基礎的研究を行った。DfMRI信号源を解明するために必要な拡散強調下でのT2測定が可能となった。(2)ヒト用MRIにおける動物実験に向けたハードウェアセットアップを行った。DfMRI信号と脳糖代謝を比較するための炭素MRS用コイルを作製した。(4) MRI・レーザ顕微鏡データの双方に応用可能な画像解析プログラムを作製した。2、DfMIメカニズム解明に必要な動物実験モデル作成(1)拡散強調下でのBOLD信号を取得するための動物MRIシステムのセットアップを行った。(2)細胞膨化説を検証するためのアクアポリン発現をコントロールした細胞を使用する実験系の基礎的デザインを確立した。本研究課題の目的は、「ヒトMRI、動物MRI、動物レーザー顕微鏡を結ぶ共通のプラットフォームを完成させ、臨床で観測される拡散脳機能MRI(D fMRI)の変化と細胞レベルでの生理学的・病理学的変化とのマッチングをはかるとともに、DfMRIを用いた臨床疾患診断に向けたエビデンスを提供していく」であり、2年目の平成22年度では21年度に作成した実験系のベースとなる「共通のプラットフォーム」を利用して、以下に示す応用研究を進めた。1)DfMRI信号と神経活動の一致性の検証のため、BOLD fMRIとDfMRIを同時に取得できるシーケンスなどを用いて両者における賦活領域の差異を検証した。後者がより皮質に限定される傾向にあった。2)静磁場の違い、および、動物種の違いがDfMRI信号変化に及ぼす影響を解明するため、7テスラにおける、齧歯類を用いたDfMRI撮像を行い、ヒトでの研究結果との比較を行った。ヒトでの結果と異なり、水拡散に起因する信号が弱いことが示唆された。3)ヒトDfMRIの臨床応用に向けた基礎研究として、放射線照射により脳に障害を与えたラットを用いて拡散強調画像信号変化とレーザー顕微鏡で示される細胞レベルでの生体変化を比較した。マクロでとらえられる水拡散イメージングと細胞レベルでの循環代謝変化とを関連付ける所見が得られた。4)動物実験に基づき、臨床に応用可能なプロトコールの原案を作成した。先行研究を参考にしながら、本課題で得られた知見や技術を組み込んだプロトコールの基礎を構築した。23年度にプロトコールを完成し、基礎検証を行う予定である。最終年度となる23年度は、in vitro実験、動物実験、人を対象とした測定の結果を各々解析するとともに、それぞれの解析結果を横断的に評価し、DfMRIのメカニズム解明を試みた。in vitro実験では、アクアポリン発現制御細胞を用いて細胞膜水透過性の拡散MRI信号に対する影響を評価した。強い拡散強調の下でのみ細胞膜水透過性の変化を捉える事が可能であった。動物実験では、人と類似したプロトコルを用いて測定したDfMRI結果をまとめて論文発表を行った。人を対象とした測定と異なり、拡散強調の強さと信号変化との間には有意な関係は見出されなかった。人を対象とした研究では、DfMRIで得られた信号からBOLD成分と低拡散水フラクション(細胞膨化を反映)を独立情報として抽出し、脳賦活との対応を見た。脳賦活による信号変化はBOLD成分が主体であったが、低拡散水フラクションもわずかに増加していた。in vitro実験で得られた結果はDfMRIのような強い拡散強調の下では細胞レベルの水拡散情報を主に反映した信号が得られる事を示唆している。人のDfMRI測定の解析から導き出されたBOLD成分以外の信号は、この細胞レベルの変化を捉えた新しい生体情報を反映している可能性がある。しかし、動物実験でこの成分は確認できず、静磁場の影響や種差によって影響を受ける信号成分であることが示唆された。
高密度自己組織化量子ドットアレイの作製と光電変換メカニズムの解明と制御

従来のpn接合間の最適なエネルギー位置に新たにバンド構造を導入した中間バンド型太陽電池が実現できると、エネルギー変換効率の理論値は60%(集光時)を上回り、現在の単結晶Si太陽電池の23倍の発電量が得られる。このような太陽電池を実現する素子構造として、高密度、高均一で周期配列させた量子ドット超格子(ドット結晶)が挙げられる。本研究では価電子帯から中間バンドへ、また中間バンドから伝導帯への励起強度と時間遅れが光電流に及ぼす影響を網羅的に調べることにより、中間バンドの役割を明確にし、かつこのときの最適な集光条件を見出すことにより、電流整合の最適化及び高電圧化を図ることを目的とした研究を行った。GaAs(311)B基板上に、20層の自己組織化InGaAs量子ドットと25nmのGaAsスペーサ層をi層とするpin型量子ドット太陽電池を作製し、9Kの低温で赤外パルス光照射による量子効率の増加量(△EQE)の赤外バイアス光波長依存性を測定した。得られた△EQEの2段階目の赤外バイアス光励起波長依存性の結果から、1段階目のバンド間遷移として、2次元ぬれ層(WL; 1.45 eV)、及びGaAsバリア層(1.70 eV > Eg=1.50 eV)を励起することでEQEの増大が確認された。これらの場合、価電子帯からのバンド間遷移で生成されたキャリアのうち、量子ドットに捕獲されたキャリアが赤外バイアス光で再励起されることで、EQEの増大が得られていることを示している。また同結果から、明瞭な0.20 eVのピーク構造と0.42 eV以上のバンド構造が観測され、それぞれ中間バンドに相当する量子ドットの基底状態から励起状態の束縛状態、及び伝導帯の連続状態への遷移によるものであると考えられる。一方で、量子ドット基底状態(1.35 eV)を共鳴励起した場合、赤外バイアス光照射によってEQEが減少する効果が観測された。これは、伝導帯内に存在するトラップ準位に赤外励起キャリアが捕獲されたことによると考えられ、量子ドット共鳴励起による光キャリア注入量を改善する、すなわちより高密度の量子ドット層を形成する必要があることを示唆している。これらの結果により、高密度量子ドットアレイが形成する中間バンドから伝導帯への光学遷移によるスペクトル特性が明らかになった。今後、室温においても中間バンドに適切なキャリア占有状態を実現することができれば、2段階光吸収による高効率な電流増大が得られることが期待される。電界減衰(Field-damping structure)型InGaAs/AlGaAs量子ドット太陽電池において、キャリア収集効率を改善するために、高ギャップ材料のAlAsSbを用いてInGaAs量子ドットを埋め込む構造を検討した。AlAsSb層がフェンスの役割を担い、伝導帯準位からInGaAs量子ドットへのキャリアの捕獲が抑制され、キャリア収集効率が大幅に改善されることを明らかにした。一方、量子ドット超格子における2段階光吸収メカニズム解明と高効率化に向けた最適セル設計の課題においては、多重積層InGaAs量子ドットを異なるバリア層材料を用いて伝導帯バンドオフセットを系統的に制御し、フーリエ変換分光法を用いて2段階光吸収による赤外光電流スペクトルの評価・解析を行った。2段階目の赤外光電流スペクトルの吸収端エネルギーと赤外光電流応答の閾値温度との間には、普遍的な線形関係があることが分かった。これにより、室温2段階光吸収の高効率動作に向けた光キャリア閉じ込めの最適化設計値が、0.46eV以上になることを明らかにした。さらに量子ドットを用いた中間バンド型太陽電池に対するデバイスシミュレータへ量子ドットの閉じ込め準位間での連続トンネル伝導効果を導入した。この結果、トンネリングにより中間バンドを介した再結合が抑制され、中間バンド型太陽電池の特性向上に寄与することを明らかにした。量子ドットを高密度に周期配列させた超格子構造内に形成される中間バンドを介した光学遷移を利用して、赤外光の光を有効に吸収し太陽電池の高効率化を図るのが量子ドット中間バンド太陽電池である。このときのポイントは、太陽光を吸収して中間バンドに励起された電子は、もう一度光子のエネルギーを吸収して、量子ドットの外へ抜け出るように作り上げることである。脱出した電子は、拡散・ドリフト中に別の量子ドットに再び捕獲されるものがでてくるが、捕獲と光励起(脱出)の過程を繰り返しながら最終的には電極まで到達できるように素子構造を最適化する必要がある。ただし太陽電池中では、吸収と再結合は常に競合する関係にあるため、生成された電子の脱出速度は、量子ドット内での発光再結合や欠陥準位などの局所準位を介した非発光再結合過程の平均速度よりも十分に速くなっていなければならない。本年度は、量子ドット超格子における2段階光吸収メカニズム解明と高効率化に向けた最適セル設計の課題において、多重積層InGaAs量子ドットを異なるバリア層材料を用いて伝導帯バンドオフセットを系統的に制御し、フーリエ変換分光法を用いて2段階光吸収による赤外光電流スペクトルの評価・解析を行った。本成果のポイントは、2段階目の赤外光電流スペクトルの吸収端エネルギーと赤外光電流応答の閾値温度との間には普遍的な線形関係があることを明らかにできた点にある。これにより、室温2段階光吸収の高効率動作に向けた光キャリア閉じ込めの最適設計値を0.46 eV以上にすることが必要と具体的な数値を見い出すことができた。

量子ドット・超格子による最適なミニバンド構造を光吸収層に導入した太陽電池では、エネルギー変換効率の理論値が集光時に60%を上回る。中間バンドを使った高効率化のアプローチでは、中間バンド内の準位に光励起されたキャリアの寿命が十分長いこと、さらに中間バンド→伝導帯への光励起が効率良く生じることが必須である。この光励起と再結合レートとの競合関係、及び太陽光スペクトルとの整合性が太陽電池の特性を決定する。本研究では、高均一で高密度の量子ドット超格子の作製技術の実績を基に、量子ドット超格子中に形成される中間バンドを介した光電変換過程のメカニズムの解明とその制御法を研究し、量子ドット太陽電池の高効率化を図ることを目的とする。また、新たに高エネルギーギャップ・トップセルと量子ドットセルを組み合わせた高効率集光セルを作製し、電流整合の最適化及び高電圧化を図る。本年度は、まずGaSb/GaAsタイプII型量子ナノ構造の高品質化に向けて成長条件の検討を行い、S-K成長法によってGaSb結晶を3次元状に形成した後に、Asを一定時間照射して形状を制御することでPL発光寿命が長寿命化されることを見出した。またGaSb結晶にAsを照射した試料では、量子ナノ構造中に生成されたキャリアが光励起によって取り出される割合が高くなることを明らかにした。次に、多重積層InAs量子ドット太陽電池において、フーリエ変換光電流分光法(FTPS)を用いて2段階光吸収過程の1段階目と2段階目を詳細にスペクトル分解した量子効率スペクトルマップを得た。量子効率スペクトルマップと太陽光スペクトル(AM1.5D)との重なり積分から、2段階光吸収による光電流生成について定量的な解析を行った。中間バンド型太陽電池は、単接合太陽電池のバンドギャップ中に中間バンドを1つ設けた比較的単純な構造ながら多接合セルに匹敵する高い変換効率が可能である。量子ドット超格子から成る中間バンドの挿入によって効率良く光電流を増やすためには、価電子帯から中間バンドに励起した電子を電流整合させつつ伝導帯に光励起することが鍵である。この観点から、本年度は多重積層InAs量子ドット太陽電池において、フーリエ変換光電流分光法を用いて2段階光吸収過程の1段階目と2段階目を詳細にスペクトル分解した量子効率スペクトルマップを得ることができた。これにより量子効率スペクトルマップと太陽光スペクトル(AM1.5D)との重なり積分から、2段階光吸収による光電流生成について定量的な評価が可能となった。量子ドット・超格子による最適なミニバンド構造を光吸収層に導入した太陽電池では、エネルギー変換効率の理論値が集光時に60%を上回り、現在の単結晶Si太陽電池の約23倍になる。こうした中間バンドを使った高効率化のアプローチにおいて、中間バンド内の準位に光励起されたキャリアの寿命が十分長いこと、さらに中間バンド→伝導帯への光励起が効率良く生じることが必須である。本研究では、高均一で高密度の量子ドット超格子の作製技術の実績を基に、量子ドット超格子中に形成される中間バンドを介した光電変換過程のメカニズムの解明とその制御法を研究し、量子ドット太陽電池の高効率化を図ることを目的とした。
新奇軌道秩序の探索と高エネルギー分光スペクトルの計算手法の開発

電子間の相互作用が大きく、その効果を無視できない系(強相関電子系)は高温超伝導や磁性などの興味深い物性により、古くから研究がなされている。近年、そのような系を正確に記述できる理論の一つとして、動的平均場理論が注目されている。本研究では、この理論をさらに発展させた理論である、デュアルフェルミオン法を用い、基底状態およびスペクトルの新たな計算手法とプログラムの開発を行い、強相関電子系の基本的モデルの一つであるハバードモデルにおける金属絶縁体転移について議論した。また、軌道秩序のある系において、これを検証する手段として、共鳴軟X線弾性散乱および高エネルギー分光の理論を展開し、実験の解析も行った。遷移金属化合物で軌道縮退の効果がその電子状態を理解する上で重要な物質について、その軌道、電荷、磁気状態等の情報がいかにして、遷移金属L2,3端における軟X線共鳴回折によって得られるかを議論した。この手法は3d遷移金属化合物の電子状態の詳細な情報を得るのに適しているが、3d軌道の軌道縮重度、原子内クーロン・交換相互作用、配位子の分子軌道との混成等を取り入れた精密なクラスターモデルを用い解析を行うことでその真価を発揮する。本研究では、マグネタイト、BaVS3について、軟X線共鳴回折の解析をクラスターモデルを用いて行い、その軌道、電荷、磁気秩序状態について議論した。マグネタイトにおける金属-絶縁体転移の起源は、軌道および電荷の秩序化であると考えられているが、その発見から70年をへても未だに解決できない問題である。困難の主な理由は、絶縁体相の複雑な結晶構造と共に電子状態を直接的に捉えることが困難であったためであると考えられる。電子状態の詳細な情報を捉えることができる軟X線共鳴回折はこのような問題に適している。解析の結果、以前に提案した複素数軌道秩序の存在を仮定すれば、実験結果を良く説明できることが分かった。また、バンド理論で予測されていた実軌道秩序のいくつかは実験結果を説明できないことが明らかとなった。BaVS3も、金属-絶縁体転移と低温相における秩序状態に興味が持たれている。この系では電子の遍歴性の効果を取り入れるため、複数の遷移金属サイトを含むようなクラスターを用いて解析を行った。また、単に軟X線共鳴回折の情報を用いるだけでなく、V L2,3端X線吸収の線二色性実験の結果と組み合わせることで、この系の低温相における軌道、電荷、磁気秩序の詳細について議論した。本年度は、高エネルギー分光スペクトルを高精度で計算するための手法開発を重点的に行った。当初の計画では、これを行うのに、動的平均場近似を用いる予定であったが、より挑戦的で新しい計算手法である、Dual Fermion法を用いることにした。この方法は、動的平均場近似で得られた解についてさらに摂動計算を行うことにより、動的平均場近似では十分に考慮されていなかった空間揺らぎの効果をより正確に取り入れることができる。先行研究では、連続時間モンテカルロ法を用いて、この方法による計算が行われているが、モンテカルロ法を用いた計算では正確なスペクトル関数を得るのが困難であるという問題点がある。この点を克服するため、本研究では、未だDual Fermion法ではなされたことのない、厳密対角化法を用いた計算手法および、実際に計算を行うプログラムの開発を行った。厳密対角化法は、低温領域を扱うのがモンテカルロ法に比べて容易であり、また、統計誤差の問題がないため、スペクトル関数等の物理量を精度よく計算できるのが特徴である。プログラムは開発半ばであり、まだ本研究の主要な目的の一つである、軌道縮退の効果まで取り入れた議論を行うには至っていない。しかし、その準備段階として、強相関電子系の典型的なモデルである正方格子ハバードモデルにDual Fermion法を用いた計算を行い、この系の金属絶縁体転移とスペクトル関数との関連について議論した。この系では、長距離の反強磁性相関の効果が重要あり、この効果を十分に正確に取り入れられない動的平均場近似およびそのクラスター拡張で得られた結果とは、金属絶縁体転移の様相およびスペクトル関数が大きく異なることが分かった。前年度に引き続き、電子相関の強い系の電子状態を正確に記述できる方法であるDualFermion法の計算を行うプログラムの開発を行った。本研究では、高エネルギー分光スペクトルの計算を行うことを目的としているため、系の基底状態を正しく記述するのみでなく、励起状態についても精度良く計算することが必要である。この目的のため、ほとんどの先行研究で用いられている連続時間モンテカルロ法でなく、ランチョス厳密対角化法を用いた計算手法を新たに考案した。軌道縮退のない系については、このランチョス厳密対角化法を用いたDual Fermion法のプログラムを完成させることができた。上記のプログラムを用いて、2次元1バンド・ハバードモデルについてhalf-fillingでの金属絶縁体転移を特にスペクトル関数との関連において議論し、さらに電子およびホールをドープした場合の擬ギャップ形成についても調べた。特にこの系の金属絶縁体転移については、先行研究と比べ正確なスペクトル関数を計算できるため、より詳しい議論をすることができた。また、大阪大学基礎工学研究科の関山明教授の実験グループと協力し、YbB12の角度分解Yb 3d内殻光電子分光スペクトルの線二色性の解析を行い、この系の4f軌道の基底状態の波動関数の対称性についての詳細な情報を得ることができた。

この結果から、高エネルギーの入射光を用いた角度分解内殻光電子分光はdやf軌道の軌道偏極を調べる上で有力な手段となりうることが分かった。電子間の相互作用が大きく、その効果を無視できない系(強相関電子系)は高温超伝導や磁性などの興味深い物性により、古くから研究がなされている。近年、そのような系を正確に記述できる理論の一つとして、動的平均場理論が注目されている。本研究では、この理論をさらに発展させた理論である、デュアルフェルミオン法を用い、基底状態およびスペクトルの新たな計算手法とプログラムの開発を行い、強相関電子系の基本的モデルの一つであるハバードモデルにおける金属絶縁体転移について議論した。また、軌道秩序のある系において、これを検証する手段として、共鳴軟X線弾性散乱および高エネルギー分光の理論を展開し、実験の解析も行った。当初の計画より、より挑戦的で新しい計算手法であるDual Fermion法を採用することにした。そのため、1万行程度のプログラムを新たに開発し、さらに実際的な計算方法の案出には試行錯誤が必要であったため、予定より時間を要した。これにより、計画の動的平均場近似では正確に扱うことができなかった空間相関の効果を扱うことができるようになり、さらにモンテカルロ法よりも正確なスペクトルが得られるようになったのは予定を遥かに上回る成果といえる。しかしながら、本研究の主要な目的の一つである、軌道縮退の効果まで取り入れた議論を行うには至っていない。固体物理学Dual Fermion法を用いて、高エネルギー分光スペクトルおよび基底状態の種々の物理量を計算するプログラムは開発半ばであるが、これをさらに軌道縮退がある場合にも適用できるように拡張し完成させる。このプログラムを用いて、本研究のもう一つの目的である、軌道縮退のある系での、軌道秩序について議論する。具体的には、遷移金属化合物で、t2g、eg軌道縮退が重要になる系で準1次元系、三角格子、パイロクロア格子を持つ系などを対象とする。また、検証実験が可能な場合は提案および予想される高エネルギー分光スペクトル等の計算も行う。複素数軌道の秩序について議論するためには、軌道縮退がある強相関電子系を扱える理論が必要であるが、その計算を行うプログラムの開発が予定より遅れている。消耗品についての使用額が予定より少なかったため。軌道縮退がある強相関電子系を扱える理論として最近提案されている動的平均場近似を用いた計算を行うプログラムの開発を進め、これを用いて複素数軌道秩序について議論する。また、軌道縮退がある系での高エネルギー分光スペクトルの議論も行う。成果発表のための出張費および論文投稿費に使用する。購入したワークステーションの金額が、予定より低価格であったため。国際会議への出張旅費、書籍および論文投稿費に使用する。
共役高分子結晶を内包する金属ナノシェル複合体の創製と光電子機能発現

独自に開発したハイブリッド化手法『可視光応答型光触媒還元法』を改良・発展させ、共役高分子結晶と金属により構成されたハイブリッドナノ結晶を構造制御することに成功した。さらに、低光散乱損失の薄膜手法の開発に成功し、非線形光学特性や光電変換特性・触媒活性についてハイブリッド化に伴う新規物性の一端を明らかにすることが出来た。本研究課題では、独自に開発したπ共役系高分子と金属とのハイブリッド化手法『可視光応答型光触媒還元法』を発展させ、高次構造制御された新規ハイブリッド構造体を創製する。同時に、反応制御因子をより明確にすることでπ共役系高分子材料表面において、制御された金属めっきが可能なことを実証する。作製される有機/金属ヘテロナノ界面は、局在性の強い電子系と非局在性の電子系が出会う場であり、非線形光学特性や光電変換特性を向上させるなどハイブリッド化に伴う新規物性を例証する。そこで初年度は、励起光の波長/強度依存性、温度依存性、pH依存性、超音波照射の導入、犠牲剤の添加効果などの反応制御因子を詳細に再検討した結果、波長選択された可視光と超音波との同時照射に反応促進効果が認められ、再現性良くポリジアセチレン(コア)-銀(シェル)ハイブリッドナノ結晶が作製できるようになった。さらに、高分子安定剤や基板との接着分子層を導入したテーパードセル法を開発し、これまで困難であった低散乱損失の薄膜を作製することにも成功した。予備実験ではあるが、薄膜化したハイブリッドナノ結晶の非線形屈折現象を低閾値で観測しており、電場増強効果と波長分散について、次年度に再現・追実験を行う予定である。末筆ではあるが、π共役系有機微粒子が触媒ナノ粒子(白金)の高担持媒質と成り得ることも明らかにし、ナノ粒子の析出分布が異なるハイブリッド粒子について、STEMによる構造解析と触媒活性との相関についても評価できた。以上の内容は、学会や論文紙上で対外発表を行っている。本研究課題では、独自に開発したハイブリッド化手法『可視光応答型光触媒還元法』を発展させ、高次構造制御されたハイブリッド構造体を創製するとともに、非線形光学特性や光電変換特性についてハイブリッド化に伴う新規物性を例証する。最終年度である本年は、改良したテーパードセル法で成膜したポリジアセチレン(PDA)ナノ結晶(コア)-金属(シェル)ハイブリッドナノ結晶薄膜について、光学特性評価を行った。特に、非線形光学感受率を見積もる際に必要となる「誘電率の波長分散」の測定、および非線形光学特性の評価を行った。分光エリプソメトリーで評価した誘電率スペクトルの形状は、PDAと金属の2成分で考えたMaxwell-Garnett理論と類似した結果であり、測定は概ね妥当と考える。続いて三次非線形光学特性の評価を行った。初めにz-scan法を用いて三次非線形光学特性評価を試みたものの、測定の成否が薄膜内の不均一性や光散乱損失に強く影響されたため、増強効果を実験的に確定するまでには至らなかった。そこで、ポンプ-プローブ法を用いて改めて評価し直したところ、いずれのサンプルについても良好な非線形光学応答を計測し、組成の違いで比較することができた。さらに、当初はハイブリッド化の効果がないと考えていた白金とのハイブリッドナノ結晶においても、近赤外波長領域に新たな非線形光学応答を観測し、界面準位の形成などの可能性を考察している。他、共同研究として、PDAナノ結晶と銀ナノ粒子との積層薄膜について光電変換特性を評価し、光電流の増加を見出した。以上2年の研究期間において、『可視光応答型光触媒還元法』を改良・発展させ、より構造制御されたハイブリッドナノ結晶を創製するとともに、非線形光学特性や光電変換特性・触媒活性についてハイブリッド化に伴う新規物性の一端を明らかにすることが出来た。
競技スポーツ選手のコンディション評価と健康管理に関する研究

本研究は,競技スポーツ選手のコンディションの指標としての夜間尿中カテコラミン排泄量の有用性を検討することを目的とした.普段の練手に比べて,高強度の練習を長期間にわたり行う剣道の寒稽古を取り上げ,寒稽古中の夜間尿中カテコラミン排泄量と持久的フィットネスの変動を検討した.その結果,寒稽古後に夜間尿中カテコラミン排泄量は減少することが示された.しかし,寒稽古中の夜間尿中カテコラミン排泄量は個人差が大きく,その変動は有意なものではなかった.このことは,寒稽古において選手が受ける身体的・精神的ストレスの個人差を反映していることを示唆していると考えられた.一方,寒稽古後に持久的フィットネスは低下した.寒稽古におけるトレーニング強度が強すぎた結果,かえって持久的フィットネスが低下した可能性が考えられた.夜間尿中カテコラミン排泄量の変動と持久的フィットネスの変動の間には有意な相関が認められた.また,夜間尿中カテコラミン排泄量と自覚的コンディションにも有意な相関が認められた.夜間尿中カテコラミン排泄量は,トレーニング負荷に伴うコンディションの変動を反映する指標として有用であることが示された.本研究は,競技スポーツ選手のコンディションの指標としての夜間尿中カテコラミン排泄量の有用性を検討することを目的とした.普段の練手に比べて,高強度の練習を長期間にわたり行う剣道の寒稽古を取り上げ,寒稽古中の夜間尿中カテコラミン排泄量と持久的フィットネスの変動を検討した.その結果,寒稽古後に夜間尿中カテコラミン排泄量は減少することが示された.しかし,寒稽古中の夜間尿中カテコラミン排泄量は個人差が大きく,その変動は有意なものではなかった.このことは,寒稽古において選手が受ける身体的・精神的ストレスの個人差を反映していることを示唆していると考えられた.一方,寒稽古後に持久的フィットネスは低下した.寒稽古におけるトレーニング強度が強すぎた結果,かえって持久的フィットネスが低下した可能性が考えられた.夜間尿中カテコラミン排泄量の変動と持久的フィットネスの変動の間には有意な相関が認められた.また,夜間尿中カテコラミン排泄量と自覚的コンディションにも有意な相関が認められた.夜間尿中カテコラミン排泄量は,トレーニング負荷に伴うコンディションの変動を反映する指標として有用であることが示された.
卵形成及び初期発生過程における胚軸（動植軸・左右軸）決定機構の包括的解析

動物の胚は、3つの軸(動植軸、それに直交する軸、左右軸)を持っている。胚発生を理解するためには胚軸の決定機構を知ることは重要である。全ての動物の未受精卵は動植軸を持っている。そして、この軸に沿って三胚葉が配置され原腸陥入へと進行する。本研究では、ホヤの卵成熟過程とオタマボヤの卵形成過程で起こる動植軸の決定機構を探る。また、左右軸に関してホヤとオタマボヤを用いて、左右非対称性の決定機構を探る。動植と左右の胚軸決定機構を明らかにすることによって、ホヤと脊椎動物を含む脊索動物門に関して、胚軸決定機構の比較が可能になり、脊索動物門の進化についても、推測することが可能になる。
酸化物極薄膜の構造歪み、及び物性評価

本研究の目的は、酸化物単結晶薄膜の格子歪みを制御し、歪みが薄膜の物性に与える影響を調べることである。そのためには、酸化物単結晶薄膜を下部及び上部電極薄膜で挟んだキャハシタ構造"を作製し、物性評価を行う必要がある。今年度は、リーク電流の少ないキャパシタ(以下、低リークキャパシタ)の作製技術確立を目標とし、下部電極材料の検討及び成長制御を行った。下部電極には、Ptなどの白金系金属または導電性酸化物が用いられる。前者を用いれば低リーク化が期待できるが、単結晶薄膜の形で得られないという問題があった。本研究では、SrTiO_3(100)基板上に、同じ格子サイズをもつPt-Ir合金(Pt_<0.8>Ir_<0.2>)を成長させるという画期的な手法で、白金系金属の下部電極を単結晶薄膜の形で得ることに成功した。さらに、このPt-Ir合金単結晶薄膜の電極としての機能性を確かめるため、電極上に単純な構造を持つ絶縁体酸化物であるNiOの単結晶薄膜および上部Pt電極を成長させその電気特性を評価した結果、このキャパシタが十分に低リークであり、Pt-Ir合金単結晶薄膜が電極として十分に機能することを実証した。白金系の金属電極を用いた"単結晶薄膜キャパシタ"の作製例は本研究が初めてであり、この系の物性評価の結果得られた多くの新知見は高く評価され、非常に多くの注目を集めている。これに関する結果をまとめた2報の論文は、共にApplied PhysicsLettersに掲載された。また、本研究では新規機能性酸化物の探索も行った。FeやNiイオンを含むペロブスカイト型酸化物を還元剤CaH2を用いて300°C以下の低温で還元すると、結晶の骨格構造を保ったまま酸素イオンのみが引き抜かれ無限層構造へと変化する。この構造は高温超伝導を示す銅酸化物に見られることから、FeやNiを含む系の物性も非常に注目されている。しかしながら、還元過程における酸素イオン拡散のメカニズムが未解明であり、物性解明はおろか構造変化の制御すら困難であった。本研究では、Fe及びNi酸化物の低温還元過程における構造変化を、単結晶エピタキシャル薄膜を用いて評価することに初めて成功し、低温還元における構造変化に関する重要な知見を得た。これらの結果はNature Chemistryを始めとする各種雑誌に掲載された。
モンゴル遊牧社会の連帯的都市機能を活かした牧畜民生活領域の保全計画

中国・内モンゴル自治区及びモンゴル国を対象に、遊牧社会における連帯的都市機能を分析したうえで、牧畜民の生活領域を文化的景観の価値評価基準を用いて評価し、具体的な保全計画を検討することを目的とした。具体的な保全計画草案へつなげるためには、以下の検討を要することを明らかにした。1生業を維持する仕組みの検討、2保全・管理を継続的に実施する主体育成。当該地域の持続的な地域づくりへ資する主体および仕組みの検討を継続が求められる。モンゴル遊牧社会における連帯的都市機能を分析したうえで,牧畜民の生活領域を文化的景観の価値評価基準を用いて評価し,保全計画の作成および提案を行うことを目的としている。モンゴル牧畜民の集落の特徴である複数の拠点を持ち季節に応じて移り住むこと,必要に応じて集合と分散を繰り返すことは,人口減少や高齢化社会を迎えている日本をはじめ,各地で地域居住のあり方が問われているなか,都市居住を再考する手がかりになると考えられる。H26年度は,モンゴル国ウランバートル市郊外住宅地における季節的居住の事例を調査した。調査地は都市中心部から北へ約15kmに位置するヤルガイト地区である。旧ソ連時代に労働者の保養地として整備され,1990年の民主化以降,個人による住宅建設が進み,スプロール化と衛生環境の悪化などが問題視されている。夏期には約778世帯,約2860人が滞在する。調査は,ウランバートル市担当者へのヒアリングにより,都市計画上の位置づけや整備方針を把握し,夏期には現地踏査および住民へ対するアンケート調査を実施した。全世帯をまわり,そのうち152世帯より回答を得た(2014年7月5日9月14日)。このうち同意の得られた12世帯に詳細なヒアリング調査を実施した。結果として,都市基本計画における当該地域への建設制限や農園地としての保全といった方針に対し,個人への土地所有権を認める法整備の矛盾が生じており,定住地域化(高級住宅地化)が進む可能性があること,個人的な建設が進む中で敷地境界への意識が高まり,水源や林なども個人の敷地内に取り込むなど排他的な囲い込みがみられ,本来都市住民がズスランに求める住環境が変化していることが分かった。共用地としての管理など制度の柔軟化,住宅の規模や柵の設置に対する建築協定などの検討が必要である。遊牧社会における連帯的都市機能の分析を進めるうえで、(1)モンゴル語による文献解読、(2)モンゴル国における分散型集落および都市と郊外生活拠点との関係分析を実施した。ここでは、モンゴル国における調査に焦点をあてて報告する。モンゴル国における牧畜地域のヒアリングとともに、ウランバートル市郊外住宅地における都市住民の第二生活拠点の調査を実施した。ウランバートルの都市住民にとっての第二居住地ズスランにおける生活実態を分析した結果、制度上の課題、近隣・コミュニティの課題、住環境の課題を指摘した。これらの課題についての改善策を以下の通り提案した。まず、住宅の規模や柵の設置に対し、一定の建築協定を設けるなど、住民がズスランに求める環境を維持するための仕組みを要する。次に、住宅を更新する際には、定住住宅としての機能向上よりも、夏季の屋内外に渡る生活行為を想定することが求められる。また、土地所有制度の導入による敷地占有のみならず、共用地としての管理など、制度の柔軟性が求められる。今後の研究方針については、保全計画を具体的に策定するに際し、生業を維持する仕組みの検討を要すること、保全・管理を継続的に実施する主体が必要となることを確認した。文化的景観としての評価の次のステップとして、当該地域の持続的な地域づくりへ資する主体および仕組みの検討を継続していきたい。モンゴル国における調査は順調に進展しており,研究成果の発表に至っている。論文としてもまとまりつつある。内モンゴルでの調査や計画策定の連携について具体的に進める必要がある。建築学モンゴル国での調査を論文化し,具体的な改善策の検討に入ると同時に,内モンゴル自治区での追加調査や具体的な保全計画策定への準備を進める。交付決定から約4ヶ月間,在外研究のため国外に滞在しており予定していた内モンゴルでの調査をH27年度に実施することにしたため。内モンゴルでの補足調査の予定回数を増やし,研究の目的が達成できるよう全体の調査計画を調整する。