hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
加速器ニュートリノビームを用いたＣＰ対称性解明に向けた実験的研究

さらに、これまで取ったニュートリノビームのデータの解析を進め、(1)電子ニュートリノ出現事象とミューニュートリノ消失事象の総合解析を行い、4つのニュートリノ振動パラメータ(θ13、θ23、δCP、Δm2)の高精度測定を実現し、論文として発表した。(3)に関して、ニュートリノ反応断面積(荷電カレント準弾性散乱、荷電カレント包括反応、荷電カレントπ生成反応)の測定を行い、測定結果を論文及び国際会議で発表した。スーパーカミオカンデにおいても、中性カレント測定の新しいモードである低エネルギーγ線事象の測定結果を論文に発表した。(4)に関しては、50cm径の高QE新型光電子増倍管と世界初の50cm径HPD(Hybrid-Photon-Detector)を開発し、その性能評価試験を行った。以上、研究目標の実現に向けて、各テーマで大きな実績を上げることに成功した。本研究は「ニュートリノにおけるCP対称性の解明」に向け、(1)CP研究の信号となるミューオンニュートリノから電子ニュートリノへの振動の研究、(2)CP測定における最大の系統誤差であるニュートリノ反応不定性の改善、(3)反ニュートリノビームを使った反ニュートリノ振動の研究、(4)将来のCP対称性測定実験の実現に向けた基幹技術である光センサーの開発、の4点を実行している。平成27年度は、反ニュートリノビームで合計4E20陽子のデータ収集に成功した。このデータを使って、世界最高精度で反ニュートリノ振動パラメータの精密測定に成功し、論文をPhysical ReviewLetters誌に投稿し受理された(掲載は平成28年度の予定)。また、この測定では、反ニュートリノ反応の系統誤差の改善が重要であり、前置ニュートリノ測定器で高純度な反ニュートリノ事象を選択・解析することで、系統誤差を10%の精度に抑えた。また、CP測定の信号となる反電子ニュートリノ出現事象の探索も行い、3事象を観測することに成功した。この3事象は、ニュートリノ振動でCP対称性が大きく破れているヒント(δCP=-0.5π)として興味深い結果となっている。ただし、反電子ニュートリノ出現を確認するには、さらなる統計が必要である。光センサーの開発に関しては、昨年度開発した50cm径HPD(Hybrid Photon Detector)の信号増強用のプリアンプの開発を行い、十分な性能がでることを確認した。ただし、性能と価格を考慮すると、高QE化した光電子増倍管の方が優れており、現在、ハイパーカミオカンデ用の光センサーは高QE新型光電子増倍管を採択する見込みとなった。本研究の当初の目標は、T2K実験のもつポテンシャルを最大限に引き出して世界で最初に電子ニュートリノ出現の信号を確立し、有限値でθ13を決定する、そして、その情報を使い、世界初の反ニュートリノビームを使ったCP対称性の実験を提案することであった。研究計画調書に記した計画では、平成27年に電子ニュートリノ出現を5σの信頼度で確立し、その後、反ニュートリノビームの生成を試み、平成28年から反ニュートリノ振動の研究を開始する予定であった。しかし、我々は平成25年度に電子ニュートリノ出現を7.3σの信頼度で確立することに成功した。
触感覚向上機能を有する手指運動学習システムの研究

医療や製造分野における手指を用いた技能訓練(運動学習)では、人工現実感(VR)技術の利用が期待される。特に指先力の伝達を含む運動学習では、指先に関する訓練支援用フィードバック(訓練者に、動作修正のために与える訓練支援用の力情報)が重要である。触感覚の向上により、その検知能力を高めることが出来れば、運動学習を大いに向上させる可能性がある。本年度は、昨年度構築した、触知覚向上のためのホワイトノイズを手首部に与えつつ、指先に訓練支援用力フィードバック情報を提示できるデバイスおよび仮想環境を用い、受動訓練法および能動訓練法の検討を行った。受動訓練は、初学者を熟練者の動作へ誘導する訓練手法である。この実現のため、保存した熟練者の指先位置へ初学者の指先位置を誘導する訓練情報を、初学者の指先へ提示する訓練システムを構築した。このシステムを用い、触感覚向上機能下における受動訓練を検討し、指先位置情報の伝達が可能であることを確認できた。他方、能動訓練は、熟練者との誤差を提示しそれを能動的に打ち消す訓練手法である。触感覚向上機能下において、初学者に熟練者との力誤差を提示し、初学者がそれを打ち消すように指を動かすことで、熟練者から初学者への指先力の伝達が可能であることが分かった。特に、ホワイトノイズを手首部に与える触感覚向上機能を付与した場合、それを付与しなかった場合に比べ、力の伝達が速く行われることが見受けられた。本研究の目的は、運動学習における触感覚向上機能の実現、および触感覚向上機能と学習心理学に基づいた訓練方策を通し、触感覚向上を考慮した手指運動学習システムを実現することである。特に、交付申請書における本年度の目標にあるように、触感覚向上機能下における受動訓練法を検討した。またこれとは別に、触感覚向上機能下における能動訓練を行い、熟練者から初学者への指先力の伝達が可能であることが分かった。このため、現在までの進捗状況は、おおむね順調に進展していると言える。今後の研究の推進方策として、前年度に引き続き、能動訓練法による位置情報の伝達、運動学習における触感覚向上機能の構成法の検討を行う。特に指先力の伝達を含む運動学習では、指先に関するフィードバック(訓練者に、動作修正のために与える訓練支援用の力情報)が重要である。そこで本年度は、運動学習における触感覚向上のためのノイズ提示法を検討した。まず、VR技能訓練で使用することになる、ノイズを提示できるデバイスおよび仮想環境の構築を行った。デバイスにおいては、確率共鳴現象を誘発することで指先の触知覚を向上させるため、振動子で手首部分にホワイトノイズを付加する。使用する振動子はヒト指先部分における機械受容器の振動知覚特性を考慮し、ピエゾアクチュエータ、ボイスコイルモータなど様々な振動子を検討した。被験者実験を行い、所望の振動周波数および振動振幅を実現できたピエゾアクチュエータを選定した。ピエゾアクチュエータによりホワイトノイズを生成し、それをヒトの手首部分に付与した。これとヒトの指先に訓練支援用力フィードバック情報を提示する力覚提示装置を統合し、デバイスを構築した。他方、仮想環境内に仮想物体を生成し、開発デバイスを評価する実験環境を研究開発した。そして開発した環境を用い、ヒトの手首部に様々な強度のノイズを付加し、最も知覚感度が良くなるノイズ強度を検討した。特に、交付申請書における本年度の目標は、デバイス・仮想環境の構築、および触感覚向上のためのノイズ強度の検討とした。振動子と力覚提示装置を組み合わせることで、触知覚向上のためのホワイトノイズを付与しつつ、指先に訓練支援用力フィードバック情報を提示できるデバイスおよび仮想環境を構築した。また、被験者実験を通して、最も知覚感度が良くなるノイズ強度を検討した。

触感覚向上機能下において、初学者に熟練者との力誤差を提示し、初学者がそれを打ち消すように指を動かすことで、熟練者から初学者への指先力の伝達が可能であることが分かった。特に、ホワイトノイズを手首部に与える触感覚向上機能を付与した場合、それを付与しなかった場合に比べ、力の伝達が速く行われることが見受けられた。本研究の目的は、運動学習における触感覚向上機能の実現、および触感覚向上機能と学習心理学に基づいた訓練方策を通し、触感覚向上を考慮した手指運動学習システムを実現することである。特に、交付申請書における本年度の目標にあるように、触感覚向上機能下における受動訓練法を検討した。またこれとは別に、触感覚向上機能下における能動訓練を行い、熟練者から初学者への指先力の伝達が可能であることが分かった。このため、現在までの進捗状況は、おおむね順調に進展していると言える。今後の研究の推進方策として、平成30年度では、受動訓練法の検討、および前年度に引き続き、運動学習における触感覚向上機能の構成法の検討を行う。今後の研究の推進方策として、前年度に引き続き、能動訓練法による位置情報の伝達、運動学習における触感覚向上機能の構成法の検討を行う。
土木技術史料としての発電所建設記録映像の評価確立に関する基礎的研究

本研究では、数多い発電所建設記録映像の中に、昭和3040年代の土木技術が被写された作品が多数存在することを立証し、映像作品の技術史史料としての再評価、並びに将来の教育、研究等の資源として活用する方策を拓こうとするものである。具体的には(1)映像の保存状態に関する調査、(2)映像の内容に関する調査を行った。(1)の調査では、制作者である映像プロダクションにおける原本ネガフィルムは、保管費用削減のため東京国立近代美術館フィルムセンターへ寄託保管する事例が増加していた。映像作品の発注者である電力会社11社に納品されたコピーに関する最新の保存状況については、詳細なアンケート調査により、すべての電力会社が十分な保存管理を行っているとは言えない実態が明らかになった。土木建設を請け負ったゼネコンが映像発注者となるケースもあるが、映像の保存管理については会社により取り組みに差がある。廃棄を免れた映像は国立近代美術館フィルムセンター、映像プロダクション、電力会社、ゼネコンなどに分散保管されており、所在の確認に時間を要することが明らかとなった。(2)の調査では、「PR映画年鑑」(195967年)及びそのフォーマットを踏襲した「産業文化映画年鑑」(196870年)をもとに、タイトル及び作品概要に「建設記録映像」と記された作品から幾つか選択し試写し、佐久間ダム、井川ダムをサンプル作品として映像全編の各シーン分析を行った。また土木技術者(ダム建設経験者)、産業映画制作者から映像の評価に関するヒアリングを行い、これらの作品が土木技術の展開、特に戦後ダム建設技術の革新について重要な情報を伝えるものであることが確認された。今後は年代、発注者、施工者、地域等を異にする多くの映像作品を分析することで、技術の革新に関する検証と今後の教育、研究への活用について検討を進めたい。
ペン・指の入力特性に適した次世代ユーザインタフェースの創成

本研究は、ペン・指入力のそれぞれの特性を生かしたUser Interface (UI) designに関する基盤的研究であり、自然かつ効果的なペン・指UI designの研究に寄与することを目指し、多次元情報分布と融合、ペン・指の定量的な比較評価、ペン・指と触感情報のインタラクションを実験的に解明し、ペン・指タッチ入力を用いた携帯電話・情報入力端末すべての製品のUI研究および応用のための有用な知見を提供している。触覚は人間の有用な入力チャンネルであるが、それをペンインタラクションへの応用研究はほとんどない。効果かつ自然なヒューマンコンピュータインタラクションを開発するために、触覚出力モダリティのひとつ、振動(Vibration)と手の姿勢(Hand posture)を対象に研究した。まず、ペンコンピュータ操作のひとつ、ペンにおけるトラッキング(ホバー)状態について、マルチモーダルフィードバック(視覚、聴覚と振動、およびこれらの組合せ)の効果について、様々な条件(一・二次元タスク、直接・間接入力デバイス、フィードバックの位置)を用いて比較調査した。その結果、1)振動+視覚が操作の正確さを向上したこと、2)聴覚が有効でないこと、3)振動フィードバックが入力用の手やデバイス側に避けること、4)ホバー状態が直接入力デバイスに有用であること、を明らかにした。また、手(指)の運動感覚(姿勢)情報を用いた、連続ハンドグリップ認識アルゴリズムを提案した。これは手がペンデバイスを握る姿勢をさまざまな入力ツールを表現できるものである。実世界のツールを表現した12種類のツールを開発しその有効性を実証した。手の姿勢とデバイスとの間(ペンとタブレットの両者の角度)の組合せが自然およびシームレスなインタフェースの表現に利用できることを示した。本研究成果は、コンピュータの基本的な操作において、異なる触覚モダリティとヒューマンパフォーマンスの関係についての基本的な理解に貢献している。また本研究は、触覚モダリティをユーザインタフェースと自然なインタラクションに組み込むなど、ペンユーザインタフェースデザインに有用な知見を提供している。大画面上にある遠隔ターゲットの選択を容易にするため、ShifTableと呼ばれる新たな選択技法を開発した。この技法を用いて、遠隔ターゲットの方向へユーザーが指またはペンを動かすと、画面全体が、指またはペンを動かす反対方向へ指またはペンのスピードより速くシフトされる。これにより、ターゲットを容易かつ迅速に選択できる。この操作技法の有用性を従来の操作法と評価するため、2つの実験を行った。ShifTableとの比較対象は、直接選択(ベースラインとして)、Gesture Select(これまで最も優れているもの)、およびPan(商用アプリケーションなどで広く使用されるもの)という3つであった。実験1では、ShifTable、直接選択とGesture Selectを比較した。その結果、選択時間においては、ShifTableは直接選択とGesture Selectよりもかなり短かった。エラー率においては、ShifTableはGesture Selectよりも少なかった。実験2では、高齢者を用いてShifTableとPanを比較した。その結果、ターゲットをコピーして貼り付けるという実験タスクをPanよりShifTableがより速く完成した。以上の2つの実験より、ShifTableはユーザーが大型ディスプレイ上で遠隔ターゲットを簡単かつ自然に選択することができることを実証した。また、この直感的な技術を高齢者たちがより広く受け入れられるようにするために、ユーザビリティの問題についても考察した。本研究は、ペン・指による容易かつ直感的な大画面遠隔ターゲット選択技法の実現とそれを用いた研究のための有用な知見、およびペン・指入力のインタフェースへのデザインに有用なガイドランを提供した。画面を指でタッチするだけで操作できる、マルチタッチインタフェースが広く利用されるようになり、すでに世界各地で製品が登場している。例えば、Apple社のiPhone、Microsoft社のSurfaceとTouchWall、マルチタッチ入力をサポートした「Windows 7」などである。このようにデジタル機器の世界ではタッチパネルによる新しいユーザインタフェース(タッチUI)が主流になっており、携帯電話だけでなくPCにも大きな影響を与えつつある。これらのタッチデバイスにおいて、指によるストロークジェスチャ入力は従来のペンによるストロークジェスチャの流用である。しかし、ペン利用のストロークジェスチャをそのまま指に応用することが妥当であるか否かは実証されていない。ペンジェスチャに関する研究、マルチタッチ(指)インタフェースに関する研究は、それぞれの研究分野で数多く行なわれているが、両者を定量的に比較評価する研究報告は皆無である。本研究ではペンと指によるストロークジェスチャについてさまざまな特徴(入力時間、サイズ、形状距離、対称性など)を実験により系統的に調査し、ペンと指によるストロークジェスチャの相違(約半々の特徴は相似、半々は類似)を明らかにした。また、ストロークジェスチャの分類を提示し、その分類に基づいた評価技法を提案した。最大の貢献は、従来のペンに適したストロークジェスチャが指操作に適切であるか否かを実験的に解明した点である。本研究により、指による自然かつ効果的なジェスチャの実現とそれを用いた研究および応用のための有用な知見が明らかとなり、指入力のインタフェースへのデザインに有用なガイドランを提供した。25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究方針として、ペン多次元情報インタラクション、指多次元情報(マルチタッチ)インタラクション、触感インタラクションの研究について、被験者による実験的な調査を行い、国内外の研究者の協力を得ながら、進めていく。25年度が最終年度であるため、記入しない。
電気光学係数と圧電定数の相対的符号の決定及び電気光学係数の波長分散特性の測定

サンプルを2分割する新しい計測法により、LiNbO_3、LiTaO_3結晶の電気光学係数と圧電定数の絶対値と相対符号を測定した。また、多重反射干渉法により、LiNbO_3結晶の電気光学係数r_<13>,r_<22>,r_<33>の波長依存性(波長409-3390nm)とr_<51>の波長依存性(441.6-1580nm)を初めて測定した。(1)応力一定状態の電気光学結晶に電界を加えると、電気光学効果による屈折率変化と逆圧電効果による結晶長変化が同時に発生することを明らかにした。結晶中を伝搬する光の位相や位相差を計測するだけでは2つの物理現象を区別することができないため、2つの物理現象を併せた光学定数として、実効的電気光学係数rijEを提案した。これにより、電気光学効果は、真の電気光学効果、真の電気光学効果と光弾性効果を併せた応力一定状態の電気光学効果、および応力一定状態の電気光学効果に逆圧電効果を合わせた実効的電気光学効果の3層構造から成ることが明らかになった。(2)実効的電気光学係数を高精度で測定できる多重反射干渉計測法を用いて、波長409nmから3390nmにわたってLiNb03結晶の実効的電気光学係数r13E,r33E,r22Eの波長分散特性を初めて測定した。これだけ広範囲にわたって電気光学係数を測定できたのは、多重反射干渉計測が、振動や空気の揺らぎなどに対する大きな耐震性と、レーザ、結晶、光検出器を1列に並べるだけで干渉計測できるという優れた利便性を有するためである。これほど広範囲に電気光学効果と波長の関係を測定した例はこれまで皆無であり、本測定結果は、今後のLiNbO3結晶の物性研究やデバイス設計に大きな役割を果たすと思われる。(3)LiNbO3結晶のr51Eと圧電定数d15の相対的符号関係を決定する方法を考案するとともに、測定により両定数が同符号であることを明らかにした。この方法を用いると、これまで困難であった応力一定状態のr51の波長分散特性も測定可能となる。(4)LiTaO3結晶の応力一定状態の電気光学係数r22と圧電定数d22の相対的符号関係を測定し、両者が異符号であることを明らかにした。結晶の機械的共振周波数以下の交流電界あるいは直流電界を電気光学結晶に加えると、低周波の電気光学効果による屈折率変化と逆圧電効果による結晶長変化が同時に発生する。両者はともに光の位相を変化させるため、単純な位相計測では2つの効果を分離計測することは出来ない。これまでの測定法では、2つの物理現象を含む実効的電気光学係数を測定しているにも関わらず、これを低周波の電気光学係数と看做している。そこで、本研究の目的は、LiNbO_3, LiTaO_3, LiIO_3, SiO_2結晶の低周波の電気光学係数r_<ij>^T、圧電定数d_<jf>および両者を含む実効的電気光学係数r<ij>^Eの絶対値およびそれらの相対的符号関係を実験により明らかにし、これまでの誤りを正すことである。今年度は、2個の電気光学結晶を1つの干渉光学系で測定する新しい電気光学係数測定方法の開発し、LiNbO_3, LiTaO_3結晶の電気光学係数と圧電定数の符号と絶対値を測定し、次の結果を得た。d_<33>は周波数によって大きく値が変化するため、ステップバイアス変調干渉法を開発し、直流状態の値を測定した。レーザ光源と光検出器の間に試料の電気光学(EO)結晶を挿入するだけの単純な光学系で、EO係数を高精度・高感度で計測する波長多重干渉法の検出感度を改善し、9×10^<-8>radという極めて微細な位相を検出することに成功した。この計測法を用いて、波長441.6nmから1580nmにわたりLiNbO3結晶の低周波のEO係数r51を測定した。低周波で測定したEO結晶の位相には、EO係数r51と圧電定数d15が含まれるため、2つの光学定数を分離計測する手法および2つの定数の相対的符号を決定する手法を新たに開発した。測定から得られた波長分散式は、r51^T=28.34+1.446×10^6/(λ^2-8.756X10^3)(λ:nm)となった。r51の単位は、pm/Vである。また、光ヘテロダイン干渉法を用いたEO係数測定法を考案した。これまでのEO係数計測法では、EO結晶のもつ静的位相の変動が、測定精度の向上を阻む大きな要因であった。光ヘテロダイン干渉法では、2つの音響光学変調器の駆動周波数の差で振動するビート信号に静的位相が含まれるため、ビート信号の実効値を計測すれば、静的位相による変動と無関係にEO係数を測定できる。
グルカゴンC末抗体を用いた新規血糖調節因子の同定と生理機能の解明

グルカゴンのC末抗体を用いたアフィニティー精製で、マウスの血液検体から新規グルカゴン関連ペプチドの同定を試みたが、試料が少ないために同定ができなかった。そこで、現在はマウスの膵臓、あるいは消化管を用いて分子同定を試みている。一方、独自に開発したLC/MS/MSを用いたグルカゴン測定法を元にイムノアッセイを評価した所、従来の競合法RIAよりもサンドイッチELISAの方が特異性に優れていることが判明した。従来のグルカゴンC末抗体を用いた測定法は特異性が低いことが知られている。我々はグルカゴンのC末抗体とN末抗体の両方を用いたグルカゴンサンドイッチELISA法を開発し、逆相液体クロマトグラフィーを用いた解析で、サンドイッチELISAはグルカゴンのみを検出するが、従来法はグルカゴン以外の複数のペプチドと交叉反応していることを明らかとなった。糖負荷後の血中グルカゴン変動を調べると、両者の測定系で異なるパターンが認められた。従って、グルカゴンC末抗体で認識されるグルカゴン以外のペプチドが存在し、そのペプチドが糖代謝調節に関わっている可能性が示唆されたため、このペプチドの同定を試みた。まず、マウスの血漿サンプルからC末抗体を用いたアフィニティーカラム精製と逆相液体クロマトグラフィー、並びに質量分析法を行ったが、サンプル量の不足から有意なシグナルを得ることができなかった。そこで、まず、目的のペプチドを多く含む組織を明らかにする目的で、マウスの膵臓と消化管を煮沸処理して、内因性のぺプチダーゼを失活させた後に組織の可溶化を行い、SepPakカラムによる脱塩、ペプチドの回収を行って、各組織より得たペプチドについて、従来測定法と新規サンドイッチELISAによる測定比較を行い、新規ペプチド含有量が多いと考えられる組織を明らかにしようと検討中である。現在、グルカゴンC末抗体の安定的供給に問題が生じており、新規ペプチドの同定に時間がかかっているが、同定できれば、野生型マウスや糖尿病などの代謝疾患モデルマウスに投与することで、生理作用を検討することが可能であり、さらに、新規ペプチドを特異的に測定できるアッセイ系をサンドイッチELISA法で構築し、糖負荷後の血液サンプルや糖尿病等の代謝疾患モデル動物における血中濃度を解析する予定にしている。アフィニティ精製に用いるグルカゴンC末抗体の供給が不安定であることと、同定しようと試みるペプチドを多く含む臓器の決定に時間がかかっているため従来のグルカゴンC末抗体を用いた測定法は特異性が低い。申請者はC末抗体とN末抗体の両方を用いたグルカゴンサンドイッチELISA法を開発した。HPLCを用いた解析で、サンドイッチELISAはグルカゴンのみを検出するが、従来法はグルカゴン以外の複数のペプチドと交叉反応していることを明らかにした。従って、グルカゴンC末抗体で認識されるグルカゴン以外のペプチドが存在し、そのペプチドが糖代謝調節に関わっている可能性が示唆された。本研究ではこの新規ペプチドを同定し、その生理機能を解明することを目的としたが、グルカゴンC末抗体が認識するグルカゴン以外の新規ペプチドの同定を、マウスの血液検体からアフィニティーカラム精製と逆相液体クロマトグラフィー、並びに質量分析法を用いて試みたが、試料が少なすぎるため、分子の同定ができなかった。そこで、現在はマウスの膵臓、あるいは消化管の試料から、上記の方法で分子同定を試みているが、未だ試行錯誤の最中である。一方、別プロジェクトで行っていたグルカゴンを質量分析装置で定量的に測定する系(LC-MS/MS)が完成し、様々なヒト、及びマウスの血漿検体を用いてグルカゴンサンドイッチELISA法との比較検討を行った所、やはり検体によっては値に相関がなく、解離するものが存在した。そこで、現在は質量分析による方法とサンドイッチELISA法との比較の上で、本研究目的である新規分子の同定を開始している。今後、新規ペプチド含有量が多いと考えられる組織を明らかになれば、それを元に新規ペプチドを同定し、野生型マウスや糖尿病などの代謝疾患モデルマウスに投与することで、生理作用を検討する予定であり、さらに、新規ペプチドを特異的に測定できるアッセイ系をサンドイッチELISA法で構築し、糖負荷後の血液サンプルや糖尿病等の代謝疾患モデル動物における血中濃度を解析する予定にしている。代謝学
ゾル-ゲル法による制御された組織を持つ酸化物コーティング膜の作製

本研究では、これまでのゾル-ゲル法による酸化物薄膜の作製方法、およびゾル-ゲル電気泳動電着法による酸化物厚膜の作製方法に関する知見を基に、液相法の特徴を生かして薄膜および厚膜表面の組織をナノメーターの領域で制御することによって、膜に機能性を付与した新しい材料を創製することを目的とした。本研究で得られた成果の概要を以下に示す。1.ポリビニルトリエトキシシラン-テトラエトキシシラン系から、ゾル-ゲル法によりポリイミド基板上に有機-無機複合コーティング膜を作製した。広い組成範囲でクラックのない柔軟性のある膜を作製することができた。2.シリカ微粒子を含むゾル溶液にカチオン性の高分子界面活性剤であるポリエチレンイミンを加えた溶液を用いてステンレス基板上への電気泳動電着を行った。0.01mass%のポリエチレンイミンを添加した場合に膜厚は約20μmとなり、熱処理を行ってもクラックのない厚膜が得られた。3.酢酸イットリウム、酢酸マンガンを用いてYMnO_3系強誘電体薄膜を作製した。さらに、510%イットリウムが過剰の組成において緻密で平滑な表面を持つ薄膜を得ることができ、良い誘電特性を示すことを見い出した。4. YMnO3薄膜をラッピドサーマルアニーリング(RTA)を用いて熱処理を行うことにより、通常の熱処理に比べて非常に結晶性のよい緻密な組織を有する薄膜を作製することができた。5.チタニア-シリカ系ゾル-ゲル薄膜を温水処理することにより、アナターゼナノ微結晶が均一に分散した透明薄膜が100°C以下の低温で作製できることを見い出した。6.フェニルシルセスキオキサン粒子を電気泳動電着に用いることによりITOコートガラス基板に厚膜を形成した。得られた厚膜は400°Cで熱処理を行うことにより透明性が飛躍的に向上した。1.ビニルトリエトキシシランのラジカル重合によって得られたポリビニルトリエトキシシラン-テトラエトキシシラン系から、ゾル-ゲル法によりポリイミド基板上に有機-無機複合コーティング膜を作製した。広い組成範囲でクラックのない柔軟性のある膜を作製することができ、そのコーティング膜の表面を原子間力顕微鏡を用いて観察組織の観察を行ったところ、非常に平滑性に優れた薄膜であることがわかった。また、この薄膜は鉛筆硬度が9H以上であることから、膜の平滑性が鉛筆硬度の増加に寄与していることがわかった。2.シリカ微粒子を含むゾル溶液にカチオン性の高分子界面活性剤であるポリエチレンイミンを加えた溶液を用いてステンレス基板上への電気泳動電着を行ったところ、0.01mass%のポリエチレンイミンを添加した場合に最大電着量が得られた。この場合に、膜厚は約20μmとなり、熱処理を行ってもクラックのない厚膜が得られた。3.酢酸イットリウム、酢酸マンガン、溶媒として2-エトキシエタノール、添加剤としてジエタノールアミンを用いてYMnO_3系強誘電体薄膜を作製したところ、約100500nmの膜厚を持つ均質な薄膜が得られることを見い出した。しかしこの表面は、数十nmのピンホールが多く存在し、電気的特性を十分評価できなかった。

そこで、出発組成における、イットリウムとマンガンの比をわずかに変化させて薄膜を作製した場合、510%イットリウムが過剰の組成において緻密で平滑な表面を持つ薄膜を得ることができ、良い誘電特性を示すことを見い出した。本研究は、ゾル-ゲル法およびゾル-ゲル電気泳動電着法を用いて、酸化物薄膜および厚膜を作製する際に、薄膜および厚膜表面の組織をナノメターの領域で制御することによって、膜に機能性を付与した新しい材料を創製することを目的としている。本年度はゾル-ゲル法による無機-有機複合体膜、強誘電体薄膜および複合酸化物薄膜の作製とこれらの薄膜および厚膜の各種処理条件について検討を行い、以下の新しい知見を得た。1.メタクリロキシ基を有する三官能アルコキシドと化学修飾されたアルミニウムアルコキシドを出発原料に用いることにより、密着性に優れた無機-有機複合体膜をポリエチレンテレフタレート(PET)基板上に作製した。複合体膜の鉛筆硬度は150°Cの熱処理によって2B未満から3Hまで向上することがわかった。2.ゾル-ゲル法で作製される強誘電性YMnO3薄膜の熱処理条件について検討を行った。ラッピドサーマルアニーリング(RTA)を用いて熱処理を行うことにより、通常の熱処理に比べて非常に結晶性のよい緻密な組織を有する薄膜を作製することができた。3.チタニア-シリカ系ゾル-ゲル薄膜を温水処理することにより、アナターゼナノ微結晶が均一に分散した透明薄膜が100°C以下の低温で作製できることを見い出した。アナターゼナノ微結晶の析出は、有機高分子をゲル膜に共存させることによって促進されることがわかった。4.フェニルトリエトキシシランを出発原料に用いて、フェニルシルセスキオキサン粒子を調製し、これを電気泳動電着に用いることによりITOコートガラス基板に厚膜を形成した。得られた厚膜は粒子の堆積した組織を有して不透明であるが、200400°Cで熱処理を行うことにより粒子間の融着が起こり空隙のない均一な組織に変化することがわかった。以上の組織変化に伴って厚膜の透明性が飛躍的に向上した。
イネにおける葉脈パターン形成にともなう葉の組織分化の制御機構の解明

葉脈は、高等植物で運搬通路や葉の骨格となる重要な組織である。本研究は、モデル単子葉植物イネを材料に、代表的な葉脈パターンである平行脈に着目しつつ、葉の形態形成の制御機構を解明することを目的としている。平行脈を構成する、縦走維管束間距離が減少する新規細葉変異体dsl1(alm2より改名)に着目して研究を進めた。前年度までに、dsl1では有意に縦走維管束距離が減少し、原因として維管束間の葉肉細胞数の有意な減少を見いだした。また、dsl1では表皮細胞列の減少が見られていた。今年度は、表皮細胞列がdsl1で統計的に有意に減少することを示した。また、イネの縦走維管束には大維管束と小維管束があるが、dsl1では小維管束の細胞数も有意に減少することが明らかとなった。よって、dsl1の葉では細胞数が全体的に減少しており、DSL1が細胞分裂に機能する可能性が考えられた。そこで、G2/M期マーカーCDKB2の葉原基での発現をin situ hybridizationで解析した結果、dsl1では葉原基でのCDKB2の発現が弱まることが判明した。したがって、DSL1の細胞分裂制御への関与が示唆された。また、dsl1では茎頂分裂組織が野生型より平らなことも明らかにし、この形態異常も葉の形態異常に関連する可能性が考えられた。DSL1候補遺伝子は、遺伝子発現に関与する可能性が示唆されていた。そのため、野生型とdsl1の間でのトランスクリプトーム解析も行っていた。今年度解析データの分析を進めたが、予想より発現変動が小さく、dsl1の異常を説明できる遺伝子を見いだせなかった。また今年度は、CRISPR-CAS9法でDSL1候補遺伝子のノックアウト個体を作製し、それがdsl1の表現型に類似するかを確かめた。その結果、ノックアウト個体はdsl1に類似しており、DSL1候補遺伝子はDSL1であると結論づけた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。葉脈は、高等植物で養分や水分の運搬通路や葉の骨格となる重要な組織である。葉脈パターンは、葉の組織分化に伴い維管束が秩序立って分化して形成される。本研究は、モデル単子葉植物イネを材料に、代表的な葉脈パターンである平行脈の形成制御機構を解明することを目的としている。平行脈は縦走維管束が等間隔に並走して構成されるが、その形成制御機構は全く解明されていない。そこで、縦走維管束間距離が減少する新規変異体alm2に着目して解析を行ってきた。まず、透明化法を用いた維管束間距離計測法を確立し、alm2の縦走維管束間距離を定量化して野生型との比較を行った。すると、alm2では有意に縦走維管束距離が減少していた。さらに、縦走維管束間距離が減少する原因として、alm2では維管束間を占める葉肉細胞の数が有意に減少していることも明らかにした。よって、ALM2遺伝子は細胞分裂に機能している可能性が考えられた。また、マッピングと次世代シーケンサーによる解析を進め、ALM2候補遺伝子を1つに絞ることができた。さらに、ALM2は遺伝子の発現に関与している可能性があるために、野生型とalm2との間でのトランスクリプトーム解析も行った。イネの縦走維管束にはサイズと組織構造の異なる大維管束と小維管束が存在する。前年度までの研究で、大維管束と小維管束の形成過程が異なる可能性があることを形態学的に明らかにしていた。また、大維管束で特異的に発現する遺伝子としてOsYABBY1/2が知られている。そこで、それらと近縁な遺伝子OsYABBY6も含め、維管束分化や葉の組織分化に対する機能を解明することにしていた。本年度はCRISPRーCas9法により、OsYABBY1/2/6の単独変異体、二重変異体や三重変異体を得ることができた。しかし、どの変異体においても、葉に関して見た目上の顕著な影響は観察されなかった。alm2については、縦走維管束距離の表現型が定量化され、また原因遺伝子ALM2の候補遺伝子を1つに絞ることができた。また、トランスクリプトーム解析によりALM2の機能を知るための材料を得ることができた。OsYABBY1/2/6の機能解析については、当初の予想に反して三重変異体で見た目上の顕著な異常が観察されず、作業仮説は棄却された。しかしながら、結論を出すことはできた。

また、イネの縦走維管束には大維管束と小維管束があるが、dsl1では小維管束の細胞数も有意に減少することが明らかとなった。よって、dsl1の葉では細胞数が全体的に減少しており、DSL1が細胞分裂に機能する可能性が考えられた。そこで、G2/M期マーカーCDKB2の葉原基での発現をin situ hybridizationで解析した結果、dsl1では葉原基でのCDKB2の発現が弱まることが判明した。したがって、DSL1の細胞分裂制御への関与が示唆された。また、dsl1では茎頂分裂組織が野生型より平らなことも明らかにし、この形態異常も葉の形態異常に関連する可能性が考えられた。DSL1候補遺伝子は、遺伝子発現に関与する可能性が示唆されていた。そのため、野生型とdsl1の間でのトランスクリプトーム解析も行っていた。今年度解析データの分析を進めたが、予想より発現変動が小さく、dsl1の異常を説明できる遺伝子を見いだせなかった。また今年度は、CRISPR-CAS9法でDSL1候補遺伝子のノックアウト個体を作製し、それがdsl1の表現型に類似するかを確かめた。その結果、ノックアウト個体はdsl1に類似しており、DSL1候補遺伝子はDSL1であると結論づけた。alm2での初期発生過程の観察を進める。また、ALM2は細胞分裂に関与することが推察されたため、alm2での細胞分裂のマーカーの発現を解析する。さらに、ALM2候補遺伝子を同定するための相補性検定を進める。野生型とalm2との間でのトランスクリプトーム解析については、データの分析を進め、ALM2が発現を制御しうる遺伝子を探索する予定である。OsYABBY1/2/6の大維管束での発現パターンと葉での維管束の表現型との関係性については、今後検証していく予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
血管壁破壊現象と内部構造の同時・直接観察による破壊メカニズム解明の試み

大動脈の一部が拡張する大動脈瘤は破裂時の致死率が高いため,壁の破壊メカニズムの解明が待たれている.本研究では,血管壁の破壊現象をミクロレベルで観察し,破壊箇所の組織構造を調べて,破壊機序の解明を目指した.ブタ胸大動脈を2軸引張試験下で破壊した結果,局所コラーゲン線維分布量が低い領域で破裂し,コラーゲン線維に沿って亀裂が走った.また,エラスチン分布量や,エラスチン線維とコラーゲン線維の結合は,破壊に影響しなかった.さらに,コラーゲンサブタイプの観察による定量化や,円筒管形状のまま破壊現象を観察する手法の基礎を構築した.本年度は,血管壁内構成要素の血管壁内分布と破壊位置との関係を調べると共に,構成要素単体での力学・破壊特性を調べた.まず,マイクロメートルスケールレベルにおいて,血管壁構成要素の分布を計測し,破壊開始領域との関連を調べた.血管壁の筋細胞である平滑筋細胞には,動脈硬化や動脈瘤などでよくみかける合成型の細胞と正常血管でよく見かけられる収縮型の細胞があるため,まず,細胞のタイプと破壊開始位置の関係を調べた.合成型のマーカータンパク質を染色し,顕微鏡下で破壊まで観察可能な2軸引張試験装置によりブタ胸大動脈試料を破壊させたが,これまでのところ,亀裂開始位置との関連は見られなかった.また,血管壁を壊す作用を持つ酵素分布と破壊開始位置との関係も調べたが,やはり関連はまだ見られていない.ただし,データ数が少ないため,今後データ数の増加による調査を継続するか検討している.一方,構成要素のうちコラーゲン線維が破壊に影響している予備データを既に得ていたが,さらに別な方法でも確認するため,顕微鏡下で第2高調波像を撮影し,これと破壊開始位置を比較した.その結果,やはり亀裂開始位置にはコラーゲン線維と関連がある結果が得られた.また,血管壁内構成要素の単体の力学・破壊特性として,第1に破壊に関連することが考えられたコラーゲン線維を対象とした試験を実施した.まず,これまでの方法を改良し,効率よく力学試験を行う方法を確立させた.次に,血管壁の複数部位からデータを取得した結果,同じコラーゲン線維であっても,部位により力学特性が大きく異なり,ごく近傍の血管壁由来コラーゲン線維であっても,非線形と線径な力学特性を示すなど、大きく異なることが判明した.血管組織の破壊に対する影響を調べるため,本年度では血管組織内の細胞外マトリックス同士の結合による影響を調べた.血管組織内で力学現象に大きく寄与するのはコラーゲン線維とエラスチン線維であるため,この両線維を対象とした.まず,血管壁内での両線維の結合箇所を調べるため,顕微鏡下で引張を負荷する装置を作製した.この装置でブタ胸大動脈に引張を負荷し,両線維の挙動を詳しく観察した.もし両線維が結合していれば,引張負荷しても結合箇所は変わらないはずであると考え,引張試験中の両線維の交差点位置の変化を調べた.その結果,細胞1個当たり数か所程度しか引張による交差点位置が変化しない場所は存在しなかった.ただし,これらはあくまでも結合の必要条件しか満たしていないため,結合箇所はさらに少ない可能性もある.今後は,これらの結合箇所分布がどれくらい力学特性に影響するかを調べつつ,さらに詳細に結合箇所を調べる予定である.当初はエラスチンとコラーゲンの両方が含まれている試料を3次元的に観察しながら引張を負荷する予定であったが,コラーゲン線維の観察が困難であった.そこで,顕微鏡の観察方法を変更し,コラーゲン線維を明瞭に観察できる装置に変更した.この新たな顕微鏡装置の上で引張負荷できる装置を作製し,引張を負荷したが,試料を破断まで引張負荷することは困難であった.そこで,作製した装置を用いて組織内構成要素同士の結合分布を調べる課題を進めた.これについては一定の成果は見られたため,この課題を来年度も継続して実施する.また,新たな明瞭に観察できる顕微鏡下での破壊試験も,装置を再設計して実施する予定である.これまでは,血管壁内のコラーゲン分布観察にコラーゲンの複屈折性を利用した観察を実施してきたが,複屈折量にはコラーゲン線維の方向による影響がありコラーゲン分布量だけとは言い難い.そこで,既報を参考に条件出しを行い,多光子顕微鏡下で血管壁内のコラーゲン線維とエラスチン線維を明瞭に観察できる実験系をまず確立した.次に,破壊時のコラーゲン線維とエラスチン線維の状態を観察することを目指し,多光子顕微鏡下で圧力負荷破壊し,破壊箇所の構造を観察しようと試みた.しかし,作製した装置では試料の全部位を観察することができなかったため,次年度にその改善を図る予定である.また,昨年度までにコラーゲン線維とエラスチン線維の結合箇所の最大結合可能数を実験により計測したため、この結合可能数を減らした場合の破壊に対する影響を計算機モデルを作製して調べた.現状の結果では,コラーゲン線維とエラスチン線維の結合はあったとしても,血管壁の強度構造には影響しないことを示すデータが得られている.ただし,現在のモデルは仮定が多いため,仮定数を減らしながらさらに制度を高める予定である.さらに,腱などではコラーゲンのサブタイプの組成割合が力学特性に影響を及ぼすことが報告されているため,血管壁内のコラーゲンサブタイプ割合を計測できるような方法構築を目指した.

その結果,1本のコラーゲン線維であれば,コラーゲンのサブタイプの組成割合を一定程度計測できる方法を確立した.研究開始当初に予想した進度よりはやや遅れているが,本年度はおおむね順調に推移した.当初観察予定していた装置から変更し,それに合わせた試験装置を開発したための遅れが本年度も含まれている.ただし,本年度は当初の計画範囲以外の研究成果も得られており,幅が広がっている.今年度は,始めに壁内のコラーゲン線維とエラスチン線維の結合度が,血管壁の破壊にどの程度影響を与えるかを検証した.計算機上でこれら線維のネットワークモデルを作製し,エラスチン線維とコラーゲン線維の結合度による線維内の最大応力分布の変化を調べた.しかし,実際の結合可能数を考慮しても,血管壁破壊箇所への影響はほぼない結果であり,エラスチンの破壊への影響は低いことが示唆された.そこで,顕微鏡下で2軸引張破壊試験を行い,破壊前後で多光子顕微鏡下観察によるコラーゲン線維の配向具体を調べた.その結果,破壊開始点では,コラーゲン分布密度が低い点に加え,層間の線維の蛇行度の差が大きい傾向があった.即ち,血管半径方向を含む面内せん断がこの領域で大きく,3次元的なひずみが大きいことが原因で破壊開始点となりやすい可能性が示唆された.また,本年度の目的の1つとした,多光子顕微鏡下での圧力負荷破裂試験装置を作製し,顕微鏡下で全ての円周方向の壁内構造を観察しながら圧力負荷をする実験系を確立できた.これにより,これまで背中側と腹側で血管壁の剛性が異なるとされてきた原因の1つにコラーゲン線維の蛇行度の差異があることがわかった.また,正常血管でも血管壁内はこれまでに予想されていなかったような変形をしていることがわかった.しかし,計画により作製した大動脈瘤モデル動物の血管壁は脆弱化しておらず,本試験法を大動脈瘤に適用するには至らなかった.この点については,今後のプロジェクトで検討していきたい.一方,コラーゲンのサブタイプを顕微鏡下で判定する手法は,1本のコラーゲン線維であればtype IとType IIIコラーゲンを定量的に評価できそうな結果が得られた.引き続き既存法である生化学的な手法との比較により,本手法の信頼性を検証しており,有効性が認められれば,簡便なコラーゲン線維成分分析法が確立できると考える.大動脈の一部が拡張する大動脈瘤は破裂時の致死率が高いため,壁の破壊メカニズムの解明が待たれている.本研究では,血管壁の破壊現象をミクロレベルで観察し,破壊箇所の組織構造を調べて,破壊機序の解明を目指した.ブタ胸大動脈を2軸引張試験下で破壊した結果,局所コラーゲン線維分布量が低い領域で破裂し,コラーゲン線維に沿って亀裂が走った.また,エラスチン分布量や,エラスチン線維とコラーゲン線維の結合は,破壊に影響しなかった.さらに,コラーゲンサブタイプの観察による定量化や,円筒管形状のまま破壊現象を観察する手法の基礎を構築した.破壊試験装置の小サイズ化を検討したが,試料と装置の位置合わせの精度が不十分である可能性が大きいことが判明した.また,コラーゲンやエラスチンのみならず,他の成分の分布も検討するためには,別の装置を用いた方が良い可能性があり,こちらの仕様を検討しているため,小サイズ化は一時ペンディングしている.一方,血管壁内構成要素の力学試験については,第1目標のコラーゲン線維の力学試験データをほぼ取り終えており,同じコラーゲン線維であっても,引張強さが異なる原因が存在することを明らかにすることができた.
酸化チタンナノ結晶化ガラスの透明光触媒材料への展開

酸化チタンナノ結晶が選択的に析出した透明な結晶化ガラスを創製した。高い屈折率を有するTiO_2結晶の析出サイズを制御することにより結晶化ガラスにおける透明性を達成した。TiO_2結晶化ガラスにおいて、準安定相であるアナターゼ相を選択的に結晶化させることに成功し、ガラスの化学組成と析出結晶相とに相関があることを見出した。一方、表面近傍の構造変化をパルスレーザーや化学処理により検討した。これらの結果より、本結晶化ガラスにおいて、透明光触媒材料への応用の可能性を明らかにした。本研究の目的は、酸化チタンナノ結晶化ガラスを用いた透明光触媒材料への応用展開であり、その展開に向けた基礎物性の調査を主な目的としている。平成19年度では、透明結晶化ガラスの組成最適化を目指し、特に、結晶化前の前駆体ガラスの透明性に注目して研究をおこなった。その結果、ガラス組成が非常に限定的で狭く、酸化ビスマスや酸化ホウ素等構成成分の量を大きく変化させることができないことを見出した。この結果を基に、酸化チタンを選択的に結晶化できる組成範囲の中で、添加物を変化させてガラスの透明性の検討をおこなった結果、酸化スズを添加物として少量添加することによって、前駆体ガラスの可視光領域の透明性を大幅に向上させることに成功した。得られたガラスを熱処理することにより、酸化スズを添加しない試料と同様に、選択的なナノサイズの酸化チタンの結晶化が確認できた。得られた成果は、ガラスの結晶化挙動とガラスの透明性を独立に制御することが可能であることを示したものであるといえる。よって、透明性を有する酸化チタン結晶化ガラスを光触媒材料として展開する上で非常に重要な知見である。更に、申請者は、酸化スズの添加により光触媒機能が向上することも見出した。詳細なメカニズムは現在のところ明らかではないが、酸化スズの添加が、母ガラスの透明性だけではなく、結晶化ガラスの光触媒能にも効果があるというこの発見は、結晶化ガラスの物性としてだけではなく、光触媒作用の観点からも、非常に興味深いものであり、雑誌:アプライドフィジックスレターズ92巻に掲載された。平成20年度においては、酸化チタンが析出可能なガラス組成の透明性を向上させる目的で研究をおこなった。酸化チタンをガラス中から選択的に析出させた研究は本研究が世界で初めてであり、革新性が高い。これまで得られている酸化チタンを析出可能なガラス系は、酸化ビスマスを含有するため、赤色を呈し、透明性の点で改善する必要があった。また、母ガラスに比べて屈折率の高い酸化チタンがガラス全体から析出するため、結晶化後に得られる結晶化ガラスの透明性が低いという問題があった。以上の問題を鑑みて、本研究は主に透明性を向上させる目的で研究をおこなった。本年度の主な成果としては、以下の3点が挙げられる。1)酸化スズを出発原料として用いることで、従来の母ガラスに比べて可視光領域の透明性を飛躍的に向上させることに成功した。2)酸化銅を添加したガラスに対して赤外線加熱処理をおこなうことで、銅元素の非輻射緩和による発熱を利用し、ガラス試料表面付近に結晶を析出させることに成功した。結果として、酸化チタン結晶化ガラスの透明性の向上を達成した。3)環境負荷の高い酸化ビスマスを含まないガラス組成を探索し、母ガラスと結晶化ガラスの透明性を向上できる指針を確立した。これらの成果は、本研究の目的である透明光触媒材料への展開には必須の要素であり、1年以内に達成できていることは特筆すべきことである。本研究に関する発表としては、特許出願、論文発表を始め、多数の学会で発表をおこなっている。酸化チタンは高い屈折率を有するため、酸化チタン結晶化ガラスを透明機能材料として応用する際においては、屈折率の異なる母ガラスと析出する酸化チタン結晶との界面における光散乱を可能な限り低減する必要がある。一方、光触媒材料として結晶化ガラスを応用するためには、アナターゼとルチルの結晶相の析出形態を制御する必要がある。上記の必要性から、平成21年度において、研究者は、酸化チタン結晶子の析出形態の制御をおこなうことにより、結晶化ガラスの透明性および機能性の向上を検討した。まず、酸化ビスマスを含有しない無色透明な母ガラスを熱処理することにより、直径数nm程度の酸化チタンを析出させ、可視域で透過率70%以上を有する結晶化ガラスの創製に成功した。一方、組成検討をおこなった結果、酸化亜鉛を構成成分として含有することで、準安定相であるアナターゼが選択的に析出する傾向になることを明らかにした。さらに、酸化亜鉛量の増加に伴い、アナターゼが安定に析出し選択的な結晶化が達成できた。一方で、表面の化学処理により表面近傍の形態制御を試みた結果、両性酸化物の酸化亜鉛の含有量により酸およびアルカリを用いたエッチングレートが大きく異なることを見出した。加えて、表面近傍の結晶化を誘起する手法として、レーザー照射による結晶化および赤外炉を用いた結晶化手法を検討し、それらの手法を用いた材料作製をおこなった。

これらの成果は、本研究の目的である透明光触媒材料の実現に際し、大きな一歩となった。本研究に関しては、多数の論文発表や学会発表をおこなうことにより、情報発信をおこなった。
結晶欠陥導入による多孔性配位高分子のプロトン伝導性向上

多孔性配位高分子(PCP)の結晶欠陥はプロトン伝導性の向上に貢献するのか。PCPは内部に分子の取り込みが可能でありプロトン伝導性を有するが、高い伝導性を実現する為に伝導を阻害しないように結晶性の高いものが求められてきた。一方、PCPにおける配位子の欠陥はオープンメタルサイトを生み、プロトン伝導性を向上が予想される。本研究は欠陥制御によるPCPのプロトン伝導率向上という新たな設計指針を目指す。評価対象となるPCPとして欠陥率を制御可能であるプルシアンブルー類似体を用いる。欠陥率とオープンメタルサイトの2つに着目し、プロトン伝導性に与える影響をインピーダンス測定により明らかにする。
資源スペシャリストとジェネラリストを繁殖干渉により統一的に説明する

食植性昆虫であるマダラテントウ類の3種、ニジュウヤホシテントウ、オオニジュウヤホシテントウ、ヤマトアザミテントウについて、野外分布調査と繁殖干渉についての室内実験を行った。同じ寄主植物を利用するニジュウヤホシテントウとオオニジュウヤホシテントウの分布境界は、年平均気温の上昇にもかかわらず滋賀県では過去と比較してほとんど移動しておらず、両種間には繁殖干渉があることが分かった。異なる寄主植物を利用するオオニジュウヤホシとヤマトアザミの間にも強い繁殖干渉が生じていた。いずれの現象も繁殖干渉により合理的に説明可能であった。同じ寄主植物を利用しすみわけをしているオオニジュウヤホシテントウとニジュウヤホシテントウにおいて、分布境界と繁殖干渉の有無について調べた。滋賀県北部における分布境界は、余呉湖の東にあり、気候変動による約1度の年平均気温上昇にもかかわらず従来の分布境界とほぼ同じままであった。一方、繁殖干渉については奇妙な結果が得られた。同種ペアに対して異種オスを導入してメスの繁殖成功を測定したところ、繁殖成功の低下はみられなかったり、あるいは逆に増加する場合もあった。これに対して、メス一匹に対して異種オス一匹を同居させると、繁殖成功は著しく低下した。これらの結果は、(1)同種のオスメス間にも性的対立があり、オスはメスの繁殖成功を低下させる、(2)異種オスの導入は種内の性的対立を緩和させる可能性がある、および(3)異種オスはメスの繁殖成功を著しく低下させる、と仮定するとうまく説明できることが分かった。以上の結果を総合すると、2種が厳密な分布境界をはさんで側所分布する現象は、繁殖干渉説でうまく説明できる可能性が高いと判断できた。マダラテントウ類に属する近縁種、ニジュウヤホシテントウ、オオニジュウヤホシテントウ、およびヤマトアザミテントウについて、野外での分布状況の調査を行うとともに、実験室において繁殖干渉の状況を調査した。ニジュウヤホシテントウとオオニジュウヤホシテントウの分布境界は、滋賀県北部の余呉町付近にあった。過去の研究結果(新保1975)と比較したところほとんど分布境界は動いていなかったことが2年間ともに確認された。新保(1975)による研究当時と比較すると、温暖化により年平均気温はほぼ1°C上昇していたが、分布境界がほとんど移動しなかったことから、分布境界は温度により単純に決定しているのではないことが確認された。岐阜県における調査ではオオニジュウヤホシテントウの分布南限は美濃市以南であることも明らかとなった。ただし、鹿による食害が急速に進行したことにより、食草であるジャガイモの栽培が山間部で激減し、マダラテントウ類の分布調査は山間部では著しく困難な場合が多かった。繁殖干渉については、オオニジュウヤホテントウとヤマトアザミテントウの間で実験を行い、強い繁殖干渉があることが分かった。さらに同種内においてもオスの存在はメスの産卵数を低下させることが明らかとなった。すなわち、種内で生じる性的対立が、近縁種間ではより強まることにより強い繁殖干渉が生じることが示唆された。前年度に行った研究により、ニジュウヤホシテントウとオオニジュウヤホシテントウの間にも繁殖干渉が相互にあることが示唆された。以上のことから、マダラテントウ類には繁殖干渉が広く存在する可能性が示唆され、それが寄主植物や生息場所の隔離に繋がる可能性が示唆された。環境生態繁殖干渉の実態については予想どおりであったが、オス同士にも繁殖干渉の効果がある可能性が検出できたことは予想外であり、今後の進展が期待できる。分布境界の調査については、予想よりも進展していない。その理由は、オオニジュウヤホシテントウの分布域ではシカによる食害が著しいために、耕筰放棄地が目立ち、調査が難しい場合があったためである。繁殖干渉については、オス間の配偶をめぐる相互作用に着目し、因果関係の解明をめざす。検証する仮説は、「異種のオス間には配偶認知の誤認を通じた求愛行動が生じ、これがメスに対する繁殖干渉の影響を低下させる」というものである。これにくわえて、他のマダラテントウ類(ヤマトアザミテントウ、ルイヨウマダラテントウなど)も調査対象に加えたい。分布境界については、鹿の食害がひどくない地域を選んで、調査地を福井、岐阜、長野、山梨などにも拡大したいと考えている。