hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
固体電気化学プロセスから発現する新しいエネルギーおよび情報変換

固体電気化学プロセスを利用した新しいエネルギー変換や情報変換の方法論の確立、さらには新物質開発を目指している。分子性材料を用いた高エネルギー・高パワー密度の分子性2次電池を実現するとともに、界面電気2重層を利用した有機エレクトロニクスを発展させる。さらに固体電気化学プロセスを利用して新しい分子性の機能性物質を作製し、分子物性科学と固体電気化学にWin-Winの関係を構築する。(研究A:分子物性科学と固体電気化学の双方型研究)においては、これまでの研究により、MOFやCOFに対するレドックス活性の付与や、硫黄とのグラフト化からのLiS電池への応用は、期待通りの成果を上げることができた。しなしながら、さらなる性能向上のためにはMOFやCOFの低電気伝導性が克服すべき問題点として浮上した。今年度はこれを克服するため、COFと、有機高分子伝導体として知らているPEDOTとのナノハイブリッド化に挑戦した。すなわち、COFの空孔内にPEDOT原料モノマーを浸透させた後に重合させることによって複合材料を得た。これは十分高い電気伝導性をもち、スーパーキャパシターの電極として利用したところ、急速充放電に対しても、極めて大きな容量(1000 F/g at 500 A/g)と安定した繰り返し特性(>10,000回)が得られた。(研究B:有機エレクトロニクスへの展開)および(研究C:固体電気化学operando計測と理論の発展)においては、一切大気暴露することなく、高真空下で2層薄膜トランジスタをつくりながら、その特性をin-situでリアルタイム計測できる装置を立ち上げた。この装置を利用して、有機アクセプターであるF16CuPc薄膜上に有機ドナーであるCuPcの薄膜をゆっくりと蒸着し、両極性チャネル形成プロセスを追跡することに成功した。研究Aの研究項目「(i) MOF/COFや分子性物質を用いた固体電気化学の創出」においては、計画調書に記載した、MOFやCOFに対するレドックス活性の付与や、硫黄とのグラフト化からのLiS電池への応用において期待通りの成果を上げることができた。また、MOF/COFの低電気伝導性が更なる性能向上に対して問題点として浮上したので、これを克服するため、COFとPEDOTとのハイブリッド化に挑戦し、期待以上の成果を得ることができた。研究項目「(ii)固体電気化学バレンス制御に基づく新規物性の開拓」においては、この研究項目の入り口にある成果として、スピンフラストレーションを含む3次元Hyper Kagome格子を発見し、スピン液体状態を結論した。現在、この系も含め、様々な物質に固体電気化学反応下のoperando磁気測定を展開するに至った。研究Bの研究項目「(i)分極型光電セルの開発」においては、様々な物質の組み合わせによるMISM光電セルの発展を提案した。その後、high-κとlow-κ絶縁体から構成される非対称MISIM構造を発案し、本研究申請ヒアリングにおいて提案した。本研究ではMISIMセルの研究に集中することによって、市販の高速フォトダイオードに迫る高効率高速応答を実現することができた。さらに今年度、MISIM構造においては、S層における再結合が律速段階となることを突き止めた(論文投稿中)。研究項目「(ii)電気二重層トランジスタの発展」においては、イオン液体ゲル作製し、上記の分極型光電セルや電気二重層トランジスに応用できることを確認した。一般に、電気二重層トランジス構造の伝達特性にはヒステリシスが現れる欠点があるが、これを逆手に取り、メモリー効果として利用する研究も進めている。多くの項目で研究は順調に推移している。COF/MOFの高電気伝導化など、計画調書作成後に得たアイデアや、研究進行とともに浮上して問題点を克服する過程で、本研究の趣旨に添いながらも、計画調書の内容を越える新たな成果が得られた。今後2年間の研究継続によって、すべての研究項目の達成度を計画の100%に近づけるとともに、最終的には予定以上の成果を獲得したい。基礎研究という視点からは十分に当初目標をクリアしたと自負している。当初より目標としている分子性2次電池の研究にせよ、分極電流を利用した光電変換にせよ、実用レベルの特性を追い求めたい。固体電気化学を利用した新しいエネルギー変換や情報変換の方法論の確立、さらには新物質開発を目指している。分子性2次電池の研究では、共有結合構造体(COF)を用いたLi-S電池の開発を目指した。この電池では、分子性S8が金属LiによってLi2Sにまで順次還元させていくなかで、極めて大きな理論電池容量が期待される。本研究では、COFナノポーラス孔内に3重結合を導入し、この部位に硫黄を結合させた系の合成に成功した。Li電池の正極活物質として試したところ、極めて高いサイクル特性やクーロン効率が得られた。このほか、2電子の酸化還元反応を示すジスルフィド化合物を配位子として金属有機構造体(MOF)に組んだ2次電池についても研究を進めた。電解質溶液がゲート誘電体として用いられている電気二重層トランジスタは、高効率かつ高濃度のキャリア注入が可能である。本研究では、さまざまな濃度の塩化リチウムのPEG溶液を用いて自然電位を調べたところ、化学ポテンシャルのように濃度のlogに比例することが分かった。

このPEG溶液をゲート誘電体に用いて電気二重層トランジスタを作製・評価したところ、自然電位と閾値電圧の比例関係を見出した。なお、自然電位の起源そのものについても、統計力学的手法を用いた解析により分子論的な解釈を得た。新物質開拓においては、有機イオン結晶中のイオン回転に由来する強誘電相と、昇温による柔粘性結晶への相転移を発見した。さらに、三角形型キラルアニオン分子がつくるK4構造と、その格子上のスピンフラストレーションに起因するスピン液体状態を見出した。COFを用いたLi-S電池の開発については、期待通りの成果が上げられつつある。電気2重層を利用した有機エレクトロニクスに関しては、電解質の濃度に依存するトランジスタ特性を明らかにでき、さらにこれを理論的に解釈することができた。電解結晶化による分子性K4構造の構築は大きな副産物で、低温の物性測定から注目を集めているスピン液体状態を見出すことができた。固体電気化学プロセスを利用した新しいエネルギー変換や情報変換の方法論の確立、さらには新物質開発を目指している。分子性材料を用いた高エネルギー・高パワー密度の分子性2次電池を実現するとともに、界面電気2重層を利用した有機エレクトロニクスを発展させる。さらに固体電気化学プロセスを利用して新しい分子性の機能性物質を作製し、分子物性科学と固体電気化学にWin-Winの関係を構築する。分子性2次電池の研究では、昨年度、共有結合構造体(COF)を用いたLiS電池の開発を報告した。極めて高いサイクル特性やクーロン効率が得られたものの、COFそのものの低い電気伝導性がネックとなった。そこでこれを改善するため、COFを有機半導体のハイブリッド化や、COFを原料とする炭素化を試みたところ、COFのナノポーラス構造を保ちながらも著しい伝導度の向上を実現することができた。本研究のもう一つの柱は、有機半導体と絶縁体を組み合わせ、分極電流を誘起する光電変換セルの開発である。今年度は、[金属(M1)|絶縁体(I1)|半導体(S)|絶縁体(I2)|金属(M2)](MISIMセル、I1=有機絶縁体、I2=イオン液体)に変調光を照射することによって、電極からのキャリア移動や注入が一切ない、純粋な分極電流を取り出すことに成功した。分極電流の高効率誘起という、有機系に相応しい光電変換機構を実証することができた。新物質開拓においては、アクセプター(A)性を有する配位子からなる有機金属構造体(MOF)にドナー有機分子(D)を包接させた系について、ドナーまで含めて構造解析に成功した。通常の条件下では、このDとA間では弱い電荷移動相互作用しか想定できないが、MOFの内部空間では化学圧力によってイオン性の電荷移動錯体が形成されることが分かった。電荷移動錯体の研究は長いが、新しい側面を開拓ことができた。COFやMOFを用いた分子性2次電池の開発については、期待通りの成果が上げられつつあり、導電性COFの開発は、固体電気化学分野を超えて関心を集めるだろう。
放射性廃棄物のマネージメント戦略による高い社会受容性を有した核融合炉概念の創出

核融合炉の社会受容性向上において、重要と考える放射性廃棄物の埋設区分の同定を進めている。特に中性子増倍材であるベリリウム内不純物のウランによる影響が重要である。核融合原型炉で使用予定の中性子増倍材はベリライド(Be12Ti, Be12V,Be13Zr)である。ここで、各ベリライドにおいて、トリチウム増殖材をLi2TiO3とした際にトリチウム生産性が最大となるベリライド装荷量を評価する。対象とする核融合炉は核融合出力が1.5GWで主半径が8.5mとし、増殖ブランケットの冷却水は加圧水であり主要構造材は低放射化フェライト鋼である。当該ベリライド装荷時のブランケット内中性子スペクトルを3次元中性子輸送コードMCNPコードで評価し、そのスペクトルに基づきDCHAINコードによりベリリウムの放射化計算を実施した。検討の結果、必要なベリリウム量は最大で312トンであり、核融合原型炉で使用後に浅地中に処分するためにはウラン含有量を0.7 wppm以下にする必要があると分かった。なお、ウラン含有量は採掘場所に依存し、ロシアなどで採掘されたベリリウムは一回蒸留後の平均のウラン含有量は0.24 wppmであり、目標値を下回ることが分かっている。次に定期保守時に交換する機器のトリチウムインベントリ評価に向けて、原型炉条件に基づく機器温度、照射量、物量を纏めた。また、炉内機器であるブランケットとダイバータで使用する材料でのトリチウム挙動データを調査した。ベリリウム内の不純物対策において、浅地中処分の観点でのウラン含有量の目標値を同定した。次年度はベリリウムフリーのブランケット概念検討を進める。また、炉内機器のトリチウムインベントリ評価に向けた機器条件が整理できた。次年度から実際にインベントリ評価を開始する。ベリリウムフリーのブランケット概念検討とトリチウムインベントリ評価を実施する。また、本年度から本格的に開始する核融合炉で発生する放射化計算と当該結果に基づく埋設区分の同定を実施する。また、原型炉プラントの放射化計算を実施するために中性子ストリーミングを考慮した3次元の大規模計算を実施する。(理由)本科研費課題における成果を含む学会発表を行ったが、他の予算科目より旅費を支出できたため計画していた旅費を使用しなかった。また、昨年度は、炉内機器であるブランケット内のベリリウムの放射化評価に着目したため、3次元モデルでの中性子ストリーミングを考慮した大規模計算には至らなかった。従って、予定していた計算機の購入は、今後のスペック向上も鑑みて行わなかった。(使用計画)本年度から実施する炉全体での大規模な放射化計算を実施するため、昨年度に見送った計算機を購入する。また、研究成果の発表及び廃棄物管理の専門家との討論・情報交換のため、国内外の学会に参加する。
ライフ・ストーリーに基づく高齢期居住者のための住宅平面計画の研究

第2次世界大戦後・公共住宅の住戸型計画はその量的不足対策を背景に急速に発達し、高度経済成長期をもって完熟期を迎えている。それは食事空間と居間を公室空間(LD)とし、それにn個の個室寝室化可能室を組み合わせてnLDK型を構成し、これを狭小宅地や中高層集合住宅に需要者の住宅費(家賃・ローン支払)負担能力に見合う形で間取り化するということであった。本研究で調査した市場流通住宅の平面型において、独立住宅における1階に12LDK、2階にn室という型、中高層集合住宅ではバルコニー側に23室の半中廊下型でいずれもnLDKの固定化が広範に普及するしていることが確認される。しかし、これが戦後の民主化、生活近代化によるライフスタイルの変化および居住世帯の多様化と明らかな乖離を来している。この研究においてnLDKの型計画の根拠であった家族のライフサイクル概念に加えて、時代・世相を反映した居住者ニーズ、居住世帯形態の変化がライフコース概念を導入することで新しい展開の可能性が一定程度立証された。特に現今の高齢者居住形態がバリアフリー化指向、同居別居議論を越えて、高齢期のライフストーリー、ライフシナリオを居住空間の型計画に反映させると、萌芽的居住空間類型であるコレクティブハウスやグループホーム等の集住形態と連動した住戸型計画が必要であることを明らかにできた。なお、アンケートを用いたライフコースの分析と居住空間類型ニーズとの対応関係の分析は試行的な域を出ることができず、継続研究が必要となった。次年度を含む2ヶ年継続研究の初年度、即ち前半の研究実績である。研究全体は、近年、家族形態やライフスタイルなどの居住者ニーズと、すでに数量的には供給過剰になったといわれる住宅のもつ平面・空間構成とのミスマッチが、公共・民間を問わずその住戸型計画においてパラダイムの転換を求めているという情勢に鑑みて、その展開方向を居住者世代、家族を構成する世代の生きてきた時代(世相)が居住者世代の家族像、住空間像に反映しているという仮説をもって、その「世相世代」のニーズの解明から、いわゆる「nLDK型」に代わる住戸型計画の可能性(多様化)を高齢期居住者に焦点を当てて追求するものである。今年度は(1)ライフサイクル、ライフステージ、居住人数という初期的なキ-概念の果たす役割、ライフスタイルという最近のキ-概念のもつ意義について見直すとともに、ライフストーリー、ライフヒストリー、ライフコースという家族社会学の新しい概念を手がかりとすることとし、それらの基礎概念の関係を明確にすることと、(2)ライフストーリー(ライフスヒストリーの未来展開)を意識してシナリオライティング法で設計した加齢対応住宅事例の居住者のシナリオ対応状況の現地調査を行った。当初予定の世相世代意識(ライフコース調査)のアンケートについては調査票作成までで、次年度に配布回収のプロセスが連続することとなった。当初次年度予定であった(3)市場に出回っている最新の住戸型の類型化について、パイロット調査として、期間を限定した新聞等の広告からの採集サンプルによる予備分類を先んじて行った。第2次世界大戦後、公共住宅の住戸型計画はその量的不足対策を背景に急速に発達し、高度経済成長期をもって完熟期を迎えている。それは食事空間と居間を公室空間(LD)とし、それにn個の個室・寝室化可能室を組み合わせてnLDK型を構成し、これを狭小宅地や中高層集合住宅に需要者の住宅費(家賃・ローン支払)負担能力に見合う形で間取り化するということであった。この研究においてnLDKの型計画の根拠であった家族のライフサイクル概念に加えて、時代・世相を反映した居住者ニーズ、居住世帯形態の変化がライフコース

概念を導入することで新しい展開の可能性が一定程度立証された。特に現今の高齢者居住形態がバリアフリー化指向、同居別居議論を越えて、高齢期のライフストーリー、ライフシナリオを居住空間の型計画に反映させると、萌芽的居住空間類型であるコレクティブハウスやグループホーム等の集住形態と連動した住戸型計画が必要であることを明らかにできた。なお、アンケートを用いたライフコースの分析と居住空間類型ニーズとの対応関係の分析は試行的な域を出ることができず、継続研究が必要となった。
慢性圧迫性脊髄障害における包括的遺伝子発現解析

本研究の目的は、慢性圧迫障害にさらされた脊髄において発現に変化の起こる遺伝子を同定することにより、慢性圧迫性脊髄障害の病態を解析し、脊髄に対して増悪を促進する因子あるいは回復促進的に働く因子を同定することである。cDNAマイクロアレイを用いて慢性圧迫脊髄における遺伝子発現解析を行うため、6週令で購入した慢性圧迫性脊髄障害のモデルであるttwマウス(ttw/ttw)と野生型ttwマウス(+/+)を、20週令または30週令まで飼育した後、全身麻酔下に頚髄を摘出しtotal RNAを抽出した。マウス神経幹細胞由来cDNAライブラリーから作成した2304個の遺伝子を乗せたcDNAマイクロアレイを用いて、ttwマウス脊髄と野生型マウス脊髄2群間で発現量の異なる遺伝子を検出した。その結果、ttwマウス脊髄において、2倍以上発現量の増加した遺伝子が2個、2倍以上発現量の減少した遺伝子が2個検出された。これらの遺伝子について、RT-PCRにより発現量の確認実験を行った。今後、これらの遺伝子について、in situ hybridyzationによる脊髄横断面上の発現部位の同定や、遺伝子導入による機能解析を行う予定である。cDNAマイクロアレイを用いて慢性圧迫脊髄における遺伝子発現解析を行うため、本年度は実験試料の調整を行った。慢性圧迫性脊髄障害のモデルであるttwマウス(ttw/ttw)と野生型ttwマウス(+/+)を6週令で購入し、20週令または30週令まで飼育した後、全身麻酔下に頚髄を摘出しtotalRNAを抽出、これをpolyA-RNAに調整した。各群20匹以上を使用し、totalRNAとしてそれぞれ500μg以上をストックした。また、遺伝子発現部位の確認実験としてin situ hybridyzationを行うための組織切片の作成を行った。20週令および30週令のttwマウス各群10匹を用いて、全身麻酔下の灌流固定の後、頚髄を摘出し、パラフィン包埋し、頚髄の組織切片用標本を作成した。今後、マウスbraincDNAライブラリーから作成したcDNAマイクロアレイを用いて、ttwマウスと野生型マウス2群間で発現量の異なる遺伝子を検出する。発現量に変化の見られた遺伝子について、RT-PCRおよびノザンハイブリダイゼーションにより確認実験を行う。また、in situ hybridyzationにより、脊髄横断面上の発現部位を同定する計画である。
中赤外線領域光電子集積センサの開発

PbTe/CdTeヘテロ接合を対象に,GaAs基板上に集積化した中赤外線領域の光電子集積デバイスの開発を目的とした.PbTeは3μm帯に対応する直接遷移型半導体で,開発の遅れている中赤外線領域の受光・発光デバイス材料として注目を集めている.近年BaF_2(111)を基板に,PbTe/PbEuTeヘテロ接合が発明され,ヨーロッパ諸国やアメリカを中心に研究が進んでいる.本研究では,受発光素子や周辺電子回路との集積化を考慮して,汎用性の高いGaAs(100)を基板とした新しい材料システムを開発することを目的とする.具体的には,障壁層にPbTeと格子整合するCdTeを採用し,PbTe/CdTeヘテロ接合の結晶成長と発光特性を検討した.結晶成長は固体ソースの分子線エピタキシー法で行い,GaAs(100)基板面上に高品質CdTe(100)バッファ層を成長させ,その上にPbTe/CdTe量子井戸を作製した.PbTe量子井戸の井戸幅は110nmである.この構造から世界で始めて中赤外線領域のフォトルミネッセンスを観測した.発光は極低温から500K程度まで観測でき,特に室温以上の発光強度は従来のPbTe/PbEuTe量子井戸よりも1桁高かった.発光機構は量子井戸に閉じ込められた電子と正孔の再結合に基づいており,半導体電子デバイスに好適である.このような高効率発光特性が実現できた理由を解析すると,CdTe中のPbTeは2次元的な量子井戸ではなく,直径20nm程度の等方位無歪み粒子を形成していることがわかった.即ち,高効率発光は量子ドットの形成に負うものであることが判明した.岩塩構造をもつPbTeと閃亜鉛鉱構造のCdTeは立方格子としての格子定数は整合しているが,結晶構造が異なるために相分離を生じ易い.このために,自由エネルギーの最も少ない球状の量子ドットを自己形成することがPbTeにとって安定であることが第1原理計算を用いて明らかになった.従来,固体中における量子ドットの形成機構として界面歪によるSKモードが知られていたが,本研究で見出した形成機構は格子タイプのミスマッチに基づいており全く新しいものである.PbTe/CdTeヘテロ接合を対象に,GaAs基板上に集積化した中赤外線領域の光電子デバイスの開発を目的とした.PbTeは3μm帯に対応する直接遷移型半導体で,開発が遅れている中赤外線領域の受光・発光素子材料として注目を集めている.近年BaF_2(111)を基板にPbTe/PbEuTeヘテロ接合が発明され,ヨーロッパ諸国やロシア,アメリカを中心に実用化研究が進んでいる.室温連続発振可能な半導体レーザーが実現しているが,絶縁性(111)基板のため光励起型のVCSEL構造に限定され,受光素子との集積化が困難という問題がある.本研究では,電流注入型発光素子の実現と受光素子との集積化を考慮して,汎用性の高いGaAs(100)を基板とした新しいヘテロ構造を開発する.障壁層にはPbTeと格子整合するCdTeを選定した.高品質CdTeをGaAs(100)にエピタキシャル成長させる技術はすでに開発済みである.当研究は3ヵ年計画で,初年度となる今年度は(1)PbTe/CdTeヘテロ接合を用いて光電子集積デバイスの基本要素である量子井戸構造を作製すること,(2)PbTe/CdTe量子井戸構造の光励起発光特性を解析して受光・発光素子への適合性を調べること,を実施した.その結果,分子線エピタキシー法で成長したPbTe/CdTe量子井戸から中赤外PL発光を世界で初めて実現し,極低温から500Kまで発光スペクトルを得ることが出来た.温度依存性を解析して,発光が量子井戸に閉じ込められたキャリアの再結合に基づくこと,PbTe井戸層とCdTe障壁層の熱膨張係数の差による内部歪が発光スペクトルに大きく影響を与えていること,を明らかにした.室温以上における発光強度は従来のBaF_2,基板PbTe/PbEuTe構造よりも強く,この新しい材料システムが中赤外線領域の受光・発光素子材料として有望であることを実証した.成果を国際会議で公表した後,海外他大学や国内企業から共同研究の申し込みを受けている.PbTe/CdTeヘテロ接合を対象に,GaAs基板上に集積化した中赤外線領域の光電子デバイスの開発を目的とした.PbTeは3μm帯に対応する直接遷移型半導体で,開発の遅れている中赤外線領域の受光・発光素子材料として注目を集めている.近年BaF_2(111)を基板にPbTe/PbEuTeヘテロ接合が発明され,ヨーロッパ諸国やロシア,アメリカを中心に実用化研究が進んでいる.室温連続発振が可能な光励起型半導体レーザも実現しているが,電気絶縁性(111)基板を使用しているため光励起VCSEL構造に限定され,受光素子や周辺電子回路との集積化が困難であるという問題がある.

本研究では,受光素子や周辺電子回路との集積化を考慮して,汎用性の高いGaAs(100)を基板とした新しいヘテロ構造を開発する.障壁層にPbTeと格子整合するCdTeを採用し,PbTe/CdTeという新しい材料システムを対象とした.結晶成長は固体ソースの分子線エピタキシーで行い,GaAs(100)面基板上に高品質CdTeバッファ層を成長させ,その上にPbTe/CdTeの量子井戸を作製した.PbTe量子井戸の井戸幅は15nmである.この量子井戸から,世界で始めて,中赤外線領域のフォトルミネセンスを観測した.発光は極低温から500Kの高温まで観測可能で,特に,室温以上の発光強度は,従来のPbTe/PbEuTe量子井戸よりも1桁高いことが判明した.発光メカニズムは量子井戸に閉じ込められた電子と正孔の再結合に基づき,半導体レーザへの応用に適している.昨年度末より,この新しい材料システムに興味を持ったJKUリンツ大学(オーストリア)の半導体・固体物理研究所のW.Heiss教授の研究グループと共同研究を開始し,現在も実施中である.室温以上における高い発光効率がPbTeのドット化に基づいている可能性が見出され,現在,結晶成長プロセスの詳細検討ならびに断面TEMによる構造解析,発光強度の温度依存性や時間分解発光特性について研究を進めている.PbTe/CdTeヘテロ接合を対象に,GaAs基板上に集積化した中赤外線領域の光電子集積デバイスの開発を目的とした.PbTeは3μm帯に対応する直接遷移型半導体で,開発の遅れている中赤外線領域の受光・発光デバイス材料として注目を集めている.近年BaF_2(111)を基板に,PbTe/PbEuTeヘテロ接合が発明され,ヨーロッパ諸国やアメリカを中心に研究が進んでいる.本研究では,受発光素子や周辺電子回路との集積化を考慮して,汎用性の高いGaAs(100)を基板とした新しい材料システムを開発することを目的とする.具体的には,障壁層にPbTeと格子整合するCdTeを採用し,PbTe/CdTeヘテロ接合の結晶成長と発光特性を検討した.結晶成長は固体ソースの分子線エピタキシー法で行い,GaAs(100)基板面上に高品質CdTe(100)バッファ層を成長させ,その上にPbTe/CdTe量子井戸を作製した.PbTe量子井戸の井戸幅は110nmである.この構造から世界で始めて中赤外線領域のフォトルミネッセンスを観測した.発光は極低温から500K程度まで観測でき,特に室温以上の発光強度は従来のPbTe/PbEuTe量子井戸よりも1桁高かった.発光機構は量子井戸に閉じ込められた電子と正孔の再結合に基づいており,半導体電子デバイスに好適である.このような高効率発光特性が実現できた理由を解析すると,CdTe中のPbTeは2次元的な量子井戸ではなく,直径20nm程度の等方位無歪み粒子を形成していることがわかった.即ち,高効率発光は量子ドットの形成に負うものであることが判明した.岩塩構造をもつPbTeと閃亜鉛鉱構造のCdTeは立方格子としての格子定数は整合しているが,結晶構造が異なるために相分離を生じ易い.このために,自由エネルギーの最も少ない球状の量子ドットを自己形成することがPbTeにとって安定であることが第1原理計算を用いて明らかになった.従来,固体中における量子ドットの形成機構として界面歪によるSKモードが知られていたが,本研究で見出した形成機構は格子タイプのミスマッチに基づいており全く新しいものである.
肺癌治療に伴う薬物性腎障害早期発見のための非侵襲尿中バイオマーカーの探索

肺癌化学療法においては、葉酸代謝拮抗剤であるペメトレキセド、白金製剤であるシスプラチンもしくはカルボプラチンを組み合わせた抗がん薬併用療法が標準治療である。これら薬剤の重大な有害反応は薬物性腎障害であるが、従来から用いられている血清クレアチニン値は腎障害が一定以上進行しなければ上昇しないため、腎機能をより鋭敏に評価する方法に基づく使用法の開発が必要である。そこで、抗がん薬併用療法による薬物性腎障害を早期に発見するため、抗がん薬投与1日前、投与3、7および14日後に肺癌患者から尿サンプルを回収し、非侵襲尿中バイオマーカー候補であるmonocyte chemotactic protein-1 (MCP-1)、neutrophil gelatinase-associated lipocalin (NGAL)を測定した。その結果、MCP-1は、肺癌患者における薬物性腎障害の潜在的なバイオマーカーであることが示唆された。その後、該当症例の集積を試みたが昨今、免疫チェックポイント阻害薬の登場により、実地医療においては、免疫チェックポイント阻害薬療法の使用機会が急増し、抗がん薬併用療法の使用機会が激減している。このため、当初計画した抗がん薬併用療法の症例収集が困難になり、研究が滞っている。現在、免疫チェックポイント阻害薬療法の使用は落ち着きを見せており、当初計画した抗がん薬併用療法の症例数の確保に努め、研究を推進する。肺癌化学療法は、白金製剤を軸とする抗がん薬併用療法から、免疫チェックポイント阻害薬療法にシフトしたことから、当初計画した対象レジメンの症例収集に期間を要することが判明し、目標症例数の確保が困難になり、研究の進捗が遅れている。着手した副作用発現リスク評価を進め、副作用回避策について検討する。一連の研究によって得られた副作用の早期発見の対策法の開発について、得られた結果をとりまとめ、成果の発表を行う。現在、肺癌患者の治療薬として、ペメトレキセド(PEM)やシスプラチン(CDDP)が頻用されている。これら薬剤の重大な有害反応は腎障害であるが、PEMによる腎障害の発現機序はほとんど明らかにされていない。また、CDDPによる腎毒性の発現を回避するために大量輸液療法などが行われるが、十分な補液などが行われない場合の腎不全の発生率は約2545%にも達する。従って、PEMおよびCDDPともに、患者個々の腎機能に応じた用量調節と、投与後の腎機能のモニタリングを行うなど慎重使用が求められる。一方、日常診療において、患者の腎機能は血清クレアチニン値をもとに評価するが、これは腎障害が一定以上進行しなければ上昇しないため、腎機能をより鋭敏に評価する方法に基づく使用法の開発が必要である。その候補として、尿中バイオマーカーには無侵襲で腎障害を早期からより正確に検出できる利点がある。平成28年度は以下の2つの内容を計画した。1)PEMおよびCDDPによる腎障害の発現状況とリスク評価:電子カルテから、年齢、性別、血清生化学データ、尿検査データ、およびPEM、CDDPの投与量等を調査し、腎障害の発現状況をレトロスペクティブに調査し、平成28年度はCDDPに加え、カルボプラチン(CBDCA)についても併用薬の影響を考慮した解析法を検討した。臨床研究の承諾が得られた診療科において、PEM、CDDPに加えCBDCAが投与された18例の入院患者より同意を取得し、投与後3日目、7日目、14日目(7日目以降は入院継続されている場合)の尿検体(計83検体)の回収を行った。今後、一定数の検体を収集した後に、計画している項目の解析に進む予定である。一方、腎障害に特異的な尿中バイオマーカー候補の測定と評価については、MCP-1、NGALの測定法を確立した。平成29年度はKIM-1の測定法を確立するとともに、尿中バイオマーカー候補を順次評価する予定である。肺癌化学療法では、葉酸代謝拮抗剤であるペメトレキセド(PEM)、白金製剤であるシスプラチン(CDDP)およびカルボプラチン(CBDCA)が使用される。これら薬剤の重大な有害反応は薬物性腎障害である。日常診療において、患者の腎機能は血清クレアチニン値をもとに評価するが、血清クレアチニン値は腎障害が一定以上進行しなければ上昇しないため、腎機能をより鋭敏に評価する方法に基づく使用法の開発が必要である。そこで、PEM、CDDPおよびCBDCA誘発腎障害を無侵襲で鋭敏に評価可能な尿中バイオマーカー候補分子の探索を行った。PEM、CDDPおよびCBDCA投与患者18名から尿検体を回収し、尿中バイオマーカー候補であるmonocytechemotactic protein-1 (MCP-1)、neutrophil gelatinase-associated lipocalin (NGAL)の測定を行った。その結果、MCP-1は急性腎障害発現との関連性が示唆されたが、NGALとの関連性は認められなかった。Kidney injury molecule 1 (KIM-1)の最適な測定条件を検証中であり、KIM-1タンパク質の定量には至っていないが、当該測定系が確立すれば可及的速やかに測定を行う。副作用発現リスク評価は、併用薬の影響を考慮した解析法を検討中である。肺癌における標準化学療法は、白金製剤を基軸とする抗がん薬併用療法から、免疫チェックポイント阻害薬療法にシフトしており、目標症例数の確保が困難になっている。

肺癌化学療法においては、葉酸代謝拮抗剤であるペメトレキセド、白金製剤であるシスプラチンもしくはカルボプラチンを組み合わせた抗がん薬併用療法が標準治療である。これら薬剤の重大な有害反応は薬物性腎障害であるが、従来から用いられている血清クレアチニン値は腎障害が一定以上進行しなければ上昇しないため、腎機能をより鋭敏に評価する方法に基づく使用法の開発が必要である。そこで、抗がん薬併用療法による薬物性腎障害を早期に発見するため、抗がん薬投与1日前、投与3、7および14日後に肺癌患者から尿サンプルを回収し、非侵襲尿中バイオマーカー候補であるmonocyte chemotactic protein-1 (MCP-1)、neutrophil gelatinase-associated lipocalin (NGAL)を測定した。その結果、MCP-1は、肺癌患者における薬物性腎障害の潜在的なバイオマーカーであることが示唆された。その後、該当症例の集積を試みたが昨今、免疫チェックポイント阻害薬の登場により、実地医療においては、免疫チェックポイント阻害薬療法の使用機会が急増し、抗がん薬併用療法の使用機会が激減している。このため、当初計画した抗がん薬併用療法の症例収集が困難になり、研究が滞っている。現在、免疫チェックポイント阻害薬療法の使用は落ち着きを見せており、当初計画した抗がん薬併用療法の症例数の確保に努め、研究を推進する。肺癌化学療法は、白金製剤を軸とする抗がん薬併用療法から、免疫チェックポイント阻害薬療法にシフトしたことから、当初計画した対象レジメンの症例収集に期間を要することが判明し、目標症例数の確保が困難になり、研究の進捗が遅れている。平成29年度は、早期に必要例数の収集が達成されるように努めるともに、平成28年度に着手した副作用発現リスク評価を着実に進め、副作用回避策について検討する。また、PEM、CDDPおよびCBDCAによる腎障害に特異的な尿中バイオマーカー候補の測定と評価に関する臨床研究については、引き続き検討する。KIM-1の測定および着手した副作用発現リスク評価を進め、副作用回避策について検討する。また、PEM、CDDPおよびCBDCAによる腎障害に特異的な尿中バイオマーカー候補の特定を試みる。さらに、一連の研究によって得られた副作用の早期発見の対策法の開発について、得られた結果をとりまとめ、成果の発表を行う。着手した副作用発現リスク評価を進め、副作用回避策について検討する。一連の研究によって得られた副作用の早期発見の対策法の開発について、得られた結果をとりまとめ、成果の発表を行う。KIM-1の測定系の構築が次年度に移行し、それに充てる試薬購入支出が予定より減少したことから、次年度使用額が生じた。KIM-1の測定系の確立が次年度に移行し、それに充てる試薬購入支出が予定より減少したことから、次年度使用額が生じた。当初の予定どおり、試薬の購入費、学会発表の参加費、論文投稿の費用として使用する計画である。研究進捗の遅れのため、次年度使用額が生じた。
ACプラズマアシストCVDによるSi基板上へのSiC結晶成長の低温化と大面積化

ACプラズマアシストCVD法によるSi基板上への単結晶3C・SiC薄膜成長の低温化と大面積化を目標に、実験と検討を行ってきた結果を要約する。・プラズマの有効面積の拡大を図るには複数組の電極の並列接続が有効である。しかし、エネルギーバランスからプラズマギャップが偶数になるように電極を設計する必要がある。よってDouble電極をDoubleとSingleの切衷のような電極に改良し、3C・SiC薄膜成長の大面積化を図った。SiH_4ガス流量を多くすると、膜の分布は60×40mmのSi基板全体に広がる傾向にあり、大面積化としては望ましいことであるが、供給SiH_4ガスの基板での反射による逆流によって、SiH_4ガスがプラズマ中に侵入し、分解・再結合してSiC微粒子を生成する。この微粒子はSi基板上に降り、分布する。しかしこのSiC微粒子の存在しない部分は単結晶3C・SiCを示す。SiH_4ガス流量を少なくすると結晶性は良いが、分布が広がらず、大面積化としては問題がある。そこで、SiH_4ガス流量を少ない状態で、水素ガスをキャリアガスとして流した結果、膜厚分布は改善されたが、全流量が増加したことにより供給ガスのSi基板での反射が起こり、SiC微粒子の発生をみた。そこで、プラズマ電極、ガスノズル、サセプタ間の位置関係を大きくした結果、膜厚分布も良くかつSiC微粒子の存在も認められなかった。しかし、この膜は多結晶SiCであった。この多結晶化の原因は、やはりSi源の供給とエッチングとのバランスに帰着することができる。以上のことから、プラズマ電極、ガスノズル、サセプタ間の位置関係をさらに最適にすることにより、ACプラズマCVD法により単結晶3C・SiC薄膜成長の低温化と大面積化の可能性は濃厚であると考える。ACプラズマCVD装置(現有設備)を用いてSi基板上への3C-SiC単結晶成長のヘテロエビタキシャル成長の低温化と大面積化を主たる目的として、今年度は大面積化にむけてACプラズマCVD装置の改良とプラズマ計測を中心に行った。申請者は、通常のプラズマブロセシングで使われる圧力よりも高い圧力でプラズマを利用しているため大面積化は困難である。しかし、プラズマ電極を単純に並列に配列し、プラズマが励起される実効面積を増加させることによって大面積化は可能であると予想した。プラズマを安定にするためには電極の強制冷却が必要であり、4つのプラズマ電極を並列に配列した。プラズマが励起されたのは、1つのギャップか2つのギャップかのいずれかであった。3つのギャップに同時に励起されることはなかった。1つのギャップだけに励起されるときはプラズマは安定で、供給電流を増加するとプラズマ面積が増加した。一方、2つのギャップに励起されるときは、かなり偶然に作用されており、励起される確率は低い。しかし供給電流とともにプラズマ面積は増加するが、ある一定以上の電流では1つのギャップに移行する。プラズマ発行分光分析により、1つのギャップならびに2つのギャップともに電子温度は40005000K、ガス温度は15002500Kであり、過去のデータと同様な値を示しており、十分SiC結晶成長のアシストとして利用できるプラズマである。なお、2つのギャップにプラズマが励起される確率が低いことと、電流を増加させると、ある一定の電流値で一方だけに移行する不安定性があるため現在さらに電極を改良中である。ACプラズマアシストCVD法によるSi基板上への単結晶3C-SiC薄膜成長の低温化と大面積化を目標に、実験と検討を行ってきた結果を要約する。

・プラズマの有効面積の拡大を図るには複数組の電極の並列接続が有効である。しかし、エネルギーバランスからプラズマギャップが偶数になるように電極を設計する必要がある。よってDouble電極をDoubleとSingleの折衷のような電極に改良し、3C-SiC薄膜成長の大面積化を図った。・SiH_4ガス流量を多くすると、膜の分布は60×40mmのSi基板全体に広がる傾向にあり、大面積化としては望ましいことであるが、供給SiH_4ガスの基板での反射による逆流によって、SiH_4ガスがプラズマ中に侵入し、分解・再結合してSiC微粒子を生成する。この微粒子はSi基板上に降り、分布する。しかしこのSiC微粒子の存在しない部分は単結晶3C-SiCを示す。SiH_4ガス流量を少なくすると結晶性は良いが、分布が広がらず、大面積化としては問題がある。そこで、SiH_4ガス流量を少ない状態で、水素ガスをキャリアガスとして流した結果、膜厚分布は改善されたが、全流量が増加したことにより供給ガスのSi基板での反射が起こり、SiC微粒子の発生をみた。そこで、プラズマ電極、ガスノズル、サセプタ間の位置関係を大きくした結果、膜厚分布も良くかつSiC微粒子の存在も認めらなっかた。しかし、この膜は多結晶SiCであった。この多結晶化の原因は、やはりSi源の供給とエッチングとのバランスに帰着することができる。以上のことから、プラズマ電極、ガスノズル、サセプタ間の位置関係をさらに最適にすることにより、ACプラズマCVD法により単結晶3C-SiC薄膜成長の低温化と大面積化の可能性は濃厚であると考える。
メタンモノオキシゲナーゼおよびニトロゲナーゼ活性中心における化学反応機構

本研究では、メタンモノオキシゲナーゼの特異的な酵素機能に関して理論化学的な見地から以下の研究を行った。メタンを常温常圧でメタノールに変換するメタンモノオキシゲナーゼは、非ヘム鉄2核活性サイトを持つことが明らかにされている。この酵素機能を解明するために、密度汎関数法を用いた理論的解析を行った。その結果メタンからメタノールヘ至る反応は2段階の協奏的な水素引き抜きおよびメチル基の転移によって起こることを明らかにした。この反応機構は気相中で起こる裸の鉄オキソ種とメタンとの反応機構と一致する。メタンモノオキシゲナーゼの特異的な機能を利用し、高性能触媒を開発すれば、豊富な埋蔵量がありながら従来エネルギー源として十分に利用されていなかったメタンが、メタノールという取扱い容易な燃料となる。理論化学の立場から酵素機能の解明を行う研究はこれまでにあまりなされていなかったが、本研究で理論化学的手法がこの種の反応機構研究の主力となりうることを示したことは意義深いと思われる。
小胞体恒常性を維持するための複合体形成と調節機構の研究

小胞体内腔の恒常性維持には、タンパク質品質管理、レドックス制御、カルシウムホメオスタシスの3つの環境要因が重要である。小胞体関連分解(ERAD)はミスフォールドしたタンパク質を速やかに小胞体から排除し、小胞体内腔の恒常性を維持する上で重要な機構である。我々は、以前の研究から小胞体で初めて還元活性に特化する還元酵素ERdj5を同定した。ERdj5は小胞体ストレスで惹起され、EDEM、BiPといった基質認識に関わる因子と超分子複合体を形成し、初めて基質に対して還元活性を発揮する(R. Ushioda et al. Science 2008、M. Hagiwara et al. Mol.Cell 2011)。今回、我々は糖タンパク質と非糖タンパク質の分解機構が、ERdj5を含む複合体の違いによって2つの経路に分かれることを見出し、また、小胞体ストレスに応じて非糖タンパク質経路が糖タンパク質経路のバックアップとして働くことを見出した(R. Ushioda et al. Mol. Biol. Cell 2013)。また、ERdj5と小胞体膜上に存在するカルシウムポンプSERCA2との相互作用を見出し、小胞体のカルシウム恒常性にERdj5が寄与する可能性が示唆された。これまでに実際、ERdj5による還元活性がSERCA2のポンプ機能を調節することが解明され、この複合体形成は小胞体内腔のカルシウム濃度に依存し、会合・解離することがわかった。現在、この結果をまとめ論文投稿準備中である。さらに我々はERdj5の基質および還元ソースとなる因子を同定すべく、種々のクロスリンカーを用いて、ERdj5が作る過渡的複合体の同定に挑戦している。25年度が最終年度であるため、記入しない。本年度の研究では、従来レクチン様シャペロンカルネキシンからEDEMを介してリクルートされる糖タンパク質基質に対して、非糖タンパク質基質がBiPを介してERdj5にリクルートされるという新しい経路を見出した。ERdj5のN末端に存在するJドメインにBiPが結合することで基質はERdj5へリクルートされており、このリクルート機構にはEDEMが関与していないことが示された。EDEM-ERdj5とBiP-ERdj5という2つの複合体を形成することで、ERdj5はより広範な基質に対応することが可能となり、また、本研究によってBiPによるERdj5への基質リクルート経路がERストレス時に糖タンパク質経路のバックアップ経路として働くという重要な知見を得た。我々は現在、これらの結果をまとめ、論文を投稿中である。さらなる詳細な分子メカニズムを解明するため、九州大学稲葉研との共同研究によってEDEM-ERdj5の共結晶に挑戦している。EDEMは2001年に小胞体関連分解に関与するレクチンとして我々のグループが同定したが、結晶化にはまだ成功していない。ERdj5との結合サイトはin vivoの免疫沈降実験によって同定されており、ERdj5とEDEMとの複合体形成がEDEM自身の安定性に寄与するのではないかと期待している。これまでERdj5はEDEM、BiPと複合体を形成し、自身の還元活性によってタンパク質の品質管理に重要な役割を果たしていることがわかってきた。小胞体の恒常性維持にはタンパク質品質管理機構以外にもレドックス制御およびカルシウムホメオスタシスという環境要因が複雑にクロストークしていると考えられる。現在、ERdj5の還元活性がこれら環境要因に影響を与える重要な知見を得ており、ERdj5が過渡的複合体を形成し、小胞体の恒常性維持に深くかかわっていることが解明されつつある。

小胞体還元酵素ERdj5を介した小胞体関連分解に関して小胞体内で2つの異なる複合体を形成し、糖タンパク質および非糖タンパク質両方の基質にERdj5が対応していること、および非糖タンパク質基質の分解経路が糖タンパク質経路のバックアップとして働くことを見出した。これらの研究成果をまとめ、論文を投稿し、現在revice中である。当該年度で目的としていた小胞体膜上カルシウムトランスポーターとの結合を免疫沈降法で確認し、結合による細胞内カルシウム濃度の変化をYellow Cameleonを用いて測定することが出来た。ERdj5ノックアウトマウスから樹立したMEF細胞を使い、細胞内カルシウムの変化を経時的に追跡することに成功し、当初予定していた進捗で研究は遂行されている。また、我々はシステイン修飾試薬であるPEG-maleimideを用い、カルシウムトランスポーターのレドックス状態を観察しようとしている。また、当該年度からERdj5とカルシウムトランスポーターとの共結晶を得るため、東北大学稲葉教授との共同研究でリコンビナントタンパク質の精製を試みている。概ね順調に研究は進行しており、本年度中に学会発表および論文投稿を計画している。小胞体還元酵素ERdj5の還元活性による小胞体カルシウムホメオスタシス維持機構に関して引き続きさらに詳細な解析を行う。具体的には結合領域の解明、レドックス状態の変化、小胞体ストレス応答への影響などを調べる。これらをまとめ本年度中に成果を国内外に発表したいと考えている。さらに我々は、小胞体の「タンパク質品質管理」「レドックス制御」「カルシウムホメオスタシス」という3つの環境要因に関して、それらのクロストークに着目する。これら環境を維持するために、小胞体には20種類を超えるチオレドキシンスーパーファミリーが存在し、それらがネットワークを形成し、基質のジスルフィド結合を触媒している。ERO1/PDI複合体を中心に酸化力は各チオレドキシンスーパーファミリーに提供されており、これらのネットワークが小胞体恒常性にどのように関与するかを網羅的に観察したいと考えている。小胞体環境を構成するカルシウムホメオスタシスおよびタンパク質品質管理に着目し、小胞体レドックスネットワークとの関わりについての解析を進めたいと考えている。25年度が最終年度であるため、記入しない。
粘菌アルゴリズム:制約条件付き最適化問題の生物模倣型解法

アメーバ生物である粘菌変形体は、何ら分化した器官を持たないので、環境のセンシング・判断・運動を体全体で渾然一体となって行う。感じる体、判断する体である。その体は高度に均質なサブシステムからなっている。したがって、均質な要素からなる系の集団運動から情報機能が創発するしくみを解明するにはまたとないモデル系である。この利点を最大限に活かして、粘菌の最適化アルゴリズムの抽出に取り組み、以下の成果を得た。1)小さい餌場所を数個程度あちこちに配置すると粘菌はネットワーク形態を成して全ての餌場所にありついた。このネットワークは、全長が短くなるような性質を有しており、時々、真に最短なルートしめした。これにヒントを得て、一般的なスタイナー問題(平面上に任意の個数の点が任意の場所にある場合、全ての点を結ぶ最短経路を求める問題)を解く計算法を考案し、パラメタサーチと性能評価をくりかえし、ソルバーを提案できた。2)都市間交通(道路や鉄道など)ネットワークの持つべき性質である、全長の最短性、任意の二つの餌場所間の連絡性、事故による管の断線に対する連結補償性に関して、これら三つの性質の重みを変えて自在に設計するような粘菌型計算法を提案できた。粘菌の計算能力はまだまだ底が知れないこともわかった。今後、この実験系をさらに利用することにより、新たな生物型計算法のヒントが得られるものと期待できる。そのような発展的糸口を与えることが、本萌芽研究により成し遂げられた。これにヒントを得て、一般的なスタイナー問題(平面上に任意の個数の点が任意の場所にある場合、全ての点を結ぶ最短経路を求める問題)を解くソルバーの開発をこころみた。限定的な場合では、きちんと解けるものができた。性能評価をくりかえし、このソルバーのバージョンアップを試みる予定である。2)都市の地理的配置と同じように餌場所を配置し、粘菌の作る餌場所間ネットワークと現実の交通(道路や鉄道など)ネットワークを比較検討した。全長の最短性、任意の二つの餌場所間の連絡性、事故による管の断線に対する連結補償性という三つの評価基準では、ほぼ同等であった。粘菌のやり方にまねた、ネットワーク設計ソルバーの土台を構築できた。
藪の中の微気象-競争モデル　伐採区をどこまで狭くすれば下刈りは不要になるのか？

下刈りを必要としない更新作業への期待が高まっている。しかし下刈り省力化研究の多くは事例研究や統計的解析にとどまっていて、その結果の適用は限定的である。伐採面が広いほど藪(低木・草本群落)が発達することが知られているが、下刈り不要の施業のためには伐採区をどこまで狭くする必要があるだろうか?本研究は藪内の光資源競争過程を解明することで、この疑問に答える。具体的には、林冠構造と藪の発達、低木種の成長・形態特性、藪内の微気象予測、造林木の炭素収支と生存の四種の情報を統合し、「伐採前の植生や地形条件を入力して、下刈りをしない場合の造林木の炭素収支と成長・生存を予測し、造林目標を達成できる最大伐採面積を出力する」モデルを開発することを狙う。一辺が5m(北東向き斜面)、10m(北東向き斜面)、20m(東向き斜面)、30m(北東向き斜面)のギャップを作成した.その後下刈り・植栽を行わないままギャップを12年放置した。UAVによるレーザ計測でギャップ内の群落高を測定した。群落高が5m以上の面積は10mギャップでは1%に満たず、30mギャップでは全体の20%程度で中央に集中した。20mギャップでは全体の30%程度で、被害市向き斜面の20mギャップで植生の発達は著しかった。こうした現象は林冠モデルから推定された植生発達と類似していた。UAV画像から種組成を計測したところ、α多様性もβ多様性も30mギャップで最も高く高木性樹種の進入も見られた。いずれのギャップも鳥散布による種子散布は散布頻度、散布される樹種数ともにギャップ形成後継続的に増加し,特に広いギャップで著しく、植生の発達がより進入種の多様性を高めていることを示す。12年で5m以上に達する場所が少ないことを考えれば、北向き斜面であれば30mギャップでも無下刈りで成林が可能であることを示し、さらに高木性の広葉樹との混交が期待できる。研究は順調に進んでおり、概ね必要なパラメータは得られている。低木の三次元構造についてのデータがやや不足しているため、データを充実させる必要がある。低木の三次元構造について多様な競争環境での種ごとの反応を調べる。様々な小パッチでの種の分布特性をより多くの場所で解析する。この場合UAVによる解析で面データを得ることで,植生の種組成や発達に関与する環境要因と要因ごとの貢献度を明らかにする.得られた結果をとりまとめ、論文の投稿を行う。「下刈り不要の施業のためには伐採区をどこまで狭くする必要があるだろうか?」の問いに、藪内の光資源をめぐる競争過程のプロセスモデル構築を通じて回答することを目的とする。伐採後に生じた37の藪群落コドラート(1mx1m)について群落上部のGap light index、20cmごとの階層別の相対光量子束密度(各層、各群落200300ポイント)および種ごとの葉面積指数を測定した。全群落で45種の植物が出現し0.428.46の幅広いレンジの葉面積指数が観測された。藪群落の葉面積指数と伐採区のギャップサイズは弱い正の相関があった。藪群落に出現した43種、265葉について、葉内二酸化炭素濃度が300ppmのときの最大光合成速度、呼吸速度、LMA、ガスコンダクタンス、葉内窒素および土壌窒素、光環境を測定した。これらのデータを用いて光資源あるいは土壌中の窒素資源に対する最大光合成速度の反応を示す種特性値を求める階層ベイズモデルを作成した。土壌窒素に対する形態の可塑性と葉中窒素の可塑性にはトレードオフ関係が認められ、土壌窒素の変化に対して常緑広葉樹は葉の厚さを変化させやすく、落葉先駆樹種は葉中窒素を変化させやすい傾向にあることがわかった。このモデルを用いて、光環境及び土壌窒素に対する最大光合成速度の反応曲線の種特性のデータベースを整理した。37群落の低木群落の種別葉面積構成比とそれぞれの種の特性値をリンクして、8月の晴天時の群落光合成速度を計算した。群落光合成速度は種の多様性と弱い正の相関が認められた。また土壌窒素濃度が変化したときの群落光合成の感度分析を行ったところ、高い種多様性指数を持つ低木群落は群落光合成速度の変化が小さかった。これらのデータは光や土壌環境の異なる場所での藪群落の発達速度の予測に用いられる。下刈り不要の施業のためには伐採区をどこまで狭くする必要があるだろうか明らかにすることを目的として藪内の光資源競争過程を解明するものである。このためにI林冠構造と藪の発達、II低木種の成長・形態特性、III藪内の微気象予測、IV造林木の炭素収支と生存の四種の情報を統合し、「伐採前の植生や地形条件を入力して、下刈りをしない場合の造林木の炭素収支と成長・生存を予測し、造林目標を達成できる最大伐採面積を出力する」モデルを開発することを狙う。Iについては、開発した林冠動態モデルによる光予測と、藪群落のバイオマスの関係について明らかにした。IIについて、低木種の光合成特性について約40種の光合成特性について明らかにした。また枝葉および個体ベースでの受光特性について3Dレーザースキャンを用いて明らかにした。