hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
第一原理系励起状態の多体論と高転移温度超伝導物質デザイン

また、虚軸上の\Sigmaを実軸上に数値的に解析接続するパデ近似を大改良したところ、一電子スペクトル関数A(p,w)中の多重プラズモン励起等の細かな構造が明らかになった(高田)。さらに、1次元系でのA(p,w)を詳しく解析し、ホロンやスピノンに加えて「ラッティンジャー流体中の擬電子」という概念で捉えられる構造を発見した(前橋・高田)。この構造はwの増大とともにべき的なものから加減衰状態を経て、ついにはA(p,w)を支配する。基底状態に関して、電子ガス中の1原子問題をDMCで詳細に調べているが、今年度は陽子挿入系について電子の総数を60個から170個に増やしても収束した結果が得られた(前園・高田)。この問題は近藤共鳴状態の第一原理からの再吟味であると共に、DFTにおける交換相関エネルギー汎関数Exc[n(r)]の決定にもつながる。今年度は、局所密度近似を超えて、DMCの電子密度n(r)を再現するExc[n(r)]の新汎関数形を得ることに成功した(高田・吉澤)。第一原理からの超伝導転移温度Tcの計算に関して、密度汎関数超伝導理論とグリーン関数法を融合した弱相関系で有効な手法の開発を終えた(櫻井・高田)。そして、低密度金属系一般における超伝導発現機構の普遍性と多様性を調べるという観点で、今年度からESPCIパリテクのK. Behniaの実験グループと協力してSTO系における強誘電量子相転移と超伝導の絡みの問題を考え始めた(高田・櫻井)。また、物質・材料の観点からボロンカーバイト系、特にB13C2での超伝導出現可能性を議論した(白井)。低密度電子ガス系は低密度金属の普遍模型であるため、その電子物性は興味深く、様々な角度から研究を進めた。今年度は運動量分布関数n(p)が満たすべき新たな総和則(運動エネルギーの揺らぎに関するもの)を発見し、それを満たす高精度のn(p)を求めた。その結果、電子密度径数rsが約20でn(p)に質的な変化が現れると共にフェルミ面での電子の有効質量が異常に軽くなる「軽フェルミオン問題」とも呼ぶべき状況を見出した(高田)。また、スピン電荷分離した1次元系での新概念である「ラッティンジャー流体中の擬電子」について、より普遍的な見地から探求した(前橋・高田)。不純物点電荷+Zeに対する金属遮蔽においてデバイ・ヒュッケル理論以来の誘電電荷共鳴という概念が一般的であるが、例えばZ=1の陽子不純物の場合、この電荷共鳴と近藤スピン共鳴が競合することを見出した。特に金属密度rsが2を超える低密度系では後者が優勢で、これは金属遮蔽におけるパラダイムシフトの発見といえる(高田・前園・吉澤)。これに関連して、DFTにおける交換相関エネルギー汎関数Exc[n(r)]の探索を行っているが、今年度はLDAを超えてPBE版のGGAでカスプ定理を常に満たすような新汎関数形を提案した(高田・吉澤)。超伝導機構の解明に関連して、東北大の谷垣グループで今年度発見されたBaC6での超伝導(Tc=65mK)の機構を以前から提唱している「金属挿入黒鉛系における超伝導の標準模型」の立場から矛盾なく説明した(高田・櫻井)。また、強誘電量子相転移と超伝導の絡みの観点から注目されるSTO系において、ESPCIパリテクのBehniaグループのTcと電子密度の相関に関する実験結果をよく再現した(櫻井・高田)。また、炭素と並んでボロン系における軽元素系高温超伝導体の開発という観点からB12C2やB12(CBC)の物性を詳しく調べた(白井)。主にグリーン関数法に基づき、第一原理系の多電子問題を励起状態も含めて忠実に解くことを目指す。
Ｄセリン代謝関連酵素とモルヒネ鎮痛耐性形成との関連に関する研究

モルヒネ(10mg/kg)を30日間投与し耐性が形成されたラットの脳および脊髄におけるセリンラセマーゼ(Srr)、D-アミノ酸酸化酵素(DAO)の遺伝子発現、タンパク質発現、Dアミノ酸量を解析した。Srr mRNAおよびタンパク発現量は全ての脳部位および脊髄で、DAOは前脳部および脊髄において有意に増加した。Srrタンパク質量は全ての脳部位と脊髄で有意に増加した。Dセリン量は前脳部および脊髄において有意に増加した。以上の結果から、モルヒネ慢性投与は関連タンパク質(Srr, DAO)遺伝子発現の変化を伴い前脳部および脊髄のDセリン量を増加することが明らかとなった。申請者らは、Dセリンがグルタミン酸受容体の一つのN-メチル-D-アスパラギン酸(NMDA)受容体の内因性リガンドであることを初めて明らかにした。これまでに、疼痛の下行性抑制系路においてグルタミン酸が関与することを示唆する知見があるが、不明な点が多い。本研究では、NMDA受容体の選択的な内因性リガンドであるDセリンを用いて、疼痛の下行性抑制系路におけるNMDA受容体の機能を明らかにすることを目的として、Dセリンをラット第三脳室内に投与し、Tail-Flick法にて抗侵害効果について解析した。その結果、1. Dセリンの脳室内投与によって、用量依存的に抗侵害効果が観察され、この効果はDセリンの作用点であるNMDA受容体グリシン結合部位の拮抗薬L-701,324によって拮抗された。2. Dセリンはモルヒネの抗侵害効果を相加的に増強し、この増強効果はL-701,324によって拮抗された。3. Dセリンの抗侵害効果はオピオイド受容体の非選択的拮抗薬ナロキソンによって拮抗された。4. L-701,324(137 nmol)単独投与により、hyperalgesiaが観察された。これらの結果より、Dセリンは脳内のNMDA受容体グリシン結合部位を介して、オピオイド受容体を刺激し鎮痛作用を示すことが示唆された。5.鎮痛効果が現れた用量では行動異常(運動神経抑制、睫毛反射、耳介反射、アロディニア)や鎮静効果が現れないことを確認した。すなわち、Dセリンは疼痛の下行性抑制系路を亢進し、鎮痛作用を有することが明らかとなった。また、脳内のNMDA受容体グリシン結合部位が鎮痛薬としての作用点となりうる可能性が示唆された。モルヒネの鎮痛耐性形成にNMDA受容体の活性化が関与することは知られている。しかし、そのNMDA受容体活性化メカニズムについては明らかにされていない。申請者らはD体アミノ酸であるD-セリンがNMDA受容体グリシン結合部位の内在性リガンドとしてNMDA受容体活性を調節する因子であること、下行性疼痛抑制経路に関与することなどを明らかにしてきた。本研究ではモルヒネ鎮痛耐性の分子機構解明を目的とし,これらの形成に深く関与するNMDA受容体活性へのD-セリンの役割の解明を目指した。申請者らは、1D-セリンを脳室内投与し鎮痛効果が得られること、2D-セリン脳内投与はモルヒネの鎮痛効果を増強すること、3D-セリンの鎮痛効果がナロキソンによって拮抗されること、などを明らかにした(Ito, Yoshikawa, et al, 2013、2007)。これらの結果は、NMDA受容体を介しオピオイド受容体を刺激し鎮痛作用が現れることを示唆している。申請者は、D-アミノ酸酸化酵素(D-amino acid oxidase; DAO)欠損マウスを用いて、鎮痛実験を行った。その結果、DAO欠損マウスでは疼痛閾値が低下していることをtail-flick、ホルマリン法で明らかにした。今後、セリンラセマーゼSrrノックアウトマウス(Srr-KO)、Srr/DAOノックアウトマウス(Srr/DAO-KO)などを用い、鎮痛効果とモルヒネ鎮痛耐性について検討する予定である。申請者らは、Dセリンがグルタミン酸受容体の1つのN-メチル-D-アスパラギン酸(NMDA)受容体の内因性リガンドであることを初めて明らかにした。これまでに鎮痛効果の下行性疼痛抑制経路においてグルタミン酸が関与することを示唆する知見があるが、Dセリンの関与に関する知見は得られていない。本研究では疼痛下あるいは非疼痛下においてDセリン合成酵素のセリンラセマーゼ(Srr)およびDセリン分解酵素のDアミノ酸酸化酵素(DAO)の遺伝子発現、タンパク質発現およびDセリン量がモルヒネ投与によりどのように変化するかについて明らかにすることを目的とする。本年度は術後痛モデルラットを作成した。すなわち、ラットの後肢足底に1cmの長さで筋膜まで切開、筋肉を剥離し、皮膚を5-0ナイロン糸にて2カ所マットレス縫合を行う。

手術後経時的に7日目まで熱刺激による鎮痛試験、Von Freytest、重心比重試験を行い疼痛閾値の低下を観察した群を術後痛モデルとした。術後痛モデルラットの髄および脳(線条体、海馬、大脳、間脳、中脳、小脳、橋延髄の7部位)をサンプリングした。SrrおよびDAOのmRNA量変化について解析した結果、Shamモデルに比べて脊髄においてSrr mRNA量が増加するとともにDAO mRNA量が減少した。これらの結果は、髄腔内Dセリン量が増加する傾向に変化することを示唆している。今後は術後痛モデルラット脊髄におけるDセリン量について解析し、Dセリン代謝関連酵素と疼痛との関連性、さらに術後痛モデルラットにモルヒネ投与後のDセリン代謝関連酵素変化について検討する予定である。本年度はDセリンの疼痛および鎮痛に関する知見を得るためDセリンの脳内における鎮痛効果および鎮静効果などを検討した、その結果1. Dセリンの脳室内投与によって、用量依存的に抗侵害効果が観察され、この効果はDセリンの作用点であるNMDA受容体グリシン結合部位の拮抗薬L-701,324によって拮抗された。2. Dセリンはモルヒネの抗侵害効果を相加的に増強し、この増強効果はL-701,324によって拮抗された。3. Dセリンの抗侵害効果はオピオイド受容体の非選択的拮抗薬ナロキソンによって拮抗された。4. L-701,324(137 nmol)単独投与により、hyperalgesiaが観察された。これらの結果より、Dセリンは脳内のNMDA受容体グリシン結合部位を介して、オピオイド受容体を刺激し鎮痛作用を示すことが示唆された。5.鎮痛効果が現れた用量では行動異常(運動神経抑制、睫毛反射、耳介反射、アロディニア)や鎮静効果が現れないことを確認した。よって、本年度はほぼ計画どおりの進捗状況と考える。本年度は術後痛モデルラットを用いて脊髄におけるDセリン量について解析し、Dセリン代謝関連酵素と疼痛との関連性を示す結果を得ることが出来た。本年度に行う予定の実験が終了したため研究費の一部を使用せず、翌年度に繰り越した。今後はモルヒネの鎮痛効果および鎮痛耐性形成機序に対するDセリンの効果について検討する、すなわち、モルヒネ長期投与により鎮痛耐性が形成されたラット、あるいはDアミノ酸酸化酵素欠損マウスなどを用いて、Dセリンの代謝関連遺伝子発現、タンパク質発現、Dセリン濃度とモルヒネ鎮痛耐性の形成程度との関連性について検討する。モルヒネ長期投与により鎮痛耐性が形成されたラット、あるいはDアミノ酸酸化酵素欠損マウスなどを用いて、Dセリンの代謝関連遺伝子発現、タンパク質発現、Dセリン濃度の検討に要する研究費を使用する予定である。疼痛モデル動物作成のために動物購入代金、試薬類の購入費用などが研究費の大部分を占める。また、特にHPLCによるDアミノ酸解析に必要な試薬などが次年度で必要になる。平成23年度に使用しなかった予算(8,589円)を平成24年度で主に試薬代金に当てる予定である。
細菌感染によるオートファジー誘導の分子機構の解明

歯周病細菌の宿主細胞内侵入経路および、細胞内侵入後の同菌の細胞内動態につき検討を加えた。オートファジーが細胞内に侵入した細菌を駆逐する分子メカニズムについても検討を加えた。その結果、下記3つの知見が得られた。1.歯周病細菌P.gingivalisの細胞侵入に関与する宿主因子は、リピッドラフト、α5β1インテグリン、small-GTPaseのRacl、アクチン、微小管の他、アクチンの再構築やエシドサイトーシスに関わる分子であった。2.エンドサイトーシス経路を利用して細胞内に侵入した歯周病紬菌は、一部は後期エンドソームに包まれたまま分解されてしまうが、一部は初期エンドソームから脱出し、細胞質内に留まる菌と、オートファジーによって殺される菌とがあることが示された。このオートファジー誘導のメカニズムについては明確な結果が得られなかった。今後の研究課題である。3.歯周病細菌の細胞侵入に不可央な線毛には6つの遺伝子多型が存在し、II型線毛遺伝子をもつ菌株は効率よく歯周細胞に侵入し、強力な細胞機能傷害と細胞死を引き起こすことを示した。細胞内侵入能を有するA群レンサ球菌や黄色ブドウ球菌は,細胞への侵入直後はエンドゾーム内に存在するが,その後速やかに細胞質に脱出する.しかし,脱出した細菌はオートファゴゾームに捕獲・分解され,細菌の細胞内増殖はオートファジーにより抑制される.これまで我々が示したこれらの知見は,オートファジーは宿主自然免疫機構の一端を担っていることを示している.しかし,オートファジーが細胞質内細菌を感知するメカニズムについての詳細は未だ知られてはいない,そこで我々は,オートファジーの誘導に関わる細菌因子,およびオートファジーの誘導に関わる細胞因子の同定を進めている.(1)オートファジーを誘導する細菌因子の検索トランスポゾンTn916にてA群レンサ球菌に形質導入を行い,遺伝子破壊株ライブラリーを構築した.この変異菌ライブラリーを用いて,2200株から,細胞侵入後もオートファジーを誘導しない2変異株を分離した.これら変異株では菌体の細胞壁合成が変異していることが確認され,オートファジーの誘導には細菌の特定の細胞壁成分が必要であることが示された.(2)オートファジーを誘導する細胞因子の検索宿主細胞質内には,細菌性因子を認識し自然免疫に寄与する機構が存在する.その中でもNod-like receptor(NLR)系は,細胞質内の微生物認識機構として注目を受けている.そこで,この機構における機能分子の網羅的ノックダウン系を構築し,A群レンサ球菌によるオートファジーの誘導を制御する分子を検索した.その結果,ヒトでは20種類以上存在するNLRのうち,特定の2分子がオートファジーの誘導を制御していることが示された.以上の結果から,細胞質内に侵入したA群レンサ球菌は,宿主細胞内に存在する微生物認識機構により認識を受けオートファジーを誘導することが示された.歯周病細菌の宿主細胞内侵入経路および、細胞内侵入後の同菌の細胞内動態につき検討を加えた。
二核ルテニウムラジカル錯体を基盤としたアンモニア酸化触媒の開発

本研究では、キノンルテニウム錯体を用いたアンモニア・アミン類のラジカル活性化と分子間結合形成を主眼とし、特に芳香族アミン錯体について検討することで、窒素ラジカル錯体の特異な反応性について調べた。アニリンラジカル錯体を酸化することで、選択的なC-N結合形成を伴って二量化が起こることを分光滴定・質量分析・結晶解析から明らかにし、ルテニウムキノン錯体が窒素ラジカルの安定化に有効であることを示した。置換基を導入した比較実験により、アニリンラジカル錯体の反応性が、電子的効果・立体的効果の双方によって制御されていることを明らかにした。アンモニアを電気化学的に酸化してN-N結合を形成させる触媒は、直接アンモニア型燃料電池の負極触媒として重要である。既知の貴金属触媒は、コストの問題に加え、反応機構解析に基づく合理的な触媒設計が困難であり、基質選択的な反応の実現にも難点を抱える。本研究では、アンモニア等の小分子をプロトン解離と共役した分子内電子移動によりラジカルとして活性化できるキノンルテニウム錯体を基盤としてアンモニア酸化分子触媒を創出することで、これらの問題点の解決を狙っている。アンモニアを活性化したラジカル種の反応性を詳しく調べるため、アンモニアを配位子に持った単核ルテニウム錯体を合成し、プロトン解離による活性化を行ったところ、生成したラジカルは極めて反応性が高く、分子間反応に関する反応性を調べることは困難であった。そこで、アンモニア配位子上に芳香環を導入することでラジカルを安定化させ、その反応性を詳しく調べた。ルテニウムアニリン錯体からプロトン解離によって発生させたラジカル種は高い安定性を示したが、さらに酸化を行うことで分子間のラジカルカップリングが進行し、アニリン二量体により架橋されたルテニウム二核錯体を与えた。その構造は、質量分析、分光測定、電気化学測定、および単結晶X線構造解析により明らかにすることができた。興味深いことに、分子間の結合形成反応はアミン窒素と芳香環のパラ位の炭素の間で選択的に起こった。類似のアニリン錯体においてはC-C結合が選択的に形成することが知られており、今回得られた結果は、ルテニウムキノン骨格が、特に窒素原子上のラジカルを強く安定化することを示している。一方、芳香環のパラ位をメチル基により塞いだ錯体では分子間反応は全く進行しなかったことから、N-N結合の形成はアミン窒素周りの立体障害によって抑制されていると考えられる。既知の貴金属触媒は、コストの問題に加え、反応機構解析に基づく合理設計が困難であり、基質選択性の実現にも難点がある。本研究では、プロトン性小分子をプロトン解離と共役した分子内電子移動によりラジカルとして活性化できるキノンルテニウム錯体を基盤としてアンモニア酸化分子触媒を創出し、これらの問題点の解決を狙ってきた。本年度は、昨年度見出した芳香族アミンを配位子として持つキノンルテニウム錯体のラジカル反応について、さらに詳細な反応機構の解析と検討を行うことで、アミニルラジカル錯体の反応性に関する知見を得た。アニリン配位子を持つ単核キノンルテニウム錯体は、プロトン解離によりアニリンラジカル錯体を与える。このラジカル錯体を塩基存在下で酸化すると、分子間カップリングにより二量体が得られた。単結晶X線構造解析により、分子間結合は、アニリン配位子のN原子と、パラ位のC原子の間で選択的に形成されたことが明らかになった。類似のアニリン錯体の酸化的二量化反応においては一般にパラ位のC原子間でC-C結合が形成されることが知られており、ルテニウムキノン骨格が窒素ラジカルを強く安定化することを示している。アニリン配位子のパラ位にフッ素原子を導入した場合、C-F結合の切断を伴って分子間C-N結合形成が起こったことから、このアミニルラジカル錯体は極めて高い反応性を持つことが分かった。一方、アニリン配位子のパラ位にメチル基を導入した場合には分子間反応が起こらなかったことから、N原子周りの立体障害によりN-N結合の形成が抑制されていることが明らかとなった。26年度が最終年度であるため、記入しない。錯体化学26年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は当初、アンモニア配位子を有するルテニウムキノン錯体を架橋配位子により連結した複核錯体の合成を第一の目標として掲げた。実際に、水の酸化触媒として知られる複核ヒドロキソルテニウムキノン錯体と同様の架橋配位子を用いて合成を試みたが、キノン配位子上の嵩高い置換基や剛直な架橋配位子の立体障害のために内部空間の大きさが不十分であったためか、アンモニア二分子を収容した錯体の合成には至っていない。

一方で、単核ルテニウムキノン錯体を用いてアンモニアを活性化し、分子間反応により結合形成を行うことができれば、単独でアンモニア酸化触媒としての機能が期待されると共に、複核錯体の反応性・反応機構を考察する上で重要な知見を与える。単核アンミンルテニウムキノン錯体からプロトン解離により調製したアミニルラジカルは極めて活性で、その分子間反応に関する反応性を調べることは困難であったが、窒素上に芳香環を導入してラジカルを安定化することで、その反応性を詳しく調べることができた。単核アニリンルテニウムキノン錯体から発生させた安定なアミニルラジカルは、分子間でラジカルカップリングを起こし二量体を与え、その際に窒素上における結合形成を伴ったことから、ルテニウムキノン錯体の骨格はアミニルラジカルの特異的な安定化に極めて有用であることを示すことができた。ルテニウムキノン錯体上におけるアミン配位子の反応性に関してこれまでに得られた知見は、この錯体がアンモニアの酸化によりN-N結合形成を実現できる可能性を強く支持するものである。また、これまでの結果から錯体の電子的・立体的要素がラジカルの安定性・反応性に与える影響に関する多くの知見を得られたことは、複核錯体を設計する上で大きな一助となることは間違いないと考えている。前年度の研究の結果、ルテニウムキノン錯体上のアミン配位子がプロトン解離により特異的に窒素ラジカルとして活性化され、ラジカルカップリングによる結合形成反応に有用であることが明らかになった。今年度は、前年度に得られた知見を活かし、単核錯体・複核錯体の双方を用いてアンモニア酸化触媒の実現を目指す。単核錯体については、不活性溶媒中でのアンモニア酸化を検討する。無置換のアミニルラジカル錯体は極めて活性が高く、分子間N-N結合形成反応は実現できていないが、その原因としては溶媒との反応が主であると考えている。酸化反応に対して安定なエーテル系またはハロゲン系溶媒を利用することで、分子間ラジカルカップリングが起こることが期待される。N-N結合形成の結果生成したヒドラジンまたは窒素をアンモニアガスを用いて置換することができれば、触媒的に酸化反応サイクルが進行すると期待される。複核錯体については、金属中心周りの立体障害を低減することで、基質であるアンモニア二分子の収容を可能にし、また置換反応を促進することで触媒的アンモニア酸化反応への応用を検討する。前年度の研究の結果、アントラセン架橋配位子を基盤とした複核ルテニウム錯体は、剛直な骨格とキノン配位子の嵩高い置換基の影響で、アンモニア二分子からN-N結合を形成する反応場として十分な空間を提供できないことがわかった。そこで、キノン配位子の電子的性質を維持したまま、置換基をより小さなものに置き換える、あるいは取り除くことで、十分な内部空間を創出する。架橋配位子としても柔軟な骨格または結合距離の長い分子を利用することで、反応空間の拡大を狙う。単核錯体の場合と異なり、二つのアミニルラジカルは空間的に近接した位置に発生するため、N-N結合形成が優先的に進行し、より応用面で有利な水中でのアンモニア酸化も可能になると期待される。
英語スピーキング及びライティングの構成分析と指導

本研究の目的は、スピーキング及びライティングの構成と実際の指導方法の実際を明らかにした上で、そのデータに基づき、大学英語教育における英語発信の効果的な教授法を研究することにある。大きく分けて、データの収集と分類、英文及び和文文献の集大成、教材の実例を含めた最終報告書作成が主たる成果であった。1学習者のスピーキングデータの収集この3年で収集した国際基督教大学および埼玉県立大学の学生達によるライティング、スピーキングのサンプルを系統だてて整理した。特に重きを置いたのは、プレゼンテーションのテープをおこしたものと、同一内容で書いたリサーチペーパーとの比較のために、文レベル、パラグラフレベル、全体構成のレベルに分けて特徴を分析したことである。2先行研究資料の収集と分析ライティングまたはスピーキングを扱い、総合的に英語教育を研究し実践することを示唆する文献を英文、和文に分けて作成し、有用性が認められている指導法や現在議論されている新しい教授法について詳細な情報が得られるリストを、和文文献と英文文献に分けて作成した。3発信に重点をおいた英語教育に関する提言スピーキングとライティング両面から総合的な英語の指導をするにはどうすればいちばん効果があがるか、実際に授業で用いた教材をまとめ、複数のスキルを磨くための提言とした。日本人の英語発信能力向上という社会的要請に応えるためには、学習者が困難を覚える点を把握し、習得の助けとなる教材と個別指導を含む指導が不可欠であり、教える側の不断の努力が求められている。本年度は3年の研究期間の最初の年であり、データの収集、文献の検索が主たる成果であった。1学習者のスピーキングデータの収集国際基督教大学および埼玉県立大学の学生達が書いた英語のエッセイを集め、またスピーキングの授業で行われたプレゼンテーションをテープに録り、ライティング、スピーキングのサンプルを収集した。2データのコンピュータへのインプット、分析ライティングサンプルはコンピュータに打ち込み、テープは録音をおこしてデータベースにまとめた。更に、文、パラグラフ内、パラグラフ間の3分野で分析を行ない、その類似点や相違点、日本人に共通する誤りや弱点をマークして、分析、整理した。3先行研究資料の収集と分析ライティングまたはスピーキングを扱い、総合的に英語教育を研究し実践することを示唆する文献をリストすることによって、2技能の有機的な結び付きを意識した収集ができた。4大学の英語教育、特に発信教育に関する実態調査99年8月早稲田大学で開催された国際応用言語学会での研究発表で、英語発信の包括的かつ効果的指導法の実践について所見を述べたところ、参加者から国内、海外のさまざまな大学の実例が寄せられた。来年度はデータベースの充実を図るとともに国内外で実践されている指導法を実際に見聞し、日本人の英語発信能力向上という社会的要請に応えるべく研究を進めたい。本年度は3年の研究期間の2年目であり、データの収集、文献の検索、英国の指導法の見学が主たる成果であった。1学習者のスピーキングデータの収集国際基督教大学および埼玉県立大学の学生達によるライティング、スピーキングのサンプルを収集した。特に重きを置いたのは、リサーチペーパーを書いたあとでその内容についてプレゼンテーションをさせ、ライティングとスピーキングでどのような特徴が見られるかデータを集めた。2データのインプット、分析ライティングサンプルはコンピュータに打ち込み、テープは録音をおこしてデータベースにまとめた。更に、文、パラグラフ内、パラグラフ間の3分野で分析を行ない、誤りや弱点をマークした。4発信に重点をおいた英語教育に関する実態調査

2000年11月沖縄で開催された大学英語教育学会での研究発表の機会があり、国内、海外のさまざまな大学の実例について情報を集めた。また12月にはロンドン及びケンブリッジのさまざまな大学英語プログラムを訪問し、英語圏で英語を母語としない学生にライティングとスピーキングの指導がどのように行われているかを視察し、レベルが高くなるほど、このふたつのスキルが密接に関係することや個別指導が重要になることなど学ぶことが多々あった。来年度はデータベースの総まとめをするとともに、国内外で実践されている指導法を整理したうえで、日本人の英語発信能力向上という社会的要請に応えるための提言をまとめて研究成果としたい。本研究の目的は、スピーキング及びライティングの構成と実際の指導方法の実際を明らかにした上で、そのデータに基づき、大学英語教育における英語発信の効果的な教授法を研究することにある。本年度は3年めのまとめの年であり、データの収集と分類、英文及び和文文献の集大成、最終報告書作成が主たる成果であった。1学習者のスピーキングデータの収集この3年で収集した国際基督教大学および埼玉県立大学の学生達によるライティング、スピーキングのサンプルを系統だてて整理した。特に重きを置いたのは、プレゼンテーションのテープをおこしたものと同じ内容で書いたリサーチペーパーとの比較のために、文レベル、パラグラフレベル、全体構成のレベルに分けて特徴を分析したことである。2先行研究資料の収集と分析ライティングまたはスピーキングを扱い、総合的に英語教育を研究し実践することを示唆する文献を英文、和文に分けて作成し、有用性が認められている指導法や現在議論されている新しい教授法について詳細な情報が得られるリストに仕上げた。3発信に重点をおいた英語教育に関する実態調査2001年9月札幌で開催された大学英語教育学会での研究発表の機会があり、他の大学の研究者に成果を発表した。1年次の語学プログラムに始まって卒業論文に至るまでさまざまな実例について、スピーキングとライティング両面から総合的な英語の指導をするにはどうすればいちばん効果があがるかについて論じた。最終報告書では、日本人の英語発信能力向上という社会的要請に応えるための提言をまとめて研究成果としたい。
プラズマ溶射法による固体電解質薄膜の作製と固体燃料電池への応用

固体燃料電池はこれまでのリン酸燃料電池や溶融炭酸塩燃料電池に比べ運転時の液漏れや蒸発による電解質の枯渇による補給を必要としないことや電解質を薄くできることなどスタッフの集積化が向上し、小規模から大規模な発電に至るまでの任意の規模を可能にする。燃料に石炭や石油ガスを用いた場合、電池内部でクラッキングが行なえるなどの利点もあるが、セラミック系の電解質では、作動温度が9001000°Cと著しく高温であり、不利な面も多い。このため、固体電解質の伝導度の向上あるいは固体電解質膜の薄膜化を図る必要がある。そこで、本研究では特に将来有望な電解質と考えられているSrCeO_3を中心とするプロトン伝導型固体電解質を対象としてプラズマ溶射により薄膜化を試みた。本研究ではプラズマ溶射により作製された膜の固体電解質としての特性を検討し、薄膜化による性能の向上を向した。最終的には、これを用いて、固体燃料電のスタックを組み立て、電池としての性能の評価を行なった。原料であるCeO_2、Sr(OH)_2、Yb_2O_3の粉末を理論量混合し、1200°Cで10時間焼成した後、粉砕し溶射すると目的のSrCe_<0.95>Yb_<0.05>O_<3ーα>薄膜が得られ、プロトン伝導性を示した。しかし、焼結体に比べると伝導度で12桁程度、機械強度で1桁程度劣った。伝導度は薄膜化で対応でき、機械強度はSrZrO_3の混合溶射で向上させ得ることがわかった。SrCe_<0.95>Yb_<0.05>O_<3ーα>薄膜を用いて、水素ー酸素固体燃料電池をプラズマ溶射により組立て、その起電力、放電特性、電解質特性の評価を行なった。電池として作動したが、起電力は1000°Cで0.5V程度であり、放電々流も0.3mA/cm^2であった。この原因は電解膜で水素ガスが透過するためであり、さらに薄膜化するためにも、より緻密な溶射膜の作製が必要であることがわかった。燃料電池は水素や炭化水素を原料とする最もエネルギ-転換率の良い連続運転型の電池として注目されているが、現時点ではリン酸塩系燃料電池として実用化されつつある。更に次世代は溶融炭酸塩溶を使った高温型の電池であるが、いづれも液体であり、大型プラントには有利であるが取扱い上抱介であり、小型し難い欠点を持つ。固体燃料電池は固体電解質を用いるので、小型化、軽量化でき、多くの小型、中型装置の電源として有利である。しかしながら、現況の固体電解質は電気抵抗が大きかったり、非常に小さくても不安定であったり、満足するものは得られていない。そこで本研究では先ず、既存の固体電解質をプラズマ溶射法によって薄膜として製造し、電気抵抗の低下を、作動温度の低下を目的として実験を行なった。実験はZrO_2(4%Y_2O_3)、MgO・Al_2O_3、SrCeO_3の三種の固体電解質について各々の原料粉体を混合して溶射し、得られた薄膜の組成構造、電気伝導度の測定を行なって、固体電解質としての性質について検討を行なった。

得られた結果は次の通りである。(1)安定化ZrO_2では焼結によるものとほぼ同一の構造の薄膜が得られたが、電気伝導度は一桁小さかった。しかし薄膜化しても200μm以下にすると良好な物性のものが得られなかった。(2)Al_2O・MgOの溶射をAl_2O_3とMgOの混合粉体で行なったが、X線回折結果からはスピネルの生成が認められなかった。(3)SrCeO_3の製造にSrCO_3とCeO_2の混合粉体によって行なった。この場合は、相互に溶融せず、もろい膜となった。ZrO_2については更に薄膜化が努力を、MgO・Al_2O_3、SrCeO_3については化合物形成条件の確立を進めている。本年度は昨年度の基礎的実験結果をベ-スとして、今後固体燃料電池用固体電解質としてプロトン伝導体が有利と考え、主として三酸化ストロンチウムセリウム系固体電解質(SrCe_<0.95>Yb_<0.05>O_3)と三酸化ストロンチウムジルコニウム(SrZr_<0.95>Yb_<0.05>O_3)の双方について、プラズマ溶射による薄膜生成を試み、その溶射条件及び生成皮膜の物性についての測定を行なった。特に前者の試料については粉体試料の前処理や仮焼条件及び溶射時の基板温度条件などをコントロ-ルし、それ等の因子に対する固体電解質の物性の変化を交流法による伝導度測定やX線回折、ESCA分光分析を通して詳しく調べた。粉体を各組成原料SrO、CeO、Yb_2O_3から組成比で混合し、一段で溶射した場合は目的とする固体電解質の生成は充分行なわれなかった。しかし基板を加熱するとその生成量は飛躍的に向上したが、未反応物が残ることがわかった。この為粉体を仮焼し、特にSrOは市販のSr(OH)_2を用いるので仮焼の段階でSrCOH_2とCeO_2を混合し約600°C程度まで熱処理すると、溶射の段階ではほゞ100%SrCeO_2が生成することがわかった。この成果は第'90電気化学協会秋季大会(千葉大学、1990.9)で発表した。しかし、焼結体に比べると伝導度は1桁程度小さく、今後粉体粒度等の調整が必要であることがわかった。次に機械的に強度のあるSrZr_<0.95>Yb_<0.05>O_3について薄膜製造を試みた。こちらの方は反応温度が高く、混合粉体の一段溶射では更に生成率が悪かった。仮焼温度を上げていくつか試みているが、今のところ100%SrZr_<0.95>Yb_<0.05>O_3が得られておらず、従って伝導度も焼結の場合に比べて2桁程度悪かった。現在は更に仮焼条件や溶射条件の選定に関する条件を探っている。本年度はプロトン伝導型固体電解質であるSrCe_<0.95>Yb_<0.05>O_<3-α>の溶射薄膜の物性のうち、特に機械強度の改善に的を絞り、機械強度の優れたSrZr_<0.95>Yb_<0.05>O_<3-α>の混合溶射による改善法の検討を行なった。更に今期は3年計画の本プロジェクトの最終年度に当り、これまでの研究成果を生かし実際にプラズマ溶射法を用いてプロトン伝導型固体電解質膜を組み込んだ固体燃料電池を作製し、操作温度8001000°Cにおける放電特性や実験後の固体電解質及び電極に関するキャラクタリゼ-ションを実施した。SrCe_<0.95>Yb_<0.05>O_<3-α>溶射膜のZrCe_<0.95>Yb_<0.05>O_<3-α>粉末の混合溶射による機械的性質の改善では、ほゞモル比で1:1の混合粉体を溶射した場合、機械的強度で約2倍程度の改善が見られた。しかし、プロトン伝導性はやゝ低下したが、その程度は1/4以下であり、実質的には問題とならず混合溶射によって改善が可能であることを示した。
エストロゲンの抗動脈硬化作用の発現機序についての検討-血管平滑筋細胞における核内遺伝子発現機序について-

我々は、エストロゲンが血管平滑筋細胞の遊走、増殖に関係するPDGF-α、TGF-β、IL-1、IL-6などの発現に影響を及ぼすことを確認してきた。本年度は更にこのエストロゲンの作用を詳細に検討した。1、平滑筋細胞に対するエストロゲンの作用部位、並びにエストロゲンにより発現するmRNAについての検討エストロゲンの投与により、ERE(estrogen responsive element)にER-estrogen dimerが結合して発現が見られる、efp(estrogen finger protein)の発現も同様にRT-PCR方にて確認し、エストロゲンが血管平滑筋細胞の遺伝子発現に直接影響を及ぼす事を確認した。また、プロトオンコジーンであるc-mycのmRNA発現を抑制した。2、ホルモン補充療法で子宮膜癌の発生に使われるプロゲストーゲンの作用に対しての検討実際、ホルモン補充療法(HRT)においては内膜癌の発生予防にプロゲストーゲンを用いているが、その種類、その内膜癌発生予防の機序についてsulfatase(STS)より検討した。この結果、現在一番多く臨床にて使用されているMPAがSTS活性抑制効果が一番強いことが明らかになり、臨床効果を裏付けることができた。また、STS活性は内膜癌組織において正常組織の10倍以上の活性を認め、腫瘍組織局所のエストロゲンの供給に重要な役割を果たしていると考えられた。一方、抗エストロゲン剤であるDanazol、TamoxifenのこのSTS抑制効果は弱く、HRTにおける子宮内膜癌の発生予防にはプロゲストーゲンが重要であると考えられた。3、プロゲストーゲンの抗動脈硬化に及ぼす影響に関しての検討HRTを行う時プロゲストーゲンを併用することが多い。エストロゲン単独とプロゲストーゲン併用時の各種成長因子に及ぼす影響を検討したが、単独時とほぼ同様に動脈硬化進展抑制に働くことを確認した。細胞増殖調整をアポトーシスより検討平滑筋細胞は本来増殖しないが、フェノタイプ変換により異常な増殖型となる。この事より、エストロゲンが種々の因子に影響を与え正常な状態にもどし、アポトーシスにより調整されている可能性を調べたが、24時間の培養では差が認められなかった。
ラミニン5欠損ヒト皮膚を用いた基底膜構成成分の生体内相互作用の免疫電顕的解析

表皮基底膜は表皮-真皮接合を担う重要な組織であり、多くの構成成分からなる。これら構成成分間の相互作用を明らかにすることは、表皮基底膜部に裂隙を生じる水疱症の病態解明にとって必要不可欠である。今回、我々は基底膜構成成分であるラミニン332(旧・ラニミン5)を欠損しているヒト皮膚組織を用いて、XVII型コラーゲン等の表皮基底膜構成成分の微細局在部位を、最も信頼性が高いpost-embedding免疫電顕により解析した。その結果、ラミニン332欠損ヒト皮膚におけるXVII型コラーゲンC末端の分布は、正常ヒト皮膚における分布とは異なっていたことから、生体内において、両者が何らかの相互作用をしている可能性が示唆された。表皮基底膜は表皮-真皮接合に重要な役割を果たしており、基底膜構成成分の欠損あるいは構成成分に対する自己抗体の産生により、水疱症を生じることが知られている。これら疾患の病態生理あるいは表皮基底膜の生物学的意義・役割を解明するためには、各構成成分間の相互作用を明らかにする必要がある。本研究では、in vivoにおける基底膜構成成分の相互作用について明らかにすることを目的として、ラミニン332(旧・ラミニン5)欠損ヒト皮膚組織において、他の基底膜構成成分がどのような存在様式を示すのかについて、免疫電顕的に検討する。本年度は、対象となるHerlitz致死型接合部型表皮水疱症(ラミニン332の欠損により発症)患者について、症例の集積を図るとともに、遺伝子レベルでの診断を行い、ラミニン332が欠損していることを確認した。すなわち、臨床症状等に加えて、光顕・電顕による病理組織学的検討、さらには免疫組織学による基底膜構成成分のタンパクレベルでの発現の検討も行い診断を確定し、ラミニン332をコードする遺伝子における変異の同定を行い、診断をより確実なものにするとともに、本研究の主旨に合致する症例である事を確認した。これにより、本研究遂行に必要な症例を確保しつつある。この過程において、ラミニン332のy2鎖をコードするLAMC2遺伝子における日本人高頻度変異の可能性を見出すことができ、遺伝型一表現型相関の解析、遺伝子検索の効率化等へ寄与するものと考えられる。また患者皮膚組織を採取し、凍結固定・凍結置換法により、次年度以降に実施予定の免疫電顕実施に必要な基質となる免疫電顕用ブロックを作製した。表皮基底膜は表皮-真皮接合に重要な役割を果たしており、基底膜構成成分の欠損あるいは構成成分に対する自己抗体の産生により、水庖症を生じることが知られている。タンパク質同士の相互作用解析には、in vitroの解析手法が用いられることが多いが、生体内における実際の相互作用を理解するためには、in vivoでの解析が必要になる。本研究ではin vivo(ヒト皮膚組織)における基底膜構成成分の相互作用について明らかにすることを目的としている。すなわち、ラミニン332(旧・ラミニン5より名称変更された)が欠損しているヒト皮膚組織(Herlitz致死型接合部型表皮水庖症患者皮膚組織)において、他の基底膜構成成分がどのような存在様式を示すのかについて、免疫電顕を用いた検討を行うことにより、上記の目的を達成しようとするものである。本年度は、病理組織学的検討、免疫組織学的検討ならびに遺伝子変異の検索により、本研究の主旨に合致することが確認された症例について、論文としてまとめて、現在、学術雑誌に投稿中である。なお、本検討の過程において、ラミニン332の構成サブユニットであるγ2鎖をコードするLAMC2遺伝子における日本人の高頻度変異を、初めて見いだすことが出来た。また、採取した患者皮膚組織を凍結固定・凍結置換することにより作製した免疫電顕用ブロックの中から、目的とする解析に適切と思われるブロックの選定を進めているところである。表皮-真皮接合に重要な役割を果たしている表皮基底膜は多くの分子から構成されることが知られており、これらの分子が相互作用することにより、表皮基底膜がその機能を発揮している。また、各種基底膜構成成分の遺伝的欠損、あるいはこれらの構成成分に対する自己抗体の産生により表皮-真皮接合機能が障害され、水疱症が生じることが知られている。表皮基底膜の生物学的な意義・役割の解明、水疱症の病態生理の解明のためには、in vivoにおける表皮基底膜構成成分同士の相互作用を明らかにすることが必要である。本研究では、表皮基底膜構成成分の1つであり、基底板に局在しているラミニン332(旧・ラミニン5)が欠損したヒト皮膚組織を基質とした免疫電顕を実施し、他の表皮基底膜構成成分の存在様式を明らかにし、それら構成成分間の相互作用を明らかにしようとするものである。

ラミニン332欠損患者(Herlitz致死型接合部型表皮水疱症およびnon-Herlitz致死型接合部型表皮水疱症患者)から採取した皮膚組織を凍結固定・凍結置換することにより作製した免疫電顕用ブロックから超博切片を作製し、post-embedding金コロイド免疫電顕に供した。その結果、Herlitz致死型接合部型表皮水疱症患者皮膚では、表皮基底細胞と基底板を直接繋いでいるXVII型コラーゲン(180kD類天疱瘡抗原)のC末端(基底板側)の分布が、正常に比べて、基底細胞側に寄っていることが示唆された。なお、non-Herlitz致死型接合部型表皮水疱症患者皮膚では、基底板等の形態が明瞭でなく、また金コロイド標識のバックグランドも認められていることから、明確な結果を得るには至らなかった。以上の結果から、in vivoにおいて、ラミニン332とXVII型コラーゲンが何らかの相互作用をしている可能性が示唆された。
溶媒抽出法における低有害性混合溶媒の開発に関する基礎的研究

安息香酸自身の分配や安息香酸による銅(II)イオンの抽出でオクタノール/ベンゼン混合溶媒の有用性を示してきたが、発ガン性が指摘されているベンゼンの代わりに、より低有害性を考慮して、非溶媒和性溶媒としてはオクタンを用いた抽出系を研究した。抽出試薬としては、キレート抽出試薬として最も広く利用されてきているオキシン(8-キノリノール)に着目し、3価のアルミニウム、ガリウム、インジウム、鉄の抽出を行い、オクタノール/オクタン混合溶媒の有用性を検討した。オクタノール/オクタン混合溶媒系におけるオキシン自身の分配平衡に関する研究では、低pH領域ではオキシニウム陽イオンがイオン対を生成して抽出されること、種々の混合溶媒系におけるオキシン分子の分配定数を正則溶液論で定量的に説明できることを示した。上記の13族金属イオンと鉄(III)に関しては、混合溶媒の組成を変えて抽出を行うことにより、従来もとめられていない抽出種、M(Ox)_3錯体の分配定数を求めることに成功した。その結果、オキシン錯体とオキシン自身の分配定数には、高い相関性があり、錯形成時にかなり電縮効果が働くことを示唆する結果を得ることができた。一方、2-(2-ピリジルアゾ)-1-ナフトール-4-スルホン酸(α-PAN-4S : H_2L)イオン(HL-)は、アルコールが溶媒和したヒドロキソニウムイオンによりアルコール/オクタン混合溶媒にイオン対として抽出されることを見つけ、その抽出性が他のアルコール溶媒と比べて1-オクタノールのみが極めて大きいことを明らかにした。その時、ヒドロキソニウムイオンには1-オクタノールが3分子溶媒和していることも明らかにした。このような抽出平衡は、単独の溶媒を用いる抽出系では明らかにすることができなかったことであり、混合溶媒が抽出平衡の解析に非常に有用であることをイオン対抽出系でも示すことができた。オクタノール/ベンゼン混合溶媒の有用性は安息香酸による銅(II)イオンの抽出で示してきたが、ベンゼンは発ガン性が指摘されているので、より低有害性を考慮して、ベンゼンに代わり非溶媒和性溶媒としてはオクタンを用いることにした。抽出試薬としては、キレート抽出試薬として最も広く利用されてきているオキシンに着目し、金属イオンとしては3価のAl、Ga、Inを選択し、混合溶媒の有用性を検討した。オキシン自身の分配平衡に関する研究では、低pH領域ではオキシニウム陽イオンがハロゲン化物イオン、過塩素酸イオン、硝酸イオンとイオン対を生成して抽出されることを明らかにし、イオン対生成定数とイオン対分配定数を個々に求め、定量的考察を行った。上記の金属イオンに関しては、混合溶媒系ではいずれもM(Ox)_3として抽出されることを明らかにし、混合溶媒の組成を変えて抽出を行うことにより、ほとんど明らかにされていないM(Ox)_3錯体の分配定数を求めることに成功した。その結果、オキシン錯体の分配定数とオキシン自身の分配定数には、ベンゼン以外の溶媒系では高い相関性があり、錯形成時にかなり電縮効果が働くこと示すことができた。混合溶媒の組成を適宜変えることにより、今まで不可能であった細かい部分の抽出平衡の解析も可能にし、このような面でも混合溶媒の有用性を示すことができた。一方、2-(2-ピリジルアゾ)-1-ナフトール-4-スルホン酸(α-PAN-4S:H_2L)イオン(HL^-)は、アルコールが溶媒和したヒドロキソニウムイオンによりアルコール/オクタン混合溶媒にイオン対として抽出されることを見つけ、その抽出性が他のアルコール溶媒と比べて1-オクタノールのみが極めて大きいことを明らかにした。

その時、ヒドロキソニウムイオンには1-オクタノールが3分子溶媒和していることも明らかにした。このような抽出平衡は、単独の溶媒を用いる抽出系では明らかにすることができなかったことであり、混合溶媒が抽出平衡の解析に非常に有用であることをイオン対抽出系でも示すことができた。安息香酸自身の分配や安息香酸による銅(II)イオンの抽出でオクタノール/ベンゼン混合溶媒の有用性を示してきたが、発ガン性が指摘されているベンゼンの代わりに、より低有害性を考慮して、非溶媒和性溶媒としてはオクタンを用いた抽出系を研究した。抽出試薬としては、キレート抽出試薬として最も広く利用されてきているオキシン(8-キノリノール)に着目し、3価のアルミニウム、ガリウム、インジウム、鉄の抽出を行い、オクタノール/オクタン混合溶媒の有用性を検討した。オクタノール/オクタン混合溶媒系におけるオキシン自身の分配平衡に関する研究では、低pH領域ではオキシニウム陽イオンがイオン対を生成して抽出されること、種々の混合溶媒系におけるオキシン分子の分配定数を正則溶液論で定量的に説明できることを示した。上記の13族金属イオンと鉄(III)に関しては、混合溶媒の組成を変えて抽出を行うことにより、従来もとめられていない抽出種、M(Ox)_3錯体の分配定数を求めることに成功した。その結果、オキシン錯体とオキシン自身の分配定数には、高い相関性があり、錯形成時にかなり電縮効果が働くことを示唆する結果を得ることができた。一方、2-(2-ピリジルアゾ)-1-ナフトール-4-スルホン酸(α-PAN-4S:H_2L)イオン(HL-)は、アルコールが溶媒和したヒドロキソニウムイオンによりアルコール/オクタン混合溶媒にイオン対として抽出されることを見つけ、その抽出性が他のアルコール溶媒と比べて1-オクタノールのみが極めて大きいことを明らかにした。
固体粒子浮遊による傾斜サーマルのシミュレーション手法の確立

本研究では、粉雪雪崩と火砕流が互いに類似の点を多くもつことに着目し、これらを統一的に表現するモデルの開発を行うことを目的とする。このため、粉雪雪崩と火砕流が共に固体粒子を浮遊する傾斜サーマルであるとの認識に立ち、これらの流れの流動機構の類似点と相違点を明確にしたうえで、流体力学的な基礎に基づいてこれらの流動をシミュレーションできるモデルの開発を行った。固体粒子を浮遊する傾斜サーマルのシミュレーション手法のための基礎データを得る目的で、塩水及び硫酸バリウム混合水を用いた傾斜サーマルの室内実験を行う。実験条件として、斜面の傾斜角、塩水の初期濃度を変化させて実験を行った。主な測定項目は、フロントの移動速度、フロントの最大高さ、塩分濃度分布、流速分布、サーマルの形状などである。これらの実験データは固体粒子を浮遊する傾斜サーマルの理論を構成するために用いることとした。ここで提案した傾斜サーマルのモデルは解析の便宜をはかるため、多くの関係式を構成方程式として組み入れる必要がある。特に、浮遊サーマルに特有の関係式として、傾斜角によるサーマルの形状の変化、固体粒子の連行係数、周囲空気の連行係数などが必要である。そこでこれらを合理的にモデル中で表現するため、文献調査を行うとともに室内実験に成果を取り入れた。得られた固体粒子浮遊流動モデルにより数値計算を行い、硫酸バリウムを用いた室内実験、現地での粉雪雪崩の測定結果と比較した。室内実験との比較では硫酸バリウム粒子の沈降特性に注目し、雪崩の減速域での流動特性をモデルで再現できた。また、現地実験との比較によって、雪崩の到達距離を再現することができた。
環境負荷の少ない都市空間の創造に資するエコマテリアルの開発と設計指針

都市域におけるヒートアイランド現象の対策技術として、従来にない機能性を付加した都市表面の構成材料(エコマテリアル)の開発を目指し、材料構造の熱的な最適設計について検討した。日射高反射率材料に関しては、その反射特性の予測手法を確立した。保水性材料に関しては、内部の微細構造と熱・水分移動の関係を考察し、持続性の高い水分蒸発特性を明らかにした。木装材料に関しては、優れた熱特性を生かした建物内外の熱負荷低減の効果を評価した。植物キャノピーに関しては、ふく射特性など熱輸送特性を検討し、人体熱負荷の低減効果を実証した。屋外温冷感指標について検討し、これらの材料を導入した都市表面の設計指針を作成した。拡散光と直達光の両方が考慮可能なふく射要素法を用いて,塗膜の日射反射性能を予測した.さらに,分光光度計による実際の塗膜サンプルの半球分光反射率を測定し,その結果と比較することにより予測の妥当性を評価した.粒径や粒子内の空隙構造の異なる粒状多孔質を対象として,その熱・水分移動特性を実験的に評価する.風速,温度,湿度が制御できる小型風洞を用いて,異なる構造を持った試料に対する蒸発特性を評価した.コンクリート製の建物模型を用い,熱処理木材で被覆したときの熱処理温度の違いによる大気熱負荷への影響および木製外装材の厚さと躯体との隙間空間の違いによる建物内部への熱負荷の影響について評価した.また木製外装で被覆したときの室内空調負荷の削減効果についても評価した.街路樹のような孤立した樹木の熱収支評価に関連して,様々な樹種の蒸散量測定を行い,それらの蒸散特性の違いを評価するとともに,そのデータを用いて個葉の蒸散速度を予測するための蒸散モデルのパラメータ同定を行った.また,孤立樹木の熱収支をその樹冠内部の詳細構造を考慮した解析手法について検討した.樹冠構造の構成は植物の生育ならびに形状を三次元でモデリングできる景観予測システムにより生成されるCADデータを応用した.人体の熱収支に基づく体感指標として人体熱負荷量を提案した.人体熱負荷量は定常状態において一定の精度で温冷感を予測することが可能である.また,その相関関係は複数の実験条件で確認することができた.既往の研究結果とも一致した.低木植え込みにより,反射日射量や赤外放射量が減少し,温冷感も改善の傾向が認められた.樹冠で形成される空間は直達日射の照射を受ける場所と比べて生理的,心理的に良好な状態であることが確認された.都市郊外の屋敷林では日射量,気温が軽減され,過ごしやすい温熱空間が形成される事が確認できた.粒径や粒子内の空隙構造の異なる粒状多孔質を対象として,熱・水分移動特性を実験的に評価した.空隙率がほぼ同じで細孔径の異なる2種類の素焼きの多孔質材料を対象として,それらの熱および水分移動特性を評価し,透水係数に違いがあるのに対し,熱伝導率,湿気伝導率,平衡含水率に差がないことを確認した.また,粒径および内部の細孔構造を変えた4種類の粒状多孔質材料を対象として,小型の風洞を用いて各材料の充填層の乾燥挙動を,気流の湿度,風速を変えて評価した.木製外装の断熱効果の検証を目的とし,コンクリート製の建物模型を用い,木材外装で被覆したときの木製外装の厚さと躯体との隙間空間の違いによる断熱性能への影響について調査した.また建物模型内に設置したヒーターの消費電力量を測定し,省エネルギー効果について評価した.樹冠内部のふく射輸送をモデル化,植物生理を考慮した蒸散速度の定式化を行うことにより,孤立した樹木の熱収支の予測方法を検討した.樹冠構造は生育に合わせた景観評価に用いられる3次元のCADデータを採用した.環境測定と被験者実験を行い,得られたデータから人体の熱収支を計算し,屋外環境の評価を行った.人体の熱収支から得られる熱負荷量を人体熱負荷量と定義し,これを用いて人体温冷感の予測を行うことの妥当性を検討した.また,屋外でふく射環境が異なるエリアを対象に温熱環境に与える影響についても検討を行った.エコマテリアルとして取り上げた保水性材料,木製外装および植物葉群について,当初予定していた当該年度の研究課題については概ね達成されたと考えている.これらのエコマテリアル物理的熱性能に加えて,温熱ストレスの改善に関する評価に基礎的な知見が得られている状況であり,この点に関しても概ね当該年度の目標を達成したと考えている.壁面に対して再帰反射性壁材が施工された状況を想定し,外壁材の日射反射特性,特に反射指向性が壁面近傍に滞在する人体に対して及ぼす熱的影響について数値解析により評価した.その結果,半球日射反射率を一定に保ち,上方日射反射率を変化させた場合,上方への反射日射の割合が大きくなるにつれ,人体熱負荷が下がることがわかった.保水性材料内部の水分を有効活用するために,材料形状を粒状にし表面積を増すことにより蒸発性能の向上を図る.粒径および内部空隙構造の異なる保水性多孔質材料を製作し,材料自身の熱および物質移動に関わる特性値の測定,ならびに小型風洞による粒状多孔質材料の充填層の蒸発性能の評価を行った.形状の異なる木製外装で建物を被覆したときの空調負荷削減効果を明らかにすることを目的とし,実測と数値解析により建物内外の熱負荷ならびに室内空調負荷の削減効果を評価した.木製外装を施すことにより,面張り形状、ルーバー形状のいずれにおいてもコンクリートの表面温度と伝導熱流束に比べると日較差が小さくなり、空調負荷が低減されることが明らかになった.