hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
磁気ナノ構造体における室温スキルミオンの発現とその低電流密度駆動

電子スピンが渦状に並んだ磁気構造体「スキルミオン」は、その駆動電流密度が極めて小さいことから、近年、次世代の超低消費電力磁気メモリ素子として、国内外で大きな注目を集めている。本研究ではナノドット構造を有するFe系材料に注目し、その室温スキルミオンの発現、並びに、低電流駆動実現のための要素基盤技術の構築を目的とした。その結果、不規則化A2型ドット構造FeAl合金においてスキルミオン類似のスピン状態が表面に生じることが明らかになった。また、電子ビーム描画法と集束イオンビーム加工法を駆使した微細加工法がスキルミオン駆動実証用マイクロ素子作製基盤技術として極めて有効であることがわかった。本研究課題では、ジャロシンスキー守谷相互作用が強いナノドット構造鉄、コバルト、銅系合金において室温でスキルミオンを発現させ、これにより低電流密度でスキルミオンを駆動させることを目的とする。本材料での室温スキルミオンの観測と低電流密度駆動は、学術的に極めて高いインパクトを与えることができると同時に、次世代超低消費電力磁気メモリ素子の実現に向けた重要な第一歩になると期待できる。本研究目標を達成するため、平成27年度では、スキルミオン駆動実証用のマイクロ素子作製基盤技術の構築を目指した。作製には、電子ビーム描画装置、および集束イオンビーム加工装置を用いた。初めに、電子ビーム描画装置を用いて、ガラス基板上に金/クロムマイクロワイヤ電極を形成した。次に、集束イオンビーム加工装置を用いて、鉄、銅系合金を金/クロムマイクロワイヤ電極間に架橋させた。集束イオンビーム加工装置にはマイクロサンプルシステムが搭載されている。そのため、サンプルの切り出し、ピックアップ、セッティングが可能である。本装置を用いて、鉄、銅系合金を切り出し、マイクロサイズ化した後、ピックアップし、金/クロムマイクロワイヤ電極間に架橋させた。金/クロム電極と鉄、銅系合金間のコンタクト形成にはタングステンデポジション法を用いた。作製したマイクロ素子の電気伝導特性を調査した結果、金/クロムマイクロワイヤ電極と鉄、銅系合金間において良好な電気抵抗特性が得られた。本作製手法はスキルミオン駆動実証用のマイクロ素子作製基盤技術として極めて有用であることがわかった。本研究課題を推進することにより、スキルミオン駆動実証用のマイクロ素子作製基盤技術を構築することができた。本結果は平成27年度の研究実施計画に従って得られた研究成果であり、これにより平成28年度の研究内容を予定通り遂行できるものと考えられる。このような事由から本研究は順調に進展していると判断した。本研究課題では、ジャロシンスキー守谷相互作用が強いナノドット構造鉄、コバルト、銅系合金マイクロ素子を作製し、低電流密度でスキルミオンを駆動させることを目的とする。次に、集束イオンビーム加工装置を用いて、銅系合金を金/クロムマイクロワイヤ電極間に架橋させた。本装置を用いて、銅系合金を切り出し、マイクロサイズ化した後、ピックアップし、金/クロムマイクロワイヤ電極間に架橋させた。金/クロム電極と銅系合金間のコンタクト形成にはタングステンデポジション法を用いた。平成28年度では、作製した銅系合金マイクロ素子の電気伝導特性を調査した。その結果、本素子において室温にてオーミック特性を観測することに成功した。次に、ナノドット構造を有する鉄系合金についても同様の加工を実施した。その結果、本技術を用いることで鉄系合金マイクロ素子を作製することに成功した。平成27年度の研究成果に基づき、平成28年度は、ナノドット構造鉄、コバルト、銅系合金から構成されるマイクロ素子において室温でスキルミオンを発現させ、これにより低電流密度でスキルミオンを駆動させることを目指す。マイクロ素子の作製には、平成27年度に構築した電子ビーム描画装置と集束イオンビーム加工装置を利用した作製手法を用いる。本素子に電流を流し、電気伝導特性、並びに、スピン状態を調査する。電気伝導特性の測定には、既に構築した直流・交流4端子法を用いる。

スピン状態の観察には、磁気力顕微鏡と集光型極・面内磁気光学カー効果法を用いる。ナノドット構造鉄、コバルト、銅系合金マイクロ素子の膜厚、幅、長さを検討パラメータとして、室温スキルミオンの電流駆動を実証する。理論面からはジャロシンスキー守谷相互作用をエネルギー項に加えたLandau-Lifshitz-Gilbert方程式とLandau-Lifshitz-Bloch方程式によるシミュレーションを検討し、スキルミオン駆動のダイナミクスについて明らかにする。応用物性経費節減を行ったため、次年度使用額が生じた。経費節減の結果生じた使用残額については、平成28年度に成果発表のための旅費、並びに、必要消耗品費に使用する。
地球温暖化及び河川工作物が世界自然遺産・知床半島の淡水魚類に及ぼす影響評価

本研究対象河川に200基あまりのダムを認め,総流路延長距離に占めるダム密度が高い河川ではオショロコマの生息密度が低くなる傾向が認められた.ダム密度と盛夏季の最高水温の間に正の相関が認められたことから,ダムの設置が河川水温の上昇を引き起こし,オショロコマの温度生息域を縮小させた可能性がある.また,盛夏季に水温22°Cを越える日数は,ダム密度の高い河川で低い河川よりも多く,1999-2001年期よりも2006-2008年期で多かった.近年、地球温暖化が魚類群集に及ぼす影響に関する研究は、「予測」の域から「実証」の域へとシフトしている。過去25年間で海水魚類18種が分布域を数百キロ北進させていることも報告されたばかりである。北海道・知床半島の河川に広く分布している冷水性魚類オショロコマはイワナの一種であり、同地域は本種にとって世界の分布の南限でもあることから、地球温暖化の影響評価の指標生物種として注目されてきた。しかし、地球温暖化が河川生態系に及ぼす影響は、実際にはダムの設置や河畔林の伐採といった、より局所スケールの環境撹乱に拍車をかけるファクターとして捉える必要がある。また、近年では温暖化の淡水魚類への影響予測では温度上昇にとどまらず、河川流量の増減による撹乱頻度や撹乱強度も要因として検討されるようになった。知床のオショロコマ個体群の中には人知れず絶滅に近づいているものがあると危惧され、同半島全域を網羅するような温度生息環境調査及びオショロコマの生態に関する調査は緊急課題である。オショロコマは知床の生態系において中型ほ乳類及び大型猛禽類の重要な餌資源となっている。したがって、本種が半島の諸河川で減少すれば、知床の生態系全体に波及効果が及ぶであろう。同半島では1970年代より多数の治山・砂防ダムが建設され、同時に河道拡幅及び河畔林伐採が行われ水深も浅くなった河川が多い。さらに知床半島では過去26年間に一定の気温上昇傾向が認められることから、河川水温が既にオショロコマの生息限界(16°C)を超える河川も多数存在することが予測される。そこで、本研究では、知床半島の広域をカバーするように対象河川を設定し、オショロコマの温度生息場所と本種の生息密度の関係を検証する。これにより、知床の生態系保全をより一層確実にするための基礎データの蓄積ならびに具体的な保全手法を提案することを目的とする。本研究対象河川に200基あまりのダムを認め,総流路延長距離に占めるダム密度が高い河川ではオショロコマの生息密度が低くなる傾向が認められた.ダム密度と盛夏季の最高水温の間に正の相関が認められたことから,ダムの設置が河川水温の上昇を引き起こし,オショロコマの温度生息域を縮小させた可能性がある.また,盛夏季に水温22°Cを越える日数は,ダム密度の高い河川で低い河川よりも多く,1999-2001年期よりも2006-2008年期で多かった.知床半島先端部分の河川群を除く37河川に自動水温記録計を設置し,東西両岸の10河川においてオショロコマの生息密度の定量化調査を実施した.加えて,東西両岸の5河川に自動水位記録計を設置した.水温計の計測の結果,半島西岸の金山川,ヌカマップ川,オンネベツ川をはじめとする複数の河川において平成11-12年度に比べて盛夏期に著しい水温上昇が起こっていることが認められた.オショロコマは水温20度を越えると温度ストレスにより採餌しない.これらの河川では20度を超える日数が数多く記録され,著しい夏季の水温上昇が認められた.オショロコマは水温20度を越えると温度ストレスにより採餌しない.これらの河川では20度を超える日数が数多く記録され,著しい夏季の水温上昇が認められなかった河川群にくらべて,オショロコマの生息密度が低く,水域によっては絶滅状態に至っていた.また,幼魚や高齢魚個体が少ないなど新規年級群の加入不足や生残率の低下が顕著であった.今年度は,水位計データの回収が不十分であったため,河川の流量変動等の流況に関するデータ解析はできなかった.以上の結果より,知床半島の主に西岸河川においてはオショロコマの健全な個体群を維持するための温度生息環境が著しく損なわれている可能性が高いものと考えられる.今年度認められた水温上昇が地球規模の気候変動に起因するものかどうかは断定できない.一方,砂防・治山ダムの建設時に行われた河畔林の伐採,河川沿いの工事道路建設,さらにダム建設後の下流部の水深浅化等の環境改変がこれらの河川において水温の上昇を引き起こしている可能性は極めて高い.このような環境悪化に対して,地球温暖化が拍車をかけている可能性もある.今後,他の河川においてもモニタリングを継続していく一方で,温度生息域指標となる河川を複数設定し,これらの水域では縦断方向に(流程上で)温度生息環境調査及びオショロコマの生態に関する調査を行っていく必要がある.世界自然遺産であり原生自然が多い知床半島の諸河川において,サケ科イワナ属魚類オショロコマを対象に,温度生息場所環境を劣化させる主な要因が気候変動と砂防・治山ダム群にあるとする予測の元で影響予測に関する調査を行ってきた.

知床は野生生物の宝庫であり,オショロコマは猛禽類の餌として利用されることからキーストーン種として位置づけることができる.しかし,同半島の49水系に357基のダムが確認されている一方で,気候変動の影響によると考えられる気温の上昇も認められており,今後河川水温の上昇を引き起こすことが懸念されている.そこで,長期にわたり環境撹乱がオショロコマに及ぼす影響を明らかにし,保全に資することを長期目標に据え,半島両岸の河川群で本種の個体数密度を定量化し,各河川の夏季水温の観測,個体数密度との関係について検討した.研究の結果,以下のことが明らかになった.1)仮に温暖化がすべての河川にほぼ均等に昇温を引き起こすとすれば,ダムが多いほど昇温しやすい.2)ダムが多い河川でオショロコマは少ない.また,若齢年級群が欠落しやすい.3)オショロコマは西岸河川で減少傾向にあり,温度生息環境が悪化したためと推測される(ただし,餌,釣獲圧等についても要検討である).以上のことから,ダム建設に起因する昇温ストレスに温暖化による昇温が拍車をかけており,今後,ダムによる温暖化の詳細なメカニズムおよび昇温ストレス以外の要因(移動阻害,河床材料など)についても検討を続ける.世界自然遺産であり原生自然が多い知床半島であるが,半島全域に砂防・治山ダムが300基以上存在し,イワナ類の一種オショロコマの生息場所環境が劣化している.特に,本研究では,これらが地球温暖化による水温上昇に拍車をかけるとする予測の元で調査を行ってきた.1999年より,長期にわたる温度環境攪乱がオショロコマに及ぼす影響を明らかにし,将来的に同種の保全に資することを目標に据え,半島両岸の河川群で本種の個体数密度を定量化し,各河川の夏季水温の観測,個体数密度との関係について検討してきた.今年度の研究の結果,昇温が起こりやすい特定河川では,横断構造物(落差工)が連続しているほど大きな昇温が引き起こされていることが明らかにされた.100m程度の区間内に落差工が複数ある場合,各区間では河床勾配が低くなり,流速が低下することも昇温の要因となっていると思われる.50m程度の区間内で,落差工がある場合にはおよそ0.2°C程度の昇温が認められた.これらのことから,ダムが多いのみならず,近接して施工された連続落差工群はオショロコマの密度の低下を招くことが示唆された.また,これらの河川群では若齢年級群も欠落しやすい.特に,盛夏期にはこれら若齢小型個体がもっとも激しい温度ストレスを受けると予想されることから,移動阻害が引き起こされている可能性がある.すなわち,大型個体は温度レフュージを求めて移動が可能であっても,小型個体は分散できないまま死に至るケースが考えられる.地球温暖化に伴う水温の上昇が淡水魚類に及ぼす影響に関する研究は,主に1990年代に入ってから盛んに行われてきた.これらの研究の多くは,対象魚種の水温に対する生理反応データに基づく分布変化予測と生物エネルギーモデルを用いた個体群動態の予測に大別される.しかし,実際には,温暖化が淡水魚類に及ぼす影響は,温度上昇そのものだけでなく,他の局所的環境撹乱因子との複合効果などを通じてもたらされると考えられる.温暖化に対する淡水魚類群集の反応に関する十分に適正な予測をより発展させるために,近年知床半島で顕在化しつつある砂防ダム群による局所的温暖化の影響評価を行った.知床半島の諸河川にはオショロコマをはじめとする河川性サケ科魚類が生息する.これらは冷水性であり,本地域は北半球の自然分布の南限付近であることから,温暖化による水温上昇が憂慮される.調査を行った37河川には合計192基の治山・砂防ダムが設置されており,総流路延長距離あたりのダム密度がもっとも高かったオペケプ川では4.6基/kmであった.このような河川では,オショロコマの生息密度は0.1-0.2個体/m^2程度の著しく低いレベルであった.
人工膵臓の研究:特に血糖値自動検出機構の開発

糖尿病の治療法の一つとして人工膵臓がある。人工膵臓の血糖測定機構を担う、採血を必要としない小型の血糖自動検出器、組織糖濃度測定型グルコースセンサー(Tissne glucose measurment glucose sensor・TGS)を開発し、臨床応用の可能性について検討した。〔TGSの概略〕TGSは径6mm,長さ20mmの棒状のエポキシ樹脂で出来ている。その中にクラーク型酸素電極を応用した2個の電極-グルコースオキシダーゼを固定した薄膜をもつグルコース電極と酸素膜をもたない酸素電極-を保持している。そして組織液の中で、両電極の電流(電圧)の差は糖濃度に比例する。〔材料と方法〕(1)in vitro実験:TGSを恒温槽内のガラス容器中に入れた生理的食塩水の中に留置して、温度と酸素濃度を一定にして、生食水中の糖濃度を各種変化させてTGSの特性を調べた。測定にはTGS用アンプ(Amplifier of Glucose Sensor)を用い、酸素電極とグルコース電極の出力及び両者の差をポータブルハイブリッドレコーダを用いて記録した。(2)動物実験:ストレプトゾシン糖尿病犬を使用して、静脈麻酔下で腹壁皮下にTGSを挿入留置した。ブドウ糖負荷及びインスリン負荷を行い、組織糖濃度と血糖値を比較検討した。〔成績〕(1)TGSの測定範囲は0mg/dl700mg/dlの糖濃度である。(2)TGSの出力は酸素濃度と温度の影響を受けるが、測定回路の工夫やセンサー周囲温度の調節により解決し得る。(3)TGSの出力及び測定された組織糖濃度は、糖負荷やインスリン負荷による血糖値の変動に対して良い相関を示した(r>0.7)。(4)しかし血糖値の急速で大量の変化に対しては10分以上の応答の遅れを示した。(5)さらにTGSの2個の電極が安定しないときは、組織糖濃度は0mg/dl未満となり測定不能となることがある。
革新的プラズマ理工学応用による炭素起源ナノバイオ研究未踏領域の開拓

炭素起源ナノバイオ研究未踏領域を開拓するために、独自に開発したナノ領域への原子・分子注入に関する気相中のプラズマ理工学的手法をバイオ物質が安定に存在できる液相にも拡張した。その結果、様々な電子状態の電荷・スピン活用の原子、原子内包C_<60>等の新種フラーレン、生体高分子DNA、イオン液体、コロイド等を単層(SWNT)及び二層カーボンナノチューブ(DWNT)の内部ナノスペースに配列制御することを実現し、この超構造のナノチューブに新電子・光学物性を発現させることに成功した。ナノスコピックプラズマプロセス制御の第一段階として、拡散プラズマ化学気相堆積(CVD)法により単独・孤立垂直配向単層カーボンナノチューブ(SWNT)を生成する。次に、アルカリ-ハロゲン、原子内包C_(60)を含む準ペアフラーレンイオン等の斬新な異種イオン気体プラズマ、及びDNA、イオン液体、コロイド溶液中電解質プラズマを発生し、この元になる空のSWNTに対して、超分子イオンをも含むプラズマイオン照射法を駆使することにより、電子ドナー・アクセプターのpn接合構造内包SWNT、強磁性金属内包SWNT、及びDNA内包SWNT、イオン液体内包SWNT、コロイド内包SWNTを創製する。また、当初計画には無かった二層カーボンナノチューブ(DWNT)を新たに対象とすることを発想して同様のプロセスを実践し、各種内包DWNTを創製する。最後に、それらの電気・磁気・光学特性の測定を通して、1次元伝導性、半導体・ダイオード特性、スピン・磁性、超伝導特性、発光及び光応答性、分子認識性等の炭素起源ナノバイオチューブ特有の新しい物性が発現することを明らかにする。本年度は,本研究期間5年間の基盤となる初年度五項目計画を実践し、以下の成果が得られた.1.空の単独・孤立垂直配向単層(SWNT),二層カーボンナノチューブ(DWNT)の生成と供給:独自に開発した拡散プラズマCVDにより,一本のSWNTをプラズマシース電場の方向に配向成長させることに成功したことに続いて,CVD中のSWNT成長と詳細制御された成長基板への入射イオンエネルギーの関係を調べた結果,プロセス時間の増加と共にSWNTの成長量が増加する一方で,ある一定時間以上経過すると成長量が減少し,特に10eV程度の低エネルギー領域で極端にSWNTのエッチングが進行することが判明した.この閾値エネルギーは炭素間の結合エネルギーに起因するものと考えている.2.新アルカリ-フラーレンプラズマ発生対応の原子内包C_<60>の供給:極小ミラー磁場型電子サイクロトロン共鳴放電プラズマ中でイオン照射法を駆使したところ,電荷活用のアルカリ金属内包C_<60>とは異なりスピン活用の窒素原子内包C_<60>創製においては,照射イオンエネルギー依存性が物理・化学的に複雑であり,むしろ中性のラジカル窒素原子が内包に大きく寄与していることが初めて判明した.3.これまでの各種内包SWNT(DWNT)の電子輸送特性の詳細測定:従来のアルカリ-フラーレンプラズマにより創製された内包ナノチューブの中でCs@DWNTは,Cs@SWNTに比べてオン/オフ比,移動度,大気安定性等において高性能n型動作FET特性を示すことが分かった.なお,空のDWNTは両極性伝導を示し,C_<60>@DWNTはCs@DWNTのn型とは対照的にp型半導体特性を示した.一方,金属性のC_<60>@DWNTは,室温動作の極めて高い山/谷比を有する負性微分抵抗特性を示すことが実証された.4.新アルカリ-ハロゲンプラズマ等によるイオン照射実験:ハロゲン負イオン内包のI@SWNTでは,照射時間と共にFETゲート電圧閾値が正にシフトし強固なp型伝導特性が,I^-とCs^+の順次照射の場合には,pn接合形成を示唆するダイオード的電気特性が得られた.次年度以降の計画を先取りして,強磁性金属内包のFe@SWNTを創製した結果,n型伝導と超常磁性を併せ持つ磁性半導体であることが判明した.5.DNA溶液中電解質プラズマ装置の完備と初期実験:内包が容易と予想される1重螺旋DNAを用いた溶液プラズマ中に微小間隔の2枚電極を設置し,予め開端された空のSWNTを塗布した電極側に各々DNA伸長と加速輸送用の高周波電圧及び直流電圧を重畳印加した.この能動電極上で回収されたSWNTをラマン分光とTEMで解析した結果.1重螺旋DNAを内包したSWNTの創製が初めて実証された.本年度は,本研究期間5年間の2年目該当の六項目計画を実践し,以下の成果が得られた.1.空の高品質単層カーボンナノチューブ(SWNT)の生成と供給:独自に開発した拡散プラズマCVD法により合成される空の高品質単独・孤立垂直配向SWNTの損傷効果を含む成長時間発展拡張方程式の導出に成功し,これを用いてプラズマ中の原子状水素がエッチングを引き起こす物質であることを特定できた.このSWNT成長機構詳細解明により,プラズマイオン照射実験への供給の可能性が高まった.

2.新アルカリ-フラーレンプラズマの発生:フラーレンの種類(サイズ)を変えオーブンを工夫してC_<70>及びC_<84>を用いる新アルカリ-高次フラーレンプラズマを生成した.また,原子内包フラーレンの供給については,極小ミラー磁場型ECRプラズマよりもダブルプラズマ電子ビーム方式の方がN@C_<60>の合成効率が高いことを見出した.さらに(Li@C_<60>)+-C_<60>-の準ペアフラーレンイオンプラズマの発生に向けて昇華オーブンを改良して実験を行った結果,有望な成果が得られつつある.3.内包SWNTの新電子物性評価(FET):アルカリ金属内包のLi@SWNTは,n型のCs.K,及びNa内包SWNTとは異なり両極性半導体特性を発現した.また,電子アクセプターのハロゲン原子内包のI@SWNTは,強固なp型輸送特性を示すことが明らかになった.4.内包DWNTの新電子物性評価:上記2の新しいプラズマ中の基板バイアス法で合成されたC_<70>@DWNTとC_<84>@DWNTの電圧-電流曲線における負性微分抵抗特性の閾値電圧が,フラーレンの直径が大きく(バンドギャップが小さく)なると直線的に減少する傾向が観測された.5.pn接合型内包SWNTの新電子物性評価:(Cs/C_<60>)@SWNTに加えて,新アルカリ-ハロゲン(Cs+-I-)プラズマのパラメータを詳細に変えて多くの(Cs/I)@SWNTを創製し電圧-電流特性測定を行なった結果,これらは大気安定な整流(ダイオード)特性を発現することが実証された.6.DNA負イオン照射SWNTの電気特性とナノーバイオ融合新概念電解質プラズマの導入:1重螺旋DNA内包SWNTのFET特性を測定した結果,塩基の種類に応じ異なる半導体特性を示すことが判明した.また,正負イオンのみから成るイオン液体を空のSWNTを塗布したアノードとカソード電極で挟み込み,液体プラズマ中で基板バイアス法を適用してイオン液体分子内包SWNTの創製を試みた.本年度は,本研究期間5年間の4年目該当の四項目計画を実践し,以下の成果が得られた.1.高品質単層カーボンナノチューブ(SWNT)の構造制御成長と供給:拡散プラズマCVDにおいてガス圧力増加(20800Pa)と合成温度上昇(600800°C)に伴い,SWNTの平均直径が太くなる(1.01.6nm)傾向を見出した.非磁性金属触媒からのSWNTの低温,高速,高結晶性成長を初めて実現し,これを磁性金属原子内包(@)SWNT創製のためのプラズマイオン照射実験に供給した.2.高次接合型等内包SWNT/DWNT創製:新アルカリーハロゲン,アルカリーフラーレン,準ペアフラーレンイオン,電解質プラズマ中の基板バイアス極性反転等の精密制御実験を行い,これまでの各種内包SWNTに加えて(Li@C_<60>)@SWNT,(Cs/I)DWNT(二層カーボンナノチューブ),(Cs/C_<60>)@DWNT,(C_<50>N/C_<60>)@SWNT,各塩基の1重螺旋DNA@DWNTを新たに創製した.また,上記1から供給されたSWNTを用いて高品質のFe@SWNTを創製した.3.内包SWNT/DWNTの新物性評価:前年度に不明確であった(Li@C_<60>)@SWNTのFET測定結果は,n型半導体特性が共存する両極性伝導が支配的であり,Li@C_<60>によるバンド構造変調の可能性が示唆された(Cs/I)@DWNT
メンブレンパッチ法による術中の分子生物学的迅速解析法の確立

切除後の迅速病理で断端に癌の残存を認めないにもかかわらず局所再発する、すなわち、顕微鏡的に確認できない癌や異形成の存在が疑われ、分子生物学的手法による切除断端、深部断端の癌残存有無の評価が必要である。本申請は口腔癌切除後の深部断端における残存癌組織の有無を病理学的手法のみに頼らず、『メンブレンパッチ法』によるDNA採取、術前の組織生検(tissue biopsy)、採血からのDNAメチル化解析を併せ、より精度の高い診断法の確立と術中短時間DNAメチル化解析の実現を目標とし、“手術室からベンチそして手術室へ"とつなぐ「臨床へのリアルタイムな還元」を目指した斬新な研究である。
D-π-A型蛍光性色素のメカノフルオロクロミズムの解明とソフトクリスタル群の構築

1. D-π-A型蛍光性色素のメカノフルオロクロミズム(Mechanofluorochromism: MFC):D-π-A型蛍光性色素の結晶が磨砕⇔加熱によって色調だけでなく蛍光発光色をも可逆的に変化させることを見出し、本現象をMFCと名付けた。本MFC特性は磨砕前の結晶状態と磨砕後のアモルファス状態間での双極子間相互作用や分子間π-π相互作用の可逆的な変化に起因していることを明らかにし、MFC特性の発現には5 debye程度の双極子モーメントを有するD-π-A型の色素構造が必要であることを実証した。2.光誘起電子移動特性(PET)と凝集誘起発光特性(AIEE)を有する蛍光性水センサーの開発:新規に開発したPET特性とAIEE特性を有する色素が、有機溶媒中の微量水分領域(1 wt%以下)と高水分領域(60-70 wt%以上)の水を、それぞれPET抑制に伴う蛍光発光とAIEE発現に基づいて検出できる2波長蛍光発光性水センサーとして機能することを見出した。3.分子内電荷移動特性を有する比色性および蛍光性水センサーの開発:新規に開発した分子内電荷移動(ICT)特性を有するピリジン-ホウ素錯体YNI-2-BF3が、有機溶媒中の微量水分領域(3 wt%)から中水分領域(340 wt%以上)の水を、それぞれ錯体解離によるYNI-2の形成とYNI-2の水分子との水素結合形成に基づいて検出できる比色性および蛍光発光性水センサーとして機能することを見出した。4. β-カルボリン-ホウ素錯体を利用した蛍光性水センサーの開発:β-カルボリン-ホウ素錯体が、有機溶媒中の微量水分領域(2 wt%)、中水分領域(240 wt%)および高水分領域(40wt%80 wt%)において、光吸収・蛍光スペクトルが変化することから比色・蛍光発光性水センサーとして機能することがわかった。本研究では、分子配列・配向性を制御した新規なD-π-A型蛍光性色素を創製し、その固体光電子特性を自由に操ることで革新的なメカノフルオロクロミック色素を創製することに成功した。さらに、有機色素の新しい応用分野の開拓を目指して色素の新機能を発掘することに成功し、水分検出用蛍光性色素(蛍光性水センサー)の創製へと導いた。これまでの研究成果は、国際学会での発表と国際学術誌で公表しており、本研究課題は概ね順調に進展しているといえる。本研究を遂行するために、1)分子配列・配向性や分子間相互作用を分子レベルで系統的に変化させてメカノフルオロクロミズム(MFC)特性に及ぼす影響を調べるのに適う新規な一連のD-π-A型蛍光性色素を分子設計・合成する(摩砕前後の固体光吸収・発光特性、示差熱量分析、粉末X線解析、偏光顕微鏡観察、固体密度およびFT-IR測定)、2)磨砕⇔加熱(溶媒蒸気)によるMFCに及ぼす要因について、色素骨格や置換基、分子凝集状態での双極子間相互作用、分子間水素結合および分子間π-π相互作用の観点から基礎的に解明する(摩砕後の色素固体の光吸収・蛍光発光波長と発光量子収率の変化、励起波長に依存した蛍光発光特性、および加熱や溶媒蒸気による固体吸収・蛍光発光の戻り特性の解明)。さらに、1)得られたMFC特性に関する実験結果、理論的考察、および速度論的・熱力学的知見を分子設計にフィードバックして、色素構造を最適化することでMFC特性の調整を図り、磨砕前後の赤、青、緑発光(三原色発光)および多段階MFC(多色発光・多段階発光)の発現を達成し、書き込み・消去型の発光表示デバイスの作製に取り組む。2)さらに、光誘起電子移動(Photo-induced Electron Transfer: PET)特性を有するクラスレート形成蛍光性色素を用いて、水やカルボン酸分子の包接・放出に伴う未踏の固体PET特性と固体発光特性の発現・消失を可逆的に制御した新しい外部刺激応答性ソフトクリスタル群の構築を目指す。

4. β-カルボリン-ホウ素錯体を利用した蛍光性水センサーの開発:β-カルボリン-ホウ素錯体が、有機溶媒中の微量水分領域(2 wt%)、中水分領域(240 wt%)および高水分領域(40wt%80 wt%)において、光吸収・蛍光スペクトルが変化することから比色・蛍光発光性水センサーとして機能することがわかった。本研究では、分子配列・配向性を制御した新規なD-π-A型蛍光性色素を創製し、その固体光電子特性を自由に操ることで革新的なメカノフルオロクロミック色素を創製することに成功した。さらに、有機色素の新しい応用分野の開拓を目指して色素の新機能を発掘することに成功し、水分検出用蛍光性色素(蛍光性水センサー)の創製へと導いた。これまでの研究成果は、国際学会での発表と国際学術誌で公表しており、本研究課題は概ね順調に進展しているといえる。本研究を遂行するために、1)分子配列・配向性や分子間相互作用を分子レベルで系統的に変化させてメカノフルオロクロミズム(MFC)特性に及ぼす影響を調べるのに適う新規な一連のD-π-A型蛍光性色素を分子設計・合成する(摩砕前後の固体光吸収・発光特性、示差熱量分析、粉末X線解析、偏光顕微鏡観察、固体密度およびFT-IR測定)、2)磨砕⇔加熱(溶媒蒸気)によるMFCに及ぼす要因について、色素骨格や置換基、分子凝集状態での双極子間相互作用、分子間水素結合および分子間π-π相互作用の観点から基礎的に解明する(摩砕後の色素固体の光吸収・蛍光発光波長と発光量子収率の変化、励起波長に依存した蛍光発光特性、および加熱や溶媒蒸気による固体吸収・蛍光発光の戻り特性の解明)。さらに、1)得られたMFC特性に関する実験結果、理論的考察、および速度論的・熱力学的知見を分子設計にフィードバックして、色素構造を最適化することでMFC特性の調整を図り、磨砕前後の赤、青、緑発光(三原色発光)および多段階MFC(多色発光・多段階発光)の発現を達成し、書き込み・消去型の発光表示デバイスの作製に取り組む。2)さらに、光誘起電子移動(Photo-induced Electron Transfer: PET)特性を有するクラスレート形成蛍光性色素を用いて、水やカルボン酸分子の包接・放出に伴う未踏の固体PET特性と固体発光特性の発現・消失を可逆的に制御した新しい外部刺激応答性ソフトクリスタル群の構築を目指す。
小児生活習慣病、特に小児肥満と小児動脈硬化病変との関連に関する研究

現在は学齢期小児の10人に1人が肥満しているといっていいような状況であり、学童期におけるII型糖尿病や血清コレステロール値が200mg/dl以上の者の増加という形になって現れている。このような現状にも関わらず、わが国における小児や思春期における動脈硬化の程度を定量的に評価し、肥満との関連を検討した知見はほとんどない。そこで、性・年齢をマッチさせた症例対照研究により、肥満である小児100-200例と肥満でない小児100-200例の頚部動脈硬化の程度を高解像超音波装置により定量的に評価するとともに、肥満を含めた心血管危険因子(LDLコレステロール等を含む。)による動脈硬化への影響についても検討した。その結果、小児肥満と小児動脈硬化病変について、頸部超音波検査による内膜中膜複合体厚(IMT)および生活習慣などとの関連が明らかになった。本研究の最終的な目標は、症例対照研究を基にした複数の施設(現段階は2施設)による共同研究であった。そのため研究の質の確保という面から、初年度は頚部超音波検査および血液検査の標準化ということに重点をおくことを計画し、特に血液検査に関しては、リスクファクターである脂質、総コレステロール、HDLコレステロール、LDLコレステロールなどの測定値を標準化することが最重点項目であった。まず総コレステロールについてはその正確性と再現性の確保のために、米国厚生省疾病管理・予防センターCDC (Center for Disease Control and Prevention) /CRMLN (Cholesterol Reference Method Laboratory Network)による国際脂質標準化プログラムに基づき標準化を実施した。そしてHDLコレステロールとLDLコレステロールに関しては、大阪府立健康科学センター独自の標準化プログラムに基づいて標準化を実施し、今回共同研究に参加した施設はすべてこれらの標準化作業をパスした。更にhs-CRPに関しても標準化の作業を実施しているところである。頚部超音波検査に関しても、計測方法・計測指標等につき統一したプロトコールを作成し、関係者を集めて会議等を開き検査項目等について周知を行う段階までは実施したが、標準測定用Video tape (30症例分)を香川大学医学部にて作成し、2002年に発表された頚動脈硬化病変評価のガイドラインに記載されている必須測定項目である、総頚動脈におけるfarwallにおけるMAX IMTを2つの共同研究施設の頚部超音波検査担当者に計測してもらい、それを再度香川大学医学部に返送してもらい検討するという作業等はまだ途中の段階である。症例数に関してはまだ50例足らずにとどまっており、来年度以降増やしていく予定である。まず総コレステロールについてはその正確性と再現性の確保のために、米国厚生省疾病管理・予防センターCDC(Center for Disease Control and Prevention)/CRMLN(Cholesterol Reference Method Laboratory Network)による国際脂質標準化プログラムに基づき標準化を実施した。頚部超音波検査に関しても、計測方法・計測指標等につき統一したプロトコールを作成し、関係者を集めて会議等を開き検査項目等について周知を行う段階までは実施したが、作業等はまだ途中の段階なので、今年度漸次進めていく予定である。症例数に関しては100例程度まで増加したが、まだ目標数には足らないので、来年度以降増やしていく予定である。)による動脈硬化への影響についても検討することを主目的として、本年度は24例について、頚部超音波検査と血液検査の結果を整理し、データ解析を行った。

なお、これまでにも実施した標準化の作業を継続して実施し、研究の質の確保に努めた。具体的には、血液険査に関しては、リスクファクターである脂質、特に総コレステロール、HDLコレステロール、LDLコレステロールなどの測定値を標準化する。その正確性と再現性の確保のために、米国厚生省疾病管理予防センターCDC(Center for Disease Cntrol and Prevention)による国際脂質標準化プログラムに基づき標準化した。頚部超音波検査に関しては、検索範囲・計測方法・計測指標等につき統一したプロトコールを作成し、関係者の会議を開き、検査項目等について周知を図った。現在は学齢期小児の10人に1人が肥満しているといっていいような状況であり、学童期におけるII型糖尿病や血清コレステロール値が200mg/dl以上の者の増加という形になって現れている。このような現状にも関わらず、わが国における小児や思春期における動脈硬化の程度を定量的に評価し、肥満との関連を検討した知見はほとんどない。そこで、性・年齢をマッチさせた症例対照研究により、肥満である小児100-200例と肥満でない小児100-200例の頚部動脈硬化の程度を高解像超音波装置により定量的に評価するとともに、肥満を含めた心血管危険因子(LDLコレステロール等を含む。)による動脈硬化への影響についても検討することを主目的として、本年度は13例について、頚部超音波検査と血液検査の結果を整理し、データ解析を行った。その結果、小児肥満と小児動脈硬化病変について、頸部超音波検査による内膜中膜複合体厚(IMT)および生活習慣などとの関連が明らかになった。その正確性と再現性の確保のために、米国厚生省疾病管理予防センターCDC (Center for Disease Cntrol and Prevention)による国際脂質標準化プログラムに基づき標準化した。
企業の資本投資に関する理論的・実証的研究

3年間にわたる研究実績の概要は以下の通りである。(1)まず、わが国企業の投資行動と経営行動との関係を明らかにするため、日本開発銀行の企業財務データ・バンクとその分析ソフト(平成7年度購入)を用いて実証分析を行った。そして、バブル期以降、わが国企業が行った投資は、必ずしも収益性や成長性の増大に直結していないことを明らかにした。(2)そこで、平成7年度に実施した上場企業約1,000社に対するアンケート調査データをもとに、まずわが国企業の資本投資システムの特質や問題点を解明した。またそれに先立ち投資決定問題に対する組織論的アプローチの意義を、英米文献のレビューを通して検討した。(3)次に、上記のアンケート調査データをもとに、投資案の属性や意思決定プロセスやマネジメント・スタイルといった組織変数と、評価決定スタイルとの間にどのような関連性がみられるかを検討し、その上でどのような投資環境において、どのような評価決定スタイルが最もよく用いられているかを実証的に明らかにした。当該実証分析は、パソコン機器(平成7年度と平成8年度に購入)を駆使して行った。(4)そして、コ-ポレート・ガバナンスに関する議論にも目を向けて、市場原理(つまり株主の視点)も組み入れた新たな目標基準なり評価基準の可能性を検討した。その結果、added valueを用いた新たな財務目標システムの可能性を提示した。さらに、わが国企業の財務データを用いて、実証面からも当該目標基準がどの程度の現実妥当性を有するかを検証した。(5)その上で最終的に、以上の成果を書物の形にまとめて公刊した。今年度は、主に以下の諸点について研究を行った。1,まず、わが国企業が過去において果たして投資に見合うだけの成果をあげてきたがを、財務データをもとに実証分析を行った。ここでは、日本開発銀行の企業財務データ・バンクとその分析ソフトを用いて分析を行った。具体的には、積極的に設備投資を行いながら、方や良好な業績を上げている企業群と、方や業績の良くない企業群にわけて、それぞれの投資行動を説明する財務的要因の抽出を多変量解析手法を用いて行い、その結果いくつかのパターンに分けられることが判明した。2,また同時並行的に、今後のわが国の低成長経済を考慮した場合、改めて投資効率を重視した新たな財務目標基準の構築が必要となる点に着目し、そこで′′added value′′の考え方を提示し、それと従来の株主価値基準との整合性について理論的研究を行った(この結果については、11の研究発表に記載の雑誌論文に公表済み)。3,さらに、わが国企業の投資決定行動に影響を与える組織要因としてどのようなものがあるのかを検証するための基礎データを収集する目的で、上場企業約1,000社に対してアンケート調査票を送付した。これにより、わが国企業の資本投資システムの特質を解明するとともに、財務データ以外の質的データをもとに組織内の投資決定プロセスが投資行動に与える影響についての検討プロセスに入った(平成8年度にかけて引続き統計的分析を行う予定である)。4,実証的研究と並行して、欧米の資本投資や経営戦略に関する最新の文献にも目を通しながら、理論的基礎固めを行った。(1)最近わが国においても盛んに取り上げられているコ-ポレート・ガバナンスに関する議論にも目を向けて、市場原理(つまり株主の視点)も組み入れた目標基準なり評価基準の検討を行った。その結果、added valueを用いた新たな財務目標システムの可能性を提示できるところまできた。(2)さらに、平成7年度に実施した上場企業約1,000社に対するアンケート調査データをもとに、まずわが国企業の資本投資システムの特質や問題点を解明した。またそれに先立ち投資決定問題に対する組織論的アプローチの意義を検討した(この結果については、11の研究発表に記載の図書(国際化社会と企業財務)に公表済み)。

(3)次に、上記のアンケート調査データをもとに、投資案の属性や意思決定プロセスやマネジメント・スタイルといった組織変数と、評価決定スタイルとの間にどのような関連性がみられるかを検討し、その上でどのような投資環境において、どのような評価決定スタイルが最もよく用いられているかを検討した。当該実証分析は、パソコン機器(平成7年度と平成8年度に購入)を駆使して行った。(4)さらに補足的に、わが国企業の財務行動の特質を明らかにするため、日本開発銀行の企業財務データ・バンクとその分析ソフト(平成7年度購入)を用いて実証分析を行った(この結果については、11の研究発表に記載の図書(会計情報と経営分析)に公表済み)。(5)実証的研究と並行して、欧米の資本投資や経営戦略に関する最新の文献にも目を通しながら、理論的基礎固めを行った。以下の内容につき、書物の形にまとめて公刊した。1.まず、わが国企業の投資行動と経営成果との関係を明らかににするため、日本開発銀行の企業財務データ・バンクとその分析ソフト(平成7年度購入)を用いて実証分析を行った。そして、バブル期以降、わが国企業が行った投資は、必ずしも収益性や成長性の増大に直結していないことを明らかにした。2.そこで、平成7年度に実施した上場企業約1,000社に対するアンケート調査データをもとに、まずわが国企業の資本投資システムの特質や問題点を解明した。また、それに先立ち投資決定問題に対する組織論的アプローチの意義を、英米文献のレビューを通して検討した。3.次に、上記にアンケート調査データをもとに、投資案の属性や意思決定プロセスやマネジメント・スタイルといった組織変数と、評価決定スタイルとの間にどのような関連性がみられるかを検討し、その上でどのような投資環境においてどのような評価決定スタイルが最もよく用いられているかを実証的に明らかにした。当該実証分析は、パソコン機器(平成7年度と8年度に購入)を駆使して行った。4.そして、コ-ポレート・ガバナンスに関する議論にも目を向けて、市場原理(つまり株主の視点)も組み入れた新たな目標基準なり評価基準の可能性を検討した。さらに、わが国企業の財務データを用いて、実証面からも当該目標基準がどの程度の現実妥当性を有するかを検証した。
神経新生を調節するＢＲＩＮＰファミリー遺伝子が関与する精神神経疾患の基盤解明

BRINPファミリー(BRINP1, 2, 3)は神経系特異的に発現するタンパク質で、細胞周期抑制能を持つ。本研究では、BRINP1欠損マウスが特定のヒトの精神疾患に類似した行動異常を示すことから、BRINP1欠損マウスにおける組織異常と行動異常の関連性を明らかにすることを目的とした。その結果、BRINP1欠損マウスの海馬では、歯状回における神経新生が増加すると共におよび錐体細胞層における抑制性ニューロンの数が増加することが明らかとなった。また、行動異常を併発するてんかんのモデルマウス作成に用いられるピロカルピンにより、BRINP1の発現が海馬の歯状回で一過性に増加することが明らかとなった。これまでに申請者は,BRINP1ノックアウト・マウスでは,海馬歯状回における神経新生が亢進して未成熟な神経細胞が増加し,神経活動による細胞の変性が増加すると共に,ヒトの精神疾患に酷似した行動異常を示すことを明らかにした。本研究では,BRINPs-KOマウスの解析(項目A)、細胞レベルの解析(項目B)、タンパク質機能の解析(項目C)を通じて、BRINPの精神疾患発症との関わりを明らかにすることを目的としている。本年度は、主に項目CについてBRINPタンパク質に対する抗体の作成とこれを用いた解析を行い、以下の結果を得た。小麦胚芽無細胞タンパク質合成系を用いて、全長のmBRINP1(88.6kDa)、rBRINP2(89.1kDa)、rBRINP3(88.4kDa)タンパク質(Hisタグ付き)を合成し、界面活性剤存在下で精製した。総量にして1.0-1.8μg(用いたプラスミド1μgあたり4.9-7.3μg)の合成各BRINPタンパク質が得られた。これを抗原としてウサギに免役した結果、抗原を用いたELISAにより抗体価の上昇が確認できたので、10週間後に全採血を行い、抗血清を得た。これを用いて、ウエスタンブロット解析を行った。その結果、各抗BRINP抗体は、全長BRINPタンパク質の分子種を認識していることが明らかになった。また、抗BRINP2抗体が最も高い特異性を示した。3T3細胞に発現させたBRINP2を免疫蛍光染色によって観察したところ、小胞体における局在が検出された。また初代培養下のマウス海馬神経細胞を同様に観察したところ、抗BRINP抗体によりBRINPsが神経細胞に特異的に発現することが確認できた。また神経繊維上にシナプス小胞等の小胞体に対応したドット状の局在が観察された。海馬におけるBRINPsの発現は、BRINP1が大部分を占めることが示唆された。我々が同定したBRINPファミリーは、神経系特異的に発現する新規の細胞周期抑制因子である。本研究では各BRINPの病態における役割の解明を目的とし、本年度は以下の2項目について研究を行った。1)BRINP欠損マウス: BRINP1欠損マウスでは、成体海馬歯状回における神経新生が亢進すると共に活動依存的な細胞変性が亢進していた。さらに、歯状回では、未成熟な神経細胞の指標であるdoublecortinの発現が顕著に増加していたが、より成熟した神経細胞の指標であるcalretininやcalbindinの発現レベルに変化はなかった。また、CA1領域特異的に、parvalubmin陽性の抑制性介在神経細胞の数が増加していた。一方、BRINP3欠損マウスの作成にも成功し、外形的には正常に出生・発達することが明らかになった。現在、BRINP3欠損マウスにおける脳組織の形成異常の解析を始めた。2)活動依存的なBRINP遺伝子の発現誘導:既に、カイニン酸によるグルタミン酸受容体刺激によって、BRINP1遺伝子の発現が海馬歯状回において特異的に増加することを明らかにしている。本年度は、てんかん誘導物質であるピロカルピン(mACh-R作動薬)およびペンチレンテトラゾール(GABA-R拮抗薬)が歯状回におけるBRINP1遺伝子の発現を顕著に増加させることを見出した。これらの結果より、BRINP1欠損による細胞周期抑制の解除は、神経新生を亢進させると共に神経回路の形成不全(未成熟な海馬)をもたらし、BRINP1欠損マウスが示すヒト精神疾患に類似した、多動性、不安様行動の減少、社会性の欠如などの行動異常の器質的基盤(中間表現型)となっている可能性が高い。さらに、種々の刺激やストレスによる神経活動亢進によって誘導されるBRINP1は、過興奮による細胞変性から海馬神経細胞を保護していると考えられる。

これまでに申請者は、BRINP1ノックアウト(KO)マウスにおいて、海馬歯状回における神経新生の亢進、未成熟な神経細胞の増加と神経過興奮時における脆弱性、ヒト精神疾患の症状に類似した行動異常を示すことなどを明らかにした。項目AのBRINP-KOマウスの作製と行動解析については、BRINP3ターゲティングベクターを用いた相同組み換えESクローンを得、キメラマウスの作製を経てBRINP3ヘテロKOマウスを得ることができた。現在、BRINP3ホモKOマウスを得るためのBRINP3ヘテロ同士、また、BRINP1とBRINP3とのダブルKOマウス作製のための交配が進行中である。BRINP2については、相同組み換えを起こしたES細胞の選択を現在行っている。項目BのBRINPファミリーのタンパク質機能の解析については、神経幹細胞(NSC)にBRINP-GFPの融合タンパク質を強制発現させタイムラプス解析により細胞増殖を観察した。NSCにBRINPタンパクを強制発現すると、30時間の観察において途中で細胞死を起こす細胞の割合がコントロールのGFP発現細胞の約45%から約70%に増加した。BRINPの発現はNSCが神経細胞へ分化する際に一過的に上昇すること、BRINPの発現は神経分化を直接誘導しないことから、BRINPが神経細胞の分化・成熟過程においてG0期への突入を促進し、持続的なBRINPの発現は細胞死を誘導することが示唆された。異なる発達時期のマウスにおける神経新生を解析したところ、BRINP1-KOにおける神経新生の亢進は7、8週齢のマウスで顕著であり、10週齢のマウスでは野生型マウスとあまり変わらないことが明らかとなった。項目Aについては、BRINP3ノックアウトマウスの作成が順調に進行している。項目Cについては、抗BRINP1抗体が得られて解析を開始した(上記の成果)。ただし、項目Bについては、BRINP1ノックアウトマウスの繁殖が遅いため解析が遅れている。25年度が最終年度であるため、記入しない。項目AについてはBRINP3ヘテロマウスが得られたが、ヘテロ同士の掛け合わせによる繁殖の効率が悪く解析可能なBRINP3-KOマウスが得られていない。項目Bについては、現在組織化学的解析を重点的に行っているため、タンパク質相互作用の解析が遅れている。項目Aについては、BRINP2ノックアウトマウスの作成を急き、当該年度内に解析を開始できるようにする。項目Bについては、動物の飼育方法を改善し、より多くのマウスを解析に用いるように努力する。項目Cについては、各BRINP-KOマウスから調製した海馬サンプル用いて2次元電気泳動-質量分析によるプロテオミクス解析を重点的に行い、タンパク質の変動を明らかにする。項目AについてはBRINP3ヘテロ雌マウスの子育てに問題(育児放棄)があるため、現在ICRマウスを里親にすることで改善中である。今後、BRINP3のKOマウスを用いて成体脳における組織化学的な解析を神経・グリアマーカーや神経分化の段階に特異的なマーカーの発現などBRINP
宣言型プログラムを対象とする高階項書換え系の計算理論

宣言型プログラミングの計算のモデルとしての高階項書換え系の諸性質の解明を行った.特に,高階の単一化に関わる機能や一階の項を操作する機構など,高階性に由来する強力な計算能力を活かした計算の理論の構築をはかり,宣言型プログラムのプログラム変換や自動導出研究の基礎の確立に貢献することを目指した.以下に得られた研究成果をまとめる.1.高階書換え系における簡約の戦略について,一階の場合と同様な標準化定理が成立することを確認した.高階簡約の標準化定理はLeft-linear Fully-extendedであるパターン書換え系について成立する.2.標準簡約の概念を組み込んだ高階の計算系HOLN(Higher-order Lazy Narrowing Calculi)を設計し,健全性・完全性の証明を得た.さらに,HOLNを関数・論理型言語の計算モデルとしたときに考えられるいくつかの最適化について考察した.最適化によっても,完全性が失われないことを示した.3.HOLNは高階単一化,遅延ナローイングを組み込んだ計算系であり,本研究の成果をシステムとして実現するものである.さらにHOLNを実装し,関数・論理型言語のモデルとしての適切性について評価を行った.条件付きナローイング計算系が,外変数のない合流性をもつ条件付き書換え系について,正規化可能解に関して完全であることを以前に示していたが,さらにゴールの中の等式選択の戦略として,最左戦略をとっても完全であることを新たに明らかにした.ここで得られた照明技法は上記2.において高階計算系HOLNの完全性を証明する上でも活用された.本研究では,高階項書換え系を宣言型プログラミングの計算モデルとして用い,計算理論の構築を図り,宣言型プログラムのプログラム変換や自動導出研究の基礎確立に貢献する.新しく得られた研究成果は次の通りである.1.ナローイング計算系の戦略に関する研究宣言型プログラミングの計算モデルとして利用される条件付きナローイング計算系LCNC(Lazy Conditional Narrowing Calclus)は,求解完全性をもつことが,Hamada,Middeldorp,Suzukiによりすでに証明されている.しかし,この完全性の証明の中では,次に解く等式を選択するための関数が与えられていないため,LCNCをそのまま計算モデルとして採用すると,等式選択のためにバックトラックを必要とし,求解の効率が悪かった.本研究では,等式選択のためのバックトラックを必要としない求解法について考察し,等式の選択関数を導入した.さらに,新しく導入した選択関数のもとでの求解完全性の証明を行なった.選択関数の導入は,LCNCを計算モデルとする宣言型プログラミング言語の実装の指針を与えるという点で重要である.2.高階遅延ナローイング計算系に関する研究本研究に先立ち我々が考案した高階遅延ナローイング計算系LNffでは,高階変数を含む等式を解くための推論規則を適用する場合の非決定性が高い.本研究では,LNffに内在する非決定性を除去するための改良を加えた.段階的に非決定性の除去を行なうことにより,LN1LN4と呼ぶ4つの新たな計算系を得た.また,提案した各計算系についてそれぞれ,計算モデルとして重要な性質である求解完全性の結果を証明した.宣言型プログラミングの計算のモデルとしての高階項書換え系の諸性質の解明を行った.特に,高階の単一化に関わる機能や一階の項を操作する機構など,高階性に由来する強力な計算能力を活かした計算の理論の構築をはかり,宣言型プログラムのプログラム変換や自動導出研究の基礎の確立に貢献することを目指した.以下に得られた研究成果をまとめる.1.高階書換え系における簡約の戦略について,一階の場合と同様な標準化定理が成立することを確認した.高階簡約の標準化定理はLeft-linear Fully-extendedであるパターン書換え系について成立する.2.標準簡約の概念を組み込んだ高階の計算系HOLN(Higher-order Lazy Narrowing Calculi)を設計し,健全性・完全性の証明を得た.さらに,HOLNを関数・論理型言語の計算モデルとしたときに考えられるいくつかの最適化について考察した.最適化によっても,完全性が失われないことを示した.3.HOLNは高階単一化,遅延ナローイングを組み込んだ計算系であり,本研究の成果をシステムとして実現するものである.さらにHOLNを実装し,関数・論理型言語のモデルとしての適切性について評価を行った.条件付きナローイング計算系が,外変数のない合流性をもつ条件付き書換え系について,正規化可能解に関して完全であることを以前に示していたが,さらにゴールの中の等式選択の戦略として,最左戦略をとっても完全であることを新たに明らかにした.ここで得られた照明技法は上記2.において高階計算系HOLNの完全性を証明する上でも活用された.