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世界史教育内容編成論の研究－ＥＳＤの視点に基づく「現代の諸課題」からの再構成－

平成30年度は、研究計画調書の研究方法AにおけるESDのカリキュラムモデルの「現代の諸課題」に基づく単元の開発と改善の研究として、「環境」領域の単元「資源・エネルギー問題」の開発を行い、2018年6月に高等学校2校(奈良県立登美ケ丘高校、奈良県立法隆寺国際高校)において授業実践を行った。2019年2月には登美ケ丘高校において総合的な学習の時間課題研究発表会に参加し、ESDにかかる生徒発表についての講評を行った。研究方法Bにおける「現代の諸課題」と関わる世界遺産を教材化し、その意義を実践から分析する研究の一環として、8月下旬から9月上旬にかけて、産業革命に関わるイギリスの世界遺産(マンチェスター、リバプール等)の踏査による資料収集を実施した。学会参加については、2018年8月18日に奈良教育大学で開催された日本ESD学会に実行委員として参加し、発表者の発表準備の補助と参加者の誘導を行った。分科会ではESDを主題とした発表から知見を得るとともに、ESDの研究者・実践者と情報交換を行った。11月3日には、奈良教育大学で開催された日本社会科教育学会第68回全国研究大会に参加し、大会実行委員として大会運営に関わるとともに、ESDや世界史教育に関する資料収集を行った。2019年2月9日から10日に兵庫教育大学で開催された社会系教科教育学会第30回研究発表大会に参加し、研究方法Cにおける「現代の諸課題」を主題とした議論を行い、学習者の価値観の変容を実践から分析した成果を、自由研究発表「ESDの「環境」領域からの世界史教育内容開発ー単元「近代日本の産業発展」を事例としてー」において報告した。また、これまでの研究成果を博士学位申請論文としてまとめ、2019年2月23日に学位申請論文公聴会を開催することで、関係する研究者や実践者に対して研究成果発表を行った。研究計画調書の表2「研究方法に基づく年度別研究計画」における平成30年度では、研究方法Aにおいて「環境」領域の単元「1資源・エネルギー問題」の開発を行い、研究方法Bにおいては世界遺産踏査と実践分析に着手し、研究方法Cにおいて「経済」領域の単元「3南北問題」、「社会」領域の単元「6平和と安全の問題」の実践分析を行うことを計画していた。研究方法AとBの進捗については、上記平成30年度の研究実績の概要で示した。研究方法Cの「3南北問題」と「6平和と安全の問題」の実践分析については、学位申請論文にその実践分析を掲載することができた。結果として、平成30年度はその研究計画を全て予定通り進めることができ、平成31年度(令和元年度)に予定していた単元「1資源・エネルギー問題」の実践についても、上記2校においてすでに実施済みであり、その実践分析についても「3南北問題」と「6平和と安全の問題」同様に、学位申請論文に掲載することができた。研究計画調書の表2「研究方法に基づく年度別研究計画」における平成31年度(令和元年度)では、研究方法Aにおいて単元「1資源・エネルギー問題」の実践と単元「3南北問題」と「6平和と安全の問題」の改善を行い、研究方法Bにおいては世界遺産踏査と実践分析を進め、研究方法Cにおいて単元136の実践分析を行う計画であった。すでに単元136は開発・実践済みであるため、今後はその改善に着手する。そして、可能であれば、改善した単元の実践と分析を行うことで、開発単元の完成度を高め、ESDのカリキュラムモデルの有効性を検証することを目指す。また、研究計画調書の表1「ESDの視点を導入した世界史のカリキュラムモデル」に示した他の単元「2環境問題」、「4自由・民主化の問題」、「5人種・民族問題」の改善に向け、新たな世界遺産踏査と情報収集を行う予定である。2019年2月9日から10日に兵庫教育大学で開催された社会系教科教育学会第30回研究発表大会に参加し、研究方法Cにおける「現代の諸課題」を主題とした議論を行い、学習者の価値観の変容を実践から分析した成果を、自由研究発表「ESDの「環境」領域からの世界史教育内容開発ー単元

「近代日本の産業発展」を事例としてー」において報告した。また、これまでの研究成果を博士学位申請論文としてまとめ、2019年2月23日に学位申請論文公聴会を開催することで、関係する研究者や実践者に対して研究成果発表を行った。研究計画調書の表2「研究方法に基づく年度別研究計画」における平成30年度では、研究方法Aにおいて「環境」領域の単元「1資源・エネルギー問題」の開発を行い、研究方法Bにおいては世界遺産踏査と実践分析に着手し、研究方法Cにおいて「経済」領域の単元「3南北問題」、「社会」領域の単元「6平和と安全の問題」の実践分析を行うことを計画していた。研究方法AとBの進捗については、上記平成30年度の研究実績の概要で示した。研究方法Cの「3南北問題」と「6平和と安全の問題」の実践分析については、学位申請論文にその実践分析を掲載することができた。結果として、平成30年度はその研究計画を全て予定通り進めることができ、平成31年度(令和元年度)に予定していた単元「1資源・エネルギー問題」の実践についても、上記2校においてすでに実施済みであり、その実践分析についても「3南北問題」と「6平和と安全の問題」同様に、学位申請論文に掲載することができた。研究計画調書の表2「研究方法に基づく年度別研究計画」における平成31年度(令和元年度)では、研究方法Aにおいて単元「1資源・エネルギー問題」の実践と単元「3南北問題」と「6平和と安全の問題」の改善を行い、研究方法Bにおいては世界遺産踏査と実践分析を進め、研究方法Cにおいて単元136の実践分析を行う計画であった。すでに単元136は開発・実践済みであるため、今後はその改善に着手する。そして、可能であれば、改善した単元の実践と分析を行うことで、開発単元の完成度を高め、ESDのカリキュラムモデルの有効性を検証することを目指す。また、研究計画調書の表1「ESDの視点を導入した世界史のカリキュラムモデル」に示した他の単元「2環境問題」、「4自由・民主化の問題」、「5人種・民族問題」の改善に向け、新たな世界遺産踏査と情報収集を行う予定である。平成30年度末に成果報告の一部として発行した「世界史教育における内容編成論の研究」要約版印刷製本代捻出のため、導入予定であった複合プリンタを最少構成で購入せざるをえなくなった。したがって次年度使用分は、令和元年度当初に当該年度分の助成金と合わせ、複合プリンタの増設トレイ導入のために使用する計画である。
澱粉調理における効果的な酸添加法

澱粉の老化過程の評価方法についてDSC測定,澱粉ゲルの破断測定および澱粉糊液の離水率測定と透過度測定により検討した.これより,45日間以上糊化した澱粉を保存すると老化の進行具合がほぼ平衡状態となることがわかった.また,酸を澱粉に添加すると澱粉糊液の粘度やゲルのゲル強度は低下する傾向にあったが,澱粉の糊化後に酸を添加すると改善された.また,酸は澱粉の糊化および老化にほとんど影響はないことが明らかとなった.澱粉の老化過程の評価方法についてDSC測定,澱粉ゲルの破断測定および澱粉糊液の離水率測定と透過度測定により検討した.これより,45日間以上糊化した澱粉を保存すると老化の進行具合がほぼ平衡状態となることがわかった.また,酸を澱粉に添加すると澱粉糊液の粘度やゲルのゲル強度は低下する傾向にあったが,澱粉の糊化後に酸を添加すると改善された.また,酸は澱粉の糊化および老化にほとんど影響はないことが明らかとなった.【研究の目的】澱粉の糊化・老化および調味料の添加による食味の変化の関係については,実際に調理手順を組み立てる上で極めて重要である.本研究では澱粉のテクスチャーを大きく変化させる要因である澱粉の老化と調味料の有機酸に着目し,機器分析の結果から澱粉食品の糊化・老化特性と食感を任意に制御する方法を見出すことを目的とする.【実施方法】澱粉にはコーンスターチ,ジャガイモ澱粉およびタピオカ澱粉を用いた.コーンスターチの濃度はゲルを形成する1520wt%とした.ジャガイモ澱粉とタピオカ澱粉は可能な限り広い濃度範囲に設定した.澱粉の糊化挙動を調べるためDSC測定を行った.また,澱粉の老化挙動を調べるために破断測定,離水測定および透過度測定を行った.【結果】老化の評価方法を検討するため,澱粉試料を最大90日まで保存したところ, DSC測定では保存期間が長くなるにつれて再糊化に伴う吸熱エンタルピーの大きさは大きくなった.しかし,コーンスターチゲルのゲル強度を調べると,ゲル強度は保存30日後までは増加し,その後,保存40日後まではほぼ一定の値をとった.保存60日を超えるとゲル強度は低下した.ゲル強度の低下は腐敗が原因であると考えられたので,老化過程の検討は45日間の保存で行うのがよいと考えられた.また,ジャガイモ澱粉糊液の離水率は濃度の低いものは保存10日を過ぎるとほぼ一定となり,短期間で老化の評価ができることがわかった.しかし,濃度の高い試料では保存45日後でも離水率は高くなり続けた.透過度の変化も離水率の変化と同様であった.したがって,澱粉の濃度により,老化を評価するための保存期間を変化させる必要があるが,テクスチャーの変化を検討するためには45日程度の保存により老化を評価することができるとわかった.また,有機酸を添加することにより澱粉の老化の進行具合にほとんど影響はなかった.【研究の目的】澱粉の糊化・老化および調味料の添加による食味の変化の関係については,実際に調理手順を組み立てる上で極めて重要である.本研究では澱粉のテクスチャーを大きく変化させる要因である澱粉の老化と調味料の酸に着目し,機器分析の結果から澱粉食品の糊化・老化特性と食感を任意に制御する方法を見出すことを目的とした.【実施方法】澱粉にはコーンスターチ,ジャガイモ澱粉およびタピオカ澱粉を用いた.種々の澱粉の濃度範囲は可能な限り広く設定した.種々の澱粉の糊化・老化特性を比較するためDSC測定および離水測定を行った.また,それぞれの澱粉分散液にクエン酸を添加してpHを調整し,酸による澱粉の老化への影響についても検討した.【結果】種々の澱粉糊液の老化過程の比較は,澱粉糊液の離水率の経時変化により検討した.コーンスターチ糊液では14日以内の短い保存期間で離水率が急激に高くなり,その後はほぼ一定となった.一方,ジャガイモ澱粉糊液では60日間の長期保存でも徐々に離水率は増加し,その後はコーンスターチよりも高い離水率でほぼ一定となった.一方,タピオカ澱粉は90日間保存しても全く離水を起こさなかった.また,澱粉ゲルの老化過程はDSC測定により検討した.DSC測定から得られた老化率の経時変化からは,コーンスターチとジャガイモ澱粉の老化の進行具合に差は認められなかった.タピオカ澱粉の老化は全く起こらなかった.したがって,用いた澱粉の中でタピオカ澱粉が最も老化しにくいとわかった.また,澱粉に酸を添加しても澱粉の老化の進行具合にほとんど影響はなかったが,pH3.0程度の低pHにすると澱粉糊液の離水はほとんど起こらず老化の進行具合がゆるやかになると思われた.したがって,酸を添加しても澱粉食品の老化に対しては考慮する必要のないことがわかった.
マイクロフレームによる微視的拡散火炎混合過程の実験的研究

拡散火炎の本質を把握する上で、階層的に微視から巨視に至る火炎構造をとらえることは重要課題である。拡散火炎混合過程における各階層での秩序的な火炎構造をとらえかつ、そのつながりの規則を研究することは、反応を伴う拡散作用の動的燃焼システムを解明することにつながり、従来の実験結果をより深く理解でき、従来にない燃焼工学的な見地を見出す可能性を内在している。特に、微視的火炎構造の性状を研究することは、燃焼限界や燃焼範囲等の物理的燃焼特性を詳細に説明するに留まらず、分子レベルでの燃焼工学的考察を必要性の指針を含んでいる。本研究では、Re数(Re数と略す)を構成する流体力学的因子であるバ-ナ出口直径と噴出速度に着目し、Re数を関数として定常拡散火炎が形成できる範囲を観察し、直接写真撮影法及び目視により測定した実験結果によりその燃焼特性を評価した。燃焼バ-ナは、40700μmの出口直径を有するマイクロバ-ナを用い、上限(吹き飛び寸前に対応する)及び下限(消炎寸前に対応に対応する)Re数を求めその火炎形状及び燃焼特性について種々検討し、特異な燃焼特性を示す拡散火炎が存在することを示した。ここでは、主に下限レイノルズ数でのメタン燃料(CH_4)によって形成されるマイクロフレームを可視化し、幾何学的及び燃焼工学的特性を定量的に評価することにより、分子拡散作用の燃焼特性に与える影響を具体的に明らかにした。また、本研究で用いた可視化法は、燃焼領域を撮影するための直接撮影法と火炎形成領域を撮影するためのレーザ・シャドウグラフ法を用いた。さらに、通常のマイクロフレームをさらに微小並びパルス化し制御する目的のために、マイクロバ-ナによる2重管を製作し、マイクロツールとしての拡散火炎の燃焼特性を直接撮影法により可視化した。この2重マイクロフレームを開発することにより、単純バ-ナでは形成不可能な微小拡散火炎を実現でき、その燃焼特性を考察し、マイクロツールとしての実現の可能性を示した。
海水ウランの効率的吸着採取プロセスの開発

経済的な海水ウラン採取プロセスの確立をめざして,(1)係留固定層ー海流利用システム、(2)中空繊維固定層ーポンプ利用システムという二つのシステムの完成を目的として、両者を比較しつつ、海洋での試験を中心に開発研究を行った。(i)係留式海流利用システムの開発:吸着床を吊るすロ-プをウンイチで制御して吸着床を傾斜させて吸着効率を向上させる方式を考えた。実機の1/10縮尺模型を海上において2ノットの速さで曳航し、ウラン吸着実験を行い、吸着シミュレ-ションを実施するために必要なデ-タを得た。(ii)繊維状吸着剤の係留式採取法への適用:吸着かご内に糸まり状の繊維を入れて吸着する係留式では、海水が糸まり体内を通過することによりウランが吸着されるので、充填状態と吸着効率の関係を最適化した。細い繊維を用いるときには、繊維を疎に充填する方がよく、太い繊維でも密に充填すれば、細い繊維とほぼ同等の吸着量が得られることなどが明らかになった。(iii)球状吸着剤の係留式採取法への適用:樹脂をサランネットの袋に充填し,吸着床ユニットに固定した.30時間曳航し.50時間係留した場合と60時間曳航し,930時間係留した場合,それぞれ海水ウラン吸着量は0.23mg/g,1.32mg/gとなる,予想以上に高いウラン吸着量が認められた.(iv)中空繊維充填装置ポンプ利用システムの開発:海水の前処理としてプリ-ツ型フィルタ-を用いて濾過を行い,その効果を調べた.付着物質はおもに無機性の物質であり,海水中に粒子として存在する懸濁物が付着したと考えられる.このうち鉄分が60%を占め,汚れの指標となった.(v)採取システムの設計と評価:係留固定層ー海流利用システム、流動層ー海流利用システム、充填層ー海流利用システムについて提案されたシステムとその設計、計算法にもとづいて比較し,コスト計算を行った。
自律的なスレッドの計算機間移動を可能とする並列プログラミング環境の構築

本研究は、多数の高性能なパーソナル・コンピュータを1Gbps高速ネットワークに接続したクラスタ計算機の上に、多数のスレッドが自律的に論理ネットワークを構築しながら、クラスタ上を移動する並列プログラミング環境を実現することを目的とした。本環境を使って、ネットワーク応用問題、シミュレーション等の並列化を目指し、予定通り実現した。昨年度は、スレッドのネットワーク関数、スレッド管理プロセス等の基本部分を実現した。今年度は、スレッドの動作とネットワークの構築を柔軟に記述するための言語M++の設計、および、その言語プリプロセッサの開発を行い、本並列プログラミング環境を完成させた。さらに、本環境を用いてアプリケーションプログラムを開発し、本環境が提供するプログラムの記述性と性能の評価を行った。アプリケーションには、ネットワーク応用問題として、ATRが開発した成長型ニューラルネットワークCodi-1bitを、マルチエージェント型シミュレーションプログラムとして、UCLAが開発したAnt Farmを用いた。これ2つのアプリケーションを、本環境(M++)とメッセージパッシングライブラリ(MPI)を用いて並列化し、双方の記述性と性能について比較を行った。その結果、性能では、最適化されたMPIプログラムに比べて同等か、1.5倍程度劣るものの、記述面では、元来のアプリケーションアルゴリズムとの意味的相違を抑え、かつ、それぞれのシミュレーションエンティティを自己移動型スレッドに隠蔽することができ、MPIに比べて遥かに優れた並列プログラミング環境であることを実証した。この結果を論文にまとめ、Cluster Computing 2001に投稿することにしている。本研究は、多数の高性能なパーソナル・コンピュータを1Gbpsの高速ネットワークに接続したクラスタ計算機の上に、多数のスレッドが自律的に論理ネットワークを構築しながら、クラスタ上を移動する並列プログラミング環境を実現することを目的とする。本ププログラミング環境を使って、種々のグラフ応用問題、シミュレーション等の並列化を目指している。技術的課題は、(1)スレッドの移動と論理ネットワークの構築を記述するための言語設計、(2)スレッドに割り当てられたスタックと動的メモリの移動方法の確立、および、(3)論理ネットワークのノードの静的及び動的な配置による負荷分散、の3点である。本年度は、研究環境の整備から始め、1Gbpsの転送能力を持つMyrinetネットワークに、Pentium-II(450MHz)と128Mbyteメモリからなるパーソナル・コンピュータ8台を接続してPCクラスタを構築した。技術的課題(1)に対処するために、自律的に移動するスレッド、および、論理ネットワークを構成するノードとリンクをC++の基本オブジェクトとしてユーザに提供した。スレッドの移動、ネットワークの構築は、これらのオブジェクトのメソッド呼び出しとして実現した。計1200個のスレッドを、PCクラスタ上でランダム・ウォークさせたときの基本性能を測定し、言語の基本設計と共に、その成果をIWCC'99にて発表した。さらに、技術的課題(2)に対処するために、カリフォルニア大学で開発されたMESSENGERSモバイルエージェント・システムをPCクラスタに移植し、動的メモリの移動を実現して、我々の技法の実現可能性を証明し、PDPTA'99にて発表した。次年度の課題は、MESSENGERSで実現した動的メモリの機能を、自律的に移動するスレッドに付加すること、さらに、技術的課題(3)に対処すると共に、応用プログラムの開発とその性能評価を行うことである。
新奇性はどうやって生まれるのか？ゲノム編集によるアプローチ

翅に水玉模様をもつミズタマショウジョウバエに対してCRISPR/Cas9法によるゲノム編集技術の導入を試み、遺伝子の模様形成に果たす役割と、遺伝子相互の調節関係を明らかにすることを試みた。まず翅の着色の発達を画像解析により定量的に測定する方法を確立した。次に、CRISPR/Cas9法について、キイロショウジョウバエで用いられている方法を参考に、方法の有効性を簡便に示すため、X染色体上の遺伝子をターゲットとした。試行錯誤の結果、複数の遺伝子について、インジェクション当該世代G0モザイク個体と、生殖系列に変異が伝わることで樹立されたノックアウト系統を作成する方法を確立した。翅に水玉模様をもつミズタマショウジョウバエを用いて、模様形成に必要な遺伝子群を同定し、遺伝子の強制発現、RNA干渉による発現抑制、またはCRISPR/Cas9法によるゲノム編集技術の導入を試み、それらを組み合わせて用いることで、各遺伝子の模様形成に果たす役割と、遺伝子相互の調節関係を明らかにすることを試みている。模様形成の一般的なロジックを理解するとともに、近縁種との比較により、模様形成システムがどのように進化して来たのかを明らかにすることを目的としている。まず本研究の主要テーマと関連して、ミズタマショウジョウバエの模様の進化と新奇性の起源に関する論考を執筆、公表した。ミズタマショウジョウバエを模様形成研究のモデルシステムとするためには、様々な実験手法を開発、適用する必要がある。そのために、ミズタマショウジョウバエの飼育条件を検討した。また翅の着色の発達を画像解析により定量的に測定する方法を確立し、野生型における着色の時系列変化を記録した。これにより、変異体作出後に野生型と比較することにより、小さな表現型の変化も漏らさずに捉える事ができるようになった。メラニン合成系の遺伝子群を個別にクローニングし、プローブを作成してin situハイブリダイゼーションを行い、蛹の翅での発現状況を明らかにした。まだテストしていない遺伝子について解析を継続している。CRISPR/Cas9法について、キイロショウジョウバエで用いられている方法を参考にし、試験的な実験を行っている。方法の有効性を簡便に示すため、X染色体上の遺伝子をターゲットとしている。引き続きゲノム編集技術の本種への適用を進め、トランスジェニックと組み合わせる事で単一の遺伝子の機能のみならず遺伝子の調節関係まで含めて解析する予定である。おおむね当初の予定通り進行している。CRISPR/Cas9法を本種において安定的に行う方法は確立していないが、準備は順調であり目処はつきつつある。翅に水玉模様をもつミズタマショウジョウバエを用いて、模様形成に必要な遺伝子の候補について、CRISPR/Cas9法によるゲノム編集技術の導入を試み、各遺伝子の模様形成に果たす役割と、遺伝子相互の調節関係を明らかにすることを試みた。またミズタマショジョウバエの実験材料としての特性と長所についての総説を執筆した。ミズタマショウジョウバエを模様形成研究のモデルシステムとするためには、さらに様々な実験手法を開発、適用する必要がある。また蛹期の形態の特徴を時系列に整理し、ステージ表を作成した。翅の着色の発達を画像解析により定量的に測定する方法を確立し、野生型における着色の時系列変化を記録した。ゲノム編集(CRISPR/Cas9法)による遺伝子ノックアウトについて、様々な条件を試行した。方法の有効性を簡便に示すため、X染色体上の遺伝子をターゲットとした。その結果、高い効率でG0(インジェクション当該世代)の変異体、および変異が生殖細胞系列を通じて受け継がれたノックアウト系統を得られる方法を確立した。実施計画に従って、着実に研究を進めて行く予定である。進化発生生物学CRISPR/Cas9の実験がまだ条件検討の段階であり、本格的に系統を作出していくための費用を次年度に使用する事としたため。前年度よりも人件費(実験補助)に支出する金額を増やし、研究を加速する。
接木技術の高度化による多様性回復とモノカルチャーの共実現

農作物生産におけるモノカルチャーの拡大は農業産業化に貢献した一方、その弊害として生物多様性の喪失、土壌衰退、ひいては地球規模の環境破壊の増大を招いた。世界人口急増という目下の課題の元、モノカルチャーの包有する脆弱性・環境リスクには注意が向けられるものの、生産者にとって利便性の高いシステムであり、直ちに停止することは事実上困難である。そこで、モノカルチャーを排除せず受け入れつつも、生物多様性を担保する新しい栽培システムの構築を「接木」という古典的な農業手法に焦点をあて、本研究ではその利便性を高める技術改良へ向けて検討を行った。既遂研究として、これまでに接木部位の時系変化を形態学的に調べ、合わせてオミクス解析を行い、分子情報のデータベースを構築してきた。これまでの研究で、細胞壁修飾に関連する遺伝子が多く発現することが見出されており、研究の進んだものとして細胞壁消化に関わるセルラーゼ遺伝子が接木の成立に重要であることを見出してきた。接木部位で細胞壁消化が起こることによって、接木境界部の細胞同士が近接して接合されやすくなることが推察されたが、最終的に接合されるためには、さらに細胞壁消化後に互いの細胞壁が架橋されることが重要であると考えられた。そこで本研究では、同様のデータベースを用いて、細胞壁消化ではなく、反対に細胞壁をつなぐ因子の単離を試みた。接木部位で細胞壁を架橋することができれば、接木部位の接着性は高まり、接木技術を改良することができると考えた。これまでに、タバコ属植物が接木を得意とすることを見出していたため、本研究でもタバコ属植物から細胞壁架橋に関わる因子を探索した。関連するトランスクリプトームデータを再解析した結果、新たに1つの細胞壁架橋に関わる遺伝子を同定することに成功した。今後、この遺伝子の機能をより詳細に調べていきたい。本研究では、接木技術の利便性を高めることを目的に、技術改良を目指している。これまでに、接木の分子機構をトランスクリプトーム解析によって調べることで、接木部位が接着する際の細胞壁架橋に関与する遺伝子を同定することができた。知見に基づき、接木部位で細胞壁を架橋することが促進できれば、接木部位の接着性は高まり、接木技術を改良することができると考えられ、研究目標に向けた着実な成果を得ることができた。同定された遺伝子について、接木部位で発現誘導できる形質転換体を作出する。それら形質転換体の接木試験を行い、接木への影響を調べる。人材のリクルーティングがなかったため、今年度の人件費の支出がなかった。次年度は、タバコ形質転換体植物の作出に大きなコストが必要であるため、人件費を多く当て、そちらに重点をおいて予算を執行し、研究を遂行する。また実験の都合上、微量高速冷却遠心機の追加購入の必要性が生じたため、そちらを購入して円滑に研究を遂行する。
エチレンセンサーたんぱく質ETR1における情報伝達機構の解明

エチレンは植物の生理現象に深く関与する植物ホルモンである。近年、植物のエチレン受容体として2成分情報伝達系に属するETR1 familyが同定され、エチレン情報伝達に関する植物生理学的な研究が多く報告されている。しかしながら、エチレン濃度情報を伝達する機構は分子レベルとなると、ほとんど解明されていない。これは、ETR1が高等植物由来の膜タンパク質であり、かつ、銅イオンを必須とする金属タンパク質でもあることから、その発現系構築が極めて困難であることが要因である。そこで、本研究では、X線吸収スペクトルなどの各種分光法や立体構造解析に供すことができる量のETR1タンパク質を得ることが可能となるような大量発現系構築を目的とした。平成17年度からメタノール資源化性酵母P.pastorisを利用した大量発現系構築に着手し、さらに本年度はETR1 familyに属するERS1の発現系構築も試みた。いずれの場合にも、プロトコールどおりの手法では転換効率や再現性が悪く、安定した形質転換体が得られなかったため、エレクトロボレーターを用いることで転換効率の改善を行った。ETR1/ERS1タンパク質の発現を確認する第一のステップであるウェスタンブロッティングの結果から、現時点ではETR1やERS1タンパク質の発現確認に至っていない。Gタンパク共役型受容体(GPCR)の場合、P.pastorisの変異株を用いることで大量発現系構築に成功した例が報告されているため、本研究でも期待の持てる変異株だと考えられる。この株を入手する手続きを行ったが、Material Transfer Agreement(MTA)の締結の関係から年度内に入手することはできなかった。近年、植物ホルモン受容体に関する分子レベルでの研究が進んできた。植物ホルモンの中で最も単純な分子構造を持つエチレンに関する研究は特に進んでおり、エチレン受容体ETR1タンパク質が2成分情報伝達系に係わる因子であることも既に知られている。しかしながら、ETR1が高等植物由来の膜タンパク質であることから大量発現や精製が困難であり、分子レベルでエチレン濃度の情報伝達機構を解明するには至っていない。本研究ではETR1を精製タンパク質として得ることを目的として、シロイヌナズナ由来の培養細胞T87によるETR1-6xHis-tag融合タンパク質高発現系の培養条件を検討した。種々の条件で培養した細胞から膜画分を得て、抗His-tag抗体によるウェスタンブロットでETR1の発現を確認し、各種の界面活性剤で可溶化した。その後、metal affinityカラムを利用してタンパク質の精製を試みたが、いずれの界面活性剤を用いた場合でも精製ETR1を検出することができなかった。発現レベルが低いことや、分子量が比較的大きくカラムに吸着し難いことが原因と考えられるが、界面活性剤の種類だけではなく、可溶化時の濃度など、さらなる検討が必要であると思われる。また、平成17年度は、酵母を用いたETR1の発現系構築にも着手した。これまでに酵母発現系を用いたETR1の機能解析が報告されているが、構造解析に供することが可能な量のETR1タンパク質の単離・精製はなされていない。本研究では、確立された大量発現系用メタノール資化性酵母P.pastorisを宿主として用いた。これにより、in vivoと同様の膜配向性のあるETR1タンパク質を高レベルで発現する組み換え株が得られると期待している。
ヒトの脳神経系アミロイドーシスにおける伝播現象の原因となる分子機構の解明

ヒトの脳神経系アミロイドーシスにおいて伝播現象の有無およびその発症機序を解明する目的で以下の検討を行った。1)家族性アミロイドポリニューロパチー(FAP)患者の乳腺組織を採取し、乳腺へのトランスサイレチン(TTR)アミロイド沈着を病理学的に検討した。FAP患者の乳腺組織には、主として血管周囲、腺上皮周囲および脂肪組織周囲にTTRアミロイドの沈着が認められ、その沈着量は患者の臨床症状の重症度と相関していた。乳腺は乳汁分泌の際に腺上皮が剥離脱落する分泌形態をとることから、剥離した腺上皮の直下の沈着アミロイドは腺腔に接して存在していた。このような沈着アミロイドの一部は、乳汁中へのTTRアミロイド線維あるいはアミロイド原性TTRオリゴマーの供給源となりうる可能性がある。2)FAPのトランスジェニックマウスモデルを用いて、FAP患者の剖検臓器から精製したTTRアミロイド線維(ATTR)が、モデルマウスにおけるATTRの沈着を促進するかどうかを検討した。811カ月齢のモデルマウス5匹に、FAP患者の剖検時に得られた心筋組織から抽出・精製したATTR画分1mgを尾静脈から注入した。対照群として同月齢のモデルマウス5匹に蒸留水のみを同様に注入した。42カ月後にこれらのマウスの種々の臓器におけるアミロイド沈着を調べた。この結果、ヒトATTR画分を投与したマウス5匹全てで食道、胃、腸、肺、肝、腎、心にアミロイドの沈着を認めたが、蒸留水を投与した対照マウスには全例で沈着を認めなかった。免疫組織学的検討では、組織に沈着したアミロイド線維は抗TTR抗体染色では陰性で、マウスApoAII蛋白に対する抗体で陽性に染色された。従ってヒトのATTR線維は、FAPモデルマウスにおけるアミロイドーシスの発症を促進したが、発症が促進されたのはTTRアミロイドーシスではなくApoAIIアミロイドーシスであった。ヒトの脳神経系アミロイドーシスにおける伝播現象の分子的機序を解明する目的で、以下の検討を行った。今年度はヒトの脳神経系を侵す遺伝性アミロイドーシスである家族性アミロイドポリニューロパチー(FAP)の患者を対象とした。1)FAP患者2例の乳腺組織を採取し、乳腺へのtransthyretin(TTR)アミロイド沈着を病理学的および免疫組織化学的に検討した。乳腺は乳汁分泌の際に腺上皮が剥離脱落する分泌形態をとり、剥離した腺上皮の直下に存在するアミロイドは腺腔に接して存在していた。そのような腺腔内に露出して存在するアミロイドの一部は、乳汁中へのTTRアミロイド線維あるいはアミロイド原性TTRオリゴマーの供給源となりうる可能性がある。2)妊娠・出産したFAP患者3例および正常対照者から臍帯血を採取して、ゲルろ過クロマトグラフィーにより臍帯血中のTTR分子を、その単量体、四量体などの分子的会合状態の違いによって分取し、dot blottingとdensitometryにより定量した。FAP患者由来の臍帯血中には、対照者と比較してTTR単量体が有意に多く存在していた。

TTRは血液中では安定な四量体として存在しているが、FAPを発症する遺伝子変異を有する患者では、このTTR四量体が不安定になり単量体に解離してその一部が変性してアミロイド原性になることがその発症に重要であるとされている。FAP妊婦から生まれた胎児血中でTTR単量体の比率が増大していることは、FAP妊婦から生まれた胎児では、そのようなTTR単量体の一部がアミロイド原性TTRとなる確率が、正常妊婦から生まれた胎児よりも高い可能性があると考えられた。ヒトの脳神経系アミロイドーシスの代表的疾患である家族性アミロイドポリニューロパチー(FAP)においてアミロイドーシスの伝播現象が存在するか否かを検討した。今年度は、FAPのトランスジェニックマウスモデルを用いて、FAP患者の剖検臓器から精製したトランスサイレチン(TTR)から成るアミロイド線維(ATTR)画分が、モデルマウスにおけるATTRの沈着をin vivoで促進するかどうかを検討した。本来の5'上流領域6kbを含むヒト変異TTR遺伝子を運ぶFAPのトランスジェニックマウスモデルとTTRノックアウトマウスとの交配により作成されたFAPのモデルマウス株を用いて、811カ月齢のこれらマウス5匹に、FAP患者の剖検時に得られた心筋組織から抽出・精製したATTR画分1mgを尾静脈から注入した。ATTR画分の抽出・精製は、86歳で死亡したVal30Met変異TTRを有するFAP患者の心筋組織からPrasらの水抽出法を樋口らが改変した方法を用いて行った。実験の対照群として、同月齢のモデルマウス5匹に蒸留水のみを同様に尾静脈から注入した。12カ月後にこれらのマウスを解剖して種々の臓器(甲状腺、食道、胃、腸、膵、脳、肺、肝、脾、腎、心、筋、皮膚)におけるアミロイドの沈着を調べた。この結果、ヒトATTR画分を投与したマウス5匹全てで種々の臓器(食道、胃、腸、肺、肝、腎、心)にアミロイドの沈着を認めたが、蒸留水を投与した5匹の対照マウスには認めなかった。しかし今回のモデルマウスでは、組織に沈着したアミロイド線維は抗TTR抗体による免疫染色には陰性で、マウスApoAII蛋白に対する抗体で陽性に染色された。従ってヒトのATTR線維は、FAPモデルマウスにおけるアミロイドーシスの発症を促進したが、発症が促進されたのはTTRアミロイドーシスではなくApoAIIアミロイドーシスであった。
偏光局在プラズモン共鳴を用いた有機電界発光素子の試作

プラズモン共鳴効果を利用した、有機電界円偏光発光素子(円偏光OLED)作製のためのキラル分子と金属表面との相互作用を、構造、光物性、光学非対称の観点から、ナノスケールで評価を行った。金属表面とキラル分子の直接相互作用評価をしたところ、2層が直接接している場合にはその励起エネルギーあるはエキシトンが無輻射失活してしまうことがわかり、一方で有効なバッファー層の導入により、失活がある程度抑制されることが分かった。また、軽量、フレキシブル、安価な円偏光OLED開発に向けて新たに透明グラフェン薄膜電極の試作を試み、約10nmの還元グラフェンシートがOELDの透明電極として十分利用可能であることを示した。本研究の目的は、プラズモン共鳴効果を利用した、有機電界円偏光発光素子を試作することにある。キラル分子を被覆した金属ナノ粒子を、従来の有機電界発光素子に挿入することにより、光学不活性な素子からの発光を、偏光したプラズモンの強い偏光電場により偏光・増強発光させる。局在偏光プラズモンとの共鳴により、偏光発光を実現する。初年度は、キラル有機材料からの円偏光発光の検出、およびその円偏光度の定量的解析、薄膜化することによる発光強度および円偏光度の変調を、順次解析した。試料にしたキラル分子は、PTCDI分子および、ヘリセン分子である。PTCDI分子においては、薄膜化により、単分子本来の円偏光性とは異なる興味深い性質が現れることを見出した。すなわち、単分子と比較して、円偏光の極性(右円偏光と左円偏光のどちらが優勢に発光するか)が反転し、またその円偏光度が数10倍に増加することが観測された。これは、薄膜状態を形成する際、溶液中に分散する場合と違い、分子間相互作用により新たなキラリティを発現する凝縮状態が形成されたこと、さらに固定化により、その円偏光度が増大したと結論した。一方、ヘリセン分子については、固体表面上で、二層以上の薄膜を形成する際、特異な自己組織化構造が得られた。しかしながら、発光効率はPTCDIに比べてはるかに小さく、電界発光素子として使用するためには、合成の段階で発光効率を増強させる工夫(らせん構造の伸長、官能基の変更等)が必要であることが分かった。プラズモン共鳴の検討では、分子の円偏光が、表面構造及び金属微粒子等の非対称性からくるプラズモンの強い円偏光に強く依存することが示唆され、使用する微粒子の形状を精緻に制御する必要があることが分かった。また、今後、素子化するに当たり、光取り出し電極として、軽量でかつ薄膜化が可能なグラフェン電極の検討を開始した。キラル分子を被覆した金属ナノ粒子を従来の有機電界発光素子に挿入することにより、光学不活性な素子からの発光を、偏光したプラズモンの強い偏光電場により偏光・増強発光させることにある。最終年度は、前年度までに実現した、キラル有機材料からの円偏光発光検出を受けて、キラル分子によるプラズモン円偏光発光の強度及び偏光度の制御の可能性を評価した。実験はキラル分子被膜金属表面上からのトンネル電流発光分析を行い、金属上に直接キラル分子を被膜した試料、及び金属表面にAl2O3、NaCl等の絶縁層(バッファー層)を挟んだキラル分子被膜試料を比較した。その結果、キラルPTCDI分子では、バッファー層として挟んだものよりも、直接被膜表面からの発光において光学非対称性が増強することを確認した。一方、ヘリセン分子系においては、C60をバッファー層として使用したときのみ発光が起こり、分子によっては金属微粒子の絶縁被膜を検討する必要があることを示した。実用的なフレキシブルかつ安価な発光素子を実現するための、グラフェン電極の作製を試みた。フレーク状の酸化グラフェンをシート化しさらに加熱還元することによって得られた還元グラフェンシートをラマン散乱分光、XPS及び局所導電性計測により評価を行った。その結果、酸化グラフェンを700°Cで熱還元した還元グラフェンでは、ラマン分光では酸化グラフェンの性質を持ちつつも、導電性が4桁程度向上した(1102 S/cm)。局所伝導評価では、フレーク間抵抗が全体の抵抗値を支配していることが分かり、実デバイスでは、できるだけドメインの少ない、大面積グラフェンシートが必要であるこという知見を得た。初年度は、素子化を前提とした、キラル分子によるプラズモン共鳴円偏光発光に関する基礎的データを取得することを、主な目的とした。

円偏光発光の検出、およびその円偏光度の定量的な解析等、順調に研究は進んでいる。また、薄膜化による新たな工学非対称性を発見するなど、本来の単分子が持つ円偏光特性が必ずしも素子化した際の円偏光特性とは同じではないことを実証するなど、予想以上の知見が得られている。工学次年度は、一年目に得られた結果をもとに、実際に有機LED素子を作製することにより、その性能をデバイスレベルで評価する。一方、円偏光のための有機材料の再検討を並行して行う。また光取出し電極として、ITOに対してグラフェンシートの使用を検討する。これは、素子の軽量化、薄膜化、さらにはコスト削減に関して有効な方向転換であり、本素子の可能性および波及効果を増大するものである。今年度OLED作成のための電極材料としてITOを購入し、有機膜の蒸着を行うことにより素子作成を計画していたが、ITOに代わりグラフェンシートを使用することが素子の薄膜化、軽量化、および価格面でも安価であるためその使用を調査、検討した。そのため、ITOに充てるべき予算を繰越すこととなった。次年度は、グラフェンシートを購入し、電極材料およびドーピングによるホール輸送層としての可能性を検討して、素子材料に適用する。
「ふれあい・いきいきサロン」の開発促進と持続的発展に関する研究

2年目の平成19年度は、前年度の実態調査、ヒアリング調査の分析および考察を行い,以下の成果と課題を学会等にて公表した。1.ふれあい・いきいきサロンの開設促進の方策(1)新規開設が鈍化している状況を踏まえ、サロン活動を積極的にPRし立ち上げに関する住民の理解を促進する。(2)サロン開設セミナーなどを開催し,サロンの担い手を養成し組織化する。(3)サロン活動はボランティアが中心であるが、自治体などが政策誘導的に財政面で積極的に支援する。(4)サロンの開設のためには利用者ニーズと担い手,運営などを支援するコーディネーターが必要であり,社協職員が適任である。(5)介護予防としてこのサロン活動を介護予防プランに組み込むためには,サロン空白地域を解消する。2.ふれあい・いきいきサロンの持続的発展の方策(1)サロンの巡回訪問や運営をアドバイスする専任職員および行事やプログラムを提供するボランティアなどサロンを支援する人的資源の充実を図る。(2)サロン活動の継続にはサロンの運営費用およびサロンを支援する人材確保に関する財政的支援を行う。(3)中止意向のサロンのニーズを把握し,継続できるよう重点的に支援する。(4)サロンの利用該当者の発見や利用者のニーズ把握などを地域包括支援センターや民生委員などが協力する。(5)活動内容のマンネリ化を防ぐため,多様な専門職やボランティアがプログラムの多様化を支援する。(6)地域内ののサロン間の情報級が図れるよう、サロン同士の連携・交流を促進する。(7)移動手段を持たない住民のために移送サービスの活用するとともに,男性の参加を促進するプログラムを導入するなど利用者の拡大を図る。初年度の平成18年度はヒアリング調査,実態調査を実施した。ヒアリング調査では,都市部においてワーカーの設置や助成金による支援に効果があり,地方都市は介護保険に組み込まれ行政と社協,ボランティアの協働による支援に効果があることがわかった。実態調査で,群馬県内サロン590か所に平成19年2,月1日20日,郵送法で実施。回収率は66.1%。内容代表者は民生委員が約半数を占め,交流ややりがいがもてたと評価。運営は自治会,ボランティア,民児協,地区社協など組織的な立ち上げ。頻度は月1回以上が7割。開設時間は日中の正午前後に集中。場所は集会所など公共施設が9割。利用者は75歳以上の一人暮らし高齢者が平均像。内容はおしゃべり,食事,健康体操,歌の順で多い。広報は回覧板が3割強,ロコミも3割強ある。勧誘は毎回の自宅訪問が4割。参加費は半々。年間予算は平均63000円。ほとんどのサロンで補助金等を受けている。補助金等が無くても運営できるサロンは2%。日頃からの連携は,社協,自治会,民児協が上位。今後の連携希望は,老人施設,食改推,地域包括支援センター,保健センター,消防・警察の比率が高い。効果としては孤立防止,交流,楽しく過ごすの順で多い。活動中止の意向も3割弱ある。運営は誰でもが多い一方,負担感も少なくない。課題は財源継続が多く,男性利用者増や活動内容の充実もある。サロン活動は民児協,社協,自治会など公的な組織がバックアップし財政的援助も受けている実態が明らかになった。とくに財政面での援助はサロン活動の継続に不可欠である。また,日常的な交流などボランティア活動として取り組める活動であるが,活動に行き詰まるサロンもあることから,社協や民児協だけではなく福祉施設や地域包括支援センターなど地域内の専門資源との連携も求められる。
構造情報に基づく脂質シグナル分子の認識機構の解明

ホスホリパーゼA2(PLA2)はリン脂質のsn-2位の脂肪酸を切断する酵素であり、様々な脂質群を基質とすることでアラキドン酸をはじめとする様々な脂肪酸およびリゾリン脂質を遊離する。PLA2の基質特異性は比較的緩やかであり、多様な基質を受容できる結合ポケットを持つことが推測される。一方、PLA2によって産生された脂質群は代謝を受け、その一部はGタンパク質共役型受容体(GPCR)に作用することで作用を発揮する。例えばプロスタグランジン(PG)は計8種類のGPCRと結合することにより効果を発揮するが、EP受容体とDP受容体はケトン基(O)と水酸基(OH)の違いを見分けることが出来るほどその基質特異性は厳密である。PLA2については予想以上に安定性が悪く発現が困難であったことから、本年度は進捗のあったPGE受容体EP3に集中して研究を進めることとした。EP3受容体については、昨年度までに昆虫細胞5 L培養分から約3 mgの精製タンパク質を得ることに成功していた。そこで本年度は、結晶化条件の検討およびコンストラクトの最適化を行うことにより結晶の取得を目指した。GPCRの構造解析では、細胞内第3ループや細胞外N末端領域に融合タンパク質を挿入したり、立体構造認識抗体を結合させることで安定性および結晶性の向上が図られる。そこで、融合タンパク質の種類や挿入位置の最適化検討を行った。また、立体構造認識抗体を複数クローン樹立し、これらを用いた結晶化検討も平行して行った。その結果、最終的に分解能2.7 Aの回折データを得ることに成功した。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では(1)sPLA2-IID,IIF,V,iPLA2α,ε2および(2)PGE受容体EP3をモデルとし、合成酵素および受容体の両面から脂質シグナル分子の認識機構を明らかにすることを目的とする。(1)PLA2については分子量が約14kDaと小さく、活性測定が容易なsPLA2-Vの発現・精製を試みた。大腸菌・コムギ無細胞系・哺乳類細胞での発現検討を行ったが、いずれの発現系においても十分な発現量が得られず、検出限界以下の酵素活性しか検出できなかった。(2)EP3についてはまず哺乳類細胞の発現系を用い、下流シグナルを指標にその機能に必要十分な領域を決定した。次に、酵母による迅速なスクリーニング系を用い、N末端およびC末端の切断位置や細胞内第三ループに融合する安定化タンパク質の挿入位置を最適化することでEP3受容体の安定化を行った。そこで発現系を昆虫細胞に移し、精製条件の検討を行った結果、収量は少ないもののEP3受容体を単一に精製することに成功した。(1)PLA2は予想以上に不安定で、これまでに検討したいずれの発現宿主(大腸菌・コムギ無細胞系・哺乳類細胞)においても十分な発現量を得ることができなかったため。(2)EP3受容体は、当初の予想通りかなり不安定で、精製は可能なものの更なる安定化が必要であるため。本研究では(1)sPLA2-IID,IIF,V,PNPLA1, PNPLA5および(2)PGE受容体EP3をモデルとし、合成酵素および受容体の両面から脂質シグナル分子の認識機構を明らかにすることを目的とする。(1)PLA2について本年度はPNPLA1について、発現・精製の検討を行ったが、分解が激しく、十分な発現量を得ることができなかった。そこで種々のTruncation mutantを作製し発現量を上げることに成功したが、膜画分への吸着が強く、十分な収量を得ることは困難であった。(2)昨年度までに昆虫細胞で発現したEP3受容体を精製することに成功していたが、収量および安定性が十分ではなかった。そこで本年度は、酵母による迅速なスクリーニング系を用い、さらにコンストラクトを改変することでこれらの改善を目指した。

その結果得られた安定化変異体を用い、昆虫細胞5 L培養分から約3 mgのEP3受容体タンパク質を得ることに成功した。PLA2の膜画分への吸着が強く、十分な収量を得ることができなかったため。ホスホリパーゼA2(PLA2)はリン脂質のsn-2位の脂肪酸を切断する酵素であり、様々な脂質群を基質とすることでアラキドン酸をはじめとする様々な脂肪酸およびリゾリン脂質を遊離する。PLA2の基質特異性は比較的緩やかであり、多様な基質を受容できる結合ポケットを持つことが推測される。一方、PLA2によって産生された脂質群は代謝を受け、その一部はGタンパク質共役型受容体(GPCR)に作用することで作用を発揮する。例えばプロスタグランジン(PG)は計8種類のGPCRと結合することにより効果を発揮するが、EP受容体とDP受容体はケトン基(O)と水酸基(OH)の違いを見分けることが出来るほどその基質特異性は厳密である。PLA2については予想以上に安定性が悪く発現が困難であったことから、本年度は進捗のあったPGE受容体EP3に集中して研究を進めることとした。EP3受容体については、昨年度までに昆虫細胞5 L培養分から約3 mgの精製タンパク質を得ることに成功していた。そこで本年度は、結晶化条件の検討およびコンストラクトの最適化を行うことにより結晶の取得を目指した。GPCRの構造解析では、細胞内第3ループや細胞外N末端領域に融合タンパク質を挿入したり、立体構造認識抗体を結合させることで安定性および結晶性の向上が図られる。そこで、融合タンパク質の種類や挿入位置の最適化検討を行った。また、立体構造認識抗体を複数クローン樹立し、これらを用いた結晶化検討も平行して行った。その結果、最終的に分解能2.7 Aの回折データを得ることに成功した。(1)PLA2については、まだ検討できていない酵母や昆虫細胞など更に発現宿主を変えることで発現量が上昇するか検討する。(2)EP3については現状ではまだ結晶化実験を行うに十分な収量が得られていないため、更に点変異を導入することで、受容体の更なる安定化、発現量・収量の向上を目指す。(1)PLA2については、界面活性剤で可溶化することにより収量の向上を目指す。(2)EP3については結晶化および回折実験に取り組む。そこで十分な分解能が得られなかった場合には、コンストラクトの最適化に戻る。29年度が最終年度であるため、記入しない。
高電磁界下でのレーザ蒸着法による超電導導体の開発

高温超電導体は、現在線材状の製造が容易なビスマス系のものが実用化されている。これに対しY(イットリウム)系高温超電導体(YBCO)の場合、配向性の良い結晶膜を作ることが出来ればビスマス系に比べ異方性が少なく、一桁以上電流密度が高い導体を実現できる。YBCO結晶膜作成の代表的な方法としては、レーザアブレーションを用いたレーザ蒸着法(PLD;Pulsed Laser Deposition)が挙げられる。PLD法によるY系高温超電導体研究の現状は、YSZなどの中間層への成膜技術などの、いわゆる応用研究が主である。しかし一方では、アブレーションプロセスと成長メカニズムとの相関性には未だ不明な点が多く、これらの系統的な報告は意外に少ない。また、電界や磁界中でのPLD法による成膜の報告は幾つかされているが、高電圧を用いた電界中での成膜の報告はまだされていない。本研究では、配向性の良いY系超電導薄膜を高速に成膜することを目的とした。応用研究へ向けて、まず基礎的な成膜パラメータ(雰囲気ガス圧力、基板温度、ターゲット-基板間距離)を系統的に調べた。膜の結晶性は、XRD、SEM、及びラマン分光法を用いて評価した。また、アブレーションプロセスを発光分光法及びレーザ誘起蛍光法を用いて解析した。これにより、アブレーションプロセスと結晶膜の成長メカニズムとの相関性を明らかにした。さらに、ターゲットと基板との間に高電界を印加しながらPLDを行う装置を設計・製作し、電界印加が結晶膜に与える影響を調べた。XRDによる解析により、電界を印加する事で結晶の配向性が向上することがわかった。本研究は、1平方cm当り100万アンペアー以上の高い電流密度の超電導導体として期待されている、高温超電導材料YBCO(イットリューム、ビスマス、銅、酸化物)をレーザ蒸着法(PLD法)を用いて作成することを目的にしたもので、本年度は次の研究を実施した。1.通常のレーザ蒸着法に加えて電磁界印可による結晶成長効果を明らかにする事の出来る、PLD(パルスレーザ蒸着)用のチャンバーを設計して、製作した。2.主なる設計仕様は、印可電圧02万ボルトで0500Hz,圧力110^<-7>Tor.、基盤温度常温1000°C、基盤-ターゲット間ギャップ長050mm、基盤とターゲット面積20mm^2で、生成される膜厚は10ミクロン程度とした。3.製作に当たっては、レーザ蒸着中のプルーム動的状況やその分光計測が容易に出来るよう球形チャンバーを導入し、ターゲットの均一なアブレーションのための回転機構を取り入れるなどの工夫を行った。4.このチャンバーと既設のXeClレーザ(波長:195nm,出力200mJ)を組み合わせてYBCO超電導膜の生成に適正な基盤-ターゲット間ギャップ長、ターゲット回転速度、酸素圧力、基盤温度を探索する基礎実験を行った。5.この結果、750800°Cの基盤温度範囲で数ミクロン程度の超電導膜を作成し、SEM観察やX線回析でその超電導相を確認することが出来た。6.これらの結果は本年度3月の電気学会全国大会で発表する。

PLD法によるY系高温超電導体研究の現状は、YSZなどの中間層への成膜技術などの、いわゆる応用研究が主である。しかし一方では、アブレーションプロセスと成長メカニズムとの相関性には未だ不明な点が多く、これらの系統的な報告は意外に少ない。また、電界や磁界中でのPLD法による成膜の報告は幾つかされているが、高電圧を用いた電界中での成膜の報告はまだされていない。本研究では、配向性の良いY系超電導薄膜を高速に成膜することを目的とした。応用研究へ向けて、まず基礎的な成膜パラメータ(雰囲気ガス圧力、基板温度、ターゲット基板間距離)を系統的に調べた。膜の結晶性は、XRD、SEM、及びラマン分光法を用いて評価した。また、アブレーションプロセスを発光分光法及びレーザ誘起蛍光法を用いて解析した。これにより、アブレーションプロセスと結晶膜の成長メカニズムとの相関性を明らかにした。プルームを構成する粒子がさらに、ターゲットと基板との間に高電界を印加しながらPLDを行う装置を設計・製作し、電界印加が結晶膜に与える影響を調べた。MRDによる解析により、電界を印加する事で結晶の配向性が向上することがわかった。
リン配位三核ルテニウムクラスター配位子を含む金属錯体と多電子酸化還元機能

本研究では、CO_2の還元など多電子過程を行うために電子プールとして働きうる巨大な錯体配位子を設計し、合成した。この錯体配位子はtacn誘導体によりμ_<3->オキソRu三核クラスターが連結された構造を有し、狭い電位領域で多電子酸化還元が可能である。この錯体配位子{[Ru_3(μ_<3->O)(CH_3COO)_6L_2](pyCH_2)}_3tacn(L=py(py3mer)、cpy(cpy3mer)、dmap(dmap3mer))はtacnの2級窒素により金属イオンに配位可能である。自然界にはN_2からNH_3へ還元するような多電子を必要とする過程において働く酵素が多数存在する。しかし、一つもしくは二つ以上の電子を提供することのできる錯体を設計することは困難であり、実験室でこれらの反応を再生することは難しい。以前、東北大学の伊藤らにより、分子量の大きい4,4'-ビピラジン架橋六量や十量体について研究がなされ、これらの多量体が狭い電立領域でユニット数に応じた多数の電子の出し入れが可能な"電子プール"として利用可能なことが見いだされている。この研究では、μ_3-オキソルテニウム三核クラスターをトリス(3-ピリジル)ホスフィン(py_3P)で架橋して{[Ru_3(μ_3-O)(μ-CH_3CO_2)_6(L)_2]Py}_3P(P)を合成した。リン原子の孤立電子対は他の金属に結合可能である。1と2のサイクリクボルタモグラムはルテニウム三核クラスターと似いている。三つのリバーンブル過程は2の場合で観察され、これらは(III, III, III)/(III, III, IV)(E_<1/2>=910)、(III, III, III)/(III, III, II)(E_<1/2>=-157mV)と(III, III, II)/(III, II, II)(E_<1/2>=-1550mV)である。途中の過程の電位はRu三核クラスターの電位と比較して少し移動した。以上のことから、この錯体は狭い電位領域で多数の電子の出し入れが可能である。