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巾零幾何と巾零解析の展開

巾零幾何・巾零解析の枠組みを基礎にして,群と幾何と微分方程式の三者が有機的に繋がり合う境地を見出し,その様相を解明してきた.特に,リー環の表現と線形微分方程式系と旗多様体での外在的幾何の三位一体ともいうべき緊密な関係を明らかにし,さらにリー環が単純なときには,そのリー環の表現に付随した,一方では可積分な線形微分方程式系の,他方では旗多様体の部分多様体の,不変量を求める一般的な方法を確立した.巾零幾何・巾零解析の枠組みを基礎にして,群と幾何と微分方程式の三者が有機的に繋がり合う境地を見出し,その様相を解明してきた.特に,リー環の表現と線形微分方程式系と旗多様体での外在的幾何の三位一体ともいうべき緊密な関係を明らかにし,さらにリー環が単純なときには,そのリー環の表現に付随した,一方では可積分な線形微分方程式系の,他方では旗多様体の部分多様体の,不変量を求める一般的な方法を確立した.研究代表者はこれまで巾零幾何・巾零解析を展開してきているが,近年特に,巾零幾何・巾零解析の見方を基にして,リー環の表現に対してこれに付随した偏微分方程式系のクラスが定まることを明らかにした.これから,群,幾何構造,微分方程式の三つの対象相互に密接に関係する興味ある研究課題・問題がいろいろ出現してきた.これらをめぐって,研究代表者は研究分担者の待田芳徳及びベラルーシュ大学のBoris Doubrovと共同研究を進めた.待田とは月に1回のペースでセミナーを行い,またDoubrovとは本科学研究費で11月17日-11月30日奈良に招聘し共同研究を行った.これらを通じて次の成果を得た:-リー環の表現に付随して決まる標準的な微分方程式を単純リー環のいくつかの代表的な表現について明示的に構成した.-単純リー環の放物型部分リー環の3つ組に対してtwistor図形が決まるが,このtwistor図形に関する微分方程式系のtwistor-Backlund変換を定義しその性質を調べた.-単純リー環の表現,放物型部分リー環を決めると偏微分方程式系のクラスが定まるが,それらの不変量を決定する方法(背足理論の拡張)を得た.また一方,慶州での多変数国際研究集会,ソウル大学での研究集会,マルセイユのCIRMでの研究集会で講演し,巾零解析の啓蒙に努め,特に,ダブリンのZaitsev,ウイーンのLamelらと巾零解析のCR幾何への応用についてこれからの共同研究の方向を探った.また3月には奈良研究会を開催し,本研究の研究代表者,研究分担者および関連する研究者が一堂に集まり,巾零幾何・巾零解析を軸として関連する話題について研究討論を行った.1.階数付きリー環とその表現を一つ与えるごとにそれに付随して微分分方程式系のクラスが決まる.ここを舞台にして,リー環,幾何構造,微分方程式が互いに緊密に関係する様々なおもしろい問題がいろいろ出てくる.これらの問題について,特に,階数付きリー環の表現に対して決まる線形微分方程式系のクラスにおける同値問題について待田芳徳(沼津高専)とB. Doubrov (ISLC)と共同研究を進め、ほぼ満足のいく一般理論を確立することができた.即ち,階数付きリー環が半単純なとき,その階数付きリー環の表現に対して決まる線形微分方程式系のクラスにおける同値問題を,代数的調和理論と外在幾何における動標構束の方法を用いて解決する理論ができた.またこれを通じて外在幾何と線形微分方程式系との緊密な関係も明らかになった.さらに,いくつかの具体例への応用を進めている.現在、これらの成果を論文にまとめつつある.また成果の一部はすでに内外での講演の対象となった(Univ. of Florence, CIRM, Institut Fourier, Banach Centre,東京理科大,沼津高専,名古屋大).2.2008年7月には名古屋大学で「巾零解析への誘い」という題で集中講義を行い,2009年1月にはBanach Centreで巾零幾何から巾零解析について連続講義をし,また3月には巾零解析に関して学位論文を準備中のウイーン大学院生を数理研において指導した.最近内外で,少しずつ巾零幾何・巾零解析に対する関心が高まりつつある.こうした中で,"Nilpotent Analysis-Differential Equations on Filtered Manifolds"という題でモノグラフをまとめつつある.今年度中に終えることができなかったが,近いうちに完成させたい.研究代表者らは,空間の第一近似は巾零リー環であるという見地にたち,巾零幾何・巾零解析を展開してきたが,最近,巾零幾何・巾零解析の枠組みを基礎にして,リー環の表現,微分方程式,旗多様体の部分多様体の外在幾何,これら三者の緊密な関係を浮き彫りにした.

特に,階数付きリー環gの階数付きベクトル空間Vへの表現に対して,それに付随する微分方程式系のクラスD(g,V)が定まること,さらにD(g,V)の中で線形かつ可積分なもの全体ILD(g,V)も定まること,また一方その表現に付随して旗多様体へ埋め込みのクラスS(g,D)が定まること,そしてILD(g,V)の同値問題とS(g,D)の外在的幾何が同型となることを明らかにした.またgが単純なときには,動標構の方法と代数的調和積分論を用いて,ILD(g,V)の同値問題にたいする一般的な解法理論を立てた.本年度の研究では,Boris Doubrov,待田芳徳と共同で前述の理論の一層の展開と整備を進め共著論文の第一稿をまとめた.現在最終稿に向けてさらに推敲中である.また,この理論により,gが単純なときR∈ILD(g,V)の不変量は,(g,V)から付随して決まるあるコホモロジー群H^1(g,V)に値を持つが,リー環論を援用しこのコホモロジー群が自明になる場合を決定し,これを旗多様体の部分多様体論へ応用し,旗多様体の部分多様体に関する一連の剛性定理を得た.さらにこの理論の様々な具体例への応用を進め,特にsl(3)の随伴表現に付随する微分方程式系と対応する7次元射影空間の中の3次元部分多様体について詳しい研究を進めた.Mapleの微分幾何パッケージの製作者Ian Andersonを京都に招聘しその協力を得て,具体的な計算をMapleを用いて遂行し,同型群が推移的な場合にこのクラスの微分方程式系の分類を行った.
再合成可能な半順序分割による分散システムの振る舞いモデル自動合成

高信頼ソフトウェアの開発は,安心・安全な社会を実現する上で必要不可欠である。本研究では,抽象的な要求仕様から分散システムを構成するモジュールの振る舞いモデルを自動合成する問題に取り組んだ。非循環関係の再合成可能な分割という新たな概念を導入し,パレート効率な状態機械を合成するアルゴリズムを開発した。また,提案手法をUMLモデリングツールのプラグインとしてソフトウェア実装した。提案手法はモデルの理解しやすさの点で既存手法より優れていた。高信頼ソフトウェアの開発は,安心・安全な社会を実現する上で必要である.ソフトウェアの信頼性を高める方法の一つとして,プログラムの自動合成がある.良い仕様から仕様を満足するプログラムを自動合成することができれば,信頼性の高いソフトウェアが開発される.本研究では,分散システムにおけるモデルベースのソフトウェア開発を対象として,抽象的な要求仕様(シナリオ)から,分散システムを構成するモジュールの振る舞いモデル(状態機械)を自動合成するための理論構築およびアルゴリズム開発に取り組むことを目的としている.シナリオから状態機械を自動合成する多くの研究では平面的な状態機械を用いている.しかし,平面的な状態機械はしばしば複雑になり,設計者にとって理解しやすいモデルとなっていない.先行課題(基盤(C) 23500045)では,ペトリネットを用いた階層型状態機械の合成アルゴリズムを開発した.本研究課題では,シナリオを「分割」してから,状態機械を合成するアルゴリズムを開発する.この時,分割によってシナリオの定義の違えることが無いよう「再合成可能」な分割について理論的に考察する.平成26年度では,半順序で与えられるシナリオをモジュール毎の仕様に分割するときの理論的考察を行った.その結果,モジュール毎の仕様が満たすべき条件の範囲を明らかにすることができた.得られた成果は電子情報通信学会システム数理と応用研究会において成果報告した.高信頼ソフトウェアの開発は,安心・安全な社会を実現する上で必要である.ソフトウェアの信頼性を高める方法の一つとして,プログラムの自動合成がある.良い仕様から仕様を満足するプログラムを自動合成することができれば,信頼性の高いソフトウェアが開発される.本研究では,分散システムにおけるモデルベースのソフトウェア開発を対象として,抽象的な要求仕様(シナリオ)から,分散システムを構成するモジュールの振る舞いモデル(状態機械)を自動合成するための理論構築およびアルゴリズム開発に取り組むことを目的としている.シナリオから状態機械を自動合成する多くの研究では平面的な状態機械を用いている.しかし,平面的な状態機械はしばしば複雑になり,設計者にとって理解しやすいモデルになっていない.先行課題(基盤(C) 23500045)では,ペトリネットを用いた階層型状態機械の合成アルゴリズムを開発した.本研究課題では,シナリオを「分割」してから,状態機械を合成するアルゴリズムを開発する.この時,分割によってシナリオの定義を違えることが無いよう「再合成可能」な分割について理論的に考察している.平成26年度では,半順序が与えられるシナリオをモジュール毎の仕様に分割するときの理論的考察を行った.その結果,モジュール毎の仕様が満足すべき条件を明らかにした.平成27年度では,平成26年度に得られた結果を用いて,パレート最適な状態機械を合成するためのアルゴリズムを開発した.研究成果を学会(国際会議:1,国内会議:2)にて発表した.また,研究成果について国際会議(IEEE GCCE 2015)でOutstanding Paper Awardを受賞した.平成27年度では,アルゴリズムの設計・実装まで進んでおり,概ね計画通りに進んでいる.高信頼ソフトウェアの開発は,安心・安全な社会を実現する上で必要である.ソフトウェアの信頼性を高める方法の一つとして,プログラムの自動合成がある.良い仕様から仕様を満足するプログラムを自動合成することが出来れば,信頼性の高いソフトウェアが開発される.本研究では,分散システムにおけるモデルベースのソフトウェア開発を対象として,抽象的な要求仕様(シナリオ)から,分散システムを構成するモジュールの振る舞いモデル(状態機械)を自動合成するための理論構築およびアルゴリズム開発に取り組むことを目的としている.シナリオから状態機械を自動合成する多くの研究では平面的な状態機械を用いている.しかし,平面的な状態機械はしばしば複雑になり,設計者にとって理解しやすいモデルとなっていない.先行課題(基盤(C) 23500045)では,ペトリネットを用いた階層型状態機械の合成アルゴリズムを開発した.本研究課題では,シナリオを「分割」してから,状態機械を合成するアルゴリズムを開発する.この時,分割によってシナリオの定義を違えることが無いよう「再合成可能」な分割について理論的に考察している.平成26年度では,非循環関係が与えるシナリオをモジュール毎の仕様に分割するときの理論的考察を行った.平成27年度では,パレート最適な状態機械を合成するためのアルゴリズムを開発した.平成28年度では,開発したアルゴリズムをツール実装し,評価実験を行った.また,仕様が複数のシナリオによって与えられる場合について理論的考察を行った.研究成果を学術論文誌(1),学会(国際会議:2,国内会議:2)にて発表した.平成28年度では,ツール実装,評価まですすんでおり,概ね計画通りに進んでいる.高信頼ソフトウェアの開発は,安心・安全な社会を実現する上で必要である.ソフウェアの信頼性を高める方法の一つとして,プログラムの自動合成がある.

良い仕様から仕様を満足するプログラムを自動合成することが出来れば,信頼性の高いソフトウェアが開発される.本研究では,分散システムにおけるモデルベースのソフトウェア開発を対象として,抽象的な要求仕様(シナリオ)から,分散システムを構成するモジュールの振る舞いモデル(状態機械)を自動合成するための理論構築およびアルゴリズム開発に取り組むことを目的としている.シナリオから状態機械を自動合成する多くの研究では平面的な状態機械を用いている.しかし,平面的な状態機械はしばしば複雑になり,設計者にとって理解しやすいモデルとなっていない.先行課題(基盤(C) 23500045)では,ペトリネットを用いた階層型状態機械の合成アルゴリズムを開発した.本研究課題では,シナリオを「分割」してから,状態機械を合成するアルゴリズムを開発する.この時,分割によってシナリオの定義を違えることが無いよう「再合成可能」な分割について理論的に考察している.平成26年度では,非循環関係が与えるシナリオをモジュール毎の仕様に分割するときの理論的考察を行った.平成27年度では,パレート最適な状態機械を合成するためのアルゴリズムを開発した.平成28年度では,開発したアルゴリズムをツール実装し,評価実験を行った.また,仕様が複数のシナリオによって与えられる場合について理論的考察を行った.平成29年度では,平成28年度までに得られた成果を学術論文誌(1),学会(国際会議:1,国内会議:1)にて発表した.高信頼ソフトウェアの開発は,安心・安全な社会を実現する上で必要不可欠である。本研究では,抽象的な要求仕様から分散システムを構成するモジュールの振る舞いモデルを自動合成する問題に取り組んだ。非循環関係の再合成可能な分割という新たな概念を導入し,パレート効率な状態機械を合成するアルゴリズムを開発した。また,提案手法をUMLモデリングツールのプラグインとしてソフトウェア実装した。提案手法はモデルの理解しやすさの点で既存手法より優れていた。平成26年度では,モジュール毎の仕様が満たすべき条件の範囲を明らかにすることができており,概ね研究計画通りに進んでいる.順調に進んでいるため,当初計画通り研究を推進していく.本研究は平成28年度までの予定であったが,成果論文が平成29年度に掲載されるため,事務手続きの関係で平成29年度まで期間延長した.分散システム平成26年度の研究が順調に進んでいるため,当初計画通り研究を推進していく.計画時は学会の開催場所が未定だったため平均的な額を計上していたが,実際には勤務先の近くで開催されたため,計画していたほど使用しなかった.平成28年度にIEICEの学術論文誌に投稿した論文の掲載が決まった.また,投稿した回路とシステムワークショップでの発表も採択された.これらの,掲載料,旅費,学会参加費の支払いが平成29年度にずれ込むため期間を延長した.計画時は学会の開催場所が未定だったため平均的な旅費で計算することにより,国内旅費として30万円計上した.しかし,学会が勤務先の近くで開催されたため,計画していたほどは旅費を使わなかった.平成28年度における旅費として使用する.・IEICE掲載論文の掲載料に使用する.・研究により得られた成果を公表するための費用として使用する.
摂動的量子色力学を用いたB中間子崩壊におけるCP対称性の破れの解析

素粒子理論の標準模型において、B→ΦK_sとB→J/ΨK_sのCP非対称度は同じであり、ΦK_sに新しい物理の効果が大きく入ってくる可能性が指摘されている。現在のBelle実験のデータには、それらの値の間に3.5σのずれが見られ、将来的に新しい物理の発見につながるのではないかと期待されている。新しい物理の様々な模型において、"磁気ペンギン振幅"がB→ΦK崩壊に大きな寄与を与えることが指摘されている。磁気ペンギンはσ_<μν>q^μ/q^2という構造を持ち、グルーオンの持つq^2に対する依存性がある。従来のFactorization法では、,非局所的なq^2の計算が不可能であり、q^2に適当な値を仮定することにより解析を行っていた。その為、得られる結果は仮定した値への依存性が大きいものであった。我々のPQCD法を用いた解析では、q^2の値に対する仮定が必要無い。また、この解析により磁気ペンギン振幅から強い相互作用を起源とする位相(強位相)が大きく出ることがわかった。この結果は、他の手法による解析結果と決定的に異なるものである。上記の解析を踏まえて、B→ΦKへのMSSMの影響をPQCD法により解析した。新しい物理の効果を含めたCP非対称度を解析する際には、強位相の計算が不可欠となる。PQCD法ではその計算が可能であり、これを用いてB→ΦK_s及びΦK^±へのMSSMの寄与を解析した。その結果、CP対称性の破れは標準模型の値から大きくずれる可能性があることを指摘した。現在、B中間子崩壊の測定実験(Bファクトリー実験)が行われている。B中間子の研究は、崩壊分岐比及びCP非対称度の測定を通して、素粒子の標準模型における小林・益川混合行列要素を決定し、また標準模型を越える新しい物理を探索することを目的としている。しかしながら、B中間子崩壊には強い相互作用による効果が寄与する為に、その解析には理論的な計算が不可欠である。近年、摂動的量子色力学(PQCD)を用いてこの解析を行う研究が進められてきた。PQCDでは強い相互作用の効果を計算することが可能であり、種々の崩壊過程においてその崩壊分岐比の予言が実験と矛盾しないことが確かめられている。特にB→Kπ及びB→ππ崩壊過程において、大きなCP非対称度を予言していることが大きな特徴の一つである。本研究では、PQCDを用いてB中間子のハドロンへの2体崩壊におけるChromo-magneticペンギン振幅及びCharmペンギン振幅の解析を行った。B→φK、B→Kπ及びB→ππ崩壊過程について解析し、その崩壊分岐比及びCP非対称度を計算した。従来は、これらの振幅からの寄与は小さいと考えていた。しかし本研究の解析から、これらは無視できない寄与を与えるという結果が得られた。特にCharmペンギン振幅から大きな強位相が出てくることがわかった。またB→φK崩壊過程においてはChromo-magneticペンギン振幅の大きさが標準模型を越える物理の探索の際に重要となってくる為、この解析結果をそちらの研究に応用できると期待される。本研究によって得られた研究成果を、学会及び研究会において発表した。
アレイCGH法によるヒト造血器腫瘍染色体7番長腕欠失領域からの癌抑制遺伝子の同定

(目的)ヒト造血器悪性腫瘍の微小染色体欠失領域を検出する新しいアレイCGH法を開発し、白血病の約10%にみられ、二次性白血病や骨髄異形成症候群に高頻度に認められる7番染色体長腕の欠失領域に存在する癌抑制遺伝子を単離する。(方法)従来のBAC DNAをプローブとして使用するアレイCGH法とは異なり、本研究では50-100kbごとに任意に選んだゲノム配列よりPCR法により増幅した5kb長のDNAをプローブとしてスライド上に貼り付ける。これにより、従来のアレイCGH法では検出できなかった100kb単位の微小欠失を検出可能する。この方法を用いて、明らかに7番染色体に欠失をもつ症例のみならず、染色体上欠失を見出せない白血病サンプルからの微小な欠失領域の特定を試みる。(結果)染色体7qに30、7pに6、Xに9、20qに7、3pに2個の合計54個の5kb長のPCR産物を作成し、プローブとしてスライド上に貼り付け、-7もしくは7q-をもつ白血病細胞株で、欠失を蛍光強度の半減として検出できるかを検討した結果、欠失領域において0.6-0.7レベルの蛍光比を得ることに成功し、至適な条件の設定を完了した。現在、プローブを7q22-31領域内に250個作成し、最終的に実験に用いるアレイを作成中である。また昨年われわれは、非常にまれな7q-を持つ白血病細胞株(FUKU-1)を樹立し、研究材料として用いている。さらに-7/7q-をもつ白血病細胞がTNFα, GM-CSF,IL-4により樹状細胞に分化する能力が、他の核型の白血病細胞株に比し、非常に高いことを見出している。今後、実際の臨床サンプルを用いた実験を新しいアレイを用いてさらに推進して、微小共通欠失領域の特定と、そこからの責任遺伝子の同定を行う。
マルチスケール解析に基づく一般画像中の文字列抽出手法の研究

本研究の目的は、一般の画像中より文字を抽出する手法を開発することである。文字は、局所的には線図形であるが大局的には塊状の図形であることが多い。そこで、画像中の図形の局所的な形状および大局的な形状を捉える手法を開発し、局所的には線・大局的には塊であるような図形を抽出することを考えた。昨年度は、画像をガウス関数でぼかし、その分散を変化させたときの画像の変化に着目することで、図形の局所的形状および大局的形状の双方を捉える手法を提案した。今年度は、昨年度提案した手法の数理的研究を継続して行ない、さらに、実画像を用いた実験により本手法の特性の解析を行なった。今年度の研究により新たに得られた知見をまとめると、次のようになる。1.実画像を用いた実験により、画像中の線図形はガウス関数によるぼかしにより変形することが確認された。この現象に関する数理的考察により、この線図形の変形が各位置における曲線の曲率の大きさに依存することを導出した。また変形の「速度」はぼかしの程度が進むに連れて大きくなることも分かった。2.画像のぼかしにより文字図形の局所・大局の階層構造を捉えるためには、上記「線図形の変形」を考慮する必要がある。線図形の移動方向、および移動速度を考慮した、図形形状の階層的記述手法を開発し、コンピュータに実装した。3.本手法により、画像中の文字を、その大きさとともに抽出することができることを確認した。本手法の特性を調べた結果、漢字など複雑な形状を持つ文字の抽出率は高いが、数字の1やアルファベットのSのように単純な形状の文字の抽出率が低いことが分かった。単純な形状の文字を抽出するには、その形状以外の特徴を併用する必要がある。文字認識などより高次の処理との件用をいかに行なうかが今後の課題である。本研究の目的である、一般画像中の文字自動認識のための、文字図形抽出手法を提案することができた。今後は文字認識などの高次の処理を組み合わせ、より動的で頑健なシステムを構築することが課題になるであろうと考える。本研究では、一般の画像中に含まれる文字を自動認識するために必要な、汎用の文字図形抽出方法を開発する。具体的にはマルチスケール解析を応用することで画像中の図形の局所的な形状と大局的な形状とを捉え、局所的形状と大局的形状の違いを利用して文字候補図形を抽出する。今年度は上記手法実現のための、数理的研究および予備実験を行なった。対象画像は、一般的な濃淡画像とした。1.画像より捉えられる図形形状は、図形を観測する際のスケールに依存する。一般に図形の大きさは未知であるため、対象図形の局所的な形状および大局的な形状を捉えるためには、その図形にとっての局所的および大局的とはどの程度のスケールのことなのかを図形自身より求める必要がある。これら形状観測に適したスケールを求めつつ図形形状を捉えるために、まず画像を等方的なガウス関数によりぼかすことにした。さらにぼかしの際のスケールを変化させる。スケールの変化に対する画像の変化を、画像の濃淡を表す曲面の主曲率の変化により記述することで、画像中の各図形を観測するのに適したスケールを求めつつその形状を捉えることが出来ることを見い出した。2.1.の考察に基づき、濃淡画像中の各図形の局所および大局の形状抽出を行なうプログラムをコンピュータにインプリメントし、様々な濃淡画像を対象として実験を行なった。この結果、画像中の各図形の形状をその大きさとともに求めることができ、さらに局所的に線図形であり大局的には塊状である図形を画像より抽出することにより、文字候補図形を抽出することができた。

単純な形状の文字を抽出するには、その形状以外の特徴を併用する必要がある。文字認識などより高次の処理との件用をいかに行なうかが今後の課題である。本研究の目的である、一般画像中の文字自動認識のための、文字図形抽出手法を提案することができた。今後は文字認識などの高次の処理を組み合わせ、より動的で頑健なシステムを構築することが課題になるであろうと考える。
膜タンパク質構造形成装置としての小胞体トランスロコンの機能解明

真核細胞内での膜タンパク質の特異的局在化、膜組み込みは細胞の生命活動に必須の過程である。リボソームから伸長する新生ポリペプチド鎖の、トランスロコンによる取扱い様式、を明らかにすることを目的として研究を実施し下記の成果を得た。(1)中程度の疎水性配列(mH)は化学架橋可能な程度トランスロコンに保持されるものの、後続の疎水性配列のトランスロコンへの進入を妨げない状況にあることを見出していた。このmHのトランスロコン受容部位を第2の機能部位と考え、その新規機能部位を同定するために、系統的部位特異的化学架橋実験を実施した。Sec61分子の系統的Cys残基置換体を構築し、それを定常発現するHEK293細胞を樹立し、それぞれの粗面ミクロソーム小胞を調製し、mH配列の疎水性度と化学架橋するSec61の部位との関連解析を完了し、mHの受容ヶ所を特定した。(2)膜タンパク質の小胞体標的化を抑制するモチーフ結合因子(ETS因子)について、精製同定に成功し、因子がN末端ミリスチル化酵素Nmt1であることを見出した。Nmt1のノックダウンによって小胞体標的化が抑制されることを確認し、さらにレスキュー実験によって、ETS因子がNmt1であることを確定した。(3)新規フォールディングプローブを駆使して、疎水性配列の認識が大きく変動するトランスロコン遺伝子変異を複数見出すことに成功した。その結果、リボソーム結合型細胞質シャペロン系が合成共役型の標的化を抑制していこと、小胞体内腔の特定のコシャペロンが内腔Hsp70の機能を抑制し合成共役型膜透過を抑制していること、合成完了型膜透過因子と信じられてきたトランスロコン因子Sec71p/Sec72pがリボソーム・トランスロコン複合体機能に関連していることなどを明らかにした。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。リボソームから伸長する新生ポリペプチド鎖の、トランスロコンによる取扱い様式、配列の認識、トランスロコンの識別部位などを明らかにすることを目的として本研究課題を遂行した。(1)中程度の疎水性を持つ新生鎖でも、化学架橋可能な程度トランスロコンに保持されること、その際には後続の疎水性配列のトランスロコンへの進入を妨げない状況にあることを見出した。一方、正電荷によって強制的にトランスロコンで停止させた親水性配列では、後続の疎水性配列の進入が許容されない。中程度の疎水性配列はトランスロコンの第2の機能部位に存在すると結論された。この新規機能部位を同定するために、部位特異的化学架橋を計画した。部位を規定するために、トランスロコントンネルタンパク質Sec61分子に単一のCys残基を導入し、それを定常発現するHEK293細胞を樹立し、一連のCys部位をスキャンしたSec61を発現する細胞株群を作成した。特異的な部位にCysを導入したモデルポリペプチドについて、化学架橋反応を実行し、配列の疎水性度と化学架橋するSec61の部位との関連を精査している。(2)膜タンパク質の小胞体標的化を抑制するモチーフ(ETSモチーフ)結合因子につては、精製同定に成功し、ノックダウン実験にも成功し、ETSを識別する因子であることが確認できつつある。困難な生化学的精製に成功したことは特筆に当たると考えている。(3)新規フォールディングプローブを用いた膜透過因子群の解析では、トランスロコンでの一時的膜透過停止を検知できることを示した。これをプローブとして用いて、シグナル配列の作用様式、疎水性配列の透過状況、正電荷配列の透過抑止状況を、一連のトランスロコン関連遺伝子群のノックアウト株で調べるプロジェクトを進行中である。無細胞タンパク質合成-膜透過実験系を駆使して、中程度疎水性配列のトランスロコンによる認識を明らかにしたことは特段の進展である。トランスロコンに収納される新生鎖の配列によって、後続の疎水性配列の膜組み込みが影響されることや、その影響の程度が異なることから、トランスロコンは単純なトンネル形成タンパク質ではなく、中程度の疎水性の配列を保持する第2の機能部位を有することを提唱した。膜タンパク質の小胞体標的化回避でも、モチーフを明らかにしたのみならず、それに作用する因子を精製し、同定し、機能を確認するまで至ったことは、期待以上の進展であったと考えている。リボソームから伸長する新生ポリペプチド鎖の、トランスロコンによる取扱い様式、配列の認識、トランスロコンの識別部位などを明らかにすることを目的として昨年度に引き続き本研究課題を下記のように遂行した。

この新規機能部位を同定するために、部位特異的化学架橋を継続し、トランスロコントンネルタンパク質Sec61分子の任意の部位に単一のCys残基を導入し、それを定常発現するHEK293細胞を樹立し、一連のCys部位をスキャンしたSec61を発現する細胞株群を作成し、粗面小胞体の作成を完了した。これらの小胞体膜小胞を用いて特異的な部位にCysを導入した新生鎖について化学架橋反応を実行し、配列の疎水性度と化学架橋するSec61の部位との関連をほぼ明らかにできた。(2)膜タンパク質の小胞体標的化を抑制するモチーフ(ETSモチーフ)結合因子については、精製同定に成功し、ノックダウンによって小胞体標的化が抑制されることが確認され、さらにノックアウト細胞にノックアウト耐性の当該遺伝子を導入することでレスキューされることが確認され、ETSを識別する因子であることが確定した。(3)新規フォールディングプローブを用いた膜透過因子群の解析では、本プローブを駆使して、疎水性配列の認識が大きく変動したトランスロコン遺伝子変異を複数見出すことに成功している。無細胞タンパク質合成-膜透過実験系を駆使して、中程度疎水性配列のトランスロコンによる認識部位に関する探査をほぼ完了し、新生鎖の疎水性度に応じた存在部位の変動を明らかにしたことは期待通りの進展である。トランスロコンに収納される新生鎖の配列によって、後続の疎水性配列の膜組み込みが影響されることや、その影響の程度が異なることで、第2の部位が提唱されていたが、それが同定された意義は大きい。膜タンパク質の小胞体標的化回避でも、同定した因子の作用をノックダウンで明確に確認し、さらにレスキューによって確定できた点は大きな進展と考える。真核細胞内での膜タンパク質の特異的局在化、膜組み込みは細胞の生命活動に必須の過程である。リボソームから伸長する新生ポリペプチド鎖の、トランスロコンによる取扱い様式、を明らかにすることを目的として研究を実施し下記の成果を得た。(1)中程度の疎水性配列(mH)は化学架橋可能な程度トランスロコンに保持されるものの、後続の疎水性配列のトランスロコンへの進入を妨げない状況にあることを見出していた。このmHのトランスロコン受容部位を第2の機能部位と考え、その新規機能部位を同定するために、系統的部位特異的化学架橋実験を実施した。Sec61分子の系統的Cys残基置換体を構築し、それを定常発現するHEK293細胞を樹立し、それぞれの粗面ミクロソーム小胞を調製し、mH配列の疎水性度と化学架橋するSec61の部位との関連解析を完了し、mHの受容ヶ所を特定した。(2)膜タンパク質の小胞体標的化を抑制するモチーフ結合因子(ETS因子)について、精製同定に成功し、因子がN末端ミリスチル化酵素Nmt1であることを見出した。Nmt1のノックダウンによって小胞体標的化が抑制されることを確認し、さらにレスキュー実験によって、ETS因子がNmt1であることを確定した。(3)新規フォールディングプローブを駆使して、疎水性配列の認識が大きく変動するトランスロコン遺伝子変異を複数見出すことに成功した。その結果、リボソーム結合型細胞質シャペロン系が合成共役型の標的化を抑制していこと、小胞体内腔の特定のコシャペロンが内腔Hsp70の機能を抑制し合成共役型膜透過を抑制していること、合成完了型膜透過因子と信じられてきたトランスロコン因子Sec71p/Sec72pがリボソーム・トランスロコン複合体機能に関連していることなどを明らかにした。今後は、設定できた部位
前房隅角におけるglycosaminoglycansと眼圧および緑内障との関係

1)トラベクレクトミーの手術の際に得られた隅角発育常緑内障・早発型および晩発型の症例の隅角組織をクプロリニック・ブルーで染色し、さらに酵素消化試験も行なって、前房隅角組織におけるプロテオグリカンの分布を組織化学的に調べた。その結果、本緑内障の線維柱帯のシュレム管下のコンパクトな組織に存在する基底板様の無定形物質には大量のプロテオグリカンが存在することが明かとなった。このことより隅角発育異常緑内障で、コンパクトな組織に大量のプロテオグリカンが存在することが、本症の眼圧上昇と関係することが示唆された。2)ステロイド緑内障の症例のトラベクレクトミーの際に得られた隅角標本を組織学的、組織化学的に検討した。その結果、隅角線維柱帯の傍シュレム管結合組織およびシュレム管側の角強膜網の線維柱間隙に基底板様および細線維様の無定形物質が大量に畜積していた。さらに基底板様物質には多量のヘパラン硫酸系のプロテオグリカンが観察された。従って、隅角線維柱帯に基底板様物質が異常に大量に畜積することがステロイド緑内障の眼圧上昇と関係すると考えられた。3)眼球摘出およびトラベクレクトミーの手術の際に得られた落屑緑内障の各組織を組織学的、組織化学的に調べた。その結果、隅角、虹彩、毛様体、水晶体に落屑物質が存在していて、その落屑物質にはプロテオグリカンが多量に分布していた。従って、落屑緑内障では、前眼部に分布する落屑物質にプロテオグリカンが存在し、このことが眼圧上昇と関係する可能性が示唆された。また、隅角線維柱帯の線維柱細胞の中に多量の色素顆粒が存在していた。このことが落屑緑内障の隅角検査で線維柱帯に色素沈着が強く観察される理由と考えられた。1)正常ヒト眼の隅角組織をクプロメロニック・ブル-、クプロリニック・ブル-で染色し,さらに酵素消化試験を行なって,前房隅角組織におけるプロテオグリカンの分布を組織化学的に調べた。その結果,隅角線維柱帯の傍シュレム管結合組織の細線維様,基底板様の無定形物質にはヘパラン硫酸系のプロテオグリカンが存在しており,これらの無定形物質に分布するプロテオグリカンが房水の流出抵抗、ひいては眼圧のコントロ-ルに関係する可能性が示唆された。2)トラベクレクトミ-の手術の際に得られた隅角発育異常緑内障・早発型および晩発型の症例の隅角組織をクプロリニック・ブル-で染色し,さらに酵素消化試験も行なって,前房隅角組織におけるプロテオグリカンの分布を組織化学的に調べた。その結果,本緑内障の線維柱帯の細胞外成分におけるプロテオグリカンの分布は基本的には正常眼と変わりないが,シュレム管下のコンパクトな組織に存在する細線維様,基底板様の無定形物質には大量のプロテオグリカンが存在することが明かとなった。このことより隅角発育異常緑内障で,コンパクトな組織に大量にプロテオグリカンが存在することが,本症の眼圧上昇と関係することが示唆された。3)隅角発育異常緑内障の症例で,トラベクレクトミ-の手術の際に得られた隅角摘出標本を光学顕微鏡,電子顕微鏡を使用して組織学的に観察した。その結果,本緑内障の中には隅角線維柱帯が強膜類似の組織所見を呈するものがあることが分かった.

このことから,隅角が正常とは異なった発育をするために発症する隅角発育異常緑内障が存在する可能性があることが示唆された。1)眼球摘出およびトラベクレクトミ-の手術の際に得られた落屑緑内障の症例の隅角および虹彩をクプロリニック・ブル-で染色し、プロテオグリカンの分布を組織化学的に調べた。その結果、隅角線維柱帯および虹彩に存在する落屑物質には染色物は分布していなかった。しかし虹彩裏面の後房と接した部には多量の染色物が観察された。このことより落屑緑内障では、落屑物質自体にはプロテオグリカンは存在しないが、前眼部のプロテオグリカンの分布に異常がある可能性が示唆された。2)ステロイド緑内障の症例のトラベクレクトミ-の際に得られた隅角標本を光学顕微鏡、電子顕微鏡を使用して組織学的に観察した。さらに、クプロメロニック・ブル-染色を行ってプロテオグリカンの分布も検討した。その結果、隅角線維柱帯の傍シュレム管結合組織およびシュレム管側の角強膜網の線維柱間隙に基底板様および細線維様の無定形物質が大量に蓄積していた。さらに基底板様物質には多量のプロテオグリカンが観察された。従って、隅角線維柱帯に基底板様物質が異常に大量に蓄積することがステロイド緑内障の眼圧上昇と関係すると考えられた。3)血液透析患者の透析中の眼圧と血漿浸透圧の変動を経時的に測定して、血液透析患者では透析による急激な血漿浸透圧の低下に加えて、房水の流出障害が存在すると眼圧が上昇することがわかった。4)隅角発育異常緑内障のトラベクレクトミ-の際に得られた隅角標本をクプロリニック・ブル-およびクプロメロニック・ブル-で染色して、その染色性を比較した。その結果、染色物の分布は両染色法では差はなかったが、クプロメロニック・ブル-で染色した標本の方が染色物の長さ、幅とも大きく、濃度も高かった。さらに染色物の量も多かった。このことより、プロテオグリカンの染色にはクプロメロニック・ブル-の方がクプロリニック・ブル-よりも適していることがわかった。1)眼球摘出およびトラベクレクトミーの手術の際に得られた落屑緑内障の症例の隅角、虹彩、毛様体、水晶体、脈絡膜、網膜をクプロメロニック・ブルーで染色し、プロテオグリカンの分布を組織化学的に調べた。その結果、隅角、虹彩、毛様体、水晶体に落屑物質が存在していて、その落屑物質には染色物は多量に分布していた。従って、落屑緑内障では、前眼部に分布する落屑物質に多量のプロテオグリカンが存在し、このことが眼圧上昇と関係する可能性が示唆された。2)落屑症候群が存在する摘出眼球の隅角を実体顕微鏡、光学顕微鏡、電子顕微鏡で観察して、落屑症候群における隅角の色素沈着の本体を組織学的に検索した。その結果、隅角線維柱帯の線維柱細胞の中に多量の色素顆粒が存在していた。このことが落屑緑内障の隅角検査で線維柱帯に色素沈着が強く観察される理由と考えられた。3)ステロイド緑内障の症例のトラベクレクトミーの際に得られた隅角摘出標本をクプロメロニック・ブルー染色し、さらに酵素消化試験を行なってプロテオグリカンの分布を検討した。その結果、隅角線維柱帯の傍シュレム管結合組織およびシュレム管側の角強膜網の線維柱間隙に存在する基底板様の無定形物質に多量のヘパラン硫酸系のプロテオグリカン存在することがわかった。そして、このことがステロイド緑内障の眼圧上昇と関係すると考えられた。4)緑内障を伴うスタージ・ウエーバー症候群の、トラベクレクトミーの手術の際に得られた隅角摘出標本を光学顕微鏡、電子顕微鏡を使用して組織学的に観察した。その結果、本緑内障では隅角線維柱帯に血管腫を生じる可能性があること、またシュレム管が充分に発達していない症例があることが明らかになった。
オンサイト自動結合ネットワークによる環境センサとロボットの統御フレームワーク

環境内に存在するセンサ群と導入したロボットを,ネットワークを通じて統御するためのフレームワークを構築した.フレームワークでは,センサやロボットはコンポーネントとして管理され,ロボットの状況に応じて,自動的に選択され,ロボット制御ためのコンポーネントに結合される.それにより,ロボットの環境認識を高めた制御を可能とした.また, 3種のセンサを配置した廊下と部屋からなる空間において,移動ロボットのナビゲーションを実現し,フレームワークについて実証した.環境内に存在するセンサ群と導入したロボットを,ネットワークを通じて統御するためのフレームワークを構築した.フレームワークでは,センサやロボットはコンポーネントとして管理され,ロボットの状況に応じて,自動的に選択され,ロボット制御ためのコンポーネントに結合される.それにより,ロボットの環境認識を高めた制御を可能とした.また, 3種のセンサを配置した廊下と部屋からなる空間において,移動ロボットのナビゲーションを実現し,フレームワークについて実証した.本年度は,ロボットおよび環境内センサデータ取得のフレームワークの構築の一部として,ネットワークプログラムコンポーネントおよび,そのコンポーネントの管理プログラムを構築した.コンポーネントでは,センサデータ取得や,ロボットの速度制御,上位的な情報としての人やロボットの位置情報の取得などに合わせたインターフェイスを設計した.これらにより,センサやロボットに対して汎用的にアクセス可能な機能を実現した.また,管理プログラムでは,センサ及びロボットの種別等の特性情報および,センサのセンシング範囲やロボットの形状を長方形などの簡易な幾何情報として,情報を保持し,それぞれの情報を取得可能な機能を構築するとともに,センサの種別や,位置情報をもとにセンサを選択可能な機能についても実現した.実験環境として,レーザーレンジファインダ(LRF)を廊下に複数配置したモジュール,既存の床センサモジュールからなる,環境センサを配置した空間を構築した.また,差動二輪型の移動ロボットを用意し,センサモジュール,ロボットともに,フレームワークを適応し,コンポーネントを実装した.フレームワークの利用例として,環境センサとロボットデータを協調させて,ロボットの自己位置同定を行うソフトウエアを構築した.ソフトウエアでは,ロボットの位置に応じて,管理プログラムへの問い合わせにより,センサを自動的に切り替え,ロボットから取得したデータと統合することで,精度良くロボットの位置同定が可能になるものである.このソフトウエアおよび構築した環境による実験により,フレームワークを利用することで,センサデータの取得,コンポーネントの選択が正しく行われることについても検証・実証した.本年度では,統御フレームワークとして,ネットワーク管理されたセンサ計測モジュール群に応じて,自動的にロボットの統御処理を行う部分の構築に取り組んだ.対象として移動ロボットを考慮し,昨年度た作成した環境センサとの協調による自己位置同定機能に加えて,センサ計測モジュール群からの環境地図の自動作成機能を作成した.さらに,経路計画方法として,自己位置情・地図情報とロボット用モジュールから取得したロボットの形状情報等と,センサモジュール群から推定した人の位置および,計測・蓄積された人の大量の移動軌跡群から統計的に人の移動を予測して,人を安全に回避する大域的な経路計画機能を構築した.加えて,簡易な経路追従コントロール機能を作成し,モジュール化することで,フレームワークとして完成させた.また,昨年度成果のセンサ選択のための枠組みを利用し,自動的に環境内のセンサと上記制御モジュールとの自動結合機能を構築した.ネットワークでのセンサとロボットのオンサイトでの結合・統御実験として,環境内に複数のレーザレンジファインダ,3D距離画像カメラ,床分布圧力センサの3種の異なるセンサを配置した環境を構築し,フレームワークを用いて,センサを搭載しない差動二輪型移動ロボットを持ち込み,目的地まで移動させる実験を行った.この際,フレームワーク上で,各モジュールは容易に構築が可能であることを確認し,また,同一のセンサでモジュールの再利用ができた.また,移動時には,ロボットの位置に応じて,範囲内のセンサを適切に選択し,自己位置を自動的に計算出来るだけでなく,環境内の人などを回避する移動経路を適切に生成し,目的地に向かうことに成功することを確認し,フレームワークの機能を実証した.このフレームワークは,環境センサとの協調による実空間におけるロボットサービスの実現の基盤の一部に貢献出来ると考えられる.
韓国の小中学校の英語教育においてＥＢＳｅが果たす役割と日本への示唆

韓国では小学校への英語導入以降,早期英語教育が過熱化し,特に,都市と地方において英語の学力格差が顕著にみられるようになった。これらの問題を解決するために韓国政府は2007年に英語の教育番組を専門に放送するEBSeを開始した。さらに、私教育費軽減のために行われている「放課後学校」のための教材として,EBSeは「EBS English放課後英語教室」を開発し,2011年9月にその運営を開始した。本研究では「EBS English放課後英語教室」を使用している小学校において質問紙調査や授業見学を行い、多くの児童が「EBS English放課後英語教室」を楽しみながら学習していることを明らかにした。同じアジアである韓国は,小中高一貫の教育課程の確立,国定教科書や教材の開発,充実した教員養成,研修制度など周到な準備のもと1997年に英語教育が小学校に導入された。しかし,小学校への英語導入以降,早期英語教育が過熱化し,特に,都市と地方において英語の学力格差が顕著にみられるようになった。また,韓国は収入の違いが教育機会の不平等を招くといういわゆる教育格差が大きな社会問題となっている。これらの問題を解決するための手段として注目されたのがICTを使った学習教材であり,韓国政府は韓国教育放送公社の発展に力を注ぎ,2007年に英語の教育番組を専門に放送するEBS English(EBSe)を開始した。現在,EBSeのホームぺージ上には小学生対象の番組が75番組,中学生対象の番組が69番組あり,会員登録を行えば誰でも無料で視聴できる。さらに、教育科学技術部と韓国教育放送公社は2011年9月1日「EBS English放課後英語教室」という小中学生を対象にした放送を始めた。「EBS English放課後英語教室」は全国の小中学校の放課後や夏休みなど、その他自宅で学習するように制作されている。日本も教育格差・地域格差が問題になりつつあり,また,英語教育においては小中学校の連携が大きな課題となっている。ゆえに,本研究では日本に示唆を与えるため、2011年9月より開始した小中学生対象の「EBS English放課後英語教室」の番組の研究を行い,「EBS English放課後英語教室」が果たす役割や効果,および問題点について検討していく。本年度はEBSeを使用している小中学校で質問紙調査を行い、さらに、実際にEBSeを使用している小中学校を訪問し、授業観察を行った。また、EBSeの教材と比較するために、韓国の小学校で使用されている英語の教科書とそのデジタル教材の分析を行い、それらに関する発表を行った。平成24年度は研究協力者である韓国の京畿大学のJong-Gil Song教授の協力を得ながら、「EBS English放課後英語教室」が韓国の小学校や中学校で実際にどの程度使用されているかなど、予備調査を行った。また、韓国の検定教科書のデジタル教材と日本の「Hi, friends」のデジタル教材との比較を行い、以下の3点を明らかにした。第一に、「Hi, friends!1」のデジタル教材は,音声や動画が出ない部分があり,電子黒板に写しだすだけの静止画が多いなどデジタル教材としての特徴をいかしきっているとはいえないように思われる。一方,「ELEMENTARY SCHOOL ENGLISH3 e-教科書」にはかわいいアニメの動画が多く収録されており,児童が楽しみながら英語をインプットすることができる。第二に、「ELEMENTARY SCHOOL ENGLISH3 e-教科書」は「Hi, friends!1」と比べて,操作方法がわかりやすく,そのまま提示されている通りに順を追っていけば授業を行えるようになっている。一方,「Hi, friends!1」は教員が自由に使えるように自由度が高い分カスタマイズしやすいが,教員が授業前の準備に多くの時間を費やさなければならない。ゆえに,教員の負担軽減のためにも,「ELEMENTARY SCHOOL ENGLISH3 e-教科書」のように順をおっていけば,そのまま授業が行えるような,より体系的に作られた操作のしやすいデジタル教材を日本においても開発していくべきであろう。第三に、韓国の教科書には児童一人一人が使えるデジタル教材が付随しているため,パソコン室で児童各自が教員の指導にしたがって学習を行ったり,自宅で一人で学習できる。日本においても児童各自の教科書に付属したデジタル教材の開発を検討していくべきであろう。韓国では教育課程の確立,国定教科書や教材の開発,充実した教員養成,研修制度など周到な準備のもと1997年に英語教育が小学校に導入された。これらの問題を解決するための手段として注目されたのがInformation and Communication Technology(ICT)を使った学習教材であり,韓国政府は韓国教育放送公社(Korean Educational Broadcasting System)の発展に力を注ぎ,2007年に英語の教育番組を専門に放送するEBS English(EBSe)を開始した。

さらに、私教育費軽減のために行われている「放課後学校」のための教材として,EBSeは「EBS English放課後英語教室」を開発し,2011年9月にその運営を開始した。本研究では「EBS English放課後英語教室」を使用している小学校において質問紙調査や授業見学を行い、多くの児童が「EBS English放課後英語教室」を楽しみながら学習していることを明らかにした。ところで李明博大統領(在任2007ー2013年)はICTを取り入れた英語教育を精力的に進めてきたが、朴槿恵大統領が2013年に就任して以降、それらの計画が中止になったり、見送りになった。EBSeもその事業が縮小されるなど、韓国の英語教育は大きな転換期に来ており、今後その動向に注目していくべきであろう。英語教育当初の予定通り、EBSeを使用している韓国の小中学校で調査および観察を行った。また、韓国の英語教育について多角的に理解するため、英語村についての調査も行い、それらに関する論文を発表した。また、EBSeの教材との比較を行うため、韓国の小学校で使用されている英語の教科書とそれらに付随したデジタル教材の分析を行い、口頭発表を行った。EBSeのホームページにアクセスできなくなるなど、様々な問題が生じため、多少、研究計画を変更さざるおえない部分もあったが、研究協力者であるJong-Gil Song教授の助けもあり、概ね順調に研究を行ってきた。特に、本年度はEBSeだけでなく、韓国の教科書のデジタル教材の分析を行うことが出来たため、日本の英語教育に様々な示唆を与えることができたと思われる。今後は韓国の英語の教科書とEBSeを比較するなど様々な観点から分析を行っていきたいと考えている。当初の計画では平成26年度は日本でEBSeを使った授業を実践する予定であったが、いろいろ検討した結果、今の日本の公立小学校の現状では難しいと判断した。よって、平成26年度は平成25年度に調査を行ったデータを整理し、国際学会と学会誌に発表することを目標とすることにした。また、EBSeの教材自体についての分析ももう少し深めていきたいと考えている。さらに、韓国の英語教育においてもあらたな動き(電子教科書の採用など)が見られるため、同時にそれらの調査も行っていきたいと考えている。「EBS English放課後英語教室」を使用している韓国の小中学校において,研究協力者(韓国の京畿大学のJong-Gil Song教授)の協力を得ながら,質問紙調査および観察を行う。ARCS動機づけモデルに基づいた韓国語版の質問紙(学生と教員用)を全国の小中学校で実施する予定である。また、授業参観やインタビューを行い,量・質両面からデータを収集し,検証する予定である。
環境計測用としての高性能固体電気化学式ガスセンサの開発

本研究は、高度な環境計測用ガスセンサの構築を最終目標とし、酸化物系薄膜材料の探索と材料の微細構造の制御、およびその電気化学特性の評価・検討を行うものである。今年度は、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)を主構成材料に用いた固体電解質型ガスセンサについて、センサ構造の制御や新規的な検知極材料の探索を行うことで以下のような結果を得た。SnO_2ディスクを検知極として用いたYSZ素子について、SnO_2/YSZ界面へのAuの形成によるガス検知特性への影響を調べた。SnO_2ディスク表面にAuをスパッタにより形成することで、他ガスに対する感度は大幅に低下した一方でNH_3に対する感度は増加したため、NH_3選択性を改善することに成功した。本素子は10250ppmの種々の濃度のNH_3に対して良好な応答性を示し、NH_3濃度の対数値と感度の間に良好な直線性が見られた。次に、本素子のガス検知メカニズムについて検討を行うために、SnqディスクおよびSno_2ディスク/Au検知極素子の分極曲線を測定した。その結果、Auの存在によりNH_3に対するアノーディク活性が特に大きく増加しており、これによってNH_3感度が大幅に増加したことが分かった。カーボンを検知極材料としたYSZセンサについて検討を行った。まず、種々のカーボンについてガス検知特性の検討を行ったところ、中でも活性炭検知極素子は、NO_2にのみ選択的に応答するという優れた特性を示した。本素子は、2.5ppmという低濃度のNO_2を検知可能で、測定を行った14日間は比較的安定したNO_2感度を示した。次に、本素子のガス検知メカニズムについて検討を行うために、N_2中において分極曲線を測定したところ、NOにはほとんど活性を示さなかった一方NO_2に対して高い活性が得られた。よって、本素子では、検知極/YSZ界面においてNOよりもNO_2に対して電気化学的反応が優位に進むことで良好なNO_2選択性が得られることを明らかにした。(抄録なし)本研究は、高度な環境計測用ガスセンサの構築を最終目標とし、酸化物系薄膜材料の探索と材料の微細構造の制御、およびその電気化学特性の評価・検討を行うものである。今年度は、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)とNiO検知極を組み合わせた固体電解質型ガスセンサについて、VOC選択性の改善を目指した検知極構造の制御と、コンピューターシミュレーションによる詳細なVOC検知メカニズムの解明を行い、以下のような結果を得た。まず、NiO検知極素子のVOCの検出における、エタノールによる妨害の低減を行った。NiO検知極層上へ、エタノールを選択的に分解できることを見出したSnO_2を触媒層として形成し、さらに、エタノールの分解効率を向上させるため、アルミナ微粒子で構成される緻密な構造のガス拡散阻害膜をSnO_2/NiO検知極の両端に形成した。これにより、VOC(トルエン)に対する感度をほとんど低下させずに、エタノール感度を無視できるレベルまで低減させることに成功した。本センサは、トルエンだけでなく、同じ芳香族系のm-キシレンにも大きな感度を示したが、アルデヒド系のホルムアルデヒドに対してはほとんど感度を示さなかった。これは、SnO_2がトルエンやm-キシレンよりもホルムアルデヒドに対して高い触媒活性を有するためだと、SnO_2の触媒活性の評価によって明らかにした。次に、NiO検知極素子の詳細なVOC検知メカニズムを解明するために、NiO検知極層における気相触媒反応についてシミュレーションによる解析を行った。その結果、検知極層を通過する際に一部のトルエンが分解されることで、NiO/YSZ界面におけるO_2濃度は減少し、CO_2およびH_2O濃度は増加することが明らかになった。また、この結果を用いて、NiO/YSZ界面におけるトルエンのアノーディク反応について詳細な解析を行った。