hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
初代培養系培地内添加用多価不飽和脂肪酸カクテルの創製とその効果に関する革新的研究

ドコサヘキサエン酸(DHA)及びアラキドン酸(AA)など5種類の脂肪酸単独添加培地でラット胎児心筋細胞の初代培養を行った結果、DHA 20μMとAA 50μM添加の場合に拍動能が最大となった。この時の遺伝子発現は両者で大きく異なっていた。DHA及びAAの同時添加ではそれぞれ10及び1020μMの場合に拍動能が最大となったが、その値はDHA単独添加時とほとんど変わらなかった。脂肪細胞培養では幼齢ラットよりも成ラット由来細胞での初代培養の方が優れていた。これにDHAを添加したところ、細胞生存率は若干改善されたが維持は難しかった。これらの結果、脂肪酸の及ぼす効果の細胞種依存性の存在が示唆された。心筋細胞の多価不飽和脂肪酸添加培養実験では、ラット胎児から採取・単離した心筋細胞を用いてリノレン酸、ドコサペンタエン酸、ドコサヘキサエン酸、リノール酸、アラキドン酸もしくはドコサテトラエン酸の単独添加培養実験を行い、組織中脂肪酸分布、脂肪酸取込み量及び自動能を検討した結果、ドコサヘキサエン酸20&micro;Mとアラキドン酸50&micro;M添加の場合に拍動能が最も高くなり、その時の培養細胞内多価不飽和脂肪酸分布が生体内のそれに最も近いことが分かった。今後はこの2種の脂肪酸を中心に、多種の多価不飽和脂肪酸の最適混合条件を見出していく予定である。一方脂肪細胞培養ではまず、一般的に用いられている幼齢ラットから採取した白色脂肪細胞を用いて培養実験を行ったが、数日内に培養細胞が死滅してしまい、その主因が細胞の未成熟性にあるものと判断された。そこで成ラットから採取した細胞で培養してみたところ、かなりの改善が観られ、脂肪細胞ではむしろ一般的には難しいとされている成ラット細胞での初代培養成績の方が優れていることを発見した。これにドコサヘキサエン酸を単独培地添加したところ、細胞生存率はさらに若干改善された。しかしながら、培養細胞は最終的に一般的な脂肪細胞とは異なる形態に変化したため、今後は脂肪細胞としての機能を維持できているかどうかを含めて、安定培養条件を見つけていく必要がある。実績の概要に記載の通り、計画していた二種類の細胞の内、心筋細胞の初代培養実験は順調に進んでいるものの、脂肪細胞の実験はやや遅れて進行中である。心筋細胞培養では、ドコサヘキサエン酸とアラキドン酸が特に優れた効果を有することが明らかとなったが、脂肪細胞初代培養実験では、当初の細胞死滅状況を、脂肪組織を採取する動物の週齢を変えることによってほぼ解決することができた。しかしながら現在は通常の脂肪細胞とは異なる形態の細胞のみの増殖が観察されており、その細胞の性質の解明を進めているところである。昨年度得られた結果に基づき、ラット胎児から心筋細胞採取・単離してドコサヘキサエン酸(DHA: 530 μM)及びアラキドン酸(AA: 1060 μM)の同時添加培養実験を行い、組織中脂肪酸分布、脂肪酸取込み量及び拍動能から最適混合条件を検討した。その結果、DHA 10 μMとAA 1020 μM添加の場合に拍動能が最も高くなった。この濃度は、それぞれの単独添加時に最大拍動能が得られた濃度よりもどちらも低い値であって、単独添加時の最適濃度の合算では合計濃度が高くなりすぎて脂肪酸の細胞毒性の影響が生じたものと考えられた。また同時添加で得られた最大拍動能は、期待に反してDHA単独添加時のそれとほとんど変わらなかった。これらの成果の一部は総説としてJ Pysiol Sciに発表した。また昨年6月と9月にそれぞれ第56回生体医工学会大会(仙台)及び第69回日本生物工学会大会(東京)で発表した。また今年6月のWorld Cong Med Physics Biomed Eng(Prague, Czech;採択済)及び第57回生体医工学会大会(札幌;採択済)でも発表予定である。これと並行して、DHAもしくはAAの単独添加時における心筋培養細胞の遺伝子発現を非添加培養の場合と比較したところ、DHAでは培養期間全体にわたって心筋成熟マーカなどが亢進していた。一方AAでは培養初期に多くの成熟マーカや細胞接着因子の遺伝子発現が亢進したが、1日程度で差はみられなくなった。従って、得られた最大拍動能は同程度であったが、両脂肪酸の心筋細胞への作用機序は異なっている可能性が示唆された。一方脂肪細胞培養では、上記多価不飽和脂肪酸を添加した培養でも無添加培養の場合と同様、残念ながら培養細胞が最終的に一般的な脂肪細胞とは異なる形態に変化することを抑制することは難しかった。従って単純な多価不飽和脂肪酸培地添加では、脂肪細胞の初代培養効率を上げることは難しいものと考えられた。

これらの結果、脂肪酸の及ぼす効果の細胞種依存性の存在が示唆された。順調に研究が進行している心筋細胞初代培養では、予定通りカクテルの調合に進む。十分な実験数を得て、必要もしくは効果的な多価不飽和脂肪酸カクテルを決定する。脂肪細胞初代培養ではまず、白色及び褐色脂肪細胞の安定な培養条件をそれぞれ確立する。予定していた測定パラメータの他に、脂肪細胞とは形態の異なる増殖細胞について、脂肪細胞マーカタンパクの発現をリアルタイムPCR法やウェスタンブロット法などで測定することを考えている。それらが解決してから、心筋細胞の場合と同様、種々の多価不飽和脂肪酸を培地添加して培養実験を進める予定である。これらの結果をまとめて、12月の国際会議(Australia)での発表を予定するとともに、英文での論文執筆に進んでいく。生体医工学脂肪酸分布測定に用いているガスクロマトグラフィシステム用のヘリウム及び人工空気ガスボンベの交換が年度末に必要になる見込みであったため、その費用を取り置いていたが、予定よりガスの消費量が少なく、次年度まで持ち越せることが分かった。そのため、今年度予算で計上していたそのための金額を、そのまま次年度に繰り越すこととした。来年度前半には上記費用を当初の予定通りの目的に使用する予定である。このことは次年度予算の執行に関して影響を与えないため、次年度予算についても当初の予定通り、主に培養実験に関する消耗品や各種パラメータ測定キットの購入、並びに研究発表旅費などに使用していく予定である。
生合成酵素を利用した新規teleocidin Bアナログの創製

Teleocidin Bは放線菌由来インドールテルペノイドであり、強力なprotein kinase C(PKC)活性化因子である。teleocidnB類縁体ライブラリー構築のため、その生合成酵素の反応解析、構造解析を行った。インドールにテルペノイド部を逆プレニル化するTleCの結晶構造解析を行い、その基質結合部位を明らかにした。teleocidin Bの環状テルペノイド合成に関わるメチル化酵素TleDの反応をin vitroで詳細に解析した。本反応はメチル化によってテルペン環化が引き起こされる初めての例であった。本研究によって新たなPKC活性化因子合成に関わる有用な知見を得ることができた。Streptomyces lividans生体内での異種発現によって、teleocidin B-4(TB)生合成に関わる生合成遺伝子tldABCを含む遺伝子クラスター(tldクラスター)がTB前駆体であるlyngbyatoxin Aを合成することを示した。indoclatam VとC10のゲラニル二リン酸を基質として、リバースプレニル化を触媒するプレニル転移酵素TldCのアポ体のX線回折データを1.95オングストロームの解像度で、セレノメチオニン置換体のデータを2.11オングストロームの解像度で取得することに成功した。このセレノメチオニン置換体のデータを元に移送決定することによってTldCの全体構造、活性残基の構造を決定することができた。同時にindolactam VにC5ユニットのプレニル基を転移するMpnDの結晶構造解析に成功し、その構造を決定することに成功した。今後、リガンドと酵素との共結晶、C10ユニットのプレニル基を転移するTldCとMpnDの構造比較により、さらなる酵素の構造機能活性相関が進むことが期待できる。また、tldクラスターをゲノム中に含むS. lividansに対してゲノム情報より見出だしたC-methyltransferaseホモログを順次導入することによって、lyngbyatoxin Aのgerayl基のメチル化を触媒する酵素のスクリーニングを行った。その結果、一つのメチル化酵素(TldD)を導入したStreptomyces lividansはTDを生成することが明らかとなった。TldD遺伝子はtldクラスターから離れた位置に存在するため、本研究はクラスター外の修飾酵素を見出した画期的な研究例となる。今後、TldDが単独でgeranyl基のメチル化と、TB骨格合成するために必要なプレニル基の環化を触媒するかin vitroで試験する予定である。Teleocidin Bは放線菌Streptomyces blastmyceticusより単離されるインドールテルペノイドであり、強力なprotein kinase C (PKC)活性化因子である。PKC活性化因子には、発ガンプロモーターが多く含まれるが、いくつかの化合物は抗腫瘍活性があり、活性化因子の類縁体群より、有用な活性を持つものをスクリーニングすることが望まれる。そのため、生合成を用いたteleocidin B類縁体ライブラリーの構築のため、その生合成酵素の触媒反応解析、酵素の構造解析を行った。teleocidin B生合成反応中、indolactam Vにテルペノイド部であるgenarnyl基をそのC-3位より転移する逆プレニル化を触媒するTleCの結晶構造解析を行い、その基質結合部位を明らかにした。本研究はindole環にGPPを逆プレニル化する酵素の初の構造解析例となり、その機能に関する新規性の高い知見を得ることに成功した。また、遺伝子の異種発現によるスクリーニングによって、geranyl基のメチル化、環化を行い、teleocidin Bの特徴的なシクロヘキサン環を合成するメチル化酵素TleDを見出し、その反応をin vitroで詳細に解析した。本反応は、メチル化によってテルペン環化が引き起こされる初めての例となった。本研究によって、新たなprotein kinase C活性化因子合成プラットフォーム構築に有用な知見を得ることができた。生合成、酵素工学TldC、MpnDの結晶構造解析に成功し、その全体構造を決定するに至った。この結果を元に、今後の詳細なTldCの構造解析が期待できる。また、異種発現を利用した効率の良い生合成遺伝子同定の手法により、teleocidin B-4の生合成に関わる鍵酵素の取得に成功した。遺伝子クラスター外の生合成遺伝子同定の例は少なく、本研究は画期的な成功例といえる。今後、TldC、MpnDのリガンドとの共結晶を構造解析し、C5、C10のプレニル基の認識、リバースプレニル化反応に重要なアミノ酸残基を同定する。その結果見出だしたアミノ酸残基に変異を加えることによって、プレニル基付加の位置特異性、およびプレニル二リン酸特異性の改変を試みる。また環化反応に重要なTldDのin vitro反応を試験し、TldDが単独で、メチル化、環化の二つの反応を触媒するか試験する。
軟骨細胞の間欠的静水圧に対する応答メカニズムの解析 -軟骨再生法の開発

本年度,日本白色家兎から単離した関節軟骨初代培養細胞に対して,1/2Hz,1時間,1-5MPaの間欠的静水圧負荷を行った.対照を無処置の細胞とした.圧負荷30分後にAGPC法でtotal RNAを抽出し,軟骨代謝に関連するmRNAの発現をRT-PCR法を用いて解析した.5MPaの圧力を負荷した細胞では対照と比べてII型コラーゲンのmRNAの発現が亢進していた.プロテオグリカンのmRNAの発現は変化しなかった.I型およびX型コラーゲンのmRNAは発現しなかった.これらの結果は,5MPaの間欠的静水圧負荷は軟骨細胞の最終分化を抑制し,軟骨基質代謝の発現を亢進する可能性を示した.5MPaの間欠的静水圧は軟骨代謝に正の影響を与える適度な圧力であると考える.ヒト歯根膜由来細胞に対しても,1/2Hz,1時間,1-6MPaの間欠的静水圧負荷を行った.対照を無処置の細胞とした.6MPaの静水圧負荷した細胞では対照と比べてIL-6,IL-8,RANKLおよびOPGのmRNA発現が亢進していた.IL-6およびIL-8は炎症に関与するサイトカインで,RANKLおよびOPGは破骨細胞に関連するサイトカインである.6MPaはヒトの咬合力に加わる生理的な静水圧である.この結果は,ヒト歯根膜由来細胞に対する生理的な間欠的静水圧負荷が炎症性サイトカインおよび骨代謝に影響を与えることを示した.以上の研究結果は,正常の軟骨および骨代謝を理解するだけではなく,変形性関節症の病態を考える上で重要である.本年度,日本白色家兎から単離した関節軟骨初代培養細胞に対して,1/2Hz,1時間,1-5MPaの間欠的静水圧負荷を行った.対照を無処置の細胞とした.圧負荷30分後にAGPC法でtotal RNAを抽出し,軟骨代謝に関連するmRNAの発現をRT-PCR法を用いて解析した.5MPaの圧力を負荷した細胞では対照と比べてII型コラーゲンのmRNAの発現が亢進していた.プロテオグリカンのmRNAの発現は変化しなかった.I型およびX型コラーゲンのmRNAは発現しなかった.これらの結果は,5MPaの間欠的静水圧負荷は軟骨細胞の最終分化を抑制し,軟骨基質代謝の発現を亢進する可能性を示した.5MPaの間欠的静水圧は軟骨代謝に正の影響を与える適度な圧力であると考える.ヒト歯根膜由来細胞に対しても,1/2Hz,1時間,1-6MPaの間欠的静水圧負荷を行った.対照を無処置の細胞とした.6MPaの静水圧負荷した細胞では対照と比べてIL-6,IL-8,RANKLおよびOPGのmRNA発現が亢進していた.IL-6およびIL-8は炎症に関与するサイトカインで,RANKLおよびOPGは破骨細胞に関連するサイトカインである.6MPaはヒトの咬合力に加わる生理的な静水圧である.この結果は,ヒト歯根膜由来細胞に対する生理的な間欠的静水圧負荷が炎症性サイトカインおよび骨代謝に影響を与えることを示した.以上の研究結果は,正常の軟骨および骨代謝を理解するだけではなく,変形性関節症の病態を考える上で重要である.本年度は、静水圧負荷装置を用いて、メカニカルストレスが軟骨細胞のアポトーシス誘導とHSP70の発現に与える影響を検討し、変形性関節症(OA)の病態形成に関与している可能性について検討した。ウサギ関節軟骨より軟骨細胞を単離後、アルギネートビーズに包埋し三次元培養を行った。包埋後直ちに静水圧負荷(10、15MPa、12,、24時間)を加えた群(A群)および包埋後2週間の培養を行い、同様の静水圧負荷を加えた群(B群)の2群に分けた。負荷後の軟骨細胞においてTUNEL法でアポトーシス誘導を、免疫組織染色法を用いてHSP70の発現を検討した。A群において、アポトーシス細胞の割合は、10MPa静水圧で11.0%(12時間後)、20.4%(24時間後)であり、50MPa静水圧で14.2%(12時間後)、59.8%(24時間後)であった。一方、B群においては、軟骨細胞は周囲に豊富な基質形成を伴っており、いずれの条件においても明らかなアポトーシス細胞を認めなかった。10MPa静水圧負荷後のHSP70陽性細胞の割合は、A群11.1%で、B群35.9%であった。また、TUNEL陽性細胞はHSP70の発現を認めていなかった。今回の実験で、細胞外基質に乏しい軟骨細胞に対して圧負荷によりアポトーシスが誘導されることが明らかとなった。また、その機序にHSP70の発現が関与している可能性が示唆された。HSP70の発現はOA軟骨細胞で上昇していることおよび過度の静水圧負荷で誘導されることが報告されている。われわれは、軟骨細胞に過度にHSP70を発現させることでNOが誘導するアポトーシスを抑制できることを報告した。これらと今回の実験結果より、細胞外基質に乏しい条件下では、静水圧負荷でHSP70の発現は誘導されない可能性が明らかとなった。このことは、OAにおける軟骨変性の病態を考える上で重要であると考える。本年度,日本白色家兎から単離した関節軟骨初代培養細胞に対して,1/2Hz,1時間,1-5MPaの間欠的静水圧負荷を行った.

対照を無処置の細胞とした.圧負荷30分後にAGPC法でtotal RNAを抽出し,軟骨代謝に関連するmRNAの発現をRT-PCR法を用いて解析した.5MPaの圧力を負荷した細胞では対照と比べてII型コラーゲンのmRNAの発現が亢進していた.プロテオグリカンのmRNAの発現は変化しなかった.I型およびX型コラーゲンのmRNAは発現しなかった.これらの結果は,5MPaの間欠的静水圧負荷は軟骨細胞の最終分化を抑制し,軟骨基質代謝の発現を亢進する可能性を示した.5MPaの間欠的静水圧は軟骨代謝に正の影響を与える適度な圧力であると考える.ヒト歯根膜由来細胞に対しても,1/2Hz,1時間,1-6MPaの間欠的静水圧負荷を行った.対照を無処置の細胞とした.6MPaの静水圧負荷した細胞では対照と比べてIL-6,IL-8,RANKLおよびOPGのmRNA発現が亢進していた.IL-6およびIL-8は炎症に関与するサイトカインで,RANKLおよびOPGは破骨細胞に関連するサイトカインである.6MPaはヒトの咬合力に加わる生理的な静水圧である.この結果は,ヒト歯根膜由来細胞に対する生理的な間欠的静水圧負荷が炎症性サイトカインおよび骨代謝に影響を与えることを示した.以上の研究結果は,正常の軟骨および骨代謝を理解するだけではなく,変形性関節症の病態を考える上で重要である.
動的近接場分光法による励起伝播ダイナミクスの分子科学

本研究では以下のような項目について研究を進めた。(1)金属ナノ微粒子におけるプラズモンの時空間特性を近接場光学顕微鏡で探求する。(2)ナノ構造分子集合体における励起状態ダイナミクスの時空間特性を同様に探求すること,また金属ナノ微粒子のプラズモン励起とナノ分子集合体との相互作用を,近接場光学顕微鏡を用いた時間/空間分解分光によって明らかにする。(3)これらを実現するため,実験装置や方法論の開発,即ち,増幅を伴わない広帯域波長可変フェムト秒励起光源の開発,近接場における光熱変換の方法の開発の試みを行う。上記のうち(3)については,一部は完成に近づいているものの十分な特性を得るには至っておらず,引き続き研究・開発の努力を続ける予定である。(1)(2)に関する研究のうちで,特に金属微粒子のプラズモン共鳴に関しては,本研究によって顕著な成果を得ることができた。球状金ナノ微粒子,金及び銀ナノロッド(ナノワイヤ),金三角形ナノプレートに関する近接場光学顕微鏡による研究の結果,共鳴プラズモンモードの波動関数を可視化することに成功した。また金ナノロッドについては超高速測定を行い,単一成分単結晶であるにもかかわらず緩和がロッド状の位置に大きく依存することを見いだした。金属微粒子の凝集体については,プラズモンによって誘起される局所的な電場増強が表面増強ラマン散乱に主要な寄与をもたらすと言う仮説が数年前より提唱されていた。これに対して,近接場イメージングによって初めて明確な根拠を与えることに成功した。ナノ分子集合体については,所内外との共同研究を含め,ポルフィリン骨格を持つ分子の集合体や高分子のダイナミクスについての研究を進めた。ポルフィリンワイヤ(高分子)では,相当距離にわたって励起エネルギーが伝播するという,常識を覆す事実を強く示唆する実験結果が得られた。1.広域波長可変超短パルス光源の製作動的近接場分光法を様々な分子に適用していくため,広帯域波長可変超短パルス光源の開発を行った。本研究予算でTi:Al_2O_3レーザーを新たに準備し,更にそれを励起光源とし,PPLN結晶を非線形媒体とした同期励起光学パラメトリック発振器を現在製作中である。2.微粒子の素励起と周囲との相互作用金属微粒子のプラズモン共鳴と近接場光との相互作用の基本的性質について,特に棒状微粒子(ナノロッド)を中心として開口プローブによる近接場分光システムを用いて解析した。金及び銀ナノロッドでプラズモンモードの固有波動関数を近接場光学顕微鏡によってイメージングすることに成功し,また局所的な光励起後の電子電子散乱,電子格子散乱過程を,近接場下での超高速測定によって観測することができた。金属微粒子の集積した系にっいても測定の検討を開始したところである。半導体微粒子については,試料作成条件の検討は開始したが,測定は今後行う予定である。試料の微小領域での構造を把握するためには原子間力顕微鏡による観察が不可欠で,この目的のため,本研究予算で卓上プローブ顕微鏡を購入した。3.近接場における光熱変換の方法励起エネルギーの伝播の過程で発生する熱を積極的にとらえる光熱分光法の手法を近接場に適用し,微小領域の熱励起を測定する試みを計画した。必要な光学系を組み,球状金属微粒子で基礎的な検討を開始しているが,まだ現時点で熱レンズの測定に至っていない。1.広域波長可変超短パルス光源の製作動的近接場分光法を様々な系に適用するため,昨年度に引き続き広帯域波長可変超短パルス光源の開発を行った。PPLN結晶を非線形媒体とした同期励起

光学パラメトリック発振器の製作をとりあえず完了し,発振のテストを行っているが,現時点までに安定発振に成功していない。今後も発振の努力を継続する予定である。2.微粒子の素励起と周囲との相互作用プラズモン共鳴の波動関数のイメージングと分光特性の解析を昨年度に引き続き行った。金のナノロッドに加えてナノ三角プレートについても測定を行い,同様の解析が可能であることを示すとともに,三角プレートに特徴的な分光特性を明らかにした。金の二光子発光過程の偏光特性等を詳細に検討し,金の結晶構造とプラズモン共鳴により説明できることを示した。球状ナノ微粒子の凝集構造を作成し,その周囲における電場増強分布が理論的な予測と一致することを,近接場イメージングによって初めて示した。またこの電場増強効果が表面増強ラマン散乱の主要な起源であることをも明確に示した。金ナノ微粒子と色素分子が共存し相互作用する系を作成し,近接場イメージングを行った結果,プラズモン共鳴による電場増強の大きさや分光特性が,微粒子の形状,サイズ,凝集状態によって大きく影響を受けることがわかった。3.近接場における光熱変換の方法光熱分光法の手法を近接場に適用し,微小領域の熱励起を測定する試みを昨年度に引き続き行ったが,まだ現時点で熱レンズの測定に至っていない。
コルモゴロフ流の共変リャプノフ解析

私が平成24年度に行った研究は『クエット乱流の軌道不安定性(初期値に対する鋭敏な依存性)』を,近年開発された計算手法である共変リャプノブ解析を用いて調べたものである.この研究は特別研究員に採用される際に提出した研究計画の一部であり,計画に沿って研究し国内研究集会・学会や海外(スペイン)の国際会議で発表することが出来た.このことは研究奨励金や科学研究費補助金で購入した書籍や参加した研究集会における情報交換・議論によるところが大きく,特に科学研究費補助金で購入したコンピュータ・周辺機器は本研究に欠くことのできないものであった.本研究は,私がクエット乱流の共変リャプノブ解析の数値計算を行い,山田道夫教授と竹広真一准教授と何度も議論を行うことで進めてきた.壁乱流は壁近傍の乱流であり,物理・工学的に重要ながら,そこで見られる壁乱流に共通の現象(再生成サイクル)の理解は十分とは言えない.特に,現状ではモデル化による理解や現象論的な説明が部分的になされているのみで,支配方程式であるナビエーストークス方程式に基づいた理解はほとんど得られていない.そこで本研究ではナビエストークス方程式の解軌道の安定性を調べることで,従来とは異なる視点から再生成サイクルを特徴付けた.解軌道の安定性は共変リャプノフ解析を用い,リャプノフ指数とリャプノブベクトルを計算することで調べた.リャプノブ指数は無限小摂動の指数的増大/減少率であり,リャプノブベクトルはそれを与える無限小摂動ベクトルである.まず,"流れ方向渦の局在化"を用いて再生成サイクルをPhase(i)とPhase(ii)に分割し,それぞれに対して局所リャプノブ指数を計算することで軌道不安定性を調べた.その結果,phase(i)では軌道不安定であるが,Phase(ii)では不安定性が見られなかった.さらに,不安定性が見られるPhase(i)について,対応する共変リャプノブベクトルを調べ,不安定性を明らかにした.クエット乱流の乱流維持メカニズムを議論するためにエネルギーの収支解析を行い,従来の"自己維持過程"とは異なるメカニズムを議論・提案した.軌道不安定性は乱流をカオスとしてみたときの基本的な特徴であるので,上記の結果は壁乱流の基本的な理解に貢献するものと考えている.私が平成24年度に行った研究は『クエット乱流の軌道不安定性(初期値に対する鋭敏な依存性)』を,近年開発された計算手法である共変リャプノブ解析を用いて調べたものである.この研究は特別研究員に採用される際に提出した研究計画の一部であり,計画に沿って研究し国内研究集会・学会や海外(スペイン)の国際会議で発表することが出来た.このことは研究奨励金や科学研究費補助金で購入した書籍や参加した研究集会における情報交換・議論によるところが大きく,特に科学研究費補助金で購入したコンピュータ・周辺機器は本研究に欠くことのできないものであった.本研究は,私がクエット乱流の共変リャプノブ解析の数値計算を行い,山田道夫教授と竹広真一准教授と何度も議論を行うことで進めてきた.壁乱流は壁近傍の乱流であり,物理・工学的に重要ながら,そこで見られる壁乱流に共通の現象(再生成サイクル)の理解は十分とは言えない.特に,現状ではモデル化による理解や現象論的な説明が部分的になされているのみで,支配方程式であるナビエーストークス方程式に基づいた理解はほとんど得られていない.そこで本研究ではナビエストークス方程式の解軌道の安定性を調べることで,従来とは異なる視点から再生成サイクルを特徴付けた.解軌道の安定性は共変リャプノフ解析を用い,リャプノフ指数とリャプノブベクトルを計算することで調べた.リャプノブ指数は無限小摂動の指数的増大/減少率であり,リャプノブベクトルはそれを与える無限小摂動ベクトルである.まず,"流れ方向渦の局在化"を用いて再生成サイクルをPhase(i)とPhase(ii)に分割し,それぞれに対して局所リャプノブ指数を計算することで軌道不安定性を調べた.その結果,phase(i)では軌道不安定であるが,Phase(ii)では不安定性が見られなかった.さらに,不安定性が見られるPhase(i)について,対応する共変リャプノブベクトルを調べ,不安定性を明らかにした.クエット乱流の乱流維持メカニズムを議論するためにエネルギーの収支解析を行い,従来の"自己維持過程"とは異なるメカニズムを議論・提案した.軌道不安定性は乱流をカオスとしてみたときの基本的な特徴であるので,上記の結果は壁乱流の基本的な理解に貢献するものと考えている.
物理的除去加工と化学的除去加工を併用した3次元マイクロ構造形成法に関する研究

本研究では,摩擦力顕微鏡機構および集束イオンビームによるナノスケール機械加工と化学エッチングを併用した3次元極微細構造形成について検討した.摩擦力顕微鏡機構によりナノスケール機械加工を行った単結晶シリコンをKOH水溶液でエッチング処理すると,加工部にマスキング作用が発現し,凸状の微細構造を形成できる.このメカニズムを解明するため,TEM,SIMS等による加工部の構造分析を行った.その結果,加工部には厚さ約20nmのシリコンのアモルファス層が形成され,その領域がKOH水溶液に対してマスクとして作用することがわかった.さらに加工を行った単結晶シリコンをHF水溶液でエッチング処理すると,加工部が選択的にエッチングされ凹み状の微細構造が形成される.この原理を応用して加工条件によってマスキング作用の強弱が変化するメカニズムについて検討した.その結果,垂直荷重によって生じるマスキング作用の強弱は,マスク層の厚さの変化に起因することがわかった.一方,走査線送り量によるマスキング作用の強弱は,結晶性の変化に起因することがわかった.集束イオンビーム照射によりナノスケール機械加工を行った単結晶シリコンをHF水溶液でエッチング処理すると,加工部が選択的にエッチングされ凹み上の微細構造を形成できる.この原理を応用して,照射条件により微細構造の深さを制御することで3次元微細構造の形成を試みた.その結果,イオンビーム照射のドーズ量,加速電圧により微細構造の深さを制御できることがわかった.またドーズ量が小さい場合,照射部のエッチングは進行せず,ドーズ量の増加にともないエッチングが急激に進行することがわかった.この結果を応用して,3次元微細構造を形成できることを示した.本研究では,摩擦力顕微鏡機構および集束イオンビームによるナノスケール機械加工と化学エッチングを併用した3次元微細構造形成について検討した.摩擦力顕微鏡機構や集束イオンビームを利用して微細加工した単結晶シリコンをKOH水溶液等でエッチング処理すると,加工部がマスキング作用を示し微細構造を形成することができる.本研究では,加工条件によりマスキング作用の強弱を制御し,微細構造の高さの制御について検討した.さらに,これを利用して3次元微細構造の形成を試みた.摩擦力顕微鏡機構によるナノスケール加工時の垂直荷重,走査線送り量および加工回数を変化させることで,加工部のエッチングレートが変化することを明らかにした.これによって生じる微細構造の高さの差は,加工時に形成される加工変質層の密度や幅に依存し,それがエッチングにより消滅するまでの時間差によって生じる.また,この差はKOH水溶液濃度によって大きく異なることを明らかにした.集束イオンビームによるナノスケール加工時のドーズ量,ドットピッチを変化させることで,加工部のマスキング作用の強弱を制御できることがわかった.また,集束イオンビームにより形成されるマスク層は,試料内部で形成されることを明らかにした.さらに,ドットピッチを小さくすることで照射イオンが均一に広がり,平滑な微細構造を形成することができることがわかった.以上の結果を応用して,加工条件により微細構造の高さを制御し,3次元微細構造を形成できることを示した.本研究では,摩擦力顕微鏡機構および集束イオンビームによるナノスケール機械加工と化学エッチングを併用した3次元極微細構造形成について検討した.摩擦力顕微鏡機構によりナノスケール機械加工を行った単結晶シリコンをKOH水溶液でエッチング処理すると,加工部にマスキング作用が発現し,凸状の微細構造を形成できる.このメカニズムを解明するため,TEM,SIMS等による加工部の構造分析を行った.その結果,加工部には厚さ約20nmのシリコンのアモルファス層が形成され,その領域がKOH水溶液に対してマスクとして作用することがわかった.さらに加工を行った単結晶シリコンをHF水溶液でエッチング処理すると,加工部が選択的にエッチングされ凹み状の微細構造が形成される.この原理を応用して加工条件によってマスキング作用の強弱が変化するメカニズムについて検討した.その結果,垂直荷重によって生じるマスキング作用の強弱は,マスク層の厚さの変化に起因することがわかった.一方,走査線送り量によるマスキング作用の強弱は,結晶性の変化に起因することがわかった.集束イオンビーム照射によりナノスケール機械加工を行った単結晶シリコンをHF水溶液でエッチング処理すると,加工部が選択的にエッチングされ凹み上の微細構造を形成できる.この原理を応用して,照射条件により微細構造の深さを制御することで3次元微細構造の形成を試みた.その結果,イオンビーム照射のドーズ量,加速電圧により微細構造の深さを制御できることがわかった.またドーズ量が小さい場合,照射部のエッチングは進行せず,ドーズ量の増加にともないエッチングが急激に進行することがわかった.この結果を応用して,3次元微細構造を形成できることを示した.
間隔の制御されたメゾスコピック冷却イオン列の生成

レーザー冷却された気体原子イオンを用いた量子インターフェース、量子シミュレーション、光時計などの応用では、関与するイオンの個数をいかに増やせるかが性能向上のための重要な課題である。多数個イオンと光との相互作用を一様にするためにはイオンを等間隔に配列させる必要があるが、従来のイオン捕獲技術では不可能であった。本研究課題では微細加工技術を駆使した特殊な電極を開発し、超高真空中に17個のカルシウムイオンを15μm間隔で1列に配列させる電場を発生させた。さらに各々のイオンの位置での実際の電場を高精度に測定する方法を確立し、結果を電極電圧にフィードバックすることによりイオン列の等間隔性の向上に成功した。平面型のトラップ電極で、イオンの位置が等間隔になるトラップポテンシャルの導出と、そのポテンシャルを生成し且つトラップのための複数の条件を満たす電極配置の設計を行った。また新規トラップ実験のためのレーザー光源を整備し、トラップ電極を実装した。従来のイオントラップの閉じ込めのポテンシャルは2次関数型で、イオン間のクーロン相互作用を考慮したイオンの平衡位置はイオン列の外側にいくほど間隔が広くなる。等間隔性を確保するためのポテンシャルについては未知であったため、初めに少数個の場合として4個のイオンが等間隔になる場合について検討したところ、4次関数が適していることがわかった。そこで4次関数型のポテンシャルを生成するための電極配置を設計した。さらに多数個の場合として100個以上のイオンについても、4次、6次など高次の関数型を仮定したときのイオンの平衡位置をシミュレーションによって求めたところ、単一の次数の関数では、4次関数の場合に等間隔性が良くなることがわかった。そこで4次関数型のポテンシャルを形成し、且つ、トラップ条件を満足する電極配置と印加電圧を求めた。また理論的なトラップ条件以外にも、電極実装では多くの条件を満たす必要がある。印加電圧や配線が最適になるように詳細な検討を行った。またイオンの等間隔性の評価についても検討し、Bragg反射を用いる方法よりも、光の定在波とイオン配列の相互作用を用いる方が厳密に評価できるという結論に至った。等間隔配置のためのトラップポテンシャルの導出では、まず初めに少数個の場合として4個のイオンについて検討したところ、4次型の関数が適していることがわかった。そこでこのようなポテンシャルを生成するための電極配置を設計し、数値解析により検証した結果、数百Vの印加電圧が必要であることが新たな知見として得られた。そのままトラップを実装した場合、絶縁破壊によるトラップの不可逆的な破壊の可能性が明らかになった。そこで所望のポテンシャルを生成できるだけでなく、数十V程度の印加電圧で動作するように電極配置の変更を行った。多数個のイオンについては、100個以上のイオンが4次関数、6次関数、など高次の関数で表されるポテンシャルの場合の平衡位置をシミュレーションによって求めた。その結果単一の次数の関数では、4次関数の場合に等間隔性が最もよくなることがわかった。イオンの等間隔性の評価では、Bragg反射を利用する方法が考えられるが、さらに検討を進めていくうちに、光の定在波とイオン配列の相互作用を用いれば、より厳密に評価できることがわかった。この方法ではカルシウムイオンの2S1/2-2D5/2遷移に相当する波長729nmの光共振器を用いて、定在波中にイオン列を配置する。以上のように、100個以上のイオンに対応するポテンシャルを求めたこと、数値解析による検証によって絶縁破壊を起こさない現実的なトラップ電極が設計できたこと、Bragg反射を用いる方法よりも厳密な等間隔評価法を考案したことなどから、研究はおおむね順調に進んでいるといえる。等間隔イオン列の実現のため、従来の2次関数型のポテンシャルではなく、4次関数型のポテンシャルを生成するような平面型トラップを開発した。初年度の最初に設計したトラップ電極では、数百Vの印加電圧が必要でそのままでは電極の絶縁破壊の可能性が明らかになったため、設計を変更したのちトラップ電極を実装し、新規の真空装置においてイオンの捕獲実験を行った。等間隔用ポテンシャルは通常よりも浅くイオン捕獲が困難なため、捕獲用ポテンシャルで一旦イオンを捕獲し、等間隔用にポテンシャルを変化させるという手法を考案しイオン捕獲に成功した。今回開発したトラップ電極では、2次関数型のポテンシャルでの長いイオン鎖によくみられるジグザグ構造ではなく、1列に配列したイオン画像を観測することができた。しかし得られた配列に浮遊電場の影響と思われる非対称性がみられた。したがって補正電圧を算出し、印加するためのシステム構築が必要である。またトラップポテンシャルについては、4次関数だけでなくさらに高次の項を含むポテンシャルによって、より等間隔性の優れたイオン配列が得られることがわかった。そこで高次の項を含むポテンシャル生成と補正電圧印加ができるような、改良型トラップ電極を設計した。またイオンの等間隔性評価法の検討と予備実験を行った。現在イオン配列の等間隔性はイオン画像で評価している。しかし光の定在波を用いれば、波長の10分の1程度のオーダーの精密な評価が可能になる。そこでカルシウムイオン禁制遷移を用いて等間隔性を評価するための予備実験を行ったところ、量子跳躍の頻度の観測が有用であることがわかった。このようにH28年度はイオン配列観測、等間隔性評価の予備実験により多くの知見が得られ、それをもとに改良型トラップ電極設計した。引き続き改良型トラップ電極により評価実験を行う。

等間隔イオン列の実現のための4次関数型のポテンシャルを生成するような平面型トラップを設計し、新規真空装置に実装しイオンの捕獲実験を行った。等間隔用ポテンシャルは通常よりも浅くイオン捕獲が困難なため、捕獲用ポテンシャルで一旦イオンを捕獲し、等間隔用にポテンシャルを変化させるという手法を考案してイオン捕獲に成功した。従来の2次関数型のポテンシャルでは、多数個イオンについてはジグザグ構造や層状構造になることが知られているが、本研究で開発したトラップ電極で等間隔用ポテンシャルに移行すると、1列に配列した多数個のイオン画像を観測することができた。得られたイオン画像観測の解析から、イオンは浮遊電場の影響を受けていることがわかった。そこで精密に補正電圧を印加できるようにする必要がある。またトラップポテンシャル形状については、4次関数だけでなくさらに高次の項を含むポテンシャルによって、より等間隔性の優れたイオン配列が得られることがわかった。そこで高次の項を含むポテンシャル生成と精密な補正電圧印加ができるような、改良型トラップ電極を設計した。またイオンの等間隔性評価法の予備実験を行った。現在イオン配列の等間隔性はイオン画像で評価している。しかし光の定在波を用いれば、波長の10分の1程度のオーダーの精密な評価が可能になる。そこでカルシウムイオン禁制遷移を用いて等間隔性を評価するための予備実験を行ったところ、量子跳躍の頻度の観測が有用であることがわかった。予備実験は進行波レーザーを用いたが、実際には定在波で行う。そのための光共振器を組みこんだトラップ電極を設計した。このように平成28年度はイオン配列観測、等間隔性評価の予備実験により多くの知見が得られ、それをもとに改良型トラップ電極設計した。引き続き改良型トラップ電極によりイオン列の評価実験を行う。平成29年度は、昨年度より理想に近い等間隔配列用ポテンシャルとして、4次だけでなく高次の項も含むポテンシャルを求め、改良型電極で実験を行った。さらに等間隔性向上のためのフィードバックシステムを構築した。まず所望のポテンシャル生成のために12対の制御用電極に印加する電圧を求めイオンを捕獲する。実際には浮遊電場の影響があるのでそれを含めたポテンシャルを測定し補正しなければならない。これについては、配列したイオンの位置情報からイオン間のクーロン相互作用を計算すれば実際のポテンシャルが求まることがわかった。そこで、(1)イオンの画像取得(2)位置情報からポテンシャル導出(3)所望のポテンシャルとの差を算出(4)制御電圧へフィードバック、を繰り返して等間隔性を向上させるシステムを構築した。これを用いて17個のイオンを15マイクロメートルの間隔で配置したところ、通常の調和ポテンシャルの場合と比べて等間隔性の向上が確認できた。また、このような手法で得られる等間隔イオン列での個々のイオンに生じる周波数シフト(電気四重極シフト)を理論的に解析したところ、通常の調和型ポテンシャルでのイオン列で生じる周波数シフトの不均一性が、等間隔配列では完全に消失することが明らかとなった。
緑膿菌鉄レギュロンの研究

緑膿菌では、高鉄濃度で転写が抑制される鉄レギュロンが存在し、鉄獲得に関わるシデロフォア(ピオベルジン)生合成(pvd)遺伝子群も本レギュロン内に位置付けられる。本研究では鉄レギュロンでの情報伝達機構全体像の提示をめざし、pvd遺伝子群に焦点をあてて当該遺伝子群発現制御の分子遺伝学的研究をおこなった。1.ピオベルジン生合成に必要な数多くのpvd遺伝子群は多数のオペロンに組織化され形で、染色体遺伝地図上47minの103kbの領域(pvd)領域内の2ケ所に分布していた。また、pvd領域は本菌生育に必須の遺伝子はコードしていなかった。2.3つのpvdオペロンの転写にはpvd領域内にコードされる正の制御因子PvdSの関与が必要であったが、いずれの転写も高鉄濃度で抑制された。当該オペロン転写のPvdS依存現象と高鉄濃度での抑制現象に必要なプロモーター領域は分離できず、また、pvdS突然変異背景下で当該オペロンの転写は低鉄濃度でも検出できなかった。3.pvdS含有領域の塩基配列決定と相同性検索より、PvdSは「細胞質外機能」の遺伝子群転写に必要なRNAポリメラーゼ・シグマ因子亜群に属すると推定された。pvdSのプロモーター領域は、高鉄濃度で鉄レギュロン全体のリプレッサーFurがレギュロンの転写を抑制するのに必要な塩基配列(Fur box)を持ち、また、pvdSの転写は高鉄濃度で抑制された。上記の成果も考慮して、高鉄濃度ではFur boxへのFurの結合がpvdSの転写を抑制する結果、pvd構造遺伝子群の転写がおきないというモデルを提唱した。4.染色体上のfur欠損突然変異は座位交換的遺伝子置換法を用いても取得できず、fur遺伝子は本菌の生育に必須である可能性が強く示唆された。緑膿菌では、鉄濃度により発現が制御される一連の遺伝子群である鉄レギュロンが存在し、鉄獲得に直接関わるシデロフォア(ピオベルジン)の合成遺伝子群や、他の複数の病原因子の遺伝子群が含まれる。本研究の目的は、プロモーター検索用レポーター遺伝子含有トランスポゾンにより分離したピオベルジン合成遺伝子群突然変異を材料にし、鉄レギュロンへの、またレギュロン内での情報伝達の分子機構の解明である。1.ピオベルジン合成遺伝子群の緑膿菌染色体上での構造についてさらに詳細な解析を進めた。(1).本遺伝子群を含む計103kbの緑膿菌染色体断片及び上記突然変異部位を大腸菌にクローン化し、本遺伝子群領域の物理地図、突然変異の分布、各遺伝子の転写方向を決定した。(2).本遺伝子群は染色体の遺伝子地図上の47分領域に、物理地図上のSpeI-J断片上に存在していた。クローン化領域は125kbの長さを持つcatA領域(46分領域)と10kb重複していた。2.緑膿菌内での組換えプラスミドの研究から、本遺伝子群内で鉄濃度により活性が制御される複数のプロモーター領域をいずれも1kb以下に局在下した。大腸菌内ではこれらのプロモーター活性が認められず、このことから、本遺伝子群の発現を正に制御する遺伝子が緑膿菌に存在すると結論された。3.大腸菌内でこれらのプロモーターの活性を出現させる緑膿菌DNA断片を、本菌の遺伝子ライブラリー中から選択した。この正の制御遺伝子pvdRを含む2.5kbの断片内は上記の103kb内に位置していた。現在、pvdR遺伝子の構造と機能について詳細な解析を進めている。

4.本年度、緑膿菌の鉄レギュロン全体の発現を負に制御するとされるFur蛋白質の遺伝子が米国で単離された。本遺伝子の塩基配列をもとにPCR法でfur遺伝子をクローン化した。今後、染色体上のfur遺伝子に欠損を持つ緑膿菌株を作製し、この株でのピオベルジン産生の鉄濃度依存性を検討する予定である。緑膿菌においては、鉄獲得に関わるシデロフォア(ピオベルジン)の生合成(pvd)遺伝子群は、高鉄濃度で転写が抑制される鉄レギュロンの構成員である。本研究では鉄レギュロンでの情報伝達機構全体像の提示をめざしている。本年度は、昨年度同定したpvd遺伝子群転写の正の制御因子pvdSの機能と発現調節に焦点をあてた研究をおこなった。1.染色体の特定領域に欠失突然変異を効率的に誘発する系を用い、pvd遺伝子群が密集する染色体上の103kbのpvd領域は本菌生育に必須の遺伝子はコードしていないことを示した。2.3つのpvdオペロンが転写にPvdSを必要とするプロモータ領域からの転写は高鉄濃度で抑制される関係を本年度の詳細な解析で見いだした。また、pvdS突然変異背景下で当該オペロンの転写は低鉄濃度でも検出できなかった。3.pvds含有領域の塩基配列の決定と相同性検索から、PvdSは「細胞質外機能」の遺伝子群転写に必要なRNAポリメラーゼ・シグマ因子亜群の一員であると推定された。また、(1)pvdSのプロモーター領域は、高鉄濃度で鉄レギュロン全体のリプレッサーFurがレギュロンの転写を抑制するために必要な塩基配列(Fur box)を持ち、(2)pvdSの転写は高鉄濃度で抑制された。以上の成果から、高鉄濃度でFur boxへのFurの結合がpvdsの転写を抑制する結果、pvd構造遺伝子群の転写がおきないというモデルを提唱した。4.座位交換的遺伝子置換法を用いた染色体fur欠損突然変異の取得は成功せず、fur遺伝子は本菌の生育に必須である可能性が強く示唆された。
教師の教育観をベースとした教科横断型問題解決学習モデルの構築

本研究は,教科書の分析や教師へのインタビューから,教師の問題解決観を調査した。教師の教育観や学習方略を調査した。対象は「生活科」「総合的な学習の時間」「算数・数学」「理科」である。総合的な学習の時間は,指導経験を積むことによって「活動,情意面」から「考え,思考」,「活動の価値」へと変容した。一方で,生活科はどの年代も「関わり」を重視していた。理科における学習者の問題解決過程の分析から,理科の問題解決に統計的推論が必要であることを明らかにした。1,問題解決論および関連する学習論の整理〈担当:久保田〉デューイ,パース,川喜多二郎などの問題解決および問題解決学習論を教科との関連の視点から分析した。2,各教科の問題解決学習観の把握(1)理科第一に,生活における科学的事象に対する問題解決場面に着目した基礎研究を行った。問題解決の見通し持つためには,因果関係考慮した仮説設定が重要である。この力は,自然体験やものつくり等の先行経験に大きく影響されることがわかった。第二に,因果関係を考慮した仮説設定を取り入れた学習を展開し,その効果を検証した。その結果,素朴概念の変換やグラフ作成能力に効果を示した。第三に,部し題解決における仮設定と理論負荷性の関係を調査した。振り子の学習等では,測定定誤差を仮説に適合するように解釈する児童が見られる。その解決方法を,学習順との関連から提案した。(2)算数・数学指導案および授業記録の収集と分析をおこなっている。本年度は,学習意欲に関わる要素の抽出をおこなった。また,考察場面め教師の関わりに着目し,教師が考察範囲をコントロールするための手立てを開発し,その効果を測定した。(3)生活科生活科の指導経験のある教員から,同教科の問題解決の視点に関するヒアリングを実施した。児童・生徒の問題解決能力の育成やそのための問題解決学習の実旛は,学校教育における喫緊の課題である。しかし,各教科の教師の持つ,問題解決学習観は異なり,お互いの理解も乏しい。そこで本研究の第一の目的は,各教科の教師の持つ問題解決学習観とその異同を明らかにすることである。第二の目的は,第一の成果から,教科横断型問題解決学習モデルを構築することである。本研究の特徴の一つは,文献だけでなく,教育現場の教師からモデルを構築である。また,概念モデルのみでなく,教科内容を念頭に置いた,プロセスや発問を示すことで,教師の指針となりえるモデルを構築する。教師の問題解決学習観の底辺には,先人の示した問題解決論・問題解決学習論がある。この論に,各教科の特性や歴史的経験などが加味されることで,現在の問題解決学習観ができあがっていると考える。ただし,上記に示したように問題解決学習観の連携は少ない。そこで,その異同を明らかにした上で,教科横断型問題解決学習モデルを構築することを本研究の目的とする。また,本研究の特徴として,文献だけでなく,教育現場からモデルを構築することにある。研究は(1)問題解決論の整理,(2)各教科の問題解決学習観の把握,(3)教科横断型モデルの構築の3つのステージで構成する。(1)問題解決論の整理:デューイ,パース,川喜多二郎などの問題解決および問題解決学習論を教科との関連の視点から分析した。(2)各教科の問題解決観:生活科,総合的な学習ではPAC分析から,教師の問題解決観を明らかにした。数学では,教師の教材観との関連から問題解決観を検討した。理科は,問題解決における統計リテラシーの必要性を明らかにした。(3)モデルの構築:平成24年度に検討する。本研究は,各教科の問題解決観の異同を明らかにし,そこから教科横断型問題解決学習モデルを構築することである。研究はA:問題解決論の整理,B:各教科の問題解決学習観の把握,C:教科横断型問題解決学習モデルの構築の3つのステージからなる。本年度は,BとC:のステージを中心に行った。1,Bステージについて生活科・総合的な学習の時間を専門とする教師へのPAC分析から得られたデータを考察した。PAC分析は,少数の標本に対しインタビューによる質的分析と質問紙による量的分析を共におこなう手法である。この分析から,教師の問題解決観の変容について,教職歴,研修歴,テーマの履歴等との関連も含めながら分析した。また,KJ法を応用したワークショップ形式のインタビュー調査を実施した。これらにより,探究的な学習のイメージは,指導経験を積むことによって「活動,情意面」から「考え,思考」へ,そして「活動の価値」へと変容してきていることが捉えられた。

また,探究的な学習のイメージの変容から,教師の力量として,「課題意識を深化させる力」,「多様なソースを的確に提示する力」,「価値ある学習を企画する力」が高まっていることが推察された。PAC分析やワークショップは,データ収集を目的としたが,リフレクションの機会となり,自らに資質向上に役立ったとの対象教員からの報告がある。研修ツールとしての活用法の効果が示唆された。数学では,教科書教材に対する教師のアレンジから,問題解決観を把握した。2,CステージについてBステージでの分析をもとに,教科間の関連を総合的に考察した。現状では,理科と数学との関連に着目し,統計的推論の観点から理科の問題解決の分析が終了した。生活科,総合的な学習の時間,数学,理科の関連について,分析を進めている。分析方法や対象教科の変更はあった。しかし,進行状況は,計画に概ね変更はない。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は,各教科の問題解決観の異同を明らかにし,そこから教科横断型問題解決学習モデルを構築することである。研究は,(1)問題解決論の整理,(2)各教科の問題解決学習観の把握,(3)教科横断型問題解決学習モデルの構築の3つのステージからなる。本年度は,(2)と(3)のステージを中心に行う。(2)各教科の問題解決観の把握・生活科・総合的な学習の時間を専門とする教師へのPAC分析から得られたデータを考察する。PAC分析は,少数の標本に対しインタビューによる質的分析と質問紙による量的分析を共におこなう手法である。この分析から,教師の問題解決観の変容について,教職歴,研修歴,テーマの履歴等との関連も含めながら分析を進める。これらの作業を通して,分析手法の見直しを行い,実施することで新たなデータを取得する。・KJ法を応用したワークショップ形式のインタビュー調査を実施した。分析の手法を検討し,考察を進める。・授業場面の観察から理科授業における数学的思考とそれを使った問題解決の必要性が導き出された。本年度は,統計的推論の観点から理科の問題解決を分析する。(3)横断型モデルの構築(2)ステージでの分析をもとに,教科間の関連を総合的に考察する。また,教師の職能成長の観点からの考察も試みる。成果は,複数回の学会発表および論文の投稿により発表する。