hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
カルシウムシリケート処理を施したセルロースナノファイバー複合材料の開発と性能評価

添加量が多い条件では、ケイ酸カルシウム水和物の結晶が形成されることによる曲げ強度および曲げ弾性率での向上が見られる等、一部条件ではCNFをケイ酸カルシウム水和物で表面改質することによる相乗効果が確認された。本課題では、セルロースナノファイバー(CNF)の乾燥工程での凝集を防ぎ、簡易乾燥が可能となる条件を検証することを目的にケイ酸カルシウム水和物を用いてセルロースの表面改質を行った。条件としてケイ酸カルシウム水和物の添加量と吸い熱処理条件(温度と時間)を変化させた。結果として、簡易乾燥が可能なケイ酸カルシウム水和物処理CNFを作製するためのセルロースに対するSi/Ca量、水熱処理条件の最低条件が示された。またケイ酸カルシウム水和物で表面改質したCNFをプラスチックと複合化させることにより曲げ性能が向上することも明らかとなった。本研究の目的は「CNF表面にケイ酸系無機水和物を有したCNFを作成し、凝集を防ぐこと」であるが、現段階で、いくつかの条件でCNF表面にケイ酸カルシウム水和物を有したCNFの作成ができている。評価手法としてFT-IR等を利用し、より詳細な分析を進めていくべきであると考えている。木質科学CNF表面へのケイ酸カルシウム水和物の形成についてより詳細な検討を行うことが必要になる。これまでに、水熱処理時間、ケイ酸カルシウム水和物添加量の影響を検討してきたため、今後は水熱処理温度を変化させて結晶の形成条件を詳細に検討することが必要になる。また、得られたCNFを用いてプラスチックとの複合化を行い、それらの物性試験を行うことで各種物性値への影響について考察していく。具体的には、複合材料の強度(曲げ、引張、衝撃)試験を行うとともに、耐水性、耐熱性の検討も行う。当初の目的は「CNF表面にケイ酸系無機水和物を有したCNFを作成すること」であるが、現段階でそれを達成することができている。ただ評価方法として、現在はエックス線回折、粒度分布、電子顕微鏡観察を行っているが、今後はFT-IR等も活用しながらより詳細な分析をすべきであると考えている。CNF表面へのケイ酸系無機水和物の形成についてより詳細な検討を行うことが必要となる。具体的には、シリカとカルシウムの比率および水熱処理条件を様々な値で変化させていくことが必要となる。水熱処理には耐圧管を利用し、原料の比率から既存のケイ酸カルシウム実験の相図をもとに配合実験と水熱条件検証を実施する。同様に、CNF上に形成するケイ酸系無機水和物量をコントロールできる因子を明らかにする。また得られたCNFを凍結乾燥し、それを充填材としたプラスチック複合材料を作成し、それらの物性試験を行うことで、CNF/ケイ酸系無機水和物による物性への影響について見当することが今後の重要な課題となる。具体的には、複合材料の強度(曲げ、引張)特性、耐水性、耐熱性の検討を行う。
金属間化合物における新奇超伝導体の開発及び、超伝導機構の解明

金属間化合物超伝導体Y_2C_3の超伝導状態について詳細な情報を得ることを目的として研究を行ってきた。この目的を遂行するために、核磁気共鳴測定(NMR)を行うことを本年度の計画とした。極低温まで行ったNMR測定の結果、比熱測定と同様に基本的にはBCS的なs波の強結合超伝導体であることを示す結果が得られた。さらに十分低温で小さなギャップの存在を観測しており、マルチギャップの超伝導体であることを明らかにした。さらにナイトシフトからスピン帯磁率が転移温度以下で減少したことから、クーパー対はスピンシングレットを形成していることを明らかにした。また、超伝導の混合状態に関する情報を得る為に、空洞共振器摂動法によるフラックスフロー抵抗測定を行った。Y_2C_3のフラックスフロー抵抗は磁場に対して非線形に振る舞う結果が得られた。このことはY_2C_3の磁束線が常伝導コアを仮定した場合に比べてより大きなエネルギー散逸を示すことを意味している。そして、この振る舞いについては、2ギャップ超伝導体のフラックスフローの理論モデルでよく説明出来ることを明らかにした。
Red Complexのアディポネクチンを介したインスリン抵抗性メカニズムの解明

本研究課題の目的は歯周病菌(Red Complex)がインスリン抵抗性に関わるメカニズムの解明である。その為、H30年度は岩木健康増進プロジェクトに参加し、1100名程度の口腔環境について検査を行った。測定項目は口腔環境として歯数・歯周病指数(CPI)・舌苔に含まれる口腔細菌数、う蝕歯数、唾液検査、口臭測定を行った。全身的な調査項目として、年齢・BMI・喫煙歴・アルコール量・糖尿病の指標である血清血糖・HbA1c・HOMA-IR・血中インスリン濃度・アディポネクチンと炎症性サイトカインであるIL-1β・IL-6・TNF-αを測定した。口腔細菌については全細菌を網羅的に検出している。本年度も予備研究と同様、口腔細菌中のRed Complexの割合が歯周病群は非歯周病群と比べて優位に高いこと、また、RedComplexの割合が高いほどIL-1β、TNF-αが有意に高いことが認められた。インスリン抵抗性に関係するアディポネクチンは口腔細菌中のRed Complexの割合が多くなるとアディポネクチンが低下することが判明した。糖尿病に罹患している住民だけでなく、健康成人においても口腔細菌のなかでRed Complexの割合が大きくなるとアディポネクチンが低下することが分かり、インスリン抵抗性を生じる誘因の1つとしてRed Complexがアディポネクチンを介してインスリン抵抗性を発現させていると推察された。現在は英文の専門誌に投稿しながら、Red Complexの口腔細菌における割合のcut off値や、インスリン抵抗性を生じるアディポネクチンの検査値に関して追加検討しているところである。Red Complexの割合が健康成人においてもアディポネクチンを低下させることが分かり、研究の目的の一端に到達した。しかし、アディポネクチンの低下がどの程度インスリン抵抗性に影響を与えているか、またどの程度検査値において低下すればインスリン抵抗性に影響を与えるのかについてはまだ研究段階であり、先行研究においてもはっきりしたエビデンスはないため、さらなるデータの蓄積を要すると思われる。その為、H29年度は岩木健康増進プロジェクトに参加し、1100名程度の口腔環境について検査を行った。測定項目は口腔環境として歯数・歯周病指数(CPI)・舌苔に含まれる口腔細菌数、う蝕歯数、舌圧、オーラルディアドコキネシスを測定した。口腔細菌については全細菌を網羅的に検出しているため、予想以上に時間がかかっており、現時点ではRed Complexについて分析が終了していない。その為、予備研究として前年度までのデータを用い、口腔細菌中のRed Complexの割合が歯周病群は非歯周病群と比べて優位に高いことを確認した。また、Red Complexの割合が高いほどIL-1β、TNF-αが有意に高いことが認められた。糖尿病の指標である血清血糖、HbA1c、HOMA-IR、血中インスリン濃度との間に相関はなかったが、アディポネクチンとの間に有意に負の相関がみられる事が判明した。健康成人においてのみの検討であったが、Red Complexが増加すればアディポネクチンが低下することが示唆される事となった。しかし、前年度までのデータでは細菌は細菌属までの判定であり、細菌種までは特定されていないため、細菌種までのデータが揃った所で予備研究同様に統計学的に解析する予定である。口腔内細菌についてはT-RFLP法で網羅的に解析しているため、約1100名の住民全ての口腔内細菌を検出するのには予想以上に時間がかかっている。しかし、本研究の予備研究において細菌属においてはRed Complexとアディポネクチンの間に有意な負の相関がみられることが分かっているため、細菌種まで解析が終了次第、検討する予定である。また、歯周病における炎症の程度をRed Complex比で評価しているが、そのような先行研究は少なく、今後のデータの蓄積が必要であることが考えられる。

現在は英文の専門誌に投稿しながら、Red Complexの口腔細菌における割合のcut off値や、インスリン抵抗性を生じるアディポネクチンの検査値に関して追加検討しているところである。Red Complexの割合が健康成人においてもアディポネクチンを低下させることが分かり、研究の目的の一端に到達した。しかし、アディポネクチンの低下がどの程度インスリン抵抗性に影響を与えているか、またどの程度検査値において低下すればインスリン抵抗性に影響を与えるのかについてはまだ研究段階であり、先行研究においてもはっきりしたエビデンスはないため、さらなるデータの蓄積を要すると思われる。Red Complexと炎症性サイトカインであるTNF-α、IL-1βが有意に正の相関をしていることやアディポネクチンが有意に負の相関がしていることが分かったが、過剰な脂肪細胞によってもTNF-α、IL-1βが増加させ、アディポネクチンが低下することが先行研究で分かっている。その為、Red Complexが慢性持続性炎症を作り出し、炎症性サイトカインの持続産生を生み出すことを証明するため、BMIや内臓脂肪レベル等を交絡因子として再度検討する必要がある。理由:研究に参加している岩木健康増進プロジェクトは年1回の大規模なコホート研究であるが、より正確なデータの蓄積のため口腔内環境の測定の対象者を増やす必要がある。その為、消耗品や検査器具を多量に追加する必要があり、次年度の健診に備えて持ち越す必要があった。使用計画:CPIプローブやオートクレーブを購入する予定である。本年度は健診に使用する器具に関して前年度の購入分でほぼ賄えたため、次年度使用額が生じた。次年度は健診機器・器具の追加購入と論文投稿費に充てる予定である。
交差反応性の診断における受身感作好塩基球活性化吸収試験の有用性の検討

花粉抗原と果物や野菜に対するアレルゲンの交差反応を証明する方法として従来からELISA inhibitionがよく知られている。しかし交差反応性の結果と臨床症状の間にギャップが生じる場合がある。今回、スギ花粉症でトマト特異的IgEが陽性の患者血清を集め、ELISA inhibitionと我々の開発した新しい方法で交差反応性を比較した。新しい方法では交差反応性の結果と臨床症状の発現の一致が見られたことから、従来法にくらべ、より生体に近い反応を反映していると思われた。これまで花粉抗原と交差反応性を有する果物・野菜によるアレルギー症状の診断に関して、交差抗原性を証明するIgE競合試験がよく用いられている。しかし、IgE競合性が証明されても臨床症状とのギャップが生じることがあり、その原因としてIgE抗体の交差抗原性を有するがアレルギー症状を誘発しない糖鎖(cross-reactive carbohydrate determinant :CCD)の関連性が指摘されている。しかし糖鎖が症状を誘発しうるという研究報告もありアレルギー交差反応性における糖鎖の関与はわかっていない。そこで今回、よりよい診断法を確立するために、我々は独自のアイデアによりIgE競合試験と好塩基球活性化試験まで連続して行う新しいシステムを開発しin vitroアレルギー診断の向上を測るとともに糖鎖の意義についても検討した。方法は、スギ花粉症でトマト特異的IgE陽性者19名を選びOASの病歴および抗CCD抗体の測定を行った。両抗原間の交差抗原性はELISA inhibitionとimmunoblot inhibitionで検討し、交差反応性はinhibition法と受身感作好塩基球活性化を組み合わせた受身感作好塩基球活性化吸収試験で検証した。結果はいずれの患者でも従来の方法ではCCDの値に関係なく交差抗原性がみられたが、新しい検査法では違いがみられた。つまり、トマトIgE抗体価とCCD抗体価を比較した際にトマトIgE抗体価がCCD抗体価より明らかに高い症例では好塩基球活性化とトマトOASがみられ、両者が同等の場合は好塩基球活性化およびOASがみられないことが判明した。花粉抗原と果物や野菜に対するアレルゲンの交差反応を証明する方法としてIgE競合試験がよく用いられている。しかし、IgE競合性が証明されても臨床症状とのギャップが生じることがあり、その原因としてアレルギー症状を誘発しない糖鎖(cross-reactive carbohydrate determinant :CCD)に対する結合が指摘されている。しかし糖鎖の中には症状を誘発しうるというものもあり交差反応性における役割はわかっていない。そこで今回、好塩基球細胞(=マスト細胞)を活性化するIgE抗体の交差性を診断する方法として、独自のアイデアによりIgE競合試験と好塩基球活性化試験まで連続して行う新しいシステムを開発しin vitroアレルギー診断の向上を測るとともに糖鎖の意義についても検討した。方法は、スギ花粉症がありトマト特異的IgEが陽性の者19名を選びOASの病歴および抗CCD抗体の測定を行った。両抗原間の交差抗原性は従来の方法(ELISA inhibitionとimmunoblot inhibition)で検討し、交差反応性はinhibition法と受身感作好塩基球活性化を組み合わせた受身感作好塩基球活性化吸収試験で検証した。結果は従来の方法ではCCDの値に関係なく交差抗原性がみられたが、新しい検査法ではトマトIgE抗体価がCCD抗体価より明らかに高い症例では好塩基球活性化とトマトOASがみられ、両者が同等の場合は好塩基球活性化およびOASがみられないことが判明した。これまで花粉抗原と交差反応性を有する果物・野菜による口腔内アレルギー症状(OAS)の診断に関して、交差抗原性を証明するIgE競合試験がよく用いられている。方法として、スギ花粉症でトマト特異的IgE陽性者19名を選びOASの病歴および抗CCD抗体の測定を行った。結果はいずれの患者でもCCDの値に関係なく交差抗原性がみられたが、新しい検査法で違いがみられた。トマトIgE抗体価とCCD抗体価を比較した際にトマトIgE抗体価がCCD抗体価より明らかに高い症例では好塩基球活性化とトマトOASがみられ、両者が同等の場合は好塩基球活性化およびOASがみられないことが判明した。

果物に対するIgE抗体価とCCD抗体価を比較して臨床症状(OAS)の違いを検討した報告はこれまでないことから、重要な新知見であると考えている。本研究で以下の事がこれまでに明らかになった。1、トマト摂取後に口腔アレルギー症状(OAS)を起こす患者の一部は糖鎖に対するIgE抗体が陽性であることがわかった。2、糖鎖に反応する患者はトマト46kDaのタンパクに反応していることがわかった。3、OAS症状を訴える患者の多くはトマト14kDaにも反応が見られることがわかった。4、トマト46kDaもトマト14kDaもスギと交差する事が分かった。5、交差反応性を評価するために従来行われている検査法は、単独では患者が反応する蛋白の違いを知ることが出来ないため、臨床症状の評価が出来ない。6、新たな検査法は交差反応性の評価と臨床症状の評価が出来ることが分かった。順調に進んでおり今後もこのペースを継続したい1新たな検査法の有用性についての検討:果物アレルギーの真の感作源を見分ける際に、従来の検査法より有用かどうか検討するため、果物アレルギー患者でスギ以外の花粉抗原で検討する。果物によるOASの治療は、感作源である花粉に対する特異的減感作療法で軽快する。真の感作源を見分けることは、患者の予後に影響する。2検査法の改良:受身感作の際にドナー血球の代わりに臍帯血血球が使用できるか検討3花粉症における果物アレルギー実態調査:アンケートを用いて行う。OASがみられた症例の血清IgEをCCDで吸収した場合に好塩基球活性化の変化がみられるか検討するCCDによるIgE吸収試験前後でイムノブロットを行い、臨床症状(OAS)発現の有無との関連性について調べる研究に必要な各種抗体の購入費、主に海外の学会報告のための準備費、校正費用、実態調査のためにアンケート印刷代など。今後も症例を追加し結果の再現性を検証する。また、これまで検討してきた症例に関してはCCD吸収前後での好塩基球活性化の変化や、イムノブロットの違いを検討し、臨床症状(OAS)との関連性を検討する。これによりOASに関係する重要なタンパクを見つけ、最終的により正確なin vitroの診断法を確立したい。
αーTCP/DCPD系水硬性骨セメントの開発及びその新和性評価

1.αーTCPとDCPDの配合比と練和液の粉液比と圧縮強度および硬化時間ここで用いた燐酸カルシウムセメントは三菱マテリアル(株)によって開発されたαーTCP・DCPD系水硬性セメントである.DCPD10%,粉液比P/L=2.6で効果時間6分,最大圧縮強度は練和後,3日目で57.0MPaに達し,その後徐々に強度は低下することが平野らによって明らかにされている.2.練和セメントの粘度人工関節の固定または骨欠損部への充填材として本骨セメントを用いる場合,セメントの操作性のうち特に練和時における粘性と硬化時間が重要である.そこで,DCPD10%セメント粉末に対する粉液比を1,2,3の割合で練和し,硬化前の粘度を測定した.粉液比2程度が最も操作性がよいことが分かった.3.TCP顆粒混入によるセメント強度の改善効果ハイドロオキシアパタイト粉末((1)粒度1.0ー0.5mm,(2)粒度0.5ー0.3mm,(3)粒度0.3ー0.15mm,1200°C焼結)をセメント粉に5,10,20%それぞれ混入し,同セメント粉末をポリエチレングルコ-ス(PEG)30%を含む水2gに対して3.2gの割合で練和し,直径6mm,深さ12mmの圧縮強度測定試験片を作成した.強度はいずれもアパタイト不含のセメントの強度の50%以下であり,強度の改善は観られなかった.その原因として,アパタイト粉末とαーTCPの界面接着性に乏しいことが強度改善に結び付かなかった原因と思われた.4.家兎によるセメントの生体適合性評価大腿骨遠位端から2cm骨腿空を掻爬し,セメントを注入し,親和性を経時的に観察した.長期経過は現在観察中であるが短期の組織像では特に拒絶反応は認められない.1.αーTCPとDCPDの配合比と練和液の粉液比と圧縮強度および硬化時間ここで用いた燐酸カルシウムセメントは三菱マテリアル(株)によって開発されたαーTCP・DCPD系水硬性セメントである.DCPD10%,粉液比P/L=2.6で効果時間6分,最大圧縮強度は練和後,3日目で57.0MPaに達し,その後徐々に強度は低下することが平野らによって明らかにされている.2.練和セメントの粘度人工関節の固定または骨欠損部への充填材として本骨セメントを用いる場合,セメントの操作性のうち特に練和時における粘性と硬化時間が重要である.そこで,DCPD10%セメント粉末に対する粉液比を1,2,3の割合で練和し,硬化前の粘度を測定した.粉液比2程度が最も操作性がよいことが分かった.3.TCP顆粒混入によるセメント強度の改善効果ハイドロオキシアパタイト粉末((1)粒度1.0ー0.5mm,(2)粒度0.5ー0.3mm,(3)粒度0.3ー0.15mm,1200°C焼結)をセメント粉に5,10,20%それぞれ混入し,同セメント粉末をポリエチレングルコ-ス(PEG)30%を含む水2gに対して3.2gの割合で練和し,直径6mm,深さ12mmの圧縮強度測定試験片を作成した.強度はいずれもアパタイト不含のセメントの強度の50%以下であり,強度の改善は観られなかった.その原因として,アパタイト粉末とαーTCPの界面接着性に乏しいことが強度改善に結び付かなかった原因と思われた.4.家兎によるセメントの生体適合性評価大腿骨遠位端から2cm骨腿空を掻爬し,セメントを注入し,親和性を経時的に観察した.長期経過は現在観察中であるが短期の組織像では特に拒絶反応は認められない.(1)αーTCP水硬性リン酸カルシウムセメントの強度試験(方法)αーTCP(Ca_3(PO_4)_2)95.1wt%,DCPD(CaHPO_4・2H_2O)4.4wt%,MCPMO.5wt%焼成混合粉体をγ線滅菌,コンドロイチン硫酸ナトリウム(Na_2Chs)10.0wt%,コハク酸ナトリウム20.0wt%,蒸留水70.0wt%混合溶液をろ過滅菌したもの(三菱鉱業セメント社製)を練和させ,直径6mm,高さ10mmの穴を有するテフロン製モ-ルに鋳込み,硬化させて強度試験片を作成した。さらに,モルタル,コンクリ-ト状のせめんとを作成するために同練和物にHAp粉体(粉径10,50,100um)を添加してその補強効果を測定した.(結果)セメントは温度37°C,湿度100%の環境で1315分間で硬化した.HAp粉体無添加のセメントの圧縮強度は湿潤状態で24時間静置したものは248.1±37.7Kg/cm^2,3日後には最大圧縮強度384.7±65.5Kg/cm^2に達した.一方,同様の方法にてHApを添加した場合の強度は無添加に比していずれも1/31/5に低下し,モルタル・コンクリ-トとしての改善は見られなかった.現在,短繊維補強複合化に向けて実験を進めている.(2)αーTCP水硬性リン酸カルシウムセメントの生体内移植により適合性試験(方法)成熱家兎の両側大腿骨遠位端(膝)部からリ-

ミングドリルを用いて髄腔を掻爬し,骨髄を洗い流した後,同セメントを注入した.硬化を待ってもとどうりに縫合し,3ケ月経過観察の後,屠殺して同部の硬組織標本(MMA包埋)を作成した.また,比較のために従来から使用されているPMMA骨セメントについても同様の実験を行った.(結果)髄腔内に注入したリン酸カルシウムセメントはその残存量から推定すると硬化前にかなりの量が侵出してきた血液によって洗い流されていた.また,セメント内に血液の混入痕が確認された.摘出した大腿骨は外観上および組織観察の結果から判断して速やかに治癒することが分かった.これはPMMAセメントの場合とは対象的であった.1.αーTCPとDCPDの配合比と練和液の粉液比と圧縮強度および硬化時間ここで用いた燐酸カルシウムセメントは三菱マテリアル(株)によって開発されたαーTCP・DCPD系水硬性セメントである.DCPD10%,粉液比P/L=2.6で効果時間6分,最大圧縮強度は練和後,3日目で57.0MPaに達し,その後除々に強度は低下することが平野らによって明らかにされている.2.練和セメントの粘度人工関節の固定または骨欠損部への充填材として本骨セメントを用いる場合,セメントの操作性のうち特に練和時における粘性と硬化時間が重要である.そこで,DCPD10%セメント粉末に対する粉液比を1,2,3の割合で練和し,硬化前の粘度を測定した.粉液比2程度が最も操作性がよいことが分かった.3.TCP顆粒混入によるセメント強度の改善効果ハイドロオキシアパタイト粉末((1)粒度1.0ー0.5mm,(2)粒度0.5ー0.3mm,(3)粒度0.3ー0.15mm,1200°C焼結)をセメント粉に5,10,20%それぞれ混入し,同セメント粉末をポリエチレングルコ-ス(PEG)30%を含む水2gに対して3.2gの割合で練和し,直径6mm,深さ12mmの圧縮強度測定試験片を作成した.強度はいずれもアパタイト不含のセメントの強度50%以下であり,強度の改善は観られなかった.その原因として,アパタイト粉末とαーTCP界面接着性に乏しいことが強度改善に結び付かなかった原因と思われた.4.家兎によるセメントの生体適合性評価大腿骨遠位端から2cm骨髄空を掻爬し,セメントを注入し,親和性を経時的に観察した.長期経過は現在観察中であるが短期の組織像では特に拒絶反応は認められない.
土壌ガス交換の動的解明

土壌ガス交換量自動測定システムを2系統開発し、二酸化炭素、吸収ガス(メタン、一酸化炭素、水素)、窒素ガス(亜酸化窒素、一酸化窒素)の土壌による交換過程を動的にとらえ、以下のことを明らかにした。二酸化炭素についてはクロボク土壌では非生物的吸着過程が重要な役割を果たし、その生物的呼吸量の推定法を提示するとともに、同位体分別過程まで解明した。吸収ガスについては、吸収速度の短期的・長期的温度応答性の違い解明を解明した。窒素ガスについては複雑なため(硝化・脱窒過程が含まれるため)、このシステムによる測定方法についての確立を行い、一酸化窒素については純放出量と吸収速度を分別して求める新手法を提示した。本年度は土壌ガス交換量測定を能率的に行うため既存のsys1を改良するとともに新規でsys2を開発した。Sys2はsys1に比べでチャンバーを大きくしより多くの土壌を入れ少ない流量で測定することにより微小なガス交換量を測定することが可能となった。また、酸素濃度のコントロールも可能である。このsys2で窒素ガス交換量測定の方法論を構築した。閉鎖チャンバーとの比較的も良好な結果を得た。またファンの特性や流量特性も得た。また、本研究では大量なデータの処理を行う必要があるため、自動解析システムの構築を行った。本年度は二酸化炭素で多くの時間を占有してしまったが、平衡に達するための時間が長いためであった。本年度の開発により、sys1を応答性が早く測定できる水素、一酸化炭素、一酸化窒素、亜酸化窒素を対象に研究、sys2で応答性が遅い二酸化炭素および還元土壌のメタンを中心にして能率的に実験を行う体制づくりを行うことが出来た。土壌の二酸化炭素については、syslで新手法を構築し、土壌内の物理化学的および生物的なガス交換量を熊谷土壌(褐色低地土)、インドネシア度王(ラトソル)、農業環境技術研究所土壌(火山灰土)について求めた。土壌内の物理化学的貯留量を温度と濃度との関係で求めた。また生物的な土壌呼吸量を正確に求める手法を構築し、その温度係数を求めた。これはこれまで開発されていない世界で初めての正確な測定である。これまでの手法では大きな誤差を生じる可能性が高いことも示された。Sys1ではさらに二酸化炭素発生をショ糖の添加実験で求め森林土壌、農耕地土壌で特性の違いを得た。ショ糖量に応じても発生量に大きな特性の差があった。二酸化炭素(CO2)の土壌ガス交換については、土壌について、微生物の呼吸に由来する放出および生物的でない物理化学的吸着過程が存在することが実験的にわかった。本調べた土壌は農業環境技術研究所の黒ボク土壌である。この吸着量は温度が低下すればまた濃度が高まれば多くなった。また、詳細は物理的吸着なのか化学的吸着なのか決定的な証拠としては難しいが、吸着量と濃度との関係を調べた結果おおよそ物理吸着なのではないかと考えられた。微生物的なCO2発生量は、以上の現象を回避するため、上流側のCO2を除去して行わないと実験的に求めることが難しいことがわかった。そして、CO2除去法を用いた結果、耕起土壌および深層土壌を比較した結果、温度に対する感受性は深層土壌で高く、難分解性有機物が大きいほど温度感受性が高くなるというこれまでの報告結果に一致した。窒素ガス(N2O, NO)交換過程については、非常に基礎的なレベルについての論文作成を行った(投稿中)。肥料を行った場合の閉鎖チャンバー法との比較を行った。チャンバー内では土壌の量を変えた結果では放出量が線形的に増大するわけではなく、NOでは逓減的に増大し、N2Oでは逓増的に増大した。これからNOについてはnetな放出速度とgrossな放出速度を分離でき、吸収速度も評価できることがわかった。また、これまでに行った各種土壌のガス(CO2, CO, CH4, H2, NO, N2)交換量の実験結果をとりまとめ、マレーシア土壌では、CO2の生物的放出速度(無機化速度)とNOの放出速度の温度係数がほとんど同じであることがわかった。本年度は、まず土壌ガス交換量自動測定システムの更なる改良を行った。土壌のCO2交換量を測定するために一定濃度のCO2をチャンバーに供給しているが、一旦CO2を除いている。CO2除去には試薬ではなく連続的にCO2を除去できる装置を導入することでメンテナンス製を高くした。また、大量に得られるデータを自動図化し、自動解析するプログラムをCO2データ、CO2安定同位体、CH4データ、H2,COデータについてUNIX上で作成した。土壌とCO2との相互作業については、温度との関係のみならず熱力学的計算に資することが出来る濃度と発生吸収量との関係を求めた。さらに土壌ガス交換量自動測定システムをアエロダイン二酸化炭素同位体分析系を接続し、同位体分別の程度を調べた。

北極土壌について、この装置での測定を行い、CO2, CH4, CO, H2, NO, N2Oのガス交換量を測定した。北極土壌では低温の制御が重要であるが、氷点下でのCO2交換量を測定することを技術的に確立した。そして、動的温度制御が可能であるというシステムの長所を活かして、10°C⇒18°C⇒26°C⇒34°C⇒42°C温度ストレスをかけガス交換量の変化を明らかにした。最も影響が大きかったのがNOであった。短期的な温度変動に対しては、温度関数の大きな変化は見られなかった。なお、湿地土壌のガス交換特性を調べたが、酸素状況下ではメタンの発生はみられず酸素濃度を制御した実験が必要であることがわかった。また、来年度の実験に資するためマレーシアパソ森林サイトから土壌を採取し、基礎特定を調べた。既存のガス交換量測定システム(sys1)の改良に加えて、各種ガスの交換量を能率的に行うためにsys2の構築を行った。Sys2においては窒素ガスの交換量測定の方法論の実験を行った。また、二酸化炭素については、非常に難しかったがこれもガス交換量測定の方法論を確立した。よって(2)とする。25年度が最終年度であるため、記入しない。土壌ガス交換量測定システムを汎用的に様々な研究(様々なガス種、様々な土壌)に用いて結果を出してきている。そして、実験システムは故障時以外通年で動作し続けており次々に重要なデータを生み出している。また、同時にシステムの改良を積み重ねている。初年度である昨年度は震災の影響で予算がどの程度つくかがわからかなかった。また、震災後の研究開始が遅れた。さらに、今年度は分析計群が様々な理由で故障が次々に起きた。しかしながら、よく挽回して、トータルとしては概ね順調に研究を推敲している。今後の推進方策として、方法論としては、還元土壌からのガスの測定や二酸化炭素安定同位体を測定する方法論を作成する必要がある。土壌に関しては各所の土壌を採取して、実験を行うが、平成24年度としては、北極土壌(ノルウェーニューオルスン)やマレーシアまたはインドネシア熱帯土壌を採取して実験を行う。そしてモデル化を行う。土壌ガス交換量自動測定システムを用いて土壌のガス交換現象について様々な発見をもたらす研究を行えることがわかってきた。そのため、今年度と同様に様々な土壌や条件に対して実験を継続する。そして、データが蓄積したもの(CO2と土壌の相互作用)については、プロセルを取り込んだモデル化を行う。また、逆に、様々な研究内容に関して研究が行えるため、これまで整備した2システムではまだまだサンプル数をこなすことが十分とは言えない。このためさらにチャンバーを加えるなどして、システムの改良・整備を行う必要がある。また、まだ手がけられているガス交換量相互の関係や肥料などの実験についても推進する。以上を考えて今後の研究の推進方針を具体的に以下とする。●極域土壌の実験結果を取りまとめる。●熱帯土壌のガス交換量特性を調べる。●肥料投入時のガス交換量の変化を調べる。
TNFファミリーの制御を基盤とした新規歯周病治療薬の開発とメカニズムの解明

TNF-αはプロサイトカインの一つで、炎症反応で重要な役割を担っており、その前駆体はTACEとよばれるメタロプロテアーゼにより活性化される。TNF-αは歯周病の発症と進行にも深く関与している。今回、TNF-αの産生抑制による歯周病治療薬を開発する目的で、TACE阻害剤とエピガロカテキンガレート(EGCG)の有効性を評価した。TACEはヒト歯肉炎症組織のマクロファージと歯肉線維芽細胞に存在した。ACE阻害剤とEGCGは、THP-1細胞におけるTNFαの産生を用量依存的に抑制し、特にEGCGは高濃度のグルコース存在下でTNF-αの産生抑制効果が高かった。さらにラット歯周病モデルにおいて、TACE阻害剤は歯槽骨吸収抑制効果を示した。TACEinhibitorとEGCGは、ヒト歯周炎治療の魅力的なターゲットである。Wister系ラット(雄、4週齢)の歯肉に、カルボキシメチルセルロースに混和したPorphyromonas gingivalis(P. gingivalis)を塗布し、実験的歯周炎を惹起した。実験群では、TNF-α変換酵素(TNF-αconverting enzyme : TACE)阻害剤の局所投与を行い、P.gingialis塗布のみのポジティブコントロール群、TACE阻害剤投与のみまたは未投与のネガティブコントロール群と比較した。P.gingivalis接種の6週間後に、麻酔薬過剰投与にて屠殺を行い、歯周状態の観察後、頭蓋骨を2気圧下で10分間加熱後3%次亜塩素酸ナトリウム溶液に浸漬して軟組織を除去し,1%メチレンブルー溶液で歯槽骨を染色乾燥させた。これらの試料の上顎臼歯部のセメントエナメル境から歯槽骨頂までの距離を測定して、6匹分の平均値を歯槽骨の吸収量とした。計測は3人の験者が盲検的に行った。実験群の骨吸収量は、ポジティブコントロール群と比べ有意に小さく、ネガティブコントロール群との差はみられなかった。これまで、ヒト歯周組織におけるTACEの局在が確認され、またラット歯周病モデルにおいてTACE阻害剤による骨吸収の抑制が明らかにされ、TACE阻害剤の有効性が示唆された。今後さらなる検証を行い、TACE阻害剤の臨床応用への可能性を検索し、歯周病発症抑制のメカニズムを解明していく予定である。TNF-α、IL-1、IL-6などのサイトカインは炎症や骨破壊に深く関与する。近年、関節リウマチの治療で抗サイトカイン療法が実用化されており、歯周病治療への応用も期待できる。我々はこれまで、TNF-αに関する抗サイトカイン療法を検討してきた。さらにスクリーニング的な目的で抗OX40L抗体、抗CD70抗体の有効性も検討予定であったが、より安定性の高いエピガロカテキンガレート(EGCG)において有効性が確認された。EGCGは緑茶ポリフェノールであるカテキンの1つで、マトリックスメタロプロテアーゼやヒアルロニダーゼなどへの酵素阻害作用を有する。今回、THP-1 cellにおけるP.gingivalis LPS刺激によるTNF-α産生への影響を調べたところ、EGCGはTNF-α産生を濃度依存的に抑制した。また、高濃度のグルコース存在下では、その作用はさらに強まる傾向がみられた。EGCGは肝細胞でのグルコース産生を抑制し、かつインスリンレセプターとIRS。1のチロシンリン酸化を促進することで抗糖尿病的作用を示すことが報告されている。EGCGは糖尿病を有する歯周病患者への有効な治療薬となる可能性が示唆された。
新原理集約による体内３次元構造の光透視イメージングの実用化

生体内部のマクロな構造を光により3次元的に透視イメージングすることをめざし、新原理を集約した手法を創出した。シミュレーション解析による最適化の後、計測システムを開発した。開発システムの特性を解析し、必要な改良を図った。動物実験により、放射線被曝のない安全な近赤外光を用い、実験用小動物の内部構造をイメージングできる可能性を実証した。また、臓器形状だけではなく、組織酸素化状態などの機能情報もイメージングできる可能性が確かめられた。本研究は、マクロな生体内部の構造情報および機能情報を、光により3次元的に透視イメージングすることをめざし、これまで開発してきた新原理を集約することにより、それを具現化するシステムを新たに開発しようとするものである。初年度は、下記のように光透視の各原理を集約して、3次元光透視原理の確立を図った。具体的内容は、次のとおりである。1.透過型光透視による3次元光透視の実現:申請者らが開発した散乱抑制原理および点拡がり関数による散乱効果抑制原理を集約し、高分解能な透視法に発展させた。2.反射型計測による光透視の実現:反射型計測系による後方散乱光時間分解計測により吸光度の深さ方向空間分布を計測する方法を開発し、実用に向け高精度化を図った。3.多方向からこのような生体の光透視像を撮影し、3次元透視像に再構成する新たな方法を開発した。研究成果の発表:国際学術誌(Biomedical Optics Express) 1件および国際会議6件において、本研究の成果を発表した。二年度は、初年度の3次元光透視原理の確立を受け、それを具体化するシステムの開発を行った。1.システム最適化のため、次のようなシミュレーションを繰り返し行い、システムパラメータの最適化を図った。1)輸送方程式の拡散近似解またはモンテカルロ法を用いた、拡散性散乱媒質における光伝搬のシミュレーション; 2)光計測における誤差が吸光度推定の逆問題解に及ぼす影響のシミュレーション; 3)3次元透視像再構成アルゴリズムのシミュレーション2.シミュレーションにより得られた最適化パラメータの実験的検証を行った。3.決定したシステムパラメータを実装するハードウェアおよびソフトウェアを設計した。4.設計したシステムの製作を開始し、次のように試作システムの主要部分を開発した。1)設計に基づき、ハードウェア各部を製作するとともにソフトウェア各部を実装; 2)ハードウェア各部、ソフトウェア各部をシステム化3)システムの動作試験を通して、システム化に起因する問題点を抽出研究成果の発表:国際学術誌2件、国際会議2件、国内研究会7件、および特別講演3件(国際会議1件を含む)において、本研究の成果を発表した。本研究は、マクロな生体内部の構造情報および機能情報を、初めて光により3次元的に透視イメージングすることをめざし、これまで開発してきた新原理を集約することにより、臨床応用に発展可能な新システムを開発しようとするものである。具体的には、散乱を抑制した透視、近軸散乱光抽出による透過方式CT、時間分解計測による反射方式CT等の原理を3次元透視法に集約し、光伝搬シミュレーションを通して最適化したプロトタイプシステムを開発した。これにより、実験動物のマクロな内臓構造の実用的光透視イメージングの可能性を実証した。本年度は、これまでの研究で得られたシステムを用い、次のように開発手法および開発システムの実用性評価を行った。(1)内部構造既知の生体モデルファントムを製作した。(2)モデルファントムを用い、得られた3次元光透視像の誤差、精度、再現性、空間分解能、実時間性などの基本性能を調べた。(3)システムの安定性および被験者・被験体に対する安全性、さらには計測者(システム操作者)に対する安全性を調べた。(4)ラットを用いて3次元光透視を行い、実験用小動物に対する基本性能を確認した。(5)これらの評価を通し、開発手法の実用性を実証した。また、人間工学的観点から計測装置の改良すべき点、および3次元表示GUI等ユーザインタフェースの改良すべき点を明らかにした。当初の計画通り、第二年度は初年度の成果を受け、シミュレーションによるシステムの最適化、システム各部の設計および製作、システム主要部の開発を行うことができた。27年度が最終年度であるため、記入しない。総合領域第二年度で開発したシステムをもとにプロトタイプシステムを製作し、次のようにその実用性評価を行う。1.内部構造既知の生体モデルファントムを製作する。2.モデルファントムを用い、得られた3次元光透視像の誤差、精度、再現性、空間分解能、実時間性などの基本性能を調べる。3.ラット等実験動物を用い、3次元光透視を行う。4.これらの評価を通し、開発手法の実用性を実証する。

当初の計画通り、初年度は3次元光透視原理確立の目標をほぼ達成することができた。まだバラックの実験システムではあるが、確立原理の有効性を調べる準備を開始した。27年度が最終年度であるため、記入しない。研究経費の効率的使用により、研究レベルを低下させることなく、研究経費の節約を図ることができた。初年度の基礎的検討で得られた3次元光透視の原理を具体化するシステムを開発する。具体的には次のように研究を推進する。1.拡散性散乱媒質における光伝搬のシミュレーションを繰り返し行い、システムパラメータの最適化を図る。2.シミュレーションにより得られた最適化パラメータの実験的検証を行う。3.決定したシステムパラメータを実装するハードウェアおよびソフトウェアを設計する。当初計画における第3年度の研究活動に使用する。第2年度に経費節約および効率的使用により生じた残額については、次年度の物品費および国際会議発表等の研究活動に使用する。当初購入を予定していた備品である撮像装置は、他予算により購入したもので代用可能であった。また研究経費の効率的使用により、研究レベルを低下させることなく、研究経費の節約を図ることができた。当初計画における第2年度の研究活動に使用する。初年度に経費節約および効率的使用により生じた残額については、次年度の物品費および国際会議発表等の研究活動に使用する。
ステートとヴァリアント　－版画の潜在的性能を積極的に応用した新たな表現の創出

本研究は、版画の副次的産物である「ステート」と「ヴァリアント」に焦点を当て、両者が持つ潜在的機能を抽出し、それらを積極的に活用して新たな版表現を開拓する事を目的としている。「ヴァリアント」とは、完成した版を用いて様々な刷り方を試して生まれる“異版刷り"の事であり、版画本来の性能である複数性からは逸脱している。しかしながら、「ヴァリアント」には“完成後も変化を継続できる可変芸術“の機能が備わっている。2018度は、多くの「ヴァリアント」作品を残したヘルキュレス・セーヘルス(1589/901633/38)について調査及び実験制作を行った。セーヘルスの作品は、銅版画を刷るインクの色を変えたり、染色した紙を用いたり、刷った後に油彩で着彩する等して様々なバリエーションを生み出している点が古くから注目されてきた。一般的なモノトーンの銅版画とは異なり、銅版画にカラーの概念を持ち込んだごく初期の版画家ともいえるだろう。前年度の研究により、セーヘルスは「ヴァリアント」を生み出しやすい特徴を持つ版を独自に開発していたのではないかという予測に行きついた。2018年度はこのことを実証すべく、4種類の異なる性質の版を用意し、様々な紙の種類やインクの色を変えて刷りの実験を行なった。現時点では、7種類の分類のうち、2種類(インクの色、紙の色の効果)についてのみ実験が終了しているが、2019年度については残りの5種類について計画的に取り組み、セーヘルスのヴァリアントの全容解明に努めたい。2018年9月にオランダ・アムステルダム国立美術館にヘルキュレス・セーヘルスの版画作品26点を実見調査するべく閲覧の予約をし、出張予定であったが、諸事情により計画を変更した。オランダ・アムステルダム国立美術館への渡航は平成31年度に行うこととし、平成30年度は主軸を実見調査から制作実験に移行して研究を進めた。「ヴァリアント」に関する制作実験について2017年度にセーヘルスの「ヴァリアント」に関する資料調査を通して、以下の7種類の性質に分類することができた。1ペン描画によるリフトグランド、2弱い腐蝕によるハッチングを背景に、防蝕材により白い描線を残す方法、3事前に染めた紙に版画をする方法、4刷った版画に油彩で着彩、5刷った版画に水彩で着彩、6カウンタープリント(イメージの左右反転)、7濃色の紙に明るいインクで刷る(イメージのポジ・ネガ反転)方法。この結果に基づいて、2018年度は、制作者の視点からセーヘルスのヴァリアントの特徴を分析するために、4点の銅版画作品を用意し、制作実験に取り組んだ。現時点では、1、2について一版につき6枚程度、計24枚の実験を行なっている。実験結果として、異なる紙、異なるインクの刷りによる効果の違いは確認できたが、セーヘルス作品のような「紙とインクの融合」にまでは至っていない為、2019年度は引き続き、37について実験を進め、セーヘルス作品のヴァリアントの特性に迫りたいと考えている。本研究課題について、現時点では「ステート」よりも「ヴァリアント」に関する研究に取り組む比率が高くなっている。これは、「ヴァリアント」(特にセーヘルス)に関する調査・研究を進めるうちに、その特徴について、実験制作や実見調査を通して確認していく必要性が高まってきたからである。これまで、セーヘルスのヴァリアントに関して、制作者の立場から取り組んだ事例はあまり見られない為、研究の実践を通してその特徴を客観的に分析したいと考えている。従って、2019年度も「ヴァリアント」に関する比重を高めて研究を進め、その結果をもとに2020年度に「ステート」と「ヴァリアント」の両者を比較しながら総括できるような体制を整えたい。以下、今後の計画の概略を記す。「ヴァリアント」については、2019年度にオランダ・アムステルダム国立美術館でセーヘルス作品の実見調査を予定している。並行して、2019年度から2020年度にかけて、セーヘルスの版画作品に関する図版資料調査、セーヘルスの版画作品の文献を基にした技法調査、セーヘルスの版画作品の分析、セーヘルスの版画作品に用いられた各種技法の再現実験、セーヘルスの版画作品で表現された「ヴァリアント」に関する制作実験を進める予定である。「ステート」については、2018年度から2019年度にかけて、シャルル・メリヨンの作品に関する図版資料調査(これまで行ってきた代表的12作品を中心に)をもとに、「ステート」に関する制作実験を進めていく予定である。2020年度は本研究のまとめとして、実験作品の展覧会や「ステート」と「ヴァリアント」の性能を応用したワークショップの開催を予定している。「ステート」とは版画の制作過程で生まれる“段階的試し刷り"の事であり、本来は完成作品の陰に隠れ表に出る事はない。その「ステート」を活用して、あえてプロセスを見せる事で生まれる、版画独特の新たな表現方法について研究を行っている。平成29年度は、実験制作として、銅版画作品が完成に至るまでの11段階の「ステート」を凧の形に成形し、立体的に配置する作品《stealth》を制作し、ギャラリーで展示を行った。

会場にワイヤーを張り、作品を空間に自在に配置することにより、本来は平面作品である版画を立体的に構成する展示を試み、当初の構想を実現することができた。「ヴァリアント」とは、完成した版を用いて様々な刷り方を試して生まれる“異版刷り"の事であり、版画本来の性能である複数性からは逸脱している。しかしながら、「ヴァリアント」には“完成後も変化を継続できる可変芸術“の機能が備わっている。平成29年度は多くの「ヴァリアント」作品を残したヘルキュレス・セーヘルス(1589/901633/38)について調査するべく、文献資料収集と画像の整理を行った。セーヘルスの作品は、銅版画を刷るインクの色を変えたり、染色した紙を用いたり、刷った後に油彩で着彩する等して様々なバリエーションを生み出している点が古くから注目されてきた。しかしながら、資料による検証において、セーヘルスは一般的な銅版画技法とは異なる様々なテクニックを駆使し、「ヴァリアント」を生み出しやすい特徴を持つ版を独自に開発していたのではないかという予測に行きついた。このことについては、次年度以降の実見調査や再現実験制作を通して、さらに詳しく検証していきたいと考えている。「ステート」に関して平成29年度は「ステート」を用いた実験作品《stealth》を制作した。11段階の「ステート」を凧の形状に加工し、ワイヤーを張り、展覧会場の空間に複数の作品を立体的に構成する展示を試みた。プロセス・アートとしての「ステート」のひとつの可能性を提示する事はできたが、今後は更に別の方向から検証を続けたい。「ヴァリアント」について平成29年度は主にセーヘルスの「ヴァリアント」に関して資料調査を行った。2016年にオランダ・アムステルダム国立美術館および2017年にニューヨーク・メトロポリタン美術館で開催された「HERCULES SEGERS PAINTER ETCHER」展カタログ(2016-17)、筑波大学付属図書館所蔵の作品集「HERCULES SEGERS The Complete Etchings list of Plates」(1973)、「HERCULES SEGERS」(1979)に掲載されている作品の画像資料整理を行った。セーヘルスの銅版画の特徴としては一般的な銅版画(エッチング)技法の他に、1ペン描画によるリフトグランド、2弱い腐蝕によるハッチングを背景に防蝕材により白い描線を残す方法、3事前に染めた紙に版画をする方法、4刷った版画に油彩で着彩、5刷った版画に水彩で着彩、6カウンタープリント(イメージの左右反転)、7濃色の紙に明るいインクで刷る(イメージのポジ・ネガ反転)方法等に分類する事ができた。今回の資料調査により、セーヘルスのこうした独自の版画制作手法が「ヴァリアント」の生成に深く関与している可能性が高いと推測できた。今後は、アムステルダム国立美術館における実見調査をはじめとして、セーヘルスが用いた技法の再現実験、及び「ヴァリアント」作品の実験制作を進めていく予定である。本研究は、版画の副次的産物である「ステート」と「ヴァリアント」に焦点を当て、両者が持つ潜在的機能を抽出し、それらを積極的に活用して新たな版表現を開拓する事を目的としている。
子どもの自律的動機づけを促進する理科学習プログラムの開発に関する研究

本研究において,以下のことが明らかとなった。(1)子どもの既有概念の多くは,理科授業において提供されたイメージやモデルの不正確さや,偶発的に選択されて表示された情報,あるいは,その情報の提供順が,ある種のイメージを潜在的に植え付けてしまったことによって生じていた。(2)これらを踏まえ,授業の際に与える情報を精選していくことで,子どもの自律的動機づけが促進され,既有概念を科学概念へと変容させていくことができた。(3)このことから,学習内容の構造の最適化を図ることが理科学習プログラム開発の最重要課題であることが明らかとなった。近年,子どもの学習意欲と問題解決の関連が多方面で取り立たされているにも関わらず,教科教育学レベルにおいて,子どもの動機づけ理論を援用した教授論は確立されていないのが現状である。そこで,本研究では,Deci, E. L.らの指摘する自律的動機づけの考え方を理科授業場面に具現化すべく,自律的動機づけを促進する因子を一連の理科の問題解決過程に即して同定し,整理することによって,子どもの自律的動機づけを促進する理科学習プログラムの開発を目指している。本年度の研究成果と今後の研究の展開については,以下の2点に集約される。1,理科の問題解決における個人的構築と社会的構築の局面を子どもの記述や授業の発話プロトコルによって分析することにより,「他者の問題解決過程から得られる情報」と「当該の学習内容の構造」の整理こそが,自律的動機づけを伴う問題解決の促進に寄与していることを明らかにした。さらに,このような問題解決過程を長期的に理科授業に導入することで,学習内容の定着が図られることも明らかとなった。今後の課題としては,学習内容の構造の最適化を図ることにより,その構造の学習展開順序による学習効果の違いについても明らかにしていくこととする。2,上述の成果である,動的な理科授業の分析による自律的動機づけに影響を与える要因の同定に基づき,それらの要因の妥当性を検証するための,個々の要因に限定した,インタビュー形式による個別的な教授活動を構想している。今後の展望としては,これらの個別的な教授活動を実施し,その際の教授者と学習者とのやりとりを分析することで,動機づけ理論を援用した教授論の確立をめざす。そこで,本研究では,Deci, E.L.らの指摘する自律的動機づけの考え方を理科授業場面に具現化すべく,自律的動機づけを促進する因子を一連の理科の問題解決過程に即して同定し,整理することによって,子どもの自律的動機づけを促進する理科学習プログラムの開発を目指している。本年度の研究成果は,以下の3点に集約される。(1)子どもの問題解決に影響を与える既有概念の多くは,生得的制約をカバーするために提供されたイメージやモデルの不正確さから生じていたり,偶発的に選択されて表示された情報,あるいは,その情報の提供順が,ある種のイメージを潜在的に植え付けられてしまったことによって生じていたりしていると考えられる側面が具体的に明らかとなった。(2)制約要因を学習内容に即して特定することは,(1)を整理することにもつながり,それらの整理をもとに,理科学習における概念構築を行わせることができれば,スムーズに,既有概念をより科学的に妥当な科学概念へと変容させていくことができるということが明らかとなった。(3)(2)のような手続きを授業に設定することで,子どもの学習意欲を高めることが明らかとなった。また,学習内容の構造の最適化を図ることにより,その構造の学習展開順序による学習効果の違いについても明らかにした。