hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
複合系口腔バイオフィルムの分子ダイナミクスと病原性発現機構の解明

本研究における目的は、ヒト口腔から分離されたStreptococcus mutansによるバイオフィルム形成と病原性化において、Competence-Stimulating-Peptideを介した遺伝子制御機構と他Streptococciとの相互作用について総合的に評価することである。S.mutansにおいて菌体外シグナル物質CSPの濃度がある一定以上になると、2成分制御系com systemが活性化される。com systemは数百以上の遺伝子を制御することが明らかとなっており、遺伝子取込みに関するものが含まれる。本研究において、組換えに関与するrecA遺伝子もまたcomsystemにより制御されることを明らかにした。この事実は、外来DNAの取込みからゲノムDNAへの組換えまで1つのシステムにより行われることを示すものである。さらに本研究では、半致死的な抗生物質条件や低pHなどのストレス条件下、さらにバイオフィルムのような菌体密度が高い条件下でcom systemの活性化と遺伝子授受能力が亢進することを明らかにした。よってS.mutansにおけるcom systemは、口腔内環境への適応と病態化に密接に関係するものと考えられた。S.mutansと口腔内常在菌S.gordoniiの共培養による遺伝子授受の検討を行った。両菌株を遠心分離により集菌し、これを疑似バイオフィルムとした。遺伝子授受の追跡にはプラスミドDNA授受による薬剤耐性能で評価した。その結果、S.mutansからS.gordoniiへ高頻度で遺伝子授受が行われることを明らかにした。S.gordoniiはS.mutansと同様、CSPの添加により遺伝子授受能が増加することを確認した。このように口腔内環境では異種間においてもCSPを共通認識し、複合系を一単位として病原性化するもの推測された。S.mutansの臨床分離株において起こりうる遺伝子授受メカニズムの新たな現象をとらえることができた。この現象がS.mutansの口腔における残存に関わってくるものと考えられる。また、他のStreptococciとの遺伝子授受を明らかにし、今まで理解されていなかったStreptococci間の共存メカニズムを明らかにするきっかけを提示することができた。本研究成果により、新たに口腔バイオフィルム形成メカニズムの理解が深まり、う蝕のリスク診断、予防方法の確立につながるものと考えられた。受入研究機関である泉福先生は、唾液分泌量が低下したマウスを用いたS.mutans感染モデルを構築している(Ito et al., 2012, Plos one)。このシステムを応用し、S.mutansとS.gordonliのin vivoにおける共感染実験系を確立した。これまでにS.mutansの産生するバクテリオシンはS.gordoniiとの共存性に強く影響することが報告されているが、今回in vivo系においても類似の結果が得られた。今後は本モデルシステムを用い、複合系バイオフィルムの病原性化について更なる検討を行うことが必要である。う蝕原性Streptococcus mutansをはじめとする口腔内細菌はバイオフィルムを形成し、頻繁に遺伝子授受を行うことが知られている。本研究ではS.mutansをモデルとして口腔内バイオフィルムの病原化と遺伝子授受との関連性を評価した。遺伝子授受をモニタリングするために、薬剤耐性遺伝子の授受に着目することとした。まず、Host細胞としてゲノムDNA上にカナマイシン耐性遺伝子を導入したS.mutans recAmutant、またDonor細胞としては同じくS.mutansの1dh遺伝子にスペクチノマイシン耐性遺伝子導入株を用い、共培養システムを構築することとした。Host細胞はrecAの変異のためにDonor細胞からのスペクチノマイシン耐性遺伝子の獲得は見られなかった。一方、Donor細胞は非常に高頻度(10^<-5>10^<-6>)でカナマイシン耐性遺伝子を獲得することが明らかとなった。このシステムを応用することにより、S.mutansのグルコシルトランスフェラーゼをコードする遺伝子が同種間で可動的に働くことを明らかにした。グルコシルトランスフェラーゼはS.mutansのバイオフィルム形成にとって最も重要なファクターの1つであることから、遺伝子授受の活性化によりバイオフィルムの病原化が促進されるものと考えられた。今後は、他の口腔内細菌間での遺伝子授受の実態を把握し、口腔疾患の予防方法の開発につなげて行いきたい。

遺伝子授受の追跡にはプラスミドDNA授受による薬剤耐性能で評価した。その結果、S.mutansからS.gordoniiへ高頻度で遺伝子授受が行われることを明らかにした。S.gordoniiはS.mutansと同様、CSPの添加により遺伝子授受能が増加することを確認した。このように口腔内環境では異種間においてもCSPを共通認識し、複合系を一単位として病原性化するもの推測された。S.mutansの臨床分離株において起こりうる遺伝子授受メカニズムの新たな現象をとらえることができた。この現象がS.mutansの口腔における残存に関わってくるものと考えられる。また、他のStreptococciとの遺伝子授受を明らかにし、今まで理解されていなかったStreptococci間の共存メカニズムを明らかにするきっかけを提示することができた。本研究成果により、新たに口腔バイオフィルム形成メカニズムの理解が深まり、う蝕のリスク診断、予防方法の確立につながるものと考えられた。受入研究機関である泉福先生は、唾液分泌量が低下したマウスを用いたS.mutans感染モデルを構築している(Ito et al., 2012, Plos one)。このシステムを応用し、S.mutansとS.gordonliのin vivoにおける共感染実験系を確立した。これまでにS.mutansの産生するバクテリオシンはS.gordoniiとの共存性に強く影響することが報告されているが、今回in vivo系においても類似の結果が得られた。今後は本モデルシステムを用い、複合系バイオフィルムの病原性化について更なる検討を行うことが必要である。
強酸化性雰囲気におけるプロセッシングによるプロトン伝導性酸化物の粒界抵抗制御

本研究は,プロトンやリチウムイオンなどのイオン欠陥種を伝導キャリアとする酸化物多結晶体における粒界輸送抵抗について,その原因が粒界コア正電荷に由来する粒界近傍のキャリア欠乏層であるとする空間電荷モデルの立場から,多結晶体作製プロセスの最適化により粒界抵抗の低減を実現することを目的としている.本年度は,昨年度に引き続きリチウムイオン伝導性酸化物を対象としつつ,当初より検討しているベルト型高温高圧装置を用いた強酸化焼結実験に加え,通常焼結体の熱間等方加圧(HIP)処理による粒界伝導特性制御の実験を進めた.その結果,HIP処理により粒界によるイオン伝導抵抗が減少することを見出した.SEM観察により形態を観察した結果,HIP処理により緻密化と粒成長が進行していることが明らかとなり,HIP処理による粒界抵抗の減少には緻密化による有効伝導断面積の増加と結晶粒の成長に伴う粒界頻度の減少が寄与していることが明らかとなった.一方,高温高圧装置を用いた強酸化焼結実験では,5.5GPaの圧力下で焼成することにより,800°C程度の低温においても十分な密度の焼結体が得られるが,そのイオン伝導特性は当初の予想と反し,特に粒界抵抗が極めて高いことが明らかになった.この試料をポストアニールすることにより粒界抵抗は低減するが,通常の焼結体より高いイオン伝導度は得られなかった.この低温焼成により得られた,緻密であるが高粒界抵抗である試料の特性解明は,低温焼成体の粒界抵抗制御の手掛かりになると考えられる.本研究課題の開始以降,研究代表者の機関変更による実験環境整備,所属グループの異動による研究対象の変更があり,当初の研究進捗は遅れていたが,以降は高温高圧装置を用いた強酸化焼結実験とHIP処理実験を併行して効率的に研究を進めてきた.前者の強酸化焼結実験では,予想に反して粒界抵抗が極めて大きい試料が得られ,高圧プロセスに特有の現象が現れていると考えられる.しかしながら,高温高圧装置による試料作製を初めとする一連の実験について手法をほぼ確立しており,緻密ながらも粒界抵抗が極めて大きいという,新しく見出した試料の特性の解明を更に進めることが可能な態勢にある.一方,当初の研究計画調書においてバックアップとして計画したHIP処理実験を行った結果,HIP処理により粒界による抵抗が減少することを見出した.HIP処理の前後で結晶構造の変化はなく,この現象は当初計画で期待した粒界の抵抗低減に他ならない.粒界抵抗は更に低減することが必要であり,産業プロセスにおけるHIPの適用可能性についても検討が必要であるが,本研究による知見は粒界抵抗の本質に迫るとともに更なる粒界抵抗の低減の可能性を探るうえで重要なものであると考えられる.補助事業期間を延長して最終年度となる2019年度は,これまでに明らかになったHIP処理による粒界抵抗の低減効果のメカニズム解明とHIP条件の最適化による一層の粒界抵抗低減に取り組む.研究計画調書においては比較的希薄なイオン欠陥キャリアとして導入されるプロトンの伝導を対象としており,粒界コアの正電荷に由来するプロトン欠乏層が粒界抵抗の本質であると仮定していた.リチウムイオン伝導性酸化物においても粒界抵抗は近傍のキャリア欠乏層に由来する可能性があるが,この系においては格子点をリチウムイオンと空孔がそれぞれほぼ同程度の濃度で占有するため,イオン伝導度とリチウムイオン濃度の関係は火山型の極大点を示す.すなわち,粒界における固定電荷によりイオン欠陥濃度が変化するとしても,その伝導度への影響は単純ではない.このような背景を踏まえつつ,HIP処理前後の試料の粒界および近傍の分析を詳細に行う.具体的には,(S)TEM-EDS-EELSを駆使して構造・組成・電子状態を明らかにするとともに,SIMSを用いた比較的広範囲における構成元素の分析により,HIPが粒界の特性に及ぼす影響を明らかにする.以上により,HIPによる粒界抵抗低減のメカニズムを解明するとともに,粒界抵抗の本質に基づく更なる粒界抵抗低減のための指針を提案する.なお,高温高圧実験により得られる試料の巨大粒界抵抗は,産業プロセスで想定される低温焼成プロセスにより作製する固体電解質の粒界抵抗の改善と深く関わる課題であり,新たな科研費研究課題の対象に設定してメカニズム解明と粒界抵抗制御に取り組む.本研究は,プロトンなどのイオン欠陥種を伝導キャリアとする酸化物多結晶体における粒界輸送抵抗について,その原因が粒界コア正電荷に由来する粒界近傍のキャリア欠乏層であるとする空間電荷モデルの立場から,多結晶体作製プロセスの最適化により粒界抵抗の低減を実現することを目的としている.初年度は,化学的安定性に優れ粒内(バルク)におけるプロトン伝導性は非常に良好であるものの著しく高い粒界抵抗を示すBa(Zr,Y)O3系酸化物を対象とし,強酸化焼結による粒界コア正電荷の制御を検討するための前段階として,常圧における酸化性/還元性雰囲気下における焼成等の準備を行った.また,同様のメカニズムにより顕著な粒界抵抗が生じると推測されるリチウムイオン伝導性酸化物ついても同一技術課題の解決が強く求められる材料系と位置付け,予備検討を行った.具体的には,ガーネット型構造を有するLi6.25La3Zr2Al0.25O12(LLZA)について焼成条件の検討を行いつつ交流インピーダンス法による伝導特性の評価を行った.その結果,インピーダンスプロットにおいて容量性の円弧とPt電極の不可逆性に由来するワールブルグインピーダンスが観測され,容量から求めた比誘電率の大きさから観測された円弧は粒界におけるインピーダンスに対応することが示唆された.

リチウムイオン伝導性酸化物については,LLZAや,その母相であるLLZおよびLi0.33La0.55TiO3 (LLT)などにおいても欠陥化学特性や粒界伝導特性を含めた基礎的な伝導特性は十分に明らかになっておらず,これらを含めた基礎特性を明らかにしつつ多結晶体作製プロセスの最適化を検討することにより粒界抵抗低減のための指針が得られることが期待される.初年度においては,粒界抵抗低減手法として検討する強酸化焼結の前段階として,常圧における酸化性/還元性雰囲気下における焼成等の準備を行うとともに,共通の技術課題を有する全固体二次電池用リチウムイオン伝導性酸化物の基礎特性評価を行ったが,強酸化焼結実験の実施には至らなかったため.本研究は,プロトンなどのイオン欠陥種を伝導キャリアとする酸化物多結晶体における粒界輸送抵抗について,その原因が粒界コア正電荷に由来する粒界近傍のキャリア欠乏層であるとする空間電荷モデルの立場から,多結晶体作製プロセスの最適化により粒界抵抗の低減を実現することを目的としている.本年度は,Ba(Zr,Y)O3系プロトン伝導性酸化物と同様に粒界抵抗が粒内抵抗に比べて著しく高く,かつ粒界抵抗が同様のメカニズムにより生じると推測されるリチウムイオン伝導性酸化物ついても同一技術課題の解決が強く求められる材料系と位置付け,強酸化焼結実験の検討を行った.具体的には,ペロブスカイト型構造を有するLi0.33La0.55TiO3(LLT)を対象とし,ベルト型高温高圧装置を用いた高圧焼成実験について,試料容器や保持温度・圧力,および温度・圧力の昇降速度などの条件最適化を行った.当初の条件では,得られる焼結体に多くのクラックが入ること,試料と容器の間で固相関反応が認められ第二相が生成することが明らかとなり,これらを解消するための条件検討を行った.その結果,目的相(LLT)のほぼ単一相から構成され,イオン伝導性の評価に用いることが可能なサイズの緻密な焼結体を得ることが可能となった.また,高圧焼成実験において強酸化性環境を実現するための酸化剤の選定や容器封入についても予備実験を行い,高圧酸素の発生や気密性保持の目処をつけた.以上により,強酸化焼結実験の条件を整えた.本年度は強酸化焼結実験のための条件最適化を進めたが,強酸化焼結により得た焼結体のイオン伝導特性評価には至らなかった.これは,現在の研究環境で安定に取り扱いが可能な材料系としてTi系ペロブスカイト酸化物を対象として取り組んだが,機械的強度が不十分であるためにクラックの無い焼結体として得ることが容易でなく,さらに試料容器との固体間反応も認められたため,これらを解析するとともに解消するための条件最適化に時間を費やしたためである.これまでの検討によりこれらの問題を解消する見込みが得られたため,翌年度に強酸化焼結を行い,イオン伝導度への影響を明らかにしていく.本研究は,プロトンやリチウムイオンなどのイオン欠陥種を伝導キャリアとする酸化物多結晶体における粒界輸送抵抗について,その原因が粒界コア正電荷に由来する粒界近傍のキャリア欠乏層であるとする空間電荷モデルの立場から,多結晶体作製プロセスの最適化により粒界抵抗の低減を実現することを目的としている.本年度は,昨年度に引き続きリチウムイオン伝導性酸化物を対象としつつ,当初より検討しているベルト型高温高圧装置を用いた強酸化
Si基板を特徴とする弗化物/Si超微細構造発光デバイスに関する基礎研究

本研究は、電子集積回路材料として不動の地位にあるにもかかわらず、光電子集積回路(OEIC)への応用は非常に困難であると考えられるSi単結晶基板上に、弗化物(CaF_2)及びSiを用いた単結晶極微細周期構造を形成し、そのエネルギ-バンド構造を理論的に解明するとともに、光デバイス応用への基礎的知見を得る事を目的としている。初年度に引き続き研究を行い、本年度は以下に述べる成果を得た。前年度までに、イオン化クラスタ-ビ-ムエピタキシャル成長(ICBE)法を用いて、Si(111)基板上にCaF_2を形成する技術を確立していたので、本年度はCaF_2及びSiの積層エピタルシャル成長を行った。CaF_2よりも大きな表面エネルギ-を有するSiが、CaF_2表面上で凝集してしまう問題を、成長基板温度の低温化(〈600°C)とSiのイオン化加速(Va=2kV)で克服し、CaF_25nm/Si5nm極薄膜100層50周期構造を実現した。高速反射電子線回析(RHEED)によるその場観察の結果、結晶性は単結晶である事がわかり、また、表面SEM観察より、良好な平坦性を保っている事が明らかになった。次に、CaF_2/Si微細周期構造の光学的特性の理論的基礎を固める事を目的として、CaF_2/Si超格子のエネルギ-バンド構造を理論解析する方法を開発した。基本原理に強結合法を用い、CaF_2及びSiバルクのバンド構造の計算結果を参考に超格子構造の解析を行った結果、(100)面Si上に形成した超格子の場合、光学的特性は基本的にSiの特性と類似になるが、Si層の層厚を減少させるにつれ、より値接遷移型に近づく傾向を見せる事が明らかになった。また、CaF_2の大きなエネルギ-障壁に起因する電子の閉じ込め効果により超格子方向に顕著な量子化が起こる事が示された。本研究では、電子集積回路材料として不動の地位にあるにも拘らず、光デバイスおよび光電子集積回路(OEIC)の応用は非常に困難であるSi結晶基板上に、Siとの格子定数差が小さく、Si基板上にエピタキシアル成長可能な材料である弗化物(CaF_aおよびSrF_2)とSiの超微細周期構造を試作すると共に、そのバンド構造を解明するための理論的基礎を明らかにし、弗化物(CaF_2およびSrF_2)/Si超微細周期構造の光デバイス応用のための基礎的知見を得ることを目的として行ったものであり、初年度は以下に述べる成果を得た。イオン化クラスタ-ビ-ムエピタキシアル成長(ICBE)法を用いて、Si基板上にCaF_2を成長し、その結晶性および絶縁破壊電界の結晶成長条件依存性を評価した結果、分子線エピタキシ-(MBE)法では結晶化しない低基板温度下においても、厚さ10nm程度の薄層までは適当なイオン化加速により結晶化すること、及びその絶縁破壊電界はイオン化電流と共に増大し10^6V/mの良好な値を得た。次に、CaF_2/Si微細周期構造の光学的特性の理論的基礎を固めることを目的として、CaF_2ホタル石結晶のバンド構造をLCAO法を用いて求めると共に、このCaF_2のバンド構造と既知のSiバンド構造を基に、CaF_2/Si超格子構造のバンド構造を強結合法により解析する方法を開発した。

この解析の結果、(111)面Si基板上に成長したCaF_2/Si超格子構造では、CaF_2層が3層以上の場合には、異なるSi層中の電子は超格子方向には結合することなく、超格子に垂直な面内方向においてバルクSi結晶と同等の性質を示すことが理論的に明らかとなった。本研究は、電子集積回路材料として不動の地位にあるにもかかわらず、光電子集積回路(OEIC)への応用は非常に困難であると考えられるSi単結晶基板上に、弗化物(CaF_2)及びSiを用いた単結晶極微細周期構造を形成し、そのエネルギ-バンド構造を理論的に解明するとともに、光デバイス応用への基礎的知見を得る事を目的としている。初年度に引き続き研究を行い、本年度は以下に述べる成果を得た。前年度までに、イオン化クラスタ-ビ-ムエピタキシャル成長(ICBE)を用いて、Si(111)基板上にCaF_2を形成する技術を確立していたので、本年度はCaF_2及びSiの積層エピタキシャル成長を行った。CaF_2よりも大きな表面エネルギ-を有するSiが、CaF_2表面上で凝集してしまう問題を、成長基板温度の低温化(<600°C)とSiのイオン化加速(Va=2kV)で克服し、CaF_25nm/Si5nm極薄膜100層50周期構造を実現した。高速反射電子線回折(RHEED)によるその場観察の結果、結晶性は単結晶である事がわかり、また、表面SEM観察より、好良な平坦性を保っている事が明らかになった。次に、CaF_2/Si微細周期構造の光学的特性の理論的基礎を固める事を目的として、CaF_2/Si超格子のエネルギ-バンド構造を理論解析する方法を開発した。基本原理に強結合法を用い、CaF_2及びSiバルクのバンド構造の計算結果を参考に超格子構造の解析を行った結果、(100)面Si上に形成した超格子の場合、光学的特性は基本的にSiの特性と類似になるが、Si層の層厚を減少させるにつれ、より直接遷移型に近づく傾向を見せる事が明らかになった。また、CaF_2の大きなエネルギ-障壁に起因する電子の閉じ込め効果により超格子方向に顕著な量子化が起こる事が示された。
新しい周期多重極法の開発と光起電力問題への応用

本研究では,周期構造に対する積分方程式の新しい高速解法の開発と,メタマテリアルの問題への適用を行った.新しい高速解法としては,計算負荷の少ない固有値計算法を開発し,見掛けの固有値を識別する方法を考案した.また,周期Green関数を用いた高速解法を検討し,誘電体の散乱問題に適応可能な高速直接解法を開発した.具体的な応用として,ナノポーラスゴールド(NPG)の横起電力問題を取り上げ,シミュレーション結果は実験結果と定性的に一致することを確かめた.さらに金薄膜のメタマテリアルのトポロジー最適化を行い,製作上の制約を考慮した計算法を開発した.H27年度はナノポーラスゴールドのモデル作成と,光起電力の計算を優先し,周期多重極法を用いて実験結果を模擬しうるシミュレーションを行うことに注力した.具体的にはCahn-Hilliard方程式を構造保存型差分法で解くプログラムを作成し,2周期境界条件と上下面の境界条件からナノポーラスゴールドのモデルを作成した.ナノポーラスゴールドの表面は,C-H方程式の解のレベルセットとして捉えることが出来る.得られたモデルの上に境界要素のメッシュを張り,周期多重極法を用いて電磁波散乱問題を解いた.得られた解と自由電子の受ける力に基づいたモデルから横起電力を求めた.得られた結果は石原らの実験結果と定性的によく一致した.しかし,縦起電力は実験結果と良好な対応が得られたとは言えず,今後の検討課題となった.以上の結果は日本計算数理工学会の計算数理工学論文集15巻に「周期多重極境界要素法を用いたナノポーラスゴールドの光起電力解析」と題する論文として掲載された.また,関連する研究成果と併せて,国際会議ICOME2015における招待講演の一部として発表した.さらに,メタマテリアルのトポロジー最適化のための基礎的研究として,板状の構造に円筒形の穴が発生したときのトポロジー導関数の計算をおこなった.理論的計算により表式を得た後,数値計算と比較して結果の妥当性を検証した.周期多重極法の改良の研究としてはMueller型の積分法定式でのNystroem法を検討し,従来法より効率がよいことが分かった.Hdiv内積を用いた定式化はCalderon前処理に問題があり,別の前処理法を開発した.この研究を通して,Hdiv内積型の定式化の利点を有するNystroem法開発の見通しがついた.これらの研究は次年度に継続する.研究の進展に合わせて研究の進め方を少しずつ修正して研究を進めたため,当初の計画とは多少順序が異なって研究が推移しているが,ナノポーラスゴールドのモデル作成は予定より速く進み,既に実験とある程度の整合性のある横起電力の計算結果が得られている.この点に関しては研究が予想より速く進んでいる.また,メタマテリアルの最適設計に関しては一番難しいと考えられる変則的なトポロジー導関数の計算と検証が既に概ね終了し,順調に研究が進んでいる.一方,周期多重極法本体の改造に関しては基礎的な研究に手間取ったことと応用的なテーマの結果を得ることを優先したため,予定より遅れぎみである.以上を総合すると,全体としては概ね順調に推移していると言って良いであろう.本年度は研究分担者新納の長期海外出張と研究の進展を考慮して,当初に予定していた研究の順序を変更して以下の研究を行った.(1)メタマテリアルのトポロジー最適化:前年度開発した円筒型トポロジー導関数を用いてメタマテリアルのトポロジー最適化を行った.具体的には,金の薄膜に面積が一定値以下の2次元的な穴を周期的に開け,透過係数が極値を取るような2周期構造の形状を決定した.このために,まず昨年求めたトポロジー導関数の表式を差分法による数値計算結果との比較により検証した.次に,レベルセット法を用いて最適形状を求めた.この結果,周波数によってまったく異なった最適形状が得られることが分かった.さらに,横起電力の円筒孔トポロジー導関数の表式を求めたが,数値計算は次年度に持ち越すことになった.(2)Nystroem法の改良:本研究では局所修正に用いるサンプル関数として3角形要素上の電流分布を仮定して解析的に積分を評価したものを用いた.これを用いて,3次元Maxwell方程式の周期境界値問題を解き,従来のMoment法による解法より高速な解法が得られることを確かめた.合わせて,必要な格子和の複素周波数への解析接続を求めた.解析接続の研究はメタマテリアルの特徴的な挙動と複素固有振動数の関係を調べるために今後活用される予定である.

(3)周期境界値問題の高速直接解法に向けた基礎的研究:当初予定していたYing等のKIFMMの考え方の応用は,高速直接解法におけるproxyの考え方において有効であることに注目した.本研究ではMaxwell方程式の周期境界値問題の高速直接解法の基礎研究として2次元Helmholtz方程式の周期問題の高速直接解法を定式化し,その性能を数値的に検証した.当初予定した研究内容と幾分変更した部分はあるが,研究の進展と研究チームの状況,関連分野における中心的な興味の変遷を考慮した結果であり,総体的にほぼ想定どおりの進度で研究が進んでいると考えられる.円筒孔トポロジー導関数を用いた最適設計の研究は,金の薄膜に2次元的な孔をあけて光照射し,透過係数を最大化する最適設計に関する論文を作成し,発表した.また,孔の面積に関する制約条件の取扱いの効率が不十分であるため,改善策を検討した.新しい周期多重極法の開発としては,Kummerの方法を用いた周期問題における高速直接解法を開発し,multi trace積分方程式を用いてtransmission問題への適用を可能にした.さらに代表的な計算法であるMartinssonの方法やHo-Greengardの方法を用いた定式化の効率を比較し,Martinssonの方法がやや有利であるとの結論を得た.また,proxyのとり方にも工夫を加え,周期問題においても非周期関数を用いたproxyの構成が可能であることを実証した.さらにKummerの方法をEwaldの方法に置き換えることによってさらに高性能な周期高速直接解法を開発した.特に超特異積分方程式の正則化について新しい計算法を開発して,精度が良好であることを確認した.加えてtransmission問題の高速直接解法のmulti traceを用いない定式化について着想を得,その実装を検討した.このように高速直接解法の開発は基礎研究のレベルで多くの進展があったが,光起電力問題に代表される光学問題への応用は今後の課題となった.Maxwell方程式の周期境界値問題における開領域の固有値問題の数値計算については,メタマテリアルやフォトニック結晶に現れる周期構造について周波数やFloquet波数に関する固有値計算を実施し,アノマリーに対応する複素固有値を求めることが出来た.ただし,多くのRayleighアノマリーが発生するため,これを避けて櫻井杉浦法の積分経路を設定することは容易ではなく,今後の課題となった.本研究では,周期構造に対する積分方程式の新しい高速解法の開発と,メタマテリアルの問題への適用を行った.新しい高速解法としては,計算負荷の少ない固有値計算法を開発し,見掛けの固有値を識別する方法を考案した.また,周期Green関数を用いた高速解法を検討し,誘電体の散乱問題に適応可能な高速直接解法を開発した.具体的な応用として,ナノポーラスゴールド(NPG)の横起電力問題を取り上げ,シミュレーション結果は実験結果と定性的に一致することを確かめた.さらに金薄膜のメタマテリアルのトポロジー最適化を行い,製作上の制約を考慮した計算法を開発した.今後の推進方策として,次年度は新しい周期多重極法の研究に取り組む.その際,当初の計画のようにKIFMMの考え方を参考にして研究を進めることを基本とするが,Mueller型の積分方程式におけるNystroem法の効率が良かったことも考慮して光起電力の解析に適した解法を選択する.さらにHdiv内積型の定式化とNystroem法の併用の実装に向けた研究を進める.応用的な研究としてはメタマテリアルのトポロジー最適化の研究も優先的に行いたい.以上は当初から予定された研究内容であるが,併せて最近得られた知見も反映して,研究内容を大きく変えない範囲で推進方向に修整を加えてゆく方針である.たとえば,波動問題の解の挙動の定性的理解のために複素固有値問題を解くことが有効であることが最近分かってきているが,この問題への応用に不可欠な,パラメータ(周期,Floquet波数など)に関する解析接続を求める計算も同時に行いたい.併せて,高速直接解法等の新しい研究の進展にも注目するなど,柔軟に研究を推進する方針である.本年度は次の方針で研究を進めたい.(1)トポロジー最適化における従来のレベルセット関数の時間発展法には改良すべき点が多いので,より合理的な解法を模索する.
ESDグローバルアクションプログラムに対応した理科の教育課程開発の日独共同研究

本研究の目的は、持続可能な開発のための教育(Education for Sustainable Development、ESD)の世界的展開をめざした、ユネスコのESDグローバル・アクション・プログラムに対応し、ESDを取り入れた小・中学校理科の教育課程を、日本とドイツの共同研究によって開発することである。そこで、持続可能性(Sustainability)の考え方を導入した理科の目標を設定し、気候変動・エネルギー、生物多様性、及び防災に係る理科の新しい内容、単元、授業を開発する。そして、両国の小・中学校において採用可能で国際的に通用する教育課程の範例を提示する。平成30年度(2年目)は、以下の研究を実施した。(1)前年度に開発・実践した授業、単元、及び教育課程について、その有効性と問題点、改良点を明らかにした。(2)改良点に基づき、授業、単元、及び教育課程の開発・実践・評価を継続した。新たに開発した単元は、小学校理科では第6学年のESD関連単元「電気の利用」(気候変動・エネルギー)、「瀬戸内海の生き物同士のつながり」(生物多様性)、中学校理科では第2学年のESD関連単元「温暖化と大雨」(防災)であった。(3)研究の過程で、日本とドイツの参加研究者による検討会議を実施した(平成31年3月、ブレーメン大学及びハノーバー大学)。2年目の成果を共有するとともに、3年目は両国で同じ単元の開発・実践・評価をし、その国際的通用性を検証することとした。当初の予定通り、ESDを取り入れた小・中学校理科の単元と授業を継続して開発・実践・評価できたため。また、この活動を発展させ、次年度から日独両国で同じ単元の開発・実践・評価をし、その国際的通用性を検証する目途が立ったため。令和元年度(3年目)は、次の研究を実施する。(1)前年度の1月までに開発・実践した授業、単元、及び教育課程の評価、ならびに3月に実施したドイツ側研究者との協議を踏まえ、授業、単元、及び教育課程の有効性と問題点、改良点を明らかにする。(2)改良点に基づき、授業、単元、及び教育課程の開発・実践・評価を継続する。対象学年は小学校第35学年、ならびに中学校第13学年とする。このうち中学校理科の気候変動・エネルギーの単元と小・中学校理科の生物多様性の単元については、日本とドイツで同様の開発・実践・評価をし、国際的な通用性の検証を試みる。(3)研究の質的向上を図るため、研究成果を公表し、外部から評価を受ける。日本理科教育学会等の国内学会、ならびに2019ESERA(欧州科学教育学会)等の国際学会を予定。平成29年度は、以下の研究を実施した。(1)ESDを取り入れた小・中学校理科の教育課程の方針を決定した。理科の目標では、ユネスコ等によるESDの目標を参考にし、共生の考え方の尊重といった価値観形成、体系的な思考力やデータ・情報の分析能力といった能力育成を取り入れることとした。理科の内容では、ESDの主要課題(気候変動・エネルギー、生物多様性、及び防災)に係わる内容を既存の単元に付加したり、新たな単元として編成したりすることとした。前者をESD関連単元、後者をESD重点単元と呼ぶこととし、各学年で開発可能な単元を整理した。(2)ESDの視点を取り入れた小・中学校理科の単元と授業を開発・実践・評価した。小学校理科では、各学年のESD関連単元(第3学年「身の回りの生物と環境とのかかわり」(生物多様性)、第4学年「動物の活動と季節」(気候変動・エネルギー)、第5学年「雨の降り方と増水」(防災)、第6学年「火山の噴火や地震による土地の変化」(防災))を開発し、実践・評価した。中学校理科では、第1学年のESD重点単元「身の回りの物質とその性質」(気候変動・エネルギー)を開発し、実践・評価した。(3)研究の過程では、日本とドイツの参加研究者による検討会議を実施した(平成29年8月:ブレーメン大学及びハノーバー大学、平成29年10月:ベルリン自由大学、平成30年3月:岡山大学)。両国で進めてきた従来の単元と授業の開発の知見を交換し、新規な教育課程開発の方針について協議した。当初の予定通り、ESDを取り入れた小・中学校理科の教育課程の方針を決定し、単元と授業を開発できたため。また、開発した授業を小・中学校で実践し、評価できたため。

(1)前年度に開発・実践した授業、単元、及び教育課程について、その有効性と問題点、改良点を明らかにした。(2)改良点に基づき、授業、単元、及び教育課程の開発・実践・評価を継続した。新たに開発した単元は、小学校理科では第6学年のESD関連単元「電気の利用」(気候変動・エネルギー)、「瀬戸内海の生き物同士のつながり」(生物多様性)、中学校理科では第2学年のESD関連単元「温暖化と大雨」(防災)であった。(3)研究の過程で、日本とドイツの参加研究者による検討会議を実施した(平成31年3月、ブレーメン大学及びハノーバー大学)。2年目の成果を共有するとともに、3年目は両国で同じ単元の開発・実践・評価をし、その国際的通用性を検証することとした。当初の予定通り、ESDを取り入れた小・中学校理科の単元と授業を継続して開発・実践・評価できたため。また、この活動を発展させ、次年度から日独両国で同じ単元の開発・実践・評価をし、その国際的通用性を検証する目途が立ったため。平成30年度は、次の研究を実施する。(1)前年度に開発・実践・評価した授業、単元、及び教育課程の有効性と問題点、改良点を明らかにする。(2)改良点に基づき、授業、単元、及び教育課程の開発・実践・評価を継続する。対象学年は小学校第3・4学年ならびに中学校第1・2学年とする。前年度に実践対象となった児童・生徒については、ESDコンピテンシーの経年変化を把握する。(3)研究成果を国内・国際学会で公表し、外部からの評価を受ける。これにより、研究の質的向上を図る。令和元年度(3年目)は、次の研究を実施する。(1)前年度の1月までに開発・実践した授業、単元、及び教育課程の評価、ならびに3月に実施したドイツ側研究者との協議を踏まえ、授業、単元、及び教育課程の有効性と問題点、改良点を明らかにする。対象学年は小学校第35学年、ならびに中学校第13学年とする。このうち中学校理科の気候変動・エネルギーの単元と小・中学校理科の生物多様性の単元については、日本とドイツで同様の開発・実践・評価をし、国際的な通用性の検証を試みる。(3)研究の質的向上を図るため、研究成果を公表し、外部から評価を受ける。日本理科教育学会等の国内学会、ならびに2019ESERA(欧州科学教育学会)等の国際学会を予定。
美的文化と環境-21世紀における環境美学の視点から-

平成1416年度の本研究の目的は、21世紀の環境に関わる美的文化の在り方のスタンダードを各分担研究者が、I.理論研究[環境美学の射程]、およびII.個別研究[美的文化と環境]の各組織で、共通に研究概要を設定した。そこで、研究の実質内容の着地点の概要において先ず、I.理論研究では、元研究代表者武藤は、「展望-21世紀の環境美学-」の下で、おおまかな理論的枠組みを構想し、環境を自然環境=第一次自然と人工環境=第三次自然とに区別し、そこに介入するものとしての第二次自然たる人類(アーティスト)の美的営為を構造的にまとめて論述。金田は、「美的環境の現象学」の下で、このように構造化されうる自然を人間の意識における現象を通して論述。岡田は、「美的環境形成論」の下で、とりわけ超現実環境として強度の現実感を与える都市空間の問題に方向性を見出す論述。関村は、「自然美学の立場」から環境を考察の対象として論述。次ぎに、II.個別研究では、各分担者はそれぞれ、「美的環境の自然性」、「環境とデザイン」、「記憶としての都市造形」、「都市における隠喩表現」、「都市の景観」、「美的生活と都市」、「美的環境と身体」、「美的文化と公共性」、等の問題を追求し、また、制作実験の研究による「都市環境における野外造形」、「都市環境と絵画の引用」の分野のそれぞれ各ジャンルから論述報告をまとめて、その研究結果を研究成果報告書に発表した。本研究の目的は、21世紀の環境に関わる美的文化の在り方のスタンダードを求めることであった。そこで先ず今年度は、I理論研究[環境美学の射程]、およびII個別研究[美的文化と環境]の各組織で、共通に遂行すべきこととして、次年度の研究展開の基礎形成のために次ぎのことが行われた。すなわち、(1)[文献資料等の蒐集]それは、関連する美学・芸術学・環境論・メディア論・都市論等の図書や写真集等の蒐集であった。(2)[環境と美的文化の実地調査]それは、美的文化に関わる多面的で広義の環境の実地調査であった。(3)[研究連絡会議の開催]それは、研究代表者が各地に分散する分担者の研究状況を常に掌握するために行われた。以上3点については、補助金が当初の計画よりも大幅に削減されたが、その範囲内で、相当の成果が挙がったと思われる。次ぎに研究の実質内容の進展状況について、報告する。先ず、I理論研究では、代表者武藤は、「展望-21世紀の環境美学-」の課題の下で、おおまかな理論的枠組みを構想すべく、環境を自然環境=第一次自然と人工環境=第三次自然とに区別し、そこに介入するものとしての第二次自然たる人類(アーティスト)の美的営為を構造的に考察した。分担者金田は、「美的環境の現象学」の下で、このように構造化されうる自然を人間の意識における現象を通して考察した。分担者岡田は、「美的環境形成論」の下で、とりわけ「超現実環境」を問題にした。次ぎに、II個別研究では、各分担者はそれぞれ、「美的環境の自然性」、「環境とデザイン」、「記憶としての都市造形」、「都市における隠喩表現」、「都市の景観」、「美的生活と都市」、「美的環境と身体」、「美的文化と公共性」、「都市環境における野外造形」、「都市環境と絵画の引用」の問題を追求し、それぞれ各ジャンルでその研究を深化させた。平成15年度の本研究の目的は、前年度に引き続き、21世紀の環境に関わる美的文化の在り方のスタンダードを求めることであった。そこで先ず、I理論研究[環境美学の射程]、およびII個別研究[美的文化と環境]の各組織で、共通に遂行すべきこととして、次年度に予定される研究成果の報告纏めのために次ぎのことが行われた。すなわち、(1)[文献資料等の蒐集]

美学・芸術学・環境論・メディア論・都市論等の図書や写真集等の蒐集。(2)[環境と美的文化の実地調査]美的文化に関わる多面的で広義の環境の実地調査。(3)[研究連絡会議の開催]研究代表者が各地に分散する分担者の研究状況を常に掌握するために行われた。以上3点については、相当の成果が挙がったと思われる。次ぎに研究の実質内容の進展状況について、報告する。先ず、I理論研究では、代表者武藤は、「展望-21世紀の環境美学-」の下で、おおまかな理論的枠組みを構想すべく、環境を自然環境=第一次自然と人工環境=第三次自然とに区別し、そこに介入するものとしての第二次自然たる人類(アーティスト)の美的営為を構造的に考察した。金田は、「美的環境の現象学」の下で、このように構造化されうる自然を人間の意識における現象を通して考察した。岡田は、「美的環境形成諭」の下で、とりわけ超現実環境として強度の現実感を与える都市空間を問題にした。関村は、「自然美学の立場」から環境を考察の対象とした。次ぎに、II個別研究では、各分担者はそれぞれ、「美的環境の自然性」、「環境とデザイン」、「記憶として都市造形」、「都市における隠喩表現」、「都市の景観」、「美的生活と都市」、「美的環境と身体」、「美的文化と公共性」、「都市環境における野外造形」、「都市環境と絵画の引用」等の問題を追求し、それぞれ各ジャンルでその研究を深化させた。平成16年度の本研究の目的は、前年度までの実績を纏めることである。そこで、21世紀の環境に関わる美的文化の在り方のスタンダードを各分担研究者が報告し、統括する。すなわち先ず、I理論研究[環境美学の射程]、およびII個別研究[美的文化と環境]の各組織で、共通に遂行した結果と、前年までの研究成果を纏めて『報告書』を作成する。それは、2年間の集積によって次のように行われた。(1)[文献資料等の蒐集]美学・芸術学・環境論・メディア論・都市論等の図書や写真集等の蒐集。(3)[研究連絡会議の開催]代表者が各地に分散する分担者の研究状況を常に掌握するために行われた。以上3点から得られた成果を基に発表する。次ぎに、研究の実質内容の着地点の概要報告をする。先ず、I理論研究では、元代表者武藤は、「展望-21世紀の環境美学-」の下で、おおまかな理論的枠組みを構想し、環境を自然環境=第一次自然と人工環境=第三次自然とに区別し、そこに介入するものとしての第二次自然たる人類(アーティスト)の美的営為を構造的に纏めて論述。金田は、「美的環境の現象学」の下で、このように構造化されうる自然を人間の意識における現象を通して論述。岡田は、「美的環境形成論」の下で、とりわけ超現実環境として強度の現実感を与える都市空間の問題に方向性を見出す論述。関村は、「自然美学の立場」から環境を考察の対象として論述。次ぎに、II個別研究では、各分担者はそれぞれ、「美的環境の自然性」、「環境とデザイン」、「記憶としての都市造形」、「都市における隠喩表現」、「都市の景観」、「美的生活と都市」、「美的環境と身体」、「美的文化と公共性」、「都市環境における野外造形」、「都市環境と絵画の引用」等の問題を追求したその結果を、それぞれ各ジャンルからその研究成果を報告する。
離散群の幾何のＣ＊環類似とＫＫ理論の研究

作用素環論において離散群の表現論や解析的性質との類似は広く知られたものであるが,一方で離散群の幾何的な性質の類似は多くない.本研究の目的は,融合積C*環という特別なクラスの幾何的な側面を調べることである.離散群の融合積はBass-Serre理論によってBass-Serre木と呼ばれるグラフ(幾何的対象)への自然な作用をもつ.この作用は融合積群の解析的・幾何的・K理論的な研究において強力な道具である.このBass-Serre木の類似をC*環の融合積に対して考察した.昨年度までの研究で,Bass-Serre木に対応するHilbertC*加群の構成とそのKK理論への応用,そしてBass-Serre木のコンパクト化への作用(から定まる接合積C*環)の対応物とその境界従順性について離散群の場合と同様の結果が得られている.そのため,今年度はBass-Serre木のコンパクト化の対応物の境界剛性について研究した.境界剛性とは,群の境界作用がもつある種の剛性で,Lie群の格子やランダムウォーク理論で現れる概念である.作用素環論においても,近年の離散群のC*単純性の研究でも重要な役割を果たしている.結果として,ある種の弱いdiffuse性をもつ2つのC*環と状態の自由積と上述の「Bass-Serre木のコンパクト化の対応物」の組が離散群の境界作用とよく似た剛性をもつことを証明した.抽象的なC*環に対するこのような剛性は初めての結果といえる.得られた結果は論文[arXiv:1708.08260]として発表し,論文雑誌に投稿中である.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。離散群の幾何の類似として,群の融合積に付随するBass-Serreツリーの対応物をC*環の被約融合積に対して考察した.Bass-Serreツリーの対応物は,昨年度の融合積C*環のKK理論の研究で得られているため,今年度は,そのBass-Serreツリーのコンパクト化の類似物を考察した.具体的には,この作用から定まる被約接合積に対応するC*環を一般の被約融合積C*環に対して構成した.この一般化された``接合積''がCuntz-Pimsner環の構造を持つことを示すことで,いつ核型性,完全性,完全有界近似性などの近似性をもつかを特徴付けた.特に核型性は,群の設定における作用の従順性に対応し,境界従順性というべき現象が群C*環の構造を超えた設定でも成り立つことを意味している.更に,Cuntz-Pimsner環の普遍性を用いて,``接合積''が普遍C*環の構造をもつことも示した.これは,従順作用から定まる被約接合積が普遍接合積と同型になることに対応しており,もう一つの従順性といえる.この普遍C*環を用いることで,その部分環である被約融合積に対して新しい普遍性を得た.上記の近似性・普遍性を用いることで,Dykemaによる完全性とDykema-Blanchardの埋め込み可能性の別証明を与えた.また,Fima-GermainによるKK群の完全系列がCuntz-Pimsner環のK理論を用いることで証明できることも示した.以上をまとめた内容を論文arXiv:1609.08837として発表し,雑誌に投稿した.研究計画に記した内容のうち,融合積C*環に対するKK同値性と境界作用の研究は順調に進んでいる.作用素環論において離散群の表現論や解析的性質との類似は広く知られたものであるが,一方で離散群の幾何的な性質の類似は多くない.本研究の目的は,融合積C*環という特別なクラスの幾何的な側面を調べることである.離散群の融合積はBass-Serre理論によってBass-Serre木と呼ばれるグラフ(幾何的対象)への自然な作用をもつ.この作用は融合積群の解析的・幾何的・K理論的な研究において強力な道具である.このBass-Serre木の類似をC*環の融合積に対して考察した.昨年度までの研究で,Bass-Serre木に対応するHilbertC*加群の構成とそのKK理論への応用,そしてBass-Serre木のコンパクト化への作用(から定まる接合積C*環)の対応物とその境界従順性について離散群の場合と同様の結果が得られている.そのため,今年度はBass-Serre木のコンパクト化の対応物の境界剛性について研究した.境界剛性とは,群の境界作用がもつある種の剛性で,Lie群の格子やランダムウォーク理論で現れる概念である.作用素環論においても,近年の離散群のC*単純性の研究でも重要な役割を果たしている.結果として,ある種の弱いdiffuse性をもつ2つのC*環と状態の自由積と上述の「Bass-Serre木のコンパクト化の対応物」の組が離散群の境界作用とよく似た剛性をもつことを証明した.抽象的なC*環に対するこのような剛性は初めての結果といえる.得られた結果は論文[arXiv:1708.08260]として発表し,論文雑誌に投稿中である.引き続き融合積C*環を中心に境界作用の研究を行う.具体的な境界作用に対して成り立つ様々な現象を,抽象的なC*環の設定で証明すること目標に研究を進める.29年度が最終年度であるため、記入しない。
リンパ組織指向性を付与した樹状細胞の創製と癌免疫療法への応用

樹状細胞(DC)は未感作T細胞を抗原特異的に活性化できる唯一の抗原提示細胞であることから、免疫療法・ワクチン開発における抗原分子送達の標的細胞として注目されている。とりわけ、生体外に取り出した前駆細胞から分化誘導したDCに腫瘍関連抗原(TAA)を導入し、これをワクチン担体として癌患者に投与する細胞免疫療法は、有望な次世代癌治療戦略として世界的に研究が進められている。本療法において有効な治療効果を引き出すためには、投与したDCワクチンを免疫応答誘導の場であるリンパ組織へと効率よく集積させることが重要である。そこで本研究では、DCのリンパ組織移行に深く関与するケモカインレセプター(CCR7)に着目し、CCR7遺伝子を効率よく導入したDC(CCR7/DC)のワクチン機能の解析を行った。平成16年度においては、マウスに投与したCCR7/DCが効率良くリンパ節に集積することを明らかとし、CCR7とTAAとを共導入したDCワクチンは、TAA単独導入DCワクチンと比較して、より少ない投与細胞数で効果的な腫瘍免疫を誘導できることを実証した。そこで本年度は、定着腫瘍に対する治療プロトコールにおけるCCR7/DCの有用性を検証するために、マウス皮内に生着させたB16BL6メラノーマ(直径7-9mm)にCCR7/DCを投与した際のリンパ節移行性および抗腫瘍効果について解析した。まず、腫瘍組織(投与部位)から所属リンパ節への集積性については、コントロールベクター適用DCあるいは未処理DCと比較して、CCR7/DCで明らかな亢進が認められた。しかしながら、CCR7/DC投与腫瘍の増殖に関しては、コントロールDC投与群と同程度の抑制効果しか認めることができず、増殖の速い固形腫瘍に対してCCR7/DCは満足な有効性を発揮できないことが判明した。樹状細胞(DC)は生体内で最も強力な抗原提示細胞であり、DCをワクチン担体として用いた細胞免疫療法が次世代癌治療戦略として期待されている。DCの末梢組織からリンパ組織への移行は、炎症反応や抗原認識によってDCに発現誘導されるCC chemokine receptor-7(CCR7)がリンパ組織で分泌されているCC chemokine ligand-21(CCL21)に応答することによって誘発される。そこで本研究では、DCへの遺伝子導入効率に圧倒的に優れるRGDファイバーミュータントアデノウイルスベクターを応用して、CCR7遺伝子を導入したDC(CCR7/DC)の免疫学的特性を解析するとともに、癌免疫療法におけるワクチン担体としての有用性を検証した。CCR7/DCはベクター用量依存的にCCR7発現レベルを増大し、CCL21に対する高い遊走活性を示した。また、CCR7/DCはT細胞増殖刺激能といった抗原提示細胞としての機能を保持しており、マウスに投与した際には所属リンパ節への効率的な集積が観察された。さらに、腫瘍関連抗原とCCR7とを共導入したDCをワクチン投与したマウスにおいては、腫瘍関連抗原のみを導入したDCと比較して少ない投与細胞数で効果的な腫瘍免疫を誘導することができた。本成果は、CCR7/DCがリンパ組織集積性の改善に基づいてDC癌免疫療法の有効性を増強しうるワクチン担体であることを示している。今後、CCR7/DCを腫瘍内投与することにより誘導される抗腫瘍効果および免疫応答を解析することにより、ワクチンプロトコールのみならず治療プロトコールにおいてもCCR7/DCが癌免疫療法において優れた有効性を発揮するCell Vehicleであることを実証したいと考えている。
昼間人口による大都市圏の内部地域構造と市民概念の行政地理学的分析

本研究は、都市の定義に関する根源的問題として、都市の機能・都市の規模・都市の範囲などにわたって広く採用されている指標である「都市人口」が、概念的にどのような状況に置かれているのか、また都市人口と都市住民の関係がどのように変動し、都市住民の意識に影響を与えているのかを、政治地理学の視点から明らかにしようとしたものである。初年度の研究においては、概念上の諸問題について一応のまとめを行い、日本の都市群を、階層構造を形成する領域都市と、機能的に特化した機能都市の2群に分類した。続く最終年度の研究においては、この中から特に、東京、大阪、名古屋などの巨大都市をとりあげた。これらの都市は、領域都市の高次に位置し、同時に管理機能にも特化した都市であるため、膨大な周辺都市群を率いており、ここに帰属都市と帰属意識とのずれを持つ住民が集積しているからである。そこで、巨大都市圏に存在する中心都市とそれを取り巻く周辺都市を中心に、資料の収集とヒヤリングを進めた結果、大都市圏の住民を大きく次の4類型に分類することができた。第1の伝統的住民は、職住一致で、当該市町村への居住年数が長く、投票参加率も高い。第2の要求型住民は居住市町村外に通勤し、自治体への帰属意識が低く、世帯形成期に多いが、投票参加率は国勢選挙に高い。第3の無関心型住民は、居住地自体に対する関心が少なく、未婚の若い労働者や学生に多い。投票参加率は一般に低いが、政治的危機に際しては投票に参加し、浮動票を形成する。第4は市民型の住民で、職住分離が進んでいる点では、第2、第3の型と同様であるが、投票率は上昇している。本研究は,都市の定義に関する根源的問題として,都市の機能・都市の規模・都市の範囲などにわたって広く採用されている指標の都市人口が概念的にどのような状況の置かれているのか,また都市人口と都市住民の関係がどのように変動し,都市住民の意識に影響をあたえているかを政治地理学の視点から明らかにすることを目的としておこなったものである。ここで概念上の問題指摘は,今年度に一応のまとめを行うことがるきたので,別褐の論文リストにあげることとした。すなわち都市はおおきく階層構造を形成する領域都市と機能的に特化した特化都市の2群に分けられた。また昼夜間人口の分析から,昼間人口を受け入れる中心都市と,夜間人口の生活の場となっている周辺都市とを分類することができた。とくに重要な視点として抽出されたのは,東京・大阪・名古屋などの巨大都市が,領域都市の高次に位置し,管理機能に特化した都市であるため,周辺に膨大な周辺都市群を率いており,ここに帰属意識とのずれを持つ住民が集積していることである。そこで,今年度の研究対象を,巨大都市圏に存在する中心都市とそれを取り巻く周辺都市にしぼり,資料の収集とヒヤリングをすすめた。その結果,次年度に向けての作業仮設として,周辺都市住民は,居住都市に帰属意識を持つ,主婦・自宅就業者層と中心都市に帰属する意識の強い中心都市就業者層に分裂し,それが選挙の投票率などにあらわれないか,ということが摘出された。したがって,都心への流出通勤者の多い都市では,各級選挙の中でも市区町村議会選挙より国会あるいは中心都市の選挙への関心が高い層の存在が指摘できるはずである。先年度の研究においては、概念上の諸問題について一応のまとめを行うことができた。

今年度の研究では、階層構造を形成する領域都市と、機能的に特化した機能都市の2群に分けられる日本の都市群の中で、特に、東京、大阪、名古屋などの巨大都市に注目した。これらの都市は、領域都市の高次に位置し、同時に管理機能にも特化した都市であるため、膨大な周辺都市群を率いており、ここに帰属都市と帰属意識とのずれを持つ住民が集積しているからである。そこで、巨大都市圏に存在する中心都市とそれを取り巻く周辺都市を中心に、資料の収集とヒアリングを進めた結果、大都市圏の住民を大きく次の4類型に分類することができた。第1の伝統的住民は、職住一致で、当該市町村への居住年数が長く、投票参加率も高い。第2の要求型住民は居住市町村外に通勤し、自治体への帰属意識が低く、世帯形成期に多いが、投票参加率は国勢選挙に高い。第3の無関心型住民は、居住地自体に対する関心が少なく、未婚の若い労働者や学生に多い。投票参加率は一般に低いが、政治的危機に際しては投標に参加し、浮動票を形成する。第4は市民型の住民で、職住分離が進んでいる点では、第2、第3の型と同様であるが、投標率は上昇している。