hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
障害者と芸術活動に関する社会学的研究～社会における自己表現

本申請研究は、障害者の芸術活動に関して、調査研究と理論研究の両面から研究をおこなうものであるが、まず調査研究としては、障害を抱える人々は、社会との関係で障壁、差別を体験し、生きづらさや苦悩を感じていることがしばしばみられるが、当事者にとっての生活史におけるその意味の分析、その自己表現を見る鑑賞者はどのように感じ、さらにどのような社会的変化がひきおこされるかという点の分析をおこなった。研究方法としては、参与観察のために来年度5月に、京都造形芸術大学付属展覧会場であるギャラリ・ーオーブにおいて、共に企画する芸術的ワークショップ及び展覧会の準備を行いながら、A精神病院の絵画教室のメンバーと指導者、ボランティア支援者、鑑賞者、病院スタッフへの聞きとり調査をおこなった。その結果は、2009年10月に日本社会学会(立教大学)において、「精神病院における「自己表現」としての絵画活動H精神病院における絵画活動の事例より」として学会報告において発表をおこなった。また、理論的には、社会と芸術の新しい関係を示す芸術社会学の枠組みを示すことが目的であるが、海外や国内の関連文献の収集もおこない、『文化の社会学』(井上俊、伊藤公男編、世界思想社、2009年7月)において、「芸術社会学」を執筆した。内容は、芸術社会学の創始者であるフランスのピエール・フランカステルの『絵画と社会』に関して考察しながら、芸術社会学は、芸術を外部的要素によって説明する「制度としての芸術」という側面だけではなく、デューイが「新しい経験の様態や感受性を形成していく芸術の力」と述べているような芸術の働きにも目を向けていかなくてはならないことを示した。本年度は、障害者の芸術活動について、さまざまな障害の程度と芸術活動との関連性を明らかにするなかで、特に精神障害を中心に考察し、学会発表をおこなったが、社会学と心理学との学際的研究及び、それらを総合した領域を形成する目的により日本臨床心理学会においても発表をおこなった。上記学会発表をまとめ、また、参与観察のために今年5月に、勤務大学付属展覧会場であるギャラリー・オーブにおいて、共に企画する展覧会の準備を行っている内容を含めながら、論文「精神科病院における造形活動と患者の自己表現」を発表した。上記論文の内容に関しては、精神病院の造形教室に関して、特に歴史的側面の分析も重視し、日本において病院内の芸術活動が始まる1960年代から現在までの変遷と、精神障害者の表現の意味、その特徴を歴史的資料、当時の映像資料等を用いながら分析した。これにあたりH精神病院をとりあげ、他の病院内の造形教室や芸術療法と比較しながら、造形教室が生じる医療・福祉の場における1960年代の文化・芸術的状況の創成期、造形教室という集団の役割、指導者やメンバー間の関係、鑑賞者や支援者の果たしている役割を中心にして分析をおこなった。さらに、アメリカやイギリス、フランスにおける芸術活動の歴史を考察し、国内の状況と、特にフランスのアトリエ・ノンフェール等海外における障害者の芸術活動との比較研究をおこなった。上記研究の意義や重要性に関しては、障害者が芸術活動をおこなう際、その障害を否定的にとらえるのではなく、それをバネとして自己表現、他者との共感、社会的変化をもたらしている点が明らかになった点である。方法論としては、従来、生活史分析と、芸術的側面を扱う芸術活動、表現内容をリンクさせて考察された研究がみられなかったことから、人間学・心理学・社会学研究と、芸術学研究を交差させて研究をおこなった点であると考える。
革新的なチタン製錬の確立に向けたチタン塩化物の還元機構に関する基礎的研究

チタンの製錬プロセスの生産性を改善するため、本研究ではマグネシウムによる四塩化チタンの還元反応のメカニズムについて調査を行った。まずはマイクロフォーカスX線透視法を用いて800°Cで液体四塩化チタンを溶融マグネシウム上に滴下し、その反応の様子を観察した。その結果、四塩化チタンの供給開始と共に溶融マグネシウムは容器壁面を這い上がり、四塩化チタンガスと反応することで多孔質なチタンが容器壁面に生成することが分かった。また、濡れ性に関する基礎実験を行い、チタンと溶融マグネシウムの濡れ性が良好であること、ならびに直径0.1 mmのチタン線を縒り合わせて作製した線材を溶融マグネシウムに浸漬すると毛細管作用によってマグネシウムがチタン線の隙間を吸い上げられることを確認した。これらの結果から、四塩化チタンのマグネシウム還元時に見られた容器壁面での反応は、容器壁面に生成した多孔質な金属チタンを毛細管作用によって溶融マグネシウムが這い上がったことが原因であると考えられる。なお、本研究においては容器中央部の溶融マグネシウムは副生成物である塩化マグネシウムに覆われており、四塩化チタンとマグネシウムの反応が阻害されていた。ただし、本研究で用いた反応容器は幅4.5 cm×奥行き4.6 cm×高さ11.5 cmであり、実際のプロセスで使用される直径約2 mの円筒型の反応容器と比べて小さい。大型の反応容器を用いた場合には塩化マグネシウムが容器中央部の溶融マグネシウムをほぼ一様に覆うとは考え難く、このようなサイズ差による影響について今後さらなる検討が必要である。このように本研究では四塩化チタンと溶融マグネシウムの反応の様子をX線を用いて観察することに成功した。また、反応容器のサイズ差の影響といった課題は残るものの、反応メカニズムについて部分的ながらも解明できたことは特筆すべき成果である。28年度が最終年度であるため、記入しない。現在、四塩化チタンをマグネシウムによって還元することでチタンは生産されているが、その生産速度は非常に遅い。このよう低い生産性を向上させるには、反応容器の設計や操業条件の改善が求めらる。しかし、四塩化チタンの還元反応に関する知見が不足しているため、生産性の改善には至っていない。そこで、本研究では上述の還元反応のメカニズムを明らかにするため、以下に示す2つの手法を用いて世界で初となる還元反応のその場観察に着手した。まずは透明容器内で四塩化チタンの還元反応を可視光によって観察した。無色透明なマグネシア単結晶と軟鋼材で作製した反応容器にマグネシウムを充填し、石英反応管内に設置して900°Cで四塩化チタンと反応させた。四塩化チタンとの反応直後、反応管内には白い靄が発生し、反応物と接触していない石英反応管までも黒色に変色した。これは、四塩化チタンの還元反応に伴う発熱が激しく、また反応が非常に速く進行するために、蒸気圧の比較的大きなマグネシウムや副生成物である塩化マグネシウムが揮発したことが原因であると考えられる。このように蒸気圧の大きな化学種の反応を可視光を用いて観察することは難しい。そこで、次の手法としてX線を用いた反応観察に着手した。この手法ではX線を対象物に照射し、透過したX線を受光器で検出する。このとき、対象物の吸収係数によって透過X線の強度が変化するため、受光器側で透過X線の強度を映像の明暗へと変換し、対象物内部の様子をレントゲン写真のように映像化できる。このような手法を用いて、実際にニッケル容器内の溶融塩にチタン板を浸漬し、室温でX線による容器内部の観察を行った。その結果、得られた映像からチタン板や塩の有無を確認できたため、四塩化チタンの還元反応の様子も同様に観察できると期待される。このようにX線を用いれば、四塩化チタンの還元反応を観察できる可能性が示唆された。現在、チタン(Ti)は製錬プロセス(Kroll法)の生産性が低く、コストが高いことが問題となっている。Kroll法では800-900°Cの密閉容器内で四塩化チタン(TiCl4)をマグネシウム(Mg)によって還元し、純度の高いTiを生成する。しかし、このプロセスはバッチ式プロセスであり、反応に伴う強烈な発熱や密閉容器へのTiの固着が生産性を低下させる要因となっている。このような理由から、反応部位(Tiの析出部位)の制御が望まれているが、過去にこのような反応のメカニズムは明らかにされていない。本研究ではTiCl4のMg還元を観察することで反応機構を解明し、その知見をもとにTiの析出部位を制御することを目的とした。本年度はTiCl4のMg還元をマイクロフォーカスX線透視装置を用いて観察した。この手法ではX線を観察対象物に照射し、その透過X線から観察対象物内部の様子をレントゲン写真のように観察することが出来る。そこで、Mgを充填したSUS430製反応容器を石英製密閉容器内に入れ、上述の装置に取り付けた電気炉内に設置して800°Cに昇温した。その後、実際にTiCl4をMg上に供給して反応させたところ、Mg上に多量のMgCl2が生成していく様子をはっきり捉えることが出来た。密度差からMgCl2はMgの下方へ沈むと予想されたが、実際にはMgCl2がMgの表面の大半を覆っていた。このようなMgCl2層はTiCl4とMgとの物理的な接触を妨げ、TiCl4の還元速度を低下させると考えられる。

その一方で、反応容器壁面にはMgがMgCl2よりも上に這い上がって気相と接触しており、Tiの優先析出部位になっていた可能性がある。このように、TiCl4のMg還元を観察したのは世界で初めてであり、部位によってMgとMgCl2の位置関係が変化することを示したのは本研究の特筆すべき成果である。本年度は当初の予定通り、まずはガスの反応容器や各種ガスラインの気密性を調べ、腐食性を有するTiCl4が漏れないことを確認した。その後、実際にTiCl4のMg還元を行い、その反応がどのように進行するのかを観察した。その結果、前述のようにMgCl2がMg表面を覆い、TiCl4の還元速度を低下させることが明らかとなった。また、Tiが反応容器壁面に固着する要因とみられる容器壁面へのMgの這い上がりも確認された。現段階ではMgの這い上がりの原因は分かっていないが、今後、Mgと反応容器との界面付近を詳細に観察し、そのメカニズムを明らかにする予定である。このように、本年度はTiCl4のMgによる還元反応が進行する大まかな過程を理解することが出来ており、研究は順調に進行していると考えられる。チタンの製錬プロセスの生産性を改善するため、本研究ではマグネシウムによる四塩化チタンの還元反応のメカニズムについて調査を行った。まずはマイクロフォーカスX線透視法を用いて800°Cで液体四塩化チタンを溶融マグネシウム上に滴下し、その反応の様子を観察した。その結果、四塩化チタンの供給開始と共に溶融マグネシウムは容器壁面を這い上がり、四塩化チタンガスと反応することで多孔質なチタンが容器壁面に生成することが分かった。また、濡れ性に関する基礎実験を行い、チタンと溶融マグネシウムの濡れ性が良好であること、ならびに直径0.1 mmのチタン線を縒り合わせて作製した線材を溶融マグネシウムに浸漬すると毛細管作用によってマグネシウムがチタン線の隙間を吸い上げられることを確認した。これらの結果から、四塩化チタンのマグネシウム還元時に見られた容器壁面での反応は、容器壁面に生成した多孔質な金属チタンを毛細管作用によって溶融マグネシウムが這い上がったことが原因であると考えられる。なお、本研究においては容器中央部の溶融マグネシウムは副生成物である塩化マグネシウムに覆われており、四塩化チタンとマグネシウムの反応が阻害されていた。ただし、本研究で用いた反応容器は幅4.5 cm×奥行き4.6 cm×高さ11.5 cmであり、実際のプロセスで使用される直径約2 mの円筒型の反応容器と比べて小さい。大型の反応容器を用いた場合には塩化マグネシウムが容器中央部の溶融マグネシウムをほぼ一様に覆うとは考え難く、このようなサイズ差による影響について今後さらなる検討が必要である。このように本研究では四塩化チタンと溶融マグネシウムの反応の様子をX線を用いて観察することに成功した。また、反応容器のサイズ差の影響といった課題は残るものの、反応メカニズムについて部分的ながらも解明できたことは特筆すべき成果である。本年度は当初予定していたX線による塩化チタンの還元反応のその場観察だけでなく、可視光を用いた反応観察も実施した。これにより、次年度以降に予定していた高い腐食性を有する四塩化チタンの取り扱い方法、および安全性を考慮した実験環境のセットアップ方法に習熟することができた。
地域助成の尿失禁予防における効果的セルフケアの探究

地域健康女性の尿失禁は、わが国においてほぼ30%前後の発症率からの改善策必至で尿失禁予防の効果的セルフケアの探究を尿失禁者35(平均年齢63.6歳)に運動手法評価で実施した結果:ダンベルとJOBA選択者に禁制効果を得た。質的研究手法では、尿失禁の開放感と仲間との連帯感、それとヘルスプロモーションの具体的学習コーチングによりセルフケアの向上にむすびついたことが抽出された。研究目的地域に潜在している女性の尿失禁問題のセルフケアにより、健康増進と生活の質の向上をめざす。背景女性の尿失禁は、腹圧性、切迫性、その混合性タイプがあり、3050%尿失禁問題を抱えているが、保健行動のある生活習慣をとれば、かなり改善を期待できる。方法:健康教育にて知識を得た住民を対象に、希望者を募り、倫理配慮に同意を得てパイロットスタディとした。A群:ジョーバ運動、4名62.4(SD7.1)歳、B群:花笠音頭ダンベル体操、5名64.5(SD18.5)歳.C群:骨盤底筋運動、4名55(SD2.6)歳に分けて、3ヶ月の行動変容セルフケアマネージメント実施。結果ジョーバ群は、4Wから改善兆候をみたが、過活動膀胱傾向には、明らかな変化はないが、リラックスや体調整を図られた。花笠群は、ダンベル効果があり、楽しく尿漏れ改善も見た。C群は、脱落傾向になり、継続策の歯止めを万歩計でおぎなった。考察身体計測と尿失禁日誌記録で、行動の自覚を促し、運動方策からは、尿漏れ改善への健康生成感を得た。ナプキンは、安心を与え社会参加を拡大した。結果、本研究における検討課題を修正改善する。女性の尿失禁発症要因は尿道・膀胱炎・妊娠・出産、更年期、ストレスや疾病要因による身体脆弱時、労働・生活習慣の乱れなどの複合関連である。自然の身体反応などの認識と差恥心も絡み地域に潜在化する健康課題である。目的尿失禁の一次予防として、骨盤底筋群のセルフトレーニング法の効果を明らかにするために、バイオフィードッバックによるエビデンスベースドプラクティス手法で予防効果を得る。研究方法:研究デザイン:半実験的デザイン;今年度は一次予防としてのヘルスプロモーション行動を意図した介入研究で尿失禁予防体操(骨盤底筋群引き締め体操)と3つのセレクション(歩行、ジューバ、ダンベル)をそれぞれ履行する対象への介入研究を実践した。テクニック:フェミスキャン(フィンランド製)による膣収縮力をバイオフィードバック法で確認する。対象:1.10名、平均年齢63.9(SD10.6)歳、2.実践訓練方法1)膣挿入コーンを各自に手渡し、取り扱い・清潔法について説明、2)トレーニング法の説明;イヤホーンに流れる音声に従って訓練後に自宅にて実践後、計3回、フェミスキャンによる画像表現の形状ラインで骨盤底筋トレーニング状況を自己把握、3)膣収縮状況の画像を解釈・解析、3.倫理的配慮;バイオフィードバックの説明と人体への影響など説明し、IC承諾を得られた対象に実施した。結果:バイオフィードバック波状は回数を重ねるに従い、高さも20%台前後から40%台弱に上昇した。当初、バイオフィードバック波状はノコギリ様に乱れ骨盤底筋運動の会得困難像を見たが、グッツによる自己訓練を実施後、平均で12週間後には参加者全員が骨盤底筋圧は安定化した。波状は平均2倍強に上昇し間欠的な台形波状を描くことができた。考察:高齢者にとって正確な骨盤底筋運動は容易でない事を実感した。尿失禁予防策にはバイオフィードバック法が有効であった。このトレーニング法は専門家不足から普及し難いが、今回、バイオフィードバックによる自己トレーニングによって、尿失禁予防法を実証できた。しかし、この方法ICに限界があり対象数増は望めなかったことが今後の課題である。女性の尿失禁は地域に潜在した健康課題であり、生活の質を低下させる一要因である。そこで本研究では、女性に多い腹圧性や切迫性尿失禁からの回復支援に関して実験的アプローチを行い、尿失予防のためのセルフヘルスプロモーション確立へ向けた基礎資料を得ることを目的に実施する。本年度は、健康女性で腹圧性か切迫性または両者の尿失禁を自覚する者35名(平均年齢63.6±10.1歳)を対象に、1)膣引き締め運動、2)尿失禁日誌記録および3)運動負荷の介入を毎日、4か月間実施した。運動負荷は、1)15分間の花笠ダンベル体操(花笠ダンベル群)、2)15分間のジョーバ型ロボット運動(ジョーバ群)、あるいは3)歩行(3万歩程度/1週間)の中から選択させた。評価は、1)尿失禁発症率、2)身体的特徴(体重、体脂肪率、BMI,骨格筋組成、骨密度、猫背率)、3)ICIQShort FormとKHQ質問紙、4)Phenomenology手法の面接インタビュー、とした。

その結果、ジョーバ群と花笠ダンベル群に体重の明確な減少が認められ(p<0.02)、尿失禁発症率も減少する傾向を示したが統計学的に有意な変化ではなかった。本研究では、膣引き締め運動にバイオフィードバックによる骨盤底筋運動を実施したところ、介入前に比べて介入4ヶ月後には約2倍の引き締め運動が観察されたものの有意差は認められなかった。また、他の身体的特徴と尿失禁発症率の関連性、質問紙票などに介入の効果傾向が認められたが、統計学的に有意なものではなかった。面接インタビューから、1)体調自己評価の効用、2)運動励行意欲支援効果、3)尿失禁セルフケア能力育成効果、4)社会活動快活化、5)バイオフィードバック骨盤体操効果、6)セルフエンパワーメント力育成、が確認できた。以上より、尿失禁予防には運動励行、体重調整、持続的セルフケアが有効であることが示唆された。平成22年度から平成23年度にかけて実施した本研究は、バイオフィードバック法を追加した結果、尿失禁予防への健康教育方策のエビデンスベースドプラクティス効果を得ることができたので、対象への研究対応にも効果をあげることができた。24年度が最終年度であるため、記入しない。今年度の前期に最終の尿失禁予防トレーニング効果を量的・質的研究手法をもって情報を収集し、研究分析評価を行う。当初の計画における参加数はやや期待できなかった。しかし、尿失禁予防教室における地域住民との交流をはかり、この課題における潜在的ニーズの対応策が判明してきている。後期は、研究成果の最終分析を行い尿失禁一次予防策課題について最終報告書にまとめる予定である。
自然薯の高機能性の評価とそれを利用した高齢者食の開発

我が国原産の自然薯は,炎症性脂質メディエーターのひとつであるPGE2合成系酵素のCOX-2とmPGES-1の発現を抑制し,癌や炎症のモデル細胞やモデル動物を用いて,抗炎症・抗腫瘍効果を有することを明らかにした。さらに,その候補成分として,含有成分の植物ステロールのジオスゲニンに着目し,その作用機序の一端を明らかにした。さらに,自然書の均一な低温乾燥粉末を用いて,その物性をいかし,疾病予防効果の期待できる高齢者用嚥下調整食開発を目指した。まずは,とろみ剤としての適合性を検証するために,レオロジー解析やテクスチャー解析を行い,嚥下食への応用を試みた。本研究では,1)自然薯のプロスタグランジン(PG)E2の合成抑制効果を有する成分の単離同定ならびに,その機能性評価と分子作用機序の解明と,2)自然薯の高機能性をいかした高齢者食の開発を目指している。PGE2は,誘導型のシクロオキシゲナーゼ(COX)-2と膜結合型PGE合成酵素(mPGES)-1によって過剰に産生されることにより,炎症,癌,疼痛,神経変性疾患などを含めた慢性疾患の素因となる慢性炎症惹起に関わる炎症性脂質メディエーターである。これまでに,私達は慢性炎症予防を目指して,PGE2合成を抑制する食品機能性を探索してきた。その中で,自然薯抽出物にCOX-2とmPGES-1の発現を抑制し,抗炎症・抗腫瘍効果を有することを見出した。さらに,その効果は,ヒトの肺癌や大腸癌のモデル細胞,皮膚癌モデルマウスを用いた経口ならびに塗布の投与によって実証してきた。現在,その機能性成分を単離しているところであるが,複数の成分がCOX-2とmPGESー1,あるいは別々に作用して,それらの発現抑制に関わることが推定された。その候補物質として,自然薯に含まれる植物ステロールのジオスゲニンが少なくともCOX-2の発現抑制効果を有することを見出した。そこで,ジオスゲニンのCOX-2発現抑制の作用機序を解析したところ,ジオスゲニンはグルココルチコイド受容体を介して,COX-2転写因子のNF-κBによる発現誘導を押さえていることが推定された。さらに,このような高機能性を有する自然薯低温粉末を用いた高齢者のための嚥下補助食あるいは嚥下調整食への応用を考えた。そこで,自然薯粉末のテクスチャー解析あるいはレオロジー解析を行った結果,テクスチャー解析からは,「厚生労働省の「えん下困難者用食品の許可基準」の基準II以上の適応性が認められ,レオロジー解析からも嚥下困難者用の食材としての可能性が見出された。本年度予定していた自然薯抽出物からの機能性成分の単離同定を行うにあたり,そのためのスクリーニング系を検討しており,現在は,定量PCR法によるスクリーニングを実施している。さらに,マルチプロモーターアッセイ系を用いたスクリーニングを目指しているが,それについては,現在構築中である。機能性成分の同定については,複数成分のうち,一つを候補物質として同定し,その作用機序の解析を行うことができた。さらに,そのin vitro評価については,癌細胞を用いた解析を行っているところであり,一定の効果が認められた。さらに,次年度以降に予定しているin vivo評価のための難治性皮膚炎モデルマウスを作製し,予備実験をおこなっている。さらに,予定では次年度に行うこととしていた自然薯低温乾燥粉末の嚥下補助食あるいは嚥下調整食のためのテクスチャー解析ならびにレオロジー解析を進めることができた。さらに,レシピ開発のための試作にも取り組むことができた。以上のように,研究目的1)の食品機能性成分の単離同定については,実施計画に対する達成度は不十分であったが,研究目的2)の自然薯低温乾燥粉末を用いた高齢者食への応用についての研究は先に進めることができたので,相対的には,研究計画をほぼ達成できたと考える。本研究目標は、1)自然薯の高機能性成分の単離同定ならびに、その機能性評価と分子作用機序の解明、2)自然薯の高機能性を利用した高齢者食の開発である。このうち、1)の成分同定では、昨年度にその候補成分の一つとしてジオスゲニンを見出し、グルココルチコイド受容体を介するCOX-2発現抑制を明らかにしたが、本年度は、さらに肺癌モデルA549細胞を用いて、ジオスゲニンのCOX-2発現抑制効果とPGE2産生減少によるNF-κBの細胞質移行を明らかにし、癌細胞をアポトーシスへ誘導することを示唆した。乾癬モデルマウスにおいても、自然薯塗布によって、炎症による皮膚の肥厚の低下を観察した。2)の高齢者食開発においては、昨年度に、クリープ試験、レオロジー解析にて、自然薯粉末溶液の物性特性を示したが、これに加え、ガラスリング法によるテクスチャー解析方法を確立し、市販の増粘剤との比較から、嚥下補助食としての十分な適合性を見出した。また、その物性特性として、温度変化による物性の変化を明らかにした。このような、物性特性をいかした食品加工を目指し、一般的に嚥下しにくい料理である団子と汁で構成される汁粉をモデルとした嚥下食への応用を試みた。団子と小豆汁への自然薯粉末添加により、団子の付着性を軽減し、液状食品にとろみを付加した嚥下食が試作でき、官能試験においても高評価を得た。

加えて、温度変化によるテクスチャー変化の応用として、小籠包の皮、ソフトクリーム、米粉麺の作成を試み、いずれも官能試験において良い評価が得られた。本年度は、昨年度同定した機能性成分のin vivo評価と、自然薯を用いた物性解析、自然薯粉末を用いたレシピ・加工品の開発である。機能性成分の評価では、ex vivoでの評価には至ったが、in vivo評価では、自然薯抽出物における乾癬の肥厚抑制を明らかにし、現在候補成分のジオスゲニンによる効果を検討中である。自然薯粉末の物性解析では、当初の予定に加え、新規分析方法としてガラスリング法を導入し、増粘剤(とろみ剤)などのゾル状食品をより詳細に分析できることを明らかにした。この方法を用いて、市販の増粘剤との比較により、同程度のテクスチャーが得られ、濃度を変えることで個人の嚥下機能に応じた粘性の調整が可能であることを示した。さらに、温度によるテクスチャー変化についても明らかにし、食品加工への応用が期待できる結果を得た。レシピ・加工品の開発においては、嚥下困難な一般食から嚥下食への応用に成功し、さらには、加熱や冷却によるテクスチャー変化を応用したいくつかのレシピ作成を行い、官能試験においても評価が得られた。さらに、研究計画には予定していなかったが、自然薯粉末の嚥下補助食としての効果を生理機能的に解析することを考え、簡便で被験者の負担を軽減できる方法として嚥下音を指標とした嚥下機能評価系の構築を進めている。これまでに、モデル食品によって評価系の構築が順調に進んでいる。以上のように、本年度は機能性成分によるin vivo評価が完成しなかったが、食自然薯の機能性成分の作用機序とその効果のさらなる解明、テクスチャー解析による嚥下補助食としての適合性を示し、それを応用した食品加工に至った。また、当初の研究計画に加えて、新たな物性分析方法の導入、生理的嚥下機能評価系の構築などの新規項目を進めることができた。よって、総合的にみて、研究は当初の計画以上に進展している。炎症誘導性脂質メディエーターのプロスタグランジン(PG)E2合成系を標的とした食品機能性の探索において、自然薯抽出物に、病態時の過剰なPGE2産生に寄与するシクロオキシゲナーゼ(COX)-2とミクロソームPGE合成酵素(mPGES)-1の発現を抑制することを明らかにした。本研究では、その有効成分の同定を試みたところ、候補成分の一つとして植物ステロールのジオスゲニンにその効果を見出した。COX-2とmPGES-1を高発現する非小細胞肺癌A549細胞へ、グルココルチコイド受容体拮抗薬RU486とジオスゲニンを用いた実験から、ジオスゲニンがグルココルチコイド受容体を介してCOX-2とmPGES-1の発現を抑制し、NF-kappa Bの細胞質移行を伴う抗炎症・抗腫瘍効果を示すことを明らかにした。さらに、慢性炎症性疾患モデルマウスを用いて、両酵素の発現抑制と病態予防効果の知見を得た。次に、このような高機能性を有する自然薯を高齢者食に応用するために、均一な低温乾燥粉末を作製し、ペースト状にしたもののテクスチャー解析ならびにレオロジー解析によって、とろみ剤としての適合性を解析した。その結果、誤嚥しにくい食品モデルとされるヨーグルトあるいは、既製のとろみ剤と同様の適合性を示した。さらに、塩濃度やpHの違いによる物性変化についても解析した。これらの結果より、自然薯粉末ペーストは、慢性炎症予防効果を付加した新規とろみ剤としての可能性が示された。
深海熱水生態系の遺伝子水平伝播に関わる細胞外膜小胞の網羅的機能解析

細菌が恒常的に細胞外に分泌する細胞外膜小胞は、シグナル情報伝達などの細胞間コミュニケーションとしての機能だけでなく、遺伝情報物質の細胞間輸送にも関与しており、新たな遺伝子伝播因子としての可能性が注目されている。本研究の目的は、深海底熱水生態系を代表する生物モデルとして、多様なエネルギー代謝経路を持ち、ダイナミックな熱水環境に適応したイプシロンプロテオバクテリア綱の化学合成独立栄養細菌を用いて、細胞外膜小胞に内包される遺伝情報の網羅的解析を行い、その生態学的・進化学的機能を詳細に把握することである。これまでに、深海底熱水活動域から単離したイプシロンプロテオバクテリアについて、細胞外膜小胞の産生能の有無およびその形態を明らかにした。また、細胞外膜小胞の産生株について、ドラフトゲノム配列を取得した。さらに、細胞外膜小胞の産生能が高かったNautilia sp. YY08-34株を代表株として用い、精製した細胞外膜小胞から核酸を抽出後、次世代シーケンサーにより配列データを得た。得られた配列をドラフトゲノム配列に対してマッピングしたところ、ゲノム上の特定の3領域のみに極端に偏っていた。今後、このような現象が、細菌の生理状態によって変化するかどうかを明らかにするため、増殖段階や培養条件を変化させ、内包される遺伝情報が変化するかどうかを調べる。また株間で内包される遺伝情報に変化がみられるか比較する。さらに、環境試料を用いて細胞外膜小胞のメタゲノム解析を実施する。生理状態を変化させた培養からの細胞外膜小胞の回収までは予定通り進めることができたが、遺伝情報の取得までには至らなかったため。今後、精力的にシーケンス解析を進め、生理状態や株間での遺伝情報の変化を調べる。また環境試料中の細胞外小胞についても遺伝情報を明らかにする。本研究の目的は、深海底熱水生態系を代表する生物モデルとして、多様なエネルギー代謝経路を持ち、ダイナミックな熱水環境に適応したイプシロンプロテオバクテリア鋼の化学合成独立栄養細菌を用いて、細胞外膜小胞に内包される遺伝情報の網羅的機能解析を行い、その生態学的・進化学的機能を詳細に把握することである。本年度は、まず、沖縄トラフに位置する深海底熱水活動域から採取したチムニーやバクテリアマットなどの様々な試料を用いて、分子系統レベルや代謝能が異なる多様なイプシロンプロテオバクテリアを単離した。単離菌株の培養液から細胞外膜小胞を分離・精製するため、密度勾配遠心剤としてOptiprepを用いた密度勾配遠心法の条件検討を行い、最適な密度を決定した。最適化した条件により、単離菌株の培養液から細胞外膜小胞画分を分離・精製し、ネガティブ染色後、電子顕微鏡下で観察した。各単離菌株の細胞外膜小胞の産生能の有無を調べた結果、株間で産生量に違いがあったものの、いずれの株においても細胞外膜小胞の存在が認められた。さらにその形状およびサイズを調べ、その形態学的特徴を明らかにした。単離菌株のうち一部の株についてゲノム解析を実施し、次年度以降の細胞外膜小胞内の遺伝情報解析に必要なドラフトゲノム配列を取得した。すでにイプシロンプロテオバクテリアの単離菌株が細胞外膜小胞を産生することを確認し、その精製も可能であることから、次年度以降の遺伝情報の網羅的機能解析も計画的に実行できる予定である。したがって、当初の計画通りに順調に進展していると考える。昨年度までに、深海底熱水活動域からイプシロンプロテオバクテリアを単離し、それらの細胞外膜小胞の産生能の有無を明らかにするとともにドラフトゲノム配列を取得済みである。本年度は、細胞外膜小胞に内包される遺伝情報の機能解析を行うため、イプシロンプロテオバクテリアの単離株のうち、細胞外膜小胞の産生能が高いNautilia sp. YY08-34株を代表株として用い、精製した細胞外膜小胞から核酸を抽出後、次世代シーケンサーにより配列データを得た。得られた配列をドラフトゲノム配列に対してマッピングしたところ、その分布はYY08-34株のゲノム上の特定の3領域のみに極端に偏っていた。また、それぞれ十数kbからなるこれらの領域には、鞭毛や膜構成成分の合成、ストレス応答、シグナル伝達などに関与する遺伝子が含まれていた。これらのことから、特定の遺伝子領域のみを細胞外膜小胞に取り込み、他細胞に輸送するという新たな遺伝子伝播機構が存在することが推察された。既にイプシロンプロテオバクテリアの代表株を用いて、その細胞外膜小胞に内包される遺伝情報の機能解析を実施済みである。

また、今後実施予定である、培養条件の変化や増殖段階による遺伝情報の網羅的機能解析も計画的に実行できる予定である。したがって、当初の計画通りに順調に進展していると考える。産前産後の休暇および育児休業取得により中断(平成29年3月23日平成30年4月30日)産前産後の休暇および育児休業の取得に伴い、当初の計画通りに研究を行うことができなかったため。細菌が恒常的に細胞外に分泌する細胞外膜小胞は、シグナル情報伝達などの細胞間コミュニケーションとしての機能だけでなく、遺伝情報物質の細胞間輸送にも関与しており、新たな遺伝子伝播因子としての可能性が注目されている。本研究の目的は、深海底熱水生態系を代表する生物モデルとして、多様なエネルギー代謝経路を持ち、ダイナミックな熱水環境に適応したイプシロンプロテオバクテリア綱の化学合成独立栄養細菌を用いて、細胞外膜小胞に内包される遺伝情報の網羅的解析を行い、その生態学的・進化学的機能を詳細に把握することである。これまでに、深海底熱水活動域から単離したイプシロンプロテオバクテリアについて、細胞外膜小胞の産生能の有無およびその形態を明らかにした。また、細胞外膜小胞の産生株について、ドラフトゲノム配列を取得した。さらに、細胞外膜小胞の産生能が高かったNautilia sp. YY08-34株を代表株として用い、精製した細胞外膜小胞から核酸を抽出後、次世代シーケンサーにより配列データを得た。得られた配列をドラフトゲノム配列に対してマッピングしたところ、ゲノム上の特定の3領域のみに極端に偏っていた。今後、このような現象が、細菌の生理状態によって変化するかどうかを明らかにするため、増殖段階や培養条件を変化させ、内包される遺伝情報が変化するかどうかを調べる。また株間で内包される遺伝情報に変化がみられるか比較する。さらに、環境試料を用いて細胞外膜小胞のメタゲノム解析を実施する。生理状態を変化させた培養からの細胞外膜小胞の回収までは予定通り進めることができたが、遺伝情報の取得までには至らなかったため。平成28年度は、細胞外膜小胞の産生量が多い株を代表株として、細胞外膜小胞に内包される遺伝情報の網羅的機能解析を行う。具体的には、精製した細胞外膜小胞からDNAを抽出し、次世代シーケンサーを用いてシーケンスを行い、得られた配列データから各遺伝子の含有量を定量化する。また、増殖段階や培養条件によって、細胞外膜小胞の産生量や内包される遺伝情報が変化するかを調べる。細胞外膜小胞の遺伝情報を明らかにした株について、増殖段階や培養条件によって、細胞外膜小胞の産生量や内包される遺伝情報が変化するかを調べる。研究期間を平成31年度まで延長し、研究を再開する。今後の計画は以下の通りである。1.イプシロンプロテオバクテリアの細胞外膜小胞の遺伝学的特徴イプシロンプロテオバクテリアの代表株について、増殖段階や培養条件を変化させ、細胞外膜小胞の産生量や内包される遺伝情報が変化するかを調べる。2.熱水活動域の細胞外膜小胞の網羅的メタゲノム解析深海底熱水活動域から採取した様々な試料における細胞外膜小胞の網羅的メタゲノム解析について実施する。得られた配列データを培養株の解析データと摺り合わせるとともに、環境試料間での比較を行い、各環境試料における細胞外膜小胞の遺伝情報の特異性を明らかにする。今後、精力的にシーケンス解析を進め、生理状態や株間での遺伝情報の変化を調べる。
偏光の弱い量子測定の実現による逆説的量子相関の研究

光子の偏光の連続測定を実現し、下記の成果を得た。測定装置による誤り確率を評価することによって、弱い領域から強い領域まで任意の強さで測定した確率から測定前の量子状態の確率分布を得ることに成功した。結合確率は負となったが、量子論の予言と一致した。さらに位相に感度を持つ測定装置に改良し、複素数の結合確率も得た。また測定誤差の最適な値を求めることで、数学的には同じ定義でも物理的意味の異なる測定誤差を評価することに初めて成功した。この誤差は後段に行った測定結果との非古典相関によって原理的にゼロまで下げられることが分かった。上記の結果は光子対測定にも直ちに応用可能である。今年度は下記の3点について成果があった。1)もつれ合い光子対発生源の改良:発生光子対のカウント数を前年に比べ一桁以上30,000/secのカウント数を得た。さらに光子対をシングルモード光ファイバーと結合させ、2,000/secのカウント数を得ることに成功した。この結果より文脈依存性の実験の光子対源として使用可能なレベルにまで達することができた。2)弱測定装置の改良と複素数確率分布の測定:偏光ビームスプリッターとビームスプリッターを融合したハイブリッド素子を特注し、その素子による干渉計を構築することで安定性向上に成功した。この装置を使って結合確率の測定を行い、測定装置が光子の偏光状態に与える影響を測定の不確定性として評価できた。さらに測定した結合確率分布から測定装置の影響を通常の確率論を使って排除することで、量子論の式を使わずに測定前の複素数の結合確率分布を求めることに成功した。これは量子論で議論されている疑似確率分布が、量子論とは独立に実験的に求まったことを意味する。その結果、量子論のカークウィッド型の確率分布による予想値とほぼ一致した。ところがハイブリッド素子が偏光状態に与える系統的な位相のズレが大きいことが判明し、複素確率分布の虚部の系統的誤差が無視できないことが分かった。3)理論的考察:我々の弱測定セットアップと本来Aharonovたちが提案したVon Neumann相互作用による弱測定との隔たりが以前から指摘されていた。この点について、Extended weak valueと呼ばれる広い概念の弱値を導入することで、我々の弱測定がAharonovたちの弱測定と一致することがわかった。このExtended weak valueの導入によって、もつれあった状態など一般の量子状態にも適用可能な弱測定の理論が構築できることがわかった。今年度は、以下の3点、もつれ合い光子対発生源の構築、弱測定装置の改良と弱値の虚部の測定、複素確率の測定を目標に研究を行ってきた。もつれあい光子対発生源の構築では、その前段階である光子対発生とその検出に成功し、1500/secのカウント数を得た。最初の段階では十分な数値でありこの段階でも使えないことはないが、まだまだカウント数改善の余地が残っていることは明白である。次年度の段階ではまだもつれ合い状態の必要性はないため、カウント数1桁以上向上を目標に改善を進める予定である。一方弱測定装置の改良も行ったものの装置が安定しなかったため、装置の不安定性の原因追究と偏光測定での系統的な誤差の原因追究、およびそれらの改善方法の模索を中心に研究を行った。その結果不安定性の主な要因は、干渉計が二つの光学素子、ビームスプリッターと偏光ビームスプリッターを独立にマウントしていることが原因であることが分かった。さらにこれらの反射面を高精度に揃えることによって、不安定性が改善されることも見出した。また系統的偏光測定の結果から、ビームスプリッターの光学特性が偏光測定の系統誤差に大きく影響することも判明した。この改善策としてビームスプリッターの不完全性を排除できるデータ解析の方法を見出した。今年度後半に、特注品であるビームスプリッターと偏光ビームスプリッターが一つの素子になったハイブリッド光学素子が安価に手に入ることが判明したために、前倒し請求により購入することを決めた。この素子を使えば格段に安定性は向上するとともに、申請者が見出した解析方法を利用することによってビームスプリッターの不完全な光学特性の影響がほぼ排除できるために、理想に近い偏光測定実験が可能になる。次年度では実際の装置の改善と解析方法を確立するところから開始する予定である。本研究の目的は、光子の偏光のもつれ合い状態を弱測定で測定し、もつれ合い状態を物理的に明らかにすることである。そのために1)もつれ合い光子対発生源の開発、2)測定装置の改良、と進めてきた。さらに本研究と関連して、3)量子測定についての新しい知見も得られた。

1)もつれ合い光子対発生源の開発:初年度に光源を立ち上げ、次年度で光子数発生のカウント数を30,000/secまで引き上げた。この結果を元にして、今年度もつれあい光子対発生光源を立ち上げた。カウント数は800/sec程度であったが、HV基底とPM基底の明瞭度を95%以上にすることができた。2)測定装置の改良:複素数確率の測定では系統誤差が十分に抑えきれていない。そのため今年度は系統誤差の原因を丁寧に調べ、それらがどの光学素子のどの性能に起因しているかを明らかにした。さらに現在の光学素子を使ったままセットアップの工夫によって系統誤差を下げる可能性も見出した。しかし系統誤差を消す段階に至らなかったため、最終的には基本的セットアップの見直し、および使用中の光学素子を変更する必要があることが分かってきた。現在は新しいセットアップを考案し、設計・組み上げを進めている段階にある。3)量子測定に関する新しい知見:Extended weak valueと呼ばれる広い概念の弱値を導入することで、我々の弱測定がAharonovたちの弱測定と一致することが理論的に明らかとなった。さらに今年度は小澤の定義した測定誤差について、二準位系での誤差の物理的意味を明確にし、負の確率が測定できるセットアップを用いて小澤の測定誤差を評価した。数学的には等価であるが物理的意味が異なるために、これまで実験的に評価された値とは異なる実験値が得られた。さらに驚くべきことに、続けて行う後段の測定結果を用いると前段の測定誤差を大きく下がることも分かった。国内向けのページと海外向けのページの両方を用意している。成果がまとまった段階で更新している。量子光学・量子エレクトロニクス今回は特注品であるハイブリッド素子を使って複素数確率の測定を行ってきたが、この光学素子の偏光状態の虚部に与える系統的な影響が思った以上に大きかったことが研究の遅れの最大の理由である。水平方向の直線偏光状態、垂直方向の直線偏光状態は非常に高い精度で位相の制御が可能であるが、楕円偏光の入力に対しては、素子が与える系統的な位相のズレがかなり大きいことが分かった。当初の計画を変更して、この光学素子についてのみ系統的な測定を行った。測定の結果、系統的位相のズレが一方の反射面で210°、もう一方の反射面で150°に及ぶことがわかった。この素子の影響を調べる測定と複素確率分布の系統誤差を最小限に抑えるための装置の調整に手間取り、当初の予定以上の時間がかかってしまった。そのため複素数確率の測定に成功はしたものの、虚部に関してはまだ十分に系統誤差を抑えきれない結果となった。しかしながら系統誤差の原因と素子による系統的位相のズレを抑える方法に目途がついたため、次年度以降の実験に確実につながる結果となった。研究目的達成までを10とすると今年度の目標4に対して、現時点ではやや遅れ気味で3程度であると言える。予定どおり達成した項目は光子対発生源の構築で、現時点で最大1500/secのカウント数を得た。まだ初期の段階で不十分であるものの、現時点では次年度につながる成果である。その一方で弱測定装置の改良が思った以上に進まなかった。その原因は、装置の安定性向上と偏光測定の系統的誤差の改善が相反するものと考えていた点にある。
人工イクラはいつ固まるのか?-アレルギン酸ゲルの形成過程観察-

・研究目的および手法アルギン酸ナトリウム水溶液と塩化カルシウム水溶液が混合されて、多価イオン架橋が起こり、アルギン酸カルシウムゲルが形成する、いわゆる"人工イクラ"といわれる実験は広く行われている。この実験では、多くの場合球状のゲルが形成するが、反応が瞬時に起こるため、ゲルの形成過程の解析が容易ではない。そこで、本研究では、アルギン酸ゲルの形成過程の観察およびゲル化時間の推定を試みた。・研究手法二液が接触し、アルギン酸ゲルが形成するまでの過程をハイスピードカメラによる動画撮影により観察を行い、得られた結果よりゲル化時間の推定を行った。・研究成果これまでの実験結果より、アルギン酸ナトリウム水溶液を塩化カルシウム水溶液に上部から滴下した場合、滴下時の液滴の形状を保持したままゲルが形成するのではなく、接触による衝突によって一度変形した後に、ゲルの形成過程において改めて球状になることが明らかとなり、10ミリ秒程度でゲル化が完了すると推定した。しかし、ゲルがどの時点で形成するかが不明瞭であったため、ほかの手法について検討を行ったところ、塩化カルシウム水溶液中にアルギン酸ナトリウム水溶液をシリンジにて側面から吐出する方法を用いたところ、吐出直後は,直線的な挙動を見せるが,ある点を過ぎると流れが乱れ,非直線的な挙動となる.この流れの挙動が変わる点で,アルギン酸ゲルが形成されると考えられ、この結果より、ゲル化時間を推定したところ、4ミリ秒程度でゲルが形成するという結果が得られた。なお、流れの挙動の変化とゲルの形成との関係性について、検討が必要な部分が残っており、今後の課題である。
高密度プラズマ揺動分布測定のためのミリ波イメージング反射計の開発

ミリ波イメージング反射計を開発するために、マイクロ波帯で反射計を構築し、原理実証実験を行った。まず、昨年度に引き続き受信アンテナの改良を行った。東北大学で開発されたコルゲート付フェルミアンテナを12GHz帯で使用するように再設計を行い作製した。テーパースロット開口部をフェルミ関数形状に修正し、アンテナ長を伸ばした結果、アンテナビーム半値角がE平面で32°、H平面で37°と対称性の良いパターンが実現できた。さらに、アンテナ線路と給電線の寸法を変えることにより、8-15GHz帯において電圧定在波比を2以下に実現できた。このアンテナを用いて、プラズマを模擬した金属円筒を用いて、2素子の受信アンテナでの反射計を用い測定を行った。金属円筒表面には、密度揺動を模擬した段差をつくり円筒を回転させた。その結果、反射計によって測定された変位量は、実際の段差と良く一致した。また、2素子間の時間遅れは、スネルの法則を満たす点で反射が起こり、実測値と計算値が良く一致した。この2素子のフェルミアンテナを受信アンテナとし、HITOPプラズマに適用しプラズマ回転速度を求めた。その結果、静電マッハプローブで測定した回転速度と、反射計で求められたプラズマ回転速度の結果が良い一致を示した。この結果は、プラズマ計測用ミリ波イメージング反射計としてフェルミアンテナが有用であることを示すものであり、本研究成果より多チャンネル素子を用いたイメージング測定を実現することが可能となった。核融合プラズマに代表される高密度プラズマの密度分布等を計測することは、プラズマ物理を研究するうえで必要不可欠である。これらを非接触で測定する方法として反射法を用いたプラズマ診断法の開発が進められている。本研究の目的は、非接触プラズマ測定法の1つである反射計とイメージング計測法を組み合わせ、プラズマの半径方向およぴ軸方向密度揺動および磁場揺動の動的3次元空間分布測定を1ショットで行う手法を開発することである。本年度は、既存のマイクロ波反射計を用いた原理実証実験を行うために12GHz帯のテーパードスロットアンテナ(TSA)を設計・作製した。TSAの特徴は、半値ビーム幅1020°程度で主鏡とのカップリングが良いため開口効率が高く、共振型アンテナにくらべて広帯域である。また、軽量小型、単純構造、低コストであるため基板のプリント技術を用いることにより容易に製作が可能でMMICとの一体化が容易であり大規模アレー化に適している。今回製作したTSAは、マイクロストリップ線路給電回路を等価回路法を用いて設計した。製作したTSAは、1012GHzにおいてVSWRは2以下を実現できた。また、アンテナビームの放射パターンも測定し半値ビーム幅20°を得た。従来使用していた角錐ホーンアンテナと新たに作製したTSAを反射計の受信アンテナとして用いて、金属板によるシミュレーション実験を行った結果、金属板の移動量が両者とも良く一致していた。現在、TSAのアレー化ならびにさらに高周波の60GHz帯ミリ波反射計を製作すべくミリ波部品を購入し反射計を製作している。磁場閉じ込めプラズマなどの密度および密度揺動分布等を非接触で測定する方法として反射法を用いたプラズマ診断法の開発が進められている。本研究の目的は、非接触プラズマ測定法の1つである反射計とイメージング計測法を組み合わせ、プラズマの半径方向ならびに軸方向密度揺動および磁場揺動の動的3次元空間分布測定を1ショットで行う手法を開発することである。開発にあたっては、ミリ波の受光面に設置する小型アレイアンテナの製作とプラズマ中に電磁波を入射または反射波を結像させるための光学系の最適化設計が必要となる。昨年度に引き続き、既存のマイクロ波反射計を用いた原理実証実験を行うために12GHz帯のテーパードスロットアンテナ(TSA)を作製し特性評価を行った。このTSAのアンテナと給電線の電磁結合部は、マイクロストリップ線路給電回路の等価回路法を用いて設計を行った。この方法を用いて製作したTSAは、714GHzにおいてVSWRは2以下を実現できた。

また、アンテナビームの放射パターンを改良するためにコルゲート構造を付加し、E平面のビーム半値角(-10dB)が26.5゚となりコルゲート構造を持たない場合にくらべアンテナ利得が約40%改善された。さらに2素子のアンテナを製作し、アンテナ間のクロストークレベルは、-30dB以下である事を確認した。この製作した1素子のTSAを従来から使用してきた反射計の受信アンテナとして用いて、プラズマのカットオフ面の時間変化を測定したところ、静電プローブにより測定されたカットオフ密度面の振る舞いと良く一致した。さらに、準光学的手法を用いたプラズマ計測のための光学設計を行った。ミリ波イメージング反射計を開発するために、マイクロ波帯で反射計を構築し、原理実証実験を行った。まず、昨年度に引き続き受信アンテナの改良を行った。東北大学で開発されたコルゲート付フェルミアンテナを12GHz帯で使用するように再設計を行い作製した。テーパースロット開口部をフェルミ関数形状に修正し、アンテナ長を伸ばした結果、アンテナビーム半値角がE平面で32°、H平面で37°と対称性の良いパターシが実現できた。さらに、アンテナ線路と給電線の寸法を変えることにより、8-15GHz帯において電圧定在波比を2以下に実現できた。このアンテナを用いて、プラズマを模擬した金属円筒を用いて、2素子の受信アンテナでの反射計を用い測定を行った。金属円筒表面には、密度揺動を模擬した段差をつくり円筒を回転させた。その結果、反射計によって測定された変位量は、実際の段差と良く一致した。また、2素子間の時間遅れは、スネルの法則を満たす点で反射が起こり、実測値と計算値が良く一致した。この2素子のフェルミアンテナを受信アンテナとし、HITOPプラズマに適用しプラズマ回転速度を求めた。その結果、静電マッハプローブで測定した回転速度と、反射計で求められたプラズマ回転速度の結果が良い一致を示した。この結果は、プラズマ計測用ミリ波イメージング反射計としてフェルミアンテナが有用であることを示すものであり、本研究成果より多チャンネル素子を用いたイメージング測定を実現することが可能となった。
半導体シリコンクラスレートの探索

持続可能な社会発展のためには、太陽光発電を可能にする太陽電池や廃熱を利用して発電ができる熱電変換素子が必要である。更にこれらの材料は地球上における埋蔵量が比較的多い元素、ユビキタス元素、から構成されることが理想的である。このような材料の候補の一つとして、いわゆるユビキタス元素Si(地殻埋蔵量第1位)を主な構成元素とする化合物であり、金属を内包する籠状ネットワークSi20、Si24をモチーフとする配列ナノ空間物質Siクラスレート(包接化合物)M8Si46が考えられる。Siクラスレートは太陽電池材料、熱電変換材料として有望視されているが、従来合成されてきたSiクラスレートは金属であり、これらの用途には適さなかった。本研究課題では、二元系アルカリ金属SiクラスレートK8Si46の8個のSi原子を13族元素Ga原子に置換することによって半導体Siクラスレートを合成することを提案している。本年度は、昨年度合成したK8Ga8Si38の光吸収係数測定および電気抵抗測定を行った。光吸収回数測定によりK8Ga8Si38は約0.1eVのエネルギーギャップを持つ間接遷移型半導体であることが明らかになった。このエネルギーギャップの値は第一原理計算で予想された値よりも約1eV小さい。2-300Kでの電気抵抗測定の結果、電気抵抗率は温度の上昇とともに小さくなることが分かった。これはK8Ga8Si38が半導体であることと一致している。またこの温度領域ではK8Ga8Si38の伝導機構が可変領域ホッピングモデルで表されることが分かった。また、配列ナノ空間物質であるZintl相シリサイドBaSi2、Sr1-xBaxSi2の合成・物性評価も行った。特に、BaSi2の格子定数の温度変化を粉末X線回折により調べ、BaSi2の熱膨張係数がSiや他の遷移金属ダイシリサイドに比べて大きいことが明らかになった。このような材料の候補の一つとして、ユビキタス元素Si(地殻埋蔵量第1位)を主な構成元素とする化合物であり、金属を内包する籠状ネットワークSi_<20>、si_<24>をモチーフとする配列ナノ空間物質siクラスレート(包接化合物)M_8si_<46>が考えられる。siクラスレートは太陽電池材料、熱電変換材料として有望視されているが、従来合成されてきたSiクラスレートは金属であり、これらの用途には適さなかった。本研究課題では、二元系アルカリ金属SiクラスレートK_8Si_<46>の8個のSi原子を13族元素Ga原子に置換することによって半導体Siクラスレートを合成することを提案している。本年度は、K_8Ga_8Si_<38>を原料元素をAr雰囲気下で加熱し直接反応させることにより合成した。Arガス雰囲気中でKとGaとSiの混合物(モル比K:Ga:Si=8:8:38)を秤量し、それらをTa管に封入し、更にTa管をAr中で石英管に封入する。それを電気炉で1200K程度まで加熱し3時間保持し反応させた後に徐冷した。合成された試料はK_8Ga_8Si_<38>であることがX線回折法によって確認された。更に、第一原理計算により、Si_<46>、M_8Si_<38>Ga_8(M=Na, K, Rb, Cs)のバンド構造を計算した。Si_<46>は直接遷移型半導体であるが、M_8Si_<38>Ga_8は間接遷移型半導体であり、エネルギーギャップの値は結晶Siのそれよりも-0.200.24eV大きいことを示した。バンドギャップはアルカリ金属の原子番号が大きくなるにしたがって増加した。また、GaのAl、In置換効果についても調べた。

またこの温度領域ではK8Ga8Si38の伝導機構が可変領域ホッピングモデルで表されることが分かった。また、配列ナノ空間物質であるZintl相シリサイドBaSi2、Sr1-xBaxSi2の合成・物性評価も行った。特に、BaSi2の格子定数の温度変化を粉末X線回折により調べ、BaSi2の熱膨張係数がSiや他の遷移金属ダイシリサイドに比べて大きいことが明らかになった。
葉層構造をもつ多様体

1.研究代表者は、葉層構造をもつリーマン多様体上の横断的キリング場、横断的共形場の性質をくわしく調べることができた。葉層多様体がコンパクトの場合には、通常の積分公式に対応する公式が成立することから、いくつかの結果が得られた。非コンパクト多様体の場合には、分担者の北原氏より種々のアイディアや情報を得ながら、研究を進めることができた。分担者の喜多氏より複素多様体のコホモロジーに関する資料を得て、複素葉層構造の研究準備が整った。更に、分担者の土谷・勘甚両氏より偏微分方程式等解析的情報・資料を得て、葉層多様体上のラプラシアンに関する研究のアイディアを得ることができた。次年度以後の研究の準備をもなすものである。2.分担者・北原は、負曲率リーマン多様体(非コンパクト)の例を数多く作ることを試み、偏微分方程式と微分トポロジーの手術を応用して若干の結果を得た。3.分担者・土谷は、Jump型マルコフ過程の構成と一意性およびその半群の微分可能性の保存について調べた。更に、半群の生成作用素の収束等についても調べた。これらに関して、若干の結果を得た。4.分担者・喜多は、Kummerが証明した定理のアイディアをtwisted de Rhamコホモロジーを用いて現代化し、それを用いて、ApellおよびLauricellaの超幾何函数の積分表示を統一的に導くことに成功した。5.分担者・勘甚は、d>1のとき、2d/(d+1)<p<2d/(d-1)なるpに対して、球形総和の極大型作用素がL^p(IR^d)一動径的関数族上有界であることを示し、更に、P=2d/(d+1)のとき、ほとんどいたる所発散するコンパクトな台をもつ動径的関数f(x)【.notomgr.】L^p(IR^d)が存在することを示した。