hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
粒界ナノ工学に基づく超高対応粒界密度材料の開発と粒界劣化現象の抑制

ステンレス鋼やニッケル合金は耐熱耐食材料として優れ、非常に過酷な環境で使用されるが、結晶粒界から腐食や破壊が発生することが未解決の大きな問題である。本研究では材料中の結晶粒界での原子配列を制御して、腐食や割れを起こしにくい対応粒界の密度を非常に高くする粒界工学制御技術の開発に成功した。その技術で作製した材料は通常の材料に比べて著しく高い特性を持ち、高い安全性と長寿命が実現することを実証した。オーステナイト系ステンレス鋼やニッケル合金のようなオーステナイト系材料は、耐熱耐食材料として優れ、発電や化学プラントなどで非常に過酷な環境で使用されるが、粒界劣化現象の克服が大きな課題として残されている。一方、低エネルギー粒界(対応粒界)は粒界劣化現象に対して強い抵抗性を有することから、粒界での原子配列をナノレベルで低エネルギー構造に変化させ、材料中の対応粒界密度を高めることによって粒界に起因する劣化現象を抑制する粒界ナノ工学が注目されている。そこで、本研究では、粒界ナノ工学的手法を種々のオーステナイト系材料に駆使し、超高対応粒界密度材料を作製する技術を確立するとともに、その粒界劣化現象に如何に高い抵抗性を示すことを目的とする。本年度は、市販の304,304L,316,316Lオーステナイト系ステンレス鋼を初期母材として、加工熱処理条件の最適化を探索し、いずれも85%以上の極めて高い対応粒界密度を有する超高対応粒界密度(粒界工学制御)材料の作製に成功した。得られた304,304L,316,316L粒界工学制御材料を鋭敏化条件で熱処理した後、硫酸・硫酸第二鉄腐食試験を行ったところ、いずれも初期母材に比べて4倍以上も高い耐粒界腐食抵抗性を示した。また、304初期母材及び粒界工学制御材料に対してアーク溶接を行い、溶接熱影響部のEPRおよび硫酸・硫酸第二鉄腐食試験を行った結果、初期母材溶接部に比べて著しく粒界腐食が抑制されることが示された。さらに、304初期母材及び粒界工学制御材料に対して高温高圧水中で曲げ疲労による応力腐食割れ試験を行ったところ、初期母材が典型的な粒界型応力腐食割れを示したのに対して、粒界工学制御材料では極めてわずかな粒内型応力腐食割れのみにとどまった。現在304初期母材及び粒界工学制御材料の高温クリープ試験が継続中であり、次年度以降に結果が得られる予定である。そこで、本研究では、粒界ナノ工学的手法を種々のオーステナイト系材料に駆使し、超高対応粒界密度化技術を確立するとともに、粒界劣化現象への抵抗性を評価することを目的とする。昨年度は、304,304L,316,316Lオーステナイト系ステンレス鋼に対して加工熱処理条件の最適化を探索し、いずれも85%以上の極めて高い対応粒界密度を有する超高対応粒界密度(粒界工学制御)材料を作製する技術を確立した。また、粒界工学制御により、304および316鋼の硫酸・硫酸第二鉄腐食試験では高い耐鋭敏化特性を、304鋼のアーク溶接影響部では粒界腐食抑制を、304鋼では応力腐食割れ抑制が確認された。本年度は、レーザ表面照射後熱処理による304鋼の粒界工学制御法と、高窒素オーステナイト鋼への粒界工学適用可能性を示すとともに、Coriou試験から粒界工学制御304Lおよび316L鋼が高い耐過不働態粒界腐食特性を有すること、電子線および中性子線照射実験から粒界工学制御が照射損傷に抵抗性を示すことなど新たな粒界工学制御の効能が発見された。また、粒界工学制御材料の引張試験を行った結果、強度特性が初期母材に比べて幾分低下するが、規格範囲内であることが確認された。304粒界工学制御材料の高温クリープ試験はまだ継続中であり、次年度以降に結果が得られる予定である。

そこで、本研究では、粒界ナノ工学的手法を種々のオーステナイト系材料に駆使し、超高対応粒界密度化技術を確立するとともに、粒界劣化現象への抵抗性を評価することを目的とする。昨年度までに、代表的な汎用オーステナイト系ステンレス鋼として鋭敏化ステンレス鋼304および316,非鋭敏化ステンレス鋼304Lおよび316Lに加えて、高窒素オーステナイト系ステンレス鋼に対して加工熱処理条件の最適化を探索し、いずれも85%以上の極めて高い対応粒界密度を有する超高対応粒界密度(粒界工学制御)材料を作製する技術を確立し、いずれも非常に優れた耐粒界腐食特性を示すことを明らかにしてきた。本年度は、安定化オーステナイト系ステンレス鋼である321および347に粒界工学制御を適用した結果、いずれも85%以上の極めて高い対応粒界密度を有する超高対応粒界密度(粒界工学制御)材料の作製に成功し、安定化ステンレス鋼の問題点である溶接部の粒界腐食であるナイフラインアタックが粒界工学によって非常に抑制されることを示した。このことから本研究で確立された粒界工学制御法がオーステナイト系ステンレス鋼全般に対して広く適用可能であることを立証するとともに、粒界工学による粒界劣化現象抑制が対応粒界による高エネルギー粒界ネットワークパーコレーションの阻止に起因することを明らかにした。
心臓虚血再灌流障害における活性酸素の動態の解明:電子スピン共鳴装置を用いた研究

摘出心交叉灌流モデルを使用し、白血球除去群とコントロール群の2群においてヒドロキシルラジカル(・OH)と一酸化窒素(NO)を測定することで、白血球除去時のラジカルスカベンジャー(NO)の動態解明を行った。まず、それぞれの群の・OHを電子スピン共鳴装置で測定した。再灌流2分後の・OHの産生量はそれぞれ白血球除去群で0.98±0.30x10^<-2>/min、コントロール群で2.06±0.78x10^<-2>/minであり白血球を除去することで・OHの産生量が有意に減少することが解明された。さらにその時のNOの量を測定すると、白血球除去群では虚血前と変わらないNO量であったのに対してコントロール群では有意に虚血前に比してNO量の低下が認められた。すなわちNOが再灌流後に産生された・OHを含む活性酸素の除去のスカベンジャーとして働いていることが示唆された。また、再灌流後の冠血流量を測定したところ白血球除去群ではコントロール群と比較して有意に流量が多かった。これはラジカルによる血管内皮障害が軽減されたことと血管拡張物質でもあるNOが残っていたためであると考えられた。24時間保存した心臓における活性酸素の再灌流障害に関しての研究も行った。現在臨床で使用されているUniversity of Wisconsin solution(UW群)と近年開発されたCelsior solution(C群)を用いた。両保存液はそれぞれ活性酸素の除去を目的としてラジカルスカベンジャー(UW群:アロプリノール、C群:ヒスチジン)が添加してある。まず2つの心保存液を用いたときの保存24時間後の心臓の機能の評価を行った。24時間後の心機能は有意差を持ってUW群がC群よりも良く、心筋細胞障害の指標であるCK-MBレベルもUW群で低かった。活性酸素による障害の簡易な指標となるLPOは両群間で有意差がなかった。心筋の虚血再灌流障害に関して、再灌流後に活性酸素が大量に発生し心筋を障害することが知られており、これまでにこの活性酸素の影響を軽減するために多くのstudyがなされてきた。しかしながら、その結果は動物種、実験系、測定項目のちがいから一定の見解を得ていない。特に活性酸素の測定方法に関しては、活性酸素がshort lifeであることもあり直接測定することが難しかった。当施設では、ウサギの摘出灌流心モデルにおいて電子スピン共鳴装置を用いスピンプローブ法で・OHを直接測定し、・OHの産生が再灌流直後から亢進しており(Free radical burst)、その後徐々に漸減するも60分にわたって虚血前と比較して・OH産生が亢進していることを明らかにした。さらにその発生した・OHを消去することで再灌流後の心機能の低下を抑制することを明らかにした。本年度の実験では、再灌流時に発生する・OHの産生源として重要な白血球を除去した状態で虚血後、再灌流を行うことで、・OHの産生が抑制されるか否かを測定することで、白血球が再灌流時に産生する・OHが心機能にどれくらい影響を及ぼしているのかを検討した。白血球を除去することで再灌流2分後に産生される・OHはコントロールと比較して有意に低くなっていた。

心機能は再灌流60分後でLVDPはコントロール群60.1±5.6mmHg、白血球除去群78.0±16.3mmHg、dP/dtはコントロール群1182±127mmHg/s、白血球除去群1516±438mmHgと有意に白血球除去群で良好であった。心筋障害の指標となるCPK-MBにおいてもコントロール群63.2±30.2ng/ml、白血球除去群29.5±15.0ng/mlと白血球除去群で良好であった。摘出心交叉灌流モデルを使用し、白血球除去群とコントロール群の2群においてヒドロキシルラジカル(・OH)と一酸化窒素(NO)を測定することで、白血球除去時のラジカルスカベンジャー(NO)の動態解明を行った。まず、それぞれの群の・OHを電子スピン共鳴装置で測定した。再灌流2分後の・OHの産生量はそれぞれ白血球除去群で0.98±0.30x10^<-2>/min、コントロール群で2.06±0.78x10^<-2>/minであり白血球を除去することで・OHの産生量が有意に減少することが解明された。さらにその時のNOの量を測定すると、白血球除去群では虚血前と変わらないNO量であったのに対してコントロール群では有意に虚血前に比してNO量の低下が認められた。すなわちNOが再灌流後に産生された・OHを含む活性酸素の除去スカベンジャーとして働いていることが示唆された。また、再灌流後の冠血流量を測定したところ白血球除去群ではコントロール群と比較して有意に流量が多かった。これはラジカルによる血管内皮障害が軽減されたことと血管拡張物質でもあるNOが残っていたためであると考えられた。24時間保存した心臓における活性酸素の再灌流障害に関しての研究も行った。現在臨床で使用されているUniversity of Wisconsin solution(UW群)と近年開発されたCelsior solution(C群)を用いた。両保存液はそれぞれ活性酸素の除去を目的としてラジカルスカベンジャー(UW群:アロプリノール、C群:ヒスチジン)が添加してある。まず2つの心保存液を用いたときの保存24時間後の心臓の機能の評価を行った。24時間後の心機能は有意差を持ってUW群がC群よりも良く、心筋細胞障害の指標であるCK-MBレベルもUW群で低かった。活性酸素による障害の簡易な指標となるLPOは両群間で有意差がなかった。
妊娠期の発達段階における母子相互作用に関する研究

本研究の目的は、1,妊娠末期妊婦の情励変化と胎児の反応について、両者の自律神経系の関連、ならびに胎動(客観的な反応)との関連から明らかにする。2,妊娠期の発達段階にそった胎動に対する妊婦の応答性に関する構成要素を検討し、妊娠期の母子相互作用と、新生児期の母子相互作用との関連を検討することである。1-(1)正常経過の妊娠末期妊婦49名を対象に、Color words stroop confllcttest(CWT)による精神的ストレス時、ならびにイメージ誘導法によるリラクセーション技法時における自律神経機能の変化を検討した。その結果、FFT法(高速フーリエ変換法)による心拍変動の周波数解析において、CWT時は安静時より有意に交感神経活動は上昇、副交感神経活動は低下を示し、リラクセーション技法時はCWT時より有意に交感神経活動は低下し、副交感神経活動は上昇を示した。1-(2)超音波ドップラー法の低周波領域分析による胎動の定量化を試みた妊娠3240週までの正常経過妊婦10名を対象に、Nijhuisらの胎児1心拍パターンによる胎児のSTATEがCWT時、リラクセーション技法時ともに同一である6事例を対象に、各々の状態3分間における総胎動数を比較した。その結果、6例中5例でCWT時よりリラクセーション技法時は胎動数の低下が認められた。また、安静時も含め3状態とも胎児心拍泊図のパターンが〈FHRP D〉であった1事例では、安静時3分間の総胎動数が9回(胎動の長さの合計が25.23)であるのに対し、CWT時は17回(29.35)、リラクセーション技法時は3回(5.13)であった。1-(3)(2)と同様胎児のSTATEがCWT時、リラクセーション技法時ともに同一STATEであり、なお胎児心拍のデジタル化によるコンピュータ入力が可能であった3事例を対象に、accelerationを除いた各2分間における胎児心拍数の平均を比較した。その結果、3事例ともにリラクセーション技法時はCWT時より平均心拍数は低下を示した。2-(1)初経妊婦から収集した自由記載192の胎動イメージとRayburnによる胎動自覚の分類を参考に、9項目の胎動自覚分類を作成し、妊娠1241週までの初経妊婦111名を対象に、妊娠経過に伴う自覚的な胎動感の変化を横断的に検討した。その結果、妊娠末期は中期より自覚胎動数は有意に増加を示し、また胎動自覚の分類においても特徴的な変化が示された。2-(2)新生児の母子相互作用診断のため、産褥早期母子の授乳時場面をVTRに撮影し、GailのAMIS(Assessment of Mother-Infant Sensitivity)によって母親行動15項目、新生児行動7項目、母児関係行動3項目について分析した。さらに、妊娠末期の胎動に対する応答性(1)との関連を、事例から縦断的に検討した結果、両者は関連ある可能性も推測された。以上本研究はPrellminary Studyであるが、妊娠末期妊婦の情動の変化が胎児に及ぼす影響は否定できないと推測された。今後は、胎動定量化の測定法ならびに胎児心拍の分析方法に改良を加え、例数を重ね、実証的に検討を進める予定である。2-

(1)初経妊婦から収集した自由記載192の胎動イメージとRayburnによる胎動自覚の分類を参考に、9項目の胎動自覚分類を作成し、妊娠1241週までの初経妊婦111名を対象に、妊娠経過に伴う自覚的な胎動感の変化を横断的に検討した。その結果、妊娠末期は中期より自覚胎動数は有意に増加を示し、また胎動自覚の分類においても特徴的な変化が示された。2-(2)新生児の母子相互作用診断のため、産褥早期母子の授乳時場面をVTRに撮影し、GailのAMIS(Assessment of Mother-Infant Sensitivity)によって母親行動15項目、新生児行動7項目、母児関係行動3項目について分析した。さらに、妊娠末期の胎動に対する応答性(1)との関連を、事例から縦断的に検討した結果、両者は関連ある可能性も推測された。以上本研究はPrellminary Studyであるが、妊娠末期妊婦の情動の変化が胎児に及ぼす影響は否定できないと推測された。今後は、胎動定量化の測定法ならびに胎児心拍の分析方法に改良を加え、例数を重ね、実証的に検討を進める予定である。本研究の目的は、1,妊娠後期妊婦の精神状態と胎児の反応との関連について、両者の自律神経系の関連と胎動との関係から検討する2,妊婦の胎動に対する応答性診断のスケールを作成することである.1,1)妊婦のrelaxationの母体心拍変動による評価妊娠3641週の正常妊娠経過妊婦34名を対象に、外来でNST(non-stress test)実施時に、母体の心電図(CM5)と筋電図(前頭筋)の各電極を装着し,A/Dコンバータを通してパソコン上に記録した.なお対象妊婦には,約20分間の安静(before)後、自律訓練法(AT)とイメージ誘導法(IWG)による2種のリラックス法を教示した.得られた母体瞬時心拍数データは、FFT法等を用いて周波数解析を行った結果,before,AT,IMGと教示を進めていくと,低周波帯(LF)のパワーが減少し,高周波帯(HF)は漸増する傾向がみられた.また、リラックス教示前に比して教示後にHF領域にピークが出現する例が多数みられた.以上より,自律神経機能評価法である心拍数周波数解析により,妊婦のrelaxationの効果を客観的に捉えられる可能性が示唆された。2)妊婦のストレス負荷の母体心拍変動による評価集団式ストループテストを参考に,パソコン上に200枚のCWカード画面(あか、あお、みどり、きいろ)を別色で作成し、1枚づつできるだけ速く色名を回答するような課題を作成した.(2)FFT法による周波数解析妊娠3140週の正常経過妊婦12名を対象に、安静後にSCWTを実施し、1と同様にFFT法による心拍数周波数解析を行った.その結果、SCWT時はLFnu領域は73.03【.+-。】17.04であり安静時40.16【.+-。】19.71より有意に増加しており(t値-5.44、df10、p<.001)、LF/HFnu領域も有意に増加していた(SCWT:5.35【.+-。】4.46、安静:1.45【.+-。】2.77.t値-2.71、df10,p<.03).一方HFnu領域はSCWT:23.99【.+-。】15.44、安静:57.43【.+-。】19.33で有意に減少していた(t値5.65、df10,p<.001).以上より、作成されたSCWTは妊婦の交感神経、副交感神経の両者に影響を及ぼすストレス負荷課題として有効な方法であることが示された.
イネスターチシンターゼアイソザイムを用いたテーラーメイドデンプンの創製

デンプン生合成には多数の酵素、アイソザイムが関与しており、これらの欠損変異体は、独特の構造・物性を持つデンプンを蓄積する。中でもデンプンの直鎖を伸長するスターチシンターゼ(SS)は、最も多くのアイソザイムをもち、それらによって伸長する長さが異なり、機能分担している。本研究では、SSアイソザイムの変異体を片親あるいは宿主にして、二重変異体および組換体を作出することで、産業利用可能なものを含むユニークな米デンプンの生産に成功した。既に確立しているデンプン変異体を用いて,二重変異体および組換体を作出することで,ユニークなデンプンを蓄積するイネの開発を目指している。平成19年度は,作出目標にしている5種類のイネのうち,超高アミロース米が期待できるスターチシンターゼI(SSI)/SSIIIa,低分子量アミロペクチン米が期待できるSSIIIa/枝作り酵素I(BEI),超レジスタントスターチ米が期待できるSSIIIa/BEIIb間の二重変異体および高分岐長鎖長米が期待できる(SSIIa高発現イソアミラーゼ(ISA)変異体)を確立した。このうち,SSI/SSIIIa間の二重劣性ホモ個体は得ることができなかったが,SSIとSSIIIaいずれかがヘテロの種子を形態的特徴から得ることができた。また,SSIIIa/BEIおよびSSIIIa/BEIIbは,二重劣性ホモ種子を得ることができた。ISA変異体にSSIIa遺伝子を強発現させた形質転換イネも,T_1種子を得ることができた。これらの得られた種子は,現在,デンプン構造,物性などを解析中であるが,非常にユニークな性質を持つことがわかってきた。超高アミロース米が期待できる結合型SS(GBSSI)高発現組換体とSSIIIa変異体間の交配を行い,F2種子を得た。平成19年度は,シングル変異体のデンプン構造の詳細や,物性を解析した。特に,SSIIIa変異体の構造は,分子量が低下し,高アミロースであり,粘弾性などの物性も独特であることがわかった。また,アメリカで2年に1回行われるデンプンの国際会議(Starch round table)に藤田と阿久澤が参加し,デンプンの基礎および応用研究等の情報を入手した。今年度は、既に確立した以下の材料について、生理生化学的解析および蓄積するデンプン等αグルカンの構造および物性解析等を集中的に行った。1.超高アミロース米が期待できるズターチシンターゼI型(SSI)とSSIIIa変異体を交配したF_2種子から、両親とは異なって種子全体が白濁した種子が検出された。これらには、SSI遺伝子座が劣性ホモでSSIIIa遺伝子座がヘテロの系統(R系統)と、SSIIIa遺伝子座が劣性ホモでSSI遺伝子座がヘテロ(A系統)の2種類の系統が存在し、両遺伝子座が劣性ホモであると、不稔になることが明らかになった。これらの白濁種子は、アミロペクチンの鎖長分布が両親のそれとは異なり、高アミロースであることが分かった。特にA系統の白濁種子は、これまで調べられてきたコメデンプンの中では、最も高いみかけのアミロース含量(HWゲル濾過法で32%)を示した。2.イソアミラーゼ1(ISA1)変異体には、胚乳全体に正常のアミロペクチンより分岐頻度が高く、短鎖が多いフィトグリコーゲンを蓄積する系統が存在するが、この系統に、アミロペクチンのDP6-12をDP13-24に伸長する機能をもつインディカ型SSIIaを形質転換したところ、T_<1-3>種子において、分岐頻度は変化しないが、鎖長が伸長したαグルカンを蓄積する種子が得られた。これらは、形質転換前の親系統と異なり、種子断片にヨウ素で染まる領域が出現し、不溶性αグルカンが顕著に増加していた。一方、親系統のフィトグリコーゲンと変わらず結晶性をほとんど示さないことが明らかになった。以上のことから、形質転換したインディカ型SSIIaは、フィトグリコーゲンの鎖長を伸長し、αグルカンを不溶性に変化させるが、分岐頻度が変化しないため、結晶性については、もとのフィトグリコーゲンとかわらないことが明らかになった。今年度は、既に確立した以下の材料について、生理生化学的解析および蓄積するデンプンの構造および物性解析等を集中的に行った。1.超レジスタントスターチ米を目指して作出した△SSIIIa/△BEIIbのデンプンの構造,性質を調べた。△SSIIIa/△BEIIbのアミロペクチンの鎖長分布解析による微細構造は,片親である△BEIIbと同様,短鎖が大幅に減少する傾向が見られたが,長鎖に関しては,△BEIIbで増加する性質と△SSIIIaで減少する性質が混合して,両者の中間的な量を示した。驚くことに,これまでのイネではあり得なかった45%もの高アミロース性を示した。

また,種子重量は,△BEIIbが野生型の6割であるのに対し,8割程度を維持していたため,今後,産業利用する上で,非常に有望であることが明確になった。2.超高アミロース米を目指してインディカ米由来のGBSSI遺伝子(GBSSI^I)をモチ米に導入した形質転換体(WAB)と△SSIIIaを交配した後代のF_2種子から,PCR選抜で△SSIIIa,サザンプロッティングによるGBSSI^Iの導入を調べて選抜したGBSSII/△SSIIIaのデンプン構造を解析した。ゲル濾過法による見かけのアミロース含量は,親系統であるWABが25%であったのに対し,GBSSII/△SSIIIaは,約40%と非常に高い値を示すことが分かった。一方,WABを△SSIと交配した後代についても同様に調べたが,これらのアミロース含量はWABと変化がなかった。
家畜におけるレプチンの機能と分泌調節機構の解明

レプチンは脂肪細胞から合成分泌されるサイトカインであり、食事栄養代謝と生体機能を結ぶキー分子の一つである。本特別研究員は既に、ウシやヒツジを用いて様々な生理的・病理的条件における血中レプチン動態について検討して、反すう動物でのレプチン合成が、マウスやヒトとは異なる調節を受けていることを報告してきた。本研究の目的は、ウシレプチンの合成分泌の調節機構を細胞分子レベルを明らかにすることである。昨年度までに、ウシ脂肪細胞の初代培養法を確立したので、本年度はそれを用いて以下の結果を得た。1,ホルスタイン牛の脂肪組織から分離培養した前駆脂肪細胞をインスリン、イソブチルキサンチン、デキサメタゾンで処理すると、脂肪細胞に特異的ないくつかの遺伝子の発現が増加し、脂肪滴を蓄積して脂肪細胞に分化した。この細胞でのレプチンmRNAの発現をRT-PCRでチェックした所、前駆脂肪細胞では殆ど検出されなかったが、分化した細胞では強いシグナルが認められた。そこで、ノーザンブロット法で定量的に調べたところ、他の分化マーカーとほぼ同じく10日後にmRNAレベルが最大となった。2,レプチンmRNA発現が最大となった時点で、培地の栄養源であるグルコースを除去すると24時間後にはレプチン発現は大きく低下した。これにグルコースを再添加すると濃度依存的にレプチン発現が回復した。反すう動物の栄養代謝の最大の特徴は、主なエネルギー源がグルコースや長鎖脂肪酸ではなく短鎖脂肪酸(酢酸、プロピオン酸、酪酸)である点である。そこで同様にグルコース除去後、酢酸を添加した所、ごく低濃度で顕著な回復が見られた。これらの結果は、非反すう動物での知見と異なるものであり、反すう動物特有の調節機構によると思われるので、現在詳細に解析中である。
鎖肛ブタを用いた直腸肛門奇形発生機序に関する研究

直腸肛門奇形(鎖肛)は新生児外科疾患の内、最も頻度の高い疾患である。現在まで様々な術式が工夫されて来たが、術後の直腸肛門の機能的予後は特に高位例では、未だに決して満足すべきものではない。これを解決するための1方策として、この複雑な奇形の諸病型の概念を発生学的に検討する目的でこの研究を始めた。我々はすでにブタ鎖肛の2家系の確立に成功しているので、ブタ鎖肛を大量に生産できる事より、2560日令の鎖肛胎仔を得ることも可能であった。胎仔標本を系統的に連続切片として利用して来たが、なお不足の部分が多く困っていた。ユトレヒト大学では、自然発生系の鎖肛ブタ胎仔をリンパ管系の研究の際に偶然得ており、それらの標本も過去に多数得ていた。両者の標本を持ち寄り、多数の発生学的に問題を解決しようという目的でこの共同研究が始められた。1)鎖肛2家系の維持を続けて来た。その内の1家系に先天性横隔膜ヘルニアが多発しているので、これを維持する作業も加わっている。家系内交配が続いたため、ブタ家系の劣化の傾向が見られたので、他家系より新しい鎖肛ブタを得る努力をした。しかし実際には、他の家系からの鎖肛ブタの導入は少なかった。2)計画的な交配に続き人工流産を加えて、鎖肛ブタ胎仔を得て、連続胎仔標本作製を続けている。2560日令の胎仔は得られたが、20日令以前の流産は胎仔のサイズの問題より、不可能であるという結論に達した。3)鎖肛ブタ胎仔標本より鎖肛の初期発生の起序を解明するべく、系統的検索を続けている。筑波大学及びユトレヒト大学の標本を持ち合わせて補いあったが、特に不足の胎令に関しては筑波大学の我々のファ-ムよりの胎仔を得て標本を作成するように努め目的を達した。4)とくに三次元立体構築を行うに当たり1,000に及び連続切片が必要である。5)直腸肛門部の初期発生における直腸肛門と泌尿生殖器の分離の過程を確認した。とくに我々自身で開発を続けている三次元立体構築法を用いて(UNIX workstationを使用)これを明らかに示した。更に鎖肛における分離異常を明確に示した(Mebio9(1)1992)。6)ここで教科書に示されているcloacal membraneの概念の誤りを指摘し、genital tubercle内のcloacal plateの存在及びその発生学的意義をあきらかに示せた。dorsal cloacaとtail grooveとの間にcloacal plateが欠損する事によって分離異常すなわち鎖肛が生ずるという説明を示した。7)cloacal plateの役割は確認できたが、その分離における誘導起序に関しては、20日令以前の標本が必要でなお目的を達していない。8)正常における肛門管および鎖肛における瘻管はdorsal cloacaに期限していることを証明できた。正常の内肛門括約筋は肛門管をカバ-するように後に直腸の内輪筋が肥大して下降する。これと全く同様に異常な瘻管に関しても直腸に内輪筋が下降して取り巻く事を証明した。9)鎖肛発生における性差を確認できた。2030日令で総排泄腔より尿生殖洞および直腸肛門が分離する過程には全く差はない。雄では直腸尿道瘻が保たれたままでこれに続く下部尿道が発達するので、長い陰茎部尿道ができる。雌では子宮管の入口部としてのMuller結節が尿道を作りながら下降するので、直腸よりの瘻孔は腟前庭に至るまで下降し、最終的に直腸(肛門)前庭瘻の病型となる。

筑波大学及びユトレヒト大学の標本を持ち合わせて補いあったが、特に不足の胎令に関しては筑波大学の我々のファ-ムよりの胎仔を得て標本を作成するように努め目的を達した。4)とくに三次元立体構築を行うに当たり1,000に及び連続切片が必要である。5)直腸肛門部の初期発生における直腸肛門と泌尿生殖器の分離の過程を確認した。とくに我々自身で開発を続けている三次元立体構築法を用いて(UNIX workstationを使用)これを明らかに示した。更に鎖肛における分離異常を明確に示した(Mebio9(1)1992)。6)ここで教科書に示されているcloacal membraneの概念の誤りを指摘し、genital tubercle内のcloacal plateの存在及びその発生学的意義をあきらかに示せた。dorsal cloacaとtail grooveとの間にcloacal plateが欠損する事によって分離異常すなわち鎖肛が生ずるという説明を示した。7)cloacal plateの役割は確認できたが、その分離における誘導起序に関しては、20日令以前の標本が必要でなお目的を達していない。8)正常における肛門管および鎖肛における瘻管はdorsal cloacaに期限していることを証明できた。正常の内肛門括約筋は肛門管をカバ-するように後に直腸の内輪筋が肥大して下降する。これと全く同様に異常な瘻管に関しても直腸に内輪筋が下降して取り巻く事を証明した。9)鎖肛発生における性差を確認できた。2030日令で総排泄腔より尿生殖洞および直腸肛門が分離する過程には全く差はない。雄では直腸尿道瘻が保たれたままでこれに続く下部尿道が発達するので、長い陰茎部尿道ができる。雌では子宮管の入口部としてのMuller結節が尿道を作りながら下降するので、直腸よりの瘻孔は腟前庭に至るまで下降し、最終的に直腸(肛門)前庭瘻の病型となる。1)鎖肛ブタの2家系の維持を続けている。家系内交配を続けて来たため、ブタ家系自体の劣化を来す傾向にあるので、他のファ-ムより新しい鎖肛ブタを導入し、救命、飼育することを実施している。2)鎖肛ブタを流産により得て、連続胎児標本作製を継続している。20日令には近づいているが、それ以前の胎児は末だ得られていない。出来るだけ多くの標本を得るための方策が最も重要である。3)ブタ標本を用いて鎖肛発生の起序を解明するべく、ユトレヒト大学において正中矢状断標本を中心に系統的検索を実施した。ユトレヒト大学で、不足の胎令に関しては筑波大学の家系より補充する事としている。合計51検体について検討した。4)鎖肛の初期発生の誘導因子としては、cloaca分離前において尿道および直腸をgenital tubercle表面に導くcloacal plateの役割を確認したが、その誘導起序に関しては、なお20日令を用いて検索する必要がある。5)正常における肛門管および鎖肛における瘻管はdorsal cloacaに起源している事を証明した。正常の内肛門括約筋は肛門管をカバ-するように後に直腸の内輪筋が肥大して下行する。これと全く同様に異常な瘻管に関しても直腸の内輪筋が取り囲む事を証明した。6)鎖肛発生における性差を確認できた。雌では子宮管の入口部としてのMuller
不完全知識下での法的発見機構の解明

本研究は法律エキスパートシステムの実現には、条文の欠けている知識を補完していく推論機構が必要であることから出発している。不完全知識を補完する推論には、アブダクション、帰納、仮説推論、状況推論および類推等があるが、我々は法的発現機構としてのアブダクションおよび仮説推論に注目した。すなわち、アダクティブ論理プログラミングに基づく仮説選択機構の、国際統一売買法の適用に関する基礎的研究を行った。アダクティブ論理プログラミングは論理プログラミングのアブダクションへの拡張で、仮説推論な自然な拡張になっている。この言語を用いれば、一般にあるゴールを説明する複数の仮説を生成することができる。本研究では、複数の仮説を同時に扱い、かつ候補集合から適切な仮説を選択するような仮説選択機構を構築した。まず事件に関する事実、裁判官の判断等が含まれる判例データベースの定式化を与えた。ついで、支持および不支持という両極の判例を考慮するような仮説の適合度評価法を提案した。次に国際統一売買法第2部への適用を目的とする実験システムを作成した。更に法学者が与えた説例と判例を用いて、構築したシステムの実験および考察を行い、本研究で提案した仮説選択機構の国際統一売買法への適用可能性を示した。今後の課題として、法的オントロジーに基づいて、効果的かつ厳密に類似度等を再定義すること、および事例ベース推論とルールベース推論の融合という見地から、本研究の適合度の改善を図ることがあげられる。
地方都市の都市化と工業化に関する政治史的・行財政史的研究

本研究は北九州地域の都市を主たる対象に、近代日本の都市化・工業化における地方都市の位置と機能を明らかにすることを目的とする。本研究の鍵となる史料は、今回初めて利用可能になった安川敬一郎の日記をはじめとする関係史料(北九州自然史歴史博物館蔵、以下「安川文書」と略)である。本研究では第一に、「安川文書」の整理を同博物館と協力して行い、その史料情報をデータベース化して活用できるようにした。「安川文書」の活用は、地方財閥の代表的な存在であった安川財閥の企業活動を詳細に明らかにするのみならず、企業、政党、行政、社会運動等の都市主体の動向と相互関係(対抗・競合・協調)を検証し、それによって近代日本の地方都市史研究に新たな地平を開くことを可能にすると思われる。「安川文書」の主要な内容は、(1)安川敬一郎日記、(2)安川家の経営実態を示す帳簿類をはじめとする経営史料、(3)安川宛の書簡および安川の書簡草稿、(4)安川の膨大な意見書類である。本研究ではこれらの分析によって、安川の経済活動のみならず、それと結びついた政治活動、および政治・経済活動を結び付ける独特の国家観、国際情勢認識を明らかにすることができた。帳簿類の検討からは、安川家と松本家の事業上の関係(組織構造)や安川家の投資行動(資産運用のあり方)の実態が解明された。それによれば、安川家は日清戦争時の石炭ブームで得た利益を、鉱区の拡大と鉄道投資に投下し、事業多角化を実現した。また、安川敬一郎日記、書簡、意見書等を、的野半助関係文書、永江純一関係文書、新聞史料などと付き合わせることによって、これまでほとんど言及されなかった安川の政治活動の詳細が初めて明らかになった。衆議院選挙における安川の活動の舞台は北九州ではなく福岡市であり、そこでは安川は政友会系と玄洋社系双方の支持を調達できる立場にあった。安川は中央政界にも人脈をもち、第二次大隈内閣期に立憲同志会と政友会を牽制する第三勢力の形勢をはかったが、その意図は挙国一致による日中関係の安定化と、そのもとでの中国への資本進出にあった。本研究における最も重要な鍵は、今回初めて利用可能になった安川敬一郎の日記をはじめとする関係史料(北九州自然史歴史博物館蔵、以下「安川文書」と略)の整理を同博物館と協力して行い、その史料情報をデータベース化して活用することにある。「安川文書」の活用は、企業、政党、行政、社会運動等の都市主体の動向と相互関係(対抗・競合・協調)を検証し、それによって近代日本の地方都市史研究に新たな地平を開こうとする本研究にとって死活的な意味を持つ。上記の趣旨から、本年度はまず第一に、研究分担者及びそれ以外の研究参加者全員による現地での史料調査を行うとともに、研究補助者を組織して「安川文書」の800点近い史料について、データベース入力を行い、詳細な目録を作成した。その結果、日記以外の関係史料についてはじめてその全貌を明らかにすることができた。

とりわけ注目されるのは、(1)安川家の経営実態を示す帳簿類をはじめとする経営史料、(2)書簡類、(3)膨大な意見書類である。これらを通じて、安川の経済活動のみならず、それと結びついた政治活動、および政治・経済活動を結び付ける独特の国家観、国際情勢認識を明らかにする可能性が開けたことは、本年度の大きな成果である。これらの調査を並行して、2005年8月6日に近代日本研究フォーラムと共催で公開の研究会を行い、有馬学が「福岡市選挙区と安川敬一郎--大正四、六年衆議院議員選挙を中心に--」と題する研究報告を行った。また2006年2月4日には研究分担者およびそれ以外の参加者を交えて研究会を行い、中村尚史が地方財閥研究のレビューと安川文書の経済史的意義について報告を行った。本研究は北九州地域の都市を主たる対象に、近代日本の都市化・工業化における地方都市の位置と機能を明らかにすることを目的とする。本研究の鍵となる史料は、今回初めて利用可能になった安川敬一郎の日記をはじめとする関係史料(北九州自然史歴史博物館蔵、以下「安川文書」と略)である。本研究では第一に、「安川文書」の整理を同博物館と協力して行い、その史料情報をデータベース化して活用できるようにした。「安川文書」の活用は、地方財閥の代表的な存在であった安川財閥の企業活動を詳細に明らかにするのみならず、企業、政党、行政、社会運動等の都市主体の動向と相互関係(対抗・競合・協調)を検証し、それによって近代日本の地方都市史研究に新たな地平を開くことを可能にすると思われる。「安川文書」の主要な内容は、(1)安川敬一郎日記、(2)安川家の経営実態を示す帳簿類をはじめとする経営史料、(3)安川宛の書簡および安川の書簡草稿、(4)安川の膨大な意見書類である。本研究ではこれらの分析によって、安川の経済活動のみならず、それと結びついた政治活動、および政治・経済活動を結び付ける独特の国家観、国際情勢認識を明らかにすることができた。帳簿類の検討からは、安川家と松本家の事業上の関係(組織構造)や安川家の投資行動(資産運用のあり方)の実態が解明された。それによれば、安川家は日清戦争時の石炭ブームで得た利益を、鉱区の拡大と鉄道投資に投下し、事業多角化を実現した。また、安川敬一郎日記、書簡、意見書等を、的野半助関係文書、永江純一関係文書、新聞史料などと付き合わせることによって、これまでほとんど言及されなかった安川の政治活動の詳細が初めて明らかになった。衆議院選挙における安川の活動の舞台は北九州ではなく福岡市であり、そこでは安川は政友会系と玄洋社系双方の支持を調達できる立場にあった。安川は中央政界にも人脈をもち、第二次大隈内閣期に立憲同志会と政友会を牽制する第三勢力の形勢をはかったが、その意図は挙国一致による日中関係の安定化と、そのもとでの中国への資本進出にあった。
細胞力学応答を制御する細胞核リモデリングの解明

本研究では,細胞核ーアクチンフィラメント結合を架橋するタンパク質の一つNesprin-1を発現抑制した線維芽細胞の伸展刺激負荷に対する形態変化を調べた.その結果,繰り返し伸展刺激によって引き起こされる細胞伸長がNesprin-1を発現抑制により減少した.細胞核力学特性を低下させた際にも同様の傾向が見られ,細胞核力学特性が伸展刺激環境下における極性を有した細胞伸長において重要な役割を担うことが示唆された.細胞核への力学情報伝達が細胞の力学応答および細胞核自身の力学特性に及ぼす影響を明らかにする目的において,まず細胞核の力学特性評価方法の確立を行った.本研究では従来の研究に比べより生理的な状態での細胞核力学特性を評価するため,細胞から細胞核の単離を行わず,原子間力顕微鏡を用いた押し込み試験により生細胞内の細胞核力学特性評価を試みた.その結果,トリコスタチンA処理による細胞核弾性率変化を確認できたことから,今後の研究において本手法を細胞核力学特性評価に用いることとした.細胞内力学情報伝達経路の一つと考えられるアクチンフィラメントと細胞核との結合を架橋するタンパク質の一つネスプリンー1の発現抑制を線維芽細胞に施した.ネスプリンー1を発現抑制した細胞および無処理の野生型細胞に対して繰り返し伸展刺激を負荷し,細胞核の弾性率を測定した.刺激を負荷する前の細胞核弾性率にはネスプリンー1発現抑制の影響は見られなかった.またネスプリンー1の発現抑制にかかわらず刺激負荷1時間で細胞核の弾性率低下が見られた.その後,刺激を24時間まで負荷し続けた結果,野生型細胞では細胞核弾性率の回復が見られたが,ネスプリンー1を発現抑制した細胞では弾性率の回復が生じなかった.この結果から,力学刺激によって低下した細胞核弾性率の回復に対してネスプリンー1が重要な役割を持つことが明らかになった.繰り返し伸展刺激負荷によって引き起こされる細胞核弾性率の減少およびその後の回復メカニズムを検討するため,細胞核構造である核ラミナやクロマチンのアセチル化状態を免疫蛍光染色法により可視化し,顕微鏡観察を行ったが,これまでの所これらの構造に顕著な変化は認められていない.ネスプリンー1の発現抑制方法や原子間力顕微鏡を用いた細胞核の力学特性評価方法の確立も予定通りに行え,また本研究の目的にそった基礎的なデータを収集も既に行えており,おおむね予定通りに進展していると判断する.細胞核への力学情報伝達が細胞の力学応答および細胞核自身の力学特性に及ぼす影響を明らかにする目的において,本年度は細胞核の力学特性が細胞の形態的力学応答に果たす役割を検討した.無処理の野生型線維芽細胞に対して,接着基質の繰り返し伸展刺激を負荷すると,負荷1時間で細胞は一旦収縮した丸まった形状を示した.その後再び伸長した形態を示し,伸展刺激に対して直交する方向への配向した.これに対して,細胞核とアクチンフィラメントとを架橋するタンパク質ネスプリンー1を発現抑制した線維芽細胞に対して繰り返し伸展刺激を負荷したところ,負荷1時間で細胞が丸まった形状を示す現象,またその後の収縮伸展方向に対して直交する方向への再配向する現象は確認されたものの,発現抑制しなかった野生型細胞に比べて再配向後の細胞伸長度の低下が見られた.細胞伸長に対する細胞核の力学的役割を検討するため,トリコスタチンA処理により細胞核弾性率を低下させた細胞に対して,繰り返し伸展刺激負荷実験を行った.トリコスタチンA処理により細胞は無処理に細胞に比べ刺激負荷前から丸まった形態を示した.さらに伸展刺激負荷後,ネスプリンー1を発現抑制した細胞と同様に,1時間で細胞は丸まった形状を示し,その後再配向現象を示したが,細胞伸長度は低下したままであった.これらの結果から,細胞核の弾性率は繰り返し伸展刺激にさらされた細胞の伸長に対して重要な役割を持つことが明らかになった.またネスプリンー1を発現抑制した場合,細胞核の力学的な役割が細胞内において機能しないため,細胞伸長度の低下が生じたと考えられた.前年度明らかにした細胞核力学特性の変化を受けて,本年度は細胞核の細胞応答に対する力学的役割について,基本的なデータ収集を行えており,おおむね順調に伸展していると判断する.昨年度確認した繰り返し伸展刺激に対する細胞伸長に対するネスプリンー1発現抑制の影響に関して,遺伝子発現変化を介したシグナル経路の関与を調べるため,転写活性を阻害するアクチノマイシンDを投与した線維芽細胞を用いた実験を行った.その結果,アクチノマイシンD投与はネスプリンー1発現抑制によって生じる細胞伸長低下に影響を与えなかった.この現象は,細胞伸長に対して細胞核が力学的に役割を担っていることを更に明確にする結果である.細胞核が細胞内力学状態に与える影響を調べるため,ネスプリン発現抑制による細胞の接着基質牽引力変化を調べた.ポリアクリルアミドゲル上に培養した線維芽細胞の牽引力を調べた結果,ネスプリン発現抑制は細胞最大牽引力を増加させた.牽引力分布に注目したところ,細胞核周辺部での牽引力の顕著な変化が確認された.さらに細胞核弾性率を変化させるトリコスタチンAを投与した細胞においてもネスプリンー1発現抑制と同様の傾向が得られた.

この結果は細胞核の力学特性が,細胞内力学バランスに深く関与していることを示唆する.本年度はさらに細胞核においてネスプリンとの関与が指摘されている細胞核内タンパク質エメリンを発現抑制した細胞の細胞核弾性率変化に対する繰り返し伸展刺激の影響を調べた.エメリン発現抑制した細胞の細胞核弾性率は,繰り返し伸展を24時間負荷により無処理の細胞に比べ統計的有意差は得られなかったものの低下する傾向を示した.ネスプリンー1を介した力学刺激によりエメリン活性の変化が過去に報告されており,繰り返し伸展刺激負荷により低下した細胞核弾性率の回復現象において,ネスプリンー1が重要な役割を担っていることがさらに確認された.本研究では,細胞核ーアクチンフィラメント結合を架橋するタンパク質の一つNesprin-1を発現抑制した線維芽細胞の伸展刺激負荷に対する形態変化を調べた.その結果,繰り返し伸展刺激によって引き起こされる細胞伸長がNesprin-1を発現抑制により減少した.細胞核力学特性を低下させた際にも同様の傾向が見られ,細胞核力学特性が伸展刺激環境下における極性を有した細胞伸長において重要な役割を担うことが示唆された.平成27年度に得られた結果の意義とそのメカニズムを明らかにするため,以下の研究を展開する.1)細胞核の力学特性変化と細胞応答との関係:繰り返し伸展刺激負荷により変化した細胞核の力学特性が細胞応答に及ぼす影響を調べる.細胞応答として形態変化に注目し,細胞に繰り返し伸展刺激を負荷した際の細胞形態変化と細胞核力学特性変化との相関を調べる.この実験においてネスプリンー1発現抑制細胞を用いることで,細胞核とアクチンフィラメントとの物理的結合が果たす役割を明らかにする.またクロマチン凝集状態を変化させる試薬により細胞核の力学特性を変化させた細胞に伸展刺激を負荷し,その形態を調べることで,細胞核力学特性が細胞形態応答に果たす役割を明確にする.2)細胞核リモデリングメカニズムの検討:細胞核力学特性の変化メカニズムを明らかにするため,核内構造に影響を持つタンパク質の可視化や発現量評価を行う.特に核ラミナやクロマチンの凝集状態,またこれらの構造を細胞核内で架橋するエメリンなどのタンパク質に注目して研究を進める.この観察において変化が見られたタンパク質に対して,関連シグナル経路の阻害やsiRNAを用いた発現抑制を行い,繰り返し伸展刺激を加えた際の細胞形態応答を調べることで,その役割をさらに明らかにする.細胞核リモデリングメカニズムの検討:これまでに明らかにした細胞核の力学特性変化の構造的および分子的メカニズムの解明を目指す.細胞核内部の構造で,細胞核力学特性に寄与すると考えられるクロマチンの凝集状態およびクロマチンと細胞核膜との架橋タンパク質,さらに核膜構造タンパク質の発現の調査を行う.また細胞核の力学特性変化に対する細胞外部の力学刺激の詳細な影響を確認するため,細胞核ー細胞骨格結合を阻害した細胞に対する実験も条件を変化させて行う予定である.細胞バイオメカニクス・メカノバイオロジー研究実施に必要な物品購入を行うことが出来ない使用残額であったため,次年度に繰り越すこととした.研究実施に必要な物品購入を行うことが出来ない残額であったため,次年度に繰り越すことにした.次年度研究計画および研究費使用に影響することはないと考えられる.次年度研究計画および研究費使用に影響することはないと考えられる.
携帯端末搭載型海洋漂流ブイならびに遠隔動態管理システムの開発

本研究は、漂流ブイと呼ばれる浮標を連続追跡することによって、所望深度における海水の挙動を把握し、海洋学的課題(海洋流動場と海洋基礎生産場の関連究明)に取り組むために、入手が容易で且つ安価・小型軽量である上、近年の多機能化により今や利用者の必需となったGPS機能を持つ携帯電話(GPSケータイ)を搭載した漂流ブイを新規設計するとともに、データ一元管理機能・海洋流動解析ツール・可視化ツール等を含む遠隔動態管理システム(GPSMAP for RIAM)を設計・開発した。具体事例を以下に述べる。本システム開発に対する柔軟性と拡張性を精査した結果、本開発における利用携帯キャリアはKDDI(au)を選定し、同社の「GPSMAP type2」をカスタマイズすることで、GPSMAP for RIAMを設計・開発した。本システムは、GPS漂流ブイの動作および取得データを一元管理できるように、PHPとMySQLといったウェブおよびデータベース言語でプログラム化し、webブラウザからのユーザ要求に対して動的に制御・解析処理が実行できるように設計している。漂流ブイ本体および所望深度の流動追随と風圧流抑止の役割を兼備する抵抗体ドローグは、既往文献を参考に設計しただけでなく、小型・軽量化にも配慮したことで、既製品のブイに比べて性能面・作業面を格段に向上させた。当該ブイは、GPSケータイをブイ上端に配置したプラスティック製収納瓶内へ防水封入し、一定時間間隔によるGPS衛星との通信により、ブイの位置情報を受信し、サーバ側へ当該情報を送信する仕組みを持たせた。上述した一連のシステム設計・開発により、搭載機能の変更や拡充、観測インフラの整備・改良が自前で所望の通り構築できるようになった。中でも、従来市販品とは異なり低価格で小型・軽量に構成可能なGPSケータイ型漂流ブイの測器拡充により、三次元的な海洋収束・発散場の現場観測がコストパフォーマンスの高い計測環境を整えて実施できるようになり、今後この分野の研究進展が大いに期待される。
強相関凝縮系における結合クラスター理論の展開と新アルゴリズムの開発

半導体電子状態の完全解明。近年、次世代パワーデバイス半導体として注目を集めます炭化ケイ素(SiC)は従来の基礎半導体理論では説明しきれない多くの現象が実験によって明らかになってきており、デバイス開発の基本指針や解析が極めて困難な状況に陥っている。本研究では、密度汎関数理論に基づいた理論計算により、その微視的メカニズムが伝導体下端の電子状態の異常性に起因することを明らかにした。その異常性とは、通常考えられてきたような原子近傍を広がった電子状態ではなく、内包空間内を浮遊(Float)した、ほとんど自由な電子状態(NFE ; Nearly Free Electron)であることを見いだした。この特異な電子状態を考慮することにより、これまで長年の謎とされてきた物理量の振る舞いを自然な形で説明することができるようになり、デバイス設計における指針や解析を初めて可能とするその土台を作ることができた。さらにはナノ内包空間を制御することにより低次元電子ガスを3次元結晶中に作り出せることを見いだした。多形制御というナノ構造体の制御により『材料潜在能力の極限発言』という可能性を示すことが出来、次のブレークスルーにつながる多くの研究成果を得ることが出来た。当初、予想さえしていなかった研究の発展を見せたため。今後の半導体教科書に記載されるべき研究成果であり、次のブレークスルーにつながる多くの研究成果を得ることが出来たため。SiC有効質量異方性の微視的メカニズムの完全解明。今回、有効質量異方性のメカニズムとして、波動関数の低次元電子ガス化が効いていることを明らかにした。しかし、それだけでは説明出来ない異方性メカニズムが存在することも同時に明らかとなった。有効質量微視的メカニズムの完全の解明は半導体デバイス開発にとって喫緊の問題である。問題解決のためには今後、多形と有効質量異方性の関係解明のために網羅的な計算を行う必要がある。近年、炭化ケイ素(SiC)はsp3結合からなる共有結合性半導体であり、数百種類にも及ぶ多形構造が存在することが知られている。これら多形構造は単なる積層構造の違いでしかないにも関らず、その物性値は多形構造に大きく依存する:例えば、バンドギャップは多形構造に依存し40%にも及ぶ変化が観られる。これまで、SiCのバンドギャップの多形構造依存性は、"ヘキサゴナリティー;Hexagonality"という経験的なパラメタと相関があることが指摘されてきた。しかし、この見出された相関関係もあくまで経験的なものにすぎず、奇妙なバンドギャップのメカニズムは依然として未解明のままである。本研究では、密度汎関数理論(DFT)に基づいた理論計算によりバンドギャップの多形構造依存性の微視的メカニズムの解明を行った。その結果、バンドギャップの大きな構造依存性は伝導帯下端の波動関数の特異性に由来するものであることを明らかにした。その特異性とは、波動関数が原子近傍ではなく、内包空間(チャネル;channel)の中を広く浮遊(float)した、原子軌道の特徴から外れたNearly-Free Electron(NFE)的な性格を持った波動関数であり、内包空間の持つ対称性やポテンシャル、内包空間の広がり(チャネルの長さ:channel length)を強く反映したものとなっていることを明らかにした。実際に、floating stateの広がった内包空間の長さ"channel length"が小さいほど、量子閉じこめ効果によりバンドギャップが大きくなる事がわかった。つまり、バンドギャップの多形構造依存性はこれまで提案されてきた経験的パラメタ"Hexagonality"との関わりではなく、むしろ"内包空間の広さ(Channel length)"でよく特徴づけられることが明らかとなった。また、チャネル構造と有効質量の異方性とは密接に関係していることを明らかにした。このことは、凝縮物質内のナノ空間を制御することによって電子状態の制御の可能性を開く結果である。実験家とのディスカッションを頻繁に行うことが出来、情報交換を相互に行うことが出来たため。実験・デバイス開発において有効質量の異方性のメカニズムの解明が喫緊の課題になっている。事態の重要性から、有効質量の異方性の解明を当面の研究の最重要課題に据え、理論計算から示唆を与える。

その為には、炭化ケイ素のみに固執せずに普遍性を求めることこそが、問題を解決する為の重要な手段と考え、様々な物質に体する網羅的な理論計算を行う。これを通じて、炭化ケイ素固有の性質とそうでないものとの切り分けを明確に行う。また、それら知見を総動員して、MOS界面における移動度劣化の問題に対し示唆を与える。SiC有効質量異方性の微視的メカニズムの完全解明。今回、有効質量異方性のメカニズムとして、波動関数の低次元電子ガス化が効いていることを明らかにした。しかし、それだけでは説明出来ない異方性メカニズムが存在することも同時に明らかとなった。有効質量微視的メカニズムの完全の解明は半導体デバイス開発にとって喫緊の問題である。問題解決のためには今後、多形と有効質量異方性の関係解明のために網羅的な計算を行う必要がある。