hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
日帰り手術の麻酔にプロポフォールとセボフルレンの併用は有効か

吸入麻酔薬であるセボフルレン及び、静脈麻酔であるプロポフォールとミダゾラムはいずれも、GABA_A受容体に作用する事が知られている。このことより、プロポフォールとセボフルレンの併用により、麻酔効果を増強すること、すなわちプロポフォールはセボフルレンの最小肺胞内濃度(以下MAC)を低下させることが示唆される。平成12年度はラットを用い、プロポフォール投与量とセボフルランのMACとの関係をみた。セボフルランの濃度を0.2%増減させ、体動が消失する最低濃度と、体動が生ずる最大濃度の平均より、セボフルレンのMACを求めた。続けてラットをプロポフォール10mg/kg/h投与群(グループP1)、20mg/kg/h投与群(グループP2)、ミダゾラム0.4mg/kg/h投与群(グループM)に分けそれぞれの群においての、セボフルレンのMACを求めた。グループP2においてセボフルレンのMACは、2.1±0.4%から1.3±0.3%へと有意に低下し、フルニトラゼパム投与を行なってもセボフルランのMACは変わらなかった。グループP1においては、1.9±0.3%から1.7±0.3%と、セボフルランのMACに影響を与えなかった。一方グループMにおいては、セボフルレンのMACは、2.0±0.1%から1.4±0.2%へと低下し、フルマゼニルの投与により1.9±0.2%へと、MACの復帰をみた。グループP2、グループMにおいてそれぞれ、血圧の変化は刺激前に著明な低血圧になることはなかった。また刺激後の血圧の上昇を認めており血圧の抑制効果は無かった。ミダゾラムのセボフルランMAC低下作用は、フルマゼニルにて拮抗されることよりGABA_A受容体を介すると思われる。プロポフォールのMAC低下作用が、GABA_A受容体を介するかは今回の研究からは不明であり今後研究の必要がある。プロポフォールには鎮痛作用は無いとされるが、セボフルランMACが低下したことで、MACが麻酔薬の鎮痛効果の指標とするならばプロポフォール20mg/kg/h投与は鎮痛作用を有すると思われる。日帰り手術の麻酔に好んで用いられる静脈麻酔薬プロポフォール(以下pro)と吸入麻酔薬セボフルラン(以下sev)を併用した場合の麻酔効果について、ラットを用い検討した。300-350gのSDラットにsevを吸入させて麻酔後、気管内挿管をして小動物用ベンチレータに接続し、人工呼吸下に体温、血圧、心拍数、終末呼気二酸化炭素分圧、吸気並びに呼気sev濃度をモニタした。呼気sev濃度を0.2%ずつ変化させながら、尾を鉗子で摘んで痛み刺激を1分間加えた時の体動の有無を調べ、体動が消失する最小濃度と体動が生ずる最大濃度の平均から、sevの最小肺胞内濃度(MAC)を求めた。次いで大腿静脈からproを60分間以上持続注入した後に再度sevのMACを測定した。その結果、sevのMACはpro投与前2.1±0.3%(n=18)から、pro10mg/kg/時投与時1.7±0.2%(n=4)、pro20mg/kg/時投与時1.3±0.3%(n=4)へと、用量依存性に低下した。体動を生じた各sev濃度において、尾を鉗子で摘む直前の平均動脈圧と終末呼気二酸化炭素分圧は、96±7mmHg、35±4mmHg(pro投与前)、109±8mmHg、37±4mmHg(pro10mg/kg/時投与)、120±14mmHg、34±3mmHg(pro20mg/kg/時投与)で、MAC測定時の平均動脈圧値並びに終末呼気二酸化炭素分圧値に有意差は認められなかった。以上の結果から、プロポフォールにはセボフルランのMACを低下させる作用があることが示唆された。プロポフォールが脊髄レベルでセボフルランの麻酔作用を増強しているかについて、頚髄離断ラットで実験を重ねているところである。

一方グループMにおいては、セボフルレンのMACは、2.0±0.1%から1.4±0.2%へと低下し、フルマゼニルの投与により1.9±0.2%へと、MACの復帰をみた。グループP2、グループMにおいてそれぞれ、血圧の変化は刺激前に著明な低血圧になることはなかった。また刺激後の血圧の上昇を認めており血圧の抑制効果は無かった。ミダゾラムのセボフルランMAC低下作用は、フルマゼニルにて拮抗されることよりGABA_A受容体を介すると思われる。プロポフォールのMAC低下作用が、GABA_A受容体を介するかは今回の研究からは不明であり今後研究の必要がある。プロポフォールには鎮痛作用は無いとされるが、セボフルランMACが低下したことで、MACが麻酔薬の鎮痛効果の指標とするならばプロポフォール20mg/kg/h投与は鎮痛作用を有すると思われる。
血管新生抑制物質を用いた肝癌治療の基礎的研究

この1年間に正常肝ウッドチャック1匹合計1回肝癌ウッドチャック3匹合計4回肝の血管造影を大腿動脈からカテーテルを挿入して行い,血管新生抑制物質であるアンギオインヒビンを肝動脈より注入した.これまでの結果,得られた知見は以下の通りである.1.計5回の血管造影のうち,4回まで総肝動脈もしくは固有肝動脈の選択的カテーテル挿入に成功した.2.開腹による手技では望み得ない長期経過観察に必要な,経大腿動脈性の血管造影の基本的テクニックは,ウッドチャックのような大腿動脈未発達の動物ではかなり困難を伴ったが,一応完成したと考えられる.3.肝癌ウッドチャック3匹に計3回肝動脈からアンギオインヒビンを注入し,1回は油性製剤単独,1回は多量のリピオドールと混注,1回は少量のリピオドールと多量のアンギオインヒビンを混注した.単独で少量注入したケースでは腫瘍の縮小がみられたが,残りの2例はそれぞれリピオドール,アンギオインヒビンの注入量が過量であったためいずれも肝壊死を生じ,数日で死亡した.4.現在有肝炎ウッドチャックをさらに7匹飼育中であり,超音波検査で厳重にフォローしているが,肝癌の発生が期待よりやや遅れており,当初予定した実験数をこなせていないのが実状である.今後は薬剤の安全濃度を慎重に検討して実験を継続していく所存である.この1年間に正常肝ウッドチャック1匹合計1回肝癌ウッドチャック3匹合計4回肝の血管造影を大腿動脈からカテーテルを挿入して行い,血管新生抑制物質であるアンギオインヒビンを肝動脈より注入した.これまでの結果,得られた知見は以下の通りである.1.計5回の血管造影のうち,4回まで総肝動脈もしくは固有肝動脈の選択的カテーテル挿入に成功した.2.開腹による手技では望み得ない長期経過観察に必要な,経大腿動脈性の血管造影の基本的テクニックは,ウッドチャックのような大腿動脈未発達の動物ではかなり困難を伴ったが,一応完成したと考えられる.3.肝癌ウッドチャック3匹に計3回肝動脈からアンギオインヒビンを注入し,1回は油性製剤単独,1回は多量のリピオドールと混注,1回は少量のリピオドールと多量のアンギオインヒビンを混注した.単独で少量注入したケースでは腫瘍の縮小がみられたが,残りの2例はそれぞれリピオドール,アンギオインヒビンの注入量が過量であったためいずれも肝壊死を生じ,数日で死亡した.4.現在有肝炎ウッドチャックをさらに7匹飼育中であり,超音波検査で厳重にフォローしているが,肝癌の発生が期待よりやや遅れており,当初予定した実験数をこなせていないのが実状である.今後は薬剤の安全濃度を慎重に検討して実験を継続していく所存である.
芳香環がケイ素ーケイ素結合で連結されたベルト状有機ケイ素分子の創製

本研究は、σーπ共役により芳香核π電子系の強い電子的摂動が期待される分子として、芳香環がケイ素ーケイ素結合で連結された非環状および環状ベルト状分子を創製し、これらの分子に特異な化学的・物質的性質に関する知見を得ることを目的として計画され,以下の新規知見を得ることができた。1)ベンゾ〔1,2:4,5〕ビス(テトラメチルジシラシクロブテン)をパラジウム触媒存在下で加熱すると,ベンゼン環がケイ素ーケイ素結合で連結された非環状および環状ベルト状オリゴマーが生成することが判明した。特に,高希釈条件下では,環状四量体が生成した。このもの構造はX線単結晶構造解析によって構造を確定した。構造解析から,このものにおいて,分子内でのベンゼン環の距離7.3Åであり,かなり大きな大きな空孔が存在する。また,ベンゼル環を連結している2本のケイ素ーケイ素結合はケイ素状のメチル基間の立体効果に捻れている等の特異な構造を有することが明らかになった。オリゴマー化では,五及び六量体も生成するが,これらについては現在,X線単結晶構造解析により構造を解析中である。高濃度条件下でオリゴマー化は,ラダー型の非環状分子が生成することがわかった。以上の反応で得られるオリゴマーは新規含π電子及びσ電子系であり,今後これらの電荷移動錯体形成能、包接能、電子物性(光導電性、EL発光能)を調べていきたい。2)課題研究に関連して,含アセチレン結合有機ケイ素分子における立体配差異性体の分離と構造解析に成功した。またラダーポリシランの位置選択的多酸化(ドミノ酸化)等を見いだした。
回復期脳卒中患者のADL訓練用クリニカルパスの作成とその効果検証に関する研究

ADL訓練用クリニカルパスを作成するために,FIMを用いてADL細項目の予測されるゴール(自立度)とその到達期間を解析した.回復期リハビリテーション病棟に入院した脳卒中患者1479名を対象者とした.入院時のFIM運動項目合計点から対象者を6層に層別化し,各層ごとに各FIM運動細項目得点が自立に到達している患者の割合(以下,自立到達度)と,自立に到達するのに必要な期間(以下,自立到達期間)を解析した.入院時のADL障害の程度により特徴的な自立到達度と自立到達期間を示していた.これらの組み合わせを知ることで回復期リハビリ病棟へ入院する脳卒中片麻痺患者のADL訓練の指標となることが示唆された.ADL訓練用クリニカルパスを作成するために,FIMを用いてADL細項目の予測されるゴール(自立度)とその到達期間を解析した.回復期リハビリテーション病棟に入院した脳卒中患者1479名を対象者とした.入院時のFIM運動項目合計点から対象者を6層に層別化し,各層ごとに各FIM運動細項目得点が自立に到達している患者の割合(以下,自立到達度)と,自立に到達するのに必要な期間(以下,自立到達期間)を解析した.入院時のADL障害の程度により特徴的な自立到達度と自立到達期間を示していた.これらの組み合わせを知ることで回復期リハビリ病棟へ入院する脳卒中片麻痺患者のADL訓練の指標となることが示唆された.我が国のリハビリテーション医療現場では,ADL治療に関する明確なガイドラインはなく,その治療を理学・作業療法士の経験則で行っていることがほとんどである.そこで今回はリハビリテーション医療の治療対象として中心的領域である回復期脳卒中患者のADLの治療効果と治療効率を高めるために,回復期脳卒中患者に対するADL訓練用クリニカルパスの作成とその効果検証を行う研究を計画した.クリニカルパスによる脳卒中片麻痺患者のリハビリ治療の標準化を目的にした場合に問題となるのは,一般的にクリニカルパスの多くは,患者が自立し,在宅復帰していくことを前提にそのプロセスが表記される形で作成されているが,脳卒中患者ではそもそも「自立するか否か,在宅復帰できるか否か」が多くの場合,不明である点である.また,脳卒中片麻痺患者の主要治療課題であるADLは,複数の細項目で構成されているため,各々の項目についてのクリニカルパスを提示する必要もある.加えて,脳卒中は,障害の多様性から,その予後も多様であり,一定の層別化の上で予後を考えることが必要である.本研究は,実用的なクリニカルパス作成を目指し,対象群の層別化を行っても各層に十分な症例数が担保されている必要がある.そのために,層別化しても各層に十分な症例数があるように,1000例程度の症例数の確保を目指している.平成22年度は目標の7割程度の症例数を集めることができた.我が国のリハビリテーション医療現場では,ADL治療に関する明確なガイドラインはなく,その治療を理学・作業療法士の経験則で行っていることがほとんどである.そこで今回はリハビリテーション医療の治療対象として中心的領域である回復期脳卒中患者のADLの治療効果と治療効率を高めるために,回復期脳卒中患者に対するADL訓練用クリニカルパスの作成とその効果検証を行う研究を計画した.クリニカルパスによる脳卒中片麻痺患者のリハビリ治療の標準化を目的にした場合に問題となるのは,一般的にクリニカルパスの多くは,患者が自立し,在宅復帰していくことを前提にそのプロセスが表記される形で作成されているが,脳卒中患者ではそもそも「自立するか否か,在宅復帰できるか否か」が多くの場合,不明である点である.また,脳卒中片麻痺患者の主要治療課題であるADLは,複数の細項目で構成されているため,各々の項目についてのクリニカルパスを提示する必要もある.加えて,脳卒中は,障害の多様性から,その予後も多様であり,一定の層別化の上で予後を考えることが必要である.本研究は,実用的なクリニカルパス作成を目指し,対象群の層別化を行っても各層に十分な症例数が担保されている必要がある.そのために,層別化しても各層に十分な症例数があるように,1000例程度の症例数の確保を目指している.平成22年度は700例程度の症例数を集めることができたが,平成23年度はさらに700例程度を追加することができ,十分な症例数を確保することができた.我々は実際の臨床でADL訓練などに使用可能な脳卒中片麻痺患者のADL自立度を指標としたクリニカルパスの要素として,1)FIMデータの十分な再現性が担保されていること,2)入院時と退院時といった2時点だけでなく,入院時から一定の間隔で経過を追うことができること,3)FIM運動項目合計点ではなく,FIM運動細項目を追うことができること,4)障害の多様性に対応するために一定の層別化が行われていること,といった4つの視点で作成を試みた.その結果,FIMは十分に高い再現性があり,統計的に6つのクラスターに分類し,各クラスターごとに,FIM運動細項目の点数の推移を入院時から2週間間隔の時間経過で明示することが可能であった.つまり,入院した患者がどのクラスターに属するかを知れば,FIM運動細項目が平均的にどのような経過を辿るかを知ることができる.

また,クラスターごとの患者数の経時的な推移をみれば,どれくらいの患者がどの時期に退院していくかの目安にもなる. ADLに関するこのような指標は,我が国において存在せず,また,国際的に見ても,在院日数が短い欧米諸国ではこのような長期間の経時的なデータは見あたらず,非常な有益な情報になるといえよう.以上,本研究では脳卒中片麻痺患者におけるADL自立度を指標としたクリニカルパスの作成を試み,その有用性を検証した.一方で,本研究が単一施設での結果であるため,今後の複数施設での追試が待たれる点は今後の課題である.また,今後は,本研で提案したADL自立度を指標としたクリニカルパスを実際に使用した場合の臨床的有用性の検証を行っていく予定である.当初予定していた1000例程度の症例数を大幅に超え,1400例程度の症例を集めることができた.一方で,クリニカルパス作成までには至っていない.24年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は得られた情報からADL訓練用のクリニカルパス作成を試みる.具体的には,まず回復期リハビリテーション病棟で加療中に生じたFIM18項目の推移について解析を行う.入・退院時の点数を比較することで,各項目ごとに到達度を算出する(到達難易度の算出).また,隔週のデータを分析することで,その到達度に達する時間(期間)を算出する(到達期間の算出).この得られた標準的な期間を,分位点(パーセンタイル)を用いて時系列を踏まえて図示すると,項目ごとに標準的な改善推移を示すことが可能と思われる.このような図示は,分位点(中央値,25%値,75%値)を用いることで,一定の範囲で提示可能であり,この範囲の提示が多様性を示す脳卒中患者で,クリニカルパスの利便性を高める.24年度が最終年度であるため、記入しない。
シスチン尿症の遺伝子診断法の確立

1.ヒトBAT1染色体遺伝子のクローニングおよびBAT1ヒトゲノムのエクソン-イントロン構築の決定(患者解析の準備):ヒトBAT1遺伝子(cDNA)をプローブとしてヒトgenomic DNA libraryからクローニングをおこない全長のシークエンスを解析した。この塩基配列をcDNAの塩基配列と照らし合わせることによりエクソン-イントロン境界を決定した。エクソン-イントロン境界の構築により患者末梢血より抽出した染色体のダイレクトシークエンスによる遺伝子変異解析が可能となった。rBAT遺伝子についてはすでにゲノム構造が公表されている。2.患者解析:シスチン尿症42症例の患者末梢血は患者の同意および院内倫理委員会の承認を得て準備した。患者の末梢血より染色体DNAを抽出し1で明らかとなったエクソン領域にせ設定したプライマーをもちいてPCR法で増幅したのちダイレクトシークエンスをおこないBAT1遺伝子の変異の有無、内容を検討した。r-BAT遺伝子についてもすでに公表されているゲノム構造をもとにプライマーを作成し同様の手法により解析をおこなった。同時に健常人ボランティア50名の血液検体を収集し健常人ついてもr-BAT、BAT1遺伝子のシークエンスをおこないpolymorphismの有無を検討し患者に見いだされた変異から除外することとした。現時点で42症例中27名のシスチン尿症患者につきrBATおよびBAT1遺伝子変異の検索を行った結果27症例中5例に5種類のrBAT変異、22例に6種類のべ26個のBAT1遺伝子変異が検出された。今後残る15検体の解析を完したのち検出した変異遺伝子の機能解析をおこない疾患の責任遺伝子であることを証明する予定である。
ウシ乳房炎発症時に減少する血中樹状細胞の機能解明と新規治療法開発への応用戦略

樹状細胞は骨髄中の未熟な前駆細胞から分化し、抗原提示を行う免疫応答に必須な細胞である。本研究は、血中樹状細胞の発現動態とその機能を解析し、乳房炎発症制御機構との関連性を明らかにすることを目的とする。乳牛では分娩後に乳房炎発症率が増加するが、枯草菌飼料添加剤給与は血中CD172a+CD11c+樹状細胞の割合を有意に増加させ、T細胞を活性化する第一シグナルCD40陽性率を低下させずに維持し、T細胞を活性化する第二シグナルであるCD80を増加する傾向があることを発見した。よって、枯草菌飼料添加剤は、樹状細胞の活性維持および活性化することによって乳房炎発症予防効果を発現することが判明した。枯草菌飼料添加剤“イムノバイオティック飼料"給与が乳房炎を出産直後に毎年繰り返し発症するウシの乳房炎発症を予防することを見出した。その際、末梢血中免疫担当細胞の発現割合の解析を行い、非給与区の乳房炎発症した牛では出産直後から血中樹状細胞の割合が低値となり、枯草菌給与区の発症予防が確認されたウシでは血中樹状細胞が高い発現であることを世界で初めて発見した。よって、本研究は、粘膜免疫の調節機構において重要な役割を担う血中樹状細胞の発現動態とその機能を解析し、乳房炎発症制御機構との関連性を明らかにすることにより、ウシ乳房炎治療法開発への応用戦略を図ることを目的とする。今年度の成果では、γδT細胞は、分娩後3ヵ月間の対照区と給与区を比較したところ、給与区の方が低い割合となった。CD8+CD25+細胞は、分娩後3ヵ月間で給与区の方が高い割合となった。WC1+CD25+細胞は、給与区では分娩1、9ヵ月後に対照区よりも高く、4ヵ月後で低い割合を示した。CD11c+CD172a+血中樹状細胞は、対照区では分娩前後に低い割合であったが、分娩3ヵ月後にかけて増加していたのに対し、給与区では期間を通して高い割合を維持し、大きな変動はなかった。乳房炎発症した牛では血中樹状細胞の割合が低値となり、発症予防が確認されたウシでは血中樹状細胞が高い発現であることを世界で初めて発見した。また、これまでは樹状細胞の精製割合が5%10%程度であったが、この細胞集団を抗CD172a抗体による磁気カラム精製を試み、80%90%までに精製することに成功し、機能解析が可能となった。乳房炎はウシの疾病の中で最も発生率が多く、乳量の低下、抗生物質などの治療費、感染牛の廃用など経済的な損失は年間1000億円と推定されている。現在、乳房炎治療の多くが抗生剤を用いた治療を中心に行われており、乳房炎牛の生乳や食肉からメンシチリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)の検出は世界的に多く報告され、食肉、牛乳を介して耐性菌がヒトに伝播していく可能性が大いに考えられる。よって、その防除は今日の獣医畜産領域において重大な課題であり、ウシ乳房炎の発症機構の解明とその治療法の開発が望まれている。我々は、枯草菌飼料添加剤“イムノバイオティック飼料"給与が毎年繰り返し発症するウシの乳房炎発症を予防することを見出し、血中樹状細胞の数的変動がその乳房炎発症に関連していることを世界で初めて発見した。非給与区の乳房炎発症した牛では出産直後から血中樹状細胞の割合が低値となり、枯草菌給与区の発症予防が確認されたウシでは血中樹状細胞が高い発現であることを世界で初めて発見した。本研究は、粘膜免疫の調節機構において重要な役割を担う血中樹状細胞の発現動態とその機能を解析し、乳房炎発症制御機構との関連性を明らかにすることを目的とする。乳牛では分娩後に免疫系が低下して乳房炎発症率が増加するが、枯草菌飼料添加剤給与は血中CD172a+CD11c+樹状細胞の割合を有意に増加させ、樹状細胞のT細胞を活性化する第一シグナルCD40陽性率を低下させずに維持し、T細胞を活性化する第二シグナルであるCD80を増加する傾向があることを発見した。本研究は、プロバイオティック飼料である枯草菌添加物の乳房炎発症予防効果を、健康な乳牛と乳房炎発症乳牛の血中樹状細胞の発現割合と機能解析を比較解析することにより、解明することを目的としている。それには、樹状細胞の精製度を出来る限り高くする必要があった。

今年度の成果では、乳これまでは樹状細胞の精製割合が5%10%程度であったが、この細胞集団を抗CD172a抗体による磁気カラム精製を試み、80%90%までに精製することに成功し、今後の機能解析が可能となった。よって、研究は計画以上に進展していると判断される。細胞生物学今年度は、乳これまでは樹状細胞の精製割合が5%10%程度であったが、この細胞集団を抗CD172a抗体による磁気カラム精製を試み、80%90%までに精製することに成功した。次年度は、精製した樹状細胞の細胞表面上に発現したT細胞の活性化に必要な種々の補助刺激分子「MHCクラスII, B7補助受容体(CD80, CD86), programmed cell death protein 1-ligand 1 (PDL1)」のFACS解析に加え、サイトカイン産生能はreal-time PCR解析で行う。同様に健常牛末梢血から精製したT細胞との共培養を行い、産生されたサイトカインをELISA法により測定する。そして、共培養後に再び磁気ビーズカラムを用いて精製したT細胞のサイトカイン発現をreal-time PCR解析し、健常牛および乳房炎発症牛の樹状細胞の分化誘導能を比較解析し、調節性T (Treg)細胞の誘導を確認する。
農作物残渣の野焼きが大気粒子に与える影響評価

稲わらなど農作物残渣の屋外焼却(野焼き)が大気微小粒子(PM2.5)濃度に与える影響を評価するため,以下の研究を行った。野焼きの指標となるレボグルコサンを含む有機指標成分を対象とした測定法を確立し,大気試料に適用した。関東郊外で,毎週PM2.5試料を採取し,粒子重量と炭素成分(元素状炭素,有機炭素)濃度を測定した。水田エリア2箇所における野焼きの実態を調査した。野焼き実験で採取した粒子試料について,粒子重量,炭素成分,元素,イオンを測定し,その排出係数や組成を明らかにした。炭素分析の際のキャリヤーガスに窒素を用いてもヘリウムの場合と同等の結果が得られることを明らかにした。稲わらなど農作物残渣の屋外焼却(野焼き)が大気中の微小粒子(PM2.5)濃度に与える影響を定量的に評価するため,以下の研究を行った。(1)野焼きの指標となるレボグルコサンを含む有機指標成分6種を対象に,BSTFAとTMCSを用いた誘導体化GC/MSによる測定法を検討し,レボグルコサンを精度よく測定できることが確認できた。同法により,関東地方で夏季と冬季に採取した大気微小粒子を測定した結果,レボグルコサンの大気中濃度は他の成分より高く,3.2440 ng/m3であった。(2)PM2.5への野焼きの影響を把握するため,関東郊外(つくば市)で,1年余(2012年7月11日2013年8月27日),毎週ハイボリウムサンプラーによりPM2.5試料を採取し,秤量による粒子重量,光学補正・熱分離炭素分析計による炭素成分(元素状炭素,有機炭素)分析を行った。(3)つくば市内の水田エリア2箇所を12週間おきに視察し,農作物(特に水稲)の作付けの様子や野焼きの実態(場所,広さ,残渣種類,時期,期間,焼却率,焼却方法等)を調査した。(4)国産の稲わら,小麦わら,大麦わら,籾殻,小豆茎葉を対象に,現場を模擬した野焼き実験により採取した粒子試料について,粒子重量,炭素成分,元素,イオンを測定し,残渣の種類や燃焼条件,含水率による排出係数や組成の違いを明らかにした。国産穀物の排出係数データは非常に少なく,これだけ多くの成分を測定したのは本研究が初めてであり,籾殻の組成は世界初のデータである。(5)最近のヘリウムガスの供給不足に対応するため,窒素をキャリアーガスに用いた炭素分析の可能性を大気試料など約20試料を対象に検討した。その結果,低濃度域ではやや値が異なるものの,窒素を用いてもヘリウムの場合と同等の測定結果が得られることを確認できた稲わらなど農作物残渣の屋外焼却(野焼き)が大気微小粒子(PM2.5)濃度に与える影響を評価するため,以下の研究を行った。稲わらなど農作物残渣の屋外焼却(野焼き)が大気環境(微小粒子濃度)に与える影響を定量的に評価するため,以下の研究を行った。1.野焼きなど各種発生源の指標となる有機指標成分の測定法を確立するため,稲わら等のバイオマス燃焼の指標となるレボグルコサンをはじめ,17種の発生源の指標となり得る35成分を対象に,標準物質を誘導体化した場合,しない場合の各々についてGC/MSで測定し,クロマトグラム形状や強度等を確認した。種々の試薬を用いて誘導体化の検討を行った結果,BSTFA(N,O-Bis(Trimethylsilyl)Trifluoroacetamide)とTMCS(Trimethylchlorosilane)によって,大半の対象成分をうまく誘導体化できることが明らかになった。2.大気微小粒子(PM2.5)への野焼きの影響を把握するため,関東郊外(つくば市,国立環境研究所)でPM2.5を2012年7月以降,毎週採取した。3.つくば市内(国立環境研究所周辺)の水田エリアを2箇所選定し,12週間おきに現地を視察し,農作物(特に水稲)の作付けの様子や野焼きの実態(場所,広さ,残渣種類,時期,期間,焼却率,焼却方法等)を調査した。4.国産の稲わら,小麦わら,大麦わら,籾殻,小豆茎葉を対象に,現場を模擬した野焼き実験により採取した粒子試料について,秤量による粒子重量,光学補正・熱分離炭素分析計による炭素成分(元素状炭素EC,有機炭素OC),PIXE (Particle Induced X-ray Emission)法による元素分析,イオンクロマトグラフィーによるイオン成分の測定を行い,残渣の種類や燃焼条件による排出係数や組成の違いを明らかにした。上記項目2,3,4に関しては計画通り実施でき,特に項目4の野焼き実験による粒子組成に関しては良いデータがとれた。

ただし,項目1の有機指標成分の測定法確立については,標準試薬による検討に留まっており,手法を確立するところまでは至らなかった。1.野焼き実験で採取した試料について,誘導体化GC/MSにより有機指標成分を測定し,残渣の種類や燃焼条件によるレボグルコサンの排出係数の違いを明らかにする。2.つくばでの大気中微小粒子の採取,野焼き実態の調査を8月頃まで継続する。3.つくばで採取した大気微小粒子中のEC/OCとレボグルコサンを測定する。4.野焼き実験で求めた微小粒子の排出係数から,既存の排出係数の妥当性を評価する。また,国内における野焼き粒子の成分別排出係数の特徴を明らかにする。5.野焼き実態調査に基づき,既存の排出インベントリーで用いられている燃焼率などの活動量の妥当性を確認するなど,既存の排出インベントリーの妥当性を検証する。6.最近のヘリウムガスの供給不足に対応するため,ヘリウム以外のガスをキャリアーガスに用いた炭素分析の可能性を検討する。大気試料採取のためのフィルター等の消耗品,GC/MS分析や炭素分析にかかるガスや試薬・有機溶媒等の消耗品の購入に約70万円をあてる。当課題の成果発表のための学会(大気環境学会)参加のために,約9万円を使用する。野焼き実験の成果を論文化する際の英文校閲費として約10万円を使用する。
脳ニューロン・グリア細胞の放射線感受性とその修飾に関する分子生物学的研究

(1)「発達期神経細胞におけるX線と炭素線の効果比」胎児チャールズリバー・ラット(17日目)の脳より海馬ニューロン細胞、グリア細胞をマイクロ手術により摘出し、1週間(未熟神経細胞)共培養した正常脳神経細胞において、アポトーシスを指標としてX線および炭素線の効果を比較したところ、「炭素線の効果がX線の約6倍大きいであること(RBE=6)」、が明らかとなった。(第48回米国放射線治療学会で発表)(2)「神経成長円錐の崩壊を指標とした未熟・成熟神経細胞の放射線感受性」胎児ひよこから摘出した神経細胞を8日間(未熟)および16日間(成熟)培養した後、X線を照射し、照射後の神経成長円錐の崩壊および細胞死について検討したところ、時間及び線量依存的に神経成長円錐の崩壊が認められ、また、未熟神経細胞がより放射線感受性であることが明らかとなった。(日本腫瘍放射線学界にて優秀Poster賞受賞)(3)「切片培養法を用いた小脳に対するX線および重粒子線の影響」(1)「発達期神経細胞における放射線感受性」胎児チャールズリバー・ラット(17日目)の脳より海馬ニューロン細胞、グリア細胞をマイクロ手術により摘出し、1週間(未熟神経細胞)もしくは3週間(成熟神経細胞)共培養した正常脳神経細胞において、30GyのX線照射により、未熟神経細胞では核濃縮像が有意に増加したが、成熟神経細胞では明らかな増加が認められなかった。つまり、成熟度で放射線感受性に違いがあること(発達期の細胞の方がより放射線感受性である)が明らかとなった。(Neroscience Letter,2006 in press)また、免疫染色にて、細胞骨格系蛋白(Actin、Drebrinなど)の発現を、X線照射後に経時的に観察を行ったところ、蛋白の発現がX線照射により変動する可能性が明らかとなった。(2)「切片培養法を用いた小脳に対するX線および重粒子線の影響」発達期のラット小脳スライス培養組織(P10)において、X線及び炭素線照射を行った後、小脳組織の形態を経時的に観察したところ、時間及び線量依存的に、小脳・外顆粒粒層の肥厚と顆粒細胞の凝縮が認められた。また、X線と炭素線で効果を比較したところ、炭素線の効果が同線量のX線の効果に比べ、約22.5倍大きいことが明らかとなり、発達期のラット正常小脳組織における、炭素線のRelative Biological Effectiveness (RBE)は22.5と考えられることが明らかとなった。(日本腫瘍放射線学界にて優秀Poster賞受賞)(3)「切片培養法を用いた小脳に対するX線および重粒子線の影響」
性感染流行動態推定に向けた複雑ネットワーク上の性感染症間の流行動態相関解析

HSV-2、淋病、クラミジア、梅毒といった入手のしやすい主たる性感染症の有病率の組み合わせからHIVの流行を予測する方法の確立の為に、性感染症間での流行動態の相関を数理モデリングにより検証する。また、性感染症間の流行干渉の流行動態に与える影響を数理モデリングにより解析する。得られた知見をもとに統計モデルを作成し、世界各国の実疫学データによるHIV流行予測手法の検証を行い、その精度を検証する。
フェレドキシン依存性ビリン還元酵素群による多様なビリン色素合成の分子機構の解明

PcyAの反応機構を明らかにするため、PcyAと反応中間体との複合体結晶の構造を決定した。加えて、化学合成した基質アナログとの複合体(PcyA-BV13)を原子分解能で解析するとともに、基質還元の特異性を変える変異体E76QとBVとの複合体の結晶構造を決定した。これらの結果から、PcyA-BV中にGlu76のカルボキシル基とBVのD環exo-ビニル基の間にOH..π結合があり、これが先行的なexo-ビニル基還元の要因であると考えられた。PcyAのVal225をAspに置換した変異体では、BV複合体の吸収スペクトルが大きく変化した。ここではBVが裏返って結合し、しかもBVの結合によるinduced fitを起こしていなかった。この結果は変異体蛋白質の構造機能解析の解釈に警告を与えた。また、BVをPcyAとは異なる部位を還元するビリベルジン還元酵素を発現・精製・結晶化し、これとSe-Met体結晶の回折実験を行った。クロロフィル分解系で主要な酵素(RCCR)の結晶構造を決定し、これからRCCRはフェレドキシン依存性ビリン還元酵素ファミリーに属することを示した。さらにRCCRの基質(RCC)結合型の結晶構造、RCCRのPhe218をValに置換した変異体、およびそのRCC結合型の結晶構造をも決定し、これらを総合して、RCCRの活性残基・反応機構を推定した。紅藻や藍藻では、ビリン色素はタンパク質に結合し、これが巨大な複合体(フィコビリソーム)を形成して光エネルギーを集めている。高等植物では、ビリン色素はフィトクロムに結合し、種子の発芽など幾つかの生理反応の制御に関与している。本研究ではビリン色素の合成に関与するフェレドキシン依存性ビリン還元酵素(FDBR)の代表であるPcyAを取り上げ、この構造生物学研究を行った。PcyAはビリベルジンを基質として、逐次2段階反応によってフィコシアノビリンへと導く。反応中間体(2段階目の反応の出発物質)である18^1,18^2-dihydrobiliverdin IXAを有機化学的に合成し、これをPcyAに結合させた状態の構造をX線結晶解析によって決定した。これにより、PcyAの反応過程でどのような構造変化が起るかを明らかにした。さらに、基質である色素の認識・反応に関与するアミノ酸残基を部位得意的に変異させたミュータントタンパク質を発現・精製した。これらのそれぞれについて酵素活性・物理化学的特性を調べるとともに、ビリベルジン結合型の結晶構造を決定した。一方、FDBRと一次構造上弱い相同性がある酵素、red chlorophyll catabolite reductase (RCCR)の結晶構造解析にも取り組んだ。多波長異常分散法により位相を決定し、構造解析に成功した。RCCRの三次構造はFDBRのそれと類似していることが明らかになった。RCCRはクロロフィルの分解に関り、FDBRとは異なった反応を触媒するが、両酵素が共通の祖先を有することを示した。PcyAはヘムの代謝産物であるビリベルジンIXα(BV)をフェレドキシン依存的に還元し、光合成や光応答に利用されるテトラピロール色素フィコシアノビリンを合成する。PcyAは、まずBVのexo-ビニル基を還元した後、反応中間体である18^1,18^2-ジヒドロビリベルジン(18EtBV)のendo-ビニル基を還元する。このような部位特異的2段階反応から、PcyAでは基質の還元部位と還元順序を厳密に認識・制御する独自のメカニズムが機能している。PcyAの反応機構の構造学的基盤を明らかにするため、すでにSynechocystis sp.PCC6803

由来PcyAのBV結合型やPcyA-18EtBVの結晶構造を決定していたが、今年度はこれらに加えて、化学合成した基質アナログであるビリベルジンXIIIα(BV13)を用いて、PcyA-BV13の原子分解能能で解析するとともに、基質還元に必須であるGlu76をグルタミンに置換したE76QのBV複合体の結晶構造解析とE76Qの酵素学的解析を行った。これらの結果を総合して、PcyA-BV中で特異的にGlu76のカルボキシル基とBVのexo-ビニル基が近接していることがわかった。これはOH-π結合といえ、このOH-π結合がPcyAの先行的なexo-ビニル基還元の構造要因であると考えられた。一方、クロロフィル分解系で主要な酵素red chlorophyll catabolite reductase (RCCR)の結晶構造を決定した。注目すべきことに、RCCRはPcyAと基本的に同じフォールディングをしており、フェレドキシン依存性ビリン還元酵素ファミリーに属することを示した。さらに、RCCRの基質であるRCCとの複合体の結晶構造を決定し、反応に関与するアミノ酸残基を同定すると共に、部位特異的還元反応の機構を提唱した。PcyAはヘムの代謝産物であるビリベルジンIXα(BV)をフェレドキシン依存的に還元し、光合成や光応答に利用されるテトラピロール色素、フィコシアノビリン、を合成する。PcyAはBVのD環のexo-ビニル基を還元した後、A環のendo-ビニル基を還元する特徴を持っており、BVの方向を厳密に区別して結合する。ところが、BVの認識に強く関与しているとは考えていなかったVal225をAspに置換したところ、この変異体PcyA-BVの吸収スペクトルに変化が見られた。この変異体PcyA-BVの結晶構造を決定したところ、BVが裏返って結合し、しかも野生型PcyAと異なりBVを結合してもinduced fitを起こしていなかった。この結果は変異体蛋白質の構造機能解析に警告を与えた。また、BVをPcyAとは異なる部位を還元するシアノバクテリア由来のビリベルジン還元酵素を発現・精製・結晶化した。この結晶とSe-Met体の回折実験を行った。一方、クロロフィル分解系で主要な酵素、red chlorophyll catabolite reductase(RCCR)、の基質(RCC)結合型の結晶構造を決定した。さらに、RCCRのPhe218をValに置換した変異体、およびそのRCC結合型の結晶構造をも決定した。これらの構造情報を総合して、RCCRの活性残基を推定すると共に、変異に伴い反応生成物の立体構造が変わる理由を示した。また、RCCRによるRCCの還元部位がRCCの中央部にあることを反映して、PcyAとは異なり、RCCRが基質をルーズに結合している必然性に説明を与えた。
分光学的精度を目指した分子軌道プログラムの高度生成

整数列によるシンボリック表現(ストリングス)を用いた、高次の励起演算子を含む結合クラスター理論の方程式の導出を自動化、整数列の並び替えによる最適化を含む計算プログラムの自動生成を行った。また、四成分相対論によるMP2-F12法と拡張された論理推進演算子によるMP3-F12法の開発を行った。これらを大規模分子系に適用するために、分子求積法に基づくF12法の超並列アルゴリズム実装を行い、イオン化ポテンシャルを高精度で見積もる露わに電子相関を考慮したダイソン方程式と制約エネルギー分母法へと拡張した。任意の励起状態を高精度に計算するための有効ハミルトニアンによる量子モンテカルロ法の研究も進めた。本年度の成果は大きく分けて,(1)一般的な結合クラスター理論のダイアグラム表現の自動生成,(2)デイラック・クーロンハミルトニアンに基づく四成分MP2-F12理論の実装,(3)MP3-F12法の新しい展開手法の開発の三点である。(1)一般的な結合クラスター理論のダイアグラム表現の自動生成一般的な結合クラスター理論に対する寄与をストリングス手法によって自動生成するプログラムを実装した。更に,ストリングスからダイアグラムへの変換を行い,その妥当性を確認した。(2)ディラック・クーロンハミルトニアンに基づく四成分MP2-F12法の開発ディラック・クーロンハミルトニアンを用いた四成分相対論ハートリー・フォック法の実装に次いで,四成分MP2-F12法の開発を行った。ノーペア近似に対する新規の強直交化射影演算子を提案し,更にヒレラースエネルギー汎関数に対する直接摂動論を適用する事により,電子間のカスプ条件を満たす新規のAnsatazを構築し,MP2-F12/A*(SP)法の範囲の実装を行った。(3)MP3-F12法の新しい展開手法の開発高次の摂動効果をF12理論で取り込む為に,従来の結合クラスターラグランジアンに基づく展開法と異なる拡張された論理推進演算子による定式化を行い,MP3-F12法で収束性を数値的に確認した。新しい展開法は,従来の手法と比較してより速やかな収束性が得られる事と,4次以上の高次相関でもF12の寄与を取り込めるというメリットがあるという事が示された。前年度までに,一般的な結合クラスター理論の稼働方程式を生成するプログラム開発が終了し、それに基づいた計算コードの自動生成が試験的に行われている。多参照結合クラスター理論についても,稼働方程式を出力するプログラムの開発が完了しており,自動生成を含まない場合はF12理論への拡張も行われている。更に,四成分相対論でのF12理論の拡張が行われ、重い元素を含む系に対しても動的電子相関が速やかに収束する手法が整っている。以上を踏まえ,H25年度は,高度な行列演算のライブラリーとアルゴリズムの見直しを行い、これまで開発された一般的な結合クラスター理論の自動生成コードの更なる計算効率の向上を行った。インデックスの動的な並べ替えを行い,可能な限りキャッシュ効率を活かした高度化を行った。更に,擬縮重を伴う任意の励起状態を計算可能なモデル空間量子モンテカルロ法の開発にも成功し,最終年度は本研究課題において高度生成部分との結果の比較を行う予定である。前年度までに,一般的な結合クラスター理論の稼働方程式を生成するプログラム開発が終了している。又,多参照結合クラスター理論については,自動生成を用いないMukherjee型のコードをF12理論に拡張し,そのテスト計算が完了している。更に,直接摂動論に基づく四成分相対論でのF12理論を定式化と二次摂動理論の範囲での実装が行われている。以上を基にH24年度は,応用計算に絶える高効率の計算コード生成を行った。既にストリングスによる高次の電子結合クラスター法の実装方法はハンガリーのKallayらによって提案されているが,指数を動的に並び替えることによってメモリーアクセスと演算量の減少を図り,さらに効率的な実装を検討した。又,大規模高精度計算を実現するためには,部分的に分子軌道に積分変換せず原子軌道積分のまま計算を行う方が高い計算効率が得られるので,原子軌道積分表示の実装の検討を行った。H25年度までに,一般的な結合クラスター理論と多参照結合クラスター理論の稼働方程式を自動生成するプログラム開発を行い、四成分相対論を含むF12理論の拡張による重元素に対する高精度電子状態手法の整備も完了した。確率的な観点から擬縮重を伴う任意の励起状態を計算可能なモデル空間量子モンテカルロ法の開発にも成功し,電子理論の適用範囲が著しく広がった。最終年度であるH26年度は,これまでの研究期間での成果を補完する理論の開発を主に行った。

比較的大きな分子の計算には不可欠な二次摂動F12法は共役分子間の分散相互作用を過大評価する事が知られており、制限エネルギー分母による露わに電子相関を考慮した摂動法を提案する事により問題の解決を図った。分子のイオン化状態についても、基底関数極限のイオン化ポテンシャルを直接求めるダイソンF12法の開発を進めた。モデル空間量子モンテカルロ法では、各種二原子分子の励起状態ポテンシャルカーブや遷移金属の計算に適用すると共に、モデル空間内の状態を同時に完全CI解に収束させるエネルギー非依存分割法への拡張と、自動生成による高次結合クラスターハミルトニアンとモンテカルロ法を組み合わせた手法の開発の検討を行った。26年度が最終年度であるため、記入しない。化学26年度が最終年度であるため、記入しない。結合クラスター理論の自動生成のプロトタイプ,4成分相対論的MP2-F12法,新規MP3-F12法の実装が完了し,初年度としては当初の計画通り,あるいはそれ以上に進展している。自動生成は計画通りに進捗している事に加え,四成分相対論の露わに電子相関を考慮した取り扱いと,モデル空間量子モンテカルロ法という新規の理論的発展があり,当初の研究計画以上の成果が得られている。単参照理論での自動生成が完了し,実用的な計算に向けたチューニングを行うレベルまで達している。又,多参照理論についても当初の計画に沿った進捗が行われている。それに加えて,四成分相対論で直接摂動論に基づくF12理論の定式化にも成功しており,課題に着手した時点の予想を超えた成果が得られている。今後は,有効なの般的結合クラスターコードの自動生成に移る。そこで得られた自動生成技術を基に,F12法と相対論的電子状態理論へと拡張を行う。目標としている実験対象は相対論効果が見える原子化エネルギーや励起エネルギーであり,空間対称性や時間反転対称性を考慮に入れた,開殻系の取り扱いも視野に入れる。現在,相対論的電子状態理論の計算時間は,分子求積法を用いても非相対論の場合の数百倍から千倍規模となっている。密度フィットや射影法を用いて,実用的なコードの開発を目指す。最終年度に向けた数値的検証へと移る。大規模分子の高精度計算から,各種補正を考慮した小さい分子の計算までを広範に行う。今後は,開発作業の継続を行うと共に,大規模分子系を含む高精度の応用計算に着手する。又,決定論的なアプローチである自動生成に加えて,確率的な手法を取り入れ,更なる発展を検討する。
教科教育における教師の指導的介入の有効性とその限界-英語科作文指導を例として-

本年度は前年度の計画を受けて、6月までに作文課題を2つ作成し、6月末に予備調査を協力高校2校(東京都1、埼玉県1)の3年生、各3クラスに対して実施した。課題形式は生徒にとって身近で書き易いと思われるものを選び、それに作文例を自然な形で付記し生徒が参考と出来るように工夫した。また辞書の過度の使用を防ぐために作文例の中に多少の日本語を混入させて、どうしてもわからない時は日本語を入れて書いてもよいことを示唆した。また、作文の提出については、どうしても出したくない者には強制しないこととした。この研究の実施によって英語嫌いを生じさせたくなかったからである。予備調査の結果を受けて7月に作文課題を修正し、本調査の課題を取り敢えず5つ作り9月の第1週より上記協力高校に於て本調査を開始した。調査と並行して残りの5つの課題も作成した。中間考査までに6週間、その後4週間計10週間にわたって英作文プログラムを実施した。高校3年生たちの書いた作文は誤りなどすべてそのままに入力しそれぞれの語数、文数をfluency measureとして数えるとともに、正確さ、および作文全体の印象をそれぞれ5段階評価で評価した。現在、デ-タ処理の最終段階として統計的処理を行っている。報告書は5月末に出来上がる予定である。デ-タ処理はひき続き行ない、今回の分析には入れることの出来なかった、文章としてのまとまりについての意識(text awareness)についても、研究する予定である。本年度は、次年度(平成元年度)に行う本調査のための準備として、プログラム実施概要の決定、英作文課題及び作文用紙の作成、分析システムにおける変数の選定、協力校の設定などに費やされた。まず第1に、研究に協力して本調査を実施してくれる協力校(公立高校2、私立高校1)が内定した。次に、英作文プログラム実施の概要を次のように定めた。原則としてプログラムは第2学期に実施する。協力校の事情が許せば12週間、毎週1回英作文課題を生徒に課す。その内の最初の2回は練習用とし、データ分析には含めない。添削グループの添削は研究班の方で行なうことなどとした。英作文課題の選定については、現在までに行われている英作文指導において用いられている課題例を網羅的に収集し、そのデータを参考にしながら現在、協力校との打ち合せを行っている。原則としては、題目と書き出しの文を与えて生徒に続けさせるという方法を採用する予定である。分析の対象とする変数についても、先行研究の広範な調査に基づいて選定を行うようにした。まず、全体のfluencyの伸びを見るために、単語数、文の数をaccuracyの指標としてerrorをグローバルなものとローカルなものに分けて取り上げる。また、生徒の「文章」としての意識がどのように変化するかを見るために、cohesionのインデックスとして照応関係も変数として取り上げることとした。生徒の参加意欲を高めるための工夫もなされた。作文用紙を一人一人まとめて管理させるためのバインダーを用意し、用紙はカラフルなものにした。実施の詳細については引き続き協力校と検討を続けている。
プラセオジムニッケル酸化物における巨大酸素透過能の発現機構

ガリウム,ランタンと銅を適当量含むプラセオジムニッケル酸化物(Pr_<0. 9> La_<0. 1>)_2(Ni_<0. 74> Cu_<0. 21> Ga_<0. 05>)O_<4+δ>が高い酸素透過率と電子伝導度を有する構造的要因を原子・電子レベルで研究した。高温中性子回折法により、酸化物イオンは、格子間酸素を介して二次元的に移動することがわかった。格子間酸素を介した酸化物イオンの移動が高い酸素透過性の要因である。本研究では,酸素透過性と熱安定性に優れたランタン,銅およびガリウムを添加したプラセオジム・ニッケル酸化物を試料に用い,高温中性子回折によりデータを収集し,構造解析を実施した。X線の代わりに中性子を用いることで,電子による擾乱を避けて,原子核の分布を捉えることに成功した。また,測定試料を高温に保持したままで測定できる高温加熱装置を利用し,もともと酸素イオン伝導度が高い材料を最高1016°Cという高温で測定したので,常温ではわからないイオンの分布を鮮明に捉えることができた。得られた高温中性子回折データをリートベルト法,情報理論に基づく最大エントロピー法,全パターンフィッティングを組み合わせたMPF法(MEM-based Pattern Fitting method)により解析し,結晶構造内の酸素イオンの複雑な三次元分布を導き出すとともに,酸素イオンの分布状態を可視化することに成功した。その結果,酸素イオンは結晶構造内で,二次元の連続的に広い範囲に渡って分布していることが判明し,酸化物イオンの拡散経路を明らかにすることができた。可視化された酸素イオンO^<2->の拡散経路はO2-O3-O2のように曲がりくねってab面内を2次元的に移動することがわかった。O3酸素原子は過剰な酸素原子で(Pr_<0.9>La_<0.1>)_2(Ni_<0.74>Cu_<0.21>Ga_<0.05>)O_<4+δ>のδ=0.15に相当している。O2酸素原子は円盤状の大きな異方性を示す。円盤状のO2酸素原子と格子間のO3酸素原子が高い酸素透過性のポイントであることがわかった。さらに,温度を変えた実験も行い,温度依存性のデータも収集。低い温度では局在していた酸化物イオンが温度の上昇とともに拡がって,O2-O3-O2のように連結して移動しやすくなることを突き止めた。これは酸素透過性が温度上昇とともに向上する原因になっている。本研究では,酸素透過性に優れた銅およびガリウムを添加したプラセオジム・ニッケル酸化物を試料に用い,高温中性子回折によりデータを収集し,構造解析を実施した。昨年度の試料はランタンを含んでいたが、今年度は含んでいない。また,測定試料を高温に保持したままで測定できる高温加熱装置を利用し,もともと酸素イオン伝導度が高い材料を最高1010°Cという高温で測定したので,常温ではわからないイオンの分布を鮮明に捉えることができた。O3酸素原子は過剰な酸素原子である。O2酸素原子は大きな異方性熱振動を示す。これは酸素透過性が温度上昇とともに向上する原因になっていると考えられる。本研究では,酸素透過性に優れた銅およびガリウムを添加したプラセオジム・ニッケル酸化物を試料に用い,高温中性子回折データを用いて構造解析を実施した。昨年度の試料はプラセオジムが欠損している。

得られた高温中性子回折データをリートベルト法,情報理論に基づく最大エントロピー法,全パターンフィッティングを組み合わせたMPF法(MEM-basedPatternFittingmethod)により解析し,結晶構造内の酸素イオンの複雑な三次元分布を導き出すとともに,酸素イオンの分布状態を可視化することに成功した。その結果,酸化物イオンは結晶構造内で,二次元の連続的に広い範囲に渡って分布していることが判明し,酸化物イオンの拡散経路を明らかにすることができた。可視化された酸素イオンO^<2->の拡散経路はO2-O3-O2のように曲がりくねってab面内を2次元的に移動することがわかった。O3酸素原子は過剰な酸素原子である。O2酸素原子は大きな異方性熱振動を示す。さらに,温度を変えて測定したデータの解析も実施した。低い温度では局在していた酸化物イオンが温度の上昇とともに拡がって,O2-O3-O2のように連結して移動しやすくなることを突き止めた。これは酸素透過性が温度上昇とともに向上する原因になっていると考えられる。