hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
洪水玄武岩マグマの成因に関する実験的研究

本研究は洪水玄武岩が沈み込んだ海洋地殻の再溶融プロセスで形成されたとするモデルを高圧実験により検証する事をめざしている.このために,まず海洋地殻を構成する玄武岩(MORB)の溶融実験,特にガ-ネット,単斜輝石と液が共存する高圧条件下での実験をおこなって,高圧下におけるMORBの溶融相関係を明らかにするとともに固液元素分配を決定する.これによって,海洋地殻の溶融に伴う液組成の変化を,溶融度,圧力の関数として明らかにすることができる.この結果と,洪水玄武岩の化学組成との比較から,洪水玄武岩マグマの生成条件を求めることを目的とする.本年度はまず昨年度圧力発生部分を作成したMA-8型高圧装置に使用する温度制御装置を組み上げ,長時間の高圧・高温実験が可能となるシステムを完成した.その後,この装置を使用して海洋性地殻物質,MORBに関する溶融実験ガ-ネット,単斜輝石と液が共存する高圧条件下でおこなった.一連の実験から,3-5GPaの圧力下でMORBの部分溶融によって生じる液の化学組成は地殻物質の混染を受けていないデカン洪水玄武岩類のうち最も分化の程度の低い岩石の化学組成に類似のものであることが判明した.現在,このような温度・圧力条件下ので,最も分化や混染の程度の低い岩石について溶融実験をおこない,このデカン洪水玄武岩が初生液相として晶出するガ-ネット,単斜輝石の化学組成を検討している.まだ最終的結論に至っていないが,デカン洪水玄武岩のうち比較的未分化のものは沈み込んだ海洋地殻の再溶融プロセスで形成した考えると多くの特徴を説明できることがわかっている.さらに,これらの実験によって求めた洪水玄武岩マグマの生成条件を制約条件として,マントルプルームの上昇に関する熱的条件をコンピュータシミュレーションによってもとめた.この結果,プルームのサイズ,上昇速度などに制約を与えることに成功した.昨年度までに行った海洋性地殻物質(MORB)およびデカン洪水玄武岩に関する溶融実験の補足的実験を行った.これによって,3ー5Gpaの圧力下での玄武岩質マグマにおけるガーネット,単斜輝石,液の量比が温度・圧力の関数として求められた.この結果とこれまでに公表されている鉱物ー液間の微量元素分配係数を使って,海洋地殻物質の部分溶融度と液中ヘの微量元素の濃集度との関係を求めることが可能となった.ペリドタイトシステムにおいてはこれまでに公表されている元素分配と溶融相関係から,同様に部分溶解度と液中ヘの微量元素の濃集度との関係を求めた.これらの結果を利用し,ペリドタイトー海洋地殻複合プルームモデルから予想されるマグマ組成の検討をおこなった.この結果,デカン洪水玄武岩に代表される洪水玄武岩が,ペリドタイトー海洋地殻複合プルームの溶融によって生じると考えると,主化学組成だけでなく微量元素濃度の点でも十分に説明できることが分かった.また,マントルペリドタイトの部分溶融のみでは洪水玄武岩にみられる微量元素の特徴を説明できないことも明確になった.さらに,この様なペリドタイトー海洋地殻複合モデルがマントル内を上昇できるかどうかの密度・粘性の物理約性質を考慮した力学的制約条件を計算機実験により検討した.上述の化学的制約と力学的制約との組み合わせにより,デカン玄武岩のうち最も始源的なマグマは海洋地殻物質を約10%含む複合プルームが3Gpaの圧力で溶融した場合に生じるマグマと考えることができることが分かった.
新奇形態に基づく特性を発現する超分子ポリマーの創出

本研究は、ユニークな「形」の超分子ポリマーを創出し、非共有結合で形成される主鎖の形状に由来する特性・機能の発現を目的とする。以前に合成した水素結合性ジフェニルナフタレン分子の集合挙動を精査することで、ランダムコイル構造が螺旋構造に自発的に折りたたまれることが明らかになった。ジフェニルナフタレン分子は水素結合によって環状六量体を形成する。この環状六量体が積層することでランダムコイル構造を多く含む螺旋構造を形成した。この超分子ポリマー溶液を室温で7日熟成すると、ランダムコイル構造が次第に螺旋構造へと変化し、最終的に螺旋構造が何重にも折りたたまれた構造へと変化した。さらに、この折りたたまれるメカニズムが、乱れて配列した分子が同じ鎖内に存在する正しく配列した分子にならって整っていく現象によって説明できることを見出した。この成果は、Science Advances誌に掲載済みである。この分子デザインに基づいて、共役部位を変えた分子を合成し物性を調査してきた。その中で、湾曲したターフェニレンを有する分子が超分子ポリマーを形成することで高い発光量子収率を示すことが明らかになった。この分子は高極性溶媒であるクロロホルム中では芳香環の回転運動に起因する無輻射失活によってほとんど発光を示さない。この溶液に低極性溶媒であるメチルシクロヘキサンを加えることで強い緑色発光を示した。走査型トンネル顕微鏡観察や原子間力顕微鏡観察の結果、この発光溶液中でテープ状の超分子ポリマーが形成されていることが明らかになった。水素結合部位を持たない参照分子は発光しないことから、この分子は超分子ポリマーの形成によって発光していることが分かった。水素結合性ジフェニルナフタレン分子が形成するランダムコイル構造が螺旋構造に自発的に折りたたまれることが明らかになった。ランダムコイル構造から螺旋構造への構造転移を原子間力顕微鏡や小角X線散乱測定で追跡するだけでなく、様々な形態の超分子ポリマーを作り分けられることを利用して、構造転移のメカニズムを見出すことに成功している。また、当初の計画にはなかった凝集誘起発光超分子ポリマーの構築にも成功している。分子デザインには改善の余地があり、発光量子収率の向上や発光色をチューニングすることができれば、有機発光デバイスへの応用も期待できる。以上より、本年度の研究は順調に進んでいると判断できる。最終年度は、ターフェニレン分子が形成する超分子ポリマーとその発光特性の関係解明に着手する。ターフェニレン分子が低極性溶媒中で形成する超分子ポリマーのナノ構造を走査型トンネル顕微鏡観察や原子間力顕微鏡観察だけでなく広角X線回折測定で精査する。発光特性を種々の分光測定で精査し、ナノ構造との相関を見出す。さらに、共役部位を変えることで発光量子収率の向上や発光色のチューニングを試み、有機ELデバイスへの応用を志向した材料開発を進める。

発光特性を種々の分光測定で精査し、ナノ構造との相関を見出す。さらに、共役部位を変えることで発光量子収率の向上や発光色のチューニングを試み、有機ELデバイスへの応用を志向した材料開発を進める。
実験的真珠腫モデルを用いた真珠腫上皮成長因子の検討

中耳真珠腫は強い増殖性と周囲組織の破壊をもたらす疾患であるが、これまで成因が明らかにされておらず、真珠腫に特異的な発現を示す増殖因子も確定されていなかった。本研究では再現性のある動物実験モデルを、ゲノム解析が終了した動物であるラットにおいて作成することに成功した。この真珠腫モデルを用いて真珠腫増殖に関連する遺伝子を同定する手がかりが得られた。平成19年度、これまでモルモットを用いて作製してきた中耳真珠腫実験モデルをラットで作製する実験を行った。今後の課題である真珠腫増殖に関連する遺伝子の同定を行うため、再現性のある安定した実験モデルをラットで作製することが今年度の重要課題であった。1.実験方法生後68週齢のウィスター系ラット10匹を用いた。全身麻酔後、左側中耳骨胞を手術用顕微鏡下に開放し、骨胞内の粘膜をダイアモンド.バーを用いて可及的に除乱去した。予め採取した耳介基部の皮膚(2×2nm)を全層て結合組職側を下に骨面へ移植した。開放した骨胞を閉鎖し、創面を縫合した。皮膚移植3週後、全身麻酔後に再び左側中耳骨胞を開放した。10匹のラットを真珠腫群とコントロール群に2分した。真珠腫群5匹では皮膚嚢胞の形成を確認した後に嚢胞壁を破り、嚢胞内の表皮剥屑物(debris)を可及的に掻き出して上皮下の肉芽組織内布に散布した。コントロール群5匹では嚢胞壁を破らずに骨胞を閉鎖し、創面を縫合した。左側中耳骨胞の再開放後4週目に、動物をペントバルビタールの致死量投与により屠殺し、左側頭骨を摘出した。2.結果真珠腫群で2匹、コントロール群1匹で感染などのため、結果から除外した。真珠腫群では3匹とも骨胞内を占拠する真珠腫の形成が確認された。コントロール群では4匹とも皮膚嚢胞の形成は確認されたが、いずれも増殖傾向は認められなかった。3.考察と今年度への課題実験結果から、これまでモルモットを用いて作製してきた中耳真珠腫実験モデルをラットで作製することは可能であった。再現性のある安定した実験モデルを得るためには感染などに注意する必要があった。今年度はラットでの実験モデルを使用して真珠腫群とコントロール群の間で、摘出した組織のマイクロアレイ解析を行い、真珠腫増殖モデルにおいて特異的に発現している遺伝子を見つけることを目標とする。中耳真珠腫はその強い増殖性から周囲の骨組織(聴器)の破壊を伴い、高度の難聴、めまい、顔面神経麻痺、頭蓋内合併症など重篤な後遺症をもたらす疾患である。しかしこれまで雨現性のある重物実験モデルがなく、中耳真珠腫の増殖機序に対して特異的な発現を示す因子は報告されていなかった。本研究ではこれまで我々の行ってきたモルモットを用いた真珠腫実験モデルを、ゲノム解析が終了した動物であるラットにおいて作成することに成功した。生後68週齢のウィスター系ラット11匹において、耳介皮膚の中耳骨胞への自家移植により、死亡や感染による脱落例2例を除いて全例で真珠腫モデルガ認められた。ゲノム解析が終了した動物であるラットにおいても真珠腫実験モデルを作成できたことは今後の研究発展の見地から重要と考える。モルモットにおい研態的および病理組織学的に強い増殖性を示した真珠腫群はラットにおいても同様に強い増殖性を示した。またモルモットにおいて作成された真珠腫はすべて嚢胞(closed)型であったが、ラットにおける今回の実験では真珠腫群(増殖モデル)、コントロール群を含めてclosedとopen typeがほぼ同じ割合で形成された。この原因として動物種の違いによる解剖学的な差、あるいは真珠腫の成因の一因として考えられている、創傷治癒機転に違いがあった可能性がある。同一の型の真珠腫モデルで増殖過程に発現する遺伝子を比較検討するため、今後はよりヒト真珠腫に近い嚢胞型モデルの作成頻度を向上させる必要がある。今回の検討では、マイクロアレイ解析に十分な量の組織採取が困難であったため、最終的な遺伝子解析の結果をまとめることができなかつた。現在、2検体の組織を合わせて解析を行っており、明瞭なRNAのバンドが見られている。今後の学会や論文発表で群細が明らかにできると思われる。
両生類におけるアクアポリンの多様性と進化、および環境適応に関する分子生物学的研究

アフリカのサヘルに生息する無尾両生類では、膀胱でAQP6/a2Uが水再吸収に関与している可能性が示唆された。さらに、ネッタイツメガエルの表皮の解析により、AQP6/a2Sが水が少ない環境に順応する際に重要である可能性が示唆された。また、抗利尿ホルモン応答性の経上皮水輸送機構の起源が無尾類と有尾類の祖先種まで遡る可能性が示唆された。カエルツボカビ症については、症状の発現にAQP6/a2Sが関与している可能性が示唆された。1無尾類における水輸送機構水生のネッタイツメガエルでは、水中生息時には、腹側皮膚型AQP(AQPa2S)mRNAの発現が認められず、転写が抑制されていた。しかし、減水環境で飼育するとAQPa2SのmRNAおよびタンパク質の発現が検出された。さらに、減水環境で飼育したツメガエルの皮膚の水透過能をUssing chamberを用いて解析した結果、皮膚の水透過性が増加することも示された。したがって、ネッタイツメガエルは、減水環境下では腹側皮膚を介して水吸収を行うことにより、乾燥した環境に順応している可能性がある。2有尾類における水輸送機構陸棲の有尾両生類ブチイモリ(Notophthalmus viridescens)は、陸上では約1時間で体重が10%減少し、その後再び水に戻すことにより、約1時間で体重が元のレベルまで回復した。他の水棲(アカハライモリ)・半水棲(シリケンイモリ)のイモリでは、体重が10%減少するまでに約7時間、その後水に戻してから体重が回復するまでに約7時間を要した。さらに、10-8Mのバソトシン(AVT)を投与すると、ホルモン投与に応答して、腹側皮膚を介して水を吸収し、体重が増加した。AVTまたはPBSを投与した個体の皮膚を用いて腹側皮膚型AQP(AQPa2S)の局在を解析すると、AQPa2SはAVTに応答して最外顆粒細胞のアピカル側細胞膜に局在していることを示した。これらの結果は、陸棲のブチイモリが多くの陸棲・樹上棲の無尾両生類と同様に、抗利尿ホルモン応答性AQPa2Sの局在を変化させることで、腹側皮膚から水を吸収し水恒常性を維持していることを示している。本研究により、有尾両生類が無尾両生類と同様の腹側皮膚型AQP(AQPa2S)を介した水吸収機構を有していることが示され、水吸収機構の起源が無尾目と有尾目が共通の祖先まで遡ることが示唆された。1.無尾類における水輸送機構:1)アフリカのサヘルに生息する無尾類における水輸送機構;Ouedraogo博士の協力により、アフリカ・ブルキナファソで乾季に野生のツメガエルを採取し、in vitroの実験系で、皮膚の水透過性を解析したが、個体差が大きく、水中時と減水時で有意差は認められなかった.2)ネッタイツメガエルの減水時における膀胱でのAQPの発現動態;ネッタイツメガエルを減水条件に曝し、膀胱における膀胱型AQPa2、AQP5、AQP3の局在の変化を免疫蛍光染色により解析した.膀胱型AQPa2とAQP5の細胞内分布に関しては、新規のデータが得られたが、AQP3に関しては、結果の一部が以前のものと異なっていた.その原因を調べたところ、ネッタイツメガエルの個体そのものの生理状態が以前の個体と異なっている可能性が高いという結論に達した.今後、ネッタイツメガエルの供給元に相談し、状態の良い個体を分与してもらう予定である.2.有尾類における水輸送機構:Hillyard博士と共同で進めている、陸生の有尾類・ブチイモリにおける水輸送機構の解析については、下腹部皮膚での研究成果を纏め、論文を作成している.膀胱については、膀胱型AQPa2とAQP5のcDNAのコード領域の塩基配列を決定した.RT-PCRにより、AQPa2とAQP5のmRNAが、浸水時、脱水時、再浸水時のいずれにおいても膀胱で発現していることが判明した.さらに、免疫蛍光染色により、AQP5タンパク質が顆粒細胞の頂部側に局在することが示された.3.無尾類の水ホメオスタシスに与えるツボカビの影響:宇根博士と共同で研究を進め、樹上生のイエアメガエルでは下腹部皮膚における水輸送がツボカビの影響を受けるという結果が得られた.現在、AQPの免疫蛍光染色を行っている.平成27年度の研究計画は、1無尾類における水輸送機構、2有尾類における水輸送機構、3無尾類の水ホメオスタシスに与えるツボカビの影響について研究を進めることであったが、主要な研究は行われ、研究結果が得られている.1については、予想していた結果とは異なってしまったが、2については、ブチイモリに関して現在論文を作成中であり、3については、イエアメガエルに関して免疫蛍光染色の結果とswellingアッセイの結果が得られれば、成果を纏めて論文の作成に移ることができる.アフリカのサヘルに生息する無尾両生類では、膀胱でAQP6/a2Uが水再吸収に関与している可能性が示唆された。

カエルツボカビ症については、症状の発現にAQP6/a2Sが関与している可能性が示唆された。平成26年度の研究計画は、1水生の無尾両生類における水輸送機構、2有尾両生類における水輸送機構、および3無尾類の水ホメオスタシスに与えるツボカビの影響について解析を進めることであったが、主要な計画は行われ、研究結果が得られている。現在、1と2に関しては、ほぼデータが揃い、論文作成の準備段階にある。無尾類における水輸送機構に関しては、アフリカのサヘルに生息するAmietophrynus regularisやネッタイツメガエルで、皮膚や膀胱での水輸送ならびにAQPの細胞内分布について解析する予定である.また、腹側皮膚については、次世代シーケンサーを用いてRNA-seq解析を行う計画である.有尾類における水輸送機構に関しては、論文を学術誌に掲載し、報告する予定である.無尾類の水ホメオスタシスに与えるツボカビの影響に関しては、イエアメガエルでのAQPの細胞内分布を解析し、さらにswellingアッセイを行うことにより、成果を纏めて論文を作成する予定である.さらに、陸生のツノガエルについても解析を進める計画である.内分泌学無尾類における水輸送機構に関しては、野生のツメガエルにおける解析、減水時における膀胱型AQPa2の発現動態の解析、および減水時におけるAQP5の発現動態の解析を行う予定である。また、有尾類における水輸送機構に関しては、AQPの水・グリセロール透過能の解析、および水輸送の生理学的解析を行う予定である。さらに、無尾類の水ホメオスタシスに与えるツボカビの影響に関しては、樹上生のイエアメガエルと共に、陸生のツノガエルでも解析を進める計画である。雇用した特別研究員がNIHに予定より早く移動した。加えて、研究経費を最大限節約することにより、次年度使用額が生じた。なお、研究経費節約による研究への支障はなかった。研究経費を最大限節約することにより、次年度使用額が生じた。次世代シーケンサーによるRNA-seq解析、抗体の作製・アフィニティ精製、試薬の拡充、故障したCCDカメラの修理等に充てる。研究の進展を目的として特任研究員1名を雇用し、次年度使用額の大半は、その人件費として使用する。また、残りは試薬・抗体などの消耗品に充てる。
距離測定に関わる視覚神経機構の組織学的、電気生理学的研究

多くの動物にとって、対象物までの距離測定は生死に関わる重要な視覚機能である。ヒトは複数の手掛りで距離を知るが、両眼視差が最もよく知られている。サルなどの脊椎動物では両眼視差に対する応答が脳内で記録されている。昆虫も視覚的に距離を測る。ハエやハチが障害物を回避しながら、高速で飛翔できるのは、常に周囲の物体との距離を測っているためである。しかし、距離測定のニューロン機構を生理学的に解明した研究は昆虫では、ほとんどなかった。本研究では、動物が対象物までの距離を測る視覚神経機構をニューロンレベルで解明することを目的とし、カマキリ、ハンミョウの幼虫、スズメガを対象に距離感受性視覚介在ニューロンを検索した。ハンミョウの幼虫は対象物の遠近を識別し、逃避行動あるいは捕獲行動を解発する。本研究では、近い対象物、あるいは遠い対象物に特異的にスパイク応答する距離感受性視覚介在ニューロンを電気生理学的、形態学的に幼虫の視葉内で特定した。これは、昆虫で同定された最初の距離感受性ニューロンの報告例である。これらの距離感受性ニューロンの樹状突起の視葉内分布は、行動実験、眼の構造から予測されたものと合致した。カマキリは獲物までの距離を測り、前肢の進展距離を調節する。本研究では、カマキリの複眼視覚系のニューロン構築を最初に調べた。次に、運動検出ニューロン、距離感受性ニューロンをの電気生理学的に検索した。特定の距離で動く対象物に対し、視葉のニューロンから選択的なスパイク応答は記録された。現在、それらのニューロンの形態的同定を進めている。スズメガは、花弁の前で静止飛行をしながら、体長より長い吻を差し込み採密する。これらのガが、花弁との距離を測っていることは、その行動から明らかであるが、そのしくみは不明である。本研究は、その視覚系の構造を明らかした。本研究は動物が対象物までの距離を測る視覚神経機構をニューロンレベルで解明することを目的している。具体的には、カマキリ、ハンミョウの幼虫、スズメガ等の昆虫を対象として、それらの視覚系の構造と機能を調べ、以下の知見を得た。【ハンミョウの幼虫の距離感受性ニューロン】ハンミョウの幼虫は近くの対象物にはジャンプする捕獲行動、遠い対象物には逃避行動を示す。この行動の切り替えは1個の単眼でも可能である。研究代表者は単眼視覚系で近くを動く物体と遠くを動く物体の各々に選択的に応答するニューロンを見出した。レンズ系の幾何光学的測定から、近くの対象物と遠くの対象物は網膜上の異なる位置に正焦点像を結び、これが遠近の距離識別に関わる可能性を示した。本研究では遠近のそれぞれの物体に応答する距離感受性ニューロンの形態を調べ、それらが網膜上の異なる部位から入力を受けることを明らかにした。【ホウジャクガの視覚系】ホシホウジャクは薄暮時に花の間を高速で飛翔し、静止飛行をしながら花弁に長い吻を差し込み採蜜する。この昆虫の視覚は時間分解能、空間分解能が共に高く、かつ正確な距離を測ることが予測される。しかしながら、ガの複眼は夜行性の重複象眼であり、感度は高いが、分解能は低いとされてきた。近縁種のホウジャクガで、レンズと小網膜のサイズから、高い分解能を説明した報告があるが、本研究の詳細な観察ではレンズと小網膜にそのような特別な工夫はないことが明らかになった。

現在、高分解能、高感度、かつ正確な距離測定を可能にする重複象眼のデザインを検討している。【カマキリの複眼視覚系】カマキリの餌捕獲は視覚行動であり、複数の距離測定機構が利用されている。しかし、その視覚系の構造に関する報告は少なかった。本研究ではカマキリの視覚系のニューロン構築を詳細に観察した。本研究は昆虫が対象物との距離を測る仕組みを明らかにすることを目的としている。複数の昆虫を対象としているが、今回はハンミョウの幼虫で得られた結果について報告する。従来の実験で、ハンミョウの幼虫が捕獲可能な距離内を動く対象物とそれより遠い位置にある対象物を視覚的に区別することを報告した。この距離の識別には頭部両側にある6対の単眼のうち、大きな2対が関わることを示してきた。幼虫は2対の単眼により100%の精度で距離を識別するが、1個の単眼でもある程度の識別が可能であることを示した。ヒトは対象物の絶対サイズを学習したり、レンズの厚みを調節することで、片眼でも距離を測ることが出来る。しかし、厚みがフヘンデ、かつ固定された角膜レンズの単眼しか持たない、幼虫が1個の眼で対象物までの距離を測ることはありえないと考えられた。著者はハンミョウ幼虫の単眼の構造に注目し、形態測定と光学測定を行った。最初に単眼レンズのサイズ(厚さと曲率半径等)とレンズから網膜までの距離を測定した。次に、摘出し角膜レンズにレーザー光を照射し、その光路を顕微鏡下で直接観察することで、焦点の位置を特定した。その結果、レンズの光軸に平行な光も、斜め30度からの光もほぼ同じ深さで結像することが確かめられた。その深さは眼の中心部で測定したレンズから網膜までの距離と一致した。レンズから網膜までの距離は眼の周辺部では中心部より2030μm大きいので、周辺部では近視眼である可能性が示唆された。しかし、対象物が接近すると、結像レベルは深くなるため、周辺部でも像が網膜上に形成される。これらの結果は、遠い対象物は網膜中心部で、近い対象物は網膜周辺部で正焦点像を形成することで遠近を識別する可能性を示唆している。さらに、切片観察で得られた形態学的パラメーターを厚いレンズの結像公式に代入し、光学測定の結果が妥当であることを確認した。
概念形成・知識獲得過程の理論化

班の研究会は,6月(西尾班と合同)と11月に開いた.各分担者による研究成果は,以下に示す通りであるが,本年度も当初の計画通りの成果が得られた.(1)概念形成と知識獲得の論理.有川は,概念形成と知識獲得を発展させて,機械発見の論理の基礎を構築し,仮説空間自体の論駁可能性が基本であることを明らかにした.小野は,知識獲得の論理を従来の様相論理に基づいた知識の論理の観点ではなくて,累積的推論の観点から整理して,新しい体系の構築に踏み出した.(2)推論による概念形成と知識獲得.石塚は,仮説推論の高速化の研究を発展させ,知識ベース・コンパイルや数理計画法準拠の手法等を用いて,高速化メカニズムを明らかにした.原口は,類推理論を発展させ,新しくアナロジーを構造写像として定義し,構造写像にガイドされる形式で推論する新しい類推方式をモデル推論の枠組を用いて与え,その極限同定性を証明した.佐藤は,帰納推論の方式の精緻な特徴付けに成功し,帰納推論可能性の新しい有用な必要十分条件を与え帰納推論の研究を飛躍的に発展させた.(3)概念形成と知識獲得における計算量.丸岡は,学習過程と情報圧縮過程との関係を,単調性や保存性の条件との関連のもとで研究し,新しい学習アルゴリズムを与えた.横森は,言語の帰納学習を扱い,ある種のオートマトンのクラスの多項式時間MAT学習可能性を明らかにした.富樫は,再帰的並行プロセスの学習理論を展開し,帰納推論による合成アルゴリズムを与え,理論の妥当性を実証した.班の研究会は,9月と12月に開催した.各分担者による本年度の研究成果は,以下に示す通りであるが,全般的にみて,本年度も当初の計画通りの成果が得られた.(1)概念形成と知識獲得の論理.小野は,最近提案された「結論への飛躍」という新しい論理の枠組みを詳細に検討して,これを概念形成と知識獲得の論理としてまとめあげることが可能であることを示した.有川は,推測回数の制限された帰納推論について深く研究した.従来の極限における同定と違って,確信がもてた時点でただ1回だけ正しい仮説を出力するという有限同定の特徴付けに成功した.また,指示された回数だけしか仮説を出力できない帰納推論の方式についても同様に重要な成果を得た.(2)推論による概念形成と知識獲得.石塚は,不完全な知識を仮説として操作する仮説推論について,理論および実際からの研究を行い,推論の速度を飛躍的に高速化することに成功した.原口は,法規の欠落を補うための法解釈技術としての類推とその基本メカニズムを提案し,理論化を試み,拡大解釈,類推解釈,類似性制約下での一般化操作などについて基本的な成果を得た.篠原は,昨年度展開していた極小多重汎化に関する研究を続行し,正データから多項式時間学習可能な有用なクラスを得た.(3)概念形成と知識獲得における計算量.丸岡は,PAC学習可能性と情報圧縮に関する精密な理論を展開して,昨年度指摘しておいたいくつかの問題を解決した.横森は,MAT学習,特に非決性有限オートマトンの学習可能性について,重要な成果を得た.富樫は,代数的プロセスを対象とした,概念形成と知識獲得について,計算量も考慮した新しい理論を展開した.有川は,協力者と共に,計算量理論に基づいた学習理論を展開し,それをアミノ酸配列からの知識獲得に応用し,単純で非常に精度の高いモチーフの発見に成功した.班の研究会は,6月(西尾班と合同)と11月に開いた.各分担者による研究成果は,以下に示す通りであるが,本年度も当初の計画通りの成果が得られた.(1)概念形成と知識獲得の論理.有川は,概念形成と知識獲得を発展させて,機械発見の論理の基礎を構築し,仮説空間自体の論駁可能性が基本であることを明らかにした.小野は,知識獲得の論理を従来の様相論理に基づいた知識の論理の観点ではなくて,累積的推論の観点から整理して,新しい体系の構築に踏み出した.(2)推論による概念形成と知識獲得.石塚は,仮説推論の高速化の研究を発展させ,知識ベース・コンパイルや数理計画法準拠の手法等を用いて,高速化メカニズムを明らかにした.原口は,類推理論を発展させ,新しくアナロジーを構造写像として定義し,構造写像にガイドされる形式で推論する新しい類推方式をモデル推論の枠組を用いて与え,その極限同定性を証明した.佐藤は,帰納推論の方式の精緻な特徴付けに成功し,帰納推論可能性の新しい有用な必要十分条件を与え帰納推論の研究を飛躍的に発展させた.(3)概念形成と知識獲得における計算量.丸岡は,学習過程と情報圧縮過程との関係を,単調性や保存性の条件との関連のもとで研究し,新しい学習アルゴリズムを与えた.横森は,言語の帰納学習を扱い,ある種のオートマトンのクラスの多項式時間MAT学習可能性を明らかにした.富樫は,再帰的並行プロセスの学習理論を展開し,帰納推論による合成アルゴリズムを与え,理論の妥当性を実証した.
レニナンギオテンシン系と呼吸器感染症重症化のクロストーク

2003年から2004年にかけてアウトブレークが生じたSevere acute respiratory syndrome-coronavirus(以下SARS-CoV)による感染では全世界の約8000名が罹患し、その内の約10%が急性呼吸器切迫症候群(ARDS)で死亡した。感染の重症化機構として2006年、SARS-CoVの受容体である2型アンギオテンシン変換酵素(以下ACE2)の発現低下の重要性が提唱されたが、その機序並びに意義は不明であった。申請者は、SARS感染に伴うACE2の発現低下が宿主側因子であるTNF-α変換酵素(TACE:TNF-αconverting enzyme)による切断(シェデイング)によって誘導されること、SARS-CoVがACE2を介してTACEを活性化することでTNF-αの分泌を誘導する一方、TACE機能がウイルス感染にも重要な役割を示す事を証明した。同時に、病原性の弱いコロナウイルスとして2004年に同定され、その後ACE2を受容体として感染することが報告されたNL63-CoVに関する解析も行った。その結果興味深いことに、NL63-CoVはTACEを活性化せず、ACE2細胞外ドメインの切断やTNF-αの分泌を誘導しないことが明らかとなった。NL63-CoVは主として"風邪症候群"を誘発するのに対してSARS-CoVはARDSも含めた重篤な呼吸器症状を引き起こす。このような臨床症状の違いはACE2に対する両者の作用の違いによる可能性が示唆された。TACE活性化に引き続く細胞内シグナル伝達について解析した結果、PKCの基質で喘息発作の際に誘導されるMARCKS(Myristoylated alanine-rich C kinasesubstrate)のリン酸化がSARS-CoV由来スパイク蛋白質により惹起されることも見いだしている2003年から2004年にかけてアウトブレークが生じたSevere acute respiratory syndrome-coronavirus(以下SARS-CoV)による感染では全世界の約8000名が罹患し、その内の約10%が急性呼吸器切迫症候群(ARDS)で死亡した。TACE活性化に引き続く細胞内シグナル伝達について解析した結果、PKCの基質で喘息発作の際に誘導されるMARCKS(Myristoylated alanine-rich C kinasesubstrate)のリン酸化がSARS-CoV由来スパイク蛋白質により惹起されることも見いだしている
アクティブパワードマスカプラシステムの開発に関する実験的研究

本研究計画では、アクティブパワードマスカプラ(連結振り子)式制震(振)システムの開発を目指し、最終年度は、本制震システムの特性を生かした具体的な応用手法を提案するための研究に取組んだ。アクティブパワードマスカプラは、構造物に設置した動吸振器の付加質量部を、地盤面等の固定面とも別途連結し、アクチュエータでこの連結材のふるまいが、みかけ上負剛性を有するように制御を行うシステムであり、動吸振器に要求される付加質量を大幅に低減しても、同等の減衰性能を維持可能なような改良が加えられる。前年度の研究では、実験装置の試作によりアクティブパワードマスカプラの性能評価を行ったが、模型レベルでは制御装置の減衰調整がフレキシブルに行えないため、実験条件は限定されていたが、免震構造のような長周期の振動系の特性改善のための本システムを利用の有望性が指摘された。そこで本年の研究では、この成果を裏付けるため、免震構造物系を対象とし、その特性改善にアクティブパワードマスカプラを利用するための設計法の提案を目指し、数値実験を中心とした検証を行った。得られた成果を概述すると以下のようになる。(1)免震構造物系に設置される粘性減衰要素は、免震化領域の周波数成分をもつ外乱入力に対し、免震効果を損なうが、アクティブパワードマスカプラを代置することで、その特性は改善可能であることが示された。(2)定点理論に基づき誘導したパワードマスカプラ式制震システムの調整式を連結振り子付きハイブリッド式免震構造物に適用するための設計法を提案し、数値実験により地震時挙動のシミュレーションを行った結果、提案手法の有効性が示された。(3)パワードマスカプラ式制震装置を免震構造物の支承部に設置することにより、長周期成分を含む外乱に対しても、免震層の加速度応答増加が抑制されると同時に、免震層の変形抑制効果もあるが示された。本計画では、地震動を受ける構造物応答の低減について、減衰に変わるメカニズムを有する動吸振器の特性のさらなる改善を目指し、パワードマスカプラ(連結振り子)式制震(振)システムの開発を目指し、実験的アプローチから本システムの有効性を検証するための研究を実施した。この制震装置は、動吸振器の付加質量を低減するかわりに、振り子部分の振動をアクティブに増幅する機構を設け、本来、地震等の外乱が生じている際に存在すれば十分である「制御力」をできるだけ「常駐型」設置の錘でなく、アクチュエータによる「非常駐型」供給に置き換えることをねらいとしている。本年度の研究では、パワードマスカプラ式制震装置の理論モデルに基づく実験システムを作成するための準備段階として、以下のような項目について研究を実施した。(1)制御装置の駆動部分の実験用試験体を作成するとともに、作動試験・性能評価試験を行い、所定の負剛性系を適切に再現するために必要な装置のスペックを検討した。(2)パワードマスカプラ式制震装置の実験モデルの駆動状態の予備的計測結果に基づき、数値実験上でのモデルとの整合を行った。(3)定点理論に基づき、パワードマスカプラ式制震システムの構成パラメータを適切に設計するための調整式の誘導を行い、数値実験によりその妥当性について検討を行った。(4)パワードマスカプラ式制震装置の実用的な応用システムの提案を目指し、本装置を免震構造物の支承部に設置したハイブリッド式システムを試作し、その有効性を数値実験により検討し、その有効性を確認した。
定住ラテンアメリカ人のChagas病疫学調査と輸血感染予防対策

Chagas病は輸血により感染する南米に特有の疾患である。わが国での輸血感染防止を目的に、本疾患の病原体Trypanosomacruziの感染の有無について、在日日系ラテンアメリカ人の血清抗体検査を行った。その結果15/1108名の抗体陽性者が検出された。日本での献血経験者16名はいずれも抗体陰性であった。しかし、Chagas病の輸血感染予防対策上今後も更に献血現場での抗体検査は強力に進める必要がある。(1)在日ラテンアメリカ人によるChagas病の献血輸血による2次感染予防対策に向けての国内、ブラジルの日系社会での本疾患の感染状況を抗体検査、アンケートなどを通じ得、献血現場での献血自粛呼びかけ。(2)抗体スクリーニングの必要性を訴える。(3)国内外日系ブラジル人社会での本疾患に対する啓蒙活動。(4)国内医療機関、赤十字献血ポストなどでの本疾患に関する啓蒙活動。在日ラテンアメリカ人の集中する愛知県、静岡県、神奈川県、及び海外での活動:1.愛知県保見団地ラテンアメリカセンターにて、Chagas病についての注意喚起を行い、団地の住民構成の70%がブラジル人である事が判明した。調査活動の実施には彼らの仕事の関係上、土曜日日曜日が望ましく、企業検診は産業医との協力を得る事が求められた。2.神奈川県内にもかなりのラテンアメリカ人が定住しているが散在しており、集団検診の形での調査は困難である。医療機関からの診断依頼では慢性Chagas病と判明した物は2名いた。1人はボリビア人、1名はブラジル人の突然死例であった。3.静岡県ではChagas病に関する注意喚起を産業医、検査企業に対して行い、その後、企業検診の機会にも恵まれた。受診者には本疾患の恐ろしさ、潜在キャリアーの存在、輸血感染の危険性についての講話を行い、ビジュアル資料を提供した。その結果、350件余りの抗体検査が実施できた。陽性2名、擬陽性2名で現在精査検討しており、今後、陽性者への対応が課題である。4.日伯援護協会巡回医療班の協力を得て、多数の出稼ぎ者を出しているブラジルの目系人移住地周辺でのChagas病に関するアンケート調査、抗体検査を行なった。その結果、約5%に感染が見られ、Chagas病既往歴、死亡者等を加味すると、移住者社会30歳以上の年齢層には、10%以上の感染者の存在が推定できた。1.在日ラテンアメリカ人のシャーガス病検査についての啓発活動を神奈川県【平塚】、長野県【松本】、滋賀県【甲賀市、湖南市】にて行い、希望者に対する血液抗体スクリーニング検査を実施した。いずれもNPO-SABJA(在日ブラジル人支援する会)、NPO-北信外国人支援ネット、びわこ国際医療フォーラムの活動支援の一環として行われ、長野県では松本協立病院、滋賀県では公立甲賀病院の協力を得て実施された。平塚、群馬ではブラジル領事館の依頼で、NPO-SABJAの支援活動として健康相談をブラジル人医師が行い、その場で依頼を受け抗体検査を行った。その結果106名の検査希望者のうち2名に抗体陽性者が検出された。2.一方、彼等の出身母国ブラジル連邦共和国内日系移住地在住者についてのシャーガス病感染リスクについての調査では、日系移住地には昨年度同様に10%強の感染リスクを抱えており、21年度は是非東北ブラジルに点在する目系移住地についての検診調査を依頼された。3.健康相談現場、献血現場での全血スクリーニングキットの開発は、Dot-ELISA法から、Rapid法に改良し、現場でのスクリーニングに対応できるようにし、慢性シャーガス病患者の多い東北ブラジルにて試用し、既存の検査キットの結果と遜色のない結果がえられ、迅速スクリーニング検査キットとして期待される。4.今年度はNPOとの共同活動において多くのブラジル人コミュニティーを対象に啓発活動がおこなえた。検査キット開発には現在でも新規患者、慢性患者を抱える南米での評価は欠かすことは出来ない。国内活動:定住化ラテンアメリカ人へのChagas病啓蒙活動昨年度に引き続き、NPO法人SABJA、NPO法人MAIKEN、NGO-Disque saude、ブラジル領事館などの協力の下、啓蒙活動を行った。その結果、ブラジル人社会を中心に積極的な啓発活動につながり、ラテンアメリカ人を中心に発行されるメデイア(Portal Web News, IPCなど)で活動内容が全国レベルで発信されるようになった。その結果ラテンアメリカ人の多くが集住している関西地域外国人支援NPOなどから啓蒙活動への参加協力要請が次年度(最終年度)においても継続される。海外活動:定住化ラテンアメリカ人の多くを送り出している、ブラジルの日系社会でも、先のメデイアの反響で、関心が高まり、ブラジル各地の日系移住地で同様の啓蒙活動を日伯援護協会、東北伯レシフェ市日本人会等の協力要請の基に現地検診検査協力を行った。ブラジルにおける日系人社会のChagas病感染の背景について有意義な情報が得られ、今後、在日日系ブラジル人に対する健康指導などに新たな情報提供が出来る。

献血現場でのラテンアメリカ人献血希望者に対する対応改善上記啓蒙活動を通じて得た情報として、多くのラテンアメリカ人が献血に協力をしていることがわかり、輸血感染が危険視される本疾患の2次感染予防のための献血自粛に向けての呼びかけ、または献血血の抗体スクリーニングの重要性が強調された。各地医療機関からの検査依頼(虫血症):啓蒙活動の結果医療機関からのT.cruzi抗体検査依頼も増加し、虫血症が1名、新たに見出された。1)本年度は在日日系人554名、在ブラジル日系人41名の合計595名について慢性シャーガス病感染(Trypanosoma cruzi抗体)について検査を行った。その結果国内においては9/554名の抗体陽性者が検出された。危惧される献血者であるがいずれも抗体陰性であった。しかし、在南米経験のある日本人から抗体陽性者が出た事は、献血輸血感染予防対策上長期南米滞在者に関してはラテンアメリカ人同様にT. cruzi抗体のスクリーニング対称にすべきであろう。今後更に献血輸血現場に対する注意喚起をより強力に進める必要がある。2)ラテンアメリカ人集住地域での抗体検査の際にはブラジル領事館の協力の下にブラジル人医師が伴い、またラテンアメリカ人の支援活動を行うNPO-SABJA,Disque Saude,NPO-MAIKENなどの協力も得られ、支障なく検査が行うことが出来た。ブラジルにおいては日伯援護協会、東北ブラジル・レシフェ市日本人会などの協力を得ることが出来た。3)ブラジル人集住地域のある自治体で各県日赤血液センターにて、現場に立つ医療関係者にシャーガス病感染予防を目的とした研修講演を行った。その結果、愛知県の一部でラテンアメリカ人に対して献血時の抗体検査の項目に、実験的にT. cruzi抗体スクリーニング検査を加えることが出来たことは多大なる成果と評価したい。今後も更にラテンアメリカ人社会をかかえる各県日赤血液センターでスクリーニング検査が実施されるように期待する。
H6型鳥インフルエンザウイルスの宿主域決定に与るウイルス蛋白の機能解析

本研究において、水禽由来および家禽由来のウイルスが極の壁を超えるのに必要な因子を解明することを目的として解析を行った。ニワトリ気管で増殖するウイルスであるA/teal/HongKong/W312/97(H6N1)(teal/97)、ウズラでのみ増殖するウイルスであるA/duck/Shantou/5540/01(H6N2)(duck/Ol)からクローニングした発現プラスミドを作製し、teal/97ウイルスをベースに遺伝子分節を1本ずつduck/01ウイルスのものと入れ替えた遺伝子再集合体を作出した。これらの遺伝子再集合体を培養細胞に接種してウイルス増殖を検証し、HA、PB2またはM遺伝子にその原因があることを突き止めた。上記の遺伝子再集合体をウズラまたはニワトリ由来の培養細胞に接種した結果、ウズラ由来の細胞では全ての遺伝子再集合体は同様に増殖した。一方、ニワトリ由来細胞ではHAおよびPB2遺伝子がduck/01ウイルス由来の遺伝子再集合体の増殖が著しく低下することが明らかとなった。次に、先述の試験をウズラとニワトリを用いた感染実験で検証した。ウズラでは全ての遺伝子再集合体の増殖が確認された。一方、HAおよびPB2遺伝子がduck/0lウイルスに由来する遺伝子際集合体はin vitro試験と同様に、ニワトリでは増殖できないことが判明した。この成績は水禽由来のウイルスが宿主の壁を越える際に少なくとも2つのタンパク質の変化が必要であることを示唆している。teal/97のHA分子は鳥型およびヒト型両方のレセプターを認識するのに対し、duck/01のHA分子は鳥型のレセプターのみを認識していたことがHA分子についての原因と考えられる。また、PB2についてはその原因となる領域が明確に示されていないため、詳細に比較して機能部位を明らかにすることが必要である。今後の展望として、PB2タンパクと相互作用する宿主因子を明らかにし、その因子と宿主特異性の関連を実証する予定である。本研究において、水禽由来および家禽由来のウイルスが種の壁を超えるのに必要な因子を分子レベルで解明するために解析を行っている。まず、近年東アジア地域で分離されたH6ウイルスの遺伝子を系統進化学的に解析した。その結果、ヘマグルチニン(HA)遺伝子は1)家禽由来、2)水禽由来の大きく2つの系統に分かれることが判明した。また水禽由来のHA遺伝子はさらに2つのクラスターに分けられることが明らかとなった。その他の遺伝子分節は主に水禽由来の遺伝子であり、他の亜型ウイルス間で遺伝子再集合を繰り返している。1997年以来香港で分離された家禽のH6ウィルスの内部遺伝子は同年またはそれ以降に発生した高病原性H5N1株のそれを未だに継承しているものが殆どである。次に遺伝子解析に基づいた遺伝子型別から各遺伝子型の代表株を選抜した。ウズラとニワトリを用いた感染実験を実施し、生物学的性状を解析した。その結果、家禽(ニワトリを除く)から分離されたウイルスはウズラとニワトリ双方の気管からウイルスが分離された。一方、野生水禽由来のウイルスはウズラの気管のみで分離されニワトリからは分離されなかった。この現象はウズラとニワトリの培養細胞を用いたin vitro感染実験においても同様の結果が得られた。これらの知見を元にニワトリ気管で増殖するウイルスとしてA/teal/HongKong/W312/97(H6N1)(teal/97)、ウズラでのみ増殖するウイルスとしてA/duck/Shantou/5540/01(H6N2)(duck/01)をそれぞれ選抜し、全遺伝子をクローニングした。クローニングされた遺伝子から発現プラスミドを作製し、teal/97ウイルスをベースに遺伝子分節を1本ずつduck/01ウイルスのものと入れ替えた遺伝子再集合体を作製した。

この成績は水禽由来のウイルスが宿主の壁を越える際に少なくとも2つのタンパク質の変化が必要であることを示唆している。teal/97のHA分子は鳥型およびヒト型両方のレセプターを認識するのに対し、duck/01のHA分子は鳥型のレセプターのみを認識していたことがHA分子についての原因と考えられる。また、PB2についてはその原因となる領域が明確に示されていないため、詳細に比較して機能部位を明らかにすることが必要である。今後の展望として、PB2タンパクと相互作用する宿主因子を明らかにし、その因子と宿主特異性の関連を実証する予定である。
プロトン伝導性酸化物における界面イオン伝導機構に関する研究

固体酸化物燃料電池のプロトン伝導性電解質の性能はプロトンの溶解反応、物質移動などの欠陥反応に支配される。そのため点欠陥形成挙動を定量的に把握し、材料設計を行うことが重要である。本研究では代表的な酸化物プロトン伝導体であるBaZrO3に着目し、第一原理計算を用いて雰囲気、温度の変化に伴う熱平衡濃度の定量的な算出を行った。BaZrO3のプロトン濃度は、化学量論組成に大きく依存するため陽イオン比の適切な制御が必要であることが定量的に示され。またアクセプター添加元素の違いによりプロトンの束縛エネルギーが大きく変化し、元素の選択によりプロトン伝導に寄与する有効キャリア濃度が大きく減少することが示された。平成24年度は代表的なプロトン伝導体であるBaZrO3においてドナー型とアクセプター型の欠陥における会合対の形成エネルギーを計算し、単欠陥と複合欠陥の全てを考慮した欠陥平衡濃度の導出を行った。イオン伝導のキャリアであるプロトンを導入するためにYやScなどのアクセプター型のドーパントが添加される。しかし、低温においては導入されたプロトンのほとんどがアクセプター欠陥である添加元素と会合対を形成する。会合対は主要な欠陥種であり無視することはできないことが明らかになった。このような添加元素近傍にトラップされたプロトンは長距離拡散を必要とするイオン伝導には寄与できない不活性キャリアと考えられる。このためイオン伝導度の熱活性化エネルギーには移動エネルギーに加えて会合エネルギーも含まれる。高プロトン伝導体の創出には、こうした会合エネルギーの低減も必要と考えられる。BaZrO3(001)-Pt(001)の電極-電解質整合界面モデルを構築し、その界面安定性や電子構造の詳細な解析を行った。電極界面近傍1nm程度のBaZrO3において価電子帯の主成分であるOの2p軌道とPtの5d軌道の混成によりバンドギャップが消失して金属的な電子構造になっていることが明らかとなった。界面近傍では、酸素空孔やプロトンは形成しやすいことも明らかとなった。当初の計画には含まれていなかったが、第一原理計算による欠陥形成エネルギーの計算と熱力学に基づく欠陥平衡を考慮することで、TiO2における粒内、(110)表面における欠陥形成挙動の温度・分圧依存性を定量的に明らかにした。プロトン伝導性固体酸化物燃料電池の実用化を実現させるためには固体電解質におけるプロトン伝導率を向上させる必要がある。プロトン伝導性は電解質である酸化物へのアクセプター元素の添加と酸化物イオン空孔の形成、酸化物イオン空孔と水蒸気の水和反応によるプロトン溶解という複雑な欠陥反応を介して発現する。本研究では代表的なプロトン伝導体であるBaZrO3を対象として第一原理計算による点欠陥形成エネルギーの評価と熱力学に基づく熱平衡欠陥濃度の導出を行った。過去の研究では、主に単独欠陥についての議論がなされてきたが、特に本研究では全ての欠陥種を計算対象とし、陽イオン欠陥による不定比性や欠陥対についても考慮した。当初の計画では単欠陥とその界面近傍での形成挙動を解析する予定であったが、会合対の形成はプロトン伝導性BaZrO3において主要な反応であることが明らかになったため、解析の中心を会合対の網羅的な計算に変更した。点欠陥形成エネルギーの計算を実施した結果、溶解した伝導キャリアであるプロトンの大部分がアクセプター元素に捕獲され会合対を形成することが確認された。またBaZrO3のような複酸化物の場合、陽イオンの不定比性がプロトンの溶解量を大きく変えることも明らかになった。特にBa欠損条件下ではYのような添加元素はBaサイトとZrサイトの両方を占有することで自己電荷補償を起こしてしまい、プロトン溶解量が大きく低減されることを定量的に明らかにした。代表的なBaZrO3へのアクセプター添加元素であるYとScについて会合エネルギーの計算と熱平衡濃度を算出した結果、Scの方がYよりも会合対形成エネルギーが大きく、多量のプロトンを捕獲してしまうことが定量的に示された。BaZrO3ではY添加系の方がSc添加系よりもプロトン伝導率が高い。その要因は会合対形成エネルギーの差で説明が可能である。界面欠陥平衡を解析するために表面モデルの構築を行った。表面モデルとしては分極面ではない非極性面であるBaZrO3の(001)面に着目し、BaO終端とZrO2終端の2種類で検討を行った。表面エネルギーの計算結果はBaO-rich条件ではBaO終端面、ZrO2-rich条件ではZrO2終端面が安定であることが確認された。また電子構造解析の結果、保表面において、バルクよりもバンドギャップが減少することがあきらかになった。これは界面におけるダングリングボンドの影響によるものと考えられる。

得られた、(001)面表面モデルに対して表面からの距離を変化させて酸素空孔、プロトンを導入し形成エネルギーの位置依存性を調査した。その結果、酸素空孔、プロトンのいずれのモデルにおいても表面スラブモデル中央のバルク領域よりも表面近傍で形成エネルギーが低下することが明らかになった。またBa空孔やZr空孔のようなカチオン由来の欠陥も表面近傍で形成エネルギーが低下することがあきらかになった。粒内とは異なる表面での余剰な欠陥形成は界面でのキャリア欠陥の拡散に大きな与えると考えられる。また、今年度はペロブスカイト型酸化物とともに代表的な高温プロトン伝導体である希土類リン酸塩LaPO4、LaP3O9における欠陥形成エネルギーの検討を行った。希土類リン酸塩では、酸素欠損がペロブスカイト型酸化物に見られるような「空孔型」ではなく複数のリン酸イオン((PO4)3-)が縮合した縮合リン酸塩((P2O7)4-)として存在することが赤外分光法等の実験から示唆されていた。今回、第一原理計算による欠陥構造解析によって、LaPO4、LaP3O9中の酸素欠損は縮合リン酸塩の形態で存在することが計算からも明らかになった。当初の予定には無かったが、会合対を考慮した熱平衡欠陥濃度の評価の結果、会合モデルは主要な欠陥種であり無視できないという重要な成果を得ることができた。イオン伝導体におけるキャリア濃度の定量評価において極めて有意義である。今後の界面モデルの平衡濃度モデルにおいても会合対を考慮する。Pt電極とBaZrO3電解質の界面モデルの計算により、金属-半導体界面では言われている金属誘起界面準位が形成されていること、電極電解質界面で欠陥が形成しやすい傾向にあることが明らかになり、異相界面に関する成果も十分に達成されている。また光触媒材料であるTiO2の粒内・表面におけるプロトン由来の欠陥生成に関する成果もまた有意義な成果である。表面モデルに対する点欠陥構造解析を実施することで、表面近傍においてイオン伝導のキャリアであるプロトンや酸素空孔が粒内よりも形成しやすくなるが、キャリアの拡散を阻害すると考えられるカチオン空孔の形成も促進されるという新しい知見を得ることができた。平成24年度の粒界モデルに関する理論解析の予備的な情報を得ることができたといえる。また、当初の研究計画には無かったがBaZrO3と同じく代表的なプロトン伝導性酸化物である希土類リン酸塩における欠陥平衡の解析も実施することで、LaPO4、LaP3O9中における欠陥形成挙動の酸素分圧、水蒸気分圧依存性を定量的に評価し、BaZrO3とLaPO4、LaP3O9の解析結果を比較した。結晶構造の違いが溶解プロトン濃度に与える影響を調べた本研究結果は、酸化物へのプロトン溶解反応を支配する材料学的因子を理解する上で重要な知見であると考える。BaZrO3の粒界モデルとしてΣ5対応粒界モデルを採用することを予定している。粒内における欠陥平衡反応から決定された主要な欠陥種群を選択し、界面でのカチオン元素の不定比性の可能性についても考慮した粒界における点欠陥形成エネルギーの計算、得られたエネルギーに基づく熱平衡濃度の導出とその気相分圧依存性を解析する。平成24年度は表面モデルのによる結果を踏まえて、粒界モデルの構築を行う。