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ヒト悪性リンパ腫細胞の増殖を抑制するGymnodinium A3の硫酸多糖

海洋微細藻GymnodiniumA3をESM培地、21.5°C、3,500lux、2カ月間培養した後、細胞外に生産された粘稠性物質をEtOH及びCTAB沈殿法によって酸性多糖を得た。更にDEAE-セルロースイオン交換クロマトによって0.8M(GP1)、1.0M(GP2)、2.OM NaCl(GP3)溶出画分多糖を得た。GP2の構造は-4)-β-D-Galp(1-のガラクタンのC-2に硫酸基がエステル結合し、C-3に乳酸基がエーテル結合している乳酸含有硫酸ガラクタンと解析され、GP1はGP2及びGP3と同様な構造をもつ硫酸ガラクタンであるものの、乳酸含有率が低いことが認められた。GP2はヒト骨髄リンパ系培養細胞U-937及びK562細胞に対して細胞毒性を有していた。細胞毒性機構として、GP2が培養細胞表面に付着し、細胞内の核酸に細胞増殖の抑制や細胞死等の命令を発していると考えた。U937細胞に対しては細胞内の核酸タンパク質リン酸転移酵素活性の減少を引き起こし、このことによって有糸分裂阻止及びアポトーシス誘導を起こすことが認められた。また、K562細胞に対しては細胞内のテロメラーゼ阻害を引き起こし、ガン細胞の増殖を抑制することが認められた。更に、ヒトDNAのトポイソメラーゼ阻害活性を有しており、ガン細胞の増殖阻止が考えられた。また、乳酸含有率の低いGP1において、これらの作用が認められなくなったことより、これらの作用機構において、乳酸の結合が重要な役割を有していることが考えれる。これらのことより、海洋微細藻Gymnodinium A3の生産した乳酸結合硫酸ガラクタンはヒト骨髄悪性リンパ腫に対して抗ガン作用が期待されることが示唆された。本多糖はヒト悪性リンパ腫細胞系のMT-4、CEM、Molt-4、U-937細胞に対してそれぞれ、CC_<50>=2.7、5.0、13.7、17.3μg/mlの濃度で強い細胞毒性が認められた。この多糖は定常期の細胞(MRC-5、MDCK、Vero、MKN-28)に対して200μg/mlでも細胞毒性が認められないが、MKN-28の増殖期には細胞毒性が認められた(CC_<50>=32μg/ml)。これらのことより、本多糖は細胞殺傷効果よりも細胞増殖抑制効果を有しているものと考えられる。多糖体は高分子物であるため、細胞内に侵入し、遺伝子の転写抑制や細胞基質の崩壊などのネクローシスを引き起こすのではなく、細胞表面の部位に結合し、そこから細胞内の核に増殖抑制の指令を与えるアポトーシスを誘導しているものと考えた。ヒト悪性リンパ腫細胞の一種であるK-562細胞は、本多糖を添加することによって以下のアポトーシス特有の傾向を示した。1)フローサイトメトリーで細胞粒子の縮小したDNAフラグメントの検出、2)May-Giemsa染色による光学顕微鏡観察で細胞小胞体の観察、3)In situキッドでDNAフラグメントの末端ラベルの核酸への取り込み、4)アガロース電気泳動でDNAの断片化によるラダーバンドの確認が認められた。又、MT-4細胞においても同様の結果が得られたことからも、本多糖はヒト悪性リンパ腫細胞系に対してアポトーシスを誘導していることが示唆された。
有機遷移金属錯体におけるトランスメタル化反応の自在制御

有機ボロン酸のパラジウム、ロジウム、白金等の後期遷移金属とのトランスメタル化反応は、これらの金属錯体を触媒とする有機合成反応の鍵段階として重要であるが、その詳細はわかっていなかった。本研究によって、白金錯体とのトランスメタル化反応の機構を、いかに示す通り解明することが出来た。有機ボロン酸は酸化銀の存在下で二価白金錯体と反応させると、ボロン酸の共役塩基であるボロナト基が配位した新しい白金錯体を生成する。2つのボロナト配位子を有するシス型の白金錯体は配位子の水酸基が脱水環化した環状構造錯体に変化する。前者の錯体は酸化銀の存在下でさらに芳香族ボロン酸と反応して、トランスメタル化によるアリール白金錯体を生成した。後者の環状錯体は添加物なしでも芳香族ボロン酸と反応してアリール白金錯体を生成し、さらに、条件によってはヒドロキソ白金錯体を生成していることを明らかに出来た。これらの結果に基づいて有機ボロン酸と白金錯体とのトランスメタル化反応の機構をまとめた。すなわち、有機ボロン酸、塩基、白金錯体の反応によって生じるヒドロキソ白金錯体、アリールボロナト白金錯体のいずれも、芳香族ボロン酸のトランスメタル化反応によってアリール白金錯体を生成する。また、この2つの錯体は通常の条件で平衡にあるため、反応に用いる塩基の種類や濃度、ボロン酸の濃度に応じて複数の経路のうち速度論的に有利な経路によってトランスメタル化が進行する。ヒドロキソ錯体のトランスメタル化反応での役割について確認するために、ヒドロキソ架橋二核白金錯体と有機ボロン酸との反応を行なった。塩基等の添加なしで、アリール白金錯体が生成したことから、ヒドロキソ錯体を中間体とするトランスメタル化反応経路の存在も明らかになった。パラジウム錯体触媒による有機ボロン酸の交差カップリング反応の基礎反応であるトランスメタル化を錯体化学的な手法を用いて量論反応として実現し、その機構および触媒反応との関連について明らかにした。テトラメチルエチレンジアミン(tmen)を含む4-メチルフェニル(ヨード)パラジウム錯体と各種芳香族ボロン酸との反応を酸化銀および水の存在下でおこなった。2,6-および2,4,6-フルオロフェニルボロン酸の室温の反応では相当する2つのアリール配位子をもつシス型のジアリールパラジウム錯体を合成単離することができた。反応混合物のNMRスペクトルからホウ酸の生成を確認した。一方、2,4-ジフルオロフェニルボロン酸との反応では室温で量論的なクロスカップリング反応が進行し、2,6-ジフェニル-4'-メトキシビフェニルが高い収率で生成した。ここではジアリールパラジウム錯体は生成しているものの、ビアリールの還元的脱離がすみやかにおきている。錯体の構造をX線解析により明らかにした。これらのパラジウム錯体は室温溶液中では安定であるが、溶液を加熱することによってビアリールの還元的脱離をおこす。熱分解反応速度を追跡すると、反応はいずれの条件でも錯体濃度に一次の速度式にしたがった。パラジウム錯体は反応の過程でパラジウム金属として分離する。フマル酸ジメチルを添加した反応では、パラジウム金属の析出を抑えることができる一方、無添加の反応とほぼ同じ速度で反応が進行することから、生成物は還元的脱離反応に関与していないことがわかる。反応速度定数の温度変化からもとめた活性化エントロピーは小さい負の値であり、反応が四配位の状態から協奏的に進んでいることが示唆される。以上、パラジウムを用いるボロン酸の量論的なトランスメタル化によるジアリールパラジウム錯体の生成をはじめて明らかにした。
北東北における生活綴方教育実践に関する調査・研究-戦後社会科実践との関連から-

本研究では、北東北(青森、秋田、岩手)3県において、戦前および戦後初期、生活綴方教育実践を展開した教師たちの実践の実際の一部と、それらの特質について検討した。本研究では、第一次資料や聞き取り調査の中から、「社会科前史」にあった戦前の生活綴方教育実践の実像、個々の教師の内面に蓄積された教育的知見を指摘した本研究では、北東北(青森、秋田、岩手)3県において、戦前および戦後初期、生活綴方教育実践を展開した教師たちの実践の実際の一部と、それらの特質について検討した。本研究では、第一次資料や聞き取り調査の中から、「社会科前史」にあった戦前の生活綴方教育実践の実像、個々の教師の内面に蓄積された教育的知見を指摘した本研究は、北東北の戦前生活綴方教育実践が戦後社会科実践の史的背景にあったという前提から、特に戦前・戦後の実践者の歩みに着目し、北東北という「地域の教育実践史」という角度から、「社会科前史」にあった戦前の生活綴方教育実践の実像を探り、あわせて彼ら個々の教師の内面に蓄積された理論を解明することを目指すものである。研究初年度の本年度は、「戦前」の生活綴方実践に着目し、以下の過程の調査研究をすすめた。第一に、文献による基礎研究である。戸田金一らの先行諸研究の検討とあわせ、主に以下の各実践者の実践の足跡と実際について、同時代及び後時代の著書・雑誌論文等を中心に講読し、基礎的事実を整理しつつその特質を分析検討することに努めた。(1)青森:土岐兼房(『生活綴方と共に』1987)、三上斉太郎(『生活綴方運動の回想』1990)他。(2)秋田:加藤周四郎(『わが北方教育の道』1979、他)、佐々木昂(『佐々木昂著作集』1982)、鈴木正之(『北方教育著作集』1992)他。(3)岩手:石橋勝治(『戦前戦後を貫く民主教育実践の足跡』1972、他)、高橋啓吾(『生活綴方への回顧と今日性』1979)他。第二に、戦前の生活綴方教育実践に関する未発掘資料の収集・分析検討である。北東北3県内の各地域における実地調査、特に秋田大学附属図書館内「北方教育資料室」(図書館関係者等の協力をいただきながら)から、未検討の第一次史資料(地方教育雑誌記事、同人誌、学級文集、等)の探索・収集を行った。その上で、その一部について資料の分析・検討を実証的に行った。その成果の一端は、小論「1935年前後における北方教育運動の-断面-吉田農の-論稿から-」等において明らかにした。以後、関連文献目録を作成する予定である。なお、戦後初期を含め、戦前の生活綴方教育実践に関する聞き取り調査については、当時の関係者の探索が不十分に終わり未実行であるが、関係者の探索等を継続的に行い、聞き取り調査の実施と成果公表を行う予定である。戦前・戦後初期当時の実践の実態、各実践者のライフヒストリー、教師としての人物像やその足跡の実際について聞き取り、検討を進める計画を以後継続して立てたい。本研究は、北東北の戦前生活綴方教育実践が戦後社会科実践の史的背景にあったという前提から、特に戦前・戦後の実践者の歩みに着目し、北東北という「地域の教育実践史」という角度から、「社会科前史」にあった戦前の生活綴方教育実践の実像を探り、あわせて彼ら個々の教師の内面に蓄積された理論を解明することを目指すものである。研究2年目の本年度は、昨年度に引き続き、「戦前」の生活綴方実践に着目しつつ、あわせて戦後にも着目し、資料収集・調査等の作業を行なった。第一に、文献による基礎研究を、昨年度に引き続き行なった。具体的に、戸田金一や村山士郎らの先行諸研究の検討とあわせ、主に以下の各実践者の実践の足跡と実際について、同時代及び後時代の著書・雑誌論文等を中心に講読し、基礎的事実を整理しつつその特質を分析検討することに努めた。(1)青森:鈴木喜代春、橋本誠一、嶋祐三、ほか。(2)秋田:鈴木正之、花岡泰雲、ほか。(3)岩手:吉田農、永井庄蔵、吉田六太郎、菅原恭正、ほか。第二に、戦前・戦後の生活綴方教育実践に関する未発掘資料の収集・分析検討である。北東北3県内の各地域における実地調査、特に秋田大学附属図書館内「北方教育資料室」や山形県国民教育研究所資料室のほか、図書館関係者等の協力をいただきながち、未検討の第一次史資料(地方教育雑誌記事、同人誌、学級文集、等)の探索・収集を行った。その成果の一端は、小論「『イサワ教育こんわ会』の憲法科特設論について」(戦前戦後岩手の生活綴方教師・永井庄蔵の社会科・憲法教育論についての考察)において明らかにした。なお、戦前・戦後の生活綴方教育実践に関する聞き取り調査については、関係者の探索等を継続的に行い、聞き取り調査の実施と成果公表を行う予定である。戦前・戦後初期当時の実践の実態、各実践者のライラヒストリー、その足跡の実際について聞き取り、検討を進める計画を、研究のまとめの年となる来年度に継続して立てていきたい。

本研究は、北東北の戦前生活綴方教育実践が戦後社会科実践の史的背景にあったという前提から、特に戦前・戦後の実践者の歩みに着目し、北東北という「地域の教育実践史」という角度から、「社会科前史」にあった戦前の生活綴方教育実践の実像を探り、あわせて彼ら個々の教師の内面に蓄積された理論を解明することを目指したものである。研究の最終年度、3年目の本年度は、昨年度に引き続き、「戦前」の生活綴方実践に着目しつつ、あわせて戦後にも着目し、資料収集・調査等の作業を行なった。第一に、文献による基礎研究である。戸田金一らの先行諸研究の検討とあわせ、主に以下の各実践者の実践の足跡と実際について、同時代及び後時代の著書・雑誌論文等を中心に講読し、基礎的事実を整理しつつその特質を分析検討することに努めた。(1)青森:橋本誠一、嶋祐三、ほか。(2)秋田:鈴木正之、花岡泰雲、ほか。(3)岩手:永井庄蔵、吉田六太郎、菅原恭正、ほか。第二に、戦前・戦後の生活綴方教育実践に関する未発掘資料の収集・分析検討である。北東北3県内・東北6県の各地域における実地調査、特に秋田大学附属図書館内「北方教育資料室」や山形県国民教育研究所資料室のほか、図書館関係者等の協力をいただきながら、未検討の第一次史資料(地方教育雑誌記事、同人誌、学級文集、等)の探索・収集を行った。その上で、その一部(北東北3県とあわせて、特に山形)について資料の分析・検討を実証的に行った。その成果の一端(および関連文献目録の作成・公表)は、学会発表(後掲)において明らかにした(公表を行なった)。第三に、嶋祐三氏(青森)、千葉努氏(岩手)への、戦後生活綴方・北方性教育運動に関する聞き取り調査を行なった(千葉氏への聞き取り調査の公表は、後掲の報告書)。戦前・戦後の生活綴方教育実践に関する聞き取り調査の成果にづいては、その整理.分析を行った上で、次年度以降成果公表を行う予定である。
組織および血管のリモデリングにおける脂肪由来幹細胞の機能解析

皮弁挙上、外傷、脂肪移植、圧迫(褥瘡)、放射線照射、血行不全(糖尿病ほか)など、形成外科において脂肪組織が虚血に陥ることは頻繁に遭遇するが、何が起こっているのか調べられていない。マウスの鼠径脂肪組織(組織酸素分圧50-60mmHg)で、軽(酸素分圧で正常の75%)、中(55%)、重症(20%)と3種類の程度の急性虚血脂肪モデルを作成し、経時的変化を調べた。4週後にはその阻血の程度に応じた線維化が形成された。軽症、中症モデルでは血管新生によりは4週までに徐々に回復したが、重症モデルでは30mmHg程度までであった。虚血誘導後すぐにHIF-1とbFGFの発現、さらに脂肪細胞のアポトーシス・壊死、マクロファージの浸潤(死細胞の貪食は4週間まで)が認められた。死細胞の中には、脂肪細胞以外に、血管内皮細胞や血球由来細胞も見られたが、脂肪前駆細胞(幹細胞を含む: ASC)は見られなかった。こうした傷害変化に引き続きASCや血管内皮細胞を中心として分裂を繰り返し、再生変化(脂肪新生、血管新生)が認められた。血管新生(レクチン陽性細胞の増加)は3日めから、脂肪新生(血管新生を伴う小脂肪細胞の増加)は7日目から、ともに14日目まで有意に認められた。さらにin vitroにおいて、脂肪細胞とASCを重度虚血環境(1%酸素)で培養したところ、脂肪細胞だけが早期にアポトーシスを起こし、ASCは3日間までは生存可能であった(その後壊死)。すなわち、虚血により敏感な細胞から順に細胞死を起こしていく一方、虚血に強いASCは最低3日間は生存し、むしろ虚血変化に伴うシグナルに惹起されて活性化(分裂、遊走、分化)され、虚血に対する適応変化として脂肪新生や血管新生を促すことが分かった。こうした脂肪リモデリング機序が解明されたことは、臨床における組織の阻血、壊死回避のための治療戦略に重要な鍵を与えている。創傷,肥満など様々な状況において脂肪組織は虚血および低酸素状態に陥る。肥満とは無関係に、脂肪組織に対する低酸素の影響ならびにその後の適応反応を細胞および遺伝子レベルで解明することを目的とした。脂肪組織の低酸素モデルマウスを確立し,遺伝子発現,各種細胞の挙動を経時的に観察した。続いて,低酸素下における脂肪組織構成各細胞の挙動を検討した。低酸素下では多くの液性因子(VEGF、HGF、TNFα、IL-6、MMP9など)の発現が亢進した。さらに直後から脂肪細胞をはじめとしてアポトーシスや壊死が認められ,3日目からはマクロファージの浸潤や集積も認められた。一方で,細胞増殖(脂肪由来幹細胞をメインに,血液由来細胞や血管内皮細胞)、血管新生,脂肪新生といった組織の再生所見も7日目をピークとして認められた。In vitroでは,分化脂肪細胞や一部の血管内皮細胞が低酸素により早期にアポトーシスや壊死に陥るのに対して,脂肪由来幹細胞は長期的に生存し,高い増殖能と脂肪分化能を維持していた。また,低酸素下での脂肪組織器官培養上清により,脂肪由来幹細胞の遊走能,増殖能が著明に促進された。

成熟脂肪細胞や内皮細胞は低酸素により死滅するが,脂肪由来幹細胞は低酸素に強く,低酸素刺激、細胞壊死に伴って組織から分泌される液性因子によって活性化され、脂肪再生や血管再生に関与し、組織修復に貢献していると考えられた。皮弁挙上、外傷、脂肪移植、圧迫(褥瘡)、放射線照射、血行不全(糖尿病ほか)など、形成外科において脂肪組織が虚血に陥ることは頻繁に遭遇するが、何が起こっているのか調べられていない。マウスの鼠径脂肪組織(組織酸素分圧50-60mmHg)で、軽(酸素分圧で正常の75%)、中(55%)、重症(20%)と3種類の程度の急性虚血脂肪モデルを作成し、経時的変化を調べた。4週後にはその阻血の程度に応じた線維化が形成された。軽症、中症モデルでは血管新生によりは4週までに徐々に回復したが、重症モデルでは30mmHg程度までであった。虚血誘導後すぐにHIF-1とbFGFの発現、さらに脂肪細胞のアポトーシス・壊死、マクロファージの浸潤(死細胞の貪食は4週間まで)が認められた。死細胞の中には、脂肪細胞以外に、血管内皮細胞や血球由来細胞も見られたが、脂肪前駆細胞(幹細胞を含む:ASC)は見られなかった。こうした傷害変化に引き続きASCや血管内皮細胞を中心として分裂を繰り返し、再生変化(脂肪新生、血管新生)が認められた。血管新生(レクチン陽性細胞の増加)は3日めから、脂肪新生(血管新生を伴う小脂肪細胞の増加)は7日目から、ともに14日目まで有意に認められた。さらにin vitroにおいて、脂肪細胞とASCを重度虚血環境(1%酸素)で培養したところ、脂肪細胞だけが早期にアポトーシスを起こし、ASCは3日間までは生存可能であった(その後壊死)。すなわち、虚血により敏感な細胞から順に細胞死を起こしていく一方、虚血に強いASCは最低3日間は生存し、むしろ虚血変化に伴うシグナルに惹起されて活性化(分裂、遊走、分化)され、虚血に対する適応変化として脂肪新生や血管新生を促すことが分かった。こうした脂肪リモデリング機序が解明されたことは、臨床における組織の阻血、壊死回避のための治療戦略に重要な鍵を与えている。本研究は、創傷治癒のメカニズムと細胞投与によらない再生誘導治療についていくつかの重要な示唆を与えている。まず、初期(凝固期)に含まれる因子だけでその後の一連の治癒過程を惹起しうることが明らかにされた。創傷治癒の中期、後期に見られる二次的な因子(VEGFやHGFなど)の多くは初期の因子の作用によって連鎖的に分泌され、また初期には一次因子により組織幹細胞が、その後に二次因子により血管内皮細胞が刺激されることが示唆された。次に、脂肪組織を傷害して出てくる因子の内容と組成は、組織幹細胞を脂肪新生や血管新生に誘導する傾向があることが示唆された。すなわち、組織の傷害因子群は組織特有のものであり、その組織を自ら修復するのに適した内容になっており、臓器特異的に分析することにより、臓器特異的な再生誘導法の開発につながることが示唆された。3つ目に、糖尿病組織や阻血組織であっても、組織の幹細胞が十分に機能する状態であれば、蛋白の投与だけでも、その幹細胞をうまく刺激することにより血管新生の誘導が可能であり、低酸素状態を改善することができることが示された。蛋白を用いる再生誘導治療は、細胞治療に比べて安全性、コスト、侵襲など多くの利点を有し、製剤化、標準化も容易である。4つ目に、この創傷治癒初期因子は、血小板に由来する因子を多く含んでいるため、PRPなど患者本人(他人でも可能)の末梢血を材料の一部として利用することにより、安価に準備することが可能であることが予想される。こうした知見は、今後の組織再生や血管新生のための再生誘導治療の開発に多くの示唆を与えている。
離島における農林水産業の価値の評価

離島経済を対象に,(1)n種類の産業から成る地域経済の所得決定をモデル化し,(2)ノンサーベィ法による地域産業連関表の推計手法を開発し,(3)それらを活用し,離島の地域所得を,中央政府の直接支出・移転支出,地域外からの純所得受取,移出,所得に依存しない消費・投資,が誘発する所得に分解し,離島経済自立の可能性を探るとともに,(4)離島経済の特徴とその形成要因を定量分析した.また,(5)離島の移出基盤産業である砂糖産業が離島地域内に生み出す所得を評価するとともに,(6)国産砂糖を守ることに対する人々の支払意思額を,表明選好法により推定した.沖縄県の全ての離島市町村(伊平屋村,伊是名村,伊江村,粟国村,渡名喜村,座間味村,渡嘉敷村,久米島町,北大東村,南大東村,宮古島市,多良間村,石垣市,竹富町,与那国町)の地域産業連関表を推定した.人口一人当たり域際収支の赤字は,市町村の人口規模により異なり,-73万円-315万円で,中央値は-173万円と推定できる.このように大きな赤字を穴埋めしているのは,政府間財政移転,公共事業費の国や県の負担,社会保障給付による所得再配分,軍関係受取などによる市町村外からの財政支援である.全離島市町村の市町村内所得合計は2,477億円で,その内,移出が誘発する所得(=直接+間接+誘発効果)が占める割合は,40%と推定でき,低いと言える.ただし,竹富町と座間味村のように,観光開発により比較的高い市町村がある一方(59%と56%),伊平屋村,伊是名村,粟国村,渡名喜村のように,産業に乏しい市町村では非常に低い(32%,34%,28%,22%).移出で説明できる市町村内所得を除く所得は,財政支援がもたらしていると考えられ,離島経済が財政支援に大きく依存していることがわかる.移出が誘発する市町村内所得に占める,農林水産業と観光業の移出による所得は,離島市町村の平均でそれぞれ19%と38%,合計57%と推定できる.ただし,伊江村のように農水産業依存型の離島がある一方(農水産業による移出誘発所得が63%),竹富町のように観光依存型の離島がある(観光業による移出誘発所得が60%).離島経済が,自立を求められ,外部からの財政支援に依存できず,その所得水準が移出によって決まる状況では,農林水産業と観光業は所得源として極めて重要と言える.また,長崎県の五島列島,対馬島,壱岐島,鹿児島県の種子島,屋久島,奄美大島,喜界島を対象に,農水産業,農水産物加工業,体験型観光業の実態調査を行った.鹿児島県と沖縄県を対象に,地域産業連関分析により,砂糖産業が離島地域内にもたらす所得を計測した.市町村民所得計に対するその割合は,全離島地域では4.3%だったが,喜界島,徳之島,伊是名村,南大東村,北大東村,多良間村では,10%を超え,砂糖産業が地域経済を支える基盤産業であることが明らかになった.また,地域経済の維持と食料安全保障のため,国産砂糖に対して支払ってもよいと考えるプレミアム価格を,stated choice approachとelicited choice probability approachにより計測した.後者のアプローチは,調査者が十分な情報を提供できない状況で,回答に対して不確実性を許容するという特徴を持つ.結果は,前者の場合が178円/kg,後者の場合が233円/kgであった.また,地域産業連関表を,県のそれから生成するためのノンサーベィ法を提案した.この手法は,(1)県内のどの地域でも, i財の産出に占める県外移出割合は同じ, i財の需要に占める県外産割合も同じ,(2)県内交易における産業内交易は,県と県外の交易におけるそれと同様に生じる,を仮定する.この手法により,西日本の全離島の産業連関表を推計した.そして,n種類の産業から成る地域経済の所得決定をモデル化し,離島の地域所得を,中央政府の直接支出・移転支出,地域外からの純所得受取,移出,所得に依存しない消費・投資,が誘発する所得に分解した.結果は以下のとおりである.第1に,離島の経済的自立は困難と言える.なぜなら,中央政府の直接支出・移転支出が,地域内所得の50%弱を説明し,地域間所得変動の最大の原因となっている.第2に,離島経済が自立するとなれば,移出基盤産業は農林水産業と観光と言える.移出で説明できる地域内所得は約35%だが,その内の5割が農林水産業と観光による.ただし,観光は地域間所得変動の原因と言えるが,農林水産業はそうとは言えない.離島経済を対象に,(1)n種類の産業から成る地域経済の所得決定をモデル化し,(2)ノンサーベィ法による地域産業連関表の推計手法を開発し,(3)それらを活用し,離島の地域所得を,中央政府の直接支出・移転支出,地域外からの純所得受取,移出,所得に依存しない消費・投資,が誘発する所得に分解し,離島経済自立の可能性を探るとともに,(4)離島経済の特徴とその形成要因を定量分析した.また,(5)離島の移出基盤産業である砂糖産業が離島地域内に生み出す所得を評価するとともに,(6)国産砂糖を守ることに対する人々の支払意思額を,表明選好法により推定した.隠岐諸島島前地域(海士町、西ノ島町、知夫村)を対象に、離島経済維持のための農林水産業の役割を歴史的・経済的に評価した。

自給自足経済から商品・貨幣経済への移行に伴い、農林水産業が、自給自足のための耕種農業から、移出商品を生産する和牛繁殖や漁業へと比重を移し、移出の拡大が地域経済の成長をもたらした。しかし、その後、農林水産業に代わり、財政移転が地域経済の成長の担い手となる。地域のGDPの規定要因を2005年ベースで計量分析すれば、財政移転で説明できる部分が、海士町69%、西ノ島町51%、知夫村59%であった。それに対して、移出で説明できる部分は、海士町23%、西ノ島町43%、知夫村31%であった。財政移転の削減が進むなかで、地域経済を維持するためには、移出を拡大する必要がある。移出がもたらすGDPを産業別に分解すれば、農林水産業、商業・運輸、観光により大部分を説明でき、それぞれ、海士町では38%、33%、22%、西ノ島町では63%、33%、9%、知夫村では43%、51%、6%であった。ただし、放牧がはぐくむ牧畑景観が重要な観光資源となっており、商業・運輸の移出の少なくない部分が農林水産業や観光によって誘発されている。さらに、移出1単位が誘発するGDPを産業間で比較すれば、和牛繁殖、林業、漁業、すなわち自然資源をベースとする産業において大きかった。以上の分析は、離島経済を維持するためには、農林水産業をベースとする産業振興が重要であることを物語っている。また、鹿児島県与論町、沖縄県久米島町を対象に、農業の変遷と地域経済の成長について、調査を行った。水稲やイモなど自給作物を中心とする農業から、経済成長期、サトウキビ、和牛繁殖、野菜、花きなど移出品目を生産する商業的農業へと比重が移り、建設業や観光業の衰退が進むなかで、地域経済の農業への依存度が高まっていることが明らかになった。離島経済が置かれた社会経済的環境の変化と農林水産業の変遷については,隠岐諸島については調査できたが,その他の調査対象地域では進んでいない.離島の農林水産業やそれに関わる観光が域内GDPや雇用に及ぼす影響の評価に関しては,離島地域を対象とする,(1)産業連関表の生成手法とGDP決定モデルを考案し,(2)離島経済を維持するための財政移転や移出の役割の計量分析や,(3)域際収支の赤字と財政移転の関係を示すことができた.そして,島根県諸島と沖縄県離島では,分析済みである.離島の農林水産業の多面的機能の整理とその発現メカニズムの解明に関しては,隠岐諸島における,和牛繁殖と牧畑景観の維持・増進については調査できたが,その他の調査対象地域では進んでいない.離島経済が置かれた社会経済的環境の変化と農林水産業の変遷については、先行研究のサーベィや農協・町村への聞き取りの範囲内において調査できた。離島の農林水産業やそれに関わる観光が地域内GDPや雇用に及ぼす影響については、地域産業連関表を生成することで、計量分析した。また、離島を対象とするケインズ型GDP決定モデルを考案し、産業連関表を利用することで、地域経済を維持するための財政移転や移出の役割を計量的に示すことができた。離島の貯蓄バランスの分析では、域際収支の赤字と財政移転の関係を示すことができた。離島の農林水産業の多面的機能の整理とその発現メカニズムの解明に関しては、牧畑景観が、共同入会放牧権が現代に引き継がれることではぐくまれたこと、繁殖牛の頭数の増加による牧畑景観の維持・発展が期待できること、を明らかにした。しかし、牧畑景観の価値の経済評価については、実施することができなかった。
神経節疾患の原因となるpre-mRNAスプライシング異常症の分子病態研究

(1)先天性筋無力症候群の原因遺伝子のひとつであるアセチルコリンレセプターαサブユニット遺伝子(CHRNA1)のイントロン2の3'末端から8塩基目のGからAへの塩基置換がpolypyrimldine tract binding protein(PTBP1)、及び、hnRNP Hとの結合を破断し、下流のexon P3Aがsplicing時に認識をされ、翻訳産物が機能を有さないexon P3A(+)mRNAのみを産生することを実証した。この遺伝子のspiicingを補正する既認可薬剤のスクリーニングを行い、有効な薬剤を同定した。この薬剤はPTBP1プロモータ領域に働き、PTBP1の発現星を増加させることにより効果を示すことを同定し、薬剤反応cis-elementの同定も行なった。(2)家族性痙性対麻痺の原因遺伝子のひとつであるspastin(SPG4)の33種類の一塩基置換に対して、ミニジーンを用いて、exonic splicing enhancer破断変異のスクリーニングを行った。3種類の遺伝子変異は完全なexon skippingを惹起し、10種類の変異は不完全ながらexon skippingを起こしていた。これら3種類の遺伝子変異部位に結合をするsplicingトランス因子の同定を候補分子群を用いてスクリーニングを行い、ASFが1種類の変異部位に結合することをHeLa細胞核抽出液を使って同定した。HeLa細胞に過剰発現をさせて精製をしたASFと正常SPG4配列の結合実験にて弱い結合を同定した。(1)先天性筋無力症候群の原因遺伝子のひとつであるアセチルコリンレセプターαサブユニット遺伝子(CHRNA1)のIVS3-8G>A塩基置換がpolypyrimidine tract binding protein(PTBP1)との結合を破断し、下流のexon P3Aがsplicing時に認識をされ、翻訳産物が機能を有さないexon P3A(+)mRNAのみを産生することを実証した。さらに、分化した筋細胞はPTBP1を産生しないという予備データを得て、PTBP1がCHRNA1遺伝子のシナプス特異的発現をコントロールする因子である可能性の実験的検証を行っている。(2)痙性対麻痺の原因遺伝子のひとつであるSPG4の33個の一塩基置換に対して、exonic splicing enhancer破断変異のスクリーニングを行った。3種類の変異は完全なexon skippingの原因となり、10種類の変異は不完全ながらexon skippingを起こしていた。前記3種類の変異に対して、破断されるシス因子と、それに結合するトランス因子の同定を開始している。(3)Novartis社より2432種類、Dharmacon社より253種類のsiRNAデータを譲り受け、最小2乗法による線形モデリングが既存のsiRNA予測アルゴリズムよりも優れていることを実証した。さらに、siRNAのstacking energyが不安定であることが、有効なsiRNAを各種予測アルゴリズムによって予測する上で重要であることを同定した。これらは実験的な裏づけを得ており、さらに、予測アルゴリズムの改善を行っている。
法律エキスパートシステムのソフトウェアの構築

CISG(国際統一売買法)を対象とする法律エキスパートシステムのソフトウェア構築の最終年度にあたり、各分担研究者によって開発されたモジュールの統合と実施検証を行った.研究代表者廣田が、研究の統括を行った。また各分担者の役割分担は、以下の通りである。廣田ファジィ検索/推論モジュールを完成し、日本語/英語ユーザインタフェースを作成し、実証実験を行って、性能評価をした。佐藤本年度は前年度開発した事例ベース推論システムの高速化ならびに量的述語の取扱いについて検討およびシステムへの実装を行った。田中論理流れ図エディタの改良を行った。グラフレイアウトと二様表示の改良を行い、流れ図から論理式を出力できるようにした。新田法的論争の形式化を行い、それに基づいて、演繹推論と事例ベース推論の二つのエンジンを持つ論争支援システムを開発した。櫻井A03班の作成した知識ベースに対して、型推論により変数の型付けを行い、実行可能な知識ベースに精緻化した。國藤不完全知識下での法的発見機構での研究として、CISG例題からの仮説の発見、類推解釈機能の付与、型階層の導入の検討を行った。山口通常世界から法律世界への移行から生じる意味変化を考慮し、計算機可読型辞書から法律オントロジーを構築支援する環境を開発した。松本複合論理表現によって記述された法的言明を英語および日本語文として生成するための文生成システムと支援システムを開発した。野村法律文の言語的特徴に着目した並列構造モデルを構築して用件効果構造モデルを精緻化し、法律文処理システムを高度化した。松尾国連売買条約に関して、推論システムの開発、法的深層格の研究、および知識表現言語の設計を行った。原口:まず、第一の目標であるシソーラスを直接的に参照する推論方式を、order-sorted logicを用いて簡単に実装しうることを確認した。その際、法的概念のインスタンスをあるソートの項として表現するための新たな一階言語を与えた.また,外延的な記述と同時に内包的な記述を可能にする型順序言語を実装し,内包的意味論に基づく法的仮説生成研究のための実験環境を整えた.野村:法律文の制限言語モデルを策定するために,実際の法律文を解析・分析し,法律文の分類のために必要な要素が示された.さらに,法律文の素性論理構造表現にこれらの分類情報を搭載し,言語処理に活用することを検討した.新田:価値判断に基づく法的推論システムの実現に必要な推論機能の分析、(2)それを実現するための非単調推論の機能を持つ新しい知識表現言語の開発、(3)汎用の概念辞書ををベースとした法律用の概念辞書の開発、(4)判例に含まれる情報の分析と新言語による記述実験、(5)論争に用いられる価値観に関する知識の分析、などを行った。廣田:ルール型ファジィ推論及び時間的知識の変化を記述していくのに適しているフレーム型ファジィ推論の法律エキスパートシステムへの適用について研究しファジィ知識表現とファジィ推論機構のプロトタイプモデルを試作した。山口:法律知識ベースの記述プリミティブ群を定義するオントロジーとしての法律専門辞書の構築法について検討した結果,国際売買法を題材として,入力として与えた概念定義と概念階層木を汎用概念辞書に関係子レベルで照合しながら対応付けるプロセスにより,それらがより精致に獲得できる事を確認した.この結果は,条文レベルの抽象語彙群と事案レベルの具象語彙群を対応付けるハイブリッド辞書の構築につながるものである.法的推論、知識ベース管理、自然言語処理、およびファジィ推論の各研究領域に対し、次の点を明らかにした。推論方式:法律における語彙間の複雑で多様な関係を表現するために、論理と語彙情報を分離独立させた基本推論システムを核として、(1)汎化推論における可能な候補の絞り込みを、目的(ゴール)に依存して行う方式を確立する。この目的のために、順序ソ-ト論理に基づく汎化推論系、各種のTerminological Logicのための推論エンジンの試作、さらにゴールに依存する抽象化の理論と実験システムを設計し、その実装を行った。知識ベース管理・知識獲得支援:汎用オントロジーの一部を法的オントロジーに写像し、法的知識ベースの獲得を支援する実験システムの実装を行った。さらに法的オントロジーの動的解析部に対し帰納的学習と帰納的論理プログラミングの観点からの考察を行い、さらなる自動化をめざすための基礎研究も行った。自然言語処理:法律文特有の言語的表現に対処するために、計算言語学の観点から法律文の特徴を精密に分析・整理し,制限された対象と限定された使用目的の範囲内で実用できる辞書や文法を、法律文に特化した法律文制限言語モデルとして策定した。ファジィ推論:それらをファジィ理論におけるファジィ集合やファジィ測度の概念を用いて表現し、ルール型ファジィ推論やフレーム型ファジィ推論により法律的に妥当な結論を得る推論サブシステムを構築した。平成6年度の研究成果に基づいて、法的推論プロトタイプシステムにおける各サブシステムの洗練化、および一部のサブシステムの結合を行った。(1)基本推論および解釈生成プログラム:まず、推論基本システムに関しては知識表現言語として、順序ソ-ト論理の言語的拡大を施した言語を設計し、そのPrologコンパイラを作成した。この方式では、拡張単一化にシステムが要する負荷をできうる限り軽減させる目的で、言語が持つ語彙的部分の処理である単一化に関する情報を述語の引数に持たせる形式でPrologの節に直接的に変換するコンパイル方式を実装した。このことにより、法的知識記述のための言語的拡張部分の負荷を感じさせることなく、順序ソ-ト論理の基本推論を実行するエンジンが可能となった。

次に、条文の類推解釈もしくは判例参照のメカニズムを実現する目的で、条文の趣旨ならびに所与の事例が持つ状況を考慮して適切な類似性を切り出すアルゴリズムの設計を行い、さらに、その第1次実装をPrologおよびフリーソフトウェアであるKLIC上で行った。この方式によれば、条文ルールの要件部と、ケースで成立している事実の間に起こり得る類似性の中で、適切でないものを棄却する制約条件を与えており、数値的な経験則を用いずして、可能な類似性をある程度の絞り込むことが実現されている。(2)知識ベース構築支援システム国際売買法を題材として、入力として与えた法的オントロジー(概念定義と概念階層木)を汎用概念辞書に関係子レベルで照合した後に,位数,深さ,概念間の構造的関係などの観点から比較評価する静的解析を行った後,その差異を駆動限として,法的オントロジーを改訂するシステムを開発し、さらにその洗練化を行った。(3)法律自然言語解析ツール:前年度までに得られた、法律文解析結果に基づいて、これらに論理構造を加えて法律文解析システムを実装した。廣田:本年度は新たにファジィ事例ベース推論を導入し、平成7年度に構築したシステムを改善し、共通の事例7b、7dを実験データとして利用し、有効性を検証した。野村:法律文である「統一売買法」を対象として、法令用語、相当語、格構造、および要件効果構造などの言語的制約を取り入れた法律文制限言語モデルを拡充し、それに基づき計算機処理用の辞書および文法などの詳細な言語データを作成した。新田:論争の観点から双方の推論形式を統合したモデルを新たに提案し、又使いやすい法的推論システムの実現を目指し、音声認識、顔認識、表情合成などのモジュールを統合したマルチモーダルインターフェースの実験システムを開発した。山口:本年度は,計算機可読型辞書wordNetを利用した法律オントロジー開発支援環状DODDLEを開発した.DODDLEでは、入力である法律語彙リストとWordNetを照合し、照合結果とそれらを分化させるのに必要な中間概念だけを含む初期モデルを生成する.さらに、照合結果だけを含む部分を無修正対象、そうでない部分を修正対象として、初期モデルを修正していけば、初期モデルに法律固有性を付与しながら、法律概念階層が効率良く構築できる事が確認された。櫻井:本年度は,AO3班の作成した知識ベースに対する推論エンジンの実現のために,意味論的考察を行い,基本推論機構のプロトタイプの作成を行った.また、最良の解決策を選択するという法律家の行為を形式化するのに統合制約が有効であることを示した.安定モデル意味論を採用するにあたり,不必要に多くの安定モデルが存在してしまうことに対しては,安定モデルの総数を見積もる方法を実装した。CISG(国際統一売買法)を対象とする法律エキスパートシステムのソフトウェア構築の最終年度にあたり、各分担研究者によって開発されたモジュールの統合と実施検証を行った.研究代表者廣田が、研究の統括を行った。また各分担者の役割分担は、以下の通りである。廣田ファジィ
バッチプロセスにおける運用計画検討のためのシミュリ-ションに関する研究

複数個の装置が互いに関連をもちながら,それらが逐次的,同期的,並行的に操業されるバッチプロセスは代表的な離散事象系の1つである.バッチプロセスの運用計画問題の解決を合理的に進めるためには,これらの問題の検討に適用可能な離散事象系モデルの開発と,それに基づいた解析手法・シミュレ-ション手法の開発が不可欠である.本研究においては,最初に離散事象系の運用計画問題について考察を行った.その結果,この問題は,(1)システムの各所に存在する非決定性を明らかにすること,(2)非決定性の解消が受ける制約を明らかにすること,(3)非決定性を解消した状況のもとでシステムを評価し適当な解消法を1つ選択すること,に帰着できるとの知見を得た.次に,これらの問題を一貫して考察することができる1つの離散事象系モデルを考案し,その解析手法を示した.このモデルはペトリネットとオブジェクト指向の考え方を融合したものであり,その開発にあたっては,モデルが対象システムの挙動をそのままの形で表現できること,およびモデルの制御構造がある程度解析できることに重点を置いた.最後に,このモデルに時間の概念を導入したモデルを考案し,そのもとで動作するシミュレ-タを核とする離散事象系運用計画検討システムを開発した.その際,シミュレ-ション過程を任意の時点まで後戻りさせ,そこから代替の運用方策のもとでシミュレ-ションが再もとでシミュレ-ションが再開できる機能をシステム付加した.考案したモデルを実システムに応用するためには,モデル化の容易さ,表現能力の豊かさ,モデルとしての一般性・汎用性などに関するいくつかの問題点が残されている.これらの解決が今後の課題であると思われる.複数個の装置が互いに関連をもちながら,それらが逐次的,同期的,並行的に操業されるバッチプロセスは代表的な離散事象系の1つである.バッチプロセスの運用計画問題の解決を合理的に進めるためには,これらの問題の検討に適用可能な離散事象系モデルの開発と,それに基づいた解析手法・シミュレ-ション手法の開発が不可欠である.本研究においては,最初に離散事象系の運用計画問題について考察を行った.その結果,この問題は,(1)システムの各所に存在する非決定性を明らかにすること,(2)非決定性の解消が受ける制約を明らかにすること,(3)非決定性を解消した状況のもとでシステムを評価し適当な解消法を1つ選択すること,に帰着できるとの知見を得た.次に,これらの問題を一貫して考察することができる1つの離散事象系モデルを考案し,その解析手法を示した.このモデルはペトリネットとオブジェクト指向の考え方を融合したものであり,その開発にあたっては,モデルが対象システムの挙動をそのままの形で表現できること,およびモデルの制御構造がある程度解析できることに重点を置いた.最後に,このモデルに時間の概念を導入したモデルを考案し,そのもとで動作するシミュレ-タを核とする離散事象系運用計画検討システムを開発した.その際,シミュレ-ション過程を任意の時点まで後戻りさせ,そこから代替の運用方策のもとでシミュレ-ションが再もとでシミュレ-ションが再開できる機能をシステム付加した.考案したモデルを実システムに応用するためには,モデル化の容易さ,表現能力の豊かさ,モデルとしての一般性・汎用性などに関するいくつかの問題点が残されている.これらの解決が今後の課題であると思われる.シミュレ-ションをもとにシステムの運用計画を立案・検討する際最も重要なことは、シミュレ-ションモデルが対象システムがとり得るすべての操業方策を表現していること、およびそれぞれの操業方策が採用されたときシミュレ-ションによってシステムの挙動が正しく再現できることにある。このような観点から、筆者らはまず始めにバッチプロセスに代表される離散事象系の制御問題(バッチプロセス装置・資源の割り当て問題、製品の生産順序決定問題など)が非決定性の問題に帰着できること、および離散事象系のモデルとしてこの非決定性を陽に表し非決定性の解消に関する考察に十分耐えるモデルが望ましいことを明らかにした。そしてこの知見に基づき、バッチプロセスの運用計画検討に供することができるような1つの離散事象系モデルを提案した、このモデルは,対象システムの挙動をシステムの状態とそれを変化させる事象の集合としてとらえるものであり、ペトリネットにその基礎を置くのである。また、このモデルのもとで離散事象系が本来もつ基本性質(非決定性、並行性、同期性など)に関する諸概念を定義し、これらを解析するための手法について考察を行った(成果は研究発表の項参照)。提案したモデルは時間の概念を導入することによってシミュレ-ションモデルとしても利用できるものであり、その妥当性についてはある製鋼プラントの操業問題にこれを適用することによって検討した。現在、このモデルのもとで動作するシミュレ-タを作成中であるが、これには、任意の時刻までシミュレ-ションを後戻りさせその時点から変更された運用計画に従ってシミュレ-ションが再開できる機能など、いくつかの運用計画立案・検討を支援する機能を付加する予定である。離散事象系の挙動は,事象の発生に関する逐次性,同期性,並行性,競合性によって特徴づけられる.したがって,あるモデルが広範なクラスの離散事象系の解析・設計に適用できるためには,それがこれらの特徴をそのままの形で表現するものでなければならない.このような観点から,昨年度,ペトリネットとオブジェクト指向を融合した1つの離散事象系モデルを提案した.

このモデルは,オブジェクトとキュ-の2種類のノ-ドからなる2部有向グラフ,このグラフ上を流れるメッセ-ジ,およびメッセ-ジの流れ方を定めた遷移則からなるものであり,システムの状態はメッセ-ジの流れる様子によって表現しようとするものである.今年度は,まず初めに,これに時間の概念を導入した1つの離散事象系シミュレ-ションモデルを考案した.このモデルは,オブジェクト固有の局所的時刻をもった各オブジェクトが時間の消費を伴うメッセ-ジパッシングを行いながらシステムの動的挙動を表現しようとするものである.そして,次にこのモデルのもとで動作するシミュレ-タを核とした離散事象系運用計画検討システムを開発した.運用計画を検討する手段としては,運用方策を変更しながらシミュレ-ションを繰り返し行うことが現実的であると思われる.したがって,システムの開発にあたっては,複数個の運用方策が考えられる場面で一旦シミュレ-ションを中断し利用者によって選択された代替の方策のもとでシミュレ-ションが再開できる機能,および任意の時点までシミュレ-ション過程が後戻りできる機能を付加した.そして,8個のオブジェクトと10個のキュ-によってモデル化されたある製鋼プロセスの操業計画問題にこれを適用し,所期の動作が得られることを確かめた.
クラスター計算によるガスセンサおよび湿度センサのセンサ表面での反応解析

Sr-Ca-Cu-O超伝導材料の湿度センサへの応用可能性を、これまで行ってきたクラスターを用いた分子軌道計算によって検討を進めた。SrO-SrO-CuO2-Ca-CuO2-SrO-SrOの順で積層させたセルを1×1から2×2個でクラスタークラスターを形成し、[100]および[110]方向からH原子、OH-イオン、H2O分子を接近させ、それらのクラスター表面への吸着状況、やインターカーレーションの状況を中心にシミュレーションを行った。その結果H2O分子はクラスターに接近する過程でH+とOH-に分解してクラスターと相互作用し、(100)面に垂直な方向から接近させた際には吸着しないが、(110)面に平行な方向から接近させた場合には、クラスターから1.8Å付近で吸着することが判った。また吸着の際にはクラスターがc軸方向に膨張し、それに伴う超伝導特性の変化からH2O分子を検知できる可能性を見出した。またOH-単独の場合でも、(100)面に垂直な方向から接近させた場合には、クラスターへの吸着やインターカーレーションは認められず、H2Oの場合と同様(110)面に平行な方向から接近させた際には、クラスターへの吸着とクラスターのc軸方向への最大0.12Åの膨張が見られた。これらのことから、Sr-Ca-Cu-O超電導材料が湿度センサの構成材料としての可能性を示すことができた。今回のSr-Ca-Cu-Oクラスターでの計算での手法を、ガスセンサの構成材料であるSnO2のクラスターに応用することで、より精度の高いシミュレーションが可能となると予想できる。半導体ガスセンサの代表的な材料であるSnO2のクラスターを作成し、クラスターと被検ガス分子との相互作用を分子軌道計算で調べてきた。これまではSn原子が54個の比較的小さなクラスターを用いていたが、平成28年度は計算に用いるクラスターのサイズを段階的に大きくして、計算結果のクラスターサイズ依存性を求めて、現実に近いSnO2の再現に必要なクラスターサイズを求めることを目指した。作成した大きなサイズのクラスター用いて、メタノールおよびエタノール分子を接近させた際の分子軌道計算を行ない、吸着位置の特定等を試みてきたが、現在までクラスターサイズによる明確な傾向は得られていない。これはクラスターサイズの増加が計算時間の飛躍的な増加をもたらすために、クラスターサイズの変化の範囲を大きく取れていないことによると考える。これを回避するために、今後は現状のクラスターに周期境界条件を適応して、小さなクラスターでも無限に広い二次元平面を持たせることのできる状況を作り、計算を試みる予定である。また同様の手法でSnO2以外の材料でもセンサの可能性を検討している。平成28年度はSr-Ca-Cu-O系超伝導材料のクラスターを作成し、H2O分子との相互作用を分子軌道計算により求めた。その結果H2O分子はSr-Ca-Cu-Oの層間に入ることや、その入り方が面方位に依存する事を見出した。今後センサ材料としての可能性の検討を進める。クラスターサイズを大きくした結果、計算時間が大幅に増加するとともに、収束しない場合も多く発生する等、当初の予定通りではないが、概ね順調に進展している。これまでガスセンサの代表的な構成材料であるSnO2のクラスター計算を行ない、センサの特性の理論解析を進めてきたが、昨年度は同様の計算を湿度によって特性が変化するSr-Ca-Cu-O超伝導材料でも行い、この材料の湿度センサ材料としての応用可能性を理論面から調べた。計算時間を短縮するために、簡略化したSr-Ca-Cu-Oクラスターを作製し、クラスターの[100]および[110]方向からH原子、OH-イオン、H2O分子を接近させ、それらのクラスター表面への吸着状況、クラスター内に入り込んで相互作用をするインターカーレーションの有無を中心に調べた。計算の結果、Sr-Ca-Cu-Oクラスターの[110]方向にH原子、OH-イオンおよびH2O分子を接近させた場合にこれらがインターカーレーションを生じてクラスターが膨張し、超伝導特性を変化させる可能性が高いことが示唆された。これらの現象は[100]方向に接近させた場合には観測されなかった。これらのことから超伝導特性を観測することでSr-Ca-Cu-O超電導材料は湿度センサとして働くことが示唆された。今後はより現実に近い大きいサイズのSr-Ca-Cu-Oクラスターを用いて同様の計算を行なうとともに、実際の表面上体に近づけるために、クラスター表面に酸素分子を吸着させた上で計算を進め、湿度による超伝導特性の変化を求めるとともに、Sr-Ca-Cu-Oクラスターの計算を進める上で得られた知見を、本来のガスセンサ材料であるSnO2クラスターにも応用する予定である。これまで進めてきたSnO2材料に加えて、湿度センサ材料として可能性が予想されるSr-Ca-Cu-O材料のクラスター計算も並行して進めたため、本来のガスセンサ材料の検討にやや遅れが生じた。SrO-SrO-CuO2-Ca-CuO2-SrO-

SrOの順で積層させたセルを1×1から2×2個でクラスタークラスターを形成し、[100]および[110]方向からH原子、OH-イオン、H2O分子を接近させ、それらのクラスター表面への吸着状況、やインターカーレーションの状況を中心にシミュレーションを行った。その結果H2O分子はクラスターに接近する過程でH+とOH-に分解してクラスターと相互作用し、(100)面に垂直な方向から接近させた際には吸着しないが、(110)面に平行な方向から接近させた場合には、クラスターから1.8Å付近で吸着することが判った。また吸着の際にはクラスターがc軸方向に膨張し、それに伴う超伝導特性の変化からH2O分子を検知できる可能性を見出した。またOH-単独の場合でも、(100)面に垂直な方向から接近させた場合には、クラスターへの吸着やインターカーレーションは認められず、H2Oの場合と同様(110)面に平行な方向から接近させた際には、クラスターへの吸着とクラスターのc軸方向への最大0.12Åの膨張が見られた。これらのことから、Sr-Ca-Cu-O超電導材料が湿度センサの構成材料としての可能性を示すことができた。今回のSr-Ca-Cu-Oクラスターでの計算での手法を、ガスセンサの構成材料であるSnO2のクラスターに応用することで、より精度の高いシミュレーションが可能となると予想できる。現在続けているSnO2のクラスターを用いた計算を続けるとともに、別途Sr-Ca-Cu-O系超伝導材料とH2Oとの相互作用についても計算を進めて、センサとしての可能性を検討する。今後はSnO2およびSr-Ca-Cu-Oの両方の材料において効率よく計算を進め、それぞれガスセンサ、および湿度センサとしての特性解析を進める予定である。研究成果を国際会議で発表予定であったが、研究開始初年度ということもあり、発表にはもう少しデータの補強が必要だと判断し、参加を取りやめたため余剰金が生じた。現在得られたデータを整理し、ACCS(アジア化学センサ国際会議)2017で発表すべく投稿中である。またIMCS(化学センサ国際会議)への投稿も検討中であり、前年度使用できなかった旅費を使用予定である。