hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
動的立体化学制御による多機能触媒の創製と応用

β-ナフトール類のラジカルカップリング反応を強磁場中で行い、生成するビナフトール誘導体の光学純度を測定した。ビナフトール誘導体が光学活性体として得られれば、自然界における不斉発現のメカニズムを検証する点からも興味深い。Β-ナフトールの3位にtert-ブトキシカルボニル基を導入した誘導体を基質として用いた場合、最も磁場強度の大きな磁場中心よりも、ある程度離れた位置の方で磁場の影響が強く現れた。生成物の光学純度については、光学異性体分離カラムを用いるHPLC分析と旋光度より決定した。HPLC分析での検出には、UV検出器やCD検出器、RI検出器などを併用している。なお、すべての反応は、微量の不純物や光による影響を除くため、蒸留したての溶媒を用い、遮光下で行った。一方、無置換のβ-ナフトールを基質に用いた場合にも、磁場中心から離れた位置で最大の不斉誘起が観測された。しかし、反応時間を長くすると収率は向上するものの、成績体であるBINOLの光学純度は低下した。収率を20%程度に押さえた場合、生成物の光学純度は12%eeながら、再現性も見られている。生成物の光学純度が低下した要因については、反応の初期段階と触媒活性種の構造に変化が生じたためか、生成物のラセミ化によるものか精査中である。生成してくるBINOLについては、光学活性なBINOLを反応に添加しても顕著な不斉増幅現象が認められないことより、大きな影響はなさそうである。生成物の光学純度が磁場強度に比例しないことより、酸化カップリングにおいて、ラジカル中間体の一重項と三重項励起状態の差が明確にでなくなるほどの強磁場では不斉発現が見られないか、β-ナフトール誘導体の酸化カップリングにおいて、磁場は二次的に不斉発現にかかわっている可能性が示唆された。これまで本申請者らは、光学活性なビナフトール等を不斉源として、酵素的な作用機序で働く多機能な不斉触媒の合成に成功している。開発した触媒は、触媒分子を構成する希土類原子も不斉中心となっており、アキラルな配位子を構成要素とする場合でもΛ型あるいはΔ型の光学活性錯体として存在可能である。そこで、アキラルな二座配位子を含有する分子不斉錯体を強磁場中で構築し、その不斉触媒としての機能について検討した。ビフェノールをアキラルな配位子として6.3Tの超伝導磁石中、ガドリニウム錯体を調製し、この錯体を触媒としてニトロメタンとベンズアルデヒドとの反応を行ったところ6%eeで再現性よくニトロアルドール体が得られることを見いだした。この際、ガドリニウムの代わりに磁気モーメントを持たないランタンを用いたり、反応系中に水を添加すると光学収率は低下した。絶対不斉合成としては画期的な結果であり、今後は不斉発現機構の解明と、さらに効率的な分子不斉触媒の探索を行っていく予定である。物理的な力によるキラリティー制御は、自然界における光学活性体の起源の検証という観点から興味深い研究テーマである。我々は既に、磁場中でガドリニウムを含有する金属錯体を調製し、これを触媒に用いてニトロアルドール反応を行い、最高不斉収率6%eeにて、目的の生成物を得ることに成功している。しかし、本反応では、不斉触媒の光学純度とニトロアルドール体の光学純度が直線的な相関関係とならない「不斉増幅現象」が起こると予想され、条件検討のための反応が異なる収率で進行した場合、反応解析は非常に困難であった。

また、錯体調製の時間、温度、磁場を印加するタイミング、磁場勾配の有無、試薬を加える順番等々、検討すべき条件数が膨大であった。そこで、別種の反応について種々検討した結果、β-ナフトール類の銅触媒による酸化的カップリング反応において、8Tの磁場中、室温で反応を行うと、15%程度の不斉収率でビナフトール誘導体が得られることを見いだした。この反応では、磁場勾配が強くかかる位置で反応を行った場合にのみ不斉発現が観測されている。また本反応は、先のニトロアルドール反応のような手法の煩雑さが少なく、成績体の比旋光度も大きいことから反応解析が容易であり、現在反応条件を精査している。β-ナフトール類のラジカルカップリング反応を強磁場中で行い、生成するビナフトール誘導体の光学純度を測定した。ビナフトール誘導体が光学活性体として得られれば、自然界における不斉発現のメカニズムを検証する点からも興味深い。β-ナフトールの3位にtert-ブトキシカルボニル基を導入した誘導体を基質として用いた場合、最も磁場強度の大きな磁場中心よりも、ある程度離れた位置の方で磁場の影響が強く現れた。生成物の光学純度については、光学異性体分離カラムを用いるHPLC分析と旋光度より決定した。HPLC分析での検出には、UV検出器やCD検出器、RI検出器などを併用している。なお、すべての反応は、微量の不純物や光による影響を除くため、蒸留したての溶媒を用い、遮光下で行った。一方、無置換のβ-ナフトールを基質に用いた場合にも、磁場中心から離れた位置で最大の不斉誘起が観測された。しかし、反応時間を長くすると収率は向上するものの、成績体であるBINOLの光学純度は低下した。収率を20%程度に押さえた場合、生成物の光学純度は12%eeながら、再現性も見られている。生成物の光学純度が低下した要因については、反応の初期段階と触媒活性種の構造に変化が生じたためか、生成物のラセミ化によるものか精査中である。生成してくるBINOLについては、光学活性なBINOLを反応に添加しても顕著な不斉増幅現象が認められないことより、大きな影響はなさそうである。生成物の光学純度が磁場強度に比例しないことより、酸化カップリングにおいて、ラジカル中間体の一重項と三重項励起状態の差が明確にでなくなるほどの強磁場では不斉発現が見られないか、β-ナフトール誘導体の酸化カップリングにおいて、磁場は二次的に不斉発現にかかわっている可能性が示唆された。
高齢障害者の活動の継続性と学習ニーズに関する調査研究

本研究は,医療・保健・福祉領域に主眼が置かれている高齢障害者支援の現状に対して,高齢障害者の「学習」の必要性と可能性を示し,具体的な支援を検討していくための基礎的研究である.高齢障害者の活動の継続性と学習ニーズを説明するために,50名の高齢障害者に半構成的インタビューを行い,帰納的方法を用いて分析を行った.対象は,介護老人保健施設を利用し,研究協力への同意が得られ,インタビューが可能であった60歳以上の高齢障害者であり(男性15名,女性35名,60歳91歳,平均年齢77.8±8.5歳,介護度は要支援介護度4),活動歴ならびに学習歴と現在の生活状況,現在と近い将来の学習ニーズについて尋ねた.その結果,高齢障害者は,個々の障害と加齢による諸機能の変化,生活習慣の変化,自己効力感の低下,交通手段をはじめとする物理的環境要因などによって,多くの活動の継続性は絶たれていた.しかし,過去に経験があり「好き」だった活動,個人の「人生において意味づけられている」活動は,支援者によるその発見と遂行の手がかりによって開始・継続されていた.高齢障害者の学習ニーズは,「健康の回復・維持・増進」に関することが最もつよく,他者から介護を受けなければならない現実と折り合いをつけながらも,身近な人に「迷惑をかけない」生活を再建し、「自律」することが重要なテーマとなっていた.また,人との「交流」,身近な他者への「貢献」のニーズが強い一方で,障害による「否定的な側面の意識化」によって,とくべつの友人をのぞいて同世代の健康な人や集団との交流を「自らあきらめ,絶つ」者が多かった.本研究には,調査対象の一般性の問題を含むが,高齢障害者の個別の学習ニーズを検討する重要性とその支援のためのいくつかの提言が,最後にまとめられた.本研究は,医療・保健・福祉領域に主眼が置かれている高齢障害者支援の現状に対して,高齢障害者の「学習」の必要性と可能性を示し,具体的な支援を検討していくための基礎的研究である.高齢障害者の活動の継続性と学習ニーズを説明するために,50名の高齢障害者に半構成的インタビューを行い,帰納的方法を用いて分析を行った.対象は,介護老人保健施設を利用し,研究協力への同意が得られ,インタビューが可能であった60歳以上の高齢障害者であり(男性15名,女性35名,60歳91歳,平均年齢77.8±8.5歳,介護度は要支援介護度4),活動歴ならびに学習歴と現在の生活状況,現在と近い将来の学習ニーズについて尋ねた.その結果,高齢障害者は,個々の障害と加齢による諸機能の変化,生活習慣の変化,自己効力感の低下,交通手段をはじめとする物理的環境要因などによって,多くの活動の継続性は絶たれていた.しかし,過去に経験があり「好き」だった活動,個人の「人生において意味づけられている」活動は,支援者によるその発見と遂行の手がかりによって開始・継続されていた.高齢障害者の学習ニーズは,「健康の回復・維持・増進」に関することが最もつよく,他者から介護を受けなければならない現実と折り合いをつけながらも,身近な人に「迷惑をかけない」生活を再建し、「自律」することが重要なテーマとなっていた.また,人との「交流」,身近な他者への「貢献」のニーズが強い一方で,障害による「否定的な側面の意識化」によって,とくべつの友人をのぞいて同世代の健康な人や集団との交流を「自らあきらめ,絶つ」者が多かった.本研究には,調査対象の一般性の問題を含むが,高齢障害者の個別の学習ニーズを検討する重要性とその支援のためのいくつかの提言が,最後にまとめられた.本研究は,医療・保健・福祉領域に主眼が置かれている高齢障害者支援の現状に対して,高齢障害者の「学習」の必要性と可能性を示し,具体的支援の方策を検討していくための基礎的調査研究である.本年度は,高齢障害者の活動制限と学習活動の継続性に関する研究を実施した.まず学習を阻害している要因を355名の在宅高齢障害者のデータより分析した.その結果,受傷/発症後学習内容が変化したと回答した者60%,変わらない24%,どちらでもない16%であり,学習が困難になったと感じている者85%(ADL自立群75%,部分介助群94%,全介助群98%)であった.また,18項目の阻害要因に対する回答パターンを数量化III類にて分析した結果,ADL自立群は「運動機能の低下」や「記憶・集中力の不安」のために「既存のプログラムを始めるための要件を欠いている」「自分の求めるプログラムがない」という制度的要因が,部分介助群は「送迎サービスがない」「場所を知らない」といった状況的・情報的要因の傾向が,全介助群は「何を学べばいいか分らない」「学習したいという気持ちにならない」といった心理・社会的要因が阻害要因の傾向にあることが明らかになった.つぎに,生涯学習センター,公民館,老人福祉センター,社会福祉協議会ならびに介護老人保健施設に勤務する学習支援者に対し,当該施設での高齢障害者の学習の現状と阻害要因について質的データを収集するためにインタビューを実施した.また,介護老人保健施設デイケア参加者30名に対し,活動制限の状態と学習ニーズに関する質的データを収集する目的でインタビューを実施した.これらの結果は,現在帰納的手法で分折中である.今後,継続的な理論的サンプリングを行い,高齢障害者の学習ニーズについて明らかにしていく予定である.

本研究は,医療・保健・福祉領域に主眼が置かれている高齢障害者支援の現状に対して,高齢障害者の「学習」の必要性と可能性を示し,具体的な支援を検討していくための基礎的研究である.本年度は,高齢障害者の活動の継続性と学習ニーズを説明するために個別ンタビューを実施し,帰納的方法を用いて分析を行った.対象は,介護老人保健施設2施設に入所中もしくは併設の通所リハビリテーションを利用している(1)60歳以上,(2)何らかの身体的障害を有し,(3)痴呆はあっても軽度でインタビューが可能,(4)研究協力の同意が得られた者である.その結果,男性15名,女性35名の50名が抽出された.平均年齢は77.8±8.5歳(60歳91歳),介護度は要支援から介護度であり,疾患名は脳血管障害16名,痴呆6名,大腿骨頚部骨折5名などであった.1名につき約60分のインタビューを実施し,活動歴ならびに学習歴と現在の生活状況,現在と近い将来の学習ニーズについて尋ねた.その結果,高齢障害者の活動の多くは,身体的機能の変化,自己効力感の低下,生活習慣の変化,交通手段をはじめとする物理的問題などによって継続が困難であった.しかし,昔にあこがれていた活動,経験があり「すき」だった活動は,支援者による遂行の手がかりによって開始・継続されていた.高齢障害者の学習ニーズとしてもっとも強かったものは,健康の維持・増進に関することであり,とくに身近な人に対して迷感をかけない生活の構築を望んでいた.また,人との交流,身近な他者への貢献のニーズも強かったが,とくべつの友人をのぞいて比較的健康な人々との交流を希望するものは少なかった.後期高齢障害者は,今まで「十分によくやってきた」として,遂行に関するニーズに変わり「統合」へのニーズが強まった.本研究には調査対象の一般性の問題を含むが,高齢障害者の個別のニーズを検討する重要性と学習支援のためのいくつかの提言が最後にまとめられた.
ネプツニウム充填スクッテルダイト化合物の純良単結晶育成とフェルミ面の解明

ネプツニウム(Np)を含む超ウラン化合物は、強い放射能をともなうために取り扱いが難しく、これまで物性研究の例はほとんどない。本研究では、まず原料となるNp02から水溶液電解法によりNp金属を調製し、さらにフラックス法によりNp化合物の純良単結晶育成を行なった。その結果、Snフラックス法によってNpFe4P12の単結晶育成に成功した。超ウラン元素のスクッテルダイト化合物はこれが初めてである。(100)、(110)、(111)面に対応する結晶面が明瞭にあらわれた単結晶(0.5mm角)が多数得られた。X線回折によって格子定数を7.7709Åと決定した。この値はThFe4P12、UFe4P12よりも小さく、単体金属のウィグナー・ザイツ半径の移り変わりとほぼ同じである。電気抵抗率の値は大きくmΩ・cmのオーダーである。これは、NpFe4P12が電子と正孔の数が同数の補償金属であり、5f電子が局在していると考えたときの、5f3(Np4+)の電子配置を持つことを示している。30150Kの範囲で降温とともに電気抵抗は増大し、特異な振る舞いを示す。30K以下では電気抵抗は急激に減少する。磁化率の測定からNpFe4P12はキュリー温度23K強磁性状態であり、磁気モーメントは<100>方向を向いていることが分かった。飽和磁気モーメントは自由イオンから期待される値(3.27μB/Np)よりも、かなり小さく1.4μB/Npである。比熱測定から得られた電子比熱係数は30mJ/K2molと比較的大きく、5f電子が強い相関を受けていることを示唆している。本研究ではさらに、スクッテルダイト化合物以外のNp化合物についても純良単結晶育成、物性測定を行い、NpFe4P12と比較・検討した。その結果、NpFe4P12はNp化合物の中では5f電子が局在している例外的なケースであることが分かった。本研究では、まず原料となるNpO2から水溶液電解法によりNp金属を調製し、さらにフラックス法によりNp化合物の純良単結晶育成を行なった。充填スクッテルダイト化合物と同じ、立方晶のNpGe3をBiフラックスにより育成した。得られた単結晶は残留抵抗比が130のきわめて純良なものであり、これを用いてドハース・ファンアルフェン効果の測定を行なった。実験結果をバンド計算と比較することにより、フェルミ面は一つのバンドによって形成されていることが分かった。フェルミ面の形状は、<100>方向に伸びたアームを伴なう球状であり、さらに中心に中空の球状フェルミ面が存在する。フェルミ面は5f電子を遍歴としたバンド計算で完璧に説明される。5f遍歴電子モデルが超ウラン化合物に適用できる初めてのケースである。同じ結晶構造を持ち常磁性のUGe3はフェルミ面形状がすでに知られているが、NpGe3のフェルミ面はUGe3のフェルミ面から系統的に変化していることも分かった。サイクトロトロン有効質量は316m0と大きく、5f電子が遍歴して重い電子状態を形成していることが分かった。16m0の有効質量を伴うβブランチは、主に5fバンドの寄与が大きい。一方、3m0の有効質量を持つδブランチおよびλブランチはGeの4pバンドに起因することも分かった。さらに、本研究では充填スクッテルダイト化合物UFe4P12の純良単結晶育成をネプツニウムの場合と同じ手法で行なった。グローブボックス内で安全に試料育成が出来る条件がこれで整った。得られたUFe4P12は、結晶面が現れた1.5mm角程度のもので、これまでに報告があるUFe4P12と同じ物性を示した。

磁化率の測定からNpFe4P12はキュリー温度23K強磁性状態であり、磁気モーメントは<100>方向を向いていることが分かった。飽和磁気モーメントは自由イオンから期待される値(3.27μB/Np)よりも、かなり小さく1.4μB/Npである。比熱測定から得られた電子比熱係数は30mJ/K2molと比較的大きく、5f電子が強い相関を受けていることを示唆している。本研究ではさらに、スクッテルダイト化合物以外のNp化合物についても純良単結晶育成、物性測定を行い、NpFe4P12と比較・検討した。その結果、NpFe4P12はNp化合物の中では5f電子が局在している例外的なケースであることが分かった。
PCR産物直接塩基配列決定による結核の疫学的研究

学校や塾における集団発生や海外からの移入等は、今日結核感染において注目されている問題の一つである。しかし、原因菌に対する疫学的調査の方法はこれまでに確たるものは存在していない。そこで我々は結核菌の疫学的同定法の確立を目指して研究を進めている。16SリボゾームRNA(rRNA)遺伝子と23S rRNA遺伝子の間の非コード領域の構造の多様化に着目し、この部分の塩基配列を決定、比較することにより結核菌の疫学的同定が可能かどうかについて検討を行なった。1)プライマーの選択プライマーは16S rRNA遺伝子の3′末端付近と23S rRNA遺伝子5′末端付近で、様々な菌種の間で保存性に基づいて選択した。結核菌H37Rv株より抽出したDNAを鋳型としてプライマーのペアおよび反応条件の検討を行なった。2)塩基配列の決定および比較結核菌標準株4株、結核菌以外の抗酸菌20株及び臨床分離結核菌40株よりPCRにより16S-23S非コード領域を増幅し、大腸菌ベクターpUC18にサブクローニングした。得られたプラスミドDNAを鋳型としてA.L.F.DNAシーケンサにより塩基配列を決定後、それぞれの比較を行なった。その結果、結核菌とその他の抗酸菌の間にはこの領域の塩基配列に明らかな違いが見られ、結核菌の他の抗酸菌よりの鑑別には適していることが判明した。結核菌標準株どうしには1から4個の塩基置換が見られた。しかし臨床分離結核菌どうしは塩基置換が見られなかった。これは、16S-23S非コード領域がPCR産物直接塩基配列決定による結核の疫学的研究に利用できない領域であることを示すものである。今年度は、16SリボゾームRNA(rRNA)遺伝子と23SrRNA遺伝子の間の非コード領域の構造の多様性に着目し、この部分の塩基配列を決定、比較することにより結核菌の疫学的同定が可能かどうかについて検討を行なった。1)プライマーの合成および選択プライマーは16SrRNA遺伝子の3'末端付近と23SrRNA遺伝子の5'末端付近で、様々な菌種の間で保存性に基づいて選択し、ABI社製DNAシンセサイザーにて合成した。つづいて、結核菌H37Rv株より抽出したDNAを鋳型としてプライマーのペアおよび反応条件の検討を行なった。その結果、用いた全ての抗酸菌株の16S-23S非コード領域を増幅させることのできるPCRの条件が確立できた。2)塩基配列の決定および比較結核菌3株及び他の抗酸菌17株よりPCRにより16S-23S非コード領域を増幅し、大腸菌ベクターpUC18にサブクローニングした。その結果、類縁性の低いとされている抗酸菌同志で多数の塩基置換が見られたのみならず、結核菌どうしにも小数ではあるが塩基置換が見られた。これは、16S-23S非コード領域がPCR産物直接塩基配列決定による結核の疫学的研究に利用できる領域である可能性を示すものである。今後PCR産物直接塩基配列決定の方法を確立し、更に数多くの抗酸菌についてこの領域の増幅と塩基配列を決定・比較を行ない、この方法の結核菌の疫学的同定に対する有効性について検討してゆきたい。
Halin graphについての研究

「特定のグラフクラスにおいて全域Halin graphの存在を保証する肯定的な定理を得る.」という本研究課題の目標に対して,これを達成する定理がいくつか得られた.その過程で,平面性を仮定しないグラフクラスで全域Halin graphの存在を保証するための手法が得られた。これにより,平面グラフだけでなく,多くのグラフクラスに対して全域Halin graphの存在性を議論することが可能となった.この手法を用いて,前年度までに得られていた定理をさらに拡張することにも成功した.具体的には,3-連結グラフにおいて,4頂点のスターグラフと5頂点の道グラフを部分構造として持たないことを仮定すれば,全域Halin graphの存在が保証できていたが,5頂点の道グラフをZ_{2}やB_{1,1}とよばれるグラフに置き換えても同様の結論が成り立つことが証明できた.これまでの研究で,この結果を拡張できる可能性があるのは,Z_{2}やB_{1,1}をZ_{3},B_{1,2}とよばれるグラフに置き換えることのみであることが示せている.そのため,今後の研究でこの部分を明らかにしていく予定である.また,Halin graphに関連するhomeomorphically irreducible spanning tree (HIST)の研究成果として,与えられたグラフとその補グラフがともにHISTを持たなくなる構造の特徴づけを与える定理や,HISTを持つ可能性が高いと考えられていたグラフクラスで,HISTを持たない無限系列が存在することなどが示せた.3年間の研究を通して,全域Halin graphの存在を保証するための手法を確立できたことが,本研究課題の大きな成果の1つである.これらの手法のいくつかは,HISTやfullerene graphを扱う研究にも活用することが可能なため,様々な波及効果が期待できる成果が得られたといえる.1975年にLovaszとPlummerによって「任意の4-連結平面三角形分割は全域Halin graphを持つ.」という予想がたてられた.ところが,この予想は代表者を含む研究グループによって,2015年に否定的に解決された.本研究では,全域Halin graphを持つための非自明な条件を得ること軸にHalin graphに関連する諸問題の研究を進めている.平成28年度は「5-連結平面三角形分割は全域Halin graphを持つか.」という問題の解決を試みた結果,全域Halin graphを持たない5-連結平面三角形分割の無限系列が存在することが判明した.得られた成果は学術論文としてまとめ,現在投稿中である.平面三角形分割において全域Halin graphの存在性を保証する定理は得られなかったが,この性質についてオブストラクションとなる構造がいくつか発見できた.これにより,全域Halin graphの存在性を議論する際に成立しない命題を除外する作業を円滑に進めることができるため,残りの期間の研究を効率よく遂行することが可能となった.6-連結平面グラフは存在しないため,平面三角形分割についてこれ以上強い連結度を仮定することに意味はない.したがって,平面三角形分割について全域Halin graphの存在性を保証するためには,連結度以外の条件が必要となる.上記の成果で発見できたオブストラクションは,いずれも,各連結成分の頂点数が十分大きくなる切断点集合を持つことがわかっている.したがって,essentially connectivityなどの条件をつけくわえることで,与えられた平面三角形分割に全域Halin graphの存在を保証する定理が得られる可能性が高いと考えている.当初の予定通り,5-連結平面三角形分割における全域Halin graphの存在性について新たな知見が得られた.この成果は,平成29年度以降の研究遂行によい影響を与えるため,計画は概ね順調に進んでいると考えられる.また,fullerene graphやwheel minorなど計画当初は考慮していなかった研究対象についての調査を実施し,それらの研究成果がHalin graphの研究と相互に影響を及ぼしあうことがわかった.「どのようなグラフクラスで全域Halin graphの存在を保証できるか.」という問題に対して,前年度までの研究で5-連結平面三角形分割の場合は,全域Halin graphを持たない無限系列が存在することが分かった.平成29年度は,この問題に対して肯定的な解を得るため,禁止部分グラフ条件に着目して研究を進めた結果,3-連結グラフの場合,4頂点のスターグラフと5頂点の道グラフを部分構造として持たないことを仮定すれば,全域Halin graphの存在が保証できることが分かった.この成果が得られたことにより,平面性を仮定しないグラフクラスで全域Halin graphの存在を保証するための手法を確立することもできた.この手法を活用すれば,新たなグラフクラスで全域Halin graphの存在を保証する定理が得られる可能性が高いと考えている.一方,全域Halin graphを持つための必要条件としてハミルトン連結性が知られている.前年度までの研究で,平面グラフにおいては,これらの性質には本質的な差があること(例えば,4-連結平面三角形分割はハミルトン連結であるが,全域Halin graphを持たないなど)が知られていたが,禁止部分グラフ条件においても,この2つの性質には本質的に差があることが分かった.加えて,fullerene graphにおける条件付き完全マッチングを保証する定理やeven [2, b]-factorの存在を保証するための次数条件を与える定理なども得られた.全域Halin graphの存在を保証する定理を得ることは,本研究の目的の1つであったが,これを達成することができた.この背景には,前年度までの研究で判明していた,「全域Halin graphを持つ」という性質に対するオブストラクションの発見があり,これによって禁止部分グラフの構造を限定する作業が容易になった.

また,今回の成果にともない,全域Halin graphの存在を保証するための新しい手法を確立することにも成功した.この手法を応用すれば,さらに広いグラフクラスで全域Halin graphの存在が保証できることが予想できるため,次年度以降の研究につながる成果が得られたと考えられる.「特定のグラフクラスにおいて全域Halin graphの存在を保証する肯定的な定理を得る.」という本研究課題の目標に対して,これを達成する定理がいくつか得られた.その過程で,平面性を仮定しないグラフクラスで全域Halin graphの存在を保証するための手法が得られた。これにより,平面グラフだけでなく,多くのグラフクラスに対して全域Halin graphの存在性を議論することが可能となった.この手法を用いて,前年度までに得られていた定理をさらに拡張することにも成功した.具体的には,3-連結グラフにおいて,4頂点のスターグラフと5頂点の道グラフを部分構造として持たないことを仮定すれば,全域Halin graphの存在が保証できていたが,5頂点の道グラフをZ_{2}やB_{1,1}とよばれるグラフに置き換えても同様の結論が成り立つことが証明できた.これまでの研究で,この結果を拡張できる可能性があるのは,Z_{2}やB_{1,1}をZ_{3},B_{1,2}とよばれるグラフに置き換えることのみであることが示せている.そのため,今後の研究でこの部分を明らかにしていく予定である.また,Halin graphに関連するhomeomorphically irreducible spanning tree (HIST)の研究成果として,与えられたグラフとその補グラフがともにHISTを持たなくなる構造の特徴づけを与える定理や,HISTを持つ可能性が高いと考えられていたグラフクラスで,HISTを持たない無限系列が存在することなどが示せた.3年間の研究を通して,全域Halin graphの存在を保証するための手法を確立できたことが,本研究課題の大きな成果の1つである.これらの手法のいくつかは,HISTやfullerene graphを扱う研究にも活用することが可能なため,様々な波及効果が期待できる成果が得られたといえる.平面三角形分割の場合,連結度のみで全域Halin graphの存在を保証することはできないことが判明した.今後は,連結度以外の条件で平面三角形分割に全域Halin graphの存在性を保証できるかを検討していく.また,計画書に記載した通り,禁止部分グラフを用いて全域Halin graphの存在を保証できないかを調べていく予定である.3-連結グラフにおいて,4頂点のスターグラフと5頂点の道グラフを部分構造として持たないことを仮定すれば,全域Halin graphの存在が保証できるという定理を証明した際に,仮定をある程度緩和できる可能性があることもわかった.
分子間力によって生じる非接触物体間の応力解析とその次世代超高密度磁気記録への応用

(1)レナードジョーンズポテンシャルに基づいて1次元面内方向材料分布を有する物体の非接触状態における垂直・せん断応力を導出する手法を確立し、それらの基本特性を明らかにした。(2)上記1次元の計算手法を拡張し、周期的2次元分布についての垂直応力・せん断応力の導出に成功した。(3)球・平面間における応力分布を求め、その基本特性を明らかにした。(4)表面力測定装置を使用し、球・平面間の表面間力を超高精度に測定すると共に、表面粗さの影響を明らかにした。(5)表面間力を考慮した磁気ヘッドスライダの浮上特性解析を行い、温度分布および固体表面の適応係数の影響を明らかにした。本研究の目的は、材料分布を有する表面に働く表面間応力(垂直・せん断応力)の理論を構築し、その基本特性を解明すること、およびこれを検証するための実験計測手法の確立、さらには、次世代超高密度磁気ディスク装置における新記録方式の1つであるビットパターンドメディア(BPM)上の磁気ヘッドスライダの浮上特性解析と設計指針の抽出を行うことである。本年度は、まず、分子間の引力と斥力の双方を含むレナード・ジョーンズ(LJ)ポテンシャルから出発し、1次元の面内方向材料分布を有する物体の非接触状態における垂直・せん断応力を導出した。従来の研究では、ファンデルワールス引力のみを考慮した理論が展開されていたが、LJポテンシャルを用いることにより、固体表面が近接した場合の表面間力の垂直応力(圧力)とせん断応力を精密に計算することが可能となった。特に、面内方向に材料分布を有する場合のせん断応力を計算できるようになったのは、従来の垂直応力(圧力)のみの計算とは大きく異なる点である。この理論を用いて、非接触状態における物体内部の応力分布をベクトル図で示した。また、垂直応力(圧力)とせん断応力のそれぞれの引力成分と斥力成分が釣り合う条件を明らかにした。次に、相互作用する物体の形状を平行平面に特定し、これらの応力を積分することによって、物体間に働く相互作用力を計算した。その結果、材料界面上部での相互作用力の変化は材質の変化よりも緩やかであること、物体の長さを材料分布の周期の整数倍にすると垂直力は変化しないこと等を明らかにした。これらの成果は、磁気ディスク装置を含む微小機械の設計、ひいては固体接触理論等の基礎科学に重要な役割を果たすものである。さらに、これらの結果を実験的に検証する手法の検討に着手した。具体的には、フォースカーブの面内方向分布を超精密測定することにより、理論の検証を行うことを検討している。理論については、1次元面内方向に周期的に材料分布を有する場合と2種類の材料が1ヶ所で接続している場合について、レナード・ジョーンズ(LJ)ポテンシャルを用いて相互作用応力(垂直応力(圧力)およびせん断応力)の導出に成功した。また、この理論を用いて応力の基本特性を明らかにした。実験については、フォースカーブの超精密測定によって、理論の検証を行うための予備実験に着手した。磁気ヘッドスライダの浮上解析については、基礎理論で求めた応力を積分し、スライダに働く力を導出すると共に、その基本特性を明らかにした。上記の内容は、当初の研究計画にほぼ合致しているため、本研究課題は概ね順調に進展していると判断した。本年度は、昨年度の1次元面内方向材料分布の計算を拡張し、周期的2次元分布についての垂直応力・せん断応力の導出を行った。周期的2次元面内方向材料分布に対する材料特性分布関数を複素フーリエ級数展開し、レナード・ジョーンズ(LJ)ポテンシャルをベースに計算した。数値計算の必要な定積分については、かなり大きな計算時間を必要とするため、データベース化し、補間することによって計算するようプログラミングを行った。これにより、計算時間の飛躍的な短縮を実現できた。また、具体的な応力分布の計算例として、2種類の材料が周期的に分布した面を対象に非接触状態での表面間力の計算を行い、その垂直応力・せん断応力の分布を定量的に示した。せん断応力については、表面内の分布をベクトルで示した。求めた応力を積分し、物体間に働く相互作用力を計算すると共に、それらの基本特性を明らかにした。さらに、これらの結果を実験的に検証する手法の1つとして、球と平面を用いた表面力測定装置によるフォースカーブの超高精度計測に着手した。理論については、昨年の1次元材料分布の場合を拡張し、材料が面内で2次元的に周期分布する場合の表面間相互作用応力(垂直応力(圧力)およびせん断応力)を、レナード・ジョーンズポテンシャルを基に複素フーリエ級数を用いて導出することに成功した。また、この理論を用いて2種類の材料が2次元周期分布する場合の応力の基本特性を定量的に示した。実験については、球と平面間の表面力測定装置を用いて超高精度にフォースカーブを取得する手法の検討に着手した。

上記の内容は、当初の研究計画にほぼ合致しているため、本研究課題は概ね順調に進展していると判断した。本研究の目的は、材料分布を有する表面に働く表面間応力(垂直・せん断応力)の理論を構築し、その基本特性を解明すること、およびこれを検証するための実験計測手法の確立、さらには、次世代超高密度磁気ディスク装置における新記録方式の1つであるビットパターンドメディア(BPM)上の磁気ヘッドスライダの浮上特性解析と設計指針の抽出を行うことである。最終年度においては、まず、前年度までに導出手法を確立した周期的2次元面内方向材料分に対する垂直応力・せん断応力の式に基づいて、球・平面間における各応力分布を求める手法を確立した。球・平面間における応力分布の最小2面間距離依存性,曲率半径依存性,材料分布の空間周期依存性,屈折率依存性等の諸特性を明らかにした。これは、実験においては応力分布を直接得ることができず、特定の形状の固体表面間に働く力が測定されるため、実験と理論との橋渡しを強く意識した解析である。次に、これらを実験的に検証するための手法として、表面力測定装置を使用し、球・平面間の表面力の超高精度測定を試みた。その結果、非接触時の表面力を捉えることができた。また、接触時から2固体表面を引き離す時の凝着力(表面力の1種)について、その表面粗さ依存性を詳細に調べ、基本特性を明らかにした。さらに、表面間力を考慮した磁気ヘッドスライダの浮上特性解析(静特性・動特性)を行い、温度分布および固体表面の適応係数の影響を明らかにした。これらの成果は、磁気ディスク装置を含む微小機械の設計、ひいては固体接触理論等の基礎科学に重要な役割を果たすものである。(1)レナードジョーンズポテンシャルに基づいて1次元面内方向材料分布を有する物体の非接触状態における垂直・せん断応力を導出する手法を確立し、それらの基本特性を明らかにした。(2)上記1次元の計算手法を拡張し、周期的2次元分布についての垂直応力・せん断応力の導出に成功した。(3)球・平面間における応力分布を求め、その基本特性を明らかにした。(4)表面力測定装置を使用し、球・平面間の表面間力を超高精度に測定すると共に、表面粗さの影響を明らかにした。(5)表面間力を考慮した磁気ヘッドスライダの浮上特性解析を行い、温度分布および固体表面の適応係数の影響を明らかにした。理論については、今年度に構築した1次元の基礎的な理論を基に、表面間応力の特性をさらに深く追求する。特に、周期的分布と非周期的分布の比較から、圧力変化の緩和距離や材料分布の臨界ピッチ等の諸特性について明らかにする。また、2次元材料分布への拡張を行う。1次元よりもかなり膨大な数値計算が必要と予想される。実験については、理論の検証のための実験手法およびノウハウをより確実に取得する。その後、実験データを本格的に取得する(まずは、2種類の材料でできた固体表面間の表面間力を測定する)。磁気ヘッドスライダの浮上解析については、浮上特性に関する基本特性を把握した後、より精緻なプログラム開発を行う。導出した理論や得られた実験データを適宜取り込むことにより、BPMに対するHDI設計の指針を提案する。
遺伝的発症モデル動物を用いた海綿状脳症形成機構の解析

感染性の海綿状脳症はプリオン病や遅発性ウイルス感染症である亜急性硬化性全脳炎と進行性多巣性白質脳症などの神経性疾患でみられ、脱髄と空胞変性を病理組織学的な特徴としている。これら感染性の脳疾患病態を再現し潜伏期間の短い病態動物モデルを得ることは困難であったため、基礎研究に必要な資材開発として自然発症性の優秀な病態モデル動物の調査研究を行った。計画した脳疾患モデル動物のデータベースについてはデータを整えて本年中のWeb上で公開を予定している。本研究では遺伝的に海綿状脳症を再現するZitterラットを病態モデル動物として解析を行った。発症原因となる蛋白・遺伝子やそれに関連する分子は2次元電気泳動法・サブトラクション法で探索を行って、これまでにそれぞれの4個及び3個の分子が得られたので現在解析を進めている。本課題採択後に発症原因となる変異遺伝子Attractinが報告されたため、一部変更して、後発的にAttractinの発現を制御することで、部位特異的・時期特異的に海綿状変性を誘導できるような病態モデルマウスの作出を目指して、Cre-loxPシステムを用いたコンデイショナルノックアウトマウスの作出を計画した。本遺伝子は全長190200kbpからなり、蛋白はC端側に膜貫通部位がある。膜貫通部位上流に位置するExonを挟むようにloxP遺伝子を配置してターゲット部位(約1kb)とした。クローニングによってターゲット部位を含む約12kbと15kbの2つの遺伝子断片を得た。この全塩基配列を決定し、連結させてターゲティングベクターのもとになる約20kbpの遺伝子断片を作製した。1oxP遺伝子とneoカセットを挿入したターゲティングベクターの構築を現在ほぼ完了させた。本研究では海綿状脳症形成機構を解明するモデルとしてZitterラットを用い、遺伝性海綿状脳症の形成機構の解析を行い、さらに類似した病態モデル動物の調査比較研究を行うことを目的としている。これら感染性の脳疾患の病態を再現し潜伏期間の短い病態動物モデルを得ることは困難であり基礎研究が必要な資材開発として優秀な遺伝的な病態モデル動物の調査研究は重要である。Zitterラットは遺伝的にこれらの病態と近似した全身性神経症状、並びに脳組織で病理組織学的に海綿状変性が観察される。本年度はZitterラットについて発現異常が認められる蛋白質の特定と遺伝子発現の変化について探索を行った。Zitterラット並びに対照としてWTCラットを繁殖飼育し、生後2日目から3週齢までの間に小脳を採取し試料をcytosol分画とmembrane分画に分け2次元電気泳動法を用いて分離し蛋白質の比較解析を行った。生後24日齢のWTCラット小脳のmembrane分画の泳動像に特異的な分子量約78kDa、等電点56の蛋白質スポットが見られた。この他にZitterラットmembrane分画で発現の上昇が認められた蛋白質スポットがいくつか見つかった。また、サブトラクション法を用い、WTCラットで特異的に発現する遺伝子の探索を行った。4日齢のラットから採取した小脳より抽出したRNAを用いて、常法に従って操作し最終的に150^400bpの5種類のクローンが得られたが、うち2つはミトコンドリアDNA由来のmRNAで、残りの3種類はデータベースで探索したが一致する分子の同定には至らなかった。
柔軟な小規模系統を実現するための電力変換機制御法の研究

上位系統との親和性を高めるための分散型電源の統合制御法については概念的な提案は多数行なわれているもののまだ具体的な方策についての議論が進んでいない。本研究では様々な分散型電源の特性を活かした柔軟な小規模系統を実現すべく、分散型電源の特性を計測し、電力供給の要となる電力変換器制御方法について検討をした。具体的にはマイクロガスタービンや小型ガスエンジンなど電力変換器を介して系統連系を行っている機器の有効電力出力特性を計測し、それぞれの特性を考慮した制御系設計の基礎を築いた。また上位系統との柔軟な連系や小規模電力系統の独立運転を指向し、分散型電源を硬直電源化させないよう、負荷変動に対する追従制御系を考案し、実機による試験を行った。負荷変動追従制御では有効電力周波数応答特性の悪いものから順にカスケード的な制御系を組み、個々の電源が得意とする周波数領域での変動補償を可能とした。実験では鉛蓄電池を用いたエネルギー貯蔵システムも用いたが、カスケード制御系の最下位に置かれているため、必要貯蔵容量の増大を招く低周波成分の負担を大幅に軽減可能となり、エネルギー貯蔵装置の有効利用に貢献可能な制御系となっている。本年度行った実験では最も条件が厳しい秒オーダでの等時等量を目指したが、機器容量が不足していた関係で完全には負荷変動を補償し切れなかった。しかし、系統連系時の連系点電力変動抑制という観点からみると十分な成果が得られたと考えられる。分散型電源を協調制御するためには分散型電源の出力特性を知る必要があるが、現状の分散型電源では30分デマンド一定制御程度の応答特性しか注目されておらず、負荷変動や再生可能エネルギー源を用いた電源の出力変動を補償することを視野に入れた統合制御を設計・実現するためにはデータが不足している。特に制御系を設計する上で重要な分散型電源の周波数特性についてのデータが存在しない。そこで本年度は実際にマイクロガスタービン、ガスエンジン、鉛蓄電池システムについて周波数応答を計測した。具体的にはバイアスをかけた正弦波状の出力指令を与えた場合の応答を計測し、Fourier解析を行ない指令値と同じ周波数成分を抽出し、指令値との相対的な振幅と位相を計算することで周波数特性を得た。周波数特性を計測する際には出力が定格最大出力と定格最低出力を取る最も厳しい条件を用いた。得られた結果を基に各分散型電源の模擬伝達関数を算出し、計算機シミュレーションモデルの構築を行なった。シミュレーションモデルの正弦波応答を調べることにより実測値との整合性を確認した。また実際に計測した負荷変動を用いて統合制御を行なったことを仮定した場合のシミュレーションを行ない、次年度に予定している実機での実験についての予備検討を行なった。
集水域からの窒素の流出と農業水利施設の水質浄化機能に関する研究

本研究は「集水域からの窒素の流出」と「農業水利施設の水質浄化機能」の2つの内容から成っているが、それぞれについて研究成果の概要を記す。1.集水宴からの窒素の流出:集水域からの流出負荷量を精密に調査し、それにもとづいてLQ式の算定や流出モデルの作成を行い、流出負荷量の予測やその制御への道を拓くことを目的とした。そのために「森林集水域」と「農業集水域」の2地区を選定し、それぞれにおいて6時間間隔で流量と水質を1年間測定した。その結果は国際水質汚濁研究会議で発表し、さらに現在農業土木学会論文集に4編の論文として投稿中である。その結果によれば、森林集水域からの年間流出負荷量は6.8kg/ha、農業集水域で35.6kg/haであった。農業集水域の流出負荷量は森林の5.2倍も大きく、その原因は多肥の畑地にあることがわかった。また農業集水域の流出荷量は森林の5.2倍も大きくまた農業集水域では灌漑期には水田によって窒素の除去が行われていることも判明した。2.農業水利施設の水質浄化機能:霞ヶ浦の水を加圧送水している農業水施設において送水過程で水質がどのように変化しているかを2年間測定した。アオコは送水過程で分解・沈殿し、その結果SS、Chlーa、COD、DOが著しく低下し、一方無機態窒素が増大した。また0.4MPa以上の加圧によってアオコのガス胞が破壊され、沈殿しやすくなることを室内実験で確認し、アオコ除去方法への一つの示唆を得た。さらにアオコの分解について実験を行い、分解過程で放出される有機物の質と量について検討した。これらの研究成果は既に農業土木学会論文集に3編の論文となって発表されているほか、水質汚濁研究にも発表の予定である。1.集水域における窒素流出調査山地地域に自記水位計と自動採水器を設置し、12ケ月の長期間に亘り、連日測定を行った。測定項目は雨量、流量のほか、電気伝導度、p^H、SS、NO_3-N濃度、T-N濃度である。この結果から流出負荷量を算出し、山地集水域からの流出水の水質と負荷の実態を明らかにした。この過程で水質項目相互間の相関や流量・負荷関係式の解析を行い、さらにタンクモデルを使って流出負荷の算出モデルの作成を行った。結果は目下論文に作成中であるが、一般に水質濃度は他の農業地域などに比べて低く、かつ安定であり、山地域のもつ特色を示している。次年度は農業地域について調査を行う。2.農業水利施設の送水過程における水質浄化調査アオコを多量に含んだ用水が送水される過程での水質変化を追跡した。採水試料についてSS、窒素、リン、クロロフィル、CODを測定し、現地ではpH、DO、ECを測定した。一般に送水過程でアオコは分化や沈澱によって減少し、それにともなってSS、クロロフィル、CODは減少した。逆にアオコの分解によって窒素、リンの濃度が増大し、溶存酸素DOが減少した。極端な場合は送水先でDOがゼロの場合もあった。これらの結果については論文2編にまとめ農業土木学会論文集に投稿した。さらにアオコの沈降、分解について室内実験を行い、加圧がアオコの沈降に大きな影響を与えること、また分解が比較的短期間に進むことなどを明らかにした。これらの実験は次年度も継続して行う予定である。1.集水域における窒素流出調査農業地域の集水域に自記水位計、自記雨量計および自動採水器を設置し、連続的な測定を行った。

採水は6時間間隔とし、NO_3、SS、ECpH、CODを主測定項目とし、NH_4、PO_4、T-Nを副測定項目とした。今年度は潅漑期に重点をおいて調査したが、特に元肥期については測定間隔を3時間にして精密な測定を行った。現在、デ-タの整理と解析中であるが、潅漑期の流出負荷の特徴が色々の面で明らかになりつつある。また、流出負荷に与える土地利用の影響、林地、畑地、水田の役割が異なることが浮かび上がっている。2.農業水利施設の送水過程における水質調査前年度に続いてアオコの加圧沈降と分解の試験を行った。アオコは霞ヶ浦だけでなく、諏訪湖などの他の湖からも採取し実験した。アオコが加圧により沈降する性質については、すべての試料について共通的に認められたが、その加圧値についてはアオコの種属によって若干の相異が認められた。一方、アオコの分解についても、分解に伴うSS、COD、Chl-a、DOの減少と、NH_4、PO_4の増大が確認された。これらの知見は今後の農業水利施設の水質浄化機能向上の面で、大いに役立つものと思われる。本研究は「集水域からの窒素の流出」と「農業水利施設の水質浄化機能」の2つの内容から成っているが、それぞれについて研究成果の概要を記す。1.集水域からの窒素の流出:集水域からの流出負荷量を精密に調査し、それにもとづいてLQ式の算定や流出モデルの作成を行い、流出負荷量の予測やその制御への道を拓くことを目的とした。そのために「森林集水域」と「農業集水域」の2地区を選定し、それぞれにおいて6時間間隔で流量と水質を1年間測定した。その結果は国際水質汚濁研究会議で発表し、さらに現在農業土木学会論文集に4編の論文として投稿中である。その結果によれば、森林集水域からの年間流出負荷量は6.8kg/ha、農業集水域で35.6kg/haであった。農業集水域の流出負荷量は森林の5.2倍も大きく、その原因は多肥の畑地にあることがわかった。また農業集水域では灌漑期には水田によって窒素の除去が行われていることも判明した。2.農業水利施設の水質浄化機能:霞ケ浦の水を加圧送水している農業水利施設において送水過程で水質がどのように変化しているかを2年間測定した。アオコは送水過程で分解・沈澱し、その結SS、Chlーa、COD、DOが著しく低下し、一方無機態窒素が増大した。また0.4MPa以上の加圧によってアオコのガス胞が破壊され、沈澱しやすくなることを室内実験で確認し、アオコ除去方法への一つの示唆を得た。さらにアオコの分解について実験を行い、分解過程で放出される有機物の質と量について検討した。これらの研究成果は既に農業土木学会論文集に3編の論文となって発表されているほか、水質汚濁研究にも発表の予定である。
小さく生まれると高血圧になりやすい

妊娠期における栄養失調は、新生児の出生時低体重を低くすることがある。この出生時低体重は成人時の高血圧、肥満などの発症と因果関係を示すことが疫学的な研究により報告されている(Bonita Falkner etal.Hypertension,1998;31:145-150)。しかし、出生時低体重ラットを用いた高血圧発症モデルの確立、あるいはその機構解明に関する研究は未だない。本研究の目的は、出生時低体重がどのような仕組みで高血圧発症に結びつくのかその神経性動脈圧調節機構の変化について検討することにある。昨年度は、性的食塩水夫かにより、ナトリウム負荷を行った。今年度は、8%の高食塩食により食塩負荷を行った。方法:妊娠ラットを低タンパク質食で飼育し、その仔を出生時低体重にする。後、出生時低体重ラットが成熟する過程で食塩負荷を行い高血圧発症機構について検討した。ラット飼育の飼育・出生時低体重ラットの作成Wistar系ラットを用い、妊娠させた後、5%タンパク質食(低栄養)を与える。コントロールとして10%タンパク質食を与える。出生後は一般固形食を自由摂取させた。ラットに慢性的に動脈圧測定、心拍数、腎交感神経活動測定用のプローブおよびカテーテルを留置する。後、ラットを代謝ケージに入れ3日間のコントロール期の後、12日の食塩負荷(8%食塩食を自由摂取させる)について実験を行った。結果:安静時の動脈圧は、出生時低体重ラットと正常ラットの間に差は無かった。しかし、出生時低体重ラットに8%食塩を負荷すると、両群ともに血圧が一過性に有意に低下した。後、徐々に血圧は上昇したが、12日間の食塩負荷で有意な血圧上昇は観察されなかった。水分およびナトリウム出納に両群の差は無かった。昨年の結果と照らし合わせ、餌と飲水との食塩負荷の差が血圧上昇におよぼす影響について検討した。目的:出生時低体重が成人時の高血圧、肥満などの発症と因果関係を示すことが疫学的な研究により報告されている(Bonita Falkner etal.Hypertension,1998;31:145-150)。後、出生時低体重ラットが成熟する過程で食塩負荷を行い高血圧発症機構について検討加えた。後、ラットを代謝ケージに入れ3日間のコントロール期の後、7日の食塩負荷(0.9%NaCl水を自由摂取させる)、4日の回復期について下記の項目について実験を行った。しかし、出生時低体重ラットに食塩を負荷すると、負荷後3日以降有意に動脈圧が上昇し(15mmHg,p<0.05)、高血圧になることが判明した。現在、水分およびナトリウム出納を計測し、高血圧発症と腎臓での電解質・ナトリウム・水分ハンドリングの関係について検討を加えている。