hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
科学技術教育カリキュラム開発のための素材の集積とその内容分析

本研究報告は,科学技術的内容の素材の集積とその分析を通して、科学と技術を統合化した内容の新しい科学教育課程開発や教材作成の展望を打ち出すことを目的とした研究のまとめである。報告書は第12章からなっている。第1章は、科学技術的内容について、科学教育課程開発からみた素材の在り方とその集積の必要性等が分析されている。第2章は、普通教育における科学技術教育の意義と課題が、科学リテラシー、資質形成、学習目標、科学と技術の差異、指導における展開の方法と展開例等を通して分析されている。科学技術的内容は、探究の精神と技能の育成のために、科学的内容と共に問題解決的に学習されるべきことが主張されている。第3章は、我が国における科学と技術に関する教育の歴史的経緯が概観されている。第4章では、理科と技術科における教科の特性、両科における知識方やスキルの差異の分析から、両科間の連携の可能性が述べられている。第5章は、日本における総合的理科の捉え方や歴史、並びに諸外国における総合的科学教育課程であるNUFFIELD総合理科、IAC化学、SATISの概略が述べられている。第6章は、米国の高等学校化学教科書ケムコム(ChemCom)について、その内容と特徴、日本の高等学校理科科目との関係等が述べられている。第7章と第8章では、それぞれ、教員養成大学学生の科学技術観および総合的科学教育課程の実施可能性についての調査結果が示されている。第9章は、代表的な総合的科学教育課程である、ベンチマーク、環境科学、ケムコムの内容の概要が示されている。第10章は、科学技術的内容の素材分類のいくつかの視点とその概要が、科学技術的内容、日常生活に着目した事象について示されている。第11章は、エネルギーをはじめとするいくつかの主要な内容項目の詳細が示されている。第12章は今後の課題について触れられている。本研究は,科学技術素養と創造性の育成を理念とする新科学カリキュラムの開発のために,素材の集積とその内容分析を目的としている.本研究は,3年間の継続研究が予定されている.本年度は,以下の研究を行った。1.基本的図書の収集と素材の内容の概略の調査:素材集積のために,物理・化学・生物・地学間の総合的な内容,環境科学・環境教育,新しい科学・技術,サバイバル的課題,自然・人工的世界像,高次概念,科学と経済・社会,科学と技術,科学技術と日常生活,科学技術リテラシィ,科学論・科学史,科学技術政策,創造性・問題解決,認知研究,諸外国の科学教育,理科教材,自然への興味・関心,科学技術教育論,教科論などに関わる図書を購入し,素材の内容の概略を調査して,素材集積の参考とした.総合的な内容の図書は,当初予想していたより数が少なく,本研究の意義が再確認された事態となっている.なお,図書はまだまだ不足している.2.カリキュラムの枠組みと素材集積の方針の考察:環境科学,科学技術リテラシィ,科学と他教科の相互乗り入れ,科学内部の部分的総合化をそれぞれの軸とする4種類の新カリキュラムの枠組みを考案し,それらの素材について,構成的内容の素材群(環境科学,科学内部の総合化,新しい科学,科学と技術の関係,科学技術と日常生活,高次概念等),文脈的内容の素材群(サバイバル的課題,科学論等),および認知・指導的内容の素材群(問題解決,創造性等)の三群からなる分類を考案し,その細部について検討した.3.その他:Window95-パソコンによる素材集積の環境整備を進めつつある.また,日本科学教育学会研究会(平成9年4月5日,於東学大)で,研究代表者が研究成果を発表する.

今後は,典型的な素材の集積と分析の研究へ進む予定である.本研究は,科学技術カリキュラム開発のために,素材の集析とその内容分析を通して,「科学技術教育」の内容や教材作成の展望を打ち出すことを目的としてる。北研究は,3年間の継続研究が予定されており,平成9年度は2年目の研究である。昨年度は,主に,膨大な量の素材の中から教材となる可能性のある素材をいかなる方針で集積するかという,カリキュラムの枠組みと素材集積の方針を研究した。これらの実績に基づいて,平成9年度では,それらを,より具体化する方向で研究し,次の知見を得た。(1)英国国定カリキュラムにおける小・中・高等学校にわたる一貫性を,科学技術的内容を主に分析した。(2)「米国科学教育基準」に基づくジョージア・イニシアティブ・プロジェクトのカリキュラム理念と構造を,主として科学技術教育的側面から分析した。(3)日本における総合理科の据え方と歴史,並びに日本国内外における総合的科学教育課程的理科ケムコム(Chemistry in the Community)を分析し,総合的教材の物理・科学・生物・地学各分野との関連を,ある例で調査した。(4)我が国における科学と技術に関する教育を歴史的に概観し,理科と技術科の教科の特性を明らかにした上で,その統合化の可能性を,特にスキル中心に分析した。(5)米国ベンチマークが,非常に優れた体系的なものであることを見いだし,分析を進めつつある。特に科学史的内容などについて大いに参考となることが判明した。今後は,典型的な素材の集積と分析の研究へ進む予定である。本年度は,別紙の通り7件の発表等を行った。本研究は、科学技術カリキュラム開発のために、素材の集積とその内容分析を通して「科学技術教育」の内容や教材作成の展望を打ち出すことを目的とした3年間の継続研究であり、本年度は最終年度である。本年度は、研究代表者が、文部省短期在外研究、インドネシア初中等理数科教育拡充計画への協力、学会年会開催などにより研究時間の確保が困難であったため、研究の進捗は遅れたが、以下の研究を行った。(1)短期在外研究と連動して英国の国定カリキュラムにおける科学技術教育についての視察や討論を行った。英国では科学教育と技術教育をかなり明確に分離していることが明らかになった。しかし、両者の統合化の理念的な基礎研究は進みつつある。(2)科学技術内容の学習の在り方について、科学と技術の差異を考察し、特に児童・生徒の探究の姿勢を維持・発展するためには、学習を問題解決的に実施するべきことを、例をあげて考究した。1999年度中に、「科学教育研究」(日本科学教育学会発行)特別号に発表の予定。(3)科学技術カリキュラムにおける資質・能力(拡張されたプロセス・スキル、創造性)について考察し、その基礎として、AAASのプロセス・スキルの構造を分析した。(4)科学技術関連書籍を購入し、環境、エネルギー、生活科学等の視点から、素材となる可能性のあるものを分析し、シソーラスを検討した。(5)昨年度実施した科学技術的な総合的内容についての教育養成大学学生に対するアンケートの分析を進め、教師養成の視点から科学技術についての学生の意識を調査した。
脳の遺伝子発現を制御するカルシウム/カルモデュリン依存性蛋白質燐酸化酵素

CaMキナーゼIVは神経細胞の核に局在するカルシウム/カルモデュリン依存性多機能性蛋白質燐酸化酵素であり、転写調節因子CREBを燐酸化して活性化することが報告されている。神経細胞のカルシグナリングによる転写調節はカルシウム/カルモデュリン/キナーゼ/キナーゼカスケードの制御下にあると考えられるのでこの制御機構について研究し、次のような成果を収めた。CaMキナーゼIVは上流のCaMキナーゼキナーゼによって燐酸化されて活性化されるが、この活性発現に関与する燐酸化部位がN末端から196番目のスレオニンであることを燐酸化したCaMキナーゼIVを消化して得たペプチドの解析により明らかにした。CaMキナーゼカスケードの上流のCaMキナーゼキナーゼにアイソフォームが存在することを明らかにし、αアイソフォームに続いてもう1つのβアイソフォームについてもラットの脳より精製し、さらにcDNAをクローニングした。アイソフォームに特異的な抗体を調製し、抗体を用いてそれぞれのアイソフォームの脳内部位分布を調べ、比較した。CaMキナーゼキナーゼαの組み換え型酵素を用いてその性質を調べ、酵素がCaMキナーゼIVのスレオニン196とCaMキナーゼIのスレオニン177を特異的に燐酸化することを明らかにし、厳密な基質特異性をもつことを示した。CaMキナーゼIVがカルシウム/カルモデュリンによってCaMキナーゼキナーゼ低感受性型の酵素に変換することを見出し、CaMキナーゼカスケードの新しい制御機構の可能性を示した。
重度自閉性障害者の社会参加のための地域生活環境の構造化の試み

本研究では、知的障害や自閉症などの重度障害をもつ人々が心理的な側面を含めて地域に参加し共生していくための具体的な方法論について検討していくことを目的とした。具体的には、重度障害をもつ人の交通機関の利用について取り上げた。職場や学校などの限定された空間とは異なり、交通機関の利用は、障害をもたない健常といわれる多くの一般の人々とさまざまな特徴的な行動を示す障害をもつ人々が相互作用を行う環境である。そこでは、一般の人々と障害をもつ人々との関わりが促進されることも考えられるが、その反対に一般の人々との関わりのなかで障害をもつ人々の社会参加が阻害されることも想定される。従来、このような公共的な場面での障害をもつ人々の社会参加に関する研究は非常に少ないばかりでなく、障害をもつ人々の社会参加が一般の人々の“受け入れ"や“態度"という概念で説明されており、社会参加のための具体的な方法について検討されてきていない。本研究では、これらの問題に対して障害をもつ人々の社会参加の促進のための具体的な方法について実証的に究明することをねらいとしている。研究では、養護学校高等部に通う1名の自閉症生徒を対象にした。本生徒に、自宅から養護学校までバスや電車を利用して通学するために必要な諸技能の形成を行った。通学に必要な諸技能について形成していくとともに、交通機関を利用していくなかで本生徒と一般の人々との関わりについて記録・分析していった。本生徒が養護学校を卒業するまでこれらの記録を続けていった。その結果、重度知的障害を有する本自閉症生徒が通学に必要な諸技能を習得できることだけでなく、学校を卒業するまで3年間単独で通学できたことが示された。一般の人との関わりについては、本生徒の特徴的な行動に対して一般の人々からさまざまな反応が示された。これらの反応は、生徒の行動に起因して生起したものであるが、その生起には社会的な要因が強く関与していることが示された。そして、それらの要因が物理的な環境設定によって変容可能であることが示唆された。つまり、それらの物理的環境設定の変更によって、障害をもつ人々の健常と言われる多くの一般の人々が生活する社会への参加が促進されることが示された。
エボラウイルスRNAポリメラーゼの構造生物学研究

本研究ではエボラ出血熱に対する新規医薬品開発の基礎として、エボラ出血熱の原因であるエボラウイルスのタンパク質の構造解析を試みたが、残念ながらよい結果を得ることはできなかった。エボラウイルスが宿主の細胞質において行う自身の遺伝子の複製と転写は、ウイルスの生存にとって非常に重要なステップである。そこでこれらの機能に関わるウイルスタンパク質であるRNA合成酵素、NP、VP30及びVP35のドメイン等を発現させ、相互作用部位を明らかにした。相互作用する複合体の結晶構造解析を試みたが、同様の研究を行っていた他研究室から構造が発表され、重要性は確認されたが、研究成果をあげることはできなかった。エボラウイルスにおけるRNA polymerase及びその相互作用蛋白質の構造機能相関を明らかにするため、RNA polymeraseとウイル蛋白質の単体及び複合体構造の解析を目指し研究を行っている。まずはじめに、本研究のメインターゲットであるRNA polymeraseの発現を試みた。エボラウイルスのRNA polymeraseは2200アミノ酸を超える巨大蛋白質であり、全長での発現は大腸菌、昆虫細胞系において、失敗に終わった。そこで、二次構造予測を元に、いくつかの断片に分けて発現を試みた。その結果、1-450残基、551-904残基、1187-1165残基の部位において、大腸菌発現系において可溶性蛋白質の存在を少量ではあるが確認できた。可溶化が確認できた条件において、結晶化に向けた可溶性蛋白質を得ようと大量培養を行ったが、大量培養の条件ではすべて不溶性なってしまうか、多少可溶化しても精製の段階ですぐに分解してしまい、安定な蛋白質を得ることができなかった。また、可溶性が確認できた少量での発現系においても精製の段階で可溶性蛋白質が分解若しくは沈殿することがわかった。RNA polymeraseのウイルス蛋白質との相互作用は不明なことが多いが、ウイルス及び宿主の体内において、RNA polymeraseのN末端側がVP35と相互作用しているという報告はすでになされていた。そこで、可溶化の可能性が高い1-450残基とVP35の共発現を試みるため、まずはVP35の発現系の構築を行った。その結果、VP35のN末端ドメイン、C末端ドメインに分割することで安定かつ大量のGST融合蛋白質を得ることができた。得られたGST融合VP35とRNA polymerase1-450の共発現系を構築し、発現精製を行ったが、安定な複合体を得ることはできなかった。以上の結果から、まずはVP35存在下及び非存在下において安定なRNA polymeraseを得ることが第一だと考え、現在は昆虫細胞系を用いた単体及び共発現系の構築と発現条件の検討を行っている。平成26年度までの研究において、少量培養におけるRNA polymerase断片の可溶化が確認できており、平成27年度にその精製と複合体の構築を終わらせる予定であった。しかし、実際に研究を進めていったところ、得られた可溶性蛋白質が非常に不安定であり、条件検討をしても可溶性蛋白質に対する不溶性の蛋白質の割合は変わらず、大腸菌発現系での発現がこんなんであるとの結論に達した。当初の予定では、すでに発現条件が曖昧ながらも決まっており、平成27度はより安定な条件の検討と、精製条件確立を行う予定であったが、新たに共発現系の構築及び異なる発現系の構築を行うことになったため、当初の予定より遅れ、安定な蛋白質の精製条件の確立をするには至らなかった。エボラ出血熱はエボラウイルスが感染することで発症する感染症である。そこで、ウイルスの増殖におけるタンパク質の相互作用を明らかにするため、複製転写活性を持つRNA合成酵素(PNAP)とその調節因子であるVP30とVP35、遺伝子を保持するNPといったウイルスタンパク質の相互作用部位のX線結晶構造解析を試みた。まずはタンパク質を安定な状態で発現させ、相互作用を確認することにした。発現実験の結果、RNAPの1-466、551-904、1187-1650アミノ酸からなるペプチドを大腸菌で可溶化させることに成功したが、これらは非常に不安定であり、相互作用解析等に用いることはできなかった。NP25-420(1)、420-739(2)、630-739(3)、VP30のN及びC末端ドメイン、VP35のN及びC末端ドメインに関しては可溶性発現、精製に成功し、NP1とVP35N、NP2とVP30C及びVP35Cがそれぞれ結合することがわかった。そこで、複合体構造を解析すべく結晶化を行ったが、これらの相互作用は高塩濃度などの条件で容易に単離してしまい、各種結晶化条件下では複合体を形成しないことが明らかになった。そのため、より詳細にアミノ酸を特定して構造解析を試みようと研究を行ったが、2015年にNP1-VP35N結合部位、2016年にNP2-VP30C結合部位の構造が発表され、本研究は彼らの研究の後塵を拝する結果となった。これらの発表ではNPとVPの相互作用がウイルスの生存にとって重要な役割を果たしていることが実験的に証明されている。今後はRNAPとVP、各VP間の相互作用等の情報を得ることで、薬剤開発やエボラウイルスの研究につなげていきたいと考えている。

エボラウイルスが宿主の細胞質において行う自身の遺伝子の複製と転写は、ウイルスの生存にとって非常に重要なステップである。そこでこれらの機能に関わるウイルスタンパク質であるRNA合成酵素、NP、VP30及びVP35のドメイン等を発現させ、相互作用部位を明らかにした。相互作用する複合体の結晶構造解析を試みたが、同様の研究を行っていた他研究室から構造が発表され、重要性は確認されたが、研究成果をあげることはできなかった。今後の研究方針としては、まずRNA polymerase断片の安定かつ大量発現を目指し、発現系の条件検討を行っていく予定である。これまでの研究過程において、ウイルス蛋白質であるVP24,VP30,VP35,VP40とNPに関しては、ほぼすべての範囲を網羅する断片の安定な発現と精製条件を確立し、常時蛋白質が得られる状況になっている。そこで、様々な共発現系を構築することによって、RNA polymerase断片の安定な発現及び精製、結晶化を行うことができるのではないかと考えている。具体的には昆虫細胞発現系において、複数及び巨大な複合体の発現に適したFlexiBac発現系を用いるべく、現在発現系の構築を行っている。RNA polymerase断片が不安定だった理由として、断片化した事によって本来であれば蛋白質の内側に位置するアミノ酸が表面に出ている可能性と、ウイルス及び細胞内において相互作用している蛋白質による安定性の維持の2つの可能性が考えられることから、これらの可能性を考慮した複合体の発現系を行うことで、安定な蛋白質を得ること、結晶化、構造解析を行うことができると考えており、平成28年度において、これらの目標を達成していく予定である。ウイルスタンパク質の構造解析当初の予定では平成27年度に蛋白質の大量培養及び精製を行う予定であった。蛋白質の精製に用いる樹脂及び消耗品に対して、費用を計上していたが、実際には主に発現系の構築及び条件検討を行うことが主であった。そのため、平成27年度の使用予算としては発現系に関わる消耗品等に限り、精製に関する費用に関しては次年度に持ち越すことになった。研究計画の進捗としては多少の遅れが出ているが、計画の流れとしては外れていないため、繰り越した予算は当初の予定通りの用途で平成28年度に使用していく計画である。具体的には精製用樹脂や消耗品と結晶化試薬、X線照射実験に用いる機器等である。蛋白質のX線結晶構造解析において、結晶化試薬及び結晶化に用いる消耗品が、最も予算を必要とする過程であり、繰り越した予算は平成28年度に計上されていた予算とあわせて、これらに使用していく予定である。
二酸化炭素マイクロ・ナノバブルによる食品殺菌に関する基礎的研究

低加圧二酸化炭素マイクロ・ナノバブル(MNB-CO2)の芽胞失活効果はほとんど認められなかったが、芽胞をMNB-CO2処理後に加熱処理を行うことで加熱処理のみよりもD値が短縮した。MNB-CO2によるビール酵母の殺菌は細胞膜等の損傷ではなく、細胞内に浸透したCO2による細胞内の酸性化もしくは細胞内基質の変性によることが示唆された。MNB-CO2によりろ過前のビール内の酵母を完全に殺菌可能であり、各ビールの香気成分量は未処理、MNB-CO2および加熱ビールで大きな違いはなかったが、官能評価によりMNB-CO2ビールは未処理ビールに近く、加熱ビールよりも良い結果となった。低加圧二酸化炭素マイクロ・ナノバブル(MNB-CO2)による芽胞の失活:40°C、2 MPaでのMNB-CO2の芽胞に対する殺菌効果はほとんど認められなかったが、上記条件のMNB-CO2により芽胞を処理した後、加熱処理を行ったところ、加熱処理のみよりもD値が短縮した。MNB-CO2が微生物細胞に与える影響:MNB-CO2の火落菌に対する殺菌効果は温度、圧力および溶液中のエタノール濃度の上昇に伴い高まり、緩衝液の種類および濃度に影響を受けることならびに緩衝液の初発pHが低いほど高まった。MNB-CO2処理中の加圧下での細胞外pHは初発pH 4以下の溶液中ではほとんど低下しなかった。MNB-CO2処理したビール酵母からのDNAおよびタンパク質の漏出量は生菌数が同じであるにも関わらず加熱処理後よりも少なかった。MNB-CO2処理したビール酵母のPropidium Iodide蛍光強度は加熱処理よりも弱かった。さらに、MNB-CO2処理したビール酵母細胞内の酵素失活を確認した。よって、MNB-CO2によるビール酵母の殺菌は細胞膜等の損傷ではなく、細胞内に浸透したCO2による細胞内の酸性化もしくは細胞内基質の変性によることが示唆された。MNB-CO2が食品品質に与える影響:MNB-CO2により生酒中の火落菌の失活が可能であった。MNB-CO2により酒中の香気成分は20%程度減少したが、その損失はすぐに冷却することで防止可能であり、さらに官能評価によりMNB-CO2処理酒の有効性が示唆された。「研究I低加圧二酸化炭素マイクロ・ナノバブル(MNB-CO2)法による芽胞の失活」(1)芽胞の失活における各処理条件(温度、圧力、時間)の影響:40°C、2 MPaのMNB-CO2処理による芽胞に対する殺菌効果はほとんど認められなかった。(2)芽胞の発芽誘発効果の検討:上記条件のMNB-CO2処理により芽胞を処理した後、加熱処理を行ったところ、加熱処理のみと比較して一定温度下で生菌数を1/10低下させるために必要な時間(D値)が短縮した。「研究II MNB-CO2処理が微生物細胞に与える影響」(1)細胞外pHの影響:1 MPaのMNB-CO2処理によりイオン交換水のpHは6.15から3.76まで、生理食塩水のpHは3.84から3.33までと大幅に低下した。一方、リン酸-クエン酸緩衝液中のpHは4.00から3.97までしか低下しなかったが、各緩衝液の濃度を0.01および0.001 mol/Lに低下させることで3.86および3.78までそれぞれ低下した。加えて、リン酸-クエン酸緩衝液中のエタノール濃度を上昇させることでpHの低下は少なくなった。さらに、初発pH3.00、4.00および5.00のリン酸-クエン酸緩衝液のpHは2.98、3.97および4.83までそれぞれ低下し、初発pHが高いほどpHの低下幅が大きくなった。「研究III MNB-CO2処理が食品品質に与える影響」(1)酒類の殺菌および酵素失活:MNB-CO2処理によりモデル溶液中のポリフェノールオキシダーゼは完全に失活可能であった。また、MNB-CO2処理により生酒中の火落菌および各種酵素の失活が可能であった。MNB-CO2処理により酒中の香気成分は20%程度減少したが、その損失はすぐに冷却することで防止可能であり、さらに、官能評価によりMNB-CO2処理酒の有効性が示唆された。研究IおよびIIIについてはある程度計画通りに進んでいるが、研究IIについては予定よりも遅れている。

研究IIが遅れている理由は、研究について相談していた私の恩師である明治大学農学部早田保義教授が急逝したこと、ならびに使用する実験機器が共通機器であるため使用が限られていることにある。これまで共通機器の分光蛍光光度計を使用していたが、新たに分光蛍光光度計を購入し、研究の進行を早くする。また、研究の1部を委託し(謝金を支払う)、研究のスピードを上げる。次年度に使用する予定の研究費および翌年度に請求する研究費の合計2,263,350円物品費1,763,350円消耗品費663,350円備品費1,100,000円(分光蛍光光度計FR-5300PC)謝金200,000円細胞観察委託の謝金旅費100,000円学会旅費2回分その他200,000円論文投稿料2件、英文校正費2件
中学校数学におけるアクティブ・ラーニングを促す学びの方法の取得支援の開発

1.研究の目的文部科学省は「アクティブ・ラーニング」を「教員による一方的な講義形式の教育とは異なり,学修者の能動的な学修への参加を取り入れた教授・学習法の総称.学修者が能動的に学修することによって,認知的,倫理的,社会能力的,教養,知識,経験を含めた汎用的能力の育成を図る.」と定義して.また,新学習指導要領では「主体的・対話的で深い学び」の実現に向けた授業改善の推進があげられている. (文部科学省, 2017)そこで,日々の授業や課題学習の授業での実践を手がかりに,生徒自身が自分なりに,「主体的・対話的で深い学び」を実感できる学習過程について,その有効性をレポートによって検証したい.2.研究の方法前述した目的を達成するために,アクティブ・ラーニングにおける問題解決や学習をモニターしたり,コントロールしている「メタ認知」の特性を解明し,メタ認知的要因による生徒の問題解決や学習の不振の予防や解消のための学びの方法の習得支援の改善について考えることが必要となる.それによって生徒たちの学びの方法の習得の変容を検証し,評価していく.本研究では,「主体的・対話的で深い学び」を目指すために,中2での『なぜ証明を学ぶのか-「説明」と「証明」の学びのつながりを考えよう-』についてのレポート活動の実践を提案する.教師の「問い」に対して,活動をもとに,深い学びにつながる学習過程と検証を通して,生徒が「主体的・対話的で深い学び」をどのように実感するのかについてレポートの内容や振り返りシートの記入内容を分析し,検証した.3.研究成果検証のために,教師の問いに対して,内なる問い(Inner Question)を持ち,自分なりの探究(Exploration)が通して,記述(Description)し,対話Communication)し,伝え合い,振り返り(Reflection)を通して新たな問い(New Question)への変容となることを目指した枠組みを頭文字からiQedcorn法と名付けた.本研究でば「主体的・対話的で深い学び」の授業改善に向けて, iQedcorn法による指導の枠組みと,この枠組みによる実践において3つの学びの視点での学習過程と指導の工夫を提案することができた.1.研究の目的文部科学省は「アクティブ・ラーニング」を「教員による一方的な講義形式の教育とは異なり,学修者の能動的な学修への参加を取り入れた教授・学習法の総称.学修者が能動的に学修することによって,認知的,倫理的,社会能力的,教養,知識,経験を含めた汎用的能力の育成を図る.」と定義して.また,新学習指導要領では「主体的・対話的で深い学び」の実現に向けた授業改善の推進があげられている. (文部科学省, 2017)そこで,日々の授業や課題学習の授業での実践を手がかりに,生徒自身が自分なりに,「主体的・対話的で深い学び」を実感できる学習過程について,その有効性をレポートによって検証したい.2.研究の方法前述した目的を達成するために,アクティブ・ラーニングにおける問題解決や学習をモニターしたり,コントロールしている「メタ認知」の特性を解明し,メタ認知的要因による生徒の問題解決や学習の不振の予防や解消のための学びの方法の習得支援の改善について考えることが必要となる.それによって生徒たちの学びの方法の習得の変容を検証し,評価していく.本研究では,「主体的・対話的で深い学び」を目指すために,中2での『なぜ証明を学ぶのか-「説明」と「証明」の学びのつながりを考えよう-』についてのレポート活動の実践を提案する.教師の「問い」に対して,活動をもとに,深い学びにつながる学習過程と検証を通して,生徒が「主体的・対話的で深い学び」をどのように実感するのかについてレポートの内容や振り返りシートの記入内容を分析し,検証した.3.研究成果検証のために,教師の問いに対して,内なる問い(Inner Question)を持ち,自分なりの探究(Exploration)が通して,記述(Description)し,対話Communication)し,伝え合い,振り返り(Reflection)を通して新たな問い(New Question)への変容となることを目指した枠組みを頭文字からiQedcorn法と名付けた.本研究でば「主体的・対話的で深い学び」の授業改善に向けて, iQedcorn法による指導の枠組みと,この枠組みによる実践において3つの学びの視点での学習過程と指導の工夫を提案することができた.
細孔構造、微細構造制御による規則性メソポーラスカーボンの高機能化

本年度は、界面活性剤が形成するミセルを鋳型とする有機鋳型法を利用して、メソポーラスカーボンの細孔径制御に取り組んだ。まず、「有機鋳型法」と「溶媒揮発法」を組み合わせ、ミセル相から逆ミセル相への相転移を利用し、細孔径、細孔構造の制御に取り組んだ。この合成では、炭素源となるレゾルシノール-ホルムアルデヒドと、有機鋳型剤となるPluronic F127(poly-(ethylene oxide)106-poly(propylene oxide)70-poly(ethylene oxide)106,PEO106-PPO70-PEO106)をエタノール/水混合溶媒中に溶解させ均一溶液を調製し、この溶媒を揮発させることで有機複合体を調製した。この際、溶媒として用いる水/エタノールの組成を変更して合成した。得られた有機複合体を炭化することで、細孔径を6.8nmから56nmへと幅広い範囲で変化させることに成功した。電子顕微鏡観察の結果、細孔構造が「カーボンが連結した構造」から「細孔が連結した構造」へと変化していることが分かった。この結果から、ミセル構造が逆ミセル相へと変化していると結論づけた。また、上述の合成法で得られた有機複合体に対して水酸化カリウム処理を行う「直接賦活法」に関する研究に取り組んだ。有機複合体に対する水酸化カリウム量を変更して合成を行った。結果、一定量以上の水酸化カリウムを用いた場合、これまで合成が困難であった2nm程度の細孔径を持つナノポーラスカーボンの合成に成功した。水酸化カリウムの加熱時に生成する水量が影響していると考えている。また、得られたナノポーラスカーボンはアセトン/1-ブタノール/エタノールから成る溶液から1-ブタノールを選択的にかつ高容量で吸着した。吸着材料として有用であることを明らかにした。27年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、細孔構造制御に関する研究として、水酸化カリウムの存在下で、炭素源となるレゾルシノール-ホルムアルデヒド、有機鋳型剤となるF127を混合し有機複合体を合成し、これを炭化することで細孔径が2.4nm程度の細孔を持つナノポーラスカーボンの合成に成功した。表面積は3277m2g-1であり、高い値であった。一方、F127を含めずに合成したカーボンは、細孔径が1.7nm程度であった。本合成手法では、合成過程において黒色の均一溶液となっているが、この際炭素源がある程度重合していると考えられる。この溶液から溶媒を揮発させることで有機複合体を合成しているが、この際、鋳型剤であるF127のミクロ相分離が起こったため、F127を加えて合成したカーボンはより大きな細孔径となったと考えられる。得られたカーボンに対して電気二重層キャパシタ性能評価を行ったが、低電流密度では非常に高い性能を示した。2.4nmという比較的大きなナノ細孔を有し、さらに高い表面積を持つため、このように高い性能を示したと考えらえる。また、微細構造制御として、有機鋳型法を用いて窒素含有メソポーラスカーボン薄膜の合成を行った。窒素を含有する樹脂源としてm-アミノフェノール-ホルムアルデヒド樹脂を用いた。m-アミノフェノールとホルムアルデヒドの重合速度は非常に速いため、F127がミクロ相分離構造を取る前に重合してしまっていた。そのため、単独の炭素源として用いることは不可能であった。一方、我々はまずm-アミノフェノールとF127を塗布した後、ホルムアルデヒドを蒸気で供給することで、規則性構造の形成と重合反応を分けて行うことに成功した。この手法を用いることで、m-アミノフェノールを用いて窒素を含有するメソポーラスカーボンの合成に成功した。また、得られたナノポーラスカーボンはアセトン/

1-ブタノール/エタノールから成る溶液から1-ブタノールを選択的にかつ高容量で吸着した。吸着材料として有用であることを明らかにした。細孔構造制御については、5nm以下の細孔径を持つナノポーラスカーボンの合成に成功した。この細孔構造はこれまでの合成手法では合成することが困難であった細孔構造である。一方で、これは既往の研究と同じ有機鋳型剤、炭素源を用いて合成したカーボンであり、有機鋳型剤と炭素源の組み合わせを探索する、という目標は現在未達成である。一方で微細構造の制御については、重合反応と自己集合体の形成速度を制御することで、窒素含有規則性メソポーラスカーボンの合成に成功した。また、このカーボン薄膜は骨格中の窒素に起因する特徴的な電気化学挙動を示すことを明らかにすることに成功し、当初の目標を達成した。27年度が最終年度であるため、記入しない。これまで、細孔径が5nm程度のメソポーラスカーボンの合成に成功しており、平成26年度は2.4nm程度の細孔径を持つナノポーラスカーボンの合成に成功した。一方、このナノポーラスカーボンの細孔径制御は未だ難しい段階である。そこで、今後は細孔径の制御を試みる予定である。具体的には、Pluronic F127より分子量が小さな鋳型剤を用いてより小さな細孔径を持つカーボンを合成する、あるいは疎水部に導入できるような疎水的な高分子を添加し、細孔径をより大きくさせる研究を行う予定である。また、直径100nm以上のポリスチレン球を用いて、ミクロ-マクロ二元細孔構造を持つカーボンの合成を検討中である。構造形成のメカニズムについて、重合度が異なる樹脂を用いて、この細孔の形成メカニズムを詳しく解明したいと考えている。また、異種元素含有による微細構造の制御として、m-アミノフェノールを用いて、高表面積ナノポーラスカーボンの合成を試みる予定である。
生活習慣病管理におけるモラルハザード；国内外疫学データ解析と質問票調査

生活習慣病管理においてモラルハザードが起こる可能性について、様々な角度から検討を行った。初年度は、米国National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES)のデータを使用し、小児肥満の定義の変化と肥満の認識(小児本人、親、医療従事者)の変化の推移について研究した。小児肥満の定義の変化(overweightをobesityに、at risk of overweightをoverweightに厳格化)が、医療従事者の認識を変化させたにも関わらず、小児本人と親には変化がおきなかったことを示した。第2年度は、本邦における糖尿病患者、透析患者の有病者数推移の予測を行い、糖尿病発症予防、糖尿病重症化予防の有効な介入を行なったと仮定した場合に推移がどう変化するかについてシステムダイナミクスの手法を用いて調べた。結果、糖尿病発症予防の介入が透析の人数を大きく減らすには数十年の期間が必要であり、目下の透析導入患者を減らすには糖尿病重症化予防の介入をより強める必要が示唆された。最終年度は、協力研究者の今井らと共に、NHANESを用いて、高齢者に本人が内服の自覚のないままにスタチン投薬を受けている患者の特性について調査をした。結果、スタチン使用者のうち2割弱がスタチン又は高コレステロール血症の認識がなく、高齢者、男性に特に認識欠如群が多いことが判明した。またインターネット調査でスタチンとSGLT2阻害薬(尿から糖を排出させる糖尿病薬)の内服者と健常者に、これらの投与薬を受けた(又は受けたと仮定した)場合にモラルハザード起きたか(又は起きそうか)などについて聴取した。スタチン内服後に体重増加が起きたと回答した者は14%に止まったが、生活習慣を変えない者も多く見受けられ、モラルハザードの存在が考えられた。米国National Health and Nutrition Examination Survey(NHANES)のデータを使用し、小児肥満の定義の変化と肥満の認識(小児本人、親、医療従事者)の変化の推移について研究を進めた。小児肥満の定義が、医療従事者の認識を変化させたにも関わらず、小児本人と親には変化が起きなかったことを示した。本研究の結果は、学術雑誌Childhood Obesityに原著論文として掲載された。薬剤使用と生活習慣の変化(モラルハザードもしくは逆選択)に関して先行研究や書籍を読んで知識を深め、今後の研究内容と、使用する二次解析データ(NHANES他)について検討を進めた。2017年2月にシンガポールで行われた第2回アジアシステムダイナミクス学会に出席し、システムダイナミクスの手法を学んだ。また、月1回のシステムダイナミクスに関する勉強会を主導した。それらの会で交流した研究者からのアドバイスに基づいて研究を進め、糖尿病教育入院の入院決定基準が病院の空床の度合いによって変化した場合の挙動について研究を行い、糖尿病の病床についてのシミュレーションモデルを作成した。同様に、スタチンやSGLT2阻害薬などの薬剤使用が、本人の生活習慣に対する意識に変容をもたらし、食事内容などが悪化するという仮説に基づき、システムダイナミクスモデルを作成することを検討している。インターネットパネル調査については、倫理指針の改定が調査期間中に考えられることなどから本年度に行うことは控え、調査項目の検討を進めた。インターネットパネル調査については、初年度に行うことは適当でないと考えたため行わなかったが、第2年度と最終年度で行うことが十分可能と考えている。新たにシステムダイナミクスの手法を用いたモデリングを行なっており、こちらが現象を可視化する上で大いに役立つと考えている。米国National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES)のデータを使用し、小児肥満の定義の変化と肥満の認識(小児本人、親、医療従事者)の変化の推移について研究を進めた。小児肥満の定義が、医療従事者の認識を変化させたにも関わらず、小児本人と親には変化がおきなかったことを示した。本研究の結果は学術雑誌Childhood Obesityに原著論文として掲載された。本邦における糖尿病患者、透析患者の有病者数推移の予測を行い、糖尿病発症予防、糖尿病重症化予防の有効な介入を行なったと仮定した場合に推移がどう変化するかを調べた。本研究は学術雑誌BMC Health Services Researchに掲載された。NHANESを用いて、1年前のスタチン投与有無と体重変化や食事量変化に関連があるか、逆選択とモラルハザードを分けるために解析を行なった。本研究は検出力が弱い弱点があり、平成30年度に使用可能となる予定の2015-2016のデータも含めて再解析を行う予定とした。NHANESを用いて、高齢者に本人が内服の自覚のないままにスタチン、糖尿病薬、降圧薬を受けている患者の特性について調査をしており、今後学会発表・論文発表を進める予定である。インターネットパネル調査に関しては、その前に行う患者さんへのインタビュー調査と合わせて倫理委員会に提出して、研究計画書が承認された。現在、インタビューを開始したところであり、今後インタビュー調査の結果からパネル調査の内容を微修正した上で行う予定。論文が1年度1つずつ出ており、進捗はまずまずと考える。一方で、インターネットパネル調査はまだ行っていないが、次年度には十分可能だと考えている。

小児肥満の定義の変化(overweightをobesityに、at risk of overweightをoverweightに厳格化)が、医療従事者の認識を変化させたにも関わらず、小児本人と親には変化がおきなかったことを示した。第2年度は、本邦における糖尿病患者、透析患者の有病者数推移の予測を行い、糖尿病発症予防、糖尿病重症化予防の有効な介入を行なったと仮定した場合に推移がどう変化するかについてシステムダイナミクスの手法を用いて調べた。結果、糖尿病発症予防の介入が透析の人数を大きく減らすには数十年の期間が必要であり、目下の透析導入患者を減らすには糖尿病重症化予防の介入をより強める必要が示唆された。最終年度は、協力研究者の今井らと共に、NHANESを用いて、高齢者に本人が内服の自覚のないままにスタチン投薬を受けている患者の特性について調査をした。結果、スタチン使用者のうち2割弱がスタチン又は高コレステロール血症の認識がなく、高齢者、男性に特に認識欠如群が多いことが判明した。またインターネット調査でスタチンとSGLT2阻害薬(尿から糖を排出させる糖尿病薬)の内服者と健常者に、これらの投与薬を受けた(又は受けたと仮定した)場合にモラルハザード起きたか(又は起きそうか)などについて聴取した。スタチン内服後に体重増加が起きたと回答した者は14%に止まったが、生活習慣を変えない者も多く見受けられ、モラルハザードの存在が考えられた。インターネット調査の前に、SGLT2阻害薬やスタチンを使用している患者さんへのアンケートやインタビューも検討する。システムダイナミクスの手法についてはまだ勉強途上であるため、国内・国外の勉強会・学会に出席するなどして理解を深める。アンケートとインターネットパネル調査を、今年度上半期には行い、下半期を論文執筆にあてる。NHANESの最新データが使用可能になったら解析を再開する。モラルハザードと逆選択の理論的な背景について学習を進める。インターネット調査が、倫理指針の改訂が研究実施期間に行われることが予想され、当該年度は調査を行わなかったため、調査に必要と考えられる金額が次年度に回されることとなった。インターネットパネル調査をまだ行っていないため、次年度使用額が生じている。調査会社とは連絡をとりあっており、次年度には執行するめどがたっている。初年度に計画していたインターネット調査を第二年度に行う。
トリパノソーマの翻訳後修飾:原虫の発育型転換および増殖におけるSUMOの役割

寄生原虫は、発育段階に応じて必要な分子をコントロールし、短時間で形態を変え寄生を成立させるが、その制御機構は未だ一部しか解明されていない。Trypanosomacruzi(Tc)のタンパク質発現制御は、先行研究より転写後あるいは翻訳後の調節が重要であると考えられている。しかしながら、T. cruziの翻訳後修飾に関しては、ユビキチンを介した鞭毛タンパク質の分解が発育転換時に必須であることのみ報告されている。そこで本研究では、ユビキチンと拮抗的あるいは協調的にも作用するSUMO(Small Ubiquitin-related Modifier)に着目し、その局在性や各発育段階における動態を観察し、制御機構への関与などを明らかにする事を目的として研究を行った。今年度は、T. cruzi各発育段階におけるSUMO標的タンパク質の変化および細胞内局在性を観察し、さらにin vitroSUMO化アッセイにより標的タンパク質を同定した。抗TcSUMO抗体を作製し、SUMO結合標的タンパク質を比較したところ、異なる発育段階の原虫においてバンドパターンが変動していたことから、各発育段階で標的タンパク質が異なることが明らかとなった。また同抗体を用いた蛍光抗体法により、SUMOの細胞内局在性を観察したところ、核と鞭毛付近に強い蛍光が認められた。そこで様々な鞭毛関連タンパク質の中から、SUMO結合のためのコンセンサス配列を含む標的タンパク分子を選定し、in vitro SUMO化アッセイによりその結合性を検討した。その結果、2araParaflagellar Rod 3(PAR3)は、SUMOが複数個結合し得る分子であることが明らかとなった。今後、抗PAR3特異抗体を作製し、異なる発育段階においてSUMOとの細胞内共局在性を観察し、発育転換における役割などを検討する予定である。
コラーゲン架橋構造ピリジノリンの受容体RAGEを介した新たな生理作用に関する研究

高血糖においては糖化タンパク質(AGE)が蓄積し、受容体RAGEを介して糸球体硬化症などの「組織線維化」をともなう合併症を引き起こすことが知られている。しかしながら、RAGEの機能および生理的意義については未解明の点が多い状況である。申請者はこれまでにRAGEが認識する最小単位の構造を明らかにし、さらにこの構造をもつ内在性のコラーゲン架橋分子ピリジノリン(PYR)が新奇のRAGEリガンドであることを見出している。PYRはコラーゲン損傷により血中に遊離することから、RAGEの生理機能の一つは「コラーゲン損傷の認識」であると仮説を立てた。本研究はこの仮説の検証を目的として計画されたものである。
糖尿病における視路障害の解析と治療

1.糖尿病ラットストレプトゾトシン投与により糖尿病を発生したラットでは、正常群に比較して体重増加が認められなかった。糖尿病発症3カ月時の血糖値は平均566.9±67.2mg/dlを示した。2.視路におけるGABAの変動抑制性伝達物質であるGABAは、糖尿病ラット網膜では、アマクリン細胞や異所性アマクリン細胞に強い陽性反応を認め、上丘や大脳皮質にも存在する。糖尿病ラット網膜、上丘及び大脳皮質でのGABA代謝酵素、即ちGABA合成酵素と分解酵素活性の変動を検討した。GABA合成酵素及び分解酵素は糖尿病発生により低下する傾向を示したが、分解酵素の阻害が強く、その結果、糖尿病の視路でのGABA量の減少が認められた。3.視神経線維の解析糖尿病発生3カ月の時点では、視神経断面積は正常と比較して差は認めなかった。しかし、有髄神経線維を検討すると、糖尿病では神経線維数には変化はないが、軸索や髄鞘面積は有意に縮小しており、特に大径線維の比率が減少していた。これらの変化はアルドース還元酵素阻害剤の投与により予防できた。糖尿病の視神経線維では、ポリオール代謝異常が神経線維の萎縮を引き起こしている。1.糖尿病ラットストレプトゾトシン投与により血糖値200mg/dl以上を示した糖尿病ラットでは、正常群に比較して体重増加が認められず、軽度減少した。糖尿病発症3ヵ月時の血糖値は平均566.9±67.2mg/dlを示した。2.網膜内GABAの変動抑制性伝達物質であるGABAは、糖尿病ラット網膜には内顆粒層、内網状層、神経節細胞層に認められ、アマクリン細胞や異所性アマクリン細胞に強い陽性反応を認めた。糖尿病ラット網膜でのGABA代謝酵素、即ちGABA合成酵素と分解酵素について検討した。両酵素活性は、網膜粗抽出液において、時間依存性、量依存性を確認した。GABA合成酵素は糖尿病発生により最初低下し、時間の経過とともに回復傾向を認め、GABA分解酵素は週数の経過につれて、徐々に低下が見られた。その結果、糖尿病初期のGABA量の減少は、経時的に正常に回復する。3.視神経線維の解析糖尿病発生3ヵ月の時点では、体重は正常群に比較して軽度減少が認められた。しかし、視神経断面積は、正常と比較して差は認めなかった。電子顕微鏡的観察にて、神経線維を検討すると、糖尿病では線維不整形を示し円形をもたず、髄鞘にも層構造に乱れが認められた。形態測定を行うと、糖尿病での軸索や随鞘面積は有意に縮小しており、特に大径線維の比率が減少していた。糖尿病初期の視神経線維では、糖尿病の代謝障害が発生していることが示唆された。1.視路におけるGABA代謝糖尿病ラット網膜、上丘及び大脳皮質での、GABA代謝酵素、即ちGABA合成酵素と分解酵素並びにGABA量について検討した。網膜においてGABA合成酵素と分解酵素は糖尿病発生により低下する傾向を認めた。上丘と大脳皮質でも同様に結果を示した。糖尿病初期の各組織でのGABA量の減少は、分解酵素より合成酵素活性阻害に依存して減少する。2.視神経線維の変化とアルドース還元酵素阻害剤の効果電子顕微鏡的観察にて、有髄神経線維を検討すると、糖尿病では軸索は不整形を示し、髄鞘にも層構造に乱れが認められた。形態測定を行うと、糖尿病では有髄神経数には変化は認めないが軸索や髄鞘面積は有意に縮小しており、特に大径線維の比率が減少していた。これらの変化はアルドース還元酵素阻害剤によりほぼ完全に予防できた。糖尿病初期の視神経線維では、ポリオール代謝異常により神経線維の狭小化が発生している。
重金属イオンポンプの結晶化

平成16年度は、膜蛋白質である重金属イオンポンプ全長の調製とATP結合領域の結晶化スクリーニングの2点について研究が進行した。昨年度までに、銅イオンポンプ3種類について大腸菌発現系を構築したが、得られる蛋白質の純度や収量が低いなど、結晶化に向けて解決すべき点が多く残っていた。大腸菌BL21の変異株であるC41とC43株は、大量に膜蛋白質を発現しX線結晶構造解析に適した発現ホストとして報告されている。そこで、銅イオンポンプについてどうなるのか試したところ、E.hirae由来のCopBはBL21に比べC41株で発現した場合は、膜画分に2倍以上の活性体を回収できた。また、発現ベクター導入菌をおこす培養(前培養)とその希釈による大量培養の間に、菌体の成長をコントロールしたミドルスケールの培養を行うことが発現効率の向上に重要であることもわかった。結果として、1Lの培養液から23mgの全長のCopB蛋白質を調製する事が可能となった。結晶化に向いていると期待される高度好熱菌由来の銅イオンポンプについては、希なコドンに対応した大腸菌ホストや発現ベクターなどをいくつか試したが、未だ大量発現系の構築には至っていない。しかし、膜貫通部分を含まないATP結合部位を含む領域は高発現し、75°Cの熱処理とNiキレート精製によって1L培養当たり7.5mgの純度92%の蛋白質標品を得た。結晶化スクリーニングの結果、硫酸アンモニウムを沈澱剤とする条件で結晶化の手掛かりを得た。本研究の最終的な目標は、膜蛋白質である重金属イオンポンプに特異的な機能を解き明かすため、X線結晶構造解析法でその立体構造を決定することである。申請者の所属している研究室では、同じくイオンポンプに属するカルシウムポンプのX線結晶構造解析に成功している。しかし、カルシウムポンプとは異なり、重金属イオンポンプを天然の材料から大量に調製することは困難である。そこで、結晶化に適した蛋白質標品の調製を目指して、平成15年度は大腸菌を用いた大量発現系の構築に取り組んだ。菌類や高度好熱菌由来の6種の重金属イオンポンプ全長を、N末端かC末端にHisタグ付加した発現ベクターを作製し大腸菌内での発現を試みた。その内、N末端にタグを含むE.hiraeのCopB(銅イオン輸送)とE.coliのZntA(亜鉛イオン輸送)は発現量が高く、遠心分離操作により膜画分に活性体を回収できた。また、E.coliとE.hiraeのCopAは37°Cの代わりに25°Cで培養すると、前者と同程度の蛋白質の回収が可能となった。残念な事に、結晶化に有利であろうと考えていた好熱菌のCop蛋白質は、あまり発現しなかった。可溶化後Niキレート樹脂で精製すると、1L培養液当たり約12.5mgの活性体重金属イオンポンプ蛋白質を得た。しかし、結晶化に使用するには純度は低く、安定性等にも改良すべき余地がある。現在、これらの問題点を解決すべく、培養、破砕、可溶化そしてカラム精製の条件の最適化を進めている。問題はあるものの、4種の活性体重金属イオンポンプの大量発現系を構築した。平成16年度の計画は、以上の問題点に取り組みながら、同時に結晶化スクリーニングを試みる。
カーボンナノチューブの合成メカニズムと吸着特性に対する触媒機能の解明

第一に、カーボンナノチューブ(CNT)を燃料電池電極触媒の担体に用いることによって白金使用量を1/3まで低減することに成功した。白金代替触媒としてMo_2CをCNTに担持してアノード電極触媒が機能することを確認した。CNTに担持したRu-Pt/CNT電極触媒は100ppm COを含んでも純粋な水素と同程度の電極電流が流れ、著しい耐CO被毒性を持つことを見出した。このようにCNT担体の優位性が示された。第二に、CNTによる水素吸蔵では、常圧でCNTに4.3wt%もの大量の水素を吸蔵させることに成功した。触媒を用いて分子状水素を原子状へと解離させ、その解離状水素を予め形成させたCNTの欠陥部位に貯蔵するという方式に特長がある。またCNTが球状(約58mm)に凝集することを偶然見出した。そこでCNTビーズ内に氷(THFハイドレート)微粒子を形成させ、さらにその氷微粒子内部に水素分子を貯蔵させることに成功した。吸蔵量は0.6wt%程度である。第三に、CNT合成における触媒機能の研究を行った。Ni、Co、Feなどはメタンの解離の役割をして、メタンを炭素まで分解する。触媒表面に生成した炭素はさらに触媒粒子内部へと拡散し、炭素固溶量が飽和に達すると触媒表面に析出し始めグラフェンネットワークを形成しCNTが生成する。これらの速度バランスが触媒活性として観測されることがわかった。CoやNiが触媒微粒子の表面で、Moカーバイドがバルク内に分布するというeggshell型の触媒構造を新しく提案した。第四に、表面科学的研究を行った。グラファイト表面ではPt微粒子は扁平な構造であることがわかり、界面に強い相互作用が働くことがわかった。一方、グラファイトの欠陥部位やカーボンブラックなどの表面では触媒微粒子は球形に近くなり、sp^3性炭素の表面と触媒微粒子の相互作用は小さいとみなされた。カーボンナノチューブ(以下CNTと略す)の生成過程、水素吸蔵、燃料電池電極触媒、CNTやグラファイトの表面化学に関する研究を行った。炭素表面の化学修飾に必須の情報である。実験として、CNT合成では、常圧流通式反応器を用い、メタンを反応ガスに用いた。触媒には、Ni/Mo/MgO、Fe/Mo/MgOおよびCo/Mo/MgOなどを用いた。CNTによる水素吸蔵では、CNTを硝酸および酸素などで酸化処理後、欠陥を導入し、Pd触媒を担持した。燃料電池電極触媒では、PtおよびMo_2C触媒を欠陥導入後にCNTに担持した。また、HOPG表面での酸素など小分子の吸着や表面反応については超高真空STM装置およびXPS装置を用いて行った。はじめにCNT合成の結果であるが、Ni/Mo/MgO触媒やCo/Mo/MgOなどMgOを担体とし、Moを含む触媒を用いたところ、メタンから3-15層のCNTが合成され、触媒組成を変えることによって層数や外径を制御することができた。CNT合成中ではMoは炭化物になっている。NiやCoはメタンを解離する役割を果たすと考えている。燃料電池電極触媒の研究では、Ptを担持したCNTを用いてアノードおよびカソードの電極触媒をつくり、その燃料電池を評価したところ、Pt/カーボンブラックを上回る性能が得られた。その理由として、i)導電性の増加、ii)三相界面の有効な形成、iii)ガスや水の拡散速度の向上などが考えられる。Mo_2C/CNT電極触媒も作動することを確認した。