hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
英語を学ぶ目的意識の自覚化を促進する英語プログラムの構築－ＥＳＰ的視座から

学部や専攻への適応度が低く、卒業後のキャリアが不確定で、学習の目的意識を持ちにくいとされる経済系学部において、ESPの視点から、目的意識を醸成し、学部への帰属意識を高める英語プログラムの開発を目指した。1回生に帰属意識に関するアンケート調査を実施、また、「英語経済学入門」の異なるタイプの学習課題に対し学習者がどのように取り組むかを調査した。経済学の学習には、テキストから必要な情報を見つけ出すだけでなく、理解した情報を使っての分析や、設定のもとでの議論、実社会への応用など、高度で多様なタスクに取り組まなければならないが、学生たちは、英語でそれを行うには経験が不足していることがわかった。本研究の目的は、学部や専攻への適応度が低く、目的意識を持ちにくい経済・経営系学部生を対象に、ESP的アプローチに基づく英語プログラムの開発を試みることにある。初年度に経済学部一回生を対象に実施した質問紙調査からは、経済学部への帰属意識と、英語や海外留学への関心において、興味深い相関の可能性が見られた。これを踏まえ、学生の帰属意識と、英語学習ニーズの実態把握をより正確に行うため、質問項目、調査方法の改善を議論した。また、研究代表者が授業を担当する科目「英語経済学入門」は、経済学部で学ぶ上で英語が持つ意味を学生が強く意識する重要な科目となる。この科目では、学生がこれまでの英語学習での経験とは異なるタスクへの取り組みが求められ、学生はこれに英語で苦戦している。海外大学で使用される様々な経済学教科書やシラバスを分析した結果からも、こうしたタスクの遂行は、学生が経済学を修める上で重要であることは確認された。一方、学生へのアンケートからは、「日本語で学ぶよりも英語で学ぶ方が経済学は分かりやすい」等、興味深い感想も得られている。平成25年度も引き続き学生のタスク取り組み状況と質問紙調査を実施し、ESP(English for Specific Purposes)アプローチの見地から、より経済学部生のニーズに沿った英語プログラムの開発に向け、議論を深めていく。平成24年度は、成果報告の一つとして、12月にシンガポール国立大学で開催の言語学系学会CLaSIC2012において、タイトル"Bridging the Gap between the GAP between General English Instruction and Specific Language Needs of Economics Students in Japan"としてポスター発表を行い、プロシーディングを投稿した。経済学部国際経済学科の必須科目「英語経済学入門」では、欧米で使用される経済学教科書Principles of Economics 6th Edition(G. Mankiw著, 2012)をそのまま使用し、その教科書に合わせた学習課題を様々な形で受講生に課している。経済学を英語で学ぶための課題は、単なる教科書の内容理解や必要情報のスキャニング等にとどまらず、内容理解をもとに、評価、判断、架空の社会での議論、実社会への応用など、より深い思考を必要とする。課題の取り組み状況に関して、蓄積した受講生180名分のデータを分析する中で、学生が基本的な問いへの答え方に苦労していることがわかった。たとえばGive a real life example of...のような、テキストを読んで理解した上で、それを自分の身の回りの生活にあてはめて、英語で簡潔に書く、というような問いには、学生が不慣れであることがわかった。こうした記述式問題の正答率を、内容確認の選択式問題の正答率と比較分析する中でも、様々な問題点が見えてきた。たとえば、TOEICで測った英語力は、選択式問題の成績と相関関係にある一方で、記述式問題の成績とは相関関係にないことがわかった。また、各学期末に実施した学習状況に関するアンケート(N=180)の分析結果と合わせると、予習時に日本語に訳す傾向にある学生は記述式問題(英問英答であるにもかかわらず)に強いことがわかった。これら調査結果については、平成26年3月ポートランドで開催された米国応用言語学会(AAAL)にて発表を行った。さらに、経済学部生の帰属意識に関するアンケートは平成25年度も実施しており、これまでのデータと合わせて引き続き分析中であり、この成果については、平成26年8月開催のAILAにてNeed of Cultivating the Sense of Belongingness in an EFL program for the EconomicsStudentsのタイトルにて発表予定である。初年度である平成23年度は、学生の実態を知る予備調査として、経済学部1回生164名を対象に、学部への帰属意識に関する質問紙調査を実施した。この分析結果をもとに、質問紙項目および調査方法に改善を加え、24年度に再度調査を行い、学生の英語ニーズや学習ニーズへの意識について実態把握を目指す。上の調査と並行して、英語圏の経済・経営系学部で使用される専門分野教科書とシラバスの収集・分析から、大学生が専門科目を学習する上で必要となるタスクと学習目的について整理した。

その一部を記述式の学習課題として「英語経済学入門」の授業において受講生に取り組ませた。学生の取り組み状況からは、学習内容そのものの理解とは別に、英語での質問に対して、その意図を理解して上で適切に回答していないケースが際立って認められた。経済学を学ぶ上では、教科書で学んだ内容を身近な実例に当てはめたり、ある具体的な想定のもとで議論を展開したり、といった、英語でのコミュニケーションとして少し高度な学習課題には学生が苦戦する結果が見られた。特に理解したものの整理・分析・応用等を必要とする質問に注目し、これを学生に経験させるような教材・シラバス作成へとつなげたい。ここまでの調査状況は、平成24年1月ハワイ開催の教育関連学会において、タイトル"Sense of Belonging of University Students Majoring in Economics"と同"Language Needs of Japanese Students Studying Economics"として、二本のポスター発表を行い、参加者との意見交換を行った。質問紙調査からは学生の実態として興味深い結果が得られそうであり、改善した上での再調査が必要である。この準備と分析、調査の改善検討には想定以上に時間を要している。これを受けて、当初予定していた暫定版ESP準拠型学習目的リストの作成とシラバス、教材作成に向けて、調査実施とその分析に注力する。上記研究実績の概要にまとめたような進展があるが、当初予定していた暫定版ESP準拠型学習目的リストはまだ完成していない。そのための基礎資料の収集・整理は進んでいるので、まずリストの作成を分担者との議論の上行う。それをもとに24年度計画通り、シラバス、教材の作成を行う予定である。質問紙調査は、研究分担者の所属変更後、担当する学部が当初予定していた経済・経営学部とは異なっており、対象となる学生への協力依頼が難しくなっている。これに対して、調査対象をいかに拡大していくか、分担者間で検討、分担者以外への協力依頼も予定している。また、結果をより相対的に分析できるよう、学科や学年の違いをどのように考慮するか至急検討する。今後に向けては、卒業生へ調査配布も企画する。上述した「英語経済学入門」は、英語教員と経済学専門教員が同じ科目を担当する科目であり、担当教員間で頻繁にミーティングを行うことにより、英語教員とは異なる専門家の知見を得ながら、教授法や学生の実態把握をより多角的に行う予定である。収集資料および調査の分析を通じて、経済・経営学部生の英語学習目的リストの作成を急ぐ。
亜鉛シグナルによる記憶障害から視たアルツハイマー病克服に向けた戦略的新展開

軽度認知機能障害は物忘れを特徴とし、この障害をもったヒトは5年間で約50%がアルツハイマー病に進行する。アルツハイマー病発症前に認知機能低下を予防することが重要である。正常な海馬において「神経細胞に細胞外Zn2+が過剰に流入すると記憶が一過性に障害される」との考えに基づき、アルツハイマー病の原因物質と考えられているアミロイドβ(Aβ)1-42が細胞外Zn2+と結合し、海馬神経細胞に取り込まれ、短期記憶を一過性に障害することを明らかにした。また、この障害は細胞内外Zn2+キレーターで回避されることを明らかにした。海馬細胞外Zn2+はアルツハイマー病克服の標的物質であることが示唆された。超高齢社会のなかで認知症の克服は大きな課題である。アルツハイマー病は進行性の記憶学習障害を臨床的特徴とする神経変性疾患であり、その発症機序は不明である。近年、アミロイドβ(Aβ)の脳内増加が孤発性アルツハイマー病の原因であるとの考えに基づき、抗体などを用いてAβの量を減らす第三相大規模臨床試験がいくつか行われているが、どの薬も認知機能の改善には至ってきない。脳内でのAβの増加はアルツハイマー病の発症前から観察されることから、Aβがシナプスの機能、特に可塑的変化に作用する可能性がある。一方、海馬グルタミン酸作動性神経のシナプス小胞には亜鉛(Zn2+として作用)が存在し、記憶と関係することが知られている。シナプスZn2+シグナルの不足のみならず過多により、記憶獲得ならびに獲得した記憶が障害されることを明らかにした。「神経細胞内の過剰なZn2+シグナルが記憶を障害する」との新規知見に基づき、本研究ではアルツハイマー病の原因物質と考えられているAβの物体認識記憶に対する作用を海馬亜鉛シグナリングに着目して検討した。若齢(6-9週齢)ラットを用い、in vivo条件下で記憶の分子基盤の一つとして考えられている長期増強(long-term potentiation: LTP)を海馬歯状回領域で測定した。ヒト由来Aβ1-42を歯状回に投与したところ、一過性に歯状回LTPは障害され、同時に物体認識記憶も一過性に障害された。これらの障害は亜鉛キレータの同時投与により回避された。Aβ1-42はZn2+と結合して可溶性オリゴマーとなり、短期記憶を一過性に障害することを明らかにした。本研究成果はアルツハイマー病発症前の短期記憶障害のメカニズム解析に寄与するのみならず、その予防戦略に貢献することが大いに期待される。アルツハイマー病の発症機構には、発症前より細胞外に分泌されるアミロイドβ(Aβ)の蓄積に起因するというアミロイド仮説が認知されている。可溶性のAβオリゴマーは、記憶形成の分子メカニズムとされる海馬の長期増強(Long-term potentiation: LTP)を抑制し、記憶を障害することが多数報告されている。一方、Zn2+にはAβのオリゴマー化を促進する作用がある。本研究では、Aβの神経毒性は内因性Zn2+を介して発現するとの考えを検証することを目的に、ラット海馬歯状回領域にAβを投与し、LTPおよび記憶の障害に対するシナプスZn2+の関与を検討した。Aβ1-42を歯状回に投与して1時間後、LTPは生食投与群に比べ減弱した。この減弱は、AβとZnCl2の同時投与で増強された。Aβ投与によるLTPの減弱は、細胞外Zn2+キレーターCaEDTAおよび細胞内Zn2+キレーターZnAF-2DAの同時投与で回避された。歯状回へのAβ投与1時間後に物体認識記憶は障害されたが、この障害はCaEDTAまたはZnAF-2DAの同時投与によって回避された。一方、Aβ投与4時間後にはLTPならびに記憶の障害は観察されなかった。これらの結果より、Aβ投与によるLTPおよび記憶の一過性の障害に細胞外および細胞内のZn2+が関与することが示唆された。そこで、Aβをラット歯状回に投与し、歯状回顆粒細胞内Zn2+レベルを測定したところ、細胞内Zn2+レベルは有意に上昇し、この上昇は細胞外グルタミン酸シグナルに依存しないことが明らかとなった。以上より、細胞外Aβ1-42はZn2+と結合してZn-Aβオリゴマーを形成すること、形成されたオリゴマーは歯状回顆粒細胞に取込まれ、細胞内Zn2+レベルを上昇させ、一過性に記憶を障害することが示唆された。アルツハイマー病において嗅内野は最も早く障害される部位であり,軽度認知機能障害(MCI, mild cognitive impairment)においても萎縮が観察される部位である。嗅内野からは貫通線維を介して海馬歯状回に記憶情報が入力されるが,貫通線維ー歯状回顆粒細胞シナプスは,アルツハイマー病発症前におけるアミロイドβ(Aβ)の標的部位であると考えられる。しかし,なぜこのシナプスがAβ毒性に脆弱であるのか,その原因は明らかにされていない。正常なラット脳の歯状回にヒトAβ1-42を投与すると,細胞外Zn2+と結合して顆粒細胞内に取り込まれ,内側貫通線維ー歯状回顆粒細胞シナプスでの長期増強(LTP)が障害され,物体認識が一過性に障害されることをこれまでに明らかにした。

また,これらの障害は細胞外Zn2+キレーターあるいは細胞内Zn2+キレーターで回避できた。正常な脳細胞外Aβ1-42濃度は脳脊髄液濃度などから約200-1000 pMレベルと推定されている。マイクロダイアリシスプローブ付き記録電極を用いたLTP実験から, 5 nMのAβ1-42で記録部位を灌流すると,脳細胞外Zn2+の存在により速やかにZn-Aβ1-42オリゴマーが形成され,内側貫通線維ー歯状回顆粒細胞シナプスでのLTPが障害されることが明らかとなった。一方, 5 nMのAβ1-40を同様に灌流してもLTPは障害されず, Zn-Aβ1-42オリゴマーが顆粒細胞に取り込まれ,物体認識が障害されることが示された。軽度認知機能障害は物忘れを特徴とし、この障害をもったヒトは5年間で約50%がアルツハイマー病に進行する。アルツハイマー病発症前に認知機能低下を予防することが重要である。正常な海馬において「神経細胞に細胞外Zn2+が過剰に流入すると記憶が一過性に障害される」との考えに基づき、アルツハイマー病の原因物質と考えられているアミロイドβ(Aβ)1-42が細胞外Zn2+と結合し、海馬神経細胞に取り込まれ、短期記憶を一過性に障害することを明らかにした。また、この障害は細胞内外Zn2+キレーターで回避されることを明らかにした。海馬細胞外Zn2+はアルツハイマー病克服の標的物質であることが示唆された。27年度が最終年度であるため、記入しない。神経科学アミロイドβ(Aβ)による一過性短期記憶障害のメカニズムをZn-Aβオリゴマーを介した細胞内Zn2+の増加から解析するとともに、獲得した記憶の消失に対するZn-Aβオリゴマーの作用についても追究し、当初の研究計画を推進する。現在、研究実績概要に記載した研究成果を投稿論文としてまとめており、ハイインパクトな学術雑誌への投稿を進めている。それゆえに、おおむね順調に進展していると判断される。アミロイドβ(Aβ)による短期記憶障害のメカニズムをシナプスZn2+シグナリングの異常から解析するとともに、獲得した記憶に対するAβの作用(記憶の消失)についても追究する。当初立てた研究実施計画を推進する。当初研究計画と比べて消耗品が少なくて研究が進行できた。消耗品として使用。
哺乳類におけるD-アスパラギン酸とD-セリンの生合成経路に関する研究

これまで哺乳類における遊離型アミノ酸は、すべてL-体から構成されていると考えられてきた。しかし最近、哺乳類組織中に遊離型D-アスパラギン酸が機能している可能性がでてきた。そこで本研究では、D-アスパラギン酸とD-セリンの生合成経路を明らかにするため、これらD-アミノ酸の前駆物質と考えられるL-アスパラギン酸やL-セリンの腹腔内投与及び脳室内投与を行った。1週令のラットにL-セリンを腹腔内投与し、6時間後の各組織でのD-セリン含量を測定したところ、大脳皮質・間脳・中脳・橋-延髄・小脳でコントロールと比較してそれぞれ2.4・1.8・1.7・1.8・2.1倍にD-セリン含量が増加した。さらに、肝臓・腎臓などの末梢組織においてもそれぞれ3.7・5.3倍に増加した。L-セリン脳室内投与によって、L-セリン濃度は大脳皮質を除く他の全ての脳部位で2時間後に最大値(約6-10倍)を示し、その後徐々に減少した。大脳皮質では、6時間後にL-セリン濃度が約2倍に増加し、その後減少した。また、D-セリン濃度は大脳皮質、線条体、海馬及び間脳において6時間後に最大値を示したが、橋-延髄及び小脳においては2時間後と早く、D-セリン濃度変化も他の脳部位に比べて少なかった。小脳及び橋-延髄には中静D-アミノ酸を代謝するD-アミノ酸オキシダーゼが存在しており、生合成されたD-セリンがこの酵素によって代謝されるためD-セリン濃度の増加が少なかったと思われる。以上の結果から、D-セリンは哺乳類組織中で生合成されており、その前駆物質はL-セリンである可能性が示唆された。また、L-アスパラギン酸の腹腔内投与及び脳室内投与を同様な方法で行ったが、D-アスパラギン酸含量に変化はみられなかったことから、L-アスパラギン酸はD-アスパラギン酸の前駆物質ではないと思われる。これまで哺乳類における遊離型およびタンパク質中のアミノ酸は、すべてL-体から構成されていると考えられてきた。しかし最近、哺乳類組織中に遊離型D-アスパラギン酸とD-セリンが存在することが明らかとなり、哺乳類においてもD-アミノ酸が機能している可能性がでてきた。そこで、本研究ではD-アミノ酸前駆物質と考えられる物質を脳室内投与あるいは灌流液中に投与することによって、脳内D-アミノ酸含量が変化するかを検討した。D,L-アミノ酸の分析は、アミノ酸抽出液をOPAとBoc-L-Cysteineで誘導化した後、HPLC-蛍光法によって行った。Serine hydroxymethyl transferaseによってグリシンからL-セリンを生成する過程でD-セリンも生成する可能性と、まだ哺乳類では見つかっていないRacemaseによってD-セリンが生成する可能性があることから、まず前駆物質としてグリシンとL-セリンの投与を行った。グリシンあるいはL-セリンの脳室内投与16時間後及び24時間後において、脳部位によってはD-セリン含量(大脳皮質、海馬、線条体など)が増加する傾向がみられたが、有意ではなかった(現在、用量、投与後時間依存性を検討中)。また、脳内透析法を用いて灌流液中にグリシンあるいはL-セリンを投与したところ、投与後12時間までの間に線条体D-セリン含量に変化はみられなかった。(現在、マイクロインジェクションニードル付き透析プローブを用いて、透析膜近傍にアミノ酸注入後の脳内透析法を検討中)。

以上のようにD-アミノ酸生合成に関わる酵素活性はかなり低いことが予想され、連続脳室内投与あるいはミニポンプなどによる連続投与も検討中である。これまで哺乳類における遊離型およびタンパク質中のアミノ酸は、すべてL-体から構成されていると考えられてきた。しかし最近、哺乳類組織中に遊離型D-アスパラギン酸とD-セリンが存在することが明らかとなり、哺乳類においてもD-アミノ酸が機能している可能性がでてきた。そこで、本研究ではD-アミノ酸前駆物質と考えられるL-セリンを血液脳関門が完成していない1週令ラットの腹腔内あるいは8週令ラットの脳室内に投与することによって、D-セリン酸含量が変化するかを検討した。D,L-アミノ酸の分析は、アミノ酸抽出液をOPAとBoc-L-Cysteineで誘導化した後、HPLC-蛍光法によって行った。1週令のラットにL-セリンを腹腔内投与し、6時間後の各組織でのD-セリン含量を測定したところ、大脳皮質・間脳・中脳・橋-延髄・小脳などでコントロールと比較してそれぞれ2.4・1.8・1.7・1.8・2.1倍にD-セリン含量が増加した。さらに、肝臓・腎臓などの組織においてもそれぞれ3.7・5.3倍に増加していた。また、8週令のラットにL-セリンを脳室内投与し、2時間後の各脳部位でのD-セリン含量を測定したところ、線条体・海馬・間脳・中脳・橋-延髄・小脳などでD-セリン含量が有意に増加した。以上の結果から、D-セリンは哺乳類組織中で生合成されており、その前駆物質はL-セリンである可能性が示唆されたこれまで哺乳類における遊離型アミノ酸は、すべてL-体から構成されていると考えられてきた。私は、前年度までにL-セリンの腹腔内投与及び脳室内投与(2時間後)によってD-セリン含量が増加することを報告し、L-セリンがD-セリンの前駆物質である可能性を示唆した。そこで本年度はL-セリン脳室内投与によるD-セリン含量の時間依存性及び脳部位依存性について検討を行った。L-セリン脳室内投与によって、L-セリン濃度は大脳皮質を除く他の全ての脳部位で2時間後に最大値(約6-10倍)を示し、その後徐々に減少した。大脳皮質では、6時間後にL-セリン濃度が約2倍に増加し、その後減少した。また、D-セリン濃度は大脳皮質、線条体、海馬及び間脳において6時間後に最大値を示したが、橋-延髄及び小脳においては2時間後と早く、D-セリン濃度変化も他の脳部位に比べて少なかった。小脳及び橋-延髄には中性D-アミノ酸を代謝するD-アミノ酸オキシダーゼが存在しており、生合成されたD-セリンがこの酵素によって代謝されるためD-セリン濃度の増加が少なかったと思われる。また、大脳皮質におけるL-セリン濃度の変化が他の脳部位と比較して小さかった原因として、大脳皮質が脳室周囲に接していないためL-セリンの移行が悪かった可能性が考えられる。
犬胚の凍結保存法の確立に関する発展的研究

前回の研究結果から、牛胚の凍結保存法として一般的に行われている緩慢凍結法では、犬胚は凍結保存できないことが明らかとなった。これは、犬胚が他の動物と比較して卵黄内の脂質含有が多く、耐凍性が低いためであると考えられており、更なる凍結保存法の改良が必要であると考えられた。ガラス化法は、従来の緩慢凍結法に比較すると、胚の凍結保存法において特別な器械を必要とせず、短時間で完了し、融解後の生存性も高いことから有用な方法であると考えられており、人、家畜、実験動物の胚の凍結保存に広く利用されている。ただ、高濃度の凍結保護物質を添加したガラス化保存液を使用するため、その毒性の影響が問題となっている。これを解決するために、少量(1μ1以下)のガラス化保存液と共に胚を液体窒素に投入する冷却法である「最少容積冷却法」(Minimum volume cooling:MVC)が開発され、融解後に高い生存性が得られることから、近年注目されている。MVC法として、Cryoroop^[○!R]やCryotop^[○!R]などの器具を使用した凍結方法が知られている。そこで今回、適期に交配を行ったビーグル犬の排卵後711日に、卵管・子宮摘出法によって胚(4cellmorula)を回収し、従来のストローを用いたガラス化法およびCryotop法によって凍結保存を行い、融解後、Hoechst33342およびpropidium iodideによる蛍光染色で一部の胚の生存性を確認し、残りの胚を雌犬にそれぞれ胚移植(14個/個体)を行い、受胎の有無によって胚の凍結保存法の有用性を評価した。その結果、蛍光染色後の胚は生存していたが、胚移植を行った犬ではすべての犬で受胎は認められなかった。以上のことから、犬の凍結保存法には、凍結方法、凍結保存液および凍結保護物質などの点において、更なる改良が必要であることが明らかとなった。現在までに犬の凍結胚の成功例はみられず、その技術の確立が望まれている。そこで、牛またはマウスで成功している凍結胚の作成方法を参考にして、凍結胚を作成した。ただ卵巣から回収した卵子の凍結保存を最終目的とするが、そのコントロールとしてまず、体内から回収した胚の凍結保存法の確立を目的として行った。一般に犬の胚の回収は、子宮潅流法および卵管摘出法によって行われる。両者を比較すると卵管摘出法が確実であり高率に胚を回収することができるが、卵管を摘出することによってその犬を繰り返し実験に使用できなくなる。そのため、繰り返し行えるような卵管および子宮潅流法を検討した。その結果、卵管および子宮に留置針を入れ、それを太い留置針で下行性に潅流し回収することで、胚の回収を行うことを試みた。しかし、その回収率は卵管摘出法に比較して低く、また、卵管および子宮にダメージを与えてしまうことが明らかとなった。体内発育胚の凍結保存法の検討において、まずを適期に交配を行ったビーグル犬の排卵後711日に、卵管摘出法または子宮潅流法によって胚(2cell-blastocyst)を回収し、その胚を牛胚の凍結保存方法に準じて行った。すなわち、凍結用培地として1020%牛胎子血清を添加したリン酸緩衝液または20%犬血清加リンゲル液を使用し、凍結保護物質としてグリセリンまたはDMSOを用いて1段階または3段階希釈方法で、凍結胚作成装置であるET-1を用いた緩慢冷却法で凍結保存を行った。また、融解後の評価として、雌犬にそれぞれ胚移植を行い受胎の有無によって評価した。その結果、胚移植を行った犬では受胎は認められなかった。一部の胚を、Eoechst33342およびpropidium iodideで蛍光染色したところ、融解後の胚の細胞が死んでいることが確認された。以上のことから、犬の凍結保存法には更なる改良が必要であることが明らかとなった。

そこで今回、適期に交配を行ったビーグル犬の排卵後711日に、卵管・子宮摘出法によって胚(4cellmorula)を回収し、従来のストローを用いたガラス化法およびCryotop法によって凍結保存を行い、融解後、Hoechst33342およびpropidium iodideによる蛍光染色で一部の胚の生存性を確認し、残りの胚を雌犬にそれぞれ胚移植(14個/個体)を行い、受胎の有無によって胚の凍結保存法の有用性を評価した。その結果、蛍光染色後の胚は生存していたが、胚移植を行った犬ではすべての犬で受胎は認められなかった。以上のことから、犬の凍結保存法には、凍結方法、凍結保存液および凍結保護物質などの点において、更なる改良が必要であることが明らかとなった。
蛍光イメージング法を用いた細胞内アミノ酸レベルの解析

アミノ酸はタンパク質や核酸の材料やエネルギー源として必須な栄養素である。しかし一方で、アミノ酸はタンパク質合成、細胞増殖、オートファジー等を直接制御していることも明らかになっている。しかしアミノ酸が生体内の生理的な条件下でいつ、どこで、どのように変動しているかは全く不明である。本研究では細胞内アミノ酸レベルを可視化する方法を開発すると同時に、生体内の生理的アミノ酸変動モデルを確立することを目的とする。本年度も、アミノ酸検出プローブの作製を進めると同時に、生体内でアミノ酸レベル変化を伴うことが予想されるモデルとして水晶体の解析を行った。水晶体は単一の細胞(線維細胞)から構成されるため、組織内のアミノ酸変動解析に適した組織である。さらに水晶体は血管を持たないため、特にオートファジーによる細胞内からのアミノ酸産生が重要と考えられた。そこで水晶体特異的オートファジー(Atg5およびPik3c3)欠損マウスを作製し解析した結果、オートファジーは水晶体細胞内で恒常的に活性化しており、その作用は加齢性白内障の抑制に必須であること、さらに水晶体細胞の最終分化過程で起きるオルガネラ分解はオートファジーに依存しないことが明らかとなった。水晶体細胞内のアミノ酸レベルの変動およびオートファジーの寄与については今後解析予定である。今回明らかになったオートファジー非依存的オルガネラ分解系についても詳細な解析を進めており、水晶体内のアミノ酸ダイナミクスとの関連性も明らかにしたいと考えている。これらの制御は細胞内のアミノ酸が担っており、その量は主に細胞外からの取り込みと細胞内からの産生によって調節されている。近年、アミノ酸の細胞への薬理作用は腫瘍、肝疾患、生活習慣病等の疾患とも関連することが分かっており、細胞内のアミノ酸の動態や機能を解明することは応用医学的にも極めて重要な課題であると言える。しかしアミノ酸が細胞内にどれだけの量存在し、いつ、どこで、どのように変動しているかは全く不明である。そこで、本研究では細胞内アミノ酸レベルとその局在を可視化する方法を開発し、アミノ酸レベルの生理的・病態生理的状況下での変動を解明することを目的とする。細胞内アミノ酸レベルを可視化する方法の開発に当たり、FRET (fluorescence resonance energy transfer)による蛍光イメージング法を着想した。本年度は当初の予定通り、細胞内アミノ酸レベルを特異的に感知するタンパク質を用いて1分子・2分子FRETセンサーの作製を試みた。まずFRET検出系を当研究室の蛍光顕微鏡を用い、カルシウムFRETセンサーであるCameleonをモデルとして確立した。その後アミノ酸レベルを感知する分子であるGCN2、ULK1、RAPTOR、4EBP1、eIF4Eの遺伝子クローニングを終え、全てについてCFP、VENUS分子との融合遺伝子の作製を終了した。現在これらの分子をHeLa細胞に導入し、FRET効率のスクリーニングを行っているところである。さらに生体内でアミノ酸変化が見られる可能性のある現象として、水晶体分化時のオルガネラ分解にも着目し、解析を行った結果、アミノ酸産生オルガネラであるリソソームのオルガネラ分解への関与を見出した(学会発表あり)。今後は水晶体におけるアミノ酸レベルの変化の可視化も試みたいと考えている。細胞内アミノ酸レベルを可視化する方法の開発に当たり、FRET(fluorescence resonance energy transfer)による蛍光イメージング法を着想した。本年度は昨年と同様、細胞内アミノ酸レベルを特異的に感知するタンパク質を用いて1分子・2分子FRETセンサーの作製を試みた。FRET候補分子をHeLa細胞に導入し、引き続きFRET効率のスクリーニングを行っているところである。さらに昨年に引き続き今年度も、生体内でアミノ酸変化が見られる可能性のある現象として、水晶体分化時のオルガネラ分解にも着目し、蛍光イメージングを駆使した解析を行っている。その結果、アミノ酸産生オルガネラであるリソソームのオルガネラ分解への関与を見出し、水晶体学会にて発表した。現在、水晶体特異的にオートファジーをノックアウトしたマウスを用いた論文を作製中である。今後も引き続き、水晶体におけるアミノ酸レベルの変化の可視化も試みたいと考えている。

本年度も、アミノ酸検出プローブの作製を進めると同時に、生体内でアミノ酸レベル変化を伴うことが予想されるモデルとして水晶体の解析を行った。水晶体は単一の細胞(線維細胞)から構成されるため、組織内のアミノ酸変動解析に適した組織である。さらに水晶体は血管を持たないため、特にオートファジーによる細胞内からのアミノ酸産生が重要と考えられた。そこで水晶体特異的オートファジー(Atg5およびPik3c3)欠損マウスを作製し解析した結果、オートファジーは水晶体細胞内で恒常的に活性化しており、その作用は加齢性白内障の抑制に必須であること、さらに水晶体細胞の最終分化過程で起きるオルガネラ分解はオートファジーに依存しないことが明らかとなった。水晶体細胞内のアミノ酸レベルの変動およびオートファジーの寄与については今後解析予定である。今回明らかになったオートファジー非依存的オルガネラ分解系についても詳細な解析を進めており、水晶体内のアミノ酸ダイナミクスとの関連性も明らかにしたいと考えている。当初の予定ではアミノ酸センサーに加えて生体内でのアミノ酸変化系の確立と評価にも重きを置いており、その一環として水晶体オルガネラ分解過程の解析も精力的に進めている。その過程で非常に興味深い結果を得つつあるため(1)の評価とする。今後もアミノ酸センサーのスクリーニングだけでなく生体内でアミノ酸変化を伴う現象についてとくに水晶体を中心として解析を進めていく予定である。アミノ酸センサー作製にあたってFRET効率を改善できるプローブの作製については今後とも様々な可能性を検討しつつ検討を深めていきたい。
感情障害の病因に関する神経・免疫・内分泌学的研究

本研究により、以下の事柄が明らかになった。1.感情障害において皮質血流の低下していることがXe-CTを用いた検討により示唆された。2.抗うつ薬の作用機序として従来から知られているセロトニン再取り込み阻害とノルアドレナリン再取り込み阻害に加えて、前頭葉皮質ではドーパミン再取り込みを阻害されるが,ドーパミン再取り込みにはドーパミン・トランスポーターのみならずノルアドレナリン・トランスポーターも介している可能性が示唆された。3.学習性無カラットがうつ状態のモデルとして妥当な面を持つこと、このモデルの成立にNMDA受容体が重要な役割を担っていることが明らかになった。4.有機錫投与により、視床下部-下垂体-副腎皮質機能の変化とともに行動も変化し、うつ病の病態モデルと成り得ることを示した。5.胎生期ストレスにより神経系の可塑性に変化が生じること、これにより感情障害と類似した内分泌反応を示すことが示唆された。6.拘束ストレスによるモノアミン遊離の亢進にイタ-ロイキン-1が関与していることを明らかにした。7.がん患者におけるうつ状態の発現について調査し、2040%がうつ状態を呈しうることを明らかにした。8.新規抗うつ薬がG蛋白-cAMP生成能を亢進する所見が得られた。細胞内G蛋白質のバランスの障害が感情障害の成因にとって重要である可能性を提示した。9.初代培養神経細胞において抗うつ薬が総じて細胞内カルシウム情報伝達に抑制的に働くことを明らかにした。10.細胞内微小管関連蛋白質のりん酸化・脱りん酸化を抗うつ薬が修飾することを明らかにした。以上のように神経・免疫・内分泌学的相互作用から感情障害の病因について検討した。今年度に行われた研究により、以下の事柄が明らかになった。1.血小板を用いて、セロトニン-2受容体を介した細胞内カルシウム濃度上昇が、うつ状態の患者だけでなく未服薬躁状態の患者でも亢進していた。C6培養細胞を用いてセロトニン-2受容体を介した細胞内情報伝達系について検討し、カルシウム濃度上昇,cGMP産生の生じることを明らかにした。2.うつ病患者私語脳においてcAMP生成機能の低下と分解機能の亢進を示唆する所見が得られた。3..有機錫投与により、視床下部-下垂体-副腎皮質機能が変化する可能性を明らかにし、うつ病の病態モデルと成り得ることを示した。4..学習性無カラットがうつ状態のモデルとなる可能性を確認した。免疫調節因子の一つであるインターロイキン-1βを視床下部に注入するとモノアミンの放出が亢進することを明らかにした。5..ラットに慢性ストレスを与えるとセロトニン-2受容体機能が亢進することが明らかになった。このセロトニン-2受容体機能亢進は視床下部-下垂体-副腎皮質機能亢進を介していることが推測された。6.しかし、新生児期にセロトニン合成を阻害しても、ラットにおけるストレス後の視床下部-下垂体-副腎皮質機能は変化しなかった。7.抗うつ薬の作用機序として従来から知られているセロトニン再取り込み阻害とノルエビネフリン再取り込み阻害に加えて、前頭葉皮質におけるドーパミン再取り込みも阻害されることが明らかになった。1.C6培養細胞を用いてセロトニン-2A受容体を介した細胞内カルシウム情報伝達系について検討し、インターロイキン-1前処置によりこの反応が減弱することを明らかにした。

また,他の受容体を介した細胞内カルシウム情報伝達系も同様にインターロイキン-1前処置により減弱することが明らかになった。2.新規抗うつ薬がG蛋白-cAMP生成能を亢進する所見が得られた。3.有機錫投与により、視床下部-下垂体-副腎皮質機能の変化とともに行動も変化し、うつ病の病態モデルと成り得ることを示した。4.学習性無カラットの成立にNMDA受容体が重要な役割を担っていることが明らかになった。5.拘束ストレスによるモノアミン遊離の亢進にインターロイキン-1が関与していることを明らかにした。6.このようなストレス時における視床下部-下垂体-副腎皮質機能の変化をヒートショック蛋白が調節している可能性が示唆された。7.抗うつ薬の作用機序として従来から知られているセロトニン再取り込み阻害とノルアドレナリン再取り込み阻害に加えて、ドーパミン再取り込みも阻害されるが,ドーパミン再取り込みはドーパミン・トランスポーターのみならずノルアドレナリン・トランスポーターも介している可能性が示唆された。8.感情障害および不安障害においてベンゾジアゼピン受容体機能の低下がSPECTを用いた検討により示唆された。以上のように神経・免疫・内分泌学的相互作用から感情障害の病因について検討した。本研究により、以下の事柄が明らかになった。1.感情障害において皮質血流の低下していることがXe-CTを用いた検討により示唆された。2.抗うつ薬の作用機序として、前頭葉皮質ではドーパミン再取り込みがドーパミン・トランスポーターのみならずノルアドレナリン・トランスポーターも介している可能性が示唆された。3.学習性無カラットの成立にNMDA受容体が重要な役割を担っていることが明らかになった。4.有機錫投与により、視床下部-下垂体-副腎皮質機能の変化とともに行動も変化し、うつ病の病態モデルと成り得ることを示した。5.胎生期ストレスにより内分泌反応の変化を示すことが示唆された。6.拘束ストレスによるモノアミン遊離の亢進にインターロイキン-1が関与していることを明らかにした。7.がん患者におけるうつ状態の発現について調査し、2040%がうつ状態を呈しうることを明らかにした。8.新規抗うつ薬がG蛋白-cAMP生成能を亢進する所見が得られた。9.初代培養神経細胞において抗うつ薬が総じて細胞内カルシウム情報伝達に抑制的に働くことを明らかにした。10.細胞内微小管関連蛋白質のりん酸化・脱りん酸化を抗うつ薬が修飾することを明らかにした。以上のように神経・免疫・内分泌学的相互作用から感情障害の病態について検討した。
新たなE・セレクチンリガンドの検索と同定

セレクチン・リガンドのエピトープは糖鎖構造であり、シアリルルイス抗原(sLe^x,sLe^a)として知られる。このsLe^x,sLe^a合成に関与する新規の糖転移酵素遺伝子のクローニングを試みた。神経系に発現している新規のα1,3Fuc-T遺伝子のクローニングに成功した。但し、これはシアル化されたルイス抗原を合成せず、中性糖鎖であるLe^xとLe^yのみの合成能があった。セレクチンのリガンドとはなりえないと思える。しかし、おもしろいことに、神経系と初期胚に発現しており、そこでの重要な機能が示唆されている。消化管組織には、1型ルイス抗原がよく発現している。癌化により有名な腫瘍マーカーCA19-9(sLe^a)が発現し、これはセレクチン・リガンドであり、転移能に関係していることが示唆されている。これを合成する新規のβ3Gal-T酵素遺伝子のクローニングに成功した。β3Gal-T5は消化管組織、すなわち大腸、小腸、胃、膵臓に主に発現しておりその他では発現していなかった。癌化によりCA19-9抗原を発現する組織に一致して発現していた。培養細胞株でCA19-9を発現しているのは、このB3Gal-T5によることが証明された。今後、この遺伝子をもちいてセレクチンリガンドであるsLe^a抗原の発現を制御することが可能となった。CA19-9の合成経路を考えると、Le酵素はその合成に必須であり、Se酵素はCA19-9合成と競合関係にあることが予想された。Le,Se遺伝子のヒトにおける変異体を検出し、その遺伝子型とCA19-9産生能を比較した。Le酵素欠損個体では、CA19-9値は、完全にOであり、その前駆体であるDU-PAN-2値が上昇した。Se酵素を欠損する個体では明らかにCA19-9値が高く、Se酵素はCA19-9合成に競合反応することが証明された。癌の診断をより正確に行う方法論を確立した。ヒト・α1,3フコース転移酵素(以下hFT)は、多重遺伝子族を形成し、互いに相同性の高い5種類のhFTが存在する(Fuc-TIII,IV,V,VI,VII)。それぞれのhFT遺伝子を、Namalwa細胞(ヒトB細胞株)とHeLa細胞にトランスフェクトして安定導入株を得た。folwcytometry解析により、Fuc-TIVを導入した細胞株以外は、sLe^x抗原を発現していることが確認された。但し、使用する抗sLex抗体の種類により、その結合活性は異なった。また、HeLa細胞の酸性糖脂質を解析した結果、Fuc-TVIは比較的短い糖鎖末端にsLexを合成するのに対し、Fuc-TIII,Vは中程度の長さの糖鎖、Fuc-TVIIは長鎖の糖鎖の末端にsLexを合成した(文献BBRCに発表)。Fuc-TIV発現株は、sLe^xを発現しないがLe^x抗原は発現していた。CHO細胞にE-,P-,L-セレクチン遺伝子をそれぞれ導入し、発現させた。CHO細胞をDishに培養し、その上にNamalwa細胞、HeLa細胞を重層し、セレクチンへの結合活性を測定した。結果、Fuc-TIV発現株以外はすべてよくセレクチンへの結合活性を示した。

IgGとのキメラになったE-,P-,L-セレクチンを用いて、HeLa細胞上のsLe^xを担う分子とセレクチン結合活性をもつ分子の同定を試みた。結果、Fuc-TVIはsLexを強く合成するが、セレクチンとの結合活性は比較的弱かった。一方、長い糖鎖を合成するFuc-TVIIが最も強いセレクチン合成活性を示し、Fuc-TIIIとVも比較的強い結合活性を示すリガンドを合成した(論文投稿準備中)。CLA(cutanceous lymphocyte-associated antigen)抗原のエピトープはsialylLewis x類似構造の糖鎖構造であり、E-セレクチンのリガンドとして機能し、メモリーThl細胞が血管内皮を介して皮膚内に浸潤するために必要とされる抗原である。ヒト抹消血リンパ球からナイーブT細胞を分離し、5日間のCD3,CD28,IL2の刺激により増殖させた後、2日間のIL12の刺激により分化させた。この増殖、分化の刺激を6回(6週間)繰り返しTh1細胞をin vitroで誘導した。一方、培養3週間目にIL12からIL4の刺激に変換することにより、Th1細胞からメモリーTh2細胞に近いT細胞集団を誘導した。各週毎に、細胞を回収しRNAを抽出後、CLA抗原を合成するのに必要とされる糖転移酵素群のmRNA量をcompetitive RT-PCR法により定量した。結果、ILl2刺激によるTh1細胞では、CLA抗原が強く発現するようになり、CLAの担体タンパク質であるPSGL-1も強く発現してきた。糖転移酵素群の中では、Fuc-TVII,B4GalT IがIL12により発現が上昇したが、その他に糖転移酵素の発現には大きな変化がなかった。IL4による刺激により、CLA抗原は消失した。同時に、Fuc-TVIIとβ4GalT Iの発現は強く抑制された。しかし、PSGL-1やその他の糖転移酵素の発現には変化がなかった。このように、IL12とIL4が2種類の糖転移酵素の発現を制御しており、それによりCLAの発現が制御されることが判明した。
過去400年間の地磁気強度の変化

観測が始まった1840年から現在に至るまで地磁気強度は減少を続けている.この傾向が続けば宇宙線が地表付近まで到達する可能性もあるが,測定装置が開発される以前いつから地磁気の減衰が始まったのかはわかっていない.400年前から多くの商船が行き交ったインド洋の島々で火山岩を得て地磁気強度を求め,商船が残した羅針盤データと組み合わせることでグローバルな地磁気強度がどのように変遷してきたかを明らかにする.観測が始まった1840年から現在に至るまで地磁気強度は減少を続けている.この傾向が続けば宇宙線が地表付近まで到達する可能性もあるが,測定装置が開発される以前いつから地磁気の減衰が始まったのかはわかっていない.400年前から多くの商船が行き交ったインド洋の島々で火山岩を得て地磁気強度を求め,商船が残した羅針盤データと組み合わせることでグローバルな地磁気強度がどのように変遷してきたかを明らかにする.
複合トラッキングによるアダプティブなビジュアルスラム

環境の変化に対して柔軟に適応可能な特徴点とカメラ位置姿勢のトラッキング, 3次元復元を行うビジュアルスラムシステム(VSLAM)を目的とした.本システムの実現に重要な,特徴点トラッキング法を精査・比較し,提案するアダプティブなVLSAMにおいて, SURFによるトラッキングが効率・安定性において優位であることを,様々な画像データを用いた実験を通して確認した.さらに,画像の高速索引付けに基づいた画像類似度を用いることで,効率よくキーフレーム画像を選択し,高速にカメラトラッキングを行うアルゴリズムを開発,実装を行い,提案システムを発展した.主に屋外シーンにおいて,様々なカメラ運動を想定して撮影した画像列を用いた実験を通して,提案するビジュアルスラムシステムの性能評価を行い研究成果としてまとめた.環境の変化に対して柔軟に適応可能な特徴点とカメラ位置姿勢のトラッキング, 3次元復元を行うビジュアルスラムシステム(VSLAM)を目的とした.本システムの実現に重要な,特徴点トラッキング法を精査・比較し,提案するアダプティブなVLSAMにおいて, SURFによるトラッキングが効率・安定性において優位であることを,様々な画像データを用いた実験を通して確認した.さらに,画像の高速索引付けに基づいた画像類似度を用いることで,効率よくキーフレーム画像を選択し,高速にカメラトラッキングを行うアルゴリズムを開発,実装を行い,提案システムを発展した.主に屋外シーンにおいて,様々なカメラ運動を想定して撮影した画像列を用いた実験を通して,提案するビジュアルスラムシステムの性能評価を行い研究成果としてまとめた.本研究では,自由なカメラ運動により撮影された単眼カメラ画像列から,安定かつ高速な3次元位置計測を可能とする視覚システムの構築を目的とする.本年度の主な研究成果を以下示す.(1)環境の変化に対して柔軟に適応可能なビジュアルスラムシステムを実現するために重要な,特徴点トラッキング法を精査・比較し,実装,実験評価を行った.具体的には,コーナー検出に基づいた高速トラッキング法(KLT法)と,様々な画像変化,照明変化に対してロバストな特徴量SIFT,SURF,MSERを用いたWide baselineトラッキング法を比較評価し,SURF特徴量を用いたトラッキング法が,最も効率よく・平均的に安定な特徴量のトラッキングを行うことを確認した.そして,SURFトラッキング法を基にしたVisual SLAMシステムを開発・実装し,従来のKLT法のみをベースにしたVisual SLAMシステムでは復元計測が困難な画像列に対しても,安定かつ高精度に3次元計測が可能なことを実証した.(2)画像の索引付け法を利用した画像類似度計算法を用いることで,効率よくキーフレーム画像を選択するアルゴリズムを開発・実装した.具体的には,画像中のSURF特徴量に対しベクトル量子化を行うことで,データ量を削減し,tfidf法による重み付けを行うことで,非識別的な特徴に対する頑健性を保った画像インデックスを作成する.このようにして算出された画像インデックスを用い隣り合うフレーム間の画像類似度を測ることで,高速かつ信頼度の高いキーフレームの選択が可能であることを実証した.(3)Visual SLAMシステム開発と同時に,画像からの3次元計測において,基盤となるカメラの内部パラメータ推定に関する基礎研究を行い,特に焦点距離をロバストに推定するアルゴリズムを開発し,実装,その成果を発表した.本研究は,昨年度に引き続き,自由なカメラ運動により撮影された単眼カメラ画像列から,安定かつ高速な3次元位置計測を可能とする視覚システムの構築,発展を目的とした.本年度は,昨年度までに行った研究の完成度を高めるべく,主に以下に焦点をおいて研究を遂行した.(1)復元に不適切な画像の検出による処理の効率化:画像検索と類似度評価に基づいた,3次元復元に適切・不適切な画像を判別するアルゴリズムを開発した.このアルゴリズムにより,過剰なシーン変化を含むもの,または,並進運動量の少ないキーフレームといった,復元に適さない入力を高速に検出し,無駄な処理を省くことで,さらなるシステムの効率化を実現した.(2)計測結果の表示インターフェースの構築:入力画像,復元されたカメラ位置,3次元点を逐次的に表示するためのインターフェースの構築し,実装を行った.これにより,現在どのような復元が行われているか直感的に把握できるため,専門的知識を持たないユーザであっても,容易に画像からの3次元復元計測を行えるようなシステムとなった.(3)様々なシーンからの復元と性能評価:主に屋外シーンにおいて,様々なカメラ運動を想定した撮影を行い,数キロに及ぶエリアの3次元復元実験を行った.復元処理の効率と精度を評価するために,オフラインSfMとして現在最も標準的な既存手法Bundlerによる復元と比較を行った.処理効率,精度に関して,提案システムは既存手法と同等またはそれ以上の性能を持つことを実証した.
遷移金属ボロシリサイドと関連化合物の機能材料としての基礎物性

今年度は、1)昨年度実施したコーティング材料としての機能の改善方法と、2)遷移金属ボロシリサイドの構造異方性と弾性や熱膨張との関係(本研究では、構造異方性を低減し熱歪などを低減する方向に考える)について関連化合物の基礎物性を調べた。1-1)実用的な見地から、コーティング基材としてMo_5SiB_2+Mo二相共晶合金を用いていたが、MoSi_2コーティング層および拡散層の形成の速度論、拡散層中の相互拡散について定量的に明らかにするため、基材の母相(Mo_5SiB_2)とMoSi_2それぞれ単結晶を用いた拡散接合材を作製し、反応拡散の機構を解明した。その機構解明により、どの元素を多く界面に注入すると、酸化中の高温保持時の相変態においてMoSi_2コーティング層の消耗が抑えられるかを予測・実験で検証した(下記参照)。1-2)Mo_5SiB_2とMoSi_2との反応拡散では、Mo_5SiB_2+Mo二相共晶合金とMoSi_2との反応拡散と比較して、反応拡散層の構造が異なる。詳細は論文を参照されたい。MoSi_2コーティング層の消耗を低減するという観点では、反応拡散層であるMo_5Si_3(B)層を形成するために必要なSiの供給元(供給量)が、Mo_5SiB_2とMoSi_2との組合せにすることで増加する。また、パック・セメンテーションにより、Mo_5SiB_2/MoSi_2界面に拡散対より高濃度のB原子を注入でき、そのB原子により、Mo_5Si_3(B)層を形成するために必要なSi供給量が増加する。それはMoSi_2コーティング層以外の供給元からとなる。従って、MoSi_2コーティング層の消耗が抑えられ、寿命が増加する。2)上記で出てきたMo_5Si_3は複雑な結晶構造を有し、その特性は結晶方位による結合の特徴の差異により異なってくる。本研究では、これまでの他の研究者からの報告も考慮し、Mo_5Si_3のMoを他の遷移金属元素で置換することにより、熱膨張および弾性の異方性の変化を調べた。Mo-Si-B三元系内の遷移金属ボロシリサイドの機械的性質について、これまで単結晶を用いて明らかにしてきた。本研究では、機能材料として、遷移金属ボロシリサイドとその関連化合物の基礎物性を調べた。1)高温材料のコーティング材料として、Mo-Si-B三元系を利用する試みを検討した。これまで、パックセメンテーション(PC)法を用いてMo_5SiB_2+Mo二相共晶合金上にMoSi_2コーティングを施し、13001500°Cの温度範囲でMoSi_2と同等の耐酸化性を示すことを明らかにした。高温酸化中に、MoSi_2コーティング層と基材とが反応し、Mo_5Si_3拡散層が形成される。本研究では、PCによるMoSi_2コーティング層および拡散層の形成の速度論、拡散層中の相互拡散について定量的に明らかにした。その結果、Mo-Si二元系と比較して、Mo-Si-B三元系ではMo_5Si_3拡散層の成長速度が一桁遅くなる。これは、Mo_5Si_3拡散層の相互拡散に三元系と二元系で差異がなく、相互拡散の差異で説明することはできない。Mo-Si-B三元系では、Mo_5Si_3層と基材の界面でMoB粒が形成し、そのMoBがSiの拡散によりMo_5Si_3に変態する反応が生じる。この反応が、Mo_5Si_3拡散層の成長速度の低減に影響を与えていると考えられる。また、基材をMo_5SiB_2単相材とすると、拡散層はMo_5Si_3単層ではなく、Mo_5Si_3層とMo_5Si_3+MoB層の2層となる結果を得た。基材により拡散層の形成に差異が生じる原因は、MoSi_2形成時に基材から吐き出されるBを吸収する機構が異なるためである。2)遷移金属ボロシリサイドの熱電特性を検討した。遷移金属ボロシリサイドに見られるフェルミ面近傍の状態密度のくぼみに着目し、フェルミ面をくぼみの中心付近にシフトさせる目的で遷移金属の置換を行った。状態密度計算より予測される組成を有する(Mo、V)_5SiB_2等を作製したが、ゼーベック係数の顕著な増加は得られなかった。3)2)に関連して遷移金属ボロシリサイドの電気抵抗、熱伝導、熱電能の基礎物性を、単結晶を用いて調べ、電気および熱の輸送現象について考察した。

1-2)Mo_5SiB_2とMoSi_2との反応拡散では、Mo_5SiB_2+Mo二相共晶合金とMoSi_2との反応拡散と比較して、反応拡散層の構造が異なる。詳細は論文を参照されたい。MoSi_2コーティング層の消耗を低減するという観点では、反応拡散層であるMo_5Si_3(B)層を形成するために必要なSiの供給元(供給量)が、Mo_5SiB_2とMoSi_2との組合せにすることで増加する。また、パック・セメンテーションにより、Mo_5SiB_2/MoSi_2界面に拡散対より高濃度のB原子を注入でき、そのB原子により、Mo_5Si_3(B)層を形成するために必要なSi供給量が増加する。それはMoSi_2コーティング層以外の供給元からとなる。従って、MoSi_2コーティング層の消耗が抑えられ、寿命が増加する。2)上記で出てきたMo_5Si_3は複雑な結晶構造を有し、その特性は結晶方位による結合の特徴の差異により異なってくる。本研究では、これまでの他の研究者からの報告も考慮し、Mo_5Si_3のMoを他の遷移金属元素で置換することにより、熱膨張および弾性の異方性の変化を調べた。