hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
配電系統の高調波拡大現象の抑制を目的とした並列形アクティブフィルタの研究

近年、一般産業用パワーエレクトロニクス機器やインバータ-エアコン、テレビ・OA機器などの家電・汎用品が発生する高調波電流が配電系統に流入し、現代社会の新たな“公害"として早期対応が迫られている。電気学会論文誌B(平成6年3月号)には、「都市部の6.6kV配電系統では、夜間の軽負荷時には第5次高調波電圧の最大値が7%を超えることがある」という憂慮すべき実測結果が報告されている。この要因は、受電変圧器の漏れインダクタンスと高圧需要家の進相コンデンサとが共振回路を構成し、配電系統に流入した高調波電流や上位系統の高調波電圧が26倍に拡大する“高調波拡大現象"であると考えられている。従って、配電系統に流入する高調波電流の低減と配電系統の高調波拡大現象の抑制とは、高調波対策の両輪をなすものである。本研究の目的は、配電系統の高調波拡大現象の抑制を目的とした並列形アクティブフィルタを開発することにある。本研究の成果は、以下のように要約することができる。1.電圧検出方式の並列形アクティブフィルタ(2kVA)を設計・製作し、当研究室所有の配電系統シミュレータ(3相200V 40kVA/2フィーダ)を接続して実験を行った。その結果、優れた高調波拡大現象の抑制効果を確認した。2.電圧検出方式の並列形アクティブフィルタを配電系統の末端に接続した場合、高調波拡大現象の抑制効果が最も優れていることを理論と実験により明らかにした。現在、これらの実験成果をまとめた論文を電気学会論文誌に投稿している。近年,パワーエレクトロニクス技術の発展により,電力用半導体素子を用いた電力・電子機器が数多く使用されるようになってきた。一般産業用パワーエレクトロニクス機器やインバータエアコン,テレビ・OA機器などの家電・汎用品が発生する高調波電流が配電系統に流入し,現代社会の新たな"公害"として早期対応が迫られている。平成8年度では,配電系統に分散設置する並列形アクティブフィルタの等価モデルと高調波拡大現象の抑制効果を,理論とシミュレーションにより詳細に検討した。研究成果を要約すると以下のようになる。1.電源電流検出方式(微分補償付)の並列形アクティブフィルタは,検出した高調波電流を抑制する電流源として動作し,高調波に対して設置点の上位側を開放した等価モデルとなる。従って,電源電流検出方式(微分補償付)は配電系統の最上位に設置して上位系に流出する高調波電流の抑制に適しているが,設置点の上位系統や下位系統に不特定多数の高調波発生源や進相コンデンサが存在する系統(フィーダ)内の高調波拡大現象を抑制することはできない。2.電圧検出方式の並列形アクティブフィルタは,ダンピング抵抗として動作するので,系統内の高調波拡大現象を効果的に抑制できる。従って,電圧検出方式は配電系統用アクティブフィルタに最も適した高調波検出方式である。3.フィーダ内およびフィーダ間の高調波拡大現象を同時に抑制するには,各フィーダの幹線の最下位に電圧検出方式の並列形アクティブフィルタを分散設置するのが有効である。近年,一般産業用パワーエレクトロニクス機器やインバータエアコン,テレビ・OA機器などの家電・汎用品が発生する高調波電流が配電系統に流入し,現代社会の新たな“公害"として早期対応が迫られている。電気学会論文誌B(平成6年3月号)には,「都市部の6.6kV配電系統では,夜間の軽負荷時には第5次高周波高圧の最大値が7%を超えることがある」という憂慮すべき実測結果が報告されている。この要因は、受電変圧器の漏れインダクタンスと高圧需要家の進相コンデンサとが共振回路を構成し,配電系統に,配電系統に流入した高調波電流や上位系統の高調波電圧が26倍に拡大する“高調波拡大現象"であると考えられている。

従って,配電系統に流入する高調波電流の低減と配電系統の高調波拡大現象の抑制とは,高調波対策の両輪をなすものである。本研究の目的は,配電検討の高調波拡大現象の抑制を目的とした並列形アクティブフィルタを開発することにある。平成9年度の研究成果をまとめると,以下のようになる。1.前年度に設計・製作した電圧検出方式の並列形アクティブフィルタ(2kVA)を当研究室所有の配電系列シミュレータ(3相200V 40kVA/2フィーダ)を接続し,安定に動作することを確認した。さらに,上位系統に高調波電圧源が存在する場合と,配電系統内に高調波電流源が存在する場合について,高調波拡大現象の抑制効果を実験的に検討した。2.その結果,どちらの場合についても,配電系統の末端に電圧検出方式の並列形アクティブフィルタを接続した場合が高調波拡大現象の抑制効果が最も優れていることを実験により明らかにした。
聴覚障害学生に対する実技演習を支援する触覚情報提示に関する研究

本研究では,聴覚障害学生向け実技演習における教示支援手法について,触覚を用いた支援手法に着目した.従来,視覚情報中心であった情報保障に触覚情報を加えることで,実技演習における聴覚障害学生の授業内容理解度を向上させることができるのではないかと考えた.平成2829年度は,聴覚障害学生を対象としたコンピュータ操作教示時に用いる触覚フィードバックデバイスの開発と検証を行った.教員のマウス操作を,触覚情報によって伝達するため,マウス操作を行う指に装着する小型軽量の振動デバイスと制御プログラムを開発した.システム開発後,筑波技術大学産業技術学部総合デザイン学科に所属する聴覚障害学生の協力を得て評価実験を行った.評価実験では,従来の視覚を中心とした情報保障と,これら触覚提示デバイスを用いた場合とを比較検証した.質問紙調査及び視線計測を含む定量的な調査によって,視覚を中心とした従来の情報保障手段に対する触覚情報の有効性や問題点を示すことができた.これらの研究により,実技演習への触覚情報の活用については,気付きの誘発や重要な箇所への注視誘導効果などの有効性があることが分かった.一方で正確な情報の伝達には問題があり,情報が誤って認識されることも分かった.そこで,これらの研究から得られた知見を応用し,視覚情報による伝達方法を中心としていた従来の情報保障手段に加え,触覚情報による気付きの誘発や注視誘導効果と同等の効果もたらす機能を追加し,教示支援ソフトウェアを再開発した.最終年度に開発したソフトウェアは本研究の当初計画を超えた開発であるため,有効性の検証は今後の課題であるが,既に実用可能なソフトウェアとして完成しており,申請者の担当する実技演習において活用を始めている.本研究では,聴覚障害学生対象の実技演習における触覚情報の可能性に着目した.従来,視覚中心であった情報保障に触覚情報を加えることで,実技演習の内容理解度を向上させることができるのではないかと考えた.研究実施計画に基づき,平成28年度は,はじめにコンピュータ操作を教示する際の触覚情報の伝達手法について検討した.教員の行っているマウス操作を触覚で再現するため,既存の触覚フィードバックデバイスを調査し,学生がコンピュータ操作を行う際に妨げにならない手法を検討した.検討の結果,デバイスを装着する学生に対する負担を軽減するため,軽量小型であることを前提とした.また,触覚情報の応答性と強度を優先し,ソレノイドを触覚情報を発生させるための振動素子として採用した.ソレノイドを小型のプラスチックケースに収めて指に装着し,これをArduino基盤に接続,USBインタフェースを経由してPCと接続する仕様とした.ソレノイドを用いた触覚情報提示デバイスと制御プログラムを含めたシステム全体をパッケージとして,SZCAT(SynchroniZed Click Action Transmitter)と命名した.SZCAT開発後,筑波技術大学産業技術学部総合デザイン学科に所属する学生に対して評価実験を行い,有効性を検証した.質問紙調査の結果から,主観的評価による有効性を示すことができた.結果はヒューマンインタフェース学会シンポジウム2016において発表し,優秀プレゼンテーション賞を受賞した.また,平成29年度に開催される国際学会において発表予定である.平成28年度は触覚提示手法の検討と開発までを当初目的としていた.開発は予定通り完了し,加えて平成29年度において予定していたシステムの有効性の検証を一部前倒して実施できた.また,結果を学会発表することができた.本研究では,聴覚障害学生向け実技演習における教示支援手法について,触覚を用いた支援手法に着目した.従来,視覚情報中心であった情報保障に触覚情報を加えることで,実技演習における聴覚障害学生の授業内容理解度を向上させることができるのではないかと考えた.平成28年度は,聴覚障害学生を対象としたコンピュータ操作教示時に用いる触覚フィードバックデバイスの開発と検証を行った.教員のマウス操作を,触覚情報によって伝達するため,マウス操作を行う指に装着する小型軽量の振動デバイスとプログラムをパッケージ化し,SZCAT (SynchroniZed Click Action Transmitter)と命名して開発した.平成29年度は,平成28年度に得られた成果を論文として投稿すると共に,マウス操作の伝達のみを目的としたSZCATを改良し,キーボード操作とマウス操作を伝達するため,左手と右手それぞれに装着するシステムとして,SZFOX (SynchroniZed Focused Operation eXaggerator)と命名して開発した.SZFOX開発後,筑波技術大学産業技術学部総合デザイン学科に所属する聴覚障害学生の協力を得て評価実験を行った.評価実験では,従来の視覚を中心とした情報保障と,SZFOXを用いた場合とを比較し,SZFOXの有効性を検証した.質問紙調査及び視線計測を含む定量的な調査によって,視覚を中心とした従来の情報保障手段に対するSZFOXの有効性や問題点を示すことができた.研究の結果は論文としてヒューマンインタフェース学会誌に投稿し,採録された.当初計画では,平成29年度は実験と検証のみであり,論文執筆については平成30年度を予定していたが,現時点で論文執筆と国内学会への投稿,採録まで完了しており,当初の計画以上に進展している.本研究では,聴覚障害学生向け実技演習における教示支援手法について,触覚を用いた支援手法に着目した.従来,視覚情報中心であった情報保障に触覚情報を加えることで,実技演習における聴覚障害学生の授業内容理解度を向上させることができるのではないかと考えた.

平成2829年度は,聴覚障害学生を対象としたコンピュータ操作教示時に用いる触覚フィードバックデバイスの開発と検証を行った.教員のマウス操作を,触覚情報によって伝達するため,マウス操作を行う指に装着する小型軽量の振動デバイスと制御プログラムを開発した.システム開発後,筑波技術大学産業技術学部総合デザイン学科に所属する聴覚障害学生の協力を得て評価実験を行った.評価実験では,従来の視覚を中心とした情報保障と,これら触覚提示デバイスを用いた場合とを比較検証した.質問紙調査及び視線計測を含む定量的な調査によって,視覚を中心とした従来の情報保障手段に対する触覚情報の有効性や問題点を示すことができた.これらの研究により,実技演習への触覚情報の活用については,気付きの誘発や重要な箇所への注視誘導効果などの有効性があることが分かった.一方で正確な情報の伝達には問題があり,情報が誤って認識されることも分かった.そこで,これらの研究から得られた知見を応用し,視覚情報による伝達方法を中心としていた従来の情報保障手段に加え,触覚情報による気付きの誘発や注視誘導効果と同等の効果もたらす機能を追加し,教示支援ソフトウェアを再開発した.最終年度に開発したソフトウェアは本研究の当初計画を超えた開発であるため,有効性の検証は今後の課題であるが,既に実用可能なソフトウェアとして完成しており,申請者の担当する実技演習において活用を始めている.当初の計画以上に進展しているが,平成28年度は質問紙調査による定性的検証が中心であったため,平成29年度は定量的評価を加え,引き続き有効性を検証する計画である.当初の計画以上に進展しているが,平成29年度は国内学会への投稿に留まったため,平成30年度は海外学会への投稿を進めるなど,引き続き成果の公表や発表を中心に推進する予定である.申請当初の計画よりも順調に推移し,平成29年度に申請当時の予定にない国際学会での発表の可能性が生じた.平成29年度,計画的に研究費を確保するため,平成28年度の国際学会の参加費については他の研究費によって充当した.平成28年度,計画的に確保した国際学会における発表に使用する.執行が一年遅れるが,費用項目は同じである.
がんエクソソームの機能解明と臨床応用を目指した生体解析モデルの構築

腫瘍微小環境および前転移ニッチの形成など、がん細胞由来エクソソームの様々な機能が報告される一方、実際どの程度がん病態に影響しているかは明らかでない。がんエクソソームの真の生体機能を解析するには、病態を再現した生体イメージングモデルが強力なツールとなる。そこで本申請課題では、がん病態に則したエクソソームの非侵襲的生体イメージングモデルを構築するとともに、それを利用した機能解析を行うことで、本来のエクソソーム機能を明らかにすることを目的とする。また、この生体解析モデルを用いて、がん転移予測モデルの確立やエクソソーム標的薬剤の開発などへの医療応用が可能であるかの検証も合わせて行う。
非排水条件における一面せん断変形に伴う間隙水圧変化に関する実験的研究

本研究は,岩石が非排水条件下でせん断変形した際の応力、ひずみ、および間隙水圧の変化の様子を解明することを目指し、岩石室内変形透水試験装置を開発することを目的とする。本年度は,昨年度にひきつづき,デザイン上は将来的に三軸変形試験に対応することを念頭に置きつつ、本研究では静水圧の応力条件下での浸透特性を測定できるシステムを構築することに焦点を当てた。昨年度開発した部分に加えて,浸透流測定システムを構築した.このシステムは,フロート式流量計とデジタル式流量計からなり,0.05cc/分から5リットル/分まで幅広い領域のガス流量を測定できるのが特長である.また,将来的に軸変形を行うことを見据えて,内部荷重変換機の開発も行った.測定精度を向上できるように,高精度変位計である差動変圧器(LVDT)を荷重計に組み込み,それを拘束圧下で設置することによってOリング等による摩擦の効果を軽減する,というコンセプトのもと,荷重変換機の設計を行った.また,岩石中の単一亀裂の影響を評価するための試みとして,北海道幌延地域の第三紀および第三紀堆積岩の勇知層および声問層について,岩石供試体にカッターで切れ目を入れ,その切れ目に平行な方向の浸透率を封圧下で測定した.封圧を低圧から徐々に増加させて測定した結果,勇知層では拘束圧が5MPa付近,声問層では拘束圧が30MPa付近で,亀裂無しの結果とほぼ同様の値を示した.亀裂沿いの浸透特性の拘束圧依存性が岩石の種類,おそらく固結度や強度に依存することが実験的に確かめられたのは非常に興味深い.本研究では、岩石が非排水条件下でせん断変形した際の応力、ひずみ、および間隙水圧の変化の様子を解明することを目指し、岩石室内変形透水試験装置を開発すること、ならびにその装置を用いて室内実験を行うことを目的とする。本年度は、主に装置の開発を行った。本研究申請の際は、申請者の所属機関に既設されている、岩盤中単一亀裂せん断透水試験システムを改良することを計画していた。しかしながら試験装置の設計の段階で、このシステムではせん断に伴う装置内部の間隙率貯留部体積の変化を小さくすることが難しく、また載荷できる応力の最大値が小さくなるといった問題点が明るみになった。そこで、当初の計画を変更し、三軸変形透水試験型のシステムを採用した。これは京都大学理学研究科地質学鉱物学教室所有の室内試験システムを基にしたものであり、間隙流体として水以外にガスも使用できる構造になっている。このシステムでは、直径40mmの円柱状の供試体について、最大拘束圧120MPaの条件化で実験を行うことができる。しかしながら、本研究の予算では当初予定していたスペックを完全に満足する試験機を作成することは難しい。したがって、デザイン上は将来的に三軸変形試験に対応することを念頭に置きつつ、本研究では静水圧の応力条件下での浸透特性を測定できるシステムを構築することに焦点を当てた。本年度期間中申請者は、試験システムの主要部分である圧力ベッセルおよび浸透率測定システムを設計した。最終年度である来年度は、試験システムの完成、調整の後、実際の試験を行う予定である。昨年度開発した部分に加えて,浸透流測定システムを構築した.このシステムは,フロート式流量計とデジタル式流量計からなり,0.05cc/分から5リットル/分まで幅広い領域のガス流量を測定できるのが特長である.また,将来的に軸変形を行うことを見据えて,内部荷重変換機の開発も行った.測定精度を向上できるように,高精度変位計である差動変圧器(LVDT)を荷重計に組み込み,それを拘束圧下で設置することによってOリング等による摩擦の効果を軽減する,というコンセプトのもと,荷重変換機の設計を行った.また,岩石中の単一亀裂の影響を評価するための試みとして,北海道幌延地域の第三紀および第三紀堆積岩の勇知層および声問層について,岩石供試体にカッターで切れ目を入れ,その切れ目に平行な方向の浸透率を封圧下で測定した.封圧を低圧から徐々に増加させて測定した結果,勇知層では拘束圧が5MPa付近,声問層では拘束圧が30MPa付近で,亀裂無しの結果とほぼ同様の値を示した.亀裂沿いの浸透特性の拘束圧依存性が岩石の種類,おそらく固結度や強度に依存することが実験的に確かめられたのは非常に興味深い.
未来型メタンハイドレート資源のポテンシャル評価に関する波動工学的研究

未来型のエネルギー資源としてもメタンハイドレート鉱床が大変注目されているが、探査工学的にも貯留層物性的にもまだ不明な点も多く、基礎的調査、研究の段階である。このような観点から本研究では先ずハイドレート鉱床の直接の手懸かりとなる反射法地震探査記録上に現れるBSR現象について、その成因解明のための室内物理モデル実験を試み、BSR現象の発生メカニズムについて反射係数理論に基づく検証を行った。次いでこの種の新しいタイプの鉱床の資源量評価法の確立を目的として、ハイドレート胚胎に伴う様々な物性値変化、特に埋蔵量推定に関わる弾性波速度とハイドレートの胚胎状況との関連を明らかにすべく、モデル実験及び波動工学的な理論的考察を行った。具体的には実際のハイドレート試料の入手、作製が困難なことから、ハイドレートを氷で代用し、ハイドレート層を2相(岩石基質と氷)ないしは3相混合物モデル(2相+不凍地層水)と仮定して、低温領域での波動伝播特性実験を行った。その結果2相、3相モデルとも速度の温度依存性が0-4°C付近で顕著に見られた。またハイドレート含有量を想定した氷の量を変化させた3相モデル実験結果では、ハイドレート層の平均的孔隙率を35%程度と見積もった場合、孔隙内の氷量が80%程度以下では、速度に変化はあまり見られず、80%以上で顕著な速度増加傾向が見られた。このことは凍結状態の試料ではWyllieやRaymer(1980)らの理論による時間平均式は良く一致する。一方未凍結状態では圧力や岩石基質の固結状況等を考慮していないとにより、孔隙率や飽和率などを導き出すことが簡単でないことが判明した。一方BiotやLeclaire(1994)による拡張理論とは余りよい一致が見られなかったが、これは本理論の適用に際し多くのパラメータを必要とするため、その一部のパラメータの仮定値に精度を欠いたための影響であると予測され、今後より正確な各パラメータの入手、設定が重要かつ不可欠であると考えている。大変有望夕あると言われている未来型のメタンハイドレート資源についての研究は、現在研究途上の分野であり、今律実際の開発に至るまでには、環境への影響や経済性分析など充分な検討と、多量の基礎的研究データの構築が不可欠である。このハイドレート資源発見の直接の手がかりは、地震探査記録上に現れるBSR(海底疑似反射面)と呼ばれる現象であるが、この種の反射現象のメカニズムについては、まだ充分には解明されておらず、その成因や貯留層構造等についての詳細は不明な点も多い。本研究はこのような観点から、貯留層構造を簡単にモデル化、分類し、ハイドレート層とその貯留システムについて考察を行った。次いで擬似ハイドレート層の室内物理モデル実験を試行し、低温領域での波の伝播における諸現象の観察から、貯留層構造のモデル化とハイドレートBSR現象の成因、ならびに擬似ハイドレートモデル実験及び実験法の妥当性につての評価、検討を行った。ハイドレート層の簡単なモデル化による分類での考察の結果では、近年調査されたハイドレート資源層(米国フロリダ沖Blake Outer Ridge)は、その調査研究結果との参照から、ハイドレートが孔隙内の地層水中に浮遊している状態の初期貯留層、あるいは更に成長し粒子に付着した段階(中期)の貯留層と推定した。本研究で用いた物理モデルはこれらの状態よりさらに進行、成長し、完成された末期状態に相当する貯留層モデルに相当する。

この種のモデルによる研究は、今後発見・調査されるであろう貯留層タイプの各種物性、波動伝播特性等の予測に役立つデータになりうる。擬似試料を用いた波動伝播計測実験からは、BSR下層に相当する常温状態とハイドレート層状態に見立てた、凝固凍結した状態での速度の差は極めて大きく(反射係数換算で0.3程度)、BSR現象の発生メカニズムが検証、確認された。またP波計測に加えS波計測を実施している。その結果、動的ポアソン比が予測可能となり、この種の情報は低温固結状態での地層の硬さや安定性の指標としての情報となり、ハイドレート層の不安定性の予知や、また掘削や生産、開発時における海底地滑り等の災害防止に役立つものと考えられる。未来型のエネルギー資源としてメタンハイドレートが大変注目され有望視されている。しかしながらこの種の鉱床は、現在まだ探鉱的にも貯留物性的にも基礎調査、研究の段階である。通常地震探査記録上に現れるBSR(海底擬似反射面)現象が、この種の鉱床の直接の手がかりとなることが多いが、この発生メカニズム、ハイドレート胚胎に伴う様々の物性値変化等についても不明な点が多い。本研究では先年度のBSR現象の成因解明のためのモデル実験に引き続き、弾性波速度とハイドレートの胚胎状況との関連を明らかにし、埋蔵量推定係わるハイドレートの量と速度の関係について、擬似モデル実験と理論的考察を試みた。具体的には実際のハイドレート試料の入手、作製が困難なことから、ハイドレート層を3相モデル(岩石基質(固体)-ハイドレート(固体)-地層水(液体))として捕らえ、ハイドレートには小氷塊、地層水には不凍液を代用して基礎実験を行った。その結果、水飽和された固結および未固結の岩石試料による弾性波速度の温度依存性が、0-4°C付近(ハイドレート層と仮定)に顕著に見られた。また3相混合物のモデルにより氷の量を変化されたときの速度変化は、孔隙(平均的孔隙率30%程度との見積もり)内の氷量が80%程度以下では、速度に変化はあまり見られず、80%以上になると顕著な速度増加が見られた。この傾向は凍結状態の試料ではWyllieやRaymer(1980)らによる時間平均式と良い一致を見せるが、未凍結状態の試料では圧力や岩石基質の固結状態等を考慮していないことから一致せず、孔隙率や飽和率などを導き出すのは難しいことが判明した。一方BiotやLeclaire(1994)による拡張理論と実験値とは余りよい一致が見られなかった。これは本理論の適用に際しては多くのパラメータを必要とし、その一部のパラメータの仮定値に精度を欠いたためと考えられ、今後より正確な各パラメータの入手、設定のための基礎的研究が不可欠であると考えられる。
渤海使を中心とする外交使節の発着地と人朝経路に関する研究

本研究では、渤海使を中心とする外交使節の日本への入境経路や発着地について検討することで、歴史書からは断片的にしか窺い知ることができない日本の古代国家の外交基調を明らかにすることを目的とした。しかし、渤海国は独自の史書を残しておらず、また日本や中国の正史における渤海に関する記述も不十分であるため、直接的に渤海や渤海使の具体像を明らかにすることは困難である。そこで、他の外交使節の入境経路や来着地での活動を検討することで、渤海使を東アジアの外交使節全体の中で相対化することを目指した。まず、高句麗や渤海からの使節の来着のあり方について、史書を基に基礎的な研究を行った。さらに、大韓民国の済州特別自治道において耽羅関係の調査を行い、耽羅と古代日本との交流のあり方を検討した。また、石川県金沢市において古代の交流に関する出土遺物の調査を行い、福井県敦賀市においては松原客館の調査を行うなどした。こうした研究・調査の結果、外交使節の入境地は前代からの交流が行われていた場である事例が散見された。さらにそうした地域では、ヤマト政権とは別に、独自に対外交流を担っていた在地勢力が存在していた。そのため、在地勢力が中央の混乱期に対外的な活動を行う可能性があったと考えられる。例えば、藤原仲麻呂の乱など中央における政変時に、入境経路の変更指示を行うなどの外交基調の変化がみられる。なお、研究成果をもとに、奈良平安時代にかけての日本の対外関係の変遷と、東アジアの国際情勢を絡めて理解させる授業プログラムを開発し、実施した。複雑な国際関係を理解する際に、内政と外交を合わせて考えることは、生徒にとって効果的な学習につながった。
細胞内分解システムの構造学的解析

ユビキチン-プロテアソームシステム及びオートファジーに関与する種々のタンパク質および超分子複合体を対象としてX線結晶構造解析、核磁気共鳴法、中性子小角散乱法等を用い、構造生物学的研究を行った。ユビキチン受容体やユビキチンリガーゼの機能発現およびプロテアソーム複合体の形成、調節のメカニズムやポリユビキチン鎖の構造に関する知見を得ることに成功したほか、脱脂質化酵素Atg4BとLC3の複合体、E1酵素Atg7、E3様酵素Atg12-Atg5結合体,Atg8と受容体Atg19の複合体,そしてLC3と受容体p62の複合体の立体構造を決定し、Atg8/LC3の可逆的脂質修飾機構および選択的オートファジーに関わる受容体との相互作用機構を明らかにした。ユビキチン-プロテアソーム系やオートファジー系におけるタンパク質の分解は、単なるタンパク質の破壊ではなく、複雑に制御された、生命活動の根幹に関わる過程である。本研究では、(1)ユビキチン受容体、(2)ユビキチンリガーゼ、(3)Atgタンパク質群を採り上げ、X線、NMRによる立体構造の決定、生化学的な分子機能の解析を行ない、タンパク質分解の分子機構の解明を行なう。京都大学・析尾p62のUBAとポリユビキン鎖の相互作用を解明するため、p62 UBAの発現・精製を行なった。UBAは通常単量体であるが、p62 UBAはゲル濾過・分析超遠心の結果から二量体を形成していることが明らかとなった。また、p62 UBAとユビキチンの相互作用をNMR滴定実験にて検討した結果、ユビキチン側のp62 UBAと相互作用する部位は、以前我々がDsk2 UBAについて得た相互作用部位とほぼ一致した。しかしながら、p62 UBAが二量体であることから、詳細な結合様式には若干の違いがあると考えられる。また、ポリユビキン鎖と相互作用が知られるNEMO(IKK-γ)についても相互作用研究を行なうために、発現コンストラクトを作成した。名古屋市立大学・山口NEDD8修飾によるSCF複合体型E3の活性化メカニズムを明らかにするため、NMR解析と部位特異変異実験を行った。その結果、NEDD8はユビキチンのE2(UBC4)と相互作用するが、NEDD8自身のE2(UBS12)とは相互作用しないことが判明した。UBC4分子表面上でNEDD8結合部位とE3結合部位は隣接していることから、ひとたびNEDD8の修飾を受けたSCF複合体はNEDD8自身のE2であるUBC12を排除しつつ、RBX1と協働してユビキチンのE2であるUBC4を選択的にリクルートすることにより、E3活性の亢進に寄与していることが示された。北海道大学・鈴木オートファジーにはAtg8系とAtg12系という二つのユビキチン様修飾系が必須である.Atg8とリン脂質の結合を触媒するAtg3およびAtg12が修飾するターゲットタンパクであるAtg5の立体構造をX線結晶解析により決定した.Atg3は一般的なE2酵素と類似のコア領域と2つのユニークな挿入領域とからなっており,挿入領域が触媒活性およびオートファジーに必須であることを明らかにした.Atg5は2つのユビキチンフォールドとそれらに挟まれたヘリックスバンドルからなる構造をとっており,二つの面を用いてAtg12とAtg16の両方に同時に結合できることを明らかにした.京都大学・杤尾p62 UBAの結晶構造を決定した。UBAは通常単量体であるが、p62 UBAは結晶中で二量体を形成していた。また、p62 UBAとユビキチンの相互作用をNMR滴定実験にて検討した結果、UBAダイマーは一度モノマーに解離し、モノマーのUBAがユビキチンと結合することを明らかにした。また、ポリュビキン鎖と相互作用が知られるRAP80のタンデムUIMの発現コンストラクトを作成し、タンパク質の調製を行なった。この試料とK63リンクのジュビキチンとの複合体をゲル濾過で大量調製することに成功した。複合体の結晶化条件のスクリーニングを開始した。同試料のPRE(Paramagnetic relaxation enhancement)-NMR測定を行ない、一方のUIMがジュビキチンの片方のユビキチンにのみ結合していることを明らかにした。理化学研究所(前任地・名古屋市立大学)・山口、名古屋市立大学・栗本ペプチド:N-グリカナーゼ(PNGase)について、NMR解析および糖鎖との相互作用解析を行った。その結果、PNGaseのPUBドメインはhHR23のUb1ドメインと相互作用することを見出した。

NMR解析より明らかとなった相互作用部位はp97のC末領域との結合部位とは異なることから、PUBドメインはp97のC末領域およびhHR23-Ub1と同時に相互作用することが示唆された。この他、糖鎖ライブラリーを利用してPNGaseのレクチンドメインと糖鎖との相互作用解析を行い、その糖鎖認識特異性を明らかとした。北海道大学・野田(旧姓・鈴木)Atg12-Atg5結合体がAtg8系において新規E3様の役割を担っていることを、in vitroの再構成系を用いて酵母および植物の両方について明らかにした.また酵母Atg12-Atg5結合体についてはAtg16との複合体を調製、結晶化し、その立体構造をX線結晶構造解析で明らかにした.Atg12はC末端グリシンを介したイソペプチド結合以外に、保存された疎水性面を介してAtg5と相互作用しており、三者複合体は安定でコンパクトな構造を取っていることが明らかとなった.(京大グループ)p62のUBAドメインが溶液中で二量体であること、また、ユビキチンと結合する際には解離し、単量体となることを明らかにした。また、Lys48リンク型のヘキサユビキチンの結晶構造解析に成功した。その他、ヒト由来培養細胞中でのIn-Cell NMR法を開発した。この手法により、細胞内での脱ユビキチン反応やユビキチンとユビキチン結合タンパク質の相互作用がモニターできることを示したほか、同法を応用した細胞内水素交換実験によりユビキチンが細胞内では不安定化されているということを見いだした。(名市大グループ)20Sプロテアソームを構成するサブユニットのうちα7に着目し、中性子小角散乱測定により溶液中での構造解析を行った。その結果、α7は7個のサブユニットが会合してリングとなり、20Sプロテアソーム中におけるβリングとの相互作用面同士で2つのリングが会合した構造を形成していることが明らかとなった。この他、直鎖型ユビキチン鎖を形成するHOIL-1・HOIP複合体の相互作用ドメインであるHOIL-1(Ub1)およびHOIP(UBA)の共結晶化に成功し、その結晶構造の解析を進めている。(北大グループ)哺乳類ではユビキチン化された凝集タンパク質は選択的オートファジーにより分解を受ける。また酵母ではある種の液胞酵素は選択的オートファジーにより液胞へと輸送される。2つの経路において、積荷を認識する受容体タンパク質が共通のWXXL配列をもち、その配列を介してオートファゴソーム膜形成因子であるAtg8/LC3により受容体が認識され、オートファゴソームへの取り込みが起こることを構造生物学的に明らかにした。またAtg4BによるLC3の脂質修飾状態の制御機構を構造生物学的に明らかにした。(京大グループ)昨年度までに、p62のUBAドメインが溶液中で二量体であること、また、ユビキチンと結合する際には解離し、単量体となることを明らかにしていた。本年度は、p62 UBAのユビキチンとの複合体中での構造決定を、溶液NMR法を用いて行なった。その結果、従来から知られていたUBAドメインのユビキチン結合様式とよく一致していた。また、各種鎖長や異なるリンク型のユビキチン鎖の構造をAFMにより観察し、動的な構造を解析した。(名市大グループ)ユビキチン結合酵素
複数ラベルが与えられる状況における子どもの語彙獲得メカニズム

日本の養育者が育児語をどのように併用しているのか,1歳児は複数ラベルをどのように処理して獲得するのかを検討した。その結果,次のことが明らかになった。1)養育者は育児語と成人語をある程度併用するが,育児語はラベルとしてばかりでなくサウンドエフェクトなど多くの機能を持つ発話として使われていた。2)育児語と成人語による複数ラベルを実験的に提示された場合, 12ヶ月児ではいずれの語も学習できないが, 16ヶ月児では育児語を選択的に学習した。3)日本語獲得20ヶ月児は,1つの対象に対して育児語と成人語を獲得しているが,同時に新奇ラベルに対してdisambiguationを示してもいた。日本の養育者が、1歳児に対して育児語と成人語を使って複数のラベルを提供しているのかどうか検討した。テレビモニターに提示された21対象の絵を見ながら養育者が子どもに話しかける発話を分析した。母親が育児語を使用するときは、「って」という助詞を伴うことや、身ぶりを伴ったり、特有のプロソディーで発話されるなど、ラベル以外の機能を持つ発話として用いられることも多いことをすでに明らかにしていた。そこで、本年度は、20-21ヶ月児の母親30名を対象に、ラベルとして使用される育児語と成人語がどの程度あるのかを検討した。その結果、平均約20%の絵に対して、母親は、ラベルとして育児語と成人語を併用していた。ラベルであるかどうかを問わなければ、育児語と成人語の併用は約50%の絵に対してなされていた。したがって、日本の母親は、複数のラベルを1歳児に対して提供しているが、育児語は、ラベルとして使用されるばかりでなく、サウンドエフェクトなどその他の機能を持つ発話として用いられることも多いことが明らかとなった。複数のラベルを1歳児がどのように処理するのかについては、1つの新奇対象に2つの新奇ラベルを与え、選好注視法によって、それぞれのラベルと対象を対応付けているのかどうか検討した。20ヶ月児12名を対象に実験を行った結果、20ヶ月児はどちらのラベルについても対象との対応付けをしているとは言えない結果となった。ただ、この研究で用いられたラベルは成人語的な2音節の単語であったので、今後、育児語的な音韻特徴を持つラベルを使用して、複数ラベルの獲得が可能であるかどうか検討する必要がある。京阪奈地方の14,20,27ヶ月児の母親54名について、1つの対象に複数のラベルを提供しているのかどうか検討した。その結果、子どもの月齢による差はなく、平均して14%の対象に複数のラベルを提供していた。また、育児語と成人語どちらをも使って1つの対象にラベルを提供している割合にも月齢差はなく、8.5%14.6%の割合であった。複数のラベルを提供しているときにラベル間の橋渡しの発話を行っていることはほとんどなかった。これらの結果は、松江地方の20-21ヶ月児の母親30名を対象とした結果とほぼ同じものであった。以上のことから、日本の母親は、育児語と成人語を用いて複数ラベルの提供を行ってはいるが、育児語は、サウンドエフェクトなど、他の機能を持つ発話としても使われることが多いことが明らかとなった。この結果を踏まえて、育児語と成人語が、それぞれどのような形態素とともに用いられているのか明らかにするために、それぞれの語の後につく形態素をリストアップした。育児語と成人語の音韻形態を持つ2種類の新奇ラベルを1つの新奇対象に与えた時、子どもは2種類のラベルとも同一の対象にマッピングするのかどうか検討した。12,16,19ヶ月児80名を対象に、スイッチデザインによるハビチュエーション法で検討した。その結果、テスト試行では、12ヶ月児は育児語も成人語もswitch条件がsame条件よりも注視時間が多いということはなかった。19ヶ月児は育児語も成人語もswitch条件の方がsame条件よりも注視時間が長かった。16ヶ月児は育児語についてのみ、switch条件がsame条件よりも注視時間が長かった。これらの結果は、日本語獲得児は、19ヶ月までに2種類のラベルを1つの対象にマッピングするのが可能になることを意味する。また、16ヶ月児が育児語についてだけマッピングすることも注目するべき結果である。14,20,27ヶ月児の母親54名を対象に、サウンドエフェクトなども育児語に含めて、全機能での育児語と成人語の併用割合を検討した。全機能での育児語と成人語の併用は、各月齢で32.5%47.6%であり、ラベルとしての育児語と成人語の併用(8.5%14.6%)よりも高い割合であった。母親は、育児語をラベルとしてばかりでなくサウンドエフェクトとしても多く用い、成人語と併用していると考えられる。

育児語と成人語が提供される形態・統語的文脈を分析したところ、ラベルとしての育児語は、単独使用、繋辞・内容語が伴うことが多く、成人語との違いはなかった。ラベル以外の育児語は、単独も多いが、引用マーカーを伴うことも多かった。複数ラベル提示状況での幼児の学習能力の検討に関して,昨年度はスイッチデザインによるハビチュエーション法を用いて,育児語と成人語の音韻形態を持つ2種類の新奇ラベルを1つの新奇対象に与えた時,16ヶ月児が育児語についてだけマッピングすることを示した。今年度は統制条件として成人語の音韻形態を持つ2ラベルを提示する実験を,12,16,19ヶ月児68名を対象に行った結果,12,16ヶ月児は両ラベルを学習しなかったのに対し,19ヶ月児は両ラベルを学習した。本結果から,成人語提示では19ヶ月まで学習が成立しないこと,また16ヶ月で音韻形態の特徴が学習可能性に影響を与えることが示された。20ヶ月児がdisambiguationを示すのか検討した。成人語新奇ラベルを提示した時、20ヶ月児は、ラベル提示3秒後には名称未知対象を見るようになった。名称既知対象を2つ提示して育児語と成人語の既知語を与えた場合、20ヶ月児は育児語・成人語ともターゲットを見る傾向があった。以上の結果は、20ヶ月児が1つの対象に複数のラベルを連合しつつ、disambiguationを示すと考えられる。入力言語として、日本の母親がどの程度複数ラベルを提供し、提供している場合、互いを関連付けて提供しているのか、並列的に提供しているのかを明らかにした。また、育児語と成人語という形で複数のラベルが与えられた時、対象とのマッピングをどのように行うかについて、1歳代での発達過程を明らかにした。24年度が最終年度であるため、記入しない。入力言語については、育児語と成人語がどのような形態・統語情報とともに提供されるのか、どのような機能を持つ発話として提供されるのかを明らかにする。複数のラベルが与えられた時の対象とのマッピングについては、統制的な条件との比較を行う。また、disambiguation effectの検討を行い、日本語獲得児が新奇ラベルの処理のメカニズムを明らかにする。さらに、working memoryと産出語彙の関係について検討する。
超高圧高温Ｘ線回折実験に基づくフェロペリクレイス内の鉄イオンのスピン転移の解明

放射光X線と超音波速度測定装置を組み合わせ、焼結ダイヤモンドアンビルを2段目アンビルに使用して、下部マントル中部領域の圧力条件で(Mg0.8Fe0.2)O及び(Mg0.5Fe0.5)Oフェロペリクレイスの弾性波速度測定を行った。実験は大型放射光施設SPring-8に設置の川井型高圧発生装置を使用し圧力50GPaまで加圧した。(Mg0.5Fe0.5)Oにおいて圧力40GPa以上で試料端面の超音波エコー強度に大きな変化が観測された。この変化は、約40GPaでの音響インピーダンスコントラストの変化、即ち鉄イオンのスピン転移による弾性率変化を示唆するものである。昨年度に合成した(Mg0.8Fe0.2)O、(Mg0.5Fe0.5)O焼結体を用いて、超音波実験を行った。フェロペリクレースのスピン転移の観察のためには少なくとも40GPa以上の超高圧を発生する必要があるため、焼結ダイヤモンドを2段目アンビルに用いる川井型高圧発生装置による加圧実験を行った。このような焼結ダイヤモンドを用いた超音波測定は、従来研究例のない、真に最先端の研究テーマであるまず、フェロペリクレース試料を超音波実験セルに入るように、YAGレーザーの最適化を行ない直径0.4mm、長さ0.5mmの円筒形に加工整形した、さらに超音波の散乱を抑えるために両端を鏡面研磨した。実験は大型放射光施設SPring-8のBL04B1に設置の川井型高圧発生装置SPEED-Mk2を使用した。高温高圧下の試料観察にはX線ビームモニターと高分解能C-MOSカメラを用い、超音波エコーの測定には任意波形発生器、低ノイズポストアンプ、デジタルオシロスコープを使用した。合計8回の実験を行い、高圧セルの最適化などを行った結果、最大50GPa、800°Cの高温高圧下の発生と同条件下での超音波エコーの測定に成功した。しかしながら、試料長測定に必要なX線ラジオグラフィー像が不鮮明であり、残念ながら弾性波速度の算出までには至らなかった。今後、上記のX線ラジオグラフィー像の鮮明化対策(ガスケット材の最適化)などを行うことで、問題は克服されると考える。高圧下における超音波測定を行うための(Fe0.2Mg0.8)O焼結体を高温高圧下で合成すべく、合成の際の温度圧力条件、高圧セル内の試料の最適化等を試みた。条件を変えていくつか実験を繰り返した結果、次に述べる方法で良質の焼結体を合成することに成功した。まず、先に作成した(Fe0.2Mg0.8)O粉末を更に細粒にすりつぶした後に、試料を鉄箔(10μm)に封入し、USSA5000一軸プレス(岡山大学地球物質科学研究センター)を用いて、温度1300 K、圧力10 GPaで2時間保持し、焼結した。更に、10時間かけて温度圧力を徐々に減じ、常温常圧下で試料を回収した。その後、得られた焼結体を、超音波測定を行うために、超音波加工機M60(岡山大学地球物質科学研究センター)を用いて、直径1mm、長さ1mmの円柱形に整形した。続いて得られた(Fe0.2Mg0.8)O焼結体を試料として、放射光X線とマルチアンビル装置を組み合わせた弾性波速度測定実験を行った。従来の超音波測定高圧実験では、第二段アンビル材として超硬WC合金を使用するが、その場合発生圧力は最大約30 GPaである。本実験ではスピン転移が生じる下部マントル内の圧力発生(40ー60GPa)を実現するために、超音波実験では、世界で初めて、焼結ダイヤモンドをアンビル材として使用した。超音波測定システムの開発、高圧セルの種々最適化の結果、低圧下での弾性波速度データの取得には成功したが、高圧下での試料変形や超高圧発生に課題を残している。今後高圧セルの更なる最適化を行い目標とする発生圧力60GPaを達成する。放射光X線、超音波速度測定装置、焼結ダイヤモンドアンビルを組み合わせて、フェロペリクレイス(以下FP)の弾性波速度測定を行った。試料の化学組成は(Mg0.8Fe0.2)Oと(Mg0.5Fe0.5)Oの2種類用意した。試料は予め高圧プレスで焼結し、超音波加工機またはレーザー加工機で円筒形に加工した。FPのスピン転移の観察には40GPa以上の超高圧の発生が必要なため、2段目アンビルに細粒の焼結ダイヤモンドを用いた。アンビルのトランケーションサイズは1.5mmで、ヒーターにはTiB2 (+BN)を使用した。また、バッファーロッドにはアルミナ(Al2O3)を使用し、アルミナの結晶格子体積変化から圧力値を見積もった。

実験は大型放射光施設SPring-8のBL04B1に設置の川井型高圧発生装置SPEED-Mk2を使用した。超音波エコーの測定には高感度超音波エコー測定システムを使用した。常温にて慎重に加圧を行い、高圧セル内の差応力を緩和させるために荷重1MN、4MN、5MNにて約800°Cまで加熱を行った。最高荷重5MN・圧力50GPaまで加圧した。X線回折パターンから、すべての圧力温度範囲でFP単相であることを確認した。超音波エコーは高圧セルが非常に小さいため、入力信号と超音波エコー信号の時間間隔が非常に短く、S/Nが非常に悪い。ハイパスフィルターなどのデータ解析を行うことで、試料両端の超音波エコーが確認できた。(Mg0.5Fe0.5)Oの試料において圧力40GPa以上で試料端面の超音波エコー強度に大きな変化があり、約40GPaで音響インピーダンスコントラストの変化が推定される。このことは約40GPaで何らかの弾性率変化が存在することが示唆される。今後更なる研究によって、こうした弾性率変化とスピン転移の関係を明らかにする。固体地球科学本研究はフェロペリクレース焼結体の合成・下部マントル条件での超音波技術の開発・フェロペリクレース試料の超音波速度測定と、大きく3つの開発要素があるが、すでに前記2つの開発を終了している。最終目的であるフェロペリクレース試料の超音波速度測定に関しても、部分的な改良により問題は克服されると考えられる。ダイヤモンドアンビルセル(DAC)を用いた、放射光高圧実験により室温下、圧力100 GPa以上において、マントル物質についてのブリリアン散乱による弾性波速度測定の結果が報告されている。しかしながらこのようなDACを用いたブリリアン散乱実験は、従来室温に限られており、高温における測定が一般に極めて困難である。下部マントル内における鉄イオンのスピン転移の挙動を詳細に解析するためには、超高圧下における実験試料についての微細な温度コントロールと精密な温度測定が必須であり、故にDACを用いた実験には明らかに限界がある。このような状況のもと、超高圧高温での実験における温度制御・測定において、格段に信頼性が高く且つ、高精度な体積(密度)測定、超音波速度測定が可能な、焼結ダイヤモンドをアンビル材として使用した川井式マルチアンビル高圧装置を用いた放射光実験が必要である。このような認識のもと本実験を計画したが、実験の最大の懸案である、焼結ダイヤモンドを使用した超音波実験については既に(世界で初めて)成功している。また、焼結体合成が非常に困難な(Fe0.2Mg0.8)Oの良質な試料作製にも成功しており、超音波速度測定の準備は整っている。本研究で行う、超高圧領域(圧力40 GPa以上)でのマルチアンビル高圧装置を用いた放射光超音波測定実験は、従来の超硬(炭化タングステン)アンビルによる測定では実現不可能であったが、申請者らが最近開発した焼結ダイヤモンドアンビルを用いた超音波測定技術を用いることにより、このような超高圧下での弾性波速度速測定によるスピン転移の検出と弾性的な性質の変化を捉えることがはじめて可能となる。しかしながら、従来のマルチアンビル型高圧発生装置による超音波測定の圧力上限の2倍を超える非常に高い圧力が必要であり、高圧力セルの更なる最適化、超高圧高温装置による放射光超音波実験等々、様々な技術開発が必須である。加えて(Fe0.2Mg0.8)Oあるいは(Fe0.5Mg0.5)Oの高スピンから低スピン状態へのスピン転移においては、室温において明らかになったように、中間に混合スピン状態がかなりの圧力幅に渡って存在する。
専門性の発達段階と類推的思考過程の関連性

本研究では,特定の既有の知識領域に対する専門性の発達レベルを縦断的に調べ,その専門領域を基底領域とする類推的思考過程(知識の検索,写像)を各レベル間で比較し,専門性の発達と類推の関係を仮説化していくことを目的としている。実験では,自然科学領域から眼科学に関する専門群(眼科医療技師専門学校生;13年),社会科学領域から教育学に関する専門群(教員養成系大学生;14年次)を被験者とし,類推文完成課題を実施した。その結果,眼科群においては,十分な理解ができていない概念を類推や比喩によって説明するという活動によって,分析的な理解が促進されること,その背景には,次のような専門性の発達に対応した類推的思考の変化があることを確認した。専門性が,形式的な技術的・手続き的な知識レベルにある段階では,類推課題では,自己の専門的領域の知識と課題領域との分析的な写像による課題の解釈が行われる。次に,専門性がより熟成し,応用的な実用性を持つ段階に至ると,類推課題では専門的領域と周辺領域の知識の柔軟な融合による新たな知識の生成がわずかだが芽生える。一方,教育学群においては,類推的な説明を試みる活動が,前述のような未知の概念に対する分析的理解ではなく,「納得した」という感覚(確信度,自明性)を高める効果があることが示された。しかし,この領域では,教育学に対する専門性自体の発達段階を明確に測定・評価することができず,眼科群で見られるような発達過程を検証することは技術的にできなかった。そこで,今後は,このような領域の違いによって異なる専門性の発達過程をより明確にした上で,類推的思考との関係を明らかにすることが必要である。具体的には,(1)基底領域の解釈(a:b間の関係をどう理解するか),(2)目標領域を完成させるために選択した項目(c:dに適用する項目として何を選ぶか),(3)目標領域で生成された知識カテゴリーの種類・範囲(基底領域の知識がどの程度異なる領域にまで広く転移されているか・文脈的固着の有無)がどう異なるかを,個人の思考プロセスに焦点化して分析する。特に,形式的な専門性が重視される自然科学的領域(眼科学)と実用的専門性が重視される社会科学的領域(教育学)に注目し,それぞれにおける専門性の発達過程を詳細に検討しながら,その専門的知識を利用した類推的思考の特徴がどのように対応付けられるかを検討することを本研究の目的とする。具体的には,眼科学に関する専門群として眼科医療技師専門学校生(13年次)と,教育学に関する専門群として教員養成系大学生(14年次)を被験者とし,「水晶体と網膜の関係は,(x)と(y)の関係のようなものである.なぜならば,(z)だからである.」のような類推文完成課題を実施した。被験者の解答は口頭で自由記述形式で行わせ,反応は全てカセットテープに録音し,分析データとした。この課題の終了後,眼科群に対しては「目の構造」,教育群に対しては「教育」に関する専門性(知識)を測定するテストを実施した。本年度は,以上の手続きによる実験を1回実施し,データは現在分析中である。次年度は,分析の結果を踏まえた上で,必要に応じて補足実験を行い結論を導く予定である。
官能基相互作用を利用した、電解析出による無機酸化物の結晶性・配向性制御

高分子電解質を交互吸着法(LbL法)によって吸着させたITO基板に対して酸化亜鉛の電解析出を行うことで、酸化亜鉛結晶の配向が制御できることを見出した。酸化亜鉛結晶は強いc-軸配向性を示したことから、LbL膜表面のスルホン酸基と酸化亜鉛(001)面の亜鉛原子が相互作用することで配向が揃ったことが考えられる。配向の制御された酸化亜鉛薄膜は、通常の方法で作製したものと比較して、透明性と発光効率が向上することが明らかとなった。本研究の目的は、スルホン酸基、カルボニル基、アンモニウム基、アミノ基等の官能基が提示された界面における各種の機能性無機化合物の溶液電解法による結晶核生成・成長挙動をあきらかとし、これを機能性無機化合物のための配向制御膜として利用できるようにすることである。これにより、接着性がよく、結晶配向の揃った無機化合物膜を、ヘテロエピタキシャル成長等の煩雑な方法によらずにソフト溶液プロセスによって形成することが可能となる。このような無機化合物の、ソフト溶液プロセスにおける基板界面上での結晶核生成挙動および接着に関する知見は、化合物系の太陽電池・発光素子等の積層デバイスを、安全・安価なソフト溶液プロセスで効率よく形成することに応用できると考えられ、最終年度では太陽電池への応用を試みる。平成20年度は、表面処理技術を用いて種々の官能基で修飾された電極基板に対する、様々な化合物の電折を行い、それら化合物が電極表面の官能基とどのような相互作用を持ち、どのような様式で析出するのかを調査した。修飾する官能基としては、スルホン酸基、カルボニル基を用い、修飾の方法としては高分子電解質の交互積層法を用いた。また、電解析出させる化合物としては、容易に水溶液から析出可能な酸化物である、酸化亜鉛を用いた。基板としては、後の太陽電池への応用も考慮してITOを用いた。電極の修飾による、酸化亜鉛の析出様態の変化が確認され、本研究の目的とするより高度な配向制御の可能性が示唆された。このような無機化合物の、ソフト溶液プロセスにおける基板界面上での結晶核生成挙動および接着に関する知見は、化合物系の太陽電池・発光素子等の積層デバイスを、安全・安価なソフト溶液プロセスで効率よく形成することに応用できると考えられる。平成21年度には、ITO基板上にレイヤー・バイ・レイヤー法(LbL法)によりポリスチレンスルホン酸ナトリウムを固定化し、酸化亜鉛の析出を試みた。その結果、酸化亜鉛の析出量の増加とともに、結晶の配向が揃っていることが、FE-SEMおよびXRDの測定結果から確認できた。また、酸化亜鉛結晶の配向性のさらなる向上のため、表面処理条件や電解条件の最適化を行った。さらに、酸化亜鉛結晶の配向性が向上することで、得られた酸化亜鉛膜の紫外発光強度やヘイズ値などの光学特性が向上することも見出した。このようにして得られた酸化亜鉛膜上にp-型半導体を積層し、p-n接合素子を作成したところ、良好なダイオード特性を示すことがわかったが、現在のところ、酸化亜鉛結晶の配向性が向上したことによる顕著なダイオード特性の向上は見られていない。平成22年度までに、ITO基板上にレイヤー・バイ・レイヤー法(LbL法)によりポリスチレンスルホン酸ナトリウムを固定化することで、酸化亜鉛の析出量が増加するとともに、結晶の配向が揃うことが、FE-SEMおよびXRDの測定結果から確認できている。平成22年度には、酸化亜鉛結晶の配向性のさらなる向上のため、表面処理条件や電解条件の最適化を行った。

また、酸化亜鉛以外の複数の酸化物についても配向性制御の可能性を探ったが、良好な結果は得られなかった。このため、当初に予定していた酸化物太陽電池の作製には到達できなかった。しかしながら、その検討の途上において、酸化モリブデンおよび酸化バナジウムを電析できることを見出し、またその膜がアモルファスながらホール輸送能をもつことが明らかとなったことから、今後、ホール輸送層としてのそれらの応用を試みていく。