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後期中生代の環境変動の古生物学的・同位体地球科学的研究

しかし,これらのうちアプチアン期・アルビアン期の海洋無酸素事変についてはその地球規模の広がりの程度とタイミングが必ずしも詳にはなっていなかった.そこで本年度は昨年度に引き続きアプチアン期・アルビアン期の海洋無酸素事変に時代対象を絞り標記課題の研究を進めた.その結果,北海道夕張山地の麓,シューパロ川水系の2セクションに於いて上部バレミアン階から下部セノマニアン階までに計11回の安定炭素同位体比の正方向へのスパイク乃至シフトを検出することに成功した.この分析は既に数年がかりで継続しており,この度ほぼ完全に近いセクションからこの様な結果が得られ,これは北西太平洋地域では初めての成果である.これと同時並行的に進めた放散虫化石層序学的研究により,これらのスパイク乃至シフトの各々について詳しく国際対比を行い,地球規模で世界各地の研究成果と詳しい時代別に比較できる基礎を築いた.次に,これらの安定炭素同位体比の正方向の変動が,何に起因して生じたものかを明らかにするために,岩相観察,生痕相の観察,大型底生化石の産出の有無の点検,全有機炭素量分析,硫化物態硫黄含有量分析,抽出性有機物各種の指標分析,ビスノロホパンとホパン含有量分析等の各種バイオマーカー分析を実施し,これらの値及び相互の相関等を検討した.その結果,11回の正方向の変動のうち,4回が海中気候の無酸素化により生じたものであるという結論を導き出すことに成功した.併せて,蝦夷前弧海盆に於いては,他の7回の正方向の変動で示される環境変動は,海中地形または砕屑物供給量の多さに由来する貧酸素気候であることも概ね判明した.後期中生代,より具体的には白亜紀の環境変動を解明するために,北海道天塩中川地方の白亜系蝦夷累層群の地質調査を行い,これまでの地質情報の蓄積を更新する成果を得た.最も成果が得られたのは下部蝦夷層群及び空知層群についてであり,極めて連続的な良いセクションの岩相変化を観察記録することが出来た.併せて,化石試料及び分析試料を採集した.化石試料は,このセクションでは殆ど微化石に限られるため,当該専門研究者にその抽出・同定を依頼している.分析試料については,各種の有機地球化学的分析を石油公団において行うことが出来た.また,安定炭素同位体比分析は帝国石油株式会社において行うことが出来た.これらの化学分析の結果,天塩地方では,OAE1の影響は認められるものの,大夕張地方のように4回(OAE1a1d)の小事変が識別できないことがほぼ明らかとなった.天塩地方について今後の課題は,さらに化学分析,特に安定炭素同位体比分析用の試料をより層序学的分解能を高めて得ることである.それにより,大夕張地方で識別される4回の小事変のうち,真に1回しか生じなかったのか,それとも存続時間等の規模が小さかったのか,確定できよう.既に過年度において基本的な調査・分析の終わっている大夕張地方のCenomanian/Turonian境界のOAE2については,化学分析の結果を多変量解析の手法で検討することにより,海洋無酸素事変の期間は,泥岩の元素組成においてもその上下の地層群とは異なることが明確となった.4年継続の研究期間の最終年度に当たるので,極力1.これまでの成果の刊行,2.学会発表,3.成果の確認と今後の研究の展開に備えた海外の同時代の層序の見学・予備調査に専念した.以下に順を追って記す.1.成果の刊行.裏面記載のように,8編の論文を年度内に印刷した.すなわち,(1)日本の白亜紀のアンモナイト類の種レベル,亜期単位での多様性変動のデータ・ベースを完成させた.(2)前期
呼吸器疾患の発症における脂肪酸分画および脂肪酸代謝酵素の病態意義

II型肺胞上皮細胞は肺サーファクタントの生成に関与し、肺機能の維持に重要な役割を示すことが知られている。肺サーファクタントは約90%が脂質で構成されているが、脂質組成の変化と呼吸器疾患の病態意義に関してはほとんど知られていない。我々は肺における脂肪酸組成と、飽和脂肪酸を不飽和脂肪酸に変換するSCD1、飽和、不飽和脂肪酸の鎖長伸長に関与するElovl6という、2つの脂肪酸触媒酵素に着目した。我々の結果から、II型肺胞上皮細胞における脂質組成の変化が肺線維症や肺気腫の発症・進展に重要な役割を示すことが明らかとなり、SCD1、Elovl6が新規の予防・治療のターゲットになりうる可能性が示唆された。申請者らはこれまで、遊離脂肪酸とその触媒酵素が心血管に及ぼす影響について研究を行ってきた。その結果、細胞内に取り込まれた飽和脂肪酸を不飽和脂肪酸へ変換する作用を有するStearoyl-CoA desaturase-1(SCD1)、飽和脂肪酸および不飽和脂肪酸の脂肪酸鎖長を伸長させるElongation of long chainfatty acid 6(Elovl6)という酵素が心臓や血管に発現しており、SCD1、Elovl6の局所的な活性の亢進または低下が、細胞内の脂肪酸分画のバランスを変化させることで、心血管病の発症や進展に強く影響していることを明らかにした。さらに我々は、肺におけるSCD1とElovl6の発現および病態意義について検討を行った。その結果、SCD1、Elovl6ともにII型肺胞上皮細胞に発現が認められ、肺線維症の標本で発現が減弱すること、また、Elovl6欠損マウスにブレオマイシン気管支投与を行い肺線維症モデルを作成したところ、野生型マウスと比較して著明な肺線維症の増悪を認めた。さらに、マウスの肺から脂質を抽出し、脂肪酸組成を測定したところ、飽和脂肪酸であるパルミチン酸の増加、不飽和脂肪酸であるオレイン酸の減少を認め、増加したパルミチン酸がII型肺胞上皮細胞における酸化ストレスの亢進や、線維化の病態形成に重要なTGF-β1の発現を誘導することも明らかにした。したがって、肺におけるElovl6の発現低下は、細胞内の脂肪酸分画のバランスを変化させ、肺線維症の発症および進展に強く影響することが示唆された[Sunaga H, et al. Nat Commun. 2013]。我々はこれまで、遊離脂肪酸分画(飽和、一価不飽和、多価不飽和脂肪酸)の組成と、その組成を調節する酵素として、細胞内に取り込まれた飽和脂肪酸を一価不飽和脂肪酸へ変換するStearoyl-CoA desaturase-1(SCD1)、飽和・不飽和脂肪酸の鎖長を伸長させる役割を持つElongation of long chainfatty acid 6(Elovl6)の病態意義に関して研究を行ってきた。我々の研究成果から、肺におけるサーファクタント合成場所であるII型肺胞上皮細胞においてElovl6が強く発現すること、特発性肺線維症患者ではこのElovl6の発現が著明に減弱していること、またElovl6欠損マウスにブレオマイシンの気管内投与を行うと、野生型マウスに比べて著明な肺線維症の悪化を呈することを明らかにした。さらに、このマウスの肺では飽和脂肪酸であるパルミチン酸が過剰に増加し、不飽和脂肪酸であるオレイン酸が減少しており、この脂肪酸分画の変化が酸化ストレスやアポトーシスを誘導することで肺線維症の増悪に関与していることを明らかにした[Sunaga H, et al. Nat. Commun. 2013]。また、我々はSCD1およびElovl6欠損マウスの肺組織で、肺胞径の著明な拡大や弾性線維の破壊など、気腫化を自然発症していることを見出した。さらに、マウス肺気腫モデルにおいて、コントロールマウスと比較して、II型肺胞上皮細胞やマクロファージにElovl6が強発現していることも見出しており、現在、その病態意義に関して検討中である。以上の実験結果から、肺における飽和脂肪酸・不飽和脂肪酸組成の不均衡が病態形成に重要な役割をしており、その組成を調節しているSCD1およびElovl6は呼吸器疾患の重要な標的因子であることが示唆された。我々はこれまで、飽和・不飽和脂肪酸の鎖長を伸長させる役割を持つElongation of long chainfatty acid 6(Elovl6)がII型肺胞上皮細胞に強く発現し、特発性肺線維症患者ではこのElovl6の発現が著明に減弱していること、またElovl6欠損マウスにブレオマイシンの気管内投与を行うと、肺組織内で飽和脂肪酸であるパルミチン酸が過剰に増加し、酸化ストレスやアポトーシスが亢進して、肺線維症が増悪することを明らかにした[Sunaga H, et al. Nat. Commun. 2013]。さらに、マウスに喫煙曝露にさせることで肺気腫モデルを作成したところ、コントロールマウスと比較して、II型肺胞上皮細胞やマクロファージにElovl6が強発現していることを見出した。さらに、このマウスの肺における脂肪酸組成を検討したところ、不飽和脂肪酸であるオレイン酸やリノール酸が優位に増加しており、肺線維症とは全く逆の傾向を示していることが明らかとなった。また、Elovl6欠損マウスの肺組織では、肺胞径の著明な拡大や弾性線維の破壊など、気腫化を自然発症していることも我々は見出しており、Elovl6の発現変化と脂肪酸組成、病態形成との関わりについて、詳細に検討中である。

以上の実験結果から、肺における飽和脂肪酸・不飽和脂肪酸組成の不均衡が病態形成に重要な役割をしており、その組成を調節しているElovl6は呼吸器疾患の重要な標的因子であることが示唆された。II型肺胞上皮細胞は肺サーファクタントの生成に関与し、肺機能の維持に重要な役割を示すことが知られている。肺サーファクタントは約90%が脂質で構成されているが、脂質組成の変化と呼吸器疾患の病態意義に関してはほとんど知られていない。我々は肺における脂肪酸組成と、飽和脂肪酸を不飽和脂肪酸に変換するSCD1、飽和、不飽和脂肪酸の鎖長伸長に関与するElovl6という、2つの脂肪酸触媒酵素に着目した。我々の結果から、II型肺胞上皮細胞における脂質組成の変化が肺線維症や肺気腫の発症・進展に重要な役割を示すことが明らかとなり、SCD1、Elovl6が新規の予防・治療のターゲットになりうる可能性が示唆された。肺線維症とElovl6との関連性については、すでに論文成果として報告しており[Nat Commun. 2013]、肺気腫とElovl6、SCD1との関連性についても、これまで着実に研究成果が出ている。脂質代謝学今後も肺気腫とElovl6、SCD1との関連性について、ノックアウトマウスや培養細胞を用いた基礎的な検討を進めていくとともに、臨床研究として、肺線維症、肺気腫の患者サンプルを用いて、脂肪酸分画の測定やElovl6、SCD1の発現量・活性と病態との関わりについて、詳細に検討していく予定である。肺線維症とElovl6との関連性については、すでに論文成果として報告した[Nat Commun. 2013]。肺気腫とElovl6、SCD1との関連性についても、現在、基礎研究が進行中である。平成25年度に肺線維症とElovl6の論文報告をまとめるための実験を集中的に行い、その際に使用できなかった当初の予定額を、平成26年度に使用しきれなかったため、次年度へ繰り越す予定である。今後は肺気腫とElovl6、SCD1との関連性について、ノックアウトマウスや培養細胞を用いた基礎的な検討を進めていくとともに、臨床研究として、肺線維症、肺気腫の患者サンプルを用いて、脂肪酸分画の測定やElovl6、SCD1の発現量・活性と病態との関わりについて、詳細に検討していきたい。平成27年度に繰り越した研究費に関しては、平成25・26年度で解析しきれなかった肺気腫とElovl6、SCD1の実験に関する基礎実験、および臨床検体の解析費用に充てる予定である。主な内訳としては、マウス飼育費、病態モデル動物の作成費、ノックアウトマウスや呼吸器疾患患者における肺組織・血液・培養細胞サンプルにおける脂肪酸分画の測定、PCR用試薬、抗体、初代培養細胞試薬、などである。前年度は肺線維症とElovl6の論文報告をまとめるために、そのテーマに集中して実験を行う必要があり、その他に予定した基礎実験を十分に行う時間的余裕がなかったため、当初の予定額を使用しなかった。平成26年度に繰り越した研究費に関しては、平成25年度で解析できなかった肺気腫とElovl6、SCD1の実験に関する基礎実験、および臨床検体の解析費用に充てる予定である。
宿主―原虫間相互作用解析による新規自然免疫現象の解明

GBPは非常に相同性の高い13個からなるファミリーを形成しており、マウスにおいては6個と7個がそれぞれ3番と5番染色体に分かれて並んで存在している。3番染色体にあるGBP(GBPchr3)を染色体工学で欠損させたマウスを作製し、細胞内寄生性病原体の一つである寄生虫(原虫)「トキソプラズマ」に対する宿主応答を解析した。野生型マウスと比較して、GBPchr3欠損マウス及び細胞はトキソプラズマ感染に対する感受性が高まっていた。このことから、GBPはIFNγ依存的に誘導され病原性寄生虫トキソプラズマに対する防御因子として機能することが判明した。我々宿主は、様々の病原体の構成成分という非自己由来の成分を認識し免疫応答を惹起することで病原体を排除している。しかし生きた病原体は種々のエフェクター分子を宿主免疫細胞で発現あるいは直接注入して宿主免疫反応を弱体・無力化していることが最近明らかになりつつある。そこで本研究では真核生物病原体であるトキソプラズマ原虫を用いてその病原性に関与するエフェクター分子が標的としている宿主因子を同定し、その宿主因子の宿主自然免疫における役割を解明することで原虫一宿主の相互作用機構を明らかにし、トキソプラズマ症の画期的な免疫治療法・ワクチン開発の分子的基盤を提供することを目的とした。当該年度において、トキソプラズマ原虫が放出するエフェクター分子ROP18の遺伝子欠損原虫を作製し、ROP18がトキソプラズマ原虫の急性期の病原性に重要であることを見出した。ROP18は宿主細胞質内で機能することが報告されていたため、ROPI8が作用する宿主因子を検討したところATF6βという転写因子がROP18結合分子として同定された。ROP18を過剰発現させるとATF6βがリン酸化酵素活性依存的に分解した。さらにATF6βを欠損したマウスを作製しROP18欠損原虫を感染させたところROP18欠損原虫であっても病原性を有していたことからATF6βが宿主の感染防御免疫系に正に機能しているが、野生型原虫はROP18を放出しATF6β依存的免疫系を抑制していることが明らかとなった。高病原性トキソプラズマ原虫はエフェクター分子を放出し、インターフェロンγ(IFN-γ)刺激による細胞自律的免疫系を抑制する。一方、低病原性トキソプラズマ原虫に対して、IFN-γは細胞内自然免疫応答を引き起こす。その応答に重要な役割を果たすIFN-γ誘導性GTP分解酵素であるIRGやGBPは、オートファジーによるバクテリアに対する応答を引き起こす。オートファジー必須分子であるAtg5は以前に抗トキソプラズマ応答に必須であることが示されているが、他のオートファジー必須蛋白質の役割は不明である。そこで本年度、我々はAtg7, Atg9, Atg14LやAtg16L1といったオートファジー蛋白質を欠損するマウス胎児由来線維芽細胞(MEF)を用いて、抗トキソプラズマ応答を検討した。Atg7やAtg16L1を欠損する細胞では、IFN-γ刺激による原虫数の低下が著しく阻害されていた。またIRGやGBPの原虫周囲への蓄積もAtg7やAtg16L1を欠損する細胞では低くなっていた。一方、Atg9やAtg14Lを欠損する細胞においてはIFN-γ刺激により野生型細胞と同程度に原虫数が少なくなっており、IRGやGBPの原虫周辺への蓄積も認められた。以上のことから、マウスにおいてIFN-γ依存的な抗トキソプラズマ応答はオートファジー蛋白質Atg5に加えて、Atg7/Atg16L1も重要な役割を果たしていること、さらにAtg9やAtg14Lには非依存的であることが示された。1自然免疫担当細胞におけるエフェクター分子の宿主因子修飾機構の細胞レベルでの検討した。トキソプラズマ原虫は自然免疫担当細胞に主として感染する。従ってマクロファージ細胞株にROP17及び他のエフェクター分子群を発現させ、炎症性サイトカインの産生を定量的RTーPCR法及びELISA法で検討した。また骨髄由来マクロファージ及び樹状細胞にROPKsを過剰発現させ細胞運動やマウスに移入した際の抗原特異的獲得免疫応答の誘導の変化について検討した。その結果、ROP17を含むいくつかのエフェクター分子群で宿主の転写因子を活性化するものを発見した。2エフェクター分子欠損トキソプラズマ原虫感染実験による宿主因子の宿主免疫応答検討した。ROPKsを有する野生型のトキソプラズマ原虫は宿主因子を修飾することにより病原性を発現していると考えられる。従って、ROPKsやエフェクター分子群を欠損する原虫を用いて、宿主因子の有無によるマウスの病原性について検討した。

遺伝子欠損原虫の作製に使用する親株は蛍光蛋白質・ルシフェラーゼ及び卵白アルブミン蛋白質(OVA)を発現しており、感染マウスの病原性については生存率のみでなく生体ルシフェラーゼ光検出システム(IVIS)による時空間的な原虫の拡散及び抗OVA特異的CD4/CD8T細胞(OT-I/OT-IIマウス由来T細胞)の移入実験による抗原提示細胞の機能解析、さらに抗原虫・抗OVA特異的抗体価の上昇の有無について検討した。その結果、1で同定したいくつかの病原性候補因子を欠損するトキソプラズマ原虫について、マウス体内での感染拡大が野生型原虫に比べて有意に遅く、さらに細胞レベルでもインターフェロンγ存在下における原虫数の増加が低下していることが判明した。エフェクター分子ROP18のエフェクター機構を明らかにし、Journal of Experimental Medicine誌に報告することができたから。25年度が最終年度であるため、記入しない。予定通りに、トキソプラズマ原虫が放出するエフェクター分子の中から、マウスにおいて病原性に寄与する病原性候補因子が複数同定され、さらに宿主の免疫系に関与すると考えられる転写因子の活性化を制御することが明らかとなったため。今後の推進方策として、ROP18以外のエフェクター分子であり遺伝子欠損原虫を作製しているものについての病原性エフェクター機構を解析を継続して行う。1宿主因子遺伝子改変マウスの作製と自然免疫学的解析研究実績の概要1において分離された病原性候補因子の宿主因子の同定を試みる。さらにそれらについて定法により相同組換え法を用いてジーンターゲティングしたES細胞を分離し、遺伝子組換えマウスを作製する。作製した宿主因子欠損マウスについてはマクロファージや樹状細胞を用いてTLRや細胞内核酸刺激による炎症性サイトカインの産生やI型IFNの誘導、インフラマソームの活性化や共刺激分子の発現上昇、ヘルパーT細胞分化誘導能などを検討する。ROPKsの構造をC末端部位キナーゼ領域とN末端部位の非相同性領域に分割しバイオインフォーマティクス解析を行い、C末端領域については既に結晶構造が決定されているどのキナーゼ分子と相同性が高いか探索し、既存のキナーゼ阻害剤によりキナーゼ活性が阻害されるか否かについてin vitroキナーゼアッセイにより検討する。また同定された宿主因子が酵素活性を持ちかつ構造的にin silico解析可能である場合には、その活性を阻害しうる化合物を探索する。使用可能な候補阻害剤ついては、野生型原虫感染マウスに投与し病原性が低下するかどうかを検討する。
ナノ〜マイクロスケール粒子設計・製造・評価・シミュレーション

パウダーメタラジー(粉末冶金:PM)のニーズに応え、比重や粒子径の異なる原科粉末の混合過程のシミュレーションを、東京農工大学生物システム応用科学府堀尾研究室が開発してきた離散粒子シミュレーションモデル(DEM)を拡張し、2成分系の回転翼による撹拌計算に着手した。すなわち、現在まで複雑形状の撹拌翼についてのコードを開発し、翼形状が粒子の偏析に及ぼす効果について検討を開始し、0.1mmの鉄粉と銅粉35,000個を直径46mm/55mmのテーパー型容器中央に入れ、各種形状のブレードを挿入して回転させ混合状態を検討してきた。また高温自動車用PM粉(ナノサイズ・アルミナ(20mm)およびZnO(10mm)をPTFE(100μ)にコーティングするための実験的研究を行っている。すなわち、SEM, AFM, TGAを用いて、コーティング条件を検討し、さらにコーティングの評価をトライボメタラジー的方法で行ってきた。さらに、粒子混合のシミュレーションのためのDEMシミュレーション結果に基づいて、ニュートラルネットワークモデリングを行い、2成分系での粒子濃度の推定ができるようにし、実験的に検証してきた。流動層については、イブプロフェンの製剤におけるメカニズムを実験的に明らかにしたほか、カーボンナノチューブによる凝集造粒物形成の防止について検討してきた。これらに関連して学術論文を3報発表した。また、日本、中国、アメリカで開催された各学会にて研究成果を発表した。パウダーメタラジーのニーズに応え、比重や粒子径の異なる原科粉末の混合過程のシミュレーションを、堀尾研究室が開発してきたSimilar Particle Assemblage Model(相似則モデル)を用いることで、離散粒子シミュレーションのフレームワークの中にくりこみ、モデル化の作業を開始している。本モデルにより、倍率10倍以内で、現実的な混合過程のシミュレーションが可能であるとの試算結果を得ている。付着性粒子の造粒過程についてのマクロな数式モデルを流動層内の力のつりあいに基づいて展開し、きわめて簡便な数式により平均の凝集体粒子径が推定できるようにした。現在の実験結果によりモデルの検証を行っている。具体的な系として、イブプロフェン・乳糖の系についてバインダレス造粒を行い、打錠障害を起こさない造粒物粒子の設計を行った。その粒子作成において加熱バインダレスコーティングを行うが、加熱時におけるイブプロフェンの特異的な昇華・凝縮特性についてラマンスペクトルを用いて検討した。
ラットを用いた脱法ハーブ関連薬物の薬物速度論解析に関する研究

本研究にあたり、まず対象薬物である合成カンナビノイドの脂溶性が非常に高いことから、ラットip投与時の投与液を調製する際の溶媒の検討を行った。カルボキシメチルセルロース(CMC)を用いた生理食塩水懸濁液、DMSO溶液、DMSO+コーンオイル混合液について検討したところ、CMC懸濁液では投与後の血中濃度が上昇せず、薬物がほとんど吸収されないことが判明した。DMSO溶液では合成カンナビノイドを完全に溶解させることが可能であったが、ラットに対する刺激作用が強すぎるため、投与溶媒としては不適であった。そこで、DMSO濃度を減少させて刺激を低減するためにコーンオイルを混合したところ、投与時における刺激作用は認められず、また吸収速度も良好であったことから、以降本溶媒を採用した。合成カンナビノイドのうち、現在乱用事例が特に多い5F-QUPICをDMSO+コーンオイル混合液に溶解してip投与したところ、投与後5min以内に速やかに吸収され、強力な中枢神経抑制作用を示し、正向反射は消失した。ラットを保温マット上に静置し、20-150minまで経時的に尾静脈採血した血液についてLC-MS分析を行った。その結果、投与後20minの血中濃度は約210ng/mlであった。その後、5F-QUPICは経時的かつ速やかに減少し、その生物学的半減期は約1.0hであった。5F-QUPICの短い生物学的半減期は、その化学構造中にエステル結合を有するため、エステラーゼの作用により速やかに代謝されるためと推察された。今回の実験により、合成カンナビノイドの速度論的パラメーターを求める基礎を確立することができたことから、今後は、さらに異なる化学構造を有する合成カンナビノイドを用いて、その血中プロファイルを比較検討する予定である。
分光増感機能向上を目指す基板の各結晶面への量子ドット吸着と光誘起電荷移動の評価

半導体量子ドット(QDs)は増感剤として色素系を凌駕する特色を示すが。現実のQD増感太陽電池の変換効率は色素系には及ばない。従来光電極としてはTiO2ナノ粒子が適用されているが、これは多結晶体のため吸着した量子ドットの電子状態や電子移動評価には曖昧性が残る。本研究では光電極基板として面方位の異なるルチル型TiO2単結晶((001),(110),(111))を適用し、CdSe QDsの吸着を行い、光吸収・イオン化エネルギー・光誘起電子移動の評価を行った。その結果、CdSe QD粒径増加に伴い(1)結晶性の向上、(2)基底状態の異方性、(3)(111)面上での大きな光誘起電子移動が見られた。半導体量子ドット(QD)は太陽電池の増感剤として、従来の色素増感剤を凌駕する特徴がある。本研究は半導体QDの異なる基板結晶面への吸着と、光励起後の光誘起電子移動を明らかにすることである。本年度は以下の3項目について研究をおこなったので、各研究実績について報告する。(1)対象とする基板はルチル型TiO2単結晶を適用し、基板を該当溶液に浸漬してCdSe QDの吸着を行った。高感度な光吸収評価が可能な光音響分光法を適用し、各基板結晶面におけるCdSe QDの浸漬時間依存性を検討した。その結果、(111)面では(110)面,(001)面と比べCdSe QDの成長が速かった。またスペクトル形状から平均粒径の導出を行った結果、平均粒径は結晶面に依存しないことが判明した。同じくスペクトル形状からCdSe QDの結晶性の評価を行った所、(001),(110),(111)の順で高いことが判明し、結晶成長速度の場合とは逆の傾向が見られた。(2)対象とするTiO2の各基板結晶面とCdSe QDのHOMO準位を光電子収量分光法により評価を行った。その結果両者とも(111),(110),(001)の順でHOMO準位が高いことが判明した。CdSe QDのHOMO準位は作製時の浸漬時間には依存しなかった。(3)過渡回折格子法を適用し、光誘起電子移動の評価を行った。その結果、電子移動に伴う自由エネルギーの変化に対して、電子移動速度定数は(111),(110), (001)の順で大きいことが判明した。この事実は、(111)面ではTiO2の伝導帯の波動関数と、CdSe QDのLUMO準位の波動関数の重なり積分が、他の面方位に比べて大きいことを示唆している。従来の増感太陽電池では、QDの吸着面積を増やすためには酸化物のナノ粒子系基板が適用されてきた。しかし変換効率向上を目指すには、基礎的なQDの電子物性の評価が必要となる。基礎研究の一貫として、本研究ではQDの面方位の異なる酸化物基板結晶への吸着と、QD内での光誘起電子移動を明らかにする。本年度は、以下の3項目について研究を行った。(1)CdSe QDの電子移動速度定数の結果について考察するため、密度汎関数法(DFT)により、ルチル型TiO2の各結晶面方位における状態密度(伝導帯)の計算を行った。その結果、(111)面での状態密度は(110)面、(001)面に比べ局在化し、より大きな値を示すことが示唆され、(111)面での大きな電子移動速度定数が、波動関数の重なりの増加と共に、状態密度が高いことも要因であることが示された。(2)本年度は基板結晶として、TiO2以外にZnOを対象とした。ZnO基板を該当溶液に浸漬してCdSe QDの吸着を行った。ZnO基板への吸着速度はTiO2基板のおよそ2倍であり、(0001)面への吸着速度は(10-10)面と(11-20)面に比べて1.5倍ほど大きかった。CdSe QDの平均粒径の浸漬時間依存性は2ステップ状の不連続性を示し、結晶面方位依存性は見られなかった。また結晶の不整合はTiO2基板に比べて多かったが、浸漬時間には依存せず一定値を示しTiO2基板上のそれとは大きく異なることが判明した。(3)対象とするZnOの各基板結晶面における価電子帯頂上と、CdSe QDのHOMOの準位の評価を行った。その結果、ZnOの価電子帯頂上は(0001), (11-20),(10-10)の順で高く、CdSe QDのHOMO準位は作製時の浸漬時間に依存することが判明した。結晶面方位の異なるルチル型TiO2単結晶とZnO単結晶へのCdSe QDの吸着法を確立し、その後各結晶面におけるCdSe QDの吸着速度・粒径・結晶性の評価を行い、新たな結果を得ることが出来た。また、CdSe QDのHOMO状態の情報が得られ、TiO2系とZnO系では大きく異なることが判明した。

これらの結果から、光誘起電子移動のdriving forceとなる自由エネルギー変化の導出が可能となり、TiO2系では各結晶面に吸着したCdSe QDからの光誘起電子移動速度定数の自由エネルギー変化依存性が得られた。その結果、CdSe QDの波動関数とTiO2の波動関数の重なりと、TiO2系の伝導帯における状態密度が光誘起電子移動に大きく寄与することを見出した。半導体量子ドット(QD)は太陽電池の増感剤として、従来の増感剤を上回る有意な特徴を有する。従来の増感太陽電池では、QDの吸着面積増大のために、酸化物のナノ粒子系の基板が適用されてきた。しかし変換効率向上を目指すには、QDの基礎的電子物性の評価が重要となる。基礎研究の一貫として、本研究では電子状態の良くわかった酸化物結晶の一つであるルチル型TiO2結晶基板へのQD吸着を行い、QDの電子状態と、QDから基板への光誘起電子移動を明らかにする。本年度は以下の3項目について研究を行った。(1)対象とするCdSe QDsの粒径変化による電子状態の変化と光誘起電子移評価を行った。(001), (111)面に吸着したCdSe QDsの基底状態のエネルギー準位は粒径の増大と共に真空準位に近づくが、(110)面吸着のそれは逆に真空準位から遠ざかり、基板との相互作用の違いが示唆された。またいずれも光電子移動速度定数は粒径の増大と共に現象するが、逆に速度定数成分は増加することを見出した。(2) PbS QDsをルチル型TiO2基板に吸着した系の評価を行った結果、(111)面上の吸着率は他の(001), (110)よりも1.5倍程大きかった。粒径変化は小さかったが、基底状態の変化は真空準位から遠ざかる方向への変化が大きいことが判明した。(3) CdSe QDsをアナターゼ型TiO2(001), (102)面に吸着した系の予備的な評価を行った結果、前者の吸着率は後者に比べて2倍程大きいことがわかった。また粒径の成長は(102)面上の方が大きく、面による異方性が示唆された。従来の増感太陽電池の基板にはアナターゼ型TiO2が適用されており、単結晶基板を適用して基礎研究を推進する意味がある。しかしバルクの単結晶作製は困難であり、今回はLaAlO3結晶上にエピタキシャル成長した(001), (102)面の適用を行った。この際単結晶基板のLaAlO3が少なくなり結晶メーカに発注したが、11月の納期が3月にずれ込み研究が予定に比べて遅れることとなった。半導体量子ドット(QD)を増感型太陽電池に応用する際、理論的には従来の色素増感太陽電池を凌駕する可能性が示唆されている。しかし前者の変換効率は後者のそれに及ばないのが現状である。従来増感型太陽電池の基板には増感剤の吸着面積を増大させるため、酸化物のナノ粒子集合基板が適用されている。しかしこのような基板は、欠陥分布・吸着サイト・空気暴露等の不明な点が多く、QDの電子構造等に関する基礎的理解を妨げる。そのためQDの基礎的理解には、十分に物性が評価されている単結晶面の適用が望まれる。本研究では、面方位の異なるアナターゼ型TiO2単結晶基板((001),(102))を適用し、従来のCdSe QDsを対象として、(1)QD吸着とモルフォロジーの評価、(2)吸着したCdSe QDsの光吸収と結晶成長評価、(3)吸着したCdSe QDsのイオン化エネルギー評価を行った。(1)からは、CdSe QDsのモロフォロジーは基板結晶面に依存することが示された。(2)からは、吸着回数に伴う(001)面上での膜成長速度は、(102)面上でのそれより2倍程大きいことが判明し、基板面方位による結晶成長の異方性が示された。一方、粒径サイズの成長は膜成長とは異なり、(102)面上でのサイズ成長速度は(001)面のそれよりも1.5倍大きいことが判明した。
直交磁気異方性クラスターの新機能

超高速・超低消費電力ヒューマン・インターフェース・デバイスを融合・複合化するためには、それぞれのデバイスの相互干渉を抑止する必要がある。本研究では、ヒューマン・インターフェース・デバイス間に設ける微小薄膜シールドの要素技術を構築することを目的とした。(1)厚さ100nmのNi-20at%Fe薄膜上に長さ8μm、幅1-4μm、厚さ200nmのFeドットからなるアレイを配列することにより、[Feドットアレイ/Ni-Fe薄膜]からなるシステム全体に磁気異方性を付与することができた。また、上記磁気異方性の大きさは、Feドットの長さと幅の比(アスペクト比)で制御することができた。(2)上記Feドットの間隔の最適値は0.5μmであることを明らかにした。間隔が0.5μmよりも狭い場合には、Feドット間の漏洩磁界を介した相互作用により磁気異方性は低下する。また、間隔が0.5μmよりも広い場合には、単位面積当たりのFeドット数が減少するために磁気異方性は低下することを見い出した。(3)Feドットの形状による磁気異方性および漏洩磁界を介したFeドット間の相互作用を考慮することにより、上記の[Feドットアレイ/Ni-Fe薄膜]からなるシステムにおける磁気異方性を計算することができた。(4)上記のFeドットアレイの磁気異方性の値より、Feドットアレイ中の磁気モーメントにおける強磁性共鳴周波数を計算し、最高で25GHzの周波数の電磁波を吸収する微小薄膜シールドの実現の可能性を見い出した。
非接触式試料保持によるナノ粒子1粒の時間分解X線回折

光トラップを用いた非接触式試料保持機構と放射光パルスを用いて、ナノ粒子1粒に対する時間分解X線回折法の開発を行った。時間分解測定に必須な強度変調型光トラップを開発することにより、時間分解測定と同時にナノ粒子試料1粒の温度を決定する手法も確立した。また、シングルビーム光トラップを開発することにより、ナノ粒子1粒に対するX線回折像のS/Nを飛躍的に高めた。光トラップを用いた非接触式試料保持機構と放射光パルスを用いて、ナノ粒子1粒に対する時間分解X線回折法の開発を行っている。光トラップを用いた非接触式試料保持機構の長所は、ナノ粒子1粒を保持できること、試料が強いトラップ用レーザーの照射を受けているために強く光励起された状態での物性測定が可能なことである。一方短所は、常にトラップ用レーザーの照射を受けているために光励起されていない状態の物性測定ができないことである。この短所を克服するために、平成25年度には、光強度変調型トラップの開発を行った。またこの光強度変調型トラップの開発は、放射光パルスと同期を取り時間分解X線回折測定を行うために必要不可欠な技術でもある。光強度変調型トラップでは、トラップ用レーザーに音響光学変調器を用いて強度変調(ON/OFF変調)をかけた。トラップされているナノ粒子の安定性を保つためには、レーザー光のスイッチングスピードを十分早くすることが必要である。本研究では、音響光学変調器に入射するレーザー光のビーム径をビームエクスパンダで圧縮することにより、スイッチングスピードを約200nmとした。トラップされたナノ粒子の位置の安定性を迅速に評価するシステムを構築した。2次元動画計測ソフトウェアを導入することにより、トラップされたナノ粒子の追跡を自動的に行い1/30秒ごとの粒子の重心位置情報からトラップ粒子の安定性を評価した。このシステムの開発により、トラップされたナノ粒子の位置安定性の評価に必要な時間を約1/10に短縮し、実験中のトラップ条件にフィードバックをかけることを可能にした。当該年度には、強度変調型光トラップの最適化、時間分解測定システムの開発、シングルビーム光トラップの開発を行った。光トラップを用いた非接触式試料保持機構では、保持した試料ナノ粒子1粒のX線回折測定が可能である。一方、試料粒子は常に強いトラップ用レーザー光の照射を受け光励起された状態にあるので、光励起されていない状態の物性測定ができないという短所を持つ。この短所を克服するために、強度変調型光トラップの開発を行い、さらに時間分解測定を想定した変調周波数や変調強度の最適化を行った。強度変調型光トラップはトラップ用レーザー光に音響光学変調器を用いてアナログ強度変調をかけることにより実現した。また、この技術は放射光パルスと同期を取り時間分解X線回折測定を行うために必要不可欠な技術でもある。放射光パルスに同期した基準信号を作り、強度変調型光トラップの変調周波数と同期させるシステムと遅延時間を正確に発生させるシステムを構築することによりナノ粒子1粒の時間分解X線回折測定を行う準備を整えた。これまで開発してきた光トラップは対向型と呼ばれ2本のレーザー光をレンズで集光し対向させる配置であり、2本のレーザー光の光軸を正確に重ね合わせることが保持した試料粒子の安定性向上の鍵となる。時間的制約が厳しい放射光実験において、この正確なアライメントを実験ハッチ内で実現することは困難でありまた実験の効率を悪化させる原因であった。この困難を克服するために、実験ハッチ内でのアライメントが容易なシングルビーム光トラップの開発を行った。今後、シングルビーム光トラップを用いた非接触式試料保持ユニットを開発することにより、放射光実験の測定効率が大幅に改善することが期待できる。これまでに、レーザー光のアライメントが容易なシングルビーム光トラップの開発と、時間分解X線回折測定に必要なレーザー光の強度変調システム及び放射光とレーザーの同期システムを構築してきた。当該年度には、レンズ一体型密封試料セルを開発し、ナノ粒子1粒に対する時間分解X線回折測定を試みた。これまでの試料セルは、X線及びレーザー光を透過させる必要があるため、ポリプロピレン製透明薄膜を円筒形に成形した物を用いてきた。しかし、ポリプロピレンの表面には静電気により試料微粒子が付着しやすく、付着した試料からの回折X線が検出器に入ることを避けるために、入射X線とポリプロピレン表面の交点に直径約1mmの穴をあける必要があった。この穴は試料セル内の空気の対流を引き起こし、試料位置の不安定性やトラップの寿命短縮の原因となっていた。ポリプロピレンの窓を有するステンレス製の密封試料セルを開発し、窓に付着した試料からの回折X線を金属筐体が遮断する構造とした。また、試料セルの壁にレーザー光用のレンズを埋め込み一体化することにより、レンズの高NA化と実験の効率化を実現した。シングルビーム光トラップとレンズ一体型密封試料セルを組み合わせた非接触式試料保持機構に粒径380nmの酸化セリウム1粒を保持し、マイクロビーム放射光X線を照射することにより、ナノ粒子1粒に対するX線回折測定を行った。その結果、測定データーの質は従来の粉末X線回折測定に対して遜色のないことが確認できた。

時間分解測定に必須な強度変調型光トラップと放射光パルスの同期試験にも成功したが、マシンタイム中のSPring-8の運転モードの関係で、時間分解測定には至らなかった。2016年度中に申請したマシンタイムで実現の予定である。光トラップを用いた非接触式試料保持機構と放射光パルスを用いて、ナノ粒子1粒に対する時間分解X線回折法の開発を行った。時間分解測定に必須な強度変調型光トラップを開発することにより、時間分解測定と同時にナノ粒子試料1粒の温度を決定する手法も確立した。また、シングルビーム光トラップを開発することにより、ナノ粒子1粒に対するX線回折像のS/Nを飛躍的に高めた。光トラップを用いた非接触式試料保持機構と放射光パルスを用いたナノ粒子1粒に対する時間分解X線回折法を開発し、ナノ粒子1粒に対する動的な構造研究を実践するためには、強度変調型光トラップの開発、時間分解測定システムの構築、が必要不可欠である。当該年度までに、音響光学変調器を用いた強度変調型光トラップの開発とその最適化、放射光パルスに同期した時間分解測定システムの構築を行い、ナノ粒子1粒に対する動的な構造研究を実践するための準備が整った。また、2次元動画計測ソフトウェアを用い保持したナノ粒子の位置の安定性評価システムが構築できている。以上の通り当該年度までに予定していた研究はスケジュール通り進行していることが評価の理由である。放射光科学平成27年度には、開発した強度変調型光トラップと放射光パルスに同期した時間分解測定システムを組み合わせて、酸化セリウムをはじめとする可視光・紫外光応答型のナノ粒子1粒に対する動的な構造研究を行う。これらのナノ粒子は触媒作用、酸素吸蔵作用、光ルミネッセンス作用を持つために重要な物質である。対象とする試料粒径は50500nm。また、保持したナノ粒子がトラップポテンシャルの底で振動する周波数から試料の分極率を決めるシステムを開発し、ナノ粒子に対する分極率と格子定数や密度の関係を明らかにする。これまで用いてきた対向型光トラップはレーザー光ミスアライメントの許容誤差が極端に小さい。時間的制約が厳しい放射光実験において、この正確なアライメントを実験ハッチ内で実現することは困難でありまた実験の効率を悪化させる原因であった。現在、実験ハッチ内でのアライメントが容易なシングルビーム光トラップの開発を進めており、実験室レベルでは実現している。今年度は、従来の対向型光トラップによる時間分解実験と並行して、シングルビーム光トラップを小型化・ユニット化し、放射光実験の測定効率の大幅な改善をめざす。光トラップを用いた非接触式試料保持機構と放射光パルスを用いたナノ粒子1粒に対する時間分解X線回折法を開発し、ナノ粒子1粒に対する動的な構造研究を実践するためには、光強度変調型トラップの実現、時間分解測定システムの構築、試料温度測定手法の確立、が必要不可欠である。このうち平成25年度には、光強度変調型トラップの開発を行うことが最重要課題であった。音響光学変調器を用いた光強度変調型トラップの開発は順調に進められており、現在は、変調周波数、デューティー比、レーザー光強度の最適条件の探索を行っている。
ピアプロダクションに基づく知識資源コモンズによる図書館機能の実現可能性

本研究の目的は、図書館が担ってきた社会的共有のための知識資源基盤としての役割をネットワーク上で実現する知識資源コモンズに注目し、特に、ピアプロダクションに基づく知識資源コモンズ(KRCP)と伝統的図書館の成立に関する組織論的、経済学的な理論枠組みを明らかにすることである。本年度は21年度末に実施した市民による資料アクセス行動の調査結果の分析を行い、リアル書店や図書館、ネットワーク上の書店や情報源へのアクセスなど多様な側面に関する行動実態が明らかにした。また、一般市民がネットワーク上で知識資源を共有できる代表的なサイトについて、提供内容、方法、知識資源の形成、サイトの経済的裏付け等に関する調査を行った。この2調査と公共図書館のサービス展開に関する調査(21年度)、および文献調査に基づいて図書館とKRCPに関する多面的な検討を行い、論点整理と理論的枠組みの可能性を探った。主な論点と検討事項は、(1)図書館の機能特徴と組織的位置付けの分析、(2)図書館サービス展開の構図の検討、(3)コモンズの視点からみた図書館協力活動の分析、(4)ネットワーク利用者の資料アクセス行動、(5)経済制度の理論を援用した図書館制度成立の理論化の検討、(6)知識資源コモンズに関して、知識資源共有過程と機能、目的領域と活動領域、参加者、コミュニティ、コモンズ成立の組織論、知識資源の社会的配分などの論点と問題構造の検討などである。その結果、伝統的図書館成立の理論化の基本的構図と図書館によるコモンズ的活動の構図を得ることができた。その構図は必ずしも図書館の社会的機能としての知識資源共有を担うネットワーク上のコモンズの可能性を示唆するものではなかったが、一方、それを知識資源の社会的配分問題として理論化することの可能性が明らかになった。本研究の目的は、図書館が担ってきた社会的共有のための知識資源基盤としての役割をネットワーク上で実現する知識資源コモンズに注目し、特に、ピアプロダクションに基づく知識資源コモンズと伝統的図書館の成立に関する組織論的、経済学的な理論枠組みを明らかにすることである。そのために、知識資源コモンズの役割、機能、サービス・プロダクツの構図とシナリオを想定し、伝統的図書館、個人の協力による知識資源コモンズ、図書館の協力による知識資源コモンズの成立に関する理論的説明を構築する。平成20年度は、知識コモンズ、知識資源コモンズ、ゼアプロダクション、伝統的図書館の成立に関する文献調査を行うとともに、図書館成立の理論に関する予備的検討を行った。また、知識資源コモンズは現代の図書館発展とインターネット・情報技術を基礎とした社会的展開の中から生まれつつあるという認識に立って、現代の図書館サービスの役割と機能の展開の論理を明らかにするために、わが国の公共図書館を対象として、第二次世界大戦後の図書館サービスの展開と普及の動向に関する調査を実施した。調査は全国の公共図書館(分館レベル)の個々のサービスの実施と開始年を収集するもので、約2000館のデータを収集した。21年度には、その結果を整理し、公共図書館サービスの展開の論理を検討したい。さらに、知識コモンズ、知識資源コモンズの活動事例の調査を一部行った。平成21年度も引き続き調査を行うとともに、経済学的、親織論的基盤に関する検討を行う予定である。平成21年当初に、現代の図書館サービスの役割と機能の展開の論理と普及・発展に関連した社会的、技術的要素を検討するために、全国の公共図書館(分館レベル。約2000館)が第二次世界大戦終了以降、どのような図書館サービスを展開してきたかに関する網羅的調査を実施した。平成21年度はこのデータの詳細な分析を行った結果、我が国の公共図書館における各種のサービスの普及の継時的変化を明らかにすることができた。サービスの普及曲線にはいわゆる成長曲線に相当するタイプと緩慢な普及を示すタイプが認められ、またサービスと地域により普及の程度には大きな差異が認められた。図書館サービス普及にはサービスの機能、技術依存の程度とともに、サービスを受容する利用者を含む社会的な要因と図書館の組織論的要因が関連しているものと予想された。22年度には特に組織論的な視点から個別事例の調査を加えることによって、サービス普及のモデルを構築する予定である。また、昨年度に引き続き、知識コモンズ、知識資源コモンズに関する文献調査と活動事例の調査を行うとともに、知識資源コモンズは現代の図書館発展とインターネット・情報技術を基礎とした社会的展開の中から生まれつつあるという視点から、図書館・書店等のインフラが充実している地域在住の住民でネットワーク利用を指向している約1,000名の人々が現実に知識資源としての図書・雑誌にいかにアクセスしており、どのような選択傾向を持つかについての調査を行った。この結果については、22年度に分析を行う予定である。

この2調査と公共図書館のサービス展開に関する調査(21年度)、および文献調査に基づいて図書館とKRCPに関する多面的な検討を行い、論点整理と理論的枠組みの可能性を探った。主な論点と検討事項は、(1)図書館の機能特徴と組織的位置付けの分析、(2)図書館サービス展開の構図の検討、(3)コモンズの視点からみた図書館協力活動の分析、(4)ネットワーク利用者の資料アクセス行動、(5)経済制度の理論を援用した図書館制度成立の理論化の検討、(6)知識資源コモンズに関して、知識資源共有過程と機能、目的領域と活動領域、参加者、コミュニティ、コモンズ成立の組織論、知識資源の社会的配分などの論点と問題構造の検討などである。その結果、伝統的図書館成立の理論化の基本的構図と図書館によるコモンズ的活動の構図を得ることができた。その構図は必ずしも図書館の社会的機能としての知識資源共有を担うネットワーク上のコモンズの可能性を示唆するものではなかったが、一方、それを知識資源の社会的配分問題として理論化することの可能性が明らかになった。
折紙の数理に基づく展開および折畳み可能な機構の汎用デザインシステムの構築

剛体折り可能性の理論的研究,変形動作の二次元パターンへの焼き付けのための手法の考案,デザインシステムの実装を通して,折紙機構を自由にデザイン可能とする汎用システムを構築し,折紙を工学応用する際の問題点を解決した。様々なデザインの文脈において折紙の幾何学を用いることのできる汎用的デザイン手法およびシステムを導くことが研究全体の目的であり、本年度は、以下の研究を実施した。a)折り線に囲まれる面が合同のまま連続変形する性質(剛体折り可能性)は折紙の機構を幾何学的に論じる上で最も重要な性質であるが、一般化した理論は未だに存在しない。剛体折りに関する理論を一般化するべく経路の連続性と自由度に関する数理的基礎研究を行った。a-1)剛体折り可能性:まず、特異性のない三角形メッシュの剛体折り可能性について、その要素数との関係を一般的に表し、デザインのバリエーションを提示した。四辺形メッシュをベースとして、剛体折り可能となるための折紙の形状・パターンの汎用性のある十分条件を「二方向平坦折り可能な四辺形メッシュ」として定義し、そのデザイン方法を導いた。さらにその条件をトポロジー的に拡張・一般化し、筒型構造、あるいはそれらを複合させた様々なトポロジーの曲面へと条件を拡張した。a-2)剛体折りメカニズムと他のメカニズム:三角形メッシュの剛体折紙に関し、変形機構がピン接合で他の構造物と矛盾無く接合するための条件を自由度の観点で示した。また、四辺形構造の一部のモデルについて、変形によって失われない対称性を明らかにし、それによるメカニズムの構築法の基礎を提案した。b)変形動作のモデル化と形状への焼き付け変形動作をモデル化しその動作を折紙の形状・パターンに焼き付けるための手法を提案した。折り線と補折り線の二種類の変形パターンを組み合わせ配置し、二方向平坦折り可能な四辺形メッシュを構築し、特異性による不可逆性の問題をパターンの摂動によって解決した。これによって全体が一自由度の機構で連続変形し、二種類の折りの動きのシークエンスを保持する構造物をデザイン可能とした。(a)剛体折り可能性に関する数理的研究として,剛体折紙の微少変形モードと自己釣り合いモードを持つ構造体との関連および,それらの形状を得る解法を研究した。(b)変形動作のモデル化と形状への焼き付けに関する研究として,空間曲線を元に機構を構築する方法と,多自由度折紙機構の変形動作を端部頂点の軌跡として表現する方法を新規に考案した。(a)および(b)の内容を踏まえ(c)新たにデザイン手法・インタフェースを考案・実装し,設計システム[1][2]を構築した。[1]機構の形状をインタラクティブに探索する設計システム:マウスを用いた自由なインタラクションによって機構をデザインできるシステムを構築した。この設計システムは汎用性があり拘束の選び方によって次のようなデザインを実現できる,q-a)一自由度構造設計:展開形状、折畳み形状、中間形状が互いに幾何拘束を受け,一自由度剛体折り可能性の条件を満たした形状探索を行う(1-b)微少変形モードの存在を拘束条件として探索をすることで,剛体折り不可能だが,弾性変形を用いて可逆的変形機構として用いることのできる形態を設計する(1-c)多自由度の折紙機構の変形時の端部軌跡を用いて機構の自由変形を少ない自由度のコントロールで実現する。[2]空間曲線を用いた機構のデザインシステム:CADプラグインとして,作成した空間曲線からリアルタイムで機構を生成しシミュレーション可能とするプロトタイプシステムを実装した。このシステムでは一自由度構造物の矛盾のない組み合わせによる複合的でボリュームを持つ機構をデザインするため,空間曲線を用いてその形状をコントロールできる。また空間曲線に沿った動きの生成に関しても限定的に実現可能であることを確認した。