hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
酸性雨生成における降水・大気間物質移動のモデル化に関する研究

(1)H2O2(g)による液相酸化の無い場合には大気中のSO2(g)に平衡なpHよりは低下しないが、液相酸化があれば雨滴内でSO42-が生成され、雨滴の酸性度を大きく高める。(2)いわゆるNOX(g)のままの形態では雨滴に吸収され難く、酸性雨生成にはあまり寄与しない。ただし、NOX(g)より生成される二次物質のHNO3(g)はSO2(g)よりも強力な酸性雨生成の原因物質となり得る。しかし、通常の大気中でのHNO3(g)濃度はSO2(g)濃度よりかなり低く、結局、硫黄酸化物が雨滴酸性化の第一の原因物質であると言える。また、以上のモデル計算とは別に雨滴内での解離によって生じたイオンの運動に基づく雨滴電位分布を加味したモデルを組み立て雨滴の酸性化をシミュレートした。その結果、電位分布を考慮すると一層pHの低下する事およびこの傾向は雨滴径の大きい程、顕著である事がわかった。
情動情報によって認知・行動情報が強い修飾を受ける大脳基底核メカニズム

3年間の研究期間において、以下の2つの研究プロジェクトを推進し、具体的な成果を得た。研究プロジェクト1.ドーパミンニューロンの担う神経情報の同定報酬確率の異なる意志決定と行動選択課題をサルにおこなわせ、中脳ドーパミンニューロンの活動を記録した。その結果、ドーパミンニューロンは報酬の予測誤差情報と動機づけ情報を担っていることを明らかにした。報酬予測誤差情報は線条体や辺縁系、大脳皮質前頭葉に投射され、多くの報酬を獲得するような意志決定と行動選択メカニズムに必須の役割を担うと考えられる。一方、ドーパミンニューロンの担う動機づけ情報は2つの機能的な役割を担うと考えられる。一つは報酬を予測させる手がかりによって動物を報酬獲得行動に駆り立てるはたらきである。目的志向性を生み出す基礎となる過程であり、行動に意欲を与える。第二は、報酬予測誤差情報の符号化の利得調節である。研究プロジェクト2.線条体ニューロンによる動機づけと価値のコーディング研究行動の情報、報酬、嫌悪などの文脈情報、報酬予測の情報が線条体にどのように表現されているかを調べるために、サルに行動課題を行わせ、単一ニューロンの活動を記録した。その結果、行動に関しては運動の方向、速さや大きさなどの運動を制御するためのパラメータ情報よりも、運動の組み合わせ、順序などの複数の運動をゴールに向けて組み立てるために必要な情報が再現されていることを見出した。また、線条体ニューロンは行動が報酬や嫌悪刺激に繋がるという動機づけの文脈を検出し、識別する事を発見した。更に、機能的MRIを用いたヒトの脳機能研究を行い、報酬に基づく行動選択学習に大脳基底核、特に尾状核が深く関わることを明らかにした。(1)大脳基底核の線条体は広範囲の大脳皮質から部位特異的な投射を受けると共に視床CM/Pf核から強い興奮入力を受けるが、この投射の生理学的な意義はまだ不明である。この投射の意義を調べる研究を行った。サルに感覚・運動課題を行わせ、単一CM/Pf細胞の活動を記録した。細胞は、視覚、聴覚や体性感覚の多感覚種刺激によく応答した。また、新奇刺激によく応答し、順応するので注意機構への関与が示唆された。ムシモルをCM/Pf核に限局して注入して活動を遮断すると、線条体細胞の感覚応答が消失したので、線条体細胞の感覚応答にはCM/Pf核からの投射が必須であることがわかった。視床非特殊核としてのCM/Pf核の注意機構への関与を調べるために、サルに注意課題を行わせながらムシモルでCM/Pf核の活動を遮断すると、注意による反応時間の短縮効果が消失したので、視床線条体系が注意の喚起による行動発現に関与するという仮説が支持された。(2)報酬に基づく意志決定や学習における中脳ドーパミン系のはたらきに関する研究:複数の選択肢の中から報酬に繋がる特定の選択肢を試行錯誤で見つけ出す課題をサルに行わせ、中脳ドーパミンニューロンの活動を記録した。選択後の正解・不正解を知らせる音に対して放電の増減応答をしたが、この応答は報酬の予測誤差を反映することが分かった。(3)線条体ニューロンの運動方向と組み合わせコーディング:レバー倒しとボタン押しの組み合わせ運動を感覚刺激による誘導と記憶による誘導でサルに行わせ、被殻のニューロン活動を調べた。運動方向に選択的なニューロンと、組み合わせに選択性を持つニューロンがあり、大脳基底核の行動選択機能に関与することが示唆された。1.大脳皮質-基底核系による運動手続きのコーディングに関する研究:レバー倒しとボタン押し、複数のボタンを特定の順序で押さえるなどの順序運動をサルにおこなわせ、線条体の単一ニューロンの活動を調べた。

その結果、運動の組み合わせをコードするニューロンが多数存在することが分かった(Ueda & Kimura, 2003)。また、ゴールに向かう運動の組み合わせをコードする線条体ニューロンの神経放電間にはポジティブな相関が見られ、大脳皮質-基底核連関を介する運動の組み立て過程に関わることが明らかになった(Kimura et al. 2003)。2.ドーパミンニューロンの担う動機づけと報酬予測誤差情報の同定:中脳に細胞体を持ち線条体や広範囲の大脳皮質に投射するドーパミンニューロンは報酬依存的な学習に関わると考えられている。定量的な報酬予測をもって行動選択をさせる課題をサルに行わせ、ドーパミンニューロンの活動を記録した。その結果、ドーパミンニューロンは報酬予測の誤差信号を担うと共に、動機づけに関係する情報を担うことが明らかになった(Satoh et al. 2003)。これは従来提唱されている報酬予測誤差情報を介する学習への関与だけでなく、動機づけによる目的志向的な行動発現を鼓舞する働きがあることを初めて示すことになった。3.木村らが従来行った研究によって明らかになった視床髄板内核から線条体への投射の機能的な意義について新しいモデルを提唱した(Kimura et al. 2004)。そのモデルでは、視床髄板内核CM/Pf系は脳幹からの覚醒シグナルを受容すると共に、動機づけや注意に基づく予測的な行動発現のための大脳基底核の出力情報を受け取ることによって、大脳皮質-基底核ループの機能をモニターすると共に、予測に反した事態では行動の切り替えに関与するという新しい機能が提唱された。このモデルの検証実験が進められている。研究1:仮説「線条体ニューロンの活動は、外界の事象や自分の行う行動がゴールへの到達(報酬)にとってどの程度の価値があるかの情報を担っているか」を検証する研究を行った。試行錯誤によって、右または左へのレバー倒し運動の中報酬確率の高い選択肢を選ぶ課題をサルに行わせ、線条体のニューロンの活動を記録した。半数以上の投射ニューロンの行動選択前の活動は、報酬確率の高低によって放電頻度を変え、その活動は行動の準備とは関係しなかった。1/3のニューロンは行動選択に依存した活動をした。この結果は、線条体が`行動の価値'をコードするという仮説と矛盾しないことを明らかにした(Samejima et al.投稿中)。研究2:大脳基底核線条体の報酬依存的な学習の仕組みを調べるために、ヒトを被験者として選択肢の報酬確率を試行錯誤によって推定し、確率の高い選択肢を選ぶ課題を行わせ、機能的MRIによって脳活動を調べた。その結果、尾状核が学習に伴う報酬獲得の推移と被験者の行動の改善の時間経過と高い相関を示すことを見出し、線条体が報酬依存的な学習の座であることを明らかにした(Haruno et al.,2004)。中脳ドーパミンニューロンの担う動機づけ情報を明らかにするために、報酬確率と報酬量の異なる選択をサルに行わせ、中脳ドーパミンニューロンの活動を記録した。ドーパミンニューロンは、報酬確率と報酬量が増えるに伴って放電量を増大させたが、確率100%では放電量を減少させた。また、報酬量の増減は放電頻度の増減とは線形には相関しないことも分った。
光化学と有機金属化学の結節点における遷移状態解析と制御

炭素-炭素結合は、有機化学における最も基本的な結合であり極めて安定である。そのため、炭素-炭素結合の切断を経由して反応する有機合成反応の開発は困難であり、挑戦的な研究課題であると言える。これまでに、本研究代表者らは光触媒として遷移金属ポリピリジル錯体を用いて、4-アルキルジヒドロピリジン誘導体の炭素-炭素結合切断を経由する新規アルキル化反応の開発に成功している。最近、光触媒とともに有機金属触媒としてニッケル触媒を共同で用いる反応系の開発に成功しており、アリールハロゲン化物とジヒドロピリジン誘導体とのクロスカップリング型アルキル化反応の開発に成功している。しかしながら、その反応機構については未だ解明されていない部分が多い。また、光触媒と有機金属触媒それぞれの解析手法を統合的に用いる必要があることからその解析は困難である。本研究課題において、本申請者らはこれらの解析を行うとともに、その知見に基づいて新しい反応系の開発を行った。その結果、光触媒とニッケル触媒を用いた、アルケニルハライドとジヒドロピリジンのクロスカップリング反応の開発に成功した。この反応系では、クロスカップリング反応と同時に、アルケンのE to Zの異性化が観測されZ体のアルケンが主生成物として得られた。反応機構の解析の結果、クロスカップリングプロセス自体は、光触媒とニッケル触媒の共同作用によって、出発基質のアルケニルハライドの立体を保持する形で進行していること、そして、アルケンの異性化はそれとは独立の光触媒のみよって促進されていることが明らかとなった。他方で、ジヒドロピリジンとアゾジカルボン酸エステルとの反応において、光触媒を必要としないアルキル化反応の開発にも成功した。近年、有機合成における新たな反応系として、可視光照射下でイリジウムなどの遷移金属ポリピリジル錯体を触媒とする、フォトレドックス触媒反応系が大きな注目を集めている。フォトレドックス触媒は、光誘起電子移動により、基質の一電子酸化・還元を鍵として基質を活性化する興味深い手法といえる。とりわけ最近、フォトレドックス触媒と遷移金属触媒を組み合わせた共同触媒系が注目されている。共同触媒系では、フォトレドックス触媒と遷移金属触媒がそれぞれ独自の方法で基質を活性化できることから、従来法とは異なる強力な有機合成手法となる。しかしその有機合成的な価値とは対照的に、反応機構に関する基礎的な研究はほとんど行われていない。フォトレドックス-遷移金属共同触媒系の解析が困難な理由は、光化学と錯体・有機金属化学の双方のノウハウを統合して用いなければならない点にある。他方、最近、本申請者らはフォトレドックス-遷移金属共同触媒系を用いて、ハロゲン化アリールのアルキル化反応の開発に成功している。この反応は、歪みのないC(sp3)-C(sp3)結合の切断を伴って進行する、形式的なクロスカップリング反応であり、極めて独創性の高い反応といえる。そこで、この反応系を中心に、光化学と錯体化学の双方のノウハウを用いて、反応の鍵となる遷移状態の解析に挑む。フォトレドックス-遷移金属共同触媒系は有機合成的に極めて有用であるが、実験手法的な隔たりも大きく、反応機構に関する研究はほとんどなされていない。本研究課題は、こうした困難な反応系の解析に光化学と有機金属化学という異なる2つの面から統合的に挑戦するものである。また、得られた知見を基に、新規触媒、新規反応の開発を行うことで、更なる展開を検討する。本研究計画の申請時には、予備的知見として、光触媒とニッケル触媒の共同触媒系を用いることで、ハロゲン化アリールと4-アルキル-1,4-ジヒドロピリジンとのクロスカップリング反応が進行することを見出していた。この反応について、反応条件の最適化を達成し、解析すべき反応系を確立することができた。また、遷移状態を解析する上で基礎的な知見となる、基質適用範囲や配位子、溶媒などへの依存性について情報を得ることができた。反応系の解析として、光化学的な手法である量子収率の決定、Stern-Volmerプロットを行った。また、錯体化学的な手法としてニッケル錯体を用いた量論反応を行うことで、反応機構についての詳細な知見を得ることに成功した。近年、有機合成における新たな反応手法として、可視光照射下でイリジウムやルテニウムなどの遷移金属ポリピリジル錯体を触媒とするフォトレドックス触媒反応系が注目されている。フォトレドックス触媒は、光誘起電子移動により、基質の一電子酸化と還元を鍵として基質を活性化する有用な反応手法である。なかでも、最近、フォトレドックス触媒と遷移金属触媒を組み合わせた共同触媒反応が注目を集めている。しかし、その有機合成的な価値の追求とは対照的に、反応機構に関する基礎的な研究はごく限られている。フォトレドックス-遷移金属共同触媒系の解析が困難である理由は、光化学と錯体・有機金属化学の双方のノウハウを統合して用いねばならない点にある。他方、最近、本研究代表者らは、フォトレドックス-遷移金属共同触媒系を用いて、ハロゲン化アリールのアルキル化反応の開発に成功している。この反応では、アルキル化試薬として、ジヒドロピリジン骨格を用いており、歪みのない炭素-炭素結合を切断して進行する。そのため、この形式的なクロスカップリング反応は極めて独創性の高い反応といえる。フォトレドックス系と遷移金属触媒系は実験手法的な隔たりも大きく、反応機構に関する研究はほとんどなされてこなかった。

そこで、今回、こうした困難な研究課題に光化学と有機金属化学の両面から統合的に挑戦する。研究開始当初に見出していたクロスカップリング反応は、ハロゲン化アリールとジヒドロピリジンとの反応であったが、これまでの知見を踏まえて更に、アルケニルハロゲンとの反応に展開することができた。この反応では、クロスカップリング反応がアルケンのE-Z異性化をともなって進行するという、予想外の知見を得ることができた。こちらの反応に関しても、量子収率等の実験手法を駆使し、詳細な遷移状態の解析を行うことができた。また、ジヒドロピリジンと光触媒とのStern-Volmerプロットにおいて、当初は一般的な動的消光が観測されるであろうとの想定のもと、実験を行った。しかし、実際には、予想外の静的消光を観測した。これは、反応活性種の発生に迫る重大な知見であるといえる。炭素-炭素結合は、有機化学における最も基本的な結合であり極めて安定である。そのため、炭素-炭素結合の切断を経由して反応する有機合成反応の開発は困難であり、挑戦的な研究課題であると言える。これまでに、本研究代表者らは光触媒として遷移金属ポリピリジル錯体を用いて、4-アルキルジヒドロピリジン誘導体の炭素-炭素結合切断を経由する新規アルキル化反応の開発に成功している。最近、光触媒とともに有機金属触媒としてニッケル触媒を共同で用いる反応系の開発に成功しており、アリールハロゲン化物とジヒドロピリジン誘導体とのクロスカップリング型アルキル化反応の開発に成功している。しかしながら、その反応機構については未だ解明されていない部分が多い。また、光触媒と有機金属触媒それぞれの解析手法を統合的に用いる必要があることからその解析は困難である。本研究課題において、本申請者らはこれらの解析を行うとともに、その知見に基づいて新しい反応系の開発を行った。その結果、光触媒とニッケル触媒を用いた、アルケニルハライドとジヒドロピリジンのクロスカップリング反応の開発に成功した。この反応系では、クロスカップリング反応と同時に、アルケンのE to Zの異性化が観測されZ体のアルケンが主生成物として得られた。反応機構の解析の結果、クロスカップリングプロセス自体は、光触媒とニッケル触媒の共同作用によって、出発基質のアルケニルハライドの立体を保持する形で進行していること、そして、アルケンの異性化はそれとは独立の光触媒のみよって促進されていることが明らかとなった。他方で、ジヒドロピリジンとアゾジカルボン酸エステルとの反応において、光触媒を必要としないアルキル化反応の開発にも成功した。今後は、光触媒-ニッケルの共同触媒系について、遷移状態に迫るための更なる解析を行う。本反応系では、4-アルキル-1,4-ジヒドロピリジンの炭素-炭素結合切断段階、および生じたアルキルラジカルのニッケルへの付加段階が鍵となっていると予想される。そこで、これら2つのステップの詳細な遷移状態解析が重要と考えられる。そこで、これらの2つのステップについて、更なる実験的、計算化学的手法を駆使して遷移状態を描き出すことを目的とする。
看護学的な視点による東洋医学および伝統・民間療法の検討

患者特有のセルフケア(東洋医学、伝統・民間療法)に対する看護実践家の評価看護実践家の、東洋医学、伝統・民間療法および臨床における患者特有のセルフケア継続に対する認識を重要性と実現可能性について、即時デルファイ法により意見の集約を試みた。その結果、看護実践家の認識は、患者が入院しても患者特有のケアを継続することを重要(重要性が高い)と捉えてはいても、看護婦がそれを支援し制度や設備を変えていくことに対しては重要度が低下することが見えた。それは実現可能性にも同様の傾向が見られた。これらの調査により、人々は日常それぞれの経験や周辺要因に支えられて積極的に特有のセルフケア(東洋医学、伝統・民間療法含む)を行っているにもかかわらず、医療施設内における対象者の健康回復に対する認識は、きわめて固定的・消極的・依存的であり、看護者のケアに対する認識も従来型の根強い傾向が見えた。東洋医学、伝統・民間療法を含むセルフケアを支援するためには、看護実践家自身の資源活用に対する認識が重要な意味を持つ。今年度と前年度の調査を通して看護実践家が積極的に取り組むべき課題を3点挙げた。1.個々人の東洋医学、伝統・民間療法を含むセルフケア継続への積極的な支援2.看護的な治療方法としての、東洋医学、伝統・民間療法の見直しと、それらの効果の検証・臨床活用の可能性の検討、および教育への導入3.セルフケアを育てにくい、日本的な医療観の特徴を考慮した看護・医療体制の変革患者特有のセルフケア(東洋医学、伝統・民間療法)に対する看護実践家の評価看護実践家の、東洋医学、伝統・民間療法および臨床における患者特有のセルフケア継続に対する認識を重要性と実現可能性について、即時デルファイ法により意見の集約を試みた。1.個々人の東洋医学、伝統・民間療法を含むセルフケア継続への積極的な支援2.看護的な治療方法としての、東洋医学、伝統・民間療法の見直しと、それらの効果の検証・臨床活用の可能性の検討、および教育への導入3.セルフケアを育てにくい、日本的な医療観の特徴を考慮した看護・医療体制の変革東洋医学および伝統・民間療法の治療的位置づけは、西洋医学のそれと対比して医療人類学・医学などを中心として多くの文献で論じられていた。これまでの文献検討を通じて、病気に対する人間の健康回復行動の視点から見ると、人間の多様な社会・文化的背景に根ざした健康回復のための行動。【disease(疾病)健康回復行動】とくに西洋近代医学の成果に基づいた疾病の治療のための行動。の2種類に分類して考えられる。この2つの見方の違いは、西洋と東洋の文化・思想的な背景の違いと密接な関係にあり、これらは歴史的変遷ののち現代の医療環境に至って2極化し、人々の健康回復に向かう行動の多様性に大きな影響をあたえていると考えられる。現在の治療施設においては、西洋医学的な治療が中心となっているが、日常生活の中で人々が健康回復に向かうためにとっている行動(Illness Behavior)は、それぞれ人々が経験的に積み重ねてきた方法であり、これは、セルフケアそのものである。文献においても、西洋医学に委ねながらも独自のセルフケアが積極的に行われていることが伺われた。今後、調査の方法としては、人々が健康回復のためにとるIllness Behaviorを、文化人類学的な手法によって聞き取り調査し、生活と常に結びついたセルフケアの方法・動機等をその人の生活背景とともに時間軸上に記述し、看護学的な視点から考察する計画である。本年度は次の3つの観点から調査を行った。個々人が、日常生活の中で行うセルフケア、特に東洋医学、伝統、民間療法の利用実態を中心にその特質および、それを支える周辺要因などについて明らかにすることを目的として調査を行った。その結果人々は、日常生活の中で、症状を判断して主体的・積極的に、自分に合う方法でセルフケアを行っており、その中には東洋医学や伝統・民間療法を愛用している実態が明らかとなった。(2)患者特有のセルフケア(東洋医学、伝統・民間療法)に対する看護実践家の評価看護実践家の、東洋医学、伝統・民間療法および臨床における患者特有のセルフケア継続に対する認識を重要性と実現可能性について、即時デルファイ法により意見の集約を試みた。(3)患者特有のセルフケア継続に対する入院患者の認識に関する調査

入院患者が家庭で継続していたセルフケアが入院によりどのようになったのか、そのことをどのように認識しているのかについて調査を行った。その結果、家庭で行っていたセルフケアを医療者に伝え、入院中も継続することを望んだ人は少なく、しかし、退院後は全員それを再開していた。家庭では見られた人々のセルフケアしようとする姿勢は、入院してしまうと医療者への依存、治療に対する自己決定権の喪失、施設内医療への固定観念等が浮き彫りとなった。以上の結果より、人々は日常それぞれの経験や周辺要因に支えられて積極的に特有のセルフケア(東洋医学、伝統・民間療法含む)を行っているにもかかわらず、医療施設内における健康回復に対する認識は、きわめて固定的・消極的・依存的であり、看護者のケアに対する認識も従来型の根強い傾向が見えた。
対向流共存対流の伝熱・流動とCVD成膜問題への応用

鉛直下方に一様な流速で流れる気流中に,加熱された平板が水平上向きに設置される体系は,液晶パネル基板等に各種の機能性薄膜を蒸着する場合などに見られる.この基板に均一な膜を生成するには,上向き加熱基板上に生じる強制-自然共存対流の流動と伝熱特性を明らかにする必要がある。そこで、本研究では空気を対象に,流れの可視化および局所熱伝達率の測定を行い,平板まわりの流動・伝熱を調べた.実験には,幅W=50,100mmの2種類の試験平板を用い、平板の片側表面を等熱流束加熱した.また,縦型吸込式風洞を用いて一様な空気の下降流を実現した.実験は,平板幅W基準のレイノルズ数Re_w=37-2000,修正レイリー数Ra_w^*=6.2×10^<4->5.3×10^7の範囲で行った.その結果、以下の知見が得られた。まず、平板まわりの流れを煙により可視化したところ,強制対流支配下では,平板の中心から端部へ向かう層流くさび流れが生じた.浮力を大きくしていくと,平板に沿う境界層が厚くなり,遂には煙が平板中心からプルームとなって離脱・上昇する流れが生じた.以上の可視化結果を参考に、加熱平板の局所熱伝達率を測定した.その結果,浮力が小さな条件下では,平板の局所熱伝達率は強制対流層流くさび流れの値に一致するのに対して,浮力の増加に伴って,熱伝達率は強制対流値よりも高くなることが分かった.そこで、平板の平均ヌッセルト数Nu_mを求め,無次元パラメータを用いて整理を行った結果,共存対流域のNu_mは強制および純自然対流の平均ヌッセルト数Nu_f、Nu_nよりも高くなることが分かった.また,その比(Nu_m/Nu_f),(Nu_m/Nu_n)は,無次元パラメータ(Gr_w^*/Nu_mRe_w^2)によりまとめられることがわかった.さらに,Nu_mがNu_f,Nu_nのいずれとも一致しない領域を共存対流域と定義すると,共存対流域は,0.3<(Gr_w^*/Nu_mRe_w^2)<15.0で表せることが分かった.鉛直下方に一様な流速で流れる気流中に,加熱された平板が水平上向きに設置される体系は,液晶パネル基板等に各種の機能性薄膜を蒸着する場合などに見られる.この基板に均一な膜を生成するには,上向き加熱基板上に生じる強制-自然共存対流の流動と伝熱特性を明らかにする必要がある。まず、平板まわりの流れを煙により可視化したところ,強制対流支配下では,平板の中心から端部へ向かう層流くさび流れが生じた.浮力を大きくしていくと,平板に沿う境界層が厚くなり,遂には煙が平板中心からプルームとなって離脱・上昇する流れが生じた.以上の可視化結果を参考に、加熱平板の局所熱伝達率を測定した.その結果,浮力が小さな条件下では,平板の局所熱伝達率は強制対流層流くさび流れの値に一致するのに対して,浮力の増加に伴って,熱伝達率は強制対流値よりも高くなることが分かった.そこで、平板の平均ヌッセルト数Nu_mを求め,無次元パラメータを用いて整理を行った結果,共存対流域のNu_mは強制および純自然対流の平均ヌッセルト数Nu_f、Nu_nよりも高くなることが分かった.また,その比(Nu_m/Nu_f),(Nu_m/Nu_n)は,無次元パラメータ(Gr_w^*/Nu_mRe_w^2)によりまとめられることがわかった.さらに,Nu_mがNu_f,Nu_nのいずれとも一致しない領域を共存対流域と定義すると,共存対流域は,0.3<(Gr_w^*/Nu_mRe_w^2)<15.0で表せることが分かった.平成18年度は、鉛直下向きに流れる一様な強制対流主流に直交して水平な上向き加熱平板が設置された場合について、平板まわりの共存対流の流動と伝熱を流れの可視化および伝熱実験により探った。試験流体には常温の空気を用い、試験平板には、幅W=30,50および100mmの3種類を用いた。この平板の上面にステンレス箔ヒータを貼り付け、交流を通電することにより、等熱流東条件で加熱した。実験は平板幅W基準のレイノルズ数Rew=37-2000、修正レイリー数Raw"=6.2×10^4-5.3×10^7の範囲で行なった。まず、上向き加熱平板上に生じる流動を流れの可視化により探った。

その結果、(1)浮力が小さな強制対流支配下では、平板中央から平板端部に向かう、いわゆるくさび流れが生じるのに対して、(2)伝熱面熱流束がある程度以上大きくなると、平板上の流れは平板中央からプルームとなって鉛直上方に立ち昇り、ついで強制対流下降流と合流して平板端部へ向かい、平板端部から流れ去る一連の流れへ変化することを確認した。以上の可視化結果を参考に、つぎに平板の局所熱伝達率を測定してみた。その結果、(3)強制対流支配域では、熱伝達率は平板全体に亘ってほぼ一定な値を示すのに対して、(4)浮力の増加に伴って、とくに平板端部付近の局所熱伝達率が顕著に増加することが分かった。以上の局所熱伝達率の測定結果を基に、平板の平均ヌッセルト数を求め、無次元パラメータを用いて整理してみた。その結果、(5)共存対流の平均ヌッセルト数NUwは、純強制および純自然対流の平均ヌッセルト数Nuj、Nunより高くなること、(6)また、その比(Nuw/Nuf)は、平板の大きさW、強制対流主流速u∞および伝熱面熱流束9wの如何に依らず、無次元パラメータ(Grw^*/NUwRew^2)によりまとめられることが分かった。また、(7)NuwがNuf、Nunのいずれとも一致しない領域を共存対流域と定義すると、共存対流域は、0.11<(Grw^*/Nuw・Rew^2)<18.0で表せることが分かった。鉛直下方に一様な流速で流れる気流中に,加熱された平板が水平上向きに設置される体系は,液晶パネル基板等に各種の機能性薄膜を蒸着する場合などに見られる。この基板に均一な膜を生成するには,上向き加熱基板上に生じる強制-自然共存対流の流動と伝熱特性を明らかにする必要がある。そこで,本研究では空気を対象に,流れの可視化および局所熱伝達率の測定を行い,平板まわりの流動、伝熱を調べた。実験には,幅W=50,100mmの2種類の試験平板を用い,平板の片側表面を等熱流束加熱した。また,縦型吸込式風洞を用いて一様な空気の下降流を実現した。実験は,平板幅W基準のレイノルズ数Re_W=37-2000,修正レイリー数Ra_W^*=6.2×10^4-5.3×10^7の範囲で行った。その結果,以下の知見が得られた。まず,平板まわりの流れを煙により可視化したところ,強制対流支配下では,平板の中心から端部へ向かう層流くさび流れが生じた。浮力を大きくしていくと,平板に沿う境界層が厚くなり,遂には煙が平板中心からプルームとなって離脱、上昇する流れが生じた。以上の可視化結果を参考に,加熱平板の局所熱伝達率を測定した。その結果,浮力が小さな条件下では,平板の局所熱伝達率は強制対流層流くさび流れの値に一致するのに対して,浮力の増加に伴って,熱伝達率は強制対流値よりも高くなることが分かった。そこで,平板の平均ヌッセルト数Nu_mを求め,無次元パラメータを用いて整理を行った結果,共存対流域のNu_mは強制および純自然対流の平均ヌッセルト数Nu_f,Nu_nよりも高くなることが分かった。また,その比(Nu_m/Nu_f),(Nu_m/Nu_n)は,無次元パラメータ(Gr_W^*/Nu_mRe_W^2)によりまとめられることがわかった。さらに,Nu_mがNu_f,Nu_nのいずれとも一致しない領域を共存対流域と定義すると,共存対流域は,0.3<(Gr_W^*/Nu_mRe_W^2)<15.0で表せることが分かった。
植物が記憶する情報を利用した熱ストレス耐性向上のための作物栽培法の確立

平成30年度は前年度に続き,シロイヌナズナが短期的または長期的に記憶・伝達する詳細な情報の分子生物及び植物生理学的解析を継続した.その結果,植物体の一部に熱ストレスを与えた場合,直接ストレスを受けていない部位において活性酸素制御系の遺伝子が60秒以内に上昇することがわかった.また,植物体の一部に45分の熱ストレス処理行った後に通常条件で72時間回復させた場合に,直接ストレスを受けていない部位で発現が上昇する遺伝子も特定した.さらに,植物体の一部への熱ストレス処理により,シロイヌナズナの熱ストレス耐性をより効率的に向上させるための条件検討も行ったところ,熱ストレス処理後に13時間回復させるほうが,させない場合よりもより効率的に熱耐性を向上できることがわかった.この他,5分という短時間の熱ストレスを植物体全体に与えた場合も,13時間回復させるとより効率的に熱ストレス耐性を向上できることが明らかとなった.次に,5分の熱ストレス処理を植物体全体に行った後の回復中の活性酸素蓄積パターンを調査した.その結果,回復後1時間では茎頂分裂組織付近に活性酸素蓄積が多く見られ,回復後3時間ではその蓄積が葉身で多くなることがわかった.尚,熱ストレス耐性向上のための5分の熱処理及び回復は,トマトでも有効である可能性も示された.さらに,熱センサーと考えられているタンパク質を欠損したシロイヌナズナ突然変異体の長距離シグナルのより詳細な解析も開始し,現在継続中である.植物体の一部分に60秒の熱ストレスを処理した場合に,直接ストレスを受けていない部位で60秒以内に発現が上昇する遺伝子を明らかにし,前年度の遅れた分を取り戻した.また,効率よくシロイヌナズナの熱ストレス耐性を向上させるための熱処理条件も特定できた.さらに,今後の研究につながる突然変異体及びトマトの解析も開始した.熱センサーと考えられているタンパク質を欠損したシロイヌナズナ突然変異体を用いた,長距離シグナルの分子生物及び植物生理学的解析を継続する.また,これらの変異体においても植物体の一部分に熱ストレスを与えた場合の獲得熱耐性を調査する.これらの変異体を用いた解析から,熱ストレス情報の記憶・伝達を制御するメカニズムを明らかできると考えられる.さらに,トマト以外の作物を用いた実験も開始し,本研究の最終目標である「効率的な作物の熱ストレス耐性向上」につなげたい.平成29年度は、シロイヌナズナが短期的または長期的に記憶・伝達する詳細な情報を分子生物及び植物生理学的アプローチで明らかにすることを目的とした。シロイヌナズナの本葉2枚に0、20、40及び60秒、並びに5、15、45及び60分の熱ストレスを与え、直接ストレスを受けていない部位の熱ストレス応答性遺伝子またはタンパク質の発現を調査したところ、5分の熱ストレスで発現上昇が始まり、45分で発現量のピークを示す遺伝子が多いことがわかった。一方、タンパク質発現は20秒の熱ストレスにより発現が上昇するものも見られ、遺伝子発現よりも反応が早いという予想外の結果が得られた。さらに、活性酸素も60秒の熱ストレスにより上昇する傾向が見られた。これらの結果から植物の熱ストレスにより活性化される長距離シグナルが秒単位で伝わることが明らかとなった。次に、本葉2枚に熱ストレスを与え、通常条件下で1、3、6、9、24及び72時間回復させた後に、直接ストレスを受けていない部位における遺伝子及びタンパク質発現量を調査した。その結果、分単位の熱ストレスを与えた直後に遺伝子発現の上昇がみられる場合、回復させた1時間後にさらに発現量が上昇する遺伝子及びタンパク質が多いことがわかった。また、回復時の遺伝子またはタンパク質発現量は72時間の間に上下を繰り返すこともわかった。尚、同様の傾向は直接熱ストレスを受けた部位でも見られた。これらの結果は、分単位の熱ストレスシグナルも長距離シグナルにより記憶・維持されることを示している。この他、熱センサーの一つと考えられているタンパク質を欠損した突然変異体の長距離シグナルの異常と、そのパターンの生育段階による違いも見られた。短時間の熱ストレスにより活性化される記憶とそれを維持するパターンは概ね明らかになったものの、秒単位の熱ストレスにより発現が明確に上昇する遺伝子は明らかになっておらず、秒単位の熱ストレスを与えた後の記憶維持のパターンの解析には至っていない。一方で、熱センサーとして考えられているタンパク質を欠損したシロイヌナズナ突然変異体の長距離シグナルに異常があることがわかり、当初の予定にはなかったものの、この突然変異体の特性解析も開始した。平成30年度は前年度に続き,シロイヌナズナが短期的または長期的に記憶・伝達する詳細な情報の分子生物及び植物生理学的解析を継続した.その結果,植物体の一部に熱ストレスを与えた場合,直接ストレスを受けていない部位において活性酸素制御系の遺伝子が60秒以内に上昇することがわかった.また,植物体の一部に45分の熱ストレス処理行った後に通常条件で72時間回復させた場合に,直接ストレスを受けていない部位で発現が上昇する遺伝子も特定した.さらに,植物体の一部への熱ストレス処理により,シロイヌナズナの熱ストレス耐性をより効率的に向上させるための条件検討も行ったところ,熱ストレス処理後に13時間回復させるほうが,させない場合よりもより効率的に熱耐性を向上できることがわかった.この他,5分という短時間の熱ストレスを植物体全体に与えた場合も,13時間回復させるとより効率的に熱ストレス耐性を向上できることが明らかとなった.次に,5分の熱ストレス処理を植物体全体に行った後の回復中の活性酸素蓄積パターンを調査した.

その結果,回復後1時間では茎頂分裂組織付近に活性酸素蓄積が多く見られ,回復後3時間ではその蓄積が葉身で多くなることがわかった.尚,熱ストレス耐性向上のための5分の熱処理及び回復は,トマトでも有効である可能性も示された.さらに,熱センサーと考えられているタンパク質を欠損したシロイヌナズナ突然変異体の長距離シグナルのより詳細な解析も開始し,現在継続中である.植物体の一部分に60秒の熱ストレスを処理した場合に,直接ストレスを受けていない部位で60秒以内に発現が上昇する遺伝子を明らかにし,前年度の遅れた分を取り戻した.また,効率よくシロイヌナズナの熱ストレス耐性を向上させるための熱処理条件も特定できた.さらに,今後の研究につながる突然変異体及びトマトの解析も開始した.熱ストレス応答の初期段階における遺伝子及びタンパク質発現量のピーク、並びに回復時の記憶維持のパターンが概ねわかった。平成30年度は植物体の一部に熱ストレスを与えることにより、植物体全体の熱ストレス耐性を向上させるための最も効率の良い条件を、この遺伝子・タンパク質発現の記憶のパターンを基に見つけることを目的とする。また、秒単位の熱ストレスにより発現量が上昇する遺伝子の探索も継続する。秒単位の熱ストレスに応答する遺伝子の候補として、熱ストレスのみならず、他のストレスに対し比較的早い段階で発現が上昇する遺伝子にも注目する。さらに、長距離シグナル伝達に異常が見られた突然変異体についても、秒または分単位の熱ストレス応答及び記憶に関する詳細な解析を進める。熱センサーと考えられているタンパク質を欠損したシロイヌナズナ突然変異体を用いた,長距離シグナルの分子生物及び植物生理学的解析を継続する.また,これらの変異体においても植物体の一部分に熱ストレスを与えた場合の獲得熱耐性を調査する.これらの変異体を用いた解析から,熱ストレス情報の記憶・伝達を制御するメカニズムを明らかできると考えられる.さらに,トマト以外の作物を用いた実験も開始し,本研究の最終目標である「効率的な作物の熱ストレス耐性向上」につなげたい.
植物細胞壁多糖ラムノガラクツロナンIIの金属結合サイトの解明

1.ラムノガラクツロナンII(RG-II)は、植物細胞壁多糖ペクチンの一部を構成する多糖である。細胞壁中では、2分子のRG-II単量体(mRG-II)が1分子のホウ酸により架橋されdRG-II-B複合体を形成し、細胞壁構造を安定化している。このことが必須微量元素ホウ素の主な機能である。単離されたdRG-II-B複合体には、特定の金属イオンが結合しており、複合体の安定生成に寄与している。しかし、金属イオンの結合サイトについては明らかにされていない。そこで本研究では、RG-II分子内の金属結合サイトの解明を行った。0.1Mトリフルオロ酢酸処理により調製した部分加水分解mRG-IIに過剰のLaCl_3を混合して分析溶液とし、サイズ排除HPLC/ICP-MS測定を行った。その結果、加水分解条件が強くなるにつれて、mRG-II主成分ピークの量が減少するとともに、低分子量領域には、いくつかの部分加水分解断片が現れた。Laイオンは、部分加水分解により生成したmRG-II主成分ピーク分子に結合したが、分子量2,000以下の加水分解断片には、結合しなかった。この結果から、mRG-IIのランタノイド結合サイトは、直鎖と複数の側鎖から形成されていることが明らかになった。シュガービートdRG-II-B 2.2mgを40mM酢酸アンモニウム緩衝液(pH5.0)500μLに溶解し、半量をcontrolとし、残り半量に0.1M EuCl_3 5μLを加えEu処理試料とし、^<11>B NMR測定を行った。その結果、dRG-II-B中のホウ酸エステル(1:2)に由来するピークは、controlとEu処理のどちらのスペクトルにも、全く同じ-9.6ppmに観測された。この結果から、dRG-II-Bに結合している金属は、ホウ酸陰イオンには直接は配位しておらず、dRG-II-Bの金属結合サイトはホウ酸陰イオンからはある程度以上離れていることが明らかになった。【目的】ラムノガラクツロナンII(RG-II)は、植物細胞壁多糖ペクチンの一部を構成する多糖である。細胞壁中では、2分子のRG-II単量体(mRG-II)が1分子のホウ酸により架橋されdRG-II-B複合体を形成することにより、細胞壁構造が安定化されている。単離されたdRG-II-B複合体には特定の金属イオンが結合しており、複合体構造の安定化に寄与している。しかし、金属イオンの結合サイトは明らかにされていない。そこで本研究では、RG-II分子内の金属結合サイトの解明を目指す。【方法】シュガービート細胞壁等から得たmRG-IIを0.1Mトリフルオロ酢酸(TFA)で50°C2h,4h,8h,16hまたは100°C1h処理後、凍結乾燥して、部分加水分解物を調製した。部分加水分解mRG-Hに過剰のLaCl_3を混合し、サイズ排除HPLC/ICP-MS分析した。また、Laと結合するmRG-II部分加水分解物ピークを分取し、糖残基組成をGC分析した。【結果】mRG-II部分加水分解物の主成分であり、mRG-IIより分子量が少し小さい分子のみに、Laイオンは結合した。

結合量は加水分解が進むにつれて少なくなり、100°C1h処理では結合しなかった。また、TFA50°C4h処理で、側鎖BとCの一部が加水分解された。50°C16h処理で、側鎖BとCの約2/3が分解されたが、側鎖AとDはほとんど分解されなかった。100°C1h処理で、側鎖B,C,Dはほとんど分解されたが、側鎖Aは一部残っている可能性があった。以上の結果は、希土類イオンは、単独の直鎖や側鎖、およびそれらの断片には結合しないことを示している。また、希土類イオン結合サイトには、直鎖と側鎖A,Dに加えて、側鎖BまたはCの存在が必要であることを示唆している。1.目的ラムノガラクツロナンII(RG-II)は、植物細胞壁多糖ペクチンの一部を構成する多糖である。細胞壁中では、2分子のRG-II単量体(mRG-II)が1分子のホウ酸により架橋されdRG-II-B複合体を形成し、細胞壁構造を安定化している。このことが必須微量元素ホウ素の主な機能である。単離されたdRG-II-B複合体には、特定の金属イオンが結合しており、複合体の安定生成に寄与している。しかし、金属イオンの結合サイトについては明らかにされていない。昨年度は、mRG-IIのランタノイド結合サイトは、直鎖と複数の側鎖から形成されていることを示した。今年度は、dRG-II-B中のホウ酸陰イオンの金属結合サイトへの関与を調べた。2.方法3.結果dRG-II-B中のホウ酸エステル(1:2)に由来するピークは、controlとEu処理のどちらのスペクトルにも、全く同じ-9.6ppmに観測された。また、サイズ排除HPLC/ICP-MS測定により、controlのdRG-II-Bに結合している金属は主にCaであること、およびEu処理によりそのCaがほとんどEuに交換されたことが確認された。この結果から、dRG-II-Bに結合している金属は、ホウ酸陰イオンには直接は配位しておらず、dRG-II-Bの金属結合サイトはホウ酸陰イオンからはある程度以上離れていることが示された。
歯科治療時の心筋梗塞発症の予防に関する基礎的研究

社会の長寿化に伴い、歯科治療に訪れる人の全身的な合併症を有する割合も著しく増加している。なかでも重篤で歯科治療に際して細心の注意を払わなければならない疾患は心筋梗塞である。心筋梗塞をもつ患者の歯科治療に際して安全で有効な薬剤を治療前から治療中に投与して、100%発症を防ぐことが必要と考え、本研究を計画した。心筋梗塞の発症予防に有効な薬剤として、ATPに注目した。ATPは強力な血管拡張作をもち、心臓の冠血管拡張作用もある。そこで、この冠血管拡張作用をもつATPの臨床における有用性を最終的に確認するために今回は動物を用いての基礎的研究を行った。家兎に全身麻酔下気管内挿管を行い、麻酔の維持は酸素・空気・イソフルレンとした。開胸し、心臓の左心耳にカニュレーションし、カラード・マイクロソフェアの注入路とした。冠状動脈の左下降枝近傍にNO測定電極と組酸素素分圧(PO_2)電極を挿入固定した。2mmの深さの電極で心筋の外層のPO2を測定し、4mmの深さの電極で心筋の内層のPO2を同時に測定した。以上の実験準備を行い、家兎の状態が安定したところでカラード・マイクロソフェア法により、心筋組織血流量を測定し、つぎに心臓の冠状動脈のうち左下降枝を人偽的に結紮し、狭窄心の状態にし、同様に組織血流量を測定した。この状態でATPを1mg/kg耳静脈より注入し、同様に組織血流量を測定した。同様の手法で、他の家兎に別の薬剤ニトログリセリンに投与してその都度にカラード・マイクロソフェアを注入して冠状動脈の灌流する部分の組織血流量を測定し、ATPと比較した。この結果、冠状静脈の結紮時や薬剤投予時の組織から発生するNOやPO2の測定結果からATPがニトログリセリンよりもNOの発生を抑制し、心筋内層ならびに外層のPO2を低下させないことを比較証明した。以上の基礎研究の結果から新たに次回の臨床的検討に取り組む。ATPは強力な血管拡張作用をもち、心臓の冠血管拡張作用もある。冠状動脈の左下降枝近傍にNO測定電極と組織酸素分圧(PO_2)電極を挿入固定した。以上の実験準備を行い、家兎の状態が安定したところでカラード・マイクロスフェア法により、心筋組織血流量を測定し、つぎに心臓の冠状動脈のうち左下降枝を人為的に結紮し、狭窄心の状態にし、同様に組織血流量を測定した。

この状態でATPを1mg/kg耳静脈より注入し、同様に組織血流量を測定した。同様の手法で、他の家兎に別の薬剤ニトログリセリンに投与してその都度にカラード・マイクロソフェアを注入して冠状動脈の潅流する部分の組織血流量を測定し、ATPと比較した。その結果、冠状動脈の結紮時や薬剤投与時の組織から発生するNOやPO2の測定結果からATPがニトログリセリンよりもNOの発生を抑制し、心筋内層ならびに外層のPO2を低下させないことを比較証明した。以上の基礎研究の結果から新たに次回の臨床的検討に取り組む。
絶縁膜と半導体における界面ダイポールの定量的把握とモデル化に関する研究

高誘電体薄膜と半導体の界面に存在する界面ダイポールの起源を明らかにするため、希土類酸化物とSi基板界面を用いてフラットバンド電圧の変化に関する実験的な調査を行った。その結果、希土類酸化物の膜厚に依存したフラットバンド電圧変化のモデル化を行い、界面ダイポール量は酸化物中のSi原子に依存しないこと、プロセスや複数の希土類酸化物によって酸素を界面導入することでフラットバンド電圧を変化することができること示した。以上より、高誘電体薄膜と半導体の界面に存在する界面ダイポールはシリケート化反応に伴う酸素欠損による効果が大部分であることが明らかになった。絶縁膜と基板の界面に存在する界面ダイポールの定量化とモデリングを行うために、希土類酸化物とシリコン基板の界面を対象として研究を進めている。平成二一年度はランタン酸化膜、セリウム酸化膜、プラセオジミウム酸化膜、ツリウム酸化膜の四種類の絶縁膜を選択し、シリコン基板との界面について検討を行った。実験にはそれぞれ膜厚の異なるキャパシタを作製し、膜厚に依存するフラットバンド電圧の変化を調査した。その結果、セリウム酸化膜のみ正の膜中固定電荷を有する特性を示し、価数揺動に起因する界面層の成長の点で他の材料と大きく異なることがわかった。そこで、界面ダイポールを定量的に把握するためには、界面反応の違いも考慮にいれてモデルを構築する必要があると判断し、今後熱処理プロセスを変化させて膜厚によるフラットバンド電圧のシフトを把握し、界面層成長の違いによるシフト量と界面ダイポール量の切り分け作業を行っていく予定である。また、シリコン基板の(100)、(110)、(111)面の3種類の面方位に対して生じる界面ダイポール量の違いを把握するために複数の膜厚を有するランタン酸化膜のキャパシタを作製した。その結果、全く同様のプロセスを施した場合には界面層成長に大きな違いは見られなかった。しかし、膜厚によるフラットバンド電圧のシフトが大きく異なることがわかり、面方位に依存した界面ダイポールの存在を示唆する結果を得た。このことは界面結合に寄与する原子密度が界面ダイポール量に影響を与えることを意味している。今後、界面準位によるフラットバンドシフトの影響を切り分ける作業を次年度に行う予定である。平成22年度の繰り越し分の予算で、複数の希土類酸化物を積層した場合のフラットバンド電圧の変化について検討を行った。希土類酸化物とシリコン基板の間にダイポールが存在し、希土類元素の種類によってフラットバンド電圧がシフトするが、異なる希土類酸化物を積層した場合に更にフラットバンド電圧がシフトすることが実験的に明らかになった。このことは、シリコン基板に直接接する希土類酸化物の材料以外にフラットバンド電圧をシフトする要因が存在することを示唆している。シフト量の測定精度を高めるために今回の繰り越しを申請し、解析を行った結果、以下の2点の成果を得ることができた。一つ目は、上部に形成する希土類酸化物の希土類元素の種類によってフラットバンドが異なるということである。具体的には、La_2O_3膜に対してTm_2O_3膜、あるいはNd_2O_3膜を上部に形成するとフラットバンド電圧は負方向にシフトする。一方、価数が変化する材料、例えばPrOx膜およびCeO_x膜はフラットバンド電圧を正方向にシフトする。酸素のイオン伝導率と強い相関が見られ、界面に供給される酸素原子の大小でフラットバンド電圧のシフト量と向きが決まると考えられる。二つ目は、異種の希土類酸化物を上部に形成しても界面の特性、即ち界面準位やキャリア移動度は変化しないということである。このことは、フラットバンド電圧のシフトは、固定電荷量の変化を原因とするものではなく、ダイポール量に変化によるものであると結論づけることができた。最終年度は、(1)界面ダイポール量の根源を明らかにするために絶縁膜とSi基板の界面に酸素を供給する研究、(2)Siの原子濃度を変化させた希土類シリケートとSi基板の界面ダイポール量の変化を捉える研究、および(3)複数の価数を有する絶縁膜としてCe酸化物を選択し、価数変化が界面反応に及ぼす影響について検討を行った。(1)について、LaシリケートとSi基板の界面へ、希釈酸素雰囲気の低温熱処理で酸素を導入するプロセスを考案し、フラットバンド電圧の挙動を確認した結果、容量値に変化のない最適な条件で熱処理を行うとフラットバンド電圧を10の12乗台の固定電荷量に相当する0.5V分だけ正方向にシフトすることを確認し、界面ダイポールが形成される根源としてシリケート成長時に形成される固定電荷が大きな要因であることが明らかになった。また、(2)については、同一の酸化ランタン膜をSi基板に堆積し、上部に形成する金属電極の構造を変化することで等価的にシリケート反応に用いられる酸素量を制御し、希土類シリケート中のSi原子濃度を制御した。

具体的には、金属の種類はWと、その上にTiNをコートした構造、更にその上にpoly-Siをコートした積層構造の三種類を選択することで、等価酸化膜膜厚はそれぞれ0.8nm、1.3nm,1.8nmとなる。MOSダイオードのフラットバンド電圧を測定した結果、大きな差は見られずダイポール量はSi濃度に依存しないことがわかった。一方、(3)については3価と4価の価数が同時に存在する酸化セリウム膜は、熱処理によって4価の成分が酸素を放出しやすく界面の固定電荷を補償するメカニズムを捉え、フラットバンド電圧に影響を与えることをX線光電子分光から明らかにした。以上から界面ダイポールはシリケート成長時に形成される固定電荷が支配的であることがわかった。
超弦理論の非摂動的性質の理解-行列模型と非可換空間上の場の理論の解析

素粒子論の最終的な目標は自然界のあらゆる現象を素粒子の言葉を用いて統一的に記述することである。現在、統一理論として最も有望な理論は超弦理論である。この理論は場の量子論による重力の量子化の時に存在した発散の問題を解決しており、相互作用の統一理論として期待されている。さらにこの模型は従来の時空概念を拡張した新しい時空構造を提案する可能性があり、非常に豊富な構造を持っていると期待されている。超弦理論では摂動効果のみではなく非摂動効果が本質的な役割を果たすことが知られており、非摂動効果をきちんと求めることが現在の超弦理論の大きな課題の一つである。それを完全に理解することができれば、この理論による現実の世界に対する予言が得られるだろうと期待されている。この研究課題では行列模型を用いて超弦理論を非摂動的に定義する可能性を追求した。行列模型を用いて超弦理論を解析する方法は長く行われており、その方法は非常に有用であることが理解されている。しかしながら完全な理解にはまだ程遠い状況である。この研究では行列模型の新しい解釈を導入し、そこでは重力理論がより明白に記述されている。この解釈で超弦理論がどのようにこの模型の中で記述されるかについて調べた。具体的には超対称性の記述のされ方、低エネルギーで効く場の力学について詳細に解析した。このように重力を明白に記述している行列模型は過去にはなく、この方法が新しい結果を出すことが期待される。我々の自然界の全ての相互作用は超弦理論によって統一的に記述されると考えられている。超弦理論の定式化は今のところ摂動論的であり、その非摂動効果をいかにして理解するかが重要な問題として残されている。行列模型は超弦理論の非摂動効果を理解するために提案されたものであり、この研究では行列模型を通して超弦理論の非摂動効果を理解することを目的としている。超弦理論は重力と量子論の統一的な記述を与え得る理論である。重力は時空自身を力学的に扱うため、弦理論から自然に量子論的な空間が現れるのではないかと期待されている。非可換幾何はそのような空間を扱う一つの候補として考えられていて、行列模型の構造からも自然に現れる。そのため非可換幾何を用いて行列模型を再定式化する試みがなされている。しかしながら非可換幾何自身がまだ構成段階にあり、同時に行列模型の性質から非可換幾何についての解析を進めることがなされている。非可換幾何は行列模型の枠内ではDブレーンの記述と密接に関係しているので、Dブレーンの性質を研究することで弦理論における非可換幾何の役割を理解できると考えられる。非可換幾何の構成において特に平面でない高次元空間の扱いは難しい問題として残されている。この研究ではそのような非可換空間をDブレーンの性質と関係付けて理解することを行った。高次元球面に相当する非可換幾何は低次元のものとは全く違う性質を持っている。対応するDブレーンを考えると、その世界上に低い次元のDブレーンをソリトンとして含んでいることが分かる。低い次元のものは磁場として解釈することができ、これは磁場中の電子の座標が非可換な座標で記述されることと同じ現象であることがわかった。また近年では超空間の非可換幾何も弦理論の枠内で現れることがわかってきている。超空間の非可換性もDブレーンとの対応で理解できるのかは難しい問題である。そこで簡単な場合として2次元超球面の場合を考察し、磁場と非可換幾何の間の関係を調べた。これは2次元超空間の量子ホール系の解析に相当し、どのような磁場を用意することで超空間の非可換性が実現できるかを数学的な方法を用いて示した。また最低準位での電子の波動関数の性質についても考察し、超対称性から期待される縮退が見られた。この理論は場の量子論による重力の量子化の時に存在した発散の問題を解決しており、相互作用の統一理論のみならず時空概念の拡張をも含んだ非常に豊富な構造を持っていると期待されている。超弦理論の今後の課題は摂動論によらない非摂動的な構成を与えることである。摂動論のみでは理論の本当の真空構造を決定することはできないため、理論からの現実の世界に対する予言ができないことになる。非摂動的な定式化の一つの方法は行列模型を用いるものである。この方法は様々な研究結果から有効な方法であると考えられており、具体的な模型がいくつか提案されている。この研究では超弦理論の非摂動的定式化を与える行列模型がいかなるもので、その理論がどのように自然界を記述しているのかを理解することを目標にした。その結果主に2つのことが成果として得られた。一つは行列模型に重力がどのように埋め込まれているのかを明白にしたことである。もう一つは、超弦理論では超対称性をもった重力が実現されているが、超重力の埋め込みについても明らかにしたことである。これらの結果は従来の模型の解釈とは違う解釈をすることで得られたものである。そのためこれまでの結果との関係を理解するためにさらなる研究が必要だが、この研究を手がかりとして行列模型の理解がさらに進むはずである。