hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
完新世における琵琶湖水位変動の復元

このことは過去6000年間にわたって両地域がほぼ継続して水辺環境にあったこと,琵琶湖の湖水位は短期的な上下変動を含みつつも長期的には上昇傾向にあったこと,約2000年前およびそれ以前に湖西(木津)を湖東(曽根沼)に比べて大きく沈降させる地殻変動が生じたことを示唆している.また連続的に腐植質堆積物が堆積していることから,相対的水位上昇に対して腐植の形成は常にほぼ追いついていたと考えられる.湖西を湖東に比べて大きく沈降させる地殻変動は,琵琶湖西岸活断層帯の活動に伴うものと考えられ,琵琶湖沿岸各地の遺跡で見出されている弥生時代中期の液状化跡と共に,この時代に琵琶湖西岸活断層帯が活動した可能性があることを示唆する.西野地区では閉塞凹地を埋めるように厚さ6m程度の腐植ないし粘土が堆積しており,少なくとも過去4000年にわたって湖沼的環境が続いたことを示すものと考えられる.尾上地区では水深4mの湖底段丘面と同高度以下に砂礫層,その上位に釣2000年前の年代を示す植物片を含む粘性土主体の堆積物が確認され,湖底段丘面は約2000年前以前の河成作用によって作られたこと,その後現在の尾上内湖が形成されたこと,が明らかになった.本年度は,昨年度までに琵琶湖周辺の内湖(付属湖)沿岸で掘削した5地点のボーリングコアの観察結果と年代測定結果および既往ボーリング資料を総合して,堆積物の層相,堆積過程および環境変化過程を比較した.その結果,以下の点が明らかになった.1琵琶湖周辺の内湖は,地形環境おから背後に丘陵があり河川からの堆積物供給量が少ない閉塞型内湖と,三角州低地に位置し河川からの堆積物供給が盛んな開放型内湖に区分できる.2閉塞型内湖の堆積物は連続的な有機質堆積物からなり,完新世中期以降(約7300年前の鬼界アカホヤテフラ降下以降)安定した池沼環境が持続したと考えられる.一方,開放型内湖では厚く連続する有機質堆積物はまれであり,砂や砂礫と泥の互層が卓越する.この砂・砂礫は主として河川から供給されたものと考えられ,このタイプの内湖では池沼環境は比較的短期間(数百年程度)しか持続しなかったと考えられる.3閉塞型内湖においては,歴史時代以前においては高純度の泥炭が卓越していたが,歴史時代に入ってから無機物が多量に含まれるようになった.これは周辺低地の開発など人為の影響による可能性がある.4琵琶湖西岸の高島市南沼と東岸の彦根市曽根沼の堆積物はともに見分解のイネ科植物遺骸を多量に含む泥炭を主体とするが,紀元前2000年前以前は曽根沼に比べて南沼の方が同一年代の層準が3mほど低い地点にある.これは,琵琶湖西岸断層帯の活動に伴う断層帯直東を中心とする沈降運動を反映したものと考えられる.
自己組織化と表面増強ラマン散乱を用いた高感度分析システムの開発

本年度は本研究計画の最終年度であったため研究結果をまとめ、論文として発表するために、実際にラマン散乱が増強される部位を特定し、その増強メカニズムについて考察を行った。まず暗視野顕微鏡で作製した微細構造表面のどこの部位においてプラズモンが強く発生しているかを確認した。その結果、これまでラマン散乱が増強されていると推定していたピラー構造先端の銀微細間隙において、プラズモン吸収に由来する特徴的な着色が起こり、実際にこの部分で電場が強く増強されていることが明らかとなった。また、ピラー構造先端の銀の厚みを変えてラマン散乱を測定し、その銀厚みとラマン散乱の増強度合いを比較したところ、ピラー構造先端の銀の厚みがプラズモンが強く発生する膜厚のときにラマン散乱も強く増強されており、この部分がラマン散乱の増強サイトであることが示唆された。よって、この結果をまとめて論文として執筆し、今後提出する予定である。また、昨年度の研究中に発見した自己組織化ハニカム状多孔質膜を半導体加工時のマスクとして利用した、簡便、安価に機能性表面を有する半導体表面の加工法を、学術雑誌であるMacromolecular Symposiaで発表した。また、上記加工法を用いて作製することができる、蓮の葉のような超撥水と、蛾の目のような無反射特性を有するシリコン微細突起構造についても論文にまとめ、学術雑誌Journal of Materials Chemistryで発表した。自己組織化と銀蒸着を利用することで簡便に作製される銀・高分子ハイブリッドピラー構造化膜を表面増強ラマン散乱基板として用いることで高感度分析システムの開発するため、銀の蒸着量を変化させて銀膜厚とそのラマン散乱の増強度の比較・最適化を行った。ラマン散乱はプラズモン共鳴による電場増強により増強されているといわれている。プラズモン共鳴による電場増強は銀の膜厚により変化することから、高感度分析を可能とするには銀の膜厚の最適化が非常に重要な因子であるといえる。Polystyreneと両親倍性高分子をクロロホルムに溶解させ、高湿度下でガラス基板上に塗布・製膜することでハニカム状多孔質膜を作製し、スコッチテープを用いて上面を剥離しピラー構造化膜を作製した。その後、ピラー構造化膜に銀を10Å/sで100-500秒間蒸着することで、銀の厚みの違う銀・高分子ハイブリッドピラー構造化膜を作製した。作製した基板を用いてそれぞれR6Gのラマン散乱を測定した結果、銀蒸着時間が長くなるほどラマン散乱も増強することが確認された。また、電界放出型走査型電子顕微鏡(FE-SEM)とエネルギー分散型X線分光法(EDX)を用いてラマン散乱の増強サイトであると思われるピラー先端の各頂点付近の銀膜厚を測定した結果、銀の蒸着量に比例して、増強サイト付近の銀の膜厚も厚くなっていることが確認された。この時、500秒銀を蒸着したときの増強サイト付近の銀の膜厚は約50nm程度であった。約50nmという銀の膜厚はプラズモン共鳴を著しく増強させることができる厚みであり、ラマン散乱を増強させる上で最適な銀の膜厚であると考えられる。本年度は昨年度の研究中に発見した事象を利用し、自己組織化ハニカム状多孔質膜を半導体加工時のマスクとして利用した、簡便、安価に機能性表面を有する半導体表面の作製について研究を行った。Polystyreneと界面活性剤であるCapからハニカム状多孔質膜を作製し、その上面のみをシリコン基板上に貼り付けることで、シリコン基板上に周期的に空孔が並んだネットワーク構造を作製した。このネットワーク構造をマスクとして用いて、シリコンの異方性ドライエッチングを行った。ドライエッチングの結果、ドライエッチングが短い間はマスクとして使用した高分子微細構造の二次元構造を反映したホールアレイ構造が形成することが確認された。さらに、このマスクを用いたシリコンのドライエッチングを長時間行ったところ、徐々にマスクとして用いた高分子微細構造の三次元構造を反映したピラー状構造アレイが形成された。このピラー状構造はさらに小さな突起を数多く有した階層構造を形成しており、このシリコンの微細突起構造の大きな表面積とエッチングの再形成されたフルオロカーボン層により超撥水性を示し、同時に蛾の目の様な無反射特性も示すことが確認された。既にハニカム状多孔質膜がA4サイズで作製することができ、本手法を用いることで機能性表面を簡便に大面積作製できることから、この自己組織化を利用して作製された高分子微細構造をマスクとして利用した半導体エッチングは、非常に有用な手法であると言える。

また、昨年度の研究中に発見した自己組織化ハニカム状多孔質膜を半導体加工時のマスクとして利用した、簡便、安価に機能性表面を有する半導体表面の加工法を、学術雑誌であるMacromolecular Symposiaで発表した。また、上記加工法を用いて作製することができる、蓮の葉のような超撥水と、蛾の目のような無反射特性を有するシリコン微細突起構造についても論文にまとめ、学術雑誌Journal of Materials Chemistryで発表した。
コラーゲン結合ドメインによるガス壊疸の発症予防

ガス壊疸菌群によるガス壊疸感染巣の成立と周辺組織への浸潤には、起因菌の産生するコラゲナーゼが重要な役割を演じると考えられる。本酵素の構造活性相関を明らかにし、その知見を予防に応用することが本研究の課題である。平成9年度は、本酵素群のうちの一つ(C.histolyticum ColH,クラスI酵素)が、N末側の水解活性ドメインとC末側のコラーゲン結合ドメイン(CBD)により構成されていることを明らかにした(Matsushita et al.,J.Biol.Chem.273:3643-3648,1998)。ついで2種類の酵素(C.histolyticum ColGおよびColH)から種々の長さのC末端領域を生産し、そのコラーゲン結合能を測定したところ、クラスI酵素(CoIG)ではデュプリケートして、クラスII酵素(ColH)では単独で存在するC末端領域(約120アミノ酸残基)がCBDの最小構成単位であることが明らかとなった。平成10年度は、まず、これらの酵素の遺伝子がC.histolyticumの染色体上に独立した転写単位として存在していること、本菌はこれら以外にはコラゲナーゼ遺伝子を有していないことを明らかにした(Matsushita et al.,J.Bacteriol.181:923-933,1999)。これらの基礎的知見に基づき、クラスI酵素(ColG)のC末側のCBDを精製し、家兎を免役して抗体画分を精製した。現在、得られた抗体をもちいてマウスを受動免役し、これがC.histolyticumのマウス致死活性に影響を与えるか否かを検討しているところである。さらに、この領域でよく保存されているアミノ酸残基を順次アラニンに部位特異的に置換し、変異CBDを有する融合タンパク質を生産した。現在、これらの変異ペプチドの基質結合能を測定し、基質と直接相互作用している部位の特定を試みている。平成9年度は、本酵素群のうちの一つ(C.histolyticum ColH,クラスI酵素)が、N末側の水解活性ドメインとC末側のコラーゲン結合ドメイン(CBD)により構成されていることを明らかにした。ついで2種類の酵素(C.histolyticum ColGおよびColH)から種々の長さのC末端領域を生産し、そのコラーゲン結合能を測定したところ、クラスI酵素(ColG)ではデュプリケ-トして、クラスI酵素(ColH)では単独で存在するC末端領域(約120アミノ酸残基)がCBDの最小構成単位であることが明らかとなった。この領域のペプチドを精製して家兎を免役し抗体画分を精製した。現在、この領域でよく保存されているアミノ酸残基を順次アラニンに部位特異的に置換し、変異酵素を生産しようとしているところである。平成10年度は、これらの変異ペプチドの基質結合能を測定し、基質と直接相互作用している部位を特定することから研究を開始したい。また得られた抗体をもちいてマウスを受動免役し、これがガス壊疸菌群のマウス致死活性に影響を与えるか否かを検討して、本研究の最終課題の解決に近づければと考えている。
1853年以前のオランダで出版された日本関係図書の文献学的研究

平成17年には、オランダで出版された日本関係図書について、国際日本文化研究センター、京都外国語大学、アムステルダム大学で書誌調査を行った上でチェックリストを作成し、資料収集を行なった。このリストに日本についてのみ著された専門図書だけでなく、日本について何らかの記述があり、かつよく読まれていた流行著作や百科事典なども含んだ。そのリストの中から1719世紀オランダにおいて日本観の形成に特に重要な役割を果たした日本関係図書(カロン、モンターヌス、ケンペル、ツュンベリー、シーボルト)を選定し、それらの図書の成立や性質を分析し、その成果を「オランダ商館型日本観と鎖国」の題で国際日本文化研究センター国際研究集会「旅と日本「発見」-移動と交通の文化形成力」で発表した。次に、日本について多くの著述を含んでいる17世紀の流行作家デ・フリースの『東西インド奇事詳解』を取り上げ、その書誌、性質、普及、時代背景、著者の伝記、出版事情を研究分析した上で、日本関係記述を抄訳し、各記述についてその典拠を同定し、17世紀オランダに普及した日本情報の典拠、内容および普及の仕方を解明した。従来の研究では、17世紀後半には日本に関する情報は枯渇状態にあったとされてきたが、本研究によって、当該期のオランダにおいて日本について多彩な情報が紹介され、日本に対する関心が強く存在し続けたことが明らかとなった。研究成果は『17世紀オランダに普及した日本情報』の研究報告書(188頁)で発表した。
薬物乱用防止教育のカリキュラム研究と教師教育研究-保健科と総合学習の内容論-

現在、青少年における「喫煙・飲酒・薬物乱用」の状況は大きな社会問題になっている。この問題を少しでも解決し、青少年の健康を守り健やかな成長を支援するために、小学校・中学校・高等学校の教育現場では、これらの防止に向けての教育が活発に行われるようになってきた。だが、そこで行われる教育内容(方法)は、「喫煙・飲酒・薬物乱用」が「どのような害をからだに及ぼすか」について説明するものが主流となっている。つまり、「たばこの害」を教えれば「たばこを吸わなくなる」という発想のもとの教育である。しかしながら、行動科学の知見によると、「喫煙・飲酒・薬物乱用」の行動は、心理的な影響(例えば、ストレスを抱え込みすぎてそれをうまく発散できない状況)や、社会的な影響(例えば、自分は喫煙したくなくても仲間に誘われそれをうまく断れない状況)により、それらの行動を起こす可能性が高いことが明らかにされており、これからの「喫煙・飲酒・薬物乱用防止教育」は、これまでの「害」のみを教える教育内容(方法)から、心理・社会的影響力に対処し、より良い意志決定・行動選択ができる能力を育成するものに変換される時期を迎えている。そこで今回の研究では、これまでに無い新しい教育内容・方法での「喫煙・飲酒・薬物乱用防止教育」のカリキュラムを開発し、同時に、開発したカリキュラムによる授業を実際に行い、カリキュラムの評価・検討も行った。また、教師教育のためのカリキュラム作成の基礎資料を得るため、日本の小・中学校において、実際に喫煙・飲酒・薬物乱用防止教育を行っている教師を対象として、その授業の実施率や、授業を実施するうえでの課題・困難さについて、全国規模のアンケート調査を行い、その実態を明らかにした。国内外の教育研究において「薬物乱用防止教育」またこれに関する「教師教育」を取り扱った基礎文献、先行文献を検索、収集し、設備備品費で請求したパソコンを用いてデータベース化を図るとともに、それを基に「薬物乱用防止教育」とこれに関する「教師教育」についての文献目録を作成した。また、アメリカ合衆国の調査機関であるCDCにおけるYRBSS、同時に、薬物乱用防止教育プログラムのDARE、また、アメリカ合衆国やオーストラリアで実施が盛んなKYBプログラムについて、最新の調査研究の動向を検討し、わが国の薬物乱用防止教育のカリキュラム研究と教師教育研究の構築のために参考となる情報を収集した。収集したデータをもとに、小学校における薬物乱用防止教育の授業案を作成し、それをもとに実際の授業をおこなった。現時点においてはケーススタディの段階ではあるが、この薬物乱用防止に関する授業については報告書としてまとめた.現在、青少年における「喫煙・飲酒・薬物乱用」の状況は大きな社会問題になっている。
1次元粒子系の詳細釣合を満たさない定常分布の解明

次のような研究を行った。(1)無限に拡がる格子上の無限個の粒子から成る系の定常分布を、これと“dual"な関係にある有限個の粒子から成る系を扱うことによって調べることができる場合がある。我々はGrayによってgraphical representationと呼ばれる方法で導入された、拡張されたdualityを別の方法によって再定式化した。これを応用して、拡張されたcontact processなどいくつかのモデルの臨界値を調べた。(2)クラスター間にランダムな競合があるようなdirected percolationを、計算機シミュレーションによって調べた。このような系は、臨界点においてself-affine性をもち、結晶成長系に対して提唱されていたMatsushita-Meakinのスケーリングが成立することが明かとなった。(磯上、松下両氏との共同研究。)(3)拡散を伴ったcontact processは、移住の効果も取り入れた伝染病伝播のモデルである。伝染病蔓延⇔撲滅の非平衡相転移の臨界値が、拡散率(移住の速さ)Dにどのように依存するかが問題となる。我々は、空間次元d【greater than or equal】3の場合に、臨界点の上限・下限を与えた。これにより、D→∞やd→∞で、平均場極限にどのように近づくかが明らかになった。crossover現象につ(4)非平衡臨界現象が見られるとき、その臨界値や臨界指数は、モデルの時間発展を与えるtransition matrixの固有値の、システムサイズL→∞での漸近形によって定められると考えられる。我々は、coalescing dualという関係にある2つのプロセスは、(各々のパラメーターの間にある関係が成り立つと)transition matrix自体は全く異なっていても、その固有値は任意のLにおいて総て等しくなることを証明した。このことは、coalescing dualの関係にあるプロセスは同じuniversality classに属することを示唆する。(乾、宇沢両氏との共同研究)。
高速マイクロ流れを用いた赤血球破壊リアルタイム可視化と溶血力学モデルの実験的構築

人工物の血液接触面で流体力により誘発される細胞破壊のメカニズム解明を目指している.人工心臓や心臓代用弁の流動研究より、「高速流動する浮遊細胞の衝突破壊」という全く新しい仮説を立ち上げ,本研究では,この仮説の実証に挑戦するなかで,赤血球破壊の単一細胞リアルタイムイメージングに成功した.赤血球の衝突・破壊動態の様式を,流速に応じて体系化することを達成し,人工臓器の血液適合性を飛躍させる新たなる知見を取得することができた.人工物の血液接触面で流体力により誘発される細胞破壊のメカニズム解明を目指している.人工心臓や心臓代用弁の流動研究より、「高速流動する浮遊細胞の衝突破壊」という全く新しい仮説を立ち上げ,本研究では,この仮説の実証に挑戦するなかで,赤血球破壊の単一細胞リアルタイムイメージングに成功した.赤血球の衝突・破壊動態の様式を,流速に応じて体系化することを達成し,人工臓器の血液適合性を飛躍させる新たなる知見を取得することができた.(目的)動脈系の疾患やその治療には血栓症が合併症として問題となる場合がある.本研究では,関連性が示唆される衝突,せん断,渦等の異常血流をマイクロチップ内で再現し,血球細胞の破壊実験を行い,個々の細胞がいつ,どこで,どのように崩壊していくのかをリアルタイム可視化計測により検証する.ここでは,赤血球の破壊力学を構築することを目的とし,本年度は,壁面衝突を重点課題とした.(方法)新鮮静脈血をリン酸緩衝水溶液でヘマトクリット1%程度に希釈した.マイクロチップ内で高速マイクロジェットを創出し,高速度カメラを用いて可視化計測した.(成果)衝突面を平面および凸形状(曲率10μm)として,ジェット出口平均流速1m/sで比較実験を行ったところ,両者で衝突形態が全く具なることが判明した.平面衝突では,流れ方向へ伸長した赤血球が衝突直前に急速に形状回復し,短軸方向への圧縮変形となり,大変形を伴うものの緩減速するため衝突破壊には至らない(弾性衝突).一方,凸形状の場合,伸長した赤血球が形状回復せず急減速し,その過程で長軸方向に圧縮され衝突する(剛体衝突).衝突時には赤血球が座屈し,一部の細胞膜が破壊し,内包溶液を放出しながら膜崩壊に至る超高速現象(数十μsオーダー)の可視化に成功した.数値流体解析を用いて,対流,変形,外力のエネルギーバランスを算出し検討した.結果,高速流動する赤血球が急停止すると,細胞前後の圧力較差が発生し圧縮変形を引き起こすが,赤血球の慣性によりせん断力も高まり,短軸方向への変形を束縛することで剛体衝突するというモデルを考案した.赤血球の破壊の可視化に初めて成功し先駆的な研究成果を達成した.結果を国際会議で発表したところ600人の候補者の中からYoung Investigator Award 1st Prizeを受賞することができた.現在,学術論文を執筆中である.流体力による血球細胞の損傷や活性化は,血栓等の動脈疾患の温床となるためメカニズムの解明が求められる.せん断応力が破壊の主因子とされてきたが,治療機器内を輸送される細胞には,せん断力だけでなく壁面間や細胞間で衝突力が発生する.本年度,ヒト新鮮赤血球を用いて,以下の成果を得た.1)流速に応じて変化する衝突動態:マイクロチップにシースフローを組み込み,高速流動する個々の細胞を単列に配置させることで形態の制御性を確保し,衝突動態を定量解析できる新しい試験系を確立した.今後,正常細胞と異種・疾患細胞とを比較できるようになり,細胞破壊の予測・予防の基盤が整ってきた.衝突速度0.2,1.0,3.0m/sで比較すると,衝突動態は全く異なり,低速では,伸長赤血球が壁極近傍で球状化し圧縮される(球状圧縮).中-高速では,軸方向に変形し,中速ではくびれ圧縮,高速では座屈を伴う紡錘圧縮となることが分かった.支配パラメータを抽出し衝突動態を予測できる可能性を示し,細胞破壊の予測・予防の指標化に向けた基礎データを蓄積できた.2)衝突形態と破壊傾向の関連性:衝突後の細胞を顕微鏡観察すると,球状圧縮では,約7割の細胞が正常を示したのに対しくびれ・紡錘圧縮では約9割を超える細胞が異常形状を示した.異常細胞には骨格の破綻や断裂が示唆され.高速衝突では衝突直後の細胞膜の断裂の可視化に成功した.破壊の臨界衝突速度の存在を示唆している.3)溶血細胞の統計解析法の確立:フローサイトメトリーにより,衝突細胞では前方・側方散乱が共に著しく低下することが分かってきた.影響因子を決定していく作業が必要だが,溶血細胞を半自動的に大規模統計解析できる可能性が示唆された.本研究より細胞破壊には負荷の形態や細胞の変形能を考慮する重要性が明確となった.また,本実験データが,粒子法や分子動力学法の数値計算技術の進展に貢献し始めた.
タンジブル・アンドロイドのための人工触感コミュニケーションシステムの開発

本研究では、アンドロイドに繊細な触感をもたせ人間との触感コミュニケーションを実現できるシステムの構築を試みた。研究全体を大きく二分し、1 :先端技術を用いた、触感の生成や分析を行う触感インタフェースシステムの開発・評価、2 :さわり心地のような微妙な表情表現のできるアンドロイドの開発、のそれぞれに取り組み、最後にさわり心地に応じた表情によるコミュニケーションを実現するアンドロイドとしてまとめた。我々はこれまで蓄積してきた独自技術と経験に基づいて、本研究でアンドロイドに繊細な触感をもたせ人間との触感コミュニケーションを実現できるシステムの構築に的を絞って取り組みたいと考えている。このようなロボットは国内外で従来まだ開発されていない。人間の認識を中心としてタンジブルの本質を理解しコミュニケーションに利用するためには、人間的な実体を持ったインタフェースであるアンドロイドにタンジブル性を実装できる技術を開発して実験評価するのが有効なアプローチ法の一つであり、更にはアンドロイドに一層高度な五感センシング技術を与えて人間とのコミュニケーションの質を高めることにも役立つと考える。このようなシステムは国内外で従来まだ開発されていない。タンジブルなアンドロイドインタフェースを実現するための研究ステップとしては、1:人工触感ディスプレイと触感センサという二つのデバイスの開発2:1のデバイスを統合した触感コミュニケーションのシステム構築と評価実験の二段階が存在する。平成20年度は第一段階として1の中から主として人工触感ディスプレイを構成するアクチュエータと人間の触感認知特性について検討を進めた。タンジブルなアンドロイドインタフェースを実現するための研究ステップとしては、1:人工触感ディスプレイと触感センサという二つのデバイスの開発2: 1のデバイスを統合した触感コミュニケーションのシステム構築と評価実験の二段階が存在する。平成21年度は昨年度に引き続き人間の触感認知特性について検討を進めつつ人工触感ディスプレイを構成する新型の超音波アクチュエータを開発し、その成果を発表した。昨年度は主として以下について研究を進めた。(1)触感を検出評価する触感センサの開発(担当:才脇、菅沼)才脇、菅沼は印刷型配線技術(プリンテッドエレクトロニクス)という新技術を導入して、高精度化された新型触感センサの開発に取り組んだ。また、才脇はこうした触感センサを用いて、主としてアパレル系素材によって与えられる刺激から抽出できる信号スペクトルのパターン分類法について評価・検討した。従来の皮膚センサはこのような微妙な触感を計測することを目的としていないため、対応できるような高感度化、高精度化と特徴抽出のための信号処理について検討を進めた。(2)触感を表現するインタラクションの分析(担当:才脇、石黒)これまで触感検出時における人間のリアクション(主として表情と刺激に応じた体の動作)について、多くの被験者を対象に分析を試み触感コミュニケーションを実現するための動作について検討してきた。その結果、触感のような微妙な刺激に対する応答は、これまでロボットの表情表現で取り組まれてきた喜怒哀楽のように動作が大きく判別しやすいものではなく、さりげなくささやかな変化に注目すべき事が明らかになった。タンジブルなアンドロイドインタフェースを実現するための研究ステップとしては、1:人工触感ディスプレイと触感センサという二つのデバイスの開発2:1のデバイスを統合した触感コミュニケーションのシステム構築と評価実験の二殻階が存在する。昨年度は研究全体としてのまとめを以下の観点より進めた。(1)触感を検出評価する触感センサの改良(担当:才脇、菅沼、前野)才脇、菅沼は前年度に引き続き印刷型配線技術(プリンテッドエレクトロニクス)という新技術を導入して、高精度化された新型触感センサの開発に取り組んだ。

特に、最終年度は従来取り組まれていないシリコンに直接導電性を持たせることで、より柔軟で繊細な質感情報に反応するセンサが実現できる可能性を示した。(2)触感を表現する自然なインタラクションの実現(担当:才脇、石黒、前野)昨年度までの被験者実験とその分析結果から、触感のような刺激を感じた時の人間の反応は、これまでロボットの表情表現で取り組まれてきた喜怒哀楽のように動作が大きく判別しやすいものではなく、さりげなくささやかな変化であることがわかっている。こうした繊細な動作を実現できるようアンドロイドの機構と制御方法を再設計し、微妙でも要所を押さえた表情の時系列変化で自然なコミュニケーションを再現・評価した。
自然・人工・芸術のあいだ　―環境芸術にもとづく自然環境美学の企て―

本研究は英米の環境芸術の実証研究に基づく新しい自然環境美学の構築の試みである。ここで構築される自然環境美学は、西洋哲学の伝統において「自然」対「人工」(ないし「芸術」)の二項対立の図式で捉えられてきた「自然」「人工」「芸術」の概念を定義し直し、同時にこれら3つの領域を自由に行き交う英米の環境芸術作品の美学的な分析を通して、現代の複雑な自然環境を明らかにする。研究の成果として『美学』に発表した論文「環境芸術は自然に対する美的侮辱といえるのかー環境芸術をめぐる倫理的問題についてー」では、環境美学の最新の議論の動向を示しながら環境芸術をめぐる環境美学の新たな方向を示すことになった。本研究は英米の環境芸術の実証研究に基づく新しい環境美学の構築の試みである。本研究で構築される自然環境美学は、西洋哲学の伝統において「自然」対「人工」(ないし「芸術」)の二項対立の図式で捉えられてきた3つの概念、「自然」、「人工」、「芸術」を定義しなおし、同時に「自然」、「人工」、「芸術」の3つの領域を自由に行き交う英米の環境芸術作品の美学的な分析を通して、これら概念の境界と相互浸透もしくは相互侵犯の自体を精査し明らかにしながら、環境倫理学や保全生態学の最新の知見も取り入れた現代の自然の現実と乖離することのない新たな自然概念を提示し、最終的には自然の美的/倫理的な考察方法として構築される。英国の環境芸術研究を中心に据えたまったくあらたな自然環境美学の構築をめざす本研究にとって、なによりも重要なのは自然環境を主題とする英国の環境芸術の美学的な分析である。そのため3年を通じて1実地野外調査を中心とした環境芸術の個別の実証研究と2環境美学と環境倫理学の理論研究という二本の柱に沿って実施される。初年度である平成27年度は、英国の環境芸術作品の実地野外調査を中心に計画を実施した。とりわけ、英国の5カ所を選んで彫刻を設置したにアントニー・ゴームリーの《ランド》プロジェクトを中心に、デイヴィッド・ナッシュの《トネリコのドーム》およびアンディ・ゴールズワージーの《ストライディング・アーチズ》、《クローガ・パイク・チェンバーズ》、《ペンポント・ケアン》の調査を行った。あわせて、環境美学と環境倫理学の理論研究は専門書の精確な読解を通じて、とくに風景と環境について考察を深めた。当初予定されていた通り、今年度は英国の最新の環境芸術作品の実地野外調査を行うことができた。この実地野外調査は毎年行われるが、とりわけ環境芸術に表現された現代の自然環境を考察するためには、作品を取り巻く環境を含めて現地で体験・思索することが必須であり、それなしには十全な理解はありえない。予定されていたデイヴィッド・ナッシュとアンディ・ゴールズワージーの環境芸術作品に加え、注目すべきは2015年5月から2016年5月までの一年間のみ公開されるアントニー・ゴームリーによる一時的な環境芸術作品のインスタレーション《ランド》プロジェクトを調査することができたことである。これにより、あらたな風景芸術としての環境芸術の存在様態について、土地ー風景ー環境という変化のなかで捉える視点を獲得することができた。この野外実地調査によって収集された資料をもとに行った、自然環境との関わりに重点を置いた環境芸術の個別の実証研究は一定の進展をみることとなった。併せて行っている最新の環境美学、環境倫理学、環境哲学および保全生態学の文献の精読も着実に進めており、現代の自然観の考察を深める作業もおおむね順調である。研究の2年目にあたる平成28年度は、初年度の研究成果をふまえて、さらに英国の環境芸術に関わる理解を深め、その現状を認識するためにふたたび実地野外調査を行った。とりわけ、変貌する現代の自然環境を主題にすることで自然の歴史性と風景の物語性を表現しながら、自然、人工、芸術のあいだに位置する環境芸術作品の十全な分析のためには、環境芸術を取り巻く環境、すなわちその地域の特殊な事情の中で、いかに自然と人間の共生という理念を実現し、経年変化の中で、どのようにその役割を果たしてきたかについて、なによりも現地で環境そのものを含めて体験・思索する必要がある。そのため初年度同様に、9月に英国国内の環境芸術の調査を行った。実施箇所は、デイヴィッド・ナッシュ《トネリコのドーム》およびアンディ・ゴールズワージー《ストライディング・アーチズ》《ペンポント・ケアン》《タッチストーン・ノース》、ヨークシャー・スカルプチャー・パークである。また、環境芸術の実証研究の過程で環境芸術に関する研究書をまとめるために必要不可欠であるアメリカ合衆国の環境芸術作品の実地野外調査を、6月の夏至(理想的な状態での調査のため)の前後の期間に行った。実施箇所はマイケル・ハイザーの《ダブル・ネガティヴ》、ロバート・スミッソンの《スパイラル・ジェッティ》、ナンシー・ホルト《サン・トンネルズ》、ウォルター・デ・マリア《ライトニング・フィールド》である。これらの充実した実地野外調査にくわえて、環境美学と環境倫理学の理論研究を専門書の精確な読解を通じて行うことで、風景と環境についての考察をより深めることができた。また、前年度の成果の一部を「「ここではないどこか」ではない「いま、ここ」へーアントニー・ゴームリーの《別の場所》と《ランド》プロジェクトをめぐってー」『GEIBUN011富山大学芸術文化学部紀要第11巻』82-92頁に発表した。当初予定された通り、今年度は英国の最新の環境芸術作品の実地野外調査を行うことができた。

この実地野外調査は毎年行われるが、とりわけ環境芸術に表現された現代の自然環境を考察するためには、作品を取り巻く環境を含めて現地で体験・思索することが必須であり、それなしには十全な理解はあり得ない。予定されていたデイヴィッド・ナッシュとアンディ・ゴールズワージーの作品の調査に関しては充分な成果をあげたと思われる。それに加えて、環境芸術作品の実証研究の過程で環境芸術に関しうる研究をまとめるために必要不可欠であるアメリカ合衆国の1960年代後半から70年代前半にかけて西部の砂漠制作された主要な記念碑的環境芸術作品、マイケル・ハイザーの《ダブル・ネガティヴ》、ロバート・スミッソンの《スパイラル・ジェッティ》、ナンシー・ホルト《サン・トンネルズ》、ウォルター・デ・マリア《ライトニング・フィールド》の実地野外調査を行うことができた。とりわけ環境芸術の実証研究の過程で環境芸術に関する研究書をまとめる必要性を痛感していたが、これにより、環境芸術をその成り立ちから丁寧にたどることが可能になり、環境芸術研究のために、あらたな風景芸術としての環境芸術の存在様態に関するきわめて重要な視点を獲得できた。したがってこの一連の野外実地調査によって収集された資料をもとに行った、自然環境との関わりに重点を置いた環境芸術の個別の実証研究は一定の進展をみることとなった。併せて行っている最新の環境美学、環境倫理学、環境哲学および保全生態学の文献の精読も着実に進めており、現代の自然観の考察を深める作業もおおむね順調である。本研究は英米の環境芸術の実証研究に基づく新しい自然環境美学の構築の試みである。本研究で構築される自然環境美学は、西洋哲学の伝統において「自然」対「人工」(ないし「芸術」)の二項対立の図式で捉えられてきた3つの概念、「自然」、「人工」、「芸術」を定義し直し、同時に「自然」、「人工」、「芸術」の3つの領域を自由に行き交う英米の環境芸術作品の美学的な分析を通して、これら概念の境界と相互浸透もしくは相互侵犯の事態を精査し明らかにしながら、現代の複雑な自然の現実と乖離することのない新たな自然概念を提示し、最終的には自然の美的/倫理的な考察方法として構築される。最終年度にあたる平成29年度には、研究の総まとめとして、とりわけ前年度までに実施した海外実地調査をふまえて、環境芸術の実証研究に基づく自然環境美学の考察を次の論文にまとめることに主眼を置いた。「革命の後、月曜の朝に誰がゴミを拾いに行くのか?ミアレ・レイダーマン・ユケレースの《ランディング》をめぐってー」『GEIBUN 012富山大学芸術文化学部紀要第十二巻』8697頁、および、「環境芸術は自然に対する美的侮辱といえるのかー環境芸術をめぐる倫理的問題についてー」『美学』美学会編第69巻第1号(252号)4960頁(掲載予定)。なお、「環境芸術は自然に対する美的侮辱といえるのかー環境芸術をめぐる倫理的問題についてー」は、10月に國學院大學で開催された第六十八回美学会全国大会で、本研究の成果として発表した「環境芸術は自然に対する美的侮辱か」に基づき加筆したものである。環境美学の最新の議論の動向を示しながら環境芸術をめぐる環境美学の新たな方向を示した本発表は相当の反響を呼び、環境美学の発展に一定の貢献をすることができた。今後この研究成果をもとに環境芸術の実証研究に基づく自然環境美学研究をさらに発展させ、著書としてまとめたい。
繊維強化プラスチック型審美性矯正用ワイヤーの基礎物性と生体安全性に関する開発研究

繊維強化プラスチック型審美性矯正用ワイヤー(以下、ワイヤー)の強化繊維であるCPSA系ガラス繊維(以下、ガラス繊維)とマトリックス材のPMMA(三菱レイヨン製VH種)との界面接着強度変化による機械的強度の影響を調べるため、従来の6%酢酸水溶液で0.3vol%に調節したシランカップリング剤A-174(日本ユニカ-製)に加えて、pH3.9とpH4.2の酢酸水溶液で0.8vol%に調節したシランカップリング剤KBM1003(信越化学工業製)及び表面未処理のものを作製して3点曲げ試験を行った。その結果、従来のカップリング剤であるA-174によるワイヤーが最も良好な曲げ弾性率を示した。水中への長期浸漬によるワイヤーの機械的強度への影響を調べるため、水温可変式水槽内で3点曲げ試験を行った。浸漬実験の結果、23、37、50°Cのいずれの水温でもポリマー体積分率が高いほど温度変化を受けやすいことが分かった。しかし、ワイヤー機械的強度の低下は最大で約9%の範囲内であり、矯正臨床上は問題とならない程度の低下であった。また、浸漬実験後のワイヤーの内部構造を光学顕微鏡とSEMで観察した結果、ワイヤーに最大引張応力がかかる部分ではガラス繊維-マトリックス間の界面剥離、一部のガラス繊維の破断が認められ、一方最大圧縮応力がかかる部分界面の剥離のみが観察された。ワイヤーをフッ素系コーティング剤Scotch Guard(住友3M製)でコーティングし、水中浸漬実験を行った結果、Scotch Guardによるコーティングの効果は認められなかった。ラットの背部皮下にCPSAガラス繊維、PMMAペレット、ワイヤーをそれぞれ3日、1週間、3週間、6週間埋め込み、病理組織学的観察を行った。その結果、全ての試料で線維性結合組織による被包化が認められ、生体への危険性は少ないと考えられた。
制御性T細胞による組織特異的自己免疫寛容誘導・維持機構の解明

我々は、制御性T細胞(Treg)による自己免疫寛容の確立・維持メカニズムを明らかにするために、ヒト自己免疫疾患IPEX症候群患者に見つかっているFoxp3変異を導入したマウスモデルを作製・解析してきた。その結果、Foxp3<A384T>変異により皮膚、肺などのバリア組織選択的に2型および3型の炎症が惹起されることを見出した。Foxp3<A384T>変異マウスが何故組織選択的な自己免疫疾患を発症するのかを明らかにするために、この変異によってTregのTCRレパトアに組織選択的欠損(“穴")が生じ、このためにこれらの組織においてのみ免疫寛容が破綻して炎症が惹起されるという仮説を立てた。この仮説を検証するために、TregおよびTconvのT細胞受容体(TCR)レパトア解析を行うこととし、レパトア解析のために既に遺伝子再構成を受けたTCRbeta遺伝子を持ち一方のTCRalphaアレルのみ発現できる1D2b x TCRCa+/- x Foxp3<A384T>変異マウスを交配により樹立した。まず、TCRβ鎖を固定した場合としない場合とでFoxp3<A384T>マウスの表現型に違いが見られるか検討したところ、どちらの場合でも皮膚と肺に炎症が見られ、肝臓では見られなかった。興味深いことに、TCRβ鎖を固定しない場合の皮膚炎は全体的に軽度で個体差が大きいのに対し、TCRβ鎖を固定することにより全ての個体で皮膚炎のみが特異的に重症化することを見いだした。一方、Foxp3<WT>背景ではTCRβ鎖を固定しない場合はもちろん、固定しても皮膚およびその他の臓器に炎症は発症しなかった。以上の知見は、TCRβ鎖を固定することによるTCRレパトアの偏り(多様性の減少)がFoxp3<A384T>変異と相互作用することにより、発症する自己免疫疾患の組織特異性が大きな影響を受けることが明らかになった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。その結果、機能欠失型変異であるI363V変異、R397W変異が皮膚、肺、肝臓など多臓器に1型および2型の炎症反応を惹起するのに対し、A384T変異は皮膚、肺などのバリア組織選択的に2型および3型の炎症反応を惹起することを見出した。そして、このA384T Foxp3変異体は転写因子BATFの発現を抑制することでエフェクター型Tregサブセットの分化と組織への集積を組織選択的に障害することを明らかにした(Immunity, 2017)。A384T変異型Tregの組織環境選択的、炎症環境選択的なエフェクター型Treg障害のメカニズムを明らかにするために、野生型およびA384T変異マウスの様々な組織からエフェクター型Tregおよびエフェクター型conventional T cells (Tconv)を単離し、digital RNA-seq解析を行った。主成分分析、階層的クラスタリング解析の結果、遺伝子発現は組織により最も大きく影響を受け、次にTreg vs. Tconvの違いに影響を受けることがわかった。変異による影響はそれらに比べればマイナーではあるが、野生型マウスと変異マウスとでは明確に異なる遺伝子発現を示すことがわかった。この変異のTregおよびTconvのT細胞受容体(TCR)レパトアに与える影響を解析するために、既に遺伝子再構成を受けたTCRbeta遺伝子を持ち片方のTCRalphaアレルのみ発現できる1D2b x TCRCa+/-マウスにA384T変異を導入した。予備的な表現型解析の結果、この背景においても皮膚と肺に炎症がみられた。本研究では、野生型およびA384T変異マウスにおいて様々な組織に局在するエフェクター型TregのTCRレパトアと遺伝子発現を解析することで、Tregによる組織選択的自己免疫寛容誘導・維持メカニズムを明らかにすることを目的としている。H29年度は、遺伝子発現解析については実験を終え、現在詳細なデータ解析を行っている。TCRレパトア解析については解析に必要なマウスモデルを作製し、このモデルが本研究目的に適した病態を示すことを、予備的な解析の段階ではあるが、確認している。以上の理由から、当初の計画通りに順調に研究が進んでいると考えている。

この仮説を検証するために、TregおよびTconvのT細胞受容体(TCR)レパトア解析を行うこととし、レパトア解析のために既に遺伝子再構成を受けたTCRbeta遺伝子を持ち一方のTCRalphaアレルのみ発現できる1D2b x TCRCa+/- x Foxp3<A384T>変異マウスを交配により樹立した。まず、TCRβ鎖を固定した場合としない場合とでFoxp3<A384T>マウスの表現型に違いが見られるか検討したところ、どちらの場合でも皮膚と肺に炎症が見られ、肝臓では見られなかった。興味深いことに、TCRβ鎖を固定しない場合の皮膚炎は全体的に軽度で個体差が大きいのに対し、TCRβ鎖を固定することにより全ての個体で皮膚炎のみが特異的に重症化することを見いだした。一方、Foxp3<WT>背景ではTCRβ鎖を固定しない場合はもちろん、固定しても皮膚およびその他の臓器に炎症は発症しなかった。以上の知見は、TCRβ鎖を固定することによるTCRレパトアの偏り(多様性の減少)がFoxp3<A384T>変異と相互作用することにより、発症する自己免疫疾患の組織特異性が大きな影響を受けることが明らかになった。およびTconvにおいて組織選択的and/or変異依存的に発現が変動する遺伝子を同定する。TCRレパトア解析については、1D2b x TCRCa+/-背景の野生型およびA384T変異マウスについて表現型解析を行って、完全にポリクローナルなレパトアを発現する場合と同様の病態を示すことを確認する。そして、様々な組織からエフェクター型Treg、エフェクター型Tconvを単離し、そのレパトア解析を行う。組織選択的and/or変異依存的にに発現が変動するTCRクロノタイプが存在するのか明らかにし、それらについてレトロジェニックマウス作製用にTCRalpha cDNAのクローニングを行う。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
粘土の粘着力ｃのメカニズムに関する研究

粘着力cは,土のせん断特性を表す強度パラメータのひとつで,直応力に無関係な成分を表している。粘着力cは,斜面安定解析に用いられるなど,地盤防災上,極めて重要であるにもかかわらず,そのメカニズムは不明であった。本研究の成果として,分子軌道法,分子動力学法から得られた粘着力は,土質試験から得られる実測値より12桁程度大きい。このことは,電気化学的作用のみでは粘着力の発現に説明がつかないことを示している。分子動力学法により粘土ユニット周囲の水の粘性、拡散係数を計算するとともに、系全体のせん断力を求めた。さらにせん断力についてはAFM(原子間力顕微鏡)により測定されたミクロ摩擦力(実測値)と比較した。MD計算には、膨潤性粘土鉱物であるスメクタイト(Na型、Ca型)を用い、同形置換は四面体シートではSiの1原子置換, 2原子置換, 3原子置換の3ケース、八面体シートにおいても同様に3ケース設定した。計算条件は、温度20°C,総ステップ数2000000steps,時間刻み幅は0.3fsとした。水分子相互作用のポテンシャルにはKKYポテンシャルを用いた。水の粘性係数は水分子1層のときη=2.1×10^2Pa・s、2層のときη=2.0×10^2Pa・s、3層のときη=1.8×10^2Pa・s、ランダムのときη=0.8×10^2Pa・sであり、積層数が増えるほど粘性係数は小さくなる。水の拡散係数は水分子1層のときD =0.4×10^-9m2/s、2層のときD =4.1×10^-9m2/s、3層のときD =5.9×10^-9m2/s、ランダムでD =6.2×10^-9m2/sとなり、積層数が増えると拡散係数は大きくなる。せん断力は水分子1層のときτ=125kPa、2層のときτ=122kPa、3層のときτ=105kPa、ランダムでτ=81kPaであり、積層数が増えるほどせん断力は小さくなる。MD計算結果とAFM測定値との比較では、MD計算値はAFM測定値の5060%程度であった。工業用ベントナイトを鈴木ら(2007)の方法により精製し,得られた高純度スメクタイトに対し,一面せん断試験を実施した。せん断試験は圧密定圧条件とし,圧密打ち切り時間は3t法によった。せん断速度は0.5mm/mim,垂直応力は50kPaから300kPaの範囲で適宜設定し,定常状態に至るまでの大変位を与えることで真のせん断強度を測定した。得られたNa型スメクタイトの粘着力はc'r=1.7kPa(tanφr=2.3°),Ca型スメクタイトの粘着力は,c'r=20.7kPa(tanφ'r=2.5°)であった。昨年度の原子間力顕微鏡による摩擦力測定,分子動力学法による計算結果では,粘着力は100kPa程度であることから,ミクロ強度とマクロ強度は一致せず,ミクロ強度が大きいことになる。マクロ強度とミクロ強度が一致しない原因として,せん断面の接触面積の違いが考えられ,本年度の研究として新規に検討した。具体的には原子間力顕微鏡による表面形状測定,粗さ解析である。その結果,高純度スメクタイトの表面粗さは,表面積増加率で13%であり表面が滑らかであることが確認された。よって,スメクタイトにおいては,粘着力の違いがマクロ領域とミクロ領域の表面形状の相違によるものとは考えにくい。そこで,さらにミクロ領域とマクロ領域それぞれの潤滑状態を確認した。すなわち,ストライベック曲線を作成し,潤滑状態を分類した。その結果,ミクロ領域では蒸留水中の測定でも吸着水は3層,厚さは約0.9nmと非常に薄く「境界潤滑」に分類され,,マクロ領域においてもほぼ同じ結果を得た。粘着力の違いの原因に潤滑状態は影響していないと考えられる。本研究により,粘土(スメクタイトの場合)の粘着力は,ミクロ領域とマクロ領域では一致せず,両者の違いが表面形状によらないこと,吸着水の厚さによらないこと,が確認された。2:1型粘土鉱物のスメクタイトの「構造最適化」と「結合エネルギー」を分子軌道計算により求めた。計算モデルは,無イオン型,Na型,Ca型である。HF法による軌道計算から,無イオン型の結合距離d=2.16Å,結合エネルギーE=7.908kcal/mol,Na型d=2.29Å,E=13.57kcal/mol,Ca型d=2.41Å,E=29.29kcal/molが得られた。

B3LYP法による軌道計算では,無イオン型の結合距離d=2.16Å,結合エネルギーE=21.8kcal/mol,Na型d=2.29Å,E=43.24kcal/mol,Ca型d=2.41Å,E=48.33kcal/molとなった。HF法とB3LYP法の計算結果を比較すると,両者とも結合距離dは同じであるが、結合エネルギーに差が認められる。この差についてはさらなる検討が必要である。また,粘土鉱物と水分子の結合の仕方は,無イオン型では水分子は水素原子を粘土鉱物に向けて吸着し、Na型とCa型は,水分子は酸素原子を粘土鉱物側に向けて吸着している。とくにNa型とCa型の場合、陽イオンを介しての吸着となっている。また、粘土鉱物と水分子との結合エネルギーは、無イオン型では水素結合レベルと大変弱く、Na型とCa型は共有結合レベルと非常に強い。無イオン型では、水分子は自由に動けるが、Na型とCa型の場合、陽イオンに強く拘束されている。なお、Na型とCa型の結合距離に違いが認められるのは,イオン半径の大きさによるものである。平成24年度の研究計画では、水分子の挙動解析、粘性、拡散係数の計算までであったが、せん断力の計算とAFM実測値との比較を行ったので、おおむね順調に進展しているといえる。H23年度の研究計画では,分子軌道法による粘土鉱物の構造最適化と結合エネルギーを計算することになっていた。計算は終了したが、計算法の違い(HF法、B3LYP法)による結合エネルギーの差について、原因を究明する必要がある。H24年度では2:1型粘土鉱物の水分子挙動解析、粘性、拡散係数を分子動力学により求めた。H25年度は、残る1:1型粘土鉱物を計算対象に水分子の各種物性値を求める。これらMD計算により求められた物性値(とくにせん断力)、AFMにより測定された摩擦力、さらには通常の土質試験(一面せん断試験)により測定されたせん断強さを比較検討することで、粘着力cに与えるミクロ物性の影響を議論する。分子動力学法により粘土鉱物の垂直力0kPa状態下でのせん断力を計算する。粘着力cは,垂直力が作用しない状態(0kPa)で発揮されるせん断力である。計算値はAFM(原子間力顕微鏡)の実測値と比較し,その精度を検証する。その上で,水分子の挙動解析(軌跡,平均二乗変位,動径分布など),水分子の粘性(粘性係数)などを計算する。平成25年度はマクロ物性値の測定、すなわち一面せん断試験を実施予定である。そのため研究費の使途として、土質試験関連機器等を計画している。H24年度においてある条件でのMD計算の発散し、購入を予定していたエンジンのスペックが決まらずやむなく繰越金が発生した。計算発散はすでに解決しており、H25年度早々に繰越金を使用する予定である。H24年度は,H23年度で未実施の分子動力学法による計算,AFMによるせん断力の測定を計画している。そのため、研究費の次年度使用額1,287,704円は、分子動力学システム、試料作製容器、AFM関連機器などに使用予定である。
水田土壌の微視的な酸化還元スポットの分布とカドミウム形態との関係

イネによるカドミウム吸収を低減するためには、カドミウムを溶けにくくすることが有効である。水田土壌では、硫化カドミウムとしてカドミウムを難溶化できるため、その生成機構を明らかにする必要がある。還元状態の水田土壌における硫化カドミウム生成割合は、平均的には熱力学計算値にしたがわなかった。これは、水稲根や、カドミウム溶出抑制資材の周囲等の微視的領域における不均一な酸化還元状態の分布に応じて、硫化カドミウムが分布しているためであることが明らかになった。水田土壌中Cdは、イネの生育後期まで水田を湛水状態に保つことにより難溶化するため、水管理により玄米Cd濃度を低減することができる。一方、水田転換畑では転換1年目に栽培した作物中のCd濃度が高まる傾向にあり、Cd吸収を抑制するための技術開発が急務である。難溶性のCdが再可溶化し、作物に吸収されるリスクを評価するためには、土壌の難溶性Cdがどの土壌構成成分に蓄えられるのか、どのような形態で存在するのか、その形態はどの程度安定か、を明らかにし、どのように可溶化するかを判断する必要がある。本研究は、シンクロトロン放射光源X線分析等を利用し、水田土壌におけるCdの難溶化と可溶化のメカニズムを解明することを目的とする。水田土壌(灰色低地土、グライ低地土)を密閉バイアル内で湛水状態とし、10日60日培養した。培養期間終了後、Eh,pH,液相中カドミウム濃度等を測定した。土壌固相については、SPring-8 BL01b1でCd K吸収端(X線エネルギー:23keV)のXAFS分析をおこなった。XAFS法(バルク)により、確実に硫化カドミウム、吸着態カドミウムの区別をおこなうためには、土壌中カドミウム濃度が50ppm程度必要であることがわかった。カドミウムを添加して嫌気培養し、固相のカドミウム形態をXAFSで測定したところ、酸化還元電位が-100mVを下回り、硫酸根が十分にある条件であり、熱力学的には硫化カドミウムが沈殿する条件であっても,土壌によっては必ずしも硫化カドミウムが沈殿しないことが示された(2011年度土壌肥料学会発表予定)。SPring-8 BL37XUにおいて、μ-XRF法により、土耕栽培した根と根圏土壌のカドミウム分布を測定した。鉄、亜鉛、銅は、根の中心柱よりも土壌粒子中の存在量が多かったのに対し、カドミウムは、土壌中と根の中心柱のカドミウム濃度に大きな差がなかった。しかし土壌の難溶性Cdがどの土壌構成成分に蓄えられるのか、どのような形態で存在するのか、その形態はどの程度安定か、が十分明らかになっていない。本研究は、シンクロトロン放射光源X線分析等を利用し、水田土壌におけるCdの難溶化と可溶化のメカニズムを解明することを目的とした。堆肥、化成肥料を長期間連用してきた土壌カラムに鉄資材を添加し、水田条件で土壌を培養した。対象として鉄資材を添加しない土壌カラムの培養もおこなった。継時的に土壌溶液を採取し、溶存金属濃度を測定した。酸化的、還元的な層から土壌を採取し、Cd-K吸収端(26.711keV)のXANES測定を多素子SSDによる蛍光法でおこなった。水田条件における培養では、還元の進行にともない、カドミウム溶出量が減少した。熱力学的平衡計算を根拠にした従来の研究では、還元状態におけるカドミウムの不溶化の原因は、硫化カドミウムが生成することであると考えられていた。しかし、XANESによる固相分析より、硫化カドミウムの生成割合は最大でも35%程度であることが示された。酸化的な上層土壌に比べ、還元的な下層で硫化カドミウムの存在割合が高い傾向があった。還元作用のある鉄資材の添加により、土壌の酸化還元電位が低く推移する傾向にあった。カドミウムの溶出量も低くおさえられ、特に下層土壌固相において硫化カドミウムの生成量が増加したものの、硫化カドミウムの生成割合は最大でも65%であった。堆肥の添加によって、土壌溶液へのカドミウム溶出量は少なくなったが、土壌中のカドミウムの形態には顕著な影響がなかった。還元による不溶化の要因は、硫化カドミウムの生成よりも、pHの上昇にともなう土壌鉱物へのカドミウム吸着量の増加、あるいは水酸化物沈殿の生成の寄与が大きい可能性がある。1.資材によるカドミウム溶出抑制メカニズムの解明硫黄(S)含量の異なるゼロ価鉄資材を塗布した濾紙をカドミウム(Cd)添加土壌と接触させて埋め込み湛水培養した。