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バイエルン産業博物館コレクション及び附属マイスター・コースに関する研究

研究代表者は昨年度までに、ニュルンベルクのバイエルン産業博物館の歴史と、附属マイスターコースで学んだ徒弟や職人、マイスターにより、ニュルンベルクにおいてユーゲントシュティルなど新しい意匠の美術工芸の生産が盛んになったことを確認した。最終年度は、バイエルン産業博物館におけるマイスター教育が1900年頃に活発化した背景として、新館の建設が重要なひとつの要因になっていると見て、新館と同博物館のコレクションを中心に調査研究を行った。1869年の設立当初からバイエルン産業博物館独自の建物の建設が計画されていたが、1891年に当時の館長テオドール・フォン・クラマーの案が認められ、いわゆる新館が完成するのは1897年のことである。『バイエルン産業博物館ニュルンベルク新館会場回想録』(1897年)を調査した所、新館は同博物館の旧館の各部門の延べ床面積の2倍に広がり、施設の機能が充実したことが明らかになった。それにより、旧館が抱えていた諸問題を解決し、新しい時代の課題への対応が可能となった。新館には、新しい産業の成果を見本コレクションに展示することに加え、パリ万国博覧会など博覧会への出展や、新しい図案や図面などの作成、新しい技術の実験や素材の研究、特許に関わる手続きの支援など、社会からの様々な要請に対応する展示室や実験室等が設置されていたことを確認した。1900年頃からのバイエルン産業博物館の新たな専門領域のマイスターコース開設などの試みも、新館の開館で施設が充実したことにより可能となったと考えられる。また、資料調査により、手本コレクションはもともと石膏像などの立体模型も含む、古今東西の美術工芸の意匠のデータベースであったこと、展示や講演会の際に使用され、生産者や美術工芸を学ぶ者のために閲覧に供されるだけでなく、学校に貸し出されるなど、教育普及においても活用されていたことを確認した。平成28年度は、ニュルンベルクのバイエルン産業博物館に関する基礎的な文献、作品等の調査を行った。その成果を報告した紀要論文では、同館の活動の概要と初期の館長、附属美術工芸マイスター・コースの教員とその教育の概要を整理した。ドイツではベルリン、ライプツィヒに次いで3番目(1869年)に設立された産業博物館であるバイエルン産業博物館の当初の活動目的は、「産業の発展、とりわけ国の生産品の製造を、形の美しさと技術の完璧さに関して支援すること」であり、同館のコレクションは見本コレクションと手本コレクション、そして科学技術コレクションが柱となっていた。しかし、同館の活動は作品の収集展示、展示作品に関する講演等の啓蒙活動に留まらず、手工業者や美術工芸家の教育にも及んでいる。クラウス・ペーゼによれば、建築家であった初代館長フォン・クラマーはニュルンベルクでは多くの美術工芸家が過去の様式を堅持していることを批判しつつ、優れた近代美術工芸運動の指導者や先駆者たちの助力を得て、ニュルンベルクの美術工芸家たちが歴史的な様式や伝統的な手法から脱却し、それによってニュルンベルク経済が活性化することを望んだ。そこで1901年、バイエルン産業博物館に設置されたのが美術工芸マイスター・コースである。同コースには、19012年にペーター・ベーレンス、19035年にリヒャルト・リーマーシュミート、190709年にパウル・ハウシュタイン、191013年にフリードリッヒ・アードラーら気鋭の美術工芸家が招聘されたが、そのうち3名はそれ以前にミュンヘン手工芸連合工房の図案家、2名はダルムシュタット芸術家コロニーの招聘芸術家、1名はシュトゥットガルト教育実験工房の教員であったことを筆者は確認した。これにより、ドイツ美術工芸運動の核となるこれらの組織間に人事交流があったことが裏付けられた。平成28年度は、以下のような流れで調査研究を進めた。前期は、それまでに収集した資料の翻訳と資料調査の準備を行った。9月上旬には、ミュンヘンの中央美術史研究所及びニュルンベルクのゲルマン国立博物館図書館においてバイエルン産業博物館に関する基礎的な資料の収集を行い、ゲルマン国立博物館資料室では手本コレクションの閲覧調査を行った。9月後半から10月末にかけて調査資料を整理し、紀要論文を作成した。後期は、資料の翻訳を行った。これまでの所、調査研究はおおむね計画通りに進んでいる。平成29年度前期は,前年に収集したバイエルン産業博物館に関する文献によりまとめた,同博物館と附属マイスターコースについての論文を含む著書を作成し,8月末に出版した。9月にはニュルンベルクのゲルマン博物館附属図書館を中心に,関連資料の収集を行った。その後,これまでに収集した資料の整理,翻訳を行うとともに,特にバイエルン産業博物館の新館計画と見本コレクション(Mustersammlung)及び手本コレクション(Vorbildersammlung)に注目して検討を行い,以下のことが明らかになった。『バイエルン産業博物館ニュルンベルク新館計画覚書』(1891年)によれば,旧館の23倍の広さとなる同博物館新館には,1階に見本コレクションのための工房,2階に見本コレクション展示室,3階に設計室を備えた手本コレクションの展示室と図書室,そして製本室が配置され,旧館が抱えていた問題の解決が図られる予定であった。バイエルン産業博物館の核を成す見本コレクションは,古今東西の様々な作品を含み,家具部門,金属部門,陶磁器部門等に分けて展示が行われた。一方,手本コレクションは,『1900年バイエルン産業博物館年次報告書』によれば,製本されたものやカルトンの形に整理されたもの,石膏の模型も含まれ,展示だけでなく,貸出も行われた。

国立ゲルマン博物館で筆者が調査を行った近代美術工芸の手本コレクションのカルトンは,出版物の切り抜きで構成されており,同コレクションが美術工芸図案のデータベース化を目指して収集され,マイスターコースの受講者や他の産業従事者に閲覧され,様々なモノづくりの手本にされたと推察される。また,上述の報告書により,バイエルン産業博物館内の設計室では,同博物館の新館に関わる設計やパリ万国博覧会のための準備,そして外部からの設計の依頼を受けていたことを確認した。平成29年度前期は、博士論文にその後の研究成果を加え、論文書籍化の作業を行った。鹿島美術財団から「美術に関する出版助成」を受け、9月末には九州大学出版会から本研究内容を含む著書を出版した。同9月前半には国立ゲルマン博物館附属図書館においてさらにバイエルン産業博物館に関する資料調査を進め、10月以降は資料の整理や翻訳、論文執筆を行った。それにより、産業博物館の新館の構成やコレクションの内容が徐々に明らかになりつつある。本研究課題の調査研究は、概ね順調に進展している。研究代表者は昨年度までに、ニュルンベルクのバイエルン産業博物館の歴史と、附属マイスターコースで学んだ徒弟や職人、マイスターにより、ニュルンベルクにおいてユーゲントシュティルなど新しい意匠の美術工芸の生産が盛んになったことを確認した。最終年度は、バイエルン産業博物館におけるマイスター教育が1900年頃に活発化した背景として、新館の建設が重要なひとつの要因になっていると見て、新館と同博物館のコレクションを中心に調査研究を行った。1869年の設立当初からバイエルン産業博物館独自の建物の建設が計画されていたが、1891年に当時の館長テオドール・フォン・クラマーの案が認められ、いわゆる新館が完成するのは1897年のことである。『バイエルン産業博物館ニュルンベルク新館会場回想録』(1897年)を調査した所、新館は同博物館の旧館の各部門の延べ床面積の2倍に広がり、施設の機能が充実したことが明らかになった。それにより、旧館が抱えていた諸問題を解決し、新しい時代の課題への対応が可能となった。新館には、新しい産業の成果を見本コレクションに展示することに加え、パリ万国博覧会など博覧会への出展や、新しい図案や図面などの作成、新しい技術の実験や素材の研究、特許に関わる手続きの支援など、社会からの様々な要請に対応する展示室や実験室等が設置されていたことを確認した。1900年頃からのバイエルン産業博物館の新たな専門領域のマイスターコース開設などの試みも、新館の開館で施設が充実したことにより可能となったと考えられる。また、資料調査により、手本コレクションはもともと石膏像などの立体模型も含む、古今東西の美術工芸の意匠のデータベースであったこと、展示や講演会の際に使用され、生産者や美術工芸を学ぶ者のために閲覧に供されるだけでなく、学校に貸し出されるなど、教育普及においても活用されていたことを確認した。今後、バイエルン産業博物館附属美術工芸マイスター・コースにおける教育内容、教育理念、教員や受講者の作品、ならびに同館のコレクションとそれらの相互関係について研究を深化させたい。
固液界面における微量物質存在化学状態の量子ビーム利用分析

放射性廃棄物の地層処分の安全評価においては、ウランの挙動は大きな意味を持つ。その理由は放射性廃棄物の直接処分を検討している国々においては、放射性核種の殆どをウランが占めることとなるからである。本研究では、ウランの金属コロイドへの吸着挙動を調べた。銀コロイドおよび金コロイド表面に吸着させたウラニルイオンのラマンスペクトルをpHを幅広くかえながら測定した。銀コロイド表面に吸着したウラニルイオンのラマンスペクトルはpHを変えることで大きく変化し、この変化はpHの変化によるウランの溶存種の変化に対応づけられた。すなわち溶液のpHが変わるとウランの溶存種は大きく変化する(加水分解物生成や炭酸錯体生成など)が、同時に銀コロイド表面に吸着するウラニルイオンの化学種もpHより変化することが明らかにされた。このことから、ウラニルイオンは銀コロイド表面への吸着に際し、すべての配位子を解放することはなく、配位子をつけたまま吸着しているとが明らかにされた。ただし、部分的に配位子を解放している可能性は否定できない。金コロイドへの吸着実験では、ラマンスペクトルにpH依存性は見られず、バンドは常に同じ位置に現れた。したがって金コロイド表面への吸着に際しては、ウラニルイオンはすべての配位子を解放してUO^<2+>_2の化学形で吸着していることが明らかにされた。地下水中における各元素の溶存状態や固相(岩石・鉱物)への吸着結合状態を測定するためのレーザー誘起光音響分光分析システムの構築を行った。まず最初に、化学結合振動が主に赤外域にエネルギー吸収帯を有することに注目し、赤外線を利用した光音響分光セルを試作・設置した。固相としては、地層中の主要な構成岩石であるFe3O4ならびにFe2O3を用いた。まず固相系からの信号の取り出しを行い、固相表面状態に依存した出力信号を得た。そして、フーリエ変換操作と合わせることで表面状態の解析が可能であることが明かとなった。さらに、吸着種としては地下水中の有機物の模擬物質としてカルボキシル基を有するEDTAを用い、それが有する官能基からの信号波数変化から吸着メカニズムの考察を行った。さらに、固液界面セルを用いたレーザー誘起光音響分光分析装置の構築が終わり、現在液相中濃度と信号強度との相関を確認している。液相系から得られた出力信号の強度、波長、波形等の特性から、固液界面現象に応じて発生すると予測される信号特性を検討し、その解析システムの設計を行っている。また、本年度のレーザー誘起光音響分光法とともに平成8年度に実施する予定のレーザーラマン分光法に関しても、通常の溶液セルを用いた固液界面測定を予備的に実施することで、固液界面フローセルとその解析システムに要求される仕様の調査を行うとともに、レーザーラマン分光法によって固液界面現象の測定が可能であるとの結果を得ることができた。高レベル放射性廃棄物の地層処分安全評価をおこなう上で、吸着、錯体形成、コロイド、沈殿、鉱物化などの放射性核種の地球化学的挙動を解明することは不可欠である。とりわけ、放射性核種の中でもアクチニド元素と有機物との錯体形成反応メカニズムを解明することが重要課題と認識されている。地下水中の有機物としては、フミン酸が典型的な例であり、フミン酸を用いた研究が数多くおこなわれている。しかし、フミン酸は、採取された地下水ごとに構造が異なりまた構造自体も非常に複雑であるなどの特徴をもっている。このため、フミン酸のモデル物質としてカルボキシル基を有するポリアクリル酸が採用されて、モデル化の研究などが盛んになりつつある。しかし、実際のフミン酸にはベンゼン環とフェニル基があり、その影響を考慮しなければならない。本研究では、ポリアクリル酸としてEDTA、ベンゼン環を有する有機物としてサリチル酸、フタル酸を用いて、アクチニドの模擬物質であるネオジムとの相互作用を可視光分光分析、赤外分光分析により測定した。赤外分光分析の結果、3種類の有機物ともにカルボキシル基が錯体形成反応に寄与しており、ネオジムとの錯体形成にともなう新しい赤外活性な振動のピークが得られた。

また、可視光分光分析の結果、EDTAとの錯体形成においてはネオジムの電子励起準位は大きく摂動を受けるのに対して、ベンゼン環系の有機物の場合、あまり摂動を受けないことがわかった。これにより、フミン酸によるネオジムの電子準位がどれだけ摂動を受けるかを明らかにすることで、フミン酸のモデル物質としてどのような有機物が良いかがわかるようになる。放射性廃棄物の地層処分の安全評価においては、ウランの挙動は大きな意味を持つ。その理由は放射性廃棄物の直接処分を検討している国々においては、放射性核種の殆どをウランが占めることとなるからである。本研究では、ウランの金属コロイドへの吸着挙動を調べた。銀コロイドおよび金コロイド表面に吸着させたウラニルイオンのラマンスペクトルをpHを幅広くかえながら測定した。銀コロイド表面に吸着したウラニルイオンのラマンスペクトルはpHを変えることで大きく変化し、この変化はpHの変化によるウランの溶存種の変化に対応づけられた。すなわち溶液のpHが変わるとウランの溶存種は大きく変化する(加水分解物生成や炭酸錯体生成など)が、同時に銀コロイド表面に吸着するウラニルイオンの化学種もpHにより変化することが明らかにされた。このことから、ウラニルイオンは銀コロイド表面への吸着に際し、すべての配位子を解放することはなく、配位子をつけたまま吸着していることが明らかにされた。ただし、部分的に配位子を解放している可能性は否定できない。金コロイドへの吸着実験では、ラマンスペクトルにpH依存性は見られず、バンドは常に同じ位置に現れた。したがって金コロイド表面への吸着に際しては、ウラニルイオンはすべての配位子を解放してUO^<+2>_2の化学形で吸着していることが明らかにされた。
ポリジアセチレン酸を用いたナノ結晶の2次元配列形成

金属ならびに半導体のナノ粒子は「量子サイズ効果」を示す可能性が高く、バルクとも原子・分子とも異なる物性を示すことが期待される。現在はこうしたナノ粒子を湿式法で分散液として調製されることが多く、安価でナノサイズの粒子を単一粒径で得る技術が確立されつつある。こうした、ナノ粒子を材料として利用するとき、ある基板上に秩序を持たせて固定化することが望まれるが、本研究では、手法としてLB法を用いて、スタックさせる界面活性剤としてジアセチレン系カルボン酸に注目した。このカルボン酸は、紫外光によって均一に高分子化されたポリジアセチレン薄膜を形成する。3種のジアセチレン系カルボン酸を用いて、等温線がpHによってどのような影響を受けるか検討した。その結果、比較的長鎖のカルボン酸が単分子膜を安定に作ることがわかった。さらに、半導体ナノ粒子であるCdSをジアセチレンカルボン酸単分子膜表面に形成させる試みを行った。調査カルボン酸では、1mM以上のカドミウムイオンを入れても安定に単分子膜ができた。しかし、現時点ではこれらを複写した膜はドメイン構造を作っていた。
転写因子NFkBをターゲットとした新しい薬剤流出ステントの開発

前年薬剤の保持ポリマーとして使用したPCL膜は分解時間が長く、DHMEQを徐放し、生体内で分解するという観点からは今後ポリマーの再検討が必要であった。そこで今年度ではハニカム膜の外側にDHMEQを搭載したゼラチンゲルを塗布して薬剤を溶出させる方法を検討した。メリットとしてハニカム膜にDHMEQを混ぜる必要がなく、ゲルは溶出速度とハニカム膜との親和性のみ考慮すればよいことが挙げられる。ゲルの溶解速度はグルタールアルデヒド(GA)でゲルの分子を架橋することで調整した。最初にGAによる反応時間と濃度の影響を検討したところ、GA濃度0.05%/37°Cで反応時間30分で作成したものが7日後の溶解率が50%であった。そこで反応条件を0.05%/10分とした。これにDHMEQ(5%、10%w/w)を搭載したDHMEQゼラチンゲルを作成し、in vitroでDHMEQの溶出速度を30min,60min,3h,6h,12hの時間でHPLCで測定したところ、30分で濃度がピークとなり、12時間後には検出限界以下まで低下した。薬剤はPCL膜と同様、浸漬後数時間で大部分が溶出していると考えられる。次にステントにゼラチンゲルを巻きつける方法を検討した。DHMEQゼラチンゲルは乾燥後弾性を持たないため、まずステントにPCLハニカム膜を巻きつけ、ゼラチンゲルにステントを浸漬する方法を検討したが、ステント拡張時に膜に破損が見られた。そこで直接ステントをゼラチンゲルに浸漬・乾燥して塗布する方法を検討したところ、顕微鏡下で膜が塗布されている様子が確認できた。以上よりDHMEQゼラチンゲルをステントに搭載するには直接ゲルをステント支柱に浸漬させる方法が現実的であると思われた。NFkB阻害剤(D-MEQ)をもちいた新たなステントの開発に向け、以下の基礎的実験を行った。1)ステント再狭窄の原因となる血管平滑筋細胞へのD-MEQの増殖抑制効果を確認するため、ラットの血管平滑筋細胞で増殖抑制試験、毒性試験を行ったところ、1020μg/mlの濃度で増殖抑制効果を示した。2)D-MEQをテトラヒドロフランに溶解し、ポリカプロラクトン(PCL)と混合させてキャスト法にて0から20%D-MEQ含有膜を作成した。その膜上でラット血管平滑筋細胞を培養したところ、5%膜で6日目に、10%膜で3日から9日目まで有意に増殖が抑制されることが確認され、再狭窄の予防効果が期待された。3)ハニカム膜を同様にPCLで作成し、膜上でラット血管内皮細胞を培養すると、ハニカム膜上でやや増殖が促進し、ステント留置後の再内皮化の促進作用も期待された。4)In vitroでのD-MEQ溶出量を測定するために、5%、10%D-MEQ溶出膜を培地(DMEM)に浸漬し、D-MEQ溶出量を測定すると、30分で5%膜4.9μg/ml、10%膜17.6μg/mlでピークとなり、その後減少して2日目で検出されなくなった。In vivoでSDラットにD-MEQ溶出膜を背中に留置して血中濃度を測定すると、24時間後に5%膜38.6ng/ml、10%膜16.0ng/mlでピークとなり、7日後にはほぼ測定限界値まで減少した。PCL膜の分解時間を見るためにD-MEQ溶出膜とハニカム膜をin vitroでPBSへ浸漬させると、4ヶ月後も重量変化はほとんど見られなかった。In vivoでラットにPCL膜を留置して3ヶ月後に取り出したが外観に変化が無く、D-MEQの残存が確認された。この結果から分解が想定よりも長くなることが示唆されたため、素材について再考する必要があると思われた。

そこで直接ステントをゼラチンゲルに浸漬・乾燥して塗布する方法を検討したところ、顕微鏡下で膜が塗布されている様子が確認できた。以上よりDHMEQゼラチンゲルをステントに搭載するには直接ゲルをステント支柱に浸漬させる方法が現実的であると思われた。
教育財政の実証分析

日本の地方政府の意思決定において、他地域の政策水準の影響を受けることが先行研究により明らかになりつつある。しかし、分権化が進展している義務教育においては、日本においてそのような研究がされていない。そこで、義務教育費における地方政府間の参照行動」(単著)を作成した。この論文は、日本計画行政学会の発行している学術雑誌である「計画行政」に条件付き採用されている。本研究により、高齢化の進展により教育の質の低下の可能性があったが、地方分権化により、競争的に教育の質が向上する可能性が示唆された。
後期ソ連～現代ロシアの文化記号論における表象の「リアリティ」論とその社会的背景

ソ連記号論の代表者ユーリー・ロトマンの理論とその影響について、後期ソ連現代ロシアの社会・文化状況との関わりをとおして検討した。ロシアでは伝統的に、現実の言語的表象が現実以上に重視され、ソ連においてこの傾向が頂点に達したとされる。ロシア文化のこうした「言語中心主義」的側面を、ロシアの現代思想がどのように分析・批判してきたかを明らかにした。本研究は、後期ソ連現代ロシアの人文科学研究・教育で大きな影響力をもちつづけている文化記号論について、この学派の領袖ユーリー・ロトマン(1922-93)の著作を中心に、ソ連・ロシアにおける文化的表象の「リアリティ」のありかたとの関わりを明らかにすることを目的とする。平成22年度は、以下のような活動を行った。(1)資料調査・収集国内での調査のほか、2011年3月にモスクワのロシア国立図書館に調査出張を行った。『記号体系論集』『ロシア・スラヴ文献学論集』などのソ連記号論の文献のほか、M・ママルダシヴィリ、A・ピャチゴルスキーら、記号論に批判的だった学者の文献も収集した。平成23年度に読解を進め、後期ソ連現代ロシアの人文学界全体のなかでの記号論の位置づけを明確にしたい。(2)文献読解・研究ロシア文化の特殊性をめぐるロトマンの議論を、記号体系の複数性という彼の基本理念と関連づけて分析し、成果をまとめた(下記を参照)。さらに、ロマン主義時代のロシア貴族の「演劇的文化」に関するロトマンの論考を、同時代のソ連社会に対する隠喩的応答として検討中である。これについては平成23年度に成果をまとめる。これらの研究によって、ロトマンの記号論と「ロシア・ソヴィエト」という文脈の関係を、彼のテクストに対して内在的・外在的に明らかにできると考えている。(3)成果発表「ユーリー・ロトマンの記号論における「ロシア・ソヴィエト」」のタイトルで、日本ロシア文学会全国大会で口頭発表を行った(平成22年11月6日、熊本学園大学)。それをもとに論文化し、学術誌に投稿した。論文「後期ソ連における『生の構築』」では、(公式)言語によって現実が隠蔽されたソ連社会の「言語中心主義」に加え、ソ連における公/私の(未成熟な)区分という観点から、ロトマンの19世紀ロシア文化論を分析した。発表"Place of Polyglotism in Bakhtin, Lotman, and theRussian Post-Semiotic Schools"および論文「ナショナル・アイデンティティとしての『爆発』」では、ペレストロイカ以降のロシア現代思想で、記号論も含む「言語中心主義」の克服がいかに図られたかを検証した。現代ロシアの人文学の全体を俯瞰することは難しく、日本での研究・紹介はごく断片的にしかなされていないが、本研究では、記号論の遺産を軸として、言語中心主義、公/私の区分と自由主義の確立、ロシアのナショナル・アイデンティティといったテーマが関係しあっていることを明らかにし、後期ソ連現代ロシアの人文学の動向について、一貫したパースペクティヴのもとに理解する土台を築けたと考えている。研究成果の国際的な発信という点でも、ソ連記号論の拠点であったエストニア・タルトゥ大学で開催されたロトマンの生誕90周年記念学会への参加や、ロシア・ポストモダニズム文化論の代表者であるマルク・リポヴェツキーを招いた学会パネルへの参加などをとおし、みずからの研究成果を発表するとともに、海外の研究者との協力関係を構築できた。特に、近年伸長著しい韓国の研究者たちとの関係を深められたことは、今後、東アジア発のロシア研究を発展させるうえで有益だったと評価できる。24年度が最終年度であるため、記入しない。
幼小の接続期における数概念の育成を目的とした学習活動の開発

本研究は就学前と小学校低学年の算数を対象に,幼小の接続を図った数概念形成のための学習活動を開発することを目的としている.平成29年3月の学習指導要領改訂においては,学校段階間の円滑な接続が「その他の重要事項」の中で指摘されている.この学校段階間の円滑な接続について,幼稚園と小学校の段階では,教育振興基本計画の見直しやスタートカリキュラムの作成,指導者の研修など様々な取組がなされているが,「数概念形成」という数学的な内容からの取組は十分とは言えない状況にあり,本研究で子どもの数概念形成を意図した学習活動を開発することは,幼小の学校段階間の円滑な接続に向けて意義あることである.そこで研究初年度の平成30年度は,就学前教育と小学校教育の接続期における数や図形の学習の中から,数概念形成に焦点を当て,数概念形成のための理論的枠組を構築することを1年間の研究のゴールとした.そのために,幼小接続期に焦点を当てた国内外の先行研究の中から,ドイツの数学教育学者ヴィットマン(Wittmann. E. Ch.)らが開発した就学前教育のテキストブックである『小さな数の本(Das. kleine. Zahlenbuch)』について,その編集の理念や意図を調査するとともに,ドイツ語で記された教師用解説書を分析した.その上で,これらの調査および分析をもとに数概念形成のための理論的枠組を構築するとともに,その枠組に沿って幼稚園の年長児や小学校第1学年の初期の児童を対象とした3つの学習活動について,実証的研究を通して開発したことは,本研究の推進において極めて重要である.研究を進めるにあたっては,まず,就学前教育と小学校教育の接続に関する無藤(2006)やClements(2001)らの先行研究,数概念形成という視座において,全米数学教師協議会の取組やドイツの幼児教育改革などの海外の先行研究,丸山(1999),河原(2016),船越(2010),松尾(2011,2012,2013,2014),中和(2014,2016,2017)らの就学前教育と小学校教育の接続に関する先行研究について,文献および論文を分析した.次に,ドイツの数学教育学者ヴィットマン(Wittmann. E. Ch)らが開発した幼児向けのテキストブックの分析とその背景となる理念について,実際に研究打ち合わせを行い,理論的枠組の構築に向けた示唆を得た.これらの調査研究を通して得られた知見をもとに,幼小接続期の数概念形成に向けた理論的枠組を構築するとともに,その枠組に沿った3つの学習活動を開発した.そのうち2つについては,幼稚園(1園)および小学校(3校)で実証的研究を行い,その成果と課題を明らかにした.これらの成果については,平成30年6月の全国数学教育学会,同11月の日本数学教育学会にて口頭発表した.また,10月の新算数教育研究会の全国大会において,本研究の趣旨に沿った授業を特別授業として公開した.その上で平成31年3月には,本研究助成を受ける以前から取り組んできた研究を含め,学位論文として広島大学に提出した.本研究助成における研究計画を立案した時点では,実証的研究は,幼稚園でのみ行うことを計画していたが,実際に研究を進めていく中で,小学校第1学年でも実現可能であることが分かり,幼稚園での調査に加えて小学校でも実証的研究を行い,そのデータを分析する中で,数概念形成のための理論的枠組の構築にとどまらず,学習活動を開発するための理念および条件まで提案することができた.平成30年度は,理論的枠組の構築,学習活動開発のための理念および条件を明らかにするとともに,小学校第1学年を対象とした3つの学習活動を開発することができた.開発した3つの学習活動のうち,2つについては実証的研究を通してその有効性と課題を整理することができているが,1つの活動はまだ計画が出来上がった状況にある.そこで平成31年度以降の研究推進にあたっては,次の2点に取り組むこととしたい.一つは,先述した学習活動の小学校における実証的研究を行うことである.理論的枠組みに基づき,学習活動開発の理念および条件を満たした活動ではあり,子どもの数概念形成に向け,その有効性が期待できる学習活動である.本実証研究は,子どもたちが小学校に入学し,算数の学習を経験する初期の段階に焦点を当てていることから,時期を逃さずに実証的研究に取り組む予定である.もう一つは,新たな学習活動開発の可能性を探ることである.本研究で開発した学習活動は,算数の年間計画や短時間学習の計画など,カリキュラムに位置づくことを最終的な目標としている.学位論文には掲載しなかった学習活動の案も3つ構想している状況にあり,これらの学習活動の有効性を検討することが,今後の研究推進方策である.本研究は就学前と小学校低学年の算数を対象に,幼小の接続を図った数概念形成のための学習活動を開発することを目的としている.平成29年3月の学習指導要領改訂においては,学校段階間の円滑な接続が「その他の重要事項」の中で指摘されている.この学校段階間の円滑な接続について,幼稚園と小学校の段階では,教育振興基本計画の見直しやスタートカリキュラムの作成,指導者の研修など様々な取組がなされているが,「数概念形成」という数学的な内容からの取組は十分とは言えない状況にあり,本研究で子どもの数概念形成を意図した学習活動を開発することは,幼小の学校段階間の円滑な接続に向けて意義あることである.

そこで研究初年度の平成30年度は,就学前教育と小学校教育の接続期における数や図形の学習の中から,数概念形成に焦点を当て,数概念形成のための理論的枠組を構築することを1年間の研究のゴールとした.そのために,幼小接続期に焦点を当てた国内外の先行研究の中から,ドイツの数学教育学者ヴィットマン(Wittmann. E. Ch.)らが開発した就学前教育のテキストブックである『小さな数の本(Das. kleine. Zahlenbuch)』について,その編集の理念や意図を調査するとともに,ドイツ語で記された教師用解説書を分析した.その上で,これらの調査および分析をもとに数概念形成のための理論的枠組を構築するとともに,その枠組に沿って幼稚園の年長児や小学校第1学年の初期の児童を対象とした3つの学習活動について,実証的研究を通して開発したことは,本研究の推進において極めて重要である.研究を進めるにあたっては,まず,就学前教育と小学校教育の接続に関する無藤(2006)やClements(2001)らの先行研究,数概念形成という視座において,全米数学教師協議会の取組やドイツの幼児教育改革などの海外の先行研究,丸山(1999),河原(2016),船越(2010),松尾(2011,2012,2013,2014),中和(2014,2016,2017)らの就学前教育と小学校教育の接続に関する先行研究について,文献および論文を分析した.次に,ドイツの数学教育学者ヴィットマン(Wittmann. E. Ch)らが開発した幼児向けのテキストブックの分析とその背景となる理念について,実際に研究打ち合わせを行い,理論的枠組の構築に向けた示唆を得た.これらの調査研究を通して得られた知見をもとに,幼小接続期の数概念形成に向けた理論的枠組を構築するとともに,その枠組に沿った3つの学習活動を開発した.そのうち2つについては,幼稚園(1園)および小学校(3校)で実証的研究を行い,その成果と課題を明らかにした.これらの成果については,平成30年6月の全国数学教育学会,同11月の日本数学教育学会にて口頭発表した.また,10月の新算数教育研究会の全国大会において,本研究の趣旨に沿った授業を特別授業として公開した.その上で平成31年3月には,本研究助成を受ける以前から取り組んできた研究を含め,学位論文として広島大学に提出した.本研究助成における研究計画を立案した時点では,実証的研究は,幼稚園でのみ行うことを計画していたが,実際に研究を進めていく中で,小学校第1学年でも実現可能であることが分かり,幼稚園での調査に加えて小学校でも実証的研究を行い,そのデータを分析する中で,数概念形成のための理論的枠組の構築にとどまらず,学習活動を開発するための理念および条件まで提案することができた.平成30年度は,理論的枠組の構築,学習活動開発のための理念および条件を明らかにするとともに,小学校第1学年を対象とした3つの学習活動を開発することができた.開発した3つの学習活動のうち,2つについては実証的研究を通してその有効性と課題を整理することができているが,1つの活動はまだ計画が出来上がった状況にある.そこで平成31年度以降の研究推進にあたっては,次の2点に取り組むこととしたい.一つは,先述した学習活動の小学校における実証的研究を行うことである.理論的枠組みに基づき,学習活動開発の理念および条件を満たした活動ではあり,子どもの数概念形成に向け,その有効性が期待できる学習活動である.本実証研究は,子どもたちが小学校に入学し,算数の学習を経験する初期の段階に焦点を当てていることから,時期を逃さずに実証的研究に取り組む予定である.もう一つは,新たな学習活動開発の可能性を探ることである.
多種類の生体分子を順序つけて2次元膜上に整列提示するナノブロックの開発

研究代表者は、IgG-Fc結合ZZタグを整列提示するバイオナノ粒子(ZZタグ提示型バイオナノカプセル:ZZ-BNC)が、バイオセンシング表面においてIgG及びFc融合受容体の配向性を精密に制御し「クラスター化と整列提示化」を同時に達成できる耐久性の高い足場分子であることを見出し、各種バイオセンシングの高感度化を示してきた。そこで本研究は、ZZ-BNC足場技術を「酵素」の整列提示化に発展させ、インビトロでの生産が困難なフラボノイド生合成経路を例に用いて、フラボノイド合成酵素群を整列提示できる改変型ZZ-BNCを作製し、さらに、同一固相上(2次元膜上)で生合成経路の順番に酵素を整列提示できるユニークな「ナノブロック型足場技術」の開発を目指している。平成30年度は、平成29年度に引き続き酵素提示型BNCの作製法を検討し、酵素の整列提示法を見出した。さらに、BNCの平面膜化法を検討し、センシング分子の整列提示法を見出した。本技術は本研究課題の基盤技術となることから、その検討意義、重要性は高いと考える。平成30年度は、平成29年度に引き続き酵素提示型BNCの作製法を検討し、酵素を整列提示する方法を見出した。さらにBNCを脂質膜上に平面化する方法を確立し、センシング分子を整列提示できることを見出したことから、当初の計画通りおおむね順調に進展していると考える。次年度は、平成30年度に引き続き酵素提示型BNCを用いて、フラボノイド合成酵素群をBNC上に整列提示する方法を検討する。また、BNC平面膜化法を用いて、二次元膜上で各酵素が生合成経路の順番に整列提示できるナノブロックの構築を検討するとともに、メタボロン形成をAFMを用いて観察する方法を検討する。さらに、基質を加えて合成されたフラボノイドを、高速液体クロマトグラフィーを用いて測定する方法を検討する。なお、これらの研究により得られた成果は、原著論文、学会、ホームページ等で幅広く発表する。平成28年度は、各種アミノ酸Tagに対するAffibodyを全自動1細胞単離解析装置を用いてスクリーニングし、Affibody提示BNCの作製法を検討した。また、フラボノイド合成酵素群の各酵素と、各アミノ酸Tagを融合したAffibody-酵素-アミノ酸Tag提示BNCの作製法を検討した。両作製法は本研究課題の基盤技術となることから、その検討意義、重要性は高いと考える。H28年度は、各種アミノ酸Tagに対するAffibodyライブラリーの作製方法及び全自動1細胞単離解析装置を用いてAffibodyをスクリーニングする方法を検討し、Affibody提示BNCの作製を進めている。さらに、フラボノイド合成酵素群の各酵素と、各アミノ酸Tagを融合したAffibody-酵素-アミノ酸Tag提示BNCの作製を進めていることから、当初の計画通り、おおむね順調に進展していると考える。平成29年度は、平成28年度に引き続き、各種アミノ酸Tagに対するAffibody提示BNCの作製法およびフラボノイド合成酵素群提示BNCの作製法を検討した。さらに、BNCを脂質平面膜上に二次元展開する方法およびAFMを用いた形状解析法を検討した。本技術は本研究課題の中心技術であることから、その検討意義、重要性は高いと考える。平成29年度は、平成28年度に引き続き、各種アミノ酸Tagに対するAffibody提示BNCの作製およびフラボノイド合成酵素群提示BNCの作製を検討している。さらに、BNCとリポソームの融合法を用いて脂質平面膜上に二次元展開する方法を確立し、AFMを用いた形状解析を行っていることから、当初の計画通りおおむね順調に進展していると考える。

そこで本研究は、ZZ-BNC足場技術を「酵素」の整列提示化に発展させ、インビトロでの生産が困難なフラボノイド生合成経路を例に用いて、フラボノイド合成酵素群を整列提示できる改変型ZZ-BNCを作製し、さらに、同一固相上(2次元膜上)で生合成経路の順番に酵素を整列提示できるユニークな「ナノブロック型足場技術」の開発を目指している。平成30年度は、平成29年度に引き続き酵素提示型BNCの作製法を検討し、酵素の整列提示法を見出した。さらに、BNCの平面膜化法を検討し、センシング分子の整列提示法を見出した。本技術は本研究課題の基盤技術となることから、その検討意義、重要性は高いと考える。平成30年度は、平成29年度に引き続き酵素提示型BNCの作製法を検討し、酵素を整列提示する方法を見出した。さらにBNCを脂質膜上に平面化する方法を確立し、センシング分子を整列提示できることを見出したことから、当初の計画通りおおむね順調に進展していると考える。H28年度に引き続き、Affibody提示BNCの作製法およびAffibody-酵素-アミノ酸Tag提示BNCの作製法を検討する。さらに、BNCとリポソームの融合法を用いて2次元膜上で各酵素が生合成経路の順番に整列提示するナノブロックの構築を検討するのと同時に、各酵素の整列提示化の形状をHS-AFMを用いて観察する方法を検討する。なお、これらの研究により得られた成果は、原著論文、学会、ホームページ等で幅広く発表する。平成29年度に引き続き、フラボノイド合成酵素群提示BNCの作製法、および各酵素提示BNCとリポソームの融合法を用いて、2次元膜上で各酵素が生合成経路の順番に整列提示するナノブロックの構築を検討するとともに、イソフラボン合成酵素を足場としたメタボロン形成をHS-AFMを用いて観察する方法を検討し、測定技術を確立する。さらに、基質を加えて合成されたフラボノイドを、高速液体クロマトグラフィーを用いて測定し評価する。次年度は、平成30年度に引き続き酵素提示型BNCを用いて、フラボノイド合成酵素群をBNC上に整列提示する方法を検討する。また、BNC平面膜化法を用いて、二次元膜上で各酵素が生合成経路の順番に整列提示できるナノブロックの構築を検討するとともに、メタボロン形成をAFMを用いて観察する方法を検討する。さらに、基質を加えて合成されたフラボノイドを、高速液体クロマトグラフィーを用いて測定する方法を検討する。平成28年度に実施した研究において、全自動1細胞単離解析装置の高感度化が可能になったことで、当初の使用計画で計上した物品費(消耗品費)の、特に蛍光試薬類の過剰な使用を削減できた。そこで本研究費は、次年度の研究計画に必要な物品費、特に使用頻度が増えることが予想されるAFM観察関連の消耗品費に使用することとしたため、次年度使用額が生じた。理由:平成29年度に実施した研究において、AFMによる形状解析の観察条件が最適化されたことで、当初の使用計画で計上した物品費(消耗品費)の、特にカンチレバーの過剰な使用を削減できた。
生体分子における記憶機能の重要性と非平衡現象論

生体分子の動作機構を記載する方法論を作ることを目指し、非平衡系での熱力学関係式の構築とタンパク質モデルでの遅い揺らぎの特徴づけを行った。前者として、非平衡定常状態の微視的状態に関する分布関数の平易な表現を導出することに成功し、それによってクラウジウス関係式の非平衡への自然な拡張を得ることができた。非線形非平衡領域まで通用するクラウジウス関係式を導出することにも成功し、非平衡では熱力学構造に独特のねじれが存在することを示した。後者の研究では、4点相関関数を用いて遅い揺らぎの特徴づけを行った。非平衡下での熱力学的安定性を議論する枠組みを提案する。生体分子などの遅い揺らぎや記憶効果について非平衡の観点からの整理を行う。平成19年度は研究目的にある課題(1)(3)の中で、特に(2)に関わる研究を精力的に進展させた。非平衡定常系全般に潜む熱力学的構造に光をあてるため、統計力学的見地にたち、微視的状態についての分布関数を書き下すことをめざした。平衡系の詳細釣り合いを非平衡に拡張した関係式として知られる局所詳細釣り合いを出発点とし、線型応答領域(平衡状態のゆらぎによる分布関数の表式が確立済み)を越えて、2次の非平衡度まで成立するわかりやすい表式を得ることに成功した。具体的には、平衡系のカノニカル分布におけるボルツマン因子を、熱浴における過剰エントロピー生成(または熱浴から系に流れ込む過剰熱)のペアで記述するように書き直せば、2次の非平衡度まで正しい表式となることを示した。これまで知られていた定常分布の形式的表式はエントロピー生成そのもの(つまり過剰分ではない量)を用いて表現されており、時間とともに発散するエントロピー生成という量がどのようにして分布を表現するに至るのかなど、非自明な効果を含む非直感的なものであった。我々が得た表式はこのような状況を打破しただけでなく、これを出発点に非平衡定常系の統計力学を発展させることも可能なわかりやすく扱いやすい表式となっており、今後の大きな発展をもたらすと期待できる。課題(1)については、モデルタンパク質の数値計算を通してタンパク質の記憶効果を定量化することを目指し、長時間スケールでの時間相関関数の特徴を検討した。相関関数自体の収束性の問題(設定した初期条件に依存する相関関数の大きなゆらぎ)を確認し、この特徴をどのように定量化するかという新たな課題が生じた。この課題の克服は次年度に行う予定である。生体分子は非平衡状態で機能を発揮し、また分子自体に記憶を有するという著しい特徴を持つメゾスコピック系である。生体分子の機能を解明するために、物理学の立場にたった基礎研究として、4年間で(1)強い非平衡状態下での熱力学関係式の完成と発展規約の定式化(2)生体分子の記憶効果の定量化(3)記憶効果を内包した系の強い非平衡状態下での発展規約の定式化に取り組む予定である。研究計画の第2年度にあたる本年度は(1)(2)に重点的に取り組んだ。(1)については、第1年度に得ていた非平衡定常状態の分布表現をもとに、非平衡下での状態間遷移について統計力学的議論を推し進めた。その結果、ク-ラウジウス関係式を非平衡定常系に拡張することに成功し、エントロピーや自由エネルギーを非平衡問題に適用できる熱力学関数に拡張することができた。拡張した熱力学エントロピーを対称化シャノンエントロピーと結びつけることにも成功した。(2)については、タンパク質の簡単化モデルであるGo-likeモデルを用いて数値計算を中心とした研究を行った。動的転移温度をはさんでモデルの揺らぎ特性がどのように変化するか定量的に議論するために、4点相関関数を用いて揺らぎの異常性を特徴付けた。この手法は最近ガラス転移の臨界指数を議論する土台としていくつかのガラス系や粉体系で計測が試みられているが、タンパク質に適用しようという試みはわれわれがはじめてである。また以前提案したタンパク質の熱力学を扱うための方法論の適応範囲と問題点を徹底して洗い出し、理論ベースでの改善を加えた。それによって、以前提案した方法が比熱や内部エネルギー見積もりには有効な方法となっていることを示すことができた。生体分子の機能の解明に向かう理論的枠組みを構築するため、物理学の立場にたった基礎研究として、4年間で(1)強い非平衡状態下での熱力学関係式の完成と発展規約の定式化(2)生体分子の記憶効果の定量化(3)記憶効果を内包した系の強い非平衡状態下での発展規約の定式化に取り組む計画を立てており、本年度は4年計画の3年目に位置する。

今年度は、2年目に得た非平衡系へ拡張した熱力学関係式について、過去の知見との関連を明確にするとともに、物理的意義を追究する研究を行った。まず、2年目に報告した熱力学関係式は線形応答理論の熱力学的表現であることを明確にし、さらに、2次の非平衡度まで正しい熱力学関係式を構成するには線形応答理論に基づく知見では不足があること、熱力学関係式には非自明な相関項(熱と仕事の相関)を加えなければならないことを見出した。また、上記の熱力学関係式の研究を進める一方で、熱力学第二法則を非平衡系に拡張する試みを行った。その結果、熱力学関係式が素直に拡張できる線形応答領域においても、第二法則や熱力学的安定性の議論は決して素直に拡張できるわけではないことがわかった。熱力学的安定性を例にとり、その難しさを「ルシャトリエ=ブラウン原理の非平衡への拡張に伴う制限」という形で明快に示した。このように、今年度の研究成果は、残念ながら、非平衡系への熱力学形式の拡張の難しさを如実に表すこととして得られたが、同時に、非平衡独自の構造追究への足がかりになることが期待される。また、第二法則や熱力学的安定性が特殊な系では拡張できないと結論付けられたが、同時に、多くのマクロ系では拡張できることも示すことができた。生体高分子の数値計算研究では、遅い揺らぎを取り出す統計力学的扱いについて、研究代表者らによる先行研究に不足の部分を発見し、理論の限界など明記するとともに拡張範囲をはっきりとさせる研究を行い、成果を出版した。計画3年目に、2年目に報告した熱力学関係式は線形応答理論の熱力学的表現であることを明確にし、さらに、2次の非平衡度まで正しい熱力学関係式を構成するには線形応答理論に基づく知見では不足があること、熱力学関係式には非自明な相関項(熱と仕事の相関)を加えなければならないことを見出したので、その成果について詳細に説明する論文を執筆し出版した。また定常的に熱伝導する多粒子系について数値計算により過剰熱測定を行い、2年目に得た非平衡系に拡張されたクラウジウス関係式を用いて非平衡定常状態でのエントロピーを決定した。その成果も論文として発表した。次に、拡張クラウジウス関係式を自由エネルギー導入のもと力学的関係式に書きなおし、非平衡定常系に加えられる仕事についての熱力学形式について研究した。非平衡下では、仕事と系を通過する過剰熱の間にオンサガー的な相反関係が存在することを示し、その成果を物理学会にて発表した。この成果を広く発表するため、現在論文を執筆中である。上記の非平衡系の研究の一方で、タンパク質の記憶効果について理解の緒をつけるため、ガラス転移で用いられる指標が折りたたみ転移点で示す特異的変化について研究した。4点相関関数を用いた数値的研究は計画2年目にも行っているが、動的相転移点に着目してもあまり明確な特徴は得られず、混迷を深めていた。そこで今回は折りたたみ転移点に焦点を絞ったところ、転移温度のごく近傍でのみ4点相関関数が特異的変化を示す様子が見られた。現在、より顕著に変化をとらえるべく数値データの統計性を上げる作業を行っており、同時並行で論文を執筆中である。
重水素置換p型有機半導体を用いた有機薄膜太陽電池の髙効率化

ITO/PEDOT-PSS/ペンタセンまたはペンタセン-d14 (45 nm)/C60(50 nm)/BCP(10 nm)/Al構造の太陽電池を製作し,HをDに置換することによる性能の違いを検討した.ペンタセンではVoc = 0.30 V, Jsc = 8.0 mA, FF = 0.27, PCE = 0.65%,ペンタセン-d14ではVoc = 0.34 V, Jsc = 6.1 mA, FF = 0.51, PCE = 1.1%であった.D置換によりVocが約1.24 V大きくなる予測であったが,実際は0.04 Vの増加であった.その原因は,イオン状態の考慮が足りなかったためと考えられる.ペンタセンの全重水素置換体(ペンタセン-d14)は,共同研究により,合成してもらった.構造(A)ITO/ペンタセンまたはペンタセン-d14(45 nm)/C60(50 nm)/BCP(10 nm)/Alと構造(B) ITO/PEDOT-PSS/ペンタセンまたはペンタセン-d14(45 nm)/C60(50 nm)/BCP(10 nm)/Alの有機薄膜太陽電池を製作した.ITOをパターニングした基板を購入して,その基板表面を洗浄後,ペンタセンまたはペンタセン-d14,C60,BCPの薄膜,Al電極を蒸着した.デバイスは,簡易グローブボックス中で封止した.このデバイスに疑似太陽光AM1.5G(100 mW/cm2)を照射して電流密度・電圧特性を測定した.測定データから,Voc, Jsc, FFを求めて,光電変換効率Eを計算した.デバイス構造(A)で,ペンタセンの場合,Voc=0.36 V, Jsc=5.2 mA, FF=0.47, E=0.89 %,ペンタセン-d14の場合,Voc=0.38 V, Jsc=4.3 mA, FF=0.47, E=0.76 %であった.デバイス構造(B)では,ペンタセンの場合,Voc=0.30 V, Jsc=8.0 mA, FF=0.27, E=0.65 %,ペンタセン-d14の場合,Voc=0.34 V, Jsc=6.1 mA, FF=0.51, E=1.1 %であった.このデバイスに関して,ペンタセン-d14を用いると,ペンタセンの場合よりもVocが大きくなる予測であったが,実測値は,デバイス構造(A)で0.02 V,構造(B)で0.04 Vとそれほど大きくならなかった.密度汎関数法理論により,ペンタセンとペンタセン-d14の零点エネルギーの差を求めところ,1.24 eVであり,このデータはVocが1.24 V大きくなることを示している.軽水素を重水素に置換することにより分子間力を制御し,太陽電池の光電変換効率を向上できる可能性がある.本研究では,軽水素で構成されるペンタセン(ペンタセン-H14)と全重水素置換体(ペンタセン-D14)の構造と太陽電池の電流電圧特性に関して研究した.ペンタセン-H14:C60混合物とペンタセン-D14:C60混合物薄膜の赤外・ラマンスペクトルを測定結果から,両方において,C60はアモルファス状態で,ペンタセンは結晶状態をとっていた.(A)インジウム・スズ酸化物(ITO)/ペンタセン-H14またはペンタセン-D14(45 nm)/C60(50 nm)/BCP(10 nm)/Alと(B) ITO/PEDOT-PSS/ペンタセン-H14またはペンタセン-D14(45 nm)/C60(50 nm)/BCP(10 nm)/Alのデバイス構造の有機薄膜太陽電池を製作した.このデバイスに関して,疑似太陽光AM1.5G(100 mW/cm2)を照射した場合の電流密度・電圧特性を測定した.測定データから,Voc, Jsc, FFを求めて,光電変換効率Eを計算した.デバイス構造(A)で,ペンタセン-H14の場合,Voc = 0.36 V, Jsc = 5.2 mA, FF = 0.47, E = 0.89 %,ペンタセン-D14の場合,Voc = 0.38 V, Jsc = 4.3 mA, FF = 0.47, E = 0.76 %であった.デバイス構造(B)では,ペンタセン-H14の場合,Voc = 0.30 V, Jsc = 8.0 mA, FF = 0.27, E = 0.65 %,ペンタセン-D14の場合,Voc = 0.34 V, Jsc = 6.1 mA, FF = 0.51, E = 1.1 %であった.ペンタセン-H14とペンタセン-D14のイオン化エネルギーを測定したところ,ほとんど同じであった.以上,重水素置換による分子間力の変化を通した固体構造の違いは,太陽電池の性能を改善するが,飛躍的ではないことが分かった.

ITO/PEDOT-PSS/ペンタセンまたはペンタセン-d14 (45 nm)/C60(50 nm)/BCP(10 nm)/Al構造の太陽電池を製作し,HをDに置換することによる性能の違いを検討した.ペンタセンではVoc = 0.30 V, Jsc = 8.0 mA, FF = 0.27, PCE = 0.65%,ペンタセン-d14ではVoc = 0.34 V, Jsc = 6.1 mA, FF = 0.51, PCE = 1.1%であった.D置換によりVocが約1.24 V大きくなる予測であったが,実際は0.04 Vの増加であった.その原因は,イオン状態の考慮が足りなかったためと考えられる.重水素化ペンタセンを用いた有機薄膜太陽電池を作製し,電流密度・電圧特性を測定し,開放電圧の差を実験的に求めることができた.密度汎関数法により,基準振動を計算し,ゼロ点エネルギーの差から,開放電圧の差の理論的予測値を求めることができた.物理化学ペンタセン-d14を用いた有機薄膜太陽電池では,ペンタセンの場合よりもVocが大きくなる予測であったが,実測値は,デバイス構造(A)で0.02 V,デバイス構造(B)で0.04 Vとそれほど大きくならなかった.密度汎関数法理論により,ペンタセンとペンタセン-d14の基準振動を計算し,零点エネルギーの差を求めところ,1.24 eVであり,この結果はVocが1.24 V大きくなることを示している.Vocが予想したほど大きくならなかった原因を明らかにするために,今後,ペンタセンとペンタセン-d14のイオン化エネルギーを測定する.次年度使用金額は14,118円と大きくなく,次年度の予算と合わせて使用したほうが研究計画の遂行に合理的と判断したので.平成27年度に薬品など実験に必要な消耗品として使用する.
パッシブ型生体制御系疲労定量化装置の開発

この研究は就労中の疲労管理を目的とした「パッシブ型生体制御系疲労定量化装置の開発」を目指しています。ここでは屋内の就労者を対象として、ヒトの健康状態と関係が強い情報、例えば姿勢の変化、筋肉の活動量や神経系の反応時間などを就労中の動画像からリアルタイムに推定するシステムを目指しています。この研究ではこれらの結果を利用して、疲労を定量化する手法や疲労状態をモニタリングする装置の開発を目指しています。
ブラキシズムの研究-Grindingの発生機序・咀嚼系への影響・治療法について

Bruxismは、grinding,clenching,tappingに分類されるが、その本態は不明の点が多い。課題の成果を得るため以下の方法を用いた。1.習慣的にgrindingを行う者30名とgrindingを自覚しない者10名の夜間睡眠中の咀嚼筋活動,咬合接触状態を同時に,持続的に,Telemeter systemを用い、被検者の異和感が無く、自然な状態で記録した。2.さらに被検者は、意識的なgrinding,clenching,tappingその他の顎運動を行ない、その時の振幅,持続時間,筋活動や咬合接触の消長パターンおよび臨床症状(早期接触の部位,様相,咀嚼筋の圧痛,顎関節症状)などについて比較検討した。この結果1.Bruxism習癖者は、臨床症状の全てか、いくつかの症状が存在した。Bruxismを自覚しない者は、臨床症状が全く無いか、いくつか存在した。睡眠中のgrindingあるいはgrindingと同様の筋活動は、被検者すべてに観察され、その相対的大きさは、時に睡眠中のものが意識的に行ったgrindingよりも大であった。またgrinding中の筋活動の持続時間は、睡眠中のものが意識的な場合より長く、数倍以上であった。2.grinding者と咬合接触様相は、同様の傾向を示し、grinding音が可聴できない場合も、筋活動と咬合接触様相は類似していた。3.grinding中、一側の側頭筋前腹の活動に一致し、同側に下顎が偏位した。4.臨床症状の無い正常咬合者も、夜間睡眠中、長い筋活動が観察され、grinding習癖者との間に、有位の差が認められなかった。以上の結果、咬合接触は筋活動に伴って出現し、grindingは筋活動の質的違いによって若起され、その原因は咬合接触の異常(臨床的な早期接触)や咀嚼系の顎関節異常だけでなく、別な因子(延髄レベル)の存在が示唆された。この点更に研究の要があると考える。