hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
血管新生因子に対するインクレチン関連薬の効果

糖尿病ではDPP4活性が亢進しHigh mobility group box 1(HMGB1)分解が促進されることにより血管内皮増殖因子を介したHMGB1の血管新生作用が障害されること、またDPP4活性を阻害することによってDM状態でもHMGB1の機能が保たれることが判明した。これらの結論から、DPP4は糖尿病合併の虚血性心疾患における新たな治療ターゲットとなり得る可能性が示唆された。HMGB1心筋特異的過剰発現(TG)マウスと野生型(WT)マウスにそれぞれstreptozocin (STZ)を投与し、糖尿病モデル(DM)マウスを作成した。いずれも血中のDPP4活性は上昇していた。STZ投与3週間後にマウスの冠動脈を結紮し心筋梗塞を作成した。梗塞巣の大きさ、心エコーでの心機能、血中HMGB1濃度、梗塞境界域での血管新生をWTマウス、TGマウス、WT-DMマウス、TG-DMマウスで比較検討した。引き続きSTZ投与後、血糖とDPP4活性が上昇していることを確認後にDPP4阻害薬(DPP4i) anagliptinを経口投与を開始し、STZ投与3週間後に、それぞれWT-DM-DPP4iマウス、TG-DM-DPP4iマウスに心筋梗塞を作成し、梗塞巣の大きさ、心エコーでの心機能、血中HMGB1濃度、梗塞境界域での血管新生について6群間で比較検討した。当初の予定通り、DMモデルマウスを作成し心筋梗塞を作成できた。また、DPP4阻害薬投与によりHMGB1とDPP4の関連が明らかにすることができた。今後は、タンパクの測定などを行う予定である。急性心筋梗塞(MI)は現在も死亡率は高く、さらに糖尿病(DM)合併MIは予後不良である。我々はHigh mobility group box 1 (HMGB1)が壊死心筋細胞から細胞外へ分泌され梗塞周辺領域での血管新生を促進し心保護的に作用することを報告した。糖尿病治療のターゲットであるdypeptidyl peptidase 4 (DPP4)がインクレチンの他にも様々な生体内生理活性物質を基質としていることが明らかになってきた。そこで我々はDM合併MIにおいてDPP4活性阻害がHMGB1の分解を抑制することで梗塞後の心機能改善に関与するかを検討した。心筋特異的HMGB1過剰発現マウス(TG)と野生型マウス(WT)を用いた。DMはストレプトゾトシンの腹腔内投与で作成し、DPP4阻害剤(DPP4I)としてアナグリプチンを使用した。TG・WTマウスそれぞれについてnon-DM、DM、DPP4I投与DMの3群を作成し、全ての群においてMIを作成した。血中HMGB1濃度、梗塞サイズ、血管新生の程度について6群間で比較した。DPP4活性はDMにより上昇し、DPP4I投与により約90%抑制されていることを確認した。梗塞後HMGB1血中濃度はTG群がWT群より高値であったが、TG-DM群では有意に低下し、DPP4I群はTG群と同程度まで改善した。WT群と比較しTG群の梗塞サイズは抑制されていたが、TG-DM群はTG群と比べ大きく、DPP4I群はTG群と同程度に抑制された。梗塞周辺領域の血管新生の程度は、TG群はWT群と比較し高いがTG-DM群では抑制され、DPP4I群でTG群と同程度まで改善した。DMではDPP4活性が亢進しHMGB1分解が促進されるためHMGB1の血管新生作用が障害され、DPP4活性を阻害することでDM状態でもHMGB1の機能が保たれることが示唆された。また、GLP-1受容体作動薬など他のインクレチン製剤とDPP4阻害薬の比較を行う。
細胞内リドックス(参加還元状態)による遺伝子発現の調節と栄養制御(HIV-1の転写制御によるAIDS発症予防に関する基礎的研究)

AIDSの原因ウイルスの転写調節領域を持つpHIV-1-LTR-CATをトランスフェクションしたHeLa細胞やHepG2細胞に、UVC照射や発癌プロモーターであるPMA、炎症性サイトカインであるTNFαで処理することにより、顕著にその転写活性(CAT活性)が上昇した。PDTCの添加によりCAT活性の誘導は完全に抑制された。SH基を持った抗酸化剤であるPDTCによって、異なった外的刺激によるHIV-1-LTRの転写活性化が抑制されたことは、異なった外的刺激の情報伝達過程にSH基による酸化還元状態の変化(リドックス)に感受性の高いステップがあることを示唆している。これまでSH基を持った抗酸化剤以外にビタミンEなどのキノン系抗酸化剤が知られている。しかしながら、実際にどのような酸化還元状態が、つまりどの反応性酸素中間体が関与しているかは全くわかっていない。ヒドロキシラジカルのスカベンジャーであるチオ尿素、エタノール、マンニトール、DMSO、DMTUいずれも活性化されたNF-κBを抑制することはなかった。また、還元剤であるアスコルビン酸、一重項酸素のクエンチャーであるヒスチジンも活性化を抑制しなかった。以上の結果から、様々な外的刺激によりNF-κBが活性化される機構において特定の反応性酸素中間体が関与している可能性は少なく、むしろSH基のジスルフィド結合への変換のような、細胞内リドックスが重要であると考えられた。TNFαやPMAで細胞を処理したとき、ヒドロキシラジカルのスカベンジャーであるDMSOはむしろその活性化を増強することを見出した。DMSOの増強作用はUVCを処理したときには見られないもので、単独で活性化作用のない化合物がNF-κBの活性化増強作用を持つこの現象は初めてのものである。pHIV-1-LTR-CATをトランスフェクシヨンしたHeLa細胞に、UVC照射や発癌プロモーターであるPMAで処理することにより、顕著にCAT活性が上昇した。炎症反応に伴いマクロファージより分泌されるTNFαを用いた場合でも同様な結果が観察された。SH基を持った抗酸化剤であるPDTCによって、異なった外的刺激によるHIV-1-LTRの転写活性化が抑制されたことは、異なった外的刺激の情報伝達過程の中にSH基による酸化還元状態の変化(Redox)に感受性の高いステップがあることが示唆される。これまでSH基を持った抗酸化剤以外にビタミンEなどのキノン系抗酸化剤が知られているが、これら抗酸化剤の作用点は細胞膜内もしくは細胞膜内側の細胞膜に隣接した部位であることが以下の理由から推測される。1)SH基を持った抗酸化剤は水溶性であり、ビタミンEは脂溶性抗酸化剤である。2)UVCの情報伝達にはプロトオンコジーンであるSrcやRasの関与が知られている。3)UVCの影響は不活性化されたRasの大量発現によって抑制される。UVCやPMA、TNFαなどの異なった細胞外刺激が抗酸化剤により抑制されることが明らかとなったが、これらの影響がπB配列を介して転写を調節しているか検討するためπB配列に変異を加えたp△πBHIV-1-LTR-CATをHeLa細胞にトランスフエクションした。UVCやPMA、TNFαによるHIV-1-LTRの転写活性化はπB配列の変異により見られなくなり、これらの外的刺激がπB配列を介して転写調節をしていることを示している。これらの結果は肝癌細胞株であるHepG2細胞においても観察された。pHIV-1-LTR-CATをトランスフェクションしたHeLa細胞に、UVC照射や発癌プロモーターであるPMAで処理することにより、顕著にCAT活性が上昇した。

PDTCの添加によりCAT活性の誘導は完全に抑制された。炎症反応に伴いマクロファージより分泌されるTNFαを用いた場合でも同様な結果が観察された。SH基を持った抗酸化剤であるPDTCによって、異なった外的刺激によるHIV-1-LTRの転写活性化が抑制されたことは、異なった外的刺激の情報伝達過程にSH基による酸化還元状態の変化(リドックス)に感受性の高いステップがあることを示唆している。これまでSH基を持った抗酸化剤以外にビタミンEなどのキノン系抗酸化剤が知られている。しかしながら、実際にどのような酸化還元状態が、つまりどの反応性酸素中間体が関与しているかは全くわかっていない。ヒドロキシラジカルのスカベンジャーであるチオ尿素、エタノール、マンニトール、DMSO、DMTUいずれも活性化されたNF-kBを抑制することはなかった。また、還元剤であるアスコルビン酸、一重項酸素のクエンチャーであるヒスチジンも活性化を抑制しなかった。以上の結果から、様々な外的刺激によりNF-kBが活性化される機構において特定の反応性酸素中間体が関与している可能性は少なく、むしろSH基のジスルフィド結合への変換のような、細胞内リドックスが重要であると考えられた。TNFαやPMAで細胞を処理したとき、ヒドロキシラジカルのスカベンジャーであるDMSOはむしろその活性化を増強することを見出した。DMSOの増強作用はUVCを処理したときには見られないもので、単独で活性化作用のない化合物がNF-kBの活性化増強作用を持つこの現象は初めてのものである。
補酵素Ｂ１２関与ラジカル酵素の活性維持システムの動作原理の解明

ビタミンB12は生体内で補酵素型に変換され酵素反応に関与する。補酵素B12関与酵素は反応にラジカルを利用し、一般的な酵素では困難な反応を触媒可能である。その反面、副反応による不活性化を受けやすい。これに対して、いくつかの酵素には不活性化された酵素を再活性化する系が存在する。ヒトでは補酵素B12関与酵素の機能不全は代謝異常症につながる。また、工業生産への利用では酵素の不活性化は大きな問題となる。さらに、ビタミンB12は希少化合物であり、効率的な利用が求められる。本課題では、補酵素B12関与酵素の活性維持システムを明らかにするために、再活性化蛋白質や補酵素B12再生酵素などを対象に研究を行った。1.ヒトメチルマロニルCoAムターゼ(MCM)およびMMAAの大腸菌での発現系の構築。前年度の研究においてヒトMCMおよびMMAAの大腸菌での発現系の構築を行ったが、MCMは産生量は多いものの大部分が不活性な封入体として存在しており、一方MMAAは可溶性画分に産生されるものの量が少なく、いずれも機能解析に充分な量の精製蛋白質を得られていなかった。そこで、本年度は発現系の改良を主に行った。MCMに関しては高溶解性蛋白質であり、大腸菌のシャペロン蛋白質の一種であるトリガーファクター(TF)との融合蛋白質として発現させるためのプラスミドを構築し、低温で発現させることで可溶性蛋白質として大腸菌で大量に産生させることに成功した。発現したTF-MCM融合蛋白質は、そのままでは酵素活性が低いものの、プロテアーゼによってTFタグを切り離すことで高いMCM活性を示すことが確認出来た。MMAAに関しては、発現プラスミドはそのままで、宿主の大腸菌を変更することで産生量の改善を検討した。その結果、いくらかの改善が見られたものの、現在のところMCMほどの大量発現を行うことは出来ていない。2.ジオールデヒドラターゼ再活性化因子(DDR)によるジオールデヒドラターゼ(DD)の再活性化の分子機構の解明。変異型DDRおよびDDを用いた生化学的研究により、DDとの相互作用や再活性化におけるDDRのヌクレオチドスイッチの分子機構を明らかにした。また、DD・DDRの間のサブユニットスワッピングに関与する両蛋白質のβサブユニットのアミノ酸の役割を明らかにした。3.新規グリセロールデヒドラターゼ類似酵素の発現系の構築。既知のグリセロールデヒドラターゼ(GD)およびDDとは異なる特徴を有する補酵素B12関与デヒドラターゼの発現系構築を行った。封入体の形成やサブユニットによる発現量のばらつきなどの問題があったので、現在発現系の改良を行っている。1.ヒトメチルマロニルCoAムターゼ(MCM)およびMMAAの大腸菌での発現系の構築を行った。発現用宿主としては大腸菌BL21(DE3)株、BL21-CodonPlus(DE3)-RIL株、ArcticExpress(DE3) RIL株などを検討した。MCMについてはいくつかのベクター/宿主の組合せで高発現を行うことが出来たが、大部分が不溶性の封入体を形成し、可溶性画分に存在するMCMはわずかであった。MMAAについては発現量は少ないものの可溶性画分に存在していた。発現した蛋白質の精製を行い、MCMおよびMMAAの機能解析を行った。得られる精製蛋白質の量が少なく詳細は未解明であるが、MCMホロ酵素の不活性化や、MMAAがGTP存在下でMCMを再活性化することが示唆された。MCMを含む補酵素B12関与酵素はラジカル機構で反応を触媒するが、補酵素の修飾を伴うホロ酵素の不活性化を受けやすく、我々はこれまでにいくつかの補酵素B12関与酵素について再活性化系を明らかにしてきた。MMAAがMCMの再活性化因子であることを明らか出来れば、動物における補酵素B12関与酵素の再活性化系の初めての例であり、またMMAAの変異によるメチルマロン酸尿症の治療法の開発に役立つことも期待される。2.補酵素B12関与エタノールアミンアンモニアリアーゼ(EAL)とその再活性化因子(EALR)がATP存在下で複合体を形成することを確認した。3.Klebsiella oxytocaが有する3種類のB12アデノシル化酵素(CobA,PduOおよびEutT)について単独での活性と補酵素B12関与ジオールデヒドラターゼ(DD)共存下での活性などを調べ、PduOがよりDDの系に特化していることを確認した。1.MMAAの大腸菌での発現系の改良。発現量改善を目的として、グルタチオン-S-トランスフェラーゼ(GST)との融合蛋白質の発現系の構築を行ったが、大きな改善は見られなかった。次いで、ヒト由来であるMMAA遺伝子を大腸菌での発現に適したコドンに改変した人工遺伝子(以下eMMAA)を合成し、pET-21bベクターに組み込んで発現プラスミドを作成した。これをBL21 Star(DE3)株等の発現用大腸菌宿主に導入し、30°Cで発現を行ったところ、MMAA蛋白質の発現量は増加したものの、封入体を形成して不溶性画分に存在する量が多かった。そこで、低温での発現、pColdベクターを用いた発現、GSTやマルトース結合タンパク質との融合蛋白質としての発現、分子シャペロン(GroEL, GroES, DnaK, DnaJ, GrpE)との共発現を検討した。

このうち、可溶性画分へのMMAA蛋白質の発現量が最も多かった分子シャペロンとの共発現株の菌体破砕上清からNi-NTAアガロースカラムカラムを用いてHisタグ付きMMAA蛋白質の精製を行った。精製画分にGroELと考えられる蛋白質の共雑が認められたことから、共発現させる分子シャペロンを再度検討し、MMAA蛋白質の可溶性発現にはDnaK, DnaJ, GrpEだけで有効であることを明らかにした。2.サブユニット融合型グリセロールデヒドラターゼ(GD)類似酵素の研究。サブユニット構造や活性部位アミノ酸の一部に既知GDとは異なる特徴をもつ根粒菌Mesorhizobium loti由来GD類似酵素について、pET-21bを用いた発現系構築を前年度に行ったが、封入体の形成やサブユニット毎の発現量のばらつきなどの問題があったので、発現系の改良を行った。サブユニット遺伝子の順番やプロモーターの追加などによって問題が解決出来たので、発現を行い蛋白質精製を行った。同様に、サブユニット融合型に改変したKlebsiella pneumoniae由来GDの発現系を構築し、蛋白質精製を行った。これらについて酵素活性の確認を行った。1.ヒトMMAA蛋白質のメチルマロニルCoAムターゼ(MCM)に対する機能解析を目的としてMMAAおよびMCMの大腸菌発現系の構築を行った。MMAAについては、大腸菌での発現に最適化したコドンに改変した人工遺伝子をpET-21bに組み込んで発現プラスミドを作成した。このプラスミドと分子シャペロンDnaK, DnaJ, GrpE発現プラスミドpKJE7を一緒に組み込んだ大腸菌を用いることで、MMAAを可溶性画分に発現することに成功し、精製MMAAを得ることが出来た。MCMについては、pCold TFベクターを用いてHis6およびHis10タグを付加したトリガーファクター-MCM融合蛋白質発現系を構築し、可溶性発現に成功した。Ni-NTAアガロースカラム等を用いて蛋白精製の検討を重ねたが、いずれの場合も、機能解析には純度や量が不充分であった。また、pET-21bベクターを用いたマルトース結合タンパク質-MCM融合蛋白質発現系の構築を行い、可溶性画分に大量に発現させることに成功した。しかし、研究期間内に精製ヒトMCMとMMAAを用いた機能解析まで行うことは出来なかった。2.Klebsiella oxytocaのジオールデヒドラターゼ(DD)/DD再活性化酵素系(= DD再活性化系)におけるB12再生系酵素(B12アデノシル化酵素)の機能比較を行い、本菌が有するCobA,PduO,EutA 3種類のB12アデノシル化酵素の中で、CobAとPduOがDD再活性化系におけるアデノシル化活性が高いことを明らかにした。一方、単独でのB12アデノシル化活性はPduOが最も低かったことから、PduOはDD再活性化系に特化したB12アデノシル化酵素であることが分かった。3.サブユニット構造や活性部位アミノ酸の一部が既知のグリセロールデヒドラターゼと異なる特徴をもつ根粒菌由来GD類似酵素について大腸菌発現系の構築を行い、蛋白精製および機能解析を行った。その結果、本酵素はアミノ基を有するジオール化合物に特異的な新奇デヒドラターゼであることが明らかとなった。ビタミンB12は生体内で補酵素型に変換され酵素反応に関与する。
中性イオン性転移を起こす有機錯体の構造的研究

中性イオン性転移は温度降下や圧力印加により、交互積層した、中性のドナー(D)分子から中性のアクセプター(A)分子へ、電荷移動を生じ、イオン性結晶へと相転移を起こす現象である。中性イオン性転移はこれまで、以下のモデルで理解されてきた。すなわち、電荷移動には、格子収縮によるマ-デルングエネルギーの増加が関わっている。電荷移動に伴い、イオン性相では個々の分子の電子構造は開核になりスピンを持つ。このスピンには一次元スピンパイエルス不安定性が働き、分子二量体化を起こしてスピンは一重項状態になる。前段の電荷移動はすでに検証されているが、後段の分子二量体化は、半定性的な傍証はあるものの,具体的な分子変位は全くわかっていなかった。本研究では、中性イオン性転移を起こす二種類の錯体TTF-CAとMTTF-CAについてX線としては世界に先駆けて低温構造解析に成功した。その後X線圧力下測定技術を開発し,DMTTF-CAについて圧力下測定もおこなった。TTF-CAとDMTTF-CAを微視的にみると,イオン性に転移する部分では,分子二量体化の変位量、電荷移動量の変化量に共通点を見いだした。これは両錯体が一次元方向に良く似たDA交互積層構造を持つためであると考えられる。しかし、巨視的にみると,TTF-CAは低温で、試料全体がイオン性になりp2_1/nからPnに空間群が変化し強誘電体となるが,他方DMTTF-CAは低温では、電荷移動も二量体化もない中性部分と、両方ともあるイオン性部分が混在していることがわかった。これは、一次元鎖間の静電的相互作用によるものとして理解できる。現在に到るまで、中性イオン性転移については、次のような標準モデルで理解されてきている。前段の電荷移動については、現在までに確証が得られているが、後段のスピンパイエルス不安定性による、分子二量体化は、間接的な情報にとどまり、具体的な分子変位は全くわかっていなかった。本年度は、温度降下により中性イオン性転移を起こす二種類の錯体TTF-CAとDMTTF-CAについて低温構造解析をおこなった。良く似た交互積層を持つ両錯体について、分子二量体化の変位量、電荷移動量の変化などに共通する性質を多く見いだした。しかし、TTF-CAでは転移点以下で、空間群がP2_1/nからPnに変化し、試料がすべてイオン性になり、分子二量体化が巨視的にオーダーすることがわかった。他方DMTTF-CAでは、電荷移動も二量体化もない中性部分と、両方ともあるイオン性部分が混在していることがわかった。この動性の差は、一次元DA鎖間の静電的相互作用によるものとして理解できることがわかった。

このスピンには一次元スピンパイエルス不安定性が働き、分子二量体化を起こしてスピンは一重項状態になる。前段の電荷移動はすでに検証されているが、後段の分子二量体化は、半定性的な傍証はあるものの,具体的な分子変位は全くわかっていなかった。本研究では、中性イオン性転移を起こす二種類の錯体TTF-CAとDMTTF-CAについてX線としては世界に先駆けて低温構造解析に成功した。その後X線圧力下測定技術を開発し,DMTTF-CAについて圧力下測定もおこなった。TTF-CAとDMTTF-CAを微視的にみると,イオン性に転移する部分では,分子二量体化の変位量、電荷移動量の変化量に共通点を見いだした。これは両錯体が一次元方向に良く似たDA交互積層構造を持つためであると考えられる。しかし、巨視的にみると,TTF-CAは低温で、試料全体がイオン性になりP2_1/nからPnに空間群が変化し強誘電体となるが,他方DMTTF-CAは低温では、電荷移動も二量体化もない中性部分と、両方ともあるイオン性部分が混在していることがわかった。これは、一次元鎖間の静電的相互作用によるものとして理解できる。
ヒトES細胞による心筋発生・分化機構の解明と再生療法の開発

<研究の目的>これまでに、我々は胚性幹(ES)細胞による難治性循環器疾患の再生医療技術開発を目指したマウスES細胞における心筋分化誘導法(Kawai-T, Takahashi-T, et al.`04 Circ J.)、ならびにES細胞由来心筋分化細胞の同定・単離技術の開発を行ってきた。本研究は、マウスES細胞研究において培ってきた分化誘導法や目的細胞の同定・単離技術をヒトES細胞において応用する事によって、ヒトES細胞による再生医療技術開発を目的としている。<研究実績の概要>1)これまでの研究から、申請者らがマウスES細胞研究において開発した共培養系によって、ヒトES細胞から心筋分化誘導が可能である事を確認している。しかしながら、その分化誘導効率はマウスES細胞による心筋分化誘導率に比べて極僅かである事から、現在、マウスES細胞による分化誘導法を利用したスクリーニングを行う事で、様々な因子を利用したヒトES細胞による効率の良い心筋分化誘導法の開発を試みている。3)2)のマウスES細胞では有用性が確認できたACT法をヒトES細胞において応用する為に、ヒトES細胞に対する様々な遺伝子導入法の検討を行った。*以上の様に、ヒトES細胞の心筋分化誘導効率の改善に取り組み、ヒトES細胞における効率良い遺伝子導入技術を確認している。<研究の目的>ヒトES細胞は再生医療を担う移植細胞ソースの一つとして世界中で盛んに研究が行われている。しかしながら、マウスとヒトではES細胞、そのものの性質が異なるため、未だヒトES細胞からの心筋分化誘導法は確立されておらず、実際の再生医療に応用可能なヒトES細胞による効率良い心筋分化誘導法や分化誘導後、得られた心筋細胞の移植療法の確立が切望されている。本研究では申請者がマウスES細胞研究で培った技術・経験を基に、ヒトES細胞を用いた効率の良い心筋分化誘導法を開発するとともに、ヒトES細胞による心疾患への再生医療法の基盤を築く事を目的とする。<研究実績の概要>1)これまでに申請者らが、マウスES細胞研究において開発した共培養系を用いて、ヒトES細胞における、心筋分化誘導法を確立した。2)1)の方法によって、分化誘導したヒトES細胞由来の心筋分化細胞を免疫組織学的に解析した結果、心筋分化関連転写因子であるMEF2や、心筋サルコメア構成蛋白のαMHC (myosin heavy chain)、α-アクチニンを発現する事が明らかとなった。*以上の結果から、マウスES細胞において開発した共培養法によって、ヒトES細胞の心筋分化誘導が可能であることが示された。
16-17世紀モスクワ国家の統治機構と士族層

本研究は,1617世紀モスクワ国家の中小土地所有者(士族)を取り上げ,統治構造のなかで彼らが果たした役割について,主に軍事・軍制面から検討を加えた。その成果は,はじめに研究史整理(文献・史料の収集・整理)をおこない,2年目と3年目に,その成果の公表・公刊に努めた。また,この研究から派生して,わが国における戦争体験について,当時の人びとの証言をもとに再構成する試みも行った。それらの具体的な成果については,後掲の「研究の成果」以下の項を参照されたい。本研究の目的は,士族と呼ばれる16-17世紀モスクワ国家の社会層を取り上げ,彼らが,この時期の社会生活および中央(モスクワ)と地方の統治において果たしていた役割を,解明しようとするものである。本研究は,追加配分となったため,当該年度の研究開始は,後期(11月)からとなった。研究の実施条件と期間が限られる中で,研究実施計画の1.「研究文献および史料(資料)の国内調査」については,早稲田大学総合図書館において,士族層の軍事的な役割に関するボブロフの最新の論文をはじめ,本研究のテーマに関する研究文献の調査・収集をおこなった。また,実施計画の2.「文献および史料の訳読」については,以前から継続して参加している「17世紀ロシア法典(『ウロジェーニエ』)研究会」の月例会のうち,10月および12月の例会に出席して,法典の一部の逐語訳をおこない,討論にも参加した。実施計画の3.「基本的な文献・史料の整理・紹介」については,前述の調査において収集した文献その他を,今後,順次整理・紹介していく予定である。これらの研究は,ヨーロッパ諸国では比較的古くから注目されてきている研究テーマであるが,わが国ではほとんど研究されていないというのが実情であり,学界にも十分に貢献できるものである。さらに,これも研究代表者が継続して取り組んでいる軍事における士族の役割という問題については,クリステル・ヨルゲンセン他著『戦闘技術の歴史3近世編』(創元社)の監修作業をおこなった。本書は,わが国ではまったく類書のないもので,16-17世紀の,いわゆる近世西ヨーロッパの国家と社会の基本的特徴を理解するうえで,学界のみならず,幅広く一般読者にも有益なものである。本研究は、16-17世紀のモスクワ国家における社会統合の実態と特徴を、士族と呼ばれる中小勤務人層の社会的・政治的活動をとおして解明しようとする試みである。平成23年度の目標は、士族層の階層分析をおこない、それを、当時のモスクワ国家の中央および地方の統治機構の中で果たした彼らの役割と関連させて考察することであった。そのための研究計画と成果は次のとおりである。1.まず、基本文献の調査と入手については、比較的順調な進展をみた。また近年、当該テーマに関する研究文献が相次いで刊行されており、そのうちの基本的なものについても、入手できた。2.上述した文献および史料の紹介と訳読は、現在進行中である。またこれとは別に、中世ロシア研究会の一員として参加している「1649年法典」の訳読作業は、昨年度前半に完了し、現在は、17世紀初頭の動乱時代の同時代史料「パーリツィンの回想録」の訳読に取り組んでいる。これらはいずれも、17世紀の基本的な史料であり、本研究にとっても稗益するところが大きい。3.隣接する研究テーマ、特に軍事勤務人としての士族層についての研究は、引き続き「軍隊と社会の歴史研究会」の例会に参加するとともに、同研究会が進めている軍事史関連の史料・文献紹介の課題にも取り組んだ。後者の成果は、今年度中に刊行される予定である。また、軍事史研究から派生したものではあるが、日本人の戦争体験、戦争認識の特徴について考察した小論を執筆した。これは、震災の影響等で刊行が遅れて新年度になったが、本年4月にすでに刊行されている。本研究は,16ー17世紀における社会統合の実態と特徴を,士族と呼ばれる中小勤務人層の,社会的・政治的活動をとおして解明しようとする試みであった。平成24年度の目標は,研究計画の最終年度として,かれらの政治的・軍事的な活動に主に焦点を当て,その研究史を整理するとともに,西欧の軍事史とも比較しながら,かれらの果たした歴史的な役割とその意義を考察しようとするものであった。その成果は以下のようなものとなった。1.研究期間の2年間で収集した諸文献をもとに,士族層を中心とした軍事史に関する研究史の整理を行った。これはすでに入稿済みであり,共著として,平成25年度に刊行される予定である。2.資料訳読の研究会に,24年度も参加した。訳読している資料は,17世紀初頭の動乱時代に関連する基本資料「パーリツィンの回想録」であり,相互の討論とも相まって,本研究に裨益するところが大きかった。これは,次年度以降にも継続される。

3.24年度も,「軍隊と社会の歴史研究会」に参加し,世界各地域・各時代の政治・社会・軍事の問題について,多くを学んだ。4.過年度から順次進めていた翻訳『戦闘技術の歴史』の監修作業が,「ナポレオンの戦争編」で,全3巻すべて完結した。刊行は25年4月になったが,実質的には昨年度の成果である。5.またこれらの諸研究から派生して,日本人の戦争体験,戦争認識について考察した小論を,24年度の初めに,共著として刊行した。年度当初あ予定は、おおむね順調に進行している。訳読の進行がやや遅れているが、これも当初の計画を変更するほどのものではない。また、成果の刊行が遅れているのは、震災の影響など、もっぱら技術的な理由によるものである。一部は今年度に入ってすでに刊行されており、いずれの問題点についても、全体として今年度中には克服できるものである。24年度が最終年度であるため、記入しない。
遺伝子および化学マーカーによる河川糞便性汚染源の特定

本研究では糞便性指標微生物の遺伝子マーカーと化学マーカーを組み合わせた迅速(1-2日程度)かつ簡便な、糞便性汚染源の特定と汚染度の定量的評価手法の開発を行うことを目的とした。腸内蛋白質分解細菌の最優占種であるBacteroidesに着目し、培養を必要としない分子生物学手法(16S rDNAクローンライブラリー法やTerminal Restriction Fragment Length Polymorphism : T-RFLP法、定量PCR法)を用い、宿主特有のBacteroidesの16S rRNA遺伝子配列(遺伝子マーカー)を特定・探索することにより、水環境中の糞便汚染源(人間、牛、豚等)を特定する。研究成果は以下のように要約される。宿主動物(人間、牛、豚)毎に特異的なBacteroides種が存在し、宿主動物を認識することが可能な16SrRNA遺伝子配列(遺伝子マーカー)を見つけ出すことに成功した。これによって、これら特異的なBacteroides属を指標微生物とすることにより、糞便汚染源の特定が可能であることを示唆している。次に、これら宿主特異的遺伝子マーカーを迅速かつ簡便に検出・定量するために、これらの遺伝子マーカーに特異的なPCRプラーマーのセットを7つ設計することができた。これら設計したPCRプラーマーセットを用いたT-RFLP法を確立した。この結果、宿主動物毎に特異的なDNA断片長を有するクローンが河川環境中に多く存在することが確認された。したがって、これらのDNA断片は宿主動物毎の遺伝子マーカーとなることが確認できた。また、遺伝子マーカーの迅速な定量を行うために、それぞれのプライマーセットに対応するReal-timePCR法の反応条件を確立した。T-RFLP法およびReal-timePCR法による解析は、DNA抽出から定量まで約8時間で終了し、かつ培養法によるバイアスを排除できるため、より正確に複合微生物系内に存在する各種糞便性大腸菌および病原細菌の特定・定量および汚染源の特定・モニタリングが可能となると思われる。また、検出限界は極めて低く、高感度かつ特異的な糞便性大腸菌汚染の指標となることが明らかとなった。本研究では糞便性指標微生物の遺伝子マーカーと化学マーカーを組み合わせた迅速(1-2日程度)かつ簡便な、糞便性汚染源の特定と汚染度の定量的評価手法の開発を行う。腸内蛋白質分解細菌の最優占種であるBacteroidesに着目し、培養を必要としない分子生物学手法(16S rDNAクローンライブラリー法やTerminal Restriction Fragment Length Polymorphism : T-RFLP法)を用い、宿主特有のBacteroidesの16S rRNA遺伝子配列(遺伝子マーカー)を特定・探索することにより、水環境中の糞便汚染源(人間、牛、豚等)を特定する。本年度は、必要とする要素技術(16SrDNAクローンライブラリー(データベース))の構築、T-RFLP法および定量PCR用のBacteroides属に特異的なプライマーの設計を行った。最初に、異なる哺乳類(人間、牛、豚、鶏等)から採取した糞便より全DNAを抽出し、Bacteroides属に特異的なプライマーを用いて16S rDNAの部分配列をPCR増幅後、大腸菌を用いてクローニングを行い、ランダムに200個以上のクローンの塩基配列を決定し系統解析を行った。その結果、宿主動物(人間、牛、豚)毎に特異的なBacteroides種が存在することを確認した。

このことは、これら特異的なBacteroides属を指標微生物とすることにより、糞便汚染源の特定が可能であることを示唆している。次に、これら指標微生物の迅速かつ簡便な検出方法として、16SrDNAの5'末端を蛍光標識した同様のプライマーによりPCR増幅した後、DNA断片を制限酵素で切断し、5'末端からの塩基長をDNAシーケンサーで測定するT-RFLP法を確立した。この結果、宿主動物毎に特異的なDNA断片長を有するクローンが存在することが確認された。したがって、これらのDNA断片は宿主動物毎の遺伝子マーカーとなることが確認できた。T-RFLP法による解析は1日で終了し、かつ培養法によるバイアスを排除できるため、より正確に複合微生物系内に存在する各種糞便性大腸菌および病原細菌の特定、モニタリングが可能となると思われる。また、検出限界は極めて低く、高感度かつ特異的な糞便性大腸菌汚染の指標となることが明らかとなった。本研究では糞便性指標微生物の遺伝子マーカーと化学マーカーを組み合わせた迅速(1-2日程度)かつ簡便な、糞便性汚染源の特定と汚染度の定量的評価手法の開発を行うことを目的とした。腸内蛋白質分解細菌の最優占種であるBacteroidesに着目し、培養を必要としない分子生物学手法(16S rDNAクローンライブラリー法やTerminal Restriction Fragment Length Polymorphism : T-RFLP法、定量PCR法)を用い、宿主特有の、Bacteroidesの16S rRNA遺伝子配列(遺伝子マーカー)を特定・探索することにより、水環境中の糞便汚染源(人間、牛、豚等)を特定する。研究成果は以下のように要約される。宿主動物(人間、牛、豚)毎に特異的なBacteroidesが存在し、宿主動物を認識することが可能な16SrRNA遺伝子配列(遺伝子マーカー)を見つけ出すことに成功した。これによって、これら特異的なBacteroides属を指標微生物とすることにより、糞便汚染源の特定が可能であることを示唆している。次に、これら宿主特異的遺伝子マーカーを迅速かつ簡便に検出・定量するために、これらの遺伝子マーカーに特異的なPCRプラーマーのセットを7つ設計することができた。これら設計したPCRプラーマーセットを用いたT-RFLP法を確立した。この結果、宿主動物毎に特異的なDNA断片長を有するクローンが河川環境中に多く存在することが確認された。また、遺伝子マーカーの迅速な定量を行うために、それぞれのプライマーセットに対応するReal-timePCR法の反応条件を確立した。
数学リテラシー概念に基く教員養成系数学カリキュラムの開発

本研究は,学校数学教育カリキュラム策定における数学リテラシー概念の応用に基づき,教員養成数学カリキュラムの開発を行う。先行研究における教員養成数学カリキュラムモデル例の提案を踏まえ,本研究では教員養成数学カリキュラム教材の開発を行うことを主目的とし,事例研究を進めた。また(数学および一般)教員の持つべき数学リテラシー像策定に向けて,大学での数理科学参照基準策定,大学数学基礎教育でのコンピテンシー研究など関連する研究から,数学リテラシー概念の深化を図った。さらに教科内容学会の設立にもつながった。本研究は,学校数学教育カリキュラム策定における数学リテラシー概念の応用を踏まえ,1)数学教員の持つべき数学リテラシー像の策定;2)教員養成数学カリキュラムモデルの構築;3)教員養成数学カリキュラム教材の開発を行うことを目的としている。本年度は次の活動を行い,成果を得た。0.基本的に,南九州大学で研究集会(本年2月)を開催すると共に,京都大学数理解析研究所での日本数学会教員養成系懇談会主催の共同研究に参画,名古屋リテラシーフォーラムの講演会(昨年6月)に参加するなどの活動の中で研究を進めた。1.教員のリテラシー像策定に関しては,学校教育における学習指導要領改訂の時期に当たったこともあり,改訂における数学リテラシーの果たした役割について改めて考え直し,またこれについての世界的流れを学ぶこととし,それに基づく教員のリテラシー像策定は次年度に行うこととした。6月のシンポジウムで科学リテラシーとの関連を,また2月の研究会で「教育数学」について議論し,またアメリカでの最近の動きについて学んだ。2.3.の研究を教員養成系懇談会の共同研究の中で進めると共に,主に3の教材開発の実践研究報告を南九州大学での研究集会のテーマとし,その内容は報告集としてまとめられた。これらについては,実践の成果の評価を含め,なお2年目以降継続して行く予定である。この他の活動として,数学教育の会が2回開催され,また名古屋大学数学教育セミナーが4回開催された。この中では学習指導要領改訂に呼応する形で,統計的内容について多くを学んだ。0.基本的に,昨年までの活動を引き継ぎ,南九州大学で研究集会(昨年8月)を開催すると共に,京都大学数理解析研究所での日本数学会教員養成系懇談会主催の共同研究に参画し,さらに本年1月開催された数学リテラシーに基づく大学基礎教育改善の研究集会に参加するなどの活動の中で研究を進めた。一方日本学術会議で数理科学分野の参照基準が昨年9月に公開されたが,研究代表者はこの策定に加わった。また本研究と密接に関係する日本教科内容学会が年度末に発足したが,研究代表者はここに加わることとした。この他PISAの数学リテラシー検討に加わるなど,むしろ数学リテラシーそのものに関わる研究が進められた。1.教員のリテラシー像策定は,昨年度からの方針を引き継ぎ,一般論から始めるのを避け,次項以降の具体的カリキュラム,教材開発を進める中で体系化していくこととした。これに対し,理論の基礎となる数学リテラシー論について,その高等教育での応用について上記研究集会で研究代表者が講演を行った。2.2)3)については教員養成系懇談会との共同研究を主とし,報告がなされたが,報告集はまもなく公刊の予定である。ただ本年度は諸般の事情から活動への資金援助は行ったものの,研究代表者が発表する機会はなかった。3.この他の活動として,前年度に引き続き,「数学教育の会」が1回開催され,また名古屋大学数学教育セミナーが5回開催された。0.基本的に,昨年の活動を引き継ぎ,南九州大学で研究集会(本年2月)を開催すると共に,京都大学数理解析研究所での日本数学会教員養成系懇談会主催の共同研究に参画し,さらに昨年7月ソウルで開催された数学教育世界会議に参加するなどの活動の中で研究を進めた。1.教員のリテラシー像策定は,一般論から始めるのを避け,次項以降の具体的カリキュラム,教材開発を進める中で体系化していくべきことが認識され,その方針で進むこととなった。これに対し,理論の基礎となる数学リテラシー論については,日本の学習指導要領改訂において数学リテラシーが果たした役割等について上記世界会議で研究代表者が報告を行った。2.2)3)は教員養成系懇談会との共同研究であるが,ここでも重点は3)に移り,幾つかの具体的な実践例が報告集として公刊された。研究代表者は幾何教育について,現在の教員養成カリキュラムを学習指導要領と対比させつつ数学リテラシーの見地から論じるべく,予備的な考察を行った。これについてはさらに研究を継続する。

3.この他の活動として,前年度に引き続き,「数学教育の会」が2回開催され,また名古屋大学数学教育セミナーが5回開催された。当初目標の2.3.にかかわる部分は上の活動報告に述べたように順調に進展したが,1.における数学リテラシー像の素案を策定するに至らなかった点が遅れと言える。しかしこれをまとめる上での原理的な考え方についての議論は深まっており,2年度目にはコアカリキュラム策定委員会が動き出すこともあって,進展させることができると考えている。25年度が最終年度であるため、記入しない。当初目標の2)教員養成数学カリキュラムモデルの構築;3)教員養成数学カリキュラム教材の開発については順調に進展しており,その成果が本研究の報告書および京都大学数理解析研究所共同研究の報告書の形で逐次公にされている。しかしながら目標の1)数学教員の持つべき数学リテラシー像の策定については,むしろ抽象論に走らない方がいいとの認識が高まり,2)3)を充実させて,それを体系化する形で進めることとした。したがってその作業は最終年度に形を変えて行われることとなる。また昨年度日本学術会議で学士教育における数学教育の参照基準策定が行われ,そこに浪川・真島が参画したが,本研究はそれを踏まえて行われることとなる。数学リテラシー像の策定については,蟹江氏の「教育数学」の考え方に平行する形で議論を進めて行くが,まずその原理的部分について考察し,論考をまとめる予定である。併せて学校教育での数学リテラシー像に基づく教育が何かについてさらに考察して行く。このため具体的な素案作成はさらに遅れることとなろう。カリキュラムモデルの具体化および教材開発は,引き続き上記組織と共同研究を進めることとし,特に研究代表者の属する椙山女学園大学教育学部でも実践を重ね,また平行してその結果を批判的に検証していく。数学教員に求める数学リテラシー像の策定については,上に述べた数学教育の参照基準を踏まえつつ,一方で提案・実施されつつある数学教員養成カリキュラムを批判的に検討しつつ,行っていくこととしたい。一方数学リテラシー像自身については,研究代表者が以前の考察の再考を進めつつあり,最終年度にはこれらを総合したものを提示する計画である。すでに進めつつある,教員養成カリキュラムについては,これをさらに理論的・実践的に研究・充実させて行く。特に数学史との関連の重要性が認識され,これを深めて,可能ならば次の研究計画へとつなげていきたい。「数学教育の会」および名古屋数学教育セミナーの活動は引き続き続けていく。
地盤の液状化現象における振動継続時間の影響に関する研究

最近の地震被害では,これまでのFL法では発生しないと判定されていた地域でも液状化が発生した.この原因として地震動が長時間経過する場合,地盤の不均一性に起因して一部の地盤で発生した液状化が空間的に拡大し,周辺の地盤の液状化を誘発するという仮定を立て,その可能性を実験で検証することを試みた.実験では,コークス粒子で作成した供試体を加振し,電気抵抗分布の変化から液状化現象の伝播を観察した.現在までの所,局所的な液状化が空間的に拡大する現象を確認するには至っていないが,細粒分を多く含む地盤では液状化の状態の継続時間が長く,この影響で地震の継続時間が長い場合,液状化が起こり易くなることが観察された.砂地盤の液状化が地盤の不均一性に起因して局所的に発生した液状化が空間的に拡大する現象に起因するという仮設を検証するために,コークス粒子で作成した模擬地盤を振動台上で加振し,コークス地盤内の電気抵抗分布とその時間変化を計測する実験を行った.昨年までのところで,コークス粒子の供試体を水で飽和させた実験においても,コークス粒子群の振動時の挙動を電気抵抗の変化で計測し得ることを確認していた.今年度は,コークス供試体の中に部分的にコークス粒子を緩く詰め,局所的な密度の不均一性に起因してコークス粒子間の電気抵抗変化が空間的に広がっていく過程の計測を試みた.供試体内のコークス粒子の電気抵抗の部分的な計測は,供試体を入れたアクリル土槽の両側の側壁内側に30mm×30mmの銅板電極を貼り付け,2枚の電極間の抵抗を計測した.電極の対を土槽側面の6カ所に貼り付け,それぞれ対となっている電極間の電気抵抗を計測する予定であったが,電流は各対間だけではなく,他の電極にも流れるため,1対間の電気抵抗のみを独立して計測することができなかった.このため,各対間に負荷する電圧に振動成分をもたせ,電極毎に振動数を変化させて特定の振動数の電流を計測することにより,各対間の電気抵抗の計測を試みた.しかしながら,この手法でも他の対電極の影響を除去することはできなかった.このため,長手方向に複数の帯状の電極を配置し,長手方向に分割された各区間毎のコークス粒子の電気抵抗を計測した.この手法により,一部の区間のコークスをゆる詰めにした場合,区間毎の電気抵抗の違いとその時間変化を計測し得ることが確認された.次年度はこの手法を使い,振動条件と液状化の発生との関係,これに与える粒子の初期状態の影響,ならびにその周辺への伝播特性について実験を行う.最近の地震被害では,これまでのFL法では発生しないと判定されていた地域でも液状化が発生した.この原因として地震動が長時間経過する場合,地盤の不均一性に起因して一部の地盤で発生した液状化が空間的に拡大し,周辺の地盤の液状化を誘発するという仮定を立て,その可能性を実験で検証することを試みた.実験では,コークス粒子で作成した供試体を加振し,電気抵抗分布の変化から液状化現象の伝播を観察した.現在までの所,局所的な液状化が空間的に拡大する現象を確認するには至っていないが,細粒分を多く含む地盤では液状化の状態の継続時間が長く,この影響で地震の継続時間が長い場合,液状化が起こり易くなることが観察された.地盤の液状化現象の時間依存性が,局所的な液状化現象のはっせいとその空間的・時間的伝播に起因するという仮説を立て,立命館大学と福井大学のそれぞれで2種類の手法により現象の解明に向けた実験を行った.両大学における研究成果は下記の通りである.1.液状化に関する空間的な伝播に関する実験(立命館大学・建山,横山担当)砂地盤の液状化におよぼす時間効果が,地盤の不均一性に起因して局所的に発生した液状化が空間的に拡大する現象に起因するという仮説を検証するために,コークス粒子で作成した模擬地盤を振動台上で加振し,コークス地盤内の電気抵抗分布とその時間変化を計測する実験を行った.これまでに模擬地盤内の電気抵抗の分布とその変化を計測し得る手法を構築し,コークス粒子の電気抵抗の分布で粒子の局所的な液状化の発生とその伝播を把握し得る可能性があることを確認した.2.液状化に及ぼす時間影響に関する実験(福井大学・小林担当).これまで液状化しないと言われてきた土でも長時間の振動を与えることにより液状化に至る可能性があるため,その事実を確認するとともに,その結果を液状化判定に活かす方法を確立するために実験により調査を行った.実験では,港湾技術研究所の液状化判定基準において「液状化する/しない」の領域以下の細粒土,ならびに相対密度を段階的に変化させた砂試料を用いて,液状化の発生と加振時間との関係について調査を行った.現在までのところ液状化発生に及ぼす加振時間の効果を定量的に表現できるまでの結果を得るまでには至っていない.最近の地震に伴う液状化被害では,これまでのFL法では発生しないと判定されていた地域でも液状化が発生した.

この原因として地震動が長時間経過する場合,地盤の不均一性に起因して一部の地盤で発生した液状化が空間的に拡大し,周辺の地盤の液状化を誘発するという仮定を立て,その可能性を実験で検証することを試みた.実験では,コークス粒子で作成した模擬地盤を振動台で加振し,粒子の詰まり具合に依存するコークス供試体の電気抵抗分布とその時間変化を計測した.これまでの実験で,コークス供試体を水で飽和させてもコークス粒子の電気抵抗は水のそれよりも非常に小さいため,振動時の粒子の詰まり具合の変化を電気抵抗変化として計測し得ることを確認している.昨年度に引き続き,本年度もコークス供試体内の局所的な電気抵抗分布の計測手法を確立すべく,電極配置に工夫を凝らして実験を積み重ねてきた.しかしながら,コークス供試体内の局所的な電気抵抗分布を正確かつ安定的に計測するまでに至らなかった.この理由は,コークス供試体内の局所的な電気抵抗は周辺の影響を受けるためで,小さな土槽の中での現象の計測では限界があるのではないかと思われる.このため,想定している現象を確認するには,より大きな土槽を使った実験を行う必要があると考えるに至った.一方で,供試体の粒径を変えた液状化実験で,過剰間隙水圧の計測から粒径が小さな供試体では粒径が大きい場合に比べ,一端生じた液状化が長時間継続し,過剰間隙水圧が消散し難いことが明らかになった.これまで細粒分を多く含む地盤は液状化し難いと考えられてきたが,一端液状化が発生するとその状態が粗粒土に比べ長時間続くため,余震等,地震が連続的に起こる場合には被害を広げる可能性があることが明らかになった.地盤工学当初想定していた実験方法では,コークス供試体の局所的な電気抵抗の差異を計測することができないことが明らかになった.このため,試行錯誤で新しい手法を探したが,今年度終わりになり,有効な方法を見つけることができた.このため,実験は今年度初めの予定と比較して20%程度しか進んでいない.しかしながら,有効な実験方法を見いだすことができたので,次年度は実験頻度を増やし,所定の結果が得られるよう研究に取り組んでいきたい.昨年,適用が難しいという見通しを持った応力発光材料を用いた振動実験については,今年度引き続き改善に向けた努力を行ったが,この材料を用いた応力伝播現象のモニターは速度面からの追随性に限界があり今回の研究への適用は困難であると判断した.一方で間げき水圧の変化と液状化現象との関係については,実験とその分析を進めている.年度当初に想定していた実験をほぼ行うことができている.この部分に関しては,予定通りの成果を上げている.両者の結果は,連携させながら現象の解明を行う必要があり,前者の実験が遅れていることから総合的な研究の進捗は遅れ気味である.全体としては年度当初の予定に比較して40%程度の進捗と自己評価している.地震時の液状化の予測では,これまで地盤のせん断強度と地震動に起因して地盤内に発生するせん断応力との関係を用いて議論していたが,一昨年発生した東日本大震災では地盤の液状化現象が地震動の継続時間にも影響されることが示唆された.本研究では地盤の液状化現象が[地盤の不均一性に起因する局所的な液状化現象の発生]→[局所的な過剰間隙水圧の増加]→[局所的過剰間隙水圧の周辺への伝播]→[周辺地盤における液状化現象の誘発とその拡大]というプロセスにより発生し,時間の影響はこのプロセスの経過に起因するという仮説を立て,その妥当性を模型実験で検証するとともに実地盤の液状化現象の予測への反映手法について提案することを目的とする.平成24年度は,液状化発生の時間依存性を検証するために,模擬地盤内における液状化の空間的・時間的進行過程をモニターするための手法として,「導電性粒状材料の電気抵抗の供試体内での分布を計測する実験」と「応力発光材料を用いて粒子間の応力の伝達状況の分布としてとらえる実験」の2種類の手法の開発を目標とした.
高Tc起伝導化合物の低温電子顕微鏡による研究

本研究は1985年から三年間行われた日本学術振興会の日米科学協力事業共同研究“低温高分解能電子顕微鏡による変調構造の相転移と固相反応"の成果をもとにして、その発展を図るため企画、立案された。即ち、従来の研究ではTcの低いA15あるいはB2型金属間化合物を対象としたが、本研究では高温超伝導酸化物に的をしぼった共同研究を実施した。当初は前記の研究期間に両国で蓄積された技術と装置を活用し低温におけるその場観察に重点をおいたが、その間のこの分野の研究の急速な発展、ならびに高分解能及び分析電子顕微鏡法の進歩を考慮して、本計画の課題を高温超伝導酸化物の低温観察のみに限定せずに高分解能及び分析電子顕微鏡を駆使したより幅広いテ-マの研究を推進することにした。独自の方法で作成した試料について広範な実験を行いそれらの微細構造、原子配列、及び電子構造に関して多くの新しい知見を得ることが出来た。本共同研究によって得られた成果は大要次の三点にまとめられる。1:超伝導酸化物における不整合変調構造の解析2:電子エネルギ-損失スペクトロスコピ-による電子構造の研究3:液相急冷法により作成した超伝導薄膜のミクロ構造と特性評価1:高Tc酸化物結晶はペロブスカイト型ユニットを基本とする複雑な層状構造をもつので、その原子配列の解明には高分解能電子顕微鏡観察は必要不可欠である。Bi_2Sr_2Ca_1Cu_2Ox系酸化物はa=a_0,b=4.8b_0,c=c_0(a=a_0=054nm,c_0=31nmは基本斜方Bi_4Ti_3O_<12>型構造の格子定数)の斜方単位格子をもつが、b軸方向に不整合な変調構造がある。この変調構造の詳細、その生因と超伝導特性との関連を知るため多くの研究がなされたが、まだ不明の点が多い。我々は原子スケ-ルの高分解能電子顕微鏡観察を行い原子配列を解析するとともに、広い領域の格子像観察から周期4.5b_0と5b_0をもつ二種類のドメインが混在するというモデルを提案し実験結果を良く説明できることを明かにした。2:高分解能透過電子顕微鏡法とともに電子エネルギ-損失スペクトロスコピ-(EELS)法は物質の分析評価や、電子状態の解明にとって非常に重要な新しい研究手段である。パラレル検出EELS法を用いて超伝導酸化物における酸素原子のK殻励起端近傍の微細スペクトルを測定し、エネルギ-約530eVに電子空孔(ホ-ル)の存在を示すピ-クを見いだした。Yー、Biー、およびT1ー系超伝導化合物についてホ-ル濃度と化学組成、結晶構造との関係を詳しく求め、Tcの上昇とともにホ-ル濃度が減少することを明かにした。さらにこのピ-クは結晶方位に依存することを見いだし、ホ-ルがCuーO面内の2pxy軌道に在ることを結論した。3:均一で高密度の高Tc超伝導酸化物薄膜を作成することは、一般に容易ではない。Biー系酸化物を液相から急冷して非晶質試料を作成した後これを適当な温度に加熱すると高密度の高Tc薄膜ができることがアメリカ側で見いだされた。この試料について高分解能観察を行いEELSの結果と組み合わせて薄膜の微視的構造とTcとの関連を明らかにした。この研究は現在なほ継続進行中である。

我々は原子スケ-ルの高分解能電子顕微鏡観察を行い原子配列を解析するとともに、広い領域の格子像観察から周期4.5b_0と5b_0をもつ二種類のドメインが混在するというモデルを提案し実験結果を良く説明できることを明かにした。2:高分解能透過電子顕微鏡法とともに電子エネルギ-損失スペクトロスコピ-(EELS)法は物質の分析評価や、電子状態の解明にとって非常に重要な新しい研究手段である。パラレル検出EELS法を用いて超伝導酸化物における酸素原子のK殻励起端近傍の微細スペクトルを測定し、エネルギ-約530eVに電子空孔(ホ-ル)の存在を示すピ-クを見いだした。Yー、Biー、およびT1ー系超伝導化合物についてホ-ル濃度と化学組成、結晶構造との関係を詳しく求め、Tcの上昇とともにホ-ル濃度が減少することを明かにした。さらにこのピ-クは結晶方位に依存することを見いだし、ホ-ルがCuーO面内の2pxy軌道に在ることを結論した。3:均一で高密度の高Tc超伝導酸化物薄膜を作成することは、一般に容易ではない。Biー系酸化物を液相から急冷して非晶質試料を作成した後これを適当な温度に加熱すると高密度の高Tc薄膜ができることがアメリカ側で見いだされた。この試料について高分解能観察を行いEELSの結果と組み合わせて薄膜の微視的構造とTcとの関連を明らかにした。この研究は現在なほ継続進行中である。