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都市河川に「望ましい植生」を成立させるための景観生態学的研究

1)西日本の49の一級水系から得たアブラナ属973個体を、形態的形質とFCMによる同定に加えて、ゲノム特異的変異を利用したPCR法によって同定したところ、385個体はカラシナ、586個体はアブラナで、セイヨウアブラナは2個体のみであった。従来、河川に生育するアブラナ属は、輸入あるいは栽培されるセイヨウアブラナの逸出に起源すると考えられてきたが、アブラナが大半を占めることから、アブラナ属の河川への侵入経路を再考する必要性が指摘された。2)河川堤防における植生管理の参考事例として昨年度から対象としている都市域の公共緑地である大阪府立大学構内の緑地において、絶滅危惧植物アゼオトギリの生育環境とその変遷を調査した。かつて存在した水田畦畔の埋土種子が緑地化された後に樹木の植樹にともなって地表に表れて畦畔植生が回復したこと、回復した植生は微地形や日射をさえぎる樹木や建物があれば水路の無い環境で生育できることが明らかとなった。また、そのような環境が定期的な草刈りで維持されてきたことと、アゼオトギリなど特定の植物にとっては草刈りが種子繁殖を妨げる時期に行われているので、時期を変更する必要があることなどが明らかとなった。河川の植生管理実態については、大和川河川事務所にヒアリングを行った結果、現行の年2回の草刈りが外来植物繁茂の一要因であると示唆された。3)植生景観への意識調査では、外来植物が河川景観を構成する大きな要素となっており、春にはカラシナ、秋はハナカタバミやマメアサガオなどの花が咲いた景が好まれることが示されたので、河川の植生管理においては外来種を駆除するだけでなく、在来植生の回復を図り、その際に春にはカンサイタンポポやヒキノカサ、秋にはワレモコウやツルボなどが咲く景を回復の指標にすることが望ましいと考えられた。1からは、昨年度のFCMに加えてPCR法による同定を行うことで、アブラナ属の分布実態がより正確に捉えることができた。そして分布の変遷に大きく関わる河川への侵入経路としての「油料用に輸入あるいは栽培されていたセイヨウアブラナの逸出・野生化」という仮説を修正する必要が示唆された。「2)都市河川における「在来植生」と「潜在植生」の推定」では、植生景観の変遷に影響する環境要因に関する調査を、河川堤防と管理方法や植生の類似する都市緑地で行い、絶滅危惧植物を含む植生の回復と維持に必要な条件を推定した。また、河川における植生管理の現状と植生調査から、現行の植生管理が外来植物の優占を招いていることを指摘した。一方で、優占する外来植物の花を望ましい自然として評価する傾向のあることが明らかとなったことから、河川の植生回復においては在来植物の花の咲く景が望ましい景観のひとつであると考えられた。河川堤防における植生管理の参考事例として昨年度から対象としている都市域の公共緑地である大阪府立大学構内の緑地で絶滅危惧植物のアゼオトギリが発見され、その植生の維持機構が明らかとなった一方で、植生の維持に重要な被陰として貢献していた学舎が最近撤去された。この人為的な環境改変が植生の維持にどのように影響するかをモニタリングするために、研究機関を1年延長した。1)都市河川における外来植物の分布の変遷の解明i)アブラナ類とナヨクサフジを指標とした外来植物の分布の変遷:日本で緑肥として販売されているヘアリーベッチ(ナヨクサフジ)6品種と河川法面などに逸出しているヘアリーベッチ(8系統)を用いた葉緑体DNA多型分析によって3グループが認識できた。今後は生物地理学的分析によりナヨクサフジの分布の変遷を明らかにするとともに、同様の手法をアブラナ類にも適用する。ii)「対策が必要となる外来植物」の選定:ツユクサ属の外来種であるカロライナツユクサとシマツユクサが、大和川において高頻度で分布していることを発見した。2)都市河川における「在来植生」と「潜在植生」の推定i)植生景観の変遷からの「在来植生」の推定:都市河川を対象に、植生景観の変遷に関わる文献・資料調査を行った。今回対象候補地として挙げた大和川等の一級河川に関しては流路変更などの記録、資料が発見できた。しかしながら古地図・古絵図・手記などの古資料の収集には限界もあり、調査方法を的確に見直す必要がある。ii)「潜在植生」の推定:絶滅危惧II類のヒキノカサとアブラナ属外来種が同所的に生育する兵庫県の揖保川の堤防において、在来植生が維持される要因を明らかにする目的で植生と土壌環境との関係を調査した。堤防の法面上部から下部、さらに河川敷に至る連続した土地の中に土壌環境の違いが存在しており、在来植物は比較的貧栄養な法面に多く見られたが、そのなかでもヒキノカサは法面下部の湿潤でやや富栄養な土壌に生育しており、この場所のチガヤの優占度は低かった。河川の堤防における植生の成立には、このような微環境の違いが関わっていると考えられた。「1-i)アブラナ類とナヨクサフジを指標とした外来植物の分布の変遷」では、アブラナ属に先行してナヨクサフジにおいて分析を進めた。「2-ii)「対策が必要となる外来植物」の選定」では、九州の畑作において強害草になっているカロライナツユクサが大阪府にも分布していることを初めて記録し、それが農耕地ではなく河川の攪乱地に多いことから、今後の対策が必要となる外来植物として選定できた。

「2)都市河川における「在来植生」と「潜在植生」の推定」では、河川堤防に存在する土壌環境の微細な違いによって植生が異なることを見出し、今後はこの手法を「在来植生」と「潜在植生」の推定のために発展させていくこととした。1)都市河川における外来植物の分布の変遷の解明のi)アブラナ類とナヨクサフジを指標とした外来植物の分布の変遷:和歌山県の紀ノ川と福井県の北川でアブラナ類とソラマメ属外来種のナヨクサフジおよび在来種のカラスノエンドウを採取した。昨年度にナヨクサフジで行った葉緑体DNA多型分析を在来ソラマメ属3種を加えて行ったところ、trnKイントロン領域にそれぞれの種に固有の塩基配列が検出され、種内多型は認められなかった。ii)「対策が必要となる外来植物」の選定:和歌山県の紀ノ川では、アブラナ属の生育期に特定外来生物のナルトサワギクが高頻度で見られた。和歌山県では高速自動車道の南伸が分布拡大の一要因とされているが、河川堤防も本種の分布拡大経路になると考えられた。また、その他の総合対策外来種に選定されているオオキバナカタバミの自生も確認された。福井県の北川では、九州の河川堤防でよく見られるノダイコンが見られた。2)都市河川における「在来植生」と「潜在植生」の推定のi)植生景観の変遷に関わる調査として、江戸時代の「澱(淀)川両岸一覧」に描かれた17景と現在の景観とを比較分析したところ、日常生活や産業面での河川と人との結びつきは現在には継承されておらず、堤内地にある景観構成要素や生活景が、洪水対策として高く築かれた堤体によって見られない状況にあることが把握できた。ii)潜在植生の推定と、3)都市河川において「望ましい植生」を形成する計画の「在来植生」と「潜在植生」の回復と維持に必要な管理方法の検討に関わる調査として、アブラナ属の生育する淀川と揖保川の堤防において植生と土壌の化学的特性との関係を解析したところ、土壌の可給態リン酸が多いほどアブラナ属の優占度が高まることが示された。「1-i)アブラナ類とナヨクサフジを指標とした外来植物の分布の変遷」では、アブラナ属に先行してナヨクサフジを含むソラマメ属において分析を進めた一方で、アブラナ属では分布の変遷に先立ち、分布の現状を詳細に解析する計画に変更し、その解析準備を進めている。「2-ii)「対策が必要となる外来植物」の選定」では、ナルトサワギクが地域によっては河川でも問題となりつつあることを把握するとともに、注意を要する種として2種を選定できた。その一方で、これらの種の分布に関する過去の記録の調査には着手できていない。「2)都市河川における「在来植生」と「潜在植生」の推定」では、昨年度に見出した、堤防に存在する土壌環境の微細な違いと植生との関係からの解析を発展させ、アブラナ属の優占する植生の成立要因を明らかにした。今後は堤防に異なる土壌環境が形成された要因を明らかにすることによって、過去の植生の推定や)都市河川において「望ましい植生」を形成する計画に適用したい。1)都市河川における外来植物の分布の変遷の解明i)アブラナ類とナヨクサフジを指標とした外来植物の分布の変遷について、西日本の45の一級水系から得たアブラナ属の乾燥葉を形態的特徴とFCMによって同定したところ、35.3 %はカラシナであり、それ以外の個体はすべてアブラナであったことから、従来の調査でセイヨウアブラナをアブラナと誤同定している可能性が示唆された。2)都市河川における「在来植生」と「潜在植生」の推定のi)
脊椎動物胚における光活性化型蛍光蛋白質を用いた分泌性蛋白質の動態解析

モルフォゲンとして働く分泌性蛋白質の一連の挙動を知ることは、発生過程での位置情報の形成やパターニングを考える上での基礎となる。しかしこれまでリガンドの拡散動態についての数理モデル使った解析は行われていなかった。一方、我々はこれまでWntリガンドと、それに結合する分泌性蛋白質sFRP(Frzb、Crescentなど)に蛍光蛋白質を融合させ、アフリカツメガエル胚に発現させてその分布の違いを観察した。そこで本研究では、WntとsFRPの拡散動態の数理モデルを構築し、拡散パラメーターの定量化を試み、さらに細胞間隙での拡散性を規定する要因を探った。1)光転換型蛍光蛋白質mKikGRと数理モデルを用いた動態解析mKikGR融合蛋白質をアフリカツメガエルの初期原腸胚に発現させ、細胞間隙に分泌されたものに対して光照射により緑から赤への光転換を行い、経時的に共焦点顕微鏡で赤色蛍光の減衰を測定した。次いでそのデータを、拡散方程式から観察方法に適するように1次元の単純拡散として導いた数式にフィッティングさせることで、見かけの拡散係数を求めることに初めて成功した。その結果、Wnt8は0.06μm2/s、Frzbは0.18μm2/s、Crescent存在下のWnt8は0.2μm2/sと計算された。これらの値はCrescentによりWnt8の拡散性が増大するというこれまでの定性的結果と一致するものである。2)細胞外マトリックスとの相互作用分泌性Venus(SP-Venus)が細胞間隙に検出されないことから、蛋白質が細胞間隙に留まるには細胞外基質との極作用が必要であるとの仮説の下に以下の2つの実験を行った。1つはヘパラン硫酸に注目し、SP-Venusにヘパリン結合配列(HB)を付加したところ細胞間隙に検出されるようになった。2つめは抗HA抗体のcDNAをクローニングし、膜貫通ドメイとを融合してカエル胚で発現させたところ、HAタグを付加したSP-Venusが抗体発現領域の細胞間隙に検出された。これらよりリカンドが細胞外間隙に局在して分布するには細胞外基質との相互作用が必須の条件となることが示唆された。
炭素繊維の教材化

新素材である炭素繊維を教材化した学習プランを開発し、科学技術の発展と福井県の未来の発展の重要性を理解し、科学技術への関心と能力を持った生徒の育成を図る研究目的で実施した。炭素繊維を教材化し、次の学年で授業実践プランを立て実践した。第1学年理科身のまわりの物質「プラスチックの性質」炭素繊維は炭素繊維単独で利用するだけでなく、プラスチック、金属などとの複合材として利用されるようになっている。金属、プラスチックとの強度、密度、熱耐用性、電気伝導性等の比較を通して、炭素繊維の性質を学習するようにした。第3学年理科「科学技術の発展物質資源の再利用」炭素繊維は元々自然界になかったもので人間の英知で作り出したもので、最先端の科学の成果である。地元企業との連携授業を行い、炭素繊維複合材と金属との比較を通して、強度が高い、軽い、発熱作用があるといった性質を理解させた。今後の用途として、ロケット、航空機などの最先端の技術から自動車やペンケースといったものまで、技術開発や日常生活への利用を実感できるようにした。特別活動科学部の活動福井県工業技術センターや炭素繊維複合材製造企業の視察を行い、炭素繊維の性質や特徴をまとめレポートで紹介した。実践後の調査では、「理科の学習は将来の仕事や職業に結びつく。」といった意見が38%から80%に増えた。また、「福井には日本に誇れる技術力のある会社がある。」という問いに対しては、52%から92%に増加した。更に、地元企業が製造に関係している炭素繊維の認知度が4%から100%になった。実践を通して、炭素繊維の教材化した学習プランを開発し、生徒に理科の大切さや重要性を実感させることができた。
エステル化反応の実用的ルイス酸触媒の開発とその応用

1.1995年、我々はスカンジウムトリフラートがアルコールとカルボン酸無水物のエステル化反応の極めて有効なルイス酸触媒であり、DMAP等の既存の塩基性もしくは求核性を有する触媒と比較し、遥かに高い触媒能を示すことを報告した(J.Am.Chem.Soc.1995,117,4413)。今回、更にルイス酸性とかさ高さが期待できるスカンジウムビス(トリフルオロメタンスルホン)アミドを調製することに成功し、エステル化反応の触媒として試したところ、スカンジウムトリフラート以上の触媒活性を示すことを見つけた。2.既に我々はスカンジウムトリフラートを触媒に用いたエステル化反応が、パラニトロ安息香酸無水物存在下、アルコールとカルボン酸から直接進行することを見い出している。この反応はカルボン酸とパラニトロ安息香酸の混合酸無水物が一旦できてから選択的にエステル化が進行しているものと考えている。今回、この方法を選択的分子内エステル化反応に応用することに成功した。反応溶液を希薄にして、極めて触媒活性の高いスカンジウムトリフラートを用いることで、分子内エステル化を選択的に行うことができた。また、スカンジウムトリフラートは多配位を取り得るため、ω-ヒドロキシカルボン酸の両末端と配位し分子内反応を有利にすることが予想される。3.スカンジウムトリフラートを触媒に用いた芳香族カルボン酸に対するエステル化反応で、芳香属アルコールを用いた時、反応速度が極めて高いことを観測した。この実験結果から方向族アルコールと脂肪族アルコールの混合系でも、芳香族アルコールに対し選択的にエステル化を行うことに成功した。
日本とアメリカ合衆国の労働民謡研究:比較文化史的視点から

この研究の主要成果は、「アメリカ民謡と働く人々」全30編の論文にまとめた。このシリーズは、英語がある程度読める日本人の読者を対象にしたもので、アメリカの人々や文化についてより身近な知識を持ってもらうためのものである。日本の歌や習慣についても言及し、比較文化的な論述を心がけた。3年の研究期間で、わたしは働く人々の時代を取り巻く状況や大衆的な感情、生活の現実がどう歌に反映されているかを追求した。注目したのは、アメリカが現在の国力を形成させた19世紀を映す歌である。以下に述べる7つのカテゴリーについて、歴史と文化の背景を述べ、時代の変動と人々の様子を伝えられるような歌を選んで分析と説明を加えた。また、歌の系譜についても言及した。それぞれのカテゴリーについての論点は次の通り。1)カウボーイソング:現在知られているロマンチックヒーローとしてのカウボーイのイメージは、長距離の牛追いが消滅してからできた伝説的なものであることと、労働者としてのカウボーイの姿を描く。2)鉄道歌:時代の変化に鉄道が果たした大きな役割と、鉄道にかかわる仕事をした人々が払った犠牲。3)炭鉱歌:隔絶された炭鉱村の実状とそこで歌が盛んだったこと、危険な仕事に対する人々の気持ち、労働運動。4)ゴールドラッシュ:アメリカ特有の夢と幻滅を浮き彫りにした後、その普遍的な性格を指摘する。5)紡績歌:地域による娯楽に対する考え方の違い、産業革命初期から後期にわたる労働者の変化。6)船員の歌:仕事歌としての民謡と、そこに表れる女性のモチーフについて。7)木こり歌:アメリカ民謡のうち木こり歌は古い部類になるので、その性質の分析、および移動労働者と歌の拡散について。全体の結論では、人々が進んで自分の経験と生活の現実を歌の中で美化したり滑稽化して架空の作りものとすることや、その架空化の過程に大衆的な希望や欲望が読みとれること。生活に望んで得られない要素(例えば安定した家庭など)を好んで歌いこむこと、などを指摘した。上記のような成果発表をした他に、日本の子守歌について全国的に調べて英語論文を執筆した。この3年の研究を反省すると、アメリカ民謡についてはひとつのまとまりを得、類似の研究が日本にないので、価値ある成果が上げられたと思う。日本の民謡については、時間が十分になくて最後までできなかったのが残念だ。しかし方向は定まったし、資料もかなり収集できたので、継続すればよい成果に結びつくはずである。本研究は、大衆文化としての民謡に人々の生活と心情を探り、浮き彫りにするのを目的とする。19世紀から20世紀初頭にかけての、産業の飛躍的な発展と混沌とした社会変化の中から、日本とアメリカではどんな歌が生まれ、愛され、伝えられてきたかを探りたい。それぞれの国の独自性と、人間の普遍的で感動的な姿を読み出したい。今年度は、(1)アメリカ民謡全般に亘る概観的研究と、

(2)前年度から行っていた日本の子守歌についての研究の仕上げ、および(3)炭坑歌、女工歌などの資料集めと検討を中心に行った。(1)アメリカ文化は多様で複雑であり、異質なものを融合して創造を繰り返す活力を持っている。民謡はその代表的なものだ。概観的研究で、民謡の分類、民謡研究の歴史、資料の状態、その他を学んだ。その一部は「アメリカ民謡と働く人々・文化の多様性を移す民謡」にまとめて発表した。(2)日本の子守歌は、一般的には悲しい歌と考えられているが、仕事の辛さ悲しさのみならず反抗心や増悪、性への関心、大人の社会への批判、加えて、歌う楽しさや将来の夢など、少女たちの生活の現実をよく表現している。このテーマでのアメリカでの研究発表および論文の発表後、韓国の子守歌などとの関連を関係研究者に示唆され、視野が深まった。(3)今年度資料集めに着手した炭坑歌と女工歌については、前者がアメリカ関係の資料をほぼ集め終わり、後者が日本関係の資料をおおかた入手した段階にある。来年度は不足の資料を整え、論文の執筆にかかりたい。また、新たに水夫の歌の資料を収集する計画である。今年度は(1)炭鉱歌(2)ゴールドラッシュソングについて論文を執筆した。また、(3)紡績工の歌の資料収集を終え、論文を執筆中である。(1)アメリカではsoft coalとhard coalの産出があり、炭鉱の場所はそれぞれ異なるが、どちらも歌の宝庫である。英語歌の主な作者と歌い手は、イングランド、アイルランド、スコットランド、ウェールズなどを出身地としている。彼らが祖国の伝統を基礎に伝えたり新しく作ったりした歌は、炭鉱生活の様々な面を反映している。すなわち仕事(作業、仲間、危険、汚れ、など)、貧困、家族生活、少年労働、囚人の強制労働、会社と労働者との軋轢、ストライキ、などである。(2)ゴールドラッシュショングは、独立独歩で一攫千金をねらう夢とその挫折というアメリカらしいテーマを、クールにしかもコミカルに歌った最初の民謡群ではないかと思う。ロマンチックだが成功に縁がなく、少し抜けていて大酒のみというゴールドマイナーの一般的イメージを定着させるのに役立ったようだ。よく知られているMy Darling Clementineはゴールドラッシュソングと言われながら、実はゴールドマイナーに歌われたものではない。一方、フォースターのOh,Susannaが当時の流行歌で、面白い替え歌もできている。(3)紡績工の資料収集では女工が不平不満を表現している資料を期待していたが、様子が全く違っていた。産業の黎明期には歌よりも文芸作品が作られ、作者たちは概して生活に満足している。発展期から衰退期には歌が作られたが、記録に見る限りではどれも労働運動歌であった。今年度は(1)紡績歌(2)船乗りの歌について論文を執筆、発表した。また、(3)木こりの歌の資料収集を終え、論文を執筆中である。(1)紡績工の歌は資料が少ない。そのこと自体が初期の紡績工について、次のことを示唆している。すなわち、1)彼女たちの多くが教育を受けており、文字によって自己表現できたこと(口承文化を楽しみとする必要性を持たなかったこと)。2)勤労勤勉をよしとし娯楽を禁ずるピューリタン的土壌が、俗な歌の流行を妨げたこと。
小児多臓器不全に対する生命維持装置開発の実験的研究

61年度の実験により作成した生命維持装置の小型化,及び,体重2-5kgの雑種幼犬での腎肺不全モデル犬による潅流実験を行った.1.生命維持装置の小型化. 61年度では人工腎として血液透析用ダイアライザーの利用を予定していたが,装置の簡略化を図るため濾過型人工腎とし膜面積0.02m^2の血液濾過膜を組み込んだ.膜型人工肺と人工腎の関係については,直列,並列の2系統の回路を作製した.この2種類の回路とも充填量は250mlと小型化することができた.2.潅流実験.体重2-5kgの雑種幼犬を用いた.前処理として潅流実験の2日前に開腹し両側腎を摘出することにより腎不全犬を作成した.さらに全麻下に換気不全状態とし,静脈-動脈バイパス(右房脱血,内頚動脈送血)による潅流を行った.両側腎の摘出により血中尿素窒素は平均20.4から99.7mg/dlへ,クレアチニンは1.0から4.4mg/dl,血清カリウムは4.0から4.9mEq/lと上昇し,我々の開発した装置を用いた24時間の潅流により尿素窒素は46.0mg/dl,クレアチニンは3.1mg/dl,血清カリウムは3.6mEq/lと有意に減少した.また,血液ガスも改善を認めた.対象群ではほとんどの例がアシドーシスの進行,低酸素血症により早期に死亡した.以上の結果より腎肺不全モデルに関しては我々の作製した装置により管理可能であることが判明した.肝不全を合併したモデルについては,体重1020kgの雑種成犬を用い作成実験を行っているが,成犬においても侵襲が過大で,十分な結果を得ることが困難である.今後,肝不全に対する本装置の効果について検討を加える予定である.小児外科領域において、低体温や感染などにより多臓器不全となった患者の予後は極めて不良である。現在、交換輸血が唯一の治療法とされているが、救命率は非常に低い。これらの重症小児患者の救命の為、人工肺、人工腎、血漿交換器などの人工臓器を組込んだ補助循環装置(生命維持装置)の開発のため実験的研究を開始した。本年度は、生命維持装置の開発と灌流実験に用いる肝腎肺不全犬の作成を行った。1)生命維持装置の開発;小児を対象とするため、容量の小さい回路、又精度の高いポンプ及び管理の容易な自助制御装置を必要とする。そこで小型ローラーポンプと、リザーバーの容量を感知するセンサーを組み合わせた独自のポンプを開発した。又肺型人工肺、人工腎ダイアラザー、膜型血漿分離を直列に組み込んだ新しい回路を作成した。2)多臓器不全モデル犬の作成;雑種成犬(10kg6kg)を使用し、開腹手術を行い、胆道及び両側尿管を握紮し、黄疸・腎不全犬を作成した。これらの処置を行った実験犬は平均4日間の肝腎不全のため死亡した。当初、計画したエンドトキシン静注による敗血症多臓器不全犬は、エンドトキシンの入手が困難なため施行できなかった。また、これらの実験群に対する灌流実験は、第2年度に行う予定である。61年度の実験により作成した生命維持装置の小型化,及び,体重2-5kgの雑種幼犬での腎肺不全モデル犬による潅流実験を行った.1.生命維持装置の小型化. 61年度では人工腎として血液透析用ダイアライザーの利用を予定していたが,装置の簡略化を図るため濾過型人工腎とし膜面積0.02m^2の血液濾過膜を組み込んだ.膜型人工肺と人工腎の関係については,直列,並列の2系統の回路を作製した.この2種類の回路とも充填量は250mlと小型化することができた.2.潅流実験.体重2-5kgの雑種幼犬を用いた.前処理として潅流実験の2日前に開腹し両側腎を摘出することにより腎不全犬を作成した.さらに全麻下に換気不全状態とし,静脈-動脈バイパス(右房脱血,内頚動脈送血)による潅流を行った.両側腎の摘出により血中尿素窒素は平均20.4から99.7mg/dlへ,クレアチニンは1.0から4.4mg/dl,血清カリウムは4.0から4.9mEq/lと上昇し,我々の開発した装置を用いた24時間の潅流により尿素窒素は46.0mg/dl,クレアチニンは3.1mg/dl,血清カリウムは3.6mEq/lと有意に減少した.また,血液ガスも改善を認めた.対象群ではほとんどの例がアシドーシスの進行,低酸素血症により早期に死亡した.以上の結果より腎肺不全モデルに関しては我々の作製した装置により管理可能であることが判明した.肝不全を合併したモデルについては,体重1020kgの雑種成犬を用い作成実験を行っているが,成犬においても侵襲が過大で,十分な結果を得ることが困難である.今後,肝不全に対する本装置の効果について検討を加える予定である.
放射性セシウムと放射性ストロンチウムを用いた日本海の底層水循環に関する研究

日本海には底層まで到達する鉛直循環が存在する。底層水の形成はウラジオストク沖における冬季の表面水冷却によることがわかっているが、温暖化の進行に伴い近年その形成が停滞している可能性が指摘されている。1950-60年代の大気中核実験によって海洋表面に沈着した放射性セシウムと放射性ストロンチウムは、底層水形成の時間変化を捉えるための有効な化学トレーサとなる。本研究は、底層水を含む日本海の全水柱における放射性セシウムと放射性ストロンチウム濃度の鉛直分布を測定し、新たに得られる結果から過去データの矛盾を解消し、日本海底層水の形成を定量的に議論することを目的とする。
最悪コ-スをとった台風による港湾・海岸構造物災害と原因に関する統計的比較研究

閉鎖性海域、開放性海域における港湾、漁港および海岸構造物の過去最大級の台風災害を研究の対象とし、過去10年間における台風による長崎県および熊本県の港湾・漁港および海岸構造物の被害と台風の特性との関係に関する比較研究において、被災構造物の地域分布特性、被害規模、被害発生件数、構造物の配置特性、設置場所の地形特性などに関するデ-タの統計解析および台風の特性解析によって得られた主な研究成果は、次の通りである。1)各被災構造物の被災状況および非被災構造物を含めた構造物の設置環境、周辺地形の調査および踏査から、それらの構造物の配置および位置によって、安全性の評価の可能性があることが明らかになった。2)閉鎖性の海域における波浪推算により、代表沿岸の沖波と被災規模との関係を求めた。特に、バイス・バロットの法則の適用を試み、気象・海象・水理特性と被害特性(統計諸量)の関係を明らかにした。3)過去10年間における被害と台風のコ-スとの関係において、被害は台風のコ-スに深く依存していること,および両海域にとって台風の最悪コ-スを明らかにした。4)台風8513号は中心気圧970mb程度の中型の台風で、台風通過時と満潮時に時間的ずれがあったことを明らかにし、さらに発達した台風が大潮の満潮時に同じコ-スをとった場合には、数倍の被害の発生する可能性があることを示した。したがって、これらの統計的比較研究における成果は、両海域における防災力を備える沿岸構造物の計画や、設計の際の基礎デ-タを与えるとともに、港湾、漁港および海岸構造物の被害の実態についてのデ-タ蓄積、整備あるいは防災力向上を図る上の災害調査手法、被災評価手法および比較手法における有益な提言材料を示した。
非線形MR高速撮像の臨床導入に向けた血管系画像の画質評価法の開発

近年、限られた観測データから所望の情報を引き出す技術が発展し、MRI高速撮像技術にも応用されている。代表的な手法である圧縮センシングMRI(CS-MRI)は、昨年頃より臨床機への実装が進んだ状況にある。本研究では特に、CS-MRIの基本的な画像特性について、臨床と基礎を結びつけた形で定量的把握を行うことを目的としており、初年度の30年度は、以下の項目について検討を進めた。(1)物理的画質評価法: CS-MRIの撮像パラメータに依存した画質の変化を検討するために、ノイズパワースペクトル(NPS)の計測についてより定量的に評価するための改良を加えた。具体的には、撮像の高速化率(AF)やCS再構成処理におけるデノイジングファクタ(DF)の影響を、CS処理の影響の大きい位相エンコード方向についてNPSを可視化することで、画質の変化の程度を判定量的に表すことができた。(2)ファントムによる視覚評価:解像特性についての、径の異なる血管狭窄評価用ファントムを用いた視覚評価から検討に着手し、CSの収集再構成パラメータであるAFやDF依存性について基本特性についての感触を得ることができた。また、(1)、(2)の検討では、分割収集型の高速撮像では分割数に依存した画質の不連続な変化が認められ、実用上の留意点となると思われた。(3)臨床画像との比較評価:本年度は本画質評価との関係には踏み込めていないが、別の臨床研究テーマとして得られている臨床画像の確認を進めている。なおそれぞれの検討内容について学会報告を行った。(1)の物理的評価法については、NPSによる評価の初期検討として興味深い結果が得られたと考えているが、(2)のファントムによる視覚評価は既存のファントムによる撮像結果の確認にとどまっており方向付けが不十分な面がある。また臨床画像との比較評価については具体的方法の検討が十分に進められたとはいえなかったため、やや遅れているとした。達成度はやや遅れているとしたが、3つの検討項目について検討は進めている。臨床データの確認も進めており、学会調査や計算機環境の整備も進めた。31年度に予定している「各項目の検討を進める中で関連付けを行っていく」という目標は達成できるものと考えている。具体的な方策としては、物理評価法ついては複素データを用いてNPS評価で精度を上げる手法の検討、ファントム評価では新しい模擬ファントムを用いた検討、などを予定している。その中で倫理面に十分配慮しながら、臨床データとの比較検討を進める予定である。使用の端数として2663円が残りました。次年度書籍等で有効活用します。
廃棄木質資源をダイレクトに燃料として利用する革新的バイオマス燃料電池

セルロースとオルトリン酸懸濁液の物性評価:モデルバイオマス成分として市販のセルロースを使用した。これをオルトリン酸と混合し、100から200°Cで熱処理し、可溶成分と不溶物を分離した。GPC法によるセルロースの分子量測定の結果、原料サンプルでは平均分子量が68,300であったが、150と200°Cの可溶成分にはGPC法で検出できるセルロースが存在していなかった。LCMS法で150と200°C可溶成分を分析したところ、単から四糖類誘導体が可溶成分で観察された。これより、セルロースはオルトリン酸溶液によってC10ーC17成分に加水分解されていることが判明した。燃料極におけるアノード反応の解明:Pt/Cアノードにセルロースとオルトリン酸の混合懸濁液を燃料として付与し、キャリアガスとしてアルゴンを流通して、出口ガスを質量分析した。開回路では何も検知されなかったが、放電すると二酸化炭素が生成し、またその量は電流密度とともに増加した。アノード反応を四電子反応と仮定した場合の電流効率はほぼ100%であった。従って、セルロース加水分解生成物が水分子と反応し、二酸化炭素とプロトンに酸化されていると結論した。高活性燃料極の開発:バイオマス燃料電池構成部材の中で大きな電気抵抗を示す燃料極(Pt/C)の特性を改善するため、Ptと他元素の合金化を行い、これらの電極性能を比較した。最適化の結果として、PtFe/C(Pt:Fe=1:1)が最も低い電気抵抗を示し、これを燃料極として用いることによって燃料電池出力が30 mW cm-2(Pt/Cでは23 mW cm-2)に到達した。木質バイオマス燃料への展開:燃料として、ヒノキ、ティッシュペーパー、ベニヤ板を使い、燃料電池特性を評価した。出力密度はティッシュ、ヒノキ、ベニヤで27、22、15 mW cm-2に到達した。セルロースとオルトリン酸懸濁液の物性評価:モデルバイオマス成分として市販のセルロース(和光)を使用した。これをオルトリン酸と混合し、100から200°Cで熱処理し、可溶成分(液体)と不溶物(残渣)を分離した。ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)法によるセルロースの分子量測定の結果、原料サンプルでは重量平均分子量が68,300であったが、150と200°Cの可溶成分にはGPC法で検出できるセルロースが存在していなかった。液体クロマトグラフィー質量分析(LC-MS)法で150と200°C可溶成分を分析したところ、単から四糖類誘導体が両可溶成分で観察された。提案した研究計画・項目(バイオマス燃料の特性評価、発電機構の解明、アノード材の改良、発電特性評価)が各種実験によって実証された。また、これらの研究成果を学術論文4件と特許1件として報告できた。

最適化の結果として、PtFe/C(Pt:Fe=1:1)が最も低い電気抵抗を示し、これを燃料極として用いることによって燃料電池出力が30 mW cm-2(Pt/Cでは23 mW cm-2)に到達した。木質バイオマス燃料への展開:燃料として、ヒノキ、ティッシュペーパー、ベニヤ板を使い、燃料電池特性を評価した。出力密度はティッシュ、ヒノキ、ベニヤで27、22、15 mW cm-2に到達した。昨年度の研究でダイレクトバイオマス燃料電池の機構解明とその知見に基づいた性能向上に成功した。本年度は本アプローチが燃料電池に留まらずバイオマス電解による水素製造にも応用展開できることを実証する。水素ガスは水、天然ガス、石炭やバイオマス等から製造されている。この内、水を除いた燃料では殆どが水蒸気による改質もしくは空気による部分酸化であるが、これらのプロセスは800°C以上の高温条件を必要とし、また最終段階で生成ガス中から水素ガスを分離しなければならない。一方、水電解の場合には室温しかも一段で純水素ガスが得られる反面、このプロセスを進行するには1.5V以上の電圧印加を要求する。従って、将来の水素社会実現に向けて、従来法よりも低コスト・高効率な水素製造法が近年、切望されている。これに対して、本アプローチをバイオマス電解に応用することで、印加電圧が理論上0Vもしくはマイナスとなり、水電解に対して大幅な省エネ効果を期待できる。また、廃棄もしくは未利用の木・草質バイオマスの電解であれば、資源量が豊富でしかも再生可能である。バイオマスを構成する炭素成分は電解時に二酸化炭素となるが、資源そのものが持つ低炭素効果によって化石燃料からのガス化に比べ地球温暖化への影響が小さい。さらに、本アプローチでは作動温度が150°Cの中温であるため、使用する電極材料を非金属系にできる可能性が高い。安価な炭素電極を化学的に修飾することによって対応する予定である。採用予定の研究員が当該年度に着任できなかったため、人件費がそのまま未使用となったが、その分を平成30年度の研究員雇用延長に充てる予定である。
光重合ワックスパターンに関する研究

常温においてペースト状の高粘稠度(HVLW)あるいは軟泥状の低粘稠度(LVLW)の状態を呈するが、470nm波長域の可視光線を照射することにより硬化し、しかも硬化後も彫刻可能な2種類の光重合ワックスを試作した。特に、低粘稠度の光重合ワックスは光重合して硬化すると、色調が淡緑色から黄土色に変化するように調整されている。これら2種の試作光重合ワックスと従来のインレーワックスあるいは市販光重合ワックスの物性について、JIS規格T-6503、ADA規格No.4の物性試験を行った。さらに、硬化時収縮率およびScratch hardnessの測定を行い、これらワックスの性状について比較検討し、以下の結論を得た。1.試作光重合ワックスは、圧接が非常に簡単で、操作時間を自由に設定することができ、概形成して光を当て硬化させた後、修正することが可能である。2.LVLWは、JIS、ADA規格値よりも大きなResidue値を示したが、他のワックスはいずれもJIS、ADA規格値に適合していることが判明した。LVLW中の色調調整用の色素が灰分として残留してしまい、計測されてしまうものと思われる。3.ブルーおよびレッドインレーワックスの従来型ワックスでは、3545°Cの間でFlow値が急増し、大きな圧流変形を起こすのに対し、試作および市販光重合ワックスはいずれの測定温度においても小さなFlow値しか示さなかった。4.試作および市販光重合ワックスは、高温において従来型インレーワックスにくらべ、小さな熱膨張を示した。温度差が大きい場合に光重合ワックスを用いれば、冷却収縮による内部歪み等の発生が少なく、ひいては変形の少ないワックスパターンの作製が可能であるものと思われる。5.光重合後の彫刻刀による切削でも、引掻硬さ試験からも判明したように、HVLWは従来のブルーインレーワックスとほぼ同等の切削感を有し、操作のしやすいワックスであった。6.HVLWにおいては、硬化時収縮率が従来のワックスとくらべやや大きく、また色調が黄色で模型材と識別しにくい恐れがある。さらに、ワックスパターンが厚い場合には、重合硬化が不完全となる恐れがある。今後は、操作性のみならず、鋳造物の適合問題等をも考慮して、さらに検討を加え、臨床応用してゆく予定である。常温ではペースト状で、圧接が非常に簡単で、歪の発生、変形が少なく、しかも彫刻性の良い光重合ワックスを試作し、その物性、鋳造性を研究することを目的として以下の研究を行った。1.高粘度光重合ワックスの試作Bis-GMAとパラフィン、ミツロウ、カルナウバワックス、セレシン、ダンマル等を種々の割合で混合したものに光増感剤、還元剤を加えた、常温ではペースト状で、470nm波長の可視光線を照射すると硬化する光重合ワックスの試作に成功し、操作性に優れた処方例を選別した(試作品番号526-2)。2.硬化前後で色調の変化する低粘度

光重合ワックスの試作Bis-GMAとカルナウバワックスを一定の比率で混合したものに、光増感剤、還元剤を加え、さらに光感応性の色素を微量添加することによって、470nm波長域の可視光線を照射すると、薄緑色から橙色に色調が変化し、硬化する低粘度光重合ワックスの試作に成功した(試作品番号4928-1)。3.光重合ワックスの物性研究1)強熱残分試験ワックス約1gを23±2°Cから10°C/分で加熱して、500°Cで1時間保ったのち、残分(%)を計算して求めた。その結果、GCブルーインレーワックス、松風レッドインレーワックスはいずれも0.000%(n=4)であったのに対し、526-2は0.018%(n=5)、4928-1は0.174%(n=6)、サンメディカル社製ラピッドパターンは0.063(n=6)、同モデリングリキッドは0.080%(n=6)であった。2)加熱膨張試験6.35mm平方、長さ267mmの角柱型の試験片に標点を付け、25°Cの水中に20分間保持したのち、標点間距離を測定し、徐々に温度を30、37、45°Cに上昇させ、各温度の水中に20分間保持してから、標点間距離を測定し、それぞれの温度における25°Cの長さに対する膨張率(%)を求めた。その結果、GCブルーインレーワックス、松風レッドインレーワックス、526-2、4928-1の30°Cにおける熱膨張率は0.120、0.116、0.096、0.120%、37°Cのそれは、0.377、0.322、0.256、0.258%、45°Cのそれは、1.030、0.919、0.561、0.454%であった。今後は更に、加圧短縮試験、収縮率測定、引掻硬さ試験等の物性試験を行うとともに、鋳造体をIn Vitro、In Vivoで試作し、その適合精度の測定を行い、光重合ワックスの実用性を確認する予定である。常温においてペースト状の高粘稠度(HVLW)あるいは軟泥状の低粘稠度(LVLW)の状態を呈するが、470nm波長域の可視光線を照射することにより硬化し、しかも硬化後も彫刻可能な2種類の光重合ワックスを試作した。特に、低粘稠度の光重合ワックスは光重合して硬化すると、色調が淡緑色から黄土色に変化するように調整されている。これら2種の試作光重合ワックスと従来のインレーワックスあるいは市販光重合ワックスの物性について、JIS規格T-6503、ADA規格No.4の物性試験を行った。さらに、硬化時収縮率およびScratch hardnessの測定を行い、これらワックスの性状について比較検討し、以下の結論を得た。1.試作光重合ワックスは、圧接が非常に簡単で、操作時間を自由に設定することができ、概形成して光を当て硬化させた後、修正することが可能である。2.LVLWは、JIS、ADA規格値よりも大きなResidue値を示したが、他のワックスはいずれもJIS、ADA規格値に適合していることが判明した。LVLW中の色調調整用の色素が灰分として残留してしまい、計測されてしまうものと思われる。3.ブルーおよびレッドインレーワックスの従来型ワックスでは、3545°Cの間でFlow値が急増し、大きな圧流変形を起こすのに対し、試作および市販光重合ワックスはいずれの測定温度においても小さなFlow値しか示さなかった。4.試作および市販光重合ワックスは、高温において従来型インレーワックスにくらべ、小さな熱膨張を示した。温度差が大きい場合に光重合ワックスを用いれば、冷却収縮による内部歪み等の発生が少なく、ひいては変形の少ないワックスパターンの作製が可能であるものと思われる。
希土類鉄窒素化合物Sm-Fe-N系磁石の保磁力機構の解明

我々は、高圧窒素ガスを用いた作製された希土類鉄窒素化合物Sm_2Fe_<17>N_3をモデル系として、保磁力低下の機構を解明する研究を行った。まず、(1)メカニカルミリング法によって粉末粒径を細かくし保磁力の粒径依存性を評価した。その結果、粒径が2μm以上では、保磁力は粒径の減少に比例して増大した。これによって、Sm_2Fe_<17>N_3粉末粒子の保磁力を支配している磁化反転機構が逆磁区の核生成(ニュークリエーション型)によっていることが明らかとなった。しかし、(2)2μm以下では保磁力は飽和し、ミリングによる歪みの蓄積や粒表面の元素分解などによるニュークリエーションサイトの増大からくる保磁力減少効果と粒径の減少による保磁力の増大効果が競合した結果であることを見出した。(3)この時、ミリング条件(400rpm,60min)において、磁石性能指数(BH)_<MAX>=330kJ/m^3の世界最高値を得た。更に、(4)Znとの複合化によって、Sm_2Fe_<17>N_3粉末粒子の表面洗浄効果の研究を行った。その結果、保磁力は、表面洗浄によって著しく増大し、保磁力はSm_2Fe_<17>N_3粉末粒子表面の逆磁区の核生成(ニュークリエーション型)によって支配されていることを明らかにした。(4)この時、保磁力は温度と共に単調に減少するが、表面洗浄する前は、その減少の度合いが大きく、異方性磁界H_Aの2乗則に従っているが、表面洗浄後は、その減少の割合は小さく、H_Aに比例した。(5)これらの発見は、保磁力低下の起源が、逆磁区の核生成(ニュークリエーション型)サイトの生成機構のみならず、そのサイト間の相関がさらに重要であることを明らかにしたもので、今後の磁石材料の設計に極めて重要な情報を与えるものである。平成12年度は、窒素侵入型の希土類鉄窒素化合物Sm_2Fe_<17>N_3の高圧窒素ガスを用いた作製法を確立し、(1)4.2Kでの強磁場磁化測定を行い磁化曲線の異方性から結晶磁気異方性パラメーターK^0_2を評価した。得られた値はバンド理論より予測されたものに近く、バンド理論で説明されるものであった。つまり、窒素原子は希土類イオンの近くに侵入し、窒素の2p-電子と希土類の5d-電子との異方的混成効果によって、希土類の5d-電子は斜方面体系構造のc-面内の窒素原子方向に引きずられる。その時、希土類の4f-電子はそれを避けるように配置するため、磁気異方性の著しい増大に導くことを明らかにした。次に、保磁力発生機構の研究の1つとして、(2)メカニカルミリング法によって粉末粒径を細かくし保磁力の粒径依存性を評価した。結果は、粒径が2μm以上では保磁力は粒径の減少に比例して増大することを示していた。これは、保磁力を支配している磁化反転機構が逆磁区の核生成(ニュークリエーション型)によっていることを示唆している。また、2μm以下では保磁力は飽和し、ミリングによる歪みの蓄積や粒表面の元素分解などによるニュークリエーションサイトの増大からくる保磁力減少効果と粒径の減少による保磁力の増大効果が競合した結果であると解釈される。

この時、ミリング条件(400rpm,60min)において、磁石性能指数(BH)_<max>=330kJ/m^3の世界最高値を得た。しかし、最高の保磁力の値は1.3Tで、異方性磁場(21T)に比べて遥かに低く、保磁力を低下させる要因を掘り起こし、更なる改善を目指した表面洗浄効果の研究を継続する。平成13年度は、高圧窒素ガスを用いた作製された希土類鉄窒素化合物Sm_2Fe_<17>N_3をモデル系として、保磁力低下の機構を解明する研究を行った。まず、(1)メカニカルミリング法によって粉末粒径を細かくし保磁力の粒径依存性を評価した。その結果、粒径が2μm以上では、保磁力は粒径の減少に比例して増大した。これによって、Sm_2Fe_<17>N_3粉末粒子の保磁力を支配している磁化反転機構が逆磁区の核生成(ニュークリエーション型)によっていることが明らかとなった。しかし、(2)2μm以下では保磁力は飽和し、ミリングによる歪みの蓄積や粒表面の元素分解などによるニュークリエーションサイトの増大からくる保磁力減少効果と粒径の減少による保磁力の増大効果が競合した結果であることを見出した。(3)この時、ミリング条件(400rpm,60min)において、磁石性能指数(BH)_<max>=330kJ/m^3の世界最高値を得た。更に、(4)Znとの複合化によって、Sm_2Fe_<17>N_3粉末粒子の表面洗浄効果の研究を行った。その結果、保磁力は、表面洗浄によって著しく増大し、保磁力はSm_2Fe_<17>N_3粉末粒子表面の逆磁区の核生成(ニュークリエーション型)によって支配されていることを明らかにした。(4)この時、保磁力は温度と共に単調に減少するが、表面洗浄する前は、その減少の度合いが大きく、異方性磁界H_Aの2乗則に従っているが、表面洗浄後は、その減少の割合は小さく、H_Aに比例した。(5)これらの発見は、保磁力低下の起源が、逆磁区の核生成(ニュークリエーション型)サイトの生成機構のみならず、そのサイト間の相関がさらに重要であることを明らかにしたもので、今後の磁石材料の設計に極めて重要な情報を与えるものである。
２光子光電子分光による有機半導体／金属基板界面の非占有電子状態の研究

有機分子が基板に吸着すると,分子と基板との間の相互作用によって,界面特有の電子状態が形成される.この電子状態によって,気相や分子固体とは異なる新たな光励起過程やダイナミクスが発現することが明らかになってきており,原理解明に向けて精力的な研究が行われている.有機ー基板界面における光励起や,電子ダイナミクスを解明するためには,まず光励起,電子ダイナミクスに関与するフェルミ準位近傍の電子状態を特定しなければならない.しかしながら非占有電子状態に関する情報は,占有電子状態に比較すると非常に少ない.そこで本研究は,有機ー基板界面のモデル系としてグラファイト基板上ルブレン薄膜を選び,その界面の非占有電子状態を明らかにし,光励起過程と電子ダイナミクスを解明することを目的として,2光子光電子(2PPE)分光による研究を行った.ルブレンの最低非占有分子軌道(LUMO)の電子励起過程と電子緩和ダイナミクスを調べた.吸着分子第1層では,分子ー基板相互作用が分子励起に強く影響していることがわかった.そして,LUMOに励起された電子は,吸着分子第3層程度までは基板へのトンネル効果により,第3層以上では膜内での電子ー正孔再結合により,緩和していることを示した.さらに,LUMOに励起された電子の緩和ダイナミクスは,励起光の光子エネルギーによって変化する.これはLUMOへの電子励起の際に占有軌道に生じた正孔が緩和ダイナミクスに影響することを強く示唆する.また,有機薄膜の電子状態には薄膜構造が影響するため,薄膜構造の決定が重要である.そこで,そして,ルブレン単結晶に対しても2PPE測定を行い,結果を比較することで,ルブレン薄膜の成長過程について考察した.グラファイト基板上第1層では,ルブレンのテトラセン骨格長軸が表面にほぼ平行になるように並び,膜厚が大きくなるにつれて長軸は表面垂直方向に近づく薄膜成長が推測される.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、金属表面上分子の電子状態への基板の影響を明らかにし、有機テバイスの特性を決定づける要因のひとつである、界面での電荷伝達機構を解明することを目的とする。グラファイト基板上ルブレン蒸着膜の電子励起/緩和過程の解明を進めている。【表面準位と分子軌道に生じる相互作用の起源の解明】鏡像準位(表面特有の非占有準位)と、ルブレン分子軌道の相互作用により、分子の励起確率が増大することがわかった。密度汎関数法による量子化学計算と2光子光電子分光(2PPE)による実験の比較を行ったところ、鏡像準位と相互作用するこの分子軌道は、節が極端に少なく、分子全体に大きく広がった、巨大な原子軌道様の分子軌道であることがわかった。このような分子軌道は、対称性の高い骨格をもつC60においてのみ知られていた。非占有準位を観測する手法が少ないためにあまり考慮されてこなかったが、ルプレンのように対称性の高くない分子であっても、このような非占有分子軌道が一般的に存在する可能性がある。そして、このような軌道を利用することにより、界面の分子の光励起の効率を制御できる可能性が示された。【光励起した吸着分子の励起・緩和過程の解明】最低非占有分子軌道(LUMO)は、デバイスにおいて電子の伝達経路となるため、その励起緩和過程を理解することが重要である。ルブレン薄膜の第1層と、それ以降の層では、分子の励起過程が異なることを明らかにした。2層目以降では、LUMOへの電子遷移は分子内励起が支配的だが、第1層においては、基板により励起確率が大きく変調を受けている。LUMOへ励起した電子は、分子膜第3層程度までは基板へのトンネルにより、3層以降では、分子膜内で緩和することが明らかとなった。しかしながら緩和に至るまでの過程は単純ではなく、光励起した分子は何らかの中間状態を経由することが明らかになってきた。この中間状態は、エキシトンに関係すると考えている。有機分子が基板に吸着すると,分子と基板との間の相互作用によって,界面特有の電子状態が形成される.この電子状態によって,気相や分子固体とは異なる新たな光励起過程やダイナミクスが発現することが明らかになってきており,原理解明に向けて精力的な研究が行われている.有機ー基板界面における光励起や,電子ダイナミクスを解明するためには,まず光励起,電子ダイナミクスに関与するフェルミ準位近傍の電子状態を特定しなければならない.しかしながら非占有電子状態に関する情報は,占有電子状態に比較すると非常に少ない.そこで本研究は,有機ー基板界面のモデル系としてグラファイト基板上ルブレン薄膜を選び,その界面の非占有電子状態を明らかにし,光励起過程と電子ダイナミクスを解明することを目的として,2光子光電子(2PPE)分光による研究を行った.ルブレンの最低非占有分子軌道(LUMO)の電子励起過程と電子緩和ダイナミクスを調べた.吸着分子第1層では,分子ー基板相互作用が分子励起に強く影響していることがわかった.そして,LUMOに励起された電子は,吸着分子第3層程度までは基板へのトンネル効果により,第3層以上では膜内での電子ー正孔再結合により,緩和していることを示した.さらに,LUMOに励起された電子の緩和ダイナミクスは,励起光の光子エネルギーによって変化する.これはLUMOへの電子励起の際に占有軌道に生じた正孔が緩和ダイナミクスに影響することを強く示唆する.

また,有機薄膜の電子状態には薄膜構造が影響するため,薄膜構造の決定が重要である.そこで,そして,ルブレン単結晶に対しても2PPE測定を行い,結果を比較することで,ルブレン薄膜の成長過程について考察した.グラファイト基板上第1層では,ルブレンのテトラセン骨格長軸が表面にほぼ平行になるように並び,膜厚が大きくなるにつれて長軸は表面垂直方向に近づく薄膜成長が推測される.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。【表面準位と分子軌道に生じる相互作用の起源の解明】に関しては、成果を論文に投稿することができた。【光励起した吸着分子の励起・緩和過程の解明】について、緩和過程をまとめるには、もう少し実験を行う必要があるが、目途はついている。当初の予定では2PPE光源に光パラメトリック増幅器(OPA)用いることを検討しだが、レーザの繰り返し周波数と光強度の関係から有機薄膜を破壊する可能性があることがわかった。しかしながら、現状の光源を用いて、波長を変えて時間分解測定を行い、緩和過程の励起光エネルギー依存性を調べることにより、同等の研究遂行は可能であると考えている。
新しい血管前駆細胞の同定と生体内での血管構築の試み及びセルセラピーへの応用

今回我々は、血管再生への新しい発生細胞学的アプローチとして血管構造をin vitro及びin vivoにおいて分化誘導・再構成することを目的とし、マウス胚性幹細胞(embryonic stem cell:ES細胞)から血管内皮細胞(EC)及び血管周皮細胞(PEC:periendothelial cells、血管平滑筋細胞とペリサイト)の双方に分化することのできる新しい血管前駆細胞を同定し、同細胞を用いた血管発生モデルの開発を試みた。マウスES細胞をコラーゲンIVコートディッシュ上で培養した後、VEGF受容体の一つである、発生初期には中胚葉マーカーとも考えられるflk1の発現細胞を抗flk1抗体を用いたflow cytometryによりソーティング、純化した。このflk1陽性細胞を再培養し、EC及びPECへの分化及び管腔形成を内皮マーカー(flk1、PECAM1、VE-cadherin)及び平滑筋細胞(SMC)マーカー(平滑筋α-actin、PDGF-β受容体)を用いた免疫組織染色法により検討した。その結果、flk1陽性細胞は、内皮マーカー陽性細胞(ec^+)及びflk1陰性且つSMCマーカー陽性の細胞(smc^+)からなる細胞群にに変化した。flk1陽性細胞の無血清培養においては、VEGF存在下にec^+細胞が、PDGF-BB存在下にはsmc^+細胞がdominantに出現した。flk陽性細胞をコラーゲンIゲルを用いて3次元的に培養したところ、ec^+細胞による3次元的管腔形成と共に、smc^+細胞の管腔周囲へのassociationを認めた。以上、EC及びPECの双方が、単一のES由来flk1陽性細胞より分化しうることが初めて明らかになった。この細胞は、血管構成細胞の双方に分化することのできる血管前駆細胞と考えられる。血管前駆細胞を用いることによりPECの裏打ちを伴った、in vivoに近い血管発生モデルが構築された。現在、同細胞によるin vivoにおける血管新生について検討中である。