hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
植物のメリステム構築・維持と細胞分裂制御の関わりの分子遺伝学的研究

シロイヌナズナのTEBICHI(TEB)遺伝子は、DNAヘリカーゼとポリメラーゼのドメインを併せ持つタンパク質をコードし、teb突然変異株は、メリステムの構造に異常をきたし、短い根、葉の形態異常、花茎の帯化などの表現型を示す。さらにtebおよびDNA複製チェックポイントに関わるATR遺伝子欠損株であるatrとの二重変異株の詳細な解析より、teb atr二重変異株は高頻度に針状の葉を形成することが明らかになった。針状の葉は、葉の表裏軸が欠損したときに現れる表現型であることが知られており、teb atrおよびteb変異株における形態学的な解析やマーカー遺伝子の発現解析より、teb atrおよびteb変異株においては葉の背軸側化が起きていることが示された。さらに遺伝学的な解析や遺伝子の発現解析を進め、tebやteb atr変異株ではAuxin response factor (ARF)であるETTIN(ETT)/ARF3とARF4の発現が上昇していることを明らかにした。ETT/ARF3とARF4遺伝子コード領域の上流にはHelitronとよばれるトランスポゾン様配列が存在し、その領域のDNAのシトシンは高度にメチル化されていることがゲノムワイドな解析から調べられている。シトシンのメチル化の阻害剤である5-aza-deoxycytidineの処理によってtebの表現型はより強くなったことからHelitronとTEBの機能の関係が示唆された。さらにARF遺伝子以外のHelitron近傍の遺伝子のいくつかもtebやteb atrで発現上昇していたことからHelitronを介した遺伝子発現の維持もしくは制御がTEBによって行われていることが示唆された。シロイヌナズナのTEBICHI (TEB;旧名SS93)遺伝子はショウジョウバエのmus308のホモログで、DNAヘリカーゼとポリメラーゼのドメインを併せ持つタンパク質をコードし、TEB遺伝子を欠損したteb突然変異株は、メリステムの構造に異常をきたし、短い根、葉の形態異常、花茎の帯化などの表現型を示す。動物のホモログの欠損株と同様に、tebはDNA損傷剤に高感受性を示し、通常状態で、DNA二本鎖切断に応答して発現する遺伝子の発現上昇が見られたことから、TEB遺伝子は動物のホモログと同様にDNA損傷の修復もしくは損傷に対する何らかの応答に関わっていて、tebではDNA二本鎖切断が増加していると考えられた。TEB遺伝子の変異とメリステムの構造・機能欠損の関わりを調べるために、以下の実験を行った。まず、tebにおいて、他の形態類似変異株と同様に遺伝子サイレンシングの解除が起きているかを調べた。その結果、他の変異株と異なり、tebでは、遺伝子サイレンシングの解除が起きていないことが分かった。次に、tebや類似変異株のメリステムにおけるcyclinB1::GUSの発現の観察や、マイクロアレイ解析などより、tebではDNA複製の進行が阻害されて、有糸分裂期(M期)への進行が阻害されていること、また他の変異株でも細胞レベルで同様の異常が起きていることが分かった。また、形質転換体をつかった解析より、tebにおける複製中の相同組換え頻度を測定した結果、野生株より組換え頻度が低下していることが分かった。これらの結果より、teb変異株では複製中の相同組換えが正常に行われない結果、DNA複製の進行に異常をきたし、M期進行が阻害されていると考えられた。植物の正常な発生には細胞周期と発生プログラムの密接な関連が重要であると考えられ、TEB遺伝子はこの関係に重要な役割を担っていると考えられる。シロイヌナズナのTEBICHI(TEB)遺伝子は、DNAヘリカーゼと、ポリメラーゼのドメインを併せ持つタンパク質をコードし、teb突然変異株は、メリステムの構造に異常をきたし、短い根、葉の形態異常、花茎の帯化などの表現型を示す。teb変異株は通常状態で、DNA二本鎖切断に応答して発現する遺伝子の発現上昇を示し、また、teb変異株のメリステムにおいてG2/M期のマーカーであるcyclinBi::GUSを発現している細胞の増加が見られたことから、teb変異株ではDNA修復の異常から細胞周期チェックポイントを活性化し、有糸分裂期(M期)への進行が阻害されていると考えられる。さらに、teb変異株とDNA複製チェックポイント機構に関わるATR遺伝子の破壊株の二重変異株は、cyclinB1::GUSの発現の増加は示さないのに対し、tebの形態異常は亢進することが明らかになった。この結果より、teb変異株はDNA複製の異常に伴うATR依存的チェックポイントを活性化していること、tebの形態異常は細胞周期進行の異常よりむしろ、DNA複製の異常そのものが深く関わっていることが示唆された。teb atr二重変異株の詳細な解析より、teb atr二重変異株は高頻度に針状の葉を形成することが明らかになった。針状の葉は、葉の表裏軸が欠損したときに現れる表現型であることが知られており、teb atrおよびteb変異株において葉の表裏軸が異常になっていることが期待されたので、teb変異株において、葉の裏側で発現する遺伝子であるFILAMENTOUS FLOWER(FIL)の発現を解析したところ、teb変異株においてFILの発現が葉の表側に広がっていることが分かった。これらのことからtebやteb atr変異株におけるDNA複製の異常が葉原基細胞の表側細胞への分化に影響を与えていることが示唆された。

シロイヌナズナのTEBICHI(TEB)遺伝子は、DNAヘリカーゼとポリメラーゼのドメインを併せ持つタンパク質をコードし、teb突然変異株は、メリステムの構造に異常をきたし、短い根、葉の形態異常、花茎の帯化などの表現型を示す。さらにtebおよびDNA複製チェックポイントに関わるATR遺伝子欠損株であるatrとの二重変異株の詳細な解析より、teb atr二重変異株は高頻度に針状の葉を形成することが明らかになった。針状の葉は、葉の表裏軸が欠損したときに現れる表現型であることが知られており、teb atrおよびteb変異株における形態学的な解析やマーカー遺伝子の発現解析より、teb atrおよびteb変異株においては葉の背軸側化が起きていることが示された。さらに遺伝学的な解析や遺伝子の発現解析を進め、tebやteb atr変異株ではAuxin response factor (ARF)であるETTIN(ETT)/ARF3とARF4の発現が上昇していることを明らかにした。ETT/ARF3とARF4遺伝子コード領域の上流にはHelitronとよばれるトランスポゾン様配列が存在し、その領域のDNAのシトシンは高度にメチル化されていることがゲノムワイドな解析から調べられている。シトシンのメチル化の阻害剤である5-aza-deoxycytidineの処理によってtebの表現型はより強くなったことからHelitronとTEBの機能の関係が示唆された。さらにARF遺伝子以外のHelitron近傍の遺伝子のいくつかもtebやteb atrで発現上昇していたことからHelitronを介した遺伝子発現の維持もしくは制御がTEBによって行われていることが示唆された。
馬術競技におけるライダーの脊柱・骨盤の動作研究

本研究では特に脊柱や骨盤の動きに着目してその定量化を目的として実験を行った。初級者と熟練者で比較した結果、初級者においては馬の速歩の動きに対して騎手の上体全体に遅れが見られ、馬との同調が困難となっている事が明らかとなり、その理由としては骨盤の動きが関与していると考えられた。また、騎手が手綱で馬をコントロールしない状況下と、同調しやすいようにコントロールしている状況下での騎手の動きを比較した結果、熟練者は手綱によるコントロール無しでも直線走行中の馬との同調が可能である事と共に各選手の脊柱・骨盤の動きの特徴が明らかとなり、これらの動きの解明がスポーツ障害の予防にも有用であることが示唆された。本研究では、馬の動きと関連させながら騎手の脊柱や骨盤の動きを定量化する事によって馬術における騎手の理想的な動きを解明する事を目的としている。そのためには、実験に際して馬と騎手の両者にマーカーを装着する必要性があるとともに、特に騎手においては、主に背面に多数のマーカーを装着する必要がある。マーカーについては、予算の関係上、代用品の使用を余儀なくされたカメラや三脚の特性を鑑みて、一昨年度は発光型の特殊マーカーを試作したが、特に多くのマーカーを装着する騎手の背面に配線等が集中するため装着が煩雑となり、且つ解析上の問題点も散見された。そこで新たに軽量型蛍光カラーマーカーを考案作成し、幾度かの予備実験を経て、昨年度から本実験に着手している。また、本研究においては馬の肢の地面への接地や離地のタイミングを測定するために馬の蹄にもマーカーを装着する必要があるが、蹄のマーカーは走行によって舞い上がる砂の影響を大きく受けるため、地面(馬場)の状態が良好である事も実験条件には不可欠である。雨天後の馬場は水分を多く含むことから数日間実験ができない状態が続いてしまうため、昨年度は実験を延期することも多くあった。こうしたことから、現在は屋根のある馬場での実験が可能か否かも視野に入れながら実験を進めている。これらの実験によって得られた研究成果は、ライダーが安全で効果的な騎乗技術を修得するための資となり、長きに渡りより良い馬術人生を送るための基礎作りに貢献できると確信している。運動中の人馬の動きを映像を用いて解明するためには、その状況に適した実験システムを構築する必要がある。そのためには先ず、データ精度の保持と充分な撮影範囲の確保の両立、また屋外におけるカメラ同期システムの作成、更には砂上を走行する馬に支障のない機材やコードの配置の考慮等が挙げられるが、本年度はこうした様々な撮影環境の問題点を解決して実験システムを構築する事が出来た。次に、こうしたシステムを使用して、スポーツ障害を予防するためにも重要と考えられる脊柱や骨盤の動きに特に着目して撮影を行った。熟練者と初級者の比較、および騎手が手綱で馬をコントロールしない状況下と、同調しやすいようにコントロールしている状況下の各動作を比較する実験を行った結果、両者における相違点と共通点と共に各選手の騎乗姿勢の特徴も明らかにすることが出来た。予算の関係上、当初の購入予定であったカメラを変更する必要性が生じたため、止む無く代替品として適当な機材を選定するための資料収集を行った。しかし、代替品は当初予定した機材と比較して撮影時の解像度がやや劣るため、解析が多少困難となることが認められた。そこで実験に先立って、撮影したマーカーが、解析を行う際により認識しやすくなるように、通常のマーカーではなく、発光するように工夫した特殊なマーカーを作成して撮影を試みた。予備実験の結果は良好であった。今年度は検討の結果、カメラ1台を購入して映像の解像度や撮影可能範囲の確認など、様々なカメラテストを行ったが、常歩、速歩、駈歩の3種類の歩法において馬の一完歩が撮影できるよう、撮影可能範囲の拡大を目的として、使用するカメラの数を当初予定した台数より増加させることも検討している。以上のように、今年度はいくつかの問題点なども生じたが、特に前述した発光する特殊なマーカーの作成等は、大手乗馬クラブの医科学サポートに携わる医師達の協力のもとに達成し、また彼らとの定期的な意見交換を通じて様々な改善策を講ずるとともに、実験場所や被験者の確保を行うなど、より良い研究となるよう、目下、その基盤整備に努力を傾注しているところである。本研究の目的は、馬術の基礎的な技術の体系化及び明確化を目指すものであり、これら研究成果は、ライダーを志向する多くの人々に、安全にして効果的な上達を促し、馬術を生涯スポーツとして永きに亘って愛好できるようにするための、基礎作りに貢献するものと信じている。一昨年度は出産に伴い、特に産休中においては研究活動のペースを落として行ったが、昨年度はほぼ計画通りの日程で実験に着手している。天候の影響で延期となった事もあるが、おおむね順調に進展している。

昨年度は出産に伴い、特に産休中においては研究活動のペースを落として行った。また、馬を扱う研究のため、胎児の安全を考慮し、実験の実施を控えて、より精緻なものにするための諸条件の整備など、実験準備に力を注いだ。今後も被験者等と日程調整を行い、実験を遂行する予定である。今後、実験機材を購入すると共に被験者との日程調整を行い、実験を遂行する予定である。一昨年度は出産に伴い、特に産休中においては研究活動のペースを落としていたため予算を繰越しているが、実験を遂行していくことによって研究計画に沿った研究費の使用をしていく予定である。予算の関係上、購入予定のカメラを変更することとなったため、情報収集や選定に少し時間を要した事や、出産に伴う実験の順延により、予算を繰り越すこととなったが、次年度は当初の実験計画に沿って研究費を使用していく予定である。
自殺におけるセロトニン神経系機能異常に関する研究

自殺に至る生物学的背景として、セロトニン(5-HT)神経系の低活性が想定されている。セロトニン神経系の遺伝子多型、モノアミン神経伝達に影響を与え気質に関与すると孝えられる機能的遺伝子多型と自殺との相関研究を行った。その結果、セロトニン神経系遺伝子多型(TPH : A-6526G・A218C・5HTT-VNTR、5HT1A受容体:Pro16Leu・Gly272Asp、5HT1B受容体:G861C、5HT2A受容体:A-1438G)ならびにモノアミン神経伝達に影響を与え気質に関与すると考えられる機能的遺伝子多型である5HTT-LPR、MAOA-uVNTR、DRD4:-521C/T多型では、自殺既遂者群と健常対照群における遺伝子型ならびに遺伝子頻度の分布に有意な差を認めなかった。一方、COMT:158Val/Met多型では、男性におい下のみ遺伝子型の分布に有意差がみられ、遺伝子頻度でも高活性を示すとされるG(Val)アレルが自殺既遂者群で少ない傾向を認めたことから、男性では高COMT活性が自殺に抑制的に働いていることが示唆された。さらに、上記多型間の相互作用を検討したところ、男性においてのみ、5HTT-LPRとMAOA-uVNTRおよび5HTT-LPRとCOMT:158Val/Met多型で、遺伝子型の組合せの分布に有意差を認めた。性差を考慮してモノアミン神経伝達に影響を与えるいくつかの機能的遺伝子多型の相互作用を解析することは、自殺に関連した神経化学的失調や気質を明らかにするために有用であると考えられた。自殺の生物学的背景としては、衝動性の障害やストレス耐性低下との関連からセロトニン神経伝達系の失調が最も広く受け入れられている。本研究では、自殺の生物学的マーカーを同定し、自殺に至る生物学的要因を遺伝子レベルで明らかにするために、遺伝子多型に着目し、セロトニン神経系の遺伝子多型と自殺との相関研究を行った。神戸大学医学部法医学教室において行った法医学剖検例での自殺既遂者163例(男性113例、女性50例、平均年齢±SD:47.9±17.6歳)を対象とした。健常対照群は、383例から、自殺既遂者と性別・年齢を対照させた163例(男性113例、女性50例:44.7±14.9歳)を無作為抽出した。自殺既遂者および健常対照者の血液からDNAを抽出し、以下のセロトニン神経系遺伝子多型については既報に従い変異の有無を同定した。2)セロトニントランスポーター:5HTT-LPR(promoter)、5HTT-VNTR(intron2)4)セロトニン1B受容体:G861C今回の解析の対象となったセロトニン神経系遺伝子多型の遺伝子型、遺伝子頻度は、自殺者群、健常対照群の間で有意差はなく、これらの遺伝子が自殺に関与している可能性は低いと考えられた。今後はさらに多数の症例で、他のセロトニン関連遺伝子多型の解析に加え、性差、年齢、複数の機能的遺伝子多型の組合せを考慮にいれた解析を予定している。また、自殺者脳における発現プロファイル解析による候補遺伝子の絞り込みと未知の遺伝子多型の探索を検討している。モノアミン神経伝達に影響を与え気質に関与すると考えられる機能的遺伝子多型であるセロトニントランスポーター(5HTT)遺伝子多型(5HTT-LPR)、ドーパミンD4受容体(DRD4)遺伝子多型(-521C/T)、A型モノアミン酸化酵素(MAOA)遺伝子多型(MAOA-uVNTR)、カテコール-O-メチルトランスフェラーゼ(COMT)遺伝子多型(158Val/Met)に着目して、自殺との相関研究を行った。

さらに、これら遺伝子多型間の相互作用と自殺との関連についても検討した。その結果、5HTT-LPR、MAOA-uVNTR、DRD4:-521C/T多型では、自殺既遂者群と健常対照群における遺伝子型ならびに遺伝子頻度の分布に有意な差を認めなかったが、COMT:158Val/Met多型では、男性においてのみ遺伝子型の分布に有意差がみられ、遺伝子頻度でも高活性を示すとされるG(Val)アレルが自殺既遂者群で少ない傾向を認めたことから、男性では高COMT活性が自殺に抑制的に働いていることが示唆された。さらに、上記多型間の相互作用を検討したところ、男性においてのみ、5HTT-LPRとMAOA-uVNTRおよび5HTT-LPRとCOMT:158Val/Met多型で、遺伝子型の組合せの分布に有意差を認めた。性差を考慮してモノアミン神経伝達に影響を与えるいくつかの機能的遺伝子多型の相互作用を解析することは、自殺に関連した神経化学的失調や気質を明らかにするために有用であると考えられた。
ロシア近代化の過程における知的営為の一例としてのG.スコヴォロダーの宗教思想

本年度は、当初の計画通り、以下の二点に関して研究が行われた。1.18世紀ロシアの知的環境の実態解明:出版活動について18世紀ロシアの出版に関する資料としては、『18世紀世俗文字によるロシア語書籍総目録』、『18世紀キリル文字によるロシア語書籍総目録』等がある。これらを用い、当時の出版活動の実態(出版点数、分野別割合、主題)について、主として哲学・宗教関連文献に的を絞って、おおまかに把握した。前世紀に比し飛躍的に出版点数が増加し、また扱われるテーマが多様な広がりをみせており、(翻訳)出版物を通じて、ロシア社会に多様な世俗思想が流入したことはデータ上明らかである。ただそこから言いうるのは、新たな思考様式を創出していく上で、知識人にとって、思想の「多様性」と「世俗性」とが、考慮にいれざるをえない不可欠の要素となっていたであろうということである。2.スコヴォロダーのテクスト分析:科学批判の問題を検討スコヴォロダーには、科学を正面切って批判するような著作はない。彼が科学を非難するのは、自らの思想上の立場(正教思想)を明らかにしようとする場合に限られている。彼においては、科学批判と自らの主張とが切り離しえない関係にあったと言ってよい。確かに、スコヴォロダーの語り口はあまりに素朴にすぎ、近代の認識論的批判にとても耐えうるものではない。だが、彼に-西欧の哲学者とは異なり-経験的諸科学を哲学的に基礎付けようとの意図が毛頭なかったという点は注目に値する。スコヴォロダーが科学を批判する際の微妙な語り口から窺えるように、彼は「哲学的思索は-ドクマ的性格を逃れるためにも-積極的に経験科学に身を開かねばならない」が、「科学と哲学(神学)の探究方法は根本的に異なる」と考えていたのである。このようなスコヴォロダーの哲学的思索の意義は、後のロシア哲学史の展開を見た上でようやく評価の定まることであると考え、迂遠ながらも、P.D.ユルケーヴィチ(19世紀ロシアの神学大学の代表的思想家)の「心の哲学」の研究に向かった(裏面参照)。これらを踏まえ、本研究の成果は、来年度公表される。(1)18世紀ロシアの知的環境の実態解明:教育状況を理念と制度の両面から検討理念面の検討では、F.プロコポーヴィチの『宗務規定』を資料として用い、その中の、知識と学問の重要性、聖職階級の啓蒙の必要性などが謳われている箇所に着目した。そこで明らかとなったのは、『宗務規定』において、従来のスコラ的な教育体系が批判され、新しい世俗の学問(特に自然科学)の役割が強調される一方で、神学と自然科学的知識との主従関係が大体において保持されているということである。保守的な考え方と進歩的な考え方とが錯綜しており、創出すべき新たな知の様式というものが明確に理念化されているとは言い難い。だが、この『宗務規定』は、紛れもなく「知の近代化」という理念に向けた努力の結晶であった。また制度面の検討では、P.ズナメンスキイ『1808年改革以前のロシアにおける宗教学校』等を参考にしながら、スコヴォロダーの就学期および教育活動期を中心に、アカデミーの教育課程の実態(教授科目、内容等)を大まかに把握した。(2)スコヴォロダーのテクスト分析:聖書再解釈の問題を検討新たな思考様式の創出を目指すスコヴォロダーの努力は、聖書の再解釈、中でも『創世記』冒頭の解釈の提示うちに顕著に見て取ることができる。彼の著作のうちの当該箇所を分析するにあたっては、祭司資料P(『創世記』冒頭、1章1-26節)に即して神による天地創造の問題を解釈した古代教父たち(フィロン、オリゲネス、クレメンス、アウグスティヌス、アンブロシウス等)の諸著作を参照した。そうすることにより、スコヴォロダーの聖書解釈の中に存する新旧の思考様式の混交の様子を探ることができた。両研究の成果は、来年度公表される。また、関連する研究として、ロシアの神学大学における哲学研究に関する小論考を発表した(裏面参照)。

彼においては、科学批判と自らの主張とが切り離しえない関係にあったと言ってよい。確かに、スコヴォロダーの語り口はあまりに素朴にすぎ、近代の認識論的批判にとても耐えうるものではない。だが、彼に-西欧の哲学者とは異なり-経験的諸科学を哲学的に基礎付けようとの意図が毛頭なかったという点は注目に値する。スコヴォロダーが科学を批判する際の微妙な語り口から窺えるように、彼は「哲学的思索は-ドクマ的性格を逃れるためにも-積極的に経験科学に身を開かねばならない」が、「科学と哲学(神学)の探究方法は根本的に異なる」と考えていたのである。このようなスコヴォロダーの哲学的思索の意義は、後のロシア哲学史の展開を見た上でようやく評価の定まることであると考え、迂遠ながらも、P.D.ユルケーヴィチ(19世紀ロシアの神学大学の代表的思想家)の「心の哲学」の研究に向かった(裏面参照)。これらを踏まえ、本研究の成果は、来年度公表される。
各種元素収支とエネルギー消費量に基づく農畜産リサイクルシステムの評価

大規模・高集約型畜産業は、高収穫量が得られる反面、多量の家畜ふん尿のために環境への負荷を増大する。この解決のために、家畜ふん尿を堆厩肥として農地還元するリサイクルが試みられている。しかしリサイクルシステムにおける窒素、リン酸、カリの収支に関する知見は多いが、重要と考えられる微量要素を含む各種元素の過不足およびエネルギー消費量に関しては殆ど評価されていない。そこで、本研究では重金属等の各種元素収支を調べるとともに、リサイクルに要するエネルギー量を求め、各種元素の環境負荷量とエネルギー負荷量がともに最少になるリサイクル運営システムを明らかにすることを目的とする。最終年度にあたる平成12年度では、エネルギーおよび労働力の評価を行って、リサイクルを行うために費やす農家一戸レベルのエネルギーおよび賃金を求めた。名古屋大学附属農場の厩肥連用圃場(5.0a)を対象に、農作業の各項目(耕耘、畝縦、マルチ、播種、間引き、病虫害防除、雑草防除、防鳥、収穫、収穫残差処理)に必要な農業機械と労働者数および作業時間を聞き取り調査し、機械作業および人力作業による消費エネルギーと賃金を求めた(Table1)。賃金は1000円/hr/人とした。人力作業にかかるエネルギーは、ヒト(30代男性)の基礎代謝量1.00kcal/minを基に農作業におけるエネルギー代謝率(RMR)から消費エネルギーへと換算した。その結果、農家一戸単位では、厩肥施用すると労働力、賃金が15%増加した。厩肥散布作業にかかる賃金、労働力が大きいことを示している。一方エネルギーに関しては、厩肥施用はあまり影響しなかった。Table1の結果から、一般的な面積当たりの作業能率の値を用いて,通常の農家規模の面積における必要機械、労働者数、作業時間を推定した(Table2)。また、現在の日本農業では畜産農家と耕種農家が別々に専業化しているので、堆厩肥リサイクルのためには、堆厩肥の運搬が必要不可欠である。ここでは、耕種農家が20t/haの割合で堆厩肥を使用すると仮定し、スイ-トコーンおよびキャベツを対象に、日本および愛知県の平均作付面積、雉厩肥の運搬距離、および平均的道路交通速度から、通常農家が用いる2t積みトラックで運搬するのに必要な時間とガソリンを算出し、賃金とエネルギーを求めた3,その結果、100km以内での堆厩肥運搬は、賃金・エネルギーに対する影饗は小さく、むしろ堆厩肥応用の有無が大きく影響した。今後、家畜ふん尿を焼却処理または下水処理した場合との比較、さらに化学肥料の製造プロセスとのエネルギー比較を行って、堆厩肥リサイクルのための問題点を評価する予定てある。
水素活性電極を用いた高選択的電解触媒反応の開発

ラネーニッケル(R-Ni),パラジウム炭素(Pd-C),白金炭素(Pt-C)などの導電性触媒を陰極とした各種還元性化合物の水素化反応について、従来の接触還元法あるいは直接電解法と対比しながらその特徴を明らかにした。1.ニトリル類の還元。R-Ni粉末電極を用い脂肪族ニトリル類、ベンゾニトリルの還元を【NaOCH_3】/メタノール溶液中、【NH_3】吹込み下に行ない、ほぼ定量的に電流効率50%以上で対応するアミノ化合物へ還元され、接触還元法に比し高収率であった。P-ニトロベンゾニトリルの同様な還元ではp-アミノベンゾニトリルの収率は約60%であり、選択的還元については今後検討の要がある。2.1-シクロヘキセン-2-オンのカルボニル基の選択還元。(d【(NC-3)_2】存在下、R-Co粉末電極の使用により約15%の1-シクロヘキセン-2-メタノールの生成を認めたが、オレフイン結合を残しカルボニル基のみを選択的に還元することはまだ不十分である。3.オレフインのアルコール付加反応。テトラエチルアンモニウムブロミドの存在下、アルコール溶媒中、R-Ni粉末電極で、シクロアルケン類のペアード電解を行ない、対応するアルコキシシクロアルカンを一段反応、高収率で得た。Pa-C,Pt-C,Ni板では進行せず、電解触媒法に特徴的であった。4.触媒固定化電極の作製。水素活性触媒を電極表面に固定した触媒電極を焼成法と電析法で作製した。焼成法では鋳型中でNi微粉末をNi基板電極上に水素雰囲気下800°Cで焼成して作製した。電析法ではグラッシーカーボン上にナフィオン(Nafion)を塗布し、この層にニッケル塩から超微粒子ニッケルを分散させ、高活性の触媒電極になることが認められた。今後、上記の触媒担持電極を使用した中規模電解槽の試作を行ない、プロセス化をはかる予定である。
並列論理型言語によるプログラミング法に関する研究

本研究では、探索や試行錯誤的な解法を必要とする並列性の高い問題に対する並列プログラミング方法論を確立することを目的とし、応用問題を通じてその有効性を実証することを目指した。知識情報処理などの人工知能の分野では、解を得るための最適なアルゴリズムが知られておらず、部分解からより完全な解を構築する方法や解自体が満たさなければならない制約条件を記述することによって問題を解く手掛かりにすることが多い。このような問題に対して解を構成する断片的な要素や部分解を並列プロセスとして表現することによってプログラミングを行う方法論について研究した。本年度は幾つかの探索問題について問題の再帰的な記述および制約条件の付加を行ない、そこから並列プログラムを導出する研究を行なった。その結果、再帰的に定義された探索問題の記述から半自動的に、並列プロセスに基づくプログラミングが可能であることを示した。また、並行プログラミング方法論の応用として自然言語の解析システムを並行実行可能な枠組でプログラミングを行ない、自然言語に存在する多様な現象を解析する手法を個別に記述し、それらを並行プログラミングの考え方によって自然に結合することにより、様々な言語現象の複合的な現れに対処できる手法を考案した。具体的には、自然言語の特定の単語に関連して現れる熟語、または、慣用句的な表現と一般的な文法規則を例にとり、一般的な規則は文法現則として、熟語的な表現は語の中に局所的な規則として記述し、両者を並行プロセスとして実現した。個別に記述されたこれらの並行プログラムの断片を同時に動作させることにより、両者が解析実行中に動的に相互干渉して正しく動作することを確認した。これは、モジュ-ル性の高い記述と見通しのよいソフトウェア構成法の実現と考えることができる。
クラウドセンシングを用いた無線環境相関認識による異種システム周波数共用手法の研究

本研究開発では、異なる無線システムの端末で発生した事象をもとに空間的な干渉状態把握と、無線伝搬状況の高精度な推定を自システム内で観測可能な情報により行い、異システムが互いに緩やかに連携した高効率周波数共用手法の検討を行う。課題1.クラウドセンシングによる異種システム混在下での無線環境認識に関する研究:本研究開発の核となる技術として、各無線システムが通信中に得た情報をもとに無線環境を高精度に推定する方法の検討を行う。研究初年度として、平成30年度は、空間的に広がる端末を想定し、相互干渉状況にある無線環境を考慮して、各無線システムが通信中に取得可能な情報から、空間的な相互干渉状況や電波到達範囲の予測がどこまでできるかについて、計算機シミュレーションによる検証を開始した。まず、空間的に広がる端末を使ってクラウドセンシングにより観測した結果を基にして、信号の電力分布の予測を行い、その電力分布をクラスタ化することで、多様な無線環境をいくつかのパターンで代表的に分類する方法について検討を行った。次に、無線LAN信号を基に、複数のレイヤで観測できる情報の明確化を行い、多次元情報として利用できる情報を抽出した。これを基に、隠れ端末状態の間接的な観測が可能かどうかの確認を実施している。課題2.緩やかなシステム間連携による高効率周波数共用手法の研究:年度後半には、無線環境認識結果をもとにしてエッジサーバが周囲の無線システムに対して、緩やかなシステム間連携を促す手法についての研究を開始した。各システムの要求条件と無線環境認識結果をもとに、帯域占有率や相互干渉の状況に対応して、チャネル、トラヒック量の上限値、時間制限、キャリアセンスレベルなどの通信パラメータの制御を行うことで、効率的な周波数共用を行うための基盤に関して研究者間で意見交換を行い次年度から行う本格研究の準備を行った。おおむね当初の計画に従って研究が進んでいる。「課題1.クラウドセンシングによる異種システム混在下での無線環境認識に関する研究」に関しては、クラウドセンシングによって得られた信号の分布をクラスタリングすることで、情報を利用しやすくするための手法の検討をまず行っている。加えて、無線LAN信号に着目して複数のレイヤに渡ってどのような情報が得られるかを整理し、自律分散システムにおける相互干渉で最も影響が大きい隠れ端末状態を間接的に観測できる手法の検討を行っている。「課題2.緩やかなシステム間連携による高効率周波数共用手法の研究」では研究者間での意見交換により、次年度以降の本格研究のための、フレームワークを整理した。これらはほぼ計画通りの研究進捗であり、次年度以降も着実に研究成果を出していきたい。初年度の研究と同様に、研究分担者および連携研究者と定期的に進捗報告会を開き、相互に連携した研究活動を強化する予定である。初年度に得られた研究成果については積極的に対外発表を行う予定である。
フッ素を含む新規グラファイト層間化合物の合成, 物性と機能発現のメカニズム

1.インターカレーション機構の解析と作製プロセス,新規化合物の合成(1)単体フッ素-グラファイト系におけるインターカレーション単体フッ素と高結晶性グラファイトとの低温長時間反応(50°C, 16ヶ月)によって,イオン性フッ素-グラファイト層間化合物CxFが生成することを見い出した.この反応は極微量のHFの存在によって強く触媒される.インターカレーション反応に関与する化学種(F_2-HF)のadinitio MD計算の結果, F_2...HF超分子の生成と,この錯体へのグラファイト層からの電荷移動相互作用によって,自発的にインターカレーションが進行することが明らかにされた.非揮発性金属フッ化物あるいはその塩であっても, F_2+HF溶液中における置換的インターカレーションによって,空気中でも安定な層間化合物CxMFy(M=Sn,pb,B,Bi)を生成することを見い出した.この反応系は,インターカレーションに不可欠とされていた従来の物性的しきい値を越えて,新規なフッ化物-グラファイト層間化合物の作製プロセスに新たな指針を与えるものである.2.格子構造,電気的性質と物性・機能CxFyとも, sp^2グラスファイト構造は完全に保存されており, 10^5S/cmの高いab-面内伝導度と金属的性質を示す.特にCxFの伝導電子は自由電子に近く,電荷移動量と結晶子径は,それぞれ0.25, 300〓である.また, CxFのC-軸伝導度は194Kに極小値を示し,金属→半導体転移が見い出された.さらに, CxF, CxMFy/1MLiclo4-PC/Li試験セルは, 44.2Vの高い超電力を示し,高エネルギー密度一次電池活物質としての可能性を示した.1.インターカレーション機構の解析と作製プロセス,新規化合物の合成(1)単体フッ素-グラファイト系におけるインターカレーション単体フッ素と高結晶性グラファイトとの低温長時間反応(50°C, 16ヶ月)によって,イオン性フッ素-グラファイト層間化合物CxFが生成することを見い出した.この反応は極微量のHFの存在によって強く触媒される.インターカレーション反応に関与する化学種(F_2-HF)のadinitio MD計算の結果, F_2...HF超分子の生成と,この錯体へのグラファイト層からの電荷移動相互作用によって,自発的にインターカレーションが進行することが明らかにされた.非揮発性金属フッ化物あるいはその塩であっても, F_2+HF溶液中における置換的インターカレーションによって,空気中でも安定な層間化合物CxMFy(M=Sn,pb,B,Bi)を生成することを見い出した.この反応系は,インターカレーションに不可欠とされていた従来の物性的しきい値を越えて,新規なフッ化物-グラファイト層間化合物の作製プロセスに新たな指針を与えるものである.2.格子構造,電気的性質と物性・機能CxFyとも, sp^2グラスファイト構造は完全に保存されており, 10^5S/cmの高いab-面内伝導度と金属的性質を示す.特にCxFの伝導電子は自由電子に近く,電荷移動量と結晶子径は,それぞれ0.25, 300〓である.また, CxFのC-軸伝導度は194Kに極小値を示し,金属→半導体転移が見い出された.さらに, CxF, CxMFy/1MLiclo4-PC/Li試験セルは, 44.2Vの高い超電力を示し,高エネルギー密度一次電池活物質としての可能性を示した.
向社会的な医師を育成するためのモデル教育プログラムの開発ー利他主義を超えて

(A)向社会的と考えられる医師の働き方に関するナラティブの明確化:平成29年度に引き続きデータ収集および分析を行った。合目的的サンプリング法により、個別インタビューを15例実施し、向社会的と考えられる医師のナラティブケースを収集した。ナラティブインクワイアリーの手法によるデータ分析を、医療人類学者および海外の医学教育研究者とともに実施し、現在論文を作成中である。(B)映像教材の作成:(A)で明確になった向社会的と考えられる医師のナラティブを用いて、向社会性の教育に用いる映像教材を作成する予定であったが、複数の映像教材作成会社との交渉がうまく行かず、映像化のめどは未だ立っていない。英語の教材も同時に作成する計画であるが詳細未定である。(C)医師の向社会性に関する国内外の状況の明確化:プロフェッショナリズムのジレンマというテーマに広げて、台湾の医学教育研究者と共同して、5大学の医学生(6年生のみ)を対象にアンケート調査を実施した。多国間での集計作業が進められている。(D)医師の向社会性に関わる脳活動の分析:平成28年度に引き続き、医師の向社会性や動機付けに関わる脳活動の分析を進めた。初期臨床研修医21名の脳画像データを収集し、レスティングスケールおよびタスクに分けて、データを分析した。現在論文作成中である。(A)(C)(D)に関しては、データ収集は予定通り終了している状況である。(B)のみ、映像教材作成会社との交渉が難航しているため、やや遅れている。(A)(C)(D)に関しては、論文執筆を進めていく。(B)については、ひきつづきこれまでと異なる映像作成会社との交渉を進めていく。(A)向社会的と考えられる医師の働き方に関するナラティブの明確化:平成27年度は、合計、8名のインタビュー調査を行った。データ分析も並行して進めている。(C)医師の向社会性に関する国内外の状況の明確化:平成27年度は、The Value Scaleの質問紙そのものについての検討を行った結果、医師の向社会性についての調査を進めるには不適当であると判断した。研究チーム内で検討した結果、かわりにJohnsonの開発した質問紙(1989)を使用することとし、Forward Translationまで実施した。(D)医師の向社会性に関わる脳活動の分析:平成27年度は、利己と利他がコンフリクトを起こすような状況、自己の価値観と他者の価値観がコンフリクトを起こすような状況で意思決定をさせる課題や意思決定の際にどのような属性に動機づけされるか検討する課題遂行中の他、医師の向社会性を促すような課題の作成を行った。インタビュー調査は順調に進められている。質問紙調査は質問紙そのものを変更することとなったが、進捗に大きな影響は出ていない。脳画像研究については、予定通り進められている。(A)向社会的と考えられる医師の働き方に関するナラティブの明確化:平成28年度に引き続きデータ収集および分析を行った。ナラティブインクワイアリーの手法によるデータ分析を、医療人類学者および海外の医学教育研究者とともに実施中である。現在、集計作業が進められている。初期臨床研修医21名の脳画像データを収集し、レスティングスケールおよびタスクに分けて、現在、データを分析中である。(D)

医師の向社会性に関わる脳活動の分析:平成28年度に引き続き、医師の向社会性や動機付けに関わる脳活動の分析を進めた。初期臨床研修医21名の脳画像データを収集し、レスティングスケールおよびタスクに分けて、データを分析した。現在論文作成中である。(A)(C)(D)に関しては、データ収集は予定通り終了している状況である。(B)のみ、映像教材作成会社との交渉が難航しているため、やや遅れている。(A)向社会的と考えられる医師の働き方に関するナラティブの明確化:平成28年度は、さらに5-6名程度のインタビュー調査を行い、またデータ分析も進める予定である。(B)映像教材の作成:本年度は、昨年度入手したデータをもとに、実際に映像に落とし込む作業を進める。(C)医師の向社会性に関する国内外の状況の明確化:平成28年度はBack Translationを行って、実際の調査を進める予定である。(D)医師の向社会性に関わる脳活動の分析:平成28年度は、昨年度に作成した課題を使って、fMRIの画像研究祖進める予定である。(E)ワークショップの実施:平成28年8月にワークショップの実施を計画している。(A)(C)(D)に関しては、データの分析および論文執筆を進めていく。(B)については、ひきつづきこれまでと異なる映像作成会社との交渉を進めていく。(A)(C)(D)に関しては、論文執筆を進めていく。
点滴スタンド使用時の転倒要因に関する人間工学的検討

本研究では、点滴スタンド使用時における転倒要因を明らかにし、より安全で快適な点滴スタンドの操作および使用方法を確立することを目的としている。本研究に至るまでには、適切な点滴スタンド設定を検証するとともに、点滴スタンドが杖や歩行器代わりとして使用されている現状を明らかにしてきた。本研究結果の結果をまとめ、点滴スタンド使用時の事故を未然に防ぐ方法を検討するとともに、安全で快適な療養環境づくりの一助としたい。昨年度までの研究結果からは、点滴スタンドを使用中の方向転換の動作分析により、転倒の要因となりうる不安定なターン方法が明らかとなった。しかし、方向転換前に一旦停止することにより安定したターンが行えるようになることが示唆された。この研究結果に関しては、昨年度に専門分野での学会発表を行い、広く周知した。今年度は、人間工学分野の専門家とのさらなるディスカッションを進めながら、文献検索等による情報収集、および論文投稿の準備を行ってきた。研究結果を幅広く知ってもらうために、海外の学術誌への投稿を見据え、英語論文を作成した。次年度は、今年度に作成した英語論文を校正したのちに、本研究結果が最も活かされると同時に広く周知されると考えられる海外の学術誌に投稿する予定である。そして、本研究結果にさらなる考察や文献検討を加えながら、点滴スタンド使用中の転倒防止や安全で快適な使用に関する方策の提案を試みる予定である。平成29年度は、人間工学の専門家とともに、論文内容の洗練を行った。海外の学術誌に投稿する準備として、英語論文の作成を行っていたため、研究の進度が遅くなった。平成30年度は、作成した英語論文の英文校正を行うとともに、これまでの研究成果を海外の学術誌に英語論文として投稿し、公表を試みる予定である。平成27年度は、点滴スタンドを使用した時の方向転換動作における身体的、心理的影響を人間工学的な見地から明らかにし、安全で負担の少ない方向転換方法を一旦停止の有無の比較より検証することを目的として、60歳の健康な男性に対する実験研究を実施した。まず、点滴スタンドを持たない通常歩行による1右折、2左折と、点滴スタンドを伴う歩行(以下スタンド歩行)での3一旦停止あり右折、4一旦停止なし右折、5一旦停止あり左折、6一旦停止なし左折の計6種類を実施した。習熟の影響を避けるため、対象者によってスタンド歩行の実施順序を入れ替えた。測定項目は画像(方向転換動作観察、歩容測定)、左上下肢の筋電位、左肘関節角度、主観的評価であった。方向転換動作のターンを分類し、歩容、筋電位、主観評価の各変数はT検定、一元配置分散分析を行い有意水準5%とした。結果、方向転換を含むスタンド歩行は、通常歩行に比べて、歩行速度が低下し、歩行所要時間が長くなり、歩幅が狭まり、腕振り角度が小さくなり、頸部角度が前傾していた。通常歩行時はスピンターン、スタンド歩行ではステップターンが多かった。停止なし左折ではスピンターンをとる傾向があり、点滴スタンド脚部と足の接触確率が他のスタンド歩行に比べて多かった。主観的評価では11名(33.3%)が停止なし左折を最もやりにくいと答え、停止あり左折に比べて方向転換時の安心感が低かった(P < .05)。停止なし右折ではステップターンをとる傾向があり、主観的評価では12名(36.4%)が停止なし右折を最もやりやすいと答えた。停止あり右折に比べて、足への接触の負担感が低かった。点滴スタンドを左で操作する場合、操作側である左に方向転換する場合は、方向転換時に一旦停止することが望ましく、反対側である右に方向転換する場合は、一旦停止をしてもしなくてもよいことが結論づけられた。平成27年度は、機器購入、点滴スタンドを用いた実験の被験者募集、実験実施が順調に進み、おおむね計画通りに研究を遂行することができた。本研究の目的は、点滴スタンド使用時における転倒要因を明らかにし、より安全で快適な点滴スタンドの操作および使用方法を確立することである。これまでの研究結果からは、角を曲がる方向と点滴スタンドを操作している手が点滴スタンドと同側か否かによって、使用者の足の運び方、つまりターン方法が変化することがわかった。点滴スタンドを操作する側が方向転換と同側の場合は、ステップターンがスピンターンに変化し、不安定な足の運びとなる。このため、曲がり角では方向転換をする前に一旦停止して安全確認することを推奨する。点滴スタンドを使用中の入院患者の転倒のリスクが低減されるよう、本研究結果を広く周知していきたい。今年度は、初年度に実施した上記の研究結果を広く伝えるために、国内の看護系学会において口頭による発表を行った。発表にあたっては、人間工学分野の専門家も交えて再度実験データ、分析の見直しを行った。今後、学術論文としてまとめ、看護系学会あるいは人間工学系の学会に投稿する予定である。次年度は、転倒予防に関するさらなる検証が必要であると考える。点滴スタンドが杖代わりに使用されることが多いことをふまえ、点滴スタンドに荷重をかけて歩行する際の使用者の身体的負担や、歩行動作の分析を行う予定である。対象者は60代の健康な男性若干名を考えているが、リクルートがうまくいかなかった場合には、研究者の所属する大学の男子学生を対象とすることも考慮する。平成28年度は、初年度に行った研究結果のデータ、分析の見直しを行った。

これにより、研究成果の学会発表にとどまり、計画していた点滴スタンドを杖代わりにする歩行に関するデータ収集は次年度以降に見送った。本研究では、点滴スタンド使用時における転倒要因を明らかにし、より安全で快適な点滴スタンドの操作および使用方法を確立することを目的としている。本研究に至るまでには、適切な点滴スタンド設定を検証するとともに、点滴スタンドが杖や歩行器代わりとして使用されている現状を明らかにしてきた。本研究結果の結果をまとめ、点滴スタンド使用時の事故を未然に防ぐ方法を検討するとともに、安全で快適な療養環境づくりの一助としたい。昨年度までの研究結果からは、点滴スタンドを使用中の方向転換の動作分析により、転倒の要因となりうる不安定なターン方法が明らかとなった。しかし、方向転換前に一旦停止することにより安定したターンが行えるようになることが示唆された。この研究結果に関しては、昨年度に専門分野での学会発表を行い、広く周知した。今年度は、人間工学分野の専門家とのさらなるディスカッションを進めながら、文献検索等による情報収集、および論文投稿の準備を行ってきた。研究結果を幅広く知ってもらうために、海外の学術誌への投稿を見据え、英語論文を作成した。次年度は、今年度に作成した英語論文を校正したのちに、本研究結果が最も活かされると同時に広く周知されると考えられる海外の学術誌に投稿する予定である。そして、本研究結果にさらなる考察や文献検討を加えながら、点滴スタンド使用中の転倒防止や安全で快適な使用に関する方策の提案を試みる予定である。平成29年度は、人間工学の専門家とともに、論文内容の洗練を行った。海外の学術誌に投稿する準備として、英語論文の作成を行っていたため、研究の進度が遅くなった。今年度に得られた研究結果を公表し、臨床実践者や専門家からの意見を今後の研究計画に反映させる。また、当初の研究計画案通りに、被験者が点滴スタンドに荷重をかけて杖代わりに使った際の身体的負担と歩行動作を調査する予定である。平成29年度は、初年度の研究成果を論文として発表する予定である。また、点滴スタンドを杖代わりとして歩行した際、点滴スタンドへの荷重が歩行動作に与える影響について健康者を対象に調査する予定である。平成30年度は、作成した英語論文の英文校正を行うとともに、これまでの研究成果を海外の学術誌に英語論文として投稿し、公表を試みる予定である。実験の被験者を追加するため前倒し請求を行なったが、それまでの研究結果を見直すとともにスケジュールを検討した。その結果、追加実験の実施を見送ったため、未使用額が生じた。今年度は研究費の使用を実験データの分析、見直しと、学会発表に充てており、被験者を使った実験を行わなかったため。(理由)今年度は論文内容の洗練や見直し、英語論文の作成に充てため。(使用計画)英語論文の校正、海外の学術誌への論文投稿に研究費を使用予定である。平成28年度は、初年度の研究成果発表のための学会参加費および旅費、実験研究実施時の被験者への謝礼と人件費、専門家からの知識提供等に研究費を使用予定である。研究結果の発表、論文投稿、および実験研究実施時の被験者への謝礼、人件費、専門家からの知識提供に研究費を使用予定である。
セラミックス中ドーパント近傍の局所原子配列及び化学結合状態の定量化と機能設計

1)新プログラムを用いた化学結合情報のELNES及びXANES実験スペクトルからの抽出ELNES及びXANESに代表されるスペクトルを材料工学に応用するためには,それらの実験スペクトルから所望の情報を抽出することが不可欠である.研究代表者は,電子遷移の際に内殻軌道に生じる電子空孔(内殻空孔)の影響にいち早く注目し,先駆的な研究を行ってきたが,それをさらに発展させ実験スペクトルから化学結合の情報を定量的に抽出する解析法の確立に成功した.この方法を用いることで,各ピークがどのような化学的な相互作用により形成されているかを明らかにすることが出来る.本プログラムをメタル/セラミックス界面の計算に応用し,その有効性を実証した.2)先端的TEM技術を用いた添加物の三次元構造解析近年の球面収差補正技術の進歩により,TEMの空間分解能はサブオングストロームにまで至っている.しかし,得られる像から得られる情報は投影(二次元)である.一方で結晶粒界中に析出したナノサイズの添加物(ドーパント)は,特異的な物性をしめし,その起源を明らかにするためには三次元情報が不可欠である.研究代表者は,米国カリフォルニアローレンスバークレー国立研究所電子顕微鏡センターのUliDahmen所長とともに,A1結晶粒界中に偏析したPb析出物の三次元構造の解析を行った.本研究により,粒界析出物には,トモグラフィー技術と,走査型TEM(STEM)技術を組み合わせることが有効であることを明らかにした.粒界中のPbの三次元構造の特定に成功し,複雑な形状を有する粒界析出物が,異なる結晶面(ファセット)の組み合わせから構成されていることを明らかにした.本研究では,ドーパント添加に起因した機能発現や物性変化の原因を,化学結合及び電子状態の視点から解明し,材料設計のための指針を得ることを目的としている.平成15年度においては下記の研究を行なった.ELNES及びXANESは電子状態を反映しており,実験スペクトルを解釈するためには,第一原理バンド計算による行なう必要がある.一方で,ELNES/XANESが反映する伝導体のバンド構造が複雑であるため,理論計算を行なったとしても,解釈を行なう統一的な指針が無いのが実状である.申請者はセラミックス多形間のELNES/XANESの解釈を系統的に行い,実験スペクトルを解釈する統一的な方法を見出した.(Micron,34,(2003)249,Physical Review Baccepted, Materials Transaction submitted)Al_2O_3は優れた機械特性を有する絶縁体として知られている.一方で共同研究者らにより,TiをAl_2O_3の転位内に選択的に添加することで,電気伝導性が発現することが分かっている.現在までに走査型プローブ顕微鏡及び,透過型電子顕微鏡を用いた研究から,Tiが転位を中心とした5nm以下の領域に局在していることが分かっている.電気伝導性発現機構の解明を目指し,転位内TiからのXANESの測定をつくばのフォトンファクトリーで行なった.第一原理バンド計算法を組み合わせた解析から,Al2O3中のTiはdバンドに電子を有する三価になっている事を明らかにした.また,理論計算から,Tiのd軌道間に強い相互作用が生じており,Tiがクラスターを形成する傾向にある事を明らかにした.(Appl.Phys.Lett.Submitted, Physical Review B.Submitted)1)ELNESと第一原理計算を併用した機能発現機構の解明16年度において,ZnO及びSrTiO_3の双結晶粒界に関し,ELNES測定と第一原理計算を併用した研究を行った.実験ではZnO及びSrTiO_3の双結晶をそれぞれ作成し,ドーパント添加及び無添加の粒界からELNESを測定した.得られたスペクトルを解析するために,第一原理バンド計算を用いて点欠陥近傍原子配列モデルを作成し,ELNESスペクトルのシミュレーションを行った.その結果,粒界に偏析した点欠陥の同定に成功した.現在までに偏析した点欠陥はZnO及びSrTiO_3の非直線電流電圧特性に起因していることを突き止めている.本研究成果は,本プロジェクトの特徴である「実験と理論の高度な併用」を実践しており,本プロジェクトの目的の一つでもある機能発現機構の解明を達成している.(関係業績:Appl.Phys.Lett.,84(2004)5311,Appl.Phy.Lett.投稿予定)2)ELNES及びXANESの定量的解釈法の開発ELNES及びXANESの応用を考えるうえで,理論計算を用いた解釈が必要になる.現在までに申請代表者らは,第一原理バンド計算を用いてELNES及びXANESを定量的に再現する方法を世界に先駆けて提案してきた.しかしながら,計算で得られた理論スペクトルを電子状態情報へと変換する方法が問題であった.研究代表者は,ELNES及びXANESに現れる各ピークが,どのような相互作用により形成されているかを明らかにすることが出来る理論解析プログラムを開発した.開発されたプログラムを用いることで,スペクトル情報を定量的な電子状態情報に変換することが出来る.(関係業績:Phys.Rev.B,70(2004)45103,Ultramicroscopy投稿予定)1)新プログラムを用いた化学結合情報のELNES及びXANES実験スペクトルからの抽出ELNES及びXANESに代表されるスペクトルを材料工学に応用するためには,それらの実験スペクトルから所望の情報を抽出することが不可欠である.研究代表者は,電子遷移の際に内殻軌道に生じる電子空孔(内殻空孔)の影響にいち早く注目し,先駆的な研究を行ってきたが,それをさらに発展させ実験スペクトルから化学結合の情報を定量的に抽出する解析法の確立に成功した.

この方法を用いることで,各ピークがどのような化学的な相互作用により形成されているかを明らかにすることが出来る.本プログラムをメタル/セラミックス界面の計算に応用し,その有効性を実証した.2)先端的TEM技術を用いた添加物の三次元構造解析近年の球面収差補正技術の進歩により,TEMの空間分解能はサブオングストロームにまで至っている.しかし,得られる像から得られる情報は投影(二次元)である.一方で結晶粒界中に析出したナノサイズの添加物(ドーパント)は,特異的な物性をしめし,その起源を明らかにするためには三次元情報が不可欠である.研究代表者は,米国カリフォルニアローレンスバークレー国立研究所電子顕微鏡センターのUliDahmen所長とともに,A1結晶粒界中に偏析したPb析出物の三次元構造の解析を行った.本研究により,粒界析出物には,トモグラフィー技術と,走査型TEM(STEM)技術を組み合わせることが有効であることを明らかにした.粒界中のPbの三次元構造の特定に成功し,複雑な形状を有する粒界析出物が,異なる結晶面(ファセット)の組み合わせから構成されていることを明らかにした.