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総合科目「学校給食」の実践と内容の充実に関する研究

本研究では、総合講義「学校給食」の実践を行なう中で、研究会や現地見学を行いながら、教員養成課程で行なうべき「学校給食」関連の講義内容を検討してきた。調査・検討の結果、まず第一に学生の反応であるが、学校給食や食に関する内容について関心が高く2年間とも各300人の学生が受講した。学生たちは、学校現場で行われている学校給食に関心が高く、またこれらを客観的に捉えることのできるこの講義に興味を示した。学校給食への理解については、講義開始時のアンケートで子供たちと食べる昼食程度にしか学校給食を捉えていなかった学生も、講義終了時には学校給食が食や環境、健康を理解する上で重要な教育機会であることに気づくようになった。この点については各年度に行なった学生アンケートに詳しく報告されている。第二に講義内容であるが、2年間の講義実践と学生の反応によって教員養成課程の「学校給食」の講義内容は概ね4つの領域で講義すると、「学校給食」の持っている教育機会を説明することが可能であることが明らかになった。1つは学校給食の現状とその安全性についててある。ここでは学校給食がどのような目的のために、どのように運営されているのかを実践報告を交えながら講義した。2つは、こどもたちの食生活がどのような状況にあるのかを明らかにすることである。日々の食生活でどのような点に問題点があるのか、学校給食で補える課題を整理した。3つは学校給食で食べている食がどのように生産されているのか、食についての基礎知識の習得である。とくに食と環境とのつながりにも留意した。4つは食と健康とのつながりについての基礎知識の習得である。食事が健康にどのように関連しているのかを具体例をあげて講義した。これらの研究成果は、昨年度の中間報告書と今年度の最終報告書に整理してあるが、この研究を通じて、学枚での食・栄養教育の重要性ならびに教員養成課程での学校給食に対応した講義の必要性が確認された。また、今後は各教科と学校給食とを連携させた栄養教育の研究が課題となった。今年度は、研究計画にしたがって講座内容の検討と開発を行なった。講義内容の検討では次の2つを行なった。(1)講義の記録ならびに検討。総合講義「学校給食」の講義15回分をビデオに収録し、編集して記録に残した。この編集ビデオは、今後の講義内容の検討に欠かせない資料となる。記録用の設備備品としては8ミリビデオ編集機、電子カメラシステムを購入した。(2)講義アンケートのデータべ-ス化。昨年度と今年度の受講生の講義に対するアンケート結果をコンピュータに文字入力し、講義に対する学生の評価を資料化した。この結果の一部は、中間報告書にとりまとめた。この作業の設備備品としては、集計用の高性能コンピュータを購入した。講義内容の開発では、各担当者の講義開発と研究会を行った。(1)各担当者の講義開発は、文献購入や調査旅費を活用して工夫して行なった。その結果は、中間報告書の講義内容概要に収めた。(2)研究会では、非常勤講師や研分担者が各自のテーマを持ち寄って報告が行なわれた。また、現地検討会では福島県熱塩加納村の加納小学校の給食を見学して、地元農産物を活用した手作り給食を検討した。

現地では栄養士の坂内幸子さんと元農学部協部長の小林芳正さんに地元農産物を学校給食に活用した経緯や低農薬米のさゆり米を給食へ導入した理由などの報告をお願いした。以上、今年の研究は、講義内容の工夫を行なうための基礎的な資料収集を行なうことができた。今年の研究成果は、中間報告書にとりまとめた。本研究では、総合講義「学校給食」の実践を行なう中で、研究会や現地見学を行いながら、教員養成課程で行なうべき「学校給食」関連の講義内容を検討してきた。調査・検討の結果、まず第一に学生の反応であるが、学校給食や食に関する内容について関心が高く2年間とも各300人の学生が受講した。学生たちは、学校現場で行なわれている学校給食に関心が高く、またこれらを客観的に捉えることのできるこの講義に興味を示した。学校給食への理解については、講義開始時のアンケートで子供たちと食べる昼食程度にしか学校給食を捉えていなかった学生も、講義終了時には学校給食が食や環境、健康を理解する上で重要な教育機会であることに気づくようになった。この点については各年度に行なった学生アンケートに詳しく報告されている。第二に講義内容であるが、2年間の講義実践と学生の反応によって教育養成課程の「学校給食」の講義内容は概ね4つの領域で講義すると、「学校給食」の持っている教育機会を説明することが可能であることが明らかになった。1つは学校給食の現状とその安全性についてである。ここでは学校給食がどのような目的のために、どのように運営されているのかを実践報告を交えながら講義した。2つは、こどもたちの食生活がどのような状況にあるのかを明らかにすることである。日々の食生活でどのような点に問題点があるのか、学校給食で補える課題を整理した。3つは、学校給食で食べている食がどのように生産されているのか、食についての基礎知識の習得である。とくに食と環境のつながりにも留意した。4つは食と健康とのつながりについての基礎知識の習得である。食事が健康にどのように関連しているのかを具体例をあげて講義した。これらの研究成果は、昨年度の中間報告書と今年度の最終報告書に整理してあるが、この研究を通じて、学校での食・栄養教育の重要性ならびに教員養成課程での学校給食に対応した講義の必要性が確認された。また、今後は各教科と学校給食とを連携させた栄養教育の研究が課題となった。
細胞核ｍＲＮＡ制御プログラムとしてのｍＲＮＡ輸送体多様化機構の解明

真核生物においてmRNAは核内で転写された後、様々なmRNAプロセシングを受けて成熟mRNAとなる。mRNAプロセシング間の共役は、共役因子と呼ばれるタンパク質複合体が制御している。TREX複合体はmRNAのスプライシングと核外輸送を共役する機能を持つ共役因子であり、その構成因子UAP56は進化的に保存されている。UAP56には、ヒトやマウスなどのほ乳類では90%の相同性を持つURH49が存在する。我々は、UAP56とURH49がそれぞれ異なる複合体TREXならびにAREXを形成すること、それぞれの複合体を通して異なる生理機能を担っていることを明らかにしてきた。しかし非常に相同性の高い両者が形成する複合体の構築原理は全く分かっておらず、両者の機能の違い、複合体形成の違いを決定する領域を同定し、複合体形成の違いに起因する機能の違いを明らかにすることを目的としている。まずUAP56とURH49で比較的異なる末端配列を欠損させた欠損変異体と、末端配列を入れ替えたキメラ変異体を作成した。加えてコア領域についても、両者で異なるアミノ酸を1残基ずつ入れ替えたキメラ変異体を作成した。これらの変異体に対して免疫沈降法、mRNA輸送能を検証し、UAP56とURH49の違いを決定する領域の同定を試みた。末端欠損変異体の解析から、UAP56とURH49のいずれの欠損変異体においても、TREXあるいはAREX複合体形成能が低下することを観察した。一方で末端のキメラ変異体は、いずれも元のUAP56あるいはURH49と同じ複合体形成能を示した。細胞内機能についても同様の結果であった。ついでコア領域を入れ替えたキメラ変異体について機能を検証した結果、1アミノ酸を変異したURH49変異体がUAP56と同様の機能を持つことを複合体形成能とmRNA輸送能の解析から明らかにした。24年度が最終年度であるため、記入しない。我々は、UAP56とURH49がそれぞれ異なる複合体TREXならびにAREXを形成すること、さらにそれぞれの複合体を通して異なる生理機能を担っていることを明らかにしてきた。ここでは新たに同定したAREX複合体の新規構成因子を同定すること、非常に相同性の高い両者が形成する異なる複合体の構築原理を明らかにすること目的としている。まずURH49の形成する複合体の構成因子について解析した。質量分析法により、10を超える候補因子の同定に成功した。現在この中でAREXの機能発現に必要な因子の同定を進めている。次に異なる複合体の形成に関わる領域の解析を行った。UAP56とURH49のいずれの末端の欠損変異体においては、TREXあるいはAREX複合体形成能が低下することを観察した。これらの結果からTREX,AREX複合体形成においてUAP56やURH49の末端領域は重要であるが、複合体形成の違いを制御している領域は他に存在している可能性が示唆された。そこでコア領域を入れ替えたキメラ変異体について細胞内機能を検証した結果、いくつかのURH49変異体がUAP56と同様の機能を持つ可能性が示唆された。これら変異体の複合体形成能について現在検証している。

一方で末端のキメラ変異体は、いずれも元のUAP56あるいはURH49と同じ複合体形成能を示した。細胞内機能についても同様の結果であった。ついでコア領域を入れ替えたキメラ変異体について機能を検証した結果、1アミノ酸を変異したURH49変異体がUAP56と同様の機能を持つことを複合体形成能とmRNA輸送能の解析から明らかにした。24年度が最終年度であるため、記入しない。URH49の形成するAREX複合体の構成因子候補を同定した。これは平成24年度において、AREXの機能発現に必要な因子の決定につながる成果である。またUAP56とURH49が異なる複合体を形成するために必要な領域を解析するためのアッセイ系を構築し、必要な領域の解析を行った。そして重要となる可能性のあるアミノ酸を同定しつつある。したがって24年度の解析により、その領域を同定する足がかりを得ている。予定通りに進めていくことにしている。
リガンド結合タンパク質の網羅的解析を指向したタンパク質分離用樹脂の開発

医薬品などの生物活性物質の多くは生体内の特定の受容体に結合して作用を発揮する。本研究では樹脂に生物活性物質を結合させ、(1)それに相互作用する受容体タンパク質を探索する研究、(2)樹脂表面を化学修飾し、受容体タンパク質を高収率で回収する樹脂の開発を行った。その結果、環境汚染物質や植物フラボノイドの新規受容体タンパク質を明らかにし、受容体タンパク質を効率的に捕捉・回収する樹脂を開発することに成功した。従来の結合親和性を利用した標的分子の探索では、リガンド(薬剤や生物活性物質など)と強く相互作用するタンパク質に注目が集まり、リガンド低親和性タンパク質は無視されている場合が多い。しかしながら、リガンド低親和性タンパク質の中にはリガンドの作用・副作用などに深く関与するタンパク質も存在し、これら結合タンパク質群を解析する技術が必要とされている。本研究では、固相合成用樹脂に独自の設計で化学修飾を施し、リガンドに結合するタンパク質群を網羅的に捕捉・回収する分離用樹脂を開発する。本年度は、新規分離用樹脂の合成と性能評価と、従来の分離用樹脂を用いたリガンド結合タンパク質の探索を同時並行で検討した。新規分離用樹脂の合成では、固相合成用樹脂にジスルフィド基を有するリンカーと光反応基を導入した樹脂を合成することに成功した。現在、この樹脂を用いてリガンドと相互作用するタンパク質を光反応により捕捉し、還元剤でリンカーを切断する方法により、結合タンパク質を回収する検討を行っている。一方、従来の樹脂を用いたリガンド結合タンパク質の探索では、多くの低分子リガンドを樹脂に固定し、ファージディスプレイ法により結合タンパク質群を分離、同定する検討を行った。その結果、残留性環境汚染物質ペルフルオロオクタンスルホン酸(PFOS)、抗生物質ツニカマイシン、免疫抑制剤であるシクロスポリンA、植物フラボノイドのアピゲニンの新規結合タンパク質を同定することに成功した。本年度は、1.分離用樹脂の合成研究、2.リガンド-結合タンパク質間の相互作用解析並びに作用解析を行った。以下にその成果を概説する。1.分離用樹脂の合成研究前年度から引き続き、分離用樹脂の合成研究を行っている。この分離用樹脂はこの分離用樹脂は、固相合成用樹脂であるPEGAにジスルフィド基を有する疎水性リンカーと光反応基としてのジアジリンを導入した樹脂である。当初設計した分離用樹脂の合成には成功したものの、リガンドを分離用樹脂に導入する際にジスルフィドリンカーが開裂することが分かった。現在、リガンドを効率的に導入する反応、時期などを検討している。2.リガンド-結合タンパク質間の相互作用解析並びに作用機構解析前年度、固相合成とT7ファージディスプレイ法を融合したリガンド結合タンパク質同定法により、残留性環境汚染物質ペルフルオロオクタンスルホン酸(PFOS)の結合タンパク質としてCD14抗原を同定した。本年度はPFOSとCD14抗原との相互作用を、表面プラズモン共鳴装置を用いて解析した。その結果、PFOSはCD14抗原と解離定数5.83×10^<-5>Mで直接結合することを証明した。また、PFOSはCD14抗原の作用に顕著に影響を与えることを見出した。すなわち、CD14抗原をマウスマクロファージRAW264.7細胞に作用すると、炎症性サイトカインTNF-αの産生が誘導されるが、PFOSで前処理することによりCD14抗原のTNF-αの産生誘導を阻害することがわかった。以上の結果から、PFOSが引き起こす免疫毒性は、CD14抗原への結合と機能阻害によるものであることが示唆された。本年度、当初の目的である分離用樹脂の合成に成功した。また、リガンド低親和性タンパク質の光反応性基によるCatchと、ジスルフィドリンカーの開裂によるReleaseに成功した。バッチ法と光照射の組み合わせという非常に簡便な実験操作で当初の目標を達成することができた。同時に、有機合成用樹脂は非特異的吸着が少なく、アフィニティ精製の優れたツールであることを確認することが出来た。1.分離用樹脂の合成昨年度までの合成研究で、樹脂にリガンドを導入する際にジスルフィドリンカーが開裂する問題点があった。本年度、ジスルフィドリンカーの開裂機構を解明し、リンカーのアルキル鎖を長くすることで、開裂を抑制することに成功した。2.分離用樹脂の機能評価合成した分離用樹脂にマンノースを固定し、結合タンパク質であるConcanavalin A (Con A)の捕捉・回収を検討した。マンノース単糖とCon Aの解離定数はKd = 10-4 M程度であり、その相互作用は非常に弱いことが知られている。マンノース結合分離用樹脂と蛍光標識化ConA (FITC-Con A)を混合し、光照射後・還元剤処理後の樹脂を蛍光顕微鏡で観察した。その結果、光照射後の樹脂には強い蛍光が観察され、還元剤処理後にはその蛍光が弱くなっていることが分かった。この結果は、分離用樹脂が光照射によりFITC-Con Aを捕捉し、還元剤処理により放出したことを示す。

また、樹脂上のマンノースとFITC-Con Aの相互作用は遊離のマンノースの添加により阻害されることも確認された。以上の実験から、今回合成した分離用樹脂は、リガンド低親和性タンパク質を特異的に捕捉できたと言える。固相合成用樹脂をタンパク質精製用のアフィニティー担体として利用する研究では、PFOS標的タンパク質の同定に成功するなどの成果を挙げることができた。しかしながら、リガンドを結合した分離用樹脂の合成が難航している。光反応性基、ジスルフィドリンカー、リガンドを効率的に固相合成PEGA樹脂に導入する方法を確立する必要がある。24年度が最終年度であるため、記入しない。ゲフィチニブやマンノースなどのリガンドを結合させた分離用樹脂の合成を急務の課題として研究に取り組む。更に合成した分離用樹脂を用いて、細胞抽出液もしくはT7ファージライブラリーから結合タンパク質を探索する。もしこれらの樹脂の合成が困難な場合は、従来法による結合タンパク質の探索を行う。従来法とは、固相合成用樹脂の表面に直接リガンドを導入し、結合タンパク質を探索する方法である。次に同定した結合タンパク質とリガンドとの相互作用を、表面プラズモン表明装置もしくは水晶発振子マイクロバランス法により確認する。リガンド-タンパク質間相互作用を確認できた場合には、タンパク質へリガンドが与える影響を精査する。
日本中世絵画史における「東国」と「西国」の様式研究

このことをより具体的に言えば、東国画壇では鎌倉期以降の地方的伝統が連綿と続く一方で、西国から数度、新しい絵画様式の波が押し寄せ、その都度影響を受けて変質しながらも、再び独自の地方性に回帰していくという、中央的なるものと、地方的なるものとの、交互の繰り返しが看取された。このような中世の東国画壇に低通するのは、地方的な土臭さといったものであり、決して洗練されたものではない。それは良くいえば斬新で剛毅、悪く言えば旧態を常に固執続ける保守性である。しかしこのことは単に地方の保守性から脱却できなかったというマイナスの面よりも、むしろ鎌倉期に確立された文化イメージを絶えず保持しているという自信、さらに東国人みずからの文化に対する確固とした志向性など、プラスの面を十分に評価すべきものと考える。以上、東国絵画の一番の特質は中国の水墨画の様式をいち早く取り入れ、長く保持したことである。いっぽう、中央の絵画において日本在来の手法に水墨画の描法が導入される過程は未だ解明されていない部分が多いが、その問題を説く重要な観点の一つとして、当時、宋元の文物が直接に舶載された鎌倉地域、そしてその影響を多大に受けて発展した東国の絵画作品は看過できない要素を含んでいる。このような視点からすれば、本研究は東国・西国の絵画様式の相違を考察するにとどまらず、今後は東アジア美術全体の絵画動向を探る、という展望の中で考察されてこそ、はじめて今日的なものになると思われる。本年度の計画は該当作品の所在調査が主であり、調査地域は京都・奈良を中心に北関東から上越、九州に及んだ。東西の美術作品の様式差を把握する点で、大きな鍵になるのは、鎌倉・小田原地方といった東国の文化地域が中央の先進様式を受容していく、その過程の態様を探ることにあるが、その観点においていくつかの傾向が顕著に表れたのは水墨画の分野であった。以下、列記してみる。1<詩画軸における東西のタイム・ラグ>詩画軸として形式は室町初期・15世紀前半において、京都の五山で隆盛し、これず鎌倉地方にもたらされるのだが、そのタイム・ラグは案外に短く、さほど時をおかず鎌倉五山のサロンでも受容されていることが窺える。これは根津美術館の「坡錦斎図」、正木美術館の「渓陰斎図」などの詩画軸に15世紀前半の鎌倉五山僧が着賛していることによって明らかになる。しかし東西の違いは、中央では16世紀に入ると詩画軸の生命力が衰えてしまうのに対し、東国では連綿と継承され、それも題字を中央に大きく付すといった旧式の作法も色濃く残存し、地方的な保守性を室町後期になっても示している。2<室町期の鎌倉地方の地域的保守性>この地域的保守性に関連して言えることは、鎌倉地方では鎌倉時代に流行った北宋系や浙派風の水墨画が室町期になっても残存し、さらに15世紀後半に祥啓が中央の院体風を将来し、一時、新様式が隆盛するが、その弟子たちは次第に元の土着的な様式に回帰してしまうことである。3<後北条氏時代の狩野派様式導入>次に16世紀半ばになると、中央から狩野派の新様式がもたらされ、祥啓に次ぐ、第二の革新時代が訪れる。これも一時は清新な風潮を鎌倉画壇にもたらすが、祥啓の弟子たちなどの地方絵師がこれを模倣していく過程で、次第に地方的な土臭さを帯びていくことである。以上の三点は新様式を次々に生み出す中央とそれを受け入れる地方画壇の保守性という特性を如実に表すものであり、東と西、中央と地方の大きな相違をあらわすものである。今回、求められたこれらの例証をもとに、さらに東国といった広い範囲に視野を広げ、中央との特質差を明かにしたい。今年度は東西絵画の交流として、とくに小田原北条氏に仕えた「小田原狩野派」について主に考察した。

彼らは当時、中央画壇を席捲した狩野派の元信様式を習得し、東国の画壇に持ち込んだ人々である。実作品が残るのは、前島宗裕、官南、狩野玉楽がおり、それ以外に石樵昌安という画人が信濃・甲斐に、鹿野弥次郎が信濃、式部輝忠が甲斐、箱根、鎌倉、駿河に作品を残しており、小田原に限らず、東国という広いエリアで活動していることがわかった。この六人はいずれも元信様式を踏襲しているが、作風から、元信の直弟子、もしくはその様式の正系を受け継いだのが狩野玉楽、前島宗裕、式部輝忠と考えられ、彼らが京都で修行したことは確かである。さてこれら東国に導入された元信様式が、当地にいかなる影響を与えたかという問題である。狩野派の作画理念の根幹をなしたものは、元信の創成した三様の画体であったが、これを良く齟嚼しえたのは式部輝忠である。彼のセット物の扇面群には、明かにこの画体によって描き分けたものがある。また巌樹遊猿図屏風(京都国立博物館)は元信の行体画法によく立脚しており、東国画人が中央の元信様式の習得の上になしえた代表作といえよう。このような描法的理念以外に表面的な図様の影響関係もある。一例として、前島宗裕の山水図と祥啓派の画人啓孫の山水図がほぼ同じ図様をとっていることが挙げられる。ただし両図の根幹をなす宋元院体画の図様が、すべて元信系画人のみの手によって東国に導入されたと考えることもできない。というのは、同じく前時代に京都で画技を習得した祥啓が伝えた図様が、この時期まで伝えられていたことも考えられる。従って図様が共通することのみをもって、中央の狩野派の影響と即断することもできないが、啓孫作については宗裕の筆癖まで見られることから、宗裕作に啓孫が影響を受けたと判断できる。ただし上部の山岳は祥啓画風によっており、啓孫が元信様の画体を理解したとすることができず、これは先の式部の例と対称的である。このように東国の画壇に、中央の元信様式の理解や影響がどこまで及んだかを探る作品は、式部や啓孫の例を除けば、ほとんど見ることが出来なかったが、今後の作品の博捜によって、このことは明らかになってゆくと思われる。第3年度としては、東国の絵画-とくに仏画方面の調査を行った。これは第1・2年度の水墨画を主とした調査に、補足的に行ったものである。東国の中世仏画は西国に比べ、その数においてはかなり少なく、比較も難しい点が多いのだが、その相違が明確に把握できる部分もある。調査寺院としては、その数量の多い下記の寺院が中心となった。金沢・称名寺、横浜・宝生寺、同・弘明寺、同・三会寺、平塚・芳盛寺、小田原・宝金剛寺、八王子・金剛寺などである。ほとんどが真言宗の大寺・談林所だが、それは同宗の法会において、今も中世からの仏画が連綿と用いられているためで、この傾向は西国でも同様である。これらの東国仏画の中で、最も特徴的なのは、鎌倉地方を中心として根付いた宋風様式の導入である。これは仏像などにも言えることだが、形姿としては法衣垂下像という主尊の法衣が蓮台から垂下する形が多いこと、また高いもとどりや暗調の色調、容貌がやや細面で人間的な理知性を強調するところなど、共通して看取できる。さらには図像的な面でも相違点が指摘できるか否か、今後の課題である。これら地域的な特異点がある反面、特に真言系の寺院は高野山から後世もたらされた作品も少なくないことで、東西仏画の文物交流が意外に密接であったことが窺われ、興味深いものがあった。このように東西様式の交流過程を考究する資料もかかなり残っていることが確認できたことは大きい。なお、宝生寺については、その調査成果を本館の特別展「横浜の古寺・宝生寺の文化財」
食習慣の違いがエネルギー代謝や内臓脂肪蓄積に与える影響

一般的に夜のどか食いは肥満すると言われているが、その証明は不十分である。そこで、ラットを用いて摂食量を同一にし、一日の食事回数が1および3回の場合で、どのような影響が得られるかを検討した。その結果、内臓脂肪重量には両群に差はなかった。エネルギー代謝では1回摂食群で脂肪消費量の亢進が認められたが、総エネルギー消費量に有意差はなかった。一方、血糖、血清インスリン濃度、肝臓トリアシルグリセロール濃度は両群で違いが認められた。本実験条件下では、摂食回数の違いにより内臓脂肪蓄積に影響は認められなかったが、糖および脂質代謝に影響することが示唆された。前年までに、生体ガス質量分析装置を接続した摂餌制限機能付き摂餌量測定装置の製作、改良を行い、ラットの飼育中に生体ガス分析の測定が可能であることを示した。次に、ラットを用いて、摂食回数をいくつか変えて、摂食条件の最適化を行った。本年度においては、さらに摂食条件を検討し、最終的に、Gorging(どか食い)群は1日1回早朝2時間で摂食させた。一方、Nibbling(ちょこちょこ食い)群は1日3回に分け、40分ずつ摂食させ、Gorging群と一日あたりでは同量の摂食量になるように調整した。この摂食条件下で、33日間の飼育を行った。飼育22日目にエネルギー代謝を測定したところ、Gorging群では脂肪燃焼量の有意な低下が観察され、炭水化物燃焼量には差がなかった。エネルギー消費量はGorging群で低下傾向にあったものの有意差はなかった。呼吸商は有意に高く、Gorging群ではでは炭水化物燃焼が優先的に起こっていることが示唆された。屠殺時の体重や内臓脂肪重量には有意差がなかった。Gorging群では、血糖および血清アディポネクチン濃度は高く、インスリンは低かった。一方、肝臓トリアシルグリセロールおよびコレステロール濃度はGorging群で低く、リン脂質濃度は高かった。このように、摂食量はGorging群とNibbling群で摂食量が同じであるにもかかわらず、エネルギー代謝や脂質代謝に異なる影響が認められた。しかし、内臓脂肪には有意な影響が見られず、より長期間の試験が必要であると考えられた。生体ガス質量分析装置に接続した摂餌制限機能付摂餌量測定装置の設計、製作、改良と調整摂餌制限機能付摂餌量測定装置を新たに設計した。業者に製作を依頼し、既存の生体ガス質量分析計に接続することで、一日あたりの摂餌回数を自由に変更でき、経時的に摂餌量を測定しながら、エネルギー代謝を測定できる仕様とした。試作装置が出来上がったが、飼育ケージ部分にいくつかの問題点が見つかり、改良を依頼した。改良後、予備的にラットを飼育し、装置が正常に作動し、エネルギー代謝測定が可能かどうかの検証を行った。しかし、飼育ケージ部分に更に問題が発生したため、再び、製作業者に改良を依頼した。改良後、予備的にラットを用いてエネルギー代謝測定を行ったところ、正常に行うことができると判断された。ラットの飼育条件の設定その後、同一摂食量で摂食回数を変えてラットを飼育するためには、どのような摂食条件が最適かを予備的に調べることとした。まず、ラットを用い、自由摂食させたとき、どの時間帯で摂食しているかを検証した。その結果、固体ごこにかなりまちまちであるが、主に、消灯直後と点灯前に摂食しており、昼間も時折摂食することが明らかとなった。この結果を踏まえ、まず、1回/日と6回/日の摂食回数で、同量の摂食量に設定し、ラットを用いて試験を行った。しかし、1回/日では十分に摂食できないことが明らかとなった。今後更に、2あるいは3回/日での試験を行い、最適の摂食パターンを明らかにする予定である。装置の改良に時間がかかったため、動物試験への着手が遅れた。また、最適な摂食条件の設定を行うための予備試験を行っているが、更なる試験が必要と考えられるため、本試験に入るに至っていない。最適な食餌条件の設定を行うため、ラットを用いて、食餌回数を変えて予備試験を行う。その後本試験に入るが、現時点では食餌回数を、摂食量は同一で一日あたり2回および6回に設定する予定であり、ラットを4週間飼育し、最終摂食終了時から1時間以内に屠殺する。肝臓、筋肉、脂肪組織を取り出し、重量を測定し、特に内臓脂肪重量が減少しているかを調べる。これら臓器組織のエネルギー代謝関連酵素である脂肪酸生合成系およびβ酸化系酵素の活性、mRNA発現量、たんぱく質発現量を測定する。このような測定を行うことで、どのようなエネルギー代謝関連酵素等のパラメータが摂食回数の違いによるエネルギー代謝の変動を反映するかを検証する。

なお、明確な結果が得られない場合は、高脂肪食や高炭水化物食などで同様の検討を行う。更に、肝臓を用いてin vitroで放射性酢酸からの脂肪酸生合成および放射性オレイン酸からの脂肪酸β酸化活性を測定し、実際の脂肪酸生合成やβ酸化能力の検証を行う。本年度に残った次年度使用金額は、遅れている予備試験のための、ラットおよび食餌の購入に使用する。次年度は、ラットを用いて本飼育試験を行うため、ラットおよび食餌の購入を行う。これら試験のための分析用試薬および分析用器具および、脂肪酸生合成および脂肪酸β酸化活性を測るため、放射性酢酸および放射性オレイン酸の購入を計画している。
葉酸関連遺伝子多型別栄養介入による健康づくり支援の有効性:開始15年目の追跡調査

遺伝子多型に基づいたテーラーメイド栄養指導「さかど葉酸プロジェクト」は、葉酸に注目した地域住民の健康づくり支援活動として10年以上実践を積み重ねてきた。その中で、リスク遺伝子型の対象者では、栄養指標の顕著な改善がみられ、遺伝子告知が行動変容の動機付けとして有効であることが示された。本研究では、追跡調査により、テーラーメイド栄養指導の生活習慣病のリスク低減に対する有効性を検証する。
次世代シーケンサを用いた東南極・昭和基地周辺における菌類相の季節変動と遷移の解明

本研究課題では日本の南極観測の拠点である東オングル島から異なる季節(12月(春)と2月(秋))にそれぞれ同じ地点から採取された土壌における菌類の多様性の変化についてillumina社製の次世代シーケンサーMiseqを利用してその解明を試みた。次世代シーケンサーで得られた配列を解析した結果、菌類では、128の集団に分類することが出来た。この集団を詳細に解析し春と秋の季節の違いによる菌類相お変化を調べたところ、季節によって菌類相が大きく変化することが世界で初めて明らかにすることが出来た。第49次及び56次南極地域観測隊によって異なる時期に採取された昭和基地周辺の約200の環境試料について、それぞれのサンプルの水分含量、pHの測定及び、全炭素・窒素の濃度測定を行なった。また、これらの試料から約300株の菌類を取得し、菌類の系統解析に広く用いられているITS領域(Internal transcribed spacer)と26S rDNAのD1/D2領域の塩基配列を基に種の同定を行なった。その結果、子のう菌類11種、担子菌類18種に分類され、このうち子のう菌類では11種中9種が、担子菌類では18種中2種の新種を含む15種が昭和基地周辺では初めて報告される菌類であった。また、培養可能な菌類の約7割が担子菌類であり、その全てが酵母状の形態を取っていた。これらの菌類の遺伝子配列情報を次世代シーケンス用の塩基配列データベースQIIMEに加え拡張を行った。また、昭和基地周辺の環境試料から菌類のDNAをビーズ破砕法により取得した。平成28年度は前倒し申請することにより、平成29年度に予定していた昭和基地周辺で採取された環境資料からのDNAの抽出まで進捗させることができたため。本年度はまず昨年度、東オングル島の土壌試料からビーズ破砕法により取得した菌類のDNAを菌類の系統解析に広く利用されている26S rDNAの領域をPCR法により増幅した。増幅したDNAは電気泳動法により、DNAのサイズを確認し、複数のサイズのDNA断片が確認されたことから、その中でも約500bp前後のバンドをカットし、DNAの回収を行なった。回収したDNAを利用して、illumina社製の次世代シーケンサーMiseqで菌類の配列を取得した。取得した菌類の配列はQiime2により解析を行なった。その結果、菌類では、128 OTUにクラスタリングすることが出来た。このOTUの中には、これまで東オングル島をはじめとする昭和基地周辺から報告されいないツボカビ類、コウマクノウキン類、接合菌類が含まれていた。このことから昭和基地周辺には多くの未報告の菌類が存在する可能性が示唆された。また、春と秋の季節の違いによる菌類相を調べたところ、春では子のう菌類が占める割合が高かったが、秋では担子菌類の占める割合が高くなっていたことから、東オングル島では気温の高い春夏にかけては子のう菌類が優占するが、気温が下がる秋以降は担子菌類が優占し、季節によって菌類相が大きく変化することが世界で初めて明らかにすることが出来た。・昨年度、南極の試料より抽出を行なったDNAを鋳型として、次世代シーケンサーで菌類の多様性を分析するための、サンプル調整を行う・調整した菌類の遺伝子サンプルをillumina社製の次世代シーケンサーMiseqにより配列を取得し、昭和基地周辺に生息している菌類の多様性の解析を行う。・取得した配列データは登録情報を修正・拡張したQIIMEを利用したプログラムにより解析を行う。次世代シーケンサーにより得た菌類相のデータと各採取地点における気温、水分含量、pH、栄養塩濃度および全炭素・窒素分析等の結果を統合することで、環境変動が南極域に生息している菌類の多様性に与えた影響の解明に世界で初めて挑む。菌学当初購入を購入を予定していた、DNA抽出用のキットの購入費用が少なく済んだため次世代シーケンサーで菌類の多様性を解析するのに必要なピペット用のチップ、グローブなどの消耗品や試薬の購入費として使用する予定である。また、論文投稿料としても使用する予定である。
無線センサによる加速度・傾斜計測とデータ同化を活用した活荷重・衝撃力簡易推定

道路橋の活荷重実態は高規格道路の一部橋梁を除いて詳細は把握されていない.伸縮装置部の不陸に起因する衝撃荷重を実橋梁で計測することもほとんどされない.これらの作用外力の把握が重要であるが,簡易で現実的な評価手法が未だ存在しない.一方で,橋梁や車両の挙動を簡易に詳細に捉えられる無線センサの開発が進み,また,そこから得られる同期・高精度の多量データを分析するデータ同化技術も進展してきた.これら技術を応用し,一般橋梁に広く適用することを想定した,「新たな原理の簡易活荷重推定手法」と,「作用力」としての把握が困難であった衝撃荷重を大型車両の応答から簡易一括推定する方法の開発を目的とした.そこで,橋梁上に設置した加速度計測無線センサのデータを解析することで通過する車輌の重量を推定するアルゴリズムを構築し,実計測によって推定性能を確認した.さらに,たわみ推定における基礎物理量となるたわみ推定の精度を、実橋梁において、基準値と比較しながら明らかにした。長支間長の橋梁では推定精度が高いが、短支間長の橋梁ではキャリブレーションにより精度向上することが必要であることが明らかになった。動的作用外力の推定においては、車両側の応答にばね下加速度応答の計測を加えることで推定精度を向上できることを明らかにした。大学構内での小型車両での走行試験により精度を確認した後に、都市内高速道路において走行試験を行い、衝撃応答の大きな箇所を抽出した。鋼箱桁2径間連続橋梁において実証実験を行い、約10%程度の精度で車両重量推定が可能であることを確認できた。別の橋梁においても1か月ほどに渡り連続計測を行い、解析に必要なデータ取得を済ませた。衝撃荷重推定においても、小型車両ではあるがこれに基づいて衝撃荷重の大きな箇所を抽出できた。異なる形式の橋梁において、計測を行い、車両重量推定のアルゴリズムを適用し、車重推定性能を明らかにする。衝撃荷重推定においては大型トラックを対象にしてアルゴリズムをカスタマイズして適用する。その推定精度を明らかにする。道路橋の活荷重実態は高規格道路の一部橋梁を除いて詳細は把握されていない.伸縮装置部の不陸に起因する衝撃荷重を実橋梁で計測することもほとんどされない.これらの作用外力の把握が重要であるが,簡易で現実的な評価手法が未だ存在しない.一方で,橋梁や車両の挙動を簡易に詳細に捉えられる無線センサの開発が進み,また,そこから得られる同期・高精度の多量データを分析するデータ同化技術も進展してきた.これら技術を応用し,一般橋梁に広く適用することを想定した,「新たな原理の簡易活荷重推定手法」と,「作用力」としての把握が困難であった衝撃荷重を大型車両の応答から簡易一括推定する方法の開発を目的とした.そこで,橋梁上に設置した加速度計測無線センサのデータを解析することで通過する車輌の重量を推定するアルゴリズムを構築し,シミュレーションおよび実計測によって推定性能を確認した.次に,傾斜角推定,たわみ推定の妥当性検証を行なうため複数の実橋梁において計測を実施した.コンクリート橋梁においては傾斜角が小さく高精度な傾斜角推定,たわみ推定が困難であること,鋼製橋梁ではたわみ・傾斜角が大きく推定精度が高いことを確認した.さらに,動的作用外力を推定するために車両側の応答を計測することで路面への作用力を評価するためのアルゴリズムを構築し,大学構内での走行試験を通して性能確認を行った.車輌に設置して計測が可能な無線計測システムについては,長期の安定したデータ取得のための安定性確認試験を実施した.当初計画でH29年度に実施予定であった4つの課題についていずれも達成できた.まず,傾斜角,角速度計測を利用した車両重量推定アルゴリズムを構築し,実橋梁で精度確認を行った.さらに,傾斜角推定,たわみ推定の妥当性検証を行なうため複数の実橋梁において計測を実施した.車輌応答を利用した衝撃作用力の推定に関しては,大学構内において走行実験を行い,開発したアルゴリズムの妥当性を確認した.車輌に設置して計測が可能な無線計測システムについては,長期の安定したデータ取得のための安定性確認試験を実施し,安定した計測が実現しつつ有る.道路橋の活荷重実態は高規格道路の一部橋梁を除いて詳細は把握されていない.伸縮装置部の不陸に起因する衝撃荷重を実橋梁で計測することもほとんどされない.これらの作用外力の把握が重要であるが,簡易で現実的な評価手法が未だ存在しない.一方で,橋梁や車両の挙動を簡易に詳細に捉えられる無線センサの開発が進み,また,そこから得られる同期・高精度の多量データを分析するデータ同化技術も進展してきた.これら技術を応用し,一般橋梁に広く適用することを想定した,「新たな原理の簡易活荷重推定手法」と,「作用力」としての把握が困難であった衝撃荷重を大型車両の応答から簡易一括推定する方法の開発を目的とした.そこで,橋梁上に設置した加速度計測無線センサのデータを解析することで通過する車輌の重量を推定するアルゴリズムを構築し,実計測によって推定性能を確認した.さらに,たわみ推定における基礎物理量となるたわみ推定の精度を、実橋梁において、基準値と比較しながら明らかにした。

鋼箱桁2径間連続橋梁において実証実験を行い、約10%程度の精度で車両重量推定が可能であることを確認できた。別の橋梁においても1か月ほどに渡り連続計測を行い、解析に必要なデータ取得を済ませた。衝撃荷重推定においても、小型車両ではあるがこれに基づいて衝撃荷重の大きな箇所を抽出できた。傾斜角を利用したたわみ推定,車両重量推定は,鋼橋のようにたわみが比較的大きな橋梁において特に有効であることが分かってきた.たわみの小さなコンクリート橋梁については加速度のみを利用するたわみ推定,重量推定の適用を検討する.複数車輌走行時の重量推定についてシミュレーション上では,重量推定が可能であることを確認できた.実計測データを分析し,重量推定性能を確認する予定である.車輌側の作用力推定は2トン程度のレンタカーを利用した実験には成功した.大型トラックによる走行試験,作用外力推定を引き続き行なう予定である.異なる形式の橋梁において、計測を行い、車両重量推定のアルゴリズムを適用し、車重推定性能を明らかにする。衝撃荷重推定においては大型トラックを対象にしてアルゴリズムをカスタマイズして適用する。その推定精度を明らかにする。
防波堤を越えた津波が引き起こす複合災害の危険度評価に関する研究

津波氾濫に伴う複合災害を予測するための解析コードを開発し、以下のように解析精度を確認した。このコードをまず、2001年東北津波の釜石湾での津波挙動に適用した。その結果、観測された津波痕跡を精度良く再現し、本コードの津波高さ等の解析精度を確認した。次に、橋桁に作用する津波波力に関する水理実験に適用し、津波波力についても適切に再現できることを確認した。さらに、流れを受ける係留船舶の係留索に作用する張力に関する水理実験に適用した結果、解析結果が実験に基づいて提案された係留索張力を精度良く再現したことから、流れから漂流物が受ける力を適切に予測できることが分かり、漂流物挙動解析手法の妥当性が確認できた。A.津波複合災害予測モデルの開発整備(1)陸域での津波氾濫挙動を予測するためには三次元モデルによる解析が必要であることは認識されてきているが,近年の計算機の発達をもってしても全域で三次元解析を行うことは現実的ではない.そこで,津波波源を含む広域を平面二次元,沿岸から陸域を三次元で解析するハイブリッド津波解析手法を開発し,その妥当性を北海道南西沖地震津波を対象に確認した.(2)陸域で被害を拡大させる漂流船舶挙動を適切に予測するため,三次元漂流物挙動解析手法を開発した.係留船舶における係留索張力の実験結果と比較して,その妥当性を検証した.B.津波複合災害予測モデルの適用(1)大阪市での津波挙動予測への適用:南海トラフ地震津波の大阪市における津波挙動に津波複合災害予測モデルを適用した.その結果,大阪市での津波被害状況が詳細に明らかになるとともに,建物の取り扱い方法(障害物とするか,粗度とするか)により,予測結果に大きな差が現れることを明らかにした.(2)海洋インバースダムによる津波減災効果の検討:変動の大きい自然エネルギーを一時貯蔵する施設として構想されている海洋インバースダムについて,津波に対する減災効果を検証するため,南海トラフ巨大地震の地震モデルを用いて,津波複合災害予測モデルを適用した解析を行った.その結果,ダムの配置によって,海岸の津波減災効果が大きく変動し,設置に当たっては十分な検討が必要なことがわかった.(3)河川遡上津波の淀川における塩分被害予測への適用:津波複合災害予測モデルを適用した結果,南海トラフ巨大地震が淀川を遡上した際,塩分が淀川大堰を越流し,大堰上流に位置する浄水施設の取水に影響を与えることがわかった.また,その被害の程度は,河川遡上時の河川流量や大堰ゲートの開閉状況の影響を大きく受けることがわかった.A.津波複合災害予測モデルの開発整備津波複合災害予測モデルの整備:本研究では津波複合災害予測モデルをこれまでの成果を踏まえて開発・整備する.本年度は,以下のスケールが異なる2つの現象への適用できるようにモデルを改良・修正するとともに,その再現精度をそれぞれ確認した.1.釜石湾での津波挙動への適用と検証:津波複合災害予測モデルのベースとなる三次元津波流動解析モデルは,北海道南西沖地震津波をよく再現したが,検証がその一例のみであることが課題であった.そこで,東日本大震災における釜石市での津波流動に適用し,解析精度の検証を行うとともに,必要に応じて改良を加えた.海底および氾濫域の地形データは中央防災会議で作成されたものを利用し,沖波は波高計のデータを用いた.また,比較する遡上高などは応募者らも参加した東北地方太平洋沖地震津波合同調査グループの結果を用いた.この結果,本モデルを用いた解析結果は,合同調査グループの結果をよく再現できることが明らかになった.2:橋梁に作用する津波波力への適用と検証:東日本大震災では,多くの橋梁が被災し,一部の橋桁が流失するなどの被害があった.そこで,本モデルを橋梁に作用する津波波力に関する水理模型実験に適用しその再現精度を検証した.水理実験で計測されている長方形型およびコの字型の橋桁作用する津波波圧および波力を解析結果と比較したところ,これらの最大値および時間変化が適切に再現できた.また,静水面からの橋桁の高さや津波高さの違いによる津波波圧および波力の変化を適切に再現できることがわかった.1.津波複合災害予測モデルの構築波源域から沿岸域・氾濫域までの広範囲にわたる津波挙動および津波災害挙動を一体として解析できる,津波複合災害予測モデルがおおむね構築された,このモデルの特徴は,(1)津波波源域から沿岸・氾濫域までを平面二次元で解析し,沿岸・氾濫域内は必要に応じて,平面二次元と三次元を選択して解析できること.(2)ネスティング技術を導入し,解析メッシュサイズを次第に小さくしながら全領域を同時に解析できること.(3)三次元解析領域内では,塩分と河川水の混合を想定した密度流解析,漂流物の三次元挙動解析が実施可能なことである.2.津波複合災害予測モデルの適用(1)開発したモデルを想定される南海トラフ巨大地震発生時の津波被害予測に適用した.その結果以下のことが分かった.(a)津波波源から大阪市中心部までの津波挙動に本モデルを適用し,他の手法との比較によりその妥当性を検証した.その上で,想定される津波の規模を段階的に拡大することにより,津波に脆弱な箇所を発見することが可能になり,優先的に補強すべき箇所の把握など耐津波対策検討に活用できることが分かった.(b)自然エネルギーの有効活用を目的とした蓄電池としての役割が検討されている,海洋インバースダムの津波低減効果について,平面二次元と三次元を組み合わせた解析により評価した.

その結果,限定された対岸エリアにおいて津波低減効果を発揮するものの,広範囲にわたる津波低減は海洋インバースダムのみでは難しいことが分かった.(2)開発したモデルを三次元漂流物挙動解析に適用した.その結果,本研究で開発したモデルにより,平面二次元解析と接続された三次元領域内での漂流物解析を適切に行えることを実験スケールの解析で確認するとともに,東日本大震災で大きな被害を受けた釜石湾における漂流船舶の挙動解析を実施し,実物スケールの解析も適切に実施できることを確認した.昨年度までに実施した研究の成果を取りまとめ、国際会議で論文を2件発表した。Breakwater during the 2011 Tohoku Earthquake Tsunami"であり、これまで開発してきた平面二次元と三次元のハイブリッド解析手法により、東日本大震災の波源から解析を行い、釜石湾湾口に設置された巨大防波堤の被害状況について検討し、同防波堤で確認されている被害状況が同ハイブリット手法により再現できることを示した論文である。to Determine Recommended Shutdown Periods of Water Intakes"であり、平面二次元津波解析と三次元密度流解析のハイブリッド解析により、津波来襲時の河川遡上津波により被害が懸念されている浄水場の塩分被害について検討した。南海トラフ巨大地震発生時の淀川大堰周辺の塩分挙動を対象とした解析を行った結果、同ハイブリット手法が三次元の複雑な塩分挙動を適切に再現できることを示した論文である。津波氾濫に伴う複合災害を予測するための解析コードを開発し、以下のように解析精度を確認した。このコードをまず、2001年東北津波の釜石湾での津波挙動に適用した。その結果、観測された津波痕跡を精度良く再現し、本コードの津波高さ等の解析精度を確認した。次に、橋桁に作用する津波波力に関する水理実験に適用し、津波波力についても適切に再現できることを確認した。さらに、流れを受ける係留船舶の係留索に作用する張力に関する水理実験に適用した結果、解析結果が実験に基づいて提案された係留索張力を精度良く再現したことから、流れから漂流物が受ける力を適切に予測できることが分かり、漂流物挙動解析手法の妥当性が確認できた。本研究で目的としていた,津波複合災害予測モデルの開発・構築が完了し,その適用を通じて妥当性も確認されたため,本研究はおおむね順調に進んだといえる.数値水理学本研究で目的としていた,津波複合災害予測モデルの開発・構築および検証がおおむね完了したが,この研究に関する論文発表等が期限内に実施できなかった.そのため,次年度に国際学会などでの発表を予定している.今年度の成果(特に,ハイブリッド解析手法の開発)により,津波波源から陸域での津波氾濫挙動までを同時に解析できるようになり,本研究の主目的である「津波が引き起こす複合災害に関する検討」を行う基本的な準備は整った.さらには,漂流船舶の基本挙動の把握ができるようになり,より現実に近い災害予測が可能になった.また,開発したモデルにより,いくつかの災害現象について被害程度や,被害メカニズムを把握することができた.当初の予定通り,東日本大震災時の釜石湾での津波挙動に関する数値解析をおこなって解析精度を検証し,津波複合災害予測モデルの有効性が確認できた.
超弾性金属錯体の創出

本研究では、合金等の無機材料以外では知られていなかった“超弾性"という物性を有する“金属錯体"を探査・合成する。また、超弾性変態における可逆的結晶構造変化を利用して、金属錯体の固体物性を制御する手法の開発を目指す。“超弾性"とは、塑性変形した固体が自発的に形状回復する特性であり、金属材料学が扱う合金等の特性とされてきた。応募者は2014年に世界で初めて、単純な有機物分子の単結晶において超弾性現象を発見し、その後、金属錯体においても超弾性現象が現れることを見いだした。本研究では、超弾性を示す金属錯体(“超弾性金属錯体")の更なる探査および合成を行う。これにより、錯体の様々な固体物性と超弾性を組み合わせた新研究が可能となり、また、柔軟に変形可能な新規の錯体結晶の創出にも繋がると考えられる。平成29-30年度は超弾性を示す金属錯体の探査を行った。合成研究を推進するにあたり、以下の三段階の手順を設定し、合成による超弾性探査ならびに構造解析に基づく超弾性機構の理解を目指した。(1)合成方法・結晶構造が既知の金属錯体について超弾性挙動の有無を調べた。(2)超弾性発現に必要な分子構造を、配位子の結晶体も含めて結晶変形・結晶構造変化等の観測結果から絞り込む実験研究を進めた。(3) (2)に基づいて超弾性を示すと期待される金属錯体を新規に設計・合成研究を進めた。特に、これまでの超弾性特性から逸脱する新しい特性の観測に留意して実験研究を行った。平成29年度の知見に基づき、直接金属錯体を探査するのと並行して、金属錯体化可能な配位子に相当する有機化合物結晶体における超弾性特性発現の要件を先に抽出する実験研究を行った。金属錯体結晶の探索では良好な結果を出すには至らなかったが、金属錯体および配位高分子の部分構造となる有機化合物の結晶体において、剪断力印可方向と超弾性変形方向との相関性について構造化学的な設計指針が得られたため。平成31年度は、29-30年度の実験研究によって得られた知見に基づき、確度の高いと思われる設計指針に基づいて超弾性を示す金属錯体の創出を目指す。また、金属錯体で期待される多彩な電子物性(電気・磁気・光等)とカップルできる物質を優先的に合成し、新規機能創出も同時に目指す。具体的には、超弾性を示す金属錯体では、応力誘起相転移の前後の平衡状態で、電気、磁気、光等の物性値がどう変わるかを調べる。超弾性変態の前後で、磁化率や分極率などが大きく変化する場合には、外部からの磁場や電場印加の影響が、超弾性の変態応力または逆変態応力に影響する可能性がある。この場合、外場のON/OFFによって、一定応力負荷下における結晶変態の促進または阻害が起こり、応力負荷と外場印加を組み合わせた新しい結晶変態および物性値制御を可能とする金属錯体を優先して合成していく。平成29年度は超弾性を示す金属錯体の探査を行った。超弾性を発現する金属錯体結晶の探索では良好な結果を出すには至らなかったが、金属錯体の部分構造となる配位子に相当する有機化合物の結晶体において、これまでの有機超弾性に加え、相関性が高いと考えられる有機強弾性現象の確認に成功した。これにより、本研究で対象とする金属錯体での変形挙動について対象の拡張と現象を総合的に理解しうる下地が形成されたため。

応募者は2014年に世界で初めて、単純な有機物分子の単結晶において超弾性現象を発見し、その後、金属錯体においても超弾性現象が現れることを見いだした。本研究では、超弾性を示す金属錯体(“超弾性金属錯体")の更なる探査および合成を行う。これにより、錯体の様々な固体物性と超弾性を組み合わせた新研究が可能となり、また、柔軟に変形可能な新規の錯体結晶の創出にも繋がると考えられる。平成29-30年度は超弾性を示す金属錯体の探査を行った。合成研究を推進するにあたり、以下の三段階の手順を設定し、合成による超弾性探査ならびに構造解析に基づく超弾性機構の理解を目指した。(1)合成方法・結晶構造が既知の金属錯体について超弾性挙動の有無を調べた。(2)超弾性発現に必要な分子構造を、配位子の結晶体も含めて結晶変形・結晶構造変化等の観測結果から絞り込む実験研究を進めた。(3) (2)に基づいて超弾性を示すと期待される金属錯体を新規に設計・合成研究を進めた。特に、これまでの超弾性特性から逸脱する新しい特性の観測に留意して実験研究を行った。平成29年度の知見に基づき、直接金属錯体を探査するのと並行して、金属錯体化可能な配位子に相当する有機化合物結晶体における超弾性特性発現の要件を先に抽出する実験研究を行った。金属錯体結晶の探索では良好な結果を出すには至らなかったが、金属錯体および配位高分子の部分構造となる有機化合物の結晶体において、剪断力印可方向と超弾性変形方向との相関性について構造化学的な設計指針が得られたため。平成30年度は、29年度からの合成実験を継続しつつ、超弾性と各種固体物性(電気・磁気・光等)とがカップルする物質を見つけた場合に、新規機能創出に取り組む。超弾性を示す金属錯体について、応力誘起相転移の前後の平衡状態で、電気、磁気、光等の物性値がどう変わるかを調べる。超弾性変態の前後で、磁化率や分極率などが大きく変化する場合には、外部からの磁場や電場印加の影響が、超弾性の変態応力または逆変態応力に影響する可能性がある。この場合、外場のON/OFFによって、一定応力負荷下における結晶変態の促進または阻害が起こり、応力負荷と外場印加を組み合わせた新しい結晶変態および物性値制御が可能となるものと期待できる。平成31年度は、29-30年度の実験研究によって得られた知見に基づき、確度の高いと思われる設計指針に基づいて超弾性を示す金属錯体の創出を目指す。また、金属錯体で期待される多彩な電子物性(電気・磁気・光等)とカップルできる物質を優先的に合成し、新規機能創出も同時に目指す。具体的には、超弾性を示す金属錯体では、応力誘起相転移の前後の平衡状態で、電気、磁気、光等の物性値がどう変わるかを調べる。この場合、外場のON/OFFによって、一定応力負荷下における結晶変態の促進または阻害が起こり、応力負荷と外場印加を組み合わせた新しい結晶変態および物性値制御を可能とする金属錯体を優先して合成していく。