hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超磁歪アクチュエータ・センサー適用の構造物制振機構とデバイスの創作

本研究は、トンオーダの巨大重量、巨大変位をnmレベルの3次元空間で、ns単位の反応時間で入、出力できるアクチュエータ,センサを超磁歪材料について開発し、この開発材を構造物制振機構に適用し、シミュレーションとモデル実験を行う。平成12年度は〔I〕H^∞制御によるコントローラによる振動制御シミュレーション〔II〕ジュール熱による熱膨張量の熱補償法の開発〔III〕テレメータ方式の超磁歪力覚センサ装置とシステムの開発〔IV〕研究成果の公表および研究成果報告書の作成を行った。以下、研究成果を記述する。〔I〕では、超磁歪アクチュエータを適用した構造物の制振機構の制御対象モデリング、数学的モデルの導出、そして構造物のモデル化と解析手法、変位法と有限要素法による解析を行った。その結果、仕様目標に対して適切な解が得られている。設計したコントローラは、一般化プラントからMATLABのロバストコントロールツールボックスを使用して解を求め、有効な結果が導かれた。〔II〕構造物の制振機構の時間経過に伴う、長時間制振性の安定性に大きな影響を及ぼす巨大重量、巨大変位を出力する際のジュール熱による熱膨張量の熱補償を、アクチュエータ構造に熱変位と同等の負の変位を発生できるキャンセル機構の採用することにより開発した。〔III〕では、構造物の制振機構が、別置きの遠隔距離において、構造物の制振挙動が時々刻々と監視できるテレメータ方式の超磁歪力覚センサ装置とシステムを開発した。〔IV〕では、研究成果を、国際会議(ICEM2000,Finland、および粉末冶金国際会議PM2000,京都)、国内の諸学会等で発表した。そして最後に、平成1012年度の成果をまとめ、研究成果報告書を作成した。超磁歪材料の大出力,大変位,高速反応時間という優位性を活かし、全く新しい試みとして、社会的貢献度が高い地震災害防止および交通運輸等による制振装置に直ちに適用できる『超磁歪アクチュエータ・センサー適用の構造物制振機構とデバイス』を開発試作する。平成10年度は〔I〕アクチュエータ・センサのシステム化および制御回路と要素のシステム化を行った。〔I〕では、超磁歪材料の特性評価を通じ、アクチュエータの開発を行った。さらに、超磁歪アクチュエータ・センサ適用の制振装置とシステム全体の構成の決定を行った。制振システムは振動ビーム・アクチュエータ・操作パネル・制御装置・専用コントローラから構成される。超磁歪アクチュエータの開発を通じて得られた成果を、国際会議ICCE-5(ラスベガス)にて発表した。〔II〕では、振動制御の対象となるシステムのモデル作成を目的とし、運動方程式の導出およびそれに基づく解析手法の決定、解の導出を行った。解析には、ビーム先端に質量を有する二自由度モデルを用い、ビームを支えるベース部分にアクチュエータが搭載されることを想定し、その部分に傾きの自由度をもたせた。システムが横振動を起こす場合の数学的モデルとして、偏微分方程式および境界条件を導出し、そのモデルに関連する固有値解を求めた。具体的には、構造解析手法として有限要素法を用いた。解析によって得られた制御対象の動特性を参考に、H∞制御理論を用いて制御系(コントローラ)を設計した。本研究では、超磁歪材料の大出力,大変位,高速反応時間という優位性を活かし、全く新しい試みとして、社会的貢献度が高い地震災害防止および交通運輸等による制振装置に直ちに適用できる『超磁歪アクチュエータ・センサ適用の構造物制振機構とデバイス』を開発試作する。平成11年度は〔I〕制振デバイスの加工部品組立とアクチュエータ、センサ、機素組込によるシステムの一体化〔II〕システムの構造と機能の調整および予備運転を行った。〔I〕では、制振装置用部品を組み立るとともに、そこに超磁歪デバイスおよび計測・評価用センサ、その他の機素を組み込んだ。〔II〕では、全機構の要素を各々システム化するとともに、平成10年度に分担ごとに製作された機構の連携システムを構築した。そして、振動ビームの振動信号を加速度ピックアップで検出し、それをコンピュータの制振指令に変換し、制振する制振回路システムを完成した。さらに、フィードバック制御は行わずに,加速度計の信号から振動の位相のみを検出し、予め計測した固有周期に合った正弦波制御力を適宜逆位相で人力し、振動が(最大加速度が)あるレベル以下になったら制御を止めるという簡易な方法で予備実験を行った。その結果、制振開始後数秒足らずで,ビーム先端加速度が十分小さくなることが確認された。

設計したコントローラは、一般化プラントからMATLABのロバストコントロールツールボックスを使用して解を求め、有効な結果が導かれた。〔II〕構造物の制振機構の時間経過に伴う、長時間制振性の安定性に大きな影響を及ぼす巨大重量、巨大変位を出力する際のジュール熱による熱膨張量の熱補償を、アクチュエータ構造に熱変位と同等の負の変位を発生できるキャンセル機構の採用することにより開発した。〔III〕では、構造物の制振機構が、別置きの遠隔距離において、構造物の制振挙動が時々刻々と監視できるテレメータ方式の超磁歪力覚センサ装置とシステムを開発した。〔IV〕では、研究成果を、国際会議(ICEM2000,Finland、および粉末冶金国際会議PM2000,京都)、国内の諸学会等で発表した。そして最後に、平成1012年度の成果をまとめ、研究成果報告書を作成した。
計算科学的手法を用いたインフルエンザウイルスヘマグルチニンの構造変化解析

ヒトに馴化したインフルエンザウイルスは、抗原性を毎年少しずつ変化させて、ヒトの免疫機構を巧みに回避し、流行を繰り返す。もし、この変異の過程を予測することが出来れば、インフルエンザを先回りして制御することが出来る。本研究では、計算科学的手法を用いてヒトインフルエンザウイルスの抗原変異に伴う抗原構造の変遷を解析し、将来いずれかのHA亜型の鳥インフルエンザウイルスがヒトの新型インフルエンザウイルスとして出現した場合の予測方法を検討した。本研究では、計算科学的手法を用いて、インフルエンザウイルスの抗原変異に伴う抗原構造の変遷をアミノ酸変化と立体構造の変化から明らかにすることを目的とし、以下の研究を遂行した。(1)アミノ酸変異履歴の作成(1)DB解析によるアミノ酸変異履歴の作成人インフルエンザウイルスHIN1、H2N2、H3N2が、人の間で流行を始めてから、抗原変異に伴ってどのようにアミノ酸変化を遂げてきたのかを調べた。(2)変異株のHA蛋白質の構造構築ホモロジーモデリング法を用いて、それらの変異株のHA蛋白質構造を構築した。(2)抗原変異に伴う抗原構造の経時変化(1)ホモロジーモデルに対する静電ポテンシャル計算変異によるHAの荷電状態の変遷を調べるため、作成したホモロジーモデルに対して、ボアソンボルツマン方程式により、静電ポテンシャル計算を行った。(2)配列解析による等電点計算HA蛋白質全体の電荷の変遷を調べるため、全配列について網羅的に等電点計算を行った。(3)抗原変異に伴う糖鎖付加パターンの抽出インフルエンザウイルスは糖鎖(N-グリカン)を獲得する変異によって、抗原構造を効率よく変化させ、宿主の免疫圧を回避していることが知られているが、ここでは抗原変異に伴う糖鎖付加のパターンを調べた。(1)配列解析による糖鎖付加部位の変遷履歴の作成抗原変異に伴って、N-結合型糖鎖付加モチーフ(Asn-X-Ser/Thr)がどのように変遷して来たのかを塩基配列から抽出し、糖鎖付加部位の変遷を時系列図で表す(この解析は現在も進行中である)。本研究では、計算科学的手法を用いて、インフルエンザウイルスの抗原変異に伴う抗原構造の変遷をアミノ酸変化と立体構造の変化から明らかにするため、以下の研究を遂行した。(1)抗原変異に伴う糖鎖付加パターンの抽出(1)配列解析による糖鎖付加部位の変遷履歴の作成抗原変異に伴って、N-結合型糖鎖付加モチーフ(Asn-X-Ser/Thr)がどのように変遷して来たのかを塩基配列から抽出し、糖鎖付加部位の変遷を時系列で解析した。(2)配列解析による糖鎖付加部位の候補となるモチーフの抽出遺伝子の1塩基変異でN-結合型糖鎖付加モチーフとなる部位を配列から抽出し、糖鎖付加部位の予測方法を開発した。(3)配列から抽出した糖鎖付加候補部位の3次構造上での評価PDBのDB探索研究の結果から出の3次構造上どの様な場所に糖鎖が付加しやすいかを評価した。(2)抗原抗体反応の分子シミュレーション(1)抗原抗体反応の結合シミュレーションHAと抗体が結合した結晶構造(PDBコード: IEO8やIQFU)を用いて、蛋白質問結合シミュレーションのテスト計算を行った。(3)新型インフルエンザウイルスが人の間で流行した場合の抗原変異の予測モデルを検討得られた過去の抗原変異パターンを、現在新型インフルエンザとして、人の間での流行が懸念されている鳥インフルエンザウイルスに当てはめ、抗原変異の予測モデルを検討した。
クルミ染色体の分類・同定に関する研究

シナノグルミの染色体についてCーband法(BSG)法,Qーband法,Nーband法(AgーI法)による分染を試み以下に示す結果をえた。(1)Cーband法により美鶴(No.552)の二次生長芽を用いた場合,50°Cー5%Ba(OH)_2の処理時間を25ー30分,2%Giemsa染色2分によりバンドの発生がみられたが,染色体の輪郭が不明瞭となり,個々の特定はできなかった。(2)Qーband法で4X隣花受粉実生(85sー5)の根端組織を用いた場合,Qーinacrine bydrochl oride50μg/ml10分処理に加えて、33258Hoechst50μg/mlを10分間処理することによってバンドの発生が認められた。(3)Nーband法(AgーI法)が可能であった。また調査したそれぞれの系統において,比較的大形のiまたは亜鈴形の染色体が観察され,シナノグルミ染色体の分類・同定の有力な指標になりうる可能性が示唆された。(4)美鶴(No.455)生長点組織の核板について、腕長の信頼限界を算出して核型ともとめた結果,2n=32=20A+12Bとなり,Aの腕長の範囲は4.169≧μ≧3.49^<*1>2.117≧μ≧1.783^*μmで,Bは2.071≧μ≧1.708^*1.160≧μ≧0.980μm(^*95%)であった。colchicine法により育成した4x美鶴(No.451)樹と母本とする隣花受粉実生3樹のうち,85sー1樹と85sー2樹は2h=64の染色体数と保持する4倍体であった。85sー5樹は2h=48の3倍体であった。普通核型分析には根端組織を用いて行なわれるが、クルミは挿木が不可能なために根端を利用するためには実生苗に頼らざるを得ない。よって、同一個体の染色体を詳細に分析することが困難であるので、先ず根端組織を用いた場合と、生長点組織を用いたときの核型の違いをNーbandのAgーI法を用いて検討した。染色体の構成を篠遠の核型の表わし方(1943)に準じ、個々の染色体の全長により、全長の最大のものから最大の1/2までのものをAの組とし、次のものからその1/2までをBの組として核型を表らわした場合、2x美鶴自然授粉実生個体の染色体長は、根端の場合1.73±0.43μmで、2x美鶴No.552の生長点繊織の場合では2.42±0.59μmであり、2x美鶴自然授粉実生の根端の染色体長は、生長点を材料とした場合よりやゝ短かかったが、染色体の標本ごとの差を考慮すれば、両者に差はないものとみなされた。また、32本(2n=32)の染色体を、個々の染色体の長さにより相同対を求めたところ、両材料区とも16対に分けられ、ともに第XIV対No.27までがA群で、残りがB群とみなされ、この範囲の核型の比較では供試材料による差は認められないものとみなされた。

そして、両材料区の核型は、2n=32=27A+5Bと表らわされた。また、両系統とも第I染色体No.1、2は一方が頭(caput型)で、他方は角(seta型)であった。シナノグルミの染色体に対し,C,QおよびNーband法について検討してきたが,Cーband法(BSG法)は5%Ba(OH)_250°C2530分処理でバンドの発生が認められたが,染色体の輪郭が不明暸となり,個々の染色体の特定はできなかった。Qーband法についてはQinacrine mastard,Qinacrine hydrochlorideおよび33258Hoechstの3種類の蛍光色素について検討した。その結果,風乾したスライドグラスにQuinacrine hydrochloride 50μg/mlと10分処理し,さらに33258Hoechst 50μg/mlを10分処理することによりバンドの発生が認められた。しかしあいにくよく染色体の広がった核板が得られず,染色体の分類はできなかった。Nーband法(AgーI法)は仁形成部を特異的に染めだす方法として開発され,多くの動植物の染色体で仁形部の推定が試みられている。クルミ染色体において,AgーI法がたゞちに仁形成部を特異的に分染するかは解らないが,30%AgNO_3で約55°Cの温室で9分間処理してから,2%Giemsa液で5秒間染色することにより,個々の染色体を同一平面として観察することができた。また,染色体数の算定が容易となり,一部ではあるが,I形や亜鈴形,角形といった特微的な染色体を見い出すことができた。そして,このことがシナノグルミ染色体の分類・同定の指標になりうる可能性が示唆された。
大量データ通信を可能とするスケーラブル無線メッシュネットワークの研究

無線メッシュネットワークの通信性能向上を目的として,アーキテクチャ,プロトコル,設計最適化の研究を行った.まず,2種類のアクセスポイントと2種類のクラスタの利用による安価でスケーラブルな構成法を提案した.また,AP間通信において,リンクの必要帯域確保を行う固定バックオフ時間切替法の提案とLinux-PCを用いた実装を行い,有効性を示した.更に,IEEE802.11nプロトコル適用を進め,その特性を考慮した経路木・動作AP選択アルゴリズムの提案を行った.無線メッシュネットワークの通信性能向上を目的として,アーキテクチャ,プロトコル,設計最適化の研究を行った.まず,2種類のアクセスポイントと2種類のクラスタの利用による安価でスケーラブルな構成法を提案した.また,AP間通信において,リンクの必要帯域確保を行う固定バックオフ時間切替法の提案とLinux-PCを用いた実装を行い,有効性を示した.更に,IEEE802.11nプロトコル適用を進め,その特性を考慮した経路木・動作AP選択アルゴリズムの提案を行った.本研究では,GWクラスタ・WDSクラスタの2階層で構成する,スケーラブル無線メッシュネットワーク(Wireless Internet-Access Mesh Network, WIMNETと略称)のアーキテクチャと設計最適化に関する研究を進めている.GWクラスタは,GW(インターネットゲートウエイ)を共有するAP(アクセスポイント)の集合であり,ネットワーク規模に応じてGWクラスタ数を変化させることでスケーラビリティを実現する.GW間は,有線,WiMAXなどで広帯域接続を行う.1つのGWクラスタは,複数のWDSクラスタで構成される.WDSクラスタは,1つのSAP(Smart AP)と複数のCAP(Conventional AP)で構成される,WDS無線通信を行うAPの集合である.SAPは,複数NICやMIMOチャネルによる広帯域WDSクラスタ間通信,インターネット接続GWのための通信機能,ホスト認証,DHCP,Webキャッシュなどのインターネット接続のためのサービス機能を有している本年度の研究では,WIMNETの通信性能を最大化するためのSAP選択アルゴリズムの提案,故障時の信頼性向上のための冗長構成としたAPからの動作AP選択アルゴリズムの提案,VOIP・動画像伝送などのリアルタイムアプリケーション実現のための帯域予測指標と制御法の提案,AP間リンクの必要動作時間確保による通信性能向上のための固定バックオフ時間切替法の提案などを行い,ネットワークシミュレータを用いたシミュレーションにより有効性を示した.また,それらの研究成果を論文誌,研究会,国際会議で報告した今後の課題は,提案手法のMIMOチャネル対応とSAPへの実装,実ネットワークでの評価である.来年度の研究では,MIMOチャネル対応とSAP実装を進める予定である本研究では,GWクラスタ・WDSクラスタの2階層で構成する「スケーラブル無線メッシュネットワーク(Wireless Internet-Access Mesh Network : WIMNETと略称)」のアーキテクチャ・プロトコル・設計最適化に関する研究を進めている.GWクラスタは,GW(インターネットゲートウエイ)を共有するAP(アクセスポイント)の集合である.サービスエリアの大きさ・ホスト数に応じてGWクラスタ数を変化させることでスケーラビリティを実現する.GW間は,有線WiMAXなどの広帯域通信を行う.各GWクラスタは複数のWDSクラスタで構成される.各WDSクラスタは1つ以上のSAP(Smart AP)と複数のCAP (Conventional AP)で構成され,互いにWDS無線通信を行う.SAPは,複数NICやスマートアンテナによる広帯域WDSクラスタ間通信,GW機能,ホスト認証,DHCP,Webキャッシュなどのインターネット接続のためのサービス機能を有している.本年度の研究では,WIMNETでのVOIPやビデオ会議等のリアルタイムアプリケーション実現のための「予測帯域制御法」の実装と評価,各AP間リンクの必要動作時間確保による通信性能向上のための「固定バックオフ時間切替法」の実装と評価MIMOチャネル・アダプティプアレイアンテナ機能を有する「スマートアンテナ」の動作モデルの検討,そのWIMNET適用のためのWDSクラスタ分割・経路木生成・SAP選択.動作AP選択の各最適化アルゴリズムの検討を行い,ネットワークシミュレータを用いたシミュレーションにより有効性を示した.これらの研究成果は,論文誌,研究会,国際会議で報告した.来年度の研究では,各提案法のSAPへの実装,テストベッドの開発とそこでの評価実験を行い,本研究のまとめを行う予定である.本研究では,GWクラスタ・WDSクラスタの2階層で構成するスケーラブル無線メッシュネットワークWIMNET(Wireless Internet -access Mesh NETwork)に関する研究を進めた.GWクラスタは,GW(インターネットゲートウエイ)を共有するAP(アクセスポイント)の集合であり,ネットワーク規模に応じてGWクラスタ数を変化させることでスケーラビリティを実現する.GW間は,有線LANやWiMAXを用いて広帯域での接続を行う.1つのGWクラスタは,複数のWDSクラスタで構成される. WDSクラスタは,1つのSAP(Smart AP)と複数のCAP(Conventional AP)で構成されるWDS無線通信を行うAPの集合である. SAPは,複数NICやMIMOチャネルによる広帯域WDSクラスタ間通信,ホスト認証,DHCP,Webキャッシュなどのインターネット接続のためのサービス機能を有している.本年度の研究では,WIMNETの通信性能向上を目的として,まず,近年高速通信方式として普及の始まっているIEEE802.11nプロトコル適用のための研究を進めた.本プロトコル実装の市販機器を用いて大学構内でスループット測定実験を行い,距離依存性,障害物の影響,電波干渉の影響,マルチホップ通信特性などを明らかにした.その上で,従来の経路木アルゴリズム,動作AP選択アルゴリズムに対して,本通信特性を考慮するための改良を行った.

次に,GWからのホップ数によって利用可能帯域が異なるWIMNETの問題点を解決するために,各リンクの必要動作帯域の確保を行う固定バックオフ時間切替法の提案を行い,シミュレーションおよびLinux-PCを用いた実機による評価実験により,その有効性を示した.また,それらの研究成果を論文誌,研究会,国際会議で報告した.本年度の研究では,WIMNETの通信性能向上を目指し,SAPへのスマートアンテナ適用のための動作モデル,WDSクラスタ分割・経路木生成・SAP選択・動作AP選択の各最適化アルゴリズムの提案を行った.また,リアルタイム通信に必要な通信帯域を予測し,それに基づいて通信制御を行う「予測帯域制御法」と,2種類の固定バックオフ時間をリンクの動作率に応じて切り替える「固定バックオフ時間切替法」を実装・評価した.それらの成果をジャーナル2件,国際会議7件,研究会5件,全国大会2件で発表した.なお,SAPの実装も予定していたが,使用ソフト・ハードの調査のみに終わり,次年度の課題となった.24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の今後の課題は,SAPの実装とそれを用いたテストベットの開発,評価実験である.SAPの実装に関しては,使用するソフトウエア,ハードウエアの調査を終えており,今後,順次,必要なプログラムを作成する.SAPの実装完了後,複数のSAPと市販のAPを組み合わせたテストベッドを作成し,小規模な無線メッシュネットワークでの通信実験を行う.24年度が最終年度であるため、記入しない。
次世代大型リチウムイオン電池用格子欠陥含有型スピネル酸化物正極の高出力密度化

代替エネルギー開発において、リチウム2次電池のような蓄電技術は石油に比べ取り扱いにくいエネルギー源を安全化する一つの候補技術である。本研究は、大型化に適した安価、毒性が低いスピネル型リチウムマンガン系酸化物の結晶欠陥に注目して分子設計を行うことにより、リチウムイオン電池正極として容量特性およびレート特性の向上をはかることを目的としている。本研究では特に5V級正極LiNi_<0.5>Mn_<1.5>O_4について、酸素欠陥を導入することでレート特性を向上できることを明らかにした。(レート3Cで3倍以上の高容量を確保)。これは、酸素欠陥の導入により結晶構造内のNi, Mn秩序配列を無秩序形に変化することができるためである。このような秩序、無秩序配列の制御は酸素分圧と焼成温度に敏感であり、高温相は無秩序配列型であり、低温相は秩序配列型となる。このような結果から、カチオンNi, Mnの構造内配列を制御することで、最適な高出力型のリチウムイオン電池材料を分子設計する指針を得ることが出来た。より定量的な構造と電池特性の関係解明を、理論的計算手法によって行なった。Nudged-elastic-band法により遷移状態を考慮した第一原理計算によって、スピネル中でのリチウム拡散に伴う活性化エネルギーの見積もりを行なった。その結果、Ni/Mnがオーダリングすることによって、0.38eVおよび0.33eVの活性化エネルギーからなる2つの拡散パスが存在することが明らかになった。これは、拡散係数にして約10倍の変化をもたらす。従ってNi/Mnのオーダリング形成は拡散に不利な伝導パスを形成させてしまうため、レート特性に乏しいことが定量的に示された。酸素欠陥の導入はNi/Mnオーダリングを解体するため、2つの伝導パスによる活性化エネルギーが平均化され実験で示された高いレート特性を発現するものと考えられる。本年度は次世代の高電位リチウムイオン電池用の正極材料として有望なLiNi_<0.5>Mn_<1.5>O_4に注目し、酸素分圧制御により不定性を有するLiNi_<0.5>Mn_<1.5>O_<4-δ>を合成した。IRおよび中性子回折により合成を行ったスピネル型酸化物はNiとMnが1:3が3次元で規則配列を有しP4_332の空間群に属しており、その規則配列の度合いは不定比量δの増加に伴い低下することが新たに分かった。これをリチウムイオン電池用の電極材料として評価した。その結果、結果量δの増加に伴い4.7V付近の容量は低下したが、4V付近の容量は増加することが判明した。これはMn^<3+>の増加に伴うものと考えられる。XANES測定により、δの増加に伴い、Niの酸化数の変化は見られないのに対して、Mnの酸化数は減少する結果となり、電気化学測定の結果から予測されるMn^<3+>の割合の増加が確かめられた。さらに、欠陥量δの増加に伴い、初回および30回目ともレート特性が向上していること確認できた。特に、電流密度が高い領域では欠陥量δが大きい試料の30回目のレート特性も非常に良好であり、20C(6mA/cm^2)という高レートに対しても約50mAh/gの容量を有することが分かった。このようなレート特性改善の要因を考察するため、リチウムイオンの拡散についてポテンシャルエネルギーの計算を行った。モデルとしてはdisorder型(Fd-3m)とorder型(P4_332)の両者を考えた。

リチウムイオンの拡散経路は両モデルとも四面体位置と八面体位置を通るので、disorder型では8a-16cというように1種類であるのに対して、order型では八面体位置が2種類あるため、8c-4aと8c-12dの2種類考えられる。分子動力学法によるシミュレーションの結果得られた、四面体位置-八面体位置-四面体位置という拡散経路に対するポテンシャル曲線を検討した結果、そのピークの高さが低いほどリチウム拡散が容易に起こると考えると経路に対する拡散の程度は8c-12d<8a-16c<8c-4aとなる。order型の場合は8c-12dの経路が障壁となり、disorder型の方がリチウムイオンが拡散しやすいものと考えられる。従って、本研究の結果から欠陥量の増加により酸化物イオンの配列の乱雑さがますためリチウムイオンの拡散が容易となり、レート特性が向上するものと考えられる。以上のように欠陥を導入することによりリチウムイオン電池出力密度の向上が可能であることが示された。代替エネルギー開発において、リチウム2次電池のような蓄電技術は石油に比べ取り扱いにくいエネルギー源を安全化する一つの候補技術である。本研究は、大型化に適した安価、毒性が低いスピネル型リチウムマンガン系酸化物の結晶欠陥に注目して分子設計を行うことにより、リチウムイオン電池正極として容量特性およびレート特性の向上をはかることを目的としている。平成16年度は、前年での研究成果を踏まえ5V級正極LiNiO.5Mnl.504の酸素欠陥について合成法の観点から構造制御を特に検討した。その結果、スピネル構造内の酸素欠陥構造は高温・低温相の2つの相を有していることがはじめて明らかとなった。特にこの相転移について、詳しく検討し1次転移反応で起こることを明らかにし、熱力学的計算から欠陥生成エネルギーを導出した。この相転移は単なる不連続な酸素の欠陥生成反応ではなく、カチオンであるNi,Mnのorder-disorder反応も包含することが明らかになった。これら得られたサンプルについて、電気化学特性を測定したところ、高温相であるLiNiO.5Mn1.504は低温相に比べて非常に高いレート特性を有することが分かった(レート3Cに対し、60mAh/g,低温相の3倍)。さらに分子動力学法による検証を行い、拡散障壁が高温相においてNiとMnの構造内配列が無秩序化することで低下しレート特性向上することとの対応関係が示唆された。このような結果から、カチオンNi,Mnの構造内配列を制御することで、最適な高出力型のリチウムイオン電池材料を分子設計する指針を得ることが出来た。平成17年度は、酸素欠陥を導入することで5V級正極LiNi_<0.5>Mn_<1.5>O_4のNi/Mnカチオン配列を制御できるという前年度まで得られた知見に基づき、より定量的な構造と電池特性の関係解明を目指した。高速充放電を可能にするためには、結晶内におけるリチウムイオンの拡散能向上が求められる。
invivoイメージングによるトランスポートソーム生理機能の解析

本研究では、1)時間経過のイメージングが可能な新規プローブの開発、2)トランスポーター変異マウスとの交配によるdoxycycline体内動態への影響の検出、の2っのテーマを同時進行で進めている。1)前年度開発したColor timerやKaedeを用いた新規プローブについて、今年度は実際の波長変化についての解析を進めた。その結果、必ずしも予想していたような速度での波長変化は見られず、細胞内でのプローブタンパク質の生合成から成熟、分解までを追跡できる数理モデルを構築し、それに実際のデ=タを当てはめながら、改めて評価しなおしてみることが必要であることが明らかとなった。そこで連立微分方程式をたてて、専門家との共同研究の中で一部の解を得ることができた。2)前年度に測定したMDR1によるDOX輸送の結果について、絶対的な蛍光強度変化が小さく、定量的な解析が不正確になる問題点があった。そこで、今年度あらたにMDR1によって輸送される蛍光色素と輸送されない蛍光色素を見いだし、これらとの競合活性を見ることで、より定量的にかつ高感度に輸送活性を定量する実験系を開発することができた。この手法によって、再度dox輸送について解析してみたところ、残念ながらほとんど輸送活性は検出されなかった。このため、MDR1ノックアウトマウスへの投与実験は中止することとし、正常マウスでのより定量的な薬物動態イメージングを実施した。本研究では、1)時間経過のイメージングが可能な新規プローブの開発、2)MDR1変異によるdoxycycline体内動態への影響の検出、の2つのテーマを同時進行で進めている。1)新規プローブの開発について、EGFPのかわりに、時間経過に伴って波長特性が変化するColor timer、および光照射によって波長特性が版かできるKaedeを用いたプローブを開発した。その結果、Color timerを用いたプローブは、EGFPの場合に比べて、dox非添加時のバックグラウンドの蛍光強度が非常に減弱しており、より高感度に薬物検出が可能であることが明らかとなった。これはColor timerのもとになっているDsRedでも同様であり、その理由として、dox非存在下での分解速度が著しく上昇していることが原因であることがわかった。一方、Kaedeを用いた場合には、同様にdox非添加時のバックグラウンド蛍光が低いのみならず、dox添加時の蛍光強度の上昇も早く、分解に加えてプローブの成熟も早いことが示唆された。これらのことは、当初の目的通りColor timerやKaedeを用いることでプローブの性能が向上し、時間経過の解析に適していることを示している。2)MDR1変異マウスの解析に着手する前に、まず培養細胞レベルでMDR1のdox輸送機能の解析を実施した。その結果、MDR1を過剰発現させたヒトHEp-2細胞では、dox検出プローブの蛍光強度が減弱することが明らかとなり、MDR1によるdoxの排出が起こっていることが確認できた。
アルギニン代謝関連分子(NO、ADMA)による生体機能修飾についての統合的研究

本研究者は、生体制御においてL-arginine/NOS/NO系(以下NO系)とPRMT/ADMA/DDAH系(以下ADMA系)の均衡が重要であるという仮説を持っている。この観点から、肝-腎-血管、肝-肺-血管などの多臓器連関の(病態)生理を探究し、新規の治療法の開発を目指している。2007年度のおもな研究成果は以下のとおりである。(1)血中ADMA値は胎児・新生児で最も高く、小児、成人に向かうにつれて低くなった。未熟な血管系の緊張維持にADMA系が直接に関与する可能性が示唆された。(2)肝障害をほとんど有さない先天性肝内門脈-静脈シャントの患者では血中ADMA、endothelin-1(ET-1)値が高く、血中NO値が低く、血中TBARS、尿中acrolein-1ysineの酸化ストレスマーカーが高かった。門脈-静脈シャント自体が酸化ストレス亢進、血管内皮機能不全をもたらすことが示された。(3)先天性尿素サイクル異常(OTC、ASS、ASLの各異常)を有しアルギニン補充を受けている患者では、OTC異常で血中NO値がアルギニン値に正相関して高く、ASS、ASL異常ではADMA値がシトルリン値に正相関して高かった。特にASS異常ではADMA/NO比が高く、血管内皮機能不全の存在が示唆された。(4)血球貪食性リンパ組織球増殖症のトルコ人の3歳男児において、Heme oxygenase-1(HO-1)の活性中心でのホモ型ミスセンス変異(Gly139Val)、各種の血管内皮障害マーカー、酸化ストレスマーカーの高値、そして、腎臓・骨代謝障害が見出された。(5)先天性尿路異常症患者で各種の尿中酸化ストレスマーカーを計測したところ、機能的に単腎かそれに近い状態(多嚢腎など)で尿中acrolein-1ysineが高かった。これらの疾患群での酸化ストレス亢進が示された。以上はすべて過去に報告のない知見である。本研究は昨年度の継続と発展である。2008年度のおもな研究成果を以下に示す。(1)血中ADMAは胎児・新生児で最も高く、小児、成人に向かうにつれて低くなった。未熟な血管系の緊張維持にADMA系が主体的に作動する可能性が示唆された。(2)肝障害を伴わない先天性肝内門脈-静脈シャントの患者では、血中ADMA、endothelin-1が高く、血中NOが低く、血中TBARSなどの酸化ストレスマーカーが高かった。シャント率は血中ADMA、ADMA/NO比と正の相関を示した。門脈-静脈シャント自体がNO-ADMA系でのADMA優位、酸化ストレス亢進をもたらすこと、肝臓がレドックス制御の重要臓器であることが示唆された。(3)先天性尿素サイクル異常(OTC、ASS、ASLの各異常)を有しアルギニン補充を受けている患者では、OTC異常では血中NOがアルギニンに正相関して高く、ASS異常では血中NOがアルギニンに負相関して低く、ASS、ASL異常では血中ADMAがシトルリンに正相関して高かった。(4)シトリン欠損症を有しているが、見かけ上健常な患者では対照と比べて、血中NO、ADMAに差はないが、血中コレステロールが高く、酸化型LDLなどの酸化ストレスマーカーが高かった。乳児期以降のsilent phaseでも脂肪代謝障害、酸化ストレス亢進が存在することが示されたが、それが成人期の肝障害・脳神経障害の形での再発症と関連すると思われた。
網膜視細胞に対するフィードバック制御機構の神経科学的究明

網膜双極細胞は光受容器である視細胞から入力を受け、大脳皮質視覚野に出力する神経節細胞へ情報を伝える介在神経細胞であり、網膜での視覚情報処理において重要な役割を担っている。我々はこれまでに、双極細胞が神経伝達物質を放出する様式には2種類あることを明らかにしてきた。即ち、軸索終末部に存在するシナプスリボン直下で起きる一過性の放出と、シナプスリボンが存在しない場所で起きる持続的な放出である。本年度は、双極細胞における2種類の伝達物質放出様式が果たす機能的意義を研究した。キンギョ網膜からスライス標本を作製し、Mbl型双極細胞やシナプス後細胞であるアマクリン細胞にホールセルパッチクランプ法を適用し、膜電流を記録した。2つの双極細胞から同時記録を行ったところ、両者の間に電気シナプスが存在することが明らかになった。この電気的結合はギャップ結合の阻害剤によって切断できた。2細胞間の距離が100μm程度離れていても電気シナプスを介した電流が記録できたことから、Mb1型双極細胞は広範囲にわたって電気的に結合していることが示唆された。双極細胞とアマクリン細胞から同時記録を行い、双極細胞に脱分極パルスを与えると、アマクリン細胞から誘発性の興奮性シナプス後電流が記録された。誘発性応答には数十秒という非常に長い脱分極パルスに対して持続するものも観察された。このような非常に長い持続応答は、双極細胞のもつ2種類の伝達物質放出様式のうち持続的放出が関与している可能性が考えられる。しかし、本年度新たに見出した双極細胞聞の電気シナプスを介して多数の双極細胞が興奮し、それらの入力によって持続的な応答が発生していた可能性も考えられる。今後、誘発性シナプス後電流がMb1型双極細胞の伝達物質放出様式とどのような関係があるのか、またその際、Mb1型双極細胞間の電気シナプスが及ぼす影響について検討していく予定である。網膜視細胞に存在するCa^<2+>チャネルは伝達物質の放出を制御している。我々のこれまでの研究から、このCa^<2+>チャネルをフィードバック制御する複数の調節機構が存在することを明らかにした。すなわち、視細胞から開口放出されるグルタミン酸が視細胞の代謝型グルタミン酸受容体(mGluR)を介して調節する機構と、グルタミン酸と同時に放出されるH^+による調節機構である。本年度はまずイモリの網膜スライス標本を用いてこの二つの調節機構を比較検討した。mGluRを介した調節機構はpH緩衝剤存在下でmGluRのアンタゴニストの投与前後で、またH^+による調節機構はmGluRのアンタゴニスト存在下でpH緩衝剤の異なる濃度間で、それぞれ視細胞のCa^<2+>応答を比較することで解析した。その結果、両調節機構間でその時間的経過と電位依存性について差が見られた。時間的経過については、mGluRの方がH^+による調節機構よりも立ち上がりが早いことが示唆された。電位依存性については、mGluRの調節機構では-30mV付近で効果が最大になるのに対し、H^+を介した調節機構では、-20mV付近で効果が最大になることが示唆された。これらのことは更に実験し、より詳細に検討する必要がある。網膜において、視細胞からの出力は双極細胞が受け取る。したがって視細胞のCa^<2+>チャネル調節機構の機能的解析を行うには双極細胞の応答を解析する必要がある。しかし、この双極細胞についてオン型双極細胞の代謝型グルタミン酸受容体の動態、応答機序については、これまではっきりとしたことが分かっていない。そこで、次に双極細胞の代謝型グルタミン酸受容体の動態、応答機序を解析するため、マウス網膜から双極細胞の単離標本を作成し、グルタミン酸応答を記録する実験を開始した。現在は実験、解析中であり、来年度は引き続きこの研究に取り組む予定である。

しかし、本年度新たに見出した双極細胞聞の電気シナプスを介して多数の双極細胞が興奮し、それらの入力によって持続的な応答が発生していた可能性も考えられる。今後、誘発性シナプス後電流がMb1型双極細胞の伝達物質放出様式とどのような関係があるのか、またその際、Mb1型双極細胞間の電気シナプスが及ぼす影響について検討していく予定である。
不完備情報下における家庭内介護の決定要因に関する研究

本研究では、家庭内介護と深い関係にある出生数に焦点をあてた。かつては、家族の中で行われてきた高齢者の介護などの生活保障が、長期的な核家族化と少子化の進展に伴い維持困難となり、公的な助けを必要とするに至っている。もちろん、子の数が増えれば家庭内で十分な介護が供給されるようになるとは限らないが、子の数の増加は、他の社会保険制度同様、公的介護保険制度の財政基盤の安定には少なくとも貢献するはずである。したがって、介護問題を考える上で、出生数に関する議論は重要な意味を持つ。本研究では、親と子が利他的な遺産によってリンクしているdynasty modelに、子のアクションとして所得を得るために努力(effort)を想定し、子の努力水準が親の効用水準にも直接影響を与えるケースを分析した。努力水準が親の効用水準にも直接影響を与える場合には、親にとっての最適な努力水準と子にとっての最適な努力水準が一致しない限り、親と子の間にコンフリクトが発生する。その結果、子の努力水準を操作する手段として遺産を用いるという戦略的動機を親が持つ可能性が生じる。従来の研究によれば、戦略的遺産動機仮説の下では、子の数は内点解をとらず、外生的な要因に基づく上限値に定まるとされているが、本研究では、子の所得に関する不確実性と親が子の努力水準を観察できないという情報の非対称性を考慮し、子の数が内点解をとる可能性があることを示した。これは、親は子の努力水準を観察できなければ、遺産を努力水準に条件付けることができないため、遺産ルールへのコミットメントによって子からすべての余剰を奪い取ることはできない。したがって、対称情報モデルに比べて、親にとって多くの子を持とうとするインセンティブが減少するためである。この結果は、戦略的遺産動機が必ずしも高い出生率と結びつくものではないことを意味する。本研究では、家庭内で十分な子から親に対する介護が行われうるかを調べるために、子の選択する介護水準が親の望む水準や社会的に望ましい水準に比べて小さくなるか否かを検討した。さらに、公的年金や財政赤字などに代表される政策的な世代間所得再分配を考慮し、こうした政策が介護水準に影響を与える可能性を分析した。本研究の特徴は、子の介護水準を観察した後に、利他的な親が子に与える遺産額を決定するという動学ゲーム・モデルに、親が介護と遺産に関する子の選好を観察できないという不完備情報を導入した点にある。すなわち、介護に大きな苦痛を感じるタイプの子と、あまり苦痛を感じずに積極的に介護を行うタイプの子が存在するが、親はそれを区別することはできない。本研究で得られた結果は次の通りである。第1に、完備情報を前提とした先行研究の結果とは異なり、子が選ぶ介護水準が常に過少となるとは限らない。これは、、ある条件の下で、介護に苦痛を感じないタイプの方が感じるタイプよりも多くの遺産を受け取ることができ、その場合には、苦痛を感じるタイプは感じないタイプのふりをしようとして積極的に介護を行い、また、苦痛を感じないタイプは差別化を図るためにより多くの介護を行うというメカニズムが働くことによる。第2に、世代間所得再分配政策は、両方のタイプの子について遺産が内点解をとる場合には、介護水準には影響を与えず中立的となる一方で、少なくとも一つのタイプに対する遺産がゼロとなる場合には、両タイプの介護水準に影響を与える。また、後者の場合には、そうした政策がパレート改善をもたらす可能性がある。今後の課題は、子が介護水準を決定する以前に、親が遺産配分ルールを提示するケースを考え、ルールの内容によって介護水準がいかなる影響を受けるかを検討することである。
酵母を用いたインフルエンザウイルスゲノム複製・転写系の確立と宿主因子の探索

本研究の目的は、動物細胞を宿主とするインフルエンザウイルスのゲノムの複製とウイルス遺伝子の転写を酵母細胞の中で行わせる系を確立し、ついで遺伝学的な手法を用いてこれらの過程に関与する宿主因子を同定しようというものである。酵母では全ゲノム配列が決定されており、ウイルスRNA合成に関連した変異体の相補試験で因子を簡便に同定できる。相同性を基盤に、同定された因子の動物細胞オルソログの機能解析を行なう。精製ウイルス粒子より調製したvRNP(ウイルスゲノム-タンパク質複合体)を培養細胞に導入することにより、ウイルスゲノムの複製・転写が起きる。我々は酵母でも同様に導入されたv即Pからウイルスゲノムの複製・転写が起きることを見いだした。ウイルスRNA合成を促進する既知の宿主因子RAF-2p48の酵母ホモログであるSUB2の欠損酵母では、vRNPからのウイルスRNA合成量が低下していた。すなわち、酵母内ウイルスゲノム複製・転写系で宿主因子の探索および機能解析が可能であると考えられた。そこで、Yeast single-gene deletion libraryを用いてそれぞれの遺伝子欠損酵母に個別にvRNPをトランスフェクションし、ウイルスRNA合成活性に影響を及ぼす酵母遺伝子の探索を行なった。その結果、スプライシング関連因子の複数の欠損株においてウイルスRNA合成活性の低下が観察された。その中で最もRNA合成活性に影響を与える因子であったCUS2に注目し詳細な解析を行なった。CUS2のヒトホモログはTat-SF1であり、Tat-SF1ノックダウン細胞でウイルスRNA合成量の低下が観察された。さらにTat-SF1の過剰発現細胞株ではウイルスRNA合成活性が促進されていたことから、Tat-SF1がウイルスゲノムの複製・転写に促進的に機能する宿主因子であることが示唆された。本研究により、酵母内ウイルスゲノム複製・転写系が確立され、網羅的な宿主因子スクリーニングが可能となり、さらにウイルスゲノム複製・転写メカニズムの解明が大きく進展するもの期待される。cell-freeウイルスRNA合成系を用いて、酵母より調製した核抽出液中にRNA合成を促進する宿主因子が存在することを明らかにした。スフェロプラスト化した酵母を用いて、ウイルス粒子から調製した転写・複製の基本ユニットであるRNP複合体(マイナス鎖ウイルスRNAゲノム+ウイルスRNAポリメラーゼ+NP複合体)を導入することでウイルスRNA(ウイルスmRNA、複製中間体である相補鎖cRNA、および増幅された子孫ウイルスRNA)が合成される系を確立した。GFPレポーター/マーカー遺伝子を挿入したウイルスRNAを作成し、RNP複合体と同時に酵母細胞に導入することで、その発現を確認した。現在、この系を用いて、網羅的に宿主因子のスクリーニングを行なっている。酵母変異ライブラリーを用いて、GFPレポーター/マーカー遺伝子の発現を指標に一次スクリーニングを終えた。現在、発現変動の観察された変異株について、RNA合成量の定量的な測定を行なっているところである。
少数電極の脳波による聴覚刺激を用いたyes/no判別手法の開発

本研究では脳波を利用し聴覚刺激を用いるBMIにより、質問への「はい/いいえ」を判別可能な手法を開発することを目的として研究を行った。H27年度は健常者を対象として、音声で提示される質問に「はい/いいえ」の思考により答える課題を実施した。その結果、2chの脳波を解析し、位相の情報をパラメータとして使用することで68.3%の精度での判別が可能であることを示した。H28年度は筋萎縮性側索硬化症(ALS)患者1名を対象として実験を行い、脳波データを画像化し、その画像を深層学習の手法で、70%の精度での判別が可能であることを示した。脳からの信号を利用し、外部への働きかけや、コミュニケーションを行うブレイン-マシン・インターフェイス/ブレイン-コンピュータ・インターフェイス(BMI/BCI)の研究には刺激入力を使用するものや運動イメージを使用するのも等があり、BMIによる生活環境の制御やロボットハンドの操作など、病気や障害により困難を持つ人々への選択肢の提供を可能とする。応募者はこれまでに主に視覚刺激を用いるBMIによる生活環境制御装置について研究開発を行ってきた。本研究ではその経験をもとに脳波を利用し聴覚刺激を用いるBMIにより、質問への「はい/いいえ」を判別可能な手法を開発することを目的として研究を行った。被験者は簡単な質問に対する「はい/いいえ」を25秒間思考することを課題として与えられ、その際の脳活動を測定した。測定にはg.USB ampを用いて全頭から8chのデータを取得した。サンプリングレートは512Hzとした。被験者は2名で1セッションでの質問の数は30とし、1名につき3セッションを3日に分けて実施した。判別にはSupport Vector Machineを用い、特徴点としては脳波のpowerの実部、虚部、位相のそれぞれを用いた。解析の周波帯にはθ帯およびα帯(4-13Hz)を用いた。その結果、実部を用いた場合、55.56%、虚部を用いた場合56.67%、位相を用いた場合、68.33%の精度で判別を行うことができた。計画では28年度に行う予定であった脳波での実験を実施することができたが、実施人数が少数であること、精度が実用的とされる70%に達していないことから3とした。被験者は簡単な質問に対する「はい/いいえ」を35秒間思考することを課題として与えられ、その際の脳活動を測定した。測定された脳波はP3、P4の脳波であり、サンプリングレートは500Hzとした。被験者は筋萎縮性側索硬化症(ALS)の患者1名で、1セッション10の質問とし、2セッションの実験を実施した。計測した脳波についてWavelet解析を行い、その結果を元に作成した画像を深層学習を用いて作成したモデルにより判別を行った結果、70%での精度で判別を行うことができた。今回は被験者が1名かつ2chの脳波であったこと、Waveletの手法についても多様なmother waveletを用いた検討等は行わなかったため、これらの点について調査を行うことで、より実用的な精度の確保が可能となることが期待される。当初の28年度計画の通りに脳波を計測対象とした実験を進める。今年度行なった課題について、一回の実施時間の短縮等を行い、被験者数を増やす。また筋萎縮性側索硬化症患者を対象とした実験を実施する。ブレイン-マシン・インターフェイス購入予定の物品において、より廉価なもので十分であったため差額が生じた。少額であるため、今年度の機器購入等に使用する予定
レーザー温度ジャンプ過渡格子法を用いたタンパク質の構造変化誘起と解析に関する研究

熱応答性高分子や生体高分子などの熱応答性試料の熱刺激による相転移・相緩和などの構造変化ダイナミクスを誘起・測定することを目的とした測定手法の開発を行った。瞬間的に試料を加熱することが可能なレーザー温度ジャンプ法を採用した光学系を構築し、過渡格子法により屈折率を通して瞬間的に高温下に置かれた熱応答性試料の温度緩和に伴う構造変化過程の検出を行った。熱刺激に応答して、親水・疎水性や溶解性などの可逆的な変化が引き起こされる熱応答性高分子は、材料表面や酵素などに導入することで、熱刺激応答性を持つ新しい機能材料を構築可能なことから、構造変化ダイナミクスの解析に有効な実験的アプローチの開発はこれらの新規機能性材料の機能や性質を理解するうえで非常に興味深く、機能発現機構の解析などは意義があると考えられる。本年度に得られた成果は、前年度までに報告していた結果の続報として、Physical Chemistry Chemical Physics誌に掲載された。これらの報告は熱応答性高分子が相転移・相緩和の際に従来知られていなかった中間状態を経て緩和することを初めて明らかにしたものである。また熱応答性高分子を用いたアプリケーション例として、金属細線と近赤外光を用いて顕微鏡下で局所的に相転移を誘起し、物質の濃縮・検出を可能とするシステムを考案した。この成果は、Chemistry-An Asian Jounal誌に掲載された。これらの研究成果をもとに国内・国際学会において研究発表を行い、また国内の学会にて2件の発表賞を受賞した。本研究はタンパク質分子の構造変化を解析することを目的とし、タンパク質の熱変性や折り畳み構造変化ダイナミクスの解明を行った。またその前実験として、また生体高分子を取り扱う際に生じる変性や凝集などの測定の困難さを取り除くためのモデルタンパク質化合物として期待される温度応答性高分子の相転移機構の解明を行った。周囲の環境に応じて変化する生体高分子の立体構造変化ダイナミクスの解析は、これらの分子の機能や性質を理解するうえで非常に興味深く、構造変化ダイナミクスの解析に有効な実験的アプローチの開発はこれら生体高分子の機能発現機構の解析などに意義がある。このような構造変化ダイナミクスの解析に有効な実験的アプローチを行うために、レーザー温度ジャンプ過渡格子法を用いた構造の屈折率ダイナミクス計測・解析を行った。温度応答性高分子として熱による外部刺激に応答し、可逆的な相転移現象を示すポリ(N-イソプロピルアキリルアミド)(PNIPAM)水溶液を用いた。PNIPAM水溶液は室温から10K程度加熱することで、透明な均一水溶液から白濁した混合溶液へ水と高分子が相分離する。この相分離過程は可逆的で、冷却することで均一系へ緩和することから、モデルタンパク質化合物として期待される。過渡格子法によるPNIPAM水溶液の相転移ダイナミクスの応答から、相分離に起因する濁度変化の後、屈折率変化でのみ観測される数秒ほどの緩和応答が得られた。この緩和応答はglobule状態のPNIPAMがcoil状態へと構造緩和する過程だと考えられ、温度制御装置を用いた試料温度依存性から、globule状態の水和構造の違いを反映していると考えられる。この研究成果をもとに国際学会ポスター発表一件、国内口頭発表一件を行った。熱応答性高分子としてポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)を用い、試料温度を厳密に制御可能な装置を自作し、レーザー温度ジャンプ過渡格子法による相転移ダイナミクスの測定を行った。試料温度が0.1 oC異なるだけで、観測される現象が変わることから、精密な実験を行い測定を行った。得られた成果は、この熱応答性高分子が相転移・相緩和の際に従来知られていなかった中間状態を経て緩和することを初めて明らかにした。さらに、その中間状態が、試料温度・温度ジャンプ幅に依存して変化することを明らかにした。この成果は、Physical Chemistry Chemical Physics誌に掲載されることが決まっており、広く世界中の研究者に研究成果を広めることが出来た。この研究成果をもとに国際学会ポスター発表一件、国内口頭発表二件を行った。

熱刺激に応答して、親水・疎水性や溶解性などの可逆的な変化が引き起こされる熱応答性高分子は、材料表面や酵素などに導入することで、熱刺激応答性を持つ新しい機能材料を構築可能なことから、構造変化ダイナミクスの解析に有効な実験的アプローチの開発はこれらの新規機能性材料の機能や性質を理解するうえで非常に興味深く、機能発現機構の解析などは意義があると考えられる。本年度に得られた成果は、前年度までに報告していた結果の続報として、Physical Chemistry Chemical Physics誌に掲載された。これらの報告は熱応答性高分子が相転移・相緩和の際に従来知られていなかった中間状態を経て緩和することを初めて明らかにしたものである。また熱応答性高分子を用いたアプリケーション例として、金属細線と近赤外光を用いて顕微鏡下で局所的に相転移を誘起し、物質の濃縮・検出を可能とするシステムを考案した。この成果は、Chemistry-An Asian Jounal誌に掲載された。これらの研究成果をもとに国内・国際学会において研究発表を行い、また国内の学会にて2件の発表賞を受賞した。熱応答性高分子の相転移・相緩和ダイナミクスに関する研究を行い、従来知られていなかった相緩和時の中間状態を明らかにした。この結果はPhysical Chemistry Chemical Physics誌に掲載されることが決まった。これらのことから、当初の研究目的に対しておおむね順調に進展していると言える。今後の研究について、温調セルを用いて熱応答性試料の試料温度依存性について測定を行う。試料温度とレーザー加熱温度幅は熱応答性試料の溶解状態に密接に関与すると考えられるため、0.1度ごとに試料温度を変化させながら実験を行う。
高等学校における中国語教授法の研究

勤務校である早稲田大学高等学院(以下「早大学院」)の中国語履修者の学習状況・学習目的などについて、特に他校とは異なる特徴的な側面を把握し、その背景について考察するために、アンケート調査を行い、現在の問題点と今後目指すべき教育課程の在り方を探った。その結果、1、「生徒は読む・書く・聞く・話すの能力(特に最後の二者)を向上させることを希望している一方で、文法を中心に学習したいという、矛盾する希望も持っていること、2、その背景には、生徒の学内試験を重視する傾向が存在しており、しかもそれには、大学附属校ゆえに存在する早大学院独自の制度上の問題が大きく関係していることを明らかにした。さらに、その結果から、早大学院の中国語課程には、実践的な力を高めるための統一性の高い教授法システム、それも特に発信型の教育を主眼とするシステムを確立する必要性が生じていることも示した。更に、早大学院の第二外国語では一クラスあたりの人数が多いため、そういったシステムを確立するためには、従来ほとんど研究されてこなかった大規模教室におけるコミュニカティブな教授法を開発する必要があることを、今後の課題として指摘した。また、これらの研究成果を踏まえ、他の第二言語習得研究・教授法研究の諸理論を参考にしつつ、大規模教室において導入可能なリスニング教授法を開発し、試験的に授業に導入すると共に、未習者を対象とするコミュニカティブ・アプローチを中心とした「総合」型の授業を行うために、教授法および授業案を開発・作成した。