hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新規化学反応解析手法に基づいたダイヤモンド半導体の材料設計

ダイヤモンドは高硬度やワイドバンドギャップ等の優れた特性を持つため、シリコンに代わる電子デバイス材料として期待されている。現在Chemical Vapor Deposition (CVD)によってダイヤモンド薄膜が作成されているが、高品位のダイヤモンド薄膜を作成するためには結晶成長機構の理解が必要不可欠である。本研究では、高精度の第一原理計算であるCASSCF法と摂動論(MRMP2)を用いて、CVDダイヤモンドの成長機構を解析した。化学反応が起こる部分を第一原理量子化学計算、周囲の結晶格子を分子力学法で扱うQMMM法を用いて安定構造と遷移状態の構造を求めた。CVD成長の原料ガスの水素およびメチルラジカルとダイヤモンド(100)面との反応を解析し、各素反応の活性化エネルギーを明らにした。また、第一原理計算から求めた反応の活性化エネルギーを用いて、モンテカルロシミュレーションを行い、CVDによる結晶成長機構の解析を行った。シリコンカーバイド(SiC)はダイヤモンドと同様にシリコンを超える性能を持つ半導体材料として利用されており、その表面化学に関心が集まっている。そこでCASSCF法を用いてSiC表面の構造および化学反応を解析した。これによってSiC(100)のSi終端面のダイマー構造がダイラジカルになることを明らかにした。また、シリコンとダイヤモンドの100面との比較から、表面ダイマーのπ結合が反応性に与える影響を明かにした。ダイヤモンドは高硬度やワイドバンドギャップ等の優れた特性を持ち、不純物半導体の電子伝導性が極めて高いことから、シリコンに代わる電子デバイス材料として期待されている。現在、Chemical Vapor Deposition(CVD)によってダイヤモンド薄膜が作成されているが、高品位のダイヤモンド薄膜を作成するためには結晶成長機構の理解が必要不可欠である。本研究では、化学反応が起こる部分を第一原理量子化学計算、周囲の結晶格子を分子力学法で扱うQMM/MM法を用いて、CVDダイヤモンドの成長機構を解析した。CVD成長の原料ガスのCH_3分子とダイヤモンド(100)面との反応を解析し、成長の律速段階の活性化エネルギーを明らかにした。シリコンカーバイド(SiC)はダイヤモンドと同様にシリコンを超える性能を持つ半導体材料として、高温・高電圧の条件で動作する電子デバイスやセンサー等に利用されている。SiC薄膜の作成や加工のために、その表面化学の解明に関心が集まっている、そこでQM/MMを用いてSiC表面の構造および化学反応を解析した。SiC(100)面上のダイマー構造に関して、電子状態、および反応性の特徴を明らかにした。SiC(100)のSi終端面はC終端面と比べπ結合による安定化が小さく反応牲が高いことが分かった。シリコン、ダイヤモンド、SiCは同様の結晶構造を持つが、格子定数の違いにより(100)表面上のダイマーの電子状態が異なり反応性に影響を与えることを明らかにした。これらの結果については学会で発表した(American Conference of Theoretical Chemistry,2002,7月)。
重合性蛋白質モノマーの精密設計に基づく環境応答性ナノ機能材料の創製

前年度までに重合性蛋白質Protein shackle (PS)の基本設計が完了している。本年度は、前年度に開始したPSによる高次構造体創製のための分子設計に引き続き取り組んだ。前年度にコイルドコイルを架橋点とした設計においてヒドロゲルの形成が確認されたものの、特異性に乏しく、片方の重合体だけでもヒドロゲルが形成されてしまうことがある点が問題だった。そこで、特異的かつ強固な結合を形成する蛋白質ペアとして、Clostridium thermocellum由来のCohesinおよびDockerinを用いることにした。PSの末端にれぞれCohesin、Dockerinを融合させた蛋白質を設計し、取得した。PSと各蛋白質との共重合体をそれぞれ調製し、混合したところ、溶液の粘性は上昇したがヒドロゲルの形成までには至らなかった。一方、何も融合していないPSを比較的高濃度になるように濃縮したところ、白濁した粘性の高い溶液となることが明らかになった。さらに、高濃度のまま重合を進行させることで、ヒドロゲルが得られることが明らかになった。また、異質な材料とPSを融合させるための技術開発にも取り組んだ。そのために、PS結合蛋白質のN末端にCysを導入した蛋白質を設計した。この蛋白質のCysに対してビスアクリルアミドを反応させ、アクリルアミド基を有する修飾体を合成した。これをアクリルアミド溶液に加えて重合させることで、PSが結合可能なポリアクリルアミドゲルを作製した。このヒドロゲルにGFPを融合したPSを含む反応液を作用させることで、GFP蛍光からヒドロゲルへの修飾を確認することに成功した。26年度が最終年度であるため、記入しない。前年度までに重合性蛋白質Protein shackleの基本設計が完了し,その物性および反応機構を詳細に明らかにしてきた。当該年度はまず前年度に引き続き、Protein shackleの物性および反応機構の解析を行った。変異体解析により、活性部位を覆う蓋の開閉に用いたジスルフィド結合の形成が重合活性を制御していること、および重合がイソペプチド結合形成による架橋に基づくものであることを確認した。円二色性偏光により、Protein shackleの単量体、重合体共にβシート構造を示唆するスペクトルが得られ、熱安定性は重合体の方が高いことが示された。以上の結果と前年度までの結果を総合して、Protein shackleの設計と反応・物性解析を完了しNature Communications誌に報告した。次に、リビング重合するProtein shackleの設計を目指した。しかしながら、複数種類の変異体を設計し取得したものの、活性のスイッチとなるようなNドメイン変異体を取得するに至らなかった。続いて、Protein shackleによる高次構造体創製のための分子設計を行った。Protein shackleポリマーの「側鎖」に架橋点を設けるため、互いに相互作用してコイルドコイルを形成するペプチド対をN末端、C末端に融合したProtein shackleをそれぞれ用意した。各蛋白質をそれぞれ重合させた後に混合したところ、粘度上昇ののちに速やかにヒドロゲルを形成した。以上の結果より、「側鎖」間の架橋によりマクロな高次構造体の創製が可能であることが示唆された。高次構造体の創製に向けた重合性蛋白質設計は当初の計画以上に進展し、分岐・架橋構造をつくりだす方法論の確立に成功した。一方で、リビング重合する蛋白質の設計も試みたが、そのような性質を有するような蛋白質を得ることはできなかった。以上を合わせて考慮して、このような評価とした。前年度の結果より、リビング重合する蛋白質の設計については大きな困難が予想されるため、高次構造体創製に向けた重合性蛋白質の設計と解析に注力する。

架橋点を形成する相互作用蛋白質間をより特異性の高いものに変えた設計やProtein shackleと融合蛋白質間のスペーサーをより長く親水性の高いものに変えた設計を試み、反応性や物性の変化を多角的に解析する。その結果を基に、無機材料ペプチド等の機能性ペプチドを融合した高次構造体を創製する予定である。
光再生可能な有機ヒドリドの自在制御に基づく二酸化炭素多電子還元錯体触媒の開発

本研究代表者は、補酵素NAD(Nicotinamide Adenine Dinucleotide)におけるNAD+/NADH型の再生可能な有機ヒドリド生成能に着眼し、光エネルギーによって再生可能なヒドリド源を配位子内に組み込んだ様々な金属錯体を合成し、二酸化炭素再資源化反応の開発に取り組んできた。本研究である「光再生可能な有機ヒドリドの自在制御に基づく二酸化炭素多電子還元錯体触媒の開発」は、NADモデル配位子のπ共役系に着目した新しい分子設計を施したNADモデル配位子を有するルテニウム(Ru)錯体による、光エネルギーにより再生する有機ヒドリドのヒドリド供与能自在制御に基づく高効率な二酸化炭素からメタノールへの6電子還元反応の創成を志向しており、(1)光エネルギーにより有機ヒドリドを貯蔵したNADH型錯体におけるヒドリド供与能の向上、(2)基質結合部位を有する新規錯体の合成と光有機ヒドリド貯蔵反応特性の解明および二酸化炭素や二酸化炭素還元中間物質との反応性の検討、を各種分光学・光化学・電気化学的測定等、多面的な測定手法を駆使し、研究目的達成を目指す。本年度(平成30年度)では、平成29年度で得られた知見を基盤とし、新規NADH型配位子pnHHを有するRu錯体の光化学的合成・単離に成功した。また、このNAD+型Ru-pn錯体からNADH型Ru-pnHH錯体への詳細な光有機ヒドリド貯蔵反応メカニズムに関して、UV-vis、ESR、NMR、MS測定の結果より明らかにすることができた。NAD+型Ru-pn錯体からNADH型Ru-pnHH錯体への特異な光有機ヒドリド貯蔵反応機構を明らかにすることができたが、NADH型Ru-pnHH錯体を合成・単離可能な反応条件の探索とその最適化に予想以上の多くの時間を必要としたことから、Ru-pnHH錯体の各種物性や二酸化炭素還元能を検討することができなかった。よって、現在のところ、本研究の進捗状況としては、やや遅れていると判断した。次年度は巻き返しを図り、本研究を大きく進展させていきたい。NADH型であるRu-pnHH錯体の各種分光学・光化学的性質や電気化学的特性、および、二酸化炭素還元特性の検討を行うことで、ヒドリド供与能の向上・自在制御方法論の探求に取り組む。また、基質結合部位を有する新規錯体の合成と光有機ヒドリド貯蔵反応特性の解明および二酸化炭素や二酸化炭素還元中間物質との反応性の検討を行い、これら錯体の分光学・光化学・電気化学的特性、光エネルギーによるNAD+型からNADH型への還元反応特性や二酸化炭素・一酸化炭素・ギ酸・ホルムアルデヒドとの反応性に関する知見を得ることで、二酸化炭素をメタノールへと多電子還元し得る錯体触媒の創出を目指す。平成29年度は、(1)に関する研究に取り組み、新規NAD+型配位子であるpn配位子の合成は基より、新規Ru-pn錯体の合成やX線結晶構造解析にも成功した。さらに、犠牲還元試薬存在下、480 nm付近の可視光をRu-pn錯体溶液に照射することにより、NAD+型からNADH型への光有機ヒドリド貯蔵反応が進行することも明らかになった。新規な配位子や錯体の合成・単離に成功し、NAD+型錯体の物性やX線結晶構造解析をはじめ、NAD+型からNADH型への光有機ヒドリド貯蔵反応が進行することも明らかになったことより、本研究はおおむね順調に進展していると判断できる。

本研究である「光再生可能な有機ヒドリドの自在制御に基づく二酸化炭素多電子還元錯体触媒の開発」は、NADモデル配位子のπ共役系に着目した新しい分子設計を施したNADモデル配位子を有するルテニウム(Ru)錯体による、光エネルギーにより再生する有機ヒドリドのヒドリド供与能自在制御に基づく高効率な二酸化炭素からメタノールへの6電子還元反応の創成を志向しており、(1)光エネルギーにより有機ヒドリドを貯蔵したNADH型錯体におけるヒドリド供与能の向上、(2)基質結合部位を有する新規錯体の合成と光有機ヒドリド貯蔵反応特性の解明および二酸化炭素や二酸化炭素還元中間物質との反応性の検討、を各種分光学・光化学・電気化学的測定等、多面的な測定手法を駆使し、研究目的達成を目指す。本年度(平成30年度)では、平成29年度で得られた知見を基盤とし、新規NADH型配位子pnHHを有するRu錯体の光化学的合成・単離に成功した。また、このNAD+型Ru-pn錯体からNADH型Ru-pnHH錯体への詳細な光有機ヒドリド貯蔵反応メカニズムに関して、UV-vis、ESR、NMR、MS測定の結果より明らかにすることができた。NAD+型Ru-pn錯体からNADH型Ru-pnHH錯体への特異な光有機ヒドリド貯蔵反応機構を明らかにすることができたが、NADH型Ru-pnHH錯体を合成・単離可能な反応条件の探索とその最適化に予想以上の多くの時間を必要としたことから、Ru-pnHH錯体の各種物性や二酸化炭素還元能を検討することができなかった。よって、現在のところ、本研究の進捗状況としては、やや遅れていると判断した。次年度は巻き返しを図り、本研究を大きく進展させていきたい。NADH型Ru錯体の合成・単離と各種分光学・光化学的性質や電気化学的特性、二酸化炭素還元特性の検討を行い、ヒドリド供与能の向上・自在制御する方法論の探求を行うとともに、基質結合部位を有するRu錯体に関する研究である上述の(2)(研究実績の概要を参照)に取りかかり、これら錯体の分光学・光化学・電気化学的特性、光エネルギーによるNAD+型からNADH型への還元反応特性や二酸化炭素・一酸化炭素・ギ酸・ホルムアルデヒドとの反応性の検討を行い、ヒドリド能の評価や、光よるヒドリド源の再生能力、さらには、反応中間体の同定など、詳細な反応機構を解明することで、二酸化炭素をメタノールへと多電子還元し得る錯体触媒の開発を目指す。NADH型であるRu-pnHH錯体の各種分光学・光化学的性質や電気化学的特性、および、二酸化炭素還元特性の検討を行うことで、ヒドリド供与能の向上・自在制御方法論の探求に取り組む。また、基質結合部位を有する新規錯体の合成と光有機ヒドリド貯蔵反応特性の解明および二酸化炭素や二酸化炭素還元中間物質との反応性の検討を行い、これら錯体の分光学・光化学・電気化学的特性、光エネルギーによるNAD+型からNADH型への還元反応特性や二酸化炭素・一酸化炭素・ギ酸・ホルムアルデヒドとの反応性に関する知見を得ることで、二酸化炭素をメタノールへと多電子還元し得る錯体触媒の創出を目指す。研究を遂行する上で必要な研究経費を執行する際、試薬・実験用器具を精査して購入するなど、研究経費のより効率的な使用に努めた結果、次年度使用額に差が生じ、未使用額が発生した。配位子・金属錯体を合成するための試薬やガラス器具購入費に充て、本研究を当初の予定以上に進め、加速度的に発展させるべく、有効に使用する。研究を遂行する上で必要な研究経費を執行する際、試薬・実験用器具を精査して購入するなど、研究経費のより効率的使用に努めた結果、次年度使用額に差が生じ、未使用額が発生した。配位子・金属錯体を合成するための試薬やガラス器具購入費に充て、本研究で生じている遅れを取り戻し、当初の予定以上に進め、加速度的に本研究を発展させるべく、有効に使用する。
小分子活性化を目的とする固体表面の構造制御

N2、CH_4、およびCO_2のような不活性小分子を活性化するための固体表面構造の設計と開発に関する研究を6名が分担して行った。分子の活性化を詳細に調べ、効率的な活性化プロセスを開発するためには、固体表面の構造解析を行う必要がある。3方向で構造を解析することが可能な偏光全反射蛍光EXAFS装置を開発して、それを用いてAl_2O_3単結晶上に分散したPt微粒子の雰囲気構造変化を追跡することに成功した。また、高感度反射吸収IR分光法の開発も併せて行った。CO_2の活性化機構を調べる目的で、Pt単結晶の種々の構造面を用いて、CO_2の脱離のダイナミックスを調べ、結晶面の異方性を反映した脱離分布を見いだした。CO_2をH_2により還元してメタノールに転換する新規Pt触媒の開発に成功した。Pt触媒はCO_2還元によるメタノール合成に不活性てあるが、PtとWおよびCrを含むバイメタル錯体を用いると選択的にメタノールが生成することを見いだした。一方、SiO_2上にTiO_2やV_2O_5を高分散させ、さらにPtあるいはCuを添加した触媒が、CO_2の光還元に有効であることを見いだした。Cuの微粒子で表面修飾したp型Si半導体電極を用いて、太陽光によるCO_2の光電気化学的還元を行い、Cu電極に比べて遙に効率的にエチレンなどの生成物を得た。ゼオライト細孔内Ru触媒がメタンを活性化してC_2-C_4の炭化水素化合物を得るのに有効な触媒となりうることを観察した。近年、表面化学と有機金属化学とが融和し、新しい表面有機金属化学の分野が急速な展開を遂げている。本研究では有機金属化学の著しい発展によってもたらされた分子の活性化手法とその機構を基礎として、一方で固体表面上の配位不飽和な表面原子や集団(クラスター)の持つ特有な化学反応性や反応環境を利用して、不活性小分子の活性化のための新しい反応場を創製することにより、従来にない画期的な小分子活性化法とその機構の解明に関する研究を展開することを目的とした。具体的研究成果の第一は、角度分解エネルギー分析器の開発であり、これはフーリエ変換型飛行時間イオン分析器という新しいタイプの分析器である。これを用いると固体表面上に吸着した原子や分子の脱離方向と速度を求めることができる。ルテニウムの(001)単結晶表面に吸着したCO分子の脱離分布と脱離速度を観測することに成功した。これが成功したことにより、固体表面上に存在する分子の化学結合の配向状態とエネルギー状態を解析することが可能となり、固体表面上で分子が活性化される機構と微視的過程についての知見を得ることができると期待される。研究成果の第二は、銅と電気陰性度の大きな金属との組合わせによるバイメタル電極上での二酸化炭素還元挙動の特徴を見いだしたことで、第三は、金(111)単結晶上での銀を水溶液中において走査トンネル顕微鏡を用いて、その原子像観察に成功したこと、また第四は、シップインボトル合成法を用いて白金の915個のカルボニルクラスターをゼオライト細孔内に作製し、それらが光水性ガスシフト反応に高活性であることを見いだした。以上、原子・分子レベルで制御された微細構造を固体表面に設計し、それらを微視的に観察する手法の確立に関する研究を行った。窒素、二酸化炭素およびメタンを活性化し、それを用いた新しい化学合成反応を確立するために、活性な固体表面の構造を構築あるいは表面化学プロセスを創出する。そのための有効な方法として、有機金属化学による分子の活性化手法と表面に特有な物性や反応性、あるいは反応環境を利用する。また小分子活性化のための構造制御する基本的な知見を得るためには、平均化された構造情報でなく、結合の異なる方向での解析に基づく微視的情報が必要となる。このために、表面の非対称的構造あるいは異方的構造の解析法の確立する。これにより、小分子活性化のための表面反応経路の開拓と活性中間体の挙動および微視的反応機構を明らかにする。本年度における前者の成果として、Pt-Cr/SiO_2およびPt-W/SiO_2触媒上でCO_2が選択的に還元されメタノールが合成されることを見いだした。新しいバイメタル錯体から調製した触媒は、特にPt-W触媒では90%の選択性でCO_2をCH_3CHに転換した。一方、従来法で調製した触媒では、CO_2の大部分(84-98%)はむしろ単にCOへと転換されるのみである。後者の研究として、新しくその場観察用偏光全反射蛍光EXAFS法を開発した。この方法では、試料内に存在する種類の異なる結合を選択的に分離して測定することができる優れた特長を有する。この方法は真空下でも気体雰囲気下でもいわゆるその場観察が可能であり、触媒作用との関連での構造決定には優れた方法となる。この手法により、SiO_2上のCu、Al_2O_3上のCo酸化物クラスター、Al_2O_3上のPtクラスターなどの非対称構造の解析に成功した。

3方向で構造を解析することが可能な偏光全反射蛍光EXAFS装置を開発して、それを用いてAl_2O_3単結晶上に分散したPt微粒子の雰囲気構造変化を追跡することに成功した。また、高感度反射吸収IR分光法の開発も併せて行った。CO_2の活性化機構を調べる目的で、Pt単結晶の種々の構造面を用いて、CO_2の脱離のダイナミックスを調べ、結晶面の異方性を反映した脱離分布を見いだした。CO_2をH_2により還元してメタノールに転換する新規Pt触媒の開発に成功した。Pt触媒はCO_2還元によるメタノール合成に不活性てあるが、PtとWおよびCrを含むバイメタル錯体を用いると選択的にメタノールが生成することを見いだした。一方、SiO_2上にTiO_2やV_2O_5を高分散させ、さらにPtあるいはCuを添加した触媒が、CO_2の光還元に有効であることを見いだした。Cuの微粒子で表面修飾したp型Si半導体電極を用いて、太陽光によるCO_2の光電気化学的還元を行い、Cu電極に比べて遙に効率的にエチレンなどの生成物を得た。ゼオライト細孔内Ru触媒がメタンを活性化してC_2-C_4の炭化水素化合物を得るのに有効な触媒となりうることを観察した。
Comprehensive Grobner Bases に関する研究

本研究では、われわれの理論を発展させ、それに基づく実用に耐えうるComprehensive Grobner Basesの計算アルゴリズムを構築した。具体的には、Von Neumann regular環上の多項式環におけるグレブナー基底とComprehensive Grobner Basesの間に成り立つ関係をさらに詳しく研究し、その結果に基づいて効率的アルゴリズムを開発し、計算機実験を行って有効性を実証した。われわれの理論に基づくアルゴリズムは従来のものよりもはるかに単純な構造なので、MathematicaやMaple等のように世の中で広く利用されている数式処理システムへの実装も容易に実現できた。これを用いて、ブール環を係数環とする多項式環においてComprehensive Grobner Basesが単項順序を操作することのみによって計算できることを明らかにした。この方法は従来のアルゴリズムにたいして比較にならない程、高速でしかもメモリー消費量を抑えることができる。これにより、限量子消去などを含む複雑な集合制約にたいしても、高速に解くアルゴリズムを実装できる見通しがついた。一般の体を係数環とする多項式環においても、グレブナー基底のStabilityの理論に基づくアルゴリズムを開発した。このアルゴリズムの構造は現在知られている他のアルゴリズムと比べてはるかに単純な構造をしていて、通常のグレブナー基底を計算できる数式処理システムであれば容易に実装が可能である。Maple、Singular、Risa/Asir上に実装したプログラムによる計算実験により、このアルゴリズムは従来知られているものにたいして圧倒的に高速であることも確認された。この結果は数式処理でもっとも重要な国際会議の一つであるISSAC(2006年7月開催)において採択された。その存在とアルゴリズムがWeispfenningによって1992年に発表されてから、すでに15年がたっているが、実際に使えるプログラムは皆無であった。具体的には、Von Neumann regular環上の多項式環におけるグレブナー基底とComprehensive Grobner Basesの間に成り立つ関係とグレブナー基底の安定性に関する性質をさらに詳しく研究し、その結果に基づいて効率的アルゴリズムを開発し、計算機実験を行って有効性を実証した。この結果は2006年に開催された計算機代数の最も重要な国際会議であるISSAC2006で発表された。われわれの理論に基づくアルゴリズムは通常のグレブナー基底の計算のみで構成されており、従来のものよりもはるかに単純な構造なので、MathematicaやMaple等のように世の中で広く利用されている数式処理システムやSingularのようなメジャーな可換代数システムへの実装も容易に実現できた。2007年7月に開催されるISSACでは、われわれのアルゴリズムを改良した研究が2件発表されることになっており、われわれの結果の重要性を示している。
下咽頭粘液Liquid Biopsyによる早期癌診断

近年、体液中の遊離腫瘍遺伝子cell freeDNAを検出するliquid biopsyが実用化されている。血液liquid biopsyは薬物療法選択に臨床応用され、粘液(唾液)liquid biopsyは口腔早期診断への応用が模索されている。内視鏡のみによる診断が困難な下咽頭は粘液liquid biopsyによる早期癌診断の恩恵が最も見込まれる部位である。本研究では既知の下咽頭癌症例と下咽頭癌ハイリスク症例を対象に、下咽頭粘膜liquid biopsyの技術開発を行う。早期癌発見率を向上させ、下咽頭癌のQOLと予後を向上させることを目的とする。
高度情報社会に対応できる女性のためのコンピュータリテラシーの開発

〔研究の目的〕今日のわが国ではコンピュータはもはや専門家だけのものでなく,市民の社会生活や家庭生活でも日常的に使われるようになり,市民も情報処理に関する科学的知識と技能の基礎を身に付けていなければならない.本研究では,特に非専門家である女性を対象としたコンピュータリテラシィの開発を目的とした.〔現状の分析-リテラシィ教育の出発-〕従来の情報処理教育は専門性の高いものであるので,非専門家を対象にそのままを実践することは,カリキュラムや学生の資質の上で困難であった.また,従来の情報処理教育は現在の企業や社会からの要請されている内容から埀離している傾向も見られる.この点に注目し,我々の取るべき方向は,身の回りの情報を処理して行く中でリテラシィを学ぶことにあると考えた.〔新しい内容の試行-データベース,グラフィックス他-〕まず,身の回りの情報処理としてパソコン・リレーショナル・データベースを利用した「ともだち」(同窓生検索システム)と「会社案内」(企業検索システム)の構築をし,授業への導入を計った.さらに,ワープロ,マイコングラフィックス,通信,表計算等も授業の中に導入した.〔学内情報処理環境の向上〕62年3月に学内の実習用パソコンのレベルアップによる全面的な更新が行われたので, 61年度に行った研究の成果を学生実習に導入することができた.〔テキストの作成〕6162年度に行った新しい内容の試行授業を検討し,新しいテキスト「マイクロコンピュータ利用法」を作成した.〔総括〕6162年度の2年間にわたる文部省科学研究費の補助金を受け,上述のように女性のためのコンピュータリテラシィ教育を大きく進展させることができた.〔研究の目的〕今日のわが国ではコンピュータはもはや専門家だけのものでなく,市民の社会生活や家庭生活でも日常的に使われるようになり,市民も情報処理に関する科学的知識と技能の基礎を身に付けていなければならない.本研究では,特に非専門家である女性を対象としたコンピュータリテラシィの開発を目的とした.〔現状の分析-リテラシィ教育の出発-〕従来の情報処理教育は専門性の高いものであるので,非専門家を対象にそのままを実践することは,カリキュラムや学生の資質の上で困難であった.また,従来の情報処理教育は現在の企業や社会からの要請されている内容から埀離している傾向も見られる.この点に注目し,我々の取るべき方向は,身の回りの情報を処理して行く中でリテラシィを学ぶことにあると考えた.〔新しい内容の試行-データベース,グラフィックス他-〕まず,身の回りの情報処理としてパソコン・リレーショナル・データベースを利用した「ともだち」(同窓生検索システム)と「会社案内」(企業検索システム)の構築をし,授業への導入を計った.さらに,ワープロ,マイコングラフィックス,通信,表計算等も授業の中に導入した.〔学内情報処理環境の向上〕62年3月に学内の実習用パソコンのレベルアップによる全面的な更新が行われたので, 61年度に行った研究の成果を学生実習に導入することができた.〔テキストの作成〕6162年度に行った新しい内容の試行授業を検討し,新しいテキスト「マイクロコンピュータ利用法」を作成した.〔総括〕6162年度の2年間にわたる文部省科学研究費の補助金を受け,上述のように女性のためのコンピュータリテラシィ教育を大きく進展させることができた.1.情報処理環境の高度化:非専門家のためのコンピュータリテラシー,すなわち、基本的情報処理教育の開発を目標とし、具体案を作成した。特に本年度は学内の学生や教職員の情報処理能力を向上させることを目指し、学内の環境を情報処理の面から高度化することを試みた。学内にある様々の生活情報のうち、我々にとって最も利用度の高い情報は何かを堀り起すことから始めた。我々にとってニーズの高い情報の処理を我々自身が行うことによって、我々の情報処理環境は高度なものとなりうる。この目的のために、次に示す生活情報データーベースを作成した。3.生活情報データベース(1)「仕事への道企業求人ファイル:当短大の学生部にある求人票を基にして、データベースを作成した。内容は、企業名称,所在地,勤務条件(給与,職種,入社試験日,休日)、社会保険など32項目からなる。利用者は各項で検索し必要な企業情報を入手することができる。このファイルに、入社試験記録、卒業生の勤務状況等の情報ファイルを連結し、利用者のニーズを汲み上げたシステムに発展させる。(2)「ともだち同窓生検索システム:当短大の国際教養科の在校生と卒業生についての個人情報,入学と卒業年度,学籍番号,各種クラス番号,氏名,改姓,現住所,勤務先所在地,電話番号,出身高校,勤務先名称,所属クラブ,取得した資格等32項目からなるデータベースを作成した。このシステムは同窓生間の関連づくりに役立つことができる。上記のデータベースを学生自身が総合的に運用することによって、情報処理能力の向上を計ることができた。
細胞膜受容体を介した内皮細胞の増殖制御機構

内皮細胞特異的シグナル伝達系VEGF-Flt受容体の解析我々が初めて単離したFlt受容体のmRNAがラット肝においては類洞壁内皮細胞画分に強く発現し、またVEGFがこの細胞画分(以下NP-cell)に対して強い増殖刺激活性をもつことを明らかにした。この点をさらに解析し、VEGFの効果が極めて特異的であること、すなわち、従来内皮細胞増殖因子の1つとして用いられてきた塩基性、酸性FGFが全く増殖刺激活性を示さない興味ある系であることを見いだした。さらに、へパリンがVEGFの効果を増強することも確認した。Flt受容体のシグナル伝達系解析のモデル系として、NIH3T3線維芽細胞をもちい、リガンドの結合や細胞内でどのようなシグナル伝達系が働いているかを解析した。まず、精製VEGFを^<125>Iラベルし、Fltとの結合を調べたところ、Kd=2pM程度の高親和性結合を示すことが明らかとなった。さらに、抗体による免疫沈降と抗リン酸化チロシン抗体によるウエスタンブロッティングにより、リガンド依存性で一過性の自己リン酸化を観祭した。しかし、興味あることに、MAPキナーゼの活性化は非常に弱いことが明らかとなった。一方、GAP複合体のチロシンリン酸化は、EGF受容体高発現細胞をEGFで刺激した時とほぼ同程度に強く生じていることが見い出された。また、c-fosの誘導は非常に弱く、c-mycの誘導は認められなかった。以上のことは、VEGF受容体の1つFltキナーゼがNIH3T3細胞のバックグラウンドではシグナル伝達が不完全であり、DNA合成を誘導できないことを強く示唆している。内皮細胞系でのみなぜ増殖シグナルが伝えられるのか、NIH3T3に不足している因子が存在するのか非常に興味深く、さらに検討する予定である。
金属イオン導入等によるDNA中電荷担体導入の新展開

DNAに電荷担体を導入しナノ電子素子の可能性を探るため、2価金属イオンMをDNAに導入したM-DNAの物性を調べた。その結果、多くの2価金属イオン中で、Fe-DNAと凍結乾燥Zn-DNAにのみ電子担体の導入の可能性を見出した。Fe2+はFe-DNA中でFe3+として存在し、高スピンと低スピン両状態が混在する。また、水和されたZn2+を持つZn-DNAから凍結乾燥法を用いて水分を完全に除去すると、Znが窒素と配位結合し強相関のπ電子スピン系が出現する。これらの振舞を理解するモデルを提案した。2価金属イオンとして種々の金属をDNAに導入出来る事がこれまでに分かっている。電荷担体導入の目的としては、Fe以外の金属では、金属イオンからDNA骨格に電子の移動は起こらず、元々DNAのカウンターイオンであった2つのNaイオンと入れ替わって2つのPO_4カチオンの負電荷とバランスするのみである。しかし、Fe-DNAでは、2価のFeCl_2を用いて合成すると3価のFeに変化することが複数の実験結果から示唆されている。例えば、膜の色は、2価の薄緑ではなく、3価に特徴的なカーキ色に変わる。ESRスペクトルも、Fe^<3+>に相当するスピンが5/2に特徴的なg=2の共鳴位置に信号を与える。しかも、Fe^<3+>が置かれた結晶場に依存して、スピンが5/2と1/2の2種類の値を持つ事がSQUID磁化率やESRスペクトルの解析から分かった。しかし、その成因は未だ謎である。この時に、注意すべき事として良く指摘されるのが、空気中の酸素による鉄イオンの酸化の可能性を排除出来るか、という点である。今回、試料作成の途中過程において光学吸収の測定を平行して進めた。その結果、加水分解したFeCl_2が、酸素により酸化されて生成するFeO(OH)のスペクトルと、FeCl_2のスペクトルが異なることから、生成物を明確に区別出来る事が分かった。スペクトルが異なる理由は、FeCl_2がイオン結合をしているのに対して、FeO(OH)は共有結合性が高く、分子軌道性が高いためと考えられる。実験結果は、明確に、Fe-DNAの電子状態としてFe^<3+>の状態にある事が確認出来た。しかしながら、Fe^<2+>から移動した電子が何処に入ったのか?と言う点が未だ疑問として残る。最近の報告に、Zn-DNAの試料作成方法を凍結乾燥法を用いると、凝縮電子系に特徴的なパウリ磁化率が現れるという興味深いものがある。そこで、追試を開始した。現状では再現出来ておらず、著者に問い合わせると、10回の合成で1回程度の成功率との事。そこで、本質的な違いを検討して、効率の良い再現方法の検討に入った。DNAは塩基対の相補性から強い自己組織化能を持つが、大きなエネルギーギャップの半導体であり、電気的には不活性である。そこで、DNA中に電荷担体を導入して電気的活性を持たせることが出来れば、ナノレベルの電子素子として利用できる可能性を持つ。本年度は、2価の金属イオンMを導入したM-DNA、特にFe-DNAの物性を明らかにして電気的活性を高める可能性の探求を目指す。Fe-DNAは、2価のFeCl_2とDNAの水溶液に低温のメタノールを過剰に添加することにより合成される。その際に、2価のFeイオンが3価に変わることも明らかになっているが、そのメカニズムは明らかでない。更に、DNA中のFe^<3+>の電子状態は、高スピン状態のS=5/2と低スピン状態S=1/2がほぼ1:3の割合で混在するが、その機構も不明である。本年度は、これらの機構解明を目指した。その手段としては、最も関連が疑われる酸素雰囲気の制御から始めた:1.合成時の雰囲気制御、2.乾燥時の雰囲気制御。主に、SQUID磁束計による磁化率測定と光学吸収係数の測定により物性の変化を調べた。明らかになったこと:1.原料のFeCl_2水溶液は、室温に於ける試料の合成時間の約30分間では十分に安定で、空気中でもFeO(OH)への酸化は見られず、DNAが存在する時のみ反応時間に比例してFe^<3+>が生成される。なお、温度を50度Cに上げると僅かな量のFeO(OH)が生成される事は確認された。2.アルゴン中で合成、真空中で乾燥した試料では、空気中合成、乾燥の場合に比較してS=1/2の割合が優位に増加する。3.真空乾燥をすると合成雰囲気によらず同じ割合になる。4.空気中乾燥後、試料温度を上げて水分量を減らすと真空乾燥時の割合に漸近する。

これらの結果を総合すると、結論として、1.酸素はFe^<3+>の電子状態に影響しないが、2.DNA中の水分量が減少するにつれて、Fe^<3+>は高スピン状態から低スピン状態に変化する事が明らかになった。この結論を理解するモデルとして、Feイオンの結晶場を支配する水分子がFe^<3+>の電子状態を支配していることを提案した。DNAに電荷担体を導入し、ナノレベルの電子素子としての可能性を探る。本年度はZn-DNAの物性を解明し、電気的活性を高める可能性を調べた。通常は、ZnCl2とDNAの水溶液にエタノールの過剰添加で合成する。しかし、Omerzu等は凍結乾燥で水分を除くと強相関の電子スピン系が現れると報告。その発現機構は、彼等が混合物試料で提案したTris緩衝液からZn-DNAへの電荷移動は考え難く、水分欠如の影響が本質的であると考え、その解明を試みた。エタノール沈殿法により高純度Zn-DNAを作製した後、凍結乾燥を行った。得られた高純度Zn-DNA凍結乾燥試料の磁化率とESRから、凍結乾燥が常磁性磁化を発現させる事が確認された。しかし、磁化曲線は磁場に比例する常磁性ではなく、0.1T以下で飽和する約0.3%程度の強磁性的磁化とDNA反磁性の和であった。追実験で50K近傍の酸素磁化を減ずるため凍結乾燥Zn-DNAの発泡スチロール的な胞構造を壊して空気を排出した所、強磁性的磁化の減少と共に磁場に比例する常磁性が出現した。その大きさは、各塩基対当り1つのパイ電子が300K程度のキュリーワイス温度を持つとして良く理解される。これらの実験結果を合理的に理解するモデルとして、凍結乾燥によりZnの配位水分子が失われイオン結合していたZnが塩基対の2つのNと直接配位結合をすると、イミンの水素が外れ塩基対が奇数電子系になるため1つのパイ電子スピンが発生する事、隣接する電子スピン間の強い反強磁性的相互作用によりシングレット或は高い転移温度を持つ反強磁性状態になっている事、胞の破壊により導入された雰囲気中の水分が頻繁に塩基対間に出入りして隣接スピン間の反強磁性的相互作用を変調するため、シングレット或は反強磁性相関が壊され、温度に依存しない常磁性が現れる事が結論された。成果は論文発表準備中である。2価金属イオンを導入したM-DNAの中で、Fe-DNAの特異性は当初から顕著であった。しかし、その起源の解明は一筋縄では行かないと思えた。しかし、酸素の効果を調べていくうちに、やはり、Fe-DNAの物性においても水分が重要な役割を担っていることが明らかに出来た。24年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は、金属-DNAの新たな側面が明らかになる報告があった。これまでの我々の研究結果から、Fe-DNAを除くM-DNAは、水和され従金属イオンMが塩基対間でイオン結合していること、そのためにDNAへの電子移動は起こらず単なるイオン交換であり、DNAの電子状態への影響はほとんど無いことが明らかになった。しかし大変興味深いことに、スロベニアのOmerzu氏等により、Zn-DNAが、温度に依存しない金属電子に特徴的なパウリ的な磁化率を示すことが報告された。彼らの測定は、tris-バッファー+過剰なZnCl_2+数%のZn-DNAという混合物で行われ、再現性は1/10程度と低い。従って、同一の実験を進めるのではなく、新たな展開を目指してZn-DNAの物性の解明を進めていきたい。
要介護高齢者の自律性支援をめぐる倫理的諸問題-居宅介護と施設介護の比較研究

本研究は、介護保険制度を利用する要介護高齢者の自律性とその取り扱われ方について、居宅介護と施設介護のそれぞれのサービス提供の場面における、介護職員と要介護高齢者の相互作用のある状況を参与観察し、得られたデータの分析・考察を試みたものである。まず、措置費から介護報酬に転換されたことにより、施設における経営管理が重要性を増し、マネジメントが介護職員の労働や入居者との相互作用を統制し、変化させる。介護サービス利用における高齢者の自律性の取り扱いは、介護職員の個人的特性よりもむしろ、介護サービスを提供する施設の組織的特性が重要性を持つ。施設のマネジメントは、職員の介護労働を統制するメカニズムとして働き、施設の入居者へのかかわりを規定していく。統制された介護労働に組み込まれにくい、自律的な高齢者に対するケアは、組織の中では考慮されにくいものとなる。施設介護と居宅介護の利用者の自律性の扱われ方の違いは、介護サービスを提供する組織のビューロクラティックな体制の監視下に身を晒す状態が、施設入所から死に至る後まで「オンしっ放し」の状態に置かれる施設入居者と、「オンとオフの切り替え」が残されている居宅介護サービス利用者の違いといえる。後者は、施設の管理統制の及ばない家族による介護を意味する。施設入居者の選択の自由あるいは実行の自由は、組織の管理体制によって制約を受ける。とりわけ施設においては、あらゆる事故の防止策がとられている(転倒の防止、服薬の監視、施錠の管理等)。また、入居者の健康管理に対する保護・干渉主義の一方で、健康管理における入居者の意思決定は省かれていっている。本研究は、高齢者の自律性をケアマネジャーがどのように判断し支援するのか、高齢者が置かれでいる介護状況要因の組み合わせと、ケアマネジャーの属性、雇用組織の属性について、各々影響を調べた。高齢者の自律性に対するケアマネジャーの判断を尋ねる質問項目を作成し、予備調査を平成14年8月から9月にかけて実施した。10人のケアマネジャーから回答を得て、その結果に基づいて調査票の修正を行い、平成14年10月から11月にかけて本調査を実施した。郵送調査によって、愛知県下の居宅介護支援事業者に所属するケアマネジャー89人から調査票を回収した(132票配布、回収率67.4%)。一機関一人のケアマネジャーに回答を依頼し、89機関から回答を得た。ケアマネジャーの年齢は、29歳から55歳までの範囲で、平均年齢41.3歳。。性別は、82%(73人)が女性で、残り18%(16人)が男性であった。高齢者本人の介護についての意思決定に対する統制力への支援を、高齢者介護における自律性支援の鍵と捉え、高齢者本人が状況に対して「全く統制力がない」から「完全な統制力がある」の1から5の範囲、5件法でケアマネジャーから回答を得、平均得点が2.97点であった。この自律性支援の平均得点に対するケアマネジャーの属性のもつ影響は、介護福祉士資格の保有者との間で積極的な相関がみられた(r=0.286,p=<0.01,n=89)。また、年齢の高さと自律性支援の平均得点との間でやや積極的な相関がみられた(r=0.186,p=<0.05,n=87)。性別、学歴が大卒か否か、福祉系か否かは、自律性支援の平均得点との間で重要な相関はみられなかった。また、雇用組織の属性のもつ影響も特にみられなかった。高齢者が置かれた状況要因として、認知障害の程度が高い場合に、自律性支援の得点が最も低い平均得点となり(2.43)、認知障害の程度が低い場合に、自律性支援の得点が最も高い平均得点(3.51)となった。本研究は、施設にいる要介護高齢者の自律性支援について調べることを目的としている。

研究方法は質問紙調査と個別面接調査を用い、高齢者の自律性に対する施設の介護職員の意見や態度を調べた。質問紙調査は、名古屋市内の一特別養護老人ホームの介護職員に対し自記式の留置調査を実施した。2005年1月17日から24日の期間に、介護職員82名に調査票を配布、その内31名(37.8%)から有効回答を得た。一月後、回答者の中から同意を得た9名に対し個別面接調査(他記式)を実施した。施設高齢者の自律性に対する介護職員の意見や態度について五件法で尋ねる質問項目の、回答者毎の総得点は、最高得点100点から、最低得点58点までの範囲におよぶ。平均は83.45、中央値は84.00、標準偏差は9.862。正規分布するようコード化した「自律性支援得点」と、「介護福祉士および社会福祉士の資格保持者」とは、Pearsonの相関係数=0.380、5%水準で有意(片側)であった。「自律性支援得点」と「大卒」とは、Pearsonの相関係数=-0.428、5%水準で有意(片側)。「自律性支援得点」と「福祉教育」とは、Peasonの相関係数=-0.362、5%水準(片側)であった。さらに、先の質問項目の回答データについて因子分析を行った結果、介護職員の態度や意見を左右する施設高齢者の自律性支援の活動領域の類型が潜在する可能性が示された。例えば、「職員間ですでに検討され合意のある自律性支援の活動領域」、「高齢者の自律性に対立する職員の干渉主義的な活動領域」、「施設という場のために高齢者の自律性が規制される活動領域」、「高齢者の福祉のためという行為が、高齢者の自由に反する内容を孕む活動領域」、「生命に危険をもたらす高齢者の自由に対し職員が積極的に介入する活動領域」等、(省略)。個別面接調査では、これらを支持あるいは補完する内容結果が示された。目的と方法名古屋市にある一つの特別養護老人ホームにおけるフィールドワークを通じ、施設介護あるいは居宅介護サービスを利用する高齢者の自律性およびその支援のあり方について調べた。研究方法は、要介護高齢者が生きている社会的・文化的脈絡ごと抽出しようとするものであり、はめ込まれた状況のなかで繰り返し経験される日常生活の出来事を中心に、参与観察から得られた人々の行為、言葉、組織的構造の産物について分析し解釈を行った。フィールドワークは、2005年8月に7回、9月に6回、11月に3回、12月に2回、1月に3回の計21回行った。午前10時にフロアに入り、午後1時にフロアを出た。総時間数は63時間である。帰宅直後に、ブイールド・ノーツを作成した。この他、9名の介護職員へのインタビュー、1名のマネジャーに対するインタビューを行った。研究倫理上の配慮として、観察される側のプライバシーを犯す危険を避けるため、研究対象となる人々に対して、自分の立場やその場にいる理由について、責任ある立場の人(マネジャー)から紹介・説明をしてもらい、自分からも説明を行った。また、観察結果の解釈については、施設マネジャーに文書で提出し、それに対する意見を求める機会をもち、確認する作業を行った。結果と考察施設介護と居宅介護の利用者の経験の違いは、介護サービスを提供する組織のビューロクラティックな体制の監視下に身を晒す状態が、死に至る後までも「オンしっ放し」の状態に置かれる施設入所者と、「オンとオフの切り替え」が残されている状態の居宅介護サービス利用者に現れる。
バレイショマイクロチューバーの種イモとしての特異性

近年、室内での培養技術の進歩に伴い、バレイショの小塊茎(マイクロチューバー、直径約510mm、生重約0.51.0g、以下MTと略記)をin-vitroの条件下で大量に生産することが可能になった。MTはウイルスフリーであり、また任意の時期に室内で生産できることから、新品種の緊急増殖が必要な場合や圃場での種イモ生産の困難な熱帯地域の国々で、種イモとしての利用が検討されている。しかし、圃場条件下でMTを種イモとして利用した場合の生育や生産性については不明な点が多い。そこで本研究では、早晩性の異なる主要栽培4品種のMTと通常の塊茎(生重50g程度、以下CTとする)を種イモに用いて圃場で栽培し、種イモの大きさが生育と収量に及ぼす影響を調査した。1.MTはCTに比べ、萌芽期や萌芽率は同一であったが、生育初期の根および葉の生長量が小さく、開花始期は約10日ほど遅れた。また、塊茎形成始期が数日遅れ、塊茎肥大始期は1週間以上も遅かった。しかし、開花始期以降の根および葉の生長速度はMTの方が大きく、地上部最大期ではMTとCTがほぼ同一の根量と葉面積量になった。また、この後の塊茎の乾物増加速度はむしろMTの方が大きかった。2.CTに対するMTの相対収量は約7090%を示し、MTは種イモとして極く小さいことを考慮すると、MTとCTとの収量差は比較的小さいものと判断された。しかし、早生品種は晩生品種に比べてMTの相対収量が低く、また生育初期に土壌が乾燥する年次や夏期が高温の年次ではMTの相対収量が低下した。以上の結果から、MTを種イモとして利用する場合には栽培品種の選定や環境に対する安定性を考慮する必要があると結論した。実験室内のin-vitroの条件下で生産したバレイショの小塊茎(生重約1g,以下MT)を種イモに用いて圃場に栽培した場合に、通常の塊茎(生重約50g,以下CT)を種イモに用いた場合とほぼ同程度の収量が得られる理由を明らかにする目的で、早晩性の異なるバレイショ3品種(男爵薯,キタアカリ,農林1号)について,MTはCTの乾物生産過程を北海道大学農学部附属農場の圃場で調査した.結果の概要は下記の通りである.1.MTはCTとほぼ同時期に萌芽し,また葉面積の増加は遅かったがほぼ同時期に塊茎形成を開始した.2.塊茎形成期以降では,MTはCTに比べ塊茎の肥大速度が小さく,また根重の増加速度も小さかった.一方,葉面積の増加速度はMTの方が大きく,開花始めにはMTとCTがほぼ同じ葉面積になり,また同時期に地上部最大期をむかえた.3.地上部最大期以降では,MTはCTと同程度の塊茎重の増加速度および光合成速度を示したが,葉の枯れ上がりがCTに比べ約10日ほど早く,収量は約30%少なかった.4.MTとCTとの生育および収量の差異は品種によって異なり,男爵薯では大きく,農林1号とキタアカリでは小さかった.以上のことから,MTとCTは塊茎形成に関係する日長反応性の差異は極く小さいものの,同化産物の地上部と地下部への分配特性が異なり,MTはCTに比べ地上部生長が優先されるものと推察した.また,MTはCTに比べ葉面積に対する根重の割合が低いため,本年度のような高温年次には乾燥ストレスを強く受けることが示唆された.

しかし,MTとCTは種イモの重さが極端に異なるにも関わらず、開花始め以降の乾物生産および収穫期の収量での差異は比較的小さいものと考えられた.バレイショの早晩性の異なる主要栽培4品種(男爵イモ、キタアカリ、農林1号、コナフブキ)について、in-vitroで培養した直径1cm内外、生重1g程度の小塊茎(マイクロチューバー、以下MTとする)と通常の塊茎(生重50g程度、以下CTとする)とを種イモに用いて圃場で栽培し、種イモの大きさが生育と収量に及ぼす影響を調査した。なお、通常の圃場条件下の他に、圃場に設置した簡易ハウス内で乾燥と適湿の灌水処理を行い、土壌水分と種イモの大きさとの関係についても調査した。1.いずれの品種においても萌芽と塊茎の形成開始はCTとMTがほぼ同時期であったが、MTはCTに比べ萌芽後の初期生育が劣り、塊茎の肥大開始期および開花始期が710日程遅れた。しかし、地上部の生長が停止する開花終期やこの時期の葉面積指数におけるMTとCTの差異はほとんど認められなかった。2.MTにおける塊茎肥大の遅れは開花終期でも認められたが、その後の増加速度はいずれの品種でもMTの方がCTよりも顕著に大きく、このため収穫期の塊茎収量での差異は比較的小さかった。いずれの品種でもMTはCT対比で8090%の塊茎収量を示し、品種と種イモの種類との間に有意な相互作用は認められなかった。3.土壌の乾燥が生育と収量に及ぼす影響において、種イモの種類による差異はいずれの品種でも小さかったが、晩生2品種では根量の少ないコナフブキが根量の多い農林1号に比べ、乾燥に伴うMTの収量の低下程度の大きいことが示唆された。なお、開花終期における根量を調査したが、いずれの品種でもCTとMTとの間に明確な差異は認められなかった。
水・電極界面で形成されるカーボンナノチューブ散逸構造の研究

強酸で処理されたカーボンナノチューブ(CNT)は水中で負の表面電位を持つ。そのCNT水分散液を2枚の平行平板ITO電極の間に注入して、直流電場を印加すると、CNTは陽極表面に向かって電気泳動する。最初は陽極面内で均一に分布していたCNTは、ある条件下では、局所的に集合してCNT濃度の差による幾何学的なパターンを作り出す。このパターンは電場が印加されているときのみ発現し、電場を消去するとCNTは拡散し、パターンは消滅する。このパターンを解析した結果、多角形のセルが現れる初期(セルパターン)と、セルの交点に向かってCNTが集合し、喋々のような形を作る後期(バタフライパターン)に大別できることがわかった。セルパターン発現には閾値電位が存在すること、および、セルの大きさが電位や電場に依存せず、電極間距離と同じであることにより、セルパターンはベナール対流の温度差を電場(電位)で置換したような現象であるといえる。ところで、電極を垂直に立てた場合(電場による作用と重力が直交した場合)、パターン全体が電極の中心点を基点として回転する現象が見られた。回転は等速回転運動である。また、その回転速度と回転方向は、2枚のITO電極をスペーサを介して固定しているクリップの垂線からの角度θに、sinθの関係で依存していることがわかった。これは重力、および、クリップによる何らかの物理量との外積に対応する新規な発見である。さらに、コンフォーカル・ラマン顕微鏡で陽極に垂直な方向にCNT特有のラマンピーク強度をマッピングすることで、電場が印加された状態での(陽極に垂直な)CNTの濃度分布を測定することができた。分解能をさらに向上させれば、パターンの3次元構造を明らかにすることができる。このパターンを解析した結果、多角形のセルが現れる初期(セルパターン)と、セルの交点に向かってCNTが集合し、蝶々のような形を作る後期(バタフライパターン)に大別できることがわかった。セルパターン発現には閾値電位が存在するが、電位はパターン形状には影響せず、電位が高くなるほどパターンの出現速度が速くなる。また、セルの大きさは電位や電場に依存せず、電極間距離と同じであることが判明した。これらの結果から、セルパターンはベナール対流の温度差を電場(電位)で置換したような現象であるといえる。以上の結果は、陽極を上部、陰極を下部に配置した場合である。重力の影響を調べるために陽極を下部にしたところ、セルパターンは出現したが、バタフライパターンは発現しなかった。また、両極を垂直に立てた場合(電場による作用と重力が直交した場合)、システムは外部パラメータに非常に敏感になり、例えば溶液全体が一方向へ大きく回転するようなものも含め、多様なパターンが出現した。今後は、重力の影響について、詳細に検討する。