hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
時刻歴応答解析に適用可能な新たな減衰モデル

建物の地震応答解析などの動的解析において,減衰モデルの適切な選定は重要な課題である。一般に材料の減衰定数(h)は,振動数に対しほぼ一定であることが知られているが、大規模なFEMモデル等の時刻歴解析に対して,この性状を高精度に表せる実用的な減衰モデルは無く,課題となっていた。本研究者はこれまで振動数依存性の強い関数を時間用領域に変換する方法を検討し,高精度かつ実用性の高い減衰モデル(因果的履歴減衰モデル)を提案してきた。本研究では、これの改良と最適化を図るとともに,さらに有効性の高い新たなモデル(修正Rayleigh減衰モデル)を提案した。一般に材料の減衰定数(h)は,振動数に対しほぼ一定であることが知られている。しかし現時点で,大規模なFEMモデルの時刻歴解析に対して,この性状を高精度に表せる減衰モデルは無く,課題となっている。本研究者はこれまで振動数依存性の強い関数を時間用領域に変換する方法を検討し,この方法を応用して,高精度かつ実用性の高い減衰モデル(因果的履歴減衰モデル)を提案し,線形および非線形問題への有効性を確認した。本研究はこのモデルの改良と最適化を図るとともに,これと相補的な新たなモデル(修正Rayleigh減衰モデル)を提案し,振動数依存性が変化する非線形問題に対応可能なモデルの作成を目的とする。平成23年度は,因果的履歴減衰モデルの改良検討及び最適化検討を行った。平成24年度は、この結果に基づき、以下を実施した。(1)修正Rayleigh減衰モデルの検討:FEMの時刻歴応答解析の減衰モデルとしては現在,質量比例型減衰モデルと剛性比例型減衰モデルの結合であるRayleigh減衰モデルが広く用いられている。新たな減衰モデルとして,質量比例型減衰モデルと因果的履歴減衰モデルの結合モデル(修正Rayleigh減衰モデルと称する)について検討した。(2)動的相互作用問題における因果的履歴減衰モデルの適用性検討:現実の建物の動特性には,建物部分の減衰に加えて動的相互作用効果による減衰が影響する。この影響の定量的評価の方法の一つとして,地盤ー建物連成系の数値解析モデルによるパラメータ解析があげられる。この問題に対して因果的履歴減衰を適用し有効性を検討した。本研究はこのモデルの改良と最適化を図るとともに,これを質量比例型減衰モデルと組合せさらに有効性の高い新たなモデル(修正Rayleigh減衰モデル)を提案するものである。平成25年度は,前年度に検討した修正Rayleigh減衰モデルを高度化し実用性を高めた。まず、質量比例型減衰モデルと組み合わせた場合に最適となる因果減衰モデルとして、2項モデルを提案した。これを用いることにより、以下の大きな改善効果が得られた。1計算の効率化:修正Rayleigh減衰モデルの計算では、通常のRayleigh減衰モデルの計算に加えて、過去の変位の係数和を用いる。昨年までの検討では、過去の9点の変位を必要としたが、これが2点に低減され、計算の負荷も通常のRayleigh減衰モデルに近いものとなった。2精度の大幅な向上:指標としている安定振動数域(hが目標に対して一定誤差内に収まる振動数の範囲。最小振動数に対する最大振動数の比で表す)では、Rayleigh減衰モデルの5倍以上の拡大となった。例えばh=3%を目標とする場合、1.5Hzから21Hzまでが許容誤差5%以内(すなわちh=2.853.15%の範囲内)で計算できる。このようなモデルは前例がなく、各種の動的解析に極めて有効性が高いことを確認した。

本研究はこのモデルの改良と最適化を図るとともに,これと相補的な新たなモデル(修正Rayleigh減衰モデル)を提案し,振動数依存性が変化する非線形問題に対応可能なモデルの作成を目的とする。平成23年度は,以下の検討を行った。(1)因果的履歴減衰モデルの改良検討因果的履歴減衰モデルは,(1)振動数0Hz近傍で減衰定数が急速に0に近づく(2)0Hzよりやや大きい振動数で減衰定数が大きな値となる場合がある(3)検討振動数域の中央付近で減衰定数が小さな値となる場合がある,等の課題がある。線形問題,非線形問題によるパラメータ・スタディを行い,これらに対する改良法を検討した。(2)因果的履歴減衰モデルの最適化検討因果的履歴減衰モデルは,時間遅れ成分の数(例えば4項モデル,8項モデル,18項モデルなど)や導出方法(複素数からの時間領域変換か,虚数部のみからの時間領域変換か)により多数のバリエーションが存在する。各種の例題への試検討を通じて,時間遅れ成分の数が少なく(計算負荷が小さく),かつ精度が良好となる推奨モデルの検討を行った。H23年度は以下の成果を得た。(1)因果的履歴減衰モデルの改良検討:因果的履歴減衰モデルの改良の可能性と限界を検討し、モデル自身と他の減衰モデルとの結合による改良法の見通しを得た。(2)因果的履歴減衰モデルの最適化検討:パラメータサーベイを行い、解析目的に応じて推奨モデルを整理した。H24年度は以下の成果を得た。(1)修正Rayleigh減衰モデルの検討:パラメータスタディにより、このモデルの有効性を確認した。(2)動的相互作用問題における因果的履歴減衰モデルの適用性検討:建物部の減衰に因果的履歴減衰を適用し,線形・非線形問題ともに有効性が高いことを示した。(1)因果的履歴減衰モデルの改良検討(1)に関してはモデルの基本的特性に起因し、このモデルとしての根本的な修正は限界があることを確認し、次年度以降のRayleigh減衰モデルの改良の中で検討することとした。(2)(3)に関して、改良法の見通しを得た。(2)因果的履歴減衰モデルの最適化検討パラメータサーベイを行い、解析目的に応じて推奨モデルを整理した。平成25年度は、非線形化に伴い振動数依存性が変化する減衰モデルの検討を行う。これは、非線形レベルに依存して減衰の振動数依存性が変化する場合に関して,提案するモデルの適用性を検討するものである。例題として非線形の地盤モデルを想定する。地盤各層の物性はGーγ,hーγ関係に依存して変化するものとする。このとき,hの振動数依存性は,振動数とともに低下する性状(散乱減衰)から振動数に対し一定な性状(履歴減衰)に移行することが考えられる。そこでまず,当社保有の地盤中の地震観測記録の分析に基づき,地盤減衰の非線形化に伴う振動数依存性の変化を評価する。次に,その特性を反映する減衰モデルを上記より検討し,その適用性を検討する。さらにこの特性を一般的に表現できる減衰モデルの作成方法を検討する。H24年度以降は、以下の検討を行う。(1)平成24年度:修正
石油産生緑藻Botryococcus brauniiのプロトプラスト化に関する研究

微細緑藻Botryococcusbrauniiは大量の液状炭化水素を生産するため、エネルギー源としての利用が考えられているが、コロニーを形成するため他の藻種と比べて増殖が遅く、大量培養による実用化が妨げられている。本藻種に細胞融合などの遺伝子工学の手法を応用し、新しい有望な藻株を作出するためにはプロトプラスト化が必要である。そこでプロトプラストを作出するための基礎条件の検討を行った。まず、プロトプラストを作成するために最適な浸透圧を知るために、マンニトールの濃度を変えて添加した培地中での藻体の様子を光学顕微鏡下で観察した。マンニトールの濃度が0.4Mまでの段階では、細胞に変化は認められなかったが、0.5Mではかすかながら原形質分離が観察され、0.6Mではより明らかになった。このことからB.brauniiのプロトプラストの作成は0.5Mのマンニトール溶液中で行えば良いことが分かった。次に実際に細胞壁分解酵素を用いてプロトプラストの作出を試みた。Pectolyase Y23 0.1%、Cellulase Onozuka RS 1%、0.5Mマンニトールを含んだ酵素液(pH5.12)中に、B.brauniiを懸濁させ、細胞の変化を経時的に顕微鏡下で観察した。30分後には何の変化も見られなかったが、3時間後には通常の細胞より小さい細胞が観察されるようになった。さらに6時間後には細胞壁を持たず、完全に球形をしたプロトプラストが少数観察された。しかしながら大部分の藻体は群体状のままであり、より効率よく本藻種のプロトプラスト化を行うためには、細胞壁分解に用いる酵素の種類を検討する必要があると思われる。
ウシにおける脂肪蓄積の遺伝的制御機構に関する研究

牛肉において脂肪は品質や味を左右する重要なファクターである。ウシにおける脂肪蓄積の遺伝的制御機構を明らかにすることを目的として分子遺伝学および統計遺伝学の両面から研究を行った。分子遺伝学的アプローチとして、脂肪細胞分化および脂肪蓄積に関わる遺伝子のクローニングとその発現制御機構の解析を行った。脂肪細胞分化の制御因子であるC/EBPファミリー(α,β,δ)の3種の遺伝子とPPARγ2のcDNAをウシからクローニングした。これらの遺伝子はいずれもマウスのものと高い相同性を示した。ウシC/EBPαのプロモーター領域の解析の結果、ウシではマウスやヒトで発現制御に重要であるC/EBP結合配列やUSF結合配列が保存されておらず、ウシC/EBPα遺伝子の発現制御機構が異なる可能性が示唆された。遺伝子多型の解析から、このウシC/EBPαのプロモーター配列の特徴はウシの品種を越えて保存されていることが示された。また、脂肪蓄積を制御する遺伝子として、肥満の原因遺伝子の1つであるobese遺伝子をウシから単離した。統計遺伝学的アプローチとして、脂肪交雑に関与する遺伝子座の数、とくに主働遺伝子の関与について検討した。その結果、熊本県褐毛和種牛集団において脂肪交雑に関して集団内分離している効果の大きな主働遺伝子の存在が示唆された。さらに、集団内に分離している家系も検出された。したがって、このアプローチは遺伝子マーカーを用いた量的形質遺伝子座(QTL)の解析への手がかりになると期待される。このように分子遺伝学と統計遺伝学の両面からのアプローチが脂肪蓄積の制御機構を解明する上で非常に大きな意義を持つことが、本研究を通じ明らかにされた。ウシにおける脂肪蓄積の遺伝的制御機構を分子遺伝学及び統計遺伝学の両面から解析することを目的として研究を進めた。分子遺伝学的アプローチとして脂肪細胞分化の制御因子C/EBPファミリー遺伝子の単離と脂質合成に関わる遺伝子の発現制御配列の解析を行った。わが国の主要な肉牛である黒毛和種血液よりゲノムDNAを調製し、λファージベクター上にウシ遺伝子ライブラリーを作製した。このライブラリーをマウスC/EBP遺伝子をプローブに用いてスクリーニングして、ウシC/EBPα,β,δの3種の遺伝子を単離し、その塩基配列を決定した。これらの遺伝子はマウスのものと高い相同性を示し、ウシにおいてもC/EBPファミリーが脂肪細胞に重要なはたらきをしていると考えられた。また脂質合成に関わる遺伝子として脂肪酸結合タンパク質422とリポプロテインリパーゼ遺伝子を単離し、これらの第一エクソン及びその上流のプロモーター領域の塩基配列を決定した。422遺伝子のプロモーター領域には、転写制御因子AP-1とC/EBPαの認識配列がみられ、この遺伝子の発現がC/EBPαにより直接制御されると考えられた。また統計遺伝学的アプローチとして、肥育牛のフィールド記録を用いて、屠肉性形質に関与している主働遺伝子の存在について、Famulaの方法により検討した。その結果、主働遺伝子がこれらの形質に関与している可能性は低いことが示唆された。しかし、この方法は父母と子の双方の記録が存在する場合に用いられており、父母の記録が得られない屠肉性形質にこの方法を応用した例は他にはなく、この点についてはさらに検討が必要であると考えられる。ウシにおける脂肪蓄積の遺伝的制御機構を明らかにすることを目的として研究を進めた。昨年度クローニングした脂肪細胞分化の制御因子ウシC/EBPファミリー遺伝子(α,β,δ)の発現制御機構を明らかにするために、これら3つの遺伝子のプロモーター領域の塩基配列の決定を行った。ウシC/EBPαプロモーターではマウスやヒトで発現制御に重要であることが示されているC/EBP結合配列やUSF結合配列が保存されておらず、ウシのC/EBPα遺伝子の発現制御機構がマウスやヒトと異なる可能性が示唆された。

この特徴がクローニングに用いたウシに特異的なものがあるのか、あるいはウシ品種間・個体間に相違が見られるのかを検討するために、ウシC/EBPαプロモーター領域をPCRにより増幅し、DNA多型の存在を調べた。予測育種価の異なる黒毛和種牛と褐毛和種牛について検討したが、DNA多型は検出されず、ウシC/EBPαプロモーターの特徴はウシの品種を越えて共通に見られるものと考えられた。また脂肪細胞分化や脂肪合成に関わる因子及び酵素をより広範囲にわたってクローニングするために2週齢子ウシの脂肪組織よりcDNAライブラリーを作製した。マウスにおいて脂肪細胞分化の制御因子として新たに報告されたPPARγ2について、作製したウシcDNAライブラリーよりクローニングした。ウシPPARγ2 cDNAはマウスと同様に505個のアミノ酸から成るタンパク質をコードしており、マウスとの相同性は95%と非常に高かった。このことからウシにおいてのマウスと同様にPPARγ2が脂肪細胞分化において重要な機能を持つと考えられた。ウシにおける脂肪蓄積の遺伝的制御機構を明らかにすることを目的として研究を進めた。肥満の原因遺伝子の1つであり、体脂肪量とエネルギー代謝の調節を行うホルモン(レプチン)をコードするobese(ob)遺伝子をウシゲノムライブラリーよりクローニングした。次に、このウシob遺伝子の配列を基にRT-PCRIによりウシob cDNAをクローニングした。これらの塩基配列の解析からウシob遺伝子もマウスやヒトと同様に3つのエクソンで構成されることが示唆された。しかしこれらのクローンはいずれも第1エクソンを含んでいなかったため、5′RACE法によりウシob cDNAの5′末端領域のクローニングを行った。その結果5′末端に31bpの新規の配列が得られ、これがウシob遺伝子の第1エクソンの配列であると考えられた。また、昨年クローニングした脂肪細胞分化の制御因子ウシPPARγ2の発現制御機構を解析するために、ウシPPARγ遺伝子を含むBACクローンを入手し、その解析を行った。ウシPPARγ2 cDNAをプローブとしたサザンブロット解析により、γ2の第1エクソンを含む2.8kbの領域が同定された。今後その塩基配列の決定が必要である。さらに、プロモーターとスプライシングの違いにより作られる5′末端領域の配列のみが異なるアイソフォームPPARγ1を5′RACE法によりクローニングした。その結果ウシのγ1ではスプライシングのパターンがマウスの場合と異なることが明らかとなり、その制御機構が異なる可能性が示唆された。
高病原性トリインフルエンザウイルスのヒトへの伝播機構の解明とパンデミック阻止

現在、アジア、中近東、ヨーロッパ、アフリカにまで拡大と世界12力国においてヒトへ伝播した高病原性トリインフルエンザウイルスのヒトへの伝播機構の解明を目的とし、2年間で下記の結果を得た。1)中国およびベトナムでヒトから分離された高病原性トリインフルエンザウイルスは、ヒトの上気道に主に存在するウイルス受容体(シアル酸2-6ガラクトースを含む糖鎖)にも結合できる変異を遂げていることを初めて明らかにした。また、ベトナムの分離株はヒトーヒト感染が可能である臨床的成績を得た。2)抗インフルエンザ薬(タミフル:インフルエンザウイルスノイラミニダーゼ阻害薬)を予防的に服用した患者から分離されたウイルスにはタミフル抵抗性株が含まれることを見いだした。3)ヒトインフルエンザウイルスの機能的レセプターであるシアリル2-6ガラクトースを生成する酵素、ヒトシアル酸転移酵素(ST6Gal)の大量発現系の構築に成功し、これを高発現させた細胞にはヒトウイルスがより効率良く感染増殖することを見いだした。4)高病原性トリインフルエンザウイルスがヒト世界でパンデミックを起こすウイルスに変異するための分子変異シグナルを同定した。すなわち、様々な分離高病原性トリインフルエンザウイルス、その変異ウイルスを用いて、高病原性トリインフルエンザウイルスヘマグルチニン分子内のわずか12ヶ所のアミノ酸置換がヒト気道上に存在するシアロ糖鎖受容体認識に関わることを発見し、そのアミノ酸(182,192,139番目など)を同定した。これらの成果により、パンデミック発生を事前に予知出来ることが初めて可能となった。5)ヒト気道上皮培養細胞にはヒト間で流行しているインフルエンザウイルス(IFV)のシアロ糖鎖受容体(sialy1α2-6Ga1-)の他に、高病原性鳥IFVの受容体(sialylα2-3Ga1-)も存在することを見いだした。6)高病原性トリインフルエンザウイルスのヒトへの伝播を可能とする変異を監視する新しい技術を開発した。本方法は、高価な機器を用いないので、東南アジア諸国でも、現在流行している高病原性トリインフルエンザウイルスのヒトへの伝播を可能とする変異を監視できるものであり、今後の有効利用が期待される。初年度において、先ず、高病原性トリインフルエンザウイルスとヒト間で流行しているインフルエンザウイルスの間でそれらの受容体シアロ糖鎖認識特異性が大きく異なることを見出した。すなわちトリおよびヒトインフルエンザウイルスはいずれもシアリルラクトサミン構造を認識・結合するがトリウイルスはシアル酸2・3ガラクトース(Gal)配列を、ヒトウイルスはシアル酸2-6Galを強く認識し結合した。それを基に、高病原性トリインフルエンザウイルスがヒト-ヒト間伝播を始める変異を簡便、高感度かっ迅速に測定する方法を考案した。これを利用してベトナムで兄から感染し、予防的にタミフルを投与された妹から分離された高病原性トリインフルエンザウイルスを調べた結果、分離クローンの一部は、タミフル抵抗性となっていること、さらに、受容体認識特異性がヒト受容体へより親和性が高く変異していることを見出した。また、中国福建省の少年から2003年に分離された高病原性トリインフルエンザウイルスも同様にヒトへの感染を可能とする変異がレセプター認識レベルで起こっていることを明らかにした。本法は、今後、高病原性トリインフルエンザウイルスがヒト-ヒト間流行を始める変異を監視する上で有用であり、新型パンデミック株出現サーベイランスに極めて有効であると考えられた。

そこで、高病原性トリインフルエンザウイルスにより死者も出ているタイ国立マヒドン大学、タイ国立家畜衛生研究所およびタイ国立カセサート大学から各々1名の研究者を各々3ヶ月間ほど招聘し、本技術を習得させ、タイ国において高病原性トリインフルエンザウイルスのヒト型への変異を監視するシステムを稼働させる準備を行った。次年度でこれを稼働し、WHOなどへ働きかけ、変異の機構、本監視システムのグローバル化、新型インフルエンザウイルス流行(パンデミック)阻止を目指す。1)ヒト気道上皮培養細胞にはヒト間で流行しているインフルエンザウイルス(IFV)のシアロ糖鎖受容体(sialylα2-6Gal-)の他に、高病原性鳥IFVの受容体(sialylα2-3Gal-)も存在することを見いだした。さらに、ニワトリ、ウズラの腸管におけるシアロ糖鎖の分布を、シアル酸-Galを識別できるレクチン染色、腸管細胞におけるヒトウイルスの増殖性、シアロ糖鎖プローブを用いた化学的解析により、sialylα2-6Galおよびsialylα2-3Galの両者が存在することを解明した。この結果から、高病原性トリインフルエンザウイルスは、ニワトリやウズラなどの家禽の間で流行を繰り返す過程でヒトレセプター(α2-6)と結合できる新型ウイルスに変異する可能性が明らかとなった。2)現在流行している高病原性トリインフルエンザウイルスのヒトへの伝播を可能とする変異を監視する新しい技術を開発した。本方法は、高価な機器を用いないので、高病原性トリインフルエンザが実際、発生している東南アジア諸国でも、現在流行している高病原性トリインフルエンザウイルスのヒトへの伝播を可能とする変異を監視できるものであり、今後の有効利用が期待される。3)高病原性トリインフルエンザウイルスがヒト世界でパンデミックを起こすウイルスに変異するための分子変異シグナルを同定した。すなわち、様々な分離高病原性トリインフルエンザウイルス、その変異ウイルスを用いて、高病原性トリインフルエンザウイルスヘマグルチニン分子内のわずか12ヶ所のアミノ酸置換がヒト気道上に存在するシアロ糖鎖受容体認識に関わることを発見し、そのアミノ酸(182,192,139番目など)を同定した。これらの成果により、パンデミック発生を事前に予知出来ることが初めて可能となった。
シャワーズオブエモーション理論に基づく科学技術ものづくり教材と内発的動機づけ

本研究では、子どもたちが自ら学習に取り組み、主体的に問題を見つけ解決する21世紀型スキルを獲得するための教材・授業を開発し、その評価を行うために、Showers/Waves-of-Emotion理論に基づくものづくり教材と内発的動機づけに関する研究を行った。SET/WETに基づき、子どもたちの驚きや不思議さを引き出し、動作原理を探究するものづくり教材を開発し、幼小中学校で授業実践を行い、子どもたちの内発的な学び、行動を明らかにした。本研究では、これまでの科学研究費による成果をさらに発展させ、子どもたちが自ら学習に取り組み、主体的に問題を見つけ解決する21世紀の技術教育、21世紀型スキルを獲得するための授業を開発し、その評価を行うために、「Showers/Waves-of-Emotion理論」に基づく科学技術ものづくり教材と内発的動機づけに関する研究を実施している。独自に開発してきた子どもたちが創意工夫し、学びに熱中する教材を取り上げ、幼稚園・小中学校のものづくりにおける創意工夫教材、ロボット教材、科学を追及する科学技術ものづくり教材として以下の6本柱で開発・改良中である。1形状記憶合金を用いた教材:形状記憶合金エンジンカーでは熱源に自然エネルギーを用い、より身近なエネルギー教材として開発中である。2位置エネルギーを利用した受動歩行教材:レーザー加工を用いた組立式2足および4足受動歩行模型が開発され、弱いロボットとして人間との関係性について新たな意義づけを行っている。3サーボモータを用いた2足歩行ロボット:子どもたちの共同作業ロボットを開発中である。4時を刻むからくりを用いた機械式振子時計・天賦式時計:天賦式時計の開発に重点を置き、正確に時を刻むためのパラメータの条件を探っている。5芸術性と鑑賞者を意識した制作を伴うオートマタ教材:STEAM教育の設計教材として、教員側のハードルを下げる教材が開発されている。6幼小対象の動作原理を追究する動くおもちゃ教材:これまでの教材を森の材料で幼児が製作できる教材として開発している。科学を追及する科学技術ものづくり教材の開発・改良の6本柱は以下の通りである。1と3に関しては現時点で公表できない内容を含んでいるが、すべての内容で新奇性のある教材が開発されている。1形状記憶合金エンジンカーでは熱源に自然エネルギーを用い、より身近なエネルギー教材として開発中である。2レーザー加工を用いた組立式2足および4足受動歩行模型が開発され、弱いロボットとして人間との関係性について新たな意義づけを行っている。3子どもたちの共同作業ロボットを開発中である。4天賦式時計の開発に重点を置き、正確に時を刻むためのパラメータの条件を探っている。5STEAM教育の設計教材として、教員側のハードルを下げる教材開発がなされている。6これまでの教材を森の材料で幼児が製作できる教材として開発している。教材を用いた実践では、国内においては在日ブラジル人学校Escola Alegria de Saber、三重県大台町三瀬谷小学校・保育園、国外においてはGANZAM School No.20(Mongol)、Mermaid Waters(Australia)、カーザ・デイ・バンビーニ子どもの家(Italy)で実施している。子どもたちの変化を子どもたち、保護者、教師(保育者)のアンケートの3種類のアンケートから、質的分析および定量的分析により、明らかにしている。また、QOL調査アンケートを参考にアンケートを作成・実施し、自己肯定感との関係についても調べている。教材を国内・国外に広める活動も計画以上の進展である。オートマタの国内第1回作品コンテストを第1人者の4名の作家さんを審査員に開催した。本研究では、これまでの科学研究費による成果をさらに発展させ、子どもたちが自ら学習に取り組み、主体的に問題を見つけ解決する21世紀の技術教育、21世紀型スキルを獲得するための教材・授業を開発し、その評価を行うために、「Showers/Waves-of-Emotion理論」に基づく科学技術ものづくり教材と内発的動機づけ」に関する研究を実施している。独自に開発してきた子どもたちが創意工夫し、学びに熱中する教材を取り上げ、幼稚園・小中学校のものづくりにおける創意工夫教材、ロボット教材、科学を追及する科学技術ものづくり教材として以下の6本柱で開発中である。1.機能性材料を用いた教材:形状記憶合金エンジンカーでは熱源に太陽光熱エネルギーを用い、より身近なエネルギー教材として開発中である。2.位置エネルギーを利用した受動歩行教材:幼児から大学生までが同じ教材で科学技術を探究することができる紙製受動歩行模型が開発された。3.サーボモータを用いた2足歩行ロボット:子どもたちの共同作業ロボットが開発中である。4.時を刻むからくりを用いた機械式振子時計・天賦式時計:天賦式時計の開発に重点を置き、正確に時を刻むためのパラメータの条件を探った。5.芸術性と鑑賞者を意識した制作を伴うオートマタ教材:STEAM教育の設計教材として、教員側のハードルを下げる教材開発が行われた。6.幼小対象の動作原理を追究する動くおもちゃ教材:幼児が木工道具を使用して製作し、あそび・まなぶ教材が開発された。教材を用いた実践では、国内においては在日ブラジル人学校EAS、三重県大台町三瀬谷小学校、三瀬谷保育園、静岡大学学生、名古屋学芸大学学生、国外においてはMongol小中一貫校で実施し、子どもたちの変容をアンケートの内容分析法、子ども1人1人と集団を繰り返し分析するタペストリー分析法を用いて、明らかにした。

子どもたちが自ら学習に取り組み、主体的に問題を見つけ解決する21世紀の技術教育、21世紀型スキルを獲得するための教材・授業を開発し、その評価を行うために、「Showers/Waves-of-Emotion理論」に基づく科学技術ものづくり教材と内発的動機づけ」に関する研究を実施している。海外のSTEAM、STEM教育の強化・発展の動向を取り入れ、STEAM、STEM教育における教材としての開発も行っている。また、幼稚園・小中学校のものづくりにおける創意工夫教材、ロボット教材、科学を追及する科学技術ものづくり教材として6本柱で開発中してきたが、さらに教材としての可能性を広げ、高校、大学で使用する教材として開発中である。教材を国内・国外に広める活動も計画以上の進展である。国内では、第2回全国オートマタ作品コンテストを日本のオートマタ作家4名の第1人者を審査員に開催した。国外では、WMEA(World Maker Education Alliance)に日本のメンバーとして参加し、2016年11月に中国で開催された第71回中国教育装備展示会で多くの中国人、研究者に教材を配布し、海外でも注目を集める教材であることが明らかとなった。本研究では、子どもたちが自ら学習に取り組み、主体的に問題を見つけ解決する21世紀型スキルを獲得するための教材・授業を開発し、その評価を行うために、Showers/Waves-of-Emotion Theoryに基づくものづくり教材と内発的動機づけに関する研究を行った。SET/WETに基づき、子どもたちに驚きや不思議さを引き出し、創意工夫し、学びに熱中する新奇性を有する教材、幼小中学校のものづくりにおける創意工夫教材、ロボット教材、動作原理を探究するものづくり教材として、以下の5本柱で開発してきた。1機能性材料を用いた教材:形状記憶合金エンジンカーでは熱源に太陽光熱エネルギーを用い、より身近なエネルギー教材として現在も開発途上である。2位置エネルギーを利用した受動歩行教材:幼児から大学生までが同じ教材で科学技術を探究することができる紙製受動歩行模型、振子型受動歩行模型が開発された。3芸術性と鑑賞者を意識した制作を伴うオートマタ教材:STEAM教育の設計教材として、教員側のハードルを下げる教材開発が行われた。また、ゼンマイ(オルゴール)のひずみエネルギーを動力とした教材を開発した。4時を刻むからくりを用いた機械式振子時計・天賦式時計:天賦式時計の開発に重点を置き、正確に時を刻むためのパラメータの条件を探った。5幼小対象の動作原理を追究する動くおもちゃ教材:幼児が木工道具を使用してつくる・あそび・まなぶ教材が開発された。国内においては由比こども園、和田岡小学校、在日ブラジル人学校、静岡大学、名古屋学芸大学、子ども食堂、サイエンスプロジェクト、国外においてはモンゴル、イタリア、ニュージーランド、中国で実施し、子どもたちの変容をアンケートの内容分析法、子ども1人1人と集団を繰り返し分析するタペストリー分析法を用いて、子どもたちの内発的な学び、行動を明らかにした。
日本の技術革新の特性に関する研究　－産業技術の個別分野の発達史に基づいて－

日本の技術革新の特性を記述するため,いくつかの典型的な産業分野の技術開発の時系列的動向,各技術分野及び関連技術内部での進展,背景となる社会的事象との関係,自然史環境との関連の4つの視点からの分析を行った。そのための具体的方策として,個別の技術分野の技術革新の構造分析と類型化,技術革新プロセスのグラフ分析,技術革新の時系列的整理を行った。あわせて,技術開発の動向を規定する自然環境を自然史の視点から総合的にとらえる概念として,自然の範疇に人間活動や人間自体を包含する意味でのアントロポシーン(Anthropocene)をフレームワークとして提案し,この概念の有効性及び必要性を国際会議等で確認した。年度後半になっての着手となったため時間的制約の中でより効果的/効率的な活動を期すことができる研究体制を新たに立ち上げた。業界団体や学協会との連携により,技術開発の現場に携わった技術者の経験に基づく実証的な調査から,技術開発や技術革新の発達史の視点から日本の科学技術の特性を明らかにする作業を予備的に実施し,研究の方向性の基幹的部分の有効性の確認を行った。併せて博物館を核として広く知見を共有して人々に資する仕組みについて,展示やウェッブを用いた科学コミュニケーション活動のモデル化を行う方向性を確認した。国際会議等に出席しての調査と情報交換及び中間的発表を行うこととし,方向性を検討した。事例を抽出し,日本の技術革新構造及び類型化の仮説を立て,既存の系統化調査の事例に対して適用が可能であるかの検討を予備的に実施した。戦後の日本の技術革新の変遷について科学技術白書を中心とした文献の分析を行うことの有効性について検討を行った。アントロポシーン(アントロポセン)の視点から分野横断的に俯瞰する国際研究会を開催し,散在する技術史的な知見の連関を論議するフレームワークの提案を試みることとし,産業技術史について背景となる自然環境や人工物を通じ俯瞰することを試みることとした。技術革新のプロセスのグラフ分析を予備的に実施した。また,グローバルな制度環境と個別技術の技術革新との関連についての考察を行うこととした。技術革新の時系列的整理と特徴の分析を行うための予備的作業を実施した。業界団体や学協会との連携での技術開発の現場に携わった技術者の経験に基づく実証的な調査を分析し,技術開発や技術革新の発達史の視点から日本の科学技術の特性を明らかにすることを試行した。博物館を核として広く知見を共有して人々に資する仕組みについてモデル化を視野に検討・試行した。国際会議等に出席しての調査と情報交換及び中間的発表を行った。事例を抽出し,日本の技術革新構造及び類型化の仮説を立て,既存の系統化調査の事例に対して適用が可能であるかの検討を試行した。また,戦後の日本の技術革新の変遷について科学技術白書を中心とした文献の分析を行い論文として公表した。アントロポシーン(アントロポセン)の視点から分野横断的に俯瞰する国際研究会を開催し,散在する技術史的な知見の連関を論議するフレームワークの構築を試みた。あわせて科学技術の自然への影響についての研究のフレームワークについても論議した。産業技術史について自然環境や人工物を通じ俯瞰することを試みた。技術革新のプロセスのグラフ分析を試行した。技術革新・技術移転プロセスに影響を与えるグローバルな制度環境の歴史的変化に関するグラフ分析を行った。技術及び技術革新のための諸資源のグローバルな移転や流通を規定する社会的経済的政治的枠組みとして科学技術関連の多国間条約120条約を取り上げ,ここに体現されたグラフ構造(国=条約の両集合からなる二部グラフ)を対象として20世紀全体をカバーするデータ整備を行い,グラフ理論を用いた分析や指標化,視覚化を行った。また,こうしたグローバルな制度環境と個別技術の技術革新との関連についての予備的考察を行った。技術革新の時系列的整理と特徴の分析を試行した。技術の系統化調査報告を基本資料に時間軸を共通項に各産業分野の技術発展の流れを整理・比較分析・特徴を明らかにし,日本の技術革新を特徴付けるキーワードの抽出を試行した。本年度は,前年度までに行ってきている技術革新の構造分析と類型化,技術革新プロセスのグラフ分析,技術革新の時系列的整理と特徴の分析,および技術発達の結果であるとともに技術開発を規定すると考えられるアントロポシーン(Anthropocene)のような時間軸と空間軸を組み合わせた視点からの検討を進めた。また,産業技術の変遷を自然環境や文化的背景を含めた視点から俯瞰することにより,散在する技術史的な知見の連関を論議するフレームワークの構築を試みた。自然からの科学技術への影響だけでなく,科学技術の自然への影響についての研究のフレームワークについても検討を行った。人類初期の生活のための技術から,ローマ・エジプト・中国・インド・イスラムなどの古い文明,ルネサンス,大航海時代,万博に代表される近代を経て地球規模の影響を与えるようになった現代の最先端までの技術史について自然環境や人工物を通じて,技術革新の背景を俯瞰することを試み分析の精度を高めた。このような時間的・空間的な特性を自然史の地球的視野からの検討を行うことにより,日本等の産業技術の特性について明らかにし,産業技術発達に関するモデルの提案を試みた。これらの視点より,技術の系統化調査より日本の技術開発の特徴を描出してその特徴を明確化する作業を行うための検討を行い,産業技術の技術開発の特徴を検討・分析した。国内の関係学会や国際的な研究会での報告,国際シンポジウムの実施を行い内容を外部の研究者など広く検討にかけるなど研究の評価や総括につなげる活動を行った。

おおむね計画通りに進行しているが,国際シンポジウムを開催しての検討など一部予定を前倒ししての作業を行うことができたため。技術革新の構造分析と類型化,技術革新プロセスのグラフ分析,技術革新の時系列的整理と特徴の分析,および技術発達の結果であるとともに技術開発を規定すると考えられる環境概念を包括するアントロポシーン(Anthropocene)のような時間軸と空間軸を組み合わせた視点からの分析フレームワークを構築してその適用の検討を行った。これにより産業技術の変遷を自然環境や文化的背景を含めた視点から俯瞰し,散在する技術史的な知見の連関を自然史というプラットフォームを意識しながら論議する実用的なフレームワークの構築と具体事例への適用を行った。自然環境からの産業技術への直接的及び間接的な影響,産業技術からの自然環境への影響,またそれにより変化した自然環境からの影響のやりとりを織り込む方法の概念と具体的事例への適用については,自然史系と技術史系両方の国際会議や学会で専門家と意見交換を行った。人類初期の生活全般の技術から,集団生活あるいは農耕開始時期の技術,ローマ・エジプト・中国・インド・イスラム等の古い文明,ルネサンス,大航海時代,万博に代表される近代を経てその活動が地球規模の影響を与えるようになった現代の最先端科学技術までの技術史について,自然環境や人工物やエネルギーの大量生産・大量消費・大量交流などの時間で変化する背景を含めた適用を試みた。これらにより,1970年代の「技術革新の停滞がイノベーションの停滞を招いた」ことや20世紀末の欧米の基礎科学に「ただ乗り」論等の指摘は必ずしも適切ではないことなど,従来の印象とは異なる経緯も明らかにした。技術の系統化調査を用いた日本を中心とする産業技術開発や発達のいくつかの具体的分野については設定した複数のモデルが適用できることを明らかにした。国内外の学会や国際シンポジウムで報告して検証を行うとともに,知見を広く共有するコミュニケーション活動を行った。日本の技術革新の特性を記述するため,いくつかの典型的な産業分野の技術開発の時系列的動向,各技術分野及び関連技術内部での進展,背景となる社会的事象との関係,自然史環境との関連の4つの視点からの分析を行った。そのための具体的方策として,個別の技術分野の技術革新の構造分析と類型化,技術革新プロセスのグラフ分析,技術革新の時系列的整理を行った。あわせて,技術開発の動向を規定する自然環境を自然史の視点から総合的にとらえる概念として,自然の範疇に人間活動や人間自体を包含する意味でのアントロポシーン(Anthropocene)をフレームワークとして提案し,この概念の有効性及び必要性を国際会議等で確認した。当該年度後半での時間的制約の中であったが,当初計画での項目1技術革新の構造分析と類型化,2技術革新プロセスのグラフ分析,3技術革新の時系列的整理と特徴の分析,4連携活動に従い進めてきたところである。この計画での研究の中心的成果のひとつとなることが予想されるアントロポシーン(アントロポセン)の視点からの分野横断的な俯瞰による散在する技術史的な知見の連関を論議するフレームワーク構築の可能性の検討を行った。
新規3d-4f混合金属多核錯体の合理的・系統的合成とその物性

本研究は、3d-4f混合金属多核錯体の合理的合成法の確立と系統的物性評価を目的とする。平成13-14年度の2年間での主な成果を以下に挙げる。2.構造:単結晶X線構造解析より、どの金属イオンの組み合わせにおいても、2つ配位子(L)^<2->が両端のβ-diketoneサイトで2つのM^<II>を、中心の2,6-diacylpyridineサイトでLn^<III'>を挟み込んだ直線三核構造の形成を確認した。M=Cuの場合は、2つの配位子の成す二面角はほぼゼロであり、中心Ln^<III>はイオン半径の増加に応じて基底平面より浮き上がっていた。一方M=Ni, Co, Znでは、M-Ln-Mは常に直線配置となっており、中心Ln^<III>のイオン半径の減少とともに配位子間の捩れが増大した。3.磁性:磁気測定においては、M-Ln間(Ln=軽希土類)に反強磁性的相互作用が観測された。また、Ln=Gd, Tb, Dyでは強磁性的相互作用が確認されたが、その他の重希土類では大きなスピン-軌道相互作用により、反強磁性的寄与が支配的であった。4.三元金属磁性系への展開:上記三核錯体と[Cr(CN)_6]^<3->との反応から、三元金属集積型錯体[M_2Ln(L)_2][Cr(CN)_6]・nH_2Oを得た。M=Cuでは一次元鎖状、Niでは二次元シート、Coでは三次元ネットワークを形成しており、Ni, Coでは磁気秩序を達成した。さらにCoの系では、中心Lnの種類により、フェロ、フェリ、メタ磁性の作り分けに成功した。本年度は、合成法の確立及び系統的な物性評価を目指した。2.構造:単結晶X線構造解析より、どの金属イオンの組み合わせにおいても、2つ配位子(L)^<2->が両端のβ-diketoneサイトで2つのM^<II>を、中心の2,6-diacylpyridmeサイトでLn^<III>を挟み込んだ直線三核構造の形成を確認した。M=Cuの場合は、2つの配位子の成す面角はほぼゼロであり、中心Ln^<III>がイオン半径に応じて基底平面より浮き上がっていた。一方M=Niでは、Ni-Ln-Niは常に直線配置となっており、中心Ln^<III>のイオン半径の減少とともに配位子間の捩れが増大し、最小のLu^<III>では面角は34.3°となった。両者を比較すると、中心Ln^<III>の位置するサイトの径はほぼ等しく、配位子との結合距離の長いNiではLn^<III>のイオンサイズに合わせて配位子が振れていた。M=Co, Znでも同様の捩れが観測された。また、Ln=Gd, Tb, Dyでは強磁性的相互作用が確認されたが、その他の重希土類ではスピン-軌道相互作用による磁気モーメントの減少が大きく、顕著な強磁性的相互作用は観測されなかった。現時点では結果の定性的な解釈にとどまっているため、スピン-軌道相互作用の定量的な取り扱いが今後の課題である。

本研究は、3d-4f混合金属多核錯体の合理的合成法の確立と系統的物性評価を目的とする。平成13-14年度の2年間での主な成果を以下に挙げる。2.構造:単結晶X線構造解析より、どの金属イオンの組み合わせにおいても、2つ配位子(L)^<2->が両端のβ-diketoneサイトで2つのM^<II>を、中心の2,6-diacylpyridineサイトでLn^<III>を挟み込んだ直線三核構造の形成を確認した。M=Cuの場合は、2つの配位子の成す面角はほぼゼロであり、中心Ln^<III>はイオン半径の増加に応じて基底平面より浮き上がっていた。一方M=Ni, Co,Znでは、M-Ln-Mは常に直線配置となっており、中心Ln^<III>のイオン半径の減少とともに配位子間の振れが増大した。3.磁性:磁気測定においては、M-Ln間(Ln=軽希土類)に反強磁性的相互作用が観測された。また、Ln=Gd,Tb,Dyでは強磁性的相互作用が確認されたが、その他の重希土類では大きなスピン-軌道相互作用により、反強磁性的寄与が支配的であった。4.三元金属磁性系への展開:上記三核錯体と[Cr(CN)_6]^<3->との反応から、三元金属集積型錯体[M_2Ln(L)_2][Cr(CN)_6]・nH_2Oを得た。M=Cuでは一次元鎖状、Niでは二次元シート、Coでは三次元ネットワークを形成しており、Ni,Coでは磁気秩序を達成した。さらにCoの系では、中心Lnの種類により、フェロ、フェリ、メタ磁性の作り分けに成功した。
次世代衛星ネットワ-クシステムと大学間共同利用に関する総合的研究

通信と放送はそれを実現する基本的な技術は同類のものであり共通な機能も多くあったが、施設や機器の運用制度や利用形態の差が個々の技術の差となって現れた。このことにより通信衛星と放送衛星の区別が生じ、技術開発のプロセスとその運用制度も区別されたものとして発達しているが、技術開発の本質はこれらの運用制度の壁を越え、コンピュ-タと映像の融合とともに放送に通信のサ-ビス機能の区別が全く意味をなさなくなってきている。衛星を用いた媒体においても通信と放送とコンピュ-タを統合したサ-ビス機能の実現が予想される。この研究の主題である「次世代衛星ネットワ-クシステム」とは、家庭やオフィスの端末はもとより、自動車や飛行機等の移動体や、人の携帯する端末に対し、高詳細な画像や音声、デ-タを含んだ情報を、従来の通信的な機能と放送的な機能の両方を実現しうる衛星によるネットワ-クシステムのことである。このような研究開発は、従来、供給者側の視点から行なわれている。すなわち、NTTやNHKなどの事業者の立場での開発が先行しており、またこれを制度的に規制し、バックアップする郵政省等による行政指導によって行なわれている。このことは、利用者側の視点による技術開発がともすると蔑ろにされたために、真に利用者の利便性を重視したシステム開発のための基礎研究の遅れを生む結果となった。これらの歪みを正すために利用者側の視点で基礎研究を行なうことが重要であり、文部省科学研究費補助金重点領域研究の必要性がある。すなわち、本研究は大学を中心とした教育・研究の場において必要である情報通信のインフラストラクチャを構築するための基礎研究を行なうに当たり、何を研究すべきかを調査した結果である。
胚性幹細胞(ES細胞)を用いた神経幹細胞の時間的・空間的特異性制御機構の解析

1.マウスES細胞を用いた神経幹細胞(neurosphere)の誘導系の確立とその時間的・空間的特異性の同定:マウスES細胞からBMPの阻害剤であるNoggin、または低濃度のレチノイン酸(RA)存在下で浮遊培養して得られた胚様体(EB)を分散し、無血清培地でbFGF存在下で浮遊培養することで高効率にneurosphereを形成する培養法を確立した。これらのneurosphereは継代してsecondary/tertiary neurosphereを形成することができ、primaryからはニューロンのみが、secondary/tertiaryからはニューロン及びグリア細胞が誘導され、神経幹細胞の時間的特異性の変化を反映していると考えられた。さらに、領域特異的マーカーの解析によりEB形成時にNogginまたは様々な濃度のRAを用いることで前後軸を、またneurosphere形成時にShh-N, Wnt3a, BMP4を加えることで同様に背腹軸を制御し、ES細胞由来神経幹細胞の領域特異性をin vitroで自在に制御し得ることを明らかにした。2.マウスES細胞由来神経幹細胞のin vivoにおける機能解析と神経変性疾患モデルにおける神経再生:低濃度RAを用いて誘導したES細胞由来neurosphereを野生型ラットおよびALSモデル(変異型ヒトSOD1(G93A)トランスジェニック)ラットの腰髄に移植したところ、NeuN陽性のニューロンに分化し、その一部はCholine Acethyl transferase (ChAT)陽性のコリン作動性ニューロンに分化していた。これらの結果からES細胞由来神経幹細胞がin vivoでもニューロンに分化し得ることが示された。3.ヒトES細胞への応用:京都大学より分与を受けたヒトES細胞の培養を開始し、神経系細胞への分化培養系の開発を開始した。
金属錯体触媒及び有機ホスト分子を用いた新規重合触媒系の設計と構築

近年、環境低負荷型の新規重合触媒系の開発が期待されており、グリーンケミストリーとして水系での重合が非常に重要になると考えられる。本研究においては金属錯体や有機ホスト分子、さらにこの二つを組み合わせた系にて、水系での重合系の構築を試みる。これまでにCyclodextrinはその空洞内にて、ポリエステルの加水分解を促進することが明らかになっている。そこでこのエステル結合切断能力を利用して環状エステル類の重合を試みる。Cyclodextrin(CD)の分子認識能を利用した触媒挙動として、これまでにCDは低分子エステルと包接錯体を形成し、加水分解を触媒することが報告されている。当研究グループにおいてCDがポリエステルであるポリ-ε-カプロラクトン(Poly(ε-CL))やポリアルキルアジペートと包接錯体を形成することが明らかになった。この包接錯体はb-CD存在下ではポリエステルの加水分解がPoly(ε-CL)単体よりもすみやかに加水分解されることがGPCにより明らかになった。今回、我々はこのCDのエステル加水分解能を利用して、環状エステル類の加水分解による開環挙動を詳細に検討した。我々はε-CL-β-CD包接錯体を加熱することにより、^1H-NMRから、Poly(ε-CL)由来のピークを確認し、GPC測定の結果、ポリスチレン換算分子量851のPoly(ε-CL)を確認した。また、質量分析の結果、最大分子量1950,17量体程度のPoly(ε-CL)が生成していることが確認された。一方、ε-CL単体を100°Cのオイルバスで加熱を行ったがPoly(ε-CL)は、^1H-NMR, GPC, MSからは確認されなかった。上記の様にCDの空洞サイズにより加水分解挙動に大きな差が見られ、生体系の分子認識のモデルとして非常に興味深い研究と考えられる。
常磁性物質定量用新規一次標準分析法の開発

一次標準分析法の一種である一次標準直接法は物質量の標準物質を用いる事なく、分析対象成分を直接定量できる定量分析法である。将来の一次標準直接法となる事を目指して、キュリー・ワイスの法則に基づく磁気定量分析法を提案し、その原理の妥当性確認を行った。分析対象は不対電子をもつ原子であり、希土類イオン・有機フリーラジカル等が該当する。分析試料のマトリックスは閉殻電子のみをもつ原子で構成されている必要がある。酸化ガドリニウムと酸化ケイ素の混合粉末、および、3種類の高純度有機化合物を定量した結果、分析値の相対拡張不確かさは約5%であるが、この不確かさの範囲内で直接定量が可能である事を確認した。本研究では、新規一次標準直接法の実現を長期目標としてキュリー・ワイスの法則に基づく新規定量分析法の原理を提案し、その原理の妥当性確認を試みた。試料が不対電子をもつ常磁性物質、または、常磁性物質と反磁性物質の混合物である場合、その試料に一定の磁場を印加しながら磁力計を用いて磁気モーメントの温度依存性を測定する事により、その常磁性物質を非破壊的に共存分析する。前年度実施した高純度酸化ガドリニウム粉末、および、酸化ガドリニウム-酸化ケイ素混合粉末試料を用いた原理の妥当性確認では、各高純度原料粉末の秤量値から求めた酸化ガドリニウムの「調製濃度」、および、本磁気分析法による「分析濃度」間の差が、不確かさの範囲内で不一致であった。それに対して、最終年度では再度、同混合粉末試料の調製・測定を行い、詳細な不確かさ評価を行った。磁気モーメント対温度のデータに対する回帰分析において使用する非線形最小自乗法プログラムを改良することにより、分析値およびその不確かさの値がより正確になり、約5%の不確かさの範囲内で両濃度が一致した。また、その不確かさは、磁気モーメントの測定温度範囲の拡大、および、磁気モーメント測定値の再現性向上を試みる事によって改善できる見通しを得た。本妥当性確認における分析条件では、測定試料量は1060 mgであり、検出可能な酸化ガドリニウムの最低濃度(質量分率)は0.008 kg/kgであった。その他、安定フリーラジカルをもつ3種類の高純度有機化合物粉末を用いた妥当性確認の測定・解析が進行中である。一次標準分析法は、物質量が認証値である様々な認証標準物質の開発に用いられている。一次標準分析法の一種である一次標準直接法は、物質量の標準物質を参照する事なく試料の濃度等を直接定量できる分析法である。しかしながら、現在、国際度量衡委員会物質量諮問委員会が承認している一次標準直接法は重量分析法・電量滴定法・凝固点降下法の3種類のみである。将来の一次標準直接法の候補となる新規定量分析法の実現を目的として、本研究における定量分析法の原理をキュリー・ワイスの法則に基づいて導き、その原理の妥当性確認を超伝導量子干渉計(SQUID)、および、質量比混合法により調製した酸化ガドリニウム(Gd2O3)と酸化ケイ素(SiO2)の混合粉末を用いる事により実施した。「反磁性物質の中にランジュバン常磁性を示す成分が含まれている混合物の場合,その混合物の磁気モーメントの温度変化を高感度磁力計で測定することによって,ランジュバン常磁性を示す成分の濃度を求める事ができる」というのが,本分析法の原理である。ランジュバン常磁性を示す成分は、量子スピン(不対電子)をもつ希土類イオン、または、遷移金属イオン、有機フリーラジカルである。妥当性確認の前に、市販のSQUIDの試料空間における磁場・温度および検出される磁気モーメント値のチェックを、国際単位系(SI)へのトレーサビリティが確保されたNMR磁場測定器、白金抵抗温度計、磁気モーメント標準物質を用いて実施し、磁場・温度・磁気モーメント値の補正値・不確かさを求めた。その後の妥当性確認の結果において、分析濃度と調製濃度の差が約2%となり、比較的良好な結果が得られた。分析濃度の拡張不確かさは約2%であり、その主な不確かさ要因は磁気モーメント測定値の再現性による不確かさである。物質量の標準物質を参照する事なく試料の濃度等を直接定量できる新規定量分析法の開発では、他の方法による実験値と約10%一致すれば、初期の研究成果としては十分良好な結果であるとみなされる傾向にある。それに対して、今年度は2%程度で一致する結果が得られ、今後研究が更に進展する見通しを得た。成果発表は、論文(国際誌)1報・国内学会発表(口頭)1件の他、所内で開催された所属部門主催の成果発表会におけるポスター発表も行った。

前述の分析濃度と調製濃度の比較結果の信頼性を向上させるために,それぞれの濃度の不確かさ要因を詳細に検討・評価する。SQUIDにおける測定条件・測定方法、サンプルの調製方法の変更などを試みることによって多方面からの検討を行い,本新規分析法が一次標準直接分析法として広く認められるためのエビデンスの収得を目指す。また,分析濃度の不確かさの主な要因となっている磁気モーメント測定値の再現性および温度測定の精確さを向上させるための対策を実施する。更に,本分析法のアプリケーション開拓の第一歩として,試薬メーカーから購入できるESR用標準物質など,主成分が安定フリーラジカルをもつ高純度有機化合物および高純度遷移金属化合物などの純度測定等を試みる。本新規分析法で主成分を定量した時の純度とメーカーによる純度の比較を行う。次年度使用額のうち、136,840円は今年度調達請求済みの「校正済シース測温抵抗体」および「直流抵抗器校正」の納品日が次年度であるために生じたているものである。また、残りの次年度使用額のうち、当初全額科研費で購入予定だった備品について、年度末になり運営費交付金の一部をその備品の購入費に充てる事が可能になった事により、生じたものである。当該次年度使用額の一部及び翌年度分として請求した助成金は、SQUID・ESR装置など共同利用施設装置利用料の他、SQUID・ESR用消耗品、試料自動調製のための機器レンタル費、試薬・書籍購入費等に使用する予定である。また、SQUID試料空間の温度測定の結果に基づき、高精度デジタルマルチメーターの購入または見送りを検討する。本研究課題の成果普及を目的として、英文論文校閲費・別刷代、国際会議参加のための外国旅費、国内学会旅費、ポスター作成費等に使用する予定である。