hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
地歴科世界史における問題探究型学習モデルの開発とワークショップ活用に関する研究

私は、「問題探究型学習」モデル開発の研究成果として、『歴史的思考力を伸ばす世界史授業デザイン』(明治図書)『探究的世界史学習の創造』(梓出版社)を刊行した。探究型授業を紹介する研修会として、最終年度に以下の活動を行った。新潟県、長野県、埼玉県で教員研修の講師を務めた。横浜市と新潟市で研修会を開催した。本研究における初年度研究実績の概要を1.研究調査活動,2.研究成果としての論文執筆,3.教職員に対する指導の3点に整理して報告する。1.研究調査報告:日本国際理解教育学会の研究大会(2011年6月18-19日,京都橘大学)に参加し,歴史教育に関わる研究報告の資料を収集した。また,米国カリフォルニア社会科協議会:California Council for the SocialStudies,CCSSと略称)の第51回年次研究大会(2012年3月2-4日, Hyatt Regency, Orange County, CA)に参加し,米国の社会科授業研究について歴史学習を中心に研究し,資料を収集した。2.研究成果としての論文執筆:日本社会科教育学会編『社会科教育』113号(2011年9月)に「ESDと世界史教育ー環境の視点が世界史に問いかけるものー」(pp.95-106)を投稿し,掲載された。本論文では,ESDの学び,とくに環境史の観点を取り入れた単元開発を行った。また,『中等教育資料』平成23年4月,7月,10月,平成24年1月号に「新学習指導要領世界史の実施に向けて」(8)(11)を連載し,新学習指導要領に基づく世界史A・世界史Bの内容の特徴や授業方法について解説し,「思考力・判断力・表現力等の育成」をはかるための指導法について明らかにした。3.教職員に対する指導:長野県総合教育センターの研修講座「これからの歴史教育」(2011年8月25日)の講師として,長野県内の中・高校教員約30名を指導した。内容は「博物館と歴史の授業新学習指導要領に盛り込まれた博物館の活用」,「考え方を学ぶ学習としての仮説実験授業「沈没船の謎を追う新安沖沈船の実践」を事例として」,「多面的・多角的な思考力を育てる授業作り『大航海時代』の授業を事例として」である。本研究は、2013年度から実施される新教育課程での地歴科世界史A、Bの実施を念頭においた「問題探究型学習モデル」開発と、教師・教職を目指す学生を対象としたワークショップ型研究会の実施の、2点を柱としている。本研究の2年度の達成度について、以下の2点に整理して報告する。1.新教育課程の地歴科世界史A、B施行に向けての「問題探究型学習モデル」の開発:新学習指導要領の趣旨や教材化の視点について整理し、その成果を『中等教育資料』に連載した。地歴科世界史Bのにおける「問題探究型学習モデル」として、「単元『黒死病と14世紀の世界』の開発」・「地理との関連付けを目指した単元」を開発し、日本社会科教育学会、日本地理教育学会シンポジウムで発表した。単著『探究的世界史学習の創造』(梓出版社、全199頁)を刊行し、「問題探究型学習モデル」を公開し、普及を図った。2.教師・教職を目指す学生を対象としたワークショップの実施:国立民族学博物館主催の「博学連携教職員ワークショップ」(2012年8月6・7日、国立民族学博物館、約100名)のワークショップ講師を務めた。長野県総合教育センターの教員研修講座「これからの歴史教育」(2012年8月30日、長野県総合教育センター、約30名)の講師を務め、現職教員を指導した。・学生を対象とした博物館活用のワークショップを開催した(2012年11月18日、JICA海外移住資料館、約40名)。問題探究型学習モデル」の理論化と単元開発が出来たことは収穫であった。また、大阪府、長野県塩尻市、神奈川県横浜市などの地域でワークショップを指導しノウハウを蓄積するとともに、実施に向けての課題についても認識できた。
合金における相変態機構の原子的尺度での解折

1.マルテンサイト変態:NiAl,ZrNb,FePdについて、中性子回折・散乱による構造的、および格子力学的研究を行い、相変態点近傍でメソスコピックなスケ-ルでの構造ゆらぎ(bcc→マルテンサイト相)を見出した。このゆらぎを“heterophase fluctuation"とよび、マルテンサイト変態を特徴づけるものと位置づけた。また、FeーPd合金について、マルテンサイト変態の前駆現象であるツイ-ドパタ-ンを高分解能電顕観察により詳細に観察し、その成囚を明らかにした。2.ベイナイト変態:種々の量の炭素を含む鉄について、光学および電子顕徴鏡観察により、上部ベイナイトの核生成機構を調べた。また、CuーZnーAl合金のベイナイト変態時の原子移動過程のモデルをたて、これを検証する実験を行った。3.合金における構造のゆらぎと相変態:合金単結晶の相転移に伴う徴妙なX線散漫散乱の広い範囲にわたる強度分布の変化の時分割測定に成功し、相転移の原子的機構解明への道を開いた。代表的アモルファス合金であるPdーSi合金について、中範囲規則構造の存在を確認した。ALCHEMI法、アトム・プロ-ブFIM法、高角度2結晶X線回折法などの新しい手法を用いて、種々の合金における原子の位置、濃度のゆらぎ、相転移について新しい知見を得た。4.金属間化合物の相変態と構造欠陥:稀土類合金系中間相、セラミックス、極性合金、ゼオライト、準結晶、CuーGe合金、CuAuーAg合金など、多種の金属間化合物物質について、相変態、構造欠陥と諸性質の関連を明らかにした。1.マルテンサイト変態:Au-47.5at.%Cd合金はマルテンサイト変態する典型的な合金であり、また、時効果によりゴム状弾性を示すことが知られている。この原因を明らかにするためX線回折実験を行い、ピ-ク・プロファイルが時効とともに非対称性をますことを見出した。(大塚)。また、ひずみを導入した合金についての実験から、ひずみの存在はζS_2マルテンサイトの生成を促進する効果があることが結論された(永沢)。Fe-Pd合成金のbctマルテンサイトには独特な局所歪が認められ、これが正方性の原因となっていることが示唆された(大嶋)。2.ベイナイト変態:鋼のベイナイト変態において、フェライトの格子変形はマルテンサイト的せん断変形が強く関与していることを明らかにした(岡)。3.合金における構造のゆらぎと相変態:ti-Ni合金に添加した第3元素の占有位置をALCHEMI法により調べた。FeおよびCoはNiサイトに、Cr,Mn,CuはTiとNiの両サイトにほぼ均等に入っていることが明らかにされた(清水)。アモルファス合金の中範囲規則構造を高分解能電顕法により観察し、各種のモデルと比較検討した(長倉)。4.金属間化合物の相変態と構造欠陥:Pd-Mn系合金(渡辺)、Ag-Al合金(北野、Au-Cr合金(原田)、Pd-Ce系金属間化合物(沖)、U-Pd,U-Os系金属間化合物(安達)、各種準結晶(平賀)の構造、圧力の効果、磁性との関連を調べた。また、金属間化合物における拡達機構について詳細な解析を行った(小岩)。1.マルテンサイト変態:NiAl,ZrNb,FePdについて、中性子回折・散乱による構造的、および格子力学的研究を行い、相変態点近傍でメソスコピックなスケ-ルでの構造ゆらぎ(bcc→マルテンサイト相)が見出された。このゆらぎを“heterophase fluctuation"とよび、マルテンサイト変態を特徴づけるものと位置づけた(山田)。また、FeーPd合金について、マルテンサイト変態の前駆現象であるツイ-ドパタ-

ンを高分解能電顕観察により詳細に観察し、その成因を明らかにした(大嶋)。2.ベイナイト変態:種々の量の炭素を含む鉄について、光学および電子顕微鏡観察により、上部ベイナイトの核生成機構を調べた(岡)。また、CuーZnーAl合金のベイナイト変態時の原子移動過程のモデルをたて、これを検証する実験を行った(武沢)。3.合金における構造のゆらぎと相変態:合金単結晶の相転移に伴う微弱なX線散漫散乱の広い範囲にわたる強度分布の変化の時分割測定に成功し、相転移の原子的機構解明への道を開いた(岩崎)。代表的アモルファス合金であるPdーSi合金について、中範囲規則構造の存在を確認した(弘津)。ALCHEMI法、アトム・プロ-ブFIM法、高角度2結晶X線回折法などの新しい手法を用いて、種々の合金における原子の位置、濃度のゆらぎ、相転移について新しい知見を得た(清水、佐分利、平野、岡崎)。4.金属間化合物の相変態と構造欠陥:稀土類合金系中間相、セラミックス、磁性合金、ゼオライト、準結晶、CuーGe合金、CuAuーAg合金など、多種の金属間化合物物質について、相変態、構造欠陥と諸性質の関連を明らかにした(沖、中西、原田、平賀、寺崎、小岩)。
人口減少時代の地域再生と空間経済学

空間経済学で標準的な独占的競争企業に基づく新経済地理モデルを拡張し、農業部門に差別化財を生産する「ブランド農業」部門を導入した一般均衡理論モデルを開発した。分析の結果、完全競争で差別化されていない一般農業財が持続不可能な都市市場から遠く離れた地域においても、ブランド農業部門であれば市場供給費用を低くするような政策を実施するか、十分に差別化された製品を生産するかすれば、存在可能であることがわかった。このことは、市場へのアクセスが悪い限界的な周辺地域において、価格競争のみに依存する一般農業財で地域を維持しようとすれば補助金に頼らざるを得ないところ、需要の価格弾力性が低い、すなわち価格が高くても需要を失わないような、差別化された農業財を供給することができれば、補助金に依存せず、地域が自立可能であることを示唆している。そのような限界地域の自立可能性は、製品のマーケティングなど市場アクセスを改善するような努力により一層高まるともいえる。また、一般農業財のみならず差別化された多様なブランド農業財が供給されることは消費の多様性を増やすことを通じて都市部の消費者の厚生水準を改善することにもつながることが予想される。人口減少時代において、脆弱な状態に置かれている地方にとって、地域の知識や自然資源を差別化された製品開発に活用することが、非常に重要である。なお、この分析結果を論文にまとめ、英文学術雑誌に投稿済みである。初年度の目標としていた、研究プロジェクトの基本枠組みとなる理論モデルを確立することができたため。すでに確立した基本モデルに基づいて、より複雑な空間構造を研究するための発展的な理論モデルを開発する。とくにブランド農業部門育成における地方中核都市の役割について分析を進める。さらに、厚生水準の比較にもとづく望ましい空間構造について分析を行う。その際に、人口増加局面と人口減少局面の空間構造が分岐していくときの違いを明示的に捉え、厚生水準の比較から政策介入の必要性を考察する。特に、大規模災害の発生を想定し、復興支援の是非について考察する。加えて、このような理論分析の裏付けとなる事例を集め、ブランド農業成立の実証分析を行う。当初の予定より研究費の支出を抑えられたため,若干の残額が出た。次年度に必要な消耗品の購入に充当する。
医療や医療サービスにまつわる倫理的、社会的、法的見解から国際比較を行う

研究の目的:欧米の研究ネは具体的に最先端技術を発展さ)ると同時に、各国の政府機関や国際機関は社会的、法的、などあイオテクノロジー進歩の妥当性を検討するところでもバる。本事業の目的は現在における国際的生命倫理の重要問題を研究することでバる。世界保健機関(WHOせが認識することでもバりますが、世界人口の8割ほど現代医療にアクセスできない事実でバる。発展途上国を中心にして、各国の専門家の者ットワークを作成し、基本医療へのアクセス、伝統医療や最先端技術に関する調査を行う予定です。本年度の研究実績:平成15年12月平成16年2月:各国専門的論文のフレームワークを作成した。主に途上国にいる医療関係ネ、生命倫理専門家、公衆衛生決定ネにそれぞれの地域についての現状を具体的に描いてもらうことを依頼した。平成16年2月1217日:筑波大学で「第五回アジア生命倫理学会、第九回つくば国際生命倫理円卓会議」が行われた。各国の研究ネが集まって、者ットワークを作って、以降の発展に関する会談を行う。論文を作成された研究ネに謝礼金を支払った。平成16年3月:作成されたフレームワークに基づいた各国のレポートを委託し、インター者ット上で公開する。
Sanfilippo症候群の酵素診断に関する基礎的研究

Sanfilippo症候群(ムコ多糖症【III】型)には遺伝的異質性が存在し4型に分類されている。本研究は頻度の高い本症B型およびA型の酵素診断に関し基礎的検討を加えたものである。本症B型の欠損酵素Nアセチル-α-グルコサミニダーゼは、培養皮膚線維芽細胞を用いて測定する場合、細胞を35°Cで培養すると通常の37°Cでの培養と比較してその活性が3倍と上昇した。一方、培養温度を37°Cから39°Cまで上ゲてみても、本酵素活性が著しく低下するということはなく、正常の線維芽細胞と本症B型患者由来の細胞では明らかに差を認めた。以上より、培養皮膚線維芽細胞を用いた本症B型の診断には、37°C培養の細胞で充分であり、Hallらの指摘したように35°C培養細胞が必ずしも必要というわけではないとの結論に達した。しかし、35°Cで37°Cの3倍の活性が認められるということは、保因者診断や胎児診断においては、35°Cにおける倍養も考慮されるべきであることを示すものであった。次に本症A型の欠損酵素スルファミダーゼの培養皮膚線維芽細胞を用いた測定について検討した。本酵素は、従来【^(35)S】ラベルのヘパリンを基質として測定されていたが、ヘバリンより作製したトリチウムラベルのN-Sulfated disaccharideが本症診断のための基質として極めて有用であることが明らかとなった。
陰イオン選択性イオノフォアを包埋した人工平面脂質二分子膜センサーの開発研究

1.単分子膜貼り合せ法による陰イオン選択性イオノフォアを包埋した人工平面脂質二分子膜(マクロBLM)1)平成10年度実績報告書内容RMQA^<4+>包埋マクロBLM:陰イオン選択性イオノフォアとして4種のRMQA^<4+>:ジオレオイルフォスファチジルコリン(DOPC):コレステロール(chol)=1:10:5及び1:5:2.5(モル比)のマクロBLMは、目的イオン濃度の増加に伴うの膜電位応答及び電気伝導度変化は観測されず、DOPC:chol=2:1(モル比)から成る膜と比べてバックグランドコンダクタンスの差がなかった。一方、カプリコート:DOPC:chol=1:10:5(モル比)のマクロBLMも、Iイオンに対して膜電位応答を示した。2)平成11年度研究結果RMQA^<4+>包埋マクロBLM:脂質にフォスファチジルコリン(PC)、フォスファチジルエタノールアミン(PE)、ホスファチジルセリ(PS)を混合して用いたマクロBLMを試作した。RMQA^<4+>:PC:PEまたはPS:chol=1:8:2:5及び1:9:1:5、1:10:0:5(モル比)のマクロBLMは、目的イオン濃度の増加に伴うの膜電位応答及び電気伝導度変化は観測されず、バックグランドコンダクタンスの差がなかった。以上の結果及び平成10年度実績報告から、RMQA^<4+>をマクロBLMに包埋できないと考えられる。一方、大環状ポリアミン誘導体(C_<16>H_<33>-〔16〕ancN_5)は、イオノフォア:DOPC:chol=1:4:2のマクロBLMがフタル酸イオンに対して電位応答を示した。今後、同誘導体について更に検討する予定である。2.Tip-dip法による陰イオン選択性イオノフォアを包埋した人工平面脂質二分子膜(ミクロBLM)今後、上記マクロBLMの結果をミクロBLMにフィードバックする予定である。1. Tip-diP法による脂溶性マクロトリサイクリックアンモニウムイオン(RMQA^<4+>)を包埋した人工平面脂質二分子膜(ミクロBLM)の試作と目的イオン(I^-,Br^-,Cl^-,F^-)に対する膜透過性変化の検討.1)安定なRMQA^<4+>:脂質:コレステロール単分子膜を形成できる膜組成の検討.テトラナフチルMQA^<4+>及びテトラベンジルMQA^<4+>は、膜崩壊表面圧力が30mN/m以上の単分子膜(気水界面上)を形成しないことがわかった.今後,2.の結果もふまえて,イオノフォア/脂質混合単分子膜の膜組成について検討し,電位応答型マクロBLMセンサー及び電流応答型ミクロBLMセンサーにフィードバックする.2.単分子膜貼り合せ法によるRMQA^4+を包埋した人工平面脂質二分子膜(マクロBLM)4種のRMQA^4+を用いて,膜組成がイオノフォア:ジオレオイルフォスファチジルコリン(DOPC):コレステロール(chol)=1:10:5及び1:5:2.5(モル比)のRMQA^<4+>包埋マクロBLMを試作した.全ての膜について,目的イオン濃度の増加に伴うの膜電位応答及び電気伝導度変化は観測されなかった(S/N<3)。また,DOPC:chol=2:1(モル比)から成る膜とRMQA^<4+>包埋膜は,バックグランドコンダクタンスの差がなかった(S/N<3)。これらの結果より,上記組成で形成させたマクロBLMには,RMQA^<4+>が包埋されないことがわかった。一方,カプリコート(陰イオン交換体)を包埋したマクロBLM(イオノフォア:DOPC:chol=1:10:5,モル比)は,I^-に対して膜電位応答を示すことがわかった。今後,マクロBLMへの他の陰イオン選択性イオノフォア(主に陰イオン交換体)の包埋についてもあわせて検討する。

以上の結果及び平成10年度実績報告から、RMQA^<4+>をマクロBLMに包埋できないと考えられる。一方、大環状ポリアミン誘導体(C_<16>H_<33>-〔16〕ancN_5)は、イオノフォア:DOPC:chol=1:4:2のマクロBLMがフタル酸イオンに対して電位応答を示した。今後、同誘導体について更に検討する予定である。2.Tip-dip法による陰イオン選択性イオノフォアを包埋した人工平面脂質二分子膜(ミクロBLM)今後、上記マクロBLMの結果をミクロBLMにフィードバックする予定である。
シード線源を用いた化学小線源療法の開発

中間,高リスク前立腺癌に対して,低線量率小線源治療を主軸とした複数のモダリティによる治療方法による有効な治療範囲の拡大,治療強度の増加が必要である.線量計算のモデリングを行い検証した結果,単一線源に対する任意点での線量計算値の違いは1%未満であった.小線源治療の線量分布を利用することで,外部照射の線量分布との重ね合わせが可能であった.小線源治療の物理線量と生物学的に等価な線量に変換したEUDを測定し,有害事象予測に有用なツールとなる可能性が示唆された.中間・高リスク前立腺癌に対しては、癌が前立腺内に局在していると画像的に判断しても、顕微鏡的に3mm以上の被膜外浸潤が認められることが知られており、複数のモダリティによる治療方法によって有効な治療範囲の拡大、治療強度の増加が必要である。その中でI-125シード線源を用いた低線量率小線源治療(以下、I-125シード治療)を主軸とした包括的戦略が有望視されている。I-125シード治療の治療強度をより正確に把握するため、シード線源が留置できるように加工した水等価性ファントムを作成し、独自の解析ソフトを用いてパラメーターごとのヒストグラム解析を行うことにより、最適なピッチファクタ、検出器収集方法、管球回転速度を検証した。小さいピッチファクタならびに低速の回転速度による条件でアーチファクトの少ない線源同定が可能になることが示された。中間,高リスク前立腺癌に対して,低線量率小線源治療を主軸とした複数のモダリティによる治療方法による有効な治療範囲の拡大,治療強度の増加が必要である.線量計算のモデリングを行い検証した結果,単一線源に対する任意点での線量計算値の違いは1%未満であった.小線源治療の線量分布を利用することで,外部照射の線量分布との重ね合わせが可能であった.小線源治療の物理線量と生物学的に等価な線量に変換したEUDを測定し,有害事象予測に有用なツールとなる可能性が示唆された.小線源治療は線源に隣接する組織には処方線量を上回る線量が投与されるが、距離が離れるほど線量は減衰するため、臨床現場では辺縁部位の再発を経験する。I-125シード線源を用いた低線量率小線源治療(以下、I-125シード治療)において、治療強度の増加ならびに有効な治療範囲の拡大が実現できるかを検討する。有効な治療範囲の拡大ならびに治療強度の増加によって、とくに中高リスク前立腺癌の治療成績の向上を目的とする。I-125シード治療の線量評価には治療計画装置Eclipse(ver. 7.3)を使用した。EclipseにはI-125シード線源の各モデルに対応する線量計算パラメータを入力し、I-125シード治療の線量計算のためのモデリングを行った。I-125シード治療の線量計算は、単一線源の線量分布情報の正確性が重要であるため、Eclipseの単一線源に対する任意点の線量計算値を独自に開発したソフトを使用し検証した。I-125シード治療用治療計画装置VariSeed(ver. 8.0)により術後線量計算した患者情報をDICOM-RT形式によりEclipseにインポートすることで、マルチモダリティによる線量の重ね合わせを行った。Eclipseの単一線源に対する任意点での線量計算値を検証した結果,全て1%未満であった.再計算後のI-125シード治療の線量分布を利用することで、他のモダリティとの重ね合わせが可能となり、治療計画へのフィードバックにつながることが示唆される。本研究の目的であるI-125シード治療の治療強度の増加ならびに有効な治療範囲の拡大にむけてマルチモダリティによる治療の統合化が必要である。本年度の研究で、I-125シード治療と他のモダリティとの重ね合わせ・合算による評価が可能になったと考えられ、おおむね順調に進展していると判断する。本年度の研究で行ったマルチモダリティによる線量の重ね合わせをファントムを用いて実測データにて検証する。また、I-125シード治療において、線源に近い臓器には大きな線量が投与されるため、直腸ならびに膀胱の安全性を担保しながら治療強度の増加を目指さなくてはならない。代表的なリスク臓器である直腸線量指標として、Equivalent Uniform Doseを算出し、治療強度の増加の可能性を検討し、ファントムを用いて検証する。
FRETを用いた生細胞内でのフリーラジカル可視化システムの構築

生細胞内で活性酸素種を検知するために、出芽酵母の酸化ストレスセンサー蛋白質Yap1の構造変化を可視化するシステムを構築した。具体的には、Yap1に2種類の緑色蛍光蛋白質(GFP)の誘導体蛋白質を融合して蛍光エネルギー転移(FRET)の強度変化を観察することにより検出する。1)Yaplの制御ドメインのN末端側、C末端側にCFPおよびYFPを融合させ発現させた(Yap1融合蛋白質)。その結果、酸化的な酵母変異株内でFRETをおこし還元剤で処理するとFRETが減少し、Yap1の構造変化がこのシステムで可視化できることを示唆した。2)FRETの効率化:Yap1融合蛋白質が細胞質の還元状態で酸化ストレスによりFRETが起こるようにランダムな変異を導入することにより改変した。その結果、Yap1融合蛋白質の感度が上昇した。3)Yap1融合蛋白質をHEK293細胞に導入した。ER内に局在化させるシグナルを付加して観察した結果、Yap1融合蛋白質の蛍光が観察された。本研究により、このYap1検知システムが細胞内の活性酸素種の発生、または外部からの浸入を時間的、空間的に可視化する強力なツールになり得ることが強く示唆された。今後、動物細胞における活性酸素シグナルの検出系として、このYap1融合蛋白質を培養細胞に導入して、酸化ストレス、サイトカイン刺激による活性酸素発生をFRETとシグナルとして検出、時間的変化を検出する予定である。細胞内における活性酸素種などのフリーラジカルの検出は蛍光物質を用いて行われるが、汎用される試薬はフリーラジカルとの反応生成物を検出するため反応が不可逆的である。また、蛍光物質では細胞内の発生場所などを特定できないが、本研究で開発された方法はこの点も解決するものと期待される。
比例的推論の進展を促す数学的表記の探求による授業の開発と評価

本研究では,比例に関する数学的表記についての子どもの意味づけを捉え,指導上の提案を行った。表・式・グラフに対する子どもの意味づけからは,難しさとともに,子どもにとっては表が馴染み深く,他の表現様式の意味づけの足場となっている様子が見られた。また,授業の中で子どもが表記を見直したり,振り返ったりする上では,他者とのやりとりが重要であることを再確認した。得られた結果をもとに,子どもが表記との相互作用を活発に行うようになるための学習環境を考察した。研究の目的:比や比例の授業の中で,子どもが数学的表記にどのように関わっているのか,その関わりが子どもの比例の考えの変容にどうつながっているのかを考察し,比例の考えを進展させるような数学的表記との関わりを実現することを目指して,指導上の提案を行う。本年度の実績1:「数学的表記に対する意味を子どもが見直す文脈」についての分析を行った。Van Oersの「記号的活動」(semiotic activity)の視点を取り入れ,「単位量あたりの大きさ」(小6)の授業の中で,観察児童が,数学的表記を「問題にしている」場面を分類,整理した。その結果,大きく4つの場面に分類することができ,また,それらの場面をもとにして児童の振り返りの様子を考察することができた。本年度の実績2:「単位量あたりの大きさ」及び「比例」に関する数学的表記の扱いについての実態調査を行った。平成19年9月10月にかけて,小6・中1の児童・生徒,合計163名を対象にして,アンケート調査を実施した。得られた結果の一部は以下の通りである。・「単位量あたりの大きさ」を式や絵図で「他者に分かり易く表現する」ことを求めると,それによって方略の変化や推論面での補強が行われる。しかし,その一方で,中学校においても,「分かり易く表現する」ことにはあまり慣れていない様子がうかがえる。・比例の式(△÷○=4等)の扱いは概ね苦手である(中1)。特に,比例定数「4」等の,2変数間の普遍的(一般的)な関係としての認識が薄い傾向にある。これは,異なる問題(具体的な2量についての問題,表の穴埋めの問題,グラフをよむ問題)において共通に見られた。研究の目的:比や比例の授業の中で,子どもが数学的表記にどのように関わっているのか,その関わりが子どもの比例の考えの変容にどうつながっているのかを考察し,比例の考えを進展させるような数学的表記との関わりを実現することを目指して,指導上の提案を行う本年度の実績1:平成19年度に行った実態調査の結果(中1生徒)を,学会や誌上において発表した(11「研究発表」を参照)。また,小6児童についての結果は,宇都宮大学教育学部教育実践総合センター紀要第31号に,論文として提出している。本年度の実績2:栃木県内の公立中学校において,中1「比例」の指導ユニットを,教師と協同で開発し,実践の過程を観察・記録した。授業は平成20年11月10目12月17日(15時間)に行った。現在,授業で扱われた表記を中心に,データの分析を進めている。本年度の実績3:栃木県内の公立小学校において,小6「比例」の授業の観察と記録を行った。授業は平成21年1月20日2月6日(10時間)に行った。ここでは,指導ユニットの開発には至らなかった。しかし,観察児童に対して,授業後に刺激再生法を用いたインタビューを試みるなど,子どもの振り返りや変容を捉えるためのデータ集録の工夫を行った。本年度の実績1:平成19年度に行った実態調査の結果(小6児童についての結果)を,宇都宮大学教育学部教育実践総合センター紀要第31号に,研究論文として発表した。(11「雑誌発表」を参照)。本年度の実績2:平成20年度に行った,公立中学での「比例」の授業のフィールドワークの結果の一部を,日本数学教育学会数学教育論文発表会において発表した。概要:3名の注目生徒の授業中の活動を,数学的表記の内化の3つの相から概観した結果,相はきれいに進んでいるわけではなく,ある相が継続したり,前の相が再度現れたりするといった複雑な様子が見られた。また,表の内化は,式やグラフに比べて,進んでいた。生徒による表の進んだ使用は,文字式による表示など,その生徒にとって新規な表現様式の意味づけに関与していた。その一方で,生徒によっては,式などの扱いが進む際に,表に対して新たな見方が出現している様子も観察された。本年度の実績3:3年間の研究のまとめを行い,報告書を作成した。

報告書の目次:はじめに;第1章先行研究の検討;第2章数学的表記の内化を促す文脈の探究-「単位量あたりの大きさ」の授業の考察;第3章「比例」指導前の中1生徒の比例の式の扱い-筆記調査を通して;第4章中学校比例の授業での生徒の数学的表記の内化を捉える;第5章指導への示唆;参考文献・資料。
DNA複製および転写に伴うDNAトポロジー変化に起因する染色体再編誘発機構

多くの生物種のゲノム中には各種の反復配列が存在し、ガンや遺伝病を引き起こす染色体再編の原因となる。試験管内DNA複製系を用いて、鋳型DNA中の長い逆向き反復配列のDNA複製に対する影響を解析した結果、この反復配列は複製に依存して十字構造を取り、複製の進行を一時的に阻害することを明らかにした。大腸菌のSbcCDタンパク質は十字構造DNAを末端から分解し、二本鎖DNA切断を引き起こして、遺伝的不安定性をもたらすことが分かった。染色体再編に重要な役割を果たすと考えられているDNAの二本鎖切断が細胞内で生じるプロセスを理解することを目的として、DNA上の逆向き反復配列に依存した十字型DNA構造の形成とそれが引き起こす二本鎖切断と遺伝的不安定性の解析を進めており、以下の成果を得た。1)rpsL変異検出系での染色体異常の発生に及ぼすSbcCDとDNAトポイソメラーゼの効果rpsL変異検出系に用いる大腸菌株MK811(Kanie et al., 2007)を用いて、欠失、重複、逆位などの染色体異常や相同染色体間組換えの頻度を測定したり、染色体異常の構造解析を容易に行える。この系を用いてDNAジャイレースの特異的阻害剤を細胞に作用させた時の遺伝的影響を解析した。その結果、細胞増殖を少し遅延させる程度の阻害剤濃度では相同染色体間組換えの発生頻度が顕著に上昇することを見いだした。欠失や、重複、転座などの発生頻度については、それらの上昇は認められなかったが、低下するかどうかを明確にすることはできなかった。現在、sbcCD欠損株での染色体異常の解析を進めている。2)逆向き反復配列IR-246のSbcCD依存遺伝的不安定性に及ぼすDNAトポイソメラーゼの効果246bpの長さの逆向き反復配列を持つプラスミドDNA(pIR246)は野生型大腸菌細胞内では極めて不安定であり、形質転換が不可能である。しかし、sbcCあるいはsbcD変異株では安定に保持される。このことを利用して、IR-246の遺伝的不安定性を定量的に測定する実験系の構築を開始した。現在までに、野生株とsbcCD欠損株でのpIRプラスミドの遺伝的不安定性を定量的に測定する方法を開発し、反復配列周辺で生じる遺伝的変化の塩基配列レベルでの解析を進めている。また、sbcC遺伝子をアラビノースプロモーターの下流にクローン化したプラスミドの作製が進行中である。1)逆向き反復配列に依存した染色体異常を特異的に検出する実験系の構築:遺伝子改変が容易に行えるようにrpsL変異検出系を改変し、rpsL遺伝子配列の後半部を含む逆向き反復配列をrpsL遺伝子配列の下流に導入して、逆向き反復配列に依存した染色体異常を特異的に検出・解析する実験系を開発することにした。実験系に用いる大腸菌株の作成がほぼ完成したので、SbcCDとDNAトポイソメラーゼの効果を解析する準備をすすめている。2)SbcCDタンパク質の生化学的解析:精製したSbcCDと十字構造やヘアピン構造を含む各種DNA基質を用いて、詳細な酵素学的解析を行った。その結果、SbcCDは二本鎖DNAの長さに依存してヘアピンを含むDNA末端でのヌクレアーゼ反応のモードを変えることが明らかになった。3)逆向き反復配列IR-246に依存した十字構造の発生機構を解析するin vitro実験系の構築:タグ付きのTusタンパク質とタグにアフィニティを持つ磁気ビーズを用いて、複製装置が結合した状態での複製中間体をインタクトな状態で分離する技術を開発した。さらに、in vitro oriC系での反応をDNAジャイレースを加えずに進めた際に生じる複製フォークの進行が停止した複製中間体の定量解析を行い、この条件で複製中間体が安定して存在することを確認した。さらに、タグ付きのTusタンパク質を用いた分離法により、DNAジャイレース非存在下で生じる複製中間体を分離する実験を行い、この実験系が十分に解析に用いることができることを示した。1)逆向き反復配列に依存した染色体異常を特異的に検出する実験系の構築多数の大腸菌集団の中から変異や染色体異常が生じた細胞をポジティブに選択できる実験系としてrpsL変異検出系は優れている。rpsL遺伝子配列の後半部を含む逆向き反復配列をrpsL遺伝子配列の下流に導入して、逆向き反復配列に依存した染色体異常を特異的に検出・解析する実験系を開発した。実験系に用いる大腸菌株の作成は完成したが、残念ながら、この株はストレプトマイシン耐性を示し、変異検出には用いることができないことが分かった。2)逆向き反復配列IR-246に依存した十字構造の発生機構の解析昨年度までに、oriCプラスミドDNAを鋳型にした試験管内複製系を基にして、複製フォークの進行を詳細に解析する実験系を用いて、複製に依存した十字構造の発生を解析する方法を開発した。

さらに、in vitro oriC系での反応をDNAジャイレースを加えずに進めた際に生じる複製フォークの進行が停止した複製中間体の定量解析を行い、この条件で複製中間体が安定して存在することを確認した。本年度は、分離した複製中間体にDNAジャイレースを再添加して複製フォークを始動した時に、逆向き反復配列IR-246に依存した十字構造が発生するかどうかを解析し、確かにDNAジャイレースを再添加した時に、逆向き反復配列が十字構造を形成することを示すことができた。多くの生物種のゲノム中には各種の反復配列が存在し、ガンや遺伝病を引き起こす染色体再編の原因となる。試験管内DNA複製系を用いて、鋳型DNA中の長い逆向き反復配列のDNA複製に対する影響を解析した結果、この反復配列は複製に依存して十字構造を取り、複製の進行を一時的に阻害することを明らかにした。大腸菌のSbcCDタンパク質は十字構造DNAを末端から分解し、二本鎖DNA切断を引き起こして、遺伝的不安定性をもたらすことが分かった。in vivoでの解析については、DNAジャイレース阻害剤を用いた実験が思うような結果を生み出さなかったが、新たな変異検出系を開発して、逆向き反復配列に依存する染色体異常の発生を定量的に解析できるようになったので、成果が期待できると判断している。in vitroでの解析では、SbcCDの生化学的解析で新たな知見が得られ、現在、論文投稿中である。複製中間体の実験系もほぼ完成したので、今後の解析結果が期待される。27年度が最終年度であるため、記入しない。分子遺伝学、生化学今後も遺伝学的解析と並行しながら、生化学的解析を進めて行く計画である。両方共に新しい実験系が完成しつつあり、順調に研究計画が進展している。このことから、ほぼ計画通りに研究を進めていく予定である。sbc遺伝子をアラビノースプロモーターの制御下で発現させるプラスミドの作成に予定よりも手間取っているが、rpsL変異検出系を用いた研究は予定よりも早く進行しており、平成26年度中には、遺伝的解析の大部分を予定通りに進めることができると判断している。また、SbcCDタンパク質の生化学的解析も順調に進んでいるので、計画全体は幾分前倒しで進展するものと期待している。遺伝学的解析において、変異頻度の解析や塩基配列決定にかなりの額の研究費を予定していたが、26年度は実験系の開発が主であったために、次年度以降に計画が繰り越されることになったため。今後は、遺伝学的解析と並行して生化学的解析を推進していく計画である。生化学的解析の中心は、oriCプラスミドDNAの試験管内複製系での十字型DNA構造の発生機構を解明することと、SbcCDタンパク質の詳細な酵素学的解析を行うことである。両方共に、すでに研究を開始しており、順調に進展している。このことから、ほぼ計画通りに研究を進めていくことになると思われる。変異頻度の解析や塩基配列決定に必要な試薬の購入、および生化学的解析に似強うな物品費として使用する。遺伝子クローニングの実験の進捗が予定よりも遅れたことが主たる要因である。
高次組織化π共役ポリマーナノチューブ複合体のキラルπ空間制御と機能開発

キラルアゾポリチオフェンナノチューブと金属ナノ粒子の複合体を合成するために、ビオローゲン誘導体で保護した金ナノ粒子および銀ナノ粒子を合成した。TEMにより観察すると微細で粒子径が整っていることを確認し、UV-visスペクトルを測定すると金属ナノ粒子特有の表面プラズモン共鳴に基づく吸収を確認したことから、金属ナノ粒子の生成を確認した。それらの金属ナノ粒子をPNTに内包させ、キラルアゾポリチオフェンナノチューブと金属ナノ粒子の複合体を合成し、TEMによる観察およびエネルギー分散型X線分析を行った。その結果、構成元素である金、銀の存在を確認すると共にポリマーナノチューブ内中空に金属ナノ粒子が凝集することなく内包された様子を観察できた。キラルビナフチル基とアゾベンゼンを導入したターチオフェン誘導体[(R)-,(S)-1]のテンプレート電解重合を行いキラルアゾポリチオフェンナノチューブ[(R)-,(S)-1-PNT]を合成すると共に、1-PNTの中空内に金ナノ粒子を内包したAu-NP@1-PNTを創製した。UV-visおよび円偏光二色性スペクトルを用いて1-PNTおよびAu-NP@1-PNTの光応答性と不斉特性について調べた。紫外光と可視光を照射し、UV-visおよびCDスペクトルを測定するとアゾベンゼンの光異性化に基づくスペクトルの変化を観測し、ポリチオフェンナノチューブにおいても可逆的に光異性化することを見出した。ターチオフェン(重合部位)・キラルビナフチル・ビオローゲンを含むキラルカチオン性ポリチオフェンナノチューブ(VL-PNT)を合成し、VL-PNTのナノ空間における生体物質ヌクレオチドのアデノシン三リン酸(ATP)とグアノシン三リン酸(GTP)の認識能について調べたところ、ATPよりもGTPの方がVL-PNTの中空内に取り込まれることが分かった。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、ポリチオフェンナノチューブ(PNT)に優れたレドックス応答能を有するC_<60>フラーレンを導入したハイブリッドナノチューブ、および金属ナノ粒子との複合体の合成と特性について明らかにした。C_<60>フラーレンを有するターチオフェン誘導体(TE-C_<60>)を合成し、細孔径約200nmのポーラスアルミナ膜をテンプレートに用いて、+1.03Vの定電位でTE-C_<60>の電解重合を行い、TE-C_<60>-PNTを合成した。その後、ポーラスアルミナ膜を水酸化ナトリウム水溶液で溶解し、得られたサンプルを走査型電子顕微鏡(SEM)および、透過型電子顕微鏡(TEM)により観察した。その結果、直径約200nm、膜厚約20nmのTE-C_<60>-PNTの生成を確認した。これにより、ナノチューブの構成ユニットにフラーレンを含んだハイブリッドナノチューブの合成に初めて成功した。フラーレン含有ハイブリッドナノチューブTE-C_<60>-PNTと、金属ナノ粒子との複合体を合成するため、電解重合能を有するターチオフェン誘導体で保護した金、および銀ナノ粒子(TTP-Au,TTP-Ag:粒子径はそれぞれ約3.0nm,2.4nmである)を合成した。続いて、TE-C_<60>とTTP-Au、TE-C_<60>とTTP-Agを用いてアルミナ膜をテンプレートとした電解共重合により、フラーレンと金属ナノ粒子との複合体(C_<60>-Au-PNT,C_<60>-Ag-PNT)を合成した。その後、アルミナ膜を除去し、得られたサンプルをSEM、TEM、および、エネルギー分散型X線分析(EDX)により観察した。その結果、TTP-Au,TTP-Agの構成元素に対応する元素であるAu,Agの存在を確認するとともに、チューブ全体に金、および銀ナノ粒子(TTP-Au,TTP-Ag)が凝集することなく分散している様子を観察することができた。さらに、これらハイブリッドナノチューブのラマンスペクトルを測定すると、金属ナノ粒子との複合体であるC_<60>-Au-PNT、およびC_<60>-Ag-PNTは、TE-C_<60>-PNTと比較して顕著な表面増強ラマン散乱を示した。

UV-visおよび円偏光二色性スペクトルを用いて1-PNTおよびAu-NP@1-PNTの光応答性と不斉特性について調べた。紫外光と可視光を照射し、UV-visおよびCDスペクトルを測定するとアゾベンゼンの光異性化に基づくスペクトルの変化を観測し、ポリチオフェンナノチューブにおいても可逆的に光異性化することを見出した。ターチオフェン(重合部位)・キラルビナフチル・ビオローゲンを含むキラルカチオン性ポリチオフェンナノチューブ(VL-PNT)を合成し、VL-PNTのナノ空間における生体物質ヌクレオチドのアデノシン三リン酸(ATP)とグアノシン三リン酸(GTP)の認識能について調べたところ、ATPよりもGTPの方がVL-PNTの中空内に取り込まれることが分かった。24年度が最終年度であるため、記入しない。平成23年度研究計画に示したπ共役ポリチオフェン-フラーレン複合ナノチューブを合成した。また、金属ナノ粒子-フラーレン-ポリチオフェンハイブリッドの合成にも成功し、これらハイブリッドナノチューブの金属ナノ粒子とπ電子との相互作用により誘起される蛍光増強および表面増強ラマン散乱について知見を得た。1次元ナノ構造体として、フラーレン・金属ナノ粒子・ポリチオフェンから構成されるナノチューブは初めての例である。金属ナノ粒子-フラーレン-ポリチオフェンハイブリッドナノチューブにおける金属ナノ粒子とπ電子との相互作用により誘起される蛍光増強および表面増強ラマン散乱について、より詳細な発現機構を明確にするとともに、π共役ポリチオフェンハイブリッドナノチューブナノ空間での不斉認識について検討する。また、ポリチオフェンナノチューブの中空内部でのピーポッドを形成し、それらの構造について、透過型電子顕微鏡を用いて明らかにするとともに、新規光触媒系を開発する。
ヒト有機アニオントランスポーターLST群の生体内機能と発現調節

有機アニオントランスポーター遺伝子群は胆汁酸や甲状腺ホルモン、抱合型ステロイドなどの内因性化合物やジゴキシン、プラバスタチン、メトトレキセートといった薬物やオピオイドなどのペプチド化合物を輸送する蛋白室である。ヒト肝臓特異的有機アニオントランスポーターLST-1と相同性を有する新しいクローンLST-2は正常ではヒト肝臓のみに弱く発現しているが胃癌、大腸癌、膵臓癌において多量に発現していたこと、各種発現系の結果からLST-2はメトトレキセートを飽和的にかつ濃度依存的に輸送すること、培養細胞へのLST-2遺伝子の導入は細胞のメトトレキセートに対する感受性を高めることから有機アニオントランスポーター遺伝子群が消化器固形癌において抗癌剤に対する感受性を決定するトランスポーターであることが明らかとなった。そこで本研究では有機アニオントランスポーター遺伝子群を用いた新たな癌治療法の開発を目的とした。我々はLST-2を発現するアデノウイルスを作製し、アデノウイルスを導入した動物細胞は効率的に各種基質を輸送することを明らかにした。さらにLST-2を導入することによりその細胞はメトトレキセートに対する感受性が増加し、導入細胞が死にやすくなることを確認した。次にスキッドマウス皮下に移植した癌細胞にLST-2のアデノウイルスを注入し、抗癌剤を投与したところ腫瘍細胞の著明な消退が認められ、LST-2癌治療に役立つことがin vivoレベルでも明らかとなった。またLST-2を強制発現させた培養細胞を用いて、蛍光標識胆汁酸輸送に対する阻害力を指標としてLST-2に特異的な薬物を探し、新たな抗癌剤を探索するハイスループット検討系を確立しLST-2の特異基質となりうる基本薬剤の探索を開始した。LST-2を用いた消化器固形癌特異的指向性システムの開発はその治療に役立つのみならず、転移癌や腹膜播種巣の治療にも有効な手段となりさらに放射性標識化を行いシンチグラフィーに利用することで微小癌病巣や転移病巣の画像診断を可能にする。またLST-2に特異的に輸送される基質質に抗癌剤を結合させ、細胞内に取り込まれた段階で基質から切断され作用する様に薬物をデザインすることによって副作用少ない治療法が開発できると考えられた。我々が単離した有機アニオントランスポーター(oatp遺伝子ファミリー)について、アデノウイルスベクターを用いた発現系の構築を行った。アデノウイルスベクターは、ほぼ全ての哺乳動物細胞を用いての機能解析が可能であり、生体での機能により近いトランスポーターの機能評価が可能となった。特異抗体を用いた薬物トランスポーターの免疫組織学的解析を実施し、薬剤輸送特性と細胞膜局在性を明らかにした。アデノウイルス発現系では一種類のみならず、同時に複数のトランスポーターを発現させて解析することも可能で、よりin vivoに近い解析をin vitroで行うことが可能となった。OATPファミリーの一般的な基質である胆汁酸の蛍光標識体を用いてヒトOATPファミリー機能評価系の確立を行った。我々は蛍光標識コール酸を作製し、LST-2発現系における機能評価系を確立した。

蛍光標識体を用いることで多くの化合物を簡便かつ大量に検討するハイスループット化が可能となり、蛍光標識体の取り込み阻害実験により、各トランスポーターの基質となる化合物のファーストスクリーニングおよび、各トランスポーターの特異的阻害剤のスクリーニングが可能となると考えられた。OATP-RのC末端を用いてOATP-Rの細胞内局在を決定する蛋白質の同定を行った。まず、C末の欠損を行うと細胞内への移行が阻害された。そこで一部のアミノ酸を置換すると同様に局在を失うことを確認した。その部分のシーケンスを用いてYeast Two Hybridを行った。我々は新規有機アニオントランスポータ-LST-2を単離した。LST-2は正常ヒトでは肝臓のみに弱く発現していたが消化器固形癌や乳癌において多量に発現していた。LST-2は抗癌剤メトトレキセート(MTX)を輸送するがLST-2が発現する癌ではMTXを輸送するLST-1や葉酸transporterの発現は低いことからLST-2がMTXに対する感受性を決定していると考えられた。LST-2特異的に輸送される基質の探索を行うことで消化器固形癌をターゲットとした新たな抗癌剤の開発が可能となると考えられた。またLST-2の発現と消化器癌、乳癌患者の生命予後にも強い相関が認められた。そこで本研究では以下を行った。1,LST-2の強制発現細胞系を用いLST-2で輸送される蛍光基質の取り込みの抑制を指標としたハイスループットアッセイ系を樹立しLST-2特異的基質の探索による消化器固形癌指向性薬物のスクリーニングを行った。LST-2に特異的に輸送される基質の探索によりMTXの起こす肝障害(LST-1が肝臓に取り込むため)や骨髄抑制(血球に葉酸transporterが取り込むため)の少ない新たな抗癌剤の開発がもたらされる。さらに特異基質が抗癌作用がなくても基質に他の抗癌剤であるクロラムブシルなどを結合させ細胞内に取り込まれた後に両者間の結合がはずれて癌細胞だけを死滅させるデザインを行うことで新たな癌治療をめざす。2,今日までの200余名の癌組織の免疫染色の検討からLST-2が発現している癌患者の方が発現していない患者より長期生命予後が良いことが分かっており、LST-2の発現自体が現在知られている他のどの生命予後規定因子より強力な因子となっていることが明らかとなった。現在までは我々の作製したポリクローナル抗体を免疫染色に使用していたが今回特異性、染色性の高いモノクローナル抗体を作製した。そこでこの新しい抗LST-2モノクローナル抗体を特許化・製品化を行うとともに多施設で共同研究を行い更に症例数を増やして術後の化学療法の必要性を判断する臨床診断薬としての認可を得る事を図るとともにマウス抗体のヒト化を行い、癌細胞のみを免疫的にターゲットした癌ミサイル療法の樹立を目指す。
液晶複合系と界面の分子論

様々な液晶複合系の相転移特性(融解を含む)を統一的な立場から総合的に研究した。組成分子の物理的形態や化学的構造が、液晶としての物理的性質とどのように相関するかを詳細に検討した。新規液晶系の分子設計や物性予測に有用な種々の理論的結果および基礎的知見が得られた。取り上げられた主な系は、異種分子の混合系、剛直棒状部と屈曲性鎖状部の分子複合体(二量体分子や典型的な液晶分子)及び主鎖と側鎖に棒状低分子を組み込んだ高分子液晶である。それぞれの系について、構成分子間の協力的相関を一般的方法で取り扱い、液晶の自由エネルギーを成分系の配向秩序度の関数として求め、各系で期待される相構造、相転移温度、相転移エントロピー、フランク弾性定数などを計算した。理論的結果は実験事実と良く対応し、分子論的に重要な基礎的知見が得られた。また、高分子膜との界面をネマチック分子と高分子の複合系として取り扱い、界面での分子配向と相転移、界面張力、アンカリング強度、界面高分子のメモリー効果等を理論的に検討した。理論的表式による実験データの解析によって、相互作用ポテンシャルパラメーターについて有用な基礎的知見が得られた。カイラルスメクチックC液晶の反強誘電性多重相転移が分子の頭尾非対称性から生じることを示し、理論的解析とモンテカルロ法による計算機シミュレーションを組み合わせて予測した相構造はこの系での実験結果と良く一致した。液晶複合系の協力現象としての各種物性を平均場理論にもとづいて系統的に研究した。(1)基本モデルとして、ファンデルワールスカ(分散力)と剛体的斥力を分子間相互作用として持つ棒状分子系を考え、ネマチック相と等方相の間の相転移温度、相転移エントロピー、ネマチック相でのフランク弾性定数に対して改良された分子論的表式を与えた。これらの表式を用いて各種低分子液晶分子同族列の物性の化学構造や分子形状にたいする依存性を予測する簡便な方法を提案し、多数の実験データを統一的な立場から解析・整理した。(2)基本モデルを屈曲性の主鎖型高分子液晶に拡張し、そのネマチック相への相転移を理論的に検討し、相転移温度、相転移エントロピーに対する分子論的表式を与えた。それによれば、分子量が増すにつれて転移温度は一定値に飽和するが、転移エントロピーはほぼ直線的に増大する。これは主鎖型高分子液晶で広く見られる実験的傾向をよく表現する。また、相転移特性や界面張力に関しては、剛直な低分子液晶の場合とある種の対応関係が成り立つことがわかった。(3)異なった種類の分子を混合すると、成分分子間の協力性が増強される場合と成分分子が阻害し合って協力性が弱まる場合がある。このような混合効果を取り扱うには、分子の協力性を表現する「配向能」と名付ける量が有用である。各成分分子の配向能と混合物の配向能がどのように関連するかが重要問題であるが、その種々の場合を論じる一般的方法を開発し、低分子液晶複合系のフランク弾性定数に応用して実験結果の妥当な解釈を得ることが出来た。1.ネマチック掖晶の種々な界面(自由界面、N-1界面、固体基盤界面等)における界面張カを、剛体棒状分子のモデルを用い平均場近似によって理論的に計算し、界面における分子配向方向が界面の性質に依存して相転移的変化を起こすことや、配向相転移によって界面高分子系に生じるメモリー効果などをミクロの立場から説明した。これらの結果を同じモデルで計算したフランク弾性常数の結果と組み合わせて、界面でのアンカリング強度を表す外挿距離の分子論的な表式を得た。2.分子の頭尾非対称性から生じるカイラルスメクチックC液晶における多段階的相転移現象を論じるために分子論的な自由エネルギーの表式を提案し、これの理論的解析とモンテカルロ法による計算機シミュレーションを組み合わせて起こり得る相構造を予測し、実験とのよい一致を得た。

3.ネマチック相液晶が強誘電性を示すための条件を理論的に考察し、分子的モデルに基づいて強誘電相を含む理論的相図を計算した。計算による予想は最近の実験事実を解釈する上で有用な結果を与える。4.以上の研究を通じて、異なる性格の分子的機構(分子間相互作用、分子の剛直性と屈曲性、分子の対称性、異分子混合、等)が示す能動的複合効果についての種々の知見を得た。1.ネマチック液晶を、一般的な形の引力ポテンシャルで相互作用する剛体棒状分子系とするモデルを用い、配向した高分子膜と接する液晶の界面張力を、平均場近似によって理論的に計算した。この結果をすでに計算した自由表面、I-N界面、固体基盤界面での結果と組み合わせて、界面における液晶分子の配向方向やアンカリング強度と界面高分子の形態との相関を詳しく検討し、実際上重要な液晶のさまざまな界面現象がミクロな立場から統一的によく理解できることがわかった。これらの理論を使って実験データを解析することにより、それぞれの液晶分子を特徴づける引力ポテンシャルについての基礎的知見が得られるた。2.主鎖または側鎖に棒状低分子を組み込んだ高分子液晶の統計理論を提案した。高分子液晶の自由エネルギーを配向秩序パラメータの関数として表わす式を与え、安定な相構造、相転移温度、相転移エントロピーなどを、組成低分子の性質とその重合度、組成低分子間の相互作用ポテンシャル、結合スペーサーの物理的性質、などと結びつけて理論的に計算した。この理論的モデルは、高分子液晶の物理的諸性質をよく知られた低分子液晶の性質と比較検討して統一的な立場から理解するのに有効であり、実験結果の解析から有用な基礎的知見が得られた。(1)高分子液晶:主鎖および側鎖として棒状低分子メソゲンを組み込んだ側鎖型高分子液晶は棒状剛直部と屈曲性炭化水素鎖の複合系とみなされるが、その統計理論を提案した。高分子液晶の自由エネルギーを剛直な主鎖および側鎖、並びに屈曲鎖それぞれの配向秩序度の関数として計算し、実現し得る安定な相構造、それらの相転移に関する転移温度、転移エントロピーを、組成剛直部の性質、高分子の重合度、主鎖および側鎖部間の相互作用ポテンシャル、屈曲性結合基(スペーサー)の物理的性質などと関連付けて理論的に検討した。(2)複合分子の液晶:液晶分子を棒状の剛直部と屈曲性の鎖状部との複合体とみなすモデルを用いて、(1)棒状分子2個を炭化水素鎖でつないだ二量体分子および(2)1個の棒状分子の両端に2本の炭化水素鎖を取り付けた分子(典型的な液晶分子)、のそれぞれについて屈曲性鎖状部と剛直部がともに協力現象として配向相転移に能動的にかかわるとする理論を展開し、これらの液晶の相転移特性を定性的によく理解できる結果を得た。(3)棒状分子系の融点:高い融点を持つ液晶分子の末端に炭化水素鎖を導入すると鎖が長くなるにつれて融点が単調に減少関数するという実験事実は、液晶分子が高い融点をもつ剛直分子(Tm450K以上)と融解した炭化水素鎖(Tm350K以下)との複合系であると考えるモデルによって説明できることを示した。