hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
精細管内移植後におけるマウス精子形成幹細胞のホーミング機構の解明

管内の血液精巣関門の観察については達成できなかった。宿主マウスには、セルトリ細胞特異的にZO-1とEGFPの融合タンパク質を発現する二重トランスジェニックマウスを用いており(AmhCre:ZO-1-EGFP(loxP/loxP))、免疫染色法による解析からこのマウスでは血液精巣関門においてEGFPが発現することは確認したが、その発現が微弱であったことから、EGFPの発現強度が顕微鏡の検出感度以下であったことがライブイメージング法による観察ができなかった主要な原因であると推測された。現在、この問題を解決するために、ZO-1-EGFP(loxP/loxP)の配列をホモに持つ個体を作製している。この他に、共焦点レーザー顕微鏡や、二光子レーザー顕微鏡によるライブイメージングの系の立ち上げにも取り組んでいる。平成26年度は、精細管周期とホーミングの関連性と、Claudinとホーミングの関連性について検討する。GFPを発現するGS細胞を不妊処理したマウス精細管内へ移植し、1日後に精巣を採材し、連続切片を作製する。免疫染色法により、ドナー精子形成幹細胞の分布を解析し、in situ hybridization法により精細管周期のマーカー遺伝子(cathepsin Lやgalectin 1等)の発現を解析する。精細管周期ごとに生着したドナー細胞を計数することにより、生着効率を測定する。この結果から、精細管周期とドナー精子形成幹細胞のホーミングの相関関係を明らかにする。続いて、ビタミンA欠乏マウスへのビタミンA投与により精細管周期を同調した後、GFPを発現するGS細胞を移植する。2ヶ月後にGFP陽性の精子形成のコロニー数と長さを計測し、移植効率を測定する。この結果から、精細管周期が、ドナー精子形成幹細胞のホーミングと、最終的な移植効率に関連するか検討する。不妊処理したマウス精巣を採材し、連続切片を作製する。免疫染色法により、各種Claudinの発現を解析し、隣接切片における精細管周期マーカーの発現を解析する。この結果から、各周期において血液精巣関門を構成するClaudinの組合せを明らかにし、周期に関連して組合せが変化するClaudinを探索する。続いて、これらのClaudinに関するsiRNAおよび強制発現ベクターを作製し、リポフェクション試薬と共に薬剤処理したマウスの精細管内に注入することで、宿主セルトリ細胞へトランスフェクションする。GFPを発現するGS細胞を移植し、2ヶ月後にGFP陽性の精子形成のコロニー数と長さを計測し、移植効率を測定する。この結果から、血液精巣関門を構成するClaudinの組合せの変化が、ドナー精子形成幹細胞のホーミングと、最終的な移植効率に関連するか検討する。データ解析のためにノートパソコンを発注したが、カスタマイズに時間を要したため、納期が平成25年度末になった。また、平成25年度末に出張があった。差額にて上記のノートパソコンの購入費と出張の旅費を支払う。平成26年度の予算に関しては計画通り使用する予定である。
ヒロバノマシテマと黒穂菌:植物の雌雄とそれを操作する共生菌の分子細胞形態学的研究

ナデシコ科のヒロハノマンテマ(Silenelatifolia)はXY型の性染色体をもっており、Y染色体があると雌蕊(♀)が抑制され、雄蕊(♂)が発達したオスの単性花(雄花)になる。一方、黒穂菌は宿主がヒロハノマンテマのように雌雄異株だった場合、雄蕊のある雄株(♂)に感染できる確率は50%ほどにしかならない。雌株(♀)に感染した黒穂菌は、雄蕊がないので、胞子も作れないし、次世代を伝播することもできない。しかし、黒穂菌は自らの子孫を残すために、感染した雌株(♀)の性を撹乱して、雌(♀)なのに雄蕊(♂)を作らせる。この現象は18世紀半ばにリンネによって記載されている。本研究課題では、ヒロハノマンテマを用いて、17年度に主に健常株をコントロールとして、18年度以降はそのカウンターパートとして主に黒穂菌感染株を用いて解析した。ただ、黒穂菌を用いる場合、感染から発症までかなりの日数を要する。そこで、平成17年度から研究活動は年度にとらわれず総合的に行っており、18年度は以下の3つのテーマを中心に分子細胞形態学的な解析を進めた。1)ABC機能遺伝子/花芽形成ホメオティック遺伝子/雄蕊特異的発現遺伝子75候補のプロファイリング:in situハイブリダイゼーション法を用いて、雄蕊(♂)原基と雌蕊(♀)原基で発現パターンを時空間的にプロファイリングした。2)雄蕊(♂)と雌蕊(♀)の抑制と発達の制御メカニズムの解明:植物において雄花と雌花という性の二形性の発現を可能にした制御メカニズムを、黒穂菌感染雌株(♀)をカウンターパートに、1)で見いだされた代表的な遺伝子(SIM2、SIAP、SILFY、SIWUS、SIUFO、SISUP)を調べた。特に、SISUPに注目して、ヒロバノマンテマのSUPがシロイヌナズナでも雄蕊(♂)に対して抑制的にはたらくことを確かめた。また、SIWUSのX染色体連鎖も確かめることができた。3)宿主の細胞間隙に潜む共生菌が標的細胞や組織を見出すメカニズムの解明:黒穂菌をモデルに、個々の細胞の挙動と分布をin situハイブリダイゼーション法を用いて調査した。黒穂菌感染株をカウンターパートとし、SIWUS、SIUFO、SISUPの発現解析をすることで、黒穂菌と花芽形成ホメオティック遺伝子の関係が明らかになりつつある。ナデシコ科のヒロハノマンテマ(Silene latifolia)はXY型の性染色体をもっており、Y染色体があると雌蕊(♀)が抑制され、雄蕊(♂)が発達したオスの単性花(雄花)になる。

一方、黒穂菌は宿主がヒロハノマンテマのように雌雄異株だった場合、雄蕊のある雄株(♂)に感染できる確率は50%ほどにしかならない。雌株(♀)に感染した黒穂菌は、雄蕊がないので、胞子も作れないし、次世代を伝播することもできない。しかし、黒穂菌は自らの子孫を残すために、感染した雌株(♀)の性を撹乱して、雌(♀)なのに雄蕊(♂)を作らせる。この現象は18世紀半ばにリンネによって記載されている。本研究課題では、ヒロハノマンテマを用いて、17年度に主に健常株をコントロールとして、18年度以降はそのカウンターパートとして主に黒穂菌感染株を用いて解析する。ただ、黒穂菌を用いる場合、感染から発症までかなりの日数を要するので、平成17年度から予備的な研究を開始しないと予定された期限内に課題を遂行することが難しくなる。そこで、研究活動は年度にとらわれず総合的に行い、以下の3点を明らかにしようとしている。1)ABC機能遺伝子/花芽形成ホメオティック遺伝子/雄蕊特異的発現遺伝子75侯補のプロファイリング:in situハイブリダイゼーション法を用いて、雄蕊(♂)原基と雌蕊(♀)原基で発現パターンを時空間的にプロファイリングしている。2)雄蕊(♂)と雌蕊(♀)の抑制と発達の制御メカニズムの解明:植物において雄花と雌花という性の二形性の発現を可能にした制御メカニズムを、黒穂菌感染雌株(♀)をカウンターパートに、1)で見いだされた代表的な遺伝子(S1M2、S1AP、S1LFY、S1WUS、S1UFO、S1SUP)を調べている。3)宿主の細胞間隙に潜む共生菌が標的細胞や組織を見出すメカニズムの解明:黒穂菌をモデルに、個々の細胞の挙動と分布をin situハイブリダイゼーション法を用いて調査している。黒穂菌感染株をカウンターパートすることで、Y染色体と植物の雌雄性と花芽形成ホメオティック遺伝子の関係が明らかになると期待されている。ナデシコ科のヒロハノマンテマ(Silene latifolia)はXY型の性染色体をもっており、Y染色体があると雌蕊(♀)が抑制され、雄蕊(♂)が発達したオスの単性花(雄花)になる。本研究課題では、ヒロハノマンテマを用いて、17年度に主に健常株をコントロールとして、18年度以降はそのカウンターパートとして主に黒穂菌感染株を用いて解析した。ただ、黒穂菌を用いる場合、感染から発症までかなりの日数を要する。そこで、平成17年度から研究活動は年度にとらわれず総合的に行っており、18年度は以下の3つのテーマを中心に分子細胞形態学的な解析を進めた。1)ABC機能遺伝子/花芽形成ホメオティック遺伝子/雄蕊特異的発現遺伝子75候補のプロファイリング:in situハイブリダイゼーション法を用いて、雄蕊(♂)原基と雌蕊(♀)原基で発現パターンを時空間的にプロファイリングした。2)雄蕊(♂)と雌蕊(♀)の抑制と発達の制御メカニズムの解明:植物において雄花と雌花という性の二形性の発現を可能にした制御メカニズムを、黒穂菌感染雌株(♀)をカウンターパートに、1)で見いだされた代表的な遺伝子(SIM2、SlAP、SlLFY、SlWUS、SlUFO、SlSUP)を調べた。特に、SlSUPに注目して、ヒロハノマンテマのSUPがシロイヌナズナでも雄蕊(♂)に対して抑制的にはたらくことを確かめた。また、SlWUSのX染色体連鎖も確かめることができた。3)宿主の細胞間隙に潜む共生菌が標的細胞や組織を見出すメカニズムの解明:
国家社会システムの転換と政党の変容・再生-ポスト新自由主義期中南米の比較研究-

新自由主義改革後の中南米では、政党システムが安定化する国と不安定化する国に二分化する現象が生じている。それは、新自由主義改革の開始時期の違いによって引き起こされた。安定化する国では、民政移管前に進められた新自由主義改革を批判する左派が、民政移管推進勢力の一部として地歩を固め、民政移管後に穏健左派として政党システムの一角を占めた。これに対し、不安定化した国では、民政移管後ないし長期にわたる二大政党制の政党政治が新自由主義改革を推進した。同改革が一段落し、それに対する不満や批判が拡大し始めた時、その受け皿となる左派政党は存在しなかった。当該年度は、研究計画の第一段階であった。歴史的経緯や構造的条件との関連も含め、1970年代末からの民主化と市場経済化以降の政党システムの変容と現状を動態的に分析した。それにより、90年代半ば以降の政党システムの安定化ないし不安定性の継続の要因と背景、今後の展望を各国ごとに明らかにする作業を行った(年度の前半に実施した最初の研究会)。調査研究は、研究代表者が既に実施しているアンデス諸国に関する比較研究の成果と分析枠組みを起点とした。先発工業化国とアンデス諸国以外の後発国の9ヶ国について本格的な現地調査を行い、蓄積のあるアンデス諸国については補足調査を実施した。現地調査には、村上のほか、浦部、内田、遅野井、狐崎、住田、山岡(連携研究者)が、各々、ペルー、チリ、ウルグアイ、ボリビア、グアテマラ、ブラジル、キューバについて実施した。年度の後半には、第一段階の研究成果を報告し、議論を深めるための第二回目の研究会を開催した。本研究によって得られた成果は、幾つかの論文として公開され始めている(以下の11.を参照)。次年度も現地調査の実施と動態分析を進めるとともに、比較研究を深化させる。そのうえで、比較分析枠組みの検討を本格化させる予定である。本年度は、研究の第二段階であった。共通した枠組みを用い、先発諸国の間、後発諸国の間、また先発諸国と後発国との間の比較研究を実施した。目的は、政党システムの変容と現状の原因や背景、また構造的、歴史的な条件などについて、共通性と相違点を検証することであった。特に、安定性の相違の背景や条件、過程を立体的に究明するため、先発諸国と後発諸国の間の比較に重点を置いた。同時に、比較分析枠組みの汎用性を高めるよう検証をくわえた。まず、全体研究会の実施し、前年度の研究成果を改めて確認したうえで、分析枠組みの検証、現地調査の課題確認と打ち合わせを行った。続いて、現地調査をおこなった。現地調査は、アンデス諸国以外の国で必要な場合に本調査を続け、それ以外は補足調査を実施した。現地調査は、村上のほか、浦部、遅野井、狐崎、住田、田中、高橋、二村が、各々、ペルー、チリ、ボリビア、グアテマラ、ブラジル、キューバ・中米、メキシコ、コロンビア・ベネズエラについて実施した。年度の後半には、現地調査の成果を報告し、議論を深めるための研究会を開催した。さらに、年度の最後には、研究代表者の所属機関が主催した国際シンポジウム「ポストネオリベラル期ラテンアメリカにおける国家社会関係-紛争、格差と民主主義-」において、本研究の中間成果を公にした。他方、本研究によって得られた成果は、研究発表をつうじて公の議論に付すとともに、論文としても公開し始めた(以下の11.を参照)。本年度は、研究の最終段階にあたった。現地での補足調査を実施するとともに、他地域との予備的な比較による理論化の方向性を考察する段階であった。補足調査は、前年度の中南米に関する比較研究をまとめる段階で発見された必要性に応じて実施した。補足調査の結果を受け、中南米に関する研究成果と分析枠組みの完成を確認した。そして、年度の後半に東南アジアおよび南アジアとの比較研究を行い、調査研究の結果と比較分析枠組みの一般化の方向性を探求した。本研究は、政党システムの安定化と不安定化を分かったものとして、新自由主義改革の開始時期の差に着目した。つまり、安定化にある国では、同改革が、民主主義への移行に先立つ非民主的な政権や体制の下でかなりの程度進められた。移行の過程で、新自由主義への批判の受け皿となる左派政党が、民政移管推進勢力の一部として地歩を固め、民政移管後に政党システムの一部を形成した。そうした左派政党は、今世紀の新自由主義批判の文脈では、穏健左派となった。これに対し、不安定化した国では、民政移管後、あるいは長く続いてきた二大政党制の下で、新自由主義改革を推進する必要性に迫られた。そして、新自由主義改革が進められ一段落した段階でそれに対する不満や批判が拡大し始めた時、その受け皿となる左派政党は存在しなかった。

これらの国では、左派政党は、新自由主義改革実施の前までに衰退したか、同改革を推進ないし継承した連合政治の一翼だったため信頼を失ったか、二大政党を前に存在が薄かった。そうした状況のなかから、急進左派が登場する例も観察された。
多様体とコホモロジー論

今年度は同変コホモロジー理論およびその応用に関する新たな知見を得る事が出来た。具体的には,「G-Г空間」の一般化である「G-Г^∞空間」の理論を構築し,それを用いて従来よりはるかに簡明なE_∞同変環スペクトラムの構成法を開発することが出来た。さらに,この理論を用いることにより,1.有限群Gが作用する双モノイド圏の代数的K理論をPeter Mayの意味におけるE_∞同変環スペクトラムで表現すること,および,2.同変J準同形を誘導する射k_G→Sph_G(ただし,Gは有限群,k_Gは同変K理論を表現する連結Gスペクトラム)の存在を示し、それを用いて同変Adams予想の証明を完成させること,などが可能となった。そのほかにも,3.関数空間のホモトピー型,4.リーマン幾何における幾何学的不等式,5.L_1空間におけるエルゴード定理,6.バナッハ空間上の線形作用素の成す半群,などに関する顕著な成果も得られた。
真核細胞の分裂機構

1.卵成熟・発生開始の機構:(1)Ca緩衝液やイノシトール三燐酸の細胞内注入により、マウスの未受精卵を付活させることができ、15μM以上の細胞内Ca濃度で、減数分裂が再開・完了することがわかった。(2)成熟促進因子(MPF)は燐酸化で活性化されたタンパク質であるという説に否定的な結果を得た。ヒトデの成熟卵から成熟を誘起するmRNAを得た。これにはサイクリンと相同な塩基配列が存在した。(3)カエル卵の減数分裂に伴うMPFの出現は卵核胞に依存しない。卵核胞のない卵でみられるMPFの出現は、表面収縮波の出現・卵の「かたさ」の上昇と同期した。(4)人工付活の際にゼノパス卵で見られるCa波と同じものが、卵の受精の際にも検出された。(5)人工付活ヒトデ卵の中心粒が紡錘体形成に関わるときの動きを調べた。(6)細胞周期の開始に関わる卵前核の役割を示唆された。2.染色体運動の機構:(1)後期染色体運動にはATPが必要であることを、生細胞への顕微注射により確認した。(2)染色体運動の原動力は、染色体に近接した半紡錘体中に局在することがわかった。(3)誘導された半紡錘体についての観察から、中心体・星状体は、紡錘体形成には必要だが、後期染色体運動には必要でないことが示唆された。3.細胞質分裂の機構:(1)テトラヒメナのアクチン遺伝子を同定し、アクチンのアミノ酸配列を推定した。従来のアクチンとは75%相同で、生化学的性質も異なるが、生物学的機能は同一であった。(2)両生類卵で分裂溝形成の準備が完了するのは、離層が表層に達した時であることがわかった。(3)アクチン繊維に結合するウニ卵の調節タンパク(スペクトリン・20K蛋白・100K蛋白・255K蛋白・45K蛋白・デパクチン)の特性がわかった。分裂溝を単離し、その収縮を誘導することに成功した。(4)分裂周期に伴うCa^<2+>の変化を調べた。1.卵成熟・発生開始の機構に関しては、マウス卵の成熟促進因子MPF活性の出現が、第一減数分裂中期に蛋白合成非依存性から依存性に切り替わることが発見された。カエル卵の発生開始に伴う周期的な弛緩と盛り上がりには、卵核胞内容物が必要であることがわかった。Ca-イオノフォア及びサイトカラシンBの効果から、ヒトデ卵の単為発生には付活と共に極体形成の阻害が必要であると推論された。2.有糸分裂における染色体運動の機構に関しては、人工的に作られた半紡錘体は、形態的に正常の紡錘体と全く等しい複屈折性をもつが、染色体の極への運動は見られないことが示された。未受精マウス卵母細胞の染色体運動開始機構には、細胞内Caイオン濃度の増加による機構と、それに依存しないものの二つがみつかった。

ラットカンガル-PtK2細胞の紡錘体はダイニン1のA重鎖に対する抗体で染色された。3.細胞質分裂に関しては、イモリ卵を寒天ゲルの細溝に入れて第二分裂面の向きを調べた結果、分裂装置が最も発達する分裂開始40分前に決定されることがわかった。ウニ卵から得られた20K-Aプロテインは分裂溝の部分に多く、アクチンによく付くため、卵細胞の表層にアクチンをつなげる役割を果しているらしい。エクオリンの顕微注入で調べたウニ卵のフリーCaは卵割のたびに僅かに上昇することが分かったので、Caによる分裂溝形成の制御が推論された。粘菌のアクチン遺伝子をプローブにしてテトラヒメナにアクチン遺伝子があること、及びそれが活発に転写されていることを確かめた。4.細胞周期の開始については、雄性発生における第一分裂開始の遅れが、精子双星期の延長によることがわかった。細胞周期の特定のphaseに特異的な物質に対する単クローン抗体作成の試みがなされ、M期の核に特異的な抗原に対する単クローン抗体が得られた。1.卵成熟・発生開始の機構(1)マウスの未受精卵の付活と染色体運動は、10^-6M以上のCa温度でおこった。(2)酵母からえられた卵成熟促進因子は、フォスファタ-ゼによっても失活しない。これは同因子の活性化にとっての燐酸化の必要性に関して再考を促す結果である。(3)カエルの卵成熟の過程で、GVBDと第二減数分裂の際に見られる卵成熟促進因子の出現は、ヒトデ卵の場合と違ってGVに依存せずに起こった。(4)人工付活の際のゼノパス卵に見られるCa波と同じものが、人工受精による付活に際しても見られた。(5)ヒトデの第二減数分裂の紡垂体の両極には中心粒が各々1個しかないことが電子顕微鏡による観察によってわかった。(6)雄性発生におけるウニ卵の発生開始の遅れは、精子双星期の延長によることがわかった。2.染色体運動の機構(1)培養細胞の紡錘体はダイニン1のA重鎖に対する抗体で染色されたが,同抗体の顕微注入によっては核分裂が阻害されなかった.(2)ウニ卵分裂装置の顕微操作により,染色体運動の原動力が染色体に近接した半紡錘体中に局在すると結論された.(3)渦鞭毛虫類はその紡錘体複屈折性によって, 3群に分類された.これは従来の系統樹とは大きく異なるものであった.3.細胞質分裂の機構(1)イモリ卵の第一分裂溝を単離することができた.これはATPで収縮し,中には方向性が互いに逆のアクチン繊維がほぼ同数存在した.2次元電気泳動により,分裂溝に特異的な蛋白が検出された.(2)エクオリン発光でみたメダカ卵内のCa濃度は,卵割溝形成のときに低下する周期的変化を示した.(3)イモリとゼノパス卵の分裂を阻止するコルヒチン注入のタイミングを調べた結果,表層の分裂のための準備が核分裂の終期に確立していた.(4)テトラヒメナ・アクチンのアミノ酸配列は骨格筋のアクチンとは大きく異なっていた.1.卵成熟と発生開始の機構:(1)カルシウムによるマウス卵母細胞の付活に際して、カルモジュリンが作用すること、蛋白の燐酸化・脱燐酸化の寄与は少ないことなどが、阻害剤の注入実験により示唆された。(2)ヒトデ成熟卵から得たmRNAをヒトデやカエルの未受精卵に微小注射することによって、mRNAだけで卵の成熟を起こさせうることが明らかになった。(3)両生類卵では、卵の盛り上がりでみた細胞質の活性が卵成熟時と卵割時とで卵核胞依存性に差があることがわかった。(4)カエルの体腔卵にエクオリンを注入してから再び体腔に戻し、生み出されたエクオリン注入卵を受精することにより、精子による付活に際してもCa波が生じることが確かめられた。(5)ヒトデの中心体が、分裂装置形成の中心になっていく過程が観察された。(6)ウニの雄性発生胚のタイミングを調べた。2.染色体運動の機構:
ラオ語におけるいわゆる補助動詞の認知言語学的視点からの研究

本研究は、ラオ語コーパスの構築に努めると同時に、そのコーパスデータを利用し、ラオ語のいわゆる補助動詞について認知言語学的視点から検討を行った。全4年間の研究のうち、平成20年度と21年度は主にラオ語の資料収集とそのデータベース化を行い、平成22年度および23年度は引き続きデータベース化を行うと同時に、得られた資料を利用して、補助動詞的な語の検討を行い、その成果を論文や学会を通して発表した。特に最終年度の平成24年2月には協力者であったラオスの研究者とともにコーパスデータを利用したラオ語研究についての研究会を開催した。本研究の目的は、言語資料として蓄積が不十分なラオ語のデータベースを構築し、そのデータを利用して、本来「動詞」であるが、「動詞連続」形の中において「補助動詞的」に使われる語について、認知言語学的な視点から検討するものである。(1)研究の学術的背景ラオ語は、近隣諸国の主要言語と比べて研究者も少なく、研究資料及び環境ともに充実していない。近年、さまざまな言語で本格的で大規模な資料のデータベース化が行われ、言語コーパス構築という形で認識され始めた分野においてもラオ語に関しては、国内外においてまだ言語研究に利用できる規模の言語コーパスは存在せず、ごく小規模で散在している限りである。(2)ラオ語における「動詞連続」ラオ語をはじめ東南アジアの諸言語の研究において、動詞をめぐる諸問題、とりわけ「動詞連続」は研究者にとって最も興味深い文法現象の一つである。その分析なくしてはこれら諸言語の理解はありえない。従来の研究では、個々の語についての「動詞連続」形についてはいくつか報告されているものの、一つの共通した「形」を網羅的に体系的に研究したものはない。(3)研究内容本研究期間は4年間であり、まず、ラオ語の研究環境を整えるべく、ラオ語文献および話し言葉のデータベース化を図る。ラオ語の研究はいまだ端緒についたばかりであり、その言語学的特徴を明らかにするためにも早急なデータベースの構築とそれを利用したラオ語研究が急務であると考える。したがって具体的資料のデータベース化と並行してそれを利用して認知言語学という比較的新しい言語学的視点からラオ語の特徴を記述しようと試みる。なかでも東南アジア大陸部の諸言語の大きな研究課題である「動詞連続」の一つである補助動詞に関して、体系的な検討を行うことを目的とする。本研究は、資料そのものを海外調査によって得るため、初年度は、ラオスでの調査協力要請と資料収集のための海外調査、そしてそれによって得られた資料による国内での研究の遂行、という内容で研究を進めていった。まず、ラオ語データベースのための資料選定という目的で、ラオスでよく読まれている書籍や雑誌などを調査した。同時に、具体的な資料収集にあたっての協力要請を含めた現地調査にかかわる課題や効率的な進め方などについて、ラオス言語学者と詳細に協議した。その後、ラオ語で書かれた現代文学の中から数冊を選定し、補助動詞的なものに着眼しながら入力作業、および内容の意味確認を行っていった。言語研究に利用できるようなラオ語の言語コーパス構築は急務であり、現地の協力を得て一つでも多くの資料を慎重にかつ迅速に入力作業を行うことは本研究の遂行のみならず、今後の国内外におけるラオ語の言語研究にとって役立つものであると考える。12月にはラオスに行き、話し言葉であるラオス映画のスクリプトなどを入手する一方で、今後の研究の打ち合わせをラオス側と行った。それと並行して、入力したデータをもとに、補助動詞と考えられる「khun」と「long」に着眼し、主動詞との意味関係を中心に検討した。その結果、主動詞の移動性や可変性という意味素性が高ければ高いほど、「khun」と「long」は単に方向性を付加する意味役割を持ち、逆に移動性や可変性という意味素性が低ければ低いほど、状況や状態そのものの変化を付加する意味役割を持つということが明らかになった。本研究は、資料そのものを海外調査によって得るため、初年度に引き続きラオスでの資料収集のための調査、そしてそれによって得られた資料による国内での研究の遂行、という内容で研究を進めていった。まず、昨年度現地調査によって得られた資料のうち、まだ未入力のものを電算化した。一方で引き続きラオ語の補助動詞の一つである「khun」と「long」の検討をさらに進め、前年度まとめた結論に対して若干の修正を7月、東京外国語大学語学研究所定例研究会で発表した。その後、8月にラオスへ赴き、ラオス側の協力機関および協力者と具体的作業について協議した。そしてラオス現代文学作品のデータベース化の許可を得る一方で、話し言葉収集については、ラオス映画のスクリプトなどを入手した。また若干の話し言葉の録音作業を試みた。言語研究に利用できるようなラオ語の言語コーパス構築は急務であり、現地の協力を得て一つでも多くの資料を慎重にかつ迅速に入力作業を行うことは本研究の遂行のみならず、今後の国内外におけるラオ語の言語研究にとって役立つものであると考えている。帰国後は現地調査によって収集できた資料を整理して、ただちに入力作業にとりかかった。

また、入力したデータをもとに、新たにアスペクトマーカーと考えられている「si」に着眼し、認知言語学的視点からの「si」の意味を検討した。その成果の一部を次年度の国際学会で発表の予定である。以上、述べてきたとおり本課題研究2年目にあたる平成21年度は、収集した資料のデータベース化の充実と補助動詞の具体的なさらなる例文検討を行っていった。本研究は、資料そのものを海外調査によって得るため、平成22年度も前年度に引き続き得られた資料を利用した補助動詞的な語の詳細な検討、およびラオスでの資料収集とそのデータベース化、という内容で研究を進めていった。具体的にはまず、前年度までに蓄積されたコーパス資料を使用してアスペクト辞の一つである「si(未然)」について検討を行った。そして2010年7月にタイ国コンケン県での「第3回国際ラオス学会」でその成果の一部を発表した。また、10月より翌年3月までの間のラオス長期滞在を利用して、ラオス側の協力機関であるラオス国立大学でラオ語の資料収集および入力作業を行った。特に今回は現地長期滞在によって、より効率よく自然な形で収集できる話し言葉の収集に努めた。言語研究に利用できるようなラオ語の言語コーパス構築は急務であり、現地の協力を得て一つでも多くの資料を慎重にかつ迅速に入力作業を行うことは本研究の遂行のみならず、今後の国内外におけるラオ語の言語研究にとって役立つものであると考えている。また新たな試みとして、本研究の背景となった先行研究などをラオスの研究者と読む読書会や過去2年間の現地調査によって収集できた資料を使用したラオ語についての研究会をラオスで設け、関係研究者と意見交換を行った。7月の国際学会やラオスでの研究会によってラオ語研究の現状を再認識することができ、より一層ラオ語資料のデータベースの構築の必要性を確認することができたことは最終年度に向けての大きな収穫であった。本研究は、資料そのものを海外調査によって得るため、平成23年度の前半は前年度に引き続き得られた資料を利用した補助動詞的な語の詳細な検討、およびラオ語の資料収集とそのデータベース化、という内容で研究を進めていった。その後の平成23年度後半は、今年度が本研究課題の最終年度であるため、過去4年間の総まとめを行った。具体的にはまず、前年度までに蓄積されたコーパス資料を使用してアスペクト辞の一つである「yuu」について検討を行った。そして2011年9月にタイ国バンコクでの「第3回タマサート大学言語学文学国際シンポジウム」でその成果を発表した。次に平成20年度より本年9月までに入力した全てのラオ語データについて見直しを行った。即ちすべての資料について、孤立語タイプに見られる語彙単位、文単位の見直し、最終確認をし、データベースとして解析可能な状態に整理した。9月の国際シンポジウムでラオ語研究の現状を海外の研究者と意見交換することができ、より一層ラオ語資料のデータベース構築の必要性を確認することができたことは、本研究のもつ重要性と今後の研究指針を再確認できた大きな収穫であった。
野球の打撃における動作分析を活用した指導方法の開発

本研究は野球選手の打撃フォームを詳細に検討し,技能の向上を図る基礎的知見を得ることを目的とした.「上肢のキネマティクス的分析」では,ボトム側肩関節を「脇をしめる」ようにして内転および水平内転することがスイング速度を大きくした要因であることが示唆された.また,「左右各手のキネティクス的分析」の研究では,特にスイング前半から中盤にかけてバットヘッドが先に速度が増加しないような左右手の力を使っていることなどが明らかとなった.これは指導でいわれるヘッドを遅らせる動き,いわゆる「インサイドアウト」を両手の力によって行うことを示唆するものであり,指導の根拠を示すものである.本研究は野球選手の打撃フォームを詳細に検討し,技能の向上を図る基礎的知見を得ることを目的とした.「上肢のキネマティクス的分析」では,ボトム側肩関節を「脇をしめる」ようにして内転および水平内転することがスイング速度を大きくした要因であることが示唆された.また,「左右各手のキネティクス的分析」の研究では,特にスイング前半から中盤にかけてバットヘッドが先に速度が増加しないような左右手の力を使っていることなどが明らかとなった.これは指導でいわれるヘッドを遅らせる動き,いわゆる「インサイドアウト」を両手の力によって行うことを示唆するものであり,指導の根拠を示すものである.本研究の目的のひとつである,客観的なデータを現場に必要な質的情報(表現,ドリルなど)に変える研究が必要であることから,まず,野球の打撃においてキネマティクスデータを野球の現場で用いられている言語と照らし合わせる研究を行った.野球選手16名を200Hzの高速度カメラで録画し,それぞれの被験者の一試技を選択し, DLT法を用いて関節とバットの点を三次元的に得るためにデジタイズした.被験者をバットスピードによってHigh群(8名)とLow群(8名)に分け,上肢の関節角度について,スイング時間を100%で規格化を行い各群で平均化して比較を行った.1. High群のボトム側の肩関節内転と水平内転は0-10%時と50-70%時でLow群より有意に大きかった(p<0.05). High群のトップ側の肘関節伸展は, 40-70%時と90-100%時においてLow群より有意に小さかった(p<0.05).2. High群のトップ側前腕の回外は100%時においてLow群より有意に小さかった(p<0.05). High群のボトム側前腕の回内が50-70%時においてLow群より有意に大きかった.High群のボトム側手関節の背屈は、20-30%時においてLow群より有意に大きかった.以上のことから, High群がLow群よりスイング速度が大きかった要因として,トップ側肘関節ではより屈曲させることやボトム側肩関節の内転と水平内転によって「脇をしめる」ことが考えられる.そこで「脇をしめる」ための言葉かけとして,「絞るように」前腕の回内と手関節の背屈を維持させることが有効ではないかと推察された.本研究で得られた結果はキネマティクスデータから修正点として指導をする際の基礎的知見になるであろう.なお,本研究のデータは前年度から継続したものであったが,査読者のやり取りの中でデータを修正したりするために本科学研究費による支援を頂いた.次年度は,打撃のキネティクスと指導へと移行していく予定である.本研究は野球選手の打撃フォームを詳細に検討し,指導ポイントを明らかにして,その知見を大学選手に処方することで技能の向上を図ることを目的とした.昨年度の上肢のキネマティクスからネティクスへと発展させた.そこでは「野球打撃動作におけるヘッドスピード生成に対する上肢関節の順動力学的貢献」を表し,バットにかかる左右の手の力を計測するセンサーバットを使って,運動依存力のバット速度への貢献が大きいことなどが示された.更に「左右各手のキネティクス的分析」を表し,バットの遠心力に対しての右打者の左手の力が大きく,また,左右手の偶力成分が大きいことを示した.特にスイング前半から中盤にかけてバットヘッドが先に速度が増加しないような左右手の偶力を使っていることなどが明らかとなった.これは指導でいわれるヘッドを遅らせる動き,いわゆる「インサイドアウト・スイング」を偶力によって行うことを示唆するものであり,指導の根拠を示すものである.一方で,スイング速度と体力の関係について調べ,「野球における打撃動作と体力要素の関連について」を表し,スイング速度は体幹の角速度と相関が高く,そのためには体重や体幹の回旋力が最も重要であることが示された.しかし,体幹回旋力はスイング方向だけでなく,逆方向の回旋力も相関が高いことなどが示され,打撃のトレーニング構築のために新たな知見となった.さらに,下肢のキネマティクスに関する基礎的な研究を進め,「野球の打撃におけるステップ幅の違いがスイング動作に与える影響」を表し,ステップの幅や重心移動速度がスイング速度に影響を与えないことなどを示した.最後に,これらバイオメカニクス的な知見から打撃指導への質的な検討を加え,「大学硬式野球選手の打撃指導に関する事例的研究-質的研究方法を用いて-」をまとめて発表し,これらの研究の総合的な知見を指導へと還元する研究に至った.
イオン性官能基の導入による高強力繊維の機能化

基材へのイオン性官能基の導入においてフッ素ガス処理を中心に行った。染色性ではスルホン基を導入したもので発色が良く、処理条件を強くするほど濃色になることが確認できた。XPSによる深さ方向の官能基の分布から、数ナノメートル程度までしか導入できていないことが明らかとなった。AFMによる表面形態の観察では、カンチレバーを化学修飾させることで通常とは違った画像が得られることがわかった。イオン性官能基を導入した基材にカチオン化したウレタン樹脂および水溶性ナイロン樹脂を塗布して、基材と樹脂との接着性を調べた。フッ素ガス処理した試料で耐久性および接着性が向上していることが確認できた。1)イオン性官能基の導入:フッ素ガス処理によってアニオン性の官能基【スルホン基(-SO3H)】を超高分子量ポリエチレンに導入し、カチオン染料で染色して着色の濃淡から官能基導入の程度を簡易的に調べた。処理条件によって着色に濃淡差が生じ、処理条件が強くなるに従い着色も濃くなる傾向が見られた。2)結合状態の解明:FT-IRの全反射測定法(ATR)で試料表面に生成する官能基を調べたところ、使用したフッ素ガスに由来するスペクトルと酸化物及び硫黄生成物のスペクトルが観察できた。染色試験同様、処理条件が強くなるに従い特定のスペクトルが大きくなる傾向が見られた。さらに詳細にX線光電子分光分析(XPS)により試料最表面に生成する官能基を調べたところ、傾向はFT-IRの測定結果と同様であるが、285eVのC1s炭素スペクトルは複雑な形状を取らず、カルボニルおよびカルボキシと見られるピークのみであった。また、163eVのS2P硫黄スペクトルは処理条件を強くしてもピークの増加があまり見られなかったことから、飽和状態が存在すると見られる。この原因として、使用するガスが試料の内部にまで拡散できずに表面部分のみに留まると想定している。結合状態をより解明するため、19Fおよび13C固体NMRにより測定を行ったが、比較的処理条件の弱いガス処理の試料ではスペクトルを観察できるもの、処理条件が強くなるに従いブロードのスペクトルが出現して解析に必要なスペクトルが得られなかった。今後この原因を究明し、詳細な結合状態の解明を進めていく計画である。計画では繊維断面の官能基の分布を化学修飾したカンチレバーを使い原子間力顕微鏡でマッピングすることになっていたが、試料の作成、特に超高分子量ポリエチレン繊維の切断が困難なため、計画がやや遅れている。昨年度に続き、フッ素ガス処理により高強力繊維である超高分子量ポリエチレン繊維及びフィルムを処理し、改質効果に優れるスルホン基を導入した。改質の効果は、赤外分光分析(FT-IR)の全反射法(ATR)で表面の化学状態を調べ、深さ方向の分布は、X線光電子分光分析(XPS)で調べた。フッ素ガス処理の条件を強くする(時間の延長、ガス導入量の増加等)とある時期までは処理条件の増大によって表面の官能基も増大するが、それ以上処理条件を増大しても表面の官能基が増えないか、かえって減少する傾向が見られた。そこで、X線光電子分光分析(XPS)でアルゴン(Ar)イオンクラスター銃を使用して、深さ方向の官能基の分布を調べた。この結果、表面処理の条件が増大するほど深さ方向への官能基の分布が増加していることが判明した。フッ素ガス処理の増大に伴い、ある時期までは最表面に多くの官能基が分布し、それ以降は内部へと進行していると考えている。但し、測定範囲が110 umφ、55 um φ程度で領域が狭いため、測定のばらつきも多い。このことは次年度の課題でもある。また、原子間力顕微鏡のカンチレバーを表面改質することにより、試料表面の官能基の分布を調べた。試料表面の凹凸が予想以上に大きく、当初予定していた中性子反射率測定等の測定試料には不適であることが判明したが、カンチレバーの処理によって、ガス処理した試料と未処理の試料とで表面形状に違いのあることが分かった。この違いが、ガス処理による物理的なものか、官能基の分布によるものか、カンチレバーの種類も多様なことから表面処理の程度を高めて、より詳しく調べることが次年度の課題となる。引き続き、計画通りに進める。高強度ポリエチレン繊維及びフィルムをフッ素ガスにより処理し、表面解析を行った。フッ素ガスでは親水化処理及びスルホン化処理を行い、スルホン化処理で表面の化学組成が大きく変化した。表面解析にはXPSを用いた。C-C(炭素)の結合エネルギーを285eVに補正してピーク分離を行い、C-O、C=O、CーFに分離してそれぞれの組成比率を求めた。最表面ではC-C及びCーO結合がそれぞれ3割ほどでC-F結合も1割程度組成していることが確認できた。表面処理した繊維及びフィルムにカチオン系ウレタン樹脂と水溶性ナイロン樹脂を塗布して洗浄試験により密着性を調べた。FT-IRで洗浄前後のスペクトルを比較したところ、カチオン系ウレタン樹脂を塗布した試験片では、親水化処理及びスルホン化処理共に密着性が良かった。水溶性ナイロン樹脂を塗布した試験片は、洗浄後多少樹脂の離脱が見られた。これは併用した硬化性樹脂の性能によるものと考える。別途、原子間力顕微鏡を利用し、カンチレバーを化学修飾してスルホン化処理フィルムの表面を観察した。カンチレバーそのものを処理することで、同一試験片でありながら、表面構造の大きく異なる画像が得られた。

化学修飾したカンチレバーはプラズマ処理して作成したものであり、表面にOH基が形成されていると思われるが、未処理フィルム及びスルホン化処理フィルム共に微細な凹凸を捉えている。斥力または引力による効果を期待しての化学修飾であったが、更なる考察が必要となる。基材へのイオン性官能基の導入においてフッ素ガス処理を中心に行った。染色性ではスルホン基を導入したもので発色が良く、処理条件を強くするほど濃色になることが確認できた。XPSによる深さ方向の官能基の分布から、数ナノメートル程度までしか導入できていないことが明らかとなった。AFMによる表面形態の観察では、カンチレバーを化学修飾させることで通常とは違った画像が得られることがわかった。イオン性官能基を導入した基材にカチオン化したウレタン樹脂および水溶性ナイロン樹脂を塗布して、基材と樹脂との接着性を調べた。フッ素ガス処理した試料で耐久性および接着性が向上していることが確認できた。計画に基づき引き続き結合状態の解明を進める。特に固体NMRによる解析で官能基と試料との結合状態の解明を進める。また、原子間力顕微鏡による繊維断面の官能基のマッピングに加えて、XPSのイオンクラスターによる深さ方向の官能基の分布を調べる計画である。計画に基づき、引き続きXPSにより深さ方向の分布を詳しく調べ、ガス処理条件に反映させる。染色加工、表面改質、放射線予定していた旅費で、回数が減じたため残金が発生した。消耗品が予定より安く購入できたため、残額が生じた。次年度の旅費及び消耗品に充てる計画である。次年度の消耗品費等に充てる計画である。
非有界C^*-セミノルムから構成される非有界*-表現のあるクラス

非有界C^*-セミノルムから構成される*-代数の非有界*-表現を研究した。我々(Bhatt-Inoue-Ogi)は非有界C^*-セミノルムから非有界*-表現のクラスを構成することができ、そのクラスの内で"nice"な*-表現(well-behaved *-表現とよぶ)とは何かを考え調べた。特に、well-behaved *-表現の存在性、スペクトラルwell-behaved *-表現の存在性を特徴づけた。さらに、一般の非有界作用素環(O^*-代数,partial O^*-代数)、非有界*-表現に関する研究をすすめた。以上次のような研究を行った。(2)局所凸*-代数の研究への応用(3)非有界C^*-セミノルムのスペクトラル性を定義し,スペクトラル非有界C^*-セミノルムをもつ(局所凸)*-代数の構造論,表現論の研究.(4)(局所凸)*-代数の非有界*-表現のスペクトラル性の概念を定義し,spectral well-behaved *-表現の存在性の研究(5)(部分)O^*-代数のウエイトの研究(6)(部分)O^*-代数の微分(7)O^*-代数の条件付期待値非有界C^*-セミノルムから構成される*-代数の非有界*-表現を研究した。(2)局所凸*-代数の研究への応用(3)非有界C^*-セミノルムのスペクトラル性を定義し,スペクトラル非有界C^*-セミノルムをもつ(局所凸)*-代数の構造論,表現論の研究.(4)(局所凸)*-代数の非有界*-表現のスペクトラル性の概念を定義し,spectral well-behaved *-表現の存在性の研究(5)(部分)O^*-代数のウエイトの研究(6)(部分)O^*-代数の微分(7)O^*-代数の条件付期待値*-代数の非有界表現(すなわち,*-代数からヒルベルト空間上への準閉作用素のつくる*-代数(O^*-代数)への*-準同形)の研究をすすめた.非有界*-表現は有界表現には現れない病的なことがおこる.それで,非有界*-表現がnice表現(well-behaved*-表現とよぶ)とは何かを考えることは意味がある.このことについて以下を研究した.(2)非有界C^*-セミノルムの存在性は分からないがその一般化である非有界m^*-セミノルムpの存在性が分かっている*-代数Aを考える.このとき,normed*-代数D(p)|kerpの完備化によって得られるBanach*-代数A_pの性質(エルミート性,表現可能性等),正値線形汎関数,非有界Gelfand-Naimark等によってAのwell-behaved*-表現の存在性を特徴づけた.(3)局所凸*-代数の研究への(1),(2)の応用を考えた.(4)非有界C^*-(あるいはm^*-)セミノルムのスペクトラル性を定義し,スペクトラル非有界C^*-セミノルムを持つ*-代数,局所凸*-代数の構造論,表現論を研究した.(5)(局所凸)*-代数の非有界*-表現のスペクトラル性の概念を定義し,spectral well-behaved*-表現の存在性を調べた.以上,(1)(5)についての論文を準備中である.*-代数の非有界表現(すなわち,*-代数からヒルベルト空間上の準閉作用素のつくる*-代数(O^*-代数)への*-準同形)の研究をすすめた.非有界*-表現は純粋に数学的な立場だけでなく量子物理への応用の面からも重要であり研究されている.通常,非有界*-表現は有界*-表現では現れない病的なことがおこる.最近Schmudgenは"nice"*-表現の包含的な定義を考えた.また,我々(Bhatt-Inoue-Ogi)は非有界C^*-セミノルムから非有界*-表現のクラスを構成することができ,そのクラスの内で"nice"な*-表現(well-behaved*-表現とよぶ)とは何かを考え調べた.上の二つのwell-behaved*-表現はそれらの構成法から密接な関係があることがわかった.

さらにwell-behaved*-表現の研究をすすめ,局所凸*-代数の研究へ応用することを考え次の研究を行った.(2)局所凸*-代数の研究への応用(3)非有界C^*-セミノルムのスペクトラル族を定義し,スペクトラル非有界C^*-セミノルムをもつ(局所凸)*-代数の構造論,表現論の研究.(4)(局所凸)*-代数の非有界*-表現のスペクトラル性の概念を定義し,spectral well-behaved^*-表現の存在性の研究.さらに,一般の非有界作用素環に関する研究もすすめた.(5)(部分)O^*-代数のウエイトの研究(6)(部分)O^*-代数の微分
ナノスペースを利用した低次元材料の原子スケール評価と応用に向けた要素技術開発

ナノスペースを利用した究極の低次元材料として、イオン結晶性原子鎖の合成に成功した。実験と理論計算からこのイオン結晶性原子鎖はバルク状態とは異なる物理特性を有すること、たった一つの空孔の導入で物性を変調できることなどがわかった。また付随的にナノスペースに閉じ込めた軽元素を単原子レベルで可視化する手法を開発し、リチウムやナトリウム、フッ素、塩素といった従来の電子顕微鏡では捉えることが難しかった元素を単原子レベルで分光することに成功した。さらに詳細な物性評価にも挑戦し、高分解能電子エネルギー損失分光法によりカーボンナノチューブの欠陥一つに由来する局所的な電子状態を捉えることに成功した。本年度はナノスペースを利用した低次元材料の評価に力を入れてきた。特にカーボンナノチューブに内包したイオン結晶性の材料を中心に低加速高分解能電子顕微鏡及び電子エネルギー損失分光法を用いて原子レベルの構造評価を行ってきた。特筆すべき成果はヨウ化セシウムを使った原子鎖の合成と評価の成功(Nature Materials (2014))で、異なる原子が交互に一列に並ぶことを世界で始めて実証した。またこのイオン結晶性原子鎖は、従来のバルク結晶よりも構成する原子間距離が10%以上短くなることや、カチオンとアニオンが抜けた空孔ではそれぞれ異なるエネルギーバンド構造を持つことなどを明らかにした。またホストであるカーボンナノチューブと原子鎖との相互作用の影響でセシウムとヨウ素がそれぞれ異なる動的挙動を示すことなどを新たに示した。これらの性質は結晶を完全な一列にすることで初めて得られる非常にユニークなもので、既知の材料であったでも次元を究極的に落とすことで未知の現象や性質が得られることを示す重要な成果である。また上で述べた原子レベルの構造欠陥や動的挙動は光学バンドギャップやフォノンを変調できる可能性が大いにあり、超微小光源などこれまでにない新規デバイスへの応用展開も期待できる。このように本年度は原子鎖という新たなジャンルを切り開く成果が得られた。今後、他の材料や元素の組み合わせについても同様に、完全な一元構造が出来ないか、物理特性がバルクと比較してどのように変化するのかなどを検討し、応用に向けた基盤を築いていく。初年度にヨウ化セシウムを原料とした異なる原子が一列に並んだ原子鎖の合成と評価に成功した(Nature Materials (2014))。原子の種類によって動的挙動が異なるなど、マクロなスケールでは現れないユニークな現象を次々と発見した。これを基に平成27年度はさらに幅広い材料を用いた一次元材料の評価へと研究を展開した。特筆すべき成果は、軽元素を含む原子鎖の合成及び評価で、電子顕微鏡を用いて初めてリチウム単原子を可視化することに成功した(Nature Communications (2015))。このプロジェクトでは透過電子顕微鏡技術を柱としてナノスペース科学の基礎を構築することを目的としているが、従来のイメージング手法では軽元素の可視化は非常に困難であった。特にリチウムは工業的にも極めて重要な元素でありながら、これまで電子顕微鏡による観察が困難とされてきた元素の一つであった。本研究ではリチウムを含んだヨウ化リチウム原子鎖や、リチウム内包フラーレンをカーボンナノチューブ内部のナノスペースに閉じ込め、走査透過電子顕微鏡及び電子エネルギー損失分光を駆使することで初めてLiを単原子レベルで可視化することに成功した。さらにフッ素や塩素、ナトリウム、カリウムといったドーパントとして低次元材料の性質に大きな影響を与える元素についても単原子レベルでの分光に成功した。これら本年度の成果と初年度に得られた知見を組み合わせることで、原子鎖という完全な一次元構造を持つ材料について、ドーパントや空孔といった欠陥を含めた原子構造を直接観察するだけでなく、周辺原子の化学的性質の変化を追えるようになった。当初の研究計画には含まれていなかった、軽元素の単原子分光に成功するなど期待よりも大きなインパクトを与える研究成果を得られた。一方で当初の計画ではナノスペースに合成された低次元材料の物性評価にはテンプレートの除去を検討していたが、これについては十分な知見が得られていないので来年度も継続して行う。また内包物よりもバンドギャップの大きな窒化ホウ素ナノチューブをテンプレートとして用いることで、テンプレートを除去せずに内包物の物性を評価する手法を検討していく。平成26年度に異なる原子が一列に並んだ原子鎖をカーボンナノチューブ内部に合成することに成功した(Nature Materials (2014))。この成果を皮切りに、平成27年度はさらに幅広い材料をナノスペースに合成することに成功した。特に軽元素を含む原子鎖の合成及び評価によって、電子顕微鏡を用いて初めてリチウム単原子を可視化することに成功した(Nature Communications (2015))。これらの成果を踏まえて、平成28年度はさらに詳細な物性評価を行うための要素技術開発に従事した。特筆すべきは単色化した電子源を用いた高分解能電子エネルギー損失分光を電子顕微鏡内で実施することで、これまでマクロスケールでの計測が主であった光吸収や、X線吸収をナノスケールで取得できるようになったことである(Nano letters (2016))。例えばカーボンナノチューブを用いた実験では、単一のカーボンナノチューブの幾何構造(カイラリティ)を電子顕微鏡像から同定し、同チューブの光吸収(光バンドギャップ)スペクトルを荷電子励起損失から取得し、さらに内殻電子励起損失から、伝導体の空準位の状態を知ることができる。このように一つの一次元量子物体の構造と物性を一対一で対応付け出来るようになったことが平成28年度実施した研究の最大の成果である。

また本手法を用いることで一次元材料の欠陥部分で、キャリア濃度が減少するといった現象や、弾性曲げによるわずかな歪で生じる内殻電子励起損失の変化などを捉えることに成功した。低次元材料では欠陥が材料の物性に大きな影響を及ぼすため、応用展開を考える上で欠陥を含めた材料の構造・物性評価及び制御が求められてきた。故に本研究で実施した欠陥まわりの局所的な物性評価は工学的にも非常に重要な知見である。当初の研究計画では予期していなかった一次元特有の現象などを発見することができた。特に単色化した電子源を用いた高分解能電子エネルギー損失分光によって、一次元量子物体の構造と物性を一対一で対応付け出来るようになったことで、これまでコンピュータシミュレーションに頼る部分が大きかった、欠陥まわりの局所的な物性評価を実験的に行えるようになったことは材料分野全体を通してみてもおける大きな進捗であるといえる。また当初の計画ではナノスペースに合成された低次元材料の物性評価にはテンプレートの除去を予定していたが、昨年度より研究方針を転換し、安定な状態における内包物の物性評価を行うためにバンドギャップの大きな窒化ホウ素ナノチューブをテンプレートとして用いることで、テンプレートを除去せずに内包物の物性を評価する手法を検討してきた。こちらについても既に有用な結果が得られており、延長期間中に論文等にまとめる。本研究では、カーボンナノチューブなど円筒状微細空間を持つナノ材料をテンプレートとして利用することで、新たな機能性一次元材料を探索・評価することを目的として研究を進めた。実施方法として気相法による試料合成と電子顕微鏡観察を中心に、密度汎関数による計算等も組み合わせた、多角的なアプローチにより課題解決を目指した。初年度にはイオン結晶性の原子鎖をカーボンナノチューブ内部に合成することに成功し、その動的挙動の観察に成功した(Nature Materials (2014))。翌年にはさらに幅広い材料から構成された一次元材料の合成にも成功した(Nature Communications (2015))。これら新奇一次元材料にはリチウムなどの軽元素が含まれており、本研究を進める中で付随的に、電子顕微鏡による単原子レベルの軽元素可視化という重要な要素技術を確立した。また、これらの材料では一次元特有の物理特性を有することがわかった。さらに詳細な物性評価を行うために、本課題研究期間の後半には、単色化した電子源を用いた高分解能電子エネルギー損失分光を電子顕微鏡内で実施し、これまでマクロスケールでの計測が主であった光吸収測定や赤外吸収測定をナノスケールで実施することに成功した(Nano Letters (2016))。こうした物性評価を新奇一次元材料に応用していく中で、カーボンナノチューブ内部に合成したヨウ素原子鎖における電子密度波とそれに伴う状態遷移を発見した。これは当初の研究計画では予想していなかった結果であり、最終年度に追加の実験と第一原理計算を行った。