hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
水中におけるヒトのロコモーションの仕組み－水中動作解析システムの構築と応用－

水中ドルフィンキック泳(以下UUSとする)は、泳タイム短縮に貢献できる潜水泳技術として近年着目されている。UUSにおいて、これまでキック頻度が最も泳速度に影響する運動学的変数であることが示されてきたが、これは泳者間の比較によるものであり、泳者内でキック頻度と泳速度が関連しているのかは明らかとなっていない。そこで本研究では,周期音を用いてUUSの頻度を直接調節し、泳動作を改善させる新たな方法論の開発に取り組み、その効果について運動学習の観点に加え、運動学、流体力学の観点など多角的に分析を試みた。その結果、周期音の利用により、UUSの動作がより効率のよい動作へと変容する可能性が示唆された。泳動作は,水中で行う運動であり,媒体である水に対してうまく力を作用させ,その力を自己の推進力に変えて移動する身体運動である.競泳選手は,いわゆる「水を捕える」という能力が優れており,時々刻々と変わる水の変化を感じ取りながら水に対して力を作用させ,推進力を生むのに最適な動きを実行している.この時,泳者は感覚器から多くの感覚情報の入力があるが,泳動作に必要な情報を選択するために,自己の何らかの身体感覚に意識を向けていると考えられる.先行研究では,泳者が泳中に意識すべき身体感覚をいくつか取り上げているが,これらの身体感覚への意識の違いが泳動作へどのように影響するのか不明なままである.そこで本研究では,泳者へ意識すべき箇所の指示を変え,その違いによって泳動作に与える影響を明らかにする.本研究によって,泳者の意識の向け方と泳動作の関係性を理解するのに役立つといえる.本年度は環境構築に時間を要したため,熟練した競泳選手1名のみの報告となる.主な結論としては,ドルフィンキック中(スタート・ターン後に水面下を潜水して推進する泳技術)に意識してほしい身体感覚を指示し,試技後に泳者は「とても意識した」と主観的な回答をしており,その際何も意識していない時に比べて体幹へ意識を高めることで体幹の拮抗筋の共収縮割合が3.4%だったものが7.1%へと約2倍増加した.先行研究では体幹部の安定性がドルフィンキックの泳速度を高める要因であると報告されており,それに対してトレーニング現場でも体幹への意識が強く指示されるようになった.しかし,これまで体幹トレーニングの客観的な評価にまで至っていないという現状があったため,本研究で定量化できたことはコーチや選手にとって有益であると考える.本研究の目的は,回流水槽と屋内プールでのドルフィンキック泳について,泳動作のキネマティクスと質問紙による身体感覚への注意を調査し,その違いを明らかにすることであった.7人の全国大会出場レベルの男子大学競泳選手(年齢20.4 ±1.5才,身長1.73 ±0.06 m,体重68.1 ±6.0 kg)が本研究に参加し,同一泳者が屋内プールと回流水槽で泳いだ.この泳者らの最大努力時の泳速度の95%泳速度を目標泳速度に設定した.屋内プールでは,メトロノーム音を用いてキック頻度を段階的に変化させて泳速度を調節した.身体7点をLEDマーカーでマーキングし,2D-DLT法を用いて,両環境下におけるドルフィンキック中の泳者のキネマティクスデータを得た.加えて,泳者が抱く身体感覚への意識を調査した.両試技で泳速度(p=.73),キック頻度(p=.45)に有意差は認められなかったにも関わらず,屋内プール(30.45 ±2.01% @ height)よりも回流水槽(33.09 ±2.80% @ height)においてけり幅が有意に増加した(p<.05).また,屋内プールよりも回流水槽において体性感覚(屋内プール: 9.71 ±3.50点,回流水槽: 12.29 ±3.35点, p < .05)と視覚(屋内プール: 1.14 ±0.38点,回流水槽: 2.14 ±1.21点, p = .06)に注意を向けていた.このことから,回流水槽環境下では泳者は意図的に運動を適応させる可能性が考えられた.よって研究者やコーチは,回流水槽を利用する際にその違いを十分に認識する必要があると思われる.本研究プロジェクトでは,次の3つの研究課題について取り組んだ。1.水中環境におけるヒトの身体運動メカニズムを解明するために,計測機器の小型・防水化あるいは無線化することで、身体運動への制限を限りなく少なくした3次元動作分析と筋電図計測が行える環境を構築する。2.研究課題1で構築された環境を用い,ヒトが水中で行う様々な推進様式の身体運動を計測し,筋電データとキネマティクスデータとの関連を検討する。3.研究課題

2で得られた筋電データとキネマティクスデータを手掛かりに、水中ドルフィンキックのキック頻度を周期音を用いて強制的に増減させる介入実験を行い、最も効率のよい水中ドルフィンキック動作の解明に取り組む。26年度は主に研究課題3)に取り組み、水中で最も効率のよい運動の解明に取り組んだ。対象者は10名とし、周期音を用いて頻度調節を行った前後に全力で泳ぐよう指示した。運動学的変数だけでなく、質問用紙を応用して身体感覚についても回答させ比較した。また、頻度調節時に周期音と同期する手間を省けるか、プールサイドで音を聞いて再現する試技も同時に行った。その結果、泳者は音を聞いて頻度を記憶するだけで要求されたキック頻度を再現できることが示された。また、前後の比較では、運動学的変数には有意差は認められなかったものの、時間調節への意識が高まる傾向がみられた(p= .07)。このことから、周期音を用いた頻度調節は、泳動作への影響は見られないものの、泳技能改善が見込まれる意識の状態になる可能性が示唆された。26年度が最終年度であるため、記入しない。バイオメカニクス26年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は,測定システムを構築することを目標としてプロジェクトを推進し,概ね目標は達成できた.高輝度LEDをマーカーとして泳運動を解析するシステムの構築に成功し,これまで手動でデジタイズを行っていたのに比べて,オートデジタイズが可能となり,分析速度が飛躍的に向上した.また泳動作に関する運動学的パラメータの算出課程を自動化することによって,泳者に対する計測結果の即時フィードバックが可能となった.26年度が最終年度であるため、記入しない。第一段階として測定システムを構築することは達成できたので,今後は実際のヒトを被験者としてデータの蓄積を図ることを目標とする計測システムについては,当初の計画通りほぼ完成したと考えられるので,今後は本システムを用いて,分析対象者を増やしたり,異なる泳法の分析にも着手したいと考えている.また流れの可視化システムと連動させ,泳者の動きに伴って如何に流体力が発生するのか,その機序を明らかにしてゆきたいと考えている.26年度が最終年度であるため、記入しない。次年度は構築したシステムを用いて,ドルフィンキックにおける体幹への意識と体幹筋の実際の活動との関連を検討し,さらに推進力を増加させるための合理的な動作について探求する予定である.
外乱振動下で使用可能なスペックル干渉ナノメートル変位測定法の開発

これまでレーザ干渉計測を適用できなかったランダムな外乱振動下で,スペックル干渉法による面内2軸方向の変位分布測定方法を確立した.多数の画像から干渉可能な画像を選出することで,500mW以下のレーザでも測定可能な手法を確立し,3脚に設置可能な小型干渉計を構築した.さらにレーザの偏光を利用した分離方法および位相解析を適用可能にすることで面内2軸方向の変位分布・ひずみ成分を取得可能にした.そのためこれまでレーザ干渉測定が困難であった様々な現場でのスペックル干渉測定が可能になり,多くのひずみ測定実験や非破壊検査技術への応用が期待できる.これまでレーザ干渉計測を適用できなかったランダムな外乱振動下で,スペックル干渉法による面内2軸方向の変位分布測定方法を確立した.多数の画像から干渉可能な画像を選出することで,500mW以下のレーザでも測定可能な手法を確立し,3脚に設置可能な小型干渉計を構築した.さらにレーザの偏光を利用した分離方法および位相解析を適用可能にすることで面内2軸方向の変位分布・ひずみ成分を取得可能にした.そのためこれまでレーザ干渉測定が困難であった様々な現場でのスペックル干渉測定が可能になり,多くのひずみ測定実験や非破壊検査技術への応用が期待できる.平成25年度は計画通りスペックル干渉法による外乱振動下での面内二軸方向の変位分布測定が可能な干渉系を構築し,加えて最適な位相解析手法に関する検討を行った.今年度構築した干渉系は,垂直方向の2光束および水平方向の2光束偏光方向を直交させ,それぞれターゲットに照射する構成とした.またカメラの直前で偏光ビームスプリッタにより各成分を分離し二台のカメラで同視野を観察できる構成とした.研究の過程では当初から懸念していた,ターゲットからの反射光の変更の乱れが問題となったものの,ターゲットをアルミニウムとすることで解決することができた.位相解析に関しては,解析に用いる画像の選定方法に関する検討も行うとともに,ランダム位相シフト法の原理を用いて解析することで測定面内を基準とする相対変位分布を解析可能とした.以上により,スペックル干渉法による外乱振動下での面内二軸方向の変位分布測定を可能にした.平成26年度は、計画通り提案した手法の妥当性と測定精度の検証を行うとともに、前年度に生じた課題の解決方法を提案し、当初の目的である「外乱振動のある実環境下においてスペックル干渉法による高精度ひずみ測定」を実現した。具体的には、外乱振動を正弦波にモデル化した場合における振動と干渉計の感度およびスペックル画像取得時の露光時間との関係を理論的に検証し、適用可能な範囲について把握することができた。また実際に実験を実施した環境における外乱振動を測定し、その振動の周波数成分を分析することで実験における測定条件の妥当性を確認した。さらに実際の微小変形測定に対する適用例として、コンプレッサータンク溶接部近傍の圧力変化による変形の測定を実施した。これに関して、前年度の課題であった測定対象表面によるレーザ反射時の偏光の乱れの解決方法として、アルミニウム粉末による塗装を施すことで解決した。この方法をとることで測定対象の材料の種類や表面状態に関わらず提案手法の適用が可能となった。またその測定結果をある位置において従来のひずみゲージによる測定結果と比較した結果、良好な一致が見られたことから比較的高精度の測定が実現できることを確認した。なお、実験室外での測定の実施に関しては、実験室外と同等である光学除振台を用いない外乱振動のある環境において実験を実施することができた、また良好な結果が得られたことから、実環境下での適用に関する検証はできたと判断した。以上より、従来レーザ干渉測定の適用が困難であった外乱振動のある環境において、静的な現象を対象にスペックル干渉法を適用可能とし、外乱振動の振幅よりもはるかに小さい微小変位分布、すなわち変形測定を面内二軸方向に対して実現することができた。またその成果は国際会議において公表された。材料力学、材料科学、光計測計画していた干渉系を構築できたこと,また外乱振動下での面内二軸方向の変位分布を同時に測定することを可能にした.研究過程で生じた課題としては,ターゲットでの反射による変更の乱れにより,最終的な画像取得前の変更の分離が困難になったことである.これに対してはターゲットをアルミニウムとすることで解決できた.またこれに関しては本手法の適用範囲の検討が必要である.以上より,新たな課題が残ったものの,計画通りの進展があり,また発生せいた課題を解決できたことをふまえ,おおむね順調な進展であると評価した.今年度は提案する手法の妥当性および測定精度を振動の解析を含めて理論的,実験的に検証することで,計測手法の最適化,干渉計の改良,適用範囲の明確化を図る.また実験室外の実環境下での変形測定を実施し本手法の有効性を確認する実験を行う.前半ではまず,提案手法の精度の検証を行う.ここでは実際の外乱振動の詳細も測定し,理論的および実験的にも検証する.この過程で,得られた知見を基に干渉系の改良や解析方法の最適化を図る.後半では研究室外での測定を容易にするために必要となる装置全体の改良等を行い,実際に実験室外での物体の変形測定を実施し本手法の有効性を示す.以上により,外乱振動下でのスペックル干渉法による静的な変形測定を対象とした面内二軸方向の高精度変位分布測定を実現する.
界面水分子のダイナミクス制御による高機能・高選択性を持つ生体適合性材料の構築

本研究を通じて最も血液適合性に優れている高分子といわれるPMEA(poly(2-methoxyethyl acrylate))の血液適合性及び抗たんぱく質吸着のメカニズムを走査型原子間力顕微鏡(AFM: Atomic force Microscopy)を用いてPMEAと生体分子間の相互作用を直接的に計測することによって明らかにした。我々の結果はPMEAの血液適合性は界面に存在するイオンによる静電気的な相互作用に由来するのではなく、界面に存在するバルクの水よりも動きが遅い水分子の層によるものであるということが明らかになった。さらに我々は界面水分子によって引き起こされる相互作用を分子スケールで測定するために、PMEA表面よりも水-基板表面の界面が明確であり、同様に抗タンパク質吸着特性を示す、オリゴエチレングリコール末端基を持つアルカンチオール自己組織化膜(OEG-SAM)を用いて相互作用の測定を行った。その結果OEG-SAM近傍には2-3nmの厚さで安定して存在する水分子の層が確認された。本発見は抗タンパク質吸着特性に界面水分子の構造、ダイナミクスが深く関係していると言うことを直接的に示した初めての例であり、今後生体適合性材料を設計する上で非常に有用な指針を与えることが期待される。平成18年度は研究実施計画通り、まずシリカ製のコロイドプローブ上へのタンパク質の吸着方法の検討を行い、タンパク質分子を変性させることなくプローブ表面に固定する方法を確立した。また、原子間力顕微鏡(atomic force microscopy : AFM)を用いて、様々な溶液条件において生体適合性高分子(poly(2-methoxyethyl acrylate : PMEA)と主な血中タンパク分子であるフィブリノーゲン及びアルブミンの相互作用の直接計測を行った。様々な溶液条件でタンパク質とPMEAの接着力の計測を行い、PMEAとタンパク質間の接着力は溶液条件に依存しないことを確認した。またAFM及び水晶振動子法(quartz crystal microbalance : QCM)を用いた吸着実験から変性したタンパク質とPMEA表面の相互作用は大きくなる事実を得た。これらの結果からPMEAの血液適合性には界面水分子が非常に重要な役割を果たしているという知見を実験的に導いた。この知見については第67回応用物理学会学術講演会、及び第26回表面科学講演大会にて"液中AFMによる高分子表面の生体適合性の直接的評価"というタイトルで発表を行った。さらに"Direct Observation of Interaction between Proteins and Blood Compatible Polymer Surfaces"というタイトルで英語論文をバイオマテリアルに関する国際学術雑誌"Biointerphases"に投稿中である。また界面水分子の振る舞いを詳細に解析するためにコンピュータシミュレーションのためのワークステーション及び第一原理計算のソフトウェアパッケージであるVASPを購入し、並列計算のための最適化を行った。古典動力学法で用いる水分子同士あるいはPMEAと水分子の相互作用を計算するためのパラメータを検討し、界面水分子の動的な振る舞いの解析を開始した。
微小領域構造の超高速多次元蛍光顕微分光

平成19年度は本真正課題の最終年度にあたるため,まず申請者がこれまでに開発した2台のフェムト秒時間分解蛍光顕微鏡に関する総説を執筆した。関発した顕微鏡の新たな応用例として,MALDI質量分析法に着目した。MALDI法ではマトリックスから試料へのエネルギー移動や脱離のメカニズムが現在でも分かっていない。このため顕微鏡下で典型的なマトリックス分子の時間分解蛍光測定を行い,励起状態の緩和速度と質量分析で得られるイオン強度との間に相関があることを見出した。また平成18年度に引き続き微小領域構造を持つ試料の一つとして,親水性高分子鎖を持つナノ微粒子の物性研究も行った。高分子ナノ微粒子は現在様々な形で工業、商業的に用いられているが,人体も含めた自然環境への影響は議論されてこなかった。そこで,高い親水性を持つ代表的な高分子微粒子を取り上げ,その表面での特的な分子環境を分光学的に明らかにした。本年度は粒子径や親水性高分子鎖の長さが違う微粒子を合成し,反応性におけるそれぞれの役割を理解した。超高速分光による分子ダイナミクスの研究はこれまで主として均一な系に対して行われてきたが、現実的な系は高度に不均一である場合が多い。従って、微小な領域または不均一な環境に存在する分子の励起状態ダイナミクスを位置選択的に観測することが重要である。このような測定には高い時間分解能を持つ分光手段と高い空間分解能を持つ顕微技術を融合させた時間分解顕微分光法が有効な手段となる。時間分解分光と顕微測定を組み合わせた研究はこれまでにも多くあるが、蛍光顕微分光においてはフェムト秒領域の時間分解測定は行われていなかった。我々は蛍光アップコンバージョン法と共焦点光学顕微鏡を組み合わせた新しい顕微鏡(フェムト秒蛍光アップコンバージョン顕微鏡)を開発し、ナノメートルの空間分解能とフェムト秒の時間分解能を蛍光顕微測定において初めて同時に実現した。この顕微鏡を二次元イメージの作成に応用しフェムト秒蛍光ダイナミクスによる試料のイメージ化に成功した。また光学顕微鏡と超高速蛍光分光手法の一つである光カーゲートを組み合わせた顕微鏡を開発した。これは試料や励起光のスキャンなしに超高速蛍光顕微イメージ(フェムト秒ダイナミクスイメージ)の作成が可能な新しい蛍光顕微鏡(非走査型光カーゲート顕微鏡)である。これを用いて有機分子微結晶の超高速蛍光イメージの作成に成功した。我々は蛍光アップコンバージョン法と共焦点光学顕微鏡を組み合わせた新しい顕微鏡(フェムト秒蛍光アップコンバージョン顕微鏡)、及びピコ秒光カーゲート顕微鏡を開発し、ナノメートルの空間分解能とピコフェムト秒の時間分解能を蛍光顕微測定において初めて同時に実現した。この顕微鏡を二次元イメージの作成に応用し、超高速蛍光ダイナミクスによる試料のイメージ化に成功した。平成18年度は、特にフェムト秒アップコンバージョン顕微鏡を生体試料に応用した。ワイン酵母、出芽酵母、分裂酵母それぞれを蛍光プローブ分子、ここではトリフェニルメタン系の色素であるマラカイトグリーンによって染色しプローブ分子の超高速緩和過程から、細胞内粘度(In-cell Viscosity)を見積る研究を行った。その結果、酵母の種類に関わらず、約5cPの粘度であるということが分かった。また、これまでの研究の延長として、有機分子結晶の一つであるβペリレンの超高速時間分解蛍光も観測した。また平成18では微小領域構造を持つ試料の一つとして、親水性高分子鎖を持つナノ微粒子の物性研究も行った。高分子ナノ微粒子は現在様々な形で工業・商業的に用いられているが、人体も含めた自然環境への影響は議論されてこなかった。そこで、高い親水性を持つ代表的な高分子微粒子を取り上げ、その表面での特的な分子環境を分光学的に明らかにした。
ラグスクリューボルトのクロス挿入接合法の開発

公共建築物木材利用促進法が成立し、校舎などの中・大規模公共建築物を、原則木造で建てなければならなくなった。本研究は、これらの木造建築物に用いられるラグスクリューボルト接合のパネルゾーンにおける脆性的なせん断破壊の補強と性能の向上を目的に、従来の接合法を改良したラグスクリューボルトのクロス挿入接合法、そして実用性を考慮したロングビスによる斜め埋め込み補強法の開発を行った。研究の結果、従来型の接合法に対してラグスクリューボルトのクロス挿入接合法は、パネルゾーンのせん断破壊を抑制し、耐力が1.4倍、変形性能が3.6倍に向上した。また、ロングビス併用型接合法についても、その補強効果を実証した。本年度は、『ラグスクリューボルトのクロス挿入接合法』の開発と性能評価実験、そして改良型としてラグスクリューボルトとロングビスを併用した接合形式の提案を行った。既往の研究より、従来のラグスクリューボルトによる接合部では、ラグスクリューボルトにより挟まれた柱材(パネルゾーン)において、先行してせん断破壊を起こすケースが確認されている。そこで本研究では、ラグスクリューボルトを柱材内部においてクロス状になるように傾斜を付けて埋め込むことで、柱材のせん断補強効果とラグスクリューボルトの引き抜け変形能力の向上を期待する新たな接合形式の提案し、柱ー梁接合部について性能評価実験を行った。その結果、ラグスクリューボルトの斜め埋め込みがパネルゾーンの補強に効果的であることを明らかにし、補強効果と変形性能を有する『ラグスクリューボルトのクロス挿入接合法』の可能性を示せた。しかし、ラグスクリューボルトの先穴を三次元的にあけるには高度な加工装置が必要となること、そしてラグスクリューボルトの力の流れが極めて複雑になることから、ロングビスを併用する改良型の提案を合わせて行った。改良型接合形式は、従来のラグスクリューボルト接合に併用して、パネルゾーンのせん断補強用に全長320mmのロングビスを斜め方向に先穴無しで埋め込み構成する。本年度は、曲げせん断型の試験方法を応用した簡易的な実験により、パネルゾーンのせん断補強効果について検討を行い、その補強効果を確認した。これらの研究成果は、ニュージーランドのオークランドで開催された国際学会WCTE2012において「Development of Cross Embedded Joint Using Lagscrewbolt」として、また第63回日本木材学会大会において「木ネジによるモーメント抵抗接合部パネルゾーンのせん断補強効果の検討」として研究発表を行った。本研究は、公共建築物等の木造化が促進される中、中規模木造建築物に用いられるラグスクリューボルトを使用した接合法について、その耐震性能と施工性を改善した『ラグスクリューボルトのクロス挿入接合法』の開発を目的とした。既往の研究より、ラグスクリューボルトを用いたモーメント抵抗接合部は、ラグスクリューボルトに挟まれた柱のパネルゾーンに大きなせん断力が発生し、初期破壊としてせん断破壊することが懸念されている。そこで、本研究では柱のパネルゾーンにラグスクリューボルトを斜め方向に埋め込む新たな接合形式を提案し、その補強効果を期待した。昨年度までの研究により、柱と梁の接合部の応力状態を再現した簡易的な曲げせん断型の試験方法により、ラグスクリューボルトを斜め埋め込みすることの補強効果を確認した。また、施工性に優れた新たな接合法として、ラグスクリューボルトに併用してロングビスを用いる接合法の開発を行い、その補強効果を実験により明らかにした。本年度は、中規模木造建築に用いる実大サイズの柱ー梁接合部について、実験によりその補強効果の確認を行った。実験条件は、補強しない仕様、ロングビスを4本、8本、そしてラグスクリューボルトを斜め埋め込み補強する仕様の4条件とした。試験結果より、ラグスクリューボルトの斜め埋め込みによる補強により、最大モーメント(耐力)が1.3倍、最大モーメント時の回転角(靱性)は約2.5倍改善することが分かった。また、ロングビス8本による補強では、補強無しに比べて最大モーメントが1.3倍に改善し、回転剛性は同程度の値となった。本研究のより、従来型のラグスクリューボルト接合に比べ、耐力と靱性を改善した『ラグスクリューボルトのクロス挿入接合法』を開発した。また、施工性を重視したロングビス併用型接合法を開発し、その有用性を実証した。本年度は、ラグスクリューボルト(LSB)の木質部材への埋め込み角度と引抜き性能の解明、そして理論式の構築を目的として各種の実験を実施した。試験体はスプルースおよびスギ同一等級構成集成材を用い、実験は集成材の長さ方向(繊維方向)に対して埋め込み方向を0度から90度まで15度おきに7条件とした。試験体は厚さ30mmとし、ラグスクリューボルトはネジ山直径25mmとした。試験体数は各条件20体とした。LSBを埋め込んだ試験体は、万能試験機により引抜き破壊させることで、引抜き荷重と変位を測定した。

実験の結果、集成材の長さ方向に対して埋め込み角度が増すほど、最大引抜き荷重は増加し、すべり係数は減少する傾向が認められた。最大引抜き荷重時の引抜き変位は、埋め込み角度と共に増加する傾向が認められた。この実験結果より、様々な角度に埋め込まれたLSBの引抜き性能が、繊維方向に対して0度方向および90度方向の引抜き性能の値を用いることで、ハンキンソン式を代用して推定可能であることを明らかにした。これにより、今後比較的実験が容易な0度と90度の実験を行うことで、任意の角度の引抜き性能が推定可能となった。また、ネジ山形状の木質部材への影響を明らかにした。既往の研究において、LSBを集成材の長さ方向に対して0度方向に埋め込んだ場合、大きな引抜き力を生じると集成材を激しく割裂させる危険な破壊が報告されていた。そこで、その主な原因の一つがネジ山の形状にあると考え、新たなネジ山形状を2種類開発し、引抜き実験に供した。その結果、従来のネジ山形状に比べ、新たに開発したネジは部材の割裂破壊の発生率を大きく軽減できることを明らかにした。これらの研究成果は、日本建築学会では「LSB交差挿入接合法の開発」として、また日本木材学会では「大型ネジ接合具のねじ山形状が引き抜き性能に及ぼす影響」として口頭による発表を行った。これまでに当初の実験計画通りに研究を進められており、同時に研究過程において明らかになった課題を解決する改良型の提案を行ったことから、当初の計画以上に研究は進展していると考える。昨年度は、ラグスクリューボルトが木質材料の繊維方向に対して角度を持って埋め込まれた場合の引き抜き性能を実験により明らかにし、任意の角度に埋め込まれたラグスクリューボルトの引き抜き性能推定式を提案した。また、同時にラグスクリューボルトが木質材料を破壊させる要因のひとつであるネジ山の形状の考察を行い、新たなネジ山の提案を行った。本年度は、柱と梁の接合部についてラグスクリューボルトをクロス状に挿入した試験体について実験を実施し、本研究で提案している『ラグスクリューボルトのクロス挿入接合法』によるパネルゾーンのせん断補強効果を実験的に明らかにした。また同時に、斜めに埋め込まれたラグスクリューボルトの引き抜きに関する力の流れが複雑であること、そして先穴の加工に特殊機械が必要であることなどの課題が明らかになったことから、ラグスクリューボルトと併用してロングビスを斜め方向に埋め込み構成する改良型の接合方法を提案し、実験によりその補強効果を明らかにした。以上より,現在までに計画していた研究について、研究目的に沿う成果を得ていると考える。加えて、研究を通して明らかとなった課題を解決する新たな改良型の提案を行い、実験によりその有用性を明らかにした。このことから、当初の計画で想定していた以上の成果をあげていると考える。本年度計画していた研究の中で、最も重要な課題であるLSBの木質部材への埋め込み角度と引抜き性能の解明について、実験計画通り全ての研究を進めることができた。LSBの集成材への埋め込み角度と引抜き性能について、数多くの部分実験の結果よりその傾向を明らかにした。
河川汽水域の環境構造とその支配要因に着目した潜在自然河相の解明

河川自然再生のためには、人為影響を除いた場合に現れる潜在自然河相を把握することが重要である。しかし、河川汽水域は陸域及び海域の自然要因に加え、上流の人為影響が集積する複雑な場であり、潜在的な環境構造が明らかとなっていない。本研究では、河川汽水域の保全、修復のために必要なリファレンスとなる潜在的な環境構造を明らかにすることを目的とする。まず、環境構造と複数の空間スケールの自然要因との関係を調べ、環境構造に強い影響を及ぼす自然要因を特定し、それらを用いて潜在的な環境構造が相同と考えられる汽水域を類型化する。次に、人為改変が環境構造に及ぼす影響を明らかにし、最終的に類型毎の潜在的な環境構造を示す。
バリ語(インドネシア)の形熊、統語、意味にかかわる包括的研究

本研究はバリ語の形態統語論についての包括的研究である。前年度までは個々の動詞形成接辞の機能を明らかにする作業を行ってきた。本年度はそれに加えて「副詞的」内容を表す動詞の研究を行った。副詞的内容を表す動詞は動詞の形態統語論全体から見た場合周辺的な要素であるため、これまで十分に研究が行われていなかった部分である。多くの言語で副詞によって表される内容である「様態」が、バリ語では述部の主要部を占める動詞によって表される場合がある。本研究はこのような様態動詞の現れる条件について、形態統語論的・情報構造的な面からの解明を試みた。この種の様態動詞は、いわゆる使役接尾辞である-ang、または「間接的影響を表す」接辞-inによる派生形であるという特徴を持つ。形容詞enggal「速い」からの派生の例:enggal-ang / enggal -in「速く(する)」(二つの動詞の意味はほぼ同じである。)本研究では、この現象を様態動詞が持つ使役性、間接性と関連付けて分析した。さらに、「副詞的動詞」が現れる状況を情報構造の面から分析した。聞き取り調査により、様態が副詞ではなく動詞によって表されるのは、当該の様態が伝達上の焦点である場合である。具体的には、命令文において、動詞の表す動作自体の実現ではなくその様態の表す状況の実現を求めることが談話の重点である場合に様態動詞が用いられるという仮説が立てられた。今後この仮説を物語や会話など自然発話のデータを用いて検証していく予定である。本年度は、バリ語の動詞の形態論に重点をおいて研究を行った。まず、塩原がこれまでの調査によって収集した動詞のデータに、現在公刊されている辞書Barber(1979)、Kersten(1980)、からのデータを加えた動詞に関するデータベースの構築を開始した。データベースはデータベースソフト「ファイルメーカー」を用いて構築しており、派生語、語根、英語訳、日本語訳、インドネシア語釈、いずれからの検索も可能な形で構築中である。また、個々の動詞に関して、これまで分析したテキスト(形態素分析、逐語訳、各文訳を行ったテキスト)における用例を確認した。さらに、語形成を行う接辞のうち、特に自動詞を形成する接辞である接頭辞ma-に注目し、その機能を明らかにする試みを行った。他の接辞と同様、接頭辞ma-は拘束語根、名詞語根、他動詞語根など、さまざまな種類の語根に付接する。語根と派生された動詞の意味の対応は、語根の種類によってさまざまであるが、派生形はいずれも、「終着点を伴わない状況を表す(atelicである)」という意味的特徴を持つのだということが明らかになった。この内容は、論文「バリ語の自動詞を派生する接頭辞ma- --終着点が想定されない状況を表す動詞を派生する接辞----」として、来年度初頭に刊行される予定である。本年度は、前年度から行ってきた動詞の形態論の研究を継続した。具体的には、塩原がこれまでの現地調査によって収集した動詞のデータを中心に、現在公刊されている辞書Kersten(1980)、Barber(1979)からのデータを加えた動詞に関するデータベースの構築を行った。当初、国内のバリ語話者に調査協力を求める予定であったが、適当な協力者をみつけることができず、聞き取り調査は行うことができなかった。上記のデータベースをもとに、特に他動詞形成接辞である-ang, -inの機能、および、接頭辞ma-の機能に関する記述を行い、その成果を論文「バリ語の接頭辞ma- --「終結点を持たない状況」を標示する接辞--」にまとめた。この論文は、バリ語の自動詞を派生する接頭辞ma-の機能を包括的に扱ったものである。ここでは、この接頭辞が語基の種類によって一見さまざまな機能を持つように見えるが、すべてのケースにおいて「終結点を持たない状況」を表すことから、そのような意味の標示がこの接辞の一次的機能であるということを示した。また、2006年7月1日の東京大学アジア・アフリカ言語文化研究所、共同研究プロジェクト『形態・統語分析におけるambiguity(曖昧性)--通言語的アプローチ--』研究会において、『バリ語のApplicative』と題する口頭発表を行った。ここでは、バリ語のいわゆるapplicativeの接辞-inと-angの機能を概観し、それぞれの一次的機能が「増項」と「動詞における格関係標示」であることを示し、これらの接辞による派生動詞が担う`applicative'の機能は、それぞれの一次的機能の反映であることを主張した。この種の様態動詞は、いわゆる使役接尾辞である-

ang、または「間接的影響を表す」接辞-inによる派生形であるという特徴を持つ。形容詞enggal「速い」からの派生の例:enggal-ang / enggal -in「速く(する)」(二つの動詞の意味はほぼ同じである。)本研究では、この現象を様態動詞が持つ使役性、間接性と関連付けて分析した。さらに、「副詞的動詞」が現れる状況を情報構造の面から分析した。聞き取り調査により、様態が副詞ではなく動詞によって表されるのは、当該の様態が伝達上の焦点である場合である。具体的には、命令文において、動詞の表す動作自体の実現ではなくその様態の表す状況の実現を求めることが談話の重点である場合に様態動詞が用いられるという仮説が立てられた。今後この仮説を物語や会話など自然発話のデータを用いて検証していく予定である。
磁気流体モードのWKB解へのシア流効果と非エルミート系への一般化

核融合を目指したトカマクプラズマにおける、短波長磁気流体(MHD)不安定性のプラズマシア流による安定化機構に関し、以下の3点を明らかにした:(1)シア流に同調して引き伸ばされる固有関数系を用いてMHD不安定性をモード分解することにより、1つの不安定モードから無限個の安定モードへのエネルギー移送として安定化効果を捉えることに成功した(Physical ReviewLetters誌への掲載決定)。また、この安定化機構を踏まえ、短波長MHD不安定性の安定化に必要なシア流の大きさの評価式を導出し、第20回IAEA核融合エネルギー会議(2004年11月16日、ポルトガル)にて発表した(Nuclear Fusion誌への掲載決定)。(2)シア流によって引き伸ばされる固有関数を用いたモード分解は、Kelvinの方法として古くから存在し、スラブプラズマに適用した研究がある。この場合、モード毎に分離された常微分方程式に帰着され、その解の時間漸近挙動から位相混合による安定化効果を見出している。トカマクプラズマでは、その空間非一様性によってモード間結合が生じ、エネルギー移送によって安定化効果を生んでいる点が本質的に異なっていることを明らかにした。日本物理学会2004年秋季大会(9月1215日、青森市)にて発表した。(3)MHD不安定性をモード分解する際に、単にシア流に同調する固有関数系を選ぼうとすると連続スペクトルと特異固有関数を扱う必要が生じる。本研究では、これを近似して正則な固有関数を得る一般的な手法を開発した。連続スペクトルが関与する長時間挙動ではなく、モード間結合によるエネルギー移送に着目している場合には、良い近似になることを定量的に示した。日本物理学会第60回年次大会(2005年3月2427日、野田市)にて発表した(Physics of Plasmas誌への掲載審査中)。
ホスファチジルセリンリポソームと生体活性化ガラスを応用した骨再生法の開発

細胞膜リン脂質であるホスファチジルセリンを含有するPSリポソーム(以下PSLと略す)と生体活性ガラス(BAG)を併用することで、効率的な骨再生療法の開発の可能性について検討するため、ラット頭蓋骨骨欠損モデルを用いて実験を行い、X線学的および組織学的に解析した。その結果、X線学的解析では、処置後4週目に、BAGとPSL併用群はBAG単独群に比較して、窩洞内における不透過像の面積が有意に高い値を示した。また、マイクロCT画像においても、処置後4週目にBAGとPSL併用群で、窩洞内に架橋的な不透過像の形成が認められた。一方、組織学的解析においてはBAGとPSL併用群の処置後2週目よりBAG粒子の近傍に単核の紡錘形、類円形、多核形などの多様な形状を示す細胞が多数観察された。また、BAG粒子に接して多核巨細胞が多数観察され、その周囲には多数の幼若な骨細胞を含有した新生骨組織像が観察された。経時的に骨組織は増殖傾向を示し、8週目においてはBAGとPSL併用群とBAG単独群の両群において、窩底部に沿ってBAG粒子を含有した、厚く成熟した骨の形成が認められた。次に、PSリポソームは破骨細胞の形成を抑制し、また根尖性歯周炎の病巣周囲に対しては、骨形成マーカーも発現を促進することが示唆されていることより、まず、骨芽細胞の増殖能に及ぼすPSLの影響について検討した。24穴ディッシュに1×104個の細胞を播種し、翌日PSリポソームで刺激した。これをTime 0とし、その後、1日目、3日目、7日目に細胞数を測定したところ、PSリポソームは、対照群と同様に細胞増殖を促進することが明らかとなった。ラット頭蓋骨骨欠損モデルにおいて、BAGとPSL併用群では破骨細胞様の多核巨細胞が術後2週目で増加しその後急速に減少し骨形成が活発になっていた。通常の骨のリモデリングに認められる骨系細胞の連鎖が骨補填材であるBAGと再生促進因子と考えられるPSL群で観察されたことは、今までにない新知見と考えられる。一方、骨髄細胞培養系において、PSリポソームがTRAP陽性の多核細破骨細胞の形成を用量依存的に減少させること、炎症性マクロファージのアポトーシスを促進し、TGF-β1の産生分泌を誘導することが明らかとなったが、骨形成については不明な点が残されたままであった。そこで、本研究では始めに、PSリポソームの細胞増殖に対する影響を検討した。その結果、PSリポソームは、細胞の増殖には有意な影響を及ぼさないことが明らかとなった。現在、PSリポソームのALP活性に対する影響を検討している。加えて、ラット根尖性歯周炎モデルを用いて、根管内へのPSリポソーム貼薬後のALP活性の動態および骨芽細胞系細胞の変化について組織化学的に解析を進めており、研究はほぼ順調に進んでいると考えられる。2019年度は、1PSリポソームの硬組織形成促進効果の解明につて、骨芽細胞分化マーカーの探索を指標として検索する。実験には、マウス頭蓋骨由来骨芽細胞株MC3T3-E1およびマウス初代培養骨芽細胞を用いる。解析法として、骨芽細胞分化に関連するタンパク質発現について、ウエスタンブロット法を用いて検討する。石灰化については、アリザリンレッドS染色、von Kossa染色を用いて検討する。2ラット頭蓋骨骨欠損動物モデルの確立とPSリポソームおよびBAG併用療法の効果の解明。まず、ラット頭蓋骨中央部に直径5mm、深さ0.5mmの骨膜の除去された骨欠損を形成する。その後、ラットを4群に分け、骨創腔内にBAGを填塞する群とPSリポソームを填塞する群、PSリポソームとBAGを充填する群、そしてコントロールとしての無添加の群を作製し、それぞれ埋入する。その後、処置後2週、4週および8週後に、それぞれの群のラットを屠殺し、PLP固定液にて灌流固定を行い、試料を採集する。頭蓋冠を取り出した後、採集した試料は、クロマトチャンバー内で脱灰、保存する。通法に従って組織標本を作製し解析を行う。根尖性歯周炎モデルを用いた解析として、ラットの下顎第一臼歯遠心根を抜髄、開放することにより、自然感染による根尖病変の成立を計る。術後7日目に、根管内にPSリポソームまたは生理食塩液を貼薬した。その後、3日および7日目に、根尖病変部におけるトランスフォーミング増殖因子(TGF-β1)の発現および骨形成因子であるおよびアルカリホスファターゼ(ALP)の発現について検討する。さらに、マクロファージ、破骨細胞および骨芽細胞の動態について組織化学的に解析する。近年、細胞膜リン脂質であるホスファチジルセリンを含有するPSリポソーム(以下PSLと略す)はミクログリア/マクロファージに貪食された後、プロスタグランジンE2(以下PGE2と略す)の産生を促し、抗炎症作用を示すことが報告されている。また、PSLは破骨細胞前駆細胞から成熟細胞への成熟を抑制し、慢性関節リウマチの動物モデルにおける骨破壊を抑制することが示されている。一方、生体活性ガラス(bioactive glass以下BAG)は、骨伝導能があり、骨補填材としての有用性が示唆されている。

そこで今回、ラット頭頂骨骨欠損モデルを用いてPSLと生体親和性に富むBAGが骨窩洞内の骨形成に及ぼす影響について検索した。移植8週後に屠殺し, 4% paraformaldehyde水溶液で灌流固定を行い、頭部を取り出した。高分解能マイクロX線CTスキャナ(SKYSCAN, Bruker Corporation社製)にて解析を行うとともに、。8週例の骨欠損部のエックス線解析では、骨欠損部にBAGを中心にして不透過性の亢進した像が多数認められた。対照群では、実験期間を通して骨欠損部には骨添加を示す不透過像は認められなかった。また、8週例のH.E染色像では骨欠損部に厚い層板構造を示す新生骨が観察された。BAG粒子は填塞時に比較して減少しており、一部骨組織に包含された所見や骨と密に接した所見が観察された。炎症性細胞は観察されず、欠損窩洞の窩底部から新生骨により置換され、骨組織の修復再生が活発に行われた所見が観察された。一方、8週例のアザン染色像では、形成された骨組織の緻密化が亢進している所見が観察された。以上のことより、BAG + PSL添加群はBAG単独群と比較して骨組織形成が促進され、貫通した骨欠損部をブリッジ状に新生骨が添加した可能性が示唆された。初年度では、ラット頭蓋冠骨欠損モデルを用いて、8週例において成熟した骨組織形成が認められることが明らかになった。そのため、現在は移植後の初期変化に焦点を絞り、PSLと生体親和性に富むBAGが骨窩洞内の骨形成に及ぼす影響についてマイクロX線CTスキャナによる解析および組織化学的解析を進行中である。さらに、移植後のBAGの動態について興味深い所見を得ており、鋭意解析中である。また、根尖性歯周炎動物モデルにおいては、マクロファージ系細胞に及ぼすPSLの作用について免疫組織学的に解析を行っている。細胞膜リン脂質であるホスファチジルセリンを含有するPSリポソーム(以下PSLと略す)と生体活性ガラス(BAG)を併用することで、効率的な骨再生療法の開発の可能性について検討するため、ラット頭蓋骨骨欠損モデルを用いて実験を行い、X線学的および組織学的に解析した。その結果、X線学的解析では、処置後4週目に、BAGとPSL併用群はBAG単独群に比較して、窩洞内における不透過像の面積が有意に高い値を示した。また、マイクロCT画像においても、処置後4週目にBAGとPSL併用群で、窩洞内に架橋的な不透過像の形成が認められた。一方、組織学的解析においてはBAGとPSL併用群の処置後2週目よりBAG粒子の近傍に単核の紡錘形、類円形、多核形などの多様な形状を示す細胞が多数観察された。また、BAG粒子に接して多核巨細胞が多数観察され、その周囲には多数の幼若な骨細胞を含有した新生骨組織像が観察された。経時的に骨組織は増殖傾向を示し、8週目においてはBAGとPSL併用群とBAG単独群の両群において、窩底部に沿ってBAG粒子を含有した、厚く成熟した骨の形成が認められた。次に、PSリポソームは破骨細胞の形成を抑制し、また根尖性歯周炎の病巣周囲に対しては、骨形成マーカーも発現を促進することが示唆されていることより、まず、骨芽細胞の増殖能に及ぼすPSLの影響について検討した。24穴ディッシュに1×104個の細胞を播種し、翌日PSリポソームで刺激した。これをTime 0とし、その後、1日目、3日目、7日目に細胞数を測定したところ、PSリポソームは、対照群と同様に細胞増殖を促進することが明らかとなった。ラット頭蓋骨骨欠損モデルにおいて、BAGとPSL併用群では破骨細胞様の多核巨細胞が術後2週目で増加しその後急速に減少し骨形成が活発になっていた。
清朝治下の民族問題と国際関係

清朝の成立とともに,滿洲族は統治民族となり,華夷の立場は逆転し,自らを華夷の世界の中心にすえ,内外諸民族に君臨することになり,さまざまな問題を生んだ。すなわち滿洲民族は清朝一代の間に自らの伝統的風習,言語,民族の個性を喪失して漢化するが,一方他民族および他国家との関係では,伝統的な華夷思想に裏打ちされた冊封体制により,東アジアの古際秩序の維持につとめ,他民族,他国家に服従を強制し,覊察もあるが武断もあるといった政策を実行した。かようにして清朝の版図は前古未曽有の規模に拡したが,しかしそうした政策が今日,チベット,ウイグル,モンゴルおよびその他の諸民族間に見られる民族主義的傾向の根源おなしている。この総合研究では清朝治下の諸民族と清朝の関係を全時代にわたり解明し,今日の問題の理解に資することを目的とした。清朝は一代の間に広大な版図に拡大し,内部に多くの民族を含む多民族国家となった。また統治時期も17世紀初期から20世紀初期にまで及び,この間の民族問題と国際関係も多岐にわたっている。このため本研究を能率よく進めるために,研究分担者を(1)満州族,(2)闖蒙古族,(3)漢族,(4)清国内少数民族,(5)朝鮮族,(6)東南アジア諸民族,の6研究班に編成し,研究上の問題点を民族別,時期別に検討,整理することによって,清朝対外民族政策の実体や民族意識の推移を具体的に解明することにつとめた。そして各研究者はそれぞれの研究をふまえ,グル-プ別に研究会を開き,年2回,合同して研究会を開き,研究発表をおこなった。それらの成果が,このたび公刊した研究成果報告書『清朝治下の民族問題と国際関係』である。しかしながら三年間の研究活動によって,本研究の目的が達成されたというのではなく,ようやくその端緒を見出し得たに過ぎない。今後,本研究の成果の上に立って更に研究を深めたいと思っている。この総合研究では、清朝治下の諸民族と清朝との関係を全時代にわたり総合的に解明し、今日の問題の理解に資することを目的とした。この為、満洲族班では清朝初期における満洲族の国際意識とその後の他民族に対する態度の変化、および満洲族の文化変容の問題をとりあげ、言語、習慣、国際意識の変化について考究した。これについては乾隆年間に到るまでは或程度の知見を得たが、その後の時代についても尚考察をつづけるつもりである。蒙古班では清朝の対蒙古政策から近年の内蒙古自治運動に到る歴史的経過を考察したほか、元朝と他民族との関係についても新たな知見を得た。漢族班では漢族に対する清朝の政策および辛亥革命時期の排満思想の淵源の問題を柱として考察した。朝鮮族班は朝鮮国に対する清朝の政策と朝鮮国の対応、および朝鮮における慕華思想について考察した。東南アジア民族班では清朝時代の華僑の研究を通して、清朝と少数民族の問題を考察した。以上の毎く研究をおこなったが、清朝中期のモンゴル関係は資料が充分でなく、チベット語資料にまでふみこまねばならないため、言語資料等の面で制約があり、所期の目的を充分には達成し得ない状態にある。その他の研究班においては、当初計画の目的に添い、研究を継続中である。

昭和63年度には『中国方志叢書』湖南省、第1期、第2期および『中国史学叢書』第1・2・3・4輯を購入した。この二書はともに中国清代・明代研究の基本的文献で本総合研究を推進するための必須の書である。平成元年度においても、研究計画・方法について変化はない。本年度(昭和63年)の反省にもとづき研究を進め、各班ごとに研究成果をもちより研究集会をおこない、清朝対外民族政策の実体を全体的に把握することにつとめる。今日の中国の複雑な民族問題を見ると、清朝時代の清朝の民族政策と深い関わりがあることがわかる。清朝の支配民族である満洲族は清朝一代の間に民族の個性を失って漢化し、同時に他民族に服従を強制し懐柔もあるが武断もある政策を実行した。その結果、清朝の版図は未曾有の規模に拡大したが、今日の少数民族に見られるような民荘主義的傾向の遠因をなしている。この総合研究では、清朝治下の少数民族と清朝との関係を、全時代にわたり総合的に解明し、今日の問題の理解に資することを目的としている。この目的のために、満洲族班では、清朝初期における満洲族の国際意識とその後における他民族にたいする態度の変化について考察し、特に満洲族の言語、習慣、国際意識が時代ととも、また漢民族の影響を受けつつどのように変化したかに焦点を絞ぼり考察を進めた。平成2年度においても、ひきつずきこの問題と取り組むつもりである。蒙古班にあっては、前年度にひきつずき清朝の対蒙古政策から近年の内蒙古自治運動に至る歴史的経過を考察したほか、清朝の対外政策研究の基礎研究として、元朝と他民族との関係についても考察を進めた。杉山正明は元朝治下のムスリムの起源、形成過程、商業、文化などについて考察し、新たな知見を得た。漢族班では清朝の漢族に対する政策、および辛亥革命時期の排満思想の淵源の問題を柱として満族と漢族との間の民族問題を考察した。小野和子は、最近中国で発見された黄宗義の「留書」について考察し、黄宗義の学問と清朝治下の漢民族の民族意識について論じている。朝鮮族班では、清朝の朝鮮国に対する政策と、朝鮮国の対応、および朝鮮における慕華思想について考察した。東南アジア民族班では、清朝時代の華僑の研究をとおして、清朝と東南アジア民族との関係を考察した。平成2年管度においても研究計画・方法について変化はない。平成元年度の反省に基ずき研究を進め、各班ごとに研究成果をもちより、研究集会をおこない、上記の研究をさらに継続し発展させ、清朝の対外民族政策の実体の把握に努め、研究成果を公刊するつもりである。今日の中国の複雑な民族問題を見ると,清朝時代の民族政策と深い関わりがあることがわかる。清朝の支配民族である満洲族は,清朝一代の間に民族の個性を失って漢化し,同時に他民族に服従を強制し,懐柔もあるが武断もある政策を実行した。その結果,清朝の版図は未曽有の規模に拡大したが,それは今日の少数民族に見られるような民族主義的傾向の遠因をなしている。この総合研究では,清朝治下の少数民族と清朝との関係を,全時代にわたり総合的に解明し,今日の問題の理解に資することを目的としている。この目的のために滿洲班では,特に今年度においては,辛亥革命時期に,滿洲族の社会,風俗,言語,人々の意識がどのように変化したかに焦点を絞ぼって考察を進めた。蒙古班にあっては前年度にひきつづき清朝の対蒙古政策から近年の内蒙古自治運動に至る歴史的経過を考察したほか,清朝の対外政策研究の基礎研究として,元朝と他民族との関係についても考察した。杉山正明は草堂寺闊端太子令旨碑を訳注し,あらたな知見を得ると共に,漢語史,蒙古語史,文書学,石刻学等の諸方面にも有益な材料を提供した。
極低温原子集団を用いたエッジ状態の研究

「バルク・エッジ対応」で良く知られているようにトポロジカル物性においては、界面やエッジが重要な役割を果たしている。一方で冷却原子系では緩やなポテンシャルに原子集団が閉じ込めることが一般的であったため、明確な界面は存在できていなかった。本研究ではレーザー光の空間モードをエンジニアリングすることにより、冷却原子に対して界面や接合面を創り出して、実空間中のトポロジカルなエッジ状態を観測することを目指す。
2018年度には沖縄トラフ伊平屋北熱水域での現場電気培養集積試料を植種源として、通常の微生物燃料電池実験と同様のスケールでの電気合成微生物培養実験を行った。その結果かなり良い増殖能を示す偏性電気合成微生物(Thiomicrospira sp.)の培養に成功した。しかしながら、共存する従属栄養性の微生物を除去することはできず分離には至っていない。また、同じく沖縄トラフ伊平屋北熱水域での発電中の硫化鉱物試料を用いた通常の微生物燃料電池実験スケールの培養実験において、通性電気合成微生物の培養および分離に成功した。一方、光ピンセット光学顕微鏡を利用した電気化学ライブイメージング装置を用いて電気合成微生物の代謝と増殖をリアルタイム直接観察で検証する実験系の構築を目指したが、モデル通性電気合成微生物を用いたパイロット実験で蛍光試薬の発色に関わる技術的問題が生じたため、かなり研究の進展が遅れた。しかし最終的に、その技術的問題点を克服し、電気化学ライブイメージング技術を確立することができた。さらに、偏性電気合成微生物(Thiomicrospira sp.)のゲノム・トランスクリプトーム解析を行い、電気合成代謝・生理機能に関わる特殊な分子機構の特定に成功した。当初、複数種の偏性電気合成微生物の分離を最高到達目標、通性電気合成微生物の増殖証明を最低限の到達目標としていたが、通性電気合成微生物の分離に成功し、ライブイメージング技術を確立したことは、十分に目標を達成する進展が得られたと考える。2018年度当初、複数種の偏性電気合成微生物の分離を最高到達目標、通性電気合成微生物の増殖証明を最低限の到達目標としていたが、通性電気合成微生物の分離に成功したこと、ライブイメージング技術を確立したこと、ならびに偏性電気合成微生物(Thiomicrospira sp.)のゲノム・トランスクリプトーム解析によって電気合成代謝・生理機能に関わる特殊な分子機構の特定に成功したことは、最高到達目標に至らなかったが、最低限の目標をクリアしただけでなく、予想以上に電気合成代謝・生理機能に関わる分子機構の特定を進めることができた。よって計画以上の進展があったと考える。引き続き、電気合成微生物培養・分離を進める。分離された電気合成微生物については電気合成微生物の分類・増殖生理を明らかにするとともに、スケールアップした電気培養を用いたマルチオミクス解析による代謝・生理機能の特定を行う。さらに、特定された分子機構に対する遺伝子・分子マーカーの作成とその有効性の検証を行う。2018年度では、通性電気合成微生物の分離とその電気合成代謝に関わる遺伝子群の特定が達成できたために、2019年度には偏性電気合成微生物の分離とその電気合成代謝に関わる遺伝子群の特定を計画する。さらに電気合成代謝に関わる遺伝子・分子マーカーの作成、を最高到達目標として研究を推進する。