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血液型遺伝子における遠隔多型領域の逆PCR法による同時分析法の開発

MN式血液型のM対立遺伝子について,M^GとM^Tに細分類できることを見出し,対立遺伝子特異的逆PCR法を開発して(遺伝子内)ハプロタイプをより簡便に検出する方法を考案した。さらに遺伝子全域のシークエンスを行って6種以上の対立遺伝子に分類しなおし,MN式血液型の分子進化について考察するとともに,新たな分類法に従って逆PCR法を応用したハプロタイプ分析法の開発について検討した。ABO式血液型では,主要対立遺伝子,A^1,B,O^1の型を決定する配列がエクソン6と7に位置し,従来法ではそれぞれ別に検査して型を推定していた。本研究では,逆PCRを応用した対立遺伝子特異的増幅法,制限酵素断片長多型法,シークエンス解析法を用いて,この遠隔部位にある多型領域の同時分析に成功した。さらにvariant alleleであるA^2 alleleの解析への応用を検討したが,遺伝子型がA^2B型でO対立遺伝子を含まなかったので意義は乏しかった。Se式血液型の日本人に見られる対立遺伝子は,分泌型1種類(Se1)と非分泌型2種類(sejとse^<fus>)で,se^<fus>は,Sec1 pseudogeneとSe1 geneのfusion geneであると報告されているが,シークエンス解析により報告されている塩基配列との差異を見出し,fusion gene形成機序に新たな知見を加えた。この結果を元にallele specific PCR amplification法による代表的な3種の対立遺伝子の簡易検査法を開発し,さらに(遺伝子内)ハプロタイプを決定するための逆PCR法を応用した分析法を開発した。その過程で、最初のPCRで増幅するDNA断片の末端を酵素で平坦化させることによって、分子内ライゲションが効率良く起こり、逆PCR法による遠隔多型領域の同時分析法の精度と汎用性を高めることができた。1.MN式血液型遺伝子の多型領域同時分析法の開発MN式血液型のM対立遺伝子について、M^GとM^Tに細分類できることを見出し、対立遺伝子特異的逆PCR法を開発し、M^G、M^TおよびN対立遺伝子からなる(遺伝子内)ハプロタイプをより簡便に検出する方法を考案し、報告した。2.ABO式血液型遺伝子の多型領域同時分析法の開発ABO式血液型の主要対立遺伝子、A1、B、O1は、エクソン6と7に型を決定する配列があり、従来法ではそれぞれ別に検査して型を推定していた。本研究では、逆PCRを応用した対立遺伝子特異的増幅法、制限酵素断片長多型法、シークエンス解析法を用いて、この遠隔部位にある多型領域の同時分析に成功し、報告した。この手法をさらに発展させて、MNSs式血液型のハプロタイプ分析法確立の可能性について検索している。1.ABO式血液型遺伝子の多型領域同時分析法の報告ABO式血液型の主要対立遺伝子、A^1、B、O^1は、エクソン6と7に型を決定する配列があり、従来法ではそれぞれ別に検査して型を推定していた。本研究では、逆PCRを応用した対立遺伝子特異的増幅法、制限酵素断片長多型法、シークエンス解析法を用いて、この遠隔部位にある多型領域の同時分析に成功し、昨年度に引き続いて英文論文として発表した。2.MN式血液型遺伝子の多型領域同時分析法の基礎研究と開発MN式血液型のM対立遺伝子についてM^GとM^Tに細分類できることを見出し、対立遺伝子特異的逆PCR法でハプロタイプをより簡便に検出する方法を昨年度に引き続いて追加発表した。

また上述の細分類についてMN式血液型遺伝子(グリコフォリンA遺伝子)全域のシークエンスを行い、現在M101、M102、M201、M202、N101、N102の6種の対立遺伝子に分類しなおし、MN式血液型の分子進化について考察するとともに、新たな分類法に従って逆PCR法を応用したハプロタイプ分析法の開発について検索している。1.ABO式血液型遺伝子の分析法の応用ABO式血液型の主要対立遺伝子の同時分析についてこれまで研究・発表してきたが、さらに今回variant alleleであるA^2 alleleの解析への応用を検討した。ただし遺伝子型がA^2B型でO対立遺伝子を含まなかったので、意義は乏しかった。2.MN式血液型遺伝子の多型領域同時分析法の基礎研究と開発MN式血液型の標準的なMおよびN対立遺伝子の、複数のサブクラスへの細分類についてさらに検討し、対立遺伝子特異的逆PCR法でハプロタイフoをより簡便に検出する方法を昨年度に引き続いて追加発表した。さらにMN式血液型の分子進化について考察するとともに、逆PCR法を応用したハプロタイプ分析法の開発について検討している。3.Se式血液型遺伝子の基礎検討今年度よりさらにSe式血液型(分泌型、非分泌型)遺伝子の遠隔領域多型分析のための基礎的検討を追加した。日本人で認められる主要なSeの対立遺伝子1は分泌型1種類と非分泌型2種類とがあり、非分泌型の内の1種類の対立遺伝子は、Sec1 pseudogeneとSe1 geneのfusion geneであると報告されているが、今回シークエンス解析により報告されている塩基配列との差異を見出し、fusion gene形成機序に新たな知見を加えた。現在allele specific PCR amplification法による代表的な3種の対立遺伝子の簡易検査法を開発したが、さらに遠隔多型領域分析法のノウハウを応用してより確実な検出法の確率を画策している。昨年度より開始したSe式血液型(分泌型、非分泌型)遺伝子に関する研究結果(日本人で認められる主要なSeの対立遺伝子、分泌型1種類と非分泌型2種類の塩基配列の確認とallele specific PCR amplification法による簡易検査法の確立)をもとに、本研究テーマである逆PCR法を応用した新しい分析法の開発を試みた。具体的には、3種類の対立遺伝子を3個のプライマーで増幅し、各増幅断片を環状にライゲーションして、さらに対立遺伝子検出用のプライマーで長さの異なる断片として各対立遺伝子を増幅、識別した。これにより逆PCR法による遠隔多型領域の同時分析という手法が、Se式血液型分析にも応用できる、汎用性の高い分析法であることが確認された。なお、逆PCR法を応用した対立遺伝子分析法においては、最初のPCRで増幅したDNA断片をそのままライゲーションすると、PCRの副反応として余分な塩基が3'末端に付加され、分子内ライゲーションが効率良く起こらないことが従来より判明している。以前に検討したMN式血液型遺伝子型ではそのままライゲーションを行って良好な結果が得られたが、ABO式血液型遺伝子型では最初の増幅断片が長い,(約1.7kb)
大発生周期の異なるキシャヤスデ種群の集団生物学的研究

1999年度には塩尻市東部、鉢伏山一帯で成体が、すなわち霧ヶ峰から美ヶ原に至るヴィーナスライン沿いで成体の大発生が観察された。特に9-10月にかけて側溝、コンクリート製の切土斜面に多数の成体が観察された。鉢伏山の周辺では比較的密度が低く、森林内、道路周辺では成体が散見されたに過ぎなかった。これらの調査では、採集個体はすべて成体であり、幼虫は全く観察されなかった。一方、霧ケ峰から蓼科高原に至る一帯では、7齢幼虫が大発生した。観察された幼虫は大部分が白色の個体で成体のように黄赤褐色をした個体はごく少なかった。これらの個体も含めて観察されたものは全て7齢幼虫の個体で成体や6齢の個体は全く見られなかった。採集された成体については、交尾個体は全く見られず性成熟していないことは明らかである。染色体調査では、分裂像が観察できず、染色体数を確認することは出来なかった。これらの結果はこれまで交尾等の繁殖行動の1過程としての群遊行動であるとする説と、分布拡大を主体とする分散行動であるとする説があるが、後者の説を支持する有力な証拠である。また、成体、7齢幼虫の存在など8年周期は今回の調査でも厳密に維持されておりその周期性の厳密さは筆者がこれまで指摘してきた周期決定メカニズムが良く働いていることを示すものである。また、それらの分布域は24年前の分布域の境界線とほとんど変わっていない。このことは本種が土壌中に生息することを考えれば当然といえるが、近隣の個体群が他の個体群の発生経過に何らの影響も及ぼしてはいないことを示すと考えてよいだろう。次ぎに、岐阜県側での調査では6齢幼虫が見つかっているがヒダヤスデと考えられる。シ化し厳密な同定は出来ていない。その他、伊那地方では1齢幼虫が、山梨県塩山市では3齢幼虫が観察され、それぞれ8年周期の発生が予想される齢の個体群が生息していた。今後、地域の個体群間の関係、染色体数の決定等さらに詳しく解析する必要がある。1997年度に成体が見られる山梨県塩山市、及び東京都青梅市で6月に成体の密度調査を行った。成体はこの地域の山岳域に広く生息し、密度は場所によって0.2-20/平米であった。幼生は全く見られず、8年の厳密な周期が維持されていることが再確認された。秋季に、新たに成体が出現する予定の長野県伊那市南アルプス山麓で成体の発生調査を行った。成体の発生している地域はかなり限られていた。しかし、地区の標高1200m前後の地域のカラマツの混交林内成体が2-10/平米程度生息しているのが確認された。林道沿いの調査では死体が数キロメートルに渡って観察された。この地域でも採集は成体のみで幼生は全く見られなかった。発見された成体は、一部は乳白色で体色が十分発現しておらず、この年の晩夏に成体に脱皮したばかりであると推定された。このように、両地域では何れも成体が見られたが、発生周期が1年異なったものであることが確認された。

その他の発生周期の地域では6齢、5齢、4齢の幼生の生息が再確認された。新成虫の飼育実験では、低温処理前には全く交尾を確認することは出来ず、やはり越冬前には交尾は行わないと言うこれまでの筆者等の結論と同じ結果が得られた。この点については、再度検討し確認したい。異なった齢期の幼生の混合飼育実験では、6齢と5齢の混合飼育室内実験は十分な個体の生存が見られ、実験は現在も進行中である。一方、野外での混合飼育実験では、生存個体が3カ月後には発見できなくなり、継続が困難となった。これについては、再度実験を行って、検討する予定である。室内での成虫の飼育実験では、順調に産卵させることが出来、400-600個/個体を得ることが出来た。しかし、卵を使った染色体数の確認はうまくできなかった。今後、産卵日からの日数の異なる卵について細かく実験してみる必要がある。1997年度に成体が見られる山梨県塩山市、及び東京都青梅市で6月に成体の密度調査を行った。成体はこの地域の山岳域に広く生息し、密度は場所によって0.2-20/平米であった。幼生は全く見られず、8年の厳密な周期が維持されていることが再確認された。秋季に、新たに成体が出現する予定の長野県伊那市南アルプス山麓で成体の発生調査を行った。成体の発生している地域はかなり限られていた。しかし、地区の標高1200m前後の地域のカラマツの混交林内成体が2-10/平米程度生息しているのが確認された。林道沿いの調査では死体が数キロメートルに渡って観察された。この地域でも採集は成体のみで幼生は全く見られなかった。発見された成体は、一部は乳白色で体色が十分発現しておらず、この年の晩夏に成体に脱皮したばかりであると推定された。このように、両地域では何れも成体が見られたが、発生周期が1年異なったものであることが確認された.その他の発生周期の地域では6齢、5齢、4齢の幼生の生息が再確認された。新成虫の飼育実験では、低温処理前には全く交尾を確認することは出来ず、やはり越冬前には交尾は行わないと言うこれまでの筆者等の結論と同じ結果が得られた.この点については、再度検討し確認したい。1999年度には塩尻市東部、鉢伏山一帯で成体が、すなわち霧ケ峰から美ヶ原に至るヴィーナスライン沿いで成体の大発生が観察された。特に9-10月にかけて側溝、コンクリート製の切土斜面に多数の成体が観察された。鉢伏山の周辺では比較的密度が低く、森林内、道路周辺では成体が散見されたに過ぎなかった。これらの調査では、採集個体はすべて成体であり、幼虫は全く観察されなかった。一方、霧ケ峰から蓼科高原に至る一帯では、7齢幼虫が大発生した。観察された幼虫は大部分が白色の個体で成体のように黄赤褐色をした個体はごく少なかった。これらの個体も含めて観察されたものは全て7齢幼虫の個体で成体や6齢の個体は全く見られなかった。採集された成体については、交尾個体は全く見られず性成熟していないことは明らかである。染色体調査では、分裂像が観察できず、染色体数を確認することは出来なかった。
超音波ドップラー法を用いた不随意性顎運動障害の脳内メカニズムの解析

現在、歯科領域において不随意性顎顔面運動障害であるブラキシズム(いわゆる歯ぎしり)の発症機構の解明が急がれている。なぜなら、ブラキシズムは顎関節症の原因として、また歯周疾患の憎悪因子として、さらには補綴修復や矯正治療の予後をも左右する歯科治療全体に関わる基礎疾患として考えられているからである。ブラキシズム以外にも顎顔面領域には顔面チックや吃音障害など不随意性運動障害が多く、これら疾患の研究のためにも不随意性顎運動障害を研究することは意義深いと考えられる。さらにブラキシズムと精神的ストレスの間に強い相関があることが臨床統計的に示されており、年々増加している不随意性運動障害が今後ますます増加することが予想されている。本申請によって進められてきた研究では、超音波ドップラー法による血流計測を行い、大脳皮質顎運動関連領域の活動を記録することを目的として行われた。しかし、超音波ドップラー法を応用した血流測定は、申請者の所属するグループでのみ行われているため、他の古典的な手法との測定能力の比較が必要であった。そのため、比較的良く研究されている上肢運動のコントロールを行っている大脳皮質で測定を行った。現在論文作成中である。また、サルにおける、顎運動をコントロールする神経回路はあまり研究されていない。よって電気生理学的な手法と解剖学的な手法を組み合わせ、顎運動をコントロールする大脳皮質の入出力様式を研究した。以上の2つの研究から、サル前頭葉の下弓状溝の腹側部に咀嚼や随意的な顎運動の高次中枢がある可能性が解った。また、サル大脳皮質顎運動関連領域の皮質性入出力を神経トレーサーを用いて解析し、血流の変動が認められる領域と比較検討した。神経連絡は論文として発表した。本研究の目的は経脳硬膜超音波ドプラー法を用いて、顎運動の大脳皮質性の制御機構を解明し、不随意性顎運動障害の脳内メカニズムを解明することである。実験に使用したサルは人と同じく雑食性で咀嚼運動のパターンもよく似ていることが知られている。平成15年は顎運動課題をニホンザルに行わせるための慢性実験のためのセットアップを行い、トレーニングを行わせようとしている。また、以前に行ったニホンザルの上肢運動課題施行時に報酬としてジュースを与えていたことから、顎、および舌の運動に関連する脳血流の解析を行った。その結果、大きな活動の見られた部位は、一次運動野口腔領域、皮質咀嚼野主部、下弓状溝腹側壁、皮質咀嚼野の腹側であった。また、前頭弁蓋の下端にある嚥下関連領域が遅れて活動を開始し、一次体性感覚野、二次体性感覚野がそれに続いた。以上のことより、通常の顎運動における活動部位を同定することに成功した。今後は慢性実験のデータ収集を急ぐと共に、薬物を用いて各顎運動関連領域を局所的、一時的に機能を停止させ、他の部位での活動の変化を行動学的な解析と合わせて行う予定である。超音波ドップラー法による血流計測は、申請者の所属するグループでのみ行われているため、他の古典的な手法との測定能力の比較が必要である。現在論文投稿中である。サルに運動課題を与え、この部位の機能を測定する研究を現在進めている。

また、サル大脳皮質顎運動関連領域の皮質性入出力を神経トレーサーを用いて解析し、血流の変動が認められる領域と比較検討した。神経連絡は論文として発表した。
歳差運動に駆動される非ニュートン流体の乱流の統計と動力学の解明

容器の歳差運動を用いた乱流の新しい実験系を構築した。この系は良好な流れの再現性を示すとともに、同一条件下での数値シミュレーションが可能であるという利点をもつ。室内実験(粒子画像流速測定、レーザードップラー流速測定)と直接数値シミュレーションを相補的に遂行することで歳差(球体/回転楕円体)容器内のニュートン流体の乱流の統計や動力学を明らかにしたのち、微量の界面活性剤(塩化セチルトリメチルアンモニウム)の添加がこの乱流に与える影響を明らかにした。我々の実験条件では、乱流変調は容器中央付近でのみ発現し、壁面近傍の渦構造は影響を受けなかった。この結果はこの水溶液のレオロジー特性と整合的である。歳差運動をする球体容器(歳差球体)内に維持される乱流の『作動流体の非ニュートン性による変調の様子』を系統的に調べた。具体的には100ppm程度の希薄な界面活性剤(塩化セチルトリメチルアンモニウム)と対イオンとして同モル量のサリチル酸ナトリウムを溶解した水を作動流体とし、歳差球体内に維持される乱流の(自転軸に垂直な中心断面における)平均流速および強度分布を粒子画像流速測定により評価し、そのパラメタ(自転の強さを表すレイノルズ数、歳差の強さを表すポアンカレ数、および界面活性剤濃度)依存性を定量化した。その結果、本実験で用いた容器の大きさ(半径90mm)および自転角速度の大きさ(数rad/s程度)に対しては乱流変調が球体中心部に限られ、(強い乱流が維持される場合に観察される)境界近傍の特徴的な大規模渦はほとんど変調されないことが明らかとなった。この実験結果はこの界面活性剤水溶液による乱流変調の物理機構解明の足掛かりになるとともに、この系の混合器等への応用を考える際にも重要な知見となる。なぜならば、被混合液体が非ニュートン性を有していてもこの系の乱流混合過程の骨格をなす大規模渦が変調されないということは、非ニュートン性の混合効率への影響が小さいことを示唆するためである。またレオメータを用いて、この界面活性剤水溶液のせん断粘度のせん断速度への依存性を精度よく測定し、せん断粘度の特異的なふるまいが見られるせん断速度の範囲を確認した。さらに歳差球体内に維持されるニュートン流体の乱流のスペクトル法による直接数値シミュレーションを実行し、その混合過程の詳細を明らかにした。とくに初期に分離した二流体の完全な混合に要する時間が最短となるパラメタを明らかにした。この結果も上述の応用を考える上での重要な知見であり、また非ニュートン性の乱流混合過程への影響を考慮する際の基盤を与える。『自転軸がゆくっりと歳差運動をする容器』の内部に維持される乱流に対する『作動流体の非ニュートン性』が与える影響を明らかにすることを目的として、室内実験および数値シミュレーションを実行した。前者においては、作動流体として希薄な界面活性剤(塩化セチルトリメチルアンモニウムおよび対イオンとしてのサリチル酸ナトリウム)の水溶液を用いた。とくに25年度は容器形状がこの乱流の変調現象に与える影響を検討するために、異なる形状の回転楕円体容器を製作して室内実験を遂行した。具体的には、球体および長球型回転楕円体容器に加えて、扁球型回転楕円体容器に対する室内実験を行った。作動流体をニュートン流体とした実験によれば、容器形状がごく僅かしか変わらない(回転楕円体はいずれも短軸径と長軸径との比は0.9である)にもかかわらず、乱流の維持条件には劇的な違いが現れることを示した。しかも、2つの回転楕円体容器はいずれの場合も球体容器と比べて有意に強い歳差を乱流維持のために要することが分かった。この乱流維持条件の劇的な変化は、歳差運動を用いた攪拌機などへの応用に際して極めて重要である。そこで、作動流体の非ニュートン性がこの乱流維持条件に与える影響を調べるために、25年度中にレーザードップラー流速測定による臨界曲線の同定に必要な装置の改良を行った。その結果、信号処理器等は実験室に設置したまま小型のレーザーヘッドのみを回転系に設置して実験を行うことが可能となった。容器内壁面と作動流体との境界におけるレーザー光の屈折のために、いまのところ自転軸上の点でのみの計測が可能であるが(24年度までに粒子画像流速測定を用いて明らかにした)容器中央での乱流の劇的な低減現象をより定量的に示した。一方、この系の直接数値シミュレーションにより容器内の剪断速度分布を評価し、それが非ニュートン流体の粘弾性に与える影響を検討した。作動流体の非ニュートン粘性や弾性が乱流を強く変調する現象の物理機構を解明することを目的として、自転軸が歳差運動をする容器内部に維持される乱流に対する界面活性剤の添加が与える影響を、室内実験と数値シミュレーションを併用することで明らかにした。

とくに26年度は室内実験に関して大きな進展があった。作動流体として(50 ppm程度の)希薄な界面活性剤(塩化セチルトリメチルアンモニウム)の水溶液を、半径90 mmの球体容器に充填して実験を遂行した。この水溶液の物性値は温度に敏感に依存するので、新たに温度調整機構を導入し、実験中の容器内の流体の温度変化を0.1度未満とした。まず、レーザードップラー流速計を用いて、容器内の1点の流速の時系列を計測し、その時系列解析に基づき定常流から非定常流への遷移過程を調べた結果、実験を行った(自転角速度の大きさに基づいて定義される)レイノルズ数の範囲では、臨界パラメタや最不安定モードには、界面活性剤の添加は影響を及ぼさないことが明らかとなった。次に、粒子画像流速測定により、容器の赤道面における平均流速場および乱流強度を計測した。とくに、もっとも発達した乱流が維持されるパラメタに着目して実験を行った結果、乱流変調は空間的に局在して発現することが明確となった。つまり、容器中心部では劇的に平均流速や乱流強度が低減する一方で、壁面近傍の大規模渦はほとんど変調されない。また、変調される領域はレイノルズ数とともに拡大することも分かった。ニュートン流体に対する数値シミュレーションによれば、この壁面近傍の大規模渦が容器内乱流の維持に強く寄与することが分かっているため、これは重要な観察結果である。上述の2つの実験結果は、本研究で調べた乱流変調が空間的にもパラメタ空間においても限定的に発現することを示しており、その物理機構の解明の重要な手がかりを与える。26年度が最終年度であるため、記入しない。流体工学26年度が最終年度であるため、記入しない。粒子画像流速測定による室内実験研究はおおむね順調に進展している。また、数値シミュレーション研究についてもニュートン流体に対する解析が進んでおり、次年度は計画通り非ニュートン性の取り扱いに着手できる見込みである。ただし回転系におけるレーザードップラー流速計による計測については解決すべき技術的問題が残されている。本研究課題は室内実験と直接数値シミュレーションを並行して遂行することでその目的が達成される。上の『研究実績の概要』で述べたように、室内実験についてはおおむね順調に研究を遂行することができている。とくに、25年度までに本研究課題の目的の達成のために必須である実験装置の準備(異なる形状の容器の製作やレーザードップラー流速測定に必要な実験装置の改修など)をほぼ完了することができた。また、基準となるニュートン流体の歳差容器内の乱流の統計性質に関しては、その全貌をほぼ明らかにすることができた。一方で、数値シミュレーションについては若干の遅れが見られる。これが上の区分で『(3)やや遅れている』とした理由である。とくに25年度中に計画していた非ニュートン流体の構成方程式を用いた直接数値シミュレーションに着手できていない。これは研究上の問題点に遭遇しているためというよりは、室内実験における装置の改修作業に多くの時間を割かれたためである。室内実験におけるレーザードップラー流速計による計測に関する技術的な問題をまず克服する。
中性金属原子の並進エネルギーを選別するための速度選別器の開発とその熱工学への適用

分子の固体表面への凝縮は蒸着技術として半導体産業など現代の最先端分野に応用され、近年進歩が著しい技術の一つである。しかしながら薄膜形成過程の物理・化学現象は十分に理解されているとは言い難い。本研究では従来から重要なパラメータであると言われている入射原子の速度を機械的に選別するHostettler-Bernstein型の分子線速度選別器を用いて熱電半導体薄膜であるBi,Teの合金及びBi2Te3を作成し、熱起電力による薄膜の評価を行った。その際従来の作成法通り基板温度の調節も併せて行った。その結果薄膜の評価が熱起電力測定で行え、基板温度が熱電半導体薄膜の作成時にも重要なパラメータであり、さらに速度選別を用いるとさらに優れた物性を有する薄膜を作成することができた。一方で速度選別真空実験では調べることができない薄膜生成の素過程に関して、分子動力学法により数値シミュレーションを行った。その結果1)基板温度は核成長速度及び再蒸発といった統計的な値だけでなく、さらには薄膜結晶構造に大きく影響を及ぼした。特に基板温度を上げすぎた場合、薄膜の結晶構造は大きく乱れた。2)適度な基板温度においては入射速度及び蒸着頻度も薄膜生成に影響を及ぼし、薄膜の結晶構造を操作することが可能である。本シミュレーションでは小さい入射速度、小さい蒸着頻度によって良い薄膜の結晶構造を得ることができた。しかしながら、どのようにして作成した薄膜の結晶構造が乱れるのかについて詳細な検討は行っておらず、基板と異なる方位の結晶構造の発生メカニズムに関する研究が必要である。また分子シミュレーションは簡単のため単原子分子の系で行っており、今後、実際に行われている金属や半導体などの系を計算するためには量子分子動力学法による計算が必要であると考えられる。気体分子の固体表面への凝縮(蒸着)現象は薄膜技術として半導体産業,新素材開発,表面処理など現代の最先端工業分野へ応用されているが、薄膜形成過程における物理・化学現象は十分に理解されているとは言い難いのが現状であり,蒸着過程から薄膜結晶構造の形成過程にわたる原子・分子レベルでの早急な解明が渇望されている.このため、本研究では中性金属原子の並進エネルギーを機械的に選別するHostettler-Bernstein型の分子線速度選別器、特に真空蒸着実験に使用することが可能な速度選別器の開発を行い、原子や分子の並進エネルギーが凝縮などの物理現象に及ぼす影響について明らかにすること、さらにはより優れた物性を有する薄膜を作成することを目的としている。このため本年度は、長時間使用可能な分子線速度選別器の開発を行い、長時間の蒸着実験を行うための基盤を整えることを試みた。1.まずベアリング寿命の改善について検討し、回転体のダイナミックバランスやアンギュラーコンタクトベアリングの使用、潤滑油の検討、組立精度の検討を行い、数100時間程度の寿命を得た。さらに現在、ターボ分子ポンプの軸受けを応用した速度選別器も試作している段階である。2.次にこの速度選別器を用いた真空蒸着実験を行い、Bi2Te3系の薄膜型熱電素子を作成し、その起電力特性を調べた。その結果、膜の結晶構造を改良することにより超電力特性が改善されることがわかった。分子の固体表面への凝縮(蒸着)現象は薄膜技術として半導体産業,新素材開発,表面処理など現代の最先端工業分野へ応用されているが、薄膜形成過程における物理・化学現象は十分に理解されているとは言い難いのが現状であり、蒸着過程から薄膜結晶構造の形成過程にわたる原子・分子レベルでの早急な解明が渇望されている.

このため,本研究では中性金属原子の並進エネルギーを機械的に選別するHostettler-Bemstein型の分子線速度選別器の開発を行い,原子や分子の並進エネルギーが凝縮などの物理現象に及ぼす影響について明らかにすること,さらにはより優れた物性を有する薄膜を作成することを目的としている。本年度は,長時間使用可能な分子線速度選別器を用いることに加え,従来から一般に行われている蒸着基板を加熱してBi2Te3系の薄膜型熱電素子を作成し,製作した素子の評価を行った。1.速度選別器の軸受部を改良することにより,さらに長時間にわたって真空中で連続運転可能となった。2.この速度選別器を用いた長時間の蒸着実験によって,連続した薄膜を作成できるようになったため,熱起電力測定のばらつきを小さくおさえることができ,膜の評価を熱起電力測定により容易に行えるようになった。3.基板温度と選別した蒸着分子速度の組み合わせにより作成した膜の特性が変化し,通常に作成した薄膜に比べ最高でおよそ23倍程度大きな熱起電力を有する薄膜が作成できた。さらに併せて行った透過型電子顕微鏡の観察により膜の結晶構造を改良することにより起電力特性が改善されることがわかった。
ドメインシャッフリングによるフルクタナーゼキメラ酵素の作製とバイオフィルムの分解

デキストラナーゼとフルクタナーゼのキメラ酵素の開発は、う蝕予防に貢献できる可能性がある。S. mutans UA159株からデキストラナーゼA(dex A)遺伝子とフルクタナーゼ(fru A, fru B)遺伝子をそれぞれクローニングし、得られた酵素をデキストランおよびフルクタンと反応させ、それぞれの基質が分解したことをSomogyi-Nelson法により確認した。本研究により開発した酵素を用いて、バイオフィルムを分解できる可能性が示唆された。本研究では、口腔衛生の向上で有用性の高いデキストラナーゼ、フルクタナーゼを対象として、酵素遺伝子の特定の領域(ドメイン)を互いの領域とシャッフリングさせる手法(ドメインシャッフリング)を実施するとともに、フォールディング手法を活用することにより、熱安定性や基質特異性を大幅に向上させた高機能キメラ酵素の創出を目指している。平成22年度は、ドメインシャッフリングによるキメラ酵素の創出を目指した。Streptococcus mutans(S.mutans)は、デキストラナーゼA, Bの2つのデキストラナーゼ遺伝子を持っている。デキストラナーゼは、バイオフィルム中の糖質の分解をする。はじめに、S.mutans(UA159)のデキストラナーゼ遺伝子のクローニングを行った。S.mutansのDNAを抽出、精製し、PCRを行ってデキストラナーゼ遺伝子を増幅、精製を行った。次に、精製したデキストラナーゼ遺伝子A, BをClonig vectorであるpUC118, pUC119にこれらの遺伝子をクローニングし大腸菌に導入した。pUC118, pUC119にクローニングしたデキストラナーゼ遺伝子A, BをそれぞれIPTGを用いて、大腸菌に発現誘導させた。大腸菌の培養上精、細胞粉砕液それぞれに対して、デキストランを基質として、Somogyi・Nelson法にて、発現させたデキストラナーゼ遺伝子Aの酵素活性を調べた。その結果、デキストラナーゼ遺伝子AをpUC118に組み込んだものにおいて、培養上清、細胞粉砕液それぞれに強い活デキストラン分解活性が認められた。このように本年度において、バイオフィルム分解酵素のクローニングからバイオフィルム分解活性の測定法に至る酵素精製、評価方法の一連の実験系の確立ができた。S.mutansのフルクタナーゼ遺伝子は、デキストラナーゼ遺伝子と同様にA, Bがあり、すでに、フルクタナーゼ遺伝子Bのクローニングを行い、Somogyi・Nelson法にて酵素活性を検証している。平成23年度は、デキストラナーゼ遺伝子とフルクタナーゼ遺伝子を用いて、キメラ酵素を作製し、酵素改良を行い、人工口腔装置によるバイオフィルム分解能の解析を行う予定である。う蝕発生は、Streptococcus mutans,Streptococcus sobrinusが産生するグルカンが要因となり、歯面に形成される病原バイオフィルムと深く関連する。歯面に付着した歯垢(バイオフィルム)は、ブラッシングにより部分的には除去できるが、歯肉辺縁や歯の隣接面では除去しきれずに残りやすい。デキストラナーゼ(デキストラン分解酵素)は、歯垢の成長を抑制することが知られており、う蝕予防に有用とされている。フルクタナーゼ(フルクタン分解酵素)については、う蝕予防に言及した報告はない。しかし、フルクタンも初期歯垢形成に関与している。本研究は、細菌付着要因であるデキストランとフルクタンを同時に分解できる酵素の創出と、それを用いたより効果的なう蝕予防方法の確立を目的とする。S.mutans(UA159)のデキストラナーゼ遺伝子のクローニングを行い、デキストラナーゼ遺伝子A,BをそれぞれIPTGを用いて、発現誘導させた。デキストランを基質として、Somogyi-Nelson法にて、発現させたデキストラナーゼ遺伝子Aの酵素活性を調べた。その結果、デキストラナーゼ遺伝子AをpUC118に組み込んだものが培養上清、細胞質液、細胞残渣で強い活性が認められた。S.mutansのフルクタナーゼ遺伝子は、デキストラナーゼ遺伝子と同様にA,Bがあり、すでに、フルクタナーゼ遺伝子Bのクローニングを行い、Somogyi-Nelson法にて酵素活性を検証した。キメラ酵素の作製までは到達していないが、フルクタナーゼについては、より効果的なフルクタン分解活性を得るため、改良を続けている。
高齢者の孤立予防に関わるボランティアの共感力の構造

本研究の目的は,高齢者の孤立予防に関わるボランティアの共感力の構造を明らかにすることである.特に,ボランティアの共感力について,高齢者の孤立予防を目的としたコミュニティカフェ(以下「カフェ」と省略する)に参加するボランティアの継続要因の視点から明らかにした.高齢者の孤立予防に関わるボランティアは,どのような要因、感情、行動から「カフェ」に継続的に参加するのか.ボランティアの共感力に焦点を当てた.上記の結果を踏まえて,ボランティアの共感力について,日韓の比較検討を行った.学術的な特色は,地域で孤立しがちな高齢者に直接関わるボランティア活動を対象とした定性的調査を通して得られたデータを基礎に,ボランティアの共感力の構造化と定義化を試みた点である.ボランティアは孤立死問題等に直接関与している.活動継続のカギは過度の共感を抑えることである.しかし,共感の制限は困難であり対策が必要となる.独創的な点は,1高齢者の孤立死問題についてボランティアの共感力から検討したこと,2高齢者の孤立予防に関わるボランティアの共感力について日韓の比較検討を行ったことである.後者は,韓国でのボランティア活動との比較検討により,ボランティアの共感力に関して,新しい知見を得ることができた.韓国では老人福祉館や敬老堂の活動が,高齢者の孤立予防を目的としたわが国の「カフェ」に類似している.敬老堂の主な機能は,地域高齢者への福祉サービスの提供であり,運営主体は高齢のボランティアである.韓国でも核家族化の進行,家庭内での若い世代との会話の減少,高齢者の役割の減少等により,敬老堂の機能が再び注目されている.以上の作業を通して,高齢者の孤立予防的な対策について,ボランティアの共感力の視点からの知見を提示することができた.それは超高齢社会に最適な「東アジア型ソーシャルワークモデル」の基礎資料となるものである.本研究の目的は、高齢者の孤立予防に関わるボランティアの「共感力」の構造を明らかにすることである。ボランティアは高齢者の「孤立死」問題に現場で直接関与している。活動継続のカギは、共感を抑えることである。しかし、共感の制限は困難であり、その対策が必要となる。具体的な研究項目は次の3点である。1地域で孤立した高齢者に関わるボランティア活動を対象に、定性的(質的)データを収集し、「共感力」の概念を「共感疲労」「共感満足」の観点から整理する。2ボランティア活動の促進・阻害要因を組み込んだ因果関係モデルに関連した定量的(量的)データを収集し、構造方程式モデリングにより解析する。3上記の定性的・定量的分析を通して得られた知見について、欧米の先進的な知識との比較検討を行い、超高齢社会に最適な東アジア型ソーシャルワークモデルの基礎資料とする。上記の研究計画を踏まえ、本年度の研究目的は,高齢者の孤立予防に関わるボランティアの継続意思について、定性的データにより実証的,構造的に明らかにすることである。研究方法は定性的(質的)研究法である。調査方法は参与観察およびインタビュー法である。分析方法は定性的(質的)コーディングである。分析の結果、ボランティアの継続意思は「持続からくる余裕と協力による改良」と定義することができた。この継続意思は、「区切りによる気軽な挑戦の開始(参加意思)」「行き詰りからくる不満と辞退(離脱意思)」「頻繁な双方向体験による気持ちよさと新たな挑戦(変化意思)」の過程を経て生じるものである。また、その具体的な内容についても、「出来事」「感情」「行動」の視点から明らかにした。この結果を踏まえ、対人援助における「共感満足」概念や「フロー理論」との比較検討を行い、高齢者の孤立予防に関わるボランティアの特性を提示した。今年度は具体的な研究項目である「1地域で孤立した高齢者に関わるボランティア活動を対象に、定性的(質的)データを収集し、「共感力」の概念を「共感疲労」「共感満足」の観点から整理する」を実施した。そして、その成果を論文「地域安心カフェに参加するボランティアの継続意思の構造とプロセス」としてまとめ、『社会福祉学』(2016年4月30日締め切り:査読有)に投稿した。さらに、現在でも継続して「高齢者の孤立予防に関わるボランティア活動の特性と高齢者の孤立予防に関わる支援関係の特性の内容」について、データ分析を実施している。本研究の目的は、高齢者の孤立予防に関わるボランティアの「共感力」の構造を明らかにすることである。上記の研究計画を踏まえ、本年度の研究目的は、高齢者の孤立予防に関わるボランティアの継続特性について、定性的(質的)データにより実証的、構造的に明らかにすることである。研究方法は定性的研究法である。データ収集は参与観察とインタビューにより行った。データ分析には定性的コーディングを用いた。分析の結果、ボランティアの継続は推進と維持の2機能によって可能となり、両者は相補的な関係にあった。

継続の推進は、「双方向の体験によって生じる活動への没頭と意欲的な試み」、継続の維持は、「無理のない姿勢によって生じる活動での気楽さと自己管理による改善」と定義できた。推進と維持の内容は、要因、感情、行動の視点から明らかにした。さらに、「共感疲労/満足」概念、「フロー理論」との比較検討により継続特性を提示した。本研究の成果は、高齢者の孤立予防に関わるボランティアへの支援内容の提示および研修プログラム作成に貢献するものである。今年度は具体的な研究項目である。「1地域で孤立した高齢者に関わるボランティア活動を対象に、定性的(質的)データを収集し、「共感力」の概念を「共感疲労」「共感満足」の観点から整理する。」を実施した。そして、その成果を論文「高齢者の孤立予防を目的としたコミュニティカフェに参加する地域住民ボランティアの継続特性」としてまとめ、『社会福祉学』(2017年1月31日締め切り:査読中)に投稿した。さらに、次年度以降の研究に向けて、韓国における独居高齢者対策に関する聞き取り調査(2017年3月28-30日)を、韓国の独居高齢者総合支援センターを中心に実施した。本研究の目的は、高齢者の孤立予防に関わるボランティアの「共感力」の構造を明らかにすることである。ボランティアは高齢者の「孤立死」問題に現場で直接関与している。活動継続のカギは、共感を抑えることである。しかし、共感の制限は困難であり、その対策が必要となる。具体的な研究項目は次の3点である。1地域で孤立した高齢者に関わるボランティア活動を対象に、定性的(質的)データを収集し、「共感力」の概念を「共感疲労」「共感満足」の観点から整理する。2ボランティア活動の促進・阻害要因について「フロー理論」の視点から定性的データを収集し、定性的コーディングにより解析する。3上記の12の作業を通して得られた知見について、欧米の先進的な知識との比較検討を行い、超高齢社会に最適な東アジア型ソーシャルワークモデルの基礎資料とする。上記の研究計画を踏まえ、本年度は2に関連する課題を中心に取り組んだ。研究目的は、高齢者の孤立予防を目的とした「コミュニティカフェ」の機能特性について、実証的、構造的に明らかにすることである。本研究では特に、地域住民の参加要因および参加に伴う変化の視点から検討を行った。研究方法は定性的研究法である。データ収集は4年6か月にわたる参与観察とインタビューにより行った。データ分析には定性的コーディングを用いた。分析の結果、地域住民の参加要因は「おしゃべりを楽しみながらの健康管理」、参加に伴う感情と行動の変化は「関心の広がりと緩やかな関わり」として明らかにされた。以上のことから、高齢者の孤立予防を目的とした「コミュニティカフェ」の特徴は「高齢者ボランティアの活用」「専門職の参加」「コーディネーターによる調整」「送迎・声かけの実施」であり、機能特性は「社会的つながりと健康の維持」「社会資源へのつなぎ」である。この成果は、高齢者ボランティアによる主体的な活動の推進に貢献するものである。
位相線形空間とその上の作用素の研究

研究の主流となった束論と微分方程式論への応用についての実績を述べる。1.位相線形空間の構造とその束論への応用。線形空間、位相線形空間における部分空間あるいは線形集合の作る束は、AC束と呼ばれる束論における重要な研究対象の範畴に属するものでああるが、これとアトロイドの構造とがどのような関連を持つかを詳しく調べ、特に原子元のcircuitについて深く追及しグラフ理論との関連で興味ある結果を得た。即ち、AC束のうち上記のように線形空間において現れるものとグラフにおいて現れるものは、弱モジュラーという性質を持つか否かで全く分離されていることがわかり、両者の特性が明瞭となった。2.位相線形空間と作用素の微分方程式論への応用、係数が時間変数にのみ依存する偏微分方程式系に対する初期値問題について、関数の作る位相線形空間とその上の作用素の理論を応用し、非特性的初期値問題や特性的なFuchs型の微分方程式の解の正則性の伝播、さらに非特性的な初期値問題が解析的に適切となるための必要十分条件を論じ、興味ある結果を見出した。3.代数解析学における位相線形空間と作用素の応用。まず包合的な二重特性的多様体をもつ微分方程式の解の特異性の伝播を研究するための新たな方途を開発した。それは十数年前に打建てられたmicrolocal analysisをさらに精密化した2nd microlocal analysisを用いることである。この方法により余接空間を包合的な二重特性多様体でblow-upした空間の上で方程式を簡単な標準化形に変換できたのが著しい成果である。次に、双曲性の概念を余接空間上へのものに一般化したmicrohyper bolicityをさらに2nd micralocal analysisにより一般化した2-microhyperbolicityの概念を打ち建てて、より広い微分方程式のクラスについて方程式系に対する解の特異性の伝播を研究して成果を得た。
光線力学的療法の治療効率向上を目指した新規複素環系鉄除去剤の開発

光線力学的療法は,臓器の切除や抗ガン剤による副作用のない治療法である。この治療効率向上には,光増感剤である生体成分プロトポルフィンIX(PpIX)の局所濃度を上げる必要がある。本研究では,様々な複素環系2座及び6座配位子を合成し,鉄錯体形成能及び活性評価実験から,配位子の添加によりガン細胞内PpIX濃度を増加できることを明らかにした。光線力学的療法は、ポルフィリン関連化合物が有する腫瘍組織・新生血管への特異的な集積性と光励起により発生する一重項酸素の強い殺細胞效果を利用してガン細胞を壊死されるユニータな療法である。本研究の目的は、生体成分でしかも光増感剤となり得るプロトポルフィリンIX(注:プロトポルフィリンIXに鉄が配位したヘムは,光増感剤として作用しない)のガン細胞への集積性を高めるために必要な鉄除去を新規な複素環配位子で行い、結果的に光線力学的療法の治療効果を飛躍的に高めることである。平成19年度は、複素環系2座及び6座配位子の合成を中心に研究を行った。その結果、1)1-ヒドロキシ-2(1H)-ピリミジノンとスペーサーとトリス(2-アミノエチルアミン)から成る6座配位子の合成、2)3-ヒドロキシ-2(1H)-ピリミジノンとスペーサーとトリス(2-アミノエチルアミン)から成る6座配位子の合成、3)5,6-ジメチル-ヒドロキシ-2(1H)-ピリミジノンとスペーサーとトリス(2-アミノエチルアミン)から成る6座配位子の合成、及び4)1-ヒドロキシ-2(1H)-ピリミジノンとスペーサーとトリス環状トリセリントリラクトンから成る6座配位子の合成に成功した。これら6座配位子と第2鉄イオンを溶液中で混合し、紫外可視吸収スペクトルを測定した結果、錯体に特徴的なLMCTに基づく吸収帯が420-470nmに観測されると同時に幅広いpH領域で吸光度がほぼ一定であったことから、かなり安定な分子内1:1錯体を形成することがわかり、今後の研究の進展に繋がる結果が得られた。光線力学的療法(<p>___hoto<d>___ynamic <t>___herapy: PDT)とは、がんに集積性を示す光増感剤とレーザー光照射による光化学反応を利用した局所的治療法である。本研究では、生体成分でしかも光増感剤になり得るプロトポルフィリンIX (protoporphyrin IX:PpIX)のがん細胞中の濃度を増加することができれば、PDTの治療効率を飛躍的に向上させることが可能ではないかと考え研究を遂行した。平成20年度は、複素環系2座及び6座配位子の合成を継続して行うとともに、鉄錯体形成能の評価やヒト組織球性腫瘍細胞U937を用いた活性評価をおこなった。得られた結果は、以下の通りである。1、5,6-ジヒドロ-2-フェニル-4-ピリジンカルボン酸とスペーサーとトリス(2-アミノエチルアミン)から成る6座配位子の合成に成功した。2、2-アミノメチル-3-ヒドロキシ-4(1H)-ピリジノンと1,1,1-トリス(カルボキシエトキシメチル)エタンから成る6座配位子の合成に成功した。3、合成した6座配位しと第2鉄イオンとの錯体形成能を紫外-可視吸収スペクトルを用いて評価した結果、いずれも鉄錯体に特徴的な肌CT(<m>___etal-to-ligand <c>___harge <t>___ransfer)が観測されると同時に幅広いpH領域で吸光度がほぼ一定であったことから、かなり安定な分子内1:1錯体を形成することがわかった。4、EDTAとの鉄交換反応から、6座配位子-鉄錯体の安定度定数(logK値)が28.4と算出された。5、ヒト組織球性腫瘍細胞U937を用い、5-アミノレブリン酸(5-aminolevu linic acid: ALA)投与系に合成6座配位子を添加し光照射すると細胞内のPpIXの濃度が優位に増加することがわかり、治療効率向上の可能性が示唆される結果をえることができた。
中枢神経系ニューロン樹状突起パターン形成原理の解析

本研究は、小脳プルキンエ細胞をモデルとして、樹状パターン形成機構に細胞間相互作用(局所活動や細胞間接触)によるプログラム非依存的なニューロンの樹状突起形態のりモデリング機構を明らかにすることを目標とし、今年度は以下の課題に取り組んだ。(1)プルキンエ細胞樹状突起分岐の時空間的ダイナミクスと制御シグナルの同定:幼若個体から解離したプルキンエ細胞を分散培養下で長期間タイムラプス観察し、樹状突起成長のダイナミクスを明らかにした。細胞形態を抽象化して樹状突起の伸長、分岐、退縮の速度、頻度などの時空間的遷移を定量的に解析し、数理モデルを構築してシミュレーションを試みた。その結果、接触依存的な突起退縮が生体でのプルキンエ細胞に特徴的な分子空間分布に重要な影響を与えることが明らかになった(論文投稿準備中)。(2)入力線維の活動による樹状突起リモデリングのメカニズム:前年度の研究で、生後発達期のマウスにハルマリンを持続的に投与し登上線維の活動を昂進させると、プルキンエ細胞樹状突起のリモデリングが阻害されることが明らかになった。ハルマリン投与によるリモデリング阻害機構を明らかにするため、ハルマリン投与の時期を振り、入力する登上線維活動がプルキンエ細胞樹状突起のリモデリングを誘導する有効な時期(臨界期)を解析した。その結果、樹状突起形成を撹乱するためにはハルマリン投与は生後2週齢の4日間以上必要で、3日間では樹状突起パターンへの影響は見られないことが明らかになった。またトレーサーBDAまたは膜移行型tdTomatoを発現するウイルスベクターを下オリーブ核ニューロンに注入して形態学的な入力パターンを精査し、登上線維入力と樹状突起形態の相関関係を明らかにする系を確立した。本研究は、小脳プルキンエ細胞をモデルとして、プログラム依存的な樹状パターン形成機構に細胞間相互作用(局所活動や細胞間接触)依存的なリモデリングが加算されてニューロンの樹状突起形態が決定される原理を明らかにすることを目標とする。今年度は以下2項目の解析を行った。(1)プルキンエ細胞樹状突起分岐の時空間的ダイナミクスと制御シグナルの同定:分散培養したプルキンエ細胞樹状突起分化過程を長期間タイムラプス観察し、細胞形態を抽象化して樹状突起の伸長、分岐、退縮の速度、頻度などの時空間的遷移を定量的に解析した。これらをパラメータ化して計算機シミュレーションを行い、樹状突起ダイナミクスを再現することができた。さらに、樹状突起の接触依存性退縮がPKC阻害下で特異的に抑制される現象に注目し、PKC阻害下の樹状突起ダイナミクスと空間分布への影響を定量的に調べた。また退縮抑制の効果を計算機シミュレーションして比較解析した結果、突起退縮のパラメータに摂動を与えるとin situとin silicoで共に樹状突起空間パターンに大きな影響があることを確認した。(2)入力線維の活動による樹状突起リモデリングのメカニズム:生後発達期のマウスにハルマリンを持続的に投与し登上線維の活動を昂進させるとプルキンエ細胞樹状突起のリモデリングが阻害されることが明らかになっているので、ハルマリン投与の時期を振り、入力する登上線維活動がプルキンエ細胞樹状突起のリモデリングを誘導する有効な時期(臨界期)を明らかにしようとしたが、個体差が大きく時期の特定ができなかった。そこで薬剤投与により登上線維活動を可逆的に抑制できる誘導型トランスジェニック動物の作成に着手し、コンストラクトを完成した。
紫外・可視光領域における液長可変位固体レーザー

本研究は、シリカ系ガラスにおける二つに分離した価電子帯間の正孔の遷移の際に生ずる可視から紫外線領域にわたる広い発光、一種のオージェフリー発光を利用した光増巾効果、可視・紫外域波長可変レーザーの開発を目的としたものである。今年度は、以下に述べるような成果を得ることができた。シリカガラスに、価電子帯の少し上にアクセプタ準位を形成し、しかも、不用な光吸収の原因を生じさせないドーパントとして、Na,Pb,TiB、などを検討してきたが、いずれも、適していないことが明らかになった。しかしながら、Feをドープすることで、極めてよいアクセプタが形成されることが明らかになった。Feをドープしたガラスにおいて、1cmあたり300%の光増巾が、1mWのアルゴンレーザー光の励起において生ずることが明らかになった。これは、かなり高出力のレーザーを実現する可能性を示す結果である。上述の光増巾効果は、入射アルゴンレーザーの光パワーに反比例することが明らかとなり、エキシマレーザーによって励起されたホールが、ほとんど全てが、アルゴンレーザー光の光によって、誘導放出を受けていることが明らかになった。従って、レーザーの効果を考える場合、励起されたホールは効率よく光となるので、あとは、励起光が、ホールの励起以外に使われないように、光吸収の原因をさらに下げることが、重要であることが明らかとなった。本研究は、シリカ系ガラスにおける二つに分離した価電子帯間の正孔の遷移の際に生じる可視から紫外線領域にわたる広い発光、一種のオ-ジェフリ-発光を利用した光増幅効果、可視紫外域波長可変レ-ザ-の開発を目的とした研究である。今年度、この研究の最初の段階で重要と考えられる研究成果3つを得ることが出来た。成果1シリカガラスで観測される約3eVを中心波長とする広い発光帯が、2つに分離した価電子帯のうち、下の価電子帯から伝導帯までの励起により生ずる一種のオ-ジェフリ-発光であることが確認された(発光機構の解明)。エキシマレ-ザ-光の多光子過程による励起でこの発光が生ずることが、重要な証拠となった。成果2シリカガラスと同様な価電子帯のバンド構造を有し、しかも価電子帯の上から僅かに高エネルギ-状態にアクセプタ準位が存在すると考えられる多成分系シリカガラスにおいて、同様な発光が観測される事を明かにした。更に、この発光のための励起エネルギ-として、下の価電子帯からアクセプタ準位までの約5eVで充分であることがわかり、ガラス構造の破壊なしにこの発光が得られることになり、実用の可能性が高まった。成果3ここで得られた多成分系シリカガラスにおいて、光増幅効果が観測された。増幅率は、1cmあたり30倍以上と高い値が得られた。以上、今年度は、目的達成に向けて順調に研究を進めることができた。尚、1992年の夏のゴ-ドン会議に招待講演者として、本研究について発表する予定である。
「新国民生活指標(PLI)の再検討と新たな指標の構築

経済企画庁が公表する「新国民生活指標(PLI)」、いわゆる「豊かさ指標」は、国民生活の様々な面の側面が把握できる指標であるとの評価がある一方で、それが地域の豊かさを反映したものなのか、指標の妥当性を疑問視する声もあり、その改善が急務となっている。本研究は、2年間の科学研究費補助金の交付期間に、この「新国民生活指標(PLI)」の問題点を検討し、修正「豊かさ指標」の構築を目指した。平成11年度におけるその業績の概要は以下の通りである。1.市町村データをもとに、社会資本、地域間交流の帰属価格を推定した。帰属価格の算定においては、我が国3200余りの市町村データをもとに、交流人口、交流面積を計算した。これらを含めた説明変数、地域の賃金、土地の地代に反映されているという仮定のもとで、賃金、地代のヘドニック関数を行った。2.求められた帰属価格をもとに、これら交流人口などのファクターがどの程度賃金や地代に反映されているのか明らかにした。3.さらに集計したデータをもとに、指標作成の準備段階として、各地域の類型化を試みた。4.現在、指標作成の作業に従事。地方財政の関連のデータでいまだ未集計のものがあり、最終的な作業に向けて作業を継続している。平成10年度は、指標の基礎となる統計データの収集・まとめの作業を行った。過去からの指標の動きも明らかにするため、5年置き過去20年まで溯って、3,200余りの基礎自治体のデータを電算機で解析可能な状態への加工作業を進めた。また、市町村単位での交流入口・交流面積など、まだ公表されたいないデータについては、独自に調査し、データ作成の作業も行った。具体的には、各市町村の中心地点からの通勤圏、商業圏(1時間内での到達可能な範囲)における人口数と面積の算定である。平成10年度における研究実績の概要について示すならば、まず、全ての自治体について通勤圏、商業圏の面積、人口数を特定化することは極めて困難な作業であった。そのため、我が国の地域をいくつかのブロックに分割し、そのブロック内の自治体に集中的に作業を進め、研究の迅速化を行っている。試験的にいくつかの都市で分析を行った結果、商業圏に代表されるような交流面積・人口の指標が、中・長期的な都市の発展と衰退に何らかの関連があることが明らかになった。ただし、都市の趨勢にどの程度寄与するのかは、次年度以降の課題となっている。