hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
不斉自己増殖反応の一般化ならびに機構の解明

不斉自己触媒反応は、不斉触媒と光学活性な生成物の構造ならびに立体構造が同一であり、(i)生成物の他に不斉触媒を必要としない、(ii)反応後、生成物を不斉触媒から分離精製する必要がない、など従来の不斉反応にはない利点を有し、省エネルギー型の次世代の不斉反応と言えます。しかしながら不斉自己触媒反応の科学的、また合成化学的有用性は認められ、理論的にそのような反応の価値が記述されているものの、実験的報告例はありませんでした。筆者の研究室では、ピリジンカルバルデヒドの不斉アルキル化反応において、はじめての不斉自己触媒反応をみいだしましたが、不斉収率は十分に満足できる水準には達しませんでした。そして最近、ピリミジンあるいはキノリンカルバルデヒドの不斉アルキル化反応において、高選択的不斉自己触媒反応を報告しました。そこで不斉自己触媒反応の一般化および、その反応機構解明のため、また有用な合成化学反応の開発の見地から、官能基を有するアルコール類の不斉自己触媒反応の開発が望まれていました。今回筆者は、5位にカルバモイル基を導入した3-ピリジルアルカノールを用いることにより、対応するピリジンカルバルデヒドの不斉アルキル反応において、官能基を含むアルコールとして初めて不斉自己触媒反応を見いだしました。本反応はカルバモイル基上のアルキル置換基の影響が大きく、窒素原子上の置換基により、不斉収率が変化し、特に嵩高いイソプロピル基を有するアミド基を持つピリジルアルカノールの場合、不斉収率は86%e.e.に達しました。この結果は見方を変えれば、5位へのカルバモイル基の導入により、ピリジルアルコールにおいてピリミジルアルコールに匹敵する不斉自己触媒能を実現できたことを意味し、不斉自己触媒反応の反応機構解明の点からも多くの知見を与えると考えれます。
コムギ配偶子致死遺伝子の染色体切断機構の解明:切断点のDNA配列の解析

1.コムギ近縁種Aegilops cylindricaの配偶子致死遺伝子の作用によってコムギの1B染色体に欠失またはその他の異常をホモ接合にもつ個体を多数作った。2.この中には、短腕の仁形成体を切断点とする異常染色体が4系統で認められた。3.これらの系統および、Endo and Gillが作成した4系統よりDNAを抽出した。これを鋳型とし、テロメア-およびrDNA配列のプラーマ-を用いて、PCRを行った。その結果、特定染色体+特定のプライマーの組み合わせで、DNA断片の増幅が見られた。4.増幅断片をプラスミドベクターでクローニングした。複数のクローンを選び、DNA配列を決めた。5.切断点は、17SrRNA遺伝子内に起こっており、9bpの不明の塩基を挟んで30bpの逆位反復配列が存在した。テロメア-配列は、逆位配列内のTAGを認識して付加されていた。この逆位は、配偶子致死遺伝子で切断が起こった後に、姉妹染色分体間の融合と二動原体染色体の切断が起こったことを示していた。6.テロメア-配列は、基本的にはシロイヌナズナと同様なものであったが、独自の変異配列も見られた。7.他の系統においても同様な方法で切断点を解析して、配偶子致死遺伝子による染色体切断機構、および、テロメレースの性質について遺伝的に解明している。
骨の代謝‐免疫機能に関わる頭頚部神経支配の解析

最近、骨代謝と免疫系の相互依存が提唱されている。一方、骨代謝に神経が関与することが考えられており、我々はカルシトニン遺伝子関連ペプチド(CGRP)やグルタミン酸トランスポーターに着目し、骨髄内や骨膜に各々を発現する末梢神経を観察した。このうち、CGRP陽性神経終末については、CGRP受容体を発現するといわれる破骨細胞や免疫担当細胞等に働きかける可能性があることが分かった。さらに、骨-神経系の回路を解析するためのモデル動物として、魚類の咽頭顎骨に分布する末梢神経について調べ、咽頭顎骨内に神経が存在することを観察し、骨-末梢から中枢神経までを追跡しうる利点が魚類にあることを示した。最近、骨代謝と免疫系の相互依存が提唱されており、骨構成細胞と免疫担当細胞が骨という環境中で、骨代謝や造血機能等を相互依存的に協調制御していることが分かってきた。一方で、外因性因子として神経由来のグルタミン酸やCGRP(カルシトニン遺伝子関連ペプチド)が骨代謝と免疫系に作用を及ぼす可能性が示唆されている。本年度は骨髄内を中心に、CGRP陽性神経線維の分布を詳細に調べるために免疫組織化学法による染色を行った結果、CGRP陽性神経線維の骨膜から髄腔にいたる走行および終末像を確認した。さらに、CGRP陽性神経終末のうち骨髄内の血管に分布せず髄腔に終末しているものが存在し、これらは破骨細胞に大きな影響を与えることにとどまらず、骨髄内の免疫系を担う細胞にも影響を及ぼす可能性があることが考えられる。また三叉神経節において、CGRPとVGluT1(グルタミン酸トランスポーター)抗体を用いた蛍光免疫二重染色の結果、少なくともCGRPとVGluT1の単独陽性細胞が分布しており、骨内に分布する末梢神経終末分布パターンと起始細胞との対応を調べるのに重要なデータとなった。次に、げっ歯類での解析が困難と予想される骨に分布する神経と中枢までの関係について、全体像を一個体内で把握できる可能性のあるモデル動物として、魚類(ティラピア、金魚)を用いて実験を行った。咽頭顎骨内に末梢神経マーカーであるPGP9.5陽性神経束が進入し、髄腔内に神経終末として終わるものと神経束から枝分かれして、さらに咽頭歯の歯髄内に分布することも観察され、骨内に神経が分布することが確認された。この神経の由来をトレーサー実験で調べたところ、延髄の迷走葉から発する後部の迷走神経束の一部が咽頭顎骨に分布するとみられる像が蛍光実体顕微鏡下において観察された。骨部の末梢神経から中枢までを一個体で解析できる、魚類がモデル動物として有効である可能性も本研究で示唆された。初年度は、頭頚部の骨領域(頭蓋骨や椎骨等)の神経末梢枝の全体的な分布状態を把握し、なお且つ神経線維束から神経終末まで骨組織における神経支配を、特に連続切片を用いて単一神経線維での再構築法を行うための予備実験を行った。現在、初年度の目標とする予備データを得ており、実験手技が確立されつつある。神経末梢枝の分布状態を把握するために、神経細胞のマーカーであるneuron specific gene product 9.5(PGP9.5)に対する抗体を用いて免疫染色を行い、また次年度以降の計画であるトレーサー実験に関係する、DiIという蛍光物質をもちいた末梢神経の追跡法を計画した。このうち、予備実験として行ったteleostを材料とした実験では、咽頭顎骨内または歯内のPGP9.5陽性の末梢神経の分布が明らかとなり、実験手技の確立に留まらず予想していた以上の知見を得ることができた。このため、得られた研究成果の一部を第118回日本解剖学会総会・全国学術集会(2013年3月29日、香川県高松市)において発表した。発表では、神経線維束が骨内に進入し、神経終末様構造が分布するまでの経路を連続切片での観察によって明らかにしたことを報告し、咽頭顎骨内または歯内に分布する末梢神経が硬組織の代謝に関わる可能性について議論した。さらに咽頭顎骨および歯が、同種個体間で食性によって形態を可塑的に変化させることが報告されており(表現型可塑性)、神経系が骨代謝等にどのように寄与するのかを調べるための、有力なモデルの一つとなる可能性があることも提唱した。また骨髄内の神経終末の分布を単一神経線維レベルで調べる目的で、マウスを試料としてCGRP、CD31に対する抗体を用いて、神経終末と血管内皮細胞を免疫二重染色法により連続切片上で組織を壊すことなく可視化するべく、フィルム法を導入した方法により現在検討中である。初年度に設定した計画目標のなかで、最初に達成すべき予備実験も順調に進行している。このことにより、次年度以降の実験計画を無理なく実行することができると予想された。

なお、予備実験で得られたデータの一部を学会発表することができたうえに、予想以上のデータも得ることができており、申請時に提出した計画書の一部に記載した、本データの一部を誌上発表するということの目標も達成てきる可能性がある。これらのことから、総じて計画はおおむね順調に進展しているという、達成度の区分を選択することが妥当ではないかという結論に達した。学会発表を行った研究成果の一部については、誌上発表ができるように次年度も実験を継続する。なお、次年度の計画については、トレーサー実験に先立ち、神経節内のグルタミン酸トランスポーターの各サブタイプごとの発現によって、ニューロンの分布を同定することと、それに対してカルシトニン遺伝子関連ペプチド(CGRP)がどのように分布するのかを免疫二重染色法により調べる。共陽性のものが存在するのか、CGRP単独陽性の細胞群が存在するのか、骨内での末梢神経の分布(グルタミン酸トランスポーターおよびCGRP)も併せて検討する。ある程度の概要がつかめたところで、トレーサー実験を行い、免疫二重染色法と組み合わせてデータを出す。トレーサー実験を試行している間に免疫二重染色法のデータを発表し、計画した年度内に一つはまとまった成果を出し、誌上発表することを目指す。初年度より設備備品が揃い、それを使っての実験系が立ち上がりつつあるので、次年度は主として実験試薬および実験動物などの物品消耗品費に対して、全体の約8割の研究費を充当する予定である。また研究成果を発表する場として、日本解剖学会全国学術集会等への参加と研究成果の誌上発表を予定しており、そのための旅費や投稿料および印刷費に全体の約2割ほどを充当する計画である。なお次年度使用額65,255円については、平成24年度内に一部予定していた実験に使用する試薬および物品に充てる予定であったが、実験そのものが次年度に延期となったためにこれは次年度に繰り越して、当初予定の実験用試薬および物品に充当する。
膀胱移行上皮癌に対する新規抗血管新生因子療法の開発

膀胱移行上皮癌の腫瘍発育における線維芽細胞増殖因子(bFGF)、血管内皮細胞増殖因子(VEGF)、インターロイキン8(IL-8)の経時的発現変化を検討した。ヒト膀胱移行上皮癌細胞株253J-Pを親株とする高腫瘍形成能、高転移能を有する変異細胞株253JB-Vより、bFGF、VEGF、IL-8各々の高発現および低発現を示す特異的クローン細胞株6株を獲得した。これら各細胞株の膀胱同所移植モデルを作製し、経時的な腫瘍増殖能およびリンパ節転移能を検討した。親株253JB-Vと比較して、bFGFおよびIL-8の局発現クローンは、初期に有意な腫瘍増殖および比較的初期に転移を認め、bFGFおよびIL-8の低発現クローンは全病期において、比較的に腫瘍増殖の抑制、腫瘍数減少、転移の抑制を認めた。VEGFは、全病期において腫瘍形成能、転移能に影響を示さなかった。各細胞株の各病期での獲得腫瘍における腫瘍内新生血管数(MVD)、各血管新生因子の発現を検討した。親株253JB-Vと比較して、いずれの高発現クローンはMVDおよび各特異的因子発現が有意に増加し、いずれの低発現クローンはMVDおよび各特異的因子発現が有意に減少した。しかし、これらの現象は徐々に減弱し、最終的には、MVD、血管新生因子発現ともに、親株と同レベルとなった。以上より、膀胱移行上皮癌におけるFGFおよびIL-8の発現は、腫瘍発育のごく初期に重要な意義をもつと考えられた。これらの結果に基づいて、皮下異所移植モデルにおいて、腫瘍発育の初期よりアンチセンスbFGF遺伝子を導入したアデノウイルスを用いた遺伝子治療を行った。本遺伝子治療によるbFGFの発現低下は、腫瘍細胞および血管内皮細胞のApoptosisを促進し、さらにはMMP-9の発現を抑制し、angiogenesis, tumorigenicityを制御していた。つまり、bFGFは、癌治療における重要なTargetであると考えられ、特に腫瘍発育の初期におけるbFGF発現制御こそが、膀胱移行上皮癌に対するより効果的な系統的抗血管新生因子治療の中心的役割を担うものと考えられた。血管新生を軸とした腫瘍発育の各段階で、特にVEGF、bFGF、IL-8といった主たる血管新生因子が、これまでのように全病期を通しての個別のマーカー的存在としてではなく、生物学的相互作用を有する可能性、さらには腫瘍発育の各段階での経時的発現変化を示す可能性を解明すべく、本研究を行っている。まず、高腫瘍形成能、高転移能を有するヒト膀胱移行上皮癌細胞株253JB-Vにおいて、勾配希釈法を用いたクローニングを新たに行い、VEGF、bFGF、IL-8各単因子に関してのみ、より高発現を示す特異的なクローン細胞株を得た。これら特異的クローン細胞株を用いて、athymic nude mouseの膀胱に同所移植モデルを作成した。移植後3日、5日、7日、14日、21日、28日、35日、42日、49日、56日、と経時的に腫瘍、リンパ節、肝臓、肺を採取し、腫瘍発育、および転移形成について各ステップで検討中である。今後3因子の腫瘍内発現および発現変化をIn Situ Hybridizationおよび免疫組織化学的検討にて解析する。

次に、各血管新生因子(VEGF、bFGF、IL-8)の高発現を示す特異的なクローン細胞株におけるRNAサンプル抽出を行った。今後、シグナル伝達関連蛋白のmRNAの発現をcDNarrayにより解析する。本研究の目的は、増殖、浸潤、転移という腫瘍発育の各段階でのVEGF、bFGF、IL-8の経時的発現を観察し、各段階で主役となる血管新生因子を決定する事、VEGF、bFGF、IL-8のシグナル伝達における相互作用を解明する事、さらには、これらの結果に基づいて各病期での主役の治療対象因子を各病期ごとに系統的に抑制する、より効果的な抗血管新生因子治療を新規確立する事、この3点を本研究の目的とした。現在までの研究経過としては、1)我々は、まずヒト膀胱移行上皮癌細胞株253J B-Vに対して、勾配希釈法を用いたクローニングを行い、クローン細胞株20株を得た。3)次にAthymic Nude Mouseを用いて、これら各特異的クローン細胞株の同所移植モデルを作成した。4)移植後7日、14日、42日、63日と経時的に膀胱原発腫瘍、自発性転移腫瘍(肺、肝、リンパ節)を採取し、各特異的クローン細胞株における腫瘍・転移巣形成能を比較検討した。しかし、移植後、経時的に膀胱原発腫瘍、自発性転移腫瘍を採取したが、いずれの各特異的クローン細胞株も、さらには以前に幾度となく使用してきた親株の253J B-V自体も、十分な腫瘍形成を認めなかった。そのため、各特異的クローン細胞株における腫瘍・転移巣形成能を比較検討するには至らず、研究を取りまとめるには至っていない。今後、腫瘍発育、転移形成の各ステップでの3因子の経時的発現変化をIn Situ Hybridizationおよび免疫組織化学的検討にて解析する。また、各血管新生因子(VEGF、bFGF、IL-8)におけるシグナル伝達関連蛋白の発現も同定、解明する。
がん患者の主体性発揮を促進・活用する外来がん看護実践者の能力育成プログラムの開発

研究目的は、外来通院するがん患者の主体性を活かして外来看護を実践することができる外来看護師を育成するプログラムを開発することである。外来通院がん患者395名及びがん診療連携拠点病院の外来看護師598名を対象とした質問紙調査から、問題解決方法の獲得支援と療養姿勢の後押し、外来診察における医師からの情報獲得支援、外来における他職種連携による支援等、外来通院がん患者の主体性を活かす外来看護実践に必要な5つの能力を明らかにした。この結果から、5つのサブプログラムから構成するプログラムを開発した。学習者はチェックリストで自己の実践力を評価し、必要なサブプログラムを選定し学習した後、実践力を再評価する。1.質問紙作成のための予備調査:外来通院がん患者・家族の現状に即した質問紙とするために予備調査を行った。5つのがん患者団体に所属する患者及び家族42名(患者32名・家族8名/平均年齢62.9歳±8.4歳)を対象にグループインタビューを行い、得られたデータを質的に分析した。外来通院がん患者・家族が、がんを抱えながらも自分らしく療養生活を送るために求める外来看護師の関わりは25にまとめられた。患者を気遣い声をかける、患者と話す時間を自ら作る、話しかけやすい雰囲気をもつ、患者の気持ちを理解しようと話しを聞く、患者の気持ちに寄り添おうとする、愚者の病状や生活背景をよく知っている、問題解決方法を一緒に考える、病気を抱えながらもうまく生活する方法について助言する、内容に応じて相談窓口を紹介する、責任をもって患者に接する、病気や治療を乗り越えようと患者が努力していることを理解している、患者にさりげなく触れて励ます、患者が自宅で困ったときには電話で相談にのる等。2.外来通院がん患者・家族を対象とした全国調査:予備調査及び文献検討の結果に基づき、65項目(属性8項目・がんを抱えながらも自分らしく療養生活を送るために求める外来看護師の関わり57項目)からなる質問紙を開発した。外来看護師の関わりに関する項目は、重点的に開発する必要のある実践能力が明確になるよう、患者や家族にとっての重要度とそれらの関わりを実際にどの程度うけているかが明確になるよう構成した。3.外来看護師を対象とした全国調査:予備調査の結果、看護師を対象とした質問紙調査は、患者・家族への質問紙調査の結果に基づき実施する必要があることが判明した。上記2の調査結果等に基づき全国調査用質問紙を作成する計画である。1.外来通院がん患者・家族を対象とした質問紙調査本調査の目的は、外来通院がん患者や家族が、がんを抱えながらも自分らしく療養生活を送るために、外来の場で看護師にどのような関わりを求めているかを明らかにすることである。予備調査及び文献検討の結果に基づき、65項目(属性を尋ねる8項目・外来看護師の関わりに関する57項目)からなる質問紙を開発し、がん患者団体に所属する外来通院がん患者945名に配布した。回答数は406、有効回答数は395であった。因子分析の結果、外来通院がん患者と家族が外来看護師に求める関わりとして、「療養上の問題への対処をともに考える」「看護専門職者としての態度・知識・技術でかかわる」「関心・気遣いに基づきコミュニケーションを図る」「治療や副作用をわかりやすく説明する」「個としての患者をよく知っている」の5因子が抽出された。また、「患者が重要と考えるかかわり」の因子得点と、「患者が実際に看護師から受けているかかわり」の因子得点を比較すると、いずれの因子も「重要と考えるかかり」の因子得点が「実際に看護師から受けているかかわり」の因子得点よりも有意に高かった。2.外来看護師を対象とした質問紙調査:質問紙の開発「外来」「看護師」「がん患者」「主体性」「セルフケア」「エンパワーメント」「看護相談」等のキーワーズを用いて文献検索を行い、66文献から、がん患者に対する外来での看護実践方法、がん患者の主体性を高めるための看護実践方法、がん患者のセルフケアを高めるための看護実践方法、がん患者をエンパワーする看護実践方法、がん患者に対する看護相談の実践方法を導きだした。これらの看護実践方法に、外来通院がん患者と家族が自分らしく療養生活を送るために外来看護師に求める関わり57項目と属性を尋ねる10項目を加え、96項目からなる質問紙を開発した。これまでの研究結果を統合して以下のような能力育成プログラムを作成した。1.プログラム名:がん患者の主体性発揮を促進・活用する外来がん看護実践者の能力育成プログラム2.プログラムの目的:本プログラムは、外来通院がん患者が主体性を発揮して問題解決に取り組み自分らしく日常生活を送ることを支援することのできる外来看護師を育成することを目的とする。3.プログラムにおける学習者:自分の所属する部署での外来看護がひととおり実践できる者で、外来勤務2年目程度の看護師。4.プログラムの構成:外来通院がん患者が主体性を発揮して問題解決に取り組み自分らしく日常生活を送ることを支援するためには5つの実践力を獲得する必要がある。

このため、本プログラムは、それぞれの実践力の育成を目的とする5つのサブプログラムから構成する。サブプログラム1)療養上の問題に対する患者の考えや思いの把握とありのままの理解。サブプログラム2)問題解決方法の獲得への支援と療養姿勢の後押し。サブプログラム3)がん治療に伴って起こりうる副作用と自宅での対処方法についての説明。サブプログラム4)外来診察における医師からの情報獲得支援。サブプログラム5)外来における他職種連携による支援。5.プログラムの活用方法:プログラムは、外来看護師が自己の実践力を向上させるために必要な内容を効率よく学習できるようモジュール方式とする。まず「実践力チェックリスト」を活用することにより、外来通院がん患者の主体性発揮を促進・活用する外来がん看護実践に関して、自己の実践力の状態を評価する。そして評価結果に基づき、学習するサブプログラムを選定し学習を行う。学習後は、再度「実践力チェックリスト」を活用し、学習の成果を評価する。学習の支援者は、外来師長、がん看護専門看護師、がん看護関連の認定看護師等である。平成24年度は、外来通院がん患者と家族が自分らしく生活を送ることを支援するための外来看護実践を、外来看護師の視点から明らかにする調査を行った。全国のがん診療連携拠点病院150施設に研究協力を依頼し、そのうち85施設から研究協力の承諾を得た。昨年度開発した86項目からなる質問紙を、協力可能な外来看護師1130名に配布した。回答数は761名(回収率67.3%)、有効回答数は598名(有効回答率78.5%)であった。分析の結果は以下のとおりであった。1)外来通院がん患者が自分らしく生活することを支援する上で外来看護師が重要と考える実践は「患者との間に信頼関係を築く」が最も多く、次いで「患者のプライバシーを守るために配慮する」であった。一方、外来看護師が実施していると考える実践は「患者のプライバシーを守るために配慮する」が最も多く、次いで「責任をもって患者に接する」であった。2)因子分析の結果、外来通院がん患者が自分らしく生活することを支援する上で外来看護師が重要と考える実践として、「問題解決方法の獲得と療養姿勢の後押し」「直面している問題に対する患者の考えや思いの把握とありのままの理解」「他職種連携と責任を果たす態度」「外来診察における医師からの情報獲得支援」「起こりうる副作用と自宅での対処方法の説明」の5因子が抽出できた。3)上記2)の5因子について、外来看護師が重要と考える程度と実施していると考える程度には有意な差があり、5因子すべてにおいて、重要と考える程度が実施していると考える程度よりも有意に高かった。4)外来通院がん患者が自分らしく生活するために重要と考える外来看護師の実践5因子について、患者が重要と考える程度と外来看護師が実施していると考える程度には有意な差があり、5因子すべてにおいて、患者が重要と考える程度が外来看護師が実施していると考える程度よりも有意に高かった。
高断熱効率を有する非平衡ディスク形MHD発電機の開発

クローズドサイクルMHD発電の実用化には、高いエンタルピー抽出率と高い断熱効率を同時に達成する必要がある。最近の理論的な考察により、高い断熱効率を達成するには、小さな断面積比を有する発電流路で高いエンタルピー抽出率を達成する必要があることが指摘されている。これを受けて、本研究では、小さな断面積比を有するディスク形発電機を制作し、実験を行い、平成9年度にはエンタルピー抽出率28.8%、断熱効率50,8%を達成した。本年度はこれらの実験的知見を元に、発電流路の改造を行った。1)発電機のスロートと出口の断面積比は変更しない、2)境界層の影響、摩擦損失の影響を相対的に小さくできるように、チャネル高さを大きくする、の2点を指針として、発電機形状の改造を行った。また、さらに断面積比を縮小させる可能性を探るために、発電機入り口マッハ数をこれまでの2.6から2.4に変更した。入り口マッハ数を小さくしたために、発電機入り口から高い電気伝導度を持ったプラズマを発生させるためには、圧力を低くし、かつ、作動流体に添加するアルカリ金属(シード)を増やす必要があることがわかった。発電機高さを大きくしたために、外部回路から発電機内を見たときの抵抗が相対的に減少し、これまでの発電機と同じ負荷率を得るには、外部負荷抵抗の値を小さくする必要がある。以上のような方法で、プラズマと外部回路のマッチングを取ることにより、発電機入り口マッハ数を下げているにもかかわらず、エンタルピー抽出率25.6%、断熱効率49.0%とほぼ同程度の性能を得ることができた。また、流路高さを大きくしたことにより、同じエンタルピー抽出率に対して、高い断熱効率が得られた。既存の発電機に、澱み点圧力測定用のピト-管の制作と設置を行った。本研究の目的である高断熱効率の実証には、断熱効率を正確に測定する必要があり、そのためには発電機内部での澱み点圧力を正確に計測する必要がある。発電機内の流れは電流と磁場との相互作用により、ローレンツ力を受け、旋回する。この旋回成分の予測が困難であるために、圧力測定用のピト-管にはピト-管方向に対して流れの偏りが大きい場合でも計測できるようにピト-管の種類を選定した。これらのピト-管と磁場中でも正確な測定が行える圧力半導体素子、ピエゾレジスティブアンプを用い、測定試験を行った。発電流路には、セシウムを添加したヘリウムを作動気体に用いて、38%のエンタルピー抽出率を実証した、衝撃波管駆動のディスク形MHD発電実験装置を用いた。衝撃波管装置によって澱み点圧力0.4MPa、澱み点温度2000Kの超音速ガス流を数ms流すことができる。定常状態は数msと短時間ながら、非発電時において、理論的予測と合致する計測結果が得られ、十分な時間分解能で澱み点圧力を正確に計測できていることが確認された。発電機の断面積比を変更する加工を行った。来年度はこの発電機と計測装置を用い、実際に発電実験を行い、小さな断面積比によって、発電性能と断熱効率がどのように変化するか実験的に調べていく予定である。また、既存の実験装置の条件に対して、断熱効率を高め、同時に高いエンタルピー抽出率が得られるように断面積比の最適化を行っていく予定である。
口腔癌のインターフェロン耐性機構の解明と免疫エピゲノム併用療法の有効性の検討

口腔癌を含めた悪性腫瘍に対する治療法として免疫チェックポイント阻害剤による免疫療法が注目されている。しかしその有効性に関しては治療効果の認められない症例もあり、その原因の一つとして癌細胞の宿主免疫系からの回避が挙げられる。本研究ではこの癌細胞の免疫系から回避機構として口腔癌細胞のインターフェロン(IFN)耐性に着目し、そのIFN耐性機構の解明を目指す。
生体内で利用可能な超高周波低温プラズマを薬物担体として用いた内視鏡デバイスの開発

本研究は、直径1mm以下の細径flexibleなmulti-task型マイクロプラズマ生成装置を開発することで、内視鏡を通じて生体内各種臓器へ自在に挿入することを可能とし、生体内で低温プラズマを生成し、これを組織表面に接触させて、種々の治療および診断に応用する技術の開発をラット大腸炎モデルを用いて開発することを目的とした。(1)ラットDSS慢性大腸炎モデルおよび大腸炎を母地とした大腸癌モデルの開発200gウイスター系ラット雌に4%DSS含水を7日自由飲水、7日休薬を1クールとし、5クール繰り返す。さらに、1,2-Dimethylhydrazine投与を加えることにより(週3回、40mg/kg s.c.)、大腸癌モデルを作製した。一方、DSSのみの投与では大腸癌の発生は認められなかった。(2)ラット大腸内視鏡の開発1)気管支電子内視鏡(GIF-P20;オリンパス)をラットに適応し、検査12時間前からのニフレック洗腸後の大腸内視鏡検査を確立した。2)上記(1)で作製したラット大腸炎および大腸癌の内視鏡観察を行い、大腸炎ステージング、大腸癌ステージングスコアを独自に開発した。研究グループが開発した超高周波(very high frequency,VHF)を用いることにより、任意のガス分子(含微粒子)を原料とする高密度低温プラズマ生成技術を応用して内視鏡の鉗子チャンネル内を通じて消化管局所でプラズマを生成することを目的として、細径の内視鏡の鉗子チャンネルに挿入可能な径1mm以下のflexible multi-task型マイクロプラズマ生成装置の開発を行っている。
ガラス基板表面の核形成点制御による大粒径多結晶薄膜形成法の開発

TFTや太陽電池などの大面積電子デバイスの特性向上を目指して、多結晶Siを用いる試みがなされている。これまで、多結晶Si薄膜の形成方法として、非晶質Si(a-Si)薄膜のレーザーアニールや固相熱結晶化、低温でのCVD成長等の技術が開発されているが、より効率的で大粒径のpoly-Si薄膜形成技術の確立が望まれている。多結晶Si薄膜の形成には、ガラス基板上での結晶核形成および結晶核からのSi結晶成長プロセスを独立に制御することが重要と考えられる。そこで本研究では、Si結晶の成長核となる微細なGe結晶を、ガラス基板上に密度と大きさを制御して配列し、これを結晶核とした大粒径多結晶Si薄膜の作製法の開発を目的とした。まず、ガラス基板上の結晶核として、a-Geの固相結晶化により自己組織的に形成されるGe微結晶に着目し、その粒径と密度を酸素エッチングによって制御する方法を確立した。次に、Ge微結晶核がa-Si薄膜の固相結晶化に及ぼす影響を明らかにした。一般に、a-Siの完全な結晶化には600°Cで50時間程度のアニールが必要となるが、Ge微結晶核を用いることにより、480°C,8時間で完全に結晶化させることに成功した。また、50%結晶化したSi薄膜のSEMおよびマイクロプローブRHEED観察から、SiがGe微結晶核から結晶化することを確認した。種々の作製方法で形成したa-Si薄膜の結晶化過程を速度論的に解析した。Ge結晶核からのSi結晶成長速度の活性化エネルギーは、a-Si薄膜の構造によって大きく変化し、特にSi-H結合濃度が高く、緻密性が低い場合に、Si結晶成長速度が大幅に向上することを見出した。また、結晶Geティップアレイを用いたナノインプリント法により、Ge結晶核の位置制御の可能性を示した。液晶ディスプレイ用薄膜トランジスタ(TFT)や太陽電池などの大面積電子デバイスの特性向上を目指して、多結晶Si(poly-Si)を用いる試みがなされている。これまで、poly-Si薄膜の形成方法として、非晶質Si(a-Si)薄膜のレーザーアニールや固相熱結晶化、低温でのCVD成長等の技術が開発されているが、より効率的で大粒径のpoly-Si薄膜形成技術の確立が望まれている。poly-Si薄膜の形成には、ガラス基板上での結晶核形成および結晶核からのSi結晶成長プロセスを独立に制御することが重要と考えられる。そこで本研究では、Si結晶の成長核となる微細なGe結晶を、ガラス基板上に密度と大きさを制御して配列し、これを結晶核とした大粒径多結晶Si薄膜の作製法を開発することを目的とする。ガラス基板上のGe結晶核として、a-Geの固相結晶化により自己組織的に形成されるGe微結晶に着目し、その粒径と密度を酸素エッチングによって制御する方法を確立した。本研究で開発したGe微結晶核形成法は、次の2段階のプロセスよりなる。(1)まず、室温でガラス基板上にa-Ge薄膜(10-100nm)を真空蒸着した後、温度250-500°C、時間(0.5-12h)の真空アニールによりGe微結晶を形成する。次に、(2)減圧酸素雰囲気中(10^<-6>-10^<-4>Torr)でアニール(350-500°C,15-60min)(酸素エッチング)を行う。Ge微結晶の自己組織化成長と、酸素エッチングの条件を最適化することにより、Ge微結晶の粒径と密度を、それぞれ、数10-600nm、10^6-10^9cm^<-2>の任意の範囲で制御することを可能とした。

また、これらのGe結晶核を有する基板を用いたa-Si薄膜の固相結晶化実験により、ガラス基板上のGe結晶粒が、Si結晶成長核として有効に働くことを実証した。液晶ディスプレイ用薄膜トランジスタ(TFT)や太陽電池などの大面積電子デバイスの特性向上を目指して、多結晶Si(poly-Si)を用いる試みがなされている。これまで、poly-Si薄膜の形成方法として、非晶質Si(a-Si)薄膜のレーザーアニールや固相熱結晶化、低温でのCVD成長等の技術が開発されているが、より効率的で大粒径のpoly-Si薄膜形成技術の確立が望まれている。poly-Si薄膜の形成には、ガラス基板上での結晶核形成および結晶核からのSi結晶成長プロセスを独立に制御することが重要と考えられる。そこで本研究では、Si結晶の成長核となる微細なGe結晶を、ガラス基板上に密度と大きさを制御して配列し、これを結晶核とした大粒径多結晶Si薄膜の作製法を開発することを目的としている。昨年度は、ガラス基板上のGe結晶核として、a-Geの固相結晶化により自己組織的に形成されるGe微結晶に着目し、その粒径と密度を酸素エッチングによって制御する方法を確立した。本年度は、ガラスおよび、SiO_2付きSiウエハを用い、Ge微結晶核がa-Si薄膜の固相結晶化に及ぼす影響を検討した。一般に、a-Siを完全に結晶化させるためには600°Cで50時間程度のアニールが必要となるが、本研究では、Ge微結晶核を用いることにより、480°C,8時間で完全に結晶化させることに成功した。また、50%結晶化したSi薄膜のSEMおよびμ-RHEED観察により、SiがGe微結晶核から結晶化する様子を直接確認することができた。さらに、a-Si薄膜作製方法として、電子ビーム蒸着および大気圧プラズマCVD法の2種類を用いることにより、a-Siの水素化が固相結晶化に与える影響を調べた。その結果、a-Siの水素化により、Ge微結晶核を用いた固相結晶化における成長速度が大幅に向上することを発見した。TFTや太陽電池などの大面積電子デバイスの特性向上を目指して、多結晶Si (poly-Si)を用いる試みがなされている。これまで、poly-Si薄膜の形成方法として、非晶質Si (a-Si)薄膜のレーザーアニールや固相熱結晶化、低温でのCVD成長等の技術が開発されているが、より効率的で大粒径のpoly-Si薄膜形成技術の確立が望まれている。そこで本研究では、Si結晶の成長核となる微細なGe結晶を、ガラス基板上に密度と大きさを制御して配列し、これを結晶核とした大粒径多結晶Si薄膜の作製法の開発を目指した。まず、ガラス基板上の結晶核として、a-Geの固相結晶化により自己組織的に形成されるGe微結晶に着目し、その粒径と密度を酸素エッチングによって制御する方法を確立した。次に、ガラスおよびSiO_2付きSiウエハを用い、Ge微結晶核がa-Si薄膜の固相結晶化に及ぼす影響を検討した。また、50%結晶化したSi薄膜のSEMおよびマイクロプローブRHEED観察から、SiがGe微結晶核から結晶化することを確認した。種々の作製方法で形成したa-Si薄膜め結晶化過程を速度論的に解析した。
顎骨由来幹細胞を用いた歯槽骨再生医療の展開

新たな侵襲を加えることなく採取された30名の患者自己の顎骨骨髄由来の間質細胞を詳細に分析したところ、年齢に関わらず、歯槽骨再生医療に必要な細胞数が確保できた。低血清培地は10%血清培地よりも細胞増殖能も骨分化能も高かった。低血清培地で培養した顎骨由来の間葉系幹細胞はマウス背部でも骨形成を示した。一方、シャーレ内では高い骨分化能を示す細胞は必ずしも生体内で高い骨形成能を示さないことが判明した。本年度は同意の得られたヒトの顎骨骨髄からの骨髄間葉系幹細胞(MSC)の採取法の確立を目指した。インプラント埋入手術時にドリルで穿孔させた穴から余剰となった骨髄液を新たな侵襲を加えることなく11名の患者から採取した。平均して約0.5mlの骨髄液が採取され、WBC/RBC比は平均0.23%であった。これは一般的な末梢血の約0.12%の約2倍であることから、採取したものが単に抹消血ではないことが示された。また採取部位のCT値と採取量やその後に得られた細胞数との間には相関は無かった。細胞増殖の様態は過去の犬での実験結果と同様であった。つまり最適な播種密度とされている5万WBC/cm^2で細胞を播種することで、8症例においてMSCが増殖した。3症例は初期の頃に細菌によるコンタミネーション、あるいは細胞培養皿の強すぎる洗浄による細胞の喪失等による失敗であったが、例を重ねるとともに培養状態は安定し、増殖した細胞には個体差があるものの、強い骨分化能を持ち、弱い脂肪分化能を持つことが示された。またFACSによる細胞表面マーカーの解析では、顎骨MSCは腸骨由来のMSCと同様に、少なくともHLA-DR陰性、CD166、CD90陽性であった。さらにMSCの無血清培養による細胞のフェノタイプを従来の血清培養と比較した。ラットのMSCを初代から無血清培養すると、血清培養と比較して明らかに早く石灰化が起きた。血清に暴露される期間が長いほどMSCの石灰化は抑制された。さらに無血清培養で石灰化させたMSCを近交系のラットの背中皮下に移植すると、血清含有下で培養した場合に比較してin vivoでの骨化を明らかに促進させた。しかし顎骨骨髄由来MSCは本無血清培地では増殖しなかったため、顎骨由来MSCの培養にはさらに特異的な因子の添加が必要である可能性が示唆された。本年度は大きく以下の3つの研究を実施した。1.ヒトの顎骨骨髄から骨分化能の高い間葉系幹細胞(MSC)の採取法の確立について:本年度はインプラント埋入手術時に、同一個体から採取した骨髄液を小容量に小分けして培養した。その結果、同一個体から採取した骨髄液から培養したMSCでも、その集団によって増殖率、骨分化、脂肪分化能が異なることが判明した。また最終段階で骨分化能の高い細胞集団と低い細胞集団の未分化状態でのmRNAを採取してDNA microarrayにより遺伝子発現パターンを比較解析した。その結果、最終的に高骨分化な細胞は、未分化な状態でもかなり骨芽細胞にコミットされた状態であることが判明した。2.顎骨骨髄由来のMSCの無血清培養法について:顎骨骨髄液を通常の培養皿にて初代の状態から無血清培養(STK1)にて培養すると、有血清で培養したときと同様に伸展するが、しだいに培養皿から剥離して細胞同士でアグリゲートしてしまうことが判明した。そのため、顎骨由来のMSCを初代から培養する際には、細胞の基底面への接着を強固にする必要があることが分かった。3.採取した細胞の生体内での評価について:ヒト顎骨から採取されたMSCをリン酸カルシウムの骨補填材と混和し、フィブリンでゲル化させたのちに、免疫不全マウスへ移植した。その際、MSCの数を0,50,100,200万と変化させたものを移植した。その結果、200万細胞を移植した群に最も顕著な異所性骨形成を認めた。ヒト特異的抗体で移植細胞を免疫染色すると、形成された骨の中および周囲に存在する骨細胞および骨芽細胞はヒト特異的抗体陽性であったことから、移植した細胞が骨を形成していることが示された。しかし、移植した細胞が組織中の血管上皮細胞に分化している様子は認められないことから、血管はレシピエントから侵入してくることが示唆された。本年度は以下の3つの研究を実施した。1)ヒト顎骨骨髄から採取した間質細胞の表現形と石灰化能の相関性を解析するため、インプラント埋入手術時にヒト顎骨から採取した骨髄液から培養した間質細胞(14株)の表面抗原を解析し、その細胞の骨分化能と比較した。間葉系幹細胞の陰性マーカーであるCD11b, 14, 19, 34, 45は全て陰性だったが、株によってはHLA-DRを高発現している株があった。

そしてその細胞はin vitroでの石灰化能が高い傾向を示した。一方間葉系幹細胞陽性マーカーであるCD9, 13, 29, 73, 90, 105, HLA-ABCはどの細胞株でも100%発現している一方、CD105, 166, STRO-1は株によって発現率は異なっていた。しかしその発現率とin vitroでの石灰化様態との明らかな相関性は認められなかった。2)骨再生医療普及時の患者負担を減らし、培養成績の不均一性を排除するため、培養時の低血清化を検討した。完全無血清培地STK培地では安定した初代培養はできなかった。そのため、STK培地に1%の血清を添加すると、8株中7株で初代培養に成功した。1%血清含有STK培地のほうが従来の10%血清培地よりもその後の細胞増殖率も、骨分化能も高かった。3)採取した細胞を用いた生体内での骨形成能を免疫不全マウスの背部にて検討した。その結果、in vitroでの分化能の高い細胞が必ずしもin vivoで高い骨形成能を示さないことが示された。生体内で高い骨形成を示した細胞はHLA-DRをほとんど発現しない一方、生体内で骨形成を示さなかった細胞はHLA-DRを約20%の割合で発現していたことから、in vitroの石灰化能評価よりも、特定の細胞表面抗原が生体内での骨形成能を予測するに適していることが示唆された。顎骨骨髄液からの骨分化能の高い細胞集団を区別する方法と無血清培養の培養についてはまだ確立していない。臨床現場からのサンプリングは、患者の同意が必要であり、培養するための人手とのタイミングが揃わないと実現しないためそれほど速やかに進展しない。また骨組織を生体内で作成して評価するためにも一定の時間がかかるため。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は共同研究者との連携をより密にとり、患者からの細胞採取の機会を逃さないようにする。また共同研究者との連携をより密にとって細胞表面抗原の解析を推進していく。
加齢による唾液タンパク質組成の変化に関する研究

口腔の二大疾患であるう蝕と歯周病は年齢によって発生状況に差が認められる。このことから、これらの病因に対する宿主の反応性が加齢と共に変化していることが推測される。唾液は口腔環境を構成する重要な因子の一つであるが、その性質が加齢と共に変わるとすれば、これがう蝕や歯周病に対する宿主の反応性の差につながる可能性がある。そこで、本研究では遺伝的および環境的条件を整えやすい実験動物を用い、その唾液タンパク質成分が同一個体で加齢と共に変化するかを調べた。雄のウィスター系ラットの腹腔に塩酸ピロカルピンを注射し、この刺激によって分泌された混合唾液を採取して、タンパク質組成を同一個体の離乳直後から成獣に至るまで加齢と共に検索した。その結果、ラットの唾液は加齢による体重の増加と共に、分泌量のみならずタンパク質濃度が増加することが明らかになった。さらに、SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動法を用いて分析したところ、タンパク質の泳動パターンに変化が生じていることが示された。すなわち、加齢と共に増加するものと減少するものの存在が明らかになった。そこで、特に増加が著明であった30Kdのタンパク質を2次元電気泳動法等を駆使して単離した後、アミノ酸組成と一次構造を分析した。その結果、このタンパク質はDNA分解酵素であることが明らかになった。唾液中のDNA分解酵素の濃度ならびに絶対量が加齢と共に増加することの意義については不明であるが、本研究によってラットの唾液タンパク質成分は加齢と共に変化していることが確認された。このような唾液の組成変化とう蝕や歯周疾患の病因に対する宿主の感受性の変化の関連について、今後さらに研究を継続する予定である。
球面収差補正電子レンズを用いたナノ材料の構造と電子状態ゆらぎの研究

3年間の本研究期間の間に、収差補正技術を使った構造ゆらぎの新しい計測法に関わる以下の研究課題をおこない、原著論文19報、国際会議プロシーディングス24報、解説4編および分担執筆も含めた単行本5冊を刊行した。(1)球面収差TEMによるランタン系次世代high-κ材料とシリコン結晶との界面を0.2nm以下の分解能で観察し、新界面層の存在を実証した。(2)球面収差STEMを用いて、上記酸化ランタン/シリコン結晶界面の各元素の組成分布のゆらぎを世界で初めて計測した。(3)単層炭素ナノチューブを収差補正TEMで観察し、世界で初めて一層のグラフィンを構成する炭素六員環を可視化した。この成果は朝日新聞をはじめ3種の全国紙に掲載された。(4)光触媒酸化チタンに低酸素下で光を照射したときに生ずる酸素欠陥構造を収差補正TEMで可視化し、その構造がラーベス相類似であることを解明した。(5)AlNiCo系準結晶を収差補正TEMとSTEMでA1原子までを可視化し、その構造ゆらぎと安定性を研究した。(6)シリコン上に成長させたゲルマニウムの量子ドットの構造解析に球面収差補正TEMとSTEMを適用し、ゲルマニウムドットの下に存在する、ゲルマニウムを含む1-2原子層厚さの新界面層を世界で初めて報告した。本研究では、世界に先駆けて実用化した電子レンズの球面収差補正技術を用いて新しいナノ材料局所計測法を確立することと、その方法のナノ材料のゆらぎの研究への展開を目標にして初年度目の研究を行なった。このレンズ球面収差補正技術によって、(1)200kV加速電圧の電子顕微鏡装置でも0.1nm以下の原子配列の像が得られ、ゆらぎの一形態である半導体中の不純物原子や点欠陥集合体の分布状態なども1/60秒の時間分解能で動的に直視できるようになった。また(2)従来の収束電子回折では、ビームに収束角があるため、完全結晶に関する局所局所の情報はとれても、ゆらぎに起因する散漫散乱を精度よく測定できなかったが、今回、上記の球面収差補正技術を使って、場所も5nm以下の局所に限定し、かつ10^<-4>ラジアン程度の極めて高い平行度の電子ビームによる高角度分解能のナノ電子回折法が世界で初めてできるようになった。この新技法を駆使し、蒸着法で作られたシリコン半導体中の面欠陥の構造解析や次世代半導体デバイスの基本素子となる量子ドット内の局所構造と光放出特性との関係の研究、La_2O_3など新材料の酸化膜とシリコンの界面の研究を行なった。今後はこのナノ電子回折法と電子エネルギー損失分光法を組み合わせ、もう一つの研究目標である電子状態のゆらぎの研究を行なっていく予定である。基盤研究(A)の2年度目の平成18年度は、球面収差補正透過電子顕微鏡(Cs-corrected TEM)を用いて以下の構造ゆらぎの研究を行った。(1)光触媒反応に伴って酸化チタン単結晶膜内に生成した酸素欠陥構造を[001]方向から0.11nmの点分解能をもつ上記の収差補正TEMで観察し、酸素欠陥に伴う歪緩和構造やせん断構造を世界で始めて実空間観察しその構造モデルを提案した。(2)球面収差補正TEMの応用のひとつである領域指定誤差のない電子回折法を開発し、シリコンの積層欠陥の局所歪構造を解析した。またTEM結像理論を見直し、このナノ制限視野回折法の高精度化の理論を作った。(3)10回対称準結晶をこの装置で観察し、もっとも軽い元素であるアルミニウム原子の位置も同定し、あわせてそのデータから局所の組成ゆらぎも議論した。(4)単層炭素ナノチューブをこの装置で観察し、世界で初めて1枚の炭素六員環のTEMによる可視化に成功し、専門誌であるNanolett誌及び新聞発表した。(5)パラジウム系金属ガラスをこの装置で観察し、中範囲規則状態をTEMによって明確に可視化することに成功した。また、ナノ制限視野回折法でこの金属ガラスの局所構造を研究した。(6)収差補正像から実際の原子位置を同定する新しい画像処理アルゴリズムを開発し、論文発表した。

以上のように球面収差補正TEMを用いた構造ゆらぎの研究は順調に進行しており、3年度目は電子構造ゆらぎの研究を行う予定である。3年間の本研究期間の間に、収差補正技術を使った構造ゆらぎの新しい計測法に関わる以下の研究課題をおこない、原著論文19報、国際会議プロシーディングス24報、解説4編、分担執筆も含めた単行本5冊を刊行した。(1)球面収差TEMによるランタン系次世代、high-κ材料とシリコン結晶との界面を0.2nm以下の分解能で観察し、新界面層の存在を実証した。(2)球面収差STEMを用いて、上記酸化ランタン/シリコン結晶界面の各元素の組成分布のゆらぎを世界で初めて計測した。(3)単層炭素ナノチューブを収差補正TEMで観察し、世界で初めて一層のグラフィンを構成する炭素六員環を可視化した。この成果は朝日新聞をはじめ3種の全国紙に掲載された。(4)光触媒酸化チタンに低酸素下で光を照射したときに生ずる酸素欠陥構造を収差補正TEMで可視化し、その構造がラーベス相類似であることを解明した。(5) AlNiCo系準結晶を収差補正TEMとSTEMでA1原子まで可視化し、その構造ゆらぎと安定性を研究した。(6)シリコン上に成長させたゲルマニウムの量子ドットの構造解析に球面収差補正TEMとSTEMを適用し、ゲルマニウムドットの下に存在する、ゲルマニウムを含む1-2原子層厚の新界面層を世界で初めて報告した。
ロウソクの同期振動現象に対する数理モデルとその数理解析

複数のロウソクを束にするとロウソク火炎が振動する現象はよく知られている(以降、この振動するロウソクの束をロウソク振動子と呼ぶ).2006年に2組のロウソク振動子を並べたとき,その距離に依存して同位相振動と逆位相振動を起こすことが実験によって報告された.ロウソク振動子の振動現象は酸素の供給不足が原因となって起こることは知られているが,ロウソク振動子の同期現象に対してその機構は明らかになっておらず,結合振動子系に対する数理的理解という視点から同期現象の本質的機構を明らかにすることは重要である.そこでこの同期現象(同位相,逆位相)が引き起こされる機構に対して数理モデルを用いて明らかにすることを目的として研究を推進してきた.昨年度までに,逆相同期現象が起こる機構には幅射の相互作用が重要であることを示し,位相縮約法を用いて示すことができた.我々の提出した数理モデルでは,流体の効果は拡散相互作用を打ち消すことを示唆しただけであり,流体効果について詳しく検討していなかった.今年度は,流体がロウソク振動子の同期現象にどのような影響を与えるのか明らかにするために研究を推進した.燃焼反応拡散系モデルと流体方程式の結合した数理モデルを提案した.この数理モデルに対して,酸素供給不足による振動現象の再現を試みたが振動する現象を再現することができなかった.これは「空間3次元問題においては方程式に含まれるパラメータを同定することが非常に困難であることと「流体と反応拡散系の相互作用が流れだけでよいなのかわからないこと」に起因している.また,境界条件も自明ではなく今後の課題となってしまった.この経験からどのような視点に立って数理モデルを構成するかは非常に重要であり,現象論的な手法ではあるが本質だけを取り出すことに主眼をおく数理モデルの重要性を再認識することになった.複数のロウソクを束にするとロウソク火炎が振動する現象はよく知られている(以降,この振動するロウソクの束をロウソク振動子と呼ぶ)。2006年に2つのロウソク振動子がその距離に依存して同位相振動と逆位相振動を起こすことが実験によって報告された。ロウソク振動子の振動現象は酸素の供給不足が原因となって起こることは知られているが,ロウソク振動子の同期現象に対してはその機構は明らかになっておらず,結合振動子系に対する数理的理解という視点から同期現象の本質的機構を明らかにすることは重要であると考えらる。そこで本研究ではこの同期現象(同位相,逆位相)が引き起こされる機構に対して数理モデルを用いて明らかにすることを目的どして研究を行ってきた。今年度はロウソクの本数に依存した定常燃焼,振動燃焼の数理モデルの構成を行い,酸素不足によって振動現象が起こることを明らかにした。また,そのモデルを拡張することによって拡散の相互作用だけでは逆位相向期現象が再現できないことがわかった。そこで拡散を離散化することによって縮約した常微分方程式モデルを構成した。最初に,常微分方程式モデルに対して弱い輻射相互作用を導入した数理モデルを構成した。この数理モデルに対して輻射の相互作用に強さに依存して同位相同期解と逆位相同期解が現れることがわかった。また,拡散相互作用が強くなると輻射の相互作用に依存することなく同位相同期解が安定であることもわかった。これらの結果から,ロウソク振動子の同期現象は輻射の相互作用と弱い拡散相互作用が本質的であることがわかった。複数のロウソクを束にするとロウソク火炎が振動する現象はよく知られている(以降、この振動するロウソクの束をロウソク振動子と呼ぶ).2006年に2組のロウソク振動子を並べたとき,その距離に依存して同位相振動と逆位相振動を起こすことが実験によって報告された.ロウソク振動子の振動現象は酸素の供給不足が原因となって起こることは知られているが,ロウソク振動子の同期現象に対してその機構は明らかになっておらず,結合振動子系に対する数理的理解という視点から同期現象の本質的機構を明らかにすることは重要である.そこでこの同期現象(同位相,逆位相)が引き起こされる機構に対して数理モデルを用いて明らかにすることを目的として研究を推進してきた.今年度は昨年度構成した数理モデルに対して,同位相同期現象と逆位相同期現象の安定性を調べた.そのために位相縮約を行い,ロウソク振動子モデルから振動子の位相のみを記述する位相方程式の導出を行った.本研究では数値計算によって「位相応答曲線」を求め,その「位相応答曲線」の数値データを用いて位相方程式の解析を行った.この結果,距離が近いと同位相同期解が安定となり,距離が離れると逆位相同期解が安定に現われ,適当な距離においてはほとんどの位相差で逆位相同期解が安定になることがわかった.さらに,3組のロウソク振動子に対する同期現象の実験を行った.その結果,適当な距離では3組のロウソク振動子のうち2組が同位相同期し,他の1組のロウソク振動子が2組のロウソク振動子と逆位相同期することがわかった.

この現象に関しても3組のロウソク振動子モデルを構成し,位相縮約法による解析によって2:1の逆位相同期解が安定に現われることを明らかにした.複数のロウソクを束にするとロウソク火炎が振動する現象はよく知られている(以降、この振動するロウソクの束をロウソク振動子と呼ぶ).2006年に2組のロウソク振動子を並べたとき,その距離に依存して同位相振動と逆位相振動を起こすことが実験によって報告された.ロウソク振動子の振動現象は酸素の供給不足が原因となって起こることは知られているが,ロウソク振動子の同期現象に対してその機構は明らかになっておらず,結合振動子系に対する数理的理解という視点から同期現象の本質的機構を明らかにすることは重要である.そこでこの同期現象(同位相,逆位相)が引き起こされる機構に対して数理モデルを用いて明らかにすることを目的として研究を推進してきた.昨年度までに,逆相同期現象が起こる機構には幅射の相互作用が重要であることを示し,位相縮約法を用いて示すことができた.我々の提出した数理モデルでは,流体の効果は拡散相互作用を打ち消すことを示唆しただけであり,流体効果について詳しく検討していなかった.今年度は,流体がロウソク振動子の同期現象にどのような影響を与えるのか明らかにするために研究を推進した.燃焼反応拡散系モデルと流体方程式の結合した数理モデルを提案した.この数理モデルに対して,酸素供給不足による振動現象の再現を試みたが振動する現象を再現することができなかった.これは「空間3次元問題においては方程式に含まれるパラメータを同定することが非常に困難であることと「流体と反応拡散系の相互作用が流れだけでよいなのかわからないこと」に起因している.また,境界条件も自明ではなく今後の課題となってしまった.この経験からどのような視点に立って数理モデルを構成するかは非常に重要であり,現象論的な手法ではあるが本質だけを取り出すことに主眼をおく数理モデルの重要性を再認識することになった.