hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
距離空間上のMusielak-Orlicz空間における楕円型偏微分方程式の研究

本研究では,距離空間上のMusielak-Orlicz-Newtonian空間におけるDirichlet integralの最小値問題の解の存在について研究を行った.具体的には,Musielak-Orlicz-Newtonian空間(MON空間)を新たに定義し,MON空間上の容量の性質,下限に達する弱上微分の存在,MON空間と曲線上絶対連続な関数族との関係や境界上0の値をもつMON空間の性質などについて研究を行った.さらにそれをもとにPoincareの不等式,Obstacle problemの解の存在,そして最終年度には,Dirichlet integralの最小値問題の解の存在を示した.本研究対象であるMusielak-Orlicz空間は,Lebesgue空間やOrlicz空間,変動指数をもつ関数空間などを包括した関数空間であるため,本研究で得られた関数空間の性質やDirichlet integralの最小値問題の解の存在は,様々なタイプの楕円型偏微分方程式の解の存在に応用されることが期待される.加えてユークリッド空間だけでなく距離空間上での解析を行うため,実解析学だけでなく,多様体上の微分幾何学やグラフ上の解析学などでの幅広い応用が期待される.さらに,距離空間上でのMusielak-Orlicz-Sobolev空間における楕円型偏微分方程式の解の存在が示されれば,次には解の正則性の研究が可能となるため,本研究は関連研究分野の進展,新しい学問分野の開拓等に大きな学術的波及効果が期待される.また,正確なER効果と流れの形態のモデル化,その解の性質の研究が進み,宇宙開発だけではなく,ブレーキ,クラッチなどの応用デバイス開発,または,次世代フルードパワーシステムとして多くの分野で実用化・製品化されることが期待でき,社会貢献に大きなるものが期待される.近年,変動指数をもつ関数空間,Orlicz空間や変動指数をもOrlicz空間の研究が,宇宙開発の分野への応用が非常に期待されている電気粘性流体(ER流体)の研究の更なる発展に必要であることがわかってきた.よって本研究では,この領域における研究の更なる発展のため,上記3つの関数空間を含む関数空間(Musielak-Orlicz-Newtonian空間)を定義し,n次元ユークリッド空間では楕円型偏微分方程式の解に相当する,距離空間上のDirichlet integralの最小値問題の解の存在を示すことを目的とする.本年度は,上記の目的のために,主にMusielak-Orlicz-Newtonian空間の諸性質について研究を行った.具体的には,除外集合を測るツールとして有用なMusielak-Orlicz-Newtonian空間上の容量の性質やモジュラスとの関係を研究し,今後の研究を進めていく上で有用な成果を得ることができた.また,Dirichlet integralの最小値問題の解を定義する上でMusielak-Orlicz-Newtonian空間における弱上微分の存在が必要となるが,その弱上微分の存在を証明することができた.さらにMusielak-Orlicz-Newtonian空間と曲線上絶対連続な関数族との関係や境界上0の値をもつMusielak-Orlicz-Newtonian空間の性質など,今後の研究を進めていく上で必要な成果を得た.また,境界上0の値をもつMusielak-Orlicz-Newtonian空間の性質について研究を進める上で,類似の関数空間であるMusielak-Orlicz-Hajlasz空間について,境界上0の値をもつMusielak-Orlicz-Hajlasz空間の特徴づけまで研究を行うことができた.尚,本年度の研究成果は,本研究対象であるMusielak-Orlicz空間が,Lebesgue空間やOrlicz空間,変動指数をもつ関数空間などを包括した関数空間であるため,本研究で得られた関数空間の性質は他の特殊な関数空間で応用可能であることより,本研究のみならず他の研究分野にも意義があると思われる.近年,変動指数をもつ関数空間,Orlicz空間や変動指数をもOrlicz空間の研究が,宇宙開発の分野への応用が非常に期待されている電気粘性流体(ER流体)の研究の更なる発展に必要であることがわかってきた.よって本研究では,この領域における研究の更なる発展のため,上記3つの関数空間を含む関数空間(Musielak-Orlicz-Newtonian空間)を定義し,n次元ユークリッド空間では楕円型偏微分方程式の解に相当する,距離空間上のDirichlet integralの最小値問題の解の存在を示すことを目的とする.本年度は,上記の目的のために,Musielak-Orlicz-Newtonian空間上のMazya型の不等式について研究を行い,予想されていた結果を得ることができた.Mazya型の不等式はPoincareの不等式を得る上で重要な不等式であることは,古典的結果からよく知られている.次にMazya型の不等式を用いて,Musielak-Orlicz-Newtonian空間上のPoincareの不等式について研究を行った.後に示すようにPoincareの不等式はObstacle problemの解の存在を証明する上で重要なツールである.

そして,得られたPoincareの不等式を用いることで,Musielak-Orlicz-Newtonian空間上のObstacle problemの解の競争関数の列として,Musielak-Orlicz-Newtonian空間上で有界な関数列を選び,Mazurの補題を用いることで,Obstacle problemの解の存在を示すことができた.尚,本年度の研究成果は,本研究対象であるMusielak-Orlicz空間が,Lebesgue空間やOrlicz空間,変動指数をもつ関数空間などを包括した関数空間であるため,本研究で得られた関数空間の性質は他の特殊な関数空間で応用可能であることより,本研究のみならず他の研究分野にも意義があると思われる.当初の計画通り,Musielak-Orlicz-Newtonian空間上のMazya型の不等式について研究を行い,予想されていた形で結果を得ることができ,次に得られたMazya型の不等式を用いて,Musielak-Orlicz-Newtonian空間上のPoincareの不等式についても予想されていた形で結果を得ることができことは,当初の計画通り研究が進んでいると思われる.また,得られたPoincareの不等式を用いることで,Musielak-Orlicz-Newtonian空間上のObstacle problemの解の存在を示すまで研究が進んだことは,当初の計画以上に研究が進展していると思われる.本研究では,距離空間上のMusielak-Orlicz-Newtonian空間におけるDirichlet integralの最小値問題の解の存在について研究を行った.具体的には,Musielak-Orlicz-Newtonian空間(MON空間)を新たに定義し,MON空間上の容量の性質,下限に達する弱上微分の存在,MON空間と曲線上絶対連続な関数族との関係や境界上0の値をもつMON空間の性質などについて研究を行った.さらにそれをもとにPoincareの不等式,Obstacle problemの解の存在,そして最終年度には,Dirichlet integralの最小値問題の解の存在を示した.本研究対象であるMusielak-Orlicz空間は,Lebesgue空間やOrlicz空間,変動指数をもつ関数空間などを包括した関数空間であるため,本研究で得られた関数空間の性質やDirichlet integralの最小値問題の解の存在は,様々なタイプの楕円型偏微分方程式の解の存在に応用されることが期待される.加えてユークリッド空間だけでなく距離空間上での解析を行うため,実解析学だけでなく,多様体上の微分幾何学やグラフ上の解析学などでの幅広い応用が期待される.さらに,距離空間上でのMusielak-Orlicz-Sobolev空間における楕円型偏微分方程式の解の存在が示されれば,次には解の正則性の研究が可能となるため,本研究は関連研究分野の進展,新しい学問分野の開拓等に大きな学術的波及効果が期待される.また,正確なER効果と流れの形態のモデル化,その解の性質の研究が進み,宇宙開発だけではなく,ブレーキ,クラッチなどの応用デバイス開発,または,次世代フルードパワーシステムとして多くの分野で実用化・製品化されることが期待でき,社会貢献に大きなるものが期待される.次年度使用額が生じた理由として,「研究業績の概要」,「現在までの達成度」でも触れたように,研究対象の空間を増やし新たな空間も研究対象としたため,購入予定の研究書が変更になったためである.
生体適合性ポリマーゲルを用いた腱癒着防止に関する基礎的検討

生体細胞膜類似構造を有し、優れた生体適合性と潤滑特性を発揮する高分子材料・2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine (MPC)ポリマーを用いた癒着防止材を創案した。これは、MPCポリマーにカルボキシル基あるいは三級アミノ基をブロック的に配列させたもので、これらを混合すると直ちにゲル化して粘性が高まり、腱表面に接着させられる。本研究の目的は、MPCポリマーゲルによる腱縫合部の被覆を、腱癒着の防止技術として臨床応用するために必要な基礎的検討を完了させることであり、下記の検討を行った。1.高い固相化を達成するMPCポリマーゲル合成の至適条件の決定手術部位という湿潤環境下で高い固相化を達成するMPCポリマーゲルの構造を確立するため、分子組成、分子量とその分布、疎水性ユニットの構造などをパラメーターとして様々なゲルを作製し、疑似体液、ラットのモデルを用いて検討した。この検討で確立したMPCポリマーゲルを2.3.4.の検討に用いた。2.MPCポリマーゲル被覆による腱縫合部の癒合に対する効果の検討In vivo腱損傷モデルを確立し検討を行った。趾屈筋腱を横切後顕微鏡視下に腱を縫合しMPCポリマーゲルで被覆後3週間の外固定を行った。手術後3・6週で腱を摘出し、ゲルを使用しないコントロール群と治癒(癒合)の程度を比較検討した。肉眼、組織および力学的所見にてMPCポリマーゲルが腱の治癒(癒合)を妨げないことを確認した。3.MPCポリマーゲル被覆による腱縫合部の癒着防止に対する効果の検討In vivo腱癒着モデルを確立し検討を行った。趾屈筋腱をバイポーラー電気凝固器で損傷した後MPCポリマーゲルで損傷部を被覆した。手術後3・6週で腱を摘出し、ゲルを使用しないコントロール群と癒着の程度を比較検討した。肉眼、組織および力学的所見にてMPCポリマーゲルが腱の癒着を防止することを確認した。4.腱縫合部を被覆したMPCポリマーゲル表面の潤滑特性の評価上記3.の腱癒着モデルを利用し、手術3週後に趾屈曲運動を反復後の腱滑走抵抗を測定して力学的に評価し、MPCポリマーゲルが腱滑走抵抗を低下させ、潤滑特性に優れることを確認した。外傷や手術後に発生する腱の癒着は関節の運動障害をきたす原因となり、社会復帰や日常生活の大きな妨げとなる。特に手指の腱損傷の場合、腱癒着のため手術後3週間の固定が必要となり、腱の癒着は必発である。手指は関節の微細な運動を必要とするため、癒着は深刻な合併症であり、関節機能の回復に多大な労力と時間を要することになる。我々は、周囲組織からの液性因子の供給による修復を妨げずに縫合部を被覆できれば癒着を防止できると考えた。この目的で、生体細胞膜類似構造を有し、優れた生体適合性と潤滑特性を発揮する高分子材料・2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine(MPC)を用いた癒着防止材を創案した。これは、MPCポリマーにカルボキシル基あるいは三級アミノ基をブロック的に配列させたもので、これらを混合すると直ちにゲル化して粘性が高まり、腱表面に接着させることができる。

したがって術野に応じて瞬時に成型でき、かつ持続して効果を発揮できる。また、MPCポリマーは、液性因子の透過を妨げないこと、表面にタンパク質の吸着が起きないため癒着する可能性が少ないこと、異物としての認識を受けず生体の異物反応を惹起しないこと、潤滑性に優れること、が判明している。本研究の目的は、MPCポリマーゲルによる腱縫合部の被覆を、腱癒着の防止技術として臨床応用するために必要な基礎的検討を完了させることであり、本年度は下記の検討を行った。1)高い固相化を達成するMPCポリマーゲル合成の至適条件の決定手術部位という湿潤環境下で高い固相化を達成するMPCポリマーゲルの構造を確立するため、分子組成、分子量とその分布、疎水性ユニットの構造などをパラメーターとして様々なゲルを作製し、疑似体液、ラットのモデルを用いて検討した。この検討で確立したMPCポリマーゲルを以下に用いた。2)MPCポリマーゲル被覆による腱縫合部の癒合に対する効果の検討家兎の腱損傷モデルを用いた。顕微鏡視下に縫合しMPCポリマーゲルで被覆した腱を3・6週後に摘出し、肉眼所見、組織所見、力学的所見にてMPCポリマーゲルが腱の癒合を妨げないことを確認した。3)MPCポリマーゲル被覆による腱縫合部の癒着防止に対する効果の検討平成18年度の検討に用いるため、家兎の腱癒着モデルを確立した。腱の癒着は関節の運動障害をきたし、社会復帰や日常生活の大きな妨げとなる。そこで、生体細胞膜類似構造を有し、優れた生体適合性と潤滑特性を発揮する高分子材料・2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine(MPC)ポリマーを用いた癒着防止材を創案した。これは、MPCポリマーにカルボキシル基あるいは三級アミノ基をブロック的に配列させたもので、これらを混合すると直ちにゲル化して粘性が高まり、腱表面に接着させることができる。1. MPCポリマーゲル被覆による腱縫合部の癒合に対する効果の検討前年度に引き続き、MPCポリマーの合成条件をかえ、腱損傷モデルに用いてMPCポリマーゲルが腱縫合部の治癒(癒合)に与える影響を検討した。経時的に肉眼所見、組織所見、力学所見を検討し、MPCポリマーゲルが腱の治癒(癒合)を妨げないことを確認した。2. MPCポリマーゲル被覆による腱縫合部の癒着防止に対する効果の検討上記1.で使用したMPCポリマーゲルを腱癒着モデルに用い、MPCポリマーゲルの癒着防止効果を検討した。マイクロ顕微鏡視下に腱を損傷した後MPCポリマーゲルで被覆し3週間の外固定を行った。経時的に肉眼所見、組織所見、力学的所見を検討し、MPCポリマーゲルが腱の癒着を防止することを確認した。3.腱縫合部を被覆したMPCポリマーゲル表面の潤滑特性の評価
レーザービームによる微小モータ駆動に関する研究

本研究の目的は,レーザー光の放射圧と用いて,可動子が数μm程度のマイクロモータ(回転モータ,リニアモータ,浮上モータ等)を,非接触・非電力・非媒質で駆動させるための理論を構築し,実際の装置化のための機械機構,光学系,材料などを検討、試作することにある。本年度は,顕微鏡を利用した実験システムを用いて可動子の駆動実験およびレーザーマイクロモータの実現に必要となる条件について調べる理論計算を行なった。可動子の駆動実験では,照射光の状能・可動子の形状等を操作して,レーザーモータ駆動に最適な照射レーザーパワー,可動子の光学的材質,形成,サイズ,重さ等の条件について調べ、また,ユバネッセント波を用いた駆動法についても可動子の条件,エバネッセント波の条件について調べた。実現の可能性について考察した。理論計算では,レーザービームによって発生する可動子の駆動力を理論的に予想するための物理モデルを構築し,可動子の形状・材質の入射光の状態等を考慮した数値計算を行なった。さらに,基礎実験および可動子の駆動実験で得られた結果と比較し,構築した物理モデルに考慮されるべき条件について考察した。また,光導波路からのエバネッセント波による可動子の駆動について理論的解析および数値計算を行ない,レーザーマイクロモータを駆動するのに最適な光導波路の設計・理論的評価を行なった。また,レーザーマイクロモータをアッセンブルするための手法としてレーザートラッピング技術を利用した方法について検討し,可能性を調べるための実験を行なった。本研究の目的は,レ-ザ-光の放射圧を用いて、可動子力数Mm程度のマイクロモ-タ(回転モ-タ、リニアモ-タ、浮上モ-タ等)を、非接触・非電力・非媒質で駆動させるための理論を構築し,実際の装置化のための機械機構、光学系、材料などを検討、試作することにある。光の放射圧でマイクロモ-タを駆動させるためには、レ-ザ-光を非常に効率よく回転力、浮上力などに変換しなければならない。そのために、光の放射圧が発生する機構についての理論的解析及び数値計算を行ない、集光ビ-ムによるトラッピングの効果、ビ-ムの偏光性による回転の効果、ユバネッセント波によるトラッピングとスライディングの効果等について調べる必要がある。理論的解析及び数値計算によって、集光ビ-ムによるトラッピングの効果についてその理論的限界を示し,リング状の集光ビ-ムを用いることによりその限界を越え得ることを示す結果を得た。また、ユバネッセント波による放射圧発生の原理を明らかにし,可動子のスライディング効果・浮上効果があることをも見いだした。そして,光導波路上部に生じるエバネッセント波によっても可動子を駆動可能であることを見いだした。また,落射型光学顕微鏡をベ-スとした、レ-ザ-モ-タ駆動確認のための基礎的システムを試作した。このシステムにおいてはレ-ザ-ビ-ムはガルバノミラ-によって顕微鏡視野内に異なる方向から焦点の位置を走査することができるようにし,また可動子の位置情報や散乱光パタ-ンを検出するための位置センサやビデオカメラシステムを設置した。本試作システムを用いて,エバネッセント波による球状可動子の浮上・移動,円偏光ビ-ムによる円柱モ-タの回転・制止などの基礎的実験を行なえることを確認した。本研究の目的は、レーザー光の放射圧を用いて、可動子が数μm程度のマイクロモータ(回転モータ、リニアモータ、浮上モータ等)を、非接触・非電力・非媒質で駆動させるための理論を構築し、実際の装置化のための機械機構、光学系、材料などを検討、試作することにある。本年度は、顕微鏡を利用した実験システムを用いて可動子の駆動実験およびレーザーマイクロモータの実現に必要となる条件について調べる理論計算を行なった。可動子の駆動実験では、照射光の状態・可動子の形状等を操作して,レーザーモータ駆動に最適な照射レーザーパワー,可動子の光学的材質,形状,サイズ,重さ等の条件について調べた。また,ユバネッセント波を用いた駆動法についても可動子の条件,エバネッセント波の条件について調べ,実現の可能性について考察した。

理論計算では,レーザービームによって発生する可動子の駆動力を理論的に予想するための物理モデルを構築し,可動子の形状・材質,入射光の状態等を考慮した数値計算を行なった。さらに、基礎実験および可動子の駆動実験で得られた結果と比較し,構築した物理モデルに考慮されるべき条件について考察した。また、光導波路からのエバネッセント波による可動子の駆動について理論的解析および数値計算を行ない,レーザーマイクロモータを駆動するのに最適な光導波路の設計・理論的評価を行なった。また、レーザーマイクロモータをアッセンブルするための手法としてレーザートラッピング技術を利用した方法について検討し,可能性を調べるための実験を行なった。
呼吸器領域における凍結療法の安全性の確立 周囲組織と隣接臓器への影響の実験的検討

肺の腫瘍が冠動脈に接している場合、凍結療法中、冠動脈周囲の組織温度も低下することが危惧された。冠動脈自体は十分な血流があるため一般にその壁が凍結されることはないものと考えられるが、周囲組織の温度の低下が血管の攣縮を引き起こすことがないか、今のところ実験データは何一つないのが実情である。そこで本実験では全身麻酔下の仔豚を用いて冠動脈血流量をドップラー装置で測定しながら冠動脈周囲の組織温度を段階的に下げていき、その変化を観察した。心膜に接する肺を凍結すると心膜も凍結するが、心臓は心嚢液を介して心膜と直接接することなく激しく運動しているため心筋が凍結することはなかった。したがって冠動脈周囲の温度は0°C以下にはならないことが示され、またその条件下では電磁流量計を用いて測定したところ冠動脈血流量は変化しなかった。しかし心膜炎の既往のある患者も凍結治療を受ける可能性があるので、更に心筋に直接凍結端子を当てて冠動脈あるいは冠動脈周囲を凍らせる実験も行った。電磁流量型を冠動脈に当てて、冠動脈の滅流量をモニターしながら冠動脈の近傍に凍結用端子を当てて冠動脈周囲を冷やしていくと、冠動脈自体が凍らない限りは、冠動脈流量に変化は無かつた。さらに冠動脈自体に直接凍結用端子を当ると)、冠動脈自体を凍らせることができる。その後融解させると血流は再開し元通り拍動が再開する。このときの血流量も凍結前と比べ減少していなかった。心筋は全体の層の外側1/2が壊死していたが、拍動(壁の運動性)、血圧、脈には影響が見られなかった。【背景】超高圧アルゴンガスを用いた凍結装置が開発され短時間に端子を中心とした一定範囲を-135°Cまで冷却できるようになった。また3断面表示CTが開発されたことから肺内の小型腫瘍に対し正確に誘導針を刺入し、さらにreal timeに凍結範囲を観察することが可能になった。しかし肺悪性腫瘍に対する局所麻酔下CT透視下cryoablationという極めて低侵襲な局所治療法において隣接する重要臓器への低温の影響などに関する基礎実験はまだほとんど行われていない。食道は内腔側から壁全層が凍結されると穿孔を起こすことが知られている。癒着が無ければ人工気胸を作ることでこの問題は回避できるが、結核等で癒着している場合肺の凍結は連続して食道壁の凍結を引き起こしうる。【目的】食道壁が肺組織を介して冷却を受ける際に、食道壁全層の凍結を回避する方法を確立すること。【方法】体重30kgの仔豚を全身麻酔下に右開胸した。最も影響が強い状況を考え、肺を介さず直接的に食道壁を凍結させた。このとき凍結部の食道内腔温度を測定した。16Frセイラムサンプ胃管を挿入し管内に45°Cの温水を30秒で約50ml注入し循環させた。注入中と注入停止後の測定温度、病理組織を比較し食道壁の凍結の程度を検討した。【結果】凍結開始前、食道内腔温平均35°C。温水注入開始とともに凍結を開始。凍結開始後凍結端子先端温度平均-126°C。食道内腔温1分後平均29.6°C。2分後平均24.8°C。3分後平均22.4°C。ここで注入を停止した。注入停止後、1分後平均15°C。2分後平均13.7°C。病理組織では食道筋層に高度なうっ血が見られたが、粘膜層には明らかな変化は見られなかった。【結語】胃管より45°Cの温水を注入することで20°C以下に下がることは防げた。

また、粘膜層には明らかな変化は見られなかった。胃管の太さや温水還流方法などを今後検討する必要がある。肺腫瘍に対して実臨床に於いてこれまで120例以上の症例に凍結療法を行ってきた。その臨床成績はJ Thorac Cardiovasc Surgにacceptされ2006年掲載予定である。本治療は局所制御力が80%と肺部分切除と遜色ないにもかかわらず、局所麻酔下に施行可能であるため術後在院日数が2.6日と低侵襲であることが特徴である。しかし肺実質を凍結するため近接臓器の冷却を避けることができない。本治療を希望しながら腫瘍の占拠部位が食道や心臓に近接するために適応とならなかった症例は少なくない。そこで本研究では特に低温環境により重篤な合併症を危惧される食道と冠動脈について豚を用いて基礎的実験を行った。全身麻酔下に豚を開胸し、臨床に用いているものと同じ凍結端子を直接食道に当てて食道壁を冷却した。食堂壁は薄いため容易に全層が凍結し壊死に陥った。生存実験を行えば数日後に食道穿孔が発生する状態である。そこで胃管を挿入し胃内に向けて45°Cの温生食を300mlゆっくり注入し、胃が張った状態でこれを吸引する操作(この間ほぼ1分)を食道を冷やしている間中繰り返した。食道内壁の温度は無処置では-130°Cであったものが、この操作により9°Cに保たれた。次に冠動脈の低温による血流の変化を電磁流量計を用いて測定した。現時点では冠動脈の直接凍結のみを実験的に行っているため、凍結により冠動脈は血流が途絶する。しかし凍結を終了すると血流は再開し電磁流量計で計測する限り凍結前の血流量と同じ血流量が得られている。冠動脈の凍結による長期的変化は今後検討する。肺腫瘍に対して実臨床に於いてこれまで150例以上の症例に凍結療法を行ってきた。その臨床成績の一部はJ Thorac Cardiovasc Surg2006;131:1007-13に報告した。そこで本研究では特に低温環境により、重篤な合併症を危惧される食道と冠動脈について豚を用いて基礎的実験を行った。食道壁は薄いため容易に全局が凍結し壊死に陥った。そこで胃管をいため容易に全層が凍結し壊死に陥った。生存実験を行えば数日後に食堂穿孔が発生する状態である。そこで胃管を挿入し胃内に向けて45度の温生食を300mlゆっくり注入し、胃が張った状態でこれを吸引する操作(この間ほぼ1分)を食道を冷やしている間中繰り返した。食道内壁の温度は無処置では-130°Cであったものが、この操作により9°Cに保たれ、組織学的な変化は生じなかった。この方法を用いれば臨床的にも食道近傍の肺転移巣に対し凍結療法が可能であることが示唆された。次に冠動脈の低温による影響を豚を用いて観察した。心膜こ接する肺を凍結すると心膜も凍結するが、心臓は心蓑液を介して心膜と直接接することなく激しく運動しているため心筋が凍結することはなかった。
哺乳類胎仔の in vivo ライブ観察系の確立

本研究「哺乳類胎仔のin vivoライブ観察系の確立」は,従来の「培養を介した器官観察法」が抱えていた「1循環系,結合組織の欠如など,三次元性・細胞組成についての問題」,「2観察対象が胎仔全身および母体から隔絶される問題」を克服すべく,二光子顕微鏡を用いて母体と胎盤でつながったままの胎仔に対するライブ観察系を立ち上げることをめざした.胎生14日目マウスの大脳皮質原基のなかのミクログリアが脳膜に向けて移動する様子を世界で初めてとらえた(論文投稿準備中).また,子宮内観察に供した胎仔の出産も達成できた.胎生期の母体炎症が脳発生に及ぼす影響をミクログリア動態に注目して研究する基盤が構築された.発生・器官形成の原理を研究するには,三次元組織における細胞動態をリアルタイム観察できる手法が有用である.脊椎動物のなかでは,従来,ゼブラフィッシュを用いた研究が真の「in vivo」イメージングを行なってきたが,哺乳類では.組織・器官の培養(explant cultureやslice cultureなど)と蛍光標識とを組み合わせることで,「in vivoに準じた立体的・三次元的な環境下」での細胞の生育・挙動の解析が果たされてきた.申請者も,脳の形成の原理を知るための研究に「スライス培養」を役立て,細胞の本来の形態,立体環境中での挙動を明らかにしてきた.しかし「組織・器官の培養」には,循環系,局所的三次元構造,母胎関係など,いくつかの欠落物がある.こうした種々の「欠落」を回避し,母胎連関を含めた環境因子全般の発生・形態形成への関与を研究する上では,「培養」ではない「完全に生理的」と言えるような次世代型イメージング法が求められる.それが「母体とつながったままの胎仔を羊膜越し・子宮壁越しにライブ観察する手法」である.本研究は,二光子顕微鏡を用いて母体と胎盤でつながったままの胎仔に対するライブ観察系を立ち上げる.「1」胎生期での単数回観察,「2」胎生期の経時的複数回観察,「3」胎生期から生後にかけての追跡観察の手法を,順に構築する.初年度は,「1」について,子宮内エレクトロポレーションを介しての細胞標識によって,一定の進捗を得ることができた.また,「2」「3」に関しての問題点あぶり出しが進行中である.研究の成果を次の学会で発表した。第39回日本神経科学大会(横浜市)、第39回日本分子生物学会年会(横浜市)胎生期単回観察については,予備的取り組みでE14-E15大脳原基に対する観察条件の検討してきたが,それをさらに進め,観察深度を増すように改善・至適化した.母体の麻酔後,子宮に対して筋弛緩,卵巣動脈結紮と間膜切断を施したのち,金属性の台座から伸ばしたネジ式の支持板2枚で観察対象の胎仔を含む子宮部位をはさみ付け,粘土で囲ったスペースに寒天を充満・固化させ,さらに上方からカバーガラスで軽く圧迫するという形式で「胎仔支持」を達成した.さらなる観察深度確保のための改善として,羊水の部分除去やカバーガラスによる上方からの押さえの度合い調整を行った.新型の装置(手製)を複数パターン作成し,胎齢や,子宮内ポジションに応じて胎仔保持の仕方を柔軟に変えられるよう,工夫した.また,E12-E13など若い胎齢での観察のためには保持装置を小型化した.子宮内エレクトロポレーション法で標識した脳原基部位を実体顕微鏡で見いだし,それを二光子顕微鏡での観察に供するための諸手続きの流れを確立することができた.このように一定の成果を上げることができた一方で,母体の呼吸や血流など視野揺動の原因の解明と対策に相当な時間を要したことなどの影響で,胎生期複数回観察と,生後にかけての追跡的観察については,遅れ気味であるので,次年度に重点的に取り組む予定である.発生・器官形成の原理を研究するには,三次元組織における細胞動態をリアルタイム観察できる手法が有用である.脊椎動物のなかでは,従来,ゼブラフィッシュを用いた研究が真の「in vivo」イメージングを行なってきたが,哺乳類では.組織・器官の培養(explant cultureやslice cultureなど)と蛍光標識とを組み合わせることで,「in vivoに準じた立体的・三次元的な環境下」での細胞の生育・挙動の解析が果たされてきた.申請者も,脳の形成の原理を知るための研究に「スライス培養」を役立て,細胞の本来の形態,立体環境中での挙動を明らかにしてきた.しかし「組織・器官の培養」には,いくつかの欠落物がある.循環系や脳膜・頭蓋など,脳以外の構造・システムの欠如に加えて,「切断」による本来のタテ成分・ヨコ成分のからみ合いや,越境的な細胞移動などへの影響が避けられない.そこで,こうした種々の「欠落」を回避し,母胎連関を含めた環境因子全般の発生・形態形成への関与を研究する上では,「培養」ではない,「完全に生理的」と言えるような次世代型イメージング法が求められる.それが,「母体とつながったままの胎仔を羊膜越し・子宮壁越しにライブ観察する手法」である.さまざまな試行錯誤を通じて,これまでに,胎生E14日目のトランスジェニックマウスノ大脳原基内ミクログリアの動態(脳原基実質から脳膜への移行など)をとらえることに成功している(複数回の学会発表済み.論文投稿準備中).

また,子宮内電気穿孔法で特定の蛍光蛋白質を発現させた胎生12-13日目の胎仔の脳原基を観察する系の確立にも取り組んできており,さまざまな留意点をあぶり出すことに成功して来ている.本研究の始まる前にはゼロであった技術的な情報を多く得ることができた.また,生体内とスライスで細胞挙動が異なることを関連論文として報告した.本研究「哺乳類胎仔のin vivoライブ観察系の確立」は,従来の「培養を介した器官観察法」が抱えていた「1循環系,結合組織の欠如など,三次元性・細胞組成についての問題」,「2観察対象が胎仔全身および母体から隔絶される問題」を克服すべく,二光子顕微鏡を用いて母体と胎盤でつながったままの胎仔に対するライブ観察系を立ち上げることをめざした.胎生14日目マウスの大脳皮質原基のなかのミクログリアが脳膜に向けて移動する様子を世界で初めてとらえた(論文投稿準備中).また,子宮内観察に供した胎仔の出産も達成できた.胎生期の母体炎症が脳発生に及ぼす影響をミクログリア動態に注目して研究する基盤が構築された.初年度には,「単回」観察を念頭に,まず最大の観察深度・分解能を得ることを念頭に,子宮筋層を切開し,羊膜越しに胎仔観察を行なう方針をとった.今後,複数回観察,生後に向けた追跡をめざす上で,できるだけ子宮筋層を維持したままで胎仔組織内のイメージングが果たせるよう,胎齢ごとに諸条件の検討を行う.具体的には,出産のために原則「子宮壁」は維持する予定であるが,子宮壁の厚い胎生早期中期の観察後に出産をめざす場合など,開窓・再縫合が必要なケースでは「帝王切開→里親による保育」とする.胎生期観察が胎生後期に行なわれる場合には,深部観察のために,胎仔の表皮・皮下組織・頭蓋骨原基(膜状構造)をいったん「flap」として開いてからまた戻す(表皮部を生体ボンドで接着)という方法をとる.また,胎生後期には,表皮・皮下結合組織の肥厚,頭蓋の軟骨細胞分化から骨化という「脳原基に対する深部観察にとって妨げとなり得る要因」が増す(予備実験結果).そこで「胎生後期2回目観察」時には子宮の開窓と羊膜除去でのライブ観察とし,それで不十分な場合は,胎仔の表皮・皮下組織・頭蓋骨原基(膜状構造)の除去を検討する.脳発生研究実施によって浮き彫りになった胎齢に応じた胎仔の脆弱性,母体の呼吸,循環・拍動などによる視野揺動の困難さなどへの対処のために,初年度は,当初の計画よりもやや基本的な諸条件の検討に時間を要した.このため,比較的高価な試薬類を用いて長時間にわたって行なう事が想定されていた複合的な実験群を次年度で実施する事となった.そこで,そうした解析群に関しての予算使用が初年度から次年度へと持ち越しとなった.初年度に行なった胎生期単回観察実績に立脚し,初年度はほぼ実施できなかった複数回観察,生後への追跡的観察をめざす.それにあたり,子宮筋層や胎仔の結合組織に対するさまざまな微小外科的模索の実施機会を多く確保する.このために初年度ある程度控え気味となったマウス購入を多めにし,諸条件の検討が充分にできるようにする.加えて,追跡的な長時間観察を充分に行なう予定である.こうした長時間観察の増加により,共同利用施設の使用料が,初年以上に多く必要となる事が見込まれる.また,技術補佐員による観察および画像情報の処理・とりまとめ等の補助を見込んでいる.
長距離走者の赤血球膜脂質について

毛細血管内を非常に速い速度で通過する赤血球(RBC)には変形能がある。その形と赤血球膜脂質との間にはphosphatidylcholine (PC)を中心とした脂質組成の違いがある。運動ではこれらの現象がさらに要求される。持久性トレーニングではその頻度,持続時間,血液中の代謝的変化などが赤血球膜脂質の量的・質的変化を起し,末梢血管抵抗,血液粘性,さらには最大酸素摂取量へ関係が考えられる。本研究では対照者群(n=10,男性,18.5±3.5才)と長距離走者群(n=11,男性,18.8±0.8才)のRBC膜脂質を比較し,その違いを検討した。それぞれのRBCをghoast cellsとし蛋白をBradford法で定量し,Folchたちの方法で得た脂質を薄層クロマトグラフィーで分離後,それぞれの脂肪酸をガスクロマトグラフィーで分析・定量した。総脂肪量並びにcholesterol量には全く差異はなかった。phosphatidylethanolamine (PE)は有意に低下し(p<0.05),パルチミン酸(C16),ステアリン酸(C18),リノール酸(C18: 2),メバロン酸(C24: 1)に有意な上昇がおき(それぞれp<0.05),アラキドン酸(C20: 4)には有意な低下が認められた(p<0.05)。ラットの遊泳トレーニングで得たmethyltransferase IとIIの亢進によるPEの低下とPCの増加が期待されたが,長距離走者群のRBC膜PCには量的にも質的にも変化はなかった。しかしsphyngomyeline (SM)に有意な増加が生じ(p<0.05),脂肪酸組成でもC16, C24: 1の増加,C18, C20: 4の減少がそれぞれ有意に認められた(p<0.05)。SMの量的・質的変化はセラミドとPCを介したsphyngomyelinase活性の亢進を意味し,長距離走者のRBCではmethyltransferase I, IIと-sphyngomyelinase活性の亢進が考えられた。そしてこれらの活性亢進の背景には,持久性トレーニング初期にはmethyltransferase I, IIを介したPE-PC関係,後期にはsphyngomyelinaseを介したPC-SM関係が区分されると考えられる。
両次大戦間期におけるカール・クラウスの文芸批評と時代批判

カール・クラウスは「文芸劇場」で独特の演劇的パフォーマンスを展開した。彼はまた腐敗したマスメディアを批判し、特にその代表はウィーンの「新自由新聞」である。彼は「時代の精神」に対し断固として反対しており、これは好戦的なファシズム(ムソリーニの場合)に、あるいはナチズム(ヒトラーの場合)に向かっていく傾向を見せる時代への批判であった。この抵抗の精神こそ、クラウスが何故に批判的知識人たちの中で、ある種の国際的名声を勝ち得たかの証左である。今年度のカール・クラウス研究では、クラウスが自らさまざまな論考や演劇作品、詩を寄稿し、さらに編集、発刊した「FACKEL」を集中して読み、彼の時代批判と文芸批評の全体をよく理解することができた。特にクラウスの時代批判に注目して、彼が第一次世界大戦を批判することで書き上げた「人類最後の日々」に注目し、当時のマスメディア(大新聞)と戦争賛美者・戦争加担者の癒着関係を詳細に分析できたことは、今年度の研究成果である。クラウスが最も批判したのはウィーンの大新聞である「Neue Freie Presse(新自由新報)」であり、その戦争賛美に満ちているさまざまな記事を載せることでセンセーションを巻き起こし、販売部数を驚異的に増やしていったビジネス路線がクラウスの批評精神によってどのように表現されているかを、丹念に彼の作品と政治的エッセーを読み、その内容を分析することで理解することができた。この成果は23年度執筆予定の論文で発表する。クラウスを対象とする23年度の研究では、今年得られた知見を基軸に、その細部につき理解を深める予定である。さらに今年度は、クラウスの生きた両次大戦間期が当時の文学者にどのように受容され、その作品にどのように表現されているかに注目して、後期の「ロスト・ジェネレーション」ともいうべきハイナー・ミュラーやミロ・ドールの批判精神を考察した。引き続き、彼らの戦争批判が文学作品で、どのように表現されているかを、23年度には精力的に研究する。今年度のカール・クラウスの研究では、前年度に集中して研究したクラウスの時代批判を踏まえ、彼の戦争批判とマスメディアへの批判を特に掘り下げて研究した。その成果として、日本独文学会の機関誌「ドイツ文学」(国際版第10巻)に寄稿した論文で、クラウスはその初期・中期の作品の中で、すでに「戦争」を取り上げ、戦争を緻密に分析し、大作『人類最後の日々』及び『第3のワルプルギスの夜』に至るまで、首尾一貫してあらゆる形態の戦争を批判していることを跡づけ、彼の「平和主義者」の面目を論証した。彼の戦争批判にあっては、当時の大新聞に代表されるマスメディアが扇情的に戦争を賛美する論調に陥っていることをクラウスは鋭く指摘し、この意味でも彼の戦争批判は現代に通じる価値を持っていることも論証づけた。このテーマに関しては、今年度はオーストリア・ウィーンに出張し、従来孤立した猜介固随の評論家と思われていたクラウスは文学論争にとどまらず、戦争批判に関しても、アルフレート・ケルなどの敵対者だけでなく、ベルトルト・ブレヒトなど盟友を見出し、プラハ、パリ、ベルリンへの「講演・朗読」の旅行で国外にまで広く影響を及ぼしたことを調査できたが、これも今年度の研究の成果であった。さらに今年度はクラウスの批判精神の淵源の一部をなす「オーストリアの啓蒙主義」にも着目し、ドイツとオーストリアで18世紀に隆盛をみた「啓蒙文化運動」に着目して、その肯定的側面と否定的側面を「ドイツ・オーストリア精神史」の観点で考察し、その現代にまで通じる批判精神の発祥をさまざまな観点から考察できたことは当該研究の重要な成果である。この研究はさらに継続して行われる予定で、平成24年度の研究では「批判的啓蒙の精神」が21世紀の今日まで持続している、その文化の流れを跡づける予定である。カール・クラウスの政治および文化に対する批判は多岐にわたっているが、特に当時の最大のウィーンの新聞『新自由新聞』に代表される文化の腐敗をクラウスは個々の記事に即して剔抉しており、私の研究ではその批判内容を具体的な批判の対象を詳しく調べ、成果としてクラウスの批判精神を精緻に検証し解明することができた。さらに、当時のマスメディアが煽り立て、批判的知識人たちが同様の傾向を見せて助長した、戦争へと向かう「時代の傾向」をクラウスが的確に把握していたことも当該研究は論証し、クラウスの政治批判を詳細に論証できた。当該研究では特にクラウスの有する文筆の力による批判精神と演劇的パフォーマンスの実践に着目し、彼が独自の「文芸劇場」という芸術表出形態を創造したことに着目し、彼の批判力の内実と、広くヨーロッパ演劇復興(特にオッフェンバッハ、シェークスピア、ネストロイ三名の劇作家の新解釈)の試みとを跡付けることができた。

従来の研究では偏狭固陋の「論争人間」としてクラウスはむしろ否定的に扱われてきたが、当研究ではクラウスの持つ「土着性」と「国際性」を見出し(ヨーロッパ演劇の再発見)、彼がヨーロッパの政治と文化の領域で、各地域、各文化圏を互いに交流させる「文化的架橋」の役割を果たそうとした試みも詳細に論じることができた。たとえば『二都市について』など一連の評論活動で、クラウスはベルリンとウィーンを対比し、オーストリアとドイツという国家の特質と国民性を「比較文化論」の形で論じており、彼の考察の射程は往々にしてヨーロッパ全域にわたっていることも確認し、そこから当論考は、クラウスの自らへの批判的内省をも含め、その客観的複眼思考を理解し、彼の分析力の鋭さも詳しく論じることができた。カール・クラウスの戦争批判とマスメディア批判は今年度までの研究で詳細に論証でき、当初目的とした研究は達成できた。しかし「研究の目的」の一つに挙げた総体的研究、つまりクラウスの言語観から出発して、彼の「政治・社会」と「文芸・文化」に対する批判については、この二項を有機的な相互関連の形でまとめるところまで研究は進渉していないので、当該研究は「やや遅れている」段階にある。24年度が最終年度であるため、記入しない。特に当時の「政治・社会」に対するクラウスの批判についてはこれまでの二年間の研究では不十分なところがあったので、この側面でのクラウスの批判精神を最終研究年度では集中して考察する予定である。この研究のため、クラウスがウィーンを中心とする祖国オーストリアを、客観的に冷静に批判できる端緒となった外国への講演旅行に注目し、彼がどのように外側から見たオーストリアの「政治・社会」を検証しているかを、今年度の考察の重要課題とする。具体的には、ベルリンとウィーンを比較する形でクラウスはドイツとオーストリアを比較検証しており、研究方法として今年度はクラウスのベルリンでの「講演・朗読活動」及び同地でのドイツの知識人との連帯を調査するため、ベルリンへの研究のための出張も考慮している。
植物の時計細胞ネットワークに生じたスパイラルパターンのマルチスケール解析

独自の研究成果である「植物にスパイラルパターンを発生させる技術」を応用して、複雑な植物細胞ネットワーク上にスパイラルパターンを発生させ、そのスパイラルパターンを器官、組織、細胞レベルのマルチスケールで解析し、スパイラルの中心にある位相特異点で細胞機能が自己崩壊するメカニズムを解明することを試みる。そして、そのメカニズムを利用した新たな細胞機能制御技術についての考察を行う。本年度の研究結果は以下のとおりである。1.前年度に引き続き、実験サンプル・実験条件の最適化、実験装置の調整を行った。特に、スパイラルパターンを発生させるための細胞リズムの光制御システムの改良を行い、より高精度でスパイラルを発生させる実験システムの開発を行った。2.実験と同時並行で、葉におけるスパイラルパターンのコンピュータ・シミュレーションを行った。特に、サーカディアンリズムの振幅に着目した解析を行い、葉脈による細胞ネットワークの複雑性、不均一性、非局所結合性について調べた。また、スパイラル対消滅のダイナミクスの解析を行った。その他、葉脈ネットワークに関連する研究項目としては、実際の葉脈の写真画像から葉脈パターンを抽出し、それをシミュレーションに利用するためのプログラム開発を行い、実際の実験データとの比較検討を可能とするシミュレーション環境を整えた。さらに、細胞レベルのダイナミクスを解析するために、分子モデルを用いたシミュレーショシに関する考察も行った。世界でも例を見ない独自の研究成果である「植物にスパイラルパターンを発生させる技術」を応用して、複雑な植物細胞ネットワーク上にスパイラルパターンを発生させ、そのスパイラルパターンを器官、組織、細胞レベルのマルチスケールで解析し、スパイラルの中心にある位相特異点で細胞機能が自己崩壊するメカニズムを解明することを試みる。1.実験サンプル・実験条件の最適化、実験装置の調整を行った。実験サンプルが長期間に渡って安定な活性を保つように、サンプル調整方法の改良を行った。また、スパイラルパターンを発生させるための実験システムの改良を行った。これらの改良により、スパイラルパターンの実験精度が向上した。特に、サーカディアンリズムの振幅に着目した解析を行い、スパイラルパターンのコア近傍で極度にリズムの振幅が減衰している様子や、葉脈上の細胞で振幅が減衰している様子を明らかにした。cmスケールにおけるパターン解析(器官レベルの同期現象、位相波の伝播、ならびに葉脈による位相遅れ効果)を解析するための準備ができた。また、mmスケールにおけるスパイラル・コアの構造およびμmスケールにおける細胞リズムの解析に必要な予備データを得ることができた。
次世代ネットワークにおける光バースト交換とCACに関する研究

インターネットサービスの多様化に伴い,基幹ネットワークのトラピックが爆発的に増大しており,高速・大容量な伝送技術および,サービス対応の品質制御技術が必要となっている.高速・大容量な伝送技術として,光バースト交換が注目されている.しかし光バースト交換は,バースト信号生成のための待機遅延と,経路資源予約のための待機遅延が発生する.これら2つの待機遅延がIPパケットの転送遅延を増大させる.この問題に対して,「バースト信号生成待機期間」と「経路資源の予約待機期間」を重畳させる方式が提案されているが,経路資源予約パケットの必須情報であるバースト信号長情報を推定する必要が生じる.そこで,バースト信号長推定方式として,BEJ(Burst length Estimation using Jacobson/Karels)を新たに提案し,評価実験により提案方式の有効性を示した.また,光バースト交換における品質制御技術として,FDL(Fiber Delay Line)を用いた棄却品質制御技術が研究されている.しかし,FDLを用いると遅延の増大を招く問題が発生する.そこで,新たにFDLスケジューリングアルゴリズムを提案し,評価実験により提案方式の有効性を示した.さらに,サービス対応の品質制御技術では,ネットワーク内部での輻較を回避しつつ,収容トラピックを最大化するために,入口ノードでの入力トラピックの制限率を最適化するCAC_ITL(Call Admission Control by Input Traffic Limitation)方式の提案を行った.CAC_ITL方式では,任意の交流トラピックを対象としており,交流トラピックが既知の場合と比較し,収容トラピック量の最大化に限界があった.このため,一部の交流トラピックが既知とする定式化を行い,その有効性を明らかにするとともに,観測するトラピックの選択法を明らかにした.今後の研究課題としては,光バースト交換方式においてBEJ方式とFDLスケジューリングアルコリズムの両万を適応した場合での有効性の評価がある.評価結果に応じて,提案手法を改良する必要がある.また,光バースト交換方式とCAC_ITL方式を統合し,品質制御技術を確立する必要がる.インターネットサービスの多様化に伴い,基幹ネットワークのトラピックが爆発的に増大しており,高速・大容量な伝送技術および,サービス対応の品質制御技術が必要となっている.高速・大容量な伝送技術として,光バースト交換が注目されている.しかし光バースト交換は,バースト信号生成のための待機遅延と,経路資源予約のための待機遅延が発生する.これら2つの待機遅延がIPパケットの転送遅延を増大させる.この問題に対して,「バースト信号生成待機期間」と「経路資源の予約待機期間」を重畳させる方式が提案されているが,経路資源予約パケットの必須情報であるバースト信号長情報を推定する必要が生じる.そこで,バースト信号長推定方式として,BEJ(Burst length Estimation using Jacobson/Karels)を新たに提案し,評価実験により提案方式の有効性を示した.また,光バースト交換における品質制御技術として,FDL(Fiber Delay Line)を用いた棄却品質制御技術が研究されている.しかし,FDLを用いると遅延の増大を招く問題が発生する.そこで,新たにFDLスケジューリングアルゴリズムを提案し,評価実験により提案方式の有効性を示した.さらに,サービス対応の品質制御技術では,ネットワーク内部での輻較を回避しつつ,収容トラピックを最大化するために,入口ノードでの入力トラピックの制限率を最適化するCAC_ITL(Call Admission Control by Input Traffic Limitation)方式の提案を行った.CAC_ITL方式では,任意の交流トラピックを対象としており,交流トラピックが既知の場合と比較し,収容トラピック量の最大化に限界があった.このため,一部の交流トラピックが既知とする定式化を行い,その有効性を明らかにするとともに,観測するトラピックの選択法を明らかにした.今後の研究課題としては,光バースト交換方式においてBEJ方式とFDLスケジューリングアルコリズムの両万を適応した場合での有効性の評価がある.評価結果に応じて,提案手法を改良する必要がある.また,光バースト交換方式とCAC_ITL方式を統合し,品質制御技術を確立する必要がる.
新領域強結合プラズマの物性

粒子間のクーロン相互作用エネルギーの熱運動エネルギーに対する比(=Γ)が大きいプラズマは強結合プラズマと呼ばれ、自然界では木星や白色矮星の内部、中性子星の外郭に存在するとされているが、実験室での強結合プラズマの実現は極端な高密度や低温のプラズマが必要とされるため困難とされていた。この研究の目的は荷電量の非常に大きな金属粒子を生成し閉じ込めることによって、これまで得られなかったような高いΓの強結合プラズマを実現し、この強結合プラズマを利用して、プラズマが気体、液体、固体と相転移していく過程でのプラズマの集団効果を研究しプラズマ物理の新しい分野を開拓することにある。研究の成果は次のような項目に要約される。(1)金属粒子に大きな荷電を帯電させ、これを閉じ込める方式および、金属粒子の熱運動を外部制御する方法の確立。(Γ値の外部制御)(2)Γ値の大きな金属粒子(一成分プラズマ)の基本的な物性が調べられた。(1)については、高電圧が印加されたシリコン単結晶板に粒径のそろった金属粒子(直径1mm前後)を乗せ、電子の10^8倍程度の電荷量をもつ一成分プラズマを模擬した系を作った。これらは重力と静電場によって2次元的に安定に閉じ込められている。さらにこのシリコン板下部より音波によって粒子に振動を与えた。画像として撮った粒子の軌跡の解析より振動は熱運動と等価的であり、Γ値は約2000まで制御できることが分かった。(2)この方法によってΓを変化させた時、Γが数百の時に2次元状の三角格子状の結晶化が起こることが観測された。この相転移のΓ値は理論的に予測されている値に近く、プラズマの結晶転移が実現された。またΓ値の高い液体領域で金属粒子密度の時間および空間的な揺らぎが観測され、波数、周波数スペクトルの解析を行い、これらと理論的に予想されている2次元強結合プラズマの静電プラズマ波の分散との比較を進めている。これによって強結合プラズマの波動の実験的検証が可能になりつつあり、これらの成果は現在論文にまとめられつつある。この研究の目的は荷電量の非常に大きな微粒子を生成し閉じ込めることによって、これまで得られなかったような高いΓの強結合プラズマを実現し、この強結合プラズマを利用して、プラズマが気体、液体、固体と相転移していく過程でのプラズマの集団効果を研究しプラズマ物理の新しい分野を開拓することにある。平成5年度の研究では(1)微粒子に大きな荷電を帯電させ、これを閉じ込め、(2)微粒子の熱運動を外部制御することによってΓを変化させる方法を確立し、(3)大きなΓ値で微粒子(プラズマ)の結晶化がおこる可能性を確かめることに重点がおかれた。(1)については粒径のそろった金属粒子(この実験では比較的大きな直径1mm前後の粒子が予備実験として用いられた。)などを用い、変形された高電圧電極上で帯電し、電荷量の計測によって電子の10^8倍の電荷量をもつ粒子が重力と静電場によって安定に閉じ込められていることが確かめられた。

(2)次にこの粒子に、音波によってランダムな振動エネルギーを与えることによって粒子の等価的な熱運動を制御し、粒子間のクーロン相互作用のエネルギーの熱運動エネルギーに対する比が広範囲に変えられ、1000を越える大きなΓが得られるが分かった。(3)この方法によってΓを変化させた時、Γが数百の時に2次元状の三角格子状の結晶化が起こることが観測された。この相転移のΓ値は理論的に予測されている値に近く、巨視的なプラズマイオンの結晶転移が実現された。(これらの詳細な結果は平成6年度にまとめられ論文化される予定である。)平成6年度の研究では、帯電金属粒子を使った2次元-成分強結合プラズマのΓ値、密度揺動の計測と解析法の開発が行われた。シリコン単結晶板に高電圧を印加し、粒径のそろった金属粒子(直径1mm前後)をこの上に乗せ、大電荷量をもつ-成分プラズマを模擬した系を作った。粒子の電荷量は、重力と静電場の釣り合いを利用して正確に計測された。また粒子の運動をビデオを使って画像として撮り、これを計算機に取り込み粒子の位置を1/30秒ごとに計算する方式を開発した。これによる粒子軌跡の解析より粒子の速度分布関数が求められ、粒子の振動運動ははマックスエル分布を持った熱運動と等価的であり、Γ値が計算された。この系ではΓ値は約2000まで制御できることが分かった。金属粒子密度を変化させ、温度を計測し、Γ値を変えていった実験により、Γ値が300(粒子の回転運動も熱運動として考慮するとこのΓ値は214となる)で6方晶形の結晶化が起こることが観測され、このような系で2次元-成分強結合プラズマの相転移が模擬出来ることが始めて示された。また粒子の存在する領域をメッシュに切り、各セルの中の粒子を計算することによって密度の空間分布が求められ、密度の空間的、及び時間的な揺動の計測が行われた。強結合プラズマの物性はその集団現象の観測によって明らかにされることが理論で予想されており、密度揺動のスペクトルは重要な物理課程を含んでいるとされている。実験ではΓ値の高い液体領域で金属粒子密度の時間および空間的な揺らぎが観測され、波数、周波数スペクトルの解析を行い、これらと理論的に予想されている2次元強結合プラズマの静電プラズマ波の分散との比較が行われた。