hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
曲げ振動の低減に用いる圧電素子の性能向上に関する研究

はりや平板等に圧電素子を貼付し,それに回路等を接続して電気的に曲げ振動を制御する手法が多数提案されているが,機械式の装置に比べていずれも制振性能が低い.そこで,圧電素子の効果を高める方法として,貼付対象と圧電素子の曲げ剛性を整合する手法を提案した.なお,スペーサを介して対象に圧電素子を貼付することで曲げ剛性の整合を行った.また,さらに効果を高める方法としてスペーサを長手方向に延長する方法と負剛性を付加する方法を提案し,電気的に静電容量を調整する方法についても検討した.はりや平板等に圧電素子を貼付し,それに回路等を接続して電気的に曲げ振動を制御する手法が多数提案されているが,機械式の装置に比べていずれも制振性能が低い.そこで,圧電素子の効果を高める方法として,貼付対象と圧電素子の曲げ剛性を整合する手法を提案した.なお,スペーサを介して対象に圧電素子を貼付することで曲げ剛性の整合を行った.また,さらに効果を高める方法としてスペーサを長手方向に延長する方法と負剛性を付加する方法を提案し,電気的に静電容量を調整する方法についても検討した.交付申請書に記載した内容に沿って説明する.理論的な検討の結果,効果が低いと判断したものは研究を中止した.逆にその後新しく取り組んだ研究もあるので,それについては最後にまとめる.1圧電素子貼付範囲の制振対象の剛性,圧電素子の機械的剛性,電気的剛性の関係を明らかにする理論的に三種類の剛性の関係を求め,制振対象の剛性と圧電素子の機械的剛性が等しくなる場合に圧電素子の制振効果が最も高くなるという知見を得た.これは,視点を変えれば,圧電素子を制振対象に貼付する場合にもインピーダンス整合の考え方が適用できるということである.実験では,スペーサーを介して圧電素子を貼付することによって最適な剛性の関係を実現し,従来のように直接貼付した場合と比べて本研究では最大で約5倍の性能が得られた.2負剛性を用いる手法の検討圧電素子を貼付するとその範囲の剛性が大きくなるが,これは圧電素子の制振性能の低下につながる.1ではスペーサーを用いて圧電素子の見かけの剛性を高めることでインピーダンス整合を図ったが,制振対象の剛性を低下させて整合を図る方が本来は効果が大きい.そこで,電気的に圧電素子貼付範囲の剛性を低下させる手法と機械的な構造でそれを達成する手法を考案し,理論的にその有効性を確認した.次年度中に実験的にも検証し,成果をまとめる予定である.3接着剤のモデル化と圧電素子の幅方向の拘束の影響圧電素子の性能を理論的に求める上で,圧電素子の幅方向の拘束と接着剤の剛性の影響が無視できないことが新たに分かったため,それらの理論的なモデル化を行った.その結果,圧電素子は長手方向だけでなく,幅方向にも強く拘束する方が制振性能は高くなるという知見を得た.今年度は圧電素子の性能を決定する因子を理論的に明らかにした.次年度はこれらの知見をもとに実際に性能を高める装置の研究を進める.交付申請書に記載した内容に沿って説明する.研究を進める上で多少変更した点がある.1負剛性を用いる手法の検討前年度までに,圧電素子の剛性と貼付対象の剛性を整合すると圧電素子の制振効果が最も高くなるという知見を得た.また,圧電素子の剛性を高めることで整合するよりも貼付対象の剛性を低減することで整合する方がよいという知見も理論的に得ていた.そこで,これを実現する方法として,スペーサーを長手方向に延長することで貼付対象の剛性を低減する手法と,圧電素子を用いて負剛性を電気的に付加することで貼付対象の剛性を低減する手法を提案し,実験で両方の効果を検証した.スペーサーを延長する手法では延長した長さに比例して効果が向上し,電気的に負剛性を付加する方法では直接貼付に比べ,最大で10倍程度の性能が得られた.2静電容量調整回路を用いる手法交付申請書では負性キャパシタンスを用いる手法を検討するとしていたが,性能の向上と安定性がトレードオフの関係にあり,実験でも不安定化する現象が確認されたため,負性キャパシタンスの使用を断念した.これは圧電素子の静電容量を減算的に減らすことで性能の向上を図る手法であり,これが回路の調整を困難にする主因であったため,代わりに静電容量調整回路を提案した.この回路では圧電素子の静電容量を除算的に減少させるため,回路の調整が容易になった.また,合計の静電容量が等しければ,二つの方法で効果に差異はない.理論と実験の両方で有効性を検証した.
リ-マン多様体上の無限小変換群の研究

完備なリ-マン多様体が本質的無限小射影変換群を許容していれば、この多様体は正定曲率空間に等長的であろうか?この問題を背定的に証明しようというのがこの研究の目的である。ユ-クリッド球面上のスカラ-関数のラプラシアンの第2固有値の固有関数がみたしている微分方程式が、この研究目的には有効である。なぜならば、完備なリ-マン多様体上に,この微分方程式をみたすスカラ-関数が存在すれば,このリ-マン多様体は正定曲率空間に等長的であることが知られている。従って、本質的無限小射影変換群を許容する多様体上には,この微分方程式をみたすスカラ-関数が存在することを示せばよい。事実、多様体がコンパクトで、かつスカラ-曲率が一定な場合には、グリ-ンの定理を用いて、この微分方程式をみたすスカラ-関数の存在することが証明されている。多様体の構造をその接バンドルの構造との関連において調べることは、しばしば行われる手法である。多様体上の無限小射影変換全体の作るリ-環と、complete lift metricをもつその接バンドル上のfibre-preserving無限小共形変換全体の作るリ-環との間の対応を調べることにより、多様体がharmonic curvatureの場合には、この多様体上に、この微分方程式をみたすスカラ-関数の存在することが証明できる。harmonic curvatureなる条件を取り除くためには、接バンドルの構造を更に深く調べる必要がある。接バンドル上の幾何学としては、フインスラ-幾何学が有名である。そこで,今年度はフインスラ-幾何学における無限小共形変換群の研究を行なった。
大脳皮質の層構造形成に関係する新規Deltaレセプターのクローニング

我々は、マウスの胎児脳から、分岐したDeltaをコードする遺伝子をクローニングした。大脳の発生過程において、この遺伝子はpreplateの一部であるsubplate neuronに選択的に、かつ一過的に発現し、層構造形成への関与が示唆される。また、大脳皮質ニューロンのprimary cultureに、細胞外ドメインのみを発現させ可溶化したこの分子を加えると、細胞の形態が変化し、進展していた神経突起が著しいretractionをおこす。これらの結果から、皮質を形成するニューロンがsubplateを通り抜けるときにレセプターを介して、subplate上に発現しているこの分子と接触して、なんらかの調節を受けている可能性が考えられる。さらに、視床から大脳への投射を調節している可能性も考えられる。この分子の細胞外ドメインにalkaline phosohataseを結合し、293T細胞に導入して、培地中にフユージョン蛋白質を分泌する系を作った。この培地中に分泌されたフユージョン蛋白質を精製し、マウスの胎児を用いてこのフユージョン蛋白質がどこに結合するかを検討したところ、受精後14-16日目の大脳皮質に結合活性が認められた。受精後10日目のマウス胎児の頭部から神経幹細胞を分離し、分化を誘導する条件で培養して、各分化段階の細胞からRNAを抽出し、発現ベクターを用いてcDNAライブラリーを作製した。現在、このライブラリーをCOS7細胞に導入して発現させ、前述のフユージョン蛋白質をプローブに、alkalin phosphatase活性を指標にスクリーニングしている。
地震派によるマントルダイアピルのイメージング

地殻及び上部マントルに異常構造の認められる栃木県中禅寺湖周辺域及び宮城県鬼首地域に有線・無線テレメータによる地震観測網を設置するとともに,オフラインのイベントレコーダによる稠密地震観測網を展開した.これらのデータを用いてS波反射面の検出及び空間分布の推定,P波及びS波高度構造トモグラフィ,地震波減衰構造トモグラフィ及び地震波異方性構造の推定を行った.その結果,以下のことが明らかになった.(1)マントルウェッジ内に,太平洋プレートとほぼ平行に傾斜して分布し,活火山直下まで達する地震波低速度域は,地震波減衰構造トモグラフィでも高減衰域としてイメージングされた.すなわち,マントルウェッジから地殻を経て活火山直下まで達する低速度・高減衰の火山の根-マントルダイアピルが明瞭に描き出された.(2)鬼首地域下では,このマントルダイアピルから連続するように,地殻中でこの地域に分布するカルデラ構造に対応して低速度域となっている.(3)S波反射面は地殻中深部に検出され,その空間分布を見ると,カルデラとカルデラをつなぐ領域に分布する.1996年鬼首地震(M5.9)はその直上のseismogenic zoneで発生しており,これらの不均質構造と密接に関連していることを想定させる.(4)S波のスプリッティングから推定される異方性構造では,広域応力場の最大圧縮軸方向と平行にS波の早い振動方向が卓越することがわかった.これはクラックの面が,その方向に並んでいると解釈すれば説明できるものである.(5)マントル最上部の地震波低速度・高減衰域ーマントルダイアピルの分布,地殻中の温度構造,S波反射面の分布,低周波微小地震の分布等は,火山の根に対応する異常構造を反映するもので,これらと地殻上部で発生する内陸地震とが密接に関連していると推定され,それを説明するモデルを提案した.地殻及び上部マントルに異常構造の認められる栃木県中禅寺湖周辺域及び宮城県鬼首地域に有線・無線テレメータによる地震観測網を設置するとともに,オフラインのイベントレコーダによる稠密地震観測網を展開した.これらのデータを用いてS波反射面の検出及び空間分布の推定,P波及びS波高度構造トモグラフィ,地震波減衰構造トモグラフィ及び地震波異方性構造の推定を行った.その結果,以下のことが明らかになった.(1)マントルウェッジ内に,太平洋プレートとほぼ平行に傾斜して分布し,活火山直下まで達する地震波低速度域は,地震波減衰構造トモグラフィでも高減衰域としてイメージングされた.すなわち,マントルウェッジから地殻を経て活火山直下まで達する低速度・高減衰の火山の根-マントルダイアピルが明瞭に描き出された.(2)鬼首地域下では,このマントルダイアピルから連続するように,地殻中でこの地域に分布するカルデラ構造に対応して低速度域となっている.(3)S波反射面は地殻中深部に検出され,その空間分布を見ると,カルデラとカルデラをつなぐ領域に分布する.1996年鬼首地震(M5.9)はその直上のseismogenic zoneで発生しており,これらの不均質構造と密接に関連していることを想定させる.(4)S波のスプリッティングから推定される異方性構造では,広域応力場の最大圧縮軸方向と平行にS波の早い振動方向が卓越することがわかった.これはクラックの面が,その方向に並んでいると解釈すれば説明できるものである.(5)マントル最上部の地震波低速度・高減衰域ーマントルダイアピルの分布,地殻中の温度構造,S波反射面の分布,低周波微小地震の分布等は,火山の根に対応する異常構造を反映するもので,これらと地殻上部で発生する内陸地震とが密接に関連していると推定され,それを説明するモデルを提案した.観測フィールドとして設定した栃木県日光周辺域および福島県桧枝岐周辺域において,臨時地震観測網を構築した.従来の既設定常微小地震観測網データを用いた3次元地震波速度構造インバージョンでは,福島県桧枝岐から栃木県中禅寺湖周辺まで,全域にわたって低速度域が分布していたが,稠密地震観測網の構築により,はるかに詳細な地殻・上部マントルの3次元P波速度構造が得られた.P波トモグラフィによると,低速度域は,より局在しており,日光白根山北西側の最上部マントルから直下の地殻浅部まで,傾斜したまま連続して分布していることは明らかになった.深部マグマの移動に密接に関係すると推定される低周波微小地震は,低速度域内では発生せず,むしろ,その周縁に発生しているなど,最上部マントル内のマントルダイアピルとそこから地殻浅部に上昇するマグマの実態の一端を捉えることができた.さらに,当該領域内で1949年に発生したいわゆる「内陸直下型地震」である今市地震(マグニチュード6.4)の発生原因の理解にも進展がみられた.すなわち,3次元速度構造インバージョンでイメージされたマグマ溜り・今市地震の震源域および断層面・広域応力場との関係から,今市地震はマグマ溜り内の圧力が増加したことによりトリガーされた可能性が極めて高いことが推定された.この推定を裏付けるように,今市地震の直後の1952年には日光白根山で小噴火が発生している.

栃木県日光足尾地域と福島県檜枝岐地域では,有線及び無線テレメータを用いた臨時地震観測網による観測を前年度より継続し,現在もデータを蓄積中である.さらに,1996年8月に栗駒火山に近接した宮城県鬼首地区でM5.9を最大地震とする活発な地震活動が発生したので,この地域も新たに観測フイールドと設定し,臨時稠密地震観測網を構築した.この地域も地表の火山に至る地殻・上部マントルの地震波異常構造が顕著にみえているからである.8月11日M5.9の地震発生直後から,数回にわたり大規模の臨時地震観測を実施した.1回目は8月11日から設置した臨時観測網でオフラインのレコーダと中帯域地震計による5点の観測点を設置した.観測期間は8月11日から約10日間である.2回目は,オフラインレコーダと短周期地震計による40点の観測点からなるアレイ観測であり,8月28日30日の期間に行った.3回目は,10月14日12月5日の期間に実施した28点から成るオフラインのレコーダと中帯域地震計及び短周期地震計を組合せた臨時観測である.さらに6観測点で構成した広域テレメータ観測網を10月以降構築し,現在も観測を継続中である.これらの臨時観測によって,ぼう大な地震波形データが得られた.現在データ解析を行っているところであるが,予備的な解析から栗駒火山西側に顕著な地震波減衰域が存在することが明らかになった.山頂よりやや西側にズレており,栗駒火山へのマグマ供給システムを考える上で興味深い.平成8年度に引き続き、中禅寺湖周辺域に有線・無線テレメータによる臨時地震観測網を設置した.また新たに観測フィールドに設定した鬼首地域に有線・無線テレメータによる地震観測網を設置するとともに,オフラインのイベントレコーダによる稠密地震観測網を展開した.これらのデータを用いてS波反射面の検出及び空間分布の推定,P波及びS波速度構造トモグラフィ,地震波減衰構造トモグラフィ及び地震波異方性構造の推定を行った.その結果,以下のことが明らかになった.(1)マントルウェッジ内に,太平洋プレートとほぼ平行に傾斜して分布し,活火山直下まで達する地震波低速度域は,地震波減衰構造トモグラフィでも高減衰域としてイメージングされた.すなわち,マントルウェッジから地殻を経て活火山直下まで達する低速度・高減衰の火山の根-マントルダイアピルが明瞭に描き出された.(2)鬼首地域下では,このマントルダイアピルから連続するように,地殻中でこの地域に分布するカルデラ構造に対応して低速度域となっている.(3)S波反射面は地殻中深部に検出され,その空間分布を見ると,カルデラとカルデラをつなぐ領域に分布する.1996年鬼首地震(M5.9)はその直上のseismogenic zoneで発生しており,これらの不均質構造と密接に関連していることを想定させる.(4)鬼首地域においてS波のスプリッティングから推定される異方性構造では,広域応力場の最大圧縮軸方向と平行にS波の速い振動方向が卓越することがわかった.これはクラックの面が,その方向に並んでいると解釈すれば説明できるものである.(5)マントル最上部の地震波低速度・高減衰域-マントルダイアピルの分布,地殻中の温度構造,S波反射面の分布,低周波微小地震の分布等は,火山の根に対応する異常構造を反映するもので,これらと地殻上部で発生する内陸地震とが密接に関連していると推定され,それを説明するモデルを提案した.
裏切りの隠蔽と検出における無意識的過程

協調行動は裏切りがあると成り立たない。だからこそ我々は裏切りに厳しい。だが、邪な意図を巧みに隠蔽するものがおり、裏切り行為は無くならない。本研究では裏切りの隠蔽と検出に関する申請者の研究から生じた「裏切りシグナルの隠蔽やその検出は無意識的な過程か、それとも意識的か?」という疑問を検討する。コミュニケーションにおける時間的制約と人間の処理容量の限界から、裏切りの隠蔽と検出は無意識的な過程を反映するという仮説の立て、行動実験、眼球運動・瞳孔径測定などを駆使し、この仮説を実証的に検討する。
有機ルテニウム錯体の特異的反応性と触媒作用

1.ヒドリドルテニウム錯体と有機シアノ化合物の反応有機ルテニウム錯体の反応性に関する研究の一環として、ヒドリドルテニウム(II)錯体[RuC1H (CO) (PPh_3)_3](1)と有機シアノ化合物との反応について研究を行った。1と含水芳香族ニトリルまたは1と芳香族アミド+芳香族ニトリルとの反応により、いずれもN-イミドイルイミダト型キレート錯体[RuC1{OC (R)=N-C (C_6H_4Me-P)NH}(CO) (PPh_3)_2](2a ; R=C_6H_4Me-P,20;R=C_6H_5)が生成することを明らかにした。1と脂肪族アミド+芳香族ニトリルとの反応でも反応するN-イミドイルイミダト錯体(2C;R=CH_3)が生成することがわかった。なお、含水o-トルニトリルとの反応では、o-トルアミドのほかに特異的な構造をもつシクロメタン化錯体[Ru (C_6H_3Me-CH=N-C_6H_4Me-P)C1 (CO) (PPh_3)_2](3)が少量することがわかった。3が生成する機構については、引き続き検討が必要である。2.ヒドリドルテニウム錯体とプロパルギルアルコール類との反応錯体1はプロパルギルアルコール及び2-メチル-3-ブチン-2-オールと反応して、それぞれ五配位錯体[Ru (CH=CHCR_2OH) C1 (CO)-(PPh_3)_2] (R=H,4a ; R=CH_3、4b)を生成した。これらは溶液中でβ-水素を脱離し、一部もとのアルコールと1に戻った。CO存在下では、安定な6配位錯体[Ru (CH=CHCR_2OH) C1 (CO)_2 (PPh_3)_2] (R=H,5a ; R=CH_3,5b)を生じた。さらに、1,3-ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン(dppp)共存下で反応させると、[Ru (CH=CHCR_2OH) C1(CO (dppp) (PPh_3)] (R=H,6a ; R=CH_3,6b)を生成した。原料錯体1と5bとの構造をX線構造解析によって確認した。殊に、1の結晶中にはホルミル錯体[Ru (η^1-CHO) C1-(PPh_3)_3]が約16%固溶体として含まれていることが注目される。
沿岸水域の埋立とその水防災に関する研究

沿岸水域における埋立は,わが国の大都市においてますます大規模にれようとしており,そこに建設される都市は高度の発達した,また多岐にわたる機能する巨大都市である.このような都市が一たび災害を受けた場合,直接的ならびに間被害は甚大であり,測り知れない社会的・経済的影響を与えることは,この度の阪神路大震災からも明らかである.本研究は,沿岸水域の埋立に関して水防災工学の立場から水域の変化測するとともに,沿岸都市の洪水・高潮対策を考察し,都市の高い安全性の確保に貢ようとするもので,つぎに挙げる課題に重点をおいて研究を行った.1.河川の洪水流出に及ぼす影響2.洪水,高潮および波浪特性の変化3.洪水・高潮氾濫の動態と地下空間への浸入4.埋立による海底形状の変化5.閉鎖水域の環境改善これらの成果に立って,埋立の影響評価を行い,埋立計画(規模,形実施時期や順序)を水防災的にみて合理的にするための技術的手段を構築しようとするものである.さらに,災害発生時の被害軽減のための構造物的対策などのハード技術の役割を評価するとともに,予・警報システム,避難計画などのソフト技術のあり方についても検討している.ただし,上記研究課題のずべてが解決されたとは言えず,所期の目的を達するに至らなかった課題もあり,これについては今後さらに研究を進めていく必要がある.沿岸水域における埋立は,わが国の大都市においてますます大規模にれようとしており,そこに建設される都市は高度の発達した,また多岐にわたる機能する巨大都市である.このような都市が一たび災害を受けた場合,直接的ならびに間被害は甚大であり,測り知れない社会的・経済的影響を与えることは,この度の阪神路大震災からも明らかである.本研究は,沿岸水域の埋立に関して水防災工学の立場から水域の変化測するとともに,沿岸都市の洪水・高潮対策を考察し,都市の高い安全性の確保に貢ようとするもので,つぎに挙げる課題に重点をおいて研究を行った.1.河川の洪水流出に及ぼす影響2.洪水,高潮および波浪特性の変化3.洪水・高潮氾濫の動態と地下空間への浸入4.埋立による海底形状の変化5.閉鎖水域の環境改善これらの成果に立って,埋立の影響評価を行い,埋立計画(規模,形実施時期や順序)を水防災的にみて合理的にするための技術的手段を構築しようとするものである.さらに,災害発生時の被害軽減のための構造物的対策などのハード技術の役割を評価するとともに,予・警報システム,避難計画などのソフト技術のあり方についても検討している.ただし,上記研究課題のずべてが解決されたとは言えず,所期の目的を達するに至らなかった課題もあり,これについては今後さらに研究を進めていく必要がある.河川の洪水流出に及ぼす埋立の影響に関しては、3次元多層モデルを大阪湾に適用し、埋立によるトレーサーおよび濁度物質の空間的な濃度分布変化を予測するなど重要な知見を得ている。洪水・高潮の氾濫解析については、大阪湾を対象として高潮とその氾濫とを同時に解析し得るモデルを開発し、このモデルを用いて現在の高潮対策の評価を行なうとともに、海面上昇による高潮規模の変化およびそれによる高潮氾濫の規模予測を行なった。また、海岸堤防からの越流のみでなく越波による氾濫も考慮することにより、越波が氾濫域拡大に与える影響についても検討を行なった。高潮や洪水の氾濫による地下空間における浸水過程については、管・開水路流れが共存するような流れの解析手法を開発し、水理実験によるモデルの検証を行ない、良好な結果を得ている。さらに、実際の地下街における浸水についても、地上と地下街での氾濫をリンクして解析し得るシミュレーション手法を開発し、これによって地下街における浸水対策の評価が可能となった。埋立による高潮・波浪の変化については、大規模杭式構造物の設計波浪や波浪による埋立構造物の沈下機構について研究が進展しており、埋立による波浪場の変化特性に関しても研究が進展中である。大阪湾域都市を対象に、高潮や津波氾濫時の避難行動およびライフラインの防災について研究が進展しつつある。海岸水域における埋立は、わが国の大都市においてますます大規模に行われようとしており、そこに建設される都市は高度の発達した、また多岐にわたる機能を有する巨大都市である。このような都市が一たび災害を受けた場合、直接的ならびに間接的被害は甚大であり、測り知れない社会的・経済的影響を与えることは、この度の阪神・淡路大震災からも明らかである。本研究は、沿岸水域の埋立に関して水防災工学の立場から水域の変化を予測するとともに、沿岸都市の洪水・高潮対策を考察し、都市の高い安全性の確保に貢献しようとするもので、つぎに挙げる課題に重点をおいて研究を行った。1.河川の洪水流出に及ぼす影響2.洪水、高潮および波浪特性の変化3.洪水・高潮氾濫の動態と地下空間への侵入4.埋立による海底形状の変化5.閉鎖水域の環境改善これらの成果に立って、埋立の影響評価を行い、埋立計画(規模、形状、実施時期や順序)を水防災的にみて合理的にするための技術的手段を構築しようとするものである。さらに、災害発生時の被害軽減のための構造物的対策などのハード技術の役割を評価するとともに、予・警報システム、避難計画などのソフト技術のあり方についても検討した。ただし、上記研究課題のすべてが解決されたとは言えず、所期の目的を達するに至らなかった課題もあり、これについては今後さらに研究を進めていく必要がある。
「砂漠化」における中国モンゴル牧畜民の資源利用と環境政策

1.モンゴル牧畜民は「砂漠化」対策において伝統的知識および市場を巧みに活用している。2.政策立案者とモンゴル牧畜民において「砂漠化」認識とその対策および「牧畜」認識が異なる。そのために、環境保全を企図した政策が必ずしも環境保全につながっていない。こうしたなかで、地方政府は自らのイニシアティブで実情にあわせた政策を実施している。3.環境政策の立案には地域住民の生業理解と伝統的知識の活用が重要である。平成20年度は、資料収集およびフィールド調査から以下の研究成果を得、その一部を国際フォーラム(中国内モンゴル自治区フフホト市)、第15回シンポジウム「中国乾燥地における緑化技術とその将来」V(日本緑化工学会乾燥地緑化研究部会)、第1回中国西南文化と環境に関する高級学術フォーラム(中国湖北省三峡大学)にて報告した。その大まかな内容な下記の3つである。1.従来、干ばつに対する牧畜民の対応は移動であった。中国内モンゴル自治区ウーシン旗では干ばつの進行とともに定着化のなかで、比較的豊富な地下水を利用した灌漑農業による飼料生産とブタの肥育と繁殖が進んでいる。この理由は、ウーシン旗が天水農業、ブタの肥育および食生活におけるブタ肉の利用という社会的文化的な背景をもつからである。他方で、内モンゴルの多ぐを占める地下水資源が限られている他地域での定着化の進行は飼料の購入による経費の拡大、もしくは、家畜数の減少によって牧畜民の貧困化をもたらす危険性があることを示唆している。2.砂漠化認識とその対策において、政府と地元住民の間に自然環境と家畜をめぐる認識の差を植林ボランティアの事例および環境政策の事例研究から明らかにした。3.生態移民政策に関しては、地方政府が独自に補償金の支給、実情にあわせた放牧管理の推進、新たな農地開墾の禁止、河川水による牧地の灌漑などを実施している。しかし、地元政府の対応は中央政府の政策施行とのはざまで大きくゆれており、地元政府や現地に暮らす人びとの視点を取り入れた環境政策の立案の必要性が改めて明らかになった。今後も学会、論文等で随時発表する。平成22年度における資料収集および聞き取り調査によって明らかになった成果はおおきく下記の2つにまとめられる。1.モンゴル牧畜民にとって「砂漠化」とは干ばつや河川水の減少である。これらへの対応は従来移動であったが、定住化が進んだ現在、人と家畜と草原に立脚した伝統的な知識を活用しつつ対応している。そうしたなかで、農耕への依存が拡大している。灌漑による飼料栽培だけでなく換金作物の栽培も拡大し、モンゴル牧畜民の農耕とのかかわりが急激に変容している。また、市場を巧みに活用し、家畜を売却によって処分することによって「砂漠化」の被害を最小限に抑えるだけでなく、家畜を淘汰している。家畜の経済的な価値の大きさは研究代表者が当初より注目していたことであるが、牧畜と市場経済の親和性があらためて示唆されるとともに、交易など歴史的な研究が必要であることが明らかになった。2.環境保全を企図した政策が必ずしも環境保全につながらない背景の一つには、政策立案者、地元政府と地元住民において「砂漠化」および「牧畜」認識が異なることがある。それは、モンゴル牧畜民と漢族農民の「緑」と家畜への認識の相違である。3.牧畜だけでなく、農耕においてモンゴル牧畜民の伝統的な知識が活用されている。その土台にはモンゴル牧畜民の世界観を支える人と家畜と草原の3つの関係がある。しかしながら、この関係は現在環境政策による強制移住によって急激に破壊されている。モンゴル牧畜民の伝統的知識および世界観の総合的および比較研究が急務である。国内外での積極的な公開に重点をおき、研究成果を国内外の雑誌、図書に加え、日本文化人類学会、The 16^<th> Congress of IUAESなど文化人類学関連の学会、IHDP、ヨーロッパ科学財団後援による国際会議など、国内外で広く公開した。
要介護高齢者の身体活動と栄養学的特性・特に小腸の細菌異常増殖について

われわれは、前報(Mitsui T, Shimaoka K, Hepatogastroenterology 2006;53:82-85)において、小腸細菌増殖(Small bowel bacterial overgrowth, SBBO)は、比較的健康な高齢者にはみられず、身体に障害があり介護が必要な施設高齢者にみられ、SBBO陽性者の約半数がBMI18.5以下の体重不足であることを報告した。これまでも、多くの論文や総説により、SBBOが原因と思われる栄養素の吸収低下による体重の減少、慢性下痢、脂肪便が報告されている。さらに、最近、SBBO陽性者の骨密度低下も報告されている(Di Stefano et al1. Dig DisSci 2001, Stotzer etal. Hepatogastroenterology 2003)が、いずれも比較的若い胃切除者や慢性の消化器疾患者を対象としている。したがって、高齢者におけるSBBOが骨密度に与える影響については不明であり、検討の必要がある。今回、健康な高齢者17人(m4, f13, 80.8±1.1歳)と要介護者(m12, f21, 80.6±1.1歳)を対象とし、骨密度は二重X線吸収法(DEXA)を用いて腰椎と大腿部を測定し、SBBO、身体活動量、食事調査は前回と同様に評価した。結果、腰椎では、健常高齢者、要介護SBBO陰性者、要介護SBBO陽性者とも70%以上が骨棘や圧迫骨折などの損傷をもち、骨密度にも有意差は見られなかった。一方、大腿骨の年齢相対値(Zスコア)は、健常者0.9と比較して、SBBO陰性者では-0.5(P<0.01)とSBBO陽性者-0.1(P<0.05)と有意に低かった。要介護者内においては、SBBOによる有意差は見られなかった。これらの結果は、70歳をこえる高齢者では、SBBOは骨密度に、顕著な影響を与えないことを示唆する。骨密度の決定因子は極めて複雑であり、80歳近くになると、多くの健常者が腰椎に損傷を持つ。一方、要介護者高齢者における大腿骨密度低下は、きわめて低い身体活動量が原因であると推測される。われわれは予備的研究(J Hum Nutr Dietet 2003;16:119-22)において、健常高齢者と要介護高齢者における小腸細菌増殖の差異について検討を行ったところ、要介護高齢者に多く見られるという傾向を得た。しかし、被験者数がそれぞれ10名と15名であり、確証を得るには至っていない。そこで、今年度は、さらに被験者数を増やし、われわれの研究結果の検証を行った。日常生活には支障がない比較的健康な高齢者41人(男性18人、女性23人、平均年齢74.6才、平均活動量6135歩/日)と要介護高齢者42人(男性19人、女性23人、平均年齢78.8才、平均活動量1371歩/日)を対象として、前回と同様にグルコース溶液(50g/200ml)摂取後の呼気水素法で小腸細菌増殖を調べた。その結果、前者ではひとりも見られず、後者の11人(26.2%)に認められた。この結果は、Lewisら(Age Ageing1999)によるイギリスの介護型老人ホームの62人中18人(29.1%)やParlesakら(J Am Geriatr Soc2003)によるドイツの入居型老人ホームの294人中46人(15.6%)に近い罹患率である。本研究では、透析患者、日常的なインスリン注射が必要な糖尿病患者、自分で食事をとることができない要介護者は除いているので、このような被験者を含めるとさらに罹患率は上昇すると考えられる。小腸細菌増殖のはっきりした原因はわかっていないが、胃酸分泌や免疫機能の低下に加え、内容物の停滞があげられている。今回のわれわれの結果は、きわめて不活動な日常生活を送っている要介護者は、消化管運動低下が起こり、内容物の停滞も起こりやすい可能性を示している。さらに、健常高齢者では小腸細菌増殖は非常にまれであることも示している。また、陽性者11人のうち5人がBMI18.5未満であった。小腸細菌増殖による体重の減少は、Parlesakらの研究でも報告されており、これは、細菌増殖による栄養吸収の低下が原因であると考えるのが妥当であろう。

今回、健康な高齢者17人(m4, f13, 80.8±1.1歳)と要介護者(m12, f21, 80.6±1.1歳)を対象とし、骨密度は二重X線吸収法(DEXA)を用いて腰椎と大腿部を測定し、SBBO、身体活動量、食事調査は前回と同様に評価した。結果、腰椎では、健常高齢者、要介護SBBO陰性者、要介護SBBO陽性者とも70%以上が骨棘や圧迫骨折などの損傷をもち、骨密度にも有意差は見られなかった。一方、大腿骨の年齢相対値(Zスコア)は、健常者0.9と比較して、SBBO陰性者では-0.5(P<0.01)とSBBO陽性者-0.1(P<0.05)と有意に低かった。要介護者内においては、SBBOによる有意差は見られなかった。これらの結果は、70歳をこえる高齢者では、SBBOは骨密度に、顕著な影響を与えないことを示唆する。骨密度の決定因子は極めて複雑であり、80歳近くになると、多くの健常者が腰椎に損傷を持つ。一方、要介護者高齢者における大腿骨密度低下は、きわめて低い身体活動量が原因であると推測される。
海藻の温度ストレス応答反応機構の解明とその関連遺伝子の探索

近年の環境条件の急速な変化に伴い,水圏生物は種々の環境ストレスを受け,代謝や生長が強く影響されていると考えられるが,海藻のストレス応答反応についてはほとんど報告されていない。申請者はこれまでに,温度ストレスを受けた不稔性アオサが,グルタミン酸脱水素酵素(GDH)アイソザイムを発現することを明らかにした。さらに,cDNAクローニングにより,447アミノ酸から成るGDH-L,およびその一部領域の欠失したGDH-Sをコードする2種類のcDNAクローンを単離した。一方,10°C,20°Cおよび30°C培養藻体の全RNAから1本鎖cDNAを合成し,これらを鋳型として9種の任意プライマーを用いたディファレンシャル・ディスプレイを行ったところ,各培養藻体間で18種のmRNAの発現量に差が認められた。さらに,5種につきcDNAクローンを単離し塩基配列解析を行ったところ,うち4種はoxygen-evolving enhance protein2,sedoheptulose-1,7-bisphosphatase,RIESKE iron-sulfer protein, proteasome βsubunitと高い相同性を示したが,他1種は既報の遺伝子と相同性を示さなかった。発現解析により,温度ストレス特異的にsedoheptulose-1,7-bisphosphataseの発現量が減少し,それ以外の発現量は増加することが示された。今後は,不稔性アオサGDH-LおよびGDH-Sの一次構造と性状の関係を調べると共に,温度ストレス応答反応に関与する遺伝子のさらなる単離・同定を行う予定である。近年、環境条件の急速な変化に伴い、水圏生物は水温、低酸素、富栄養、環境汚染物質などのストレスを受けていると考えられるが、大型海藻のストレス応答反応についてはほとんど報告されていない。申請者はこれまでに、温度ストレスを受けた不稔性アオサが、性状の異なるグルタミン酸脱水素酵素(GDH)アイソザイムを発現することを明らかにした。しかしながら、海藻のタンパク質含量は極めて低く、GDHアイソザイムの分離が困難なため、これらアイソザイムをコードする遺伝子の単離を試みた。まず始めに、通常培養(20°C)および温度ストレス(30°C)にさらした不稔性アオサから抽出した全RNAを用いて1本鎖cDNAを調整した。これを鋳型とし、他生物種のGDH遺伝子の塩基配列を参考に作製したプライマーを用いてPCRを行ったところ、不稔性アオサGDHの一部領域をコードするcDNAを得ることができた。次に、20°Cおよび30°C培養不稔性アオサのmRNAからcDNAライブラリーを構築した。PCRにより得られたcDNA断片をプローブとして、20°Cおよび30°C不稔性アオサcDNAライブラリーのスクリーニングを行ったところ、GDHをコ-ドする複数のcDNAクローンを得ることができた。塩基配列および演繹アミノ酸配列を決定したところ、これらクローンは447アミノ酸から成るGDH-L、およびその161186番目の26アミノ酸が欠失したGDH-Sをコードする2種類に分けられた。不稔性アオサおよび高等陸上植物GDHのアミノ酸配列間には約50%の相同性が認められ、基質結合部位と補酵素結合部位は高度に保存されていた。今後は、不稔性アオサGDH-LおよびGDH-Sをコードする遺伝子の温度ストレスによる発現変化、さらに両GDH間の一次構造の違いが酵素の性状に及ぼす影響について調べる予定である。
骨誘導型人工骨の創製

骨が欠損・変形した際の治療に使う、人工骨の必要が高まっているが、その機能を高めるために、骨を形成するのに必要なシグナルネットワークを明らかにし、組み合わせることとした。その結果、試験管の中で、血清もタンパク質も遺伝子も用いず、4つの低分子化合物だけで骨の細胞をインビトロで誘導することに成功した。この化合物を人工の骨に搭載してその放出を制御し、骨が欠損した動物モデルに投与することで、短期間で治療効果を出すことに成功した。1.骨形成性低分子化合物の最適化と作用機序解析【分子作用機序の解析】平成24年度に最適化した化合物結合型ナノ磁性ビーズを用いて、LC/MSによる同定を開始し、同定分子の精製タンパク質を用いて低分子化合物との結合を確認。化合物の骨分化促進作用に寄与するか検証するため、遺伝子発現系を用いた機能獲得実験、siRNAを用いた機能喪失実験を行った。平成24年度に発現と局在を検討した転写因子群について、低分子化合物処理によるゲノムへの結合プロファイル追跡を開始。未分化間葉系細胞を骨形成性低分子化合物に曝露し、クロマチンを回収して各転写因子に対するクロマチン免疫沈降ーシーケンス法を行った。2.低分子化合物と第一世代人工骨との相互作用制御【低分子化合物搭載方法の検討】ひきつづき、搭載方法を検討した。3.動物実験での検証【低分子化合物搭載人工骨の試作と埋植】テトラポッド型微小人工骨:α-TCP粉体を流動剤とともに微小射出成形して焼結し、高さ1mmのテトラポッド型微小人工骨の量産に成功。オーダーメード型人工骨の製造:骨欠損部のCTデータをもとに、インクジェット式粉体積層造形装置に出力し、インクヘッドからコンドロイチン硫酸ナトリウム水溶液をα-TCP粉体に噴射し硬化(水和反応)させることで、欠損部に一致する外部構造と自由に制御した内部構造を持つ生体適合性人工骨ができた。このようにして作製した第一世代人工骨に対し、2で最適化した方法で低分子化合物を搭載し、これを平成24年度に樹立したモデルに埋植を開始した。移植後、骨を採取し、放射線学的(単純X線、マイクロCTなど)、組織学的(HE染色、フォンコッサ染色、テトラサイクリンラベリングなど)、免疫組織学的(I型コラーゲン、BSP、オステオカルシン、BrdUなど)に評価を行った。1.骨形成性低分子化合物の最適化と作用機序解析:【低分子化合物の最適化】骨分化を初期分化から後期分化までを切れ目無く促進する低分子化合物として、ヘッジホッグシグナルのアゴニストであるSAGと、独自に単離した化合物であるTHの組み合わせを同定した。【骨器官培養による確認】よりインビボに近い条件である骨の器官培養を利用し、胎生15.5日齢のマウスの中足骨を顕微鏡下で採取して、通常メディウム中にSAGとTHを添加したところ、著明な骨形成促進作用が観察された。【分子作用機序の解析】レポーターアッセイにより、SAGは予想通りヘッジホッグシグナルを刺激し、THはRunx2シグナルを刺激することが明らかになった。2.低分子化合物と第一世代人工骨との相互作用制御:【低分子化合物搭載方法の検討】SAGとTHを、リン酸三カルシウム素材に搭載し、乾燥させたところ、SAGが12日間、THが35日間徐放された。SAGとTHの活性は、エチレンオキサイドガス滅菌後も保たれた。3.動物実験での検証:【骨欠損・変形動物モデルの樹立】今後の臨床展開を考え、手足の骨での骨欠損・変形モデルを樹立した。まず、ラットの長管骨に、2mm程度の穴をドリルで開け、ここに微小テトラポッド型の人工骨を10-20個埋植し、放射線学的(単純X線、マイクロCTなど)、組織学的(HE染色、フォンコッサ染色、テトラサイクリンラベリングなど)、免疫組織学的(I型コラーゲン、BSP、オステオカルシン、BrdUなど)に評価した。その結果、2週間程度では皮質骨は自然治癒しない骨欠損モデルが確立された。1.骨形成性低分子化合物の最適化と作用機序解析:【分子作用機序の解析】Runx2、オステリックス、Sox9について、低分子化合物処理によるゲノムへの結合プロファイルの追跡を開始した。未分化間葉系細胞を骨形成性低分子化合物に曝露し、各転写因子に対するクロマチン免疫沈降ーシーケンス法を行った。同様に、トランスクリプトームおよびプロテオーム解析を行った。低分子化合物を作用させた未分化間葉系細胞からRNAを回収し逆転写反応後、cDNAマイクロアレイを行い、遺伝子発現プロファイルを取得した。プロテオーム解析においては、低分子化合物を作用させた細胞からタンパク質を抽出し、プロテインアレイ、二次元電気泳動およびLC/MSを用いて、タンパク質のリン酸化プロファイルを取得した。低分子化合物による分化誘導過程において、各転写因子の特異的抗体を用いた転写複合体のアフィ二ティー精製とLC/MSによる複合体構成タンパク質の解析を行った。2.低分子化合物と第一世代人工骨との相互作用制御:ひきつづき、新たな搭載方法を検討した。3.動物実験での検証:【低分子化合物搭載人工骨による骨再生機序の解明】Col1a1-GFPマウスおよびRunx2-GFPマウスにおいて、骨欠損・変形モデルを作製し、低分子化合物搭載人工骨を埋植した。

各マーカー遺伝子の発現を継時的に観察し、低分子化合物搭載人工骨による骨再生過程において出現する細胞の性質と、その出現の時間的・空間的パターンを解析した。1.骨形成性低分子化合物の最適化と作用機序解析:低分子化合物の結合タンパク質を明らかにするため、化合物結合型ナノ磁性ビーズを用いて、LC/MSによる同定を行い、同定した分子の精製タンパク質を用いて低分子化合物との結合を確認した。低分子で処理した未分化間葉系細胞について、Runx2、オステリックス、Sox9に関してChIP(クロマチン免疫沈降)シーケンス法を行い、同時に、RNAシークエンスによるトランスクリプトーム解析、およびプロテオーム解析を行った。以上のデータをバイオインフォマティクス的手法により統合して解析し、化合物によって活性化される細胞内シグナル経路・転写因子群のゲノム上への結合部位・それらの標的遺伝子を明らかにした。以上により、低分子化合物の標的分子に始まり、活性化される細胞内シグナル経路と標的遺伝子、さらにはそれらの転写に関わるゲノム上での分子メカニズムを明らかにした。2.低分子化合物と第一世代人工骨との相互作用制御:化合物を長期間担持して除法できるようなインターフェースとなるハイドロゲルの開発を行った。低濃度で膨潤しないクリティカルゲル、高分子鎖自体が膨潤しないθゲル、水中で繰り返しの負荷にも破壊しないリライアブルゲル、分解性の制御技術に関して、基本設計と試作に成功した。3.動物実験での検証:骨再生機序をin vivoで明らかにするために、バイオマーカーを用いたバイオイメージング方法を開発した。マウスに骨欠損をモデルを作成し、このバイオイメージングで評価したところ、低分子化合物により良好な骨再生が見られ、リアルタイムで再生過程を追うことができた。骨が欠損・変形した際の治療に使う、人工骨の必要が高まっているが、その機能を高めるために、骨を形成するのに必要なシグナルネットワークを明らかにし、組み合わせることとした。その結果、試験管の中で、血清もタンパク質も遺伝子も用いず、4つの低分子化合物だけで骨の細胞をインビトロで誘導することに成功した。この化合物を人工の骨に搭載してその放出を制御し、骨が欠損した動物モデルに投与することで、短期間で治療効果を出すことに成功した。全ての項目について、ほぼ計画通り進行しているため。27年度が最終年度であるため、記入しない。バイオマテリアル工学基盤技術は順調に研究開発されているが、今後の臨床展開をにらんで、最終年度は実用化や、規制との連携についても検討を開始する予定である。1,2,3全ての課題において、ほぼ計画通りに進行しているため。1.骨形成性低分子化合物の最適化と作用機序解析:【低分子化合物の最適化】計画通り進行した。【骨器官培養による確認】計画通り進行した。【分子作用機序の解析】ほぼ計画通り進行した。2.低分子化合物と第一世代人工骨との相互作用制御:低分子化合物搭載方法の検討】計画通り進行した。さらに滅菌が可能であることを明らかにした。3.動物実験での検証:計画通り進行した。全てほぼ計画通りに進行しており、このままの予定で推進する。全て計画通りに進行しており、このままの予定で推進する。
強相関トポロジカル相のエッジ状態・低エネルギー励起

トポロジカル相の低エネルギー準粒子励起について、理論的な観点から研究を行った。当該年度の主な結果として、以下の3つに関するものが挙げられる。(1)乱れのあるトポロジカル絶縁体・超伝導体の特徴づけ、(2)超対称性の破れと南部・ゴールドストーンフェルミオン、(3)キタエフ物質における光学応答。(1)トポロジカル絶縁体・超伝導体を特徴づけるトポロジカル不変量は、通常、波数空間における積分の形で表現されるが、乱れにより系に並進対称性が存在しない場合、その定義は自明ではない。しかし、このような場合にも、任意の次元・対称性クラスにおいてトポロジカル不変量を実空間で定義することが可能であることを、非可換幾何の手法を用いて示した。また、この手法が有限系でも有効であることを、2・3次元のクラスAIIトポロジカル絶縁体を例に、数値的に実証した。また、乱れのあるトポロジカル超伝導体(2次元・クラスDIII)にもこの手法を応用した。さらに、機械学習を用いてこの系の相図を調べ、エッジ状態を画像として学習する手法が有効であることを明らかにした。(2)前年度は、スピンレスフェルミオンにより超電荷が定義される、N=2超対称性を持つ格子フェルミオン系を調べたが、本年度はマヨラナフェルミオンにより超電荷が定義される、N=1超対称性を持つ系を構成し、その性質を調べた。その結果、i)自発的超対称性の破れが起こる相が存在すること、ii)超対称性が破れた相での低エネルギー励起の分散関係は波数の3乗に比例すること、iii)超対称性が破れない相も存在し、厳密に基底状態が求まる場合があること、などを明らかにした。(3)キタエフ物質における光学応答α-RuCl3における最近の実験結果を念頭に、この系における局所的電気分極のスピンを用いた表式を導出し、キタエフ模型を用いて、光学伝導度の低エネルギーの振る舞いを計算した。29年度が最終年度であるため、記入しない。強相関トポロジカル相の低エネルギー準粒子励起について、理論的な観点から研究を行った。本年度の主な成果として、以下の3つに関するものが挙げられる。(1)捻り境界条件下でのKitaev模型におけるマヨラナ・ゼロモード、(2)超対称性の破れと南部・ゴールドストーンフェルミオン、(3)Hofstadterの蝶とCalabi-Yau幾何。(1)1次元のトポロジカル超伝導体の模型に適切な捻り境界条件を課した場合に、端がないにも関わらずマヨラナ・ゼロモードが現れる場合があることを明らかにした。また、このマヨラナ・ゼロモードは、ある種の場合には乱れに対してもロバストであることを、ハミルトニアンと交換する演算子を構成することで具体的に示した。さらに、最近接相互作用のある場合もフェルミオン・パリティによる議論および数値計算から、ある捻り角においてマヨラナ・ゼロモードが存在することを明らかにした。(2)Nicolaiによって1970年代に提案された超対称性のある格子フェルミオン系を拡張し、その系においてi)自発的な超対称性の破れが起こること, ii)分散関係が波数の1乗に比例する低エネルギー励起があることを明らかにした。また、超対称性はあるがU(1)対称性のない格子フェルミオン系を新たに構成し、この系において、i)自発的な超対称性の破れが起こること, ii)分散関係が波数の3乗に比例する低エネルギー励起があることを明らかにした。また、後者の模型において、パラメターgがゼロの場合、基底状態に巨視的な縮退が現れるが、その個数の下限や基底状態エントロピーの計算なども行った。(3)2次元電子系でのHofstadterの蝶とCalabi-Yau幾何のトポロジカル不変量の間の関係を明らかにした。特にHofstadter問題の状態密度と、量子A周期と呼ばれる量の虚部の微分が対応することを示した。本研究の2つの大きなテーマは、1.強相関トポロジカル相のエッジ状態、2.超対称性の破れと南部・ゴールドストーンフェルミオン、であるが、それぞれについて一定の進展があった。テーマ1の結果は、従来は系に端がある場合にだけ現れると考えられていたマヨラナ・ゼロモードが、端がない場合にも原理的には現れ得ることを明らかにしたものであり、意義のある結果である。また、捻り境界条件は、物理的にはリング状の系を貫く磁束とジョセフソン結合により実現できると考えられる。また、乱れのある場合にもハミルトニアンと交換するマヨラナ・ゼロモードは、先行研究では端のある半無限系でのみ構成されていたが、本研究ではそれをリング状の有限系でも構成できることを示している。テーマ2については、超対称性量子力学の最初の模型であるNicolai模型の自然な拡張を2種類構成し、それらにおいては、オリジナルのNicolaiの模型とは異なり、超対称性が自発的に破れる場合があることを明らかにし、さらにその低エネルギー励起について調べた。用いた手法も、不等式などの数理物理的手法や数値対角化などで、従来この分野で主に用いられる場の理論的手法とは異なる独創的なものである。また、U(1)対称性のない模型については、低エネルギー励起が波数の3乗に比例するというエキゾチックなものである点も興味深い。

今後、南部・ゴールドストーンボソンに比べて理解の遅れている、対称性の破れと南部・ゴールドストーンフェルミオンの関係についての一般論に向けての礎になるものと考えている。テーマ1については相互作用のある場合についての進展はやや遅れているが、テーマ2については当初の計画以上に順調に進展している。したがって、全体としてはおおむね順調に進展している、と考えている。トポロジカル相の低エネルギー準粒子励起について、理論的な観点から研究を行った。当該年度の主な結果として、以下の3つに関するものが挙げられる。(1)乱れのあるトポロジカル絶縁体・超伝導体の特徴づけ、(2)超対称性の破れと南部・ゴールドストーンフェルミオン、(3)キタエフ物質における光学応答。(1)トポロジカル絶縁体・超伝導体を特徴づけるトポロジカル不変量は、通常、波数空間における積分の形で表現されるが、乱れにより系に並進対称性が存在しない場合、その定義は自明ではない。しかし、このような場合にも、任意の次元・対称性クラスにおいてトポロジカル不変量を実空間で定義することが可能であることを、非可換幾何の手法を用いて示した。また、この手法が有限系でも有効であることを、2・3次元のクラスAIIトポロジカル絶縁体を例に、数値的に実証した。また、乱れのあるトポロジカル超伝導体(2次元・クラスDIII)にもこの手法を応用した。さらに、機械学習を用いてこの系の相図を調べ、エッジ状態を画像として学習する手法が有効であることを明らかにした。(2)前年度は、スピンレスフェルミオンにより超電荷が定義される、N=2超対称性を持つ格子フェルミオン系を調べたが、本年度はマヨラナフェルミオンにより超電荷が定義される、N=1超対称性を持つ系を構成し、その性質を調べた。その結果、i)自発的超対称性の破れが起こる相が存在すること、ii)超対称性が破れた相での低エネルギー励起の分散関係は波数の3乗に比例すること、iii)超対称性が破れない相も存在し、厳密に基底状態が求まる場合があること、などを明らかにした。(3)キタエフ物質における光学応答α-RuCl3における最近の実験結果を念頭に、この系における局所的電気分極のスピンを用いた表式を導出し、キタエフ模型を用いて、光学伝導度の低エネルギーの振る舞いを計算した。29年度以降も、2つのテーマについて並行して研究を推進する。1.強相関トポロジカル相のエッジ状態相互作用するフェルミオン系とみなせる、XYZスピン鎖のような1次元スピン系におけるエッジ演算子(ハミルトニアンと交換する系の端に局在する演算子)について研究を進める。特に、XYZ鎖については、Fendleyによる先行研究があるが、その結果を行列積演算子(MPO)により表現することで、より広いクラスの模型に拡張することを試みる。また、最近トポロジカル相とは別の文脈で関心を集めている、PT対称性のある非エルミートな量子多体系についても、エッジ演算子のアイデアを適用する。具体的には、境界に複素磁場のかかったスピン鎖におけるエッジ演算子の存在の有無と、PT対称性の破れ(複素エネルギー固有値が現れること)がどのように関係するかを議論する。2.超対称性の破れと南部・ゴールドストーンフェルミオン前年度までに、幾つかの具体的な模型において、超対称性の破れにともないギャップレスな低エネルギー励起が現れることが明らかになっている。
擬似細胞アレイチップを利用した膜タンパク質の動的構造計測技術の開発

本研究では、擬似細胞アレイチップを作成し、擬似細胞環境下での膜タンパク質の構造変化計測の実現を目指した。1,擬似細胞アレイチップの開発に関しては、生体膜チップに細胞膜を融合させたプロトタイプの作成に成功し、擬似細胞環境下での膜タンパク質の活性を詳細に解析することに成功した。2,構造変化計測に関しては、F型ATP合成酵素を計測対象とし、生体膜チップにおいてステップ状の回転運動を可視化することに成功した。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、擬似細胞アレイチップを作成し、擬似細胞環境下での膜タンパク質の構造変化計測を行う。具体的には、呼吸鎖を形成するF型ATP合成酵素を測定対象とし、その生理条件下での回転運動を擬似細胞アレイチップを利用して解析する。昨年度は、高密度脂質膜アレイをに細胞を融合させた擬似細胞アレイチップのプロトタイプの開発に成功し、F型ATP合成酵素の機能解析から擬似細胞環境がチップ上に再現されていることを確認した。昨年度の目標であった擬似細胞アレイチップの新規開発および評価を完了させることができたため。本年度は、昨年度新規開発した擬似細胞アレイチップを利用した膜タンパク質の動的構造変化計測を行う。