hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
現行のポリクローナル抗体にかわる高中和性抗破傷風ヒトモノクローナル抗体の実用化

活性も認められなかったことからG2, G6のマスターセルバンクの細胞には,迷入ウイルスの混入はないと判定した.しかし,(3)誘発剤によるレトロウイルス検出試験でRT活性が陽性であり,電顕観察でIntercisternal-A型粒子が観察され,S+L-focus assayはG2株が陽性となった.Mouse antibody production assay, Extended XC plaque assayは陰性であった.2.品質管理のため,これらのモノクローナル抗体(MAb)の特性を明確にするために,毒素フラグメントを種々のプロテアーゼ処理した消化物を分画,免役染色により毒素分子上での対応するエピトープの局在を調べた.3.上述の安全試験の結果を考慮して,しかもハイブリドーマが高中和活性MAbを産生するという特性を活かして,免役グロブリンに共通して保存された遺伝子部分のオリゴヌクレオチドプライマー混合物を用いてcDNAをPCR法で増幅し,毒素の[C]ドメインに対応するMAb-G6の可変領域遺伝子部分をクローニングし,その塩基配列を確定、アミノ酸配列を推定した.ついで,毒素の[B], [C]ドメインに対応するMAb-G2, G4についてもクローニング,配列決定をし,より安全で,容易,安価に組み換え型ヒトモノクローナル抗毒素が作成できる道を開いた.1.ハイブリドーマG2,G6株のマスターセルバンクを作製し,その3,4代目培養上清についてさらに詳細な安全性試験を行い(1)in vivoで(i)羊膜腔内,(ii)漿尿膜上,(ii)卵黄嚢内,(iv)尿膜腔内接種試験において,胎児を死亡させたり,または血球凝集、血球吸着を起こす因子は検出されなかった.(2)in vivo:上記培養細胞の超〓波処理上清について,MDCK細胞接種試験,およびCo-cultivation試験の結果,細胞変性が認められず,また血球凝集,血球吸着も認められず,細胞中にRT(逆転写酵素)活性も認められなかったことからG2,G6のマスターセルバンクの細胞には,迷入ウイルスの混入はないと判定した.しかし,(3)誘発剤によるレトロウイルス検出試験でRT活性が陽性であり,電顕観察でIntercisternal-A型粒子が観察され,S+L-focus assayはG2株が陽性となった.Mouse antibody production assay,Extended XC plaque assayは陰性であった.2.品質管理のため,これらのモノクローナル抗体(MAb)の特性を明確にするために,毒素フラグメントを種々のプロテアーゼ処理した消化物を分画,免疫染色により毒素分子上での対応するエピトープの局在を調べた.3.上述の安全試験の結果を考慮して,しかもハイブリドーマが高中和活性MAbを産生するという特性を活かして,免疫グロブリンに共通して保存された遺伝子部分のオリゴヌクレオチドプライマー混合物を用いてcDNAをPCR法で増幅し,毒素の[C]ドメインに対応するMAb-G6の可変領域遺伝子部分をクローニングし,その塩基配列を確定、アミノ酸配列を推定した.ついで,毒素の[B],[C]ドメインに対応するMAb-G2,G4についてもクローニング,配列決定をし,より安全で,容易,安価に組み換え型ヒトモノクローナル抗毒素が作成できる道を開いた.
ミドリゾウリムシの生殖核とその栄養核への分化の超微形態学的解析

ミドリゾウリムシの増殖期細胞内の小核の染色体構造を中心に調べると小核は密度の高い染色体クロマチンとミクロラメラ、微小管等からなっている。小核では分裂間期でも直径50nmのクロマチン繊維が数本絡まって直径200nmの染色体を構成する。染色体の一部は、ミクロラメラによって包まれている。二分裂の際には染色体は数本ずつ一緒に両極に移動する。これに対して接合細胞では減数分裂や受精核の分裂で、直径300nm、長さ5υmの典型的なテロセントリックな染色体が観察される。この300nmの染色体は200nm染色体より凝縮度が低い。対数増殖期で盛んにDNA複製をしている時期にはミクロラメラが崩壊し、染色体は、ほぐれるが、50nmの凝縮度の高い繊維はそのままであるように見えるからこの50nm繊維が小核染色体の基本繊維である。一方大核は、様々な長さの直径150nmのクロマチンボディとそれを繋ぐ20nm繊維から成り、他に核小体が散在する。大核と小核の分化は3回目の受精核分裂の後にみられ、ミクロラメラの消失と凝縮クロマチンの脱凝縮によって開始する。その後容積とクロマチン繊維の増大が進み、大核クロマチンボディが形成される。クロマチンボディの形成は20nm繊維が大核原基内の所々で集合塊をつくることで始まる。クロマチンボディの実態は大核を展開して調べた。単離大核を広げると、クロマチンボディから直径11nmのヌクレオソームがさらに20-30nm繊維を作っている。20-30nm繊維はさらに40-50nm繊維を形成し、この40-50nm繊維が折り畳まれてクロマチンボディを形成することが分かった。小核は単離が容易ではなくまだクロマチンのパッキングの観察が出来ない。今後は小核の単離法を確立し、小核でのDNAパッキングの様子を知るとともに、蛍光in situhybridazation法により、増幅された大核内遺伝子の分布状態を調べたい。ミドリゾウリムシのさまざまな培養時期(対数増殖期、定常期初期、定常期後期)における、生殖核(小核)と栄養核(大核)の超薄切片を用いた電子顕微鏡観察による比較を行い、大核と小核の形態学的な特徴を解析した。大核は核内一杯に散在する直径約100150nmの球状棒状のクロマンボディと直径400550nmの核小体が主な構造体である。クロマチンボディからは直径約20nmの繊維が多数伸び出してボディ同士をつないでいる。クロマチンボディは対数増殖期には比較的球状から短い棒状であるが、定常期に入るとそれらがつながって、棒の長さが長くなったり、枝別れをする。これはクロマチン繊維が対数期にはDNA複製などのためにほどけているが、定常期になるとヘテロクロマチン化が進ためであると考えられる。間期大核には微小間は見られないが、分裂中には核内に少数の、また核膜直下に多数の微小管が認められるので、大核の分裂が無糸分裂であるとの従来の見解は改める必要があることが分かった。小核内に見られる構造体は、染色体クロマチンと微小管やその他の繊維状構造体などの核骨格が主なものである。

分裂間期の染色体は約50nmの太さの紐状体が2本ずつ計4本が絡み合って直径200250nmの染色体を構成している。小核には核小体はない。染色体は、分裂時の極側にあたる方でミクロラメラによって仕切られる。ミクロラメラはLewis(1989)によって動原体と相同なものと考えられたが、定常期後期でも見られることから別の役割も考えなければならないことが明らかとなった。今後の課題としては、クロマチンを構成するヌクレオソーム構造と20nm繊維構築の大・小核での比較と、接合過程での両核の構造分化過程を調べていく必要がある。ミドリゾウリムシ(Pramecium bursaria)の生殖核(小核)の微細構造的特徴は,約50nmの太さの紐状クロマチンが撚り合わされて,約200nmの電子密度の高い染色体様クロマチンと,核の一方に片寄りをもってこれを仕切っている核骨格構造体(ミクロラメラ)である。ミドリゾウリムシは25°Cでは接合開始から約5時間で小核が膨れ始め,減数分裂期にはいる。これにともなって小核クロマチンボディは拡散し始め,約12時間後のクレッセント期(減数分裂のパキテン期に相当)に最も拡散する。接合時に形成された受精核は最初の分裂で2つになると一方が消失し,もう一方がさらに2度の分裂で4個になった後,2個が大核原基,2個が生殖核になる。量核分化の最初の兆候は,ミクロラメラのある側から始まる小核クロマチンの拡散である。これは接合開始から26時間後に見られるが,クロマチンがほぐれた部分とまだ電子密度の高い染色体クロマチン部分とが共存している。この時期にはミクロラメラは残っている。接合開始から30時間では,染色体のクロマチンな拡散が進んでいるが,ミクロラメラはまだ繊維状構造体として残存する。40時間経過したものでは大核原基は,小核由来の特徴を失い,電子密度の高い直径2-5μmの構造体を3-4個含んでいる。このとき核小体になる顆粒の集合体が6-8個みられる。しかしまだクロマチンボディは見られない。90時間後の標本ではクロマチンボディが形成され始めており,原基内に充満した約15-20nmのクロマチン繊維が集合してクロマチンボディを形成している。小核から大核への切り替え時期の特定のために,今後は40から90時間の間の観察をする必要がある。ミドリゾウリムシの大・小核が分化する時の核内構造変化を調べた。大核原基と小核の分化は3回目の受精核分裂の後にみられ、電顕的にはミクロラメラの消失と凝縮クロマチンの脱凝縮によって開始することが分かった。その後容積の増大とクロマチン繊維の増加が進み、大核に特徴的なクロマチンボディが形成される。クロマチンボディの形成は20nm繊維が大核原基内の所々で集合塊をつくり始めることによって始まる。この集合の実態は超薄切片法では分からないので、大核を展開し、クロマチンの分散の様子からDNAパッキングの様子を調べた細胞をNP40で溶解し、大核を単離した。純度は光学顕微鏡、電子顕微鏡で検査して、ほとんど混在物のない標本であることを確かめた。単離大核を界面活性剤を含む液で溶解し、広げさせた後、10%ホルムアルデヒドの上に載せて4500rpmで20分遠心し、カーボン膜を張ったメッシュの上に沈降させた。これを洗浄、乾燥後、10度の角度から白金パラジウムを真空蒸着して電子顕微鏡で観察した。展開された大核クロマチンからのびる最も細い繊維は直径11nmのビーズ状のヌクレオソーム繊維である。これはさらに20-30nm繊維を作るが、これもビーズ状を呈し、折れ曲がりをもった繊維である。この繊維は超薄切片法で観察された大核原基内で集合塊を作る繊維や、大核クロマチンボディを繋ぐ繊維と同じものと思われる。
カロテノイド蓄積能欠損マスノスケにおける色素輸送機構に関する生化学的研究

近年、サケ、マス類の養殖事業が日本各地で活発に展開されているが、養殖魚の肉色は天然魚のもつサーモン・ピンクからほど遠く、このために生産量の割には養殖魚の消費が伸びない現状にある。この原因の一つとして、各養殖業者が経験と勘に頼ってサケ・マス類の肉色改善を模索していることが挙げられ、今後カロテノイド色素の筋肉への蓄積機構を科学的に解明することが急務となってきている。このような状況を背景として、本研究では遺伝的にカロテノイド色素蓄積能の欠損したwhite-マスノスケにおけるカロテノイド色素の吸収・運搬過程を正常のマスノスケ(red-マスノスケ)と比較生化学的に検討し、カロテノイド色素の筋肉への蓄積機構を解明することを目的とした。平成3、4年度に実施された本研究の成果は、次のように要約される。1.未成熟期および成熟期red-マスノスケの筋肉および卵巣からは高レベルのカロテノイド色素が検出されたが、white-マスノスケでは卵巣以外からはカロテノイド色素は見い出されなかった。2.卵巣カロテノイド色素量は2種のマスノスケ間でほぼ同程度の値が示された。未成熟期の2種のマスノスケの卵巣中に見い出されたカロテノイド色素は、筋肉を介さずに、直接卵巣へ移行した結果と思われた。3.red-マスノスケでは、餌料カロテノイド色素を血清を介して筋肉、体表へ運ぶ経路と血清から直接卵巣へ運ぶ経路の二つが存在したのに対して、white-マスノスケでは前者の経路が欠損していた。white-マスノスケではカロテノイド色素を結合したリポタンパク質を筋肉ではなく、卵巣に特異的に取り込む機構が存在していると思われた。近年、サケ・マス類の養殖事業が日本各地で活発に展開されているが、養殖魚の肉色は天然魚のもつサ-モン・ピンクからはほど遠く、このために生産量の割には養殖魚の消費が伸びない現状にある。このような状況を背景として、本研究では遺伝的にカロテノイド色素蓄積能の欠損したwhiteーマスノスケにおけるカロテノイド色素の吸収・運搬過程を正常のマスノスケ(redーマスノスケ)と比較生化学的に検討し、カロテノイド色素の筋肉への蓄積機構を解明することを目的とした。平成3年度は成熟redーおよびwhiteーマスノスケの各組織におけるカロテノイド色素の分析を行い、次のような成果が得られた。1.redーマスノスケの筋肉および卵巣からは高レベルのカロテノイド色素が検出されたが、whiteーマスノスケでは卵巣以外からはカロテノイド色素は見い出されなかった。2.redーマスノスケの血清には、筋肉から体表へのカロテノイド色素の輸送に関与するリポタンパク質が存在していたが、whiteーマスノスケには同輸送リポタンパク質は認められなかった。3.redーマスノスケでは、餌料カロテノイド色素は血清を介して筋肉、体表へ運ばれる経路と血清から直接卵巣へ運ばれる経路の二つが存在したのに対して、whiteーマスノスケでは前者の経路が欠損していた。次年度は未成熟のredーおよびwhiteーマスノスケを用いて、カロテノイド色素の運搬経路をさらに解明する計画である。平成3年度の成熟red-およびWhite-マスノスケの各組織におけるカロテノド色素の分析結果から、餌料中のカロテノイド色素は、1)血清を介して筋肉、体表へ運ばれる経路と2)血清を介して卵巣へ運ばれる経路の二つによって輸送されることが推定された。特に、Whie-マスノスでは、1)の経路が欠損していることも明らかとなった。

本年度は、未成熟期のred-およびWhite-マスノスケの各筋肉、体表、卵巣、血清からカロテノイド色素を抽出し、各組織におけるカロテノイド色素の分布を詳細に分析することにより、マスノスケを含めたサケ科魚類におけるカロテノイド色素の輸送経路を解明することを目的とした。得られた成果は、次の通りである。1.成熟マスノスケの場合の同様、未成熟期のred-マスノスケの筋肉カロテノイド色素量はWhite-マスノスケにくらべて有意に高かった。2.未成熟期に2種のマスノスケの卵巣中にはすでにカロテノイド色素の存在が認められ、また卵巣カロテノイド色素量は2種のマスノスケ間でほぼ同程度の値が示された。未成熟期の2種のマスノスケの卵巣中に見い出されたカロテノイド色素は、筋肉を介さずに、直接卵巣へ移行した結果と思われた。3.未成熟期の2種のマスノスケの血清リポタンパク質組成には、有意な差異な見い出されなかった。4.White-マスノケではカロテノイド色素を結合したリポタンパク質を筋肉ではなく、卵巣に特異的に取り込む機構が存在していると思われた。
熱ショックタンパク質による芳香族炭化水素レセプター転写活性化制御の可能性

ダイオキシン類は、現在でも環境中に広く分布する汚染物質の一つである。ダイオキシン類の毒性発現には、細胞の可溶性画分に存在するリガンド依存性の転写因子である芳香族炭化水素受容体(AhR)が深く関与していると考えられている。このため、本受容体の活性化、転写制御、並びに分解に関して多くの研究報告がなされているが、その詳細については未解明な点も多い。申請者らは、ダイオキシン類の毒性軽減を目的として、熱ショックタンパク質(HSP70)によるAhRの活性化制御の可能性について検討を行った。その結果、プロテアソーム阻害剤であり、かつHSP70の誘導剤であるN-acetyl-leucyl-leucyl-norleucinal(ALLN)が、AhRの転写活性化に影響を与えることなく、AhR依存的な機能性タンパク質の発現増加を有意に低下させることが明らかにした。本年度は、この機構を明らかにするたあT471D細胞中にHSP70の発現ベクターを導入し、その過剰発現株の構築を試みた。しかし、HSP70の恒常的な発現量が多いため、そのフィードバック作用の影響で過剰発現の実現にはいたらなかった。そこで、ALLNによりHSP70過剰発現状態を構築し、それにHSP70の機能の阻害剤であるgentamycinを処理してAhR依存的なタンパク質増加に及ぼす影響を観察したが、コントロール状態と比べ変化は認められなかった。一方、プロテアソーム阻害剤であるlactacystinを処理した場合、ALLNの場合と同様、リガンド依存的なAhRを介したタンパク質の増加に対して有意な抑制が観察された。以上の結果から、AhRは、プロテアソームにより転写活性化に影響を及ぼすことなく、レセプター依存的な機能性タンパク質の発現に対して制御を受ける可能性が示唆された。環境汚染物質であるダイオキシン類の毒性発現には、細胞の可溶性画分に存在する芳香族炭化水素レセプター(AhR)の活性化が必須であると考えられている。申請者らは、ダイオキシン類の毒性軽減を目的として、70kDa熱ショックタンパク質(HSP70)によるAhR活性化制御の可能性について検討した。初めに、HSP70過剰発現細胞を構築するため、プロテアソーム阻害剤であるN-acetyl-leucyl-leucyl-norleucinal(ALLN)をT47細胞に添加し、HSP70の発現量を観察した。その結果、未処理細胞に比べ最大50倍程度の誘導が細胞毒性を伴うことなく観察された。そこで、ALLN処理したT47D細胞に、AhRのリガンドの1つである3-メチルコランスレンを処理し、レセプターの活性化に対する影響を観察した。その結果、AhR依存的に誘導されることが知られているcytochrome P450 1A subfamilyの活性の上昇が、ALLN処理により有意に低下することが明らかとなった。また、細胞染色、並びにイムノブロット解析の結果から、AhRの核内への蓄積がALLN処理により増加する傾向にあることも明らかとなった。前述のように、ALLN処理によりHSP70が過剰発現していることから、この現象は、HSP70の過剰発現状態が引き起こしたものと予想される。しかし、ALLNはプロテアソーム阻害剤でもあることから、その作用が影響を及ぼした可能性も否めない。また、タンパク質レベルでの発現抑制がどのような機構によるものなのかについても不明な点が多い。そこで、来年度は当初の予定通り、分子生物学的な手法を用いて、HSP70過剰発現とAhR転写活性化制御との関連性について検討を行う予定である。
剪断波エラストグラフィを用いた局所的な動脈硬化の評価および介入効果の検証

<研究1>昨年度までに、すでに性周期によって、血管スティフネスが変動することを明らかにしたが、それが女性ホルモン(エストロゲン)の変動によるものかは不明であった。今年度は、静脈血採血を行い、血中エストラジオール濃度を測定することにより、エストロゲン濃度が剪断エラストグラフィで測定した血管スティフネスに影響しているかを、より詳細に明らかにすることとした。測定した結果を今後解析する予定である。<研究2>剪断波エラストグラフィで測定した血管のスティフネス(硬さ)の指標が、これまで用いられてきた血管スティフネスの指標と関連があるかを明らかにすることを目的とした。従来の血管スティフネスの指標としては、血管コンプライアンス、βスティフネスと脈波伝搬速度(Pulse wave velocity;PWV)を用いた。若年者を対象に、剪断波エラストグラフィを用いて、大腿動脈のヤング率を算出した。さらに、血管コンプライアンスとβスティフネスの算出のために、血圧、大腿動脈の血管径の変化を測定した。また、全身の血管の硬さの指標として、腕ー足首間脈波伝播速度(baPWV)を測定した。昨年度から今年度にかけて測定した結果を、今後解析するである。<研究3>急性の下肢自転車運動前後で剪断波エラストグラフィと従来の血管スティフネスの指標(血管コンプライアンス、βスティフネス)の変化を明らかにすることを目的とした。従来の血管スティフネスの指標は急性の運動後に変化することが報告されている。このことは、従来の血管スティフネスの指標は、器質的な要素だけでなく、機能的な要素の影響を大きく受けていることを示している。そのため、急性の下肢自転車運動前後で、大腿動脈の剪断波エラストグラフィと血管コンプライアンス、βスティフネスを測定し、変化を比較することとした。現在、予備実験が終了したところであり、来年度、本実験を実施する予定である。妊娠出産に伴う産前産後休暇を取得し、研究活動を中断したため、実験および解析に遅れが生じている。<研究1、2>すでに測定済みのデータを解析し、論文作成を進める。<研究3>急性の下肢自転車運動前後で剪断波エラストグラフィと従来の血管スティフネスの指標の変化を明らかにする研究については、被験者を集め、速やかに本実験を実施する予定である。動脈は構造によって,弾性繊維の多い「弾性動脈」や,血管平滑筋の多い「筋性動脈」などに分類されるが,この動脈の構造も動脈硬化の進行に関与している.例えば,脳循環に重要な総頚動脈(弾性動脈)と内頚動脈(筋性動脈)では,年齢や性周期などが動脈硬化に与える影響が異なる可能性がある.そのため,全身的な動脈硬化だけではなく,局所的な動脈硬化の評価および介入効果の検証が必要である.本年度では、動脈壁の構造の違いが月経周期中の動脈スティフネス(動脈の硬さ)の変化に与える影響を明らかにすることとした。エストロゲンは血管平滑筋細胞に作用するため,弾性動脈と比較して血管平滑筋細胞を多く有する筋性動脈の方が,月経周期中に起こるエストロゲン濃度の変化に大きく影響されるという仮説を立てた.対象は月経周期が安定している健康な若年女性9名とした.月経周期における3期(月経期,排卵期,黄体期)において動脈壁の構造が異なる頸動脈(内頸動脈,総頸動脈,外頸動脈)のそれぞれの動脈スティフネスとba-PWV(動脈スティフネス),循環指標(上腕動脈血圧,心拍数,頸動脈血圧,自律神経活動)を測定した.その結果、内頸動脈のみ月経期と比較して排卵期において有意にヤング率(動脈スティフネスの指標)が低値を示したが,総頸動脈,外頸動脈,ba-PWVは月経周期中に有意な変化が認められなかった.また,循環諸量においても全て月経周期中に有意な変化が認められなかった.結論として、頸動脈において,動脈壁の構造が異なる動脈間では,月経周期中の動脈スティフネスの変化も異なる可能性が示唆された.本年度は、剪断波エラストグラフィを用いて,若年女性の月経周期中の動脈弾性率の変化が弾性動脈と筋性動脈で異なるかを明らかにした.初期の計画では,若年者だけでなく高齢者との比較も行う予定であったが,エラストグラフィの解析方法の確立に時間を要したため、本年度は若年者のみとした.今までは超音波画像をマニュアルで解析していたため,解析に大幅な時間を要していたが,ソフト使用により解析時間を短縮することが可能と考えられる.そのため,解析方法確立のために,やや実験開始が遅れていたが,解析時間の短縮により現在の進行状況においても計画実施に問題はないと考える.<研究1>目的:剪断波エラストグラフィで測定した血管のスティフネス(硬さ)の指標が、これまで用いられてきた血管スティフネスの指標と関連があるかを明らかにする。現在、結果を解析中である。<研究2>目的:急性の下肢自転車運動前後で剪断波エラストグラフィと従来の血管スティフネスの指標(血管コンプライアンス、βスティフネス)の変化を明らかにする。

従来の血管スティフネスの指標は急性の運動後に変化することが報告されている。このことは、従来の血管スティフネスの指標は、器質的な要素だけでなく、機能的な要素の影響を大きく受けていることを示している。そのため、急性の下肢自転車運動前後で、大腿動脈の剪断波エラストグラフィと血管コンプライアンス、βスティフネスを測定し、変化を比較することとした。現在、運動強度を決定するための予備実験が終了したところであり、必要な消耗品などが揃い次第、本実験を実施する予定である。昨年度はエラストグラフィで測定した超音波画像の解析をするためのソフトを開発した。今年度はそれに加えて、従来の血管スティフネスの指標である、血管コンプライアンスとβスティフネスの解析ソフトを作成した。今までマニュアルで解析していたため、解析に大幅な時間を要していたが、ソフト使用により解析時間を短縮することが可能と考えられる。そのため、解析方法確立のために、やや解析が遅れているが、解析時間の短縮により現在の進行状況においても計画実施に問題はないと考える。<研究1>昨年度までに、すでに性周期によって、血管スティフネスが変動することを明らかにしたが、それが女性ホルモン(エストロゲン)の変動によるものかは不明であった。今年度は、静脈血採血を行い、血中エストラジオール濃度を測定することにより、エストロゲン濃度が剪断エラストグラフィで測定した血管スティフネスに影響しているかを、より詳細に明らかにすることとした。測定した結果を今後解析する予定である。<研究2>剪断波エラストグラフィで測定した血管のスティフネス(硬さ)の指標が、これまで用いられてきた血管スティフネスの指標と関連があるかを明らかにすることを目的とした。従来の血管スティフネスの指標としては、血管コンプライアンス、βスティフネスと脈波伝搬速度(Pulse wave velocity;PWV)を用いた。若年者を対象に、剪断波エラストグラフィを用いて、大腿動脈のヤング率を算出した。さらに、血管コンプライアンスとβスティフネスの算出のために、血圧、大腿動脈の血管径の変化を測定した。また、全身の血管の硬さの指標として、腕ー足首間脈波伝播速度(baPWV)を測定した。昨年度から今年度にかけて測定した結果を、今後解析するである。<研究3>急性の下肢自転車運動前後で剪断波エラストグラフィと従来の血管スティフネスの指標(血管コンプライアンス、βスティフネス)の変化を明らかにすることを目的とした。現在、予備実験が終了したところであり、来年度、本実験を実施する予定である。妊娠出産に伴う産前産後休暇を取得し、研究活動を中断したため、実験および解析に遅れが生じている。
ヘリセンを基盤とする高次π空間の創製

昨年度までの研究でわれわれは,ビフェナントロールを出発原料としてパラジウム触媒による炭素-窒素結合または炭素-酸素結合形成反応を利用し,ピロールまたはフランが縮環したヘテロヘリセンを合成することに成功している。今年度は,これまでに合成しているヘテロヘリセンに加えて,他のヘテロールが縮環したヘテロヘリセンの合成にも着手した.なかでもリン原子を含むヘリセンに注目し,種々の合成方法を検討した.その結果,ビフェナントールのジトリフラートと亜リン酸エステルをカップリングさせたのち、環化させることでホスホールオキシドとホスホールスルフィドの骨格を導入することに成功した.また,得られたホスホールオキシドならびにホスホールスルフィドに関し,まずラセミ体のX線結晶構造解析をおこなった.その結果これらのヘリセン分子はP-OあるいはP-Sの双極子が配列し,結果として,各ヘリセン分子が結晶状態において螺旋がつながるようにカラム状に重なり合っていることがわかった.ラセミ体では互いに反対の向きの螺旋状のカラムが交互に結晶化していた.また,ラセミ体は光学活性カラムで分離でき,光学活性体についても結晶構造解析をおこなうことができた.光学活性体においてもカラム構造は維持され,一方向の螺旋が連なる構造になっていることがわかった.昨年度までの研究でわれわれは,ビフェナントロールを出発原料としてパラジウム触媒による炭素-窒素結合または炭素-酸素結合形成反応を利用し,ピロールまたはフランが縮環したヘテロヘリセンを合成することに成功している。今年度は,これまでに合成しているヘテロヘリセンに加えて,他のヘテロールが縮環したヘテロヘリセンの合成にも着手した.なかでもリン原子を含むヘリセンに注目し,種々の合成方法を検討した.その結果,ビフェナントールのジトリフラートと亜リン酸エステルをカップリングさせたのち、環化させることでホスホールオキシドとホスホールスルフィドの骨格を導入することに成功した.また,得られたホスホールオキシドならびにホスホールスルフィドに関し,まずラセミ体のX線結晶構造解析をおこなった.その結果これらのヘリセン分子はP-OあるいはP-Sの双極子が配列し,結果として,各ヘリセン分子が結晶状態において螺旋がつながるようにカラム状に重なり合っていることがわかった.ラセミ体では互いに反対の向きの螺旋状のカラムが交互に結晶化していた.また,ラセミ体は光学活性カラムで分離でき,光学活性体についても結晶構造解析をおこなうことができた.光学活性体においてもカラム構造は維持され,一方向の螺旋が連なる構造になっていることがわかった.
メゾスコピック系の伝導における相互作用と導線の効果

メゾスコピック系の電気伝導において、メゾスコピック系内の電子間相互作用や、メゾスコピック系に接続されている導線がどのような効果を及ぼすかを議論した。前者が多体の束縛状態を、後者が共鳴状態を生み出すことを明らかにした。開いた量子系における導線の効果を正確に取り入れる理論構成を研究した。導線の効果をダイソン方程式の「自己エネルギー」の形で繰り込むと、導線との接点における複素ポテンシャルの形に表せる。これを用いて様々な系のコンダクタンスのピークと共鳴状態の間の関係を明らかにした。その結果、最近注目を集めているファノ共鳴は、よく言われているように「離散状態と連続状態の共鳴」ではなく、2つの離散状態の間の共鳴であることを明らかにした。同じ開放系として、フラクタル構造中の電磁波の共鳴も議論した。簡単な例としてカントール集合における共鳴状態を具体的に計算したところ、共鳴寿命が非常に長い共鳴状態が現れることを明らかにした。それに対応して電磁波がフラクタル構造中で強く局在し、大きな増幅効果を得られることもわかった。これはデバイスへの応用も期待される。量子ホール効果の現れる系において、熱磁気効果であるネルンスト効果を議論した。その結果、ネルンスト係数が周期的なピーク構造をとることを明らかにした。化学ポテンシャルがバンドの底に一致するとき以外は、ネルンスト係数がほとんどゼロになる。また、熱伝導度が階段状になることを発見した。これは実験でも検証可能な新しい予言であるので、「量子ネルンスト効果」と名付けた。不純物散乱を考慮しても、以上の構造は基本的には変化しないことも確認した。この他、微小磁性体の電子スピン共鳴の応答や、ランダム行列の新しい統計普遍性についても調べた。町田と羽田野と御領潤(青山学院大学・理工学部・助手)は、ブロッホ電子の量子ホール系で非平衡効果を議論した。縦コンダクタンスとホールコンダクタンスを計算する際の電位差をスイッチオンした効果を取り入れ、チャーン数の周りの時間的振動の公式を導いた。具体的な場合について数値計算で振る舞いを確認した。西野晃徳(東京大学・生産技術研究所・研究機関研究員)と羽田野は、電子間相互作用のある量子ドットに導線がついた系をベーテ仮設法で厳密に扱い、任意の電子数に対して電流の量子力学的期待値を計算した。その結果、相互作用がないと現れない共鳴ピークを発見した。これはこの分野で世界初の成果である。中村祐一(東京大学・大学院理学系研究科・博士課程2年)と羽田野は、非エルミート化した1次元ハバード模型と1次元ハイゼンベルク模型で、基底状態の固有値が不糞化する臨界点が、それぞれの模型の相関長の逆数に等しいことを発見した。これは羽田野とDavid Nelson(ハーバード大学・物理学科・教授)が10年前にランダム電子模型で導いた、複素化臨界点と局在長の関係に倣うものである。羽田野と白崎良演(横浜国立大学・工学研究院・助教授)と中村浩章(核融合科学研究所・助教授)は、スピン軌道相互作用のある量子細線を議論し、電位差に比例して磁場と垂直に生じる磁化を発見した。また、スピン軌道相互作用が非可換ゲージ場理論で扱える事を指摘し、それに基づいて完全スピンフィルターとなる干渉路を理論的に提案した。メゾスコピック系の伝導に対する共鳴状態の影響を議論し,大きく分けて3つの成果を得た。まず最初に,共鳴状態の一般論を見直して,共鳴状態においても粒子数の保存則が拡張された形で成り立っていることを示した。これは,共鳴状態でも正しく確率解釈ができることを示している。その知見を基に,共鳴状態の位置を複素平面上で正確に迅速に求める数値計算方法を提案した。これは,従来よく使われている複素回転法と全く異なる新しい方法である。2つ目の成果として,導線に伝導チャンネルが2つある場合を議論した。特に2つのチャンネルのエネルギーバンドが重なっているときに,非常に寿命の長い共鳴状態が普遍的にバンドの中央に現れることを示した。上側バンドの下側にある不純物準位が,下側バンドと弱く結合することによって長寿命になる。従来は,特殊な状況でのみ,バンドの中央に束縛状態が現れることが知られていたが,上の成果は実質的に束縛状態であるような共鳴状態が広いパラメータ領域で出現することを示した点で画期的である。3つ目の成果として,量子ドットの同じ箇所に2本の同線が着いている場合の新しいコンダクタンス公式を導いた。この公式には,離散状態(束縛状態,共鳴状態,反共鳴状態の総称)に関する和の2乗が現れる。この公式を使って,非対称のファノピークが,共鳴状態と束縛状態の間の干渉,あるいは共鳴状態間の干渉が原因であると理解できることを示した。これは,実エネルギーだけに限って現象を理解しようとする従来の見地と全く異なる,新しい視点を与えている。今年度の研究成果は大きく分けて2つあります。まず、複数のレベルがある(ただし相互作用のない)量子ドットの一カ所に導線が接続している系で、コンダクタンスを共鳴状態からの寄与のみで表す公式を導きました。

この公式を用いて、非対称なコンダクタンスピーク(ファノ共鳴ピーク)が、共鳴状態間や、束縛状態と共鳴状態間の干渉によって引き起こされることを明示しました。共鳴状態間の干渉による非対称性は、束縛状態と共鳴状態の間の干渉による非対称性よりも、固有値間が近づいたときに大きく現れてくることを明らかにしました。特に、寿命が長くて鋭いピークの脇に、寿命が短くて幅の広いピークがあるとき、前者が強く非対称になることがわかりました。幅の広いピークも物理現象に顔を出すことがわかりました。今年度のもう一つの成果は、相互作用のある量子ドット(相互作用する共鳴準位模型)において散乱状態を厳密に求めたことです。その結果、散乱後に粒子間に多体の束縛状態が出現することを発見しました。また、この厳密解に基づいて非平衡IV特性などを相互作用の無限次まで取り入れて計算することに成功しました。その結果は、他の数値計算などと定性的には矛盾していません。さらに、スピンのある模型(アンダーソン模型)についてこの散乱状態の厳密解を適用した結果、量子ドットを通過するとスピン間にエンタングルメントが発生することを、厳密に示しました。このエンタングルメント生成は、我々が発見した上述の多体の束縛状態に起因するものです。
社会的認知能力の個人差と視線・脳皮質活動との関連性に関する研究

他者の視点からもの(対象)を見る(視点取り)の能力の個人差と,他者と対象を見るときの視線の動きに関係があるかどうかを検討した結果,E-S理論による認知スタイル(共感化型・システム化型)により,視点取りをするときには視線の動きに違いがあることが示された。共感化型では,視点の位置にあるもの(対象を見ているもの)が,ヒトか,ロボット(ヒトに近いもの)か,抽象的な記号かによって,視線の移動が異なり,ヒトに近いほど視線が視点と対象の間を動く頻度が高いことがわかった。一方,システム化型では,視点取りにおける視点の位置にあるものの属性は,視点の動きとは関係が無かった。「心の理論」(ToM)能力の個人差と社会的認知処理遂行時における視線方向の関連性を検討する第一段階として,Agentive/Perspective視点取り課題を遂行時の課題画面(ディスプレイ)を見る視線方向をEyeTracker(Tobii X60)で記録し,社会的認知処理の負荷がある課題(Agentive task)遂行時と社会的認知処理の負荷がない課題(Non-Agentive)遂行時の視線方向の変化について,比較を行った。実験では,予備実験として実験参加者数は男女各10名で実施し,初めにEmpathy QuotientとSystemizing Quotientによって個人の認知スタイルを測定し,実験参加者の認知傾向を確認した。その結果,性と認知スタイルに交互作用があり,女性ではEmpathizer,男性ではSystemizerが多いことが確認された。各課題成績では,Agentive課題で女性の,Non-Agentive課題で男性の成績がわずかに高い傾向が見られた。視線方向については,個人の認知傾向(認知スタイルや得点)や性別には明確な差は認められなかったが,課題間ではわずかながら一定の傾向が認められ,女性ではNon-Agentive課題遂行時において,刺激への注視の移動が大きく,男性では,Agentive課題遂行時に刺激への注視の移動が大きい傾向があった。これらの結果は,社会的認知処理負荷の有無と,性の要因が,視線方向に関係することを示唆している。Empathizing Quotient/Systemizing Quotientの結果をもとに,3つの認知スタイルに対応する実験参加者を抽出し,社会的認知課題として,Eye Testと動画を使用した心の理論能力検査(MPMR),視点取り(Perspective taking)課題として,視点の主体がAgentiveなものとNon-agentiveなものの2種類(計4課題)を使用し,実験参加者の課題遂行中の視線の動きをEye Tracker (Tobii X60)によって記録した.実験参加者は,3つの認知スタイルに男女各10名ずつの計60名であった.認知スタイル(3:type-E, type-S, type-B),性別(2),課題(4)の3要因を独立変数とし,分散分析を行った結果,3つの要因のすべてに主効果が見られるとともに,各要因間に交互作用が見られた.具体的には,1)社会的認知課題のMPMR(動画)課題では,女性の方が刺激中の人物の顔に視線を向ける時間が長く,頻度が高い,2)同じく,社会的認知課題のMPMR(動画)課題では,男女ともに認知スタイルのtype-Sに該当する人が,他の2つのスタイルの人に比べ,刺激中の人物の顔に視線を向ける時間,頻度が少ない.3)視点取り課題のうち,Agentive主体の課題では,女性の方が刺激中のAgentの顔に視線を向ける時間が長く,頻度が高い,4)視点取り課題のうち,Agentive主体の課題では,type-Eに該当する人が他の2つのタイプの人に比べて刺激中のAgentの顔に視線を向ける時間が長く,頻度が高い,5)視点取り課題のうち,Non-agentive主体の課題では,全体として反対の傾向を示す.以上の結果から,社会的認知処理時の視線は,性や認知スタイルによって異なることが示唆された.研究計画の平成27年度分の実施計画については,実験および結果の分析などについては,おおむね完了しており,ほぼ順調に進展していると見なすことができる.ただし,実験参加者の都合もあり,実験の完了後の結果の分析が,予定の時期より遅れたため,当初予定していた年度内の国際学会等での研究成果報告を平成28年度に見送ることになった.平成28年度は,早い段階で27年度分の研究成果について報告するとともに,そこでの意見などを参考にして,最終年度の研究を実施していく予定である.上記の結果から,E-S理論に基づく認知スタイルによって,perspective taking (視点どり)において視線の動き自体に違いがあり,これが認知スタイルによるパフォーマンスの差に関係していることが示唆された。また,Mental Rotation Taskでは,認知スタイルによる視線運動の違いは認められなかったことから,心的回転では,パフォーマンスの違いは視線の処理とは独立していると考えられた。研究計画書の平成26年度分の実施計画については,おおむね遂行が完了しており,順調に進展していると見なすことができる.

なお「心の理論(ToM)」能力を測定するために使用しているEye Test,動画課題,音声課題については,すでに一定の妥当性が確認されており,それらについては国際英文誌に報告済みであるが,さらに改善の余地があると思われるため,本研究の遂行に合わせて改訂作業を行ってもよいかもしれない.また,視線の動きの記録に関して,刺激提示がディスプレイ(17inch)上であるため,動きが限定されていることが確認された.研究で使用している4つの課題については,一定の妥当性・信頼性が確認されており,最終年度の使用を継続する予定であるが,合わせて,表情判断課題やeye-gaze Simoneffect課題なども取り入れることによって,より包括的な社会的認知処理過程における視線の動きの個人差について,検討することを考えている.また,視線の動きについては,これまで水平方向の移動を中心に分析してきたが,より3次元的な(奥行き方向も加えた)動きについても検討することを考えている.心理学,認知神経科学「心の理論(ToM)」能力を測定するために使用しているEye Test,動画課題,音声課題については,すでに一定の妥当性が確認されており,それらについては国際英文誌に報告済みであるが,さらに改善の余地があると思われるため,本研究の遂行に合わせて改訂作業を行ってもよいかもしれない.また,視線の動きの記録に関して,刺激提示がディスプレイ(17inch)上であるため,動きが限定されていることが確認された.本研究の主要目的である視線方向の個人差を検出するためには,課題の提示画面を拡大する必要があるかもしれない。この点については,次年度の検討事項として,平成27年度早期に実験的に検討する予定である.平成27年度中に予定していた海外での国際会議での研究成果発表が,実験の進行の遅れ(主として実験参加者の都合などによる)によって年度内に間に合わず,国際学会等への参加・発表をすることができなかったために,海外出張のための旅費,滞在費等が支出されず,結果的に年度内の予算額のかなりの額が平成28年度へ繰り越しされることになった.平成27年度予算の繰り越し分については,平成28年度の前期に,平成27年度に行った研究成果を中心として海外の国際学会等での研究発表を行うための旅費,滞在費等の必要経費として使用する予定である.
撮影位置に基づく映像の著作権とプライバシ権保護

本研究では、動画共有サイトで公開されるモバイルカメラで撮影された映像を対象に、プライバシー保護映像の自動生成手法の確立を目指し、主に以下の3つの課題に取り組んだ。(1)映像に対してモザイクや塗りつぶしなどのプライバシー保護処理を適用する際、すべての人物を対象とすると映像が無意味なものになる可能性がある。本研究では、撮影者が意図的に撮影した人物(意図人物)は映像に不可欠であると考え、映像中の人物を検出し、意図人物の時間的連続性を考慮しつつ意図人物と非意図人物を識別する手法を提案した。実験では、意図人物を1フレームあたりの偽陽性数0.5、真陽性率0.56で検出可能であることを示した。(2)固定カメラで撮影された映像においては、背景モデルの利用により、人物の除去や半透明化など様々なプライバシー保護処理が可能である。一方、モバイルカメラからの映像では、背景モデルの構築が困難であるためプライバシー保護処理の種類が制限される。そこで本研究ではモバイルカメラの映像に対する背景推定を利用した人物の除去によるプライバシー保護処理を提案した。実験では、非意図人物に属する画素を9割以上除去可能であることを示した。(3)映像には表札や自動車のナンバープレートのようなプライバシー情報が含まれる可能性がある。本研究ではこれらのプライバシー保護の基盤技術として、撮影者が意図的に撮影した領域(意図領域)の抽出を提案した。提案手法では、映像から算出される点軌跡を利用することにより、意図人物の検出手法のように特定の物体検出に依存することなく意図領域の抽出を可能である。実験の結果、意図領域に属する画素を偽陽性率0.34、真陽性率0.55で抽出可能であった。本研究では、YouTubeなどの動画共有サービスにアップロードされる映像を対象として、人物の容姿や家の表札などに対して自動的にプライバシ保護処理を適用する手法の確立を目指し、以下のサブテーマについて検討を進めた。1.一般に撮影者が撮影した映像には、意図的に撮影された人物と、偶然写り込んだ人物が存在する。意図的に撮影された人物は、撮影者がその映像で表現したい物事(撮影意図)を表すために不可欠であり、このような人物に対してぼかしなどのプライバシ保護処理を適用した場合、撮影意図が損なわれる。そこで、プライバシ保護処理のための要素技術として、カメラの動きと映像中の人物被写体の動きに着目して、意図的に撮影された人物の自動検出手法を確立した。実験の結果、フレームあたりの誤検出数1.22、未検出率42%を達成した。2.動画共有サービスに投稿された映像におけるプライバシ保護処理では、処理後の映像が撮影意図を保持する必要がある。そこで、サブテーマ1で確立した手法を利用することにより、人物被写体を対象として撮影者の意図を保持したプライバシ保護処理映像を自動生成する手法を提案した。評価実験では、プライバシ保護対象領域の31%を正しく処理可能であった。一方で、フレームあたり平均0.63領域に対して誤ってプライバシ保護処理を適用した。さらに、映像の質はその映像の価値を決定する重要な要因であることから、プライバシ保護処理による映像の質の劣化を明らかにするため、対象領域の塗りつぶし、ぼかし、および視覚的に自然な結果が得られるように対象領域を除去するシームカービングを利用した場合の、提案手法による映像の質を10人の被験者により5段階で主観評価した。結果、ぼかしは平均3.7点、塗りつぶしは2.0点、シームカービングは1.5点であり、シームカービングは時間的連続性が失われるため低得点となった。
時変系におけるブラインド信号分離

1.信号源の数の変化を伴うブラインド信号分離を行う場合について、その対処法を考案した。数が減少する場合は、特に対処はいらないが、数が増加する場合について取り組んだ。まず、変化前と変化後の分離行列の関係を数式上で計算した。求まった関係式および混合信号の共分散行列を利用することで増加した信号源に対応する混合行列を推定した。その結果、新たに増加した信号源から発生する信号のみで構成されるような混合信号を得られることを示した。この混合信号に対してブラインド信号分離を行うことで、計算時間の短縮および信号の出力順序を変化前後で同じにすることができる。シミュレーション実験により、提案手法の有効性を示した。信号源の数が変化した場合に新たに分離行列を求め直すような従来手法と比較した。分離を行うための計算時間を比較したところ、従来手法では、0.57秒必要だったが、提案手法では、0.18秒で達成することができた。また、信号の出力順序は、提案手法では、変化の前後で対応をとるのが難しいが、提案手法では、変化の前後で順序を変えずに出力信号を得ることができた。2.独立成分分析の新たな応用として、画像を伝送する時の暗号化および圧縮手法を提案した。まず画像をブロックに分割し、そのブロックに対して離散コサイン変換(DCT)を適用する。DCT成分の高周波成分を取り除くことにより、画像を圧縮する。その後DCT成分をランダムに回転させることで複数の画像間の相関を取り除く。伝送したい画像全てとこれらの画像をマスキングするための画像に対して上記の処理を施し、マスキング画像に高い重み付けて混合し、受信者に対して送信する。受信した側は、混合画像に対して独立成分分析を適用し、分離することでDCT成分を得ることができる。DCT成分の回転を元に戻し、逆離散コサイン変換を施すことで、もとの画像を得ることができる。複数の信号源から信号が発生し,それらの混合信号を複数のセンサーで観測し,その観測信号のみを用いてもとの信号に分離することをブラインド信号分離という.そこで本研究では特に信号が音であるとして,音源の位置が変化する場合の分離方法を提案した.音源が移動すると,それに応じて混合状況が変化する.したがって,それに応じて分離処理を変化させなければならないが,指向性マイクロホンが同位置に配置することにより,混合の変化を小さくすることができる.それによって,移動に伴う分離性能の低下を小さくすることができた.また,ブラインド信号分離を行う時は,繰り返し計算によって分離を行うため,処理に多大な時間を必要とする.そこで,高速に計算するアルゴリズムが望まれている.そこでSuper-Exponential法と呼ばれるアルゴリズムを用いて分離を行った.このアルゴリズムは指数の指数乗のオーダーで学習が収束するため,高速な分離処理を期待することができる.また,Super-Exponential法を高次の統計量のみを用いて実装することで,ガウス雑音に対して頑健に分離を行うことが可能となった。本研究では,この雑音に対して頑健なアルゴリズムをオンラインで実行することを考え,適応的な頑健Super-Exponential法(ARSEM)を提案した.ARSEMは,他の高次統計量を用いるアルゴリズムと比較して,雑音に対して頑健に,そして,高速に分離処理が行えることを確認した.また,このアルゴリズムを音声信号に適用して,雑音の多い環境においても分離ができることを示した.ただし,このARSEMでは,複数の信号を取り出す時の処理に失敗するおそれがある.そこで,それを回避する手段として,参照信号を用いた固有ベクトルアルゴリズムによって,分離する手法を提案し,常に全信号を取り出せることを示した.1.信号源の数の変化を伴うブラインド信号分離を行う場合について、その対処法を考案した。
竹炭を利用した小規模河川の水質浄化法の実用化

本年度(最終年度)は、前年度の基礎的研究結果を考慮にいれて、次の項目について応用的研究を推進し、以下のような成果が得られた。(1)小規模カラムでの連続浄化操作前年度に検討した生物膜付着竹炭を、小規模のカラムに充填して河川水あるいはモデル廃水を流し、連続操作で有害成分の除去速度等を調べ、処理特性を検討した。また、このデータを基に、実河川への利用を試みた。温度等の操作条件によって処理能力が大きく変動したが、条件を調整することにより50%以上のCODが減少する傾向を示した。(2)生物膜付着竹炭の実河川への応用(1)で検討した生物膜付着竹炭による連続処理操作の実験結果を基に、実河川(鹿児島県出水市浦田川)への応用を試みた。CODの低減、DOおよびpH等を測定し、実河川に対する処理能力を検討した。SSが高くなるなど操作条件によっては処理が難しくなる場合もあったが、操作条件によってはCOD等が減少する傾向を示した。また、DOがかなり低いことも判明した。(3)総括以上の一連の研究成果を各分担課題毎にまとめるとともに、総合的にまとめる作業を進め、報告書として製本し公表した。本年度(初年度)は、基礎的研究を推進し、以下のような研究成果を得た。1.河川の環境および挙動特性の調査鹿児島県内の中小河川を対象とし、出水市浦田川の数箇所の地点で環境および挙動特性を調べた。環境に関しては、各地点のCOD、SS、pHおよびDOを測定し、汚染の状況について検討した。挙動特性については、水量、流量や排水の流入状況を調べ、河川の持つ自浄能力などについて検討した。2.竹炭のろ過および吸着特性数種類の大きさに調製した竹炭を用い、人工廃水で有害物質に対するろ過特性および吸着特性を検討し、最適な除去材の調製法を見出した。有害物質としては、CODで代表される有機物、さらにSS、pHおよぴDOなども検討した。3.竹炭への微生物膜の付着2で調製した竹炭を用い、活性汚泥槽の汚泥あるいは川底の泥を種汚泥として含む、人工廃水または河川水で馴養し、微生物膜を竹炭に付着させた。この竹炭に人工廃水または河川水を接触させ、有害成分(COD)に対する吸着特性あるいはSS、pHおよびDOの変化を検討し、有害成分(COD)に対する吸着能力を有することを確認した。本年度(最終年度)は、前年度の基礎的研究結果を考慮にいれて、次の項目について応用的研究を推進した。(1)小規模カラムでの連続浄化操作前年度に検討した生物膜付着竹炭を、小規模のカラムに充填して河川水を流し、連続操作で有害成分の除去速度等を調べ、処理特性を検討した。操作条件(温度等)によって処理能力が大きく変動するようであるが、条件によっては50%以上のCODが減少する傾向を示した。(前田、岡林、江崎、幡手)(2)生物膜付着竹炭の実河川への応用(1)で検討した生物膜付着竹炭による連続処理操作の実験結果を基に、実河川(鹿児島県出水市浦田川)への応用を試みた。CODの低減等を測定し、実河川に対する処理能力を検討した。操作条件(有機物濃度等)によって処理が難しくなる場合があったが、条件を調整することによってCOD等が減少する傾向を示した。(大竹、三原、上村、吉田、岡林(悦))(3)総括以上の一連の研究成果を各分担課題毎にまとめるとともに、総合的にまとめる作業を進め、報告書として製本し公表した。(全員)
多軌道d-p及びc-f模型による遷移金属及び希土類化合物の異常物性と超伝導の理論

近年発見された鉄系超伝導体の超伝導機構を解明することが本研究の目的である。前年度は、鉄系超伝導体の電子状態を適切に記述できると考えられる、鉄のd軌道と砒素の軌道を顕に考慮した、2次元16バンドd-p模型に乱雑位相近似(RPA)を適用することにより、電子状態、及び超伝導について調べた。ここで、相互作用としては鉄サイト内のクーロン相互作用とA_<1g>、B_<1g>、E_g、orthorombicフォノンによる電子-格子相互作用を考慮した。そうすることにより、実験と定性的に一致する結果を得た。しかし、RPAでは、強相関・強結合効果を取り入れることができない。そこで、本年度は、強相関・強結合効果を取り入れるために、自己無撞着揺らぎ理論(SCF理論)、動的平均場理論(DMFT)といった、RPAを超えた近似を適用した。その結果、現実的なクーロン相互作用、電子-格子相互作用のパラメータ領域において、軌道揺らぎが発達し、また、その揺らぎを媒介として、ギャップ関数に符号反転のない戯超伝導(S++波超伝導)が実現することを示した。これは、RPAによって得られていた結果の正当性を保証するものである。鉄系超伝導体の電子構造は非常に複雑であるため、現実的な模型に基づき、さらに、強相関・強結合効果も取り入れた研究を行う必要がある。これまで、現実的な模型に対して、強相関・強結合効果を取り入れ、超伝導まで議論した研究は少なかったが、本研究において、その試みがある程度成功したと言え、鉄系超伝導体の理解を進めることができた。また、軌道揺らぎが超伝導の発現機構であることを主張している研究は、非常に少なく、世界に先駆けた研究であると言える。実際、最近の超音波実験等では軌道揺らぎ理論を支持する結果が得られており、軌道揺らぎが超伝導の発現機構である期待が高まっている。本研究では、鉄系超伝導体の電子状態を適切に記述できると考えられる、鉄のd軌道と砒素のp軌道を顕に考慮した、2次元16バンドd-p模型に乱雑位相近似(RPA)を適用することにより、電子状態、及び超伝導について調べた。その結果、軌道内クーロン相互作用(U)、フント則結合(J)、ペアトランスファー(J')は軌道揺らぎを抑える働きがある一方、軌道間クーロン相互作用(U')、電子-格子相互作用(g)は軌道揺らぎを増強する働きがあることが分かった。このU'とgの協力効果によって、軌道揺らぎが著しく増強され、また、その揺らぎを媒介として、ギャップ関数に符号反転のないs波超伝導(s_<++>波超伝導)が実現することを明らかにした。さらに、クーロン相互作用と電子-格子相互作用の大きさによって、スピン揺らぎ、軌道揺らぎの大きさが変化し、それらが競合している場合に、電子面上でギャップ関数にノードが現れることを示した。このように、パラメータによって多彩なギャップ構造が現れることは、実験で、物質に依存して様々なギャップ構造が見られることとコンシステントである。