hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
走査型カー回転分光によるシリコン中の空間電荷効果の検出

本研究の目的は、走査型カー回転分光とスピン注入を用いてシリコン中の空間電荷効果(電子密度・電場の不均一性)を検出し、シリコンで空間電荷によって誘起される大きな磁気抵抗効果のメカニズムを明らかにすることにある。平成23年度(1年目)の計画の引き続きでシリコンデバイスの作製を行いつつ、空間電荷効果と磁気抵抗効果の評価を行い、実験を確立する。そして、今年度(2年目)から三端子のシリコンデバイスを作製し、シリコンデバイスへのスピン注入と検出の実験を行う予定だったが、p型シリコンで低磁場において大きな磁気抵抗効果が発現することを発見したため、この新発見の起源とメカニズムを明らかにするために今年度の実験を進めてきた。p型シリコンは、高抵抗でキャリア密度が約2×10^<12>cm^<-3>)であり、インジウム電極とオーミックコンタクトを作製して高電圧を印加すると、p型シリコンに電子注入が可能になる。その伝導領域は空間電効果が支配的であり、磁気抵抗効果を測定すると、低磁場(250millitesla以下)でもp型シリコンは磁気抵抗が約80%にもなり、しかも磁場の変化に対して磁気抵抗がリニアに変化することがわかった。その大きな磁気抵抗効果は、メカニズムが磁場による電子・ホールキャリア密度比制御であり、p型シリコン中に注入した電子の拡散は磁場の印加によって抑制されるとわかった。このメカニズムはこの研究で初めて明らかになった[1]。さらに、この磁気抵抗かは、スピンデバイスの巨大磁気抵抗効果(GMR)と匹敵する大きさで、低磁場センサーへの応用に期待を集めている。(抄録なし)平成23年度では、p型とn型のシリコンを用いて二端子・マルチプローブのシリコンデバイスを作製し、空間電荷効果によって誘起された大きな磁気抵抗効果の測定実験を行った。今回の実験では、はじめてp型シリコンデバイスにおいて空間電荷効果によって誘起された大きな磁気抵抗効果を観測した。低温(35ケルビン)では、n型シリコンデバイスと同じようにp型シリコンにおいても、空間電荷効果によって誘起された大きな磁気抵抗効果は印加磁場に対してリニア的依存性を示していることが分かった。この実験では、p型シリコンであればホール、n型シリコンであれば電子が伝導のキャリアになるため、ホールによる空間電荷効果も大きな磁気抵抗効果を引き起こすことができることも示した。しかし、室温(300ケルビン)では、p型とn型のシリコンデバイスは大きな異なる特性を示していた。それは、n型シリコンデバイスでは、電流-電圧(I-V)特性が低電圧のオーミック領域(I∝V)と高電圧の空間電荷効果(I∝V^2)領域で分かれているが、p型シリコンデバイスでは、I-V特性が低電圧のオーミック領域(I∝V)と高電圧の空間電荷効果(I∝V^2)領域に加え、オーミックと空間電荷効果領域の間にI∝V^<1/2>の中間領域が存在している。これは、p型半導体中にマイノリティーキャリアの電子とマジョリティーキャリアのホールが同程度に混在し、しかも電子とホールの再結合がある伝導領域で見られる電流-電圧特性である。すなわち、p型シリコンデバイスに電子が注入されていることを意味している。これは、Hall測定によって明らかにした。通常、半導体における空間電荷効果の測定では、I∝V^<1/2>の領域があまり観測できない伝導領域であるが、今回は、はじめてシリコンでの観測に成功した。この結果は、電子とホールが混在している場合の大きな磁気抵抗効果のメカニズムの解明に役立つ。このメカニズムはこの研究で初めて明らかになった田。

そして、今年度(2年目)から三端子のシリコンデバイスを作製し、シリコンデバイスへのスピン注入と検出の実験を行う予定だったが、p型シリコンで低磁場において大きな磁気抵抗効果が発現することを発見したため、この新発見の起源とメカニズムを明らかにするために今年度の実験を進めてきた。p型シリコンは、高抵抗でキャリア密度が約2×10^<12>cm^<-3>)であり、インジウム電極とオーミックコンタクトを作製して高電圧を印加すると、p型シリコンに電子注入が可能になる。その伝導領域は空間電効果が支配的であり、磁気抵抗効果を測定すると、低磁場(250millitesla以下)でもp型シリコンは磁気抵抗が約80%にもなり、しかも磁場の変化に対して磁気抵抗がリニアに変化することがわかった。その大きな磁気抵抗効果は、メカニズムが磁場による電子・ホールキャリア密度比制御であり、p型シリコン中に注入した電子の拡散は磁場の印加によって抑制されるとわかった。このメカニズムはこの研究で初めて明らかになった[1]。さらに、この磁気抵抗かは、スピンデバイスの巨大磁気抵抗効果(GMR)と匹敵する大きさで、低磁場センサーへの応用に期待を集めている。平成23年度の計画通り、研究が順調に進んでいるためである。p型とn型のシリコンを用いてデバイスを作製し、空間電荷効果によって誘起された磁気抵抗効果を測定した。その結果、室温においてp型とn型のシリコンデバイスは磁気伝導特性が異なることが分かった。p型シリコンデバイスでは、n型シリコンデバイスに見られなかった、マイノリティーキャリアの電子とマジョリティーキャリアのホールが同程度に共存している空間電荷伝導領域を発見した。今年度(2年目)から三端子のシリコンデバイスを作製し、シリコンデバイスへのスピン注入と検出の実験を行う予定だったが、電子を注入して空間電荷効果状態にあるp型シリコンデバイスにおいて、低磁場でも大きな磁気抵抗効果が発現することを発見した。この新発見を追求したために、実験計画の進展はやや遅れました。その大きな磁気抵抗効果は、磁場による電子・ホール密度の制御によるものとわかりました。平成23年度の研究計画が順調に進んでいるため、引き続き平成24年度の研究計画通り、p型とn型のシリコンを用いて、空間電荷効果によって誘起された磁気抵抗効果の測定を行い、さらに今年度からシリコンへのスピン注入実験も行い、シリコン中のスピン輸送に対する空間電荷効果の影響を調べる。平成25年度から引き続き、微細加工したシリコンデバイスの作製を行いつつ、空間電荷効果と磁気抵抗効果の評価を行い、メカニズムを明らかにする。シリコンデバイス作製にあたっては、フォトリソグラフィーと超高真空蒸着を用いてシリコン基板上にアンチモンドープした金を蒸着し、シリコン-金オーミックコンタクトを作製する。空間電荷効果の実験で、n型とp型のシリコン基板およびキャリア密度の異なるシリコン基板を利用する。さらに、Corbino Geometryを電極作製に導入することで、空間電荷効果による不均一性(inhomogeneity)がシリコン中に局所的ホール電場を引き起こすかを確認し、大きな磁気抵抗効果のメカニズムへの寄与を明らかにする。
有限群のコホモロジー論の研究

有限群の表現論においてブロック・イデアルは主要な考察対象である。本研究においてそのコホモロジー環のブロック・イデアルのソース多元環による特徴付けを与えた。ソース多元環はブロック・イデアルの枢要な普遍量であるがその解析は困難である。本研究ではその加群構造のコホモロジー理論による解析定理を得た。これらをテイム表現型のブロック・イデアルに適用し、そのコホモロジー環およびソース多元環の構造を調べた。Gを有限群とする.kを標数pの代数的閉体とし,pはGの位数を割り切るとする.ブロック・イデアルBのコホモロジー環はBのディフェクト群Dのコホモロジー環H^*(D,k)のBのDにおけるBrauer圏について安定な部分環として定義される.1.PをGのSylow p-部分群とする.主ブロックB_oのソース加群i_okGを(kP,kP)両側加群とみて得られるHochshildコホキロジー環のtransfer写像t:HH^*(kP)→HH^*(kP)をdiagonal mbedding H^*(P,k)→HH^*(kP)を通してH^*(P,k)に制限した写像t:H^*(P,k)→H^*(P,k)の像が主ブロックB_oのコホモロジー環H^*(G,B_o,i_o)に一致することを示した。これは従来知られていた,いわゆる安定元定理の精密化である.一般に、ブロック・イデアルBのディフェクト群Dとソースベき等元iについてソース多元環ikGiを(kD,kD)両側加群とみて,これが引き起こすディフェクト群のコホモロジー環の写像の像がBのコホモロジー環H^*(G,B,i)に一致すると予想しているが,そのためのささやかな前進である.2.有限群Gのコホモロジー環H^*(G,k)とGのSylow p-部分群Pのコホモロジー環H^*(P,k)が同型であるとき,Gはpべき零であることが知られているが,これをブロック・イデアルのコホモロジー環の理論に拡張し,ブロック・イデアルBのコホモロジー環H^*(G,B,i)がBのディフェクト群のコホモロジー環H^*(D,k)と一致するならば,ブロック・イデアルBはべき零であると予想しているが,有限群Gがp可解群ならば,これが成り立つことを示した.Gを有限群とする。kを標数pの代数的閉体とし,pはGの位数を割り切るとする。BをkGのブロック・イデアル,DをBのディフェクト群,iをソースべき等元とする。1.ブロックBのソース多元環ikGlが定める移送写像を調べるために,ikGiの(kD,kD)両側加群としての直和分解を調べる必要がある。これについて,Dとiで定められるBrauer圏に属する部分対(Q,b_Q)の安定部分群に属する元gが定めるH^*(D,k)の移送写像が零写像でなければ,Qの中心化群の元yを適当に選べば(kD,kD)両側加群k[DgyD]がikGlの直和因子に同型となることを示した。これまでは,極大部分対(D,b_D)の安定部分群に属する元xから得られるk[DxD]しか知られていなかったので,この結果の意義は大きい。2.有限群Gがp^-可解であるとき,H^*(G,B;i)の極大イデアルスペクトラムとH^*(D,k)のそれが一致するとき,Bはべき零ブロックであることを示した。3.HをGの部分群とし,HのブロックCのGへのBrauer対応が定義され,それがBに一致しさらに,ディフェクト群としてDを持つと仮定する。このとき,H^*(G,B;i)とH^*(H,C;j)との関係を調べることは特に重要な課題であるが,Bのソースべき等元iとCのソースべき等元jがよい関係にあるとき,H^*(G,B;i)がH^*(H,C;j)に含まれるためにはH^*(G,B;i)がkDのHochshildコホモロジー環のiLj安定部分環に埋め込まれることが必要十分であることを示した。ここで,Lは(kG,kH)両側加群であり,ブロックBとブロックCを強く関係付けるものとして,本研究代表者によって定義されたものである。この結果はコホモロジー環H^*

(G,B;i)の特徴づけを与えた研究に基づくものであり,雑誌"Algebras and RepresentationTheory"に掲載されることが決定している。有限群Gのブロック・イデアルのソース多元環はブロック・イデアルと多くの共通の性質をもち、非常に重要なものであるが、ブロック・イデアルのコホモロジー環もソース多元環によって決定される。しかし、その扱いは困難を極めている。Bをブロック・イデアル、DをBのディフェクト群、SをBのソース多元環とするとき、Sの(D,D)両側加群としての構造を知ることは極めて重要である。昨年度にはDのコホモロジー環のある写像を用いて、(D,D)両側剰余類から定義される(D,D)両側加群がSの(D,D)両側加群としての直和因子に同型であるための十分条件を与えたが、これは、コホモロジー理論の表現論への応用という観点からも画期的である。2006年度の論文でBがテイム表現型である場合に、Bのコホモロジー環を計算し、さらに、Bのコホモロジー環をDのコホモロジー環のある写像の像として表すことに成功していたが、先に述べた定理を用いることにより、この写像はソース多元環Sの(D,D)両側加群としてのある直和因子Mによって定義されることがわかった。さらに、Bのソース多元環Sによって定義されるDのコホモロジー環の写像はMによって定義される写像によく似ていることも確認できた。一般に、Bがどのようなブロック・イデアルであっても、そのソース多元環Sによって定義されるDのコホモロジー環の写像の像がBのコホモロジー環であると予想しているが、Bがテイム表現型である場合にはこの予想が正しいことを強く示唆するものである。この直和因子Mはさらに、次の意味でBのコホモロジー環を特徴付けることもわかった。すなわち、Dのコホモロジー環の元がBのコホモロジー環に属するためには、そのDのホッホシルト・コホモロジー環への埋め込みがM-安定であることが必要十分である。p-可解についてはほぼ所定の目標に達したが,ikGlが定めるHochshildコホモロジー環の移送写像については,主ブロックに対しても有効なてがかりがつかめていない。しかし,実績にも示したように,ikGl直和因子について,新たな知見も得られた。また,Brauer対応で対応するブロックのコホモロジー環の包含関係については当初予想していなかったことで.研究の進展にともなって得られたものである。24年度が最終年度であるため、記入しない。ikGlが定めるHochshildコホモロジー環の移送写像を調べるためにはikGlの直和因子についてより詳細なコホモロジー論的な解析が必要である.そのために,具体的な例を詳しく調べることにより,理論的な考察につなげたい。
イメージからシンボルへの情報集約過程のモデル化の研究

本研究は、ボトムアップ的認知過程をイメージ情報からシンボル情報への情報集約過程と捉え、計算論的神経科学の手法によりその仮説的概念モデルを構成することを目指している。本年度は、まず、(1)昨年構成した中間情報表現のアルゴリズムの有効性を確かめるため、一般的な実カラー画像の観測システムの設定とそのシミュレーションソフトウェアの開発を行った。エッジを統合してできる「ロングエッジ」とエッジ以外の点を統合してできる「ワイドスポット」を抽出するのが第一次中間情報であるが、本年度は、その前段階である境界エッジ(または中央エッジ)の抽出を行った。また、ワイドスポットの属性として、単に境界エッジまでの距離群のみならず、境界の向こう側のカラー情報も伝播させる新しい単純なアルゴリズムを交換した(人間も行っていると思われる)。これらの情報によってエッジのどちら側が前(または内部構造)であるかが容易に判定できるはずである(距離群、凹凸、隣接領域のカラーなどの利用)。(2)注意のいく場所は、情報の集約したところである。最近の研究によれば、エッジのみならず領域の重心などにもかなりの確率で注意がいくことが明かになっている。この事実は従来のモデルでは説明できず、新しい考えが必要である。本研究の第一次中間情報は、その候補となりうるものであり、もし、心理実験の結果とよく一致するなら、本研究で取り扱っている情報が人間の脳の心理実験の結果とよく一致するなら、本研究で取り扱っている情報が人間の脳のなかでも存在する1つの証拠となるであろう。(3)本研究の基本的考え方は、「外界を網膜に取り込んだ情報は、その後主に2次元的に内部表現されている」ということを暗に仮定している。近年、この点、すなわち2次元的内部表現か3次元的内部表現かに関する問題が内外で検討されているので、今年度はこれに関する研究も並行して行った。
衝撃的地震力に対するラバークッションを用いた落橋防止装置の開発に関する研究

兵庫県南部地震による多くの橋桁の落下事故を契機として、落橋防止装置の見直しが行われ、新しい道路橋示方書ではゴム等の緩衝材を用いた落橋防止装置を使用することが推奨された。そこで、本研究では既存の連結板装置をベースとした簡易な補強手段として、積層繊維ゴムをピンの周囲に巻いたゴム緩衝ピンを提案し、直下型地震による衝撃的外力に対するゴム緩衝ピンの緩衝効果を検討したものである。得られた成果を要約すると、1.ゴム緩衝ピンにはゴム自体の変形にともなう荷重分散効果が期待でき、ピンと連結板の接触部の支圧応力を約30%低減可能である。2.ゴム緩衝ピンの衝撃荷重の緩衝効果は大きく、連結板の応答ひずみを最大1/3程度まで低減可能である。3.連結板の終局耐力はピン径が大きくなるほど大きくなる傾向にあるため、従来の鋼製ピンに比べてゴム厚だけ鋼棒の径が小さいゴム緩衝ピンは、終局耐力の面では不利となる。4.連結板破断時の終局変位についてはゴム緩衝ピンの方が大きく、ほぼゴム厚に相当するだけの変位の増加が見込める。5.連結板破断時までの限界吸収エネルギーは、ゴム緩衝ピンの方が鋼製ピンよりも約20%大きくなる。6.ゴム緩衝ピンの全径を一定として、限界吸収エネルギーが最大となるゴム厚を検討した結果、鋼棒とピン全径の比は1:1.21:1.5程度が望ましい。7.ゴム緩衝ピンの挙動は、積層繊維ゴムを単軸引張試験結果をもとにした超弾性体としてモデル化することにより把握できる。本研究は、ゴムが緩衝材として有効な性能を持つ点に着目して、兵庫県南部地震のような衝撃的地震力に対し、落橋防止連結板と主桁とをつなぐピンに積層繊維ゴムを巻きつけることにより、ゴム巻きピンのエネルギー吸収性能を期待した新しい落橋防止装置を開発しようとするものである。本年度は多数の落橋防止装置提供試体を製作して、静的および高速載荷実験を行った。その成果は以下の通りである。1.ピンにゴムを巻きつけることにより、連結板が破断するまでの変形量を大きくすることができた。また、ゴム巻きピンにおいて、ゴムの繊維が切断された後の荷重-変位関係は、ゴムなしの場合とほぼ同様の傾向を示すことが認められた。2.ピンの直径が大きくなるにしたがい、ゴムの有無にかかわらず最大荷重は大きくなるが、破断時の変位は小さくなることが認められた。また吸収エネルギーを最大にする、最適なピン径とゴム巻き厚の存在することが認められた。3.与えられた外力エネルギーは、ゴムを巻きつけることにより積層ゴムの繊維の破断により吸収され、吸収可能なエネルギー量が大きくなることが認められた。すなわち、強制変位としてあるいはエネルギーとして外力が作用した場合においては、ゴムを巻きつけることにより連結板の破断を防止することができ、緩衝効果を大きくすることが認められた。本年度は多数の落橋防止装置供試体を製作して、静的試験、落錘式衝撃実験および高速載荷実験を行った。1.静的弾性荷重に対して、ゴムの変形に伴う荷重分散効果を期待することができ、特にピンと連結板の接触部近傍における応力集中を緩和できることが確認された。2.弾性応答レベルの衝撃荷重に対して、ゴム緩衝ピンは顕著な衝撃力の低減効果を示し、連結板の応答ひずみの周期を23倍程度に大きくするとともに、最大応答ひずみを1/3程度にまで低減させることが可能である。

3.静的破壊実験で得られたゴム緩衝ピンの限界吸収エネルギーは、従来型のピンより2025%大きくなることがわかった。高速破壊実験による限界吸収エネルギーについても、静的実験とほぼ同様の結果が得られた。4.連結板厚と積層繊維ゴムの破断強度の間には、ほば線形関係があることがわかった。本研究は、ゴムが緩衝材として有効な性能を持つことに着目し、落橋防止連結板装置に積層繊維ゴムを巻いた緩衝ピンを用いることを提案し、耐震性能の改善を図ったものである。本年度は、これまでに行った一連の静的・衝撃実験の成果をまとめるとともに、衝撃緩衝効果について数値解析による検証も行った。その成果は以下のとおりである。〈実験による成果〉静的力学特性:ゴム緩衝ピンは、ゴム自体の変形にともなう荷重分散効果があり、ピンと連結板の接触部近傍における応力集中の緩和に効果が見られ、従来の弾性設計で考慮していた支圧応力は約30%低減することが明らかとなった。ゴム緩衝ピンは、全径を同一とした従来の鋼製ピンと比べ、終局耐力は小さくなる反面、終局変位については大きくなることにより、限界吸収エネルギーに関しては約20%大きくなることが認められた。衝撃緩衝効果:ゴム緩衝ピンの衝撃緩衝効果は大きく、連結板の応答ひずみを最大1/3程度まで低減可能であることが確認された。また、連結板に塑性ひずみが発生する弾性限界エネルギーもゴム緩衝ピンの方が5倍程度大きくなることが明らかとなった。〈数値解析による成果〉緩衝ピンで用いる積層繊維ゴムの力学特性は、繊維ゴムの単軸引張試験結果をもとに決定した超弾性体モデルで評価することが可能である(適用限界は30%程度のひずみ域)。すなわち、超弾性モデルによりゴム緩衝ピンを用いた連結板の静的荷重-変位関係を良好にシミュレートすることができ、応力集中の緩和効果についても実験と同様の結果が得られた。また、衝撃緩衝効果についても数値解析により、連結板内の応答ひずみを1/3程度に著しく低減できる等の実験結果と同様の特性が確認され、ゴム緩衝ピンが連結板に対する緩衝材として有効に機能していることが確認された。
次世代電力システムの革新的運用・マネージメントに関する研究

将来の電力系統は経年機器の増加の中で,高い信頼度と経済性を有する電力供給が求められており,機器の性能や信頼度に基づき各機器の故障が電力システム全体に及ぼすインパクトが最小となるように電力システムを運用・制御・管理することが必要である.これを実現するため,IGMS(Intelligent Grid Management System)を提案し検討を行った.その結果,機器劣化進展予測に基づく潮流制御及び機器診断に基づくリアルタイム潮流制御,また系統全体の機器に対する保守戦略を考慮することによって,IGMSの適用により,電力システム全体の信頼性向上,総合経済性の向上の両立が実現する手法を開発した.今日の電力系統には,高品質・高信頼化が求められている.その一方で,既存設備の高経年化による供給信頼度の低下が問題視されており,適切な運用が求められている.そこで,これらの解決策として筆者らはアセットマネジメントとスマートグリッドを包括した電力系統最適運用システム(IGMS)を提案し,その基礎・応用研究を行った.まず,これを実現するため,IGMS(Intelligent Grid Management System)を提案し,その基礎検討を行った.機器の劣化進展予測に基づく潮流制御及び機器診断に基づくリアルタイム潮流制御について検討を行い,機器劣化進展予測に基づく潮流制御及び機器診断に基づくリアルタイム潮流制御について検討を行った.得られた結果を以下のとおりである.すなわち,(1) IGMSによる機器劣化推定に基づく最適潮流制御により,機器状態を考慮しない従来の制御方法と比べ,システム全体の経済性が大きく向上することが明らかとなった.これはIGMSの主要な適用メリットである.また次に,(2) IMGSにより,系統内機器の統合的診断に基づいた詳細な信頼度評価を行い,総合コストを最も小さくする潮流制御を導出可能であることを明らかにした.続いて,IGMSによる系統全体の機器に対する最適保守戦略の立案に関する検討を行った.系統全体の機器に対する保守戦略を考慮する際に,機器の単独故障に比べ多重故障による被害が極端に大きい機器が存在しない場合,全機器の組み合わせによる膨大な計算を行うことはなく,有効な保守戦略の立案が可能であることがわかった.この結果より,大規模な系統モデルにおいても,系統全体の構成機器に対する保守戦略の立案をIGMSによって導出可能と考えられる.このように,当初より期待されていたIGMS適用の成果を得ることができた.将来の電力系統は経年機器の増加の中で,高い信頼度と経済性を有する電力供給が求められており,機器の性能や信頼度に基づき各機器の故障が電力システム全体に及ぼすインパクトが最小となるように電力システムを運用・制御・管理することが必要である.これを実現するため,IGMS(Intelligent Grid Management System)を提案し検討を行った.その結果,機器劣化進展予測に基づく潮流制御及び機器診断に基づくリアルタイム潮流制御,また系統全体の機器に対する保守戦略を考慮することによって,IGMSの適用により,電力システム全体の信頼性向上,総合経済性の向上の両立が実現する手法を開発した.電力システムは、その時々の新しい技術を取り入れた電力機器の積層構成となっており、多くの構成機器の信頼性を維持しつつ運用する必要がある。現在も、分散電源や貯蔵技術、直流技術などの新しい技術が導入されようとしている。これからの次世代グリッドにおいて高品質で安定した電力を供給するためには、各年代で導入されたさまざまな仕様の各機器の状態診断から現在性能と将来性能を考慮しつつ電力システム全体の信頼性を高めるシステムの運用・制御・マネージメントすることが不可欠である。そこで、本研究は、次世代電力システムにおいて上記の最適化手法を見つける際に必要な大量の計算の時間を短縮し、現実的な時間で最適解を見つける方法を構築することを目的としている。このために、(1)流通網と変電流通コスト計算手法の確立、(2)機器寿命を超える長期間にわたるメンテナンス戦略の構築方法、(3)メンテナンス履歴を考慮した潮流計算の対処方法、の3つの区分に分けて研究を進めている。平成24年度では、このうち、(1)流通網と変電流通コスト計算手法の確立、(2)機器寿命を超える長期間にわたるメンテナンス戦略の構築方法をほぼ終了した。この結果、全ての組み合わせにおいて各機器の故障率と影響を考慮して行っているモンテカルロシミュレーションの時間短縮および遺伝的アルゴリズムの手法を用いることで現実的な時間内に最小値または最小値に近い最も合理的な値を求める手法を構築した。また、機器の長期に渡るメンテナンスを考える際に、常に数年先までのコストを評価する方法を構築し、合理的なメンテナンス計画が構築できることを見出した。以上の研究結果により、機器のメンテナンスであるアセットマネジメントと、電力の潮流制御であるスマートグリッドの両方の概念を統合して電力システムの運用が可能であることを示すことができた。(1)流通網と変電流通コスト計算手法の確立:流通網と変電流通コストの計算手法の基本原理は、電力システムに発生する様々な事象をコストに換算し、その総和Zを目的関数として数理計画法を用いて最小化することにある。コスト総和Zは、Z=(正常運転時の送電損失)+(過負荷運転時の電力損失)+(過負荷運転時の機器の寿命減損) +(保守費用)+(停電時の損害)+(故障時の機器修理費用)+(故障時の二次被害)で与えられ、その最低値を求める際に、全ての組み合わせにおいて各機器の故障率と影響を考慮してモンテカルロシミュレーションを用いて求めている。この計算量が非常に多くなるため大きな系統網では現実的な時間で計算できない可能性がある。そのため、モンテカルロシミュレーションの時間短縮および遺伝的アルゴリズムの手法を用いることで現実的な時間内に最小値または最小値に近い最も合理的な値を求める手法を構築した。

(2)機器寿命を超える長期間にわたるメンテナンス戦略の構築方法:機器の長期に渡るメンテナンスを考える際に、評価期間を設ける必要がある。しかし、評価期間を短く設けると、評価期間内はコストを最小にし、評価期間後に大きなコストが発生するように計算をおこなうことになり、適切なメンテナンスにならない。一方、例えば100年のような長い評価期間とするとメンテナンスの間隔などより合理的な値が出てくるが、100年を考えたメンテナンスを行うことが良い経営判断となるかは分からない。この評価期間をどのように考えるかは、今後のメンテナンス戦略を考える上で極めて重要な部分である。そこで、評価期間として常に10年後までを考慮する方法を構築し、上記評価期間の問題を回避できることを見出した。(3)メンテナンス履歴を考慮した潮流計算の対処方法:単年度で区切って機器のメンテナンスを行う解析は、比較的容易に最適更新時期を求めることができる。この理由は、各機器のメンテナンスの履歴を考慮しておらず、経年がそのまま故障率の増加として加算されていくためである。しかし、ある機器のリプレースが行われることを考えると、その機器の信頼性だけでなく、潮流を変化させることでシステム全体としての信頼性が変化するため、解析するケースが大幅に増加する。このメンテナンスの履歴を考慮したシステム全体の解析をおこなおう場合、非常に多くのパターンの解析をおこなう必要があり研究項目(1)と同様に解析時間の大幅な短縮が必要になる。このため遺伝的アルゴリズム以外のもう1つの手法も構築し、2つの手法が同じ最適値を示すなら用いることで、現実的な解析時間内で、最小値または最小値に近い最も合理的な値を求める手法を構築・評価する。さらに、流通網と変電流通コスト計算手法、メンテナンス履歴を考慮した潮流計算手法、並びに長期間にわたるメンテナンス戦略の構築方法について、得られた結果を取りまとめて、成果の発表をおこなう。解析用パソコンの導入および得られた結果を取りまとめて、国内外の学会に成果の発表をおこなう。
消化器癌リンパ節微小転移病変のキャラクター解析とその臨床応用

Aリンパ節微小転移のキャラクター解析リンパ節微小転移のキャラクター解析に関して当初CGH法を駆使した染色体異常をもとに行う予定であったが、マイクロアレー法による直接的なキャラクター解析がより良い方法と考え研究を開始した。現在の進行状況について以下のようにまとめた。1)微小転移病巣のマイクロダイセクション摘出リンパ節を凍結し、凍結切片を作成する。迅速組織診で微小リンパ節転移を検索し、転移部位のマッピングを行う。これをもとにUVレーザーカッティングマイクロダイセクションを行い、リンパ節転移腫瘍片を採取する。採取された組織片からcRNAを作成する。正常リンパ節組織も採取し、同様にcRNAを作成する。2)オリゴマイクロアレー法による遺伝子発現レベルの比較検討作成したcRNAからオリゴマイクロアレイ法(Agilent社製チップ)により遺伝子発現レベルを正常組織から得られたcRNAと比較検討することにより遺伝子発現の特徴を解析する。この際には対象者のプライバシーを守り、個人が特定できない配慮を行う。臨床研究倫理委員会の承認を得ることとしている。B血中遊離がん細胞のキャラクターの解析リンパ節微小転移のキャラクター解析とともにがん患者の血中遊離がん細胞の同定とそのキャラクター解析を胃癌について行った。遊離がん細胞の存在はCEAmRNAの発現をreal time PCR法により検索し、腫瘍のキャラクターは原発巣でのシアリルルイス抗原の発現を免疫組織学的に検索した。この結果、遊離がん細胞陽性症例のうちシアリルルイスX陽性胃癌の症例は高い再発率を示していることを明らかにした(CANCER LETTERS)。本年度の計画1)微小転移病巣のマイクロダイセクション:微小転移部位のマイクロダイセクションに先立ち、癌原発巣でのマイクロダイセクションを試みているものの、安定した結果を得ることができず、手技の確立に難渋している。現在、国内の研究機関に派遣して、手技の習得に当たっている。2)各種消化器癌のリンパ節微小転移の実際の解析:リンパ節微小転移の実態をサイトケラチンをもちいた免疫組織学的評価で検討した。リンパ節転移陰性症例では微小転移陽性例の術後生存が有意に不良であり、通常の病理学的評価で診断できない微小転移の同定は臨床上意義があると考えられる。これらの成績をまとめて報告した(Am Surg 2003).3)消化器癌におけるリンパ節微小転移のキャラクター解析:マイクロダイセクション法の手技が確立しておらず、リンパ節微小転移のキャラクター解析はまだ行えていないが、胃癌症例で血中の微小な遊離癌細胞をREAL TIME PCR法で検索した。微小転移陽性症例のキャラクターを検討する目的で原発巣のsL x抗原の発現を検討したところ、転移陽性症例でもsL x抗原陰性のものは再発率は低率であった。(Cancer Lett 2003).4)リンパ節リンパ球の抗腫瘍免疫環境の検討:Th1/Th2バランス(細胞内サイトカインの発現)をフローサイトメーターで測定し、リンパ節内の微小転移成立と抗腫瘍免疫環境を検討している。実際の解析をはじめに乳癌のリンパ節について行い、合計4例について測定し、微小転移との関連性を今年のリンパ学会で報告予定である。また、免疫環境のマーカーとしてT細胞上のCD3ζ鎖の発現を、胃癌の所属リンパ節で評価し、遠位リンパ節で低下していることを明らかにした(Anticancer Res in press).このようにそれぞれの計画に従い、データーの集積とマイクロダイセクションの手技の安定化をはかっているが、実行年数が2年と短く、CGH解析を含めて計画を完全に遂行するのにはかなりの困難が予想される。研究期間内の完遂に向けて鋭意努力中である。
継続ケアが必要な慢性疾患患児をもつ母親の社会的支援ネットワークに関する研究

本研究は、乳幼児期の慢性疾患患児をもつ母親のソーシャルサポートとコンボイモデルの特徴を健常児の母親との比較から明らかにする。健常児の母親は慢性疾患患児の母親と比較して他者からのサポート期待が高い。他方、コンボイモデルには、健常児と慢性疾患患児の母親との違いは認められなかった。健常児の母親は主観的幸福感が低いときに、健康群は夫および義母との心の距離が有意に離れていた。しかし、慢性疾患患児の母親は主観的幸福感による、夫との心の距離に違いは見られなかった。Communityの中での子どもと家族に「子どもの疾患」という事象がもたらす生活環境の変化は、今までの環境システムとは異なる新たなシステムが動き出すと考えられる。ソーシャルサポートの果たす役割を多角的に検討する。(1)慢性疾患患児の母親を対象とした社会的支援ネットワークに関する質問紙調査から、ストレス、主観的幸福感、他者依存性とソーシャルサポートの関連を検討する。(2)健康な子どもを育てる母親を対象とした社会的支援ネットワークに関する質問紙調査から、ストレス、主観的幸福感、他者依存性とソーシャルサポートの関連を検討する。(3)慢性疾患患児を育てる母親と健康な子どもを育てる母親の比較検討を行う。(4)慢性疾患患児をもつ母親に対して、コンボイモデルを用い、社会的支援ネットワークを可視化し、関係に関する母親の思いから、ネットワークの特徴を分析する。小児慢性疾患を有する子どもは、数年または病気によってはその病気とともに様々な医療・保健・福祉・教育のもとで生涯生きていくことを余儀なくされる。慢性疾患患児と保護者への支援においては、子どもは成長発達するという特性や医療的ケアは長期に亘ることから、継続的ケアシステム作りを構築することが、子どもと保護者の生・生活の質を保証するうえで重要な課題である。これまで慢性疾患患児の母親に対するソーシャルサポートや育児不安に関する研究は散見される。しかし、育児不安に限定しない不安とソーシャルサポートについての検討は少ないことから、慢性疾患児の母の不安とソーシャルサポートの関係を検討した。その結果は、「慢性疾患児の母親の不安に関する背景要因の基礎的研究」としてまとめ、公表した。母親の不安は同居祖父母や近所の人、友人から受けるサポートがあると緩和されていた。特に同居している祖母の影響が大きく、母親の不安を和らげる効果を持つことが示された。「慢性疾患児が利用しているサービス情報源」の調査では、医療機関の情報源が医師であり、福祉、保健、教育関係については窓口が定まっておらず、親の開拓力により知り得た情報が多かった。関係する施設も多くなっており、子どもの病状を理解してコーディネイトする役割を担う人材が必要である。「慢性疾患患児の就学前後の親の体験」からは、子どもの小学校入学時の親の体験として、【学校選択に関する親の希望】、【教育機関への戸惑い】、【学校の決定要件】、【家族内調整】、【サービス不足】、のカテゴリーが抽出された。親は教育機関に相談しながら就学先を決めている。その選択時に医療側も家族の相談に応じることにより、親の戸惑いを軽減することができると考える。小児慢性疾患を有する子どもは、病気によってはその病気とともに様々な医療・保健・福祉・教育のもとで数年または生涯生きていくことを余儀なくされる。従って、慢性疾患患児と保護者への支援においては、継続的ケアシステム作りを構築することが、子どもと保護者の生・生活の質を保証するうえで重要な課題である。今年度は、倫理委員会の承認を得て、保護者へのケアシステム構築のために、慢性疾患患児が通院する病院外来において、母親を対象とした質問紙調査を実施した。調査内容は、母親のストレスおよび主観的幸福感、家族および医療従事者からのソーシャルサポートなどとした。調査期間は2か月で、調査者が直接外来で調査票の記入を依頼した。回収は留置または郵送とした。調査協力者は189名であり、子どもの年齢は、0歳から21歳であった。また、疾患も多岐におよんでいるため、今後、年齢別、疾患別に分析を行うため、継続して調査する予定である。調査結果は分析段階ではあるが、ストレスと主観的幸福感との中程度の負の相関(r=-0.582)がみられた。また、ストレスとパーソナリティ特性である他者依存性の2つの下位尺度ともそれぞれ中程度の相関(r=0.531、r=0.477)があり、この他者依存性下位尺度と主観的幸福感には負の相関(r=-0.289、-0.309)がみられた。ストレスとサポートの関係については、夫のソーシャルサポートとストレスは負の相関が認められた(r=-0.262)ものの、実母、義母については有意ではなかった。医療従事者である医師、看護師の療育サポートはストレスと負の相関(r=-0.199、-0.289)が認められている。

面接調査協力者34名の同意を得ることができ、次年度に面接調査を実施していく準備がととのった。小児慢性疾患を有する子どもは、病気によってはその病気とともに様々な医療・保健・福祉・教育のもとで数年または生涯生きていくことを余儀なくされる。従って、慢性疾患患児と保護者への支援においては、継続的ケアシステム作りを構築することが、子どもと保護者の生・生活の質を保証するうえで重要な課題である。今年度は、慢性疾患患児が通院する病院外来において、母親を対象とした質問紙調査を3施設増やして実施した。調査内容昨年度と同様に、母親のストレスおよび主観的幸福感、家族および医療従事者からのソーシャルサポートなどとした。調査期間は2か月で、病院の小児科外来担当者に調査票の配布を依頼し、回収は個別の郵送により調査者への返送とした。また、健常児の母親を対象に4保育園の協力を得て、同様の項目を用いて留め置きによる質問紙調査を実施した。調査協力者は466名であり、子どもの年齢は、0歳から28歳であった。外来通院児の母親302人、健常児の母親162人から調査協力が得られた。このうち、7歳未満の324人を分析の対象とした。通院児の母親と健常児の母親の2群を、主観的幸福感、ストレス、他者依存性、ソーシャルサポートの各項目について分析を行った。項目差が認められたのはソーシャルサポートであり、健常児の母親の方にサポート得点が高いことが認められた。外来通院児の母親に子どもの闘病という困難を経験する中で、他者へのサポート期待が低下している状況にあることが推察された。最終年度は慢性疾患患児の母親のコンボイモデルを作成し、社会的支援ネットワーク構造を明らかにすること、健常な子どもを育てる母親との比較から、慢性疾患への医療的なかかわりのある母親の特性をみいだすことを試みた。コンボイモデルは各重要他者を心の距離で示し、0を自分自身、4を遠い存在としたときに、夫、実母、義母、友人、近所の人が同心円状にどのように配置されるかを検討するものである。慢性的な疾患をもち継続して外来受診をする子どもをもつ母親を通院群、日常的に外来通院をする必要が無い子どもをもつ母親を健康群とした。コンボイモデルを平均および最頻値を参考に配置すると、健康群は夫、実母が同心円状の1に位置し、義母および友人が2、近所が3に位置付いた。通院群も同様であった。両者のコンボイモデルには有意な差は見られなかった。そこで、乳幼児期の母親を対象とし、コンボイモデルが示す重要他者との心の距離、他者依存性、主観的幸福感との関連を検討した。その結果、主観的幸福感が低いときに、健康群は夫および義母との距離が有意に離れていた。他方、通院群は義母および友人の距離が有意に離れ、夫との距離に違いは見られなかった。健康群は夫との距離が主観的幸福感と関連するのに対し、通院群は影響を受けないことが示唆された。
呼吸器誘発肺障害におけるaquaporinの役割

Ratにおける人工呼吸器による換気量増大が肺障害に与える影響を検証する目的に、一回換気量6mL/kg、15mL/kg、25ml/kgの各人工呼吸群における平均気道内圧と乾湿重量比を測定した。乾湿重量比を比較するためにt-test解析を行い、15mL/kg群と25mL/kg群の乾湿重量比は、6mL/kg群のそれより有意に高値であった(各p<0.05, p<0.01)。本研究の呼吸器誘発肺障害モデルにおいて換気量増大が肺障害に影響することが、乾湿重量比によって明らかにされた。人工呼吸器による換気量増大に伴う肺障害程度とaquaporin(AQP)発現との関連を検証する目的に、一回換気量6mL/kg、15mL/kg、25ml/kgの各人工呼吸器群におけるリアルタイムRT-PCR解析によりAQP1と5のmRNAを定量し比較した。AQP1と5の発現は、換気量の増大に伴い減少する傾向にあった。AQP1は、Sham群と15ml/kg群(p<0.01)、Sham群と25ml/kg群(p<0.01)、6mL/kg群と25mL/kg群(p<0.05)、AQP5は、6mL/kg群と15ml/kg群(p<0.05)、6 mL/kg群と25mL/kg群(p<0.05)のそれぞれに有意差を認めた。さらに、ウェスタンブロット法を用いてAQP1とAQP5の蛋白発現レベルを測定した。AQP1の蛋白発現は換気量増大に伴い増加し、AQP5の蛋白発現は換気量増大に伴い減少する傾向にあった。AQP1は、6mL/kg群と25mL/kg群(p<0.05)、AQP5は、sham群と15ml/kg群(p<0.05)、sham群と25mL/kg群(p<0.01)のそれぞれに有意差を認めた。本研究において、換気量増大に伴う肺障害がAQP発現に影響することが示された。Ratにおける人工呼吸による換気量増大が肺障害に与える影響を検証する目的に、一回換気量6 mL/kg、15 mL/kg、25 mL/kgの各人工呼吸群における平均気道内圧と乾湿重量比を測定した。乾湿重量比を比較するために、t-testによって解析した。その結果、6 mL/kg群と15 mL/kg群(p<0.05)、6 mL/kg群と25 mL/kg群(p<0.01)のそれぞれに統計学的有意差を認めた。これにより、本研究の呼吸器誘発肺障害モデルにおいて換気量増大が肺障害に影響することが、乾湿重量比によって明らかにされた。次に、人工呼吸による換気量増大に伴う肺障害程度とaquaporinの発現との関連を検証する目的に、各人工呼吸群におけるAQP1とAQP5のリアルタイムRT-PCR解析を行った。測定した結果をt-testによって解析した。その結果、AQP1において、Shamと15ml/kg群、25ml/kg群(p<0.01)、6 mL/kg群と25 mL/kg群(p<0.05)、AQP5において6 mL/kg群と15ml/kg、25 mL/kg群(p<0.05)のそれぞれに統計学的有意差を認めた。現段階で、Ratを用いた本研究のモデルにおけるリアルタイムRT-PCR解析により、AQP1とAQP5のmRNAが換気量を増大した群で減少していたことから、呼吸器誘発肺障害とaquaporinとが関連している可能性が示唆された。侵襲モデル作成の安定化が得られず、各群のサンプル数を獲得するために時間を要したため。また、リアルタイムRT-PCRの習熟した手技の習得に時間を要したため。Ratにおける人工呼吸による換気量増大が肺障害に与える影響を検証する目的に、一回換気量6ml/kg、15ml/kg、25ml/kgの各人工呼吸群における平均気道内圧と乾湿重量比を測定した。乾湿重量比を比較するためにt-test解析を行い、6ml/kg群と15ml/kg群(p<0.05)、6ml/kg群と25ml/kg群(p<0.01)のそれぞれに統計学的有意差を認めた。人工呼吸器による換気量増大に伴う肺障害程度とaquaporin(AQP)発現との関連を検証する目的に、一回換気量6ml/kg、15ml/kg、25ml/kgの各人工呼吸群におけるAQP1とAQP5のリアルタイムRT-PCR解析を行った。t-testによって、AQP1においてShamと15ml/kg群、25ml/kg群(p<0.01)、6ml/kg群と25ml/kg群(p<0.05)、AQP5において6ml/kg群と15ml/kg、25ml/kg群(p<0.05)のそれぞれに統計学的有意差を認めた。この結果を裏付ける目的に、1リアルタイムRT-PCRのサンプル数を増やした。2AQP1とAQP5の蛋白発現レベル測定を行うためにウェスタンブロット法を用い、蛋白発現レベルの安定した測定に成功した。

現段階で、Ratを用いた本研究のモデルにおけるリアルタイムRT-PCR解析により、AQP1とAQP5のmRNAが換気量を増大した群で減少していたことから、呼吸器誘発肺障害とaquaporinとが関連している可能性が示唆された。さらに本研究の動物実験モデルからのAQP1とAQP5の蛋白レベルの測定に成功した。侵襲モデル作成の安定化に難渋し、侵襲群のサンプル数を獲得するために時間を要したため。また、ウェスタンブロッティング手技を習熟するために時間を要した他、検査試薬の製造が一時的に中断され入手困難な状態に陥ったため。Ratにおける人工呼吸器による換気量増大が肺障害に与える影響を検証する目的に、一回換気量6 mL/kg、15 mL/kg、25ml/kgの人工呼吸群における平均気道内圧と乾湿重量比を測定した。乾湿重量比を比較するためにt-test解析を行い、15mL/kg群と25mL/kg群の乾湿重量比は,6mL/kg群のそれより有意に高値であった(それぞれp<0.05, p<0.01)。本研究の呼吸器誘発肺障害モデルにおいて換気量増大が肺障害に影響することが、乾湿重量比によって明らかにされた。実験機材の生産が一時停止していたことにより実験が一時中断された上、実験手技の安定を得るまでに時間を要し、論文投稿には至らなかった。Ratにおける人工呼吸器による換気量増大が肺障害に与える影響を検証する目的に、一回換気量6mL/kg、15mL/kg、25ml/kgの各人工呼吸群における平均気道内圧と乾湿重量比を測定した。乾湿重量比を比較するためにt-test解析を行い、15mL/kg群と25mL/kg群の乾湿重量比は、6mL/kg群のそれより有意に高値であった(各p<0.05, p<0.01)。人工呼吸器による換気量増大に伴う肺障害程度とaquaporin(AQP)発現との関連を検証する目的に、一回換気量6mL/kg、15mL/kg、25ml/kgの各人工呼吸器群におけるリアルタイムRT-PCR解析によりAQP1と5のmRNAを定量し比較した。AQP1と5の発現は、換気量の増大に伴い減少する傾向にあった。AQP1は、Sham群と15ml/kg群(p<0.01)、Sham群と25ml/kg群(p<0.01)、6mL/kg群と25mL/kg群(p<0.05)、AQP5は、6mL/kg群と15ml/kg群(p<0.05)、6 mL/kg群と25mL/kg群(p<0.05)のそれぞれに有意差を認めた。さらに、ウェスタンブロット法を用いてAQP1とAQP5の蛋白発現レベルを測定した。AQP1の蛋白発現は換気量増大に伴い増加し、AQP5の蛋白発現は換気量増大に伴い減少する傾向にあった。AQP1は、6mL/kg群と25mL/kg群(p<0.05)、AQP5は、sham群と15ml/kg群(p<0.05)、sham群と25mL/kg群(p<0.01)のそれぞれに有意差を認めた。本研究において、換気量増大に伴う肺障害がAQP発現に影響することが示された。本研究は、Ratを用いて呼吸器誘発肺障害モデルを作成し、換気量増加および持続時間による肺障害程度、肺障害とaquaporin 1及び5の発現との関連性、並びにaquaporin阻害による肺障害への影響を(1)in vivoと(2)単離肺モデルで検討する。【研究実績の概要】を踏まえ、1人工呼吸による肺障害が換気増大によることは乾湿重量比によって明らかにされたため、次の工程に着手することとする。2呼吸器誘発肺障害がaquaporin発現に与える影響を免疫組織化学染色、mRNA定量、ウェスタンブロット法で明らかにする。mRNA定量のサンプル数を増やし、その他の工程に着手する。3Aquaporin阻害によって呼吸器誘発肺障害が影響を受けるかを、乾湿重量比と肺組織学的観察、TUNEL法によって検証する。
ILー6による発癌機構の解析

1.ILー6シグナル伝達機構の解析ILー6によって誘導される初期応答遺伝子の一つであるjunB遺伝子プロモ-タ-のILー6応答領域を決定した。ILー6応答領域は、5'上流ー149ー125塩基対に位置し、ETS結合領域とCREB/ATF結合領域を含んでいることが明らかになった。ILー6応答には両部位の存在が必須であり、両結合部位に各々ETSファミリ-とCREB/ATFファミリ-に属するDNA結合蛋白が結合しうることを明らかにした。さらに、Etsー1,CREーBP1、及びjunBが協調的にILー6応答領域に作用しうることを直接証明した。2.多発性骨髄腫ストロ-マ細胞の機能異常の解析多発性骨髄腫の発症が骨髄ストロ-マ細胞の異常に基づく可能性を明らかにする目的で、患者より骨髄ストロ-マ細胞株を樹立した。B細胞前駆細胞の増殖支持能を検討したところ、正常骨髄由来ストロ-マ細胞と比較して、310倍強い活性があることを明らかにした。又、この増殖支持能は、何らかの未知の接着因子によることを示した。3.ILー6遺伝子異常発現機構の解析多発性骨髄腫患者より樹立した骨髄ストロ-マ細胞に、ILー6プロモ-タ-とCATを結合した遺伝子を導入することにより、患者ストロ-マ細胞には、ILー6プロモ-タ-をトランスに活性化しうる何らかのトランスアクチベ-タ-が存在することを明らかにした。
サトイモを中心とした作物の酸性土壌耐性に関わる機能形態および生理機構の発掘と解明

本研究によりサトイモ、並びに、コンニャクの一次根においてシュウ酸カルシウム結晶を含む結晶細胞で構成される「結晶細胞管状配列」の存在が見出された。Al処理したサトイモ一次根では、結晶細胞はAlを集積すると共に、カスパリー線がAlの進入の抵抗になっていることが認められた。同時に、サトイモ根内に入り込んだAlは、Al:シュウ酸=1:3のAl-シュウ酸複合体の形態でキレートされていることが示され、Al毒性の軽減化が行われていることが示唆された。サトイモにおけるアルミニウム(Al)障害発現およびAl耐性の機構に関わる機能形態と生理メカニズムについて検討を進めた。Alによる障害発現は、地上部よりも根で顕著に認められ、根においては冠根の崩壊や特に根先端部の表皮組織の開裂が走査型電子顕微鏡で観察された。さらに、根の先端部では原形質膜損傷が顕著に発生することがエバンスブルー染色により認められた。これらの障害は、以前に検証したポリアミンの一種であるスペルミジンの他に、同じくポリアミンの一種であるスペルミンをある一定の濃度でAl処理液に添加しても軽減される傾向が認められた。また、本研究では、サトイモ一次根の皮層周縁部に形成される「結晶細胞管状配列」の存在を見出し、この配列を構成する個々の結晶細胞ではAl処理によりAlが集積されることが認められた。本年度においては、葉身、葉柄および球茎における結晶細胞の分布パターンについて明らかにした。葉身、葉柄および球茎に分布する結晶細胞においてもAl処理によりAlが集積される傾向がルモガリオンを用いた共焦点レーザー顕微鏡観察により認められた。また、球茎においては、維管束からデンプン貯蔵柔組織へAlが輸送されにくい機構があることも示唆された。NMR分析により根のみならず葉柄においても、AlはAl :シュウ酸=1:3のAl-シュウ酸複合体の形態でキレートされていることが示唆された。サトイモではAl耐性にシュウ酸が、根のみならず球茎や地上部においても関与している可能性が示唆された。本年度は、サトイモに加え、その近縁作物であるコンニャクも用いて、アルミニウム障害発現およびアルミニウム耐性の機構に関わる機能形態と生理メカニズムについて検討を進めた。サトイモにおけるアルミニウムによる障害発現は、ポリアミンの一種であるスペルミジンの他に、同じくポリアミンの一種であるスペルミンをある一定の濃度でアルミニウム処理液に添加しても軽減される傾向が認められた。プトレシンについては安定的なデータを得るために、再試験をしている。また、本研究ではサトイモ一次根の皮層周縁部に形成される「結晶細胞管状配列」の存在を見出し、この配列を構成する個々の結晶細胞ではアルミニウム処理によりアルミニウムが集積されることが、蛍光試薬ルモガリオンを用いたアルミニウム局在調査により認められた。サトイモ以外の諸種の作物を調査した結果、コンニャクの一次根においても「結晶細胞管状配列」が存在することを明らかにした。同時に、サトイモとコンニャクにおける一次根、葉、葉柄および球茎の結晶細胞の分布や微細構造、加齢に伴う構造変異が示されたことに加え、コンニャクの結晶細胞についての機能解析も行っている。サトイモではNMR分析により根のみならず葉身においても、アルミニウムはアルミニウム:シュウ酸=1:3のアルミニウム-シュウ酸複合体の形態でキレートされていることが示唆された。コンニャクについても、内生シュウ酸とアルミニウム耐性との関わりについて進展させている。サトイモ一次根に認められる「結晶細胞管状配列」の各結晶細胞では、Al処理によりAlが集積されることが認められた。さらに、サトイモの茎葉の結晶細胞の分布パターンについても調査し、茎葉に分布する結晶細胞においても、Al処理によりAlが集積される傾向がルモガリオンを用いた共焦点レーザー顕微鏡観察により示唆された。また、コンニャクの一次根における結晶細胞管状配列では、プロトプラストによるAlの取り込み試験が確立できなかったものの、Alが集積されることが切片を用いた共焦点レーザー顕微鏡観察により示唆された。Al処理により根のカスパリー線の構造(放射方向の厚み等など)がどのように変化するかを、蛍光試薬ベルベリンを用いた蛍光顕微鏡観察により調査した。サトイモと同様にコンニャクにおいても、Al処理により一次根の内皮カスパリー線が肥厚化する傾向を示すデータが得られた。核磁気共鳴分析により根内部では、AlはAl:シュウ酸=1:3のAl-シュウ酸複合体の形態でキレートされていることが示され、Al毒性の軽減化が行われている可能性が認められた。一方、コンニャクにおいてはサトイモのようにアルミニウム:シュウ酸=1:3のアルミニウム-シュウ酸複合体の存在を確認できず、試料調整を含めた再検証を試みる予定である。今後においても、本研究で得られた機能形態に関わる知見を利用し、酸性土壌において主要な作物生育阻害因子であるAl^<3+>のストレスの耐性に関わる仕組みについて、さらに研究を進めていきたいと考えている。