hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
TiNi形状記憶合金の傾斜機能化に関する研究

本年度は主に粉末冶金法で作製した傾斜機能TiNi形状記憶合金(以下SMA)を用いて熱間押出し成形を行い,得られたワイヤの組織形態および力学的特性の評価を行った.本年度の主な研究成果は以下のとおりである.(1)作製したワイヤの相対密度は約97%であり,溶製材のワイヤと比較して空隙が多く存在する.また,形状記憶熱処理を施すことでXRDパターンに鋭い母相のピークが現れる.(2)形状記憶熱処理を施すことによって変態温度の傾斜機能特性が現れるようになるが,変態温度は溶製材と比較するとNi濃度に鈍感であり,ワイヤ両端での大きな温度差は現れない.また,同熱処理により逆変態温度域が急激に狭まる.(3)積層ビレットから作製したワイヤでは,一本のワイヤ内で形状記憶効果と超弾性の両方の特性を示す.(4)冷間引抜き成形により変態温度幅が縮小し,熱応答の良いワイヤを作製できることを確かめた.今後は傾斜機能TiNi SMAワイヤの用途に応じた作製条件の確立が必要である.本研究では傾斜機能特性を持たせたTiNi SMAを提案しただけでなく,粉末冶金と加工熱処理を組み合わせて作製するというSMAの全く新しい製造方法も併せて提案した.この製造方法によれば変態温度(変態応力)が徐々に変化するTiNi SMAを作製することができ,これを素材としてその後に適切な加工熱処理を行えば所望の形状や形状記憶特性を有する傾斜機能TiNi SMAを作製することができることも示した.今後は実用に向けて冷間加工や繰返し変形が形状記憶特性に及ぼす影響など多くの側面から本材料の特性や製造方法を検討する必要がある.本年度は傾斜機能TiNi形状記憶合金(以下,SMA)ワイヤを作製するために,素材となるビレットの評価を行った.また,熱間押出し成形装置を作製し,各種成形条件の探索を行った.本年度の研究で得られた主な結果を以下に示す.1.傾斜機能TiNi SMAワイヤの素材となるTiNi SMAビレットの状態において変態温度が傾斜機能化していなければ,その後の塑性加工によって傾斜機能TiNi SMAワイヤを作製することはできないため,パルス通電加圧焼結によって作製したビレットの変態温度分布を調査した.焼結体と溶体化処理を施した焼結体(以下,溶体化処理体)のそれぞれについて,変態温度をビレットの長手方向に沿って測定した.その結果,焼結体ではどの位置においても変態温度はほぼ一定であったのに対し,溶体化処理体ではマルテンサイト変態終了温度および逆変態開始温度が徐々に変化しており,溶体化処理が変態温度の傾斜機能化に寄与することを明らかにした.2.上記1で作製したTiNi SMAビレットを傾斜機能TiNi SMAワイヤへ加工するための熱間押出し成形装置の作製と成形条件の探索を行った.ダイスにNi基耐熱合金,パンチに超硬合金を用い,押出し比6.25,成形温度1073Kの条件で押出し加工を行うことによりワイヤを作製できることを明らかにした.3.上記2で作製したTiNi SMAワイヤの長手方向の変態温度分布を調査した.その結果,押出したままでは変態温度は傾斜機能特性を示さなかったが,処理温度773K,保持時間1hの形状記憶熱処理を施すことによって変態温度の傾斜機能特性を発現することを確認した.以上の結果を踏まえ,来年度は作製した傾斜機能TiNi SMAワイヤの熱・力学的評価を行い,その結果に基づいて材料モデルの構築を目指す予定である.本年度は主に粉末冶金法で作製した傾斜機能TiNi形状記憶合金(以下SMA)を用いて熱間押出し成形を行い,得られたワイヤの組織形態および力学的特性の評価を行った.本年度の主な研究成果は以下のとおりである.(1)作製したワイヤの相対密度は約97%であり,溶製材のワイヤと比較して空隙が多く存在する.また,形状記憶熱処理を施すことでXRDパターンに鋭い母相のピークが現れる.(2)形状記憶熱処理を施すことによって変態温度の傾斜機能特性が現れるようになるが,変態温度は溶製材と比較するとNi濃度に鈍感であり,ワイヤ両端での大きな温度差は現れない.また,同熱処理により逆変態温度域が急激に狭まる.(3)積層ビレットから作製したワイヤでは,一本のワイヤ内で形状記憶効果と超弾性の両方の特性を示す.(4)冷間引抜き成形により変態温度幅が縮小し,熱応答の良いワイヤを作製できることを確かめた.今後は傾斜機能TiNi SMAワイヤの用途に応じた作製条件の確立が必要である.本研究では傾斜機能特性を持たせたTiNi SMAを提案しただけでなく,粉末冶金と加工熱処理を組み合わせて作製するというSMAの全く新しい製造方法も併せて提案した.この製造方法によれば変態温度(変態応力)が徐々に変化するTiNi SMAを作製することができ,これを素材としてその後に適切な加工熱処理を行えば所望の形状や形状記憶特性を有する傾斜機能TiNi SMAを作製することができることも示した.今後は実用に向けて冷間加工や繰返し変形が形状記憶特性に及ぼす影響など多くの側面から本材料の特性や製造方法を検討する必要がある.
核酸の構造と機能の有機化学的展開

本総括班としては予定どおり、計4班からなる計画研究および公募研究の研究を円滑に行なうため、備品の購入、総括班会議、班の全体会議、および公開シンポジウム等の企画を実行した。以下その報告を述べる。先ず、備品については270MHzの核磁気共鳴吸収装置および高速液体クロマトグラフィ-等を購入した。各機器は本年度の研究にきわめて効率良く利用されている。平成3年7月17日には東京工業大学内で第1回総括班会議が開かれ、今後の方針が検討され、第一回公開シンポジウムを薬学会長井記念ホ-ルで行なうことを決めた。さらに、同日4班の全体会議を開催し、班員全員の今後の研究内容の紹介を行ない、各班間の研究交流の場と機会をもてるように配慮した。また、平成3年10月30日には核酸化学シンポジウムを利用して総括班会議および班長会議を開き各班の研究の進捗状況についてお互いに報告を行なった。また、この機会に、重点領域研究の総括班として核酸の有機化学に関する教科書的な本および研究成果をまとめた総説的な本を作ることを取り決めた。平成4年1月24日には予定どおり第1回の公開シンポジウムを行ない、計画研究から4名公募研究から3名選出し講演会を実行した。その結果、当日は参加者が約100名を越え、活発な質疑討論もあり盛況のうちに終了した。尚、この日の午前中に第2回の全体会議がおこなわれ、各班を代表する数名の班員の研究成果の報告と質疑応答を班員の全員の参加をもって行なった。さらに、領域ニュ-スの刊行を行ない、No.1では各班の班員の紹介を兼ね、班員名簿と本重点領域研究の主旨についてまとめた。No.2では研究開始状況報告を含め公開シンポジウムや班会議等の事務連絡を行なった。No.3では本年度の研究成果を示す発表論文を主体に新聞報道記事も含め班員の研究実績および事務連絡等をまとめた。
「満洲国」の日本語教育に対する再評価―戦後中国の日本語教育への影響についての検証

本研究は、日本語教育が植民地政策の一翼を担った「満洲国」を対象とし、当時の教育実態を明らかにするとともに、その後の中華人民共和国における日本語教育の確率に与えた影響を解明することを目的とする。とくに学術的な特色として、政策としての評価からは見えてこなかった、教育による人的育成の効果について検討し、日本語教育の歴史的な功罪について“人"への影響をという側面からの再評価を試みる点が挙げられる。平成30年度の研究成果としては、以下の3点が挙げられる。1)前年度までに収集した、主に戦中・戦後に発行された教育関連資料(聞き取り調査を含む)に対する分析により、戦後日本の教育界における「満洲国」教育に対する否定的評価の拡大の傾向と、中国東北部の日本語学習者と教育関係者の回想等に見られる思想の変遷について明らかにすることができた。2)この研究成果を日本及び中国の関係分野の研究者が集う国際学会において精力的に発表した結果、「満洲国」教育に対する率直な批判的意見もある中で、本研究に対して学術的意義の面から確実に一定の評価を受けることができ、今後の研究の展開に対する手応えを得た。3)本研究を通じて中国側の研究者と堅固なネットワークが構築でき、1冊の研究書にインタビュー担当者として参加することができた(斉紅深主編『日本侵華殖民教育口述歴史6』,天津人民出版社)。また国際学会での発表等の実績により、1冊の研究書への寄稿(令和二年発行予定)と中国側の国家研究課題のグループへの参加が認められ、本研究の発展的継続への筋道をつけることができた。本研究は、日本語教育が植民地政策の一翼を担った「満洲国」を対象とし、当時の教育実態を明らかにするとともに、その後の中華人民共和国における日本語教育の確立に与えた影響を解明することを目的とする。とくに学術的な特色として、政策としての評価からは見えてこなかった、教育による人的育成の効果について検討し、日本語教育の歴史的な功罪について“人"への影響という側面からの再評価を試みる点が挙げられる。具体的な研究方法として、1)国内外に現存する資料について、日中の研究者と共同して収集と整理にあたり、同時に存命中の当時を知る関係者への聞き取り調査を行う、2)収集した資料や聞き取りデータを整理し、分析を行う、3)上記の活動に並行して、得られた分析結果をもとに、中国側研究者との意見交換、国内外の学会等での発表を通じて、日中双方の研究者からの研究成果への率直な意見・指摘等を請う。平成28年度はまず、効率的に資料収集と聞き取り調査を進めるため、日本と中国における研究協力者との連携体制の構築に努めた。新たに日本側研究協力者1名(宮城学院女子大学人文社会科学研究所客員研究員・宮脇弘幸先生)を得て、日中双方の研究協力者と協議し、具体的な実施計画を立てた後、各自の収集・調査活動を開始した。また、研究代表者はこれまでに収集した資料をもとに、「満洲国」後期の日本語教育に対して、日本や他地域からの評価及び日本(内地)への影響について考察し、その成果を中国と韓国の関係学会で報告し、また論文一編にまとめた。「研究実績の概要」に記した通り、おおむね研究計画通りに進行している。具体的な達成内容として、1)研究協力者と共同して、「満洲国」期の教育関係資料及び戦後初期の刊行物、研究雑誌、同窓会冊子、回想録等の収集を行った。これまで研究代表者だけでは収集しきれなかった日本国内に現存する関係資料の収集を重点的に行い、当時の刊行物や戦後の同窓会冊子等の閲覧、複写等を行うことができた。2)資料の収集と並行して、それらに対する分析を進めた。とくに戦中・戦後の教育雑誌から、「満洲国」後期から戦後に至る時期の「満洲国」教育に対する評価を巡る議論の推移を明らかにし、戦後への影響について考察した結果を、国際学会において発表し、日・中・韓の関係分野の研究者に広く意見を仰いだ。平成29年度は、前年度に連携体制を構築した日本と中国における研究協力者の協力を得て、まず国内では、各地の関係資料の収集を精力的に行い、そのリストアップとデータの整理・分析を進めた(満洲公主領小学校80周年記念誌、大連大正小学校同窓会刊行誌、大阪朝日満洲版、その他当時の書籍・研究雑誌等)。国外では、日中双方の研究者間で研究課題の進捗を報告、資料の分析や今後の展開について助言を仰ぎ、最終年度の計画を立てた。

また、これまでの聞き取り調査のデータを精査し、研究協力者の出版する研究書へ反映した(平成30年3月に大連に赴き、中国側研究者と打ち合わせ、確認作業を行った)。「研究実績の概要」に記した通り、おおむね研究計画通りに進行している。具体的な達成内容としては、1)前年度に引き続き、「満洲国」期の教育関係資料及び戦後初期の刊行物、研究雑誌、同窓会冊子、回想録等を収集し、2)それらのリストの作成と資料の整理と分析を進めることができた。とくに、時間的余裕がある研究協力者が精力的に国内関係施設を回り、資料の収集に努めたことにより、研究代表者は整理・分析に集中して進めることができた(成城学園教育研究所・宇都宮大旧植民地関係資料室・内原義勇軍資料館(満蒙青少年開拓訓練所)・立命館大学国際平和ミュージアム、ほか)。また、研究課題に関連する研究会にゲストスピーカーとして出席し、日本語教育研究者の立場から研究・分析を通じて得られた知見を意見として提供することができた(平成30年3月2日国際日本文化研究センター主催国際共同研究会「画像資料による帝国域内の文化の再検討」)。さらに、3)中国の研究協力者との連携により聞き取り調査の一部を文字化して文献に掲載することができた(平成30年発行予定)。また、研究協力者や関係分野の研究者に面会し、資料の分析について率直な意見を仰ぎ、研究の進捗状況に対する助言も得て、最終年度の研究計画の具体的な進め方へ反映することができた。本研究は、日本語教育が植民地政策の一翼を担った「満洲国」を対象とし、当時の教育実態を明らかにするとともに、その後の中華人民共和国における日本語教育の確率に与えた影響を解明することを目的とする。とくに学術的な特色として、政策としての評価からは見えてこなかった、教育による人的育成の効果について検討し、日本語教育の歴史的な功罪について“人"への影響をという側面からの再評価を試みる点が挙げられる。平成30年度の研究成果としては、以下の3点が挙げられる。1)前年度までに収集した、主に戦中・戦後に発行された教育関連資料(聞き取り調査を含む)に対する分析により、戦後日本の教育界における「満洲国」教育に対する否定的評価の拡大の傾向と、中国東北部の日本語学習者と教育関係者の回想等に見られる思想の変遷について明らかにすることができた。2)この研究成果を日本及び中国の関係分野の研究者が集う国際学会において精力的に発表した結果、「満洲国」教育に対する率直な批判的意見もある中で、本研究に対して学術的意義の面から確実に一定の評価を受けることができ、今後の研究の展開に対する手応えを得た。3)本研究を通じて中国側の研究者と堅固なネットワークが構築でき、1冊の研究書にインタビュー担当者として参加することができた(斉紅深主編『日本侵華殖民教育口述歴史6』,天津人民出版社)。また国際学会での発表等の実績により、1冊の研究書への寄稿(令和二年発行予定)と中国側の国家研究課題のグループへの参加が認められ、本研究の発展的継続への筋道をつけることができた。平成29年度は引き続き国内外の資料収集を行うとともに、研究協力者と共同して、存命している関係者への聞き取り調査を行う。これらの調査活動について前年に綿密な打合せをしたことにより、各自で分担して実施し、量・質ともに効率的に成果が得られると見込まれる。同時に、研究代表者は収集した文献資料及びデータの整理を急ぎつつ、それらに対する分析を進める。
ニューロンネットワークによる音声の認識・理解の研究

ニューロンネットワークは人間の脳における情報処理の手段と考えられ、その自己組織化・学習能力と相まって従来の手法とは異なる能力を持つ。本研究は音声の認識・理解の過程をニューロンネットワークで実現し、従来の信号処理的な手法では解析困難であった複合的な情報処理を目指したものである。本年度はニューロンネットワークの持つ、(1)信号-中間表現-認識の全ての過程で共通の情報表現の可能性、(2)認識結果から信号およびその前処理過程へのフィードバックの可能性、を検討するための基礎段階として、実際の音声の分析・特徴抽出システムを作成し、次年度以降の研究の準備とした。現実に作成したのは、以下のようなシステムである。1.フレームの音素分類尤度ベクトルの生成ケプストラムで表現された音声の各フレームを、音素単位で分類してその尤度ベクトルを求める。そのための分類システムにバックプロパゲーションを使用した。2.誤りを含む音素の認識系列からの単語の認識尤度ベクトルの生成単語認識は音素の系列から状態遷移で行なわれると考え、単語と音素尤度ベクトルとのマッチングをとる最適経路探索プログラムを開発した。この手法は誤りを含む音素系列からでも状態遷移的に単語の尤度を求めることができる。以上の研究により、単語間の関係や音素と単語の間の関係を表現するコネクションにより、言語処理と音声処理を複合させたシステムの研究のための準備が整った。
サスティナブル社会の実現のためのウェアラブル電源の提案

本研究では,身に付けて発電できるウェアラブル電源(発電機)の実用化と普及に向けての基礎データを提供することを目的としている。本年度は,Phase2:各発電システムにおける最も効率的かつ効果的な発電スタイルの提案とPhase3:ウェアラブル電源のビジネスモデル構築のための基礎資料の提示と発電機の試作を目指した。成果をまとめると以下の通りである。(1)ウェアラブル発電機としては,人の歩行を利用する「靴型ジェネレータ」が最も有望であることを明らかにした。(2)ベーンモータの理論やベーンポンプに理論を組み合わせた靴型ジェネレータに適したベーンタービン理論を構築した。(3)構築した理論に基づき,2種類のベーンタービン(statorの形状が偏心型:1機,長円型:2機)の設計・製作を行った。(4)製作したベーンタービンの性能を評価するために,回転性能試験と発電量測定試験を行った。(5)タービンの回転数は,偏心型ベーンタービンの方が大きかった。(6)長円型ベーンタービンの流入流出に使われていないポートを管路で繋げることにより回転数が増加した。これは,流出入のないポートを繋げることで,繋がった2つのポート間で循環が起こり,流量が仮想的に増大したためであることを明らかにした。(7)偏心型ベーンタービンへ圧力0.39MPa,流量4.1L/minで流体を供給した場合,得られた発電量は最大で95mWであった。この時の発電効率は0.036%と小さいものであったが,これは,ベーンタービンに連結したモータがベーンタービンの回転特性と合致していなかったためであることが分かった。(8)本年度の研究成果を総合的に検証し,実用機の実現のための課題として,チャンバーの最適な材質の決定,ベーンタービンの小型化,タンク形状の最適化,逆止弁の改良,ステータ形状の最適化,最適なモータの選定,ベーンタービンのトルク-回転特性の把握,出力電力の安定化などが必要であるとした。本研究では,太陽電池,熱電素子,圧電素子,ダイナモを利用した場合のウェアラブル電源の実用化と普及に向けての基礎データを提供するための調査研究を実施することを目的としている。すなわち,科学的な実測値に基づいて各発電システムによる発電量を推定し,これに基づき,効率的かつ効果的な発電スタイル(どのように身に着けて発電するか等)を提案し,この提案に基づき,効果的な発電装置の開発を行うことも目的としている。21年度は,Phase1「科学的基礎データの収集および発電量予測」を主目的として,ウェアラブル電源として,圧電素子,熱電素子,太陽電池,ダイナモ式の発電装置を身に付けた場合の発電量予測を行うために,20人程度(年齢・性別も区分け)の被験者を対象に,歩行数調査,普段の生活において一日に受光している日射量の計測,歩行や走行などによって発生できるエネルギーの総量等の調査・実験を行った。その結果,対象としたデバイス(市販されているもの)を用いた発電の場合で,ウェアラブル電源(発電)として十分な可能性のある発電デバイスはダイナモもしくは,ダイナモ発電方式に準じる発電方式が有力であること,さらに,それらを脚に装着して,歩行運動によって発電するスタイルが最も効果的かつ効率的なウェアラブル発電を可能にするとの結論を得た。この結果を受け,歩行に伴う発電を可能にする発電装置の開発に取りかかっているところである。
破壊問題における亀裂形状の影響に関する数理解析と数値解析

破壊力学における重要なパラメータである応力拡大係数Kは,亀裂をもつ弾性体を記述する偏微分境界問題の解での特異項の係数として数学的に特徴付けられる。応力拡大係数は,ヤング率など通常の物体強度パラメータと異なり物体の形状Ω,亀裂の形状Σ,負荷fなどに依存する汎関数K(Ω,Σ,f)となっている。応力拡大係数は,解析解,数値計算,実験などで個別的に求められており,パラメータ{Ω,Σ,f}への依存性を統一的に研究したものは少ない。本研究では,物体形状Ωを微小に変形させたときの,応力拡大係数の感度解析を表す式を数学的に導出した。導出は,「双対特異法による応力拡大係数の表現」と,筆者が考案した「一般J積分法による解析」を用いた。結果は,亀裂をもつ弾性体の解uと双対特異解の正則部分ζによって「δR(u,ζ)+境界積分」の形で表せる。ここで,Rは一般J積分の面積分の項である。一般J積分のR表現は,弱解でも成り立つが,解析的性質は捕らえにくい。「一般J積分の基本性質」を使ってP表現(線積分)に変換することで,解析的性質を明確にできる。数値計算としては,フランスのPironneau Olivier教授らが作成したFreeFemに面積分,線積分,Cut-off関数とその偏微分を追加したものを使った。FreeFemは,有限要素解析言語を搭載し,三角形自動メッシュ生成,1次要素近似を行うプログラムであり,ソースコード(C++)が公開されている。有限要素解析言語により,物体形状が容易に定義できるため,本研究に適していると考えている。この数理モデルは、いままで考慮していなかった亀裂進展に関する抵抗力との釣り合いを加味したものである。その結論は、負荷を単調に増加して破壊現象が起きたとき、次の通りである。亀裂進展方向は亀裂先端に分布する応力拡大係数が最大となる部分でのディラック関数となる。この結論について、11月の研究集会「破壊現象の数理研究とその周辺」(研究代表者:大塚)において工学者と討論した。工学者からは、亀裂面の砂浜のような模様は、疲労亀裂によるものであり、弾性論だけでモデルを作成することは無理だろうとの意見だった。また、弾性論だけから出る結論として、報告者の得た結果は正しいと思われるとの意見もあった。平成7/8年度と2年継続の研究における、初年度としての成果は得られた。今後は、有限要素法による数値計算を行うことで、当初の研究目標を達成できる見通しが得られた。

数値計算としては,フランスのPironneau Olivier教授らが作成したFreeFemに面積分,線積分,Cut-off関数とその偏微分を追加したものを使った。FreeFemは,有限要素解析言語を搭載し,三角形自動メッシュ生成,1次要素近似を行うプログラムであり,ソースコード(C++)が公開されている。有限要素解析言語により,物体形状が容易に定義できるため,本研究に適していると考えている。
イットリウム系高温超伝導薄膜の臨界電流-ひずみ特性を支配する微視的要因の解明

Y系高温超伝導薄膜においては、ひずみにより臨界電流が可逆的に変化することが知られているが、これまでにその起源についてはほとんど明らかになっていない。本研究では、単結晶SrTiO_3基板上に成長させた粒界を含まないYBCO薄膜について、4点曲げ法により超伝導膜に圧縮ひずみを負荷し、磁場中で臨界電流のひずみ依存性を測定することに初めて成功した。その結果、単結晶膜においても配向多結晶状態にある実用超伝導線材と同様に、あるひずみで臨界電流が最大になる振る舞いが確認された。これにより、線材におけるひずみ効果に粒界だけではなく結晶粒内の格子の弾性変形も関与していることを明らかにした。さらに、ひずみ感受性は高磁場ほど大きくなることも見出した。さらに、ひずみ依存性が異なる2種類のGd系超伝導薄膜について、放射光X線回折により外部から引張ひずみを負荷したときの超伝導膜の内部ひずみの変化をa、b軸について評価した。その結果、ひずみ感受性が小さい薄膜はひずみ負荷方向に[110]が配向しており、結晶軸方向に発生するひずみの絶対値が小さいことが明らかになった。これにより、結晶の配向方位の違いもひずみ依存性を決定する微視的要因の一つとなることが明らかになった。YBCO単結晶膜に圧縮ひずみを負荷する準備として、SrTiO3(STO)基板をCu-Be板に接着し、4点曲げによりひずみを負荷する装置を導入した。種々の接着剤を用いて、基板をCu-Be板に固定し、基板上に貼付したひずみゲージにより、基板表面に発生しているひずみをモニターした。その結果、エポキシ系樹脂Stycast2850と硬化剤LV24を用い、硬化条件を最適化することにより、-0.6%までのひずみ負荷に成功した。STO基板上にYBCO膜をPLD法で成膜し、電極付けのためのAu蒸着および、接触抵抗低減のための酸素アニールを施したサンプルを作製した。4端子法による臨界電流測定および測定部の直近にひずみゲージを貼付可能であるようなパターンを有するガラスマスクを設計した。これを用いて、フォトリソグラフィーにより、ブリッジ形状を有するYBCO膜を形成した。上記サンプルをCu-Be板に接着し、4点曲げ法によりYBCO膜に圧縮ひずみを負荷した状態で臨界電流を測定した。その結果、自己磁場下において圧縮ひずみに対して臨界電流がべき乗則に従う振る舞いを示し、-0.15%の負荷ひずみにおいて臨界電流がピークを持つことが確認された。以上の結果から、単結晶基板上の超伝導薄膜に対して、ひずみを負荷した状態で臨界電流を測定する実験システムの確立に成功した。今後は、磁場を印加した状態での臨界電流のひずみ感度の変化に着目して研究を進める予定である。大型放射光施設SPring-8にて、室温で超伝導複合線材に軸方向の引張ひずみを負荷し、線材内部の超伝導薄膜に発生する格子ひずみの変化をその場測定した。特に膜の面内方向の2次元ひずみ状態を明らかにするために、超伝導膜のa、b軸ともに下地中間層とブラッグピークが分離できるGdBCOを材料として選択した。さらに、同じ負荷ひずみに対して異なる内部ひずみ状態を与えることを目的として、面内配向方位の異なる2種類のGdBCOを用意した。a、b軸が線材軸または幅方向と平行に配向したGdBCO膜(Gd-0°)では、軸方向に引張、幅方向に圧縮の異方的2次元ひずみ状態にあることを確認した。一方、a、b軸が線材軸から45°回転したGdBCO膜(Gd-45°)の場合は、a、b軸ともに引張ひずみ状態であり、かつ負荷ひずみに対する格子ひずみの変化は前者の1/3と小さいことが明らかになった。これらの線材について77K、自己磁場下で臨界電流一ひずみ特性の測定を行った。その結果、臨界電流のひずみ感受性はGd-0°の方がGd-45°よりもかなり高いことが明らかになった。このひずみ感受性の違いは発生する内部ひずみの違いにより定性的に説明できた。

これらの実験結果を、臨界電流がa、b軸の内部ひずみの2次関数に依存して変化するという仮定に基づいて整理したところ、臨界電流は、a軸ひずみの増加に伴い減少し、b軸ひずみの増加に伴い増加することが示唆された。以上の結果から、臨界電流のひずみ依存性に及ぼす微視的要因の一つとして、結晶の配向方位の違いに伴う2次元ひずみ状態の違が寄与することを明らかにした。
アジア・アフリカの首都圏における土地利用変化の空間可視化と将来予測

21世紀に入り,アジア・アフリカでは,大都市とくに首都への人口集中が加速している.さらに,首都では大都市圏化が進み,土地利用の機能分化,都市活動の水平的・垂直的拡大が急速に進行している.本研究は,人口急増の首都群を対象に,大都市圏化の空間的プロセスとメカニズムを解明するとともに,将来における都市空間構造を予測することを目的とした.具体的には,リモートセンシングとGISの技術を駆使して,土地利用の変化を通時的に空間可視化し,その規定要因を画像解析,統計処理や現地フィールドワークにもとづき探究した.さらに,空間的シミュレーションによって今後の土地利用の推移(2020年と2030年)を予測した.アジア,アフリカの首都(北京,台北,ソウル,ハノイ,マニラ,カトマンズ,ジャカルタ,バンコク,ダッカ,クアラルンプール,テヘラン,ナイロビ,バマコ)を対象に,近年における都市化の実態を定量的に分析した.具体的には,GISとRSの技術を援用して,衛星画像(LandSat)をもとに土地利用パターン(高密市街地,低密市街地,森林,荒地,草地,水体(河川・湖),耕作地など),そして土地利用の変化(20002014年)を空間可視化するとともに,変化をもたらした要因について考察を行った.その結果,1990年に於いて市街地面積が最大なのは北京,ついでクアラルンプール,ハノイ,バンコク,台北と続き,2014年には,北京,ソウル,クアラルンプール,ハノイ,バンコクの順であることが明らかになった.20002014年における市街地の拡大率は,ダッカが最大であり,ソウル,ナイロビ,バマコが続く.さらに,都市化のプロセスを解明するWebGISの構築に向けて,本年度はデータの整備に努めた.ついで,熱画像データを用いたヒートアイランド分析,Suomi NPPを用いた都市内エネルーギの分布パターンの分析を開始したが,これについては2015年に本格的に研究を推進する予定である.2015年3月に,ソウルで,都市化のドライビングフォースの調査を行った.KRIHS(韓国国土研究院)を訪問し,都市化の要因分析に関する資料を収集するとともに,KRIHSの研究員と都市構造変化に関する討議を行った.さらに研究会で東南アジアにおける都市化に関するプレゼンを行った.韓国では,新都市建設,郊外化に焦点をあてたフィールドワークを実施し,ソウルにおける都市化プロセスを探った.以上の分析を踏まえ,本年度の成果を学術論文に発表した.高精細衛星画像を用いてアジア,アフリカの主要な首都圏の境界を同一基準で確定し,2000年と2014年の土地利用をリモートセンシングとGISにより地図化するとともに,2000年から2014年にかけての土地利用の変化パターンを空間可視化した(なお土地利用データベースの作成については,筑波大学統計データバンクプロジェクトの経費を使用した).土地利用の凡例は,高密市街地,低密市街地,荒地,水田,水体(河川・湖),耕作地,道路などに区分し,従来の諸研究における区分との整合性をもたせた.土地利用の分類にあたっては,適合度を高めるためにハイブリッド法(Thapa and Murayama,2009 )を用いた.これらの分析結果は研究終了時までにWebGISで公開することにし,今年度はその試作版の構築を行った( http://giswin.geo.tsukuba.ac.jp/mega-cities/ ).また,複雑系科学の手法を援用して,将来の土地利用を導出するための分析方法を探究した.北京大都市圏を事例にその有効性を確かめた.次年度は,この手法を用いてアジア,アフリカの主要都市における土地利用の将来予測(2030年)を行う計画である.さらに本年度は,首都圏における都市化の水平的拡大とともに,垂直的拡大についても検討し,拡大過程を定量化する方法論の開発とその精緻化を図った.具体的には,ALOSのプリズム・データを用いて市街地の建物の高さや樹木の高さを把握する手法を考案し,都市発展の要因分析におけるアーバンボリューム概念の有効性について考察した.今年度は研究計画に基づき,アジア,アフリカの主要首都圏における土地利用変化(2000年から2014年)からみた都市化の空間的拡大を可視化し,その要因を探った.以上の分析結果を踏まえ,本年度は都市化に関する将来予測のモデルを構築するとともに,その有用性の確認を終えた.研究は予定通り順調に推移している.アジア,アフリカの主要な首都圏における都市化の進展を定量的に分析するとともに,その要因を探った.具体的には,衛星画像データ(Landsat)をもとに,1990年から2014年の25年における土地利用分布の空間的変化を可視化し,15の首都圏を対象に,都市間比較を行った.さらに,Cellular automataモデルを用いて,2030年における都市的土地利用を推定し,その空間的可視化を図った.また,エネルギー消費の変化,気温の空間分布からヒートアイランド効果を把握し,人間活動の都市中心部に対する影響についても考察した.平成29年3月には,フィールドワークを実施し,GISおよびリモートセンシングから得られた実証分析との同定を行い,本研究で構築した分析フレームワークの有効性を確認する作業を行った.本研究の成果は, Urban Development in Asia andAfricaのタイトルでSpringer社から書籍として刊行した.本書籍で取り上げた首都圏は,北京,マニラ,ジャカルタ,ハノイ,バンコク,ヤンゴン,ダッカ,カトマンズ,テヘラン,ダカール,バマコ,ナイロビ,リロングウェ,ハラレ,ヨハネスバーグの15都市である.

同一分析枠組みで,それぞれの首都圏毎に,都市化の発展プロセス,国家的都市システムにおける位置づけ,1990年2014年における土地利用パターンの変化,2015年2030年にかけての土地利用変化の将来予測,都市発展のドライビングフォース,持続可能な都市発展に向けての提言と政策等について論じた.本年度は,WebGISを構築して,本研究の成果を公開するとともに,研究者向けに作成したデータを無料でダウンロードできるサイトを立ち上げた.21世紀に入り,アジア・アフリカでは,大都市とくに首都への人口集中が加速している.さらに,首都では大都市圏化が進み,土地利用の機能分化,都市活動の水平的・垂直的拡大が急速に進行している.本研究は,人口急増の首都群を対象に,大都市圏化の空間的プロセスとメカニズムを解明するとともに,将来における都市空間構造を予測することを目的とした.具体的には,リモートセンシングとGISの技術を駆使して,土地利用の変化を通時的に空間可視化し,その規定要因を画像解析,統計処理や現地フィールドワークにもとづき探究した.さらに,空間的シミュレーションによって今後の土地利用の推移(2020年と2030年)を予測した.アジア・アフリカの13の都市圏における土地利用パターンとその変化に関するデータベースの作成が順調に進み,WebGIS構築や規定要因分析の準備が整った.次年度に向けて,都市化分析のシームレスな引き継ぎが可能である.アジア,アフリカの主要首都圏における今後の都市化の動向,都市環境の変化を把握するため,2030年における都市的土地利用を予測するとともに,シナリオ分析を実施する.そして,具体的な政策提言の可能性を探る.分析結果はインターネットで閲覧できるようにWebGISを立ち上げ,公開する.さらに,発展途上地域それぞれの都市の研究者が都市化の実態分析,予測,計画,政策の一助になるようこのWebGISの普及に努める.そのためには,ホームページの立ち上げにとどまらず,成果を国際会議で発表し,学術論文として公表することが必要である.28年度が最終年度であるため、記入しない。人文地理学アジア・アフリカの主要都市圏における都市化プロセスの把握を踏まえ,精度の高い将来の土地利用予測を行うことが大切であり,そのためには手法の精緻化や吟味が欠かせない.この方面の従来の研究をサーベイするとともに,次年度は精度の高い独自の予測モデルを作成することをめざす.さらに,シナリオ分析の手法を確立することにより,選択的に都市化のあるべき方向について論議し,政策,計画に役立てることを課題に据えたい.研究員を雇用しリモートセンシングの分析を行ったが,次年度も継続して行うため.28年度が最終年度であるため、記入しない。GISとRSの専門技術を有する協力者(非常勤研究員)を雇用し,衛星画像の土地利用分類やWebGIS構築を行ったが,採用開始に時間がかかるとともに,2015年3月まで雇用予定のところ,協力者が2014年11月30日に辞職した(国立情報学研究所の常勤研究員として採用が決まったため).12月以降,別の協力者(非常勤研究員)を探し,採用に至るには時間がかかるため,本年度は断念し,2015年4月1日から協力者(常勤研究員)を採用することにした.研究員を次年度も雇用し,リモートセンシングの分析を行う.28年度が最終年度であるため、記入しない。
極微コンタクトにおける金属シリサイド初期形成素過程のその場ＳＴＭ観察

ナノスケールSiトランジスタにおける数十ナノメートル級の金属電極形成に関する学理構築を目的とし、金属イオン照射によるシリコン表面改質の素過程を原子論的スケールで調査した。イオン銃と走査型トンネル顕微鏡の複合装置を用いて、シリコン表面に対するニッケルイオン照射過程をその場かつ実時間で観察する技術を構築し、初期シリサイド化が空孔型欠陥の近傍で促進されることを明らかにした。また、同観察技術を立体シリコン構造にも応用し、低エネルギーのイオン衝突により誘起される表面ラフネスをその場で評価する手法を提案および実証した。Si(111)-7x7表面に対するNiイオン照射過程のリアルタイムSTM観察に成功した。これまでに、イオン照射したその場での観察には成功していたが、イオン照射と観察とが少なくとも1時間程度隔たりがあり、イオン照射後の平衡状態を観察しているに過ぎなかった。今年度は、STM観察中にイオン照射を行うことで、イオン照射前後において、原子的スケールで同一領域の観察をし続ける、いわゆるリアルタイム観察により、イオン照射によるシリサイド核形成を直接捉えることができた。このようなイオン照射誘起のNiシリサイドは、表面空孔が二次元的に凝集した空孔アイランドを囲の周縁部だけでなく、ステップ端にも核形成されることがわかった。これは、シリサイド化が格子空孔の近傍で促進されることをを示すものと考えられる。また、Niシリサイドの核形成・成長メカニズムに関して解析を進めた。本研究におけるNiイオン注入量は非常に少なく、観察されるシリサイドはステップ端や空孔アイランド周縁部など局所的に形成されるため、従来の表面分析手法では組成分析が困難である。そこで、空孔アイランドの周縁部にシリサイドが核形成するモデルを仮定し、関与したNi原子数を見積もったところ、少なくともNi組成比の大きなシリサイドであること、および、周縁部からシリサイドが成長したこと、が示唆された。研究期間を通して、Niシリサイドの核形成および成長過程が原子的スケールで明らかになってきた。しかし、イオン源の寿命や安定性、および、STM探針直下にビームを照準する技術などに改善の余地があり、現時点では実験効率が低い。このため、基板中の残留欠陥がシリサイド化に与える影響の研究が進展せず今後の課題となった。ただし、立体構造の観察技術を応用した、低エネルギーイオン照射による表面損傷効果のリアルタイム評価の実証など、新しい実験手法提案への展開も進んだ。【1.Si表面へのNiイオン照射過程のその場STM観察】Si(111)7x7表面に対するNiイオン照射過程のその場観察に成功した。イオン照射により、原子レベルで平坦なテラス領域に、7x7一層分の深さを有する穴状構造(空孔アイランド)が形成され、また、ステップ端形状が乱雑化することがわかった。とくに、空孔アイランドの周縁部に、Ni関与と考えられる構造が観察された。今後は、この構造の同定のための分析を進める。さらに、イオン照射前後で同一領域を観察し続けらえる「リアルタイム」な観察に段階を進め、シリサイドの核形成・成長の素過程を明らかにする。これまでの成果は、高温保持の試料に対してイオン照射のち、室温に戻して観察する技術を再現性よく確立するところまで達成したことになる。【2.立体Si構造へのイオン照射】低エネルギーのイオン衝突により誘起されるSi表面ラフネスをその場で評価する手法を提案および実証した。ラインパターンの形成されたSi(111)基板を試料とし、そのパターンに対して斜めから低エネルギーでイオン照射し、パターンの陰となる領域をその場観察し、イオンが照射された領域とされない領域の境界線を明瞭に観察することに成功した。境界線はラインパターンのエッジ形状を反映すること、非照射領域の幅がイオン入射角度からほぼ説明できることがわかった。今回提案した手法は、イオン照射および非照射領域を同一視野内で観察できるため、ラフネス評価の高精度化につながり、これまでシミュレーションでのみ報告されていた原子レベルで同一な領域の変化を、実験で再現する手法として展開できると考えている。また、現在3次元化の進む実プロセスとの観点から言えば、プラズマダメージの評価、あるいは、シリサイドの核形成のデバイス位置依存性の解明に繋げられると位置づけられる。研究目的の中核である「金属シリサイドの核形成」に関する研究は、やや遅れている状況である。主たる原因は、実験技術の確立が遅れたことである。他方、並行して進めてきた、ラインパターンなどの立体構造に対するイオン注入過程のその場観察技術に関しては、その提案から実証までできたことで、予想以上に進展したため、先に関連成果として報告した。Niイオン照射実験に関しては、当初、イオン源の開発・検証において、装置のイオン銃部位の故障の多発のため、実験が予定通り進まなかった点もある。しかし、年度末にかけては、照射したNiイオンが直接関与する構造の観察や、それらの核形成位置と空孔アイランドとの相関が観察されるようになってきており、実験の再現性も高まっている。したがって、このまま研究を進めていけばよいものと考えている。

Ni照射過程のその場観察に関して、Ni関与の構造が再現性よく観察され始めてきているので、次段階として、これらの構造を同定する分析を併せて進める。また、基板の種類や、Niイオンを照射する前に打ち込むプリアモルファス化の実験に展開させ、シリサイドの核形成の違いに関する知見を得る方針である。なお、Niのシリサイドの核形成位置は、イオン注入欠陥と深い相関があると考えられるが、本装置では、基板内部の情報は間接的にしかわからない。そこで、基板内部の情報に関して、早稲田大学の分析・観察装置だけでなく、代表者が今年度から在籍する豊田工業大学の種々の分析装置も使って、欠陥や結合のエネルギーに関する情報を評価することも予定している。さいごに、先に確立した、立体構造へのイオン照射過程の観察技術と合せることで、平面型試料と3次元型試料におけるシリサイド核形成の違いを明らかにする方針である。試料作製や分析のための、豊田工業大学や早稲田大学での共用施設利用費、材料、薬品およびガス等を含めた使用実験器具費や、イオン銃/走査型トンネル顕微鏡複合装置の各種消耗品の費用に充てる。なお、本装置は早稲田大学に設置されているため、装置利用や議論のための出張旅費も支出する。今後、大量の画像が取得されることが想定されるため、画像解析を円滑に処理するためのシステムを備えたハード・ソフトウェアを導入する。また、成果発表のため、国内・国際学会出張費、論文投稿費を計上する。その他、国内外への学会発表のための旅費、誌上論文発表するための費用に使用する。なお、単独で研究費の多くを占める用途は予定していない。
箱根山系の交雑帯における遺伝的多様性と生物多様性の保全に有効な緑化計画への応用

本年度は、ミツバツツジ節の成木の生育と種子繁殖(特に、開花と実生の生育)に適した環境要因を総合的に解析することによって、環境要因から成木と実生の有無を推定できる潜在的生育立地モデルを構築し、さらに群落レベルの開花の予測可能性を検討した。具体的には、ミツバツツジ節の成木、開花、実生の有無、および、これらと関連性の高いと予想される環境要因を調査し、その結果から、環境要因を説明変量、成木と実生の有無を目的変量とする重回帰モデルを作成した。開花の予測については、光環境と相関のあるLAIの指標としての有効性について検討した。その結果、以下の知見が得られた。・落葉期の林分のLAIはミツバツツジ節3種の生育の有無と、夏期の林分のLAIはミツバツツジ節2種(ミツバとキヨスミ)の生育と開花の有無と、関連性がそれぞれ高い。・標高、斜面方位、斜面傾斜角、4月の林分のLAI、7月の林分のLAI、コケの地表面被覆率、リターの地表面被覆率を説明変量、ミツバツツジ節3種とヤマツツジの成木の有無を目的変量とした重回帰分析を行った結果、重回帰モデルが求められた。・全般に重相関係数は低く、モデルの予測力は低かった。・ミツバでは、寄与率が高い順に、4月のLAI、リターの地表面被覆率、標高、の3つが説明変量として選択された。・キヨスミでは、寄与率が高い順に、4月のLAIと標高の2つが説明変量として選択された。・トウゴクは、寄与率が高い順に、標高、7月のLAI、コケの地表面被覆率の3つが説明変量として選択された。昭和初期から国立公園に指定されているため,3種のミツバツツジ節,ミツバツツジ,キヨスミミツバツツジ,トウゴクミツバツツジの自生地が広く保存されている箱根地域をモデルケースとして,箱根火山域のミツバツツジ節交雑帯における浸透性交雑の実態を,植物生態学的手法と分子生態学的手法を用いて調べ,自生地における種間の浸透性交雑の実態を明らかにした。箱根火山域に自生するミツバツツジ節(ミツバツツジ,キヨスミミツバツツジ,トウゴクミツバツツジ)の花(雄蕊の数,子房の腺点,子房の毛色,花柱の毛)と葉(鋸歯の有無,葉柄の毛)の形態からミツバツツジ節3種および中間型を同定した。さらに,それぞれの分布域,花期,出現頻度,母性遺伝である葉緑体DNA(matK)と両性遺伝である核DNA(ITS領域)の分析から浸透性交雑を検証した。その結果,(1)ミツバツツジとキヨスミミツバツツジ,キヨスミミツバツツジとトウゴクミツバツツジはそれぞれ親和性があり交雑種を生じている可能性があること,(2)中間型は互いの種が共存する標高帯で生じていること,(3)花期の重なりが長いキヨスミミツバツツジとトウゴクミツバツツジの中間型のほうが,ミツバツツジとキヨスミミツバツツジの中間型よりも,出現頻度が高いこと,(4)中間型の出現確率は,9%以下であること,などがわかった。これらの結果から,ミツバツツジ節を用いた自生地復元緑化などでは,本来の分布域や出現確率に配慮した緑化計画を練る必要があると考えられる。これらの成果を,東アジア生態学会で発表した。
HGF/c-Metシグナルを介した低酸素応答による椎間板恒常性維持機構の解析

まず、髄核細胞における低酸素とHGFの効果を評価した。日本白色家兎(雄、12-14週)の椎間板組織から髄核細胞を単離し、14日間の初代培養を行った。肝細胞増殖因子(Hepatocyte growth factor:HGF) (0、100 ng/ml)を投与し,定常酸素(20% O2)と低酸素(2% O2)下で培養し、細胞増殖能をWST-8法(cell counting kit-8)で、HIF1-αタンパクの発現をWestern Blotting法を用いて評価した。次に髄核細胞におけるHIF-1αの役割を評価した。HGFを投与し2%酸素下で培養した髄核細胞において我々が作成したsiRNAを導入することでHIF-1αをKnockdownし、細胞増殖能とHIF1-α発現を評価した。さらに、髄核細胞におけるMAPK経路の役割を評価した。HGFを投与した髄核細胞にMAPK阻害剤であるPD98059を投与後、2%酸素下で培養し、細胞増殖能とHIF1-α、pERK発現を評価した。これらの結果から、髄核細胞において、低酸素刺激およびHGF投与がHIF-1αを介して細胞増殖を促進し、その経路にMAPK経路が関与していることが明らかになった。近年、髄核細胞におけるHIF-1α発現調節にヒストン脱アセチル化酵素やヒートショックプロテイン70、成長因子であるCCN2などが関与していることが報告され、椎間板変性の病態解析や治療法への応用が注目されている。本研究の結果からHGF/c-MetシグナルもHIF-1α発現調節を介して椎間板細胞の恒常性の制御に関与していると考え、今後のさらなるメカニズムの解析が必要と考えられる。日本白色家兎の椎間板細胞から髄核細胞を単離し、単層培養を行った。また、適宜HGFも投与しながら検討を行っている。低酸素インキュベーターの導入、調整に時間を要したことから、実験の遂行がやや遅れている。低酸素環境と定常酸素環境下でのHGFとHIF-1α発現との関連、阻害剤投与下でのシグナル経路の解明は予定通り進捗している。また、後方経路腰椎椎体間固定術を施行した患者から採取した椎間板組織を用いて、HIF、HGF/C-Metシグナル関連因子について検索し、椎間板変性の進行度と各種発現の関連について解析する。siRNAを用いて髄核細胞におけるHIF-1αのノックダウンを行い、HGF/c-MetシグナルがHIF-1αを介して髄核細胞の活性にどのように関与しているかどうかを確認する。それらより、どのようにシグナル経路にアプローチすることで椎間板変性を抑制できるかを検証していく。研究が遅れているため、当初購入予定であった薬剤を購入しなかったため。実験計画が一部遅延したことにより購入を予定していた薬剤がまだ購入できていないため次年度使用額が生じた。今後の使用計画は購入予定であった薬剤の購入費にあてる予定である。次年度、予定通り購入する際に使用させていただく。
電子・活性アニオン包接ナノポーラス結晶をを利用した新機能性材料の探策と物性評価

1.電子常磁性共鳴(EPR)を駆使することにより、ナノポーラス結晶12CaO・7Al_2O_3(C12A7)中の活性酸素O_2^-の包接状態およびそのダイナミックスについて解析を行った。本研究ではCW-EPRに加え、パルスEPRを使うことでO_2^-周辺の中距離構造に関する知見を得た。また単結晶試料を用いることにより、O_2^-の結晶内における配向を決定することに成功した。さらに酸素を磁性核である^<17>O_2(I=5/2天然存在比0.038%)に置換することで、O_2^-中の^<17>Oによる超微細分裂を観測し、O_2^-であることの決定的同定を行った。こうして得られたデータの解析から、O_2^-はC12A7中のケージに包接されており、ケージの壁のCa^<2+>イオンに吸着していることが分かった。20K以下ではO_2^-はほぼ静止しており、温度の上昇に伴い回転を始める。ただしCa^<2+>との結合を切る形での運動は抑制されており、異方性の回転となっている。2.C12A7のケージに包接されている酸素イオン(O^<2->)を化学処理により完全に抜き去ることで、ケージの中に電子を包接させ、電子が陰イオンとして振舞う結晶"エレクトライド"を合成することができる。エレクトライドはゆるく束縛された大量の電子を包接していることから、電子ビーム源としての応用が期待されていた。本研究では、C12A7エレクトライドを冷電子放出源として利用することで、室温での電界電子放出に成功した。3.C12A7に電子が低濃度に包接された場合(10^<19>cm^<-3>)、電子はケージのひずみを伴ってポーラロンを形成し、これが隣接するケージ間をホッピングすることで伝導性が生じていると考えられてきた。これを確かめるため、テラヘルツ時間領域分光法により、テラヘルツ周波数領域でのキャリア応答を調べたところ、複素電気伝導度がホッピング伝導を示すJonscher則に従うことがわかった。
鼻腔粘膜線毛上皮細胞におけるセルセンサーの解明

鼻腔は呼吸の際に外気と初めて接触する粘膜で覆われており、鼻腔粘膜は常に温度や湿度の変化に暴露されている。本課題では、そのような鼻腔粘膜細胞が外部環境の変化に対してどのような反応を示すのか、単一細胞レベルでのセルセンサー検索と位置付けて研究した。まず、鼻腔粘膜細胞が外気温の変化にどのような反応を示すのかを調べた。高温度受容体であるTRPV1 agonistであるcapsaicin刺激により、ラット鼻腔粘膜組織から細胞外へ放出されるATPが増加することを明らかにした。一方、TRPV2、および低温受容体であるTRPM8とTRPA1のagonistを投与してもATP放出増加はみられなかった。次に、ラット鼻腔粘膜から単離した単一上皮細胞からパッチクランプ法を用いて電気記録を行い、電気生理的にTRPV1とPannexin-1とが機能連関していることを示した。Capsaicin投与によるATPの放出はPannein-1を経由しており、細胞外に放出されたATPは、鼻腔粘膜の多列円柱上皮細胞の線毛運動の活動性に関与することを明らかとした。続いて、capsaicin投与で、細胞のapical sideが収縮することを見出した。この現象はTRPV1 blockerやPannexin-1 antagonist存在下ではみられなかった。陰イオンであるATP-がPannexin-1を経由して細胞外へ放出される際に、水も同時に放出されていることを示唆する所見と考えられた。線毛運動を効率よく行うために、Pannexin-1は陰イオンバランスを介して線毛周囲のliquidを保つ作用も有している可能性がある。Transient Receptor Potential Vanilloid 1 (TRPV1)のantagonistであるcapsaicin刺激により、ラット鼻腔粘膜組織から細胞外へ放出されるATPが増加することを明らかにした。ラット鼻腔粘膜から単離した単一上皮細胞からパッチクランプ法を用いて電気記録を行い、電気生理的にTRPV1とPannexin-1とが機能連関していることを示した。TRPV1は温度を感受するthermo-sensorであり、TRPV1とPannexin-1は、呼吸に伴って外気温の影響を強く受ける鼻腔の生理機能において、極めて重要な作用を有するものと考えられた。以上の結果は、米国科学誌であるChannels誌において報告した。さらに、ラットの鼻腔粘膜から単離した上皮有毛細胞にcapsaicinを投与した場合のmorphologicalな変化を観察したところ、細胞のapical sideが収縮することを見出した。この現象はTRPV1 blockerやPannexin-1 antagonist存在下では惹起されなかった。陰イオンであるATP-がPannexin-1を経由して細胞外へ放出される際に、H2Oも同時に放出されていることを示唆する所見であると考えられた。線毛運動を効率よく行うためには線毛周囲のliquidが一定量存在することが必要であり、Pannexin-1は陰イオンバランスを介して線毛周囲のliquidを保つ作用も有している可能性がある。この研究成果は、欧州科学誌であるEuropean Archives of Oto-Rhino-Laryngology誌において報告した。インパクトファクターを有する英文学術誌2誌(Channels, European Archives of Oto-Rhino-Laryngology)に研究成果を報告した。また、2017年秋に行われた病態生理学会大会におけるサテライトシンポジウム、2018年春に開催された日本生理学会総会における企画シンポジウムにおいて、これまでの研究成果を加えて発表した。鼻腔粘膜細胞の機能について、これまで単一細胞の分子レベルという意味では集中的に施された研究は少ない。

我々の講座では実験システムが確実に進歩していることから、引き続きこのシステムを用いて、今後はPannexin-1やATPに固執せず、あらゆる分子メカニズムを視野に研究を継続していく。予定した額より低額で物品、消耗品を購入することができた。年度末に使用額が集中した。次年度は、引き続き鼻腔粘膜細胞のセルセンシング機構をさらに詳細に追及することを目的とし、試薬の購入、実験結果の解析、論文の執筆、論文投稿と発表、学会における研究成果の発表などに使用する。