hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヘミアセタール中間体を経由するPd錯体を用いる立体選択的環化反応の開発と糖合成

本研究は,当研究室で開発したPd2価錯体による分子内ヘテロ環化反応を更に発展させた,ヘミアセタール中間体を経由する分子内ヘテロ環化反応を基盤とする反応性や立体選択性の検討,および糖類などの天然物の立体選択的合成を目標として行われたものである.本年度の成果の概要を以下に記す.1.ヘミアセタールを経由するヘテロ環化反応の最適化基質に7-hydroxy-3-phenyl-5-heptenalを用い,種々の2価のPd触媒による環化反応を試みた.その結果,PdCl_2(PhCN)_2の触媒活性が最も高い事がわかった.またヘテロ求核剤として種々のアルコールを用い反応を行ったところ,1級,2級,3級何れのアルコールを用いても反応は5080%の収率で進行する事がわかった.また得られた環化体の4,6位の相対配置は,高立体選択的にcisに制御されていた.特に2,3級アルコールを用いると100%のcis選択性であった.RNAの構成単位であるD-riboseの合成を行った.出発原料であるcis-2-butene-1,4-diolより13段階を経て環化前駆体を合成し,ヘテロ環化反応を行い,高立体選択的に環化体を得た.その後2段階で全合成に成功した.DNAの構成単位である2-deoxy-D-riboseの合成を行った.出発原料であるリンゴ酸より8段階を経て環化前駆体を合成し,ヘテロ環化反応を行い,高立体選択的に環化体を得た.その後5段階で全合成に成功した.4.オリゴ糖合成への応用本反応を用いてオリゴ糖合成を行った.2-deoxy-D-riboseの合成の際に用いた環化前駆体と,求核剤に2-deoxy-D-ribose誘導体を用い2糖の合成に成功した.これにより全く新しい方法論によるオリゴ糖合成を開発することが出来た.本研究は,当研究室で開発したPd2価錯体による分子内ヘテロ環化反応を更に発展させた,ヘミアセタール中間体を経由する分子内ヘテロ環化反応を基盤とする反応性や立体選択性の検討,および糖類などの天然物の立体選択的合成を目標として行われたものである.本年度の成果の概要を以下に記す.1.ヘミアセタールを経由するヘテロ環化反応の最適化基質に7-hydroxy-3-phenyl-5-heptenalを用い,種々の2価のPd触媒による環化反応を試みた.その結果,PdCl_2(PhCN)_2の触媒活性が最も高い事がわかった.またヘテロ求核剤として種々のアルコールを用い反応を行ったところ,1級,2級,3級何れのアルコールを用いても反応は5080%の収率で進行する事がわかった.また得られた環化体の4,6位の相対配置は,高立体選択的にcisに制御されていた.特に2,3級アルコールを用いると100%のcis選択性であった.RNAの構成単位であるD-riboseの合成を行った.出発原料であるcis-2-butene-1,4-diolより13段階を経て環化前駆体を合成し,ヘテロ環化反応を行い,高立体選択的に環化体を得た.その後2段階で全合成に成功した.DNAの構成単位である2-deoxy-D-riboseの合成を行った.出発原料であるリンゴ酸より8段階を経て環化前駆体を合成し,ヘテロ環化反応を行い,高立体選択的に環化体を得た.その後5段階で全合成に成功した.4.オリゴ糖合成への応用本反応を用いてオリゴ糖合成を行った.2-deoxy-D-riboseの合成の際に用いた環化前駆体と,求核剤に2-deoxy-D-ribose誘導体を用い2糖の合成に成功した.これにより全く新しい方法論によるオリゴ糖合成を開発することが出来た.本研究は,当研究室で開発したPd2価錯体による分子内ヘテロ環化反応を更に発展させた,ヘミアセタール中間体を経由する分子内ヘテロ環化反応を基盤とする反応性や立体選択性の検討,および糖類などの天然物の立体選択的合成を目標として行われたものである.本年度の成果の概要を以下に記す.1.ヘミアセタールを経由するヘテロ環化反応の最適化基質に7-hydroxy-3-phenyl-5-heptenalを用い,種々の2価のPd触媒による環化反応を試みた.その結果,PdCl_2(PhCN)_2の触媒活性が最も高い事がわかった.またヘテロ求核剤として種々のアルコールを用い反応を行ったところ,1級,2級,3級何れのアルコールを用いても反応は5080%の収率で進行する事がわかった.また得られた2-alkoxy-4-phenyl-6-vinyltetrahydropyranの4,6位の相対配置は,高立体選択的にcisに制御されていた.特に2,3級アルコールを用いると100%のcis選択性であった.2.単糖の合成単糖のD-riboseの合成を行った.出発原料であるcis-2-butene-1,4-diolより13段階を経て環化前駆体を合成し,ヘテロ環化反応を行い,高立体選択的に環化体を得た.その後2段階でD-riboseの全合成に成功した.

3.スピロケタールの合成分子内にケトンとアルコールを共存させ,ヘミアセタールを形成しながら前述のヘテロ環化反応を行えばスピロケタールが得られると考えた.そこで7-oxo-5-phenyl-2-dodecene-1,11-diolを基質に用い,PdCl_2(MeCN)_2触媒を用い反応を行ったところ,高立体選択的にスピロケタールを合成することができた.本研究は,当研究室で開発したPd2価錯体による分子内ヘテロ環化反応を更に発展させた,ヘミアセタール中間体を経由する分子内ヘテロ環化反応を基盤とする反応性や立体選択性の検討,および糖類などの天然物の立体選択的合成を目標として行われたものである.本年度の成果の概要を以下に記す.1.ヘミアセタールを経由するヘテロ環化反応の最適化基質に7-hydroxy-3-phenyl-5-heptenalを用い,種々の2価のPd触媒による環化反応を試みた.その結果,PdCl_2(PhCN)_2の触媒活性が最も高い事がわかった.またヘテロ求核剤として種々のアルコールを用い反応を行ったところ,1級,2級,3級何れのアルコールを用いても反応は5080%の収率で進行する事がわかった.また得られた環化体の4,6位の相対配置は,高立体選択的にcisに制御されていた.特に2,3級アルコールを用いると100%のcis選択性であった.RNAの構成単位であるD-riboseの合成を行った.出発原料であるcis-2-butene-1,4-diolより13段階を経て環化前駆体を合成し,ヘテロ環化反応を行い,高立体選択的に環化体を得た.その後2段階で全合成に成功した.DNAの構成単位である2-deoxy-D-riboseの合成を行った.出発原料であるリンゴ酸より8段階を経て環化前駆体を合成し,ヘテロ環化反応を行い,高立体選択的に環化体を得た.その後5段階で全合成に成功した.4.オリゴ糖合成への応用本反応を用いてオリゴ糖合成を行った。2-deoxy-D-riboseの合成の際に用いた環化前駆体と,求核剤に2-deoxy-D-ribose誘導体を用い2糖の合成に成功した.これにより全く新しい方法論によるオリゴ糖合成を開発することが出来た.
小胞体ストレスによって誘導されるオートファジーの解析

小胞体内腔に異常タンパク質が蓄積すると、それを処理するために、分子シャペロンの転写誘導、タンパク質翻訳の抑制およびユビキチン-プロテアゾーム系での分解といったunfolded protein responseが活性化する。本研究ではこれらのストレス応答に加え、オートファジーが活性化し、小胞体内に蓄積した異常タンパク質を処理する可能性を見い出した。ツニカマイシンやサプシガルジンにより小胞体ストレスを負荷した神経芽細胞腫SK-N-SH細胞の電子顕微鏡による観察を行うと、ストレス処理後2-6時間で、オートファゴソームに特徴的な所見である、オルガネラを取り込んだ2重膜形成が高頻度に観察された。オートファジーのマーカーであるLC3の動態を蛍光顕微鏡による観察とウエスタンブロッティングにより検討したところ、小胞体ストレス時にLC3がプロセッシングを受けて活性化し、オートファゴソームに局在していることが観察された。小胞体ストレスセンサーのうち、IRE1をノックアウトした細胞では小胞体ストレス誘導性オートファジーが観察されなかったことから、小胞体ストレスによるオートファジーはIRE1を介するシグナルに依存していることが明らかになった。オートファジーの阻害剤である3-メチルアデニンを処理すると小胞体ストレスによる細胞死が増強され、またオートファジー不全株であるATG5欠損細胞やATG5ノックダウン細胞でも同様に小胞体ストレスに対する抵抗性が減弱していた。これらの結果からオートファジーは小胞体ストレスから細胞を保護している可能性が示された。1、小胞体ストレス誘導性オートファジーの可視化LC3がオートファゴソームに局在するということは現在広く知られており、その性質を生かして、オートファジーのマーカーとして使用されているGFP-LC3の発現ベクターを細胞に過剰発現させ、オートファジーの定量を行った。小胞体ストレスを負荷すると、LC3が集積するドットの面積が有意に上昇した。また、LC3がプロセシングを受けて、分子量の小さいLC3-IIになることを利用して、抗LC3抗体を用いてウエスタンブロッティングを行ったところ、小胞体ストレスの負荷によってLC3-IIフォームの増加が認められた。2、電子顕微鏡によるオートファゴソームの観察小胞体ストレス負荷時の細胞を電子顕微鏡で観察したところ、細胞内に多数のオートファゴソームが観察された。また、小胞体ストレスを負荷したときの、細胞内のLC3の局在を免疫電顕によって調べたところ、LC3は確かにオートファゴソームの膜に存在することが確かめられた。3、オートファジーのシグナル伝達経路の解析IRE1、PERKのノックアウト細胞、ATF6のノックダウン細胞を用いて1と同様の実験を行ったところ、IRE1ノックアウト細胞では小胞体ストレスによるオートファジーの誘導が観察されなかった。そのため、小胞体ストレスによるオートファジーの誘導は、小胞体ストレスセンサーであるIRE1経路を介して起こっていることが示唆された。
大規模災害時の薬事対応を協働構築するための学習プログラムの実証研究

本研究は、災害薬事における災害時薬事概況報告システムと連携した災害薬事のためのe-learningを開発することに加え、e-learningとIoT技術が連携したPBL型災害薬事実働演習により災害時に適切な医療が提供できる人材育成を強化するものである。計画している研究項目は、1災害薬事における医薬品供給体制をモニタリングするための薬剤版J-SPEEDの開発とe-learningへの展開2薬剤版J-SPEEDの後ろ向き検証と災害薬事コンテンツの作成3e-learningと連携した災害薬事実働PBL演習方略の構築、4モバイルe-learningの学習効果の検証と評価、の4つである。
STM発光による表面微細構造の分光学的同定

半球プリズム上に蒸着した金(Au)膜とSiウエファ-を試料としてSTMの発光実験を行った。金膜試料に関しては探針側とプリズム側の発光分光を行った。発光の角度依存からプリズム側発光が表面プラズモンによるものであることは本研究者らによりすでに指摘されていた〔K.Takeuchi et al.J.of Vac.Science & Technol.,B9 557(1991)〕が、発光分光の結果スペクトル・ピ-クも表面プラズモンの分散関係から期待されるものであることが新たにわかった。探針側発光スペクトル中にはプリズム側と共通する発光ピ-ク以外に多くの微細構造が見られた。従来の発光理論(トンネル電流により励起された局在プラズモンが探針側に発光すると共に、その一部は表面プラズモンに"崩壊"しプリズム側に発光する)ではこのことは理解できないものであり、今後の課題として残った。Si試料に関しては可視光発光をはじめて観測した。従来STMの発光機構として知られていたのは,金属試料の局所あるいは表面プラズモンの発光と,半導体試料のバンド間遷移による発光である。これらの機構による発光は素直に理解できるものであるが、これらに限られる必然的理由はない。本研究計画では広く用いられている材料でしかも先の機構では発光しないSiについてSTMの発光研究を行った。その結果可視域での発光を観測した。その特性は,1)探針材質,2)n形かp形か,3)ド-プ量,4)探針電圧の極性,5)面方位に依存した。Siで発光が観測されたことはSTMの発光分光が材料に限定されることのない微小領域の光物性を研究する新たな手段となりうることを示唆するものである。
高齢者機能評価とSNPアレイを用いた化学療法の効果及び副作用発現予測モデルの開発

本研究の目的の1つは、高齢がん患者が抱える問題点を明らかにすることである。これまでに、500名を超える70歳以上の高齢がん患者において、Geriatirc 8(G8)とFlemish version of the Triage Risk Screening Tool(fTRST)という2つの高齢者機能評価スクリーニングツールを用いた評価を行った。その結果、移動能力、食事量、体重減少、処方薬数、直近の入院、自身の健康状態に対する評価の点で問題点を有する割合が高かった。切除不能・進行再発消化器癌を有する消化器癌患者において、G8スコアは化学療法の治療継続期間および全生存期間と有意に関連することを示した。また、2サイクル目以降の抗がん薬減量の有無とも関連することを明らかにし、G8は高齢がん患者に最適な治療を提供するための有用なツールの1つとなることが示唆された。多施設共同臨床試験である「フッ化ピリミジンを含む化学療法に不応の高齢者治癒切除不能進行・再発大腸癌患者に対するトリフルリジン・チピラシル塩酸塩療法の第II相臨床試験(T-CORE1401)」および「高齢者切除不能進行・再発胃癌を対象としたRamucirumab+paclitaxel併用療法の第II相臨床試験(T-CORE1501)」に登録された患者において高齢者機能評価を行い、治療効果および副作用との関連を解析中である。さらに、この2試験では付随研究として血液検体を採取しており、ジャポニカアレイを用いた一塩基多型(Single Nucleotide Poplymorphism:SNP)アレイを行った。今後、SNPアレイのデータと高齢者機能評価、治療効果、副作用との関連について解析を進めていく予定である。本研究の主な目的の1つは、高齢がん患者が抱える問題点を明らかにすることである。われわれは、70歳以上のがん患者を対象として、G8とfTRST(Flemish version of the Triage Risk Screening Tool)という2つの高齢者機能評価スクリーニングツールを用いた評価を行った。その結果、高齢がん患者では栄養状態、処方数、自身の健康状態に対する評価の点で「異常」スコアを示す割合が高かった。また、本研究では、それぞれの患者に対する最適な治療法を選択するために高齢者機能評価が有用なツールとして機能するかどうかを明らかにすることを目的としている。生存期間というアウトカムに着目し、高齢者機能評価スクリーニングツールのスコアと生存期間との関連を解析した結果、G8スコアが低い患者ほど、生存期間が有意に短いことが示された。スクリーニングツールは簡便に評価が可能であり、このツールによって状態が悪いと判断した場合は、若年者と同様の治療ではなく、強度を減弱した治療を選択したほうが適切である可能性が示唆された。現在、高齢がん患者から採取する血液検体を用いて一塩基多型(SNP)解析を実施する準備を行っている。今後は、高齢者機能評価スクリーニングツールだけでなく、高齢者総合的機能評価とSNP情報を含めた解析を行い、高齢がん患者に最適な治療を提供するための化学療法の副作用発現モデルの開発および予後予測モデルの開発に取り組んでいく予定である。本研究では、平成28年度から70歳以上の消化器癌患者の症例集積および検体採取を開始することを計画していた。しかしながら、主に次に挙げる2つの点を理由として、症例集積の開始を延期することとなった。1つ目は、適切なサンプルサイズの根拠を明確にするために、後方視的観察研究のデータをさらに蓄積する必要があったことである。研究責任者が所属し、主たる研究施設である東北大学病院において、高齢者機能評価スクリーニングツールを実施した高齢がん患者の全生存期間データの解析を追加した。この解析には十分な観察期間を設けなければならなかった。結果は平成28年7月に開催された第14回日本臨床腫瘍学会学術集会で発表し、その後「The G8 screening toolenhances prognostic value toECOGperformance status in elderlycancer patients: A retrospective, single institutional study」として英文論文を投稿した。この後方視的観察研究において詳細なデータを蓄積できたことにより、本研究で必要な、高齢者機能評価スクリーニングツールと化学療法の効果、副作用との関連についての基礎データを得ることができた。2つ目の理由は、同じく東北大学病院において平成29年春を目標に個別化医療センターバイオバンク部門を開設することとなり、本研究で必要な患者検体はバイオバンク事業の一環として収集することが適切であると判断したことである。本研究では70歳以上の高齢がん患者を対象とし、G8(Geriatirc 8)とfTRST(Flemish version of the Triage Risk Screening Tool)という2つの高齢者機能評価スクリーニングツールを用いた評価を行った。fTRSTについてはわが国で使用可能な日本語版がなかったため、研究代表者を含めた2名の研究者が日本語訳を行い、バックトランスレーションをしてfTRSTを開発した海外の研究者から承認を得る形で研究に用いることができた。これまでに400名以上の患者でG8、fTRSTによる評価を行い、本研究の目的の1つである高齢がん患者が抱える問題点を明らかにすることができた。具体的には移動能力、栄養状態、処方薬数、自身の健康状態に対する評価の点で問題点を有する割合が高かった。また、本研究では高齢がん患者において最適な治療法を選択するにあたり、高齢者機能評価が有用なツールであるかどうかを明らかにすることを目的としている。G8スコアによって高齢がん患者を3つのグループに分類した場合、スコアが低い患者ほど全生存期間が短いことを明らかとした。

さらに、がん領域で一般的に使用されている身体機能を評価するツールであるperformance status(PS)とG8ツールを組み合わせることで、PS単独よりも予後予測因子として有用であることを示した。この結果により、G8ツールを評価することで高齢がん患者の治療法選択に役立つことが示唆された。SNPアレイについては検体収集を進めているところであり、今後、順次解析を行っていく。本研究は70歳以上の高齢がん患者を対象としているが、SNPアレイ解析に必要な血液検体収集が遅れている。研究代表者が所属する東北大学病院では、平成29年度に個別化医療センターバイオバンク部門が設立され、患者からの検体を収集、管理するシステムが構築された。本研究もこのバイオバンク事業の一環として血液検体を収集することが適切であると判断したため、当初の予定よりも検体収集開始が遅れた。しかし、すでにバイオバンク事業は開始され、本研究で使用できる検体の収集も開始できている。血液検体収集開始は遅れたものの、高齢者機能評価スクリーニングツールであるG8とfTRSTを評価した症例数は400例を超え、順調に集積されている。G8と全生存期間との関連については、研究代表者が筆頭著者として論文で報告した(Takahashi M, et al. PLoSOne 2017;12:e0179694)。高齢者機能評価と化学療法の効果予測、副作用発現予測については現在解析中であり、学術集会における発表、論文としての発表を準備中である。本研究の目的の1つは、高齢がん患者が抱える問題点を明らかにすることである。これまでに、500名を超える70歳以上の高齢がん患者において、Geriatirc 8(G8)とFlemish version of the Triage Risk Screening Tool(fTRST)という2つの高齢者機能評価スクリーニングツールを用いた評価を行った。その結果、移動能力、食事量、体重減少、処方薬数、直近の入院、自身の健康状態に対する評価の点で問題点を有する割合が高かった。切除不能・進行再発消化器癌を有する消化器癌患者において、G8スコアは化学療法の治療継続期間および全生存期間と有意に関連することを示した。また、2サイクル目以降の抗がん薬減量の有無とも関連することを明らかにし、G8は高齢がん患者に最適な治療を提供するための有用なツールの1つとなることが示唆された。
微生物の生物機能を用いた次世代ケミカルプロセスの構築

糸状菌Aspergillusfumigatusの生産するfumagillin (1)は強力な血管新生阻害活性を示す。我々は1が有する重要なファーマコフォアに着目し、生合成経路を改変することで非天然型誘導体を創製を目的に研究を行った。同時に、全く別のファーマコフォアを有する血管新生阻害剤synerazol (2)の創製にも挑戦した。4種類の新規fumagillin誘導体を10種類以上の新規synerazol誘導体を獲得し、その化学構造を決定した。さらに極めて興味深いことに、ある種の生合成遺伝子破壊株からは、1や2とは全く異なる骨格構造を有す化合物も獲得された。炭疽病の原因菌であるBacillus anthracisの生産する特殊なシデロホア、petrobactinの生合成メカニズムに関する研究において、グルコースの一次代謝物である3-デヒドロキナ酸(DHS)を芳香族化合物である3,4-ジヒドロキシ安息香酸(3,4-DHB)にワンステップで変換する酵素、3-デヒドロシキミ酸デヒドラターゼ(AsbF)を見出した(Hotta, K., et al., Biochemistry 2008)。本研究では、大腸菌BL21(DE3)を宿主としたT7システムによってAsbFを細胞内発現させ、DHSを3,4-DHBへin situ変換することを試みた。3,4-DHBは290nmの波長に特有の吸収を示すため、分光光度計を用い容易に検出および定量することができた。BL21(DE3)の培養条件は既報の条件下で行う(Hotta, K., et al., Biochemistry 2008)。現在このシステムを用い、LB培地から3,4-DHBを生産することが可能となった。シアノバクテリが生産するSaxitoxinは麻痺性貝毒としてよく知られているが、その生産菌は限られた数種に限られる。しかしながら、分子遺伝学的研究が進んだ生産菌はさらに少数にとどまる。我々は、saxitoxin生産菌とされるシアノバクテリアAnabaenacircinalisを培養した後、得られた培養液の分析によってsaxitoxinを検出することに成功した。ポジティブモードでの質量電荷比が300のイオンを選択的に観測した。多くのピークが観測されたため、MS/MS分析によるsaxitoxinのピークの特定を行った。文献に記載のある204の分子イオンでMS/MSクロマトグラムの表示した結果、RT8.4に大きなピークを検出した。そこで、フラグメントイオンの検出パターンを確認した。その結果、質量電荷比が282, 266, 258, 221, 204などのフラグメントイオンが観測され、文献値との比較したところそれらの分子イオンピークが一致した。これによって、今後、シアノバクテリアを用いたsaxitoxinの生合成研究を遺伝子破壊実験によって行う時に、目的のsaxitoxin生合成遺伝子が破壊できたかどうかの判断にsaxitoxin由来のピークの消失を重要な判断材料とすることができる。目的の化合物を生産するシアノバクテリアの培養条件の確立および培養液からの分離分析方法を構築できたため。冬虫夏草は昆虫などから生じるキノコの総称であり、約400種が確認されている。その1種サナギタケCordyceps militarisは栄養補助食品や生薬として広く利用されており、東アジアにおいては癌患者の治療薬として古くから用いられてきた。特にC. militarisによって生産されるcordycepinは強力な抗腫瘍活性を示すために薬理活性における研究が盛んに進められている。一方で、その生合成については不明な点多く遺伝子・酵素レベルでは明らかにされてはいなかった。本研究ではcordycepinの生物合成法の確立を目的として研究を遂行している。C. militarisから単離されたcordycepin類縁体の構造から、cordycepin生合成酵素はpuromycin生合成酵素との類似性が高いと予測した。そこで、Streptomyces alboniger由来puromycin生合成遺伝子クラスター中の複数の酵素遺伝子に類似する配列をC. militarisゲノム配列情報から検索した。その結果、C. militarisはpuromycin生合成クラスターと相同性の高い遺伝子群cgpクラスターを保有していることを見出した。そのうちcgp1620は1つのORFにoxido-reductaseとamino-transferaseの2つの異なる機能性を持ったドメインを有するとアノテーションされていたため、5'-および3'-RACE法によってORFに終止コドンが含まれていないか正しい遺伝子配列を決定した。cgp16201625の各遺伝子はATPの五炭糖3位の水酸基を酸化・アミノ基転移を行う酵素遺伝子と高い相同性を示した。現在、大腸菌やAspergillus属糸状菌を用いた異種発現系、C. militaris形質転換系の樹立により、cordycepinの生合成経路の解析中である。

当初の研究計画に沿った実験を行い、これまでのところ計画に沿った実験成果を挙げることができているため。本シアノバクテリは振盪培養による高密度増殖を行うことができない微生物である。そこで生合成遺伝子を他のシアノバクテリア種を含む発現宿主系によって、目的化合物の大量生産系を構築することを目的としている。そういった目的を達成するためには、生合成遺伝子の解析が必要となるのだが、これには形質転換および薬剤耐性などを用いた単一コロニーの獲得(クローン化)技術が必要不可欠となる。そこで、クローン化に必須である固体培地での簡便な培養方法を確立する。天然物化学今後、CAQの精製が必要となるがこれは、培養液からはXAD樹脂などを利用した固層抽出法を用いて分離精製する予定である。また、細胞内の合成産物に関してはアセトンを用い抽出し、LCーMSおよびNMRを用いて同定する。このシステムを用いたBL21(DE3)によるCAQ合成も合わせて確認する。次に、大腸菌異種発現システムを用いPseudomonas putida由来のカテコール-1,2-ジオキシゲナーゼ遺伝子、catA (Ridder, L., et al., Eur. J. Biochem. 1998)も同時発現させ、cis,cis-ムコン酸(ccMA)の生合成を試みる。
高移動度、短チャネル薄膜トランジスタを目指した塗布型有機無機ハイブリッド半導体

塗布型薄膜トランジスタの実用には5 μm程度の短チャネル長で移動度が1 cm^2/Vsを超える素子特性が必要となる。新規に開発した塗布型有機半導体を用いたトップゲート構造薄膜トランジスタにおいて、チャネル長5 μmにおいて、最高線形移動度1.5 cm^2/Vsを達成し、本研究で掲げた数値目標を達成し、実用化への端緒を拓いた。しかし、実用上重要となるこの指標が実現できていない。本研究では、MoO_3ナノ粒子を添加することにより有機半導体の結晶性の向上(チャネル移動度の上昇、チャネル抵抗の減少)、有機半導体/ソース・ドレイン電極間の接触抵抗の低減(MoO_3と有機半導体との電荷移動を利用)を実現することにより高移動度、短チャネル薄膜トランジスタを実証することを目的とした。MoO_3ナノ粒子をMoO_3粉末のエチルアルコール溶液の上澄み液から分離し、MoO_3ナノ粒子と有機半導体2,7-dioctyl[1]benzothieno[3,2-b][1]benzothiophene (C8-BTBT)による有機・無機ハイブリッド半導体による薄膜トランジスタを作製、評価した。MoO_3ナノ粒子添加による正孔注入障壁の低下は殆どなく、OFF電流値も大きく変化していなかった。一方、光学顕微鏡観察による観察によると、当初の予想どおり、C8-BTBT微結晶サイズは小さくなりかつ均一であった。電界効果移動度は、わずかに低下し、閾値が-15 Vまで増大した。このため、研究協力者の日本化薬と共同で高分子分散C8-BTBTを開発し、C8-BTBTの一層の結晶性の向上を狙った。薄膜トランジスタを作製、評価したところ、線形領域においてチャネル長5 μmで、最高で1.57 cm^2/Vsの電界効果移動度を得た。この値は、世界最高水準の値であり、本研究で掲げた数値目標を達成できた。この他、ソース・ドレイン電極を基板内に埋め込み、有機半導体層の平坦化を実現したプロセス開発に成功した。埋め込み電極を有するトップゲート構造のC8-BTBT薄膜トランジスタにより、数Vの低駆動電圧を実現した。さらに、数ナノメータのMoO_3蒸着層をソース・ドレイン電極上に設けることによりチャネル長5 μmで、最高で0.4 cm^2/Vsの電界効果移動度を得た。塗布型薄膜トランジスタの実用には5ミクロン程度の短チャネル長で移動度が1 cm^2/Vsを超える素子特性が必要となる。本研究では、接触抵抗の低減とチャネル移動度の増大を有機半導体へのMoO_3ナノ粒子添加のみの極めて簡便な手法により同時に実現することを目的とした。MoO_3ナノ粒子を添加することにより有機半導体の結晶性の向上(チャネル移動度の上昇、チャネル抵抗の減少)、有機半導体/ソース・ドレイン電極間の接触抵抗の低減(MoO_3と有機半導体との電荷移動を利用)を実現することにより高移動度、短チャネル薄膜トランジスタを実証する。MoO_3ナノ粒子はMoO_3粉末のエチルアルコール溶液の上澄み液から得ることができた。さらに、塗布プロセスを用いた薄膜トランジスタ作製のプロセス構築を行った。ソース・ドレイン電極を基板内に埋め込み、有機半導体層の平坦化を実現したプロセス開発に成功した。想定外の成果として、埋め込み電極を有するトップゲート構造の薄膜トランジスタにより、数Vの低駆動電圧を実現した。さらに、数ナノメータのMoO_3蒸着層をソース・ドレイン電極上に設けることにより最高で0.4 cm^2/Vsの電界効果移動度を得た。この場合には埋め込み電極は用いず、通常の基板上にソース・ドレイン電極を用いるプロセスで行っているため、MoO_3ナノ粒子の添加および埋め込み電極を用いたプロセスにより、本研究の目標値を達成する可能大である。MoO_3ナノ粒子はMoO_3粉末のエチルアルコール溶液の上澄み液から得ることがきることを確認したが、その表面をドデカン基、メチル基、フェニル基等で化学修飾したナノ粒子の合成が遅れている。一方、塗布プロセスを用いた薄膜トランジスタ作製のプロセス構築は順調に推移している。有機半導体(C8-BTBT)へのMoO_3ナノ粒子の効果を正確に把握するため、ソース・ドレイン電極を基板内に埋め込み、有機半導体層の平坦化を実現したプロセス開発に成功している。埋め込み電極を有するトップゲート構造の薄膜トランジスタにより、数Vの低駆動電圧を実現している。さらに、数ナノメータのMoO_3蒸着層をソース・ドレイン電極上に設けることにより最高で0.4 cm^2/Vsの電界効果移動度を得ている。以上、合成では遅れているが、トランジスタ作製プロセス開発は順調に推移し、かつ、有機トランジスタの低駆動電圧化に成功するという予想外の成果があったため、"おおむね順調に進展している"とした。

本年度は、表面を化学修飾したMoO_3ナノ粒子と有機半導体C8BTBTによる有機・無機ハイブリッド半導体により高移動度、短チャネル薄膜トランジスタを実現するために、下記の研究項目を実施する。1)MoO_3ナノ粒子の作製および表面を化学修飾したMoO_3ナノ粒子の合成。2)MoO_3ナノ粒子を有機半導体(C8BTBT)に分散させた有機・無機ハイブリッド半導体の光・電子物性評価。すでに24年度において埋め込み電極構造を有する有機薄膜トランジスタの作製プロセスは確立しているため、ナノ粒子が合成できれば飛躍的に研究が進展すると期待できる。あわせて、確立しているプロセスにより0.4 cm^2/Vsの電界効果移動度を得ているため、接触抵抗の低減に注力していけば1 cm^2/Vsを実現できると期待している。該当なし
ヒト卵巣癌組織および細胞株におけるADAMの発現と機能解析

ヒト卵巣癌組織および種々の組織型由来のヒト卵巣癌細胞株を用いて、ADAM分子の発現・機能解析を試みた。1.ヒト卵巣癌組織と細胞株におけるADAM分子の網羅的検討:外科的に切除された37例のヒト卵巣癌組織および8種のヒト卵巣癌細胞株からmRNAを抽出し、酵素活性を有するADAM分子の発現を定量PCRやRT-PCRで解析した結果、卵巣癌組織、細胞株ともにADAM9,10,17等の高発現傾向を認めた。卵巣癌組織では特に明細胞腺癌においてADAM9の有意な高発現を確認した。2.ヒト卵巣癌組織におけるADAM分子の臨床病理学的検討:上記手術症例のパラフィン切片を用いて免疫染色を行った結果、ADAM9,10,17の発現は腫瘍性上皮に局在していた。定量PCRにおけるこれらのADAM分子の発現量とMIB-1陽性率との間に有意な相関は見られなかったが、ADAM17の発現量と脈管侵襲およびリンパ節転移との間には正の相関が見られた。3.ヒト卵巣癌におけるアミロイド前駆蛋白(APP)の発現とADAM分子によるsheddingの検討:8種のヒト卵巣癌細胞株においてRT-PCRおよびWestern blotを行いAPPのを確認した。培養上清にはα-secretase分解産物であるsoluble APPαが分泌されており、この分泌はメタロプロテアーゼ阻害剤であるKB-R7785およびBB94により容量依存的に抑制された。ヒト卵巣癌においてADAM9,10,17など既知のα-secretaseの高発現が確認できており、これらのsheddingへの関与が示唆される。研究代表者は、慶應義塾大学病院産婦人科学教室にて手術の行われた卵巣癌切除検体、および樹立された卵巣癌細胞株8種からmRNAを抽出し、合成したcDNAを定量PCRに用いて、ADAM(adisintegrin and metalloproteinase)分子の発言を網羅的に検討した。この結果、卵巣癌切除検体においてADAM9、ADAM10、ADAM17の高発現を認め、卵巣癌細胞株においてもこれらの分子の発現を確認した。ADAM9、10、17はいずれも、アミロイド前駆蛋白(amyloid precursor protein ; APP)のsheddaseとして働くことが報告されている。卵巣癌切除検体および卵巣癌細胞株におけるこれら3分子の高発現を認めたことから、卵巣癌切除検体および卵巣癌細胞株におけるAPPの発現の有無を、RT-PCRやWestern blotで検討した結果、卵巣癌において比較的高頻度にAPPの発現を認めた。免疫染色では、これらのADAM分子の発現が腫瘍性上皮に局在していることを確認した。また、免疫染色による検討の結果、卵巣の表層上皮や良性上皮性腫瘍においてはAPPの発現を殆ど認めないことから、卵巣では癌化に伴ってAPPの発現が誘導されている可能性がある。細胞膜に発現されたAPPは早期にsheddingを受け、細胞外に分泌型のAPPを放出することから、卵巣癌におけるAPPの発現とそのsheddingが、卵巣表層上皮の癌化やその増殖、浸潤等に関わっている可能性を考える。現在、siRNAを用いた実験を行い、卵巣癌におけるAPPの発現と機能の解析、およびAPPのsheddingに中心的に働くADAMの同定を試みている。
薬物依存成立関連生体因子の同定と遺伝性相違解析によるテーラーメイド医療への応用

薬物依存症に対する新規治療・予防薬の開発に必要な基礎的成績を得ることを目的として、精神依存モデル動物におけるL型高電位開口性カルシウムチャネル(HVCC)機能の亢進作用に対して影響を与える生体因子の発現変化について検討した。精神依存成立時に認められるHVCCの機能亢進は、L型HVCC α1Cおよびα2/δサブユニットの発現増加を伴うこと、細胞内リアノジン受容体およびIP3受容体の機能亢進に伴う細胞内Ca^<2+>濃度の上昇、つまりCa^<2+>-induced Ca^<2+>releaseが重要な役割を担っていることが判明した。さらに、リアノジン受容体もしくはIP_3受容体機能を選択的拮抗薬の併用により一過性に抑制させた動物では、依存性薬物による報酬効果およびL型HVCCの機能亢進作用は減弱、消失すること、さらに、依存性薬物を連続曝露した神経細胞における30 mM KCl刺激に伴う[^<45>Ca^<2+>]流入およびα1C HVCCサブユニット発現の増加は、いずれもリアノジン受容体およびIP_3受容体遮断薬の併用により完全に抑制された。したがって、依存性薬物による神経細胞内のL型HVCCの機能元進には、小胞体による調節機構が極めて重要であることが判明した。つぎに、これら変化に連関する細胞内機能性蛋白質を検索したところ、β3 HVCCサプユニットおよびフォスファチジルイノシトールキナーゼ類の活性化が関与していることが判明した。本研究の結果から、依存性薬物によるL型HVCCの機能亢進と、これに続く小胞体機能亢進を介した細胞内Ca^<2+>の動態変化と、これに続くHVCC adaptor蛋白質の局在変化が薬物依存形成に重要な役割を担っていることが明らかとなった。薬物依存症に対する新規治療・予防薬の開発に必要な基礎的成績を得ることを目的として、精神依存モデル動物において認められるL型高電位開口性カルシウムチャネル(HVCC)機能の亢進作用に対して、影響を与える生体因子の発現変化について検討した。精神依存成立時に認められるHVCCの機能亢進は、L型HVCCα1およびα2/δサブユニットのリン酸化に伴う調節は関与しないこと、細胞内リアノジン受容体機能亢進に伴う細胞内Ca^<2+>濃度の上昇、つまりCa^<2+>-induced Ca^<2+>releaseが重要な役割を担っていることが判明した。さらに、リアノジン受容体機能を一過性に抑制させた動物では、依存性薬物による報酬効果およびL型HVCCの機能亢進作用は減弱・消失することが観察された。したがって、依存性薬物による神経細胞内のCa^<2+>動態変化には、小胞体による調節機構が極めて重要であると考えられることから、これら変化に連関する細胞内機能性蛋白質を検索したところ、フォスファチジルイノシトールキナーゼ類の活性化が関与していることが判明した。つぎに、神経細胞における依存性薬物曝露後の細胞内Ca^<2+>センサー蛋白の動態変化について検討したところ、これら蛋白の細胞膜側への一過性の局在変化が、リアノジン受容体の機能亢進に先行して生じることが明らかとなった。本研究の結果から、依存性薬物によるL型HVCCの機能亢進と、これに続くリアノジン受容体の機能亢進進を介した細胞内Ca^<2+>の動態変化が、薬物依存形成に重要な役割を担っていることが明らかとなった。またこれら疾患に至る神経化学的な共通経路としてリアノジン受容体の機能亢進が極めて重要であることが判明した。

薬物依存症に対する新規治療・予防薬の開発に必要な基礎的成績を得ることを目的として、昨年度の本研究により認められた、精神依存モデル動物におけるL型高電位開口性カルシウムチャネル(HVCC)機能の亢進作用に対レて影響を与える生体因子の発現変化について引き続き検討した。精神依存成立時に認められるHVCCの機能亢進は、L型HVCCα1Cおよびα2/δサブユニットの発現増加を伴うこと、細胞内リアノジン受容体およびIP3受容体の機能充進に伴う細胞内Ca2+濃度の上昇、つまりCa^<2+>-induced Ca^<2+>releaseが重要な役割を担っていることが判明した。さらに、リアノジン受容体もしくはIP3受容体機能を選択的拮抗薬の併用により一過性に抑制させた動物では、依存性薬物による報酬効果およびL型HVCCの機能充進作用は減弱・消失すること、さらに、依存性薬物を連続曝露した神経細胞における30mM KCI刺激に伴う[^<45>Ca^<2+>]流入およびα1CHVCCサブユニット発現の増加は、いずれもリアノジン受容体およびIP3受容体遮断薬の併用により完全に抑制された。したがって、依存性薬物による神経細胞内のL型HVCCの機能克進には、小胞体による調節機構が極めて重要であることが判明した。つぎに、これら変化に連関する細胞内機能性蛋白質を検索したところ、β3HVCCサブユニットおよびフォスファチジルイノシトールキナーゼ類の活性化が関与していることが判明した。本研究の結果から、依存性薬物によるL型HVCCの機能亢進と、これに続く小胞体機能亢進を介した細胞内Ca^<2+>の動態変化と、これに続くHVCC adaptor蛋白質の局在変化が薬物依存形成に重要な役割を担っていることが明らかとなった。
意思による無意識的処理過程の制御に関する神経科学的検討

本研究では無意識的な処理に対して注意などの意識的な処理がどのような影響を与えるのかを検討した。実験の結果,意識的な処理と同じように無意識的な処理に対しても注意は処理を増幅し,影響を与えることが明らかになった。神経的にも単語の形態的な処理を行う視覚領域や意味処理を行う側頭領域の活動が注意によって変調していた。このことは無意識的な処理が意識によってコントロールされていることを示している。またこれらの領域の活動をコントロールしているのは前頭葉であることが明らかとなった。本研究では人の無意識的処理が意志の力によってコントロールできるかどうかを検討することを目的とする。具体的に言えば,無意識的に活性化される様々な情報を意思の力で増幅あるいは抑制できるかどうかに焦点をあてて検討していく。実験1ではマスキング手法を用いて単語を閾上(unmasked),閾下(masked)呈示る。その際,刺激呈示直前に音声cue刺激で注意を喚起する条件(Warned)と喚起しない条件(Unwarned)がある。被験者は呈示された刺激に対して単語か記号かの判断を行う。見えない場合でも強制判断を行う。条件は,注意喚起(あり・なし)×マスキング(あり・なし)の2×2の要因配置になる。この課題をfMRIとMEG装置内で行った。先行研究で報告されている通り,閾上刺激であれ閾下刺激であれ紡錘状回に存在する単語領域は比較的早い段階(200ms)で活性化がみられた。ただし,その効果は被験者が刺激に対して注意を向けているときのみ観察された。また,cue刺激呈示からターゲット刺激呈示までの間に活動している領域のいずれかが単語領域に対してトップダウンの信号を送って刺激呈示に備えていると予想した。解析の結果,前頭葉のFrontal eye fieldがトップダウンな注意をつかさどっていることが明らかとなった。本年度はfMRIのデータから脳の領域間の結合を評価するdynamic causal modeling(DCM)を用いて検討を行った。その結果,閾下処理において注意によってFEFから紡錘状回や側頭葉前部に対して調節を行っていることが明らかになった。このことは注意が刺激の無意識の形態処理や意味処理に影響を与えていることを示している。現在ネットワーク解析を行って,視覚領域とこの前頭領域の間の機能的な関係性を検討している最中である。本研究ではヒトの無意識的処理が意思の力によってコントロールできるかどうかを検討することを目的とした。具体的に言えば,無意識的に活性化される様々な情報を意思の力で増幅,あるいは抑制できるかどうかに要点をあてて検討していく。本年度の実験は意思の力によって単語表象の無意識的な活性化を抑制できるかどうかを選択的注意課題を用いて検討する。被験者は呈示されたターゲット刺激に反応するが,masked条件とunmasked条件を設定し,見えなかった場合でも強制判断を行う。閾上,閾下に呈示される顔刺激に対して注意を向ける条件と顔刺激は無視する条件,特に注意をどこにも向けない中立条件を設定した。MEG実験を行った結果,刺激呈示後200ms近辺で観察される事象関連磁場が紡錘状回において注意の影響を受けることが明らかになった。この成分に対する注意の影響は刺激の閾上,閾下呈示に関わらず観察された。顔刺激に注意を向けさせた場合には成分振幅は中立条件と比べて増強し,逆に顔刺激を無視させた場合には中立刺激と比べて振幅が減少していた。

閾上呈示だけでなく閾下呈示に対しても注意の影響が観察されたことは,意識が介入しないごく初期の知覚処理に対して抑制がかかることを示しており,無意識的な処理も我々が抑制できることを証明したといえる。またこの効果はobject baseの注意に関して発生しており,無意識的ではあるが,比較的高次な処理に注意が重要な役割を果たすことを示している。神経科学本年度はデータの解析の理解と実装に予定よりも時間がかかり,予定していた実験を行うことができなかった。初年度は当初の予定通り注意が単語の無意識的処理,意識的処理に与える影響を脳活動の観点から検討できた。予測の通り,注意が意識的処理だけでなく無意識的処理にも影響を与えていることが示され,次年度の研究につながっている。実験2では意思の力によって単語表象の無意識的な活性化を抑制できるかどうかをストループ課題を用いて検討する。被験者は呈示されたターゲット刺激の色を判断するmasked条件とunmasked条件を設定し,見えなかった場合でも強制判断を行う。刺激呈示前には音声cue刺激によって刺激に備える。この課題をfMRIとMEG装置内で行う。データ解析は実験1と同じである。色名判断課題では文字情報は課題遂行に不必要な情報であるため,効率的な課題の遂行のためには文字情報の活性化を意志の力で抑制する必要がある。もし,この抑制機能が無意識的な単語表象の活性化を抑制するのであれば,閾下呈示(masked)条件でも紡錘状回の単語領域などの活動はベースライン条件に比べて抑制されると考えられる。また実験1と同じようにネットワーク解析によってこういった領域に抑制をかけている領域(前頭葉と予想している)を特定していく。抑制と増幅では異なる領域が関わっている可能性も予想される。いくつかの経費が所属研究機関の予算で支払うことができたため当初の予定よりも少ない使用金額で研究を行った。当初予定していなかった脳波計などの高額機材を購入し,新たな実験を行う予定である。今年度は他の研究費など,予定外に資金が使用できたため,予定よりも少ない支出で研究を行うことができた。次年度では今年度の研究で得られた成果を発表していくために研究費を使用していく予定である。
可能最大洪水に対応できる数理科学的な河川計画手法の確立

本研究では、経験的要素を排除した数理科学的な河川計画のあり方を提示した。従来型の河川計画では、基本高水位や計画高水位は、決定論的に一つの値が決められ、それに基づいて計画が立案されてきたが、水文諸量には観測手法の違いやその精度といった不確実な要素を内包している。本研究の成果である不確実性を考慮した極値統計理論と流出解析手法より得られる水位の分布(不確実性)は、洪水時の避難情報発令タイミングを議論する素材として極めて有用であることを示した。さらに、従来は経験的に取り扱っていた流砂量や河道形状の抵抗を、不確実性として河川計画に取り込むことで、新たな社会認識に対応した数理科学的な計画手法を提示した。本研究では,流域一体に取扱う治水計画やリスクガバナンスの情報基盤が実現できる数理科学的な河川計画手法を確立するため,<タスクー1>(:河川計画に不可欠な水文学と水理学の基盤概念の更新)と<タスクー2>(:経験的要素を排除した数理科学的な河川計画法の確立)に大別して研究を遂行している.また,<タスクー1>は水文学的な研究項目,水理学的な研究項目に分類されており,<タスクー2>において<タスクー1>における各々の研究成果が相互作用的に結合する事を念頭に置いて,各研究者が研究を行なっている.平成26年度は,(1)可能最大降雨量に対応した極値統計理論の構築及び気候モデルを用いた水文学的な妥当性の検証を行った.また,(2)気候モデルに基づく流域毎の物理的な損失降雨量の推定を行った.さらに(1),(2)と同時並行する形で,(3)物理的な損失雨量と降雨の時空間偏在を考慮した流出解析法の検証を行った.具体的には,降雨の空間・時間特性をレーダ雨量計の観測値から抽出する手法の確立を目指したもので,今年度は,降雨特性の空間依存性を調べるために雨域の移動特性に焦点を当て,画像解析から特徴を抽出する手法が提案できつつある.上記に関連する研究は平成27年度も継続して行う予定である.加えて,<タスクー1>の研究項目として,(4)実河川の流量観測に基づく小規模河床形態の形状抵抗と流砂量への影響の推定,及び(5)安定性が理論的に担保された境界適合法の開発と(6)中規模河床形態の統一的な解釈の確立を行った.平成26年度において(4)では,先進的な観測技術を活かし,急速な河川形態変化が報告されている利根川上流域を対象とした洪水時計測を行った.しかしながら,洪水規模が研究対象とする規模に比べ,小規模であったため,洪水時計測は平成27年度以降も出水毎に継続して実施する予定である.本研究では,流域一体に取扱う治水計画やリスクガバナンスの情報基盤が実現できる数理科学的な河川計画手法を確立するため,<タスクー1>(:河川計画に不可欠な水文学と水理学の基盤概念の更新)と<タスクー2>(:経験的要素を排除した数理科学的な河川計画法の確立)に大別して研究を遂行している.また,<タスクー1>は水文学的な研究項目,水理学的な研究項目に分類し,<タスクー2>において<タスクー1>における各々の研究成果が相互作用的に結合する事を念頭に置いて,各研究者が研究を行なっている.平成27年度は平成26年度に引き続き,1可能最大降雨量に対応した極値統計理論の構築及び気候モデルを用いた水文学的な妥当性の検証,2気候モデルに基づく流域毎の物理的な損失降雨量の推定を行った.また,3物理的な損失雨量と降雨の時空間偏在を考慮した流出解析法の検証も並行して行った.具体的には,現在観測値として用いられている降雨量に内在する不確実性を確率過程として扱い降雨流出過程に導入し,堤防からの越水や破堤するリスクを算出する基礎理論を提案した.加えて,<タスク-1>の研究項目として,平成26年度に引き続き4実河川の流量観測に基づく小規模河床形態の形状抵抗と流砂量への影響の推定,及び5安定性が理論的に担保された境界適合法の開発と6中規模河床形態の統一的な解釈の確立を行った.特に,平成27年度において4実河川の流量観測に基づく小規模河床形態の形状抵抗と流砂量への影響の推定では,利根川上流域の八斗島基準点において,本研究で対象とする規模の出水時に洪水観測を行い,洪水時の流量データを取得し解析を行った.期間全体の前半から中盤に位置付けられる平成27年度は,<タスク-1>で掲げた研究が9割程度の達成度で予定通り進行している.可能最大降雨量に対する確率統計理論の確立と物理的妥当性の検証では,鬼怒川の堤防決壊をもたらした記録破りの大規模降雨である平成27年9月関東・東北豪雨を対象に,確率年の再推定や地上雨量観測所数と流域平均降雨量の関係を統計学的に分析した.物理的な損失雨量と降雨の時空間偏在を考慮した流出解析法や,レーダ雨量計観測値に基づく降雨の時空間偏在性の把握及び山地流域の飽和経験の体系化に関する研究においても,当初の見込み通りの研究成果を得ている.特にレーダ雨量計観測値を用いた研究では,降雨の不確実性を評価する新たな理論的枠組を提示し,河川堤防からの越水や破堤するリスクを算出した.一方で,実河川の流量観測に基づいた小規模河床形態がもたらす形状粗度の把握に関する研究も過去の観測データのデータ整理や理論的な研究を予定通り進めており,特に平成27年度は,本研究で対象とする大規模出水時に流量観測を行い,得られたデータの整理及び解析を行った.

また,中小規模の河床形態の形状抵抗と流砂量推定の基となる実河川の流量について,新しい観測技術であるUAV(ドローン)を用いた方法や,電波式流速水位計や河床と水位の同時計測法を用いて算出する手法を構築し,平成28年度以降の大規模出水時の観測で使用する予定である.本研究では、流域一体に取扱う治水計画やリスクガバナンスの情報基盤が実現できる数理科学的な河川計画法を確立するため、<タスク-1>(:河川計画に不可欠な水文学と水理学の基盤概念の更新)と<タスク-2>(:経験的要素を排除した数理科学的な河川計画の確立)に大別して研究を遂行している。<タスク-1>は水文学的な研究項目、水理学的な研究項目に分類しており、<タスク-2>において<タスク-1>における各々の研究成果が相互作用的に結合することを念頭において、各研究者が研究を行っている。平成28年度は平成27年度に引き続き、<タスク-1>の研究項目である、1可能最大降雨量に対応した極地統計理論の構築及び気候モデルを用いた水文学的な妥当性の検証、2実河川の流量観測に基づく小規模河床波の形状抵抗と流砂量への影響の推定を行った。具体的には、北海道や東北地方で被害がもたらされたような大規模出水時の基礎データを収集すべく、利根川八斗島基準点において洪水時の計測を実施した。そして、これらのデータを用いて平成27年度に構築した降雨の不確実性が下流の水位・流量へ及ぼす影響を数学的に示した理論的枠組みを拡張し、河道内の粗度係数等の物理量の不確実性の時間発展を示す新たな流出解析手法を提案した。さらに、カルマンフィルタ等の既存の洪水予測手法と比較して不確実性の拡散効果をより正確に表現できる洪水予測システムの基礎を構築した。また、<タスク-1>において得られた研究成果を基に<タスク-2>の研究項目である、「流域一体型解析に基づいた治水計画の立案」、「水害リスクガバナンスの情報プラットホームの拡張」、「観測実績が少ない河川向けの水位推算手法の構築」に取り組んだ。期間全体の後半である平成28年度は、<タスク-1>で挙げた研究項目を予定通り完了できた。可能最大降雨量に対する確率統計理論の確立と物理的妥当性の検証では、数理統計学における確率限界法検定を極値統計学へ応用し、本研究で対象とする規模の極値水文量を予測する理論的枠組を提案した。また平成28年度から開始した<タスク-2>についても順調に進めてきており、例えば流域一体型解析に基づいた治水計画の立案、及び水害リスクガバナンスの情報プラットホームの拡張では、鬼怒川の洪水による大規模な浸水被害を受けた茨城県常総市において平成27年度に実施した住民ヒアリング調査を基に、常総市住民の洪水時における避難に関する情報取得状況及び避難行動の実態について分析を行った。さらに、洪水氾濫シミュレーションによる洪水時の水の挙動と、ヒアリング調査で得られた住民の避難行動を動的に示し、洪水時の状況の再現を行った。また、実河川の流量観測に基づいた小規模河床形態がもたらす形状粗度の把握に関する研究では出水時の流量観測を前年度から引き続き行い、得られたデータの整理、及び解析を行った。さらに画像解析による河川流量計測や、流況と河床高の同時観測システムを構築し河床波の観測を行った。本研究では、流域一体に取扱う治水計画やリスクガバナンスの情報基盤が実現できる数理科学的な河川計画法を確立するため、<タスク-1>(:河川計画に不可欠な水文学と水理学の基盤概念の更新)と<タスク-2>(:経験的要素を排除した数理科学的な河川計画の確立)に大別して研究を遂行している。