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樹木内の物質循環に基づく放射性セシウムの木部への集積・蓄積機構の解明

2011年3月に発生した福島原子力災害由来の放射性セシウムは、事故6年以上を過ぎた今日でも、社会的に大きな問題になっている。そこで本研究は、放射性セシウムを樹幹木部内蓄積させるという、「林業的除染」の可能性を実証するため、調査を進める。目的は、森林生態系における物質循環に基づき放射性セシウムの樹幹木部の蓄積機構を解明することである。事故の初期においては、放射性セシウムは、樹木において、大気中から直接、樹冠の枝葉や樹皮の表面付着・沈着、そして根から吸収(経根吸収)される。また、事故後に植栽された樹木は、経根吸収によって、樹体内に移行していく。樹幹木部に吸収された放射性セシウムは、樹高(垂直)方向と半径(水平)方向に移動している。半径方向の放射性セシウムの移動については、樹高方向に水分通導機能のある辺材から、ほぼ死んだ組織から形成されている心材へ移動し、そこで蓄積されると考えられるが、メカニズムは未だ不明である。また、心材において放射性セシウムは拡散により移動していると推察されているが、その機構の解明に向けても研究を進める。経根吸収の影響を明らかにするため、スギクローンを汚染地帯に植栽し、放射性セシウムの吸収能にクローン間差の存在の有無を明らかにする。さらに、経根吸収に関し、アーバスキュラー菌などの菌根菌が放射性セシウムの吸収に関与しているかについて、調査する。以上より、本研究の目標は、物質循環に基づく樹幹木部への集積・蓄積の解明、ならびに樹幹木部への集積・蓄積することによる「林業的除染」の可能性の評価とする。現在までの主な進捗状況は、下記に示すとおりです。・事故後初期において樹皮に付着・沈着した放射性セシウムは、事故後の比較的早い時期に、可溶性のものは樹幹木部あるいは樹幹流とともに地上へ移動した結果、不可溶性のものは今だに樹皮に固定・固着していることが推察された。・スギにおいて放射性セシウムの辺材から心材への半径方向の移動は、心材と辺材のカリウムの濃度勾配に関係していることが示唆された。視覚的にみると、カリウム含有量の多い黒心材系のものは、赤心材系のものよりも、放射性セシウムの辺材から心材が、容易であることが推察された。・スギ心材部位において、辺材の隣接部から髄に至る半径方向の放射性セシウム濃度の分布は、樹木サイズ(直径)に依存していることが示唆された。サイズの小さいものは、平衡状態(均一)になる時期が早いことがわかった。・心材部における放射性セシウムは拡散により移動することが推察されている。拡散速度は遅いため、直径が60cmを超える個体では、辺材に隣接部ではに放射性セシウム濃度が最も高く、髄周辺では最も低い値を示した。今後の研究の主な推進方策は、下記に示すとおりである。・スギ心材におけて放射性セシウムは蓄積(貯留)されていくと推察されるが、心材中においても放射性セシウムは移動しているため、その機構を解明する。・経根吸収に関し、2011年以降に植栽されたスギについて部位ごとの放射性セシウム濃度分布を把握する。また、樹幹木部については、心材の形成が確認された2008年のスギを供試し、辺材と心材に関する放射性セシウムの分布を把握するため、安定セシウム(Cs133)との関連を検討する。・経根吸収の機構を検討するため、菌根菌の存在や役割について調査する。また、2018年5月に植栽したスギクローンを用い、葉に検出されるだろう放射性セシウムを調査することで、クローンによる吸収能の有無を検討する。福島原発事故発生後6年が過ぎた本年は、スギとシイタケ原木となるコナラの樹幹木部の放射性セシウム、特に半減期の長い137Csの放射能濃度(ガンマー線)をGe半導体検出器で測定した。主な実績の概要を下記に示した。(1)心材が既に形成されたスギについて、半径方向の辺材から心材への137Cs移動を検討した。スギに心材の特性として、含水率の高いものは材色が黒色系で(明度が低い)、またカリウム含有量が高く、含水率の低いものは赤色系(明度が高い)、またカリウム含有量が低いことが知られている。そこで、材色とカリウム含有量に着目して調査した結果、137Csの辺材から心材の移動は、心材と辺材のカリウム含有量の比に影響を受けていることが示唆された。137Cs濃度のついて、黒心材系のもの心材と辺材の比が低く、一方、赤心材系ではその比が高い傾向があることが明らかになった。(2)2年生苗木の水耕栽培による経根吸収に関する調査をした。RI実験室にて、1000Bq/Lに調整した水耕栽培用の溶液を1L用の容器に入れ、水耕栽培実験を行った。その結果、以下のことが明らかになった。1供試したスギ苗木から、水耕に適した発根があった個体は、長期に生存することが可能であった。2水耕栽培後3週間では、137Cs濃度は徐々に上昇し、特に新梢部位の濃度が最も高くなった。

3水耕に適した根の発生がなかった個体は、4週間以降で、濃度の低下がみられ、枯死していった。(3)コナラ立木の137Cs濃度は、2012年から2017年の6年間で、樹皮は50%以上濃度が低下したが、一方、木部では微減であった。このため、原木シイタケ栽培に当たり、原木の規制値が50 Bq/kgであるが、原木の放射性セシウム濃度の占める木部の比率が高くなることで、移行係数2といわれているが、時間とともに、移行係数が高くなることが懸念される。福島原発事故発生後6年が過ぎた本年は、建築用材や木質バイオマス燃料となるスギとシイタケ原木となるコナラの樹幹木部の放射性セシウム、特に半減期の長い137Csの放射能濃度(ガンマー線)をGe半導体検出器で測定した。(1)137Csの辺材から心材への半径方向の移動は、心材と辺材のカリウムの濃度勾配に影響されていることを明らかにした。(2)水耕栽培用のスギ苗木について、水耕栽培後新たに発根した個体は、実験に適することが分かったこと、ならびに137Csは特に新梢部位の濃度が著しく高くなった。(3)コナラ立木の137Cs濃度は、データを収集できた2012年から2017年にかけて樹皮の低下が大きいが、木部は微減であった。このため、移行係数2で判断基準としていた原木の規制値50 Bq/kgに関し、原木の放射性セシウム濃度に占める樹皮の比率が減る一方、木部の比率が高くなることが推察された。この結果、移行係数が2以上になることが考えられ、生シイタケの規制値100 Ba/kgを堅持するためには、原木の規制値を下げる必要性があることが推察された。(4)養苗していたスギクローンが実験できる状態になったため、来年度から実際に汚染地帯に植栽試験できるなど、準備が整ってきた。また、スギの葉枯し処理による放射性セシウムの樹幹内の移動に関し、再調査を開始した。2011年3月に発生した福島原子力災害由来の放射性セシウムは、事故6年以上を過ぎた今日でも、社会的に大きな問題になっている。そこで本研究は、放射性セシウムを樹幹木部内蓄積させるという、「林業的除染」の可能性を実証するため、調査を進める。目的は、森林生態系における物質循環に基づき放射性セシウムの樹幹木部の蓄積機構を解明することである。事故の初期においては、放射性セシウムは、樹木において、大気中から直接、樹冠の枝葉や樹皮の表面付着・沈着、そして根から吸収(経根吸収)される。また、事故後に植栽された樹木は、経根吸収によって、樹体内に移行していく。樹幹木部に吸収された放射性セシウムは、樹高(垂直)方向と半径(水平)方向に移動している。半径方向の放射性セシウムの移動については、樹高方向に水分通導機能のある辺材から、ほぼ死んだ組織から形成されている心材へ移動し、そこで蓄積されると考えられるが、メカニズムは未だ不明である。また、心材において放射性セシウムは拡散により移動していると推察されているが、その機構の解明に向けても研究を進める。経根吸収の影響を明らかにするため、スギクローンを汚染地帯に植栽し、放射性セシウムの吸収能にクローン間差の存在の有無を明らかにする。さらに、経根吸収に関し、アーバスキュラー菌などの菌根菌が放射性セシウムの吸収に関与しているかについて、調査する。以上より、本研究の目標は、物質循環に基づく樹幹木部への集積・蓄積の解明、ならびに樹幹木部への集積・蓄積することによる「林業的除染」の可能性の評価とする。現在までの主な進捗状況は、下記に示すとおりです。・事故後初期において樹皮に付着・沈着した放射性セシウムは、事故後の比較的早い時期に、可溶性のものは樹幹木部あるいは樹幹流とともに地上へ移動した結果、不可溶性のものは今だに樹皮に固定・固着していることが推察された。
3次元粗さ形状の機能特性に関する研究

3次元粗さ形状の機能特性を評価する上で重要な3次元粗さ形状評価法と工学表面が機能に密接に関連する性状特性について検討した結果得られた主な成果は次のように要約される。粗さの測定評価(1)工学表面の3次元粗さ形状特性値、例えば、ピ-ク数サミット数、ゼロクロッシング、突起の平均傾斜、突起の平均曲率および任意の位置での切断面積等は断面および表面スペクトルモ-メントが計測できれば定量評価できる。(2)断面および表面スペクトルモ-メントの計測に当たっては、任意の起点を中心に5方向の断面曲線が測定できれば求められる。(3)断面曲線からスペクトルモ-メント解析を行なうに当たっては、断面曲線は57次の自己回帰過程モデルで同定するのがよい。3次元性状と機能特性(1)工学表面の等方性、非等方性特性が評価できる指標を導出した。導出されたパラメ-タΛ_2、Λ_4を用いて実際の機械加工面、例えば、ベルト研磨面、研削仕上面、サンドブラスト面、放電加工面、施削加工面および圧延加工面等について検討を試みた結果O≦Λ_2、Λ_4≦1の領域で工学表面は4つの領域に分類される。そして、機械加工面はこの領域のどれかに属し、また機能と密接に関連する非等方性領域は全体の25%に相当することが明らかになった。(2)機能特性の一つである工学表面の意匠性についてベルト研磨面の視覚評価を3次元粗さ形状特性値について検討した結果、高級品質感を与える粗さ形状特性は次の範囲にあることがわかった。ピ-ク数≧42MM、0.7μm≦中心線平均粗さ≦1、8μmゼロクロッシング数≧27mm、45≦光学特性粗さSn≦80。
帯電粒子のなだれ型界面移動とシグナル増幅への応用

当初の目的に掲げた信号増幅システムに関しては、昨年に発表したように、そのプロトタイプを作ることが出来た。今年度は、この研究の過程で見いだした興味深い界面現象である「帯電した液液界面の電気化学的不安定性」に重点を置いて研究した。水と油などの二相間の界面が熱力学的に安定に存在するためには、界面張力の界面電位差についての二次微分は負でなければならない。これは、界面の持つ電気容量が正でなければならないことを意味する。通常の液液界面ではこの条件は満たされているが、イオン性界面活性剤など、界面に電位依存的に吸着するイオンが系に存在すると、この条件が満たされなくなることがある。これは、吸着と分配がともに電位依存的に起きることによる。これが界面の電気化学的不安定性である。この不安定性は、1.界面電位差のある範囲で窓上に存在する、2.界面張力が正であるにもかかわらず不安定になる、3.不安定領域は常に、そのイオンが持つ標準イオン移動電位付近に存在する、などの特徴を有する。末端に親水基としてSO_3^-あるいはSO_4^-を持つ一連の脂肪族アニオン性界面活性剤および、アルキルアンモニウムイオンやイミダゾリウムイオンなどのカチオン性界面活性剤について、理論的予測を裏付ける実験結果を得た。界面のビデオ画像から、電流の乱れは界面付近の溶液の攪拌と対応しており、また、エマルション生成が認められた。このことは、不安定電位領域では、マランゴニ効果による機械的運動とエマルション生成による界面の消滅が起きている。界面の電気化学的不安定性は、界面は自立的な相とは見なし得ないものの、2成分液体の相分離などの相転移と本質的に同一な相転移の一種であると考えることができ、電気化学的安定-不安定の転移は、電気化学的界面転移、界面消滅転移と呼ぶこともできよう。これまで、なだれ型界面移動の基礎をなすエマルション生成の研究の過程で、界面の電気化学的不安定性の規準を見出し、その実験的検討を行ってきた。不安定性の理論的検討を進めると同時に、不安定性を可視化して実験的に検証することを試みた。水溶液中に1,2-dichloroethane(DCE)液滴を吊り下げ、界面の電位差を掃引しながら、その挙動をピデオカメラで撮像した。電流-電圧曲線に異常電流が認められる不安定性領域では、液滴が左右上下に振動し、液滴周囲の水溶液が異常流動することが確認された。また、電気化学的不安定性の規準から予想されるように、不安定電位領域が界面活性イオンの標準イオン移動電位を含んだ数百mVの電位窓の形で存在することが確認された。DCE|W界面が平面の場合、異常電流の出現に伴う界面の形状変化は目視では確認できないので、不安定領域の存在を、界面からの反射光をモニターすることにより検出した。液滴型界面の場合と同様に、電流異常が認められる電位領域で、反射光の変化が認められた。これらの実験と平行して、不安定性の理論的検討を深めた。界面活性イオンの濃度、支持電解質濃度、界面活性イオンの標準イオン移動電位と電気毛管極大の相対的位置、に応じて、界面の安定性が変化することを示し、これを実験的に確認した。ii)なだれ型融合によるルミネッセンスパルスの誘起Aerosol-OT(AOT, dioctyl sodium sulphosuccinate)をもちいて西洋わさびペルオキシダーゼ(HRP)をDCE中にW/Oエマルションとして可溶化した。これをDCE/W界面のDCE側に分散させると、このW/Oエマルション粒子が界面に融合することを、電流パルスとして検出できる。界面の水相側にluminolとH_2O_2を加えたところ、電流パルスと同期した化学発光パルスを検出することができた。本研究の中ですでに明らかにしたように、なだれ型融合は界面電位差に依存する。界面のDCE相側が正の時、融合が頻繁に起こるが、負(Eがより正)になると、図2に示すように、融合事象はほとんど観察されなくなる。化学発光パルスについても同様の電位依存性が観察された。これらの実験結果は、数百mVの界面電位差の変化によって化学発光のオン・オフが可能なことを示している。末端に親水基としてSO_3^-あるいはSO_4^-を

持つ一連の脂肪族アニオン性界面活性剤および、アルキルアンモニウムイオンやイミダゾリウムイオンなどのカチオン性界面活性剤について、理論的予測を裏付ける実験結果を得た。界面のビデオ画像から、電流の乱れは界面付近の溶液の攪拌と対応しており、また、エマルション生成が認められた。このことは、不安定電位領域では、マランゴニ効果による機械的運動とエマルション生成による界面の消滅が起きている。界面の電気化学的不安定性は、界面は自立的な相とは見なし得ないものの、2成分液体の相分離などの相転移と本質的に同一な相転移の一種であると考えることができ、電気化学的安定-不安定の転移は、電気化学的界面転移、界面消滅転移と呼ぶこともできよう。
協調的幸福感の文化・社会環境的要因の検討

初年度となるH30年は、主に研究倫理審査、国際比較調査の現地協力者との調整、質問紙の用意、及び、パイロット調査に従事した。当初の予定に比べ、研究倫理審査と現地協力者の研究環境に予想外の問題が生じたため現在進捗状況に遅れが生じているものの、2019年春現在には、それらへの対処、状況の改善が見られ、パイロット調査データが得られることで進行が見られた。本年は、国際比較調査を終了し、時系列調査への着手を開始する予定である。本研究は、現地協力者らとの調査スケジュールをあわせることができた日本、ペルー、香港で開始した。ペルーでは、都市部(Lima)と地方(Ayacucho)の大学生を対象とした心理学的調査研究を実施した。ここでは、世界的には集団主義文化に含まれるペルーにおいて、都市と地方という社会環境の違いが、協調的幸福感の得点、および、その他の幸福感との相関に与える影響を検討する。Hitokoto (2019)では、主にペルー都市部と日本の都市部における学生を対象とした比較文化調査の結果を発表した。また、先行研究(Hitokoto & Uchida, 2015)では十分に吟味されていなかった文化的自己観と協調的幸福感の関連について、一言(2018)にて発表した。後者については、現在英文論文として学術雑誌Journal of Happiness Studiesに投稿中である。ペルーにおける現地研究協力者が現在所属している大学にてストライキ勃発を受け、調査の準備・実施時期に大幅なずれ込みが生じた( https://spainsnews.com/students-from-colombian-public-universities-begin-indefinite-strike/ )。また、香港における現地協力者の近親者に重篤な病気が発覚し、彼女が帰省を余儀なくされたため、現在調査を遅らせる配慮を行っている。また、研究代表者が所属する大学学内の倫理委員会において、申請者とは研究領域の大きく異なる倫理委員1名によって一般的な国際的心理学研究では許容される同意参加取得方法が許可されない事態が生じ、国内の心理学系学会の倫理委員へ問い合わせた結果に対しても学内で許可が降りなかった。それゆえ、当初の予定を変更し、比較に関わる国外の倫理委員会にて本研究の研究倫理審査を行なうこととなり、その手続にかかる遅れが生じている。ペルーにおいてはストライキが解消し、現在、現地都市部学生調査のパイロット調査を終了させ、5月中に都市部データを収集し終える予定である。また、ペルー地方の学生調査については、現地調査の準備を行い、早ければ今春に実施予定である。香港における遅れについては、帰省した者とは異なるもう1名の研究協力者に進行を移管させ、現地調査の準備を進めている。こちらの進捗によっては、香港に先行して、フィリピンにおける時系列調査の実施を実施する可能性もある。国外で実施することに変更した研究倫理審査は、現在申請資料を整えている段階であるが、申請すれば、申請後に大きな遅れが予想されるような特異な申請内容ではない。

香港における遅れについては、帰省した者とは異なるもう1名の研究協力者に進行を移管させ、現地調査の準備を進めている。こちらの進捗によっては、香港に先行して、フィリピンにおける時系列調査の実施を実施する可能性もある。国外で実施することに変更した研究倫理審査は、現在申請資料を整えている段階であるが、申請すれば、申請後に大きな遅れが予想されるような特異な申請内容ではない。現在までの進捗状況に述べた理由により、予定の国際調査に海外にてずれ込みが生じていることが、次年度使用額が発生していることが主な理由である。海外での進展が見られ始めたため、次年度は、現在実施に至ったペルー調査にかかる経費、および、ホンコンにおける調査に用いる調査経費を当初の予定どおり支出する予定である。また、時系列調査については、海外での研究倫理委員会による審査が終了し次第に実施する予定であり、このための調査経費として支出を予定している。
新規強誘電体関連材料の超広帯域誘電スペクトルとその結晶化学的理解

強誘電体に関する材料設計手法を提案するために,ケーススタディとして新規強誘電体関連物質を合成し,その誘電・強誘電特性について結晶化学的な説明を試みた.特に,新規シリケート強誘電体化合物,複合アニオン誘電体の誘電率を広い周波数範囲で測定することにより,電子構造や格子振動等の観点から総合的に誘電特性を理解することができた.本研究は結晶構造ー格子振動ー誘電特性の関係を定量的に結び付ける研究プロセスを提示するもので,このプロセスは次世代の強誘電体に関する設計手法に繋がると考えられる.本研究の目的は2種類の新規強誘電体関連物質KNbSi2O7およびSrTaO2Nの超広帯域誘電スペクトル(kHzTHzの範囲にわたる複素誘電率の周波数依存性)を測定し、第一原理計算との融合により、同物質系の強誘電性や誘電特性の起源を明らかにすることである。本年度は、KNbSi2O7単結晶の作製と電気特性の評価を行なった。結晶化ガラスの再溶融および徐冷プロセスによって、KNbSi2O7単結晶の作製を試みた。溶融温度、溶融時間、徐冷速度の最適化の結果、大きさ12×12×1 mm3以上の板状のKNbSi2O7単結晶が作製できた。また、合成したKNbSi2O7単結晶の結晶方位を背面X線ラウエ法で特定後、各方位の電気特性を評価した。分極反転特性を評価した結果、c軸方向に対してヒステリシスループが観察され、c軸方向に強誘電性があることが実証された。また、誘電特性を評価した結果、KNbSi2O7の室温での比誘電率はa、c軸ともに20程度であった。誘電率の温度特性ではキュリー点は600°C以下の領域には観測されず、優れた高温安定性を有する材料であることがわかった。また、KNbSi2O7の誘電・強誘電特性を定量的に説明するために、第一原理計算やテラヘルツ領域での誘電分散スペクトルの測定を行なった。その結果、構造中に存在するNbO6八面体内でNb5+が<001>方向に振動するようなフォノンモードがKNbSi2O7のソフトモードであることがわかった。一方、SrTaO2Nについては、セラミックス厚膜をエアロゾルデポジション法により作製し、誘電特性を評価した。SrTaO2Nは1 MHzで比誘電率340を示し、タンタル酸化物ペロブスカイトKTaO3の比誘電率240と比較すると高い値を示すことがわかった。無機強誘電体関連物質の研究分野はこれまでペロブスカイト型酸化物に関するものがほとんどであったが、今後、強誘電体の使用用途拡大やデバイスの特性向上を望む上で、ペロブスカイト型酸化物以外の新たな材料を探索することが重要である。これからの材料探索に求められるのは、用途に合わせた材料設計や結晶構造からの物性予測であり、これを実現することは材料研究に共通して求められる1つの到達点である。本助成研究では、強誘電体の材料設計手法を示すためのケーススタディとして新規強誘電体関連物質KNbSi2O7およびSrTaO2Nに着目し、この物質の誘電・強誘電特性について結晶化学的な説明を試みた。本年度は、KNbSi2O7の誘電・強誘電特性を定量的に説明するために、第一原理計算やテラヘルツ領域での誘電分散スペクトルの測定を行なった。キュリー点以下では、このソフトモードが凍結することによってNb5+が[001]方向に変位し、KNbSi2O7は強誘電性を示すようになる。また、Nbの4d軌道とOの2p軌道が混成軌道を形成しており、この混成が強誘電性の発現に対して重要な役割を果たしていることが示唆された。一方、KNbSi2O7におけるSiO4四面体の存在は、誘電率を低下させる要因であることが明らかになった。テラヘルツ領域での誘電分散スペクトル測定の結果、特にc軸方向の誘電率を支配しているのは、前述のソフトモードであり、これを理解することによってKNbSi2O7の誘電特性を定量的に議論できる。また、SrTaO2Nについては、セラミックス厚膜をエアロゾルデポジション法により作製し、誘電特性を評価した。SrTaO2Nセラミックスは1 MHzで比誘電率340を示し、他のタンタル酸化物ペロブスカイト酸化物と比較すると比較的高い値を示すことが明らかになった。本年度目的としていた1KNbSi2O7単結晶の電気特性の評価、2KNbSi2O7単結晶の超広帯域誘電スペクトルの測定、3SrTaO2Nセラミックス厚膜の電気特性評価、4第一原理計算について全て計画を達成している。また、一連の研究の中から新規誘電体である窒素ドーブSrTiO3単結晶の作製に成功したため、計画以上に進展していると判断した。

これからの材料探索に求められるのは、用途に合わせた材料設計や結晶構造からの物性予測であり、これを実現することは材料研究に共通して求められる1つの到達点である。本助成研究では、強誘電体の材料設計手法を示すためのケーススタディとして新規強誘電体関連物質KNbSi2O7、SrTaO2N、SrTiO3-3xN2xに着目し、この物質の誘電・強誘電特性について結晶化学的な説明を試みた。本年度は、KNbSi2O7の結晶化学的考察を深めるためにNbサイトの一部をTaに置換したK(Nb,Ta)Si2O7単結晶の作製と誘電特性の評価を行なった。育成温度を精密制御することによって5×5 mm2以上の板状単結晶を得ることが可能となった。KNbSi2O7では構造中に存在する(Nb,Ta)O6八面体内でNb/Taが<001>方向に振動するようなフォノンモードがK(Nb,Ta)Si2O7の誘電特性と深く関わっていることが明らかになった。また、SrTiO3単結晶をアンモニア気流中で熱処理することでSrTiO3-3xN2x単結晶を得た。SrTiO3の酸素サイトの一部を窒素に置換することにより、誘電率が向上することを見出した。また広帯域誘電率測定の結果から,窒素置換による誘電率の向上が本質的な効果であることを明らかにした。すなわち,窒素置換によりSrTiO3のソフトフォノンモードであるスレーターモードが低周波側にシフトし、イオン分極が向上することがわかった。強誘電体に関する材料設計手法を提案するために,ケーススタディとして新規強誘電体関連物質を合成し,その誘電・強誘電特性について結晶化学的な説明を試みた.特に,新規シリケート強誘電体化合物,複合アニオン誘電体の誘電率を広い周波数範囲で測定することにより,電子構造や格子振動等の観点から総合的に誘電特性を理解することができた.本研究は結晶構造ー格子振動ー誘電特性の関係を定量的に結び付ける研究プロセスを提示するもので,このプロセスは次世代の強誘電体に関する設計手法に繋がると考えられる.本年度目的としていた1KNbSi2O7単結晶の作製と結晶構造解析、2KNbSi2O7単結晶の電気特性の評価、3KNbSi2O7単結晶の超広帯域誘電スペクトルの測定、4SrTaO2Nセラミックス厚膜の作製について、全て計画を達成している。また、次年度に予定していた第一原理計算などの成果も既に得ているため、計画以上に進展していると判断した。KNbSi2O7およびSrTaO2Nに関して、広帯域優先スペクトル測定、第一原理計算、結晶構造の解析により、強誘電性の起源および誘電特性の理解を試みる。また、新しく得られた窒素ドーブSrTiO3単結晶について誘電特性を評価し、ペロブスカイト型酸化物の酸素の一部が窒素に置換したときにイオン分極がどのように変化するのか、実験と計算の両面から明らかにする。誘電体・強誘電体,テラヘルツ分光KNbSi2O7に関しては、第一原理計算および詳細な結晶構造の解析により、強誘電性の起源および誘電特性の理解を試みる。SrTaO2Nに関しては、作製した厚膜の不純物が多いことと、結晶性が低いことが課題として挙げられる。合成時のアンモニア処理条件の最適化などにより、これらの課題の解決を試みる。また、誘電特性の温度依存性や周波数依存性を評価し,SrTaO2Nがリラクサー強誘電体に分類される物質であるか実験的な回答を与える.また、ペロブスカイト型酸化物の酸素の一部が窒素に置換したときにイオン分極がどのように変化するのか、実験と計算の両面から明らかにする。電気炉部材、ガス、寒剤、試薬などの消耗品の使用料が予定と異なったため、次年度使用額が生じた。
海洋生物中の生理活性化合物の単離と構造研究

(1)伊豆下田産のアメフラシの中腸腺よりアプリシアピラノイドADと名ずけた含ハロゲンモノテルペンを単離した。この物質はテトラヒドロフラン環を母核とする新奇化合物で、強い細胞毒性を有することを明きらかにした。他のアメフラシ中にも類似化合物が含まれており、それらの一部にヒトガン細胞にも毒性を示すことがわかった。(2)モズク(褐藻)が海水中に放出するアレロパシー物質を単離した結果、オクタデカテトラエン酸であると決定した。この物質は有毒赤潮プランクトンであるシャトネラ等の微細藻をわずか1ppmの低濃度で殺すことがわかった。この物質のフィールドにおける有効性について検討した。(3)アミジグサ科の褐藻アミジグサより二種の新奇ジテルペンを単離・構造決定した。これらはいずれもこれまでのジテルペンにない特異な構造をしており、特に下図右の化合物は橋頭に二重結合を有する興味ある形をしている。これらの化合物の生理活性について検討した。
新規還元酵素ERdj5による小胞体恒常性維持機構の解明

内在性ERdj5と小胞体カルシウムポンプSERCA2がジスルフィド結合を介してSERCA2ポンプの機能を制御していることを見出した。ERdj5自身が小胞体内腔のカルシウム濃度に応じて、オリゴマーを形成し、SERCA2との結合・解離が小胞体のカルシウム濃度に依存していることを証明した。また、コラーゲンの蓄積がオートファジーの阻害によって顕著に蓄積し、細胞死の原因になることをつきとめた。特に肝星細胞では小胞体ストレス依存的な細胞死が引き起こされ、このことは肝硬変の治療法に応用できる知見であった(K.Kawasaki, R.Ushioda et al. 2015 J. Biol. Chem. )。小胞体におけるタンパク質品質管理ではミスフォールドタンパク質を速やかに小胞体から排除し、分解する小胞体関連分解(ERAD)という機構が存在する。基質の認識、輸送チャネルからの排除まで多くの複合体が動的に関与しており、その破綻は細胞死を引き起こし、神経変性疾患など多くの重篤な病気の原因となり得る。我々は、以前の研究から小胞体で初めて還元活性に特化する還元酵素ERdj5を同定した。ERdj5は小胞体ストレスで惹起され、EDEM、BiPといった基質認識に関わる因子と超分子複合体を形成し、初めて基質に対して還元活性を発揮する(R. Ushioda et al. Science 2008、M. Hagiwara et al. Mol.Cell 2011)。今回、我々は糖タンパク質と非糖タンパク質の分解機構が、ERdj5を含む複合体の違いによって2つの経路に分かれることを見出し、また、小胞体ストレスに応じて非糖タンパク質経路が糖タンパク質経路のバックアップとして働くことを見出した(R. Ushioda et al. Mol. Biol. Cell 2013)。小胞体の維持機構にはタンパク質品質管理の他、レドックス制御、カルシウムホメオスタシスといった環境要因が複雑にクロストークしていると考えられる。小胞体恒常性維持機構を解明すべく、ERdj5の還元力によるカルシウムホメオスタシスへの影響に焦点をあて、研究を進めている。ERdj5と小胞体膜上に存在するカルシウムポンプSERCA2との相互作用を見出した。ERdj5による還元活性がSERCA2のポンプ機能を調節することがわかった。この複合体形成は小胞体内腔のカルシウム濃度に依存し、会合・解離することがわかった。現在、論文投稿準備中である。以前から、我々は小胞体内腔で還元酵素として働くERdj5を同定した(Ushioda et al. 2008 Science)。新たに内在性ERdj5と小胞体カルシウムポンプSERCA2がジスルフィド結合を介して結合することを見出し、SERCA2ポンプの機能を制御していることを見出した。最近、ERdj5自身が小胞体内腔のカルシウム濃度に応じて、オリゴマーを形成し、SERCA2との結合・解離が小胞体のカルシウム濃度に依存していることを証明し、論文投稿準備中である。小胞体関連分解において、ERdj5は自身の還元活性によりミスフォールドタンパク質のジスルフィド結合を切断し、立体障害を低減してサイトゾルへと逆行輸送する。しかし、小胞体からサイトゾルに逆行輸送できないような巨大な凝集体の小胞体からの除去に関しては不明な点が多い。コラーゲンの小胞体への蓄積とその凝集体形成がオートファジーの阻害によって顕著に進み、細胞死の原因になることをつきとめた。特に肝星細胞では小胞体ストレス依存的な細胞死が引き起こされ、肝硬変の治療法に応用できる知見であった(K.Kawasaki, R.Ushioda et al. 2015 J. Biol. Chem. )。このことはコラーゲン凝集体がオートファジーによって小胞体から除去されることを強く示唆している。今後、小胞体に蓄積した巨大凝集体の除去メカニズム解明の足掛かりになる研究成果である。細胞生物学本研究を通じて還元酵素ERdj5を介した小胞体関連分解に関し、糖タンパク質のみならず非糖タンパク質のERADにも独立した経路でERdj5が影響を与えることを見出した(R. Ushioda et al. Mol. Biol. Cell 2013)。また、ERdj5の還元活性がタンパク質品質管理に留まらず、カルシウムホメオスタシス、レドックス制御などに影響を与え、小胞体機能の恒常性に影響を与える新しい知見を得ている。共同研究先でのカルシウム動態のデータを加え、より説得力のある論文を作成するため、当初の予定よりも投稿までの時間が伸びている。しかし、計画には問題なく、これらのことを論文にまとめ、現在論文投稿準備中である。

また、当初予定していた研究も進んでいるので概ね計画通りといえる。ERdj5によるSERCA2カルシウムポンプの制御機構を論文にまとめ、投稿する。以降、当初の計画通り、ERdj5によるカルシウムホメオスタシスの制御機構の解明に焦点を当て、研究を進めていきたい。また、他のカルシウムチャネルであるIP3Rへの影響を観察する。IP3Rの活性は分子シャペロンBiPとの結合で制御されており、ERdj5のJドメインの機能にも着目したい。現在、理化学研究所チームリーダー御子柴克彦教授との共同研究によりIP3RとERdj5との結合実験およびカルシウム動態への影響について解析を依頼している。SERCA2およびIP3Rのレドックス状態が小胞体のカルシウム濃度をセンスしているかどうか、またセンスしているとすればどのようなメカニズムなのかは興味深い。いくつかのイオノフォアやSERCA2の阻害剤であるタプシガルジンなどを使い、小胞体のカルシウム濃度を低下させた場合のSERCA2およびIP3Rのレドックス状態を観察したい。また、ERdj5がSERCA2およびIP3Rのレドックス状態を変化させるのであれば、小胞体のカルシウム濃度に応じてERdj5の還元活性や複合体形成に変化が生じる可能性がある。目的タンパク質(ERdj5、SERCA2b)の細胞内動態を観察する上で、放射性ラベルで観察する前に、蛍光観察を取り入れて局在や安定性について研究を進めたところ、細胞内動態を、より詳細に調べることが出来るようになったが、予想外の日数を要したため、年度内の完了が困難となった。繰越分の予算に関しては、蛍光観察によって局在を観察した後、速やかに放射性同位体を用いて実験を行うために使用する。また、次年度請求額に関しては、計画書通り実験を進めるために使用する。具体的には、ERdj5によるSERCA2、IP3R、またはその他のカルシウムトランスポータへの影響を観察し、当初の目的どおり還元酵素ERdj5による小胞体内腔のカルシウムホメオスタシスの影響を観察する。
非負実数上の計算可能性解析-ウォルシュ・フーリエ変換と分布の計算可能性-

ファイン計算可能関数の概念の定式化と単位正方形におけるフビニの定理の実効化を示した。確率分布の計算可能性と実効的収束の定式化を行い、対応する確率分布関数のファイン計算可能性と実効的ファイン収束との関係を調べた。また、特性関数の計算可能性と実効的収束との関係を調べ、ボッホナーの定理の実効化を与えた。本研究の目標は、不連続関数に対するファイン計算可能関数の理論とウォルシュ・フーリエ解析の理論の実効化の発展、および、これらをふまえて、確率分布と分布関数の計算可能性の定式化と収束に関する基本的な理論の実効化を研究することである。まず、準備的研究と位置付けられる、2次元ファイン計算可能関数の積分論の実効化の結果が出版された(論文1)。分布μの計算可能性は、分布の弱収束に対応して、有界計算可能関数列f_nの積分μ(f_n)が計算可能実数列となることで自然に定義される。本年度は、一般の場合に対する予備的考察として、分布が有界密度関数をもつ場合(このとき、分布関数は連続関数となる)を扱った。計算可能性に関しては、分布μが計算可能であることと、対応する分布関数FがPour-El・Richardsの意味で計算可能となることとは同値であることを示した。また、実効的収束に関しては、有界計算可能関数列f_nに対する積分μ_m(f_n)の実効的収束で定義される分布の実効的収束と、計算可能実数列x_nに対してF_m(x_n)の実効的収束で定義される分布関数の実効的各点収束とが同値となる結果を得た(論文3、発表1)。ファイン連続関数であるが局所一様ファイン連続でないBrattkaの例とこの拡張である森の例は無限個の縮小写像のによる自己相似性をもつこと既にしめされている。これは、平面におけるMarkov-自己相似集合、およびこれと同値な、グラフ-有向集合となる成果も出版された(論文2)。この結果の発展として、グラフ-有向集合は対応するランダムな反復アルゴリズムにより生成されるという結果が得られた(論文4、発表2)。なお、これらの研究は八杉代表による科研費との共同研究である。本年度の成果として、まず、確率分布は計算可能であるが対応する分布関数はファイン連続でない例が得られた。昨年度得られた結果をディラック分布などの離散分布を含む不連続な分布関数をもつ確率分布に拡張することは不可能であることをこの例は示している。μ、({μ_n})は確率分布(列)でF、({F_n})は対応する分布関数列とし、分布関数に実行的ファイン連続という条件を付けることにより得られた主な結果は以下の2つである。(i)分布関数列{F_n}が実効的ファイン連続の場合、{μ_n}が計算可能であることと、{F_n}が2進無理数列ファイン計算可能である、即ち、任意のファイン計算可能2進無理数列{x_m}に対して{F_n(x_m)}が計算可能実数列となることとは同値である。(ii)μ、({μ_n})は計算可能確率分布(列)で、F、({F_n})は実効的ファイン連続で実効的2進無理数列ファイン計算可能であるとする。このとき、{μ_n}がμに実効的に収束することと任意のファイン計算可能2進無理数列{x_n}に対して{F_n(x_n)}が{F(x_n)}に実効的に収束することとは同値である。本年度の研究実施計画で挙げた確率分布と特性関数に関する古典的基本定理の実効化として、以下の定理を得た。定理1.確率分布列が計算可能であることと、対応する特性関数列が計算可能関数列となることは同値である。定理2.計算可能特性関数列が計算可能特性関数に実効的に収束すれば、対応する確率分布列も極限特性関数に対応する確率分布に実効的に収束する。定理2の逆については、確率分布関数にファイン計算可能性を仮定すれば成り立つ。なお、ファイン計算可能性を若干弱くすることは可能である。定理3.計算可能確率分布列が計算可能確率分布に実効的に収束するとする。対応する確率分布関数列と確率分布関数がファイン計算可能ならば、対応する特性関数列は極限確率分布に対応する特性関数に実効的に収束する。定理4.関数f(x)が計算可能確率分布の特性関数となるためには、(i)正定値、(ii)計算可能、(iii)f(0)=1が成り立つことが必要十分である。定理4はBochnerの定理の実効化である。上記定理の証明のためには、幾つかの古典的補題の実効化が必要である。

代表的なものとして、次の定理を挙げる。定理5. f_n(x,y)を2変数の計算可能関数とし、μ_nを計算可能確率分布とする。(1)f_n(x,y)が実効的有界ならば、∫_R f_n(x,y) μ_n(dy)は実効的有界な計算可能関数列である。(2)実効的積分可能計算羅能関数g(y)が存在し、|f_n(x,y)|≦g(y)が成り立てば、∫_R f_n(x,y)dyは計算可能関数列である。定理2の応用として、コイン投げに対するde Moivre-Laplacecentral limit theoremの実効化が成り立つ。
細胞・細胞内部の損傷現象の解析と医療応用のための血管微細構造のインフォマティクス

医療の場の診断や治療のための血管の細胞・組織の情報は測定から得られる一方,数値解析は細胞・組織の挙動を数学的にモデル化・記述することで測定を超えた現象の予測を可能とする.本研究では,大動脈由来培養内皮細胞や大動脈壁の損傷に関連した力学的挙動を数理モデルによって再現あるいは予測可能にするため,特に3次元構造を考慮して,実験と理論からなる研究を実施した.細胞については,アクチン細胞骨格のリモデリング現象を損傷現象の一種と捉え,ブタ大動脈由来培養内皮細胞のシリコン基質膜伸展下での3次元的変形と基質繰返し伸展下での細胞内アクチンストレスファイバーの3次元的形成について,共焦点レーザ走査型顕微鏡と有限要素法によって測定から数学モデルによる再構築と予測まで行えた.非圧縮等方のneo-Hooke体モデルは細胞頂上部の測定困難な領域を除いて平均誤差0.3μm(n=6)で細胞の変形形状を再現し,弾性体として近似可能な変形が見られた.繰返し変形による細胞内ストレスファイバーの配向は細胞底面ではひずみ約5%を上限とするひずみ限度仮説に従い,細胞上部では他の因子の考慮が不可欠であった.また,衝撃波に曝した培養内皮細胞の増殖率を測定した.5発の衝撃波作用後,24時間経過した細胞密度はコントロールと比較して明らかに増加して増殖能が増加した.さらに,血管組織については,到達温度-80°Cでの凍結損傷を受けたブタ胸大動脈壁の応力-ひずみ関係と微細構造を測定し,構成要素の構造と力学的性質に基づく力学的挙動のモデル化と記述を行った.大動脈壁は凍結損傷により軟化したのではなくむしろ硬化した.これは構成要素,特に膠原線維の構造・力学的変化に起因すると推察された.医療の場の診断や治療のための血管の細胞・組織の情報は測定から得られる一方,数値解析は細胞・組織の挙動を数学的にモデル化・記述することで測定を超えた現象の予測を可能とする.本研究では,大動脈由来培養内皮細胞や大動脈壁の損傷に関連した力学的挙動を数理モデルによって再現あるいは予測可能にするため,特に3次元構造を考慮して,実験と理論からなる研究を実施した.細胞については,アクチン細胞骨格のリモデリング現象を損傷現象の一種と捉え,ブタ大動脈由来培養内皮細胞のシリコン基質膜伸展下での3次元的変形と基質繰返し伸展下での細胞内アクチンストレスファイバーの3次元的形成について,共焦点レーザ走査型顕微鏡と有限要素法によって測定から数学モデルによる再構築と予測まで行えた.非圧縮等方のneo-Hooke体モデルは細胞頂上部の測定困難な領域を除いて平均誤差0.3μm(n=6)で細胞の変形形状を再現し,弾性体として近似可能な変形が見られた.繰返し変形による細胞内ストレスファイバーの配向は細胞底面ではひずみ約5%を上限とするひずみ限度仮説に従い,細胞上部では他の因子の考慮が不可欠であった.また,衝撃波に曝した培養内皮細胞の増殖率を測定した.5発の衝撃波作用後,24時間経過した細胞密度はコントロールと比較して明らかに増加して増殖能が増加した.さらに,血管組織については,到達温度-80°Cでの凍結損傷を受けたブタ胸大動脈壁の応力-ひずみ関係と微細構造を測定し,構成要素の構造と力学的性質に基づく力学的挙動のモデル化と記述を行った.大動脈壁は凍結損傷により軟化したのではなくむしろ硬化した.これは構成要素,特に膠原線維の構造・力学的変化に起因すると推察された.細胞の3次元的観察,生体組織の凍結,血管壁の衝撃応答に関して,以下の研究成果を得た.まず,ブタ大動脈の内腔面を擦過して採取・培養した血管内皮細胞をシリコンゴム膜表面に播種して実験試料を用意し,これに準静的伸展あるいは一定振幅の繰返し変形を負荷できる装置を作製して,共焦点レーザ顕微鏡下で測定した細胞の3次元像を基礎データとした.また,種々の細胞形状での有限要素解析を実施して,細胞内部のひずみ分布は伸展方向に関する細胞寸法と細胞の高さに依存し,伸展方向に垂直な方向の細胞寸法には依存しないことを示した.次に,生体組織の凍結保存や凍結破壊に関連して,生体組織の組織学的ミクロ構造と固体力学的特性,および,両特性の相関性に対する凍結パラメータ(冷却速度,加温速度,最低到達温度,添加剤の種類と濃度,凍結・融解のサイクル数など)の影響の体系的な解明を目指す.組織として,複数の種類の細胞と繊維質マトリクス,結合組織による層構造をもつ動脈血管を用いる.本研究遂行の第一段階として,筋繊維(筋細胞)の集合体である筋組織を用い,凍結・融解(最低到達温度-50°C)後の組織のホルマリン固定・包埋処理後の切片試料に対して,組織学的ミクロ構造の変化を調べ,冷却速度・加温速度の組み合わせ(急速と緩速の計4通り)の影響を明らかにした.また,血管壁の衝撃波治療時でのミクロレベルでの損傷観察のため,衝撃波発生となる装置である光ファィバおよび圧電素子の改良を行い,培養細胞に作用させる衝撃波の波形制御に関する実験を行った.その結果,圧電素子に関しては任意関数発生器による電圧発生波形の制御による衝撃波生成のための周波数や強度に関する条件を得たが,光ファイバに関してはファイバと水との界面での光学的および熱的な影響が大きく,衝撃波の出力が小さいためさらなる検討が必要となった.ブタ胸大動脈壁の凍結・融解処理後の組織学的ミクロ構造を調べるため,プログラムフリーザまたは液体窒素を用いて生体熱工学的パラメータを変化させた.

試料は生理食塩水に浸し,冷却速度を0.5,1,50°C/min,液体窒素中への投入による急冷の4種類,加温速度は1°Cか17°C/min,凍結・融解のサイクル数は1回か3回とした.その結果,低速冷却・高速加温の条件では平滑筋細胞の破壊が顕著であった.また,除荷状態で波状の弾性膜は凍結・融解処理後,振幅が増大し,円周方向のピッチが減少した.一方,巨視的な壁全体の質量・体積変化は見られなかった。次に,種々の凍結条件で得た血管壁試料をダンベル状にして,クロスヘッド間一定ひずみ速度の単軸引張試験および繰返し引張試験を行った.凍結・融解処理後の血管壁の応力-ひずみ曲線は無処理の場合と比べて左側に移動した.すなわち,同じひずみ値に対して応力値と傾き(接線弾性係数)が増大した.試験片は平行部の外で破断するが,そのときの応力値は無処理のものと比べて同等か増加した.また,ひずみ範囲を破断近くまでとした繰返し変形によって凍結処理,無処理の場合とも応力-ひずみ曲線における緩やかな傾きのひずみ区間が増加し,その後の急な傾きが増加し,破断近くで非繰返し条件の曲線に近づいた.微視的構造の破壊は血管壁の軟化・強度低下につながると考えられ,凍結・融解処理が血管構成分子自体の硬化や分子間の連結の強化を生じさせて血管壁の硬化につながることが示唆された.また,血管壁の衝撃波治療時の細胞の形態変化を観察するため,液中分散の内皮細胞に最大圧力0.3MPaの水中衝撃波を15回作用させ,顕微鏡画像上で細胞形状,細胞面積,細胞数の時間変化を調べた.その結果,衝撃波非作用時と比べて形状が変化し,面積・細胞数は衝撃波の作用回数とともに増加速度が増した.基質に静的変形を与えたときの共焦点レーザ顕微鏡観察法より,静的つりあいにある血管内皮細胞は超弾性体モデルで精度よく近似できることを明らかにした.また,血管を構成する弾性線維と膠原線維のたるみを正規分布で与えたモデルによって,単軸引張り変形のブタ大動脈の応力-ひずみ関係を再現した.毎分1°Cと10°Cのオーダの冷却速度で凍結・融解処理した,新鮮なブタ大動脈の同一試験片で準静的引張試験を行い,処理前後の応力-ひずみ関係を調べた結果,処理によって組織が硬化し,大きな冷却速度のほうがより硬化していた.また,凍結組織の割断面のCryo-SEMによる画像計測と,凍結固定組織の切片試料の組織染色の光学顕微鏡観察と検鏡を行った.冷却速度は前者で0.5°C/minから1×10^4°C/minの4通り,後者で1°C/min,50°C/minとした.1)氷結晶の形成は弾性繊維と平滑筋細胞の間と,平滑筋細胞内の場合があること,2)冷却速度が高いほど氷結晶は小さく,数が増すこと,3)組織の形態学的損傷は主に平滑筋で起こること,4)弾性繊維の割合が少なく平滑筋細胞の割合が多い中膜の内膜側や外膜側で,その損傷・破壊の程度が大きいことなどを明らかにした.分散または付着状態の培養血管内皮細胞に立上り数μ秒,持続時間数十μ秒,最大圧力0.3MPa鋸歯波形の水中平面衝撃波を作用させ,細胞損傷率,細胞数変化と遺伝子レベルの増殖能変化を調べた.その結果,分散状態の細胞では,衝撃波の作用回数が増すほど死滅率・細胞数とも上昇し,衝撃波回数が15回では死滅率を考慮しても細胞数の変化は1.52.5倍程度だった.分散細胞では,衝撃波作用による細胞数の有意な変化はなく,細胞分裂を行う細胞数が増えた.
窒素含有ビスフォスフォネートの抗腫瘍効果とその分子作用機構

窒素含有ビスフォスフォネートは破骨細胞を標的とした骨吸収抑制作用に加え、1990年代初めからMM患者に対する臨床試験の結果が報告されてきた。われわれは、窒素含有ビスフォスフォネートのMMに対する直接的な抗腫瘍効果と、その機序を解明し、Cellular Signalling 15:719-727、2003に報告した知見に基づき、窒素含有ビスフォスフォネートは生体内に投与すると骨局所に集積することから、MMと同様に骨原発腫瘍にも抗腫瘍効果があると考え、骨肉腫(OS)細胞に対する抗腫瘍効果に着目した。ヒト骨肉腫細胞(HOS,MG-63)に第3世代ビスフォスフォネートであるパミドロネート、ゾレドロネートを作用させ、MTTアッセイ、フローサイトメーターによるアポトーシス解析(AnnexinV/PI染色)、BrDUを用いた細胞周;期解析を行った。いつれも10100μMでアポトーシスを誘導することが確認でき、細胞周期解析により、S期停止を確認した。既存の抗がん剤の多くはG_1期またはG_2/M期で細胞周期を停止させるので、S期停止は非常に興味深い。Mevalonate cascadeを介した低分子G蛋白結合因子の関与が明らかとなり、ATM・Chk1が活性化される事が解明された。形態学的にも蛍光免疫染色により中心体の複数化によりS期停止が確認された。窒素含有ビスフォスフォネートのOS細胞株に対する細胞増殖抑制効果と細胞周期に対する影響は実験により明らかとなり、そのアポトーシス誘導機序および細胞周期調節機構を分子遺伝学的に明し、概要を平成16年9月に第63回日本癌学会学術総会(福岡)で発表した。現在は追加実験を行い、論文投稿準備中である。平成17年度以降はOSに対する新しい分子標的療法の一つとなりうるという知見に基づき、OSモデルマウスを作成し、窒素含有ビスフォスフォネート製剤によるOS治療の可能性を検討し、最終的には、臨床応用を目標としている。
地形乱流場における飛砂メカニズムの解明

海岸砂丘周辺における風向風速特性および飛砂フラックス特性を明らかにするため,鳥取県鳥取市浜坂の鳥取砂丘において,水平風速,鉛直風速,ならびに飛砂フラックスを計測し,風場特性と飛砂フラックスとの関係について調べた.乱流強度と飛砂フラックスとの間には,異なる風場条件下でも統一的な関係性が認められ,飛砂フラックス式にこれまで考慮されていなかった乱流の影響を取り込むことに成功した.さらに,LESモデルを用いて,鳥取砂丘周辺の風場の再現を試みた.再現された水平風速場は妥当であったものの,鉛直風速場と水平および鉛直乱流強度はいずれも現地データとの差異が大きく,今後改良する必要があることが明らかになった.平成25年度は,平成2324年度の科学研究費補助金若手研究B「土砂輸送計測の最先端技術を用いた現地観測に基づく砂浜ー砂丘ダイナミクスの構築」(代表・有働恵子)で実施された現地調査のデータについて,地形乱流に着目して統計解析を行った.現地調査の対象砂丘は,砂丘面積が5平方キロメートルをこえる鳥取砂丘と数百平方メートルの庄内砂丘で,砂丘規模が大きく異なる.これらの砂丘において,風により輸送される飛砂の数を毎秒最大10000カウントで計測できる,最先端の高頻度飛砂センサーを用いてえられた飛砂の現地データと,3次元風況データ,ならびにビデオ動画を総合的に解析することにより,地形乱流特性を調べ,今後の現地調査で取得すべきデータについての検討を行った.さらに,3次元非定常数値風況予測モデルRIAM-COMPACTを導入し,そのモデル特性を把握するため,単純な砂丘地形条件における数値シミュレーションを行った.RIAM-COMPACTは,LES(Large Eddy Simulation)を採用しており,非定常な乱流場を再現できる高精度の風況予測モデルである.計算においては,境界条件の与え方などについて,モデル開発者とも連携しながらモデル特性の把握に努めたものの,モデルの導入に時間がかかった上に,本研究で対象としている計算条件で計算を収束させるのが困難であったことから,現時点では十分な成果が得られていない.現地海岸の非定常で複雑な風場条件下においては,砂丘周辺の変形特性に不明な点が多いことから,効率的な管理に必要とされる十分な精度を有する砂丘変形予測技術は開発されていない.本研究は,砂丘変形予測技術に必要とされる飛砂モデルを構築するために,申請者が発展させてきた最先端の高精度かつ高頻度の計測技術を用いて飛砂フラックスを高時間分解能で取得し,これと3次元数値風況予測モデル(LES)により高空間分解能で再現された非定常の地形乱流場との詳細な関係性を調べることにより,地形乱流場における飛砂メカニズムを解明することを目的とするものである.平成25年度は,砂丘規模の異なる山形県庄内砂丘(砂丘面積:数100m2)と鳥取県鳥取砂丘(砂丘面積:数km2)の現地データを解析し,これらの比較を行うことにより,飛砂特性の一般性について解析を行った.平成26年度は,鳥取砂丘を対象として,特に乱流特性に着目した詳細な解析を行った.その結果,鉛直方向風速の乱流強度が小さい場合に飛砂フラックスが大きいという特性を見出した.さらに,3次元非定常数値風況予測モデルRIAM-COMPACTにより,鳥取砂丘周辺の風場を再現し,その検証を行った.GPGPUを導入したことにより,1000万をこえる計算格子数(水平方向の最小格子間隔10m程度,鉛直方向最小格子間隔1m程度)を有する砂丘周辺の風場計算を高速で実施することが可能になり,より詳細な風場の把握が可能となった.得られた再現結果は現地データと整合しており,従来行われてきた平均風速場の再現とこれを用いた飛砂フラックス推定では,砂丘変形を再現しえないことを実証した.海岸砂丘周辺における風向風速特性および飛砂フラックス特性を明らかにするため,鳥取県鳥取市浜坂の鳥取砂丘において,水平風速,鉛直風速,ならびに飛砂フラックスを計測し,風場特性と飛砂フラックスとの関係について調べた.水平・鉛直風速の平均風速と乱流強度との間には一律に負の相関関係が認められ,異なる風場条件下でも同じ累乗近似曲線で表現することが可能であった.また,乱流強度と飛砂フラックスとの関係を調べたところ,異なる風場条件下でも統一的にこれらの関係性を表現することが可能であった.このことは,飛砂量式において,風速ではなく乱流強度を用いることで乱流効果を取り込める可能性があることを示唆しており,複雑地形上の風場特性および飛砂特性に関する重要な知見がえられた.さらに,Large Eddy Simulation (LES)モデルであるRIAM-COMPACTを用いて,鳥取砂丘周辺の風場の再現を試みた.現地の地形変化データに対し,再現された水平風速場は妥当な結果を示していた.一方で,鉛直風速場と水平および鉛直乱流強度はいずれも現地計測データとの差異が大きかった.この原因として,流入境界における風速分布および風向風速の時間変動を適切に与えることが現時点で困難であることが挙げられる.砂丘の地形変化を再現するためには,砂丘周辺の風場そして飛砂フラックスの分布を高精度で推定する必要があるものの,現段階では砂丘周辺の風場の推定に限界があり,これを改良する必要があることが明らかとなった.