hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ジーンサイレンシングによるDNA修復異常細胞シリーズ樹立と発癌予防薬開発への応用

本研究の目的は、RNAiジーン・サイレンシング法を用いてヒト正常組織由来株化細胞中のDNA修復系関連遺伝子を個別にノックダウンしてDNA修復異常細胞シリーズを樹立し、樹立した細胞シリーズを用いて食品由来物質のDNA修復系に与える影響を調べ、発がん抑制メカニズムを解明し、発がん予防薬の開発の応用に役立てることである。平成18年度の計画は、1.平成17年度にデザインしたDNA修復関連遺伝子をターゲットとした各遺伝子に最適なsiRNAをヒト由来正常細胞にトランスフェクトする2.得られた細胞のジーン・サイレンシング効果を、リアルタイムPCR法を用いて各DNA修復関連遺伝子の発現定量、およびタンパク定量を行なうことで確認し、細胞シリーズを樹立する3.樹立された細胞について、自然発生突然変異やDNAダメージ、アポトーシス、マイクロサテライト増幅等発がんの各過程の指標について解析を行ない、発がん関連指標のデータを蓄積する。ことであった。計画1において、永久的なジーン・サイレンシング効果を得るために、ベクター(レトロウィルス)およびトランスフェクトする正常細胞(大腸、あるいは皮膚由来)の選考・検討を行った。現在多用されている方法は、最高でも72時間と短いジーン・サイレンシング効果しか得られないものが多く、レトロウィルス・ベクターを用いた方法では長い効果を得られるものの、毒性の増加が懸念された。したがって、本研究の目的である細胞株シリーズの樹立への応用には、より詳細な検討が必要であることがわかった。計画2については、リアルタイムPCRシステムを用いた各DNA修復関連遺伝子の発現定量法およびタンパク定量の方法の確立を終えた。さらに、計画3についても各指標の測定方法の条件設定および確立を終え、がん細胞由来DNA修復異常細胞を用いて確立した方法の妥当性の確認を終えた。平成17年度における4つの計画1.siRNAのデザイン2.ヒト正常株化細胞へのトランスフェクション3.RNAi(ジーン・サイレンシング)効果の確認4.ベース・データの蓄積(DNA修復・シグナリング関連遺伝子の発現定量、アポトーシス等)の内、現段階では1、および2の途中まで終えている。1に関しては、DNA修復系のひとつであるミスマッチ関連遺伝子群の内、自然発生突然変異やゲノムの不安定化に関連の強いhMLH1およびhPMS2を、酸化ダメージ修復関連遺伝子群からは喫煙者における肺がんリスクの増加に関連の強いOGG1について、最適なsiRNAをデザインした。さらに、2については、細胞内で永久的なジーン・サイレンシング効果を得るためのベクター(レトロウィルス)およびトランスフェクトする正常細胞(大腸、あるいは皮膚由来)を選考中である。4の一部であるアポトーシスについては測定法の確立を終え、さらにリアルタイムPCRシステムを用いた各DNA修復関連遺伝子の発現定量法の確立について同時進行している。ベクターとホスト細胞の選考を終え次第、和歌山県立医科大学「組み換えDNA実験安全委員会」の規定に則って研究を進めていく予定である。ことであった。
腫瘍原発巣および微小転移巣への革新的な核酸送達ナノシステムの創製

ナノ粒子によるがん組織への核酸送達においては、ナノ粒子ががん組織に到達後に組織深部まで浸透できずに標的のがん細胞へ到達できないというがん組織内動態の制約が大きな問題となっている。本研究では上記問題を解決するため、脂質ナノ粒子の粒子径を小さく高精度に制御するための新規脂質様材料の開発および粒子化手法の検討を行った。加えて、脂質ナノ粒子の小型化に伴って核酸導入効率が低下するという問題を解決するため、その原因の解明を行った。本研究課題を達成するに当たり、当該年度では主に、脂質ナノ粒子に優れた体内・がん組織内動態を付与する新規両親媒性素材の開発、および、脂質ナノ粒子の小型化に伴うshort interfering RNA(siRNA)送達能の低下の原因の解明を目的とした。前者については、脂質ナノ粒子の粒径および血中滞留性に影響を及ぼす両親媒性素材の親水性部位の分子量を様々に変化させた誘導体を複数個合成し、それぞれの両親媒性素材からなるミセルの血中滞留性を測定した。その結果、親水性部位の分子量依存的な血中滞留性の変化が観察された。最も結果が良好であった両親媒性素材は、従来、脂質ナノ粒子の血中滞留化に広く使用されるポリエチレングリコール化脂質誘導体(PEG脂質)よりも優れた血中滞留性を示した。また、最適な両親媒性素材を基盤として脂質ナノ粒子の作製を検討したところ、直径約20 nm程度の極めて小さな粒子の作製に成功した。後者については、特殊な溝が施されたマイクロ流路内に脂質溶液とsiRNA溶液を通すことによって粒径の異なる脂質ナノ粒子を作製し、脂質ナノ粒子の小型化がsiRNA送達活性の低下を招く原因の解明に取り組んだ。まず、粒径の減少に伴う脂分子同士のパッキングの低下、表面積の過剰な増大が明らかとなり、その結果として粒子からのsiRNAの漏出が顕著に増大することが明らかとなった。また、siRNAの漏出には血清蛋白質が関与していた。そこで血清蛋白質に着目して検討を行った結果、粒径の小さな脂質ナノ粒子ほど血清蛋白質の吸着に伴う膜融合能の低下が顕著であった。以上より、脂質ナノ粒子の粒径を小さくする結果、パッキングの低下に伴って血中におけるsiRNAの漏出性が上昇し、また、表面積が増大することで血清蛋白質の吸着量の上昇、それに伴って膜融合能が顕著に減少することが明らかとなった。本成果はJ Control Release誌にアクセプトされた。当該年度の主な計画の一つである新規両親媒性素材の開発および体内動態を指標とした構造最適化は既に終えている。がん組織内動態を指標とした最適化は現在進めており、代謝拮抗性抗がん剤を含むDNAオリゴを搭載した脂質ナノ粒子の薬理効果の検証にまでは至っていない。一方で、siRNAを搭載した脂質ナノ粒子の粒径低下に伴う活性の減少メカニズムの解明は当初の予定よりも大幅に先行して終えており、次年度において行う計画であった、本知見を元に設計したsiRNA搭載脂質ナノ粒子のin vivoがん組織における活性評価の準備に既に取り掛かっている。以上より、研究全体としてはおおむね順調に進展しているものと判断する。前年度において、脂質ナノ粒子の小型化(直径50 nm未満)に伴うshort interfering RNA(siRNA)送達能の低下の原因解明を試み、脂質のパッキングの悪化による脂質ナノ粒子の不安定化が示唆された。H28年度においては、上記の結果を基づいて極小粒子径においても安定な粒子を形成可能な新規pH応答性カチオン性脂質の開発に着手した。また、前年度に引き続き、ナノ粒子の組織浸透性の向上を目的とした極小ナノ粒子形成を可能とする新規両親媒性素材の開発を行った。前者については、これまで用いていたpH応答性カチオン性脂質とりも優れた脂質パッキングを実現する新規pH応答性カチオン性脂質の開発を行った。脂質分子同士の会合には疎水性相互作用が重要である。そこで、既存脂質YSK12(PCT/JP2015/064196)の疎水性足場の化学構造を変更した誘導体を複数合成し、培養細胞における遺伝子ノックダウン活性を測定した。その結果、これまでのpH応答性カチオン性脂質を含む極小脂質ナノ粒子(直径35 nm程度)では全く活性が認められない条件下において、80%以上のノックダウンを誘導可能な新規誘導体を見出した。細胞取り込み解析から、脂質ナノ粒子の培地中における安定性の向上が寄与していることが示唆された。後者については、前年度に見出した両親媒性素材の疎水性足場を変更することで血中安定性および薬剤保持能を向上することに成功した。マイクロミキサー内蔵マイクロ流路を用いることで、最小で直径9 nm程度のナノ粒子を製造することに成功した。トリオレインを含有させることで粒子径を50 nm程度まで段階的に制御することにも成功した。直径10 nmと50 nmに調節したナノ粒子のがん組織内浸透性を比較したところ、50 nmの粒子は血管周辺のみに検出された一方で、10 nmの粒子はがん組織深部まで移行していた。

加えて、脂質ナノ粒子の小型化に伴って核酸導入効率が低下するという問題を解決するため、その原因の解明を行った。DNAオリゴ搭載脂質ナノ粒子の処方を、ナノ粒子の安定性やがん組織内動態を主な指標として最適化する。その際、先行しているsiRNA搭載脂質ナノ粒子の活性やがん組織内分布の結果をフィードバックすることで効率的に検討を進める。その後、乳癌やグリオブラストーマなどの複数のがん種における薬理効果を検証する。薬物送達学当該年度末に動物飼育施設の移設があり、動物を使用した実験を一部行うことができなかったため。本研究においては、主に次年度にて坦がんモデルマウスを用いた実験を多く行う予定である。翌年度分として請求した助成金については計画通りの動物実験に充てる。その際、今回生じた次年度使用額を利用し、各動物実験における各群当たりのマウス数を増やすことでより信頼性の高い実験を遂行する計画である。
肥満脂肪組織慢性炎症誘導におけるマクロファージ由来リポ蛋白リパーゼの意義

先天的肥満モデルマウスであるob/obマウスにおいて、マクロファージLpL(MLpL)を欠損すると雄雌ともに体重増加が抑制される一方で、食餌性肥満モデルと同様に炎症細胞浸潤と間質の線維化が増悪した。白色脂肪組織のmRNAの遺伝子発現では、M1(炎症性)マクロファージが増加し、線維化に関わるTGFβ1やTIMP1の発現が増加した。磁気細胞分離法で脂肪組織マクロファージを採取し、検討したところ、白色脂肪組織全体と同様に、LpL欠損マクロファージでは、TGFβ1やTIMP1の遺伝子発現が増加した。したがって、マクロファージ由来のTGFβ1やTIMP1が線維化の増悪に関わっていると考えられる。さらに、エフェロサイトーシスに関わる遺伝子発現を検討したところ、発現に差を認めていた。耐糖能については、脂肪組織の機能不全を反映してMLpLKO:ob/obで悪化することを予想したが、改善傾向となっていた。一方で、血清脂質は、ob/obに比してMLpLKO:ob/obでは総コレステロールは低下する一方で、中性脂肪は上昇した。肝臓からのVLDL産生はMLpLKO:ob/obで増加し、ヘパリン投与後の血清LpL活性はMLpLKO:ob/obで低下した。白色脂肪組織におけるLpLの遺伝子発現はMLpLKO:ob/obで低下した。血清脂質の変化は脂肪組織の機能不全による影響が疑われた。脂肪組織のマクロファージLpLは欠損すると脂肪組織の線維化が増悪することから、脂肪組織の機能維持に重要な役割を果たしていると考えられる。そのメカニズムとして、エフェロサイトーシスに関わる遺伝子発現に差がみられていることから、肥満によって増加する壊死脂肪組織の処理に関わっていることが推測される。今後in vitroにおいて、壊死脂肪細胞の処理におけるLpLの役割について検討する予定である。肥満脂肪組織より分離したマクロファージにおいて、欠損マウスでは線維化に関わるTGFβ1やTIMP1の遺伝子発現が増加することやエフェロサイトーシスに関わる遺伝子発現に変化が見られることが確認できた。しかし、脂肪組織の線維化のメカニズムに関する解析に遅れがあり、上記区分と判断した。マクロファージLpL欠損が肥満モデルにおいて脂肪組織線維化増悪に関わっており、重要な知見と考えている。そのメカニズムの可能性として、脂肪組織より単離したマクロファージにおいて、エフェロサイトーシスに関わる遺伝子発現に差を認めたことから、壊死脂肪組織の処理にマクロファージLpLが関わっている可能性が推察される。そのメカニズムの解明のため、in vitroの実験系で、壊死脂肪細胞のマクロファージによる貪食能などを検討する予定である。マクロファージLpLの肥満形成における意義についてCre-loxPシステムを用いてマクロファージLpL欠損マウスを作成し検討した。マクロファージLpL欠損(MLpLKO)マウスに、食餌性肥満モデルとして高脂肪食負荷(60 kcal% fat)を4か月行ったところ、対照のflox LpLと比較して、体重増加に差はなかった。高脂肪食負荷で肥満が誘導されたマウスでは対照群と比較して白色脂肪組織に炎症細胞の浸潤と間質の線維化の増悪を認めた。脂肪組織のmRNAの遺伝子発現の検討では、floxLpLマウスに高脂肪食を負荷すると、マクロファージのマーカーであるCD68やF4/80の発現が増加し、さらにM1マクロファージのマーカーであるTNFαやCD11cの発現が増加した。また線維化に関わるTGFβ1やTIMP1の発現が増加した。高脂肪食を負荷したMLpLKOマウスではマクロファージ、M1マクロファージ、線維化マーカーの発現がさらに増加し、組織像に合致する結果であった。次に先天的肥満モデルマウスであるob/obマウスにおける検討では、MLpLKOでは雄では16週齢より、雌では18週齢より有意に体重増加が抑制された。白色脂肪組織は食餌性肥満モデルと同様に炎症細胞浸潤と間質の線維化が増悪し、mRNAの遺伝子発現でも同様の結果となった。体重増加の抑制は主に皮下脂肪重量の減少に起因しており、摂餌量は体重増加抑制に遅れて差が見られていた。視床下部のmRNAの遺伝子発現ではAgRP, NPY, POMCに差は見られず、以上のことから脂肪組織機能不全により体重増加が抑制され、その結果摂餌量が低下した可能性が考えられた。マクロファージLpLの欠損は、食餌性肥満モデル及び先天的肥満モデルいずれにおいても、組織学的解析及び遺伝子発現解析で脂肪組織の炎症及び線維化を増強することが示された。繁殖の関係で、食餌性肥満モデルの解析は遅れているが、C57BL/6背景の通常食群と先天的肥満モデルの解析を中心に行った。その結果、次年度以降予定していた摂餌量の評価や視床下部における摂食に関わる遺伝子発現解析まで行うことができた。以上のことから、上記区分と判断した。白色脂肪組織のmRNAの遺伝子発現では、M1(炎症性)マクロファージの増加を示す発現が増加し、線維化に関わるTGFβ1やTIMP1の発現が増加した。耐糖能については、脂肪組織の機能不全を反映してMLpLKO;ob/obで悪化することを予想したが、改善傾向となっていた。

血清脂質は、ob/obに比してMLpLKO;ob/obでは総コレステロールは低下する一方で、中性脂肪は上昇した。肝臓からのVLDL産生はMLpLKO;ob/obで増加し、ヘパリン投与後の血清LpL活性はMLpLKO;ob/obで低下した。今後白色脂肪組織におけるLpL活性を検討する予定である。肝臓の中性脂肪含有量は両群で差はみられなかった。脂肪組織のマクロファージLpLは欠損すると脂肪組織の線維化が増悪することから、脂肪組織の機能維持に重要な役割を果たしていると考えている。そのメカニズムとして、壊死脂肪組織の処理に何らかの機序で関わっている可能性を考えている。フローサイトメトリーを用いて、脂肪組織間質血管細胞群(SVF)のマクロファージのゲートにおける脂肪滴の有無を評価する実験や磁気細胞分離法でマクロファージを採取し、線維化や貪食に関わる遺伝子発現を検討する実験を進めている。先天的肥満モデルの解析を中心に進めており、マクロファージLpL欠損が糖脂質代謝に及ぼす影響については解析することができた。一方で食餌性肥満モデルの解析は遅れている。また脂肪組織の線維化のメカニズムに関する解析に遅れがあり、上記区分と判断した。先天的肥満モデルマウスであるob/obマウスにおいて、マクロファージLpL(MLpL)を欠損すると雄雌ともに体重増加が抑制される一方で、食餌性肥満モデルと同様に炎症細胞浸潤と間質の線維化が増悪した。白色脂肪組織のmRNAの遺伝子発現では、M1(炎症性)マクロファージが増加し、線維化に関わるTGFβ1やTIMP1の発現が増加した。磁気細胞分離法で脂肪組織マクロファージを採取し、検討したところ、白色脂肪組織全体と同様に、LpL欠損マクロファージでは、TGFβ1やTIMP1の遺伝子発現が増加した。したがって、マクロファージ由来のTGFβ1やTIMP1が線維化の増悪に関わっていると考えられる。さらに、エフェロサイトーシスに関わる遺伝子発現を検討したところ、発現に差を認めていた。耐糖能については、脂肪組織の機能不全を反映してMLpLKO:ob/obで悪化することを予想したが、改善傾向となっていた。一方で、血清脂質は、ob/obに比してMLpLKO:ob/obでは総コレステロールは低下する一方で、中性脂肪は上昇した。肝臓からのVLDL産生はMLpLKO:ob/obで増加し、ヘパリン投与後の血清LpL活性はMLpLKO:ob/obで低下した。白色脂肪組織におけるLpLの遺伝子発現はMLpLKO:ob/obで低下した。血清脂質の変化は脂肪組織の機能不全による影響が疑われた。脂肪組織のマクロファージLpLは欠損すると脂肪組織の線維化が増悪することから、脂肪組織の機能維持に重要な役割を果たしていると考えられる。そのメカニズムとして、エフェロサイトーシスに関わる遺伝子発現に差がみられていることから、肥満によって増加する壊死脂肪組織の処理に関わっていることが推測される。今後in vitroにおいて、壊死脂肪細胞の処理におけるLpLの役割について検討する予定である。肥満脂肪組織より分離したマクロファージにおいて、欠損マウスでは線維化に関わるTGFβ1やTIMP
古典期のマケドニア王国の発展に関する研究：フィリポス２世のギリシア制覇を中心に

本研究では、フィリポス2世のもとでのマケドニアの急速な台頭とギリシア制覇の過程を、彼が精力的に進めた軍制改革・都市建設・人口移動・農地開拓などによるマケドニアの社会の変容と関連づけて分析し、こうした社会変容がフィリポス2世のギリシア制覇の重要な背景になっていたことを明らかにした。さらに、そうしたフィリポス2世の治世のマケドニアの発展において、前5世紀初頭以降のマケドニア王たち、とりわけペルディッカス3世の治世からの「連続性」が従来考えられているよりも顕著であったことを検証した。今年度は、古典期におけるマケドニア王国の発展とフィリポス2世によるギリシア制覇の諸相を、マケドニア史の「連続性」を重視しつつ、長期的な枠組みのなかで多角的に解明するという研究目的のため、まず、基礎作業として、フィリポス2世を中心とするマケドニア史研究の近年の動向を整理した。21世紀に入っていっそう活発となっているマケドニア史研究は、マケドニア国名論争を焦点とする現代の「マケドニア問題」と深く絡み合っているため、そうした現代のバルカンの国際政治が研究に及ぼす影響にも留意して整理作業を進めた。さらに、古典期のマケドニアとギリシア世界の関係史の整理・検討という課題に取り組み、前5世紀初頭以降のギリシア世界の勢力地図におけるマケドニアの位置や比重の変遷を、マケドニアの木材交易と王家による「ギリシア化」政策を軸として検証した。また、フィリポス2世の前の王であるペルディッカス3世の治世(前365360/59年)についての重点的な検討にも着手した。従来はマケドニアの低迷期と見なされていたこの時期におけるマケドニア国内の状況とギリシア世界との関係を文献史料および貨幣資料から分析し、この時期がフィリポス2世のもとでのマケドニア王国の飛躍的な発展において重要な意味を持っていたことを明らかにした。これまで看過されてきたこの時期のマケドニア国内の状況の分析は、次年度以降の課題である、フィリポス2世の治世におけるマケドニア王国の社会変容についての検討の前提となるものである。これらの課題と並行して、マケドニア王の権力のあり方を考えるための一助として、アレクサンドロスの神格化の前提として関心を集めているマケドニア王の神格化の問題についても、若干の検討を行った。今年度は、古典期におけるマケドニア王国の発展とフィリポス2世によるギリシア制覇の諸相を、マケドニア史の「連続性」を重視しつつ、長期的な枠組みのなかで多角的に解明するという研究目的のため、まず、近年のマケドニア考古学の成果を整理した。21世紀に入ってめざましい発展を見せているマケドニア地方の発掘調査の成果について、アイガイ(ヴェルギナ)とペラの発掘報告書や研究文献を検討し、とりわけ前5世紀のマケドニア王国の文化内容を同時代のポリス世界と比較しつつ跡づけた。さらに、デモステネス・アイスキネス・テオポンポスを中心とするフィリポス2世と同時代の文献史料を批判的に検討し、彼らの政治的・社会的立場や価値観を踏まえたうえで、彼らが描くマケドニア王国とフィリポス2世のギリシア制覇の諸相を慎重に読み解く作業を進めた。さらに、前年度のペルディッカス3世の治世におけるマケドニア国内の状況の分析、および上述のマケドニア考古学の成果と同時代の文献史料の分析を踏まえて、マケドニア王国の社会変容の検討という課題に着手した。王国の急速な台頭の背景となったフィリポス2世の富国強兵策について、従来の諸研究がテーマとしてきた軍制改革そのものではなく、軍制改革とその後の軍の飛躍的な拡充を可能とした社会的条件に焦点をしぼり、フィリポス2世による都市建設・人口移動・農地開拓の過程を分析し、マケドニア王国の社会が彼の治世にいかに変容したのかを考察した。これらの考察は、最終年度となる次年度の課題である、フィリポス2世によるギリシア制覇の過程の実態解明、および彼のギリシア制覇を可能にした諸要因の考察の前提となるものである。また、昨年度に引き続き、マケドニア王の権力のあり方を考える一助として、マケドニア王の神的崇拝の問題について、アミュンタス3世とフィリポス2世の事例を中心に、わずかな文献史料を慎重に分析する作業も進めた。交付申請書に記した今年度の3つの課題(近年のマケドニア考古学の成果の整理・検討、フィリポス2世と同時代の文献史料の批判的検討、マケドニア王国の社会変容についての検討)全てについて取り組み、一定の成果をあげることができた。最終年度となる今年度は、古典期におけるマケドニア王国の発展とフィリポス2世によるギリシア制覇の諸相を、マケドニア史の「連続性」を重視しつつ、長期的な枠組みのなかで多角的に解明するという研究目的のため、残る課題である、上部マケドニア・イリュリア・トラキア・テッサリア・ボイオティア・ペロポネソス・エウボイアなどの諸地域におけるフィリポス2世の作戦や努力を、史料に即して丹念に跡づける作業を進め、前年度に取り組んだマケドニア王国の社会変容についての考察と関連させつつ、様々な方法での彼の勢力浸透の実態を明らかにした。そのうえで前年度までの考察を総括し、フィリポス2世が前王たちから何を継承し、それをいかに発展させたのか、さらには、なぜフィリポス2世はそれまで誰も成し遂げられなかったギリシア制覇に成功したのか、という問題を、マケドニア史の「連続性」とマケドニア社会の変容という2つの視点から考察した。フィリポス2世がマケドニアに大きな社会変容をもたらし、それが彼のギリシア制覇の原動力になったことは確かであるが、そうした社会変容を短期間で成功させることを可能にした背景として、前5世紀のマケドニア王たちや前王ペルディッカス3世からの「継承」というファクターも従来考えられているより重要であったと考えられる。

マケドニア史の「連続性」という視点からフィリポス2世のギリシア制覇にアプローチした本研究の成果は、アレクサンドロスを終着点とする連続的なマケドニア史を構築するための重要な土台となるものである。本研究では、フィリポス2世のもとでのマケドニアの急速な台頭とギリシア制覇の過程を、彼が精力的に進めた軍制改革・都市建設・人口移動・農地開拓などによるマケドニアの社会の変容と関連づけて分析し、こうした社会変容がフィリポス2世のギリシア制覇の重要な背景になっていたことを明らかにした。さらに、そうしたフィリポス2世の治世のマケドニアの発展において、前5世紀初頭以降のマケドニア王たち、とりわけペルディッカス3世の治世からの「連続性」が従来考えられているよりも顕著であったことを検証した。今年度の交付申請書に記した3つの課題(フィリポス2世を中心とするマケドニア史研究の近年の動向の整理、古典期のマケドニアとギリシア世界の関係史の整理・検討、ペルディッカス3世の治世についての重点的な検討)全てについて取り組み、一定の成果をあげることができた。来年度は、今年度の課題に引き続き取り組むとともに以下の4つの課題に着手し、最終的に、3年間の研究成果を総括する。(1)ギリシアの諸地域におけるフィリポス2世の政策および勢力浸透の過程の分析(2)フィリポス2世が前王たちから「継承」したものについての考察(3)フィリポス2世がギリシア制覇に成功した理由の検討(4)ギリシア史におけるフィリポス2世のギリシア制覇の意義についての考察古代ギリシア史来年度は、今年度の課題に引き続き取り組むとともに、(1)近年のマケドニア考古学の成果の整理・検討、(2)フィリポス2世と同時代の文献史料の批判的検討、(3)マケドニア王国の社会変容についての検討、という課題に着手する。考古資料・文献史料の両方からの検討を通して、フィリポス2世の治世におけるマケドニア王国の社会変容の諸相を明らかにし、最終的な到達目標である、フィリポス2世がギリシア制覇に成功した理由の解明と、ギリシア史における彼のギリシア制覇の意義の考察につなげていくことが課題となる。
カナダ先住民の口承文学にみる環境正義の現代的意義

<環境正義>の概念は、自然の生態系を守ることと社会的正義の同時追及の必要性を示す概念として注目されている。この概念をカナダ先住民の口承文学に探り、一見荒唐無稽に思える彼等の神話が、社会学的、科学的整合性を理解した「先を見越した」ものであったかを考察。さらに、環境破壊が増す一方の今日において、大地との共生、自然界に対する正義を優先する先住民の知恵が現代のカナダ先住民作家やマーガレット・アトウッドのようなカナダ人作家にどのように継承されているかを考察した。この概念を用いて文学作品分析を行う研究は.なく、今後活用されよう。<環境正義>は、自然の生態系を守ることと社会的正義の同時追及の必要性を示す概念として今日注目されている。この環境正義の概念を先住民の文化・文学に検証し、グローバリゼーションの進展と共に、地球環境への脅威が増す今日において、一見荒唐無稽に思える先住民の<知恵>がいかに社会学的、科学的整合性を理解した「先を見越した」ものであったかを考察し、さらに、彼らが培ってきた環境正義の概念がどのように現代の先住民、先住民作家に継承されているかを考察するのが本プロジェクトの目的である。カナダ北西沿岸に生活するカナダ先住民は古代より、サケ漁を生活の糧として生活してきた。それゆえ、サケにまつわる民話、工芸が多く、風土的に同じような環境で生活するアイヌ民族と共通点が多い。そこで、9月に道東を訪れ資料収集をはかった。今回の調査・資料収集はカナダ先住民のサケ文化とアイヌのサケ文化の比較のためであった。まず、北海道教育大学釧路校、阿寒のアイヌ生活記念館を訪問し、情報収集を図った。また、サケの仲間といわれる幻の魚イトウの生息状況を塘路湖に探った。この状況はカナダ北西沿岸の湖に隔離されたカナダマスと似ている変化をとげている。また、今回の調査・資料収集は、カナダのフレーザー川に遡上するサケにまつわる民話との比較が目的であった。2月にオーストラリアを訪れ、資料収集を行った。一つは、ダーウィン在住のアボリジニー作家でシンガー・ソングライターのShellie Morrisとの意見交換である。また、カナダ先住民、オーストリア先住民文学の専門家であるクイーンズランド大学のJoanne Tompkins教授を訪れた。両氏との意見交換は、先住民文学にみる環境正義の現代的意義を考察する上で大変参考になった。クイーンズランド大学では、多くの資料収集ができた。また、2010年4月には、カナダを訪れ、S.Grace教授をはじめ、ハイダ族の作家であるMichael N.Yahgulanaas氏と意見交換をし、今後の研究に有意義な情報を得た。一見荒唐無稽な先住民の口承民話に社会学的、科学的整合性を解明するとき、著名な遺伝子学者で、環境問題運動家としても活躍するカナダのデイビッド・スズキの見解が参考になる。科学者として地球破壊を深刻に受け止め、先住民の叡智に注目したスズキは、地球規模の破壊を救う道は「準宗教的」になることであると語る。「我々のジレンマは情報や科学技術の才能の欠如ではない。むしろ問題は、残された自然との関係の気づき方であり、物事の壮大な相,関性、仕組みにおける我々の役割に気づくことである。」またスズキは、「生命愛」を心に抱くことに注目する。私たちはDNAや進化を通して大地の動植物とつながっている。「父なる空、母なる大地、兄弟姉妹なる動植物」と語る北米先住民の世界観が、実は科学的な根拠に裏付けされた先見性を持つ部族の知恵であったこともわかる。環境正義とは、人間が起こした間違いを正すということである。地球に残した数々の環境破壊は人間の責任である。人間だけが特別扱いをされていると思っているかもしれないが、それは間違いである。今回の東日本大震災で起こった福島第一原発事故がそれを明白に語っている。*2010年7月11日、第17回東京国際ブックフェアに招聘され、吉岡忍、西木正明、中村敦夫と共に「環境と文学-いま、何を書くか」のシンポジウムにパネリストとして参加。「環境正義と文学」の関係をカナダ先住民民話と環境正義を扱うマーガレット・アトウッドの最新作を元に発表。*2010年9月24日、国際ペン東京大会で「文学にみる環境正義と現代的意義」のセミナーを組織。司会を務める。*2010年12月、明治学院大学国際平和研究所が組織する研究会で、1950年代にオーストラリアの先住民聖地マラリンガで行われたイギリスによる核実験で被害者となったアボリジニを描いた戯曲を環壌正義の見地から発表。<環境正義>の概念は、自然の生態系を守ることと社会的正義の同時追及の必要性を示す概念として昨今注目されている。

この概念の背景には、1980年代にアメリカで問題となった環境人種差別への批判として起こった環境正義運動がある。この運動は、アフリカ系黒人が多い地域に有害廃棄物処理施設が集中していたという貧困層に劣悪な環境が与えられ続けていたことに対する抗議であった。経済成長に伴う公害問題から環境正義の考えがグローバルな形で理解されるようになり、その後1991年「第一回全米有色人種の環境リーダーシップサミット」が開催され、環境正義に関する原則が決まった。その第1原則が、「環境正義は、母なる大地は神聖不可侵であること、生態系の和合、全ての種の相互依存、そして生態系の破壊から自由である権利を表明する」とある。この環境正義の概念をカナダ先住民の口承文学に検証し、グローバル化の進展と共に、地球環境への脅威が増す今日において、一見荒唐無稽に思える先住民の口承民話がいかに社会学的、科学的整合性を理解した"proactive"な、すなわち先を見越したものであったかを論考し、現代のカナダ人作家たちにどのような影響を与えているかも併せて考察することが本研究の目的である。今年度は、研究期間最終年度にあたることから、研究総括として以下の成果を達成した。*2011年11月12日の「第29回日本カナダ文学会年次研究大会」において、アベナキ族の口承民話を例にあげて「カナダ先住民の口承文学にみる環境正義の現代的意義」を発表した。本発表は、明治学院大学国際平和研究所発行の「PRIME」(2013年3月発行)に論文として掲載される。*ブッカー賞受賞作家であり、環境運動家としても環境問題について政治的提言、講演を積極的に行っているマーガレット・アトウッド著『負債と報い-豊かさの影』(2012年3月岩波書店刊)の翻訳を出版。多くの新聞の書評欄で紹介された。
シアノグアニジンーホルムアルデヒド樹脂液の生分解性と毒性に関する研究

シアノグアニジン(CG)およびフリ-のジアミノメチレンウレア(DU)あるいはビス〔ジアミノメチレンウレイド〕メタン(BisーDU)とホルムアルデヒド(F)とを反応させて得られる樹脂液の凝集性能および毒性と生分解性を検討した。また、^<14>Cで標識されたホルムアルデヒドを用いてCGーFおよびDUーF樹脂液を調製し、BOD値(生物学的酸素消費量)からだけの生分解試験では、微妙な判定になりがちな低濃度の樹脂液の生分解性の有無を検討すると共に、樹脂液の活性汚泥に対する阻害作用がどのようなメカニズムで発現するのかを研究した。DU・HClーF樹脂の凝集性能がCGーF樹脂に比べて著しく劣るのに対して、DUーF樹脂やBisーDUーF樹脂の凝集能とCGーF樹脂のそれを上回った。こうした点から、凝集能が単に樹脂液のカチオン性に起因するのではなく、樹脂の高分子量成分が寄与していることを明らかにした。また、ヒメダカ(Oryzias Latipes Orangeーred Variety)を用いた各樹脂液のTLm値(72時間)は、20、7、20mg/l(CGーF,DUーF,BisーDUーF)であり、魚毒性はDUーF>BisーDUーF>CGーFの順であった。各樹脂液を至適凝集剤濃度かそれ以上添加すると活性汚泥の内生呼吸が阻害された。一方低濃度の各樹脂液の生分解性は、内生呼吸量を対照としてBOD値を基にするとわずかに正になったり、場合によっては負になったりした。こうした結果と^<14>Cで標識された樹脂液の結果とを総合すると樹脂液はほとんど分解されないか分解されるとしても極めてわずかであり、^<14>CO_2にまで分解されないものと考えられた。また、これら樹脂液の活性汚泥に対する阻害作用は、樹脂成分が活性汚泥の細胞膜などに吸着することに由来すると考えられる結果であった。シアノグアニジン(CG)、ジアミノメチレンウレア(DU)(CGを酸性条件下に置くと生じる)およびビス(ジアミノメチレンウレイド)メタン(BisーDU)とホルムアルデヒド(F)とを酸性条件下で反応温度や南濃モル比などいろいろと変えて反応させ、種々の樹脂状生成物を調整した。これら生成物のカオリンあるいはポリスチレンラテックスエマルジョン液に対する凝集性能を比較検討し、それぞれの至適凝集剤濃度を求めた。至適凝集剤濃度の10倍濃度を上限に、種々の濃度のCGーF,DUーF,BisーDUーF樹脂液および市販のCGーF系凝集剤の試料溶液を調製し、これに別途人工下水を用いて連続的に培養した活性汚泥を接種し、本研究補助金にて購入したBODテスタ-および低温恒温循環器(タイテック製)および既有の同種機器類(大洋科学製)を用いて、試料の生分解性の有無、活性汚泥の生分解性に阻害的な影響を与えるか否かを検討した。その際、活性汚泥が十分な生分解能力を有しているか否かの対照実験には、アニリンの100mg/1溶液を用いた。高濃度試料溶液では、いずれの樹脂液も活性汚泥に対して阻害作用を示し、その強さはCGーF樹脂>DUーF樹脂>BisーDUーF樹脂の順であった。試料溶液濃度を0.01mg/1程度にまで希釈した場合、BisーDUーF樹脂とDUーF樹脂が生分解を受けている結果が得られ、その程度はBisーDUーF樹脂>

DUーF樹脂であった。CGーF樹脂はこの濃度でも生分解を受けていないと思われ、むしろ活性汚泥に対してわずかではあるが阻害的に働いていることが判明した。次年度は、本年度の結果を再度確認すると共に、^<14>Cーホルムアルデヒドなどを用いて樹脂液を調製し、CGーF樹脂を中心に阻害の作用機構の解明を行いたいと考えている。昨年度にひき続き、シアノグアニジン(CG)およびフリ-のジアミノメチレンウレア(DU)あるいはビス〔ジアミノメチレンウレイド〕メタン(BisーDU)とホルムアルデヒド(F)とを反応させて得られる樹脂液の毒性と生分解性を検討した。また、DU・HClーF樹脂の凝集性能がCGーF樹脂に比べて著しく劣るのに対して、DUーF樹脂の凝集能がCGーF樹脂のそれを上回る理由についてDU・HClの構造を基にその反応性について考察し、凝集能が単に樹脂液のカチオン性に起因するのではなく、樹脂の高分子量成分が寄与していることを明らかにした。ヒメダカ(Oryzias Latipes Orangeーred Variety)を用いた各樹脂液のTLm値下(72時間)は20、7、20mg/l(CGーF,DUーF,BisーDUーF)であり、魚毒性はDUーF>BisーDUーF>CGーFの順であった。今年度は^<14>Cで標識されたホルムアルデヒドを用いてCGーFおよびDUーF樹脂液を調製し、BOD値(生動学的酸素消費屋)からだけの生分解試験では、微妙な判定になりがちな低濃度の樹脂液の生分解性の有無を検討すると共に、樹脂液の活性汚泥に対する阻害作用がどのようなメカニズムで発現するのかを研究した。その結果、各樹脂液を至適凝集剤濃度かそれ以上添加すると活性汚泥の内生呼吸が阻害される。一方低濃度の各樹脂液の生分解性は、内生呼吸量を対照としてBOD値を基にするとわずかに正になったり、場合によっては負になったりした。こうした結果と^<14>Cで.標織された樹脂液の結果とを総合すると樹脂液はほとんど分解されないか分解されるとしても極めてわずかであり、^<14>CO_2にまで分解されないものと考えられた。また、これら樹脂液の活性汚泥に対する阻害作用は、樹脂成分が活性汚泥の細胞膜などに吸着するごとに由来すると考えられる結果であった。
高齢者の残存能力を最大化する住環境評価指標開発：ICFによる類型化と妥当性検証

要介護高齢者の生活の質を維持するには、本人の望む限り残存能力を最大化し、できる限り自律的に生活することが望まれる。しかし多様な障害をもつ要介護高齢者において、どのような住環境が残存能力を最大化するのかはわかっていない。本研究では、要介護高齢者の残存能力を、障害特性と住環境との組み合わせから評価できる住環境評価指標を日本で活用するための妥当性検証を行う。研究代表者は既に、スウェーデンで開発された住環境評価指標を日本の習慣・文化に適応するように改変しているため、WHOの国際生活機能分類を用いた住環境評価指標を分類し、両者の組み合わせ毎の得点化を行うことで、評価指標の妥当性を検証する。
家庭ごみ有料化のごみ処理経費削減効果分析

家庭ごみ有料化約200都市における有料化によるごみ減量効果と、それに伴う経費削減効果を分析した。有料化の減量効果については、大袋50円以上の価格を設定した場合、可燃・不燃・粗大からなる「家庭系処分ごみ」について2032%、資源を含む「家庭系ごみ排出量」について1422%の減量効果を確認した。その上で、減量効果が経費節減をもたらすことを検証し、1収集運搬費が新資源品目収集など併用施策に左右される、2再資源化費が増加する、3中間処理費については施設の更新時期を迎えている場合に施設規模縮小により経費削減できる、4最終処分費については域外に処理依存する場合に経費削減できる、との知見を得た。3R意識の浸透を受けて全国的にごみ量が減少に転じた2000年度以降に家庭ごみを有料化した自治体における有料化導入によるごみ減量に伴うごみ処理4部門別の経費削減効果を調査し、政策的観点から分析した。有料化実施によるごみ減量効果については研究代表者の調査をはじめ数件の調査知見が示されてきたが、ごみ減量を通じて実際にごみ処理経費の削減がもたらされたかどうかの調査はこれまで存在しなかった。今回の調査では、有料化自治体約200団体からのアンケート有効回答を子細に分析し、また経費削減効果を上げた自治体への電話聞き取りやヒアリングを実施して、次の知見を得た。1.収集運搬費は、ごみ量が必要車両台数を減らせるだけ減少した場合に確実に削減可能となる。車両台数の削減にまで至らない場合には、ごみ減量が経費節減に結び付いていないケースが少なからず存在した。一方、有料化の実施と同時または前後して1新たな資源品目の分別収集、2集積所収集から戸別収集への切り替えなどの事業を併用する場合には、収集運搬費は逆に増加していた。2.再資源化費は、有料化実施により資源の分別が促進されて資源量が増加すること、また併用施策として新たな品目の資源化が実施されることもあって、有料化導入後に増加する傾向が確認された。3.中間処理費は、焼却施設や破砕施設の減価償却費、維持管理費、組合負担金など固定費の比率が高く、電力費や薬剤費など運転費の節減が見込めるものの、有料化導入によるごみ減量を直接、大幅なコスト削減に結び付けることは難しい。しかし、老朽施設の更新期にある場合には、施設規模縮小により、大幅な経費削減が可能となる。4.最終処分費は、処分場がなく域外に処分委託する自治体の場合、ごみ減量による経費節減効果が大きく出た。自治体は財政が厳しさを増す中で、有料化導入によるごみ減量を経費節減に結び付けるよう戦略性を重視する必要がある。ごみ減量化の政策効果を分析した。その内容は、大きく2つに分けられる。1つは、家庭ごみ有料化による経費削減効果の分析、もう1つは、世界的に注目されているごみ減量の思想・取り組みとしてのゼロウェイスト戦略の研究である。前者の研究テーマについては、年度当初に回答が出そろった第4回全国都市家庭ごみ有料化調査の集計分析をした結果、次の知見が得られた。収集運搬部門については、有料化実施と同時に新たな資源品目の分別収集・資源化を併用実施する場合には、それに伴う経費増により、有料化によるごみ減量に伴う経費減があっても、全体として経費純増となるケースが多い。収集経費を削減する取り組みとして、民間への収集委託化、委託競争入札の導入が先進的自治体(仙台市、足利市など)で実施され、かなり大きな経費削減効果が実現されている。中間処理部門については、複数の清掃工場を有する規模の大きな都市(札幌市、京都市、八王子市など)において、有料化によるごみ減量に伴い、老朽化した施設の更新を不要化することにより、200400億円程度の巨額な経費削減効果が得られていた。最終処分部門については、最終処分場を区域内に保有しない自治体(上越市など)において、有料化に伴うごみ減量がストレートに運搬費・処分料の削減に結びつくことを確認した。以上のような知見に基づいて、また経費節減に先進的に取り組む自治体での聞き取り調査により得られた知見をも活用して、専門誌『月刊廃棄物』9月号から毎月、「ポスト有料化のごみ政策」と題して論文掲載を行った。ゼロウェイスト戦略に関しては、ゼロウェイストの取り組みを廃棄物政策に適用するカリフォルニアの州政府、サンフランシスコ市、サンノゼ市、それを業務として実践する廃棄物処理業者、ゼロウェイストを唱導するNPO組織などと意見交換し、その理念と実践について認識と知見を深め、論文作成に結び付けた。2000年度以降に家庭ごみ有料化を導入した約200都市における有料化導入によるごみ減量効果と、ごみ減量に伴うごみ処理部門別とトータルの経費削減効果を分析し、政策的観点から、解析を試みた。

有料化導入によるごみ減量効果については、可燃ごみ・不燃ごみ・粗大ごみからなる「家庭系処分ごみ」について有料化導入前年度比で導入翌年度において大袋50円以上の価格を設定した場合に平均すると、2032%程度の大きな減量効果が出ており、導入5年目の年度においてもリバウンドが生じていないことを確認できた。処分ごみに資源を加えた「家庭系ごみ排出量」については、処分ごみほどではないが平均すると1422%程度の減量効果を確認し、リバウンドが生じていないことも確認できた。その上で減量効果が経費節減をもたらしているかを検証し、次の知見を得た。1.収集運搬費は、必要車両台数を削減できるほどごみ量が減少した場合に確実に縮減可能となる。台数削減にまで至らない場合、ごみ減量が必ずしも経費縮減に結びついていないケースが少なからずみられた。2.再資源化費は、有料化実施により資源の分別が促進されて資源量が増えることから、有料化導入後に増加する傾向がみられた。3.中間処理費は、焼却施設や破砕施設の減価償却費、維持管理費など固定費比率が高く、購入電力費や薬剤費など運転費の節減が見込めるものの、有料化導入によるごみ減量を直接大幅な費用節減に結び付けることは難しい。しかし、老朽施設の更新期においては、施設規模縮小化により大幅な経費削減が可能となる。4.最終処分費は、処分場がなく域外に処分委託する自治体の場合、ごみ減量による経費節減効果が大きく出た。以上の調査結果を踏まえ、26年度においては研究成果を著書『ごみ効率化』としてとりまとめるとともに、国内各地や海外の自治体を調査訪問し、有料化の制度設計のあり方について知見を深めた。経済政策、環境経済学全国の家庭ごみ有料化自治体からの調査アンケートに対する回答率が当初想定した以上に高く、また調査結果の情報発信については、研究代表者のホームページに掲載し、また年間を通じて月刊誌に連載したので、全国の自治体廃棄物担当者に情報を提供することができた。全国の家庭ごみ有料化都市に対するアンケート調査結果に基づき、また回答結果の分析に基づくごみ減量効果や経費削減効果の大きな都市へのヒアリング調査で得られた知見に基づいて、これまで知られることのなかった「家庭ごみ有料化によるごみ減量に伴うごみ処理部門別の経費削減効果」に関して、初めて全国的な規模で経済分析の光を当てることができた。そこで得られた知見の概要については、上記「研究実績の概要」で述べたとおりである。もう一つの研究課題である「ゼロウェイスト戦略」の理念や実践については、日本でも徳島県や熊本県の一部自治体がゼロウェイスト宣言を議会採択したことを通じ、一部廃棄物専門家の間で多少知られるようになってはきたが、まだ一般市民の人口に膾炙されるまでには至っていない。その理念と具体的な戦略、それに基づく実践の成果について、今回のカリフォルニア調査を通じて詳細に把握することができた。そこで得られた知見に関しては、2本の論文発表、月刊専門誌への連載、数件の講演発表をしたところであり、その思想と戦略のプロセスについて、地方自治体担当者や地域住民の間への普及啓発に取り組んだ。以上のことから、初年度については、当調査研究の目的はおおむね達成されたと考えている。家庭ごみの可燃ごみ組成をみると、生ごみや草葉枝の有機ごみが全体のほぼ半分を占めている。ごみの減量を究極的に推進するためには、生ごみ分別回収・資源化への取組が避けて通れない。
音響・構造連成効果を考慮した均質化法に基づく音響メタマテリアル創成設計法の構築

本研究では,音響・構造振動の連成関係を統一的に表現できるモデルである二相材料モデルを構築し,その解析により厳密に場の状態を求めながら,その二相材料モデルによる状態解析のもと,ミクロレベルの共振現象のマクロレベルへの影響を高周波均質化法にて評価することにより,複数の共振モードを適切に利用して特異な振動特性を示す材料構造,すなわちメタマテリアルの構造を創成設計する方法論を,トポロジー最適化に基づき構築する.この方法論が確立されれば,一般的には自然界に存在しない双極型の分散特性をもつ音響メタマテリアル構造や,複数の振動モードを利用した,より複雑で特異な分散特性をもつ音響メタマテリアルの構造を創成することが可能になる.さらに,それらの音響メタマテリアルを適切に配置することにより,高機能な音響ハイパーレンズ,音響クローキングデバイス,音響導波路などの革新的なデバイスを開発することができる.本年度は,まずミクロ構造の大域的な物理特性を評価可能な高周波均質化法の開発を行い,それに基づきミクロ構造のトポロジー最適化を行った.従来の均質化法では,ミクロ構造の大きさが波長に対して十分小さくない場合,その適用はできず,音響メタマテリアルの設計には利用できなかった.この問題を解決するため,まず周波数に対しても漸近展開を行う新しい均質化法である,高周波均質化法の実装を行った.さらに,高周波均質化法にもとづくトポロジー最適化の方法を定式化するととともに,その実装を行った.次に,その方法により,双曲型,放物型の音響メタマテリアルの構造設計を行った.そして,その構造設計案の妥当性を数値計算により確認し,創成された構造設計案が,所望の双曲型,放物型の音響メタマテリアルの特性をもつことを確認した.本年度は,ミクロ構造における動的な現象を厳密に評価可能な新しいマルチスケール法である高周波均質化法を実装でき,さらに,その方法に基づきトポロジー最適化の方法を定式化するとともに,その実装を行った.さらに,その方法により,双曲型,放物型の音響メタマテリアルの構造設計を行うとともに,その構造設計案の妥当性を数値計算により確認し,創成された構造設計案が,所望の双曲型,放物型の音響メタマテリアルのもつことを確認でき,予定通りに進めることができた.本年度は,昨年度に引き続き,多孔質材料を伝搬する波を表現するモデルであるBiotモデルを一般化し,ミクロ構造内において,設計変数値により支配方程式を自動的に変更しながら境界における連成関係を表現できる二相材料モデルを構築するとともに,トポロジー最適化に必要な二相材料モデル上におけるトポロジー導関数の導出を行い,実装を進める.さらに,二相材料モデルで表現された音響・構造連成場において,状態場に加え固有振動数の漸近展開をも導入し,共振状態におけるミクロ構造の特性を厳密に評価できる新しい高周波均質化法の構築を引き続きすすめる.そして,ミクロ構造のもつ複数の振動モードに対して,それぞれ特定の分散特性をもつようにし,幅広い周波数領域で,振動特性を制御できる音響メタマテリアルを設計できる最適化問題を多目的最適設計の考え方に基づき,定式化し,実装を進める.本研究では,音響・構造振動の連成関係を統一的に表現できるモデルである二相材料モデルを構築し,その解析により厳密に場の状態を求めながら,その二相材料モデルによる状態解析のもと,ミクロレベルの共振現象のマクロレベルへの影響を高周波均質化法にて評価することにより,複数の共振モードを適切に利用して特異な振動特性を示す材料構造,すなわちメタマテリアルの構造を創成設計する方法論を,トポロジー最適化に基づき構築する.この方法論が確立されれば,一般的には自然界に存在しない双極型の分散特性をもつ音響メタマテリアル構造や,複数の振動モードを利用した,より複雑で特異な分散特性をもつ音響メタマテリアルの構造を創成することが可能になる.さらに,それらの音響メタマテリアルを適切に配置することにより,高機能な音響ハイパーレンズ,音響クローキングデバイス,音響導波路などの革新的なデバイスを開発することができる.本年度は,まずミクロ構造の大域的な物理特性を評価可能な高周波均質化法の開発を行い,それに基づきミクロ構造のトポロジー最適化を行った.従来の均質化法では,ミクロ構造の大きさが波長に対して十分小さくない場合,その適用はできず,音響メタマテリアルの設計には利用できなかった.この問題を解決するため,まず周波数に対しても漸近展開を行う新しい均質化法である,高周波均質化法の実装を行った.さらに,高周波均質化法にもとづくトポロジー最適化の方法を定式化するととともに,その実装を行った.次に,その方法により,双曲型,放物型の音響メタマテリアルの構造設計を行った.そして,その構造設計案の妥当性を数値計算により確認し,創成された構造設計案が,所望の双曲型,放物型の音響メタマテリアルの特性をもつことを確認した.本年度は,ミクロ構造における動的な現象を厳密に評価可能な新しいマルチスケール法である高周波均質化法を実装でき,さらに,その方法に基づきトポロジー最適化の方法を定式化するとともに,その実装を行った.さらに,その方法により,双曲型,放物型の音響メタマテリアルの構造設計を行うとともに,その構造設計案の妥当性を数値計算により確認し,創成された構造設計案が,所望の双曲型,放物型の音響メタマテリアルのもつことを確認でき,予定通りに進めることができた.

本年度は,昨年度に引き続き,多孔質材料を伝搬する波を表現するモデルであるBiotモデルを一般化し,ミクロ構造内において,設計変数値により支配方程式を自動的に変更しながら境界における連成関係を表現できる二相材料モデルを構築するとともに,トポロジー最適化に必要な二相材料モデル上におけるトポロジー導関数の導出を行い,実装を進める.さらに,二相材料モデルで表現された音響・構造連成場において,状態場に加え固有振動数の漸近展開をも導入し,共振状態におけるミクロ構造の特性を厳密に評価できる新しい高周波均質化法の構築を引き続きすすめる.そして,ミクロ構造のもつ複数の振動モードに対して,それぞれ特定の分散特性をもつようにし,幅広い周波数領域で,振動特性を制御できる音響メタマテリアルを設計できる最適化問題を多目的最適設計の考え方に基づき,定式化し,実装を進める.
波動状運動を行う有限太さの紐状自律模擬生物の数式モデルの提案

線虫行動を画像解析し、その行動パターンを筋肉収縮モデルによって表し、マイクロマシン構成などへのアプローチを目的とした。現在ほぼ計画が完了し、投稿原稿作製中である。その構成文を元に以下概略する。我々の立場はNiebur&Erdoes(以下“N&E")の直方体セグメントモデルの採用、虫自体が移動媒体上に作った滑らかな溝中を頭部で方向を決め体に分布する筋肉収縮で推進力を得て移動するものである。自律とは、頭部セグメントが方向のみを決めるだけで、特に外力で引っ張らないことを意味する。流体中をある速度で移動する物体は流体から速度に比例する摩擦力を受ける。この摩擦力と、1.筋の収縮力によって起こる体屈曲で生じる力、2.体表の弾性力、3.体内液体の圧力、4.太さを0でない有限値に保つ力の4項の和とが等しいと置いた。セグメント数を20とすると左、右側両面に対して、40次元連立微分方程式が得られる。この際レイノルズ数が0.01と小さいため慣性力を無視した。作用反作用による推進力となることが特徴である。これらの連立方程式をインプリシットオイラー法で解くことにより、モデル虫の運動パターンを解析した。この際、N&Eが詳しく検討しなかったが、正弦波状で移動するモデル構築で重要な因子である頭部方向を決める正弦波の振幅(b)、初期時体形を決める振幅(a)の数十点の組み合せに対し微分方程式を解き、進行速度、途中の体波形、などでその運動を調べた。活性化したセグメントの形、筋繊維の収縮力発生の位置と刺激受容位置、N&Eでは考えらもしなかった筋力分布などと進行状態との関係を検討した。進行時安定した波形を与えるa、bがある適当な範囲にあるべき結果が得られた。実際に実験室で飼っている数十匹の線虫(C.elegans)体形の実測の平均値と、モデルで得られた体波形(長さと正弦波振幅との比)とは実験誤差範囲で一致し、モデルは妥当なものと結論した。線虫行動を画像解析し、その行動パターンを筋肉収縮モデルによって表し、よってマイクロマシン構成のアプローチを得ることを目的としている。特に本年度は基礎解析のため、Niebuer&Erdosの提案している有限太さの紐の数式モデルに着目した。このモデル虫の力は体の屈曲で生ずる周囲媒体からの抗力である。そこで蛇行運動を導く頭部の舵取行動(方向を決める)と屈曲運動との関係にも着目した。直方体状の有限太さの紐が動くものとし、20個のコンパートメントに分ける:マッチ箱状の箱が20個連なり、媒体からの力は側面に速度に比例する大きさで働き、箱間には弾性バネ力が、箱の中には非圧縮液体がありこの内部圧力は20個を通して働き、筋力は側面の筋肉での収縮力であるがそれは箱間に働くものとしている。種々の筋力分布パターン、頭部の舵取行動を与えて進行速度、行動様式、などを解析した。数値解析に伴うと思われる発散なども条件によって見られた。論文原稿を書く際に必要な、これら不都合な結果の理由を調べるため、現在この行動パターンを分割数を変えて研究中である。虫は移動しながら餌を砕く周期運動をする器官を持っている。この周期は外部に与えた薬物で変わるが、移動像を補正し、餌粉砕の周波数を正確に求める新しい手法を見つけた。