hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
閉鎖性海域の栄養塩環境に及ぼす被圧地下水流出の影響の包括的解明

本研究では,閉鎖性海域の栄養塩環境に及ぼす被圧地下水流出の影響を包括的に解明することを目的とし,二年目にあたる平成24年度は,昨年度に引き続き燧灘の南西部海域を対象に沿岸海域への被圧地下水流出を定量的に評価するとともに,その栄養塩環境および低次生態系に及ぼす影響の評価を行った.具体的には以下のとおりである.(1)^<222>Rn収支計算により被圧地下水流出量の季節豪化を推定した.対象地域西側の海岸線から数km沖合の海底部において季節を問わず^<222>Rn濃度が高いエリアが存在し,海底から被圧(深層)地下水が流出している傾向が確認されたが,そのシグナルには季節変化がみられ,灌漑期では流出量が小さく,非灌漑期に大きいと見積もられた.この結果から,沿岸域における地下水の揚水量および水位変化が海域への地下水流出の季節変化に影響を及ぼしていることが示唆された.また,海底堆積物間隙水中の栄養塩分布に基づく地下水流出の影響評価や,海水中の^<226>Ra,^<228>Ra濃度空間分布に基づく地下水流出の影響を考慮した滞留時間の評価等にも着手してきた.(2)対象地域沿岸に生息する青海苔の窒素安定同位体比(d^<15>N)および海水・干潟堆積物中の植物プランクトンのカロテノイド色素の分析結果から,地下水流出域近傍に生息する青海苔についてはd^<15>Nが地下水寄りにシフトしており,地下水由来の窒素をより多く取り込んでいる傾向が明らかになった.また,地下水流出域近傍で採取された植物プランクトンは,それ以外のエリアとは種組成が異なっている傾向が確認された.本研究では,閉鎖性海域の栄養塩環境に及ぼす被圧地下水流出の影響を包括的に解明することを目的とし,1.海域への被圧地下水流出を評価し,2.酸化還元反応にともなう栄養塩動態を考慮したうえで地下水由来栄養塩供給の評価を行い,さらに3.地下水として海水に供給された後の栄養塩の動態解明を行う.研究対象とするのは日本最大の閉鎖性海域である瀬戸内海であり,その中でも大規模な河川の流入が無く,地下水の寄与が大きいと想定される燧灘(ひうちなだ)において現地観測を行い,その結果を基に地下水流出の解析・評価を進めていく.燧灘には海域の南西部に愛媛県西条市が面しており,この西条市は西日本最高峰の石鎚山脈を集水域とする広大な被圧地下水帯を有し,日本でも有数の地下水量を誇る地域である.初年度である平成23年度は,瀬戸内海の中でも特に海域への地下水流出が大きいと想定される燧灘を対象に,地下水の流出およびその沿岸環境に及ぼす影響の評価を以下のとおり進めてきた.(1)ラドン(^<222>Rn)等のトレーサーを用い,海岸線近傍数km沖側における地下水流出の空間分布特性を明らかにしてきた.特に,対象海域の西部では恒常的に海底からの被圧地下水の流出が生じている傾向を確認した.さらに,海水中の栄養塩濃度分布との対応関係から,地下水由来の栄養塩供給が海域の栄養塩状態に影響を及ぼしている可能性が高いことを明らかにしてきた.(2)窒素安定同位体比等の結果から,対象地域に生息する青海苔に対して地下水が重要な窒素供給源の一つとなっている可能性が明らかになってきた.以上で得られた結果を論文として投稿するとともに,国際会議および国内会議において発表した.本研究では,閉鎖性海域の栄養塩環境に及ぼす被圧地下水流出の影響を包括的に解明することを目的とし,二年目にあたる平成24年度は,昨年度に引き続き燧灘の南西部海域を対象に沿岸海域への被圧地下水流出を定量的に評価するとともに,その栄養塩環境および低次生態系に及ぼす影響の評価を行った.具体的には以下のとおりである.(1)^<222>Rn収支計算により被圧地下水流出量の季節豪化を推定した.対象地域西側の海岸線から数km沖合の海底部において季節を問わず^<222>Rn濃度が高いエリアが存在し,海底から被圧(深層)地下水が流出している傾向が確認されたが,そのシグナルには季節変化がみられ,灌漑期では流出量が小さく,非灌漑期に大きいと見積もられた.この結果から,沿岸域における地下水の揚水量および水位変化が海域への地下水流出の季節変化に影響を及ぼしていることが示唆された.また,海底堆積物間隙水中の栄養塩分布に基づく地下水流出の影響評価や,海水中の^<226>Ra,^<228>Ra濃度空間分布に基づく地下水流出の影響を考慮した滞留時間の評価等にも着手してきた.(2)対象地域沿岸に生息する青海苔の窒素安定同位体比(d^<15>N)および海水・干潟堆積物中の植物プランクトンのカロテノイド色素の分析結果から,地下水流出域近傍に生息する青海苔についてはd^<15>Nが地下水寄りにシフトしており,地下水由来の窒素をより多く取り込んでいる傾向が明らかになった.また,地下水流出域近傍で採取された植物プランクトンは,それ以外のエリアとは種組成が異なっている傾向が確認された.初年度である平成23年度は,瀬戸内海の中でも特に海域への地下水流出が大きいと想定される燧灘を対象に,現地観測に基づき海底地下水湧出エリアの空間分布を確認するとともに,地下水が海域への栄養塩供給に寄与していることを明らかにしてきた.

また,安定同位体等の結果から,対象地域に生息する青海苔に対しても地下水が重要な窒素供給源の一つとなっている可能性が示された.以上のように,研究はおおむね順調に進展している.次年度以降は,1)引き続き瀬戸内海の燧灘を対象とした現地観測(海水,海底堆積物,海底間隙水,植物プランクトン,藻類,地下水,河川水の採取およびセンサーによる塩分,水温,DO,クロロフィル等の計測)および採取試料の定量分析(栄養塩,ラドン,ラジウム,安定同位体等)を継続し,観測データおよび分析結果に基づき2)地下水による海域への栄養塩供給量とその空間分布の推定を行うとともに,2)地下水流出が沿岸域の栄養塩環境および低次生態系に及ぼす影響を評価していく.
対数構造を用いた退化多様体のピカール多様体の幾何学

本研究課題では、対数アーベル多様体の研究、およびその応用、また多様体の変形に関係した付値環の構造の研究を実施した。得られた成果は主に次のとおりである。まず、代数的対数アーベル多様体の構造を利用して、対数ピカール多様体の定式化を与えた。また対数アーベル多様体と退化多様体の接点である対数楕円曲線について、そのモジュライ空間を構成した。これは加藤和也氏、中山能力氏との共同研究である。他に、完備扇に対応する対数アーベル多様体のモデルが、完備であることを証明した。21年度はおもに,付値環に関するある種の有限性,および,モジュラー曲線上の対数楕円曲線の構成に関する研究を行った.付値環は一般にネーター環ではないため,ネーター性などを利用した従来の計算アルゴリズムを利用する際には注意が必要である.生成点上で与えられた定義イデアルを付値環上に延長することで,閉点上での退化ファイバーを計算することができるため,退化多様体を対数構造で扱う際や,トロピカル多様体を研究する際に,このような計算は重要である.そこで,これらのイデアルを具体的に計算する場合において応用できるような,ある種の有限性を保証する補題を証明した.証明はネーターな部分環をとることに帰着する.対数ピカール多様体の構成において,従来,マンフォードの構成にならった方法が知られているが,対数構造を形式完備化から代数化を構成する理論が十分にできていない.この部分については,今後も引き続き研究する.一方,退化アーベル多様体の族から,退化を統一する,より標準的な対象である対数アーベル多様体を構成する方法についても研究をした.具体的には,モジュラー曲線上の普遍一般楕円曲線を用いて,対数楕円曲線を構成した.この研究は,加藤和也氏,中山能力氏との共同研究である。22年度は主に,対数楕円曲線のモジュライ空間の研究,および,彩色イデアルのグレブナー扇の研究を行った.対数ピカール多様体の構成では,マンフォードの構成にならって形式的構成から代数的構成へと進める予定である.その過程で対数構造の代数化の議論を利用するが,一般論を展開することが現段階では難しい.代数化をうまく扱うために,まず,対数楕円曲線の場合について研究をした.この研究は加藤和也氏,中山能力氏との共同研究である.対数楕円曲線のモジュライ空間では,普遍対数楕円曲線を構成し,この曲線が確かに普遍性を持つことを証明した.この方針では実際に扱う対数構造が自然なものに限られるため,代数化の議論が易しくなることがわかった.この方法は対数ピカール多様体の構成でも有用であると考えられる.一方,対数ピカール多様体は対数アーベル多様体を連結成分に持つことが期待されるので,対数ピカール多様体の研究でも,有理凸多面体の複体である扇によって定まるモデルが重要である.この扇としてはグレブナー扇などの自然に得られる扇が重要である.実際に射影閉スキ山ムのヒルベルト概形は,このような扇で定まるトーリック多様体で記述できることが知られている.本研究では,具体的に,路や閉路グラフの彩色イデアルのグレブナー扇について調べた.路のグレブナー扇の極大錐の個数は高々カタラン数であることが証明できた.さらにカタラン数に等しいことも予想される.扇としての構造や性質などは今後の課題である.本年度は退化多様体の対数ピカール多様体に関して,主に次の3点について成果を得た.1つめは退化多様体の対数ピカール多様体の構成を,ピカール多様体が半アーベル多様体の場合に,対数アーベル多様体を利用して定式化した.2つめは,完備扇に伴う対数アーベル多様体のモデルが完備であることを証明した.これはシカゴ大学,加藤和也氏,東京工業大学,中山能力氏との共同研究でもある.3つめは特別なグラフの彩色イデアルのグレブナー扇に対応する0次元概型の変形を明示的に与える方法を見つけた.具体的に述べる.退化多様体のピカール多様体が半アーベル多様体になる場合,対数アーベル多様体の定義に必要な設定を,退化多様体の不変量を用いて与え,対数ピカール多様体の定式化を得た.半安定曲線の場合,これまでに構成した一般ヤコビ多様体のコンパクト化を含んだ定式化になる.対数アーベル多様体は,対数概型の圏上のアーベル群の層であって,従来の退化アーベル多様体の合併をとらえうる性質を持った対象である.

したがって対数アーベル多様体自身は,対数構造を利用した新しい幾何対象である.対数アーベル多様体を従来の概型で調べる手段が、扇から定まる対数アーベル多様体のモデルである.このモデルは,完備扇にともなう場合、完備になることを証明した.代数空間の付値論的判定法を利用する.一般にグラフの彩色イデアルは被約0次元概型を定義する.路の場合,彩色イデアルのグレブナー扇の極大錐の個数がカタラン数に等しいことが予想され,検証を進めてきた.この個数を評価するために,グレブナー基底から路の頂点の順序を決めるアルゴリズムを見つけた.正当性は現在検討中である.このように構成された項順序により,0次元概型の変形が得られる.
第２言語音声習得における知覚と生成の問題：成人日本語学習者の外国人訛りを中心に

本研究は、幼年期以降に第2言語(L2)学習を始めた成人の「L2使用圏での滞在経験の有無」と日常生活における「母語(L1)の使用量」がL2音声の「聞き分け」と「発話」能力にいかに反映するかを調べるものである。研究の方法として、研究代表者である金(2010)が行った一連の先行実験を新たな被験者データをもとに再検証する形をとっている。具体的には(1)Flege(1995)の「L2音声学習モデル」を理論的基盤とし実験調査を行い(2)「発話模倣能力」がL2音声習得にどう寄与するか、理論と実証の両面で明らかにする。本研究の実験に用いる対象言語は日本語で、被験者は中国語と韓国語をL1とする成人学習者である。本研究は、2010年度に公刊された学位論文のポスト実験を行うことを目的としている。先行研究から浮かび上がった諸課題について、新たな実験データをもって再検討を行い、先行研究で得られた結論の一般化および更なる知見を得ることを狙いとしている。この目的にそった実験および研究を進めるためにも、質の保たれた実験データ(音声発話データ及び被験者の学習背景聴取データ)の収集が不可欠である。そのため、3年間の研究期間を設け、何よりも実験データの質の確保を最優先し、集まったデータの編集および2次実験を行った後、結果の分析と考察に十分な時間をかけることを心がけている。研究初年度(平成23年度)は、主に台湾における日本語学習者(外国語として日本語を学ぶ者)の発話データを集めたほか、国内では島根県と東京に在住する長期滞在者(生活言語として日本語を学ぶ者)の音声データ等を集めていた。昨年度に続いて2年目の今年も、日本に10年以上滞在している中国語母語話者および韓国語母語話者の発話データの録音と学習背景調査アンケートを行ってきた。7月の名古屋での実験のほか、東京、徳島、高知、そして愛媛在住の中国語・韓国語母語話者を対象に発話データを集めた。結果、国内で予定していた被験者の数の到達目標の8割程度のデータを集めることとなった。その傍ら、文献の収集にも励み、中国語話者の第2言語としての日本語習得に関連する学術論文や最新の文献図書等を参照することが出来た。そのほか、8月には、名古屋大学で開かれた2012年日本語教育国際研究大会に参加し、昨年度の調査内容を交えて、本研究内容(先行研究)についてポスト発表を行っている。平成23年度から25年度にわたって行われた本研究の主目的は、2010年度に公刊された学位論文のポストテストを行うことである。その上、先行研究の結果提示された諸課題について新たな実験データをもって再検討を行い、研究結果の一般化及びさらなる知見を得たいと考えている。そのための研究手順として、先行研究で使われた音声データを再度用いることなく、音声データの収集からすべてをやり直すことにした。この分野の研究において最も考慮すべきことは、一定の基準のもとで選定された被験者(第2言語学習者)とその被験者のデータ(音声発話データ及び学習背景データ)を確保することである。そのため3年間の研究期間を設け、何よりも実験データの質の確保を最優先にしてきた。研究初年度は、国外では台湾における日本語学習者(外国語として日本語を学ぶ者)の発話データを集めた。そして、国内では島根県と東京に在住する長期滞在者(生活言語として日本語を学ぶ者で中国語と韓国語の母語話者)の音声データを集めた。そして研究2年目の平成24年度には、前年度に引き続き日本国内(名古屋・高知・徳島・愛媛)に長期滞在する中国語と韓国語の母語話者の発話データ収集と学習背景調査を行った。最終年度を迎えた平成25年度には、国内での第2言語習得者との比較集団として設けられた国外での第2外国語学習者のデータを集めるべく、9月には韓国ソウル所在の中央大学校で、26年3月には中国常州所在のJIANGSU UNIVERSTIY OF TECHNOLOGYにて、それぞれの大学で日本語を専攻する20名前後の学生を対象に上記同様の実験を行い、必要なデータを集めることが出来た。今後、3年間にまとめられたデータの編集作業を終え、2次実験を行ったあと、その結果を論文として取りまとめ、本科研の研究成果として発表したい。また、必要に応じて新たな科研費への申請をも考えたい。本研究の主な狙いは、先行研究から浮かび上がった研究課題に対し、新たな音声データを持ってポストテストを実施し、先行研究の結果と比較することで、結論の一般化を図ることである。そのためには、何より質の高い音声発話データの収集が不可欠である。

ただ単に被験者の発話音声を得るだけが目的ではなく、一定の基準を満たした者からのデータを集めることが最大重要課題であると考えている。そのために、3年間の研究期間を設定し、実験データの質の確保を最優先し、調査結果の分析・考察に十分な時間をかけると共に、結論を急ぐために不適切な一般化を避けることを心がける。本年度の重点は、まず先行研究で用いられた音声データ(単音と文章)とは別の発話材料(たとえば、単語やフレーズ)で、新たな被験者による音声データを収集し、パイロットテストが行えるための準備を進めることである。正式な実験を行うためには、少なくとも50人以上からの音声データが必要になる。生の音声データの収集→編集→聞き取り実験の計画→実験協力者(聞き手)の募集→音声聴解実験→実験結果とその分析→結論の導出、という手順を踏むことになる。この一連の作業を慎重に進めていくためにも、パイロットテストは大変重要な意義を持つ。パイロットテストは、中国語を母語とする成人の日本語学習者を被験者とし、比較集団話者として主に韓国語や日本語母語話者からも音声データを収集する。当該年度の成果として、パイロットテストのための発話データを取りまとめ、主に台湾において日本語を外国語として学習する中国語母語話者の被験者から音声データを収集することが出来たことである。また、音声データの収集に先立って、資料調査を通じて、中国語母語話者の日本語発話における音声特徴等に関連する書籍や論文等の参考文献がある程度揃えられ、発話データの選定の上、大いに役に立ったと考えている。研究初年度の国外調査(主に台湾)に続いて、2年目の今年は国内でのデータ収集を中心に調査を進めてきた。その結果、国内で予定している被験者数の8割程度のデータを集めることが出来た。しかし、国内で長期間滞在している被験者(10年以上の日本滞在歴を持ち、一定の教育及び所得水準を有する、中国語・韓国語母語話者)に関しては、調査出張前の査定や質の管理等が容易ではなく、最終的に2次実験に用いる精選されたデータ数をそろえるためには、当初の目標値よりも多くの被験者の数(raw data)が必要になってくると考えている。研究初年度である本年度から所属機関が変わり、4月から研究計画を実行するにはやや困難があった。しかし、国内でのデータ収集よりも先に海外でのデータ収集の機会に恵まれ、夏の1週間は中国の北京で文献調査を行い、冬には、5日間の日程で台湾の台北所在の元智大学を訪れ、20名の被験者から発話データを収集することが出来た。しかし、この一方、国内でのデータ収集は、やや遅れ気味である。その理由として、国外在住被験者に比べ、例えば、日本国内在住の中国語母語話者の場合、長期にわたる滞在経験が必要であるうえ、日常生活の中で一定の日本語の使用頻度が求められるなど、さまざまな制限がある。これらの条件に適した被験者が見つかった場合でも、居住地が一定地域に限らないため、まとまった人数の確保には、当初の予想よりも、時間と場所の制約を強く感じるところである。2013年度は、中国の上海の2か所の大学と韓国のソウルと大田にある2か所の大学で、データ収集のための調査に出かける予定である。中国は、2度目ということもあって、すでに関係者および関係機関との交渉もだいぶ進んでおり、最終的には時期のみ(8月末か9月初)を計らっているところである。また、韓国においても、研究協力者の支援をうけ、今年度中(年度末を目途)にデータ収集が行えるようにしたいと考えている。
極低温真空中におけるマグネット構造材料のトライボロジー特性

超伝導マグネットでは摩擦熱がクエンチの原因となり,また接触面でのせん断力と摩擦抵抗の関係が相対滑りを引き起こすことが指摘されているので,本研究ではマグネット構造材料のトライボロジー特性を極低温真空中で求めた.(1)摩擦特性(2)真空中での摩擦による温度上昇駆動試験片に熱電対を挿入し,摩擦による温度上昇の測定を試みた.しかし駆動側試験片の冷却が不十分であり,測定はできなかった.駆動側試験片の冷却は固定試験片からの熱伝導のみであり,今後新たな冷却方法を考える必要がある.CIC導体のNb_3Sn素線にはCr被膜が通常施される.本実験ではCrの被膜の摩擦特性,接触電気抵抗,被膜損傷についてフレッティング状態下,液体ヘリウム中で調べるとともに,他の7種類の被膜に対しても検討した.その結果,熱処理したW系アモルファス被膜が摩擦係数が低く,接触電気抵抗は高く,かつ破断までの寿命も長く,最適であることを得た.超伝導マグネットでは摩擦熱がクエンチの原因となり,また接触面でのせん断力と摩擦抵抗の関係が相対滑りを引き起こすことが指摘されているので,本研究ではマグネット構造材料のトライボロジー特性を極低温真空中で求めた.(1)摩擦特性(2)真空中での摩擦による温度上昇駆動試験片に熱電対を挿入し,摩擦による温度上昇の測定を試みた.しかし駆動側試験片の冷却が不十分であり,測定はできなかった.駆動側試験片の冷却は固定試験片からの熱伝導のみであり,今後新たな冷却方法を考える必要がある.CIC導体のNb_3Sn素線にはCr被膜が通常施される.本実験ではCrの被膜の摩擦特性,接触電気抵抗,被膜損傷についてフレッティング状態下,液体ヘリウム中で調べるとともに,他の7種類の被膜に対しても検討した.その結果,熱処理したW系アモルファス被膜が摩擦係数が低く,接触電気抵抗は高く,かつ破断までの寿命も長く,最適であることを得た.本年度の研究は、極低温真空中において以下のことが検討された。(1)昨年度、温度が約5Kまで下がらなかった材料組み合わせ、JN1-JN1、JN2-CuNi(キュプロニッケル)、JN1-CuZn(黄銅)、などの約5Kでの摩擦係数の繰り返し数による変化を求めた。JN1-JN1では摩擦係数μが増加して最終的にはμ=3.0程度まで増加すること、JN2-CuNiでは強い凝着が生じ、一種のスティック・スリップの麻擦挙動がみられた。しかし、JN1-CuZnではμ=0.4程度の低い値をとった。(2)極低温真空中での摩擦係数の温度依存性を、新たにJN1-JN1、JN2-JN2、JN2-CuNi、Cu,-CuSUS316L-SUS316Lの組み合わせについて求めた。温度は約5Kから上昇速度1K/minで約150Kまで変化させた。その結果温度にかかわらず、Cu同士はμ>4、SUS316L同士は測定限界以上の高い摩擦係数を示す。一方JN1同士は40K以下でμの変化がみられるが、それ以上の温度ではほぼ安定した値(μ=0.6)をとり、JN2同士では温度と共に除々に上昇し、130Kではμ=1.3程度になる。従って、昨年求めたJN1-Cuのような、ある温度範囲で摩擦係数が上昇する傾向はみられなかった。(3)電離真空計で雰囲気圧力を測定しながら、同時に質量分析計で残留ガス成分の分析を、約5Kから130Kの範囲で摩擦試験と並行して行った。その結果、約20Kと50K、100Kで圧力の上昇ピークが現れ、その上昇をもたらしたガス成分は20KではH_2、50KではN_2、100KではCO_2であった。摩擦係数に強く影響するガスは酸素や水分であるので、これらのガスは摩擦係数の変化にはほとんど影響しないガスであると考えられる。来年度は、試験片に熱電対を挿入して、摩擦による温度上昇を測定し、摩擦発熱と温度上昇の検討を行う。本年度の研究では以下のことが検討された.1)極低温真空中での摩擦発熱による温度上昇測定超伝導マグネットの摩擦発熱機構を検討するため,真空中での温度上昇を求める実験を行った.固定試験片は試験片ホルダー(銅製)の温度と等しいとし,駆動試験片の温度は熱電対を挿入して温度を直接計ることにした.駆動試験片は先端半径8mmの球面状であり,先端から0.4mmと1.4mmの位置に直径約0.3mmの熱電対挿入穴を放電加工であけた.使用した熱電対は線径0.076mmのAu-0.07at%Fe vsクロメルである.試験片を冷却した結果,固定試験片の温度は液体ヘリウム温度に近づくが,駆動試験片は温度が十分に下がらず,温度差としては最終的には約3080度あった.この温度では材料の比熱が大きく,かつ熱伝導率が大きくなるため,極低温(液体ヘリウム温度)での摩擦温度上昇は求められなかった.本実験では駆動側試験片の冷却は基本的には接触面の熱伝導で行っているため,冷却速度が十分でなかったと考えられる.荷重を大きくし接触面積を大きくしたりして種々検討したが,うまく冷却できなかった.今後は駆動試験片の冷却方法を根本的に変更する必要があると結論した.CIC(ケーブルインコンジット)導体に使われるNb_3Snには交流損失を低減するため,Crメッキが施されている.

この被膜が摩擦を受け剥離する可能性がある.そこで被膜材質や厚さ,熱処理法を変えた8種類の被膜について,摩擦係数と接触電気抵抗を液体ヘリウム中で求め,最適な被膜を検討した.その結果,熱処理を施したW系アモルファス合金被膜が最適であることを得た.
放射線損傷の修復過程に及ぼすヨード系造影剤の影響

これまで、放射線損傷の修復に高浸透圧食塩水やヨード系造影剤がどのような影響をもたらすかを染色体分析を用いて調べてきた。染色体分析において指標とした染色体異常は2動原体染色体と環状染色体であった。γ線照射後15分以内に高張食塩水や造影剤を添加、処理することにより放射線誘発染色体異常頻度が無添加の場合よりも高まったが、60分後の処理では殆ど高まらないことが判明した。この原因は、DNAに生じた損傷は高浸透圧下では修復しにくいこと、60分後では修復しうる損傷はすでに修復しきっていることのためと考えられた。浸透圧の染色体に及ぼす影響について高張の食塩水溶液や種々のヨード系造影剤を用いて研究している。対象はヒトの末梢血の染色体を採用し,全血の状態で今回は放射線照射後15分以内および60分後に浸透圧の異なるヨード造影剤や食塩水を添加し、10分および30分間作用させた。その後、37°Cでの全血培養を行い、42時間目にコルセミドを添加し、3時間作用させた後に、Fluorescence plus Giemsa法を用いて標本を作製した。照射した放射線は^<137>Csおよび^<60>Co-γ線であった。その結果、高張食塩水あるいは高張造影剤による処理時間10分と30分のあいだでは染色体異常頻度に明らかな差は認められなかった。また、照射後15分以内に高張食塩水や造影剤を添加、処理することにより放射線誘発性染色体異常頻度が無添加の場合よりも高まったが、60分後の処理では殆ど高まらないことが判明した。この原因としてはDNAに生じた損傷は高浸透圧下では修復しにくいこと、60分後では修復しうる損傷はすでに修復しきっていることのためと考えられた。しかし、この増感の程度は造影剤が血液中に存在した状態で診断用X線を照射した場合の2次電子の増加に基ずく増感効果に比較すると軽度であった。なお、等浸透圧の造影剤を使用した場合では、放射線誘発性染色体異常頻度の増感効果は認められなかった。平成8年度は放射線損傷の修復に高浸透圧食塩水やヨード系造影剤がどのような影響をもたらすかを染色体分析を用いて調べてきた。平成9年度以降は放射線照射時、あるいは後に高浸透圧食塩水あるいは造影剤が存在すると、細胞の種々の遺伝子にどのような影響がもたらされるかを分析する。照射後15分以内に高張食塩水や造影剤を添加、処理することにより放射線誘発染色体異常頻度が無添加の場合よりも高まったが、60分後での処理では殆ど高まらないことが判明した。
レドックス制御を受ける膜蛋白特性と海馬興奮系シナプス伝達への機能的修飾

てんかんの病態解釈としてグルタミン酸、GABA不均衡仮説があり、我々のこれまでの研究からグリア型グルタミン酸トランスポーターの機能低下により興奮系の増強が生じる一方で、GABA合成能の低下により抑制系の崩壊が生じ、てんかん発作が生じると考察してきた。一方、胎生期や出生早期に低酸素・虚血といった強い酸化ストレスに脳組織が暴露されると、二次性孔脳症などの脳組織の形態的傷害やてんかんの発症に繋がることが知られている。そこで酸化ストレス暴露後に成長を遂げた個体でのけいれん感受性・てんかん原性獲得などがどのような機序で生じてくるのか、1986年にRiceらが報告した新生仔低酸素虚血脳症の成熟ラット(Rice model)を用いてpentylenetetrazole(PTZ)に対するけいれん感受性、キンドリング発展、グルタミン酸・GABAトランスポーターの発現について観察した。その結果、Rice modelではPTZ投与後けいれんまでの潜時が短く、けいれんは重篤、持続時間は長く、けいれん感受性は亢進していた。しかしながらRice modelでキンドリング発展は遅延しており、海馬GLAST,GLT-1とGAT-1が増加していることからグルタミン酸及びGABAトランスポーターの発現変化はneuro-protectiveでグルタミン酸-GABA均衡が原因で本病態モデルのけいれん感受性亢進が生じている可能性は低いと考えた。低酸素・虚血負荷直後に強力なラジカルスカベンジャーを投与することで、脳組織融解やけいれん感受性亢進は観察されないことが判明しており、当モデルのけいれん感受性亢進や周産期低酸素・虚血状態の後遺症状としてしばしば見られる形態的脳組織損傷でのてんかんの合併には、グルタミン酸-GABA不均衡よりも抗酸化能減弱が病態に関与するものと考えた。海馬腹側部に留置したマイクロダイアリーシス(MD)プローブを通じ短時間のhigh K^+含有人工脳脊髄液(aCSF)刺激を繰り返し行うとキンドリング現象(K^+-kindling)が誘発される。海馬レドックス変動が海馬細胞外液中のグルタミン酸濃度([Glu]o)とK^+-kindlingにどのような影響を与えるのか実験を行った。雄性Wistarラット海馬腹側部にMD用のプローブを挿入し、DTNB群には100uMDTNB含有aCSFを、DTT群には100uMDTT含有aCSFを、対照群にはaCSFを潅流した。[Glu]oをHPLC-ECDにより測定し、続いて10分間の40mMK^+含有aCSF潅流を40分間隔で行い、潅流液中の[Glu]o変動を酵素蛍光度法により測定した。行動変化をRacineの分類に基づいて評価した。その結果、(1)[Glu]o基礎値はDTT群と対照群とで有意差はなかった。DTNB群では有意な上昇(177%)がみられた。(2)DTNB群では対照群と比較し、K^+刺激に伴い急激ではあるがピークの低い[Glu]o上昇と緩徐な基礎値回復がみられた。DTT群では、緩徐であるがピークは高い[Glu]o上昇と早急な基礎値回復を示した。(3)DTNB群ではC-4に至ったラットは存在せず、一方DTT群は、7.17回、対照群は10.17回でC-4に至り、有意にDTT群においてK^+-kindlingが促進されていた。酸化的レドックス変動はレドックス感受性部位でdisulphydeを形成し、NMDA-R賦活に伴うCa^<++>透過性とEAATsのGlu再敢り込み能を低下させることが知られている。今回の結果はレドックス変動よるEAATsとNMDA-Rへの機能修飾に起因した現象であると考えられる。酸化的レドックス下ではK^+-kindlingの発展が抑制されることから、レドックス制御を行うことは新たなてんかん治療戦略の構築に連がる可能性があると考える。

低酸素・虚血負荷直後に強力なラジカルスカベンジャーを投与することで、脳組織融解やけいれん感受性亢進は観察されないことが判明しており、当モデルのけいれん感受性亢進や周産期低酸素・虚血状態の後遺症状としてしばしば見られる形態的脳組織損傷でのてんかんの合併には、グルタミン酸-GABA不均衡よりも抗酸化能減弱が病態に関与するものと考えた。
膝ACL再建後の関節軟骨変性を高感度の立体的構造解析法で評価する

スポーツ外傷の中で最も頻度が高い疾患の1つが膝前十字靭帯損傷であり、変形性関節症への進展を予防するため適切な手術治療を行わなければならない。本研究では、人と同様に膝をほぼ伸展して歩行すること、詳細な分析ができる厚みの関節軟骨があることから、食用豚を用いて手術の有効性を検索した。前年までは術式の違いが顕著に表れなかったため、従来の骨トンネル貫通型の靭帯再建法に加えて、骨製アンカースーチャーと骨製太柄を併用した腱再建法を新たに考案して実験群に加えた。軟骨最表層の細胞密度・細胞容量分画を比較したところ、従来術式よりもの新術式の方がより正常に近い傾向が現れた。この軽微な変化が長期経過後に明らかな変形性関節症に進展すると考えられる。一方、力学的安定性試験においては、旧術式と新術式の間には明らかな違いが観察されなかった。この結果は、臨床における術後経過と類似している。臨床例においては、安定性試験において良好な結果を得ていても、長期経過後に変形性関節症へ進展してしまうことがある。臨床現場では軟骨を取り出して顕微鏡検査することは不可能だが、動物実験において早期の異常を見つければ長期経過後の臨床的問題を解明することができる。新術式は1つの解決法になる可能性がある。効率的な繰り返し実験を行うためにウサギでも同様の手術を行った。ウサギの場合には、従来術式と同様に新術式においても、軟骨全層にわたって細胞密度・細胞容量分画に異常が見られた。膝屈曲位を取るウサギの手術には更なる工夫が必要であった。豚の死体骨格から靭帯付着部や関節軟骨構造の個体差などを調査を完了した。そして、死体膝を用いて膝前十字靭帯再建術を行なった。具体的には自家多重折ハムストリングとポリエチレン糸でエンドボタン固定した。この再建靭帯の強度を調べるために脛骨と大腿骨をInstron 5565に固定し引っ張り試験を行なった。徒手的検査では十分の固定性と手術精度があることを確認できたが、Instronでの精密測定では回旋方向への安定性にばらつきがあることが判明した。そこで、最適な靭帯再建角度の検索を行なった。手術道具としても中空ドリルなどを考案した。このような回旋不安定性は予備実験では分からなかったことであったため、当初の動物手術の予定を実施することはできなかったが、豚膝関節を用いた実験の問題点や改善点をあきらかにすることができた。豚関節軟骨の共焦点顕微鏡観察も行った。関節表面からtide markまでを8層に分割し、各層における細胞密度と細胞容量分画を測定した。ヒトとほぼ同様の厚さ3mmの厚さを持っていたが、豚の関節軟骨のほうがやや細胞成分が多かった。また、一部の膝メニスクスは軽度ながら損傷しており、同部位の関節軟骨は細胞密度と細胞容量分画が変動していることがわかった。従来の研究では無処置の豚の関節軟骨は全て正常として扱われていたが、本結果によってメニスクスの観察が非常に重要であることが判明した。同様の観察をウサギとラットでも行なったが関節症性変化は明らかではなかった。上記の結果から生きた動物の手術としては家兎を使うのが容易であることが明らかだったため、ウサギの膝を用いた手術実験も行なった。ウサギの膝は屈曲位にあるため最終的な解釈には問題があるものの、靭帯再建によっても関節症変化が容易には予防できないことが明らかになり、靭帯再建後の重要な問題として変形性関節症が起こることを確認できた。豚に全身麻酔をかけて膝関節手術を行った。半腱様筋および薄筋腱を採取しそれぞれを2重折にした。この4重の腱の一端には糸(ポリエステルまたはポリエステル)を介してエンドボタンを取り付け、他端にはポリエステルテープを取り付けた。そして、大腿骨にエンドボタン固定を、脛骨側にポリエステルテープのステープル固定を行った。こうして関節内に自家腱で前十字靭帯を再建した。このとき、右膝には適切な固定位置に腱再建ができるように平成17年度に作製したドリルターゲットを用いた(適正群)。左膝にはターゲットを用いずに再建術を行ったが、固定位置は概ね5mm前方にずれていた(不良群)。術後1-3ヶ月で安楽死させて、膝関節の安定性検査および関節軟骨の形態学的検査を行った。適正群は前方動揺性や肉眼的な軟骨変性はなかった。しかし、顕微鏡検査を行うと、表層関節軟骨において軽度のサフラニン-O染色性低下と細胞密度の減少を認めた。ただし、1細胞あたりの細胞体積は増加していたために、総細胞体積と細胞間質体積の比率(細胞容量分画)は正常値とほとんど変化することはなかった。一方、不良群は膝関節の動揺性が顕著で手術直後の動揺性よりも大きくなっていた。また、再建された靭帯は骨孔出口部分や顆間窩で磨り減って直径を減じていた。関節軟骨の状態は適正群とほぼ同じ結果をしめした。つまり、変性は肉眼的には明らかではなく、顕微鏡観察で表層の染色性低下と細胞成分の低下を認めた。顕微鏡観察においても詳細に分析すると、細胞密度のみならず細胞容量分画も低下する傾向にあった。しかし、標本数が少ないため統計学的に有意ではなかった。そこで、効率的に標本数を増やすために、ウサギ膝関節の手術も行った。ウサギ膝関節の靭帯再建は正確に行うことはできないため、全てを不良群に位置づけて特徴的変性所見を検索した。

スポーツ外傷の中で最も頻度が高い疾患の1つが膝前十字靭帯損傷であり、変形性関節症への進展を予防するため適切な手術治療を行わなければならない。本研究では、人と同様に膝をほぼ伸展して歩行すること、詳細な分析ができる厚みの関節軟骨があることから、食用豚を用いて手術の有効性を検索した。前年までは術式の違いが顕著に表れなかったため、従来の骨トンネル貫通型の靭帯再建法に加えて、骨製アンカースーチャーと骨製太柄を併用した腱再建法を新たに考案して実験群に加えた。軟骨最表層の細胞密度・細胞容量分画を比較したところ、従来術式よりもの新術式の方がより正常に近い傾向が現れた。この軽微な変化が長期経過後に明らかな変形性関節症に進展すると考えられる。一方、力学的安定性試験においては、旧術式と新術式の間には明らかな違いが観察されなかった。この結果は、臨床における術後経過と類似している。臨床例においては、安定性試験において良好な結果を得ていても、長期経過後に変形性関節症へ進展してしまうことがある。臨床現場では軟骨を取り出して顕微鏡検査することは不可能だが、動物実験において早期の異常を見つければ長期経過後の臨床的問題を解明することができる。新術式は1つの解決法になる可能性がある。効率的な繰り返し実験を行うためにウサギでも同様の手術を行った。ウサギの場合には、従来術式と同様に新術式においても、軟骨全層にわたって細胞密度・細胞容量分画に異常が見られた。膝屈曲位を取るウサギの手術には更なる工夫が必要であった。
物理モデル駆動によるノンフォトリアリスティック画像創成と知的符号化

ノンフォトリアリスティックコンピュータグラフィックス技術(NPR : Non-photorealistic rendering)は、様々な可視化技術などに使用されるが、近年では、美術・工芸の分野への応用が模索されている。本課題はこれらのNPR画像生成を、物理学的根拠のある生成方式によって行うとともに、既存の版画作品を高次レベルで符号化することを目的としている。まず、PBR(physics-based rendering)アプローチに基づき、木彫刻、木版画、銅版画を題材としたコンピュータグラフィックス(CG)画像合成法を開発した。特に木版画ではユーザインタフェースの開発を進めた。また銅版画ではドライポイントと呼ばれる芸術性が高い技術の工程と現象を物理的に模擬し、画像合成を試みた。本研究は九州産業大学芸術学部の協力を得て、専門家の参加により評価が行われたが良好な評価結果を得た。次に、次世代カーナビゲーションシステムの構成法と要素技術の開発を行った。従来型の二次記憶ベースのフルCGによるカーナビに対して、本研究では拡張現実を利用した新方式を提案した。そこでは車載カメラから得た走行前方画像をコンピュータビジョン技術により符号化し、仮想世界を構築した。その仮想世界の同一視点の画像を生成し、運転者に提示することによってリアルタイム情報を効率的に伝える方式を実現した。さらに、ノンフォトリアリスティック画像(non-photorealistic image:非写実的画像)の生成技法として、銅版画、特にメゾチントに焦点を当て、物理モデルの構成と画像生成法の研究を実施した。そこでは二種類の中間表現画像により、多彩な濃淡階調表現能力を有するメゾチント技法の再現を試みた。その結果、物理的にも良好なメゾチント作品をPBRの枠内で画像生成できることを確認した。ノンフォトリアリスティックコンピュータグラフィックス技術(NPR : Non-photorealistic rendering)は,様々な可視化技術などに使用されるが,近年では,美術・工芸の分野への応用が模索されている.我々は従来より,物理モデル駆動による木版画,銅版画の画像生成について研究してきた.本課題はこれらのNPR画像生成を,物理学的根拠のある生成方式によって行うとともに,既存の版画作品を高次レベルで符号化することを目的としている.仮想彫刻に関する研究では,力覚モデルのひとつとして筆圧検知タブレットを用いた彫刻操作を可能とする方式を開発した.木版画を対象とした研究では,浮世絵などにみられる多版多色刷における色合成と色分解の手法を検討した.重回帰四角形分析により,重ね刷りされた浮世絵画像より元の版を推定する方式の検討を行い,良好な結果を得た.銅版画を対象とした研究では,銅版画のインク付着モデルの高精度化,ドライポイント・メゾチントの技法の物理モデル,および紙の変形モデルを開発した。ドライポイントモデルでは,ストロークに基づき,またメゾチントでは二種類の領域画像に基づいた画像生成手法を提案した.本研究では現実世界と仮想世界をシームレスに接続し,情報を効果的・効率的に生成,利用するための枠組みについて研究した.特に実世界での様々な要素の物理的振る舞いに着目した物理モデル駆動の概念を前面にして研究を展開した.本研究は次の2項目から構成される.1)芸術・工芸の専門家から一般への開放を目的として,非写実的画像合成法(NPR:non-photoreahstic rendering)を用いた形状と画像の生成手法を検討した.特にPBR(physics-based rendering)アプローチに基づき,木彫刻,木版画,銅版画を題材としたコンピュータグラフィックス(CG)画像合成法を開発した,特に木版画ではユーザインタフェースの開発を進めた.また銅版画ではドライポイントと呼ばれる芸術性が高い技術の工程と現象を物理的に模擬し,画像合成を試みた.本研究は九州産業大学芸術学部の協力を得て,専門家の参加により評価が行われたが良好な評価結果を得た.2)次世代カーナビゲーションシステムの構成法と要素技術の開発を行った.従来型の二次記憶ベースのフルCGによるカーナビに対して,本研究では拡張現実を利用した新方式を提案した.

そこでは車載カメラから得た走行前方画像をコンピュータビジョン(CV)技術により符号化し,仮想世界を構築する.その仮想世界の同一視点の画像を生成し,運転者に提示することによってリアルタイム情報を効率的に伝える方式である.そのための期間構成形式と評価を行った.また中心的なCV技術である道路幾何情報の抽出法について検討した.コンピュータグラフィクスの画像生成手法には,基本モデルとしてどのようなモデルを使用するかによってABR(appearance-based rendering:外観主体駆動)とPBR(physics-based rendering:物理モデル駆動)の2方式が使用される。本課題では後者のPBRに基づいた高精度レンダリングを志向した研究を展開している。PBRによれば、計算時間はABRよりも一般的に増大するが、生成画像にはその物理的正確さが保証され、良好な結果が期待される。また、そこで用いられるパラメータも物理的なパラメータとの相関が当然に有り、パラメトリックな画像生成も行うことができ、グラフィクス分野の発展に寄与すうところ大であると確信している。本年度は、ノンフォトリアリスティック画像(non-photorealistic image:非写実的画像)の生成技法として、銅版画、特にメゾチントに焦点を当て、物理モデルの構成と画像生成法の研究を実施した。そこでは二種類の中間表現画像により、多彩な濃淡階調表現能力を有するメゾチント技法の再現を試みした、その結果、物理的にも良好なメゾチント作品をPBRの枠内で画像生成できることを確認した。また、本研究のフォトリァリスティック画像(photonealistic image:写実的画像)への応用として、氷のレンダリング技法の開発に着手した。そこでは、物理的諸条件を理想化した過冷却(super cooling)の条件下で、気泡を含有する氷の生成過程を熱伝導に関するFourierの法則に基づいてモデル化した。そしてグラフィックス画像の生成に適合するようなデータインタフェースを設計し、気泡を有する氷の生成過程のアニメーション化に成功した。
炭化ケイ素半導体デバイス中の単一光子源の量子状態計測

炭化ケイ素(SiC)中の単一光子源(SPS)としてシリコン空孔(Vsi)及び表面SPSなどに引き続き着目し、これらSPSをpinダイオードや金属-酸化膜-半導体(MOS)電界効果トランジスタ(FET)などのデバイスに導入する技術を開発するとともに、それらSPSの発光特性に関する研究を推進した。2018年度は、昨年度に引き続き陽子線描画(PBW)技術を活用しpinダイオード中にVsiを導入した。PBWにより一つのスポットへの照射量とVsiからのフォトルミネッセンス(PL)発光強度、エレクトロルミネッセンス(EL)発光強度、電流ー電圧特性やそこから導出される抵抗値の関係を詳細に調べることで、デバイス特性の劣化を抑制した状態でVsiからの発光強度を最大にできる最適な陽子線照射量として一つのスポットあたり1x10^6個であることを決定した。VsiのODMRに関しては、装置の整備・改良を含めて高感度化へ向けた研究を進め、低ノイズでの測定に成功することで、mT領域での磁場依存性の取得に成功した。表面SPSに関しては、酸化膜形成方法や温度と表面SPSの発生量や発光の安定性を調べた。その結果、プラズマ化学気相成長(CVD)法により350Cの成長温度で酸化膜成長した場合でも表面SPSは形成されるが、発光は不安定であることが見出された。また、酸化膜厚(熱酸化で形成)の影響に関しては、酸化膜厚が厚くなるに従い、発光のピークの平均値は変化しないが、発光ピークが短波長側に広がっていくこと、酸化膜厚が10nm以上になると表面SPSの数は徐々に減少することが見出された。加えて、酸化膜付きSiCへガンマ線照射を行うことで、表面SPSの形成との関係を調べたところ、ガンマ線照射によって表面SPSの数が増加するが、10kGy以上では増加は飽和傾向にあることが見いだされた。Vsiの光検出磁気共鳴(ODMR)に成功するなど、計画通りスピン操作等の研究を推進できている。表面SPSにおいてもデバイス動作での発光制御や、酸化膜形成条件を選択することで発生を制御できることを見出している。以上より、研究は順調に研究が進展していると判断する。計画通りVsiや表面SPSをSiCデバイス内部に導入すること、Vsiの光検出磁気共鳴(ODMR)に成功している。今後は、量子デバイス応用で重要となるデバイス動作による量子制御を目指し、Vsiにおいてはデバイス動作によるODMRや電気検出磁気共鳴(EDMR)の可能性を検討する。加えて、量子センシングとして、磁場に加えてODMRによる温度計測を試みる。表面SPSに関しては、引き続き構造同定を目指し、PLスペクトルの詳細解析、アンチバンチング特性の励起光依存性などの詳細な特性評価を行っていく予定である。炭化ケイ素(SiC)中の単一光子源(SPS)としてシリコン空孔(Vsi)及び表面SPSなどに着目し、これらSPSをpinダイオードや金属-酸化膜-半導体(MOS)電界効果トランジスタ(FET)などのデバイスに導入する技術を開発するとともに、それらSPSの発光特性に関する研究を推進した。2017年度は0.5 MeVのエネルギーを有する陽子線マイクロビームをSiC pnダイオードの任意位置に照射(陽子線描画、PBW)して欠陥導入を行った。欠陥を導入した位置のフォトルミネッセンス(PL)スペクトルを測定することでVsiが形成されていることを確認した。その後、順方向に電圧印加することでダイオードに電流を流し、その電流によってVsiが発光(EL)するかを調べた。その結果、PBWを行った位置からELが観察され、そのスペクトルを調べたところVsiであることが判明した。このことより、量子デバイス実現に向けたデバイス作製プロセスとしてPBWが有用であることを実証したといえる。今後、ELを用いた光検出磁気共鳴(ODMR)に関する研究を進める予定である。VsiのODMRに関する研究も並行して推進した。ここでは、PBWにより格子状にVsiを形成し、形成したVsiのODMR観察を試みた。その結果、理論値である70MHzでPL発光強度が上昇するとともに(ODMRピーク)、磁場印加によりODMRピークが分裂することを確認し、VsiのODMR観測に成功した。一方、表面SPSに関しては、酸化によりpnダイオード中に表面SPSを導入した。ダイオードに電圧を印加した状態でPL測定を行ったところ、逆方向電圧の増加とともにPL発光強度が増加する表面SPSが存在することを見出した。また、順方向電圧印加、即ち電流注入によりEL発光する表面SPSも存在することも併せて見出した。Vsiの形成にPBWが有効であることを実証し、計画通りデバイス内にVsiを導入できている。表面SPSにおいてもデバイス動作での発光制御に成功している。

PBWにより一つのスポットへの照射量とVsiからのフォトルミネッセンス(PL)発光強度、エレクトロルミネッセンス(EL)発光強度、電流ー電圧特性やそこから導出される抵抗値の関係を詳細に調べることで、デバイス特性の劣化を抑制した状態でVsiからの発光強度を最大にできる最適な陽子線照射量として一つのスポットあたり1x10^6個であることを決定した。VsiのODMRに関しては、装置の整備・改良を含めて高感度化へ向けた研究を進め、低ノイズでの測定に成功することで、mT領域での磁場依存性の取得に成功した。表面SPSに関しては、酸化膜形成方法や温度と表面SPSの発生量や発光の安定性を調べた。その結果、プラズマ化学気相成長(CVD)法により350Cの成長温度で酸化膜成長した場合でも表面SPSは形成されるが、発光は不安定であることが見出された。また、酸化膜厚(熱酸化で形成)の影響に関しては、酸化膜厚が厚くなるに従い、発光のピークの平均値は変化しないが、発光ピークが短波長側に広がっていくこと、酸化膜厚が10nm以上になると表面SPSの数は徐々に減少することが見出された。加えて、酸化膜付きSiCへガンマ線照射を行うことで、表面SPSの形成との関係を調べたところ、ガンマ線照射によって表面SPSの数が増加するが、10kGy以上では増加は飽和傾向にあることが見いだされた。Vsiの光検出磁気共鳴(ODMR)に成功するなど、計画通りスピン操作等の研究を推進できている。表面SPSにおいてもデバイス動作での発光制御や、酸化膜形成条件を選択することで発生を制御できることを見出している。以上より、研究は順調に研究が進展していると判断する。計画通りVsiや表面SPSをSiCデバイス内部に導入することに成功している。今後は、量子デバイス応用で重要となるスピン操作を目指し、Vsiにおいては、デバイス動作によるEL発光を用いた光検出磁気共鳴(ODMR)を試みる。表面SPSに関しては、その構造同定を目指し、PLスペクトルの詳細解析、アンチバンチング特性の励起光依存性などの詳細な特性評価を行っていく予定である。計画通りVsiや表面SPSをSiCデバイス内部に導入すること、Vsiの光検出磁気共鳴(ODMR)に成功している。今後は、量子デバイス応用で重要となるデバイス動作による量子制御を目指し、Vsiにおいてはデバイス動作によるODMRや電気検出磁気共鳴(EDMR)の可能性を検討する。加えて、量子センシングとして、磁場に加えてODMRによる温度計測を試みる。表面SPSに関しては、引き続き構造同定を目指し、PLスペクトルの詳細解析、アンチバンチング特性の励起光依存性などの詳細な特性評価を行っていく予定である。
核内小分子RNAの作用メカニズムの解明

平成30年度は核内AGOがどのような特徴を持つ小分子RNAと好んで機能複合体(RISC)を形成するのかを明らかにするとともに、異なる核内AGO間でドメインスワッピングを行い、小分子RNAの認識に関わるドメインを明らかにした。具体的には以下の通りである。これまで核内DNAメチル化に関わるAGO4とAGO6は24塩基かつ5′末端の塩基がアデニン(A)の小分子RNA(24A)と好んでRISCを形成することが知られていた。しかしながら、24Aは細胞内で最も多い小分子RNA種であるため、AGO4とAGO6自体がどの程度24Aを選択しているのかという定量的なデータは存在しなかった。試験管内系を用いてAGO4・AGO6の小分子RNA選択性を詳細に解析した結果、AGO4とAGO6は共に24Aを積極的に選択するが、AGO6はAGO4に比べてより厳密に5′末端にアデニンをもつ小分子RNAを見分けていることが明らかになった。一方、小分子RNAの長さに関しては逆の傾向が観察された。つまり、AGO4は24塩基の小分子RNAのみを特異的に選択するのに対し、AGO6は21塩基の小分子RNAとも効率よくRISCを形成することができた。このように本研究によってAGO4とAGO6は異なる小分子RNAの選択性を持つことを明らかにした。次にAGO6の厳密な5′A選択がどのドメイン・モチーフによって行われているのかをAGO4とAGO6間のドメインスワッピングを行うことで調べることにした。現在まで複数種の活性のあるキメラAGO4/6を作成することに成功しており、予備的ながら予想外のドメインが5′塩基選択に関わるという興味深い結果を得ている。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成28年度から平成29年度8月にかけ、大きく分けて4つの計画を実施した。以下にその概要を記す。1.モデル植物であるシロイヌナズナが持つ複数のAGOタンパク質からなるRISCと、標的RNAまたは標的DNAとの相互作用を解析した。細胞質で機能するAGO1およびAGO2から作り出されるRISCは、標的DNAよりも標的RNAと強く相互作用し、核内でDNAメチル化促進に関わるAGO4、AGO6、AGO9-RISCは標的RNAよりも標的DNAと強く相互作用した。これらのデータは核内RISCがRNA-DNAハイブリッドを介して機能している可能性を支持する。2.核内でヒストンメチル化に関わる事が知られている酵母のRISCを試験管内形成する実験系の確立を試みた。酵母のAGOを植物の試験管内系で発現させ、レポーター系でRISC形成の有無を計測した。酵母のAGO単独発現ではRISC形成は認められなかったものの、ARC (Argonaute siRNA chaperone)を加えた場合、低いながらもRISC形成が認められた。今後実験系を最適化し、結合実験に十分な量のRISCを用意する予定である。3.生体内で植物の核内AGOが結合するDNA領域を高感度で解析する実験系「改変iCLIP」法を確立するための条件検討を行った。使用した抗体の効率が十分でなかったため、AGO4に対する4種類の新規抗体を作製し、再度条件検討を行ったが良好な結果は得られなかった。改変iCLIP法の確立こそ達成できなかったものの、5種類の植物RISCの標的特異性を調べ、核内RISCのみが標的DNAを好む事を示すことに成功した点、酵母RISC形成を研究する基盤となる試験管内系の確立に光が見えた点、そしてDNAメチル化領域を最初に規定する小分子RNAを作り出す酵素であるRDR6の基質特異性を解析し論文としてまとめた点を考慮し、当初の計画以上に進展していると評価した。