hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
GAGomics―グリコサミノグリカンの網羅的解析―の軟骨、靱帯、腱への応用

液体クロマトグラフィー/エレクトロスプレーイオン化/タンデム質量分析を用いた4種類のグリコサミノグリカン(GAG)に由来する合計29種の分子種(23種の鎖内繰り返し二糖、3種の遊離末端部分の単糖および二糖、3種のGAG結合部六糖)の網羅的解析法(GAGomics)を確立した。この方法をヒト軟骨、靭帯、腱から効率的にGAGを抽出する方法と組み合わせることにより、臨床検体のGAGomics解析が可能になる。軟骨、靭帯、腱などの運動器の組織構造と機能は、わずかに存在する細胞ではなく、高度に特殊化された細胞外基質によって担われており、グリコサミノグリカン(GAG)はその細胞外基質の主要な構成成分としてコラーゲンなどのタンパク質とともにその働きに大きな役割を果たしている。タンパク質を対象とした遺伝子解析・遺伝子操作、さらにはGenomics、Proteomicsなどの網羅的omics研究により、各組織おける特徴的な分布や成長発達段階・病的状態での変化の詳細が明らかにされつつあるところであるが、GAGについては現在のところ網羅的解析の対象となっていない。質量分析法を運動器のGAG研究へ応用するためのインターフェイスとしてのGAGomics技術を確立する目的で研究を行った。4種類のグリコサミノグリカン(GAG)に由来する鎖内の繰り返し二糖の種々硫酸化体を17種類、鎖の遊離末端部分の単糖2種類と二糖1種類、および、GAGとタンパク質の結合部の六糖構造を3種類、あわせて23種類の分子種を液体クロマトグラフィー-タンデム質量分析法(LC-MS/MS)によって一斉分離し定量的に解析する方法を確立し、その結果を論文投稿中である。この方法を利用して生体組織のGAG組成解析を行うために、生体組織からGAGを高い効率で抽出し、完全に二糖化する前処理条件を検討し、豚軟骨・靭帯におけるGAG組成解析を行った。さらに多くの組織におけるGAGの分子組成の特徴を広汎かつ系統的に検討し、これをヒト病的変性組織にまで拡げることで、それぞれの組織のもつ機能的・形態的特徴におけるGAG分子各々の役割ならびに病的変化の意義の解明につながり、疾患の病態解明のみならず生体力学、生体工学をも含めた幅広い分野への寄与により、整形外科疾患の診断・治療・予防に広く貢献できると期待する。軟骨、靭帯、腱等の構造と機能は、高度に特殊化された細胞外基質によって担われており、グリコサミノグリカン(GAG)はコラーゲンとともにその細胞外基質の主要な構成成分として重要な役割を果たしている。コラーゲンやその他のタンパク質は、Genomics、Proteomicsなどの網羅的omics研究により、それぞれの組織における特徴的な分布や成長発達段階・病的状態での変化の詳細が明らかにされつつあるところである。しかしながらGAGは、複雑でありまた相互に類似する構造のためその同定すら困難であり、再現性のある定量法も存在していなかった。申請者は、ごくわずかの相違を認識し同定することのできる質量分析法を手段としてGAGの網羅的解析すなわちGAGomics、を行いさらにこれを定量化する方法を確立し、関節軟骨や靭帯などの運動器疾患のGAG研究へ応用することをめざしている。昨年度までに4種類のグリコサミノグリカン(GAG)に由来する鎖内の繰り返し二糖の種々硫酸化体を23種類、鎖の遊離末端部分の単糖2種類と二糖1種類、および、GAGとタンパク質の結合部の六糖構造を3種類、あわせて29種類の分子種を液体クロマトグラフィー-タンデム質量分析法(LC-MS/MS)によって一斉分離し定量的に解析する方法を確立し、これによって一挙に4種類のGAGの定量的解析を行うのみならず、その鎖長の推測も特別な修飾を行うことなく同時に行うことができる可能性を示しこれを報告した。今年度はその方法を軟骨、靭帯などの生体組織に適用できることを従来法と比較して示し、また、ラット軟骨の発達やムコ多糖症の診断への応用の可能性についても報告した。生化学4種類のグリコサミノグリカン(GAG)に由来する鎖内の繰り返し二糖の種々硫酸化体を17種類、およびGAGとタンパク質の結合部の六糖構造を3種類、あわせて20種類の分子種を液体クロマトグラフィー-タンデム質量分析法(LC-MS/MS)によって一斉分離し定量的に解析する方法を確立しようと試みたが、それ以外に鎖の遊離末端部分の単糖2種類と二糖1種類もあわせて23種類の分子種を解析することに成功した。二年目以降で検討しようとしていた鎖の長さの推定が、計画していた方法より簡易なone-step分析により可能であることがわかり、これらの結果については論文投稿中である。ブタやラットの組織を利用し、GAGを高い効率で抽出し、完全に二糖化する前処理条件をさらに検討する。

鎖内部の繰り返し二糖の種々硫酸化体と、鎖の遊離末端部分の単糖の含有量からGAGの長さと本数を比較できるか検討する。最適化した条件でヒト軟骨、靭帯、半月板、腱などの組織からサンプルを調整し、それぞれの組織におけるGAGの組成を解析する。水分含有量や含有タンパク量なども含めて組織間での相違点を見つける。建物の改修工事のため予想より研究速度が低下し、使用試薬の量が見積量より少なかった。ストックしてある組織をスピードアップして解析したい。
ヒト満期胎盤由来ｔｒｏｐｈｏｂｌａｓｔ　ｃｅｌｌを用いた薬物胎盤通過性の評価

本研究は、ヒト満期胎盤由来の初代培養細胞における薬物輸送機構を解析することで、妊娠時における有効で安全な薬物療法を実施するために有用な知見を得ることを目的とした。はじめに、胎盤由来細胞における薬物の輸送機構解析の地盤を築いた。妊娠時に服用を継続する可能性のある薬剤の一つとして抗てんかん薬に着目し、新規の抗てんかん薬(ラモトリギン、レベチラセタム、ガバペンチン、トピラマート)の液体クロマトグラフ-タンデム質量分析による定量法を構築した。構築した定量法を用いて、ヒト胎盤由来細胞株であるBeWo細胞における新規抗てんかん薬の輸送に関して検討を行った。その結果、BeWo細胞内における薬物蓄積は、ガバペンチン>ラモトリギン>レベチラセタム≈トピラマートの順に高いことが示された。ガバペンチンはその物理化学的性質上、細胞膜を通過しにくい分子であると考えられるが、顕著にBeWo細胞内へ蓄積することが示された。また、ガバペンチンの細胞内への取り込みは濃度飽和性を示したことから、ガバペンチンのBeWo細胞への取り込みに何らかの輸送系が関与する可能性が示唆された。今回構築した方法は、ヒト満期胎盤由来の初代培養細胞を用いた輸送実験へ応用することが可能と考えられる。今後は、詳細な輸送機構の解析および臨床における知見との関連性を考慮した検討が必要とされる。
柔軟な足裏の変形から生み出される感覚運動協調に基づく動歩行制御

本研究では,柔軟な足裏の変形から生み出される良質な感覚運動情報を活用することで,脳・神経系,身体および環境から構成される直積空間内に広大な引き込み領域を有する安定なリミットサイクルを生起し,実環境下においてリアルタイムで適応可能な歩行運動を発現させることを目的として研究を行った.その成果として,柔軟な足部から生み出される感覚情報を効果的に活用し,安定かつ継続的な歩行生成を可能とする歩行制御器の構築ができた.また,ヒトの筋骨格構造を模擬した柔軟な足部を有する2足歩行ロボットを開発した.さらに,開発したロボットを用い提案する制御則の妥当性を実世界にて検証した.その結果,柔軟な足部から生み出される感覚情報を活用することで感覚運動協調を生起し,安定な歩行を生成可能であることを示した.本研究の目的は,柔軟な足裏の変形から生み出される良質な感覚運動情報を活用することで,脳・神経系,身体および環境から構成される直積空間内に広大な引き込み領域を有する安定なリミットサイクルを生起し,実環境下においてリアルタイムで適応可能な歩行運動を発現させることにある.本年度においては, H23年度に開発した2足歩行ロボットおよび歩行制御則をプラットフォームとし,ヒトの骨格構造を模擬した足部の開発に中心に研究を行った.足部構造に2関節を有し各関節に弾性要素を実装した足部を開発し,関節可動による柔軟性を実現した.また,足裏には人肌ゲルと呼ばれるウレタン樹脂を実装することで,ヒトの皮膚構造を模擬した柔軟性を実現した.足裏に圧力センサを埋め込むことによって,足裏の皮膚変形から生み出される感覚情報を獲得する機構を開発した.実機実験の結果,継続かつ定常的な歩行が実現できた.また,歩行速度の変化に対しても柔軟に歩行運動を適応可能であることを示した.さらに興味深いことに,柔軟な足部機構を有するロボットにおいて,歩行中の外乱に対する頑健性が大きく向上する結果が得られた.この結果は,柔軟な足部を用いることで,歩行運動中の地面との力学的相互作用を反映した感覚情報が獲得され,さらにその感覚情報を歩行リズム制御器へとフィードバックすることで,感覚運動協調を生起し,より安定なリミットサイクルを構成できたことを示唆する結果である.さらに,理論的な観点から考察を行った結果,適応的な歩行を実現する力学構造として,周期的な振動性と非周期的な興奮性の特性を,状況依存的に遷移する適応的構造が背後に存在することが明らかとなった.これらの成果として,国内会議3件,国際会議4件(招待講演1件)の発表を行った.さらに,これまでの成果をまとめた学術論文を投稿予定である.本研究では,柔軟な足裏の変形から生み出される良質な感覚運動情報を活用することで,脳・神経系,身体および環境から構成される直積空間内に広大な引き込み領域を有する安定なリミットサイクルを生起し,実環境下においてリアルタイムで適応可能な歩行運動を発現させることを目的として研究を行った.その成果として,柔軟な足部から生み出される感覚情報を効果的に活用し,安定かつ継続的な歩行生成を可能とする歩行制御器の構築ができた.また,ヒトの筋骨格構造を模擬した柔軟な足部を有する2足歩行ロボットを開発した.さらに,開発したロボットを用い提案する制御則の妥当性を実世界にて検証した.その結果,柔軟な足部から生み出される感覚情報を活用することで感覚運動協調を生起し,安定な歩行を生成可能であることを示した.本研究の目的は,柔軟な足裏の変形から生み出される良質な感覚運動情報を活用することで,脳・神経系,身体および環境から構成される直積空間内に広大な引き込み領域を有する安定なリミットサイクルを生起し,実環境下においてリアルタイムで適応可能な歩行運動を発現させることにある.この目的のため,本年度においては,(1)柔軟な足裏の変形から生み出される感覚情報を効果的に活用する制御則の構築,および(2)制御則の妥当性を検証するための二脚歩行ロボットの開発を行った.具体的には,ヒトの筋骨格構造を参考に,柔軟な変形を可能とする足部の骨格モデルを有する動力学シミュレータを構築した.また,位相振動子をベースとし,足部からの感覚情報をフィードバックすることで,歩行のリズムを調整する歩行パターン生成器モデルを提案した.シミュレーションの結果,安定かつ継続的な歩行,静止状態から歩行状態への遷移が確認された.さらに平地から斜面上へと環境が変化した際の環境適応性,歩行中に外乱を印加した際の頑健性についても,提案する歩行制御モデルによってパフォーマンスが向上する結果が得られた.柔軟な足裏から生み出される感覚情報を制御系にフィードバックし,歩行リズムを調整することで,優れた環境適応性や頑健性が発現する結果が得られた.さらに,実世界環境下における検証のため,二脚ロボット実機を開発し,提案する制御則の検証実験を行った.提案する制御則を用いることによって,安定かつ継続的な歩行が実世界においても確認された.さまざまな初期条件に対して約70%の成功率で100歩以上の継続的な歩行が可能であった.これらの研究業績として,国内会議1件,国際会議2件の発表を行っている.また,本年度において,国内会議1件,国際会議1件の発表を予定している.さらに,現在これまでの成果をまとめた学術論文を執筆中である.本年度の研究において,足裏の感覚情報を活用する制御則と実機ロボットを用いた実世界環境下での検証が完了している.これらの成果は,次年度の研究を推進する上でのプラットフォームとなるため,今後の進展へとつながる重要な基盤である.

今後は,ヒトの皮膚構造を模擬した足部機構を開発する予定である.これまで提案した制御則および二脚ロボット実機をプラットフォームとし,新たに開発する足部機構から獲得される感覚情報を効果的に活用する制御則を構築し,そのロボット実機への適用性について検証を行う予定である.さらにこれらの結果に基づき,柔軟な足部の変形に基づく感覚情報処理メカニズムの理論的考察を行うとともに,感覚運動協調に基づく適応的運動生成メカニズムを解明することを試みる.次年度使用額は,今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額であり,平成24年度請求額とあわせ,次年度に計画している研究の遂行に使用する予定である.
新規三次元培養技術の再生医療への応用

失われた組織やその機能を回復させる再生医療は近年、大きな注目を集めている分野である。その中でも細胞を用いた再生医療は一部で臨床応用が進められている。一方、失われた臓器そのものを人工的に再生し、移植して機能させるといった分野においてはクリアすべき課題が多く残っていると考えられる。その多くの課題の中で、今回は細胞培養手法に着目した。通常の細胞培養の際には、細胞培養ディッシュの底面に2次元的に細胞が増殖していくような手法を用いることが多い。この方法では細胞を積層させることが困難で、3次元的な構造物を作製することは困難であった。今回の研究では、3次元的なゲル中に細胞を播種し、立体構造を作製することを目的とした。初年度のうちにその目的のうち、実験に用いる細胞系である上皮系幹細胞、間葉系幹細胞の樹立に成功している。また、樹立した細胞を特殊な低接着性ディッシュ上で培養することで塊上のスフェロイドを作製することに成功した。次年度はスフェロイド培養条件に関する検討を行い、新たな知見を蓄積している。当初の研究計画と大きく外れずに研究が進んでおり、有意義な知見も蓄積できているため。今後はスフェロイドの培養条件の最適化を進め、再生医療への応用の礎となるデータの取得を目指す。初年度としてはその目的のうち、実験に用いる細胞系である上皮系幹細胞、間葉系幹細胞の樹立に成功している。当初に計画していたものと大きく齟齬をきたすことなく研究を遂行できていると考えられる。今後は細胞塊であるスフェロイドを用いて3次元的な細胞構造物を作製することを目的として、新規三次元培養法の評価を行っていく方針である。当初の予定より試薬の使用量が少なくて済んだため細胞培養条件の振り分けに要する試薬が想定よりも少なくなったため
仮想世界の構成手法

人工現実感の研究において,仮想世界の中に作り込む内容(コンテンツ)自体が重要な研究課題である。第3班の研究では多様な仮想世界を創出するための道具立てを整備し,それによってさまざまな仮想世界を創出し,その可能性について吟味することが目的となる。具体的な成果としては,以下の通りである。1.仮想世界提示用ワークベンチの開発:VR環境の整備をし,仮想世界を高い臨場感で体験するための多面形立体映像表示装置を開発した。あわせて,様々なソフトウエアをその環境において動作させるための基本ソフトウエアの開発を行った。2.シミュレーション世界の構築のための基本ソフトウエア:シミュレーションによって,仮想世界を創出するための基本的なソフトウエアの開発を行った。たとえば,仮想世界の構築のための物体の対話操作のシステムを作り,形状モデルを3次元的に確認・操作可能な人工現実感生成技術を開発した。仮想空間の物理法則をシミュレーションすることを試み,仮想物体同士が接触した際に,発生する挙動を検討し,接触と滑り,回転などの表現を実現した。3.様々なデータ源による仮想世界の演出:従来の,ポリゴンによる3D幾何モデルを使用しないで,仮想世界を創出するための方法論について,研究をした。仮想世界における映像生成時に実写映像を用い,映像的に質の高い仮想空間を構築した。特に大規模なウオークスルーを実現するために,広範囲にわたる画像データベースの取得やその管理,また,データベースから自由度の高い仮想空間を構築るための再構成手法を開発した。さらに,カメラで撮影した画像から三次元空間中における光線の振舞いを解析し,光線情報の不足している視点位置を探索しながら順次撮影を行うことにより,効率的に三次元空間情報を取得する手法を開発した。4.高速画像回線を用いたネットワーク型仮想世界の創出:ネットワーク上の展開した,あるいは,ネットワークを利用した仮想世界についての研究を行った。たとえば,機械の操作や組み立て等の三次元的な作業の遠隔指示を支援するシステムを開発した。特に,超広視野の映像を提供できる遠隔地間コミュニケーションシステムを開発し,人間の周辺視野部の映像が作業やコミュニケーションの中でどのような役割を果しているかを解明した。人工現実感の研究において、仮想世界の中に作り込む内容(コンテンツ)自体が重要な研究課題である。第3班の研究では非常に複雑な仮想世界を創出するための道具立てを整備し、それによってさまざまな仮想世界を創出し、その可能性について吟味することが目的となる。以下に第3班の本年度の研究実績の概要をまとめる。(括弧内は計画研究分担者名)シミュレーション世界の構築のための基本ソフトウェア:仮想世界を容易に構築し、その世界の物体を自由に操作できるソフトウェアの開発を行なった。具体的には、都市景観を構築していくシステム、机上の環境を想定し仮想物体を自由に操作できるシステム、仮想空間中で立体から彫刻を行なっていくシステムの開発を行なった。(横井)仮想空間内の自由曲面形状モデルを倣うことの可能なシステム(仮想倣いシステム)を構築した。そのアプリケーションとして、NC工作機械用工具経路生成と自由曲面形状モデルの欠陥の知覚について検討した。(金井)2種類の仮想世界について構成手法を検討した。第1に現実世界と相似性を多く有する世界を対象とした手法、第2に空間特性を有さない世界の構成手法を提案した。(池井)

様々なデータ源による仮想世界の演出:仮想世界の精度や品質に対する要求が厳しくなるにつれ、従来の3次元のモデルのみによる手法では対応が難しくなってきた。そこで、実画像やセンサからのデータ等の情報を統合して多元的な構造をもつ仮想世界を作り上げるための方法論について検討した。(廣瀬)画像符号化技術は、'90年代に実用化の時代を向かえ、「立体感を伴う高度な臨場感」を実現する3次元画像通信への期待が大きい。本研究では、3次元空間を伝送するという立場から、光線情報に着目した理論的枠組みを検討した。(原島)高速画像回線を用いたネットワーク型仮想世界の創出:「ものにつくられるものづくり」という観点を出発点として、アブダクションマシンを開発し、さらにそれをインターネット空間にするためのツールを開発した。合わせてものづくりにおいて触ることが非常に重要であるため、形状の操作ならびに転送を行なうことのできる装置の基本部分を構築した。(久保田)実画像通信によって、遠隔地間を結ぶ仮想的なメディア空間を生成し、円滑にコミュニケーションや協調作業を行なうことができる環境を創出することが可能である。本研究では、カメラを遠隔操作して実空間を見回すためのインタフェースを3種類試作し、比較実験を行なった。(葛岡)人工現実感の研究において、仮想世界の中に作り込む内容(コンテンツ)自体が重要な研究課題である。第3班の研究では非常に複雑な仮想世界を創出するための道具立てを整備し、それによってさまざまな仮想世界を創出し、その可能性について吟味することが目的となる。以下に第3班の本年度の研究実績の概要をまとめる。(括弧内は計画研究分担者)仮想世界提示用ワークベンチの開発:各研究課題において研究開発される仮想世界を統合化することが来年度予定されている。そのために、仮想世界を高い臨場感で体験するための多面形立体映像表示装置を予備的に試作し、あわせて、その基本ソフトウェアの開発を行なった。(廣瀬)シミュレーション世界の構築のための基本ソフトウェア:仮想世界は、インタラクティブに体験できてこそ意味があるわけで、なにか操作した際にその対象がどう振る舞うかを上手にプログラムしてやる必要がある。仮想弾性物体の破壊および両手協調作業についてのモデルを考案、試作した。また、力覚フィードバック装置によるVRMLオブジェクトの操作システムの開発を行なった。(横井)CADシステムで作成された計算機内の形状モデル表面を力覚提示デバイスによってトレースできるシステムを開発した。また、それを発展させて工業製品の意匠設計、試作評価などの応用シミュレーションソフトウェアを開発した。(金井)物理法則を含めて、仮想世界のシミュレーションを行なう場合の全体的な問題や境界条件について検討した。特に空間オブジェクトを操作する際の挙動をシミュレーションしうるシステムを開発した。
KAON計画における原子核・素粒子物理に関する調査

カナダのTRIUMF研では、従来の数10100倍の強度をもつ100μA,30GeVの大強度陽子加速器を建設し、K中間子,反陽子,ニュ-トリノなどを大量に生成し、これらを用いて原子核・素粒子物理の研究を飛躍的に発展させるKAON計画を進めている。この計画は、はじめから国際的ユ-ザ-を前提とする国際的共同利用ファシリティ-を作ろうとするもので、想定ユ-ザ-の比、加(1/3),米(1/3),日(1/6),欧(1/6),に対応して建設費(約Ca M \600)の一部を米(1/6),日(1/12),欧(1/12)の比率で分担するという提案がなされている。この分野におけるわが国の研究者の貢献度、わが国の研究者に対する期待度が高いことから、これに参加することは重要である。これらをふまえ、本研究ではKAON計画で展開される物理を調査・検討し、実験計画の立案や、ビ-ムチャネル・測定装置のデザインを行い、加速器建設を含め、わが国の寄与について明らかにすることにあった。この科研費は単年度しか認められなかったため、最終案をつめる所までは検討は進められなかったが、当初たてた研究項目についての検討は大きく進展し、充分な効果があった。以下具体的に述べる。1.大強度陽子ビ-ム加速については、エネルギ-は800MeVと低いが現実に75μAの陽子ビ-ムを蓄積しているロスアラモス研の蓄積リングを視察し、意見を交換した。又偏極ビ-ムの加速に不可欠のサイベリアンスネイク実験を行っているインディアナ大を視察した。更にTRIUMFにおいてビ-ムの遅い取り出し法と蓄積方法についての議論を行い、今後のより精密なシミュレ-ションの指針を得た。2.素粒子稀崩壊実験については、ビ-ム強度はKAON計画より2ケタ近く低いが、現実に実験を行っている米国ブルックヘブン研(BNL)と高エネ研(KEK)等でのワ-クショップにおいて、現状のまとめと、ビ-ム強度を上げた場合の問題点を中心に検討を進めた。デ-タ収集率を上げるために、高い計数率のもとで、数えおとしの少ないVeto用のガンマ線検出器の開発を進めており、各種物質について基礎デ-タを取るところからはじめ、全体の測定器(大立体角、高分解能スペクトロメ-タ-)を更に最適化する。又高速デ-タ処理の方式についても検討を行っている。3.ニュ-トリノ実験については、3GeVブ-スタ-のビ-ムと30GeVのビ-ムを用いてできてる物理の比較検討、及び、より高いエネルギ-でのニュ-トリノ実験物理との関係が議論された。又新しいニュ-トリノ検出器としてファイバ-シンチレ-タ-の検討を進めている。4.中間子を用いた原子核実験では、特にハイパ-核生成実験の進め方と、それに必要な高性能ビ-ムチャネル及びスペロトメ-タ-の検討を行った。現実に実験を行っているKEK,BNLの現状総括と、KEKで建設中の超伝導スペクトロメ-タ-(SKS,TOROIDAL)の性能評価、調整状況が議論され、分解能200keVのビ-ムチャネルの設計や、中性粒子検出器、ファイバ-シンチレ-タ-の検討が進んだ。K中間子、π中間子散乱実験の検討も行った。又、高計数率で長時間安定に作動する高位置分解能ガス検出器の開発も進んでいる。5.反陽子による物理については、CERNのLEAR装置により高いエネルギ-での物理、主としてエキゾチック探索やチャ-モニウム・原子核相互作用についての検討が進んだ。検出器の検討も進んでいる。これらの議論・検討は今後もひきつづき行われる予定で、何回かの大規模な国際ワ-クショップを経て、最初にスタ-トさせるべき実験のプライオリティを決め、各国の加速器建設への寄与と、ビ-ムチャネル、測定装置の役割分担の最終案をまとめてゆく予定となっている。以下具体的に述べる。

1.大強度陽子ビ-ム加速については、エネルギ-は800MeVと低いが現実に75μAの陽子ビ-ムを蓄積しているロスアラモス研の蓄積リングを視察し、意見を交換した。又偏極ビ-ムの加速に不可欠のサイベリアンスネイク実験を行っているインディアナ大を視察した。更にTRIUMFにおいてビ-ムの遅い取り出し法と蓄積方法についての議論を行い、今後のより精密なシミュレ-ションの指針を得た。2.素粒子稀崩壊実験については、ビ-ム強度はKAON計画より2ケタ近く低いが、現実に実験を行っている米国ブルックヘブン研(BNL)と高エネ研(KEK)等でのワ-クショップにおいて、現状のまとめと、ビ-ム強度を上げた場合の問題点を中心に検討を進めた。デ-タ収集率を上げるために、高い計数率のもとで、数えおとしの少ないVeto用のガンマ線検出器の開発を進めており、各種物質について基礎デ-タを取るところからはじめ、全体の測定器(大立体角、高分解能スペクトロメ-タ-)を更に最適化する。又高速デ-タ処理の方式についても検討を行っている。3.ニュ-トリノ実験については、3GeVブ-スタ-のビ-ムと30GeVのビ-ムを用いてできてる物理の比較検討、及び、より高いエネルギ-でのニュ-トリノ実験物理との関係が議論された。又新しいニュ-トリノ検出器としてファイバ-シンチレ-タ-の検討を進めている。4.中間子を用いた原子核実験では、特にハイパ-核生成実験の進め方と、それに必要な高性能ビ-ムチャネル及びスペロトメ-タ-の検討を行った。現実に実験を行っているKEK,BNLの現状総括と、KEKで建設中の超伝導スペクトロメ-タ-(SKS,TOROIDAL)の性能評価、調整状況が議論され、分解能200keVのビ-ムチャネルの設計や、中性粒子検出器、ファイバ-シンチレ-タ-の検討が進んだ。K中間子、π中間子散乱実験の検討も行った。又、高計数率で長時間安定に作動する高位置分解能ガス検出器の開発も進んでいる。5.反陽子による物理については、CERNのLEAR装置により高いエネルギ-での物理、主としてエキゾチック探索やチャ-モニウム・原子核相互作用についての検討が進んだ。検出器の検討も進んでいる。これらの議論・検討は今後もひきつづき行われる予定で、何回かの大規模な国際ワ-クショップを経て、最初にスタ-トさせるべき実験のプライオリティを決め、各国の加速器建設への寄与と、ビ-ムチャネル、測定装置の役割分担の最終案をまとめてゆく予定となっている。
脱粒による作物収量の損失と発生メカニズムの解明

脱粒性は、植物の基本特性の一つであり、野生植物においては種子散布のメカニズムとして重要であるが、栽培作物では収量の損失に結びつくため望ましくない。近年,水田転作作物としてダイズやソバの作付けが拡大しているが,水稲やコムギなどに比べ収穫時の収量損失が多いというわれる.そこで本研究では,脱粒による収量損失を農家圃場での調査を通して実態を把握するとともに,その発生メカニズムを品種間差や栽培条件の違い,また収穫時損失が発生しやすい条件などの面から調査を行った.ダイズならびにソバでは,年次変動や地域間差はあったが,著しく収量を損失する場合があった.他作物との収穫時の競合でダイズの収量が23割程度損失したり,台風の被害によりソバの収量の5割以上を損失したりする場合があった.ソバの場合,耕起による除草を適切に行えば脱粒によって落下した種子を次の作付けに利用できる可能性が示された.また,ソバの脱粒は,小枝が細いことに由来し,この形質は種子の大きさと高い遺伝相関が見られた.これは,大粒品種が脱粒し難いことを示す.脱粒を避けるため収穫次期を変えた場合には,ソバの品質が大きく変動することが示された.ダイズについては,裂莢と強く結びつく形質を見出すことはできなかったが,生産者からの聞き取りによってダイズの生育ムラが収穫時期の判定を難しくする場合のあることがわかった.生育ムラは土壌環境の差異や圃場脇の街灯の影響などによって生じていた.空撮画像を用い,圃場内の生育ムラの二次元解析を行ったところ,ムラはランダムに発生し徐々に収束していった.また街灯の光質について検討したところ,青緑蛍光灯や水銀灯がダイズの生育遅延に対して影響が小さかった.脱粒性は、植物の基本特性の一つであり、野生植物においては種子散布のメカニズムとして重要であるが、栽培作物では収量の損失に結びつくため望ましくない。近年,水田転作作物としてダイズやソバの作付けが拡大しているが,水稲やコムギなどに比べ収穫時の収量損失が多いというわれる.そこで本研究では,脱粒による収量損失を農家圃場での調査を通して実態を把握するとともに,その発生メカニズムを品種間差や栽培条件の違い,また収穫時損失が発生しやすい条件などの面から調査を行った.ダイズならびにソバでは,年次変動や地域間差はあったが,著しく収量を損失する場合があった.他作物との収穫時の競合でダイズの収量が23割程度損失したり,台風の被害によりソバの収量の5割以上を損失したりする場合があった.ソバの場合,耕起による除草を適切に行えば脱粒によって落下した種子を次の作付けに利用できる可能性が示された.また,ソバの脱粒は,小枝が細いことに由来し,この形質は種子の大きさと高い遺伝相関が見られた.これは,大粒品種が脱粒し難いことを示す.脱粒を避けるため収穫次期を変えた場合には,ソバの品質が大きく変動することが示された.ダイズについては,裂莢と強く結びつく形質を見出すことはできなかったが,生産者からの聞き取りによってダイズの生育ムラが収穫時期の判定を難しくする場合のあることがわかった.生育ムラは土壌環境の差異や圃場脇の街灯の影響などによって生じていた.空撮画像を用い,圃場内の生育ムラの二次元解析を行ったところ,ムラはランダムに発生し徐々に収束していった.また街灯の光質について検討したところ,青緑蛍光灯や水銀灯がダイズの生育遅延に対して影響が小さかった.作物の脱粒性による収量損失のメカニズムを明らかにするために、ダイズとソバを用いて実験・調査を行った。ダイズについては、岐阜県内3ヶ所と富山県内1ヶ所で実験調査を行った。また、昨年度に行った愛知県内と岐阜県内の圃場各1箇所での調査結果との比較を行った。ダイズの収量損失量は、農家圃場によって大きく異なり、特に愛知県と岐阜県での収量損失が目立つた。これら両県の調査圃場では、奨励品種フクユタカを栽培していたが、この品種の特性は裂莢性中易とされている。一方、富山県の調査圃場で栽培される品種は、裂莢性易のエンレイであったが、脱粒による収量損失は小さかった。これらのことは、脱粒による収量損失が、品種特性の他に栽培条件や栽培環境にも影響されることを示す。また、ダイズ圃場の現地調査から、圃場内のダイズ枯れ上がりの不均一が、収穫時期の判定を困難にし、脱粒を招くことがあることがわかった。そこで、ダイズ圃場内の枯れ上がりの不均一の発生原因を調べた。ダイズが不均一に枯れ上がる原因として、圃場に隣接する街路灯の影響が大きいことがわかった。フクユタカの場合、街路灯の照度が0.1lx程度でも生育に影響を及ぼし黄化を妨げることがわかった。また、土壌の物理・化学的特性も、圃場内での枯れ上がり斑の原因となった。ソバについては、脱粒性に関しての品種比較を行った。比較には、引っ張り試験機による小枝の強度を測定した。小枝の強度は開花後徐々に上昇し、その後痩果の登熟に従い低下した。品種間差の検定には、痩果皮が褐変した10日後が適当であった。

品種間で比較したところ、大粒品種は小粒品種に比べ、脱粒しにくかった。また、雑種集団について、脱粒性の改良を目的とした選抜を行ったところ、選抜効果が見られ遺伝率の高いことがわかった。作物の脱粒性による収量損失の発生メカニズムを明らかにするために、昨年度の研究結果を踏まえて本年度は、(1)農家圃場におけるソバの収穫時における収量損失量の推定、(2)ダイズの裂莢による収量損失を回避するための栽培条件の検討、(3)ダイズの生育に及ぼす街路灯の影響を回避するための光質の検討、などを行った。農家圃場におけるソバ収量の損失:岐阜県内3町村の農家圃場11箇所について、収穫時の収量損失を評価した。調査した圃場には、普通ソバとダッタンソバが栽培されており、また収穫作業はそれぞれの農家が保有するコンバインによって行われた。普通ソバとダッタンソバの収穫時の収量損失を比較すると、普通ソバでは坪刈収量の610%程度の損失が認められたが、ダッタンソバでは20%36%もの損失が発生していた。一方、収穫作業に用いたコンバインの型式の違いによる損失量の差異は認められなかった。ダイズの栽培条件の検討:前年度の予備実験の過程で、石膏を施肥した土壌で栽培したダイズの莢が裂莢しにくい傾向が観察された。そこで本年度は、慣行栽培区、石灰施肥区、石膏施肥区の3処理条件下でダイズを栽培し各処理区で栽培したダイズの抗裂莢力を比較した。その結果、慣行栽培区と石灰処理区での抗裂莢力は4.265.92Nであったのに対して石膏処理区では7.337.48Nと有意に高い値を示した。このことは、ダイズ圃場への石膏の投入が裂莢による収量損失を低減しえる可能性を示す。ダイズの生育に及ぼす街路灯の効果:光質を異にする照明下で栽培したダイズの生育をポット栽培ならびに圃場栽培によって比較したところ、生育に差が認められた。白色光、赤色光ならびに強度の緑色光照射条件ではダイズの花芽形成の遅延と茎の蔓化が観察されたが、40lx以下の緑色光照射条件ではこのようなダイズの生育以上は発生しなかった。作物の脱粒性による収量損失の発生メカニズムを明らかにするために、農家圃場におけるソバの台風による収量損失の被害状況、石膏施用によるダイズの裂莢性程度への影響、圃場内での生育ムラによる刈り取り遅れの発生状況を把握するための空撮による圃場診断方法の開発、夜間照明によるダイズの生育への影響、バングラデシュにおけるイネの脱粒性程度の差異と脱穀作業様式との関係、について研究を行った。(1)農家圃場におけるソバの台風による収量損失の被害状況平成16年9月の台風により、岐阜県飛騨地域では収穫直前のソバが大きな被害を受け、予定収量の半分以上が落粒により損失した。(2)石膏施用によるダイズの裂莢性程度への影響前年度は、ダイズ品種タチナガハを用い石膏の施用が裂莢を防ぐ効果があることを見た。本年度は、飛騨市と岐阜市で品種エンレイを用い石膏施用の実験を行ったところ明確な裂莢防止効果は認められなかったが、莢の水分含量の低下を抑制する傾向が認められた。(3)圃場内での生育ムラによる刈り取り遅れの発生状況を把握するための空撮による圃場診断方法の開発ダイズ圃場では、生育ムラが収穫の適期を遅らせる要因になる。そこで、生育ムラの発生状況を把握する目的で、バルーンを用いた空撮システムの開発を行い、圃場の植物の生育を三次元的に把握することができた。(4)夜間照明によるダイズの生育への影響ダイズ圃場での生育ムラの発生要因として、街路灯による夜間照明の影響が指摘されている。そこで、光質を変えダイズの生育に与える影響を見たところ、青緑蛍光灯の影響が小さかった。
最適化手法と人とのインタラクションによる対話型避難計画検討システムに関する研究

本研究では,発災時の避難行動を指示する避難計画の検討を支援するための避難計画検討システムを提案する.現状では,簡易な数理モデル上で最適解を得る手法の提案と,複雑な実状を考慮して人が検討をし修正をする場の支援が別々の分野で取り組まれているが,本研究ではこれら両方を考慮し,最適化手法からの解の提示とそれを見た人の検討を繰り返し行う避難計画検討支援システムを提案することを目指している.本年度はシステムへのデータ入力から出力まで一連の流れを想定したシステムのインタフェース設計について取り組み,さらに避難計画問題として問題を定式化し,最適化手法を提案することを目指した.本年度は避難計画検討システムのインタフェース設計について,検討者にとって避難状況や避難計画の適切さが視認しやすい出力法について提案を行い,提案内容の検証実験を行った.その結果,情報の色表現が視認性に与える影響を明らかにし,避難計画検討支援システムにおける色表現のデザイン指針を提示した.この結果は国内の学会で発表をし,また国外の論文誌書籍への掲載が決まっている.また,避難計画を検討する際に考慮すべき避難誘導の方法や情報共有についても検討を行った.避難誘導方法については避難者がもつ携帯型デバイスを用いることによる避難案内方法について検討し,子どもでも利用可能な案内手法を提案した.この結果については国内の学術論文誌への採択が決まっている.また情報共有法については避難者がもつ携帯型デバイスに装備された各種センサーや避難者の行動から避難者の状況を推定する手法の提案を行った.本成果についても国内の学会で発表をし,また国外の論文誌書籍への掲載が決まっている.一方避難計画問題の定式化と最適化手法の提案については,ユーザからの入力が繰り返し行われる中での定式化について検討中である.避難計画支援システムのインタフェースについては,継続して入力・出力の両面で検討と提案内容の検証を行っている.しかし一方で,ユーザとのインタラクションがある場での最適化問題の定式化と手法の提案については取り組みが遅れている.以上のことから,システム側の課題については成果が得られているものの,最適化手法の研究についてはやや遅れていると考える.本年度も避難計画検討支援システムの入力・出力インタフェースの検討,および提案と検証を行い,一定の成果を得ることができた.本年度は最適化問題の定式化と手法の提案については関連する研究者と意見交換の場を積極的に設け,研究を遂行することを目指す.またこれまでの提案内容に基づき,避難計画検討支援システムとして一つのシステムを試作し,評価実験を行い,本研究課題の成果として避難計画検討支援システムのデザイン指針を提案することを目指す.本研究では,発災時の避難行動を指示する避難計画の検討を支援するための避難計画検討支援システムを提案する.現状では,簡易な数理モデル上で最適解を得る手法の提案と,複雑な実状を考慮して人が検討をし修正をする場の支援が別々の分野で取り組まれているが,本研究ではこれら両方を考慮し,最適化手法からの解の提示とそれを見た人の検討を繰り返し行う避難計画検討支援システムを提案することを目指している.本年度では,避難に関する検討行動を分析し,システム設計に注力することを目的とした.避難計画を検討する場で専門家がどのように実際に検討をしているかを分析し,さらにユーザとのインタフェースを検討することを目指した.結果として,避難計画を検討する場の分析については,緊急車両を対象とした災害時計画を検討支援する比較的シンプルなシステムを提案し,それをベースとして消防隊の協力を得て検討に対する意見を得た.本成果は国際会議で発表を行っている.さらに,システムのインタフェースについては,電子地図をベースに計画を検討することとし,地図システムへの入力とシステムからの出力のそれぞれについて,提案したインタフェースについていくつかの知見を得た.具体的には,地図にデータを入力する際に必要な地図検索について,従来の地名や住所に基づく検索とは異なり,現場の状況のみから検索が可能な検索手法を提案し,その実現可能性を示した.さらに現場状況を検索キーとする地図検索手法に対応する音声入力手法について検討を行った.地図検索手法の成果については学会論文誌で採択され,音声入力の検討については国内の学会で発表を行っている.地図システムからの出力については,地図上に災害状況をマッピングし,地図上を仮想的に移動することによる状況把握の方法を検討し,その結果を国内の学会で発表をしている.避難計画の検討については,これまでの活動により専門家からの意見をいただけている.インタフェースについても地図システムをベースとして,入力および出力インタフェースについて検討と,その効果検証が行っている.以上のことから,当該年度の研究計画に従って活動を行い,その成果が得られていると考える.ただし,避難計画検討支援システムとしてユーザからの入力,および出力までの一連の流れを想定したシステムのインタフェースの検討についてはまだ未着手であり,今後取り組むべき活動である.本研究では,発災時の避難行動を指示する避難計画の検討を支援するための避難計画検討システムを提案する.現状では,簡易な数理モデル上で最適解を得る手法の提案と,複雑な実状を考慮して人が検討をし修正をする場の支援が別々の分野で取り組まれているが,本研究ではこれら両方を考慮し,最適化手法からの解の提示とそれを見た人の検討を繰り返し行う避難計画検討支援システムを提案することを目指している.昨年度は防災の専門家から避難計画検討に関する意見を収集し,システムのインタフェース設計の検討を行った.本年度はシステムへのデータ入力から出力まで一連の流れを想定したシステムのインタフェース設計について取り組み,さらに避難計画問題として問題を定式化し,最適化手法を提案することを目指した.結果として,システムへのデータの入力については一般的なデータベースからの入力のほかに,現場の状況や環境のデータを音声やテキストで入力することにより状況や場所を特定する手法の提案を行った.

これにより,地名や住所などによる検索とは異なり,特定の条件を満たす場所を地図上から検索することが可能となる.本研究の成果については国内の学会,および国際会議で発表を行っている.また,データの出力については地図をセルで分割し色によって状況を表現することとし,有効な情報が表現されており,かつ検討者にとって見やすい状況表現について検討を行い,さらに専門家に参加いただいて意見を収集した.その結果,認識できる色数や色表現についての知見を得ることができた.この成果についても国内の学会,および国際会議で発表を行っている.一方避難計画問題の定式化と最適化手法の提案については,ユーザからの入力が繰り返し行われる中での定式化について検討中である.避難計画支援システムのインタフェースについては,昨年度と同様に今年度も専門家から意見をいただき,入力・出力の両面で検討と提案内容の検証を行っている.しかし一方で,ユーザとのインタラクションがある場での最適化問題の定式化と手法の提案については取り組みが遅れている.以上のことから,システム側の課題については成果が得られているものの,最適化手法の研究についてはやや遅れていると考える.本研究では,発災時の避難行動を指示する避難計画の検討を支援するための避難計画検討システムを提案する.現状では,簡易な数理モデル上で最適解を得る手法の提案と,複雑な実状を考慮して人が検討をし修正をする場の支援が別々の分野で取り組まれているが,本研究ではこれら両方を考慮し,最適化手法からの解の提示とそれを見た人の検討を繰り返し行う避難計画検討支援システムを提案することを目指している.本年度はシステムへのデータ入力から出力まで一連の流れを想定したシステムのインタフェース設計について取り組み,さらに避難計画問題として問題を定式化し,最適化手法を提案することを目指した.本年度は避難計画検討システムのインタフェース設計について,検討者にとって避難状況や避難計画の適切さが視認しやすい出力法について提案を行い,提案内容の検証実験を行った.その結果,情報の色表現が視認性に与える影響を明らかにし,避難計画検討支援システムにおける色表現のデザイン指針を提示した.この結果は国内の学会で発表をし,また国外の論文誌書籍への掲載が決まっている.また,避難計画を検討する際に考慮すべき避難誘導の方法や情報共有についても検討を行った.避難誘導方法については避難者がもつ携帯型デバイスを用いることによる避難案内方法について検討し,子どもでも利用可能な案内手法を提案した.この結果については国内の学術論文誌への採択が決まっている.また情報共有法については避難者がもつ携帯型デバイスに装備された各種センサーや避難者の行動から避難者の状況を推定する手法の提案を行った.本成果についても国内の学会で発表をし,また国外の論文誌書籍への掲載が決まっている.
アミノ酸の味の定量化を実現する苦味センサの開発

本研究は,医薬品やサプリメントの主成分として用いられる分岐鎖アミノ酸(BCAA)及びそのジペプチドを対象とし,その苦味及び苦味抑制効果の客観評価を可能とする脂質高分子膜を用いた苦味センサの開発を実施した.その結果,1苦味センサを用いて,アミノ酸及びジペプチドの苦味を定量できた.2苦味抑制剤であるL-Lys添加時において,BCAA及びジペプチドIle-Pheの苦味の抑制傾向が示唆され,苦味センサがpH変化の影響を検出している可能性が示唆された.3L-LysのBCAAに対する苦味抑制効果が官能検査によって示された.従って,試作した苦味センサが,苦味及び苦味抑制効果を客観評価できることが示された.本申請課題は平成24年度に1分岐鎖アミノ酸(BCAA)を選択的に認識する脂質高分子膜組成の決定,2BCAAの官能検査を実施し,平成25年度に3苦味抑制効果の検出を実施する事を予定していた.平成24年度において,上記実施項目1,2が当初の予定より順調に進んだため,実施項目3を繰り上げて実施した.これにより平成25年度は,より研究を発展させるために,BCAAを有するジペプチドを対象とし,苦味センサを用いたジペプチドの測定,官能検査,苦味抑制効果の検出を実施した.対象として用いたジペプチドは,BCAAを含む機能性ペプチドのL-alanyl phenylalanine (Ala-Phe)及びL-isoleusyl-phenylalanin (Ile-Phe)とした.また,これらのジペプチドはBCAA単体と比較して,疎水性度が高い事から,苦味センサに対して高い応答が得られることを期待して測定対象とした.その結果,苦味センサは,ジペプチドに対して高い濃度依存性及びBCAAと比較して高い応答を示した.また,L-Lysを添加する事で,ジペプチドのセンサ応答値が減少した.この結果を基に官能検査を行った結果,ジペプチドがL-Lysを添加することで苦味抑制効果が得られることが明らかとなった.従って,BCAAのみならず,BCAAを含む機能性ジペプチドに対しても,苦味センサを用いることで苦味の数値化及び苦味抑制を検出出来る可能性が示された.本研究は,医薬品やサプリメントの主成分として用いられる分岐鎖アミノ酸(BCAA)及びそのジペプチドを対象とし,その苦味及び苦味抑制効果の客観評価を可能とする脂質高分子膜を用いた苦味センサの開発を実施した.その結果,1苦味センサを用いて,アミノ酸及びジペプチドの苦味を定量できた.2苦味抑制剤であるL-Lys添加時において,BCAA及びジペプチドIle-Pheの苦味の抑制傾向が示唆され,苦味センサがpH変化の影響を検出している可能性が示唆された.3L-LysのBCAAに対する苦味抑制効果が官能検査によって示された.従って,試作した苦味センサが,苦味及び苦味抑制効果を客観評価できることが示された.本研究は,医薬品やサプリメントの主成分として用いられる分岐鎖アミノ酸(BCAA)を対象とし,その苦味の客観評価を可能とする苦味センサの開発を目的としている.我々の身近に存在する食品の多くにはアミノ酸が含まれており,アミノ酸は単体で様々な味を呈する.本研究が実現出来れば,肝硬変患者への経口投与剤や,筋肉疲労を防ぐためのスポーツ用サプリメント飲料等の味質の評価,改善への応用のみならず,既に実現した味覚センサを併用する事で基本5味+渋味,アミノ酸を含む食品全般への適応が可能となる.本センサの開発課題として,以下の3課題についてそれぞれ実施した.1BCAAを選択的に認識する脂質高分子膜組成の決定:BCAAである,バリン,ロシン,イソロイシンを対象として,苦味センサの受容部である脂質高分子膜の組成の検討を行った.これらのBCAAが疎水性アミノ酸である事に着目し,脂質として,phosphoric acid di-n-decyl ester,可塑剤として,bis(1-butylpentyl) adipateとtributyl o-acetylcitrateを含有したポリ塩化ビニル膜を用いる事でBCAAの検出が可能であることが明らかとなった.2BCAAの官能検査:塩酸キニーネを苦味標準物質として用い,等価濃度試験法により,BCAAの官能検査を実施した.被験者の苦味官能値と苦味センサの出力値は,すべてのBCAAにおいて高い相関関係を有する事が明らかとなった.3苦味抑制効果の検出:BCAAの苦味抑制剤として知られているアルギニン,オルニチンをBCAA混合溶液に添加し,苦味センサによる測定と官能検査を行った.センサ応答は,官能評価よりも低い抑制剤添加濃度から顕著な抑制の傾向が見られた.従って,官能検査が困難な薬品の苦味評価を苦味センサで代替できる可能性が示唆された.本申請課題は,2年間で1BCAAを選択的に認識する脂質高分子膜組成の決定,2BCAAの官能検査,3苦味抑制効果の検出の3課題を取り組むこととした.平成24年度において上記課題1と2を実施する予定であり,課題1において,BCAAに対して高いセンサ応答を示す脂質高分子膜組成を決定し,苦味センサとして十分な性能を有する事が分かった.課題2におい,BCAAの官能検査を実施し,課題1で開発した苦味センサのセンサ応答との比較を行った.従って,平成24年度の研究実施計画を予定通り実施できたといえる.さらに,課題1において,難航する事が予想されていたが,目標としていたセンサ感度を有する脂質高分子膜組成を予定より早く探索できたため,次年度実施予定であった課題3を前倒しで開始する事が出来た.平成24年度に前倒しをして遂行した課題

3について,引き続きセンサ応答のメカニズム解明を中心に進め,必要に応じて課題1,2の見直しを行い,フィードバックさせる.平成24年度に,苦味抑制効果を苦味センサを用いて検出可能であることが示唆されたが,センサ応答の抑制メカニズムの解明には至っていない.従って,BCAAと苦味抑制剤の化学的特徴を考慮し,脂質高分子膜との相互作用について検証する.また,BCAAを含む苦味を呈するジペプチドは,生体において機能性を有し,医薬品やサプリメントに用いられており,苦味センサの高機能化として求められる測定対象物である.従って,ジペプチドにも対象を拡大し,苦味センサのさらなる高機能化を目指す.苦味センサの作製に必要な,脂質,可塑剤,高分子といった試薬,測定に使用する電極,測定対象であるBCAAやジペプチド等を購入する.また,本研究で得られた成果を公表するための,学会参加費,旅費,論文投稿代として使用する.
新しい超高速変調・復調光通信システムに関する基礎研究

光の周波数は極めて高く、潜在的に超広帯域な情報伝送特性を持っているが、現在、光通信などにおいて実用されている周波数帯域は、原理的に利用可能な帯域幅の23桁以下である。これは、主として光をマイクロ波・ミリ波以上の周波数で変調し、復調することが困難なためである。このような限界を超える可能性として、光変調器の特質を利用すると、電子回路として限界があっても、原理的にはそれ以上の高い周波数で変調できることを理論および実験によって示した。その主な方法は次のようなものである。(1)光変調器の動作点を適当に選ぶと、変調周波数の2倍の周波数で変調できる。(2)線形特性を持つ光変調器でも2段縦続接続し、適当な逆位相で励振を行うと、2倍の周波数で変調できる。(3)この方法は任意の段数に拡張することが出来る。また、幾ら高い周波数で変調できても、現在の光検波素子による復調可能周波数には限界があり、直接的には復調できないようになる。そこで、光検波素子の非線形性を使い、局部信号を加えて、周波数変換するならば、限界周波数以上の信号をも復調できることを、理論的・実験的に示した。さらに、周波数が高い場合は、上述の光変調器と組み合わせて復調することも出来る。今後の課題は、副搬送波を用いて多重化された光通信システムを構築することであろう。1.導波ー放射モード結合型光変調器LiTaO_3結晶基盤上にNbを拡散して光導波路を設える導波ー放射モード結合型光変調器は、導波路が一本でよく、かつ両モード間の位相整合も自動的にとれて製作しやすい。低誘電体層装荷および電極構造を工夫することによって高速広帯域化する方法を考案・設計・製作し、光変調実験を行なった。比較的低い周波数においては予想通りの2倍周波数の変調を観測することが出来た。しかしながら、Xバンドではかなり大きな変調電力を供給することが必要になり、十分測定できるまでに電極が焼損した。2.分岐干渉型光変調器上述の型の光変調器は作りやすいが、大きな電力の変調信号が必要なので、低電圧で動作可能な分岐干渉型光変調器を設計・製作することにした。光変調器の基盤としてLiNbO_3結晶を用い、導波路としてはTi拡散に変更する必要があったので、材料定数の設定や製作条件を見い出すための予備実験や試行錯誤が必要であったが、比較的速やかにこの型の光変調器を実現することが出来た。そして、ほぼ理論通りの光変調特性を有することを測定によって確かめた。変調電極構造を改良して高い周波数(Xバンド)で測定する準備をしている。また、分岐干渉型光変調器に関して高調波変調特性を詳細に調査したり、分岐角を拡大し、損失を低減する方法を考案した。3.光復調方式先ず、フォト・ダイオードに局部発振電圧を印加する方式の光復調の理論解析と実験を行なった。低い周波数では理論的に予想したアドミタンスの非線形性による復調特性を得たが、高い周波数では逆バイアス領域において空乏層幅が変化することによる量子効率変調とみられる光復調特性を観測した。次に、アヴァランシ・フォトダイオードを用いて超高周波(GHzオーダー)で光復調が行えることを実験的に確認した。1.光変調分岐干渉型光変調器は高い感度を有するが、大きな非線形性を持っている。本光通信方式にはそれを利用することもできるので、それを理論的に理論的に解析し、直流バイアスに対する光変調の線形・非線形特性を定量的に明らかにした。2.縦続光変調線形の光変調特性をもつ(非線形性を持たない)任意個数n個の変調器を縦続に繋ぎ、各段の変調信号の位相を等しい間隔でずらせて全体として360度の位相推移になるようにすると、副搬送周波数のn倍の周波数で光波が変調されることを一般的に証明した(以前は2^n個の場合について証明)。