hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
パルス電界処理による細胞動態の定量評価および泳動診断システムの確立

すなわち、【課題1診断用検量線の作成およびリアクタの改良】の具体的な成果として、改良した等価回路解析との比較から、捕集時における泳動速度およびインピーダンス検量線を策定した。また、【課題2診断システムの性能評価】においては、電圧振幅、周期、パルス回数などパルス条件の違いによる検出応答を十分に精査し、検量線との関係性を検証した。本研究は、パルス電界処理による酵母細胞の電気定数(誘電率および導電率)変化を誘電泳動速度から導出するとともに、マクロなモニタ電気信号(細胞群の泳動集積によるインピーダンス変化)と膜活性・生育活性の相関を定量的に検証して、迅速かつ簡便な動態診断システムを構築するものである。主要な成果として、核酸染色変化から膜損傷度を導出し、加熱とパルス電界印加による閾値の違いを特定した。酵母細胞の泳動速度や電極間のインピーダンスを計測し、等価電気回路モデルを用いた電気定数変化を示した。また、損傷酵母の遺伝子発現を検出し、生物学的変異の判断指標を決定した。さらにパルス条件の違いによる検出応答を精査した。【課題1インピーダンス応答と膜損傷率・細胞増殖速度との定量相関】において、初めにパルス電界処理用マイクロセル内の等価回路モデルを検証した。容量及び抵抗の直並列回路を仮定し、実験結果との比較から電気定数パラメータのフィッテングを行った。次に損傷酵母の電極間橋絡時における等価回路にモデルを拡張し、各周波数におけるインピーダンス変化量との比較を行った。結果として、本モデルによりインピーダンス変化の定性的な傾向を示すことができた。ただし、駆動周波数によっては実測値と定量的に異なる値を示した。そのため、等価回路の設定に関しては、次年度以降も引き続き精査していく必要がある。また、生物学的変位の定量性を具体的に示すことができるように、ポリメラーゼ連鎖反応法(PCR)による遺伝子解析を行った。核酸蛍光染色だけでは十分に考慮できなかった、グルタチオン合成に寄与する遺伝子発現のひとつがナノパルス印加時にのみ検出された。ゆえに、本遺伝子発現はインピーダンス変化と密接に関連していることが示唆された。本結果の一部は国内会議(電気学会全国大会)にて発表しており(13.研究発表の項を参照)、論文投稿のための準備を進めている。以上より、本年度の研究においては当基金を有効に活用し、到達目標を概ね達成できていると言える。静電気学、計測・センサ工学、放電物理平成27年度は、これまでの結果を踏まえ、迅速かつ簡便な細胞動態の泳動診断システムを構築する。(1)診断用検量線の作成およびリアクタの改良前年度の各相関データを基に4動態(通常、膜損傷、アポトーシス誘導、生育促進)のインピーダンス検量線を作成する。また、複数周波数で同時計測が可能な電極配置にリアクタを改良する。同時にパルス印加と泳動計測のユニットを一体化して集積細胞数を増加させ、検出速度および感度の向上を図る。(2)診断システムの性能評価電圧振幅、周期、パルス回数などパルス条件の違いによる検出応答を比較し、本診断システムにおける検量線およびリアクタ構造の妥当性を検証する。
数学におけるアルゴリズム理解のための直観的入力手法による支援システム開発

アルゴリズムは,コンピュータを使ってある特定の目的を達成するための処理手順であるばかりでなく,数学などにおいて,問題を解くための効率的手順を定式化した形で表現したものであるため,その理解は数学において非常に重要なことである。そこで,本研究課題では,複数のポイントに指などで同時に触れて直観的入力ができるマルチタッチ機能の利点を生かした数学におけるアルゴリズム理解のための支援ツールの開発を行った。そして,それを用いて大学生を対象にした実証実験を実施し,その学習効果及び有効性の検討を行った結果,その有効性が示せた。アルゴリズムは,コンピュータを使ってある特定の目的を達成するための処理手順であるばかりでなく,数学などにおいて,問題を解くための効率的手順を定式化した形で表現したものである。したがって,アルゴリズムの理解は,平成21年告示の高等学校学習指導要領の数学の目標に示されている「数学的活動を通して,数学における基本的な概念や原理・法則の体系的な理解」を深めるためや,「事象を数学的に考察し表現する能力」を高めるために,非常に重要なことである。一方,情報技術の面では,近年,高解像度のマルチタッチ画面が急速に普及しており,従来の同時に一ヶ所だけの入力ということに縛られないツールの開発が可能となった。そこで,本研究課題では,複数のポイントに指などで同時に触れて直観的入力ができるマルチタッチ機能の利点を生かし,アルゴリズム理解のための視覚的表現を支援するツールの開発を行うことを目指した。具体的には,以下(1)(6)の手法を具備したチューリングマシン(計算を行う機械のモデル)の仕組みについての理解を支援するシステムの開発を行い,それを用いて大学生を対象にした実証実験を実施し,その学習効果及び有効性の検討を行った結果,その有効性が示せた。(1)ツールパレット及び読み書き可能な左右に動くヘッドがついた無限に長いテープ(下部)を具備し,画面上に状態遷移図をデザインすることが可能(2)指での直観的な入力が可能(3)画面に複数人が触れて共同作業が可能(4)移動や回転,ズームなどの動きを直感的に入力可能(5)試行錯誤しながら経験的な学習を通して数学的活動を支援できる(6)学習者が作成したプログラムをメール添付機能にて即座に指導者に配信可能アルゴリズムは,コンピュータを使ってある特定の目的を達成するための処理手順であるばかりでなく,数学などにおいて,問題を解くための効率的手順を定式化した形で表現したものであるため,その理解は数学において非常に重要なことである。本研究は,計算するという概念の本質を探るための数学的なモデルを理解するために,複数のポイントに指などで同時に触れて直観的入力ができるマルチタッチ機能の利点を生かし,視覚的表現を支援するツールの開発を行うことを目指すものである。具体的には,以下(1)(3)の手法を具備した数学的なモデル理解のための視覚的表現を支援するツールの開発をし,それを用いた実証実験を協力校にて実施し,その学習効果及び有効性の検証を行う。(1)画面に複数人が触れて共同作業を行なったり,(2)移動や回転,ズームなどの動きを直感的に入力ができ,(3)試行錯誤しながら経験的な学習を通して数学的活動を支援できるもの。今年度は,システム設計及び開発,プログラミングが主な研究内容で,詳細は以下の(1),(2)の通り。(1)システム設計及び開発:先行研究及びそれを用いた実践事例の調査・検討をするとともに,具体的なシステム設計を行った。(2)プログラミング:(1)の結果に基づいて,シュミレーションを行いながら具体的にプログラミングを進めた。そして,何度か改良を繰り返し,開発したアプリケーションTuring the Universeを実証実験端末に実装した。予定通り,アプリケーションの開発が終わり,実証実験の準備が完了した。次年度は,最終年度にあたり,開発したアプリケーションTuring the Universeを用いた実証実験を名古屋大学を中心に協力校にて実施し,その学習効果及び有効性の検証を行う。次年度は,2年次であるが,最終年度にあたり,実証実験の実施,その学習効果及び有効性の検証を行うため,実証実験の被験者へのアンケート調査にかかわる費用及び研究打合せ等のための旅費が主である。
マガキにおける転写因子HIF-1αおよびHSF1を介した空気曝露耐性機構の解明

マガキは、他の多くの水棲生物と比べて様々な環境ストレスに強い耐性を示し、特に低酸素状態に陥る空気曝露に強い耐性を示す。これは、マガキが空気に晒される潮間帯の岩礁などに生息する固着性二枚貝類であることから、遺伝的に獲得してきた能力であろう。しかし、空気曝露ストレスに応答して発現するストレス応答遺伝子群の転写レベルでの調節機構の詳細は殆どわかっていない。プロモーター領域をクローニングしたところ、空気曝露により転写誘導される分子シャペロンCRTおよびGRP94には低酸素応答エレメントHREが認められた。このことから、これら遺伝子は空気曝露の間、低酸素応答性転写因子HIF-1によってその転写レベルが調節されていることが示唆された。また、熱ショック転写因子HSF1のプロモーター領域にもHREが認められた。real-time PCR法による発現解析の結果、マガキのHSF1は転写レベルで空気曝露誘導性を備えており、8種のHSF1変異体の応答様式は各種異なることが明らかとなった。各々のHSF1変異体は、機能モチーフの構造が異なることから、遺伝子発現制御において異なる役割を担うと考えられた。また、哺乳類でHSF1によりその転写が誘導されるHSP70は、空気曝露の間、マガキにおいてはHSF1の発現以後に転写レベルで顕著に誘導されていた。また、構成型であるHSC71は、空気曝露の間、転写レベルでの誘導は認められなかった。これらの結果から、マガキの空気曝露応答機構において、HIF-HSF経路およびHSF1の新規アイソフォームを介した全く新規の空気曝露応答機構の存在が示唆された。
室町時代の仏教絵画を中心とする東アジアの宗教美術に関する調査研究

従来、東アジアの宗教美術研究において室町時代の仏教絵画は研究対象とされる機会が非常に少ない分野であり、その基礎的な調査研究の成果がまとまって公刊されたことはない。この研究動向に対し本調査研究は、当時の日本文化を先導した政治権力者や有力寺院、具体的には主に足利将軍家が関与して制作・受容された仏教絵画を中心的な対象として取り上げ、考察を行った。さらに、これに影響を与えた宋・元・明時代および高麗時代・朝鮮時代の仏教絵画をも比較対象として視野に入れ、それらの造形的・文化的な意義を、中国・朝鮮を含めた東アジアの宗教美術のなかに位置付けた。従来、研究成果の非常に少ない室町時代の仏教絵画を主要な対象として基礎的なデータを収集して作品の歴史的な意義を考察し、それらを東アジアの宗教美術のなかに位置付けることを目的とする本調査研究では、足利将軍家が関与する寺院、特に禅宗おける造像を研究対象とした。その理由は公武関係や対外関係を尊重する同家が宗教政策上、禅宗を重視するため、この環境で時代を代表する仏教絵画が制作されたと考えるためである。本年度は東福寺で活躍した画僧・明兆(1352-1431)の現存作例に注目し、特に足利義持の関与が想定される三十三観音図(東福寺)を考察の対象とした。まず本図の図像について典拠とされる『出相観音経』洪武28年(1395)版を検討し、さらに雪舟筆観音図(個人蔵ほか)や鶴洲筆木庵性〓(トウ)・高泉性〓(トン)・千呆性〓(アン)賛観音変相図(東京国立博物館)、朝鮮仏画の観音三十二応現図(知恩院)と比較をすることを通じて、その図像および表現の特質について具体的な知見を得た。また本図の造像目的について同時代の足利将軍家をめぐる状況を文献から検討し、加えて雪舟筆観音図(個人蔵ほか)や観音三十二応現図(知恩院)に関する先行研究なども参照しながら、信仰の側面から作品を理解するための基礎的な資料を収集した。なお以上の研究成果を公開するため、上記作品のうち数件を含む仏教絵画を、申請者が企画担当した九州国立博物館文化交流展示トピック展示「変化する観音」において展示した。従来、室町時代の仏教絵画についての研究成果は非常に少ないが、この研究の状況に対して本調査研究では、当該の領域に関する基礎的なデータを収集して歴史的な意義を考察し、それらを東アジアの宗教美術のなかに位置付けることを目的としている。この目的を達成するために、今年度は次に記した観点から研究を遂行した。まず(1)足利将軍家所蔵の中国仏画に対する室町時代の認識については、会所における陳列の方法を分析し、その意義付けを同家の対外関係を重視する政策との関わりから解釈した。とくに、その意義付けを会所における他の唐物飾りとの関係から考察し、これらに対する同時代の認識を分析して、その評価についても考察した。また(2)室町時代の水墨画家に関する基本資料については、新出資料である『印譜集』(ハーバード大学燕京図書館蔵)を調査研究した点が特筆される。本資料はアーネスト・フェノロサ(18531908)の手稿であり、朝岡興禎(18001856)の『古画備考』とともに日本絵画史に関する研究資料として重要である。とくに室町時代の画家に関する記述が多く、室町水墨画の研究における基本文献とみなされるため、これを調査研究したことはとくに大きな成果として特筆されると考える。本資料に関する考察については来年度以降に逐次、研究成果を公刊する予定である。
加齢に伴う胸腺退縮のメカニズムの解明および免疫系への影響

T細胞を産生する組織である胸腺は、思春期以降に萎縮が始まり、加齢に伴いT細胞産生能が低下する。この生理的な胸腺退縮は脂肪細胞の増大を伴い、末梢ではT細胞の亜集団の割合や機能が変化することが知られている。しかし、脂肪細胞をはじめとする胸腺退縮に伴う変化がどのようにT細胞産生に寄与し得るのかはよくわかっていない。そこで本研究では、胸腺における脂肪細胞および胸腺上皮幹細胞の加齢変化の解明を通じて、生理的な胸腺退縮のメカニズムを明らかにする。
ジャイロ運動論的シミュレーションによる非軸対称配位での異常輸送解析

非軸対称配位を持つ大型ヘリカル装置におけるプラズマ乱流の定量的解析を通じて、乱流輸送機構の解明と輸送特性の予測を目指し、ジャイロ運動論的シミュレーション研究基盤の拡充を行った。本研究課題をもとに開発が進められたGKVコードは、現在、複数粒子種からなる非軸対称プラズマの電磁乱流シミュレーションへと適用されている。本研究課題では、非軸対称配位でのエントロピー揺動伝達解析、フラックス・チューブ連結モデルの開発なども合わせて進め、非軸対称プラズマ乱流輸送のジャイロ運動論的シミュレーション研究の進展に寄与する成果を挙げた。磁場閉じ込め核融合プラズマの局所的な乱流輸送を解析するジャイロ運動論的シミュレーション・コード(GKV)の拡張を行い、非軸対称プラズマにおける乱流輸送機構の解明および輸送量の定量的評価を可能とするための研究基盤を整備した。本課題の研究グループを中心に開発してきたGKVコードでは、多種粒子成分の分布関数を、実験計測により再構成された3次元平衡磁場配位のもとに計算できるようになり、またこれと平行して最新のスーパーコンピュータ環境に適用できるよう改良が行われている。これを用いてLHDプラズマの実験配位において、イオン・電子2成分からなる系でのイオン温度勾配不安定性の成長率を計算できるようになった。さらに平成25年度には、局所乱流輸送シミュレーションをより効率的に実行できるように、新しく計算モデルを開発した。これは、複数のシミュレーション・ボックスを連結したもので、乱流揺らぎが磁力線平行方向に広がっている場合に特に有効であり、ヘリカル系における多種粒子成分を含む乱流輸送の解析に多いに役立てることができる。次年度以降は、シミュレーション手法をさらに拡張して、非軸対称プラズマの局所乱流輸送シミュレーション解析の基盤を確立する。本研究課題では、大型ヘリカル型装置(LHD)に代表される非軸対称トーラス配位をもつ磁場閉じ込めプラズマにおける乱流輸送過程を定量的に解析し、トーラスプラズマにおける輸送の普遍的な理解に資することを目指して、ジャイロ運動論的シミュレーション研究を進めている。研究期間の初年度にあたる平成24年度においては、以下の成果をあげた。(1)多種イオン・電子を取り扱えるように、ジャイロ運動論的シミュレーション・コードをGKV+へと拡張した。(2)実験に対応した平衡磁場配位を対象としたシミュレーションを行うために、GKV+コードにおいてVMEC平衡と解析的な平衡解の両者を取り扱えるように改良を施した。(3)新しいコードを用いて、LHD磁場配位での解析を行い、捕捉電子による不安定化効果を検証した。さらに上記に関連して、(4) LHD磁場配位での乱流とゾーナルフローとの非線形相互作用を解析し、ゾーナルフローを介した連鎖的なエントロピー伝達過程が存在することを確認した。(5)平衡径電場による乱流輸送への影響を検証するため、flux tube bundleモデル用いた乱流輸送シミュレーションを行った。今年度の研究成果により、大型ヘリカル型装置を主な対象とした非軸対称配位でのジャイロ運動論的シミュレーションの基盤整備が進展した。ジャイロ運動論的シミュレーションは、磁場閉じ込め核融合プラズマに発生する乱流輸送を解析するための最も有力な第1原理シミュレーション手法である。本課題の研究グループとその共同研究者を中心に開発されて来たGKVコードは、非軸対称配位へといち早く適用されてきた。一方、シミュレーションで扱うパラメータ領域や、対象とする乱流輸送現象の拡大にともなって、物理モデルやコードの拡張を含む解析基盤の継続的な拡充が必要となる。本課題では、非軸対称配位をもつ大型ヘリカル装置(LHD)への適用を主体に、コードの拡張を進めて来た。最終年度となる平成26年度には、前年度に開発したフラックス・チューブ連結モデルの成果をまとめ、論文として発表するとともに、GKVコードの整備を行った。本課題の成果として、LHDを対象とした非軸対称配位でのプラズマ乱流に関し、より幅広いパラメータのもとで、GKVコードを用いた熱及び粒子輸送のより正確な解析が可能となった。プラズマ物理学、核融合学非軸対称トーラス・プラズマにおける乱流輸送のジャイロ運動論的シミュレーション研究は、本課題の参加メンバーを中心に進められ、大型ヘリカル装置(LHD)の実験解析に適用できるレベルにまで発展してきた。本課題では,こうした解析をさらに進めるべく、コードの拡張を進めてきた。従来の電子に対する断熱近似を用いたモデルから、運動論的電子を取り扱うようにコードを拡張することで、捕捉電子による寄与を取り入れた解析が可能となる。これと平行して、電磁揺動を取り入れる拡張も行われており、イオン温度勾配乱流だけでなく、最近は運動論的バルーニングモードの解析へとその応用範囲が広がっている。さらに平成25年度中に、複数のシミュレーション・ボックスを連結するという新奇な着想を得て、flux tube trainモデルを考案し、その原理実証を完了した。この新しいモデルを使うと、従来のコードでは扱いにくい磁力線方向の相関長の長い揺動を、より簡便に取り扱うことができる。

これは、磁力線方向に長い相関長を作り出す電子運動が関与した揺動を取り扱う際にも有効と考えられ、今後の研究の進展に多いに役立つ成果が得られている。以上のことから、研究目的に照らして本課題は概ね順調に進展している。研究実績の概要にまとめたように、従来のジャイロ運動論的シミュレーション・コードを多種粒子系へと拡張し、ジャイロ運動論的電子とイオンの両者を含んだシミュレーションが可能となった。そこにLHD磁場計測データから再構成されたVMEC平衡を取り入れられるようにコードを整備し、これを用いてイオン温度勾配不安定性のシミュレーションを行った。電子の断熱的応答モデルを用いた従来の場合に比べて、捕捉電子により不安定性が強められる場合のあることが分かってきた。これらは、計画通りの進捗を示している。一方、現在のコードでは、Runge-Kutta-Gill法によって時間積分を計算しているため、磁力線に平行方向の高速な電子運動や電子とイオンのジャイロ中心密度差に起因した振動モードによって、時間積分幅が制限されている。これを緩和するための基本的なアイディアの着想を得ているが、実際のコーディングと検証は平成25年度に持ち越されている。他方で、上述のエントロピー伝達過程の解析や、flux tube bundleモデルを用いたシミュレーションなどについては、事前の想定を上回る進捗を示している。全体としては、概ね計画通りに、研究課題が進展している。非軸対称トーラス・プラズマの乱流輸送に関するジャイロ運動論的シミュレーションは、5次元位相空間を取り扱うことに加え、磁力線に沿った平衡磁場変化(リップル磁場)を分解する解像度が必要なために、多くの計算資源を必要とする。特に磁力線に沿って高速で移動する電子を運動論的に取り扱うには、高い時間分解能も要求される。そのため乱流を含めた非線形シミュレーションは、必然的に大規模なものとなり、「京」を用いた課題が進行中である。この問題点をできるだけ緩和するために、部分的に陰解法を使った数値手法を併用することを検討している。平成26年度中にその拡張を行い、ヘリカル型プラズマのジャイロ運動論的シミュレーション基盤の確立をはかる。これまでに開発したコードを用いて、LHD実験配位におけるイオン温度勾配不安定性や捕捉電子モード不安定性の線形計算を実行して成長率を見積もる。あわせて、得られた固有関数を使った準線形輸送フラックスの評価や、他のジャイロ運動論的シミュレーション・コードとの比較検証を進める。この手法は不純物等を含む場合の解析にも適用することができるので、不純物ホールが形成される場合の不安定性の評価等にも有用である。一方、非線形計算を実行すれば、電子の断熱応答モデルを使ったこれまでのシミュレーションによって蓄積してきたデータとの比較を行うことも可能である。さらに、より効率的なシミュレーションを実行するには、新たな時間積分法の適用が必要である。
三宅島２０００年噴火後の土壌微生物生態系回復過程の解析

数多くの火山がある我が国では、火山噴火による生態系の破壊と回復のサイクルが繰り返えされてきた。その生態系回復過程の研究は、火山噴火に対する生態系の応答を明らかにする学術的な面だけでなく、火山噴火被害地域の復旧・復興に資する情報を提供するものである。本研究では、三宅島2000年噴火後に設定した調査地点の植生調査と火山灰堆積物の理化学分析と微生物分析によって、初成土壌生成、植生発達、土壌微生物群集の関係を明らかにした。特に、初成土壌に窒素と炭素を供給する役割を担う細菌相の遷移、植生の発達に対応して起こる土壌微生物の遷移とパイオニア植物根圏の微生物の遷移について、詳細に解明した。本研究は、三宅島2000年噴火後の土壌生態系を調査対象として、火山ガスの噴出量減少にともない火山ガスで抑えられていた植生回復が一気に進むと考えられるこの数年間に起こる土壌微生物生態系変化の様態を解析し、新生火山灰から始まる土壌形成の初期過程における微生物の役割と植物-微生物間の相互作用を明らかにすることを目的とするものである.平成24年度は,火山ガスの影響を強く受けてきた地点(OY地点)と火山ガスの影響が比較的少なく,標高傾度に沿ってパッチ状の草本から低木林の段階に達する3地点(IG7,IG8,IG9地点)において,植生調査と火山灰堆積物および土壌の試料採取を2回(8月,3月)行った.採取した試料については、化学分析,リボソームRNA遺伝子のメタ解析(微生物群集解析),植物根共生糸状菌の分析,呼吸および窒素固定活性の測定を行った.その結果,OY地点の堆積物では,従属栄養代謝の微生物グループの割合が増加し,糸状菌ではTrichodermaのグループが優占することを観察した.このことは,従属栄養代謝が主体となる通常の土壌微生物群集に近づいていることを示唆する.また,IG7,IG8,IG9地点の堆積物では,植生遷移にともない,β-Proteobacteriaとγ-Proteobacteriaからα-Proteobacteriaにシフトすること,糸状菌では,AscomycotaのグループからBasidiomycotaおよび未同定のグループにシフトすることを見出した.これは地上部の植物遷移に応答した土壌微生物の遷移と推察される.植物根共生糸状菌の解析では,Phialocephala属を含む根部エンドファイトがOY地点で採取した植物根で33%,IG7地点で24%の割合で存在することを観察した.この結果は,荒廃地への植物侵入における微生物の共生的役割を探る手がかりになるものと期待される.本研究は、三宅島2000年噴火後の土壌生態系を調査対象として、火山ガスの噴出量減少にともない火山ガスで抑えられていた植生回復が一気に進むと考えられるこの数年間に起こる土壌微生物生態系変化の様態を解析し、新生火山灰から始まる土壌形成の初期過程における微生物の役割と植物-微生物間の相互作用を明らかにすることを目的とするものである.平成25年度は,標高傾度に沿ってパッチ状の草本から低木林の段階に達する3地点(IG7,IG8,IG9地点)での植生と土壌微生物群集との関係を解析した.その多変量解析の結果,パイオニア植物のオオシマカンスゲ(Carex oshimensis)の出現と正の相関を示す細菌グループ(Oxalobacteraceae, Gallionellaceae, Micrococcaceae)と負の相関を示すグループ(Xanthobacteraceae, Gemmatimonadaceae)の存在を明らかにした.一方,主要なパイオニア植物であるハチジョウススキ(Miscanthus condensatus)の出現と相関する細菌グループは検出されなかった.しかし,負の相関を示す糸状菌グループ(Sordariomycetes, Saccharomycetes, Pezizomycetes, Dacrymycetes)の存在は推察された.ハチジョウススキについては,植物根エンドファイト画分と根圏の微生物多様性について解析を進めた.その結果,地点間での根圏細菌の多様性は安定しているが,植物根エンドファイト画分の細菌多様性が植物群落の成長にともなって低下することが推察された.一方,糸状菌の多様性は,植物根エンドファイト画分と根圏の両方で,植物群落の成長にともなって増大することが示唆された.平成26年度に計画した研究項目は,パイオニア植物(ハチジョウススキ,Miscanthas condensatus)の根に内生する微生物群と根圏の微生物群集の解析であり,生態系回復における植物と微生物の相互作用の解明であった。調査地点は,噴火口のある雄山山頂付近から下ってトランスセクトを設定し(4地点:OY, IG7, IG8, IG9),ハチジョウススキの生育密度レベルが異なる地点の土壌を採取して分析した。細菌を対象とした16S rRNA遺伝子のPCR-T-RFLP(制限断片長多型)のプロファイル解析では,植物根の内生細菌群集と根圏の細菌群集は異なることが示唆された。さらに,細菌群集構造を見るために16S rRNA

遺伝子のタグパイロシークエンス解析を行った。その結果,ハチジョウススキの生育密度の上昇にともない,根圏の細菌群集構造が変化することが判明した。すなわち,ハチジョウススキの初期群落の根圏の細菌群集では,Betaproteobacteria綱とGammaproteobacteria綱の細菌が多くを占めたが,これらの細菌グループはハチジョウススキの群落成長にともなって減少し,代わりに,Alphaproteobacteria綱とActinobacteria門のグループが増加した。Alphaproteobacteriaのなかでは,特にBradyrhizobium属Rhizobium属が正の相関を示し,Actinobacteria門ではArthrobacter属が特徴的であった。また,Acidobacteria門のGranulicella属も増加する傾向にあった。これらの結果より,初成土壌形成におけるパイオニア植物の出現に係わる微生物がほぼ特定できたと言える。26年度が最終年度であるため、記入しない。環境毒性化学26年度が最終年度であるため、記入しない。おおむね研究計画通りに、研究を実施した.また,その成果を学会等で発表した.なお,平成24年度の2回目の三宅島調査が平成25年3月になったが,平成25年度の5月までには,計画した採取試料の分析を終了する予定である.新生火山灰から始まる土壌形成の初期過程における微生物の役割と植物-微生物間の相互作用の解明という目的に対して,パイオニア植物の出現と正および負の相関を示す微生物種の特定に至った点で順調に進んでいると言える.今後は,その菌種の分離と性状解析を進める方向性が確定した.なお,この微生物種の特定に関する研究成果をThe 6th International Congress of East Asian Federation of Ecological Societies (EAFES)で発表した結果、優秀ポスター賞を受賞した。当初の計画通り,前述の調査地点での植物について,根圏微生物の分離同定を重点的に進めて,植生遷移と微生物群集の関係を解析する.また,堆積物については,硝化,脱窒等の窒素循環に関わる遺伝子の解析を行う.パイオニア植物と正の相関があると特定された微生物種を,植物根エンドファイト画分と根圏画分から分離することをめざす.特に,微生物の窒素固定活性に焦点をあてて,パイオニア植物と微生物の関係をさらに解明する.26年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度の2回目の三宅島調査が平成25年3月になり,採取試料の分析の1部を,平成25年度に入って行っている.「直接経費次年度使用額」の経費は,その分析に当てる予定である.これまでの研究結果から,次年度は,現地での植物生態調査と土壌調査の回数を増やすことを計画した.その追加調査分に関わる旅費と消耗品費を捻出するために,平成25年度の消耗品と旅費の使用を抑えた.追加調査分に関わる旅費と消耗品費に使用する計画である.
河川堤防の維持管理技術向上のための浸透に対する弱部抽出と巡視点検方法の実用化提案

当該年度に実施した研究成果は,出水時に堤防裏のり先付近からの漏水および基盤透水層からの漏水による堤内地での噴砂現象が発生している一級河川堤防において,河川水位の変動,基盤透水層内の水位変動や堤防盛土層内での浸潤線の発生,そして,堤防裏のり面での降雨量やのり面表層領域での土中水分量の動態に対する計測を実施した点である。土中水分量の計測には,異なる深度での土中水分量を同時に計測できる挿入型土中水分計を複数本設置して,裏のり面の2次元断面における土中水分量の動態を評価した。また,局所的な水位計測が可能な打ち込み式水位計を用いて,堤防内での浸潤線の発生および基盤透水層内の水位変動を計測した。計測期間中に発生した台風や集中豪雨などによる出水時に計測された浸透挙動に基づいて,対象とした河川堤防内での浸透挙動の特徴として,以下の知見を得た。(1)基盤透水層の水位は河川水位に連動しており,河川水位が川表のり面の中腹程度以上に上昇した場合,基盤透水層の水位上昇量は河川水位上昇量に一致する傾向がある。また,堤防盛土層には水位が発生し,堤防裏のり先部分からの漏水や川裏側耕作地において基盤漏水(噴砂)の発生が懸念される。堤防盛土層の水位は基盤透水層の水位変動を介して発生しているため,その挙動は河川水位の上昇状況や水位継続時間によって異なることが確認された。したがって,河川水位の波形および河川水位毎の継続時間に留意する必要がある。(2)川表のり面下部の基盤透水層に打設された鋼矢板は,基盤透水層や堤防盛土層内への河川水の浸透を完全には遮水できていないと思われる。(3)堤防のり面表層での降雨浸透挙動は一様ではなく,のり面表層の土中水分貯留量を超える累加雨量が生じた場合には,堤防内での土中水の移動が生じると思われる。本研究の目的は,河川堤防の維持管理技術の向上のための浸透に対する弱部抽出と巡視点検方法の実用化提案であり,そのためには,まず,実河川堤防における浸透挙動の連続計測と計測事実に基づく考察は重要であると考えられる。そこで,当該年度(初年度)では,一級河川堤防の2箇所に設置した浸透挙動計測システムにより,堤防内の水位および土中水分量や,降雨量,河川水位などの連続計測を実施でき,出水時における堤防内の浸透挙動の特徴についての知見を得た。それらを用いて,以下の研究が進捗している。(1)出水時の河川水位上昇や降雨浸透による堤防内の浸透挙動を定量的に把握し,これらを数値シミュレーションで再現できる堤防の浸透流解析モデルの構築方法(2)堤防のり面からの降雨浸透挙動を評価する上で必要な表層領域の不飽和浸透特性値の測定方法として,堤防のり面表層における土中水分動態を鉛直一次元浸透流解析によりシミュレートし,不飽和浸透特性の関数モデルを同定する手法を用いて,フィールドスケールでの不飽和浸透特性値の評価方法(3)堤防のり表層地盤での降雨浸透挙動の定量的評価手法として,土中水分量の鉛直分布の変動量により,土中水分貯留量の変化を推定する方法河川堤防の維持管理技術の向上のための浸透に対する弱部抽出と巡視点検方法の実用化提案を行うために,今後の研究の推進方策として,以下の課題に取り組む予定である。(1)堤防内で浸透挙動の計測を継続し,得られた大量の浸透挙動データを深層学習を用いたニューラルネットワークに学習させ,堤防内の浸透挙動の予測のためのAIシステムを開発する。(2)出水時に漏水や細粒土砂の流出が懸念される堤防裏のり先部分や基盤透水層内に挿入型土中水分計を設置し,計測された誘電率変動により,層内での土粒子移動の測定を試み,堤防内における弱部抽出方法を検討する。(3)昨年度設置した浸透挙動計測システムに簡易型河川監視カメラを増設し,堤防内の浸透挙動の情報に加えて、河川状況画像を確認することで,出水時に適切な避難判断情報を提供するできるようにするために,ユビキタスコンピューティングの適用を試みる。

堤防盛土層の水位は基盤透水層の水位変動を介して発生しているため,その挙動は河川水位の上昇状況や水位継続時間によって異なることが確認された。したがって,河川水位の波形および河川水位毎の継続時間に留意する必要がある。(2)川表のり面下部の基盤透水層に打設された鋼矢板は,基盤透水層や堤防盛土層内への河川水の浸透を完全には遮水できていないと思われる。(3)堤防のり面表層での降雨浸透挙動は一様ではなく,のり面表層の土中水分貯留量を超える累加雨量が生じた場合には,堤防内での土中水の移動が生じると思われる。本研究の目的は,河川堤防の維持管理技術の向上のための浸透に対する弱部抽出と巡視点検方法の実用化提案であり,そのためには,まず,実河川堤防における浸透挙動の連続計測と計測事実に基づく考察は重要であると考えられる。そこで,当該年度(初年度)では,一級河川堤防の2箇所に設置した浸透挙動計測システムにより,堤防内の水位および土中水分量や,降雨量,河川水位などの連続計測を実施でき,出水時における堤防内の浸透挙動の特徴についての知見を得た。それらを用いて,以下の研究が進捗している。(1)出水時の河川水位上昇や降雨浸透による堤防内の浸透挙動を定量的に把握し,これらを数値シミュレーションで再現できる堤防の浸透流解析モデルの構築方法(2)堤防のり面からの降雨浸透挙動を評価する上で必要な表層領域の不飽和浸透特性値の測定方法として,堤防のり面表層における土中水分動態を鉛直一次元浸透流解析によりシミュレートし,不飽和浸透特性の関数モデルを同定する手法を用いて,フィールドスケールでの不飽和浸透特性値の評価方法(3)堤防のり表層地盤での降雨浸透挙動の定量的評価手法として,土中水分量の鉛直分布の変動量により,土中水分貯留量の変化を推定する方法河川堤防の維持管理技術の向上のための浸透に対する弱部抽出と巡視点検方法の実用化提案を行うために,今後の研究の推進方策として,以下の課題に取り組む予定である。(1)堤防内で浸透挙動の計測を継続し,得られた大量の浸透挙動データを深層学習を用いたニューラルネットワークに学習させ,堤防内の浸透挙動の予測のためのAIシステムを開発する。(2)出水時に漏水や細粒土砂の流出が懸念される堤防裏のり先部分や基盤透水層内に挿入型土中水分計を設置し,計測された誘電率変動により,層内での土粒子移動の測定を試み,堤防内における弱部抽出方法を検討する。(3)昨年度設置した浸透挙動計測システムに簡易型河川監視カメラを増設し,堤防内の浸透挙動の情報に加えて、河川状況画像を確認することで,出水時に適切な避難判断情報を提供するできるようにするために,ユビキタスコンピューティングの適用を試みる。次年度使用額が生じた理由は,当該年度に構築した浸透挙動の計測システムの改良作業において,その改良方法の検討に時間を要したため,予定していた物品費の執行が当該年度内に実施できなかったことによる。翌年度分として請求した助成金と合わせ,新たなデータロガーシステムを購入し,ユビキタスコンピューティングのためのシステム構築を図る予定である。
遺伝子欠損マウスを用いたビタミンD受容体機能解析とCa代謝疾患の病態解明への応用

【目的】昨年度の研究により,ビタミンD受容体遺伝子欠損マウス(VDRKO)は腎臓1α水酸化酵素を強く誘導しており,PTH産生も血中カルシウム濃度の是正だけでは改善されないことを確認した。本年度はD代謝及びPTH産生におけるVDRの機能を胎仔期から詳細に検討し、Ca代謝疾患の病態との関連について考察した。【研究方法及び結果】1)胎仔期の血中PTH濃度と腎臓1α位水酸化酵素遺伝子(CYP27B1)発現におけるVDRの役割:VDRKOマウスの血中PTH濃度は胎生16日齢、生後0日齢のいずれにおいても野生型に比べて高いことを確認した。しかし、胎仔期のVDRKOマウスCYP27B1発現量は野生型と同等であった。VDRKO、野生型マウスともにCYP27B1発現量は出生を境に急上昇した。2)成長期の野生型マウスとVDRKOマウスにおける血中PTH濃度-CYP27B1発現量の相関関係:7週齢の野生型マウスにPTHを2-40μg/μL/hの用量で4日間持続投与した。このマウスから得た血中PTH濃度-CYP27B1発現量の相関図とVDRKOマウスのそれと比較した結果、VDRKOマウスのCYP27B1発現量は血中PTH濃度が50-500pg/mLの範囲では野生型に比べて高く、1000pg/mL以上では野生型と同等であることを確認した。【考察及び結論】前述の結果から、PTH産生に対するVDRの抑制機能は出生前から働いており、VDRがPTH産生あるいは副甲状腺過形成に関与することを強く示唆した。また、副甲状腺機能亢進症の治療において副甲状腺VDRの発現量が重要な鍵を握ることを示唆する結果であった。一方、成長期でみられるVDRの腎臓CYP27B1に対する抑制機能は、血中PTH濃度が比較的低濃度域にあるときのみに認められることが明らかになった。ビタミンD受容体遺伝子欠損マウス(VDRKOマウス)を用いてビタミンD代謝を検討するとともに、1a,25-D_3の選択的組織移行性について検討し、以下の結果を得た。1)ビタミンD代謝におけるVDRの機能解析ビタミンD代謝は、血中のカルシウム、PTH、カルシトニンや活性型ビタミンDのネットワークによって調節されている。しかし、活性型ビタミンD自身によるビタミンD代謝、特に活性化に必要とされる肝臓25位水酸化酵素、腎臓1α位水酸化酵素の発現調節におけるVDRの関与ついては明らかにされていない。そこで、VDRKOを用いてD代謝におけるVDRの機能を検討した結果、1)肝臓25位水酸化酵素CYP27の発現調節にVDRは関与しないこと、2)VDRKOの腎臓1a位水酸化酵素は血中Ca濃度やPTH濃度に影響されることなく常に高く発現し、VDRによる直接的な発現抑制の可能性があることを確認した。2)1,25-D_3の選択的組織移行性1,25-D_3の選択的組織移行性にVDRが関与するか否かを検討するため、^3H-1,25-D_3をVDRKOマウスあるいは正常マウスに静脈投与し、全身の組織分布を観察した。その結果、VDRを強く発現している小腸、腎臓への移行性は、Wildマウスに比べてVDRKOマウスで低く、一方、VDR発現が非常に低い肝臓への移行性においては両マウスに差は見られなかった。このことから、VDRは1,25-D_3の選択的組織移行性に関与する可能性が示唆された。

一方、成長期でみられるVDRの腎臓CYP27B1に対する抑制機能は、血中PTH濃度が比較的低濃度域にあるときのみに認められることが明らかになった。
交互ヘテロ環状ホスト高分子を基とした特異的反応場の創成

Calix[4]areneとCalix[6]areneが交互に連結した交互共重合体の合成を行った。得られた高分子は、ゲスト分子としてFluorantheneを包接することが分かった。また、CDのゲスト部位であるデシル基とCucurbit[7]urilのゲスト部位であるビオロゲン基を側鎖に有する感温性ポリマーの合成を行った。α-CDまたはCB7を加えた場合、α-CD、CB7がポリマーの集合を阻害するためLCSTが上昇した。一方γ-CDを加えると、γ-CDとデシル基との1:2包接錯体が架橋剤の役割を果たし、ポリマーの集合が誘発されるためLCSTが下降した。生体は、自己組織的にミセルやチューブ状などの、精微でソフトな分子・ナノレベルの超分子構造を形成し、それにより、生命活動に不可欠なエネルギーや情報の保存・伝播等、極めて高度な機能を発現している。このような機能を示す超分子は、分子間相互作用により多数の分子から構成されている。さらに、より高機能で精巧な超分子の形成には、"鍵と鍵穴"の関係にある特異的な水素結合や、1種ではなく多種の分子間相互作用が多点的に働く必要がある。本研究では、このように生体内で見られる「"鍵と鍵穴"の関係にある特異的な水素結合」と似通った、「環状ホスト分子の空洞の大きさに応じた選択的なゲスト分子認識」に注目し、環サイズの異なる2種類の環状ホスト分子を規則的に配列した新規高分子の合成を行った。まず、カリックス[4]アレーンの向かいあう水酸基2つをブロモベンジル基に変換したモノマー1を合成した。また、カリックス[6]アレーンの向かいあう水酸基2つに末端アセチレン基を導入したモノマー2を合成した。得られたモノマー1及び2を等モル混合し、園頭-萩原反応により共重合を行うことで、カリックス[4]アレーンとカリックス[6]アレーンが主鎖状に交互に連結した新規ヘテロ環状ホスト高分子を得ることに成功した。また、合成した高分子のゲスト分子認識機能を調べるために、モノマー1及び2と類似の構造である、カリックス[4]アレーンとカリックス[6]アレーンモノマーモデルの合成を行った。さらに、より高機能で精巧な超分子の形成には、"鍵と鍵穴"の関係にある特異的な水素結合や、1種ではなく多種の分子開相互作用が多点的に働く必要がある。本研究では、このように生体内で見られる「"鍵と鍵穴"の関係にある特異的な水素結合」と似通った、「環状ホスト分子の空洞の大きさに応じた選択的なゲスト分子認識」に注目し、環サイズの異なるカリックス[4]アレーンとカリックス[6]アレーンが交互に配列した特殊構造高分子の合成を行った。ゲスト分子としてフルオランテンを用いて合成した高分子の分子認識機能を調査した。その結果、フルオランテンが一定濃度の溶液中に、合成した高分子を添加していくと、フルオランテンの蛍光が大きく減少した。これより、高分子とフルオランテン間でホストーゲスト相互作用を形成していることが分かった。一方、それぞれのモデル分子であるカリックス[4]アレーンとカリックス[6]アレーンを用いた場合では、このような蛍光の減少は見られなかった。これは、カリックス[4]アレーンとカリックス[6]アレーンともに環サイズがフルオランテンと適合しないためであると考えられる。これより得られた高分子は、構成成分であるカリックス[4]アレーンとカリックス[6]アレーンにはない新たな分子認識機能を有していると考えられる。生体は、自己組織的にミセルやチューブ状などの、精微でソフトな分子・ナノレベルの超分子構造を形成し、それにより、生命活動に不可欠なエネルギーや情報め保存・伝播等、極めて高度な機能を発現している。本研究では、ククルビツリルに包接されるカチオン性分子であるビオロゲン基と、シクロデキストリンに包接される疎水性分子であるベンジル基を側鎖に有する新規π共役高分子ポリチオフェンの合成を行った。

得られたポリチオフェンにシクロデキストリンを添加すると、ポリチォフェン由来のUV吸収が短波長シフトした。またククルビツリルを添加すると、ポリチオフェンのUV吸収は、シクロデキストリンの場合と同様に短波長シフトした。ホスト分子が側鎖のゲスト部位を包接することにより、ポリチオフェン主鎖のひずみが大きくなり、平面性が減少したため、短波長シフトしたと考えられる。また、ククルビツリルを添加した場合のみ、蛍光発光が増加した。ビオロゲン基は電子アクセプター基であり、電子リッチなπ共役高分子であるポリチオフェンと、電子移動が起こると考えられる。今回合成したポリマーは、ビオロゲン基がポリチオフェンの側鎖に共有結合により導入されているため、より効果的に電子移動が起こり、蛍光が消光する。そこに、ビオロゲン部分を包接するククルビツリルを添加することにより、ビオロゲンからポリチオフェンへの電子移動が遮断され、その結果蛍光発光が増加したと考えられる。
ナノ磁性材料におけるスピン構造とそのダイナミクスに関する理論研究

電子のもつ量子的な性質を利用した新機能デバイスの実用化に資するため,ナノメートル領域にまで微細化された磁気材料・デバイスの特性評価に必要とされる理論的基盤を構築することを目的として,以下の研究成果を得た.1.エピタキシャル磁気トンネル接合ならびに磁性不純物を含む金属ナノワイヤーにおける原子構造とスピン依存電気伝導の相関を明らかにした.(白井・長尾・三浦)2.不規則系におけるスピン構造を第一原理計算するため,ノンコリニア・スピン構造第一原理計算コードを,コヒーレントポテンシャル近似により原子(スピン)配列不規則性を考慮できる形式に拡張し,Mn系不規則合金の電子構造と磁気構造を調べた.(佐久間)3.スパイラル磁気構造を正しく記述することが可能なディラック方程式に基づいた相対論的電子状態計算手法を定式化した.(山上)4.交換バイアスの理解に不可欠な強磁性体/反強磁性体界面の磁気構造の理論解析を行った.また,Fe(110)単層薄膜モデルを用いて磁壁構造の理論的解析を行った結果,約0.8nmの幅をもつ磁壁構造が安定であることを理論的に示した.(中村)5.ノンコリニア磁性を取扱える第一原理分子動力学法を開発し,液体酸素における磁気構造をシミュレーションすることにより,反強磁性的に結合した二量体化酸素分子(O_4ユニット)の形成過程におけるスピンのダイナミクスを明らかにした.(小田)6.放射光電子顕微鏡を用いて微細加工された磁性体の磁気渦状態を観測し,磁性体の形状と磁気渦状態との相関をマイクロ磁気シミュレーションにより解析した,また,放射光を用いて磁気渦のダイナミクスを観測する手法の開発を行った.(小野)電子のもつ量子的な性質を利用した新機能デバイスの実用化に資するため,ナノメートル領域にまで微細化された磁気材料・デバイスの特性評価に必要とされる理論的基盤を構築することを目的として,以下の研究成果を得た.1.エピタキシャル磁気トンネル接合ならびに磁性不純物を含む金属ナノワイヤーにおける原子構造とスピン依存電気伝導の相関を明らかにした.(白井・長尾・三浦)2.不規則系におけるスピン構造を第一原理計算するため,ノンコリニア・スピン構造第一原理計算コードを,コヒーレントポテンシャル近似により原子(スピン)配列不規則性を考慮できる形式に拡張し,Mn系不規則合金の電子構造と磁気構造を調べた.(佐久間)3.スパイラル磁気構造を正しく記述することが可能なディラック方程式に基づいた相対論的電子状態計算手法を定式化した.(山上)4.交換バイアスの理解に不可欠な強磁性体/反強磁性体界面の磁気構造の理論解析を行った.また,Fe(110)単層薄膜モデルを用いて磁壁構造の理論的解析を行った結果,約0.8nmの幅をもつ磁壁構造が安定であることを理論的に示した.(中村)5.ノンコリニア磁性を取扱える第一原理分子動力学法を開発し,液体酸素における磁気構造をシミュレーションすることにより,反強磁性的に結合した二量体化酸素分子(O_4ユニット)の形成過程におけるスピンのダイナミクスを明らかにした.(小田)6.放射光電子顕微鏡を用いて微細加工された磁性体の磁気渦状態を観測し,磁性体の形状と磁気渦状態との相関をマイクロ磁気シミュレーションにより解析した,また,放射光を用いて磁気渦のダイナミクスを観測する手法の開発を行った.(小野)1.ナノ構造磁性体におけるスピン依存電気伝導現象を第一原理計算する手法を開発し、磁性不純物を含む金属ナノワイヤーの電子状態と電気伝導の予備的な計算を行った。(三浦)2.不規則系におけるスピン構造を第一原理計算するため、ノンコリニア・スピン構造第一原理計算コードを、コヒーレントポテンシャル近似により原子(スピン)配列不規則性を考慮できる形式に拡張し、Mn系不規則合金の電子構造と磁気構造を調べた。(佐久間)3.スパイラル磁気構造を正しく記述することが可能なDirac方程式に基づいた相対論的電子状態計算手法を定式化した。(山上)4.原子内におけるスピン量子化軸の向きの変化を考慮した第一原理計算手法を用いて、(1)交換バイアスの理解に不可欠な強磁性体/反強磁性体界面の磁気構造の理論解析を行った。(2)Fe(110)単層薄膜モデルを用いて磁壁構造の理論的解析を行った結果、約0.8nmの幅をもつ磁壁構造が安定であることを理論的に示した。(中村)5.ノンコリニア磁性を取扱える第一原理分子動力学法を開発し、液体酸素における磁気構造をシミュレーションすることにより、反強磁性的に結合した二量体化酸素分子(O_4ユニット)の形成過程におけるスピンのダイナミクスを明らかにした。また、シミュレーション結果に基づいて評価した磁気構造因子は実験データと比較的よい一致を示した。(小田)6.放射光電子顕微鏡を用いて微細加工された磁性体の磁気渦状態を観測し、磁性体の形状と磁気渦状態との相関をマイクロマグネティクス・シミュレーションにより解析した。(小野)電子のもつ量子的な性質を利用した新機能デバイスの実用化に向けて、ナノメートル領域にまで微細化された磁気材料及びデバイスの特性評価に必要とされる理論的基盤を構築するという目的達成のために、平成17年度は以下の項目について研究し、記載のとおりの成果を得た。1.高スピン偏極ホイスラー合金の強磁性電極と単結晶酸化物絶縁層からなる磁気トンネル接合におけるスピン依存電気伝導を第一原理計算した。界面における電子状態と電気伝導の関係を明らかにし、高いトンネル磁気抵抗を得るための指針を得た。

(三浦・長尾・白井)2.単一サイト近似のもとでの汎関数積分法から希薄s-d系の強磁性的相互作用がどのような条件下(領域)で発生し、キュリー温度や電気抵抗などの特性にどのような形で現れてくるか、さらに希薄磁性半導体の強磁性がどのように理解されるかを明らかにした。(佐久間)3.ハーフメタル性を有する強磁性体/反強磁性体交換バイアス界面を第一原理計算により予測した。また、強磁性体/反強磁性体界面に生じるノンコリニア磁性とハーフメタル性の関連について考察した。(中村)4.スピン軌道相互作用を考慮した第一原理分子動力学計算手法の開発を行った。FePtおよびCoPt規則合金結晶の磁気異方性エネルギーの計算を行い、計算コードの磁気異方性への有用性を確認した。(小田)5.放射光を用いて強磁性体/反強磁性体の界面でのノンコリニア磁性を観察するための手法を開発した。それを用いて界面ナノ構造の磁性評価を行った。(小野)電子のもつ量子的な性質を利用した新機能デバイスの実用化に資するため,ナノメートル領域にまで微細化された磁気材料・デバイスの特性評価に必要とされる理論的基盤を構築することを目的として,平成18年度は以下の研究実績を得た.1.高スピン偏極ホイスラー合金の強磁性電極と単結晶酸化物絶縁層からなる磁気トンネル接合におけるスピン依存電気伝導を第一原理計算し,電極材料の電子状態とトンネル伝導の関係を明らかにした.(三浦・長尾・白井)2.磁性体内のスピン緩和機構を微視的に明らかにするために,局在スピンと伝導電子が弱く結合したs-d模型を考えて,局在スピンの局所励起が伝導電子系のStoner励起を通して散逸する過程を記述した.(佐久間)3.軌道分極の効果を考慮した相対論的スピン分極LAPW法を用いて,アクチナイド(Np化合物)における磁性とフェルミ面の形状を求め,実験結果とよく対応する結果を得た.(山上)4.ハーフメタル強磁性体を用いた交換バイアス材料を予測するために,結晶成長に伴う正方歪を考慮したCrSe/MnSeおよびCrTe/MnTe界面のスピン構造を解析した.また,Fe単原子層膜におけるノンコリニア磁性を考察した.(中村)5.スピン軌道相互作用を考慮した第一原理分子動力学計算手法を用いて,Pt(111)表面上に吸着したFe単原子層膜およびFe原子鎖の磁気異方性エネルギーを求め,表面原子構造との相関を明らかにした.(小田)6.サブナノ秒の時間分解能をもつ時分割顕微鏡を開発し,ナノ磁性材料の磁化反転ダイナミクスを観察した.また,得られた実験結果をマイクロ磁気計算結果と比較して,その機構を解明した.(小野)
サブGHz帯無線モジュールを用いた小型模擬衛星教材の試作

○研究目的:本研究ではCanSat(350ml缶に通信・GPS等計測機器、姿勢制御などを組み込んだ地上用小型模擬衛星)教育プログラムを実践し、アイデア創出・設計製作・試験運用・結果の解析など「体感できる宇宙教育教材」を通じて一連のプロセスを経験し、チームワークやプロジェクトマネジメント能力を向上させるとともに、無線PANには低消費電力でありながら長距離のデータ通信が可能なサブGHz(920MHz)帯無線を用いることで、学生自らが新たなアプリケーション応用への可能性や技術力の習得が期待できると考えている。○研究方法: 1.サブGHz帯無線モジュールの性能評価試験初期投資や導入工数、入手性、技術基準適合証明取得済製品であることなどを考慮しつつ、複数のサブGHz帯無線モジュールの性能評価試験を行い機器の選定を行った。模擬衛星搭載用アダプタ基板の設計、製作を行うとともにデータの出力形式に対応したターミナルソフトウェアを試作し、学生でも容易にデータの送受信を可能とした。2.小型模擬衛星教材の試作『缶サット甲子園』や『種子島ロケットコンテスト』の規格に準拠した小型模擬衛星2機を試作した。筐体の設計など各コンポーネントの設計およびソフトウェアの作成を行い、プロトタイプを基に学生独自のアイデアや工夫を取り入れた機体を製作し「高専スペースキャンプin四国2016」(愛媛県新居浜市)競技会において実際に係留気球からの投下実験を行い、性能や環境データを取得・解析するとともにUIの改善を行った。○研究成果:小型模擬衛星を実際に見て触ることで、初めて競技に参加する学生でも短期間で製作から投下実験・競技まで実施することが可能となった。学生が新たなアイデアを創出、物作りの奥深さや面白さを体験するとともに、人工衛星開発などに興味をもつ学生が増え必要な素養を体得できる環境の実現ができたと考えている。