hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超塑性セラミックス原料粉末を中間材に用いる新規な接合法

多結晶状態では超塑性を発現するジルコニア系多結晶体の焼結前の粉末を中間材として、接合したいセラミックス材料等の被接合部間に挿入し、粉末の焼結と同時に被接合材との固相状態接合を行った.対象材は構造用セラミックスであるAl_2O_3及びSi_3N_4、さらに、機能性セラミックスで、固体酸化物型燃料電池(SOFC)の電解質でもある、ジルコニア(ZrO_2)-スカンジア(Sc_2O_3)系材料と電極材料(LSM=LaxSr_1-xMnO_3、ZrO_2/Ni等)との接合に適用した.これにより、セラミックス構造物や環境に優しいSOFCデバイスの新規な製造法の基礎データを得ることが出来た.多結晶状態では超塑性を発現するジルコニア系多結晶体の焼結前の粉末を中間材として、接合したいセラミックス材料等の被接合部間に挿入し、粉末の焼結と同時に被接合材との固相状態接合を行った.対象材は構造用セラミックスであるAl_2O_3及びSi_3N_4、さらに、機能性セラミックスで、固体酸化物型燃料電池(SOFC)の電解質でもある、ジルコニア(ZrO_2)-スカンジア(Sc_2O_3)系材料と電極材料(LSM=LaxSr_1-xMnO_3、ZrO_2/Ni等)との接合に適用した.これにより、セラミックス構造物や環境に優しいSOFCデバイスの新規な製造法の基礎データを得ることが出来た.多結晶状態では超塑性を発現するジルコニア系多結晶体の焼結前の粉末を中間材として、接合したいセラミックス材料等の被接合部間に挿入し、粉末の焼結と同時に被接合材との固相状態接合を行った。対象材は構造用セラミックスであるAl_2O_3及びSi_3N_4、さらに、機能性セラミックスで、固体酸化物型燃料電池(SOFC)の電解質でもある、ジルコニア(ZrO_2)-スカンジア(Sc_2O_3)系材料と電極材料(LSM=La_xSr_<1-x>MnO_3、ZrO_2/Ni等)との接合に適用した。これにより、セラミックス構造物や環境に優しいSOFCデバイスの新規な製造法の基礎データを得ることが出来た。主な成果は次の通りである。先ず、関連文献、特許等の調査と資料収集を行い、該当する先行技術はないことを確認した。ついで、接合実験を高温電気炉内において、接合温度、接合圧力、接合時間、中間材厚さを変数として系統的に行い、好適な接合条件を調べた後、ミリ波過熱装置を用いて接合実験を行なった。上記の実験で得た接合試験片の接合部の微視組織観察、EDX解析等を用い、化学的組成や材料組織の変化があるかどうかを調べた。また4点曲げによる接合強度の評価を行ない、接合メカニズム並びに最も好適な接合条件を検討した。その結果、中間材が最初は粉末であること、また接合中に焼結が進むとともに超塑性流動を発現し、被接合材と原子問距離の程度まで接触できるため、良好な固相接合が達成されること等が分かった。以上より、本接合法は工業的応用も十分可能な技術であることが分かった。多結晶状態では超塑性を発現するジルコニア系多結晶体の焼結前の粉末を中間材として、接合したいセラミックス材料等の被接合部間に挿入し、粉末の焼結と同時に被接合材との固相状態接合を行った。今年度の主な成果は次の通りである。1)構造用セラミックス接合体の高温特性を評価した。その結果、Si_3N_4同士、Si_3N_4とAl_2O_3、Si_3N_4とTZP等を、Y-TZPあるいはY-TZP/Al_2O_3複合材の原料粉末を中間材に用いて焼結接合した各接合体は、1000°C以上の高温においても十分な接合強度を有すること、等有用な結果が得られた。2) SOFC電解質10SclCeSZと電極材であるLSMおよびサーメット(ZrO_2/Ni)の接合体はかなりの接合強度を示すこと、また中間材として用いた5ScSZのイオン伝導度に及ぼす影響はほとんどなく、中間材の使用が有効であることなど、有用な結果が得られた。
コンピュータ個体識別システムによる群飼豚管理のハードおよびソフトウエアの改善

家畜の福祉の観点から,イギリスやドイツでは繁殖豚の個別飼育に代わる管理システムとして,ウェルフェア-ファームを試験的に開発している.このシステムは,豚の行動の制約は緩和するために,繁殖豚の群飼管理を基本として設計されている.本研究者らも,2年前から文部省科学研究費を受け,豚の福祉と省力化を両立させることを目的とし,このシステムにコンピュータ個体自動給餌機を導入して研究を行なっている.ところが、個体給餌機内における陰部喰いや闘争行動が頻繁に起こり,ソフト(プログラム)に問題のあることが認められた.また,システム外に分娩房が設置されており,管理の省力化が望めないだけでなく,分娩後,豚をシステム内に再導入する際に,闘争が起こることが明らかとなった.そこで,本研究は,コンピュータ個体識別システムによる群飼豚管理におけるハード及びソフトの改善を目的として行なった.個体給餌機内での闘争の一因が、飼料放出間隔が長く1頭の豚の摂食時間が延びることにあると考えられたため,コンピュータプログラムを変更し,飼料の放出間隔を30秒に短縮した.また,豚群の構成を変えることなく繁殖管理を一貫して行なうために,システム内に分娩房を設置した.その結果,個体給餌機の利用は,ある程度,改善されたが,闘争は完全には無くならず,社会的順位の低い豚の摂食が阻害されることも認められた.一方,分娩房をシステム内に設置したことで,群の入れ替えが無くなり,それに伴う闘争行動も見られなくなった.また,豚の移動に伴う労力も緩和され,この方式で管理すると省力化にもつながることが示唆された.また,分娩房に隔離する期間も従来の25日から,3日間へと大幅に短縮したため,分娩後の豚の運動量も増加し,従来の飼育方式で見られたストレス性の異常行動も見られなくなった.以上の結果から,さらなる個体給餌機の改良が必要であると考えられた.家畜の福祉の観点から,イギリスやドイツでは繁殖豚の個別飼育に代わる管理システムとして,ウェルフェア-ファームを試験的に開発している.このシステムは,豚の行動の制約は緩和するために,繁殖豚の群飼管理を基本として設計されている.本研究者らも,2年前から文部省科学研究費を受け,豚の福祉と省力化を両立させることを目的とし,このシステムにコンピュータ個体自動給餌機を導入して研究を行なっている.ところが、個体給餌機内における陰部喰いや闘争行動が頻繁に起こり,ソフト(プログラム)に問題のあることが認められた.また,システム外に分娩房が設置されており,管理の省力化が望めないだけでなく,分娩後,豚をシステム内に再導入する際に,闘争が起こることが明らかとなった.そこで,本研究は,コンピュータ個体識別システムによる群飼豚管理におけるハード及びソフトの改善を目的として行なった.個体給餌機内での闘争の一因が、飼料放出間隔が長く1頭の豚の摂食時間が延びることにあると考えられたため,コンピュータプログラムを変更し,飼料の放出間隔を30秒に短縮した.また,豚群の構成を変えることなく繁殖管理を一貫して行なうために,システム内に分娩房を設置した.その結果,個体給餌機の利用は,ある程度,改善されたが,闘争は完全には無くならず,社会的順位の低い豚の摂食が阻害されることも認められた.一方,分娩房をシステム内に設置したことで,群の入れ替えが無くなり,それに伴う闘争行動も見られなくなった.また,豚の移動に伴う労力も緩和され,この方式で管理すると省力化にもつながることが示唆された.また,分娩房に隔離する期間も従来の25日から,3日間へと大幅に短縮したため,分娩後の豚の運動量も増加し,従来の飼育方式で見られたストレス性の異常行動も見られなくなった.以上の結果から,さらなる個体給餌機の改良が必要であると考えられた.
肺切除術前の常圧低酸素トレーニングの有用性の検証

ラットを使用して大量肺切除モデルを作製し,術後の呼吸・循環動態への影響の評価を行った.その結果をもとに術前常圧低酸素トレーニングモデルの作製に取りかかったが,完成に至っていない.一方で術後に薬物(G-CSF)を投与して呼吸・循環動態の評価を行った.G-CSFの投与により肺高血圧・右室肥大が軽減し,術後の右心不全を抑制する効果が示された.今後,術前トレーニングの検討を行い,更なる効果を評価する予定である.ラットを使用して大量肺切除モデルを作製し,術後の呼吸・循環動態への影響の評価を行った.その結果をもとに術前常圧低酸素トレーニングモデルの作製に取りかかったが,完成に至っていない.一方で術後に薬物(G-CSF)を投与して呼吸・循環動態の評価を行った.G-CSFの投与により肺高血圧・右室肥大が軽減し,術後の右心不全を抑制する効果が示された.今後,術前トレーニングの検討を行い,更なる効果を評価する予定である.本研究は,肺癌などで大量肺切除を行う症例に対し,術前の常圧低酸素トレーニングの有用性を検証することを目的としている。特に大量肺切除後に生じる,残存肺の代償性成長とそれに伴う気腫性変化および,肺血管床減少に伴う肺高血圧・右心不全が予後規定因子の一つであると考えられている.よってラットの大量肺切除モデルを作製して術後病態の検討が必要であると考えた.具体的にはSprague-Dawleyラットを使用して,全身麻酔下に人工呼吸器下に右開胸のみの群(S群: n=6),右3肺葉切除群(L群: n=10)を作製した.肺切除後14日目で残存肺成長はplateauになるとの報告があることから, 21日目に犠死させ検討することとした.検討項目:(1)生存率,(2)代償性肺成長の指標として残存肺容積, (3)残存肺の気腫性変化の指標として平均肺胞間距離, (4)肺高血圧・右室肥大の指標として右室/左室+中隔の重量比,(5)肺内肺動脈(25-100μm)の再生の指標として密度(200倍で20視野平均).結果:(1)生存率はS群、L群とも100%で有意差を認めなかった.(2)残存肺(左肺葉)の容積は、S群2.8±0.3ml、L群5.6ml±1.0mlと肺切除により有意に(p<0.0001)増加した.(3)平均肺胞問距離はS群113±22μm、L群156±31μmと有意に(p<0.0001)増加した.(4)右室/左室+中隔の重量比はS群0.27±0.02、L群0.47±0.05と有意に(p<0.005)増加した.(5)肺内肺動脈の密度はS群3.4±0.4, L群2,0±0.7と有意に(p<0.05)低下した.以上の検討からラットの大量肺切除後の呼吸・循環動態を評価することが可能であった.次回は以上のデータをもとに術前トレーニングの評価を行い,その有効性を明らかにする予定である.本研究は大量肺切除が必要な症例に対し,術前から常圧低酸素トレーニングを行い,術後の呼吸不全および右心不全を予防することを目的としている.前回はラットを用いて大量肺切除(L群)を行い,開胸のみの群(S群)と比較した.(1)生存率,(2)代償性肺成長の指標として残存肺容積,(3)残存肺の気腫性変化の指標として平均肺胞間距離,(4)肺高血圧や右室肥大の指標として右室/左室+中隔の重量比,(5)肺内肺動脈の再生の指標として密度について明らかにした.さらに術直後から連日の薬物治療を追加することにより,その効果の有効性について検討を加えた.具体的には前回と同様に右肺3葉切除ラットを使用した.術翌日よりG-CSFを10μg/kg/dayの連日皮下投与群(LG10群),100μg/kg/dayの投与群(LG100群)を作製し,21日後に検討を行った.今回はさらに(6)右室心筋のDNAダメージの指標としてPCNA labeling indexを検討項目に追加した。結果:(1)生存率は全群とも100%で有意差を認めなかった.(2)残存肺容積はS群と比して3群(L群,LG10群,Lg100群)とも増加したが3群間に有意差を認めなかった.(3)平均肺胞間距離はS群と比して3群とも有意に増加したが3群間に有意差を認めなかった.(4)右室/左室+中隔の重量比はS群と比して3群とも有意に増加したが,L群に比してLG10群,LG100群とも有意に抑制した.(5)肺内肺動脈の中膜肥厚はL群で有意に増加して,L群に比してLG10群,LG100群とも抑制した.(6) PCNAlabelingindexはL群で有意に増加したがLG10群,LG100群とも有意に抑制した.以上の検討から術後にG-CSFを投与すると,大量肺切除後に引き起こされる肺高血圧・右室肥大を抑制することが示され,常圧低酸素トレーニングの効果をより高めると判断された.
ブルーカーボン生態系からの有機炭素の外洋移出・隔離過程の実証技術開発とモデル化

2018年度はまず浅海域生態系から移出された有機炭素の系外隔離を立証するための方法論としての環境DNA技術の整備を進めた。当初の予定通り、代表的な熱帯性海草3種、マングローブ3種、大型藻類4種に由来する残留有機物の検出を目的としたプローブを確立した。現在のところ、保存状態の良い堆積物であれば約5000年前の試料からも標的DNAを検出できることが分かっているが、同じ植物に由来する有機炭素の量との関係は必ずしも比例関係とならず、隔離有機炭素の定量的評価に課題を残している。一方、予定にはなかったことであるが、堆積物中の貯留有機物を生成した過去の植生を残留DNAから復元するためにサブクローニング法に基づく検出システムを開発し、フィリピンのマングローブ二次林から取得した長期コア試料に適用して有意義な知見を得ることができた。モデル開発に関しては石西礁湖を対象とした三次元流動場モデルの改良を進めた。鉛直的な水塊構造の動態を精度よく再現できるようになったが、現段階ではまだ堆積物の分配・沈降や再懸濁等の挙動を記述できるところまでは至っていない。これらの室内作業と並行して、開発中の手法を適用して今後分析を進めることを前提とした現地試料の採集を精力的に行った。6月には石垣島・西表島にて植物試料と予備解析用マングローブ土壌試料を採取、また他の研究課題による調査の機会を利用して、9月にはフィリピン・ブスアンガ島沖合の表層堆積物の面的採取とパナイ島マングローブ林の堆積物柱状試料・マングローブ試料の採取を実施した。地中海沿岸の潟湖Thau Lagoonおよび瀬戸内海大三島沖において、いずれもアマモ場の堆積物コア試料を採集した。採取された試料は、堆積物粒子の表面吸着特性や、炭酸塩堆積物と砕屑性堆積物の違いなどに着目した有機炭素ならびに環境DNA残留特性の解析を進めるべく、必要な分析作業を行っている。2018年度における研究の経過は、環境DNAに対するプローブ技術の開発と改良、モデル開発、現地調査に関してはほぼ予定通りに順調に進んでいる。一方、2018年度の交付申請書の実施計画に記した内容のうち、オゴノリに対するプローブ開発、初期分解過程における酸素曝露の影響評価、化合物別安定同位体比を利用した起源推定の精緻化など、いくつかの細かい項目が未達成となっている。このうち、化合物別安定同位体比の利用に関しては、実試料への適用まで至っていないものの基礎技術の確立は2018年度内に相当な進捗がみられた。また、当初の実施計画にはなかったこととして、沿岸浅海域生態系の過去の植生に対するサブクローニング法に基づく解析手法を導入し、長期土壌コア試料への適用を試みた。その結果、当初は想定していなかった歴史的変遷の観点からの重要な知見が得られており、新たな研究の展望が開かれている。以上のように項目ごとにばらつきはあるものの、全般的にみて本課題は現在のところ順調に進展しており、部分的には当初の予想を超える成果が得られている。2019年度における方針としては、前年度に確立された環境DNA技術や化合物別同位体比分析に基づく起源推定法を、前年度に採取して保存されている現地試料に適用することが最初の実施項目となる。これにより開発された手法の有効性が立証される。また前年度から引き続き、浅海域植生由来の有機炭素とDNAが同所的または異地的に隔離貯留されるための条件の解析を進め、並行して、環境DNAの定量分析結果から同種植物に由来する有機炭素の貯留量をどの程度まで定量的に評価できるかについて検証を進める。生態系モデルに関しては、堆積物の挙動を組み込むことを最優先課題とし、さらに堆積物の質の違いを記述できるように改良する。また現在開発を進めている石西礁湖以外の系に対しても早急にモデル化に着手する。以上は当初計画されていた内容に従った順当な方策である。一方、環境DNA開発に関連した細かい課題として、マングローブの分類上の曖昧性の問題や、マングローブ土壌特有のPCR阻害物質が検出の定量性に影響する問題等が浮上しており、これらに対する対応を迫られている。また過去の植生を復元する目的での環境DNA技術の適用を本課題において副次的に進めてきたが、その結果として、外部隔離される有機炭素の評価においても気候変動等に伴う植生の遷移や、大洪水などの突発的なイベントの影響を考慮しなくてはならないことが明らかになっている。特にフィリピンのマングローブのように、歴史的に重層的な人為影響がかかっている場合にはこの問題が極めて重要である。これらのテーマは当初の研究計画を超えるもので、本課題の枠内で対応することには無理があることから、将来的にはこれらのテーマに対応する規模の大きな研究課題を立てる必要がある。本研究課題を、そのためのフィージビリティスタディとしての位置づけでも推進することを、今後の方策に含めたいと考えている。

一方、予定にはなかったことであるが、堆積物中の貯留有機物を生成した過去の植生を残留DNAから復元するためにサブクローニング法に基づく検出システムを開発し、フィリピンのマングローブ二次林から取得した長期コア試料に適用して有意義な知見を得ることができた。モデル開発に関しては石西礁湖を対象とした三次元流動場モデルの改良を進めた。鉛直的な水塊構造の動態を精度よく再現できるようになったが、現段階ではまだ堆積物の分配・沈降や再懸濁等の挙動を記述できるところまでは至っていない。これらの室内作業と並行して、開発中の手法を適用して今後分析を進めることを前提とした現地試料の採集を精力的に行った。6月には石垣島・西表島にて植物試料と予備解析用マングローブ土壌試料を採取、また他の研究課題による調査の機会を利用して、9月にはフィリピン・ブスアンガ島沖合の表層堆積物の面的採取とパナイ島マングローブ林の堆積物柱状試料・マングローブ試料の採取を実施した。地中海沿岸の潟湖Thau Lagoonおよび瀬戸内海大三島沖において、いずれもアマモ場の堆積物コア試料を採集した。採取された試料は、堆積物粒子の表面吸着特性や、炭酸塩堆積物と砕屑性堆積物の違いなどに着目した有機炭素ならびに環境DNA残留特性の解析を進めるべく、必要な分析作業を行っている。2018年度における研究の経過は、環境DNAに対するプローブ技術の開発と改良、モデル開発、現地調査に関してはほぼ予定通りに順調に進んでいる。一方、2018年度の交付申請書の実施計画に記した内容のうち、オゴノリに対するプローブ開発、初期分解過程における酸素曝露の影響評価、化合物別安定同位体比を利用した起源推定の精緻化など、いくつかの細かい項目が未達成となっている。このうち、化合物別安定同位体比の利用に関しては、実試料への適用まで至っていないものの基礎技術の確立は2018年度内に相当な進捗がみられた。また、当初の実施計画にはなかったこととして、沿岸浅海域生態系の過去の植生に対するサブクローニング法に基づく解析手法を導入し、長期土壌コア試料への適用を試みた。その結果、当初は想定していなかった歴史的変遷の観点からの重要な知見が得られており、新たな研究の展望が開かれている。以上のように項目ごとにばらつきはあるものの、全般的にみて本課題は現在のところ順調に進展しており、部分的には当初の予想を超える成果が得られている。2019年度における方針としては、前年度に確立された環境DNA技術や化合物別同位体比分析に基づく起源推定法を、前年度に採取して保存されている現地試料に適用することが最初の実施項目となる。これにより開発された手法の有効性が立証される。また前年度から引き続き、浅海域植生由来の有機炭素とDNAが同所的または異地的に隔離貯留されるための条件の解析を進め、並行して、環境DNAの定量分析結果から同種植物に由来する有機炭素の貯留量をどの程度まで定量的に評価できるかについて検証を進める。生態系モデルに関しては、堆積物の挙動を組み込むことを最優先課題とし、さらに堆積物の質の違いを記述できるように改良する。また現在開発を進めている石西礁湖以外の系に対しても早急にモデル化に着手する。以上は当初計画されていた内容に従った順当な方策である。
グラフェン―吸着分子間相互作用のナノ分光学的解明と新規グラフェンデバイスの創成

本研究の目的は、原子層表面と吸着分子・原子の電子的相互作用を分光学的にナノスケールで解明し、新奇なナノ物性を開拓することである。本年度は、前年度に構築した近接場分光学計測と同時に近接場力学計測を同時に行うハイブリッドナノ計測手法を用いて二硫化モリブンデン単原子層に金属原子を吸着させた際の二硫化モリブンデンのラマン散乱の変化を測定・解析した。銀薄膜を二硫化モリブンデン表面に物理吸着させると、PLおよびラマン散乱が20倍程度増強されることがわかった。一方、多層の二硫化モリブンデン表面に銀薄膜を吸着させた場合は増強効果は観測されなかった。これは、単層と多層表面において銀の塗れ性が異なるため、銀の島状構造に差異が生じたためであることがわかった。さらにこの銀薄膜上にチオフェノール分子を化学吸着させてその表面増強ラマン散乱を測定した結果、単原子層ー銀のハイブリット構造上でのみ表面増強ラマン効果が観測された。また、銀をコートした原子間力顕微鏡探針を二硫化モリブンデン単原子層表面に近づけながらそのPLの変化を観測した結果、銀が単原子層表面に吸着する際のPL増強ダイナミクスを測定した。前年度に引き続き、層状の金属酸化物である三酸化モリブデンのラマン分光・イメージング分析を行った。メタノール分子を吸着させてホルムアルデヒドへの部分酸化反応中のラマン散乱および可視吸収スペクトルの変化を観測した結果、エッジ部位に三酸化モリブデンの触媒効果が増強されることが分光学的に示された。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、原子層と吸着分子の電子的相互作用を分光学的にナノスケールで解明し、新奇なナノ物性を開拓することである。本年度は、近接場分光学計測と同時に近接場力学計測を同時に行うハイブリッドナノ計測手法を開発した。グラフェンや二硫化モリブデンの近接場ラマン散乱スペクトルを1000倍以上の探針増強効果を利用して検出することにも成功した。生体低分子(アミノ酸、ペプチド)を二硫化モリブデン単原子層に吸着させた時のPLの変化を測定・解析した。特定のアミノ酸およびそのアミノ酸を残基として有するペプチドを吸着させると二硫化モリブデンのエッジにおいて2種類の特異的なPLスペクトルが観測された。これは、エッジ構造によって分子吸着時の相互作用が異なることを示唆している。層状の金属酸化物である三酸化モリブデンの単結晶を水熱合成し、機械的に剥離した三酸化モリブデンのラマン分光・イメージング分析を行った。エッジ部位においてラマン散乱光強度が振動モード選択的に強く検出された。エッジ部位と表面において吸収スペクトルを測定した結果、エッジ部位において励起波長での吸収量が増大していることがわかり、エッジにおいてラマン散乱光強度が増大した理由は共鳴ラマン効果によるものであることがわかった。さらにレーザーによるアブレーション利用することで薄膜化することに成功し、単層数層のMoO3層を作製することに成功した。今後は、三酸化モリブデン表面上での分子吸着および触媒効果についてナノ分光学的に明らかにする予定である。当初の予定どおり、原子層物質表面やエッジに吸着した分子の分光分析を行えたため。今後は、開発したハイブリッドナノ計測手法を用いて、原子層物質と吸着分子の相互作用力の種類と強さもナノスケールで定量的にナノ分析する。
幹細胞胚様体内外における物質移動現象・相互作用と細胞分化特性に関する研究

本研究では、マイクロウェルチップとマイクロパターニングチップを利用して、幹細胞胚様体を取り巻くミクロ培養環境が幹細胞の分化特性に与える効果を評価した。マイクロウェルチップ培養では、ウェル径、ウェル間距離、チップ上の胚様体数が、胚様体の増殖と分化に影響を与えることを示した。マイクロパターニング培養では、胚様体間距離が少なくとも500μm以下になると胚様体間の干渉作用が現れること見出した。これらの結果は、胚様体を取り巻くミクロ培養環境の設計は、幹細胞の分化特性の重要な因子であることを示す。ES胚様体における微小培養環境の重要性を明らかにするために、マウスES胚様体のパターニング培養を利用し、胚様体培養環境が細胞特性に与える効果を評価した。その方法として、培養基板上に細胞接着面となるゼラチンスポットを規則的に配置し、その周辺部分は細胞非接着分子であるポリエチレングリコールを修飾した培養チップを作製した。今回、ゼラチンスポット間距離、すなわちES胚様体間距離が異なる培養チップを設計・作製し、かつ同一チップ上の外周部および内側に形成されたマウスES胚様体に着目することによって、胚様体間の距離や位置関係が細胞特性に与える効果を評価した。胚様体間距離が1500μmの培養チップでは、外周部と内側に位置する胚様体の増殖性はほぼ同程度であり、かつ胚様体の位置に関係なく中胚葉系および内胚葉系への分化が進行した。これに対し、胚様体間距離が500μmの培養チップでは、チップ内側に位置する胚様体に比べ、外周部の胚様体の増殖性は著しく高く、胚様体間距離による影響が現れた。さらに、チップ内側に位置する胚様体は、外周部の胚様体に比べて未分化状態を維持する傾向と内胚葉系への分化が促進されることを見出した。ここで、チップ内側に位置する胚様体は低酸素マーカーの高発現もみられたことから、胚様体間距離が近づくにつれて酸素低下などの胚様体間相互作用が発生し、このような相互作用が細胞の増殖性や分化特性に影響を与えているものと考えられた。胚様体間の距離や形成位置によって、細胞特性が異なることを見出したことから、今後、この現象を利用して効率的な分化誘導手法への展開を図る予定である。これまでのマウスES細胞を用いた研究を発展させ、マウスiPS細胞の胚様体培養において微小培養環境が細胞特性に与える効果を評価した。具体的にはマイクロウェルチップ技術を用いて胚様体を取り巻く微小培養環境を変化させ、iPS胚様体の増殖性、分化特性、細胞内特性に関する評価・考察を実施した。チップ上の胚様体数が一定でウェル径を変化させた場合は、ウェル径が大きい程、細胞の増殖性は高く、分化速度も速いことが示された。また、ウェル径が一定で胚様体数を変化させた場合は、胚様体数が多い程、細胞の増殖性や分化の進行が抑制傾向にあることを見出した。さらに、細胞間結合が強く、低酸素環境にある胚様体では、増殖性や分化速度が抑制される傾向がみられ、微小培養環境が胚様体特性に関与していることを明らかにした。3年間の期間を通して、本研究では独自のマイクロチップ技術を用いてマウスESおよびマウスiPS細胞の胚様体と微小培養環境の関係についての評価を行い、いくつかの興味深い現象を見出した。1培養初期の胚様体サイズが小さい程、幹細胞の増殖・分化は促進される。2マイクロウェルチップ培養では、ウェル径が大きい、ウェル間距離が離れる、チップ上の胚様体数が少ない程、幹細胞の増殖・分化は促進される。3パターニング培養では、胚様体間距離が少なくとも500μm以下になると胚様体間の干渉作用が現れ、外周部に比べ内側に存在する胚様体の増殖性や分化は抑制される。4胚様体の増殖性や分化は、胚様体内部の細胞間結合の度合いや低酸素環境の形成状態と相関している可能性が高い。5マイクロチップ培養の胚様体は、従来の胚様体形成法よりも肝臓系分化を促進する傾向にある。これらの成果は、微小培養環境の設計によって胚様体特性をある程度制御できる可能性を示しており、今後、効率的な分化誘導手法の確立へと発展させたい。ES胚様体を効率的に形成できるマイクロウェルチップを用いて、チップおよび培養条件がマウスES細胞の細胞特性に与える効果を評価した。まず、ウェル径600μm、ウェル数195個のマイクロウェルチップを用いて、細胞数が100、1000、10000個の初期サイズの異なる胚様体を形成させることによって、「初期胚様体サイズの違いが細胞特性に与える効果」を評価した。その結果、初期サイズの小さい胚様体ほど、細胞の増殖性は活発であり、かつ中胚葉系および内胚葉系への分化も促進された。

また、初期細胞数100個の胚様体は中胚葉系への分化、細胞数1000および10000個の胚様体は内胚様系への分化が活発であった。また、「マイクロウェル径が細胞特性に与える効果」を評価するために、ウェル数が一定(195個)でウェル径を400、600、800、1000μmに変化させたマイクロウェルチップを設計・作製し、マウスES胚様体を形成・培養した。その結果、チップのウェル径が大きいほど、培養経過に伴う胚様体サイズの増大は大きく(すなわち、細胞増殖性は高く)、かつウェル径に依存して中胚葉系および内胚葉系への細胞分化速度も異なることを示した。これらの結果より、胚様体初期サイズの設定は、細胞の増殖性および細胞分化の方向性とその分化速度に影響を与える重要な因子であり、培養経過に伴う細胞の増殖性や分化速度は培養系内の胚様体間距離によってある程度制御できる可能性が示された。さらに、上述の「胚様体サイズとES細胞分化特性」に関する評価に加え、マイクロウェルチップで形成させた浮遊状態のES胚様体を平面チップ上に転写し、接着状態へと精密パターニング培養できる胚様体転写技術を確立した。この技術は今後の胚様体特性評価に利用する予定である。ES胚様体間の距離や形成位置の違いと細胞分化特性の関係を見出すことができた。特に培養チップ条件によってES胚様体の特性が異なることを見出したことは大きな収穫であり、培養環境制御によって細胞特性をある程度制御できる可能性が示された。これらの実施内容は当初の計画通りであり、本研究目的の第2段階をクリアした。培養条件およびマイクロウェルチップ条件を変化させることにより、「初期胚様体サイズが異なる場合」および「培養経過に伴って胚様体サイズが異なる場合」のES胚様体と細胞分化特性の関係を見出すことができた。これらの実施項目は当初の計画通りであり、本研究目的の第1段階をクリアした。平成24年度までの研究によって、胚様体のサイズや数、胚様体間の距離や位置関係によってES細胞の増殖性や分化特性が異なることが明らかとなったことから、今後はこれまでの知見を活かして微小培養環境による幹細胞分化特性の制御を試みる。具体的には胚様体のマイクロパターニング培養を利用し、目的に応じた培養チップ条件を設計・作製することによって、胚様体を形成したままでの未分化維持培養の確立および内胚葉(特に肝臓系)への効率的な分化誘導手法の確立を試みる。胚様体サイズによってES細胞の増殖性や分化特性が異なることが明らかとなったことから、胚様体内部の細胞密度、細胞生存率、細胞間相互作用などを測定・解析し、細胞分化特性との関連性を探るとともにそのメカニズムの解明を目指す。また、隣接する胚様体間の距離を厳密に設定することができるマイクロパターンチップを用い、チップ上の胚様体数(細胞接着スポット数)や隣接する胚様体間の距離(スポット間ピッチ)を変化させ、隣接する胚様体間相互作用と分化特性の関係に関する検討を実施する。平成24年度は、チップ作製工程や表面処理操作の改良と培養系のスケールダウンにより、当初予定していた材料・試薬の消費が少なくてすみ、研究費の支出が抑えられた。平成25年度は、これまでの知見をもとに、マイクロパターニング培養を利用して幹細胞の未分化維持や内胚葉への分化誘導を制御する実験系へと展開する予定である。これらの実験には、高額な未分化維持因子および分化誘導剤を多用することから、平成25年度配分研究費と合わせて繰越金も使用する。平成23年度は、チップ作製工程や表面処理操作の改良と効率化により、当初予定していた材料・試薬の消費が少なくてすみ、研究費の支出が抑えられた。
ゼロエミッション構想に基づくエコタウン事業の実現可能性と地域経済への影響分析

本研究では、「環境の産業化:静脈産業の集積化による地域経済振興を目指す」タイプのエコタウン事業を展開し、先駆的自治体として注目を集めている北九州市における地域経済への影響を、平成2、7年北九州市産業連関表(38部門)を用いて分析を行っている。その際、H12年度の研究結果(「環境関連事業展開における立地選定要因」『北九州市における環境産業の動向』PP.15-29)を踏まえて、三つのケースを想定している。まず、基準ケースでは計画とおりのネットワークが完成し、予想している経済的効果が期待される場合(投資規模:35億円、雇用:165人、平均消費性向:0.705)を想定している。つぎに、ケース1ではエコタウン内での物質循環が未完成の段階であることや多額の設備投資を必要とするものの、パートタイマーが多くを占めていることから雇用拡大による間接第二次効果が小さい場合(平均消費性向:0.655)を想定している。最後に、ケース2では将来構想としているごみ発電によるエネルギーがエコタウン内で利用される場合を想定している。分析結果は、基準ケースの場合、2000年、2005年の市内総生産は、それぞれ4兆1889億円、4兆4048億円となり、就業者数は48万5549、50万4934人となる。ケース1での市内総生産は、それぞれ38億円(対基準ケース比0.091%)、37億円(同0.085%)の減少を示し、就業者数は、1千368人(同0.282%)、1千92人(同0.216%)の減少となっている。ケース2の場合、市内総生産は、それぞれ2億円(同0.005%)、40億円(0.0092%)の増加を示し、就業者数は、42人(同0.009%)、173人(同0.034%)の減少となる。この結果から、北九州市のエコタウン事業は、ネットワークが未完成の場合、生産額や就業者数が当初の予測より減少するものの、ケース2で想定しているような資源循環型経済活動が行われる場合、雇用はわずかに減少するものの、市内総生産の増加に伴って地域経済の活性化につながることが示された。本研究では、平成9年7月いち早く承認を受け、エコタウン事業を実施している北九州市を対象として、エコタウン事業の進捗状況や企業の事業参加に関する意識調査を行った。その結果、環境関連事業を北九州市のエコタウンで行うか否かの選択において、廃棄物処理・リサイクル業の場合、エコタウン事業へ積極的に参加する意向を示している。これは、北九州市では、「環境の産業化:静脈産業の集積化による地域経済振興を目指す」タイプのエコタウン事業を展開しており、対象とされる事業が限定されており、環境関連事業としながらも多くの支援が廃棄物処理業、リサイクル業に集中している傾向があるためと思われる。さらに、環境関連事業は規模の経済性が働くため、大企業の中心の事業展開が多く、中小企業やベンチャー企業の参加が少ないように思われる。また、北九州市で進めているリサイクル事業は、資本集約的なものであることから必然的に大企業が中心に事業化が進んでいることが分かった。さらに、環境関連事業が主に従業者数30人以下の小規模事業所を中心に行なわれていることも分かった。本調査の結果から、北九州市のエコタウン事業では多額の設備投資を必要とするものの、雇用の拡大による地域経済への活性化効果はそれほど大きくないと思われる。しかしながら、北九州市エコタウン事業の立地条件や北九州市のエコタウン事業展開に関する総合的な評価は、概ね「満足」しているという結果が得られたので、更にエコタウン事業を拡大する場合、資本集約的な事業にも中小・ベンチャー企業が参加し,新しい技術を開発・製品化していくための財政的・政策的支援が十分整えれば多くの事業所が参加すると思われる。

ケース2の場合、市内総生産は、それぞれ2億円(同0.005%)、40億円(0.0092%)の増加を示し、就業者数は、42人(同0.009%)、173人(同0.034%)の減少となる。この結果から、北九州市のエコタウン事業は、ネットワークが未完成の場合、生産額や就業者数が当初の予測より減少するものの、ケース2で想定しているような資源循環型経済活動が行われる場合、雇用はわずかに減少するものの、市内総生産の増加に伴って地域経済の活性化につながることが示された。
非ユークリッド的空間上の熱核の漸近性とスペクトル

(1)非ユークリッド的離散空間上のマルコフ連鎖の典型例として等質樹木上のradialランダムウオークを取り上げ、その固定端運動に対してDonsker-Varadhan型の大偏差原理を証明した。このとき、対応するレート関数は、元々のランダムウオークをその主固有関数(樹木の構造だけに依存していて、ランダムウオークには無関係な形をしている!)により調和変換して得られる新しいマルコフ連鎖に関連していることを示した。(2)双曲的リーマン多様体でその断面曲率が無限遠で-∞に発散する場合(スペクトルの下端が離散的になっている)に、その上の固定端ブラウン運動に対してDonsker-Varadhan型の大偏差原理を示した。この場合は、特にupper boundについては任意の閉集合に対して成立することを証明した。(3)hyperbolic Brownianmotiondistorted by a positive automorphicfunctionのradial partの極限定理のautomorphic function(保型関数)による摂動のもとでの不変性を示すことが、最近できた。(4)その状態空間が可算無限集合からなる、連続時間パラメーターの可逆安定マルコフ連鎖の爆発問題をデイリクレ形式の立場から考察し、このマルコフ連鎖の保存性(一種の熱核の安定性)あるいは爆発性をポテンシャル論の諸量を使って特徴づけた。そして、その結果を利用し、このマルコフ連鎖が保存的あるいは爆発的になるための十分条件を生成作用素の係数の言葉で与えた。以上の結果はすべて、現在投稿中,preprintあるいは論文準備中という状態のため、これらについては研究報告書において詳しく述べたい。市原によってなされた研究について報告する。具体的には、(1)双曲的グラフの典型的な例である等質的な樹木(tree)上でradial random walk(1ステッブでジャンプする確率がその2点間の距離だけに依存するランダムウオーク)を考え、その固定端運動に対してDonsker-Varadhan型の大偏差原理を考察した。これに対しては、rate-関数は通常のものではなく、上のradial random walkから、このランダムウオークに付随する差分作用素のある種の主固有関数(この関数は樹木の構造だけに依存し、ランダムウオークのジャンプする確率には無関係)により調和変換して得られるランダムウオークに付随しているごとが分かった。(2)筆者は、論文(Bull.Sci,Math.125,2001)において、ロバチェフスキー平面上の固定端ブラウン運動に対してDonsker-Varadhan型の大偏差原理を証明したが、upper boundの方がコンパクト部分集合に対してのみ成立するという、弱い主張であった。ここでは、2次元双曲型多様体で、そのGauss曲率が負で、固定された1点からの距離の正冪のオーダーであるならば、upper boundは全ての閉部分集合に対して成立することを証明した。これによって、このクラスのリーマン多様体上の固定端ブラウン運動に対しては、ファイマン-カッツ型の極限定理が完全に成立することが分かった。(3)ベキ零群あるいはその体積の増大度が多項式オーダーである群の上で周期的なマルコフ連鎖(それによる剰余空間が有限な集合からなるような部分群があり、その部分群に関して不変なマルコフ連鎖)を考え、その固定端運動に対して大偏差原理を証明した。これらについて、現在3遍の論文を準備中である。市原によって行われた研究について報告する。(1)離散群Γがロバチェフスキー平面H^2に作用し、その基本領域がコンパクトになっているものとする。このときH^2上のΓ-不変な正値関数に基づくdistorted Brownian motionのスペクトルの下端が、元のBrownian motionに対応するものに等しいか叉はそれ以下であることを示した。証明は、Margulis-Knieper-Ledrappier等によるgeodesic flowに基づく議論により得られたspherical meanに関する一つの結果を利用してなされる。下からの評価はもっと微妙で、困難であるが、上のspherical meanに関する結果の適用範囲の拡張が可能ならば、distorted Brownian motionのスペクトルの下端が元のBrownian motionに対応するものに等しいことが証明できる。

(2)ベキ零群、結晶格子などその体積の増大度が多項式オーダーである集合上の周期的マルコフ連鎖の固定端運動に対する大偏差原理は証明されたが、この原理を満たす具体的例でそのスペクトルの下端が正になるものの存在は自明ではない。結晶格子の一つの典型例である2次元ダイヤモンド格子(六角格子)上の可逆な周期的マルコフ連鎖で、そのスペクトルの下端が正になる具体例を構成した。この場合は、有限格子の最大アーベル被覆になり、この観点からの上記のタイプのマルコフ連鎖の系統的構成が期待できる。また、三角格子は最大アーベル被覆ではなく、これに対しては個別に例の構成が必要になる。今後、一般の結晶格子、ベキ零群で上記の様なマルコフ連鎖の具体例の構成が重要になると思われる。市原は、離散群Γがロバチェフスキー平面H^2に作用し、その基本領域がコンパクトになっているものとする。このとき、H^2上のΓ-不変な正値関数(positive automorphic function)の対数のgradient vectorをdriftにするdistorted Brownian motionのradial partに対する一種のエルゴード性といえる現象について考察した。その結果、上に述べたdriftによる摂動の下ではエルゴード性は(極限の値が変化しないという意味で)不変性を持っているという事実を見つけた。方法は、まずBrownian motionのΓ-不変性に基づきsubadditive ergodic theoremを適用することにより、エルゴード定理(極限の存在)を証明する。そのエルゴード性のdriftによる摂動の下での不変性は次のような仕組みで示される。エルゴード定理において、摂動の部分に対応する極限値のところをstable foliation上のharmonic measureを利用して表現する。そして、そのharmonic measureのgeodesic flowの下での不変性から摂動の部分に対応する極限値の部分が0であることを示す。福島は、有限開区間I上のH^1(I)のすべての正則Dirichlet部分空間の完全な特徴付けとその附随する拡散過程の構成を行った。また、対称拡散過程と関連するポアッソン点過程の研究を行った。千代延は、市原と共同で離散集合(冪零群、結晶格子など)上の固定端の可逆マルコフ連鎖に対する大偏差原理を研究した。
高融点複合材料の黒相界面構造と熱疲労強度

複合材料の機械的性質は強化相の分散状態などの構造や組織に強く依存する.高温用の複合材料では,高温で長時間の加熱保持や熱サイクルなどの条件下で使用されることが多い.したがって,高温用の複合材料は母相と強化相間の結合が強く,その間で応力伝達が十分行われることの外にその組織が熱的に十分安定であることが必要である.本研究では種々の複合材料の高温下における組織安定性と異相界面構造および機械的性質との関係について調べることにより,すぐれた超高温材料開発のための指針を得ることを目的とした.得られた成果は次の通りである.1.熱的に安定でかつ非整合は異相界面構造を有する粒子を含む分散強化材では転位が異相界面によって吸引されるために,粒子は転位運動の抵抗として有効に働き,高強度の高温材料を得るのに遊離である.2.Al-CuAl_2共晶ラメラー複合材では,構成相がおたがいに個溶度を有するために,等温加熱中に強化相はOstwold成長にもとづく粗大化をおこす.この傾向は強化相の配列形態の悪いものほど著しい.この組織劣化は強化相の配列形態を良くすることで改善される.一方, M_o-Tic共晶ラメラー複合材では等温加熱による組織劣化は現われないが,高温で異相界面すべりを生ずる結果,高温強度は著しく低下する.3.人工的に作成したCu-W積層強化型複合材料では,構成相同志はたがいに固溶度を有しないけれども,大きな熱膨張差のために,熱サイクル条件のもとでは異相界面にボイド形成が認められ,材料の強度は熱疲労によって劣化する.4.以上のように異相界面は複合材料の高温における組織安定性と高温強度にきわめて重要な役割を演じている.複合材料の機械的性質は強化相の分散状態などの構造や組織に強く依存する.高温用の複合材料では,高温で長時間の加熱保持や熱サイクルなどの条件下で使用されることが多い.したがって,高温用の複合材料は母相と強化相間の結合が強く,その間で応力伝達が十分行われることの外にその組織が熱的に十分安定であることが必要である.本研究では種々の複合材料の高温下における組織安定性と異相界面構造および機械的性質との関係について調べることにより,すぐれた超高温材料開発のための指針を得ることを目的とした.得られた成果は次の通りである.1.熱的に安定でかつ非整合は異相界面構造を有する粒子を含む分散強化材では転位が異相界面によって吸引されるために,粒子は転位運動の抵抗として有効に働き,高強度の高温材料を得るのに遊離である.2.Al-CuAl_2共晶ラメラー複合材では,構成相がおたがいに個溶度を有するために,等温加熱中に強化相はOstwold成長にもとづく粗大化をおこす.この傾向は強化相の配列形態の悪いものほど著しい.この組織劣化は強化相の配列形態を良くすることで改善される.一方, M_o-Tic共晶ラメラー複合材では等温加熱による組織劣化は現われないが,高温で異相界面すべりを生ずる結果,高温強度は著しく低下する.3.人工的に作成したCu-W積層強化型複合材料では,構成相同志はたがいに固溶度を有しないけれども,大きな熱膨張差のために,熱サイクル条件のもとでは異相界面にボイド形成が認められ,材料の強度は熱疲労によって劣化する.4.以上のように異相界面は複合材料の高温における組織安定性と高温強度にきわめて重要な役割を演じている.構造の異なる多種類の相から構成される複合材料では、その構造上、高温に於ける加熱または熱サイクル処理にともなって、その組織が不安定となり組織劣化をおこし、その結果複合材料の機械的性質の劣化をまねくことが推察される。本研究では特にその研究の必要性が高い、高温用の複合材料の熱疲労過程と機械的性質の関係を明らかにしようとするものである。本年度の研究の進行状況は次の通りである。1.加熱処理にともなう組織安定性の研究:従来高温でも安定であるとされて来た共晶系複合材料の等温加熱による組織の劣化挙動を調べた。試料として取扱いやすいAl-Cu【Al_2】共晶ラメラ合金に等温加熱処理を施した結果、こ共晶組織は高温において著るしい粗大化をまねくことを見出した。またこの粗大化過程はAl相とCu【Al_2】相間の界面エネルギー(界面構造)の大きさやAl相またはCu【Al_2】相中のCu原子の拡散速度によって支配されていることが明らかとなった。すなわち、共晶系複合材と云えども必ずしも安定でなく、高温使用時の組織劣化は無視できない。一方人工的に作成した複合材では構成相間の熱膨張差に帰因した組織劣化を生ずることが推察される。代表的な複合材としてCu-W系の複合材を作成し、約0.3Tmから0.8Tm(TmはCuの融点の絶対温度)で熱サイクルを施した結果、異相界面上に多数のボイドが形成されることが見出された。これらのボイド形成は熱サイクル数と共に著るしく顕著となる。2.熱疲労強度についての研究:以上に示した複合材はすべて熱処理による組織劣化を生ずるので、これらの試料についてその機械的性質がどのように変化するかについて現在実験中である。以上の研究成果の一部は、日本金属学会および日本金属学会講演会等において公表ずみである。
構造解析を基にした組合せ最適化アルゴリズムの効率化に関する研究

今年度は以下の3つ(a)「0-1多面体の構造解析」(b)「重み付きグラフにおける全域木の重み順全列挙アルゴリズムの開発」(c)アルゴリズムの平均的な振る舞いの評価に関する研究」を研究目的とした。(b)に関しては、重み順ではないがグラフの全域木を列挙する時間計算量の意味でも空間計算量の意味でも最適なアルゴリズムを開発した。既存のアルゴリズムで二つの計算量の意味で最適なものはなく、このアルゴリズムが初めてのものである。この研究成果は、論文としてまとめ、第15回数理計画国際シンポジウムや第3回アジア太平洋地区オペレーションズ・リサーチ会議など国内外の会議において口頭発表し、国際的な論文誌であるSIAM Journal on Computingに投稿した。研究目的(c)に関しては、今年度中には論文として発表できるような成果は残念ながら得られなかったが、今後も継続して研究をしていく。本年度は、補助金によって設備としてX端末を購入し、現有設備であるワークステーション(平成4年度科研費により購入)と接続し、論文や発表原稿・OHPの作成、実験結果のグラフィック表示など有効利用した。
多重極限環境下での強い相互作用する多体系の真空構造、励起モード及び諸物性の研究

強い相互作用で重要となるカイラル対称性に着目した南部・Jona-Lasinio(NJL)モデルを用い、対称性で許されるクォーク間4点相互作用を考えると、高密度クォーク物質ではテンソル型のクォーク凝縮が起き、密度上昇に伴ってカラー超伝導相に引き続きスピン偏極相が現れることを示した。8点相互作用を持つ拡張されたNJL模型を用い、有限密度・有限温度のある領域ではカイラル対称性は回復しているが素励起は核子となる相が存在することを示した。非可換ゲージ理論に対してガウス型波動汎関数近似を用いた時間存変分法を構築し、スカラー・擬スカラーグルーボール質量を評価し、結合定数・スケールパラメータ依存性を与えた。強い相互作用により支配されるクォーク・グルオン、及びハドロン多体系が、高温、高密度、強磁場など、多重にわたる極限環境下におかれた際に実現される真空構造、その上での粒子励起モードや相構造・相転移、及びこれらの多粒子系が各相で示す物性を解明することを本研究課題の主目的としている。平成24年度の実績は以下の通りである。1.グルオン系においてグルーボールに着目し、スピンが0でパリティが正・負それぞれのグルーボールの質量を、ガウス型汎関数近似を用いてQCDに基づき導出することに成功した。得られた結果では、QCD結合定数が小さくなる領域ではグルーボールの質量は大きくなり、クォーク・グルオンプラズマ相ではグルーボールは励起されないと期待される。一方、真空では格子QCD計算で得られたグルーボール質量をよく再現している。この結果は学術論文として公表した。2.非一様カイラル凝縮体の研究を行い、カイラル対称性、並進・回転対称性が破れるときに現れる南部・ゴールドストン(NG)モードを分析し、このNGモードの分散関係を得た。3.南部・Jona-Lasinioモデルに、カイラル対称性で許されるクォーク間4点相互作用を考えると、高密度クォーク物質ではテンソル型のクォーク凝縮が起き、スピン偏極相が現れることを示した。4.ベクトル・スカラー8点相互作用まで考慮した拡張された南部・Jona-Lasinioモデルを基礎に、温度・化学ポテンシァル相図中でこのモデルでのクォーク・ハドロン相転移の1次相転移線を与え、カイラル対称相ではあるが素励起は核子である領域がこのモデルでは存在することを示した。5.対相互作用するクォーク模型としてボン・クォーク模型を取り上げ、ハドロン相とカラー超伝導相間の相転移をボソン写像法を用いて調べていたが、本年度はフェルミオン空間に戻してどのような様相が生じているかを明らかにした。平成25年度の実績は以下の通りである。1.強い相互作用で重要となるカイラル対称性に着目した南部・Jona-Lasinioモデルを用いて高密度クォーク物質の相構造・相転移を解明するために、カイラル対称性で許されるクォーク間4点相互作用を考えると、高密度クォーク物質ではテンソル型のクォーク凝縮が起き、スピン偏極相が現れることを示した。高密度ではカラー超伝導相が実現することが理論的に予想されているが、2フレーバーの場合ではクォーク数密度を上げていくと、カラー超伝導相からクォークスピン偏極相に相転移することを示した。フェルミ面がフェルミ球からトーラス状に移行することで、高密度では南部・Jona-Lasinioモデルの範囲内では必ずスピン偏極相が実現することを示した。2.非一様カイラル凝縮相の研究を行い、カイラル対称性、並進・回転対称性が破れる際に現れる南部・ゴールドストン(NG)モードについて検討し、最近のゴールドストン定理の理解に合致することを示し、このNGモードの分散関係、揺らぎの相関を調べた。この結果は物理学会において報告された。3.フェルミオンが対相互作用するsu(2)代数モデルで、クーパー対演算子の変形を考えると擬su(1,1)代数構造が現れることを示し、外界と相互作用するフェルミオン多体系を扱う枠組みを与えた。強い相互作用により支配されるクォーク・グルオン、及びハドロン多体系が、高温、高密度、高磁場など、多重にわたる極限環境下におかれた際に実現される真空構造、その上での粒子励起モードや相構造・相転移、及びこれらの多粒子系が各相で示す物性を解明することを本研究課題の主目的としている。平成23年度は、1.対相互作用するクォーク模型としてボン・クォーク模型を取り上げ、ハドロン相とカラー超伝導相間の相転移を調べた。