hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
メタルテンプレート型インターロック分子の動的挙動と空間制御

ロタキサンやカテナンを構成するコンポーネントは、共有結合ではなく空間的な結合で結ばれているため、その自由度と運動性には特別な注目が集まっている。このようなシステムにおいては、これまでの共有結合化合物には全く見られなかった現象がしばしば観測される。ロタキサンのような空間結合系は弱い相互作用を近傍効果によって増幅できるため、元素間に働く相互作用を解明するのに極めて適した系である。本研究では、ロタキサンを用いて遷移金属元素と高周期典型元素の間に生まれる相乗的な相互作用に的を絞ってその特性を明らかにするとともに、その結果をベースとしてロタキサン構造を鍵とする新分子触媒や分子モーターを開発した。ロタキサンなどの分子群のコンポーネントは特殊な空間的関係にあり、輪成分中の原子と軸成分中の原子の間の相互作用の結果が、非常に大きくその運動性などの特性として現れてくる。本特定研究では複合元素間に働く相互作用や協同効果を解明し、応用展開の道を拓くことを目的としているが、ロタキサンのような空間結合系は弱い相互作用を増幅できるため、元素間に働く相互作用を解明するのに極めて適した系である。本研究では、ロタキサンやカテナンといったインターロック分子を用いて遷移金属元素と高周期典型元素の間に生まれる相乗的な相互作用に的を絞ってその特性を明らかにするとともに、その結果をベースとしてロタキサン構造を鍵とする分子触媒やリニア分子モーター構築に関する応用研究を行う。Pd金属を中心金属とするロタキサン型錯体の合成とその動的挙動、並びに金属と他の元素との相互作用について検討するため、新規ロタキサン錯体を合成した。また、動的な挙動として、ロタキサン輪成分上での連続触媒反応について検討した。ロタキサンの輪成分に三座配位子構造を持たせ、軸成分中にピリジン型配位子を持たせた[2]ロタキサン型錯体は、末端封鎖法により合成した。さらに、その錯体構造を二つ持つ[3]ロタキサン型錯体、さらに軸上に二つのピリジン配位子構造を持ちながら、Pd金属錯体構造を1つもつ[2]ロタキサン型錯体も合成した。この軸成分中に配位可能なサイトを2つもつロタキサン錯体の温度可変HNMRを測定したところ、温度を上げていくことでシャトリングが起こり、5060°Cで2つの配位子上を、輪成分がPd金属を携えたまま移動することがわかった。合成した3つのロタキサン型錯体をメタノールで処理したところ、軸成分中のプロパルギルウレタン構造が環化異性化し、アルキリデンオキサゾリジノン構造へと変化したロタキサン型錯体が得られた。特に、4つのプロパルギルウレタン構造をもつ[2]及び[3]ロタキサン型錯体では、4つすべてが環化異性化した生成物を与えた。この異性化反応はPd金属が触媒する異性化反応であるとともに、ロタキサン構造に特有であることもわかった。[2]ロタキサン型錯体で4つのプロパルギルウレタン構造の異性化が観測されたことは、軸上を金属を携えた輪成分が移動することで触媒反応が進行する極めて興味深い系であることがわかった。異性化したロタキサン型錯体では、軸成分がかさ高くなるために、輪成分はシャトリングすることができなくなっていた。この結果は、触媒が通過して反応が起こると、輪成分は元の位置に戻れないことを示しており、一方向移動型の分子モーターの基本動作に相当すると考えられる。金属原子を固定化させたロタキサンなどのインターロック分子を用い、錯体内における遷移金属/典型元素の相乗的な相互作用に的を絞り、その特性を精査した。すなわち軸と輪成分の両方に配位部位を有するロタキサンにおけるPd金属/ヘテロ原子間の相互作用について(i)配位の強さ、(ii)配位子交換の可能性、(iii)ロタキサン構造の特異性と安定性の関係を検討し、ロタキサンの特殊な空間結合系によって増幅・加速される分子内環化反応を見いだした。こうした反応系は直進分子モーターの構築に極めて適しており、軸上に拘束された輪成分の移動方向の制御に利用することを考えた。その結果、移動制御点を4つ持つリニア分子モーターのモデルの合成と、その墓本動作系の構築を達成した。それに加えて、(1)軸成分の長さをコントロール可能な新規金属テンプレート型ポリロタキサン合成法、(2)長鎖の軸成分を持つロタキサンの合成法、並びに(3)金属テンプレート型カテナンの簡便合成法についても確立し、リニア分子モーターシステムへの重要な知見を得た。これらの運動特性や元素相乗効果についても研究を進めている。

すなわち(1)軸と輪成分の両方に配位部位を有するロタキサンにおけるPd金属/ヘテロ原子間の相互作用について(i)配位の強さ、(ii)配位子交換の可能性、(iii)ロタキサン構造の特異性と安定性のみならず(iv)並進、回転運動性についても明らかにしてきている。またその中で、(2)ロタキサンの特殊な空間結合系によって増幅・加速される分子内環化反応を見いだした。こうした反応系を連続反応系へと展開し、その結果、(3)Pdを固定化した輪成分が移動に伴って軸成分上の反応点を次々と反応する動作系の構築を達成した。さらに、こうした知見を下に、(4)分子サイズ認識能を持つ酵素様の輪状分子触媒を開発した。この触媒システムは従来までに無い魅力的な触媒能を持っており、パラジウムを固定化した輪状の分子触媒が、貫通構造(擬ロタキサン構造)を形成できるような化合物にのみに触媒能を発揮するということが明らかとなった。基質一般性に加え、パラジウム化学に基づくその他の変換反応についても現在調査中である。ロタキサンやカテナンを構成するコンポーネントは、共有結合ではなく空間的な結合で結ばれているため、その自由度と運動性には特別な注目が集まっている。このようなシステムにおいては、これまでの共有結合化合物には全く見られなかった現象がしばしば観測される。ロタキサンのような空間結合系は弱い相互作用を近傍効果によって増幅できるため、元素間に働く相互作用を解明するのに極めて適した系である。本研究では、ロタキサンを用いて遷移金属元素と高周期典型元素の間に生まれる相乗的な相互作用に的を絞ってその特性を明らかにするとともに、その結果をベースとしてロタキサン構造を鍵とする新分子触媒や分子モーターを開発し、その動的挙動を明らかとした。昨年度までに分子内孔にパラジウムが固定化された輪状分子が、分子サイズを認識するような酵素様触媒として機能し、その空孔内を貫通できる分子に対してのみ高選択的に触媒能を発揮するという興味深い知見を得ている。そこで今回、その反応を連続的な反応系へと応用した。その結果、Pdを固定化したマクロサイクル触媒を用いてアリルウレタンを有する直鎖状高分子と反応させると、マクロサイクルの移動に伴い、アリルウレタン構造の分子内ヒドロアミノ化反応が高効率的に進行し、対応するポリオキサゾリジノンへと変換されることが明らかとなった。また反応終了後に塩酸を加えると、ポリマー中に貫通構造として含まれていたマクロサイクル触媒のデスリッピングが起こり、高分子から簡単に触媒が除去可能であることも分かった。
都市・地域の持続・生存可能性のための水辺環境マネジメントに関する研究

持続可能な発展の定義に関しては今でもそのあいまいさが指摘され、どのような持続可能性か、誰のための持続可能性かなどの問いかけもされている。例えば、同一都市・地域全体としての持続可能性は維持されつつも、その一部では生活の糧である生態系の破壊や浸水などにより持続可能性はおろか生存すら危うくなることもあろう。本研究では一部地域の生存可能性を脅かすという犠牲を伴った持続可能性はないという考えに基づいた参加型水辺環境マネジメントの在り方を示した。1.水辺の状態(ジオとエコ)の調査.水辺の構造(護岸形状・柵・アプローチ・高水敷など),水路敷(低水路.河床・形態・低質など),質(流量・水質・ゴミ・動植物など),景観(人工的・近自然的・スケール・周辺との調和など),利用状況(利用者・用途)などの観察調査を行った.2.地域特性と地域住民(ソシオ)の調査(1)地理的特性(位置,人口密度,交通の便,など)について文献などから把握した.(2)地域住民を対象としたアンケートの実施.鴨川下流地域の住民を対象とした調査を行った.調査項目を設定する際には,住民の関心,問題点を把握するために現地調査や地元の方々(町内会,自治会など)へのヒアリングを行い,調査項目の妥当性と過不足の有無を検討した.さらに,調査項目を考えるにあたり,KJ法を用いて問題構造を明らかにした.その上でブレーンストーミングにより,水辺の認識(水質,水量,近づきやすさ,草木花の多さ,魚・虫の多さ,護岸の材料,眺めの良さ,など)の質問項目(小項目)を抽出し,これらから形,利用形態(あそび,なりわい,まつり,まもる),生態,属性を中項目として作成し,最後にソシオ(周辺地域住民)から見たGES環境を大項目とした.中項目については,ISM(Interpretive Structural Modeling)法により階層構造化を行い,調査項目の入出力の構造の理解・確認ならびに冗長な調査項目の排除を行った,3.多基準分析の適用法について検討した.1. GES環境構成要素の関連構造に関する研究21年度に行った調査結果を基に水辺のGES環境要素の関連を単純集計およびクラメールの関連係数を用いて調べた。2.水辺環境のGES環境による多基準評価手法に関する研究(1)各機能に関して、GES環境の寄与をISM法を用いて把握した。;(2)GES環境要素の各機能への寄与の状態(直接あるいは間接)により重みを求め、この重みを考慮したGES環境要素の5つ機能への貢献度評価を行った。;(3)以上より、水辺環境の多基準評価手法を構築した。3.上・下流地域各々での水辺環境評価に関する研究上流地域住民の関心、問題点を把握するために現地調査や地元の方々へのヒアリングを行い、21年度に行った下流域住民を対象とした調査項目の妥当性と過不足の有無を検討し、アンケート調査を行った。得られたデータを基に、2.の研究で得られた多基準評価手法を鴨川の上流の2地域(雲が畑と大原)と下流地域に適用して各地域の水辺環境評価を求めた。4.費用・便益分析と多基準分析に関する研究持続可能な発展は「我ら共有の未来」で初めて定義されて以来、これに関する数多くの論文も発表され公文書でも使われているが、その定義に関しては今でもそのあいまいさが指摘されている。そこで、費用・便益分析の有効性と限界を検討した上で多基準分析の可能性について検討を行った。その上で、持続可能性と生存可能性を考慮した水辺環境マネジメントを適応的水辺整備計画方法論によって示した。1、上・下流地域の環境評価のコンフリクト分析と合意の可能性に関する研究鴨川流域と高野川流域で実施されたアンケート結果から「川の利用」に関する回答と「川に対する印象」に関する回答を用いて、数量化理論2類により生活者の印象が利用に及ぼす影響を分析した。ついで、印象に影響を及ぼす川の物理的要素や上下流域生活者の川に対する印象の相違についてクラメールの関連係数、クラスター分析を用いて分析を行った。さらに、順位相関係数を用いて、コンフリクトの発生可能性について分析を行い、整備方針を検討した。以上より、多基準評価とコンフリクト分析を合わせることに依り、合意の可能性を示すという重要な結果を導いた。この多基準分析システムは今後のコンフリクトマネジメントへの道筋を明らかにしたという点で意義ある研究となった。2、参加型多基準分析システムとしての水辺環境マネジメントの構築に関する研究適応的水辺整備計画方法論は、問題の明確化、調査、分析、計画代替案の設計、評価、コンフリクトマネジメントで示される一連のプロセスである。本研究では、このプロセスに沿って、アンケート調査や多基準分析を行ってきた。特に上・下流地域での社会調査結果と費用・便益分析の批判的検討から参加型多基準分析の可能性を明らかにした。

具体的には、社会調査結果より地域別の関心を明確にし、持続可能性だけでなく、生存可能性をも考慮した地域別水辺環境マネジメントの必要性を示した。このことは、持続可能性を論ずる場合には、地域全体としての視点だけでなく、地域内の違いにも焦点を当て、特に地域全体としての持続可能性が維持される中で、生存可能性が危うい地域の存在を考慮に入れた水辺環境マネジメントの必要性を示したという点で意義ある研究となった。
IL-2産生能の亢進および低下が歯周病発症に果たす役割の分子生物学的研究

T細胞の歯周病病態への役割を考察することを目的に、歯周病患者48名を含む被験者72名の末梢血を用いて単核球サブセットの割合、及びT細胞機能を調べた。結果は、いずれも個体差が大きく歯周病の臨床所見や病型とは相関し難いというものであったが、CD3分子への刺激でInterleukin-2(IL-2)産生能が亢進あるいは低下した被験者4名が検出された。これら被験者についてIL-2産生能の発現様式を細胞内シグナル転送の点から調べた。その結果、1名の被験者にみられたIL-2産生能亢進に細胞内Ca^<2+>濃度の上昇に関わる過程が関与し、被験者3名のIL-2産生能低下にはこの過程が関与しないことが示唆された。本研究においてIL-2産生能が亢進した被験者では、その原因として細胞内Ca^<2+>の極端な上昇が関与していることが示唆され、このことは歯周病との関わりの面からだけでなく、細胞内Ca^<2+>の上昇そのもののメカニズムの面からも興味がもたれる。一方、IL-2産生能の低下がみられた被験者3名はT細胞の機能低下に基づく易感染性宿主として注目される。本研究でとりあげた特徴的なIL-2産生能を示す4名の被験者のうち3名は若年性歯周炎に罹患していた。しかし、問診と一般血液検査の結果に限っては、これら3名の被験者は歯周病以外の疾患には罹患していなかった。従って、わずかな宿主応答の異常は、歯周病のような、常時慢性的な細菌刺激を受ける局所での感染性疾患に結びつき易いが、全身的な感染性疾患に結びつくことは少ないと考えられる。以上から歯周病の発症と進行と様式は多様で、それらの様式は個体レベルで明確にされなければならないことがうかがわれた。インターロイキン2(IL-2)は免疫応答の調節を担うT細胞の増殖活性化因子であり、IL-2産生の低下に起因すると思われる易感染性宿主の例が報告されている。T細胞は、CD3抗体刺激により細胞内Ca^<2+>濃度を上昇させ、同時にphorbol myristate acetate(PMA)によって細胞内プロテインキナーゼを持続的に活性化させるとIL-2を産生する。また、ionomycinは細胞内Ca^<2+>濃度を急激に上昇させるため、PMAとionomycinで同時にT細胞を刺激することによってIL-2産生を誘導することができる。そこで、申請者らは歯周病の病態をT細胞のIL-2産生能の面から調べ、次のような結果を得た。まず、CD3抗体によってT細胞を刺激したときのIL-2産生が極端に亢進した若年性歯周炎患者1名とIL-2産生が正常の範囲内であった健常者のT細胞を、PMAとともにionomycinで刺激したところ、両者のIL-2産生は同程度であった。したがって、この患者ではCD3抗体による刺激時に細胞内Ca^<2+>の極端な上昇が起こり、これがIL-2産生の亢進に関わっている可能性が示唆された。一方、CD3抗体およびPMAによるT細胞刺激時に、IL-2産生が非常に低かった若年性歯周炎患者2名と健常者1名のT細胞を、PMAとともにionomycinで刺激したところ、IL-

2産生の低い傾向に変化はみられなかった。したがって、この3名では、ionomycinによる細胞内Ca^<2+>濃度を上昇が、IL-2産生の傾向に影響を与えなかったことから、この3名の低いIL-2産生は、CD3抗体によるT細胞刺激時の細胞内Ca^<2+>濃度の変化と無関係であることが示唆された。本年度はIL-2産生能に特徴のあった歯周病患者のIL-2R発現能を検討した。刺激を受けたT細胞はInterleukin-2(IL-2)を産生するとともに細胞膜上にIL-2レセプター(IL-2R)を発現する。次にIL-2がIL-2Rに結合することによってT細胞は増殖し、様々なサイトカインを産生する。このようにIL-2R発現能とサイトカイン産生能は密接な関わりを持っている。IL-2Rの発現能はCD3抗体刺激24時間培養後のリンパ球中のCD25(IL-2Rのα鎖に対する抗体)陽性細胞率からもとめた。その結果、IL-2産生能およびIL-2R発現能からT細胞増殖能を説明することが困難な被験者2名が検出された。IL-2R(α鎖)の発現が低いにもかかわらず、T細胞増殖能およびIL-2産生能の亢進している被験者では、IL-2Rのもう一方のサブユニットであるβ鎖の機能亢進によるものかもしれない。この2名の被験者においては今後さらにIL-2Rのα鎖およびβ鎖の発現量の動態あるいはシグナル転送機構についての解析を進めなければならない。他の被験者においては、IL-2Rの発現能にきわだった特徴はなく、IL-2R発現能と、T細胞増殖能およびIL-2産生能の亢進及び低下との間に注目に値する相関関係は見出し得なかった。本研究から、典型的な免疫機能の低下を伴うエイズ患者や白血病患者などとは異なり、歯周病患者から明確なリンパ球機能の低下や異常を検出することがきわめて困難であることが示唆された。しかし、本研究ではリンパ球機能の様々な因子の一部を限定し、個々の因子を発現するモデルを設定したという点で、多因子性疾患の研究上避けて通ることのできない一過程を示し得たものと位置づけたい。
高温固気二相流の粒子特性・挙動と伝熱促進・制御に関する研究

高温流動層のふく射伝熱を含めた伝熱促進効果とその制御性を把握するために、以下のような検討を行った。(1)高温流動層内のふく射伝熱の実験的評価:高温伝熱面を低温流動層内に挿入した際の全熱伝達を伝熱面表面のふく射物性を変えて測定し、その結果から高温流動層内のふく射伝熱量を実験的に評価した。その結果、伝熱面・伝熱面間のふく射伝熱は流動粒子が大きくふく射的に透明である場合ほど大きく、また粒子層の空隙率が高い場合に大きくなることが示された。(2)加熱伝熱面近傍の流動粒子温度と粒子からの放射ふく射の計測:赤外線によりふく射的に加熱された伝熱面近傍の流動粒子の温度挙動と放射ふく射を加熱赤外線とは異なる感知波長帯域を有する赤外線サーモグラフィ装置を用いて計測した。その結果、流動粒子が伝熱面近傍に滞留する間にふく射浸透距離以上の厚さまで加熱され伝熱面・粒子間のふく射伝熱が阻害されるが、気泡相の通過時には加熱されていない粒子層が「見える」ため、この間にふく射伝熱が生じることが明きらかとなった。(3)セル内循環流動層による伝熱面近傍の粒子濃度分布の制御:流動粒子・伝熱面間のふく射伝熱が伝熱面近傍の粒子の空隙率(あるいは濃度)に強く影響されるという上記の知見を受けて、上部にメッシュを有する容器内に粒子を封入しこれに気体流を吹き込んで流動化させるセル内循環流動層の伝熱面近傍の粒子密度に対する容器形状、粒子性状などの影響を可視化実験によって検討した。その結果、伝熱面と相対する部分の容器壁形状を変化させることで伝熱面近傍の粒子濃度を空間的に制御できることが明らかとなった。本年度は,高温固気二相流の伝熱機構を明らかにするために,流動層熱交換器を対象に,1)流動層内のふく射伝播機構,および,2)伝熱促進に対する空隙率分布の影響の2点について検討を行なった。1)流動層におけるふく射伝播機構を明らかにするために,光学的手法により層内のふく射伝播を測定した。伝熱面から射出されるふく射を模擬したHeーNeレ-ザ-(科研費により購入)を流動層内に入射させ,伝播するレ-ザ-光の強度を,層内に挿入した光学プロ-ブにより測定した。流動粒子としては,透明なガラスおよびアルミナ粒子,吸収性の強い酸化鉄粒子,そして,二つの中間に当たる酸化ジルコン粒子を用いた。その結果,流動層内のふく射伝播機構について以下の知見を得た。1.比較的重い粒子を用いた流動層内のふく射伝播機構は,気泡相滞留時と粒子相滞留時の二つに分けて考えることができる。気泡相ではふく射は全く減衰を受けずに伝播するが,粒子相では充填層と同程度の極めて強い減衰を受ける。2.粒子相において入射ふく射はきわめて強い減衰を受けるため,散乱を繰り返したふく射だけが層内深くまで浸透する。したがって,粉子の吸収性が強いと,ふく射は散乱を繰り返す間に吸収され,層内にはほとんど浸透しない。2)流動層内の空隙率分布が知るために,後方から照明される流動層について透過光強度の測定を行なった。得られた透過光強度から伝熱面近傍の空隙率分布を換算し,伝熱実験で求めた熱伝達率と比較,検討を行なった。その結果,特定の空隙率で伝熱が促進されることがわかった。

本研究は高温固気二相流伝熱の能動的制御手法を確立することを目的としており、研究計画の第2年度にあたる本年度は、昨年度の検討結果を受けて、流動層内伝熱面近傍の気泡相内の気相流速を計測し、伝熱面近傍の粒子空隙率を制御してふく射伝熱の寄与を増減させた際の対流伝熱への影響を評価するための基礎資料を得た。すなわち、流動層内の高温伝熱面からのふく射は、伝熱面近傍に粒子が集積している場合には伝熱面からの対流伝熱あるいは熱伝導によって温めらめた粒子の庶蔽効果によってほとんど層内に浸透できず、伝熱面近傍に粒子の少ない状態が生じた場合にのみ寄与が大きくなる。このような条件を能動的に創出すれば高温固気二相流の伝熱をふく射的に促進・制御できるが、この場合には粒子接触による伝熱促進効果あるいは気相の対流伝然効果が変化するため、流動相全体としての伝熱特性を評価するためにはこれらの変化を正確に把握することが不可欠となる。前者に関しては著者らのこれまでの検討結果から予測可能であるため、本年度は後者を流動層内の伝熱面近傍を通過する気泡層内の気相流速をLDVを用いて計測して、対流伝熱特性を評価した。その結果、流動相の気泡層内の気相流速は層内平均流速より高く、特に粒子径が小さい場合いにいわゆる粒子撹乱効果による対流伝熱促進のほとんどが気泡相通過による非定常熱伝達で説明できることが明らかとなった。このことから、特に粒子接触伝熱の寄与の小さい高温流動層においては伝熱面近傍の空隙率を増加させてふく射的な伝熱促進・制御を行っても、高空隙率領域の気体流速増加によって対流伝熱の寄与も低下しないと予測される。なお、伝熱面近傍の伝熱を支配する粒子の温度計測に関しては、赤外線熱画像装置を用いた検討結果が得られはじめており、蛍光法による測定結果(分担者が別課題で実施中)との比較を行うことにしている。高温流動層のふく射伝熱を含めた伝熱促進効果とその制御性を把握するために、以下のような検討を行った。(1)高温流動層内のふく射伝熱の実験的評価:高温伝熱面を低温流動層内に挿入した際の全熱伝達を伝熱表面のふく射物性を変えて測定し、その結果から高温流動層内のふく射伝熱量を実験的に評価した。その結果、伝熱面・伝熱面間のふく射伝熱は流動粒子が大きくふく射的に透明である場合ほど大きく、また粒子層の空隙率が高い場合に大きくなることが示された。(2)加熱伝熱面近傍の流動粒子温度と粒子からの放射ふく射の計測:赤外線によりふく射的に加熱された伝熱面近傍の流動粒子の温度挙動と放射ふく射を加熱赤外線とは異なる感知波長帯域を有する赤外線サーモグラフィ装置を用いて計測した。その結果、流動粒子が伝熱面近傍に滞留する間にふく射浸透距離以上の厚さまで加熱され伝熱面・粒子間のふく射伝熱が阻害されるが、気泡相の通過時には加熱されていない粒子層が「見える」ため、この間にふく射伝熱が生じることが明きらかとなった。(3)セル内循環流動層による伝熱面近傍の粒子濃度分布の制御:流動粒子・伝熱面間のふく射伝熱が伝熱面近傍の粒子の空隙率(あるいは濃度)に強く影響されるという上記の知見を受けて、上部にメッシュを有する容器内に粒子を封入しこれに気体流を吹き込んで流動化させるセル内循環流動層の伝熱面近傍の粒子密度に対する容器形状、粒子性状などの影響を可視化実験によって検討した。その結果、伝熱面と相対する部分の容器壁形状を変化させることで伝熱面近傍の粒子濃度を空間的に制御できることが明らかとなった。
運動、肥満、加齢が成長ホルモン分泌能に及ぼす影響とその機序の解明

長期のトレーニングや生活習慣の変容が成長ホルモンの分泌動態に及ぼす影響を検討した。その結果、24週間にわたる運動継続や短期間の食事内容の変容(脂肪摂取量の増加)によって、運動誘発性の成長ホルモンの分泌動態に影響は生じないことが明らかになった。一方、低酸素環境下での運動を4週間継続した結果、一過性の運動に対する成長ホルモンの分泌動態は有意に亢進した。これらの結果は、運動誘発性の成長ホルモンの分泌能は比較的頑強で、容易に変化しないことを示唆するものである。しかし、運動の実施条件(運動実施時の酸素濃度など)を工夫することにより、成長ホルモンの分泌能を改善することができる可能性も新たに示された。本年度は、24週間の有酸素トレーニングが成長ホルモンの分泌能に及ぼす影響を検討した。成人男性21名を対象に、週6回・2週間の有酸素トレーニングを実施する2週間群と週3回・4週間の有酸素トレーニングを実施する4週間群を設けた(両群ともに合計12回のトレーニングを実施)。両群のトレーニングには、最大酸素摂取摂取量の65%に相当する強度で60分間の自転車ペダリング運動を用いた。なお、成長ホルモンの分泌増大に対するより大きな効果を得るために、すべてのトレーニングは常圧・低酸素環境下(酸素濃度15.0%)にて実施した。トレーニング期間の前後に、最大酸素摂取量、体脂肪量(DEXAにより評価)、内臓脂肪面積(MRIにより評価)、一過性の有酸素運動(最大酸素摂取量の60%で20分間のペダリング運動)に対する成長ホルモンの分泌応答を検討した。その結果、トレーニング期間後に最大酸素摂取量は両群ともに有意に増加した(P<0.05)。一方、全身の体脂肪量および体脂肪率に有意な変化はみられなかった。一過性の有酸素運動に対する成長ホルモンの分泌量(運動前における値からの増加量を算出)をトレーニング期間前後で比較すると、4週間群においては有意な増加が認められたが(P<0.05)、2週間群で有意な変化はみられなかった。以上の結果から、中程度の強度で行う4週間の有酸素トレーニングは成長ホルモンの分泌能を増加させること、この変化は全身の体脂肪量や内臓脂肪面積の減少を伴わずに生じることが明らかになった。短期間の高脂肪食摂取が一過性の運動に対する成長ホルモンの分泌動態に及ぼす影響を検討した。若年男性10名を対象に、3日間連続の通常食摂取(炭水化物60%,タンパク質20%,脂肪20%、2725kcal/day)または高脂肪食摂取(炭水化物20%、タンパク質20%、脂肪60%, 2720kcal/day)の摂取期間後に全身および局所(筋線維内、肝臓内)の脂肪量、空腹時および一過性の運動時(最大酸素摂取量の60%に相当する強度での30分間のペダリング)における代謝・内分泌応答を検討した。その結果、体重および体脂肪率には両条件間で有意差は認めらなかった。また、外側広筋、ヒラメ筋、前頸骨筋における筋線維内脂肪量および肝臓内脂肪量には、いずれも両条件間で有意差はみられなかった。空腹時の血糖値には条件間で有意差はみられなかったのに対して、血清インスリン濃度は高脂肪食摂取後に有意に低値を示した(P < 0.05)。また、血清遊離脂肪酸濃度は高脂肪食摂取後に有意に高値を示した(P < 0.05)。一過性の運動中の酸素摂取量に条件間で有意差はみられなかったが、エネルギー産生に対する脂肪の貢献度は運動前の安静時および運動中のいずれにおいても、高脂肪食摂取後に有意に高値を示した(P < 0.05)。一過性の運動中の血糖値および血清インスリン濃度は、いずれも高脂肪食摂取後に有意に低値を示した(P < 0.05)。対象的に、血清遊離脂肪酸およびグリセロール濃度は高脂肪食摂取後に有意に高値を示した(P < 0.05)。血清成長ホルモン濃度は一過性の運動に伴い有意に増加したが(P < 0.05)、これらの変化の動態には条件間での有意差は認められなかった。以上の結果から、3日間の高脂肪食摂取は安静時や運動時における脂質代謝を亢進させるが、成長ホルモンの分泌動態には影響を及ぼさないことが明らかになった。本年度は、高強度での有酸素トレーニングが一過性の運動に伴う成長ホルモンの分泌応答に及ぼす影響を検討した。

若年男性24名を、短時間・高強度での間欠的な運動(最大酸素摂取量の85%に相当する強度で1分間のペダリングを30秒間の休息を挟んで10回反復)を行う「高強度群」と、長時間・低強度での持続的な運動(最大酸素摂取量の45%に相当する強度で22分間のペダリング)を行う「低強度群」に分類し、両群ともに週3回・4週間にわたるトレーニングを実施した。その結果、体重や体脂肪量、腹部脂肪面積(内臓脂肪面積、皮下脂肪面積)にはトレーニング期間の前後で有意な変化は認められなかった。また、磁気共鳴分光法により評価した筋線維内脂肪量および肝臓内脂肪量についても、両群ともにトレーニング期間の前後で有意な変化は認められなかった。両群ともに、一過性の運動に伴い血中成長ホルモン濃度は有意に増加したが、これらの変化の動態はトレーニング期間前後で同様であった。以上の結果から、若年男性を対象にした週3回・4週間の有酸素トレーニングにより、一過性の運動に対する成長ホルモンの分泌応答(成長ホルモンの分泌能力)は変化しないことが明らかになった。成長ホルモンの分泌能を評価する方法として、「アミノ酸(アルギニン)」の経口摂取を予定していたが、予備実験を実施したところ、成長ホルモンの分泌を惹起する刺激としては十分ではないことが明らかになった。その後、有酸素トレーニングの実施に伴う成長ホルモンの分泌能を評価するための研究を実施し、新たな知見を得ることができた。25年度が最終年度であるため、記入しない。これまでに、大規模なトレーニング介入実験を2つ完了している。また、当該研究に関わり複数の学会において研究発表を行い、本年度から順次、論文投稿を行う予定である。最終年度は、昨年度実施ができなかった高脂肪食摂取に伴う成長ホルモン分泌能の変化を検討する実験などを予定している。以上の諸点から、研究の進行は概ね順調であると評価できる。本年度の研究の結果、中程度の強度で行う有酸素トレーニングにより、成長ホルモンの分泌能の増大することが明らかになった。そこで今後は、運動の種類や強度と関連づけて、成長ホルモンの分泌能を改善するための至適な運動の実施方法を検討していく予定である。また、生活習慣(食事、睡眠)の変容が成長ホルモンの分泌能に及ぼす影響を検討することも必要である。過去2年間の研究成果をふまえ、最終年度は高脂肪食の摂取や睡眠時間の短縮により成長ホルモンの分泌能に変化がみられるか否かを検討する予定である。また、筋線維や肝臓内に蓄積した中性脂肪(異所性脂肪量)の多寡と成長ホルモンの分泌能との関連性についてもさらに詳細に検討を進める予定である。
環礁立国におけるサンゴ礁の防災機能と礁-洲島系の構造維持に関する研究

本研究課題では,インド洋モルディブ共和国で津波に対する環礁洲島の応答,環礁洲島の地盤,洲島地形についての現地調査を行い,太平洋の環礁立国(マーシャル諸島共和国・キリバス・ツバル)での地形調査とあわせて,環礁立国の持続的発展へ向けての見通しを得た。津波に対する環礁や洲島の構造的な強さと,洲島上のインフラストラクチャーの脆さが明らかになった。また,世界で初めて環礁洲島で発生した地盤崩壊より,続成作用による堅固な礁構造が重要であることが明らかになり,洲島における国土開発に限度があることが示された。本研究は,環礁立国における住民・社会基盤の安全を維持するため,サンゴ礁とその上に載る洲島の「礁-洲島系」を防災基盤として評価し,成果を社会に還元する事を目指している。このため,モルディブで発生した津波被害・サンゴ礁基盤の崩壊現象などを基に、サンゴ礁地形学・炭酸塩堆積学の観点から,太平洋・インド洋の環礁立国の防災基盤としてのサンゴ礁の役割の解明を試みる。インド洋大津波によってモルディブ共和国が受けた被害は,今後の大津波によって太平洋・インド洋の環礁立国が被る可能性のある被害を示唆している。モルディブ諸島での津波調査から,より安全な国土とはどのような洲島かを検討した上で,太平洋の環礁立国の洲島にて地形調査を行い,今後の防災計画を立てるための基礎資料を提供する。また,環礁立国における礁-洲島系の地形・堆積構造を維持し国土を保全するため,波浪に抗しうるサンゴ礁構造がどこにどのような形で分布するか,その成因を含めて検討する。これにはモルディブ共和国首都マーレにて発生したサンゴ礁崩壊地での礁構造調査や基盤サンゴ礁のボーリング調査によって試料を得る。また,洲島周囲で進められている埋め立て・浚渫などの礁-洲島系の改変と礁性堆積物の再配置,それに伴う地盤災害についての調査を行い,環礁立国における地盤問題と国土開発について検討する。本年度は,インド洋モルディブ共和国にて,マーレ島北東部で発生した基盤サンゴ礁崩壊現場での潜水調査を実施し,サンゴ礁構造の記載と試料採取を行った。マーレ島北東部の礁湖側斜面は,最大傾斜(水深1030m)が68度の斜面が約40mまでつづき,それより緩斜面の礁湖底となる。急傾斜の斜面表面は非常に平滑で堅く固結している。崩壊は,幅60m深さ44mに達する。礁表面には多数の割れ目が認められた。崩壊地では礁面(水深3m)水深25mまでの礁湖側斜面の内部構造が確認できた。礁湖側斜面は表層から約2mの厚さで,きわめて硬い礁構造が認められた。この硬い礁構造は原地性サンゴの成長と膠結作用によって形成されており,その内側に枝サンゴ・卓状サンゴ礫と砂よりなる未固結の堆積物が詰まっている。堅固な斜面表層部が天然防護壁として礁内の未固結堆積物を保持する役割を果たしていることがわかった。新旧空中写真の比較と現地での聞き取りから,別の崩壊地を発見したため,そこでの潜水調査も行った。マーレ島ではビル・防波堤の建設や埋め立て,港湾整備に伴うサンゴ礁の開削などの開発が盛んに行われて折り,同様な崩壊が慢性的に起こっていた可能性がある。このような問題が生じたのは,世界的にもマーレ島がはじめてである。同国では崩壊地調査とあわせて津波被災調査に関するとりまとめ,首都マーレ周辺の国土開発の実態を視察も行った。太平洋マーシャル諸島共和国マジュロ環礁では,環礁を切る航路用水路および礁原海側の淡渫跡に潜水し,サンゴ礁構造の記載と試料採取を行った。また,礁斜面から洲島・礁湖に至る環礁外縁部の断面測量と礫質ビーチロックの試料採取も行った。また,採取した岩石試料観察のための分析電顕(JEOL JSM-6390AS)を岡山大学に導入した。本年度は,インド洋モルディブ共和国にて,前年度に引き続きマーレ島北東部で発生した基盤サンゴ礁崩壊現場での潜水調査を実施し,サンゴ礁構造の記載と試料採取を行った。採取した試料は岡山大学にて電子顕微鏡による観察および元素分析を進めるとともに,東京大学にて12試料のAMS年代測定を行った。モルディブ共和国ではVillingili島,Hulhumale島にて洲島とサンゴ礁の断面測量,サンゴ礁石灰岩の試料採取をおこなった。モルディブ諸島にて採取したハマサンゴについては,過去の海水温など海域環境の変動を復元するため産業総合研究所にて酸素・炭素同位体比を測定した。また,本年度はインド洋大津波でモルディブ諸島が受けた被害について,43島での調査結果をまとめ公表した。環礁と洲島の地形に応じて防災効果が異なることが明らかになった。

環礁で津波がどのような挙動をするのかは未だ記載されておらず,太平洋の環礁立国の防災に役立てることが可能である。太平洋地域では,マーシャル諸島共和国マジュロ環礁の航路用水路および礁原海側の浚渫跡水中露頭より前年度に採取したサンゴ試料,礫質ビーチロックの試料のうち13試料のAMS年代測定を東京大学にて行った。さらに,南太平洋・ツバル国フナフティ環礁にて現地調査を行い,洲島とサンゴ礁の断面測量を行うとともに,サンゴ礁石灰岩の試料採取も行った。現在,電子顕微鏡による観察および元素分析,年代測定へむけての準備を進めている。本年度は岡山大学の電子顕微鏡に低真空装置を導入し,非導電性試料である石灰岩や未固結堆積物をそのまま観察・分析できる装置にした。このため上記の電子顕微鏡による試料観察・元素分析を進めることが可能となった。本年度は,インド洋モルディブ共和国にて洲島の基盤をなすサンゴ礁の地盤構造を明らかにするためのオールコアボーリングを行った。マーレ島南部にて53.5mの掘削を行い,コアを採取した。コアは岩相記載とともに年代測定準備,電子顕微鏡による試料観察・元素分析の準備を行っている。また,本研究の規地協力機関である現地政府環境リサーチセンターが島内4カ所にて行った試錘結果と,試錘中に採取した試料の一部を分析試料として得たため,これについても現在,岩相記載とともに年代測定準備,電子顕微鏡による試料観察・元素分析の準備を行っている。これらによって,マーレ島を横断する地質断面構造を提示する準備が整った。また,昨年度採取したVillingili島,Hulhumale島におけるサンゴ礁石灰岩の試料について電子顕微鏡による観察・元素分析を行った。さらに,モルディブ諸島より採取したハマサンゴについて,産業総合研究所にて酸素・炭素同位体比の測定と骨格中の微量元素の測定を継続して行っている。これによって同海域における過去の海水温など海域環境の変動を復元することが可能と思われる。太平洋地域では,マーシャル諸島共和国マジュロ環礁の航路用水路および礁原海側の浚渫跡水中露頭より採取した試料について電子顕微鏡による観察・元素分析を行った。昨年度実施したAMS年代測定結果とともに,マジュロ環礁におけるサンゴ礁地盤の構造的特徴とその形成過程が明らかになってきた。本年度は,本研究課題中で最も懸案であったモルディブ諸島におけるサンゴ礁地盤構造解明にむけての試料採取が整ったこと,そして太平洋の環礁におけるサンゴ礁地盤構造と形成過程を明らかにすることができたため,太平洋とインド洋中央部における環礁地盤構造の対比が可能となってきたことが重要な成果である。本年度は,ます,モルディブ共和国の首都マーレ島の外洋側付近にて掘削した53.5mのボーリング・コアをはじめ,現地政府環境リサーチセンターが島内4カ所にて行った試錘試料について岩相記載とAMS年代測定を行った。岩相記載にあたっては,完新統/更新統境界部の判定に際してX線回折に加えて,電子顕微鏡での観察・元素分析によって風成塵起源の土壌の検出を行い,確実な結果を得た。また,年代測定によっても確認を行った。これらによって,マーレ島を横断する地質断面構造を明らかにすることができた。この結果は礁湖側にて発生した崩壊露頭断面より観察されたサンゴ礁構造とも整合的であり,モルディブにおける環礁のサンゴ礁地盤構造と形成過程が明らかになった。さらに,太平洋のキリバス共和国タラワ環礁にて,環礁洲島の地形断面測量を行い,居住域の高度や洲島の地形的特徴などを明らかにした。
マウス発生工学によるスカベンジャー受容体の生理的役割

マウス発生工学を血管生物学へ応用し、スカベンジャー受容体の役割の解明とアテローム性動脈硬化の新しい治療法の開発のため次の3つの課題での研究を進めた.(1)相同組み替え技術による遺伝子欠損動物作成の血管生物学への応用:ES細胞を用いたジーンノックアウト法は遺伝子の生理的役割を知るためには現在最も強力な方法として注目されている.我々はこの技術の応用を進めるため一連の基礎技術の開発を進めA3-1ES細胞からのジーンノックアウト技術の確立、核型判定による成功率の向上、coculture法でのキメラマウスの作成に成功した.これを用いて、エンドセリン欠損マウス作成に成功し、更にES細胞の寄与率の高いスカベンチャー受容体欠損キメラマウスの作成に成功している.(2)マウスでの動脈硬化関連遺伝子異常動物の作成:マウスはCETPの活性が低く、また血清コレステロール値が低いなどアテローム性動脈硬化は起こりにくいとされヒト疾患モデルとしてはいくつかの問題点がある.そこでヒトCETP過剰発現マウス、スカベンジャー受容体過剰発現マウスの樹立を行った.更にこれらのマウスをアテローム性動脈硬化を起こしやすいC57BL6の遺伝的背景に戻し交配により均質化しつつある.(3)マウス発生工学を応用したモデルシステムによる動脈硬化治療法の開発:このマウスシステムを用いてLDL変性を抑制しスカベンジャー受容体経路を介するコレステロール沈着、マクロファージの泡沫細胞化を防止する治療法の検討をおこなった.その結果、LDL変性抑制剤がアテローム性動脈硬化に有効であるためには、単なる通常の抗酸化剤ではだめで、第一に動脈硬化惹起性リポ蛋白であるLDLやレムナントに局在すること、第二にLDLの中では表層脂質でなくcoreに移行しうること、第三に、生物学的酸化(リポキゲネースなどによる)を防止しうることが重要なことがわかってきた.マウス発生工学を血管生物学へ応用し、スカベンジャー受容体の役割の解明とアテローム性動脈硬化の新しい治療法の開発のため次の3つの課題での研究を進めた.(1)相同組み替え技術による遺伝子欠損動物作成の血管生物学への応用:ES細胞を用いたジーンノックアウト法は遺伝子の生理的役割を知るためには現在最も強力な方法として注目されている.我々はこの技術の応用を進めるため一連の基礎技術の開発を進めA3-1ES細胞からのジーンノックアウト技術の確立、核型判定による成功率の向上、coculture法でのキメラマウスの作成に成功した.これを用いて、エンドセリン欠損マウス作成に成功し、更にES細胞の寄与率の高いスカベンチャー受容体欠損キメラマウスの作成に成功している.(2)マウスでの動脈硬化関連遺伝子異常動物の作成:マウスはCETPの活性が低く、また血清コレステロール値が低いなどアテローム性動脈硬化は起こりにくいとされヒト疾患モデルとしてはいくつかの問題点がある.そこでヒトCETP過剰発現マウス、スカベンジャー受容体過剰発現マウスの樹立を行った.更にこれらのマウスをアテローム性動脈硬化を起こしやすいC57BL6の遺伝的背景に戻し交配により均質化しつつある.(3)マウス発生工学を応用したモデルシステムによる動脈硬化治療法の開発:このマウスシステムを用いてLDL変性を抑制しスカベンジャー受容体経路を介するコレステロール沈着、マクロファージの泡沫細胞化を防止する治療法の検討をおこなった.その結果、LDL変性抑制剤がアテローム性動脈硬化に有効であるためには、単なる通常の抗酸化剤ではだめで、第一に動脈硬化惹起性リポ蛋白であるLDLやレムナントに局在すること、第二にLDLの中では表層脂質でなくcoreに移行しうること、第三に、生物学的酸化(リポキゲネースなどによる)を防止しうることが重要なことがわかってきた.マウス発生工学を用いてスカベンジャー受容体の生理的役割と動脈硬化症への関与を明かにするため,第一に相同組換えによるES細胞でのスカベンジャー受容体のgene targeting,第二にスカベンジャー受容体過剰発現マウスの作成と解析,第三に,マウスにおける動脈硬化モデルの作成をすすめた.(1)スカベンジャー受容体欠損マウス作成の第一階段としてマウススカベンジャー受容体染色体遺伝子をクローニングし,3量体形成に必須なエクソン4をネオマイシン耐性遺伝子でdisruptしたコンストラクトを作成した.これを東大で樹立したES細胞A3-1に導入し,HSV-TK遺伝子をもちいてカウンターセレクションした600個のコロニーのなかから,相同組換えのみとめられた15個を選択し,そのうちの3個をブラストチストに打ち込んだ.その結果,スカベンジャー受容体の遺伝的異常を有するキメラマウスがえられたが,今日の段階ではgerm line transmissionはえられていないため,さらに相同組換えのおこったクローンのスクリーニングを進めるとともに,すでにえられたESクローンのなかから,サブクローニングを行っている.同時にスクリーニング法の改良をすすめ,平行して行ったエンドセリン遺伝子の相同組換えでは,欠損動物のホモ接合体作成に成功し,相同組換えのシステムが樹立された.(2)スカベンジャー受容体過剰発現マウスにおける解析でスカベンジャー受容体はマクロファージ以外の細胞では,膜表面へのプロセッシングが障害されることがわかりゴルジからERにトラップされてしまう.そこでマクロファージに過剰発現させるためマウススカベンジャー受容体のプロモーターのクローニングを進めている.(3)マウスにおいて動脈硬化を作成するために,動脈硬化感受性の高いC57BL6系統のマウスにコレステロール負荷(1%)を行う実験系で,アテローム性動脈硬化の定量的解析系を樹立した.マウス発生工学を用いてスカベンジャー受容体の生理的役割と動脈硬化発症への関与を明らかにするため、

(1)相同組み替えによるスカベンジャー受容体欠損マウスの作成、(2)動脈硬化関連遺伝子の異常を導入したマウス実験システムの作成、(3)動脈硬化好発マウス系による治療法の開発研究をすすめた.(1)相同組み替えをもちいたスカベンジャー受容体欠損マウスの作成では、相同組み替えにより作成したスカベンジャー受容体遺伝子異常ES細胞のスクリーニングをすすめた.昨年作成したES細胞がgerm line transmissionがうまくいかなかったため、核型判定を導入し、2n=40が高率のES細胞の選択を行った.これをもちいてキメラマウスを作成したところ、体表でみるとES細胞の寄与の高いキメラの作成に成功した.現在このマウスからのgerm line transmissionを期待しているところである(3月ごろ出生予定).さらに、キメラマウス作成方法の改善のため、ES細胞のblastocyst injectionから、ES細胞と受精卵のcoculture法の開発を進め、エンドセリン欠損マウスではcoculture法により第二の欠損マウス系列作成に成功し、昨年樹立したエンドセリン欠損マウスの表現形がエンドセリン遺伝子とリンクしていることを証明した.(2)スカベンジャー受容体過剰発現、コレステロールエステル転送蛋白過剰発現マウスの樹立に成功し、マウスで動脈硬化をおこしやすいC57BL6系列を遺伝的背景に、アテローム性動脈硬化の検討システムを作成した.(3)このマウスシステムを用いて、LDL変性を抑制し、スカベンジャー受容体経路を介するコレステロール沈着、マクロファージの泡沫細胞化を防止する治療法の検討をおこなった.そのけっか、LDL変性抑制剤がアテローム性動脈硬化に有効であるためには、たんなる通常の抗酸化剤ではだめで、第一に動脈硬化惹起性リボ蛋白であるLDLやレムナントに局在すること、第二にLDLのなかでは表層脂質でなくcoreに移行しうること、第三に、生物学的酸化(リボキゲネースなどによる)を防止しうることが重要なことがわかってきた。
交通運用と調和した都市部における新たな道路計画・設計論の構築

現在の考え方では,需要の実態を調査し需要予測モデルに基づいて計画し,それを受けて道路幾何構造を設計する,それでも対応しきれない部分を交通運用・管理対策に任せる,という「需要追随型・一方通行型」の計画・設計論である.しかし都市部においては交通需要は潜在化しており,このような考え方は論理的に破綻しており実態に合わない.また近年の公共投資抑制・社会資本の有効活用の方向性も加味すると,抜本的な新たな計画・設計の思想が必要とされている.本研究は,都市部における道路ネットワークの交通容量性能により顕在化する交通需要が制約される条件を明示的に考慮し,また道路幾何構造設計上の制約条件,交通運用・管理対策による交通性能の変動範囲を計画論の中に明示的に反映させ,道路ネットワーク全体を有効に機能させるために求められる計画・設計上の条件を理論・実証の両面から検討し,計画・設計論を構築・提案することを目的とする.交通運用性能を規定する交通容量の道路ネットワーク上における空間変動は,合流部・交差点部,その他交通容量上のボトルネックの発生要因となる道路幾何構造条件,および,車線運用,信号制御などの交通運用・制御により制約されて定まる.こうしたネットワーク上の交通容量の解析・評価手法について検討し,新しいネットワーク計画・制約の考え方を提案した.また,ボトルネックの実際の事例として,特に今後わが国における都市部で重要となると考えられる往復2車線分離道路の交通容量の現地実態調査を行い,およびその特性を分析した.道路の計画・設計に対する現在の基本的な考え方では,交通需要の実態を調査し需要予測モデルに基づいて計画し,それを受けて道路幾何構造を設計する,それでも対応しきれない部分を交通運用・管理対策に任せる,という「需要追随型・一方通行型」の計画・設計論である.しかし都市部においては,交通需要は潜在化しており,このような考え方は論理的に破綻しており実態に合わない.また近年の公共投資抑制・社会資本の有効活用の方向性も加味すると,抜本的な新たな計画・設計の思想が必要とされている.本研究は,都市部における道路ネットワークの交通容量性能により顕在化する交通需要が制約される条件を明示的に考慮し,また道路幾何構造設計上の制約条件,交通運用・管理対策による交通性能の変動範囲を計画論の中に明示的に反映させ,道路ネットワーク全体を有効に機能させるために求められる計画・設計上の条件を理論・実証の両面から検討し,計画・設計論を構築・提案することを目的とする.本年度は,ボトルネックにより交通容量が制約されることを明示的に扱った道路ネットワーク計画方法に関する理論的な検討を行い,道路設計上の条件の設定と信号制御パラメータなどの交通運用条件の設定が,ネットワーク計画にどのようにフィードバックされるべきか,基本的な枠組みを明らかにした.また,需要が潜在する混雑した道路ネットワークを対象とする場合に,設計・運用上の柔軟な改良余地を持つ将来計画の考え方を提示した.さらに,こうしたボトルネックの実際の事例として,特に今後わが国における都市部で重要となると考えられる往復2車線分離道路の交通容量の現地実態調査,およびその要因分析を行い,ボトルネック容量に関する実証的な調査検討を行なった.現在の考え方では,需要の実態を調査し需要予測モデルに基づいて計画し,それを受けて道路幾何構造を設計する,それでも対応しきれない部分を交通運用・管理対策に任せる,という「需要追随型・一方通行型」の計画・設計論である.しかし都市部においては交通需要は潜在化しており,このような考え方は論理的に破綻しており実態に合わない.また近年の公共投資抑制・社会資本の有効活用の方向性も加味すると,抜本的な新たな計画・設計の思想が必要とされている.本研究は,都市部における道路ネットワークの交通容量性能により顕在化する交通需要が制約される条件を明示的に考慮し,また道路幾何構造設計上の制約条件,交通運用・管理対策による交通性能の変動範囲を計画論の中に明示的に反映させ,道路ネットワーク全体を有効に機能させるために求められる計画・設計上の条件を理論・実証の両面から検討し,計画・設計論を構築・提案することを目的とする.交通運用性能を規定する交通容量の道路ネットワーク上における空間変動は,合流部・交差点部,その他交通容量上のボトルネックの発生要因となる道路幾何構造条件,および,車線運用,信号制御などの交通運用・制御により制約されて定まる.こうしたネットワーク上の交通容量の解析・評価手法について検討し,新しいネットワーク計画・制約の考え方を提案した.また,ボトルネックの実際の事例として,特に今後わが国における都市部で重要となると考えられる往復2車線分離道路の交通容量の現地実態調査を行い,およびその特性を分析した.
ナノ光集積回路内部の近接場光エネルギーの伝送機構解明と外部回路との結合法の研究

近接場光を使った「ナノ光集積回路」を次世代の光システムのための基盤技術として機能させる観点から、次の2課題を並行して行った。【1】ナノ光集積回路内部の近接場光エネルギーの伝送機構解明:標準試料として、CuCl量子ドットを用い、パルスレーザー光を照射して近接場光を発生させ、大きさ比が1:√2:2である近接する3つの量子ドット間の近接場光エネルギー移動を使って、ナノ光スイッチの動作を確認した。特に制御信号を印加した瞬間の出力信号の立ち上がり、発ち下がり時間が各々5090ps、12nsと評価した。このデバイスの性能指数が既存の光デバイスより10100倍高いことを確認した。光システムのナノ物質材料としてZnOを、我々の見出した非断熱過程を利用した近接場光による化学気相堆積法により高い位置寸法精度で作製した。すなわちZnについては寸法5nmの微粒子作製に成功しこれを酸化させた。さらに、隣り合うZnO微粒子間での近接場光エネルギー移動を確認した。【2】外部回路との結合:くさび状シリコン基板の上に金細線を形成し、幅150nmのプラズモン導波路を製作し、TMプラズモンを導波路に伝送させた。伝搬長さは3ミクロン以上であり、当初の目的を満たした。性能を向上させるために更に損失の小さな形状として金属微粒子列により導波路を形成し、伝送損失を1/10に低減した。さらに金属微粒子配列による集光器を作製し、前記の金属微粒子列入力端にプラズモンを結合させた。導波路の並列アレイ作製の可能性を探るために、上記金属微粒子配列をジグザグ形状とし、伝送特性を評価し、直線状配列と同等の低い伝送損失を確認した。以上の【1】、【2】の研究成果により次世代光システム内でのナノ光集積回路の使用可能性を確認した。【1】ナノ光集積回路内部の近接場光エネルギーの伝送機構解明近接場光エネルギーの移動機構を定量的に解明するための標準試料として、CuCl量子ドットを用い、パルスレーザー光を照射して近接場光を発生させ、微弱な発光測定を行い、大きさ比が1:√2である近接する2つの量子ドットの共鳴エネルギー準移間の移動の時間応答特性を評価した。その結果、約90ピコ秒でのエネルギー移動が観測された。さらに大きさ比が1:√2:2である近接する3つの量子ドットの共鳴エネルギー準移間の近接場光エネルギー移動を使って、ナノ光スイッチの動作を確認した。特に制御信号を印加した瞬間の出力信号の立ち上がり、発ち下がり時間が各々5090ピコ秒、12ナノ秒であることを測定した湯川ポテンシャル理論を適用して上記の時間応答特性の実験結果と比較しながら解析した結果、近接場光エネルギー伝送によるスイッチングの立ち上がり時間は近接場光ラビ周波数の逆数により決まること、立ち下がり時間はエネルギー伝送のコヒーレンス効果に起因することを見出した。こらの時間は量子ドット間距離の減少によって短縮することができることを見出した。【2】外部回路との結合異方性エッチング技術によりシリコン基板をくさび形に加工し、その上に金薄膜を蒸着して、幅150ナノメートルのプラズモン導波路を製作した。底面からの光照射、導波路斜面での2次元プラズモン発生、端部での1次元プラズモン波動への変換を経て、TMプラズモンが導波路に伝送させることができた。伝搬長さは3ミクロン以上であり、当初の目的を満たすことが確認された。