hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
魚類の初期発育過程における光情報伝達・処理機構の形成

また、9日目の扁平石には多数の微細線維から成る輪紋の層がみられたが、耳石の日周輪形成と光受容器との関連については証左を得るには至らなかった。一方、胚期が長い(28日目にふ化)ニジマスでは耳石輪紋の形成は15日目に開始し、感覚上皮有毛細胞の発達はそれより遅れることが明らかにされ、松果体等が日周輪形成の開始および駆動に関与していることが示唆された。本年度は、ウナギやヒラメの初期発育過程における変態・生態適応に伴う光受容細胞の分化機構を明らかにしていく一方、網膜に著しく高濃度に含有されることが知られる遊離アミノ酸「タウリン」の免疫細胞化学的局在の変化と、網膜光情報を脳へ伝達する網膜視蓋シナプスの可塑性に焦点を絞って研究を推進した。明・暗順応下のシラスウナギ網膜におけるタウリンの免疫細胞化学的局在タウリンは光受容細胞外節における優勢なosmolyteとみなされ、光刺激に対して桿体外節から放出されることが報告されている。通常明順応下で作製した標本では桿体外節にタウリンの免疫反応がほとんど認められないので、顕著な網膜運動反応がみられるキンギョや桿体細胞がよく発達しているシラスウナギを明・暗順応下においてタウリンの免疫細胞化学的局在の違いを調べた。明順応状態では桿体外節に免疫反応が認められず、暗順応状態では桿体外節の形質膜や核に強い反応がみられることが明らかにされ、光刺激によってタウリンが桿体外節から放出される可能性が組織学的にも支持された。キンギョの網膜視蓋シナプスの可塑性に関する電気生理学的研究通常、網膜神経節細胞の軸索は網膜上での位置関係を保存した状態で中脳視蓋へ投射し網膜視蓋シナプスを形成している。キンギョの網膜や視蓋は生涯にわたって成長し続け、神経節細胞の数も増加することが知られ、網膜視蓋シナプスは恒常的に作り替えられているものと考えられる。そこで、網膜視蓋シナプスの可塑性の特性を明らかにするために、若いキンギョの視蓋スライス標本を作製し、95% O_2-5% CO_2を流した灌流リンガー液中で電気刺激に対する視蓋ニューロンのシナプス応答を調べ、0.1Hzの刺激を30min加えると増強が生じ、0.017Hzの先行刺激を与えると増強の発現は妨げられること等が明らかにされた。平成11年度には、主として下記の2項目について研究成果を取りまとめ論文発表を行った。なお後者については、魚類網膜におけるタウリンの免役細胞化学的局在に関する一連の研究成果を取りまとめ第6回国際アミノ酸会議(the 6^<th> International Congress on Amino Acids,Aug.2-7,1999 in Bonn)に出席して「タウリンシンポジウム」で講演発表を行ない、さらに原著論文の掲載もSpronger社のAmino Acids誌のタウリン特別号に招待され現在印刷中である。また、これらの研究成果をまとめる過程で得られた仮説、すなわち「魚類網膜の桿体細胞におけるタウリンプールの日周性」についてさらに研究を展開しており、平成12年度日本水産学会春季大会にてその成果を講演発表する。(1)魚類の網膜視蓋シナプスは恒常的に作り替えられていると考えられるので、網膜視蓋シナプスの可塑性の特性を明らかにするために、若いキンギョの視蓋スライス標本を作製し、灌流リンガー液中で電気刺激に対する視蓋ニューロンのシナプス応答を調べ、増強の発現は先行刺激によって妨げられることを明らかにし、NMDA受容体の関与およびアテノシンの作用についても電気生理学的に解析した。
カテキンの抗炎症・抗菌作用を応用した新規歯髄保護療法の開発

歯髄炎は、主にう蝕病巣から象牙細管を通じて、う蝕関連細菌の病原因子が歯髄組織へ波及し生じる感染症であり、その進行には、種々のサイトカインや炎症性メディエーターが関与する。今回の研究において、カテキンは、歯髄細胞において、自然免疫レセプターのリガンド刺激にて発現が増強した、HMGB1やMINCLEといった細胞傷害に関与するメディエーターの発現を抑制させることが明らかとなった。また、カテキンはこれらリガンドのレセプターへの結合を阻害する可能性を示唆した。【カテキンのサイトカイン産生抑制機構の解明】近年,カテキンの抗がん作用・抗炎症作用において,67-kDa Laminin Receptor (67LR)の関与が強く疑われている。そこで,培養ヒト歯髄細胞を用いフローサイトメトリー法にて培養ヒト歯髄細胞の67LR蛋白発現を調査したところ,細胞膜表面での67LR蛋白の発現は認められなかった。また,カテキン処理にて増加し,カテキンの抗炎症作用を調節するとされる,TollipのmRNA発現をリアルタイムPCR法にて調査したところ,その発現量に変化は認めなかった。カテキンは細胞膜の脂質二重膜に非特異的に結合するとの報告がなされており,カテキン処理した培養ヒト歯髄細胞を蛍光標識を行ったPAm3CSK4にて刺激し,その蛍光強度をを測定したところ,カテキン処理濃度に反比例して,蛍光強度は減弱した。これは,カテキンがPam3CSK4のレセプターへの結合を抑制し,抗炎症作用を示すことを示唆するものである。【ラット象牙芽細胞様細胞の培養とカテキンによるサイトカイン産生抑制効果の解析】ラット象牙芽細胞様細胞株(KN-3)を,Pam3CSK4,LPS等,自然免疫に関与するレセプターのリガンド(PAMPs)にて刺激し,培養上清ならびにmRNAを回収し,その反応を解析したところ,KN-3はPAMPs刺激には反応を示さなかったが,TNF-alpha,IFN-gamma刺激にてCCL-20を濃度依存的に産生し,カテキンはこのCCL-20産生を抑制することが明らかとなった。研究機関全体を通じて,カテキンは歯髄細胞の炎症反応のみならず,組織障害も抑制することが明らかとなった。また,その作用はこれまで報告されていた67LRやToolipを介する機構とは異なり,カテキンが細胞膜表面に結合することにより,レセプターのリガンド認識を阻害する可能性が示唆された。【抜去歯資料の採取並びに歯髄細胞の培養】う蝕に罹患せず,健全な歯髄を有する抜去智歯を無菌的に切断し歯髄を摘出,細切しout grows法にて培養を行い,ヒト培養歯髄細胞を得,510代継代し実験に供した。また,5代以下の継代数の細胞を多数保存し,今後の研究に使用する予定としている。【ヒト歯髄細胞のカテキンに対する反応の解析】培養ヒト歯髄細胞をカテキン(epigallocatechin-3-gallate: EGCG)にて処理し, Pam3CSK4, LPS, iE-DAP, MDPといった自然免疫に関与するレセプターのリガンドで刺激し,培養上清並びにmRNAを回収,解析を行った。その結果,EGCGは,細胞が障害されると放出され免疫反応を惹起する,と報告されているHMGB1の産生を抑制することが明らかとなった。また,同様に細胞死に反応し細胞外に放出されるSpliceosome associated protein 130を認識するMacrophage inducible C-type lectin (Mincle)の遺伝子発現の増強を抑制することも明らかとなった。これらの結果より,カテキンは細菌刺激による歯髄組織の障害を抑制し,臨床的に非常に有効であると考えられる。また,カテキン処理したヒト培養歯髄細胞の抗菌ペプチドであるbeta-defencin類のmRNA発現を調査したところ,beta-defencin1, 2, 3のmRNA発現は認められなかった。【カテキンの抗菌作用の解析】Streptococcus mutansをBHI培地にて培養し,カテキンにて共培養した際のバイオフィルム形成能を測定した。その結果,S. mutansのバイオフィルム形成能にカテキンは影響しないことが明らかとなった。当初の予定通り抜去歯よりヒト培養歯髄細胞の初代培養に成功し,実験に供することができた。この細胞を用いた解析の結果,細胞が障害されると産生・分泌される分子のタンパク発現やそれらを認識するレセプターのmRNA発現をカテキンが抑制する事を明らかとした。カテキンの抗菌作用の解析については,EGCGはBHI培地にて培養したS. mutansのバイオフィルム産生能に影響を与えなかったものの,現在,他の培地にて培養した菌を用いたカテキンの影響も解析しており,研究はおおむね順調に進展している。平成23年度の研究計画についてはほぼ順調に推移しており,今後,これらの解析をさらに進める予定である。

今年度はさらに当初予定通り,カテキンの細胞障害性抑制機構の解明と,ラット露髄モデルにおいての覆髄剤としてのカテキンの効果を検証する。すなわち,平成23年度からの継続研究事項として,Mincleがカテキンの抗炎症作用のキーファクターとなっている可能性を検証するとともに,カテキンの作用機序の解明のため,カテキンレセプターと報告されている67-kDa lamininレセプターの発現,機能についても解析する。また,ラット露髄モデルについてはGarberらの方法(J Endod. 2009)に従い,カテキン含有ゲルを用いて直接覆髄を行い,2, 4週間後の歯牙切片を作成し,炎症像やdentin brigeの有無について,従来材料との比較を行う。上記研究計画の遂行のため,各種抗体,試薬,ならびに実験動物の購入を行う。また,今年度においてはInternational Association of Dental Research(ブラジル)での研究成果発表,英文雑誌への研究成果投稿を予定しており,研究費はこれら上記の使用計画に則り適切に使用する。なお,平成23年度において若干の次年度への繰越が生じているが,試薬の発注遅れによるものである。
戦災復興都市の高度経済成長期の市街地形成経過と今日の都市縮小との関係に関する研究

本研究の目的は、復興土地区画整理事業によって都心部に確固たるインフラ基盤を持つ戦災復興都市における、1高度経済成長期(主に1950-70年)の市街地拡大の実態と2それによる当初線引き(主に19701975年)への影響を明らかすること、加えて、3こうした市街地拡大経過(特に土地区画整理等の基盤整備の有無)と今日の市街地の空洞化との関係を実証的に明らかにすることである。12に関しては、一定規模以上の戦災復興区画整理事業を行った線引き都市を多数同時に比較することで、3に関しては戦災復興事業と今日の中心市街地活性化事業の関係や、豊橋市を対象とした空き家の発生状況から、各々を実証的に明らかにした。これらを把握する為に、複数都市の多数同時の比較検証から状況を把握するマクロ分析と、典型的都市のケーススタディを通して仔細に現象把握するミクロ分析の2つを取り入れている。研究実績は、まず12を概括する査読論文を1編まとめ、本研究の前段で掲げていた目標をほぼ達成した。これはいわば現象を鳥瞰するマクロ分析的手法であり、他方で、ミクロ分析手法の適用も念頭にいれて現在進行中である。これは特定の都市の具体に踏み込むものであるが、扱うデータが膨大であり、解析途上にある。次に3については、市街地空洞化を現す指標を空き家の発生状況に設定した。対象とする自治体の一部から詳細な実態データが入手可能であったため、ミクロ分析手法を特定都市のケーススタディという形式で進めている。その他、本研究に関連するサブテーマとして、戦災復興区画整理で整備された駅前空間が、今日の中心市街地の再生にどう関連しているのか、を設定し、本研究テーマの補足的調査として行った。これについては査読論文1編が採択、さらに1編を投稿中というレベルで成果を上げた。「研究実績の概要」欄で説明したように、本課題が掲げる方法の中で、12の個別テーマを概括する研究成果を、日本建築学会計画系論文集(査読論文)に「戦災復興都市の高度経済成長期における市街地形成経過と当初線引き画定との関係に関する研究」として発表した。また本課題を細くする研究成果として、同学会技術報告集(査読論文)に「戦災復興都市における中心市街地活性化事業による土地区画整理事業の計画特性に関する研究」として提出し採択が決定している。さらに「戦災復興都市における中心市街地活性化事業による駅前空間の変容特性に関する研究」を同じく技術報告集に投稿済みである。次に調査分析の進捗状況であるが、高度経済成長期における実態としての市街地形成経過を把握する手法として、国勢調査の調査区レベルの人口密度を用いることとし、対象都市を8市程度にしぼり、総務省統計図書館よりデータ入手を行っている。この内、豊橋市については対象時点として設定した1960、1970、1975の3時点でGIS上に市街地形成経過を再現した。他の7市については鋭意作業を続けている。続いて「研究実績の概要」で示した3の課題は、豊橋市から詳細な空き家データを入手し、その分布状況が属性をGIS上で再現した上で、特色を分析した。口頭発表論文として投稿済みの段階である。今後はこれを高度経済成長期の市街地形成経過の特色と重ね合わせる分析を行う予定である。これはミクロ分析として試みるものであるが、他方でマクロ分析として今日の都市縮小の状況を現す指標を設定し、俯瞰する分析が必要である。この手法を現在検討している段階である。以上のようなことを総合すると、「おおむね順調に進展している」と評価できると考える。本研究の目的は、復興土地区画整理事業によって都心部に確固たるインフラ基盤を持つ戦災復興都市における、1高度経済成長期(主に1950-70年)の市街地拡大の実態と2それによる当初線引き(主に1970-1975年)への影響を明らかにすること、加えて、3こうした市街地拡大経過(特に土地区画整理等の基盤整備の有無)と今日の市街地の空洞化との関係を実証的に明らかにすることである。研究実績では12に関し、戦災復興線引き都市を通して実態把握をした昨年度の査読論文に加え、非戦災都市線引き都市の実態把握を加えることで戦災復興都市の特徴を相対化した(査読論文一編)。また3に直接該当しないかもしれないが、戦災復興都市の中心市街地活性化事業の特色について二編の査読論文をまとめた。つまり、戦災復興土地区画整理という基盤をもつ都市が今日の都心空洞化にどのような事業計画をいれているのかを検証した。2については、国勢調査の基本調査区データを用い、当時の市街地拡大計画の実態を同じ戦災復興都市でもその後の拡大経過が異なる四都市(豊橋、和歌山、岐阜、高松)詳細に分析した。3については、空き家調査や建物調査の詳細なデータが得られた豊橋を対象に、高度経済成長期の市街地拡大パターンと今日の空き家の発生状況(建築年代を含めて)の関係を分析した。

本研究の目的は、復興土地区画整理事業によって都心部に確固たるインフラ基盤を持つ戦災復興都市における、1高度経済成長期(主に1950-70年)の市街地拡大の実態と2それによる当初線引き(主に19701975年)への影響を明らかすること、加えて、3こうした市街地拡大経過(特に土地区画整理等の基盤整備の有無)と今日の市街地の空洞化との関係を実証的に明らかにすることである。12に関しては、一定規模以上の戦災復興区画整理事業を行った線引き都市を多数同時に比較することで、3に関しては戦災復興事業と今日の中心市街地活性化事業の関係や、豊橋市を対象とした空き家の発生状況から、各々を実証的に明らかにした。本研究課題は2年間を予定しており、本年は2年目である。「研究の実績」及び「現在までの進捗状況」で記した内容を踏まえると、本年度の目標・推進方策は明快で、以下のようになる。まず、1のミクロ分析に関連し、国勢調査の調査区レベル人口密度を用いた市街地形成経過把握手法を、分析解析手法として確立することがあり、豊橋市の高度経済成長期の市街地形成経過の特色としてまとめる必要がある。その上で、3として実績がすでにある、今日の豊橋市の空き家発生状況と重ね合わせ、その関係を明らかにすることがある。これは1市のみのケーススタディであるが、本研究課題が「挑戦的」として主張した、過去の事象と現在の事象との関係性を問う手法の可否の根幹に関わることなので、これを確実に行うことが必要である。次に、このミクロ手法は他の7市でも進めているが。膨大な労力と時間を要する。その為、今日の都市縮小の状況をマクロレベルで把握できる手法を開発し、すでに成果をあげた12を概括する論文の成果と重ねることで、マクロ分析としても過去の事象と今日の事象の関連を問う方法を開発したいと考える。以上が2年目の目標である。都市計画本研究はマクロ分析とミクロ分析の2つの手法から成るが、研究費が特にかかるのは、ミクロ分析(総務省統計図書館からのデータ入手及びこのデータのGIS入力)の部分である。初年度は、この分析を主に任せたのが学部4年生であり、不慣れな部分もあって、なかなか進まなかった。よって、データ収集のための調査出張を控えるとともに、GISソフトの追加購入による分析促進環境の構築を見送った。逆に、研究はマクロ分析の部分を主に進めることになった。上記の理由から初年度の支出金額が少なくなった。2年目は主にミクロ分析を推進する。具体的には推進体制として、主に取り組む修士学生を23名体制とし、総務省統計図書館へのデータ入手出張の短期集中実施やGIS入力環境の拡充(12セットの追加)を行うことによって、最も大変なミクロ分析の進捗を進める。これによって、研究予算の消化も当初の計画通りに進むものと考える。なお、現在投稿中の査読論文が2編あるため、いずれ発生する、その掲載料等を考慮すれば、上記の金額は15万程度低いものと考えられる。
クリーン量子構造半導体レーザーにおける超短パルス直接発生と物理機構解明

高品質のGaAs多重量子井戸およびダブルヘテロ型の半導体レーザー試料を作製し、モード同期固体レーザーおよび自家製モード同期ファイバーレーザー・第2高調波などを用いて、インパルス強光励起した。出力短パルス光のダイナミクスを、2ps分解能ストリークカメラ、高速フォトダイオード、オートコリレータなどで評価計測した。強励起条件下での発生パルスの短波長成分をフィルターで切り出すとフェムト秒領域のパルス幅が得られること、ダブルヘテロ構造に対する量子井戸構造の優位性は認められずむしろ飽和利得の大きさがより重要であること、半導体2バンドレート方程式レーザー理論で定式化できることを明らかにした。半導体材料や半導体レーザーは、極めて超高速の光学応答性を潜在的に有しているが、光強度やキャリア密度に対する強い非線型性の存在とその制御の困難、レーザーダイオードの電気的帯域制限などが障害となり、超高速性はこれまで十分に引き出されてはいない。本研究では、半導体レーザー材料固有の非線型性をむしろ積極的に活用し、数ピコフェムト秒の高速パルスを直接駆動で、利得と分極のスイッチ機構により発生することを目的とし、理論解析に対応できる高均一・クリーンな試料を用いて実験を行い、物理機構や限界要因の解明を目指している。もっとも標準的な試料として、高品質のGaAs多重量子井戸およびダブルヘテロ構造レーザー構造試料を作製した。量子井戸数や共振器長を変えた試料を系統的に作製し、導波路全体を一様に光インパルス励起して、ストリークカメラによる時間分解スペクトル測定と自己相関測定、これらにスペクトルフィルタリングを組み合わせた測定を行い、短パルス発生の特徴や限界・制限要因を探索した。実験の結果、1ピコ秒を切るフェムト秒領域のパルス幅が得られること、従来の理解と異なりダブルヘテロ構造に対しする量子井戸構造の優位性は認められずむしろ飽和利得の大きさがより重要であること、従来のシングルモードレーザーレート方程式では説明のつかない現象であることなどが明らかになった。H27年10月に不測の停電事故が発生したためMBE装置のチャンバーおよび材料の汚染が生じてしまい、MBE装置内部の清浄化とセルベークを行う必要が発生し、繰り越しを行った。このため、一時的には研究に遅れが生じたが、MBE装置内部の清浄化とセルベークを行うと同時に、測定系の整備作業を並行して進め、かつ、MBE装置が平常運転可能になってからは研究を加速して順調に進めたため、H28年度末現在までに、遅れを取り戻すことができた。実験結果としても有意義な結果が得られ、多くの論文や学会発表を行うことができた。H27-28年度までに作製した高品質の多重量子井戸およびダブルヘテロ型の半導体レーザー試料に対して、フェムト秒モード同期チタンサファイア(TiS)レーザー光、TiS再生増幅器出力光、自家製のフェムト秒モード同期ファイバーレーザー・第2高調波パルス光などを用いて、インパルス光励起する。その結果得られるピコ秒短パルス光の出力パルスのダイナミクスを、2psの高速時間分解能を有するシンクロスキャン・ストリークカメラを用いた時間・スペクトル分解計測システム、高速フォトダイオード・高速オシロスコープを用いたパルス計測システム、オートコリレータを用いたパルス計測システムなどを用いて評価した。特に、強励起条件下での発生パルスの短波長成分のみをフィルターで切り出し、フェムト秒領域のパルス発生と、そのパルス評価を進めた。実験の結果は、従来のシングルモードレーザーレート方程式では説明のつかない現象であったので、キャリア間の相互作用による高速熱化過程と強い利得スイッチングによる励起キャリアの高速消費とを組み合わせた2バンドレート方程式理論の定式化を行い、それに基づいた計算機シミュレーションを行って、実験結果を上手く再現することに成功した。上記の試料に加え、半導体レーザー構造の導波路の一部に、過飽和吸収体領域を付加した、マルチセクション型電流注入量子井戸レーザー試料を作製した。可飽和吸収体領域の付加は、半導体レーザーの非線型性を強め、サブピコ秒領域の超短パルス発生が可能となると期待される。利得セクションには順方向バイアスナノ秒パルスを、過飽和吸収セクションには逆方向バイアス直流電圧を印加し、得られたパルス光のダイナミクスを評価した。今年度は、マシントラブルや気象・地震・点検などに伴う停電事故もなく、順調に研究が進行した。高品質の多重量子井戸およびダブルヘテロ型の半導体レーザー試料、および導波路の一部に、過飽和吸収体領域を付加したマルチセクション型量子井戸レーザー試料に対して、フェムト秒モード同期チタンサファイア(TiS)レーザー光、自家製のフェムト秒モード同期ファイバーレーザー・第2高調波パルス光などを用いて、インパルス光励起した。その結果得られたピコ秒短パルス光の出力パルスのダイナミクスを、2psの高速時間分解能を有するシンクロスキャン・ストリークカメラを用いた時間・スペクトル分解計測システム、高速フォトダイオード・高速オシロスコープを用いたパルス計測システム、オートコリレータを用いたパルス計測システムなどを用いて評価した。強励起条件下での発生パルスの短波長成分のみをフィルターで切り出す方法を用いて、フェムト秒領域のパルス発生と、そのパルス評価を行った。マルチセクション型量子井戸レーザー試料の可飽和吸収体領域の位置と長さを変えた試料に対して測定を行ったところ、非単調な依存性が見出された。計算機シミュレーションコードを開発し、これまでに得られた出力パルスの再現を試みた。利得セクションに順方向ナノ秒電気パルスもしくは光励起を、過飽和吸収セクションに逆方向

直流電圧を印加することに対応して、利得・吸収各領域の長さや利得領域の励起パルス幅を変えた計算を行った。単セクションレーザーの結果や励起パルス幅依存性は実験をよく再現したが、多セクションレーザーの利得・吸収各領域の長さ依存性の詳細の再現には至らなかった。高品質のGaAs多重量子井戸およびダブルヘテロ型の半導体レーザー試料を作製し、モード同期固体レーザーおよび自家製モード同期ファイバーレーザー・第2高調波などを用いて、インパルス強光励起した。出力短パルス光のダイナミクスを、2ps分解能ストリークカメラ、高速フォトダイオード、オートコリレータなどで評価計測した。強励起条件下での発生パルスの短波長成分をフィルターで切り出すとフェムト秒領域のパルス幅が得られること、ダブルヘテロ構造に対する量子井戸構造の優位性は認められずむしろ飽和利得の大きさがより重要であること、半導体2バンドレート方程式レーザー理論で定式化できることを明らかにした。強励起条件下での発生パルスの短波長成分のみをフィルターで切り出す方法を用いて、フェムト秒領域のパルス発生と、そのパルス評価を進める。H28年度に作製し測定開始したマルチセクション型量子井戸レーザー試料では、可飽和吸収体領域の付加により、フィルターを用いることなく、直接にフェムト秒領域のパルス発生が可能となる可能性があるので、可飽和吸収体領域の位置と長さを変えた試料に対して系統的な測定を行い、フェムト秒パルス発生機構を調べる。利得セクションに順方向ナノ秒電気パルスもしくは光励起を、過飽和吸収セクションに逆方向直流電圧を印加し、得られたパルス光のダイナミクスを、シンクロスキャン・ストリークカメラを用いた時間・スペクトル分解計測システム、オートコリレータを用いたパルス計測システムなどを用いて評価し、光励起か電流注入励起かに拘わらず、如何なる励起条件を用いれば高速パルスが得られるのかの指針を得る。半導体レーザーから直接発生できる超短パルスの高速限界を解明し、パルス幅制限機構や、分極発生に連動した利得のスイッチ効果を解明する。マルチセクション型電流注入量子井戸レーザー試料では、複雑なパルス発生が誘起され、単純な孤立パルスを得ることは出来なかった。そこで、光励起用のマルチセクション型量子井戸レーザー試料を作製し、詳細な物理計測を行うこととした。利得セクションに順方向ナノ秒電気パルスもしくは光励起を、過飽和吸収セクションに逆方向直流電圧を印加し、光励起か電流注入励起かに拘わらず、如何なる励起条件を用いれば高速パルスが得られるのかの指針を得る。
TDR法の計測限界の検定とその応用開発に関する研究

本研究の目的は、種々の土壌に対するTDR法の適用性を検討すること、プローブの長さについて検討すること、さらにTDR法の応用を開発することである。得られた成果は次のとおりである。1.土壌水分測定法としてのTDR法についてレビューを行い、種々の問題点を明らかにした。2.九州の代表的な3種の畑土壌に対して、TDR法の校正実験を行った。その結果、乾燥密度が小さい土壌ではTopp式による水分量の校正は過小評価すること、校正式としてのMaxwell-Deloorモデルは異なる土壌に対しても適合性がよいことが明らかになった。3.プリント回路基板を用いた新しいTDRプローブを開発し、校正を行った。校正曲線は乾燥土及び湿潤土のいずれにおいても有効であった。4.長さの異なる金属棒プローブを複数個用い、異なる深さの土壌水分量測定法を考えた。本法を用いると、畑地における土壌水分分布の特徴的な差異を把握できることを火山灰土壌での実験から明らかにした。5.TDR法で得られた水分量の値からファジィ制御理論を用いて点滴灌漑の給水量の調節を試みた。乾燥地における試験の結果から、ファジィ制御によって節水灌漑が効果的に行えることが分かった。6.ガラスビーズ、砂土を対象にしてTDR法で土壌の電気伝導度および土壌水分量の構成を行った。蒸留水よりもNaCl溶液の場合の方が誘電率が高くなること、電気伝導度の測定においてはToppの校正式の精度が高いことが明らかになった。7.TDR法による計測に基づき、リョクトウ栽培における遮蔽効果は土壌水分に影響されないこと、およびインタークロッピング栽培下においては水利用効率が高くなることを明らかにした。本年度は,各種土壌に対する校正曲線の検討,小型TDRプローブの試作,灌漑計画や水収支解析への応用を中心に研究を進め,以下の結果を得た.1.砂,マサ土,クロボク,シラス土壌を用いてTDR水分計の適用性について検討した.得られた誘電率と体積含水率θとの関係を混合式で表現したところ,クロボク土を除いて混合式表示が可能であり,曲線を特徴付けるパラメータ値kと適合範囲の最大水分量θmaxは砂,マサ土,シラス土の場合,それぞれk=0,48,0.58,0.4及びθmax=0.25,0.24,0.35であった.2.砂丘砂と黒ボクを用いた別の実験では,1)土壌水分の増減はほぼ正しく評価するが、絶対値は1030%過小評価される,2)プローブ長(15、20、25cm使用)は長いほどよい,という結果が得られた.3. TDR水分計を用いて,灌漑時期の評価,灌漑後の土壌水分のモニターリングを行い,また山麓の草地斜面における水収支解析にTDR水分計を応用し,その有用性を実証した.4.金属棒のTDRプローブの代わりに,プリント基板を用いた小型のプローブを試作した.このプローブで得られるTDR波形は金属棒の場合と比べて滑らかであった.得られた校正曲線は2次元多項式で表現できた.5.アクリルカラムの内側に銅のリボンを密着させ,それをTDRのプローブとし,土壌カラム実験用として開発した.十分精度の高い校正曲線が得られた.本年度は,小型TDRプローブの校正,各種土壌に対する校正曲線の関数評価,土壌水分断面の平均水分量計測の検討を中心に研究を進め,以下の結果を得た.1.砂土,マサ土,クロボク土を用いて,小型プローブの校正を行った.その結果,いずれの土壌においてもTopp式(普遍半経験式)より過大評価となった.各土壌毎では,プローブによる差は大きくなかった.

2.誘電率が既知である水,空気,エチルアルコールを用いて,小型プローブによる誘電率計測の妥当性を検証した.見かけの誘電率推定式として混合式を用いると,小型プローブを用いたTDR計測によって,媒体の誘電率が適切に計測できることを明らかにした.3.小型プローブ周囲の電場力線の強度分布を数値シミュレーションで解析した結果,小型プローブで計測しているサンプリング範囲がプローブ表面の約1mm程度の領域であることを明らかにした.4.2本棒のTDRプローブを用いて,九州の代表的な6種の畑地土壌に対して,土壌の誘電率を計測し,混合誘電特性モデルの適用性を検討した.その結果,Maxwell-De loorモデルを用いると,実測値がない場合でも,種々の土壌に対して体積含水率と誘電率との関係を効果的に推定できることを明らかにした.5.プローブに沿って土壌水分分布が変化する場合のTDR計測値について検討した.その結果,TDR値は重量法に比べてやや大きくなるが,土壌毎に決めた補正係数を用いると,土壌断面の平均水分量の値をTDR法によって適正に計測できることを明らかにした.本年度は,小型TDRプローブの校正,各種土壌に対する校正曲線の関数評価,圃場における土壌水分断面の平均水分量計測の検討を中心に研究を進め,以下の結果を得た.1.マサ土,クロボク土を用いて,小型プローブの校正を行った.その結果,いずれの土壌においても校正曲線が2次式で近似できることが分かった。2.トウモロコシ・マングビーン間作群落および両作物の単作群落でTDRを使用して、土壌水分の測定を行った。生育の前期では間作・単作群落ともに土壌水分に差が見られなかったが生育が進むにつれてトウモロコシ単作群落の土壌水分は間作群落よりも低下した。単作群落で地面到達日射量が間作群落よりも大きいことによるものであった。3.自動計測するため、小型プローブ、キャンベル社のデータロガーおよびマルチプレクサーを用いてシステムを構成した。それによって、土壌水分の動的変化のモニタリングが可能になった。4.小型プローブを用いて中国北西部乾燥地において地表付近の土壌水分を計測した。その測定値とマイクロウェーブ・リモートセンシングによる計測値との比較から、小型プローブは地表面水分のグランド・トルースを得るのに適したプローブであることが分かった。5.長さの異なる複数のTDRプローブを用いて、異なる深さの土壌水分量を計測する手法を考案した。耕うんの程度の異なる火山灰土圃場で4つの季節において土壌水分計測を行い、その結果を夏季作のトウモロコシと冬作のイタリアンライグラスの生育と関連付けて考察した。本研究の目的は、種々の土壌に対するTDR法の適用性を検討すること、プローブの長さについて検討すること、さらにTDR法の応用を開発することである。得られた成果は次の通りである。1.プリント回路基板を用いた新しいTDRプローブを開発し、校正を行った。校正曲線は乾燥土及び湿潤土のいずれにおいても有効であった。2.ガラスビーズ、砂土を対象にしてTDR法で土壌の電気伝導度及び土壌水分量の校正を行った。蒸留水よりもNaCl溶液の場合の方が誘電率が高くなること、電気伝導度の測定においてはToppの校正式の精度が高いことが明らかになった。3.金属棒プローブの周囲に存在する土壌以外の異物がTDR法による誘電率計測に影響を調べた。金属の面、線、点の存在に対して、実験的に検討した結果プローブに近いほど、プロブ列に直角の方向に影響が大きかった。
ヒト膵癌手術検体オルガノイド培養の臨床応用のための基盤研究

術不能膵がん症例の予後改善のためには、「既存の化学療法の改良」と「新規治療の開発」が過大であり、膵癌オルガノイドを用いて、既存の化学療法への効果予測、新規治療法の有効性評価や治療標的の探索など膵癌の橋渡し研究を強力に推進することを本研究の目的とし、本研究を開始した。EUS-FNAにて採取した生検検体に対して個別にオルガノイド培養を行い膵がん生検由来微量検体をオルガノイド培養により大量に増幅することが可能であった。年間症例数は、対象症例の同意が得られず年間10-20例ほどにとどまった。また、EUS-FNAからは腸管や膵臓の正常細胞、血球細胞、間質細胞等の混入も予想されたが、血清を使用しないため間質細胞はほとんどが死滅し、癌細胞優位な状態で培養することが可能であった。得られた細胞からは、80%の確率でPDXの作成が可能であり、生検検体由来細胞のみならず、皮下腫瘍からも再度細胞を採取し、薬剤感受性試験を始めとした各種解析が可能であった。皮下腫瘍を形成した細胞に関しては、異型腺管を形成し、膵癌として矛盾しない腫瘍を認めていた。遺伝子解析ではKRASの変異を認めており、検体中のkras変異は、皮下腫瘍を形成させることで、変異を有する細胞の割合は上昇しており、腫瘍のみが形成されていることが示された。ただし、培養自体の成功率は20%程度にとどまったため、検体の採取経路を生検だけでなく胆汁検体などの余剰検体も用いて行うことで、膵癌の症例数を増やすことに努めた。薬剤感受性試験に関しては、臨床に用いている抗がん剤を使用し、実際の患者での効果との比較検討を行った。薬剤感受性に関しては、臨床経過との相関がみられており、実験系の精度を上げるという課題は残されるが、将来的には得られた細胞を用いることで、非侵襲的にドラッグスクリーニングも可能と考えられた。現在、EUS-FNAによるオルガノイド培養は10例で施行しているが、適応する培養条件の設定を探索中である。FNA施行症例の減少、および穿刺回数が増加する場合に同意取得が得られない症例もいたため、余剰検体での培養など、ごく少量の細胞からの培養法の確立についても検討を行っている。培養に成功した症例では、凍結を行い、再培養が可能であることを確認しており、培養成功したものは、形態学的評価、病理学的評価、遺伝子学的解析を行い、同時に順次凍結保存を行っている。現時点でオルガノイドに関する形態学的評価は確立されたものはないが、ヒト由来細胞の形態学的な品質評価法を導入し、オルガノイドの品質および良悪性診断への応用に関し、検討を進める予定である。比較対象として、膵癌手術材料でのオルガノイド培養を行い、マウスへ接種し腫瘍原性の確認、および病理学的比較、培養細胞よりたんぱく抽出を行っている。手術症例の培養に際しては、細胞採取のタイミングによって細胞のviabilityが落ちてしまうことや、膵臓の自己融解により細胞が死滅する症例があり、至適培養条件の検討を逐次更新している。膵癌症例においては、手術材料で正常との比較を行うため、正常細胞からの培養も試み、腫瘍との比較を行う予定である。マウスに接種した場合の腫瘍再現性はこれまで同種では実施しており、接種方法は確立されていたが、ヒト由来細胞の場合は腫瘍再現性が、同種に比べ高くないため、免疫不全マウスの種類の変更、接種細胞量の調整、接種細胞状況の再検討を行い、再現効率の向上に努めている。EUS-FNA施行症例の減少、および穿刺回数が増加する場合に同意取得が得られない症例がおり、症例数が10例にとどまっており、至適培養条件を検討するうえで十分な検体数が得られていない。現在、EUS-FNAによるオルガノイド培養は20例で施行しており5例で培養に成功している。培養の条件設定を探索中であり、余剰検体による微小検体からの培養についても継続的に試みている。培養条件の検討が細胞数が少ないため、同時に多種の条件検討が難しく、条件検討の設定は困難が多い。現状では一検体につき一条件での検討にとどまっており、検体量が得られた症例で多種の条件を試行予定である。培養成功した細胞については順次、ブロックを作成し培養細胞の病理学的評価を行っている。病理学的な検索においては、必要に応じて免疫組織学的検査や遺伝子検索を行っている。臨床経過で化学療法を行っている症例では、培養細胞で、同様の作用機序をもつ抗がん剤での感受性検査も併せて検討していく予定である。培養した細胞はマウスへの接種を行い、そこから皮下腫瘍が得られた検体については、病理学的な評価および遺伝子学的な評価をあわせて行っている。手術検体が得られた症例ではオルガノイドから得られた切片、手術検体および皮下腫瘍が得られた症例では皮下腫瘍との比較も行っている。手術症例からの培養については、血流遮断から腫瘍検体を得られるまでの時間が長く、腫瘍のviabilityが低下している状況であり、培養成功は難しいケースが多いため、検体採取方法について再度検討し、また、腫瘍細胞の検体処理についても保存液を変更するなど、再検討を行い培養成功率の上昇に努めている。また、臨床検体では細胞への真菌感染が生じ培養継続が困難になる場合もあり、検体採取時または初代培養時の処理段階での感染が考えられることから、培養開始時の検体処理について感染予防策を講じている。

EUS-FNA検体症例の減少や穿刺回数増加に対する研究非同意の症例もあり、症例数が伸び悩んでおり、至適条件検討を行うに十分な症例数が得らえていない状況にある。術不能膵がん症例の予後改善のためには、「既存の化学療法の改良」と「新規治療の開発」が過大であり、膵癌オルガノイドを用いて、既存の化学療法への効果予測、新規治療法の有効性評価や治療標的の探索など膵癌の橋渡し研究を強力に推進することを本研究の目的とし、本研究を開始した。EUS-FNAにて採取した生検検体に対して個別にオルガノイド培養を行い膵がん生検由来微量検体をオルガノイド培養により大量に増幅することが可能であった。年間症例数は、対象症例の同意が得られず年間10-20例ほどにとどまった。また、EUS-FNAからは腸管や膵臓の正常細胞、血球細胞、間質細胞等の混入も予想されたが、血清を使用しないため間質細胞はほとんどが死滅し、癌細胞優位な状態で培養することが可能であった。得られた細胞からは、80%の確率でPDXの作成が可能であり、生検検体由来細胞のみならず、皮下腫瘍からも再度細胞を採取し、薬剤感受性試験を始めとした各種解析が可能であった。皮下腫瘍を形成した細胞に関しては、異型腺管を形成し、膵癌として矛盾しない腫瘍を認めていた。遺伝子解析ではKRASの変異を認めており、検体中のkras変異は、皮下腫瘍を形成させることで、変異を有する細胞の割合は上昇しており、腫瘍のみが形成されていることが示された。ただし、培養自体の成功率は20%程度にとどまったため、検体の採取経路を生検だけでなく胆汁検体などの余剰検体も用いて行うことで、膵癌の症例数を増やすことに努めた。薬剤感受性試験に関しては、臨床に用いている抗がん剤を使用し、実際の患者での効果との比較検討を行った。薬剤感受性に関しては、臨床経過との相関がみられており、実験系の精度を上げるという課題は残されるが、将来的には得られた細胞を用いることで、非侵襲的にドラッグスクリーニングも可能と考えられた。FNA施行症例の減少、および穿刺回数が増加する場合に同意取得が得られない症例もいたため、余剰検体での培養など、ごく少量の細胞からの培養法の確立についても検討を行っている。培養に成功した症例では、順次病理学的、遺伝子学的解析を行い、凍結保存を行う。比較対象として手術材料でのオルガノイド培養を行い、マウスへ接種し腫瘍原性の確認、および病理学的比較、培養細胞よりたんぱく抽出を行う。オルガノイドの評価に際しては、形態学的に確立したものはなく、今後、形態学的な側面からの、良悪性診断に関しても検討を行う予定である。マウスに接種した場合の腫瘍再現性は、ヒト由来細胞の場合は同種に比べ高くないため、免疫不全マウスの種類の変更、接種細胞量の調整、接種細胞状況の再検討を行い、再現効率の向上に努める。少数ずつではあるが、症例数を重ね、条件検討をすすめていく。培養プレートや培地についても数種類の条件変更を行い検討中である。培養成功例での形態学的、遺伝子学的検討をすすめ、免疫組織学的検査や次世代シークエンサーを用いた検討も行っていく予定である。必要物品の購入が主な使用用途であったが、分割での購入が難しいものも多く、単位ごとの購入になってしまうため、残金が発生した。必要物品の購入が主な使用用途であったが、分割での購入が難しいものも多く、残金が発生した。研究必要物品の購入に際し、併せて使用させていただきたいと考えている。
アミドの系内活性化を経る含窒素構造構築法の開発

本研究は、アミド構造を原料として簡易に含窒素構造を構築する手法の開発を目指すものである。本研究では、基質に塩基と活性化剤を作用させることで、系内で活性イミド酸エステルを発生させ、不安定な中間体を単離することなく、単一容器で関連する含窒素構造の合成を試みる。さらに、アミドの系内活性化と遷移金属触媒反応と組み合わせることによって、多様な含窒素化合物に簡易にアクセスすることを目指している。アミドから活性イミド酸エステルを発生させる段階の条件を見いだすことを目標とし、基質、塩基、活性化剤、求核剤、溶媒、温度など様々な反応要素について、網羅的な検討を行った。基質としては、アミドだけではなく、カルバミン酸や尿素化合物を用いた。塩基としては塩基性の低いピリジンやコリジン、ジイソプロピルエチルアミンなどのアミン塩基から、強塩基であるKHMDSやノルマルブチルリチウム、水素化ナトリウム、カリウムtーブトキシドなどを検討した。活性化剤としては、様々なカルボン酸クロリド、クロロギ酸誘導体、スルホニルクロリド誘導体、無水トリフルオロメタンスルホン酸、N-フェニルビス(トリフルオロメタンスルホンイミド)などを検討した。求核剤としては主にアルコールと1級、2級アミンを用いた。検討の結果、活性化剤がHN-C=O構造の酸素原子上に結合し望む活性イミド酸エステルを生じる反応と、窒素原子上に結合しイミド構造を与える望まない反応が併発することが明らかとなった。両反応の比率は主に用いる活性化剤に依存する傾向があり、無水トリフルオロメタンスルホン酸やN-フェニルビス(トリフルオロメタンスルホンイミド)を用いた時、最も良好な結果となることが示唆された。さらに、塩基としては水素化ナトリウムやカリウムt-ブトキシドより、KHMDSやノルマルブチルリチウムが有効であることを見いだした。初年度の24年は、アミドから活性イミド酸エステルを発生させる段階の条件を見いだすことを目標とし、基質、塩基、活性化剤、求核剤、溶媒、温度など様々な反応要素について、網羅的な検討を行った。塩基としては塩基性の低いピリジンやコリジン、ジイソプロピルエチルアミンなどのアミン塩基から、強塩基であるKHMDSやノルマルブチルリチウム、水素化ナトリウムなどを検討した。

本年度中に、最適な塩基や活性化剤の探索を終える予定であったが、活性化剤が窒素原子に結合する望まない反応が想定より起こりやすいことが分かり、この副反応を進行させない条件の探索にさらなる検討が必要である。本年度は本研究の課題が明らかになった。すなわち、アミド構造における酸素原子の選択的な活性化を早期に実現する必要がある。この後、研究開始時の計画に沿い、鈴木反応などの結合形成反応に取りかかる予定である。次年度も反応剤や溶媒などの消耗品が必要である。
生体防御・修復に関わる蛋白分解酵素阻害物質SLPIの化学発癌発生関与の機能解析

1.SLPIと肺癌ヒト手術摘出肺癌組織の検索で非小細胞癌において、SLPIは約75%に発現していることを見出し、生体内で肺癌組織特異的な指標であると同時に腫瘍選択的な治療に役立つ可能性を秘めている。そこで複製可能なアデノウイルスを用いた遺伝子治療における肺癌特異的発現を狙い、SLPIプロモーターを利用したところ、NK4アデノウイルスと二重感染する系で効率の良い遺伝子治療系を確立できた(Maemondo et al. Cancer Res. 64.4611.2004)。マウスSLPI染色体遺伝子については、クローニング・染色体局在・発現機能解析は既に報告しており、ターゲットベクターを構築し、SLPI遺伝子欠損マウスの作成に成功した。本遺伝子欠損マウスの解析から、エンドトキシンショックにおけるSLPIの役割について新たな自然免疫における役割を報告した(J Exp Med. 197.669.2003)。このSLPI遺伝子欠損マウスを用い、以下に肺発癌における役割を解析している。2.ウレタン誘発マウス肺癌発生マウス腹腔にウレタンを1mg/g・体重の量を投与し、経時的に肺を調べた。20週間後に肺を解析すると、肺表面から観察される結節が形成され、40週間後にはその数と大きさが増大した。この結節病変を組織学的に検討したところ肺内に腫瘍を形成しており、腫瘍でのSLPIのmRNA発現と免疫組織染色でSLPI蛋白が発現していることを認めた。3.SLPI遺伝子欠損マウスを用いた化学発癌モデルの解析SLPIの肺発癌における役割解析を目的に、SLPI遺伝子欠損マウスにおいて、上記方法で肺腫瘍を誘発した。その結果、野生型マウスにおける腫瘍形成と比較したところ、SLPI遺伝子欠損マウスにおいて肺癌が有意に形成されにくいことが判明した。ヒトでも高率に発現されている事実からも、肺癌発生においてSLPIが関与の関与が示された。従来の蛋白分解酵素阻害物質以外のSLPIの化学肺癌発生における分子機能を解析する目的に、BD Bioscienceのキットを用い、baitベクターにSLPI cDNAを挿入し、preyに肺cDNAを用いて作成した。その結果、現在18個の陽性クローンを検出し、検証を行っている。本研究により少なくとも化学発癌モデルにおいてSLPIが重要な役割を果たしていることが示された。しかしながら、従来の蛋白分解酵素阻害物質以外の機能については明らかにされてない。SLPI相互作用分子の解析は肺の発癌において重要な意義を持つと考えられる。
非平衡界面現象における表面張力とその相互作用

フェイズフィールド法は相分離面を含む非一様状態を表すため、理論と数値計算に多用されている.当該研究では、フェイズフィールド法における内部遷移層のプロファイルについて特別な仮定を置かなくても、エネルギーおよびその第一変分、またはそれに類する積分量が制御されていれば、仮定が結果として自動的に成り立つ構造をもつことを様々な問題設定(De Giorgi問題、流体問題、大偏差原理問題など)で示し、フェイズフィールド法の数学的基礎の解明を進めた.フェイズフィールド法は相分離面を含む非一様状態を表すため、理論と数値計算に多用されている.当該研究では、フェイズフィールド法における内部遷移層のプロファイルについて特別な仮定を置かなくても、エネルギーおよびその第一変分、またはそれに類する積分量が制御されていれば、仮定が結果として自動的に成り立つ構造をもつことを様々な問題設定(De Giorgi問題、流体問題、大偏差原理問題など)で示し、フェイズフィールド法の数学的基礎の解明を進めた.1.曲面や曲線に対し、その平均曲率(曲線の場合は単に曲率)の2乗積分量は曲線の弾性エネルギーや曲面積の変分問題及び曲率流問題等を考慮するにあたっては大変重要な量である.2相分離状況を表すPhasefield(PF)法の枠組みにおいて拡散界面の曲率2乗積分量に相当する積分表現があるのであるが、それが実際に拡散界面の厚さを0に近づけたときに極限の界面の曲率2乗積分に対して自然な下半連続的な性質を持つ事を長瀬優子氏との共同研究で2次元空間、つまり界面が曲線の場合に示す事が出来た(平成18年2月現在論文投稿済み、査読中).また界面領域はハウスドルフの意味での距離で極限の曲線に収束する事も示せた.これら結果はPF法の数理解析においての基礎的な結果である.3次元も含む結果は同時期に独立してM.RoegerとR.Schaetzleが示したが、我々の方法とは異なる評価を用いたものである.この問題はDe Giorgiによって1991年の論文で提起、予想された経緯があり、その予想を2次元では我々が独立に証明したことになる.2.2つの同等な安定点を持つポテンシャルを外力項として持つ確率偏微分方程式に対し、大偏差原理に動機付けられたaction functionalを考える.ある特別な時空スケールのみで空間的非一様性が期待されるのであるが、その特異極限問題を平成16年-17年にR.KohnとM.Reznikoffと共同で研究を行った(Calculus of Variations and PDEからOnline出版済).この研究はPF法で以前研究代表者が開発した技術が転用可能であったものである.引き続き研究集会の発表などを通じて同等ではない2つの安定点をもつポテンシャルの場合はどうなるか、問題提起されている.1.相分離現象をモデルとしたフェイズフィールド法の代表的な方程式の一つにCahn-Hilliard方程式がある。界面厚みを表すパラメターεを0に近づけるときに適当な時間スケールを導入すると極限では自由境界と化学ポテンシャルがMullins-Sekerka方程式を満たすことがある特別な場合は示されている。最小限かつ自然な一般の場合に同様なことはまだ示されていないが、証明のために必要な事はフェイズフィールド近似の極限で、自由境界の曲率と化学ポテンシャルを関係付けるGibbs-Thomsonの関係を示す事である。Roegerとの共同研究で、フェイズフィールドの枠組みで化学ポテンシャルに対応する量が、あるソボレフノルム(一回弱微分がp可積分、pは空間次元より大)でεに関して一様有界である場合には極限でGibbs-Thomsonの関係が成り立つことを示した(論文準備中)。残念ながらCahn-Hilliard方程式に応用するためにはpが空間次元以下である場合でもGibbs-Thomsonの関係を示す必要があり、引き続き研究を続行中である。2.2つの同等な安定点を持つポテンシャルを外力項として持つAllen-Cahn方程式にノイズをつけた確率偏微分方程式を考える。大偏差原理に動機付けられたaction functionalの最小化問題に関して、ある特別な時空スケールのみで空間的非一様性が期待される。昨年度の研究ではその最小値の値を厳密に求める事に成功した一方で、最小解の決定(一意性)には至らなかった。今年度、空間1次元の場合のΓ収束極限は、核生成コストと界面移動コストの2つの和であることをReznikoffとの共同研究で厳密に示し、最小解を決定することに成功した(論文査読中)。1.2つの同等な安定点を持つポテンシャルを外力項として持つAllen-Cahn方程式にノイズをつけた確率偏微分方程式を考える。この式に関しては空間次元1次元でReznikoffとの共同研究で、アクション最小解の特徴付けを過去数年の研究で行い、そのガンマ極限や最小解について明らかにした。一方、一般空間次元に関してはほとんど何も知られていない。この場合は大偏差原理に動機付けられたaction functionalの最小化問題の特別な時空スケールリミットを取ると、平均曲率と界面速度の和の2乗を曲面上時空で積分したものが最小化すべき量となっている。この汎関数は特別な最小化解のクラスとして、界面速度=一平均曲率の平均曲率流が汎関数値零解としてすべて含まれる。この幾何学的な最小化問題をまず変分法の立場から理解する為、東北大学の岡部氏と初期時刻と最終時刻の曲線を与えたときにこれをつなぐ非自明な最小解が存在するかどうかについて、平均曲率流の近傍で問題を線形化した摂動問題として考え、準備的な様々な結果を得た。

2.界面を隔てて同密度で2相分離した非線形粘性(ノンニュートニアン)・非圧縮性流体の運動を考える。ここで界面は流体によって移動するのみでなく平均曲率に比例した速度を加えた速さで移動すると仮定する。また流体も界面から平均曲率に比例した力を界面上で受けると仮定する。これら平均曲率の効果は物理的な仮定と必ずしも一致するわけではないが、界面の特異性を避けるための数値計算における正則化の一手法とも考えられる。この問題の弱解を構成するためAllen-Cahn方程式とNavier-Stokes方程式をカップルさせた問題を解析し、適切な非線形粘性を入れた場合には弱解が常に存在する事を示し、現在論文を準備中である昨年度に続いて、界面を隔てて同密度で2相分離した非線形粘性(ノンニュートニアン)・非圧縮性流体の運動を考える。ここで2相を隔てる界面は流体と一緒に移動するのではなく、界面の平均曲率に比例した速度を加えた速さで移動すると仮定する。これは流体力学的な効果が無視できないミクロ相分離のモデルを考える場合自然な設定であり、また2相流体問題のある種の正則化問題としても考えられる.流体も界面から表面張力効果として平均曲率に比例した力を界面上で受けると仮定する。これは流体に対して界面に集中した外力がかかることと捉えられる.この間題の弱解を構成するためAllen-Cahn方程式と非線形粘性を持つNavier-Stokes方程式をカップルさせた近似問題の解析を引き続き行った.界面は弱解の枠組みでは特異点を持つ可能性があるため、一般化した意味での界面の概念が必要である.そのため幾何学的測度論の枠組みでの整バリフォールドとして界面を考える.この設定において特に速度場が、動く界面上で可積分関数としてほとんどすべての時刻で定義できることや、動く界面がBrakkeの意味での弱解になっていること、そしてほとんどすべての時刻で界面が整バリフォールドになっていることなどを示した.この数年で動く界面の速度場を様々な弱い意味で定義する試みが行われているが、その中でも我々の研究はソボレフクラスの関数の移流効果のついた平均曲率流の測度論的な弱解の構成を行ったものであり、重要かつ興味深いものである.