hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高効率次世代燃料電池の構築に向けたヘテロ環を基盤とする新規プロトン輸送材料の開発

分子間相互作用を有するベンゾチアジアゾール(BT)環を基盤とし、スルホン酸基を導入した新規な親水性のユニット(SBT環)を用いて、親水部にヘテロ環を有する電解質ポリマーを開発した。設計したSBT環を有する電解質ポリマーは1段階の縮合重合反応により合成した。得られたポリマーを用いて作製したキャスト膜は高い機械的強度を示した。次に、原子間力顕微鏡を用いて、膜表面の構造を解析したところ、SBT環を有する膜表面では、疎水性ドメインと親水性ドメインの凝集が促されていることが明らかになった。さらに、分光学的手法により、SBT環を導入した膜中では構造化に起因して、プロトンキャリアであるスルホン酸基が集積した構造が発現していることが示唆された。また、SBT環基盤の電解質膜は幅広い湿度領域で、従来のSPES膜よりも高いプロトン伝導性を示した。Arrhenius plotより算出した活性化エネルギーは、SPES膜に比べ、約20%低下していることも明らかになった。したがって、SBT環の導入は構造化に伴って、プロトン輸送に適した構造の構築を促し、高効率なプロトン伝導性をもたらすことを新たに見出した。以上より、SBT環を利用した分子設計は、構造化に伴ってスルホン酸基の集積化を促し、低湿度環境下で高いプロトン伝導性を示す電解質ポリマーの開発に有用な指針であると考えられる。また、ヘテロ環を利用した新たな分子設計指針の獲得に向け、ヘテロ環の1種であるチアゾロチアゾール(TT)環を有する化合物をゲスト分子とし、環状化合物であるククルビットウリル(CB[n])をホスト分子として用いた複合体の作製を検討した。合成したヘテロ環基盤の化合物を含む溶液にUV光を照射したところ、CB[8]の有無によりヘテロ環由来の発光強度が著しく変化したことから、TT環基盤のモノマーとCB[8]が複合体を形成していることが示唆された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、まず高分子電解質の構造や物性に違いをもたらすヘテロ環の探索として、これまで扱ってきたベンゾチアジアゾール(BT)環よりも強い分子間相互作用を示すチアゾロチアゾール(TT)環を基盤とする芳香族系高分子電解質を開発した。構造解析の結果、TT環基盤の電解質膜表面ではドメインの凝集が強く進行しており、TT環は膜中の構造化を促すユニットであることが明らかになった。さらに、構造化に伴ってTT環基盤の膜中ではスルホン酸基の集積化が進み、プロトン輸送に適した構造が構築されていた。プロトン伝導性を評価したところ、TT環基盤の電解質膜は従来の電解質膜に比べ高い伝導性を示しており、活性化エネルギーは低下する傾向がみられた。したがって、微少量のTT環の導入は膜中の構造化を促し、プロトン輸送に適した構造を発現させる有用な分子設計の1つであることが分かった。これに加え、本年度はこれまで独自に開発した含ヘテロ芳香族系高分子電解質を燃料電池材料へ応用し、発電性能に及ぼす影響を検証した。固体高分子形燃料電池の触媒層で用いられている高分子電解質(アイオノマー)は反応によって生成する水によって著しく膨潤するため、触媒層内の燃料の拡散が阻害され、高電流密度領域において発電性能の大幅な低下が生じる。そこで、優れた膨潤抑制能を有するBT環を基盤とする電解質ポリマーをアイオノマーとして用いた触媒層を設計した。その結果、BT環基盤の電解質ポリマーは膨潤に伴う細孔閉塞を抑制し、これに起因して物質移動抵抗が減少することが示唆された。そこで、実際に膜-電極接合を作製し、発電試験を行ったところ、従来の高分子電解質を用いた場合に比べ、高い発電性能を示した。したがって、BT環を導入して膨潤抑制能を高めた電解質ポリマーは、触媒層内の物質移動の改善を促し、発電性能を向上させる効果的な高分子材料であることを実証した。本年度は、高分子電解質の構造や物性に違いをもたらすヘテロ環の探索を目標とし、ベンゾチアジアゾール(BT)環よりも強い分子間相互作用をもつチアゾロチアゾール(TT)環を基盤とした芳香族系高分子電解質の開発を検討した。その結果、TT環基盤の高分子電解質膜中では、ドメインの凝集構造が発現し、これに起因してプロトン伝導性が向上することを明らかにした。これまでは、構造化を引き起こすユニットとして明らかになっていたのはBT環のみであった。しかし、BT環のみならず、強い分子間相互作用を示す他のユニットを利用することで構造や物性に顕著な違いが見られる可能性が示唆されたことは、今後新規なユニットを基盤とする分子設計を検討する上で非常に有意義な研究成果であると考えている。さらに、本年度はヘテロ環の探索に加え、独自に設計したBT環を基盤とする高分子電解質を実際に燃料電池材料のアイオノマーとして利用し、その影響を検討している。具体的には、燃料電池内の触媒層における空孔率を算出し、優れた膨潤抑制能を示すBT環基盤の高分子電解質は触媒層内で燃料の拡散を促すための十分なポテンシャルをもつことを明らかにした。また、実際に設計した触媒層を用いて膜-電極接合体を作製し、発電試験結果を解析することでBT環基盤の高分子電解質が固体高分子形燃料電池の高効率化に向けて課題であった高電流密度領域における発電を可能にすることを実証している。

このように、分子レベルの設計からデバイスへの応用まで体系的な検討により得られた分子設計や材料設計は今後の研究方針を決めていく上で極めて重要な成果だと捉えている。以上より、本年度は当初の目標であるヘテロ環の探索に加え、高分子電解質のデバイスへの応用にも成功していることから、本年度の研究活動では期待以上の成果が上げられたと考えている。分子間相互作用を有するベンゾチアジアゾール(BT)環を基盤とし、スルホン酸基を導入した新規な親水性のユニット(SBT環)を用いて、親水部にヘテロ環を有する電解質ポリマーを開発した。設計したSBT環を有する電解質ポリマーは1段階の縮合重合反応により合成した。得られたポリマーを用いて作製したキャスト膜は高い機械的強度を示した。次に、原子間力顕微鏡を用いて、膜表面の構造を解析したところ、SBT環を有する膜表面では、疎水性ドメインと親水性ドメインの凝集が促されていることが明らかになった。さらに、分光学的手法により、SBT環を導入した膜中では構造化に起因して、プロトンキャリアであるスルホン酸基が集積した構造が発現していることが示唆された。また、SBT環基盤の電解質膜は幅広い湿度領域で、従来のSPES膜よりも高いプロトン伝導性を示した。Arrhenius plotより算出した活性化エネルギーは、SPES膜に比べ、約20%低下していることも明らかになった。したがって、SBT環の導入は構造化に伴って、プロトン輸送に適した構造の構築を促し、高効率なプロトン伝導性をもたらすことを新たに見出した。以上より、SBT環を利用した分子設計は、構造化に伴ってスルホン酸基の集積化を促し、低湿度環境下で高いプロトン伝導性を示す電解質ポリマーの開発に有用な指針であると考えられる。また、ヘテロ環を利用した新たな分子設計指針の獲得に向け、ヘテロ環の1種であるチアゾロチアゾール(TT)環を有する化合物をゲスト分子とし、環状化合物であるククルビットウリル(CB[n])をホスト分子として用いた複合体の作製を検討した。合成したヘテロ環基盤の化合物を含む溶液にUV光を照射したところ、CB[8]の有無によりヘテロ環由来の発光強度が著しく変化したことから、TT環基盤のモノマーとCB[8]が複合体を形成していることが示唆された。今後、本研究課題では新規プロトン輸送材料の開発に向け、優れた性能をもたらすヘテロ環の探索と、新たなユニットを基盤とする分子設計の検討を重点的に行う。これまでの研究成果により、ベンゾチアジアゾール(BT)環やチアゾロチアゾール(TT)のような、強力な分子間相互作用と特異な立体構造の構築を促すユニットを利用することで、電解質膜中の構造化が誘引され、物性に顕著な違いがみられることを見出した。そこで、次年度は引き続き、特異な構造や物性、分子間相互作用を示すヘテロ環を導入した芳香族系高分子電解質を設計し、その合成と構造解析ならびに物性評価を行う。複数のヘテロ環について検討することで、導入するユニットが構造化を引き起こす要因や、構造化に伴って発現する物性の違いが明確になり、より実用的な分子設計の獲得が可能であると見込んでいる。さらに、構造化の要因を明らかにすることによって、ヘテロ環のみならず、膜内部の構造化を促す新たな要素を利用した分子設計も可能になると考えている。また、本研究では固体高分子形燃料電池の高性能化に向けた材料開発を目指しているため、デバイス中での材料の性能評価も重要と考えている。
可視化システムを用いた膵癌幹細胞の研究とゲノム・エピゲノム解析

膵癌は早期から浸潤や転移を生じる難治性の癌である。我々は、プロテアソーム活性を指標とした膵癌幹細胞の可視化システムを構築し、この課題に取り組んだ。本研究では、膵癌幹細胞が高い遊走・浸潤能力を持つことを示し、肝転移腫瘍の辺縁に局在しているという新しい知見を示した。ゲノム・エピゲノム解析から、膵癌幹細胞にDCLK1が高発現していることを同定、ヒストンのメチル化修飾との関連を示した。DCLK1を強制発現させると遊走・浸潤能力が顕著に亢進する一方、発現が抑制された癌幹細胞では転移能力は著しく消失した。臨牀検体における検証も加え、DCLK1が今後の膵癌治療の標的となる可能性を示した。本研究の目的は、膵癌幹細胞を標的とした難治性癌の克服である。昨年度は、当科で作成した膵癌幹細胞可視化システム(Gastroenterology2012)を用いて2つのヒト膵癌細胞株で(1)網羅的遺伝子解析、(2)DNAメチル化解析を行い分子生物学的側面からのアプローチを行った。まず、(1)網羅的遺伝子解析において、両株の癌幹細胞で強い発現を有しているDCLK-1に注目し実験を進めた。DCLK-1は神経領域で研究が進んでいる遺伝子であるが、近年、消化管の癌幹細胞としての性質を有することが示された(NatureGenetics2013)。このDCLK-1はDCX領域(微小管結合・形成促進作用)とSTキナーゼ配列からなる2機能性分子で、DCX領域は神経細胞の遊走を誘導するDCX蛋白と約70%のアミノ酸が相同である。In Vitroで遊走能を比較したところ、DCLK-1が高発現している癌幹細胞は高い遊走能を有していることが示された。また、NNOD/SCIDマウスによる経脾肝転移モデルでは癌幹細胞において高率に転移することが示唆され、一部の臨床検体では、原発巣と比較して転移巣でDCLK-1が強く発現していた。本年はDCLK-1をKnock outした株を作成しIn vivoでさらなる検証を行う予定とし、膵癌の転移メカニズムを解明していきたい。(2)48万箇所のDNAメチル化を解析したところ、2つの細胞株に共通な324probeでisland領域の脱メチル化が起こっていることが示された。脱メチル化により発現が亢進していると考えられる遺伝子としてCYP1A1を同定した。それぞれの解析で、癌幹細胞とその他の細胞の間で遺伝子発現、DNAメチル化の変動が認められ改めて癌の多様性が示唆されたが、統合解析において特徴な結果は未だ明らかとなっておらず、現在も検討中である。プロテアソーム活性を指標とした膵癌幹細胞の可視化システムを2種類の細胞株(KLM1、BxPC3)に導入し安定した系を樹立した。In vitroとIn vivoの双方で癌幹細胞は遊走・浸潤能が高いことが示された。特にIn vivoにおける経脾肝転移モデルでは、肝転移巣において癌幹細胞は蛍光顕微鏡で明瞭に観察され、腫瘍の辺縁に局在しているという新しい知見が得られた。その特性を見出すためにDNAマイクロアレイを施行し、膵癌幹細胞においてDCLK1が高発現していることを見出した。そこでDCLK1を過剰発現させた株を作成したところアメーバ様の形態変化を生じ遊走能が亢進した。また、RNA干渉を用いて癌幹細胞にDCLK1のノックダウンを行ったところ遊走・浸潤能は著しく低下し、肝転移も抑制された。臨床検体を用いた免疫組織学的検索においても原発巣(膵)と比較して転移巣(肝や肺)ではDCLK1が高発現しており、癌の転移を標的とした臨床への応用が期待された。この遺伝子の高発現がエピゲノムの因子により制御されていると考え、網羅的DNAメチル化解析やクロマチン免疫沈降法を用いたヒストン修飾の実験を行った。メチル化解析では特徴的な変化は認めなかったが、癌幹細胞においてDCLK1のH3K4me3が強く描出された。一方で非癌幹細胞ではH3K4me3とH3K27me3がbivalentな状態にあり、癌幹細胞にもたらされる遺伝子発現はエピゲノムによって制御されることが示唆された。近年、癌細胞群が階層性の構造を有し、その頂点に位置する癌幹細胞は高い悪性度を示すとの研究が進んでいるが、浸潤や転移を生じる詳細なメカニズムは未だに明らかではない。我々は、プロテアソーム活性を指標とした膵癌幹細胞の可視化システムを構築し、この課題に取り組んでいる。本論文では、実験動物モデルを用いて膵癌幹細胞が高い遊走・浸潤能力を持つことを示し、肝転移腫瘍の辺縁に局在しているという新しい知見を示した。そして、網羅的遺伝子解析を行い、膵癌幹細胞にDCLK1が高発現していることを同定し、この発現変化がヒストンのメチル化修飾(H3K4me3およびH3K27me3)がもたらすダイナミックな遺伝子発現調節機構によることを示した。DCLK1を強制発現させた膵癌細胞はアメーバ様の特徴的な形態変化を生じ、遊走・浸潤能力が顕著に亢進した。一方、DCLK1の発現が抑制された癌幹細胞の遊走・浸潤能力は減弱し、転移能力は著しく消失した。

臨牀検体においてはDCLK1が原発巣よりも転移巣で強く発現していることが確認された。すなわち、DCLK1が膵癌の浸潤・転移に重要な役割を果たし、今後の膵癌治療の標的となる可能性が示された。膵癌は早期から浸潤や転移を生じる難治性の癌である。我々は、プロテアソーム活性を指標とした膵癌幹細胞の可視化システムを構築し、この課題に取り組んだ。本研究では、膵癌幹細胞が高い遊走・浸潤能力を持つことを示し、肝転移腫瘍の辺縁に局在しているという新しい知見を示した。ゲノム・エピゲノム解析から、膵癌幹細胞にDCLK1が高発現していることを同定、ヒストンのメチル化修飾との関連を示した。DCLK1を強制発現させると遊走・浸潤能力が顕著に亢進する一方、発現が抑制された癌幹細胞では転移能力は著しく消失した。臨牀検体における検証も加え、DCLK1が今後の膵癌治療の標的となる可能性を示した。癌幹細胞の特性をゲノム・エピゲノムの側面から解析し両者の関係性を示すことができたから。膵臓癌上記の結果については現在論文作成中である。その後はChipシークエンスを行い、癌幹細胞におけるエピゲノミック変化をさらに解析する予定である。網羅的遺伝子解析より癌幹細胞の遊走能と深く関わる遺伝子DCLK-1を同定した。しかし、DNAメチル化解析などのエピゲノムの側面からの解析は未だ検討中であり本年度の課題である。当初予定していたよりもエピゲノム解析の試薬が安価であったため。現在、論文作成中であり発表や出版などの費用が生じなかったため。これまでの可視化された癌幹細胞に加え、DCLK-1をKnock downした癌幹細胞も作成し、NOD/SCIDマウスを用いた経脾肝転移モデルで比較する。さらに詳細な検索を行い、エピゲノムの側面から癌幹細胞へのアプローチを進めていく。論文作成と発表・出版に関する経費として充当する予定である。購入予定の試薬が、当初予定していた金額を上回ってしまったため、次年度に計上することとなった。そのことで研究に支障はなかった。試薬類および動物実験費のために使用する予定である。
ヒドラ再生を制御する遺伝子の解析

本年度は再生に特異的な遺伝子の分離を行なうのに不可欠な次の2つの技術の確立を目指した。1)再生特異的cDNAクロ-ンの弁別選択。頭部と足部を共に切除して3時間経過したヒドラからmRNAを抽出しそのcDNAを合成、そしてそれからcDNAバンク(λgt10)を作製した。このバンクからプラ-ク・ハイブリダイゼイション法を用いて再生3時間のヒドラには発現するが正常に増殖したいる個体には発現していない遺伝子クロ-ンを、先ず20ほど分離した。2)ホ-ルマウントを用いたイン・シチュ・ハイブリダイセイション法の確立。1)で分離したcDNAクロ-ンの遺伝子のヒドラ体幹での発現部域(特に、再生先端での発現の有無)および発現細胞種を調べるためにはイン・シチュ・ハイブリダイゼイション法が望れまた。ディゴキシジェニン標識のデオキシヌクレオチドをプロ-ブcDNAに取り込ませてハイブリダイゼイションを行い、次いでアルカリンフォスファタ-ゼを結合した抗ディゴキシジェニン抗体を作用させ発色させる方法(ベ-リンガ-)を用いた。上記2方法を組み合わせて20クロ-ンを調べた結果、4クロ-ンが再生特異的と考えられた。このうち1クロ-ンは足部切除後3-24時間の間再生先端の外胚葉上皮細胞で発現が見られた。他の3クロ-ンは頭部再生時に再生先端で発現が見られたが発現細胞種は目下不明である。以上の結果から、再生特異的遺伝子のクロ-ンを分離する方法は一応確立したと考える。今後、技術的な洗練を試みると共により多くのクロ-ンの分離と解析を行なう。また、最も興味ある遺伝子は再生のごく初期に発現すると考えられるため再生時間の異なるヒドラからcDNAバンクを作製し、再生を制御するような遺伝子の分離を期する。
オルソポジトロニウム三光子崩壊の三体スピン相関測定による量子非局所性のテスト

本研究は、オルソポジトロニウム(O-P)の崩壊で生成する三光子の三体スピン相関を測定することにより、グリーンバーガー・ホーン・ザイリンガー(GHZ)の定式化に基づいた量子力学と局所実在論の予想の相違をテストすることを目的としている。レーザー光のパラメトリック下方変換法を用いて量子もつれ状態を作る方法では常に純度が問題となるのと対照的に、O-Pを用いる方法は、コヒーレンス度が100%になることが特長である。実験は、O-Pが崩壊して生成した三光子が、互いに120°の角度をなして放出された事象について、三光子の偏光を同時測定して行う。まず、コンプトン偏光計を開発した。散乱体をプラスチックシンチレーション(Pl)検出器(25mm^φ×25mm^h)とし、散乱体中の電子とコンプトン散乱した光子をそれぞれ上下左右方向に設置した4台のNaI検出器(32mm^φ×33mm^h)で検出し、その非対称から、直線偏光を検出する。パラポジトロニウムの二光子崩壊の偏光が完全相関を持つことを利用してこれを較正・最適化し、偏光分解能0.57、検出効率6×10^<-3>を得た。この結果は、散乱体中のコンプトン散乱過程とNaI検出器における光子検出過程を現実的に考慮したモンテカルロシミュレーションと良く一致した。三光子測定時には、光子のエネルギーが下がるので、偏光分解能0.40、検出効率4×10^<-3>になると予想される。この結果を元に、三光子偏光測定系を構築した。^<22>Na陽電子源を密度0.1g/cm^3のエアロジェルで挟み、それを窒素ガスで満たした18mm^φの試験管に入れO-Pを効率よく生成し、三光子が互いに120°の角度で放出される事象を鉛コリメタで選択し、それぞれを開発した偏光計で測定するものである。この様に初期の研究目的は完全に達成された。EPRパラドックスの解決に向けて、グリーンバーガー・ホーン・ザイリンガーにより1989年に提案されGHZの定式化に基づいて量子力学と局所実在論の優劣を付ける検証実験をするのが最終目的である。そのために、我々は、オルソポジトロニウムからの三光子崩壊を利用し、1)オルソポジトロニウム源(ソース)、2)三光子の偏極を測定するコンプトンポーラリメータ(偏極度計)を開発・建設するのが本研究計画である。本年は、以下の2項目について進めた。1)コンプトン散乱を利用する偏極度計を設計・製作。偏極度計は散乱体と散乱光子測定器で構成される。散乱体としてはコンプトン散乱が主な相互作用となっているプラスチックシンチレータを使う。三光子の偏極を同時に測定するために、コンプトン偏極度計を3組製作する必要があるが、今年度は偏極度計として効率の最適化を実験的に確かめるために、散乱角90度方向に配置する予定の4つのNaI検出器を購入しテストを開始した。二重同時計数測定によるバックグランド軽減を図っている。2)オルソポジトロニウム源(ソース)の製作。陽電子源として放射性元素22Naを購入した。通常物質中ではポジトロニウムの崩壊は、一重項状態(パラ)経由が主になり二光子崩壊を起こす。ここでは、三重項状態(オルソ)経由の三光子崩壊の比率を増加させるために、シリカカパウダー(SiO2)中で陽電子を止めるような工夫をしなければならない。現在このような特殊構造の22Naソースを設計・製作している。このように研究計画は順調に進んでいる。^<22>Na陽電子源を密度0.1g

/cm^3のエアロジェルで挟み、それを窒素ガスで満たした18mm^φの試験管に入れO-Pを効率よく生成し、三光子が互いに120°の角度で放出される事象を鉛コリメタで選択し、それぞれを開発した偏光計で測定するものである。この様に初期の研究目的は完全に達成された。
分子ナノ細孔内に閉じ込められたナノ構造水の科学

(1)常温常圧で安定なガスハイドレート結晶の構築:メタンハイドレート(MH)は、277Kの温度で約5MPa(水深500m以下)の低温高圧領域でしか安定化しない氷の多形である。もし、このMHを室温で安定に取り出そうとするなら、約40MPa以上の高圧下で取り扱わなければならない。私たちは、ガスハイドレート(GH)を安定化するために必要な高圧をナノ空孔内で発生する擬圧力で補ってやり、常温常圧で安定なGHを合成することを目的にあげた。GHのI型は、水分子クラスターの5員環が12個、水素結合して作られた12面体(S1-512空孔系:7.88Å)と、5員環12個と上下の頂点部分が6員環からなる14面体(M-51262空孔系:8.6Å)が、それぞれ2個と6個結合して作られた単位格子からなる。このGH構造を再現することによって、GHが氷化する温度で臨界ガスのH2やCH4を固体状態で大量に吸蔵することができる。これはCH4の液化に-80°C以下で40MPaに圧縮する必要があることを考えると重要な保存方法になりえる。私たちは14面体構造が連なった水分子クラスターを[RuIII(H2bim)3]3+錯体とトリメジン酸を用いて、室温でも安定なGH-I型の部分構造として構築することに成功しTHFハイドレートとして得ることに成功した。このような人工クラスレートハイドレートの中に、THF、EtOH、MeOH、アセトン、ジオキサンを入れることに成功し、ハイドレートとしての機能性を見いだした。今後、この物質が可逆に小分子を出し入れできるか湿度-温度を制御して実験を行ってきたい。気体の導入では、温度-湿度の制御に加えて高圧ガスを用いる設備が必要なってくるため、新しい装置の開発が必要になってくる。そのため、この装置の見込みが立ちしだい、メタンや水素などのガスハイドレート特性について研究したいと考えている。交付申請の時に比較して、ナノチューブ状の水クラスターの特性が明らかになってきた。生成した水ナノチューブクラスターはTHFばかりでなく、EtOH,MeOH,アセトン、ジオキサンなどとも同形の構造を作り、新規クラスレートハイドレートとして機能することを見いだした。今後、ガスなどの気体を水分子の速度的な性質を利用してトラップしていきたいと考えている。本研究を逐行する上での問題点は、温度-湿度を調節しながら、圧力をかけてガスを封入するような条件を実現する機器を作成することにある。メタンハイドレートなどの生成条件下で、このナノ細孔に安定化されたチューブ状の水クラスターの中にメタンを閉じ込めるようにしたい。しかし、現在の資金では不可能である。今後、気体の導入を行って人工ガスハイレートの合成を確立していきたいと考えている。

これはCH4の液化に-80°C以下で40MPaに圧縮する必要があることを考えると重要な保存方法になりえる。私たちは14面体構造が連なった水分子クラスターを[RuIII(H2bim)3]3+錯体とトリメジン酸を用いて、室温でも安定なGH-I型の部分構造として構築することに成功しTHFハイドレートとして得ることに成功した。このような人工クラスレートハイドレートの中に、THF、EtOH、MeOH、アセトン、ジオキサンを入れることに成功し、ハイドレートとしての機能性を見いだした。今後、この物質が可逆に小分子を出し入れできるか湿度-温度を制御して実験を行ってきたい。気体の導入では、温度-湿度の制御に加えて高圧ガスを用いる設備が必要なってくるため、新しい装置の開発が必要になってくる。そのため、この装置の見込みが立ちしだい、メタンや水素などのガスハイドレート特性について研究したいと考えている。交付申請の時に比較して、ナノチューブ状の水クラスターの特性が明らかになってきた。生成した水ナノチューブクラスターはTHFばかりでなく、EtOH,MeOH,アセトン、ジオキサンなどとも同形の構造を作り、新規クラスレートハイドレートとして機能することを見いだした。今後、ガスなどの気体を水分子の速度的な性質を利用してトラップしていきたいと考えている。本研究を逐行する上での問題点は、温度-湿度を調節しながら、圧力をかけてガスを封入するような条件を実現する機器を作成することにある。メタンハイドレートなどの生成条件下で、このナノ細孔に安定化されたチューブ状の水クラスターの中にメタンを閉じ込めるようにしたい。しかし、現在の資金では不可能である。
膀胱癌に対する革新的アブレーション技術の確立と応用展開

膀胱癌の治療では、まず経尿道的膀胱腫瘍切除術が実施され、特に表在性膀胱癌の治療ではこれがスタンダート治療とされている。一方で筋層浸潤性膀胱癌については、経尿道的膀胱腫瘍切除術が実施された後、膀胱全摘術の適応と判定される症例が少なくない。本研究では「膀胱癌の治療において、アブレーション薬剤を癌病巣局所とその周辺に局所注入することにより表在癌と浸潤癌を根治治療することが可能なのか?」といった学術的「問い」を設定し、これを研究・解明することで、膀胱癌の治療における革新的医療技術の確立へとつなげる。
プリオン病感染因子の本体と複製分子機構の解明

(1)PrPLP/Dplによるプリオン病の病態修飾の可能性の検討:PrPとの相同性から、PrPLP/Dplの神経細胞における発現がプリオン病におけるPrPScの蓄積あるいは病態に影響を与える可能性があり、遺伝子改変マウスを用いて検討した。先ず、神経細胞でPrPLP/Dplを異所性に発現するマウス(Ngsk-Prnp0/+)にプリオン(Fukuoka-1株)を脳内に接種し、発症までの潜伏期、病理変化、PrPSc蓄積を解析し、PrPを同等レベルに発現するがPrPLP/Dplは発現しないマウス(Zrch-Prnp0/+)と比較検討した。両者の潜伏期の平均は各々282±23及び286±27日と有意差を認めず、病理学的にも同様の部位(大脳皮質と海馬)に同レベルの海綿状変性とグリオーシスが検出された。また蓄積したPrPSc量にも差はなく、糖鎖付加パターンも同様であった。即ち、PrPLP/Dplはプリオン病マウスモデルにおいては、その病態を正にも負にも修飾しないと結論された。(2)培養神経細胞プリオン感染モデルによるプリオン株の機序の解析:マウス脳で継代された生物学的個性(発症までの潜伏期、症状、病理変化)の異なる3プリオン株(Fukuoka-1,22L, Chandler)を2種の培養細胞株(1C11,GT1-7)に感染・増殖させ、培養細胞中でも株の個性が維持されるか否かを、ddyマウス脳に感染細胞抽出液を接種することにより検討した。その結果、潜伏期、症状、病理変化の全ての指標で株の個性は培養細胞中でも維持され、株の個性は宿主因子ではなく病原体に規定されることが明らかとなった。一方、電気泳動上の移動度や糖鎖付加パターンを指標とした蓄積PrPScの立体構造は宿主因子に大きく影響されることが示唆された。
アルカリ骨材反応による鉄筋コンクリ-ト構造物の劣化度判定方法に関する研究

コンクリ-ト構造物の劣化度判定を行う場合に最も大切な条件の一つは、建設された構造物がどのような経過で劣化し、寿命に到達するかを明らかにしておくことである。そこで、本研究ではアルカリ骨材反応による無筋コンクリ-トの膨張量予測に関するモデルの構築と、アルカリ骨材反応により鉄筋コンクリ-ト構造物がどのように膨張・劣化するかを明らかにすることを目的とした実験研究を実施した。無筋コンクリ-トの膨張量予測を行うために、骨材表面においてアルカリと1次化学反応を生じるものと考えた簡単なモデルを考察した。この考え方を用いると、アルカリ骨材反応は、時間、温度、アルカリ量、骨材寸法の関数となり、今までに発表されているデ-タ-と比較した結果、ほぼ妥当なモデルであることが明らかとなった。また、このモデルを用いて膨張量予測を行った結果、かなり正確に予測できることが明らかとなった。鉄筋コンクリ-ト梁の実験では、アルカリ骨材反応が生じると鉄筋による拘束でケミカルプレストレスを生じるが、鉄筋量を増大させても鉄筋による拘束効果の及ぶ範囲は非常に狭く、その拘束率も小さいことが明らかとなった。また、アルカリ骨材反応を生じたコンクリ-ト構造物のひび割れ分布調査は、膨張によるケミカルプレストレス量をよく代表しており、劣化度判定の一手法として有効に利用できることが明らかとなった。
低温耐性硝化細菌を用いた硝化処理操作因子の解明と処理システムの構築

NH4-N 40mg/L含有の下水(BOD除去済み、循環変法を想定)を低温耐性硝化担体で処理した結果、10°Cで処理水NH4-N 1.5 mg/L以下を得た。硝化速度0.250.30 kg-N/m3/dayを得、実下水で低温硝化が可能であることを確認できた。担体の菌叢を次世代アンプリコンシーケンス解析した結果,全リード数23,848のうち2%がNitrosomonadaceae科と少なく、低温硝化に関する特異的な菌叢は見出されなかった。さらに、実用化に向けて安価で軽量化可能な新規材料で活性汚泥を包括固定した。この担体を用い45°Cでの安定した処理が可能であることを検証した。窒素の廃水処理(硝化と脱窒による処理)においては硝化反応が律速し、特に15°C以下の低温では処理が困難である。平成23年度に研究を着手し、低温で硝化処理が可能な硝化菌群の集積培養に成功している。この集積培養担体(包括固定化担体)を用いて、春夏秋冬での水温変動下における処理性能を検証し、処理槽内温度1030°Cでの変動で、安定した処置が可能であることを確認した。さらに実下水を用いコンタミ系での硝化安定性、低温耐性菌の必要菌体濃度など実用化に必要な処理運転操作因子の解明を行った。NH4-N 3040mg/L含有の下水(BOD除去済み、循環変法での硝化槽を想定)を硝化処理(硝化槽1.1Lに低温耐性硝化担体を15%充填)した結果、処理水NH4-N 1.5 mg/L以下で安定した。硝酸型反応で推移し,硝化速度0.250.30 kg-N/m3/dayを得、実下水で低温硝化が可能であることを確認できた。さらに担体の菌叢解析を実施した。リアルタイムPCR解析の結果,硝化速度0.30 kg-N/m3/dayのとき,アンモニア酸化細菌(amoA)のコピー数は4.4×10*9コピー/g-担体,Nitrobacter属(norB)は1.6×10*8コピー/g-担体を得た。また次世代アンプリコンシーケンス解析の結果,全リード数23,848のうち2%がNitrosomonadaceae科と少なく、低温硝化細菌に関する特異的な菌叢は見出されなかった。このことは低温硝化細菌が既知の菌ではないことも考えられる。昨年度、実下水を用い低温硝化が可能であることを実証し、春夏秋冬(1030°Cでの変動)での水温変動下で安定した処置が可能であることを確認した。そこで今年度、さらに実用化に向け安価で流動性のよい包括固定化微生物担体(HOA固定化担体)を用いて低温硝化を検討した。固定化材料として新規材料であるヒドロキシルアクリレートを用い活性汚泥を固定化し3mm角型のHOA固定化担体を作製した。この担体を先年度の方法に準じて培養し、低温硝化細菌を集積培養した。このHOA固定化担体を用い45°CでNH4-N 3440mg/L含有合成無機廃水を滞留時間5.56.4hで処理した結果、処理水NH4-N1mg/L以下を得、硝化速度0.140.21 kg-N/m3/dayを得た。安価で軽量化の新規材料であるHOA固定化担体で低温硝化が可能であることを見出した。この担体は比重が1.01と軽量で、従来の担体の1/5の動力で撹拌でき省エネでの運転が可能である。さらに実用化には現場サイトでの大量造粒技術(HOA固定化担体の大量生産技術)の開発が必要であり、HOA固定化担体の製造方法を検討中である。並行して低温硝化細菌の浮遊菌での培養を試みたが活性を十分に発現できず、現状では活性を発現させるには固定化の操作が必要であると判断する。実用化に向け安価で流動性のよい包括固定化微生物担体(HOA固定化担体)を検討し、低温での処理特性を検証できたことは達成度が高いと判断する。昨年度までに、低温耐性硝化担体を用い実下水での低温硝化を検証し、春夏秋冬(1030°Cでの変動)での水温変動下で硝化性能の安定性を確認した。さらに実用化に向け安価で軽量化の新規材料(HOA:ヒドロキシルアクリレート)で包括固定したHOA固定化担体(3mm角形担体)で低温硝化が可能であることを見出した。HOAは電子材料に用いられる安価なポリマーである。今年度、実用化に向けHOA固定化担体の大量造粒技術(3mm球形担体の大量生産技術)を検討し、球形担体の簡易な製造方法を見出した。HOA材料と活性汚泥の懸濁液に成型助剤を混合し、滴下重合する方法である。製造した担体の硝化処理性能を検討した。常温で硝化速度0.120.32 kg-N/m3/dayを得、従来の担体の性能と同等の活性を得た。活性と物性の寿命評価の為に長期連続処理運転を行い、硝化処理の安定性を確認し活性と物性ともに実用化する上で問題がないことを確認した。

この担体は比重が1.01と軽量で、従来の担体の1/5の動力で撹拌流動でき省エネでの運転が可能である。一方、水産養殖業や水族館では低濃度アンモニアが魚類の成長阻害を及ぼし問題になっている。これらの業種での低温耐性硝化担体の活用を目的に、水質管理向けの低温硝化処理への応用展開を検討した。処理は高度処理のため硝化槽3段処理で運転した。その結果、アンモニア性窒素濃度0.81.6mg/Lを、滞留時間46h、5°Cで0.1mg/L以下に処理できた。低温下での低濃度アンモニア処理にも活用できることを見出した。今後、現場サイトでの担体造粒設備の試作と排水処理運転の検証を行う予定である。NH4-N 40mg/L含有の下水(BOD除去済み、循環変法を想定)を低温耐性硝化担体で処理した結果、10°Cで処理水NH4-N 1.5 mg/L以下を得た。硝化速度0.250.30 kg-N/m3/dayを得、実下水で低温硝化が可能であることを確認できた。担体の菌叢を次世代アンプリコンシーケンス解析した結果,全リード数23,848のうち2%がNitrosomonadaceae科と少なく、低温硝化に関する特異的な菌叢は見出されなかった。さらに、実用化に向けて安価で軽量化可能な新規材料で活性汚泥を包括固定した。この担体を用い45°Cでの安定した処理が可能であることを検証した。春夏秋冬での水温変動下における処理性能を検証でき、さらに実下水を用いた低温耐性を実証できたことは達成度が高いと判断する。平成27年度に検討したHOA固定化担体について、平成28年度にさらに低温硝化の安定性、低温活性のモニタリング方法を検討し、システムの提案を行う。また実用化にはHOA固定化担体の大量製造方法の開発が必要であり、製造方法を検討し年度末に担体生産量110m3/dayの製造設備の仕様をまとめる予定である。環境技術・環境材料平成26年度の次世代アンプリコンシーケンス解析から既知の菌ではなさそうであるが、これまで分離した高濃度アンモニア耐性のアンモニア酸化細菌について低温耐性の有無を確認する。またこれまで包括固定化法での検討を行ってきたが生物膜法での低温耐性菌の集積を行い、低温耐性を評価する。さらに実廃水を用いた低温耐性菌の集積培養を検討し、平成28年度には実用化が可能な最適システムを提案する。新聞、雑誌に2件紹介記事を掲載した。(1)日経産業新聞「下水処理、利用する細菌固定」(2015、11月19日)(2)日経ビジネス(2015年12月28日・2016年1月4日合併号)
多環状グアニジン系天然物の全合成とタンパク質間複合体化制御機構の解析

多環状グアニジンアルカロイドBatzelladine AEは、HIV表層に存在する糖タンパク質gp-120とT細胞上に存在するタンパク質CD4細胞外領域との結合を阻害する。一方Batzelladine FIは、CD4の細胞内領域に恒常的に結合しているチロシンキナーゼp56^<lck>の解離を促進する。Batzelladine類の標的タンパク質と結合部位を明らかにし、活性発現メカニズムを明らかにすることを目的として研究を行った。これまでに、Batzelladine類に共通の環状グアニジン骨格を立体選択的に構築する手法を確立し、Batzelladine A及びBatzelladine Dの全合成を達成している。そこで本年度はこれらの標的タンパク質の同定を目的に、ジアジリンおよびビオチン官能基を有するBatzelladine D誘導体プローブ化合物を合成した。合成したプローブ化合物、gp-120およびCD4を用いた結合解析実験により、プローブ化合物の標的タンパク質が"CD4"であることが明らかになった。さらに、プローブ化合物とCD4とのWesternBlottingにより得られるバンドを用いて、CD4上のリガンド結合サイトの解析を行った。即ち、観測されたバンドをトリプシン消化酵素を用いて処理し、得られるペプチドをタンデム型質量分析測定装置にて解析を行った。得られた結果を、CD4を単独で同様の処理を行い得た内部配列データと比較したところ、4種の内部配列が検出されたことがわかった。今後、これらの配列を解析し、結合サイトの同定を行う。
湿式再処理工程におけるネプツニウムの酸化還元挙動

ピュレックス主分離工程におけるNpの分配挙動を、硝酸-亜硝酸との酸化還元反応の平衡・速度およびNp(VI)の有機相への分配を硝酸36M、亜硝酸10^<-4>10^<12>Mにおいて調べ、硝酸濃度の変化による反応化学種の活量係数の変化、硝酸および亜硝酸の有機相への分配を考慮することにより解明した。(1)硝酸-亜硝酸およびNOx間の酸化還元反応平衡を溶液の酸化還元電位を測定して調べ、平衡は関与する化学種の活量を用いて次の式で定量的に記述できることを明らかにした。E/V=0.951+0.0581・log({HNO_3}^2)/({HNO_2}^<1/2>{H_2O}^<1/2>)またこの平衡の成立速度がNpの酸化還元に比べて十分に速いことを可視紫外吸収スペクトル測定により確認した。(2)Npの抽出平衡分配比を硝酸-亜硝酸濃度の関数として調べ、水相中の比[Np(VI)]/[Np(V)]=Rが水相中の硝酸-亜硝酸による酸化還元電位Eにより決まり、このうちNp(VI)のみが有機相に分配するとして説明できることを明らかにした。E=E^*+0.0591・logR但し[HNO_3]/M=3,4,6においてE^*/V=1.122,1.117,1.114(3)Npの抽出速度を、有機相としてTBP-ドデカンおよびTOPO-ドデカンの2種類を用いて硝酸-亜硝酸濃度の関数として調べ、抽出速度は水相中のNpの5価から6価への酸化反応によって律速されており、反応速度はK=5.44・{HNO_3}^<1.02>{HNO_2}^<0.56>と表されることを明らかにした。本研究では、湿式再処理(ピュレックス)工程の共除染ステップにおけるNpの複雑な挙動を解明するために、Npの硝酸、亜硝酸、NOxによる酸化還元の速度と平衡を調べることを目的としているが、本年度はその平衡に関する検討を行い、次の知見を得た。(1) ^<239>Npを用い、Np(IV)(V)(VI)のPurex溶媒(TBPードデカン)への平衡分配比を硝酸濃度、TBP濃度の関数として測定した。(2)5価として調製されたNpが種々の濃度の硝酸ー亜硝酸共存下でピュレックス溶媒に抽出される際の平衡と速度についてその概要を示すデ-タを得た。(3)ピュレックス溶媒に対する硝酸、亜硝酸の分配を測定すると共に水相、有機相における亜硝酸関連化学種の紫外吸収スペクトルを得、亜硝酸とNOおよびNO_2は非常に速く達成される平衡状態に在ることを確認した。(4)種々の硝酸ー亜硝酸濃度での水溶液の酸化還元電位を測定し、各硝酸濃度に対する化学種の活量係数の変化を考慮することにより、硝酸、亜硝酸の活量と酸化還元電位との関係を得た。(5)これらの結果を解析して、硝酸、亜硝酸共存下でのNpの分配平衡は、硝酸ー亜硝酸により達成される酸化還元電位に支配されてNpの酸化状態の分布が決まり、その分布でのNp(VI)(V)が異なる分配比で有機相に分配することにより制御されているとの結論を得た。

本研究では、ピュレックス工程の共除染ステップにおけるNpの複雑な挙動を解明するために、Npの硝酸、亜硝酸、NOxによる酸化還元の平衡と速度を調べることを目的としている。前年度はその平衡に関する検討を行い、Npの分配平衡は硝酸ー亜硝酸による酸化還元平衡に支配されており、各化学種の活量を考慮することにより定量的に記述できることを確認した。本年度はその速度に関する検討を行い、次の知見を得た。(1)硝酸、亜硝酸、NOx間の平衡成立速度を確認するため、有機相との混合前後の水相の可視紫外吸収スペクトルを測定し、そのプロファイルに差がないことから、これらの間の平衡成立は非常に速く成立していることを確認した。(2)有機相としてTBPードデカン、TOPOードデカンの2種類を用い、Npの抽出に関する速度プロファイルを得た。各有機相に対するNp(VI)(V)および亜硝酸の分配を考慮して解析した結果、Npの抽出速度の硝酸、亜硝酸の活量に対する依存性は実験誤差内で一致した。これより本抽出系の律速段階は水相中の反応であるとの結論を得た。(3)上記解析の結果、硝酸36M、亜硝酸10^<-4>10^<-2>MにおけるNpの抽出速度の硝酸、亜硝酸活量に対する依存次数はそれぞれ約0.9および約0.6となった。しかしながら、検討し得る硝酸濃度範囲が狭いこと、依存次数が明確な整数(またはその比)とならないことなどから、速度機構の解析にはさらに詳しい検討が必要との結果を得た。
ヒトの寒冷適応能の全身的協関に見られる多様性と運動習慣による相乗効果

ヒト成人の褐色脂肪組織(BAT)の活性が再検証されて以来,非震え代謝亢進に注目した研究が盛んに行われている.一方で,BATの限局性を考慮すると,骨格筋の代謝貢献,非震え代謝と震え代謝の相互補償作用や皮膚血管収縮による放熱抑制との全身的協関によって深部体温の恒常性を維持していると考えられる.本研究では,BAT陽性者と陰性者の混在する日本人集団を対象に,体温調節機能の寒冷適応現象に見られる多様性を全身的協関の観点から検証する.さらに,寒冷環境および運動習慣が体温調節機能の適応に及ぼす相乗効果について検証する.ヒト成人の褐色脂肪組織(BAT)の活性が再検証されて以来,非震え代謝亢進に注目した研究が盛んに行われている.一方で,BATの限局性を考慮すると,骨格筋の代謝貢献,非震え代謝と震え代謝の相互補償作用や皮膚血管収縮による放熱抑制との全身的協関によって深部体温の恒常性を維持していると考えられる.本研究では,BAT陽性者と陰性者の混在する日本人集団を対象に,体温調節機能の寒冷適応現象に見られる多様性を全身的協関の観点から検証する.さらに,寒冷環境および運動習慣が体温調節機能の適応に及ぼす相乗効果について検証する.
中学校理科の物理領域及び物理基礎，物理における学習指導要領に関する研究

本研究では,中学校学習指導要領理科のエネルギーを柱とした領域,高等学校学習指導要領理科の物理基礎,物理の内容構成の検討を行う。中学校理科では,3年間を通じて科学的に探究するために必要な資質・能力を育成するための力学分野、電気分野の内容の精査などに関する検証を行う。物理基礎,物理では内容の精査に加え,科目間の統合や他科目との融合など新たな提案を行う。また,中学校学習指導要領解説理科編及び高等学校学習指導要領解説理科編に記載された学習事例について、探究の過程を踏まえた学習プログラムであるかどうかを検証したり,ICTの導入を検討する。さらに,個人の進度や能力に応じた学習プログラムの開発を行う。
鳥類における産卵制御機構の内分泌学的研究一分子生物学の視点から

平成2年度に得られた成果をさらに発展させるべく、各自、計画に沿って、本年度も実験を進めた。本年度の研究成果は次のとおりである。1.カワウの繁殖生について考察し、光周性に乏しいと推察した(佐藤、島田)。2.ガチョウの卵胞の急速成長について検討した。(泉)。3.ニワトリの血漿メラトニンリズムは、網膜と松果体、両者の光受容により決まるが、成長後は松果体のみに支配される(田名部)。4.AVTによる子宮収縮により、卵は体外への放出される。その際、プロスタグランジンは、AVT放出のトリガ-として働く(今井)。5.卵管子宮部の下垂体後葉ホルモンリセプタ-の性質と動態を調べ、細胞膜画分にAVTと特異的に結合するリセプタ-の存在を証明した。放卵時に結合量が著しく増加する(田中克)。6.卵胞壁から顆粒膜細胞を分離し培養条件を開発設定した。さらに、培養細胞から培地へのプロゲステロンの放出を調べ、培養48時間までLHに対する反応性を有することを明らかにした(森)。7.卵胞膜細胞の17αヒドロキシラ-ゼに関するmRNAの活性を測定し、F_2卵胞がF_1の位置を占めると急激にmRNAの活性が低下することを認めた(島田)。8.ウズラの繁殖年周期について検討し、秋期における卵巣の活動停止は、日長時間の短縮よりも気温の低下に基づく甲状腺ホルモン、特にT_3の分泌によると推論した(和田)。以上の結果、並びに前年度の成果と合わせて、2月1日に研究集会を名古屋大学農学部にて開催し、意見の交換と今後進むべき方向について討論した。(泉)。各自当初に計画した線にそって実験を進めた。本年度の研究経過は次のとおりである。I.佐藤は、1986ー1990年の資料を整理し、カワウの繁殖期と繁殖性について考察した。島田は、ブンチョウの繁殖が秋から冬の短日型であることを血中性ステロイドの変動から明確にした。II.泉は、ガチョウの産卵・就巣・休産・換羽と血中の性ステロイドとプロラクチンを関連づけて調べた。また、ガチョウは卵殻の形成に2日を要することをX線撮影により証明した。田中(耕)は、in vitroの条件下で、プロスタグランジンが排卵を誘起することを示唆した。今井は、放卵にも、プロスタグランジンと卵胞ステロイドが関与するとした。田中(克)は、卵管子宮部のバソトシンレセプタ-の性質を調べ、最大結合部位数を求めた。森は、顆粒膜細胞の長期培養の条件を確立した。III.今井は、クラッチの継続性は卵巣自身が決めると考えた。和田は、ウズラの繁殖の年周期について検討し、産卵の停止には温度が関与し、温度低下に伴う甲状腺ホルモン(T_3)の上昇による結果としている。島田は、就巣期におけるプロラクチンmRNAの動態を明らかにした。田名部は、メラトニン血中ステロイドの日周リズムを検討した。以上について、班員は鳥類内分泌シンポジウム(10月20ー21日、広島大学)において進行状況を説明し、意見を交換した。1.カワウの繁殖性について考察し、光周性に乏しいと推察した(佐藤、島田)。2.ガチョウの卵胞の急速成長について検討した(泉)。4.AVTによる子宮収縮により、卵は体外へ放出される。

その際、プロスタグランジンは、AVT放出のトリガ-として働く(今井)。5.卵管子宮部の下垂体後葉ホルモンリセプタ-の性質と動態を調べ、細胞膜画分にAVTと特異的に結合するリセプタ-の存在を証明した。放卵時に結合量が著しく増加する(田中克)。6.卵胞壁から顆粒膜細胞を分離し培養条件を開発設定した。さらに、培養細胞から培地へのプロゲステロンの放出を調べ、培養48時間までLHに対する反応性を有することを明らかにした(森)。7.卵胞膜細胞の17αヒドロキシラ-ゼに関するmRNAの活性を測定し、F_2卵胞がF_1の位置を占めると急激にmRNAの活性が低下することを認めた(島田)。8.ウズラの繁殖年周期について検討し、秋期における卵巣の活動停止は、日長時間の短縮よりも気温の低下に基づく甲状腺ホルモン、特にT_3の分泌によると推論した(和田)。以上の結果、並びに前年度の成果と合わせて、2月1日に研究集会を名古屋大学農学部にて開催し、意見の交換と今後進むべき方向について討論した。
コンピュータウィルスの確率論的モデル化とその能動的撃退手法の性能評価の研究

本年度は、特に、メール添付によって増殖するメール型ウィルスを数理的にモデル化し、その有効な防御法を提案した。メール型コンピュータウィルスは、ユーザが保持するメールアドレスのデータを使用し、その感染ノードを探す。ノード間に相互のメールアドレスが保持されている場合にノード間にリンクが存在とするモデル化することにより、メールネットワークを考えることができる。過去の研究で、メールネットワークがいわゆるリンク先がランダムに選択されるのではなく、なんらかの選択的な機構によって生成されるスケールフリーネットワークとなることが実証されてきている。通常、これらのメールネットワークは大学内など限定されたユーザーのメールデータを収集することによって行われてきた。しかし、これらの特性は、コンピュータウィルスが拡散するインターネット上のネールネットワークの構造を表しているかは、必ずしも明らかでない。この研究では、偽装されたアドレスデータの場合でも収集可能な、コンピュータウィルスの到着間隔データを使い、実際のインターネット上でのスケールフリーネットワークの構造を明らかにし、ウィルスの効果的な防御法を理論解析およびシミュレーションを用いて明らかにした。特に、スケールフリーネットワークに特有なハブノードにおいて防御を強化することにより、コンピュータウィルスの感染爆発を有意に遅らせることができる可能性を示した。また、コンピュータウィルスのデータを使うことで、メールアドレスネットワークの社会構造を観測、モデル化できる可能性を示した。これらの結果を国際会議や国内の研究会などで発表した。近年コンピュータウィルスは、インターネット社会で、大きな社会問題となってきている。商用のアンチウィルスを使った解決法が現在用いられているが、その効果的な使用についての定量的な研究は、なされていない。そこで、本研究ではコンピュータウィルスの繁殖の様子を観察し、確率モデルや微分方程式系などを使い数学的にモデル化し、その効率的な撃退方法を検討した。特に以下のような成果が得られた。1.ゲートウェー型とクライアント型のアンチウィルスの比較コンピュータウィルスの繁殖と防御の様子を出生死滅過程にモデル化することにより、ゲートウェーでのアンチウィルスとクライアントでのアンチウィルスの効果を評価した。また、流体型でモデル化した場合と比較を行い、確率的なふるまいの評価が重要であることを示した。2.能動型のアンチウィルスの性能評価Blasterのように、拡散能力の高いウィルスを実際にネットワーク上で観察することによって、その感染の仕方をモデル化し、最悪のウィルスがどの程度の早さで拡散できるかを評価した。また、能動型のアンチウィルスの一種であるNachiの拡散の様子を観察することにより、Blasterへの防御効果とNachiの拡散をモデル化し、最適なNachiの設計を検討した。3.大学のゲートウェーでの実際のウィルス活動をモニターし、個々のウィルスが確定的な振る舞いをしている場合にも、そのネットワーク上での拡散の様子がPoisson Processで近似できることを確認した。1.Mail型ウィルスおよびPort Scan型ウィルスの侵入過程の確率モデル現在、ネットワーク上で拡散するウィルするには、NetskyやMydoomなどのメールに添付されたファイルによって拡散するメール型および直接TCPのポートに接続を試み、security holeがある場合に侵入するPort Scan型ウィルスの2種類がある。この二つの種類のウィルスについて、ネットワークへの侵入の様子をインターネット上で実際に観察し、外部からの侵入の様子が指数分布に従うということを確認した。2.仮想距離によるウィルス発信源の探査法の提案発信源が偽装されているウィルスに対して、パケットの到着間隔を測定することにより、感染源ウィルスの位置を推定する方法を提案した。Blasterのように、拡散能力の高いウィルスに対して、ウィルスによるパケットの到着が観測された場合に、発信源からの通信を遮断するIP black listの有効性をbirth and death modelを使ったコンピュータシミュレーションにより検証した。
古墳分布南端域における出現期古墳の実証的研究

古墳分布南端域における古墳の出現過程の解明を目指した本研究では、(1)宮崎市檍1号墳、(2)西都市西都原81号墳の2基の前方後円墳の発掘調査を実施した。調査内容とその成果は次のとおりである。(1)宮崎市檍1号墳は調査の結果、墳長52m、後円部直径3538m、同高4.5m、前方部長約17m、同高1.72m、前方部前面幅約20mの規模が確定し、規格性の低い墳形が想定された。後円部から確認された埋葬施設は国内最大級の木槨と判明した。木槨は長方形のプランで、長さ6.87.2m、幅4.04.2m、高さは約1.5m程度と推測される。木槨内には短小型の刳抜式木棺の埋置を確認した。また前方部平坦面から長さ17mにわたる開削墓道の一部を検出した。檍1号墳の築造時期は後円部墳頂から出土した土器から4世紀前葉と推測される。(2)西都原81号墳は調査の結果、墳長53.7m、後円部経37.5m、同高3.76.9m、方部長20m、同高1.21.6m、前方部前面幅約20mの規模と、奈良県纒向石塚とほぼ等しい比率をもつ墳形を確認した。墳丘は後円部のみ2段築成、鍵穴形平面形の周堀は前方部隅角で収束する形態と判明した。後円部背面側に接続する突出部は、後円部墳丘下段と同時に形成され、上部平坦面外周に石組みが全周することが確認された。また突出部上面、くびれ部、後円部上段墳丘斜面から4基の小型陪葬遺構を確認した。本墳の築造時期は3世紀後葉と推測される。以上の調査により、(1)南九州における前方後円墳の出現が3世紀にさかのぼること、(2)前方後円墳の墳形と墳丘構築法の多様性、(3)埋葬施設の独自性と多様性(木槨・短小型刳抜式木棺)が明確となった。なかでも檍1号墳の木槨構造と西都原81号墳の調査成果は、畿内中枢部の前方後円墳形成過程と、前方後円墳の列島的規模の拡散研究に寄与するものである。本年度は、宮崎市吉村町に所在する檍1号墳(墳長約52mの前方後円墳)の第5次調査を行い、後円部の木槨および木槨に接続する墓道のほぼ全容を明らかにした。(1)木槨の規模と構造木槨は後円部中央から背面側に偏し、墳丘主軸に直交する。木槨は天井材・壁材の腐植のため完全に崩落していた。