hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生物地理学的分断の概念を導入した海水湖産生物の分子系統解析と進化予測

今年度はパラオ共和国の島嶼に分布する海水湖に焦点を絞り、5月に現地に赴き研究対象の海水湖産および湖外産の動植物の採集、調査、実験を実施した。海水湖産の動植物と最も近縁(同種、種内分類群ないしは同属種)な湖外生物との形態的、生態的、遺伝的な変異を詳細に追求する事によって海水湖内生物の固有進化の可能性を探求した。同時に湖内堆積物、湖形成以前の動植物遺骸物による海水湖形成年代を微化石分析および放射性同位元素分析を用いて行った。今年度が最終年度となる本プロジェクトにおいて当初の目的であった海水湖産生物の固有進化のメカニズムを解明とそれらの進化速度の推定および進化予測を試行はいずれも結論には達しなかったが、以下のような知見を得た。(1)アクセスできた海水湖(19カ所)は陸水学的に2タイプ:半循環型と全循環型に識別でき、(2)貧弱ではあるが大型海藻フロラが存在し、前者には多核管状緑藻類が、後者には紅藻、褐藻が優占種なり、(3)湖内種は共通して外部形態的には大型化・脆弱化する傾向があるが、内部構造の種の特徴は保持し、(4)同一湖内集団間に遺伝的変異は1例をのぞいて無く、(5)湖の間あるいは湖外の集団間には僅かであるが遺伝的多型が認められ、(6)それらの結果を総合して分析すると湖内集団には固有進化の形跡はなく、創始者効果あるいは海藻独特のビン首効果が働いていることが予想された。クラゲやイガイ、魚類についても同様の調査、分析を実施したが、種分化あるいはその極めて初期の段階と予測される遺伝的変異を捉えたが結論を導くまで十分ではなかった。海水湖の湖底堆積物に含まれる微化石分析と遺骸物の放射性同位元素分析による、海水湖の成立年代測定は、サンプル収集が困難であることが判明し、計画を中止した。従って、これまでの情報に従い、海水湖の成立は約1万年前、すなわち最終氷期終了後とする説を採用して議論することにした。現時点での結論として、海水湖形成による地理的・生殖的隔離時間(約1万年)はそこに生育する生物にとって固有進化が生じるには短すぎるか、生じたであろう進化を測定しうる方法がないということと、海水湖産生物の著しい外部形態変異はほとんど遺伝的な変異を伴っていないといえる。同一湖集団の遺伝的組成が湖外集団と比べて均一なことは創始者効果あるいは何らかのビン首効果が集団内に影響したと指摘できる。パラオ諸島および小笠原母島に点在する海水湖の海産動植物の固有進化と海水湖形成年代測定のための堆積微化石の解析を目的として採集調査;1)平成13年8月、小笠原母島(原・ジョルダン)2)平成13年11月パラオ共和国(原・半澤・ジョルダン・ドウソン:海外共同研究者)を行った。母島の海水湖はアクセスが難しく調査地としての適正にかけることが判明した。

パラオの海水湖に関しては予備調査したJellyfish Lake, Milky Way Lake, Ngerutabel Island Lake(1)の3湖に加え、Babiomekang Island LakeとNgerutabel Island Lake(2)の都合5湖を対象として調査した。原・菱沼は湖内外の海産大型藻類フロラおよび湖内優占種とその姉妹種の遺伝的差異を調査した。半澤は5湖のクラゲ類の採集を行い、各湖特有の形態を持つタコクラゲの標品を収集すると同時に、Jellyfish Lakeのミズクラゲが外海とは形態的にあまり分化していないにもかかわらず、遺伝的に大きく分化していることとその集団は遺伝的差異が皆無で、強いビン首効果を受けた可能性のあることが示唆された。ジョルダンはJellyfish Lake湖底堆積物に含まれる珪藻化石群集の種組成を調査し、種多様性は低いが底棲珪藻の量が多いとの結果を得た。以上の調査を始める前に海水湖の海産動植物とそれらの生態学的知見を得るため、Dawson氏(オーストラリア、NSW大学)とLobban氏(USA、Guam大学)を招き、東大海洋研のプロジェクト「海洋生命系のダイナミクス」と共同の発表会に招待した。そこで原・半澤も本研究関連の成果の一部について講演した。また、同年12月の共同シンポジウムでも原・半澤は「パラオ海水湖における海産大型藻類の固有進化」について発表した。この内容は月刊海洋に掲載される。半澤は本年度の研究成果を第3回日本進化学会で「パラオ共和国の海水湖に隔離されているミズクラゲの高度な遺伝的分化」を公表した。今年度1回(9月)のパラオ調査を含めて、これまで6回の調査で19ヶ所の海水湖の海藻を中心とする海産生物とそれぞれの湖の年代測定のための湖底堆積物の採集を行い、その成果を中間纏めとして本研究の自己点検を行った。その結果、海水湖は1)その環境的特徴から2タイプ(底層に堆積物腐敗による無酸素層が存在するMuddy typeと存在しないRocky type)に分けられ、2)それぞれのタイプ毎に共通する海藻フロラが見られ、3)特に優占的に生育する海藻の種類の共通性は高いことが判明した。そのうち、4)海藻の種類数が最も多い(14種類)湖は大きなトンネルで外海とつながり、しかも海藻はパラオ近海に普遍的に生育するものがほとんどで、地理的隔離が解けたものと考えられる。5)したがって、この湖以外ではたとえ海水の出入りがあったとしても、何らかの隔離は存在していると考えられる。6)海藻以外の海産生物にこのような明らかの対応関係は見つかっていない。一方、海水湖内の生物の固有進化を探る研究においては分類群ごとに好適な遺伝子ないしはDNA領域を選んで、湖内外での遺伝的変異の調査を進めた。いずれの生物群においても、7)明らかな湖内種の固有の遺伝的変異は見つからず、ほとんどの場合、湖外で変異を起こした後、湖内に分布を広げたと考えるのが妥当な例であった。8)その中でも、特筆すべき点はいずれの生物にも湖内では全く変異が見つからないことである。9)湖内生物の移入時に何らかの選択圧があったか、あるいはその後に何らかのビン首効果で、遺伝的均一性が保たれいると思われる。固有進化の有無に関係なく、この研究では海水湖の成因と成立年代の特定が必須の基礎情報となるので、次年度ので補完する。これまでは湖底堆積物からの年代測定を唯一の手がかりとしてきたが、湖底に残された樹木の遺骸を採取し、C^<14>法の導入を考える。今年度はパラオ共和国の島嶼に分布する海水湖に焦点を絞り、5月に現地に赴き研究対象の海水湖産および湖外産の動植物の採集、調査、実験を実施した。
不揮発性メモリの特徴を生かした高速プログラム実行制御法の研究開発

本研究の目的「揮発性メモリと不揮発性メモリが共存するメモリ構成、およびメモリとはアクセス単位が異なる外部記憶装置からなるシステム構成において、不揮発性メモリの特徴を生かし、実行プログラムの性質を考慮した高速なプログラム実行制御法を確立する」に向け、平成30年度は、以下の実績を得た。(A)実行プログラムの新ファイル形式の考案:実行プログラムの性質(テキスト部は読み込みのみ、データ部は読み書き)を考慮したファイル形式として、格納する不揮発性メモリと外部記憶装置(DKおよびSSD)のアクセス単位とアクセス性能の特徴を生かす形式であるだけではなく、上位互換性がある形式(新形式と既存形式両方とも記述できる)であり、さらに、不揮発性メモリの搭載量に依存しないことも考慮した設計を行い、新たな実行プログラム形式としてOFF2F(Object File Format consisting of 2 Files)を提案した。(B)OFF2Fの有効性評価:OFF2Fプログラム実行時の効果の定式化と分析を行い、仮想記憶機構の根幹を成すページ例外処理、およびFreebsdオペレーティングシステムの初期化処理における有効性を明らかにした。(C)実現評価環境の構築:不揮発性メモリの研究が進んでいるものの、まだ実用計算機としては登場していない。このため、先ず既存計算機を用いて不揮発性メモリを搭載した計算機環境のシミュレート環境の設計を行い、構築に着手した。これらにより、順調に計画を進めている。当初の計画は、「平成30年度は、実行プログラムの新ファイル形式の考案、およびプログラム実行時の効果の定式化と分析を行い、有効性を明らかにする。平成31年度以降は、先ず、既存計算機を用いて不揮発性メモリを搭載した計算機環境のシミュレート環境を構築し、・・・」である。しかし、今回、平成30年度の計画内容に加え、平成31年度の計画の一部(既存計算機を用いて不揮発性メモリを搭載した計算機環境のシミュレート環境を構築)に着手することができた。このため、当初の計画以上に進展していると判断する。現在までの進捗は「当初の計画以上に進展している」と判断できる。しかし、現在の計画では、不揮発性メモリを搭載した実用計算機の登場を平成31年度と予想しているが、若干遅れそうである。このため、既存計算機を用いて構築した不揮発性メモリを搭載した計算機環境を用いて、シミュレートをしっかり行い、不揮発性メモリを搭載した実用計算機を利用した方式の実装と評価の効率化を図ることとする。
陽極酸化ポーラスアルミナの周期特性制御及びフォトニック結晶への応用

陽極酸化ポーラスアルミナが有するナノ細孔の規則配列を利用したフォトニック結晶の作製,及び光学デバイスへの応用を目的とした.本年度は,これまでの検討をもとに作製した金属ナノ微粒子の3次元規則配列構造体のセンシングデバイスへの応用について検討を行った.その結果,作製した構造体は表面増強ラマン散乱(SERS)基板として利用可能であることが確認された.そして,微粒子の配列を適切に制御することでSERS信号強度が最適化されることも確認された.また,3次元フォトニック結晶を簡便に大面積で作製する手法に関する検討も行った.フォトニック結晶とはナノ構造体が光波長程度で規則配列した構造体であり,任意波長の電磁波の伝播を自在に制御可能なデバイスの構成要素の一つとして期待されている.またその作製手法や応用例などに関する研究は活発に行われている.特に可視光を対象としたフォトニック結晶は,可視光の視認性の良さから期待される応用分野は広い.しかしながら,ナノ構造体を精密に3次元規則配列させることは技術的に困難である.このため,簡便に大面積で3次元フォトニック結晶を作製する技術の確立が社会に与える影響は大きいものと考えられる.本検討におけるフォトニック結晶の作製には,前年度までに開発した金属ナノ微粒子を3次元的に規則配列させる手法を適用した.ナノ微粒子が金属の場合は可視光の吸収が大きくなるため,金属酸化物ナノ微粒子の3次元規則配列の形成を試みた,検討の結果,電析により形成されたスズナノ微粒子を熱酸化させることで酸化スズナノ微粒子とし,微粒子が数百ナノメートル間隔で3次元的に規則配列した構造体を得た.酸化スズは可視光に対して透明であることから,本手法で作製された構造体は可視光に対して吸収の少ないフォトニック結晶として活用できると考えられる.Alを適切条件下において陽極酸化することで得られる直径数十nm数百nmのナノ細孔規則配列を利用したプラズモニックデバイスや機能的フォトニックデバイスの作製手法について検討を行った.ナノメートルオーダーで近接したAuナノ構造は、非線形光学効果や局在プラズモン由来の高強度電場ナノ空間を形成できることが報告されている.本研究では,ナノギャップで絶縁されたAuナノ微粒子規則配列構造の簡便な作製手法について検討した.その結果,陽極酸化法とめっき技術を応用したAuナノ微粒子垂直配列構造の作製手法の開発に成功した.本作製手法により,2個のAuナノ微粒子を数十ナノメートル間隔で垂直配列させることが可能である.今後は3次非線形光学効果を利用した光スイッチやプラズモン屈折率センサーへの応用を検討する.陽極酸化ポーラスアルミナを利用した面発光レーザーの作製手法について検討を行った.計算から,2次のブラッグ条件を満たす電磁波を1次の回折光としてポーラスアルミナに対し垂直な方向へ取り出せることが予測された.また周期的な細孔配列は,ある波長の電磁場に対し2次元DFBレーザー共振器として働くことから,2次元DFB面発光レーザーを作製できると考えた.まず2次元DFBレーザー共振器の作製を行った.Alの陽極酸化条件を最適化することで細孔配列(三角格子)の制御された2次元フォトニック結晶(2D-PhC)を作製した.レーザー媒質として細孔内部にレーザー色素を混合した樹脂(PMMA)を充填した.今後は作製した2次元DFBレーザー共振器をパルスレーザーで励起するなどしてレーザー発振特性の評価を行う.またレーザー発振の低閾値化についても検討を行う.平成17年度に引き続き,Alを陽極酸化することで得られるポーラスアルミナと金属ナノ微粒子で構成されたコンポジット構造の幾何構造制御,及び,そのプラズモニックデバイスへの応用について検討を行った,また,Alエッチド箔を陽極酸化するとマイクロメートルオーダーの細孔とナノメートルオーダーの細孔の複合構造体が得られることから,新規的な幾何構造による光機能性の発現を目的とし,Alエッチド箔を陽極酸化することによる光透過性の高い多孔質体の作製手法についても検討を行った.平成17年度では,Alを陽極酸化することで得られるポーラスアルミナのナノ細孔中にAuナノ微粒子を3次元的に規則配列させる手法について検討を行った.その成果はElectrochemical and Solid-State Lettersにおいて報告した.ナノメートルオーダーまで近接した金属ナノ微粒子間には,入射電場と比較して十分に増強された電場が形成されることが知られている.3次元的にナノメートルオーダーで絶縁されたAuナノ微粒子配列構造には2次元配列構造にくらべ高い電場増強効果が期待できることから,本年度では作製した構造体のプラズモニックデバイスへの応用の一つとして,表面増強ラマン散乱(SERS)への適用を検討した.その結果,Auナノ微粒子の3次元配列構造体に形成された電場の増強効果に基づくSERS信号強度の増強が観察された.今後は,郡速度の遅い"スローライト"をポーラスアルミナのフォトニックバンド構造を制御することで作り出し,金属ナノ微粒子間における光-物質強相互作用空間の形成について検討を進める.また,可視光に対し透明である物質とポーラスアルミナとのコンポジット構造を作製するなどして,簡便に大面積3次元フォトニック結晶を得る手法についても検討を行う予定である.Alエッチド箔は膜面に垂直に配向した直孔(エッチド孔)を有することから電解コンデンサ用電極箔以外にも種々の応用が期待されている.本研究では,Alエッチド箔の陽極酸化による光透過性の多孔性媒質の作製について検討を行った.

その結果,Alエッチド箔を適切な条件下において陽極酸化することで光透過性の高い多孔性媒質を得ることができた.この構造体は数マイクロメートル直径のエッチド孔の壁面に対し数ナノメートル直径のナノ細孔が垂直に配向した構造であることから,作製された構造体の表面積は陽極酸化前と比較して非常に広い.また透明媒質体でもあるため,二酸化チタンとのコンポジット化などにより高効率な光触媒の作製が期待できる.また,金属ナノ微粒子とコンポジット化することでプラズモニックデバイスへの応用も期待できる.陽極酸化ポーラスアルミナが有するナノ細孔の規則配列を利用したフォトニック結晶の作製,及び光学デバイスへの応用を目的とした.本年度は,これまでの検討をもとに作製した金属ナノ微粒子の3次元規則配列構造体のセンシングデバイスへの応用について検討を行った.その結果,作製した構造体は表面増強ラマン散乱(SERS)基板として利用可能であることが確認された.そして,微粒子の配列を適切に制御することでSERS信号強度が最適化されることも確認された.また,3次元フォトニック結晶を簡便に大面積で作製する手法に関する検討も行った.フォトニック結晶とはナノ構造体が光波長程度で規則配列した構造体であり,任意波長の電磁波の伝播を自在に制御可能なデバイスの構成要素の一つとして期待されている.またその作製手法や応用例などに関する研究は活発に行われている.特に可視光を対象としたフォトニック結晶は,可視光の視認性の良さから期待される応用分野は広い.しかしながら,ナノ構造体を精密に3次元規則配列させることは技術的に困難である.このため,簡便に大面積で3次元フォトニック結晶を作製する技術の確立が社会に与える影響は大きいものと考えられる.本検討におけるフォトニック結晶の作製には,前年度までに開発した金属ナノ微粒子を3次元的に規則配列させる手法を適用した.ナノ微粒子が金属の場合は可視光の吸収が大きくなるため,金属酸化物ナノ微粒子の3次元規則配列の形成を試みた,検討の結果,電析により形成されたスズナノ微粒子を熱酸化させることで酸化スズナノ微粒子とし,微粒子が数百ナノメートル間隔で3次元的に規則配列した構造体を得た.酸化スズは可視光に対して透明であることから,本手法で作製された構造体は可視光に対して吸収の少ないフォトニック結晶として活用できると考えられる.
関数方程式に対する精度保証付き数値計算法の展開

これまでの研究で得た知見である,一般的な関数空間における無限次元線形作用素の可逆性の検証と逆作用素の精度保証付きノルム評価方法の拡張・改良に取り組みました.昨年度までの連携研究者・海外共同研究者・研究協力者との緊密な意見交換の成果として,2階楕円型線形作用素に対する可逆性と逆作用素ノルムの上界を精度保証付き数値計算で検証する理論・実装方法のさらなる改善が可能であること,およびこの枠組みは,一般Hilbert空間における線形作用素にも拡張可能であるとの見通しを得ていました.当該年度は応用問題から導かれる具体的な無限次元関数空間の作用素に対する精度保証付き数値計算を通しこれら検証理論の有効性を確認するとともに,アルゴリズムレベルおよびプログラムレベルにおいて効率化を行いました.また,共役空間への作用素に対する拡張にも成功しました.さらに,得られた技術を基盤とする非線形偏微分方程式の解の存在と局所一意性を計算機内で自動的に検証する数値的手法を具体的な方程式に対し適用を試みました.また,昨年度に引き続き流体力学の基礎方程式であるNavier-Stokes方程式に対する精度保証付き数値計算に取り組み,2次元Navier-Stokesの流れ関数近似から導かれる非線形4階微分方程式に対する解の誤差評価付き存在検証と,存在検証に成功した定常解での線形化作用素に対する非自己共役固有値問題の複素平面における大域構造を解明することにより,流れの安定性を解析するための理論的枠組みを構築しました.研究成果の概要にある通り,無限次元線形作用素の可逆性検証理論の深化と応用を踏まえ,Navier-Stokes方程式に対する解の存在検証と解の安定性解析に関する定式化を進めることができました.また,研究を推進する過程で,非線形問題の解の検証のためには,対応する線形問題の近似解に対する定量的誤差評価が鍵となるとの知見を得ることができました.有限要素基底を用いた誤差評価にはこれまで事前および事後誤差評価が各種提案されています.これらの特長を取り込みながら,これまでの事後誤差評価に比べて低コストでこれまでの事前誤差評価より高精度となる誤差評価手法を提案できるとの見通しを得ることができました.以上の理由により,研究はおおむね順調に進展していると考えます.1.これまでの研究で得た知見である,一般的な関数空間における無限次元線形作用素の可逆性の検証と逆作用素の精度保証付きノルム評価方法の拡張・改良に取り組みます.今後は引き続き,応用問題から導かれる具体的な無限次元関数空間の作用素に対する精度保証付き数値計算を通してこれら検証理論の有効性を確認するとともに,一般のHilbert空間における線形作用素への拡張を検討します.2.非線形問題の解の検証のためには,対応する線形問題の近似解に対する定量的誤差評価が鍵となります.有限要素基底を用いた誤差評価にはこれまで事前および事後誤差評価が各種提案されています.これまでの研究によりこれらの各種評価の特長を取り込みながら,高次要素に対する構成的事前誤差評価理論を構築する見通しが立ちました.今後は手法の確立とともに,反応拡散方程式系から導かれる具体的な問題に対する比較を通して,提案手法がこれまでの事前・事後誤差評価に比べて低コストかつ高精度となることを確認します.3. 1.で得られた技術を基盤とする非線形偏微分方程式の解の存在と局所一意性を計算機内で自動的に検証する数値的手法を具体的な方程式に対し適用します.また,引き続き流体力学の基礎方程式であるNavier-Stokes方程式に対する精度保証付き数値計算に取り組みます.具体的には,2次元Navier-Stokesの流れ関数近似から導かれる非線形4階微分方程式に対する解の誤差評価付き存在検証と,存在検証に成功した定常解の解の性質を計算機援用証明により解析します.さらに,具体的な検証アルゴリズム構築の過程で得られた知見を1.および2.にフィードバックすることにより,計算機援用証明理論を進化させます.本研究課題は,非線形偏微分方程式に代表される関数方程式の解に対する計算機援用証明の適用範囲を格段に広げることを目的とします.平成27年度の成果として,申請者らがこれまでの研究で得た知見である,一般的な関数空間における無限次元線形作用素の可逆性の検証と逆作用素の精度保証付きノルム評価方法を基盤とし,非線形偏微分方程式の解の存在と局所一意性を計算機内で自動的に検証する数値的手法を与えることに成功しました.この手法は,何らかの方法で得られた関数方程式の近似解の周りで方程式を線形化し,線形化作用素の可逆性と逆作用素ノルム評価をもとにした無限次元Newton法に帰着させるものであり,変分原理に基づく弱形式化と適切な基底関数の選択によって,提案する無限次元Newton法が従来の手法に比べ高精度かつ低コストで解の検証を実現できることを,いくつかの検証例により確認することができました.一方,無限次元Newton法に基づく手順の基幹となる線形化作用素の可逆性の確認と有限次元作用素による一様近似は,有限次元行列に対するスペクトルノルム評価に帰着されることが確認されています.特に偏微分作用素をGalerkin近似により離散化して得られる行列の多くは大規模かつスパース構造を持ち,一般にHermite性・正定値性は保証されません.また,疎行列の構造を保ったままでのスペクトルノルムの精度保証計算は現状では限界があり,計算コストの面で課題があります.

この難点を克服するため,解を包み込むことが期待される有限次元の集合部分を区間と基底関数で表現する解の検証手法(区間Newton法)について探求し,具体的な問題に対して無限次元Newton法より優れた解の検証結果を与えることを示しました.以上の研究成果は,平成28年度以降も引き続き拡張・改良を重ねるべき課題であり,それらの検討は継続して実施します.平成27年度は,助成事業のおかげで,共同研究者・連携研究者・海外共同研究者が全員参加し,しかもテーマを深く掘り下げた議論の場を設定することができました.そのため,今後の研究の方向性と克服すべき課題と解決方法に至る道筋などを共有することができました.さらに,研究者相互の議論を通して,関数方程式の解に対する無限次元Newton法による包み込み理論の構築が大きく進展するとともに,「ノルム」という,ひとつの尺度に落とし込むだけでない,多様なパラメータを活用することによる解決方法も問題によっては有効であるということも明らかになりました.これらの知見を基に,具体的な非線形楕円型方程式の境界値問題に対する解の存在検証理論の有効性とその代替となることが期待される手法を構築し,具体的な検証例を得ることに成功しました.以上の理由から,当該研究はおおむね順調に進展していると判断します.本研究課題は,非線形偏微分方程式に代表される関数方程式の解に対する計算機援用証明の適用範囲を格段に広げることを目的とします.また,具体的な応用として,流体力学の基礎方程式に対する精度保証付き数値計算を行い,結実した成果を,非線形発展方程式に対する解の存在検証法の確立と数理モデルの計算機援用証明に展開します.平成28年度の成果として,無限次元線形作用素の可逆性の検証と逆作用素の精度保証付きノルム評価方法を一般のHilbert空間に拡張することに成功し,あわせてこの評価方法が任意の有限次元近似空間を取ることができるという条件の下では最適な評価になることを具体的な検証例とともに明らかにしました.一方で,無限次元Newton法に基づく手順の基幹となる線形化作用素の可逆性の確認と有限次元作用素による一様近似は,有限次元行列に対するスペクトルノルム評価に帰着されることが確認されています.特に偏微分作用素をGalerkin近似により離散化して得られる行列の多くは大規模疎構造を持ち,一般にHermite性・正定値性は保証されません.また,疎行列の構造を保ったままでのスペクトルノルムの精度保証計算は現状では計算コストの面で課題があります.この難点を克服するため,解を包み込むことが期待される有限次元の集合部分を区間と基底関数で表現する解の検証手法(区間Newton法)について探求し,2次元Navier-Stokes方程式に特別な外力項を与えた問題に対する精度保証付き数値計算に成功しました.さらに,少ない計算コストにより線形作用素の可逆性と精度保証付き逆作用素ノルムを評価する新しい理論の糸口をつかむことができました.以上の研究成果は,平成29年度以降も引き続き拡張・改良を重ねるべき課題であり,それらの検討は継続して実施します.平成27年度には,本助成事業の援助により,共同研究者・連携研究者・海外研究協力者が全員参加した討論の場を設定することができました.
妊娠中毒症の病態解明、発症予知ならびに潜在性胎児仮死発症予知に関する総合的研究

1.妊娠高血圧症(P1H)の発症因子:昇圧系ホルモンの動態はP1H発症による2次的なものにすぎないが、レニン活性の動態を妊娠初期と末期における食塩負荷施行時に検討することでP1H発症予知が可能であることを明らかにした。一方降圧性因子であるブラジキニンや心房性Na利尿ペプチドはP1H妊婦においては静的状態で正常妊婦に比べ亢進しているが、食塩負荷やアンギオテンシンII負荷などの昇圧刺激に対しては、これに拮抗するだけの予備力の働かない状態にあることを示した。次にP1H妊婦においては正常妊婦に比し細胞内Na^+濃度は高いことが判明した。これは血管壁の膨化、細胞内Ca^<++>の上昇を通して、血圧を上昇させる因子になると考えられる。さらに、重症型P1H妊婦における細胞内Na^+の濃度の増加はその特有な内分泌環境が細胞膜Naポンプ活性を抑制することに起因することを実験的に示した。2カルシウム代謝:P1H妊婦では正常妊婦に対し血中総Caは変らない値を保つものの、血中Ca^<++>値は低い。これは血中1,25(OH)_2D_3の増加が充分でないため腸管からのCa吸収が不足することによるもので、その結果胎児へのCa供給を確保する必要上、一方では尿中へのCa排泄を極端に低下させ、他方ではPTHの増加、カルシトニンの減少というホルモンバランスが生じることを示した。さらにMD法による検討ではP1H妊婦では正常妊婦に比べ骨密度が減少、すなわち骨吸収のおこっていることを示した。3胎児発育遅延と潜在性胎児仮死:P1H妊婦からの児をレトロスペクティブに検討すると、その出生児体重が該当週数の平均に対し80%以下のものは高率に潜在性胎児仮死が発症していた。このことより、胎内で児体重を予測し、その該当週数の平秦胎児体重に対する比を知ることで潜在性胎児仮死の予知が可能であることを示した。さらに臍帯動脈の血流動態のパルスドップラー法による観察によっても上記予知が可能であることに示した。1.妊娠高血圧症(PIH)の発症因子:正常妊婦では正常非妊婦に比し、PRA,PACなどの昇圧系と、尿中KK,BKなどの降圧系の機能はいずれも亢進している。これに対し、PIM妊婦では、正常妊婦に比しPRA,PAC,尿中KKが低値、一方、BKは高値であることが判明した。angiotensin【II】による昇圧刺激を加えると、正常妊婦では昇圧系の抑制,ならびに降圧系の亢進が認められたのに対し、PIH妊婦ではその程度が弱いかあるいは認められなかった。また、細胞膜【Na^+】輸送能の検討をおこなったところ、PIH妊婦では細胞内【Na^+】濃度が正常妊婦より増加しており、細胞膜【Na^+】-【K^+】-ATPase(Napump)も軽症では正常妊婦より亢進していることから、病態論的意義が示唆された。2.カルシウム代謝:PIH妊婦では正常妊婦に比べて、血清Ca,【Ca^(++)】,Vit【D_3】の低下,PTHの増加が認められた。

ラット腸管を用いたin vitro実験でもPIH妊婦にみられる血中ホルモン環境下(低hPL,高PRL,高PTH)では腸管のカルシウム吸収能の低下することが明らかとなり、PIHの病態にカルシウム代謝異常が重要な意義を有することが示唆された。3.PIHと潜在性胎児仮死,IUGR:PIH症例では正常妊婦に比べ、hPLが低値,PHA-S負荷後の【E_3】転換率が低値といった、胎盤機能および胎盤機能予備能の低下が認められ、このような傾向の著しいほど(生下時体重/生下時週数での標準体重)×100=relative birth weightの低いことが明らかとなった。超音波断層法により推定した子宮内胎児体重(推定胎児体重:estimated relative fetalbody weight,ERFBW)が80%以下の症例では、胎児胎盤系の機能の予備能は低く、分娩時には高率に胎児仮死の発生することを明らかにし、ERFBW測定による分娩時の胎児仮死発生予知法のSensitivityは56%,Specificityは95%,およびPredictive valueは90%という結果を得た。1.妊娠高血圧症(P1H)の発症因子:(1)血漿レニン活性(PRA)を妊娠初期より経時的に測定したところ,妊娠初期に正常範囲を超える高値を示した症例は後にP1Hを発症する率の高いこと,また,妊娠24週以降34週までの間にPRAの減少パターンのみられたときは後にP1Hを発症する可能性の高いことが判明した.(2)ロールオーバーテスト陽性の妊婦は陰性の妊婦に比べ高いP1H発症率を示した.さらにロールオーバーテスト陽性の妊面に食塩負荷をおこなったとき,早期にPRAのピークを形成する例はそうでない例に比し高率にP1Hを発症した. (3)P1H妊面の細胞内Na^+濃度は正常妊婦のそれに比べ高く,このことが血圧上昇の一因となっている可能性が示唆された.一方,細胞膜Na^+ーK^+ーATP asc(Na pump)はP1H軽症妊婦では正常妊婦よりも亢進しており,細胞外へNa^+をくみだす代償機転と考えられたが,重症P1H妊婦ではむしろ軽症P1H妊婦より低下しており,代償機転の破綻していることがうかがわれた.しかしながら,これらの因子の変動は,いずれもP1H発症後にみとめられたもので,これらを妊娠初期に検討することによりP1H発症を予知することを現在検討している.2.カルシウム代謝:妊娠ラットでは非妊ラットに比し腸管からの^<45>Caの吸収能は亢進しており,これは血中のvitamin D.ナ_<3.ニ>の濃度と相関していることが判明した.さらに下垂体摘除ラットに妊娠時に著増するhPLやPRLを投与すると,血中vitaminD.ナ_<3.ニ>と腸管からの^<45>Ca吸収能が増加した. 3.胎児仮死:(1)luGRと潜在性胎児仮死:P1H妊婦から出生した児で胎児仮死所見陽性例は陰性例に比べてrelative birth weight(出生体重/該当週数の平均体重)は有意に低かった.(2)妊娠中に胎児体重を予測しその値の該当週数の平均体示に対する割合が80%未満では56%が後に胎児仮死を発症し,本症における胎児仮死の発症予測に役だったものと考えられた.妊娠高血圧症(PIH)の発症因子:PIH妊婦においては軽症例、重症例共細胞内Na^+濃度は正常妊婦に比べ増加している。細胞膜Naポンプは軽症PIHで正常妊婦よりも亢進しており、細胞内Na^+の
協調メカニズムデザインに基づく安心でロバストな災害情報共有システム

東日本大震災発生後には,インターネット上の様々なサービスにおいて,地震の詳細情報や避難所の被災者の収容状況,死者の氏名,ライフラインや交通の復旧状況等,沢山の情報があふれ,共有・利用された.しかし,この被災者に関する情報は被災者本人の同意を得ることなく公開されたものも多く,情報の保護に関しては十分に配慮されておらず,大きな問題となった.そこで,本研究課題では,大規模災害時に大量に発生する安否やライフライン等の災害時情報を対象とし,利用者自身に関する情報を保護しつつ,利用者の要求に応じて必要十分な災害時情報を動的に提供する,災害時情報共有手法の検討を行った.本研究の目的は,大規模災害時に大量に発生する被災者の安否情報やライフライン等の情報(災害時情報)を対象とし,被災者や情報を必要とする人の個人情報やプライバシ情報を状況に応じて保護しつつ,利用者の要求に応じて災害情報を動的に提供する,災害情報共有手法を確立することである.具体的には,利用者の個人情報やプライバシ情報の開示は最低限に抑制しつつ,利用者の要求に基づいて動的かつ安定的に災害時情報を提供するシステム,すなわち安心でロバストな災害情報共有システムの実現を目指して研究を行っている.平成26年度は,個人情報アウェアかつ災害時情報アウェアな災害時情報交渉モデルの構成を行った.利用者が要求する災害時情報の量と質を充足しつつ,利用者の個人情報保護も考慮して災害時情報提供を行うための指針として,個人情報の開示レベルとそれに対する災害時情報の提供レベルとのトレードオフに関して,合意形成に至るための交渉モデルを構成している.具体的には,大量の情報であふれる大規模災害時に,利用者の個人情報をどこまで開示すると,それに応じてどこまで災害情報を提供するかを合理的に交渉によって決定するための災害時情報交渉モデルを構成した.具体的な研究項目としては,個人情報アウェアかつ災害時情報アウェアなシステムを実現するために,以下の3つを推進した.(1)被災者や利用者それぞれの個人情報として扱う情報の種類とそれを管理するための個人情報モデルの構成を行った.(2)ライフラインや被害状況などの災害時情報として扱う情報とそれを管理するための災害時情報共有モデルの構成を行った.(3)利用者が享受する個人情報開示の程度とそれに応じた提供する災害時情報の程度を二者間での交渉によって決定するための災害時情報交渉モデルの構成を行った.本研究の目的は,大規模災害時に大量に発生する安否やライフライン等の情報(災害情報)を対象とし,被災者の個人情報やプライバシ情報(以降,個人情報と記述)を保護しつつ,利用者の要求に応じて必要十分な災害情報を動的に提供する,災害情報共有手法を確立することである.具体的には,利用者の個人情報開示は最低限に抑制しつつ,利用者の要求に基づいて動的かつ安定的に災害情報を提供するシステム,すなわち安心でロバストな災害情報共有システムの実現を目指して研究を行っている.平成27年度は,個人情報アウェアかつ災害時情報アウェアな災害時情報交渉モデルに基づき,プライバシ指向かつクライシス指向のエージェントフレームワークを実現するため,災害時情報交渉モデルにおける個人情報開示程度決定手法について検討を行い,シミュレーション実験によって本手法の有効性の確認を行った.さらに,特性の異なる利用者に対しても,本手法が適応可能であることを確認した.また,この手法に基づき,個人情報管理モデルによる個人情報エージェントと災害情報管理モデルに基づいた災害情報エージェントを想定した自動交渉エージェントの災害時情報交渉モデルを構成した.さらに,上記2つのエージェントを用いた,災害情報交渉モデルに基づいてエージェント間交渉を行うエージェントフレームワークの設計を行った.当初の計画にしたがって研究を遂行したため,大幅な遅れは発生しなかった.本研究は,大規模災害時に大量に発生する被災者の安否情報やライフライン等の災害時情報を対象とし,被災者や情報を必要とする利用者個々の情報を状況に応じて保護しつつ,利用者の要求に応じて災害時情報を動的に提供する,災害情報共有手法を確立することであった.具体的には,利用者個々の情報の開示は最低限に抑制しつつ,利用者の要求に基づいて動的かつ安定的に災害時情報を提供するシステム,すなわち安心でロバストな災害情報共有システムの実現を目指して研究を行った.平成26年度は,利用者個々の情報について考慮しつつ災害時情報共有を行う個人情報アウェアかつ災害時情報アウェアな災害時情報交渉モデルの構成を行った.利用者が要求する災害時情報の量と質を充足しつつ,利用者の個人情報保護も考慮して災害時情報提供を行うための指針について検討を行った.平成27年度は,個人情報アウェアかつ災害時情報アウェアな災害時情報交渉モデルに基づき,プライバシ指向かつクライシス指向のエージェントフレームワークを実現するため,災害時情報交渉モデルにおける個人情報開示程度決定手法について検討を行った.平成28年度は,前年度までに検討したプライバシ指向かつクライシス指向の災害時情報共有システムにおいて,利用者に積極的な情報提供を促しつつ適切な情報共有を実現するため,自動交渉エージェントによる交渉によって情報の価値を決定し,情報提供者に効用を配分するエージェントフレームワークの実現手法の検討を行った.

具体的には,情報の価値決定機構と情報提供者の貢献度を考慮した効用配分のための貢献度決定機構の検討を行った.また,安否情報確認システムのプロトタイプを用いたシミュレーション実験を行った.東日本大震災発生後には,インターネット上の様々なサービスにおいて,地震の詳細情報や避難所の被災者の収容状況,死者の氏名,ライフラインや交通の復旧状況等,沢山の情報があふれ,共有・利用された.しかし,この被災者に関する情報は被災者本人の同意を得ることなく公開されたものも多く,情報の保護に関しては十分に配慮されておらず,大きな問題となった.そこで,本研究課題では,大規模災害時に大量に発生する安否やライフライン等の災害時情報を対象とし,利用者自身に関する情報を保護しつつ,利用者の要求に応じて必要十分な災害時情報を動的に提供する,災害時情報共有手法の検討を行った.当初の計画にしたがって研究を遂行したため,大幅な遅れは発生することなく研究を遂行することができた.平成26年度に実施予定であった,(1)被災者や利用者それぞれの個人情報として扱う情報の種類とそれを管理するための個人情報モデルの構成については,本研究で扱う個人を特定する要素を精査し,交渉モデルに適用できるように構成した.(2)ライフラインや被害状況などの災害時情報として扱う情報とそれを管理するための災害時情報共有モデルの構成については,災害時情報の収集方法,評価法を検討した.(3)利用者が享受する個人情報開示の程度とそれに応じた提供する災害時情報の程度を二者間での交渉によって決定するための災害時情報交渉モデルについては,ゲーム理論に基づいて交渉を実現する手法を実現した.上記のように,計画した項目を全て実施したことから,おおむね順調に進展している.平成28年度は,平成26,27年度で検討したプライバシ指向かつクライシス指向の災害時情報システムの個人情報開示程度決定手法と自動交渉を行うエージェントに基づき,エージェントフレームワークの応用システムの検討を行う,具体的には,以下の3つのアプリケーションの検討,もしくはプロトタイプの開発を行う.(1)個人情報アウェアかつ災害情報アウェアな災害情報共有システム(2)被災者の安否情報の収集を目的とした安否情報収集アプリケーション(3)被災地の状況に関する情報収集を目的とした被災地情報収集アプリケーションエージェント平成27年度は,平成26年度の研究の成果に基づき,個人情報エージェントと災害時情報エージェントによるプライバシ指向(個人情報やプライバシを考慮)かつクライシス指向(災害時利用を考慮)のエージェントフレームワークの構成を行う.プライバシ指向かつクライシス指向の災害情報共有システムを実現するために,平成26年度に構成した災害時情報交渉モデルに基づいて交渉を行うことが可能なエージェントフレームワークを実現する.具体的には,個人情報エージェントと災害時情報エージェントを構成し,平成26年度に構成したモデルに基づき最小限の個人情報開示で最大限の災害情報を提供するエージェントフレームワークを構成する.本研究では,個人情報エージェントが利用者それぞれの代理となり利用者自身の個人情報開示の程度に応じて,どの程度災害時情報を得ることができるかを,災害時情報エージェントとの自律的交渉によって決定する手法を構成して研究を推進する.具体的には,プライバシ指向かつクライシス指向のエージェントフレームワークを実現するために,以下の2つのエージェント,および,エージェントフレームワークを構成する.(1)個人情報管理モデルに基づいた個人情報エージェントの構成を行う.
複合イオンビーム成膜装置を用いた高耐食性傾斜組成コーティングの作製

複合イオンビーム成膜装置を用い、ピンホール欠陥面積率がきわめて少ない防食被覆の作製を試みた。ダイナミックミキシング法で作製したCrTa合金被覆SUS304鋼およびCrTa合金層を最外層とする(CrTa-SUS304)傾斜組成被覆SUS304鋼のピンホール欠陥面積率をCPCD法で評価し、さらに被膜を光学顕微鏡観察、EPMA, XRD, SEM, AESおよびTEMを用いて調べ、以下の結論を得た。(1)ピンホール欠陥面積率(R)の値は基板の表面仕上げの程度に大きく依存した。(2)CrTaの膜厚が0.45μmの範囲で、膜厚が増加するにしたがい、臨界不働態化電流密度の値は低下し、Rの値も低下する。Rの最小値は5μmの膜厚で5x10^<-5>%である。この値はこれまで報告されている値に比べ、一桁弱低い。(3)Arイオン照射の加速電圧を30kVまでの範囲で上げると、同じ膜厚でRの値は低下した。イオン照射は被膜の保護性の向上および被膜厚の薄化に有効である。(4)DM法で作製したCr-Ta被膜はX線回折ではアモルファス単相と見なされるが、TEM観察ではアモルファス相と直径数nmの微細なbcc Ta相の混合相である。膜中にはArガスの取り込みと関連すると思われる直径210nmの丸い泡状模様が観察され、また被膜に接している基板界面にも同様な模様が認められた。(5)最外層がCrTa合金層で内層がSUS304鋼層の傾斜組成被覆SUS304鋼(傾斜組成部分の厚さが約1μm)のRの値は同じ膜厚のCr-Ta単層被覆SUS304鋼よりやや高い。この原因は、スパッタ蒸着した内層のSUS304層が成膜中結晶成長し凹凸の激しい表面を作ったことによる。さらに成膜条件の検討が必要である。今年度はニッケル基板上にCrTa合金コーティングをダイナミックイオンピームミキシング(DM)法での成膜を試み、その結晶構造および耐食性におよぼすミキシングの加速電圧ならびに基板の回転の影響を調べることを主な目的とした。複合イオンビーム成膜装置(日本真空技術(株)社製)を用い、ニッケルおよびガラス基板上にCr-Ta合金膜を作製した、ターゲヅトとして直径50nmの純クロム、タンタルおよびニツケルを使用した。成膜室の圧力を1×10^<-6>Paまで排気し、Arイオンビームで試料表面をスパッタクリーニングした後、Mを約10nmスパッター蒸着した.さらに密着性を高めるため、M層をArイオンビームでミキシングした.その上にArイオンミキシングしながらCr-Taの組成が原子比で4:6になるようにCrおよびTaを同時にスパッター蒸着し、Cr-Ta合金を成膜した。なお膜組成が均一になるように一部の試料では基板を10rpmで回転させ成膜した。DMの有無にかかわらず膜の化学組成は原子%で37Cr63Taとなり、Ta量が少し増加したものの、ほぼ目標値に近い値を示した。作製した膜のX線回折測定からCr-Ta合金膜はDMあるいは基板の回転の有無にかかわらずアモルファス化していることがわかる。この結果は著者らが以前報告した通常のマグネトロンスパッターの結果と一致している。試料の断面のSEM観察をした。

ところ、膜厚は約1.5nmで、平滑であり形態に製膜条件による大きな違いは認められなかった。ガラス表面にMの蒸着とミキシングを施した場合、ガラスとの界面近傍にボイドの形成がみられた。CrTa合金膜を被覆したガラス基板を用いて、12MHCl中におけるアノード分極曲線を測定したところ、どの試料も自己不働態化しており、膜自体は優れた耐食性を示すことがうかがわれる。今後、CrTa合金膜を被覆したニッケル基板を用い、被覆中のピンホール欠陥の評価を行う予定である。今年度はSUS304ステンレス基板上にCr-Taコーティングをダイナミックイオンビームミキシング(DM)法で成膜を試み、その保護性に及ぼすミキシングの加速電圧、膜厚、基板の表面仕上げの影響を調べることを主な目的とした。複合イオンビーム成膜装置を用い、SUS304鋼およびガラス基板上にCr-Ta合金膜を作製した。ターゲットとして純クロムおよびタンタルを用いた。成膜室の圧力を1x10^<-6>Paまで排気し、成膜に先立ちあらかじめAr^+イオンビーム(フリーマン型イオン源)で試料表面をスパッタークリーニングした。その上にAr^+イオン(加圧電圧0、10および30kV)を照射しながら、Cr-Taの組成が原子比で約4:6になるようにCrおよびTaを同時にSUS304鋼にスパッター蒸着した。なお、膜組成が均一になるように基板を10rpmで回転させ成膜した。,膜厚を0.5、1、2、5μmと変化させた。被覆材のピンホール欠陥の評価は臨界不働態化電流密度法(CPCD法)を用いた。Cr-Ta薄膜はX線回折により非晶質構造を示した。TEM観察ではイオンミキシングを施さない薄膜は非晶質特有のパターンを示すが、イオンミキシングを施したものは微細なボイドがみられる。12M HCl中でアノード分極曲線を測定したところ、どの試料も自己不働態化しており、膜自体は優れた耐食性を示すことがうかがわれる。Cr-Ta被覆材は、未処理材にくらべ臨界不働態化電流密度は小さく、膜厚の増加とともに小さくなる傾向を示した。注目されるのはイオンミキシングした試料は0.5μmの試料でも、その臨界不働態化電流密度は2μmのイオンミキシングしない試料の場合よりも低いことである。イオンミキシングにより膜の欠陥密度が減少したものと考えられる。さらに基板の表面仕上げが細かなほど被覆材の保護性が高くなることも判明した。
界面のスピン伝導と反応

物質と生命の機能には、境界の存在が不可欠であり、その界面における物質、エネルギー、情報の伝達と反応が本質的に重要である。伝導と反応を伴う諸現象を超低速ミュオン顕微鏡で局所的に観測し、その機構を「動的過程を伴う相互作用のスピン選択性」という統一的な視点から解明する新しい学術分野の開拓を目指し、スピン伝導・イオン伝導・触媒化学反応・生命分子反応に関する研究を進めた。既存のミュオン施設を用いた実験と理論で、スピン流とイオン流の測定原理を確立した。触媒化学、生命科学の分野において、ミュオンが酸素欠陥や水素の状態、生体物質中の電子伝達に敏感であることを実証、これら新しい分野への展開をはかった。本計画班は、キャリアの動的過程、すなわち伝導と反応を伴う諸現象の機構を、統一的な視点から解明する物理、触媒化学、生命、電気化学の新しい融合分野の開拓を目指す。電子伝導・イオン伝導・触媒化学反応・生命分子反応に内在するスピンの時間発展を、超低速ミュオン顕微鏡を用いて観測し、「動的過程を伴う相互作用のスピン選択性」という概念で理解するために、平成23年度はキャリアの運動を伴う以下の4つのモデルシステムについて準備研究を行った。1.界面近傍におけるスピン伝導:GaAsの円偏光スピン偏極電子励起で観測された負ミュオニウムのスピン依存性について、連携研究者らの協力により理論研究を進めた。任意の物質への高効率なスピン注入の手法として、加速器科学研究者らの協力を得て20keV偏極電子銃の基本設計を完成させた。2.触媒化学反応:光触媒酸化物TiO_2に担持するPt錯体の種類を変えると触媒活性が変化する現象を解明するために、Ptの構造をXAFSにより決定し、電子顕微鏡やPEEM法により、ナノ粒子の大きさ・分布・表面の欠陥の分布を評価した。連携研究者らの協力を得てミュオニウムと酸素欠陥との相互作用を予め検討した。3.電気化学を担うイオン伝導:リチウム電池正極に使われる「遷移金属とリチウムを含む複合酸化物」のイオン拡散係数を従来のミュオンを用いて測定し、バルク材料の固体内イオン拡散係数のデータベース構築に向けてデータを蓄積した。特にオリビン構造を取る一連のLi電池正極材料(LiMPO4,M=Fe,Co,Ni)のμSR実験から、各物質の自己拡散係数を実験的に始めて明らかにすることができた。4)生命反応を司る電子伝達:蛋白質については、薄膜ヘム蛋白試料について電子伝達の系統的研究を行うために、含水量を制御した単結晶蛋白質試料の合成を行い、並行して中性子散乱法による結晶水の分布とゆらぎを解明した。本研究は、キャリアの動的過程、すなわち伝導と反応を伴う諸現象の機構を、統一的な視点から解明する新しい学術分野の開拓を目指す。スピン伝導・イオン伝導・触媒化学反応・生命分子反応に内在するスピンの時間発展を、超低速ミュオン顕微鏡を用いて観測する。これらの現象は、表面近傍や微小領域での局所構造や界面の存在が本質的に重要であるため、局所機能の検出に威力を発揮する超低速ミュオン顕微鏡の完成によってのみ、始めて直接観測が可能となる。超低速ミュオン実験装置に組み込む触媒反応薄膜用実験ステージ、STM観測装置、生体試料湿度維持装置の開発を行い、機能イメージング実験の準備を進めるとともに、実験に供する試料の作製と評価、従来のミュオンを用いた予備実験、理論研究者と協力したミュオンの荷電状態の研究を進めた。(1)界面近傍におけるスピン伝導:半導体Siの円偏光レーザー励起スピン偏極キャリア注入の実験研究を進めた。負ミュオニウムの伝導電子スピン依存性の理論を完成させた。(2)触媒化学反応:チタニアの酸素欠陥濃度を制御した試料中のミュオニウム状態と光励起に関するに研究を行い、超低速ミュオンによる光触媒中の酸素欠陥の分布測定に関する基礎データを得た。(3)電気化学を担うイオン伝導:全固体電池の性能を決める固体内イオン拡散に関して、ミュオンによるLiイオン拡散係数の測定手法を確立した。ミュオンと中性子準弾性散乱の相補利用により求めた事故拡散係数を、電気化学的測定で求められたイオン伝導度と比較することにより、可動なLiイオン濃度の測定を可能にした。(4)生命反応を司る電子伝達:水和水を調整したタンパク質チトクロムCのミュオンラベル電子法による研究を進め、結晶中の一次元電子伝導が本質的であることを確認した。施設側の事情によりミュオンビーム供給が途絶えているため、前年に続き、実験に供する試料の作製と評価、既存のミュオンビームを用いた予備研究、超低速ミュオンと相補的なSTM・AFM、LEM(PSI)、β-NMR(TRIUMF)を用いた表面、薄膜の予備実験、理論研究者と協力した超低速ミュオンの状態に関する研究を進めた。試料励起用レーザー装置の仕様を理論的に見直し購入した。1.界面近傍におけるスピン伝導:磁性体/非磁性体ヘテロ構造試料の創成と、スピン偏極STMの開発を進めた。2.触媒化学反応:酸素欠陥制御チタニアの零磁場

ミュオンスピン回転が、欠陥濃度に敏感であることを見出し、光触媒作用時の酸素欠陥の空間分布、電荷状態解明への道筋をつけることができた。3.電気化学反応を担うイオン伝導:LEM、β-NMRを用いて、遷移金属とリチウムを含む複合化合物薄膜の研究を進め、元素比によるリチウムイオンの拡散の違いを鮮明にした。4.生命反応を司る電子伝達:水和水調整及び重水で湿潤化した蛋白質試料の実験と、第一原理計算により、ミュオン位置の同定と電子伝達の評価を行った。簡易型AFM装置を購入し、生体試料表面評価法を確立した。ミュオニウムスピン回転法によるヘモグロビン水溶液中の酸素濃度の定量化に成功し、ミュオンマイクロビームを用いた低酸素血症の非侵襲診断法開発の可能性を示した。界面近傍におけるスピン伝導、触媒化学反応、電気化学を担うイオン伝導、生命反応を司る電子伝達の4つのモデルシステムにおいて、既存のミュオンビームを用いた基礎データの蓄積と、超低速ミュオン実験装置に組み込む周辺装置の準備、試料準備、理論研究との連携による理解が着実に進んでいる。スピン伝導・イオン伝導・触媒化学反応・生命分子反応では、表面近傍や微小領域での局所構造や界面の存在が本質的に重要であるため、バルク試料の研究に適した従来のミュオンでは測定が困難であった。施設側の事情により超低速ミュオン実験開始が3年間遅れている中で、本研究により、光触媒酸化物材料や生体物質タンパク質中での超高感度スピンプローブミュオンの有用性が確認され、新規にこの分野に参入した研究者が、国内外のミュオン実験施設を用いて活発に予備実験を進めている。これらの先駆的な研究に刺激され公募研究でも予想以上の応募があった。本研究は、キャリアの動的過程、伝導と反応を伴う諸現象の機構を、統一的な視点から解明する新しい学術分野の開拓を目指す。スピン伝導・イオン伝導・触媒化学反応・生命分子反応は、表面近傍や微小領域での局所構造や界面の存在が本質的に重要であるため、局所機能の検出に威力を発揮する超低速ミュオンによってのみ、直接観測が可能となる。施設の事故等により今年度もビームが停止していたが、年度末間際の2月20日に実験が再開され、翌日超低速ミュオン発生に成功した。優れたエネルギー分解能が実証され、今後の展開が期待される。1.界面近傍におけるスピン伝導:スピントロニクス用高機能材料の合成とSTMによる評価、スピンホール効果実験装置の開発等の準備が整った。2.触媒化学反応:二酸化チタン単結晶のμSR信号の結晶軸依存性から、Ti-O-Muの複合欠陥の存在と、ミュオンに緩く結合した偏極電子の寄与を突き止めた。酸素欠陥を導入した単結晶で、μ-H結合由来と同定される信号から、酸素欠陥に局在する水素不純物が二酸化チタンの強いn型電気伝導性の起源である可能性を示すとともに、μSR法が欠陥濃度に敏感に反応することが確認された。超低速ミュオンによる光触媒作用時の酸素欠陥の空間分布、電荷状態解明に向けた測定原理の根拠が得られた。加速器の化学研究への応用の最前線に関するシンポジウムを企画し、ミュオンの可能性を世界の触媒化学研究者に広報した。