hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高感度化EQCM法を用いた酸化還元酵素のダイナミック解析

一般的に反応に電子の授受を伴うタンパク質ではタンパク質の酸化還元状態、すなわち電位により生体物質との間の相互作用が変化する。本システムを用いることにより反応に電子の授受を伴うタンパク質と生体物質との相互作用が詳細に測定できた。電極上に固定化されたタンパク質は電極電位により様々な酸化還元状態をとり、特定の酸化還元状態の時あるいは特定のタンパク質間のみ電子伝達を行うことが可能である。タンパク質は特定の生体物質によりコンフメーション変化が誘起された後、電子伝達を行うのに対し、別の酸化還元状態にあるタンパク質は電子伝達が可能なコンフォメーションを初めからとっており、様々な生体物質間での電子伝達が可能となると考えられる。そこで、本研究では、硫酸還元菌Desulfovibrio vulgaris(Miyazaki)由来の電子伝達タンパク質であるシトクロムc3はと生体内でヒドロゲナーゼと電子の授受を行う。そこで、シトクロムc3と電子伝達パートナーであるヒドロゲナーゼのとの間の電子伝達反応を測定した。まず、電極上に人工の電子伝達体であるビオローゲンを固定化し、生体内の電子伝達体との比較を行った。シトクロムc3は電子プール機構を有していると考えられており、実際に測定した結果、人工の電子伝達体であるビオローゲンに電子を供与する際は電子プール機構を示し、電子伝達複合体形成が遅くなることがわかった。生体内の電子伝達体であるヒドロゲナーゼを用いた場合、このような電子プール機構は観測されず、素早い電子伝達複合体形成が観測された。
透明DNAファイバーの開発と発機能素子への応用

色素ドープDNA-脂質複合体ファイバーの紡糸法を検討し、得られたファイバーの旋光度や二重ラセン配向度を測定するとともに、クラッド材料を開発し、ファイバーレーザ素子やファイバー光スイッチ素子を試作した。紡糸法は溶液紡糸(湿式・乾式)法と溶融紡糸法を開発した。DNA-CTA(CTA : cetyltrimethylammonium)複合体のエタノール溶液ドープをエアギャップ法により水凝固浴へ押し出して湿式紡糸し、乾燥ファイバーをエタノール中に34秒浸漬して表面の皺やボイドを除去した後に、高湿度下で熱延伸する低光損失ファイバー製造技術を開発した。乾式紡糸は同じエタノール溶液ドープを空気中に押し出し室温乾燥する方法により行った。溶融紡糸は、分子量が210kbpのDNAから得られたDNA-CTA複合体を120°C以下で0.51mm径の口金から15分程度の短時間内に溶融押出しすることによって行い、口径の0.81.2倍程度の直径の無色透明でタフなファイバーが得られた。紡糸温度を上げると着色してファイバーの光伝送損失が増大し、脆くなった。ドデシルピリジニウムなどCTA複合体より低温で紡糸可能な脂質があり、原料DNAの分子量を500bpまで下げると100°Cでも紡糸できるが、脆いファイバーしか得られなかった。30°Cエタノール溶液中の固有粘度が21.4の高分子量複合体は、120°Cでは紡糸出来なかったが、150°C短時間で紡糸したファイバーは無色透明、タフであった。このDNA製造元はこれまでと異なっているので、前述の着色はDNA-CTA自身の熱酸化劣化によるものではなく、DNA原料内の不純物によるものと考えられる。DNA-CTAファイバーは820nm辺りに光学窓があり、湿式紡糸法では光損失10dB/m以下、溶融紡糸や乾式紡糸ファイバーは50dB/m程度であった。溶融紡糸ファイバーの軸方向の旋光度は130-210°/mmと高い値であった。色素ドープDNA-CTAファイバーの二重ラセン配向度をリガク製小角X線散乱装置NANO VIEWERによって測定したところ、ノズルから溶融押し出されたファイバーのままでも95%以上と高配高度であった。レーザ用色素をドープしたDNA-CTAファイバー素子から狭幅のASE発振が観測された。スピロピラン類をドープした光スイッチ素子も試作して評価試験中である。鮭白子由来のDNAとカチオン性脂質との複合体(DNA-lipidと略す)に光機能性色素を結合させたファイバーに期待される特色ある光・電子機能を開発するための第一段階として、DNA-CTA(CTA:セチルトリメチルアンモニウム)の紡糸法(湿式、乾式、溶融)を検討して、光伝送損失の小さいDNA-CTAファイバーの紡糸条件とファイバー物性を明らかにするとともに、DNA-CTAファイバーの旋光強度の測定を行った。

高純度DNA(鮭白子由来、分子量約10kbp)から得られたDNA-CTAのエタノール溶液を紡糸ドープとし水を凝固浴とする湿式紡糸法によって得られた表面に凹凸のあるファイバー(光伝送損失値は633nmにおいて400dB/m以上)をエタノールに数秒浸積後に緊張下で風乾すると、表面は平滑となり光損失も633nmで40dB/m以下、最も低損失な820nm付近では10dB/m以下と光機能素子作製用ファイバーとして充分低損失なファイバーが得られた。DNA-CTAのエタノール溶液を紡糸ドープとした乾式紡糸ファイバーの表面は平滑で光損失値も50dB/m(633n)であった。乾式紡糸ファイバーは延伸性が良いが機械的性質や配向度は湿式紡糸ファイバーに比較して低い傾向があった。DNA-CTAは120130°Cで溶融紡糸することも可能で光損失50dB/m(633nm)程度の延伸性に乏しいファイバーが得られた。DNA-CTAファイバーのファイバー軸方向の旋光能をカットバック法で測定したところ1mmあたり約27°が得られた。このファイバーをエチジウムブロミド水溶液中に浸積後乾燥して得られた色素インターカレートDNA-CTAファイバーの旋光能は浸積前より小さくなったが、これは色素インターカレートによってDNA二重ラセンの巻き戻しが起こっているためと推定した。鮭白子由来のDNAを用いたDNA-CTA複合体(CTA:セチルトリメチルアンモニウム)を原料とする透明DNAファイバーの製造法の改善と、旋光強度などDNAファイバーの光機能の測定を行なった。これまでに可視・近赤外領域で50dB/m以下の低損失DNA-CTAファイバーを得ることに成功していたが、高光損失のファイバーが得られることも多かった。低光損失値の再現と光伝送損失値のさらなる低減を目指して、DNAとDNA-CTAの精製法を検討し、活性炭処理とフィルターろ過の組み合わせにより透明性が改善されることを確認した。微細ゴミやDNA-CTAのミクロクリスタルやDNAと鮭蛋白質(サルミン)との複合体などの除去に効果があったと考えている。さらに溶融紡糸における曳糸性を改善するために、プランジャー式紡糸装置の紡糸ノズル付近を水蒸気雰囲気にした紡糸実験を繰り返し紡糸装置を改善するとともに、新たにスクリュー式紡糸装置による紡糸の準備を行なった。溶融紡糸によって得られた長さ140mm、径0.57mmのDNA-CTAファイバー軸方向の旋光強度を、偏光He-Neレーザ(500;1、633nm)を用いて、出射光側を約0.3mmづつカットしてアナライザーの角度を測定するカットバック法により測定した。旋光能は、120°/mmと非常に高い値が得られた。この値は乾式紡糸ファイバーの旋光能27°/mmと比較して非常に大きく、配向度など構造上の違いが反映されたものと考えられる。色素ドープDNAファイバーの旋光強度の光又は電場による変化の実験を計画しているが、その前にDNA-CTAファイバー自身の旋光強度の電場変化実験を行なった。溶融紡糸ファイバーの側部(印可長40mm)から2.9kV/mm迄の高電場を掛けたが、電場変化による旋光変化は見られなかった。色素ドープDNA-脂質複合体ファイバーの溶融紡糸法を検討し、得られたファイバーの旋光度や二重ラセン配向度を測定するとともに、クラッド材料を開発し、ファイバーレーザ素子やファイバー光スイッチ素子を試作した。色素とDNA-CTA(CTA : cetyltrimethylammonium)の共通溶剤溶液を混合後に水に析出・乾燥して得られた色素ドープDNA-
PETによる[^<11>C]DAA1106を用いた脳内活性型ミクログリアの非侵襲的定量

健常者およびアルツハイマー病患者を対象に、活性型ミクログリアへの結合を反映するとされる末梢性ベンゾジアゼピン受容体リガンド[^<11>C]DAA1106を用いたPET動態計測を行い、受容体結合能の定量法を確立した。まず、シミュレーションを行い、Nonlinear Least Squares法(NLS)で受容体結合能(BP)および分布容積(DV)を、Graphical Analysis法(GA)、Multi Linear Analysis法(MA)でDVを求め、ノイズと推定精度の関係を調べた。その結果、GA、MAに比べてNLSはノイズの影響を受けやすく、ノイズの増加に伴いパラメータの標準偏差が増大するが、バイアスが小さく、前頭葉等の比較的広い領域では精度良くBPを推定できることが分かった。一方、GA、MAは、ノイズの増加とともに推定値が過小評価あるいは過大評価され、バイアスが大きくなることが分かった。また、GA、MAの式は平衡に達した場合にのみ成り立ち、用いるデータ範囲によって推定値が大きく変わるため、平衡に達するのが遅い[^<11>C]DAA1106には適さないことが分かった。次に、実際のPET画像に対しいくつかの関心領域を選択し、NLSでBPおよびDVを、GA、MAでDVを推定し、各手法による定量値を比較検討した。その結果、DVは各手法間で良い相関を示したが、実際に結合能評価に用いられるBPとDVは、どの方法においても相関が見られなかった。GA、MAで得られるパラメータはDVのみであるが、DVは動脈と脳組織間の移行を表すK_1、k_2とBPを含む複合パラメータであり、K_1、k_2の個人差等の影響を受ける。以上より、平衡に達するのが遅くてもBPを求めることができるNLSを用いることで、[^<11>C]DAA1106による末梢性ベンゾジアゼピン受容体の結合能を定量することができた。本年度は、健常者を対象に、活性型ミクログリアへの結合を反映するとされる末梢性ベンゾジアゼピン受容体リガンド[^<11>C]DAA1106を用いたPET動態計測を行い、受容体結合能の定量を試みた。まず、健常者のPET画像に対しいくつかの関心領域を選択し、Nonlinear Least Squares法(NLS)で受容体結合能(BP)および分布容積(DV)を、Graphical Analysis法(GA)、Multi Linear Analysis法(MA)で分布容積(DV)を推定し、各手法による定量値を比較検討した。次に、シミュレーションを行い、NLSによるBP、DV推定値およびGA、MAによるDV推定値について、ノイズと推定精度の関係を調べた。その結果、GA、MAに比べてNLSはノイズの影響を受けやすく、ノイズの増加に伴いパラメータの誤差が増大するが、前頭葉等の比較的広い領域では、精度良くBPを推定できることが分かった。GA、MAは比較的簡易で推定精度も高い解析法であるが、得られるパラメータはDVのみであり、BPを推定することができない。DVは、BPに加えて、動脈と脳組織間の移行を表すK_1、k_2も含む複合パラメータであり、K_1、k_2の部位差等の影響を受ける。そのため、BPを求めることができるNLSが、[^<11>C]DAA1106の結合能の定量評価に適していると思われた。
ブリルアン散乱による磁性超薄膜のスピン波分光研究

近年の薄膜作製技術の進歩により単結晶金属超薄膜の作成が可能になった。また、ブリルアン散乱装置の測定感度の向上は、金属磁性体の高感度スピン波分光研究を可能にした。本研究では世界最高レベルの薄膜作成技術とブリルアン散乱装置の組み合わせにより、磁性超薄膜におけるスピンダイナミックスの研究、飽和磁化と表面磁気異方性定数の定量的評価を目的とした。測定に用いた試料は電総研でMBE法を用いて作成された単結晶Au/Fe(楔)/Au超薄膜(最大膜厚8.9A)である、ブリルアン散乱測定には申請者が自作した超高感度・高分解能3+3パス型タンデム型ファブリ・ペロ-干渉計を用いた。測定は全て室温で行ない、膜厚8.9,6.5,3.9及び2.6Aについて、4.5kOeまでの磁場を加えスピン波振動数の磁場依存性を決定した。特に、膜厚2.6A(1.8原子層)においてもシャープなスピン波ピークを観測することが出来たことが本研究における重要な成果である。このことは、2原子層以下の膜厚においても室温で良く定義された強磁性秩序が形成されていることを意味する。更に、スピン波振動数の磁場依存性の解析から、この膜厚における飽和磁化がバルク値の約80%に面達することが分かった。超薄膜における磁気秩序の発現機構は未だ良く解かっていないが、本研究の結果はその解明に大きく寄与するものである。Au層で挟まれたFe膜の表面磁気異方性は面直方向を安定化させるため、膜面内を安定化させる形状磁気異方性を競合し、膜厚3A付近で面内磁化から垂直磁化へ移行することが分かった。この結果は、表面磁気光学カー効果を用いて測定された磁化のヒステリシス曲線の結果と良い対応を示す。本研究により、ブリルアン散乱が極めて高いスピン波検出感度を有すること、また磁気定数を精度良く決定できることが示され、単原子層膜の磁性研究への道が開かれた。
レジン系仮封材がレジンセメントの歯質接着性に及ぼす影響

被験歯は新鮮抜去牛下顎中切歯を用い、レジン系仮封用セメントは市販されている化学重合型デュラシール、光重合型ファーミト、新たに開発した試作化学重合型レジンセメント3種を用いて以下の実験を行った。1.辺縁封鎖性試験牛歯唇面歯頚部に円形規格窩洞(歯頂側マージンがエナメル質、歯肉側マージンが象牙質)を形成し、サーマルストレス付与後の辺縁封鎖性を色素浸透法を用いて評価し、水硬性セメント、ユ-ジノール系セメント、非ユ-ジノール系セメントと比較検討した。いずれのレジン系仮封材もエナメル質マージンにおいては、水硬性セメント、ユ-ジノール系セメント、非ユ-ジノール系セメントと比較して良好な封鎖性を示していた。しかしながら象牙質マージンにおいては、いずれの製品もエナメル質より封鎖性が低下していた。2.引っ張り接着試験1週間仮封処置を行った37°C水中に保管した歯牙を用い、仮封材除去後に5種レジンセメント(アドヒ-シブセメント、パルフィークインレーセメント、ライトフィルインレーセメント、クリアフィルインレーセメント、スーパーボンドC&B)を用い、オクラシンにて作製したレジンインレーを合着させた。試片は24時間37°C水中に保管後、引っ張り接着強さを測定し、仮封処置がレジン系セメントの歯質接着性に与える影響について比較検討した。エナメル質においては、レジン系仮封材の影響はほとんど認められなかったが、象牙質においてはレジンセメントの歯質接着性を減少させていた。スーパーボンドC&Bはいずれの仮封材を使用した場合でも、最も仮封処置の影響を受けないことが確認された。以上のことから、レジン系仮封材は、従来の仮封材と同様臨床使用に耐えうるものであろうと考えられたが、レジン系仮封材を使用しても仮封処置の影響がレジンセメントの歯質接着性に及ぶことが確認された。したがって、レジンセメント使用を前提とする場合の仮封処置を新たに確立する必要が認められた。やむおえず、従来の仮封処置を行うのであれば、レジンセメントはスーパーボンドC&Bを使用した方が仮封処置の影響を最小限に止め得ることが判明した。
日本メキシコ双方向の長期的留学成果～政府文化外交50年の分析

1.5名の共同研究者による研究会を2回行い、研究の方向性を確認し研究行程を検討した。1回研究会(2018年12月17日、名古屋大学東京オフィス)においては、研究者の各専門分野から本研究に関わる内容について発表し、研究内容の最適化について検討した(日墨交換留学制度について・文化外交とは何か・海外留学とキャリアと人生に与えるインパクトについて・日本人学生の海外留学の変容について)。第2回研究会(2019年2月9日)においては、異なる時期に日墨交換留学制度でメキシコへ留学した元留学生3名を招聘して、留学時およびその後の経験について発表いただきながら意見交換を行なった。その後、発表や意見交換の内容をふまえて、研究内容の深化について検討した。2.2回の研究会の内容をふまえて、アンケート調査項目について検討を始め、素案をもとにアンケート試行版を作成した。3.日墨交換留学制度によってメキシコに留学した日本人元留学生の会である「日墨交流会」の幹事会において、本研究の概要を改めて伝え、正式に協力依頼をした。後日、日墨交流会の会長に具体的な協力依頼をし、了解をとった。4.駐日メキシコ大使館においても文化担当参事官と学術・科学技術・国際協力担当官に面会し、日墨交換留学制度についての情報・意見交換をし、本研究への協力について合意を得た。2021年は当大使館にとっても日墨交換留学制度50周年記念の重要な年であるため、本研究の中間発表を大使館と連携して行なうことも検討することになった。現在、駐日メキシコ大使が空席のままであるが、文化担当参事官は近くメキシコ外務省において、本制度や研究についての相談を関係者とするとのことであった。メキシコでは政権交代の直後であり、組織安定までに数ヶ月かかるとのことであるが、来年度の研究に向けて、関係機関との連携について一定の目処を持つことができた。研究者5名全員と関係者が集まれる日時を設定するのが最も難しかったが、非常にアクセスのよい場所(名古屋大学東京オフィス)を利用するなどの工夫によって、2回の研究会を実施し、研究内容を深める機会を持つことができた。研究会以外ではメールやファイル共有によって検討を進めた。日本国内の関係機関・関係者とも日時を調整して面会することができ、協力関係について正式な合意を得ることができた。以上により、研究を進めるにあたっての下地を整えることができた。今後メキシコ側の関係機関・関係者との調整が必要であるが、日本側研究者の多忙に加えて、メキシコ政府内での担当者決定調整等に数ヶ月かかるとの情報もあり、日程調整が難航することが予想される。時間的余裕をもって進めるとともに、可能な範囲での最善をめざすことが必要である。今後、アンケートの試行版を業者に委託してウェブ掲載する。日墨交流会の協力により2030名の留学時期の異なる元留学生を対象にアンケート調査を実施し、その結果を検討して、本格的なアンケート調査票を作成し、メキシコ出張時にメキシコ側研究者との調整を行なう。その後日墨交流会および駐日メキシコ大使館の協力を得て、日本人の元留学生に向けて本格的に回答依頼を始める。駐日メキシコ大使館の協力を得てメキシコ側関係機関・関係者と連絡をとり、日時を調整したうえで、9月(予定)にメキシコにおける資料閲覧と関係者の聞き取り調査を行なう。聞き取り調査を録音し、文字化して、これまで公表されていない面も含めて、日墨交換留学制度の背景や経緯をまとめ、研究者それぞれの専門分野から検討する。メキシコ出張には研究者のうち3名が参加予定であり、9月または2月に出張可能な時期があるが、9月はメキシコの独立記念日の祝日等があり、2月は日本での入試業務担当スケジュールが未定のため、出張の日程調整は難航するかもしれないが、可能な範囲での最善を尽くす。

メキシコでは政権交代の直後であり、組織安定までに数ヶ月かかるとのことであるが、来年度の研究に向けて、関係機関との連携について一定の目処を持つことができた。研究者5名全員と関係者が集まれる日時を設定するのが最も難しかったが、非常にアクセスのよい場所(名古屋大学東京オフィス)を利用するなどの工夫によって、2回の研究会を実施し、研究内容を深める機会を持つことができた。研究会以外ではメールやファイル共有によって検討を進めた。日本国内の関係機関・関係者とも日時を調整して面会することができ、協力関係について正式な合意を得ることができた。以上により、研究を進めるにあたっての下地を整えることができた。今後メキシコ側の関係機関・関係者との調整が必要であるが、日本側研究者の多忙に加えて、メキシコ政府内での担当者決定調整等に数ヶ月かかるとの情報もあり、日程調整が難航することが予想される。時間的余裕をもって進めるとともに、可能な範囲での最善をめざすことが必要である。今後、アンケートの試行版を業者に委託してウェブ掲載する。日墨交流会の協力により2030名の留学時期の異なる元留学生を対象にアンケート調査を実施し、その結果を検討して、本格的なアンケート調査票を作成し、メキシコ出張時にメキシコ側研究者との調整を行なう。その後日墨交流会および駐日メキシコ大使館の協力を得て、日本人の元留学生に向けて本格的に回答依頼を始める。駐日メキシコ大使館の協力を得てメキシコ側関係機関・関係者と連絡をとり、日時を調整したうえで、9月(予定)にメキシコにおける資料閲覧と関係者の聞き取り調査を行なう。聞き取り調査を録音し、文字化して、これまで公表されていない面も含めて、日墨交換留学制度の背景や経緯をまとめ、研究者それぞれの専門分野から検討する。メキシコ出張には研究者のうち3名が参加予定であり、9月または2月に出張可能な時期があるが、9月はメキシコの独立記念日の祝日等があり、2月は日本での入試業務担当スケジュールが未定のため、出張の日程調整は難航するかもしれないが、可能な範囲での最善を尽くす。人件費・謝金については、事務補佐員を雇用する予定であったが、候補者数名と面接面の機会は持ったが、雇用時間と仕事内容に合う補佐員が今年度は決められず、保留となった。(次年度は、業務の種類によっては業者に委託する可能性も考えている。)
粘性流体の中の物体の運動の制御と安定性の数学解析

空間3次元の外部領域において、剛体の障害物の並進速度と回転角速度が時間により変動する場合に、その周りでの非圧縮粘性流の運動を支配する非線型システムの解析を念頭に、非自励な線型化方程式の初期値問題の解の長時間挙動を考察した。その解は発展作用素により実現され、その減衰評価の考察は本研究の主題である流体の中の物体の運動の制御と安定性の解析を行う上で基本的な役割を果たす。しかし、非自励系であるために、自励系に通用するスペクトル解析は立ち行かない。まず、エネルギ一関係式および全空間での発展作用素の減衰評価に注目し、cut-offも援用して双対発展作用素とセットで議論することにより、0階の減衰評価を証明した(Math. Ann. 2018)。さらに、これを用いて障害物近くの局所減衰評価を求め、また圧力の挙動も制御することにより、発展作用素の空間1階微分の最適な減衰度を求めることにも成功した(論文準備中)。上記の問題設定の特別な場合として、Finnのstarting問題、すなわち静止した物体が加速して有限時間後に一様な並進速度へ達するときに、対応する定常解への漸近を問う問題を考察した。この問題は初期値がゼロの場合に既に解かれているが、任意に大きい3乗可積分な初期値からstartしても定常解のattainabilityが得られることを明らかにした(J. Math. Fluid Mech. 2018)。次に、空間2次元の外部定常問題を考察した。2次元特有のStokesの逆理による困難が障害物の回転により解消されることは研究代表者が示したところであるが、本研究では、スケ一ル臨界減衰するNavier-Stokes流を小さく与えるとき、その空間無限遠での漸近展開を行い、主要項の形を具体的に求めた(専門誌で査読中、またarXiv:1809.03164で公開中)。非圧縮粘性流体の中の物体の運動の制御と安定性の数学的解明、また関連する諸問題の数学的基礎を与えることを研究目的とする。そのための第一段階は、時間に依存した物体の運動を与えるときに、その周りでの流体の漸近挙動の詳細な解析であるが、その長時間挙動は対応する定常問題の解の安定性あるいはattainabilityと密接に関わる。しかしながら、当問題に限らず一般に、外部領域での線型初期値問題の減衰評価の導出は自励系(半群)であっても難しい問題で、非自励系(発展作用素)となると、手がかりとなる一般論は皆無であり、各問題の特徴を捉えた固有な解析を要する。そのような背景のもと、研究実績概要欄で述べたように、障害物の運動速度についての妥当な条件のもとで発展作用素のLq-Lr型の減衰評価を0階のみならず1階微分に対しても得たことは成果であった。しかも得られた結果は、自励系に対して知られていた結果をすべて包括している。すべての場合を統一的に扱える新しい証明方法を見い出したこと自体が意義深く、当研究とは直接には関係のない問題へも同様な考え方を適用できる可能性がある。加えて、当研究課題の主題に戻れば、得られた結果は種々の興味深い物理状況に応用できる。一例を挙げれば、研究実績概要欄で障害物並進の場合のFinnのstarting問題についての成果も述べたが、同様な問題を障害物回転の場合に考察することも重要であり、しかしながら移流項の係数の非有界性により、同様な手法では立ち行かない。有効な解決方法は、上記の発展作用素の減衰評価の活用である。この例も含めて、得られた成果の応用は広く、当研究の進展を期待できる。さらに、2次元定常解の漸近展開も成果であった。その主要項の形が分かったので、この定常解の周りでの線型化作用素の主要部が判明し、それによる半群の生成と漸近挙動の研究へ進むことができる。今後の研究について、上記のとおり、発展作用素について得られた成果は幅広い問題に有効であるので、空間3次元での回転のstarting問題も含めて、その適用範囲を正確に検討する。その上で、流体と物体が実際に相互作用する問題へ進む。典型的かつ重要な問題の一つとして、self-propelled条件のもとでの制御問題がある。物理的に特徴のある意義深い制御の存在は、研究代表者の数年前の研究により既に知られているが、種々の制御の内から妥当な判断基準(例えば抵抗最小)をみたす最適制御問題は未解決のまま残っており、さらにその先に、最適制御解の小さな初期擾乱に対する安定性の問題がある。そのためには、最適制御解の空間無限遠での漸近展開と共に、上記の発展作用素に対する結果、あるいは結果それ自体でなくともその論証における考え方が活かせることは間違いない。2次元の外部領域で同様な成果を得ることは非常に重要である。漸近挙動が論点となるとき、2次元は常に3次元よりも難しいが、実際に、上記の3次元の解析の一部分は2次元では本質的に働かない。非自励系ではなく、自励系の特別な場合である一定角速度で回転する2次元物体の外部であっても、線型部分の生成する半群の長時間減衰評価は現時点では明らかにされていない。まずは、その場合のスペクトル解析を詳細に行うことから始めたい。そして、その先に、研究実績概要欄の後半で述べた定常解の周りでの線型化作用素の解析があり、興味深い問題はつきない。

空間3次元の外部領域において、剛体の障害物の並進速度と回転角速度が時間により変動する場合に、その周りでの非圧縮粘性流の運動を支配する非線型システムの解析を念頭に、非自励な線型化方程式の初期値問題の解の長時間挙動を考察した。その解は発展作用素により実現され、その減衰評価の考察は本研究の主題である流体の中の物体の運動の制御と安定性の解析を行う上で基本的な役割を果たす。しかし、非自励系であるために、自励系に通用するスペクトル解析は立ち行かない。まず、エネルギ一関係式および全空間での発展作用素の減衰評価に注目し、cut-offも援用して双対発展作用素とセットで議論することにより、0階の減衰評価を証明した(Math. Ann. 2018)。さらに、これを用いて障害物近くの局所減衰評価を求め、また圧力の挙動も制御することにより、発展作用素の空間1階微分の最適な減衰度を求めることにも成功した(論文準備中)。上記の問題設定の特別な場合として、Finnのstarting問題、すなわち静止した物体が加速して有限時間後に一様な並進速度へ達するときに、対応する定常解への漸近を問う問題を考察した。この問題は初期値がゼロの場合に既に解かれているが、任意に大きい3乗可積分な初期値からstartしても定常解のattainabilityが得られることを明らかにした(J. Math. Fluid Mech. 2018)。次に、空間2次元の外部定常問題を考察した。2次元特有のStokesの逆理による困難が障害物の回転により解消されることは研究代表者が示したところであるが、本研究では、スケ一ル臨界減衰するNavier-Stokes流を小さく与えるとき、その空間無限遠での漸近展開を行い、主要項の形を具体的に求めた(専門誌で査読中、またarXiv:1809.03164で公開中)。非圧縮粘性流体の中の物体の運動の制御と安定性の数学的解明、また関連する諸問題の数学的基礎を与えることを研究目的とする。そのための第一段階は、時間に依存した物体の運動を与えるときに、その周りでの流体の漸近挙動の詳細な解析であるが、その長時間挙動は対応する定常問題の解の安定性あるいはattainabilityと密接に関わる。しかしながら、当問題に限らず一般に、外部領域での線型初期値問題の減衰評価の導出は自励系(半群)であっても難しい問題で、非自励系(発展作用素)となると、手がかりとなる一般論は皆無であり、各問題の特徴を捉えた固有な解析を要する。そのような背景のもと、研究実績概要欄で述べたように、障害物の運動速度についての妥当な条件のもとで発展作用素のLq-Lr型の減衰評価を0階のみならず1階微分に対しても得たことは成果であった。しかも得られた結果は、自励系に対して知られていた結果をすべて包括している。すべての場合を統一的に扱える新しい証明方法を見い出したこと自体が意義深く、当研究とは直接には関係のない問題へも同様な考え方を適用できる可能性がある。加えて、当研究課題の主題に戻れば、得られた結果は種々の興味深い物理状況に応用できる。一例を挙げれば、研究実績概要欄で障害物並進の場合のFinnのstarting問題についての成果も述べたが、同様な問題を障害物回転の場合に考察することも重要であり、しかしながら移流項の係数の非有界性により、同様な手法では立ち行かない。有効な解決方法は、上記の発展作用素の減衰評価の活用である。この例も含めて、得られた成果の応用は広く、当研究の進展を期待できる。さらに、2次元定常解の漸近展開も成果であった。
脳機能解析のための犬頭部EPRI装置の試作

本研究では、脳機能解析のためのEPRイメージング装置の開発を目的とした。その中で、特に画像再構成の中心に位置する問題に取り組んだ。すなわち、最適な画像を得る事が出来るフィルタ関数の系統的な決定法について検討を行った。直接フーリエ変換再構成法において、周波数領域でフィルタ関数を決定する方法は、理にかなっているとともにフィルタ特性(特にカットオフ周波数)の影響を直感的に理解しやすいと言える。本研究で提案した手法は、シグナルの周波数スペクトラムに注目するものであり、ノイズを白色雑音として取り扱うことにより、信号対雑音比を最大とするようなカットオフ周波数を決定する事が可能となる。この手法による画像再構成の有用性は、より詳細かつ実際的なイメージングの場で検証されるべきであるが、基本的なコンセプトを確認することができたと言えよう。また、体積コイル(本研究ではループ・ギャップ共振器を用いた)を光素子を用いて共振周波数を遠隔操作可能にする技術を開発した。これは、可変容量コンデンサーの使用に際し問題となる、磁場変調による電磁誘導が少ないチューニング回路を実現した。自動チューニング制御を用いる事により計測の安定化と引き換えに感度の低下が発生する。感度の低下と自動制御による実効的な感度の向上が同時に存在するため、感度を向上させるための研究が必要である。脳機能解析のためのEPRイメージング装置の開発という極めて大きな目標を掲げた研究であったが、実際にはいくつかの技術的課題を解決したにとどまった。しかしながら、画像再構成時のフィルタ特性を系統的に決定する手法と、電磁誘導から逃れられる周波数チューニング技術の開発は、EPRイメージングで重要な問題を解決する事に貢献できるテクノロジーであり、EPRイメージングの今後の発展に十分貢献したと言える。仕様は次の通りである。(1)EPR法には磁場変調CW(連続波)法を用いる。(2)イメージングにはズーグマトグラフィ法を用いる。(3)電磁波の周波数はラジオ波帯の400MHzである。(4)共振器には円筒TE_<011>、キャビティ共振器を用いる。共振器の寸法は内径1.5m、軸長48cm、試料挿入孔の直径24cmであるので犬頭部を容易に挿入できる。研究の結果次の成果が得られた。(1)キャビティ共振器は内半径250mm、軸長158mmの1,200MHz縮小モデルを用いた電磁界解析を行い、内部に直流磁界ヘルムホルツコイルを設置しても所望のTE_<011>電磁界が試料中に得られること、従って、円筒TE_<011>キャビティ共振器が犬頭部EPRI共振器として実用可能であることが判明した。

自動チューニング制御を用いる事により計測の安定化と引き換えに感度の低下が発生する。感度の低下と自動制御による実効的な感度の向上が同時に存在するため、感度を向上させるための研究が必要である。脳機能解析のためのEPRイメージング装置の開発という極めて大きな目標を掲げた研究であったが、実際にはいくつかの技術的課題を解決したにとどまった。しかしながら、画像再構成時のフィルタ特性を系統的に決定する手法と、電磁誘導から逃れられる周波数チューニング技術の開発は、EPRイメージングで重要な問題を解決する事に貢献できるテクノロジーであり、EPRイメージングの今後の発展に十分貢献したと言える。
輻射場の量子制御と光と物質の新しい相互作用に関する基礎研究

光の波長程度の格子定数をもつ2次元フォトニック結晶を世界に先駆けて作成し、電磁波モードが存在しないフォトニックバンドギャップの存在を初めて明らかにするなどの成果をあげた。すなわち、1.17μmと1.02μmの格子定数をもつ2種類のエアロッド型の2次元六方晶格子を開発し、2次元ブリュアンゾーンの対称性の高いΓ-X、Γ-Jの各方向について、光の透過率を測定した。その結果、X方向については偏光の無関係に、J方向についてはH偏光(磁場ベクトルがロッド方向に平行)に対して、光が完全反射するエネルギー領域が2μm近傍に存在することを見い出した。また格子定数が小さくなると、このフォトニックバンドギャップが低エネルギー側にシフトすることも明らかにした。併行して、この系のフォトニックバンド構造並びにフォトンモードの状態密度を理論的に計算し、上記の実験結果を良く説明できることを明らかにした。以上から、H偏光に関しては共通なバンドギャップを生ずることがわかった。次に、これまで全く研究例がない点に鑑みて、この様な系の0次3次までのブラッグ反射強度の波長依存性を測定した。フォトニックバンド構造を反映して、1次より2次の散乱強度の方が強くなる波長領域が存在するなどの、いくつかの新しい事実を見い出した。理論的にもこの様な系の透過率、ブラッグ反射、透過強度の波長依存性を世界で初めて計算し、実験結果と比較した。最後に、理論的に、Γ-J方向の第2バンドが外部の電磁波とは結合できない、全く新しいタイプの電磁波モードであることを見い出した。従って、この領域では外部の光は全反射するはずである。表面が上記結晶より完全な、遠赤外波長の格子定数をもつ類似のフォトニック結晶を作成して、この事実を検証した。以上の成果をもとに、光と物質の新しい相互作用の研究に着手している。
圧電装荷マイクロ流路素子の開発とレーザ誘起衝撃波・電界パルス印加による遺伝子導入

本研究では,導入細胞の動きを空間的に制限した状態でレーザ誘起衝撃波・電界パルスを同時印加できる「光吸収層を持つ圧電体を装荷したマイクロ流路素子」とヒト細胞への遺伝子導入において,マイクロ流路プレート上に形成する光吸収体の開発,ガラスで閉じ込められた容器中を伝搬するパルス状音波の可視化解析,マイクロ流路内細胞に対するパルス電界印加法,および細胞トラッピング応力波照射システムの検討,などを行った.本研究では,培養底面に固定した浮遊細胞に衝撃波に伴う圧力変化を加えると導入効率が向上する実験結果に着目し,導入細胞の動きを空間的に制限した状態でレーザ誘起衝撃波・電界パルスを同時印加できる「光吸収層を持つ圧電体を装荷したマイクロ流路素子」を新たに開発し,それを用いたヒト細胞への遺伝子導入効果を実験的に検証する.平成27年度は、マイクロ流路プレート上に光吸収層や圧電体との積層構造を形成し、そこにパルスレーザを照射して発生する衝撃波および電界パルスを測定するための実験系構築を行った。また構築した実験系の基本特性評価と細胞を使った外来物質導入試験を行った。研究代表者は低出力(出力12[mJ])のパルスレーザ装置を購入し、光吸収層(黒色ゴム)にナノ秒パルスレーザを照射して創発的レーザ誘起応力波(Laser Induced Emergent Stress Wave : LIESW)の発生を確認した。またレーザフルエンスが1.5 [J/cm2]になるようにレーザ直径を調整することで,細胞培養容器(ガラスベースディッシュ)内や底面付近において外来物質導入に十分な30 [MPa]程度のLIESWが得られることを明らかにした.また研究分担者は、この実験条件においてヒト子宮頸がん由来細胞に蛍光標識したデキストラン(質量4 KDa)が導入できることを確認した.以上の研究結果から、構築した実験装置は本研究テーマを実施する上で十分な性能を有することを確認した。平成27年度はレーザ光学系の構築を行い、実験系の基本性能の確認まで行った。さらにマイクロ流路プレート上に光吸収層や圧電体との積層構造形成と衝撃波および電界パルス測定を行い、現在も実験継続中である。本研究は,導入細胞の動きを空間的に制限した状態でレーザ誘起衝撃波・電界パルスを同時印加できる「光吸収層を持つ圧電体を装荷したマイクロ流路素子」の開発とヒト細胞への遺伝子導入効果の実験的検証を目的に行っている.研究代表者らは有限時間領域差分法を用いて解析空間と遺伝子導入実験系を対応させる三次元モデル(総格子数が125,000 grid,音圧源水平方向の面積が4平方mm以上,音圧源法線距離が2.31 mm)において時間離散間隔を2.44 ns,空間離散間隔を44 nmとして計算を行った.解析結果から音源に対して水平方向の速度ベクトルの大きさは,音源に垂直な方向のそれに対して10%程度であることがわかり,これはせん断応力を細胞に与える可能性が示唆された.また電極間に働く電界強度を計算し誘電泳動力を求めたところ,電極形状の工夫によって接着細胞の接着強度と同程度の誘電泳動力を細胞に作用できることもわかった.さらに圧電センサをLCRメータ(NF, ZM2353)とRFネットワークアナライザ(Agilent Technologies,E5062A)で解析し,等価回路定数と下限周波数(-3 dB)が180 Hzであることを明らかにした.研究分担者は,低エネルギーパルスレーザ誘起創発的応力波を用いて,ヒトの皮フ由来の線維芽細胞へ緑色蛍光たんぱく質の遺伝子を組み込んだプラスミドDNAの導入実験を行った.その結果,細胞に加わる応力波が強いほど導入率が高く,播種時細胞数が6万個の場合に導入率が最も高い(7.06 %)ことがわかった.平成28年度は「圧電体を装荷したマイクロ流路素子」の設計と最適化のために,音波伝搬シミュレーション,電界シミュレーション,および圧電センサ回路の解析などを行った.また昨年度構築したレーザ実験系を用いて遺伝子導入実験も行った.平成29年度は,「圧電体を装荷したマイクロ流路素子」の効果を明らかにする計画で開始した.研究を進める中で,マイクロ流路プレート外部から電界を印加すると,その大部分はプレート本体に印加され,培地中の浮遊細胞に必要な電界が印加されない懸念が生じた.そこで本研究では,マイクロ流路中の細胞に外部パルス電界を印加する試みとして,パルス電界が印加される培地中にある透明導電膜の効果について実証実験を行った.実験では,培地を入れたエレクトロポレーション用キュベットに,マイクロ流路プレートを模した透明導電膜付きスライドガラスを電極面とガラス面を平行に挿入し,キュベット電極にナノ秒パルス電圧を印加した.結果として,最大電圧印加条件において細胞には約40kV/cmのパルス電界が印加されることが分かった.またヒト線維芽細胞を使った実験から,外部電極の正極に透明導電膜面を向けた配置が単一ナノ秒パルス電界を培地中の細胞に作用するのに適していることが分かった.この成果は,マイクロ流路中の細胞に外部からパルス電界を印加させる上で有用である.今年度は,さらに厚さが0.07 mm以下の黒色ゴムターゲットに小出力パルスレーザを照射したとき発生する衝撃波の最大圧力・圧力勾配・力積などを調査した.最も高い値が得られるターゲット厚さは0.05 mmであり,厚さが0.05 mmのとき得られた最大圧力は遺伝子導入に可能な大きさであった.

この研究成果は,マイクロ流路へのLISW照射に用いるターゲットの選択において有用である.この他,浮遊細胞に対して高い細胞生存率と遺伝子導入効率を同時に実現可能な「静電制御細胞トラッピング」を提案した.LD励起Qスイッチレーザの第2高調波で発生させた衝撃波は,1 mm2程度の範囲内に外来物質導入に十分なピーク圧力と立ち上がりが急峻なナノ秒オーダの波形が得られることを実験的に示した.本研究では,導入細胞の動きを空間的に制限した状態でレーザ誘起衝撃波・電界パルスを同時印加できる「光吸収層を持つ圧電体を装荷したマイクロ流路素子」とヒト細胞への遺伝子導入において,マイクロ流路プレート上に形成する光吸収体の開発,ガラスで閉じ込められた容器中を伝搬するパルス状音波の可視化解析,マイクロ流路内細胞に対するパルス電界印加法,および細胞トラッピング応力波照射システムの検討,などを行った.平成28年度は、前年度に得られた研究成果をもとに、研究代表者は引き続き「圧電体を装荷したマイクロ流路素子」の改良と完成を目指す.昨年度までの実験結果から、衝撃波と電界信号を測定する上で高感度の増幅回路が新たに必要であることが分かった。今後は信号増幅回路の開発も並行して実施する。また研究分担者は,衝撃波照射による細胞毒性および導入遺伝子の大きさによる導入効率測定を行い,遺伝子導入の細胞種による最適素子構造や最適レーザ照射条件を決定する。昨年度末に、これまで使用していた細胞株の劣化が判明したが、現在は新たな細胞株を購入して培養準備を行っており、平成28年度の実験実施に支障はない。平成29年度は,最終年度であるため,研究代表者と研究分担者らは「圧電体を装荷したマイクロ流路素子」の実証実験を行い,その効果を明らかにする.また昨年度は実験の過程で誘電泳動力による浮遊細胞の固定・解除などの状態制御の可能性が示されたことから今後は,浮遊細胞に対する新たな遺伝子導入法「静電制御細胞トラッピング衝撃波照射法」を考案し,予備実験を本研究と並行して実施する.電気電子工学平成27年度はパルスレーザシステムの構築を主な目的として研究を実施し、予備実験に必要な消耗品費は別予算で賄う予定でいた。しかし、レーザシステムの納品・稼働が予定よりも早く進捗したため、平成28年度以降に実施予定の実験準備(ターゲットやマイクロ流路プレートおよび細胞培養・評価などの消耗品購入)のため研究費の前倒しを行った。しかし、細胞に関する評価実験が予定よりも少ない予算で実施できたため、次年度使用額が生じた。昨年度中に細胞評価法がある程度確立できたため,当初の予定していた予算より少ない金額で実施ができた.次年度使用額は細胞準備や評価に必要な消耗品代に充てるが、成果発表や旅費に関する支出が予算額を上回る場合、この次年度使用額の一部を支払いに充てる予定である。次年度使用額は主に細胞評価を含めた消耗品代に充てるが,成果発表や旅費に関する支出が予算額を上回る場合,次年度使用額の一部をこれに充てる予定である.
プロテオミクスにより同定されたヒト好中球ペプチドの腸管炎症への影響の検討

Human Neutrophil Peptide1-3 (HNP1-3)は好中球、T細胞や樹状細胞に対し走化作用を示すだけでなく、上皮細胞に作用しIL-8産生・放出を促進させる作用をもつ抗菌ペプチドである。我々は活動性潰瘍性大腸炎患者の寛解導入療法後に血漿中HNP1-3が低下することを報告した。HNP1-3の過剰な存在は腸管炎症の原因となり、潰瘍性大腸炎の悪化につながっている可能性があるが、これまでHNP1-3の腸管局所や腸管上皮における作用の報告はなく、本研究ではHNP1-3により腸管上皮細胞を刺激し、細胞増殖への影響や炎症性サイトカイン産生能を検討した。さらにHNP1-3をIBDモデル動物に投与し腸管炎症に与える影響も検討した。HNP1-3は比較的低濃度では腸管上皮細胞増殖作用を示す。しかし高濃度となると細胞障害作用を示した。またHNP1-3は、腸管上皮細胞のIL-8とVEGFのmRNA発現を濃度依存性に亢進させていた。また培養上清中のIL-8とVEGFの産生も増加させていた。これらの結果はHNP1-3が腸管上皮細胞に作用し、腸管局所の炎症の悪化をもたらしている可能性を示唆していると考えられた。またIBDモデル動物としてDSS腸炎マウスを用いた検討では、HNP1-3を過剰投与した群は、HNP1-3非投与群と比較して腸管の炎症スコアが高く、かつ腸管が短縮する傾向にあった。これらの結果はHNP1-3が腸管炎症の拡大につながる可能性が示された。本研究では、ヒト好中球から分泌される抗菌ペプチドであるHuman Neutrophil Peptidel-3(HNPI-3)の腸管炎症への影響を解析することにより、炎症性腸疾患とくに潰瘍性大腸炎の病態の理解や新たな治療法の開発を目指した。これらの結果から、HNPI-3が腸管上皮細胞に作用し上記サイトカインなどを介することで、さらなる好中球の遊走を促進させ、腸管の炎症を悪化させている可能性が示唆された。IBDモデル動物としてDSS腸炎マウスを用いた検討では、HNPI-3を投与した群はOHNPI-3非投与群と比較し体重や腸管長が減少し、腸管の病理学的活動性スコアが有意に高かった。このように、HNP1-3は腸管上皮に対しサイトカインや接着因子の発現を促し、腸管炎症に深く関わっている可能性が示唆された。また、HNP1-3を制御することで、腸管炎症を改善することができる可能性も考えられた。
閉塞型睡眠時無呼吸症候群における病態多様性と新たな治療戦略-非線形解析を用いて-

閉塞性睡眠時無呼吸症候群(OSAS)の覚醒時安静呼吸時系列波形解析を行った。OSASの中でも混合型無呼吸が頻回に観察される一群では、閉塞型無呼吸がほとんどを占めるOSASに比較して、線形・非線形指標で評価した呼吸不規則性は有意に高度であり、チェーン・ストークス呼吸を含む中枢性睡眠時無呼吸症候群と同等であった。また呼吸不規則性がOSASにおいて持続陽圧呼吸(CPAP)療法のアドヒアランスを予測できるかどうか検討したところ、CPAPアドヒアランスが不良なOSASでは、覚醒時安静呼吸は有意に不規則であった。以上よりOSASには多様な病型があり、覚醒時安静呼吸時系列波形線形・非線形解析から評価した呼吸不規則性はその多様性を反映するだけでなくCPAPアドヒアランスを予測できる可能性が示唆された。呼吸の非線形解析が呼吸制御システムあるいは呼吸の不規則性を反映するかどうかを検討する目的で、まずBALB/cマウスの非拘束下覚醒時安静呼吸波形をプレチスモグラフチャンバーを用いて収集したが、マウスがチャンバー内の環境に適応し活動性が低下するのに時間を要することがあり、現在チャンバーの底にbeddingを敷くなどの改良を重ねている。またOSASの病態の多様性を明らかにする目的で、診断的終夜睡眠ポリグラフ検査より、閉塞型無呼吸優位のOSAS患者(n=20)、混合型無呼吸優位のOSAS患者(n=13)、およびコントロール(非OSAS患者;n=10)の3群を抽出した。それぞれの群における入眠前安静呼吸の一呼吸毎解析を行ったところ、混合型無呼吸優位OSAS患者では、線形指標(変動係数;CV=標準偏差/平均値)、および非線形指標(Sample Entropy)は有意に高値を示した。さらにCPAPアドヒアランスは、OSASの重症度に差異は認めないにも関わらず、混合型無呼吸優位OSAS患者では閉塞型無呼吸優位OSAS患者と比較して有意に悪かった。以上より、現在では混合型無呼吸は閉塞型無呼吸の亜型と言われており、両者とも診断名はOSASとなるのであるが、覚醒時安静呼吸線形・非線形解析より両者で呼吸制御システムに差異がある可能性があり、またそのことはCPAP治療のアドヒアランスに影響することが示唆された。現在も症例を重ねて検討を継続している。閉塞性睡眠時無呼吸症候群(OSAS)の標準的治療法である経鼻的持続陽圧呼吸療法(CPAP)の代替的あるいは補助的な治療法としての薬物治療の可能性を探求する目的で、覚醒安静時においても無呼吸を含む不規則呼吸を呈するC57BL/6Jマウス(無呼吸モデルマウス)に胃から産生されるペプチドホルモンであるグレリンの腹腔内投与を行った。C57BL/6Jマウスにおいて、グレリンには呼吸刺激作用があり、さらに安静時の呼吸不規則性は改善する傾向を認めている。現在さらなるデータの集積を行っている。また臨床研究としては、OSASの病態の多様性を明らかにする目的で、診断的終夜睡眠ポリグラフ検査より、閉塞型無呼吸優位のOSAS患者(pure-OSAS;n=36)、混合型無呼吸優位のOSAS患者(mix-OSAS;n=20)、コントロール(control;n=10)、およびチェーンストークス呼吸を含む中枢性無呼吸優位のCSAS患者(pure-CSAS;n=6)の4群を抽出した。それぞれの群における入眠前安静時の呼吸信号時系列波形解析を行ったところ、mix-OSASでは、線形指標(変動係数)、および非線形指標(Sample Entropy)はpure-OSASおよびcontrolに比較して有意に高値を示し、pure-CSASとは同等であった。さらにCPAPアドヒアランスは、mix-OSASではpure-OSASと比較して有意に悪かった。以上より、現在では混合型無呼吸は閉塞型無呼吸の亜型と言われており、両者とも診断名はOSASとなるのであるが、覚醒安静時呼吸信号線形・非線形解析より両者で呼吸制御システムに差異がある可能性があり、またそのことはCPAP治療のアドヒアランスに影響することが示唆された(CHEST in press)。閉塞性睡眠時無呼吸症候群(OSAS)において、覚醒時安静呼吸の不規則性がOSASの病態多様性、さらには経鼻的持続陽圧呼吸(CPAP)療法の治療効果を反映することを明らかにした。すなわち、混合型無呼吸が頻回に観察されるOSASの一群では、閉塞型無呼吸が優位な従来のOSASに比較して、覚醒時安静呼吸の不規則性を表す線形指標(変動係数)および非線形指標であるSample Entropyは有意に高値を示した(Chest 2011;140:54-61)。

さらに、上述のような混合型無呼吸が頻回に観察されるOSASは比較的希少な一群であるため、覚醒時安静-呼吸波形から得られる不規則性指標が、いわゆる従来のOSAS(閉塞型無呼吸が優位)におけるCPAPのアドヒアランスを予測できるか否かを検討した。終夜睡眠ポリグラフ検査で無呼吸低呼吸指数(AHI)が20以上のOSASと診断されCPAPが処方された患者380人から、6ヶ月以内にCPAPを中断した患者27人(アドヒアランス不良群)、年齢、肥満度、およびOSASの重症度をマッチさせたアドヒアランスが良好な患者21人(アドヒアランス良好群)を抽出した。両群間で覚醒時安静呼吸波形解析を行ったところ、アドヒアランス不良群では、一呼吸毎の1回換気量の変動係数は有意に高値を、また非線形指標であるmutualinformationは有意に低値を示した。これらの結果は、CPAPを中断した患者では、一呼吸毎の呼吸深度が不規則であること、呼吸波形は複雑であり予測しがたいことを示唆していた(under review)。以上のふたつの臨床研究から、覚醒時の呼吸波形解析から得られる線形・非線形指標はOSASの多様性を反映するだけでなく、CPAPの治療反応性をも予測できる新たな指標であることを提案することができた。
球面上の分布における統計的解析

ユークリッド空間への埋め込みによって入れた座標、球面への巻き付けによって入れた座標、角度による座標がそれぞれどういう場合に有利でありまた利用可能であるかを調べ、これらの長所や短所を明らかにしました。そして、球面上の既存の分布のモデルについてその形状などの特徴を調べ、通常のユークリッド空間での分布に用いられている統計的手法をいくつか適用し、得られた結果と、今までに得られている結果と比較してみました。また、円周上でのいわゆる平均と分散に相当する特性量が何であるかを考え、完全に対応するものは(当然のことながら)ないのですが、それらの性質のいくつかを、幾何学的な構造を考慮した上で明らかにしました。さらに、円周上での中心極限定理とその中心に相当する特性量の候補を与えその性質を調べています。一般次元の球面上では、特にランジュバン分布について、この分布を仮定した母数の推定や検定の問題のいくつかを漸近的に解決しています。具体的には、一標本問題での平均方向や集中化母数の推定、平均方向についての検定、多標本問題での検定などを、標本数が多いときまたは集中度が高いときそれぞれの場合について統計量の漸近的な挙動を導出しました。そして、多くの場合に、最尤推定量そのものよりもこれを少し修正した統計量のほうが偏りの面で良いという結果を得ました。これは通常のユークリッド空間における結果とは異なっており、球面上の特殊性の一つといえるでしょう。