hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
有機導体-金属錯体ハイブリッド化合物による分子スピントロニクス

分子性導体の主要構成分子であるTTF誘導体を配位子に有する常磁性金属錯体を合成し、結晶構造および電気物性などを明らかにした。真空蒸着法などによるデバイス化を行った。銅錯体の真空蒸着法による薄膜化とデバイス化には成功したが、FET特性は観測されなかった。ウェットプロセスを検討するため、自己組織化能を有する錯体の開発を行った。有機溶媒中でゲル化する長鎖アルキル置換TTFを配位子に持つキューブ錯体の合成に成功した。本研究課題では、次世代スピントロニクス材料の探索を目的とし、分子性導体の主要構成分子であるTTF誘導体を配位子に有する常磁性金属錯体を作製し、結晶構造や電気物性などの基礎的性質を明らかにするとともに、真空蒸着法などによる薄膜化を試み、スピンが関与する電子デバイスの開発を試みた。TTF誘導体がシッフ塩基配位子を通して常磁性のCu(II)イオンに配位した錯体を新規に合成し、その構造ならびに電気化学的性質を明らかにした。この錯体は中性錯体で、構造解析から配位子内のTTF部位間に横方向の相互作用が存在していることを明らかにした。このことはTTF間の相互作用を通じた伝導性が期待される。また、この錯体の部分酸化塩が電気伝導性を有することを見出した。この錯体を用いて、表面処理したガラス基板上に真空蒸着法したところ、銅錯体は分解せず蒸着されていることを確認した。そこで、n型シリコンにSiO2を蒸着した電界効果型トランジスタ(FET)用基板上に銅錯体、および金電極を真空蒸着することによって、FETデバイスを作製した。FET特性を評価したところ、残念ながらFET特性を観測することができなかった。このことは薄膜中では、単結晶と異なり配位子中のTTF間の相互作用が弱いためと考えられる。そこで、分子間相互作用の増大を目指してTTFの末端の置換基をより平面性の高いベンゼン環に置換した錯体および長鎖アルキル基で置換した錯体の合成を新たに行った。現在、これら新規錯体の結晶構造および基礎物性の測定を引き続き行っている。また真空蒸着法以外の薄膜化として、キャスト法やスピンコート法などのウェットプロセスを検討するため、自己組織化能を有する錯体の作製も試みた。その結果、有機溶媒中でゲル化する長鎖アルキル置換TTFを配位子に持つキューブ錯体の合成に成功した。今後これら錯体を用いてFETデバイス作製と評価を行う。分子スピントロニクス材料に適した分子として分子性導体の主要物質であるテトラチアフルバレン(TTF)誘導体を常磁性金属イオンに直接配位させた物質の合成を行い、真空蒸着法による薄膜化を試みた。金属イオンへの配位サイトとしてシッフ塩基配位子を用いた銅(II)錯体を検討した。この錯体は中性錯体であることから真空蒸着法等のドライプロセスによる薄膜化が可能であると考えられる。中性錯体の単結晶X線構造解析の結果から、TTF部位の硫黄原子間に接触があり、分子間相互作用があることが確認されていることから、作製した薄膜をFET構造へとデバイスかすることにより、常磁性金属イオンの局在スピンと相互作用するFETデバイスが期待される。また、この銅錯体のTTF部位を電気化学的に部分酸化することによって、半導体的な伝導挙動を示すことも明らかにしている。今年度は、TTF部位の置換基がエチレンジチオ基である銅錯体を用いた。薄膜の作製は、ヘキサメチルジシラザンで処理した石英基盤およびn型シリコン上にSiO2膜を蒸着した基板を用い、1.9×10^-3Paで真空蒸着を行った。蒸着膜の紫外可視吸収スペクトルおよび蒸着後に残ったサンプルの赤外吸収スペクトルを、原料である銅錯体のそれらと比較することにより、錯体は真空蒸着の過程で分解せず、薄膜が形成されたことを確認することができた。SiO2膜を蒸着したn型シリコン基板上に作製した薄膜に、電極として金を蒸着しFETデバイスを作成した。半導体パラメータアナライザーを用いてFET特性を評価したところ、今回用いたエチレンジチオ基を有する銅錯体の薄膜ではFET特性が観測されなかった。今年度の前半は、昨年度末発生した東日本大震災の影響で、研究室の復旧ならびに破損物品の修理に費やされたため、当初の研究計画が大幅に遅れた。また、破損した物品の修理を早急に行う必要があったため、当初購入を計画していた物品の変更も余儀なくされたことも、研究目的の達成を遅らせる原因となった。しかし、他機関との共同研究などにより当初予定していた物質の薄膜化ならびにデバイス評価を行うことができ、おおむね予定通り研究が達成できたと自己評価する。残念ながら今回のサンプルでは期待したデバイス特性が発現しなかったが、新物質による新規材料の開発研究ではよくあることであり、今年度の結果を踏まて次年度の物質設計につながる結果が得られたことからも、おおむね順調に進展したと考えている。

今後の研究の推進方策について以下にまとめる。今年度用いた置換基がエチレンジチオ基の銅錯体では、真空蒸着法による薄膜化およびデバイス作製には成功したものの、期待された特性は発現しなかった。有機半導体デバイスにおいては、デバイス特性は薄膜中における分子配列に大きく左右される。TTF誘導体からなるFETデバイスの報告例も数種類あるが、今回用いた銅錯体と同じエチレンジチオ基を置換基にもつTTF誘導体からデバイス特性の報告はなく、ベンゼン環が縮環したジベンゾ誘導体や長鎖アルキル基で置換したTTF誘導体に限られている。そこで、次年度はエチレンジチオ基をベンゼン環や長鎖アルキル基に置換した新規銅錯体の合成を行い、合成した錯体を用いて薄膜化およびデバイス化を検討する。長鎖アルキル基を有する金属錯体は溶液状態で自己組織可能を有することが知られている。したがって、新たに合成した物質の薄膜化については、真空蒸着などのドライプロセスに加え、キャスト法などのウェットプロセスによる薄膜化を検討する。今年度の結果を踏まえ、次年度は新しい物質の合成をメインに研究を遂行する。したがって、化学合成のための試薬およびガラス器具などの消耗品を物品費として計上している。また、研究成果の報告のための学会の参加のための旅費、他機関で実験補助のための謝金もそれぞれ計上している。
オピオイド投与患者におけるプロクロルペラジンの体内動態と薬効・副作用との関係解明

中枢性ドパミンD2受容体遮断薬のプロクロルペラジンは、がん患者におけるオピオイド投与に伴う中枢性嘔吐に用いられる。オピオイド投与患者において、プロクロルペラジンの薬効および有害作用には個人差が認められる。最近、オピオイドによるオピオイドμ1受容体を介したドパミン分泌経路への作用が報告されている。本研究では、オピオイドを併用しているがん患者におけるプロクロルペラジンの体内動態を評価するとともに、その制吐作用や副作用の個人差要因について明らかにした。本研究では、がん患者におけるプロクロルペラジンの制吐作用および血清プロラクチン濃度に及ぼす影響因子について、ドパミンD2受容体(DRD2)の遺伝子変異に着目して評価した。対象はオキシコドン服用時の制吐予防目的にプロクロルペラジンを投与したがん患者70名とした。プロクロルペラジン服用12時間後における血漿中プロクロルペラジン濃度および血清プロラクチン濃度を評価した。血漿中プロクロルペラジン濃度、オキシコドン投与量、性別およびDRD2の遺伝子変異と嘔気・嘔吐発現率および血清プロラクチン濃度との関係について解析した。嘔気発現率については、DRD2 Taq IAのA1A1+A1A2群においてA2A2群より有意に高かった。さらに女性は男性に比べ、嘔吐発現率が高い傾向が認められた。一方、血漿中プロクロルペラジン濃度およびオキシコドン投与量は、嘔気・嘔吐発現率に影響を及ぼさなかった。血清プロラクチン濃度については、プロクロルペラジンの投与により有意に上昇し、その上昇には個人差も認められた。プロクロルペラジン投与前後の血清プロラクチン濃度については、女性は男性と比較して、それぞれ有意に高値を示した。一方、DRD2の遺伝子変異やオキシコドン投与量は、血清プロラクチン濃度に影響を及ぼさなかった。以上より、がん患者において、DRD2の遺伝子変異は、プロクロルペラジンによる制吐作用に影響を及ぼすことが示された。本研究では、がん患者におけるプロクロルペラジンの制吐作用および血清プロラクチン濃度に及ぼす影響因子について、ドパミンD2受容体(DRD2)およびオピオイドμ1受容体(OPRM1)の遺伝子変異に着目して評価した。対象はオキシコドン服用時の制吐目的にプロクロルペラジンを投与したがん患者70名とした。プロクロルペラジンの制吐作用に関して、嘔気発現率はDRD2TaqIAA2A2群と比較して、A1A1+A1A2群で有意に高値を示した。一方で、嘔吐発現率は男性と比較して女性において有意に高値を示した。血清プロラクチン濃度は、血漿中プロクロルペラジン濃度との間に弱い正の相関が認められ、男性と比較して女性において有意に高いことが示された。また、OPRM1 118AG+GG群と比較してAA群では血清プロラクチン濃度が有意に高いことが示された。多変量解析においても、嘔気発現率の影響因子としてDRD2 TaqIAが、嘔吐発現率の影響因子として性別が、血清プロラクチン濃度の影響因子として、性別、血漿中プロクロルペラジン濃度およびOPRM1 A118Gが挙げられた。臨床試験の倫理審査申請とプロクロルペラジンとその代謝物(スルホキシド、N-脱メチル体、7-水酸化体)の血中濃度測定法の確立を行い、患者登録、薬物動態解析および患者情報の収集を開始した。臨床試験については、当施設の医学研究倫理審査およびヒトゲノム・遺伝子解析研究倫理審査の承認を受け実施した。プロクロルペラジンとその代謝物の血中濃度測定については、米国食品医薬品局の生体試料分析のガイダンスに準拠した簡便なLC-MS/MS法による同時測定法を確立し、がん患者へのモニタリングの適用性についても検証した。インフォームドコンセントの得られたがん患者37名について、プロクロルペラジンとその代謝物の薬物動態解析を行った。登録されたがん患者において、プロクロルペラジンとその代謝物の血中濃度には、変動係数として、プロクロルペラジンで89.4%、スルホキシドで88.7%、N-脱メチル体で86.4%および7-水酸化体で78.2%であり、大きな個体間差が確認された。プロクロルペラジンとその代謝物の薬物動態解析とともに、オピオイド鎮痛薬の血中濃度測定、錐体外路症状の判定とそのグレード分類、その他の副作用の判定およびプロラクチンの血中濃度測定を目標症例数に到達するまで患者登録を継続する。患者情報の収集については、診療録や疼痛管理記録から情報を抽出し、疼痛管理状況と有害作用発現状況についてのデータベースの作成を開始した。これまでの検討から、プロクロルペラジンの血中動態の影響因子については、単一の薬物代謝酵素や薬物輸送

担体の遺伝子変異では説明できなかった。一方、オキシコドン服用患者におけるプロクロルペラジンの制吐作用および血清プロラクチン濃度とDRD2の遺伝子変異との関係が明らかになり、おおむね順調に研究が進展した。これまでの経過から、初年度の達成目標である臨床試験の倫理審査承認、プロクロルペラジンとその代謝物の血中濃度測定法の確立でき、患者登録、薬物動態解析および患者情報の収集を開始できているため、おおむね順調に研究が進展している。平成25年度については、オピオイドを服用しているがん患者におけるプロクロルペラジンの制吐作用および血清プロラクチン濃度に及ぼす影響因子について、ドパミンD2受容体と相互作用を有するオピオイドμ1受容体の遺伝子変異に着目して評価を行う。多変量解析により、プロクロルペラジンとその代謝物およびオキシコドンとその代謝物の血中濃度、性別、ドパミンD2受容体およびオピオイドμ1受容体の遺伝子変異を用いて、制吐作用、錐体外路症状および高プロラクチン血症の影響因子について明らかにする。平成24年度については、目標症例数までの患者登録、薬物動態解析および患者情報の収集を実施する。さらに血清プロラクチン濃度の測定、遺伝子解析および血液中フラビン含有モノオキシゲナーゼ活性の測定を行う。得られた情報を用いて、プロクロルペラジンの血中動態と制吐作用や副作用との関係解明のために統計解析を行う。遺伝子解析:患者の白血球DNAより、薬物代謝酵素(CYP2D6、CYP2C19、CYP3A5、FMO1、FMO3)、薬物輸送担体(ABCB1)、薬物受容体(OPRM1、DRD2)の遺伝子変異について解析する。遺伝子型の判定については、PCR-RFLP法またはシーケンス法を用いる。フラビン含有モノオキシゲナーゼ活性の測定:プロクロルペラジン投与患者の血液中フラビン含有モノオキシゲナーゼ活性を評価するため、ベンジダミンを基質として、ex vivoアッセイを行う。生成したベンジダミンNオキシドをHPLC蛍光法にて測定する。プロクロルペラジンの血中動態と制吐作用・副作用の関係解析:多変量解析により、プロクロルペラジンとその代謝物およびオキシコドンの血中濃度、薬物代謝酵素、薬物輸送担体、ドパミンD2受容体、オピオイドμ1受容体の遺伝子変異および血液中FMO活性を用いて、制吐作用、錐体外路症状、高プロラクチン血症およびその他の副作用の影響因子について明らかにする。平成25年度の研究費については、主に消耗品、情報収集や成果発表のための学会参加、臨床検査項目の外部検査機関への委託費用および学内共同機器の使用料に対して、研究費を使用する。具体的な使途を下記に示す。消耗品費:試薬、HPLC関連器具、プラスチック器具および遺伝子解析関連試薬を購入する。旅費:日本臨床薬理学会年会および日本医療薬学会年会に参加し、研究資料を収集する。また、国際学会に成果を発表する。外部検査機関委託:プロラクチンおよび診療未検査項目測定学内共同機器の使用料: LC-MS/MS、DNAシークエンサ等の使用料
インプラント上部構造の機能評価

1.インプラント支持上部構造の良好な適合を得ることを目的として,下顎片側第二小臼歯,第一第二大臼歯欠損を想定し,同部に2本のIAT FIT IIインプラントを植立した金属歯列原型を用いて,原型上の標点と作業模型上の標点を三次元計測することにより,作業模型の寸法精度を検討した.インプラントの平行植立(平行型)および支台インプラント間に傾斜がある場合(傾斜型)について印象材の違いによる比較検討を行った.その結果,付加型シリコーンラバー印象材の違いによる作業模型の寸法精度への影響は小さいと考えられる一方,傾斜型においては多くの標点が下方への変位を認め,特にインプラント部において顕著であった.また,インプラント部の標点は時計回りの回転を示し,支台歯間の傾斜は作業模型の寸法精度に影響を及ぼすとの結果を得た.2.臨床上見られるインプラントの咬合平面に対する傾斜に注目し,特にインプラントの近心傾斜がインプラント,上部構造体,顎骨の応力分布に及ぼす影響について有限要素法による検討を行った.その結果顎骨においてはインプラントの傾斜に伴い咬合平面に垂直に植立されているインプラントでは変化が少ないのに対し,傾斜させたインプラントでは傾斜側顎骨に応力が集中した.3.さらに顎骨において骨吸収を起こす可能性があると言われる応力値(10Mpa)を基準として採用し,この応力を顎骨に発生させる最小限の荷重量(以下限界荷重量と呼ぶ)を求めた.その結果咬合面に垂直に植立されているインプランドでは限界荷重量の変化が少ないのに対し,傾斜させたインプラントでは傾斜側で限界荷重量の減少が著明となった.また食事中に発生する咬合力,すなわち有限要素法における荷重量を20Kgfと想定し検討した結果,インプラントの良好な予後を得るためにはインプラントの傾斜は15°未満が望ましいと考えられた.1.インプラント支持上部構造の良好な適合を得ることを目的として,下顎片側第二小臼歯,第一第二大臼歯欠損を想定し,同部に2本のIAT FIT IIインプラントを植立した金属歯列原型を用いて,原型上の標点と作業模型上の標点を三次元計測することにより,作業模型の寸法精度を検討した.インプラントの平行植立(平行型)および支台インプラント間に傾斜がある場合(傾斜型)について印象材の違いによる比較検討を行った.その結果,付加型シリコーンラバー印象材の違いによる作業模型の寸法精度への影響は小さいと考えられる一方,傾斜型においては多くの標点が下方への変位を認め,特にインプラント部において顕著であった.また,インプラント部の標点は時計回りの回転を示し,支台歯間の傾斜は作業模型の寸法精度に影響を及ぼすとの結果を得た.2.臨床上見られるインプラントの咬合平面に対する傾斜に注目し,特にインプラントの近心傾斜がインプラント,上部構造体,顎骨の応力分布に及ぼす影響について有限要素法による検討を行った.その結果顎骨においてはインプラントの傾斜に伴い咬合平面に垂直に植立されているインプラントでは変化が少ないのに対し,傾斜させたインプラントでは傾斜側顎骨に応力が集中した.3.さらに顎骨において骨吸収を起こす可能性があると言われる応力値(10Mpa)を基準として採用し,この応力を顎骨に発生させる最小限の荷重量(以下限界荷重量と呼ぶ)を求めた.その結果咬合面に垂直に植立されているインプランドでは限界荷重量の変化が少ないのに対し,傾斜させたインプラントでは傾斜側で限界荷重量の減少が著明となった.また食事中に発生する咬合力,すなわち有限要素法における荷重量を20Kgfと想定し検討した結果,インプラントの良好な予後を得るためにはインプラントの傾斜は15°未満が望ましいと考えられた.これまで当教室では,インプラント支持上部構造の良好な適合を得ることを目的として,下顎片側第二小臼歯,第一第二大臼歯欠損を想定し,同部に2本のITIインプラントを平行に植立した金属歯列原型を用いて,原型上の標点と作業模型上の標点を三次元計測することにより,作業模型の寸法精度を検討した.本年度は上述の金属原型をIAT FIT IIインプラントの平行植立(平行型)に変更し,印象材の違いによる比較や,支台インプラント間に傾斜がある場合(傾斜型)についても同様の検討を行った.その結果,付加型シリコーンラバー印象材の違いによる作業模型の寸法精度への影響は小さいと考えられる一方,傾斜型においては多くの標点が下方への変位を認め,特にインプラント部において顕著であった.また,インプラント部の標点は時計回りの回転を示し,支台歯間の傾斜は作業模型の寸法精度に影響をおよぼすとの結果を得た.さらに,インプラントの傾斜に注目し,インプラントの傾斜角度の違いが上部構造体,インプラント体および周囲顎骨の応力分布におよぼす影響について,有限要素解析プログラムCOSMOS/Mを用いて検討を行うため準備をしてきた.現在,2次元でモデルの形態,物性値,荷重条件,拘束条件,傾斜角度等の条件を検討中である.将来的には,上記研究の結果に基づき,支台インプラントに正確に適合していない上部構造体を装着したときのずれが周囲におよぼす影響や,さらに咬合力が加わったときの応力解析等を行い,インプラントの傾斜角度の結果も含めて,検討を加えていく予定である.

これまでに,インプラント上部構造体の良好な適合を得ることを目標として,下顎片側第二小臼歯,第一第二大臼歯欠損を想定し,二本のインプラントを平行及び一方を傾斜植立した金属原型を用いて作業模型の寸法精度を検討してきた.本年度はインプラントの傾斜と荷重量の変化に注目し,インプラントの傾斜角度の違い及び荷重量の変化がインプラント体,上部構造体,顎骨の応力分布に及ぼす影響について,一方を咬合平面に垂直に,もう一方をインプラント体頸部を中心に傾斜させた有限要素法モデルを構築し検討を行った.その結果インプラント体,上部構造体においては平行植立時には荷重直下から連結歯肉側及びインプラント体全体にわたって応力の集中が見られたが,インプラントの傾斜に伴い平行に植立されているインプラントでは変化が見られないのに対し,傾斜させたインプラントでは連結部歯肉側及びインプラント体尖端で応力が減少した.また顎骨においてはインプラントの傾斜に伴い平行に植立されているインプラントでは変化が見られないのに対し,傾斜させたインプラントでは傾斜側に応力が集中する結果となった.また荷重量の増加により応力値は一時直線的に増加したが,部位及び傾斜角度によって異なり荷重量の小さいときに大きな応力値を示す部位は,荷重の増加につれより大きな応力値を示し,応力の集中する部位により集中するという結果を得た.今後,有限要素法モデルのインプラント体と顎骨の接触関係について検討を加えていく予定である.
幹細胞競合における女性ホルモンの関与と皮膚老化の仕組みの解明

エストロゲンは重要な女性ホルモンである。閉経後、エストロゲンの合成は減少することにより、様々な皮膚のトラブルが引き起こされる。多くの組織の恒常性維持において、幹細胞システムが重要な役割を果たしている。我々は皮膚が細胞競合を通して、ストレスを受けた幹細胞を分化させ、皮膚から排除させることで、若い皮膚を維持するが、加齢とともに、細胞競合能を失うことで、老化皮膚に至ることを明らかにしてきた(Nature 2019)。本研究では、幹細胞競合に着目して、エストロゲンがどのようにして皮膚の恒常性を維持するのか、老齢と伴うエストロゲンの減少が競合能を喪失させることで皮膚老化に至らせるのか否かの検証を行う。
線虫を用いた低線量汚染バイオマスの嫌気発酵分解プロセスの除染技術化

これまでに見つかっているCs高吸収菌は、カリウムが周囲に共存すると、類似の物性を持つCsの吸収効率が低下することが知られているが、本年度において、カリウム共存下でCsを高吸収する菌(Tepidibacter属)を見出した。このような菌を捕食させる線虫の操作法においては、回収方法が重要であるが、モデル土壌を用いて青色光照射による回収に成功し、その回収率は1回の操作で40%にも達した。これまでの検討において、放射性セシウムを含む微生物を線虫に給餌して、その回収率を評価したところ、1回の回収率が低いことが分かっている。そこで、本年度は、高い操作による総回収量の向上を目指した。その結果、10回の連続操作を数えても、積算回収したセシウム量は増加を続けており、本研究で提案するプロセスは、連続化によって除染技術化が可能ではないかという知見が得られている。実証検証として、土壌を用いたラボスケール実験でも同様の傾向が見られており、また、除染化そた土壌による植物生育にも、特段の問題は無いことから、嫌気発酵プロセスを用いた、低線量汚染バイオマスの除染技術化に、一定の成果と方向性が見いだせたと考えている。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。寒天培地及び、滅菌処理した土壌(大学構内の土壌を使用)にCs98株と線虫を植菌し培養した。Csを吸収したCs98株を線虫が食餌し、線虫体内に移行したCs量を測定しところ、回収率は30%以上であった。この結果から、Csを食物連鎖内で移行させることができるとの確証が得られた。また、引き続いて線虫によるCs吸収プロセスの最適化検討を行う。2137Cs吸収菌の同定とプロセス化に向けた基礎検討嫌気発酵汚泥中から同定した、高Cs吸収菌であるTepidibacter mesophilusを理化学研究所バイオリソースセンターより購入し、137Cs放射能標準液を101000 Bq/mlとなるよう投入した培養液を用いて、137Csの吸収実験を行った。その結果、好気性のR. erythropolis CS 98株よりは劣るものの、良好なCs吸収能を持つ嫌気性菌であることが明らかとなった。この菌は嫌気発酵汚泥中に広く存在するため、今後の検討課題において、モデル微生物として使用できる見通しを立てることができた。3本研究課題の特許出願と実証試験に向けた基礎検討線虫は土壌微生物である。そこで、C. elegansをモデル線虫として、土壌に植菌し、そこへCsClを投与し、Cs吸収実験を行った。その結果、約3%の回収率を示した。この結果は回分培養の結果であり、ヒマワリ等の植物を用いた除染技術の12&という回収率には及ばないが、連続プロセス化の検討により、高効率なプロセスを構築できる可能性があり、成果について特許出願を果たした。また、C. elegansはCs回収に適した線虫ではないため、Cs吸収能の高い線虫を探索する、18S rRNA遺伝子を指標としたスクリーニング法を確立し、除染技術化に向けた検討を開始した。嫌気発酵汚泥をベースとした線虫の培養方法、Csを除去した土壌における植物栽培について、検討が遅れている。しかしながら、モデル微生物として、嫌気発酵汚泥中からTepidibacter mesophilusを同定することに成功し、かつ、Cs吸収に適した線虫の解析方法についても目途が立っている。また、実際の土壌を用いた線虫の培養実験にも着手しており、Cs吸収に関する嫌気発酵汚泥の解析、Cs回収に関わる土壌線虫の探索が順調であるため、これら遅れている検討課題はクリアできる見通しである。1消化発酵汚泥中での線虫の培養:消化発酵汚泥を1 mL採取後15000 rpmで5分間遠心分離を行い上清の液相を除去した。残った固相を純水で2回洗浄し、液相を除去して固相のみを線虫5頭に餌として与え、シャーレ上にて20度で静置培養を行った。その結果、線虫の生息数は培養8日目に6.5万頭で最大となった。さらに、内臓が確認できるまで成長した成虫は、培養5日目で4.6万頭に達した。2除染土壌を用いた作物栽培法の基礎検討:試験モデルとして水稲品種`コシヒカリ'(イネ)を用いたCsClのイネへの影響試験を行ったところ、CsClはイネの生育を阻害することが明らかになった。対照と比較して、特にイネの生存率と茎数、葉の長さが著しく低下した。一方で、葉の数への影響が軽微であったことから、CsClは葉の充実度に影響すると考えられる。3次世代シークエンサーを駆使した線虫回収プロセスの定量解析:シークエンスにより得られたRead数に増幅率及び希釈倍率を乗ずることで、未知検体中に含まれる線虫のDNA量及び個体数の推算方法を検討した。含有線虫数の異なる検体から抽出したDNA量と各検体のRead数から推算したDNA量を比較すると、測定値と推算値がほぼ一致したため、NGSを駆使し線虫を定量できることが明らかになった。

4線虫への137Csの移行量測定とプロセス評価:137Csを吸収させた微生物を線虫に捕食させたところ、微生物から線虫体内へ0.43%の137Csの移行が確認できた。そのため、微生物と線虫を利用して、137Csの回収が可能であると考えられる。今後は、初期線虫数と連続プロセスの繰り返し回数を検討し、線虫の回収量を増大させることで、本プロセスによる137Cs回収量の向上を図る。これまでに、カリウムが豊富に存在する土壌中においても、137Csを高き吸収する可能性が高い微生物として、Tepidibacter mesophlusを見出し、線虫においては、そのライフサイクルについて、基礎検討が終了「している。現在は、微生物と線虫を用いた、土壌中のCs回収プロセスについて、実証化の基礎検討に入った。また、Cs除去土壌に対するモデル実験系の構築も終わっており、こちらも実証化検討を開始する予定である。以上から、本課題におけるすべての検討課題について、ほぼ計画通りの進捗状況であり、本研究は概ね順調に進展していると考えている。これまでに見つかっているCs高吸収菌は、カリウムが周囲に共存すると、類似の物性を持つCsの吸収効率が低下することが知られているが、本年度において、カリウム共存下でCsを高吸収する菌(Tepidibacter属)を見出した。このような菌を捕食させる線虫の操作法においては、回収方法が重要であるが、モデル土壌を用いて青色光照射による回収に成功し、その回収率は1回の操作で40%にも達した。これまでの検討において、放射性セシウムを含む微生物を線虫に給餌して、その回収率を評価したところ、1回の回収率が低いことが分かっている。そこで、本年度は、高い操作による総回収量の向上を目指した。その結果、10回の連続操作を数えても、積算回収したセシウム量は増加を続けており、本研究で提案するプロセスは、連続化によって除染技術化が可能ではないかという知見が得られている。実証検証として、土壌を用いたラボスケール実験でも同様の傾向が見られており、また、除染化そた土壌による植物生育にも、特段の問題は無いことから、嫌気発酵プロセスを用いた、低線量汚染バイオマスの除染技術化に、一定の成果と方向性が見いだせたと考えている。本研究課題において、研究計画の変更や研究遂行上の問題は全くない。今後の推進方策としては、1嫌気発酵汚泥中におけるCs吸収菌の増殖挙動と137Csの動態解析、2嫌気発酵汚泥中における線虫の増殖挙動、3高Cs吸収が可能な線虫の探索、4除染土壌の評価と、農作物に対する栽培特性の評価、を軸にして検討を進める。本研究は、CsClを用いてプロセス評価の網羅的解析を行い、137Csを用いた実証試験で完結する構想である。これまでに、基礎検討はCsCl、137Cs共に、概ね完了しており、各要素プロセスの連結と、高効率化検証を実施する予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
風向変動がガス拡散に及ぼす影響の解明

我が国の環境影響評価では1時間以上平均化された濃度値が使用されている。都市キャニオンにおいてその濃度値を正確に評価するためには風洞変動など大きな風の変動を考慮した数値シミュレーションでガス拡散を評価する必要がある可能性がある。しかしながら、風向変動の有無がガス拡散に及ぼす影響は明らかにされていない。本研究では理想的な街区を対象に風向変動を考慮した数値シミュレーションを実行し、風向変動がガス拡散に及ぼす影響を検討した。その結果、本解析で対象とした理想的な街区では、1時間程度の風向変動は都市キャニオン内のガス拡散に及ぼす影響は小さいことがわかった。風洞実験のように一方向に定常的に風が吹いている条件下では、既存の数値シミュレーションにより大気中のガス拡散が精度良く再現できることが確認されている。しかしながら、実際の大気中には風向変動のような大きなスケールの風の揺らぎが存在しており、既存の数値シミュレーション結果が実際のガス拡散を再現しているのかはわからない。実際の大気中のガス拡散を再現するためには、風の揺らぎを考慮した数値シミュレーションを実施する必要であると考えられるが、風の揺らぎが大気中のガス拡散に及ぼす影響は明らかにされていない。本研究では、風向変動などの大きな風の揺らぎを再現できる数値シミュレーションを実行し、大きな風の揺らぎがガス拡散に及ぼす影響を検討することを最終目的とする。当該年度は、野外観測値の時系列データなどを参考に風の揺らぎを再現する手法を検討した。それと同時に、一方向に定常的に風が吹いている条件下において、理想的な街区内のガス拡散を再現した数値シミュレーションを実施し、既存論文等との比較を通して再現精度の検討を行うとともに、次年度実施予定の風の揺らぎを考慮した数値シミュレーションとの比較用のデータを取得した。また、地形が存在する条件下でも大きな揺らぎがガス拡散に及ぼす影響も検討予定であるため、理想的な地形上のガス拡散解析も実施した。大きな風の揺らぎを再現できるようになりつつあり、おおむね順調に進展している。本研究では、風向変動などの大きな風の揺らぎを再現できる数値シミュレーションを実行し、大きな風の揺らぎ(風向変動)が大気中のガス拡散に及ぼす影響を明らかにすることを目的としている。平成28年度の実施概要は下記の通りである。(1)詳細数値シミュレーション(Large-eddy Simulation:LES)を用いて、建ぺい率25%の立方体ブロックで形成された理想的な都市キャニオン内の気流・ガス拡散を対象として、風向変動が都市キャニオン内のガス拡散に及ぼす影響を検討した。その結果、風向変動は都市キャニオン上空の平均流や乱流強度に影響を与えるものの、キャニオン群の端のキャニオンを除けばキャニオン内ではほとんど影響がなくなることが明らかになった。そのため、都市キャニオン内から放出されたガスは、風向変動を考慮しない場合の拡散挙動とほぼ同じになり、風向変動の影響がほとんどないことがわかった。(2)風向変動を考慮した地形上のガス拡散挙動を検討するために、まず、風向変動がない場合の単純地形上の気流・ガス拡散を対象としたLESを実施した。その結果、単純地形上の気流はレイノルズ数依存性が強く、レイノルズ数が小さい時には谷内に再循環渦が形成されるものの、レイノルズ数が大きくなるにつれて再循環渦が小さくなり、最終的には消滅することが分かった。このように気流場がレイノルズ数に依存するため、ガス拡散もレイノルズ数に強く依存することが明らかになった。本年度は当初の計画通りに、理想的な都市キャニオン内のガス拡散を対象として風向変動が都市キャニオン内のガス拡散に及ぼす影響をLESを実施し、風向変動が都市キャニオン内のガス拡散に及ぼす影響を検討することができた。また、風向変動が地形上のガス拡散に及ぼす影響を検討できるように、風向変動を考慮しない場合のガス拡散を対象としたLESを実施できた。しかしながら、実際の大気中には風向変動のような大きなスケールの変動が存在しており、既存の数値シミュレーション結果が実際のガス拡散を再現しているのかはわからない。我が国の環境影響評価では1時間平均濃度が使用されることがあるが、風向変動はこの濃度に大きな影響を与える可能性がある。よって、風向変動の有無がガス拡散に及ぼす影響を明らかにする必要がある。本研究では風向変動を考慮した数値シミュレーションを実行し、風向変動がガス拡散に及ぼす影響を検討した。昨年度までに、建ぺい率25%の立方体ブロックで形成された理想的な都市キャニオン内の気流・ガス拡散を対象に詳細数値シミュレーション(Large-eddy Simulation:LES)を実施し、風向変動が都市キャニオン内のガス拡散に及ぼす影響を検討した。その結果、風向変動は都市キャニオン上空の平均流や乱流強度に影響を与えるものの、キャニオン群の端のキャニオンを除けばキャニオン内ではほとんど影響がないことが明らかになった。本年度は、都市キャニオン外の建物屋根面からガスが放出された場合、風向変動がガス拡散に及ぼす影響を検討した。その結果、屋根面から放出されたガスは、風向変動の影響を受けガス濃度のピーク値が小さくなる傾向にあるが、風向変動の有無によるガス濃度の変化は非常に小さいことがわかった。以上のことにより、本解析で対象とした理想的な街区では、1時間程度の間の風向変動はキャニオン内のガス拡散に及ぼす影響は小さいことがわかった。

都市キャニオンにおいてその濃度値を正確に評価するためには風洞変動など大きな風の変動を考慮した数値シミュレーションでガス拡散を評価する必要がある可能性がある。しかしながら、風向変動の有無がガス拡散に及ぼす影響は明らかにされていない。本研究では理想的な街区を対象に風向変動を考慮した数値シミュレーションを実行し、風向変動がガス拡散に及ぼす影響を検討した。その結果、本解析で対象とした理想的な街区では、1時間程度の風向変動は都市キャニオン内のガス拡散に及ぼす影響は小さいことがわかった。理想的な街区を対象として、風向変動などの大きな揺らぎが街区内のガス拡散に及ぼす影響を詳細に検討することを計画している。なお、可能であれば風洞実験を実施し、数値シミュレーションの精度検証用のデータも取得したいと考えている。次年度は、都市キャニオン外からガスが放出された場合に、風向変動がガス拡散に及ぼす影響を明らかにすることを目的とする。流体力学計算可視化用のソフトウェアの購入を予定していたが、フリーのソフトでも充分に可視化できることが判明したため、購入を見合わせ節約に努めた。また、研究を迅速に実施するためには、ワークステーションがもう一台に必要であり、次年度の予算とあわせて購入する予定のために、助成金の一部を繰り越した。論文投稿するための英文校閲費用を確保していたが、論文執筆に時間を要したため、若干の予算を次年度に繰り越す。ワークステーションの購入をするとともに、国内学会、論文別刷代、ハードディスクなどの消耗品代として使用する予定である。なお、風洞実験が可能になれば、一部、風洞実験の備品購入等にも使用する予定である。国内・国際学会参加費、英文校閲費用、論文別刷、ハードディスクなどの情報品の購入に使用する予定である。
暑熱負荷時の鶏の代謝時系列変化およびその連動性の解明

本研究では暑熱環境下におけるニワトリのミトコンドリア活性酸素(mtROS)産生および体タンパク質分解システムの関連性を調べた。暑熱感作後、早期段階においてmtROS産生およびユビキチン転移酵素(E3)のmRNA発現量が増加し、その後、血中3メチルヒスチジン含量が増加した。続いて、ニワトリ筋細胞を高温感作した結果、mtROS産生量・E3 mRNA発現量の同時上昇が認められた。高温感作時のmtROS産生をTempolで抑制した結果、E3のmRNA発現量は低下し、細胞タンパク質量も通常状態まで回復した。以上より、暑熱環境下ではmtROS産生がタンパク質分解亢進の引き金になっていることが示された。暑熱環境下において、家禽の体内では呼吸性アルカローシス、体タンパク質分解、酸化ストレスが生じることが知られている。研究計画初年度にあたる本年度では、暑熱感作においてこれら代謝変化が生じるまでに要する時間ならびにその順序を調べた。3週齢雄肉用鶏を33°Cで12・24・72 h暑熱感作し、各々の時間における骨格筋の脂質過酸化、活性酸素(ROS)制御因子、ユビキチン・プロテアソーム系タンパク質分解システム、抗酸化酵素発現ならびに細胞内代謝産物量を測定した。過酸化脂質は暑熱感作後12hで増加し、それ以降の時間においても通常環境区より高い値を示した。ミトコンドリアに局在する抗酸化酵素MnSODのmRNA発現量はいずれの暑熱時間においても変化は認められなかった。一方、ミトコンドリアROS産生制御因子であるavUCPの発現量は12hで著しく上昇していたことから、暑熱にともなうミトコンドリアROS過剰産生を下方制御するためにこの発現が上昇した可能性が考えられた。ユビキチン転移酵素Atrogin-1のmRNA発現量は12hで増加した一方で、24・72 hでは変化が認められなかった。暑熱12h後において乳酸含量が増加した一方でクエン酸含量がわずかに低下しており、解糖系が亢進していることが示唆された。また、暑熱12hにおいては低酸素環境で発現が誘導するHIF-1αのmRNA発現量が増加する傾向が示された。以上の結果をまとめると、暑熱感作後12hにおいて骨格筋ではすでに酸化ストレスが生じており、これと同時にタンパク質分解が更新している可能性が示された。また、同時間においては低酸素状態に陥っている可能性も示唆されたことから、暑熱感作後、比較的短時間において上記3つの代謝変化が同時に生じていることが示された。研究計画2年目に当たる本年度では、培養ニワトリ筋細胞を用いたミトコンドリア活性酸素(ROS)過剰産生(酸化ストレス)・タンパク質分解の連動性の解明に加え(試験1)、ミトコンドリアROS産生制御に有効なオレウロペイン(オリーブ特有ポリフェノール)を給与した際における上記2反応へおよぼす影響を調べた(試験2)。【試験1】ニワトリ筋細胞を高温培養した結果、ミトコンドリアROS産生量が増加し、さらにユビキチンプロテアソーム系タンパク質分解システムの構成因子atrogin-1・MuRF1(ユビキチン転移酵素)のmRNA発現量も増加した。ミトコンドリア膜透過性抗酸化剤Tempolを添加すると、ミトコンドリアROS産生量のみならず上記遺伝子の発現量も抑制され、細胞タンパク質量も回復した。また、in vivo試験においても、骨格筋における両者の増加が同一時間帯に認められたことから、暑熱時ではミトコンドリアROS産生がタンパク質分解の誘導因子であることが示された。【試験2】抗酸化作用のみならずミトコンドリアROS産生制御タンパク質(UCP)の発現量を増加させるオレウロペインを暑熱負荷ニワトリに給与した結果、骨格筋におけるミトコンドリアROS産生の増加がUCP発現上昇を介して完全に抑制されると同時に、atrogin-1の発現量も抑制され、さらに増体量も一部回復することが示された。以上の結果より、暑熱時の増体量低下にはミトコンドリアROS産生およびタンパク質分解の連動作用が重要な役割を担っていることが示された。他方で、増体量の回復は一部にとどまったことを考えると、本研究では想定していなかった要素例えば炎症性サイトカイン放出なども暑熱ストレス発生に関与している可能性が推察された。動物生産科学当初の計画通り、暑熱負荷時における代謝時系列変化が観察でき、後に発症する暑熱ストレス(増体量の低下、飼料効率の低下)を誘引する反応が比較的短時間で生じていることが分かった。

今後は、骨格筋培養細胞を用いた試験により、本年度着目した複数の代謝変化の連動性・関連性を明らかにする。高温培養、低酸素培養などの外部環境調製装置を導入し、鶏初代骨格筋培養細胞を用いてin vitro暑熱ストレスモデルを作製した後、H25年度に明らかにされた暑熱時の代謝変化(低酸素誘導、酸化ストレス、タンパク質分解)に連動性があるのか否かを明らかにする。
植木枝盛の政治思想の研究-テクスト分析による思想形成過程の解明を中心として

地方民権左派の知識人植木枝盛は,多作で影響が大きく,自伝的資料にも富むにもかかわらず,家永・外崎のそれの外見るべき研究が乏しく,両者の研究においても,思想形成の実証的解明は手うすである.〔計画の実施〕(イ)植木は,備忘録,日記,購求書・閲読書・演説の記録,自伝など自伝的資料を多く残したが,それらはほとんど手稿の写本の形で伝えられて来,その結果記入の不備・誤記・誤写が多い. (ロ)また彼の公刊著作には引用が多いが,出典はほとんど示されない.本研究は, (イ)(ロ)の個々の調査の上,そられと植木旧蔵書とを綜合的に対照検討し,さらに各種書誌文献を参照して,植木が読んだ書物を同定した.〔得られた知見〕1.明示4・5年までは四書五経,その後同8年頃までは西洋の訳書がほとんどを占める.その後は明示10・11年にかけてキリスト教書の比重が高いほかは,漢籍・仏教書・近世以前の和書の比重が翻訳西洋書を圧倒する.2.中でも朱子より先の初期宋学・明初の朱子学,陸・陽,および禅をはじめとする仏教書,日本の書物では石門心学と『誌四録』の比重が高いことは注目に値いする.3.植木はこれら和漢の書物に拠って,西洋近代思想を摂取しつつもこれへの対抗として思想的自己形成を行なった,といえよう.その焦点は(1)「心学」と自称する主観性・内面性の強調と肥大・無規範化と欲望の直接的肯定であり,これが彼の政治社会論における自由論を基礎づけ特徴づける. (2)また,西洋からの政治・社会思想の流入に対抗して,和・漢・仏教の典籍に依拠して,功利主義・民主主義・政治官吏道具観などは,中国・日本に国有のものであるという思想が築かれた.地方民権左派の知識人植木枝盛は,多作で影響が大きく,自伝的資料にも富むにもかかわらず,家永・外崎のそれの外見るべき研究が乏しく,両者の研究においても,思想形成の実証的解明は手うすである.〔計画の実施〕(イ)植木は,備忘録,日記,購求書・閲読書・演説の記録,自伝など自伝的資料を多く残したが,それらはほとんど手稿の写本の形で伝えられて来,その結果記入の不備・誤記・誤写が多い. (ロ)また彼の公刊著作には引用が多いが,出典はほとんど示されない.本研究は, (イ)(ロ)の個々の調査の上,そられと植木旧蔵書とを綜合的に対照検討し,さらに各種書誌文献を参照して,植木が読んだ書物を同定した.〔得られた知見〕1.明示4・5年までは四書五経,その後同8年頃までは西洋の訳書がほとんどを占める.その後は明示10・11年にかけてキリスト教書の比重が高いほかは,漢籍・仏教書・近世以前の和書の比重が翻訳西洋書を圧倒する.2.中でも朱子より先の初期宋学・明初の朱子学,陸・陽,および禅をはじめとする仏教書,日本の書物では石門心学と『誌四録』の比重が高いことは注目に値いする.3.植木はこれら和漢の書物に拠って,西洋近代思想を摂取しつつもこれへの対抗として思想的自己形成を行なった,といえよう.その焦点は(1)「心学」と自称する主観性・内面性の強調と肥大・無規範化と欲望の直接的肯定であり,これが彼の政治社会論における自由論を基礎づけ特徴づける. (2)また,西洋からの政治・社会思想の流入に対抗して,和・漢・仏教の典籍に依拠して,功利主義・民主主義・政治官吏道具観などは,中国・日本に国有のものであるという思想が築かれた.
符号分割多元接続によるバケット通信に関する研究

本研究では移動体通信に適用可能な簡便で高効率な無線データ通信の実現を目的として符号分割多元接続によるバケット通信(CDMA ALOHA方式)について検討を行い、以下のような研究成果が得られた.(2)バケットの再送を考慮してCDMA U-ALOHA方式のスループットおよび遅延特性を解析的に求めた.(3)バケットの送信制御と再送制御の両方を行うOACPを提案し,これを用いたときのスループット特性を解析的に導出した.(4)アクセス制御を行う際に重要な問題であるアクセス制御遅延による影響を解析的に明らかにした.(5)アクセス制御遅延の影響を和らげることのできるMCLSPを提案した.MCLSPは伝搬距離が非常に長い静止衛星の場合にも特性の劣化が生じないので,衛生通信のようなアクセス制御遅延が非常に大きくなる場合にふさわしい方式であることがわかった.(6)セルラ-環境下におけるCDMA U-ALOHA方式のスループット特性をセグメント分割モデルを用いることにより解析的に求めた.以上の研究成果は国内外の学会・論文等に公表した.これらは独創的な研究として高い評価を受けている.本研究では移動体通信に適用可能な簡便で高効率な無線データ通信の実現を目的として符号分割多元接続によるバケット通信(CDMA ALOHA方式)について検討を行い、以下のような研究成果が得られた.(2)バケットの再送を考慮してCDMA U-ALOHA方式のスループットおよび遅延特性を解析的に求めた.(3)バケットの送信制御と再送制御の両方を行うOACPを提案し,これを用いたときのスループット特性を解析的に導出した.(4)アクセス制御を行う際に重要な問題であるアクセス制御遅延による影響を解析的に明らかにした.(5)アクセス制御遅延の影響を和らげることのできるMCLSPを提案した.MCLSPは伝搬距離が非常に長い静止衛星の場合にも特性の劣化が生じないので,衛生通信のようなアクセス制御遅延が非常に大きくなる場合にふさわしい方式であることがわかった.(6)セルラ-環境下におけるCDMA U-ALOHA方式のスループット特性をセグメント分割モデルを用いることにより解析的に求めた.以上の研究成果は国内外の学会・論文等に公表した.これらは独創的な研究として高い評価を受けている.スペクトル拡散を用いたパケット通信システム(スプレッドアロハ方式)が次世代の通信方式として注目を浴びており,そのスループット特性(パケット通信における効率の尺度)の評価結果がいくつか発表されている.しかし、その解析では近似が用いられており、正当性に問題がある.本年度はスプレッドアロハ方式の解析的枠組みを与える事、またトラフィック負荷分布の不均一性の問題を取り上げ研究を行ってきた.その結果、以下のような結果が新たな知見として得られた.(1)スプレッドアロハ方式のスループット解析において、パケットの遷移が待ち行列システムのM/M/∞あるいはM/D/∞を用いて表すことができる事を解析的に示した.その結果、従来、不可能であった熱雑音の影響を考慮したスループット解析ができるようになった.(2)トラフィック負荷分布に不均一がある場合のスループット特性の検討を行った.その結果、スループットが極端に劣化する事がわかった.また、この問題に対し、パケットの送信許可制御法を提案し、そのスループット解析を行った.送信許可制御法とは、トラフィック負荷の高いところでは、送信許可を、基地局に近いユーザー与え、遠いユーザーのパケットを拒否する制御法である.検討の結果、送信許可制御法はトラフィック負荷分布に不均一がある場合に有効な制御法である事がわかった.以上の研究成果の幾つかは、国内外の学会・論文等に公表を行った.これらは、独創的な研究として高い評価を受けている.本研究では移動体通信に適用可能な簡便で高効率な無線データ通信の実現を目的として符号分割多元接続によるバケット通信(CDMA ALOHA方式)について検討を行い、以下のような研究成果が得られた.(2)パケットの再送を考慮してCDMA U-ALOHA方式のスループットおよび遅延特性を解析的に求めた.(3)パケットの送信制御と再送制御の両方を行うOACPを提案し,これを用いたときのスループット特性を解析的に導出した.(4)アクセス制御を行う際に重要な問題であるアクセス制御遅延による影響を解析的に明らかにした.(5)アクセス制御遅延の影響を和らげることのできるMCLSPを提案した.MCLSPは伝搬距離が非常に長い静止衛星の場合にも特性の劣化が生じないので,衛星通信のようなアクセス制御遅延が非常に大きくなる場合にふさわしい方式であることがわかった.(6)セルラ-環境下におけるCDMA U-ALOHA方式のスループット特性をセグメント分割モデルを用いることにより解析的に求めた.以上の研究成果は国内外の学会・論文等に公表した.これらは独創的な研究として高い評価を受けている.
断熱近似の特異点より生じるゲージ場を取り入れた化学反応動力学

ヤン-テラー結晶において、振電相互作用より生じるゲージポテンシャルがどのような影響をおよぼすか調べた。ヤン-テラー結晶はヤン-テラー変形を示すクラスターが格子点上に周期的に並んだものである。その結果、電子と格子のコヒーレントな運動によりヤン-テラー結晶は安定化しているというこたがわがった。ここでコヒーレントというのは、格子振動は格子振動に伴う電子波動関数の位相の変化の影響をうけたポテンシャルのなかを運動しているという意味である。系がz軸方向に不変であることを仮定するとゲージポテンシャルにたいして巻き数を定義できる。この巻き数は閉曲線にそって、ヤン-テラー変形が等価な変形位置を何回まわったかに対応し、また同時に局所的なE型電子波動関数の交替が何回起こったかを表す。もしz軸方向に一様な磁場をかけると、電子波動関数の位相にはこの磁場からのものが加わる。すると格子振動と電子のコヒーレンスは失われ、コヒーレントな運動による安定化エネルギーもなくなるものと予想される。一方、系が外部磁場Bを完全に排除したとすると、系のエネルギー密度はB^2/8πだけ大きくなる。従って、もし可能であれば、ヤン-テラー結晶では、弱い磁場に対しては、磁場の進入を許しコヒーレントな運動による安定化エネルギーを失うよりは、排除してしまったほうがエネルギー的には得である。この弱い磁場を排除するという現象は超伝導物質でみられるマイスナー効果である。マイスナー効果を仮定するとヤン-テラー結晶でできたリングを貫く磁束がch/2eの整数倍になることが示すことができる。この結果は超伝導のBCS理論と同じ帰結であるが、これを電子のペアリングを仮定せずに導くことができる。
光学格子中にトラップされた極低温原子気体における量子凝縮相の理論的研究

光学格子中におけるフェルミ原子ガス超流動をハバード模型を用いて研究、BCS-BECクロスオーバー領域における超流動転移温度の振舞いを明らかにした。光学格子がない系でのBCS-BECクロスオーバーに対ししばしば用いられるガウス揺らぎの理論をハバード模型に適用するとこの模型が満たすべき粒子-ホール対称性が破れることを指摘、超流動揺らぎの効果を自己無撞着t行列理論で扱うことによりこの問題が解決されることを示した。更に、ハーフフィルド近傍では、超流動揺らぎに加え密度揺らぎも重要となるため、これら揺らぎの効果を上述の対称性を破ることなくコンシステントに扱える理論を構築した。結果、超流動揺らぎのみを考慮する範囲では超流動転移温度はハーフフィルドにおいて最大となるのに対し、密度揺らぎを加味するとそれが超流動転移を抑制し、超流動転移温度がハーフフィルドからずれたフィリングで最大値を取ることが明らかとなった。本研究では、光学格子に対するハバード模型の妥当性についても調べた。現実的な光学格子ポテンシャル(コサイン型)中でのフェルミ対の運動を波動関数の直接計算から調べ、ハバード模型での結果と比較した。ハバード模型では、BEC領域において対は解離と再結合を繰り返しながら格子点間を運動するが、実際の光学格子中ではそうした振る舞いは中間結合領域に限られ、BEC領域では対は解離することなく格子中を運動することを見出した。通常、ハバード模型は光学格子系の良いモデルと考えられているが、本研究により強結合BEC領域では分子対の直接トンネルの効果を新たに考慮しなくてはならないことが明らかとなった。フェルミ原子ガス超流動におけるBCS-BECクロスオーバー領域における超流動物性を調べるため、Nozie^^`resとSchmitt-Rinkによるガウス揺らぎの理論(NSR理論)を超流動転移温度以下に拡張した。得られた方程式を数値的に解き、転移温度以下の秩序パラメータ、化学ポテンシャルを全BCS-BECクロスオーバーの全温度領域にわたり、自己無撞着に決定した。更に、超流動状態における最も基本的な物理量である超流動粒子数を、この拡張されたNSR理論とコンシステントな近似レベルで計算する理論を構築、実際に数値計算によってその振る舞いを明らかにした。超流動粒子数は相互作用に依らず、絶対零度では全粒子数に等しく、転移温度で0になるが、拡張されたNSR理論とコンシステントに計算された超流動粒子数はこの一般的性質を常に満足することを示した(超流動粒子数を平均場近似レベルで計算したのではこの条件は弱結合領域以外では満たされない)。本研究のこの成果はBCS-BECクロスオーバー領域の有限温度における2流体力学を構成する際に役立つと期待される。また、超流動状態におけるもう一つの重要な量である凝縮粒子数も計算、この量は超流動粒子数とは異なり、平均場近似の表式が全クロスオーバー領域にわたり有効であることを明らかにした。この場合、強結合効果は非凝縮体密度を通じて凝縮粒子数に影響する。なお、本研究の過程で、超流動転移温度以下にNSR理論を拡張すると、強結合領域において1次転移的振る舞いが近似の影響で得られることが判明した。この原因はボーズ粒子系のBECの平均場理論でも知られている1次転移の問題と同じであり、これを理論的に克服していくことが今後の重要な課題であると考えられる。また、上記の問題は存在するものの、NSR理論を光学格子系の転移温度以下に拡張することも次の課題である。