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ヘパリン加工膜型人工肺に関する基礎的並びに臨床的研究

体外循環施行中血小板数や凝固時間などに著変なく、循環動態も安定していた。呼吸は、気管内挿管後気管内チューブを通して先端が気管分岐部に位置する様にカテーテルを留置し、そのカテーテルより酸素(2l/分)を投与し自発呼吸とした。体外循環開始後、自発呼吸は消失し動脈血ガス分析の結果は、体温低下によると思われる軽度の代謝性アシドーシスを認めた以外著変なく、24時間を通して酸素化も炭酸ガス排出も良好に維持されていた。また、昨年度の実験と同様に、体外循環開始後約6時間で回路内の血流うっ帯部位に一致して微小な血栓形成が認められ、体外循環回路の流体力学的改良の必要性が示唆された。一連の実験結果から、6時間以内であればヘパリン非投与で安全にVeno-Venous Bypassが施行できるという結論を得ることができたので、気管分岐部腫瘍切除再建術の症例においてHeparin Surface膜型人工肺を準備した。実際施行するには至らなかったが、今後安全で有効な呼吸補助法として臨床応用を確立したいと考えている。Heparin Surfaceの抗血栓機構については、本年度はPladminおよびKallikreinとHeparin Surfaceの相互反応について検討したが、明かな相互反応は認められず、現在他の凝固因子との反応を検討中である。成人呼吸窮迫症候群などの重症呼吸不全に対する呼吸補助や気管あるいは気管支再建術などの周術期における究極の気道確保の手段として膜型人工肺を用いる場合があるが、従来の方法では体外循環を維持するためにヘパリンの全身投与が必要であり、その結果出血傾向を惹起することが最大の問題であった。その問題を解決するために、私たちは1985年以来、スウェ-デンで開発された新しい抗血栓性素材であるHeparin Surfaceについてカロリンスカ研究所と共同研究を続けてきた。その結果一昨年度はHeparin Surface膜型人工肺を用いて雑種成犬でヘパリン非投与の条件下にArterio-Venous Bypassによる24時間の部分体外循環に成功し、昨年度は同様の条件下にVeno-Venous Bypassを施行し成功した。これら一連の実験結果から、Heparin Surface膜型人工肺の安全性を確認し、昨年度に引続き本年度もその臨床応用に備えたが適応症例に遭遇する機会を得ることができなかった。今後もより安全で有用な呼吸補助法としてHeparin Surface膜型人工肺の臨床応用の確立を目指したいと考えている。またHeparin Surfaceの抗血栓機構の解析については、犬で作成したArterio-Venous ShuntでShuntの一部を圧迫して回路壁のずれ率のThrombinとFactor Xaの阻害に対する影響を調べた結果、低ずれ率の回路領域では両者の阻害能に差がなく、高ずれ率の領域ではThrombin阻害能が低下することから、Heparin Surfaceによる凝固因子の阻害が壁のずれ率に依存していることを明らかにし報告した。Heparin Surfaceの抗血栓機構については、今後もHeparin Surfaceと他の凝固因子をはじめとするserine proteaseとの反応の解析を進めていきたいと考えている。
自律小型航空機の衝突回避マヌーバにおける制御コンフリクト実験

本研究では自律小型航空機の自動回避を行い、複数機による制御コンフリクトの検証を行った。研究では回避制御システムについてのコンフリクトの検証を行い、その問題点を示し、改良を行った。また、自律小型航空機の設計製作を行い、実機による試験環境を整えた。本研究は今後想定されている高度輸送社会においての航空機の安全性や信頼性の向上に役立てることが可能である。本研究の目的は自律小型航空機の自動回避を行い,複数機による制御コンフリクトを検証するものである.研究では既存の回避制御則や回避制御システムを模擬し,特殊な条件において複数機の回避システムについてのコンフリクトを検証する.今後想定されている高度輸送社会においての航空機の安全性や信頼性向上のための一端を担う研究であると考えられる.2カ年計画の初年度としての目標はシステムの立ち上げとしており,ソフトウェアおよびハードウェアの準備を行った.当該年度の研究成果として,小型航空機の自律飛行実験及び制御則に関するシミュレーションを中心に行った.自律飛行実験では,まず新規小型機体を準備し,その特性調査を行った.また,自律飛行は短時間しか行えないものの,入力に対し,想定している運動を再現することができている.また,計測データの取得を順調に行っており,今後の研究を行うにあたり有用な結果を得られることが期待される.さらに,計測データを用いて任意の状態へのフィードバック入力も可能になっている.シミュレーションでは航空機の回避シミュレーションを行っている.シミュレーションでは様々な条件より同時回避運動を行う航空機を扱っており,故意的に対称となる回避入力を与え,航空機が衝突方向に移動してしまう様も再現することができている.一方,回避とともに追従シミュレーションも行っており,将来的にはフォーメーションフライトなども視野に入れ,研究を行っていくこととする.本研究の目的は自律小型航空機の自動回避を行い,複数機による制御コンフリクトを検証するものである.研究では既存の回避制御則や回避制御システムを模擬し,特殊な条件において複数機の回避システムについてのコンフリクトを検証する.今後想定されている高度輸送社会においての航空機の安全性や信頼性向上のための一端を担う研究であると考えられる.研究活動を通し,制御コンフリクトに関する問題点を明らかにした.その主な要因として,・機械と人間(パイロット)の判断に関する齟齪,・既存の回避システムの能力限界,・情報伝達の時間遅れ,が挙げられた.これら問題を解決する手段を新たな制御則を設計することにより解決した.制御手法としては,まず人間的な曖昧さを機械でも表現するためにファジーロジックを利用した制御則を導入している.これは人間が「まだ遠いから入力は弱めで平気」「結構近くなってきたから大きめに回避」など曖昧な表現を数値化する手法である.また,伝達時間の遅れについては,逆に機械が保持する絶対時間の概念を用い,時間遅れを絶対的な時間で計測し,その時間遅れが存在することを利用して新しい制御則を提案している.制御則は遅延フィードバック制御の要素を取り込み,情報が遅延していることを加味しつつ,情報が遅れている分,早期に回避運動を開始するように設計されている.設計した制御則を利用することにより航空機の回避制御を大幅に改善することが可能であり,今後の航空機の安全性向上に役立てることができるものと考えている.また,本制御則は航空機の回避以外の分野にも適用可能であり,応用が広いものと考えている.
非定常振動のスペクトル解析による回転軸のクラック検出法の研究

本研究は、回転機械を停止せずに、クラックの発生時の振動特性の変化からクラックを早期に、簡単に、かつ確実に検出する方法を開発することを目的として行った。特に、非定常振動(回転速度を0から定格回転速度まで加速)したときのスペクトルに注目した検出法である.既存の研究では不つりあい応答としての定常振動に注目しているため、ふれまわり振動中に軸の伸びている部分と縮んでいる部分の入れかわりがなく、したがってクラックの特徴が出難く、また仮に特徴的な振動が発生したとしても、監視した運転速度とはずれる可能性が高く、検出の確実性からみれば不十分なものである.本研究では、広い回転速度で掃引したときの非定常振動のスペクトルに注目しており、変化の発生を見逃すこともなく、また回転速度の変化によりクラックの開閉状態の切り変わりが起き、クラック発生による変化が出やすい。研究の結果、水平軸にクラックが発生した場合、(1)主危険速度通過時の振動は不つりあいの方向だけでなく大きさによっても大きく異なること、(2)後向きふれまわり振動、前向き2次超調波振動の非定常振動を十分大きくなることなどが明らかとなった。なお、スペクトルの特徴に定常振動との差異も現われるが、そのちがいはさほど大きくなかったことも明らかとなった。
新規アミド結合反応の開発とペプチド性機能分子の創出

アミド化合物には生体分子や化成品など有用物質が多く、バイオプロセスによる効率的な合成法の開発が望まれている。研究代表者はカルボキシ基の酵素的アデニル化とアミンの求核置換反応によるアミド化合物合成法を開発している。本研究では本手法を拡張して合成可能なアミド化合物の多様化を検討した。Fattyacyl-AMP ligaseによる脂肪酸アミド合成法、非リボソーム型ペプチド合成酵素のアデニル化ドメインによる芳香族カルボン酸アミド及びD-アミノ酸含有ジペプチドの合成法を開発した。また、ポリリン酸キナーゼを利用した単一酵素によるAMPからのATP再生系を構築し、アミド合成プロセスの低コスト化を達成した。微生物は非リボソーム型ペプチド合成酵素(NRPS)システムを利用して多様なペプチド性抗生物質を産生している。このNRPSのアデニル化ドメイン(Aドメイン)を用いたL-アミノ酸のアデニル化反応にアミン等の求核剤を作用させるだけで、アミド化合物の合成が可能であることを見出していたが、Aドメインの基質特異性に加え、求核剤となる化合物の多様性を確認することができた。具体的には、チロシジン合成酵素のAドメイン(TycA-A)を利用する新規アミド結合反応によって、Trp-Proをはじめ数種類のXaa-Proの効率的な合成が可能になった。また、反応液を加熱する簡便な方法でジケトピペラジンであるcyclo(Trp-Pro)も合成できた。一方、新規ポリリン酸キナーゼ(class III PPK2)を用いるATPの再生系をXaa-Pro合成系に導入することで、AMPを初発基質とする実用化に向けた基本プロセスを構築することができた。さらに、低収量の原因が反応副生物であるピロリン酸の蓄積にあると推察し、ピロリン酸分解活性を有するピロフォスファターゼの添加によって10倍の反応速度向上に成功した。一方、脂肪酸をアデニル化する酵素を用いることで、脂肪酸アミドの合成が可能であることを予想し、Mycobacterium smegmatis mc2 155株由来のFadD26をfatty acyl-AMP ligaseとして検討を行った。独自に開発したヒドロキシルアミンを用いる比色分析法によって、炭素数が612の中長鎖脂肪酸及びオレイン酸やリノレン酸といった不飽和脂肪酸など幅広く基質となることを明らかにした。続いて、FadD26を用いて数種類の脂肪酸を基質とし、求核剤としてL体およびD体のプロリン、線状アミンおよび環状アミンなどを検討したところ、多くの組み合わせで目的の脂肪酸アミドの合成が可能であった。NRPSのアデニル化ドメイン(Aドメイン)による基質アミノ酸のアデニル化と求核剤を用いるシンプルなアミド化合物の合成法が、簡便で汎用性のあるプロセスであることを基質認識の異なる数種類のAドメインならびに多様な求核剤が利用できることで実証した。しかも、アミド結合が形成される求核置換反応がケミカルに起きていることは、L体およびD体のアミノ酸が求核剤として同等に利用可能であることからも裏付けることができ、酵素反応と化学反応を融合させた新たな合成プロセスとして提案することができた。また、AMP生成型ATP消費反応における新規ポリリン酸キナーゼによるAMPからATPへの再生系の構築と、上記アミド合成反応での有効性、ならびに副生成物であるピロリン酸の反応系からの除去が収量向上に有効であることなど、実生産プロセス構築にとって有益な知見を計画以上に得ることができた。一方、本反応プロセスは、脂肪酸アデニル化酵素を利用した検討により、界面活性剤として有用な脂肪酸アミドの合成にも展開可能であることを示すことができた。しかも、NRPSの場合と同様、Aドメインの単独発現によって広い基質特異性を有することを初めて明らかにすることができるようになった。したがって、本反応プロセスを利用することで、多様なアミド化合物の合成が可能になることを明らかにすることができた。これらの結果は、我々が開発したアデニル化酵素と求核剤を組み合わせたハイブリッド型新規アミド結合形成反応の一般性と有用性を示すものである。我々は、非リボソーム型ペプチド合成酵素のアデニル化ドメイン(Aドメイン)と化学的な求核置換反応をドッキングさせた革新的なアミド結合形成反応を開発し、L-アミノ酸とアミンから多様なアミノ酸アミドの合成に成功している。昨年度はこの反応機構にfatty acyl-AMP ligaseのアデニル化酵素を適用することで多様な脂肪酸アミドの合成に成功した。今年度は合成可能なアミド化合物の拡張を目指し、D-アミノ酸を含む新規ジペプチドをはじめ、芳香族カルボン酸アミドの合成法の開発を検討した。新規アミド化合物合成法においてジペプチドを合成する場合、そのN末端側基質はAドメインの基質特異性による制限を受けるが、C末端側はキラリティに関係なく求核活性を有する任意のアミノ酸が導入可能になる。Brevibacillus parabrevis IAM1031由来tyrocidine synthetase AのAドメインは、生理基質であるL-Pheに加えて、L-Trp、L-Met、L-Tyr、L-Val、L-LeuもN末端基質として認識してアデニル化することを見出した。さらに興味深いことに、それらアミノ酸のD-体も基質となることを明らかにした。この結果から、キラリティが混在したL-L-体、D-L-体、L-D-体、D-D-体から成る多様なジペプチドの酵素的合成に初めて成功した。Bacillus subtilis 168由来のDhbEは、安息香酸および15種類の安息香酸一置換体をアデニル化することを見出した。

この芳香族カルボン酸のアデニル化反応に求核剤であるヒドロキシルアミンあるいはL-Proを作用させることで、対応する芳香族カルボン酸アミドの合成を確認し、開発した革新的なアミド結合形成反応の汎用性を実証した。アミド化合物には生体分子や化成品など有用物質が多く、バイオプロセスによる効率的な合成法の開発が望まれている。研究代表者はカルボキシ基の酵素的アデニル化とアミンの求核置換反応によるアミド化合物合成法を開発している。本研究では本手法を拡張して合成可能なアミド化合物の多様化を検討した。Fattyacyl-AMP ligaseによる脂肪酸アミド合成法、非リボソーム型ペプチド合成酵素のアデニル化ドメインによる芳香族カルボン酸アミド及びD-アミノ酸含有ジペプチドの合成法を開発した。また、ポリリン酸キナーゼを利用した単一酵素によるAMPからのATP再生系を構築し、アミド合成プロセスの低コスト化を達成した。NRPSのアデニル化ドメイン(Aドメイン)の中でもペプチド性抗生物質であるチロシジンの合成酵素由来のAドメイン(TycA-A)は、本来の基質であるL-Pheのほかに、5種類のアミノ酸(L-Trp、L-Tyr、L-Met、L-Leu、L-Val)を基質として認識し、さらに興味深いことにそれらアミノ酸のD-アミノ酸も同様に基質とすることを見出した。本アミド結合形成反応の特長を活かすと、L,L-型ジペプチドに加え、L,D-型、D,L-型、D,D-型のジペプチドの合成が可能になる。とくにD,D-型ジペプチドは、自然界に多いL,L-型ジペプチドの機能比較対照として大きな需要が見込まれ、キラリティ混合型ジペプチドの効率的な合成法の開発はこれまでに報告例は無い。そこで、TycA-A以外にD-アミノ酸をアデニル化するAドメインの探索を推進し、主に任意のD,D-型ジペプチドの合成法を開発する。自然界におけるキラリティ認識メカニズムの解析や、D-, L-アミノ酸の両方を認識する酵素の特性解析も検討してみたい。さらに、D-アミノ酸を含むジペプチドは分解を受けにくいと思われるので、ATP添加の必要のない菌体反応系や発酵法による生産の可能性を探る。応用生物化学
少数核金属錯体の合成開発と構造-磁性相関

多座配位子、マクロ環配位子、カルボキシラト配位子を用いて、錯体内に3個から20個くらいの少数個の金属を含む少数核金属錯体の合成法の確立とこれらの錯体の構造と磁気的特性の相関関係を明らかにすることを目指して研究を行った。多座配位子を用いる方法ではアルコール基、フェノール基あるいはチオール基を架橋基として導入した三座、四座、五座のキレート配位子を合成することによって少数核形成の可能性を探った。チオール配位子は直線型及び環状三核錯体、螺旋型多核錯体を与えた。マンガンや鉄錯体ではこれまでに例がほとんど無い二等辺三角形型三核錯体やアダマンタン類似型四核錯体を単離できた。これらの錯体の磁気的性質はスピンフラストレーションを起こす系であるが、ハイゼンベルグ模型で説明でき、反強磁性的相互作用が働いていることがわかった。五座配位子ではキュバン型四核錯体、五核錯体、不完全キュバン型三核ユニットが接合した六核錯体が合成できた。また八角柱型や台形型キュバン2個が組合わさったような亜鉛八核錯体も合成できた。マクロ環を用いる方法では二核錯体の他に四核錯体も得ることができた。カルボン酸架橋二核ユニットを用いる系では軸配位子の水分子が水素結合によりつながった四核錯体を単離することができたが、多くの場合、一次元鎖状の多核錯体が得られた。架橋配位子でこれらのユニットをつなぐ方法では安息香酸銅の場合、疎水的な環境を持つ細孔構造が形成されることがわかった。ルテニウム二核と有機ラジカルの組み合わせでは強磁性的相互作用を見出すことができた。銅錯体では、アルコキソ架橋とカルボン酸架橋が交互に配列した四核錯体や環状の六核錯体を単離することができた。これらの錯体の磁気的性質は反強磁性的なものであった。少数核金属錯体の設計合成の手始めとして小数核の中でも最も少ない核数である1個から4個の金属イオンを分子内に近接させた単核、二核、三核、四核金属錯体に重点を置いて実験を行った。1.少数核形成を指向させた有機配位子(多座配位子・マクロ環)の設計合成において、少数の金属イオンを補足するために架橋形成能の高いチオール基、アルコール基、フェノール基を含む種々の有機配位子の合成を行った。有機配位子の元素分析や赤外吸収スペクトル、NMRスペクトル等から目的とする配位子が合成できたことを確認した。2.1で合成した有機配位子に第一遷移元素を中心とした各種の金属塩を有機溶媒中で反応させ、生成する金属錯体を単離した。3.2で単離した金属錯体について元素分析や赤外吸収スペクトル、NMRスペクトル、電子スペクトル等の測定を行い、金属錯体のキャラクタリゼーションを行った。4.これらの金属錯体の単結晶作製を行い、四軸型自動X線回折装置により収集したX線回折データを解析することにより錯体の構造を明らかにした。5.数種のMn錯体は希有な六、七、八配位構造をとっていることが解ったので、これらのESRスペクトルを測定し、Mnの電子状態について知見を得た。

以上の結果、(1)有機配位子の架橋基がアルコール基の場合、二核金属錯体の他、反応条件によっては単核金属錯体の形成が優先させること、(2)チオール基の場合、八面体-四面体-八面体の特異な直線型三核金属錯体が形成し、反応条件を制御することにより異なる金属を同一分子内に隣接させることができること、(3)フェノール基の場合、二核及び四核金属錯体が生成することが明らかになった。前年度得た成果を基にこれまでの単核、二核、三核から次第に核数を増やして行き、十核くらいまでの少数核金属錯体の合成法の開発に取り組んだ。特に3個から6個くらいの金属イオンを分子内に近接させた三核、四核、五核、六核金属錯体に重点を置いた。多座配位子を用いた方法ではアルコール基、フェノール基を含む種々の有機配位子について少数核形成を試みた。マンガン錯体では単核、二核、三核、四核錯体の磁気的性質を調べた。その結果、マンガン間のスピン-スピン相互作用はハイゼンベルグモデルで説明でき、反強磁性的相互作用が働いていることがわかった。鉄錯体では五核錯体ができているが、その合成条件にはまだ不明な点があり、今後、十分な検討を要する。また、コバルト錯体では外部有機配位子を導入することにより三核コバルト単位を接合してできる新規六核錯体の合成に成功した。詳細なキャラクタリゼーションを現在行っている。亜鉛錯体ではNaイオンが亜鉛二核単位を接合したこれまでに例のない無限鎖構造をとることを見出した。これらの結果は接合基としての外部配位子の導入が少数核から多核への展開に有用であることを示している。この有用性は金属-金属結合を持つ二核単位にも当てはまり、ルテニウムやロジウムの金属-金属結合を持つ二核が外部配位子によって繋がれたユニークな無限鎖構造も明らかにした。マクロ環を用いた方法ではニッケル錯体で二核錯体が得られたが、金属間に色々なイオンがはいる興味深い性質が見出された。前年度までに得た成果を基にさらに核数を増やす努力をすると共にこれまでの三核六核錯体の拡充を図った。多座配位子を用いる方法ではアルコール基、フェノール基の他にチオール基も導入することによって少数核形成の可能性を探った。マンガンや鉄錯体ではこれまでに例がほとんど無い二等辺三角形型三核錯体や非対称型アダマンタン型四核錯体を単離できた。これらの錯体の磁気的性質はスピンフラストレーションを起こす系であるが、ハイゼンベルグ模型で説明でき、反強磁性的相互作用が働いていることがわかった。また鉄五核錯体の合成条件を検討する過程で新規の環状鉄六核錯体の生成を見出した。銅錯体では、アルコキソ架橋とカルボン酸架橋が交互に配列した環状の六核錯体を単離することができた。これらの環状錯体の磁気的性質は反強磁性的なものであるが、その詳細な解析は困難な問題となっている。亜鉛のチオラト錯体もチオール硫黄と亜鉛が交互に並んだ環状構造をとることが分かった。また八角柱型や台形型キュバン2個が組合わさったような亜鉛八核錯体も合成できた。カルボン酸架橋二核ユニットを用いる系では軸配位子の水分子が水素結合によりつながった四核錯体を単離することができたが、多くの場合、一次元鎖状の多核錯体が得られた。架橋配位子でこれらのユニットをつなぐ方法では安息香酸銅の場合、疎水的な環境を持つ細孔構造が形成されることがわかった。ルテニウムニ核と有機ラジカルの組み合わせでは強磁性的相互作用を見出すことができた。マクロ環を用いる方法では二核錯体の他に四核錯体も得ることができた。
債務引受の法的性質の再検討ードイツ法との比較研究を通じてー

本研究は、債権法改正に伴い明文化された法制度である債務引受をより安定した法制度として再構成し、中小企業や個人の資金調達手段または担保手段として確立することを目的とする。本研究はこの目的を達成するために民法典制定時から今日に至るまでの日本法とドイツ法の法状況を比較研究することによって債務引受の法的性質を再検討し、近接する法制度との調和を保ちながら、債務引受をより安定した法制度として構築するものである。
対称空間上の調和解析

1.研究課題名のテーマの下に、1988年1月東大でシンポジウムを、1987年8月および1988年8月、職業訓練大学校でサマーセミナーを行ない、研究の成果と今後の発展を討論した。2.研究代表者は半単純対称空間上の調和解析の基礎となるいくつかの結果を発表した。それらは、半単純対称空間のコンパクト多様体への実現、それを用いた不変微分方程式系の解の境界値写像の構成と主系列表現の導入、さらに解の無限遠での漸近挙動が幾何的条件で簡単に特徴づけられる事等である。上記の結果は半単純対称空間上の調和解析の目標であるプランシェレルの定理に主要な役割を有し、その手法によって、ユニタリ化可能なリー群の表現が等質空間上に実現されていればある種の有界性が要請される等、いくつかの結果が得られた。3.小林は、半単純対称空間を広げたクラスの等質空間上に実現されるユニタリ表現を考察した。特にリーマン計量を持つ時のラプラシアンのスペクトラムを求め、名大の砂田氏の予想の反例を与えた。また簡約型等質空間の幾つかの系列に一様格子が存在する事を証明した。4.服部は、S^1作用のある概複素多様体上の線型束に対して"正値"なる概念を導入し、小平型消滅定理を次元の低い場合に証明した。5.増田は、反応・拡散系の非線型放物型偏微分方程式系に安定な周期解が存在する事を、成分が高次元の場合に証明した。6.伊原は、有理数体上の絶対ガロア群に対し、代数多様体の基本群の種々の完備化への自然な作用を考察した。この作用からガロア群の十分一般な非アーベル的表現が得られる事を解明しつつあり、さらに整数論へのいくつかの応用を見出した。7.片岡と戸瀬は、Sjostrandによるマイクロ双曲型境界値問題に対する超局所的解析性伝播の理論を、解の存在定理まで含めた形で拡張した。大島は,半単純対称空間のコンパクト化を構成し,不変微分作用素の同時固有空間に対し境界値写像を構成し,主系列表現を定義した.さらに,半単純対称空間上に実現される表現の境界での漸近挙動から,主系列表現への極大埋め込みを研究した.今後は,表現の極大とは限らない主系列表現への埋め込みを構成する計画である.小林は,半単純対称空間のベクトル束に値を持つ離散系列表現を研究し,いくつかの興味あるユニタリ表現を構成した.さらにこの研究に関連し,等質リーマン多様体の点スペクトルに関する砂田の予想の反例を得た.寺田は,零ウェイト空間上のワイル群の表現を,計算機を用いて計算し,あるplethymの分解係数のいくつかを求めた.また一般の半単純リー群の表現が,ある函数の空間に表現されているとき,それがユニタリ化可能ならば,函数に対しある種の有界性が従うことを,大島等は証明した.伊原は,有理数体上の絶対ガロア群の,射影直線から有限個の点を除いたものの代数的基本群への表現を研究し,組み系群の自由群への作用から生じる表現の研究と類似の手法を用いることにより,整数論におけるいろいろな基本量のユニバーサル・インタポーレーションや,円単数の拡張の発見が得られた.加藤は,Serreの正則局所環のArtin指標の存在の予想を,2次元の場合に解決した.川又は,3次元標準特異点上のヴェイユ因子に付隨した環の層が有限生成であることを示し,これを使って標準特異点上の標準因子が数値的零であるような部分的特異点解消の分類を行った.

この研究からさらに,ある条件の下での3次元極小モデルの存在を証明した.一方,名大の森氏は,この条件が常に成立することを示したので,3次元の極小モデルの存在定理の証明は完結した.木村は,D^2からD^2へのある多項式写像に関して,FatouーBieberbach領域の研究を行った.1.研究課題名のテーマの下に、1988年1月東大でシンポジウムを、1987年8月および1988年8月、職業訓練大学校でサマーセミナーを行い、研究の成果と今後の発展を討論した。2.研究代表者は半単純対称空間上の調和解析の目的であるプランシェレルの定理を得るためのいくつかの主要結果を発表した。半単純対称空間のコンパクト多様体の中への実現と、それを用いて不変微分作用素の固有函数に関する境界値写像の構成、さらに、固有函数の無限遠での漸近挙動が、簡単に幾何学的に特徴づけられることなどがそれである。また、そこで用いられた手法に関連して、等質空間上の函数から生成されるリー群の表現がユニタリになるためには、その函数に、ある種の有界性が要請されることを証明した。3.小林は、リーマン対称空間上のファイバー束となっているある等質空間のラプラシアンのスペクトルを求め、名大の砂田氏の予想の反例を与えた、また、半単純対称空間のいくつかの系列に対して、一様格子が存在することを証明した。4.服部は、S^1作用のある概複素多様体上の線型束に対する小平型消滅定理を、次元の低い場合に証明した。5.伊原は、有理数体上の絶対がロア群に対し、それのある代数的多様体の基本群の定備化への自然な作用を考察し、それによって絶対ガロア群の十分一般な非アーベル的表現がえられていることを解明しつつあり、整数論へのいくつかの応用を得た。6.片岡および戸瀬は、Sjostrandによるマイクロ双曲型境界値問題に対する超局所的解析性伝播の理論を、解の存在定理まで含めた形で拡張した。
C-11酢酸による肺癌の低酸素状態の測定と放射線感受性、多剤耐性発現との関連性

癌細胞からのC-11酢酸のclearanceは、癌細胞の酸素代謝を反映する可能性がある。まずインフォームドコンセントの得られた未治療の肺癌放射線治療予定者を対象として、C-11酢酸を用いたポジトロン断層法を施行し肺癌からのC-11酢酸のclearanceを測定した。また、放射線治療終了1ヵ月後治療効果を判定し、両者の間の関連について検討した。その結果、肺癌の放射線治療効果と肺癌からのC-11酢酸のclearanceとの間に明らかな関連は認められなかった。次に、インフォームドコンセントの得られた未治療の肺癌外科的切除予定者を対象として、術前にC-11酢酸を用いたポジトロン断層法を施行し肺癌からのC-11酢酸のclearanceを測定した。また、F-18FDGを用いたポジトロン断層法を施行し肺癌の生体における糖代謝活性を測定した。さらにTc-99mMIBIを用いたSPECT像をTc-99m MIBI静注15分後および3時間撮像し、肺癌からのTc-99mMIBIの排出能を測定した。肺癌外科的切除後、抗癌剤耐性関連タンパクであるP-糖タンパクに対するモノクローナル抗体(JSB-1)を用いた免疫組織化学染色法にて切除肺癌組織内のP-糖タンパクの発現を定量した。その結果、肺癌からのC-11酢酸のclearanceと肺癌のP-糖タンパクの発現との間には関連は認められなかった。肺癌のP-糖タンパクの発現と肺癌の糖代謝活性との間には有意な負の相関関係が認められ、糖代謝活性の低い肺癌はP-糖タンパクの発現が高い傾向が認められた。特に細気管支肺胞上皮癌は、糖代謝活性が低くP-糖タンパクの発現が高かった。肺癌からのTc-99mMIBIの排出能は肺癌のP-糖タンパクの発現と関連があり、P-糖タンパクの発現の高い肺癌ほど肺癌からのTc-99m MIBIの排出能は高い傾向が認められた。本研究により、肺癌の糖代謝活性あるいは肺癌からのTc-99m MIBIの排出能を測定することによって肺癌のP-糖タンパクの発現の程度を非侵襲的に推測できることが判明した。インフォームドコンセントの得られた未治療の肺癌外科的切除予定者を対象として、術前にC-11酢酸を用いたポジトロン断層法を施行し肺癌の生体における酸素代謝を測定した。さらにF-18FDGを用いたポジトロン断層法を施行し肺癌の生体における糖代謝活性を測定した。肺癌外科的切除後、抗癌剤耐性関連タシパクであるP-糖タンパクに対するモノクローナル抗体(jSB-1)を用いた免疫組織化学染色法にて切除肺癌組織内のP-糖タンパクの発現を定量した。肺癌のP-糖タンパクの発現は肺癌の分化度と関連があり、分化度の高い肺癌はどP-糖タンパクの発現は高い傾向が認められた。特に最も分化度の高い細気管支肺胞上皮癌のP-糖タンパクの発現は、他の肺癌よりも高い傾向が認められた。

肺癌のP-糖タンパクの発現と肺癌の糖代謝活性との間には有意な負の相関関係が認められ、糖代謝活性の低い肺癌はP-糖タンパクの発現が高い傾向が認められた。特に細気管支肺胞上皮癌は、糖代謝活性が低くP-糖タンパクの発現が高かった。すなわち、肺癌の糖代謝活性を測定することによりP-糖タンパクの発現の程度を非侵襲的に推測することが可能と思われた。今後は、肺癌の生体における酸素代謝と糖代謝活性との関連性および酸素代謝と放射線感受性との関連性について検討する予定である。癌細胞からのC-11酢酸のclearanceは、癌細胞の酸素代謝を反映する可能性がある。まずインフォームドコンセントの得られた未治療の肺癌放射線治療予定者を対象として、C-11酢酸を用いたポジトロン断層法を施行し肺癌からのC-11酢酸のclearanceを測定した。また、放射線治療終了1ヵ月後治療効果を判定し、両者の間の関連について検討した。その結果、肺癌の放射線治療効果と肺癌からのC-11酢酸のclearanceとの間に明らかな関連は認められなかった。次に、インフォームドコンセントの得られた未治療の肺癌外科的切除予定者を対象として、術前にC-11酢酸を用いたポジトロン断層法を施行し肺癌からのC-11酢酸のclearanceを測定した。さらにTc-99mMIBIを用いたSPECT像をTc-99m MIBI静注15分後および3時間後撮像し、肺癌からのTc-99m MIBIの排出能を測定した。肺癌外科的切除後、抗癌剤耐性関連タンパクであるP-糖タンパクに対するモノクローナル抗体(JSB-1)を用いた免疫組織化学染色法にて切除肺癌組織内のP-糖タンパクの発現を定量した。その結果、肺癌からのC-11酢酸のclearanceと肺癌のP-糖タンパクの発現との間には関連は認められなかった。しかし、肺癌からのTc-99m MIBIの排出能は肺癌のP-糖タンパクの発現と関連があり、P-糖タンパクの発現の高い肺癌ほど肺癌からのTc-99m MIBIの排出能は高い傾向が認められた。Tc-99mMIBIはP-糖タンパクのポンプ作用により細胞内から細胞外に排出されることが知られている。本研究により、肺癌からのTc-99m MIBIの排出能を測定することによって肺癌のP-糖タンパクの発現の程度を非侵襲的に推測できることが判明した。
加速的アルコール代謝亢進のメカニズムの解明とアルコール代謝の個体内差の検討

法医学実務において行われる血中アルコール濃度推定ではアルコール代謝の個体間差と個体内差の存在が重要な課題である。アルコール代謝の個体内変動として、2週間程度の期間、連続飲酒した場合の酵素誘導が有名であるが、これ以外にSIAM(Swift Increase in Alcohol Metabolism, Thurmanら,1979)と呼ばれる、短時間で生じるアルコール代謝の加速的亢進が知られている。これは、高濃度のアルコールの急性投与により酸素消費量とアルコール代謝が加速的に亢進する現象である。このSIAMの生じる薬物動態学的変化を種々の時間的変動や投与量の変化発より調べ、個体内変動の生じるメカニズムを検討することを本研究の目的とした。さらに血中アセトアルデヒドやアセテートの動態へのSIAMの影響を詳細に検討することを第2目的とした。その結果、再現性よくSIAMが生じる条件が得られ、アセテートの血中濃度がアルコール消失速度の加速的増強とともに増加することが認められた。このことから、血中アセテートの定常状態での濃度がSIAMの指標となることが明らかとなった。アセテートの変動については知られていなかったため新知見となった。更に、この実験条件とモデルを使い、生化学的な代謝動態を詳細発検討した。その結果、アルコール代謝酵素やアルデヒド代謝酵素の増加はほとんど認められなかった。しかし、ミトコンドリアのチトクローム系の増強が認められたが、現在詳細な検討中である。今後、その意義について詳細な検討を行う予定である。法医学実務においてよく行われるアルコール濃度の推定では、アルコール代謝の個体差と個体内差の存在が重要な課題である。アルコール代謝の個体内変動として、2週間程度の期間、連続飲酒した場合に酵素誘導がおこるが、これ以外にSIAM(Swift Increase in Alcohol Metabolism, Thurmanら,1979)と呼ばれるアルコール代謝の加速的充進が知られている。これは、主にラットに高濃度のアルコール急性投与によって酸素消費の加速的な増大とアルコール代謝の充進現象のことであるが、ラット以外で生じるか検討した。本研究では、このSIAMの生じる薬物動態学的変化を種々の時間的変動や投与量の変化により調べた。体重約2kgの雄性家兎を用い、耳静脈よりアルコール1.Og/kgを急速静注し、6時間後に再度同様の投与を行った。これを、基本パターンとして、アルコールの投与量や投与間隔を検討した。採取した血液から血中アルコール濃度、アセトアルデヒド濃度、アセテート濃度を測定した。血中アルコールとその代謝産物の濃度測定はガスクロマトグラフを使用し、気化平衡法により測定する。島津製ヘッドスペース解析システム:GC-14A、HSS-2A、C-R7Aを使用した。その結果、SIAM現象はこの1.Og/kg投与で容易に、アルコール代謝速度の増加が安定的に生じた。また、平均アセテート濃度の上昇が認められ、SIAMの指標となることが判明した。今後は、厳密な薬物速度論的検討を加える予定である。アルコール代謝の個体内変動として、2週間程度の期間、連続飲酒した場合の酵素誘導が有名であるが、これ以外にSIAM(Swift Increase in Alcohol Metabolism、Thurmanら、1979)と呼ばれる、短時間で生じるアルコール代謝の加速的亢進が知られている。このSIAMの生じる薬物動態学的変化を種々の時間的変動や投与量の変化により調べ、個体内変動の生じるメカニズムを検討することを本研究の目的とした。

このことから、血中アセテートの定常状態での濃度がSIAMの指標となることが明らかとなった。アセテートの変動については知られていなかったため新知見となった。更に、この実験条件とモデルを使い、生化学的な代謝動態を詳細に検討した。その結果、アルコール代謝酵素やアルデヒド代謝酵素の増加はほとんど認められなかった。しかし、ミトコンドリアのチトクローム系の増強が認められたが、現在詳細な検討中である。今後、その意義について詳細な検討を行う予定である。
発動分子の自律的運動と機能設計のエネルギー論的研究

本研究では,発動分子の設計指針をエネルギー論に基づいて構築するとともに,発動分子の集団運動制御および集団運動によるマクロな機能の発現のための理論・実験基盤を構築する.発動分子が集まって協働的な集団として振舞うことで,1分子では実現できないマクロな機能を発現する.そのためには集団運動の制御法を確立することが必要である.機能発現の可能性を探索するために,生体分子モーターのキネシンと微小管,ミオシンとアクチン骨格からなるアクティブゲルを対象にして秩序形成や運動や変形といったダイナミクスが現れる物理学的メカニズムを解明する.さらに,バクテリアの集団運動を境界形状で制御する幾何学的な関係式を明らかにしている.これをキネシン-微小管の集団運動の系にも発展させることで,発動分子のマクロな機能発現の共通性と多様性を明らかにする.様々な発動分子の集団挙動を支配する力学原理をもとに,発動分子で自律的に動作する機能的デバイスの設計に関する共同研究にも着手している.また,生体回転分子モーターであるF1-ATPaseは,極めて効率的に動くことが知られている.高いエネルギー変換効率の人工発動分子を実現するには, F1-ATPaseが実現している高効率のエネルギー変換機構を参考にし,さらに,エネルギー変換効率を計測して,その結果を分子設計にフィードバックするという戦略的なアプローチが肝心である.このために,非平衡統計力学に立脚した計測法を生体分子モーターに応用する.本年度は,これらの研究を推進するため,生体分子モーターの精製系の構築,回転電場法システムの改良,他の研究グループとの共同研究に着手した.生体発動分子の集団挙動に関して,キネシン分子モーターと微小管骨格が形成する集団渦構造を制御する幾何学的関係を見出した.これまでに得ているバクテリア集団運動との違いを比較し,分子モーター系に特有の集団運動の幾何学的特徴を理論的にも説明することができている.さらに,ミオシン分子モーターとアクチン細胞骨格がつくるアクティブゲルが細胞区画の対称性を力学的に決定する機構を実験および理論モデルから明らかにした.この成果の発展として,細胞運動や細胞変形のアクティブゲルモデルの構築にも成功している.更なる展開として,(i)光刺激による集団運動の制御, (ii)ソフトマターにおける流動現象の解明と制御,についても計画通り共同研究に着手している,次に,生体分子モーターF1-ATPaseが高効率に運動するメカニズムを明らかにすることを目指し,本年度はその基礎固めを行った.特に,(i)精製系を構築し,野生型F1-ATPaseの精製を行った.また,高精度トルク測定に向け,回転電場法システムおよび解析法を改良した.(ii)分子内の「エネルギーの流れ」を可視化するために,分子動力学の専門家と共同研究を開始し,研究の流れを確認した.さらに,(iii)F1-ATPaseのエネルギー論について,海外のグループと共同研究に関する議論をスタートした.発動分子集団を対象とした研究は以下の計画で推進する.生体発動分子のミオシンはアクチン骨格に収縮力を及ぼすことで,細胞の運動や変形,細胞の分裂を司る.ミオシンが作るアクティブなゲル構造が変形や運動を誘起する仕組みを解明するため、共焦点顕微鏡によるイメージングとアクティブゲル理論による解析,フェーズフィールド法を用いた数値シミュレーションを行う.発動分子集団のダイナミクスをエネルギー論から捉えるため,運動速度と牽引力の同時測定を行い,自発運動の仕事率を計測する.さらに,我々が得意とする微細加工技術と光制御技術を用いることで,アクティブゲルによる運動や変形の力学的メカニズムを明らかにする.得られる結果を光応答性の液晶ソフトマター材料の配向制御に応用し,発動分子集団のマクロな機能設計への道筋を確立する.発動分子1分子を対象とした研究は以下の計画で推進する.F1-ATPaseの効率的な運動機構の動作原理を明らかにするため,野生型と効率の悪い変異型を比較する.1分子実験で得た回転トラジェクトリのみから,固定子-回転子間の相互作用ポテンシャルの形状,および,化学状態遷移の生じるタイミングを推定するアルゴリズムが完成している.これを用いて,野生型と変異型の化学-力学カップリングの違いを明らかにし,効率的な運動機構の原理を調べる.また,本来はATP合成酵素であるF1-ATPaseがATPを無駄に分解・消費しないように,ATP加水分解を防ぐラチェット機構「インヒビション」が備わると考えられる.我々が発展させてきた回転電場法を用いてインヒビションの外部トルク依存性を調べ,そのメカニズムを詳細に調べる.本研究では,発動分子の設計指針をエネルギー論に基づいて構築するとともに,発動分子の集団運動制御および集団運動によるマクロな機能の発現のための理論・実験基盤を構築する.発動分子が集まって協働的な集団として振舞うことで,1分子では実現できないマクロな機能を発現する.そのためには集団運動の制御法を確立することが必要である.機能発現の可能性を探索するために,生体分子モーターのキネシンと微小管,ミオシンとアクチン骨格からなるアクティブゲルを対象にして秩序形成や運動や変形といったダイナミクスが現れる物理学的メカニズムを解明する.さらに,バクテリアの集団運動を境界形状で制御する幾何学的な関係式を明らかにしている.これをキネシン-微小管の集団運動の系にも発展させることで,発動分子のマクロな機能発現の共通性と多様性を明らかにする.様々な発動分子の集団挙動を支配する力学原理をもとに,発動分子で自律的に動作する機能的デバイスの設計に関する共同研究にも着手している.

また,生体回転分子モーターであるF1-ATPaseは,極めて効率的に動くことが知られている.高いエネルギー変換効率の人工発動分子を実現するには, F1-ATPaseが実現している高効率のエネルギー変換機構を参考にし,さらに,エネルギー変換効率を計測して,その結果を分子設計にフィードバックするという戦略的なアプローチが肝心である.このために,非平衡統計力学に立脚した計測法を生体分子モーターに応用する.本年度は,これらの研究を推進するため,生体分子モーターの精製系の構築,回転電場法システムの改良,他の研究グループとの共同研究に着手した.生体発動分子の集団挙動に関して,キネシン分子モーターと微小管骨格が形成する集団渦構造を制御する幾何学的関係を見出した.これまでに得ているバクテリア集団運動との違いを比較し,分子モーター系に特有の集団運動の幾何学的特徴を理論的にも説明することができている.さらに,ミオシン分子モーターとアクチン細胞骨格がつくるアクティブゲルが細胞区画の対称性を力学的に決定する機構を実験および理論モデルから明らかにした.この成果の発展として,細胞運動や細胞変形のアクティブゲルモデルの構築にも成功している.更なる展開として,(i)光刺激による集団運動の制御, (ii)ソフトマターにおける流動現象の解明と制御,についても計画通り共同研究に着手している,次に,生体分子モーターF1-ATPaseが高効率に運動するメカニズムを明らかにすることを目指し,本年度はその基礎固めを行った.特に,(i)精製系を構築し,野生型F1-ATPaseの精製を行った.また,高精度トルク測定に向け,回転電場法システムおよび解析法を改良した.(ii)分子内の「エネルギーの流れ」を可視化するために,分子動力学の専門家と共同研究を開始し,研究の流れを確認した.さらに,(iii)F1-ATPaseのエネルギー論について,海外のグループと共同研究に関する議論をスタートした.発動分子集団を対象とした研究は以下の計画で推進する.生体発動分子のミオシンはアクチン骨格に収縮力を及ぼすことで,細胞の運動や変形,細胞の分裂を司る.ミオシンが作るアクティブなゲル構造が変形や運動を誘起する仕組みを解明するため、共焦点顕微鏡によるイメージングとアクティブゲル理論による解析,フェーズフィールド法を用いた数値シミュレーションを行う.発動分子集団のダイナミクスをエネルギー論から捉えるため,運動速度と牽引力の同時測定を行い,自発運動の仕事率を計測する.さらに,我々が得意とする微細加工技術と光制御技術を用いることで,アクティブゲルによる運動や変形の力学的メカニズムを明らかにする.得られる結果を光応答性の液晶ソフトマター材料の配向制御に応用し,発動分子集団のマクロな機能設計への道筋を確立する.発動分子1分子を対象とした研究は以下の計画で推進する.F1-ATPaseの効率的な運動機構の動作原理を明らかにするため,野生型と効率の悪い変異型を比較する.1分子実験で得た回転トラジェクトリのみから,固定子-回転子間の相互作用ポテンシャルの形状,および,化学状態遷移の生じるタイミングを推定するアルゴリズムが完成している.
少数個転移（オリゴメタスターシス）を示した肺癌の20種microRNA発現特性

少数個転移に留まる肺癌(オリゴメタスターシス肺癌)は、遠隔転移を伴っているものの、外科切除によって完治する可能性があることが近年明らかになってきた。一方、当初、少数個転移であったが、経過中に複数臓器へ多数個転移を示す症例もあり、治療開始時点でこれらを峻別可能とする指標の確立は、IV期肺癌の適切な治療選択・予後向上のための、新たな突破口となる可能性がある。本研究の目的は、申請者がこれまで多施設共同研究で集積した少数個転移・多数個転移肺癌の手術材料を用いて、少数個転移肺癌に特有のmicroRNA発現特性を明らかにする事である。
CVI(化学蒸着充填法)による分子サイズを有する微細気孔の選択的充填

炭化水素熱分解反応により析出する炭素を炭素繊維あるいはSiC繊維間に充填し、高温強度を向上させる方法はCVIと呼ばれ、工業的に広く使用されている。本研究では炭素材の主に直系50nm以下の微細気孔(メソポア-,マイクロポア-,サブマイクロポア-)に充填することにより、機械的強度よりもむしろ耐酸化抵抗を上昇させることに主眼をおいた実験を行った。試料は各種炭材(コ-クス,グラファイト,木炭,活性炭)であり、炭化水素としてはメタンを選択した。これらの試料に炭素充填を行った後、CO_2により酸化し、反応前後の気孔構造の変化をN_2吸着法と水銀ポロシメータにより測定した。その結果、耐酸化抵抗の上昇は微細気孔を多く有する活性炭で顕しい効果を示し、気孔充填率約50%で酸化速度も約50%程度に減少することが分った。一方他の炭素材では酸化速度は1020%減少するに過ぎない。この酸化抵抗の上昇の原因は直径2nm以下のマイクロポア-に起因し、炭素充填の結果これらの気孔サイズは面積体積共に1/10002/1000まで減少することが判明した。またCO_2による酸化反応の後にも気孔のサイズは、オリジナルの試料を同一反応率まで酸化させた試料で比較し、体積面積共に約1/3程度にまで押えられる。以上の実験事実から微細気孔の充填が酸化抵抗の上昇に大きな役割を果たしていることがわかった。高温冶金反応への応用では、コ-クスの高温強度の改良が期待されており、活性炭について得られた知見を冶金および成型コ-クスに適用して解析を行った。コ-クス等で酸化抵抗の減少が活性炭よりも小さいのは、コ-クスに含まれるマイクロ気孔の割合が小さく、炭素材の結晶構造よりも気孔の構造が大きな支配因子であることが結論された。1.炭化水素分解反応後および後の気孔径分布の変化の測定マイクロ気孔あるいは微細気孔の気孔径分布はBETの窒素吸着法で、それよりも大きな気孔は水銀ポロシメターにより測定した。試料は各種炭材(コ-クス、グラファイト、活性炭)を使用した。またサブストレートの炭素材および表面に堆積した炭素の電子顕微鏡で直接観察し、BETや水銀ポロシメターでの測定結果と比較検討を行った。2.炭化水素の熱分解反応速度と2酸化炭素による酸化速度の関連炭化水素の熱分解と酸化反応過程の2酸化炭素の分解が起こる炭素結晶中の反応場を反応速度論的に評価するために、反応有効表面積(ASA)とBETによる窒素吸着法により測定される面積を比較した。ASAは各種炭化水素と2酸化炭素を200300°Cで吸着させその吸着量から求めた。3.コンピュータシミュレーションによる微細気孔の選択的充填に関する理論的考察微細気孔中の炭化水素のガス拡散と炭素析出の反応工学的研究を数式モデルにより行った。即ちメタンの熱分解により生成される各種炭化水素は分子径、分子量およびサブストレートとの反応性が大きく異なることが判明している。従って、分子毎のこれらの差により、微細気孔中のガス輸送は、Knudsen拡散と表面拡散の中間的挙動をとる。この様な特別なガスの挙動を調査するために、分子動力学を利用したコンピューターシミュレーションプログラムを開発した。この方法により、ガス輸送の定量化が可能となった。微細気孔を有する活性炭を試料として使用し、CH_4の熱分解反応による炭素を気孔内に充填した。さらにこの充填した試料およびオリジナルの試料をCO_2により酸化し、炭素充填による耐酸化抵抗上昇の効果を確認した。

次ぎにこの効果を微細気孔の構造変化から考察するために、これらの試料の気孔サイズ分布の変化をN_2吸着法によりマイクロポア-(直径2nm以下)、サブマイクロポア-(直径0.75nm以下)およびメソポア-(直径250nm)をそれぞれT-プロット法,Horath & Kawazoe法,BJH法により、全比表面積をBET法により求め、またメソおよびマクロ気孔領域のポア-サイズ分布を水銀ポロシメーターにより測定し、次の結果を得た。1.マイクロポア-は気孔充填の結果、体積、面積共に1/10002/1000に減少する。特にサブマイクロポア-は0.7nm付近に気孔が集中しており、炭素充填によりこの領域の気孔はほぼ完全に充填される。CO_2による酸化反応により、充填した炭素は酸化され、再びマイクロ気孔が生成されるものの、炭素充填しない試料に比較し、気孔体積面積共に拡大の割合が小さく、マイクロ気孔の充填が酸化反応の抵抗上昇に大きな役割を果している。2.メソポア-に関しても同様の現象が観察されたが、炭素充填後の体積・面積共にオリジナル試料の3%程度に減少したに過ぎず、充填後の試料の酸化に伴う体積・面積の拡大は、オリジナルを酸化した試料の約1/3となる。3.マクロ気孔のサイズ分布の変化はあまり顕著ではなく、酸化抵抗の上昇にはあまり関与しない。
群ロボットシステムにおける行動原理の多様性の群能力創出へ与える効果の解明

小型移動ロボットに、周囲方向について6等分の分解能をもつ6つの光センサからなる局所的な通信検知機能を与える。これら6つの光センサは近隣の他のロボットを検出可能であるが、その検出パターンの組み合わせ総数は2の6乗個である。このうちの一つあるいは複数の検出パターンを"停止パターン"と定義し、停止パターンを検出しているときはロボットの移動を停止する行動原理を与えた。ロボットの基本的な行動原理は、停止パターンによる移動停止の行動原理の他に、障害物回避の行動原理、ロボット集団の過密と集団からの離脱を避ける行動原理を与えるが、これらの行動原理により、ロボットは一定の密集度を保ったままランダム的な挙動をするようになる。このとき停止パターンを検知して移動を停止した複数台のロボットは、それぞれ互いに通信可能な通信ネットワークを形成することができる。本研究ではロボットが十分長い時間動作した後に形成されている通信ネットワークを群ロボットシステムにより創出された形態ととらえ、群ロボットシステムによる形態形成の機能創出に関する特性を明らかにした。形成される通信ネットワークのノードとなるロボットの停止パターンには幾何学的な特徴があり、それらは、他のロボットの検出方向が1つの"末端要素"、同2つの"線分要素"、同3つ以上の"分割要素"に大別できる。複数種類の停止パターンの混合と通信ネットワーク形態の関係をシミュレーションから調べたところ、ノード数の異なる通信ネットワーククラスタが複数形成され、その形成特性はクラスタ数、ノード数から特徴づけられた。末端要素が多いと、少ないノード数のクラスタが多く形成される傾向にあり、一方で、一つの停止パターンのみ有するロボットを複数種類用いた場合では、前述の形成特性と同様の特徴とはならず、その一要因として通信ネットワーク形成過程の影響が考えられた。(1)動的通信ネットワークの通信伝達特性の解析について。伝達特性として距離x離れた任意の2点間に着目し、一方の点から他方の点へ通信伝達する確率を通信通過率y(x)とし、細長い空間についてxに関する1次元モデルy(x)をシミュレーションにより解析した。単位距離当たりの通信通過率βとしたときy(x)=β^xで与えられ、さらにβについてのポアソン分布を基本とした確率モデルを考案し、実験的に求めたロボットの密度に関する特性値を補正数として定式化を達成した。また、2次元平面内における通信伝達経路のシミュレーション解析を行った。通信伝達方向の可視化を行い、空間に投入するロボット台数の増加に関して通信伝達の方向性が消失する帯域があり、それを上回る投入台数では安定して通信が伝播することを明らかにした。(2)再生機能付きロボット群の行動特性の解明について通信ネットワークの形成過程におけるロボットの密集による非効率的な配置の欠点を解消するために、閾値を用いて高密集を検知し再配置可能な再生アルゴリズムを個々のロボットに設定した。シミュレーション結果より、ロボット全体で閾値をばらつかせることが効果的であり、それが時間的に変動する方がより効果的であることを明らかにした。また一定時間の経過で再生するアルゴリズムについても検討し、十分な時間を掛けることで前述の欠点を解消できることを明らかにした。(3)基本性能のばらつきと行動特性の解明について群ロボットによる障害物回避行動の空間探索能力の特性について、ロボットの直進度と速度について、群全体でのばらつきをパラメータとしてシミュレーション実験を行った。平均速度で評価すると速度のばらつきについては、ほとんど変化は無く、直進度については直進度が減る方向に対して探索能力が極大値を持つことが分かった。また直進度と極大値の関係は空間の大きさに依存している。