hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
リコンビナントbFGFと線維状アテロコラーゲンの足場による血管新生と組織再構築

臨床において外科治療の不可能な症例に血管新生療法が望まれていている。線維芽細胞増殖因子(bFGF)は強力な血管新生因子として注目され、虚血性心疾患や阻血下肢の血行再建に期待された。血管新生あるいは組織再構築には『細胞、細胞外マトリックス、増殖因子』の組み合わせが重要である。虚血心筋では代謝は良好に行われておらず細胞は生存しにくく、増殖因子は十分な働きをすることができない。本研究では第一に細胞外環境を整えるのを目的に細胞親和性が良好な線維状アテロコラーゲンを足場として用い、血管芽の形成から動静脈に分化し、成熟血管になるまでの過程を観察し、また血管新生の速度を測定することにより至適条件を求めた。使用するサイトカインとして市販のリコンビナントbFGFを局所1回投与することにより効果持続時間を評価した。結果として使用後1週間は対照とした生理食塩水に比べて促進した血管新生伸展速度を得た。ところが、効果持続期間は限られていた。また、血管新生速度を促進した足場とリコンビナントbFGFの組み合わせを用いてもこれ以上促進することができず、選択した足場にしても、リコンビナントbFGFにしてもこれが至適血管新生条件であったことが明らかになった。今回用いたモデルは創傷治癒モデルであり、虚血モデルではないので虚血による代謝不全とは環境が異なっている。しかし血管新生を促進する条件では細胞外環境の重要性が明らかになった。種々の因子を用いた血管新生研究が行われてきたが、血管新生の過程を証明することは難しく、その過程を直接観察できたことは希である。また、大多数の研究は単独で因子を使用したり、他の因子を無視して用いたために得られた血管新生の効果が少なかった可能性がある。創傷治癒を促進することを目的に市販されているリコンビナントbFGF(r-bFGF)は褥創の治療に臨床にて使用されている。本年度は創傷治癒に伴った血管新生に対するr-bFGFの影響を動物実験にて観察した。Rabbit ear chamber(REC)モデルを用いたがパンチアウトした傷にr-bFGFを手術時に1回散布した。対照に比べて、感染が少なく、血管新生が速やかであることを観察した。また、アテロコラーゲンを紡糸し、線維状にしたものをREC内に留置し、足場(scaffold)の存在による血管新生の過程を観察したところ、マクロでは血管新生は対照に比べて速やかで、出血が少なく、良好に治癒するのが観察された。さらにミクロでは多数の拍動する血管芽が線維状のコラーゲンを垂直に横切っているのが観察された。手術時に投与されるr-bFGFは、内因性サイトカインが活性化されるまでを補い、創傷治癒の促進に役に立つ可能性が示唆された。現在、r-bFGFと足場の相乗効果についての検討を行っている。組織再構築は、第一に組織適合性が良好でなければ起こらず、今回得られた実験結果から、両者を併用することにより組織再構築に役に大いに立つことが期待される。線維芽細胞増殖因子(bFGF)は血管新生因子として注目され、虚血性心疾患や阻血下肢の外科治療が不可能な部位の血行再建に期待された。ところが臨床では期待されるほどの成果はでていない。本研究では細胞外環境を整えるのを目的に細胞親和性が良好な線維状アテロコラーゲンを足場として用い、血管芽の形成から動静脈に分化し、成熟血管になるまでの過程を観察し、また血管新生の速度を測定することにより至適条件を求めた。現在リコンビナントbFGFは褥創治療薬として市販されていて、形成外科領域では良好な創傷治癒が観察されている。我々はリコンビナントbFGFを局所1回投与することにより効果持続時間を評価したところ使用後1週間は対照とした生理食塩水に比べて促進した血管新生伸展速度を得た。

ところが、血管新生速度を促進した足場とリコンビナントbFGFの組み合わせではこれ以上促進することができず、選択した足場にしても、リコンビナントbFGFにしてもこれが至適血管新生条件であったことが明らかになった。創傷治癒に伴った血管新生は線維芽細胞の伸展に伴って起こるが、観察窓の中では組織液が順調に拍動しており、代謝が順調に起こっていることが示唆されている。
気球によるGeV領域ガンマ線観測

将来の衛星観測の準備研究として、気球搭載用ガンマ線観測装置の開発を行ない、加速器テストなどによってその性能の確認を行った。この研究で開発した装置は、シンチファイバーを多アノードホトマルで読み出す方法により電子対創生を検出し、セグメント化CsIカロリメータでエネルギーを測定するという原理にもとずく。この装置は、従来のスパークチェンバーを用いた装置にくらべて特に以下の利点をもつ。1)装置がコンパクトになり大きな立体角がえられる、2)ガスを利用しないのでスペースでの観測に適している、3)死時間がほとんどない。この結果、現在のEGRETに比べてほぼ同じ重量で、約1桁大きな観測装置の製作が可能である。シュミレーションによる装置の最適化をおこなったあと、装置の基本部分の製作を行い、加速器で各部の性能テストを行なった。原子核研究所のESビームを用いたカロリメータの性能テストでは、エネルギー分解能と位置検出機能についてほぼ設計性能を実現していることが確認できている。また、CERNの陽子ビームを用いた飛跡検出部の性能テストでは、2mm角のシンチファイバー16本を16アノードのコンパクト型ホトマル(HamatsuH6568-01)で独立に読み出すシステムのテストを行った。この結果、最小電離損失粒子をほぼ100%の効率で検出出来ること、位置分解能が約0.6mmであることが確認されている。この性能は、単に電子対創成の検出を保証するだけでなく、電子対のパターンを用いた高速トリガーが可能であることを示している。したがって、特別なアンチコインシデンスシステムがなくても、高精度のバックグラウンド除去が可能である。現在、気球搭載ための外部装置と、多チャンネル用の高集積ADCの製作をおこなっており、1,2年内には気球観測が実現できる見込みである。将来の衛星観測の準備研究として、気球搭載用ガンマ線観測の開発を行なっている。GeV領域のガンマ線観測では、ハドロン及び電子の雑音を除くため電子対創成の検出が不可欠である。従来の装置ではスパークチェンバーによる検出が行なわれたが、この研究では、シンチファイバーを多アノードホトマルで読みだす方法により検出する装置の開発をおこなっている。この方法の利点は、1)装置がコンパクトになり大きな立体角がえられる、2)ガスを利用しないのでスペースでの観測に適している、3)死時間がほとんどない、等があげられる。この結果、現在のEGRETに比べてほぼ同じ重量で、約1桁大きな観測装置の製作が可能であることが、シミュレーションから示唆されている。今年度は、電子対創成を検出する飛跡検出部の基礎開発とシミュレーションによる観測性能の評価を行なった。飛跡検出部の各層は、2mm角のシンチファイバー16本を16アノードのコンパクト型ホトマル(Hamatsu H6568-01)に接続したセットを8個並べた256mm幅のベルトで構成されている。x、y方向の読みだしによる二次元的測定を行なうため、各層ごとに互いに直角方向に上記のベルトを設置する。最終的にはこのような層を0.1r.l厚の鉛板と組み合わせたものを、互いに5cmのスペースをつけて11層製作して飛跡検出部を完成する予定であるが、今年度はその一層分のみを製作した。そして原子核研究所のESの電子ビームにより最小電離損失の粒子に対するゲインをしらべた。その結果、シングルに対するピークはペデスタル(25カウント)の約4倍(100カウント)ありアンプなしでも充分に電子対創成の検出が可能であることが判明した。さらにシンチファイバー中のenergy depositionの測定が可能であるので、カロリメータとしての機能も持つことができ、20100MeVまでのガンマ線のエネルギー測定が可能である。

今後、別途製作した5×5にセグメント化したCsIカロリメータ(8r.l厚)との組合せで、100MeV以上のエネルギーを測定することにより、数GeVまでの気球によるガンマ線観測が可能な装置を製作する予定である。将来の衛星観測の準備研究として、気球搭載用ガンマ線観測の開発を行なっている。GeV領域のガンマ線観測では、ハドロン及び電子の雑音を除くため電子対創成の検出が不可欠である。従来の装置ではスパークチェンバーによる検出が行なわれたが、この研究では、シンチファイバーを多アノードホトマルで読みだす方法により検出する装置の開発をおこなっている。この方法の利点は、1)装置がコンパクトになり大きな立体角がえられる、2)ガスを利用しないのでスペースでの観測に適している、3)死時間がほとんどない、等があげられる。この結果、現在のEGRETに比べてほぼ同じ重量で、約1桁大きな観測装置の製作が可能であることが、シミュレーションから示唆されている。今年度は、飛跡検出部の性能テストを加速器ビームを用いて行なった。2mm角のシンチファイバー16本を16アノードのコンパクト型ホトマル(Hamatsu H6568-01)に接続した装置を、位置分解能0.25mmのホドスコープとならべて陽子ビームを照射した。その結果、最小電離損失の荷電粒子の検出効率はほぼ100%で、クロストークは数%以内であることが確認され、十分にガンマ線の電子対創成を検出可能である。さらに、各ファイバーを独立のアノードで読み出しているので、パターンを用いたトリガーが可能である。このため、リアルタイムで高精度のバックグラウンド除去が可能で、これまでのスパークチェンバーにかわる性能が確認されている。現在、気球搭載のための装置の製作と、多チャンネル用の高集積ADCの製作をおこなっており、来年度には気球観測ができる見込である。
低環境負荷電気泳動プロセスによる光触媒微粒子の固定化技術に関する基礎的研究

電気泳動(electrophoretic deposition, EPD)法を用いた無機、有機材料の作製プロセッシングは非常にシンプルであり、これまでに様々な機能性材料やデバイスの創製に用いられてきている。とくに、EPD法は非常に簡便な装置で短時間に酸化物粒子を目的とする基板表面に固定化やコーティング層を形成可能な手法である。本研究では、光触媒としてのキーマテリアルである酸化チタン微粒子をEPD法によりアルミニウム電極基材上に固定化(コーティング)することを試みた。また、気体との反応性を促進させることを目的としてフッ素系樹脂であるTeflonまたはNafionと光触媒酸化チタン超微粒子との複合化をさせる手法についても検討を行った。水系チタニアサスペンションからEPD法を用いて、光触媒酸化チタン超微粒子(日本アエロジル社製P25,平均粒子サイズ21nm)の固定化が行えることを明らかにした。また、そのための電気泳動条件を明確にした。紫外線照射下におけるメチレンブルー水溶液の脱色反応により有機物質に対する光触媒作用を調査した。その結果、脱色速度はゾルゲル法などにより調製したチタニア薄膜と同等の性能を示し、EPD法で作製された膜が光触媒層として機能していることが分かった。フッ素系樹脂と酸化チタン粒子との複合膜については、現在のところ溶液(メチレンブルー水溶液)での光触媒能の評価しか行っていない。今後、気体に対する複合膜の光触媒機能に関して調査することが必要である。フッ素系樹脂と酸化チタンの複合化は、通常のセラミック技術では行うことが困難であり、電気泳動法ならではの技術であることから今後この方法での検討をさらに進めていきたい。本研究は光触媒微粒子の固定化(コーティング)技術に対し、環境低負荷型(常温・常圧)なプロセス技術の一つとして期待されている電気泳動法を適用するとともに、その有用性について検討するものである。電気泳動法は粒子を水系または非水系溶媒中に分散させた懸濁液中に一対の電極を挿入し、その電極間に電圧を印加することで帯電粒子を一方の電極(基板)上に堆積させる湿式成形プロセスの一種である。当該手法は、従来の圧粉成形、鋳型成形、射出成形、テープ成形では全く不可能であった高度に制御された高次の精密成形を実現できる手法である。一方、昨今の企業努力により高性能な酸化チタン光触媒微粒子が製造されていることを鑑み、本研究では主に日本アエロジル社製P25(一次粒子径21nm)を採用している。水系および非水系懸濁液からの電気泳動法により厚さ数十μm程度のP25単独粒子層が短時間(60秒以内)のうちに形成されることを確認した。しかしながら、P25単独層では室温での乾燥時に堆積粒子間の凝集に伴うクラックが発生し、良質な膜を得るまでには至らなかった。そこで、クラックの発生を抑制するために、有機バインダーとの複合化についての検討を行った。有機バインダーとしては、光触媒分解反応に耐えうる高分子であるポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を採用した。その結果、電気泳動プロセスの条件を最適化することで、クラックがほとんど見られない良質な膜の作製に成功した。電気泳動プロセス機構を明らかにするために、P25、PTFE、およびそれらを混合した懸濁液を調製し電気泳動実験を行ったところ、混合懸濁液中ではP25とPTFEのヘテロ凝集と考えられる複合粒子が形成されそれが電気泳動されていることを示唆する興味ある結果が得られた。また、電気泳動法により得られた酸化チタン膜および酸化チタン/PTFE複合膜はメチレンブルーの脱色試験により評価した結果、いずれも触媒能を有していることが確認された。
多自由度アクチュエータ

1台で人間の肩関節や手首関節のような多方向の動きを実現する多自由度アクチュエータの新しい構造を2種類提案し、設計、試作、運転実験により駆動原理の正しさを確認した。これらのアクチュエータは軸対称な構造をしており、出力軸が大きく傾いた状態でも安定した制御を実現し、かつ大きな力を出すことができる。本アクチュエータが普及すれば多自由度システムの小型・軽量・高性能化を通して地球環境保全に貢献できる。コイルの組み込みおよび運動との連成解析が可能な三元磁場解析ソフトウエアを用い、産総研ですでに試作した球面多自由度同期モータのモデルを作成した。平成17年度以降、多自由度同期モータの実験結果とモデル解析結果の比較を行い、プログラムのチューニングを行った上で高性能多自由度モータの設計につなげていく。多自由度モータの位置座標計測用に非接触三次元座標計測機を試作した。本座標計測機は産総研が有する首振りてこ機構および球面モータの特許を組み合わせたレーザトラッキングシステム4台で構成され、計測対象物の近辺に任意に設置することにより計測対象物の三次元座標をサブミクロン単位で計測できる。レーザトラッキングシステム単体についてトラッキング性能と距離計測の分解能を計測し、三次元位置計測に必要な性能が得られていることを確認した。平成17年度にレーザトラッキングシステム4台による三次元位置計測実験を行い、計測精度を確認するとともに、平成17年度に開発する多自由度モータの三次元位置座標計測に適用する。国際会議Speedam、日本機械学会全国大会、科研第1回公開シンポジウムにおいて多自由度モータの研究開発動向、利点、課題、応用について講演を行い、多自由度モータ開発の必要性を示した。日本機械学会全国大会、電気学会リニアドライブ研究会においてレーザトラッキングシステムについて講演を行い、その簡便さと計測精度の高さを示した。「アクチュエータ工学」において、電磁型アクチュエータの基礎および多自由度アクチュエータへの展開についてやさしく解説し、多自由度アクチュエータの必要性を示した。1.多自由度アクチュエータの出力軸の位置計測をおこなう目的で平成16年度に試作した高性能非接触三次元座標計測機の構成要素であるレーザ追尾距離測定装置のターゲット追尾実験および距離測定精度の測定を行った。ターゲット追尾性能についてはおよそ1m離れて直径20cmで毎秒0.2回転するターゲットを追尾可能なことを確認した。距離測定精度については20cm前後離れた32点の座標を測定し、平均0.45マイクロメータ、標準偏差0.54マイクロメータであることを確認した。今後は計測機としての性能測定実験を行う予定である。2.産総研で試作した同期モータ2号機の解析モデルを作成し、平成16年度に購入した磁場解析ソフトウエアで解析を行った。軸方向を変えて制御を行った場合の解析を行い、回転軸方向を変えて制御のシミュレーションを行い、回転速度や回転軸の傾きなど定性的に実験結果と合致することを確認した。今後は試作機の解析モデルを作成し、解析結果を最適パラメータの決定に用いる予定である3.多自由度アクチュエータの駆動方法、支持機構、制御方法、センサ、評価方法について問題点と解決方法を検討する目的で文献調査を行った。調査結果からすべての要素技術が多自由度アクチュエータに用いるには不十分なことが判明した。今後は多自由度アクチュエータに最適な要素技術を検討・提案する予定である4.産総研で過去に試作した多自由度アクチュエータを比較検討し、高パワー多自由度アクチュエータに適した構成として同期モータ方式を採用することにした。多極同期モータを設計・試作した。今後は試作機の性能測定を行う予定である。平成16年度に試作した高性能非接触三次元座標計測機の構成要素であるレーザ追尾距離計測装置のミラーが経時変化で劣化することが判明した。ミラーが劣化してもレーザ追尾距離計測を可能にするためレーザ光を絞る方法およびミラーの劣化を防ぐ方法を検討した。平成17年度に試作した多自由度アクチュエータ(2自由度球面同期モータ)の駆動プログラムを開発し、位置制御実験および軌道制御実験を行った。実験の結果、各軸の可動範囲±45度でなめらかに動作することを確認した。平成17年度に試作した多自由度アクチュエータの出力トルクを測定するため、2軸同時に駆動しても出力トルクを測定することができるトルクテストベッドを設計・試作した。試作したトルクテストベッドは各軸最大1Nmまで測定でき、分解能1mNmである。将来さらに高トルクの多自由度アクチュエータのトルクを測定する場合には、トルク計測部を交換することにより各軸最大2Nmまで測定でき、分解能2mNmに変更可能である。産業技術総合研究所で試作した多自由度アクチュエータおよび文献調査した多自由度アクチュエータの仕様・性能を比較・検討し、ロボットの関節駆動などに応用する高出力アクチュエータには入れ子構造ではなくすべての駆動力が直接出力軸に伝達される構造が必須であることが判明した。そのような構造を検討し、全く新しい多自由度アクチュエータの構造を考えた。

平成16年度に購入した電磁場解析ソフトウエアを用いて新しい多自由度アクチュエータの解析モデルを作成した。科研シンポジウム、展示会、国際会議などに科研グループとともに積極的に参加し、成果の普及・宣伝に努めるとともに意見交換を行った。平成18年度に試作したトルク計測ベッドを使用して,平成17年度に試作した球面モータの出力トルクを測定した。測定の結果,各軸周りの定格トルクは0.49Nmで,出力軸を傾けてもあまり減少しないことを確認した。本モータは,斜め方向に駆動したときに2軸の出力トルクが加算される特長を有している。トルク計測ベッドを用いて,定格出力時に斜め方向の出力トルク0.69Nmを測定した。本モータの軌遣制御実験により軌道誤差が0.5deg以下であること,最大速度が90deg/secであることを確認した。レーザ干渉計により垂直方向の最大位置決め誤差0.00348degを測定した。これらの実験データにより開発した球面モータが高トルク,および高い位置決め制度を有していることを確認できた。平成18年度に購入した三次元CADソフトウエアを用いて新しい構造の球面ステッピングモータの電磁場・運動連成モデルを作成し,平成16年度に購入した電磁場解析ソフトウエアを使用して解析を行った。解析の結果,定格トルク0.1Nmで3軸周りに無限回転できることを確認した。解析結果に基づき球面ステッピングモータおよびドライバを設計、試作した。出力軸を設けた球体を球面モータのロータに接触させ,球面モータの出力を取り出す球面加減速装置を考案し,特許出願を行った。球面ステッピングモータに関して新たな構造と磁極配置を考案し,特許出願を行った。2回の科研シンポジウム,展示会Techno Frontier 2007,国際会議MHS2007などに科研グループとともに積極的に参加し,成果の普及・宣伝に努めるとともに意見交換を行った。国内学会の講演会や講習会において科研費特定領域研究のセッションを企画した。電気学会誌2007年5月号で科研費特定領域の特集を行った。平成19年度に試作した球面ステッピングモータの運転実験の結果、任意の軸周りにロータを回転できた。電流周波数を0.00167Hzから6Hzまで変化させ、1/30rpmから180rpmまでロータの回転速度を制御できた。逆回転も可能であった。永久磁石と界磁巻線の位相差に対するトルクを測定し、位相差が20度から30度の時にピーク電流値1Aに対してトルク0.013Nmであった。これは定格1Aの三相交流電流に対するトルク0.018Nmに相当する。球面ステッピングモータの電磁場・運動連成モデル解析を行い、バックヨークを設ければトルクが1.6倍になることを確認した。界磁巻線に鉄心を設ければトルクのさらなる増加が期待でき、一軸モータに匹敵する高トルク球面モータの可能性を示した。位置決め誤差は1度以上あった。これを解消するには位置フィードバック制御が必要である。
ゲノム刷り込み遺伝子Ｉｇｆ２ｒのＤＮＡメチル化誘導機構の解明

刷り込み遺伝子の発現を制御するDNAメチル化がどのような機序で誘導されるのかということを明らかにするため、shRNAライブラリーを用いたスクリーニング系の作成を試みた。マウスES細胞は、分化誘導に伴い正常なDNAメチル化が起こり、Igf2r遺伝子が両アレル発現から母性片アレル発現となる。shRNAライブラリーを感染させ、特定の遺伝子の機能が低下するとDNAメチル化が異常になり、Igf2rが父性アレルから発現することが期待できる。このため、Igf2rの父性アレルにマーカー遺伝子を挿入することで、Igf2rの父性アレル発現をマーカーの発現で同定できる細胞を作製した。当初、マーカーとしてVenusを使ったが、shRNAライブラリーに使用されているベクターを感染させるだけでVenus陽性となり、バックグラウンドが高くなるため真のVenus陽性細胞の選別が困難であることがわかった。そこで、Venusの代わりに3xFLAGを挿入した細胞を作製した。ポジティブコントロールとしてDnmt1に対するshRNA(shDnmt1)を感染させ、抗FLAG抗体(一次抗体)とAlexa Fluor®647 Conjugated抗マウスIgG抗体(二次抗体)を用いてフローサイトメーターで解析したところ、バックグランドが十分に低くなり、真の陽性細胞の選別が効率良くできることがわかった。今後は、2種類のshRNAライブラリー(それぞれ約1万個の遺伝子を抑制することができる約2万5千種類のshRNA配列を保持する)を独立に感染させ、陽性細胞を選別し、次世代シークエンサーでshRNAの配列を解析することでメチル化制御因子の同定につなげる予定である。
透過型HR-EBSDによるナノひずみ場評価法の開発

ナノ薄膜の変形・破壊が生じる局所力学場の実測を目的として,高分解能電子後方散乱回折(HR-EBSD)によるひずみ測定法を含む各種評価手法を比較・検討した。まず,その場電界放射型走査電子顕微鏡観察/EBSD解析が可能な引張試験装置を開発した。これを用いて,銅ナノ薄膜切欠き材のひずみ場を透過型を含むEBSDひずみ解析法で求めた。併せて,電子線誘起堆積法により多数の標点を規則的に配置し,その標点変位より解析する手法を検討した。これらを比較・検討した結果,EBSD法による手法では,ひずみ場を定性的に評価できたのに対して,標点を用いる手法では,定量的に評価できることを示唆する結果を得た。破壊はき裂先端等の局所力学場(応力・ひずみ集中場)によってもたらされる。膜厚がnmからサブμmオーダーの金属薄膜(金属ナノ薄膜)は,結晶粒寸法が膜厚と同程度の柱状組織を有し,結晶粒界や双晶境界等の組織に依存した微視的すべり変形や損傷を生じて破壊する。このため,ナノ薄膜の強度を支配する力学を確立するためには,微視構造を考慮した局所力学場を明らかにすることが不可欠である。本研究では,ナノ薄膜の変形・破壊が生じる局所力学場を実測することを目指して,先ずは高分解能電子線後方散乱回折によるひずみ測定(HR-EBSD)法等に着目して,局所ひずみ場の評価法を提案する。本年度の研究実績は以下のとおりである。1.小型その場FESEM観察/その場EBSD解析薄膜試料引張試験装置の開発:引張荷重を負荷した条件下でその場電界放射型走査電子顕微鏡(FESEM)観察と電子線後方散乱回折(EBSD)解析が可能な小型その場FESEM観察/その場EBSD解析薄膜試料引張試験装置を開発した。本装置は,微小荷重用ロードセルと10 nmオーダーの変位精度を有するピエゾモーターからなる。ナノ薄膜試験片に段階的に荷重を負荷し,一定荷重を精密に負荷する制御プログラムをLabVIEW上で開発した。本装置を小型かつ軽量化したことで,FESEM内でナノ薄膜試料表面の法線方向を電子線照射方向から大きく傾けることが可能となり,自立金属ナノ薄膜試験片に一定荷重を負荷したままでその場FESEM観察/その場EBSD解析が可能になった。2.高分解能電子線後方散乱回折条件の検討:自立単結晶Cuナノ薄膜を対象として,無負荷条件下でHR-EBSDひずみ解析と透過型HR-EBSDひずみ解析に適するHR-EBSDパターンを取得する回折条件を検討した。小型その場FESEM観察/その場EBSD解析薄膜試料引張試験装置を開発したことで,切欠き底などの応力集中部のその場FESEM観察/その場EBSD解析を実施できる技術基盤を確立し,これを駆使すれば,HR-EBSDひずみ解析,透過型HR-EBSDひずみ解析を含む局所力学場評価手法を検討することが可能となった。(H28年度交付申請書当初計画(1))また,単結晶ナノ薄膜を用いて,HR-EBSDひずみ解析,透過型HR-EBSDひずみ解析に用いるHR-EBSDパターンが明瞭に取得できる回折条件の抽出を進めている。(H28年度交付申請書当初計画(2))さらに,厚さ約500 nmの自立多結晶Cuナノ薄膜に集束イオンビーム(FIB)装置を用いて切欠きを加工し,その切欠き底前方を対象としてHR-EBSD解析を実施した結果,段階的に荷重を増加させた各荷重でのHR-EBSDパターンを取得することに成功した。以上の観点から,本研究は当初の計画通りにおおむね順調に進展していると結論づけられる。本研究では,ナノ薄膜の変形・破壊が生じる局所力学場を実測することを目指して,電子線後方散乱回折によるひずみ測定法(EBSDひずみ解析法)を含む各種の局所ひずみ場評価手法を比較・検討し,適切なナノひずみ場評価法を提案する。研究実績は以下のとおりである。1.小型その場FESEM観察/その場EBSD解析薄膜試料引張試験装置の開発:引張荷重を負荷した条件下で,その場電界放射型走査電子顕微鏡(FESEM)観察と電子線後方散乱回折(EBSD)解析が可能な小型その場FESEM観察薄膜試料引張試験装置を開発した。2.局所ひずみ場測定法の検討:集束イオンビーム装置を用いて切欠きを加工した自立金属ナノ薄膜試験片に引張荷重を負荷し,切欠き前方の局所ひずみ場をEBSDひずみ解析法を用いて解析した。併せて,電子ビーム誘起堆積法を用いて切欠き前方にnmオーダーの大きさの標点を多数配置し,引張荷重負荷時の切欠き前方の変形状態を標点の変位を実測して求めることにより,局所ひずみ場を解析した。これらを比較した結果,EBSDひずみ解析法では回折パターンに基づくひずみ算出精度に課題があることがわかった。

一方,多数の標点を配置して変形場を実測する手法では局所ひずみ場を定量的に評価できることを示唆する結果を得た。ナノ薄膜の変形・破壊が生じる局所力学場の実測を目的として,高分解能電子後方散乱回折(HR-EBSD)によるひずみ測定法を含む各種評価手法を比較・検討した。まず,その場電界放射型走査電子顕微鏡観察/EBSD解析が可能な引張試験装置を開発した。これを用いて,銅ナノ薄膜切欠き材のひずみ場を透過型を含むEBSDひずみ解析法で求めた。併せて,電子線誘起堆積法により多数の標点を規則的に配置し,その標点変位より解析する手法を検討した。これらを比較・検討した結果,EBSD法による手法では,ひずみ場を定性的に評価できたのに対して,標点を用いる手法では,定量的に評価できることを示唆する結果を得た。1.高分解能電子線後方散乱回折条件の検討: H28年度に引き続いて,単結晶・多結晶ナノ薄膜を用いて,電子線の入射角・加速電圧・照射電流等を変化させてHR-EBSDパターンを取得し,HR-EBSDひずみ解析,透過型HR-EBSDひずみ解析に適した回折条件を検討する。2.ナノひずみ場測定法の検討: FIB装置を用いて切欠きを加工した金属ナノ薄膜試験片に引張荷重を負荷し,切欠き底前方の局所力学場をHR-EBSDひずみ解析および透過型HR-EBSDひずみ解析によって評価する。併せて,電子ビーム誘起蒸着システムを用いて切欠き底前方にnmオーダーの大きさの標点を多数配置することで,引張荷重負荷時の切欠き底前方の変形場(ひずみ場)をその場FESEM観察によって定量評価する。これらの結果を相互に比較することにより,HR-EBSDひずみ解析・透過型HR-EBSDひずみ解析の測定精度を評価し,併せて各種評価手法の精度・信頼性を総合的に検討して,金属ナノ薄膜に適用する上で,最も適したナノひずみ場測定法を提案する。材料強度学平成28年度交付の直接経費2,400,000円を用いて研究遂行に必要不可欠な物品を計画的に購入した結果,平成28年度交付の直接経費の約1.1 ‰に相当する2,692円の次年度使用額が生じた。この金額では,例えば金属ナノ薄膜を製膜するときの基板に用いるSiウェハやNaCl単結晶を購入することができず,したがって不要物品を購入せずに,平成29年度に交付予定の直接経費500,000円と合算して有効に研究費を使用すべきと判断した。この結果,2,692円の次年度使用額が生じた。平成29年度に交付される直接経費500,000円と合算することにより,物品費と出張旅費に有効に使用する計画である。
火花放電の発光スペクトルを用いた局所混合気濃度計測法の開発

ガソリン機関の火花放電に伴う発光はOH帯とCN帯のスペクトルによって特徴づけられる.両者の強度の比と混合気濃度の間には良好な相関関係が成立することに基づき,点火位置,点火時期の混合気濃度を求める方法を提案した.強度の絶対値ではなく比を用いることによって,一般的に光学的計測法を実機に適用する際の制約となる光学系の汚れの問題を解決することができる.本方法によってシリンダー毎,サイクル毎の情報を得ることができ,緻密な混合気制御による高効率化を実現することができる.ガソリン機関の火花放電に伴う発光はOH帯とCN帯のスペクトルによって特徴づけられる.両者の強度の比と混合気濃度の間には良好な相関関係が成立することに基づき,点火位置,点火時期の混合気濃度を求める方法を提案した.強度の絶対値ではなく比を用いることによって,一般的に光学的計測法を実機に適用する際の制約となる光学系の汚れの問題を解決することができる.本方法によってシリンダー毎,サイクル毎の情報を得ることができ,緻密な混合気制御による高効率化を実現することができる.熱効率向上に向けて内燃機関の一段と高度な燃焼制御を実現するためには,実機の発火運転中にシリンダー毎,サイクル毎の情報を得ることが必要である.しかし混合気濃度の計測法についてはこの要件を満たすものは皆無である.従来の光学的計測法には,レーザー光源を必要とする,光学窓の汚れが計測結果に影響を及ぼす,という問題がある.ガソリン機関で必然的に行われる火花放電に伴う発光は,紫外から可視短波長域にかけて主にOHラジカル帯の発光,CNラジカル帯の発光,NO-Oの連続発光から構成される.研究代表者は,OHラジカル帯(306nm)の発光強度とCNラジカル帯(388mm)の発光強度の比と,混合気濃度の間には明確な相関関係があることを見出し,この関係を用いて局初混合気濃度を求めることが可能である,と考えた.この方法には,新たな光源を必要とせず光学系が簡素である,発光強度の絶対値ではなく発光強度の比を用いるため光学窓の汚れが計測結果に影響を及ぼすことはない,という利点がある.点火プラグに光学系を埋め込むことによって実機への適用が可能となる.平成19年度には,本計測法を実機に適用するための段階的な取り組みとして,可視化定容燃焼器と二波長発光検出装置を用いて発光強度と混合気濃度の間の相関関係を求め,本計測法の本質的な有用性を検証した.また相関関係に影響を及ぼす因子,誤差要因に検討を加えた.発光強度のサイクル間変動に比べて発光強度比の変動が小さいことも発光強度比を用いることの利点であること,CO_2の存在がCNラジカル帯の発光強度に影響を及ぼすため,実機への適用では残留ガス量を明らかにしておく必要があること,を明らかにした.内燃機関にとって熱効率向上は重要な課題である.このための緻密な燃焼制御を実現するためには,実機の発火運転中にシリンダー毎,サイクル毎の情報を得ることが求められる.本研究は,ガソリン機関の火花放電に伴う発光を用いてシリンダー・サイクル毎に点火時期・位置の局所混合気濃度を求める方法を確立することを目的とした混合気中の火花放電に伴う発光は,近紫外域から可視短波長域にかけてOH帯,NH帯,CN帯の各スペクトルやNO-Oの再結合による連続スペクトルによって構成されている.シリンダー内ではOH帯とCN帯のスペクトルが顕著になる.本研究では,OH帯とCN帯のスペクトル強度比と混合気濃度の間の相関関係に着目した.スペクトル強度ではなく,強度比を用いるため,発火運転による光学系の汚れが計測に影響を及ぼすことは本質的にない.定容燃焼器や可視化圧縮・膨張機関を用いて様々な混合気濃度や異なる雰囲気圧力のもとで火花放電を行い,二波長分光装置を用いてOH帯とCN帯のスペクトル強度を検出した.その結果,誘導放電初期の特定の期間における強度比と混合気濃度の間に直線関係を見出した.この関係を用いて混合気濃度を求めることができる.しかし,強度と強度比にはイベント間のばらつきがあり,このばらつきが計測に悪影響をおよぼす.これが放電現象に本質的なものなのか,点火装置や光学装置に依存するものなのか,を突き止め,ばらつきを抑える工夫を考案することが求められる.また,雰囲気圧力やCO_2濃度が直線関係の勾配に影響をおよぼす.これらの影響を明確にし,雰囲気条件に応じて直線関係を補正する方法を確立することが求められる.
工学的・生物学的表面処理の融合によるバイオインプラント製造プロセスの構築と評価

従来技術の融合により,コーティング層を有せずとも高い骨伝導性を有する「タンパク質吸着型バイオインプラント」の作製技術を構築した.フィブロネクチンやアルブミンを材料表面に個別吸着させたバイオインプラントを作製し,ラット生体内での骨形成能評価に供し,生体外評価との相関関係を明らかにした.その結果,材料表面への吸着タンパク質種の骨伝導性におよぼす差異は認められず,極めて高い骨伝導性を示した.さらに,材料表面の親水性・疎水性が大きく影響するタンパク質のごく初期の吸着速度が骨伝導性と強い相関を示すことがわかった.世界的に急速な高齢化が進む中,歯科や整形外科領域においてインプラント治療が激増している.しかし骨形成能の低い高齢者には,インプラント治療が困難な場合が多く,低い骨形成能患者に対して適用できるインプラントの開発が急務である.本研究では,工学と医学が独自に検討してきたインプラントへの有効な表面処理,すなわち金属表面の親水化処理と,金属表面へのタンパク質吸着処理を融合させ,コーティング層を有せずとも高い骨伝導性を有する「タンパク質吸着型バイオインプラント」の作製技術を構築する.作製したバイオインプラントを動物生体内での骨形成能評価に供するとともに,学術的観点から吸着タンパク質種の特定や定量評価,吸着メカニズムの解明など生体外評価も積極的に行い,これらの相関関係を明らかにする.さらに,合金インプラント表層からの脱合金元素処理やバイオインプラントへのタンパク質と薬剤の同時吸着性・徐放性制御などの応用研究も試みる.このうち本年度は,Tiや他のバルブメタル,合金に対して,水熱処理,電解処理,紫外線照射処理,大気圧プラズマ照射処理を行い,各種の親水化処理条件を詳細に検討し,水滴接触角が最低になる条件ならびにその保持条件の最適化を各処理ごとに行った.その結果,最低条件下では,いずれも水滴接触角(WCA)が10deg.以下まで低下し,最短でも1ヶ月間はWCA<10deg.が保持できることが分かった.また本年度実施計画のタンパク質吸着処理の最適化までには至らなかったが,次年度以降実施計画の内容,すなわち一部の親水化試料の動物埋植試験ならびに表面疎水化バイオインプラント作製の検討を前倒しで遂行した.世界的に急速な高齢化が進む中,歯科や整形外科領域においてインプラント治療が激増している.しかし骨形成能の低い高齢者には,インプラント治療が困難な場合が多く,低い骨形成能患者に対して適用できるインプラントの開発が急務である.本研究では,工学と医学が独自に検討してきたインプラントへの有効な表面処理,すなわち金属表面の親水化処理と,金属表面へのタンパク質吸着処理を融合させ,コーティング層を有せずとも高い骨伝導性を有する「タンパク質吸着型バイオインプラント」の作製技術を構築する.作製したバイオインプラントを動物生体内での骨形成能評価に供するとともに,学術的観点から吸着タンパク質種の特定や定量評価,吸着メカニズムの解明など生体外評価も積極的に行い,これらの相関関係を明らかにする.さらに,合金インプラント表層からの脱合金元素処理やバイオインプラントへのタンパク質と薬剤の同時吸着性・徐放性制御などの応用研究も試みる.このうち本年度は,材料表面へのタンパク質(アルブミンならびにフィブロネクチン)吸着処理の最適化を行うとともに,骨伝導性とタンパク質の吸着量ならびに材料の親水性・疎水性との相関関係を明らかにした.あわせて,フィブロネクチンをTiインプラントへ吸着させたバイオインプラントの作製に成功した.さらに次年度以降に実施を計画していたTi合金からの合金元素の溶出・隔離試験を行い,選択的溶出には至らなかったものの,合金元素の溶出を防止する手法をあみ出し,さらに,この骨伝導性を高める手法も確立した.世界的に急速な高齢化が進む中,歯科や整形外科領域においてインプラント治療が激増している.しかし骨形成能の低い高齢者には,インプラント治療が困難な場合が多く,低い骨形成能患者に対して適用できるインプラントの開発が急務である.本研究では,工学と医学が独自に検討してきたインプラントへの有効な表面処理,すなわち金属表面の親水化処理と,金属表面へのタンパク質吸着処理を融合させ,コーティング層を有せずとも高い骨伝導性を有する「タンパク質吸着型バイオインプラント」の作製技術を構築する.作製したバイオインプラントを動物生体内での骨形成能評価に供するとともに,学術的観点から吸着タンパク質種の特定や定量評価,吸着メカニズムの解明など生体外評価も積極的に行い,これらの相関関係を明らかにする.さらに,合金インプラント表層からの合金元素溶出抑制やバイオインプラントへのタンパク質と薬剤の同時吸着性・徐放性制御などの応用研究も試みる.このうち本年度は,タンパク質ならびに薬剤吸着におよぼす表面水滴接触角の影響を明らかにするとともに,タンパク質吸着型インプラントを作製し動物埋植評価によって骨伝導性を評価した.その結果,従来から言われてきた結果とは大きく異なり,材料表面へのタンパク質(細胞接着性である必要なし)の吸着が骨伝導性向上へ極めて大きな効果をおよぼすことがわかった.年度当初に計画した研究内容の一部を行うには至らなかったが,次年度以降に行う実験の一部をすでに開始しており,全体としては,おおむね順調に進展しているものと考える.世界的に急速な高齢化が進む中,歯科や整形外科領域においてインプラント治療が激増している.しかし骨形成能の低い高齢者には,インプラント治療が困難な場合が多く,低い骨形成能患者に対して適用できるインプラント開発が急務である.

本研究では,工学と医学が独自検討してきたインプラントへの有効な表面処理,すなわち金属表面の親水化処理と,金属表面へのタンパク質吸着処理を融合させ,コーティング層を有せずとも高い骨伝導性を有する「タンパク質吸着型バイオインプラント」の作製技術を構築した.タンパク質として,細胞接着性のフィブロネクチンならびにデコリン,細胞非接着性のアルブミンを選定し,吸着するタンパク質の定量評価(FT-IR)や吸着速度評価(QCM)など生体外評価も積極的に行った.これらのタンパク質を材料表面に個別吸着させたバイオインプラントを作製し,ラット生体内での骨形成能評価に供し,生体外評価との相関関係を明らかにした.その結果,材料表面への吸着タンパク質種(細胞接着性・非接着性)の骨伝導性におよぼす差異は認められなかった.すなわち,細胞接着性のフィブロネクチンならびにデコリンを表面に吸着させた場合だけでなく,細胞非接着性のアルブミンを吸着させたバイオインプラント表面も,極めて高い骨伝導性を示した.これは,従来から言われてきた結果とは大きく異なる全く新しい知見である.さらに,材料表面の親水性・疎水性が大きく影響するタンパク質のごく初期の吸着速度が骨伝導性と強い相関を示すことがわかった.すなわち,ごく初期のタンパク質の吸着速度が大きい表面ほど高い骨伝導性を示すことを明らかにした.従来技術の融合により,コーティング層を有せずとも高い骨伝導性を有する「タンパク質吸着型バイオインプラント」の作製技術を構築した.フィブロネクチンやアルブミンを材料表面に個別吸着させたバイオインプラントを作製し,ラット生体内での骨形成能評価に供し,生体外評価との相関関係を明らかにした.その結果,材料表面への吸着タンパク質種の骨伝導性におよぼす差異は認められず,極めて高い骨伝導性を示した.さらに,材料表面の親水性・疎水性が大きく影響するタンパク質のごく初期の吸着速度が骨伝導性と強い相関を示すことがわかった.年度当初に計画した研究内容の一部を行うには至らなかったが,次年度以降に行う実験の一部をすでに開始しており,全体としては,おおむね順調に進展しているものと考える.ほぼ計画通りの内容で研究を進めることができるものと考えるが,さらに計画以上の進展が図れるよう努める.なお,計画変更等の問題点は特にない.28年度が最終年度であるため、記入しない。生体材料学ほぼ計画通りの内容で研究を進めることができるものと考えるが,さらに計画以上の進展が図れるよう努める.なお,計画変更等の問題点は特にない.初年度に計画した内容の一部を行うことはできなかったものの,次年度以降に実施予定でありかつ初年度実施の内容と関連ある項目について一括で実験を進めており,全体としてはおおむね順調に進展しているものと考える.外部業者に発注済の動物埋植試験が年度内に完了しなかったため.28年度が最終年度であるため、記入しない。外部委託している動物埋植実験の一部が完了しなかったため.すでに動物埋植試験は発注済みであり,特段,計画に変更はない.28年度が最終年度であるため、記入しない。
マルチキャリアを用いた高速伝送可能なCDMAの構成法および受信特性に関する研究

本年度は,引き続きマルチキャリアを用いた符号の順列と組み合わせを用いたマルチコードCDMAの構成法に関して検討を行った.本研究におけるマルチコードCDMA方式は,拡散符号の順列・組み合わせを用い,複数キャリアで情報を伝達する方式である.従来,拡散符号の組み合わせを用いた並列組み合わせ方式等は提案されているが,本研究では,さらに複数キャリアとキャリア番号の順列を取り入れているため,より少ない符号にてより多くの情報を伝達できるものと考える.以上の方式の有効性を理論解析およびシミュレーションを用いて検証を行い,従来システムと同じ帯域で,誤り特性を維持しつつ約二倍の情報量を伝達可能であることを示した.それらの結果は電子情報通信学会の論文誌に掲載された.本年度ではさらに,移動局に適したシングルユーザ受信機についても検討を行った.DS-CDMA方式では,拡散符号チャネルの数による干渉量がシステム容量を決定する支配的な要因となるため,他局干渉除去に関する研究が盛んに行われている.DS-CDMA受信機では,マルチユーザ受信機とシングルユーザ受信機に大別できる.直交化フィルタを用いたシングルユーザ受信機は,そのタップ重みベクトルを干渉となる全ての符号ベクトルに対して直交するように制御しながら受信するため,多くの符号チャネルが存在する場合には,整合フィルタを用いた受信機よりも良好な特性が得られることが知られている.しかし,符号数の増加に比例して,適応化に必要な計算量が増加するため,受信機の構成および処理時間が増大するという問題もある.そこで,本研究では,より計算量を削減して受信するために,複数拡散符号チャネルのうち,一つのみに直交化フィルタを用い,残りのチャネルには直交化フィルタによって得られたタップ重み係数の情報を利用する整合フィルタを用いて受信する方式について検討した.複数符号を用いたマルチコードDS-CDMAに直交化フィルタを用いた場合,フィルタのタップ重み係数は各拡散符号系列のみに依存し,データには依存しない.よって符号の要素が等しいチップに相当するタップ重みは等しくなる.そこで,直交化フィルタを用いたチャネルと符号の要素が等しい部分には,適応化されたタップ重みを用い,それ以外のチップに対しては拡散符号自体の要素を用いて逆拡散を行う方式を検討した.全てのチャネルに直交化フィルタを用いた時よりも,若干誤り率特性は劣化するものの計算量を大幅に削減できるため,移動端末には最適な方式であることを明らかにした.本年度は,マルチキャリアを用いた符号の順列と組み合わせを用いたマルチコードCDMAの構成法に関して検討を行った.マルチコードCDMA方式は,低速なデータはそのまま拡散変調するが,高速なデータの場合,ビット系列を直並列変換し複数の低速ビットデータ列として扱う.それぞれのチャネルに複数の直交した拡散符号系列を割り当てることによって,同じ帯域幅,同じ処理利得の複数のチャネルを同時に送信する方式である.しかし,各端末に用意できる拡散符号の数には限りがあるため,より少ない符号でさらに高速な伝送を行える方式が望まれている.そこで,本研究では,拡散符号の順列・組み合わせを用い,複数キャリアで情報を伝達する方式を検討する.従来,拡散符号の組み合わせを用いた並列組み合わせ方式等は提案されているが,本研究では,さらに複数キャリアとキャリア番号の順列を取り入れてより多くの情報をより少ない符号とキャリアで伝送しようとするものである.簡単のために小さい数値による例を示す.端末には,拡散符号が5個用意されており,二つのキャリアを用いて伝送することを考える.各キャリアに二つの符号チャネルを用いて符号の選択状態にも情報を乗せることを考える.すると,各キャリアについて,それぞれ5個の符号の中から任意の2個を選ぶ組み合わせは10通りある(_5C_2=10).さらに,それらの符号の組み合わせを2個のキャリアに配置する重複順列は_<10>II_2=100.従って,全部で100通りのパターンが存在する.複数ユーザがいることを考慮して,一つの端末においてはその100パターンのうち64パターンしか用いないとすると,符号とキャリアの状態に6ビット分の情報を乗せることが可能になる.当然,上記は説明のために単純化した場合であり,ユーザの符号の割り当て方,分離の方法や誤りが起きることを考慮していないため,実際にシステムにするときには,誤り訂正の方式,情報のマッピングの方式を詳細に検討する必要がある.従来,拡散符号の組み合わせを用いた並列組み合わせ方式等は提案されているが,本研究では,さらに複数キャリアとキャリア番号の順列を取り入れているため,より少ない符号にてより多くの情報を伝達できるものと考える.本年度は,上記検討を行った結果,従来システムと同じ帯域で誤り率特性を維持しつつ約2倍の情報量を伝達可能であることを示した.本年度は,引き続きマルチキャリアを用いた符号の順列と組み合わせを用いたマルチコードCDMAの構成法に関して検討を行った.本研究におけるマルチコードCDMA方式は,拡散符号の順列・組み合わせを用い,複数キャリアで情報を伝達する方式である.従来,拡散符号の組み合わせを用いた並列組み合わせ方式等は提案されているが,本研究では,さらに複数キャリアとキャリア番号の順列を取り入れているため,より少ない符号にてより多くの情報を伝達できるものと考える.以上の方式の有効性を理論解析およびシミュレーションを用いて検証を行い,従来システムと同じ帯域で,誤り特性を維持しつつ約二倍の情報量を伝達可能であることを示した.それらの結果は電子情報通信学会の論文誌に掲載された.本年度ではさらに,移動局に適したシングルユーザ受信機についても検討を行った.DS-CDMA方式では,拡散符号チャネルの数による干渉量がシステム容量を決定する支配的な要因となるため,他局干渉除去に関する研究が盛んに行われている.

DS-CDMA受信機では,マルチユーザ受信機とシングルユーザ受信機に大別できる.直交化フィルタを用いたシングルユーザ受信機は,そのタップ重みベクトルを干渉となる全ての符号ベクトルに対して直交するように制御しながら受信するため,多くの符号チャネルが存在する場合には,整合フィルタを用いた受信機よりも良好な特性が得られることが知られている.しかし,符号数の増加に比例して,適応化に必要な計算量が増加するため,受信機の構成および処理時間が増大するという問題もある.そこで,本研究では,より計算量を削減して受信するために,複数拡散符号チャネルのうち,一つのみに直交化フィルタを用い,残りのチャネルには直交化フィルタによって得られたタップ重み係数の情報を利用する整合フィルタを用いて受信する方式について検討した.複数符号を用いたマルチコードDS-CDMAに直交化フィルタを用いた場合,フィルタのタップ重み係数は各拡散符号系列のみに依存し,データには依存しない.よって符号の要素が等しいチップに相当するタップ重みは等しくなる.そこで,直交化フィルタを用いたチャネルと符号の要素が等しい部分には,適応化されたタップ重みを用い,それ以外のチップに対しては拡散符号自体の要素を用いて逆拡散を行う方式を検討した.全てのチャネルに直交化フィルタを用いた時よりも,若干誤り率特性は劣化するものの計算量を大幅に削減できるため,移動端末には最適な方式であることを明らかにした.
エレメンタリーサブモデルによる位相空間とその積空間の被覆性の考察

「Recent Progress in General Topology III」というタイトルの本の編集者からP. Szeptycki氏と共著で「位相空間の被覆性」に関するsurveyの執筆を依頼された。その中で研究してきたエレメンタリーサブモデルの応用について述べた。さらにエレメンタリーサブモデルの研究は,直接的ではないが,単調正規空間をファクターにもつ位相積空間の被覆性と正規性の研究へと繋がっていった。それらは証明において集合論的な手法を用いながらも,結果は完全に位相空間論的に表現されるという,まさにエレメンタリーサブモデルと同じ性質をもっている。その研究成果は2011年と2012年において2つの単著論文で発表されたが,最近では家本宣幸氏および平田康史氏との研究協力を得て,この研究はさらに大きく前進しつつある。最近の位相空間論においては、難しい問題は集合論による公理や強正法などの集合論的手法に頼って、解決に向けて進む傾向にある。それはそれで自然な流れであるが、位相空間論の問題は、何の公理も用いることなくZFCの範疇で解決できることが理想である。そこで、手段としては集合論的手法を用いるけれども、最後は位相空間論の結果として証明できることが望ましい。その手段の第一候補が、エレメンタリーサブモデルである。当該年度は、エレメンタリーサブモデルの使用法の習得に力点を置いた。様々な使用例の中で、特に位相空間の被覆性の証明にどのように使っているかの理解に重点を置いた。これはZoltan Baloghの最も得意とした研究対象であるが、彼は8年も前に亡くなっており、彼の後を継いで研究を進めることができる研究者はほとんどいない。彼は大きな問題をいくつも解決しており、生きていればもっと業績を残せたに違いない。その彼のやり残した問題を少しでも解決するのが、ここでの大きな目的である。その第一歩であるエレメンタリーサブモデルの習得は、満足のいくところまで行くことができなかった。既知の結果をエレメンタリーサブモデルを使って証明し直す作業は、思ったより進まず予想以上に困難であった。やはり、この道具を実際に使って新しい結果を証明しないと、自分のものにしたという感覚は得られない。従って、別証明により習得することだけでなく、それと同時に自分の最も得意である積空間の被覆性や正規性の研究に利用することを中心に考える必要性を強く感じた。平成22年度において、位相積空間の被覆性と正規性に関しては、十分な研究結果が得られたと言える。つまり、「単調正規空間とコンパクト空間による積空間においては、その被覆性であるオーソコンパクト性から正規性が従う」という重要な結果を見つけた。それまでの結果からは、その逆を予想するのが自然であるという意味では、極めて意外な結論である。さらにそれをテルガルスキー流の位相ゲームを使うことによって、大きく発展させることができた。平成22年9月末から10月上旬にメキシコのコリマで開催された「トポロジーとその応用に関する国際会議」に招待されていたので、その会議でこの一連の研究成果を講演した。この研究成果は、コンパクト空間以外にも、順序数空間などの場合にも拡張できることを期待できる。この方向では、大分大学の家本宣幸教授が第一人者なので、彼との共同研究がさらに必要になっていくであろう。これらの研究結果自体は位相空間論の範疇に属する形で表現されるが、その証明には集合論的な手法をいたる所に用いている点が、今までの位相空間論研究の方法とは大きく異なる。それらは当然の帰結として、エレメンタリーサブモデルを使うことによって、さらに見通しの良いものとなることも期待される。当該年度は、新しい研究結果が意外だっただけに、その追求を主に進めてきた。それは研究姿勢としては正しいことではあるが、エレメンタリーサブモデルの応用とは少しかけ離れている。今後はエレメンタリーサブモデルとの関連の中で、研究を進めて行くことが課題とも言える。平成23年度はエレメンタリーサブモデルの利用により、新たな未解決問題への挑戦を試みようとしたが、結果的に成功には遠かった。しかし、研究代表者はその研究と並行して単調正規空間をファクターにもつ積空間の正規性や被覆性についても研究してきた。その積空間の正規性に関して簡単ではあるが予想外の結果を得て以来、積空間における単調正規空間の相手のファクターを、コンパクト空間から位相ゲームという手法によってかなり広いクラスに拡張できた。そして今年度のこの研究に関して、大分大学の家本宣幸氏と本学の平田康史の研究協力を得て、単調正規空間とさらにいろいろなファクターによる積空間の研究へと大きく進展したと言える。そのファクターとして代表的なものは、順序数空間の部分空間である。