hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高温高密度QCDにおける最重要課題に対する相関・揺らぎを用いたアプローチ

本年度は主にJ/ψ、Υなどに重いクォーク反クォーク対によって構成される中間子(クォーコニウム)のクォークグルーオンプラズマ中における時間発展について研究を行った。クォーコニウムを部分系、それを取り囲むクォークグルーオンプラズマを環境と考え、全系の量子状態を記述する密度行列において、環境部分をトレースアウトしたものを考える。この操作によって、開放系としての部分系(クォーコニウム)に対する環境の影響を記述する確率的シュレディンガー方程式が得られる。この方程式に対して、昨年度まではポテンシャルおよび環境の影響を記述するノイズが可換群であるU(1)の元であるとする近似を行って、クォーコニウムの時間発展における量子的デコヒーレンス、という新しい概念を導入した。今年度は、更に現実的な状況を記述するため、ポテンシャルおよびノイズ項を非可換群であるSU(2)に拡張して、SU(2)ゲージ理論におけるクォーコニウムの量子力学的時間発展を研究した。これに伴って、重クォーク反クォーク対の状態空間もSU(2)の1次元表現空間と3次元表現空間に分かれ、それぞれに対して時間発展を記述することになる。これら2つの表現空間の状態は、ノイズ項によって混合し、例えば初め1次元状態にあっても、SU(2)のノイズによって3次元表現空間の状態に遷移し、またそれが1次元状態に戻るという状況も記述することになる。予備的な結果によると、この場合のクォーコニウムの基底状態の存在確率はU(1)の時と比べて速く減少する。これは、励起される状態空間がU(1)の時と比べ増加し、空間的デコヒーレンスだけでなく、カラー空間におけるデコヒーレンスも生じるためであると考えられる。この計算は我々の知る限り、非可換群の元であるポテンシャルおよびノイズを用いた確率的シュレディンガー方程式の解を具体的数値的に考察した最初のものである。クォークグルーオンプラズマ中でのクォーコニウムの時間発展については、非可換ポテンシャルおよび非可換ノイズへを用いた理論への拡張が予定通り進んでいる一方、クォークグルーオンプラズマ中でのエネルギー運動量テンソルの分布や高エネルギー原子核衝突における電磁電荷などの保存量揺らぎの研究は次年度以降に行う予定であるため。クォークグルーオンプラズマ中でのクォーコニウムの時間発展については、非可換ポテンシャルおよび非可換ノイズをSU(2)群からより現実的なSU(3)群の場合へ理論を拡張することを試みる。また、非閉じ込め相におけるエネルギー運動量テンソルの分布を、差し当たりクォークを含まないクエンチ近似のもとで、勾配流の方法を用いて研究する。また、高エネルギー原子核衝突における保存量揺らぎについては、現実的な流れの幾何学のもとでの定式化を試みる。本年度行った研究出張が計画よりも若干少なかったので、国内出張1回分弱程度の少額の次年度使用額が生じた。2019年度は研究出張が比較的多い見込みなので、2019年度分と併せてほぼ当初の計画通り使用する。
アタッチメント理論に基づく親子関係支援方法の開発と効果検証

本研究の目的は、Circle of Securityプログラムに基づいて、日本で効果のある親子関係支援の方法を検討することであった。既製のDVD視聴による心理教育と内省的対話を行うCOS-Pプログラム日本語版を実施した後、COSプログラムの中核要素である参加親子自身のビデオ振り返りセッションを実施した。各時点でアタッチメントを評価した結果、COS-Pプログラム終了時点で、子どものアタッチメント不安定型は改善する傾向にあること、無秩序型はすべての介入を終えた半年後に改善することが示された。母親自身のアタッチメントは改善しなくても、子どものアタッチメント改善が可能であることも示された。46月に親子関係支援への参加者募集を行った。子どもとの関係を振り返りたい動機づけをもつ親と乳幼児の7組が支援に参加した。途中で1組は母親の体調不良で継続不能となり、6組の親子が全プログラムに参加した。71月に毎週の頻度で支援の実践を行った。COSPプログラム日本語版(全8回;心理教育を中心とする内容)、ビデオ振り返りプログラム(全6回+追加3回;参加者自身のビデオ視聴と内省的対話を中心とする内容)を行った。支援の効果検証として、1介入前(7月)、2COSPプログラム終了時(10月)、3ビデオ振り返り全6回終了時(12月)の各時期に、親子関係の評価を次の方法によって行った。(a)ストレンジ・シチュエーション法(SSP)(子どものアタッチメントを測定する観察法;123の時期に実施)、(b)成人アタッチメント面接(AAI)(成人のアタッチメントを測定する面接法;1に実施)、(c)COSインタビュー(COSI)(親の内省能力や自他表象を測定する面接法;123に実施)、(d)アタッチメント投映法(PARS)(アタッチメントを活性化する刺激画への自由な物語作成課題を通してアタッチメント表象を測定する投映法;123に実施)、(e)PSI育児ストレスインデックス日本版(PSI)(親の自己評定による親としてのストレスや子どもについてのストレスを測定する質問紙法;123に実施)以上の測度を用いながら、心理教育中心のCOSPプログラムの段階で認められる効果(時期1と2の比較)、内省的な対話に比重をおくビデオ振り返りプログラムの段階で認められる効果(時期1、2、3の比較)について検討した。現時点では、1の時期の分析が完了しており、介入前の時点で親子関係の問題の程度に個人差があった。支援のどの段階で効果が認められるかは、介入前の問題の程度によるという仮説に沿って各時期の分析を進めている。本研究の計画は、親子関係支援への参加者を対象に、1介入前、2COSPプログラム終了時、3ビデオ振り返りセッション終了時、4介入終了半年後の各時期に、次の方法によるアセスメントを行い、支援の効果を検証することであった。(a)ストレンジ・シチュエーション法(SSP)(子どものアタッチメントを測定する観察法;1234に実施)、(b)成人アタッチメント面接(AAI)(親のアタッチメントを測定する面接法;14に実施)、(c)COSインタビュー(COSI)(親の内省能力や自他表象を測定する面接法;1234に実施)、(d)アタッチメント投映法(PARS)(アタッチメントを活性化する刺激画への自由な物語作成課題を通して親のアタッチメント表象を測定する投映法;1234に実施)、(e)PSI育児ストレスインデックス日本版(PSI)(親の自己評定による親としてのストレスや子どもについてのストレスを測定する質問紙法;1234に実施)H26年度には、H25年度参加親子の4介入終了半年後アセスメントを5月末から6月に行った。参加者全体として良好な変化が認められ、そうでなかった事例についても考慮しながら支援効果を検討した。また、H26年度に新たに開始するグループへの参加者募集を46月にかけて行った。子どもとの関係を振り返りたい動機付けをもつ親と乳幼児の6組を対象に、712月に毎週の頻度で支援の実践を行った。COSPプログラム日本語版(全8回;心理教育を中心とする内容)、ビデオ振り返りセッション(全8回;参加者自身のビデオ視聴と内省的対話を中心とする内容)を行い、1(7月)、2(10月)、3(12月)の各時期に親子関係の評価を行った。H25年度参加者の123時のアセスメントから支援の各段階で現れた効果について検討し、国内外の学会で発表した。本研究の計画は、親子関係支援への参加者を対象に、1介入前、2COS-Pプログラム終了時、3ビデオ振り返りセッション終了時、4介入終了半年後の各時期に、次の方法によるアセスメントを行い、支援の効果を検証することであった。(a)ストレンジ・シチュエーション法(SSP)(子どものアタッチメントを測定する観察法;1234に実施)、(b)成人アタッチメント面接(AAI)(親のアタッチメントを測定する面接法;14に実施)、(c)COSインタビュー(COSI)(親の内省能力や自他表象を測定する面接法;134に実施)、(d)アタッチメント投影法(PARS)(アタッチメントを活性化する刺激画への自由な物語作成課題を通して親のアタッチメント表象を測定する投映法;1234に実施)、(e)PSIストレスインデックス日本版(PSI)(親の自己評定による親としてのストレスや子どもについてのストレスを測定する質問紙法;1234に実施)H27年度は、H26年度参加親子の4介入終了半年後アセスメントを56月に行った。

また、H27年度に新たに開始するグループへの参加者募集を46月に行った。子どもとの関係を振り返りたい動機づけをもつ親と乳幼児の8組を対象に、812月に毎週の頻度で支援の実践を行った。COS-Pプログラム(全8回;心理教育を中心とする内容)、ビデオ振り返りセッション(全10回;参加者自身のビデオ視聴と内省的対話を中心とする内容)を行い、1(7月)、2(10月)、3(12月)の各時期に親子関係の評価を行った。H25年度参加者の1234時のアセスメントから支援の各段階で現れた効果について検討し、国内外の学会で発表した。また、世界標準のアタッチメント測定法の分析精度を向上させるため、プレスクール版SSP、アタッチメント投影法について、訓練資格を有する国外の研究者から専門的知識を受けた。研究計画では、各年度8組の親子の参加を募り、3年かけて20名を超える参加者を得て、4年目に総合的な考察を行う予定であった。しかしながら、H25年度、26年度は、各6組の参加者であった。H27年度は、8組の参加があったので、3年目に目標としていた20組のサンプル数を得ることができた。しかしながら、4年の研究期間中に可能な限りサンプル数を増やすために、H28年度も新たな参加者を募り、支援とアセスメントを行う予定である。そのため、4年目(H28年度)の参加者における4介入終了半年後のアセスメントが研究期間終了後の実施となるが、それ以外のすべてのアセスメントをもって研究期間中に総合的な考察を行う予定である。本研究の計画は、親子関係支援への参加者を対象に、1介入前、2COS-Pプログラム終了時、3ビデオ振り返りセッション終了時、4介入終了半年後の各時期に、次の方法によるアセスメントを行い、支援の効果を検証することであった。(a)ストレンジ・シチュエーション法(SSP)(子どものアタッチメントを測定する観察法;1234に実施)、(b)成人アタッチメント面接(AAI)(親のアタッチメントを測定する面接法;14に実施)、(c)COSインタビュー(COSI)(親の内省能力や自他表象を測定する面接法;134に実施)、(d)アタッチメント投影法(PARS)(アタッチメントを活性化する刺激画への自由な物語作成課題を通して親のアタッチメント表象を測定する投影法;1234に実施)、(e)PSIストレスインデックス日本版(PSI)(親の自己評定による親としてのストレスや子どもについてのストレスを測定する質問紙法;1234に実施)。H28年度は、H27年度参加親子の4介入終了半年後アセスメントを56月に行った。また、H28年度に新たに開始するグループへの参加者募集を46月に行った。子どもとの関係を振り返りたい動機づけをもつ親と乳幼児の7組を対象に、812月に毎週の頻度で支援の実践を行った。COS-Pプログラム(全8回;心理教育を中心とする内容)、ビデオ振り返りセッション(全8回;参加者自身のビデオ視聴と内省的対話を中心とする内容)を行い、1(7月)、2(10月)、3(12月)の各時期に親子関係の評価を行った。1234すべての時期のデータ収集と分析が完了した、H25とH26年度参加親子12組について、支援の各段階で現れた効果について検討し、国内外の学会で発表した。
北米における映像芸術とミュ-ジアム活動の研究

アメリカやカナダを中心とする北米地域に限定しての本研究では、映画,写真,デザインの3分野でそれぞれ下記の諸施設を実地調査し、大きな成果を挙げることができた。それらはいずれヨ-ロッパと合体した形式により、海外における本課題全般を扱う詳しい調査報告書としてまとめる予定である。(1)映画カナダではモントリオ-ル国立フィルム局、オタワの国立フィルム・ア-カイヴ、トロントのオンタリオ・シネマテ-ク、ヴァンク-ヴァ-の太平洋シネマテ-ク。アメリカではスタンフォ-ド大学フィルム・ヴィデオ図書館など。カナダの国立フィルム・ア-カイヴの活動は国費によってフィルムの収集、保存、修複、上映などの諸事業を積極的に行っており、それに対応する施設面でも同じ建物内に広い保存庫を持っていて参考になった。またその他の機関も州や民間組織と連携して活発な保存、上映活動が行われているのには感心させられた。(2)写真カナダ国立美術館、カナダ現代写真美術館(オタワ)、アメリカではシカゴ美術館、ジョ-ジ・イ-ストマン・ハウス国際写真美術館、ニュ-ヨ-ク近代美装館、ニュ-ヨ-ク国際写真センタ-、ニュ-ヨ-ク歴史協会、ニュ-オ-リンズ美術館、サン・アントニオ美術館、サンタフェ美術館、アモン・カ-タ-美術館(フォ-トワ-ス)、ポ-ル・ゲッティ美術館(マリブ)、サンフランシスコ市立美術館の各写真部。このうち写真を展示する場合の照明について、イ-ストマン・ハウスやニュ-ヨ-ク近代美術館を代表とする多くの施設で、歴史的なものと現代作家のものでは大幅に照度を変えていること、及びその科学的根拠などについて大いに学ぶところがあった。収蔵庫については、白黒写真とカラ-写真とで保存に適する温湿度条件が異なるための措置として、どの施設でも別々の保存庫を備えていること、及びそのデ-タを得てきた。またそうした低温保存のカラ-写真を展示場に出す場合の取扱い方法として、守らなければならない配慮とそのための設備も各所で実見し、シカゴ美術館が最もコンパクトで合理的であるとの感想を得た。なお、展示品以外の研究者用閲覧にどう応じるかの制度や方法についても、各館多少の差違を持ちながら一様に門戸を開いており、それを可能ならしめるためのスタディ・ル-ムのあり方を数えられた。収集作品については各館まちまちだが、いずれも性格をもつことが意図されており、国際的な集め方から地域や時代を限定したものまでさまざまであった。最後に収蔵作品の分類や整理に関しては、どの施設もコンピュ-タ-を導入して鋭意その作業を進めている最中であり、時代、テ-マその他いろいろな検索が瞬時にして可能なのには目を見張った。これは写真部だけには限らないが、最も基本的な体制のあり方として、当方の遅れが痛感された事柄である。(3)デザインオタワに新設されたカナダ文明史博物館、カナダ漫画美術館ミネアポリスのウォ-カ-・ア-ト・センタ-、シカゴの現代美術館、ニュ-ヨ-クのク-パ-・ヒュイット美術館、アメリカン・クラフト美術館など。新設の文明史博物館は考古から現代美術までを幅広く手がけるなかで、工芸やデザインについての関心が強く、「日本の包装」などの企画展を開催した施設、外国の民族的文化もさかんに紹介している。ウォ-カ-・ア-ト・センタ-は美術のみならず前衛舞踊、音楽、演劇をも重視する新しい芸術活動の推進の場として機能しており、デザインや写真についても市民(成人や子供)向けの教育プログラムに組み入れて実演、制作を行っているのが印象的だった。またク-パ-・ヒュイット美術館はデザイン部門の作品収集で最大施設の一つ。スミソニアン・インスティテュ-ションの運営だが、研究者向けの特別観覧の制度に学ぶベきものが多かった。アメリカン・クラフト美術館の取り上げる各種デザインの幅広さ、それらを包括する視点の独自さが注目された。なお、最後にこれら北米諸機関を実地調査するに当り、映画、写真、デザインのそれぞれに関して我が国では入手困難な多くの資料、カタログ類及び多数の図書を購入することができ、今後の研究に道すじがついたことを感謝の念をもって報告したい。

このうち写真を展示する場合の照明について、イ-ストマン・ハウスやニュ-ヨ-ク近代美術館を代表とする多くの施設で、歴史的なものと現代作家のものでは大幅に照度を変えていること、及びその科学的根拠などについて大いに学ぶところがあった。収蔵庫については、白黒写真とカラ-写真とで保存に適する温湿度条件が異なるための措置として、どの施設でも別々の保存庫を備えていること、及びそのデ-タを得てきた。またそうした低温保存のカラ-写真を展示場に出す場合の取扱い方法として、守らなければならない配慮とそのための設備も各所で実見し、シカゴ美術館が最もコンパクトで合理的であるとの感想を得た。なお、展示品以外の研究者用閲覧にどう応じるかの制度や方法についても、各館多少の差違を持ちながら一様に門戸を開いており、それを可能ならしめるためのスタディ・ル-ムのあり方を数えられた。収集作品については各館まちまちだが、いずれも性格をもつことが意図されており、国際的な集め方から地域や時代を限定したものまでさまざまであった。最後に収蔵作品の分類や整理に関しては、どの施設もコンピュ-タ-を導入して鋭意その作業を進めている最中であり、時代、テ-マその他いろいろな検索が瞬時にして可能なのには目を見張った。これは写真部だけには限らないが、最も基本的な体制のあり方として、当方の遅れが痛感された事柄である。(3)デザインオタワに新設されたカナダ文明史博物館、カナダ漫画美術館ミネアポリスのウォ-カ-・ア-ト・センタ-、シカゴの現代美術館、ニュ-ヨ-クのク-パ-・ヒュイット美術館、アメリカン・クラフト美術館など。新設の文明史博物館は考古から現代美術までを幅広く手がけるなかで、工芸やデザインについての関心が強く、「日本の包装」などの企画展を開催した施設、外国の民族的文化もさかんに紹介している。ウォ-カ-・ア-ト・センタ-は美術のみならず前衛舞踊、音楽、演劇をも重視する新しい芸術活動の推進の場として機能しており、デザインや写真についても市民(成人や子供)向けの教育プログラムに組み入れて実演、制作を行っているのが印象的だった。またク-パ-・ヒュイット美術館はデザイン部門の作品収集で最大施設の一つ。スミソニアン・インスティテュ-ションの運営だが、研究者向けの特別観覧の制度に学ぶベきものが多かった。アメリカン・クラフト美術館の取り上げる各種デザインの幅広さ、それらを包括する視点の独自さが注目された。なお、最後にこれら北米諸機関を実地調査するに当り、映画、写真、デザインのそれぞれに関して我が国では入手困難な多くの資料、カタログ類及び多数の図書を購入することができ、今後の研究に道すじがついたことを感謝の念をもって報告したい。
ECRIS-MSを用いた、始源的物質を含む隕石試料の多元素同位体分析

平成19年度より、3年間にわたり、様々な元素に対して高効率でのイオン化が可能なECR(電子サイクロトロン共鳴)イオン源-質量分析装置(ECRIS-MS)を用いた、希ガス、Mo、等の元素の同位体測定技術の開発を行った。その結果、多価イオン分布を利用しての複数の元素の複数の同時同位体測定が充分な確度と精度で行うことが出来ることを明らかにした。また、導電性の試料(例えば鉄隕石)に対して、スパッタリング法を併用することで、高精度な同位体測定が可能であることを示すことが出来た。本研究の目的は、様々な元素に対して高効率でのイオン化が可能なECR(電子サイクロトロン共鳴)イオン源-質量分析装置(ECRIS-MS)を用いて、始源的物質を含む隕石の微小組織の同位体分析を系統的(具体的には希ガス、Mg、Si、Ti、等の比較的軽い元素から、Zr、Mo、等の中質量域、さらに白金属、希土類元素など比較的重質量域に至る元素)に行い、元素の同位体変動の相互の相関性の有無を検証し、物質の起源、元素合成過程に関する解析を行うことである。そのために、ECRIS-MS装置の改良を行い、測定感度と精度を必要な仕様にする必要がある。ECRIS-MS本体は試作器として既に、本研究開始時には制作済みである。平成19年度においては、以下の3点に関する研究実績を収めた。1.同位体測定精度を高めるために、検出器周りの電子回路をアップグレードして、10^<-12>10^<-13>アンペアレベルの微小電流を精密に計測出来るようにするとともに、極微量元素の同位体分析に備え、イオン源を清浄な環境に保っため、微量分析専用のイオン源器材(石英管、高純度カーボン電極など)を整備した。固体元素の同位体測定までは至らなかったが、希ガス(KrやXe等)試料を用いて、多価イオン分布を利用しての複数の元素の複数の同時同位体測定を試み、その有効性を実証した。2.幅広く電子のエネルギーを制御できるというECRイオン源の特徴を利用し、選択的な分子イオン開裂とイオン化の制御を試み、成功を収めた。3.鉄隕石への応用を念頭に置き、導電性試料に対するスパッタリングを併用したイオン化システムをくみ上げた。平成20年度においてはまず、このスパッタリングシステムを用い、鉄隕石を想定した試料にたいしてMoなどの微量元素の同位体測定を試みていく予定である。ECRIS-MS本体は試作器として既に、本研究開始時には制作し、昨年度までに希ガス(KrやXe等)試料を用いて、多価イオン分布を利用しての複数の元素の複数の同時同位体測定を試み、その有効性を実証したところである。平成20年度においては、幅広く電子のエネルギーを制御できるというECRイオン源の特徴を利用し、選択的な分子イオン開裂とイオン化の制御を試み、成功を収めた。さらに、溶液試料に対応するため、ESI(エレクトロスプレー)技術を流用して、スプレーユニット及びイオン源導入のための差動排気装置をカスタマイズしてECRイオン源に取り付けた。現在、その性能評価を行っているところである。平成21年度においては、金属試料に応用するため、スパッタリング装置をイオン源に装着し、このシステムを用いて、鉄隕石を想定した試料にたいしてMoなどの微量元素の同位体測定を試みていく予定である。

平成21年度においては、金属試料に応用するため、スパッタリング装置をイオン源に装着し、このシステムを用いて、鉄隕石を想定した試料にたいしてMoなどの微量元素の同位体測定を試みた。具体的には、Moを2%程度含むSUS試料をイオン源に挿入し、ArでECRプラズマを調整、スパッタリングにかけ、イオン化されて出てきたMoイオンの質量分析を行った。その結果、30分程度の測定で0.5%の精度で同位体比を求めることが出来た。同位体比の値そのものについては、標準値と数%程度異なるが、妨害イオンの補正、バックグラウンドの吟味により、確度的に問題ないことが確認できた。
ストレージとネットワークの仮想化による電子情報の遠隔バックアップ技術の開発

電子情報のバックアップは非常に重要であるが,大規模災害の際にはバックアップ情報自体も失われる危険がある.これを避けるには遠隔地にバックアップを保存することが重要である.しかし,個々の組織が個別に遠隔地のバックアップ先を確保するのは容易ではない.そこで,本研究では,複数の組織が互いの機密情報を漏洩させることなく相互にバックアップを保持できる安全な遠隔バックアップ機構,また,被災した仮想計算機を別の地点で迅速に再開させるためのライブマイグレーション機能,さらに,災害で機能縮退に陥ったネットワーク上でサービスを再開させるためのOpenFlow技術に関する研究を行った.重要な電子情報のバックアップを保持することの必要性はすでに十分認識されており,バックアップ採取は通常の業務の一環として広く行われている.しかし,組織の持つほとんどすべての機能が同時に大きな損害を受けるような大規模災害の際には,組織内で採取・保持されているバックアップ情報自体も同時に危険にさらされるおそれがあり,そのような事態を回避するためには遠隔地にバックアップを保存することが必要である.しかし,個々の組織がそれぞれ個別に遠隔地のバックアップ先を確保するコストは非常に大きいため,同じようなミッションを持ち広域に分散して立地する複数の組織が相互にバックアップを保持することが有効である.しかし,同時に,故意あるいは偶然に秘密情報がバックアップ先に漏洩してしまうことも防止しなければならない.そこで,本研究では,複数の組織が互いの秘密を保持したまま大規模災害に備えて安全に遠隔バックアップを相互保持することのできるシステムの開発を目指している.平成24年度は,前年度までに開発した遠隔バックアップ相互保持のための各種機能を統合したプロトタイプシステムを完成させた.また,仮想化ストレージ装置に特有の応答性能の不安定性の解析を行った.さらに,電子認証技術を用いた安全な分散ファイル共有サービス,大規模災害で重大な機能縮退に陥っているネットワーク上で迅速にサービスを再開するためのOpenFlow技術を用いたネットワーク再構築手法の研究も行った.組織の持つほとんどすべての機能が同時に大きな損害を受けるような大規模災害においても,重要な情報が失われる事態を回避するためには,遠隔地にバックアップを保存することが不可欠である.しかし,個々の組織がそれぞれ個別に遠隔地のバックアップ先を確保するコストは非常に大きいため,同じようなミッションを持ち広域に分散して立地する複数の組織が相互にバックアップを保持することが有効である.しかし,同時に,故意あるいは偶然に秘密情報がバックアップ先に漏洩してしまうことも防止しなければならない.そこで,本研究では,秘密分散法を用いて,複数の組織が互いの秘密を保持したまま大規模災害に備えて安全に遠隔バックアップを相互保持することのできるシステムの開発を目指している.平成25年度は,大規模災害後に迅速な復旧を行うための支援機能の研究を行った.平成24年度までに開発したシステムでは,原データが失われた場合,遠隔地に保存されているバックアップデータを用いて原データボリューム全体を復元してからサービスを再開させる必要があった.しかし,理論的には,復元に必要な情報がすべて残されているため,全データが事前に復元されていなくても,アクセス要求のあったデータのみその都度復元しながらサービスを行うことが可能である.そこで,災害で失われたボリュームへのアクセス要求のあったブロックをその都度復元するオンデマンド再構築機能の研究開発を行った.さらに,バックアップデータの保存先としてストレージクラウドサービスを利用できる場合に,秘密分散と暗号化を組み合わせる方式の研究も行った.電子情報のバックアップは非常に重要であるが,大規模災害の際にはバックアップ情報自体も失われる危険がある.これを避けるには遠隔地にバックアップを保存することが重要である.しかし,個々の組織が個別に遠隔地のバックアップ先を確保するのは容易ではない.そこで,本研究では,複数の組織が互いの機密情報を漏洩させることなく相互にバックアップを保持できる安全な遠隔バックアップ機構,また,被災した仮想計算機を別の地点で迅速に再開させるためのライブマイグレーション機能,さらに,災害で機能縮退に陥ったネットワーク上でサービスを再開させるためのOpenFlow技術に関する研究を行った.重要な電子情報のバックアップを保持することの必要性はすでに十分認識されており,バックアップ採取は通常の業務の一環として広く行われている.しかし,組織の持つほとんどすべての機能が同時に大きな損害を受けるような大規模災害の際には,組織内で採取・保持されているバックアップ情報自体も同時に危険にさらされるおそれがあり,そのような事態を回避するためには遠隔地にバックアップを保存することが必要である.しかし,個々の組織がそれぞれ個別に遠隔地のバックアップ先を確保するコストや労力は非常に大きいため,同じようなミッションとセキュリティレベルを有し広域に分散して立地する複数の組織が相互にバックアップを保持することが有効である.しかし,同時に,故意あるいは偶然に秘密情報がバックアップ先に漏洩してしまうことも防止しなければならない.そこで,本研究では,複数の組織が互いの秘密を保持したまま大規模災害に備えて安全に遠隔バックアップを相互保持することのできるシステムの開発を目指す.平成23年度は,既存のアプリケーションを変更することなく安全に遠隔バックアップを行うため,ストレージ仮想化技術と秘密分散法を用いる遠隔バックアップ相互保持システムのプロトタイプを開発した.また,被災したシステムを被災していない地域に移設し短時間でサービスを再開させるためのクラウド技術の応用や,大規模災害で重大な機能縮退に陥っているネットワーク上で迅速にサービスを再開するためのOpenFlow技術を用いたネットワーク再構築手法に関する研究も行った.組織の持つほとんどすべての機能が同時に大きな損害を受けるような大規模災害においても,重要な情報が失われる事態を回避するためには,遠隔地にバックアップを保存することが不可欠である.しかし,個々の組織がそれぞれ個別に遠隔地のバックアップ先を確保することは容易でない.このため,同じようなミッションを持ち広域に分散して立地する複数の組織が相互にバックアップを保持することが有効である.

ただし,故意あるいは偶然に秘密情報がバックアップ先に漏洩してしまうことも防止しなければならない.そこで,本研究では,秘密分散法を用いて,複数の組織が互いの秘密を保持したまま大規模災害に備えて安全に遠隔バックアップを相互保持することのできるシステムの開発を目指してきた.平成26年度には,前年度から着手していた,大規模災害後に迅速な復旧を行うためのオンデマンド再構築およびバックグラウンド再構築機能の開発を継続した.平成24年度までに開発したシステムでは,原データが失われた場合,遠隔地に保存されているバックアップデータを用いて原データボリューム全体を復元してからサービスを再開させる必要があったため,災害後のサービス再開までに長い時間を要するという問題があった.そこで,全データの復元が終了していなくても,アクセス要求のあったブロックをその都度復元しながらサービスを行うオンデマンド再構築,および,アクセス要求のない間には復元の完了していない領域を復元するバックグラウンド再構築の機能を開発した.平成26年度には,前年度に発見されたプロトタイプシステムの不安定な動作の詳細を調査し,その原因を特定した.その結果,不具合修正の目途を付けることができた.並列処理・分散処理ストレージ仮想化技術と秘密分散法を用いる遠隔バックアップ相互保持システムの開発では,被災システムがその機能を完全に喪失しても保存した電子情報を復旧することのできるプロトタイプを完成させることができた.前年度までは個別のシステムで試作していた,応答速度を向上させ遠隔システムの保守作業時にもサービスを停止させずに運用するための遅延更新機能や,被災後の復旧を自動化するための機構などをひとつのシステムに統合している.クラウド技術の応用においては,昨年度に引き続き,独立したセキュリティポリシーを持つ複数の組織間で安全な分散ファイル管理システムとして,シングルサインオン機能を備えたストレージクラウド上に,ファイル所有者とファイルサーバ管理者の権限を完全に分離するシステム構成の研究を行った.また,OpenFlow技術を用いて,災害で重大な機能縮退に陥っているネットワーク上で迅速にサービスを再開するためのネットワーク再構築手法や,被災したサーバの持っていた機能を災害の影響を受けていない遠隔地に短時間で移送するライブマイグレーションを行う手法の検討も,昨年度に引き続き行った.以上のような成果が得られたので,本研究は,おおむね順調に進展している.オンデマンド再構築機能の開発を行った結果,データ復元を確実に行うためには,この機能に加えて,残りの未修復データを順次復元していくバックグラウンド再構築機能と組み合わせる必要のあることがわかった.
重障児の療育支援における脳機能マッピングを利用した即時評価システムの開発

本研究の目的は,NIRSによる脳機能マッピングを活用した,重度脳障害児(重障児)の刺激応答性の即時評価システムを開発することであった.NIRSと心拍モニタリングを用いたアプローチは,重障児の生活刺激に対する応答性の評価に有用であることが示された.さらに,NIRS,脳波,心拍の多面的アプローチによって,定位反応系活動の発達を詳細に評価できる可能性が示され,今後の重障児の発達支援においての活用が期待された.本研究の目的は,NIRSによる脳機能マッピングを活用した,重度脳障害児(重障児)の刺激応答性の即時評価システムを開発することであった.NIRSと心拍モニタリングを用いたアプローチは,重障児の生活刺激に対する応答性の評価に有用であることが示された.さらに,NIRS,脳波,心拍の多面的アプローチによって,定位反応系活動の発達を詳細に評価できる可能性が示され,今後の重障児の発達支援においての活用が期待された.本年度(一年度)は,「大島の分類」1に該当する2名の重障児(事例A, B)を対象として,各事例の脳機能障害実態の把握および働きかけに対する応答性の評価を行うとともに,近赤外分光法(NIRS)による脳機能評価の有効性を検討した.事例A(14歳・男性)は,聴覚刺激に対する反応は比較的良好であるが,後頭葉損傷による皮質盲状態を呈しており,視覚刺激に対する反応はほとんどみられない.一方事例Bは,大きな音や閃光刺激に対し驚愕的反応がみられるなど,視覚系および聴覚系が比較的保たれていると思われる事例である.頭部CTスキャンにより脳の構造的病変について検討した結果,事例Bについては比較的全脳が保たれていたが,事例Aについては特に後頭部において顕著な灰白室の減少が認められた.次に,視覚系および聴覚系に関する行動反応の評価,およびNIRSを用いた生活関連刺激の受容態度に関する評価を実施した結果,事例Aについては聴覚刺激に対し行動および聴覚関連領域の皮質ヘモグロビン濃度に明瞭な変化が生じたが,視覚刺激に対しては行動反応がほとんどみられず,脳血流変化もみられなかった.一方事例Bにおいては行動上の変化は視覚,聴覚ともに不明瞭であったものの, NIRS測定においていずれも持続的なヘモグロビン変化がみられ,能動的に生活関連刺激を受容している可能性が示唆された.そこで, NIRS上応答性が不明瞭であった事例Aに対し,ワイヤレス心拍計を用いた日常場面モニタリングを試みた結果,視覚刺激に対しても定位的減速反応がみられ,受動的注意は向けられていることが明らかとなった.これらより,心拍指標とNIRS指標による多面的評価から,重障児の働きかけに対する能動性を詳細に検討できることが明らかとなった.本年度(二年度)は,前年度において収集した対象事例の脳機能障害実態および応答性に関する資料にもとづく発達支援と,その効果についての評価を行った.まず,前年度に行った近赤外分光(NIRS)測定および心拍測定において,視覚刺激に対する応答が不明瞭であった重障事例A(14歳・男性)を対象として,日常場面における視覚的注意の発達支援を試みた.具体的指導方法としては,前年度測定において明瞭な応答が確認された聴覚刺激,触刺激を手がかりとし,期待反応形成のアプローチを活用した複合的働きかけを,事例Aの療育担当者の協力のもと日常的なかかわりの中で継続的に実施した.その指導効果については,前年度において測定の妥当性が確認されたワイヤレス心拍計による日常場面モニタリングを活用し,定期的に評価した.その結果,指導の経過に伴い,視覚刺激に対する能動的加速反応の増加が認められた.事例Aの発達的変化はまた,NIRS測定が,能動的応答性の評価に有効であることを示すものであった.さらに本年度は,今後に向けた基礎的検討として,NIRSによる皮質ヘモグロビン変化と,能動的・受動的注意との関連性について,NIRSと脳波および心拍の同時測定から検討した.その結果,NIRSによって,定位反応に関連した感覚皮質の酸素消費反応と,予期・期待に関連した感覚皮質の賦活反応を評価できる可能性が明らかとなった.この結果は,心拍等の各生理指標とNIRSを用いた多面的アプローチによって,重障児の各感覚モダリティに関する日常的応答性の発達をより詳細に評価できることを示すものであり,今後の重障児の能動性獲得支援においての活用が期待される.
核多角体病ウイルス感染による宿主細胞周期制御機構の解析

Autographacalifornica MNPV (AcMNPV)感染によって,Sf9細胞の細胞周期はS期およびG2/M期でそれぞれ停止する.この停止は,単にウイルスがDNA複製のための基質を競合した結果ではなく,ウイルス感染によって積極的に誘導される現象である.本研究では,ウイルス感染による宿主細胞周期の制御機構を明らかにすることを目的として,ウイルス遺伝子の探索および宿主細胞周期制御因子の感染に伴う発現変動を調査した.また,ウイルス感染による細胞周期の停止が,アポトーシス誘導に関わっている可能性を調査する目的で,アポトーシスの検出条件を検討した.まず,細胞周期の停止はウイルス感染の初期に誘導されることから,ウイルス初期遺伝子の関与が予想された.そこでAcMNPVのコスミドDNAライブラリーを作製し,コスミドDNAを細胞にトランスフェクション法により導入することによって,細胞周期停止に関わるウイルス遺伝子の探索を進めた.つぎに,細胞周期制御に関わる細胞因子として,cdc2,サイクリンB, PCNAに注目し,ウイルス感染に伴う発現変動を,市販の抗体を用いて調査した.その結果,cdc2抗体およびPCNA抗体により検出されるそれぞれのタンパク質は,ウイルス感染によって核分画から消失することを明らかにした.この核分画からの消失機構を解析することによって,G2/M期での停止のメカニズムが明らかになると考えられた.ウイルス感染により誘導される細胞のアポトーシスは,顕微鏡による形態的な観察,DNA断片化の検出,カスパーゼ活性の測定,および活性化カスパーゼを同定することにより感度よく検出できることを示した.細胞周期制御に関わるウイルス因子を同定することによって,細胞周期制御によるアポトーシス誘導機構についての解析が進むことが期待される.Autographacalifornica MNPV (AcMNPV)感染によって,Sf9細胞の細胞周期はS期およびG2/M期でそれぞれ停止する.この停止は,単にウイルスがDNA複製のための基質を競合した結果ではなく,ウイルス感染によって積極的に誘導される現象である.本研究では,ウイルス感染による宿主細胞周期の制御機構を明らかにすることを目的として,ウイルス遺伝子の探索および宿主細胞周期制御因子の感染に伴う発現変動を調査した.また,ウイルス感染による細胞周期の停止が,アポトーシス誘導に関わっている可能性を調査する目的で,アポトーシスの検出条件を検討した.まず,細胞周期の停止はウイルス感染の初期に誘導されることから,ウイルス初期遺伝子の関与が予想された.そこでAcMNPVのコスミドDNAライブラリーを作製し,コスミドDNAを細胞にトランスフェクション法により導入することによって,細胞周期停止に関わるウイルス遺伝子の探索を進めた.つぎに,細胞周期制御に関わる細胞因子として,cdc2,サイクリンB, PCNAに注目し,ウイルス感染に伴う発現変動を,市販の抗体を用いて調査した.その結果,cdc2抗体およびPCNA抗体により検出されるそれぞれのタンパク質は,ウイルス感染によって核分画から消失することを明らかにした.この核分画からの消失機構を解析することによって,G2/M期での停止のメカニズムが明らかになると考えられた.ウイルス感染により誘導される細胞のアポトーシスは,顕微鏡による形態的な観察,DNA断片化の検出,カスパーゼ活性の測定,および活性化カスパーゼを同定することにより感度よく検出できることを示した.細胞周期制御に関わるウイルス因子を同定することによって,細胞周期制御によるアポトーシス誘導機構についての解析が進むことが期待される.1.宿主細胞周期停止に関わるウイルス初期遺伝子の同定と機能解析AcMNPV感染によって宿主細胞周期の停止が誘導される.この停止に関わるウイルス遺伝子を同定するため,ウイルス遺伝子のコスミドライブラリーを作成した.また,昆虫細胞に遺伝子を効率よく導入するため,トランスフェクション法の条件設定を行い,約70%の細胞に遺伝子が導入できる条件を確立した.今後,この条件を用いてコスミドDNAを細胞に導入し,ウイルス遺伝子の解析を進める計画である.また,2本鎖RNAを用いたRNAi法の条件設定を行い,ここで用いる昆虫細胞での目的遺伝子の発現抑制のために有効であることを明らかにした.2.細胞周期停止によるアポトーシス誘導解析アポトーシスの測定法を確立するため,種々の要因,すなわちRNA合成阻害剤やタンパク質合成阻害剤の添加,UV照射,ウイルス感染によって昆虫細胞にアポトーシスを誘導し,顕微鏡による形態的な観察,DNA断片化の検出,カスパーゼ活性の測定および活性化カスパーゼの同定という点からアポトーシスの測定を行った.また,カスパーゼの活性化以前におこるアポトーシスに特徴的な細胞膜変化を検出するため,アネキシンV抗体を用いた検出条件の検討を進めている.Autographacalifornica MNPV(AcMNPV)感染によって,Sf9細胞の細胞周期はS期およびG2/M期でそれぞれ停止する.この停止は,単にウイルスがDNA複製のための基質を競合した結果ではなく,ウイルス感染によって積極的に誘導される現象である.そこで本研究では,ウイルス感染による宿主細胞周期の制御機構を明らかにすることを目的として,ウイルス遺伝子の探索および宿主細胞周期制御因子の感染に伴う発現変動を調査した.まず,細胞周期の停止はウイルス感染の初期に誘導されることから,ウイルス初期遺伝子の関与が予想された.そこでAcMNPVのコスミドDNAライブラリーを作製し,コスミドDNAを細胞にトランスフェクション法により導入することによって,細胞周期停止に関わるウイルス遺伝子の探索を進めた.つぎに,細胞周期制御に関わる細胞因子として,cdc2,サイクリンB, PCNAに注目し,ウイルス感染に伴う発現変動を,市販の抗体を用いて調査した.その結果,cdc2抗体およびPCNA抗体により検出されるそれぞれのタンパク質は,ウイルス感染によって核分画から消失することを明らかにした.

哺乳動物においてcdc2の核分画からの消失とG2/M期での停止は一致していることから,この核分画からの消失機構を解析することによってG2/M期での停止のメカニズムが明らかになると考えられた.また,PCNAはDNA複製に関与するほか,細胞周期に関連する多くの制御タンパク質と結合することが知られており,ウイルス感染によるS期での停止,すなわち細胞DNA複製の停止は,PCNAの核からの消失と関わっていることが示唆された.
癌関連遺伝子からみた温熱抵抗性癌の細胞持性

癌の温熱療法において、その治療効果を異にする癌細胞があることが指摘されてきている。いったい癌細胞の温熱感受性の差異はいかなる理由からであろうか。本研究班は癌細胞の細胞持性を3つのアプローチよりおこなった。1.動物培養細胞に各種活性型癌遺伝子を導入することによって温熱感受性に変化があらわれるのかを調べた結果、cot、mosの2種の遺伝子を導入した細胞が温熱抵抗性になった。このことはこれらの癌遺伝子がヒートショックタンパク質の形質発現誘導に何らかの影響を与えるものと示唆している。2.温熱感受性の異なる癌細胞において、温熱処理後のヒートショックタンパク質と癌抑制遺伝子の一種である野生型p53遺伝子産物の温熱処理による分子安定性を測定した。温熱抵抗性癌細胞(A-7)は44゚C、30分間の温熱処理により、約10時間から24時間目ぐらいに野生型p53の蓄積がみられた。しかし温熱感受性癌細胞であるメラノーマ(HMV-1)細胞ではそのような温熱による野生型p53の蓄積がみられなかった。またこれら両細胞とも温熱処理後のヒートショックタンパク質72の形質発現誘導の度合いは同じ程度であった。これらのことより、細胞の温熱感受性の要因に野生型p53の役割が大きいと思われる。また他のメラノーマ細胞のうちでp53の点突然変異タイプの細胞では温熱感受性であった。このような研究成果は温熱療法を行う前に、癌遺伝子・癌抑制遺伝子のタイプを知ることにより、より効率の良い温熱療法による治療効果が期待されるものと考えられる。さらに第3のアプローチとして、実際の温熱療法対象の患者からの癌遺伝子・癌抑制遺伝子のタイプの分析をはじめている。特に治療成績とのそれらのタイプとを対応させていくことを期待している。
最先端の地震波トモグラフィー法による巨大地震震源域の３次元構造の解明

日本列島陸域から日本海溝までの海底に及ぶ,稠密な地震観測網で記録される膨大なデータを,最先端の地震波トモグラフィー技術を開発・駆使して解析する.それにより,浅部から深部までの詳細な3次元構造を求め,巨大地震の発生機構・島弧火山の成因及び深部流体の移動などの沈み込みダイナミクスの解明に挑戦する.得られる研究成果は,日本列島のみでなく,世界の他の地域の研究にも大きなインパクトを与えるもので,世界の固体地球科学研究への波及効果も極めて大きい.さらに,地震や津波災害の防災・減災にも重要な意味を持つ.日本列島陸域から日本海溝までの海底に及ぶ,稠密な地震観測網で記録される膨大なデータを,最先端の地震波トモグラフィー技術を開発・駆使して解析する.それにより,浅部から深部までの詳細な3次元構造を求め,巨大地震の発生機構・島弧火山の成因及び深部流体の移動などの沈み込みダイナミクスの解明に挑戦する.得られる研究成果は,日本列島のみでなく,世界の他の地域の研究にも大きなインパクトを与えるもので,世界の固体地球科学研究への波及効果も極めて大きい.さらに,地震や津波災害の防災・減災にも重要な意味を持つ.
高圧環境下のスパッタリング製膜過程におけるシミュレーションモデルの開発

スパッタリング製膜法における粒子の輸送過程を、モンテカルロ法によってシミュレートする計算プログラムを開発した。ターゲットからスパッタされた粒子はガス分子との衝突によって減速するが、高圧力下では衝突が数多く起こり、スパッタ粒子に対するガス分子の運動が無視できなくなる。そこでスパッタ粒子と衝突するガス分子の速度分布を気体分子運動論から導き、シミュレーションに組み入れた。粒子が減速した後(熱中性化後)の輸送を連続体(流体)近似によって取り扱う手法も開発した。これはターゲットから放出されたスパッタ粒子の衝突散乱過程を従来のモデルで取り扱い、各粒子が充分に減速された点を拡散方程式における湧き出しと対応づけて、壁面への粒子フラックスを計算するものである。これにより、高圧下でのスパッタ粒子の輸送現象を計算時間上効率良く取り扱うことが可能になった。さらに粒子減速後の輸送過程を正確に取り扱うことができる本手法の特徴を生かし、ターゲットからスパッタされた粒子の空間密度をシミュレーションによって求める手法も開発した。実際に得られた粒子密度の圧力依存性は、従来の報告例とほぼ同じオーダーとなり、スパッタガス圧力の上昇とともに密度も上昇するという、矛盾のない結果が得られた。シミュレーションプログラムはhttp://surf.ap.seikei.ac.jp/HISPUT/にて公開している。開発したプログラムと実験とを比較するため、空間対称性の良い円筒形のスパッタリングチャンバーを新たに設計・製作した。紫外光領域まで透過する大面積の石英窓を取りつけ、円筒対称のプラズマ内部からの発光分布が評価できるようにした。Cu/Arの系に対してプラズマ発光分光測定を行い、基底準位を含む遷移からの発光を利用してCu粒子の空間密度を定量評価した。得られた値はシミュレーションの結果とも良好に一致した。ターゲットからスパッタされた粒子は、ガス分子との衝突によって減速する。高圧力下では衝突が数多く起こり、スパッタ粒子に対するガス分子の運動が無視できなくなる。我々が開発したプログラムでは、スパッタ粒子と衝突するガス分子の速度分布を気体分子運動論から導き、シミュレートしている。これにより、高圧力下でもスパッタ粒子の挙動を妥当に再現できるようになった。ただし従来のプログラムには、圧力が高くなると実行時間が指数関数的に増加するという欠点がある。そこで、減速後の粒子輸送を連続体(流体)近似によって取り扱う手法を今回新たに開発した。これはターゲットから放出されたスパッタ粒子が減速する過程を従来のモデルで取り扱い、各粒子が充分に減速された点を拡散方程式における湧き出しと対応づけて、壁面への粒子フラックスを計算するものである。拡散方程式の解法には境界要素法を用い、円筒対称の系に適用できるプログラムを開発した。これにより、高圧下でのスパッタ粒子の輸送現象を時間的に効率良く取り扱うことが可能になった。開発したプログラムと実験とを比較して、スパッタ粒子の初速度など、未定のパラメータ値を決定するため、空間対称性の良い円筒形のスパッタリングチャンバーを新たに設計・製作した。また並行して既存のチャンバーでCu/Arの系に対してプラズマ発光分光測定を行ったところ、基底準位を含む遷移からの発光を利用すると、Cu粒子の空間密度が定量的に評価できることがわかった。これを受けて、紫外光領域まで透過する大面積の石英窓を取りつけ、円筒対称のプラズマ内部からの発光分布が評価できるような設計にした。また、シミュレーションコードを粒子密度の評価が行えるように拡張し、実際に粒子密度の圧力依存性を計算できた。
量子化学計算による電流検出型DNAチップの特性解析

(1)DNA等の鎖状高分子の電流電圧(I-V)特性を解析する手法の開発DNAの各塩基サイトのエネルギーレベルとサイト間の電荷の移動積分を与えると、電極に挟まれたDNAのI-V特性を求めるプログラムを開発した。ここで、移動積分は、Generalized Mulliken-Hush理論を基に構築した式を用い、DNAの電子状態計算により得たフロンティア分子軌道のエネルギーレベルを基に見積もった。電子状態計算は、DNA周囲のカウンターイオン、溶媒水による電場の影響を考慮して行った。(2)ミスマッチのあるDNA2重鎖の電流電圧特性の解析実験で電気伝導特性が得られているミスマッチのあるDNA鎖について、I-V特性を解析し、実験結果と定性的に一致する結果を得た。つまり、G-CからG-Aへのミスマッチにより、I-V特性は殆ど変化しないが、A-TからA-Cへのミスマッチでは、電流値が大きく減少する現象を、シミュレーションにより再現した。この原因は、塩基対周辺の構造変化とそれに伴うフロンティア分子軌道のエネルギーレベルと空間分布の変化にあることを、シミュレーション結果を基に明らかにした。(3)1重鎖及び2重鎖DNAの電流電圧特性の解析1重鎖及び2重鎖DNAの構造と電子状態の違いを、DNA周囲に存在するカウンターイオンと水分子の影響を考慮した分子動力学及び分子軌道計算により明らかにした。さらに、DNA中のホール及び電子の移動積分を見積り、1重鎖と2重鎖DNAのI-V特性の違いを明らかにし、実験と定性的に一致する結果を得た。その結果を基に、1重鎖DNAでは、構造が大きく変化し、塩基間のスタッキング構造が崩れ、その結果、電荷移動の起り易さが大幅に減少することを明らかにした。(4)PNA(ペプチド核酸)とDNAの2重鎖の電子状態の解析実験でDNA1重鎖とより強く2重鎖構造を形成することが観測されているPNAに対して、密度汎関数法に基づく分子軌道計算を行い、PNA-DNAの結合がDNA-DNAの結合より強くなること、及びその原因を、初めて明らかにした。今後、PNA-DNAの電流電圧特性を解析し、DNAチップに代わる新規バイオチップとして、PNAが適しているかどうかを明らかにする予定である。(1)生体高分子に適用可能な高精度電荷平衡法を開発し、分子軌道法の結果を再現するように電荷平衡法のパラメータを高精度化した。本手法は、従来の電荷分布を固定した分子力場法よりも高精度に生体高分子の安定構造及び電荷分布を解析することができる。(2)上記の手法を用い、DNA中を電荷が移動した際のエネルギーと電荷分布の変化を解析した。実験で電気伝導特性が得られているミスマッチのあるDNA鎖について解析を行い、実験結果と定性的に一致する結果を得た。今後、電荷移動過程でのDNAの構造緩和まで考慮した解析を行い、実験結果を定量的に評価し、その結果に基づき高性能DNAチップの提案を行う。(3)DNAのような生体高分子の電子状態を第一原理に基づき高精度に解析する目的で、フラグメント分子軌道法(FMO)と密度汎関数法(DFT)とを組み合わせた量子化学計算手法(FMO-DFT法)を開発し、2重鎖DNAに対して従来のDFT計算の結果を再現できることを検証した。

(4)上記のFMO-DFT法を用い、ミスマッチのあるDNA鎖の電子状態(特に、電荷移動に関与するフロンティア分子軌道のエネルギーレベルと空間分布)を解析し、ミスマッチ導入により、DNA中の電荷移動特性がどのように変化するかを明らかにした。(5)(4)の結果に基づき、DNA中の塩基対のサイトエネルギー、隣り合う塩基対間の電荷移動積分を見積り、電流・電圧特性を解析するシミュレーターの入力パラメータを作成し、特性を解析した。現段階では、実験結果を定量的に説明できるまでには到っていないが、今後、パラメータの高精度化を行い、実験結果を定量的に説明し、ミスマッチの影響を明らかにする。(1)生体高分子に適用可能な高精度電荷平衡法を開発し、分子軌道法の結果を再現するように電荷平衡法のパラメータを高精度化した。本手法は、従来の電荷分布を固定した分子力場法よりも高精度に生体高分子の安定構造及び電荷分布を解析することができる。(2)上記の手法を用い、DNA中を電荷が移動した際のエネルギーと電荷分布の変化を解析した。実験で電気伝導特性が得られているミスマッチのあるDNA鎖について解析を行い、実験結果と定性的に一致する結果を得た。今後、電荷移動過程でのDNAの構造緩和まで考慮した解析を行い、実験結果を定量的に評価し、その結果に基づき高性能DNAチップの提案を行う。(3)DNAのような生体高分子の電子状態を第一原理に基づき高精度に解析する目的で、フラグメント分子軌道法(FMO)と密度汎関数法(DFT)とを組み合わせた量子化学計算手法(FMO-DFT法)を開発し、2重鎖DNAに対して従来のDFT計算の結果を再現できることを検証した。(1)DNA等の鎖状高分子の電流電圧(I-V)特性を解析する手法の開発DNAの各塩基サイトのエネルギーレベルとサイト間の電荷の移動積分を与えると、電極に挟まれたDNAのI-V特性を求めるプログラムを開発した。ここで、移動積分は、Generalized Mulliken-Hush理論を基に構築した式を用い、DNAの電子状態計算により得たフロンティア分子軌道のエネルギーレベルを基に見積もった。電子状態計算は、DNA周囲のカウンターイオン、溶媒水による電場の影響を考慮して行った。(2)ミスマッチのあるDNA2重鎖の電流電圧特性の解析実験で電気伝導特性が得られているミスマッチのあるDNA鎖について、I-V特性を解析し、実験結果と定性的に一致する結果を得た。