hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
フォノンエンジニアリングによる窒化ガリウム系ＬＥＤ内の界面熱抵抗の低減

窒化ガリウムと窒化アルミニウム(GaN/AlN)からなるLEDに着目し、ジャンクションの温度を低下させるために、多重量子井戸構造の光電子特性と熱特性を両立する最適化構造を設計した。そのために、多重量子井戸構造を直接的に表す記述子を採用したうえで、構造の良し悪しの評価を、光学物性(放出強度と波長)、熱物性(熱伝導度)、またはその両方を合わせた性能指数にもとづいて行った。光学物性については、電子と正孔の波動関数の重なりの程度によって性能を評価し、熱物性については、フォノン透過関数を計算して熱伝導度を評価した。後者の熱伝導度の計算は、外国人研究員が受け入れ研究者より習得した技術であり、それを発展させて異種材料界面の原子間力定数を第一原理計算にもとづいて求める手法を実現したことは特徴的な成果である。計算の結果、多重量子井戸構造の厚さおよびAlN量子バリアの数を変えた様々な場合について最適構造を同定した。また、それぞれの構造に関して、重なり積分、波長、ポテンシャルを詳細に解析することでその機構を議論した。加えて、光学物性と熱物性を両立する構造についても設計を行い、構造最適化の有用性を示した。さらに、最適化の精度の向上および、現実的なデバイスを念頭に、より複雑な系への展開を可能にした。複雑な系においては候補構造数(配列の組み合わせの数)は、全体の厚さ(単位層の数)を固定した場合でも膨大になり、単位層の数が大きくなるに従ってべき乗で増加するため、ベイズ最適化と物性計算を組み合わせたマテリアルズ・インフォマティクス手法を用いて効率的な最適構造設計を行った。例として,熱伝導の高さを評価値とし、GaN/AlNの多層構造に対して本手法を適用したところ、全候補数の数パーセントの数の構造を計算するだけで最適構造を同定することに成功した。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。本研究では,理論・数値解析と実験を合わせたアプローチによって,LEDチップ内の存在する様々な界面(GaN/金属電極,GaN/多層量子井戸,多層量子井戸内,GaN/基板)でのフォノン粒子の散乱(透過,反射)や,フォノン波の干渉の理解を進め,界面熱抵抗の制御性を明らかにする.本研究の前半部分では解析的手法を用いて,現象の理解,制御性の同定,またはそれに基づいた界面や構造の設計指針の獲得を目指す.そのためにますは,受入研究者の有する技術を用いて,第一原理によって正確な力場(ポテンシャル関する)を求め,それを用いたグリーン関数法によって界面でのフォノン透過関数および界面熱抵抗を計算する.また,分子動力学計算を併用することによって,フォノンの非弾性散乱の影響も評価する.次に,得られた結果を外国人特別研究員が有するLEDのフォノン・モンテカルロ計算に入力することにより,実際のLEDチップ内の熱伝導解析を行う.この前半部分は今年度(H28)から来年度(H29)の途中まで,一年ほどかけて行うが,そのうち今年度の4ヶ月では,上記の解析技術の習得や,練成解析の基盤の構築(適切な力場の確定など)に注力し,来年度早々に具体的な界面や構造モデルの計算が開始できるようにした.具体的には,密度汎関数法によるフェルマン・ファインマン力の第一原理計算を行い,それを用いて非調和原子間力定数の計算した.次に,これを使用して,フォノン分散関係よりフォノンの群速度を,フェルミの黄金律にもとづきフォノンの緩和時間を計算し,線形化ボルツマン方程式に入力することによって熱伝導率の温度依存性を求めた.以上をGaNやAlNについて行うことにより,比較的良好な結果を得た.また,界面におけるフォノン透過を求める上で用いる原子グリーン関数法についても計算工程を習得した.解析技術の習得や,練成解析の基盤の構築(適切な力場の確定など)が進み,来年度早々に具体的な界面や構造モデルの計算が開始できるようになっている.窒化ガリウムと窒化アルミニウム(GaN/AlN)からなるLEDに着目し、ジャンクションの温度を低下させるために、多重量子井戸構造の光電子特性と熱特性を両立する最適化構造を設計した。

複雑な系においては候補構造数(配列の組み合わせの数)は、全体の厚さ(単位層の数)を固定した場合でも膨大になり、単位層の数が大きくなるに従ってべき乗で増加するため、ベイズ最適化と物性計算を組み合わせたマテリアルズ・インフォマティクス手法を用いて効率的な最適構造設計を行った。例として,熱伝導の高さを評価値とし、GaN/AlNの多層構造に対して本手法を適用したところ、全候補数の数パーセントの数の構造を計算するだけで最適構造を同定することに成功した。本研究では,受入研究者の有する技術を用いて,第一原理によって正確な力場(ポテンシャル関する)を求め,それを用いたグリーン関数法によって界面でのフォノン透過関数および界面熱抵抗を計算する.また,分子動力学計算を併用することによって,フォノンの非弾性散乱の影響も評価する.次に,得られた結果を外国人特別研究員が有するLEDのフォノン・モンテカルロ計算に入力することにより,実際のLEDチップ内の熱伝導解析を行う.今年度は,前年度習得した解析技術や,構築した練成解析の基盤(適切な力場の確定など)を用いて,具体的な界面や構造モデルの計算を開始する.具体的な計画を以下に記す.まず,第一原理計算のもとづいてGaNやAlNなどの原子間力定数を計算する.フォノン分散関係を計算して原子間力定数の調和項の精度を検証し,非調和格子動力学法により熱伝導率の温度依存性を計算して非調和項の精度を検証する.この原子間力定数を入力として原子グリーン関数計算によって界面フォノン透過を求める.この際,GaN/ AlNなどの異種界面の原子間力定数を局所仮想結晶近似で取り扱うことによって,世界に先駆けて第一原理にもとづいた界面熱輸送計算を実現する.次に,これを多層量子井戸の熱伝導の計算に発展させる.多層量子井戸ではフォノン波の干渉によって熱輸送が低減されている可能性があり,これを改善する設計が可能か,計算を用いて判断する.その際,ベーズ最適化計算と上記の熱輸送計算を組み合わせた手法による構造最適化も適宜行う.さらに,非調和格子動力学法や原子グリーン関数法によって得たバルク・フォノン輸送物性(状態密度,群速度,緩和時間など)と界面フォノン透過関数を周波数に依存する物性としてモンテカルロ計算に入力することによって,多層量子井戸に加えて周囲のp型およびn型半導体部までを加えたメゾスコピック系までを含んだ熱散逸を解く.翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
過剰な炎症反応に由来する酸化ストレス制御機構解析と抗酸化食品因子による抑制

免疫担当細胞は生体防御に重要な役割を果たす半面、過剰な炎症反応は酸化ストレスを誘発し、DNAやタンパク質、リン脂質などを酸化修飾する。特に、脂質過酸化や過剰な炎症反応に由来する酸化ストレスバイオマーカーの有機化学的解析やモノクローナル抗体の作製、さらには、「抗体チップ」を開発することに成功した。さらに、イソフラボノイドやクルクミノイド、ゴマリグナンなどの抗酸化食品因子の機能解析にも成功した。生体防御反応で重要な役割を果たす好中球由来のミエロペルオキシダーゼ(MPO)が炎症反応の過剰反応でハロゲン化反応を引き起こし、生成したブロム化DNAとしての8-ヒドロキシデオキシグアノシン(8-OHdG)の化学的検出と8-OHdGを特異的に認識するモノクローナル抗体の作製に成功し、MPOノックアウトマウスを用いた免疫組織染色による検出及びその局在性の検討を行い、8-OHdGは、MPOの過剰発現に由来することを明らかにすることができた。また、過剰な炎症反応は、脳内機能制御に重要な役割を果たすアラキドン酸(ARA)やドコサヘキサエン酸(DHA)に対して脂質過酸化反応を誘導し、その結果、生じた過酸化物によりリン脂質が酸化修飾を引き起こすことを明らかにした。既に、作製したDHAヒドロペルオキシド修飾リジンに特異的なモノクローナル抗体を用いた免疫染色により、脳内におけるtauタンパク質のプロパノイル化が亢進されることが明らかとなった。さらに、ヘキサノイル化反応はリン脂質に対しても起こることを明らかにし、ヘキサノイル化フォスファティジルエタノールアミン(HEPE)やヘキサノイル化フォスファティジルセリン(HEPS)の生成機構の解明を、LC/MS/MSを中心とする機器分析により、有機化学的な解明の検討を行うとともに、HEPEに特異的なモノクローナル抗体を作製することに成功した。これは、HEPEをリポゾームに組み込んだ新しいタイプのモノクローナル抗体で、今後、脳内老化評価への応用が期待できる。生体防御反応で重要な役割を果たす好中球をはじめとする免疫担当細胞由来のミエロペルオキシダーゼ(MPO)が炎症反応の過剰反応でハロゲン化、特に、プロム化反応を起こすメカニズムの解析を行うと共に脂質過酸化反応の誘発機構の解析を行った。特に、記憶増進作用やアルツハイマー症予防効果などの脳内機能改善効果が注目されているDHAも過剰摂取など条件によっては脳内抗酸化能の低下、タンパク質修飾などの障害を惹起させる可能性が推定され、DHA過酸化物であるDHAヒドロペルオキシドによる酸化修飾タンパク質に特異的なモノクローナル抗体の作製に成功したので、本年度は、ヒトの尿、血液を対象とした臨床研究への応用も含めてPRLをプローブとした「抗体チップ」の作製を試みた。その結果、DHAに特異的な評価法として、動物モデルからヒト臨床系に応用できる評価法を確立することができた。さらに、ハロゲン化DNA、特に、8-BrdGに特異的なモノクローナル抗体を搭載した「抗体チップ」の作製も、ほぼ完成することができたので、現在、詳細な実用化試験を進めている。また、脳内老化制御が期待される抗酸化ポリフェノールのうち、大豆イソフラボノイドの生体内代謝物であるエコールに特異的なモノクローナル抗体を用いたイムノクロマト法の確立にも成功した。さらに、エコール類縁体を用いたレプチン産生の制御機構の検討を行い、新たな知見を得ることに成功した。さらに、ゴマリグナンとしてセサミノール配糖体の代謝物であるセサミノールやセサミノールカテコール、さらにはクルクミン代謝物であるヘキサヒドロクルクミンに関しても、脳関門を通過してドパミン神経細胞の酸化障害を予防する可能性についても、多くの新規な知見を得ることができた。炎症反応に基づく酸化傷害に関連したバイオマーカーのうちDHAヒドロぺルオキシド修飾タンパク質(PRL)由来の「抗PRL抗体」は、アルツハイマー症患者の脳内海馬領域での免疫染色に成功し、他の脳内老化マーカーとの組み合わせによるヒト臨床試験への応用の可能性の検討も進めることができた。また、既に確立に成功しているアラキドン酸ヒドロペルオキシド修飾タンパク質(HEL)に特異的な「抗HEL抗体」とも併せて脳内老化の評価のための「抗体チップ」確立の基盤研究も大きく進展することができた。さらに、好中球やマクロファージなどの免疫担当細胞の過剰発現によるクロル化、ブロム化チロシンやハロゲン化DNAに特異的な多種多様なモノクローナル抗体を作製でき、細胞系での解析だけでなく老化皮膚での免疫染色も成功し、有効性の確認にも大きく進展することができた。また、未病診断を目的とした酸化ストレスバイオマーカーを用いた網羅的な解析の予備研究にも大きく進展することができた。

具体的には、アルツハイマー症やパーキンソン症などの脳内老化や肥満からインスリン抵抗性を獲得する糖尿病発症との関連性の解明を目的に、国立長寿医療センター研究所をはじめ、トヨタ記念病院や中部労災病院などの医療機関との協力で採取された健常人および生活習慣病境界域者の定期的な健康診断による300人規模の検体を、本人同意のもとで確保し、血清および尿検体を網羅的に解析した結果、背景因子や他の血液検査項目との関連性にも新しい知見を得ることができた。また、脳内老化が期待できる抗酸化食品因子の開発の基盤研究として、抗酸化ポリフェノールの生体内代謝物であるリグナンカテコール体やクルクミン還元物と共に、ダイズイソフラボノイドの生体内代謝物であるエコールの酸化ストレス予防評価にも大きく進展することができた。24年度が最終年度であるため、記入しない。
電子エネルギー損失分光法を用いたフリーラジカルと半導体表面の相互作用の研究

本研究の目的は、Si(100)面と水素および酸素ラジカルとの相互作用について、その表面反応過程を高分解能電子エネルギー損失分光(HREELS)法を用いて原子レベルで明らかにすることである。特に本年度は、水素ラジカルにより処理されたSi(100)表面の安定性と酸化過程の解明という観点から研究を行った。水素終端Si(100)表面への酸素ラジカルの吸着は室温においても観察され、その吸着位置はSi-HボンドおよびSi-Siバックボンドである。一方、酸素分子に対しては、水素終端面は基板温度380°Cまで不活性である。そして、380°C以上では酸素分子の解離吸着が起こり、そのときの活性化エネルギーは2.0eVである。この値は、モノハイドライド状態のSi(100)表面からの水素の脱離エネルギーと一致する。これらの結果から、水素終端Si(100)面への酸素吸着は、表面の未結合手(ダングリングボンド)の数で律速されていると考えられる。水飽和吸着Si(100)表面を水素ラジカルに露出すると、室温においてもO-H基の酸素がSi-Siバックボンドに取り込まれる。このときの表面反応として、水素ラジカルによりSi表面のO-H結合が切られる反応過程が考えられる。すなわち、この反応過程ではSi-O-という酸素にとって不安定な状態が形成されるため、バックボンドへの酸素の取り込みが起こると思われる。水吸着Si基板を420Kに加熱することにより同様の取り込みが観察されており、本研究の結果は、反応過程の低温化に水素ラジカルが有効であることを示唆している。以上の結果より、水素ラジカルは、Si基板の酸化の抑制および促進の両方の効果を持っており、原子オーダーでの酸化膜の制御に対して有効であると考えられる。
細胞分裂方向シフトによる上皮可塑性の動的制御機構の解明

上皮間葉転換(EMT)をはじめとする上皮可塑性は、胚発生や創傷治癒に必須の生理的な現象であるが、成熟した上皮で起こる場合には、がんの転移をはじめとした病因になることが示唆されている。本研究では、申請者が見出したショウジョウバエ上皮における「細胞分裂方向のシフトによって誘導されるEMT」をモデルとして(1)分子・細胞レベルの特性、(2)EMT誘導に関わる因子の同定と機能、そして(3)EMTの脱分化や腫瘍悪性化への影響までを明らかにすることを目指す。本年度は、細胞分裂方向シフトによってEMTが誘導されるまでの遺伝子発現変化の解明に主に取り組んだ。上皮から脱落してEMT形質を示した細胞の遺伝子発現プロファイルをRNA-seqにより取得して、バイオインフォマティクス解析した。その結果、1057遺伝子が顕著に発現上昇しており、自然免疫反応やストレスシグナル経路、サイトカイン、分泌因子、さらにEMT転写因子が観察された。一方、間葉様細胞においては841遺伝子が発現減少しており、その中には翅原基の運命や正常発生を制御する遺伝子が観察された。実際に発現上昇あるいは減少したいくつかの遺伝子に関して、免疫組織化学で発現変化を確認することができた。この中で、EMT転写因子として知られるZEB1/zfh1が分裂方向の異常で誘導した間葉様細胞で発現変化していたことから、zfh1を細胞クローンで発現したところ上皮細胞の基底方向への脱落が観察された。さらに上皮組織中での細胞のzfh1発現細胞の細胞分裂方向を調べたところ、分裂方向の異常が観察された。これらの結果は、転写因子によって誘導されるEMTにおいても、増殖性の上皮におけるEMTが細胞分裂方向の異常でトリガーされている可能性を示唆する。今年度の計画では、細胞分裂方向の変化が誘導するEMTに関わる遺伝子群について、トランスクリプトーム解析を行った。バイオインフォマティクス解析から、自然免疫反応やストレスシグナル経路、サイトカイン、分泌因子、さらにEMT転写因子の関与が予測された。興味深いことに、EMT転写因子として知られるZEB1/zfh1が分裂方向の異常で誘導した間葉様細胞に発現していたことから、zfh1を細胞クローンで発現したところ上皮細胞の基底方向への脱落が観察された。この結果は、転写因子によって誘導される一般的なEMTにおいても、増殖性の上皮においてはEMT開始が細胞分裂方向の異常でトリガーされている可能性が示唆された。EMT転写因子の発現で誘導されるEMTに関しても同様にトランスクリプトーム解析することで、分裂方向変化で誘導されるEMTとの共通性や特殊性が明らかになると期待される。ショウジョウバエ翅原基においてEMT転写因子(Zfh1, Snail)の異所的発現によって、細胞分裂方向の変化を伴うEMT効果がみられたことから、増殖性の上皮組織においては分裂方向のシフトがEMTの最初期のイベントとして起こるという仮説を立てた。また、EMT転写因子であるzfh1に加えて、snailを発現したサンプルについてRNA-seq解析を行った(データの取得まで)。細胞分裂方向の変化、そしてEMT転写因子の発現という、異なる遺伝子操作で誘導されたEMTに共通して変化がみられる遺伝子群をバイオインフォマティクス解析により抽出することで、分裂方向シフトで誘導されるEMTに共通した遺伝子発現変化が明らかとなると考えている。さらに、RNA-seq解析から得られた、EMTに特徴的な発現変化を示す遺伝子を候補因子として、それらの発現の確認から、EMT表現型に関わる因子の遺伝学的な同定までを引き続き行う。また、EMT誘導後の腫瘍塊が、実際に生体内で腫瘍形成能があるのかどうかを、宿主個体への移植実験などで調べる予定である。上皮間葉転換(EMT)をはじめとする上皮可塑性は、胚発生や創傷治癒に必須の生理的な現象であるが、成熟した上皮で起こる場合、がんの転移をはじめとした病因になることが示唆されている。本年度は、細胞分裂方向シフトによってEMTが誘導されるまでの細胞ダイナミクスおよび遺伝子発現変化の解明に取り組んだ。分裂方向の変化で誘導されるEMTは、上皮細胞の基底方向への脱落に始まり、間葉遺伝子の発現へと続く。ショウジョウバエ翅原基において分裂方向の異常を誘導した細胞の脱落過程を詳細に観察したところ、脱落する基底側の娘細胞には極性タンパク質やジャンクションタンパク質が分配されず、上皮性を喪失している可能性が示唆された。またライブイメージング観察から、アピカル収縮とは異なるプロセスで脱落する様子も示唆された。上皮から脱落する細胞は、Matrix Metalloproteinase 1 (Mmp1)の発現を示す間葉様の細胞となることから、Mmp1のレポーター系統Mmp1-GFPでの観察によって、EMTのタイムコースをモニターした。さらに、Mmp1-GFPの発現レベルに基づいた間葉様細胞群と、正常な上皮細胞、それぞれの遺伝子発現プロファイルをRNA-seqにより取得して、バイオインフォマティクス解析した。その結果、Mmp1-GFPの発現レベルに基づいた細胞群で発現上昇および発現減少した遺伝子を観察することに成功した。

今後は顕著な発現変化を示した遺伝子に着目して遺伝学的な解析を行う予定である。今年度の計画では、細胞分裂方向の変化が誘導するEMTにおける細胞および分子特性を、イメージングとトランスクリプトームを組み合わせた解析を行うことで詳細に記述し、以降の研究計画の基礎を確立することを目指した。細胞特性に関しては、免疫組織化学とライブイメージング観察を組み合わせることで、EMT開始のプロセスにおいては、分裂方向の変化が上皮極性や細胞接着の喪失に先行することが確認できた。具体的にはジャンクションマーカーを用いた免疫染色やライブイメージング観察から、分裂方向の異常を経て細胞脱落する際に特徴的な細胞挙動を検出することに成功した。またMmp1-GFPの発現レベルは基底側に脱落した間葉様細胞で最も発現が高く、上皮中の細胞では弱から中程度の発現であったことから、EMTのタイムコースを同定できたと考えている。観察から明らかとなったMmp1-GFPの発現レベルを参照して、フローサイトメトリーによって細胞を選別して単離することに成功した。単離したMmp1-GFPの発現レベルに基づいた間葉様細胞群の遺伝子発現をRNAseq解析するところまで行った。RNAseqの結果は、EMTのタイムコースに応じた段階的な遺伝子発現の変化を反映している可能性があり、今後のバイオインフォマティクス解析で詳細を明らかにできると期待している。以上の結果は、細胞分裂方向の変化が誘導するEMTにおける細胞および分子特性の詳細を明らかにするという、今年度の計画を十分達成しているものであると考えられるため、おおむね順調に進展しているといえる。上皮間葉転換(EMT)をはじめとする上皮可塑性は、胚発生や創傷治癒に必須の生理的な現象であるが、成熟した上皮で起こる場合には、がんの転移をはじめとした病因になることが示唆されている。本研究では、申請者が見出したショウジョウバエ上皮における「細胞分裂方向のシフトによって誘導されるEMT」をモデルとして(1)分子・細胞レベルの特性、(2)EMT誘導に関わる因子の同定と機能、そして(3)EMTの脱分化や腫瘍悪性化への影響までを明らかにすることを目指す。本年度は、細胞分裂方向シフトによってEMTが誘導されるまでの遺伝子発現変化の解明に主に取り組んだ。上皮から脱落してEMT形質を示した細胞の遺伝子発現プロファイルをRNA-seqにより取得して、バイオインフォマティクス解析した。その結果、1057遺伝子が顕著に発現上昇しており、自然免疫反応やストレスシグナル経路、サイトカイン、分泌因子、さらにEMT転写因子が観察された。一方、間葉様細胞においては841遺伝子が発現減少しており、その中には翅原基の運命や正常発生を制御する遺伝子が観察された。実際に発現上昇あるいは減少したいくつかの遺伝子に関して、免疫組織化学で発現変化を確認することができた。この中で、EMT転写因子として知られるZEB1/zfh1が分裂方向の異常で誘導した間葉様細胞で発現変化していたことから、zfh1を細胞クローンで発現したところ上皮細胞の基底方向への脱落が観察された。さらに上皮組織中での細胞のzfh
漢方薬・西洋薬間相互作用の消化管細胞培養システムを用いたスクリーニング法

現代医療においては生活習慣病などの慢性疾患への対応や,医療費削減のための予防医学の重要性が認識されてきており,西洋薬と漢方薬が併用される機会はますます多くなってきている。しかし,漢方薬と同じ天然由来成分であるグレープフルーツジュースとカルシウム拮抗薬間の薬物相互作用が広く知られるようになり,漢方薬と西洋薬の併用に伴う薬物相互作用も懸念されている。近年,培養ヒト結腸上皮細胞(Caco-2細胞)を用いて,経口投与された薬物の消化管からの吸収および消化管における代謝や,薬物相互作用を予測する研究が盛んに行われている。そこで,本実験系を利用して,漢方薬がCaco-2細胞が発現する薬物吸収に関わるトランスポーターの発現に与える影響についての検討を試みた。実験では,Caco-2細胞に対して主に消化器系をターゲットとして使用される漢方薬エキスを投与し,代表的な薬物トランスポーターであるPEPT1およびそれと関連するアミノ酸トランスポーターであるASCT2の機能およびmRNA発現に与える影響について検討した。その結果,代表的な漢方薬については,それらの機能および発現に与える影響は無いことが明らかとなった。さらに検索対象を一般用漢方製剤に使用される生薬100種に拡大して検索したところ,PEPT1に対しては影響を示した生薬はみられなかったものの,ASCT2については呉茱萸がその機能およびmRNA発現に影響を与えることを見いだした。さらにその活性成分を探索し,compound 1を単離同定した。PEPT1はセフェム系抗生物質など多くの薬物を輸送することが知られており,その機能に影響を与える漢方薬,生薬が無かったことは,それらが薬物相互作用を引き起こす心配がないことを示した点で有用な医薬品情報といえる。また,ASCT2についてはそれが薬物を輸送する可能性については未知であり,さらなる検討が求められる。現代医療においては生活習慣病などの慢性疾患への対応や、医療費削減のための予防医学の重要性が認識されてきており、西洋薬と漢方薬が併用される機会はますます多くなってきている。しかし、漢方薬と同じ天然由来成分であるグレープフルーツジュースとカルシウム拮桔抗薬間の薬物相互作用が広く知られるようになり、漢方薬と西洋薬の併用に伴う薬物相互作用も懸念されている。近年、培養ヒト結腸上皮細胞(Caco-2細胞)を用いて、経口投与された薬物の消化管からの吸収および消化管における代謝や、薬物相互作用を予測する研究が盛んに行われている。そこで、本実験系を利用して、漢方薬がCaco-2細胞が発現する薬物代謝酵素シトクロムや薬物吸収に関わるトランスポーターの発現に与える影響についての検討を試みた。本年度は、新たなCaco-2細胞の培養実験系の立ち上げと、それに対する漢方薬の細胞毒性を測定した。また、次年度の準備として、主なトランスポーターのmRNA発現量の定量法の開発を行った。その結果、Caco-2細胞を安定して培養・維持できるようになり、アッセイに使用するための消化管膜状に分化させることが出来るようになり、またヒト常用量の漢方薬が消化管内液で希釈された程度の濃度では細胞毒性が見られないことを確認した。また、トランスポーターであるASCT2、GLUT1、EAAT1、PEPT1のプライマーを設計してリアルタイムPCRによりmRNAを安定して定量できるようになった。次年度は、実際に漢方薬およびそれが消化管内液に含まれる酵素で消化されたものが、実際にCaco-2細胞のトランスポーターmRNA発現に与える影響について検討する予定である。
希土類磁石中のＮｄ，Ｄｙの溶融塩中直接浸出・回収プロセスの開発

この研究は,ネオジム磁石(Fe-Nd-B合金)に使用されているNdやDyなどの希土類元素の安定確保という観点から,使用済み磁石や磁石スクラップからの希土類元素のリサイクル技術の開発である.450°Cの溶融塩中に,廃磁石からNd,Dy元素のみを選択的に溶出させることにより,Fe-Bは固体として回収し,一方,浸出したNd,Dyは溶融塩電解により陰極上に金属として回収する.電解浴である主要溶融塩成分を除外して考えると,溶融塩中の希土類元素は98%以上であり,鉄は2%以下であり,希土類を選択的溶出できた.一方,この溶融塩を用いて電解したところ希土類元素の組成が95%以上の析出物が陰極上に得られた.材料中へ少量添加するのみで材料の機能が向上する希土類元素は原産国の戦略物資であるため確保が難しい。本研究は廃希土類磁石から希土類を1プロセスで回収するプロセスを開発する研究である。Fe-Nd(-Dy)-B磁石は主成分が安価なFeであるため、酸に溶解後に溶媒抽出等により分離することは酸を多量に用いることやFeがスラッジとして大量に排出されるなどの問題がある。本研究は、廃磁石から溶融塩中に希土類元素のNd、Dyのみを浸出することにより、Fe-Bは固体として回収する。一方、浸出したNd、Dyは溶融塩電解によりカソード上に金属として回収するものである。昨年度は、溶融塩の選定と希土類磁石からの希土類の浸出分離について検討し、溶融塩中に98%前後の希土類が存在し、鉄は2%以下であった。今年度は処理量の増加とカソード電極上への析出について検討した。アノードにタンタルで作製した箱電極を用いることにより、電解による磁石粉の塩中への落下が防止でき、さらに廃磁石の処理量の増大が可能となった。また、電解後のネオジム磁石は磁石内部からの浸出が起こったために磁石形状が崩壊し、浸出しやすい形状となりタンタル箱電極は有効に働いた。各金属(Nd、Dy、Fe)のカソード分極曲線測定より、ー2.0V付近で溶融塩の分解によるLiの析出、Nd、Dyの析出電位はー1.8V付近で、Feの析出電位はー0.6V付近であった。これらのことから、レアアースよりFeの方が析出しやすく、浸出時にレアアースのみを塩中に選択的に浸出する必要があることがわかった。浸出電位ー1.0V、析出電位ー1.8Vで定電位電解することによってレアアースが選択的に浸出・回収可能であることがわかり、溶融塩中にレアアースが97%以上の組成で浸出し、また、レアアース組成95%以上の析出物が得られた。この研究は,ネオジム磁石(Fe-Nd-B合金)に使用されているNdやDyなどの希土類元素の安定確保という観点から,使用済み磁石や磁石スクラップからの希土類元素のリサイクル技術の開発である.450°Cの溶融塩中に,廃磁石からNd,Dy元素のみを選択的に溶出させることにより,Fe-Bは固体として回収し,一方,浸出したNd,Dyは溶融塩電解により陰極上に金属として回収する.電解浴である主要溶融塩成分を除外して考えると,溶融塩中の希土類元素は98%以上であり,鉄は2%以下であり,希土類を選択的溶出できた.一方,この溶融塩を用いて電解したところ希土類元素の組成が95%以上の析出物が陰極上に得られた.材料中へ少量添加するのみで材料の機能が向上する希土類元素は原産国の戦略物資であるため確保が難しい.本研究は廃希土類磁石から希土類を1プロセスで回収するプロセスを開発する研究である.Fe-Nd(-Dy)-B磁石は主成分が安価なFeであるため,酸に溶解後に分離することは酸を多量に用いることやFeがスラッジとして大量に排出されるなどの問題がある.本研究は,廃磁石から溶融塩中にNd,Dy元素のみを浸出することにより,Fe-Bは固体として回収する.一方,浸出したNd,Dyは溶融塩電解により回収するものである.今年度は,溶融塩の選定と希土類磁石からの希土類の浸出分離について検討した.最初に,選定した溶融塩中に純粋な希土類金属を浸漬し,アノード分極曲線により,酸化電位を測定した.同様に希土類磁石についても分極曲線を測定し酸化電位を測定した.このとき,磁石の成分の違い(メーカ,製造年等により希土類成分,ネオジム,ジスプロシウム,プラセオシウム量が異なった)により,酸化電位,分極曲線は異なっていた.これらをもとに分離浸出電位を判定し,電解により溶融塩中に希土類のみを浸出させた.浸出された磁石成分について,ICP発光分析,イオンクロマトグラフ,SEMーEDX等を用いて,浸出状態を評価した.電解浴である主要溶融塩成分を除外して考えると,その他の溶融塩中の元素は,希土類を多く含む磁石では98%以上,希土類の少ない磁石では97%以上の希土類が存在し,鉄は2%以下であった.希土類磁石からの希土類の選択的進出が可能であることが示された.

希土類磁石から希土類のみが浸出でき,溶融塩性分のLiとKを除外して考えると,溶融塩中に97%以上の純度を有する希土類塩となること,不純物としてのFeの量が2%以下であることが明らかとなった点で今年度の目的は達成したと判断できる.また,カソード電極上に水洗により消滅する金属の付着が確認できた場合もあり,このような活性な金属は希土類である可能性が高い.磁石,溶融塩,カソード電極上の3か所における希土類のマスバランス(存在量の収支)が取れていないため,次年度に集中的に評価し,析出効率や析出金属の純度などについても検討する必要がある.前年度に,希土類磁石から希土類元素のみを浸出できることが分かり,さらに,溶融塩中の鉄成分は2%以下であることが分かった.磁石中の希土類元素が少ない場合,磁石の酸化電位が貴に移行し,鉄が進出しやすい電位に近づくことに起因するものと考えられる.また,希土類の浸出とともに磁石が剥離・脱落する場合もあった.これは,表層に存在する希土類から浸出し,磁石内部の希土類は固体内拡散により表層に移動することに起因するものと考えられる.これらのことから,浸出速度を速くするには磁石を細かくし表面積を大きくすることが有効と考えられるが,磁石の保持という点では操作性が悪くなる.そこで,バケツのような箱型電極をタンタル金属で作製し,その中に磁石を入れて電解したところ,タンタル金属が磁石の浸出に影響を及ぼさないことが分かったので,この箱型電極を用いて,浸出を進める.一方,希土類金属のカソード析出については,予め溶融塩中にネオジム,ジスプロシウム,プラセオシウムを溶解しておき,それを模擬浸出後溶融塩として電解を行うことにより,カソード上への希土類の析出挙動について評価する.最終的に,模擬浸出溶融塩中での希土類の選択的浸出とカソード析出を行い,純度,効率等について検討する.ネオジム磁石をアノード電極として希土類の溶出実験によりを行い,前年度に確認されたカソード上の析出金属の組成,量や,溶融塩中の希土類の量などの物質収支をとることから始める.また,希土類磁石の組成の違いによる溶出挙動についても検討し,最終的に磁石の組成に依存しない最適な浸出条件を探索する.一方で,今年度の予定であるカソード電極上への希土類金属の析出挙動について調査する.予め溶融塩中に希土類金属塩を用いて,ネオジム,ジスプロシウム,プラセオシウムを含む模擬浸出液を作製し,電解実験により,カソード電極上への希土類の析出状態を把握する.とくに,浸出実験では溶融塩中に高濃度のDyやNdは存在しないため,析出挙動の正確な把握が難しい.そのため,予め希土類元素を溶融塩中に溶かし,希土類元素濃度の既知である溶融塩を作製することにより,カソード析出に関する効率や純度を正確に判断でき,選択的浸出ー析出の1プロセス回収への足がかりとなる.このとき,模擬浸出液の作製に使用する希土類金属塩が高価であるため,消耗品費のうち試薬費に多くあてる.さらに,重希土類のDyと軽希土類のNdを分離析出を見越し液体金属によるカソード電極を取り上げ,DyとNdの分離回収についても検討する.
中・東欧における法専門職の近代化過程に関する研究

本年度の目的は、19世紀から20世紀初頭の中・東欧、いわゆるハプスブルク帝国の領域における法曹団体の社会的役割を明らかにすることにあった。この目的のため、大きく三段階に分けた研究実施計画の第1期では、ドイツ法律家大会の活動概要に関する議事録および機関誌を収集し、この団体が統一編纂過程で法専門職集団として強い発言力を持ったことを確認した。続いて、ウィーン大学ブラウネーダー教授の論稿により、ハプスブルク帝国領域でも、ことにドイツ語で教育を受け、活動する法曹たちの間に類似の法律家協会が形成されたことを確認した。それらは、18世紀以来の読書協会と、法専門職の職能団体とが統合された団体であることが多い。ドイツ語以外の言語でも、モラヴィアのように、法律家協会の年次報告書が見つかっている。第2期では、ハンガリー国立図書館での資料収集と、パッサウで開催されたドイツ法制史学会での情報交換をもとにハンガリー王国内の法律家任意団体の活動を考察した。ドイツ法律家大会の理念に基づいた、とされる「ハンガリー法律家大会」の開催状況については、詳細な年次報告書が現地の国立図書館に残されている。その検討結果から、時宜を得た、重要な議題にも関わらず、大会の開催自体は11回で断絶してしまったことが明らかとなった。その要因として、開催地の首都ブダペシュトー極集中、政治への関与を避けて学問上の議論に特化する方針、経済面では自主的運営へのこだわり等が考えられる。以上の成果をまとめたのが熊本大学教育学部紀要論文である。なお、第3期との関係では、ハプスブルク帝国各地の弁護士会の活動内容について、オーストリア弁護士新聞および法律雑誌の報告にもとづき、まとめる作業が続いている。地方の法実務の実態、弁護士の地位向上への取り組みを明らかにする方針である。9月11日から27日にかけて実施した研究滞在では、ドイツ法制史学会とマックス・プランク・ヨーロッパ法史研究所(MPI)における意見交換や資料収集を行い、現地の研究状況の全体把握に努めた。まず、専門職に関する社会史研究では、伝統的に二大潮流がある。その一つはイギリス社会史で支配的であった見解であり、法曹の教育システムや自治組織の発達を近代化と認める。もう一方はドイツにおける大学での学識法曹と国家官僚化を二つの大きな前提と考える。双方を視座に据えながら実証的な研究を積み重ねようとする立場をチャールズ・マッククランが提唱し、今日の東欧研究者の多くもこれに同調する。組織・国家官僚・高等教育機関、三者の一定の流動性ある相互作用が専門職の発展過程と密接不可分に関わり、近代専門職とその代弁組織の全発展期を形成するというのが、その眼目であり、社会科学理論にとっても新たな展望を開く可能性をもたらすと考えられている。マッククランらを中心とするグループによれば、ドイツ諸邦国の法専門職の発展は、英米世界における専門職化の諸条件と東欧や非ヨーロッパの諸国におけるそれとの一種の中間地に立脚する。中・東欧諸地域に関する専門職発達史研究について、1995年には論文集『近代東欧における諸専門職』(独・英語)が公刊されている。MPIでは東欧法史プロジェクト課題の一つに法曹教育を取り上げ、東欧各国からの研究者参加による会議を重ね、報告集の刊行も間近い。ナショナリズムを克服し、例えばルーマン法社会学による説明や地域間交流の実証研究に注目している。また、ほかに得られた知見の一つとして、東欧では、民族的・階級的・宗教的諸問題が果たす役割は大きく、少数の近代的専門職を土着的社会に円滑に統合することは、しばしば地方的諸条件によって妨げられている。本年度の研究の主目的は、旧ハプスブルク帝国内の諸地方レベルで組織されていた法曹関係諸団体の設立や活動状況を整理することにあった。ソ連・東欧史研究会における報告と討論(2007年5月26日、福岡)、刊行物の入手、国内における資料収集(大阪大学図書館、京都大学法学部図書館)、オーストリアにおける短期研究滞在(ウィーン大学法学部法制史研究所および国立図書館における資料収集)を経て得られた知見および問題意識は、以下の通り。1.ドイツでは、19世紀前半から法律家協会の成立が各地でみられるが、これを範として、オーストリアの各地における法律家協会は、1860年代以降に組織され、法学や立法作業への意見交換の場として機能している。オーストリア=ハンガリー二重体制となった1867年以降にみられるハンガリー側の同種の諸団体は、オーストリア側と一線を画しつつも、ドイツ法律家会議を範としていることに特徴がみられる。2.法学教育や法曹養成制度の整備は啓蒙期に遡る。ハンガリーにおける事例を紹介した、カタリン・ゲンツィ「啓蒙期および三月革命前期における王立法科学院の法曹養成」(2006)では、ドイツ法学の影響が強調されている。3.ハンガリーまで含めて、旧ハプスブルク帝国各地で組織された要な法専門職諸団体としては、法律家会議、裁判官協会、弁護士会、公証人組合、官僚組合といった職能別団体が認められ、法専門雑誌も刊行されている。この他、知の源泉として図書施設や刊行物を管理した法・政治読書協会の役割が、存続期間の長さと蔵書・構成員の質から注目される。4.以上のような諸事実をふまえ、視点の転換も必要とされる。例えば、ハンガリーまで含めた諸地域の法曹界を、一方的にドイツ法学界の受容者とみる以外に、各々の地域で法実務・法学の構築に向けた主体的な動きという側面を認めることも可能ではないか。

この目的のため、大きく三段階に分けた研究実施計画の第1期では、ドイツ法律家大会の活動概要に関する議事録および機関誌を収集し、この団体が統一編纂過程で法専門職集団として強い発言力を持ったことを確認した。続いて、ウィーン大学ブラウネーダー教授の論稿により、ハプスブルク帝国領域でも、ことにドイツ語で教育を受け、活動する法曹たちの間に類似の法律家協会が形成されたことを確認した。それらは、18世紀以来の読書協会と、法専門職の職能団体とが統合された団体であることが多い。ドイツ語以外の言語でも、モラヴィアのように、法律家協会の年次報告書が見つかっている。第2期では、ハンガリー国立図書館での資料収集と、パッサウで開催されたドイツ法制史学会での情報交換をもとにハンガリー王国内の法律家任意団体の活動を考察した。ドイツ法律家大会の理念に基づいた、とされる「ハンガリー法律家大会」の開催状況については、詳細な年次報告書が現地の国立図書館に残されている。その検討結果から、時宜を得た、重要な議題にも関わらず、大会の開催自体は11回で断絶してしまったことが明らかとなった。その要因として、開催地の首都ブダペシュトー極集中、政治への関与を避けて学問上の議論に特化する方針、経済面では自主的運営へのこだわり等が考えられる。以上の成果をまとめたのが熊本大学教育学部紀要論文である。なお、第3期との関係では、ハプスブルク帝国各地の弁護士会の活動内容について、オーストリア弁護士新聞および法律雑誌の報告にもとづき、まとめる作業が続いている。地方の法実務の実態、弁護士の地位向上への取り組みを明らかにする方針である。
microRNA導入幹細胞による新規放射線増感法の開発

膵癌細胞株(PANC-1)に対して、マイクロRNA(miR99b、miR101-1、miR144)のトランスフェクションを行い、GFPが発現している細胞割合を蛍光顕微鏡を用いて確認した。何度か手技を工夫した結果、トランスフェクション効率は45%程度と考えられた。また、購入したマイクロRNAを今後の研究で頻回に使用する予定であるので、遺伝子組み換え実験申請の上で、大腸菌を用いたプラスミドDNAの大量回収を行った。次いで、各種のマイクロRNAによる放射線増感の確認のため、マイクロRNAをトランスフェクションした膵癌細胞株に対して電離放射線の照射を行っている。トランスフェクションした膵癌細胞株への照射に先立って、コントロールとしてトランスフェクションを行っていない膵癌細胞株に対して、当院で照射可能な電離放射線である陽子線、炭素イオン線の照射を行い(陽子線は0Gy、2Gy,4Gy,8Gyの照射、炭素イオン線は0Gy、1Gy、2Gy、3Gy、4Gyの照射)、コロニーアッセイ法で各線量における生存率のデータを取得した。次いで、ヘリウムイオン線による照射を行い、コントロールデータの取得を行っている。コントロールデータがそろい次第、マイクロRNAをトランスフェクションした膵癌細胞株に対して、上記の各種電離放射線を照射し、放射線増感の効果を確認したのち、脂肪由来間葉系幹細胞にmicroRNAのトランスフェクションを行い、膵癌細胞株と共培養を行った上で、同様の手順で増感作用を確認する予定としている。当初膵癌細胞株へのトランスフェクションがうまくいかず、実験手技の工夫・向上に時間を要した。また、電離放射線のスケジューリングに関して、実臨床施設の設備を利用しているため制約がある。また、膵癌細胞株(PANC-1)への陽子線・炭素イオン線の照射の基礎データは文献的にもほとんど存在せず、播種細胞数などにも調整が必要であった。引き続き、In vivoでの研究を継続する。現在まで照射している陽子線・炭素イオン線に加え、今後実臨床での使用が広がると思われるヘリウムイオン線に関しても照射実験を行う予定である。膵癌細胞株としては、MiapacaやPANC-1など複数の細胞株がこれまでの研究で用いられているが、既報告での使用経験か多く後述のmTORに関与した放射線増感の研究で用いられた実績のある、膵癌細胞株(PANC-1)を選択し、初代培養をおこなった。マイクロRNA expression vectorトランスフェクションの際にはVectorがトランスフェクションされた際にG418(ネオマイシン)耐性を獲得することから、G418(ネオマイシン)でセレクションを行う。このため、G418(ネオマイシン)作用適正濃度の検討をおこなった。0.1mg/ml、0.2mg/ml、0.5mg/ml、1.0mg/ml、1.5mg/mlまでのそれぞれの濃度で検討を行った結果、0.5mg/ml作用細胞で50%死滅が確認され、これより0.8mg/mlでのセレクションを行う方針とした。次いで使用するマイクロRNAの選別を行ったが、mTOR kinaseのdown regurationによる電離放射線感受性を示すmiR99bやその過剰発現がE-カドヘリンレベルの発現を増強し、膵癌腫瘍増殖速度を低下させるmiR101-1、その他miR144を選択し、今後はPANC-1膵癌細胞へのトランスフェクションを行ったのち、リアルタイPCRおよびウエスタンブロッティング法による発現確認し、電離放射線の照射を行っていく予定である。これらのマイクロRNAによる放射線増感が確認されれば、次は脂肪由来間葉系幹細胞にmicroRNAのトランスフェクションを行い、PANC-1と共培養を行ったうえで同様の手順で増感作用を確認する予定としている。ウエスタンブロッティングの化学発光検出・記録に用いるゲル撮影装置の故障のため、再購入を行い、やや遅延した。また、microRNAが多種にわたっており、その選別に時間を要した。

また、膵癌細胞株(PANC-1)への陽子線・炭素イオン線の照射の基礎データは文献的にもほとんど存在せず、播種細胞数などにも調整が必要であった。引き続き、In vivoでの研究を継続する。PANC-1細胞へのmiRのトランスフェクション・発現の確認・電離放射線の照射を行う。なお、本施設でのX線照射装置が利用困難となったため、粒子線治療装置で代替を行う予定である。現在まで照射している陽子線・炭素イオン線に加え、今後実臨床での使用が広がると思われるヘリウムイオン線に関しても照射実験を行う予定である。ウエスタンブロッティングの際に用いるゲル撮影装置の不具合のため、新規購入が必要となり、前倒し請求を行った。その後、microRNAの購入を行う予定であったが、すでに数千種をこえる種類が報告されているmicroRNAの選別に時間を要してしまい、H29年度内に購入することができなかった。次年度使用額として繰り越した分で、当初の予定通りmicroRNAの購入を行う予定である。膵癌細胞株へのトランスフェクションをはじめ、各種の手技の確立に時間を要してしまい、共培養実験に使用する脂肪由来間葉系幹細胞の購入ができなかった。次年度使用額として繰り越した分で、当初の予定通り脂肪由来間葉系幹細胞の購入を行う予定である。
ユビキタス社会支援のための時空間データベースによる情報統合の研究

本研究では、適切なデータベース設計によってユビキタス社会を支援するモデル化手法を提案し、マルチメディアデータベースによって対象空間に存在するオブジェクト・操作・状態を意味の観点から統合・共有するシステムを構築する。平成17年度までに得られた成果を発展させ、平成18年度は以下の項目を実施した。1)オントロジ構築支援ツールの実装応用事例に依存したオントロジを設計・編集するために、オントロジ言語OWLを用いたオントロジ編集ツールを作成した。2)「概念的操作状態」と「現実状態」の統合方法の提案RF-IDリーダとRF-IDタグから「現実状態」を取得し、「概念的操作状態」との差分を検索することでその乖離を抽出し、利用者に提示するシステムの実装と評価を行った。3)エージェントによる「現実状態」の収集方法の提案4)オブジェクト登録支援システムの設計・実装と評価新規オブジェクトを登録する際に、オブジェクトに付されたバーコードIDや形状データをキーとして登録されている意味情報を検索し、適切なオントロジ要素を推奨する、クエリフィードバック方式の提案を行い、評価した。5)実用評価RF-IDリーダとタグを追加導入し、評価に必要なデータは謝金を用いてデータ入力を行って、概念共有環境CONSENTの実用評価を行った。6)三次元医療画像の一種であるPET(陽電子放射断層撮影)画像データベースを構築し、医師らの情報共有支援手法の事例として再現的可視化手法を提案し、実装を行った。本研究では、適切なデータベース設計によってユビキタス社会を支援するモデル化手法を提案し、時空間データベースによって対象空間に存在するオブジェクト・操作・状態を意味の観点から統合・共有するシステムを構築する。すでに一部を構築していたプロトタイプを、平成17年度からの本事業によって発展させ、以下の項目を実施した。1)オフィスオントロジの作成すでに購入済みであった、EDR電子化辞書のうち概念辞書を参考として、オフィス情報共有のための意味情報を抽出してオントロジを作成した。2)オブジェクト登録支援システムの設計・実装と評価実際に、形状データとオントロジの両者を登録できるデータベースを設計し、新規オブジェクトを登録する際にデータベースを検索して適切なオントロジ要素を推奨するシステムを実装した。3)「オフィス仮想環境」のプロトタイプを実装と、マルチユーザでの利用評価構築したプロトタイプによって、複数利用者で情報共有ができることを評価した。4)ユビキタス家具の作成RF-IDリーダおよびタグを購入し、実際の家具に設置して「ユビキタス家具」を作成し、提案手法の実現性を評価した。5)実験用データの作成複数利用者による日常生活実験のため、手入力によるデータ入力を行い、実験用データを作成した。6)提案手法による日常生活支援実験作成した実験用データを用いて日常行動をパターン化し、ユビキタス環境で行動支援を行う手法を提案し評価した。7)統合環境の提案本研究全体の統合環境として「概念共有環境CONSENT」の提案を行ったまた、提案手法の異なる応用事例として、三次元医療画像の一種であるPET(陽電子放射断層撮影)画像データベースを構築し、医師らの情報共有支援手法の評価を行った。
時空の対称性の研究とそのインフレーション理論への応用

1.曲がった時空を扱う相対論に於いて時空の対称性という考え方がこれまで重要な役割を果たしてきたことから,時空の対称性の拡張であるKilling-Stackel対称性について,表現論に基づいたキリング方程式の可積分条件の定式化した.本研究の成果により,新しい可積分模型を発見する系統的な手法が確立した.また,Killing-Stackel対称性が測地線方程式に対する多項式型保存量と関係することから,有理型保存量と関係する時空の対称性について考察を行い,Killing-Stackel対称性を拡張することにより有理型保存量と関係するテンソル場について定式化を行った.これにより,これまで考えられてきた可積分模型と異なる種類のものがたくさん得られる可能性がある.3.厳密に解ける量子力学系の可積分構造として知られていた昇降演算子と絡合演算子の構造を組み合わせ,さらにそれらを拡張する新しい構造について定式化した.4.古くから対称性をもつ時空とその上を運動する物質のふるまいについて盛んに研究されてきたから,時空が共形不変性をもつ場合に有質量スカラー場のあいだにどのような関係が成り立つのかについて考察し,時空が「閉じた」共形不変性をもつEinstein時空(具体例として、定曲率の時空を含む)であれば,有質量スカラー場が無質量スカラー場から構成できることを発見した.現在,共形不変性の拡張を考えることにより任意質量の有質量スカラー場を無質量スカラー場から構成できる可能性について,研究を継続中である。28年度が最終年度であるため、記入しない。曲がった時空を扱う相対論に於いて、時空の対称性という考え方がこれまで重要な役割を果たしてきた。それは、時空の性質のみならずそこで振舞う物質の運動も簡単に扱えるようになるからである。時空にKilling-Yano対称性とよばれる対称性が存在する場合、自由粒子の運動やスカラー場、ディラック場の従う運動方程式に対する保存量の存在が示されている。また、Killing-Yano対称性がブラックホールを完全に特徴づける対称性であることも解明された。我々の研究では、ブラックホール時空にとどまらず、あらゆる時空に対するKilling-Yano対称性を系統的に調べる手法を提案した。具体的には、力学変数の微分も独立な力学変数とみなすことによりKilling-Yano対称性を定義する微分方程式系を扱いの簡単な一階線形偏微分方程式系へ変形し、その解のなすベクトル空間の次元について考察した。そして、あらゆる時空に対する「Killing-Yano対称性をかぞえるための公式」を与えた。論文では、宇宙論モデルに使われるフリードマン時空から、ブラックホール時空や重力インスタントンなど様々な時空の対称性について調べた。平行して、可積分なハミルトン力学系についての研究も行った。ハミルトンーヤコビの方法に代表されるように、与えられた古典力学系がリウヴィル可積分であるか判定する方法には使用できる状況が限定されているものが多い。本研究では、通常とは逆からのアプローチを取り、リウヴィル可積分を可能とするポテンシャルを系統的に解析し、いくつかの場合に具体的にポテンシャルを書き下すことに成功した。1.時空のKilling-Yano対称性を調べる手法を確立させたことが初年度の実績であった。時空がKilling-Yano対称性を持つとき、同時にKilling-Stackel対称性をかならずもつ。しかし、一般にその逆は成り立たない。したがって、本年度では、このギャップがいつ成り立つのかについて調べた。そして、Killing-Yano対称性に対する手法を応用し、Killing-Stackel対称性に対しても類似の手法を確立させた。2.初年度に研究したKilling-Yano対称性とは、Killingベクトルの反対称テンソルへの拡張である。一方、Killingベクトルにはaffineベクトルとよばれる、測地線と関連した時空の対称性を記述するベクトルが知られている。これらの考察より、affineテンソルと呼ぶべき、affineベクトルの反対称テンソルへの拡張を考え、それらの性質について考察した。3.1により確立させた手法を用いて、Einstein-Maxwell系のself-dual Plebanski-Demianski解とよばれる空間にKilling-Yano対称性が存在することを示した。また、そのKilling-Yano対称性を利用し、未発見であった超対称性についても指摘することができた。そのほか、self-dual Plebanski-Demianski解に対するさまざまな幾何学的性質について考察した。4.予想していなかった成果として、曲がった時空が「閉じた」共形対称性を持つ場合、ある質量を持った有質量スカラー場が無質量スカラー場から構成できるという新しい側面を発見した。時空の対称性に関する研究で得られた見識をコンパクト化された宇宙モデルの構築へと応用させることが本計画の柱であるが、現在、宇宙論モデルの構築へと本格的に研究を移すことが出来ていない。しかしながら、これは時空の対称性に関する研究において予想していなかった成果が得られたことが原因であり、むしろ喜ばしいことである。とくに、この成果は当初予定していた計画に新しいアイデアや視点を与えてくれる可能性があることから、総合して、本計画はおおむね順調に進展していると言える。