hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ナノサイズ反応容器・内包フラーレン内での化学反応追跡

Gd二量体が内包されたGd2@C80,Gd2@C78の負イオンについては,共にスピン量子数がS=15/2と決定でき,2つのGdの4f軌道上にある7個のラジカル電子,負イオン化のために付加されたラジカル電子1個,合計15個の電子が強磁性的に結合したスピン状態であると決定した.以上の研究成果を論文発表・学会発表を行った.基底状態の窒素原子と水素分子を,フラーレンケージ内・数オングストローム範囲に閉じ込めたときに起こる化学反応性をESR測定を用いて詳細に追跡して,論文発表した.また,気体状態の酸素分子の基底電子スピン三重項状態を,極低温下でESR検出することに成功し.これも論文発表した.一般的に単独では不安定なランタノイドGd金属の単量体や二量体をフラーレンケージ内に固定し,単量体としてGd@C60(CF3)3の形で精製単離し,二量体としてはGd2@C80負イオン,Gd2@C78負イオンとして精製単離することに成功し,極低温ESR測定でそれらのスピン状態を曖昧さ無く決定でき,研究成果を学会発表した.研究課題名「ナノサイズ反応容器・内包フラーレン内での化学反応追跡」に沿った実績を目的として,外科手術的有機化学合成法で酸素分子O2とNOラジカルがフラーレンケージC60に内包された分子(O2@openC60,NO@openC60)を得て,電子スピン共鳴(ESR)測定と1H-NMR信号を観測することに成功した.O2@openC60では,フラーレンケージ内においても気体酸素での基底三重項状態が保存され,固体粉末状態でのSQUID測定とESR測定が可能であった.特にESR測定により基底三重項状態がフラーレンケージにより対称性低下の摂動を受けることを確認した.NO@openC60では,溶液状態で明瞭な1H-NMR信号とESR信号を観測出来たが,室温と極低温条件下で二つの測定結果は相補的なものになった.つまり,室温では1H-NMR信号のみが,低温ではESR信号のみが観測され,その分子磁性が大きく温度依存して,スピン状態の緩和過程が分子磁性を特徴付けている.特に,一酸化窒素NOラジカルは、軸対称なパイ軌道上に不対電子を持つため、電子スピン軌道相互作用が強く影響して、気相状態(無摂動状態)では明瞭なESR信号が得られないが,NO@openC60ではフラーレンケージからの摂動により極低温になると強いESR信号が得られたことは注目される.NO@openC60のスピン状態の詳細な追跡のため,極低温5KでのパルスESR測定を行った,電子スピンエコー磁場掃引(ESEFS)スペクトルは,CWスペクトルと良い対応関係を示した.各共鳴磁場での電子スピンエコー信号減衰変調(ESEEM)スペクトルには,13Cと1Hの核スピンZeeman周波数が観測され,二次元HYSCOREスペクトルに対応する対角ピークが観測されたことから,電子スピン緩和時間T1, T2はサブミリ秒あることが確かめられた.まず,課題として残っている(N+H2)@C70系の極低温における凍結溶液中ESRスペクトルの解析を行う.極低温のスペクトルが示す大きな異方性の由来を,合理的に説明できる理論的な裏付けをしなければならない.
金属ナノ材料の疲労とその力学

H30年度の研究実績は、以下のように纏めることができる。1.現有の電界放出型透過型電視顕微鏡(FE-TEM)用のその場観察負荷試験装置を開発した。当該装置については、ナノサイズのサンプルに対する引張ー圧縮繰り返し負荷を可能とする設計を行った。2.直径100 nm未満の棒状銅(Cu)単結晶を搭載したオンーチップ型試験片を作製し、現有のFE-TEM用押し込み試験装置を用いて、予備検討として擬似的な両振り繰り返し変形試験を実施した。本試験片は、菱形形状を有するシリコン(Si)フレーム上に棒状Cu単結晶が取り付けられた構造を有しており、フレームの頂点を押すことで、Cu単結晶に引張変形を与えることができる。さらに、Siフレームは弾性変形のみを行うことから、除荷の際、引張変形時に塑性伸びを示したCu単結晶に圧縮負荷を与えることができる。実験の結果、繰り返し変形を受ける試験片内部の透過観察に成功し、その挙動を追従できることを確認した。一方、棒状Cu単結晶の作製およびフレームへの取り付けには集束イオンビーム(FIB)を用いたため、単結晶表面にはナノレベルの加工層およびデポ層が残存し、変形挙動および観察像に影響を及ぼすことがわかった。このため、極力FIBを使わず、試験片の準備および試験機への把持を可能とする手法について検討を行った。3.走査型電視顕微鏡内において引張圧縮試験を別途実施し、対象の試験片の疲労挙動(荷重ー変位関係、表面の損傷等)を明らかにした。さらに多重すべりを有するCu単結晶に対してもその場観察繰り返し負荷試験を実施し、単一すべり方位を有する試験片とは大きく異なる挙動を示すことを明らかにした。4. Cu単結晶試験片を対象とした分子動力学解析および転位動力学解析のプログラムの構築を行った。大規模解析に伴い、必要な計算システムを導入した。H30年度の研究計画は、1.ナノマイクロ材料に対する引張圧縮繰り返し負荷を実現する透過型電子顕微鏡用負荷試験装置の開発、2.走査電子顕微鏡内における引張圧縮疲労試験の予備的検討、3.解析用プログラムの構築、である。申請時の予定に沿って、ナノマイクロ材料を対象とした微小負荷試験装置の開発を行った。透過型電視顕微鏡において引張・圧縮繰り返し負荷が可能な負荷試験装置は存在しなかったが、負荷方法と試験片把持方法に関する独自のアイデアと設計により、目的とする試験装置の実現に成功した。また、予備的な引張圧縮試験によって、微小材料は、マクロ材とは大きく異なる疲労挙動を示し、特に単一すべり方位を有する単結晶試験片では、マクロ材で形成されるはずの特有の転位構造を生じずに疲労損傷に至ることを明らかにした。また、試験片作製に関する問題点(ナノレベルの加工層の残存)も特定し、それを解決するための手法も考案した。疲労変形を対象として分子動力学解析および転位動力学解析プログラムの整備を行い、実際に解析モデルを作成して解析を実施し、その問題点の抽出および対処方法を決定した。研究過程において、当初の想定とは異なる幾つかの問題が発生したが、対策を実施し、研究計画を達成した。研究は順調に進展している。1前年度考案した試験片の作製手法および把持手法について、現有の走査型電視顕微鏡および微小作動ステージを用いて検証を行う。実現に必要な諸条件を特定する。2開発した微小負荷試験装置に対して、1で特定した諸条件を用いてナノ試験片を設置し、その場観察引張圧縮繰り返し負荷試験を実施する。対象材料は、銅および金単結晶とする。高い時間分解能および像分解能を有するカメラを用いてその場観察で動画を取得し、繰り返し変形を受けるナノ試験片内部の挙動を特定する。とくに、転位の増殖および消滅機構に着目して観察を行う。内部の挙動に連動した試験片形状の変化についても特定する。3前年度に引き続き、転位動力学解析および分子動力学解析の計算手法およびプログラム構築を行う。必要に応じて、他の解析手法についても検討を行う。

さらに多重すべりを有するCu単結晶に対してもその場観察繰り返し負荷試験を実施し、単一すべり方位を有する試験片とは大きく異なる挙動を示すことを明らかにした。4. Cu単結晶試験片を対象とした分子動力学解析および転位動力学解析のプログラムの構築を行った。大規模解析に伴い、必要な計算システムを導入した。H30年度の研究計画は、1.ナノマイクロ材料に対する引張圧縮繰り返し負荷を実現する透過型電子顕微鏡用負荷試験装置の開発、2.走査電子顕微鏡内における引張圧縮疲労試験の予備的検討、3.解析用プログラムの構築、である。申請時の予定に沿って、ナノマイクロ材料を対象とした微小負荷試験装置の開発を行った。透過型電視顕微鏡において引張・圧縮繰り返し負荷が可能な負荷試験装置は存在しなかったが、負荷方法と試験片把持方法に関する独自のアイデアと設計により、目的とする試験装置の実現に成功した。また、予備的な引張圧縮試験によって、微小材料は、マクロ材とは大きく異なる疲労挙動を示し、特に単一すべり方位を有する単結晶試験片では、マクロ材で形成されるはずの特有の転位構造を生じずに疲労損傷に至ることを明らかにした。また、試験片作製に関する問題点(ナノレベルの加工層の残存)も特定し、それを解決するための手法も考案した。疲労変形を対象として分子動力学解析および転位動力学解析プログラムの整備を行い、実際に解析モデルを作成して解析を実施し、その問題点の抽出および対処方法を決定した。研究過程において、当初の想定とは異なる幾つかの問題が発生したが、対策を実施し、研究計画を達成した。研究は順調に進展している。1前年度考案した試験片の作製手法および把持手法について、現有の走査型電視顕微鏡および微小作動ステージを用いて検証を行う。実現に必要な諸条件を特定する。2開発した微小負荷試験装置に対して、1で特定した諸条件を用いてナノ試験片を設置し、その場観察引張圧縮繰り返し負荷試験を実施する。対象材料は、銅および金単結晶とする。高い時間分解能および像分解能を有するカメラを用いてその場観察で動画を取得し、繰り返し変形を受けるナノ試験片内部の挙動を特定する。とくに、転位の増殖および消滅機構に着目して観察を行う。内部の挙動に連動した試験片形状の変化についても特定する。3前年度に引き続き、転位動力学解析および分子動力学解析の計算手法およびプログラム構築を行う。必要に応じて、他の解析手法についても検討を行う。
ダイナミックトリチウムトリック法に関する研究

照射による材料の特性の変化には、照射中に発生するヘリウム(He)の量に対する欠陥生成量の比(He/dpa)が大きな影響を及ぼすことが知られている。このため、Heを大量に発生する核融合中性子による照射と、材料開発におもに用いられている核分裂中性子による照射とでは、照射効果が大きく違うと考えられている。ステンレス鋼等においては適当なアイソトープを用いて核分裂中性子照射でも核融合炉条件に相当する適切なHe/dpaを得ることが可能であり、すでにそのような試みがなされている。バナジウム(V)合金は低放射化等の有利な特性を備えているため、核融合炉材料として有望視されているが、Heを大量に発生するような好都合な同意元素が存在しない。本研究で開発しようとしているダイナミックトリチウムトリックとは、トリチウム(T)を含ませたV合金試料をそのまま原子炉中で照射するというものである。TはV合金中に均一に固溶し、中性子による照射中にほぼ一定の速さで壊変してHeになる。従って、He生成と照射が同時に進行するという核融合炉条件の理想的な模擬照射が実現できる。試料中のTを適度の量に保つことにより核融合炉条件に対応するHe/dpaの値を得ることが可能である。本研究ではこの技術の物理的側面からの詳細な検討と同時に、経済性と安全性の観点からのこの技術の最適化を行った。その結果、この技術が経済的にも安全性の観点からも合理的な範囲内で実現できる見通しが立った。また、Tの気相からの導入の際に問題となる。V合金試料へのTの吸収過程についても実験を行った。それによれば、Tは室温付近ではV試料と共存させても試料内には侵入せず、試料を納めたキャプセル温度を約350°C迄昇温して初めて試料内に溶解し、Heに変わることが明かとなった。このことは、中性子照射と同時にHeを注入するという本技術の目的のために極めて好都合な結果となっている。
ヒト大腸高分化型腺癌細胞が細胞間接着を維持しつつ集団として遊走する機序の解析

(2)HGF/SFによるcohort migrationの際もTPAによるものと同様、電顕的には細胞上部で細胞接着を保ちながら、細胞下部での細胞間隙が増大して先導葉の伸展が可能となり、細胞集団としての移動が生じていた。(3)E-cadherinの発現はTPAの場合と同様、光顕レベルでは移動細胞間で減少し、電顕レベルでは細胞上部の細胞接着部で認められた。(4)HGF/SFの受容体であるc-met mRNAの発現はNorthern blotにて、cohort migrationを示す細胞株よりもscatteringを示す細胞株で高い傾向が認められた。(5)scatteringを示すLoVoではcohort migrationを示すL10細胞よりもc-Metの発現が高く、E-cadherinの発現が低かった。しかし両者においてHGF/SFによるE-cadherin/catenin complex(ECC)発現の蛋白レベルでの変化は認められなかった。またTPAの場合と異なり、ECCのチロシンリン酸化の変化も認められなかったが、ECC中のalpha-catenin量はHGF/SF処理により減少しており、その程度はLoVoの方がL10よりも強かった。
エリスロポエチン受容体を介した赤血球細胞増殖分化機序の解析

マウス,エリスロポエチン(Epo)レセプタ-遺伝子を用いた赤芽球細胞の増殖分化の分子機構を解析し以下の点を明らかにした。1.Epoレセプタ-(ER)の30種以上に及ぶ部分欠失体,アミノ酸変異体,他のサイトカインとのハイブリッド体を作成し、その生機能を解析した結果、1L2レセプタ-β鎖とはホモロジ-のない細胞質例の9アミノ酸領域が生理活性に重要であり、またこの領域はホモロジ-が殆んどないと言われていた他のサイトカインレセプタ-と共通のアミノ酸配列があることが判明した。またWSXWSモチ-フの中でトリプトファン残基がEpoの結合,シグナル伝達に重要であることを証明した。2.ERを介したシグナル伝達に於ける4ロシンキナ-ゼの役割を解析した結果、ERによる増殖シグナルには1L3,1L5,GMーCSFと同様の5種のチロシンリン酸化蛋白が急速に一過性に出現するが、ERによる細胞分化のシグナルには増殖の時と同じ90KDaのリン酸化蛋白が唯一出現するだけであることが判明し,ERを介した細胞分化と細胞増殖のシグナルにおける4ロシキナ-ゼの活性化パタ-ンが異まっていることを明らかにした。3.ER遺伝子の発現は、赤血球特異的遺伝子発現制御因子GATAー1によってトランス活性化されることを、トランジェントアッセイ、ゲルシフトアッセイ,フットプリンティングにより証明した。更にERを介したシグナルによるGATAー1遺伝子の活性化も見い出し、GATAー1因子の赤血球細胞化決定因子としての役割を証明した。4.ヒトER遺伝子を単離した際に、トランスメンブラン領域以下を含まないヒトの可能性Epoレセプタ-遺伝子を単離し、可溶性レセプタ-が種を越えて存在することを証明した。
顎口腔領域疾患において喪失された骨の再生メカニズムの解明

顎口腔領域はヒトが生きていくのに非常に重要な機能(咀嚼、嚥下、会話、審美)を持っている。顎口腔領域の疾患によりそれらの機能が喪失された場合にはQOLが非常に低下することが考えられる。顎口腔機能を保持するための重要な器官としては「骨」があり、それら機能の中枢を司っている。それゆえ骨が喪失し、機能を失った場合にそれらを回復させることを研究することは非常に重要なことである。本研究の目的は骨という器官の環境を理解し、いかに回復させるかもしくは新生させるかを臨床的な観点だけではなく基礎的な観点からも考慮することである。臨床の現場では喪失した骨は自家骨もしくは人工的な補填剤を利用することが多い。その場合には侵襲や有害事象の発症に関して考慮しなければならないが、質的にも量的にも良い骨を回復もしくは新生させるかは今も大きな課題である。骨環境には主に3種の役者があり、骨芽細胞、骨細胞、破骨細胞である。実際の生体ではこれら3種が複雑なネットワークを形成し、骨代謝が行われている。どれか一つだけ取り出してのin vitro研究には意味がなく、骨代謝ネットワークを理解するには生体側での研究が必要である。なかでも骨細胞は骨環境では一番多く存在し、その機能はあまり知られていないので現状である。本研究では骨細胞に着目し、骨代謝への関わりを探求し、実際の臨床に応用することが目的であった。顎口腔領域の疾患により損失した骨は数回の外科的処置を繰り返すことにより本来持つ骨形態の回復に有効であることがわかった。ただし、そのためにはどの役者でどのような因子が関わっているのかを基礎的な観点から検索する必要がある。顎口腔領域では様々な疾患により形態や機能を維持ならびに支持する骨が喪失される。骨喪失に伴い口腔機能である咀嚼・嚥下・発語などの低下を招き、QOLに大きな影響を与える。疾患を除去した後の骨形態による回復が重要な課題である。平成28年度の研究計画は骨代謝環境下における骨細胞の役割とその意義であった。骨細胞を組織化学的に観察すると神経系ネットワークのような無数の手を伸ばし、お互い連絡しているようである。また、骨代謝環境下では骨芽細胞や破骨細胞よりも骨細胞の数が多いが、未だその役割は未知な部分が多い。無数にある骨細胞には重要な役割が存在する可能性が示唆されるため、骨細胞に着目した研究には意義がある。骨細胞が骨再生にどのような役割があり、またどれほど重要なポジションにあるかを検索中である。骨代謝は3種の細胞、すなわち、骨芽細胞、破骨細胞、骨細胞が関与し、また、お互いが複雑なネットワークを持ち、それらの相互関係により成り立っている。骨再生のメカニズムを検索するには実際の生体モデル、例えばラットなどで行うことが重要である。神経系ネットワークのようなものが骨細胞間にもあると考えると、骨再生には神経伝達物質が関与している可能性が十分に示唆される。そのため、実験動物に数種類の神経伝達物質を浸漬させたボーンジェクトを骨欠損部に充填し、骨再生速度や周囲骨細胞の挙上をみることで、骨代謝における骨細胞の役割を検索でき、現在施行中である。神経伝達物質には種々の因子があり、どの因子が一番骨細胞ネットワークの活性化に重要であるかを探索中であるため、やや遅れている。ただし、因子がある程度決定次第、実験は進むと考えている。顎口腔領域は咀嚼、嚥下や発音などの機能を担うだけではなく、顔面の形態を保持し、その喪失が審美や精神面にもかかわる領域として極めて重要である。機能や形態を良好に保持するためには顎骨は非常に重要な器官であるといえる。口腔領域に発生する疾患により骨が喪失した場合は人工的な骨補填剤もしくは自家骨を利用することになる。人工的な骨補填剤は感染などのリスクがあり、また、自家骨を使用した場合、手術侵襲が大きくなり、他臓器に影響をおよぼす。本研究では骨が喪失した場合に侵襲や有害事象をいかに低く、質的にも量的にもいかに良質な骨を新生させるかに注目している。初年度では骨代謝ネットワークの一員として知られている骨細胞に注目した。骨代謝に係る役者としては破骨細胞や骨芽細胞が知られているが、組織学的検討の結果、骨細胞はそれら以上に多く存在し、無数のネットワークを形成し、神経系ネットワークと類似しているようであった。骨細胞のネットワークに関しては未だ機能はあまり知られていないが、骨新生に係る役者として十分考えられる。次年度はそこに注目し、神経系ネットワークに関与する因子をいくつか検討し、骨細胞ネットワークとの間に相関関係がないかどうか検索した。最終年度ではいくつか検索した神経伝達物質を利用し、骨補填剤としてのボーンジェクトに種々の神経伝達物質を浸漬し、骨欠損部に充填し、骨形成能を観察する予定である。骨欠損部にいかに良質な骨を迅速に作ることができるかを検討中である。骨代謝環境は複雑なネットワークがある。そのため、in vitroのデータだけでは複雑なネットワークを説明するのが困難である。本研究の計画では最終的に実験動物を用いて検討したいが、その系をワークさせるのに時間がかかっているためやや遅れていると判断した。

顎口腔機能を保持するための重要な器官としては「骨」があり、それら機能の中枢を司っている。それゆえ骨が喪失し、機能を失った場合にそれらを回復させることを研究することは非常に重要なことである。本研究の目的は骨という器官の環境を理解し、いかに回復させるかもしくは新生させるかを臨床的な観点だけではなく基礎的な観点からも考慮することである。臨床の現場では喪失した骨は自家骨もしくは人工的な補填剤を利用することが多い。その場合には侵襲や有害事象の発症に関して考慮しなければならないが、質的にも量的にも良い骨を回復もしくは新生させるかは今も大きな課題である。骨環境には主に3種の役者があり、骨芽細胞、骨細胞、破骨細胞である。実際の生体ではこれら3種が複雑なネットワークを形成し、骨代謝が行われている。どれか一つだけ取り出してのin vitro研究には意味がなく、骨代謝ネットワークを理解するには生体側での研究が必要である。なかでも骨細胞は骨環境では一番多く存在し、その機能はあまり知られていないので現状である。本研究では骨細胞に着目し、骨代謝への関わりを探求し、実際の臨床に応用することが目的であった。顎口腔領域の疾患により損失した骨は数回の外科的処置を繰り返すことにより本来持つ骨形態の回復に有効であることがわかった。ただし、そのためにはどの役者でどのような因子が関わっているのかを基礎的な観点から検索する必要がある。今後は2から3種類の神経伝達物質をピックアップし、それらをしみこませた基材を使用し、実験動物に用いて骨再生や新生の状況や状態を組織化学的に検索する予定である。推進方策としては骨再生に重要となる神経伝達物質をなるべく早めに決定することである。組織学的検討では骨細胞が神経系のようなネットワークをもち、たがいに連携をとっていることは予想ができる。今後はそのネットワークを活性化させることで骨新生にどのような影響を与えているかを検討したい。実験動物の系をうまくワークさせることで実験は進むと考えている。次年度使用額が生じた理由は実験動物の系がうまく進まなかったためであり、翌年度には実験動物ならびにそれに使用する実験器具購入と骨新生を促す因子の購入に使用する予定である。
膵癌における転移・浸潤機構の解明とその制御に関する研究

現在までヒトの膵癌細胞株および切除手術標本を用いて膵癌の浸潤、転移過程における特異性を分子生物学的手法を用いて解析してきた。1)手術により得られる標本を用いて,膵癌におけるc-K-ras遺伝子,c-fos遺伝子の過剰発現を明らかにした.これらは癌化や細胞増殖と強く関連が示唆された.2)ヒト膵癌細胞(PANC-1,MIA PaCa-2,BxPC-3,AsPC-1)において,コラーゲンやフィブロネクチンなどの基底膜構成成分に対するリガンドであるCD44が過剰に発現しており,CD44が膵癌の旺盛な基底膜浸潤に係わることを明らかにするとともに,抗CD44抗体による基底膜浸潤抑制の可能性を明らかにした.3)ヒト膵癌細胞ではSle^xに比しSLe^zの糖鎖抗原が優位に発現していることを明らかにするとともに,膵癌細胞の血管内皮細胞への接着,浸潤が抗SLe^z抗体および抗ELAM-1抗体により抑制されることを示し,膵癌の血行性転移過程における制御の可能性を明らかにした.4)癌腫の原発あるいは転移巣形成期の血管新生に重要な役割を果たす成長因子b-FGFは膵癌の浸潤過程において濃度勾配依存性にその基底膜浸潤を増強することを明らかにした.また,ハムスターBOP膵癌肝転移モデルでは,転移巣におけるb-FGFの発現がその腫瘍容量の増大にともない増強することを明らかにした.5)HGFレセプター/c-METはMIA PaCa-2を除くすべての膵癌細胞に発現がみられ,HGFの浸潤・増殖促進作用はc-METを発現する細胞に特異的に作用していること,また、HGFがケモアトラクタントとして膵癌の浸潤・転移の方向性を規定していることを明らかにした.6)ハムスター膵癌の高転移株KH-PCと低転移株HapTlの検討で,KH-PCは,肝抽出液あるいは門脈血清の環境下において浸潤・増殖能が促進され,一方,HapTlは肝抽出液で浸潤・増殖の促進がみられず,転移の標的臓器における微小環境が血行性転移における臓器特異性を規定している可能性を示した.現在までヒトの膵癌細胞株および切除手術標本を用いて膵癌の浸潤、転移過程における特異性を分子生物学的手法を用いて解析してきた。1)手術により得られる標本を用いて,膵癌におけるc-K-ras遺伝子,c-fos遺伝子の過剰発現を明らかにした.これらは癌化や細胞増殖と強く関連が示唆された.2)ヒト膵癌細胞(PANC-1,MIA PaCa-2,BxPC-3,AsPC-1)において,コラーゲンやフィブロネクチンなどの基底膜構成成分に対するリガンドであるCD44が過剰に発現しており,CD44が膵癌の旺盛な基底膜浸潤に係わることを明らかにするとともに,抗CD44抗体による基底膜浸潤抑制の可能性を明らかにした.3)ヒト膵癌細胞ではSle^xに比しSLe^zの糖鎖抗原が優位に発現していることを明らかにするとともに,膵癌細胞の血管内皮細胞への接着,浸潤が抗SLe^z抗体および抗ELAM-1抗体により抑制されることを示し,膵癌の血行性転移過程における制御の可能性を明らかにした.4)癌腫の原発あるいは転移巣形成期の血管新生に重要な役割を果たす成長因子b-FGFは膵癌の浸潤過程において濃度勾配依存性にその基底膜浸潤を増強することを明らかにした.また,ハムスターBOP膵癌肝転移モデルでは,転移巣におけるb-FGFの発現がその腫瘍容量の増大にともない増強することを明らかにした.5)HGFレセプター/c-METはMIA PaCa-2を除くすべての膵癌細胞に発現がみられ,HGFの浸潤・増殖促進作用はc-METを発現する細胞に特異的に作用していること,また、HGFがケモアトラクタントとして膵癌の浸潤・転移の方向性を規定していることを明らかにした.6)ハムスター膵癌の高転移株KH-PCと低転移株HapTlの検討で,KH-PCは,肝抽出液あるいは門脈血清の環境下において浸潤・増殖能が促進され,一方,HapTlは肝抽出液で浸潤・増殖の促進がみられず,転移の標的臓器における微小環境が血行性転移における臓器特異性を規定している可能性を示した.本研究では膵癌の転移・浸潤過程における膵癌細胞の増殖と基底膜浸潤について局所における各種増殖因子(EGF, bFGF, HGF, PDGFなど)または環境因子(インスリンやコレシストキニン(CCK)など)との関連または関与を明らかにし,その浸潤、転移過程における制御の可能性を探ることを目的としている.現在までにわれわれは1)ヒト膵癌ではc-K-ras, c-fos遺伝子が過剰発現しており,癌化や細胞増殖と強く関連が示唆された.2)基底膜構成成分に対するリガンドであるCD44がヒト膵癌細胞では過剰に発現しており,CD44が膵癌の旺盛な基底膜浸潤に係わること,また抗CD44抗体によって基底膜浸潤は抑制された.3)ヒト膵癌細胞ではSLe^aの糖鎖抗原が優位に発現しており,膵癌細胞の血管内皮細胞への接着,浸潤が抗SLe^a抗体および抗ELAM-1抗体により抑制された.4)癌の原発巣あるいは転移巣形成期の血管新生に重要な役割を果たすbFGFが濃度勾配依存性に膵癌の基底膜浸潤を増強した.5)ヒト膵癌細胞株(PANC-

1, MIA PaCa-2, BxPC-3, AsPC-1)を用いて膵癌の細胞増殖能と基底膜浸潤能における各種増殖因子(EGF, bFGF, HGF, PDGF)の役割について検討した.HGFはMIA PaCa-2を除く膵癌細胞の増殖と基底膜浸潤を濃度依存性に促進した.bFGFはすべての膵癌細胞で基底膜浸潤を濃度依存性に促進させ,その作用はHGFの2倍であった.しかしHGFとbFGFはともに膵癌細胞のコラゲナーゼ活性に影響を与えなかった.HGFとbFGFはケモアトラクタントとして膵癌の基底膜浸潤の方向性を規定していることが明かになった.現在,局所における各種増殖因子または環境因子との関連について膵癌細胞の微小環境を構成する細胞との機能的相互関係から検討中である.本研究では膵癌の転移・浸潤過程における膵癌細胞の増殖と基底膜浸潤について局所における各種増殖因子(HGF,bFGF,EGF,PDGFなど)または環境因子(インスリンやコレシストキニン(CCK)など)との関連から明らかにし,その浸潤、転移過程における制御の可能性を探ることを目的としている.現在までにわれわれは,ヒト膵癌細胞(PANC-1,MIA PaCa-2,BxPC-3,AsPC-1)において,基底膜構成成分に対するリガンドであるCD44が過剰に発現しており,CD44が膵癌の旺盛な基底膜浸潤に係わること,ヒト膵癌細胞ではSLe^2の糖鎖抗原が優位に発現しており,膵癌細胞の血管内皮細胞への接着,浸潤が抗SLe^2抗体および抗ELAM-1抗体により抑制されること,癌の原発巣あるいは転移巣形成期の血管新生に重要な役割を果たすbFGFが濃度勾配依存性に膵癌の基底膜浸潤を増強することを見いだした.また,HGFレセプター/C-METはMIA PaCa-2を除くすべての膵癌細胞に発現がみられ、HGFの浸潤・増殖促進作用はc-METを発現する細胞に特異的に作用していることが明らかになった.また,これらの増殖因子はケモアトラクタントとして膵癌の浸潤・転移の方向性を規定していることが示唆された.ハムスター膵癌肝転移モデルによる高転移株KH-PCと低転移株HapT1の検討で,肝抽出液あるいは門脈血清で培養されたKH-PCは,肺抽出液または静脈血清の培養に比べて有意に浸潤・増殖能が促進され,転移の標的臓器における微小環境が血行性転移における臓器特異性を規定している可能性が示された.現在,さらに膵癌細胞の転移・浸潤と局所の各種増殖因子または環境因子との関連について微小環境を構成する細胞の機能的相互関係から検討している.本研究では膵癌の転移・浸潤過程における膵癌細胞の増殖と基底膜浸潤について局所における各種増殖因子(HGF,bFGF,EGF,PDGFなど)または環境因子(インスリンやコレシストキニン(CCK)など)との関連から明らかにし,その浸潤、転移過程における制御の可能性を探ることを目的とした.ヒト膵癌細胞(PANC-1,MIA PaCa-2,BxPC-3,AsPC-1)において,癌の原発巣あるいは転移巣形成期の血管新生に重要な役割を果たすbFGFが濃度勾配依存性に膵癌の基底膜浸潤の方向性を規定していること,また,HGFレセプター/c-METはMIA PaCa-2を除くすべての膵癌細胞に発現がみられ,HGFの浸潤・増殖促進作用はc-METを発現する細胞に特異的に作用し,この増殖因子もケモアトラクタントとして膵癌の浸潤・転移の方向性を規定していることが示された.ハムスター膵癌細胞KH-PCまたはHapT1を脾
培養軟骨-チタン複合系による宿主再移植生体材料の開発

宿主組織由来の軟骨培養系とBMPー生体移植材料系の両システムを統合化し、BMPの骨誘導能を直接的に培養軟骨に作動させ、かつチタンをフレームワークとした新しい移植材料を開発する事を目的として実験を行なった。その結果、基本材料である多孔質チタンとBMPの作製については、安定して作製が可能となった。軟骨の培養系樹立に関しては成功し、多孔質チタン上における軟骨培養についても成功をみた。そして本プロジェクトの最終目標である生体内における新生骨誘導に関しては、BMP多孔質チタン複合系による新生骨の誘導には成功し、培養細胞による骨誘導はできなかったものの、軟骨培養系から体内移植による軟骨組織形成には成功し、軟骨再移植系システムを樹立した。さらに、Diffusiion Chamberを用いた実験系により体外培養ではなく、体内で培養を行なったのち移植を行なうシステムも本研究により導入し、骨髄系の細胞による石灰化組織誘導までを成功させた。この新知見をさらに発展し多孔質チタンとの複合化を行なった場合には、クリーンベンチなどの特別な施設無しに手術現場で体内培養を開始することが可能となり、再生医療において新生面を開拓したものと考えている。このように、宿主生体再移植を行なうシステムに関してはほぼ当初の目的どおりの成功を得る事ができ、かつ従来のBMP複合化材料による新生骨誘導は安定して新生骨誘導を行なう事ができた。また、関連の実験からチタン表面の詳細が判明し、二酸化チタン層が発生するラジカルの生物学的検討も必要になること、DNAマイクロアレイ技術の導入実験が有効であることが示唆されるなど、多くの情報を得る事ができた。以上のように本研究により計画したシステムの構築にほぼ成功し、かつ将来的な展開をするための研究情報を蓄積することができた。多孔質チタン内に前培養を行ない、in vivoに最移植後新生骨誘導を行なう実験に着手した。本年度は以下の項目に関して実験を行なった。(1)ラット未分化間葉系細胞由来の軟骨培養(2)上記培養系に対するBMPの作動確認(3)多孔質チタンの作製と表面処理(4)BMPの大量作製(5)チタンー培養軟骨複合体の予備移植実験まず、BMPの大量生産に着手し、BSE問題等によって、使用が困難となりつつある牛由来の抽出作業から変更し、出発原料を豚骨とした。従来の手法に基づき、マウス5週齢の大腿部筋膜間空隙に移植を行ない、十分な骨誘導活性を有することを確認した。また、電気泳動上において、これまでの牛皮質骨由来のBMPと同様の泳動パターンを確認し、現在BMP2が含有されていることをウエスタンブロットによって確認中である。in vivo系において新生骨誘導活性を確認した上記BMPをさらに水溶性化し、in vitro誘導系に応用した。すなわち胎児ラットの未分化筋肉組織を上記BMPを用いて軟骨に分化させ、非吸収性高分子膜上において培養することに成功した。多孔質チタンの作製は従来法では強度が得られないため、さらに実験遂行中である。したがって、in vivo系における多孔質チタンーBMP複合体の誘導実験は従来法による多孔質チタンとの複合化により実施し、その新生骨誘導を確認した。チタンー培養軟骨複合体の予備移植実験vivoで誘導されることを確認した。来年度は、多孔質チタンの成形方法を再度確立すると共に、最終目的である生体内部におけるチタン周囲新生骨誘導実験を行なう予定である。平成17年度は以下の4項目を実験した。(1)多孔質チタン-培養軟骨複合実験(2)BMPの大量作製の継続(3)開発複合材料の生体内移植実験(4)誘導骨の評価多孔質チタン上に培養軟骨播種し、再移植を行ない移植4週間後の新生骨誘導を調べた。しかしながら、新生骨の誘導は認められず陰性成績であった。

一方、同じ多孔質チタン材料に対して骨形成因子を複合化した場合には移植全例において新生骨誘導が認められた。そこで、培養細胞のチタン上における骨誘導関連遺伝子マーカの動態を調べ、その原因をスクリーニングすることにした。その結果いずれの遺伝子マーカーもコントロールと統計学的有意差は認められず、接着分子が上昇した後、各骨誘導関連マーカーが上昇しており良好な骨形成の方向に進んでいることが示唆された。また、チタニア上で培養した株化細胞の場合、増殖能が増加する事が関連実験で確認された。このような一連の結果から今回のin vivoにおける新生骨誘導が困難であった理由は、チタンの材料的な性質のため軟骨、新生骨誘導が行なわれなかったのではなく、移植そのものに起因する事が大きいと推定された。この問題の解決のため、軟骨を誘導する細胞のオリジンを、過去の実験で良好な成績が報告されているbovineなど異種の動物由来の細胞、あるいは骨髄細胞に変更し、現在も実験続行中である。多孔質チタンのみで良好な結果が得られない場合をさらに想定して、表面処理用のポリエチルメタクリレートレジン-ポリ乳酸複合体もすでに開発しており、この系との複合化の実験も今後の展開のために実験中である。このように当初予定した目標達成までに新生骨誘導のみが残されているが、これまでに得られた基礎実験結果ならびに複合用各種材料は骨誘導関連の実験ならびに臨床応用に寄与するものと考えている。
機能性膜タンパクを持つMEMSデバイス

機能性膜タンパクであるバクテリオロドプシンとMEMSを融合することにより、光センサアレイを実現した。実現した光センサは、低温プロセスによりプラスチックフィルム上に製作でき、低コストで柔軟であるという特徴を持つ。本研究を実現する過程で、膜タンパクの選択的パターニング技術の確立、膜タンパクと低温有機材料プロセスの両立、印刷技術によるパターニング技術の確立を実現した。平面の状態だけでなく曲げた状態で光画像パターンを検出でき、柔軟な光センサアレイとしての機能を持つことを示した。平成17年度は、バクテリオロドプシン(bR)のパターニング手法と、膜タンパクの機能を正しく発現させるための分子の配向制御手法の検討を行った。またこれらの手法の評価を行うために、受光素子を作成した。さらにデバイス化するための基礎実験として、柔軟デバイスの作成方法、大面積のパターニング手法の検討を行った。常温のKC1溶液中にbRを拡散させ、静電吸着によりパターニングする手法を開発した。透明なITOでセンシング電極および配線層を形成し、その上に疎水性であるCytopを用いてマスクを形成する。bRは疎水部には吸着しないため、センシング電極のみに成膜できる。またbR分子の配向を制御するため、分子を分極させ、電界により配向を揃える手法を開発した。bR溶液のpH制御により、分子が負に帯電しかつ分極を起こす。この状態で静電界を加え、配向を揃えたまま、正電極にbR分子を集めることができた。以上の手法により、間隔70[μm]に設定した電極を用いて、30[s]、3.9[V]の電圧を印加することで、電極上にきれいなbR膜を形成できることを確認した。またCytopでマスクした部分にはbRの吸着はなく、選択的なパターニングがされていた。開発したパターニング手法を用いて、受光素子を試作した。8x8のマトリクス状の受光素子で、bR膜の形成されたITO電極と、Au膜の対抗電極の間に、KC1溶液が挟まれた構造である。この受光素子を用いて、濃淡の中間値も含めた画像の取得が可能であることを確認した。bRは入射光変化に応じた電荷を発生する微分形検出であり、試作した受光素子の光に対する感度は、おおよそ0.9[nC/mW]であった。柔軟デバイスの作成方法として、柔軟なPDMSと微小カンチレバーを用いたフレキシブルな触覚センサを試作した。また大面積のパターニング手法として、基板の位置ずれを画像センサにより検出し、射出方向の修正ができるインクジェット印刷機構を試作した。平成18年度は、17年度に引き続き膜たんぱく質を用いた光センサアレイの作成方法を検討した。今年度は、特にセンサアレイを機械的に柔軟なものにするため、たんぱく質の応答検出電極として有機材料PEDOT : PSSの使用を検討した。まず、感光性膜たんぱく質の電気光応答をPEDOT : PSSによって検出できることを確認した。さらに、実際にプラスチックフィルム上に受光素子を作成することで、機械的な柔軟性を評価した。最後に、たんぱく質と有機材料は特長として、大面積化が容易であるので、提案したPEDOT : PSSをもちいて、光入カデバイスやディスプレイを作成した。PEDOT : PSSをプラスチック上に塗布し、その上に感光性たんぱく質を成膜した受光素子を作成した。PEDOT : PSSはイオン濃度によって電位を変化させるイオン反応性ポリマーである。感光性たんぱく質は、光刺激によってプロトンの濃度を変化させる。このプロトン濃度の変化をPEDOT : PSSによって検出できる。このことを、作成した受光素子に光刺激を行い確認した。検出された電流は、光量の変化に対して微分型の応答を示した。また、PEDOT : PSSは、イオン濃度によって電位が変化するだけでなく、電圧印加によって色が変わるという特性も持つ。このことを用いて、プラスチック上にディスプレイを作成した。さらに、デバイスが機械的に柔軟であることを用いて、蛇腹上にディスプレイを曲げ、何枚ものディスプレイを奥行き方向に並べることで3次元ディスプレイを作成した。提案した感光性たんぱく質とPEDOT : PSSによる素子を用いて、ディスプレイなどに貼って用いる光入力デバイスを試作した。たんぱく質とPEDOT : PSSをパリレンを用いた機械的リフトオフ法を用いて加工し、マトリクス上の受光素子を構築した。このデバイスを用いて、線、文字などが入力できることを確認した。平成19年度は,17,18年度に引き続き膜たんぱく質を用いた光センサアレイの作成を行った。特にセンサアレイを機械的に柔軟なものにするため,感光性膜たんぱく質の応答検出電極として有機材料PEDOT:PSSを使用した。まず,この材料の機械的柔軟性を評価した。具体的には,プラスチック基板上にPEDOT:PSSをパターニングしたひずみゲージを作成した。

このひずみゲージの曲げ試験を行い,半径1cmという大きな局率の曲げに,1000回まで耐えることを確認した。また,さらに高い柔軟性を持たせるために,マイクロコイル構造の布にPEDOT:PSSに塗布したひずみゲージを作成した。コイル構造は,構造材料そのものが伸縮するのではなく,コイルがほどける。そのため,125%のひずみまで伸びるという高い柔軟性が示された。これらの高い機械的強度を用いて,フレキシブルタッチパネルや機械に伸びるディスプレイを試作した。さらに,感光性膜たんぱく質の電気光応答がPEDOT:PSSによって検出できるかを確認した。検出された光電流は,光量の変化に対して微分型の応答を示した。この結果を用いて,ディスプレイなどに貼って用いる感光性膜たんぱく質とPEDOT:PSSからなる光入力デバイスを試作した。たんぱく質とPEDOT:PSSをパリレンによる機械的リフトオフ法により加工した。受光素子をマトリクス状に構築した。このデバイスを用いて,線,文字などが入力できることを確認した。今後は,プラスチック上やマイクロコイル構造を持っ布上に,感光性たんぱく質とPEDOT:PSSからなる光デバイスを作成し,高い機械的柔軟性を持つデバイスの実現を目指す。平成20年度は、研究の最終段階としてこれまでの基礎的研究成果を統合し、高い機械的柔軟性をもつ統合的なデバイスを作成した。機械的柔軟性を実現するために、膜タンパク質の応答計測のために有機材料電極を用いた。これにより光センサアレイを実現し、またディスプレイと合わせた統合デバイスを作成した。以下に具体的な研究業績について述べる。1、有機半導体を用いた膜タンパク質の応答計測:刺激に対する膜タンパク質の電気的な応答を計測する際、現在はITOなどの無機材料が用いられているが、これらは機械的な柔軟性が乏しい。そこで、有機半導体材料であるPEDOT:PSS用いてイオン感応性電極を製作した。これにより、膜タンパクであるバクテリオロドプシンの光刺激に対する応答を計測した。1mW/cm2の光入力に対して1.5nAの出力電流が得られた。2、光感応性膜タンパク質を用いたMEMSイメージングセンサの製作とディスプレイとの統合:光感応性膜タンパク質であるバクテリオロドプシンを有機電極であるPEDOT:PSS上にパターニングし、4x4のイメージングセンサを作成した。このパターニングには、印刷技術を元としたパリレンピールオフ桧を用いた。PEOT:PSSの酸化還元反応による色変化を利用したディスプレイを統合し、高い機械的柔軟性をもつ光入力・表示デバイスを実現した。曲率半径5mmの曲げに対して、壊れず使用できることを確認した。
弾性浮体下での孤立波の分裂に関する研究

研究代表者及び分担者は、以前より弾性浮体下での孤立波が分裂することを見出しており、これは海底地形が変化する場合に見られるソリトン分裂とは異なることを指摘した。特に、ソリトン分裂では孤立波の背後に分裂波が発生するのに対し、浮体下の孤立波の実験では前方に分裂している。分裂は進行と共に顕著となるため、水理模型実験では水路の長さが十分でない場合もあることから、本研究期間の前半は数値計算法の開発を行った。本計算手法は、流体運動の計算には境界要素法を、浮体の弾性変形の計算には有限要素法を用い、浮体と流体の界面において両計算による変位及び圧力を一致させる有限要素・境界要素の接続解法である。従来の弾性浮体と流体の連成運動に関する数値計算は周波数領域での計算であったのに対し、本計算手法は一次元解析ではあるが、時間領域解析としてははじめてのものである。また、実験結果との比較により、規則波、不規則波、孤立波のいずれにおいても精度良く計算できることが検証された。この手法を用いた計算により、浮体下の分裂には、水理実験で確認された前方分裂の他に、後方分裂及び前後に分裂する場合の3種類が存在し、それぞれの発生限界は主に浮体の剛性及び水深に依存することが明らかとなった。さらに、分裂のメカニズムを検討するため、浮体の変形と浮体に作用する流体力の計測を行った。実測された弾性変形に見合う水圧を計算し、これと実測水圧を比較すると、実測水圧はいくぶん波形を先行することが分かった。浮体の変形形状が完全な孤立波であれば、孤立波の裾部の圧力はわずかに正であるが、孤立波の進行と共に裾部の圧力が増大し、ここに分裂波が発生する。裾部に発生した分裂波が流体運動と連成すると、分裂波の前方にあらたに正の圧力が発生し、次の分裂波の発生をもたらすことが明らかとなった。これまでの数値解析により,孤立波は弾性浮体下を伝播する間で分裂し,分裂波は浮体の曲げ剛性,質量及び波浪条件によって,前方分裂(分裂波は孤立波本体の進行方向の前方に現れる),前後分裂(分裂波は孤立波本体の前後両方に現れる)及び後方分裂(孤立波本体の後方のみに現れる)の現象が見出された.分裂波の発生メカニズムを解明するため,まずその第一段階として,前方分裂の発生に関する模型実験及び数値解析を行い,実験と数値計算の結果に基づく詳細な検討を行った.模型実験では,前方分裂波が発生する長さ10m,幅0.78m,厚さ0.02m,曲げ剛性が異なる2種類の模型浮体を作成し,波高及び水深を変化させて実験を行い,孤立波が浮体下を透過する際の浮体の弾性変形及び浮体底面に作用する圧力を計測した.また,数値解析では,模型実験と同様な条件を用いた数値計算を行い,実験結果と比較することにより,研究担当者らが開発した境界要素と有限要素の時間領域接続解法の有効性を検証した.浮体変形の位相速度と圧力の伝播速度の関係を検討することによって,前方分裂の発生機構を考察し,得られた主な結果を要約すると以下の通りである.(1)本実験の条件下では,圧力の伝播速度は浮体変形の位相速度より速いことが分かった.(2)圧力の伝播速度と浮体変形の位相速度の相違により,孤立波本体の前方に作用する圧力は進行距離の増大に伴い発達し,分裂波が発生される.それは前方分裂の発生の要因である.

(3)一定の長さを有する浮体下では,圧力の伝播速度と浮体変形の位相速度との比はある限界値を超えると分裂波が生じる.(4)孤立波は一定の長さを有する浮体下で分裂しなくても,浮体の長さが充分長いであればいずれ分裂する.波浪が弾性浮体下へ進入した直後は、流体運動と弾性変形は連成しておらず、遷移領域の中で次第に連成してゆくことが、規則波などの実験では明らかとなっている。この遷移領域の存在は、例えば弾性浮体前端での急激な波高減少とその後の緩やかな変化などを見ると明らかであるが、孤立波の場合はそうした波高変化の違いが見られず、遷移領域の存在が明瞭ではなかった。そこで、弾性浮体に小型の圧力計を取り付け、弾性変形と圧力との関係を検討したところ、弾性変形の形状はほぼ孤立波の波形と一致しているものの、その変形に必要とされる圧力の時間波形と実測された圧力は全く異なっていることが明らかとなった。弾性体が孤立波の波形のような変形となるために必要な圧力は、孤立波波形が下に凸となる位置でわずかに正となり、その後負となり、再び正となり、波頂部でピークとなる。しかし、実測された圧力は前述の最初の正の圧力が存在しない。つまり、弾性変形の形状は孤立波の波形であるが、圧力は変形形状とは対応しておらず、流体運動と弾性変形が連成していない。進行するに従い、波頂部での正の圧力が次第に小さくなり、それに伴い最初の正となるべき部分の圧力が増加し、波形と対応するものとなる。しかし、その部分への圧力移送が過剰となり、上に凸の弾性変形が発生する。これが分裂波であり、分裂波が大きくなると、その先に流体運動と弾性変形が連成しない部分が現れ、その部分に圧力移送が生じる。このような非連成→圧力移送→分裂→非連成→...が繰り返し、いくつもの分裂波が発生する。以上のような分裂波の連鎖的な発生メカニズムは模型実験及び数値計算で検証できたが、なぜ過剰に圧力が移送されるかは明らかではない。今後、この点に関して理論的解析を行い、分裂メカニズムの全容を解明する予定である。研究代表者及び分担者は、以前より弾性浮体下での孤立波が分裂することを見出しており、これは海底地形が変化する場合に見られるソリトン分裂とは異なることを指摘した。特に、ソリトン分裂では孤立波の背後に分裂波が発生するのに対し、浮体下の孤立波の実験では前方に分裂している。分裂は進行と共に顕著となるため、水理模型実験では水路の長さが十分でない場合もあることから、本研究期間の前半は数値計算法の開発を行った。本計算手法は、流体運動の計算には境界要素法を、浮体の弾性変形の計算には有限要素法を用い、浮体と流体の界面において両計算による変位及び圧力を一致させる有限要素・境界要素の接続解法である。従来の弾性浮体と流体の連成運動に関する数値計算は周波数領域での計算であったのに対し、本計算手法は一次元解析ではあるが、時間領域解析としてははじめてのものである。また、実験結果との比較により、規則波、不規則波、孤立波のいずれにおいても精度良く計算できることが検証された。この手法を用いた計算により、浮体下の分裂には、水理実験で確認された前方分裂の他に、後方分裂及び前後に分裂する場合の3種類が存在し、それぞれの発生限界は主に浮体の剛性及び水深に依存することが明らかとなった。さらに、分裂のメカニズムを検討するため、浮体の変形と浮体に作用する流体力の計測を行った。実測された弾性変形に見合う水圧を計算し、これと実測水圧を比較すると、実測水圧はいくぶん波形を先行することが分かった。浮体の変形形状が完全な孤立波であれば、孤立波の裾部の圧力はわずかに正であるが、孤立波の進行と共に裾部の圧力が増大し、ここに分裂波が発生する。
ドメインウォール法格子量子色力学による核子構造

私が指導的立場にある理研BNLコロンビア共同研究と連合王国QCD共同研究が合同で生成した格子切断運動量が約1.73GeV/cでπ中間子の質量がほぼ現実の値である約139MeVの2+1フレイヴァー・ドメインウォール法格子QCDアンサンブル上での核子構造の計算を継続した。核子質量の計算値として約947±6MeVを得た。これは現実の陽子と中性子の質量の平均値約939MeVと統計誤差の1.25倍以内で一致する。核子のアイソベクトル極性荷電の計算値として、フェルミ結合定数を単位として、核子の生成から消滅までの時間が約0.88fm/cの場合1.026±0.006、0.99fm/cで1.019±0.009、1.1fm/cで1.003±0.0012を得た。アイソベクトル極性荷電は保存流であるアイソベクトル極性流の荷電なのでフェルミ結合定数を単位として1が得られるべきだが、生成から消滅までの時間が短い場合のこの統計的に有意なずれは核子生成の際に必然的に生じる核子励起状態のわずかな混入による。この混入を計算で捉えたのは世界初であり、カイラル対称性とフレイヴァー対称性を高い精度で保つフェルミ結合定数を単位としてを現実の質量の計算に適用した成果であるが、今後の核子構造計算には系統誤差となってしまうので、核子励起状態のエネルギーと振幅を精度良く計算し、この系統誤差を取り除く必要が生じる。そのために核子の生成から消滅までの時間をより短い約0.66fm/cと0.77fm/cに設定した計算を行うこととして準備中である。核子のアイソベクトル軸性荷電の計算も行い、その結果が実験値より統計的に有意に小さいことも確認した。その原因は格子計算の道の系統誤差であると考えられるので、研究を続ける。また標準模型を越える物理の探索に役立つと考えられる核子のアイソベクトルテンソル荷電も計算し、統計的に有意な結果を得た。当初から核子生成の際に必然的に生じる核子励起状態の混入を予想していたが、アイソベクトル極性荷電の計算でこれを精度良く確認できたのは重要な成果である。今後はこれによる系統誤差の除去が必要になるので、励起状態のエネルギーと振幅を必要な精度で測定できる計算を準備中である。またアイソベクトル軸性荷電の計算結果が統計的に有意に実験値とくいちがう事を確認したのも重要な成果である。このようにほぼ予想通りの進展と対応が進んでいる。核子生成の際に必然的に生じる核子励起状態の混入を確認したので、この励起状態のエネルギーと振幅をを必要な精度で計算し、これによる系統誤差を取り除く。またアイソベクトル軸性荷電の計算結果が統計的に有意に実験値とくいちがう原因の研究を進める。標準模型を越える物理の探索に役立つアイソベクトルテンソル荷電の計算精度を向上し、おなじく標準模型を越える物理の探索に役立つがまだ統計的に有意な結果を得ていないアイソベクトルスカラー荷電の計算を改良する。私が指導的立場にある日米共同の理研・ブルックヘイヴン・コロンビア(RBC)量子色力学(QCD)共同研究と連合王国UKQCD共同研究が合同で生成した2+1フレーヴァードメインウォール((DWF)法格子QCDゲージ配位アンサンブルのうち最近の5つのアンサンブルを用いる核子構造計算を進めた。これらはπ中間子の質量が約430、340、250、172、およびほぼ現実の値である約139MeVのアンサンブルで、格子切断運動量は各々約1.78、1.78、1.38、1.38、および1.78GeVである。π中間子質量が最も重い2アンサンブルについては既に幾つかの核子構造計算結果を出版したが、その後統計を増やし、その解析を進めている。次に重い2アンサンブルについても予備的な結果を学会等で発表しているが、重い2アンサンブルと合わせた論文を完成するために解析を進めている。π中間子質量がほぼ現実の値の場合の核子構造計算については予備的な計算を行いその結果を学会等で発表しているが、さらに技術的な改良が必要なので、その改良を進めている。π中間子質量が現実の値より重い4アンサンブルについては保存流である極性ベクトル流形状因子の数値的な振る舞いはよく理解できており、実験値からのずれも質量のずれに起因するものとして理解できる。しかし保存流ではなく、強い相互作用による補正を受ける軸性ベクトル流形状因子の数値的な振る舞いはまだよく理解できていない。特に重要なのは中性子の寿命や核子π中間子相互作用を決定する軸性流電荷gAで、実験値1.2723(23)に対して計算値は最小1.11(5)から最大1.19(4)程度の過小評価となっている。その原因について研究を進めている。また比較的に低い運動量移行の弾性散乱で測定される形状因子とは対照的に高い運動量移行の深非弾性散乱などで測定される核子構造関数のモーメントの計算も進めた。実績概要で述べたように、計画した5アンサンブルのすべてで研究が進捗しており、概ね順調に進展している。π中間子質量が現実より重い約430、340、250、および172MeVの4アンサンブルのうち、より軽い2アンサンブルの核子構造計算はほぼ完了し、解析を順調に進めている。またより重い2アンサンブルについては既に出版した結果に統計を増加し、増加分の解析を順調に進めている。