hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マルコフ過程の漸近挙動に関する関数解析的研究

ディリクレ形式の理論は,対称マルコフ過程を解析するための重要な道具として発展してきた.ディリクレ形式の理論はL-2理論であり,そのため特異なマルコフ過程を扱うことができる.しかし,マルコフ過程論はある意味でL-1理論である.そのギャップを埋めるために,マルコフ過程に強フェラー性や緊密性を仮定することで,半群の増大度に対するL-p独立性を示した.時間変更で生成される対称マルコフ過程に対してL-p独立性を応用することで,加法汎関数の指数可積分性や大偏差原理を証明した.熱核評価がポテンシャル項の摂動で保たれるための必要十分条件も与えた.ディリクレ形式の理論は,対称マルコフ過程を解析するための重要な道具として発展してきた.ディリクレ形式の理論はL-2理論であり,そのため特異なマルコフ過程を扱うことができる.しかし,マルコフ過程論はある意味でL-1理論である.そのギャップを埋めるために,マルコフ過程に強フェラー性や緊密性を仮定することで,半群の増大度に対するL-p独立性を示した.時間変更で生成される対称マルコフ過程に対してL-p独立性を応用することで,加法汎関数の指数可積分性や大偏差原理を証明した.熱核評価がポテンシャル項の摂動で保たれるための必要十分条件も与えた.Feynman-Kac汎関数の重みを持つ対称マルコフ過程に対するDonsker-Varadhan型大偏差原理は,Varadhanが定式化した大偏差原理とは異なるものであった.しかし,正規化することによりVaradhanの意味での大偏差原理とみなせることが分かっている.それは不変測度からではなくground stateからの大偏差とみなせる.その過程で示されたことは,Schroedinger作用素のground stateの存在と,大偏差原理におけるレート関数がground stateで唯一の零点をとることである.ground stateの存在から準定常分布の存在が分かるので、本年度は準定常分布の一意性について調べた.特に一意性とマルコフ半群の超縮小性の関係について調べ,超縮小性があれば準定常分布の一意性が導けることを示した.一次元拡散過程については1標準測度とスケール関数の言葉で超縮小性が成立するための十分条件が知られている.そのことを,具体的な一次元拡散過程に応用して,ロジスチックモデル対して準定常分布の存在を示すことができた.準定常分布は消滅するまでの個体の振る舞いを知るうえで重要である.ground stateの存在は,マルコフ過程のレゾルベントのコンパクト性から従う.しかし,一般にはコンパクト性を示すことが難しい場合においてもground stateの存在を示すことができる場合があることを示した.例えば次元が1で指数が1の対称安定過程を主要部に持つSchroedinger作用素のgroundstateの存存が示せた._強Feller性と既約性を持つ保存的な対称マルコフ過程に対して,そのレゾルベントにある種の緊密性を仮定すると,任意のコンパクト集合への到達時刻が指数可積分性を持つことを示した.その応用として,Donsker-Varadhan型大偏差原理において,初期値に関する上下からの一様な評価を示した.言い換えると,一様な大偏差原理が成立するための十分で確認可能な条件として,緊密性という条件を見つけたことになる.従来,一様なエルゴート性の下に示されていたが,状態空間がコンパクトな場合を除いて一様なエルゴート性が成立する例を知らない.しかし,状態空間がコンパクトではない場合にも緊密性を満たす例はある.例えば一次元拡散過程において境界がFellerの意味で流入境界であれば成立する.分数冪ラプラシアンを主要部にもつSchroedinger作用素の臨界性についても考察した.分数冪ラプラシアンから生成されるマルコフ過程は飛躍型マルコフ過程の典型である対称安定過程である.それが再帰的か過渡的かで正値調和関数の様子が著しく変わる.再帰的なときは、臨界的なSchroedinger作用素に対して有界な正値調和関数が存在し,劣臨界的なSchroedinger作用素に対しては有界な正値調和関数が存在しない.しかし過渡的な場合には,劣臨界的なSchroedinger作用素に対して有界な正値調和関数が存在する.以上の成果は,非局所Schroedinger作用素に対する正値調和関数の構造を調べる上で重要な指針となる.以前示したFeynman-Kac汎関数の重みを持つ対称マルコフ過程に対するDonsker-Varadhan型大偏差原理は, Varadhanが定式化した大偏差原理には異なるものであった.しかし正規化することによりVaradhanの意味での大偏差原理とみなせることが分かった.それは不変測度からではなくground stateからの大偏差とみなせる.その過程で示されたことは, Schroedinger作用素のground stateの存在と,大偏差原理におけるレート関数がground stateで唯一の零点をとることである.マルコフ過程が保存的であれば緊密性から非常に強い再帰性が,保存的でなければ生存時間が指数可積分性をもつという意味で早い爆発が起こることが導けた.分数冪ラプラシアンを主要部にもつSchroedinger作用素の臨界性についても考察した.分数冪ラプラシアンから生成されるマルコフ過程は,飛躍型マルコフ過程の典型である対称安定過程である.それが再帰的か過渡的かで正値

調和関数の様子が著しく変わる.過渡的な場合には,劣臨界的なSchroedinger作用素に対しては,有界な正値調和関数が存在する.しかし再帰的な場合には,臨界的なSchr\"odinger作用素に対して有界な正値調和関数が存在し,劣臨界的なSchroedinger作用素に対しては有界な正値調和関数は存在しない.対称安定過程の再帰的・過渡的のみを用いた定性的な議論により,上で述べた事実を証明した.正値調和関数の存在を示すために,拡張されたディリクレ空間から加藤測度に関するL^2-空間への埋め込みがコンパクトになることを示した.強Feller性と既約性を持つ対称マルコフ過程に対して、そのレゾルベントにある種の緊密性を仮定すると、その生成作用素に対して基底(ground state)が存在することを以前の研究で示した。生存時間が有限なマルコフ過程には不変測度は存在しないが、時刻tまで生存しているという条件の下で長時間極限をとると、ある分布に収束する場合がある。その極限分布は準定常分布であり、Yaglom limitと呼ばれる。基底の存在は、我々の立場で準定常分布の存在を示すうえで第一歩となる。そのため、レゾルベントが緊密性を持つための十分条件を調べることが鍵となる。本年度の研究では、ランダムな時間変更によって定義されるマルコフ過程が緊密性を持つための十分条件として、「時間変更を定義する加法汎関数ないしは対応するRevuz測度がグリーン緊密性を持つ加藤クラスの測度である。」があることを示した。さらに、その応用として、加藤クラスの測度をポテンシャルに持つシュレディンガー作用素の基底の存在に関する十分条件を得た。基底の存在証明方法には、ソボレフ空間のコンパクト埋め込みに関するレーリッヒの定理の代わりに、ディリクレ形式の変分表現を用いたことに新規性があり、一般性にもその特徴がある。以上のことを示す過程において、このクラスの時間変更で強Feller性が保たれることを示した。時間変更は確率論的に定義することは簡単だが、対応する生成作用素は極めて特異なものが現れる可能性がある。したがって、対応する半群の解析的性質を導くことは一般に難しい。しかし、上に示した事実は、ランダムな時間変更を扱ううえで、加藤クラスの測度が十分扱いやすいクラスを与えていることを示しており、加藤クラスの測度に新たな視点を与えている。Donsker-Varadhan型大偏差原理において,初期値に関する上下からの一様な評価が,コンパクトな状態空間でなくても成立することが示せた.このことは、全く新しい知見を大偏差原理に与えている.25年度が最終年度であるため、記入しない。以前に示したFeynman-Kac汎関数の重みを持つ対称マルコフ過程に対するDonsker-Varadhan型大偏差原理は、Varadhanが定式化した大偏差原理とは異なるものであった。しかし、正規化することによりVaradhanの意味での大偏差原理とみなせることが分かり、それは不変測度からではなく基底からの大偏差と考えた方が自然な定式化になっていた。このことは、新たな拡張の可能性を示している点で興味深い結果である。
リンパ脈管筋腫症の腫瘍進展におけるテトラスパニン・小胞輸送の病態解明

本研究課題ではリンパ脈管筋腫症(Lymphangioleiomyomatosis: LAM)の病態解明を行っている。LAMは平滑筋細胞様のLAM細胞が体軸リンパ節などで増殖、主に肺に転移し、多発性嚢胞を形成する、慢性・進行性かつ全身性の希少・難治性疾患である。本年度は昨年度に引き続き、臨床への応用を目指すべく、血清エクソソーム(Exo)からLAMのバイオマーカーの探索をさらに進めた。Exoを単離することで血液の大量の夾雑物を取り除き、網羅的解析することが可能になる。探索フェーズでLAM患者血液のExoから網羅的・定量プロテオミクスTandemMass Tags based proteomics(TMT-MS)を行い絞り込んだ候補蛋白について、検証フェーズとして、2施設の検体を用い、次世代プロテオミクスとされる選択的・絶対定量プロテオミクスSRM/MRMにて検証した。興味深いことに、重症度の指標となる肺機能や既存のBMであるVEGF-Dとの相関の検討から、前者にはLAM肺由来と考えられる蛋白、後者には凝固・補体系の蛋白が分類されることが明らかとなった。これらの結果から血液BM候補として30蛋白を同定し、特許出願した(出願番号:特願2018-048266、発明の名称:リンパ脈管筋腫症バイオマーカー)。また、同様の手法で、miRNAについても網羅的解析を終え、BM候補として29種を同定し、特許出願した。その他、網羅的プロテオミクスを、病態をより反映する肺組織、および、LAM細胞株由来EVにおいて施行した。LAMはLAM細胞が主にリンパ行性に肺に転移し、多発性嚢胞を形成する、希少性難病でる。LAM腫瘍の肺への転移により、肺が進行性に破壊され、進行すると、肺移植が必要となる。LAMは癌抑制遺伝子のTSC遺伝子異常により生じる腫瘍が病態の本質であることが明らかになってきた。基礎疾患として結節性硬化症(tuberous sclerosis complex : TSC)に伴って発生するTSC-LAMと、単独で発生する孤発性LAM(Sporadic-LAM)とに分類される。本年度は、臨床への応用の観点から、血清エクソソーム(Exo)からLAMのバイオマーカー・治療標的の探索を行った。Exoは種々の細胞から分泌されるエンドソーム由来の小胞顆粒で、核酸や蛋白を内包する細胞間・臓器間の新規メッセンジャーとして注目されている。これまでLAM患者血漿プロテオミクスでは疾患特異的な蛋白は検出できていないが、Exoに着目して新規の疾患特異的蛋白の検出を試みた。健常人女性4名、Sporadic-LAM患者3名、TSC-LAM患者5名について、標準法であるシュクロース利用・超遠心法により血清よりExoを単離し、最新プロテオミクスを行い、573種類のExo蛋白を同定した。バイオインフォマティクスによる蛋白プロファイリングを行ったところ、1)LAM患者血液のexosome蛋白は凝固系亢進・炎症の病態を捉えていた。2)S-LAMとTSC-LAMでは蛋白Profileに著明な差を認めた。さらに、絞りこまれたバイオマーカー候補27個の中にはLAM細胞や肺組織由来の可能性がある膜蛋白や鍵分子が含まれていた。血清エクソソーム(Exo)を解析することでLAMの病態を新たに捉えることができた。LAMのバイオマーカー・治療標的の候補蛋白を見いだすことができた。本研究結果はH29年度の呼吸器学会総会で発表予定である。一方、LAMモデルの確立には準備を要しているが、海外の研究者と共同研究にてin vitro, vivoのモデルの確立に取り組んでいるところである。本年度は昨年度に引き続き、臨床への応用の観点から、血清エクソソーム(Exo)からLAMのバイオマーカー・治療標的の探索を行った。シュクロース利用・超遠心法超遠心法によりLAM患者の血清からExoを単離し、網羅的ラベル化・定量プロテオミクス(TMT-MS)を行い、従来の血清解析では同定困難な膜蛋白を含む573種類の蛋白の同定に成功した。LAM患者由来の蛋白についてバイオインフォマティクスにて解析したところ、(1)凝固系・炎症のLAMの病態への関与が示唆された。(2)孤発性LAM(Sporadic-LAM)と結節性硬化症(tuberous sclerosis complex : TSC)を背景に発症するTSC-LAMでは蛋白Profileに著明な差を認めた。さらに、絞り込まれた候補蛋白について次世代プロテオミクスとされる選択的・絶対定量プロテオミクス(SRM/MRM)を行い、約20の候補蛋白が検証された(特許出願)。カテゴリーとしては1LAM肺の病態に関与が考えられる蛋白群(細胞外基質やプロテアーゼインヒビター)、2LAM細胞由来と考えられる群(LAM細胞株由来Exoと共通のもの)、3凝固系活性化・炎症の病態を反映した群、4その他、に分類された。肺機能検査との相関、既知のLAMバイオマーカーVEGF-Dとの相関という観点からも検討した。

血清エクソソーム(Exo)を解析することでLAMの病態を新たに捉え、また、バイオマーカー候補を同定し、特許申請を行うことができた。本研究結果はH30年度の呼吸器学会総会で発表した。しかしながら、プロテオミクスの機材は精密であり、不具合によるメンテナンスで予定通りに進んでいない面もある。肺組織やLAM細胞株での検討は現在進行中である。本研究課題ではリンパ脈管筋腫症(Lymphangioleiomyomatosis: LAM)の病態解明を行っている。LAMは平滑筋細胞様のLAM細胞が体軸リンパ節などで増殖、主に肺に転移し、多発性嚢胞を形成する、慢性・進行性かつ全身性の希少・難治性疾患である。本年度は昨年度に引き続き、臨床への応用を目指すべく、血清エクソソーム(Exo)からLAMのバイオマーカーの探索をさらに進めた。Exoを単離することで血液の大量の夾雑物を取り除き、網羅的解析することが可能になる。探索フェーズでLAM患者血液のExoから網羅的・定量プロテオミクスTandemMass Tags based proteomics(TMT-MS)を行い絞り込んだ候補蛋白について、検証フェーズとして、2施設の検体を用い、次世代プロテオミクスとされる選択的・絶対定量プロテオミクスSRM/MRMにて検証した。興味深いことに、重症度の指標となる肺機能や既存のBMであるVEGF-Dとの相関の検討から、前者にはLAM肺由来と考えられる蛋白、後者には凝固・補体系の蛋白が分類されることが明らかとなった。これらの結果から血液BM候補として30蛋白を同定し、特許出願した(出願番号:特願2018-048266、発明の名称:リンパ脈管筋腫症バイオマーカー)。また、同様の手法で、miRNAについても網羅的解析を終え、BM候補として29種を同定し、特許出願した。その他、網羅的プロテオミクスを、病態をより反映する肺組織、および、LAM細胞株由来EVにおいて施行した。Exoに着目することでLAMの病態を捉えることやバイオマーカー候補を見いだすことに成功した。選択的・定量プロテオミクスにて検証進める。バイオマーカー探索としてはmiRNAの解析も行っており、マルチオミックスとして統合解析を進める。一方、LAMモデルの確立には準備を要しているが、海外の研究者と共同研究にてin vitro, vivoのモデルの確立に取り組んでいるところでおり、それを用いての候補蛋白の機能解析を進める。テトラスパニンの病態への関与に関しても、引き続き、並行して検討を進める。肺組織やLAM細胞株での検討も現在進行中である。また、バイオマーカー探索としてはmiRNAの解析(血液・肺組織)も行っており、マルチオミックスとして統合解析を進める。本年度予定していた選択的・定量プロテオミクス(Selected/multiple reaction monitoring: SRM/MRM)が予定より若干遅れた。
次世代化学プラントの知的運転支援システムに関する研究

次世代の化学プラントが省エネルギー、省資源型のクリーン・プロダクション・システムの方向に進む時、プラントそのものが高度にインテグレートされた複雑系になることは明らかである。さらに生産される製品には、従来とは比較にならない程の高機能性・高品質性が要求されるだけでなく、地球生態系への調和という観点から、従来とは異なった物理・化学的特性が要求されよう。このような製品を製造する生産システムの運転を安全性、保全性、省人化等の観点からみて、高度に支援できる次世代オペレーションシステムを開発するために、如何なる課題を解決する必要があるかを明確にするため、まず以下のサブテーマについてi)不確定生産環境下での自律分散型生産管理システムii)多機能性・高品質性を保障するためのインテリジェント制御システムiii)プラント監視システム、異常診断システムiv)オペレーション・システムにおけるマン・マシンシステムiv)プラント設計とオペレーション・システムの融合各研究者が分担して、調査研究を進め、頻繁に情報交換を行いながら、充分な検討を重ねてきた。その結果、研究課題の整理、体系化のみならず、幾つかの問題にたいしては、その解決に繋がる指針をも含む研究計画を、全国規模の研究組織とともに、報告書として纏めることが出来た。
Siナノ結晶光増感剤による希土類イオン及び遷移金属イオンドープ光学材料の高性能化

受人研究者がこれまで行ってきた、希土類イオンとシリコン(Si)ナノ結晶をドービングしたシリカガラス薄膜に関する研究を拡張し、様々な発光センターとSiナノ結晶を同時にドーピングした多成分ガラス薄膜の開発を行う。このような系ではSiナノ結晶の光増感作用により発光センターを高効率に励起できる可能性がある。研究の長期的な目標は、このような系を用いて既存の光増幅器に取って代わるコンパクトな光増幅器を実現することである。今年度は、発光センターとしてビスマス(Bi)イオンに注目した。Biは、固体中で様々な価数を取り、可視から近赤外領域に非常に広帯域の発光を示す。特に、近赤外領域の発光は、光ファイバー通信用光増幅器への応用から注目を集めている。まず、近赤外領域に高効率に発光するBiドープバルクガラスを作製した。このガラスをターゲットし、スパッタリングによりBiドープガラス薄膜を作製した。作製した薄膜は、近赤外領域に発光を示した。さらに、Biドープガラス薄膜とSiナノ結晶層を交互にスパッタ堆積することにより多層膜試料を形成した。この方法では、発光層と光増感剤(Siナノ結晶)層が別々に形成されるため、作成条件的自由度が高く、それぞれの層を個別に最適化できるというメリットがある。様々な条件で試料を作製し、光学特性の評価を行ったところ、多層膜は単層膜に比べて発光効率が大きく増大することが明らかになった。また、発光励起スペクトルから、Siナノ結晶からのエネルギー移動によるBiイオンの励起を確認することに成功した。以上の研究と並行して、ゼオライト粒子にBiイオンや希土類イオンをドーピングすることにより、高効率近赤外発光粒子を形成する研究を行った。その結果、非常に簡便な方法で、多様な発光センターをゼオライト粒子にドーピングすることに成功した。開発した粒子を出発物質とし、様々な近赤外光デバイスの実現が可能だと考えている。受入研究者がこれまで行ってきた,希土類元素とシリコンナノ結晶をドーピングしたSiO_2薄膜に関する研究を拡張し,重金属ガラス中に希土類イオンもしくは遷移金属イオンとシリコンナノ結晶を同時にドーピングするための技術開発を行うことを目的に研究を行った.このような系ではシリコンナノ結晶の光増感作用により希土類イオンもしくは遷移金属イオンを高効率に励起できる可能性があり,既存の光増幅器に取って代わるコンパクトな光増幅器を形成するためのキーマテリアルを実現できる可能性がある.今年度は,スパッタリング法による遷移金属ドープガラス薄膜作成の条件出しを行い,次年度以降に本格的な研究を行うための基礎固めに重点をおいて研究を行った.その結果,スパッタリング法によりクロムドープガラス薄膜を作成すること及び組成制御によりクロムイオンの価数を制御することに成功した.また,クロムドープガラス薄膜中にシリコンナノ結晶をドーピングするための基礎実験を行った.しかしながら,同時ドーピング法ではシリコンナノ結晶の形成とクロムイオンの高い発光効率を両立することは非常に困難であることが明らかになった.そこで,クロムイオンもしくはニッケルイオンをドーピングしたガラス薄膜とシリコンナノ結晶を交互にスパッタ堆積する方法の検討を開始した.この方法では,発光層と光増感剤(シリコンナノ結晶)の層が別々に形成されるため,作成条件の自由度が非常に大きくなり,期待した特性を持つ薄膜を形成できる可能性が高い.受入研究者がこれまで行ってきた、希土類元素とシリコンナノ結晶をドーピングしたSiO_2薄膜に関する研究を拡張し、多成分ガラス中に希土類イオンもしくは遷移金属イオンとシリコンナノ結晶を同時にドーピングするための技術開発を行うことを目的に研究を行った。このような系ではシリコンナノ結晶の光増感作用により希土類イオンもしくは遷移金属イオンを高効率に励起できる可能性があり、既存の光増幅器に取って代わるコンパクトな光増幅器を形成するためのキーマテリアルを実現できる可能性がある。今年度は、ニッケルイオンをドーピングしたガラスセラミックス薄膜とシリコンナノ結晶を交互にスパッタ堆積する方法により多層膜試料を形成した。この方法では、発光層と光増感剤(シリコンナノ結晶)層が別々に形成されるため、作成条件の自由度が高く、それぞれの層を個別に最適化できる。様々な条件で試料を作製し、光学特性の評価を行ったところ、この方法により非常に高品質のニッケルドープガラスセラミックス薄膜の形成が可能であることが明らかになった。しかしながら、シリコンナノ結晶による増感作用は確認できなかった。来年度は試料構造をさらに工夫し、シリコンナノ結晶による光増感を実現する。この研究と平行して、遷移金属(Ni)イオンもしくは希土類(Er、Yb)イオンをドープしたナノロッドやナノ粒子を大量生成する方法の開発を行った。溶融塩法によるナノ構造形成時の表面活性剤の種類と量を最適化することにより、様々な形態のナノ構造を制御して形成することに成功した。

特に、近赤外領域の発光は、光ファイバー通信用光増幅器への応用から注目を集めている。まず、近赤外領域に高効率に発光するBiドープバルクガラスを作製した。このガラスをターゲットし、スパッタリングによりBiドープガラス薄膜を作製した。作製した薄膜は、近赤外領域に発光を示した。さらに、Biドープガラス薄膜とSiナノ結晶層を交互にスパッタ堆積することにより多層膜試料を形成した。この方法では、発光層と光増感剤(Siナノ結晶)層が別々に形成されるため、作成条件的自由度が高く、それぞれの層を個別に最適化できるというメリットがある。様々な条件で試料を作製し、光学特性の評価を行ったところ、多層膜は単層膜に比べて発光効率が大きく増大することが明らかになった。また、発光励起スペクトルから、Siナノ結晶からのエネルギー移動によるBiイオンの励起を確認することに成功した。以上の研究と並行して、ゼオライト粒子にBiイオンや希土類イオンをドーピングすることにより、高効率近赤外発光粒子を形成する研究を行った。その結果、非常に簡便な方法で、多様な発光センターをゼオライト粒子にドーピングすることに成功した。開発した粒子を出発物質とし、様々な近赤外光デバイスの実現が可能だと考えている。
心臓における知覚神経の形成機序の解明とこれに基づく除神経心臓の神経再生療法の確立

心臓知覚神経の形成機序本研究ではまず(1)心臓知覚神経の発生過程を知覚神経特異的免疫染色であるcalcitonin gene related peptide(CGRP)やsubstance Pを用いて解析した(2)神経成長因子の中で知覚神経の発達と同様に発現変化する因子をスクリーニングし、その結果nerve growthfactor (NGF)が候補として挙がった。そこで(3)NGFを欠失させた際の知覚神経の動態・表現型の解析(NGFノックアウトマウスの解析)(4)さらに心臓でNGFを過剰発現させた際の知覚神経の回復の効果(心臓特異的NGFトランスジェニックマウスによるrescue実験)を明らかとした。これらの検討により心臓知覚神経の発生で心筋細胞から産生されるNGFが必要不可欠な分子であることが解明された。糖尿病性心臓知覚障害の分子機構上記の結果を踏まえ糖尿病モデルで知覚神経障害にいたる機構、神経障害時の再生に必要な因子の解明を行うこととした。まず(1)ストレプトゾトシン投与により糖尿病モデルマウスを作成し、心臓内NGF発現量、および心臓知覚神経系の変化を解剖、機能両面より解析した。つぎに(2)糖尿病ラットの心臓にNGF発現プラスミドを遺伝子導入し知覚神経の回復の効果を検討した。これらの結果、糖尿病心ではNGF産生が50%程度減少しており、そのため知覚神経の除神経、無症候性心筋虚血が惹起されていることが解明された。また同病態はNGFの遺伝子導入により改善した。本研究内容は日本循環器学会(YIA受賞)、米国心臓病学会などにおいて発表され、論文としてはCirculation.2006;114(22):2351-63.に掲載された。また日本経済産業新聞(2007年2月9日付)などマスメディアにも取り上げられ大きな反響を呼んだ。私は本研究費により心臓における知覚神経の形成機序の解明とこれに基づく除神経心臓の神経再生療法の確立をするべく研究を行っている。心臓は神経支配を豊富に受け、その活動は自律神経系により綿密に調節されている。糖尿病や心臓移植後、重症心不全例では心臓の交感神経・知覚神経は除神経されることが知られている。知覚神経の除神経は無症候性心筋虚血を惹起し、心筋梗塞発症の要因の一つになるばかりでなく、突然死の原因としてもよく知られている。しかしこれまで心臓感覚神経の形成に必要な分子は検討されていない。私は胎生12日からadultまでのマウスの心臓感覚神経の発達と心筋細胞から分泌される様々なneurotrophic factor発現の関係を分析し、どの因子が感覚神経の形成に関与しているか検討した。その結果、神経成長因子(NGF)のみが感覚神経の成長とともに発現が増加していた。そこでNGFに着目し、NGFノックアウトマウスの解析、および心臓でNGFを過剰発現させた際の知覚神経の回復の効果(心臓特異的NGFトランスジェニックマウスによるrescue実験)を行った。その結果NGFノックアウトマウスでは著明に心臓感覚神経の発達は障害されており、また心臓内のみならずその中枢側の後根神経節、後角の神経の発達障害も認められた。これらの障害は心臓で特異的にNGFを過剰発現させることにより完全に回復した。これらの結果より心臓知覚神経の発生段階で心筋細胞から分泌されるNGFが必須の分子であることが証明された。今後はこれらの結果を踏まえ糖尿病モデルで知覚神経障害にいたる機構、神経障害時の再生に必要な因子の解明を行う予定である。これまでにこれらの結果の一部を2005年アメリカ心臓病学会(AHA)、2006年日本循環器学会(YIA)で発表した。
シグナル伝達の活性強度を加減調節するレオスタット分子NLKの機能 と制御の解明

NLKは種を越えて保存されたタンパク質リン酸化酵素であり、様々なシグナル伝達の活性強度を加減調節する能力を有する。私たちは本研究により、NLKが神経前駆細胞において転写因子Lef1のリン酸化を介してWntシグナルを増強し、これにより脊椎動物の脳組織のサイズ成長に貢献していることを明らかにした。また、NLKが自己リン酸化により活性化することや、タンパク質DP1がNLKの活性を抑制することなどを見いだした。本研究によりNLKの新たな機能と制御が明らかになったNLKは種を越えて保存されたタンパク質リン酸化酵素であり、様々なシグナル伝達の活性強度を加減調節する能力を有する。本研究によりNLKの新たな機能と制御が明らかになった蛋白質リン酸化酵素Nemo-like kinase (NLK)は、様々な転写因子をリン酸化することにより、その活性を制御する能力を持っている。しかしながら、NLKの活性制御機構はほとんどわかっていない。私たちは今回、NLKのホモ二量体形成がNLKの活性化とNLKの核局在に必須であることを発見した。私たちはまず、生化学的解析により、NLKがホモダイマーを形成し、自身のThr-286をトランス自己リン酸化することを見いだした。さらに、この自己リン酸化がNLKの活性化に必須であることを発見した。また、線虫C.elegansにおけるNLKのホモログlit-1の機能欠損変異に相当する部位であるCys-425に変異を導入したNLKはホモダイマーを形成できないだけでなく、酵素活性も核への局在活性も失っていた。これに対して、既知のNLK活性化因子である神経成長因子NGFによって細胞を刺激すると、細胞内在性のNLKがダイマー形成し、Thr-286の自己リン酸化を行なうことがわかった。加えて、NLKのダイマー形成と自己リン酸化がNGF刺激によって誘導されるPC12細胞の神経突起伸長に必須であることがわかった。これらの結果から、NLKのダイマー形成がNLKの機能的活性化の「最初のカギ」となることが示唆された。このように全く未解明であったNLKの活性制御メカニズムの中核部分を解明することに成功した。本成果は米国細胞生物学会誌Molecular Biology of the Cellにおいて発表した。また、神経前駆細胞においてNLKがWntシグナルの転写因子Lef1をリン酸化することでLef1の転写活性を促進することをみいだしており、本成果についての論文を現在作成中である。Nemo-like kinase (NLK)は種を越えて保存された蛋白質リン酸化酵素である。私たちはこれまでに、「NLKが"組織の形成と疾病の発症に関わるシグナル伝達経路群"の活性強度を調整する"レオスタット(加減抵抗器)分子"として機能すること」を明らかにしている。しかしながら、「(1)NLKによるシグナル活性制御の分子機構」、「(2)NLKによる活性制御の組織/個体における意義」、「(3)NLKの活性調節機構」、「(4)疾病発症とNLKの関係」については、十分には解析されていない。そこで、本研究ではこれらを詳細に解析し、NLKの機能と制御の分子/細胞/組織/個体レベルでの統合的理解を目指している。本年度は、NLKによる転写因子Lef1のリン酸化が神経前駆細胞におけるWntシグナルの活性化に必須であることを見いだした。具体的には、神経前駆細胞がWnt分子を受容すると細胞内でNLKが活性化し、活性化したNLKがLef1をリン酸化し、Lef1のリン酸化の結果として、Lef1の活性抑制因子HDAC1がLef1から離れ、Lef1が活性化してWntシグナル標的遺伝子の発現を促進することを見いだした。また、モデル動物ゼブラフィッシュを用いた解析により、NLKによるLef1リン酸化が中脳の神経前駆細胞の増殖を促進し、正しいサイズの脳の形成に必須であることを見いだした。以上の成果はEMBO Journal誌において発表した。また、NLKの活性化機構を解析し、NLKによる自身のThr-291のリン酸化がNLKの活性化に重要であることを見いだした(投稿準備中)。さらに、NLKの機能解析をゼブラフィッシュを用いて行い、NLKが腸の形成に必須であることを見いだした(投稿準備中)。NLKは種を越えて保存された蛋白質リン酸化酵素である。私たちはこれまでに、「NLKが組織の形成と疾病の発症に関わる、WntシグナルやNotchシグナル等のシグナル伝達経路群の活性強度を調整する“レオスタット(加減抵抗器)分子"として機能すること」を明らかにしている。しかしながら、「1NLKによるシグナル活性制御の分子機構」、「2NLKによる活性制御の組織/個体における意義」、「3NLKの活性調節機構」、「4疾病発症とNLKの関係」については、十分には解析されていない。そこで、本研究ではこれらを詳細に解析し、NLKの機能と制御の分子/細胞/組織/個体レベルでの統合的理解を目指した。

本年度はまず、韓国ソウル大学との共同研究により、NLKの抑制因子としてDP1を発見し、さらに、脊椎動物の構築過程の神経組織においてDP1がNLKによるWntシグナル抑制を解除することによりWntシグナルを増強し、この増強が神経組織の前後軸パターン形成を促進することを見いだした(Kim et al., EMBO J 2012)。また、NLKの臓器構築における機能解析も行った。シグナル活性を可視化したゼブラフィッシュを作成し(Shimizu et al., Dev Biol 2012)、これを用いた解析により、NLKがNotchシグナルとWntシグナルの双方の制御を介して腎臓の形成を制御することを見いだした(投稿準備中)。NLKの制御下にあるWntシグナルは大腸がんの発症に深く関わるため、大腸がんとNLKの関係の解析も行った。その結果、多くのヒト大腸がんにおいてNLKの発現が亢進していることと、大腸がん細胞株においてNLKを過剰発現するとWntシグナルの活性化が起きることを発見した(投稿準備中)。これらの結果から、NLKの発現亢進が大腸がんの発生や進行に関与する可能性が期待できる。NLKによるLef1リン酸化の意義を解明し、EMBO journalにおいて発表することができたため。また、「(1)NLKによる他のシグナル活性制御の分子機構」、「(2)NLKによる活性制御の組織/個体における意義」、「(3)NLKの活性調節機構」、「(4)疾病発症とNLKの関係」の解析も順調に進んでいるため。24年度が最終年度であるため、記入しない。シグナル活性を可視化したゼブラフィッシュと動物細胞株を用いたオリジナルの手法を用いて、「(1)NLKによる他のシグナル活性制御の分子機構」、「(2)NLKによる活性制御の組織/個体における意義」、「(3)NLKの活性調節機構」、「(4)疾病発症とNLKの関係」の解析を進める。
マイクロスケール実験による理科実験の個別化と言語能力の育成を目指す授業展開の構築

理科実験の新しい取組みとしてマイクロスケール実験の学校現場への普及を目指している。特に、理科実験における個別化と、その実現による言語能力の育成、考える力の育成に注目して、教材開発だけでなく、新しい授業展開の提案を行った。マイクロスケール実験の教材が、考える力を育成する実験活動を行う上で有効であることを、小学校から高校での実践活動を通して,授業実践時の生徒の活動、ワークシートの分析およびアンケート結果より確認した。海外との交流のため、既刊のテキストの英訳本の出版をはじめ、研究成果については学会誌での公表、学会発表を中心に行い、ひらめき☆ときめきサイエンスによる社会還元事業も実施した。研究業績は主に1)論文、2)学会発表、3)授業実践からなる。1)は、マイクロスケール実験による中学校理科におけるー銅の酸化・酸化銅の還元実験の教材開発と授業実践ー、柴辻優俊、佐藤美子、芝原寛泰、理科教育学研究、2015,3等4件、2)は、マイクロスケール実験による有毒物質を扱う教材実験の改良ー学校現場における実験の安全性確保のためにー(課題研究発表会)、芝原寛泰,佐藤美子、日本理科教育学会全国大会(愛媛大学)、2014.08等8件、3)は、近江兄弟社高等学校、1年生2クラス75名,2015年1月26日「塩化銅水溶液(II)の電気分解」等5件から成る。また、科研費による研究成果を社会還元する目的で「ひらめきときめきサイエンス」を実施。近隣の中高生24名を対象に、マイクロスケール実験の体験講座を行った。H26年度は研究期間の中期として、主に教材開発と並行して授業実践にも力をいれ、教材実験に問題点の抽出を優先した。計画通りに遂行しているが、最終年度に向けて研究成果の論文公表に向けての準備を整えることができた。研究目的である「マイクロスケール実験による理科実験の個別化と言語能力の育成」に向けて、教材開発、授業実践、学会発表、論文その他の執筆、公表を継続的に行った。理科実験の個別化を可能にする教材の開発では、器具の小型化、操作の簡略化を図る実験器具の開発に重点をおいた。また言語能力の育成では、特に表現能力の育成に注目し、ホワイトボードによるグループ内の実験結果の共有と、それに続くクラス発表を併用する授業展開を積極的に行う授業を実践した。また、マイクロスケール実験の海外に向けての普及ため、2012年発刊の自著「マイクロスケール実験ー環境にやさしい理科実験」を公開促進費により翻訳刊行した。開発した教材実験は高校理科3件、中学校理科2件、小学校理科1件で、授業実践は6件、学会発表は5件、論文および解説文の公表は6件、著書2件である。また「ひらめきときめきサイエンス」の実施により研究成果の社会還元も行った。さらに、マイクロスケール実験の普及のため、その趣旨等を説明したクリアーファイルを500部作成し配布した。H27年度は研究期間の中期として、主に教材開発と並行して授業実践にも力をいれ、教材実験に問題点の抽出を優先した。計画通りに遂行しているが、同時に、最終年度に向けて研究成果の論文公表に向けての準備を整えることができた。H27年度は研究中間年度として、ほぼ計画通りに遂行した。「実験の個別化と言語能力の育成」」をはかる実験教材の開発、授業実践の一部、研究成果の公表(論文、著書、学会発表、解説書の執筆等)も、当初の目標に沿ってすすめることができた。教材については、小学校から高校理科にわたる6件の開発と実践を行った。H28年度は最終年度として、研究目的である「マイクロスケール実験による理科実験の個別化と言語能力の育成」に向けて、教材開発、授業実践、学会発表、論文その他の執筆、公表を継続的に行った。理科実験の個別化を可能にする教材の開発を主に行った。言語能力の育成に教材がどの程度の貢献できるかの判定方法についても、学校現場の意見をふまえ、さらに検討を重ねることが目標であったが、試みとして実験前後のアンケート調査について、特に小学校・中学校を対象に、概念の変容調査と設問に工夫を行った。前年度からの呈色板によるマイクロスケール実験の教材開発については、学校現場への普及を目的としたテーマであり、この教材実験を用いた授業実践を実施した。研究成果については、理科教育学会での発表、理科教育学研究にて公表した。また呈色板を用いた電気分解実験についても積極的に実践活動を行い、同学会での発表を経て、その後、科学教育研究に掲載(2017年6月予定)が決定した。また、高校化学の有機化学分野を対象にしたマイクロスケール実験の教材開発と授業実践にも取り組んだ。有機化学分野の実験では、有機溶剤の使用や加熱により、従来のプラスチック製の器具の使用が難しいため様々な工夫を行いながら、器具の見直し、安全で確実な操作に重点をおいて研究を進めた。例として、「アゾ染料合成のマイクロスケール実験」をテーマとして理科教育学会で発表を行った。マイクロスケール実験の紹介記事を執筆した(少年写真新聞社、啓林館等)。理科教員養成の立場から、理科指導法等の大学授業で用いるテキスト(電気書院発行)を執筆(2017年6月発刊予定)。同書には10件のマイクロスケール実験を含む授業案を掲載している。開発した教材実験は高校理科5件、中学校理科2件、小学校理科1件で、授業実践は3件、著書1件、学会発表5件、論文および解説文の公表4件である。

特に、理科実験における個別化と、その実現による言語能力の育成、考える力の育成に注目して、教材開発だけでなく、新しい授業展開の提案を行った。マイクロスケール実験の教材が、考える力を育成する実験活動を行う上で有効であることを、小学校から高校での実践活動を通して,授業実践時の生徒の活動、ワークシートの分析およびアンケート結果より確認した。海外との交流のため、既刊のテキストの英訳本の出版をはじめ、研究成果については学会誌での公表、学会発表を中心に行い、ひらめき☆ときめきサイエンスによる社会還元事業も実施した。テーマに即した教材実験の開発は順調に進んでいる。それらを使った授業実践も、中学校および高等学校において実施した。しかし、授業展開において、言語能力の育成につながるように、実験結果のまとめ、発表、討論をとりいれること、またその学習効果を検証するには至っていない。特に、開発した教材を用いた個別化実験による授業実践は実施したが、研究目的のひとつである「学習効果の向上」を確かめるには、まだ不十分と判断した。次年度(H28年度)は、研究期間の最終年度として、授業実践をさらに行うと同時に、研究のまとめとして、実験手順、ワークシート等の作成と整備も行う。言語能力の育成にどの程度の貢献があったかについての判定方法も、学校現場の意見をふまえ、さらに検討を重ね検証できる体制を整えたい。このことは今後の研究継続の上でも重要であり、最終年度として優先度を挙げて取り組みたい。また学校現場や他大学との交流を深めるためにも、今後は「ひらめきときめきサイエンス」や科学館等での実験教室も積極的に取り組み、研究成果の社会還元も図りたい理科教育、物理化学上記の達成度でも述べたが、授業実践における授業展開にさらなる検討が必要である。具体的には、授業の事前事後アンケートの設問項目および分析方法の検討、授業中の生徒の動向の把握、さらに通常授業での学習効果の把握が必要である。通常授業との比較では、同じレディネスをもつ生徒を対象にした授業実践が困難であるため、学校現場の教員との事前の打ち合わせを緻密に行い、比較検討の方法について、十分な準備が必要である。この点、改善のための具体的方策を打ち出すことが緊急の課題である。計画的な使用を試みたが、見積もり額、消費税計算額などに誤差が生じた。また当初予定していた消耗品の一部(セルプレート、呈色板)について、前年度の購入品を再利用したため、約50万円の残額が生じた。実験器具の再利用の可否を検討するための試みであった。旅費は、出席、発表した理科教育学会の開催が、勤務校であったため、旅費等の支出が発生しなかった。計画的な使用を試みたが、見積もり額、消費税計算額などに誤差が生じ、25486円の残額となった。研究目的の一つである「マイクロスケール実験の学校現場への普及」を目指すため、実験器具の整備を行い、研究協力者との連携の下、器具を有効に活用して、その目的を果たしたい。個別実験の形態を目指しているため、器具の個数が多くなる。そのため学校現場では器具の整備が追いつかない可能性がある。研究の趣旨を理解し、その目的の達成のため実践の場を提供していただく現場には、積極的に器具の準備の面でサポートしたい。
時期及び軟骨特異的Gpr126ノックアウトマウスを用いた特発性側彎症の病態の解明

本研究では、GWASにより発見された遺伝子のひとつであるGPR126(G-protein-coupled receptor 126)を突破口に、脊椎の形成、成長、発達における遺伝子機能の解析によるAISの分子病態の解明を目指した。以下の結果を得た。2)マウスの成長過程の脊椎におけるGpr126の発現解析を行い、遺伝子発現の部位、時期などを個体レベルで明らかにした。3)タモキシフェン誘導性遺伝子改変システムを用いて、時期および軟骨特異的にGpr126をノックアウトしたcKOマウス(Sox9-CreERT2;Gpr126fl/flマウス)を作製した。このマウスを用いて、発生・成長過程の脊椎におけるGpr126の機能、側弯の発生メカニズムを解析中。思春期特発性側彎症(Adolescent Idiopathic Scoliosis: AIS)は、思春期に発症・進行する原因不明の疾患である。全世界で、人口の2-4%に発症するcommon diseaseであり、その病因の解明、効果的な治療法の開発は、我が国のみならず、全世界の医療、医療経済上の大きな課題となっている。本研究では、AISの発生メカニズムを分子レベルで解明し、その革新的な治療法開発への突破口を開くことを目指して、先に世界初の全ゲノムレベルのケース・コントロール相関解析(Genome-Wide Association Study: GWAS)により同定されたAISの疾患感受性遺伝子GPR126(G-protein-coupled receptor 126)の機能の解析を行っている。軟骨細胞の細胞株を用いた軟骨分化における細胞レベルでのGPR126遺伝子の機能解析、成長過程のマウス脊椎における組織レベルでの発現解析、及び時期および軟骨特異的なGpr126ノックアウトマウスを用いた生体レベルでの表現型解析、組織学的解析により、GPR126によるAISの発生メカニズムを検討する。平成29年度の研究により、GPR126は軟骨組織で高発現すること、GPR126の発現は、軟骨分化の進行に従って上昇することがわかった。よって、GPR126はpro-chondrogenic factorであると考えられた。タモキシフェン誘導性Gpr126cKOマウスの作製のために、ターゲティングベクターの構築、ES細胞への導入、Gpr126 loxP knock-inされたES細胞のセレクションを行った。取ったES細胞ラインを用いて、キメラマウス(F0)を作製した。1)軟骨細胞株を用いたGPR126発現解析。ヒト軟骨細胞(OUMS-27細胞またはHCS2/8細胞)、マウス由来の軟骨前駆細胞(ATDC5細胞)でのGPR126の発現profileを確認した。次いで、軟骨細胞における発現ベクターを用いたGPR126の機能解析のために、軟骨細胞での遺伝子導入導入条件の至適化を行なった。その結果、遺伝子導入法としては、4D-Nucleofectorシステムを用いたエレクトロポレーション法が最適であることがわかった。2)マウス脊椎の成長過程におけるGpr126の発現解析。成長過程における脊椎でのGpr126の発現パターンを理解するためにin situ hybridization法と免疫組織染色法を用いて、新生児期成人期マウスの脊椎、及びその周辺組織におけるGpr126発現を解析した。脊椎の成長軟骨の増殖層の軟骨細胞に強く発現していることがわかった。3)タモキシフェン誘導性Gpr126 cKOマウスの作製。変異エストロゲンレセプター(CreERT、CreERT2等)を用いたCre組換え酵素誘導システムを用いて、タモキシフェン誘導性Gpr126 cKOマウスの作製している。既に、Gpr126遺伝子破壊のターゲティングベクターの構築まで成功した。ヘテロマウスを作製するため、ES細胞を用いた相同組換え法によるGpr126キメラマウスを作製しこれとキメラマウスと野生型マウスを交配している。以下の結果を得た。1)軟骨細胞株を用いた発現解析。GPR126発現ベクター、GPR126-shRNA発現ベクター(レンチウイルスベクター)を作製する。作製したベクターを軟骨細胞様細胞株に導入し、GPR126安定発現細胞株および安定的ノックダウン細胞株を取得し、軟骨分化マーカー遺伝子の発現変化をリアルタイムPCRシステムで解析する。2)タモキシフェン誘導性Gpr126 cKOマウスの作製。時期および軟骨特異的にGpr126をノックアウトするため、軟骨分化のマスターレギュレーターであるSox9のトランスジェニックマウス(Sox9-CreERT2マウス)と交配させ、タモキシフェン誘導性Gpr126 cKOマウス(Sox9-CreERT2;Gpr126fl/flマウス)を作製する。作製したGpr126

cKOマウスを用いてタモキシフェンの投与方法に対する予備実験を行い、タモキシフェンの至適投与条件を決定する。3)タモキシフェン誘導性Gpr126cKOマウスの表現型解析。胎生期思春期にかけてタモキシフェンを投与したGpr126 cKOマウス(Sox9-CreERT2;Gpr126fl/flマウス)を作製する。各時期について、表現型の確認や組織学的解析を行なう。側彎の表現型が見られたGpr126cKOマウスに対しては、コントロールマウスとともに脊椎からRNAを抽出し、リアルタイムPCRシステムを用いて軟骨の分化マーカー遺伝子(Col2a1、Agc1、Col10a1等)の発現を比較する。更に、各時期の全身骨格と脊椎の組織切片を作製し、Alcian blue、アリザリンレッド等の染色法を用いて骨・軟骨形成を検討する。in situ hybridizationや免疫組織染色により、脊椎でのAIS関連遺伝子群の発現を調べる。
ガラス構造と内部応力を利用した結晶化ガラスエンジニアリングの構築

ガラスの結晶化により誘起される応力や欠陥、またはガラスの構造を利用することで、析出結晶相や形態、機能を制御することを目的に研究を行った。例えば典型的な蛍光結晶や蓄光結晶をガラス状態を経由して合成することで、蛍光シフトや高温相析出に成功した。また、ガラス構造の設計に基づき、ホウ酸塩をベースとする新規のBaF2ナノ結晶化ガラスを開発した。ナノ結晶の粒子径を8nmに低減することで、ガラスと同等の高い透明性が得られた。また、熱処理結晶化によりBaF2の低フォノンエネルギーに由来して、優れたアップコンバージョン特性が得られた。結晶化に伴い誘起される巨大応力とガラス構造を利用した新規結晶化ガラス開発に関し、以下の成果が得られた。1) SrAl2O4となる組成のガラスをガス浮遊法によって合成し、熱処理結晶化を施した結果、結晶化の際に生じる応力によって安定相である単斜晶系ではなく、高温相の六方晶として得られることを提案した。Eu2+, Dy3+の共添加により緑色の強い発光を示し、さらに六方晶系において長残光特性の発現を初めて観察した。単斜晶系に比べ励起ピークが長波長シフトしており、可視光利用の観点などから高温相SrAl2O4の有用性を提案した。また、本申請課題の骨子となるガラス結晶化により生じる巨大応力場が結晶構造の設計に有効であることを提示した。2)Y3Al5O12の系においても同様の方法でガラス結晶化を行った。X線回折により巨大な格子ひずみが観測され、また、Ceをドープしたとき、固相法などで得られる発光スペクトルに比べ10nm程度短波長シフトすることを明らかにした。ガラス結晶化法を利用することによる波長チューニングへの発展が期待され、ガラス結晶化法を利用した特性制御を提案した。3)フッ化物は低粘度成分であることなどから酸フッ化物ガラスを熱処理すると通常フッ化物結晶が析出する。MgF2-BaO-B2O3このガラス系の構造を調査することで、Fの結合状態をフリーな状態ではなく架橋性にすることで、フッ化物結晶ではなくフッ化物結晶BaMgBO3Fが得られることを明らかにした。ガラス構造を設計することで、析出結晶相を制御できる可能性を示した。さらに、このガラスが極めて高い発光量子効率や深紫外透過性を示すことを明らかにした。ガラス結晶化の制御のみならず、革新的物性を示す新奇ガラス開発につながる成果であると期待される。ガラスの結晶化に伴い生じる巨大応力や、ガラス構造を利用した新規結晶化ガラスの開発に成功し、計画通りに進行している。ガラスの結晶化を利用した新材料合成のため、ガラス構造の効果および結晶化に伴い誘起された応力、欠陥が及ぼす結晶化ガラスの形態、相、特性について明らかにした。1) Y3Al5O12となる組成のガラスをガス浮遊法によって合成し、熱処理結晶化を施した結果、立方晶Y3Al5O12が析出した。析出したは、格子定数が大きく歪み、また、陽電子消滅から固相法等で合成した結晶に比べ、多量の欠陥を含有していることが示唆された。これらにより蛍光イオンサイトが歪み、Ce添加による発光ピークのシフトを観察することができた。ガラス結晶化が析出結晶の相だけでなく、特性、欠陥に大きく影響することを提示した。2)33.3BaF2-66.7B2O3の2成分型からなるガラスは熱処理によって分相を形成し失透する。これに、第三成分としてMgやAlを添加すると、フッ素イオンの環境が変化し、熱処理によってBaMgBO3FやBaAlBO3F2を析出する。一方で、xZnO-33.3BaF2-66.7B2O3の形でZnを添加すると、BaF2が析出した。無添加の場合は30nm程度のナノ結晶が凝集して析出し失透したが、Er3+を1mol%添加すると、凝集はなくなり、またナノ結晶の粒子径も8nmまで低減し、高い透明性が得られた。また、熱処理結晶化によりBaF2の低フォノンエネルギーに由来して、Er3+添加により高いアップコンバージョン特性が得られた。また、結晶化させない場合でも高フォノンエネルギーのホウ酸ベースにもかかわらず、良好なアップコンバージョン特性を示した。融液を急冷した瞬間には既にフッ化物結晶のような局所構造がEr3+周囲に形成していることを提案し、ガラスの局所構造が結晶化挙動に大きく影響することを明らかにした。28年度に合成に成功した結晶について、詳細な材料解析を行うとともに、より簡便な材料合成プロセスの構築を行う。無機工業材料共同研究先の国外大学への渡航を予定していたが、日程調整等の関係上次年度に持ち越しとなった。次年度に上記目的での執行を予定する。