hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ミュータンスレンサ球菌にフッ化物耐性を付与するフッ化物輸送タンパクの解明

しかしながら、S. mutansにおいて、SMU1290_cまたはSMU1289_cの単独破壊のみでもフッ化物耐性を劇的に失うことから、「chloride channel permeaseを構成する二量体が、ヘテロとホモでは、フッ化物耐性の強度に影響を与えるのではないか?」という新たな疑問が生じた。当該研究最終年度には、この疑問点解決のため、フッ化物耐性遺伝子を破壊した大腸菌に対し、SMU1290_cとSMU1289_c遺伝子を同時に発現する株を作成し、フッ化物耐性を評価した。その結果、フッ化物耐性はSMU1290_cまたはSMU1289_c遺伝子単独の形質転換株と変わらず、ヘテロ二量体の優位性を示すには至らなかった。しかしながら、S. mutansと大腸菌のタンパク質発現系の違いによる影響の可能性は否定できず、さらなる詳細な検討が必要である。う蝕は世界中に蔓延している疾患の1つである。う蝕予防にはフッ化物応用が効果的である。その主な作用は、歯の強化と初期う蝕の再石灰化である。一方、フッ化物には微生物のエネルギー産生経路を阻害する働きがあるので抗菌作用も期待できる。もしフッ化物がう蝕原因菌の増殖抑制にも貢献すれば画期的である。そのための方策を探る第一歩として、う蝕発生に重要な役割を果たすStreptococcus mutans菌にフッ化物耐性を付与する遺伝子の存在を明らかにした。現在までにStreptococcus mutansのSMU1290遺伝子破壊株、SMU1289遺伝子破壊株、SMU1290・SMU1289両遺伝子破壊株が野生株よりフッ化物耐性が劣ることを明らかにした。また、フッ化物耐性遺伝子を破壊した大腸菌が、SMU1290遺伝子、SMU1289遺伝子の形質転換によりフッ化物耐性の回復を示すことを明らかにした。以上の所見はSMU1290遺伝子およびSMU1289遺伝子がフッ化物耐性を付与することを証明していることにほかならず、達成度について「おおむね順調に進展している」とした。予防歯科学フッ化物耐性遺伝子を有する微生物の多くは1種類のみのフッ化物耐性遺伝子を有するのに対し、Streptococcus mutansはSMU1290、SMU1289と2種類存在する。今後の研究の推進方策として、2種の遺伝子が共存している意義について調べる予定である。例えば、ホモロジー検索によると、標的とした遺伝子産物は2量体を形成することが予想される。2種の遺伝子が共存しているStreptococcus mutansにはヘテロ2量体とホモ2量体が存在しうる。このことがフッ化物耐性の強度に影響を及ぼすかもしれない。また、SMU1290遺伝子、SMU1289遺伝子の大腸菌への形質転換の成功により、各遺伝子産物を容易に得るための道筋がついた。今後その遺伝子産物の詳細な特徴を探索し、創薬ターゲットとしての可能性について研究を推進する予定である。SMU1289遺伝子破壊株、SMU1290遺伝子破壊株、SMU1289遺伝子およびSMU1290遺伝子両破壊株の作製を予定していたが、SMU1289遺伝子およびSMU1290遺伝子両破壊株の作製が当該年度中に終了しなかったため。ただし、両遺伝子破壊株は次年度初頭には終了予定であり,年度中に予定の、作製した3種の遺伝子破壊細菌株のフッ化物耐性評価まで終了することが可能である。
応力状態の変化に基づく異常細胞のセンシングと排出機構～細胞競合の力学的シナリオ

本研究では『応力状態の変化に基づく異常細胞のセンシングと排出機構細胞競合の力学的シナリオ』を研究課題名とし理論解析と数値シミュレーションによって下記の課題(1)(3)に取り組む。(1)成長する上皮組織における応力伝播機構の解明。(2)応力状態変化に基づく異常細胞センシングおよび排出機構の提案。(3)実験研究者と共同研究による応力伝播と異常細胞センシング機構の検証。課題(1)と(2)に関しては、上皮細胞集団の力学を表現するVertex dynamics modelを用いて数理モデリングとシミュレーションによって研究を進めてきた。分裂する細胞の周囲の細胞における応力状態の経時的変化をシミュレーションし、得られた多数のデータを統計的に解析するところまで終了した。現在、応力伝播の様子を統一的に説明するための解析解導出を試みている。さらに、この情報を使って、周囲の細胞が応力状態変化からどの程度の精度で異常細胞を識別することが可能かという計算を行う予定である。これらの結果がまとまり次第、論文にまとめて投稿する計画である。他方で、力学的な細胞排出機構に関しては、解析的な近似解の導出に成功し、論文執筆を終え投稿中である[Lee and Morishita, "Critical Contractility and Cell Size for Mechanical Elimination of Cells from Epithelial Tissue", submitted]。(3)に関しては、領域内実験研究者から提供されたカルシウム時間変化のデータ解析を行ったが、特筆すべき結果は得られなかった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。課題(1)と(2)に関しては、上皮細胞集団の力学を表現するVertex dynamics modelを用いて数理モデリングとシミュレーションによって研究を進めている。分裂する細胞の周囲の細胞における応力状態の経時的変化をシミュレーションによって多数回生成し、データを統計的に解析することで、応力伝播の様子を統一的に説明できる段階まで来ている。次年度ではこの情報をもとに、応力状態変化に基づく異常細胞センシング機構の提案まで持っていくことを目指す。力学的な細胞排出機構に関しては、解析的な近似解の導出に成功し、現在論文にまとめている所である[Lee and Morishita, in prep.]。(3)に関しては、領域内実験研究者から提供されたカルシウム時間変化のデータ解析を行ったが、現時点において特筆すべき結果は得られていない。研究実績の概要の所で述べたように、課題(1)(2)に関しては順調にシミュレーションデータの蓄積とその統計解析が進んでいる。特に、(2)の力学的な異常細胞排出機構に関しては、当初予定していた数値的な排出条件の解明というところから一歩踏み込んで、解析的に近似解を導出することに成功した。また、当初予定していなかった分岐現象を発見するなど成果が得られており、論文にまとめている段階である。(1)に関しても、基礎情報はかなり蓄積されてきており、異常細胞センシングに関連する新規機構の提唱へ期待が持てる。課題(2)の力学的な異常排出機構に関してこれまで得られた結果を可能な限り早い段階で論文投稿を終え、その後、異常細胞のセンシング機構に関する研究へ焦点をシフトして、本領域が終了するまでにまとまった結果を残せるよう研究を遂行する。課題(3)に関しては、引き続き同領域内の実験研究者と密な議論・連携を続けることで、申請者らが理論研究から提案するメカニズムの実験的検証を試みる予定である。
ボリュームレンダリング効能の評価方法論

本研究では、ボリュームレンダリング向け評価手法の要素技術として、脳機能計測とアンケート調査を使った評価手法の開発し、データ値を色値に変換する際のカラー・グレイスケールの利用がデータ理解に及ぼす影響や複数画像を提示した際の脳賦活領域の存在についての確認に適用しその有用性を確認した。本研究の目的は,ボリュームレンダリングの効能を評価するための方法論を開発し,その有用性の検証を行うことである.本研究では,アンケート調査・脳機能計測による効能評価法の開発を行い,複数の画像を使った評価実験を行い、その有用性が示唆された.ボリュームレンダリングでは、データ値を色値に変換してから画像化するために、この変換がデータ理解に及ぼす影響を評価する必要がある。このため、単純なデータ分布をさまざまな変換を通して画像化したものを被験者に提示し、どの変換方法がデータ分布の正確な理解に資するのかどうかをアンケート調査を用いて確かめた。この結果、グレイスケールを用いた線形変換がデータ分布の誤解を引き起こすことが少ないことが示された。次に、脳機能計測による可視化効能法開発に関する基礎的実験を行った。脳機能計測法としてはMRIが広く用いられているが、実験時には被験者が閉所に仰臥する必要があり、心理的圧迫が少なからず存在する。このため、今回は、通常の研究者が執務する状態に近い姿勢で計測を行うことのできる光トポグラフィーを使った脳機能計測を実施した。光トポグラフィーは、レスト状態に対するタスク状態の血流におけるヘモグロビン濃度の変化量を計測するものであり、今回採用したタスク状態は、30秒間計測対象画像を提示することであり、また、レスト状態は、タスク状態の前後で、10秒間、20秒間それぞれ、白背景画像を提示することであった。この結果、ある対象画像については、レストとタスク状態の間に有意差を認めた。この基礎実験をもとに、今後は、二枚のボリュームレンダリング画像に関して、並置・重畳の二つの方法で提示し、その効能の差について明らかにしていく予定である本研究では、ボリュームレンダリング向け評価手法の要素技術として、脳機能計測とアンケート調査を使った評価手法の開発し、データ値を色値に変換する際のカラー・グレイスケールの利用がデータ理解に及ぼす影響や複数画像を提示した際の脳賦活領域の存在についての確認に適用しその有用性を確認した。平成23年度では,f-MRIにより多くの研究成果が得られている多安定知覚現象について近赤外光脳計測装置を使った脳機能計測を実施した。近赤外光脳計測装置についての情報を収集し、高価なf-MRIを用いることなく近赤外光脳計測装置により、ある程度可視化画像による気づきの効果を評価することが可能であることを確認した。近赤外光脳計測装置では、近赤外光を用いて頭皮上から非侵襲的に脳機能マッピングするもので、f-MRIに比べて空間解像度は劣るものの時間解像度においては優れた特徴をもつ。また、脳波計に比べて空間解像度において優れている。この近赤外光脳計測装置を一定期間デモユースで無償で利用し、まず第一に、多安定視知覚現象の脳内機構を解明することを目的として行なわれた機能的磁気共鳴画像(fMRI)による脳神経活動部位の同定結果と近赤外光脳計測装置による同定結果を比較することにより後者の有用性を確認した。続いて、さまざまな可視化結果を提示して、そこから想起される気づきの近く現象の脳内機構を解明することを目的として近赤外光脳計測装置による脳神経活動部位の同定に必要とされる脳内血流に関するデータ計測を実施した。可視化結果は、単純に一定色だけのものから、CGソフトを使って生成した複雑な画像を含む。可視化画像により気づきを得た被験者の脳内における前頭並びに頭頂連合野ネットワークの関与を確認するために複数の脳領域における脳内血流信号間の時間的な類似性から機能的結合を検討した。可視化効能評価において、近赤外光脳計測装置は、空間解像度・時間解像度に関して卓越した高さを持つわけではないが、MRI・脳磁計・脳波計と違って利用場所にあまり制約のないことがメリットであり、これからの活用が期待できる装置である。今回は、近赤外光脳計測装置を使って視覚的刺激呈示の際の脳内賦活領域の特定のための基礎実験を行うことができたことの意義はたいへん高い。この点では当初の計画以上であったものの、f-MRIを使った脳機能計測については、実施することができなかったことを勘案して、研究計画は概ね順調に進展していると自己評価した。可視化画像を高解像度で表示することが多くなっている。人間の視力に適う解像度とはどの程度なのかについては科学的に解明されていないことが多い。人間の網膜上に分布する視細胞が画像提示のための画素とどのように対応するのかを調べ、視力に適う最小の解像度を明らかにする。近赤外光脳計測装置などの脳機能計測装置を使って解像度を変化させた場合にどのような変化が認められるのかを明らかにする一方で、従来から用いられている質問用紙法を使って気付きと解像度との関係を明らかにする。今年度は、近赤外光脳計測装置を使った実験作業が年度末になってしまい、研究成果をまとめるための時間が不足し、結果として次年度使用額とした分だけ余剰がでることとなった。また、近赤外光脳計測装置の利用については本来費用が発生するが、初回ということで、デモ利用ということで利用負担金はゼロにすることができた。

このため、来年度への繰り越し分は、今年度成果を公開するために必要となる論文投稿料や国際会議参加費などの経費やMRI・近赤外光脳計測装置などの脳機能計測装置の利用負担金に充てる予定である。
再燃型炎症モデルの確立と,抗炎症薬スクリーニング系への活用に関する研究

1.再燃型のアレルギー性炎症モデルの確立2.再燃型炎症反応の特色1st callenge後はアナフィラキシー反応にもとづく血管透過性六進反応がただちに誘発されるが、再燃型の場合はアナフィラキシー反応は全くおこらない。再燃型炎症反応を誘発させると著しく強いアラキドン酸代謝亢進がおこるがロイコトリエン系の代謝物の関与はきわめて弱くプロスタグランディン【E_2】が血管透過性亢進因子として関与していることが明らかとなった。3.スクリーニング系への応用各種のサイクロオキシゲナーゼ阻害剤は、再燃型炎症反応の抑制に有効であることが明らかとなり、in vivoのスクリーニング系として十分活用することができる。各種免疫抑制剤については研究費の関係で解析できなかった。
芳香族化合物および炭素クラスターC60を電子プールとする金属錯体の合成と反応

本県究は、「電子プールを有する金属錯体」という新しい概念に基づく錯体の合成とその反応性を検討し、究極的に不活性小分子の活性化にを達成する基礎的な知見を収集することを目的としている。本年度においては、金属クラスターの設計と、配位子として多環式芳香族化合物であるアセナフチレンとその誘導体、非ベンゼノイド芳香族化合物であるアズレンとその誘導体を有する鉄、ルテノウムの2-3核錯体の合成を検討した。その成果として、グアイアズレン鉄複核カルボニル錯体における光によるハプトトロピック転位の詳細な検討により、この種の錯体が可視で活性化され、熱過程とは異なる反応をおこすことを明かにした。また、アセナフチレンを配位子とするルテニウム3核錯体において特異的な水素化が進行し、アセナフチレンが部分水素化を受けたルテニウム3核ヒドリド錯体が生成することを見いだした。一方、配位子として特微的な共役π電子を有する炭素クラスターC60について、C60の製造とその基礎的な物性に関する研究をおこなうとともに、その有機金属錯体の合成を検討した。その結果、有機金属ポリマーC60Pdnの合成法とその性質を明かにするとともに、このポリマー状錯体を原料とした単核錯体、C60Pdl2(L=Phosphine)の一般的な合成経路を確立した。
スダチの低温貯蔵における生理障害の発生機構の解明

スダチは、徳島県特産の酢ミカンの一種で、未熟な緑色果に商品価値が有り、成熟して黄変すると新鮮さに欠けるうえ、その果汁の持つ独特な酸味と芳香が失われる。そのため、露地栽培では9月上旬に未熟果を収穫し、貯蔵後需要にあわせて出荷している。その貯蔵方法は当研究室において一応確立され、徳島の産地では生産量の約一割に当る700トン余がこの方法によって各農家で貯蔵されているが、長期貯蔵では果皮生理障害の発生等の問題がまだ残っている。本研究では、この障害の発生を抑える対策として、予措の条件、温湯処理(50°Cの温湯に5分間浸漬)、エチレン吸収剤、水分吸着袋などについて検討した。また、予措および貯蔵中の諸成分の変化についても分析調査した。その結果;(1)貯蔵1920週後の出庫時の健全果率は無予措で0%、予措2日間で10%、予措4日間で30%となったが、フィルム下で4日間予措を行った区の健全果率は12%と低かった。(2)温湯処理の効果は高く、収穫日の異なる4回の実験のいずれにおいても健全果が多くなったうえ、20°Cに出庫5日後の健全果率も高く棚持ちが良かった。(3)温湯処理をするタイミングについて、収穫当日から収穫後3日目までを比べたところ、収穫後1日目に行った区で98%と健全果率も最も高かった。(4)エチレン吸着剤を加えた区では、袋内のエチレン濃度はほぼOppmで健全果も多かったが、水分吸着袋と併用するとなお効果が高かった。同様に、温湯処理区にエチレン吸着剤を加えるとさらに健全果が多かった。(5)予措中のプロリン、ABA含量の変化と生理障害の発生の関係は明らかでなかった。
ヒト糞便中の蓚酸分解菌の定量

ひと糞便中の蓚酸分解菌の定量を行うために、まず、嫌気性の培養において、蓚酸分解菌のコロニーの存在を検出できる培地を開発することを試みた。すなわち、培地に蓚酸カルシウムを加え白濁させ、蓚酸分解酵素を産生する菌の存在が培地を透明化させるようにする。しかし、このような培地の作製にはいまだ成功していない。一方、ヒト糞便中の蓚酸分解菌を単離する試みは成功した。すなわち、糞便を採取後ただちにBarberらの培地に懸濁し、37°Cで嫌気下に培養した。十数回継代培養することにより蓚酸分解菌を含有した数種の菌の混合が得られた。次に、この混合培養物をBarber培地から蓚酸を除去した培地に継代し、ペニシリンの共存下で34日間培養することにより蓚酸分解菌の濃縮を行った。Barber培地で菌体を洗浄後、Barber培地の改変寒天培地にプレーティングし、34日間培養した。生育してくるコロニーを釣菌し、Barber培地で培養し、蓚酸分解活性を有する菌を得た。得られた菌は、好気条件では生育せず嫌気条件下でのも生育した。この菌はグラム陽性の桿菌であり、芽胞形成はみられなかった。菌の性状検査により、この菌はEubacteriumlentumであることが判明した。そこで、この菌に対する抗体を作製するか、あるいはこの菌より蓚酸分解酵素を抽出し、これに対して抗体を作製し、この菌の定量を行う予定である。
ホモシステイン分解酵素活性を応用した口腔細菌の新規迅速検出システムの開発

各種口腔細菌の培養液を用いて、ホモシステインおよびシステインを基質とした、ホモシステイン分解活性およびシステイン分解活性を各々の基質について測定した。菌数が既知の菌液のホモシステイン分解活性あるいはシステイン分解活性を測定することにより、単位菌数あたりの酵素活性を測定した。また、ホモシステインおよびシステインを基質とした場合のそれぞれの分解活性の高い口腔細菌種を同定した。また、ホモシステインおよびシステインの分解産物である硫化水素を測定することにより口腔細菌の迅速検出系を構築し、その評価を行った。口腔細菌のホモシステイン分解活性およびシステイン分解活性の測定各種口腔細菌の培養液を用いて、ホモシステインおよびシステインを基質とした、ホモシステイン分解活性およびシステイン分解活性を各々の基質について測定した。これは、菌数が既知の菌液のホモシステイン分解活性あるいはシステイン分解活性を測定することにより、単位菌数あたりの酵素活性を測定した。本研究の結果、ホモシステインを基質とした場合はPorphyromonas gingivalisの分解活性が一番高く、その次にFusobacterium nucleatumの分解活性が高かった。次いでPrevotella intermediaおよびStreptococcus anginosusの分解活性の上昇が見られた。システインを基質とした場合はStreptococus anginosusの分解活性が一番高く、次にPorphyromonas gingivalisおよびFusobacterium nucleatumはStreptococus anginosusの約60%の分解活性であった。口腔細菌のホモシステイン分解活性およびシステインム分解性の測定各種口腔細菌の培養液を用いて、ホモシステインおよびシステインを基質とした、ホモシステイン分解活性およびシステイン分解活性を各々の基質について測定した。
フタロシアニンを用いた新規π電子分子の創製

本研究ではフタロシアニンを基盤として、種々の摂動(非平面化・π拡張化)を施したπ電子系分子の創製およびこれらのπ電子系の空間的な配列制御による新規物性の発現を行った。また領域内連携により、磁気円偏光二色性スペクトル測定を用いたπ電子系分子の電子状態解明も併せて行った。(1)新規鉄及びコバルトフタロシアニン(Pc)を用いた触媒反応の開拓(2)ピロールの替わりに6,7員環またはピレン環を導入したPc誘導体の合成と物性(3)Pc誘導体の半分の単位を有するBODIPYの合成と物性(4)フルオロアルキル基を有するサブフタロシアニンの物性と特性の評価本研究ではフタロシアニンを基盤として、種々の摂動(非平面化・π拡張化)を施したπ電子系分子の創製およびこれらのπ電子系の空間的な配列制御による新規物性の発現を行った。(1)種々の摂動(非平面化・π拡張化)を加えたフタロシアニン(Pc)類縁体の合成及び物性解明においては、主に3つの化合物に焦点を絞って検討を行った。まずフラーレン部位を有したPcでは、クラウンエーテル骨格を外周部に導入した化合物を合成し、フラーレンとPcの分子軌道の相互作用がカチオンの添加により制御可能であることを明らかにした。またカリウムなどの大きなカチオンでは超分子2量体が生成していることを示唆する結果を得た。Push-Pull置換基を有したPc誘導体では、置換基の位置の違いによる異性体を分離し、分子の対称性と吸収スペクトル形状との相関関係を磁気円偏光二色性スペクトルと理論計算を用いて明らかにした。また得られた知見を基に吸収波長を近赤外領域にまで延ばすことに成功した。環拡張型Pcに関しては、モリブデンとタングステンを用いたときに環拡張類縁体が得られることを明らかにし、NMRスペクトルから推定構造を指示する結果を得た。(2)高次π空間創製を指向したフタロシアニン多量体の合成及び空間制御による相互作用変化の解明では、まずビナフチル連結型フタロシアニン2量体の合成を行い、低収率ながら目的の2量体を得た。この分子はビフェニル部分で回転が阻害されているためにキラルな分子であり、キラルカラムを用いることで、その光学分割に成功した。また平面Pc5量体の合成は、前駆体であるジシアノPcを収率良く合成することには成功したが、いくつかの反応条件を試みたが環化反応は進行しなかった。現在、種々の他の合成条件を試みている。研究計画で示した(1)のフタロシアニン(Pc)骨格に種々の摂動を加えた類縁体の合成及び物性研究では、Pc骨格のイソインドールユニットを6員環あるいは7員環構造を有するアザフェナレンやジベンゾアゼピン骨格に置き換えた新規類縁体の合成に成功し、X線結晶構造解析でそれらの構造を明らかにした。これらの分子は環内部の6員環や7員環による構造変化に起因して、大きく平面から歪んだ構造を取っていたが、Pc特有の電子構造は維持しており、それぞれ構造に特徴的な電子構造を有していることを磁気円偏光二色性(MCD)スペクトル及び理論計算により明らかにした。研究計画で示した(2)のPc多量体の合成及び空間制御による相互作用の解明では、ビフェニルで連結したPc二量体の合成に成功し、色素間の相互作用により大きく吸収特性が変化することを見出した。またキラルなビフェニルユニットを有する原料から合成することで、光学活性を有するPc二量体の合成にも成功し、符号の異なるCDスペクトルをそれぞれの異性体で観測した。またケイ素Pcとケイ素ナフタロシアニン(Nc)のμ-oxoヘテロ二量体の合成も行い、結晶構造解析に成功した。溶液状態では溶媒によって取り得る構造が異なりPcとNcの相互作用が変化するために、クロロホルム中とトルエン中で形状の異なる吸収スペクトルが得られた。次年度はビフェニル連結Pc二量体と併せて、これらの二量体の電子構造、色素間の相互作用について、MCDスペクトル及び理論計算で詳細を明らかにしていく。研究の3年目の本年も引き続き新規フタロシアニン(Pc)類縁体の合成を行い、また2年目に合成した化合物の物性解明を行った。まず(1)種々の摂動(非平面化・π拡張化)を加えたフタロシアニン類縁体の合成及び物性解明では、キラルな構造を有する1,2-サブナフタロシアニンの光学分割に成功した。さらにX線結晶構造解析により絶対構造を決定し、CD符号と絶対構造の相関について明らかにした。2年目に合成した6員環構造を環内部に有するサブフタロシアニンでは通常のサブフタロシアニンと比べて大きな長波長シフトを観測したことから、さらに近赤外領域に吸収を有する分子を目指して、この分子の外周部にベンゼン環が縮環した類縁体の合成を試みている。(2)高次π空間創製を指向したフタロシアニン多量体の合成及び空間制御による相互作用変化の解明では、ビフェニルユニットで連結したPc二量体の同定を行い、Pc間に励起子的な相互作用が存在することを見出した。また原料の段階で光学異性体を分離して、その後の合成を行うことで片方の不斉のみを有する二量体の合成にも成功した。

μ-オキソ型のPc-ナフタロシアニン(Nc)二量体ではX線結晶構造解析により2年目に合成した分子の同定を行った。この分子の吸収スペクトルは溶媒に依存してその形状が大きく変化することを見出した。これは溶媒によるコンフォメーション変化に伴いPcとNc間の相互作用が変化するためであると推察している。今後他のホモ二量体やヘテロ二量体を合成し、その吸収スペクトルを精査することでさらなる考察を加えていく。(3)磁気円偏光二色性(MCD)測定を用いたπ電子系分子の電子状態解明では、(1)や(2)で得られた分子についてMCD測定とそのバンドフィッティングを併用して行うことで、吸収帯の数と位置を精度良く明らかにすることが出来た。また領域内のπ電子系分子の測定を積極的に行い、電子構造解明を支援した。本研究ではフタロシアニン及びその類縁体を用いて、(1)種々の摂動(非平面化・π拡張化)を加えたフタロシアニン類縁体の合成及び物性解明、(2)高次π空間創製を指向したフタロシアニン多量体の合成及び空間制御による相互作用変化の解明、(3)磁気円偏光二色性(MCD)測定を用いたπ電子系分子の電子状態解明の3つのテーマに沿って概念的に新しいπ電子系分子の創製に挑戦している。(1)では中心元素にリン、環外周部のベンゼン環のα位に硫黄元素を導入することで、Q帯吸収が近赤外領域まで長波長シフトすることを見出し、それぞれの元素が電子構造に及ぼす効果について理論計算の結果と併せて評価を行った。また尿素ユニットを組み込んだ拡張型類縁体では、結晶構造解析及び各種分光測定から中心金属のモリブデンの配位環境や電子構造について明らかにした。またこれまで合成がなされていなかったピロールユニットが5つからなるスーパーアザポルフィリンの合成を行い、結晶構造解析によりひだ状にピロールユニットが配列した構造を明らかにした。この分子では低対称型の類縁体も合成し、それに伴った吸収変化も観測した。(2)ではナフタレンユニットの1,4,5,8位でフタロシアニン類縁体が架橋された二量体の合成に成功し、この分子がナフタレン周りのねじれ方の違いにより二つの異性体として存在することを示唆する結果を得た。今後は構造解析及び分光測定によるユニット間の相互作用解明を行う。(3)では(1)(2)で合成したサンプルの測定に加えて、本領域メンバーのMCD測定も行い、新規のπ電子系分子の電子構造解明を行った。本研究では、(1)種々の摂動(非平面化・π拡張化)を加えたフタロシアニン類縁体の合成及び物性解明、(2)高次π空間創製を指向したフタロシアニン多量体の合成及び空間制御による相互作用変化の解明、(3)磁気円偏光二色性(MCD)測定を用いたπ電子系分子の電子状態解明の3つのテーマに沿って、概念的に新しいπ電子系分子の創製を行った。最終年度の本年は、(1)のPcに施す摂動として構成元素の変換・構成要素の構造変化を中心に行い、吸収特性に関与する分子軌道を効果的に変化させることで、可視近赤外の広い領域における光吸収の波長制御が可能であることを見出し、特に中心元素としてリン、周辺置換基としてカルコゲン元素を導入することで、1000ナノメートル以上に吸収および蛍光を示す新規分子の創製に成功した。また新たな類縁体合成法の開発により、新規なフタロシアニン類縁体の合成にも成功した。(2)の空間的な配列制御では、Pc配列を配位結合で制御するために、外部配位部位を有するPc類縁体の合成を行い、これまでのところ、その前駆体合成に成功している。
内皮細胞由来血管収縮弛緩物質の産生分泌とそれによる平滑筋の応答、血管攣縮の機構

本研究計画では血管内皮細胞の産生する収縮弛緩因子の産生分泌機序とその平滑筋への作用機構をあきらかにすることを目的とした。内皮で産生されるエンドセリン、NO、過分極因子とその他の因子を対象とした。本年度はジーンターゲッティング法によるエンドセリン欠損動物が作製され、エンドセリンの欠損によって下顎形成不全、耳形成不全のおこるこが示された。エンドセリン受容体のサブタイプの多様性、受容体の構造活性相関、細胞内信号伝達系に関連して多くの情報が得られた。エンドセリン変換酵素についてはアイソフォームの存在、細胞内局在、その構造について多くの情報が得られた。内皮由来弛緩因子である一酸化窒素が弛緩作用を示すという概念が本研究計画のなかで示された。また動脈硬化症ウサギでの加齢に伴う内皮由来弛緩因子の変化についても報告された。過分極因子についてはこれによって誘発される平滑筋細胞内のカルシウム濃度変化が検討された。また心筋細胞と内皮細胞の混合培養系を用いて、内皮細胞の増殖が心筋細胞の存在によってbFGFあるいはTGF-βを介して制御されていることが示された。またアンギオテンシンIIによる心筋増殖作用がエンドセリンを介するという結果が示された。エンドセリンや一酸化窒素間相互のクロストークの存在することも認められた。いわゆる受容体依存性カルシウムチャネルという考え方があるが、その実体については不明であった。本研究計画の中でこの問題に関してエンドセリン誘発収縮では、非選択的カチオンチャネルを介するカルシウム内向き電流の重要性が指摘された。しかし一方で過分極因子にみられるようなカリウムチャネル開口に伴う機序で、誘発される過分極が細胞膜に関連する酵素活性に影響を与えて収縮調節を行うという考え方も提出された。本研究班は内皮細胞の産生する収縮弛緩因子の産生分泌機序、およびそれらの平滑筋における作用機序の研究が中心である。対象とする物質としてはエンドセリンとEDRFが中心である。その他収縮因子としてアラキドン酸代謝物、弛緩因子として平滑筋膜脱分極因子が研究対象となっている。さらに種々の状態における内皮依存性の収縮弛緩のメカニズムを調べ、どのようなメカニズムがあるかを検討することを目標としている。酸化窒素の内皮における産生と平滑筋に対する作用については、本年度はその産生に対するカルシウムイオンの関与に関する研究、動脈進展に伴う内皮依存性弛緩反応変化という間接的な研究が行われた。この領域は諸外国に比べてまだかなり弱い。しかしわが国におけるこの面の研究を促進しなければならない。さらに過分極因子についても研究された。またこの他の因子としてはカルシトニン遺伝子関連ペプチドの平滑筋に対する作用も検討された。エンドセリン研究は3人の分担者によって行われた。エンドセリンautocrine作用を示す細胞としていくつかの細胞でこのことが調べられた。またウシ内皮細胞では顆粒球コロニー刺激因子がエンドセリン産生促進因子であることが示された。ずり応力の低いところではその増加によってET-1の産生が増加するが、この産生をcytochalasinが誘導すること、colchicineが抑制することがわかり、細胞骨格の動態と深く関連していることがわかった。これらの現象と動脈硬化巣出現などとの関連、また血管再構築因子としてのエンドセリンの役割が今後注目される。内皮細胞による筋細胞増殖制御の機構が心筋細胞に対する作用をモデルとして検討された。この班における今年度の大きな研究成果のひとつは、エンドセリン受容体ETA,ETBの構造活性相関に関する研究である。ETAとETBの違いはアゴニストを選択する部位が異なっていることが証明された。

しかし一方で過分極因子にみられるようなカリウムチャネル開口に伴う機序で、誘発される過分極が細胞膜に関連する酵素活性に影響を与えて収縮調節を行うという考え方も提出された。
低温核偏極を用いたBohr-Weisskopf効果の研究

強磁性体内の不純物が感じる強い内部磁場と原子核の相互作用を精度良く調べると、原子核の磁気モーメントの発生の由来の違いで原子核が感じる磁場の強さが異なる。これをBohr-Weisskopf効果という。この研究の目的は、Bohr-Weisskopf効果を正確に系統的に測定することにより、原子核の構造の磁気モーメントの発生機構を研究することにある。計画は平成13年度から2年計画である。Sc(A=44,44m,46,47,48)の鉄中での低温核磁気共鳴の測定を行った。試料は東北大学のサイクロトロンからのαビームを用いて、反跳埋め込み法を用いて製作した。新潟大の^3He/^4He希釈冷凍機で10mK以下に冷却して核偏極させて、このアイソトープ全部の核磁気共鳴を得た。このScの同位元素のうちA=48以外の原子核の磁気モーメントはAtomic Beam法ですでに知られている。47Scの共鳴から鉄中の内部磁場を-13.17(5)T、48Scの磁気モーメントを3.79(1)μ_Nとそれぞれ決定した。またBohr-Weisskopf効果の値をA=44mとの比較により次の様に決定した;44ScΔ44mSc=-1.2(12)%,46ScΔ44mSc=1.3(7)%,47ScΔ44mSc=-1.3(7)%。また京都大学原子炉の質量分析器で91g, mYFeの試料を作り、NMR-ONの実験を行った。この結果それぞれの共鳴を得た。91Yの磁気モーメントはすでに知られているので、その値を用いて91YFeの内部塩場を-29.4(2)Tと決定した。91Yの共鳴周波数の外部磁場(B_0)依存性dν/dB_0=-2.35(7) MHz/T, dNと91mYの依存性dν/dB_0=-9.80(9)MHz/Tの比をとることによりBohr-Weisskopf効果の値を91YΔ91mYの値を-1(3)%と決定した。91Yのスピンは1/2-であり、スピンと軌道角運動量の向きが逆で大きなBohr-Weisskopfが期待される。藤田、有馬の理論計算によると4-5%になる。実験誤差を小さくする更なる実験が求められる。

今年度はSc(A=44, 44m, 46, 47, 48)の鉄中での低温核磁気共鳴の測定を行った。試料は東北大学のサイクロトロンからのαビームを用いて、反跳埋め込み法を用いて製作した。新潟大の^3He/^4He希釈冷凍機で10mK以下に冷却して核偏極させて、このアイソトープ全部の核磁気共鳴を得た。外部磁場0.2Tでの共鳴周波数はそれぞれ次の値を得た;v(44)=126.69(1)MHz, v(44m)=64.809(3)MHz, v(46)=76.91(3)MHz, v(47)=150.94(1)MHz, (48)=63.37(2)MHz。このScの同位元素のうちA=48以外の原子核の磁気モーメントはAtomic Beam法ですでに知られている。^<47>Scの共鳴から鉄中の内部磁場を-13。17(5)T、^<48>Scの磁気モーメントを3_。79(1)μ_Nとそれぞれ決定した。またBohr-Weisskopt効果の値をA=44mとの比較により次の様に決定した; 44Δ44m=-1.2(12)%, 46Δ44m=1.3(7)%, 47Δ44m=-1.3(7)%。これらの詳しい結果の検討と核構造の解析は現在進行中である。^<106>Rhの銅中の外部強磁磁場による共鳴周波数と鉄中の共鳴周波数が分かれば、同様に知られた^<101m>RHとの比較でBohr-Weisskopt効果を知ることが出来る。そのため、^<106>Rhの鉄中の共鳴を観測実験を始めた。共鳴は1.1GHzに予想されるが共鳴周波数が高いため、RFパワーがあまり入らなく、現在まで観測に至ってないが、大型アンプを使い実験を行う予定である。強磁性体内の不純物が感じる強い内部磁場と原子核の相互作用を精度良く調べると、原子核の磁気モーメントの発生の由来の違いで原子核が感じる磁場の強さが異なる。これをBohr-Weisskopf効果という。この研究の目的は、Bohr-Weisskopf効果を正確に系統的に測定することにより、原子核の構造の磁気モーメントの発生機構を研究することにある。計画は平成13年度から2年計画である。Sc(A=44,44m,46,47,48)の鉄中での低温核磁気共鳴の測定を行った。47Scの共鳴から鉄中の内部磁場を-13.17(5>T、48Scの磁気モーメントを3.79(1)μ_Nとそれぞれ決定した。またBohr-Weisskopf効果の値をA=44mとの比較により次の様に決定した;44ScΔ44mSc=-1.2(12)%,46ScΔ44mSc=1.3(7)%,47ScΔ44mSc=-1.3(7)%。また京都大学原子炉の質量分析器で91g, mYFeの試料を作り、NMR-ONの実験を行った。この結果それぞれの共鳴を得た。91Yの磁気モーメントはすでに知られているので、その値を用いて91YFeの内部塩場を-29.4(2)Tと決定した。91Yの共鳴周波数の外部磁場(B_0)依存性dv/dB_0=-2.35(7)MHz/T, dNと91mYの依存性dv/dB_0=-9.80(9)MHz/Tの比をとることによりBohr-Weisskopf効果の値を91YΔ91mYの値を-1(3)%と決定した。91Yのスピンは1/2-であり、スピンと軌道角運動量の向きが逆で大きなBohr-Wisskopfが期待される。藤田、有馬の理論計算によると4-5%になる。実験誤差を小さくする更なる実験が求められる。
軽水炉一次糸配管材の延性不安定破壊特性に関する研究

軽水炉一次系配管用炭素鋼管(STS42)からITCT試験片を切り出して、高温域における弾塑性破壊靭性及び延性不安定破壊特性の温度、コンプライアンス及び荷重様式依存性を調査した結果次のような結論が得られた。(1)本供試材では、100°CでのJicは約0.96MJ/【m^2】であり極めて高い値を示した。これは本供試材が極めて高延性-高靭性であるために、き裂先端の塑性鈍化と延性引裂によるき裂進展が本質的に区別できないためである。(2)温度の上昇につれて、Jic,Sin,J-R曲線,J積分に基づくティアリングモジュラス(【TJ^(mat)】)及びCOAに基づくティアリングモジュラス(【Tζ^(mat)】)は低下した。しかし、変位速度の影響は実験範囲内においてほとんど認められなかった。(3)延性不安定破壊時のJ積分(Jinst)はコンプライアンスにはほとんど依存しないが、大きな温度依存性を示し、温度が上昇するにつれて低下した。(4)繰返し荷重下での限界値Jinstは応力比Rの影響を多少うけた。すなわちR=-1.0の時のJinstはR=0.1の時の値に比べて多少低目の値となっていた。しかし、R=1.0の時のJinstは静的荷重下でのJinstとよい一致を示した。このことから、FatigueJ-R曲線なる概念は必要ないものと考えられる。さらに繰返し荷重下でのJinstは静的荷重の場合と同様にコンプライアンスにほとんど依存しなかった。(5)静的荷重下におけるJinstのばらつき特性を調査した。その結果Jinstのばらつきはへき開破壊のそれに比べて極めて小さく、その程度は最大荷重時のJ積分のばらつきとほぼ同程度であることが判明した。又Jinstのばらつきはワイブル分布関数でよく示せることが分った。
高次元非線形波動方程式の臨界状態の解析とその応用

非線形波動方程式の一般論は、小さい初期値をもつ古典解の最大存在時間を解析対象としている。空間4次元以上の高次元で、一般論の最適性に関わる有限時間爆発が起きる場合は空間4次元で2次の非線形項のみであり、未知関数自身の二乗という非線形項しか知られていない。本研究では、未知関数の二乗を含むその他の非線形項をもつ方程式を解析し、時間大域存在と有限時間爆発を分ける基準を探ることが目的である。前年度に得られた結果を学術論文にまとめた際に、本来の目的である空間4次元で2次の非線形波動方程式に対する初期値問題の時間大域存在と概時間大域存在への分類例に対する証明は完全に書き終えたが、本質的でない部分で新たな問題が発生した。それは何がその分類の基準になるかを明らかにするために、一般次元で分数ベキに拡張した方程式を考察したところで出現した。対応する積分方程式の解を逐次近似法で構成する際に1次に近いベキでは、方程式の線形部分を1回代入した段階で時間に関する可積分性がなく、時間局所解しか作れない。この存在時間が非線形の解の存在時間を上回れば問題ない。その証明は技術的に複雑で、解のアプリオリ評価が複数必要になる。この状況は、ベキの高低によって関数空間の重みが異なることに起因している。類似の先攻研究では、その複雑さと本質的でない部分の解析であることから、その部分を省略しているものがほとんどで参考にならず、この部分の解決に今年度は時間を大幅に要した。しかしながら、得られた結果は、時間大域解が得られる仕組みを明確に示しており、高次元空間における非線形波動方程式の解析としては初めての現象を掴むことに成功した。それは、上記2例の解析によって、解の最大存在時間には、高次元空間のみで発生する基本解に含まれる微分損失が本質的に働いていることである。微分方程式に対応する積分方程式の非線形項が持つ微分損失は解の最大存在時間に影響を与えないが、線形項が持つ微分損失は決定的な影響を与える。それは、概大域存在の例は非線形項の微分損失を取り去ったものであり、大域存在の例は線形項のそれを取り去ったものであることからわかる。線形項の微分損失がなくなると時間減衰が強くなり、その結果、解の関数空間の減衰も強くなり臨界ベキが下がる。これが時間大域存在が4次元の2次の爆発項がありながら得られる理由である。高次元非線形波動方程式の初期値問題で、小さな初期値に対して爆発古典解が存在するのは空間4次元で2次の非線形項をもつ場合だけである。それは未知関数の2乗というシンプルな形の方程式であり、2011年に報告者と研究協力者の若狭恭平によって、最適時間以降の解の非存在定理が確立された。今年度はその結果に関連した外部初期境界値問題を中心に行う予定であったが、予想外に初期値問題に付随する研究成果が大きく得られ、それらに時間を使った。まず、交付申請書の平成25年度計画の1つであるweakly coupledの系に対する臨界爆発定理を得ることが早い段階ででき、成果出版に至った。また、低次元では概大域存在が一般論で保証されている非線形冪において、ある特殊な非線形構造が入れば、時間大域存在に変わる条件が存在する。空間23次元では零条件と呼ばれ、波の伝播方向に沿って未知関数の偏導関数が消えているような構造をもつものである。空間2次元では冪が3次元より一つ高いこともあり、更に正値条件と呼ばれる消散構造を生むようなものも存在する。しかし、空間4次元で2次では、未知関数自身の2乗を含む2次の項を想定するため、低次元とは異なる非線形構造を解明することが望まれている。高次元波動方程式の基本解に含まれる微分損失により、通常は解の最大値評価を得ることができず、空間低次元の解析手法を応用することが不可能である。しかし、解の積分表示の段階でその微分損失を取り除いたものを考えることにより、一様空間で解を構成できる方程式の例を導することに成功した。結果は、未知関数自身の2乗と同じ概大域存在になるものと、それとは異なり時間大域存在になる2種類の方程式を提示することができた。これは高次元での時間大域存在のための判定条件の導出を補助するものであり、先駆的な仕事として価値が高く、今後も研究の拡大が望まれるものである。前年度の研究成果では、解の最大存在時間の上からの評価を行う際に、簡単のため初期位置をゼロと仮定して解析した。高次元による微分損失を避けるため、球対称解の各点評価による逐次代入法が基本となるが、そこで初期位置がゼロでない場合は基本解の時間微分が入るため手続きが煩雑になる。現在まで研究代表者と上坂洋司教授(日本大学)、若狭恭平博士(北海道大学学振PD)との共同であげた成果は、逐次代入法の枠自体を時間微分することによって従来の方法に適用させるものであり、初期速度がゼロであるものしか適用できなかった。

今年度は球対称な基本解の決定的な表示を作ったM.A.Rammaha教授(ネブラスカ大学・アメリカ)を加え、初期位置と初期速度が両方ともゼロでない場合の解析を行った。解の表示を直接時間微分することにより失われる解の正値性や計算可能な評価の形を、被積分関数に時間変数を含まないようにする変数変換を発見したことにより回避することができた。結果は任意の初期値に対して成立するものではないが、初期位置から発生する負の量を初期速度の正の量で打ち消すことにより解の正値性を導出し、最終的に解の存在時間の上からの評価に繋げるものとなった。これは初期値の一般性に大きく広げたものである。その成果は論文にまとめて学術雑誌に投稿中である。今年度のもう1つの研究成果は、汎関数法に解の最大存在時間の上からの評価を行う際に使われる、加藤の常微分不等式の補題を改良したことにある。それは半線形波動方程式に応用されるが、今までは単に解の存在時間が有限であるという事実しか証明できなかった。そこをリスケーリング法を用いて最大存在時間の評価を導くのであるが、その証明に小さな飛びがあることを発見した。それを修正するうちに上記補題自体を改良することができ、証明の手続きも大幅に簡略化することができた。これは非常に汎用性のある結果となった。非線形偏微分方程式高次元空間における非線形波動方程式の古典解の最大存在時間に関して、精密な解析が得られ、その要因まで解明できたが、本質的ではない部分の完成に時間を取られた。そのため、論文2編の作成が遅れ、年度を越して投稿完了となった。これが今年度に出版論文データが存在しなくなった原因である。また本研究の目的の1つである初期境界値問題の解析に全く進めなかったことをも考慮して、このような達成度に対する自己評価を与えた。上記「研究実績の概要」に記述した通り、当初の研究計画と順序は異なるが、今後の本研究を遂行するに当たり非常に重要な定理を得ることができた。特に現在執筆中の研究成果2点は、本研究計画中に予想できなかった解析であり、当該分野の研究者達から予想すら出されていなかった現象を捉えたものである。これらの結果が研究分野に与えた影響は非常に大きい。現に、今年度は10件の招待講演を受けて各地のセミナーやシンポジウムで、本研究の成果を講演し、それに関する討論を多数行った。研究の順序変更があるものの、研究目的の項目を消化している上、最終的には計画全体の進行を速めるものと言える。以上を考慮すると、今年度の研究成果は単年度のものとしては、当初の計画以上に進展していると判定できる。現在、本研究のもう1つの目的である系の解析を行っており、共同研究により各成分の伝播スピードが異なる場合の臨界爆発定理の証明の方針が立てられた。それは2つ成分の伝播スピードの大小関係のうち片方は、昨年度出版した論文にある同じスピードの場合と同じ逐次代入枠を使うことができるが、もう1つがそれができず停滞していたものである。未解明の場合に対して、maximal functionのルベーグ評価という基礎段階から見直して、新しい逐次代入枠を作成することによって解決できる可能性が浮上した。今後はまずここに集中したい。本研究計画にある初期境界値問題の解析は、どうもかなりの労力が必要になることがわかり、そもそも計画を詰め込み過ぎたようである。
超伝導多層膜Nb/CuのNMR

超伝導多層膜Nb/Cuにおいて、Nb/Cu各層の超伝導状態について調べるため^<93>Nb,^<63>CuNMRによる研究を低温で行った。すなわち^3He冷凍機、^3He-^4He希釈冷凍機をもちい低温を発生し、かつ磁場循環法NMRを用いることにより、零磁場における、核スピン格子緩和時間(T_1)の測定を行い、各層の超伝導準粒子の励起スペクトルを求めた。その結果、多層膜全体では、単一の超伝導転移温度(Tc)をもっているにも関わらず、Nb層の方が大きな超伝導エネルギーギャップを持つことが分かる。一例として、Nb=400Å、Cu=400Åの膜の場合、Nb層で2δ=3.5kBTc,Cu層で2δ=2.4kBTcと、大きさの異なる超伝導エネルギーギャップが存在する。膜厚を変化させても、Nb層のエネルギーギャップの大きさは弱結合から期待される結果に近い値を保つ。Cu層では低温で指数関数的な温度変化からのずれが存在し、ほぼ温度に比例した温度変化が観測されている。Cu層での振る舞いは常伝導層に残留した状態密度の存在を仮定して説明することができる。超伝導多層膜Nb/Cuにおいて、Nb及びCu層の超伝導状態について調べるためNb,Cu NMRによる研究を低温で行った。すなわち^3He冷凍機、^3He-^4He希釈冷凍機を用い低温を発生し、NMRについては磁場循環法を用いることにより零磁場における核スピン格子緩和時間(T_1)の測定し、それぞれの層における超伝導準粒子の励起スペクトルについて研究した。その結果、多層膜全体では単一の超伝導転移温度(T_C)をもっているにも関らず、一例としてNb=400Å,Cu=400Åの膜の場合、Nb層で3.5k_BT_C、Cu層で2.4k_BT_Cと各層において大きさの異なる超伝導エネルギーギャップが存在する事が分かった。またCu層では低温で指数関数的な温度変化からのずれが大きく、ほぼ温度に比例した温度変化が観測されている。この振る舞いは常伝導層に残留した常伝導的な状態密度の存在を仮定し説明することが出来る。Nb/Cu層の膜厚を変化させ、T_1の系統的な変化を測定中である。現在精度をあげ測定中であるが、特徴はNb膜では膜厚依存性が少なくTcでほぼ規格化(2Δ=3.5k_BT_C)されるが、Cu膜では大きな膜厚依存性が観測されている。一例として、Nb=400Å、Cu=400Åの膜の場合、Nb層で2δ=3.5kBTc, Cu層で2δ=2.4kBTcと、大きさの異なる超伝導エネルギーギャップが存在する。その量はNb/CuのCu層を厚くすれば、多くなる。
太陽風磁気圏電離圏相互作用の電磁流体力学的シミュレーション

太陽風-磁気圏-電離圏相互作用を統一的に取り扱える3次元グローバル電磁流体力学的(MHD)モデルを完成させて,惑星間磁場(IMF)の制御により,太陽風プラズマとそのエネルギーが磁気圏電離圏にどのように流入し,蓄積され,解放(消費)されるかを計算機シミュレーションと理論的考察から解明するのが本研究の目的である。このために,太陽風と地球磁気圏相互作用の3次元グローバルMHDモデルに,非圧縮性のアルフベンモードのみならず圧縮性の磁気音波モードも取り入れて,より一般的な磁気圏電離圏結合を取り扱うことのできるグローバルMHDモデルの開発行い、太陽圏磁気圏電離圏相互作用のMHDシミュレーションに適用した。太陽圏磁気圏電離圏相互作用を観測との直接比較からより具体的に調べるために特定のイベントを選んで,太陽と地球間に位置するWIND及びACE科学衛星の1分毎の太陽風とIMFの観測データをMHDシミュレーションのインプットに用いて,グローバル3次元MHDシミュレーションを実行し,地球磁気圏電離圏の応答を調べた。イベントとしてはSuper DARN電離圏レーダー観測から注目されている1996年11月17日,Electrojet challengeeventとして取り上げられている1999年3月19,20日、及び大きな磁気嵐現象として注目されている1999年10月21,22日を選んだ。シミュレーションから地球磁気圏電離圏の時々刻々の時間変化を1日のスケールでは10分毎に、注目の時間帯では1分毎得ることができるようになり,太陽風の動圧とIMFの変化に対する地球磁気圏電離圏をの応答を明瞭に知ることができた。極域対流の主要部は15分程度で応答するが、遠尾部プラズマシートは2時間以上の応答時間を必要とする。太陽風-磁気圏-電離圏相互作用を,統一的に取り扱える3次元グローバル電磁流体力学的(MHD)モデルを完成させて,惑星間磁場(IMF)の制御により,太陽風プラズマとそのエネルギーが磁気圏電離圏にどのように流入し,蓄積され,解放(消費)されるかを計算機シミュレーションと理論的考察から解明するのが本研究の目的である。このために,太陽風と地球磁気圏相互作用の3次元グローバルMHDモデルに,非圧縮性のアルフベンモードのみならず,圧縮性の磁気音波モードも取り入れて,より統一的な磁気圏電離圏結合を取り扱うことのできるMHDモデルの開発を進めた。具体的には,磁気圏で計算した沿磁力線電流を磁気圏から電離圏へマッピングする従来の方法では不十分なので,磁気圏の2次元速度場(または対流電場)のベクトル場を磁気圏から電離圏へ直接にマッピングして,1枚の電離層内で,ポアソン式を解くことにより電気ポテンシャルを計算し,沿磁力線電流を磁気圏へ返して,磁場の内部境界条件として解く方法を開発した。富士通VPP-500用に3次元MHDシミュレーションコードを書き換えて,電離圏結合モデルを太陽風と磁気圏相互作用のMHDモデルとつなぎ,非一様グリッド法を導入する準備を行った。次に,IMFの南北成分の反転に対する太陽風-地球磁気圏相互作用のシミュレーションを実行し,IMFの役割を定量的に調べた。太陽風とIMFを変化させた時,時間の経過とともに磁気圏内のエネルギーとプラズマはどのように分配/調整されるのか,更に極磁気嵐等の地球磁気圏電離圏内の擾乱現象とどう係わっているのかをシミュレーションから示した。更に太陽風と高速で回転する木星磁気圏相互作用のシミュレーションを行い,回転の効果による磁気ディスクの形成を調べて,最近のガリレオ衛星観測結果と比較した。