hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
強風時の森林斜面における融雪地すべりの発生機構と危険度評価

強風による融雪が原因となって地すべりが発生する危険度を評価するため、日本海側の中山間地に位置する再活動型の地すべり地で現地観測や現地試験、室内実験を行うとともに、得られたデータをもとに数値実験を行った。その結果、ある密度の森林では強風時に樹冠部で乱流が発生し、大気と雪面の熱交換が促進され、従来の予測以上に雪が解けることが示唆された。実際の強風時の観測によっても、潜熱・顕熱による融雪が大きくなることが分かった。また、積雪表層で解けた雪は積雪層に浸透した後、複雑な水みちを形成することから、積雪底面から融雪水が局所的に流出することが現地観測によって明らかとなった。また、この現象について二次元水分移動モデルを用いて数値実験を行ったところ、積雪底面から表層地盤に流出する際に、水みちの形成が原因となって局所的な集中が起きることを再現できた。一方、通年にわたって実施した原位置浸透能試験からは、地表面の透水性が融雪後から夏期にかけて上昇し、秋の間に低くなることが分かった。また、新たに考案した圧密透水試験機を使用し、現位置から採取した乱さない試料および再構成試料を用いて検証した結果、荷重の載荷に伴い飽和透水係数が指数関数的に減少することを明らかにした。このように、豪雪地帯では斜面表層の浸透能が積雪荷重によって低下することから、無積雪期と異なる水循環過程となり、その結果、土壌水分や間隙水圧の応答特性も変化することが分かった。気温による融雪予測は研究蓄積も数多くあるものの、風による融雪は発生頻度が少ないため、他の融雪要因の研究と比較して大幅に遅れていた。本研究によって強風時には従来の予測以上に雪が解けることや、それに伴う水移動過程と間隙水圧の応答特性などが明らかとなり、地すべり発生危険度の予測精度を向上させることができた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。積雪地帯の山地斜面では急激な気温上昇や強風などによって多量の雪が融け、地すべりなどの土砂災害などが発生する。しかし、強風による山地での融雪特性は未解明なことに加え、多量の融雪水が積雪層から斜面地盤内に浸透する過程などにも不明な点が多い。本研究では、極端な気象現象の中でも特に強風によって地すべり災害が発生することに着目し、室内実験などによって強風時の融雪特性を明らかにする。さらに、室内および数値実験を行い、融雪水が強度とタイミングを変えて積雪層内および斜面地盤内に浸透する過程を明らかにするとともに、融雪水量から地すべりの発生危険度を評価することで、極端気象時の災害予測技術の高精度化を目標とする。強風時の融雪特性を明らかにするため、既往のデータを用いた解析を行ったところ、強風時には予測以上に融雪が進行することを検証した。さらに、予備的な融雪実験を行った結果、強風時に急激な雪解けが進行する原因として、植生が積雪面の粗度を高めることが分かった。このため、大気林間雪面間における熱フラックスの変動特性などを明らかにすることを目的として、豪雪地帯の中山間地に超音波風速計を設置し現地観測を開始した。一方、積雪表層で発生した融雪水の浸透過程を明らかにするため、積雪変質モデルSNOWPACKを改良するとともに、積雪中の不均一な浸透過程を再現するため、2次元の水分浸透モデルの開発を進めた。さらに、現地観測の結果から、積雪環境が地すべり面付近の間隙水圧変動に対してどのような影響を及ぼしているのかを検討した。その結果、年間で最も地表面到達水量の多い融雪期に地表面の水理特性が変化し、部分的に地表流が発生することを明らかにした。以上の成果を学会で報告するとともに、国際学術雑誌に投稿し出版された。過去のデータをもとに強風時の融雪特性を調べたところ、従来の予測値の2倍以上もの雪が解けることが明らかになった。このため、強風時における風環境と融雪の関係を明らかにすることを目的に、新潟県の中山間地に位置する試験地に超音波風速計を設置し冬期間の高頻度乱流観測に着手した。一方、試験地における積雪状況及び水分浸透を計算するため、積雪変質モデルを用いて伏野の積雪を計算した。現地で断面観測を行った結果と比較したところ、ざらめ雪が卓越する傾向が再現されたことを確認した。また、同モデルで積雪層内の浸透過程を計算するとともにその計算結果と土壌水分及び間隙水圧の変化と比較した。計算された水の積雪底面への到達と測定された土壌水分が連動していることが確認できた。しかし測定した土壌水分は深い箇所から上昇していたため1次元では再現できなかった。このため、2次元の水分移動モデルを用いて浸透過程を計算したところ、積雪の影響により水が浸透する箇所が一部に集中することが計算で確認された。無積雪期と積雪期において降雨や融雪水がどのような浸透プロセスを経て地すべり面付近の間隙水圧の上昇に寄与するか検討するため、試験地に土壌水分計と間隙水圧計を設置し観測を開始した。また、冬期間に20kN/m2以上に達する積雪荷重が地すべり移動体とその表層部分の水文地質特性に対してどのような影響を与えているかを明らかにするため、荷重を載荷しながら透水性を計測することが可能な試験機を開発した。無積雪期間はもちろんのこと、積雪期間中にも複数回にわたって原位置浸透能試験を行った。

その結果、浸透能が夏に大きくなり積雪期間中は小さくなる季節変動を示すことを明らかにした。メソスケールの擾乱により夜間に強風が吹いたイベントについて解析を行ったところ、顕熱フラックスは500W/m2にも達することが分かった。このイベントにより多量の雪が解け、地すべりが発生した。この結果をもとに、極端気象時のみかけのバルク係数を算出したところ、従来の係数よりも大きな値を得た。したがって、強風時の森林斜面では予測以上の融雪が発生することを実際の観測で明らかにした。積雪期間における斜面地盤内部への融雪水等の浸透過程を明らかにするため、通年にわたる気象・水文観測データを詳しく解析した。その結果、地表への水供給に対する間隙水圧の応答は、夏期には鋭敏な増大を示すのに対し、冬期には相対的に抑制されることが明らかとなった。このことは、積雪下の地表面では、ホートン流がパッチ状に発生することで地中浸透量が減少するとともに、高い地下水位が維持される融雪期には高透水性の最表層土を通じた効率的な排水が生じることが明らかとなった。これらの季節ごとに異なる間隙水圧の応答特性は、鉛直一次元浸透モデルを用いた計算によって再現でき、不飽和帯の機能を経験的なパラメータとして取り込むことで、地すべりの安定に関わる間隙水圧変動を予測できることを示した。三成分風向風速計を用いた高頻度観測により、極端な気象現象時における融雪現象を捉えることができた。強風時の乱流構造と融雪の関係を明らかにするため、現地観測データの一次的な解析と室内実験データの比較を行ったところ、山地森林斜面における強風時の融雪予測精度を向上できる見通しを得た。昨年度に続きSNOWPACKを用いて伏野試験地における積雪状況及び水分浸透を計算した。昨年度問題となっていたざらめ雪の割合の過大評価に関しては、今年度は水みちを考慮できるよう改良されたSNOWPACKを用いることにより過大評価が緩和された。また、積雪変質モデルの出力を2次元の水分移動モデルで積雪の初期条件として扱うことを可能にし、任意の時期における不均一な水分移動過程の計算が可能となった。さらに、積雪変質モデルを面的に計算するモデル"ALPINE3D"を用いて伏野試験地を対象に計算を行い、積雪分布や底面の流出の面分布の推定が可能になった。2年間に及ぶ気象・水文観測を行なった結果、厳冬期においてフェーンにより多量の融雪水が生じた場合には、積雪層内での選択流の発生による局所的な融雪水の供給が、間隙水圧の顕著な上昇をもたらすことを明らかにした。本強風イベントを含め、森林斜面内の地すべり地において年間を通した水文過程の季節的遷移を明らかにし、国際学術雑誌Hydrological Processesに投稿した(査読審査中)。一方、間隙水圧の応答特性は鉛直一次元拡散モデルを用いて再現でき、不飽和帯の機能を経験的なパラメータとして取り込むことで間隙水圧変動を予測できることを示した。強風による融雪が原因となって地すべりが発生する危険度を評価するため、日本海側の中山間地に位置する再活動型の地すべり地で現地観測や現地試験、室内実験を行うとともに、得られたデータをもとに数値実験を行った。その結果、ある密度の森林では強風時に樹冠部で乱流が発生し、大気と雪面の熱交換が促進され、従来の予測以上に雪が解けることが示唆された。実際の強風時の観測によっても、潜熱・顕熱による融雪が大きくなることが分かった。
偏極・非偏極中性子回折実験用ハイブリッドアンビル高圧力セルの開発

偏極・非偏極中性子回折実験用の高圧力セルの開発、およびそれらを用いたマルチフェロイクス物質の圧力誘起強誘電状態の発現機構の解明を行った。高圧・低温・高磁場中でのマルチフェロイクス物質TbMnO3の中性子回折実験を、英国ISISの冷中性子TOF回折計を用いて行い、圧力と磁場によって誘起される巨大強誘電分極の起源を解明した。高圧力下中性子3次元偏極解析実験の実現のために、完全非磁性ハイブリッドアンビルセルを開発し、フランスInstitut Laue Langevinのおける高圧力下中性子3次元偏極解析実験によって、マルチフェロイクスCuFeO2の高圧力相の磁気構造を決定した。本研究のテーマは「偏極・非偏極中性子回折実験用ハイブリッドアンビルの開発」であり、偏極・非偏極中性子回折用の高圧力セルを開発し、圧力誘起新奇物理現象の発見、解明を行うことを目的としている。初年度である平成27年度では、(1)マルチフェロイクス物質TbMnO3における圧力誘起巨大強誘電分極現象を解明すること、また(2)マルチフェロイクスCuFeO2の圧力誘起相の磁場効果の研究に着手した。2014年のNature Communication誌に、4万5千気圧(4.5 GPa)以上の圧力をマルチフェロイクスTbMnO3に印加すると、誘電分極の向きが90°回転し、且つ電気分極の大きさが1桁以上増大する結果が報告された。しかしながら、これまでの研究では巨大な電気分極の起源がわかっていなかった。そこで、我々は英国のパルス中性子施設ISISにおける高圧力下中性子回折実験によって高圧、高磁場、低温環境下での磁気秩序の解明を試みた。実際には、ハイブリッドアンビルセル内に0.6x0.5x0.2ミリメートルという微小サイズの単結晶試料を仕込み、セルを10テスラまで印加できる超伝導マグネットに挿入することによって、5.0GPa, 8T, 1.5Kという多重極限環境下を実現し、中性子回折実験に成功した。得られた実験結果を、郡論を駆使して解析することによって、高圧力で誘起される2つ圧力誘起強誘電相の磁気構造と対称性を明らかにした。それによって、これまで解っていなかった巨大電気分極の発現機構が解明された。この成果を米国物理学会誌Physical Review B誌の速報版(Rapid Communication)に発表した。(2)マルチフェロイクスCuFeO2では、上述のISISにおいて、新しく導入したCuBeとNiCrAl合金で作られたピストンシリンダータイプの圧力セルを用いて13.5Tまでの磁場中、高圧力中での中性子回折実験に成功した。これによって、3GPaまでの圧力であれば、13.5Tという高磁場下での実験が容易に行えることが証明された。平成27年度に目標としていた非偏極中性子を用いた高圧、強磁場、低温という多重極限環境下での実験環境の構築、実施は、上述したTbMnO3の成果にあるように、おおむね順調に進展している。ただし、実験で発生できた圧力は5.0GPaであり、TbMnO3の実験自体には支障のない高圧力であったが、当初目標としていた10GPaまでの実験を成功させることができなかった。今後は、適切なアンビルのキュレット径の選定や、圧力媒体の選定が課題となった。本年度は、ハイブリッドアンビルセルを用いた高圧・低温・高磁場中でのマルチフェロイクス物質TbMnO3の中性子回折実験を英国ISISの冷中性子TOF回折計を用いて行い、圧力と磁場によって誘起される巨大強誘電分極の起源を解明した。TbMnO3のMnスピンが結晶格子に整合の伝播波数ベクトルをもち、かつ共線的に秩序化すると、Mn-Mn間に働く交換エネルギーの利得のために結晶格子が交換歪効果を通じて変形し、電気分極が現れることを見出した。この結果は、以前に報告された第1原理計算の結果と良く一致した。上述の高圧下中性子回折実験の結果は、米国物理学会誌Physical Review Bの速報板Rapid Communicationsに掲載された。高圧力下中性子3次元偏極解析実験の実現のために、完全非磁性ハイブリッドアンビルセルの試作、圧力試験、中性子3次元偏極テスト実験を行った。サファイア単結晶アンビルとダイアモンド焼結体、またはWCの組み合わせによって数GPaまでの加圧と、中性子偏極度の軽減が起こらないことを見出した。また、暫定的ではあるがマルチフェロイクスCuFeO2の高圧力相の磁気構造を3次元偏極解析を用いて決定することができた。巨大電気分極を示すと報告され注目を集めているペロフスカイト化合物AMn7O12 (A=Ca, Sr, Cd, Pb)の焦電流測定の再検証を行った。その結果、これまでに報告されていたCaMn7O12の巨大強誘電分極は、本質的な強誘電分極に起因するものではなく、熱刺激電流によるものであること見出した。最終目標である世界初の高圧力下中性子3次元偏極解析実験の実現に向けて順調に進んでいる。昨年度は、完全非磁性アンビルの選定が完了し、テスト実験も行った。ただし、目標としている圧力は10 GPaであるため現状の4 GPaを考えると、今後アンビルサイズ、ガスケット、圧力媒体等の最適化が必要と思われる。

また、昨年度行ったマルチフェロイクス物質TbMnO3の実験では、Mnスピンの共線的な磁気秩序が巨大電気分極の起源であることを見出したが、磁場や温度変化によって電気分極の値が大きく変わることに関しては未だそのメカニズムがわかっていない。今後、高圧力下の中性子回折実験を関連物質DyMnO3に対しても行い、電気分極の変化を解明する予定。本研究では、高圧・低温・高磁場の多重極限環境下で用いる非偏極中性子回折用高圧力ル、および中性子3次元偏極解析実験用の完全非磁性ハイブリッドアンビルセルの開発に成功した。これらの圧力セルを用いて、(1)圧力誘起巨大強誘電分極を示すぺロブスカイトマルチフェロイクスTbMnO3に対して、高圧力下実験としては世界最高磁場下での中性子回折実験に成功し、巨大電気分極の発現機構を解明した。また、(2)世界で初めて高圧力下中性子3次元偏極解析実験に成功し、デラフォサイトマルチフェロイクスCuFeO2の圧力誘起強誘電相の磁気構造を決定した。これらは、英国大型パルス中性子施設ISIS、およびフランスの大強度原子炉中性子施設ILLにおいて開発しており、今後はマルチフェロイクス物質に止まらず、他の新奇圧力誘起物理現象の解明に貢献するものと考えられる。偏極・非偏極中性子回折実験用の高圧力セルの開発、およびそれらを用いたマルチフェロイクス物質の圧力誘起強誘電状態の発現機構の解明を行った。高圧・低温・高磁場中でのマルチフェロイクス物質TbMnO3の中性子回折実験を、英国ISISの冷中性子TOF回折計を用いて行い、圧力と磁場によって誘起される巨大強誘電分極の起源を解明した。高圧力下中性子3次元偏極解析実験の実現のために、完全非磁性ハイブリッドアンビルセルを開発し、フランスInstitut Laue Langevinのおける高圧力下中性子3次元偏極解析実験によって、マルチフェロイクスCuFeO2の高圧力相の磁気構造を決定した。平成27年度では、非偏極中性子を用いた高圧、磁場中、低温の多重極限環境下での実験に成功した。平成28年度以降は、世界初の高圧力下3次元偏極解析実験をフランスILLにおいて成功させることが目標となる。まずは、偏極中性子実験に耐えうる非磁性材料のアンビルの選定を行い、磁性の評価と、加圧テストを行う。選定されたアンビルをつかったハイブリッドアンビルセルを用いて、本実験に取りかかり、マルチフェロイクス物質系の詳細な磁気構造決定を行い、強誘電性の発現機構を明らかにする。今後はこれまで開発した新しい高圧力下中性子回折実験設備を用いて、マルチフェロイクスDyMnO3の中性子3次元偏極解析による精密磁気構造解析、および高圧相の希土類スピンの磁場変化を精密に測定することによって、大きく変化する強誘電分極の起源を解明する。さらに、圧力誘起金属絶縁体転移をしめすSm化合物や、鉄系高温超伝導体に対して、ハイブリッドアンビルセルを用いた高圧力下中性子実験を行い、その磁気秩序と新奇な相転移、超伝導状態の関係を調べる。29年度が最終年度であるため、記入しない。強相関系物理29年度が最終年度であるため、記入しない。
マグネシウム合金の冷間・温間多軸圧縮変形下における成形限界クライテリオンの解明

マグネシウム合金の圧縮成形限界を解明することは,使用製品拡大に極めて重要である.本研究では,独自の経路可変型二軸圧縮試験機を用いることにより,冷間温間多軸圧縮状態におけるマグネシウム合金の圧縮成形限界を調べた.その結果,破壊状態を考慮することによって,圧縮成形限界基準を定式表現することにほぼ成功した.また,塑性異方性やひずみ経路が圧縮成形限界に及ぼす影響など,多くの新しい知見を得ることができた.マグネシウム合金の圧縮成形限界を解明することは,使用製品拡大に極めて重要である.本研究では,独自の経路可変型二軸圧縮試験機を用いることにより,冷間温間多軸圧縮状態におけるマグネシウム合金の圧縮成形限界を調べた.その結果,破壊状態を考慮することによって,圧縮成形限界基準を定式表現することにほぼ成功した.また,塑性異方性やひずみ経路が圧縮成形限界に及ぼす影響など,多くの新しい知見を得ることができた.本研究は,マグネシウム合金の多軸圧縮破壊の主因とその経路依存性を明らかにし,圧縮応力下における成形限界規準を定式表現することによって,圧縮塑性加工工程の最適化に寄与することを最終目的として実施するものである.今年度はまず最初に,研究代表者が開発・製作した経路可変型二軸圧縮試験システムに対して,荷重変動の高精度評価および温度と荷重の同期記録が可能となるように改良を施した.続いて,初期等方性であるAZ31マグネシウム合金鋳造材および初期異方性を有するAZ31マグネシウム合金押出し材を用いて,種々のひずみ比で比例経路二軸圧縮試験を破壊まで実施し,塑性挙動および成形限界を詳細に調査した.その成果として,初期等方性素材では,ひずみ経路に依存した変形双晶発生状況の差異によって,比較的早期に塑性異方性が成長すること,一方の初期異方性素材においては,初期状態の影響が後続する異方性成長に少なからず影響を及ぼすこと等を明らかにした.また,圧縮破壊は応力-ひずみ関係上で明確な予兆なく起こり,その破壊形態はせん断型に近いこと等の特徴を得た.さらに,既存の成形限界規準の適用性について検討を行った結果,従来型のフリーダンサールや大矢根の規準では統一的な成形限界評価が困難であることがわかった.一方,最大せん断応力に関連するトレスカのエネルギー規準を用いると,若干の経路依存性は残るものの,比較的良好に成形限界を評価できることが確かめられた.これらの点については,今後さらに結晶学的な観点に基づいた補正を試み,評価基準の更なる精度向上を図る計画である.本研究は,マグネシウム合金の多軸圧縮破壊の主因とその経路依存性を明らかにし,圧縮応力下における成形限界規準を定式表現することによって,マグネシウム合金の圧縮塑性加工の工程最適化に寄与することを最終目的として実施するものである.今年度は,マグネシウム合金の多軸圧縮破壊が変形双晶の飽和に起因するとの推定に基づいて,初期集合組織および初期結晶粒径が異なるAZ31マグネシウム合金素材を用い,比例ひずみ経路と非比例ひずみ経路二軸圧縮試験における圧縮破壊形態の差異,圧縮成形限界に対する初期異方性や変形双晶割合等の各種因子の影響について検討を実施した.その成果としてまず,圧縮破壊形態はひずみ経路によって異なるが,破断面は破断前における最大せん断応力方向にほぼ一致すること,破壊形態に対する初期異方性の影響は比較的小さいこと等の知見を得た.これらの結果は,圧縮成形限界がせん断応力に強く支配されることを裏付けている.また,変形双晶については,いずれのひずみ経路においても圧縮塑性変形の進行に伴って増加し,特定のひずみ量で飽和すること等を明らかにした.この変形双晶の成長・増加は多軸圧縮におけるせん断応力増加と関連し,圧縮破壊に対する変形双晶の関与を示唆している.しかしながら,変形双晶割合の飽和点は必ずしも成形限界点と一致しておらず,この点は更なる結晶学的検討を有する.さらに,結晶粒径が小さい場合には圧縮破壊が予兆無く生じるのに対し,結晶粒径が大きいと前駆的に見掛けの真応力低下を伴うこと等がわかった.これらの知見を今後,マグネシウム合金に対する汎用的な圧縮成形限界規準の提案に繋げる予定である本研究は,マグネシウム合金の多軸圧縮破壊の主因とその経路依存性を明らかにし,圧縮応力下における成形限界規準を定式表現することによって,マグネシウム合金の圧縮塑性加工の工程最適化に寄与することを最終目的として実施するものである.今年度は最終年度として,AZ31マグネシウム合金に対して2段階の線形ひずみ経路からなる複数の非比例ひずみ経路二軸圧縮試験を実施し,塑性異方性成長および圧縮成形限界のひずみ経路依存性について詳細に検討した.その結果,非比例ひずみ経路における予圧縮量増加に伴って成形性が低下すること,その低下割合はひずみ経路変化角と対応すること等,いくつかの有益な知見を得た.また,全ての破面には,変形双晶と関連したせん断破壊の特徴が認められた.これらの結果と,これまでに実施した比例ひずみ経路の試験結果を合わせた総合的な検討から,静水圧応力およびせん断応力を考慮することによって,汎用的に使用可能な圧縮成形限界クライテリオンの定式表現にほぼ成功した.このような圧縮成形限界の定式化は例がなく,圧縮応力支配型の塑性加工法をマグネシウム合金へ適用する際に極めて有用な情報と位置づけられる.さらに,AZ61マグネシウム合金に対しても同様の試験を実施し,提案した圧縮成形限界クライテリオンの有効性を確認した.

ただし,素材が強い初期異方性を有する場合には,未だ圧縮成形限界を正確に予測するに至っておらず,追加的な検討を要する.一方,昇温試験として,AZ31マグネシウム合金に対して200°Cまでの温間域で二軸圧縮試験を実施した.その結果,温間域における圧縮成形限界の温度依存性を明らかにすることができた.しかしながら,昇温による成形性向上効果は予想よりも低く,この点については今後さらに試験条件を広げて調査を続けたい.
はばたき運動による揚力生成とその安定性の研究

研究実績は以下のとおり.前年度の研究成果に基づいて、二次元対称はばたきモデルの運動の安定性を調べる上で基礎となる振舞、とくに安定性について調べた。はばたきモデルが安定周期運動を行っているとき、その平均速度を秩序パラメータとして分岐を調べた。このとき、分岐パラメータとしては、散逸の特徴的時間をもちいる。ただし、ここで言う散逸とは、剥離渦の粘性散逸をモデル化したモデル粘性に対するものである(前年度の研究実績報告も参照されたい)。このモデルに対する詳細な分岐ダイアグラムを作成した結果、ピッチフォーク型の分岐と、それとは別に双安定領域が存在することが示された。後者の結果は、平均速度がゼロと非ゼロの状態が共存するパラメータ領域があると言うことであり、昆虫の飛翔の制御に関係すると思われる重要な結果である。以上の成果を含む本研究課題の成果は、2001年7月30日から8月2日まで弘前で開催された国際学会The 2nd International Conference on Nonlinear Analysis and Convex Analysisにおいて発表した他、2001年9月に徳島で開催された日本物理学会秋の分科会においても発表した。また、この双安定状態を相互に移り変わるためことが昆虫の飛翔機構として可能であるかどうかを調べるために、途中ではばたき運動の変化を与えたときの振る舞いの変化を調べた。その結果、平均速度ゼロの状態から平均速度が非ゼロの領域に移ることは、はばたき運動を途中でしばらく止める等の方法により容易に実現可能であり、その時の動力学には2つの渦の共同的相互作用が重要であることが明らかとなった。この成果に関しては草津で開催される日本物理学会第57回年次会において発表を行った。研究実績は以下のとおり.二次元はばたきモデルの運動の安定性を調べる上で基礎となるモデルの振舞に関して、新たな観点からの解析を行い、多数の知見を得た。具体的には、1)物理パラメータをスケール変換した場合のはばたき運動の振舞を解析し、無次元数を導入する事により統一的な理解が可能であることを明らかにした。この発見により、モデルの物理的特性が明らかになった。2)剥離渦の粘性散逸をモデル化し、そのモデル化された『散逸』の特徴的時間を変えた時にモデルの振舞がどのように変化するかを調べた。この『散逸』の特徴的時間は、揚力生成に寄与する剥離渦の数を操作する。本はばたきモデルにおいて特徴的な揚力生成機構は、秩序だった剥離渦が少なくとも2つ寄与する必要があることが既に分かっているが、『散逸』の特徴的時間を導入した解析の結果、この渦が2つで十分である事が分かった。また、この特徴的時間を変えて解析した結果、本はばたきモデルにおいて特徴的な揚力生成機構はある種の分岐現象として理解されることが示唆された。以上の成果は、2001年1月23日から25日まで開催された第50回理論応用力学講演会において、基調講演として発表した他、文部科学省科学研究費特定領域研究(B)「非線形非平衡現象を支配する特異性の解明」の公開シンポジウムにおいても発表を行っている。また、日本物理学会第56回年次会において3月30日にも知見2)について、更に詳しく解析した結果を発表する予定である。
革新的な無曝気・超省エネ型の好気性廃水処理バイオリアクターの開発と適用性拡大

DHS技術の更なる展開のために(1)DHS技術の適用性拡大と(2)DHS技術の浄化機構の解明のふたつに大別され、主に埋立地浸出水処理、フェノールを含む排水の硝化、硝化と塩濃度の関係、酸素移動特性、微生物群集構造解析と微生物利用について研究を行った。その結果、DHSリアクターの様々な廃水種およびプロセスへの適用可能性が示唆された。また物理化学的、微生物学的なアプローチによりその一部の機構解明することができた。DHS (down-flow hanging sponge)リアクターの後段に、維持管理が容易かつ余剰汚泥の発生が少ないUSB (up-flow sludge blanket)リアクターを設置し、埋立地浸出水の硝化をDHSリアクターで、USBリアクターで脱窒を行うプロセスの開発を行った。プロセスの安定化には、硝化のためのアルカリ度と脱窒のための有機源の添加が必要であったが、高いアンモニア除去率を達成する事が出来た。また、浸出水を処理する接触酸化槽の微生物群集構造を解析したところ、これまでに分離・培養されていない未培養微生物群が多く存在している事が明らかになった。この他、フェノールとアンモニア性窒素を含む人工廃水をDHSで処理し、循環比の影響を調べたところ、循環比1.5で最大の平均脱窒率(58%)が得られた。好気性処理であるDHSで脱窒が進行したとことから、生物膜の深部に脱窒細菌が存在していることが示唆された。DHSプロセスの酸素移動特性の評価においては、セルサイズの異なった複数のスポンジ担体を用いてKLaの測定を行い、セルサイズやスポンジ間のギャップの影響の検討、再現性向上のための測定方法の確立などを重ねて検討した。測定方法は、数珠つなぎにしたスポンジに上部から脱酸素水を流す、いわゆるG1タイプで実験を行った。その結果、セルサイズが小さくかつ流量が大きくなるほどKLaの値が大きくなるという相関が得られた。モニタリング手法の確立に置いては、16S rRNA遺伝子の他に23S rRNA遺伝子にバイオマーカーとして着目し、16S rRNA遺伝子とリンクさせて23S rRNA遺伝子を回収してくるための技術の開発を行った。硝化プロセスDHSと脱窒プロセスUSBを組み合わせ、浸出水の生物処理に適用することで、低コストで維持管理の容易なシステムを開発する。DHS型硝化プロセスとUSB型脱窒プロセスを繋げたシステムで連続実験を実施した。埋立地浸出水には、100-200 mg NH4-N/Lのアンモニアと20,000 mg Cl-/L程度の無機塩類が含まれている。DHSリアクターによる硝化は、アルカリ度をコントロールすることで高い硝化率を達成することが出来た。USBリアクターによる脱窒は、有機物不足により進行しなかったためメタノールを添加することで解決した。アルカリ度および有機源を供給しなければならないが、DHS-USBシステムによる硝化-脱窒プロセスを確立することが出来た。また、浸出水処理汚泥のクローン解析を行い、微生物群集構造を解析している。バイオガス中の硫化水素を微生物により脱硫させるために、硫化水素の酸化程度をコントロールする方法について検討を行った。硫化水素を酸化させると硫酸になってしまい、リアクターの酸腐食を起こすため、酸素濃度をコントロールし、酸化をS0の状態でストップさせるための条件について検討し、酸素濃度を低濃度にコントロールすることで硫化水素除去と硫黄(S0)までの反応に制御できた。また、処理水中のリンを回収するために、DHSリアクターの後段にSBRを設け、そこで脱窒と共にリン回収を行うプロセスの開発を行った。脱窒性ポリリン酸蓄積細菌を含めた微生物群集構造解析も行った。硝化プロセスDHSと脱窒プロセスUSBを組み合わせ、浸出水の生物処理に適用することで、低コストで維持管理が容易なシステムの連続運転処理を行う際に生物学的な金属除去特性を行うため、浸出水にニッケルを添加し、徐々に馴致させることでその群集構造の変遷を追い、有用微生物、ニッケル耐性微生物の探索を行った。パイロシーケンサーを用いたアンプリコンシーケンシングの結果、ニッケル濃度の変遷に伴い、微生物群集が変化していった。また、幾つかのニッケル耐性株を分離・培養することができた。また浸出水処理汚泥の群集構造解析においては、硝化細菌群の他、未培養微生物群であるTM7やOD1に属するクローンが多く得られ、これらが浸出水処理に何らかの貢献をしている可能性が示唆された。そこで、それらの分離培養を試みたところ、純粋ではない培養系においてTM7を標的としたFISHプローブにより蛍光が得られたが、純粋培養には至っていない。。生物学的金属除去プロセス開発のため、細胞表層提示技術による金属回収・除去技術について検討を行った。金属吸着タンパク質としてモリブデン酸塩を二量体で捕捉するModEタンパク質を、大腸菌の細胞表層に提示させる事を試みたが、免疫染色の結果、あまり細胞表層に提示されていない可能性が示唆されたため、酵母細胞の表層に提示させる事に切り替えた。免疫染色の結果、発現していると思われる細胞の割合は2-3割と低かったが、モリブデン酸塩を野生株よりも吸着している可能性を示す結果が得られた。しかしながら非常に多くの菌体が必要になるなどの問題があり、今後は発現効率を上げるなどの改善が必要である。またDHS-USB処理水へのこのような生物学的金属除去プロセスの適用についても検討が必要である。

高塩分・アンモニア性窒素含有廃水の処理における、亜硝酸の生成におよぼす塩分の影響を評価した。塩分を塩化ナトリウム(NaCl)により025 g-Cl/Lの間で制御したアンモニア性窒素(100 mg-N/L)含有廃水を処理したところ、塩分の増加に伴う亜硝酸型硝化の進行が確認された。すなわち、塩分25 g-Cl/L時では、流出水全窒素濃度の87 %以上が亜硝酸性窒素まで変換されることを確認した。亜硝酸酸化細菌は、塩分無添加時にはNitrospira sublineage Iが優占していたが、塩分増加後には、かわりにNitrobacter属が優占化するなど、DHS内の硝化細菌群の菌叢に劇的な変化がみられた。また、埋立地浸出水処理リアクターに存在するTM7系統群に属する微生物群の分離培養を試み、TM7に特異的と報告されているPCRプライマーを用いたスクリーニングを行ったが、プライマーに依存する非特異的なPCR増幅を抑えることが出来ず、この系統群に属する微生物を分離培養することはできなかった。一方、Rhodospirilaceae科に属する属レベルで新規な微生物群の分離培養に成功した。分離株は再近縁株に対し16S rRNA遺伝子配列の相同性で89%程度で、塩濃度が低い環境下の方が増殖は早いが、高い塩分濃度環境下においても増殖し、高塩濃度環境下でも何らかの物質分解に関わっていると考えられる。今後、生理学的な特徴を詳細に調べていくことで、処理システムへの貢献などについても明らかにすることが出来ると考えられる。DHS技術の更なる展開のために(1)DHS技術の適用性拡大と(2)DHS技術の浄化機構の解明のふたつに大別され、主に埋立地浸出水処理、フェノールを含む排水の硝化、硝化と塩濃度の関係、酸素移動特性、微生物群集構造解析と微生物利用について研究を行った。その結果、DHSリアクターの様々な廃水種およびプロセスへの適用可能性が示唆された。また物理化学的、微生物学的なアプローチによりその一部の機構解明することができた。浸出水処理実験および金属類の生物学的除去実験について、次に繋がる結果が得られている。27年度が最終年度であるため、記入しない。環境工学引き続き異なる廃水種について研究を行い、その微生物群集構造などを解明しながら、プロセス開発を行っていく。排水処理プロセスの開発およびその処理メカニズム解明のための準備も順調に進んでいる。浸出水処理など適用性の拡大に貢献しうるプロセスの構築に成功している。引き続き異なる廃水種について、DHS技術の適用性拡大のため、プロセス開発を行っていく。また、メカニズム解明のための実験を行っていく。DHS技術の適用性拡大のため、プロセスパフォーマンスの向上やプロセス開発を行っていく。また、メカニズム解明に関する実験も継続して行っていく。
抗精神病薬誘発性QT延長症候群発症予測マーカーの探索

抗精神病薬は薬剤誘発性QT延長症候群を引き起こし、心臓突然死の原因となることが知られている。一方、薬剤誘発性QT延長症候群は、QT延長に関与する遺伝子多型を有する個体でその発症リスクが高まることが示唆されており、近年のGWAS研究により複数の一塩基多型(SNPs)が候補に挙げられている。本研究では、QT延長関連遺伝子多型がQT間隔に与える影響を24時間ホルター心電図を用いて詳細に検討することにより、抗精神病薬服用者の心臓突然死リスクの評価を目的とした。その結果、特定のSNPsや抗精神病薬の多剤併用が抗精神病薬服用者におけるQT延長の予測因子となることが示唆された。しかし、薬剤によるQT延長作用は個体間差が大きく、現時点で薬剤投与前にQT延長の発症を予測することができない。本研究では、QT延長関連遺伝子多型がQT間隔に与える影響を24時間ホルター心電図を用いて詳細に検討することにより、抗精神病薬服用患者の心臓突然死リスクの評価法を確立する。当施設では既に、抗精神病薬内服中の統合失調症患者118名と、健常対照者40名において24時間ホルター心電図記録・解析を施行し、遺伝子解析用の血液試料を採取済みである。このうちリスペリドン服用患者25名、オランザピン服用患者41名、健常対照者40名のデータから、申請者は既に、リスペリドンが特に夜間にQT間隔を延長することを報告している。平成25年度は、新潟大学医歯学総合病院または関連病院に入院した統合失調症患者、および健常ボランティアのうち、統合失調症患者85名、健常者94名に対し本研究の内容を十分に説明し、書面で同意を得、人口統計学的データ、家族歴、既往歴、服薬歴などの臨床データを記入できるケースカードを作成した上で、24時間ホルター心電図を施行し、遺伝子解析用の採血を行った。これらの症例のホルター心電図解析は終了しており、現在遺伝子解析中である。本研究では、各薬剤群と健常対照者のデータを解析することにより、抗精神病薬の種類と用量、各QT延長関連遺伝子多型、年齢、性別とQT間隔との関係を明らかにし、抗精神病薬服用患者の心臓突然死の予防に役立てる予定である。当施設では既に、抗精神病薬内服中の統合失調症患者と、健常対照者において24時間ホルター心電図記録・解析を施行し、遺伝子解析用の血液試料を採取済みである。このうち、リスペリドン服用患者25名、オランザピン服用患者41名、健常対照者40名のデータから、リスペリドンが特に夜間にQT間隔を延長することを報告している。平成25年度から26年度にかけて、統合失調症患者100名、健常者94名に対しホルター心電図を施行した。本研究では、各薬剤服用者と健常対照者のデータを解析することにより、抗精神病薬の種類と用量、各QT延長関連遺伝子多型、年齢、性別とQT間隔との関係を明らかにし、抗精神病薬服用患者の心臓突然死の予防に役立てる予定であった。現在までに、リスペリドン服用者25名、オランザピン服用者41名、健常対照者40名のデータから、リスペリドンが特に夜間にQT間隔を延長することを報告した。現在、QT延長に関与する遺伝子多型と、抗精神病薬服用者におけるQT間隔との関係に関する論文を執筆し、投稿中である。統合失調症患者、健常者とも、予定の症例数より少ない。臨床精神神経薬理学症例数増加は困難であり、症例追加と並行して、他の遺伝子多型も含めて解析を行う。

平成25年度は統合失調症患者108名、健常者100名のデータ収集を行う予定であったが、実際には統合失調症患者85名、健常者94名に対しデータ収集を行ったから。研究遂行が遅れているため、次年度に使用することとなった。平成26年度には、更に統合失調症患者74名、健常者60名のデータ収集を行う。以上の症例のホルター心電図を解析し、また、今までの全対象者の血液サンプルを用いて、GWASにより同定されている10個のQT延長関連SNPsを解析し、これとQT間隔との関係を解析する。ホルター心電図解析、遺伝子解析用プライマー購入、学会発表のための出張旅費、英文誌への論文投稿のための英文校正に用いる。データ入力等を申請者自身が行ったため、人件費が不要であった。TaqMan法を用いて対象遺伝子上のSNPを同定するためのTaqMan®Genotyping Assays、PCR master MIX、実験用プラスチック類等の購入費、平成26年度に国内2回、国外1回、学会で成果発表する予定であり、その旅費、平成26年度に研究成果を国際誌に論文投稿する予定であり、その英文校正謝金、24時間ホルター心電図のデータの取り込み外部委託費、プレゼンテーション用タブレット端末、結果解析のためのコンピュータおよびソフトウェア購入費に使用する予定である。
多値記録を可能とするTe-Si系多段相変化メモリの創製

本研究では、Te-Si系アモルファス薄膜の結晶化挙動および電気抵抗変化を調査し下記の知見を得た。相変化メモリでは、相変化材料の結晶化による体積収縮によりセル内に応力が蓄積し繰返し特性に悪影響を及ぼす事が指摘されている。本実験では、Te-15at.%Siアモルファス薄膜の結晶化に伴う膜厚変化を調査した。その結果、第一結晶化に伴い約3.5%収縮する事が分った。その後の加熱により、電気抵抗の上昇に伴い膜厚が1%程度増加した後、第二結晶化により、アモルファス状態よりも約5%膜厚が減少した。既存相変化材料であるGe_2Sb_2Te_5は結晶化に伴い6.5%程度膜厚が減少し、その後の構造変化により更に約2%収縮する事が報告されている。本Te-Si薄膜の結晶化に伴う膜厚変化は、既存GSTよりも小さく繰り返し特性にも優れる事が期待される。本研究では、Te-Si二元薄膜の諸物性に及ぼす添加元素X(Ge,Cuなど)の影響を調査した。その結果、Te-Si-Ge三元薄膜において、高い結晶化温度を得られる事が分った。特にTe-13at.%Si-43at.%Ge(TSG)薄膜において300°C程度の結晶化温度が得られる事が分った。TSG薄膜は、明瞭な二段結晶化は示さないものの、結晶化後、その電気抵抗は温度の上昇と共に緩やか減少し、400°C程度で一定の値に落ち着く。結晶化に伴い100°C程度の範囲で緩やかに雌気抵抗が減少し、更に結晶化による電気抵抗変化は10^4Ω程度と大きく、多値記録材料として有望である事が示唆された。本研究では、多値記録を可能とするTe-Si系相変化材料の開発を目的として、Te-(10,15,18,23at.%)Siアモルファス薄膜を作製し、結晶化挙動および電気抵抗変化を調査し下記の知見を得た。1.結晶化挙動いずれの試料においても、結晶化後は、Te+Si_2Te_32相構造を呈した。その結晶化過程は2段階に分けられ、第一にTeが結晶化し、続いてSi_2Te_3が結晶化する事が分った。また、それら第1、第2結晶化温度は、殆ど組成に依存せず、それぞれ約170°C、約300°Cであった。2.結晶化に伴う電気抵抗変化Te-(10,15,18,23at.%)Siアモルファス薄膜は、2段階の結晶化に伴い、2段階の急激な電気抵抗変化を示した。特に、Te-15at.%Si共晶組成を有するアモルファス薄膜は、第1結晶化において、2桁程度の電気抵抗の低下を示し、第2結晶化において1桁程度の電気抵抗の低下を示した。さらに第1結晶化後に一時的に電気抵抗が上昇する事が分かった。3.結晶組織観察本研究では、電気抵抗変化の原因を調査するため、詳細なX線回折およびTEM組織観察を行った。その結果、第1結晶化後には、Siリッチ組成を有するアモルファス相(23nm)がTe結晶粒を囲うように残留し、昇温に伴いそれら残留アモルファス相が2030nm程度に成長する事が分った。さらに、それら残留アモルファス相が第2結晶化過程にてSi_2Te_3へと結晶化する事が分かった。以上の知見から、第1結晶化後の一時的な電気抵抗の増加は、膜中に高抵抗のSiリッチアモルファス相がネットワーク状に形成し、電流のパスをふさいだ為であると考えられる。以上の結果より、TeおよびSi_2Te_3の結晶化を制御することにより、Te-Si共晶相変化化薄膜において、多値記録化が可能である事が示唆された。

結晶化に伴い100°C程度の範囲で緩やかに雌気抵抗が減少し、更に結晶化による電気抵抗変化は10^4Ω程度と大きく、多値記録材料として有望である事が示唆された。
非平衡状態におけるゆらぎと多体量子系のエンタングルメント

2006年4月から2007年10月までの期間は、かなりの進展があった。まず、成果を論文にまとめ、Physical Review誌に掲載された。この論文にまとめた研究成果は、日本物理学会、東京大学におけるセミナー、NTTにおけるセミナーにおいて発表した。さらに、NTTの実験家たちと協力して、共鳴器と単スピンの結合の理論的提案に関する研究を行った。これについては、成果を論文をまとめ、投稿中である。数年以内に、この理論的予測は実験的に確認されると期待できる。また、科研費を用いて量子ナノ機械系のサマースクールに参加することができ、研究課題の進展に有益であった。17年度はかなり研究が進展した。まず、エンタングルメント・混合性・ノイズ相関の研究は非常にうまくいき、Phys.Rev.Lett.に投稿中である。特に、結合ドット系の平衡下と非平衡下でのエンタングルメントを求めた。さらに、これらの結果のうちの非平衡下での結果を、近い将来実験で測れそうな量であるノイズ相関と関係づけることができた。これらの結果は2006年春の物理学会でも発表する予定である。現在は、我々のモデルを使って、定常状態におけるベルの不等式の測定の可能性を探り、また、ノイズ相関の定式化を高次キュミュラントへ拡張しつつある。後者は、多粒子エンタングルメントの研究や、もっと複雑な多体量子系の研究へと結びつけることができるのではないかと考えている。
A.viteaeに対する先天的抵抗性機構に関する免疫学的研究

以前の成績から,非好適宿主ではAcanthocheilonema viteae(Av)の第3期感染幼虫(L3)と1日令虫体が殺滅され易く,逆に好適宿主ではこのステージの虫体が生着・発育し易いことが分っている。そこで,Avの非好適宿主内での殺滅機構を検討することを目的として,感染局所の組織学検索を行うとともに,虫体殺滅へのマクロファージの関与の可能性を検討するために,主としてマクロファージから産生されるNOの感染局所での産生を調べた。BALB/c雄マウス(20匹)の後背部の体毛を除去し,1-1.5cm四方の枠を書く。そこに0.05-0.1mlの生食に浮遊させた80-100隻のL3を注射した。対照として生食のみ注射群を設けた。注射後2時間,2日,6日,13日に3-4匹ずつ放血,屠殺後,皮下織を含めて注射部位の皮膚を切除し,半分を組織学的検査用に固定した。残りの半分はRPMI1640medium中で培養し,15分,30分,1時間後に上清を回収し,NOanalyzerで上清中のNO_2^-を測定した。一方,マクロファージの活性化状況を調べるため,細切した肺や脾細胞をL3(40-50隻)で刺激し,得られた培養上清や血漿を用いてNO_2^-の測定を行った。感染マウスの組織学的所見では,感染2時間後に好中球を主とする皮下織の細胞浸潤が見られ,2日後には単核球(Mφ)が主体となり,好酸球も混在するのが認められた。6日後には血管の拡張が著しく,細胞浸潤はピークとなり,Mφと好酸球の著明な浸潤が認められ,所々に両細胞の集簇が見られた。また,完全なまたは部分的な脱顆粒像を示す肥満細胞が皮下織に認められた。13日後には6日後と比べ,細胞浸潤が終息したようにみられたが,リンパ球の集簇は未だ散見され,中には広範囲に亘る好酸球浸潤を認めるものもあった。感染局所の皮膚や血漿中のNO産生には変化は認められなかったが,感染マウス脾細胞では13日に有意なNO産生を認めた。皮下織に浸潤するMφからのNO産生を効果的に検出するためには,今後,方法論の改善が必要であると考えられた。
脳腫瘍に対するヒストン脱アセチル化阻害剤と細胞死シグナルによる新規治療法の開発

腫瘍細胞に特異的な細胞死を誘導しうるHDAC阻害剤とTRAILによるアポトーシス誘導療法の併用により,相乗的治療効果が得られることが期待される.HDAC阻害剤であるSAHAとTRAIL受容体に特異的ヒトモノクローナル抗体(抗DR5抗体)の併用療法は,ヒトglioma細胞株の多くに相乗的細胞死を誘導し,細胞死抑制因子c-FLIPの関与が示唆された.ヌードマウス担癌動物モデルにおいても本併用療法により相乗的腫瘍増殖抑制効果が認められ,悪性神経膠腫に対する新規治療法としての可能性が示唆された.腫瘍細胞に特異的な細胞死を誘導しうるHDAC阻害剤とTRAILによるアポトーシス誘導療法の併用により,相乗的治療効果が得られることが期待される.HDAC阻害剤であるSAHAとTRAIL受容体に特異的ヒトモノクローナル抗体(抗DR5抗体)の併用療法は,ヒトglioma細胞株の多くに相乗的細胞死を誘導し,細胞死抑制因子c-FLIPの関与が示唆された.ヌードマウス担癌動物モデルにおいても本併用療法により相乗的腫瘍増殖抑制効果が認められ,悪性神経膠腫に対する新規治療法としての可能性が示唆された.悪性脳腫瘍,特に悪性神経膠腫(glioma)は近年の画期的な医療の進歩にも拘らず未だ極めて難治の疾患である.ヒストンのアセチル化の制御はDNAクロマチン構造の変化を介した遺伝子転写の調節機構として注目されており,ヒストン脱アセチル化酵素(HDAC)阻害剤が様々な癌細胞で増殖抑制,分化誘導,アポトーシス誘導などの効果を持つことが最近確認され,癌治療の有力な新規分子標的剤と考えられている.TNF familyに属する細胞死因子TRAILは,細胞表面に発現し細胞内ドメインにdeath domain(DD)をもつ特異的な受容体DR4,DR5と結合し,急速に腫瘍細胞に特異的にアポトーシスを誘導する.ともに腫瘍細胞に特異的な細胞死を誘導しうるHDAC阻害剤とTRAILによるdeath receptorを介するアポトーシス誘導療法の併用効果を検討した.HDAC阻害剤のうち,SAHA及びTSA治療により,ヒトglioma細胞株の多くは細胞障害性変化が観察されたが,SBHAは高濃度においても細胞障害効果が認められず,構造特異性が示唆された.次に,SAHA治療を可溶性TRAIL或いは抗ヒトTRAIL受容体モノクローナル抗体と併用すると,過半数のヒトglioma細胞株において相乗的殺腫瘍細胞効果が認められた.この相乗効果に関与する因子を検討するため,SAHA治療後にglioma細胞から細胞蛋白を抽出し,SAHA治療により誘導される因子の有無を検討した.その結果,細胞内細胞死シグナル規定因子の一つが発現誘導され,感受性化に関与することが示唆された.悪性脳腫瘍、特に悪性神経膠腫(glioma)は近年の画期的な医療の進歩にも拘らず未だ極めて難治の疾患である。ヒストンのアセチル化の制御はDNAク1コマチン構造の変化を介した遺伝子転写の調節機構として注目されており、近年ヒストン脱アセチル化酵素(HDAC)阻害剤が癌治療の有力な新規分子標的剤としてリンパ腫などで臨床試験が進められている。TNF familyに属するTRAILは、腫瘍細胞に選択的に細胞死を誘導する因子として注目されているが、gliomaにおいては耐性を示す腫瘍もあり、その効果増強が望まれている。HDAC阻害剤SAHAの治療によりglioma細胞でヒストンのアセチル化が認められた。SAHAと:TRAIL受容体に特異的ヒトモノクローナル抗体(抗DR5抗体)の併用療法は、ヒトglioma細胞株の多くに相乗的細胞死を誘導した。SAHA治療により、アポトーシスシグナルに関与する細胞死抑制因子のc-FLIPの発現が過半数のglioma細胞株で低下し、併用療法の相乗効果と相関がみられた。siRNA法を用いて、glioma細胞のc-FLIP発現を抑制すると、抗DR5抗体治療の感受性が著明に亢進した。この効果の生じる機序を現在分子レベルで検討している。また、本併用療法の治療効果をマウス腫瘍モデルにて検証中である。脳腫瘍の代表的疾患である悪性神経膠腫(glioma)は近年の画期的な医療の進歩にも拘らず未だ治癒率は低く,新規治療の開発が必須である.ヒストンのアセチル化の制御はDNAクロマチン構造の変化を介した遺伝子転写の調節機構として注目されており,近年ヒストン脱アセチル化酵素(HDAC)阻害剤が癌治療の有力な新規分子標的剤として臨床試験を含め精力的に研究が進められている.内因性のdeathfactorであるTRAILは,腫瘍細胞に選択的に細胞死を誘導する機能から新規癌治療薬として期待されているが,gliomaにおいては耐性を示す腫瘍もあり,その効果増強が望まれている.HDAC阻害剤SAHAの治療により多くのglioma細胞株でTRAIL受容体であるDR5に特異的ヒトモノクローナル抗体療法に対する相乗的殺細胞効果が認められた.相乗効果の分子機序として,SAHA治療によるアポトーシスシグナルに関与する細胞死抑制因子c-FLIPの発現抑制が認められ,c-FLIPをglioma細胞に強制発現させることでSAHA+抗DR5抗体治療への抵抗性が獲得された.逆に,glioma細胞のc-FLIP発現をsiRNAにより抑制することで,抗DR5抗体への感受性が著明に亢進した.SAHAにより一部の細胞株ではc-FLIPのmRNAレベルの低下が認められたが,proteasome阻害剤ではc-FLIP発現抑制は抑制されなかった.従って,本相乗効果はSAHAによる転写抑制による可能性が示唆された.今後,更に本併用療法の動物モデルでの効果を検討する予定である.
軌道・価数制御された層状ペロブスカイトマンガン酸化物の物質開拓と電子構造の研究

本研究では、軌道・価数制御された層状ペロブスカイト型マンガン酸化物結晶を作成し、その磁気伝導物性・磁気格子構造を系統的に研究した。主たる研究成果を列挙する。(1)層状マンガン酸化物の基底状態相図の決定この物質系は、元素置換を施すことより、(a)マンガン原子の形式価数と(b)Mn06八面体の歪みを制御することができる一連の層状ペロブスカイト型マンガン酸化物結晶を作成し、基底状態での磁気構造を調ぺたところ、磁気構造とMn06八面体の歪みの間に強い相関が見られた。これは、この物質系では、磁気構造がeg軌道の安定性で支配されていることを示唆している。(2)軌道の安定性と磁気構造マーデリング・ポテンシャル・エネルギー計算により、eg軌道の安定性を定量的に評価した。その結果、軌道の安定性の変化に従って、磁気構造が系統的に変化することが示された。したがって、この系での元素置換の役割は、従来から言われている一電子バンド幅の制御ではなく、軌道の安定性の制御であると考えられる。(3)軌道の直接観測名古屋大学坂田グループとの共同研究で、eg軌道の可視化に成功した。今後、この方向の研究(「軌道の物理))を系統的に行なってゆきたい。本年度は、軌道・価数制御された層状ペロブスカイト型マンガン酸化物を作成しその磁気伝導物性・磁気格子構造を系統的に研究した。磁気格子構造は、主に、原研改造3号炉の共同利用を通じて得られた。代表的な研究成果を列挙する。(1)マンガンの価数が+3.4のものAサイトが(La,Sr)の組み合わせの場合、T_c=120K以下で強磁性金属に転移する。Aサイトの希土類金属またはアルカリ土類金属の平均イオン半径を系統的にかえ、格子構造・磁気構造に与える影響を調べた。得られた結果より、この系の磁気構造は軌道(d(x^2-y^2)とd(3z^2-γ^2))の安定性で決定されることが明らかになった。この研究成果は、現在、PRBに投稿中である。(2)マンガンの価数が+3.3のものAサイトが(La,Sr)の組み合わせの場合、T_c=90K以下で強磁性金属に転移する。Laサイトを10%Ndに置換すると、反強磁性相に転移することが明らかとなった。この磁気構造は、丁度、天然のスピン・バルブ構造をしている。実際に、外部磁場の印加によるスピン・バルブの開閉が可能である。さらに、Ndの濃度を変えることにより、スピン・バルブ機能性(スイッチング磁場・磁気抵抗の大きさ)の最適化が可能であることを示した。これらの研究成果は、PRBに制裁された。軌道・価数制御された層状ペロブスカイト型マンガン酸化物を作成しその磁気伝導物性・磁気格子構造を系統的に研究した。1.層状マンガン酸化物の軌道状態マンガン原子の形式価数を+3.4に固定して、一連の層状マンガン酸化物を作成し中性子構造解析を行なった。得られた構造パラメターを用いて、ふたつのeg軌道のマーデリング・ポテンシャル・エネルギーの差を計算し、軌道の安定性を評価した。その結果軌道の安定性と磁気構造の間に密接な関係があることが明らかとなった。特に、NdSr2Mn207の層状反強磁性状態は、dx2-y2軌道が秩序化している状態であることが明らかとなった。2.立方マンガン酸化物の軌道安定性と電荷整列相転移マンガン原子の形式価数を+3.5に固定して、一連の立方マンガン酸化物を作成し中性子構造解析を行なった。その結果軌道の安定性と電荷整列転移温度の間に密接な関係があることが明らかとなった。