hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
自己フィブリン膜、濃厚血小板血漿による鼓膜再生の試み

鼓膜形成術は接着法の普及によって、より簡易的に確実に行われるようになり、現在では広く普及した手技となっている。しかしながら、接着のための献血由来フィブリン糊の必要性や、皮下結合組織片の採取に伴う皮膚切開の必要性がある。また、これらを代用する方法として、コラーゲン膜やキチン膜を使用する方法が報告されているが、現在まで血液由来の膜による鼓膜形成術の報告はない。この研究では、患者自身の末梢全血由来のフィブリン膜とフィブリンゲルの作製法を考案し、末梢血由来膜による鼓膜形成術を考案するにあたっての膜の安定性につて検討した。フィブリン膜は自己血漿と自己トロンビンにより作成可能であり、鼓膜の再生過程での皮下結合組織片に代わる足がかりを築くことが可能であると考えられた。いずれも、20ml程度の採血を行うのみで作成が可能であり、低侵襲かつ安全な方法と考えられた。鼓膜穿孔、慢性中耳炎に対する鼓膜再生の土台としての自己フィブリン膜の作製方法を確立することに成功した。末梢静脈血より採血管2本(ACD-A液入り管、RC管)に採血を行い、遠心分離により、血漿と自己トロンビン液を得た後、これらを混和した上、塩化カルシウムを添加すると、フィブリンゲルが得られる。しかしフィブリンゲルは組織学的に脆弱であり、オフロキサシン添加ゼラチンスポンジに包埋し、37°Cの恒温槽で保存した結果、2週間で融解消失することが分かった。このため、フィブリンゲルを脱水処理すっることで、線維密度の高い膜状のフィブリン塊(フィブリン膜)を作製することに成功した。画像解析装置(WinRoof)を用いて、線維密度の測定を行ったところ、フィブリン膜は4週間を経ても、組織学的に安定であり、対照群として用いた筋膜と同等の線維密度が得られることが分かった。通常臨床現場でよく遭遇する鼓膜面積に占める割合が30%程度の穿孔であれば、鼓膜形成術に於ける土台が4週間安定していれば、鼓膜穿孔面の上皮化には十分と考えられる。本方法でフィブリン膜を作製することは比較的容易であり、臨床現場でも十分応用が可能であると思われる。実際には、鼓室内にゼラチンスポンジを充填した後、鼓膜穿孔縁を切除、新鮮化し、穿孔よりフィブリン膜を挿入留置する方法を試案中である。この際、ゼラチンスポンジに自己濃厚血小板血漿を添加することで、各種成長因子の徐放効果が得られ、創傷治癒に有利に働くことが期待される。以上の方法は生体に対し安全かつ低侵襲な手技と考えられ、来年度は臨床応用を予定している。従来の鼓膜形成の方法としては、1)遊離筋膜、遊離皮下組織の移植片をフィブリン糊によって固定する方法。2)ウシ由来コラーゲン膜やキチン膜(甲殻類由来)の鼓膜欠損部への充填による方法がある。しかしながら、遊離筋膜、皮下組織の採取による侵襲、献血由来の薬剤や、ヒト以外に由来する被覆材を用いる必要が問題となっている。現在、血液を使用した鼓膜形成の報告はない。そこで少量の自己末梢全血採血をもって、これより自己フィブリン膜と濃厚血小板血漿の作成を試み、全血からの鼓膜形成の方法を確立することを目的とした。本方法が臨床応用可能になれば罹患者にとっても低侵襲性、安全性の点から大きな福音となり、従来の方法に比べて医療費の大幅な軽減につながると考えられた。我々は、まず自己末梢血を遠心分離し、フィブリノーゲンとトロンビンを抽出し、これらをin vitroにて凝固させるにあたり、最も強度が得られる混合比を得た。さらに、凝固したフィブリン塊は、そのままの状態の群と、脱水処理した群とに分け、前者をフィブリンゲル、後者をフィブリン膜とした上で、生体に使用する場合に近い条件で、これらを0.3%オフロキサシン用液に浸したゼラチンスポンジの中に包埋の上、37°Cの恒温槽内で保存し、作成直後、24時間後、72時間後、1週間後、2週間後の時点で10%ホルマリンで固定し、パラフィン包埋の後、HE染色を行い、検鏡して組織学的な安定性を検討した。さらに、これを画像解析装置に取り込み、二値化処理を行い、線維密度を測定した。対照として、鼓室形成術中に採取した側頭筋膜を用いた。結果は、形成したフィブリン膜は側頭筋膜と同等の強度があり、鼓膜形成を行うに当たっての新素材として臨床で使用しうるものと考えられた。
母子間カルシウムおよびマグネシウム輸送を担う分子の同定

本年度は前年度に胎仔骨石灰化のためのカルシウムおよびマグネシウム輸送路の候補として同定したTRPM6がヒトにおいても同様の機能を担い得ることを確認するために、ヒト胎盤絨毛上皮細胞のモデルとしてBeWo細胞に着目した。BeWo細胞は通常の培養条件では未分化の栄養膜細胞(cytotrophoblasts)の形態および特徴を呈するが、細胞内のcAMP濃度を増加させると合胞体栄養細胞(syncytiotrophoblasts)様の細胞に分化することが知られている。そこでBeWo細胞におけるヒトTRPM6の発現を調べたところ、通常の培養条件ではほとんど発現が見られなかったが無血清・dbcAMP存在下でヒトTRPM6のアイソフォームの1つであるTRPM6aの発現が顕著に増加した。一方、TRPM7の発現量に有意な違いは認められなかった。以上のことからTRPM6がヒトにおいても合胞体栄養細胞において母子間カルシウムおよびマグネシウム輸送を担い得ることが示唆された。胎盤における母子間Ca^<2+>およびMg^<2+>輸送分子を同定するために、細胞膜上においてCa^<2+>およびMg^<2+>を輸送し得るものとしてTRPチャネルファミリーに着目し、マウス胎仔の骨石灰化に合わせて胎盤における発現量が増加するものを探索した。その結果、受精後15日から18日目の妊娠終期に顕著に増加するものとしてTRPM6を同定した。In situ hybridizationおよび免疫組織染色によって、TRPM6はマウス卵黄嚢(胎盤内と外)および胎盤絨毛上皮細胞に局在していることが明らかになった。以上のことから、Ca^<2+>およびMg^<2+>を選択的に、しかも両者を同等に運ぶTRPM6が胎盤のみならず小腸や腎尿細管などの輸送上皮における細胞を通る輸送(transcellular transport)に重要な役割を果たしていることが強く示唆された。すなわち細胞間隙を通るCa^<2+>・Mg^<2+>輸送(CLDN16・CLDN19)および細胞内を通るCa^<2+>に選択的な輸送路(腎TRPV5・小腸TRPV6)とは異なる経路(TRPM6による細胞内Ca^<2+>・Mg^<2+>輸送路)が存在する可能性が考えられる。今後、同経路が実際に胎盤絨毛細胞のCa^<2+>・Mg^<2+>輸送のうち何割を占めるのかを細胞を用いて解析するとともに、TRPM6阻害剤を用いたin vivoの解析によって同経路が体内Ca・Mgの恒常性維持にどの程度重要なのか、またTRPM6の機能異常が妊娠高血圧症の発症に関与するかを明らかにしたい。
EMT(上皮間葉転換)解析を通した器官発生-癌転移のフロンティア研究

我々は、Wntシグナル等を中心に、細胞増殖因子群の器官形成過での機能について、コンディショナルマウス系を駆使して解析してきた。その結果、WntシグナルやBmpシグナルがクロストークする事が器官伸長、上皮系形成(生殖器、皮膚等)に必須である事が分かった。上皮系に起因する癌において、器官形成時に関与する細胞増殖因子系がどのような形で発癌、上皮間葉転換において組み入れられているのか解析を行なった。研究期間中に、我々中心の論文としてDevelopment2報、Endocrinology4報、Molecular Endcrinology1報、COGD1報を含む成果を挙げた。胎児後端部や皮膚においてWnt/βカテニンシグナルとクロストークする信号系として、Bmp、及びヘッジホッグシグナルを同定した。また子宮内膜上皮においては、Wnt/βカテニンシグナルの過剰により、子宮腺の過形成が起こる事、さらにその下流としてFox遺伝子の発現が亢進すること等が分かった。以上、今後の発生医学-発癌の2領域を横断する研究に繋がる重要な基盤が創成された。我々はいくつかのBmp(骨形成因子)リガンド、Bmpアンタゴニスト、ノギンの相互作用が胎児後端部形成を制御する事を示した。それらの異常が後肢融合等を含む症候(マーメイド症候群など)発症に寄与する事を示唆した。今年度は上記の実験系がこれまで鳥類胚で行なわれたので、ミュータントマウス系を駆使して実験を行なった。従来の鳥類胚においては、ノギンの過剰発現によってBmpシグナルを低下させ、これらが後肢の融合を引き起こすこと見出していた。マウスにおいてはBmp4などやBmpの主要なレセプターBmprIaをコンディショナルに遺伝子改変することによって後肢がやはり融合する事を見出した(未発表)。本計画は総排泄腔等に由来する器官形成におけるBmpシグナルの解明も提案していた。Bmpシグナルが膀胱形成に機能するか解明を進め、膀胱形成プロセスにおいて活性を有するCreラインを用いてBmpシグナルを改変した場合、Bmpレセプター(rIa)改変マウスにおいて膀胱平滑筋の形成阻害を見出した(未発表データ)。さらに興味ある事に、本実験系においては未分化間葉においてヘッジホッグシグナルを受容した際に初めてBmpレセプターを改変する条件付け遺伝子改変を開発した。この条件付け改変によって平滑筋層が無形成になる事から、未分化間葉では上皮由来のヘッジホッグに応答し、同間葉がBmpシグナルを受容する事が重要である事、即ち上皮由来のヘッジホッグシグナルから間葉のBmpシグナルのリレーが初めて示唆された(未発表データ)。我々はいくつかのBmp(骨形成因子)リガンド、Bmpアンタゴニスト、ノギンを含む相互作用が胎児後端部形成を制御する事を示した。本計画は総排泄腔等に由来するBmpシグナルが膀胱等の形成に機能するか解明を進め、泌尿生殖系器官形成や、Bmpが関与する病態発症過程に如何に機能するのか解析を進める。本年度はEMT制御において一般的に作用を示すZeb1及びZeb2遺伝子の発現パターンを解析した。愛知県コロニー研の東雄二郎博士らとの共同研究でZeb1及びZeb2マウスの膀胱をはじめとする泌尿生殖系器官での機能解析を準備した。そのため、泌尿生殖系器官で機能するCreドライバーマウスを検定した。そのためHox A3, CAG, Cre E2マウス、FstCreマウスなどの検定を行った。その結果Hox A3, Creドライバーは胎児後部において強い活性を示す事がわかり、またCAG-Creマウスドライバーにおいてタモキシフェン誘導し、時期特異的な遺伝子改変を行う条件を整備した。更にZeb1及びZeb2遺伝子の発現解析を行い、Zeb1(D-EF1)は泌尿生殖系の上皮に発現が主に見られることが判明した。Zeb2(Sip1)は尿道等の上皮に加え、外部生殖器上面及び骨盤内尿道間葉、膀胱間葉等において発現していることが判明した。Zeb2については、同じ間葉組織においても外部生殖器中心部の間葉凝集部分においては発現が陰性で、一方膀胱間葉においては上皮直下部で発現が弱く周辺の平滑筋予定領域において発現が強いという差が観察された。子宮や前立腺等を含めた泌尿生殖系器官の形成過程に重要である細胞増殖因子群が、器官過形成や細胞増殖制御の破綻プロセスにいかに関与しているか解析した。我々はこれまでBmp(骨形成因子)

シグナルが外部生殖器や泌尿生殖系器官形成に重要である事をBmpレセプターのコンディショナルノックアウトマウスを用い明らかにした。前立腺においては、Bmpシグナルが分岐過程に重要である事が知られていたが、今回我々ミュータント解析によって、上皮におけるBmpシグナル遮断が前立腺過形成につながることが明らかとなった。胎生末期から生後にかけてBmpシグナルを上皮において遮断すると前立腺過形成、さらに分泌機能異常が起こる。それらのミュータントについて過形成状態からさらにPIN、前立腺癌に至るのかについて解明を加えつつある。また、我々の解析で、Wnt/βカテニンシグナルが外生殖器や生殖器官形成に重要であることが明らかとなっていた。今回、同シグナルの異常、亢進が子宮内膜において重要な疾患である子宮内膜過形成につながることが明らかとなった。これら病態が起こる際の下流遺伝子変動について解析を加え、腺形成に重要な転写因子群などの候補遺伝子が同定された。これらの知見から、ミューラー管の形成や子宮形成等の発生時のみならず、子宮腺過形成や子宮がんの基盤となる病態においてもWnt/βカテニンシグナル、及び下流遺伝子の関与が明らかとなった。以上の様な細胞増殖因子系について発生過程、並びに過形成、発癌の基盤過程における関与を示すことができた。
RISM理論により溶媒効果を取り入れた第一原理からのタンパク質の立体構造予測

拡張アンサンブル法であるレプリカ交換法とシミュレーティッド・テンパリング法を組み合わせたレプリカ交換シミュレーティッド・テンパリング法、シミュレーティッド・テンパリングレプリカ交換法の開発を行った。従来のシミュレーティッド・テンパリング法より容易にエネルギー空間上のランダムウォークを実現し、この有効性を示した。この研究に関しては、今年度論文として出版された。また、統計力学に基づくRISM理論と拡張アンサンブル法を結合したアルゴリズムの開発を行った。RISM理論で溶媒効果を取り入れる場合、全エネルギーが温度に依存する。今までの拡張アンサンブル法ではエネルギーが温度に依存する場合を取り扱うことができなかったが、レプリカ交換法を修正して、溶媒の温度依存性を取り入れた拡張アンサンブルシミュレーションができるようになった。この手法の有効性を示し、論文としてまとめた。今年度は既存のタンパク質のソフトTinkerに3D RISM理論のアルゴリズムを取り込むプログラム開発を行った。また、Tinkerに拡張アンサンブル法を取組む作業も行った。これにより、3D RISM理論を用いた拡張アンサンブルシミュレーションができるようになった。3D RISM理論は計算時間を必要とするために、既存のコンピュータではフォールディングシミュレーションは難しいが、現在gridコンピュータを使ってこれを行おうとしている。昨年度から系として50000原子からなる水を取り入れた56残基からなる小タンパク質の分子動力学レプリカ交換シミュレーションも行っており、これも、現在進行中である。これらのデータの解析などを行うために、6ノード12cpuからなるクラスターを購入した。
「個性」を発見するマーカレス表現型記録・マイニングシステムの開発

柴田が主導する九州工業大学の研究チームは、分担研究者の松本らと、マーカレス表現型記録システムのアルゴリズム開発やシステムの改良を進めた。具体的には、次のようである。(1)マーカレス表現型記録システムの開発について、RGB-D画像(RGB画像に加えて深度画像も計測できるセンサ)を複数台用いたシステムを用いた、げっ歯類向けの身体部位の認識・追跡アルゴリズムの開発を推進し、国際会議で口頭発表を行った。また、2次元カメラ画像を用いた霊長類の身体特徴の認識アルゴリズムについて、大規模な一般物体画像データを用いて学習済みの深層学習済ネットワークを、我々が作成したラベル付き霊長類画像の学習データを用いて追加訓練するDeepLabCutと呼ばれる学習フレームワークに従うことにより、昨年度よりさらに精度の良い身体特徴の認識が可能であることが分かり、国際会議で発表を行った。(2)データの可視化や個性のモデリング昨年度用いたBGPLVMの多入力拡張版であるManifold Relevance Determination(MRD)アルゴリズムを用いて、個体のマルチモーダルな行動データ、もしくは複数個体の行動データから、マルチモーダルな行動データ、もしくは複数個体の行動データに関する共通次元、非共通次元を見出す、個性のモデリング研究を進めた。まずヒトの手指の運動に関する筋肉の活動について従来法より良いモデリングができることが分かった(ジャーナル論文投稿中)。また分担研究者の桝屋と共に、マウス表現型やそのメタデータのデータベース整備を推進し、データシェアリングプラットフォームの公開に貢献した。マーカレス表現型記録システムの開発、データの可視化や個性のモデリング法の研究、およびマウス表現型やそのメタデータのデータベース整備についてそれぞれ概ね計画通りに進展しているため。領域メンバからフィードバックを受けながら、引き続きげっ歯類や霊長類の3次元や2次元画像に対する身体部位・認識のアルゴリズム開発や計測システムの改良を進める。また、引き続き行動データの可視化や個性のモデリング方法の開発に取り組む。領域メンバを中心にユーザーを増やし、データシェアを推進する。(1)マーカレス表現型記録システムの開発床下のRGB-D画像センサに加えて、床上に34台のRGB-D画像センサを用いる、マーカレス表現型記録システムの開発を進めた。これにより、マウスが立位の状態でも上肢や手先を追跡できるセットアップとなった。また、マウスの計測実験を行い、深度画像の解析を多角的に行った結果、白毛マウスに対しては、足裏や鼻づらという特徴を頑健に抽出するには、深層学習アルゴリズムを適用するなど、新たな取り組みが必要があることが判明した。このために深層学習用のワークステーションを1台追加で購入し、基礎的な畳み込みニューラルネットワークを用いた画像解析に取り組み、以前よりは特徴抽出性能が向上した。(2)大規模行動データのマイニングアルゴリズムの開発高次元データから非線形な低次元空間を求めることができるガウス過程潜在空間モデル(GPLVM)や、高次元データの可視化アルゴリズムとして定評のあるt-SNEなど、機械学習アルゴリズムを用いて、(1)に対してデータの可視化やクラスタリングを行うコンポーネントやユーザーインタフェースの開発に取り組んだ。マーカレス表現型記録システムについて、複数のRGB-D画像センサを用いたシステムを開発し、その有効性の一端を確認することができた。また、当初想定しなかった課題についても、新たに深層学習に取り組むことによって、解決できる可能性が示唆された。まだ大規模行動データを収集するには至っていないが、マイニングアルゴリズムの開発は順調に進んだ。本年度は、マーカレス表現型記録システムの開発を加速するために、富山大学の松本淳平准教授を分担研究者に加え研究を推進した。(1)マーカレス表現型

記録システムの開発四肢以外の身体部位に関する3次元情報を得るため、床下の深度画像センサに加えて、RGB-D画像(RGB画像に加えて深度画像も計測できるセンサ)を複数台用いたシステム開発について、簡便なカメラキャリブレーション手法の確立や、個体の身体部位検出・追跡アルゴリズムの開発と実装を、松本氏の協力も得ながら進めた。一方、標準的な2次元カメラ画像に対し、深層学習モデルを用いて頑健に多数人のモーションを追跡する予想外の手法(現在OpenPoseとして公開されている)が、コンピュータビジョンの国際会議で発表されたため、研究計画を修正し、それに学んだ手法も開発を進めた。さらに京都大学霊長類研究所のニーズに応え、サル運動計測システムの開発を行った。これらの成果は2018年度に国際会議で発表することができた。またこれらの成果を携えてパスツール研究所でマウスのマーカレス表現型記録システムを開発しているThomas Bourgeron教授を訪問し、技術的情報の交換やデータシェアプラットフォームの連携について議論を深めることができた。研究実績の概要にあるように、一部計画変更があったものの、その計画通りに研究を進めることができた。マーカレス表現型記録システムについて、引き続き改良を行う。現在入手可能なRGB-D画像センサの解像度に対して、マウスが小さいため、アルゴリズム開発研究としては、ラットを対象に進めることも検討する。また、時系列解析として近似的な時系列ベイズ推定の利用も検討する。大規模行動データのマイニングアルゴリズムについては、異常検知の観点から研究開発を進める。領域メンバからフィードバックを受けながら、引き続きげっ歯類や霊長類の3次元や2次元画像に対する身体部位・認識のアルゴリズム開発や計測システムの改良を進める。また、引き続き行動データの可視化や個性のモデリング方法の開発に取り組む。領域メンバを中心にユーザーを増やし、データシェアを推進する。引き続きげっ歯類や霊長類の3次元や2次元画像に対する身体部位・認識のアルゴリズム開発や計測システムの改良を進める。分担研究者の桝屋と、マウス表現型やそのメタデータのデータベースを整備する。
宇宙から地球上の全ての地点に着陸できるモーフィング宇宙輸送システムの研究

本研究の目的は、宇宙から地球上の全ての地点に着陸するために、あらゆる飛行状態に対して順次最適な機体形状を取ることができるモーフィング機能(形状変更機能)を備えた宇宙輸送システムについての研究である。著者らが開発した三角形胴体断面の主翼付き機体をベースラインの形状とし、極超音速域では平面形状としては、デルタ翼形状で、かつ新たに考案したウエーブライダー形状が高い揚抗比を有し、亜音速域ではストレーキ形状や胴体の角部を鋭くしたほうがより高い揚力係数を持つことができ、より広い領域をカバーできる宇宙輸送システムの実現性を明らかにした。これらの成果は国内外の学会で発表され、高い評価を受けた。本研究の目的は、宇宙から地球上の全ての地点に着陸できるモーフィング宇宙輸送システムために、あらゆる飛行状態に対して順次最適な機体形状を取ることができるモーフィング機能(形状変更機能)を備えた有人宇宙輸送システムについての研究である。今年度は、昨年度の研究成果を踏まえて、当研究室で開発した最も空力性能が高い三角形胴体断面の主翼付き機体形状をベース形状として、1)極超音速域において最も高い空力性能を示す機体形状を考察すること、2)風洞実験を行って極超音速域から着陸までのそれぞれの飛行フェーズに適した機体を見出すこととした。その研究実績は以下の通りである。1)については、a)ウエーブライダー形状が基本的には優位なこと、b)鋭いノーズ形状により造波抵抗は50%程度減少できること、c)翼面積が広いと揚抗比が高いこと、d)極超音速域・超音速域では機体全体を上下逆さまに反転させたほうがやや揚抗比が高くなること、e)翼に下半角をつけても効果はないこと、f)ノーズ先端位置を機体中心軸に近く位置させたほうが揚抗比が改善されること、g)ノーズから翼に至る形状を滑らかにつなぐことで揚抗比はさらによくなること、を明らかにした。2)については、ベース形状の機体模型に対して6種類の機体形状で風洞実験を行い、マッハ数に対する最大揚抗比の変化を明らかにした。また、着陸時にもっとも高い揚力を出す形状を明らかにした。これらの成果は日本航空宇宙学会、国際学会、JAXA主催の学術講演会等で発表し高く評価された。来年度は、これらの成果を生かして引き続き研究を進める。今年度は、当研究室で開発した最も空力性能が高い三角形胴体断面の主翼付き機体形状をベース形状として、軌道上から超音速域を経て亜音速域までの飛行領域のそれぞれで最も高い空力性能を示す機体形状を考察した。具体的な研究方法は、1)過酷な空力加熱に耐えるモーフィング機構、2)極超音速域から亜音速域までの揚抗比の変化、3)モーフィング中の空力安定性、4)有効性検証のためのコンピューター上での軌道から滑走路着陸までのシミュレーションからなる。研究実績は以下の通りである。1)は、最も高い空力性能を示した三角形断面胴体の翼胴形状を基本形状として亜音速域では胴体角部をシャープにした形状、ストレーキを付けた形状を考案した。いずれも積極的に渦を発生させて揚力増加を狙った。また、超音速飛行においては、高い揚抗比が期待できるウエーブライダー形状を亜音速域での形状からモーフィングができる形状として新たに採用した。この機構は、翼自体を胴体の下部に収納しておき胴体外側へせり出すことが出来るため容易にモーフィングが可能であり、かつ再突入時の過酷な空力加熱にも耐えることができる。亜音速域ではストレーキ形状が最も高い揚力係数を持つことを明らかにした。2)は極超音速域でのウエーブライダー形状がより高いL/Dを示すことを明らかにした。これらの成果は日本航空宇宙学会やJAXA主催の学術講演会等で発表し高く評価された。また、TSTOの形態についても機体形状の有効性を明らかにした。3)と4)は、モーフィング機構を有する機体のCFD結果が得るまでになったので、引き続き研究を進める。今年度は、当研究室で開発した最も空力性能が高い三角形胴体断面の主翼付き機体形状をベース形状として、1)地球周回軌道からの投入経路の計算を行いダウンレンジとクロスレンジを評価する、2)形状のパラメーターとしてはウエーブライダー形状をベースとして飛行方法、形状を種々変化させて最適な形状を求める、3)また、それぞれの機体形状を連続的に実現していく仕組みについて検討する、の3点であった。

その研究実績は以下の通りである。1)については、これまでに検討を行ったモーフィング宇宙輸送システムは、スペースシャトルと比較して高度60km、マッハ数18からの飛行ではダウンレンジが約2.8倍も長いことが明らかとなった。また、さらにより遠くの地点に到達するために、揚力突入(lifting entry)経路において揚力係数及び機体面積を増加させるモーフィングを行う必要があることが新たに明らかとなった。2)極超音速飛行において同一形態でも背面飛行をさせることで空気特性が向上することが指摘され、まだ可能性があるモーフィング形状を検討する必要があることが明らかとなった、3)ノーズ形状ならば形状記憶合金で軸方向の伸縮をさせ、ノーズの変形が可能なこと、胴体下面からの翼の出し入れ、角部前縁の軸方向の回転により部の前縁形状を丸い形状から鋭い角部に変えるモーフィング機構を考案した。これらの成果は世界的に権威のある国際学会、日本航空宇宙学会の学術講演会等で発表し高く評価された。また、日本航空宇宙学会第46期年会講演会においてオーガナイズドセッション招待講演を行い、高い評価を得た。航空宇宙流体力学今年度の計画はさらに高い揚抗比の機体形状を検討し、もって極超音速から亜音速までの飛行領域にそれぞれ適したモーフィング宇宙往還機を提案することである。このため、昨年度の研究成果を踏まえて、当研究室で開発した最も空力性能が高いベース形状を起点に、1)極超音速域において最も高い揚抗比の形状の考察、2)風洞実験による極超音速域から着陸までの各飛行フェーズに適した機体を見出すこととした。1)については、a)ウエーブライダー形状が望ましいこと、b)鋭いノーズ形状は造波抵抗は50%程度減少可能、c)広い翼面積は揚抗比を高くできること、d)極超・超音速域では機体全体を上下を反転させたほうが揚抗比が高いこと、e)翼に下半角をつけても効果はないこと、f)ノーズ先端位置を機体中心軸に近く位置させたほうが揚抗比が改善されること、g)ノーズから翼に至る形状を滑らかにつなぐことで揚抗比はさらによくなること、を明らかにした。2)については、ベース形状の機体模型に対して6種類の機体形状で風洞実験を行い、マッハ数に対する最大揚抗比の変化を明らかにした。また、着陸時にもっとも高い揚力を出す形状を明らかにした。従って、高い揚抗比を有するモーフィング宇宙往還機としては、軌道速度からは空力加熱に耐える形状から大気圏に突入し、極著音速域では鋭いノーズ形状とウエーブライダー形状をベースとし、機体全体を上下逆さまに反転させて飛行し、超音速域からは反転して元の姿勢に戻り、亜音速域ではベースライン形状で飛び、着陸事はデルタ翼の面積を広げた形状で最大揚力を出して着陸するといった形態変化をするのが最も良いことが明らかとなった。これらの成果は日本航空宇宙学会、国際学会、JAXA主催の学術講演会等で発表し高く評価された。以上により今年度予定していた研究目的をほぼ達成することができた。本研究の具体的な研究計画とその達成度は以下の通りである。
並列分散処理計算機のためのルーティングコアの開発

本研究では、並列分散処理計算機の通信ネットワークにおけるメッセージのルーティング・アルゴリズムの提案とそのハードウェア設計、およびシミュレーションによる評価を行った。1.耐故障性を有する適応ルーティング・アルゴリズムの提案従来のルータは、耐故障性を十分に考慮していないものが多い。また、耐故障性を考慮したルータは、通信性能を犠牲にする傾向がある。我々は、通信性能を損なわずに耐故障性を兼ね備えたルーティング・アルゴリズムDetour-NFを提案した。Detour-NFルータは、メッセージの最短経路を選択する仮想チャネルと故障リンクを迂回する仮想チャネルを装備することにより、上記の目的を達成する。2.ハードウェア記述言語によるルータの設計Detour-NFルータのLSI化を前提として、ハードウェア記述言語Verilog-HDLを使用したルータチップのRTL(レジスタ転送レベル)設計を行った。また、論理合成ツールを用いたハードウェアコストと動作速度の評価を行った。3.性能評価Verilog-HDLシミュレータを使用して、Detour-NFルータ及び関連研究で提案されているいくつかのルータで10×10(100ノード)2次元トーラスネットワークを構成した場合の通信性能と耐故障性の比較を行った。その結果、Detour-NFルータは、他のルータよりも耐故障性に優れると共に無故障時においても低レイテンシ、高バンド幅であることを示した。本研究では、デッドロック回復方式を用いた適応ルーティングアルゴリズムRecover-xを提案し、それに基づく2次元トーラスネットワーク用のルータをハードウェア記述言語(HDL)により設計した。また、その性能評価を目的として、Recover-xと他の代表的なルーティングアルゴリズムをHDLシミュレータとHDL設計の論理合成結果により比較した。実験により、Recover-xは、他と比較して高いルーティング自由度を持ち、高速な回路設計が可能であることを示した。また、物理チャネルあたりの仮想チャネル数を変えて通信性能とチップの動作周波数を比較検討した結果、仮想チャネル4本の場合のコスト/パフォーマンスが良いことがわかった。次に、東京大学大規模集積システム設計教育センターのチップ試作サービスを利用し、1.2μmCMOSプロセスのRecover-xルータチップを開発した。本チップは、ゲート数約12.6K(NAND換算)、チップサイズ7.3mm角であり、最大動作周波数は53.7MHzである。現在は、これまでのHDLシミュレーション結果とチップ試作経験から得られた知見をもとに、ルータチップ内の仮想チャネル接続方式の変更を行っている。具体的には、ゲート数削減のためにメッセージの入力ポート内に設けていたマルチプレクサを削除して、入力ポート中の仮想チャネル群から並列に複数のメッセージが出力可能な構成に変更する。予備評価では、ゲート規模やチップの動作周波数をあまり損なうことなしに、通信スループットを向上できるとのデータを得ている。以上、平成13年度は高並列計算機(MPP)を前提とした適応ルーティングの研究を進めてきたが、14年度は、その成果を基にして、適応ルーティングをPC(パーソナルコンピュータ)クラスタに応用することを計画している。
マイクロクラックの挙動に注目した岩石の圧縮疲労破壊のメカニズムの研究

本研究では,岩石内部に既存するマイクロクラックを模擬した閉じたクラックをガラス板に導入し,これを繰り返し圧縮し,クラックの挙動の観察,ガラス板の変形率の測定,クラックからのAEの観察を行った。なお,この試験に先立ち,閉じたクラックを導入したガラス板試験片の圧縮破壊過程の観察を行った。その結果,破壊過程は3段階に大別できることが認められた。第1段階では閉じたクラック面から数対の引張クラックが載荷軸方向に初生する。第2段階ではこれらのクラックが安定に成長するが,特に閉じたクラックの両端にある引張クラック(以下,ウイングクラック)の成長が速く,最終の第3段階ではこれが限界の長さに達して不安定破壊する。実際の岩石内部には,第1段階に達したクラック,第2段階に達したクラック及び全く引張クラックを持たない閉じたクラックの3種類が既存すると考えられるが,今回は,第2段階に達したクラックを対象に繰り返し圧縮試験を行った。得られた知見は以下のとうりである。(1)第2段階を超える荷重で繰り返し圧縮した場合,ウイングクラックの成長が著しく,低繰り返し数で不安定破壊に至る。(2)第2段階以下の十分小さな荷重で繰り返し圧縮した場合,引張クラック(ウイングクラックも含む)の成長は非常に遅く,数百回以上の繰り返しによりその成長を確認できた。その場合,ウイングクラックとそれ以外の引張クラックの成長速度の差は小さい。(3)閉じたクラックの表面で発生するAEを観察することができた。AEの発生数は閉じたクラック面が粗い場合ほど高い。(3)の知見は低応力レベルのAEのカイザー効果のメカニズムとも深く関係し,その一部を11にあげた講演にて発表した。また,圧縮破壊のメカニズムに関する考察をまとめるには,対象とするクラックの種類を変えて更に研究を続ける必要がある。
固体二次元NMRによる高分子の低速分子運動に関する研究

本研究では、平面ジグザグ鎖からなる高分子の結晶状態における分子運動を一次元および二次元固体^<13>CNMR法により調べ、メチレン連鎖の分子運動に対する官能基導入の影響について検討した。試料は、ポリエチレン単結晶(PESC、[-CH_2-]_n)、等温結晶化したポリ-ε-カプロラクトン(PCL、[-O-^1CO-^2CH_2-^3CH_2-^4CH_2-^5CH_2-^6CH_2-]_n)およびポリテトラメチレンオキシド(PTMO、[-O-^1CH_2-^2CH_2-CH_2-CH_2-]_n)を用いた。PESCの室温での化学シフト異方性(CSA)スペクトルは、運動が凍結されたシミュレーションスペクトルとほぼ一致し、10^3Hz程度の運動は凍結されていることがわかった。PCLでは、C1炭素のCSAは剛直状態のものとほぼ一致しており、官能基部分はほとんど運動をしていないことがわかった。一方、その他のメチレン炭素のCSAは、すべて主値σ11とσ22が等しい軸対称スペクトルになっていた。特に、C3,C4,C5炭素に対してはσ33に対しても平均化が起こっていた。これらのCSAのシミュレーション解析から、C2およびC6炭素に対しては、分子鎖軸まわりの90°ジャンプ運動が、C3C5炭素では、この運動に加えC-C bondまわりの運動が起こっていることがわかった。PTMOにおいてもPCLと同様、C2炭素の運動はC1炭素の運動に比べより活発であることがわかった。以上のように、二次元switching angle sample spinning等の方法を用いたCSAの測定およびそのコンピューターシミュレーション解析より、高分子の10^210^4Hzの分子運動を明らかにすることができた。その結果、官能基の導入によりメチレン炭素は、特に官能基から離れた位置で、結晶であるにもかかわらず激しく運動していることがわかった。一方、官能基部分は融点近傍に至るまでほぼ剛直状態であった。メチレン炭素が運動しているにもかかわらず結晶構造を保持しているのは、このためであると考えられる。
身体変容への超適応の神経機構の解明

身体の障害や疾病などによってヒトの身体構造が急激に変化する場合がある。そのような状態でも短時間のリハビリテーション訓練などによって意図したとおりに運動を行うことができるのは,身体運動に関わる脳神経構造が、変化した身体に適応して再構成されているからである。身体の急激な変化は後天的で個体にとって未経験の現象であり、それに対する適応は超適応として定義することができる。この、超適応時の脳神経構造の再構成のメカニズムは明らかでない。そこで、本研究ではヒトと筋骨格構造が類似しているサルを対象に、身体構造を変化させ、それに対する中枢神経系の適応を神経細胞レベルで神経生理学的に評価する。
持続血液濾過透析施行時の抗菌薬投与時における投与量と効果の検討

【目的】集中治療室へ入室する重症患者では,呼吸不全,循環不全および腎不全などの合併症を惹起し,その内腎不全については持続血液濾過透析(以下、CHDF)が施行される。さらに,敗血症や播種性血管内凝固症候群を合併している患者においては、抗菌薬も投与されるがCHDF施行中の患者に対する抗菌薬の投与量については明確ではなかった。そのため、米国のCRRT時の推奨投与量,透析患者への投与量,その他薬剤の特性を考慮して投与量を決定しているのが現状であった。一方、米国のCRRTや通常の血液透析と比較してCHDFでは薬剤の透析率や濾過率が異なることが推察され、必ずしも適切とは言いがたい。そこで今回、愛媛大学医学部附属病院(以下、当院)でCHDFを施行された患者のうち抗菌薬のメロペネム、ドリペネム、ピペラシリン・タゾバクタムを投与された重症感染症患者を抽出し、各薬剤の投与量,効果および副作用について検討した。【方法】当院においてCHDFを施行された患者のうち、メロペネム、ドリペネム、ピペラシリン・タゾバクタムが投与された患者を電子カルテより抽出し、抗菌薬投与前後のCRPおよびプロカルシトニンを投与量によって分類して推移を比較検討した。【結果・考察】メロペネムについては、投与量が0.51g群、2g群、3g群に分類して比較したところ、CRPは全ての群で改善していた。一方、CRPおよびプロカルシトニンについては、3g群で投与前値が高値であった。プロカルシトニンについては3g群で著明な改善が見られたが、この理由として3g群において投与前のプロカルシトニンが高値であったことが原因と考えられた。今後、症例数をさらに増加させて検討する事に加え、それぞれの副作用出現などについても検討を行う必要があると考える。
抗告訴訟の性質及び訴訟物の再検討－確認訴訟説に立脚した統一的把握の試み

2004年行政事件訴訟法改正により、抗告訴訟に義務付け訴訟と差止め訴訟が新たに法定されたが、これらの訴訟の性質及び訴訟物(裁判所の審査の対象となる事項)については、見解が分かれている。そのため、我が国における抗告訴訟の中心的存在である取消訴訟の性質及び訴訟物に関する議論を踏まえ、またドイツにおける議論も参考にして検討した結果、これらの訴訟がいずれも行政処分の作為・不作為の違法性の審査を訴訟物とする訴訟であって、民事訴訟のような請求権に基づく訴訟ではないとの構成が可能であり、これによって取消訴訟・義務付け訴訟・差止め訴訟の性質及び訴訟物の統一的把握が可能であるとの結論を得た。平成24年度の主たる研究は、行政訴訟(特に義務付け訴訟及び差止め訴訟)の訴訟物及び既判力に関するドイツにおける最近の議論状況に関するものである。平成23年度は取消訴訟に関する日独の学説状況を主に研究対象としたが、それを前提に、義務付け訴訟及び差止め訴訟の訴訟物及び既判力を研究の対象とした。その際、ドイツ行政法学説だけに限定するのではなく、ドイツ行政訴訟実務家がこれら(義務付け訴訟の訴訟物及び既判力)に関する議論につき、どのような意見を有しているのかも調査することとした。そのため、文献研究の他、平成25年2月にドイツを訪問し、Ehlers教授(ミュンスター大学)、Wolff教授(フランクフルトオーデル大学、現在はバイロイト大学)、Ziekow教授(シュパイヤー行政大学)、Laubinger教授(元マインツ大学)及びラインラント・ファルツ州行政裁判所裁判官2名(コプレンツ及びマインツ)のインタビューを行った。これらを踏まえて、1義務付け訴訟の訴訟物は給付請求権であると考えられているが、ドイツ義務付け訴訟は全て行政庁に対する処分の申請(第三者に対する介入請求を含め)とその拒否行為を前提としているので、そのような構成が一般に可能であるが、我が国は申請型義務付け訴訟と非申請型義務付け訴訟を分けており、ドイツの議論がそのまま妥当することとはいえないこと、2差止め訴訟は行政裁判所法に明確な根拠規定がなく、一般給付訴訟の一類型として位置づけられているため、給付請求権を観念することが不可欠であるが、我が国は行政事件訴訟法に訴訟要件が定められており、それに則した議論が可能であること、これらが重要であると考えた。また、3差止め訴訟請求棄却の規範力がその後の行政行為取消訴訟に対する遮断効を有するかという問題につき、ドイツにおいては、それを否定する見解が一般的であることがあきらかとなった。ドイツ行政法学における取消訴訟、義務付け訴訟の訴訟物理論を文献によって研究した。特に、昨年公刊されたばかりの、Nicolai Kaniess, Der Streitgegenstandsbegriff in der VwGOが最近のドイツの議論状況を反映しているものと考え、同書に基づく研究を行った。その結果、ドイツにおいては、行政裁判所法において勝訴要件として、権利侵害が定められていること及び行政訴訟の権利救済機能(主観訴訟)重視する立場から、行政行為による権利侵害を訴訟物とする見解が堅持されていることが明確になった。なお、ドイツ行政法研究者との意見交換(科研費とは別の所属大学のプロジェクトとしてドイツを訪問した際に、本研究テーマについても意見交換の機会を得た)の結果、ドイツ行政裁判所法が本案要件として権利侵害を定めているが、我が国行政事件訴訟法にかかる規定がないことの差異を歴史研究を含めてさらに調査することの必要性が明らかとなった。またこのテーマに関して、ドイツ行政法学説として、Schenkeの理論を研究することの重要性を示唆された。我が国行政法における本テーマの研究として、最高裁平成24年2月9日判決に示された差止め訴訟の本案要件の検討を行った。これについては、現在論文を用意しているが、その検討の結果が、昨年(2012年)公刊された『行政判例百選II(第6版)』の上記判決解説に反映させることができた。12014年度は差止訴訟の性質及び既判力に関する研究を進めた。我が国における2004年行政事件訴訟法改正後の判例の分析を通じて、裁判所の審査の特色を検討した。その結果、差止訴訟の訴訟物及び差止請求棄却判決の既判力について、従前の学説と異なる独自の結論を得ることができた。2差止訴訟の上記研究の成果を踏まえて,取消訴訟及び義務付け訴訟の性質及び訴訟物について法曹関係者の聞取調査を含む総括的研究を行った。3同時にドイツ行政法学における抗告訴訟の訴訟物につき、ドイツの複数大学を訪問し、取消訴訟と差止め訴訟の訴訟物に関する彼我の共通点と相違点につきを情報の入手と意見交換をした。2014年は、ドイツ・バイロイト大学で、同大学の公法系教授及びバイロイト行政裁判所所長が参加する日独行政訴訟制度に関する研究会を開催することができた。その場では、ドイツにおいては権利侵害性が行政訴訟の本案要件として本質的な意味を持つが、同国の行政訴訟制度をモデルとしたにもかかわらず、我が国の現行行政訴訟が権利侵害性を抗告訴訟の本案要件としては明示しなかったことの立法史研究の重要性が示唆された。他方で、EU訴訟制度では権利侵害が本案要件ではないことも指摘され、行政訴訟制度の世界的動向を踏まえた上での研究の重要性も示された。4これらの研究を踏まえて、差止訴訟の訴訟物につき、研究論文を公表することとし(新潟大学法学会『法政理論』47巻3・4号、2015年5月公刊予定)、さらに研究補助事業期間の延長が認められたため、同延長期間中に取消訴訟・義務付け訴訟を含む抗告訴訟全体に関する研究報告書を作成する予定である。

本年度は、我が国おける抗告訴訟、とりわけ取消訴訟の訴訟物に関する通説的見解がどのように形成されてきたかを、旧憲法下における行政裁判所判例及び学説並びに戦後の行政事件訴訟特例法の形成期における議論の調査を行った。旧行政裁判所法は、訴訟の種類を規定するものではなかったが、美濃部は行政処分による権利毀損に対する訴訟を抗告訴訟と分類していた。その中心類型をなすものが取消訴訟であり、その性質が形成訴訟であることは美濃部学説等によって明確に語られていた。しかしながら、現在と異なり、当時の行政裁判所は処分の変更及び処分の義務付けが可能であり、前者は積極的形成判決、後者は給付判決とされていたことに注意しなければならない。この点は、抗告訴訟における訴訟物の共通性(権利毀損性)を感じさせるものであるが、美濃部も当時の他の学説も行政裁判所の訴訟について、その訴訟物を論じたものは見いだせなかった。既判力(確定力)については、行政裁判所法が準用する民事訴訟法の規定に基づき、その主文の範囲で生じると論じているものが、当時の学説及び判決に数多く見られる。しかしながら、主文の範囲は訴訟物概念から把握されなければならない。訴訟の対象が係争処分であることを前提とする行政裁判所判決もある(大正14年7月16日)。ところが、係争処分の違法理由も主文に包含されるという判決及び美濃部の評釈もあり、この点は今日の通説的理解と異なるところがある。戦後は、取消訴訟を形成訴訟と理解することから、民事訴訟における形成訴訟の訴訟物理解をそのままあてはめ、形成要件一般とする理解が取消訴訟における訴訟物の違法性一般という学説の起点となっていた。それに対し民訴法的な形成請求権説(取消請求権説)から、係争処分の違法性そのものが訴訟物であるという見解への進展は、その後の行政法学説の発展を俟たなければならない。2004年行政事件訴訟法改正により、抗告訴訟に義務付け訴訟と差止め訴訟が新たに法定されたが、これらの訴訟の性質及び訴訟物(裁判所の審査の対象となる事項)については、見解が分かれている。そのため、我が国における抗告訴訟の中心的存在である取消訴訟の性質及び訴訟物に関する議論を踏まえ、またドイツにおける議論も参考にして検討した結果、これらの訴訟がいずれも行政処分の作為・不作為の違法性の審査を訴訟物とする訴訟であって、民事訴訟のような請求権に基づく訴訟ではないとの構成が可能であり、これによって取消訴訟・義務付け訴訟・差止め訴訟の性質及び訴訟物の統一的把握が可能であるとの結論を得た。本研究に取り組む前に、義務付け訴訟の性質及びその訴訟物に関する研究を始めており、さらに本研究補助期間中に、ドイツ公法研究者との意見交換を踏まえて、我が国の行政訴訟の特質を把握することができた。我が国では、取消訴訟の訴訟物につき、従前より、それを取消請求権の存否ではなく係争処分の違法性というように、それを客観的に捉えることが判例学説の基本的な考え方であった。その考えは義務付け訴訟及び差止め訴訟にも適用することができ、行政処分その他の公権力に対する訴訟である抗告訴訟の基本的な性質であると理解することが可能である。
有害性排水の海藻の生育に及ぼす影響の検出法に関する基礎的研究

本年度の研究目標は、(1)ノリ殻胞子の基材への確実な着生法の検討、(2)初期発芽体の銅に対する感受性の検討、(3)暴露法における培養法の検討、及び(4)影響の検出方法の検討であった。(2)と(3)は実験継続中である。得られた知見を報告する。ノリ殻胞子の基材への確実な着生法の検討沈降着生法として、(1)カバーグラスをポリスチレン製容器("Cell Well")に設置、(2)ポリスチレン製容器自体に、1/20・PES培地にフリー糸状体から放出された殻胞子を注入して、自然沈降によって着生させた。ろ過着生法として、(3)親水性TPFEメンブレンフィルターと(4)アルミナメンブレンフィルターについては、放出された殻胞子を加圧ろ過によってそれぞれのフィルターに物理的に抑留し、これを1/20・PES培地中で着生させた。曝気着生法では、1/20・PES培地水面にカバーグラスを垂直に置き、殻胞子を注入後、緩やかに曝気した。初期の着生からみると、アルミナメンブレンが最も着生量が多く(93.4%)、次いでカバーグラス(81.6%)、PTFEフィルター(39.0%)、"Cell Well"(10.2%)、曝気法(極微量)であった。しかし、これを数日間培養を続けて、発芽体の生長(初期細胞分裂)からみると、生残率は"Cell Well"の97.0%、カバーグラスの83.3%、アルミナメンブレンフィルターは僅か18.8%であった。従って、5種類の着生法のうち、カバーグラス法が最適と判断された。影響の検出方法の検討未殺菌2次処理水に次亜塩素酸ナトリウムまたはオゾンを加え、大腸菌群数が同じになる添加量を求めた。その濃度は次亜塩素酸ナトリウムでは6.3mg Cl_2/l、オゾンでは2.2mg/lであった。このような濃度になるように次亜塩素酸ナトリウムまたはオゾンを加えた未殺菌2次処理水を1/20・PES培地に010%間で7水準に加えた培地にカバーグラスに殻胞子を着生させたものをいれて暴露実験を行った。対照区として、同じ未殺菌2次処理水を用いた。ANOVA test(分散分析)による最小影響濃度(Lowest-Observed Effective Concentra-t ion)と3細胞期以上の発芽体数で影響を評価した。未殺菌2次処理水とオゾン殺菌処理水ではいずれも影響濃度は10%以上であり、塩素殺菌処理水の生残率からみたLOECは1.8%、3細胞期以上の発芽体数からみたLOECは0.56%であった。従って、数細胞期以上の発芽体数からみたLOECで影響を評価する評価法が妥当であることが明らかとなった。

未殺菌2次処理水とオゾン殺菌処理水ではいずれも影響濃度は10%以上であり、塩素殺菌処理水の生残率からみたLOECは1.8%、3細胞期以上の発芽体数からみたLOECは0.56%であった。従って、数細胞期以上の発芽体数からみたLOECで影響を評価する評価法が妥当であることが明らかとなった。
脳・行動融合計測からのヒトの未来状態予測法の開発

本研究は,従来困難であるとされてきた行動計測(カメラなど)からのヒトの未来状態(位置や姿勢)予測問題に対し,新たに行動・脳計測を融合し,それら統計的性質の異なる二つの計測モダリティからの統合的なダイナミクス解析手法を開発することで,これまで捉えることが困難だった,ヒトの「潜在的な行動意思」に基づいた未来状態予測を実現し,その予測精度の飛躍的な向上を目指すものである.本研究は,従来困難であるとされてきた行動計測(カメラなど)からのヒトの未来状態(位置や姿勢)予測問題に対し,新たに行動・脳計測を融合し,それら統計的性質の異なる二つの計測モダリティからの統合的なダイナミクス解析手法を開発することで,これまで捉えることが困難だった,ヒトの「潜在的な行動意思」に基づいた未来状態予測を実現し,その予測精度の飛躍的な向上を目指すものである.
d-p相互作用を持つディスコティック金属錯体液晶の合成と機能性の研究

有機遷移金属錯体のディスコティックカラムナー液晶は、そのカラムナー構造より一次元伝導体への応用が可能であり、また、ビス(ジフェニルジチオレン)Ni錯体は、金属錯体の中では良好なπ-アクセプター性を有することが知られている。そして我々は、今までに側鎖アルコキシ基(-OC_nH_<2n+1> n=112)を8本置換したビス(ジフェニルジチオレン)Ni系錯体を合成した。そして、n=512において、ディスコティックヘキサゴナルディスオーダード(Dhd)相が観察され、最初のπ-アクセプター性ディスコティックカラムナー液晶物質が得られたことを報告した。そこで、今回は、中心金属種と側鎖の長さが液晶性およびπ-アクセプター性に及ぼす影響を検討するため、中心金属がPd及びPt錯体で側鎖の長さがn=112のシリーズの合成を新たに行った。その結果、Pd錯体ではn=412のもとでDhd相が観察され、Pt錯体ではn=612のもとでDhd相が観察された。また、Ni,Pd,Pt錯体のπ-アクセプター性を比較すると、側鎖の長さによらず、Pd錯体が最も良いπ-アクセプター性を示すことが明らかになった。また、ディスク間距離が狭くなると、中心金属のd軌道から硫黄のdπ*軌道へback donatingされることにより、電子が非局在化し安定化する。すなわちディスク間距離が狭くなるとd-dπ*遷移が起こりやすくなり、LUMOのエネルギーレベルが下がることになる。よって、π-アクセプター性が良くなっていることと、カラム内ディスク間距離が狭くなっていることはLUMOのエネルギーレベルが下がることにより一致していると考えられる。このd-p(dπ*)バンドは昇温するにつれ長波長シフトする。これは先にグリオキシム系金属錯体液晶で見られたd-p相互作用に基づく「液晶サーモクロミズム」を示す新たな金属錯体液晶系が見つかったことになる。
光円鍾量子化された場の真空構造

通常の光円錐量子化では光円錐方向座標であるx^-に関して周期境界条件または反周期境界条件を置く。しかし、この境界条件によって結び付けられる2点はヌル測地線でつながる点であり、因果的に無関係ではない。場をFourier展開して演算子化するという従来の量子化方法ではこの境界条件を取ることは不可欠であったが、因果的に結び付く2点での場の値を関連づけるような境界条件を取ることは本来許されないことである。本研究では、このような境界条件を取ることなく、したがってFourier変換を使うこともなく、場の量をLegendre多項式で展開することでn-次元のBoson系を光円錐量子化することを行い、そのような量子化では光円錐量子化の長所と言われる真空構造の簡単化がどのようになるかを考えた。結論として、このような場合でも場の生成・消滅演算子を定義して真空状態を構築できることを示した。このようにして量子化された場は、従来の周期境界条件によるものとは違ったエネルギースペクトラムを持つことが求められ、境界条件は理論の構造に大きな影響を与えていることが確認できた。なお、研究の成果は1998年4月の日本物理学会と、1999年1月にAspen Center for Physicsで行われた1999 Winter Conferenceにおいて口頭発表し、現在投稿用の論文を準備中である。本研究のの目的である真空の構造を考える際にも、このような境界条件の問題は重要になってくる。場の大域的構造がこの真空にどのような影響を与えていくかを考える基礎となる部分を作ることができたことになる。なお、研究の成果は1998年春の日本物理学会で発表し、論文にまとめる予定である。