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自家骨髄幹細胞移植によるhyblid型凍結保存同種代用血管の開発に関する研究

芽細胞であり,内膜肥厚は創傷治癒機転と考えられた.同じく14日のグラフト外膜におけるCD8陽性リンパ球細胞数はCI群8.3±3.5,CA群204.5±63.0,FK群3.2±1.0,E群44.6±3.6,BA群142.7±42.2とCA群に比べてCI群,FK群,E群で有意(P<0.05)に拒絶反応の抑制を認めた.[考案]凍結保存同種血管移植後の新生内膜肥厚は凍結保存による機械的刺激と拒絶反応による創傷治癒の過程と考えられる.凍結保存血管移植後の免疫抑制もしくは細胞増殖抑制処置により内膜肥厚をコントロールすることは,durabilityの改善に有用であることが示唆された<目的>凍結保存同種血管において移植後内膜増殖をコントロールすることは,durabilityの改善に関与すると考える.bafilomycin A^1(BA1)とFK506を用いてその薬物的効果について長期生存実験モデルを用いて検討した.<方法>ACIまたはLEWISラットを用いて同種異系移植群(Homo),これにBA1を0.1mg/kg/day皮下投与した群(BA),或いはFK506を1mg/kg/day筋肉内投与した群(FK)及び同種同系移植群(Iso)を作成し,凍結保存血管の移植後14,30,90日後における内膜の増殖程度を内膜/中膜の面積比によって評価し,同様に外膜細胞浸潤の程度;拒絶反応の程度をスコア化により評価した.<結果>内膜増殖はいずれの時期においてもHomoにおいて最も強く,それに対していずれの時期においてもBAにおいて有意(p<0.05)に抑制されていた.FKついては投与期間中は増殖抑制効果を認めたが,投与中止後有意な増殖を認めた.Isoにおいてはいずれの時期においても有意な増殖は認められなかった.統計学的にHomoに比べて有意に内膜増殖が抑制されたのは,いずれの時期においてBAのみであり,14日後のIso,FKのみであった.Isoはいずれの時期も細胞浸潤は強くなかったが,Homoは30日後をpeakにいずれの時期においても有意に強い細胞浸潤を認めた.またBAもいずれの時期において有意に強い細胞浸潤を認めたが,FKについては薬剤投与終了後の90日後に有意に強い細胞浸潤を認めた.細胞浸潤のスコア化において,統計学的にIsoに比べて有意に細胞浸潤が強かったのは,いずれの時期においてHomoとBAであり,FKの90日後も有意に強かった.<考案>凍結保存血管移植後に免疫抑制剤或いは細胞増殖抑制剤を用いて内膜増殖をコントロールすることは,durabilityの改善に有用であることが示唆された.
多様体上の熱方程式の基本解と応用

境界のないリーマン多様体上のde Rham complexに対する熱方程式の基本解の交代和を一般化した和と、多様体の曲率との関係が、Gunther-Schimmingによって論じられている。それをケーラー多様体上のダルボーcomplexおよび、境界のあるリーマン多様体に別の方法で考察することにより一般化した。これらの研究に於いては初期-境界値問題に対する放物型方程式に対する基本解の漸近形を構成して、その主要部分と多様体の曲率との関係を丁寧に調べる事が重要となる。境界がない場合には、初期値問題に対する基本解の構成で十分であったが、境界のある場合には多様体の境界多様体に依存する量がどのように基本解の漸近形に反映するのかを調べなければならない。さらに交代和を一般化した和を求めることによりキャンセルする項が出てくるのであるから、本質的には基本解の漸近形の構成には新たな重み付きの計算が要求される。ダルボーcomplexの場合には漸近形をさらに詳細に調べる必要があった。以上の考察から得られたダルボーcomplexに関する局所指数定理の一般化のついての結果を、平成17年8月のイタリアで、平成18年8月のドイツ19年1月の台湾での国際会議および国内の研究集会で発表を行った。この成果は論文として発表した。境界のあるリーマン多様体に対する拡張された局所的な指数定理を、平成19年8月、アンカラで開催されたISAAC Congressで発表した。さらに同年10月に開催された数理解析研究所での国際研究集会において講演を行った。これらの成果は論文として掲載されることが決まっている。さらにフォッカープランク方程式の基本解およびスペクトルに関する研究を開始した。1.熱方程式の初期値問題に対する基本解を擬微分作用素として表象計算によって求めて、その応用として、多様体のcurvatureに関する情報を得ることを目的としている。その結果は、Riemann多様体に関しては局所的なGauss-Bonnet-Chernの定理が成り立ち、Kaehler多様体上では局所的なRiemann-Rochの定理が成り立つことは研究代表者によって既に証明されていた。今年度の計画はそれらのGunther and Schimmingのような拡張を目指すことであった。その目的を達成することができたばかりでなく、同様の結果を得る為の条件を求めることに成功した。さらに彼等の取り扱っていないKaelher多様体に対しても同様の結果が導けることが判明した。2.上記の研究結果は下記に挙げる国内の研究集会とイタリアで開催された国際研究集会において発表を行った。(1)慶応義塾大学21世紀COE「統合数理科学」研究集会(平成17年5月)(3)5thISAACCongress(カターニア、イタリア、平成17年7月)(4)カルタン幾何の進化発展とそれに関連する数学の諸問題(京都大学数理解析研究所、平成17年10月)3.来日中のGreiner教授(Tronnto大学)と神戸でセミナーを開き、さらに東京理科大において討論を行った。多様体上のcomplex(特にリーマン多様体上のドラームcomplexとケーラー多様体上のダルボーcomplex)について、そのセクションに対する熱方程式の基本解の交代和を一般化した和と、その多様体の曲率との関係を明らかにした。この結果は、論文として出版され、さらに、2006年8月にポツダム大学(ドイツ)での国際研究集会、2007年1月には台湾清華大学での研究集会で発表した。これらは、境界のないリーマン多様体に対するガウスーボンネーチャーンの定理、およびケーラー多様体に対するリーマン-ロッホの定理の局所版の一般化である。これらの考察の為には、熱方程式の基本解の構成方法が重要となってくる。その為に基本解を近似する有効な方法を開発した。これにより、従来の擬微分作用素の表象に対する重みではなくて新たに基本解の交代和を取るのにふさわしい表象に対する重みをつけることにより、基本解の近似の第一項が、そのまま考察している対象に応用できることになった。

さらに、高次で退化した作用素に関する熱方程式の基本解の構成の考察の第一歩として、Grushin型と呼ばれる作用素に対する特性曲線について考察した結果を、数理解析研究所における研究集会で発表した。これは古谷賢朗(東京理科大学)との共同研究である境界のあるリーマン多様体のde Rham complexについての局所的な指数定理の拡張を目指した。境界のないリーマン多様体上の微分形式の基本解の交代和を一般化した和と、多様体との関係が、Gunther-Schimmingによって示されている。本年度はそれを境界のあるリーマン多様体に拡張することを考察した。これらの研究に於いては初期-境界値問題に対する放物型方程式に対する基本解の漸近形を構成して、その主要部分が多様体の曲率との関係を丁寧に調べる事が重要となる。境界ない場合には、初期値問題に対する基本解の構成で十分であったが、境界のある場合には多様体の境界多様体に依存する量がどのように基本解の漸近形に反映するのかを調べなければならない。さらに交代和を一般化した和を求めることによりキャンセルする項が出てくるのであるから、本質的には基本解の漸近形の構成には新たな重み付きの計算が要求される。以上の考察から得られた境界のある多様体に対する拡張された局所的な指数定理を、平成19年8月、アンカラで開催されたISAAC Congressで発表した。さらに同年10月に開催された数理解析研究所での国際研究集会において講演を行った。研究計画の第2の問題であるフォッカープランク方程式のスペクトルに関する研究を開始した。この方程式は退化した放物型方程式の典型例であり、ある種の退化した放物型方程式の基本解の正確な形が擬微分作用素として得られているので、それを利用して、フォッカープランク方程式のポテンシャルの形が特別な場合に基本解を求めた。さらにそれを利用して、これらは自己共役でない作用素ではあるが、固有値および固有関数も全て求めることができることを示す。ここまでの考察は得られたが、これは退化した放物方程式の基本解を使った非自己共役作用素のスペクトルを考察することに一般化できるであろうと期待できる。
最適制御の手法による宇宙用ロボットの軌道計画

宇宙用ロボットは、宇宙ステーションの建設や保守、ミッションの終った衛星の回収など、将来の無人宇宙活動の主役として期待される。宇宙用ロボットは力学的に見れば宇宙に浮遊している多体系であり、地上におけるロボットのように固定点を持たない。したがってアームを動かした場合、アームを支えているベースがその反作用によって運動し、ベースの姿勢が変動する。そこで静止状態のアームを動かして目的のアーム位置を達成する場合、アームの運動によるベース姿勢の変動がゼロになるようにアームの運動の軌道を計画することが必要となる。まず運動量および角運動量が保存されるという拘束条件の下で、ラグランジュの方法を用いてロボットの運動方程式を導いた。これに基づいて、運動前後の境界条件を満足し、かつ関節角加速度の2乗和を最小にするような軌道を最適制御の数値解法によって求めた。この場合、くり返し計算によって最適制御を計算するのであるが、計算を始める際のノミナル軌道のとり方によって収束の速さが支配され、どのようなノミナル軌道から計算を開始するかということが重要である。次に関節角速度をフーリエ展開し、フーリエ係数を変数とする非線形計画問題として軌道計画の問題を解くこともできる。以上述べた2方法を比較検討し、それぞれの適用条件を明らかにし、その数値解を求めた。なお第3の方法として、微分幾何学的方法による解法を現在研究中であり、結論は未だ得ていないが有望な方法と考えられる。
統計力学と場の量子論における可解模型

一次元量子スピン系の模型であるXXZ模型は熱力学的極限に於いてアフィン量子群の対称性を持ち、その表現論を用いてハミルトニアンを対角化することができる。今年度は、このXXZハミルトニアンの固有ベクトルの記述は逆に表現論的に新しい構造を記述していることを発見し研究した。具体的には、主として次の二つである。一つは、アフィン量子群Uq(<sl2>^^^∧)の可積分最高ウェイト表現のクリスタルの新しい記述と対応する新しい指標公式の証明である。もう一つはKostka多項式のエネルギー関数を使った記述とそのアフィンリー環の指標公式への応用である。二次元可解格子模型あるいは一次元量子スピン系と呼ばれている一連の統計力学の模型は、その転移点に於ける連続極限で、共形場理論と言われる場の量子論で記述されることが知られている。共形場理論の分配関数は、アフィンリー環やヴィラソロ代数等の指標で記述される。従ってXXZ模型のハミルトニアンの固有ベクトルの記述がアフィンリー環の指標の記述にどのように反映されるかを調べることは非常に興味深いことである。この方面の最初の研究はストーニ-ブルックのMaCcoyとKedemによって始められた。そこではロジャース・ラマヌジャン恒等式の拡張が得られている。その後共形場理論の量子群対称性との関係が発見されるなど、数学的、物理的に深い構造と関係していることが認識されつつある。ところでハミルトニアンの対角化と言う問題は一般には非常に難しく上で得られた多くの結果は予想の形で提出されているものが多かった。我々の研究は、クリスタル基底の理論を用いるもので、これらの現象を扱う、厳密で一般的手法を与えていると期待している。しかし我々の考え方だけでは捉えきれない現象が多く存在していることも確かで、それを明らかにしていく事がこれからの課題である。
ストカスティックロジック回路のテスト手法と信頼度／演算精度設計に関する研究

一時故障に高い耐性をもつデジタル回路として,確率的に演算を行うストカスティックロジック(SL)が注目されている.本研究では,2つの観点から様々なストカスティックロジック回路の設計手法に関する研究を行った.1つの観点は,SL回路の高精度・低面積・高速化であり,3つの設計手法を提案した.例えば,提案したディジタルフィルタ回路設計法では,演算精度を保ったまま面積を従来の約1/3の回路を設計することができる.もう1つの観点は,信頼性であり,2つの設計手法を提案した.これらの手法では,積和演算や初等演算を行うSL回路の故障に弱い部分の故障耐性を高めることができる.まず,ストカスティックコンピューティングの精度と信頼度に関する研究を行うための準備を行った.2つのストカスティック回路アーキテクチャを対象に,具体的なアーキテクチャの実装を行うための設計環境,設計や精度の計算に必要となるシミュレーション環境,そして実機(FPGA)上で回路を実際に稼働させるための環境の整備を行った.これによりストカスティック回路の回路面積,遅延,演算精度,耐故障性などを評価できる環境を整えることができた.次に,整備した環境を用いて,画像処理回路を対象にしたストカスティック回路を作成し,主に回路面積と演算精度の関係について考察を行った.この結果,数値をストカスティック数に変換するための変換回路が比較的大きな面積を占めることがわかった.この問題に対して,変換回路内部に存在する乱数発生器(具体的には線形シフトフィードバックレジスタ)を複数の変換回路で効果的に共有するための設計法を提案し,この手法が計算器実験により精度を落とすことなく回路面積を大幅に削減できることを確認した.この成果は2つの国内研究会で報告を行い,今後は国際会議に投稿予定である.また,バーンスタイン多項式を用いたストカスティックコンピューティングにおける演算精度と回路面積の関係についても調査を行った.この結果,実現の対象である関数を適切に分割することで演算精度を保ったまま回路面積を下げることができる可能性を指摘することができた.(1)データ間の相関に着目したSC回路設計手法の提案H25年度の成果を拡張して国際会議IEEE International Conference on Computer Designで発表を行った.ここではストカスティックコンピューティング回路(以下SC回路)の演算精度を落とすことなく乱数発生器を共有する方法を提案した.この方法は乱数発生器の出力を巡回シフトすることで演算精度を劣化させる原因であるデータ間の相関を低く抑える.発表では実験的解析により適切なシフト量を示した.また,SC回路において重要な役割を果たす乗算に(マルチプレクサ)に関してデータ相関が精度に与える影響を明らかにした.この2つの方法により,演算精度をほとんど落とすことなく,回路面積を半分以下に削減することができる事を報告した.また,デジタルフィルタをSC回路で実現したものに,この成果の一部を応用することで,その効果も現在解析を行っている.この成果は国内研究会で発表予定である.(2)「テスト容易化設計法」と「高精度化を指向したアーキテクチャ」の提案これらの提案に必要な故障がストカスティックコンピューティング回路に与える影響についての考察も進めた.この考察では,ほとんどSC回路の故障としては対象とされていない縮退故障(信号線が論理値0または1に固定する故障)を対象にしている.縮退故障を影響に基づいて分類し,実験的にその数と特徴を調査した.その結果いくつかの興味深い故障があることがわかった.この成果は国内研究会で発表予定である.さらにこの結果をうけて,故障時の高精度化を指向したSCアーキテクチャの提案を行っている.特にSC回路のための専用比較器,多数決器の考案に力を入れて現在取り組んでいる.ソフトエラーや製造時故障に高い耐性をもつデジタル回路として,ビット系列を用いて確率的に演算を行うストカスティックコンピューティングに基づく回路(SC回路)が注目されている.本研究では,SC回路そのものの低面積化,高速化,高精度化と設計手法の提案(テーマ1)と,SC回路におけるテスト手法と信頼性に主眼をおいた設計手法の提案(テーマ2)を行う.テーマ1では,デジタルフィルタ回路に焦点を絞り,高精度かつ低面積な回路の設計手法を検討した.この手法では,演算に必要な乱数発生器を演算精度を落とすことなく共有する手法を提案し,SC回路とは別の同時に利用される回路を利用して乱数発生を行うことで,乱数発生器のオーバヘッドを削減する方法も提案した.これにより,精度を落とさずに面積を1/21/3に削減することが可能となった.さらに,デジタル回路を構成するマルチプレクサツリーの構造が演算精度に与える影響に着目し,回路面積を小さく保ったまま誤差を最小化する設計アルゴリズムを提案した.一方で,演算の高速化のために,ビット系列をオーバラップする方法を検討した.この方法は,実装したい演算の種類を選ぶものの,単純な多重化よりも面積効率のよい高速化が可能であることがわかった.テーマ2では,故障時の高精度化を指向したアーキテクチャの提案を行った.縮退故障に対するSC回路の振る舞いを解析し,ストカスティックコンピューティングの特性を利用した非許容誤りの検出方法を検討した.一方で,ソフトエラーが発生した場合においても演算精度を落とさない方法の1つとして,状態割当を工夫する方法を提案した.

この手法は面積や遅延のペナルティ無く,故障時の演算精度を高めることができる.テーマ1については,研究はほぼ完了しているものの,投稿した論文が「条件付採録」となり投稿処理が終わっていないため.また,テーマ2においては,プログラムのバグなどが原因で実験データの収集が遅れ,その結果実験データの解析が遅れている部分があるため.ソフトエラーや製造時故障に高い耐性をもつデジタル回路として,ビット系列を用いて確率的に演算を行うストカスティックコンピューティングに基づく回路(SC回路)が注目されている.本研究では,SC回路そのものの低面積化,高速化,高精度化と設計手法の提案(テーマ1)と,SC回路におけるテスト手法と信頼性に主眼をおいた設計手法の提案(テーマ2)を行った.テーマ1では,デジタルフィルタ回路に焦点を絞り,高精度かつ低面積な回路の設計手法を提案している.この手法では,演算に必要な乱数発生器を演算精度を落とすことなく共有する手法を提案した.さらに,デジタル回路を構成するマルチプレクサツリーの構造が演算精度に与える影響に着目し,回路面積を小さく保ったまま誤差を最小化する設計アルゴリズムを提案した.これらの成果は論文としてまとめ,昨年度にIEEE Transaction on Emerging Topics in Computingに投稿を行っていた.本年度はこの論文を適切に修正することで9月に採録されるに至った.また,SC回路の低面積化のために,SC回路とは別の同時に利用される回路を利用して乱数発生を行うことで,乱数発生器のオーバヘッドを削減する方法についても提案を行い,10月の国際ワークショップで1回発表を行った.テーマ2では,故障時の高精度化を指向したアーキテクチャの提案を行っている.本年度は,ソフトエラーが発生した場合においても演算精度を落とさない方法の1つとして,状態割当を工夫する方法を提案している.この手法は面積や遅延のペナルティ無く,故障時の演算精度を高めることができる.この成果は,6月に国内研究会で発表,11月には国際ワークショップで発表を行った.一時故障に高い耐性をもつデジタル回路として,確率的に演算を行うストカスティックロジック(SL)が注目されている.本研究では,2つの観点から様々なストカスティックロジック回路の設計手法に関する研究を行った.1つの観点は,SL回路の高精度・低面積・高速化であり,3つの設計手法を提案した.例えば,提案したディジタルフィルタ回路設計法では,演算精度を保ったまま面積を従来の約1/3の回路を設計することができる.もう1つの観点は,信頼性であり,2つの設計手法を提案した.これらの手法では,積和演算や初等演算を行うSL回路の故障に弱い部分の故障耐性を高めることができる.目的である「テスト容易化設計法」と「高精度化を指向したアーキテクチャ」の提案は着実に進んではいるものの,H26年度中に論文発表には至っていない.よって,多少遅れていると評価した.
バントゥ諸語に見られる類型間連動関係の研究

本研究は,ニジェール・コンゴ語族に属するバントゥ諸語と呼ばれる一大言語群を対象として,それら言語の構造的な多様性を類型的に把握するとともに,国際共同研究によって構築したデータベースや申請者の現地調査によって得られた一次データを基盤として,それら類型間の相関関係(typological correlation)や連動関係(co-variation)についての新たな知見を提供することを目的とする.本研究は,ニジェール・コンゴ語族に属するバントゥ諸語と呼ばれる一大言語群を対象として,それら言語の構造的な多様性を類型的に把握するとともに,国際共同研究によって構築したデータベースや申請者の現地調査によって得られた一次データを基盤として,それら類型間の相関関係(typological correlation)や連動関係(co-variation)についての新たな知見を提供することを目的とする.
免疫学的機序による胆管炎の発症病理とその制御

免疫学的機序による胆管炎には、原発性胆汁性肝硬変、肝移植の際に起こる慢性拒絶反応、及び骨髄移植後の移植片対宿主病などがあり、いずれも進行性で終末的には肝不全を呈する疾患である。これらのメカニズムは十分に明らかになっておらず、満足できる治療法はない。特に肝移植後の慢性拒絶反応は、肝移植の再移植必要例の原因の大半を占めており、わが国に移植医療が定着するために、早急に解決されるべき問題である。これらの疾患では肝内胆管上皮細胞が標的となっているが、今までその細胞死のメカニズムは不明であった。近年細胞死の機序としてprogramed cell deathすなわちアポトーシスが提唱され、各種肝疾患での関与も明らかとなった。平成11年度の本研究により、免疫学的機序による胆管炎動物モデルであるGVHD胆管炎モデルを用いることにより、(1)この胆管炎の際に胆管上皮細胞により、Fas抗原が表出されること、(2)Fasリガンドにより、これらの胆管上皮細胞にアポトーシスが誘導されること、(3)Fas/FasLを阻害するキメラ蛋白であるFas-Fcを投与することによりin vitroとin vivo両方の実験系でGVHDの発症が予防されることを明らかにした。また、胆管上皮細胞が、その大きさ・解剖的位置によりheterogeneityを持っていることを明らかにした。また胆汁うつ滞マウスモデルを作成し、そこで起こる胆管上皮細胞の増殖と消失に関与する因子の検討を行なった免疫学的機序による胆管炎には、原発性胆汁性肝硬変、肝移植の際に起こる慢性拒絶反応、及び骨髄移植後の移植片対宿主病などがあり、いずれも進行性で終末的には肝不全を呈する疾患である。特に肝移植後の慢性拒絶反応は、肝移植の再移植必要例の要因の大半を占めており、わが国に移植医療が定着するために、早急に解決されるべき問題である。また胆汁うっ滞マウスモデルを作成し、そこで起こる胆管上皮細胞の増殖と消失に関与する因子の検討を行なった。

平成11年度の本研究により、免疫学的機序による胆管炎動物モデルであるGVHD胆管炎モデルを用いることにより、(1)この胆管炎の際に胆管上皮細胞により、Fas抗原が表出されること、(2)Fasリガンドにより、これらの胆管上皮細胞にアポトーシスが誘導されること、(3)Fas/FasLを阻害するキメラ蛋白であるFas-Fcを投与することによりin vitroとin vivo両方の実験系でGVHDの発症が予防されることを明らかにした。また、胆管上皮細胞が、その大きさ・解剖的位置によりheterogeneityを持っていることを明らかにした。また胆汁うっ滞マウスモデルを作成し、そこで起こる胆管上皮細胞の増殖と消失に関与する因子の検討を行なった
新規光誘起磁性酸化物の創成とスピントロニクス素子応用

本研究は、光照射により、室温で磁化が制御できる室温光誘起磁性体の有望な材料である酸化物強磁性体スピネル型フェライトに注目し、遷移金属イオン、非磁性金属イオンのドーピング量、種類を変え、室温において高効率な光磁性変調現象を起こす磁性薄膜材料を作製した。また、光誘起磁性スピネル酸化物と絶縁体とのヘテロ接合を作製し、光により磁性を制御できる光誘起型トンネル磁気抵抗素子の作製を行った。本研究では、光によって電子の持つ性質である「電荷」と「スピン」の両自由度が制御出来る新規スピントロニクス材料を創製することにより、材料物性学の学術的興味とともに、将来の新たなエレクトロニクスデバイス・メモリの基礎を構築することが目的である。今年度は、室温光誘起磁性体の有望な材料である酸化物磁性体スピネル型フェライトに注目し、遷移金属イオン、非磁性金属イオンのドーピング量、種類を変え、室温において高効率な磁性変調現象を起こす新薄膜材料を作製した。第一原理計算手法を取り入れたマテリアルデザインによって(Al,Ru,Fe)_3O_4の電子状態計算を行うと、75%以上のスピン分極率を有していることが分かった。また、ホール効果測定の実験においては、異常ホール効果が見られ、伝導電子と局在スピンが密接に相関していることが明らかになり、スピントロニクス材料として有望であることが分かった。また、将来の光発光素子と組み合わせた新たなスピントロニクスデバイスの創製を見据えて、発光素子の基板であるGaAs(001)上に(Al,Ru,Fe)_3O_4薄膜を作製できるかどうかを確かめた。その際、スピネル型構造を持つ光誘起磁性体をエピタキシャル成長させるためにバッファー層を用いた。バッファー層には、一軸結晶配向成長がし易く、スピネル構造がその上に単結晶成長する構造でなければならない。また、発光素子基板からの光を吸収しない材料であることが必要である。このようなことから、バッファー層として、配向性が強く、エネルギーギャップが7.8eVもあるMgO材料を用いて行った。XRD測定の結果、バッファー層MgO/GaAs(001)基板上に単結晶(Al,Ru,Fe)_3O_4薄膜が成長することが分かった。これらの結果は、光によって、電気伝導特性、磁気特性を制御できる新たなデバイス作製の礎となる意義のある成果である。【研究目的】室温光誘起磁性体の有望な材料である酸化物磁性体スピネル型フェライトに注目し、遷移金属イオン、非磁性金属イオンのドーピング量、種類を変え、室温において高効率な磁性変調現象を起こす新薄膜材料を創製する。また、スピントロニクス材料としての最適化を電子相関の効果Uを取り入れた第一原理計算のもと行う。具体的には、Fe304をベースに、ドープする遷移金属元素にRu、非磁性元素にAl、Znを候補として計算を行う。最終目的として、光誘起磁性スピネル酸化物を薄膜化し、光により磁性を制御できるデバイスの構築や光誘起型磁気トンネル素子の作製を行う。【研究成果】本年度前半期では、前年度までに見出してきた室温で効率よく光誘起磁性を発現するスピネル型フェライト(Al, Ru, Fe)304をGaAs(001)基板上に作製した。その際、閃亜鉛鉱構造をしたGaAs基板上にスピネル型構造を持つ光誘起磁性体を高品位にエピタキシャル成長させるためにバッファー層を用いた。バッファー層には、一軸結晶配向成長がしやすく、スピネル構造がその上に単結晶成長する構造でなければならない。このようなことから、配向性が強く、エネルギーギャップが7.8eVもあるMgO材料をバッファー層として用い、バッファー層としての有用性を評価した。その上に、(Al, Ru, Fe)304を作製し、磁気・電気伝導特性を評価した。また、Ru, Alのドープ量を系統的に変化させた(Al, Ru, Fe)304薄膜の電気伝導測定、異常ホール効果測定を行い、物性物理学的知見に基づいてこの材料の系統的理解を深めた。本年度後半期には、GaAs(001)基板上に作製した(Al, Ru, Fe)304薄膜の光誘起磁性についての磁化測定を行うとともに、この材料を用いた磁気抵抗素子の構築を試みた。【研究目的】本研究の全体構想は、光照射により、室温で磁化が制御できる室温光誘起磁性体の有望な材料である酸化物強磁性体スピネル型フェライトに注目し、遷移金属イオン、非磁性金属イオンのドーピング量、種類を変え、室温において高効率な光磁性変調現象を起こす磁性薄膜材料を創製し、最終目的として、光誘起磁性スピネル酸化物の薄膜化により、光により磁性を制御できる新規デバイスの構築や光誘起型トンネル磁気抵抗素子の作製を行うことである。【研究成果】強磁性層/トンネルバリア絶縁体層/強磁性層からなるトンネル

磁気抵抗素子の作製においては、十分な磁気抵抗効果を得るために、トンネルバリア層を薄く(数nm)しなければならない。その際、トンネル絶縁体層に電流リーク源となるピンホールができないよう、強磁性層の表面をオングストローム単位で平滑にする必要がある。本年度前半期では、強磁性フェライト薄膜の表面状態を改善するために、薄膜作製時の基板温度0酸素圧力の最適条件を探索し、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて、表面の評価を行ってきた。その結果として,30マイクメートル四方の領域においては、数オングストロームほどの超平坦表面を有した薄膜を作製することができた。後半期には、この超平滑強磁性薄膜をボトム層とし、スピネルフェライト強磁性/Al_2O_3/金属強磁性構造からなる10マイクロメートル以下のトンネル磁気抵抗素子をフォトリソグラフィー技術を用いて作製した。
水晶体発生過程をモデル系とした器官発生における細胞増殖、分化制御機構の研究

ゼブラフィッシュのクリスタリンαプロモーターをもちいて種々の細胞周期、細胞死関連遺伝子を水晶体特異的に発現させ、水晶体の細胞周期制御を擾乱させる。このことにより水晶体での増殖とその停止、分化の空間的時間的制御について検討することを計画した。まず増殖停止の必然性について検討するために活性化型βカテニン、SV40 large T抗原、V-Rasを単独あるいはくみあわせによりクリスタリンαプロモーターを用いて発現させた。しかし形態学的観察では水晶体の増殖の状況に変化は観察されなかった。このことは水晶体に腫瘍が発見されないことを鑑みて興味深い観察であった。一方で水晶体の核の消失機構を探るためにカスペースを発現させると水晶体繊維細胞の分化は大きく影響を受けた。さらにin situ TUNEL解析では多くの陽性細胞が観察され多くの核の染色体が断片化をおこしていることが予測された。しかしながら核は消失することなく水晶体の中央部付近まで存在しており、カスペースの活性化のみでは核を消失させることができないことが明らかになった。同様に、カスペース10,BAXでも断片化をおこした核が水晶体の中心部にまでのこっていた。一方、アポトーシス抑制因子であるBcl-xlの発現は影響を与えなかった。以上のことから従来言われているのとことなり水晶体の核の消失はカスペースを介したアポトーシスの系ではない経路によって行われていることが示唆された。
植物のリノレン酸代謝系に果たすガラクトリパーゼの役割

植物のリノレン酸代謝系に占めるガラクトリパーゼの位置付けを明らかにする目的で、以下の研究を行った。1.ガラクトリパーゼに関する研究:インゲン葉の可溶性画分に見出されるガラクトリパーゼを、SDS-電気泳動にて単一バンドまで純化した。得られた酵素の性質を調べたところ、分子量、Vmax、活性に及ぼすEDTAや還元剤の影響などの点で、既に純化済みの葉緑体膜会合酵素と異なることを見出し、新たなガラクトリパーゼイソ酵素であることが分かった。また、これらのガラクトリパーゼが葉の破砕などの物理的傷害によって活性が高まる仕組みを調べたところ、プロテアーゼが関与する可能性は低く、むしろ酵素タンパク質のSH/SS変換に依っていることが示唆された。2.ガラクトリパーゼ遺伝子に関する研究:ガラクトリパーゼcDNAを単離する目的で、インゲン葉から自作したcDNAライブラリーとダイズ培養細胞由来のライブラリーを用いて抗体によるスクリーニングを行ったが、陽性ファージをクローン化できなかった。現在、エピト-ブ選別法により精製した抗体を用いてスクリーニングを進めており、有望な結果が得られている。3.リノレン酸代謝系に関する研究:リノレン酸代謝系を構成する酵素の一つリポキシゲナーゼに注目し、インゲン9品種を材料にしてリポキシゲナーゼとガラクトリパーゼの比活性を比較した。その結果、両活性に正の相関が見出され、代謝系上の関連が示唆された。また、リノレン酸代謝系の主要産物ジャスモン酸の分析法を確立したので、今後、植物種間やストレスに曝した植物のガラクトリパーゼ活性とジャスモン酸含有量の相関を明らかにする予定である。植物のリノレン酸代謝系に果たすガラクトリバーゼの役割を明らかにするため、以下の研究を行った。1.ガラクトリバーゼタンパク質に関する研究:既に、インゲンの葉緑体膜から可溶化したガラクトリバーゼについて研究を行ってきた。今回、同じ植物葉の可溶性画分に見い出されるガラクトリバーゼ活性に着目し、酵素を純化するとともにその性質を調べた。その結果、この酵素が分子量,Vmax、活性に及ぼす塩やEDTA、還元剤の影響などの点で葉緑体酵素と異なることを見出し、新たなガラクトリバーゼイソ酵素であることが分かった。この酵素は、葉緑体酵素に対する抗体と交差反応を示した。更に、この酵素がCon-A Sepharoseに吸着することを見出し、糖鎖構造をもつことが示唆された。2.ガラクトリバーゼ遺伝子に関する研究:インゲン葉から自作したcDNAライブラリーを用いてガラクトリバーゼcDNAのスクリーニングを行ってきたが、成功しなかった。そこで、ダイズ培養細胞由来のcDNAライブラリーを入手し、抗体を用いてスクリーニングを行った。その結果、一次スクリーニングで16個の陽性クローンが得られ、現在、二、三次スクリーニングを行っている。3.リノレン酸代謝系に関する研究:リボキシゲナーゼが関与するリノレン酸代謝に、ガラクトリバーゼが基質供給の役割を担っているかどうかを調べるため、インゲン9品種を材料にして、緑葉のガラクトリバーゼとリボキシゲナーゼの比活性を比較した。ジャスモン酸などの生理活性物質を合成する植物のリノセン酸代謝系に、ガラクトリパーゼがどのような役割を果しているかを明らかにする目的で、以下の研究を行った。1.タラクトリパーゼに関する研究:インゲン葉の磨砕液には、細胞の膜脂質を瞬時に分解できるほど高いガラクトリパーゼ活性が見出される。この活性が葉の細胞内で調節されている仕組みを明らかにするため、各種プロテアーゼ阻害剤、SH保護剤、酸化剤、修飾試薬などを含む緩衝液で葉を磨砕し、抽出液中の酵素の比活性を測定した。

その結果、酵素活性の調節にプロテアーゼが関与する可能性は低く、むしろSH/SS変換が関与していることが示唆された。2.ガラクトリパーゼ遺伝子に関する研究昨年度に引き続き、ダイズ培養細胞由来のcDNAライブラリーから抗体によるガラクトリパーゼcDNAのスクリーニングを行なったが、陽性ファージのクローン化に至らなかった。抗体の純度に問題があることが分かり、ファージの発現タンパク質で精製した抗体を用いてスクリーニングを継続している(エピトープ選別法)。得られた精製抗体がガラクトリパーゼを阻害することから、選別したファージが目的のcDNAを保持すると思われる。3.ジャスモン酸に関する研究:植物組織に含まれるジャスモン酸を定量するため、エタノール抽出、活性炭カラム、イオン交換と逆相カートリッジ、HPLCによる抽出・分画法を試みた。標準ジャスモン酸を用いて本法の最終回収率66%を求めた。バレイショ塊茎のジャスモン酸を分析したところ、HPLCにてジャスモン酸と思われる微小ピークを検出した。
220GT型練習船の大型船操縦特性への疑似化についての研究

初心者の大型船操縦訓練において、ビジュアル型操船シミュレータの必要性が高まっている。がしかし、飛行機、車と違い、実速力がゆっくりとした船舶操縦シミュレータでは、周囲の風景を洩らさず映し出す大がかりな設備が必要となり、本邦でもその設置数は限られている。また、当該シミュレータを設置、運用したとしても、大型船の操船において、シミュレータ訓練時での距離感、操縦特性、視界環境、緊張感等が、実船操船時とは一致するというものではないという報告もある。一方、本校は220GT型練習船を有しており、この練習船は操縦訓練における人間が操縦するモードと、コンピュータによる操船制御モード選択が可能である。これら2つの現状を結びつけ、現練習船の操縦特性を、大型船並みに人工的に劣化させ、あたかも大型船を操縦しているような体験を実海域で会得できるような、新たな大型船の操縦性擬似化システムを作成した。しかし、練習船に比べ大型である擬似化対象船は、軒並みサービススピードは速い。船速の遅い船に、速い船のスピードの追従を要求するのは無理である。したがって、練習船並みに速度を落とした大型船を擬似化の対象とした。そうすることで、船舶操縦シミュレータで訓練した大型船の操縦を、この大型船に操縦特性を擬似化した練習船を用いて、実海域で試すことができるようになる。本研究では、実海域での大型船に擬似化した練習船を用いた操縦訓練が可能なシステム(以下、操縦性擬似化システムと記す。)を作成し、実施有効性を検討した。太型船操縦シミュレータは、大がかりな設備が必要となるが、やっと本校も設置に漕ぎ着けた。しかし、同シミュレータを設置、運用したとしても、実船での操船臨場感を体現しつくすことができるというものではない。そこで、現有練習船(220GT)の操縦特性を、訓練対象である大型船並みに劣化させ、あたかも大型船を操縦しているような体験ができる制御システムを構築した。そうすることで、同シミュレータで繰り返し大型船の操縦特性を訓練した後に、訓練の仕上げとして、(大型船に擬似化した)実船で操縦体験を得られるようにした。本年度の研究は、(1)現有練習船(220GT)の操縦運動力学モデルを同定した。(2)擬似化対象大型船の同モデルを7船種同定した。(3)(1)、(2)を実船と仮定し、(2)に舵角、プロペラ回転数を入力した場合の運動を予測する。その対象船の運動に、(1)がトレースするための擬似化制御モデルを構築した。この際、学校側と船を無線LANでつなぎ、係留時に陸上から遠隔操縦が可能なシステム用いて、この制御モデルのチューニングを行い完成度を上げた。(4)(2)、(3)を実船に搭載し、実証実験を行った。成果としては、実船実証試験にて、特設舵輪に対する大型船の運動に、わずかに遅れはするが練習船が追従している時系列が得られた。論文成果として、本研究の遂行上かかせなかった、制御モデルのチューニングのための「キャンパス無線ネットワークの構築」を昨年10月に発表した。また、「220GT型練習船の大型船操縦特性への擬似化」として、3月に日本航海学会に投稿する。なお、その実証試験について朝日新聞の取材を受け、平成13年2月4日(日)10版社会面34に記載された。

一方、本校は220GT型練習船を有しており、この練習船は操縦訓練における人間が操縦するモードと、コンピュータによる操船制御モード選択が可能である。これら2つの現状を結びつけ、現練習船の操縦特性を、大型船並みに人工的に劣化させ、あたかも大型船を操縦しているような体験を実海域で会得できるような、新たな大型船の操縦性擬似化システムを作成した。しかし、練習船に比べ大型である擬似化対象船は、軒並みサービススピードは速い。船速の遅い船に、速い船のスピードの追従を要求するのは無理である。したがって、練習船並みに速度を落とした大型船を擬似化の対象とした。そうすることで、船舶操縦シミュレータで訓練した大型船の操縦を、この大型船に操縦特性を擬似化した練習船を用いて、実海域で試すことができるようになる。本研究では、実海域での大型船に擬似化した練習船を用いた操縦訓練が可能なシステム(以下、操縦性擬似化システムと記す。)を作成し、実施有効性を検討した。
短鎖脂肪酸受容体の脂肪細胞遺伝子プログラム改変作用を応用した肥満治療法開発

短鎖脂肪酸受容体GPR43を活性化し内臓白色脂肪組織のブラウニングを誘導することで抗肥満効果を発揮しうるかを動物および細胞レベルにて検討、ヒト肥満への応用を目指す研究。GPR43欠損および対照マウスの内臓脂肪組織、それぞれの初代培養脂肪細胞において、酢酸あるいは酪酸がブラウニングに関連する遺伝子群を正に制御できるか、余剰エネルギー消費に働くUCP1発現を上昇できるか、白色脂肪組織にブラウニングを誘導できるか、GPR43下流のいずれのシグナル活性化と関係するかを検討している。現時点で未完了の実験もあるが、酢酸あるいは酪酸の経口投与はGPR43非依存性にブラウニングを惹起する可能性が示された。本研究は、短鎖脂肪酸はGPR43を介し白色脂肪細胞の褐色化(Browning)を誘導し抗肥満効果を発揮するという仮説を検証するため、Browning誘導機序の解明とGPR43シグナルとの関係を明らかとするものである。その手段として培養細胞およびGPR43遺伝子改変マウス等の動物を用いた実験を行っている。解明した機序を応用しGPR43を介したBrowningを制御、内臓脂肪蓄積を減少させることが肥満や糖尿病の新規治療法となることを証明する。具体的には、短鎖脂肪酸によるBrowning誘導がGPR43を介して起こるのか、ii)そのGPR43シグナルによるBrowning誘導機序、iii)既知のBrowning誘導機序との違いを解明する。Iv)既知のBrowningと相加的に作用するか、v)GPR43シグナル増強が抗肥満効果を示すのか検討する。1GPR43ノックアウト(KO)マウス及び対照マウスに酢酸塩及び酪酸塩水溶液の経口投与を行い、体重及び摂餌量の変化や耐糖能及びインスリン抵抗性の評価を行った。通常気温及び寒冷被爆時の直腸温測定を実施した。一部のマウスから内臓脂肪及び皮下脂肪を単離して凍結保存した。2GPR43KOマウス及び対照マウス由来の初代培養脂肪細胞を酢酸塩及び酪酸塩にて刺激した。褐色脂肪マーカーの発現量を評価する予定である。GPR43KOマウス及び対照マウス由来の初代培養脂肪細胞を用いた実験に遅れを生じた。培養技術に問題があると考えられ、基本手技の確立に立ち返って対応したため。本研究では、「短鎖脂肪酸はGPR43を介し白色脂肪細胞のブラウニングを誘導、抗肥満効果を発揮する」という仮説を証明することを目指しており、ブラウニング誘導機序の解明とブラウニング誘導へのGPR43シグナルの関与を明らかとする。本年度は以下の1および2について検討を進めた。1高脂肪食条件下に、酢酸塩および酪酸塩を含む飲用水、あるいはこれらを含まない飲用水を、GPR43ノックアウトマウスおよび対照マウス(C57BL/6マウス)に経口投与し、それぞれの動物より内臓脂肪(VAT)を単離、内臓脂肪重量およびブラウニング関連遺伝子のmRNA発現をreal time-RT-PCR法を用いて解析した。2GPR43ノックアウトマウスおよび対照マウス(C57BL/6マウス)の内臓脂肪組織より単離した初代培養脂肪細胞を、酢酸塩および酪酸塩含有メディウム、あるいは対照メディウムで刺激し、ブラウニング関連遺伝子のmRNA発現をreal time-RT-PCR法にて、重要な分子については蛋白発現をウエスタンブロット法を用いて解析した。当初の予定では、短鎖脂肪酸によるBrowningがUCP1依存性であるかどうかの検討や、非UCP1依存性のBrowning現象の解析等まで研究が進捗しているべきであった。熊本地震が発生し研究施設に被害が発生し一時各種実験を中断せざるを得なかった。また2016年年末に医局移転もあり、この際にも実験を中断せざるを得なかった。これらの理由で、施設内で行う動物実験および初代培養細胞へのsiRNA導入実験等が進められなかったため。本研究は「短鎖脂肪酸はGPR43を介し白色脂肪細胞のブラウニングを誘導、抗肥満効果を発揮する」という仮説を証明することを目指しており、ブラウニング誘導機序の解明とブラウニング誘導へのGPR43シグナルの関与を明らかとする。本年度は以下を検討した。1高脂肪食下に酢酸塩および酪酸塩を含む飲用水、あるいは含まない飲用水をGPR43ノックアウトマウスおよび対照マウス(C57BL/6マウス)に投与した。それぞれの動物より内臓脂肪を単離、GPR43下流シグナルとして細胞内cAMPおよびCaの濃度や、PLC、PKC、MAPK、AktおよびAMPKの活性化状態を濃度測定、活性化測定、ウェスタンブロットによるリン酸化蛋白定量にて評価した。2寒冷刺激によるBrowningモデルを代替する刺激として、β3ARアゴニストであるCL316,243をGPR43ノックアウトマウスおよび対照マウスに投与、それぞれの動物より皮下脂肪組織および内臓脂肪組織を単離した。皮下脂肪組織においてβ3AR刺激によるBrowningが生じていることをHE染色およびUCP-1抗体免疫染色を施した顕微鏡所見から確認した。皮下および内臓脂肪組織のブラウニング関連遺伝子のmRNA発現をreal time RT-PCR解析とウエスタンブロット解析にて実施した。昨年度解析した短鎖脂肪酸投与によるBrowningモデルにおける解析結果と比較した。3GPR43KOマウスおよび対照マウス由来の初代培養脂肪細胞をCL316,243、酢酸塩あるいは酪酸塩にて刺激しブラウニング関連遺伝子のmRNA発現を定量した。4GPR43ノックダウン細胞(3T3L-1前駆脂肪細胞へGPR43shRNA Lentiviral Particlesを用いて作成)をCL316,243、酢酸塩、酪酸塩にて刺激しブラウニング関連遺伝子のmRNAの発現を定量した。

短鎖脂肪酸受容体GPR43を活性化し内臓白色脂肪組織のブラウニングを誘導することで抗肥満効果を発揮しうるかを動物および細胞レベルにて検討、ヒト肥満への応用を目指す研究。GPR43欠損および対照マウスの内臓脂肪組織、それぞれの初代培養脂肪細胞において、酢酸あるいは酪酸がブラウニングに関連する遺伝子群を正に制御できるか、余剰エネルギー消費に働くUCP1発現を上昇できるか、白色脂肪組織にブラウニングを誘導できるか、GPR43下流のいずれのシグナル活性化と関係するかを検討している。現時点で未完了の実験もあるが、酢酸あるいは酪酸の経口投与はGPR43非依存性にブラウニングを惹起する可能性が示された。実験の進捗は遅れているが上記の初代培養の問題はほぼ解決しており、実験計画の内、重要な点に焦点を絞り実験を進めていく。凍結保存組織からmRNA及び蛋白を抽出、内臓脂肪及び皮下脂肪における褐色脂肪マーカーやBrowingマーカー発現をRT-PCR法やウエスタンブロット法にて解析、内臓脂肪及び皮下脂肪の形態学的評価やBrowning評価(UCP1及びPRDM16免疫染色)を急ぐ。一部の動物を用いた脂肪酸酸化及びミトコンドリア機能の個体レベル評価も進める。GPR43KOマウス由来初代培養脂肪細胞における褐色脂肪マーカー・Browningマーカーの評価を急ぎ、既知のBrowning刺激との相違点を明らかとする。実験施設の改修も進み、実験を円滑に進めることが可能となっており、遅延の明らかな実験系に人員を増員するなどして、実験を進めていく。代謝内科学国際学会出席のための予算を計上していたが、フランス・パリにおけるのテロリズム発生により、国際学会出席をキャンセルしたため。本年度使用使用できなかった額は少額(2,894円)であり、実験に必要な試薬等の必要物品購入には不足したため。国際状勢の安定が進んでおり、次年度には23回の国際学会(欧州もしくは米国1回、アジア12回)への出席を計画している。少額(2,894円)の次年度使用額は、次年度助成金と合わせ、必要物品等の購入に当てる。
土壌水の浸潤・脱水過程における界面形状変化の精密計算と物質輸送解析への応用

本研究は、近年進歩の著しい流体の数値解析法である粒子法を多孔質体内の水の浸潤、脱水過程に応用して、界面形状の変化について解析するとともに、それを土壌の輸送過程の1つである気相中の拡散係数の推算へ応用することを目的としたものである。結果として、MPS法で、3つの球からなる孔への水の浸潤過程を計算することには成功したが、界面形状に関しては正確に再現することは難しかった。このため、幾何学に基づいた界面形状の計算法について検討を始めた。平成24年度は,粒子層中の水の浸潤・脱水過程における水分の分布および界面の形状を粒子法の一種MPI法のソフトウェアParticleworks (プロメテック・ソフトウェア)を用いて様々な条件設定で計算した.その結果,一応,水の移動についてはシミュレーションできるものの,界面形状については,研究課題名にあげた界面形状変化の「精密」な計算に関しては満足な結果が得られなかった.具体的には,粒子間にできる水のリング(Pendular ringなどとよばれる)の形状について,本来ならくびれが生ずる部分が円筒に近い形にしかならなかった.この点について,申請書の「計画どおりにいかない場合について」にしたがって,計算条件の変更,粒子の解像度の調整ができないかを検討した.結論としては, MPI法では,気液界面のメニスカスにおける圧力の飛躍(毛管圧)をうまく取り扱えないことが,形状がうまく計算できないことの主な原因であると考えられた.実際の系では,この毛管圧が水柱の高さとバランスするのだが, MPI法では,特にPendular ringなどにおいて,界面の粒子と内部の水との間に圧力差が生じて,粒子の移動が生じ,安定した界面が得られなかったものと考えられる.ただ, MPI法では,このPendular ringの合一などの過程は,界面形状に正確さを欠くが,それなりに計算できることは明らかになった.そこで,申請書に「予期せぬ困難は,環境物質動態学の新たな課題になり得る」を検討する段階に入ったと判断し,界面形状精密計算の新たな手法を試みることにする.本研究は、近年注目されている粒子法を用いて、土壌中の水の浸潤・脱水の過程をシミュレートし、かつ、物質の輸送解析に応用させようというものであった。粒子法は、特に、細かい界面形状の再現性が高いこと、空間を刻むのはなく、粒子を使って流体の動きシミュレートするので、大規模な問題にも適用が容易であるという点が特徴である。研究代表者は、粒子法の中でも、液と粒子の間のポテンシャルを用いて濡れを表現できるMPS法に注目し、これを用いて、土壌粒子間に水が浸潤、あるいは脱水する際にできる水と空気との界面形状を精密に推算できるのではないか、と考え、本課題を申請した。しかしながら、本研究を進めるうえで、この方法では、うまく界面形状が計算できないことが明らかとなってきた。粒子法は、水滴が飛び散る過程などの界面形状はうまく計算でき、また、あまり濡れない表面での水の界面形状はうまく計算できるが、完全に濡れる表面での界面形状の計算はさほど得意ではないようである。実際、土壌粒子が完全に濡れる条件を与えてやると、物理学が示す通りに、表面にびっしりと水粒子が並ぶことになる。ここはよいのだが、このあと粒子内の浸潤、脱水の過程で、どうしても表面形状を保持できず、計算粒子が発散(文字通り飛び散る)してしまう。これを数値的にダンピングするため、著しく大きな粘度を与えるなどの方法をこころみたが、いずれもうまくいかず、粒子内の水の界面形状を精密に再現するには至らなかった。研究を進める中で、問題が、どうやら、界面の形状が大きく変わる、幾何学的に言えば「種数」が変わる際のカタストロフ的ジャンプに、粒子法が追随できていないことにあるらしいことが分かってきた。補助期間は終了したが、この問題への対応にはほとんど資金を必要とせずにできるので、今後もこの課題に取り組んでいく。本年度の実験計画は(1)土壌孔隙の単一のthroatへの液体の浸潤,脱水過程をできる限り正確にシミュレーションできるようにすること,(2)土壌粒子数を徐々に増やし,最終的に数十個の土壌粒子層における現象のシミュレーションを行い,ヒステリシスを再現すること,であった.平成23年度終了時点で,この(1)の浸潤過程の解析ができるようになった段階であり,約半年の遅れが生じている.これは,使用している粒子法ソフト(Particleworks)をこの研究に必要な形にセッティングする(いわゆるチューニング)に予想以上の時間がかかったためである.具体的には,粒子の「濡れ特性」をどのように扱うか,という問題で試行錯誤が必要だったが,結果として,粒子表面を,水の層で覆ってしまう,というやり方が,当研究の目的には最も適していることが分かった.