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コセット符号化の安全性を最も高める線形符号の解明

コセット符号化とは、情報理論的に安全なメッセージ秘匿化を行うときの代表的な方法であり、包含関係にある線形符号の対を用いて構成することが多い。線形符号を用いたコセット符号化が効果的である対象として、秘密分散法、セキュアネットワーク符号化が従来から知られているが、どのようなどのような線形符号を用いればそれぞれの対象について効果的であるか明らかではなかった。秘密分散法とセキュアネットワーク符号化では必要になる線形符号が異なるが、それぞれについて適した線形符号の性質を明らかにし、具体的な構成法を与えた。また、従来知られていなかった量子秘密分散法に適した線形符号の性質を明らかにした。情報セキュリティはますます社会的に重要になっているが、その中で秘密分散法やセキュアネットワーク符号化は、情報理論的な安全性を持つことやクラウドストレージの情報保護に応用できる点などで注目を集めている。最近我々を含む研究グループが上記の秘密分散法ならびにセキュアネットワーク符号化を符号理論の観点から統一的に説明・構成出来ること、秘密分散法の安全性は符号の相対一般化ハミング重み(RGHW)、セキュアネットワーク符号化の安全性は符号の相対一般化ランク重み(RGRW)で規定されることを明らかにした。そこで我々は第1年度で主に符号のRGRWについて検討し、第2年度で主に符号のRGHWについて検討することとした。RGRWに関しては、ランク誤り訂正符号に関する文献調査を主に進め、ランク誤り通信路向け符号への応用、消失通信路向け符号への応用、ネットワーク符号への応用、などの知見を得た。その過程で、符号の実装等で基礎となる有限体の表現行列に関する簡単な構成方法を得た。RGHWに関しては、まず符号長を大きくし符号の情報レートを固定したときに符号長で正規化したRGHWがどの程度大きくなりうるか検討し、既存の評価を改善し、国際会議ISIT2014で発表した。次に代数的符号の中でよく知られた符号のクラスである、一点代数幾何符号のRGHWを評価する手法を申請書に記載した海外研究協力者のOlav GeilとDiego Ruanoと共に提案し、この研究分野のトップジャーナルであるIEEE Transactions on Information Theoryに掲載した。またOlav Geilより秘密分散法の構成のためには符号のRGHWとその双対符号のRGHWを同時に評価する必要があることを指摘され、そのような評価を行い国際会議WCC 2015に投稿し採録通知を受け取った(発表は平成27年度)。本研究課題は、線形符号の組を用いたコセット符号化を秘密分散法やセキュアネットワーク符号化に用いて、漏洩情報量に比較して符号化率が高いという意味で優れた方法を与える線形符号の組を構成することである。平成27年度は、秘密分散法に注目した。その場合に漏洩情報量を決める線形符号のパラメータは相対一般化ハミング重み(RGHW)となる。我々は二点代数幾何符号に注目し二点代数幾何符号のRGHWを評価する手法をデンマークのPeter Beelen, Olav Geil, Diego Ruanoらと共に研究し、以下の評価方法を得た。曲線上の2つの有理点P,Qを選び、それらP,Q以外では極を持たない有理関数fが持ちうるPおよびQのおける極位数の集合H(P,Q)を先立ってBeelenが提案している。これを用いて符号の最小ハミング重み(1次の一般化ハミング重み)を評価する方法を同じくBeelenが提案しているが、この方法を2次以上の一般化ハミング重みならびに相対一般化ハミング重みに拡張した。拡張された新しい方法は二点エルミート符号の2次一般化ハミング重みを正確に与えるため、有効性が高いと現時点では考えている。この方法を今後より高次の場合や他の符号に適応した場合の有効性を計算機数値計算により明らかにし、有効性を確認した上で雑誌論文として投稿する。研究計画において今まで達成する予定のことがらを概ね達成したので。平成28年度は、線形符号の組を用いた情報セキュリティの研究としてセキュアネットワーク符号化への応用と量子ならびに秘密分散への応用に取り組んだ。セキュアネットワーク符号化への応用として、デンマークのオルボー大学博士課程学生のウンベルトマルチネス氏とともに、従来の2倍の誤り訂正能力を持つネットワーク誤り訂正符号にたいして、メッセージの秘匿性を与えるための方法を提案した。その提案手法の安全性を保証するためのあらたなる数学的道具としてrelative generalized matrix weightを開発した。これらの成果を国際会議(アラートンカンファレンス)で発表するとともに、IEEE Transactions on Information Theoryに投稿した。量子秘密分散法への応用として、この科研費で行った研究として、線形符号の組を用いた量子秘密分散法とおなじ符号の組を用いた古典秘密分散法のアクセス構造の対応関係があるが、それを用いて指定したアクセス構造を持ち、なおかつシェアの大きさをなるべく小さくする量子秘密分散法の構成方法を提案した。関連する研究として岩本らが同じ問題を整数計画法を用いて古典秘密分散法について解く研究があるが、この研究成果は岩本らの研究を量子秘密分散法に適用するためにどのような変更を加えればよいか明らかにしたものである。古典秘密分散法への応用として、デンマークのオラブゲイル教授らとともに、参加者の数が非常に多いときの古典秘密分散法を代数曲線符号を用いて構成する方法を提案し、学術雑誌に投稿した。申請書に計画した通りの成果をおおよそ得られたので。平成29年度は、コセット符号化を用いた秘密分散法と、コセット符号化を用いたセキュアネットワーク符号の研究に取り組んだ。量子超越性とは、古典力学原理に基づく計算機で実現出来ないが、量子力学原理を活用する計算機では実現出来る性質の総称である。

古典情報である秘密を量子状態であるシェアに符号化する秘密分散法が存在することは古くから知られていたが、そこに量子超越性が存在することは報告されていなかった。平成29年度は、量子スタビライザー符号から量子状態である秘密を量子状態であるシェアに分散する秘密分散法における秘密の高速な再構成手順を提案した。次に、そのような秘密分散法を用いて、古典状態である秘密を量子状態であるシェアに分散した際に実現出来るアクセス構造の中で、シェアを古典情報としたときには実現できないものがあることを明らかにした。今までは実現出来るアクセス構造について、シェアが古典情報であるときと量子情報であるときに違いがあるということは報告されていなかったため、本研究によって新しい量子超越性が明らかになった。コセット符号化を用いた情報セキュリティの別の応用として、計画したようにセキュアネットワーク符号化についてさらなる研究をした。今までは有限体の拡大体上で線形性を持つ線形符号だけを扱っていたが、近年グルスワミらにより提案されたネットワーク誤り訂正符号は従来の約2倍の誤り訂正能力を持つが、拡大しない有限体上での線形性だけを持つため今までの研究ではコセット符号化と組み合わせたときに安全性を解析出来なかった。そこで、研究代表者はデンマークのマルチネスペナスと共同で、拡大しない有限体上でのみ線形性を有するコセット符号化の安全性解析手法を提案し、それを用いてグルスワミらの誤り訂正符号にメッセージ秘匿性を付加する方法を提案した。コセット符号化とは、情報理論的に安全なメッセージ秘匿化を行うときの代表的な方法であり、包含関係にある線形符号の対を用いて構成することが多い。線形符号を用いたコセット符号化が効果的である対象として、秘密分散法、セキュアネットワーク符号化が従来から知られているが、どのようなどのような線形符号を用いればそれぞれの対象について効果的であるか明らかではなかった。秘密分散法とセキュアネットワーク符号化では必要になる線形符号が異なるが、それぞれについて適した線形符号の性質を明らかにし、具体的な構成法を与えた。また、従来知られていなかった量子秘密分散法に適した線形符号の性質を明らかにした。交付申請書に記載した平成27年度の目標を本年度概ね達成したので、進捗状況は概ね順調だと判断した。平成26年度の目標は予定通り達成出来なかったので、平成27年度に行う。秘密分散に用いることが出来る線形符号の組を構成することにつなげるため、平成27年度に導出した二点代数幾何符号の一般化ハミング重みを評価する下界について、計算機プログラムの作成により得られた下界の数値を求めて有効性を確認する。その上で学会発表や雑誌論文投稿を行う。その一方、セキュアネットワーク符号化に用いることが出来る線形符号の組の構成につなげるために、以下を行う。
超高速並列デジタル分光計による太陽電波微細バースト研究

太陽面の爆発現象(フレア)で生成される高エネルギー粒子は地球の超高層大気や、人工衛星の運用に影響を与え、近年その生成の理解や予報に対して社会的要請が高まっている。この高エネルギー粒子はGHz帯域に1ミリ秒未満の突発的な電波を放射し、その電波スペクトルの時間変動が粒子のエネルギーを反映する。本課題ではFPGAを用いた新型デジタル分光装置を開発し、これを用いて、いまだかつてない、超高時間・高周波数分解な太陽電波バーストの電波スペクトル観測を実施し、観測されたスペクトルデータの時間変動を解析することで、粒子の加速過程の解明を目指し研究を行った。まずFPGAとAD変換器を組み合わせることで、入力信号をリアルタイムでデジタル化し高速フーリエ変換する「デジタル分光計」を開発し、その性能評価を行った。その結果、時間分解能、周波数分解能だけでなく、実効ダイナミックレンジ、高調波特性、安定性などにおいても従来型の一般的な周波数解析装置に比べ高い性能を持つ装置の開発に成功し、この結果をまとめて論文として出版した。本装置を情報通信研究機構の保有する太陽電波望遠鏡に搭載し、太陽電波の連続観測を行った。その結果、多数の太陽電波バーストのスペクトル微細構造を検出することに成功した。電波の分光観測は粒子のエネルギーを導出できるが、粒子の生成領域や伝搬方向はわからない。そこで、分光観測と相補的なこれらの情報を得られる電波干渉計を用いた太陽電波観測実践を行った。用いた装置は米国国立電波天文台が保有する超大型電波干渉計JVLAおよび日本を含む国際チームが運用するALMAで、現地に実際に滞在して実験を行った。その結果、太陽黒点が放射する電波を広い周波数範囲で高い空間分解能で観測することに成功し、その結果を論文化した。今後は新型分光計の分光データと干渉計による位置情報を合わせた包括的な研究が期待される。本研究ではFPGAを用いた新型デジタル分光装置を開発し、これを用いていまだかつてない、超高時間・高周波数分解なGHz帯域の電波スペクトル観測を実施し、観測されたスペクトルデータの時間変動を解析することで、粒子の加速過程の解明を目指す。本年度は、FPGAとAD変換器を組み合わせてデジタル分光計のプロトタイプを開発しその性能評価を行った。その結果、時間分解能、周波数分解能だけでなく、実効ダイナミックレンジ、高調波特性、安定性などにおいても従来型の一般的な周波数解析装置に比べ高い性能を有していることがわかった。また本試験結果をまとめて論文に投稿した。このプロトタイプは10bitのAD変換器を用いたが、更に広いダイナミックレンジを獲得するため12bitのAD変換器を用いた改良型の分光計を開発した。その結果、プロトタイプに比べて広いダイナミックレンジとより良い高調波特性を持つ分光計が得られた。用いた装置は米国国立電波天文台が保有する超大型電波干渉計JVLAで、現地に実際に滞在して実験を行った。その結果、1ミリ秒未満の突発的な電波を放射が主に観測される1GHz10GHzの全帯域で太陽電波バーストの観測が可能となった。今後は新型分光計の分光データと干渉計による位置情報を合わせた包括的な研究が期待できる。加えて更に広いダイナミックレンジを獲得するため12bitのAD変換器を用いた改良型の分光計を開発した。このように、最新のデバイス・技術を用いて最高性能のデジタル分光計を開発していくという本研究の最初の目標は順調に進展している。そこで、本年度は分光観測と相補的なこれらの情報を得られる電波干渉計を用いた太陽電波観測実践を行った。今後は新型分光計の分光データと干渉計による位置情報を合わせた包括的な研究が可能となり、来年度以降に更なる成果が期待できる予備実験結果も得られていると言える。以上より、本年度の研究はおおむね順調に進展していると言える。

本課題ではFPGAを用いた新型デジタル分光装置を開発し、これを用いて、いまだかつてない、超高時間・高周波数分解な太陽電波バーストの電波スペクトル観測を実施し、観測されたスペクトルデータの時間変動を解析することで、粒子の加速過程の解明を目指し研究を行った。まずFPGAとAD変換器を組み合わせることで、入力信号をリアルタイムでデジタル化し高速フーリエ変換する「デジタル分光計」を開発し、その性能評価を行った。その結果、時間分解能、周波数分解能だけでなく、実効ダイナミックレンジ、高調波特性、安定性などにおいても従来型の一般的な周波数解析装置に比べ高い性能を持つ装置の開発に成功し、この結果をまとめて論文として出版した。本装置を情報通信研究機構の保有する太陽電波望遠鏡に搭載し、太陽電波の連続観測を行った。その結果、多数の太陽電波バーストのスペクトル微細構造を検出することに成功した。電波の分光観測は粒子のエネルギーを導出できるが、粒子の生成領域や伝搬方向はわからない。そこで、分光観測と相補的なこれらの情報を得られる電波干渉計を用いた太陽電波観測実践を行った。用いた装置は米国国立電波天文台が保有する超大型電波干渉計JVLAおよび日本を含む国際チームが運用するALMAで、現地に実際に滞在して実験を行った。その結果、太陽黒点が放射する電波を広い周波数範囲で高い空間分解能で観測することに成功し、その結果を論文化した。今後は新型分光計の分光データと干渉計による位置情報を合わせた包括的な研究が期待される。本年度に開発・改良した最新のデジタル分光計を用いた太陽電波バーストの観測を行う。研究代表者は平成29年度より名古屋大学に異動したが、平成28年度まで所属していた情報通信研究機構とは継続して協力関係にあり、引き続き情報通信研究機構の山川望遠鏡を用いて太陽電波バーストの観測実験が可能である。デジタル分光計に用いることができるデバイスは日々進化しているため、平成29年度も可能なかぎり改良し更なる高分解な分光計の開発を目指す。観測と並行して観測データの解析による超微細バーストの分解を目指す。平成28年度中に行った実験期間中に既に複数のバーストの取得に成功しており、これらのデータの解析を優先して進める。研究代表者が異動した名古屋大学宇宙地球環境研究所では山川望遠鏡と重複する周波数帯域に山川望遠鏡の10倍近い面積を持つ3機の大型電波望遠鏡を保有しているが、データ処理は従来型の装置に頼っている。研究が順調に進めば、これらの大型装置に新型分光計を搭載することを検討し、更なる多様な科学成果の創出を目指す。本年度は新しいデジタルデバイスを購入し、新しい分光計の開発研究を行う予定だった。しかしこの実験に用いるデバイスの一部を共同研究者から無償で提供してもらえた。この提供してもらったデバイスを用いて、研究自体は計画通りに進んだ。そのため物品費が計画よりも少なくて済んだ。平成28年度の開発研究は非常に順調に進み、現在国際誌に論文を投稿し査読を受けている。平成29年度はこの論文の掲載費用や国際研究集会における発表のための旅費に昨年度の余剰資金を投入する。
確率過程に基づくモデルの数理医学応用に関するイノーベーション

本研究は確率過程に基づく数理モデルを提案・構築し、それを医療科学の分野に適用・応用し、モデル解析の手法を用いて医療特有の現象の数理的解明を進めかつ理解を深め、数理医学の発展に寄与することを目指した数学的な理論研究である。本研究で掲げた1番目のテーマは、ガン細胞に対する免疫応答を記述する環境依存型モデルを提案し、ガン細胞が免疫細胞からなるエフェクター群により局所的に駆逐される様子に対応する「局所消滅性」を、モデル決定因子の言葉で特徴付けることである。2番目のテーマは、腫瘍免疫学上重要とされる「免疫能の飽和性」と呼ばれる限界値の存在をモデル論的に証明することである。しかし、第2のテーマは難しいので、直接的に示すのではなく、代わりとなるモデルを立てそのモデルの有限時間での消滅性を導出することにより、間接的に「免疫能の飽和性」の存在を主張する道筋をとる。先ず測度値分枝マルコフ過程をラプラス推移汎関数により構成し、その極限過程の生成作用素にマルチンゲール問題による特徴付けを与え、同時にモデルの性質中で重要な有限時間消滅性の解析を進める方針をとった。第1のトピックでは、昨年度環境依存型モデルの更新に成功したが、そのモデルや付随する極限過程の性質分析において詳細な解析を行うまでには至らなかった。一方、関連する測度値確率過程の特徴付けや解析の面で擬微分作用の適応などが有効に働く側面が有る事に気づくことができた。今年度はその線にそって解析を進め、定性的な性質、とくに有用な不等式や有効な評価式の導出などにおいて一定の進展が見られた。また第2のトピックでは、昨年度はマルチンゲール問題の特徴付けを与えることは出来たが、有限時間消滅性について1つの十分条件の導出に留まっていたが、今回は数理モデルに自然に付随する非線形方程式の導出、確率過程と非線形方程式との数理的関係の解明等、で進展が見られた。第1のトピックに関しては、関連する測度値確率過程の特徴付けや解析の面で擬微分作用素の適応が有効に働くことに気づいたことを受けて、この線に沿った解析を推し進めた結果、定性的な性質、特に有用な不等式の導出、および関連する諸量に対して有効な評価式の導出などにおいて一定の進展が見られたため。また第2のトピックに関しては、導かれた数理モデル(確率モデル)に自然に付随する非線形方程式の導出に成功したこと、および対象の確率過程と付随する非線形方程式との数理的関係について、その裏の仕掛け・からくりの解明がほぼでき、有限時間消滅性の証明に向けた一定の道筋が付けられたため。第1のテーマに関しては、従来の手法:ラプラス推移汎関数法、マルチンゲール問題による手法、確率過程の特徴付け、に加えて擬微分作用素の応用による手法も加えて、導出モデルの定性的性質「局所消滅性」の解析を進める。とくに対象過程が任意の集合に見出せる確率の評価・見積もりをしっかり導出して、局所消滅性のための必要十分条件の導出、さらには、その特徴付けにおいて、モデル決定因子による特徴付けへとつなげることを目指す。第2のテーマに関しては、とりわけ重要であるモデルの性質:「有限時間消滅性」の解析を中心に進める。対象確率過程と付随する非線形方程式との自然な対応関係を軸に、まずその数理的関係の数学的な仕掛け・からくりの解明に全力で取り組む。その解明された数理的事実に基づき有限時間消滅性の証明にむけた道筋を解析的つけることを目指す。本研究は確率過程に基づく数理モデルを構築し、それを医療科学に応用し、モデル解析の手法を用いて現象の数理的解明を進め、理解を深めようとする数学的な理論研究である。本研究で掲げた1番目のテーマは、ガンに対する免疫応答を記述する環境依存型モデルを提案し、ガン細胞が免疫細胞からなるエフェクター群により局所的に駆逐される様子に対応する「局所消滅性」を、モデル決定因子の言葉で特徴付けることである。2番目は、腫瘍免疫学上重要とされる「免疫能の飽和性」という限界値の存在をモデル論的に証明することである。第2のテーマでは、まず測度値分枝マルコフ過程をラプラス推移汎関数の手法により構成し、その極限過程の生成作用素にマルチンゲール問題による特徴付けを与えることを目指すと同時に、モデルの性質の中でとりわけ重要な有限時間消滅性の解析を進めることを目指した。今年度の研究成果としては、モデルを超過程として数学的に構成し、マルチンゲール問題としての特徴付けを与えることができたことである。しかし、有限時間消滅性については、1つの十分条件の導出にとどまった。第1ステップを踏み出せたと考えているが、消滅性に関しては、深い確率解析の展開には至らなかった。第1のトピックに関しては、環境依存型モデルの更新を試したが、極限過程の導出やその性質分析では、詳細な解析を行うまでには至らなかった。しかし一方で、数学的に、付随する測度値確率過程の特徴付けや解析の面で、擬微分作用素の適用などが、モデル過程の存在証明議論において極めて有効に働く側面もあることに気づくことができた。これは今後、さらなる発展を展望するうえで、新しい数理的観点を加える結果につながり、解析の幅が広がったことを意味し、前先行結果に引きずられない、新たな数理的展開が望めると期待できると考えている。第2のトピックに関して、提案モデルの有限時間消滅性の十分条件の1つしか導出できなかった点と、第1のトピックに関して、極限過程の詳細な解析・分析にまで至らなかった点などによる。

測度値分枝マルコフ過程論において、そもそも消滅性議論の中で有限時間消滅性に関する結果自体が極めて少なく、参照できる文献が僅少であり、アイデアを得ることが難しいことが挙げられる。第1のテーマに関して、モデルの改良作業に手間取り、その性質を見極める本質的解析作業や分析作業に時間をとることがあまりできなかった点などが挙げられる。本研究は確率過程に基づく数理モデルを提案・構築し、それを医療科学の分野に適用・応用し、モデル解析の手法を用いて医療特有の現象の数理的解明を進めかつ理解を深め、数理医学の発展に寄与することを目指した数学的な理論研究である。本研究で掲げた1番目のテーマは、ガン細胞に対する免疫応答を記述する環境依存型モデルを提案し、ガン細胞が免疫細胞からなるエフェクター群により局所的に駆逐される様子に対応する「局所消滅性」を、モデル決定因子の言葉で特徴付けることである。2番目のテーマは、腫瘍免疫学上重要とされる「免疫能の飽和性」と呼ばれる限界値の存在をモデル論的に証明することである。しかし、第2のテーマは難しいので、直接的に示すのではなく、代わりとなるモデルを立てそのモデルの有限時間での消滅性を導出することにより、間接的に「免疫能の飽和性」の存在を主張する道筋をとる。先ず測度値分枝マルコフ過程をラプラス推移汎関数により構成し、その極限過程の生成作用素にマルチンゲール問題による特徴付けを与え、同時にモデルの性質中で重要な有限時間消滅性の解析を進める方針をとった。第1のトピックでは、昨年度環境依存型モデルの更新に成功したが、そのモデルや付随する極限過程の性質分析において詳細な解析を行うまでには至らなかった。一方、関連する測度値確率過程の特徴付けや解析の面で擬微分作用の適応などが有効に働く側面が有る事に気づくことができた。今年度はその線にそって解析を進め、定性的な性質、とくに有用な不等式や有効な評価式の導出などにおいて一定の進展が見られた。また第2のトピックでは、昨年度はマルチンゲール問題の特徴付けを与えることは出来たが、有限時間消滅性について1つの十分条件の導出に留まっていたが、今回は数理モデルに自然に付随する非線形方程式の導出、確率過程と非線形方程式との数理的関係の解明等、で進展が見られた。第1のトピックに関しては、関連する測度値確率過程の特徴付けや解析の面で擬微分作用素の適応が有効に働くことに気づいたことを受けて、この線に沿った解析を推し進めた結果、定性的な性質、特に有用な不等式の導出、および関連する諸量に対して有効な評価式の導出などにおいて一定の進展が見られたため。また第2のトピックに関しては、導かれた数理モデル(確率モデル)に自然に付随する非線形方程式の導出に成功したこと、および対象の確率過程と付随する非線形方程式との数理的関係について、その裏の仕掛け・からくりの解明がほぼでき、有限時間消滅性の証明に向けた一定の道筋が付けられたため。第1のテーマにに関しては、構成過程の定性的性質を1つ1つ丁寧に具体的に調べると同時に、典型的な例である超ブラウン運動に関する文献(Dawson et al. (2012))と比較検討することにより、有限時間消滅性について解析を進める。第2のテーマに関しては、確率モデルに付随して定まる非線形の微分方程式の解の解析がカギになるだろうと予想している。したがって、今後解の解析を中心に研究を進める方針である。
生体内血管系研究モデルの開発

渡辺は冠動脈に狭窄病変が多発し易いWHHL(Watanabe Hereditary Hyperlipidemic:遺伝性高コレステロール血症)家兎の家系を選抜し,計画交配を繰り返し, 7-12カ月月齢で36%の頻度に心筋病変を認めるに至った.家森はSHR-SP(Spontaneously hypertensive rat-strake prone:脳卒中易発症ラット)の遺伝子に血小板凝集亢進に関する遺伝子の導入を試みた.居石は解離性大動脈瘤の発症機序の一つとして中膜の脆弱性を来す動物モデルの作製を試みた.血管病変の形成機序の解明の面で,京極は動脈炎や免疫異常を基盤にして発生する動脈内膜把厚の形成機序をin vivoとin vitroのモデルについて検討し,平滑筋細胞が収縮型から分泌型に転換する過程でGMIガシグリオシドが細胞表面に発現する事を証明した.中村に生体位で観察された冠動脈攣縮を摘出冠動脈にも再現できる事を立証し,攣縮部における内皮細胞と中膜平滑筋の異常を明らかにした.住吉はin vivoにおける内皮障害の発生機序を内膜把厚に関する検討を家兎について検討した.小澤は肺水腫とロイコトキシンの関連性を動物実験と成人呼吸促迫症候群について検討し,白血球から遊離されるロイコトキシンが炎症時の血管透過性亢進に重要な役割を演じている事を明らかにした.大橋は血管壁の栄養血管の血管抵抗にセロトニンやカテコールアミンが影響を及ぼす事を犬の大動脈を用いて明らかにした.新見は動脈硬化部における流れの剥離,低いずり速度場での血液の流動的な性質を大型生体顕微鏡-高速ビデオ装置を用いて検討した.井上は散在性微小心筋虚血モデルを作製し,交感神経活性の虚血進展に及ぼす効果を検討した.神谷は牛胎児の下行大動脈より剥離した内皮細胞を円形dish内に培養し剪断応力を負荷し,内皮細胞の核DNA含有量及び細胞周期に対する効果を検討した.流れ剪断応力を培養平滑筋細胞のDNA合成能を刺激し分裂・増殖を促進させる作用のある事を明らかにした.渡辺は冠動脈に狭窄病変が多発し易いWHHL(Watanabe Hereditary Hyperlipidemic:遺伝性高コレステロール血症)家兎の家系を選抜し,計画交配を繰り返し, 7-12カ月月齢で36%の頻度に心筋病変を認めるに至った.家森はSHR-SP(Spontaneously hypertensive rat-strake prone:脳卒中易発症ラット)の遺伝子に血小板凝集亢進に関する遺伝子の導入を試みた.居石は解離性大動脈瘤の発症機序の一つとして中膜の脆弱性を来す動物モデルの作製を試みた.血管病変の形成機序の解明の面で,京極は動脈炎や免疫異常を基盤にして発生する動脈内膜把厚の形成機序をin vivoとin vitroのモデルについて検討し,平滑筋細胞が収縮型から分泌型に転換する過程でGMIガシグリオシドが細胞表面に発現する事を証明した.中村に生体位で観察された冠動脈攣縮を摘出冠動脈にも再現できる事を立証し,攣縮部における内皮細胞と中膜平滑筋の異常を明らかにした.住吉はin vivoにおける内皮障害の発生機序を内膜把厚に関する検討を家兎について検討した.小澤は肺水腫とロイコトキシンの関連性を動物実験と成人呼吸促迫症候群について検討し,白血球から遊離されるロイコトキシンが炎症時の血管透過性亢進に重要な役割を演じている事を明らかにした.大橋は血管壁の栄養血管の血管抵抗にセロトニンやカテコールアミンが影響を及ぼす事を犬の大動脈を用いて明らかにした.新見は動脈硬化部における流れの剥離,低いずり速度場での血液の流動的な性質を大型生体顕微鏡-高速ビデオ装置を用いて検討した.井上は散在性微小心筋虚血モデルを作製し,交感神経活性の虚血進展に及ぼす効果を検討した.神谷は牛胎児の下行大動脈より剥離した内皮細胞を円形dish内に培養し剪断応力を負荷し,内皮細胞の核DNA含有量及び細胞周期に対する効果を検討した.流れ剪断応力を培養平滑筋細胞のDNA合成能を刺激し分裂・増殖を促進させる作用のある事を明らかにした.
高血圧に関する遺伝子・生活習慣因子の相互作用に関する疫学研究

岩手県大迫町の住民の血液検体を用いて遺伝子多型と血圧、特に家庭で測定される家庭血圧(HBP)、24時間自由行動下血圧(ABP)の関連を調査した。以下に本年度報告した論文を中心に概要を示す。1)HBP測定、ABP測定で得られた心拍数と予後との関連大迫研究の結果から心拍と転帰について概説したものである。家庭で測定した心拍は脳心血管死亡と直線的に関連していた。一方、24時間自由行動下血圧で測定した心拍変動は脳心血管死亡と逆相関していた。高血圧を評価するうえで心拍を見逃してはならない。(論文1)2)レニンアンギオテンシン系遺伝子多型と血圧の関連アンギオテンシノーゲン(AGT)遺伝子多型M235Tは随時血圧で規定される本態性高血圧との関連が検討されているが結果は一致していない。本検討ではAGT遺伝子多型M235Tと家庭血圧値との関連を評価した。その結果、多型間で家庭血圧値、高血圧の有病率に差はなく。高血圧の家族歴についても差はなかった。一方、脈圧は多型間で有意差(P=0.049)があり、特に高齢者(60歳以上)で顕著であった(論文2)。一方、アンギオテンシンII1型受容体のA/C1166多型と24時間自由行動下血圧の関連について分析を行った。調査対象は40歳以上の802名である。日中の血圧はCアリルで有意に高値であったが、この関連は交絡因子で調整することにより消失した。また脳心血管疾患の既往や夜間降圧度にも差はなかった。以上よりA/C1166多型は日本人においては高血圧・動脈硬化と関連がないことが示唆された(論文3)。現在、岩手県稗貫郡大迫町の住民の血液検体を用いて遺伝子多型と血圧、特に家庭で測定される家庭血圧(HBP)、24時間自由行動下血圧(ABP)の関連を調査中である。1)日本人には上皮性Naチャネル(ENaC)のβサプユニットにおいてP592SとV434M遺伝子多型が存在するが高血圧の原因とはならない。これまで黒色人種においては、ENaCのβサブユニット遺伝子多型にT594MとG442Vが報告され、高血圧と関連していると報告されている。HBP測定を行った一般住民から無作為抽出された803人で調査したところT594MとG442V多型はともに認められなかった。一方、エクソン8でV434M(論文1)エクソン12にP592S多型が認められた。これらの多型と家庭血圧値および高血圧の有病率には有意な関連は認められなかった。2)アルドステロン合成酵素遺伝子(CYP11B2)は血圧レベルに影響はないが、血圧リズムへの影響がある。CYP11B2は、CYP11B1(コルチゾール合成酵素遺伝子)とのキメラにより先天性高血圧症を引き起こす。このためCYP11B2の多型解析が世界的に行われている。大迫研究ではHBPやABPを測定した1298人で調査したところ、日本人では-344T/Cなど3多型が存在することが判明した(論文2)。そこで-344T/Cを解析したところ、この-344T/Cが血圧レペルではなく血圧リズムに影響があることが分かり、さらに心血管病の既往でも差が認められた(論文3)。

3)エンドセリン1(ET1)遺伝子多型は日本人の肥満者において血圧値に影響を与える。これまでいくつかの研究で肥満者においてET1多型と血圧の間に関与があることが知られていた。そこでET1多型と住民健診などで得られる随時血圧との関連を調査した。その結果、全対象で調査したところET1多型と随時血圧値との間に関連は認められなかったが、肥満者(BM125kg/m^2以上)とそうでない者を層別化したところ、Tアリル(TT+GT型)でGG型と比べて拡張期血圧が1.8mmHg高かった(論文4)。現在、岩手県稗貫郡大迫町の住民の血液検体を用いて遺伝子多型と血圧、特に家庭で測定される家庭血圧(HBP)、24時間自由行動下血圧(ABP)の関連を調査中である。以下に本年度報告した論文を中心に概要を示す。1アルファアドゥシンGly460Trp多型は若年者において低レニン型高血圧と関連する。白人においては食塩感受性の本態性高血圧の候補遺伝子としてGly460Trpアルファアドゥシン遺伝子(ADD-1)が調査されているが、日本人の先行研究ではADD-1と高血圧の関連は認められていなかった。そこで、大迫研究の対象者で再検討したが、全体では遺伝子多型と血圧値に変化はなかった。しかしながら若年(60歳未満)、低レニン活性群(1.0ng/ml/h)のGly/Trp型とTrp/Trp型でGly/Gly型と比べHBP値・ABP値が高値であった。このグループでは高血圧の有病率もGly/Trp型とTrp/Trp型で高く、ADD-1遺伝子が低レニン性高血圧に関連している可能性が示唆された。(論文1)2アンギオテンシノーゲン遺伝子は夜間降圧度に影響する。アンギオテンシノーゲン多型と本態性高血圧の関連をABPを用いて調査した。AGT/T+31C多型は24時間ABP値、日中ABP値とは関連しなかったが、夜間ABP値はTT型で低く、その結果TT型では夜間降圧度が大きかった。(論文2)3 G3255A肥満細胞キマーゼ遺伝子(MCC)の多型は高血圧には影響しないがHDLコレステロールに関連する。アンギオテンシンIIの産生にはキマーゼとアンギオテンシン変換酵素(ACE)の2つの酵素が関わっているが、ACEについての知見はあるもののキマーゼについては明らかではなかった。そこでG3255A肥満細胞キマーゼ遺伝子(MCC)の多型と高血圧の関連を調べてみた。その結果、随時血圧・HBPともに血圧値には関連がなかった。一方、A3255アリルはHDLコレステロール値が高いという結果が得られた。以上よりMCC多型は高血圧とは直接関与しないものの脂質代謝を変化させることにより高血圧の合併症の有病率を調節する可能性が示された。(論文3)岩手県大迫町の住民の血液検体を用いて遺伝子多型と血圧、特に家庭で測定される家庭血圧(HBP)、24時間自由行動下血圧(ABP)の関連を調査した。1.HBP測定、ABP測定で得られた心拍数と予後との関連大迫研究の結果から心拍と転帰について概説したものである。家庭で測定した心拍は脳心血管死亡と直線的に関連していた。一方、24時間自由行動下血圧で測定した心拍変動は脳心血管死亡と逆相関していた。高血圧を評価するうえで心拍を見逃してはならない。(論文1)2.レニンアンギオテンシン系遺伝子多型と血圧の関連アンギオテンシノーゲン(AGT)遺伝子多型M235Tは随時血庄で規定される本態性高血圧との関連が検討されているが結果は一致していない。本検討ではAGT遺伝子多型M235Tと家庭血圧値との関連を評価した。その結果、多型間で家庭血圧値、高血圧の有病率に差はなく。
スワールを用いた気体燃料燃焼器の高効率化および低NOx化

気体水素燃料を用いたスワール火炎において,旋回強度を増すと(1)火炎の最高温度が低くなること,それに伴なって(2)局所的なNOx生成量が減少すること,旋回を強くし最高温度が低くなっても(3)未燃水素は存在しておらず完全燃焼していること,旋回を強くすると(4)バーナ軸下流で温度の高い領域が現れること,を実験的に明らかにした.また,気体メタン燃料を用いたスワール火炎においては,旋回強度を増してもNOx生成量にさほど変化が見られないこと,旋回強度を増すと未燃メタンの量が微小ながらも増加し不完全燃焼へと向かうこと,を実験的に明らかにした.モデルバーナ内部の流れを数値的にシミュレートし実験による速度分布測定の結果と比較したところ,よい一致が見られた.数値計算の結果から,モデルバーナではバーナ出口においてすでに強い負圧領域が生じていることが分かった.一方,空間・時間2次精度の陰解法を用いたLESで気体水素燃料を用いたスワール火炎の数値シミュレーションを行い,実験で得られた結果のうち(1),(2),(3)を定性的にシミュレートできた.さらに,実験において乱流的なふるまいがみられたケースにおいて計算では層流的な解となってしまったため,計算スキームを空間4次精度に高次精度化するとともに,低散逸の特性フィルタを適用するという変更をほどこしたところ,従来の計算スキームでは捉えることのできなかった微小な渦構造を捉えることに成功した(未発表).気体水素燃料を用いたスワール火炎において,旋回強度を増すと(1)火炎の最高温度が低くなること,それに伴なって(2)局所的なNOx生成量が減少すること,旋回を強くし最高温度が低くなっても(3)未燃水素は存在しておらず完全燃焼していること,旋回を強くすると(4)バーナ軸下流で温度の高い領域が現れること,を実験的に明らかにした.また,気体メタン燃料を用いたスワール火炎においては,旋回強度を増してもNOx生成量にさほど変化が見られないこと,旋回強度を増すと未燃メタンの量が微小ながらも増加し不完全燃焼へと向かうこと,を実験的に明らかにした.モデルバーナ内部の流れを数値的にシミュレートし実験による速度分布測定の結果と比較したところ,よい一致が見られた.数値計算の結果から,モデルバーナではバーナ出口においてすでに強い負圧領域が生じていることが分かった.一方,空間・時間2次精度の陰解法を用いたLESで気体水素燃料を用いたスワール火炎の数値シミュレーションを行い,実験で得られた結果のうち(1),(2),(3)を定性的にシミュレートできた.さらに,実験において乱流的なふるまいがみられたケースにおいて計算では層流的な解となってしまったため,計算スキームを空間4次精度に高次精度化するとともに,低散逸の特性フィルタを適用するという変更をほどこしたところ,従来の計算スキームでは捉えることのできなかった微小な渦構造を捉えることに成功した(未発表).総括これまでの計算結果から,スワールバーナのスワール数を変化させることで火炎の最高温度が変わることを見いだした.サーマルNOxの生成が火炎温度に依存することから,スワール数を変えることでNOx生成を制御できると予測している.次年度はその検証計算・検証実験を行う予定である.計算当初,乱流モデルとしてk-e,q-w,応力方程式の各モデルを用いる予定であった.しかしk-eモデルやq-wモデルでは,旋回流れで生じるとされる逆流領域を捉えることができなかったため,今後はこれらのモデルを用いないことにした.一方,応力方程式モデルを用いるよりもLESによる非定常計算を行うほうが燃焼流れ場の正確な情報を得られると判断し,LESの計算コードを開発した.レイノルズ平均の乱流モデルではなくLESを用いてはじめて,旋回流れで生じる逆流領域を捉えることに成功した.軸流速度5m/secの拡散火炎においてスワール数を変化させた結果,旋回を強くすると大規模な逆流域を生じ,逆流域に未燃燃料が滞留して燃焼が抑制され火炎が伸長することが分かった.計算2旋回流れの発生機構としてLobedミキサとSawtoothミキサを取り上げ,燃料・空気混合器としての性能を評価した.Sawtoothミキサのほうが混合率が高いが,同時に圧力損失も大きいことが分かった.実験スワール数可変のバーナを新たに設計・製作した.3月中に測定装置(NOx分析計,ガスクロマトグラフ,熱電対,LIF)の予備試験を終える予定である.気体水素燃料を用いたスワール火炎において,旋回強度を増すと(1)火炎の最高温度が低くなること,それに伴なって(2)局所的なNOx生成量が減少すること,旋回を強くし最高温度が低くなっても(3)未燃水素は存在しておらず完全燃焼していること,旋回を強くすると(4)バーナ軸下流で温度の高い領域が現れること,を実験的に明らかにした.また,気体メタン燃料を用いたスワール火炎においては,旋回強度を増してもNOx生成量にさほど変化が見られないこと,旋回強度を増すと未燃メタンの量が微小ながらも増加し不完全燃焼へと向かうこと,を実験的に明らかにした.モデルバーナ内部の流れを数値的にシミュレートし実験による速度分布測定の結果と比較したところ,よい一致が見られた.数値計算の結果から,モデルバーナではバーナ出口においてすでに強い負圧領域が生じていることが分かった.一方,空間・時間2次精度の陰解法を用いたLESで気体水素燃料を用いたスワール火炎の数値シミュレーションを行い,実験で得られた結果のうち(1),(2),(3)を定性的にシミュレートできた.

さらに,実験において乱流的なふるまいがみられたケースにおいて計算では層流的な解となってしまったため,計算スキームを空間4次精度に高次精度化するとともに,低散逸の特性フィルタを適用するという変更をほどこしたところ,従来の計算スキームでは捉えることのできなかった微小な渦構造を捉えることに成功した(未発表).
ゲル内での層状複水酸化物合成による新規アニオン吸着剤の開発

固液分離性の向上と1価の陰イオン、特に硝酸イオンへの選択性向上を目指して、高分子ヒドロゲル内で陰イオン交換体である層状複水酸化物(LDH)を合成した。LDHのアガロースゲル内での合成に成功し、組成を適切に調整すればゲル内合成LDHの複合体でも硝酸イオンへの選択性が高いものが得られた。さらに、アガロースゲル以外のゲルを用いた複合体やポーラスな基材を組み込んだ複合体の合成も可能であることを確認した。高分子ヒドロゲル内での層状複水酸化物(LDH)の合成を行った。ゲルとしてはアガロースゲルを用いた。吸着能力を評価する前に、ゲル内でのLDH生成の均一性を検証した。アガロース1wt%で調整したアガロースゲルを、MgとAlの塩化物塩水溶液(Mg+Alが1又は2M)に十分に浸した後、水酸化ナトリウム水溶液(1又は2M)に浸してLDHをゲル内に生成させた。アガロースゲルの大きさは1辺3mmと10mmの立方体を用いて比較した。得られたゲル複合体を、数回水に浸すことを繰り返して、内部の余計な塩とゲル外に生じた生成物を取り除いた。110°Cで乾燥させる前後の重量から固形分を求めた。1辺10mmの立方体で、外周部と中心部に分けて固形分を測った結果、LDHはゲルの表面近傍でより多く生成していることが明らかになった。一方、1辺3mmの立方体ゲルを用いてゲル複合体を作製し、当重量ずつ取り分けて固形分のばらつきを測った。この場合、取り分けたサンプル間でのばらつきは殆どなかった。以後、吸着能力比較のためのゲル複合体作製は1辺3mmの立方体ゲルを用いて行うこととした。陰イオン吸着能力は、合成した複合体ゲルを洗浄後、110°Cで乾燥させたものを用いて評価した。硫酸イオン単独、硝酸イオン単独あるいは硫酸イオンと硝酸イオンを混ぜた溶液で吸着能力を評価した。沈殿剤として水酸化ナトリウム、アンモニア、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタンの3つを用いた。生成物中のMg/Al比が沈殿剤によって異なるため、単純な比較は難しいが、アンモニア水で沈殿生成させたサンプルは比較的良好な吸着性能を示し、粉体LDHとの比較においても、吸着に寄与しないアガロースの分が単位重量当たりの吸着量では不利になるにもかかわらず、粉体LDHとも同等レベルの性能を示していた。当初の計画に沿い、粉体LDHと性能を比較しながらゲル複合体の陰イオン吸着能力の評価を行った。溶液の濃度、沈殿剤となるアルカリ溶液の検討を行った。ゲル形状の効果をみるため、大きさの異なるゲルを用いる、あるいはゲルの部位によっての差をみるなどの検討も行った。これはゲル内でのLDH生成の均一性に関わる重要な事項であったので、時間を割いて検討した。また、複合体の乾燥・保存方法を当初は予定していたが、2年目の計画である吸着性能を低化させる要因の1つである炭酸イオンの混入対策とも関わってくるため、効率的に実験を行うため、2年目に炭酸イオンの混入対策として行うことにした。以上の通り、当初の計画に沿って順調に進展している。1価陰イオンへの選択性向上については、単純化させて分かりやすくするため、ゲルと層状複水酸化物(LDH)を複合させてのサンプルは用いず、粉体でのLDHを合成して検討を行った。LDH結晶の微細化による1価陰イオンへのイオン選択性の変化が報告されていたことから、室温での共沈のみによって合成したLDHと、共沈後さらに水熱育成して結晶成長を施したLDHを作製して吸着挙動の差を検討した。また、本検討ではMg-Al系LDHを用いたが、硝酸イオンについてはLDHの組成変化による影響も文献において示唆されていることから、Mg/Al比を変えての検討も行った。硝酸イオン、硫酸イオン及びフッ化物イオンを用いた吸着で陰イオン間の選択性がどの因子によって影響されるのかを探った。検討の結果、本検討の共沈サンプルと水熱育成サンプルでの結晶性の差においては、結晶性よりはMg/Al比が陰イオンの選択性に与える影響が大きいことが示唆された。さらに、Mg-Al系LDH結晶末端では、水酸化マグネシウムと水酸化アルミニウム単体の性質も影響があると考え、それぞれの単一金属水酸化物を共沈によって合成し、陰イオンの吸着挙動を測定し比較した。しかし、特にLDHの上記陰イオン選択性の変化との関連性は見いだせなかった。粉体LDHでの挙動がゲル複合体ではどうなるかを検証するため、高分子ヒドロゲル内でのLDHの合成を行い、乾燥させてから吸着実験に供した。昨年度同様、ゲルとしてはアガロースゲルを用いた。仕込み比でMg/Al=3、4.5、6で検討したところ、粉体LDHと同様の傾向が見られた。また、含水量が多いサンプルでは乾燥の過程で空気中炭酸ガス由来の炭酸イオン混入が起こるため陰イオン吸着量の減少が懸念される。本検討の複合体でも、乾燥法を真空乾燥と風乾で比較すると風乾ではイオン吸着量の減少が起きた。当初の計画に沿い、1価陰イオンへの選択性向上のメカニズム検討を行った。検討項目に入れていた粒子径の効果や単一金属水酸化物由来の効果は、本検討条件下では小さかったが、組成比(Mg/Al)の影響が大きいことを確認し、メカニズム検討は予定通り終了した。

上記検討は粉体サンプルを用いて行ったが、ゲル複合体でも同様な結果が示されることを確認した。炭酸イオン混入対策検討も本年度の項目としていた。対策としては弱酸での処理も考えられたが、Mg/Al比に影響を与えてしまうため、乾燥法での対処を検討した。以上、予想と結果の相違に伴い、若干の計画修正はあったが、大筋で計画通りに進展しているため「おおむね順調に進展している」とした。ゲル中でLDHを合成した複合物でも、粉体LDHでの結果同様、Mg/Al比によって陰イオン選択性が変化することを昨年度において確認していた。昨年度は、ゲル複合物作製のための沈殿剤は水酸化ナトリウム水溶液のみであったが、今年度は、2種類の沈殿剤(水酸化ナトリウム水溶液とアンモニア水溶液)を用いて合成を行った。Mg/Al比を2から5の範囲で変化させて生成物の比較を系統的に行った結果、水酸化ナトリウム水溶液では、多少のずれはあっても仕込み比に応じて、生成物中のMg/Al比が変化したが、アンモニア水溶液では仕込みのMg/Al比を2から5に変化させても、生成物では1.85-2.76とMg/Al比の変化が小さいものしか得られなかった。そのため、沈殿剤に水酸化ナトリウム水溶液を用いたときほどには明瞭な陰イオン選択性の変化を示さなかった。従って、Mg/Al比を変化させて陰イオン選択性を変化させる目的においては、沈殿剤には水酸化ナトリウム水溶液を用いるほうがよいことが分かった。また、複合体の合成及び乾燥過程で混入した炭酸イオンは、LDHにおいて選択性が高いので、吸着性能を実質的に低下させる。そこで、塩酸をエチルアルコールで希釈した液に複合体を浸して脱炭酸処理を行った。若干の効果はみられたが、吸着性能を大きく改善するには至らなかった。結局、乾燥での影響も評価したところ、速やかに乾燥させて保管するほうが、炭酸イオン混入対策では有効であることが示唆された。最後に、アガロースゲル以外の高分子ゲルおよび基材を用いた複合材合成への展開の検討では、アルギン酸ゲルやκ-カラギーナンゲル中でもLDH作製が可能であることを実証した。さらに、ポーラスな基材であるポリウレタンフォームの中にアガロースゲルを入れ、そのアガロースゲル中でLDH合成を行い、この複合体も吸着剤として使用可能であることを実証した。固液分離性の向上と1価の陰イオン、特に硝酸イオンへの選択性向上を目指して、高分子ヒドロゲル内で陰イオン交換体である層状複水酸化物(LDH)を合成した。LDHのアガロースゲル内での合成に成功し、組成を適切に調整すればゲル内合成LDHの複合体でも硝酸イオンへの選択性が高いものが得られた。さらに、アガロースゲル以外のゲルを用いた複合体やポーラスな基材を組み込んだ複合体の合成も可能であることを確認した。当初の計画に沿い、平成28年度は(1)ゲル内でのLDH合成条件探索の追加・継続と(2)1価陰イオンへの選択性向上のメカニズム解明を行う。(2)で明らかになった知見を用いて(1)の合成条件の改良を行う。また、(1)では吸着性能を低化させる要因となる炭酸イオン混入の対策も検討する。平成29年度は、(3)複合材合成検討およびイオン選択性メカニズム解明の追加・継続と(4)他の高分子ゲルおよび基材を用いた複合材合成への展開を行う。(3)は平成28年度から継続して、さらなる改良を続ける。(4)については応用範囲を広げるため、多様な展開を図る。
鉄を含む複合硫化物の電磁気的性質と電子構造の研究

La_2Fe_2S_5良質試料の合成を検討した。合成方法は次であり、主に溶融および焼結温度の影響を研究した。(1)出発原料はLa_2S_3およびFeSとした。これらをLa_2Fe_2S_5組成に坪量しめのう乳鉢で混合。(2)混合粉を油拡散ポンプにより10^<-4>Torr以下に排気した石英ガラス管中に封入。(3)電気炉を用いて8001200°Cで焼結および溶融。(3)の溶融および焼結操作では1100°C以上で溶解し、La_2Fe_2S_5相とLaFeS_<3-δ>相および未同定相が生成した。1100°C未満では、複雑なX線回折パターンを持つ未同定相が生成し、La_2Fe_2S_5相は得られなかった。1100,1125,1150,1175および1200°Cの各温度で溶融し、その温度からの急冷および徐冷を行ったが、La_2Fe_2S_5相の単相は得られなかった。また、原料中の硫黄を化学量論組成より1%,2%および5%過剰に添加した原料を出発として同様の操作を行ったが、単相は得られなかった。粉末X線回折図形より、目的物質であるLa_2Fe_2S_5相が最も多く生成した条件は次であった。硫黄過剰添加量1%,1200°C,4h溶融後室温まで急冷。この操作で得られた試料について、4端子法による直流電気伝導度および熱起電力を測定した。室温での伝導度は2.4×10^<-2>Scm^<-1>であり、その温度依存性は半導体的であった。伝導の活性化エネルギーは約0.2eVであった。熱起電力の符号が正であったことから、この物質はp型の半導体であることがわかった。これらのことをまとめて、La_2Fe_2S_5の電子構造は、伝導帯底部を構成するFe3d軌道よりも価電子帯上部を構成するS3p軌道の逆格子空間における分散が大きいと考察した。
放線菌代謝ロジックに基づく有用物質生産基盤の構築と未知生合成遺伝子の機能解明

放線菌Streptomyces reveromyceticusの中心代謝経路の解析データを収集することによって、培養後期に駆動する一次代謝酵素遺伝子のプロモーターを見出し、テルペノイド生産システム構築に活用する。また、バイパス酵素を用いた生合成基質の再合成系構築、テルペノイド特異的トランスポーター開発によって生産性向上を図り、未知遺伝子の機能解明及び新規化合物生産に適応できる高度な生合成プラットフォームを構築する。
Caged化合物を用いた時分割電子顕微鏡法のための急速凍結装置の開発

ケージド化合物を含んだ試料に近紫外光をあてて、ある物質の濃度を急上昇させ、その直後の時間に試料を急速凍結する方法、および装置の開発に取り組み、成功した。この装置では、光源から発せられたパルス状の近紫外光は、ライトガイドを通って試料棒の先端に導かれ、鏡で反射して試料に照射される。試料棒は自由落下で、その位置は光学的にモニターされており、光照射と凍結のタイミングを自由に設定でき、記録出来る。また、凍結の速度も毎回測定できる。本研究中には、この機械をさらに操作性の良いものとするために多くの手を加えてきた。例えば、鏡で反射させる方式をやめ、ライトガイドの先端そのものを試料台にすることにより、光照射の直後から凍結できるようにもした。又、光源の強度、フィルターの選択、レンズのコーティング等の詳細な検討も加え、ケージド化合物の分解効率をさらに高めた。具体的には、caged ATPを含む、HMM-アクチン複合体をこのシステムを用いて凍らすことにより、ATP濃度上昇後にどのようにHMMが挙動するかを、ミリ秒の分解能のコマ撮り写真として追跡することに成功した。この成功により、筋収縮の分子機構の理解が大きく進展した。また、我々が、本研究によって完成することに成功した、時分割電顕観察法が、大変将来性のある方法であることも証明された。さらに、種々のケージド化合物と種々の実験材料の組合せで凍結を行いつつ有り、興味深い結果が続々と得られつつある。初年度の目的であるケージド化合物を用いた凍結システムが完成したので、さらに、このシステムの評価も兼ねて、2種類の実験を行った。第一の実験は、ATP非存在下でアクチンフィラメントにフルデコレーションしたミオシンサブフラグメント1(Sl)が、ATP濃度の急激な上昇に伴い、どのようにしてアクチンフィラメントから離れていくかを追跡しようというものである。ケージドATP存在下でSlのアクチンフィラメントへの結合様式があまり変わらないのを確認したのち、このようなサンプルに光を照射し、その後の変化をディープエッチングレプリカ像のコマ取り写真として解析した。その結果、Slが光照射後15ミリ秒あたりからアクチンフィラメントから離脱しはじめ、その結合様式を大きく変えていく様子を初めて捉えることに成功した。得られた像が持つ意味を正確に理解するためには、まだ、多くの実験を進めなくてはならないと思われるが、少なくともこの実験によって、我々の開発したシステムにより、滑り運動系における蛋白質相互作用をきわめて高時間分解能の電子顕微鏡像として追跡できるという確信が得られた。第二の実験は、無負荷の状態で最高速度で収縮している瞬間の単離筋原線維を急速凍結し、そのクロスブリッジの様子を観察しようとするものである。この収縮は極めて短時間で終わってしまうため、ケージド化合物のシステムを用いる必要がある。現在、光照射後最大収縮速度で短縮中の筋原線維の急速凍結に成功し、そのディープエッチングレプリカ像を得つつある。このような方法により得られる像が筋収縮の分子機構を考えるうえで重要な情報を与えてくれるものと期待出来る。以上、我々が開発したケージド化合物を利用した急速凍結システムは、ほぼ完成しており、このシステムがきわめて強力な研究手段となりうることが証明された。初年度に装置の大半は完成し、目的通りに作動することが明らかとなったので、最終年度は、初年度に実用化した装置の最終調整を行うと同時に、種々の試料を用いて、システムがうまく動くかどうかを詳細に検討した。その結果は、充分に満足のいくものであった。1.cagedカルシウムを含むグリセリン筋を用いて、弛緩から収縮への移行過程を追うことに成功した。2.cagedADPを含む血小板を用いて、ADP刺激後の構造変化を追うことに成功した。3.cagedIP3を含むプルキンエ細胞を用いて、IP3レセプターを持つ小胞の構造変化を追うことに成功した。