hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
電気化学的イメージングによる家畜生殖細胞の機能評価と応用

2.呼吸測定の有効性および安全性の検討:ウシ卵子の成熟培養前後における活性型ミトコンドリアの局在を調べた結果、未成熟卵子ではミトコンドリアの多くは卵子表層に局在していたが、成熟培養後の卵子ではミトコンドリアは核の周囲への集中が観察された。3.呼吸測定システムの開発:走査型電気化学顕微鏡と、本研究により開発した高感度微小電極、測定専用液、測定専用プレートを組み合わせた「受精卵呼吸測定システム」を構築することができた。本研究では、電気化学的計測技術を応用した家畜生殖細胞の呼吸量計測法を確立し、これを応用した家畜生殖細胞機能評価システムの開発を目的とした。本年度は、走査型電気化学顕微鏡を用いてウシ・ブタの卵子・胚の呼吸量測定を行い、家畜生殖細胞機能評価システムの基盤構築のためのデータ収集と胚移植試験を中心に行い、電気化学的イメージング技術を応用した呼吸測定の有効性と安全性の検証を行った。その結果、以下の研究成果が得られた。1.生殖細胞機能評価システムの開発:卵成熟過程において呼吸量とATP含量が多い卵子は高い成熟能を示すことから、家畜卵子では卵子の品質とミトコンドリア呼吸機能が密接に関連していることが明らかになった。2.呼吸測定の有効性および安全性の検討:胚発生過程において呼吸量の増加とミトコンドリアの発達が一致したことから、走査型電気化学顕微鏡によるミトコンドリア呼吸機能解析の有効性が示された。呼吸測定したウシ胚の培養試験及び移植試験の結果、走査型電気化学顕微鏡を用いた呼吸測定は非侵襲的計測技術であり、品質良好胚の選別に有効であることが示された。3.呼吸測定システムの開発:胚培養液を基本成分とする呼吸測定液、複数試料の呼吸測定を可能とする多検体プレートの開発に成功した。走査型電気化学顕微鏡をベースに、各要素技術をシステム化した家畜生殖細胞呼吸測定装置を開発した。
「両利き」組織における経営成果の創出プロセスに関する経時分析

本研究の主な目的とは、既存の経営資源の深化を追求する「活用型」の組織能力と、新たな経営資源の探索と創造を追求する「探索型」の組織能力に焦点を合わせ、これらの組織能力がいかにして経営成果を創出するのか、中長期的なタイムスパンを前提とした経時分析を行うことである。分析結果として、第一に、活用と探索には自己強化的に組織の慣性力が作用すること、第二に、外部環境変化の状態に関わらず、活用が経営成果を促進する一方で、探索は経営成果と有意な負の相関を示すことが確認された。2003年から2013年にかけて実施されてきた「働きやすい会社調査」の調査項目と回答データを精査し、活用的な組織能力の構築を促す人事制度や組織マネジメントについての調査項目と、探索的な組織能力の構築を促すそれらに関する調査項目を抽出することにより、過去の回答データから、当時の組織における活用能力と探索能力を企業ごとに定量化した。また、組織における活用応力と探索能力を客観的に測定するための新たな指標開発に取り組んだ。具体的には、組織の活用能力と探索能力を指標化するにあたり、それらの能力測定を調査対象者の主観や認識に依らずに、客観的に確認できるデータに基づく指標化に取り組んだ。なお、活用および探索の組織能力を客観的に測定するための指標を開発するにあたっては、関連する先行研究の文献レビューを網羅的に行った。文献レビューの対象分野としては、組織能力の戦略的の構築プロセス、組織学習、組織の両利き経営、企業ブランドの組織的な構築プロセス、働きやすさを促進する組織マネジメントと人的資源施策などに関する最近の文献を中心に、網羅的な文献レビューを実施した。また、上記の指標開発に当たっては、活用的あるいは探索的な組織能力の構築に向けた企業の取り組み事例をについて、質的な調査を並行して行った。くわえて、この新たに開発された指標を用いて、「働きやすい会社調査」で調査対象の企業のなかからサンプル抽出した企業の活用能力と探索能力を年単位で定量化した。平成27年度は主にゲームソフト開発産業を対象として、その産業に属している企業別の活用能力と探索能力を分析し測定した。具体的には、1990年代から2010年代までの約20年間にわたる企業業績(製品ジャンルや売り上げなど)の時系列データを収集し、そのデータをもとに各企業における活用能力と探索能力を年別に分析し測定した。さらに、それらの組織能力が組織のパフォーマンスに及ぼす影響について時系列分析を行った。時系列分析モデルでは、過去の探索や活用が現在の探索や活用にいかなる影響を及ぼし、それらが現在の企業パフォーマンスにいかなる影響を及ぼすかについて定量的な分析を行った。分析の結果として、企業における過去および現在の探索および活用の取り組みが、企業パフォーマンスに及ぼす影響について、統計的に有意な結果を得ることができた。あわせて、関連する先行研究の文献レビューを並行して行った。文献レビューの対象分野としては、組織能力の戦略的な構築プロセス、組織学習、組織の両利き経営などに関する近年の代表的な研究成果を中心に文献レビューを行った。さらに、活用的あるいは探索的な組織能力の構築に向けた企業の取り組み事例について聞き取り調査を並行して行うことで、上記の分析モデルを構築し、検証すべき仮説の構築を行った。企業活動における探索と活用の度合いを定量的に分析し測定することができたため。また、企業活動における探索と活用が企業パフォーマンスに及ぼす影響について時系列分析を行い、統計的に有意な影響を確認することができたため。くわえて、研究テーマに関連する先行研究の文献レビューを網羅的に実施できたため。ゲームソフト開発産業を調査対象として、その産業に属す諸企業のソフト開発における活用能力と探索能力を定義し定量的に測定した。具体的には、1990年代から2010年代までの約20年間にわたる企業業績の時系列データをもとに、各企業のソフト開発における活用能力と探索能力を年別に算出した。さらに、それらの能力が企業の経営成果に及ぼす影響について時系列分析を行った。時系列分析モデルでは、過去の活用能力の高さがその後の活用能力を促進し、同時に過去の探索能力の高さがその後の探索能力を促進すること、他方で、過去の探索能力の高さがその後の活用能力を阻害することが定量的に明らかにできた。また、そのような傾向は、とりわけ市場の不確実性が低い安定的な経営環境下で助長されることがわかった。活用能力と探索能力が企業の経営成果にもたらす影響については、安定的な経営環境下では、企業が既存の経営資源の活用を過去に促進してきたことが、現在の経営成果に正の有意な影響をもたらす反面、過去の探索的な取り組みは、現在の経営成果に僅かながら負の有意な影響をもたらすことがわかった。他方、流動的な経営環境の下では、過去の探索的な取り組みがその後の活用的な取り組みを促進するものの、それが現在の経営成果には必ずしも繋がらないことを統計的に明らかにできた。本研究の意義として、経営環境の不確実性の程度に応じて、企業の活用能力と探索能力が経営成果に対して経時的にもたらす影響を明らかにできたことがある。とりわけ、不確実性の高い経営環境下では、過去の探索的な取り組みが現在の活用的な取り組みを促進するという「時系列上における企業の両利き能力」を測定できたことは理論的な貢献と言える。他方、その能力が経営成果に及ぼす影響について、本研究では有意な結果を得られなかった点は今後に残された課題であるといえよう。

本研究の主な目的とは、既存の経営資源の深化を追求する「活用型」の組織能力と、新たな経営資源の探索と創造を追求する「探索型」の組織能力に焦点を合わせ、これらの組織能力がいかにして経営成果を創出するのか、中長期的なタイムスパンを前提とした経時分析を行うことである。分析結果として、第一に、活用と探索には自己強化的に組織の慣性力が作用すること、第二に、外部環境変化の状態に関わらず、活用が経営成果を促進する一方で、探索は経営成果と有意な負の相関を示すことが確認された。研究テーマに関連する研究領域の先行研究の網羅的な文献レビューを実施できたため。また、企業活動における探索と活用の度合いを定量化するためのモデルを構築できたため。くわえて、上記のモデルに投入する企業活動のデータを収集し、実際の企業活動における探索と活用の度合いを定量化することができたため。今後は、ゲームソフト開発産業に属する企業に対する聞き取り調査を進め、定量的な分析で得られた知見の妥当性について質的な検証を行う。また、企業活動における探索と活用が企業パフォーマンスに及ぼす影響について、その影響プロセスが外部環境の不確実性からいかなる影響を受けるかについて、定量的な分析を進めることとする。経営学今後は、企業活動における探索と活用が、外部環境の変化などの経時的なプロセスを通じて、どのように展開されるのか、また両者の組み合わせがどのように企業業績につながるのかについて、定量的なアプローチに基づく時系列分析を進める。また、調査対象の企業への聞き取り調査などを進めることで、定性的な分析も並行して進めることとする。
循環とエクセルギー地産地消を可能にするバイオマス活用の研究

まず、都市型の木質バイオマス熱供給の国内初事例である東京都立大井ふ頭中央海浜公園を対象にして、剪定枝利用熱供給と物質循環についてエントロピー・エクセルギー解析を行なった。その結果、以下のことが明らかになった。1)木質バイオマス循環は自然がもつ水循環との入れ子構造により成立している。2)ガスボイラー使用の場合より物エントロピー廃棄量が13.5%に、総エントロピー廃棄量が35.3%に縮小されている。3)トラックを用いたサイト内のバイオマス輸送によるエクセルギー消費は0.3GJ/yearで、タンカーによるLNG海上輸送の0.6%になる。また剪定枝バイオマスがLNGに代替することによりボイラーでのLNGのエクセルギー消費を30%に抑えている。剪定枝利用のサイト内熱供給はエクセルギーの地産地消費を実現している。次に、1haのスギ林地による建築用材利用・木質燃料活用からなる木質バイオマス循環についてエントロピー解析を行なった結果、以下のことが明らかになった。1)林地の光合成における物質収支と同量の物質収支となる木質燃料燃焼のサブシステムを含む木質バイオマス循環モデルを仮定することにより、木質バイオマス循環を熱力学的物質循環の解析対象として扱えるようにした。木質バイオマス循環の作動物質の中で、木質バイオマスがもつエントロピーは非常に小さく、拡散性が期待される燃料として活用されることにより光合成原料を大気に供給し、木質バイオマス循環の形成を可能にしている。2)管理状態「荒廃」の場合、林地における木質バイオマスの絶対エントロピーとしての蓄積量が0.222GJ/Kになる。管理状態の悪い林地では、ある値以上の絶対エントロピーの蓄積になっている。また、次年度以降に備えて、中国東北地方の住宅における伝統的バイオマス暖房システム「カン」の利用について現地実測調査を行なった。研究計画の中で掲げた研究項目は、1木材と鉄・セメントの生産・運用・廃棄に関するエントロピー解析、2各種エクセルギーの貯蔵・生成・消費の特性に着目した木質バイオマスの建材利用と熱利用の評価、の二つである。このうち1については、木質バイオマス循環を熱力学における作動物質の循環として扱う方法を確立し、そのことに基づき木質バイオマス循環に伴うエントロピー流を解析できるようになった。また、部分的ではあるが、鉄資源の利用に伴うエントロピー変化と木質バイオマスにおけるそれとの比較も行なうことができた。そのため、研究項目1で残る研究課題は、バイオマス循環の熱力学的成立の導出となる。これについては循環を構成するサブシステム単位では、循環の成立条件が林地サブシステムについて見いだされつつある。研究項目2については、木質バイオマスの利活用に伴う「地産地消」について、都市型の木質バイオマス熱供給の国内初事例である東京都立大井ふ頭中央海浜公園を対象にして「エクセルギーの地産地消費」が確かに実現されていることを定量的に、かつ、明示的にとらえることができた。また、そのなかで適正需要指向型のデザインが資源需要端に留まらず、遡って資源供給側のサブシステム不要なエクセルギー消費を回避することや、システム全体のエクセルギー消費を最適化する大きな手段になることが明らかになった。なお、研究項目1で残る研究課題は、地域エクセルギーの輸送・貯蔵に関する検討である。以上から初年度の研究で計画した研究課題のかなりの部分を解明しつつあるので、おおむね順調に研究活動が進展していると自己評価した。研究計画の中で掲げた研究項目1木材と鉄・セメントの生産・運用・廃棄に関するエントロピー解析は、熱力学的に見たバイオマス循環の成立条件を導出するための課題である。そのため、初年度の成果に基づきバイオマス循環も閉鎖循環モデルとしてエントロピー流が計算できるようになったことから、循環システム全体とサブシステムのそれぞれについて、例えば、活動状態の良し悪しのレベルを設定し、それに伴う物質流・エネルギー流のデータからエントロピー流を算出すれば、バイオマス循環の熱力学的な成立条件を定量的に把握できるようになると予想する。すでに林地サブシステムについて管理状態別のエントロピー収支や木質バイオマス循環の作動物質におけるエントロピー変化を比較したが、さらに、バイオマス循環の有無ではなく、その状態の良し悪しに関する定量的観察結果を見出し、それとエントロピー流との対応関係について考察を進めるようにする。研究項目2各種エクセルギーの貯蔵・生成・消費の特性に着目した木質バイオマスの建材利用と熱利用の評価については、初年度の成果として、エクセルギー概念により地域資源の地域における「生成(収穫)」と「消費」とが定量的に、かつ、明示的に扱えるようになったので、これに基づき、さらなる応用発展を検討する。具体的には、日本のような先進国だけでなく、バイオマスを未だ伝統的に活用している開発途上国を対象にして、エクセルギーの地産地消の観点から望ましい方向性について、異なるシステム間でバイオマス熱利用についてエクセルギー消費過程を比較する。エクセルギー解析には、昨年度実施した中国東北地方の住宅における伝統的バイオマス暖房システム「カン」の利用に関する現地実測調査のデータに基づき行ない、エクセルギーの輸送手段が異なるシステムを設定する。

2)ガスボイラー使用の場合より物エントロピー廃棄量が13.5%に、総エントロピー廃棄量が35.3%に縮小されている。3)トラックを用いたサイト内のバイオマス輸送によるエクセルギー消費は0.3GJ/yearで、タンカーによるLNG海上輸送の0.6%になる。また剪定枝バイオマスがLNGに代替することによりボイラーでのLNGのエクセルギー消費を30%に抑えている。剪定枝利用のサイト内熱供給はエクセルギーの地産地消費を実現している。次に、1haのスギ林地による建築用材利用・木質燃料活用からなる木質バイオマス循環についてエントロピー解析を行なった結果、以下のことが明らかになった。1)林地の光合成における物質収支と同量の物質収支となる木質燃料燃焼のサブシステムを含む木質バイオマス循環モデルを仮定することにより、木質バイオマス循環を熱力学的物質循環の解析対象として扱えるようにした。木質バイオマス循環の作動物質の中で、木質バイオマスがもつエントロピーは非常に小さく、拡散性が期待される燃料として活用されることにより光合成原料を大気に供給し、木質バイオマス循環の形成を可能にしている。2)管理状態「荒廃」の場合、林地における木質バイオマスの絶対エントロピーとしての蓄積量が0.222GJ/Kになる。管理状態の悪い林地では、ある値以上の絶対エントロピーの蓄積になっている。また、次年度以降に備えて、中国東北地方の住宅における伝統的バイオマス暖房システム「カン」の利用について現地実測調査を行なった。研究計画の中で掲げた研究項目は、1木材と鉄・セメントの生産・運用・廃棄に関するエントロピー解析、2各種エクセルギーの貯蔵・生成・消費の特性に着目した木質バイオマスの建材利用と熱利用の評価、の二つである。このうち1については、木質バイオマス循環を熱力学における作動物質の循環として扱う方法を確立し、そのことに基づき木質バイオマス循環に伴うエントロピー流を解析できるようになった。また、部分的ではあるが、鉄資源の利用に伴うエントロピー変化と木質バイオマスにおけるそれとの比較も行なうことができた。そのため、研究項目1で残る研究課題は、バイオマス循環の熱力学的成立の導出となる。これについては循環を構成するサブシステム単位では、循環の成立条件が林地サブシステムについて見いだされつつある。研究項目2については、木質バイオマスの利活用に伴う「地産地消」について、都市型の木質バイオマス熱供給の国内初事例である東京都立大井ふ頭中央海浜公園を対象にして「エクセルギーの地産地消費」が確かに実現されていることを定量的に、かつ、明示的にとらえることができた。また、そのなかで適正需要指向型のデザインが資源需要端に留まらず、遡って資源供給側のサブシステム不要なエクセルギー消費を回避することや、システム全体のエクセルギー消費を最適化する大きな手段になることが明らかになった。なお、研究項目1で残る研究課題は、地域エクセルギーの輸送・貯蔵に関する検討である。以上から初年度の研究で計画した研究課題のかなりの部分を解明しつつあるので、おおむね順調に研究活動が進展していると自己評価した。研究計画の中で掲げた研究項目
大規模レイトレイシングによる宇宙プラズマ波動エネルギ-の広領域空空間構造の研究

本研究課題は、レイトレイシングの技術を応用して、宇宙プラズマ特に地球周辺プラズマ中の波動の伝搬特性を研究する事を目的としている。この目的に使用できるレイトレイシングの手法については、当研究室が世界的にも最も進んだ研究開発を行ってきており、1989年に打ち上げられた科学衛星EXOSーD(Akebono)による各種のプラズマ波動、たとえばVLE、ELF波動の観測結果を解釈するうえで、最も有効な武器となった。またこれを利用して、地球磁気圏内のプラズマ密度のモデル作成を行った。3年間の研究成果の要点は下記の通りである。1.これまで大型計算機上で用いたVLF、およびELF波動のレイトレイシング計算プログラムをワ-クステ-ションに移植し、また同時に計算結果を最適な形で表示するためのグラフィックル-チン、およびハ-ドコピ-作成ル-チンを完成させた。2.あけぼの衛星のVLE波動観測結果に対する応用は次の2点である。(a)VLE領域の観測では、得られた電界、磁界成分から、伝搬ベクトル方向を決定する手法を開発しオメガ局信号(10.2kHz)の磁気圏内での伝搬ベクトル方向の測定を広領域で連続的に行った。一方レイトレイシングにより伝搬通路と、伝搬ベクトル方向の予測を行った。ホイスラモ-ド電波の通路は磁気圏中のプラズマ空間分布に依存するので、衛星軌道上で測定された電子密度と矛盾しない磁気圏内のプラズマ分布モデルを作る方法を開発し、その結果得られた分布によりレイトレイシングを行い、観測により求められた伝搬ベクトル方向とよく一致することを確認した。(b)ELF帯の領域では、磁気赤道付近でのみ存在する電磁波放射が、あけぼの衛星で初めて発見されたこの波動は、観測点でのヘリウム、酸素イオンのサイクロトロン周波数と密接に関係しており、イオンサイクロトン波であるという解釈のもとに、赤道域に電磁波のエネルギ-源があるとしてレイトレイシンを行い、この解釈が観測で得られた諸性質と矛盾しない事を明らかにした。大型計算機を用いた大規模レイトレイシングの開発・実行・解析に関しては、複数のプラズマ成分から構成されるホットプラズマ中において、ロスコーン分布などによる不安定性に伴う増幅率が伝搬路の計算と同時に行えるようなレイトレイシングプログラムが開発された。その応用としては、磁気赤道域で観測されるTerrestrial Myriametric Radiationと呼ばれる電磁波動の発生機構として考えられる静電波からLーOへのモード変換を調べるため、電波の窓からの非常に多くの伝搬路の計算を行い、その伝搬路の局在性や増幅率に関して新たな知見を得た。また、イオンの関与するモードのコールド及びホットプラズマ中の3次元レイトレイシングのプログラムを完成させた。VLF領域では従来同一磁気子午面の近傍においてのみ伝搬すると考えられていたホイッスラー波に関して、磁気赤道上を出発点とする多数本の伝搬路の計算を行い経度方向に大きく伝搬するような伝搬路が存在することを確認し、また衛星間実験で地上1000km付近から放射された電波が磁気圏中をどの程度経度的に広がりを持って伝搬するかについても確認できた。大型計算機で計算された結果および対照すべき科学衛星データとを有機的に結合して、観測された波動現象の伝搬ベクトル方向と計算値とを対応づけるワークステーションを含むイーサーネットワーク(LAN)の今年度予定分が完成した。またこのシステムにより汎用的なグラフィックソフトウェアの開発や大型計算機上で作成した図形データをワークステーション上で再生するためのソフトウェアの開発も予定通りほぼ完成した。

一方磁気圏中のエネルギーの流入過程を調べることを目的とした科学衛星EXOS-D(あけぼの)が平成元年2月22日に打ち上げられたので次年度には上記のシステムを有効に生かして、特にその波動データを解析し、本研究の目的を十分に達成していく予定である。本研究課題は、地球磁気圏内のVLF波動の伝搬通路を解析する手段として、当研究室で開発してきたレイトレイシングの計算手法を衛星で観測される波動デ-タの解釈に利用することである。レイトレイシングのプログラムソフトを衛星で観測される各種波動現象のデ-タを対象に利用するためには、手軽に磁気圏のプラズマのモデルを変え、電波の初期条件を自由に選んでレイトレイシングし、その結果を画面上に出し、またそのグラフィックのハ-ドコピ-がすぐ取れるシステムを開発する必要があるが、この開発をほぼ完成させることができた。次に解析の対象とする科学衛星EXOSーD(平成元年2月打ち上げ)のデ-タは、VLF波動のダイナミックスペクトルを与えるアナログデ-タと、その他の観測デ-タを含むPCMデ-タがあり、特にアナログデ-タについてはまず計算機により周波数分析してその結果をグラフィックに表示、またハ-ドコピ-を得るソフト、およびPCMデ-タからVLF波動の伝搬ベクトル方向を計算するソフトが完成した。これらのソフトを用いて、地上VLFオメガ局信号の磁気圏プラズマ中の伝搬特性を明らかにするべく、オ-ストラリア、ノ-スダコタ局信号の信号強度の磁気圏空間分布を求めた。またこれらオメガ局信号の伝搬ベクトル方向の解析を行い、レイトレイシングによる計算結果との比較を行った。また波動一粒子相互作用に関連して、オメガ信号から励起されたトリガ-ド放射の例が平成元年3月4月の衛星軌道で多数発見された。これらの現象は元の信号の波頭から400ms程度遅れて始まるが、それ以後の振幅、位相の変化の特性を明らかにすること出来た。このデ-タはVLFトリガ-ド放射現象の発生機構を理解する上で重要なヒントを与えるものである。本研究課題は、これまでから当研究室で開発してきた地球磁気圏プラズマ中の電波の伝搬路を計算するレイトレイシング技術を更に発展させ、その応用として、1989年に打ち上げられた科学衛星あけぼので観測されたVLF、ELF波動現象の解釈、並びにこれを利用した地球磁気圏内のプラズマ密度のモデル作成を目的とした。成果の要点は以下の通りである。1.VLF(ホイスラ-モ-ド)、およびELF(イオンサイクロトロンモ-ド)波動のレイトレイシング計算プログラムをワ-クステ-ションに移植し、同時にグラフィックル-チンを完成させて、種々の目的に応じて最も適当な表現で計算結果を表示し、ハ-ドコピ-を作成させるシステムを完成した。2.あけぼの衛星のVLF波動観測結果に対する応用は次の2点である。(a)ホイスラ-モ-ドのVLF観測では、特に電波航法用のオメガ局信号(10.2kHz)の磁気圏内での電磁界強度の空間分布、伝搬ベクトル方向の測定を広領域で連続的に行っているので、前記のレイトレイシングによる理論的な計算結果との比較が容易に行えた。
慢性心不全の筋微小循環とミトコンドリア機能を改善する次世代ハイブリッド磁気の開発

本研究は心不全で惹起される骨格筋の機能低下に対するパルス磁気刺激の効果を検証することを目的にしている。磁気刺激は従来の電気刺激に比較して非疼痛性や照射の簡易性等の利点が多い。そこで、磁気の特性を活用して、心不全の骨格筋の微小循環とミトコンドリア機能障害に対する効果を検証した。2018年度は心不全モデル動物の作製と筋萎縮の予防的な観点から磁気刺激の効果を検討し、さらに磁気刺激の効果を増強させるための筋伸長装置の製作を開始した。モノクロタリン誘導性心不全モデルでは心臓や心室の重量は著しく増加し、心不全を呈した。また、治療として実施した下肢への磁気の照射は心臓の増悪や改善に関与しなかった。さらに心不全に伴い下肢ヒラメ筋量は有意に低下し、下肢への磁気刺激は下肢筋量の低下を抑制できなかった。本結果から心不全を伴う骨格筋の萎縮(量的変化)に対してパルス磁気刺激は萎縮を予防することは困難であると結論づけられる。一方、心不全時には筋持久力の低下が著しく、日常生活に影響を与えるために、骨格筋の微小循環やミトコンドリア障害を予防することが重要である。ミトコンドリアTCAサイクルに関与するクエン酸シンターゼ(CS)、コハク酸脱水素酵素(SDH)、β-ヒドロキシアシルCoA(β-HAD)の活性は低下し、毛細血管数も減少していることが確認された。2019年度は筋持久力に影響を及ぼす因子の解析やパルス磁気刺激の効果を検証する。また、パルス磁気刺激のみでは効果が限定的であると考えられることからパルス磁気刺激の作用を増強させるための装置の製作し、効果の検証を実施する計画である。当該年度の目標を達成し、計画より早く進行している。心不全モデルにより筋萎縮が確認され、本研究で使用できるモデルが完成した。また、パルス磁気刺激により筋萎縮を予防できなかったことも当初から予想していた結果である。本年度は微小循環やミトコンドリア機能などを検証すると共に筋伸長を付加した装置を製作して、本筋伸長装置を付加することで高い効果が得られるかを検証する計画である。本研究で使用する磁気刺激装置については、他の資金により購入し、磁気刺激装置に付加する筋伸長装置の製作に本予算を使用する計画である。筋伸長装置の製作については、2019年度の完成を計画して、予算を使用する。また、効果を検証するための試薬や抗体の購入費用として使用する計画である。
陸域・海域地震計記録を用いたプレート境界のモニタリング手法の開発

東北地方沖に展開した海底地震計のノイズ記録を用いて、海底堆積物の底からの反射S波を抽出することに成功した。本研究では、この反射波を用いた海底下の異方性構造モニタリング手法を開発し、2011年東北地方太平洋沖地震に伴う地震波速度の変化を検出することができた。次に、海域のDONETと陸域の記録を用いてレシーバ関数を作成し、沈み込み帯での地震波速度構造の推定を行った。その情報を参照して、開発したモニタリング手法をDONET記録に適用してみたが、反射波は抽出されなかった。しかし、レシーバ関数が安定的に観測できていたため、今後、レシーバ関数の振幅や位相を用いた構造モニタリングが期待できる。最終年度は、レシーバ関数法を用いてDONET下の構造推定を行った。解析では、約2年半分の遠地および深発地震の記録を用い、付加体底部・海洋性地殻に起因するPs変換波の抽出に成功した。その変換波を解析した結果、付加体内部の平均的なVp/Vsは1.9-2.3と見積もられ、また、同時に付加体の底までの深さを推定することにも成功した。通常、海底地震計記録は陸域観測点に比べてノイズが大きい。したがって、これまでの研究では、レシーバ関数解析はかなり難しいと考えられてきた。しかし、本研究では、海底地震計記録の短周期成分を使用すれば、レシーバ関数解析が可能であることを明らかにした。また、海底では、観測点に上から海面反射波が入射するため、レシーバ関数解析を行うときに都合が悪い。しかし、本研究では、観測点を上に進む波と下に進む波に分け、上に進む波だけを使用して、レシーバ関数を作成した。その結果、通常のレシーバ関数よりもS/Nの高いPs変換波を抽出することができた。これらの工夫を行った結果、上記のような付加体に関する地震学的構造を推定することができた。さらに、海洋性地殻に起因するPs変換波も確認でき、その変換波は異方性・傾斜面の影響を受けていることを示唆していた。したがって、今後、付加体・海洋性地殻の異方性に関する研究において非常に重要な貢献を果たすことが期待される。これらの結果は、日本地震学会2013年度秋季大会において発表された。プレート境界のモニタリング手法の開発に向けて、まず、東北地方沖アウターライズに設置された広帯域地震計の記録を用いて、海底堆積物内のS波異方性構造のモニタリングを行った。この広帯域地震計は、日本海溝から150-350 km付近の北西太平洋に3台設置されており、観測期間は2010/8-2011/8の一年間である。したがって、2011年3月11日に起きた東北地方太平洋沖地震(M9)の記録も含んでいる。本研究では、この広帯域地震計記録に地震波干渉法を適用することで反射波を抽出し、また、この地震によって海底堆積物中の地震波速度が変化したかどうかを検証した。結果では、まず、海底堆積物の底からの反射S波を継続的に抽出することに成功した。また、その反射S波の走時はS波の振動方向によって変化していることが明らかになった。この走時の変化は堆積物中の異方性を反映しているものと考えられる。次に、この走時の変化を一年間モニタリングした。その結果、東北地方太平洋沖地震によって海底堆積物中の地震波速度が遅くなっていることがわかった。また、異方性の方向(速いS波の振動方向)は変化していなかった。さらに、この異方性を含めた地震波速度の変化を、クラックモデルを用いて解釈した結果、東北地方太平洋沖地震の震動によって海底堆積物中に海水が流入し、堆積物中に内在するクラックが楕円球から球体に近づいたことが明らかになった。これは、地震によって太平洋プレートに引張応力がかかったと考えることができる。これらの結果は、国際誌JGRに受理された。この手法をDONET記録に適用し、継続的な地震波を抽出できれば非常に有用だと考えられる。過去の研究では、地下の構造を等方性媒質と仮定して、地震波速度構造の時間変化を推定する研究を行っていた。その意味では、異方性を含めた構造モニタリングの手法を開発できたことは、地震波干渉法の分野の発展に対する貢献度は非常に大きいと考えられる。また、これまでの研究では、東北地方太平洋沖地震による震源西側の構造の時間変化の研究は、陸地の記録を使用して精力的に行われていたが、東側の結果が得られたのは初めてであったので、その意義も大きい。上記のように、手法開発とその有用性は実証できたが、当初予定に挙げていた地震・津波観測システム(DONET)下の不連続面の検出と、プレート境界からの継続的な反射波の抽出がまだ行われていない。

これは予想していた以上に付加体上部で観測される地震波形が複雑で、明瞭な反射面の推定が困難であることが原因である。これらの問題に対して、「今後の研究の推進方策」に今後の対応策を述べる。DONET記録を用いた海底下の反射面の推定がやや難しい可能性がある。これは、遠地地震や日本周辺で起こる近地地震を使用してみての感想である。しかし、紀伊半島沖では多数の規模の小さい地震が起きている。本研究では、今後、この地震から得られる地震波を用いて、海底下の地震波速度不連続面の推定を試みる予定である。これらの地震波、規模は小さいが短周期成分を含んでいるので、詳細な構造のイメージングに使用できる可能性があると考えられる。また、モニタリングに関しては、現在、短周期海底地震計の記録を用いて海中・海底下・海底の波動場がどのような波動場になっているのかを調査中である。もしこの研究の結果から、海底堆積物の構造を反映するような地震波を抽出できることがわかれば、地震波干渉法をDONET記録に適用することで、海底下の構造の時間変化を抽出することが可能となる可能性もある。予定していた論文出版の請求が次年度になったため、その分を持ち越す。また、次年度の研究費の使用用途は、当初予定していた内容と変更がない。しかし、今後の研究内容によっては、計算量が飛躍的に増大する可能性もあるため、計算機を補強することも検討している。
鹿児島ミリ波VLBI局の創設

本研究の目的は、日本列島の最南端の鹿児島にミリ波VLBI局を創設し、国立天文台水沢10m鏡、郵政省通信総合研究所鹿島34m鏡、国立天文台野辺山45m鏡とネットワークを組んで、1300kmを越す基線長を実現し、日本列島サイズの電波望遠鏡を作ろうという計画である。この計画は本科研費の援助を受けて、22GHzVLBI局の立ち上げという仕事は、予定年度内にほぼ完了した。鹿児島局には平成6年度内に水素メーザー原子時計も設置され、VLBI局としてほぼ一人前になった。報告書で詳しく述べるが、VLBIモニター観測が始まっており、大質量星誕生領域や晩期型星の水メーザー源の解明に興味深いデータを提供できると確信している。一応、この3年間の研究で鹿児島VLBI局の創設の課題は22GHzではほぼ完了し、現在観測して成果をだすところまで来た。今後早急に43GHzの受信器を搭載して、22GHz,43GHzの2周波でVLBI観測できるようにする。我々は日本列島の南西端に位置する鹿児島にミリ波VLBI局を開設し、ミリ波国内VLBIネットワークに参加し、1100kmを越す基線長を実現し、43GHzで1masの高分解能を達成するという計画を推進している。これにより、UVカバレッヂが飛躍的に向上し、品質の良い絵が描けるようになり、クエーサーや銀河中心核の構造や宇宙論のパラメータ決定の研究を行う。使用する望遠鏡は6mミリ波望遠鏡で、既に昨年12月、移転先の鹿児島市錦江湾公園内に設置された。望遠鏡のレベル出し等の作業は3月4日までに完了し、移設工事は正常に終了した。現在、光学望遠鏡を6m鏡の軸に設置し、星を追尾する事によって鹿児島大学で作成した駆動用のプログラムのチェックを行っている。今後6m鏡を22GHzのラヂオメータとしてたちあげ、順次43GHzのたち上げに移っていく予定で、現在6m鏡内の受信器室内に冷却受信機を搭載すべく、設計、配線、並びに改造を行っている。VLBI観測では、位相の安定した局部発信器として水素メーザ時計が必要であるが、高価なので購入できない。当面セシウムクリスタル時計を用いるが、これは数10秒程度の位相の安定度しか期待できないので、短時間でデータを取り込む必要がある。このため川口によって考案された広帯域の電波をVLBI処理できる新しいシステムを鹿児島局に導入する。装置としては、今年度購入した「高次モード4chIF信号処理装置」を用いる。既にこの装置の性能チェック並びに得られた性能での雑音の推定計算も終え、予想通りの働きが期待できる事が分かった。今後、受信機の搭載後、この方式を使った試験観測を行う予定である。尚、これらの研究成果は1992年秋の日本天文学会、箱根で行われたIAUシンポジウムで発表した。鹿児島大学と国立天文台は共同して、野辺山に設置されていた6m電波望遠鏡を鹿児島市錦江湾公園に移設し、ミリ波VLBI局を創設する計画を推進してきた。移設は昨年2月に終了し、4月より観測室が整備され電気配線等が完了し、早くも5月にはオリオンのメーザー源の受信に成功した。6月と10月には国立天文台野辺山よりVLBI観測機器を運び込み、6m鏡を用いた初めてのVLBI観測が野辺山45m鏡、水沢10m鏡との間で行われW49等のH_2Oメーザ源のフリンジが検出された。この結果等は日本天文学会秋季年会で報告された(8件)。現在,VLBI観測で得られたデータのマッピング処理が進行中で水メーザー源のマップが出始めており、1994年春の天文学会で報告される予定である。鹿児島局の立ち上げは国内VLBIネットワークへの影響は大きく、1300kmの基線長が達成され43GHzで1masの空間分解能が達成されることになる。また、VLBI観測による6m電波望遠鏡のホログラフィー実験も成功裡に終わり、これについても鹿児島大学の大学院生が処理を行っている。これが成功すればVSOP衛星のアンテナ鏡面測定にこの方法が適用される予定である。この途中経過は1993年秋季天文学会で報告された。更に6m鏡と45m鏡を用いた感度を飛躍的に向上する観測法であるバーストVLBI観測がこの4月にも行われようとしているし、鹿児島大学の院生が開発に携わっている高次モードサンプリング観測法を用いた観測も同時期に行われようとしている。

このようにVLBI観測にとって重要な観測実験が6m鏡を用いて行われようとしている。今年1月音響光学型分光計が鹿児島局に設置され、単一鏡としての観測も開始された。水メーザー源のモニタ観測と銀河面のアンモニア観測が計画されており、既に観測は進み中間結果が春の天文学会で報告される予定。本研究の目的は、日本列島の最南端の鹿児島にミリ波VLBI局を創設し、国立天文台水沢10m鏡、郵政省通信総合研究所鹿島34m鏡、国立天文台野辺山45m鏡とネットワークを組んで、1300kmを越す基線長を実現し、日本列島サイズの電波望遠鏡を作ろうという計画である。この計画は本科研費の援助を受けて、22GHzVLBI局の立ち上げという仕事は、予定年度内にほぼ完了した。鹿児島局には平成6年度内に水素メーザー原子時計も設置され、VLBI局としてほぼ一人前になった。報告書で詳しく述べるが、VLBIモニター観測が始まっており、大質量星誕生領域や晩期型星の水メーザー源の解明に興味深いデータを提供できると確信している。一応この3年間の研究で鹿児島VLBI局の創設の課題は22GHzではほぼ完了し、現在観測して成果をだすところまで来た。今後早急に43GHzの受信器を搭載して、22GHz,43GHzの2周波でVLBI観測できるようにする。
学生実験への温度場可視化計測法の応用と実感的熱工学教育の取り組み

研究目的平成18年度から研究代表者は、機械工学科の学生に対する学生実験の1テーマとして、感温液晶による温度場可視化実験を行っている。平成18年度の学生実験では「単一材料内部の一次元的温度場の可視化」を行ったが、一次元温度分布の可視化であり、温度場のフィールド計測を学生に体験させるという観点では課題を残した。研究代表者は、学生にフィールド計測手法のメリットをより興味深い温度場の計測を行うことにより認識させたいと考えた。したがって、本研究では1)多層平板間の一次元的温度場の可視化、2)平板内の二次元的温度場(1面加熱、3面冷却)の可視化を行う実験装置を製作する。研究方法上記の2つの温度場を可視化する装置を設計、製作した。金属壁面での温度は、壁面に水路を設けその中に任意の温度の水を流すことで制御する。多層平板間の温度場を可視化する装置は、分離した2つの水路と異なる材料の金属板を組み合わせる構造である。平板内の二次元温度場の計測装置は、平板の4つの壁面に水路を設けている。水路に流す水の温度を調整し、生成される温度場の制御を行う。研究成果1)多層平板間の温度場を可視化する装置を製作した。この装置を用いた実験結果では、平板上の温度分布の理論値と実験値が十分な精度で一致した。この装置は既に学生実験で使用している。2)二次元温度場を可視化する装置を製作した。平板上に二次元温度場を製作することが可能となった。来年度の学生実験で使用する予定だが、二次元温度場の可視化計測により、学生がフィールド計測手法を経験するよい機会となると思われる。これらの結果は「平成19年度機器・分析技術研究会(富山大学)」、「平成19年度実験・実習技術研究会(徳島大学)」にて発表している。また、論文集「高専教育」第31号に論文が掲載である。
フラボノイド創薬による歯周組織代謝活性の解明と歯根吸収抑制治療への臨床応用

本研究では、フラボノイド類化合物であるバイカリンに着目し、歯周組織におけるWnt/β-カテニンシグナル経路を介した代謝調節機構について明らかにするとともに、歯根吸収抑制効果について検証する。さらに、矯正歯科治療中に生ずる歯根吸収の発症を安定的に予防する新規の治療法を確立することを最終的な目的とする。初年度ではin vitro実験系にて、フラボノイド類化合物の歯周組織構成細胞の代謝に対する影響について検討を行うとともにシグナル伝達経路を解明する。次年度は、ラット歯根吸収モデルを用いたin vivo系の実験により、バイカリンの歯根吸収抑制効果について検証する。
Φ型構造電極を用いる非接触型表面抵抗測定法の開発

静電気拡散領域における表面抵抗率を非接触で測定する装置を開発した。測定原理は、Φ型構造電極と呼ばれる特殊なコロナ帯電電極を用い、試料の一部をコロナ帯電させつつ、その外側の領域に拡散する表面電荷の動きを検知するものである。この測定原理を説明するため、試料と測定器を包含する等価回路を構築した。電極構造を工夫することにより、表面電荷の移動速度が表面抵抗率に依存することを理論と実験から確認した。また、表面電荷の移動速度を検知する方法として10^610^9Ωの低抵抗領域では誘導電流測定、10^910^<12>Ωの高抵抗領域では表面電位測定を行うことが有効であることを示した。いずれの領域においても、理論値と実測値とがほぼ一致し、この測定法の有効性が実証された。非接触で表面抵抗を測定する装置の開発を最終目的とし、当該年度はコロナ帯電装置の最適設計を目標として、φ型構造電極の試作と試験を行った。先端曲率半径が10μmの高電圧針電極と貫通孔付き接地平板電極を試作し、貫通孔の大きさ、針電極の先端が接地平板電極から突き出る長さを変化させて、絶縁シート(被測定物)の帯電実験を行った。絶縁シートは、接地平板電極から5mm離れた場所に設置した。被測定物の裏面に設置したフィードバック型電界計によって被測定物の帯電電位分布を測定した結果、貫通孔の直径が35mm、針電極の突き出る長さが34mmのときに、針電極直下で13kV程度の十分な帯電電圧が得られた。絶縁シートを被測定物とした場合には、針電極からの距離が10mmを超えると、帯電電位がほぼゼロとなることが判明した。また、絶縁シートの代わりに導電性シートを用いた場合、針電極直下での帯電電位と、針電極から離れた位置での帯電電位が同じ電位になることを確認した。これらの測定結果から、被測定物がシート状ではなく、厚みを持つ場合にも対応できるように、接地型の表面電位計を接地電極上に置き、測定用の開口部を持たせる構造の測定装置を設計した。また、当該測定法の理論解析を行い、表面抵抗値が帯電からの時間と、針電極からの距離と接地平板と被測定物とのギャップに依存する関数(ガウス誤差関数)であることを明らかにした。これにより、表面電位測定の速度限界を勘案し、10^610^<13>Ωの範囲において表面電位測定値から表面抵抗値に線形換算できることが分かった。当該研究課題は、非接触で試料表面の表面抵抗率を測定することを目的として、Φ型コロナ放電電極によるイオンの吹き付けと表面電位測定を同時に行う方法を提案している。当該年度は、電位測定部位の最適化と、除電方法の開発を念頭に以下の点について検討した。コロナ放電によって帯電した試料表面の電位分布を測定するため、Φ型コロナ電極の接地平板電極上に開口部を設ける改良を行った。この結果、表面抵抗の大きさに応じて表面電位が大きくことなり、特に、帯電が行われる針電極の直下からの距離が離れるほど、表面抵抗の変化による表面電位の変化の割合が大きいことが確認された。2点で測定する場合は、針電極の近傍で1点と、離れた点に1点に測定点を設け、両者の距離が12cmが最適であることが判明した。帯電された試料を除電する方法として、接地平板電極に多孔質状の開口部を設け、除電イオンを供給する方法を開発した。これは、正コロナ放電を起こす正針状電極と、負コロナ放電を起こす負針状電極とを対向させるものであり、正負のイオンのうち帯電している極性とは反対の極性のイオンが接地平板電極の多孔質の開口部から供給されて除電するものである。エアを供給しなくても試料表面の除電を行うことができ、また、接地平板電極との距離が近いほど、すばやく除電できる構造になっている。導電性ポリマーを絶縁体試料の表面にコーティングすることにより、10^510^<14>Ωの表面抵抗率を持つ試料を作成し、コロナ帯電にともなう試料表面の電位上昇特性を調べた結果、使用した表面電位計の時間応答によって、10^9Ω以下の試料の表面抵抗率の測定が困難であることが判明した。そこで、2点の表面電位を高速で測るためのプローブを試作し、低抵抗領域の表面抵抗測定が可能であることが示唆された。これについては、次年度の検討を要する。本研究は、導体から絶縁体の広い範囲の材料の表面抵抗率を非接触で測定する方法の確立を目的とする。

Φ型構造電極と呼ばれる特殊構造のコロナ帯電電極と、表面電位計を組み合わせ、対象物の一部をコロナ帯電させながら、表面を拡散する電荷の移動速度を測定することで表面抵抗率に換算する。今年度は、測定精度の向上に焦点を絞り、市販の表面電位計を複数点設置したとき、および、自作の誘導電流測定装置による表面抵抗率測定を行った。市販の表面電位計は応答速度が遅いため、表面抵抗率が10^9Ω以下の資料では正確な測定ができないことが判明した。また、自作の誘導電流測定装置によれば、急速な電荷の移動が測定できるため、10^610^9Ωまでの測定が可能となることが判明した。一方、表面電荷の移動速度と表面抵抗率との関係を予測する理論を構築し、抵抗とキャパシタの梯子型等価回路を用いることで、所定の電位まで上昇する時間と表面抵抗率とが比例関係にあることを確認した。また、この理論によって得られた値と、実測値との比較を行い、前記の理論が妥当であることを確認した。最終的に、低抵抗領域では誘導電流測定を行い、高抵抗領域では表面電位測定を行うことにより、表面抵抗率が10^610^<13>Ωの範囲で非接触測定が可能であることを確認した。これは、いわゆる静電気拡散領域を網羅する、実用上十分な測定範囲である。これらの結果を学術誌に公開した。
微分方程式の漸近理論

1(1)2階常微分方程式に関する複素WKB法において2つの変り点が合流する場合の接続公式の一様漸近展開が得られた。低エネルギー原子衝突過程に応用する。(2)或る種の変り点をもつ3階常微分方程式について基本解の漸近展開の構成およびストークス曲線の様相が得られた。これは今後の高階方程式のWKB法の研究の端緒となるものである。2(1)複素WKB法とFeynmanの経路積分による方法は密接な関係にある。原子の3準位以上の衝突系の遷移確率は経路積分法によって計算されているが、高階方程式のWKB法による計算も可能であるとの知見を得た。(2)マスロフの幾何学的方法や経路積分法を用いる場合、対応するハミルトン系の積分可能性が重要な鍵となる。ある種のポテンシャルをもつハミルトン系に対し積分可能であるための必要条件が得られた。3(1)多次元鞍部点法の研究を始めるため多次元複素空間におけるレフシェッツ曲線の位相的研究をした。(2)振動膜の非線形な運動方程式の解、およびシュビンガ-ダイソン方程式の解について新しい定理が得られた。これらは偏微分方程式の漸近理論および複素WKB法の研究に役立つものである。
周期構造型および導波路型偏波変換・制御デバイスの開発

導波路型および周期構造型の偏波変換・制御デバイスを解析し得る、効率のよい数値解法として、陽解法と陰解法に基づく有限差分時間領域法を金属膜のような分散性媒質を含む際にも取り扱えるように拡張した。構築した解法に基づき、周期構造型偏波変換器の動作メカニズムを明らかにした。また、導波路型偏波変換器を広帯域に動作させる手法を考案した。結果として、波長1.3μmから1.65μmの広帯域に渡って、15dB以上の消光比、0.5dB以下の挿入損を実現した。偏波変換・制御デバイスを解析する数値解法の開発・改良を行い、基礎的構造を解析、検討した。まず、TM透過、TE遮断導波路型偏光子を開発した。バッファ層の屈折率を変えることで、TE透過、TM遮断型にも変更できる柔軟性のあるデバイスを設計し得た。次に傾斜入射に対応した周期構造用FDTD法の開発を行った。分散性媒質を含む場合を取り扱い、金属薄膜と誘電体グレーティングの複合構造からなる偏光子を提案した。周期構造と表面プラズモン励起の特長を活かし、結果として、17dB以上の消光比が1.5μmから1.75μmの広帯域で得られた。また、消光比特性が光波の入射角に対して鈍感である利点を確認した。さらに陰的手法の特長を活かした、周期構造用の局部1次元(LOD)FDTD法をも導出し、傾斜入射時に適用できるようなアルゴリズムを確立した。応用例として、TM波を選択的に反射できる1次元周期広帯域ミラーを解析した。ビーム伝搬法(BPM)に関しては、パワー保存型アルゴリズムを再点検し、従来のセミベクトル型をフルベクトル型へ拡張した。具体的には、電界と磁界の両方のフレネル方程式を平行して解き、ポインティングベクトルを用いてパワーを評価する手法を考案した。応用例として、シリコン細線導波路と石英系導波路とを接続するスポットサイズ変換器、テーパ型偏波変換器をとりあげ、パワーの相反性が保たれていることの確認から、解析手法の妥当性を証明した。最適構造の探索は来年度の課題としたい.陰解法に基づくFDTD法に関しては、数値分散補正パラメータを導入した。その結果、時間刻み幅を従来の10倍近くに選んでも、許容できる精度での解析が可能となった。これにより、計算時間を大幅(従来の陽解法の10%)に短縮することに成功した。構築した手法を用いて、積層型偏光子・偏波分離器の広帯域化に取り組んだ。結果として、無反射コーティングの最適設計により、波長1μmから2μmの帯域にわたり、90%以上の透過率を達成した。さらに、表面プラズモンを応用したサブ波長グレーティングからなる偏波分離器の動作メカニズムを解明した。TE波の導波モード共振、TM波の表面プラズモン共振、両モードに共通なファブリペロー共振の3種類の共振現象を利用することで、要求に応じた波長特性を有する偏光子を設計できることを明らかにした。導波路型偏波変換器に関しては、ナノ構造に光を閉じ込める導波路として注目されているスロット導波路を用いた変換器を開発した。スロット導波路の片側の高さを変える、あるいは一部を欠損させ、非対称構造を生み出すことで、15dB以上の消光比を維持しつつ、デバイス長を10μmという短軸長で偏波変換が可能になることを見出した。さらに、この研究の過程で、誘電体チューブ導波路の低損失化に関する条件を導出することに成功した。チューブ導波路は新たなナノ構造導波路として最近見直されており、チューブ導波路における偏波変換の可能性を探る基礎資料を得ることができた。昨年度の後半において着想していたFundamental法の応用を実施した。陰解法に基づく3次元LODーFDTD法に適用し、ギャップ表面プラズモン導波路の解析に利用した。金属の分散性の表現には、これまで多用されるDrudeモデルに加えて、より実験値との整合のよい、Drude-Critical Pointsモデルでの定式化を行った。従来の陽的手法の計算時間を1とすると、LODーFDTDで0.62、Fundamental型LODーFDTDで0.43にまで短縮することに成功した。周期構造に対しても応用し、基板上に配置された金属グレーティングにおいて、実験値との良好の一致をみた。さらに傾斜入射時にも対応できるように拡張した。卍形状からなる平面キラルナノ周期構造を利用した偏波変換器に関しては、固有モード特性を算出するアルゴリズムを構築し、平面波励振時に生成されるモード形状と伝搬定数を明らかにした。導波路型偏波変換器に関しては、L字型シリコン細線導波路と埋め込み型空気コアナノ導波路の2種類に関して、構造設計法を明らかにした。

特に広帯域に渡る動作を得るために、変換器長を最適値からわずかに長くする手法を提案した。消光比特性は単峰性から双峰性に変わり15dB以上の消光比が、波長1.3μmから1.7μmに渡って維持されることを見出した。この時、挿入損0.5dB以内に抑えられることも明らかにした。シリコン細線導波路型では、対向する2か所の角を切り取るダブルカット構造を提案し、挿入損を劇的に(0.2dB以下)に減らすことに成功した。LOD-FDTD法の数値分散誤差の低減のために数値分散補正パラメータを導入に成功し、結果として、大幅な計算時間短縮に成功した。2次元構造のみならず、実用上重要となる3次元構造においても有効性を実証した。BPMに関してはFundamental法の応用により計算効率を改善できた。研究の過程で、チューブ導波路の最小損失条件を算出できた。24年度が最終年度であるため、記入しない。チューブ導波路の中空部をナノ構造にすることで、低損失な導波路として動作することが分かってきており、これまで検討してきた偏波変換器の概念を応用し、新たな偏波変換器の構築を目指す。特に、中空コアを45度回転させると、低損失性が顕著となる見通しを得ており、この構造においても偏波変換の可能性を検討していく。
大腸菌宿主翻訳機能の革新技術開発

応募者は、大腸菌リボソームの可塑性を研究する過程で、生物種特異的であると思われてきたrRNAの生物種間互換性を発見した。また、機能互換なrRNAの中に、宿主の増殖速度を向上させる高性能rRNAが含まれることも発見した。また自ら単離した好熱菌Rhodothermus marinusの23S rRNA遺伝子内に、ホーミングエンドヌクレアーゼを含むIntronを発見した。本研究では、環境より取得した高性能rRNAとIntronを組み合わせたゲノム上rRNA遺伝子の編集技術を統合し、大腸菌の翻訳機能を刷新する革新的宿主改変技術を開発する。これまでの大腸菌を用いた実験系で研究代表者が見いだしたrRNAの生物種間互換性を基盤に、rRNAの種間入れ替えによるリボソームの改変など独自の方法論をあわせ、rRNAをターゲットとしたゲノム編集技術の提案、展開を行う研究である(環境より取得した高性能rRNAとゲノム上のrRNA遺伝子の編集技術を統合し大腸菌宿主翻訳機能の革新的改変技術を開発する)。高性能rRNAとゲノム編集技術により、大腸菌rRNAの一括編集、変異株の翻訳持続性などを検討することにより、異種遺伝子の発現効率の大幅な改善が期待でき、研究課題の遂行による広い学術、科学技術、社会への波及効果が期待できる。基礎、応用面、利用面でも重要性がある。