hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
樹木由来の選抜マーカー遺伝子を利用したポプラの遺伝子組換え法の開発

遺伝子組換え樹木を作るための選抜マーカー遺伝子として利用するために、ポプラからUDP-N-acetylglucosamine : dolichyl-phosphate N-acetylglucosaminephosphotransferase (GPT)の遺伝子を単離し、DNA塩基配列を解読した。GPT遺伝子は、ポプラの根、茎、葉および芽で発現していた。ポプラのGPTを発現させた酵母はツニカマイシン耐性を示した。GPTを選抜マーカー遺伝子とする植物の遺伝子組換え用ベクターを作製し、ツニカマイシンを選抜薬剤としてポプラの遺伝子組換えを行った結果、GPTを大量に発現する遺伝子組換えポプラが得られた。本課題は、社会的に許容されやすい遺伝子組換え樹木を作出するために、従来の細菌由来の選抜マーカー遺伝子に代わる、樹木由来の選抜マーカー遺伝子を用いたポプラの遺伝子組換え法を開発することを目的とする。平成19年度は、ポプラのGPT(UDP-N-acetylglucosamine:dolichy1-phosphate N-acetylglucosaminephosphotransferase)の遺伝子単離とバイナリーベクターの作製を行った。ポプラ(PopuIus nigra var.italica)完全長cDNAライブラリー中から、シロイヌナズナのGPT(AtGPT)に類似するものをBLASTN検索したところ、PnFL2-086_L22クローンが最も相同性が高かった。同様に、Populustrichocarpaゲノム中でAtGPTに類似する遺伝子を探したところ、eugene3.000604およびeugene3.001603の2遺伝子が見つかり、これらの配列はPnFL2-086_L22とほぼ一致した。PnFL2-086_L22は5'および3'の一部の塩基配列以外は解読されていなかったので、その全DNA塩基配列を決定した。その結果、PnFL2-086_L22は約2.5kbpからなり、464アミノ酸残基からなるタンパク質をコードする領域を持っていた。この予想タンパク質はAtGPTと約70%の相同性を示し、PfamデータベースではGlycosyl transferase family 4に分類されたことから、ポプラのGPT(PnGPT)であると結論した。PnFL2-086_L22クローンから、PCR法を用いてPnGPTのコード領域のDNAを増幅し、これをカリフラワーモザイクウイルス35Sプロモーターの下流につないだ遺伝子組換え用バイナリーベクターを作製中である。本年度は、選抜マーカー遺伝子候補として昨年度単離したポプラのGPT遺伝子を、カリフラワーモザイクウイルス35Sプロモーター+オメガ配列の下流につないだ遺伝子組換え用バイナリーベクターを作製した。ポプラの遺伝子組換えを行うために、作製したベクターをアグロバクテリウムに導入し、そのアグロバクテリウムをポプラの茎切片に感染させた。アグロバクテリウムを除菌後、ツニカマイシンを含むシュート(茎葉部)誘導培地で茎切片を培養し、2週間毎に移植しつつ68週間培養したところ、多数のシュートを形成した。シュートを切断し、ツニカマイシンを含む発根培地に移植して4週間培養したところ、茶色に変色して枯れてしまうシュートと、発根し緑色のままのシュートに分かれた。しかし、発根したシュートをツニカマイシンの存在下で培養し続けると成長が良くないため、ツニカマイシンを含まない培地に移植し、幼ポプラに成長させることを必要とした。複数の実験の結果、約100個のポプラ茎切片を遺伝子組換えに使用した場合、0十数個体のツニカマイシン耐性の幼ポプラが得られることが分かった。ツニカマイシン耐性ポプラが遺伝子組換えポプラであることを検証するために、導入したGPT遺伝子の確認やその発現量の解析を次年度に行う。また、ポプラの成長等への遺伝子組換えの影響評価を行う。本課題は、社会的に受け入れられやすい遺伝子組換え樹木を作出するために、従来の細菌由来の選抜マーカー遺伝子に代わる、樹木由来の選抜マーカー遺伝子を用いたポプラの遺伝子組換え法を開発することを目的としている。そのため、樹木由来の選抜マーカー遺伝子としてポプラのGPT遺伝子(タンパク質の糖鎖修飾に関わる酵素の遺伝子と予想される)をポプラに遺伝子導入して過剰発現させ、糖鎖修飾の阻害剤であるツニカマイシンを含む培地での植物体の生死を指標として遺伝子組換えポプラの作出を試みた。本年度は、昨年度に得られたツニカマイシン耐性ポプラが本当に遺伝子組換えポプラであるかどうかを検証するために、導入したGPT遺伝子の存在を調べた。その結果、導入したGPT遺伝子を確認できた組換えポプラは1系統であり、遺伝子組換え実験の材料に使用したポプラの茎切片数に対する遺伝子組換え効率は約0.4%であった。

この値は、同時に作出したカナマイシン耐性ポプラ(選抜マーカー遺伝子は大腸菌のNPTII遺伝子)の遺伝子組換え効率が約8%だったことに比較して、かなり低い。GPT遺伝子による遺伝子組換え効率を高めるために、ツニカマイシンの濃度、培地のpH、または遺伝子組換えの材料として茎切片ではなく葉柄の利用など、実験の条件を変えて遺伝子組換え実験を複数回行ったが、遺伝子組換え効率は00.5%であった。結論として、GPT遺伝子とツニカマイシンを用いたポプラの遺伝子組換えに成功したものの、GPT遺伝子を選抜マーカー遺伝子として利用していくためには、さらに遺伝子組換え効率を高めるような実験手法の改良が必要といえる。
新排水基準対応型フッ素除去法の確立とその装置化に関する研究

平成15年度は、(1)フッ素排水事業所の実排水を連続投入した評価。(2)アルミニウム系凝集沈殿法との比較検討。(3)プロセス設計を行ったので、その概要を報告する。(1)実排水による評価では、実排水を2.4m^3/dで連続投入した。MgO添加量は1)0.4kg/m^3排水および2)0.2kg/m^3排水の2種類で行った。原水(実排水)フッ素濃度は78mg/Lであり、水温は1617°C、反応槽内pHは10.310.5であった。処理水のフッ素濃度は、1)のとき、56mg/L、2)では4mg/Lであった。即ち実排水においても人工排水と同様にMgO添加量0.4kg/m^3排水のとき67mg、0.2kg/m^3排水のとき4mgのフッ素濃度の減少がそれぞれ見られた。したがって、本法(装置)は実排水においても十分に適用できることが確認できた。(2)アルミニウム法との比較は、反応槽及び分離槽での滞留時間は同じく0.5時間としたが、MgO添加量は、本法の0.2kg/m^3排水に対してアルミニウム法では60g/m^3排水asAl^<3+>である。さらにスラッジ生成量は本法の0.4kg/m^3排水に対してアルミニウム法では0.9kg/m^3排水であった。処理コストはほぼ同等であるがフッ素処理濃度限界は本法が1mg/Lであるのに対し、アルミニウム法では5mg/Lである。即ち、スラッジ生成量及び処理限界の点で本法が優れていた。(3)以上の実験結果から、プロセス設計をつぎのように行った。1.原水滞留時間:反応槽・分離槽とも0.5時間、2.MgO添加量:原水濃度10mg/Lのとき0.20.4kg/m^3排水(MgO保持濃度:5kg/m^3以上)、3.反応槽内MgO濃度は、MgO投入・抜き取り量(回数)を制御して、原水濃度に応じて決定する。抜き取りは1日45回に分けて行う。今後の検討課題:装置化に当たっては、MgOおよびMgO排水混合液の輸送経路の閉塞について十分な対策が必要である。即ち、反応・分離槽においては底部における目詰まり、輸送部においてはスクリューコンベア等の強制輸送機器を用いる必要がある。本年度は、(1)簡易分析法の確立、(2)マグネシウム化合物の性状、添加量等のフッ素除去特性に対する評価、および(3)除去装置の試作および検討を行ったのでその概要について報告する。全フッ素分析にはガスクロマトグラフ法を採用することにより分析時間をJIS法に比べ大幅に短縮できた。フッ素標準溶液は、市販特級のフッ化ナトリウムを水に溶解して1000mg/Lの溶液を調製し、使用時に適宜希釈して用いた。その他の試薬は市販の特級品を用いた。前処理の最適化において検討した項目は、塩酸濃度、TMC(トリメチルクロロシラン)添加量、反応強度、反応時間、溶媒抽出強度および時間である。その結果、塩酸濃度20%、TCM添加量1ml、反応強度5目盛り、反応時間30s、溶媒抽出強度30sおよび溶媒抽出時間30sに決定した。本法で検量線を作成したところ、40mg/Lまで直線性を示した。また再現性は10±0.1mg/Lであり、精度良く分析できることがわかった。マグネシウム化合物は、(1)水酸化マグネシウムスラリー、(2)マグネシア焼結粉体A(焼結温度300500°C)、(3)同B(焼結温度8001000°C)および(4)マグネシアクリンカーの4種とした。その結果、(1)スラリーは若干効果が認められたが、(4)クリンカーはほとんど効果が認められなかった。また、焼結粉体ではAの方が除去性能が優れていた。これはAの非表面積が100150m^2/gであり、Bの2030m^2/gに比べ大きく異なっていたためと思われる。したがって、マグネシウムは焼結温度300500°Cの粉体Aを用いることとした。添加量は規制値8mg/Lを切るためには、5kg/m^3以上必要であることがわかった。装置は、室内実験装置として(1)流動床型および(2)造粒式流動床型を試作し検討した。材質は透明塩ビ製とし、MgO投入量010kg/m^3原水、粉体濃度5.0kg/m^3以上、原水(反応槽)滞留時間30minおよび処理水(分離槽)滞留時間30minとした。その結果、MgO添加量0.2kg/L排水でフッ素処理濃度5mg/Lとなり、規制値を満足した。平成15年度は、実排水による連続実験を行い評価およびプロセス設計を行う予定である。原水(実排水)

フッ素濃度は78mg/Lであり、水温は1617°C、反応槽内pHは10.310.5であった。処理水のフッ素濃度は、1)のとき、56mg/L、2)では4mg/Lであった。即ち実排水においても人工排水と同様にMgO添加量0.4kg/m^3排水のとき67mg、0.2kg/m^3排水のとき4mgのフッ素濃度の減少がそれぞれ見られた。したがって、本法(装置)は実排水においても十分に適用できることが確認できた。(2)アルミニウム法との比較は、反応槽及び分離槽での滞留時間は同じく0.5時間としたが、MgO添加量は、本法の0.2kg/m^3排水に対してアルミニウム法では60g/m^3排水asAl^<3+>である。さらにスラッジ生成量は本法の0.4kg/m^3排水に対してアルミニウム法では0.9kg/m^3排水であった。処理コストはほぼ同等であるがフッ素処理濃度限界は本法が1mg/Lであるのに対し、アルミニウム法では5mg/Lである。即ち、スラッジ生成量及び処理限界の点で本法が優れていた。(3)以上の実験結果から、プロセス設計をつぎのように行った。1.原水滞留時間:反応槽・分離槽とも0.5時間、2.MgO添加量:原水濃度10mg/Lのとき0.20.4kg/m^3排水(MgO保持濃度:5kg/m^3以上)、3.反応槽内MgO濃度は、MgO投入・抜き取り量(回数)を制御して、原水濃度に応じて決定する。抜き取りは1日45回に分けて行う。今後の検討課題:装置化に当たっては、MgOおよびMgO排水混合液の輸送経路の閉塞について十分な対策が必要である。即ち、反応・分離槽においては底部における目詰まり、輸送部においてはスクリューコンベア等の強制輸送機器を用いる必要がある。
楕円曲線の有理点と整数点，および関連する不定方程式の研究

本研究では,(1)整数係数の方程式で定義された楕円曲線の有理点群の生成元や整数点を調べる(2)ディオファンタスの2組の5組への拡張可能性を調べるの2つの目的を遂行した.(1)について,楕円曲線C_m:x^3+y^3=m(mは3乗因子をもたない)に対しC_mの有理点群の階数が1,2の各場合に生成元および整数点を決定した.また楕円曲線E^N:y^2=x^3-N^2xについて,E^Nの有理点群の階数が2や3の場合に生成元を具体的に調べた.(2)について,a<b<a+4*sqrt{a}やb<3aを満たすディオファンタスの2組{a,b}はディオファンタスの5組に拡張できないことを示した.目的1の「楕円曲線C_m:x^3+y^3=m (m:3乗因子をもたない正整数)のMordell-Weil群や整数点を調べる」について,rank C_m(Q)=1, 2の各場合に,Mordell-Weil群C_m(Q)の生成元とC_m上の整数点を決定することができた.より具体的に,rank C_m(Q)=1の場合には,C_m上には高々2つの整数点があり,それらのいずれもがC_m(Q)を生成しうること,rank C_m(Q)=2の場合には,C_m上の任意の2つの整数点P, Q (P≠±Q)はC_m(Q)を生成し,しかもそのときC_mの整数点は高々±P,±Q,±(P+Q)の6点のみであることを示した.目的2の「合同数Nに伴う楕円曲線E:y^2=x^3-N^2xのMordell-Weil群や整数点を調べる」について,rank E(Q)が2や3となるようなNの無限族を与え,さらにそれらの場合にMordell-Weil群の生成元を完全に決定することができた.目的3の「ディオファンタスの2組のディオファンタスの5組への拡張可能性を調べる」について,様々なディオファンタスの2組{a,b}について(例えば,a<b<a+4*sqrt(a), b=4a±4などの場合に)ディオファンタスの5組へ拡張できないことが証明できた.さらに,最近,b>3aを満たすディオファンタスの2組はディオファンタスの5組に拡張できないことを証明することができた.目的1の「楕円曲線C_m:x^3+y^3=m(m:3乗因子をもたない正整数)のMordell-Weil群や整数点を調べる」について,rank C_m(Q)=1,2の場合にそれぞれ整数点を決定することができ,それらの結果をまとめた論文がActa Arithmeticaに受理された.目的3の「ディオファンタスの2組のディオファンタスの5組への拡張可能性を調べる」について,a<b<a+4*sqrt(a)やb<3*aを満たすディオファンタスの2組{a,b}はディオファンタスの5組に拡張できないことを証明でき,前者を含む結果はJournal of NumberTheoryから出版され,後者を含む結果はGlasnik Matematickiに受理された.目的1の「楕円曲線C_m:x^3+y^3=m(m:3乗因子をもたない正整数)のMordell-Weil群や整数点を調べる」について,rank C_m(Q)=1,2の場合にそれぞれ整数点を決定することができ,それらの結果をまとめた論文がActa Arithmeticaから出版された.目的3の「ディオファンタスの2組のディオファンタスの5組への拡張可能性を調べる」について,b<3*aを満たすディオファンタスの2組{a,b}はディオファンタスの5組に拡張できないことが証明でき,それを主定理とする論文がGlasnik Matematickiから出版された.また,この結果を拡張し,aとbの最大公約数をgとするとき,b<3*g*aを満たすディオファンタスの2組はディオファンタスの5組に拡張できないことが証明され,それを含む論文がPublicationes Mathematicae Debrecenから出版された.さらに,目的3について,a<b<a+4*sqrt(a)を満たすディオファンタスの2組{a,b}はディオファンタスの5組に拡張できないことを証明した論文がJournal of NumberTheoryより出版された.本研究では,(1)整数係数の方程式で定義された楕円曲線の有理点群の生成元や整数点を調べる(2)ディオファンタスの2組の5組への拡張可能性を調べるの2つの目的を遂行した.(1)について,楕円曲線C_m:x^3+y^3=m(mは3乗因子をもたない)に対しC_mの有理点群の階数が1,2の各場合に生成元および整数点を決定した.また楕円曲線E^N:y^2=x^3-N^2xについて,E^Nの有理点群の階数が2や3の場合に生成元を具体的に調べた.(2)について,a<b<a+4*sqrt{a}やb<3aを満たすディオファンタスの2組{a,b}はディオファンタスの5組に拡張できないことを示した.目的1から目的3までの内容をそれぞれまとめた論文が,それぞれ,雑誌に掲載または受理され,現在新たな問題に取り組んでいる.数物系科学目的3を遂行するにあたって証明した「b<3*aを満たすディオファンタスの2組{

a,b}はディオファンタスの5組に拡張できない」について,g=gcd(a,b)とするとき,仮定“b<3*a"を“b<3*g*a"に緩和できることに気づいた.このことを含む内容を論文としてまとめたものを現在投稿中である.さらに,Bo HeおよびAlain Togbeによって考察されたディオファンタスの3組{K,A^2*K+2*A,(A+1)^2*K+2*(A+1)}について,彼らはA<11またはA>52329の場合にこの3組はディオファンタスの5組に拡張できないことを証明したが,残りの場合にも拡張できないことが示せないか,ルーマニアのMihai CipuおよびフランスのMaurice Mignotteと共に研究中である.目的1の楕円曲線x^3+y^3=mのMordell-Weil群の生成元や整数点,目的2の楕円曲線y^2=x^3-N^2xのMordell-Weil群の生成元,目的3のディオファンタスの2組の5組への拡張のそれぞれについて,論文としてまとめて投稿することができた.研究分担者である寺井伸浩氏が足利工業大学から大分大学に異動したことにより,研究打ち合わせの回数が1回減ったため.Brown-Myers等によって,楕円曲線y^2=x^3-x+m^2やy^2=x^3-m^2*x+1のMordell-Weil群の階数(generic rank)はそれぞれ2, 3であることが知られている.より一般に,楕円曲線y^2=x^3-m^2*x+n^2について,生成元や整数点を調べるという研究を,最近,研究分担者の寺井伸浩氏と研究協力者の奈良忠央氏とともに始めた.階数が2の場合には生成元が決定できるのではないかと期待している.また,Mestreの方法等を参考にして階数の高い楕円曲線を見つけるという問題にも同時に取り組んでいる.「ディオファンタスの5組は存在しない」という予想については,クロアチアのAlan Filipin氏やルーマニアのMihai Cipu氏らと共に,さらに予想の解決に向けて,情報交換をし議論を深めている.京都大学数理解析研究所で開催される解析的整数論に関する研究集会に,オーストラリアのTimothy Trudgianが参加予定なので,その研究集会で彼と研究打ち合わせをし,場合によっては旅費等の援助をする予定である.また,大分大学に移動した寺井伸浩氏と研究打ち合わせをするため,大分に出張することを予定している.その他,中国で開催予定の研究集会「Diophantine Analysis and Related Fields 2016」にも参加する予定である.研究協力者との研究打ち合わせの日程調整がうまくいかず,2,3回行う予定が1回のみとなってしまったことで,協力者の旅費あるいは協力者への謝金の分だけ使用額が減じたため.協力者の一人であった寺井伸浩氏は今年度から研究分担者となったことで,研究代表者の研究費は20万円減となった.残りの研究費は,主として,韓国で開催される国際数学者会議とPurdue Universityで開催予定の研究集会に参加するために使用する予定である.
食品の品質変換におけるW/O/W型エマルション状態の利用

1目的:油脂小胞体分散系であるW/O/W型エマルションは、栄養成分や呈味物質のカプセル化、あるいは低脂肪クリームの調製等、食品の品質変換に利用し得る状態の一つであると考えられる。その実現のため、オリーブ油を油相成分とするW/O/W型エマルションを調製するための食用乳化剤の選択と試料調製法に関するこれまでの知見を踏まえ、試料組成と小胞体生成率、および小胞体の安定性との関係を明らかにすることを、本研究の目的とする。2方法:食用乳化剤であるテトラグリセリル縮合リシノレート(以後乳化剤と略記)を溶解させた所定量のオリーブ油に水相を少量ずつ添加しながら攪罰すると、まずW/O型エマルションが生成し、さらに水相添加を続けると系は突然W/O/W型に転相したのち、水相添加量の増加とともに除々にO/W型へ移行する。この過程で、水相に食塩、ブドウ糖あるいは酢酸が存在するときのW/O/W型エマルションの生成状況を調べ、同時に試料生成率の指標として単位体積試料中で小胞体を構築する油膜の面積を測定し、また試料の熟成による油膜面積の変化を追跡して小胞体の安定性を評価した。3結果:転相によるW/O/W型エマルションの生成に必要な水相添加量は油相中の乳化剤濃度の増加とともに減少するが、この傾向は酢酸添加系では乳化剤の高濃度領域にあらわれる。W/O/W型試料の生成率は転相直後において最大となるが、酢酸添加系では生成率の絶対値が食塩やブドウ糖系のそれに比して低い。しかし、試料の生成に対する酢酸のネガティブな影響は、食塩を共存させることにより改善される。生成した小胞体は食塩添加系では完全に安定であるが、ブドウ糖や酢酸添加系においては小胞体構造の熟成による劣化がみられる。しかし、この場合もこれらの系に食塩を共存させることにより、小胞体が安定化する状況が観察された。
高度情報化社会における地方都市の交通政策のあり方に関する研究

本研究は地方都市の活性化と地方都市特有の交通問題の解決のため、ITSやTDMの最新の技法を援用して、高度情報化社会における地方都市の将来像を描くことである.すなわち、地方都市の都市問題や交通問題を大都市との対比からその特徴を明らかにするとともに、問題解決のための施策メニューについて検討した.二年間の研究内容は次のとおりである.まず第1にモータリゼーションの進んだ地方都市の代表例として愛知県豊田市を取り上げ、公共交通の利用実態と外出行動を調査し、高齢者と非高齢者との行動比較を行った.次に高齢者を含む市民の公共交通サービスに対する評価を年齢階層別に比較検討した.第2に愛知県豊橋市を取り上げ、路面電車の停留場周辺環境と路面電車利用に関する意識調査を実施し、移動困難者を含めた高齢者のモビリティ確保のあり方について検討を行った.第3にタウンモビリティの導入実験を行った広島県福山市のショッピングセンターで実施した意識調査と、名古屋市で実施した高齢者と障害者の行動意識調査に基づいて、タウンモビリティ利用の問題点、導入可能性の高い施設の選定、その導入効果の計測について研究を行った.第4に豊田市で実施した年齢別公共交通の利用意識調査に基づいて、交通負担感の計測とこれからの公共交通サービスの改善策について提案を行った.第5にバス交通の市民の利用意識を明らかにするとともに、高度情報技術の導入によるバスサービスの改善策について研究を行った.第6に交通情報に対するニーズを把握すると共に、個人属性別情報価値の計測とその特徴比較を行った.最後に高齢者・身障者の外出に際してのバリアをデータベース化し、行動障害マップの作成と外出支援システムの構築に向けた研究を行った.このように2年間の研究活動を通じて、とくに高齢化社会、高度情報化社会に焦点を当てながら、地方都市の交通問題の解決に向けた方策の検討を行い、多くの知見を得ることができた.本研究は、地方都市における主に交通部門を中心に、高度情報化の進展が市民の交通行動パターンにどのような変化をもたらすか、とくにITS技術の導入によって地方都市の交通問題が解決できるか否か、解決できるとすればどのようなITS技術が効果的か、情報化社会によるテレワークの可能性とその交通分散効果はどうかなど、高度情報化社会における交通政策のあり方と、地域活性化に向けての施策のあり方を研究することが本研究の目的である。本年度は、共同研究者の豊田都市交通研究所との連携をもとに、研究対象地域として豊田都市圏をとりあげ、交通を中心とした現状把握と情報化の進展動向について既存資料に基づき調査するとともに、中心市街地における混雑軽減のための各種TDM、ITS施策のメニューを作成し、比較検討を行った。さらに、P&R、フレックス制の導入、ロードプライシング、カープール等の各種TDM施策、中心部における渋滞情報、迂回経路情報、旅行時間情報、駐車場情報等の提供など、各種ITS施策を導入したときのネットワーク流の変化予測を最新の交通均衡理論を用いて行い、それぞれの効果分析評価を行った。また高齢者を対象としたアンケート調査を実施し、この調査結果をもとにバスを中心とした公共交通サービスの改善と歩行者誘導支援、バリアフリー化のためのITS技術を援用した改善方策について検討し、多くの知見を得ることができた。本研究は地方都市の活性化と地方都市特有の交通問題の解決のため、ITSやTDMの最新の技法を援用して、高度情報化社会における地方都市の将来像を描くことである.すなわち、地方都市の都市問題や交通問題を大都市との対比からその特徴を明らかにするとともに、問題解決のための施策メニューについて検討した.二年間の研究内容は次のとおりである.まず第1にモータリゼーションの進んだ地方都市の代表例として愛知県豊田市を取り上げ、公共交通の利用実態と外出行動を調査し、高齢者と非高齢者との行動比較を行った.次に高齢者を含む市民の公共交通サービスに対する評価を年齢階層別に比較検討した.第2に愛知県豊橋市を取り上げ、路面電車の停留場周辺環境と路面電車利用に関する意識調査を実施し、移動困難者を含めた高齢者のモビリティ確保のあり方について検討を行った.第3にタウンモビリティの導入実験を行った広島県福山市のショッピングセンターで実施した意識調査と、名古屋市で実施した高齢者と障害者の行動意識調査に基づいて、タウンモビリティ利用の問題点、導入可能性の高い施設の選定、その導入効果の計測について研究を行った.第4に豊田市で実施した年齢別公共交通の利用意識調査に基づいて、交通負担感の計測とこれからの公共交通サービスの改善策について提案を行った.第5にバス交通の市民の利用意識を明らかにするとともに、高度情報技術の導入によるバスサービスの改善策について研究を行った.第6に交通情報に対するニーズを把握すると共に、個人属性別情報価値の計測とその特徴比較を行った.最後に高齢者・身障者の外出に際してのバリアをデータベース化し、行動障害マップの作成と外出支援システムの構築に向けた研究を行った.このように2年間の研究活動を通じて、とくに高齢化社会、高度情報化社会に焦点を当てながら、地方都市の交通問題の解決に向けた方策の検討を行い、多くの知見を得ることができた.本研究は地方都市の活性化と地方都市特有の交通問題の解決のため、ITSやTDMの最新の技法を援用して、高度情化社会における地方都市の将来像を描くことである.すなわち、地方都市の都市問題や交通問題を大都市との対比からその特徴を明らかにするとともに、問題解決のための施策メニューについて検討した.二年間の研究内容は次のとおりである,まず第1にモータリゼーションの進んだ地方都市の代表例として愛知県豊田市を取り上げ、公共交通の利用実態と外出行動を調査し、高齢者と非高齢者との行動比較を行った.

次に高齢者を含む市民の公共交通サービスに対する評価を年齢階層別に比較検討した.第2に愛知県豊橋市を取り上げ、路面電車の停留場周辺環境と路面電車利用に関する意識調査を実施し、移動困難者を含めた高齢者のモビリティ確保のあり方について検討を行った.第3にタウンモビリティの導入実験を行った広島県福山市のショッピングセンターで実施した意識調査と、名古屋市で実施した高齢者と障害者の行動意識調査に基づいて、タウンモビリティ利用の問題点、導入可能性の高い施設の選定、その導入効果の計測について研究を行った.第4に豊田市で実施した年齢別公共交通の利用意識調査に基づいて、交通負担感の計測とこれからの公共交通サービスの改善策について提案を行った.第5にバス交通の市民の利用意識を明らかにするとともに、高度情報技術の導入によるバスサービスの改善策について研究を行った.第6に交通情報に対するニーズを把握すると共に、個人属性別情報価値の計測とその特徴比較を行った.最後に高齢者・身障者の外出に際してのバリアをデータベース化し、行動障害マップの作成と外出支援システムの構築に向けた研究を行った.このように2年間の研究活動を通じて、とくに高齢化社会、高度情報化社会に焦点を当てながら、地方都市の交通問題の解決に向けた方策の検討を行い、多くの知見を得ることができた.
東アジアに多発する尿路結石の実態と素因

東アジアのメコン川流域には地域多発型の尿路結石症が存在すると言われ、この地域は“Stone belt"(尿路結石多発地帯)とも呼ばれている。この結石症は他の風土病(腎遠位尿細管性酸血症、周期性四肢麻痺、突然死)との関連が疑われているので、結石症のみならず・他の風土病にも考慮しつつ、その成因の追求を目指した。2年目の平成10年度はラオス人民民主共和国でフィールドワークを実施した・遺伝因子と環境因子を考慮して2カ所に拠点を設けた。即ち、メコン川に沿った都市ビエンチャン(VT)のMahosot病院とVTから約500Km離れたXiang Khouang(XK)村のPhonesavanh病院においてのフィールド調査をLaosのMahosot病院副院長Dr.Akkavong Kongsapが中心となり1998年9月1999年2月に実施した。調査項目は1998年度の本班会議で作成したものに従い約200人を対象に詳細に行われた。同時に超音波検査による結石の診断で石の存在を確認できた患者と各地区の正常対照者の臨床医学データと尿及び食物の採取を行った。これら試料は日本に空輸されて日本の班員の研究室を中心に分析された。結果の詳細は別添作成(予定)の報告集冊子に委ねるが、腎結石は壮年男性に多く、喫煙者やXKでは土地特有のハーブを煎じた“お薬"の愛用者の方が高頻度羅患しており、結石患者の尿中の修酸が高く、クエン酸が低いという極めて興味深い結果が得られた。その上VTとXKとの差異も認められ、遺伝と環境の両因子の更なる解析による成因の追及に当って重要な糸口を見出すことができた。この結石症は他の風土病(腎遠位尿細管性酸血症、周期性四肢麻痺、突然死)との関連が疑われているので、結石症のみならず、他の風土病にも考慮しつつ、その成因の追及を目指した。タイ側のUbol Ratchathaneeの病院に保存されている患者から摘出された結石は、その大きさから、下部尿路結石が多いことが判明した。これに反し、ラオス側のビエンチャン付近の農村の患者の実態は下部尿路よりもむしろ上部尿路結石が多いことが認められた。この2ケ国での結石の実態の差異は得られた情報の年代差から来ることが予測されるので、近年急速に変化する栄養因子、環境因子を加味した調査研究の深化が必要とされた。この点に関しては比較的社会変動の少ないラオスの臨床医の協力が得られることになったので、次年度はラオスでの医学調査を共同で行う体制を新たに確立することにした。研究室における結石症の素因に関する実験的研究の手始めに、尿中に排泄される有機酸の輸送を司る新しい輸送タンパク(トランスポーター)をコードする遺伝子の分子クローニングを行った。この結果、新しい有機陰イオントランスポーターの遺伝子を見出した(OAT1)ので、このトランスポーターの機能解析を日本とタイの研究者により進められた。このOAT1は尿酸なども輸送するので、今後、結石の成分に当る有機酸についての詳細な解析と、臨床材料での検討を二年度にも続行する計画である。
語彙情報と統語構造

語彙部門において、各語彙項目についての統語的・意味的情報がどのように指定されるべきかを、統語構造に反映される語彙情報に焦点を当てて検討した結果、以下のような結論が得られた。(1)動作主・被動体・起点・着点等の主題役に言及する統語現象は存在しないように思われる。つまり、主題役のリストという形の語彙情報は独立のレベルとして設定する必要はない。(2)「厳密下位範疇化」と呼ばれる統語情報(語彙項目がとる補部の統語範疇のリスト)は、「格」を必要としないと考えられる補文と前置詞句との分布を正しく記述するために、必要である。(3)項構造のレベルで規定される概念は、従来外項=主語、直接項=名詞句、間接項=前置詞句、という形で「厳密下位範疇化」で指定される情報と実質的な差があるか否か、はっきりしない側面があったが、補文(that節、wh節、不定詞句等)の分布を検討すると、統語範疇としては同じCP/IPであっても直接項のふるまいをするものと、間接項のふるまいをするものとがあり、項構造が厳密下位範疇化とは別のレベルとして必要であることが判明した。(4)意味分析として語彙概念構造の情報が必要であることは議論の余地がないが、統語現象の記述にその情報が必要であるか否かは、現段階では結論を出すに十分な証拠がなく、今後の検討課題として残った。
蛍光超遠心分析法の開発

蛍光超遠心沈降速度法を用いて、血清中における抗原と抗体の相互作用様式の決定を試みた。その結果、抗体の種類によって形成される複合体のサイズが異なっており、各抗体の複合体サイズの形成傾向についてはインフリキシマブはアダリムマブやエタネルセプトよりも抗原と大きな複合体を形成することが分かった。一方、形成される免疫複合体の大きさとFc受容体を介した免疫細胞内における信号伝達の程度との関係を評価した結果、蛍光超遠心分析法で確認された免疫複合体サイズの大きさと、Fc受容体を介した信号伝達との間には高い相関が観測され、特に大きな免疫複合体を形成する抗体では、強い信号伝達が観測された。抗体医薬の体内での効果予測を最終目標に、Ex vivo相互作用解析として、血清中での抗原、抗体、抗体Fc受容体の相互作用解析を行うことを目的とし、研究を行った。本年度は、蛋白質の蛍光ラベル化条件の最適化と、蛍光ラベルされた蛋白質複合体についての蛍光超遠心沈降速度法を血清中で行った。蛍光ラベル化については、蛍光色素としてAlexa488を用いて、アミンカップリングによる抗体の蛍光ラベル化を行った。蛍光ラベル化反応により、通常時には存在しない凝集体が確認されたため、サイズ排除クロマトグラフィーによりラベル化された単量体のみを精製した。その後、蛍光ラベル化を行った抗体について、蛍光超遠心沈降速度法を行った。まずは、蛍光ラベル化抗体について、リン酸緩衝液中での測定を行った。その結果、抗体濃度nMオーダーでの測定に成功した。測定濃度は、吸収を利用した超遠心沈降速度法と比較すると1000倍程度薄い。次に、抗体濃度が数nMの溶液について、血清中での測定を行ったところ、解析可能な沈降パターンの取得に成功し、分散状態が判明した。このことにより血清中でも複合体形成の確認が可能となった。実際、血清中で、抗原を加えたところ、抗体-抗原複合体の形成が確認された。これらの結果が示すように、蛍光超遠心沈降速度法を利用した血清中での抗原、抗体、抗体Fc受容体の相互作用解析法の確立に成功したと考えられる。本年度の当初計画通り、蛋白質の蛍光ラベル化条件の最適化と、蛍光ラベルされた蛋白質複合体についての蛍光超遠心沈降速度法を血清中で行った。その結果、リン酸緩衝液中、血清中での抗体分子の測定、解析に成功し、さらに、血清中での抗原を加え、抗体-抗原複合体の形成も確認された。こうして、蛍光超遠心沈降速度法による血清中での抗原、抗体、抗体Fc受容体の相互作用解析を行うための測定法の確立に成功したことから、当初計画通り、順調に進展している、と言える。本研究では、2種類の抗体医薬を含む3種類の抗TNF拮抗タンパク質(アダリムマブ、インフリキシマブ、エタネルセプト)を用いて研究を行った。それぞれのタンパク質を蛍光色素で標識後、標識前と比べて同程度の親和性を抗原であるTNFに対して保持していることを確認した。まず、臨床で投与した場合と同程度の体内濃度である20nMを中心にPBS中での抗原と抗TNF拮抗タンパク質の相互作用を測定した。その結果、従来は不可能であった20nMという希薄な溶液条件で、抗原との複合体(免疫複合体)形成を確認でき、さらに複数種類の異なる化学量論の複合体特定に成功した。免疫複合体の大きさは、大きい順に、インフリキシマブ、アダリムマブ、エタネルセプト、であった。さらに、同様の相互作用解析をヒト血清中で実施した。その結果、濃度依存的な複合体形成の観測に成功し、PBSと同様に、免疫複合体の大きさは、大きい順に、インフリキシマブ、アダリムマブ、エタネルセプト、であることが確認された。次に、免疫複合体の大きさと生物活性との関係を明らかとするため、Fc受容体を細胞表面に発現させた組み替えJurkat細胞を用いて信号伝達測定を行なった。その結果、大きな免疫複合体を形成するタンパク質医薬ほど、Fc受容体を介した信号伝達の程度が大きくなることが確認された。今回、蛍光超遠心分析により、抗体医薬が血清中のタンパク質と物理的に相互作用している可能性が示唆れたことから、血清中で最も存在量が多いアルブミンについて抗体との相互作用の評価を実施した。その結果、アダリムマブなどの抗体医薬とアルブミンは、弱いながらも確実に直接結合することが確認された。以上、本研究により、実際の臨床現場で用いられる血中でのタンパク質医薬濃度に設定した上で、血清中での相互作用を蛍光超遠心分析により定量評価できることが示された。抗体、抗原、受容体、それぞれを蛍光色素でラベル後、血清中でEx vivo蛍光超遠心分析(FDS-AUC-SV)を行う。

抗体、抗原、受容体について観測を行い、得た沈降プロファイルを同時に満たす複合体の沈降係数、分子量、および量比を求め、その結果から化学量論と親和定数を決定する。また、抗体溶液に攪拌ストレスを与え凝集体を作製、クロマトグラフィーで分画後、凝集体を蛍光ラベルしたうえで血清中投入し、抗原およびFc受容体との結合を測定し、凝集体が血中での相互作用に与える影響を解明する。生物物理化学蛍光ラベルの効率が予想以上に高く、蛍光ラベルした抗体を当初の予定よりも十分に得ることが出来たため、ラベル化のための抗体を追加購入しなくても良くなったため。実験条件を追加し、抗体を追加で購入して、蛍光ラベルを施した後、実験を行う。
回折および分光手法による酸化物表面での局在量子構造解析

放射光やX線による局所構造評価技術を利用し、理論計算グループ(A01班)および分析電子顕微鏡評価グループ(A02班)など他班と連携し、環境とエネルギーをキーワードに、局在量子構造制御による物質創製を目指して、(1)チタン酸化物系光触媒物質の高効率化、(2)高効率太陽電池用SiGe多結晶の創製の2つの課題に取り組んだ。また、新しい局所構造評価技術として、(3)蛍光X線ホログラフィー法の高精度化についても研究を展開し,以下のような主要研究成果を挙げた。1.成膜した非晶質チタン酸化物薄膜を結晶化することによって、高い光触媒活性を示す準安定なアナターゼ相を優先的に成長できることを、アモルファス相からアナターゼ相とルチル相が形成する際のそれぞれのエネルギー変化を見積もることで予測した。これに基づいて実際にレーザーアブレーション法によって非晶質チタン酸化物薄膜を成膜し、基材の材質には無関係にアナターゼ単相の成膜ができることを示した。2.チタン酸化物薄膜やペロブスカイト型チタン複合酸化物粉末を部分硫化することによって、可視光側に広い吸収を示すようになり、高効率な光触媒能が実現できることを計算から予測し、これらの物質の製造にも成功した。3.少量のGeの組成分布を導入して、吸収係数の増加と吸収可能波長域の拡大を実現し、屈折率分布による光散乱により光路長の増加を実現することで光電流の増加による多結晶Si太陽電池の変換効率を改善できることを予測し、実用キャスト成長法を用いて製造したSiGeバルク多結晶を用いて、効率改善を実証した。4.新しい解析アルゴリズムを開発し、新構造解析技術である蛍光X線ホログラフィーの定量化の問題の解決に目処をつけることができた。本研究では、吸収端近傍での異常散乱現象を利用したX線異常散乱法、吸収端の微細構造を使ったEXAFS法およびXANES法、原子像の実像を直接決定できる蛍光X線ホログラフィー法などの回折・分光法による局所環境原子構造および局所格子歪みの解析による局在量子構造評価により、(1)局在量子構造解析の基づく新しい硫化亜鉛光触媒の設計、(2)局所格子歪みの実験的解析法の確立とその解析法による半導体材料設計の提案、(3)酸化物表面界面構造解析によるセラミックス材料設計という3つのテーマについて研究を行うことを目指している。今年度得られた具体的な研究成果について箇条書きに整理して以下に述べる。(1)について・フラーレン類及びカーボンナノチューブを化学反応の核として利用し硫化亜鉛結晶を溶液中から析出させる手法を確立した。・フラーレンを反応核として、これまでに報告されていない全く新しい硫黄とフラーレンの化合物の作製に成功した。現在、その構造解析と物性の解析を進めている。(2)について・コンピュータシミュレーションにより、多波長蛍光X線ホログラフ技術を使って、局所格子歪みの解析が可能であることを確認した。・解析に使用する半導体の成長基板となる無歪みSiGe単結晶作成法を開発した。・蛍光X線ホログラフィー装置の立上げを行い、現在手法の改良のための基礎実験を行っている。(3)について・表面・界面解析用X線散漫散乱装置の立上げを行い、現在測定用ソフトの開発を行っている。局在量子構造制御による種々の触媒物質の開発研究●部分硫化酸化亜鉛の局所構造と光触媒能評価に基づく新触媒物質の開発の研究を京都大学と共同で行い部分硫化による光吸収端の長波長側への移動を確認した。●部分硫化二酸化チタンの局所構造と光触媒能評価に基づく新触媒物質の開発の研究を名古屋大学と共同で行い、部分硫化により光吸収領域が長波長側に広がることを確認した。●シリコン基板CVD成長酸化チタン超薄膜の局所構造と光触媒能の評価に基づく光触媒物質設計の研究において、この方式を特許申請した。●ニッケルモリブデンめっき膜の局所構造制御に基づくアルカリ水溶液工業水素発生電極物質の開発研究において、モリブデンニッケルめっき合金の構造と水素発生との間に相関があることが見出され、より効率のよい水素発生電極開発のためのきっかけを得ることができた。●フラーレンを反応核とする光触媒物質創製の研究において、C70やC60と硫黄の化合物を簡便に作成する方法を見出した。また、これらの化合物の原子構造を解析に成功した。蛍光X線ホログラフィー法による局所格子歪み評価と諸物性の研究●ラボラトリー蛍光X線ホログラフィー装置および解析手法の開発研究において、装置の開発に成功し、この装置の特許化と、この装置を用いた蛍光X線ホログラフィー測定を行っている。●SiGe単結晶中のGeの局所環境構造評価を、蛍光X線ホログラフィーを用いて測定し、その結果から、Ge原子の周りで短範囲規則構造が形成されている兆候を確認し、これらの構造と物性とのかかわりについて現在研究を進めている。●アルミナ焼結体中の粒界偏析希土類元素の局所環境構造と高温耐クリープ特性の研究を東大、京大と共同で行い、アルミナ焼結体の粒界に偏析しているルテチウムの環境構造の定量解析に成功した。結晶性成長時の局所格子歪み制御による新機能開発の研究●全率固溶体型SiGeバルク単結晶の成長とエピタキシャル成長の研究において、SiGe単結晶の成長技術を確立した。現存この結晶を使って、局所構浩の評価存はじめている。(1)酸化チタンの部分硫化を利用した局在量子構造制御による高効率光触媒薄膜材料の設計・開発チタン酸化物薄膜の作製と、部分硫化反応を同時に行えるレーザーアブレーション用真空チャンバーを新規に製作した。

全反射X線回折による表面原子構造解析、原子間力顕微鏡による表面形状観察、光照射量と水素発生量の定量による光触媒能評価、吸光スペクトル分析による光吸収端解析を、部分硫化酸化薄膜について系統的行い、部分硫化によって光触媒能が大幅に改善することを見出した。その原因は、酸化チタン薄膜では吸収端の可視光側へのシフト、酸化亜鉛薄膜では還元されたプロトンが結合し水素ガスとなる活性点が硫化により導入されたためであると予想した。また、薄膜の製作条件と薄膜の成長形態について調べ、製作条件制御による薄膜のナノスケールの構造形態実現の目途がたった。(2)蛍光X線ホログラフィー(XFH)法による局所格子ひずみ評価と諸物性の研究実験室でもXFH測定を行えるように開発した装置を用いて、数10nm厚さの薄膜からのホログラム測定に成功し、薄膜の面内、面直方向を同時に解析できる薄膜の3次元構造可視化に成功した。また、異常散乱現象の利用により、蛍光X線ホログラム技術によって得られる構造の位置の精密化及び周辺元素識別が可能であることを、シミュレーションの結果明らかにした。(3)アルミナ焼結体の高温での耐クリープ特性改善のためにドープされた希土類元素の粒界近傍での環境構造をXAFSによって初めて定量し、粒界での局所構造評価を行った。放射光およびX線による回折・分光手法を用いて決定される物質の局所原子構造や結合状態から、理論計算グループ(A01班)および分析電子顕微鏡評価グループ(A02班)など他班と連携し、局在量子構造を決定して、各材料の特性向上、新機能発現のための設計・開発を行った。主要な成果を以下に挙げる。(1)部分硫化チタン酸化物の局在量子構造制御による高効率光触媒薄膜の実現雰囲気制御型レーザーアブレーション法を用いて、二硫化炭素や硫化水素といった硫黄を含んだ化合物のガス雰囲気圧を厳密に制御することにより、可視光領域に広い光吸収を持つ部分硫化チタン酸化物薄膜の成膜を初めて成功した。さらに、高い光効率を示すものの光溶解現象により劣化してしまう硫化物の宿命を、構造および最適膜厚に制御したチタン酸化物膜でキャップすることにより改善し、光触媒能を劣化すことなく経時変化しにくい薄膜の成膜方法を提案し実現した。また、この機構についてA01班と連携し解明した。(2>蛍光X線ホログラフィー法の高度化による局所格子歪みの3次元評価技術の実現蛍光X線ホログラフィー技術の実験的な問題である双画像問題を実験的に解決するための手法として、本手法と異常散乱現象を組み合わせた方法をを理論的に予測した。そして、この方法を実際にGaAs結晶を用いてデモンストレーションすることに成功した。これにより、3次元原子配列を正確に記述する上で不可欠な位相問題を解決することができた。また、この手法の副次的な利点として、蛍光X線を発生する元素の周りの元素をも識別することができることを見出した。この方法により、歪みのない3次元原子像の実験的な測定実現に向けて一歩前進した。
結び目と三次元多様体の体積予想

ふたつの双曲ピースに分解される絡み目を構成し、その色つきジョーンズ多項式の極限を正確に計算し、一般化された体積予想が成立する例を初めて発見しました。この方法を使うと、一般化された体積予想が成立する例を無限個構成することもできます。また、双曲結び目の色つきジョーンズ多項式の極限に現れるポテンシャル関数が、体積だけでなく、チャーン・サイモンズ不変量を与えることを証明しました。同時に、ポテンシャル関数の変数の幾何学的な意味が明らかになったことで、ジッカートの公式が示唆している未知の量子6j記号が発見、四面体分割を通じた三次元多様体の新しい量子不変量の構成、体積予想の定式化に向けて、新しい方向性が見えてきました。カシャエフの提唱した結び目の双曲体積予想は、補空間に双曲幾何構造が入る結び目に対し、そのジョーンズ多項式の極限に双曲体積が現れる、という予想です。補空間に双曲幾何構造が入らない結び目に対しては、双曲体積をグロモフノルムに置き換える形で、村上順・村上斉によって予想が定式化され、これを一般化された体積予想といいます。このような結び目は、トーラス結び目と衛星型結び目に分類されますが、このうちトーラス結び目に対しては、カシャエフらによって予想が正しいことが証明されています。これまでの研究で、双曲体積予想が成立する例はいくつか知られていますが、衛星型結び目、とくに補空間が本質的トーラスによってふたつ以上の双曲型結び目の補空間に分解されるようなものに対しては、一般化された体積予想が成立する例は知られていません。これは、ジョーンズ多項式の形が飛躍的に複雑になり、その極限を解析することが非常に困難であることが原因です。そこで本研究では、8の字結び目の補空間とボロミアン絡み目の補空間を貼りあわせて得られる衛星型結び目に対し、そのジョーンズ多項式を葉広・マスバウムの方法で計算し、組合せ的な議論でその極限を導くことに成功しました。これは、一般化された体積予想が成立する初めてのケースであり、今後の研究にも貴重な例となるでしょう。一方、結び目の補空間とその鏡像を貼りあわせてえられる三次元多様体のレシュティキン・トラエフ不変量に対して、そこに含まれる量子6j記号を改良して得られる代数量の極限が、結び目のグロモフノルムの二倍を与えることを発見しました。この量が結びカシャエフの提唱した結び目の双曲体積予想は、補空間に双曲幾何構造が入る結び目に対し、その色つきジョーンズ多項式の極限に双曲体積が現れる、という予想です。この予想はその後さまざまな形で一般化されましたが、において、いくつかの結び目の色つきジョーンズ多項式に対する数値実験を経て、チャーン・サイモンズ不変量を含む自然な形が提唱されました。これを複素化された体積予想と呼びます。これまでの体積予想の研究で、色つきジョーンズ多項式の極限に登場するポテンシャル関数と、双曲構造方程式や双曲体積との関係を明らかにしてきましたが、複素化された体積予想を証明するために必要なチャーン・サイモンズ不変量との関係だけは、手がつけられない状況が長く続いていました。今年度の研究では、で与えられた、結び目のチャーン・サイモンズ不変量の組合せ的な定義を体積予想の研究に登場する四面体分割に適用し、ポテンシャル関数とチャーン・サイモンズ不変量の開係を明らかにすると同時に、ポテンシャル関数の変数の持つ幾何学的な意味も明らかにすることができました。これにより、ポランシャル関数を結び目の補空間の双曲構造の研究に応用できる素地も整い、今後の研究が大いに期待できます。また、ジッカートの公式は、未知の量子6j記号の存在を示唆しているように見えることから、四面体分割を通じた三次元多様体の新しい量子不変量の発見と、体積予想の三次元多様体への拡張に向けて、新しい方向性が見えてきたと感じています。
高速物理暗号光通信のための多段変調素子構成による超多値光位相変調

本研究は、高速かつセキュアな光ファイバ通信に向けた物理暗号の実現を目指して、極めて多値に光の位相を変調するための新たな手法提案し、その動作を実験実証することを目的としている。提案する方式では、光位相変調素子を多段に(例えば2つ)接続し、粗い位相変調と密な位相変調を二段階で行うことで、従来方法では達成不可能な変調多値数を実現する。初年度の研究計画として、この提案方式にて位相変調の多値数が向上することを10Gbit/sの変調速度で示すことを挙げた。本年度は、まず汎用のニオブ酸リチウム(LN)位相変調器を2段直列に接続して、粗と密な光位相変調が実現できるようにこれらを適切に制御する実験系を構築した。そして、10 Gbit/sの変調速度にて、粗1ビットと密1ビットの変調で2ビットの位相変調、粗1ビットと密2ビットの変調で3ビットの位相変調が実施できることを確認した。これにより提案手法の原理が実験的に確認された。上記検討が当初計画以上のスピードで進展したため、次に、二年目以降の課題としていた、この新たな多値位相変調方式の目的である、位相を極めて多値に変調する物理暗号への応用を試みた。1ビット(2値)のデータ変調に加えて、この変調方式で16ビットの位相変調(粗6ビットと密10ビットに設定)による位相のランダム化を行い、データを位相多値数131,072(分解能17ビット)で暗号化することに成功した。このように極めて多値に位相をランダム化することによって、隣接するシンボルが光の受信時に不可避な量子雑音により覆われるため、暗号として高い秘匿効果を得られる。あわせて、受信後の暗号が、暗号化に用いた鍵を使うことで正しく復号できることも、実験的に確認した。以上の研究成果を、著名な国際学会および英語論文誌にて報告した。また、1件の特許出願を行った。初年度の研究計画として挙げた、光位相変調素子を多段に接続・制御することによる位相変調多値数向上の原理実証実験に成功した。実験が当初計画したよりも早く進展し、上記の実験が年度前半に完了した。よって、年度後半は、計画では2年目の実施となっている、位相多値数4096(分解能12ビット)以上の10Gbit/s光通信物理暗号の発生の実験に着手した。その結果、位相多値数131,072(分解能17ビット)の10Gbit/s光通信物理暗号の送受信実験を、初年度中に完了することができた。初年度において、二年目以降の課題の一部を達成したため、当初計画に加えて、位相の多値・ランダム化によるこの物理暗号の通信性能の評価と高度化に関する実験的な検討を進めることとする。具体的には、長距離の光ファイバ伝送をして既存の非暗号システムとの比較を行う、より高い伝送レートを目指して多重技術の導入を検討する、などの項目を追加する。また、当初計画で三年目に実施予定である、光集積デバイスで実現するための基礎検討についても前倒しで研究を進める。

その結果、位相多値数131,072(分解能17ビット)の10Gbit/s光通信物理暗号の送受信実験を、初年度中に完了することができた。初年度において、二年目以降の課題の一部を達成したため、当初計画に加えて、位相の多値・ランダム化によるこの物理暗号の通信性能の評価と高度化に関する実験的な検討を進めることとする。具体的には、長距離の光ファイバ伝送をして既存の非暗号システムとの比較を行う、より高い伝送レートを目指して多重技術の導入を検討する、などの項目を追加する。また、当初計画で三年目に実施予定である、光集積デバイスで実現するための基礎検討についても前倒しで研究を進める。実験のために必要な物品の調達額が、実験系の工夫により当初計画よりも少なくなったために差額が生じた。当初計画を上回る成果がでていることから、この差額はより多くの引用を期待できるオープンアクセスの論文投稿料に充てる予定である。