hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
探査データを基盤とした小惑星地質学の統合的研究

小惑星イトカワの探査データを,不規則形状小天体の解析のための地理情報システム(GIS)で取り扱い可能なマッピングデータとして整理した,また,本ソフトウェアを用いて小惑星イトカワ上に存在する衝突地形の抽出を行うとともに,小惑星上でのクレーター形成過程についての研究を進めた.また,クレーター形成と連動して生じる表層の物質移動と宇宙風化の進行度との関係についての研究も進めた.これらの研究成果をもとに,小惑星イトカワの進化履歴が明らかになったほか,小惑星の地質学的プロセスについての理解が進展した.小惑星イトカワの探査データを,不規則形状小天体の解析のための地理情報システム(GIS)で取り扱い可能なマッピングデータとして整理した,また,本ソフトウェアを用いて小惑星イトカワ上に存在する衝突地形の抽出を行うとともに,小惑星上でのクレーター形成過程についての研究を進めた.また,クレーター形成と連動して生じる表層の物質移動と宇宙風化の進行度との関係についての研究も進めた.これらの研究成果をもとに,小惑星イトカワの進化履歴が明らかになったほか,小惑星の地質学的プロセスについての理解が進展した.地球における地理情報システム(Geographical Information System:GIS)の概念を小惑星に導入し,小惑星のように非常に不規則な形状を持った天体のマッピングデータを統合的に取り扱うことを可能とした解析ツールの開発を行った。また,本ツールによるGIS解析が可能となるよう,小惑星イトカワの探査データをマッピングデータとして整理しつつある。この二件の取り組みは,本研究課題の題目として掲げている小惑星地質学への取り組みのための共通基盤となるものである。また,上記と平行してイトカワ上での地質活動そのものの実態を明らかにする取り組みも進めつつある。具体的には,宇宙風化の進行度や表層の物質移動と地形との関係を比較することで,小惑星の地質学的プロセスを支配する要因を明らかにできるものと考えている。小惑星イトカワの探査データを,昨年度に開発した不規則形状小天体の解析のための地理情報システムGISソフトウェアで取り扱い可能なマッピングデータとして整理した,このデータセットには斜度情報,近赤外分光計による反射率情報,可視域の輝度情報などが含まれる.本ソフトウェアを用いて小惑星イトカワ上に存在する衝突地形の抽出を行なった.その結果,イトカワ上には直径2m以上のクレーターの可能性がある地形が38個存在することが確認された.このクレーター候補地形は通常のクレーターのような円形の凹地形の他,土砂によって平坦に埋まった円形地形,そして小惑星の全体形状に対して円ないしは円に近い形状の切りかけ状の地形が含まれる.これらのクレーター候補地形はこれまで研究されている小天体上のクレーターと比較して非常に浅く,非クレーター地形も含まれている可能性がある.また一方でイトカワのような天体上でのクレーター形成の物理過程についての見直しを迫る結果でもある.これら候補地形のクレーターとしての確度評価を踏まえた上で,イトカワの衝突年代を算出したところ,典型的な値として75Myrという年代を得た.これはイトカワの軌道履歴とも整合性がある.また,クレーター形成と連動して生じる表層の物質移動と宇宙風化の進行度との関係についての研究も進めた.その結果,宇宙風化の進行していない地域には,急斜面・クレーターリム・地形上の稜線や頂点が該当することが明らかになった.これらの研究成果をもとに,小惑星イトカワの進化履歴が明らかになったほか,小惑星の地質学的プロセスについての理解が進展した.
観光振興のためのマーケットデザインに関する研究－効果的な日本型DMO構築に向けて

本研究は,日本型DMO構築に向けて,日本人,訪日外国人旅行者のマーケットを明確にすることを目的とする.はじめに,日本人の宿泊観光旅行の回数,同行者・利用交通機関・実施時期などの旅行特性がどのように規定されているか,アンケート調査を用いた潜在クラス分析により明らかにした.次に,訪日外国人旅行者を対象として,日本における訪問地の組み合わせをトピックモデルにより抽出し,訪問特性の把握に加え,着地側からみた他地点との連携のあり方,競合関係の把握に資する結果を導出できた.さらに,米国,カリフォルニア州におけるDMOならびにまちづくり組織のヒアリングを行い,観光振興組織の先進事例を把握した.本研究の最終的な目標である「地域の観光振興」実現のため,本年度は特に「観光者の行動・志向・選好によるセグメンテーションの把握」を行った.この中で,論文1(旅行者の志向と宿泊観光旅行との関連性分析)では,日本観光振興協会が実施した「国民の観光に関する動向調査」の50年間のデータを用いて,数量化I類を適用して宿泊観光旅行回数モデルを構築したところ,年齢階層(年代)および対象のコーホート(世代)に加え,1人あたり実質GDPならびに経済成長率(時代要因)が強く影響していることが明らかになった.また,論文2(潜在クラスモデルを用いた宿泊観光旅行回数の基礎的分析)では,旅行回数関数が異なる3セグメントを導出することができ,年収をはじめとして個人属性による旅行回数への影響が高頻度クラスで大きいこと,消費行動,旅行行動への志向が旅行回数に与える影響は年収よりも小さいこと,高頻度クラスになるに従い,高齢者の構成比率が増加するとともに,旅行非実施クラスがいずれの階層にも40%超程度を占めていることが明らかになった.これらの研究は,旅行マーケットは意思決定構造の異なる複数のセグメントから構成されることを示唆しており,より詳細な需給のマッチングのために有益な基礎情報として位置づけできる.また,学会発表(静岡の茶資源を活かしたグリーンティーツーリズム推進に関する基礎的研究)では,東京都居住者の静岡市に対する観光意識に関する調査を実施し,静岡市に対するイメージとして「茶」を連想するか否かによる違い(人口統計学的要因,観光意欲,観光体験における差)を明らかにすることで,需要側における静岡の茶に対するイメージと観光行動の関係についての示唆を得ることができた.特に,地域ブランドとなる観光資源の認知構造について着眼し,両者の関連を明らかできたと考えられる.本研究は,「1観光者の行動・志向・選好によるセグメンテーションの把握」ならびに「2観光地域間競合の定量的把握及び地域の観光資源の多面的な把握方法の深度化」と,これらを総合化した「3上記1,2から導かれる需給マッチングを明らかにする」ことで観光による地域振興へ資することを目標としている.本年度は4篇の論文発表を行い,知見が蓄積してきたと考えられる.これらの研究の背景,問題意識であるが,A.ラグビーワールドカップ(2019年),東京オリンピック(2020年),関西ワールドマスターズゲームズ(2021年)につづく国際的イベントへの布石として,インバウンド振興の戦略的対応がますます必要であること,B.大都市を中心とした外国人旅行者の増加や「爆買い」と呼ばれる旺盛な購買需要,宿泊需要の急増による供給量の切迫などを見聞することができる一方で,地方部への誘客はかならずしも十分であるとは考えづらく,大きな課題となっていること,C.インバウンド振興を中心に観光振興の取り組みが効果を生むためには,継続的な取り組み,関係主体の互酬性などDMOのような組織が重要であり,その活動には各種データ等の継続的な収集・分析とそれを参考にした明確なコンセプトに基づいた戦略,マーケティング活動が必要不可欠であること,D.それに資するマーケティング情報収集のためにローミングデータ,アプリデータなどのビッグデータの活用が考えられ,ヒートマップのような時間ごとの地点間の比較,状況把握と異なり,同一旅行者がどのような訪問地を訪問しているのか時系列の視点に着眼し,訪問地点の組合せである訪問パターンを明らかにすることが重要である,以上の4点を指摘することが出来る.したがって,観光を取り巻く周辺環境に対して,本研究は適切な情報を提供しているといえ,それらを総合化しながら来年度は3のとりまとめを行う予定である.本研究の最終的な目標である「地域の観光振興」実現のため,「1観光地域間競合の定量的把握等」,「2観光者の行動・志向・選好によるセグメンテーションの把握」,以上2つの視点を設定している.この2つに関連する研究として,下記2論文を発表した.(1)古屋秀樹,劉瑜娟:訪日外客の47都道府県の訪問パターン分析,日本観光研究学会第30会全国大会研究発表論文集(CD-ROM),2015,(2)劉瑜娟,古屋秀樹:潜在クラス分析を用いた訪日外客の訪問パターンに関する基礎的分析,第52回土木計画学研究発表会講演集,土木計画学研究発表会講演集(277),No.52,2015.11特に(1)では,「訪日外国人消費動向調査(観光庁)」データを用いながら,潜在クラスモデルによって訪日外客の訪問パターンのクラス導出を試み,訪日外客が24クラスに区分されることが妥当と判断できた.さらに,導出されたクラス別構成比率と主要国籍・地域,旅行形態,旅行時期,訪日回数などの各要因との関連性を明らかにした.これより,訪日外客の需要特性を明らかにできるとともに,供給側についても同一テーマの地域をグルーピングすることができた.

さらに,最終年度では上記1,2をまとめながら,「需給マッチング情報,経済効果分析,効果的プロモーションのためのブランド評価やそれを踏まえたプランニング」を行う予定であるが,その試行として,野瀬元子氏は,DMOに着目した研究のサーベイ論文を発表した.また,栗原剛氏は,観光による経済効果推定のために,訪日リピーターの観光消費に関する基礎的研究を行った.そして,崔瑛氏は,静岡県に着目して,地域ブランドの視点から,お茶を活用した観光商品開発に関する基礎的研究を行った.以上から,「地域の観光振興」実現のための2つのパートならびにその総合化について,着実に研究が進んでいる状況と判断できる.本年度は,研究目的1観光地域間競合の定量的把握,2観光者の行動・志向・選好によるセグメンテーションの把握に関連して,論文「古屋秀樹,劉瑜娟,潜在クラス分析を用いた訪日外国人旅行者の訪問パターン分析,土木計画学研究・論文集,33,2016年12月」を発表した.本論文では,観光庁が実施した「訪日外国人消費動向調査」データを用いながら,潜在クラスモデルによって訪日外客の訪問パターンのクラス導出を試みた.導出されたクラス別構成比率と主要国籍・地域,旅行形態,旅行時期,訪日回数などの各要因との関連性を明らかにすることにより,訪日外客の需要特性を明らかにできるとともに,供給側についても同一テーマの地域をグルーピングすることができた.さらに,観光サービスの供給側である観光地域のブランディング方法,ならびに日本型DMO構築に向けた制度設計について,下記論文を発表した.崔瑛,古屋秀樹,野瀬元子:小規模都市における地域づくり活動としてのチッタ・スローチッタ・スローセバストポールの取り組みー,日本観光研究学会第31回全国大会研究発表論文集(CD-ROM),2016.12,野瀬元子,古屋秀樹,崔瑛:効果的な観光マーケティング組織の運営に関する考察ーカリフォルニア州およびソノマ郡DMOを事例としてー,日本観光研究学会第31回全国大会研究発表論文集(CD-ROM),2016.12.以上から,需要側に着眼した分析では,観光マーケットのセグメンテーションを適切に導くことができる手法が開発できた.そして地域が観光振興に取り組む際,その組織の形成や財源確保,法制度について把握するとともに,リピーター確保のための地域ブランドの在り方について検討を行うことができた.これらを総合的に踏まえることによって,効果的な日本型DMO形成に向けた知見を獲得できたと考えることができる.本研究は,日本型DMO構築に向けて,日本人,訪日外国人旅行者のマーケットを明確にすることを目的とする.はじめに,日本人の宿泊観光旅行の回数,同行者・利用交通機関・実施時期などの旅行特性がどのように規定されているか,アンケート調査を用いた潜在クラス分析により明らかにした.次に,訪日外国人旅行者を対象として,日本における訪問地の組み合わせをトピックモデルにより抽出し,訪問特性の把握に加え,着地側からみた他地点との連携のあり方,競合関係の把握に資する結果を導出できた.さらに,米国,カリフォルニア州におけるDMOならびにまちづくり組織のヒアリングを行い,観光振興組織の先進事例を把握した.本年度の主な研究目的であった「1観光者の行動・志向・選好によるセグメンテーションの把握」では,年間の旅行回数への影響要因や異なった需要関数を明らかに出来た.
西部熱帯太平洋における暖水輸送とエルニーニョ・ラニーニャサイクル

2006年から2008年の2回の船舶観測により、エルニーニョ期にミンダナオ海流が強化されていることを捉えた。これはトライトンブイデータから求めた力学高度の結果とも調和的であり、フィリピン沖において暖水が放出されていることを示唆している。また、アルゴデータ等から、局所的な風よりも東方遠方で励起されたロスビー波の西方伝播による効果が大きいことが示唆された。さらに、数値モデルによる解析から、暖水輸送は南北非対称であり、南半球では西岸域での輸送が、中央から東部での輸送を相殺するのに対して、北半球では相殺せず、赤道域の暖水量変動に北半球側の暖水交換の寄与が大きいことが分かった。この非対称性は風に強制されたロスビー波の西方伝播と関連していることが分かった。西部熱帯太平洋に展開中のトライトンブイのデータを用いて表層海洋の変動を調べた。冬から春にかけて、温度(密度)躍層が上昇するのが観測され、数値実験で示唆されているミンダナオドームの存在を支持した。熱容量を指標としたドームの成長の時系列は季節変動が卓越していることを示しているが、2002-03年は他の年に比べると、冬-春の海洋表層熱容量が小さく、また最大・最小を取る月も他の年とは異なっている。これは2002-03年エルニーニョに伴い、この海域からも熱が奪われるという経年変動が現れているものと考えられる。さらに、アルゴフロート等を用い、熱帯域を含めた表層水温・塩分変動の解析を行った。太平洋熱帯域の塩分には、西太平洋から南北熱帯収束帯にかけて気候値より低塩分化が数年間持続的に検出されていた。このことから、ENSOとは別の比較的長周期の塩分変動が存在し、熱帯域での大規模な水循環の変動が起こっていることが示唆された。数値モデルの評価のため、海面水温や等水温深度時系列、海面変位に関してブイデータや衛星海面高度データと比較を行い、ENSOに伴う経年変動の再現性と共に、比較的短周期の西部熱帯太平洋赤道外での暖水変動の再現性を確認した。また空間分解度の異なるモデル結果の比較から、より分解度の高いモデルにおいては、ミンダナオ海流や渦は時間的に安定して存在しており、高解像度モデルで解像された多島海の島や海山などの小スケールの海底地形が海流をコントロールしていることが示唆された。また、赤道外から東部赤道域への海水輸送を調べるために、粒子追跡の予備的実験を実施した。なお、大容量のデータ解析のため、コンピュータ及び外部記憶装置を導入し、熱帯太平洋を対象とした渦を解像する時間間隔でモデルデータをアーカイブした。フィリピン東方沖の暖水の蓄積・放出のプロセスに関して、トライトンブイ・アルゴフロートデータを用いて、表層から躍層の変動を調べた。北緯8度のブイデータは顕著な年変動を示しており、冬季にミンダナオドームが発達するという過去の研究を支持していること、また、東経130度では東経137度に比べ12ヶ月変動が遅れていることが明らかとなり、アルゴデータや風応力データから、局所的な風よりも東方遠方で励起されたロスビー波の西方伝播による効果が大きいことが示唆された。また、2002/03年のエルニーニョ以降、北緯8度では暖水蓄積が見られるが、北緯5度では認められないことから、暖水蓄積に局所性があることが示唆された。さらに、アルゴデータを用いた表層塩分変動の解析では、近年の熱帯域周辺の低塩分化傾向が観測され、全球規模の淡水フラックスの変動と関連が示唆された。西岸境界流、ミンダナオ渦、ハルマヘラ渦と暖水変動に関して、北緯5度東経137度トライトンブイデータから、100mより深いところで春から夏にかけて躍層が深くなっており、2004年・2005年にはそれに加えて2025°C間の層厚が厚くなっていた。北赤道反流の北上に伴い、高温の南太平洋起源の海水がこの緯度に到達したことを捉えていた。暖水輸送における北半球と南半球の非対称性について、モデルの流速場の解析を中心として、暖水変動の南北非対称性と風応力変動を調べた。エルニーニョに伴う内部域での暖水放出に対して、南半球側ではほぼ西岸域での暖水輸送により相殺されること、一方、北半球側では西岸域の変動は内部域に比べ約半年遅れており、赤道域の正味暖水量変動に北半球側の輸送が重要であることを定量化した。

また、暖水輸送の南北非対称性は、エルニーニョに伴う西風偏差の北から南への移動によるものであり、線形長波ロスビー波の西方伝播と関連していることが分かった。フィリピン東方沖の暖水の蓄積・放出のプロセス、赤道外から赤道域への暖水輸送、暖水輸送における北半球と南半球の非対称性に関して、トライトンブイ・アルゴフロートデータや数値モデルを用いて、大気外力に対する海洋の応答の観点から西部熱帯太平洋における海洋変動を調べた。2006/07年のエルニーニョ期、2007/08年のラニーニャ期におけるフィリピン東方での船舶観測により、エルニーニョ期にミンダナオ海流が強化されていることを捉えた。これらの海流変動に対応する力学高度の変化は北緯8度東経130度のトライトンブイによっても観測された。その力学高度の変動は、エルニーニョ期においてはフィリピン沖において力学高度が下がる、すなわち暖水が放出されていることを示唆している。この力学高度の低下に伴う地衡流バランスからミンダナオ海流が強化されている。さらに、風応力の時間変動やモデル結果などから、局所的な風の変動よりもむしろ、大平洋中央から東部において風に強制された躍層変動が西方に伝搬することによって励起されていることが分かった。暖水輸送における北半球と南半球の非対称性について、風応力に強制されたロスビー波の西方伝播と、西岸での流量収支から、西岸域での暖水輸送変動を調べた。西岸域での南北輸送は、さらに高緯度側でのロスビー波の西岸域への入射と西岸に沿うケルビン波的応答によって決まる。南半球側では内部域での南北暖水輸送が、ほぼ西岸域での暖水輸送に相殺されるか、その要因として、高緯度域でのエクマンポンピングにより励起されたロスビー波か、西岸域に暖水を輸送し、内部域での暖水放出を西岸域での暖水充填にすることによっていることが分かった。
エキゾチック超伝導接合における近接効果の理論

超伝導の対称性は、金属で発現するスピン1重項対称性と、ルテニウム酸化物や重い電子系で有力とされるスピン3重項対称性に大別される。特にスピン3重項超伝導の物理はきわめて興味深く、注目を集めている。我々は、理論的な手法にのっとり超伝導近接効果を調べ、この2種類を明確に区別する新しい実験方法を提案した。超伝導には通常金属における超伝導(スピン1重項s波超伝導)の他に,銅酸化物高温超伝導(スピン1重項d波)に代表される異方的超伝導がある.超伝導体に普通の非超伝導金属(常伝導体)を接合したとき,超伝導を担うクーパー対が超伝導体から常伝導体へ染み出す現象は近接効果と呼ばれている.我々はこれまで異方的超伝導体の近接効果を調べ,近接効果はその母体となる超伝導の対称性に極めて敏感であるという重要な結論を得ている.異方的超伝導が非局所電流に及ぼす効果を明らかにする事で本研究の当初の目的のひとつであった.我々がT字接合と呼んでいる超伝導体と常伝導体の接合の微分コンダクタンスを理論的に計算することに成功した.その結果大変興味深い結果を得ることができた.T字接合にスピン1重項超伝導体を付けた場合とスピン3重項超伝導体を付けた場合では微分コンダクタンスのスペクトルが定性的に全く異なる形になることがわかった.この違いは超伝導体から常伝導金属へ染み出すクーパー対の対称性が劇的に異なることに起因する.我々は得られた結果から,スピン1重項超伝導体とスピン3重項超伝導体を区別する新しい実験法を提案した.超伝導には通常金属における超伝導(スピン1重項s波超伝導)の他に,銅酸化物高温超伝導(スピン1重項d波)に代表される異方的超伝導がある.超伝導体に普通の非超伝導金属(常伝導体)を接合したとき,超伝導を担うクーパー対が超伝導体から常伝導体へ染み出す現象は近接効果と呼ばれている.我々はこれまで異方的超伝導体の近接効果を調べ,近接効果はその母体となる超伝導の対称性に極めて敏感であるという重要な結論を得ている.異方的超伝導が非局所電流に及ぼす効果を明らかにする事で本研究の当初の目的のひとつであった.我々がT字接合と呼んでいる超伝導体と常伝導体の接合の微分コンダクタンスを理論的に計算することに成功した.その結果大変興味深い結果を得ることができた.T字接合にスピン1重項超伝導体を付けた場合とスピン3重項超伝導体を付けた場合では微分コンダクタンスのスペクトルが定性的に全く異なる形になることがわかった.この違いは超伝導体から常伝導金属へ染み出すクーパー対の対称性が劇的に異なることに起因する.我々は得られた結果から,スピン1重項超伝導体とスピン3重項超伝導体を区別する新しい実験法を提案した.
リチウムイオン電池材料における界面構造

本研究ではリチウムイオン電池に用いられる正極材物質について、その異相界面の構造解析を行ってきた。本年度は特にLi1+xRh2O4正極材異相境界に対する理論計算にて進展があったため、以下にその詳細を記述する。Li1+xRh2O4はspinel構造を有し、代表的な正極材であるLixFePO4と同様充放電反応中に2相共存反応を示すが、その格子ミスマッチは無視できるほど小さい。部分的なLi挿入によって粒子内部に異相境界を導入し、球面収差補正機を搭載した走査透過型電子顕微鏡(STEM)による構造解析を行った。さらに密度汎関数法(DFT)とクラスター展開法により求められたEffective Cluster Interaction (ECI) energyを引用し、canonical Monte Carlo法による各異相境界エネルギーの算出を行った。[110]方位からの環状明視野(ABF)STEM像観察の結果、非常に幅の狭い{111}異相境界が見出された。電子損失分光(EELS)測定の結果、ABF像中における明領域はLi-poor相、暗領域はLi-rich相であると同定した。Monte Carlo構造緩和計算の結果、実験的に観察された{111}異相境界は有限温度においても原子レベルで平坦な境界構造を保った一方、他の低次面は導入した界面初期構造を保つことができず、近接する{111}面のFacet構造として安定化した。これらの結果より、本系における再安定な異相境界面は{111}であり、実験事実を有意に再現することができた。Li脱挿入を通したLi結晶学的位置の変化により、相境界近傍には近接した高エネルギーLiイオン対が形成されるが、{111}面ではこのイオン対面密度が最小となり、高い安定性が実現されていると考察される。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、充放電中に2相共存を示すリチウムイオン電池正極材に着目し、その相境界構造について原子分解能STEMを用いた解析を行ってきた。特に下記の2種類の系において大きな研究の進展が見られたため報告する。2相間の格子不整合により、その相境界部分は大きな格子歪みを伴っていると予想された。像ドリフトを低減させた高角度環状暗視野(HAADF)STEM像より格子変形挙動を、STEM-EELSラインスキャンからリチウム濃度勾配を独立に算出し、位置補正後に重ね合わせた。結果、相境界部分は中間的なリチウム組成を示す一方、FePO_4相に匹敵する小さな格子サイズを有していることが明らかとなった。中間組成のLi_FePO_4は本来非常に不安定であり、格子サイズの収縮と相安定化との相関を調査する必要がある。また、格子収縮した状態ではリチウム拡散が阻害される、という計算結果が過去に報告されており、実際のリチウム拡散にも上記のような特異な境界構造が大いに寄与している可能性が高い。2相間の格子不整合が無視できるほど小さい本系においては、spinel構造の{111}面上に位置するフラットな異相境界が多数観察された。前述のHAADF-STEMは重元素に敏感であり、リチウム以外の構造変化がほとんどない本系においては解析が困難であるが、軽元素も結像可能な環状明視野(ABF)STEMを用いることで、明暗に分かれた2相が明瞭に観察された。さらにEELS測定との併用により、ABFにおける明領域はLiRh_2O_4、暗領域はLi_2Rh_2O_4であると同定された。これら2相の接続面では非常に近接した不安定なリチウムイオン対が形成されるが、{111}面はこの欠陥面密度が最小であり、結果的に{111}面が相境界として安定的に形成されたものと考えられる。

Li脱挿入を通したLi結晶学的位置の変化により、相境界近傍には近接した高エネルギーLiイオン対が形成されるが、{111}面ではこのイオン対面密度が最小となり、高い安定性が実現されていると考察される。26年度が最終年度であるため、記入しない。最適な試料作製方法の探索、及び定量的な格子変形解析・組成分析の組み合わせにより、従来の報告を大きく超える分解能と確度で異相境界の構造解析に成功している。得られている実験情報を基にした理論計算により、より現実に即した条件で、境界部分におけるリチウム拡散挙動を解明できると考えている。今後は、観察結果をサポートする理論計算へ取り組む予定である。特に異相境界部近傍のリチウム拡散挙動は実験的にはほとんどアクセス不能な領域であり、理論計算を併用する他にないと考えている。また、その場充放電が可能な電子顕微鏡のホルダーが導入されたため、セットアップ期間後に同系で観察を行い、2相境界の充放電中の動的挙動の観察も行っていく予定である。
消化管運動機能を改善させるオーラル・ヘルス・ケア手技の開発

咀嚼が消化、吸収、代謝に及ぼす影響は広く知られるところで、学校教育における食育で咀嚼の重要性が強調される理由もここにある。しかし咀嚼の多寡は咀嚼能力に加えて習慣に依るため、咀嚼動作量を増すには、食事以外で咀嚼様動作を追加する工夫が求められる。咀嚼動作量の増大が消化管の機能向上に及ぼす効果を検討した本研究では、施設入居高齢者の咀嚼様動作を増す方法に、軟性樹脂性のマウスガードを音楽に合わせて噛みしめる咀嚼体操を採用した。噛みしめ頻度は毎分約30回で、1日1回5分間の実施である。対象者は介護老人保健施設に6ヶ月以上入居する高齢者19名(うち男性6名、年齢:63100歳、平均85.7歳)で、軽度の認知機能障害があり、20歯以上の機能歯を備え、常食もしくは軟食を経口摂取している。連続4週にわたって咀嚼体操を実施し、疼痛・疲労感などの愁訴、本人意思による中断等を調査するとともに、実施期間とその直前4週間の排便や下剤等の服用状況、ならびに日本語版GSRSにより聴取した各期間最終1週間の消化器系の主観的健康状態を比較した。実施期間中、疼痛等の訴えや本人意思による中断はなく、本法は総じて好意的に受け入れられた。GSRSの点数は、咀嚼体操実施に伴って有意に低下し(平均21.9点→16.7点、p<0.05)、点数の減少は便秘関連項目で顕著かつ有意であった。排便日数には有意な変化を認めなかったが、臨時の下剤処方日数は有意に減少した(平均3.3日→0.6日、p<0.05)。以上の結果から、食事以外で咀嚼様動作を負荷する咀嚼体操の安全性と、消化器系への効果が示唆された。咀嚼に伴う口腔感覚は満腹中枢を介して食物摂取量の調節に関与し、迷走神経を介した消化管運動の調節を通じて胃排出など消化管における食物の動態に影響する。sham feedingの研究から、実験者による下顎の他動的開閉により生じる感覚も、消化管運動の調節に関与しうるとの知見が得られている。本研究の目的は、口腔ケアにおける歯や粘膜のブラッシング、マッサージなどに伴う口腔感覚が消化管運動機能に及ぼす効果を検討し、消化管運動機能改善に寄与しうるオーラル・ヘルス・ケア術式の開発することにある。初年度の19年度は、完全な歯列を有する健常者8名を被験者に用い、軽食程度の試験食(396kcal)を、可及的に少ない咀嚼回数にて摂取させ、その直前に実験者による歯のブラッシングを行った場合と行わなかった場合の2条件で、食後の胃運動機能と胃排出速度を比較、検討した。試験食には市販の介護食3種を組み合わせて用い、主食にはおかゆに呼気試験用標識薬剤(13Cオクタン酸ナトリウム)と卵を加えた卵粥を用いた。胃運動機能の評価は胃電図に基づいて行った。可搬型胃電計と表面電極により導出した胃電図にmultiple band pass解析を施し、各周波数成分のパワー値を求めた。胃排出速度は、13C呼気試験法の標準的パラメータであるラグタイムと半量排出時間を比較した。本検討から、胃運動、胃排出のいずれについても、観察した評価パラメータに、歯のブラッシングの有無による統計学的に有意な影響は観察されなかった。偽食の研究から、実験者による下顎の他動的開閉により生じる感覚も、消化管運動の調節に関与しうるとの知見が得られている。本研究の目的は、口腔衛生状態の維持改善、ならびに口腔機能の維持回復を目的とする口腔ケアに、それに伴う口腔感覚の惹起を介した、消化管運動機能の賦活効果があるか否かを検討し、消化管運動機能改善に寄与しうるオーラル・ヘルス・ケア術式の開発することにある。初年度に消化管運動機能の評価手法を確立したのを受け、第2年度の20年度は、口腔ケアにおいて粘膜のブラッシングに代わる口腔感覚の賦活方法を、初年度同様、完全な歯列を有する若年健常者において探索した。その結果、軟性樹脂性のスプリント用口腔内装置を装着させ、咀嚼に近似したリズムで間歇的な噛みしめを行わせる「咀嚼体操」の有用性を示唆する知見が得られた。次いで常食ないしソフト食を経口摂取している老人保健施設入所者を対象に、この咀嚼体操を加えた口腔ケアが消化管運動機能の賦活に及ぼす効果を、通常の口腔ケアと比較、検討する調査を企画した。本調査研究のプロトコルは、本研究の代表者、分担者が所属する東北大学、ならびに施設を所有管理する東北福祉大学の研究倫理委員会の承認を受けたが、調査の実施は施設側の研究協力体制上の制約から、21年度に持ち越された。

しかし咀嚼の多寡は咀嚼能力に加えて習慣に依るため、咀嚼動作量を増すには、食事以外で咀嚼様動作を追加する工夫が求められる。咀嚼動作量の増大が消化管の機能向上に及ぼす効果を検討した本研究では、施設入居高齢者の咀嚼様動作を増す方法に、軟性樹脂性のマウスガードを音楽に合わせて噛みしめる咀嚼体操を採用した。噛みしめ頻度は毎分約30回で、1日1回5分間の実施である。対象者は介護老人保健施設に6ヶ月以上入居する高齢者19名(うち男性6名、年齢:63100歳、平均85.7歳)で、軽度の認知機能障害があり、20歯以上の機能歯を備え、常食もしくは軟食を経口摂取している。連続4週にわたって咀嚼体操を実施し、疼痛・疲労感などの愁訴、本人意思による中断等を調査するとともに、実施期間とその直前4週間の排便や下剤等の服用状況、ならびに日本語版GSRSにより聴取した各期間最終1週間の消化器系の主観的健康状態を比較した。実施期間中、疼痛等の訴えや本人意思による中断はなく、本法は総じて好意的に受け入れられた。GSRSの点数は、咀嚼体操実施に伴って有意に低下し(平均21.9点→16.7点、p<0.05)、点数の減少は便秘関連項目で顕著かつ有意であった。排便日数には有意な変化を認めなかったが、臨時の下剤処方日数は有意に減少した(平均3.3日→0.6日、p<0.05)。以上の結果から、食事以外で咀嚼様動作を負荷する咀嚼体操の安全性と、消化器系への効果が示唆された。
非アトピー性ぜん息の発症要因と発症機序についての研究

学童の喘息の有症率は大気汚染濃度の高い地域ほど高率であり、この差は非特異的IgEに代表される個体の分布によるものでなく、アレルギー素因を有しない正常児の有症率の差によることは既に明らかにした。本年度は大気汚染濃度の異なる4地区の学童を対象に、血清免疫グロブリンIgG、IgA、IgM及びIgGサブクラスを測定し、喘息・喘鳴症状の有無及び大気汚染との関係を検討し次の結果を得た。1)喘息・喘鳴症状を有するものでは、IgG、IgG_4値が高値であった。2)アレルギーの素因の指標とされているIgE値とIgG、IgG_4との間には関連がみられなかった。このことはアレルギー素因以外の喘息の発症の可能性を示すものである。3)地域間の差をみるとIgA値は汚染度の低い地域で高く、IgM、IgG_1汚染濃度の高い地域で高値であった。以上の結果は大気汚染による喘息の発症は、感染抵抗性の減弱によることを示すものである。非アトピー性ぜん息の発症要因及び発症機序を明らかにするために、大気汚染度が異なる大阪市内(1校)大阪府下(1校)宮崎県下(6校)の学童2,725名を対象にATS-DLDを基に作成された質問調査票(環境庁改定版)により症状及び家庭内環境調査を行い、また全対象者についてFlow-Volume Curve Recoderによる呼吸機能検査、保護者の承諾が得られた学童について血清中非特異的IgE検査及びIgG検査を行った。調査票の回収率は99.1%、呼吸機能検査は99.2%、血液検査率は74.4%であった。ゼン息の有症率は大気汚染濃度が高い地域ほど高率であったが、非特異的IgEの分布及び陽性率に地域差がみられず、また、IgE群のゼン息有症率には地域差がみられなかったが、IgE正常群の有症率には地域差がみられ大気汚染濃度の高い地域で有症率が高率となる傾向がみられた。この結果は大気汚染が高度な地域ではI型アレルギーの依存しないゼン息の発症を示唆するものであった。IgE以外の免疫グロブリンについての測定結果ではIgG抗体およびそのサブクスはゼン息群で高く、特にIgG_1は大気汚染度が高い大阪市内の学童で高い値をしめした。この結果は大気汚染によるゼン息の発症はI型アレルギーによるものでなく、大気汚染物質に曝露されたマクロファジ-や気道の上皮細胞が種々のサイトカインや化学伝達物質を放出することにより気道の過敏性の亢進、感染を助長しゼン息の発症を引き起こすものと考えられるが、これらの点については次年度の研究で更に詳細に検討する予定である。大気汚染度の異なる3地域(大阪市内、大阪府下、宮崎県下)の学童を対象にATS-DLの標準質問票を基に作成された質問票(環境庁改定版)による呼吸器症状調査、呼吸機能検査及び血清中のIgE検査を行った結果では、非特異的血清IgEに代表される個体の素因には地域差がないが、喘息の或有症率には地域差がみられた。そこで大気汚染度の異なる2地域の3年5年の学童(各地域230名)を対象に血清免疫グロブリン、IgG(サブクラスを含む),IgA,IgMの測定を行い喘息症状の有無、大気汚染との関係を検討した。喘息、喘鳴症状を有する学童ではIgGおよびサブクラスのIgG_4値が症状のない正常者に比べて高値であったが血清IgEとの間には関連はみられなかった。大気汚染との関連については、地域間にIgG値に差がみられなかったが、IgA値は大気汚染のレベルが低い宮崎、IgM値は大気汚染のレベルの高い大阪で、またIgG1,IgG4も大阪の方が高い傾向がみとめられ、大気汚染による感染の助長、室内汚染の影響の可能性を示唆する結果を得た。学童の喘息の有症率は大気汚染濃度の高い地域ほど高率でありこの差は非特異的IgEに代表される個体の分布によるものでなく、アレルギー素因を有しない正常児の有症率の差によることは既にあきらかにした。本年度は大気汚染濃度の異なる4地区の学童を対象に血清免疫グロブリンIgG,IgA,IgM及びIgGサブクラスを測定し、喘息・喘息症状の有無及び大気汚染との関係を検討し次の結果をえた。1)喘息・喘鳴症状を有するものではIgG,IgG_4値が高値であった。

2)アレルギーの素因の指標とされているIgE値とIgG,IgG_4との間には関連がみられなかった。このことはアレルギー素因以外の喘息の発症の可能性を示すものである。3)地域間の差をみるとIgA値は汚染度の低い地域で高く、IgM,IgG_1汚染濃度の高い地域で高値であった。以上の結果は大気汚染による喘息の発症は感染抵抗の減弱によることを示すものである。
デジタルイメージングによる画像解剖の法医診断確立への応用

【研究目的】近年法医学分野においてオートプシーイメージング(Autopsy imaging, Ai)と呼ばれる画像診断が注目されているが,その多くはCTやMRIといった高価かつ大型の医療機器を用いたものであり,どこの施設でも簡単に導入できるものではない。また,医療機関に設置された診療用の検査機器で法医解剖前の死体を検査することは未だ社会的コンセンサスが得られていない。そこで,我々は安価かつ小型であるポータブルX線装置を法医解剖室に設置し,その有用性を確かめた。【対象と方法】2006年10月にX線装置および自動現像機を設置した。法医解剖例全例(115例)の全身の各部位の撮影を行い,ただちに現像した。現像後のフィルムは,デジタル化しデジタルデータとして利用可能な状態とした。【結果】以下のことが明らかとなった。1.身元不明者の解剖前の頭部X線写真を該当人物の生前の歯科X線写真と比較することによって,身元が判明することがある。2.高度焼損死体や白骨死体で,フィルム上の骨の形態から性別が判定可能となる。3.高度焼損死体や白骨死体で,フィルム上の骨の長さを計測することにより身長推定が可能となることがある。4.手術材料など体内異物の存在が明らかになり,個人識別の一助となったり,新たに既往歴が判明したりすることがある。5.解剖前にあらかじめ死因となりうる疾患や骨折を推測できることがある。本研究により,法医学分野におけるX線写真撮影が個人識別に非常に有用性が高いことがあらためて確認されるとともに,法医解剖の主たる目的である死因究明にも有用であることが明らかとなった。【方法】法医解剖室に設置したポータブルX線装置および自動現像機を用いて,年齢・性別・死因・死後経過時間の異なるさまざまな死体合計42例の全身各所(頭部,胸部,骨盤部,上肢,下肢)の撮影を行ない,解剖前に画像所見の読影を行なった。【結果】X線写真撮影により,以下の有用性が明らかになった。1.身元不明死体の場合,該当者の生前の歯科X線写真と解剖前の頭部X線写真を比較することによって,身元が判明することがある。2.高度腐敗または焼損死体において骨の形態から性別が判明することがある。3.身長測定が困難な事例において,フィルム上の骨の長さを計測することにより身長推定が可能となることがある。4.解剖では通常切開しない部位の手術材料など体内異物の存在が明らかになることがあり,個人識別の一助となる可能性がある。5.解剖を行わない事例においても手術材料などの体内異物が同定できれば個人同定につながることがある。【考察】ポータブルX線装置は他の画像診断装置に比較し安価かつ小型であるため既存の解剖室に容易に設置が可能である。この装置を使用した結果,X線写真により,解剖前に個人同定が可能となることがあり,解剖終了後,DNA検査等の結果を待たず,速やかに遺族に遺体を返還することができる。また,同日中に死体検案書の氏名欄を記載することができ,身元判明後の書類変更の手間が省ける。以上のことから,X線写真撮影は主に個人識別において大変有用であることが明らかとなった。
ナノスケールマシン用機材としての分子2重膜の強度、機能特性の評価

生体中に普遍的に存在する脂質分子の集合体に対し,生体内環境下での分子動力学シミュレーション法を適用して,・2重膜形成メカニズムと膜体としての動的安定性,・結晶相から液晶層への相変態を中心とする力学特性の評価を実施した.昨年度以前に行ってきた解析では,膜構造を安定に保つために外部的に力学的拘束を加えてきた.それを取り外して解析系を大きくすると共に,実際の生体環境の条件を解析過程により精密に組み込むと,熱揺動による影響を強く受けることに加えて,次のような問題点を解明する必要があることが明らかになった.1.生体内環境下では,脂質分子親水基と水分子の相互作用がきわめて強く,ファンデル・ワールスカのみによる疎水基間の相互作用では,安定な2重膜を自然形成することはできない.何らかの骨格構造もしくは機能発現のために埋め込まれているタンパク質等による構造的補強が必要である.2.脂質分子の炭化水素鎖部分の屈曲運動と(親水基より見た)回転運動の周期はきわめて長く,微弱な非結合相互作用(ファンデル・ワールスカ)の作用下では安定な結晶構造は取りえない.従って,動的に安定な構造上で,隔離/選択的物質・情報透過/面内・面厚方向拡散といった膜機能が発現されていると考えなければならず,その素過程の解明や制御機構の解明が必要である.A.生体由来の膜脂質の集合体に対し、生体内環境下での分子動力学法シミュレーション法を適用してつぎのような知見を得た。1.細胞脂質膜として標準的なジパルミトイルホスファチジルコリン(DPPC)を脂質分子を取り上げ、その基本特性を検討するために15×15分子2層を基本単位とする周期構造よりなる2重膜に対して、分子動力学シミュレーションにより水環境の中での緩和構造の温度依存性について検討を加えた。安定構造に対するオーダパラメータの温度依存性が実験的観測値とよく対応すること、そしてゲル相から液晶相への相転移が290Kから350Kの間で生じていることを確認した。2.面内力を加えた下での変形特性を評価し、弾性特性とその異方性を評価した。液晶相では面内等方性を示すがゲル相の状態では異方性が現れることから、前者は液体的構造を、後者は結晶構造を持つと推定された。B.解析の高速化を図る目的で、多数の脂質分子が特定分子に及ぼす影響を平均場で置き換え、その中に置かれたDPPC分子の挙動から膜体の特性を評価するシミュレーション法の開発を進め、つぎのような結果を得た。1.オーダパラメータの値から推定して概ね妥当な結果が得られると判断されるが、1分子解析から得られる情報には限界があり、集合体の評価に結びつけることは難しい。2.分子振動のスペクトル解析から、直接結合>結合角度>二面角>非結合相互作用に関連した振動の順に、振動数の大きさに歴然とした差が現れる。この振動特性を適切に表現できる単純な脂質分子モデルを考案し、その集合体の解析を行うシミュレーション法が有効であると考えられる。生体中に普遍的に存在する脂質分子の集合体に対し,生体内環境下での分子動力学シミュレーション法を適用して,・2重膜形成メカニズムと膜体としての動的安定性,・結晶相から液晶層への相変態を中心とする力学特性の評価を実施した.昨年度以前に行ってきた解析では,膜構造を安定に保つために外部的に力学的拘束を加えてきた.それを取り外して解析系を大きくすると共に,実際の生体環境の条件を解析過程により精密に組み込むと,熱揺動による影響を強く受けることに加えて,次のような問題点を解明する必要があることが明らかになった.1.生体内環境下では,脂質分子親水基と水分子の相互作用がきわめて強く,ファンデル・ワールスカのみによる疎水基間の相互作用では,安定な2重膜を自然形成することはできない.何らかの骨格構造もしくは機能発現のために埋め込まれているタンパク質等による構造的補強が必要である.2.脂質分子の炭化水素鎖部分の屈曲運動と(親水基より見た)回転運動の周期はきわめて長く,微弱な非結合相互作用(ファンデル・ワールスカ)の作用下では安定な結晶構造は取りえない.従って,動的に安定な構造上で,隔離/選択的物質・情報透過/面内・面厚方向拡散といった膜機能が発現されていると考えなければならず,その素過程の解明や制御機構の解明が必要である.
応急的な住宅供給と持続的な復興における地域の住宅生産システムの役割

我が国では、これまで災害後の応急仮設住宅の供給はプレハブ建築協会のプレハブメーカーによって主に担われてきた。ところが、2011年東日本大震災をきっかけとして、地域の事業者や地域産材を応急仮設住宅に積極的に活用しようとする動きがみられ、その可能性が注目されている。しかし、地域の住宅生産システムの活用により具体的にどのような有効性が発揮されたかについては、十分な検証がなされていない。そこで本研究は、災害後の応急的な住宅供給及び持続的な復興を効果的に実施するために、その被災地域及びその周辺地域に根ざす住宅生産システムをどのように活用すべきかを明らかにした。平成25年度では、前年度に引き続き東日本大震災で応急仮設住宅の供給を行った地域の建設事業者5社、及びその下請け工務店2社、さらに県内の木材関連業及び板金工事業の事業協同組合に対する聞き取り調査を実施し、応急仮設住宅の生産プロセスの実態及び住宅再建の状況について把握した。具体的には、各事業者が、生産プロセスの各段階に抱えた課題や迅速化にむけた対応を整理し、また資材及び職人を手配する上で形成した取引ネットワークを把握した。また、これまでの調査結果を踏まえ、地域の建設事業者が行った生産プロセスの円滑化に向けた手法を整理し、プレハブメーカーとの比較を通して、地域の建設事業者が担うべき役割とその限界を明らかにした。分析の結果、主な課題であった職人不足への対応としてみられた、工法の合理化は平時の事業体制に依存する一方、新規の取引や同業組合との連携などロジスティクスの最適化は、一般性が高い対応であることが明らかにされた。最後に、岩手県の被災データに基づき、被災市町村が供給可能な応急仮設住宅の規模を算定し、被災地域の資源を可能な限り活用する応急仮設住宅の供給手法を「地域依拠型アプローチ」として提案した。(抄録なし)(抄録なし)本研究の目的は、東日本大震災後に行われた応急的な住宅供給を事例として、地域の住宅生産システムがその供給活動にどのように貢献したかを明らかにし、さらに地域の持続的な復興にどのように貢献できるかを検討した上で、より効果的な再建・供給プロセスの構築にむけた手法を提案することを目的とする。本年度は(1)地域の建設事業者による応急仮設住宅の統計的把握、(2)地域の事業者による建設プロセスの実態把握、を行った。(1)では、全国で約53,000戸供給された応急仮設住宅について、その建設の担い手である3種の建設主体(地域の建設事業者(17%)、リースメーカー(55%)、大手住宅メーカー(28%))別に供給の傾向を把握した。具体的には、岩手県から提供された全320団地の統計データ及び各事業者による設計図書・仕様書にもとづき、地域の建設事業者の傾向を(1)事業者の属性、(2)供給の規模、(3)仕様、(4)工期の4点からプレハブメーカーとの比較を通じて明らかにし、その課題を指摘した。また(2)では、計6回の岩手県での現地調査を通じて、応急仮設住宅の建設に関わった地域の建設事業者12社、大手メーカー4社、木材関連業者5社への聞取り調査を実施し、建設プロセスの実態を(1)設計、(2)資材の調達、(3)職人の手配、(4)施工の4点から明らかにした。その結果、地域の建設事業者による供給事例では、合板・断熱材等の資材の仕入れが難航したが、有力な商社など既存取引ルートの有効性も示された。一方で12社中8社は職人が不足し、工期の遅れに影響した事例も存在した。このように、本研究は地元工務店などこれまで応急仮設住宅の建設に参画しなかった地域の建設事業者に着目し、その建設の実態を明らかにし得た点で大きな意義がある。また明らかにされた地域の建設事業者を活用することの課題と有効性は今後の災害後の住宅供給システムの構築に寄与することが期待される。

分析の結果、主な課題であった職人不足への対応としてみられた、工法の合理化は平時の事業体制に依存する一方、新規の取引や同業組合との連携などロジスティクスの最適化は、一般性が高い対応であることが明らかにされた。最後に、岩手県の被災データに基づき、被災市町村が供給可能な応急仮設住宅の規模を算定し、被災地域の資源を可能な限り活用する応急仮設住宅の供給手法を「地域依拠型アプローチ」として提案した。(抄録なし)本年度は応急仮設住宅の供給に関する実態調査を行なってきた。来年度は、それらの建設プロセスに見られた事業体制が通常の事業体制とどのような違いがあったのかを、数社を事例としてより詳細に調査していく予定である。また、岩手県の通常の生産システムを様々な側面から考察し、それらが応急仮設住宅の建設にみられた緊急の生産体制とどのような関係にあったのかを明らかにした上で、今後の災害後の住宅供給体制に地域の事業者を活用する検討事項を含めた基礎的資料を提示することを目指す。(抄録なし)
ゲノム・テキストの維持と再編に関わるタンパク質の解析

<目的>II型の制限酵素は、特定の短い認識配列においてDNAの2重鎖切断を起こす。一方、修飾酵素は、メチル化によってその認識配列を保護する。制限酵素遺伝子(r)と修飾酵素遺伝子(m)とは隣接している。本研究は、小麦胚芽無細胞タンパク質合成系を用いた超好熱菌のII型制限酵素の大量発現をもとに、その構造解析を行い、制限酵素が特定塩基配列を認識するメカニズムや、DNA2重鎖切断を起こす機構を解明することを目的としている。また、今回対象とした超好熱菌pyroccocus abyssiのII型制限酵素は、既知の制限酵素ファミリーとは異なる新規の構造を持つことが予想されており、構造ゲノム比較といった分野へつながることも予想される。同時に、隣接している修飾酵素の発現・機能解析を行うことで、超好熱菌Pyroccocus abyssiの制限修飾酵素系を理解することも目的としている<結果>制限酵素を、小麦胚芽無細胞タンパク合成系を用いて大量発現(共同研究)させ、結晶化を行った。その結果、分解能3Å程度の結晶を得ることができた。更に、小麦胚芽無細胞タンパク合成系にセレノメチオニン導入し結晶化を行い、分解能3Å程度の結晶を得ることができ、これらの結果から、構造解析(共同研究)を行い、構造が明らかとなった。制限酵素に隣接するDNA修飾酵素の機能解析を行うために、大腸菌を用いた大量発現・精製を行い、その生化学的解析を行った。その結果、配列特異的メチル化酵素であることが明らかとなった。また、この修飾酵素の反応至適条件(温度、pH、塩濃度、二価金属の効果)を明らかにした。加えて、熱力学的パラメーター及び、速度論的パラメーターと求めた。これらの結果から、今回解析を行ったDNA修飾酵素は、これまで報告されているDNA修飾酵素のなかで最も耐熱性をしめす酵素であることも明らかとした。<目的>制限修飾酵素遺伝子は、ウイルス、トロンスポゾンのようなゲノム寄生体とよく似た振る舞いをすると考えられている。近年、ゲノム解析などから、これら制限修飾酵素遺伝子が「動く遺伝子」として注目されてきている。このうち、II型の制限酵素は、特定の短い認識配列においてDNAの2重鎖切断を起こす。その認識配列をメチル化によって制限酵素から保護する修飾酵素の遺伝子(m)に、その制限酵素の遺伝子(r)は、隣接している本研究は、小麦胚芽無細胞タンパク質合成系を用いた超好熱菌のII型制限酵素の大量発現をもとに、その構造解析を行い、制限酵素が特定塩基配列を認識するメカニズムや、DNA2重鎖切断を起こす機構を解明することを目的としている。また、今回対象とした超好熱菌pyroccocus abyssiのII型制限酵素は、既知の制限酵素ファミリーとは異なる、新規の構造を持つことが予想されており、構造ゲノム比較といった分野へつながると思われる。同時に、隣接している修飾酵素の発現・機能解析を行うことで、超好熱菌Pyroccocus abyssiの制限修飾酵素系を理解することを目的とする。<結果>細胞毒性を持つ、DNA配列特異的な、超好熱古細菌由来のII型制限酵素を、小麦胚芽無細胞タンパク合成系を用いて大量発現させ、結晶化を行った。更に、小麦胚芽無細胞タンパク合成系にセレノメチオニンを導入し結晶化を行い、いくつかの結晶を得た。また、この制限酵素に隣接するDNAメチル化酵素の機能解析を行うために、大腸菌を用いた大量発現・およびその精製条件を構築した。その後、精製されたDNAメチル化修飾酵素を用い、機能解析を行った。その結果、配列特異性および、メチル化する塩基を明らかとなった。2)至適温度、至適、至適塩濃度(NaCl)を明らかにした。
縦型二重量子ドットにおける電子スピン核スピン相互作用ダイナミクスに関する研究

昨年度までの研究活動から、電子スピンの1重項と3重項の準位交差点近傍のLandau-Zener型の遷移の際に核スピンが周期的にポンプされることが分かっていた。こうした周期的なポンプはスピン軌道相互作用と超微細相互作用の相転移が要因であり、これを用いて以前の実験で観測されたものを説明することができた。しかし一方で、Landau-Zener型のモデルではこれに伴って起こる長時間オーダーの核スピン偏極の効果について考慮出来ておらず、核スピン偏極の大きさが大きく変化していく場合や初期のポンプ位置が核スピンとのカップリングが強い領域でも同モデルが適用可能かは不明であった。これらを解決するために数値計算モデルの再構築を行なった。電子スピン中心の解析から核スピンを中心としたモデルに変更した。電子スピンフリップによるポンピングレートは共鳴点付近でピークを持つ共鳴曲線で近似し、核スピン系の偏極ダイナミクスはポンピングと緩和、更に共鳴点の位置変化を含むフォッカープランク方程式で記述した。このモデルの検証の為、前回の実験を発展させて核スピンの偏極方向を正と負の偏極共鳴点を交互に行き来するパルスを用いた。この状況では、複数パルス印加後の偏極の大きさはその正負の偏極強度の微小な差異を反映したものとなる。このため、核スピンの初期偏極状態とポンプ位置に非常に敏感な測定を行うことができ、実験と上述の数値計算の計算結果との比較を行いやすくなるという利点がある。この実験結果より数値計算のモデルは非常によく実験結果を再現することがわかった。結論として核スピンバスの単電子スピンによる偏極ダイナミクスに関して我々は定量的なモデルを構築し、これを実証することができた。年度の前半(2011年2月2011年5月)にCanadaの量子コンピューティングの研究機関であるInstitute for Quantum ComputingにてJonathan氏のグループの研究に参加し、縦型二重量子ドットの核スピン偏極ダイナミクスの定量測定を目的としてGHzオーダーの電子スピン双極子共鳴(EDSR)の測定系の立ち上げを行なった。測定プログラムの作成など測定系の立ち上げを完了させ、実際に試料の特性を測定した。測定した試料の中には核スピン偏極を測定可能な試料が無く当初の目的であった、電子スピン双極子共鳴の観測には至らなかったものの、測定系の立ち上げを通し多くの技術的・理論的な知見が得られた。現在もこの測定系を用いてQuantum Wireを用いたEDSR測定が続けられているところである。帰国後、昨年迄に行なった実験結果の定量的な実験結果を説明するためのモデルの作成を目的に理論モデルの構築と数値解析を中心に研究を進めた。現状では本課題の研究分野では、量子コンピュータへの応用としての電子スピンの準位間遷移や緩和及び、量子メモリへの応用としての核スピン緩和に関する理論研究が盛んに行われているが、かつての実験結果を再現可能なモデルはなかった。本研究ではこの問題を解決し本研究の目的である、電子スピンと核スピン集団の統一的なダイナミクスの説明のために複数のモデルを作成し数値計算を中心として研究を行なった。その結果、実験結果を概ね説明することに成功した。今後、これらの理論モデルを確認にするために新たに実験を行なっていく予定である。当初の予定より、理論解析中心の研究となったため。実験の進捗が遅れている。今後実験を行い、解析結果との比較検討を行っていく。数値解析を続けるとともに、それらを裏付ける実験を行っていく。