hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
親電子的反応性をもつ活性二酸化炭素種の調製と炭素－炭素不飽和結合への固定化

これらの結果から,活性種の「調製段階」と「固定化段階」を分離できることがわかった。2.非強酸性条件下での活性CO2種の発生法の開発AlX3/R3SiXによるCO2の活性化には強いLewis酸が必要であり,このことが基質適用性を狭めている。この活性化反応では,反応系中でAlX3とR3SiXからシリルカチオンが生じ,CO2と反応していると考えられる。そこでシリルカチオンを別の方法で発生させてCO2を活性化する試みとして,CO2加圧下にPh3CB(C6F5)4とR3SiHを反応させたところ,CO2を活性化できることがわかった。シリルカチオンR3SiB(C6F5)4を予め調製すると活性化の効率は向上し,メシチレンをR3SiB(C6F5)4基準で定量的にカルボキシル化できた。また,この反応は,かさ高いピリジン系塩基の存在下にも進行することを見出し,塩基性条件下でCO2を活性化し,有機化合物に固定化することに世界で初めて成功した。R3SiB(C6F5)4を用いるCO2の活性化と固定化については,計画通りに研究が進んでいる。AlX3/R3SiXを用いる反応については,Lewis酸の存在下でクロロギ酸シリル(活性種)の生成は平衡反応であり,異なる酸性条件下での活性種の安定性や反応性を追うことは難しいことがわかった。しかし,すでに,R3SiB(C6F5)4を用いるCO2の活性化が,塩基性条件下でも進行することを見出している(昨年度の「研究実績の概要」参照)ので,今後の研究に支障はない。R3SiB(C6F5)4を用いる反応については,計画通りに研究が進んでいる。AlX3/R3SiXを用いる反応については,窒素雰囲気下での安定性は評価できたが,溶液の酸性度の影響や,活性種の単離やIRによる分析はできなかった。これは,当初は予想できなかった震災による研究協力者(学生)の就職活動の長期化やメンタリティーへの影響によるものである。しかし,R3SiB(C6F5)4を用いる反応の結果から活性種の構造に関する知見が得られたので,今後の研究には支障はない。今年度は,若干の研究費を繰り越すことになったが,これは年度末の学会発表旅費が未精算になっているためであり,計画通りに予算を使用している。5.R3SiB(C6F5)4で活性化されたCO2種によるオレフィン類のカルボキシル化今年度,その可能性が示されたオレフィン類のカルボキシル化について,基質や反応条件について詳細に調べる。6.R3SiB(C6F5)4によるCO2活性化法の他の親電子的反応への展開R3SiB(C6F5)4によるCO2の活性化法を利用して,CO2を親電子試薬とする新たな反応(例えば,向山反応や櫻井ー細見反応など)を検討する。3.AlX3/R3SiXで活性化されたCO2種に与える酸性度の影響の調査と基質適用性の拡大に関する検討本年度の研究で活性CO2種が,窒素雰囲気下でもある程度安定なことがわかったので,さらに,酸性度の影響を調査し,AlX3とは共存できない化合物,例えば,フェノールやチオフェノールのアルキルエーテルなどの電子供与性置換基をもつ芳香族化合物,エナミン,エノールエーテル,チオエノールエーテル,ケテンアセタール,チオケテンアセタール,共役ジエンなどのオレフィン類のカルボキシル化を検討する。4.R3SiB(C6F5)4で活性化されたCO2種によるカルボキシル化の基質適用性の検討R3SiB(C6F5)4で活性化されたCO2種によるカルボキシル化について,芳香族炭化水素,ヘテロ芳香族化合物などへの適用性を調べる。
化学的ナノ構造による機能性トライボ表面の創成

ナノメートル厚さの液体高分子潤滑膜(PFPE)を塗布した磁気ディスク表面にフォトマスクを介して紫外線(UV)を照射して,テクスチャ構造を形成する条件を最適化するとともに,テクスチャ形成のメカニズムの解明を進めた.今年度に得られた結果を要約すると以下のとおりである.(1)これまでに,紫外線照射用のフォトマスクとしては,波長200nm以上のUVを対象とした汎用品を使用したため,UVが漏洩し,パターン形成条件を擾乱する問題があった.そこで,UVを完全に遮断できるようにCr層を厚くしたマスクを特注し,遮断性能を評価するとともに,テクスチャを効率的に形成するための照射時間を最適化した.(2)磁気ディスク表面に使用されているPFPE系の3種の潤滑膜(UV官能型潤滑剤,極性潤滑剤,無極性潤滑剤)について,UV照射/非照射の条件における潤滑膜の段差境界流動の比較,および潤滑膜表面のUV照射/非照射境界部におけるUV照射流動の比較により,UV照射の効果を評価するとともに,末端基の影響を明らかにした.(3)UV照射/非照射領域において分子膜の厚さに対する表面エネルギーの変化を測定し,照射領域では分離圧(膜厚に対する表面エネルギーの負の勾配)が高くなった結果から,照射境界における分離圧の勾配が,ナノ凹凸テクスチャ形成の駆動力であることを見出した.(4)直鎖状の潤滑剤高分子をばねとビーズ要素の結合と見なすばねビーズモデルに基づく分子動力学法を導入して,UV照射による相互作用状態の変化と分子膜分布の関係を再現することに成功した.これにより,シミュレーションにより,テクスチャ形成に影響する因子の探索が可能となった.ナノ高分子潤滑膜のテクスチャ構造による機能性トライボ表面を創成することを目的に,ナノメートル厚さのPFPE潤滑膜を塗布した磁気ディスク表面にマスクを介して紫外線(UV)を照射することにより,テクスチャ構造を形成する方法を提案した.これまでに得られた結果を要約すると以下のとおりである.(1)UV照射によって,PFPE潤滑剤分子と磁気ディスク表面との相互作用が増強される効果を利用して,ナノメートル厚さの分子潤滑膜を塗布した磁気ディスクにマウスを介してUVを照射し,UV露光量を局所的に変化させることによって,化学的デクスチャを形成する方法を提案した.(2)縞幅5.0,2.0,0.5μmの3種類の縞状マスクパターンを用いて縞状の化学的テクスチャを形成し,その表面において,縞パターンに平行な方向と直交する方向について、段差状に形成した潤滑膜の境界からの表面流動特性を比較評価した.表面流動における拡散係数に縞方向に依存した異方性が生じることから,化学的テクスチャの有効性を初めて確認した.(3)大気中における254nmのUVを露光する市販の光表面処理装置を使用したため,照射エネルギーの不足や,発生した活性化オゾンガスの浸透によるパターン境界のボケなどの問題があった.そこで,窒素雰囲気における172nmのUVを露光するための装置を新たに設計・製作した.また,マスクパターンについては,テクスチャ形成を光学式表面分析装置(空間分解能:5μm)を用いて直接可視化するために,縞幅を100,20μmに拡大したモデルを作製した.(4)モデルマスクを用いて形成した化学的テクスチャ表面において,膜厚分布を経時的に観測した.この結果,潤滑剤分子が平衡状態に至るまで,非照射領域から照射領域へ表面流動し,膜厚が再分布する様子を観測し,化学的テクスチャ表面の構造(三次元凹凸構造)を確認した.ナノメートル厚さの液体高分子潤滑膜(PFPE)を塗布した磁気ディスク表面にフォトマスクを介して紫外線(UV)を照射して,テクスチャ構造を形成する条件を最適化するとともに,テクスチャ形成のメカニズムの解明を進めた.今年度に得られた結果を要約すると以下のとおりである.(1)これまでに,紫外線照射用のフォトマスクとしては,波長200nm以上のUVを対象とした汎用品を使用したため,UVが漏洩し,パターン形成条件を擾乱する問題があった.そこで,UVを完全に遮断できるようにCr層を厚くしたマスクを特注し,遮断性能を評価するとともに,テクスチャを効率的に形成するための照射時間を最適化した.(2)磁気ディスク表面に使用されているPFPE系の3種の潤滑膜(UV官能型潤滑剤,極性潤滑剤,無極性潤滑剤)について,UV照射/非照射の条件における潤滑膜の段差境界流動の比較,および潤滑膜表面のUV照射/非照射境界部におけるUV照射流動の比較により,UV照射の効果を評価するとともに,末端基の影響を明らかにした.(3)UV照射/非照射領域において分子膜の厚さに対する表面エネルギーの変化を測定し,照射領域では分離圧(膜厚に対する表面エネルギーの負の勾配)が高くなった結果から,照射境界における分離圧の勾配が,ナノ凹凸テクスチャ形成の駆動力であることを見出した.(4)直鎖状の潤滑剤高分子をばねとビーズ要素の結合と見なすばねビーズモデルに基づく分子動力学法を導入して,UV照射による相互作用状態の変化と分子膜分布の関係を再現することに成功した.これにより,シミュレーションにより,テクスチャ形成に影響する因子の探索が可能となった.
多機能ナノ電気化学顕微鏡システムの創成

マイクロ・ナノ電極プローブに機能性分子やイオン電流計測機能を付加した多機能ナノ電気化学顕微鏡を開発し,単一細胞レベルでの多項目定量解析手法を確立した.すなわち,(1)フィードバックを用いたナノ電極-サンプル間のナノメートル距離制御システムを確立し,(2)多機能マイクロ・ナノ電極を開発することにより,(3)細胞表面のイオンチャネルやタンパク質受容体の機能を高速かつ高解像度にイメージングすることに成功した.さらに,(4)細胞機能とイオンチャンネル活性の同時計測や(5)受容体発現量-病態の系統的解析に成功し,新規細胞診断システム構築のための基礎技術を確立した.マイクロ・ナノ電極をプローブとした電気化学顕微鏡システムに機能性分子修飾,近接場光計測及びイオン電流計測を付加した多機能ナノ電気化学顕微鏡を開発すると共に単一細胞レベルでの多項目定量解析手法を確立し,新規細胞診断システムへ展開させる.マイクロ・ナノ電極プローブに機能性分子やイオン電流計測機能を付加した多機能ナノ電気化学顕微鏡を開発し,単一細胞レベルでの多項目定量解析手法を確立した.すなわち,(1)フィードバックを用いたナノ電極-サンプル間のナノメートル距離制御システムを確立し,(2)多機能マイクロ・ナノ電極を開発することにより,(3)細胞表面のイオンチャネルやタンパク質受容体の機能を高速かつ高解像度にイメージングすることに成功した.さらに,(4)細胞機能とイオンチャンネル活性の同時計測や(5)受容体発現量-病態の系統的解析に成功し,新規細胞診断システム構築のための基礎技術を確立した.本研究は、多機能マイクロ・ナノプローブを搭載した走査型電気化学顕微鏡(SECM)の開発と新規な単一細胞機能解析システムの創成を目指す。探針-試料間距離をシアフォース・イオンコンダクタンス・インピーダンスシグナルにより制御し,単一生細胞へのアプローチと電気化学・光・形状シグナルの取得を検討した。SICM (Scanning ion-conductance microscopy)では,キャピラリ径を最適化することにより,シアフォースフィードバックよりさらに非侵襲的なイメージングが可能になることが確認できた.探針-基板間の距離および相互作用力を精密に制御することで,遺伝子導入,mRNAの回収,パッチクランプなどの操作性を飛躍的向上が期待できる.先端径がサブミクロンのガラスキャピラリを用いたイオン選択性電極を作製した。具体的には、キャピラリ内にクラウンエーテル類を含むジクロロエタン溶液を入れ,液液界面の促進イオン移動を利用したアンペロメトリックなイオン選択性電極を作成し、これをシアフォース距離制御システムに搭載した。ガラス基板上に形成した厚さ1ミクロン、直径10ミクロン程度のナフィオンのスポットの観察を行い、形状、カリウムイオン濃度の同時計測に成功した。機能性ナノ電極の生体試料への応用において問題となる電極の汚染・劣化(electrode fouling)を解決するため、DNAの電気化学検出系をモデルとして、電極材料の検討を行い、ダイヤモンドあるいはダイヤモンド・ライク・カーボン(DLC)がインターカレーター(Hoechst 33258)やオリゴDNAの吸着、汚染による電流低下が少なく、高電位印加による電気化学的洗浄も容易であることを明らかにした。ダイヤモンドあるいはDLC探針の作製によりSECMの高性能化が期待される。また、電極をOs(II)錯体で修飾し、開回路状態でグルコース酵素反応生成物であるか酸化水素と反応させてOs(III)を電極上に蓄積させ、次いで電極に負の電位を印加してOs(III)→Os(II)のクーロメトリックな測定を行うとのプロセスで、酵素活性を数十μU/Lのレベルまで測定できることを見出した。膜受容体の細胞表面への発現調節の解析のため、細胞膜のリサイクリングに関与するとされる低分子量Gタンパク質ARF6の活性化因子EFA6Aと相互作用するタンパク質としてα-アクチニンを同定した。EFA6Aとα-アクチニンの相互作用は、細胞表面における膜受容体の局在制御を担うと思われる。膜受容体によるシグナル伝達効率を解析するため、オキシトシン受容体(OTR)の発現量とオキシトシン(OT)誘導平滑筋収縮との関連を分析した。妊娠19日子官と正常性周期子宮平滑筋の比較から、OT誘導平滑筋収縮力は一義的にOTR発現量に規定されるのではなく、細胞内Ca濃度を維持する細胞表面のL型CaチャネルやSR膜のstore-operated Caチャネルの活性によって制御されていることが明らかになった。本研究は,多機能マイクロ・ナノプローブを搭載したSECMの開発と新規な単一細胞機能解析システムの創成を目的としている.以下に本年度の成果を示す.探針-試料間距離制御系の開発○アルゴリズム改変によりシアフォースフィードバック距離制御を高速化し,100×100μm^2の細胞イメージングに要する時間を従来の1時間以上からわずか30分に短縮した.更なる高速化を実現し,薬剤刺激に伴う細胞膜形状の時間変化を追従可能となると期待できる.多機能マイクロ・ナノプローブ開発○細尖化光ファイバ外壁への貴金属(金,白金)のスパッタ蒸着,及び絶縁用電着塗料の被覆により,先端径500nmの光ファイバ/リングナノ電極を作製した.これをシアフォース距離制御システムに搭載し,細胞形状,細胞内蛍光タンパク質活性(蛍光),及び細胞外分泌タンパク質活性(電流)の同時計測を実現した.○電極表面への機能性分子の固定化膜としてアダマンタン自己組織化単分子膜形成試薬を合成し,金電極上への単分子膜形成を確認した.自己組織化膜によりナノオーダの微小電極表面への種々機能性分子の簡便な固定化が実現される.細胞機能評価○Gタンパク質共役型受容体(GPCR)の細胞内動態の研究で,これまで未知機能であったCLIC

4のGPCRへの結合と細胞表面発現の増加機能を持つことを初めて示した。○免疫刺激前後の単一マクロファージ細胞を対象に,自己免疫疾患に関連のあるKv13チャネルの発現量とマクロファージ活性化指標の過酸化水素の生成量をパッチクランプ法,及び微小電極法で評価し,両者の相関性を明らかにした.○細胞癌化との関連性が高い上皮成長因子受容体に関し,蛍光標識抗体により確認した発現量と酵素標識抗体で確認した電流応答の相関性を1細胞レベルで明らかにした.本研究は,多機能マイクロ・ナノプローブを搭載したSECMの開発と新規な単一細胞機能解析システムの創成を目的としている.以下に本年度の成果を示す.プローブ距離御系の開発○前年度のシアフォースフィードバック距離制御高速化の知見を元に,イオン電流に基づく距離制御を高速化した,シアフォースフィードバック距離制御では30分以上要したイメージングを7分半に短縮した.これにより膜受容体の活性化に起因した細胞形状の時間変化の追跡を達成した.多機能マイクロ・ナノプローブ開発○煩雑な操作を要する従来のナノディスク電極作製法を簡便化し,白金線を挿入した石英管を最尖化するというわずか1段階操作により電極径数十数百nmのPtナノディスク電極を作製可能とした.リング電極の作製法と組み合わせることでリング/ディスクナノ電極の作製が可能となると期待できる.○細胞の呼吸活性計測を骨的とした酸素検出型マイクロ酵素センサを開発した.酵素固体化条件を制御することでセンサ性能を簡便に調節可能であることを明らかにした.○細胞培養液中での計測で問題となる電極の汚染,劣化の解決のためポリエチレングリコール被服した酵素修飾電極を開発し,細胞培養液中での長期間連続測定を可能にした.○リング電極を用いた単一細胞の電場破砕とmRNA回収を実現した. real-time PCRによるmRNAの定量と組み合わせ,癌化の指標となる細胞極性と上皮成長因子受容体(EGFR)mRNAコピー数の相関性を明らかにした.細胞機能評価○光ファイバ/リングナノ電極を用い,細胞の形状,細胞活性(蛍光),及びEGFR認識抗体の標識ALP活性(電流)の同時計測に成功した.○ヒト膀胱平滑筋でGPCRの一種アドレナリンβ2受容体とKチャネルの連関を解明した.受容体刺激が弛緩機能をもたらす際にカリウムチャネル開口と過分極作用が関与していることを明らかにした.●シアフォースフィードバックを用いたナノ電極-サンプル間距離の制御システムの確立:上皮成長因子(EGFR)発現細胞を対象に電気化学-形状同時イメージングに成功した。FPGAボード(100万ゲート,1MHz)を用いて光-電気化学-形状3系同時イメージングの高速化に成功した。分泌型アルカリホスファターゼ導入細胞の1細胞イメージングに成功した。イオンコンダクタンスフィードバック制御とリング電極-キャピラリ複合プローブにより固定化酵素膜や生細胞の電気化学-形状同時イメージングに成功した。
ナイジェリアの臨床試験におけるネットワークと知識の生産過程に関する人類学的研究

本研究はアフリカの医学研究における臨床試験を検討する。臨床試験とは、人体に対して医薬品の投与等の介入を行い、その安全性や有効性を調べるための仕組みである。先進諸国と異なりアフリカでは、国外の医学研究所や製薬企業が出資し、マラリアや黄熱病、エボラ出血熱やデング熱等の感染症に対する試験を行うことが多い。本研究は、ナイジェリア・ラゴスにあるラゴス大学医学部付属病院を対象に、臨床試験に関わる多様なヒトとモノの配置と関係の動態を分析することで、科学的知識の生産過程を明らかにするものである。
免疫放射線療法の確立に向けた基礎・トランスレーショナル研究

放射線治療と免疫療法(免疫チェックポイント阻害剤など)の併用療法(免疫放射線療法)により、局所および全身性の抗腫瘍免疫の活性化による遠隔転移巣に対する治療と放射線治療の局所効果の増強を目指した新たな治療法の開発を目的に、特にT細胞性免疫の活性化に重点を置き、細胞障害性Tリンパ球とその腫瘍内浸潤をターゲットとした。神経膠芽腫と食道癌患者を対象に、生検腫瘍組織を免疫組織化学染色にて解析した。本研究について院内IRBは承認され、パラフィンブロックから解析用切片の作成は終了し、HLA class I発現、腫瘍浸潤Tリンパ球、PD-L1発現などについて、最適染色条件を確認し、現在、解析施行中。本研究では、放射線治療と免疫療法の併用(免疫放射線療法)により、全身性の抗腫瘍免疫の活性化と放射線治療の局所効果の増強を得ることを目指している。そのために、初年度である平成27年度は、放射線治療における抗腫瘍免疫の予後への寄与を検討するために、治療前、もしくは治療前・後の腫瘍組織におけるHLA ClassI発現、リンパ球浸潤、などを免疫染色により評価する(Immune Scoring)ために、福島県立医科大学および群馬大学において、それぞれの学内の治験審査委員会(IRB)に研究計画書を提出し、承認された。その後、免疫組織化学染色を行うための準備(染色プロトコールの確認など)と、脳腫瘍(神経膠芽腫)、直腸がんなど、プロトコールの基づいて、腫瘍生検組織の収集している(群馬大学分は終了した)。福島県立医科大学の治験審査委員会(IRB)における研究計画の承認が遅れたこと、臨床業務の過多が続き研究に時間が割けなかったこと、などから、腫瘍生検組織の収集が遅れ、免疫組織化学染色による解析ができていないため。本研究では、放射線治療と免疫療法(免疫チェックポイント阻害剤、樹状細胞ワクチン療法、など)の併用治療(免疫放射線療法:Immuno-Radiotherapy)により、全身性の抗腫瘍免疫の活性化による遠隔転移巣に対する治療と放射線の局所治療効果の増強を目指した新たな治療法の開発を目的とし、その基礎・トランスレーショナル研究を行う。今年度は、材料(腫瘍生検組織)を収集し、免疫組織化学染色による腫瘍のHLA Class I発現、Tリンパ球浸潤、などについて、研究計画に従い解析する予定であったが、種々の事情で腫瘍生検組織の収集に時間がかかってしまい、免疫染色などのデータ解析まで実施できなかった。これまでに、福島県立医科大学付属病院で治療された神経膠芽腫患者のうち、院内IRBで承認された解析患者群の臨床データの収集、パラフィンブロックの収集は完了し、現在、パラフィン切片作成中。この後、免疫組織化学染色にて解析を行うが、その準備はすでに完了している。免疫治療は、免疫チェックポイント阻害剤など、すでにがん治療における主要な治療法として認知され、適応疾患も広がっている。放射線治療との併用により、アブスコパル効果(放射時治療時に、照射されていない転移巣も同時に縮小する現象)が高率に認められる、との報告も複数報告され、免疫放射線療法ががん治療の新たな治療法として認知されるには、この様な基礎・トランスレーショナル研究が重要と考えられるため、早急に解析を進める必要がある。学内の手続き・等に予定以上の時間がかかってしまったこと、臨床業務の過多が続き研究に時間が割けなかったこと、などから腫瘍生検組織の収集に時間がかかってしまい、免疫染色などのデータ解析まで実施できなかった。現在、パラフィン切片作成中で、免疫組織化学染色の準備は、すでに完了している。本研究では、放射線治療と免疫療法(免疫チェックポイント阻害剤、樹状細胞ワクチン療法、など)の併用療法(免疫放射線療法:Immuno-Radiothetrapy)により、局所および全身性の抗腫瘍免疫の活性化による遠隔転移巣に対する治療と放射線治療の局所効果の増強を目指した新たな治療法の開発を目的とし、その基礎・トランスレーショナル研究を行った。特にT細胞性免疫の活性化に重点を置き、細胞障害性Tリンパ球とその腫瘍内浸潤をターゲットとした。今年度が最終年度であり、予定した研究を完遂すべく、収集した腫瘍生検組織を免疫組織化学染色にて、HLA class I発現、腫瘍浸潤Tリンパ球・樹状細胞、PD-L1/pStat、などについて解析予定であった。本研究について院内IRBは承認され、パラフィンブロックから解析用切片の作成は終了し、HLA class I発現、腫瘍浸潤Tリンパ球・樹状細胞、PD-L1/pStat、などについて、最適染色条件を確認した。最適条件の確認に時間がかかってしまい、本染色は3月までに終了しなかった。現在(2018.05)、解析施行中であり、早急に研究完了させる予定である。なお、これまで収集していた神経膠芽腫に加え、今年度新たに食道癌についても生検組織の収集を行った。今後、神経膠芽腫と同様に解析予定である。

早急に、腫瘍生検組織の収集を完了し、免疫組織化学染色による腫瘍のHLA発現、Tリンパ球浸潤、などについて、計画に従い実験・解析する。早急に腫瘍生検組織のパラフィン切片の作成を完了し、免疫組織化学染色による腫瘍のHLA Class I発現、Tリンパ球浸潤、などについて、研究計画に従い解析する。放射線科学福島県立医科大学の治験審査委員会(IRB)における研究計画の承認が遅れたこと、臨床業務の過多が続き研究に時間が割けなかったこと、などから、腫瘍生検組織の収集が遅れ、免疫組織化学染色による解析ができていないため。研究の進捗がやや遅れており、今年度は予定の研究が十分行えなかったため。および、それに伴う学会発表・論文作成等の支出が少なかったため。腫瘍生検組織の収集が完了次第、予定の免疫組織化学染色を行う。全体の研究計画に従い、今年度行う予定であった研究と、次年度に予定している研究に使用する。
偏性細胞内寄生菌（リケッチア）における接合伝達系の解析と遺伝子操作技術への応用

他の偏性細胞内寄生菌と同様に、リケッチアの解析は取扱いの煩雑さ等のために大きく遅れている。本研究では、日本紅斑熱リケッチアの非病原性近縁種に接合伝達系をコードするプラスミド(pLON)が存在するという我々自身の発見に基づいて、偏性細胞内寄生菌にもプラスミド接合伝達系が存在することを証明し、pLON接合伝達能を活かしたトランスポゾン(Tn)挿入変異導入系の開発を試みる。この変異導入系が確立できれば、リケッチアの細胞内増殖に必要な遺伝子の網羅的探索が可能となり、「大規模なゲノム縮小が生じている偏性細胞内寄生菌で、どの程度の遺伝子が実際に必須であるのか」という大きな学問的な問いに挑むことができる。
近接場顕微鏡によるナノマシニング技術の開発

現在,マイクロマシンの加工技術としては,半導体加工技術を応用したフォトリソグラフィーや,LIGAプロセスなどが主に用いられている。しかし,これらの加工装置は非常に大がかりであり,しかもその分解能は光の波長によって制限される。近接場顕微鏡による加工技術が確立されれば,比較的簡便な装置で,光の波長に制約されず100nmよりも小さなスケールの加工が可能となり,マイクロマシンの作製に大きな進歩を与えることができる。今年度は,従来のフォトリソグラフィーで用いられている光レジストを試料として,近接場顕微鏡でパターニングを行った。この場合,近接場顕微鏡による露光以外のプロセスは全て現在までに確立されている手法を用いることができる。本研究では,ガラス基板上にポジ型フォトレジストをスピンコートし,これに近接場顕微鏡プローブを用いてラインパターンを露光し,現像後の形状を原子間力顕微鏡などで観察した。さまざまな条件下で露光を行い,現像したものを観察した結果,分解能を決める要因は露光側(プローブの開口の大きさ,走査速度,導入する光のパワー・波長など)だけではなく,試料となるレジスト薄膜を薄くし,表面粗さを少なくすることも重要であることがわかった。そこで,レジストの希釈液,希釈率,およびスピンコートの条件を適切に設定することにより,膜厚が約100nmの微細なパターニングに適した膜を得た。これに対してパターニングを行うことで,波長400nmの光を導入して近接場顕微鏡で露光を行い,現像後に波長の半分以下のパターンを得ることに成功した。さらに,分光測定などから,プローブ先端での物理的あるいは光熱的な反応ではなく光化学反応によって加工が行われていることを確認した。
日米の小中学校・大学のパートナーシップによる美術教育の国際協働学習モデルの開発

本年度の研究実績は、以下の4点にまとめられる。(1)ユネスコから2014年より出された一連の地球市民教育に関する文献や教育学分野における主要な研究のレビューなどを通して、今日の学校教育で求められているグローバル化対応の指針や方法を整理・検討し、ジョン・デューイの芸術理論と教育哲学をベースに、美術を中心とした異文化間教育の理論的枠組みについて明確化した。(2)シカゴ大学実験学校の小中学校の教員2名、広島大学附属高等学校・三原小学校の教員2名を研究協力者として、「異文化共感性」を育む美術を中心とした異文化間カリキュラムを開発し、その教育的効果を図る質問紙を作成して、効果検証を行った。プレテスト・ポストテストによる調査から、両国の児童・生徒に対して開発したカリキュラムの効果が示されるとともに、異文化共感性には、発達段階があることが示された。(3)6月9日に米国インディアナ大学東アジア研究所の副ディレクターであるテレサ・カング教授を広島大学に招聘し、「美術教育による日米の学校間グローバル・ネットワークの構築」をテーマに研究協力者の教員等を交えて協議を行った。地球市民に不可欠な資質である「異文化共感性」を育むために効果的な指導のあり方、地球市民教育を行う教員に必要とされる資質や能力を中心に話し合いを進め、これまでの共同研究の振り返りを通して、成果の確認を行うとともに、今後の研究課題を明確化した。(4)本年度より、広島県東広島市立久芳小学校、インディアナ州ブルーミントン市チャイルズ小学校を研究協力校に加え、日米の図画工作科教員と共同研究を行い、異文化間カリキュラムを開発している。カリキュラムの編成原理や指導原理について、昨年度までに実施した日米の他校における開発の成果を合わせ、異なる文脈においても高い教育的効果が得られる原理について検討を進めた。米国インディアナ大学東アジア研究所・副ディレクターのT・カング教授、同大学大学院教育学研究科のM・マニフォルド准教授(国際美術教育学会・副会長)、インディアナ州と広島県の小学校教員、耕三寺博物館、広島県立美術館との協働により、国際ウェブカンファレンスを交えて、異文化間教育を目的とする図画工作科の学習開発を試行し、参加協力者へのインタビューを通して、協働の方法や学習開発の方法について2016年8月までに検討を行っている。検討を踏まえて、2016年8月以降に学習モデルを開発し、インディアナ州と広島県の小学校において学習モデルの有効性を検証するアクション・リサーチを進めている。アクション・リサーチにおいては、1異文化間教育に関する教員の力量形成、2児童の文化的感受性と創造性の向上という点から、インタビュー調査、質問紙調査などを通して、開発された学習モデルの効果を明らかにしている。国際ウェブカンファレンスは、2016年8月と2017年3月に実施し、参加協力者に対してメールによるインタビュー調査を行い、国際協働のネットワーク構築に向けて、より効果的な国際ウェブカンファレンスの在り方について検討を行っている。また、米国インディアナ大学東アジア研究所のウェブサイトに、本研究の公式ホームページを開設し、本研究を通して開発された異文化間教育を目的とする図画工作科の題材・教材や研究成果を公開している。米国インディアナ州と広島県の小学校教員の協力を得て、2016年8月までに予備研究を行い、国際ウェブカンファレンスを含めた図画工作科の国際交流による学習モデルを開発し、2016年8月以降に、効果の検証を目的としたアクション・リサーチを日米の小学校で進めている。研究の成果を国内外の学会で発表した結果、国内及び海外の教育関係者から、グローバル化が進行するこれからの時代に学校教育で必要とされる意義のある研究として良好な評価を得ており、おおむね順調に進んでいると言える。(1)米国のグローバル教育先進校であるシカゴ大学実験学校の小中学校で行われている美術教育の実態について、11月に現地調査を行い、翌年3月に、同大学実験学校のディレクター並びに教師と平成30年度に行う共同研究の計画について協議を行った。(2)広島県と米国インディアナ州の小中学校教員の協力を得て、異文化間の相互理解を目的とした図画工作・美術科の題材を開発し、約250名の児童・生徒を対象に質問紙調査を行い、その教育的効果を明らかにした。質問紙調査からは、開発された題材が、異文化感受性を高めることに効果があることが示され、質問紙調査の記述内容の分析から、美術教育における「異文化感受性発達モデル」を作成した。(3)9月に全米美術教育学会の前会長であるパデュー大学芸術学科教授であるロバート・セイボル博士を広島大学に招聘して、「これからの美術教育の在り方をグローバルに考えるー日米交流を通してー」をテーマに本研究の協力者を交えて研究協議を行った。協議からは、日米両国の美術教育に共通して、文化の多様性の助長、協働を伴う学習の促進、子どもの感性を育てる学習の在り方などが課題となっていることが確認された。(4)国際共同による図画工作・美術科の学習開発を通して形成された教師の力量について、質問紙調査とインタビュー調査を行った。ウェブ会議による授業研究をテーマとした研究会を通して、他国の教師と直接の対話を行うことが、教師のグローバル教育に対する意識向上や異文化感受性などの能力向上に効果があることが明らかになった。(1)全米美術教育学会の前会長であるパデュー大学芸術学科教授であるロバート・セイボル博士との協議が実現することで、グルーバル化する今日に対応するために、米国の学校教育がどのような方策を立て、美術教育では、理論レベル、及び、実践レベルで、何が具体的に進められているかが明確になったこと。(2)世界的レベルで教育の先進校であるシカゴ大学実験学校との共同研究の計画が進んだこと。

本年度の研究実績は、以下の4点にまとめられる。(1)ユネスコから2014年より出された一連の地球市民教育に関する文献や教育学分野における主要な研究のレビューなどを通して、今日の学校教育で求められているグローバル化対応の指針や方法を整理・検討し、ジョン・デューイの芸術理論と教育哲学をベースに、美術を中心とした異文化間教育の理論的枠組みについて明確化した。(2)シカゴ大学実験学校の小中学校の教員2名、広島大学附属高等学校・三原小学校の教員2名を研究協力者として、「異文化共感性」を育む美術を中心とした異文化間カリキュラムを開発し、その教育的効果を図る質問紙を作成して、効果検証を行った。プレテスト・ポストテストによる調査から、両国の児童・生徒に対して開発したカリキュラムの効果が示されるとともに、異文化共感性には、発達段階があることが示された。(3)6月9日に米国インディアナ大学東アジア研究所の副ディレクターであるテレサ・カング教授を広島大学に招聘し、「美術教育による日米の学校間グローバル・ネットワークの構築」をテーマに研究協力者の教員等を交えて協議を行った。地球市民に不可欠な資質である「異文化共感性」を育むために効果的な指導のあり方、地球市民教育を行う教員に必要とされる資質や能力を中心に話し合いを進め、これまでの共同研究の振り返りを通して、成果の確認を行うとともに、今後の研究課題を明確化した。(4)本年度より、広島県東広島市立久芳小学校、インディアナ州ブルーミントン市チャイルズ小学校を研究協力校に加え、日米の図画工作科教員と共同研究を行い、異文化間カリキュラムを開発している。カリキュラムの編成原理や指導原理について、昨年度までに実施した日米の他校における開発の成果を合わせ、異なる文脈においても高い教育的効果が得られる原理について検討を進めた。インディアナ美術教育連盟の2017年度年次大会で、研究協力者と学会発表を計画することで、研究開発ネットワークの強化に努める。現在進行中のアクション・リサーチの結果を踏まえて、異文化間教育を目的とする図画工作・美術科の学習モデルのさらなる改善を進める。(1)シカゴ大学実験学校と広島大学附属校の協力を得て教育研究のパートナーシップを築くこと。(2)P21で新しく出されたグローバル教育のスタンダード、並びに、全米美術教育学会が2014年に公表した全米視覚芸術スタンダードのグローバル教育にかかわる内容などの検討を通して、グローバル教育に特化した美術教育のスタンダードの作成に向けて研究を推進すること。
オーダーメイド型バベシアワクチンの開発研究

アジア、アフリカ、南アメリカのMSA遺伝子群を含む赤血球侵入関連遺伝子の遺伝子多型を明らかにし、かつ標的遺伝子の単離に成功した。また、バベシアのワクチン候補分子(RAP-1、AMA-1、TRAP)の赤血球侵入への関与について明らかにした。さらに、バベシアのメロゾイト期における遺伝子発現プロファイルについて明らかにし、かつバベシアの赤血球侵入を試験管内で評価できる新たな手法やバベシアの遺伝子改変を可能とする技術を確立した。いずれの成果もバベシア症に対するワクチン開発に向けた重要な知見となった。平成25年度では、オーダーメイド型バベシアワクチンの開発に向けて以下の研究項目の成果を得た。1)国内で蔓延する牛バベシア(Babesia ovata)の生活環をまとめ、その世界の分布を明らかにした。2)モンゴルの馬バベシア(Babesia caballi)、フィリピン、ベトナムの牛バベシア(Babesia bovis, Babesia bigemina)、スリランカ、タイ、ブラジル、ガーナの牛バベシア(Babesia bovis)の赤血球侵入関連因子の遺伝子多型を明らかにした。3)牛バベシア(Babesia bovis)のワクチン候補分子(TRAP-2、AMA-1)の赤血球侵入への関与について明らかにした。いずれもバベシア症に対するオーダーメイド型ワクチンの開発に向けて重要な知見となった。平成26年度では、オーダーメイド型バベシアワクチンの開発に向けて以下の研究成果を得た。1)ウシバベシアの赤血球侵入を試験管内で評価できる手法を開発した。2)ウシバベシアの遺伝子改変を可能とする技術を確立した。3)マダニからウシバベシアの遺伝子検出を可能とする手法を確立した。4)フィリピン及びスリランカの牛や水牛に蔓延するウシバベシアの赤血球侵入関連因子の遺伝子多型を明らかにした。5)ウシバベシアのメロゾイト期における遺伝子発現プロファイルと転写機序について明らかにした。いずれもバベシア症に対するワクチン開発に向けた重要な知見となった。獣医原虫病学世界で蔓延する牛バベシア及び馬バベシアのオーダーメイド型ワクチンの作製に必要な赤血球侵入関連因子の遺伝子多型を同定し、その遺伝子資源をライブラリーとして収集した。また、牛バベシアのワクチン候補分子(TRAP-2、AMA-1)の赤血球侵入への関与について直接証明できた。さらに、国内で蔓延する牛バベシアの生活環をまとめ、その世界の分布を明らかにした。以上の成果から、当初の計画以上に進展していると判断する。今後は、世界の牛バベシア流行株より単離した様々なタイプのMSA群の特異抗体を作製し、それぞれの特異抗体と各種免疫抗原との反応交差性、特異抗体による原虫増殖阻害効果、及び各種MSA遺伝子の系統分布を整理し、それぞれのMSA群の特異抗体がカバーできる原虫抑制スペクトルを決定する。得られた成果を総括して、各汚染国オーダーメイドのカクテル型サブユニットワクチンを開発する。遺伝子解析が先行した結果、免疫学的解析が次年度に移行した。その結果、免疫学的解析の使用額が次年度となった。平成26年度の直接経費の使用計画として、物品費:1,073,920円、旅費:600,000円、人件費・謝金:53,828円、その他:75,922円(合計:1,803,670円)を予定している。
易感染状態患者へ安全で満足な食を提供するために

【はじめに】易感染状態の患者が食事を安全に摂取できるように、細菌学的な検討を行った。【方法】人工胃液(pH1.2、2.5、4.0、7.0)を作成し、指標菌に大腸菌、黄色ブドウ球菌、MRSAを用い、人工胃液中の細菌の消失程度を観察した。また、粘膜保護剤等の薬剤を服用した際の影響についても調査した。【結果・考察】人工胃液pH1.2では、全ての指標菌は30分以内に消失した。pH2.5では、黄色ブドウ球菌、MRSAが60分以内に消失したが、大腸菌は10^1個程度の減少であった。pH4.0では、MRSAのみ10^2個程度の減少を示し、大腸菌と黄色ブドウ球菌に変化はなかった。pH7.0では、変化はなかった。更に、5種類の薬剤を加えた実験では、1種類のみ人工胃液のpHを上昇させるものがあり、それを添加した人工胃液内の細菌消失はなかった。以上の結果から、易感染状態患者の食事摂取時の注意点としては、食物の細菌数を減じるだけではなく、胃液の強酸環境を維持できるように、内服薬や食品等の内容も考慮する必要があると考えられた。【方法】易感染状態患者の食事制限の緩和を図るため、摂取食物と腸内感染の現状について調査した。調査は、H市内の無菌室を所有する2施設を対象に、過去2年間のカルテより便の細菌培養、血液検査、食事内容等を調査した。対象は、文書により本人または家族の同意の得られたカルテのみ調査対象とした。【結果】1.延べ58名の対象を得、AML30名、ML28名であった。男性は26名、女性32名。平均年齢は49.1歳で50代が47%を占めた。平均在院日数は20.8日。白血球数は、AMLでは03×10^3/μl、MLでは08×10^3/μl。入院中は83%の者が加熱食を摂取しており、58%の者に抗生剤が投与されていた。2.入院3日目から10日目の食事摂取状況は、78割摂取が全体の45%、次いで10割摂取が28%を占めた。給食以外の補食の有無では34名(57%)が補食しており、その内容の多くは、パン、牛乳、カップ麺、ゼリー、ジュース、バナナ等であった。3.便培養データより、腸内常在菌以外の検出は18名(31%)で、このうち補食有は12名(35%)。また、下痢症状は全体の27%にみられたが、常在菌以外検出の18名中では2名のみで、そのうち腹痛有は1名であった。一方、補食無かつ常在菌以外検出は6名(30%)であった。【考察】半数以上の者が補食をしていたが、細菌数の多い食物は避けていた。便培養の結果をみると腸内常在菌以外のcandida、pseudombnas、S.aureus等が検出されており、入院期間中に摂取した食物から必ずしも移行したものではなく、入院前に体内へ取り込まれた可能性が示唆された。
室温合成量子ドットの異常な白色蛍光の基礎特性評価

本研究の主題である白色蛍光量子ドットの合成では、合成直後の配位性溶媒中のCdSe量子ドットをクロロホルムに分散させることが常法としてよく知られている。このとき、スペクトル幅が著しく広い白色発光が観測される。ところが、合成直後の量子ドットを常法に反してジクロロメタンに分散させると、驚くべきことに極大波長が400 nmの青色発光が得られた。このような蛍光スペクトルに及ぼす顕著な溶媒効果を、塩素を含む溶媒に着目して詳しく調べた。その結果、溶液中における量子ドット形成のメカニズムと量子ドット表面における配位性溶媒の役割を深く理解する手がかりが得られた。今年度、計画に従い室温下(23°C)でCdSeの白色蛍光量子ドットの再現に成功した。蛍光量子収率0.19という値を得た。以前の研究では標準試料の相対値として0.4を得ていた。今回の値はその半分程度の値であったが、絶対蛍光量子収率測定装置を用いて測定したので信頼性は格段に高い。トリオクチルホスフィン(TOP)を溶媒としてCdSe量子ドットの調製し、その蛍光を調べたところ驚くべきことに青色であった。これをクロロホルムに分散させたところ既報通りの白色蛍光が再現した。このような顕著な溶媒効果はこれまでの研究では見落とされていたので、急遽、この溶媒効果に着目した研究を展開した。TOPが配位した量子ドットの表面がクロロホルムに置換し、それに含まれるハロゲン原子と量子ドット表面のCd原子との電子的な相互作用によって溶媒効果を説明できる見通しを得た。顕微鏡とビデオカメラを組合せたビデオ顕微装置(既設)を用いて1個の量子ドットによる蛍光輝点を観測する。このとき可視域だけでなく紫外域まで励起波長を拡張するのが当初計画である。今年度は、ビデオ顕微装置用の蛍光励起光源として、レーザーでは困難な紫外ー可視領域で励起波長を連続的に選択可能で、しかも従来のランプ光源よりも照射面積をレーザー並に小さくできるという顕微鏡測定に最適な光源を導入した。周辺の光学系の完全な整備は次年度の課題となる。申請者らが先鞭をつけた室温合成で調製したCdSe量子ドットの白色蛍光(Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 013115-1 -013115-3)は、狭い蛍光を特長とする通常の量子ドットと比較して、極めて特異な性質であり、これまで十分な研究がなされていない。基礎的な蛍光特性を解析して白色蛍光量子ドットの特性を探索する。先ず現在の研究環境下でCdSeの白色蛍光量子ドットを再現させた。蛍光量子収率を評価した結果。以前の研究で得られた0.4には及ばないものの、コア型の量子ドットの量子収率としては高水準の0.2以上が得られた。これは単一量子ドットイメージングが可能な水準である。この量子ドット表面は疎水性の配位子(TOP)で覆われている。このため、清浄な表面が親水性であるガラス基板表面に一様に分散させることは困難となるので水溶性のリガンドと置換して量子ドットを水溶性に変換した。このときの量子収率は0.3となった。ところが、単一量子ドットイメージング用の試料調製で試料溶液を希釈したところ、量子収率が大幅に低下することが判明した。これは表面を保護しているリガンドが解離することが原因と推定される。このため当初計画していたイメージング実験を推進することが困難となった。しかし、元となるCdSeコア量子ドットの調製を追試する過程で、発光スペクトルの幅に対する極めて顕著な溶媒効果を発見した。合成直後のTOP溶媒中のCdSe量子ドット(CdSe:TOP)をクロロホルムに分散させることが常法としてよく知られている。ところが、これをジクロロメタンに分散させると驚くべきことに極大波長が400 nmの青色発光が得られた。今年度はこのような発光スペクトルに及ぼす顕著な溶媒効果をとりわけハロゲン溶媒に着目して詳しく調べた。当初の計画では想定していなかった量子ドットの発光に及ぼす顕著な溶媒効果を発見した。他に類例を見ないこのような溶媒効果に着目した研究を今年度展開した。ナノ粒子に関する光物理化学当初の計画に沿って単一の白色蛍光量子ドットの蛍光が点滅するかどうかを確認する。点滅それ自体が1個を測定していることの証拠になる。点滅しない量子ドットでは、見ている蛍光輝点が1個の量子ドットに起因することを確認するために、単一光子時間相関装置を用いて蛍光アンチバンチングを測定する。点滅の有無におよぼす励起波長依存性を調べる。量子ドットのイオン化が点滅のOFF状態の原因である。

一般に励起波長が短波長になるとイオン化が起こる可能性が高くなるので、可視光励起では点滅を示さず、励起光が短波長になって点滅が始まれば、量子ドットのイオン化に対して、極めて重要な知見が得られる。それはイオン化が起こるエネルギー閾値である。一方、点滅を示す場合、ランダムなOFF時間の統計分布に対する励起波長依存性を解析する。励起光が短波長になるにつれて平均OFF時間が長くなる可能性がある。平均OFF時間の励起波長依存性を調べ、ある波長以下で顕著に平均OFF時間が短くなれば、同様にイオン化エネルギー閾値を推定できる。必要な物品を購入したところ、値引きにより1,072円の差額が生じた。少額なので、次年度の物品費の一部に充てる見込みである。
開放系粒子シミュレーションによる磁気リコネクションのダイナミクスの研究

磁気リコネクション現象における異常電気抵抗の物理機構解明を目指して,開放系3次元電磁粒子シミュレーションを実行した.コード開発では精度が高く非物理的ノイズが抑えられる開放系境界モデルの開発に成功した.電流層中心付近の粒子メアンダリング運動が圧力テンソルの非対角成分を励起して磁場凍結条件が破ることを簡単なモデルで解析的に示すことができた.粒子軌道をバーチャルリアリティ装置によって解析した結果,イオンの非熱的運動と加熱機構の間の強い相関が明確に示された.本研究の全体構想は,高ベータプラズマにおける粒子運動論的効果とプラズマ不安定性の関係,系のダイナミクスへの影響を電磁粒子シミュレーションによって運動論的に解明することである.磁気リコネクションは,プラズマ中で磁力線が互いにつなぎかわる現象で,電子やイオンという微視的な物理から,磁場のトポロジー変化など巨視的な物理が関わる.太陽コロナや地球磁気圏サブストーム,トカマクの閉じ込め崩壊などエネルギー解放現象で重要な役割を果たすと考えられている.しかし,この現象を通じて発生する,磁場からプラズマへのエネルギー解放機構や粒子加速機構,リコネクションを支配する電気抵抗の詳細などについて十分な理解は得られていない.高ベータプラズマの運動論的シミュレーション研究の中で,本研究課題では,磁気リコネクション現象を支配する電流層中心の高ベータ領域に着目し,磁気リコネクション現象解明のための研究を推進する.磁気リコネクション現象における異常電気抵抗の物理機構解明を目指して,開放系3次元電磁粒子シミュレーションを実行した.コード開発では精度が高く非物理的ノイズが抑えられる開放系境界モデルの開発に成功した.電流層中心付近の粒子メアンダリング運動が圧力テンソルの非対角成分を励起して磁場凍結条件が破ることを簡単なモデルで解析的に示すことができた.粒子軌道をバーチャルリアリティ装置によって解析した結果,イオンの非熱的運動と加熱機構の間の強い相関が明確に示された.無衝突磁気リコネクションは高温プラズマで観測される急速なエネルギー開放現象の基礎的なプロセスである.しかし,エネルギー解放機構や粒子加速機構などの詳細には未解明な部分がある.本研究では,粒子運動論効果と様々なプラズマ不安定性による電流層の力学発展を調べるため,プラズマが外部と自由に出入りする開放系モデルを用いた3次元電磁粒子シミュレーションを実行する.このシミュレーションの中で,磁場拡散領域における微視的な物理を調べ,磁場拡散過程を担う電気抵抗の正体を明らかにする.これらの解明とともに,磁気リコネクションにおけるダイナミクスを調べ,エネルギー解放機構の理解を目指す.磁気リコネクション現象を解析するために,物理モデルとして陽解法による開放系3次元電磁粒子シミュレーション手法を採用した.本年度は,3次元開放系境界条件の物理モデルの妥当性を検証し,またコードの更なる最適化を図った.その結果,プラズマや磁気フラックスが流入する上流境界において高精度で磁場凍結条件が成立する上流境界モデル及び,プラズマや磁気フラックスが排出される下流境界において非物理的なノイズを抑えることができる自由境界モデルの開発に成功した.この成功で,より高精度な粒子シミュレーションによって磁気リコネクションを研究できるようになった.また,このコードを使ったシミュレーション結果として,電流層での粒子の速度分布がマックスウェル分布から非等方な分布になることがわかった.これは電流層の中心付近での粒子のメアンダリング運動の結果であり,この非等方分布によって圧力テンソルの非対角成分が発生して磁場凍結条件を破り,無衝突リコネクションを引き起こすことがわかった.無衝突磁気コネクションは高温プラスマで観測される急速なエネルギー開放現象の基礎的なプロセスである.しかし,エネルギー解放機構や粒子加速機構などの詳細には未解明な部分がある.本研究では,粒子運動論効果と様々なプラズマ不安定性による電流層の力学発展を調べるため,プラズマが外部と自由に出入りする開放系モデルを用いた3次元雷磁粒子シミュレーションを実行する.このシミュレーションの中で,磁場拡散領域における微視的な物理を調べ,磁場拡散過程を担う電気抵抗の正体を明らかにする.これらの解明とともに,磁気リコネクションにおけるダイナミクスを調べ,エネルギー解放機構の理解を目指す.磁気リコネクション現象を解析するために,物理モデルとして陽解法による開放系3次元電磁粒子シミュレーション手法を採用した.本年度は、これまでに得られたシミュレーション結果について解析的アプローチを行い,また,没入型3次元バーチャルリアリティ装置を使った解析を行った.これまでの結果で,イオンの磁場凍結条件を破るのは,イオンのメアンダリング運動による圧力非対角成分の励起が原因であるとこれまでの粒子シミュレーションで示唆された.この関係について,簡単なモデルによってメアンダリング運動と圧力非対角成分の励起の関係を示した.また,没入型3次元バーチャルリアリティ(VR)装置CompleXcopeで電磁粒子シミュレーションの結果を表示するソフトウェアを開発し,リコネクションのシミュレーション結果をVR空間で解析した.その結果,イオンのメアンダリング運動と加熱機構の間の強い相関を明確に示すことができた.無衡突磁気リコネクションは高温フラズマで観測される急速なエネルギー開放現象の基礎的なブロセスである.しかし,エネルギー解放機構や粒子加速機構などの詳細には未解明な部分がある.本研究では,粒子運動論効果と様々なプラズマ不安定性による電流層の力学発展を調べるため,プラズマが外部と自由に出入りする開放系モデルを用いた3次元電磁粒子シミュレーションを実行する.このシミュレーションの中で,磁場拡散領域における微視的な物理を調べ,磁場拡散過程を担う電気抵抗の正体を明らかにする.これらの解明とともに,磁気リコネクションにおけるダイナミクスを調べ,エネルギー解放機構の理解を目指す.磁気リコネクション現象を解析するために,物理モデルとして陽解法による開放系3次元電磁粒子シミュレーション手法を採用した.本年度は,3次元開放系境界条件の物理モデルの妥当性を検証し,またコードの更なる最適化を図った.

その結果,コードの使用メモリ量の大幅な削減,計算効率の向上に成功し,シミュレーションの規模をより大きくすることが可能となった.また,これまで得られてきたシミュレーション結果を没入型3次元バーチャリアリティ(VR)装置を使って解析を行った.時間変化する電磁場中での粒子軌道をVR空間で追跡するためのソフトウェアを開発し,シミュレーション結果を解析した.その結果,電磁場を固定した場合に比べ,時間変化している場合には,リコネクションが発生している領域において下流方向への加速がより大きくなっていることが分かった.分散メモリ型スカラー計算機で実行性能を得るため,領域分割法による分散並列手法を開放系電磁粒子シミュレーションコードPASMOに適用した.今回採用した領域分割法では1次元方向のみ(電流方向)でシミュレーションボックスを分割した。分割されたそれぞれの領域での電磁場や粒子データをそれぞれの領域に割り当てられたMPIプロセスが担当して,運動方程式やMaxwell方程式をその領域内について解く。今年度は、Quiet-Start法を適用した上流境界に領域分割法を適用することに成功した。Poissonソルバーに対して領域分割ができないため、今後の計算領域の拡大を考慮すると、多重極分解法や所的に電荷保存が保証される方法の適用などを検討する必要がある。また、プラズマのシミュレーション結果の可視化について、その発展研究として、平衡プラズマのシミュレーション結果と実験装置データを一つの仮想現実(VR)空間で同時に可視化することができるようになった。VR空間の中で、平衡プラズマの圧力等値面、磁力線、ドリフト粒子の軌道を対話的に描かせつつ、それらの可視化結果が写実的に表現された実験装置内部に表示される。これにより、シミュレーション結果のより直観的な理解や、実験装置とプラズマの位置関係の理解の促進、実験観測ポートからプラズマを観測することによる実験観測装置の開発への貢献など、様々な応用が期待される。