hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
HGF/SF刺激によるヒト口腔癌細胞の浸潤能促進におけるRhoのDNA解析

これまで検討してきたヒト口腔扁平上皮癌細胞株のうち、in vitro浸潤アッセイによりHGF/SF(10ng/ml)刺激で最も高い浸潤能の促進を示したSAS細胞は、HGF/SFの濃度依存的な運動能の促進が認められ、SAS細胞のHGF/SFによる浸潤能の促進は運動能の亢進と関連性が高いと考えられた。よって細胞内情報伝達系のうち、FAKとRhoの活性化の関連について説くことにより、シグナル伝達の大きな流れを明らかにすることを目的として、以下の解析を行った。これまでの研究結果から、HGF/SF刺激の細胞内シグナルは、SAS細胞のHGF受容体(c-Met)を介しFAKを活性化し伝達され、HGF/SFによる運動能の亢進にRhoが関与し、細胞内シグナル伝達においてFAKの上流にRhoが存在し制御している可能性が示唆された。さらに、SAS細胞のRhoのmRNAはHGF/SF無刺激においても発現がみられ、常時Rhoが産生されている可能性が考えられた。抗RhoA抗体を用いた免疫蛍光染色による共焦点レーザー顕微鏡解析により、SAS細胞のRhoの細胞内局在変化をみると、HGF/SF刺激により核周囲から細胞質側への局在変化が確認された。そこで、SAS細胞の運動能が促進する際のRhoの関与と他の関連因子について、HGF/SF刺激したSAS細胞からトータルDNAを採取し、DNAチップによるスクリーニング解析を行っているが、明らかな細胞浸潤能の亢進に関連する因子の同定には至っていない。ヒト口腔扁平上皮癌細胞株のうち、in vitro浸潤実験によりHGF/SF(10ng/ml)刺激で最も高い浸潤能の促進を示したSAS細胞は、HGF/SFの濃度依存的な運動能の促進が認められ、SAS細胞のHGF/SFによる浸潤能の促進は運動能の亢進と関連性が高いと考えられた。これまでの研究結果から、HGF/SF刺激の細胞内シグナルは、SAS細胞のHGF受容体を介しFAKを活性化し伝達され、HGF/SFによる運動能の亢進にRhoが関与し、細胞内シグナル伝達においてFAKの上流にRhoが存在し制御している可能性が示された。そこで、SAS細胞の運動能が促進する際のRhoの関与について、以下の検討を行った。観察した24時間では変化が認められなかった。また、SAS細胞のRhoのmRNAの発現は、HGF/SF非刺激の状態においても発現されており、常時Rhoが産生されている可能性が示唆された。抗RhoA抗体を用いた免疫蛍光染色後、共焦点レーザー顕微鏡にて観察した結果、Rhoは、HGF/SF刺激前では、核周囲に局在し、HGF/SF刺激により核周囲より細胞膜へ経時的にトランスロケーションするのが認められた。この結果は、HGF/SF刺激によるRhoの蛋白質量が細胞可溶化分画において増加する現象と相関しており、細胞可溶化分画中のRhoの蛋白質量の増加は、核周囲から細胞質側への局在変化によるものと推察された。また現在、HGF/SF刺激したSAS細胞からトータルDNAを採取し、DNAチップによるスクリーニング解析を行い、細胞浸潤能の亢進に関連する因子を検討している。
日本の環境技術は外国と較べて優れているか―特許データを用いた研究開発動向の分析―

本研究では、日本の環境技術に関連する研究開発が欧米と比較して進んでいるか否かと、環境技術に関して欧米の研究開発が日本企業の研究開発に影響を与えているか否かを、日米欧の特許データを用いて検証します。分析の結果、日本に出願された特許を引用した特許の価値は、その他の国に出願された特許を引用した場合よりも高いことが示唆されました。また欧米における特許の増加は、日本企業の特許件数や特許の質を高めることも示唆されました。これは、日本の環境技術の研究開発水準は世界と比較して高く、日本企業は世界で行われている研究開発活動の影響を受けて研究開発を行っていることを統計的に示唆しています。本研究では、研究開発活動の代理指標と考えられる特許の情報を使い、日本が欧米と比較して、環境技術に関する研究開発が進んでいるか否かと、環境技術に関する研究開発の価値が有意に高いか否かを、経済学の視点から分析する。具体的には、以下の3つの分析を行う。一つは環境技術に関する企業の特許出願・登録動向の分析、もう一つは環境技術に関する特許価値の分析、もう一つは環境技術に関する特許生産関数の推計である。平成24年度においては、平成23年度に構築した分析用データベースを用いて、環境技術に関する企業の特許出願動向を分析した。具体的には、自動車排出ガス浄化装置(触媒)に関する技術の特許出願と自動車排出ガス規制に注目して分析を行った。従来、自動車排出ガス規制等の環境規制は、企業にとって追加的なコストとなり、研究開発活動を抑制させる効果を持つと考えられてきた。一方、環境規制によって相対的に高くなった環境対応コストを節約するために、企業は研究開発を促進させるとも考えられる。そこで、自動車排出ガスに関する環境規制と企業の研究開発活動について、企業の特許出願動向に影響を与えると考えられる企業規模や研究開発費をコントロールして分析を行った結果、自動車排出ガス規制の改正が企業の触媒技術に関する特許出願件数を増加させていることがわかった。この結果は、環境規制が企業の環境技術に関する研究開発活動を促進させる可能性を示唆している。つまり、従来の考えでは相反すると考えられていた環境政策と技術政策・産業政策が融合できる余地があることを定量的に示唆しており、今後の政策を考える上で重要な基礎資料となる。本研究では、研究開発活動の代理指標と考えられる特許の情報を使い、日本が欧米と比較して環境技術に関する研究開発が進んでいるか否かを分析する。平成23年度においては、上記の分析を行うために、PATSTATやIIPパテントデータベースを用いて、環境技術に関する特許データと企業財務データについて分析用データベースを構築した。平成24年度においては、特定の環境技術に焦点をあて、企業の特許出願動向を分析した。その結果、日本の環境技術に関する研究開発は、環境政策によって促進されている可能性が示唆された。平成25年度においては、まず、特許レベルで整理したデータを用いて、特許の質が出願先国や出願人国籍によって異なっているか否かを分析した。分析をする際には、ヨーロッパにおいて最も特許出願件数が多いドイツを、ヨーロッパ地域を代表する国とし、特許の質として被引用件数(前方引用件数)を用いた。分析の結果、日本国籍の出願人による特許の質はドイツやアメリカ国籍の出願人による特許に較べて高いことが示唆された。技術分野別に分析すると、環境リスク評価技術等の個別分野において、日本が優位性を持っていることが示唆された。さらに、出願人レベルで整理したデータを用いて日本企業を対象とした特許生産関数の推計を行ったところ、欧米における環境技術の研究開発活動が、日本の環境技術に関する特許出願件数にプラスのインパクトを与えていることが示唆された。以上の結果から、環境技術に関して日本の方が欧米よりも総じて優れている可能性を統計的に確認した。ただし、日本の方が欧米に較べて優位性を持っている技術分野とそうでない技術分野が存在することも確認された。このことから、今後の環境技術に関する科学技術政策を考える上で、技術分野を適切に考慮する必要があることが指摘できる。一つは環境技術に関する企業の特許出願・登録動向の分析、平成23年度は、もう一つは環境技術に関する特許価値の分析、もう一つは環境技術に関する特許生産関数の推計である。平成23年度においては、上記の分析を行うために、特許データと企業財務データについて分析用データベースを構築した。

環境技術に関連する特許データに関しては、『重点8分野の特許出願状況調査報告書-環境他4分野-』に掲載されている「環境」に関連した特許の検索式を用いて、日本特許庁の特許電子図書館(IPDL)及びヨーロッパ特許庁の特許データベースであるPATSTATから出願先が日本・アメリカ・ヨーロッパ連合加盟国であるデータを抽出し、特許レベル・出願人レベルで整理した。企業財務データについては、東北大学経済学部図書館にある日経ニーズを用いて、日本の上場企業に関する財務データを収集した。出願人レベルで整理したIPDL特許データと、上場企業に関する財務データを、Onishi et al(2012)の「特許出願人名寄せデータベース」を用いて接合した。平成23年度に行った、分析用データベースの構築は、平成24年度以降に特許レベル及び企業レベルでのミクロ経済分析を行う上で、とても重要である。本研究において、環境技術に関する特許情報を日米欧について余すことなく収集・整理することは、精緻な分析を行う上で不可欠である。本研究の目的は、研究開発動向の代理指標と考えられる特許の情報を整理し、日本が欧米と比較して、環境技術に関する研究開発が進んでいるか否かと、環境技術に関する研究開発の価値が有意に高いか否かを、経済学の視点から分析することである。平成24年度は、構築した分析用データベースを用いて、まず日本の事例について環境技術に関する研究開発が進んでいるか否かを確認し、環境技術に関する研究開発の価値が有意に高いか否かの統計分析を実施した。統計分析の結果、期待された成果を得ており、おおむね順調に進展している。本研究の目的は、研究開発動向の代理指標と考えられる特許の情報を使い、日本が欧米と比較して、環境技術に関する研究開発が進んでいるか否かと、環境技術に関する研究開発の価値が有意に高いか否かを、経済学の視点から分析することである。平成23年度は、上記の統計分析に用いるための特許データ、財務情報の収集、整理を行った。平成24年度以降は構築した分析用データベースを用いて統計分析を実施する。構築した分析用データベースを用いて、環境技術に関する特許出願動向を欧米の事例で分析し、日本が欧米と比較して、環境技術に関する研究開発が進んでいるか否かと、環境技術に関する研究開発の価値が有意に高いか否かについて、統計分析を実施する。また、随時最新の特許データ及び財務データを追加してデータベースを更新し、最新の動向を反映させた統計分析も行う。得られた研究成果は、国内外の学会(Patent Statistics for Decision Makers2013等を予定)で報告することに加え、一般的な形式の論文としてまとめ、ディスカッションペーパーとして刊行する。学術論文として投稿も行う。平成23年度に構築したデータベースを用いて、日本が欧米と比較して、環境技術に関する研究開発が進んでいるか否かと、環境技術に関する研究開発の価値が有意に高いか否かについて、統計分析を実施する。得られた研究成果は、国内外の学会で報告することに加え、一般的な形式の論文としてまとめ、ディスカッションペーパーとして刊行する。また、学術論文として投稿も行う。
反共振反射を導波原理とする中空コアコヒーレントファイババンドル

内視鏡下による赤外サーモグラフィの実現に向け,反共振反射中空ファイバによるファイババンドルを提案した.素子数245,長さ90cm,外径1.06mmのホウケイ酸ガラス製のファイババンドルは,ガラス線引き法により製作された.製作したファイババンドルは,設計どおり,InSb赤外カメラの検出波長域である3-4umにおいて低損失な特性を示した.硬性内視鏡への応用を想定し,2mm径の鉗子口から挿入し得る,長さ30cmのファイババンドルと半球レンズから成るイメージングシステムを構築した.本イメージングシステムは視野2mm,空間分解能420umであり,検出限界温度は32°C,温度分解能は0.7°Cであった.本研究の目的は,反共振反射を導波原理とする中空ファイババンドルの画像伝送特性を,理論的,実験的に明らかにすることである.目的の達成に向け,本年度は研究計画に従い以下の実績を得た.1.中空ファイババンドルの製作:公知のstack-and-draw法により閉じ込め層の膜厚を1um程度に制御した中空ファイババンドルのプロトタイプを製作した.線引き工程において,プリフォーム内の圧力を微調整することにより,目的とする格子構造(ハニカム構造、カゴメ構造、その中間構造)が形成可能であることを確認した.また,線引き装置に新たに外径測定器を導入することにより,プロセスの安定化を行った.2.波長ー損失特性の調査:製作したファイババンドルの可視ー赤外損失スペクトルを測定し,35umの赤外波長において反共振反射による光の閉じ込め効果を確認した.一方,長波長域において損失が理論値を下回る状況が発生し,理論を再構築する必要があることが判明した.ハニカム構造とカゴメ構造は同様の損失特性を有することが明らかとなった.3.結合係数および結合長の調査:チューブリーキーファイババンドルの結合についてビーム伝搬法および光線追跡法によるシミュレーションを行い新たに以下の知見を得た.(1)平行するコアの内径に数%の摂動を与えることによりコア間が非結合状態となり、漏れ損失が大きく低減される.(2)光線追跡法によるインコヒーレントモデルによる計算結果は実験とよく一致する.この場合,伝送損失はバンドル外径に依存し,コア径に無依存である.一方,空間分解能はコア径に強く依存する.4.イメージ伝送実験:ニクロム線を対象として,赤外イメージ伝送実験を行い,長さ20 cmのハニカム構造の中空ファイババンドルにおいて40°Cの熱画像の伝送に初めて成功した.本実験により提案するファイバ構造のフィジビリティを示すことができた.本研究の目的は,反共振反射を導波原理とする中空ファイババンドルの画像伝送特性を,理論的,実験的に明らかにすることである.目的の達成に向け,本年度は研究計画に従い以下の実績を得た.1.中空ファイババンドルの長尺化と赤外イメージング伝送実験:長さ90 cmまでの中空ファイババンドルを製作し,加熱ニクロム線を対称とした熱画像伝送の実験を実施した.画質のファイバ長依存性を測定したところ,10 cm以下ではファイバ長が短いほど解像度が低下し,10 cmを超えるとおおよそ一定の値に収束することが判明した.これは,入射直後には漏れの大きな高次モードが多く含まれるため,隣接するコアへの漏れ光が解像度を低下させるのに対し,高次モードが十分に減衰した長尺のファイババンドルでは,隣接するコアへの光の移行が少ないことが原因であることが明らかとなった.コア径60 umのファイババンドルにおいて90 cm以上の熱画像伝送が実現できることが分かり,従来の金属内装中空ファイババンドルに比べておよそ50倍の長距離伝送に成功した.また,長さ30 cmのファイババンドルを用いて体温レベルの熱画像伝送が可能であることを実証した.2.中空ファイババンドルの画像伝送理論の構築コア間の光の移行について,結合理論によるコヒーレントモデルと,幾何光学に基づくインコヒーレントモデルにより考察した.結果として,波長に対してコア径が大きいこと,製作上コア径に数%のばらつきがあることにより,インコヒーレントモデルがより実験の様子を再現していることが分かり,以下のような定性的な説明が可能であることが分かった.1伝送損失は,最外膜の反射率が高くバンドルの外径が太いほど小さく,各要素の内部反射率やコア径には依存しない。2空間分解能は,各要素の内部反射率が高くコア径が小さいほど高い。コア間のコヒーレントな光結合が長距離伝送における画像伝送を困難とすることを予想していたが,コア間の光の移行がインコヒーレントな振る舞いをすることにより,解像度への影響は小さく、予想より長距離の伝送が可能であることが判明したため.本研究の目的は,反共振反射を導波原理とする中空ファイババンドルの画像伝送特性を,理論的,実験的に明らかにすることである.目的の達成に向け,本年度は以下の成果を得た.1.中空ファイババンドルの高解像度化:素子数を245pixから445pixへ増加させることにより,解像度を約2倍に増加させることに成功した.2.体温測定:体内温度付近の赤外パッシブイメージングの実証実験を実施したところ,検出可能限界温度32°C,温度分解能0.7°Cであることが判明し,体内の温度測定に十分適用可能であることが示された.

3.コヒーレント光結合の実測とモデル作成:広帯域赤外光を1素子へ入射し,長距離伝送後の周辺素子への結合状態を詳細に調査したところ,コヒーレントな光結合が存在し,素子径に10%程度の摂動を加えることにより抑制可能であることが示された.3年の研究期間を通じ,提案した全誘電体構造の中空ファイババンドルの学理をおおよそ明らかにすることができた.本ファイババンドルは,数百本のガラス管を束ねて加熱溶融延伸することにより形成され,外径1mm,断面がハニカム構造のガラス繊維である.六角形の空孔は波長の10倍程度のサイズであり,空孔間を隔てるガラスの膜厚を波長の1/4となるように形成することにより,光が空孔内に閉じ込められ伝搬するようになる.入射端に近い位置では,幾何光学によるインコヒーレントモデルが実験結果を良く再現する.一方,入射端から20cm程度伝搬するとモードが形成され,モード結合理論によるインコヒーレントモデルが成立するようになる.ここで空孔間に10%程度の摂動があれば,クロストークを抑制することができる.このように,構造の摂動による反共振反射により,従来の50倍の画像伝送効率を実現した.今後,赤外線の内視鏡応用のみならず,様々な高度イメージング技術への応用が期待される.内視鏡下による赤外サーモグラフィの実現に向け,反共振反射中空ファイバによるファイババンドルを提案した.素子数245,長さ90cm,外径1.06mmのホウケイ酸ガラス製のファイババンドルは,ガラス線引き法により製作された.製作したファイババンドルは,設計どおり,InSb赤外カメラの検出波長域である3-4umにおいて低損失な特性を示した.硬性内視鏡への応用を想定し,2mm径の鉗子口から挿入し得る,長さ30cmのファイババンドルと半球レンズから成るイメージングシステムを構築した.本イメージングシステムは視野2mm,空間分解能420umであり,検出限界温度は32°C,温度分解能は0.7°Cであった.ファイバの試作が計画より早く進行し,損失特性が予想よりも低い結果が得られたことにより,27年度以降に予定していたイメージ伝送実験に着手することができた.次年度は研究計画に若干の修正を加え,以下の検討を行う.1.中空ファイババンドルの高解像度化これまでの検討から,要素径がファイバ損失に与える影響は小さいことが分かったため,ファイババンドルの高解像度化を実施する.要素数を現在の250pixから500pix以上へ増加させ,画像品質を定量的に比較評価する.2.中空ファイババンドルを用いた生体内温度測定腹腔鏡または医用ロボットにおけるサーモグラフィプローブとしての応用を目指し,生体を対象とした赤外パッシブイメージングの実証実験を実施する.1手の甲における血管部の温度差、2食肉にレーザ照射したときの温度変化を検出することを目標とする.医用光工学次年度は研究計画に若干の修正を加え,以下の検討を行う.1.中空ファイババンドルの長尺化と赤外イメージ伝送実験現在手動で行っているプリフォームの内圧制御を自動化することにより,長さ1m以上に渡り均一な構造を有するファイババンドルを製作する.製作したファイババンドルを用いて,赤外イメージ伝送実験を行い,該ファイババンドルが実用的な長さで機能することを実証する.2.中空ファイババンドルの画像伝送理論の構築ビーム伝搬法によるコヒーレントモデルと光線追跡法によるインコヒーレントモデルによりファイババンドルの画像伝送特性を評価し,画像伝送特性を定性的,定量的に説明するための明確な解を求める.
低次元可積分方程式の可積分高次元化法に関する基礎研究

Lax対とは,現在までに知られている多くの可積分方程式に付随している線形の微分演算子の対である。スカラー型と行列型とが存在しており,私が提唱しているスカラー型ラックス対の可積分高次元化法(Lax-pair Generating Technique)の有効性を検証することが本研究課題の主目的である。今年度は本採択課題の最終年度であり,これまで3年間において研究の集大成として以下の2テーマについて研究を進めた:1.平成15,16年度においてLax-pair Generating Techniqueを用いて,Burgers, KdV, KP方程式などのスカラー場の可積分方程式を非可換空間へ拡張する研究を行い,さまざまな既知の可積分系の非可換空間上への拡張や非可換空間でのWard予想を提唱した。今年度は,非可換Burgers階層,非可換KdV階層及び非可換KP階層に超対称性を課した場合について,その場の理論的構造,代数的性質や幾何学的性質について考察を進めた。超対称性が課された非可換可積分方程式階層がもつ性質の全てを洗いだせたわけではないが,行列型Lax対に対するLax-pair Generating Technique構築のために有益な考察を行うことができた。(これら未解決な問題はこれからの研究課題である。)2.円筒KdV方程式やErnst方程式などは非圧縮・粘性流体,弾性体の力学,プラズマ現象や場の理論の数学モデルである。これらは係数が独立変数に依存する(非自励な)非線形偏微分方程式である。既知である非自励な非線形偏微分方程式は,その多くは可積分性など期待できなかった。(高次元の場合の研究を見うけることは出来ない。)本年度はパンルベ判定法及びLax-pair Generating Techniqueを用いることで,複数個の理工学の様々な分野に応用できる可能性のある(未知であった)非自励な高次元非線形偏微分方程式を構成することに成功した。加えて,それらの厳密解の詳細な性質を調べることで背後にある数理構造の解明を行った。しかし,代数的性質や幾何学的性質などの一般的な数理構造の解明には至らなかった。(これからの研究課題としたい。)Lax対とは多くの可積分方程式に付随している線形の微分演算子の対である。スカラー型と行列型とが存在しており,私が提唱しているスカラー型ラックス対の可積分高次元化法(Lax-pair Generating Technique)の有効性を検証することが本研究の主目的の一つである。Lax-pair Generating Techniqueを用いて,Burgers,KdV,KP方程式などのスカラー場の可積分方程式を非可換空間へ拡張する研究を行い,さまざまなソリトン方程式の非可換空間上への拡張や非可換空間でのWard予想を提唱した.つまり非可換空間上の可積分方程式の構成にLax-pair Generating Techniqueは非常に有効であることが検証された。ところで,可換空間において擬微分作用素を用いて,ソリトン方程式を体系的に研究することができることが広く知られている(佐藤理論).同様に,非可換空間上においても擬微分作用素を用いた議論が可能であることが予想される.実際,非可換Burgers階層の導出過程で,特別な場合の非可換佐藤理論の可能性を指摘し,更に一般的な定式化に成功した。次年度はこれらの非可換佐藤理論の代数構造を解明したい。円筒KdV方程式やErnst方程式などは非圧縮・粘性流体,弾性体の力学,プラズマ現象や場の理論の数学モデルである.これらは係数が独立変数に依存する非線形偏微分方程式(非自励な非線形偏微分方程式)である.現在知られている非自励な非線形偏微分方程式は,その多くは可積分性などは期待できなかった.(高次元の場合の研究を見うけることは出来ない.)Lax-pair Generating Techniqueを用いて,理工学の様々な分野に応用できる可能性のある非自励な非線形偏微分方程式を構成に成功した.現在,それの厳密解の詳細な性質を調べることで背後にある数理構造の解明を進め,一般的な数理構造を明らかすることを試みている。本研究は新しい方程式の導出や未知の現象の予言を目標としているが,これは次年度に行うことを企図している。昨年度Lax-pair Generating Techniqueを用いて,Burgers, KdV, KP方程式などのスカラー場の可積分方程式を非可換空間へ拡張する研究を行い,さまざまな既知の可積分系の非可換空間上への拡張や非可換空間でのWard予想を提唱した。(非可換空間上の可積分方程式の構成にLax-pair Generating Technique)は非常に有効であることが検証された。)今年度は,昨年度の研究成果の一つである,非可換Burgers階層に超対称性を課した場合について,その場の理論的構造に焦点を当てた考察を進めた。(次年度は引き続きこの階層の代数構造を解明したい。)円筒KdV方程式やErnst方程式などは非圧縮・粘性流体,弾性体の力学,プラズマ現象や場の理論の数学モデルである。

現在知られている非自励な非線形偏微分方程式は,その多くは可積分性など期待できなかった。(高次元の場合の研究を見うけることは出来ない。)昨年度本研究課題の一環として,パンルベ判定法及びLax-pair Generating Techniqueを用いることで,複数個の理工学の様々な分野に応用できる可能性のある非自励な高次元非線形偏微分方程式を構成することに成功した。現在,それの厳密解の詳細な性質を調べることで背後にある数理構造の解明を進め,一般的な数理構造を明らかすることを試みている。本研究は新しい方程式の導出や未知の現象の予言を目標としているが,これは次年度に引き続き研究を進める。Lax対とは,現在までに知られている多くの可積分方程式に付随している線形の微分演算子の対である。スカラー型と行列型とが存在しており,私が提唱しているスカラー型ラックス対の可積分高次元化法(Lax-pair Generating Technique)の有効性を検証することが本研究課題の主目的である。今年度は本採択課題の最終年度であり,これまで3年間において研究の集大成として以下の2テーマについて研究を進めた:1.平成15,16年度においてLax-pair Generating Techniqueを用いて,Burgers, KdV, KP方程式などのスカラー場の可積分方程式を非可換空間へ拡張する研究を行い,さまざまな既知の可積分系の非可換空間上への拡張や非可換空間でのWard予想を提唱した。今年度は,非可換Burgers階層,非可換KdV階層及び非可換KP階層に超対称性を課した場合について,その場の理論的構造,代数的性質や幾何学的性質について考察を進めた。超対称性が課された非可換可積分方程式階層がもつ性質の全てを洗いだせたわけではないが,行列型Lax対に対するLax-pair Generating Technique構築のために有益な考察を行うことができた。(これら未解決な問題はこれからの研究課題である。)2.円筒KdV方程式やErnst方程式などは非圧縮・粘性流体,弾性体の力学,プラズマ現象や場の理論の数学モデルである。これらは係数が独立変数に依存する(非自励な)非線形偏微分方程式である。既知である非自励な非線形偏微分方程式は,その多くは可積分性など期待できなかった。)本年度はパンルベ判定法及びLax-pair Generating Techniqueを用いることで,複数個の理工学の様々な分野に応用できる可能性のある(未知であった)非自励な高次元非線形偏微分方程式を構成することに成功した。加えて,それらの厳密解の詳細な性質を調べることで背後にある数理構造の解明を行った。しかし,代数的性質や幾何学的性質などの一般的な数理構造の解明には至らなかった。(これからの研究課題としたい。)
野外拡声装置の明瞭度改善に関する研究

本研究は、野外音場でスピーカを用いて音声伝達を行う場合に限定し、野外音場の特徴、音声聴取妨害要因の予測とその対策手法の検討、更に音声伝達に用いるスヒーカシステムを設置する際の最適化の手法等について、ハード・ソフトの両面から検討することを目的とし、主として野外競技場と防災用野外スピーカについて、そのスピーカシステムの音声伝達特性を、明瞭度の見地からコンピュータシミュレーションにより検討し、このような野外音場の明瞭度予測、ひいては明瞭度設計の可能性について論じたものである。その結果、野外競技場のスピーカシステムに対し、これまでに提案した予測計算法を用いて、明瞭度設計を想定した、明瞭度の予測計算を行い、スピーカの運用条件や発声レート等による明瞭度の変動特定について、音節の重なり方、エコーとの関係等と関連させて、その低下区域と低下原因を明らかにした。また任意の配置方式を持つ、スピーカシステムの明瞭度予測が可能となり、スピーカシステムの最適配置法の解明や、運用方の提案等、いわば明瞭度設計法、ともいうべき手法の確立に必要な基本的な計算手順が得られた。次に防災用野外スピーカに対し以下の結果を明らかにした。都内2つの区のスピーカシステムに対し、本予測法による明瞭度計算を行い、本方式が、秒単位の長いディレイタイムを持つ音場に対しても、適用可能であることを示した。区内全域の明瞭度を計算し、明瞭度の値と音声の発声順位、発声レート、騒音レベル等との関係を明らかにした。区内の500×500m区域内を細分化した計算を行い、明瞭度の低下区域は双曲線の形をした細い帯状の形になることを明らかにし、低下域の変動特性を発声レートや、音節順位等と関係付けて論じた。基本的なスピーカ配置パターンと明瞭度の関係について検討し、明瞭度低下特製とスピーカ個数、スピーカ間距離、発声レート、音節順位等との関係について明らかにした。本研究は、野外競技場、都市内の防災用広域スピーカー等、広い野外でスピーカを用いて拡声する際に、音声の明瞭性を保つための工学的設計手法を開発することを目的とする。本年度は、野外競技場におけるエコーパターンや各種音響特性の実測値に基き、明瞭度の予測計算を行なった。その際に明瞭度に貢献するエコー数を最大6個まで増した計算を行ない、実測値との比較検討を行なった。更に新たな試みとして、都内某区の広域防災無線を取りあげ、野外の防災用スピーカの音声伝送性能について、計算機シミュレーションによって、その明瞭度特性の検討を行なった。本年度は、防災用スピーカのエコーによる音声妨害のみの検討を行なったが、次年度以降は交通騒音による妨害、音圧レベルの低下による明瞭度低下、更には風や温度こうばい等自然現象の影響や、高層建物による遮蔽の問題についても、順次考慮してゆく予定である。本研究は,都市内の防災用野外広域スピーカ等を始めとして,広い野外でスピーカを用いて拡声する際に,音声の明瞭性を保つための工学的設計手法を開発することを目的とする.本年度は防災用野外スピーカとして,都内某区に設置されている広域防災無線設備を取りあげ,野外の防災用スピーカの音声伝送特性について,主として計算機シミュレーションによって,その明瞭度特性に対する検討を行った.その結果明瞭度の低下域は,エコーのディレイタイムと音声の発声レートに強い相関があり,双曲線の形をした幅数十メートルの細い帯状の区域に生ずることが確かめられた.
細胞内侵入細菌の排除機構の解明とペプチドグリカンを標的とした歯周治療法の開発

歯周病の原因菌は歯肉の上皮細胞内に侵入する能力を有しており、このことが歯肉に炎症を起こすメカニズムの一つと推測されている。本研究では細胞内に侵入した細菌の検知とそれらの排除に重要な役割をもつNODと呼ばれる受容体タンパクに着目し、原因菌がこれらによってどのように認識されるのか調べた。その結果、歯周病の原因菌の種類によって、NOD1およびNOD2の活性化能が異なることが明らかになった。歯周病においてPorphyromonas gingivalis, Aggregatibacter actinomycetemcomitansやFusobacterium nucleatumなどの数種類のグラム陰性細菌が歯肉上皮や線維芽細胞の細胞内に侵入増殖することが報告されており、これらの特性が歯周病の病態形成と関連すると考えられている。Nucleotide-binding oligomerization domain (NOD)1とNOD2は細菌細胞壁のペプチドグリカン(PGN)の構成成分を認識することにより、細胞内に侵入した細菌を検知している。しかしながらNODがこれらの歯周病原性細菌を認識しうるかどうかは明らかでない。本実験計画では細胞内侵入歯周病原性細菌の認識そして排除機構におけるNODファミリーの役割について研究を行い、PGNを標的とする歯周治療への応用の可能性について追求することを目的とした。本計画の初年度において、我々はまずHuman Embryo Kidney (HEK)細胞にNOD1およびNOD2を発現させた細胞を作製した。これらの細胞を細菌菌体および精製したPGNで刺激し、NF-kBの活性化を測定することでNODによる細胞侵入細菌の検知能を調べた。その結果、NOD1,NOD2ともに歯周病原細菌あるいはそのPGNを認識することができたが、P.gingivalisのNOD1あるいはNOD2活性化能は他の細菌と比較して約1/101/100であることがわかった。このようなP.gingivalisのユニークな特性は宿主自然免疫システムからの逃避機構を表しているかもしれない。Nucleotide-binding oligomerization domain(NOD)1とNOD2は、それぞれグラム陰性菌のペプチドグリカン(PGN)に特有な構造のA-iE-DAPと全細菌に共通の構造のMuramyl-di-peptide(MDP)を認識し、自然免疫応答を誘導する。我々は本実験計画の初年度において、歯周病原細菌Porphyromonas gingivalis,Aggregatibacter actinomycetemcomitansやfusobacterium nucleatumの菌体あるいはそれらの細菌から精製したPGNによって誘発される宿主細胞応答にNOD1とNOD2が関与すること、そしてそれらの活性は刺激する細菌によって異なり、P.gingivalisのNOD1活性化能は他の細菌と比較して1/10から1/100であることを明らかにした。本年度においては、歯周組織の最前線で細菌の侵入に対する生体防御を担っている歯肉上皮細胞に着目し、自然免疫応答におけるNODの役割について検討を加えた。歯肉上皮細胞株のHSC-2細胞はNOD1刺激によりIL-8を産生したが、NOD2刺激には反応しなかった。RT-PCRを用いた解析ではHSC-2細胞はNOD1 nRNAのみ発現のみ発現し、NOD2の発現は認められなかった。このことから歯肉上皮細胞においてはNOD2ではなくてNOD1が歯周病原細菌PGNの認識により関与している可能性が示唆された。さらにIFN-γで上皮細胞をプライミングするとNOD1 mRNAの発現量は増加し、NOD1リガンドに対する反応性が増強した。活性化T細胞は炎症性歯周組織に集積しIFN-γを発現していることが報告されており、上皮細胞の歯周病原細菌に対する自然免疫応答に影響していると思われた。
実機稼働を模擬した不規則波下におけるタービン用材料の高温フレッティング疲労

タービン用部材の高温フレッティング疲労特性を調べるため、室温および高温(773K)においてフレッティング疲労試験を行った。荷重は一定振幅荷重に加え、実機稼働を模擬した多段多重重複荷重およびより不規則な荷重変働を想定したランダム荷重を用いた。さらに高温フレッティング疲労寿命改善を目指し、ショットピーニング材のフレッティング疲労試験も行った。得られた主たる結論は以下の通りである。(1)フレッティングによる疲労寿命および疲労限の低下は室温および773Kのいずれにおいても顕著であり、高温でのグレーズ酸化層の形成による疲労強度の改善などは生じなかった。(2)実機稼働を模擬した多段重複荷重下のフレッティング疲労には、室温および高温のいずれにおいても、修正マイナー則がよく成立する。重複荷重の1単位中の繰返し数を大幅に変化させた試験結果にもとづくと、実機のフレッティング疲労寿命の推定に修正マイナー則を適用することは妥当である。(3)ランダム荷重下のフレッティング疲労寿命は変動応力の実効値(rms値)を用いることにより整理でき、室温および高温とも一定振幅荷重下のSーN曲線とほぼ一致した。(4)ショトピーニングにより導入された表面残留応力は773Kにさらされると急速に低下するが、その後ほとんど変化せず、疲労強度を改善する程度の残留応力レベルを保持している。そのため、高温においてもフレッティング疲労寿命の改善に対し、ショットピーニングが有効であることがわかった。蒸気タービン用部材を用いて,高温(773K)でのフレッティング疲労試験を行ない,室温でのフレッティング疲労試験結果およびそれぞれの温度での通常疲労試験結果と比較し,また接触材治具剛性の影響を調べた.さらに,フレッティング疲労き裂伝ぱ寿命を弾塑性破壊力学的手法を用いて予測し,実験結果と比較した.その結果次の結論を得た.(1)本供試材のフレッティングによる疲労寿命および疲労限の低下は室温および773Kのいずれにおいても顕著であった.(2)試験片と接触材間の摩擦係数は,相対すべり振幅または応力振幅に比例して上昇したが,巨視的すべりが生じる領域に入るとほぼ一定値に飽和する.その飽和値は室温および773Kともに0.8程度であった.摩擦係数は室温と773Kでほぼ等しかった.(3)摩擦係数に対する接触治具剛性の影響は顕著で,剛性の低い治具(タイプS)の摩擦係数は高い物(タイプH)の半分程度となった.これに対応し,タイプSの場合のフレッティング疲労限は,通常疲労のそれの0.60.8となり,強度の低下は少なかったが,タイプH治具においては, 1/3と強度の低下は顕著であった.(4)フレッティング疲労試験を中断し,通常疲労試験を継続して行なうフレッティング中断疲労試験結果によると,全寿命の0.4倍以内の繰返し後の中断ではき裂は停留してしまうが,それ以上の繰返し後の中断では,その影響は認められず,全寿命にわたりフレッティングをうけた場合とほぼ等しい寿命を与えた.(5)疲労き裂伝ぱ試験結果をもとに,フレッティング中断疲労試験結果,停留き裂観察結果,繰返し応力ひずみ特性などを参照し,フレッティング疲労試験中のき裂伝ぱ寿命の破壊力学的推定を行ったところ,推定値は実験値と良い一致を示した.蒸気タービン用部材を用いて、実機稼働時に作用する荷重を模擬した多段多重重複荷重と、より不規則な荷重変動を想定したガウス性疑似ランダム荷重について、室温および高温(773K)でフレッティング疲労試験を行った。さらに、高温フレッティング疲労強度の改善に対してショットピーニング処理の有効性を検討するため、長時間高温にさらしたショットピーニング材のフレッティング疲労試験を行った。その結果次の結論を得た。(1)実機稼働を模擬した多段重複荷重下のフレッティング疲労には、室温および高温のいずれにおいても、修正マイナー則がよく成立する。重複荷重の1単位中の繰返し数を大幅に変化させた試験結果にもとづくと実機のヘレッティング疲労寿命の推定に修正マイナー則を適用することは妥当である。

(2)ランダム荷重下のフレッティング疲労寿命は変動応力の実効値(rms値)を用いることにより整理でき、室温および高温とも一定振幅荷重下のS-N曲線とほぼ一致した。(3)一定振幅荷重下およびランダム荷重下の疲労き裂伝は試験結果をもとに、弾塑性破壊力学的手法にもとづき、模擬した多段重複荷重下およびランダム荷重下のフレッティング疲労寿命の推定を試みた。その結果推定値は実験値とよく一致し、荷重変動のある場合のフレッティング疲労寿命推定にも本手法が有効であることがわかった。ショットピーニングにより導入された表面残留応力は、773Kにさらされると急速に定価するが、その後ほとんど変化せず、疲労強度を改善する程度の残留応力レベルを保持している。そのため、高温においてもフレッティング疲労寿命の改善に対し、ショットピーニングが有効であることがわかった。
fMRI実験の応用による英語記憶を促進するためのCAIシステムの知能化

英語学習支援のためのコンピュータシステムの開発を行い、各種ツールの記憶固定に果たす効果を調べた.fMRIを用いた実験や脳波測定を基に英文想起時と休憩時の脳活動の変化からその判別を行うシステムを開発した.システムの概要および特長は、以下の通りである.1.場所法記憶による英語学習のためのシステムとしてGUIによるウインドウに利用者が訪れた場所の写真を表示する.写真は場所や視覚的イメージから想起を促すためのもので、デジタルカメラから取り込む.2.画像処理ソフトを活用して、記憶のクルーとなるイラストや書き込みが可能なシステムとした.このようなシステムを学生の協力を得てMATLABのGUIにより開発した.近赤外分光法によるNIRSでの実験にも使用した.3.脳の活性化をfMRI実験,および脳波測定により計測し、その解析のための一般線形モデルとクラスター分析による解析法を開発した*.またfMRIデータから想起活動の識別を行うための多次元データ用FCM識別器を開発した**.4.*と**は、国内学会での発表論文で、*高次元データのためのFCM識別器、第23回ファジィシステムシンポジウム講演論文集、541-546(2007).**fMRIデータによる脳活動のFCM識別器,579-584(2007).5.現在、近赤外分光法による実験のためのツールの開発と、脳との直接的な対話に展開可能な小型のNIRSを用いた識別システムの開発に取り組んでいる.英語学習支援のためのコンピュータシステムの開発にfMRIを用いた実験や脳波測定から検証しながら開発を進めた.1.コンピュータ支援教育システムの開発場所法記憶による英語学習のためのプロトタイプシステムを開発した.GUIによるウインドウに利用者が訪れた場所の写真を表示するシステムである.写真は場所や視覚的イメージから想起を促すためのもので,デジタルカメラから選択的に取り込める.また画像処理ソフトを活用して,写真のイメージの協調,単純化や記憶のクルーとなるイラストの書き込みが可能である.NEXT,+100などのプッシュボタンはセンテンスを進めるもので,HIDEボタンは表示を隠すため,Errボタンは想起失敗の記録用,REVIEWボタンは想起失敗のセンテンスのみをリハーサルするためのチェックボックスである.2.記憶実験とシステムの改善このようなシステムを学生の協力を得てMATLABのGUIにより開発した.また学生を被験者として習熟テストを試行的に行った.想起の成功率や習熟率を評価するための統計情報の自動収集やその解析は今年度は行えなかった.研究代表者は今回のシステムを用いて記憶しているセンテンスを3700件まで増やすことができた(約700件の増加).開発したシステムを用いた記憶実験は少なくとも数年間の長期的継続が必要で,記憶の進捗過程を経時的に記録しながらシステム開発を進めている.3.脳波測定によるダイポール推定とfMRI実験併行して,写真や画像などのイメージを手がかりとして想起する方法での脳の活性化を脳波測定による方法(北海学園山ノ井教授と共同研究)とfMRIでの4回の実験により測定した.fMRIデータの解析にクラスタリングを用いる方法の開発を行ったが,現在それを用いた解析に取り組んでいる段階である.英語学習支援のためのコンピュータシステムの開発を行った.各種ツールの記憶固定に果たす効果をfMRIを用いた実験や脳波測定から検証しながら開発を進めた.1.場所法記憶による英語学習のためのシステムとしてGUIによるウインドウに利用者が訪れた場所の写真を表示する.写真は場所や視覚的イメージから想起を促すためのもので,デジタルカメラから取り込む.2.画像処理ソフトを活用して,記憶のクルーとなるイラストや書き込みが可能なシステムとした.このようなシステムを学生の協力を得てMATLABのGUIによる開発を行った.3.併行して,写真や画像などのイメージをクルーとして想起する方法での脳の活性化をfMRI実験,および脳波測定により計測し,その解析のための一般線形モデルとクラスター分析による:解析法を開発した*,**.またfMRIデータから想起活動の識別を行うための多次元データ用FCM識別器の開発を始めた.4.*は,国内学会での発表論文で,以下の通り.画像を手がかりとする英文想起時のfMRIデータのFCMとGLMによる解析,第22回ファジィシステムシンポジウム講演論文集,531-536(2006).5.**は,国際会議での発表論文で,以下の通り.英語学習支援のためのコンピュータシステムの開発を行い、各種ツールの記憶固定に果たす効果を調べた.fMRIを用いた実験や脳波測定を基に英文想起時と休憩時の脳活動の変化からその判別を行うシステムを開発した.システムの概要および特長は、以下の通りである.1.場所法記憶による英語学習のためのシステムとしてGUIによるウインドウに利用者が訪れた場所の写真を表示する.写真は場所や視覚的イメージから想起を促すためのもので、デジタルカメラから取り込む.2.画像処理ソフトを活用して、記憶のクルーとなるイラストや書き込みが可能なシステムとした.このようなシステムを学生の協力を得てMATLABのGUIにより開発した.近赤外分光法によるNIRSでの実験にも使用した.3.脳の活性化をfMRI実験,および脳波測定により計測し、その解析のための一般線形モデルとクラスター分析による解析法を開発した*.またfMRIデータから想起活動の識別を行うための多次元データ用FCM識別器を開発した**.4.*と**は、国内学会での発表論文で、*高次元データのためのFCM識別器、第23回ファジィシステムシンポジウム講演論文集、541-546(2007).*

*fMRIデータによる脳活動のFCM識別器,579-584(2007).5.現在、近赤外分光法による実験のためのツールの開発と、脳との直接的な対話に展開可能な小型のNIRSを用いた識別システムの開発に取り組んでいる.
バイオマスを資源とするケミカルリファイナリー反応技術の研究

再生可能な資源であるバイオマスを化学工業の主要原料として転換・利用するために、糖質バイオマスの化学原料化の研究を行った。研究項目としては、1)糖質バイオマスの加圧熱水中での分解反応の研究、2)この分解生成物の芳香族・オレフィンへの転化反応の研究を実施した。1)の加圧熱水分解では、モデル原料としてグルコースを用い、200300°Cの亜臨界水条件下で、種々の触媒を添加して反応させた。無触媒のときは、グルコースからフルクトースを経て、主として5-ヒドロキシメチルフルフラールが生成した。塩基性触媒を用いた場合は、5-ヒドロキシメチルフルフラールへの脱水反応は減少し、逆アルドール型の反応によりグリコールアルデヒドやジヒドロキシアセトンなどが生成した。また、酸触媒を用いた場合には5-ヒドロキシメチルフルフラールを経て有機酸を高収率に生成させることがわかった。また高濃度のグルコース溶液を用いてもこの反応を進行させることができた。2)の転化反応では、1)で生成した有機酸などを触媒により接触転化させた。この触媒反応により低分子の有機酸やケトン類が得られ、さらに反応を進めるとBTXを主体とする芳香族や低級オレフィンおよびパラフィンに転化できることを明らかにした。この反応は水の共存下でも十分進行した。また、生成物と水の分離は静置分離により容易に行なうことができ、蒸留などのコストのかかる方法は基本的に不要であることがわかった。さらに、触媒反応に適した反応装置や最適な触媒に関する知見を得た。1)バイオマスの加圧熱水分解とその生成物の芳香族・低級オレフィン化反応の研究250300°Cの亜臨界条件の加圧熱水中で、グルコースの分解反応を無触媒および触媒存在下で行った。触媒としては、塩酸や硫酸などの液体酸、水酸化ナトリウムなどの塩基、ゼオライトなどの固体酸を使用した。触媒の存在によりグルコースの転化反応の速度が増大し、その効果は水酸化ナトリウムを用いたときが最も大きいこと、また、水熱反応に伴い生成する固形物量は、触媒の有無または種類によらず転化率にのみ依存することがわかった。無触媒での水熱反応では5-ヒドロキシメチルフルフラール(5-HMF)が主生成物となるが、塩基性および酸性触媒を用いるとその収率が低下すること、また、とくに酸性触媒を用いると5-HMFは著しく減少し、有機酸の収率が増大することが明らかになった。また、グルコースの逆アルドール反応により、グリコールアルデヒド、グリセルアルデヒド、ジヒドロキシアセトンが生成し、さらにアセトンや酢酸の生成も認められた。上記の研究に並行して、グルロースの水熱分解で生成するようなケトン類その他の含酸素化合物の、ゼオライト類による転化反応の研究を行った。その結果、これらの含酸素化合物からキシレンを中心とする芳香族類が高収率で得られること、芳香族とともにC3ないしC4オレフィンまたはパラフィン炭化水素が副生すること、CO2やCOの生成は数%程度ときわめて小さく高選択的に芳香族・オレフィンまたはパラフィン化が進行することなどが明らかになった。2)芳香族・オレフィン化反応プロセスの研究ゼオライト触媒の細孔内反応を合理的に制御するため、反応物分子の拡散過程と、細孔内活性点における反応過程を異なる温度条件で行う非定常反応操作の研究を行い、分子サイズの異なる反応物の競争的反応において、このような非定常操作が転化率や選択率の向上に効果的であることがわかった。

1)の加圧熱水分解では、モデル原料としてグルコースを用い、200300°Cの亜臨界水条件下で、種々の触媒を添加して反応させた。無触媒のときは、グルコースからフルクトースを経て、主として5-ヒドロキシメチルフルフラールが生成した。塩基性触媒を用いた場合は、5-ヒドロキシメチルフルフラールへの脱水反応は減少し、逆アルドール型の反応によりグリコールアルデヒドやジヒドロキシアセトンなどが生成した。また、酸触媒を用いた場合には5-ヒドロキシメチルフルフラールを経て有機酸を高収率に生成させることがわかった。また高濃度のグルコース溶液を用いてもこの反応を進行させることができた。2)の転化反応では、1)で生成した有機酸などを触媒により接触転化させた。この触媒反応により低分子の有機酸やケトン類が得られ、さらに反応を進めるとBTXを主体とする芳香族や低級オレフィンおよびパラフィンに転化できることを明らかにした。この反応は水の共存下でも十分進行した。また、生成物と水の分離は静置分離により容易に行なうことができ、蒸留などのコストのかかる方法は基本的に不要であることがわかった。さらに、触媒反応に適した反応装置や最適な触媒に関する知見を得た。
干拓地水田N、P流出機構の高精度、経時的・定量評価と耕法による低減効果

水田からの肥料成分流出量の複数年にわたる経時的変化と定量的評価により、現状の汚濁負荷流出量及び流出機構の実態について多くの特徴を明らかにした。八郎潟干拓地の低湿重粘土水田において、水田からの汚濁負荷対策の具体的検討として2つの新しい栽培方法、不耗起栽培、無代かき栽培、また比較水田として慣行の代かき栽培田について、水田への汚濁成分の流入量と流出量の経時的、定量的評価を行い、環境負荷軽減効果を灌漑時期別に定量的に明らかにした。これら2つの新農法はいずれも浸透流出量の増加を伴うが窒素については浄化型となり流域に対して、水質浄化機能を発揮していた。リンについては肥沃な土壌からの溶出が卓越し、負荷発生源となっているがその程度は施肥量に比較し10%程度となった。また低湿重粘土土壌であっても地中排水による流出では硝酸態窒素が主体であった。調査研究方法の点では、単位水田からの汚濁負荷量測定方法について、これまで以上の測定精度の実現をめざした。1.25haの水田、気象観測ロボットの近隣500m以内地点に試験田を設置、流入流出量の連続測定と、水質の高頻度測定により、特に流出経路別の系時変動測定をめざし、面減負荷定量評価方法の高精度化、測定評価の簡易化、安定化に基づくデータを得た。八郎潟干拓地は水田利用により代かき濁水等の水田からの肥料成分流出があり、残存湖の水質を悪化させアオコの発生などの水質汚濁を引き起こしていると考えられており、汚濁負担低減型の環境保全型水田農法の確立が求められている。本研究では一区画1.25haの干拓地水田において、圃場レベルの農法による汚濁負荷低減効果測定を、灌漑期間毎日行った水収支と水質測定により経時的・定量的に評価した。水稲の不耕起移植栽培は浸透増加による用水量の増加があり、差引排出負荷では汚濁型となったが、代かき時期の排出負荷は制御されているとともに、地表流入水の浄化機能は認められており、水管理の改善次第で干拓地の環境保全に適した農法として期待されることが判明した。無代かき移植栽培でも畦畔浸透による負荷流出があり汚濁型となった。1年目の調査では、慣行栽培田、コーティング肥料施用代かき田、不耕起移植水田、無代かき移植水田の4圃場で調査したが、気象変動要素による負荷収支の増減をも評価するため、次年度も継続調査・研究を行う必要がある。
高分子鎖内光誘起超高速過程の解明

高分子鎖はランダムな配向および運動をする不均一複雑系であり、また、励起エネルギーや電荷のマイグレーション過程は極めて高速であることから、その素過程の解明には超高速分光法を用いた検討が不可欠である。本研究ではフェムト秒領域での高分子鎖内の電荷非局在過程、さらに構造変化を検討する。1、枝分かれ状共役系高分子オリゴマーの励起状態における高速過程の検討truxeneは3個のfluoreneが重なり合った構造であることから、これを用いることで二次元枝分かれ状oligofluoreneが合成可能である。本研究では、fruoreneをtruxeneおよび異性体であるisotruxeneに結合した枝分かれ状分子の励起状態での共役経路および構造変化を検討した。TFnでは励起直後から数十ピコ秒で構造変化に起因するピークシフトが確認された。このシフトはfluorene-fluorene間のplanarizationを示すものでn=1では観察されなかった。2、スタックしたクロモフォアの電荷非局在過程の解明二つのベンゼン環がアルキル鎖によりface-to-face構造に固定されたシクロファンの非局在電荷の安定化エネルギーは、ベンゼン環間距離に大きく依存する。今年度は、電子受容性分子であるbenzothiadiazole (BTD)のシクロファン分子について、分子内ダイマーラジカルアニオンの安定性の検討を行った。この分子はBTDの方向によりsynとantiの二つの異性体が存在する。これらを還元するとsynは1380nm、antiにおいては2640nmに分子内ダイマーラジカルアニオン生成に起因する電荷共鳴帯が確認された。synにおいて分子内ダイマーラジカルアニオンが著しく安定化されることが示された。本研究ではフェムト秒過渡吸収および蛍光測定等の超高速分光法を主たる測定手段とし、不均一複雑系である高分子鎖内での励起エネルギーや電荷のマイグレーション過程、さらに高分子鎖の構造変化などの励起ダイナミクスを解明を目的としている。今年度においては以下の研究を行った。(1)ペリレンジイミドをペンダントとしたポリイソシアニドの合成とエネルギーマイグレーション過程の解明。嵩高い平面状分子をペンダントとしたポリイソシアニドでは主鎖が4_Iヘリカル構造をとるため、平面状分子がface-to-faceのスタッキング構造を形成し、強く相互作用することが知られている。今年度は可視域に大きい吸収をもち電子受容性の高いペリレンジイミドをペンダントとしたポリイソシアニドを合成し、エネルギーマイグレーション過程を明らかにした。フェムト秒レーザーで高強度励起することで生じるエネルギーアニヒレーション過程を観測し、その速度から一段階のエネルギーホッピング速度を求めた。その結果以前検討したポルフィリンポリマーより高速なエネルギーマイグレーションが起きていることが確認された。(2)オリゴチオフェンーオリゴシリレン交互共重合体の高分子鎖内エネルギーマイグレーション過程の解明。オリゴチオフェンーオリゴシリレン交互共重合体では一重項エネルギーがオリゴチフェオン部分をホッピングする。その過程を蛍光アニソトロピー減衰を求めることで実測した。さらに構造の影響を明確にするためにモデルとなるオリゴマー系で検討を行った。その結果σ-π共役により高速なエネルギーホッピングがおきていることが明らかになった。