hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
情報流のネットワ-キングと性能評価手法に関する研究

本研究の3年間にわたる成果は、次のように総括される。1.LANにおける代表的なアクセス方式であるCSMA/CD方式に対して、ネットワ-クの相互接続を目的として、種々の解析を行った。すなわち、CSMA/CD方式のLANからメッセ-ジが出て行く出力過程について種々の解析を行い、相互接続を行うゲ-トウエイのバッファサイズとメッセ-ジの棄却率の関係、相互接続システムの性能評価、あるメッセ-ジに優先権を与えた場合の振舞い、等の解析を行い、有効な解析、設計、評価方式を導いた。2.LANにおけるもう一つの代表的なプロトコルであるト-クン方式の数学モデルポ-リングシステムについて解析を行い、メッセ-ジの出力過程の解析、非対称なシステムの解析、入力に相関がある場合などの解析を行い、有力な解析、設計、評価方式を導いた。3.デ-タベ-スに関する研究としては、分散型システムにおいて、デ-タベ-ス間の通信ネットワ-クにおける遅延が、トランザクションの応答時間に与える影響を解析した。また、デ-タベ-スの首尾一貫性を保つために必要な同時実行制御アルゴリズムの性能評価を行い、多版方式の最適版数についての検討が可能となった。4.CSMA/CD方式のLANにおいて、多種のトラヒックを伝送する際、一部のトラヒックに優先権を与える事により、要求品質の高いトラヒックの性能劣化を伴うことなく、システムを運用する方式、伝送線路を細分して伝送機会をトラヒックごとに分離する方式などについて解析を行い、それぞれの得失、性能を解析した。また、LANにおいて、その容量を増大させる方法としてマルチチャネル化があるが、スロット付きアロハシステムについての性能解析を行い、この方式の設計指針が得られるようになった。本年度においては,これまでに得られた情報流網の最適構成の基礎となる情報システムの性能評価手法に関する成果を踏まえ,次のような研究成果が得られた.1.ローカルエリアネットワークを相互接続するに際して必要なゲートウェイのバッファサイズに関する考察を行った.具体的には,まずCSMA方式のLANからのメッセージ出力時間間隔の確率分布を求め,それを基にバッファサイズとメッセージの廃棄率の関係を解析的に求めた.数値結果からサイズが小さいときには,その差は廃棄率に大きな影響を与えることが判明した.2.LANのもう一つの代表的なプロトコルであるトークン方式の数学的モデルであるポーリング・システムを解析し,メッセージの出力過程を明らかにした.このことからトークン方式LANの相互接続に際して, 1と同様の解析が可能となった.3.1および2の結果を用いることにより情報流網の最適構成に関して特にLANの相互接続網におけるゲートウェイの必要なバッファサイズに関して廃棄率を許容範囲に保ちつつ最適化を計ることができる.4.対象とする情報システムにデータベースが含まれる場合,通信ネットワークにおける遅延が問合せあるいは更新のトランザクションの応答時間に与える影響を解析的に評価する手法を開発した.データベースの首尾一貫性を保つために必要な同時実行制御アルゴリズムとしては多版方式の先読みスケジューリングを対象として,応答時間の確率分布を求めた.以上のように当初の研究実施計画に沿った成果が得られたものと確信する.本年度においては、これまでに研究された情報流網の最適構成の基礎となる情報システムの性能評価手法に関する成果を踏まえ、次のような研究成果が得られた。1.マルチメディア通信におけるトラヒック問題を体系的に研究することを最終目的にし、本年度は特にローカルエリアネットワークに対象を絞り、解析を行った。LANにおける代表的なアクセス方式であるCSMA/CDにおいてマルチメディアからのトラヒックが存在するときに、一部のトラヒックに優先権を付加することにより要求品質の高いものの性能の劣下を招くことなく有効な通信を維持できる実用的なプロトコルを提案し、その解析を行った。2.トークン方式LANの解析は従来、対称なシステムしか解析されていなかったが、非対称なシステムの解析手法を示し、より実際に近い性能の予測を可能にした。

3.データベースシステムの処理能力を高めるために、トランザクションの論理的首尾一貫性を保ちつつ、並列実行を如何に行うかは今後の解決されるべき課題であるが、その際に必要な同時実行制御手法のモデル化と解析手法の提示を行った。本年度は特に多版方式を用いたときに、実用的にはいくつの版を用意すれば良いか、解析的に考察し、数版で十分であるという結果を得た。4.ランダムアクセス方式により通信を行なう情報ネットワークにおいて、その回線を細分化することにより、トラヒックの量によっては、より性能を高められる場合があることを解析的に示し、今後のマルチメディア通信における通信形態に関する理論的成果が得られた。以上のように当初の研究実施計画に沿った成果が得られたものと確信する。本研究の最終年度にあたり、これまで得られた種の結果をまとめるとともに、次の様な結果を得た。1.デ-タベ-スシステムにおいて、分散環境を考え、多版の保守的時刻的方法について、その応答時間の解析を行うことによる評価を行った。この際、分散システム間の通信遅れをも考慮できる評価方式を提案し、版数と性能の間の関係を示した。2.有限の端末からなるスロット付アロハ方式マルチチャンネルシステムについて、2種のプロトコルに対してシステムの振舞を解析した。この結果、チャンネルを複数化することによって得られる特長が示された。3.バス形LANにおいての通信制御方式として、トラヒックの性質によって伝送機会を分離する方式は多く提案されているが、本研究では、バ-チャルサ-キット(VC)サブフレ-ムと、ランダムアクセス(RA)サブフレ-ムにフレ-ム分割し、VCには即時性を要求するトラヒックを、RAには待時を許すトラヒックを割り当て、両者の伝送特性を解析し、有効なハイブリッド方式を設計する指針を得た。4.CSMA/CDシステムにおいて、ネットワ-クの相互接続を目的として、ネットワ-クからパケットが離れる時間間隔と応答時間を求めた。また、異なったパケット長を許すシステムにおいて、パケット長の分布が出力過程と遅延に与える影響を解析した。さらに、一つのネットワ-クが有限のバッファ-を持つゲ-トウェイを介して他のネットワ-クと接続している場合の、性能解析を行った。5.ボ-リングシステムに対する研究としては、入力に相関がある場合についての性能解析を行った。
地域コミュニティ施設の変容と利用運営の広域的再編に関する研究

鹿児島県下の96市町村において、昭和35年以降地域コミュニティ施設が設立された状況をアンケート調査を行い、施設の変容課程を分析した。施設設置数は、昭和37年から始まりその後徐々に増え続け、昭和49年には年間27の施設がつくられた。昭和5052年の3年間では、施設数は急激に落ち込み、年間15程度しか建てられていない。昭和5357年は過去38年間で最も多く施設が建設され、年間で建設数30を超えている。昭和57年以降、全体の施設設置数は減少傾向となり、平成2年までは平均20施設くらいの時期が続いた。平成3年から施設設置数は一転して増加し、現在に至るまで年間25から30施設程度建設された。この時期から市町村の単独による事業や、単独資金と起債を併用した事業が増え、自治体独自による活性化の動きがあるといえる。次に、市町村間の結合力をもとに、人口規模、面積規模および結合力の指標を用い広域圏域を仮定した。分析の結果、整備のみられない施設や整備指標の低い施設は広域圏域を形成することでその指標が高くなる例や偏った施設整備が広域化により改善される例が多くみられた。また逆に広域化による整備指標の低下もみられた。ある広域圏域内の一つの町に図書館が設置されていない場合、図書館機能を町民センターに付加し、近くの町の図書館分館とした場合、利用圏域がどのように変わるか地図上に示した。一方、ある町に設置されている古くて小規模の公民館を廃棄した場合、利用圏域がどのように変わるか地図上に示した。以上のようなデータベースを構築した結果、人口の分布状況と施設の配置状況が画面上で一覧でき、施設の廃止統合や新設後の利用圏の変化が視覚的に捉えることが可能になった。現在市販の地図ソフトのデータ量が少ないため、中途半端なデータベースではあるが、データ量が増えればもっと利用しやすいものになるであろう。平成10年度は、鹿児島県下の96市町村において、昭和35年以降地域コミュニティ施設が設立された状況をアンケート調査を行い、施設の変容課程を分析した。調査項目は(1)施設名(2)開所(完成)年月日(3)延床面積(4)資金源(補助事業・起債等)(5)部屋の種類と数(6)利用事例である。分析の結果は以下の通りである。当時、主となる施設は公民館を中心とした文教・集会施設や福祉センターなどの厚生施設であった。これは、この2年ほど前に起こったオイルショックの影響で公共事業の削減が影響したものと考えられる。その中でも昭和56年が最も多く、農村集会施設の急激な増加がその原因である。農村環境改善センターなど農村集会施設の多くは「農村総合整備モデル事業」の補助事業を利用して建設されている。昭和57年以降、文教・集会施設や厚生施設の整備数の低下に伴い、全体の施設設置数は減少傾向となり、平成2年までは平均20施設くらいの時期が続いた。

主として、スポーツ施設や音楽ホールを中心とした文化施設、以前にほとんど見られなかった産業・商業施設やその他に含まれる温泉施設や交流施設が建てられている。この時期から市町村の単独による事業や、単独資金と起債を併用した事業が増え、自治体独自による活性化の動きがあるといえる。さらにごく近年では、多くの機能を併設・複合して施設が大規模化している。平成11年度は、鹿児島県下の市町村を対象に「広域行政圏域に向けての基礎的研究」(発表論文参照)のおいて導き出した市町村間の結合力をもとに、人口規模、面積規模および結合力の指標を用い広域圏域を仮定した。結合力とは、各種サービス機関の施設圏域の中でも複数市町村が集合して構成されるものを対象として、ある市町村と任意の市町村が同じ施設圏域に組み合わせる数である。この数値により地域住民の日常生活における行動圏や意識圏としての市町村どうしの結びつきの判断指標とする。さらに、施設を供給する有効な人口規模として5万人、広域的利用に準じた施設の利用を考える場合、バス移動1時間以内の距離、半径610kmという範囲を基準として、広域圏域面積を300km^2以内と仮定した。次に、各市町村に整備されている施設の延床面積と人口規模による整備指標を用いて広域圏域間での施設整備水準の格差を明らかにし、市町村圏域と広域圏域の施設整備水準の変化を比較、考察した。分析の結果、整備のみられない施設や整備指標の低い施設は広域圏域を形成することでその指標が高くなる例や偏った施設整備が広域化により改善される例が多くみられた。また逆に広域化による整備指標の低下もみられた。これは、整備指標の高い市町村が他の市町村と施設の運営、管理を行い、複数市町村による施設の役割分担を明確にすることでより有効的な施設利用の可能性を持つと考えられる。また、広域化による整備指標が高くなるものは、狭い範囲内で類似施設が重複している可能性があると考えられる。この場合、施設機能の複合、転換を視野にいれ対応していかなければならない。平成12年度は、平成10年度に調査した地域コミュニティ施設の位置と町丁別人口を人口規模に対応した円の大きさとして、ArcViewという市販のGISソフトを利用して地図上に落とし込んで行った。これが基本的に地域コミュニティ施設のGISデーターベースとなるものである。ついで平成11年度に設定した広域圏域を対象にして、地域コミュニティ施設の種類別に地図上で利用圏域を設定した。利用圏域の設定に当たっては、地理学で使用される「ボロノイ図」の手法を用いた。この「ボロノイ図」は、以下2つの空間行動仮説が前提となるモデルである。(1)施設の利用者は居場所から最も近い距離の施設を利用する。(2)施設利用者は施設までの距離を直線で判断する。この荒っぽいモデルを用いた理由は、鹿児島県のようなローカルな地域では、地図そのもののソフトに、道路や利便施設などが未だ入っていないため、大都市のような効率的な利用の仕方ができないためである。以上のような手順を踏んで、以下のような操作を行った。ある広域圏域内の一つの町に図書館が設置されていない場合、図書館機能を町民センターに付加し、近くの町の図書館分館とした場合、利用圏域がどのように変わるか地図上に示した。一方、ある町に設置されている古くて小規模の公民館を廃棄した場合、利用圏域がどのように変わるか地図上に示した。
高効率磁気冷凍のための特異磁気相転移の動力学制御

相転移温度を低温から室温近傍まで制御可能なLa (Fe, Si)_<13>系化合物を用いて相転移進行の挙動解明に取り組んでいる。2年度目は、これまで測定・評価した等温過程における磁化の時間変化測定をもとに、磁場印加時間と磁化曲線の関係を調査するために、転移履歴の大きさの時間変化を評価した。La (Fe_<0.88>Si_<0.12>)_<13>化合物の場合、磁場を印加してから約500秒程度で転移履歴の大きさは漸近する。漸近した値は磁場印加直後の転移履歴の50%程度に相当し、電子構造に起因する転移履歴損失であると判断した。また、Pr-Al複合部分置換により転移履歴損失の大きさが1/10以下まで低減することを見出した。本研究においては、相転移進行に対する熱活性の寄与と転移履歴損失の変化について評価を行い、磁化変化と転移履歴を同時制御することに成功した。さらに、本研究において、相転移速度がエネルギー障壁を反映する移動度と磁化変化に相当する駆動力の積で表せることを見出し、Fe組成、Al部分置換、Pr部分置換および複合部分置換についての検討を行った。Fe組成の増加によりエネルギー障壁の増大は活性過程を抑制し、電子構造由来の履歴を増加させる。一方で、Al部分置換による転移履歴の低減や転移に伴う磁化変化の低下、Pr部分置換による転移履歴の低減と転移に伴う磁化変化の増大を確認した。これらを組み合わせることにより、磁気熱量効果の維持および増大と一次相転移特有の熱損失の低減、相転移速度の制御が可能となり、高効率磁気冷凍のための材料設計に対して指針を示した。(抄録なし)La(Fe_xSi_<1-x>)_<13>系化合物では遍歴電子メタ磁性転移の出現により潜熱が発生し、磁化曲線へ影響をおよぼす。このとき、熱活性により核生成・成長が助長されるならば、遍歴電子メタ磁性転移が出現するキュリー温度恥以上の温度範囲において磁化変化が顕著に表れると予想される。そこで、x=0.88の試料ならびに水素吸収によりT_Cを室温近傍まで上昇させたLa(Fe_<0.88>Si_<0.12>)_<13>H_<1.0>化合物に対して一定磁場を印加した等温状態において磁化の時間変化を測定した。La(Fe_<0.88>Si_<0.12>)_<13>化合物では測定温度がT_C近傍の場合、相転移磁場μ_0H_C以上の磁場印加下において時間の経過と共に常磁性状態から強磁性状態への磁化変化が現れた。しかし、測定温度の上昇と共にμ_0H_C近傍において磁化の値が強磁性磁化値を示す前に漸近したため、転移完了にはμ_0H_Cよりも大きな磁場が必要となった。また、La(Fe_<0.88>Si_<0.12>)_<13>H_<1.0>化合物においても同様の結果を得た。さらに、各測定温度において常磁性状態から強磁性状態への相転移が完了する磁場印加範囲に対してJohnson-Mehl-Avramiモデルを用いた相転移時間の評価を行った結果、測定温度の上昇と共に転移時間が増大することから、熱活性による核生成・成長の助長は現れていないことを見出した。相転移の出現により核生成・成長が生じることに着目し、等温過程における相転移進行について磁化の時間変化を測定して評価・検討した結果、核成長に相当する相転移進行には印加磁場の大きさによる変化よりも温度変化の影響が支配的であることを示した。また、申請者は核生成・成長に伴う微視的な核界面の変化を電磁気学的にとらえ、等温過程における相転移進行には内部磁場、印加磁場、試料形状ならびに生成相に由来する反磁場が密接にかかわっていることを見出した。
真核生物リボゾームRNA遺伝子増幅機構の解明

本研究が開始するまでの研究経過は以下の通りである。真核生物の繰り返し遺伝子の典型例としてリボゾームRNA遺伝子(rDNAと呼ぶ)がある。それらのコピー数は良く制御され、例えば何らかの原因でその数が激減しても自律的に元に戻る。しかしその機構は不明だった。我々は出芽酵母のrDNA内に存在する複製フォーク阻害部位(RFBと呼ぶ)の阻害機能を調べるため、阻害欠損株を分離したところ、その株ではrDNAのコピー数の変動が皆無であることを見出した。その説明として、フォーク阻害後、姉妹染色体の一方が切断を受け、その修復に不等組換え(unequal recombination)が起こるため、コピー数の増減が起こると考えた。ここから本研究を開始し、以下の成果を得た。(1)Fob1タンパクがRFBに直接結合し、その複合体がフォーク阻害を起こすこと、(2)Fob1タンパクの欠損株では、rDNAコピー数の変動欠損に加え、rDNA領域特異的な組換え活性も消失すること、(3)2コピーのrDNAのみを有するfob1株を作製し、FOB1^+を導入すると、元のコピー数に回復するが、RFB領域を欠失した2コピーrDNAでは、FOB1^+導入による回復はなかった。つまり、フォーク阻害に関するシス(RFB)、トランス(Fob1)のどちらもがrDNAの増幅に必須であること、(3)サイレンサータンパク(Sir2)が欠損すると、rDNA領域の組換えは活性化される。実はこの組換えの活性化は、コピー数の変動に直接関与する不等組換えに特異的に起こり、コピー数変動を起こさない組み換え(equal recombination)には起こらないこと、しかもこの不等組換えの特異的活性化の原因は、姉妹染色体結合タンパクであるコヒーシンの消失によること、等を見いだした。真核生物のリボゾームRNA遺伝子(r DNAと略す)は同一の繰り返し遺伝子として知られている。一カ所ないし数カ所の決まった染色体上の位置に集中して存在する。他の繰り返し配列と同様、そのコピー数は常時変化して不安定である。しかし、例えば何らかの原因で、そのコピー数が激減しても、その後回復して元のコピー数に戻る。これまでこのコピー数の増減の機構は不明のままだった。我々は出芽酵母を用いて、r DNA内に存在する複製フォーク阻害部位での阻害機構を調べるために分離したフォーク阻害欠損変異株(fobl)では、このコピー数の増減が起こらないことを見いだしていた。ここでは、フォーク阻害とコピー数の増減という2つの現象がFoblタンパク質(トランス因子)ばかりでなく、フォーク阻害部位(RFB : Replication Fork Barrier)にも依存するかどうかを調べた。方法は、r DNAが2コピーに減少した酵母を作成し、残された一ヶのRFBをURA遺伝子と置き換えたところ、rDNAのコピー数は増幅できなかった。それに対し置き換えない株ではr DNAのコピー数は正常に増幅した。この結果は、フォークの進行阻害そのものが、コピー数の増加と減少に必須であることを強く示唆した。従来r DNAの転写制御の解析は、r DNAのプロモーター部分をr DNAクラスター外に移してアッセイしてきた。r DNAの組み換えも同様にEpistaticな場所で測定され、その結果HOT1が発見された。これらを再評価したところ、Epistaticな場所で見いだされた活性(転写活性と組み換え活性)は、本来のr DNAクラスター内で機能していないことが判明した。どちらの活性もEpistaticな場所を、r DNAの集合体である核小体へ呼び寄せる活性である可能性が強く示唆された。真核生物のリボゾームRNA遺伝子(rDNA)は典型的な繰り返し遺伝子の一つである。出芽酵母では約150コピーのrDNAが染色体XII上の特定の一カ所に集中している。

これまで我々はこのコピー数の増減が、各コピーに存在する複製フォーク阻害部位(RFB)で起こるフォーク阻害に依存することを見いだしている。つまり、フォーク阻害が起こらない変異(fob1)株では、rDNA領域内の組み換えが起こらず、コピー数の増減が抑制される。RFBはrDNAの転写と複製の衝突を避けるために存在すると考えられてきた。それについて調べた。予想に反しfob1変異株では起こるはずの衝突が起こっていなかった。次に種々のコピー数を有するfob1変異株について調べたところ、コピー数の少ない株では衝突が起こっていた。しかも確かにこの衝突はrRNA遺伝子の特異的転写酵素(RNAポリメラーゼI、PolI)に依存していた。さらにfob1変異株では少ないながらrDNAコピー数に変動が起こるのに、PolIの欠損したfob1変異株では全く起こらなかった。つまり、転写と複製の衝突により組み換えが誘導され、その結果コピー数の変動が起こると考えられる。コピー数の減少による衝突の多発は、各rDNAの転写活性はコピー数が少ないほど高くなること示唆するが、これは従来のデータとよく一致する。rDNA領域内の組み換えによって飛び出してくる環状rDNA分子の母細胞内における蓄積が出芽酵母の寿命を決定することが知られている。実際fob1変異株ではrDNA領域内の組み換えが強く抑制され、その結果環状rDNA分子の産出が減少し、最終的に寿命が延びる。rDNAコピーが減少したfob1株では、環状rDNA分子の生産はより減少し、寿命がのびると予想して調べたが、結果は野生株と正常コピーのfob1株との中間の寿命を示した。上に述べた転写と複製の衝突によって活性化された組み換えにより環状rDNA分子がある程度生産されることからこの寿命を説明できた。真核生物のリボゾームRNA遺伝子(rDNA)は典型的な繰り返し遺伝子の一つである。出芽酵母では約150コピーのrDNAが染色体XII上の特定の一カ所に集中している。つまり、フォーク阻害が起こらない変異(fob1)株やRFB欠失株では、コピー数の増加がほとんど起こらない。コピー数の増減機構としては、複製がRFBでその進行を阻害されると、フォークを形成する姉妹染色体のどちらかが切断され、組換え修復される際に、繰り返し遺伝子のため、前後にズレが生じるため、コピー数の増加または減少が起こるモデルを考え提案した。一方、テロメア領域に挿入した外部遺伝子や性の変換に関する遺伝子群の発現を抑制する遺伝子としてSIR遺伝子群がよく知られている。その中のSIR2(ヒストン脱アセチル化酵素)は、rDNA領域においてもテロメアと同じく、そこに挿入した外部遺伝子の発現を抑制し、さらにrDNAの組換えをも抑制することが知られてきた。だが後者の機構はこれまで全く不明であった。
組織工学的手法を用いた気管再生における上皮形成メカニズムの解明

コラーゲンスポンジに付加するビトリゲルの素材を、ウシ由来のネイティブコラーゲンからブタ由来のアテロコラーゲンに変更することができた。ネイティブコラーゲンと比較してアテロコラーゲンは組織に吸収されるのが早いことから、上皮再生に適したアテロコラーゲン量は2.2mg/cm2であると判断した。移植した人工材料を気管内腔より観察する方法として、耳用の硬性内視鏡を経口的に用いる方法を確立した。これによって、摘出することなく内腔の上皮化を評価することが可能となった。H23年度の研究成果として、同等の容量であればウシネイティブコラーゲンよりブタアテロコラーゲンの方が早期に吸収されることが判り、気管欠損モデルへの移植実験はブタアテロ由来のものを用いる方針とした。H24年度の研究では、ウサギの気管欠損モデルに対する気管再建に適したブタアテロコラーゲンの量を検討した。検討した量は、9.6平方センチメートルあたり2.1mg、4.2mg、8.3mg、16.7mgとし、試験的にウサギの気管欠損モデルを作製し、それぞれを移植した。移植後7日および14日に摘出し、病理組織学的に評価した結果、2.1mg、4.2mgはビトリゲル層がほぼ確認できず、上皮化も確認できなかった。また、16.7mgはビトリゲル層が厚すぎて、吸収が起きていなかった。これらの結果より、ビトリゲル層の厚みと吸収のスピードからは8.3mgが適していると判断した。いままで実験に用いていた人工気管は、平面の板状であったが、移植の際に気管内腔の狭小化がみられた。そのために人工気管はドーム状の方が内腔の面積を確保しやすいのではないかと考え、人工気管をドーム状に作製する検討を開始した。H24年度より検討していたドーム型人工気管(以降便宜上トンネル型と改名)の作製に着手した。まず、移植モデルとして日本ウサギを用いることとし、気管の外径を計測したところ平均8mmであることが判明した。これを理由に作製する人工気管内腔の直径を8mmに設定することとした。環状に作製した人工気管を縦に1/2に切断し、そのトンネル状の内腔面にブタ由来アテロコラーゲン8.3mgを用いて作製したビトリゲルをコラーゲンゲルを糊として付加することに成功した(トンネル型人工気管)。トンネル型人工気管をウサギの気管欠損部位に移植する方法を検討し、5*10mmの欠損部位に対して10*20mmにトリミングした人工気管を被覆し、気管と縫合固定すると移植操作が行いやすいことが分かった。Bi-potentialcollagen scaffold (BPCS)を用いた移植実験を行った。1.気管欠損モデルの作製と気管再建方法の確立:ウサギに対しネンブタール静脈投与による麻酔下に頸部気管を露出させる。電気メスにて気管前壁を非管状に切除し、4×10mmのサイズに開窓する。BPCSのビトリゲルを重層した側を内腔面に向け、パッチ状に気管欠損部に被覆し縫合固定する。縫合後閉創する。この一連の操作を繰り返し安定して行えるように習得すした。2.移植する際に付加するビトリゲルの適切な種類と量の確認:BPCS作製工程のビトリゲルの原材料としてウシ由来のコラーゲンを用いているが、安全性の問題などから他の種類のコラーゲンでの作製を検討し、組織学的評価をおこない最終的に移植操作上有利な条件を確立した。方法は、ウサギの背部に4カ所切開を加え、ブタ由来アテロコラーゲン4.2mgとウシ由来ネイティブコラーゲン2.1mgと4.2mgからそれぞれ作製した人工気管を広背筋筋膜にビトリゲル層が接する向きで移植した。その結果、ブタアテロコラーゲン由来の人工気管は、7日ではビトリゲル層に好中球の進入があるものの、線維芽細胞の進入はまばらであった。14日ではビトリゲル層はほぼ消失しており、ほとんどが自己の線維芽細胞に置換されていた。ウシネイティブコラーゲン由来の人工気管は、7日ではほとんど細胞進入が見られず、14日ではビトリゲル層はほぼ残存しており、自己の線維芽細胞の侵入は一部のみであった。この結果より、移植した際の人工気管は、ウシネイティブコラーゲン由来と比較して、ブタアテロコラーゲン由来のものの方が早期に吸収される可能性が示唆された。これまでの基礎研究の結果より、ブタ由来アテロコラーゲンが有効と判断した。東日本大震災の影響で実験が進まない時期があった分が全体的に予定より遅れているが、再開後の進み具合はおおむね順調と考える。東日本大震災による影響で動物実験が行えない時期があったため人工気管をドーム状に作製し、その内腔にブタアテロコラーゲン由来のビトリゲルを付加し、ウサギの気管欠損モデルに移植し、移植後7日および14日で形態的および病理組織学的に上皮再生の過程を評価する方針。

昨年度に行えなかったウサギの気管欠損モデルに対するBPCSの移植実験を完了する。その上で摘出した喉頭気管に対するin-vivoの評価を行う。組織学的評価としては、通常の光学顕微鏡のほか、蛍光顕微鏡、共焦点顕微鏡、走査型電子顕微鏡を用いて各実験モデルについて経時的に組織を観察・評価する。観察項目としては、上皮化の有無(H-E染色)、上皮細胞の形態(H-E染色)、上皮細胞の形質ーサイトケラチン、オクルディンなど(蛍光免疫染色)、線毛の有無(H-E染色、走査電顕)、杯細胞の有無(H-E染色、PAS染色)、基底膜形成の有無ーラミニン(蛍光免疫染色)、上皮下組織の変化(H-E染色)、上皮下組織中の血管新生の有無(H-E染色、蛍光免疫染色)、ビトリゲルの状態(H-E染色)を想定している。24年度の研究計画にあるNeo-BPCSの作製は、23年度にブタ由来のアテロコラーゲンより作製する方針としたためすでに結果がでている状況である。H25年度交付請求額700,000円物品費300,000旅費300,000その他100,000移植実験のための使用動物の購入費、移植実験のための器具購入費、研究成果報告や情報収集目的の学会参加旅費など
ホヤＣｅｓＡによる試験管内セルロース生合成系の構築

セルロース合成酵素の研究は植物やバクテリアで発展した。これまでの知見として、複数の合成酵素や付随酵素の共存下ではじめてセルロース合成が起こるという極めて複雑な系であることがわかっている。そこで本研究では、新規かつシンプルなセルロース生合成研究のモデルとして有望である、ホヤのセルロース合成酵素に着目、酵母による組換え酵素の発現と精製に関する研究基盤を整備した。Pichia細胞へホヤのセルロース合成遺伝子であるCiCesA遺伝子を組み込み、メタノール誘導によりCiCesAタンパク質を細胞内に発現させた。CiCesAタンパク質の発現量はおおむね良好であり、目的タンパク質が細胞破砕物の遠心分離沈殿物に検出されることがわかった。そこで細胞破砕の方法を検討した結果、Pichia細胞をザイモリアーゼ酵素で処理しスフェロプラスト化し低張液処理により細胞を破壊する方法が有効であることがわかった。細胞破砕物のうち細胞膜を含む分画にCiCesAタンパク質が多く局在しており、Pichia細胞においてもCiCesAタンパク質は膜構造へ組込まれることが示された。得られた膜分画を既報のセルロース合成実験において定評のある界面活性剤(ジギトニン、Brij58、タウロコール酸ナトリウム)で処理し、タンパク質を可溶化、その遠心分離上清を用いてセルロースの試験管内合成を試みた。合成反応液には基質としてUDPグルコース、2価カチオンとしてCaとMg、セロビオースを添加し一昼夜の反応を行った。その結果、タウロコール酸ナトリウムを使用した場合、反応液が白濁し、微量であるが何らかの合成産物が生じることがわかった。合成反応物を透過形電子顕微鏡で観察すると、不定形もしくは乱れた微細な繊維構造が観察された。Pichiaの膜画分には種々のβグルカン合成活性が含まれることがわかっている。そこで合成産物を酢酸と硝酸の混合液で処理、結晶性セルロースの精製を試みた。この処理により、ほとんどの合成産物が消失したが、極めて微量な残渣が確認された。この残渣の同定には至らず今後の課題である。セルロースは多種多様な生物が生産し、地球上で最多量に存在する天然高分子である。セルロースは高分子としては比較的シンプルな化学構造である。しかし生物のセルロース生合成に関して、その全貌は不明なままである。本研究ではシンプルなセルロース合成系を有するホヤのセルロース合成酵素に着目し、酵母による組換えタンパクの生産、酵素モノコンポーネントのセルロース合成活性を明らかにすることを目的にしている。平成24年度、カタユウレイボヤ(Ciona intestinalis)のセルロース合成酵素遺伝子(CiCesA)のクローニング、発現ベクターへサブクローニング、メタノール資化酵母(Pichia pastoris)への遺伝子組込み作業を完了し、組換えCiCesAタンパク質の抽出に関する作業を進めた。Pichia細胞において、組換えCiCesAタンパク質が細胞の水不溶性画分、そのほとんどは細胞膜画分、に発現することをゲル電気泳動により確認できた。引き続き、Pichia細胞を大量かつ迅速に破砕して組換えタンパク質を大量抽出するため、窒素ガス圧力式細胞破砕器(本研究課題にて購入)を利用した細胞破砕とタンパク質抽出効率を検討した。その結果、ゼイモリアーゼによる前処理で細胞壁の部分分解を施すことで細胞破砕が効率良く行えること、およびタンパク質発現誘導の時間とゼイモリアーゼによる前処理の最適条件を明らかにできた。酵母細胞による組換えタンパク質生産は、強固な細胞壁を効率よく破壊することが最初の重要なステップであり、今年度の成果により組換えタンパク質による各種実験の基盤を構築できた。Pichia細胞へホヤのセルロース合成遺伝子であるCiCesA-His遺伝子を組み込み、メタノール誘導によりCiCesAタンパク質を細胞内に発現させた。引き続き、Pichia細胞をザイモリアーゼ酵素で処理しスフェロプラスト化し低張液処理により細胞を破壊し、細胞膜分画を回収した。得られた分画をジギトニンで処理し、標的タンパク質を可溶化、その遠心分離上清を回収した。引き続き、CiCesA-Hisタンパク質の可溶化時のジギトニン濃度を検討しながら、NiカラムによるCiCesA-Hisタンパク質の部分精製を試みた。ジギトニン濃度0.5-1.0%では、CiCesA-Hisタンパク質の部分精製が可能であることがわかった。この溶出液を使用してセルロース合成反応を行った。合成反応液として、基質のUDPグルコース、2価カチオンとしてCaとMg、セロビオースを含み、それぞれの添加濃度を変化させた反応系を準備し、30°Cで一昼夜の反応を行った。その結果、反応液が若干白濁する反応条件が見出された。合成反応物をネガティブ染色法により電子顕微鏡観察すると、不定形もしくは乱れた微細な繊維構造が観察された。結晶構造を明らかにするため、微小部電子回折法による構造解析を試みたが、明確な結晶性の電子回折像は確認できなかった。実験系を大きくして、X線回折による詳細な結晶解析を行える系を構築する必要があることがわかった。

細胞生物学Pichia細胞の細胞壁が極めて強固であることが知られているので、酵母類の細胞破砕においてその有効性が示されているガス式の細胞破砕装置を使用し、条件を変えながら細胞破砕の最適化を行った。しかしこの方法では効率的な破砕効果を得ることが困難であることがわかった。そこで他の方法を検討した結果、細胞壁を酵素で部分的に消化、低張液ショックにより細胞を破裂させて細胞破砕を行う方法が最も効率的であることがわかった。今年度は、細胞破砕の効率化の条件検討に多くの時間を費やす必要があったため、研究目的であるCiCesA酵素の活性測定が年度後半にずれ込み研究達成度がやや遅れてしまった。本研究課題では、ホヤのセルロース合成酵素(CiCesA)をモノコンポーネントとして単離、その活性や特性を明らかにすることを最終目的としている。今年度、Pichia細胞への遺伝子組込みおよび誘導発現実験を行い、組換えCiCesAが主に細胞膜画分に蓄積することおよび誘導時間と共にタンパク質発現量が増加することを明らかにできた。組換えCiCesAの発現確認の次のステップである、Pichia細胞の大量培養と破砕装置を使用した組換えタンパク質の大量抽出に関して条件検討したところ、強固な細胞壁を有するPichia細胞においては細胞壁溶解酵素による細胞の軟化処理が必要であること、酵素にはザイモリアーゼが有効であることを明らかにできた。これらの実験と結果は、ほぼ研究計画どおりに遂行でき、実験上の問題点は想定範囲内であった。大量調製した細胞膜画分から組換えCiCesAを可溶化する実験を年度後半に順次遂行した。一次スクリーニング分として選択した膜タンパク用界面活性剤によるCiCesAの可溶化実験を行った。今年度検討した条件ではCiCesAの十分な可溶化は含まれていないことがわかった。研究計画では、本年度中にCiCesAの可溶化条件を確立する予定であったが、次年度に持ち越すこととなった。条件の確立が遅れた理由は、CiCesAの電気泳動物のウエスタン解析の煩雑さにある。この問題に対して、最近市販された迅速な転写装置と新規抗体を使用することで対処することとした。Pichia細胞の効率的な破砕方法を明らかにしたので、次年度はCiCesA酵素の活性測定、試験管内セルロース合成の実験を計画通り遂行できる体制が出来たと考えている。また、CiCesA酵素の可溶化に効果的な界面活性剤の種類も特定できつつある。試験管内セルロース合成では合成産物の同定を確実にするために培養系のスケールアップを予定しており、ジャーファーメンテーターの使用を検討している。Pichia破砕物の細胞膜画分からCiCesAタンパク質を効率良く可溶化する界面活性剤の種類と濃度条件を網羅的にスクリーニングする。可溶化の評価をSDS電気泳動、HisタグおよびCel6抗体を使用したウエスタン解析を行う。今年度、ウエスタン解析ではゲルから転写膜への転写および抗体処理の時間が作業の律速となることが判明した。2013年度では、迅速な膜転写システムを新たに導入して作業効率を上げる。
青少年期から成人期への移行についての追跡的研究-東北エリア第二波調査

本研究の目的は、小学校から成人期への入り口を経て職業生活の初期段階に至るまでの青少年を対象として、縦断的(longitudinal)方法を用いた追跡研究を行うことによって、1)青少年期から成人期への移行(transition)に関する統計的ポートレートを作成するとともに、2)現代社会における諸「移行」問題を社会学的に考察することにある。本研究は、学力・能力、アスピレーション、進路選択(学歴の獲得や就職)のパターンを、家庭的背景(社会階層、経済と文化)、学校的背景、地域的背景(労働市場を含む)などとの関わりにおいて把握することにより、学齢期から青年期にかけてのトランジションの過程を、社会的・文化的要因との関わりで明らかにする。この大規模な縦断的調査研究の一環として、2007年1112報に東北エリア(Y県S市)を対象とする第二波調査(Wave2 survey)を実施した(児童・生徒質問紙調査、児童・牛徒学力調査、担任教員調査、保護者調査)。Wave2で対象とする小6、中3、高3コーホートは、それぞれWave 1[同エリア2004年実施、科研費基盤(B)平成16年度採択]における小3、小6、中3コーホートであり、その追跡調査となる。児童・生徒質問紙調査の回収数(回収率)は、小3が1,017票(92.2%)、小6が996票(90.2%)、中3が915票(79.7%)、高3が950票(93.6%)であった。保護者調査の回収数(回収率)は、小3が1,014票(90.9%)、小6が996票(90.2%)、中3が票903(78.7%)であった本研究の目的は、小学校から成人期への入り口を経て職業生活の初期段階に至るまでの青少年を対象として、縦断的(longitudinal)方法を用いた追跡研究を行うことによって、1)青少年期から成人期への移行(transition)に関する統計的ポートレートを作成するとともに、2)現代社会における諸「移行」問題を社会学的に考察することにある。保護者調査の回収数(回収率)は、小3が1,014票(90.9%)、小6が996票(90.2%)、中3が票903(78.7%)であった本追跡調査は、日本の青少年の、学力・能力、アスピレーション、進路・職業生活の統計的ポートレートを手に入れることを目的とした縦断的調査研究である。学力・能力、アスピレーション、進路選択(学歴の獲得や就職)のパタンを、家庭的背景(社会階層、経済と文化)、学校的背景、地域的背景(労働市場を含む)などとの関わりにおいて把握することにより、学齢期から青年期にかけてのトランジションの過程を、社会的・文化的要因との関わりで明らかにする。そのため、平成19年度は以下の第二波調査研究を実施した。第二波調査は、東北地方のあるエリアを対象に、2007年1112月に下記の調査を実施した。対象校は、第一波調査と同じC市小中学校全校、高等学校は同市に所在する公立高等学校全校。(1)児童・生徒質問紙調査(小3、小6、中3、高3コーホート)(2)児童・生徒学力調査(国語、算数・数学、小3、小6、中3コーホート対象)(3)担任教員調査(ペダゴジー調査、小3、小6コーホート対象)(4)保護者調査(小3、小6、中3コーホート)児童・生徒質問紙調査の回収数(回収率)は、小3・1017(92.2%)、小6・996(90.2%)、中3・915(79.7%)、高3・950(93.6%)であった。保護者調査の回収数(回収率)は、小3・1014(90.9%)、小6・996(90.2%)、中3・903(78.7%)であった。回収後、データクリーニング等を行い、分析に着手した。

本追跡調査は、日本の青少年の、学力・能力、アスピレーション、進路・職業生活の統計的ポートレートを手に入れることを目的とした縦断的調査研究である。学力・能力、アスピレーション、進路選択(学歴の獲得や就職)のパタンを、家庭的背景(社会階層、経済と文化)、学校的背景、地域的背景(労働市場を含む)などとの関わりにおいて把握することにより、学齢期から青年期にかけてのトランジションの過程を、社会的・文化的要因との関わりで明らかにする。平成19年度は東北エリアを対象に、2007年1112月に第二波調査を実施し(児童・生徒質問紙調査、児童・生徒学力調査、担任教員調査、保護者調査)、児童・生徒質問紙調査の回収数(回収率)は、小3・1017(92.2%)、小6・996(90.2%)、中3・915(79.7%)、高3・950(93.6%)。保護者調査の回収数(回収率)は、小3・1014(90.9%)、小6・996(90.2%)、中3・903(78.7%)であった。今年度は、第二波調査の分析を行い、東北エリアの高校生の進路選択では、親学歴と生徒の進路希望の関連が強いだけでなく、専門高校と学力低位校においては、進路の相談相手に「保護者」を選ぶ生徒が「高校まで」の進路を希望する傾向が示された。関東エリアとの比較から、東北エリアの児童・生徒がより規則正しい生活習慣を持つこと、子どもが小さい頃に行った親の働きかけが、思春期以降の子どもの生活習慣の乱れを防ぐ一定の効果を持つことが明らかとなった。また、第一波・第二波調査の対象者のうち、高校卒業者に対する追跡調査(関東/東北エリア)を実施した(2008年35月)。回収数(回収率)は、第一波調査関東地方高校卒業生185(29.5%)、東北地方高校卒業生326(27.4%)、第二波調査関東地方高校卒業生233(30.3%)であった。
配位子場理論の理解を目的とした色付きセラミックス合成実験教材の開発

本研究では擬似的な宝石である色付きセラミックスを合成し、物質が色を持つ理論『配位子場理論』を身近にする実験教材の開発を目的とした。始めに、セラミックス母材の酸化アルミニウム(Al_2O_3)の前処理の必要性及び適切な成形条件を調査した。Al_20_3は1200°C程度で仮焼することで焼結しやすくなることが知られているが、本実験では焼結,粒径分布に仮焼有無による大きな違いがなく、前処理が不要であることが確認された。また、成形の際、Al_2O_3 1gに対し水0.3mlを加えることで、成形及び成形器からの取出しが容易となることがわかった。これより水が多少すると成形体取扱の際崩れ易く、学生の器用さにより操作難度に影響が出る。次に、クロムやニッケル等の遷移金属酸化物をAl_2O_3に少量添加し、混合比率を重量比0.11.5%の範囲で変化し、ハンドプレスで円盤状に成形、1150°Cで2時間焼結させて配位子場理論通りの発色となるか確認した。Al_2O_3結晶のAlの一部が遷移金属に置換され、O^<2->6配位の配位子場による発色を想定した。ニッケルでは、焼結前の緑色から青緑色へ変化し、これは予想された700nm付近の光吸収によるものと一致した。クロムでは、焼結前の深緑色から赤色が増す変化が見られた。予想された400,550nm付近の光吸収による赤色と一致したが、1%より多い添加ではAl_2O_3未置換のCr_2O_3によると考えられる深緑色が強く、赤色が見られなかった。Al_2O_3にCr_2O_3が0.1%程度含まれたものは宝石のルビーと同様の組成であり、ルビーの美しい赤色が再現できる焼結温度・時間条件の検討を今後も続けたい。なお、1種のサンプルならば240分程度で合成出来、本実験は、本校実験時間450分内で十分に完了する。配位子場理論学習上、厳密な波長測定等課題はまだ多いが、学生が身近にする教材開発の第一歩は成功したと言える。
造血幹細胞の自己複製と分化の誘導を掛け分ける分子基盤

研究室ではまず造血幹細胞の活性を支持する2大内的因子であるポリコーム複合体1やHoxb4が供にDNA複製制御因子Gemininに対するE3ユビキチンリガーゼとして機能していることを独自に明らかにした。Gemininは細胞の増殖と分化を同時に制御する分子機能を有することが知られていることから、Gemininが造血幹細胞の自己複製と分化の誘導を掛け分ける中核因子として機能していることが予測された。そこで、本研究ではまずHoxb4だけでなく、白血病発症との関連が知られているHoxa9も同様にGemininに対するE3ユビキチンリガーゼとして機能することを明らかにした。そしてさらにポリコーム複合体1のメンバーでGemininとの結合ドメインを提供するScmh1ののノックアウトマウスを作製し、ポリコーム複合体1及びHoxba9やHoxb4によってGemininが一定の恒常性を保ちながら発現制御されていることを明らかにした。次に、造血幹細胞制御におけるGemininの機能を詳細に明らかにすることを目的として、Geminin遺伝子に蛍光タンパク質遺伝子EYFPをノックインし、Geminin-EYFP融合タンパク質が発現するようにしたGeminin-EYFPノックインマウスを作製するとともに、ホモ接合型Geminin-EYFPノックインマウスの胎仔線維芽細胞からiPS細胞を作製した。また、レトロウイルスベク-やGeminininに対するshRNAを用いてGemininの発現を自在に操作できる実験系の開発を行った。そして、Geminin量を操作することによって、造血幹細胞の活性を操作できることを明らかにした。今後、造血幹細胞が自己複製する際にGemininの発現がどのように調節され、未分化性を保ちつつ細胞増殖するのかについて理解を深める必要がある。24年度が最終年度であるため、記入しない。造血幹細胞は、自己複製し造血幹細胞そのものを生み出すともに、一方では分化し十種類以上にも及ぶ成熟血球細胞を産生し続ける。Gemininは細胞の増殖と分化を同時に制御する分子機能を有することが知られていることから、Gemininが造血幹細胞の自己複製と分化の誘導を掛け分ける中核因子として機能していることが考えられる。そこで、Geminin遺伝子に蛍光タンパク質遺伝子EYFPをノックインし、Geminin-EYFP融合タンパク質が発現するようにしたGeminin-EYFPノックインマウスを作製するとともに、ホモ接合型Geminin-EYFPノックインマウスの胎仔線維芽細胞からiPS細胞を作製した。また、レトロウイルスベクーやGeminininに対するshRNAを用いてGemininの発現を自在に操作できる実験系の開発を行った。そして、これらを駆使することによってGeminin量を操作することによって、造血幹細胞の活性を操作できることを明らかにした。そこで、次にGemininの発現が造血システムやiPS細胞の増殖と未分化性の維持にどのように具体的に機能しているのか、さらにGemininの発現によって幹細胞性がどのように支持されているのかを分子レベルで明らかにし、細胞の増殖と分化を掛け分ける分子基盤について理解を深める計画である。Geminin-EYFPノックインマウスの作製、そのホモ接合型胎仔線維芽細胞からのiPS細胞の作製、そして、Gemininの発現量を操作するための高発現ベクターやshRNAを用いたノックダウンベクターの作製を完了するともに、Gemininの発現操作による造血幹細胞の活性制御法の開発やさらにE2FによるGeminin遺伝子の転写制御へのGemininタンパク質の直接的関与の解析等、おおむね順調に研究を進めることができている。

本年度までに作製準備したものを駆使し、Gemoninの発現レベルを操作することによって造血幹細胞の増幅と分化を制御し、Gemininの分子機能を明らかにする計画である。特別に問題点はないが、造血幹細胞の機能解析には造血幹細胞移植を行ってその活性を確認することが必須であり、解析が長期間に渡る。そこで、迅速な研究の推進を心掛ける計画である。
レーザーMBE法による、TiO_2薄膜の作成とその電気化学的光特性の評価

1)基板の整合性などを利用して、熱力学的安定性の異なるアナターゼ/ルチルの2種の結晶構造をレーザMBE法を用いて制御することに成功した。基板としてl12O3(0001)基板を用いると、ルチル型結晶(TiO2(R))の(100)が、SrTiO3(001)(STO)基板を用いるとアナターゼ型結晶(TiO2(A))の(001)が広い成膜温度範囲で単相として得られることを見い出した。さらに、窒化チタンの酸化過程を用いた、TiN(001)/TiO2(A)/STOエピタキシャル多層膜の高温酸化処理により、通常の熱力学的支配のもとでは達成できない、良質なしかもエピタキシャル関係を保ったTiO2(R)/TiO2(A)/STOの多層構造の作成に成功した。2)コンビナトリアルケミストリーの手法を取り入れたコンビナトリアルレーザMBE装置を用いて、アナターゼ/ルチルのそれぞれの結晶に系統的に遷移金属をドープした。その結果、ルチル型のバルクで20%以上固溶すると報告されているV、Feに対して、アナターゼ型ではルチルに比べて溶けにくいこと、また、それとは逆にルチル型のバルクでは、固溶しないCoについては、アナターゼ型で良く溶けることなど、非常に興味深い結果が得られた。3)電気化学触媒反応の評価を視覚的にかつ高速に評価できる装置を企業と共同開発し、特許申請を行った。Si-SiO2-Si3N4の多層膜からなるセンサーにレーザを照射して誘起される光電流の強度が、局所的な水素イオン濃度に依存することを利用した、pHイメージング法を用いた。Fe2(SO4)3などの酸化もしくはKIなどの還元試薬を用いて、TiO2薄膜上で光水分解後のpH変化を調べた結果、それぞれの薄膜ライブラリーでのpH変化の違いが確認され、この手法がコンビナトリアルに合成された光触媒の高速活性評価に適用できる可能性が示された。
液晶／配向ナノファイバー複合体の構築とテラヘルツ波制御素子の実現

ネマティック液晶とエレクトロスピニング法で作製した配向ナノファイバー複合素体を構築し、閾値電圧や電圧を除去したときの応答時間はナノファイバーの種類・直径及び密度に依存することを明らかにした。また、液晶分子とファイバーの平均距離と立ち下がり時間やナノファイバー密度と閾値電圧の関係がファイバーの種類と直径により決まることを明らかにした。また、この複合体を用いて周波数が260400 GHzのテラヘルツ波における透過型の移相器を提案し、位相変化量は液晶単体と比べ約半分に減少するものの、立ち下がり時間を約600分の1に減少できることを明らかにし、複合体のテラヘルツ波素子への応用の可能性を示した。液晶/配向ナノファイバーの作製については、ポリビニルアルコール(PVA)を用いてITOガラス基板上に配向ナノファイバーを作製し、ネマティック液晶との複合素子を作製した。ナノファイバーの直径や密度を変化させたときのネマティック液晶との相互作用の大きさを、インピーダンスの電圧印加・除去時の過渡応答測定結果から評価した。配向ナノファイバーの複合効果により、液晶単体と比べ電圧を除去したときの立下り応答時間を大きく減少させることができた。また、ナノファイバーの密度を増加させたときの応答時間の改善度が増加することを明らかにした。PVA以外の配向ナノファイバーの作製については、ポリアクリロニトリル(PAN)がPVAと同様に配向性の高いナノファイバーが作製できることを明らかにした。また、液晶との相互作用の強さについては、PVAと比べPANの方が大きい傾向にあるという結果が得られた。一方、単体液晶以外にナノファイバーと複合化する液晶材料として高分子安定化液晶及びコレステリック液晶を取り上げ、その単体での特性について評価を行った。高分子安定化液晶については、テラヘルツ波よりも周波数の低いミリ波デバイスでの応答改善について検討を行い、コプレーナ線路型のデバイスにおいて応答時間が改善することを明らかにした。また、コレステリック液晶については、これまでと比較して液晶層の厚さが非常に厚い50μm以上のデバイスにおいても、一様な配向を実現する方法について明らかにするとともに、これまでとは異なる新しい高速応答性を有するスイッチング現象について明らかにした。ネマティック液晶/ナノファイバー複合体を作製し、複合体中のナノファイバー密度を変化させたときの複合体の閾値電圧特性と、電圧を除去した際の立下り応答時間特性について評価を行った。閾値電圧については、液晶単体と比べナノファイバーを複合することにより増加し、密度が高いほど閾値電圧も増加することが明らかとなった。しかし、液晶に少量の重合性モノマーを添加し、液晶相において重合することにより電圧を除去した際の立下り時間の改善を図る高分子安定化液晶と比べ、閾値電圧の増加はわずかであり、立下り応答時間を約100分の1に減少させたときでも、閾値電圧は10V以下であり、応用上問題がないことが確認できた。また、配向ナノファイバーを作製させるためにはドラムコレクターを回転させるため、ナノファイバーの積層量に比べて積層時間が長くなる。この問題を解決するため、ドラムコレクタ上に多数のガラス基板を設置し、配向ナノファイバーをある程度積層させた後シート状になったナノファイバーをガラス基板上から剥がして積層することにより100μm以上といった厚いナノファイバー/液晶複合体も効率良く作製できる手法を確立した。一方、300GHz帯のテラヘルツ波の透過型のデバイスの実現のため、基板材料としてITOが製膜されたPETフィルムを用いることを検討した。このITO付PETフィルムを基板材料として液晶単体セルを構成し、300GHz帯の透過特性を測定し、ITO付PETフィルムによる損失が一般に使用されるITOガラスと比べ低いことを明らかにした。ナノファイバー材料としてポリビニルアルコール(PVA)以外にポリアクリロニトリル(PAN)を使用し、両者のナノファイバー材料において液晶との相互作用の強さについて検討を行うことができるなど、液晶/ナノファイバー複合体の作製とその特性評価については計画通り順調に進展した。また、テラヘルツ波用基板材料の評価についてもITO付PETフィルムを用いることで研究が実施できることが確認でき、順調であった。しかし、計画では液晶/ナノファイバー複合体によるテラヘルツ波制御素子の作製までを実施する予定であったが、この部分が未実施であったため、その他は予定通り進展しているため、おおむね順調に進展しているとした。ネマティック液晶/配向ナノファイバー複合体を構成するナノファイバーの種類、平均直径及び密度を変化させたときの複合体の誘電率の印加電圧依存性を測定した。ナノファイバー材料としてはポリビニルアルコール(PVA)及びポリアクリロニトリル(PAN)を用いた。ファイバー直径や密度の異なる複合体を作製し特性を評価したところ、閾値電圧や飽和電圧がナノファイバー材料に依存するとともに、密度が同じ場合には平均直径が大きいほど、また平均直径が同じ場合は密度が低いほど閾値電圧や飽和電圧が低いことが確認できた。一方、閾値電圧が増加するほど改善が必要である電圧を除去したときの立ち下がり応答時間を短縮できることが確認でき、ナノファイバーの材料、平均直径及び密度の制御により立ち下がり応答時間を制御できることを明らかにした。また、作製したネマティック液晶/配向ナノファイバー複合体を用いて、透過型のテラヘルツ波位相制御素子を作製した。厚さ188μmの複合体を用いて周波数400GHzにおける位相差は16度であり、同じ厚さの単体液晶の立ち下がり応答時間が230sに対して0.25sと大幅に応答時間を改善できることが確認できた。