hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
自由電子レーザー用ナノチューブ電子ビーム源に関する研究

今後の陰極製作にこの現象を大いに活用できるものと期待される。自由電子レーザー(FEL)の今後の進む道としてはX線γ線領域へ向けた短波長化、長波長領域においては大出力化以外に、通常の実験室でも使用可能なものを如何にして達成するかに大別される。これらは短波長・長波長いずれの場合においても、高電流・低エミッタンス・低エネルギー広がりの電子ビームが得られて可能なことである。金属や半導体の針先からの電界放出電子ビームはエネルギー広がりエミツタンス共に極めて小さいことが知られており、これをFELの電子ビームとして用いれるなら、ウイグラーへの厳しい要求も緩和され、短波長・長波長のFELに非常に有用なものとなる。本研究ではスミスパーセルFELやチェレンコフFELを念頭において、電子ビーム源開発を行っている。昨年度はカーボンナノチューブ(CNT)を最も一般的な直流アーク放電法で最適条件を見出して作製し、電子ビーム発生実験を行った。今年度はさらにアーク放電下でHeガスパフを行ったり、強磁場を与えて放電プラズマの指向性を高めてCNTの回収率を向上させることを試みた。今後はCNTの精製法の改善が課題である。以上のようにして得られたCNTを昨年度と同様金属細管に塗布して陰極を作製し、電子ビーム収束用電極を取り付けて実験を行った。その結果30μAの電流が収束性よく得られるのが確認できた。しかし元の電流値の約1/700であるので、さらに改善する必要がある。その原因の一つに高電圧下での真空度劣化があり、質量分析した結果同定出来ないイオン種が多く観測された。今後これらの問題を明らかにすることによってFEL用電子ビーム源としての応用が可能となろう。またXeClエキシマレーザーアブレーション法によるCNT生成を試みた。現在カーボンナノ粒子の生成が観測され、雰囲気ガスの種類・圧力および照射強度依存性などを実験的に調べているところである。これらは、短波長・長波長いずれの場合においても、高電流・低エミッタンス・低エネルギー広がりの電子ビームが得られて可能なことである。金属や半導体の針先からの電界放出電子ビームは、エネルギー広がりエミッタンス共に小さいことが知られており、これをFELの電子ビームとして用いれるなら、ウィグラーへの厳しい要求も緩和され、短波長・長波長のFELに非常,に有用なものとなる。本研究ではスミスパーセルFELやチェレンコフFELを念頭に置いて、電子ビーム源開発を行っている。昨年までの2年間においては、アーク放電法で作製したナノチューブを用いた電界放出実験、およびXeClエキシマレーザーアブレーション法による生成を試みてきた。今年度は後者についてさらに詳細な実験を行い、単層と思われるカーボンナノチューブの生成が確認でき、その最適生成条件を見出した。紫外領域のレーザーで生成されたのは初めてであると考える。またSi基盤上にCVD法でカーボンナノチューブを剣山状に生成した。そしてそれを陰極として用いる装置を完成した。これにより我々が従来行ってきたentangled tubesでの陰極で問題となった熱的影響が軽減され、損傷閾値は高くなると考える。
消化器癌のリンパ行性転移を促進する腫瘍微小環境の解明とその制御

本研究は,消化器癌のリンパ行性転移を促進するメカニズムの解明を目的としたものである.近年,癌の転移に影響を与える因子としてEpithelial-mesenchymal transition (EMT)および腫瘍微小環境におけるマクロファージ(tumor-associated macrophage : TAM)の働きが注目されている.われわれは,膵癌症例においてZEB1およびZEB2の発現がEMTを引き起こし,更にリンパ節転移を促進することを明らかにした.一方,転移リンパ節においてはmesenchymal-epithelial transition (MET)が転移巣の増大を促進している可能性があることを示した.次に,多様な性質を有するマクロファージのうち,免疫抑制方向に分化したM2-TAMが転移形成前にリンパ節に到達し,リンパ管新生を引き起こすことでリンパ節転移を促進している可能性があることを示した.更に,folate receptor β(FRβ)陽性マクロファージは血管新生を引き起こし,血行性転移を促進することを明らかにした.FRβ陽性マクロファージとリンパ行性転移との関連は今後の研究課題である.上記研究により,腫瘍のEMTとMETはリンパ行性転移において非常に重要な役割を有することを明らかにした.また,主病巣の腫瘍微小環境のみならず,リンパ節の微小環境においてもTAMは重要な役割を有し,転移を促進することを明らかにした.転移抑制治療開発に向けて,更に研究を続ける必要がある.本研究は,消化器癌のリンパ行性転移を促進するメカニズムの解明を目的としたものである近年,リンパ管新生が消化器癌のリンパ行性転移強力に促進することが報告されてきたわれわれは,まず70症例の膵癌のリンパ管新生を免疫染色により評価した.主病巣におけるリンパ管新生は腫瘍浸潤先進部に著明であり,新生リンパ管の増生は,所属リンパ節転移と有意に相関していた次に,70例の膵癌症例の1432個の郭清リンパ節におけるリンパ管新生を評価したリンパ節転移の指摘に関しては,サイトケラチンによる免疫染色を加えて微小転移まで検出した.リンパ節における新生リンパ管は,非転移リンパ節に比べて,転移リンパ節では有意に増生していた.また,転移リンパ節内の新生リンパ管数はリンパ節転移巣の増大に伴って増加していた.更に,リンパ節転移を有する症例では,リンパ節転移を伴わない症例と比較して,非転移リンパ節におけるリンパ管新生も亢進していた以上より以下のごとく考察される.1)膵癌の主病巣におけるリンパ管新生はリンパ行性転移を促進する.2)リンパ節におけるリンパ管新生はリンパ節転移形成前から起こっている.3)リンパ節に転移した癌細胞は転移巣の増大にともなって,そのリンパ節におけるリンパ管新生を更に促進する.主病巣およびリンパ節におけるリンパ管新生は,リンパ行性転移のメカニズム解明の中心的な役割を有すると考えられ,転移抑制治療開発に向けて,更に研究を続ける必要がある本研究は,消化器癌のリンパ行性転移を促進するメカニズムの解明を目的としたものである.近年,癌の転移に影響を与える因子としてEpithelial-mesenchymal transition (EMT)および腫瘍微小環境におけるマクロファージ(tumor-associated macrophage : TAM)の働きが注目されている.われわれは,膵癌症例においてZEB1およびZEB2の発現がEMTを引き起こし,更にリンパ節転移を促進することを明らかにした.一方,転移リンパ節においてはmesenchymal-epithelial transition (MET)が転移巣の増大を促進している可能性があることを示した.次に,多様な性質を有するマクロファージのうち,免疫抑制方向に分化したM2-TAMが転移形成前にリンパ節に到達し,リンパ管新生を引き起こすことでリンパ節転移を促進している可能性があることを示した.更に,folate receptor β(FRβ)陽性マクロファージは血管新生を引き起こし,血行性転移を促進することを明らかにした.FRβ陽性マクロファージとリンパ行性転移との関連は今後の研究課題である.上記研究により,腫瘍のEMTとMETはリンパ行性転移において非常に重要な役割を有することを明らかにした.また,主病巣の腫瘍微小環境のみならず,リンパ節の微小環境においてもTAMは重要な役割を有し,転移を促進することを明らかにした.転移抑制治療開発に向けて,更に研究を続ける必要がある.
マスト細胞の活性化とそれを調節する分子機構に関する研究

昨年度に引き続きIL-4によりヒトマスト細胞のFcεRIαが発現増強するシグナル系を各種の阻害剤を用いて解析した。マスト細胞をIL-4で培養する系にHydrocortisone,Disodium cromoglycate,Tyrosine kinase inhibitor,PI-3-kinase inhibitorなどを添加してFcεRIα鎖の発現を検討すると、Tyrosine kinase inhibitorとの共培養により明らかにFcεRIα鎖の発現が抑制されることが判明した。PI-3-kinase inhibitorであるWortmanninではFcεRIα鎖発現に変化は認められなかった。阻害剤を用いた実験及びStat6がリン酸化される事実などから、FcεRIα鎖発現誘導の鍵となる分子の一つは恐らくJak3と考えられるが、今後その確証を得る必要があると考えている。申請者らはまた、IL-4レセプター(IL-4R)単独あるいはIL-4Rシグナルとその他のシグナルが共に入った際に、アレルギーに関与する分子が表出されるという普遍的現象が起きることに着目し、B細胞をモデルとしてその分子機構を解析した。その結果、B細胞のIL-4RとCD40を共に刺激し培養することにより、Ku70/80というDNA切断修復や各種分子の発現調節に関与する分子が細胞質内から核内に移行することを見出した(Immunity,1999)。その結果、B細胞ではIgE産生や低親和性IgEレセプター(CD23)の発現が誘導される。マスト細胞においても同様にKu分子が関与している可能性を示唆する所見を得、現在検討中である。#1ヒト培養マスト細胞におけるFcεRlとFcγRIIBシグナルの相互作用の解析ヒト培養マスト細胞を抗FcεRIモノクローナル抗体(mAb)で刺激した際に活性化される分子が、p95Vav,p72Syk,p42Shcを含むいくつかの細胞内基質であることを明らかにした。一方マスト細胞を抗FcγRIIBmAbで刺激しても細胞内基質の明らかな(強い)チロシンリン酸化は認められなかった。マスト細胞に発現されるFcεRIとFcγRIIBを架橋すると、FcεRI刺激によって認められる細胞内分子のチロシンリン酸化が有一意に抑制された。時間経過を追った実験では、先に抗FcγRIIBmAbで刺激しておくと、抑制効果がさらに増強することが判明した。FCγRIIB刺激により誘導される抑制性シグナルの本体を検討するために、FcγRIIB刺激後の各種フォスファターゼの会合と活性を検討したところ、SHIPの同レセプターへの会合と、リン酸化が検出された。SHIPがFcεRIを介したp95Vav,p72Syk,p42Shcのリン酸化を抑制している可能性を示唆する所見と考え、さらにその可能性を検証していく予定である。#2FCεRIα鎖の発現調節領域の獲得ヒトgenomic DNAを鋳型としたgenomic PCR法により、FcεRIα鎖の5非翻訳領域(5'UT)を2,000塩基上流まで獲得した。現在その領域の塩基配列を同定中である。さらにその5'UTを、PCRを用いて300塩基ずつ区切った領域に分け、reporter遺伝子発現ベクターに組み入れた。今後、基本的転写調節領域を決定していくと共に、reporter gene assayにより転写調節領域を同定していく予定である。
慢性呼吸器疾患患者への笑いヨガリラクセーションプログラム評価

【目的】慢性呼吸器疾患患者の活動の低下を防ぎ、QOLを維持するために、患者自らが呼吸困難の緩和、コントロールが図れるように、心理的支援に笑いヨガを取り入れたリラクセーションプログラムを用い、その内容を評価した。【方法】一般成人に笑いヨガリラクセーションを実施し、その安全性、有効性について検討した上で、慢性閉塞性肺疾患患者への笑いヨガリラクセーションプログラムを実施した。【結果】対象者数が少ないため、統計的検討ができなかったが、対象者は、日常生活における「笑いの頻度」が介入前に比べ介入後、増加が認められた。本プログラムにより一部効果があったと考えられた。1.研究目的:今年度は、第一研究段階として、一般成人を対象に笑いヨガリラクセーションプログラムを実施しその身体・心理的効果を検証する。2.方法:対象は、一般公募にて地域在住の40歳以上の中高齢者で、軽度の運動が可能であり、かつインフォームドコンセントによる参加の同意が得られた66名を対象にした。方法は、参加希望者を層別無作為化し、研究開始から介入する「介入群」と3カ月後からスタートとする「遅延介入群」の2群に分けた上で介入プログラムを実施した。効果の検討にあたっては、遅延介入群の最初の3カ月をコントロール時期として、介入群との間で効果を比較検討することとした。介入は、コース名を「笑って健康」教室とし、2週間に1回、3カ月に渡って実施した。プログラムは、笑いと健康の講義、笑いヨガでの参加型笑い体験、イベントの紹介、落語を実施した。3.結果:66名の参加者を33名づつの群分けとし、10月前検査の実施、11月から3カ月の介入プログラムの実施、2月後検査の実施、コントロール群への介入開始となった。笑いヨガでの参加型笑い体験の2回にわたり体験実施前後の唾液による酸化還元度を酸化還元計測器で測定した結果、約8割の対象者が酸化から還元への電位に変化していることが明確となった。唾液のコルチゾール値については、現在分析中である。笑いヨガによる即時的な身体への影響は、唾液の酸化から還元という電位変化によって明確に表れていると考えられる。1.研究目的:今年度は、第一段階の研究として実施した「一般成人を対象とした笑いヨガリラクセーションプログラム」の結果を分析・評価した上で、第二段階研究に向けて笑いヨガリラクセーションプログラムの再構築を図るとともに第二段階研究に向けたプレテストを実施することであった。2.「一般成人を対象とした笑いヨガリラクセーションプログラム」の結果の分析・評価一般成人を層別無作為化した「介入群」と「コントロール群」を比較し差がみられた項目は、以下の項目であった。「STAIの状態不安尺度」において得点の低下、「一日中全く笑わない日がある」と回答した人の割合が21%低下、「普段、おもしろいと感じることがほとんどない」と回答した人の割合が27%の低下がみられた。さらに笑いの介入によって、笑う機会が増えた人は33名中8名あり、25名と8名を比較したとき「状態不安尺度」および「不安不在尺度」において有意に低下していた。以上のことから、「笑いヨガリラクセーションプログラム」による有効な効果があると評価した。3.第二段階研究に向けて笑いヨガリラクセーションプログラムの再構築第一段階研究における結果の分析・評価より、第二段階研究では、対象者が呼吸器疾患患者であることからプログラムの実施時間、実施回数、および集団介入か個別介入化の検討を実施した。4.第二段階研究に向けたプレテストの実施プログラムの再構築にあたり、まず個別介入での「笑いヨガプログラム」の影響・効果の検討をすることとなり、研究倫理審査の承諾を得て、現在個別介入を実施している段階である。慢性呼吸器疾患患者を対象に笑いヨガリラクセーションプログラムを立案し、その効果を検討することを目的に、対象者を無作為に介入群と非介入群に分け、介入前後のデータを比較検討した。介入群における笑いヨガリラクセーションプログラムは、外来呼吸リハビリテーション時に笑いヨガを用いたリラクセーションを実施、また自宅において毎日笑いヨガを実施することとした。実施した結果、対象者は、外来呼吸リハビリテーションを受ける慢性閉塞性肺疾患患者で、介入群1名(60歳代、男性、stageIV)、非介入群3名(80歳代、男性、stageIII)であった。対象者数が少ないため2群における統計的検討は実施できなかった。介入群1名の介入前と介入6週間後のデータを比較検討した結果、質問紙調査におけるhospital anxiety and depressionn scale,QOL尺度のSF-8,E-SASにおける生活のひろがりでは有意な差は認められず、介入前後での変化は認められなかった。

しかし、対象者によって記載されている療養日誌のデータでは、「笑い」の頻度において、介入前は「あまり笑わなかった」が、介入後は「まあまあ笑った」または「よく笑った」とする傾向に変化していることがわかった。本研究では、対象者数が少なく統計的検討に至らず症例報告となったが、療養日誌からの「笑いの頻度」における変化は、笑いヨガの影響であったことは十分に考えられる。封筒法による無作為抽出法のため非介入群が多い状況となっているため、今後、対象数を継続的に増やし、2群間での比較検討していくことが今後の課題となった。慢性呼吸器疾患患者を対象に笑いヨガリラクゼーションプログラムのプレテストおよび第二段階研究を実施するためのプログラムの作成、実施を目的として計画を立案した。プレテストに関しては、実施場所および対象者の都合等により、明確な結果が出るまでに至らなかったので、実施場所を変更しての継続して計画を実施している。第二段階研究を実施するにあたり、プレテストの結果が明確に抽出できていないため、関係者で予定通りプログラム検討を行った。プログラムを実施するにあたり教材としてのDVD作成を新規に検討し、研究協力者と共同してDVD作成を行った。第二研究を実施できるフィールドへの協力依頼およびプログラムの相談を実施した。大学および実施施設での研究倫理審査の承認を受けて、実施施設での具体的な協力いただく内容(対象者の無作為抽出、介入実行におけるDVD資料の活用など)についての相談、運営方法等の打ち合わせを数回行い、実施に入った。DVD資料は、慢性閉塞性肺疾患患者に特化した、オリジナルな呼吸法を用いた自宅で一人でできる仕様としたことは、今後の研究にも応用できるものであり、非常に価値があり重要なツールであると考える。実施に入ったばかりであるので、詳細な研究成果は今後、データの集積、分析を検討して明確となってくるものである。第二段階の研究に入る前段段階としての、第一段階の研究の結果の分析・評価の実施、それを受けて第二段階の研究のプログラムの再構築を図り、慢性呼吸器疾患患者への個別介入でのプレテストを実施するところまで到達しているからである。25年度が最終年度であるため、記入しない。プレテストの実施、結果、分析・評価に関しては、実施場所の都合で当初の予定よりは遅れてしまったが、進行中である。第二段階研究に関しては、プログラムの検討、大学及び実施施設での倫理審査の承諾、実施施設との詳細な打ち合わせ、そして研究実施に至っているので、おおむね順調に進展していると判断した。今後は、まず個別介入でのプレテストの結果を受けて、第二段階の研究の実施方法の再検討をする。対象が慢性呼吸器疾患患者であることから医療施設との協力関係の構築も同時に行いながら、本研究課題の実施がスムーズにできるようにしていきたいと考える。本研究課題の研究倫理審査の承認後、研究実施に入る予定である。研究実施施設との綿密な連携、コミュニケーションを図りながら研究を実施し、得られた結果のデータ化、集計、分析を行っていく。本研究課題の最終年度でもあるので、すべての研究の総括をし、さらなる研究の発展・展開となるべく、次の研究課題への具体的方策の検討も推進していく。
腫瘍組織集積性放射線性感受性物質の合成および評価法の確立と治療への応用

放射線治療は悪性腫瘍の治療法の一つとして更に適応が拡大しつつある。しかし治療成績は正常組織の放射線容量の限界や放射線抵抗癌の存在により、その向上が制限されている。我々は1978年以来、低分子量腫瘍集積性物質であるポルフィリン誘導体650種を合成し、難治癌に対する新しい診断、治療法の為の各種プロジエクトを推進している。その一つとして腫瘍組織集積性放射線感受性物質としてのポルフィリン誘導体の可能性を検討した。まずinvitroに於ける放射線感受性物質のスクリーニング法として水溶性、脂溶性両方の物質に対応できるダンシルメオニンに用い放射線照射によって生じる酸化ラジカル反応をHPLC,TLCによって測定し60の各種ポルフィリン誘導体のリニヤック10Gy照射下の反応を調べた。最も反応が強かったのは我々が第2世代のレーザー用フォトセンシタイザーとして開発したATX-S10であった。この効果は低酸素圧放射線増感剤として開発されたRK28の効果よりも強かった。そこでEMT腫瘍をBalbCマウスに移植した系を用いてATX-S10のinvivoに於ける放射線増感効果を調べた。ATX-S10の腫瘍組織集積性は投与後6時間に於いて、最も高く他の臓器との選別性にも優れていた。各群10匹を用いてATX-S1080mg/kg静注下、10Gyリニヤック照射下の効果を検討したところコントロール(無処置)と放射線単独照射群との間の生存率には優位差は無かったが、ATX-S10+放射線照射群との間には優位に差がありATX-S10の放射線増感効果がinvivoに於いても証明された。現在他の腫瘍系に於けるATX-S10の作用について検討している。
高強度鋼アーク溶接金属の極低酸素化による機械的諸特性の飛躍的向上

近年、構造物の大型化にともない、より強度の高い鋼材の適用化が求められている。構造物を作成するには材料同士の溶接が不可欠であるが、高強度鋼板の溶接では溶接部の靭性確保が課題となる。本研究では溶接金属の清浄度を高めることで高靭性を得る技術の開発に取り組んだ。高清浄の溶接部を得るには極低酸素雰囲気でのアーク放電の安定化と、溶接金属のミクロ組織の微細化が課題であったが、局所的な酸化性ガスの添加技術や溶接電流のパルス化によってアーク現象の安定化が図れること、また、ミクロ組織の微細化は形成される酸化物の組成をある範囲に適正化することで達成可能であることを見出し、高靭化を可能とした。研究の初年度である平成25年度は、1鋼のアーク溶接における高純度不活性シールドガス中でのアーク現象の観察や溶接金属中の介在物の生成状況などの基本的知見の取得と、2本年度予算で導入した溶接電源を用いた電流のパルス化によるアーク現象の安定化の可能性探索、3極低酸素溶接金属でのミクロ組織の微細化の可能性の探索を行った。1不活性シールドガス(Ar)中の酸化性ガス(CO2)量の溶接現象への影響について詳細に検討した結果、アーク溶接の不安定を引き起こす陰極点の不安定な挙動は1.5%以上のCO2ガス添加によって解消できること、また、溶接金属中の酸素含有量は2.5%で急減し鋼材レベルと同等の値となることが判った。この結果、陰極点の安定化と溶接金属の低酸素化を両立するCO2ガス添加量のウィンドウがあるということが明らかとなった。2ただし、CO2ガス添加量が5%以下では陽極側の溶接ワイヤの溶融状態が液滴状にはならず、溶融金属が長く伸びた液柱状となり、陰極側の鋼材との間で短絡を引き起こし溶接が不安定になる現象が生じることが観察された。この現象に関しては、溶接電流のパルス化によって電流ピーク時の強い電磁ピンチ力によって液滴状にできることが判った。また、ピーク時の高電流化によるアークの硬直性増加により、アークの安定化も図れた。3不活性ガスシールド中のアーク溶接で形成された低酸素含有量の溶接金属は一般的なアーク溶接金属に比較して形成される介在物個数は一桁少なくなること判った。しかしながら、その平均粒子間距離は6μmであり、目標とする微細なミクロ組織の単位と同程度であり、すべての介在物が変態サイトと機能すれば、十分にミクロ組織の微細化の可能性があることが判った。介在物組成を変えた実験結果により、極低酸素含有量でもミクロ組織の微細化に可能性があることを示せた。平成26年度は、高強度鋼の溶接金属の高清浄化技術の確立を目的として1低酸素雰囲気シールドガス中でのアーク溶接の安定化技術の探索ならびに2極低酸素溶接金属でのミクロ組織微細化の可能性探索を継続して行った。1昨年度はアルゴンシールドガスに微量の酸化性ガス(CO2)を添加する方法を検討したが、今年度はシールドガス全体への添加ではなくアーク発生点近傍に局所的、パルス的に添加する方法と、更に純アルゴン雰囲気中でのアーク溶接の安定化について検討した。局所パルス添加については、添加位置、添加量、添加周波数などを最適化することで、極低酸素雰囲気中特有のアークの不安定な発生が抑制され、溶接中の酸素吸収を抑制しながらアーク溶接が安定にできることを見出した。また、純アルゴン雰囲気中でのアーク溶接安定化検討では、極低電圧でアークの発生形態を短絡移行とすること、更に溶滴移行をスムーズに行うために電流をパルス化することで安定したアーク溶接が可能であることを見出した。ただし、この方法ではスパッタの発生と気孔の発生が未だ課題であり、次年度電源特性の最適化を検討して解決を図る予定である。2昨年度は極低酸素含有量の溶接金属でも粒内変態主体のミクロ組織が得られる可能性を示した。今後、より粒内変態に適切な介在物を効率的に探索していくことが課題となるが、今年度は、そのために非金属介在物の粒内変態サイトとしての能力を定量的に評価する方法について検討した。溶接中の試験片を急冷することで、連続した変態組織の観察が可能となるが、オーステナイト粒界からの変態と介在物からの粒内変態との相対的な変態開始時間差に着目して介在物を評価した。低酸素含有量の溶接金属ではMnSが変態時間差が少ない優先核生成サイトとなること、この初期の粒内変態によって粒界からの変態進行を抑制できることが判った。高強度鋼の溶接金属の高清浄度化・高靭性化技術の確立を目指して、1低酸素雰囲気中でのアーク溶接の安定化技術の探索、2極低酸素溶接金属でのミクロ組織の微細化技術を継続検討した。1アーク溶接の安定化の目途が立ったことから、今年度は、低酸素アーク溶接部の溶込み形状の改善に取り組んだ。低酸素アーク溶接の溶け込み形状は溶接部中央が凸状に深く、周辺が浅い溶込み形状になる傾向が強く、多層溶接時には溶込みの浅い部分で前層を溶かしきれない融合不良欠陥の発生が懸念され、実用上問題となる。アーク溶接現象の高速度ビデオ観察から、溶接部の溶込み形状は溶接ワイヤが溶けて溶融池に移行する溶滴移行形態に依存し、小液滴となって高速度で溶接中央部に連続的に突入する場合に中央部が凸状の溶込み形状となることが判った。

そこで、溶接電源出力をパルス化し、溶接ワイヤ先端の液滴の離脱力を制御することによって溶込み形状を制御することを試み、酸素を多く含む溶接部と同様な鍋底形状の溶接部を得ることが可能となった。2これまでに極低酸素アーク溶接金属において強脱酸元素であるアルミ含有量を減少させ適切な組成の介在物を形成することで、粒内変態を活性化し、ミクロ組織を微細化することが可能であることを示した。しかし、溶接材料の成分制約から研究対象であるGMA溶接ではなく、得られた知見は比較的溶接入熱の小さいTIG溶接での結果に限られていた。今年度は市販の溶接ワイヤ成分を調査し、アルミ含有量の少ない溶接ワイヤを見出し、それを用いて溶接入熱の大きなGMA溶接でのミクロ組織の微細化技術を検討した。GMA溶接としては大入熱の溶接電流450Aまで溶接を行なった結果、この入熱範囲であれば介在物の形成状況には大きな差は見られず、TIG溶接で得られたと同様な粒内変態主体の組織が得られることが明らかとなった。以上のように開発技術の実用化に向けて非常に重要な知見が得られた。本研究の目的は、1溶接金属の高靭化のための高清浄化を可能とする極低酸素雰囲気中でのアーク溶接の安定化技術の確立、2極低酸素含有量のアーク溶接金属でのミクロ組織微細化技術の確立である。1の課題については、Ar(アルゴン)シールドガス中への酸化性ガス(CO2)の微量添加+電源出力のパルス化技術、Arシールドガス中への酸化性ガスの局所パルス添加技術、純Arガス中での極低電圧短絡溶接条件+電源出力変調などの開発技術により、低酸素シールドガス雰囲気中特有のアーク溶接の不安定現象の発生を抑制することで、安定なアーク溶接を可能とし、鋼板と同等レベルの極低酸素含有量の高清浄な溶接金属を得る見通しを得た。また、開発技術の実用化段階で課題となる低酸素溶接特有の中央部が凸状に深い溶込み形状についても、電源出力変調により溶滴の離脱力を制御することで改善できる見通しを得た。2の課題については、鋼板の酸素含有レベルと同程度の低酸素含有量の溶接金属においても形成される介在物組成を適正化すれば、粒内変態が活発に起こり、粒内変態主体の細かいミクロ組織を形成することが可能であることを示した。昨年度までは、溶接入熱の比較的少ないTIG溶接において得られた結果であったが、実用上多く用いられるより溶接入熱が大きく高能率なGMA溶接においても、同様な結果が得られることを示した。高強度鋼の溶接に際して最大の課題は、靭性の確保である。本研究では、溶接金属の高清浄化による高靭化を目指し、1極低酸素シールドガス雰囲気中でのアーク溶接の安定化技術の開発ならびに、2極低酸素溶接金属でのミクロ組織微細化技術について開発を進めてきた。1低酸素シールドガス雰囲気中でのアーク放電の不安定性を、微量のCO2ガスの添加(1.52.5%)、アーク発生位置への局所的なCO2ガスのパルス状の添加などによって抑制し、溶接ワイヤの溶融移行状況を溶接電流のパルス化によって溶滴の成長・離脱を制御することで、溶接金属の酸素含有量を数十ppm程度にまで抑制できるアーク溶接方法を確立した。2これまでに、数十ppm程度の極低酸素含有量であっても溶接金属中に形成される介在物の平均粒子間距離は微細なアシキュラーフェライト(AF)の長径と同程度であり、AF主体の組織を形成するに十分な介在物が存在すること、また、溶接金属中の強脱酸元素であるAl含有量を低減し、Al2O3ではなくAl-Si-Mn系の酸化物を形成するように成分設計を行うことでγ粒内での変態が活性化され、AF主体の組織が形成され、靭性が向上することを明らかにしてきた。
情報化時代における新たな史料学構築の可能性 : 『唐六典』を例として

文献基礎研究班と文献応用研究班は、年度内に4回の研究集会を開催し、前年度に引き続いて『唐六典』巻二「尚書吏部」について担当を決めて精読を行い、全体で討論した。ここで共有された情報は、研究メンバーの学会発表や研究論文に順次反映された。また、これまでのテキスト分析および解読の成果を『『唐六典』巻一「三師三公・尚書都省」訳註稿』として刊行した。この訳註稿では既存テキストの校訂と内容の正確な把握に努めるとともに、テキストの来歴について先行する諸研究の成果を踏まえながら、改めて関係史料を分析しなおし、通説の再検討を行ない試論として提示した。具体的には、『六典』の編纂に大きく寄与したのが類書『初学記』の編纂者たちであることからヒントを得て、校訂した『六典』と『初学記』のテキストを比較することでその編纂過程を明らかにすることを試みた。これら『六典』の史料学的研究に関しては、2018年8月の唐代史研究会においても研究代表者の小島が研究発表を行ない、研究メンバー以外の関係する多くの研究者から建設的な意見をもらうことができた。一方の文献構造化研究班では、『六典』のように複雑な背景や構造を持つ歴史資料のデジタル化のあり方ついて、歴史研究者の利便性を基本とした構造化やインターフェイス設計について検討した。これを受けて、2018年7月21日には公開シンポジウム「教育・研究資源としてのデジタルアーカイブ:その管理・活用・保存」を漢字文献情報処理研究会および東京大学経済学部資料室などとの共催により東京大学において開催し、当該研究メンバーからは小島浩之「史料批判とデジタルアーカイブ:『大唐六典』と『皇明条法事類纂』を例として」、矢野正隆「「デジタル化」再考:媒体変換の前と後」と題して報告した。また、具体的な成果として、東京大学総合図書館所蔵抄本『皇明條法事類纂』のデジタルアーカイブの構築に寄与した。平成27年度は6月、8月、10月に東京大学経済学部、11月に富山大学人文学部において研究会を開催し、『唐六典』巻一「三師・三公・尚書都省」から巻二「吏部」の途中までを、毎回担当者を決めて精読し、文献基礎研究班、文献応用研究班のメンバーを中心に全体で討論した。その際に特に、テキスト間の異同や、典拠、過去の研究論文、新出の出土資料を含めた関連資料との比較を怠らないように留意した。特に新出資料については、写真版やインターネットでの情報を典拠としてどのように取り扱うかに注意を払った。また平成27年11月には、富山大学人文学部東洋史研究室との共催で、シンポジウム「分裂する中国ー二つの南北朝ー」を開催した。シンポジムでは4本の報告に基づき全体討論が行われたが、本研究メンバーは報告者2名、コメンテーター2名、司会者2名を分担した。4世紀から6世紀の南北朝時代と10世紀から13世紀の宋遼金時代は、中国が実質的な南北分離の状況にあった時代であり、隋代から唐代前半期におよぶ約百五十年を除けば、後漢の滅亡から元の成立にいたる千年は中国が政治的な分裂を繰り返したと見なし得る。本研究チームが分析の対象とする『唐六典』は、分裂の狭間で中国が一つであった唐代前半までをまとめたもので、かつ唐より後の王朝が政治制度の典拠として用いたという特徴をもつ。このため『唐六典』成立前後の時代の王朝の正統論や、中華意識を研究メンバー以外の専門家を交えて、総合的に討論でき、今後の当該研究チームの活動にとって非常に有意義なシンポジウムとなった。テキストの異同の校合と、精読のための他資料や過去の研究論文との比較検討に、当初想定以上に時間を費やしているため。平成28年度は5月、7月、9月、2月に東京大学経済学部、11月に富山大学人文学部において定例研究会を開催し、『唐六典』巻二「吏部」の精読と、巻一「三師・三公・尚書都省」の公表用訳注の検討を行った。これらは文献基礎研究班と文献応用研究班が中心となって進めた。原稿データについては、担当者が事前にメールで周知し、あらかじめメンバーが検討を踏まえた上で議論を行うなど、円滑な進行に配慮した。また、文献構造化研究班は、校訂テキストの電子化公開方法として、国際規格のInternational Image Interoperability Framework(IIIF:トリプルアイエフ)の有効性について検討を加えるとともに、媒体の異なるテキスト間の典拠引用のあり方についても現状をとりまとめた。平成28年11月には、これまで2年間の討論の成果に基づいて、外部の関係研究者を招いて、富山大学にて共同シンポジウム「中国専制国家と官僚制:『六典』的世界の形成と変容」(富山大学人文学部および科研費15K02890と共催)を開催した。魏晋南北朝時代から清代まで4本の報告が行われ、本研究メンバーは、報告者(1名)と司会者(2名)を分担したほか、質疑応答において各自の専門の観点から議論に参加した。シンポジウムを通して、『六典』的官制以前から『六典』的官制以後への官僚制の変容と内在する諸問題が、種々の角度からあぶり出され、『六典』の精読だけからは得がたい前後の時代の官制の姿をメンバー間で共有することができた。

現在、精読中の「吏部」は官僚制度を正面から取り扱う部分であり、断片的な制度の記述を現実の官僚制の中に位置づけつつ理解する作業は、当初の想定以上に難航している。レジュメの事前配布などでき得る限りの時間短縮は心がけてはいるが、精確な読解をする上である程度の検討時間が必要であり、予定より遅ている。2018年度は研究代表者の本務校において5回の研究集会を開催して、以下のような共同研究を実施した。1『唐六典』巻一「三師三公・尚書都省」の解読成果に基づいて、研究メンバーで分担して訳注原稿(初稿)を作成し、全体で摺り合わせを行った。2『唐六典』巻二「尚書吏部」について担当を決めて精読を行い、全体で討論した。3研究メンバーの希望に応じて研究発表を行った。なお、上記12の成果の一部として『東アジア古文書学の構築:現状と課題』(東京大学経済学部資料室, 2018.3)を刊行した。研究代表者の小島「中国における記録媒体の変遷再考:文書料紙を中心として」および「唐代公文書体系試論:中国古文書学に関する覚書(下)」や、連携研究者の矢野「ベトナムの誥勅と神勅:古文書学的視点から」はいずれも、尚書都省の文書行政に関わる記述や、尚書吏部の官僚制度なかでも官吏の任用と辞令書に関わる記述を精読し得た知見を十二分に生かした研究成果である。これらの成果により、特に『唐六典』巻一「三師三公・尚書都省」の中で不明瞭であった文書の種類、文書行政の概要、公文書と官文書などの諸点においていくつかの点を明確にすることができた。また、研究メンバーが個々に官僚制・文書行政・礼制・政治体制など、制度史の基本文献である『唐六典』精読の成果を十二分に生かした研究発表や著書・論文の執筆を行った。なおデジタルテキストについては、小島が「デジタル時代の中国学リファレンス」『漢字文献情報処理研究』17(好文出版, 2018)のなかで、これまでの当該研究におけるテキスト研究の成果も踏まえつつ、一般・初学者向けの概説項目を多く執筆し、情報化時代の新史料学についてわかりやすく説明を加えた。上述の研究成果は今後刊行予定の『唐六典』巻一の訳注稿や、校訂テキストに反映される予定である。本研究のテキスト分析では、膨大な傍証資料(写本・刊本・出土資料)との突き合わせ作業が必要となり、テキストの校訂と内容把握に予想以上の時間を費やしたため。また、『唐六典』はこれまで制度史の基本文献として使用されてきたため、過去の研究成果についても徹底した吟味が必要であり、これらの分析にもかなりの時間を費やすこととなった。さらに、当初、今年度は『唐六典』巻一「三師三公・尚書都省」の訳注刊行と吏部の読了、校訂テキストの作成を目標としていたが、文書行政や官僚人事に関わる部分は難解な記述が多く、これらを理解するためにはひとまず内容研究を先行しなければ訳注や校訂じたいの精度が落ちると判断し、共同によるテキスト読解の速度を少し緩めて、研究集会での研究発表の場を設けたり、学会発表や研究論文の執筆を優先させることとしたため。文献基礎研究班と文献応用研究班は、年度内に4回の研究集会を開催し、前年度に引き続いて『唐六典』巻二「尚書吏部」について担当を決めて精読を行い、全体で討論した。ここで共有された情報は、研究メンバーの学会発表や研究論文に順次反映された。また、これまでのテキスト分析および解読の成果を『『唐六典』巻一「三師三公・尚書都省」訳註稿』として刊行した。この訳註稿では既存テキストの校訂と内容の正確な把握に努めるとともに、テキストの来歴について先行する諸研究の成果を踏まえながら、改めて関係史料を分析しなおし、通説の再検討を行ない試論として提示した。
偏光イメージングセンサーの開発

超短パルス光と物質との相互作用において、波長や電場強度の影響だけでなく、偏光、位相をはじめとして、周波数・空間チャープ等の超短パルス光の素性がどのような役割を果たしているのかを体系的に観察した。さらに構造複屈折アレイを石英ガラスの内部に形成し、固体撮像素子との組み合わせによって、リアルタイムで偏光情報を撮影可能な偏光イメージングセンサーを開発した。本研究で開発する偏光イメージングセンサーは、透過偏光方向が4方向で異なる偏光子アレイを石英ガラスに作り込む必要がある。このため、フェムト秒レーザーを石英ガラス内部に集光する際に自己組織化的に形成される酸素欠陥から成るナノ周期構造(幅20 nm、周期間隔200 nm)が発現する構造性複屈折を利用する。構造性複屈折の位相差は、照射レーザーの諸条件(パルスエネルギー、描画速度、繰り返し周波数等)に依存する。特に、可視光領域で偏光子アレイとして機能させるためには、例えば波長546 nmの光に対して273 nm以上の位相差を発現させる必要がある。このため、フェムト秒ダブルパルスと石英ガラスとの相互作用について評価した。特に、ダブルパルス間の遅延時間と繰り返し周波数がナノ周期構造由来の位相差に及ぼす影響を調査した。集光部に誘起される複屈折は、遅延時間、繰り返し周波数に依存し、同一のパルスエネルギーにおいても、遅延時間10 ps、繰り返し周波数50 kHzのときに最大となることを突き止めた。このような複屈折を最大にする条件は、励起される自己束縛励起子(STE)の形成ダイナミックス(寿命: 600 ps)が影響しており、さらに、熱蓄積による集光部内での酸素欠陥の拡散および形成・消滅の結果として、最適な繰り返し周波数条件(50 kHz)があることを明らかにした。最終的に、10μm×10 μmのサイズの偏光子をアレイ状に10×10個作製し、偏光イメージングセンサーとして機能することを確認した。フェムト秒レーザーを石英ガラス内部に集光し、その焦点近傍に誘起される局所的なナノ周期構造由来の複屈折制御を試みた。具体的には複屈折を発現させた領域を積層することにより、複屈折による位相差に加成性が成り立つことを確認し、さらにパルスエネルギーをはじめとして、描画速度、偏光方向、波形整形したフェムト秒パルス等の諸条件と誘起される複屈折の大きさとの関係について詳細に調べた。レーザー照射条件(パルスエネルギー、描画速度)と複屈折による位相差とのそれぞれの関係は、パルスエネルギーが大きいほど、描画速度が遅いほど、位相差は大きくなった。パルスエネルギーが2 μJ以上の場合、照射領域がわずかに着色し、258 nm励起の蛍光スペクトルから、ODC(II)とNBOHC等の欠陥に由来する着色と考えられた。また、ダブルパルス列に波形整形し、投入全エネルギーを同一とした方が、通常のシングルパルス列より位相差が大きくなった。これは、第1パルスにより励起されたプラズマ電子の緩和時間(数ピコ秒)以内に次の第2パルスが到着し、逆制動放射過程を経たプラズマ電子の励起がシングルパルス列に比べて促進されるためと考えた。加えて、GeO2ガラスにおいても、フェムト秒レーザーを集光照射することで、ナノ周期構造の形成が示唆された。照射パルスエネルギーが120 nJ以上の場合、O2分子によるものと考えられる1555 cm-1付近にピークが観察され、照射部は金属Geと酸素ガスに分解されていると推測された。一方、120 nJ以下の照射エネルギーの場合、その集光部に照射レーザーの偏光に垂直な方向に遅軸が現れており、石英ガラスで見られた構造性複屈折と同様の現象が観察された。本年度の目標である超短パルス光のパルス成形・制御システムを開発した。具体的には、偏光による物質との相互作用を制御するとともに、誘起される構造性複屈折による位相差に加成性が成り立つことを確認した。また、レーザー照射条件(パルスエネルギー、描画速度)と複屈折による位相差との関係を系統的に調査した。来年度に実施予定の偏光イメージングセンサーとして機能させるための最適な作製条件を見出すことに成功した。昨年度までに系統的に調査した偏光依存なの周期構造の最適な作製条件に基づいて、可視域のどのような波長領域で機能するかを明らかにするため、局所的な複屈折の波長依存を体系的に調べる。さらに、石英ガラス内部に複屈折の遅軸方向を変えた偏光子アレイについて、サイズを変えながら形成する。最終的に、予め偏光子アレイを書き込んだ石英ガラスを撮像素子上面に張り付ける、または撮像素子上面に石英ガラスの張り付け後、偏光子アレイを書き込み、最終的に偏光イメージングセンサーを完成させる。石英ガラス基板の購入、GeO2ガラス作製のための原料購入に使用する。また、本研究で得られた成果を対外発表するための旅費に使用する。
骨転移がんの早期診断,治療を目的とした放射性薬剤の設計

骨病変部位では血管透過性が亢進していることに注目し、正常血管孔の透過性が低く、ヒドロキシアパタイトとの高い結合親和性を有する薬剤として、オリゴアスパラギン酸結合^<99m>Tc標識薬剤を開発した。これらの薬剤は,^<99m>Tc-MDPよりも分子サイズが大きく,また,ハイドロキシアパタイトへの高い結合を示し,また病態モデルラットを用いた結果,高い病変骨/正常骨比を示した.本薬剤設計は病変骨への選択的集積に有用と考えられる.骨病変部位では血管透過性が亢進していることに注目し、正常血管孔の透過性が低く、ヒドロキシアパタイトとの高い結合親和性を有する薬剤として、オリゴアスパラギン酸結合^<99m>Tc標識薬剤を開発した。これらの薬剤は,^<99m>Tc-MDPよりも分子サイズが大きく,また,ハイドロキシアパタイトへの高い結合を示し,また病態モデルラットを用いた結果,高い病変骨/正常骨比を示した.本薬剤設計は病変骨への選択的集積に有用と考えられる.がんが骨転移する初期段階に,血管透過性の向上,破骨細胞の活性化が生じることから,本申請課題では,血管透過性が向上した部位の破骨細胞に選択的に集積する放射性薬剤を設計,合成し,骨転移がんの早期診断,治療薬剤としての有用性を評価することを目的とする。これまでに,ペンタアスパラギン酸が低分子量ながら大きな分子サイズを有し,また速やかな血液クリアランスを有することを見出してきた。本年度では,アスパラギン酸含有ペプチドの差長と体内動態の関係を評価した。アスパラギン酸の差長を5,8,10,12を結合したethylene cystein dimer(EC)作製を試みたが、ペプチドのカラムへの吸着のため、収率が著しく低値であった。配位子部分をペニシラミン(D-Pen)に変更し、合成を行ったところ、目的物を得ることができた。^<99m>Tc標識化合物の作製を評価するために,非放射性レニウムを用いた薬剤も合成した。^<99m>Tc標識化合物は標識時pHを2-3にすることで、収率良く得ることができた。次いで,^<99m>Tc標識D-Pen-[(D-Asp)_n]の分子サイズを限外濾過法により評価したところ、残基数が増えるにつれ、分子サイズが増加し、また、ハイドロキシアパタイトへの結合も増加した。小動物用SPECT/CTにてその動態を評価したところ、ペプチド数8-10が最も良いと考えられた。今後、最適な差長の再確認を行った後、セリン残基の導入さらには破骨細胞への結合を評価してく。がんが骨転移する初期段階に,血管透過性の向上,破骨細胞の活性化が生じることから,本申請課題では,血管透過性が向上した部位のハイドロキシアパタイトに選択的に集積する放射性薬剤を設計,合成し,骨転移がんの早期診断,治療薬剤としての有用性を評価することを目的とした。本年度は,増骨性の骨転移がんモデルラットの作製を行い、ペンタアスパラギン酸を結合したethylene cystein dimer (EC), EC-[(D-Asp)_5]_2,の^<99m>Tc標識体を用いて、骨集積部への集積性を臨床で使用されている骨診断薬剤、^<99m>Tc標識methylenediphosphonate (MDP)と比較した。本骨転移がんモデルの血管透過性を評価するために、^<99m>Tcで標識した牛血清アルブミン(BSA)を用いて、SPECT画像を撮像したところ、骨転移がん部に高い放射活性が観察され、血管透過性が向上していることが認められた。^<99m>Tc-EC-[(D-Asp)_5]_2の骨がん部/正常骨の比は2.5であり,^<99m>Tc-MDPの1.4に比べ高かった。また、正常骨への集積は^<99m>Tc-MDPの方が高かったことから、^<99m>Tc-EC-[(D-Asp)_5]_2は血管透過性が向上した部位のハイドロキシアパタイトに選択的に集積する薬剤であり、本薬剤設計が有用であることを示すものと考えられる。
バクテリア集団運動にみるアクティブ液晶の秩序形成と制御

自律的に動く粒子群をアクティブマターとよび、粒子間の配向相互作用に由来する集団運動が生じる特徴を持つ。代表的なアクティブマターであるバクテリアにおいて、幾何的制約下では渦同士の回転軸が平行の強磁性体的な渦(Ferro-magnetic vortices, FMV)と反平行の反強磁性体的な渦(Anti-ferromagnetic vortices, AFMV)の二つの集団的回転モードが出現する。本研究ではバクテリア大腸菌(E. coli)の直進性変異体RP4979を用い、微細加工したPolydimethyl siloxaneチャンバーにバクテリア懸濁液を高密度に封入する手法を確立した。半径Rの2つの円が中心間距離をΔだけ隔てた形状のピーナッツ型境界において、2つの渦を一定の相互作用距離で拘束するようにバクテリアを封入すると、2つの渦が対をなした「渦ペア」が出現した。渦ペアには、同じ向きの強磁性ペアFMVと反対向きの反強磁性ペアAFMVがあり、その転移は幾何パラメータの比Δ/R=1.4を境にして起こることがわかった。バクテリア極性的な配向相互作用をする自己駆動粒子とみなし、さらに境界とNematic相互作用をすると考えたVicsekモデルを平均場近似の下で解くと、Δ/R=1.4で2つのパターンが等確率で出現し、その前後でパターンが変化することがわかった。バクテリア集団運動には一定のサイズをもつ渦としての性質が潜んでおり、渦同士の相互作用に関する幾何法則が巨視的なパターンを支配することを明らかにした。さらに、3つの渦が相互作用するフラストレーションがある系においてFMVおよびAFMVの転移点を詳細に解析した。3つの渦では転移点がΔ/R=1.4ではなくΔ/R=1.7の近傍にシフトすることを実験から突き止め、集団運動を相互作用する渦として捉える幾何学的性質を明らかにした。29年度が最終年度であるため、記入しない。エネルギーを費やし運動する粒子をアクティブマターとよび、その特徴の1つは集団となったときに現れる空間的に秩序だった集団運動である。本研究では、代表的なアクティブマターであるバクテリア大腸菌を用いて、細胞間の配向相互作用と境界条件の設計から集団運動の制御を行った。細胞集団を円形や2つの円が重なったピーナッツ型の境界をもつマイクロウェルに封入したところ、それぞれのウェルで単一渦や2つの渦が共存する渦ペアの集団運動が出現した。渦の方向は時計/反時計回りの2種があるため、渦ペアのパターンには同じ回転方向の渦ペア(強磁性的)と反対向きの渦ペア(反強磁性的)が生じることがわかり、その転移点はマイクロウェルのサイズによらず、ある一つの形状パラメータによって決定される事を見いだした。この実験結果を説明するため、極性相互作用する自己駆動粒子の集団運動モデルをもとに、その運動方向の確率分布をFokker-Planck方程式から解析的に求めた。その結果、2つの渦ペアパターンが等確率で生じる幾何形状が、実験における転移点の境界形状と一致する事が明らかとなった。境界形状は渦運動を安定化するとともに、渦間での配向相互作用のゆらぎを抑制するという2つの効果を持つ事を意味すると考えら得る。さらに、明らかになった集団運動パターンの設計原理をもとに、より複雑な4つの円が重なるクローバー型のマイクロウェル内での集団運動を解析した。その結果、理論的な予測通りに全ての渦ペア間が強磁性的あるいは反強磁性的なパターンが転移点を境にして存在し、さらに転移点近傍ではそれらが共存する状態が出現する事を観測した。以上の事から、境界形状の単一パラメータを設計するだけで、集団運動のパターンを制御しうることが明らかとなった。得られた結果は現在論文にまとめており、まもなく投稿される予定である。境界形状に誘起される渦ペアのパターンとその転移に関する解析解は実験結果と良い一致をみせ、集団運動がただ1つの形状パラメータで決定される事を明らかにした点は、当初の計画通りもしくは予想以上の進展と考えられる。当該結果はまもなく論文投稿される予定であり、計画通りである。さらに、光による局所的な制御に向けた実験準備も整っており、計画に掲げた研究項目のいずれもが順調に進展している。

バクテリア極性的な配向相互作用をする自己駆動粒子とみなし、さらに境界とNematic相互作用をすると考えたVicsekモデルを平均場近似の下で解くと、Δ/R=1.4で2つのパターンが等確率で出現し、その前後でパターンが変化することがわかった。バクテリア集団運動には一定のサイズをもつ渦としての性質が潜んでおり、渦同士の相互作用に関する幾何法則が巨視的なパターンを支配することを明らかにした。さらに、3つの渦が相互作用するフラストレーションがある系においてFMVおよびAFMVの転移点を詳細に解析した。3つの渦では転移点がΔ/R=1.4ではなくΔ/R=1.7の近傍にシフトすることを実験から突き止め、集団運動を相互作用する渦として捉える幾何学的性質を明らかにした。研究経過は順調であり、当初計画通りに平成29年度の研究を遂行する予定である。具体的には、集団運動のパターンを速度場としてではなく、個々の細胞の極性方向を計測することで、より微視的なレベルでの理解を目指す。バクテリアの配向は蛍光顕微鏡で1細胞を個別に検出し、指数±1/2の欠陥、指数+1の欠陥(渦)や指数ー1の欠陥(サドル)を調べる。さらに位相欠陥の重心速度の相関関数および平均二乗変位を求め、ダイナミクスを特徴付ける。集団運動の位相欠陥ダイナミクスを理論的にも解析するため、モデルは(a)配向場、(b)粒子の移流拡散方程式、(c)流れのストークス方程式の3つを考慮する。実験においては位相欠陥の重心を求め、理論モデルとの速度相関関数、平均二乗変位との一致を比較・検討する。次に、局所的な温度勾配下でバクテリアが高温側に向かってすすむ走熱性を利用し、レーザー集光で一部のバクテリアの向きを制御し、「点欠陥」を人為的に作成する。制御された配向場のもとでの集団運動を計測することで、局所的な配向制御が系全体に及ぼす影響を明らかにする。以上の研究を通じ、境界形状さらに局所的な位相欠陥がアクティブマターの集団運動に果たす役割を解明する。29年度が最終年度であるため、記入しない。