hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超高速モノリシック光集積回路の研究

本研究では半導体量子井戸構造に電界を印加する時に生ずる屈折率変化を用いることにより数+Gbit/sec以上の超高速変調動作が可能光スイッチおよび外部変調器の動作特性の理論的背景を確認しこれを実現することを目指している。さらに、これまで開発を行って来た動的単一モード集積レーザとこの光スイッチをモノリシックに集積し、超高速変調を可能とする光集積回路を実現することを目的としている。量子井戸構造の電界印加に伴う屈折率変化を用いる全反射型光スイッチとして、交差角10度以上、長さ10μm程度、応答速度数THz程度の超小型、超高速動作が理論的に明らかになっている。61年度は、この全反射型光スイッチを実現するための最初の段階として、良質のGaInAsP/InP多重量子井戸(MQW)構造結晶の実現と、この構造の電気光学特性を明らかにすることを目的とした。液相成長法によって、1.3μm波長帯に適用できる量子井戸厚15nm、障壁層厚20nm、25周期からなるGaInAsP/InP多重量子井戸構造を作製し、印加電圧25Vで500【cm^(-1)】という大きな吸収係数変化が起こることを見出した。また集積回路化に最も重要となる低電流動作レーザ実現を目指して、活性領域幅1μm以下の狭ストライプ埋め込みレーザの試作を行い、9.6mAという低電流動作を実現すると共に、活性領域長の短縮による低電流化を押し進めるための新しい内部ストライプ構造を提案および実現した。以上のように、本研究では超高速変調可能なモノリシック光集積回路を実現するための基礎資料を得ている。本研究は、数+Gbit/sの超高速変調動作が可能な半導体量子井戸構造による光スイッチ、および外部変調器等を実現するための研究を行い、超高速変調化における光デバイスの動作特性の理論的背景を確立すると共に、これまで開発を行ってきた集積レーザに超高速動作化を推し進めて、これらを合わせて超高速変調可能な能動モノリシック光集積回路を実現し、その構成方法を明らかにすることを目的とした。60年度は、能動光集積回路の各構成要素の実現、および相互の集積の為の基礎資料を得ることを目的とした。先ず、有機金属気相成長法(OM-VPE法)によるGalnAsP/lnP量子井戸多層構造を用いることを前提として、その量子井戸構造の電界印加に伴う屈折率変化を用いた全反射型光スイッチの理論的検討を行い、その結果、光スイッチの交差角を10度以上、交差部分の長さを10μm程度にすることができ、応答速度は、電極等の最適化によって12×【10^(-13)】秒が可能で、超小型、超高速光スイッチの実現できることを明らかにした。次に、実際に集積可能な電流注入型のGalnAsP/lnP全反射型光スイッチを試作し、電流注入による光のスイッチング動作を実現し、集積化の為の実験的基礎資料を得た。一方光源に関しては、高性能な1.51.6μm波長帯の分布反射器集積レーザを提案し、発振スペクトル特性について理論的に検討した。同時に素子の試作を行い、異なる活性領域長を持つ分布反射器集積レーザの室温連続動作を実現すると共に、2GHzまでの高速変調を行い、実験的にも裏付を行った。以上のように、本研究は当初の目的をほぼ達成しており、超高速変調可能な能動モノリシック光集積回路実現の為の十分な基礎資料を得ている。
コロイド系のガラス転移と非線形レオロジー

我々は、コロイド系のガラス研究をいくつかのテーマで行った。1.一つは、時間分離が本質的な2成分系のガラス転移である。その例として、空間的にランダムに不純物が存在する系中のコロイド系と、粒子の大きさが大きく異なる大小2成分の粒子から成るコロイド系の遅いダイナミクスを解析した。不純物コロイド系については、昨年度の成果に引き続き、動的不均一性、フラジリティーなどの定量的解析を行った。その結果、不純物の増大と共に、動的不均一性が抑えられることを示した。また緩和時間や粘性係数の非アレニウス性の度合いを示すフラジリティーは、不純物濃度を挙げると小さくなることを示した。これらの結果は、多孔質系の実験事実と整合している。2成分コロイド系については、モード結合理論による解析を行った。粒子径比が大きい極限では、特徴的な時間の分離が起こり、小粒子の自由度はコロイド系のスローダイナミクスや粘性係数に大きく影響しなくなることが予想されるが、これを示した理論はなかった。我々は大規模な数値解析により時間の分離とその結果として、粘性係数に大きな飛びが生じることを示した。2.もう一つは、柔らかい相互作用系のガラス転移である。通常、ガラス研究では強い短距離斥力相互作用系をモデルとして考えることが多い。我々はそれとは逆に、相互作用が緩やかで長距離的な斥力系のガラス転移を詳細に調べた。その結果、高密度低温におけるスローダイナミクスが極めて多様な振舞いを示すことが分かった。また、長距離相互作用系であるため、ダイナミクスがより平均場的になることが示された。これらの成果は、ガラス転移の平均場描像に迫るための大きな進展である。(1)コロイド系ガラスのフラジリティ:コロイド分散系は、密度や相互作用を調節することが容易であることから、ガラス転移研究の格好のモデルシステムである。我々は、コロイドガラスの相互作用依存性について、実験と理論解析により研究を行った。実験においては、硬さを容易に調節できるハイドロゲルを用いて、緩和時間の温度依存性を系統的に測定し、いわゆるフラジリティの強い相互作用依存性を見出した。これはフラジリティの起源の理解に一石を投じるものである。また、この実験結果を説明するべく、様々な相互作用に対して、モード結合理論とシミュレーションによる解析を試みた。特に、単純な冪乗関数で与えられるソフトポテンシャル、およびガウス型のポテンシャルの二種類の相互作用に注目し、様々なパラメータに対するダイナミクスの依存性を詳細に調べた。モード結合理論の結果は、測定されたフラジリティを再現することはできないものの、転移点の高次特異点や、粒子間のオーバーラップが非常に大きい密度領域におけるリエントラント転移など、想像を超えた多様性を示唆している。シミュレーションの結果は、その結果を支持しているように思われる。(2)高次元のガラス転移:ガラス転移が臨界現象であれば、高次元で平均場予想に近づくことが予想される。一方、モード結合理論はガラス転移の平均場理論と呼ばれている。我々は、シミュレーションと理論解析により、4次元の剛体球系のガラス転移を詳細に検討した。その結果、4次元では、今まで調べられたどのガラス系よりも、モード結合理論との整合性が良いこと、動的不均一性と呼ばれる熱揺らぎの効果が小さくなることを見出した。
ファロ-四微長期術後症例の心室遅延電位と不整脈の研究(体表面微小電位と電気生理学的検査を比較検討して)

ファロ-四微(TOF)術後の右室流出路の心筋障害を体表面電位図という悲観血的検査法で診断し、長期術後に発生しうる危険な心室性不整脈を予測することを目的とした。体表面電位図の検出にはフクダ電子社製VCM-3000を用い、Vector Magnitude(VM)法とMultiphasic Oscillation(MO)法を記録した。特にMO法では第3肋間胸骨左縁にreferenceを置き、右室流出路近傍の微小電位の選択的な検出も試みた。心室性期外収縮が頻発する症例には、電極カテーテルによる心内膜からの電気生理学的検査(EPS)もしくは再手術時に心表面からのEPSを施行し、心室頻拍(VT)の誘発と遅延電位(LP)の検出を試みた。一般に用いられているVM法の診断基準では、右脚ブロックを呈するTOF術後例での判定は困難で、偽陽性が多数認められた。一方MO法では、持続する微小電位を右室流出路近傍に認めた症例を経験した。EPSを施行した全例にプログラム刺激によりVTを誘発でき、その特徴からすべてLPを有する回帰性頻拍と診断できた。その症例の約80%に、MO法で右室流出路近傍に微小電位を認めた。以上のことから、MO法で記録できる右室流出路の微小電位は、EPSで惹起されるVTをある程度予測できると思われた。今後さらに症例を重ねることで、MO法はTOF長期術後に発生しうる危険な心室性不整脈を予測する有用な検査法となりうると考えた。
マントル-核相互作用の地球化学的検証

(1)白金属元素に対する高精度迅速分析法の開発岩石中の白金属元素含有量の定量は、テルリウム強沈法とファイア-アッセイ法を併用し、高感度ICI-MS装置を用いて行なわれることが多い。しかし、従来の方法では、回収率が低く、さらに、使用する薬品類からの混染の影響が大きいために、玄武岩などの低濃度の白金属元素含有量を定量することは困難であった。これらの困難を解消するために、今回改良を加えた点は、以下の3点である。(1)試料の溶融を、還元雰囲気下で2度行なう。(2)テルリウム強沈関して、最適の温度条件、時間を設定し、2度強沈を繰り返す。(3)試薬類の精製を行い、純度を向上させる。これらの改良の結果、従来は測定不可能であった、玄武岩試料について、高精度の白金属元素分析値を得ることができた。(2)白金属元素含有量に基づくスーパープルームの発生深度白金属元素の分化トレンドを外挿して得られる初生マグマ中の白金属元素含有量は、HIMUマグマは非HIMUに比べて、系統的に高くなる点である。このことは、起源物質においてもこの関係が成り立つことを意味する。HIMUマグマの起源物質には、沈み込んだ海洋地殻物質が関与している。低い白金属元素含有量を示すMORBが関与すれば、HIMU起源物質中の白金属元素濃度は、さらに低下すると予想され、したがって、HIMU起源物質においては、非HIMUのそれに比べて、何らかの白金属元素およびSの添加が起こったことが、推察される。1つの可能な、そして、他の観察事実と整合的なマカニズムは、マントルに比べて白金属元素の高い核物質がマントル/核相互作用によって添加された、というものである。今回得られた白金属元素含有量の異常を説明するためには、マントル物質(非HIMUの起源物質)に0.2重量%程度の核物質が添加される必要がある。つまり、HIMU玄武岩の起源物質は、マントル/核境界に位置することになる。
水素社会にむけた能動的熱応力活用による超高温高冷却能回転部材の『設計の窓』の探求

将来的な水素社会に向けて期待される超高温で高速起動性能を有する発電システムでは,高温度勾配下でかつ高機能な強制的冷却構造を有する超高温回転体が心臓部材となる可能性が高く,従来までは問題にならなかった高温度勾配誘起熱応力への配慮と,その影響を能動的に考慮した高温部材設計指針が求められるようになっている.本研究ではこの類の社会的要求に対し,特に,高温構造材料と遮熱コーティングに関連し,温度勾配誘起熱応力(内部応力)を積極的に考慮した高速熱サイクル誘起破損を最小限に抑え,かつ,寿命を予測する基本指方針を提示する研究を行った.具体的には,材料破損における低サイクル疲労/高サイクル疲労相互作用に加えて,熱疲労と高速熱サイクル誘起フレッティング疲労現象が重畳する現象,ならびに,燃焼振動誘起破損現象に注目し,それらに及ぼすNi基単結晶材の一次及び二次結晶方位,すべり方向,温度,相手側材料の組合せの影響などについて,表面接触状態の変化や動摩擦係数(COF)の変化の調査とともに定量的に調べて,力学的に設計の窓の形で提示した.それと平行し,これまで難題であった表面接触問題に関連するナノレベルの損傷を力学的解析とともに学術的に提示できたことは意義深い.これらの知見を社会展開するため,「化学蓄熱」という新しい概念のエネルギー貯蔵・輸送システムについても研究し,そのための独自装置も自作した.このシステムの適用により,高速の蓄熱と放熱が可能であることを実証できたことは大きな収穫であると同時に,高速熱サイクル誘起破損に関して得られた上述の知見が,化学蓄熱という新規分野においても広く適用できることが示せたことは,低炭素化社会の実現という社会的ニーズに答えるためにも大きな収穫で,今後の研究の新展開にもつながった.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。水素を利用する次世代のガスタービンでは,用いる水素燃料特有の火炎伝播速度の関連から燃焼制御が難しい一方で,ガスタービン本来の他にはない特殊能力-急速起動能力-を生かそうとすると,それら類いの使用環境の下でも高い信頼性を有する構造体が必須となろう.本年度は,このような近未来的な問題を想定し,その熱疲労(TMF)特性を向上させるためのモデル実験と解析を行った.対象として遮熱コーティング(TBC)を選択した.すなわち,まず超合金基材/ボンドコート/セラミックストップコートからなる3層構造のTBC試験片を準備し,それを対象に,基材/ボンドコート/セラミックトップコートの各部位で有意温度分布が生じない程度に緩慢な周期の熱疲労負荷を受けたときの寿命特性(定常TMF)と,温度勾配が有意になる程度に短い周期の熱疲労負荷を受ける場合の特性(非定常TMF)を調査・検討した.一連の研究により,(1)非定常TMF下のセラミックストップコートの残存密着強度は定常TMF負荷下の時と比べて有意に低下し,残存密着強度の変化挙動も両者で異なること,(2)TBCの定常TMF負荷下の寿命は,基材単体のそれと比較して,概して低下することはないこと,(3)非定常TMF負荷下の寿命は定常TMF負荷に比べて短くなり,また試験片内部でみられる損傷(き裂)の形態も相違がみられることを明らかにするとともに,(4)TBCのTMF寿命が最も低下する熱源温度変動周波数がありそうなこと,すなわち,「設計の窓」がある見通しを得た.計画通りに進捗,あるいはそれ以上の発見があったと考えている.特に,基材とセラミックストップコートの熱伝導率とトップコート厚さ,燃焼ガスと耐熱部材間の熱伝達係数,冷却媒体と耐熱部材間の熱伝達係数に関連する物理量,すなわち,ビオ数の値が構造に依存する特定の値となったときに構造と熱応答での相互作用が生じ,熱疲労破損が加速されること(換言すれば,それを避ければ「設計の窓」とも言える寿命延伸の方策があること)の見通しを得たことは,工業的展開として大いにアピールできる知見と思われる.将来的な水素社会に向けて期待される超高温で高速起動性能を有するガスタービン発電では,高温度勾配下でかつ高機能な強制的冷却構造を有する超高温回転体が心臓部材となる可能性が高く,従来までは問題にならなかった高温度勾配誘起熱応力への配慮と,その影響を能動的に考慮した高温部材設計指針が求められるようになっている.本研究ではこの類の社会的要求に対し,平成29年度では特に(1)温度勾配誘起熱応力(内部応力)を積極的に活用してクリープ変形を最小化し破損等の確率を最小限に抑えることができる「設計の窓」があることを提案したうえで, (2)注目する課題は特に先進ガスタービン回転翼に施される冷却孔周囲で顕在化する可能性が高いこと,(3)それに対する寿命を予測する基本指方針を提示した.具体的には,(a)ガスタービン実機条件と同等の温度こう配を与えるために実燃焼雰囲気下で力学的負荷を与える試験装置を自製作した.それを用いてNi基多結晶超合金に対してクリープ・疲労試験を実施し,温度こう配条件下におけるクリープ疲労き裂の発生・進展挙動を調査し,以下のことを示した.すなわち,(b)試験片内に存在する温度こう配はクリープ疲労特性に有意な影響を与えること,(c)高サイクル負荷が重畳したときの破損寿命は,定常的破損寿命に比べて短くなること,

(d)特に冷却孔周りの熱疲労き裂の進展速度は,一定温度条件下の単純な低サイクル疲労下の進展速度よりも著しく加速される,この背景には構造物の過渡的熱応答に起因かつ依存して発生する熱応力が重要な役割を果たしていることを示した上で, (b)(d)の挙動を予測する方法論を提示した.水素社会にむけた社会的要求に対する工業的な観点からの知見を提供することを目的としている本研究に対し,『研究実績の概要』欄記載の価値は,(i)超高温高冷却能回転部材の設計に関し,温度勾配誘起熱応力(内部応力)を積極的に活用してクリープ変形を最小化し破損等の確率を最小限に抑えることができる「設計の窓」の提案に直接つながること,(ii)先進ガスタービン回転翼に施される冷却孔周囲でそれが顕在化する可能性が高く,寿命予測の方針も提示できたこと,(iii)将来的に工学的指針を提示する際には,定常状態の熱応力のみならず構造物の過渡的熱応答に起因する熱応力にも大きな配慮が不可欠となることを指摘できたことなどにあり、これらは既存の指針にはなかった知見である.さらに,本研究に関連して公表した成果の波及効果として,権威ある国際会議から基調講演の誘いと,関連テーマの共同研究提案が国際的な研究機関からなされ,一部は論文として公開もできたことは大きな前進である.これらを勘案し,「当初の予定以上に進捗した」と判断した.将来的な水素社会に向けて期待される超高温で高速起動性能を有する発電システムでは,高温度勾配下でかつ高機能な強制的冷却構造を有する超高温回転体が心臓部材となる可能性が高く,従来までは問題にならなかった高温度勾配誘起熱応力への配慮と,その影響を能動的に考慮した高温部材設計指針が求められるようになっている.本研究ではこの類の社会的要求に対し,特に,高温構造材料と遮熱コーティングに関連し,温度勾配誘起熱応力(内部応力)を積極的に考慮した高速熱サイクル誘起破損を最小限に抑え,かつ,寿命を予測する基本指方針を提示する研究を行った.具体的には,材料破損における低サイクル疲労/高サイクル疲労相互作用に加えて,熱疲労と高速熱サイクル誘起フレッティング疲労現象が重畳する現象,ならびに,燃焼振動誘起破損現象に注目し,それらに及ぼすNi基単結晶材の一次及び二次結晶方位,すべり方向,温度,相手側材料の組合せの影響などについて,表面接触状態の変化や動摩擦係数(COF)の変化の調査とともに定量的に調べて,力学的に設計の窓の形で提示した.それと平行し,これまで難題であった表面接触問題に関連するナノレベルの損傷を力学的解析とともに学術的に提示できたことは意義深い.これらの知見を社会展開するため,「化学蓄熱」という新しい概念のエネルギー貯蔵・輸送システムについても研究し,そのための独自装置も自作した.このシステムの適用により,高速の蓄熱と放熱が可能であることを実証できたことは大きな収穫であると同時に,高速熱サイクル誘起破損に関して得られた上述の知見が,化学蓄熱という新規分野においても広く適用できることが示せたことは,低炭素化社会の実現という社会的ニーズに答えるためにも大きな収穫で,今後の研究の新展開にもつながった.次世代の水素を利用するガスタービン構造材料,とりわけ,遮熱コーティングを施した構造体が抱えると予想される高サイクル熱疲労破損に関連し,それが低サイクル熱疲労破損あるいは定常熱疲労破損との相違が何であるかを,実験的,解析的に検討する.
インターフェロン制御因子によるナチュラルキラー細胞の分化と機能の制御機構

転写因子インターフェロン制御因子(IRF)-2を欠損するマウスはナチュラルキラー(NK)細胞の不全を示す。即ち、同マウスでは脾臓中のNK細胞数が1/51/10に減少し、しかも残存するNK細胞においては、野生型マウスで見られるNK1.1+Ly-6C+のサブセットがほとんど見られない。従って、IRF-2はNK細胞の増殖・分化・成熟に重要な機能を果たしていると考えられる。方、これまでに知られているIRF-2の機能にはI型インターフェロン(IFN-α/β)シグナルの抑制があるが、IFN-α/β受容体を欠くIRF-2欠損マウスにおいては、過剰なIFN-α/βシグナルは消失するもののNK細胞数は回復しない。また、IFN-γ受容体を欠損させてIFN-γシグナルをシャットオフしてもNK細胞数は減少したままであり、従ってIFN-α/β/γはこの表現型に無関係である。さらにIL-15存在下で骨髄細胞を培養したところ、得られたNK細胞数が野生型マウスに比較して減少していた。実際、IRF-2欠損はIL-15の発現が上昇していることが知られているため、NK細胞の分化に必須なIL-15の産生異常はIRF-2欠損マウスにおけるNK細胞不全を説明しない。以上の結果から、NK細胞に関するIRF-2の機能は、IFN-α/βシグナルの負の制御とは異なるこれまでに知られていないものであり、またNK細胞中で作動するものであって、やはりNK細胞の分化に必須であるがNK細胞中ではなく、骨髄微小環境内で作動し、IL-15の発現を制御することによって機能する別の転写因子IRF-1のそれとも異なるものである。
水界面における高分子のダイナミクスと機能発現

本研究では、非溶媒界面における高分子鎖の凝集状態と熱運動性の理解を深めることを目的として実験を行った。特に、非溶媒として水に限定し、分子鎖の局所コンフォメーション、密度分布、セグメント運動のダイナミクスを明らかにし、これらの知見と高分子界面への生体成分の付着挙動の関係を検討した。得られた知見は、ライフイノベーションに貢献する高分子デバイスの新たな設計指針になり得ると期待する。高分子を医用材料として使用する際、その多くは水環境下で使用されることから、水界面近傍における高分子の構造・物性を明らかにすることは、優れた医用材料の開発に極めて重要である。本研究では、生体不活性な多分散ポリ(アクリル酸2-メトキシエチル) (PMEA)とポリメタクリル酸メチル(PMMA)を混合し熱処理を施すことで、PMEAを表面偏析させた膜を作製した。和周波発生(SFG)分光測定に基づき水界面におけるPMEAの分子鎖凝集構造を評価した結果、PMEAの局所コンフォメーションが乱雑化し、また、水の構造も乱雑化することを見出した。このブレンド膜においても高い血小板粘着抑制能を有していることから、水界面におけるPMEAの凝集構造が水の構造および生体不活性に寄与していると考えた。さらには、ポリマーブレンド表面・界面における分子鎖の凝集状態および熱運動性は構成成分の分子量に依存するため、分子量制御を行った単分散PMEAの水界面における分子鎖熱運動性と生体不活性の関係についても検討した。蛍光色素のクマリンを導入したPMEA (C-PMEA)をLangmuir-Blodgett法によりブレンド膜表面に積層し、水中で蛍光偏光解消測定を行った。C-PMEAの蛍光異方性比(r)は時間とともに減少したことから、クマリンの回転緩和が起こっていることが明らかであった。その際の平均回転緩和時間(<τrot>)はC-PMEAの分子量の低下とともに短くなった。誘電緩和測定の結果から、ここで観測している分子運動はPMEA主鎖の熱運動と密接に関係していることが明らかである。水界面におけるPMEA主鎖のダイナミクスをVogel-Fulcher-Tamman (VFT)式に基づき議論した。当初の予定では、平成27年度は、ポリメタクリレートやポリビニルエーテル、これらに蛍光色素を導入した試料の精密合成、また、これらを製膜した際の最外層領域の精密構造解析、さらには、界面ダイナミクスの基礎的検討を目的としていた。試料の精密合成は、リビングラジカル重合、アニオン重合ならびにカチオン重合を駆使することで成功した。また、膜最外領域の精密構造解析は、和周波発生分光やX線光電子分光などの界面選択分光に加え、中性子反射率測定を行うことで達成した。また、さまざまなモードの走査フォース顕微鏡観察も行った。界面ダイナミクスに関しては、誘電緩和測定ならびに液中走査フォース顕微鏡測定を併用することで実現した。これらの成果は上述したとおりであり、当初の目的を十分に達成している。さらには、平成28年度以降に実施予定であった界面ダイナミクスに及ぼす分子構造因子の検討、さらには、高分子ダイナミクスと水の凝集構造の相関の解明にも着手した。これらの成果を総合的に判断して、当初の計画以上の進捗であると結論した。高分子を材料として使用する場合、その最外領域は異種相と接触することになる。したがって、高度に機能化された材料を設計・構築するには、異種相と接触した高分子界面を理解する必要がある。これまで、非溶媒を異種相とした高分子界面に着目して研究を行い、分子鎖の一部は液相側に存在し、その下には膨潤した層が形成されることを明らかにした。本研究では精密構造因子に基づく上述の制御、ダイナミクスと水の凝集状態の関係、ダイナミクスと機能の関係などを明らかにすることを目的とする。本年度は、水界面における生体不活性なポリ(アクリル酸2-メトキシエチル)(PMEA)の凝集構造およびダイナミクスを評価した。活性化したPMEA鎖の熱運動性により、界面近傍の水の凝集構造が乱雑化することが、血液適合性の一要因であることを見出した。また、PMEA含量を10 wt%まで低下したブレンド膜や、多分散PMEA試料を用いたブレンド膜も、高い血小板粘着抑制能を示すことも見出している。本年度は、生体不活性なPMEAの水界面における分子鎖凝集構造および局所ダイナミクスを評価し、生体不活性との相関について検討した。PMEA及びクマリン標識PMEA(C-PMEA)はニトロキシド媒介ラジカル重合に基づき合成した。PMEA/PMMAブレンド比は重量で50/50(wt/wt)とした。水界面におけるPMEAの分子鎖凝集状態および局所コンフォメーションは、それぞれ中性子反射率(NR)測定および和周波発生(SFG)分光測定に基づき評価した。蛍光偏光解消測定用試料として、Langmuir-Blodgett法に基づきC-PMEA単層膜をPMEA/PMMAブレンド膜上に積層した。ブレンド膜の生体不活性能は、ヒト血小板粘着試験に基づき評価した。重水素化ポリマーを含まない(PMEA-23.5k/PMMA)ブレンド膜のNR曲線のフィッティングを相補的に行うことで、重水中におけるブレンド膜の膜厚方向に対する組成分布を定量的に決定した。膜最外層はPMEAによって100%覆われていた。また、界面近傍における重水の体積分率は、PMEAバルク試料の飽和含水率11vol%と比較して極めて大きい。

また、水界面におけるC-PMEAの蛍光異方性比(r)が時間とともに減少したことから、クマリンの回転緩和が起こっていることを確認した。その平均回転緩和時間<τrot>はPMEAの分子量の低下とともに短くなった。これは、PMEA分子量が低いほど水界面におけるPMEAのダイナミクスが速くなることを示している。また、SFG分光測定の結果から、(PMEA/水)界面における水の凝集構造はPMEAの分子量に依存することも明らかとなっている。ブレンド膜上における血小板粘着数はPMMA上におけるそれと比較して少なく、活性化も抑制された。また、PMEAは低分子量体ほど血小板粘着を抑制した。最終年度は2-ビニルオキシメタクリル酸エチル(VEM)と2-メトキシエチルビニルエーテル(MOVE)とのランダム共重合体(MrV)を用いて、ハイドロゲル薄膜を調製した。特に架橋密度及び温度を変数とした際の薄膜の膨潤状態と表面物性の関係を検討した。MrV中におけるVEMの含有量は33及び50 mol%でそれぞれの数平均分子量は同程度であった。架橋型MrV(c-MrV)膜は、MrVを基板にスピンコートした後、紫外光を照射することで調製した。VEM側鎖二重結合の消費率は両試料共に約85 %と同程度であった。膜表面は空気中においても水中においても平滑であった。水中における対気泡接触角はいずれの試料においても約130°であったことから膨潤状態にある各膜の表面親水性は同程度であると考えてよい。ハイドロゲル薄膜の膨潤状態に及ぼす温度の効果を検討した。いずれの膜の膨潤率も温度上昇に伴い徐々に低下し328 Kでほぼ一定値に達した。昇温に伴うc-MrV膜の収縮は高分子鎖の水に対する溶解性の低下に起因する。従ってc-MrVの膨潤状態は架橋密度だけでなく温度によっても制御できるといえる。c-MrV膜の膨潤状態と表面摩擦特性の関係を検討した。c-MrV表面の水平力は垂直荷重と共に増加し、ある垂直荷重以上では垂直荷重に依存せずほぼ一定値に到達した。水平力が垂直荷重に依存しなくなる臨界垂直荷重をFN_cとすると上記結果はFN_cを境に摩擦のモードが変化していることを示している。垂直荷重によるカンチレバーの押込み深さをフォースカーブから見積もると10 nm程度以下であり、その程度は架橋密度および温度に依存した。以上のことからc-MrV薄膜の水界面における数nmの深さ領域の凝集状態が膜内部とは異なると結論した。水界面における高分子の凝集状態とダイナミクス、また機能性の相関を総括した。本研究では、非溶媒界面における高分子鎖の凝集状態と熱運動性の理解を深めることを目的として実験を行った。特に、非溶媒として水に限定し、分子鎖の局所コンフォメーション、密度分布、セグメント運動のダイナミクスを明らかにし、これらの知見と高分子界面への生体成分の付着挙動の関係を検討した。得られた知見は、ライフイノベーションに貢献する高分子デバイスの新たな設計指針になり得ると期待する。平成28年度においても、界面ダイナミクスに及ぼす分子構造因子の検討、さらには、高分子ダイナミクスと水の凝集構造の相関の解明は継続する。
明治初年岩倉使節団の歴史的研究

「明治初年岩倉使節団の歴史的研究」は、私のこれまでの研究の総括をめざしたものであるが、その到達点を以下の3点についてまとめた。1.岩倉使節団と『米欧回覧実記』諸説あった岩倉使節団の横浜港出航当時のメンバーを確定し、一行が米欧12か国で、何を見、何を見なかったか、その実態をまとめる見通しをほぼえた。また、その報告書『特命全権大使米欧回覧実記』の分析をした。2.『実記』の編集者久米邦武の伝記はまだない。のちの歴史学者久米邦武の素地は、すでにこの『実記』の編集と叙述のなかに垣間みることがてきる。もうひとつの問題は、明治20年代の「神道は祭天の古俗』事件との関わりである。この事件が歴史家久米邦武の形成に与えた影響は大きい。このふたつに視点をおいて、久米の生涯の特質をみようとした。3.1と関連し、以下についてまとめた。(1)従来必ずしも明らかでなかった明治4年11月12日、横浜港出航時の岩倉使節団のメンバー表の確定。(2)使節団の12か国回覧の日程の概略のコースを年表風に作成。(以上、別冊報告書参照)なお、刊行本の『実記』と太政官に提出された浄書本との異同については、今後の研究にまたなければならない。研究継続中である。研究継続中である。1岩倉使節団の報告書『特命全権大使米欧回覧実記』(以下『実記』と略称)は、明治11年(1878)、全100巻・5編5冊として太政官記録掛により公刊された。しかし、その編修者久米邦武の執筆になり、太政官に提出された淨書本『米欧回覧日記』(以下『日記』と略称)は、93巻(15冊)である。この『実記』と『日記』の綿密な比較は、まだ十分になされていない。今年度は、この『実記』と『日記』の校合に着手した。その間に以下のことが判明した。(1)『日記』から『実記』への増補・修正がいかになされたかは、久米美術館(東京)所蔵の久米自筆の増補・修正本(ただし、前半のみ残存)との比較でわかる。(2)後半は比較不可能だが、目次部分の久米の修正書込みから、一応推測可能である。(3)増補のほとんどは「論評」部分である。2.国立公文書館所蔵の岩倉使節団関係文書を整備した。また関係外国文献を一部整備した。3.岩倉使節団派遣の前提となる、幕末・明治初年の私の研究を『幕末維新史の研究』として吉川弘文館より公刊した。以下前年度に引続いての研究概要である。1.岩倉使節団の報告書、久米邦武編修『特命全権大使米欧回覧実記』には、(1)明治11年刊行本(全100巻・5編5冊)(2)太政官提出(明治9年か)の浄書本、15冊、京都府総合資料館蔵)(3)上記(2)に久米が増補を加えたもの、東京・久米美術館蔵、但し、前半8冊のみ)の3種類がある。2.本年度は上記(1)(2)(3)を比較し、(イ)(1)の前半部分と(3)を校合し、その異同を点検した。(ロ)(1)の後半部分と(2)を校合し、その異同を点検した。(ハ)以上の(イ)(ロ)の点検でなお不十分なところもあり、これについては来年度継続し、調査・研究する。久米邦武に関する展示の際の2種類のカタログを増補改訂・再編集して「歴史家久米邦武』を久米美術館から刊行した。

1.岩倉使節団と『米欧回覧実記』諸説のあった岩倉使節団の横浜港出航当時のメンバーを確定し、一行が米欧12か国で、何を見、何を見なかったか、その実態をまとめる見通しをほぼえた。また、その報告書『特命全権大使米欧回覧実記』の分析をした。2.『実記』の編集者久米邦武の伝記はまだない。のちの歴史学者久米邦武の素地は、すでにこの『実記』の編集と叙述の中に垣間みることがてきる。もうひとつの問題は、明治20年代の「神道は祭天の古俗」事件との関わりである。この事件が歴史家久米邦武の形成に与えた影響は大きい。このふたつに視点をおいて、久米の生涯の特質をみようとした。3.1と関連し、以下についてまとめた。(1)従来必ずしも明らかでなかった明治4年11月12日、横浜港出航時の岩倉施設団のメンバー表の確定。(2)使節団の12か国回覧の日程の概略のコースを年表風に作成。(以上、別冊報告書参照)なお、刊行本の『実記』と太政官に提出された浄書本との異同については、今後の研究にまたなけらばならない。研究継続中である。
クリプト藻プラギオセルミス系統群の多様性と進化

日本各地の沿岸域サンプルより、形態的にPlagioselmis sp.およびTeleaulax sp.と同定できるプラギオセルミス系統群のクリプト藻の培養株を多数得ることができた。これらの株はITSを含むrDNAの塩基配列ではほとんど差異が存在せず、またTeleaulax sp.株がPlagioselmis sp.に遷移したことが確認されたことから、日本沿岸域に普遍的なプラギオセルミス系統群は、生活環によって形態が異なるただ1種であると考えられる。またクリプト藻全体の系統解析からは、プラギオセルミス系統群を含むゲミニゲラ科が祖先的な側系統群であることが示唆され,クリプト藻の進化について重要な初めて知見が得られた。クリプト藻綱プラギオセルミス系統群(Plagioselmis、Teleaulax, Geminigera)は、本邦沿岸を含め世界中に海洋プランクトンとして極めて普遍的に存在しており、ときに大増殖するのみならず、赤潮形成繊毛Myrionectaおよび有毒渦鞭毛藻Dinophysisに取り込まれてその盗葉緑体となることが明らかとなっており、生態学、水産学および進化生物学的に極めて重要な生物群である。しかし分類学的な研究はほとんど皆無であることから、本研究ではプラギオセルミス系統群の系統分類学的研究を行う。クリプト藻綱プラギオセルミス系統群(Plagioselmis、Teleaulax,Geminigera)は、本邦沿岸を含め世界中に海洋プランクトンとして極めて普遍的に存在しており、ときに大増殖するのみならず、赤潮形成繊毛虫Myrionectaおよび有毒渦鞭毛藻Dinophysisに取り込まれてその盗葉緑体となることが明ちかとなっており、生態学、水産学および進化生物学的に極めて重要な生物群である。しかし分類学的な研究はほとんど皆無であることから、本研究ではプラギオセルミス系統群の系統分類学的研究を行った。瀬戸内海を中心に約20カ所から海水サンプルを採集し、粗培養を行った。ここから特にプラギオセルミス系統群と思われるクリプト藻を単離し、約30個の培養株を得た。またこの過程で他のクリプト藻や微細層の株も確立した。特にDinophysis acuminataが比較的多く見られたた海域付近では特に集中的にサンプルの処理を行い、3株を得ることができた。確立された株に関して光学顕微鏡観察を行った。神戸より単離した株において、大形のTeleaulax型細胞と小形のPlagioselmis型細胞が混在することが観察された。これは同一種において、形態の異なる細胞相(Teleaulax型複相細胞とPlagioselmis型単相細胞)が存在することを示唆しており、今後、各細胞相の塩基配列取得と共にDNA量測定を行っでいきたい。光顕レベルでの形質比較に関しては、いくつかの差異が認められたが、現在検討中である。電子顕微鏡試料に関しては数株について資料を作成した。確立株数個からDNA抽出を行ったが、現在のところ遺伝子増幅、塩基配列決定には到っていない。今後、核・ヌクレオモルフ・葉緑体のSSUrDNA増幅を計画している。クリプト藻綱プラギオセルミス系統群(Plagioselmis、Teleaulax, Geminigera)は、本邦沿岸を含め世界中に海洋プランクトンとして極めて普遍的に存在しており、ときに大増殖するのみならず、赤潮形成繊毛虫Myrionectaおよび有毒渦鞭毛藻Dinophysisに取り込まれてその盗葉緑体となることが明らかとなっており、生態学、水産学および進化生物学的に極めて重要な生物群である。東京湾を中心にさまざまな場所から海水サンプルを採集し、粗培養を行った。ここから特にプラギオセルミス系統群と思われるクリプト藻を単離し、培養株を得た。昨年度までの株と併せていくつかについて透過型電子顕微鏡による超薄切片およびホールマウント試料の微細構造観察を行った。その結果、シート状ペリプラストをもつTeleaulax型細胞とプレート状ペリプラストをもつのPlagioselmis型細胞が確認された。また同一株内で両者が混在するものもあり、これは同一種において、形態の異なる細胞相(Teleaulax型複相細胞とPlagioselmis型単相細胞)が存在することを示唆している。また一部についてはDNA抽出を行い、SSU rDNA塩基配列を決定し、系棟解析を行った。その結果、これらがクリプト藻綱のプラギオセルミス系棟軍に属することが確かめられた。系棟群内での関係については現在検討中である。

クリプト藻綱プラギオセルミス系統群(Plagioselmis、Teleaulax,Geminigera)は、本邦沿岸を含め世界中に海洋プランクトンとして極めて普遍的に存在しており、ときに大増殖するのみならず、赤潮形成繊毛虫Myrionectaおよび有毒渦鞭毛藻Dinophysisに取り込まれてその盗葉緑体となることが明らかとなっており、生態学、水産学および進化生物学的に極めて重要な生物群である。しかし分類学的な研究はほとんど皆無であるととから、本研究ではプラギオセルミス系統群の系統分類学的研究を行った。いくつかの海水サンプルを採集し、粗培養を行った。ここからプラギオセルミス系統群と思われるクリプト藻を単離し、培養株を得た。またこの過程で他のクリプト藻(特にChroomonas)等の株も確立した。これまでの株と併せていくつかについて透過型電子顕微鏡による超薄切片およびホールマウント試料の微細構造観察を行った。また一部についてはDNA抽出を行い、18SrDNAおよびITS塩基配列を決定し、系棟解析を行った。またChroomonasについても分子系統解析を行い、属内でのいくつかの系統群を確認、また一部の渦鞭毛藻の盗葉緑体の起源がこの中の特定の系統群に属することを見つけた。クリプト藻綱プラギオセルミス系統群(Plagioselmis、Teleaulax、Geminigera)は、本邦沿岸を含め世界中に海洋プランクトンとして極めて普遍的に存在しており、ときに大増殖するのみならず、赤潮形成繊毛虫Myrionectaおよび有毒渦鞭毛藻Dinophysisに取り込まれてその盗葉緑体となることが明らかとなっており、生態学、水産学および進化生物学的に極めて重要な生物群である。しかし分類学的な研究はほとんど皆無であることから、本研究ではプラギオセルミス系統群の系統分類学的研究を行った。これまでの株と併せていくつかについて透過型電子顕微鏡による超薄切片およびペリプラスト観察用のホールマウント試料を作成し、微細構造観察を行った。またDNA抽出を行い、18S rDNAおよびITS塩基配列を決定し、系棟解析を行った。その結果、ほぼ同じ遺伝子型のPlagioselmis(仮にP. prorongaとする)が日本中に広く分布していることが判明した。またこの一部の株は大形の細胞相(Teleailaxに相当)と小形の細胞相をもつことが判明したが、その間の転換の要因についてはいまだ明らかではない。クリプト藻綱プラギオセルミス系統群は、世界中に海洋プランクトンとして極めて普遍的に存在しており、ときに大増殖するのみならず、赤潮形成繊毛虫や有毒渦鞭毛藻に取り込まれてその盗葉緑体となることが明らかとなっており、生態学、水産学および進化生物学的に極めて重要な生物群である。しかし分類学的な研究はほとんど皆無であることから、本研究では本系統群の系統分類学的研究を行った。日本各地から得たプラギオセルミス系統群の培養株のrRNA
窒素栄養に応答した根粒共生抑制の制御機構の解析

マメ科植物は窒素栄養の乏しい土壌において根粒共生を行うが、土壌中に硝酸などの窒素栄養が十分に存在する場合には宿主植物が根粒共生を抑制することが知られている。昨年度までの研究により、NLP転写因子をコードするNITRATE UNRESPONSIVESYMBIOSIS1 (NRSYM1)が硝酸による根粒共生抑制制御において中心的な役割を担う因子であることを明らかにした。ミヤコグサ突然変異体nrsym2は、高濃度の硝酸存在下でも成熟した根粒を形成する変異体であり、その原因遺伝子は転写因子をコードする。本年度はNRSYM2が高濃度の硝酸に応答して根粒形成の抑制因子であるCLE-RS2遺伝子の発現を直接誘導することにより根粒形成数を負に制御することを明らかにした。NRSYM1/2は様々な標的因子を使い分けることにより根粒共生を多面的に制御していると予想される。そこで次世代シーケンサーを用いたRNA-seqにより、野生型、nrsym1変異体、nrsym2変異体およびnrsym1 nrsym2二重変異体での網羅的な遺伝子発現比較を行い、硝酸による根粒共生初期の抑制制御においてNRSYM1/2の下流で働く遺伝子群を探索した。また、根粒共生の正の制御因子であるNIN転写因子の標的遺伝子の発現パターンを調査した結果、野生型では根粒菌感染によるNIN標的遺伝子の発現誘導が硝酸処理によって抑制されたが、nrsym1 nrsym2二重変異体では硝酸処理によるNIN標的遺伝子の発現誘導の抑制が見られなかった。さらに、NIN標的遺伝子のプロモーターとNRSYM1およびNRSYM2タンパクが相互作用することが明らかになった。以上のことからNRSYM1/2がNIN標的遺伝子のプロモーター領域に結合し、NINによる標的遺伝子の発現誘導を阻害することによって根粒菌感染を抑制する可能性が示唆された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。窒素源の乏しい土壌においてマメ科植物は根粒を形成して根粒菌と共生関係を築いている。一方で窒素栄養(硝酸)が豊富な土壌においては宿主植物が根粒共生を抑制することが知られている。この窒素栄養に応答した根粒共生抑制制御には、マメ科植物のもつ根と地上部の全身的なシグナル伝達を用いた根粒形成数の負の制御機構(Autoregulation of nodulation (AON))が関与することが示唆されているが、詳細な分子メカニズムは不明な点が多い。ミヤコグサ新規突然変異体nitrate unresponsivesymbiosis 1 (nrsym1)は、高濃度の硝酸存在下でも成熟した根粒を形成する変異体であり、その原因遺伝子はNIN-LIKEPROTEIN (NLP)転写因子をコードする。本年度はNRSYM1が硝酸に応答して、AONにおいて根由来シグナルとして機能するCLE-RS2遺伝子の発現を直接誘導することを明らかにした。また、NRSYM1タンパク質の細胞内局在を観察した結果、無窒素条件では核外に局在するNRSYM1が、硝酸の添加によって核へ移行することを見出した。さらに、窒素栄養に応答した根粒共生抑制制御におけるCLE-RS2の機能を明らかにするためCRISPR-Cas9システムを用いたゲノム編集によってCLE-RS2遺伝子のノックアウト体を作出し、表現型を解析した。その結果、CLE-RS2遺伝子のノックアウト体では硝酸添加による根粒形成数の減少が観察されなくなることがわかった。以上のことからNRSYM1は硝酸に応答して核へと移行し、CLE-RS2遺伝子の発現を直接誘導して、AONと同様の機構により根粒形成数を負に制御していることが示唆された。nrsym2変異体については次世代シーケンサーを用いたゲノムリシーケンスにより原因遺伝子を同定することができた。窒素栄養に応答した根粒共生抑制制御におけるNRSYM1の機能を明らかにし、その成果について論文を執筆してNature Communications誌に発表することができたため。

以上のことからNRSYM1/2がNIN標的遺伝子のプロモーター領域に結合し、NINによる標的遺伝子の発現誘導を阻害することによって根粒菌感染を抑制する可能性が示唆された。NRSYM1は様々な下流因子を用いることによって、根粒共生を多面的に制御していると予想される。今後はRNA-seqによる野生型植物とnrsym1変異体との遺伝子発現比較及び、NRSYM1を用いたChIP-seqを行ってNRSYM1の標的遺伝子候補を探索し、根粒形成数以外の側面の制御に関与する因子の同定を試みる。またNRSYM2遺伝子の機能解析も進め、NRSYM1遺伝子との遺伝的な関係も明らかにする。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
ソフトセラミック・プロセッシング技術を応用した新規骨模倣性細胞伸縮デバイスの開発

「歯や骨に接着する細胞が応力を感知するメカニズム」の解析は、骨欠損・歯根吸収など歯科領域に生じる病態解明に道を開きうる。しかし、その特異的研究ツールは乏しく、研究遂行の大きな妨げとなっている。本研究は、高分子膜上に硬組織成分同様のナノリン酸カルシウム(Nano-CaP)を強固に固定したNano-CaP/高分子膜を新たに創製し、骨関連細胞・セメント芽細胞の新たな力学的刺激受容メカニズム解明を促す基盤ツールの創製を目的とした。その結果、伸展刺激を加えてもNano-CaPが脱離しないNano-CaP結合型高分子膜のプロトタイプの創製に成功した。例えば、矯正治療に伴う人為的歯根吸収のメカニズムは未だ完全に解明されておらず、生来歯根の短い患者などは治療の選択肢が制限されている。もし、人為的歯根吸収を誘導する歯周組織の細胞応答機序をIn vitroで「簡便かつ正確に」解明出来る画期的な基盤研究ツールが開発されれば、新規メカニズム解明や治療法の開発に繋がり、治療を享受出来る患者数の増大に大きく寄与できる。しかし、その特異的研究ツールは未だ乏しく、研究遂行の大きな妨げとなっている。本研究は、高分子膜上に硬組織成分同様のナノリン酸カルシウム(Nano-CaP)を強固に固定したNano-CaP/シリコーン膜を新たに創製し、骨関連細胞・セメント芽細胞の新たな力学的刺激受容メカニズム解明を促す基盤ツールの創生を目的とする。本年度は、研究計画に乗っ取ってNano-CaPを固定したNano-CaP/シリコーン膜調製の最適化を行った。申請者等は、2種類の高分子膜(シリコーン膜、ポリジメチルシロキサン)を用意し、Nano-CaPの付着および、細胞接着試験を行った。両高分子膜共に、Nano-CaPのコートを可能とする高分子のグラフト重合に成功し、Nano-CaPの付着を走査型顕微鏡により確認できた。また細胞接着も確認出来たことから、両膜は細胞培養シートとしての応用が期待できる。H25年度は、研究計画に乗っ取ってNano-CaPを固定したNano-CaP/シリコーン膜調製の最適化を行った。両高分子膜共に、高分子のグラフト重合に成功し、Nano-CaPの付着を走査型顕微鏡により確認できた。しかしながら、細胞接着性に課題を残したことから、本年度は再び高分子グラフト重合条件と、Nano-CaP付着条件の最適化に取り組んだ。本研究は、高分子膜上に硬組織成分同様のナノリン酸カルシウム(Nano-CaP)を強固に固定したNano-CaP/高分子膜を新たに創製し、骨関連細胞・セメント芽細胞の新たな力学的刺激受容メカニズム解明を促す基盤ツールの創生を目的とする。H26年度以前に開発したNano-CaP/高分子膜では細胞の安定した細胞接着・増殖が認められなかった。従って、H27年度は引き続きNano-CaP/高分子膜調製時の高分子グラフト重合条件、およびNano-CaP付着条件の最適化を行った。その結果、H26年度以前の膜が細胞増殖・接着に課題を残した理由として下記の2点が明らかとなった:1過度のグラフト重合により、ポリアクリル酸の過成長が認められ、培養液を酸性に傾け、細胞に傷害を与えていた。2同過成長したポリアクリル酸が、Nano-CaP粒子を内包してしまい、細胞のNano-CaPへの接着を困難にしていた。以上の点を考慮して、グラフト重合条件を再探索した結果、細胞が安定して接着・増殖する条件の発見に成功した。

「歯や骨に接着する細胞が応力を感知するメカニズム」の解析は、骨欠損・歯根吸収など歯科領域に生じる病態解明に道を開きうる。しかし、その特異的研究ツールは乏しく、研究遂行の大きな妨げとなっている。本研究は、高分子膜上に硬組織成分同様のナノリン酸カルシウム(Nano-CaP)を強固に固定したNano-CaP/高分子膜を新たに創製し、骨関連細胞・セメント芽細胞の新たな力学的刺激受容メカニズム解明を促す基盤ツールの創製を目的とした。その結果、伸展刺激を加えてもNano-CaPが脱離しないNano-CaP結合型高分子膜のプロトタイプの創製に成功した。H25年度に作製した、Nano-CaP/高分子膜は細胞接着性に課題を残した。従って、H25年度の計画に戻りNano-CaPの付着条件と、グラフト重合条件の再探索が必要となったため、遅れていると評価した。医歯薬学すでに作製したNano-CaP/高分子膜の合成条件を基軸として、新たな最適条件の探索を迅速に行う。試料が出来次第H26年度、H27年度の計画を遂行する予定である。研究計画に記載した、Nano-CaPをコーティングした高分子膜の調製に成功した事から、おおむね順調に研究は遂行されていると評価した。H26年度は培養実験を計画していたが、Nano-CaP/高分子膜の再作製が必要となり計画が停滞したため。すでに作製したNano-CaP/高分子膜の合成条件を基軸として、新たな最適条件の探索を迅速に行う。試料が出来次第H26年度、H27年度の計画を執行する予定である。研究計画はおおむね順調に遂行されているが、試作している培養装置の改良が必要となったことから、消耗品の購入に関して継続して検討する必要が生じた。これに合わせて、H26年度へと予算の一部を持ち越した。H26年度の研究計画に乗っ取って、H25年度に調製したNano-CaP/高分子膜を用いてNano-CaPの剥離試験と細胞培養試験を予算を用いて遂行する予定である。
大規模医療データベースからの知識獲得とそのコンテンツ化に関する研究

本年度は,病院情報システムを長期間継続的に運用してきた大規模拠点医療機関の保有する特徴的なデータで,今後の広範な活用が期待される慢性疾患の時系列診療情報を取り上げ,その知識獲得と解析結果の可視化・コンテンツ化を中心に研究を進めた。まず,昨年度までに特定領域研究と連携して開発した多重スケールマッチングとラフクラスタリングによる時系列の多重スケール比較分類法について,慢性ウイルス性肝炎データに適用してその有効性を検証するとともに,系列の部分構造の対応関係を視覚的に示すGUIを構築した。次に,データ構造を可視化するため,階層的クラスタリング,ラフクラスタリングなど,種々の類型化法を適用して得られるクラスタ構造並びに樹状図を視覚的に提示するGUIを構築した。このインタフェースを利用し,提示された樹状図上で任意の分割点を指定することで,該当するクラスタ構造を即座に得ることができ,遠隔地においてもインタラクティブにデータ構造の吟味が可能である。最後に,サーバとクライアント用ノートPCを結ぶネットワークを構築し,これらの解析法,GUIと昨年度までに構築したラフ集合論に基づく関心領域表現について,遠隔端末での動作を検証した。その結果,クライアント上でも類型化された時系列データとその対応関係,並びに画像における関心領域が提示され,かつインタラクティブに操作できることを確認した。今回はOpenGLとXによる基礎的な実装であり,Javaによるwebブラウザインタフェースの構築までには至らなかったが,今後早期に実装を進める予定である。本年度は,医療データベースからの知識獲得法として,(1)欠損値が存在する時系列臨床検査データをより長期間な観点から比較する可変スケールマッチング技術,(2)比較結果に基づく時系列データのクラスタリング技術,(3)医療画像からの関心領域抽出技術,の3つの要素技術について開発を進めた。まず,(1)について,2次元輪郭の認識で活用されてきた多重スケールマッチングを基礎とし,類似度指標およびマッチング手続きに拡張を加えることで1次元時系列を多重スケール比較する手法を開発した。これにより,データの粒度に応じて部分的に視野スケールを変化させながら系列を比較することを可能とした。この方法による比較の結果導出される系列間相違度は相対的相違度であり,三角不等式を必ずしも満たさないため,重心等の幾何的尺度を用いず,識別不能度により対象の集積度を評価し類型化するラフクラスタリングを(2)として提案した。(1)および(2)を組み合わせ,時系列臨床検査アータの比較分類法を構築し,慢性疾患データベースに適用したところ,類似した病態遷移をたどった患者の検査データからなるクラスタが生成され,提案法により疾患を特徴づける推移パターンを抽出し得ることが示された。一方,(3)の検査画像からの知識獲得法として・ラフ集合による関心領域表現法を提案した。これは,データベースあるいは専門家から事前に獲得した知識が,新たな入力画像における関心領域を区分するに不十分,あるいは不正確であった場合,その暖昧さを「境界領域」として結果上に表現するものである。本方法を従来我々が開発してきたファジイ推論に基づく領域抽出法と組み合わせることで,抽出結果の正しさを評価し,メンバーシップ関数の自動調整を行うシステムを構築していく予定である。
複合型都市エネルギーシステムの構成

1.エネルギーサービスの新しい形態とその影響。電力の品質をその供給信頼度で表現した場合の、品質別供給モデルを混合整数計画法によって定式化し、品質別供給サービスの価格、電力の価値と遮断の関係、品質の種類と社会的厚生への変化などを分析した。2.規制緩和、需要管理の具体的方式とその効果。ゲーム理論を用いてCGS参入問題の社会厚生上の評価を行った。買取り価格は、電力会社の限界費用に等しい(LP的解)かあるいは、電力会社とコージェネレーターの限界費用の間に決められる(ナッシュ解)。3.都市エネルギー供給システムの評価。イ)電力の託送制度を導入したマルチエリア協調型CGSは、電力従量料金が高く、都市ガス従量料金が安価な場合に託送の効果が大きく表れ年間総経費削減と省エネルギー率向上が達成できることを明らかにしたロ)電力貯蔵設備の配置に関する評価を行うのに、需要端信頼度均等化手法が有効で、貯蔵設備と線路容量の関係から、業務地域と住宅地域が混在する中間付近に貯蔵設備を設置するのが効果的であることを明らかにした。ハ)札幌市では、排熱利用により全市の熱需要の約9.2%の省エネルギー効果が得られることを明らかにした。ニ)CO2削減の方策としてCGS導入が炭素税に比べ寄与は小さいが有効な選択であることを明らかにした。ホ)都市エネルギー供給システムとして電力依存型とCGS依存型の対比を行い、電力依存型にも都市域へのエネルギー投入量を低く保てるなどの利点があり、供給システム選択肢の一つとなり得ることを示した。