hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
都市高速道路のオンライン交通管制システムモデルの開発研究

本研究では、都市高速道路を対象としたオンライン交通管制システムモデルを構築するため、以下の4課題に取り組んできた。1)LP流入制御モデルを基礎として、オンライン・リアルタイムでの観測交通データを最大限活用し、流入需要およびネットワーク上の交通状態の時間変化を明示的に考慮した実用的な動的流入制御モデルの構築を試みた。特に本線上の走行速度の変化を考慮可能な流入制御モデルを構築した。本研究課題において提案する動的流入制御モデルは、都市高速道路ネットワークの拡充に対応するため、ドライバーのネットワーク上での経路選択行動を内包したモデルとして構築した。2)流入制御や経路情報提供等の動的なコントロール方策の効果を予測するためには、マクロモデルの特長である計算の容易性と、ミクロモデルの特長であるネットワーク上の個々のドライバーの識別可能性を兼ね備えたシュミレーションモデルの構築が必要である。そこでメソ交通ネットワークシュミレーションを構築し、動的流入制御モデルの効果を検証した。3)上記2)のネットワークシュミレーションや1)の動的流入制御モデルの有用性を高めるためには、その入力となる動的ODデータを与える実用的な推定手法が必要となる。本研究では、リンク観測交通量やAVIデータを利用した動的ODデータの推定方法を構築した。この推定手法は、最小二乗法の考え方に従うものとした。4)上記1)2)3)の各モデルを統合して、都市高速道路のオンライン交通管制システムモデルを構築し、その有用性・実用性について例題計算を通して確認した。研究初年度である本年度は,既存研究の調査,都市高速道路の交通管制システムの現状整理,交通観測技術の最新動向の把握,動的流入制御モデルの構築,および流入制御モデルのインプットを供給するる動的OD推定手法の構築を行った.具体的な研究成果は以下の通り.1)都市高速道路の交通管制システムならびに動的交通データの収集技術に関して,国内外の既存の研究成果,研究開発動向を文献・資料等を通じて調査してとりまとめ,交通管制システムモデル高度化の際の前提条件,検討課題等を明らかにした.2)既往の静的LP(線形計画)流入制御モデルを基礎として,動的流入制御モデルを構築した.流入交通がその下流側の道路区間に影響を及ぼす際の時間遅れをモデル化すること,および,各道路区間に関して交通密度と速度の関係式(k-v式)を導入して,交通混雑の影響をモデル化することを行い,その成果をLPタイプの流入制御モデルに組み込んだ.3)操作性が高く・合理的で説得力のある集計レベルでの経路選択ルールを考案した.具体的には,ドライバーの提供情報に対する反応ならびに経路選択の特性に応じて,ドライバーグループに分割し,各グループごとに経路選択モデルを仮定する.仮想道路ネットワークを対象に数値計算を行い,提案した動的流入制御モデルの求解性および解の妥当性について検証を行った.4)AVIデータを利用した動的OD推定手法を構築した.ランプからの流入代数を制約条件として,時間帯ごとのAVI設置位置の通過交通量について,その実測値と推定値の残差自乗和を最小化することで,時間帯ごとのOD交通量を推定する手法である.流入交通が時々刻々本線上の各区間に影響を及ぼす状況は,時間帯影響係数で表され,通過交通量の推定値は,操作変数である時間帯別OD交通量に影響係数を乗じたものとして推定される.モデルの妥当性検証には阪神高速道路等の実データを用いた.研究期間2カ年目の11年度は,交通管制の実施効果を定量的に評価するための動的ネットワークシミュレーションを構築するとともに,流入制御モデル・動的OD推定手法・ネットワークシミュレーションを交通管制システムモデルとして統合することを試みた.そして,実際の都市高速道路を対象として,その適用計算を行い,本研究課題で提案している交通管制システムモデルの有用性・実用性を検証し,最後に研究成果のとりまとめを行った.具体的には,以下の2つの研究テーマについて取り組んできた.(1)交通管制システムモデルの効果予測を行い,システムの問題点を明確にするため,ネットワークレベルでの評価ツール,すなわちハイブリッド型のネットワークシミュレーションモデルを構築した.これを用いて交通管制実施時の都市高速道路の交通状態を表す各種指標を求めることが可能となった.

このシミュレーションモデルは,マクロモデルを基本として,ドライバーの目的地・経路選択を明示的に考慮できるようミクロモデルとしての特徴を兼ね備えたものである.このシミュレーションの実用性を示すため,阪神高速道路池田線を模したネットワークに対する適用計算を行い,渋滞の延伸・解消過程等の記述能力を確認した.(2)10年度に構築した動的流入制御モデルならびに動的OD推定モデルと,上記(1)のネットワークシミュレーションを統合し,リアルタイム交通管制システムモデルを構築した.阪神高速道路等の実データを用いて,この交通管制システムモデルのケーススタディを行い,その実用性ならびにモデルの適用限界等について,確認を試みた.
国際理解教育に通じる小学校英語教育の多角的視点からの研究と教材の開発

本研究は,国際理解に通じる小学校英語教育を行っている研究開発校の活動を中心に推進してきた。その結果,政治的・経済的・社会的,そして教育的環境の微妙な変化に伴い,小学校英語教育の学校教育の中での位置づけが変わってきていることがわかった。研究は研究開発校の報告書,資料の整理・分析に基づいて行ってきたが,それと同時に,研究開発校を十校余り訪れ,実際の授業をデジタルカメラで撮影し,さらに開発校の責任者から研究状況について,説明を受けてきた。また,横浜市や金沢市の公立小学校での小学校英語教育を撮影したり,教育委員会関係者の説明をうけてきた。また,私立の小学生,対象の英語教室の授業状況も観察し,生徒の第2言語としての英語の習得状況についても説明をうけた。上記のような私たちの研究は広範囲にわたったが,さらに現在進行中で,平成11年度に終了する研究開発校によるカリキュラム研究も視野にいれ,大学のカリキュラムの改革について検討する必要性を実感している。現在までの研究の結果,研究開発校の小学校英語教育は,ALTの依存する部分が多く,一般の公立小学校もこの方式をとろうとすると,予算的に不可能のように思える。従って,金沢市のようにEAA(English Activities Assistant)制度を活用するのがよい方策のように思えるが,この制度に関しては更に綿密に研究していく予定である。「国際理解教育に通じる小学校英語教育の多角的な視点からの研究と教材の開発」という研究課題への取り組みは、国公立の研究開発指定校や市教委等主導の小学校英語教育の実施状況の視察と、40校余の指定校の授業計画や研究報告書の整理分析が主たるものだった。その結果、各小学校の授業実践は多様であり、初歩の英語習得が国際理解に優先していると思える授業もあることがわかった。しかし、現在は、先導的試行の最中なので、我々が企画したアンケート調査は試行がさらに進展した段階で行うことにした。次に、本年度に行った研究内容を簡述する。(1)英語を通しての国際理解教育を分析して類型化すること。(2)ALTとティム・テイチングの効果的利用法の研究。(3)HRTの単独授業の必然性とその限界の研究。(4)各種ゲムまたクイズなどで、楽しみながら英語で国際理解を促進する教材の開発。(5)基本的会話表現の選定と段階的授業法の研究。(6)英語の音声の正しい聴取と発音についての臨界期についての研究。(7)英語の歌による超分節音素、同化、省略、連結、短縮などの習得についての研究。(8)ナサリ・ライムズなどを中心にした英語の歌に習熟させながら、種々の背景的知識を知らせる研究。(9)現職の小学校教師の英語力を向上させる方略の研究。(10)英語を教えることになる小学校教師志望学生に対するシラバスの研究。(11)民間人登用の可能性の研究。(12)国民的なサポトを得る研究。
レーザー変調を用いたアト秒電子ビームパルス発生の研究

本研究では、まず、レーザー変調のシミュレーションを行う。レーザー電場の波長周期で誘起された電子ビームのエネルギー変調、時間構造の密度変調に変換され、アト秒電子ビームパルス発生が可能となる。次に、マイクロアンジュレータの設計・製作を行う。高い周期磁場強度が高効率なレーザー変調に必要であるため、周期長・磁石間の磁気回路設計を最適化する。最後に、アト秒電子ビームパルス発生実験を行う。既存の加速器およびレーザーの下流に、製作したアンジュレータを設置し、電子ビームのコヒーレント放射を光電子増倍管等により測定する、もしくは、ゲル線量計等の材料照射によりビーム特性を評価する。
1943年鳥取地震鹿野断層端部における断層変位と強震動が被害に及ぼした影響の分析

横ずれ地表地震断層近傍の断層変位及び強震動による被害の典型例として,1943年鳥取地震時の鹿野町域を対象とした検討を行った。当時の調査写真から被害の様相を分析し,詳細震度分布と地殻変動を満足するよう断層破壊モデルを想定した。主に常時微動観測を用いて地盤増幅の影響を評価し,2016年熊本地震の調査結果も踏まえて永久変位を含む代表地点の地震動を予測した。現地古民家の固有周期,減衰を調査して作成した家屋振動モデルで地震応答解析を実施し,倒壊を免れた家屋は予測地震動で倒壊しないものの,被害が集中した地域の地震動では倒壊に至るとの結果を得た。加えて,断層近傍の地盤応答に関する興味深い知見も得られた。新たに発見された鳥取地震被害写真の撮影場所について,鹿野へ向かう調査隊の移動ルートに沿った被害の様子を掴むことができた。その成果を,「1943年鳥取地震直後に実施された東京大学地震研究所の現地調査の足取り」(香川,畑岡,第32回歴史地震研究会,2015年9月)として発表した。また,体験者の聞き取りについても,DVDに取りまとめることができ,鹿野町域における被害分布の概要を把握することができた。鹿野町中心部および周辺の広範囲において常時微動観測を実施し,地盤震動特特性および速度構造モデルを得ることができた。被害の大きい領域では地下構造の変動が大きいこと,断層延長と思われる領域で地下構造の変化が見られることを把握し,「稠密微動観測による鹿野断層および鹿野町市街地の地盤構造推定」(野口・上野・香川・吉田・西田,日本地震学会2015年度秋季大会,2015年10月)と題した発表をおこなった。地表断層変位を伴う地表断層地震と伴わない潜在断層地震の地震動に差が生じることについて,国内で発生した地震による地震動を分析し,同じ規模であれば潜在断層地震の地震動が大きく,卓越する周期帯が地震規模に依存する傾向が見られることを示し,「地表および潜在断層地震における地震動特性に関する基礎的研究」(吉田・香川・野口,日本地震学会2015年度秋季大会,2015年10月)と題して発表した。現存する建物の微動観測による振動特性把握については,他地域で試験的な計測をおこなうことが出来たので,その方法論を用いて次年度に実地計測をおこなう予定である。地震直後のアンケート震度回答者の具体的な被災位置特定は困難であることが分かり,アンケートが送付された小学校区単位で一律の代表地点を想定することに検討が留まっており,次年度に継続実施する。被害写真の撮影場所,体験者の聞き取り,地表断層と潜在断層の地震動の差異,および常時微動観測による対象地域の地下構想の把握にについては一定以上の成果を得ることができたが,地震直後のアンケート震度回答者の具体的な被災位置特定および現存する建物の振動特性把握についてはやや遅れている。1943年鳥取地震直後の調査等で地表地震断層が確認された鳥取市鹿野町の複数地点において,断層を横断する測線で常時微動の稠密観測を実施した。その結果,堆積層で一般的に見られる地盤に固有の卓越周期を示すH/V(水平/上下)スペクトル比のピークが,地表地震断層が見られたごく近傍で不明瞭になる現象が見られることが分かった。(野口・香川,日本活断層学会秋季学術大会,2016年10月)この他,鳥取市鹿野町に現存する当時の建物の寸法計測を実施した。本研究では,1943年鳥取地震時の鹿野町において,地表地震断層出現地点の家屋には断層変位による被害が見られるものの地震動による被害は軽微と考えられる一方,地表地震断層から離れた市街域では強震動による家屋倒壊が多数見られたことの原因を探ることをテーマとし,過去に同様の現象を生じた地震との対比も想定している。2016年4月に発生した熊本地震でも,地表地震断層ごく近傍では地震動による被害が軽微であると考えられる地域が多く見られた。このため,地表地震断層と被害との関連を追うことができる最新の地震として急遽現地調査を実施した。地表地震断層が見られたものの震動被害が小さい地点と断層からやや離れて家屋倒壊が見られた地点で余震観測を実施し,地表地震断層近傍での揺れの方が小さいものの,被害状況から推定される震度差ほどは小さくなく,本震時には別のメカニズムが作用した可能性が示唆された。また,常時微動の稠密観測を益城町に生じた地表地震断層を横断して実施し,鳥取市鹿野町と同様に断層ごく近傍でH/Vスペクトルのピークが不明瞭になることを確認した。一方,地震断層端部の南阿蘇村では地表地震断層ごく近傍で地震動による被害も見られ,そのような地点ではH/Vスペクトルにピークが見られることが分かった。(香川・他,土木学会論文集A1,2017年印刷中)地表地震断層ごく近傍で地震動による被害が小さい場所での地盤振動特性には,地震動による被害が顕著な場所に比べて特徴的な卓越周期が見られないという特徴を見出すことが出来た。1943年鳥取地震と対比することが出来る他の地震として,2016年熊本地震の現地調査をおこない,両地震の地表地震断層ごく近傍において共通の現象が生じた可能性について把握することができた。この点については平成29年度実施内容を先取りして実施できたことになるが,1943年鳥取地震の震源断層の分析,当時と同様の家屋の振動特性の把握とそのモデル化については平成28年度中には完了できず,平成29年度開始早々に継続実施しており,やや遅れている。

横ずれ断層地震による地表地震断層近傍の断層変位及び強震動による被害の典型例として,1943年鳥取地震による鳥取市鹿野町域を対象とした検討を行った。東京大学が当時実施した現地調査写真から被害の様相を分析し,同時期に実施された震度アンケートと地殻変動を満足するような断層破壊モデルを想定した。主に常時微動観測を用いて地域の地盤構造が地震動に及ぼす影響を評価し,断層近傍の永久変位を含む鹿野地域代表地点の地震動を予測した。当時の地震動を経験した現地の古民家の計測および微動測定から固有周期,減衰を含む家屋振動モデルを作成し,地震応答解析を実施した。その結果,倒壊を免れた家屋は予測地震動で倒壊しないものの,被害が集中した地域の地震動では倒壊に至るとの結果を得ることができた。同時に,研究期間中に発生した2016年熊本地震について,断層変位と地震動が影響した横ずれ断層の事例として現地調査をおこない,被害,地盤応答および地震動の分析をおこなった。その結果,地表地震断層が出現した熊本地震の地震動は,震源断層から40km圏内のやや広域で見ると,経験的な地震動予測式から評価される平均値よりも小さいことを示した。一方,横ずれ断層で地表地震断層を生じなかった2016年鳥取県中部の地震動は平均値を上回っており,既往研究と整合する結果となった。熊本地震では断層近傍で断層に平行方向で永久変位を伴う大きな地震動が得られているが,断層直上部では断層変位による被害が見られるものの地震動の影響は小さく,鳥取地震と類似している。このような現象が横ずれ断層の破壊進行によって説明できることを総合的に示し,先の鳥取地震の地震動再現にも活用されている。さらに,両地震ともに,断層ごく近傍で測定した微動H/Vスペクトル比に明瞭なピークが見られない現象が共通して見いだされ,今後の研究対象としても興味深い。横ずれ地表地震断層近傍の断層変位及び強震動による被害の典型例として,1943年鳥取地震時の鹿野町域を対象とした検討を行った。当時の調査写真から被害の様相を分析し,詳細震度分布と地殻変動を満足するよう断層破壊モデルを想定した。主に常時微動観測を用いて地盤増幅の影響を評価し,2016年熊本地震の調査結果も踏まえて永久変位を含む代表地点の地震動を予測した。現地古民家の固有周期,減衰を調査して作成した家屋振動モデルで地震応答解析を実施し,倒壊を免れた家屋は予測地震動で倒壊しないものの,被害が集中した地域の地震動では倒壊に至るとの結果を得た。加えて,断層近傍の地盤応答に関する興味深い知見も得られた。地震直後のアンケート震度回答者の具体的な被災位置として,アンケートが配布された学校区の代表地点を想定して位置情報を更新する。得られた地下構造,震動特性,被害,当時の写真,被災体験談などの情報をGISにまとめることを始める。アンケート震度による広域の地震動分布および地震前後の測量結果,被害写真や体験者聞き取りによるローカルな地震動特性,を再現する断層破壊モデルの更新をおこなう。現存する建物の微動観測による振動特性把握をおこない,それを再現するシミュレーション用建物モデルの構築を始める。1943年鳥取地震の震源断層破壊および対象とする鹿野町域の地下構造をモデル化し,地表断層出現位置での断層変位と地震動,また鹿野市街域の建物倒壊域での強震動を推定する。
巨大環状共役系を用いる多機能性分子集積体の創出

近年、活発な研究が展開されているナノ構造体の研究を、巨大有機環状共役系が作る超分子集積体を用いて行うことが本研究の目的である。具体的には、種々の巨大環状共役系を合成して、巨大環状分子が作り出す超分子集積体のモルフォロジーをコントロールすることにより、熱・光・有機溶媒蒸気に応答するナノ集積体を創製して、分子レベルでのスイッチ・デバイス機能を発現させることを目的とした。平成30年度は、次の3課題に取り組んだ。(1)巨大環状分子が作り出す超分子集積体のモルフォロジーをコントロールして、光に応答する単分子膜を構築し、そのSTM観察から光刺激を用いる形状変化を直接観測した。この形状変化は、光の波長を変えることによって、可逆に行うことが出来た。(2)剛直な骨格をもつ巨大環状共役分子が、そのアルキル置換との相互作用によって“誘導適合"型積層を示し、その結果、多彩なモルフォロジー変化と熱刺激応答性を示すことを見出した。(3)大環状オリゴチオフェン6量体を用いてベイポクロミズムを示すと同時に、可逆な形状変化を示す系を作り出した。この研究は、分子レベルでのアクチュエータの作成に応用可能である。また、この研究は、ナノ構造をもつファイバーが有機溶媒を取り込む際に形状変化を示すことを明らかにしたもので、従来の研究とは異なる独創的なものである。さらに、溶媒刺激による形状変化は、小エネルギーによって達成できるので、現在、さらにその詳細を調べている。平成30年度において(1)巨大環状分子が作り出す超分子集積体のモルフォロジーをコントロールして、光に応答する単分子膜を構築し、そのSTM観察から光刺激による可逆な形状変化を達成し、(2) “誘導適合"型積層を示すアルキル置換巨大環状分子の多彩なモルフォロジー変化と熱刺激応答性を見出し、さらに(3)大環状オリゴチオフェン6量体を用いてベイポクロミズムを示すと同時に、可逆な形状変化を示す系を作り出し、その分子レベルでのアクチュエータ機能の発現を示すことができた。これらの結果から、おおむね順調に進んでいると判断した。申請者の研究は順調に進んでいるので、令和元年度は平成30年度の研究の継続と巨大環状分子のアクチュエータ機能の確立、および巨大環状分子の近赤外蛍光について調べる予定である。また、新規に巨大環状共役系からフラーレンを内包した各種の包接錯体を合成して動的機能を発現させると共に、包接錯体から超分子集積体を構築し、種々のモルフォロジー変化をコントロールすることにより伝導性・磁性・光物性という多機能を持つナノ構造体を創製することを目指した。平成29年度は(1)巨大環状分子が作り出す超分子集積体のモルフォロジーをコントロールして、溶媒蒸気・熱・光に応答する分子レベルのスイッチを構築し、さらに(2)巨大環状共役系がフラーレンを内包した各種包接錯体を合成して、その動的機能の創製に取り組んだ。その結果、大環状オリゴチオフェン6量体を用いてベイポクロミズムを示すと同時に、可逆な形状変化を示す系を作り出すことができた。また、フラーレンを内包した包接錯体に関しては、超分子ポリマーの合成とゲル化を見出した。この研究は、光応答性ゲルに応用できるので、現在、検討している。平成29年度において(1)巨大環状分子が作り出す超分子集積体のモルフォロジーをコントロールして、溶媒蒸気・熱・光に応答する分子レベルのスイッチを構築し、さらに(2)巨大環状共役系がフラーレンを内包した各種包接錯体を合成して、その動的機能の創製に取り組んだ。

(3)大環状オリゴチオフェン6量体を用いてベイポクロミズムを示すと同時に、可逆な形状変化を示す系を作り出した。この研究は、分子レベルでのアクチュエータの作成に応用可能である。また、この研究は、ナノ構造をもつファイバーが有機溶媒を取り込む際に形状変化を示すことを明らかにしたもので、従来の研究とは異なる独創的なものである。さらに、溶媒刺激による形状変化は、小エネルギーによって達成できるので、現在、さらにその詳細を調べている。平成30年度において(1)巨大環状分子が作り出す超分子集積体のモルフォロジーをコントロールして、光に応答する単分子膜を構築し、そのSTM観察から光刺激による可逆な形状変化を達成し、(2) “誘導適合"型積層を示すアルキル置換巨大環状分子の多彩なモルフォロジー変化と熱刺激応答性を見出し、さらに(3)大環状オリゴチオフェン6量体を用いてベイポクロミズムを示すと同時に、可逆な形状変化を示す系を作り出し、その分子レベルでのアクチュエータ機能の発現を示すことができた。これらの結果から、おおむね順調に進んでいると判断した。申請者の研究は順調に進んでいるので、平成30年度は平成29年度の研究の継続とフラーレンを内包した包接錯体の光応答性について調べる予定である。申請者の研究は順調に進んでいるので、令和元年度は平成30年度の研究の継続と巨大環状分子のアクチュエータ機能の確立、および巨大環状分子の近赤外蛍光について調べる予定である。本申請研究は、平成30年度ー平成31年度においても行うので、次年度以降で使用する金額を繰り越した。当該研究は予定通り順調に進んでいるが、最終年度(次年度)の予算配分額が少ない。これに対して、当該研究を進めている段階で巨大環状共役系のカチオン種の新規機能を見出したので、翌年度の予算だけでは研究費が不足すると予想された。そこで、当該年度の研究費を節約して、翌年度に使用できるようにした。
神経因子由来の遺伝子群の導入による膵B細胞の増殖・再生法の開発

以前ラットにおいて迷走神経の中枢である視床下部腹内側核を破壊すると、膵臓において、迷走神経の過興奮が起き、膵B細胞が特異的に増殖することを証明した。膵ランゲルハンス島だけからのRNAを抽出し、cDNAマイクロアレイ解析を行い、現在、神経由来の増殖関連に関与すると思われる遺伝子群を同定した。現在これら新規神経因子の膵B細胞における役割を検討中であり、これにより膵臓の再生の分野に新しい道を開き、膵癌および糖尿病の患者に福音をもたらしたいと考えている。研究代表者は、これまで、ラットにおいて、視床下部腹内側核破壊後3日目に、膵B細胞および膵外分泌細胞の増殖が起こることを証明した。また、全膵臓組織からmRNAを抽出して、cDNA microarrayの解析を行うことにより、数々の細胞増殖および分化に関わる遺伝子群を同定した。この際に、同定された遺伝子群を観察することにより、膵内分泌細胞の増殖、分化以外に膵外分泌細胞の増殖、分化に関わる遺伝子群の変化も同定した。以前、膵臓のLangerhans島だけからのcDNA microarrayの解析に耐え得るmRNAを抽出する新規手技を開発したために、視床下部腹内側核破壊ラットでは、膵A細胞およびD細胞の増殖は起きないことがすでに判明しており、膵臓のLangerhans島のみのcDNA microarrayを行いことにより、膵B細胞の増殖に関わる新規遺伝子の同定を行う予定である。また。全膵臓組織からmRNAを抽出して、cDNA microarrayの解析を行うことにより、数々の細胞増殖および分化に関わる遺伝子群を同定した。以前、膵臓のLangerhans島だけからのcDNA microarrayの解析に耐え得るmRNAを抽出する新規手技を開発したために、視床下部腹内側核破壊ラットでは、膵A細胞およびD細胞の増殖は起きないことがすでに判明しているため、膵臓のLangerhans島のみのcDNA microarrayを行うことにより、膵B細胞の増殖に関わる新規遺伝子の同定を行う予定である。研究代表者の所属する施設が、一昨年の10月以降変更になったため、職場環境の変更に伴い、十分な研究を実行できなかったためである。以前、膵臓のランゲルハンス島だけからのcDNA maicroarrayの解析に耐え得るmRNAを抽出する新規手技を開発したために、視床下部腹内側核破壊ラットでは、膵A細胞およびD細胞の増殖は起きないことがすでに判明しているために、膵臓のランゲルハンス島のみのcDNA microarrayを行うことにより、膵B細胞の増殖に関わる新規遺伝子の同定を行う予定である。研究代表者の所属する東北医科薬科大学病院は、十分な研究施設がなく、研究を実施できなかったため。補助金の御援助により、視床下部腹内側核破壊により、膵臓のLangerhans島で多くの既存の細胞増殖および再生に関わる遺伝子の発現の変化を認め、また膵B細胞の増殖および分化に関わる可能性のある、新規の未だ機能の判明していない遺伝子群を発見した(Kiba T, et al. Islets 6; e1012950, 2014)。また、視床下部腹内側核破壊を行うと、高インスリン血症が起こることが知られており、インスリンの発現と細胞増殖には密接な関係があることが知られている。ラット視床下部腹内側核破壊による高インスリン血症の原因の一つとして、膵ランゲルハンス島内のAdora1遺伝子の発現がこれに関与する可能性があることを報告した(Kiba T, et al.. Pancreas45; e1-2, 2016.)。また、この他に、視床下部腹内側核破壊により、膵臓のLangerhans島での多くの既存の内分泌代謝系に関わる遺伝子群の変化(Kiba T. Neurosci Lett 604; 64-8, 2015)および免疫系に関わる遺伝子群の変化(Kiba T. Neurosci Lett 610; 177-81, 2016)を報告した。一方、視床下部内側核破壊ラットの膵臓組織から抽出したmRNAを用いて、異なった種類のcDNA microarrayを行ったところ、同定した遺伝子群と機能は同じであるが、これまで同定した遺伝子群とは異なる遺伝子群を発見した(Kiba T. Ann Neurosci 24; 26-31, 2017.)。現在、補助金の御援助により同定した新規神経因子の膵B細胞における役割を検討中であり、これにより膵臓の再生の分野に新しい道を開き、膵癌あるいは糖尿病の患者に福音をもたらしたいと考えている。

現在これら新規神経因子の膵B細胞における役割を検討中であり、これにより膵臓の再生の分野に新しい道を開き、膵癌および糖尿病の患者に福音をもたらしたいと考えている。視床下部腹内側核破壊により、膵臓のLangerhans島で多くの既存の細胞増殖および再生に関わる遺伝子の発現の変化を認め(Kiba et al. Islets 6(5-6): e1012950, 2014)、また膵B細胞の増殖および分化に関わる可能性のある、新規の未だ機能の判明していない遺伝子群を発見した。また、視床下部腹内側核破壊を行うと、高インスリン血症が起こることが知られており、インスリンの発現と細胞増殖には密接な関係があることが知られている。昨年度の補助金の御支援により、ラット視床下部腹内側核破壊による高インスリン血症の原因の一つとして、膵ランゲルハンス島内のAdora1遺伝子の発現がこれに関与する可能性があることを報告した(Kiba et al. Pancreas in press)。視床下部腹内側核破壊により、膵臓のLangerhans島での多くの既存の内分泌代謝系に関わる遺伝子群の変化(Kiba T: Neurosci Lett.604:64-8, 2015)および免疫系に関わる遺伝子群の変化(Kiba T: Neurosci Lett.610:177-81, 2016)を報告した。また、視床下部腹内側核破壊を行うと、高インスリン血症が起こることが知られており、インスリン血症の原因として、膵ランゲルハンス島内のAdoral遺伝子の発現がこれに関与する可能性があることを報告した(Kiba T et al. Pancreas. 45(1):e1-2, 2016)。今後は、当初の予定通り、膵B細胞の増殖に関わる新規遺伝子の同定を行う予定である。視床下部内側核破壊ラットの膵臓組織から抽出したmRNAを用いて、異なった種類のcDNA microarrayを行ったところ、同定した遺伝子群と機能は同じであるが、これまで同定した遺伝子群とは異なる遺伝子群を発見した(Kiba T. Ann Neurosci 2017;24:26-31)。今後、当初の予定通り、膵B細胞の増殖に関わる新規遺伝子群の同定作業に着手する予定である。消化器内科学研究を進めていく上で必要に応じて研究費を執行したため当初の見込み額と執行額が異なったのは、研究代表者の所属する施設が、一昨年の10月以降に変更になったため、職場環境の変更に伴い、十分に研究を実施できなかったためである。当初の見込み額と執行額が異なったのは、研究代表者の所属する施設に、十分な研究施設がなく、研究を実施することができなかったためである。研究を進めていく上で必要に応じて研究費を執行したため当初の見込み額と執行額は異なったのは、研究代表者の所属する施設が、昨年の10月以降変更になったため、職場環境の変更に伴い、十分に研究を実行できなかったためである。今後の研究計画に変更はなく、前年度の研究費も含め、当初の予定通りの計画を進めていく。今後の研究計画に変更はなく、2017年4月より、研究代表者の所属する施設を変更したために、当初の予定通りの計画で進めていきたい。今後の研究計画に変更はなく、前年度の研究費も含め、当初予定通りの計画を進めていく。
複文構造の獲得と処理:実験研究

複文構造を子どもがどのように獲得するのか、また複文構造をヒトがどのように処理するのか、を実証的データに基づいて解明することを目指した。授受動詞文の獲得について、「もらう」文が2種類に分類され、一方だけ獲得が遅れることを示した。「かき混ぜ文」について、獲得の遅れが知識の使用能力が未発達であることに起因することを示した。大人を対象とした実験では、複文中の再帰代名詞「自分」の解釈が、曖昧性が解消される箇所まで保留される可能性を示した。本研究の目的は、子供の生得的言語能力と言語獲得過程および人間の言語処理メカニズムの実証的な解明である。本年度はまず研究対象となる複文構造を持つ文の理論的先行研究の検討および整理を行なった(消耗品図書支出)。また、言語処理・言語獲得研究における先行研究の収集・整理も行なった。それら先行研究の検討も元に、まず様々な言語におけるargument(項)の具現化に関する図書について書評を執筆した(Pylkkanen, "Introducing Arguments," English Linguistics 27-1,2010刊行予定)。さらに大人を対象としたERP(事象関連電位)実験の準備を行ない、大学生25名を被験者として実験を実施した。これは、日本語の照応詞「自分」を含む、定動詞節を埋め込み文とする複文・目的語コントロール文・単文の3種類の文を解釈する際のERP脳波を計測したものである。現在、基本処理を施したERP波形をグラフ化し、分析・検討をしている段階である。今後その結果をまとめ、言語理論上の意義や言語処理研究における成果を国内学会で発表し論文の執筆を目指す。また並行して、子供による複文構造の獲得過程を解明することを目的とする実験実施を目指し、まず4才6才の子供を対象として、かき混ぜ文やコントロール文の理解を検証する予備実験をスタートさせた。今後予備実験の検討を経て本実験の実施を目指す。本年度も昨年度に引き続き、まず研究対象となる複文構造を持つ文の理論的先行研究の検討および整理を行なった(消耗品図書支出)。それと同時に、言語処理・言語獲得研究における先行研究の収集・整理も行なった。これらを基盤とし、大人を対象としたERP(事象関連電位)実験を行なった。大学学部生25名を被験者として実施した。その実験結果をまとめ、言語理論上の意義や言語処理研究における成果を詳しく検討し、その結果を国際学会Tokyo Conference on Psycholinguistics 2011 (2011年3月11日)で発表することが決定していた(東日本大震災の影響で学会は中止)。現在その研究を基にした論文を執筆中であり、The Proceedings of the 12th Tokyo Conference on Psycholinguisticsに掲載が決定している。またERP実験と並行して、子供による複文構造の獲得過程を解明することを目指した実験を4才6才の保育園に通う子供を対象として実施した。その結果はUCLAにおける心理言語学セミナーにおいて発表した(2011年3,月2日)。さらに同実験研究の結果も上記proceedingsに掲載が決定している。さらには、かき混ぜ文の理解を検証する実験も実施し、その結果を国際学会において発表する準備を進めている。本研究の目的は、子どもの生得的言語能力と言語獲得過程、ヒトの言語処理メカニズムを実証的データに基づいて解明することであった。本年度は、これまで同様にまず研究対象となる複文構造を持つ文の分析方法についての先行研究を検討し、言語学分野における本研究の位置付けについて考察した(消耗品図書支出)。また同時に、当該構文の獲得や処理に関する先行研究を収集、整理し、実験方法などについての検討も並行して行った。それを基にし、昨年度までに実施した、4才6才の子どもを対象とした「あげる・もらう」などの動詞を含む授受動詞文に関する実験研究を雑誌論文として発表した(The Proceedings of the 12th Tokyo Conference on Psycholinguistics)。「もらう」授受動詞文は2種類に分類され、その一方のみ獲得が遅れることを示し、先行研究では明らかにされなかった獲得データを提供することで、獲得を遅らせる要因を絞り込むことができた。また大人を対象とした複文構造に関するERP(事象関連電位)実験の成果を論文として発表した。日本語再帰代名詞「自分」を含むコントロール文のオンライン処理について、その「自分」の解釈が逐次的にされるのではなく、曖昧性が消える箇所まで保留されている可能性についてERP実験データに基づいて議論した。さらに、子どもによる「かき混ぜ文」の理解についての実験も行い、国際会議(Generative Approaches to Language Acquisition)において発表した。

かき混ぜ文は通常の文よりも理解が難しいとされるが、それはかき混ぜ文の知識を獲得していないからではなく、その知識を実験の中で使用できないからであるということを、助詞の強勢を調整した刺激文を利用することによって示した。
八放サンゴレクチンの構造と共生における役割

ウサギおよびウマ血球凝集活性を示す一種はSinularia lochmodesと同定された。また、S.lochmodesが刺激によって海中に共生藻類を含む組織を体外に放出することが観察された。そこで、S.lochmodesのレクチンを塩酸処理-Sepharose4Bを用いるアフィニティークロマトグラフィーとFPLCで単離して性状を調べた結果、主要成分SLLは分子量15600の単鎖のポリペプチドで構成されることがわかった。SLLは加熱に比較的安定なレクチンで、ウサギ血球に対する凝集活性の発現にはとくにカルシウムイオンを必要としない。しかし、ウマ血球ではカルシウムイオンの濃度を高まるにつれて凝集活性が上昇した。また、アミノ末端配列部分はArg-Leu-Ile-His-Val-Ser-Arg-Cys-Glu-Met-Gly-と同定された。SLLは炭酸カルシウム結晶化阻害活性を41μg/mlで阻害した。この結果はSLLが体内でのバイオミネラリゼーションへの関与を示唆している。S.lochmodesの体外に放出された共生藻類を含む組織中にも、糖結合性や電気泳動上の挙動がよく似たレクチンが存在した。これらの共生藻は光学顕微鏡、電子顕微鏡下の形態観察ならびにsrDNAの塩基配列分析からSymbiodinium属のグループCに属す系群であることが確認された。次に、抗SLLウサギ抗体による光顕下および電顕下での免疫組織学的検索を行ったところ、共生藻細胞壁外側、刺胞、リソソーム様器官に多数の金コロイド粒子の付着が認められた。また、間葉にも金コロイド粒子の付着が認められたが、その密度は他の組織の半分程度であった。これらの結果はSLLが共生藻のharbouringと石灰化という二つの機能を果たす多機能分子であることを示唆している。沖縄本島周辺でおよそ20種類の八方サンゴ類を採集し、現地において直ちにウサギおよびウマ血球を用いて凝集活性を測定した。その結果、ほとんどの試料でいずれかの血球に対して凝集作用作用を示した。とくにSinularia属の1種とLobophytum属の2種がウサギとウマに対して強い活性を示した。糖阻害試験の結果からSinulariaはガラクトース、ラクトースなどのD-ガラクトシドのほかムチンなど糖タンパク質に対して結合性を示すこと、Lobophytum属では単糖類に対して結合性を示さず、糖タンパク質に結合性を示しことがわかった。Sinularia属に豊富な共生藻が認められたので、海水中で刺激し、共生藻を放出させて藻体を集め、凝集活性を調べた。その結果、八方サンゴ本体の抽出物に認められたと同様の性質を示すレクチンの存在を確認した。その他の種類については試料採集直後に調製した抽出物ではかなりの程度の活性が認められるにも関わらず、凍結して持ち帰ったあとでは全く活性を示さなくなるものが多かった。また、レクチン活性のうち、ウサギに対する活性のみが消失するものがあるなど、レクチンはそれ自身かなり不安定なものであるか、容易に生体内リガンドと強固に結合するものと推測された。一方、全く凝集活性を示さないものがLobophytumやSarcophytonで認められ、八方サンゴにおけるレクチンの分布はさらに精査する必要があると思われた。Sinulariaの共生藻はSymbiodinium属と同定できたが、種の特定までには至っていない。また種々の方法により培養を試みているが、まだ成功していない。レクチンについては現在アフィニティークロマトグラフィーなどによる精製法の検討を進めている。

また、S.lochmodesが刺激によって海中に共生藻類を含む組織を体外に放出することが観察された。そこで、S.lochmodesのレクチンを塩酸処理-Sepharose4Bを用いるアフィニティークロマトグラフィーとFPLCで単離して性状を調べた結果、主要成分SLLは分子量15600の単鎖のポリペプチドで構成されることがわかった。SLLは加熱に比較的安定なレクチンで、ウサギ血球に対する凝集活性の発現にはとくにカルシウムイオンを必要としない。しかし、ウマ血球ではカルシウムイオンの濃度を高まるにつれて凝集活性が上昇した。また、アミノ末端配列部分はArg-Leu-lle-His-Val-Ser-Arg-Cys-Glu-Met-Gly-と同定された。SLLは炭酸カルシウム結晶化阻害活性を41μ9/mlで阻害した。この結果はSLLが体内でのバイオミネラリゼーションへの関与を示唆している。S.lochmodesの体外に放出された共生藻類を含む組織中にも、糖結合性や電気泳動上の挙動がよく似たレクチンが存在した。これらの共生藻は光学顕微鏡、電子顕微鏡下の形態観察ならびにsrDNAの塩基配列分析からSymbiodnium属のグループCに属す系群であることが確認された。次に、抗SLLウサギ抗体による光顕下および電顕下での免疫組織学的検索を行ったところ、共生藻細胞壁外側、刺胞、リソソーム様器官に多数の金コロイド粒子の付着が認められた。また、間葉にも金コロイド粒子の付着が認められたが、その密度は他の組織の半分程度であった。これらの結果はSLLが共生藻のharbouiringと石灰化という二つの機能を果たす多機能分子であることを示唆している。
神経系類似の情報処理を目指した非線形電気化学振動子集団の機能化

非線形電気化学振動子を複数、同一の電解溶液中で駆動すると、それらは溶液中に広がる電位勾配により相互作用し、様々な同期現象を発現させる。平成17年度では、振動子の集団的同期パターンと振動子間の結合との間の関係を実験的に明らかにすると共に、連成電気化学振動子の縮約モデルを用い理論との一致を確かめた。一方、実際に脳において観測されている神経活動の同期現象の多くは、振動子間の同期・非同期が急速に切り替わる、非周期的・過渡的なものであり、この性質を再現するためにカオスダイナミクスを取り入れることが理論分野から提案されている。平成17年度ではさらに、これまでの連成電気化学振動子系にカオスダイナミクスを取り入れるべく努力した。実際用いる電気化学振動系では、周期的な振動条件から、外部抵抗などの外部パラメーターを変化させることにより、非周期的振動が現れる。しかしながら、広範囲なパラメーター領域における振動子の振る舞いの詳細を観測からも明瞭なカオスへの分岐構造を確認できなかった。非周期的振動領域で得られた時系列データを、振動スパイクの間隔についてリターンマップの描画すると、放物線を見いだされ、リヤプノフスペクトル解析を行なうと、正の最大リヤプノフ指数を持つことから合わせて、この非周期振動は決定論カオスであると推定した。これら知見は博士論文としてまとめた。さらに、2つの連成カオス振動子系についても検討を行なった。溶液のみを介した結合では、明瞭な相互作用効果を確認できなかったが、共通の外部抵抗を介して相互作用させることにより完全同期を確認した。連成振動子ネットワークにおいて、生み出される集団的同期パターンが時間に対して繰り返す安定状態である場合、その安定なパターンそのものが系に蓄えられた記憶であると見なせる。このとき外部刺激により安定状態間を自由に行き来させることができれば、これを記憶の書き換えとなる。また、非線形電気化学反応として、硫酸溶液中の鉄のアノード腐食反応を利用すると、振動性の起源である鉄酸化皮膜はN型半導体であることから、特定の振動子へのレーザー光照射を外部入力とすることができる。平成16年度では、振動子の集団的同期パターンと振動子間の結合との間の相関を実験的に明らかにすると共に、連成電気化学振動子の縮約モデルを用い理論との一致を確かめた。さらに、特定の振動子にレーザー光照射による摂動を与え、ネットワークとしての応答性を実験的に明らかにした。連成電気化学振動子ネットワークの振動子間の相互作用は、電極の配置を変化させることにより、興奮性や抑制性と結合の様式を変化させることができる。例えば相互に抑制性の結合で結ばれた振動子ネットワークでは個々の振動子は位相をずらしながら振動する。このとき振動子ネットワークは複数の位相関係を安定な同期状態として持ち(多重安定性)、これらの同期状態間は外部刺激、実際には電極へのレーザーパルスの照射、によって移し変えることことができた。つまりこのネットワークではレーザー照射を入力として、情報は連成振動子の生み出す時空間パターンとして符号化され保存されることが明らかとなった。
中期始新世から前期漸新世にかけての深層水循環変動の解明

今年度は,十勝沖において海洋地球研究船「みらい」MR01-K03航海で得られた海底コアPC6(水深1066m,コア長約7m)の有孔虫殻酸素・炭素同位体比分析に取り組んだ.堆積年代の決定のために15層準について浮遊性有孔虫化石の放射性炭素年代測定を行った.同位体比分析は海洋研究開発機構むつ研究所の同位体比質量分析計を用いて測定した.炭素同位体比は,最終氷期の層準で浮遊性・底生ともに通常の保存状態では考えられない-10‰-2‰の大きな負のスパイクを数層準で記録した.酸素同位体比についても,最終氷期の多くの層準で0.5‰程度の正のスパイクを記録した.炭素同位体比異常の観察された層準では有孔虫殻が褐色に着色しており,二次的な続成作用の影響が考えられる.軽い値をもつ炭素同位体比の炭酸塩が有孔虫殻に二次的に付着している可能性が考えられる.自生的な炭酸塩の形成は,海底におけるメタン冷湧水環境のような還元環境下でメタンが供給される場において確認されている.さらに,メタンハイドレートに取り込まれている水の酸素同位体比が周囲の海水よりも数‰重い値をもつことが報告されている.本コアの有孔虫殻酸素同位体比の正異常は,それと整合的結果である.したがって,十勝沖海底面付近において,最終氷期から現在の期間内でメタンハイドレート層からメタンが供給され,そのメタン酸化の際に有孔虫殻に炭酸カルシウムが二次的に付着した可能性が高い.今回,同位体異常の観察された海域は,十勝沖地震などM8クラスのプレート境界型大地震が周期的に起きる場であり,防災上の観点でも重要な研究フィールドであることが本研究により認識された.今後,メタンハイドレート層からどのような要因によってメタンが放出されるのか更なる調査を予定している.本研究結果は,米国地球物理学会の雑誌で近日中に発表される予定である.近年の古海洋研究では、数十年数千年周期の短周期変動の研究が注目されている。しかし、北西太平洋外洋域においてそのような短周期変動のパターンと原因はまだ明らかになっていない。本研究では親潮域で採取された海底コアの解析を行うことにより北西太平洋における中深層水循環変動とそれに伴う、海洋表層変動や生物の応答について高時間解像度で解明することを予定している。このため、底生有孔虫化石群集、乾燥密度、含泥率、放射性炭素年代、酸素・炭素同位体比分析を実施している。分析試料は海洋科学技術センターの地球海洋調査船「みらい」のMR01-K03航海で採取されたコアPC-4(長さ13.4m)である。本試料は下北半島東方沖水深1363mから採取された均質なシルト質泥からなる。現在のところ試料採取および乾燥密度測定までが終了している。半割したコア試料から各分析用に約2cm間隔で連続的に試料を採取した。堆積年代決定のために有孔虫化右個体を抽出し、浮遊性有孔虫10層準、底生有孔虫9層準について放射性炭素年代分析を実施した。年代分析はウッズホール海洋研究所加速器施設に依頼した。分析や試料前処理は、海洋科学技術センター三島博士、内田博士の協力を得ている。その結果、本コアは約3万年間の環境変動を記録していることが明らかとなった。底生有孔虫分析は、筑波大学芝原学士の協力を得て実施中である。酸素・炭素同位体分析は、予察的に浮遊性・底生有孔虫について40層準実施した。分析は海洋科学技術センターむつ研究所阿波根博士、筑波大学干場学士の協力を得て実施した。底生有孔虫酸素同位体カーブは明瞭に氷期から間氷期へ至る環境変動を記録していた。また、炭素同位体比は、氷期から間氷期にかけて断続的に低い値をとる時期のあることが明らかとなった。今後はさらに分析間隔を詰めて短周期変動の特徴と原因について検討する予定である。サンタバーバラ海盆の位置する南カリフォルニア縁辺海の中層水は数百年数千年周期の気候変動の影響を受けて急激な溶存酸素量の変化を繰り返してきた.この変動はサンタバーバラ海盆の堆積物に狭在するラミナ層や底生有孔虫の群集変化によって克明に記録きれている.サンタバーバラ海盆の海底面は中層水循環や生物生産変動に応答して寒冷期には酸素に富んだ状態となり,温暖期には酸素に乏しい状態となる.Cannariatoらによってなされた先の研究では海盆底から得られたODP堆積物試料の解析に基づき,底生有孔虫群集が溶存酸素量の変動に敏感に応答し劇的に入れ替わることが明らかにされた.本研究では,サンタバーバラ海盆から採取された2本のIMAGESコア(海盆底付近である569m;シル深度付近である440m)の底生有孔虫群集の解析を行うことにより,溶存酸素量変動の水深変化を捉えることを目的とした.解析の結果,氷期最寒期やヤンガードリアス寒冷期は水塊がよく混合し酸素に富んでいる状態であることが明らかとなった.溶存酸素極小層の著しい発達の証拠は見られなかった.

上下両サイトの群集組成の変化は似ておりきれいに対比可能である.対照的に(ベーリングアレレード期や完新世のような温暖期の群集は水塊が鉛直方向に成層化したことを示している.海盆底はシル深度よりも酸素に欠乏しており,シル深度の群集変化は溶存酸素極小層の変動をより明確に示していた.底生有孔虫種Bolivinatumidaは先の研究により高い溶存メタン濃度もしくは溶存酸素濃度の著しい低下の指標種であると推定された。もしそれが正しいのであれば、この種の産出頻度変化は前期完新世やベーリングアレレード期におけるメタン放出を記録していると考えられる.この種の産出パターンの変化により前期完新世は後期完新世よりも酸素量が減少していたと推定される.今年度は,十勝沖において海洋地球研究船「みらい」MR01-K03航海で得られた海底コアPC6(水深1066m,コア長約7m)の有孔虫殻酸素・炭素同位体比分析に取り組んだ.堆積年代の決定のために15層準について浮遊性有孔虫化石の放射性炭素年代測定を行った.同位体比分析は海洋研究開発機構むつ研究所の同位体比質量分析計を用いて測定した.炭素同位体比は,最終氷期の層準で浮遊性・底生ともに通常の保存状態では考えられない-10‰-2‰の大きな負のスパイクを数層準で記録した.酸素同位体比についても,最終氷期の多くの層準で0.5‰程度の正のスパイクを記録した.炭素同位体比異常の観察された層準では有孔虫殻が褐色に着色しており,二次的な続成作用の影響が考えられる.軽い値をもつ炭素同位体比の炭酸塩が有孔虫殻に二次的に付着している可能性が考えられる.自生的な炭酸塩の形成は,海底におけるメタン冷湧水環境のような還元環境下でメタンが供給される場において確認されている.さらに,メタンハイドレートに取り込まれている水の酸素同位体比が周囲の海水よりも数‰重い値をもつことが報告されている.本コアの有孔虫殻酸素同位体比の正異常は,それと整合的結果である.したがって,十勝沖海底面付近において,最終氷期から現在の期間内でメタンハイドレート層からメタンが供給され,そのメタン酸化の際に有孔虫殻に炭酸カルシウムが二次的に付着した可能性が高い.今回,同位体異常の観察された海域は,十勝沖地震などM8クラスのプレート境界型大地震が周期的に起きる場であり,防災上の観点でも重要な研究フィールドであることが本研究により認識された.今後,メタンハイドレート層からどのような要因によってメタンが放出されるのか更なる調査を予定している.本研究結果は,米国地球物理学会の雑誌で近日中に発表される予定である.
ナノ粒子の合体による粗大化とコアシェル化機構の原子論的解明

初速度を有する2個のナノ粒子の合体過程を分子動力学シミュレーションによって調べた。その結果、合体過程と最終的な合体後のナノ粒子の形態に及ぼす初速度の影響はほとんどないこと、初速度のない場合の合体と同様に合体後のナノ粒子の形態は温度とナノ粒子の大きさによって決まり、エピタキシャル構造、コアシェル構造、合金構造の3形態に分類できることがわかった。まず、以前に行ったAuナノ粒子とAuナノ粒子、Cuナノ粒子とCuナノ粒子、Auナノ粒子とCuナノ粒子の合体過程のシミュレーションにおける時間きざみ幅の影響を検討した。その結果、0.11fsの範囲内の時間きざみであれば、個々のナノ粒子に対する十分な平衡化計算の後の合体シミュレーションにより得られる合体後のナノ粒子の形態は、時間きざみ幅の大きさの影響を受けないことが分かった。次に、高温における高強度、酸化抵抗、高い生成エネルギーなどの優れた特性を有するNiAl合金の生成法として注目されているNiナノ粒子とAlナノ粒子の自己伝播高温合成(SHS)反応によるNi-Al合金粒子形成の予備的シミュレーションを行った。SHSプロセスでは、反応物質と生成物質の両方が凝縮相であり、気相物質が生じない発熱反応である点で、通常の燃焼反応とは異なっており、推進剤や起爆剤などとしての応用が期待されている。合体前のナノ粒子のサイズとしては原子数309個、561個の2種類を考え、同一サイズのNiナノ粒子とAlナノ粒子に対してそれぞれ一定温度での平衡化を行った。その温度での安定構造を得たのち、両ナノ粒子を相互作用する距離まで近づけて合体を開始させた。その結果、Auナノ粒子とCuナノ粒子の合体の場合と同様に、合体後のナノ粒子の形態は、エピタキシャル構造、コアシェル構造、合金構造の3種類に分類されることが分かった。ナノ粒子の気相成長は、通常、容器内浮遊状態で行われることが多い。この場合、各ナノ粒子は速度を有して飛翔しつつ衝突を繰り返しながら成長する。したがって、ナノ粒子の合体過程において速度の影響を評価しておくことは、合体による粗大化の機構を調べる上で重要である。本年度は、Auナノ粒子とCuナノ粒子の合体過程におけるナノ粒子速度の影響を調べた。まず、同一サイズのAuナノ粒子とCuナノ粒子に対して、ある一定温度において平衡化を行い安定構造を得た。次に、一定距離だけ離れた位置に2個のナノ粒子を配置し、2個のナノ粒子の中心線上、相手のナノ粒子の向きに速度を持たせて計算を開始した。2個のナノ粒子は接触したのちに合体を開始する。ナノ粒子の原子数は147個、561個の2種類、温度は300K、500K、700K、900Kの4種類でシミュレーションを行った。その結果、ナノ粒子速度が10^<-6>Å/fs10^<-2>Å/fsの範囲において合体によって得られる最終形態は、速度がゼロの場合と同じく、エピタキシャル構造、コアシェル構造、合金構造の3種類であること、この3種類の最終構造に至るまでの時間はナノ粒子の速度の大きさにそれほど影響されないことを明らかにした。また、グラフェン上のナノ粒子の形態安定性を調べるための準備段階として、グラフェンの変形機構の基本的特性について調べた。本年度は、基板上のナノ粒子の合体過程を調べる予定であったが、触媒作用を強化する目的で使用される基板材料として有力な酸化物とナノ粒子の問の相互作用を厳密に表現できるポテンシャルとして適当なものが存在せず、妥当な結果が得られなかった。そのため、ナノ粒子と合体して複合構造体を構成する材料として有望なグラフェンの安定形状をエネルギーの観点から調べることとした。その結果、平衡化後のグラフェン小片のエネルギーはその形状と縁構造に依存すること、グラフェン縁の原子構造にはジグザグ型とアームチェア型のものがあるが、ジグザグ型縁構造が多いグラフェン小片の方がアームチェア型縁構造が多いグラフェン小片よりも低いエネルギーを示すこと、拘束のない自由なグラフェン小片は縁部に生じる圧縮応力によってたわみ振動を起こすこと、一対の端部が拘束されたグラフェンナノリボンは有限温度において振動し、その振幅は数オングストローム程度であることがわかった。この結果は、ナノ粒子-グラフェン複合構造体を作成する際に使用するグラフェン小片の形状を決定するための有用な指針を与える。