hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
次世代シークエンス解析時代の家族性疾患研究における倫理的課題に関する研究

昨年度から実施している、家族性疾患を対象とするゲノム研究における、患者及び患者家系員への倫理的配慮、並びに次世代シーケンス時代の家族性疾患研究における倫理的課題についての論点整理についてまとめ、論文に発表した(Takashima, 2018)。さらに、次世代シーケンス時代の家族性疾患を対象とするゲノム研究では、患者のみならず家族にとって意義を有しうる遺伝情報が明らかになる可能性があり、そのような情報を家族と共有することの倫理的・法的課題について検討した。近年、英国及びドイツにおいて、患者が遺伝性疾患に罹患しているという事実を患者家系員に伝えることについて、医師に責任を問う裁判の結果が出たことがわかり、両判例を含む、患者遺伝情報の家族への共有に関する医師の義務について文献調査を行った。その結果、遺伝情報の家系員への共有(あるいは開示)は、医師の患者に対する守秘義務及びプライバシーの尊重と、家系員に対する善行の間のジレンマ事例として、感染症等における、医師の守秘義務対公共の利益の保護及び他者危害の回避の間のジレンマのアナロジーとして検討されてきたことが明らかとなった。日本の法令や学会の規定においても、本人の同意なく患者の遺伝情報を含む医療情報を他者に開示すべきではないことが原則であるが、しかし患者家系員を含む第三者の利益を保護する場合、あるいは、第三者に重大な不利益を及ぼす可能性が高い場合には患者の情報を共有することが許容されうるとされた。これは、国際的な解釈ともほぼ一致する。しかし、具体的にどのような場合が該当するかは個別に判断しなければならない。世界の議論をみると、例えば英国では前述の判例を受け専門職団体が守秘義務に関するガイダンスの見直しを始めたり、また、近年の遺伝子解析技術の発展による遺伝情報の有用性の向上を踏まえた遺伝情報の家族間の共有の在り方を問う見解が見られた。患者の遺伝情報の家系員への共有に関する国内の関連法規制や学会の指針を調査し、また先行研究及び海外の判例を踏まえた論点整理を実施できた。一昨年度の調査結果についてまとめた論文発表を引き続き行うほか、患者の遺伝情報の家系員への共有に関する医師の義務及びゲノム研究への示唆についてまとめ発表する。家系研究における患者及び家系員への倫理的配慮、並びに次世代シークエンス時代の多施設共同研究・疾患登録を伴う家族性疾患研究における新たな倫理的課題の論点整理を行うために、文献研究を行った。特に、家族性疾患において、患者及び家系員のゲノムデータが、データベースやレポジトリを通じて国内外の他の研究機関等と共有される際の倫理的懸念について検討した。他方、研究データの共有においては、研究参加者(患者、データ提供者)のプライバシー保護、データ管理のセキュリティ、研究参加者の意思の尊重が倫理的な懸念事項に挙げられた。これらへの対応として従来より重視されてきた匿名化は、データのトレーサビリティの必要性という研究者のニーズ、並びに、同意撤回の実施可能性やアクセスサビリティの確保という研究参加者の保護の両面から、その在り方に変容が求められていることが明らかとなった。しかし、家系員のデータを合わせて共有することのリスクについては先行研究では十分に指摘されていなかった。研究計画の遂行に必要な文献を収集し検討ができた。昨年度に開始した、家系研究における患者及び家系員への倫理的配慮、並びに次世代シーケンス時代の多施設共同研究・疾患登録を伴う家族性疾患研究における新たな倫理的課題の論点整理に関する文献研究について引き続き継続して実施した。その結果、先行研究においては、患者だけでなく患者と家系員のデータを併せてデータ共有する(Familial Data Sharing,以下FDS)際に特に配慮すべき点について、十分に明らかにされていなかったことから、FDSにおいて必要な倫理的対応を検討した。検討の結果、患者のみのデータを共有する場合に比してFDSは、研究としてのデータの利用価値は高まる一方、特定可能性のリスクが高まる可能性があることから、家族性疾患研究やトリオ研究(患者の両親のゲノムを解析する)を実施する研究者は、研究参加のインフォームド・コンセントを得る際には、FDSの可能性とそのリスクについてもあらかじめ説明し、同意を得る必要があること、その際データの利用価値が損なわれるとしてもFDSを拒否する患者あるいは研究対象者の意向を尊重しなければならないこと、同一家系内でデータ共有に関する希望が家系員によって分かれた場合には、各々の意思をできる限り尊重しなければならないことが考えられた。同様にデータベース運営者、データ利用者、データ共有/利用を審査する倫理審査委員会、さらには患者や一般社会においても、FDSの必要性と脆弱性を理解したうえで担うべき役割があることを明らかにした。これらを提言として論文にまとめた。また、国内の一般市民における家族性/遺伝性の認識と理解、並びに遺伝に関する知識レベルを明らかにするウェブ調査について実施した結果の分析に着手した。その結果、「遺伝子」、「DNA」といった単語に比して「ゲノム」という語の認知度が著しく低いことなどが明らかとなった。来年度も引き続き分析する。一般市民向けの調査の結果を得て分析に着手することができた。

近年、英国及びドイツにおいて、患者が遺伝性疾患に罹患しているという事実を患者家系員に伝えることについて、医師に責任を問う裁判の結果が出たことがわかり、両判例を含む、患者遺伝情報の家族への共有に関する医師の義務について文献調査を行った。その結果、遺伝情報の家系員への共有(あるいは開示)は、医師の患者に対する守秘義務及びプライバシーの尊重と、家系員に対する善行の間のジレンマ事例として、感染症等における、医師の守秘義務対公共の利益の保護及び他者危害の回避の間のジレンマのアナロジーとして検討されてきたことが明らかとなった。日本の法令や学会の規定においても、本人の同意なく患者の遺伝情報を含む医療情報を他者に開示すべきではないことが原則であるが、しかし患者家系員を含む第三者の利益を保護する場合、あるいは、第三者に重大な不利益を及ぼす可能性が高い場合には患者の情報を共有することが許容されうるとされた。これは、国際的な解釈ともほぼ一致する。しかし、具体的にどのような場合が該当するかは個別に判断しなければならない。世界の議論をみると、例えば英国では前述の判例を受け専門職団体が守秘義務に関するガイダンスの見直しを始めたり、また、近年の遺伝子解析技術の発展による遺伝情報の有用性の向上を踏まえた遺伝情報の家族間の共有の在り方を問う見解が見られた。患者の遺伝情報の家系員への共有に関する国内の関連法規制や学会の指針を調査し、また先行研究及び海外の判例を踏まえた論点整理を実施できた。引き続き文献研究による論点整理を継続するとともに、日本の一般市民における「家族性」や「遺伝性」に関する認識や、研究で得られたゲノムデータの共有に関する意識調査を実施し、一般市民における理解や期待・懸念を明らかにする。また、家系員のゲノムデータが重要な研究として、家族性疾患だけでなく、希少疾患が挙げられ、希少疾患の領域ではAMEDの未診断疾患イニシアチブ(IRUD)によるデータ共有のプラットフォームが構築されている。したがって、対象を希少疾患に拡大して検討する。引き続き意識調査の分析を行い、日本の一般市民における遺伝に関する知識と、研究で得られたゲノムデータの共有の関連、家族性についての理解等との関連を検討する。また、分析結果を論文にまとめ発表する。一昨年度の調査結果についてまとめた論文発表を引き続き行うほか、患者の遺伝情報の家系員への共有に関する医師の義務及びゲノム研究への示唆についてまとめ発表する。予定していた国際学会への参加を一つ取りやめたため。別の大型調査の一部に本研究の調査項目を追加することができ、分析のみの調査費用で済んだことから。来年度以降、ヒアリング調査や学会発表、論文発表に使用する予定である。前年度の未使用額が多かったためで、使用額全体は予定通りである。次年度の成果発表で使用する。H29年度に実施を予定している調査において、より規模を大きくし多くの対象者数が確保できるよう、調査費用に追加して使用する。
細胞培養環境で溶解除去可能な温度応答性足場材料の開発

本研究では、細胞培養環境で溶解除去可能な温度応答性足場材料の開発を目的として、生体由来高分子であるキトサンを化学修飾した誘導体を合成した。得られたキトサン誘導体水溶液は、体温付近で急速にゲル化し、ハイドロゲルというよりもプラスチックのような強度を示した。しかしながら、そのような強固な固体は4度で冷却することで、容易に液体へ復元する。以上の結果は、高分子固体材料が冷却により溶解することを示しており、従来の材料とは全く異にする新素材の開発に成功したものといえる。本研究課題では、再生医療・医学診断等へ応用可能な生体類似の高機能三次元組織の構築のため、「細胞培養環境で溶解除去可能な温度応答性足場材料の開発」を目的としている。そのために、初年度(H26年度)は「冷却により溶解可能な三次元高分子材料の作製法の確立」を目指した。温度変化に応じて溶解性が制御された三次元材料を得るために、様々な感熱応答性高分子を用いた。市販の感熱応答性高分子(例:ポリN-イソプロピルアクリルアミド、プロピルセルロース等)の溶液は、温度変化により濁度を変化させるものの、高濃度であってもゲルを形成することなく、本研究には不適当であった。また、当初予定していた疎水化ポリγグルタミン酸を有機溶媒に溶かして、凍結乾燥によりスポンジを作製したが、冷却による重量損失は60%程度であり、目的の高分子材料の作製には至らなかった。そこで、既知の高分子ではあるヒドロキシブチルキトサンを合成し、その水溶液のゾルーゲル転移挙動を評価したところ、比較的低い濃度で急速に起こることを見出した。この転移挙動は細胞培養液中でも見られ、細胞存在下であっても可能であることが明らかとなった。そこで、繊維芽細胞を含むヒドロキシブチルキトサン溶液を4°Cに冷却した後、37°Cの環境で成型することで、任意の三次元形状を有する細胞とゲルの複合体を作製することに成功した。非常に興味深いことに得られた三次元構造体を4°Cに冷却すると、ゲルが溶解し、細胞組織体が得られることを見出した。以上のことから、冷却により溶解する高分子材料を用いた三次元細胞組織体の構築に関する目途が立ち、次年度は組織化のための種々の条件の決定を目指す。本研究課題では、再生医療・医学診断等へ応用可能な生体類似の高機能三次元組織の構築のため、「細胞培養環境で溶解除去可能な温度応答性足場材料の開発」を目的とする。本課題を計画・実施するに当たり、数多くの感熱応答性高分子を調査・合成したが、体温付近での迅速なゲル化が可能な高分子が数多くあるものの、培養基材としての強度が弱く、また天然由来高分子も限られていた。加えて、いずれの高分子も比較的短時間でゲル化するものの、逆過程であるゾル化は非常に遅いことが難点であった。そこで、H26年度は、一つのキトサン誘導体に焦点を絞り検討を重ねたところ、わずか数%培地に高分子を添加するだけで、培地を迅速にゾルーゲル転移させることに成功した。この現象を利用して、細胞を含む高分子溶液を4度に冷却した後、37度の環境で成型することで、任意の三次元形状を有する細胞とゲルの複合体を作製できた。さらに、非常に興味深いことに、その複合体を再度4度で冷却すると、ゲルが溶解し、細胞組織体が得られた。続いて、H27年度は、可逆的な感熱応答性高分子のゾルーゲル転移におけるゲルの再溶解過程(ゾル化)の過程を詳細に検討すべく、キトサン誘導体の側鎖導入率や溶液濃度を制御した。その結果、側鎖導入率の増大に伴い、水溶性が向上し、より低濃度溶液からゾルーゲル転移が可能であることを見出した。また、高濃度溶液から作製したゲルであっても、4度における再溶解が見られたことは非常に興味深い。一方、細胞培養液を用いた組織体構築においては、ディスペンサーを用いた細胞組織体の造形に成功した。より複雑な自動化技術を併用していくことで、今後さらに複雑な組織の造形が可能になると期待している。初年度にして、冷却により溶解する温度応答性高分子足場材料を用いた三次元細胞組織体の作製に成功しているため。次年度は、冷却により溶解する高分子材料の例を増やすこと、ヒドロキシブチルキトサンの加工方法により様々な形態の材料を作製すること、より精密な三次元組織化を目指すことを目的に研究を進める予定である。高分子材料、バイオマテリアルヒドロキシブチルキトサンの形態に関しては、現在のハイドロゲルのみならず、フィルム・粒子・繊維など様々な加工を試し、冷却により溶解するフィルム・粒子・繊維などの作製を目指す。これにより、このような稀有な高分子材料の応用展開が広がるものと期待される。精密な細胞の三次元組織化に関しては、ディスペンサーを用いたバイオプリンティングを実施することを計画している。高機能な素材に加えて、精密な機械を利用することで、高度な立体構造を有する三次元細胞組織が構築できると期待している。
ワイドバンドギャップと高発光量を有した新規パイロシリケート単結晶の開発・特性評価

200°C程度の高温においても高い発光量を維持することができるシンチレータ単結晶の開発を目的に、ワイドバンドギャップを有する新規パイロシリケート型シンチレータ単結晶(RE2Si2O7, RE:希土類元素)の探索を行った。採用第二年度は、単結晶作製が可能かどうかを調査するために、(Lax Gd1-x)2Si2O7(0<x<1, 0.05刻み)の示差熱測定を行った。融点近傍での吸熱ピークを測定することで、一致溶融組成か不一致溶融組成かどうかを判断し、単結晶が作製できる組成について、マイクロ引下げ法を用いて単結晶の作製を行った。加えて、発光中心として添加するCe量の最適化を行うためにチョクラルスキー法を用いて単結晶作製を行った。作製した単結晶は、粉末X線回折測定を行い、結晶系の同定およびリートベルト解析によって結晶構造について詳細に評価した。示差熱測定の結果から、(Lax Gd1-x)2Si2O7 (x=0.25, 0.30, 0.35, 0.40, 0.45)では、融点でシャープな吸熱ピークがみられた。上記の組成について、マイクロ引下げ法を用いて単結晶作製を行ったところ、全ての組成で透明な単結晶を得ることができた。続いて、チョクラルスキー法を用いた1インチ径の単結晶作製について、発光中心のCe添加量を0, 100ppm, 500ppm, 1000ppmと変化させた単結晶の作製ができた。また、粉末X線回折測定の結果からすべての組成で結晶系は単斜晶系(空間群:P21/c)であることがわかった。さらに、リートベルト解析によってLa量が増大すると、格子定数もわずかに増大する傾向があることが明らかになった。以上の成果について、国内学会で積極的に口頭発表し、学術誌に3本の共著英語論文が受理済みである。示差熱測定の結果から、単結晶作製が可能な範囲のLa量(25-45%)で発光中心としてCe3+を1.5mol%添加した(Ce0.015 Lax Gd0.985-x)2Si2O7単結晶を作製した。粉末X線回折測定の結果から、La量によって結晶系は変化せず、単斜晶系(空間群:P21/c)であった。結晶系の変化がないことから、希土類イオンの周囲に配位している酸素イオンの対称性は大きく変化しないと考えられる。フォトルミネッセンス測定の結果から、励起・発光スペクトルはLa量によって変化しなかった。このことから、Ce3+の5d準位の分裂幅はほとんど変化していないことが明らかになった。ガンマ線源として137Csを用いて25°Cから175°Cでの発光量を評価した結果、25°Cでの発光量はLa量によらず高い値(約43,000光子/MeV)を有することが明らかとなった。175°Cでの発光量についてもLa量によらず室温での発光量の80%程度の高い発光量(約33,000光子/MeV)を維持できることが明らかとなった。分子科学研究所極端紫外光研究施設(UVSOR)において測定した(Lax Gd1-x)2Si2O7 (x=0.25, 0.30, 0.35, 0.40, 0.45)のバンドギャップエネルギーは、La量に関わらず大きく一定(約7.1 eV)であった。これらの結果から、(Ce0.015 Lax Gd0.985-x)2Si2O7単結晶はLa量によらず高い発光量を有することが明らかとなり、200°C程度の高温下での使用にも期待できる。温度消光の原因である励起された電子の熱イオン化を抑制するためには、伝導帯下端部とCe3+の5d1準位間のエネルギー差を大きくする必要がある。ここで、希土類パイロシリケート(RE2SI2O7, RE=希土類元素)において、母材の希土類元素のイオン半径によって結晶構造が変化することが報告されており、結晶構造が変わることによってCeイオンの周囲に配位している酸素イオンの対称性も変化し、Ce3+の5d準位の分裂幅が影響を受けることが期待される。これより、発光中心として添加しているCe3+の5d-4f遷移による発光を阻害しない希土類元素(La, Gd, Y, Lu)を母材としたRE2Si2O7を評価し、結晶構造とCe3+の5d準位の分裂幅の関係を調査する。さらに、Ce3+の5d1-4f間のエネルギー差で励起を行った際の量子収率の温度特性を測定し、結晶構造と高温耐性の関係についても考察を行う。固相反応法によってCe添加RE2Si2O7(RE=La, Gd, Y, Lu)焼結体を作製し、粉末X線回折測定、リートベルト解析によって結晶構造を明らかにする。バンド内エネルギー準位を明らかにするために、バンド端励起ピーク測定によるバンドギャップエネルギーの見積り、Euイオンの電荷移動遷移の励起ピーク測定によるCe3+の4f準位の推定、吸収スペクトル測定によるCe3+5d準位の分裂幅の評価を行う。さらに、絶対量子収率測定装置を用いた量子収率の温度特性評価によって、結晶構造と高温耐性の関係を明らかにする。

200°C程度の高温においても高い発光量を維持することができるシンチレータ単結晶の開発を目的に、ワイドバンドギャップを有する新規パイロシリケート型シンチレータ単結晶(RE2Si2O7, RE:希土類元素)の探索を行った。採用第一年度は、申請者の所属する研究室で開発したCe賦活(Gd, La)2Si2O7(Ce:La-GPS)シンチレータ単結晶の希土類サイトのGd3+をY3+で置換したCe賦活(Gd, La, Y)2Si2O7シンチレータ単結晶についてマイクロ引下げ法を用いて研究を行い、Y3+を5%置換することによって発光量の高温耐性が改善されることを明らかにした。発光量の高温耐性測定時には、200°Cまで使用可能な光電子増倍管と恒温槽を組み合わせ、評価装置の立ち上げを行った。さらに、分子科学研究所極端紫外光研究施設でのバンドギャップエネルギー測定、山形大学での光刺激ルミネッセンス測定を行い、Ce:La-GPSシンチレータ結晶のエネルギーバンド図を作成した。また、チェコ科学アカデミー物理研究所において熱ルミネッセンス測定を行い、二価および四価陽イオン共添加やY3+置換による電子トラップ準位について評価を行った。加えて、単結晶構造解析についても取り組み、各サイトに入る原子の特定および原子座標の特定をした。以上の成果について、国内学会で発表および結晶成長および光学特性に関する国際学会で積極的に発表し、学術誌に1本の英語論文が受理済みである。申請者は、研究室内外および国内外で多様な測定を行うことで、新規パイロシリケート型シンチレータ単結晶に関する大変有意義な成果を得ており、期待以上の研究の進展があったといえる。ガンマ線源として137Csを用いて励起を行った25°Cでの発光量測定の結果から、二価および四価陽イオン共添加によって室温での発光量は劣化することが分かった。また、175°Cでの発光量については、Ba2+共添加Ce:La-GPSで共添加前と比較して改善することが明らかとなった。Y置換Ce:La-GPSでは、Y5%置換Ce:La-GPSで25°Cおよび175°Cの発光量が最大となった。分子科学研究所極端紫外光研究施設(UVSOR)において測定したY置換Ce:La-GPSのバンドギャップエネルギーは、Y置換量に関わらず一定(約7.14 eV)であった。一方で、山形大学で評価した光刺激ルミネッセンス測定の結果から、Y置換前とY5%置換サンプルを比較すると、Ce3+の4f準位と伝導帯の下端部間のエネルギーは大きくなることがわかった。Y置換前後で励起・発光スペクトルが変化しなかったため、Y5%置換によってCe3+の5d-4f準位の重心位置が価電子帯側に変化したと考えられる。さらに、チェコ科学アカデミー物理研究所で測定したY置換Ce:La-GPSの熱ルミネッセンス測定の結果から、Y置換量による電子トラップ準位の変化はないことが明らかになった。採用第二年度は、単結晶作製が可能かどうかを調査するために、(Lax Gd1-x)2Si2O7(0<x<1, 0.05刻み)の示差熱測定を行った。融点近傍での吸熱ピークを測定することで、一致溶融組成か不一致溶融組成かどうかを判断し、単結晶が作製できる組成について、マイクロ引下げ法を用いて単結晶の作製を行った。加えて、発光中心として添加するCe量の最適化を行うためにチョクラルスキー法を用いて単結晶作製を行った。作製した単結晶は、粉末X線回折測定を行い、結晶系の同定およびリートベルト解析によって結晶構造について詳細に評価した。
骨髄由来間葉系幹細胞による組織内微小環境因子の薬剤関連顎骨壊死治療への応用

これまでの報告より幹細胞が分泌する液性因子群には数百種類のタンパク質が含まれていることが分かっている.われわれはその中でも骨代謝回転と血管新生に関与する液性因子群の特定と、メカニズムについて解明すること、さらにはMRONJの病態解明を目的として研究を進めてきた。本年度はまず骨髄由来間葉系幹細胞が分泌する液性因子群の機能解析を行った.骨髄由来間葉系幹細胞を通法どおり培養し,80%コンフルエントになったら培地を無血清培地で48時間培養する.得られた培養上清中に含まれるサイトカインの量をELISA法により測定した.また抜歯1週間前よりBPを週2回、静脈投与したラットの上顎の片側大臼歯を抜歯し、MRONJモデルラットを作製した。このラットの大腿骨から採取した骨髄由来間葉系幹細胞に培養上清を適用し,細胞増殖能,細胞遊走能,血管新生能,骨形成および血管新生関連遺伝子の発現を評価した.骨髄由来間葉系幹細胞由来液性因子としてIGF,VEGF,TGF-β,HGF等のサイトカインが同定された.またMRONJモデルより採取した骨髄由来間葉系幹細胞は,通常のラット骨髄間葉系幹細胞に比べ細胞増殖能,遊走能,血管新生能,骨形成および血管新生関連遺伝子の発現が低下していたが,液性因子軍を適用することでこれらが有意に高まった.以上の結果より間葉系幹細胞由来液性因子群はMRONJモデルラットの骨髄由来間葉系幹細胞に作用し,細胞増殖,遊走,血管新生,骨形成等の様々なステップに作用することでMRONJの治療効果を発揮する可能性が示された.これまでの報告より幹細胞が分泌する液性因子群には数百種類のタンパク質が含まれていることが分かっている.われわれはその中でも骨代謝回転と血管新生に関与する液性因子群の特定と、メカニズムについて解明すること、さらにはMRONJの病態解明を目的として研究を進めてきた。このラットの大腿骨から採取した骨髄由来間葉系幹細胞に培養上清を適用し,細胞増殖能,細胞遊走能,血管新生能,骨形成および血管新生関連遺伝子の発現を評価した.骨髄由来間葉系幹細胞由来液性因子としてIGF,VEGF,TGF-β,HGF等のサイトカインが同定された.またMRONJモデルより採取した骨髄由来間葉系幹細胞は,通常のラット骨髄間葉系幹細胞に比べ細胞増殖能,遊走能,血管新生能,骨形成および血管新生関連遺伝子の発現が低下していたが,液性因子軍を適用することでこれらが有意に高まった.以上の結果より間葉系幹細胞由来液性因子群はMRONJモデルラットの骨髄由来間葉系幹細胞に作用し,細胞増殖,遊走,血管新生,骨形成等の様々なステップに作用することでMRONJの治療効果を発揮する可能性が示された.
光熱変換ナノ構造薄膜近傍に発生するマランゴニ回転流に関する研究

本研究では,水を局所的に加熱することでナノ構造を持つ薄膜上に小さな気泡を発生させ,その気泡を部分的に加熱することで発生する対流の発生原理解明と制御を行なった.気泡の大きさや加熱位置,加熱の度合いが対流発生に与える影響を明らかにし,それらの知見をもとに水中に分散した小さな粒子を濃縮・輸送する流れや粒子輸送方向の動的な制御などを実現した.特に,水から溶けている気体を取り除くことで水蒸気の小さな気泡を発生させ,それを使って非常に急激な撹拌流を発生できることを発見した.また,気泡周辺のナノ構造が気泡への熱の伝わり方を変化させ,対流発生に大きな影響を与えていることを明らかにした.本年度はマランゴニ回転流による薄膜近傍への粒子捕捉能力を把握するため,照射光強度と光照射位置がマイクロバブル周辺に発生するマランゴニ対流に与える影響について系統的に調べた.そしてマイクロバブル周辺に発生する光誘起マランゴニ対流の流れのモード変化を明らかにした.実験は水で満たされたマイクロチャンバー内で行った.金ナノ粒子薄膜の光熱変換特性を利用して,マイクロチャンバー内に直径50マイクロメートル程度のマイクロバブルを生成した.バブルの周辺でレーザー照射位置と強度を系統的に変化させると,バブル周辺に発生するマランゴニ対流の様子が大きく変化した.まず,照射光強度が強いほど,粒子は回転流の外側に近いところに集まった.さらに,照射光強度を時間的に変化することで,回転流の中で粒子がトラップされる位置を時間的に変化することに成功した.数マイクロセカンドで対流の中の粒子の軌道は定常状態に達することがわかった.また,バブルに対するレーザーの照射位置を変化させていくと,発生する対流のモードが大きく変化することがわかった.レーザー照射位置がバブル中心から5マイクロメートル程度の位置より外側では回転流,内側では粒子収束流が発生した.この粒子収束流は,流路底面に対して垂直方向の温度勾配と水平方向の温度勾配がバランスすることでできる,新しいモードの流れであることがわかった.この粒子収束流は特別な流路形状を必要としないマイクロ粒子濃縮・運搬として非常に有用である.また,この粒子収束流は回転流と同様に薄膜近傍に発生するため,流路壁面形状が流れに与える影響を調べるのに有用である.当初計画では,まずマイクロバブル周辺に発生する回転流の性質をよく理解することを目標としていた.そこでまず,マイクロバブル周辺に照射するレーザー強度と照射位置及びマイクロチャンバーの高さを系統的に変化して,流れの変化を観察した.その結果,レーザーの強度と照射位置によって,上昇流,粒子収束流,および回転流を発生できることがわかった.またそれぞれの流れの中で,トレーサー粒子であるポリスチレン球がどのような位置に集まるかを明らかにした.さらに,マイクロチャンバーの厚みを変化させ,粒子を薄膜近傍で捕捉するために最適なマイクロチャンバー厚さを明らかにした.以上の結果から,トレーサー粒子をマイクロチャンバー内の底面近傍で運動させるための条件を明らかにし,発生する流れの性質を理解するという目標を達成していると言える.さらに,マランゴニ回転流の「圧力勾配」と薄膜近傍の「流速分布」を実験的に見積もるために最適なトレーサー粒子を選定するため,大きさや材質の異なる粒子を使って実験を行った.具体的には粒子直径の異なるポリスチレン球や金属微粒子などを水中に分散させて流れを発生し,粒子の分布や粒子速度を調べた.その結果,粒子を分散させるために加えてある界面活性剤やその他の化学物質がマイクロバブル周辺に発生するマランゴニ対流に大きな影響を及ぼすことがわかった.これらの結果をもとにマイクロチャンバーの底面ナノ構造と流れの関係を調べるために最適なトレーサー粒子を選定し,次年度の研究計画の基盤を築くことができた.以上の状況から,研究計画は概ね期待通りに進行しているとした.本年度は当初の研究計画に基づいて,マイクロバブル近傍に発生するマランゴニ回転流の発生条件の調査と流路壁面形状がその流れに与える影響について調べた.本研究では水中のマイクロバブルの表面に温度勾配を発生し,これによって生まれる表面張力勾配によってマランゴニ対流と呼ばれる流れを発生させている.発生する対流の特性を明らかにするため,水を封入するセルの厚みを系統的に変化させた.その結果,マランゴニ回転流を発生させてマイクロ粒子を捕捉するためには最適なセルの厚みがあることがわかった.一方でバブルの大きさもマランゴニ回転流の強さ等に影響するが,純水製造機で処理した水中でその大きさを一定に保つことが難しいことがわかった.これは水中に溶けている気体が加熱されているバブルの中に析出してくるためである.そこで,水を脱気することで水に溶けている気体を取り除いてから,同様の実験を行なった.その結果,直径10 μm程度の非常に小さい水蒸気マイクロバブルを生成し,さらにそのバブル周辺に1 m/sを超える急激なマランゴニ対流を発生できることを発見した.このバブルの直径は加熱のために照射するレーザー光の強度によって制御できるため,流路底面のナノ構造が対流に与える影響を調べるのに適している.さらに,発生する対流はマイクロ流体撹拌技術などへの応用も期待できる.次に,流路壁面形状が対流に与える影響を明らかにするため,セルの底面にナノ構造を持つ薄膜を作製し,その上でマランゴニ対流を発生する実験を行なった.その結果,ナノ構造中の熱の移動が対流に大きな影響を与えることがわかった.本研究で流路底面はマイクロバブルの気液界面に熱を伝える役割を持っている.

ナノ構造がその熱の伝わる向きを制御し,対流の強さを決定する.本研究成果はナノメートルスケールの熱輸送に関する新たな知見を与える.本研究では,水を局所的に加熱することでナノ構造を持つ薄膜上に小さな気泡を発生させ,その気泡を部分的に加熱することで発生する対流の発生原理解明と制御を行なった.気泡の大きさや加熱位置,加熱の度合いが対流発生に与える影響を明らかにし,それらの知見をもとに水中に分散した小さな粒子を濃縮・輸送する流れや粒子輸送方向の動的な制御などを実現した.特に,水から溶けている気体を取り除くことで水蒸気の小さな気泡を発生させ,それを使って非常に急激な撹拌流を発生できることを発見した.また,気泡周辺のナノ構造が気泡への熱の伝わり方を変化させ,対流発生に大きな影響を与えていることを明らかにした.今後は,マランゴニ回転流による薄膜近傍への様々な粒子の捕捉能力を明らかにするために,まずは界面活性剤など水中に含まれる物質が流れにどのような影響を与えるか調べる.具体的には,界面活性剤の種類や濃度を変化させた時に発生する流れがどう変化していくか観察する.またこれに並行して,様々な粒子をなるべく界面活性剤などを含まない純水に分散する方法も考える.具体的には,分散液と粒子を遠心分離した後,純水中に再分散する方法を試みる.得られた結果を基にして,水中にどのように分散させた粒子であれば操作しやすいのかを明らかにする.その上で,それぞれの環境下での薄膜近傍の流速分布や回転流内の圧力分布を見積もる.さらに,マランゴニ回転流に対する流路壁面形状の影響の解明に着手する.回転流によって粒子は薄膜近傍に集められ運動するため,観察される粒子の動きは薄膜近傍の流れを強く反映すると考えられる.そこで,動的斜め蒸着法を利用して薄膜表面にナノコラムを作製する.ナノコラムの間隔,太さ,高さ,形状などを系統的に変化させることで,流れに対する流路壁面形状の影響を調べる.そしてトレーサー粒子が捕捉される領域の変化を評価する.ただし,マランゴニ回転流の発生源となるマイクロバブルの下にナノコラムがあることで,発生する流れが変化してしまう可能性がある.そこで,マイクロバブルを生成する部分にはナノコラムが成長しないようにするなど工夫をする.得られた結果を基にして,粒子の捕捉に最適な構造を明らかにするとともに,ナノ構造が境界層流に与える滑りの効果を明らかにする.以上の実験及び解析によって得られた結果をまとめ,学会発表を行う.28年度が最終年度であるため、記入しない。ナノ構造薄膜,光熱変換28年度が最終年度であるため、記入しない。
トランスポゾン・タギング法を用いたドーパ合成酵素遺伝子の探索

オシロイバナにおいてベタレイン色素合成に関わるDOPA dioxygenase(DOD)遺伝子についてプロモーター領域を含むゲノム構造を単離した。オシロイバナのDOD遺伝子は2つのイントロンと3つのエキソンから構成されていると考えられた。易変花色をもつオシロイバナ系統のゲノム領域についてDOD遺伝子近傍配列を確認したが、トンランスポゾン様の配列は確認されなかった。そこで、オシロイバナ花弁から抽出したmRNAを用いたcDNAサブトラクション法によってドーパ合成に関わると思われる候補遺伝子を3種類単離した。オシロイバナの系統を維持するために、易変性花色株6系統と白色花2系統について挿し木によって増殖することで同じ個体を実験材料として確保することに成功した。まず、DOPA dioxygenase(DOD)遺伝子のゲノム領域を単離するために、DODコード領域を増幅するように設計したプライマーでPCRを行った。しかし、DNAの増幅が見られなかった。そこで、DODコード領域内を増幅するように複数のプライマーを作成し、ゲノムPCRを行ったところ、5'端から200bp下流についてはDNAの増幅が確認された。増幅されたDNA断片の配列を確認したところ、DODのコード領域のbpのところに603bpのイントロン配列が確認された。このプライマーを用いて易変花色株6ラインから抽出したゲノムDNAを鋳型としてPCRを行ったが、全て同じ長さのDNA断片が増幅されたことから、これらのラインではこの領域にはトランスポゾンの挿入が無いものと思われた。そこで、DOD遺伝子のプロモーター領域についてもトランスポゾンの挿入が無いかを確認するために、カセットPCR法を用いてプロモーター領域の単離を行った。その結果、長さの異なる6種類のプロモーター候補領域が単離された。これらの配列は、最も長いもので約900bpの長さであり、このDNA塩基配列の中に他の5種類の配列も含まれていたことから、1種類のDODプロモーター候補領域が獲得された。獲得した配列が、DOD遺伝子のプロモーター領域であることを確認するために、DODコード領域に設計したプライマーと候補プロモーター領域内に設計した3種類のプライマーを用いてPCRを行ったところ、予想される長さのDNA断片が増幅されたことから、獲得されたプロモーター領域がDOD遺伝子のプロモーター領域であることが確認された。昨年度までにオシロイバナからDOD遺伝子のopen reading frame領域を増幅するように設計したプライマーを用いてゲノムPCRにより増幅したDNA塩基配列解析を行ったところ、cDNAのfirst ATGから602 603 bp間に603bpのイントロン配列が確認されていたがそれより上流についてはイントロンの確認ができていなかった。そこで、プライマー配列とPCR条件を検討したところ、上流210-211 bpの間に3,974 bpの挿入配列が確認された。しかし、その配列内にはトランスポゾン様の配列は確認されなかった。また、その挿入配列の上流210 bpの配列はこれまでに獲得していたcDNAの対応する配列と11 bpの塩基置換が存在することが明らかとなった。そこで、これら2種類のDOD遺伝子を区別できるように設計したプライマーを用いて、ゲノムPCRとRT-PCRを行った。その結果、これまでに獲得していたDOD(DOD Aとする)はオシロイバナ花弁でのmRNAの蓄積が認められたのに対し、ゲノムPCRによって新たに獲得されたDOD(DOD Bとする)のmRNAは確認されなかった。ゲノムをテンプレートとしたPCRの結果、DOD Aでは約9 kbpの増幅産物が確認されたのに対し、DOD Bでは約4 kbpの増幅産物が確認された。このことからオシロイバナにはDOD遺伝子が2コピー存在し、そのうち片方(DOD A)のゲノムからのみ転写されている可能性が示唆された。また、チロシンハイドロキシラーゼ遺伝子を単離するためのもう一つのアプローチとしてオシロイバナの赤花弁と黄色花弁においてそれぞれの花の発達段階の初期と後期のものをサンプルとしてcDNAサブトラクション法を行った。2,688のサブトラクト済みクローンについてcDNA塩基配列を解析したところ、ヒドロキシラーゼ活性を有する酵素として報告されているファミリーに属するcDNA断片が3種類存在していることが確認された。また、それらについてRT-PCR法によって、花弁の発達段階におけるmRNAの蓄積を確認したところ、いずれにおいても発達段階後期において蓄積量が増大していることが判明した。
近３０年の台湾原住民族文学の発展と言語危機の中で作家達がみすえる民族の未来像研究

本研究は平成23年度から25年度までの3年間、科学研究費補助金基盤研究(C)の助成を受けた。研究代表者の下村作次郎および連携研究者の魚住悦子は、90年代より台湾原住民文学研究に従事し、この間20余年にわたって積みあげてきた研究蓄積、さらに台湾原住民文学の創造者である原住民族作家および研究者との交流を活かし、国際シンポジウムやワークショップの開催、著作・翻訳書の出版、学会発表、講演、論文発表等、大きな成果をあげることができた。本研究実施の当初より、平成24年度は4月に「台湾原住民族の音楽と文化」のテーマで国際シンポジウムを実施することを計画し、予定通り4月14日(土)と15日(日)に開催した。会場は天理大学および天理大学附属天理参考館である。連携研究者の魚住悦子氏、海外研究協力者の孫大川氏、鄧相揚氏はいずれも講演や研究報告を行った。また本シンポジウムでは、プユマ族の歌手、パイワン族の鼻笛の吹奏者を招き「台湾原住民族の音楽」演奏の場を設け、広く一般にも公開した。当日は文化人類学、民族音楽学、原住民族文学の専門家が多数参加し、総勢100名規模の国際シンポジウムとなった。なお、このシンポジウムによって得られた研究成果を『台湾原住民族の音楽と文化』(400頁)として本年度中の刊行を予定している。さらに、本研究代表者および魚住悦子氏は、2012年12月に、それぞれ孫大川(パァラバン・ダナパン)著『台湾エスニックマイノリティ文学論』、巴代(パタイ)著『タマラカウ物語』(上・下)を草風館より翻訳出版した。作者はいずれもプユマ族である。なお、代表者は、2012年12月17日、草風館と共に行政院原住民族委員会より一等原住民族専業奨章を外国人として初めて受賞した。本受賞は、これまでの本科学研究費助成によるところが大きく、本研究による大きな研究成果の一つとしてここに報告させていただいた。本研究は、30年を経た台湾原住民族文学の発展をまとめ、さらに急速に進む言語危機の中で次々と発表される長編小説では、作家たちが何を描き、民族の未来像をどのように見据えているのかを明らかにすることにあった。その研究課題を明らかにするために、初年度(2011年度)は、パタイやアオヴィニ・カドゥスガヌ、シャマン・ラポガンらの長編小説を読み、フィールドワークを通じて作品の舞台研究を進めた。その一方、権利促進運動が進む平埔族の研究として、台中を原郷とするパゼッヘの研究を進めた。その研究成果は『台湾平埔族、生活文化の記憶』(天理大学附属天理参考館、2012年)として刊行された。第二年目(2012年度)は、孫大川氏ら海外研究協力者と共に台湾原住民族の音楽と文化に関する国際シンポジウムを天理大学において開催し、約百人の参加をみた。さらに初年度より連携研究者・魚住悦子氏によって翻訳を進めてきた、プユマ族の作家パタイの『タマラカウ物語』(上下2巻、草風館、2012年)をその研究成果として上梓した。また研究代表者・下村作次郎は、孫大川氏(プユマ族)の『台湾エスニックマイノリティ文学論』(草風館、2012年)を編訳出版した。本書は原住民族の未来像を見据える研究の一環として着実な実績となった。最終年度にあたる2013年度は、明治学院大学で「台湾原住民族との交流会」と共にワークショップを開催し、パタイ氏とアオヴィニ・カドゥスガヌ氏、そしてパタイ氏の母親で、著名な巫女の林丁貴さんを招聘することができた。同時に天理大学においても中国文化研究会で「台湾原住民族作家はいかにして物語を書くか」と題する講演会を開催した。なお、今年度は、先述した台湾原住民族の音楽と文化に関する国際シンポジウムの研究成果を『台湾原住民族の音楽と文化』(草風館、2013年)として公にし、大きな研究実績を残すことができた。本研究は、ここ10数年にわたって継続して行ってきている台湾原住民族文学研究の体系化をはかり、世界先住民族文学の中に位置づけることを目的としている。平成23年度は、『台湾原住民文学選』全9巻(草風館、2002-09出版)の研究成果を踏まえ、作家たちが何を描き、民族の未来像をどのようにみすえていているのかを明らかにするために、近年陸続と発表される長編小説の作品世界の解明と文学評論の研究に努めている。平成23年9月は、長編作家アオヴィニ・カドゥスガヌとパタイの作品世界を歩く目的で平屏県の霧台郷や、台東県の卑南郷を訪ね、作家へのインタビューや作家の案内によるフィールドワークを行った。さらに『台湾原住民族文化文学評論集』の作者である孫大川氏と会い、台湾原住民文学の意義と問題性について意見交換を行った。

さらに10月14日から15日まで嘉義大学で開催された、「阿里山百年林業國際研討會」第七屆「嘉義研究」學術研討會では、「『義人呉鳳』の誕生地・諸羅県(嘉義)ー呉鳳物語の生成ー」について講演を行い、台湾原住民族文学の文学的背景について発表した。また、ここ数年、同じ台湾の先住少数民族である平埔族の研究として、台中のパゼッへや台南のシラヤについての研究に従事し、9月に海外研究協力者である鄧相揚氏の案内で、連携研究者の魚住悦子氏と共に台中、台南のフィールドワークを行った。平埔族の研究は台湾原住民族文学の研究の中から派生的に生まれてきたものであるが、近年は台湾においても多くの原住民族研究者のあいだで注視される研究分野となっている。代表者の下村は前述した鄧相揚氏や魚住悦子氏、さらに天理大学附属天理参考館の学芸員、吉田裕彦氏や早坂文吉氏と共編で、原住民族研究の一環として『台湾平埔族、生活文化の記憶』(天理大学出版部、平成24年1月)を出版した。本書は台湾で大きな評価を受けている。平成24年度は、「研究実績の概要」で既述したように、4月14日・15日に「台湾原住民族の音楽と文化」国際シンポジウムを開催して大きな研究成果を得た。講演は本研究の海外研究協力者、孫大川氏のものを含む2本、報告は同じく本研究の海外研究協力者、鄧相揚氏および連携研究者の魚住悦子氏のものを含む11本である。また、シンポジウムの初日に開催した「台湾原住民族音楽の演奏」では、パイワン族のサウニャウ・チュヴリュヴリュさんが双管の笛吹奏と鼻笛吹奏を披露し、プユマ族の呉花枝、孫優女、孫大山、林志興さんがプユマの歌謡、日本語の歌、バリワクスの創作歌曲を歌った。こうした研究活動を通じて、台湾原住民文学の原点には、口承文芸の他に、原住民族の生活規範ともなっている歌謡の存在を看過できないことが理解できるようになった。まさに歌謡こそが創作の原点であり、物語を生みだす創造/想像の源泉である。出版面では、代表者は孫大川氏の論文を翻訳して、『台湾エスニックマイノリティ文学論』(草風館)として出版した。魚住悦子氏は大正年間のプユマ族のタマラカウ村を描いた、巴代(パタイ)氏の長編小説を『タマラカウ物語』(草風館)上・下二巻本として翻訳出版した。その他、学会活動および講演関係では、代表者は日本台湾学生会議関西支部定例会で「台湾原住民文学、そして生活文化からの世界への発信」と題して講演を行った。さらに、台湾日本語教育学会創立20周年記念大会(12月1日、於台中・静宜大学)で、「フォルモサは僕らの夢だった」のテーマで講演を行い、台湾原住民文学の言語問題に触れた。また、日本社会文学会(11月10日、於熊本学園大学)では、タオ族のシャマン・ラポガン氏の報告「民族運動(反核廃棄物運動)と文学の創作」について、コメンテータ兼通訳として参加した。以上、平成24年度も当初の計画以上に充実した研究が進展した。初年度は、近年陸続と出版された長編小説に視点を当てて研究を進めてきた。研究対象は多数に上るが、特に日本での翻訳、出版と関連付けて研究してきたのは、パタイ著『笛鸛大巴六九部落之大正年間』(麦田出版、2007年8月)、同『斯羅人』(耶魯出版、2009年8月)、同『走過一個台籍原住民老兵的故事』(印刻出版、2010年6月)、同『馬鐵路:大巴六九部落之大正年間(下)』(耶魯出版、2010年8月)、そして、孫大川氏の台湾原住民族文学文化に関わる論文・評論の研究である。上記の研究については、テキスト研究や翻訳、さらには作家との連絡などを日常的に行い、9月にはフィールドワークに出て、作品舞台の理解や作品に表れた世界についての第一段階的な確認作業を行った。
腫瘍由来変異型pRBによるサイクリンD1の発現誘導と細胞癌化における意義

RBファミリータンパク質は、ポケット活性依存的にE2F転写活性を抑制し細胞周期の進行を阻止する。その増殖抑制は、サイクリン依存性キナーゼ(CDK)によるリン酸化で解除される。一方、pRBは自身の機能を不活化するサイクリンD1遺伝子の転写量を増加させることに加えて、機能的なRB遺伝子を持たない細胞ではサイクリンD1の発現量が低下していることが知られている。本研究では、RBファミリー従来の増殖抑制能とは異なる、細胞増殖亢進につながるRBファミリー依存的なサイクリンD1発現誘導機構の解明を目標とした。機能的なRB遺伝子を持たない細胞において、RBファミリーp107及びp130を異所性発現させることで、pRBと同様にサイクリンD1の発現量が増加することを見出した。さらに、RBファミリーによるサイクリンD1転写活性化に関与する転写因子の同定を試みたところ、NFκB依存的な転写を介して転写活性化が引き起こされていた。一方、pRBにおけるサイクリンD1発現誘導に関わる責任領域の同定を行ったところ、pRBのポケットAおよびB領域、またはC端領域それぞれが個別にサイクリンD1発現誘導能をもつことが明らかとなった。また、癌細胞由来のE2F結合能を失った変異型pRBによってもサイクリンD1の誘導が認められた。以上のことよりRBファミリーは、ポケット活性依存的な増殖抑制能とは区別されるサイクリンD1発現誘導活性を有しており、RB遺伝子ポケット領域の変異は増殖抑制活性の不活化に止まらず、細胞の異常増殖をさらに亢進させる可能性が示唆された。また、RBの機能が遺伝子欠失またはアミノ酸置換という異なる様式で不活性化された場合、その細胞の増殖抑制能に与える影響は大きく異なる可能性が示唆された。
量子環境物理学

本研究課題では,外界(環境系)との相互作用下にある注目量子系の物理を,これまで不問に付されてきた感のある環境系のダイナミクスや量子系のコヒーレンスやエンタングルメントといった量子論的特徴の振る舞いを通して解析し,いわゆる開いた量子系の理解を格段に進めることを目指した.特に,環境系の特徴付けと開いた量子系の動力学の解明を進めるとともに,量子情報分野や場の量子論といった関連分野への応用を様々な観点から遂行した.なかでも量子論に特徴的な測定操作がダイナミクスに及ぼす影響に関しては,従来考えられていた以上に決定的役割を果たし得ることが明らかになった.本研究課題では,外界(環境系)との相互作用下にある注目量子系の物理を,これまで不問に付されてきた感のある環境系のダイナミクスや量子系のコヒーレンスやエンタングルメントといった量子論的特徴の振る舞いを通して解析し,いわゆる開いた量子系の理解を格段に進めることを目指した.特に,環境系の特徴付けと開いた量子系の動力学の解明を進めるとともに,量子情報分野や場の量子論といった関連分野への応用を様々な観点から遂行した.なかでも量子論に特徴的な測定操作がダイナミクスに及ぼす影響に関しては,従来考えられていた以上に決定的役割を果たし得ることが明らかになった.本研究課題の目的は,外界(環境系)との相互作用下にある注目量子系の物理を,これまで不問に付されてきた感のある環境系のダイナミクスや量子系のコヒーレンスやエンタングルメントといった量子論的特徴の振る舞いを通して解析し,いわゆる開いた量子系の理解を格段に進めることにある.具体的には以下のような課題に取り組んだ.・環境系の特徴付けとマスター方程式の再吟味:非自明で最も簡単な模型と思わる位相相互作用型スピン(量子系)-ボソン(環境系)系を取り上げ,その全体系のダイナミクスを厳密に導出した.この結果からは量子系に対する縮約された力学だけでなく環境系に対する力学を導出することが可能であり,環境系としてふさわしい振る舞いが実際に再現されているのかどうかの検証が可能である.また,よく用いられるマルコフ近似のLindblad型マスター方程式と比較し,マスター方程式を導出する過程で用いた条件や仮定の有効性やその有効範囲,あるいは(非)マルコフ性といった概念の精緻化を環境ボソン系のダイナミクスも考慮に入れたうえで明らかにする.・有限媒質環境下での場の量子論と量子力学:有限の媒質中などの境界条件(あるいは漸近条件)のもとでは場の量子論で前提とされていた粒子描像が成り立たないことが起こり得る.このような状況のモデルハミルトニアンとしてトンネル現象で用いられるトンネルハミルトニアンを例にとり,境界条件あるいは漸近条件と粒子描像の再検討を,特に演算子の自己共役性という観点から行った.・散逸環境下での量子状態操作:リウヴィル超演算子のスペクトルの解明という観点から散逸ダイナミクスを明らかにするとともに,従来提案されていた量子状態操作の散逸環境下での有効性を吟味したほか,関連する話題に関して引き続き研究を進めた.本研究課題の目的は,外界(環境系)との相互作用下にある注目量子系の物理を,これまで不問に付されてきた感のある環境系のダイナミクスや量子系のコヒーレンスやエンタングルメントといった量子論的特徴の振る舞いを通して解析し,いわゆる開いた量子系の理解を深化させることにある.具体的には以下のような課題に取り組んだ.・環境系の特徴付けとマスター方程式の再吟味に向けて:非自明で最も簡単な模型と思わる位相相互作用型スピン(量子系)-ボソン(環境)系のダイナミクスを厳密に解くことによって,従来は見過ごされてきた感のある,環境系に対する力学の再吟味に善手している.マルコフ・非マルコフ性の特徴付けや環境系の緩和時間に関して興味深い結果が得られるものと期待している.また,回転波近似のもとでの準位間遷移型相互作用をする場合のダイナミクスを,全ハミルトニアンの固有値と固有状態を求めるという観点から試みた.基底状態(真空)と第一励起状態のスペクトラムは既知ではあるが,今回,それらの周有状態の完全性(の一部)を示すことに目途が立った.同様にしてより高い励起状態のスベクトルの解析が進行中である,・量子系の純粋度を測る新たな手法:量子コヒーレンスの有無の指標の一つとして用いられる純粋度は,系の状態を表す密度行列の2次の汎関数であって,1体の演算子の期待値として書くことができないため,何らかの物理量を測定してこの値を直接求めることは困難と考えられている.密度行列を予め再構築することなく純枠度を求める方法として従来提案されていた手法では,2重に用意された対象量子系に補助量子系を制御型ゲートを介して相互作用させることで純粋度が求まるとされていた.今回,(その実現が必ずしも容易ではない)制御型ゲートを用いずに純粋度を求める新たな方法を提案した、本研究課題では,外界(環境系)との相互作用下にある注目量子系の物理を,これまで不問に付されてきた感のある環境系のダイナミクスや量子系のコヒーレンスやエンタングルメントといった量子論的特徴の振る舞いを通して解析し,開いた量子系の理解を深化させることにある.今年度は以下のような課題に取り組んだ.

・位相相互作用型スピン(量子系)ーボソン(環境)系の厳密解から環境系に対する力学の再吟味に着手しており,マルコフ・非マルコフ性の特徴付けや環境系の緩和時間に関して興味深い結果が得られるものと期待している.また,回転波近似のもとでの準位間遷移型相互作用をする場合のダイナミクスを,全ハミルトニアンの固有値と固有状態を求めるという観点から試みた.基底状態(真空)と第一励起状態のスペクトラムは既知ではあるが,今回,それらの固有状態の完全性(の一部)を示した.・量子系は,純粋度やフォンノイマンエントロピーなど,1体の物理量の期待値として表現するのが難しい量で特徴付けられるが,これらの量を量子状態のトモグラフィーに依らず求めることは重要かつ非自明な課題である.昨年提案した純粋度を制御ゲートを用いることなく求める手法をさらに発展させ,今回,量子状態を表す密度行列の固有値を最も簡易な手続きのもとで求める手法を提案した.この手法では多重に用意した量子状態間の置換対称性が重要な役割を担っており,その実行可能性は量子系の次元の偶奇性によることを明らかにした.・量子系の断熱過程で現れる非可換位相が量子ゼノンダイナミクスを通して得られることを明らかにした.量子ゼノンダイナミクスは頻繁な測定の繰り返しの他,連続的で強い制御相互作用の印加等でも実現可能,というように実現に向けての自由度が高く,また実現時間の短縮も期待されている.・可解な2準位量子系のモデルを新たに提案し,様々な物理過程での応用を検討した.本研究課題の目的は,外界(環境系)との相互作用下にある注目量子系の物理を,これまで不問に付されてきた感のある環境系のダイナミクスや量子系のコヒーレンスやエンタングルメントといった量子論的特徴の振る舞いを通して解析し,いわゆる開いた量子系の理解を深化させることにある.具体的には以下のような課題に取り組んだ.・環境系の特徴付けとマスター方程式の再吟味に向けて:引き続き,非自明で最も簡単な模型と思わる位相相互作用型スピン(量子系)ーボソン(環境)系の厳密なダイナミクスから,環境系の力学を考察し,マルコフ・非マルコフ性の特徴付けや環境系の緩和時間に関して検討を進めている.また,回転波近似のもとで準位間遷移型相互作用をする場合のダイナミクスを,全ハミルトニアンの固有値と固有状態を求めるという観点から試みているが,特に励起状態のスペクトルとその固有状態の解析を進めた.・時間依存する量子2準位系のダイナミクスの厳密解:任意の時間依存性を持った量子2準位系のハミルトニアンとその時間発展演算子との厳密な関係式を求め,既知の厳密解との比較検討を行ってきた.・量子系を特徴づける物理量を測る新たな手法:量子コヒーレンスの有無の指標の一つとして用いられる「純粋度」を,量子状態再構築の手法に頼ることなく,また制御型ゲートも用いず,単にある局所的な演算子の測定によって求める方法を提案した.このような最も簡単と思われる測定の枠組みが実現可能かどうかは,実は対象系の次元に依存していることを明らかにした.さらに量子系を記述する密度行列の固有値を求める新たな枠組みの可能性を追究し,固有値を決める特性方程式(の各係数)がどのようにして実験から求めることができるかを明らかにした.またその実装可能性についても検討した.本研究課題の目的は,外界(環境系)との相互作用下にある注目量子系の物理を,これまで不問に付されてきた感のある環境系のダイナミクスや量子系のコヒーレンスやエンタングルメントといった量子論的特徴の振る舞いを通して解析し,いわゆる開いた量子系の理解を格段に進めることにある.本年度も昨年度までの課題の解決に取り組みつつ以下の成果を得た.