hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脳虚血障害後の運動療法による内皮幹細胞活性化の基礎的検討

次年度さらに60匹の骨髄キメラマウスを作製し、脳虚血モデルの作製および病理学的解析に取り組む予定である。また、過去に作製した長期生存骨髄キメラマウスの全身諸臓器を病理組織学的に詳細に再検討し、骨髄由来内皮幹細胞の動態について以下のことが判明した。1)脳血液脳関門に多数の骨髄由来内皮細胞がみられる。骨髄由来樹状細胞様細胞の存在も示唆される。2)心筋内毛細血管に多数の骨髄由来内皮細胞がみられる。2)腎臓毛細血管に多数の骨髄由来内皮細胞がみられる。4)全身諸臓器の動脈、静脈、リンパ管に骨髄由来内皮細胞がみられる。5)上行大動脈起始部と大動脈弁に骨髄由来内皮細胞がみられるものの、大動脈弓以下の大動脈に骨髄由来内皮細胞はみられない。6)大動脈に骨髄由来樹状突起細胞が多数みられる。骨髄由来内皮幹細胞動態と全身諸臓器の循環動態との密接な関連が示唆され、次年度は脳虚血モデルを完成させ、本研究を進める予定である。長期生存骨髄キメラマウスは順調に作製されており、全体の計画に大きな変更はない。次年度は、脳虚血モデルマウスとの比較検討を、形態学的、分子病理学的解析を中心に進める。次年度使用額が生じたのは、前年度に予定していた骨髄キメラマウスの作製が数的に及ばなかったことが主たる原因である。従って、次年度は、前年度に達成できなかった骨髄キメラマウスの作製を継続し脳虚血モデルマウスを作製する。さらにトレッドミル運動負荷を行い、形態学的、分子病理学的解析を開始する。形態学的、分子病理学的な本格的な解析を次年度に行うため、試薬購入費と人件費分の4万4千円余りを担保した。飼育費用、免疫組織化学用抗体の購入、研究補助の人件費などに使用する。マウスの購入費用、飼育費用、免疫組織化学用抗体の購入、研究補助の人件費などに使用する。
公共財としてのワクチン接種におけるpeer effectsの理論的・実証的研究

本研究では、予防ワクチンの接種は公共財的な性質を備えている事実から、接種行動を公共財の自発的供給の一種と考えて、ワクチン接種接種に対するpeer effects(同僚間相互効果)についての理論的・実証的分析を行った。最初に、ある市(匿名)のワクチン接種記録の個票データの利用して、集落内の隣人の接種率が個人の接種率にプラスの効果を与えるという実証結果を得た。さらに、調査会社を通じて予防接種状況に関するインターネット調査(全国調査,1000人分のデータを得た)を実施して、同居者の接種行動が他の家族メンバーの予防接種行動にpeer effectsを与えることも実証的に確認された。本研究では、予防ワクチンの接種行動について、経済学的見地から分析し、その対策の有用性について検討することを目的としている。予防ワクチンの接種は公共財的な性質を備えており、接種行動は公共財の自発的供給の一種と考えることができる。本研究ではワクチン接種に対する価格差以外の要因として、特にpeer effects(同僚間相互効果)に着目し理論的・実証的に分析を行っている。実証分析では、市区町村レベルのデータからの分析に加え、ある市(匿名)のワクチン接種記録の個票データの利用の準備を進めた。さらに、その個票データに加え、アンケート調査の準備も進めた。それら個票データとアンケート調査のデータを用いてワクチン接種行動におけるpeer effectsの識別においてより精度の高い分析を行うことが可能となる。今年度は主にデータの整備に多くの時間を割いたため、精緻な実証分析の結果はまだ出ていないが、次年度は整備を行ったデータをもとにより精度の高い実証分析を行う。実証分析では、ある市(匿名)のワクチン接種記録の個票データの利用の準備を進めた。現時点で得られている結果は、同じ集落内における本人以外の接種率が高いと、本人の接種率も高くなる。さらに、離婚や死別といった同居者がいなくなった場合、本人の接種率は低くなるという結果が得られている。これらは、peer effectsを示唆するものではあるが、より慎重な検討が必要であろう。次年度は個票データやアンケート調査のさらなる分析とともに、研究の総合的なまとめを行う。同時に、アンケート調査会社インテージに依頼して、全国から65才以上の人と同居している1585個の家計の抽出して、「あなたの健康と要望に関するアンケート」というアンケート調査を実施した。これは、65才以上の人の予防接種費用が安価であることに注目して、65才以上の人の接種行動が65才以下の人の接種行動にpeer effectsを与えるかどうかを調べた。peer effectsが確認できるのものもあるが、今の頃統計的な優位性が弱く、確定的な結論を導出するに至っていない。今後、確定的な結論を導出するためにさらに統計的な分析手法の精査を行う予定である。本研究では、予防ワクチンの接種行動について経済学的見地から分析し、その対策の有用性について検討することを目的とし分析を進めた。本研究ではワクチン接種に対する価格差以外の要因として、特にpeer effects(同僚間相互効果)に着目し理論的・実証的に分析を行った。さらに、その個票データに加えアンケート調査の準備も進めた。匿名のある市のデータでは住所の情報を利用し、本人を除いた集落内の接種率を作成し、集落内の本人以外の接種率(周りの接種率)が本人の接種率に影響があるかを分析した。分析結果は周りの接種率は本人の接種率にプラスに影響を与えるという結果になった。その他の変数に関しては、接種率は年齢とともに上昇するが接種率の上昇率は年齢とともに低下する。性別に関しては女性が男性より接種率が高いという結果になっている。また内生性への対処として離婚や死別を同居者の接種率の変化の外生的なショックと見なして操作変数法などを用いながら分析も行った。分析結果は離婚や死別による同居者の接種率の低下は本人の接種率を低下させるという結果になっている。これらの結果はワクチン接種に関してpeer effectsを示唆するものと解釈することも可能である。アンケート調査に関しては、2014年9月に調査会社を通じて予防接種状況に関するインターネット調査を実施し1000人からの回答を得た。実施したアンケート調査では、65歳でおこるインフルエンザワクチン費用に関する制度的な非連続を利用してpeer effectsがワクチン接種を因果の影響が分析できるように調査を設計し分析を行った。それらの結果をもとに学術誌への投稿の準備を進めている。

最初に、ある市(匿名)のワクチン接種記録の個票データの利用して、集落内の隣人の接種率が個人の接種率にプラスの効果を与えるという実証結果を得た。さらに、調査会社を通じて予防接種状況に関するインターネット調査(全国調査,1000人分のデータを得た)を実施して、同居者の接種行動が他の家族メンバーの予防接種行動にpeer effectsを与えることも実証的に確認された。これまでの研究計画の達成度であるが、本年度はある市(匿名)の予防接種状況に関する業務個票データを用いた分析とアンケート調査を用いた分析を行った。匿名のある市のデータでは住所の情報を利用し、本人を除いた集落内の接種率を作成し、集落内の本人以外の接種率(周りの接種率)が本人の接種率に影響があるかを分析した。分析結果は周りの接種率は本人の接種率にプラスに影響を与えるという結果になった。その他の変数に関しては、接種率は年齢とともに上昇するが、接種率の上昇率は年齢とともに低下する。また性別に関しては女性が男性より接種率が高いという結果になっている。また内生性への対処として、離婚や死別を同居者の接種率の変化の外生的なショックと見なして操作変数法などを用いながら分析も行った。分析の結果は離婚や死別による同居者の接種率の低下は本人の接種率を低下させるという結果になっている。これらの結果はワクチン接種に関してpeer effectsを示唆するものと解釈することが可能かもしれない。一方で、アンケート調査に関しては、2014年9月に調査会社を通じて予防接種状況に関するインターネット調査を実施し1000人からの回答を得た。実施したアンケート調査では、65歳でおこるインフルエンザワクチン費用に関する制度的な非連続を利用してpeer effectsがワクチン接種を因果の影響が分析できるように調査を設計した。調査結果に関しては現在分析中である。27年度が最終年度であるため、記入しない。公共経済学平成27年度は匿名の市のワクチン接種に関する個票データや独自のアンケート調査の実証分析を引き続き進めるとともに、最終年度として研究の総括を行う。これまでで得られている実証分析の結果はワクチン接種に関するpeer effectsを示唆するものではあるが、結果の解釈をより慎重に行う必要もある。例えば、内生性への対処として行った死別や離別による同居者の接種率の低下が本人の接種率の低下をもたらす結果がpeer effectsに該当するか慎重に検討する必要がある。さらに、匿名の市のデータを用いた分析では、集落内の医療機関の数や医療機関までの距離などはコントロールされていない。それら医療機関数などを含めると得られる結果も変わるかもしれない。さらに、本研究ではpeer effectsに注目しているが、ワクチン接種行動にはフリーライドも重要な要素である。Peer effectsに加えフリーライドの要因も考慮し分析を行うことも今後の研究の推進方策として必要なことである。
Kinectセンサーによる慢性呼吸器疾患患者に対する運動機能検査法の確立

平成30年度はKinectセンサーを用いた運動中の呼吸モニタリングシステムについて、慢性閉塞性肺疾患患者での測定が可能かどうかの検証を開始した。閉塞性障害の重症度I、II、IIIの各1例で呼気ガス分析との同時測定を行ったところ、重症度I、IIでは健常者とほぼ同様に嫌気性代謝閾値を判断することができた。重症度IIIでは換気量の変曲点の同定が難しかった。その後、Kinectセンサーを用いた測定システムに不具合が生じたため、現在修復作業を行い、近日中に測定を再開できる見込みとなった。Kinectセンサーに代わるRealSenseを用いたシステムの構築にも進展がみられた。健常者でのデータの検証を経て、12か月後にはKinectとほぼ同等のパフォーマンスのシステムとして使用開始できる見込みである。今年度は次年度にむけて、約40例のCOPD患者ならびに対照となりうる患者の臨床データの解析を行った。閉塞性障害の重症度に加え、6分間歩行距離とその際のSpO2低下、加速度計による身体活動性、肺拡散能、胸部CTにおけるLAA%,患者QOL(mMRC, CAT)を評価した。Kinectセンサーは既存の製品を応用した優れたシステムであるが生産中止により今後の量産は難しい。その点でRealSenseを用いたシステムの構築は重要である。いずれにしても、全く患者の負担がない方法で運動中の呼吸器疾患患者の呼吸運動を解析することができれば、運動耐容能の測定に加え、日常の運動機器として発展する可能性もある。COPDの運動制限因子に着目した場合には、気流閉塞以外に、6分間歩行距離とその際のSpO2低下、加速度計による身体活動性、肺拡散能、LAA%,患者QOLなどの関与について、明らかになるものと期待される。Kinectセンサーを用いたシステムの故障があった。また、RealSenseを用いた新たなシステムの構築のため時間を要した。Kinectセンサーのシステム故障は修復のめどが立っており、RealSenseのシステムも平成31年度中には稼働できる見通しである。今年度はKinectセンサーと呼気ガス分析の同時測定を健常者とCOPD患者で再開し、Kinectセンサーの有用性を確認する。その後、Kinectセンサー単独で、できるだけ多数の呼吸器疾患患者での運動中の呼吸運動解析を実施する。さらに、新たなRealSenseのシステムの検証と臨床応用を進めてゆく。平成29年度はKinectセンサーを用いた運動中の呼吸モニタリングシステムについて、ハード、ソフト両面からの改良を行い、健常者での漸増運動負荷試験中の嫌気性代謝閾値(anaerobic threshold: AT)について、推定可能であることが検証できた。健常者6名に対し、約160Wまで負荷を増加させる間、分時換気量の推移を呼気ガス分析とほぼ同様にモニタリングすることが可能であった。ATの誤差は概ね10W以内と良好であった。ATは運動処方の目安として重要である。また、運動中の1回換気量、呼吸数、分時換気量についても、これまで呼気ガス分析以外の方法では測定不可能であった。今年度の研究成果は、2018 International Conference for Leading and Young Computer Scientists、日本医工学治療学会第34回学術集会などで発表し、英文誌に論文発表した(Sports 2018, 6(1), 23)。一方で、Kinect v2センサーは製造が中止となったため、将来多数の機器を生産することは難しくなった。しかしながら、研究使用の範囲であれば、Kinect v2センサーの入手は問題ないため、本研究はKinect中心に継続してゆく。一方で、類似の3次元センサーであるXtion2, RealSenseなどについても、Kinect同様の測定が可能であるか否か、検証を開始した。測定機器の精度と再現性を確保するため、ハードディスクと解析ソフトの変更が必要であった。また、Kinect v2センサーに代わる3次元画像センサーの検討に時間を要した。しかしながら、機器の問題点については、平成29年度中にほぼ解決したため、平成30年度からは、慢性呼吸器疾患患者への応用を含め、研究のスピードを速めることができると考えている。一方で、Kinectと同様のセンサーについても検討を継続する予定である。

いずれにしても、全く患者の負担がない方法で運動中の呼吸器疾患患者の呼吸運動を解析することができれば、運動耐容能の測定に加え、日常の運動機器として発展する可能性もある。COPDの運動制限因子に着目した場合には、気流閉塞以外に、6分間歩行距離とその際のSpO2低下、加速度計による身体活動性、肺拡散能、LAA%,患者QOLなどの関与について、明らかになるものと期待される。Kinectセンサーを用いたシステムの故障があった。また、RealSenseを用いた新たなシステムの構築のため時間を要した。本研究はCOPDなどの慢性呼吸器疾患患者の運動耐容能の評価法として画期的なものとなる可能性がある。患者への身体的な負担が小さいことから、一定の精度と測定方法を確立し、なるべく多くの患者に協力を依頼してデータを集積し、臨床的な有用性を確立してゆく方針である。Kinectセンサーのシステム故障は修復のめどが立っており、RealSenseのシステムも平成31年度中には稼働できる見通しである。今年度はKinectセンサーと呼気ガス分析の同時測定を健常者とCOPD患者で再開し、Kinectセンサーの有用性を確認する。その後、Kinectセンサー単独で、できるだけ多数の呼吸器疾患患者での運動中の呼吸運動解析を実施する。さらに、新たなRealSenseのシステムの検証と臨床応用を進めてゆく。平成29年度は呼吸運動測定装置の改良にやや時間がかかったため、埼玉医科大学で使用する機器を作製するための材料を一部しか購入できなかった。平成30年度には、必要な部品とソフトが判明しているため、早い時期に機器の購入と検証を行い、呼吸器疾患患者での検討を開始できる見込みである。平成30年度にはKinectセンサーのシステムに不具合が生じ、同センサーで使用する機器の購入を一時見合わせていた。しかし、現在Kinectセンサーのシステムは回復したため、当初の予定通り、研究の進行が可能となった。今年度は平成30年度に購入予定であった機器も購入し、COPD患者での検討を中心として、機器の開発と有用性の検証を進めてゆく。RealSenseを用いた新たなシステムの開発と検証も併せて行ってゆく。
隕石中の有機物のその場観察

炭素質コンドライト中の有機物をその場観察することを目的として、実験をおこなった。隕石中にも含まれる多環芳香族炭化水素(PHA)は蛍光物質であり、蛍光顕微鏡によって隕石中での存在をその場観察することができる。カンラン石粉末(隕石模擬物質)に5種類の異なるPHA試薬を混ぜ、ナイフの刃で破断した面を蛍光顕微鏡で観察した。とくにフルオランテンは、隕石中と同レベルの濃度(約30ppm)でも、この方法により観察できることを確認した。次に、Murchison隕石の観察をおこなった。PAHの固定や組織との対応のためには隕石を樹脂埋めした方がよいが、蛍光をほとんど持たずまたPHAを溶解しない適切な樹脂を見い出すことはできなかった。従って、清掃したダイアモンドカッターを用いて隕石を切断し、その切断面を蛍光顕微鏡で観察した。数数100μmの大きさの蛍光物質がいくつか観察できたが、再現性がなく(長時間放置後再び観察すると位置や形態が変化する)、PAHを固定できなかったか、あるいは汚染物質を観察したものと思われる。PAHは一般的に揮発性が高く、容易に蒸発することが考えられる。PAHのひとつであるナフタレンの蒸発実験を熱天秤を用いておこなった。測定した蒸発速度は、その蒸気圧から予想される理想的な速度の約1万分の1と小さかったが、このような蒸発速度でさえも、地球に落下後隕石からPAHは容易に蒸発してしまうことが予想され、特別なシールド機構が必要であることがわかった。一方、炭酸塩鉱物に伴うPAHの発見などにより過去の生命活動が指摘されている火星隕石ALH84001について、その3次元構造を明かにするために、高分解能X線CT装置による観察をおこなった。これにより、クローマイトと斜長石ガラスが篭上構造を作っていることがわかったが、炭酸塩に対応する部分をCT像において確認することはできなかった。炭素質コンドライト中の有機物をその場観察することを目的として、いくつかの実験をおこなった。多環芳香族炭化水素(PAH)は蛍光物質であり、蛍光顕微鏡によって限石中での存在をその場観察することができる。5種類の異なるPAH試薬をカンラン石粉末に混合して隕石模擬物質をつくり、ナイフの刃で破断した面を蛍光顕微鏡を用いて観察した。用いたPAHのうちで、とくにフルオランテンについては、隕石中と同レベルの濃度(約30ppm)でも、この方法により観察できることを確認した。実際の隕石の観察では、PAHの固定や組織との対応を行ないやすくするため、隕石を樹脂埋めした方がよい。このため、実験に適する樹脂を探したが、蛍光をほとんど持たずまたPHAを溶解しないような、適切な樹脂を見い出すことはできなかった。実際の隕石の観察にはMurchison隕石を用いた。樹脂埋めをすることができなかったので、清掃したダイアモンドカッターを用いて切断し、その切断面を蛍光顕微鏡を用いて観察した。これにより、クローマイトと斜長石ガラスが篭状構造を作っていることがわかった。炭酸塩に対応すると考えられる部分もCT像において認められるが、薄片観察との対比をおこなっていない現時点では断言できない。炭酸塩鉱物は通常斜長石ガラスに伴って存在するので、炭酸塩鉱物も同様に篭状構造を作っているものと推測できる。
微分表示法による肝癌発癌に関与する癌関連遺伝子の検索

この研究は微分表示法(Differential Display)によって肝癌の発症に関与する癌関連遺伝子を検索することを主な目的としている。特に発癌との関連からB型肝炎ウイルス(HBV)の感染により発現に変化を引き起こす遺伝子に強い興味を持ち研究を行った。(1)培養細胞を用いた実験:HuH-7にHBVゲノムをトランスフェクションし、微分表示法でHBV遺伝子の発現の有無による変化を検討した。数回の実験の結果、再現性を持って検出されたバンドの出現と消失を観察した。それぞれ数個ずつクローニングし、塩基配列の決定を行ったが、HBV関連遺伝子の他は非特異的なバンドであると予想された。一過性のトランスフェクションにおいてもHBV遺伝子の発現を検出できたことから微分表示法の有用性が示唆された。X遺伝子の発癌への関与が強く示唆されていることから、HBVのX遺伝子のみを発現する細胞株(I)と、X遺伝子以外を発現する細胞株(II)を作成し、微分表示法での検討を試みた。(II)の細胞株の作成は成功したが、(I)の細胞株の作成には、いまだ成功せず現在も継続して実験を行っている。(I)の細胞株については、コロニーの生育が異常に遅く、途中で死滅することから、X遺伝子の発現による生育阻害作用が予想された。(2)肝癌組織を用いた実験:手術的に単離された肝癌組織と、その非癌部を用いて、微分表示法により検討を行った。肝癌組織由来のRNAの分解の程度の差異によるためか、なかなか再現性を持ったバンドの出現と消失が観察されなかったが、Rb類似タンパク質p130に相同性を持つ未知遺伝子や、その他数種の未知遺伝子に変化が観察されている(第31回日本肝臓学会総会発表予定)。今後さらにHBV、HCVの感染の有無に分類し、例数を重ね検討を行う予定である。
ネルンスト係数測定による強相関電子系の特異な電子状態の研究

前年度に引き続き、重い電子系超伝導体CeCu2Si2の超伝導対称性の研究を行った。CeCu2Si2の超伝導は反強磁性量子臨界点近傍で発現することから、スピン揺らぎを媒介とした対形成を行うと考えられており、長らく異方的d波超伝導体であると考えられてきた。しかし我々は最近、重いフェルミ面からの準粒子励起に敏感なプローブである比熱測定、軽いフェルミ面からの準粒子励起に敏感なプローブである熱伝導率測定と磁場侵入長測定(東大グループによる共同研究)を行った結果、これまでとは一転、いかなるフェルミ面においてもノードが存在しないフルギャップ超伝導であることを明らかにした。さらに同一試料における不純物効果の実験から、CeCu2Si2の超伝導はギャップ関数に符号反転のある超伝導体と比べて非常に強いことがわかった。以上より、我々はCeCu2Si2がフルギャップのs++波超伝導であることを明らかにした。このことは強いクーロン斥力にも関わらずオンサイトで対形成することを意味しており、これまでの非従来型超伝導に対する理解を覆す結果となった。また我々は、量子スピン液体Pr2Zr2O7の研究も行った。この系では局所容易磁化軸方向のスピン反転が分化して出来た磁気単極子励起、局所容易磁化軸に垂直な方向のスピンの量子揺らぎに起因する電気単極子励起に加え、それらを媒介するゲージ場の揺らぎであるemergent photon励起が発生すると理論的に提唱されている。しかしながら、後の2つの励起に関しては未だ実験的な研究結果は報告されていない。そこで我々はこの系の素励起を調べるため、低エネルギーの準粒子励起に敏感な熱伝導率測定を行った。その結果、熱伝導率の温度依存性が特徴的な振舞いを示す三つの温度領域があることがわかった。各温度領域での磁場依存性の結果も踏まえ、我々は上記三種類の準粒子励起を各々観測したと考える。28年度が最終年度であるため、記入しない。当該年度は、重い電子系超伝導体URu2Si2の超純良単結晶試料(RRR = 620, 1080)を用い、電子状態の変化に敏感な測定手法であるネルンスト係数測定を行った。その結果、超伝導転移温度(Tsc = 1.5 K)よりも3倍程度高い温度から、ネルンスト係数が急激に増大することがわかった。これは超伝導揺らぎによるものであると考えられる。また、この超伝導揺らぎに起因したネルンスト係数の増大は、試料の純良性が増すほど顕著に現れた。これは、超伝導体においてこれまで観測されてきた実験結果と定性的に異なる結果である。さらに、ペルチェ係数の大きさは、従来の超伝導体をよく説明する、ガウス型超伝導揺らぎの理論から予想される値の100万倍に達することもわかった。URu2Si2では時間反転対称性の破れたカイラルd波超伝導が実現していると考えられており、本研究で観測された異常なネルンスト効果は、このカイラル超伝導を基にした最近の理論によりうまく説明することができる。以上のことから、本研究の結果は、時間反転対称性の破れた超伝導に特有なBerry位相の揺らぎを観測したものであることが示唆される。また、本研究員は、量子スピンアイスYb2Ti2O7の熱伝導率測定も行った。その結果、スピン液体状態が実現する温度領域で、熱伝導率が非単調な磁場依存性を示した。この非単調な振る舞いは、高磁場領域はスピン-フォノン散乱の機構でよく説明できるが、ゼロ磁場近傍での熱伝導率の減少はこの機構では説明できず、磁気モノポール励起が原因であることがわかった。また、磁気モノポールのエネルギーギャップを見積もると1 K程度となり、古典モノポールの場合のエネルギーギャップ2Jzz = 4 Kと比べ、強く抑制されている。これは量子揺らぎの効果で、磁気モノポールがバンド分散を形成したことが原因であると示唆される。当該年度は、重い電子系超伝導体CeCu2Si2の熱伝導率測定を行った。CeCu2Si2の超伝導は反強磁性量子臨界点近傍で発現することから、スピン揺らぎを媒介として対形成を行うと考えられており、長らく異方的d波超伝導体であると考えられてきた。しかし、最近の比熱測定によりフルギャップであることが報告され、興味が持たれている。しかしながら、比熱測定は主に重いフェルミ面からの寄与を検出するため軽いフェルミ面の情報は得られておらず、実際はdxy波対称性などの可能性を残していることから、超伝導ギャップ構造の完全決定には至っていない。そこで本研究員は、軽いフェルミ面からの準粒子励起に敏感な熱伝導率測定と、不純物効果の実験を行い、CeCu2Si2はフルギャップS++波超伝導であることを明らかにした。このことは、強いクーロン斥力にも関わらずオンサイトで対形成することを意味しており、これまでの非従来型超伝導に対する理解を覆す結果となった。また本研究員は量子スピンアイスPr2Zr2O7の熱伝導率測定も行った。ゼロ磁場における熱伝導率の温度依存性を測定した結果、低温にするにつれて熱伝導率は減少し、まず1.6 K以下のスピン液体状態が実現する温度領域で温度依存性が変化した。これはモノポール励起によるものであると考えられる。

さらに低温にすると、200 mK以下で熱伝導率が再び上昇する異常な振舞いを観測した。そこで本研究員はモノポール以外の励起、つまりフォトン励起の可能性を議論するため、200 mK以下において熱伝導率の磁場依存性を測定した。その結果、ゼロ磁場付近の低磁場領域で一旦上昇し、その後ピークを持って減少する振舞いを観測した。これは、2-in-2-outの個数の磁場依存性と定性的に一致する。実際、フォトン励起は2-in-2-outを舞台とするため、本研究員はフォトン励起を観測した可能性がある。当該年度は重い電子系超伝導体CeCu2Si2の熱伝導率測定と、電子線照射試料における電気抵抗率測定を行うことで、CeCu2Si2はフルギャップS++波超伝導であることを明らかにした。このことは、強いクーロン斥力にも関わらずオンサイトでクーパー対を形成することを意味しており、これまでの非従来型超伝導に対する理解を覆す結果となった。また、量子スピンアイスPr2Zr2O7の熱伝導率測定から、フォトン励起を観測した可能性がある。現在、これらの結果を論文としてまとめ上げている。以上を踏まえると、研究はおおむね順調に進展していると言える。前年度に引き続き、重い電子系超伝導体CeCu2Si2の超伝導対称性の研究を行った。CeCu2Si2の超伝導は反強磁性量子臨界点近傍で発現することから、スピン揺らぎを媒介とした対形成を行うと考えられており、長らく異方的d波超伝導体であると考えられてきた。しかし我々は最近、重いフェルミ面からの準粒子励起に敏感なプローブである比熱測定、軽いフェルミ面からの準粒子励起に敏感なプローブである熱伝導率測定と磁場侵入長測定(東大グループによる共同研究)を行った結果、これまでとは一転、いかなるフェルミ面においてもノードが存在しないフルギャップ超伝導であることを明らかにした。さらに同一試料における不純物効果の実験から、CeCu2Si2の超伝導はギャップ関数に符号反転のある超伝導体と比べて非常に強いことがわかった。以上より、我々はCeCu2Si2がフルギャップのs++波超伝導であることを明らかにした。このことは強いクーロン斥力にも関わらずオンサイトで対形成することを意味しており、これまでの非従来型超伝導に対する理解を覆す結果となった。また我々は、量子スピン液体Pr2Zr2O7の研究も行った。この系では局所容易磁化軸方向のスピン反転が分化して出来た磁気単極子励起、局所容易磁化軸に垂直な方向のスピンの量子揺らぎに起因する電気単極子励起に加え、それらを媒介するゲージ場の揺らぎであるemergent photon励起が発生すると理論的に提唱されている。しかしながら、後の2つの励起に関しては未だ実験的な研究結果は報告されていない。そこで我々はこの系の素励起を調べるため、低エネルギーの準粒子励起に敏感な熱伝導率測定を行った。その結果、熱伝導率の温度依存性が特徴的な振舞いを示す三つの温度領域があることがわかった。各温度領域での磁場依存性の結果も踏まえ、我々は上記三種類の準粒子励起を各々観測したと考える。当該年度は、重い電子系超伝導体URu2Si2におけるネルンスト係数測定を行い、巨大なネルンスト係数を観測した。URu2Si2ではカイラルd波超伝導が実現していると考えられており、本研究の結果は、時間反転対称性の破れた超伝導に特有なBerry位相の揺らぎを観測したものであると示唆される。また、量子スピンアイスYb2Ti2O7の熱伝導率測定から、量子モノポールを観測した。
慢性閉塞性肺疾患患者の早期発見遅延要因の客観的検証

閉塞性換気障害の有病率は14.7%であった。閉塞群のGOLD病期分類はI、II期で82%を占めており、無症状期に呼吸機能検査を実施することにより早期の閉塞性換気障害が発見できた。瞬発的能力には差があるものの、持久的能力、日常生活に差がなかった。1年間の経過では、瞬発的能力の変化量は閉塞群が有意に低値であった。2年間の経過では、予測比肺活量以外全ての項目の変化量に有意差を認めなかった。呼吸器疾患未診断の地域在住高齢者408名に呼吸機能検査を実施した。一秒率が70%以上を正常群(348名)、70%未満(60名)を気道閉塞群に分類し、性別、年齢、身長、喫煙の有無にてマッチングし正常群60名、気道閉塞群60名の2群で比較した。測定項目は、Body Mass Index (BMI)、認知機能評価、呼吸機能検査、呼吸筋力評価、脊柱アライメント測定、肢体筋力評価(上肢筋力、下肢筋力、体幹筋力、足趾把持力)、骨格筋量測定、バランス評価(重心動揺評価、片足立位時間)歩行能力評価(最速歩行速度、10m障害物歩行時間、Timed Up and Go test(TUG)、6分間歩行テスト(6MWT))、主観的生活観評価および活動能力指標評価とした。結果、COPDの有病率は14.7%であり、気道閉塞群のGOLDによるCOPDの病期は、I期16名、II期33名、III期11名、IV期0名であった。呼吸器疾患未診断の地域在住高齢者に呼吸機能検査を実施することにより、I期、II期といった早期の段階の患者が発見できる可能性を確認した。健常群と気道閉塞群の比較で、持久的歩行能力である6MWTは両群に有意な差が認められず、VASによるQOLは全ての小項目で有意差が認められなかった。早期のCOPD患者は、日常生活において何ら異常を自覚しておらず、そのことがCOPDの早期発見を遅延させる要因となっているものと推測された。しかし、握力、MIP、MEP、最速歩行速度、10m障害物歩行時間といった瞬発的な運動能力を中心とした能力は既に有意に低下し始めていることが分かった。【目的】平成23年度研究の目的は、地域在住高齢者における呼吸器疾患未診断の閉塞性換気障害者の身体機能、身体能力、生活の質の1年間の変化を健常高齢者と比較しつつ分析するこど。また、その結果より慢性閉塞性肺疾患患者の早期発見が遅延する要因について言及すること。【方法】対象は、1年間縦断的に経時的変化を追跡できた地域在住高齢者214名であった。方法は、これら対象者の初年度の調査で1秒率が70%以上を正常群、70%未満を閉塞群とし1年間の経時的変化を追跡調査した。測定項目は、握力、膝伸展筋力、上体起こし回数、MIP、MEP、10m生涯歩行時間、TUG、最速歩行速度、6分間歩行距離、BASによるQOL質問表(健康感、満足感、生きがい、人間関係)、老研式活動指標とした。統計学的分析方法は、正常群、閉塞群の測定値の1年間の差の比較を、年齢を共変量とした共分散分析で分析した。また、正常群、および閉塞群の開始時と1年後の測定値の差の比較は、対応のあるt検定で分析した。統計学的有意水準は5%とした。【結果】正常群は196名(男性45名、女性151名、平均年齢72+/-6.6歳)、閉塞群18名(男性10名、女性8名、平均年齢77+/-7.5歳)であった。正常群、閉塞群の1年間の差の比較は、全ての測定項目で両群に有意差を認めなかった。また、正常群、閉塞群の開始時と1年後の比較は、全ての測定項目で有意差がなかった。【考察】潜在的閉塞性換気障害者の1年間の身体機能、身体能力、生活の質は健常高齢者と差がなく、経時的変化も、健常高齢者より有意に低下していくことがなかった。1年間という短期間では差の生じにくいことが慢性閉塞性肺疾患患者の早期発見を遅延させてしまう要因になっているものと考察される。平成22年度より、地域在住高齢者における呼吸器疾患未診断、閉塞性換気障害者(いわゆる「隠れCOPD患者」)の2年間の身体機能、身体能力、日常生活動作、生活の質の経過を健常高齢者と比較することにより縦断的に分析、検証した。分析対象は健常高齢者35名、閉塞性換気障害者6名であった。

分析方法は、年齢、性別を共変量とし、認知機能評価、呼吸機能検査、呼吸筋力評価、肢体筋力評価(上肢筋力、下肢筋力、体幹筋力、足趾把持力)、バランス評価(片足立位時間)、歩行能力評価(最速歩行速度、10m障害物歩行、Timed Up and Go test、6分間歩行テスト)、主観的生活観評価および活動能力指標評価を比較した。結果、2年間の変化において、健常高齢者と閉塞性換気障害者には一秒量の減少に有意差を認めなかった。また、予測比肺活量は閉塞群において、健常群より有意に減少していたが、呼吸筋力、肢体筋力、バランス能力、歩行能力、主観的生活観、活動能力には有意差を認めなかった。我々は、「隠れCOPD患者は健常高齢者と比較して、一秒量の減少が著明で、それに伴って身体機能、身体能力、日常生活動作、生活の質において差が生じてくるのでは」との仮説を立て、検証したが、2年間の縦断的経過では仮説を立証するには至らなかった。このような緩やかな経過がCOPD早期発見を遅延させる要因の一つとなっているものと推測する。また、全ての「隠れCOPD患者」が重症化するわけではなく、特異的な要因がCOPDの病態を進行させる可能性が示唆された。その他、本研究の成果として、COPD患者早期発見の取り組み過程における課題が浮き彫りとなった。呼吸機能検査で異常が認められたとしても医療機関に受診する対象の数が非常に少ないこと、それら対象の経過を把握するためにデータベースを作成する必要があることなどがわかった。1年間の経時的変化を順調に追跡できた。1年間という期間では閉塞性換気障害の有無が身体機能、身体能力、QOLに顕著に影響を与えることがなかったが、引き続き2年間の変化で経過を追っていきたい。24年度が最終年度であるため、記入しない。現時点では当初の予定通り順調に研究計画が進んでいる。これまで研究フィールドとして長年、活用してきた地域であるため、現場スタッフとの調整、地域住民との連携などもうまくいっている。1年間の経時的変化では有意な差が見られなかったが、引き続き、2年間の経時的変化でどのような経過が見られるのかを追跡していきたい。現時点では、研究遂行に大きな問題は認めない。
ドリアンの結実機構解明のための受粉・受精に関する研究

これまでの研究でドリアンの自家受粉後の結実率は他家受粉と比較して低いという結果からドリアンの自家不結実性が示されている。また、自家受粉であっても花柱内での花粉管伸長の阻害は発生しないという点からドリアンには後発型自家不和合性(Late-acting self-incompatibility)が存在すると考えられる。そこで今年度は自家受粉および他家受粉を行った後の子房部における胚珠の変化の観察を行った。受粉後の子房部を採取した後パラフィン切片を作製し、胚珠の形状、受精および胚発生を観察した。その結果、まず自家受粉、他家受粉に関わらず花粉管は珠孔部にまで到達していることが観察された。さらに受粉14日後では、他家受粉を行った果実では正常に発育している胚珠が多く観察されたのに対し、自家受粉を行った果実内の胚珠ではかなりの胚のうが崩壊していた。特に卵装置の珠孔部からの脱離と珠心と内種皮の変形という2つの特徴的な変化が観察され、このことがドリアンの自家不結実性を引き起こしている原因と考えられた。また、昨年度単離したSSRマーカーについて、タイにおいて採取した約80品種と野生種7種を用いて各SSRマーカーの有用性について調査した。単離された21種類のSSRマーカーの中から品種間で多型を示した6つのマーカーが選抜された。これらのマーカーを用いることによって約80品種のほとんどを識別できたが、幾つかの品種については同一の遺伝子型を示すものもあり異名同種であると考えられた。本年度は、実験計画に示した実験計画のうち、ドリアンの有効受粉期間の調査とSSRマーカーの開発を行った。まず、ドリアンの有効受粉期間について開花前から開花時(午後7時ごろ)、さらに開花後にかけて経時的に受粉を行ったところ、開花12時間後以降つまり開花翌朝以降になると、受粉を行っても極めて結実率が悪い結果となった。これはこれまでに調査されてきた他の温帯果樹等と比較しても非常に短いものであり、興味深いものであった。次に受粉試験によって明らかとなったドリアンの有効受粉期間を非常に短いものに制限している要因を柱頭、花柱、子房の3つの部分にそれぞれ焦点を当て調査した。その結果、まず子房部においては今回調査を行った期間内において、胚珠、卵細胞等に変化は見られなかった。次に柱頭部から花柱にかけては、開花24時間後に受粉したものであっても花粉は発芽していたが、柱頭内では花粉管の伸張が見られなかった。花柱内部での花粉管の伸張阻害が起こる時期と受粉試験により得られた結実率が低下する時期がよく一致していたので、ドリアンの有効受粉期間を制限する要因は、花柱の花粉管伸張の阻害もしくは花粉管伸張のサポートの低下であると考えられた。次にドリアンのSSRマーカーの開発を行った。`Mon Thong'より全DNAを抽出後、制限酵素による消化、アダプターの付与、さらにPCRを経てゲノム断片を増幅後、マグネットビーズを用いてSSRを含む断片を選抜した。選抜断片をサブクローニングし、断片の塩基配列をシークエンスした。得られた塩基配列よりSSR領域をPCRによって増幅するためのプライマーセットを設計し、現在有効なプライマーセットの選抜を進めている。
高次元超重力理論における超対称解の大域的構造と安定性の研究

高エネルギー素粒子現象および宇宙進化の研究は,我々の宇宙が超ミクロのスケールでは5次元以上の次元をもつことを強く示唆している.この可能性を確かめるために,高次元の重力理論に基づく宇宙およびブラックホールの振る舞い,性質を調べた.成果として,高次元の時空から4次元時空が動的に導かれる過程を記述する解の候補を見いだした.さらに,高次元Einstein理論におけるブラックホールの安定性を組織的に解明し,特に負の宇宙定数をもつ高次元時空で高速回転ブラックホールが不安定となることを見いだした.高次元超重力理論における超対称解の分類プログラムを具体化し,それにより得られた解の具体的表式を用いて解の表す時空の大域的構造を調べることにより,コンパクト化と超対称性の関係,宇宙モデルとなりうる超対称解の可能性, 4次元有効理論との関連,高次元ブラックホール解の分類を組織的に研究する.さらに,申請者がこれまでに開発した高次元時空におけるゲージ不変摂動論を拡張することにより,これらの解の安定性を調べる.これらを通して,高次元理論における様々な解の中で特別の解が宇宙進化により選ばれる可能性,超対称性と宇宙進化の関連および高次元ブラックホールの安定性について明らかにする.高エネルギー素粒子現象および宇宙進化の研究は,我々の宇宙が超ミクロのスケールでは5次元以上の次元をもつことを強く示唆している.この可能性を確かめるために,高次元の重力理論に基づく宇宙およびブラックホールの振る舞い,性質を調べた.成果として,高次元の時空から4次元時空が動的に導かれる過程を記述する解の候補を見いだした.さらに,高次元Einstein理論におけるブラックホールの安定性を組織的に解明し,特に負の宇宙定数をもつ高次元時空で高速回転ブラックホールが不安定となることを見いだした.本年度の研究成果は次の通りである.1) M理論における光的超対称解のコンパクト化:昨年度,M理論において光的Killingスピノールを含む16超対称をもつ解の一般的なクラスを求めた.この解のクラスでは計量が対角型となることを要請していたが,まず,この要請をはずしても依然として同じ超対称性をもつ解となることを示した.この解のクラスは9個以上の1変数任意関数を含むが,それらをうまく選ぶと,2つの漸近的に平坦な領域をもつ正則超対称解が得られる.この解のトーラスコンパクト化について調べ,コンパクト化に用いる離散群の生成ベクトルに4次元時空方向の成分をわずかに持たせると,一定サイズの6次元トーラスを内部空間としてもつ領域とコンパクト化のサイズが無限大となる11次元平坦領域の2つの領域を滑らかにつなぐ超対称解が構成できることを示した.さらに,この解を組み合わせることにより,内部空間サイズ一定のコンパクト化領域が光速で拡大してゆく動的な解を構成することも可能であることを指摘した.この成果は,Prog.Theor.Phys.誌に発表した.2)ブレインワールドブラックホールの摂動論的構成:バルク時空が4次元のブレインワールドモデルでは,加速運動をするブラックホールを表すC計量が3次元ブレイン上に中心を持ち4次元的に局在化したホライズンをもつ静的球対称ブラックホール解となることが知られている.このC計量の高次元への拡張を摂動論により研究し,バルク時空が5次元となるRandall-Sundrumモデルにおいて静的(4次元)球対称ブラックホール解を構成する問題を(ブラックホール質量が小さい極限で)ひも型重力源の質量密度に対する方程式に帰着した.3)高次元特殊回転ブラックホールの摂動安定性:宇宙項が負で角運動量が1成分のみをもつ高次元回転ブラックホール解のテンソル型摂動の振る舞いを調べ,角運動量が宇宙項の大きさから決まる上限値以下なら,このタイプの摂動は安定であることを示した.以上の2),3)については,さらに研究を継続中である.本年度は、高次元重力理論におけるブラックホール解および宇宙論的解に関して研究し次の成果を得た.1.ブレインワールドブラックホールの摂動論的研究:高次元統一理論から低エネルギーにおいて時空が4次元的に振舞う理論を得る方法として、ブレインワールドモデルがある.このモデルが現実の宇宙を記述する理論となるかどうかを判断する上で安定なブラックホール解を持つかどうかは重要な問題である.この問題に対するひとつの試みとして、高次元球対称ブラックホール解の加速解を、特異点がひも状であるという条件下で摂動論的に求めることを試みた.その結果、この加速解はひもの線密度に対応する1個の関数により表され、ブレインブラックホールを表すための条件はこの関数に対する積分方程式となることを示した.この成果については、現在論文を作成中である.2.単純回転高次元ブラックホールの安定性:漸近的に平坦な回転ブラックホール解の安定性は高次元ではほとんどわかっていないが、宇宙項が負の場合には不安定性が現れることが予想されている。この研究では、ゲージ不変摂動論を用いて、単純回転をしている高次元ブラックホールのテンソル型摂動が、角運動量が宇宙項から決まる臨界値より小さいときは安定であること、またこの臨界値を超える場合は不安定となる可能性が高いことを示した。この結果は、Prog.Theor.Phys.Suppl.に掲載が確定している.3.ヘテロ型超重力理論における高次補正とその宇宙論的解:現在、高次元統一理論においてモジュライ安定化を実現するコンパクト化として、フラッグズコンパクト化が注目を集めているが、その多くは低エネルギー現象論との対応が難しいII型の理論に関するものが多く、現象論酌に優れたヘテロ型での議論は十分行われていない.この原困の一つは、ヘテロ型ではアノーマリー相殺条件のために、フラックスが存在する場合一般に高次の弦理論的補正を考慮することが必要となることにある.

本研究では、この補正の効果を調べるため、補正を考慮した方程弐の解の安定性を調べている.この研究は現在進行中である.本年度の研究により得られた成果は次の通りである.1.高次元ブレーンワールドブラックホール解の摂動論的構成:4次元ブレーンワールドワールドモデルでのブラックホール解とのアナロジーから,"ひも"により加速される高次元ブラックホール解(の小質量極限)を球対称解の線形摂動として構成し,それがブレーンブラックホール解を与えるための条件をひもの張力分布に対する方程式として与えた.それを用いて,4次元ブレーンワールドモデルでは(小質量極限で)既知解以外に無限個のブラックホール解か存在すること,4次元と異なり5次元以上では,(もし存在するなら)ブレーンブラックホールを与えるひもは張力が一様でないという興味深い結果を得た.この成果はProg.Theor.Phys.誌に掲載された.2.高次元回転ブラックホールの安定性:7次元以上の時空における回転ブラックホール解において,角運動量が1成分の場合にテンソル型摂動か自由スカラ場の方程式と一致し変数分離可能である.このことを用いて,負の宇宙項がある場合について,回転ブラックホールの安定性を解析的手法と数値計算を用いて調べ,回転角運動量がある臨界値を超えると不安定となることを示し,そのメカニズムを明らかにした.この成果はPhys.Rev.D誌に掲載された.3.Repulsonの構成:U(N)対称性をもつ(2N+1)次元真空回転ブラックホール解の内部構造を調べ,質量が負の解から適当な周期的同一視により(局所)漸近平坦で因果律の破れを伴う正則ソリトン解を構成した.この結果は,Prog.Theor.Phys.誌に掲載予定である.本年度は,主に,高次元ブラックホールについて研究し,次の成果を得た.1.高次元回転ブラックホールの安定性:これまでに漸近的に平坦な非回転球対称ブラックホールについては高次元でも安定であることが示されていたが,回転ブラックホールについては5次元以上での不安定性が示唆されていた.そこで,漸近的に平坦な高次元回転ブラックホールのうちホライズンが球の位相をもちかつ回転角速度が1成分のみとなるもの(単純回転MPブラックホール)について,テンソル型摂動と呼ばれるタイプの摂動に対する安定性を数値計算により調べた.その結果,漸近的に反deSitter的なブラックホールと異なり,漸近的に平坦な回転ブラックホールは,(7次元以上で)テンソル型摂働に対して安定であることを数値的に調べた角運動量とモード量子数の範囲で確認した.後ほど他の研究者により,これらのブラックホールはスカラ型と呼ばれるタイプの摂動に対しては不安定であることが示されたので,我々の結果は不安定性のタイプを特定する役割を果たす.この成果は,Phys.Rev.D誌に発表された.2.高次元回転ブラックホールの蒸発における灰色因子の数値
微小球共振器を用いた3次元微細形状計測用マイクロプローブに関する研究

部品サイズが数mm以下の構造物形状を計測評価可能な超高精度座標測定器(CMM)のための表面検出プローブの開発が急務である。本研究では、微小球共振(WGM)を用いた新原理を提案している。プローブ開発の基礎的研究として、プリズムもしくはテーパファイバを用いてWGMを発生させる装置の構築を行った。また、WGMプローブによる表面検出の分解能を検証するための装置の構築を行った。本研究は、マイクロ形状を3次元で計測するための位置検出プローブの開発を目的としている。微小球共振器表面に発生するエバネッセント光を物体表面で散乱させることで、高分解能な位置検出を目指す。本年は、基礎研究として以下2点を実施した。始めに、微小球共振器へ光を入射させ、球内部でWhispering Gallery Mode (WGM)という光伝搬を起こす必要がある。その方法として、本研究では、近接場顕微鏡用光ファイバプローブの先端近傍に発生するエバネッセント光を介して微小球へ光を入射する方法を提案している。本手法の妥当性を評価するため、まず、微小球共振器でのWGMによって、微小球共振器表面でエバネッセント光が発生しているか測定する装置を構築した。先端を500nmに先鋭化きれたタングステンプローブでエバネッセント光を散乱させ、光電子増倍管での受光時にロックイン検出を導入することで、プリズム表面に発生させたエバネッセント光を高感度に検出することができた。次に、WGMは微小球共振器の直径に依存して、共振波長が変化する。つまり、逆に共振波長を測定することで、微小球の直径を測定することができる。これをマイクロプローブに当てはめると、プローブ球の直径を高精度に校正することが可能である。そこで、その基礎実験として、光ファイバのクラッド部を取り除いたテーパファイバを用いて、WGMを発生させ、微小球内でのWGMを確認した。分光器の分解能が十分ではなかったため、共振器の直径測定には至らなかったが、WGM発生時に見られる帯状の光が観測でき、WGMの発生は観測できた。次年度は、分光器に代わり、波長可変レーザで入射光の発振周波数を変化させ、WGMによる微小球直径方法の検討を実施する。微小球共振器表面に発生するエバネッセント光を物体表面で散乱させ、共振状態を変化させる。その変化を観察することで、高分解能な位置検出を目指す。プローブとして十分なSN比を確保するためには、高効率に光を球に入射させる必要がある。そこで、テーパファイバを用いた高効率の光結合の理論的かつ実験的な検討を行った。WGMおよび光ファイバの電場はマクスウェルの方程式から各々の境界条件を適用することで求める。それらの電磁場から、光結合理論を用いて結合の効率を計算した。興味深いことに、光ファイバと球は接触せずに、球表面から半波長ほど離れた箇所にファイバを設置することで最も効率よく光結合できることがわかった。また、これを実験的に再現するため、テーパファイバを用いたWGMを発生の光学系を構築した。直径100μmのガラス球に直径2μmの光ファイバを用いて、10%程度の結合効率が得られた。しかし、理論的には90%程度の効率が達成できるはずであるため、光ファイバの状態や光の偏光状態等を今後注意深く検討していく必要がある。
植物細胞壁構造を多義的に利用するカーボン材料設計

木材は数μm径の細管から成る細胞構造を持つ。反応場をマイクロサイズにすると反応系そのものに本質的な影響を与え、マクロで実現しない反応が効率的に展開されることが知られている。本研究では、木炭ブロックを2500°Cで処理してもとの細胞組織構造に由来しない、固相炭素構造「円錐黒鉛ウイスカ」を担持させ、木炭ブロックをそのまま電極としてウイスカに通電させることで電気酸化によりウイスカの旋回状に堆積した炭素六角網平面間に硫酸をインターカレーションさせた。これにより強く結合し合ったウイスカのエッジ部を外すことに成功し、電子応答性モバイル材料・電池・断熱・緩衝材など工業原料・資材への応用展開の可能性が拓かれた。植物細胞は、マイクロサイズ・ナノサイズの多段階層構造を持ち、それ自体がいずれも高度な構造である。マイクロサイズの反応場では、拡散や流動などに試験管スケールと違う機構が働き、化学反応そのものに本質的な影響を与えて、試験管スケールで実現しない反応が効率よく展開されることがある。植物の細胞構造がまさに数μm径の細管から成り、しかも不融化処理しないでも高温で形状を保つ。細胞がマイクロ反応場として機能することを示唆する事象が観察されており、解明できれば細胞から熱分解ガス反応場とした、新しい機能材料の創製方法の提案となる可能性がある。一方、反応容器としての細胞壁自体は高度なナノ複合体であり、構成成分の熱分解様式の違いが、細胞壁自体を特徴ある表面構造を持った機能性カーボンとなっている可能性がある。多段階に細胞構造を利用する、上記2つのテーマを中心に進め、それぞれ次の成果を得た。1細胞内腔で生成する高規則性炭素フィラメントのうち、炭化ケイ素結晶の晶癖を作用させて得られる円すい炭素に関して明らかにした。このフィラメントは木質細胞内腔で安定に再現性よく製造できる。このフィラメントの構造・特性を明らかにした。透過電子顕微鏡で観察される周期的反射から、炭素六角網平面から成る円錐が途切れることなくラセン状に連なった「旋回円すい」であることを明らかにした。これまでにこのフィラメントが環境応答して形状変化するインテリジェントカーボンに加工できることを見出しておりが、この現象を説明する一つの知見としても、また植物細胞が機能する炭素化機構を明らかにする上でも重要な知見と考えられる。2細胞壁:低温域での炭化形成について試料内部温度変化を詳細に調べることにより、細胞壁成分の選択的熱分解によって比表面積が増大したことを示唆する結果が得られ、機能性表面を持つ炭素材料の創製の可能性が示された。植物は数μm径の細管から成る細胞構造を持つ。反応場をマイクロサイズにすると、化学反応そのものに本質的な影響を与え、マクロで実現しない反応でも効率よく展開されることが知られている。本研究では、植物のセル構造を微小反応装置として機能させることで、木材自身が熱分解して放出する微量なガスを原料とした気相成長により、新奇なカーボン材料を創製する。さらに、炭化後も保持される木材由来の細胞構造を活用して機能材料化に用い、これらの材料創製をとおして、植物細胞構造のマイクロシステムとしての機構を明らかにするとともに、従来の化石資源由来の炭素材料と異なる、植物の構造的特徴を活かした製造法と応利用とを探ることを目的としている。今年度は次の2つのテーマを中心として研究を進め、それぞれ成果を得た。1種々の気相成長炭素の創製とその効率化:低温での形成と収率の増大について検討した。細胞形態・化学成分組成から非常に興味深い対照であるサトウヤシ葉鞘をターゲットとした。Myrtha Karina博士(インドネシア科学院LIPI、物理研究所研究員)の協力を得、サトウヤシ葉鞘について、熱分解から炭化の中間温度域に比表面積が増大する条件を見出し、その炭化形成を詳細にした。2気相成長炭素物質の機能材料化のための加工:生成物のうち円錐スタック炭素に関しては、表面の炭素六角網平面のエッジ部が、活性の高さゆえ互いに結合して不活性化している。硫酸インターカレーションで、閉じたエッジ部を露出させ活性化させ、更に規則的に堆積した円錐状炭素六角網平面をグラフェン様に剥離し薄層化(膨張化)することに成功した。膨張化した炭素六角網平面は、電池、断熱材、緩衝材などの工業原料・資材へ幅広く応用され得る。更に、知りうる限り炭素材料では初めて、この膨張化炭素が熱応答で可逆的に形状を変えるインテリジェント材料となりえることを見出した。