hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
異なる時空間スケールを有する複合水理現象の合理的な数値解析法の開発

1水撃解析で定常流、低周波非定常流、高周波非定常流(水撃)を統一的に数値解析しうる手法の開発の理論的基礎、すなわち、波動特性に適合する適切な格子を設定するために誤差特性を理論的、数値実験からさらに明らかにした。時間補間特性直線法の理論的補間誤差(数値振幅減衰)は、安定性解析から導かれるが、この理論式の詳細な検証を行った。特に、内点格子の存在しない境界のみの計算例でも、理論式の適合性が極めて良好であることを見いだした。安定性解析では、境界の影響が排除されているので、一見矛盾する結果について理論的な解明を行った。単一管路システムでの弁閉鎖問題を対象として、摩擦抵抗項のない特性差分方程式の理論解を求め、境界条件の効果を導いた。その結果、数値振幅減衰率の理論解、特性差分方程式の理論解ともに、境界での入力される波動とシステム固有振動の最低周波モードの相互作用として、統一的に解明できた。これより、誤差を補間誤差理論式と離散化誤差の半経験式で評価し、所要の精度の数値解を求める見通しを得た。2断面内河床の一部に植生のある開水路流れにおける1次流れと断面2次流のモデル化し、高次効果をエネルギー補正係数、渦動粘性係数で評価し、断面平均化1次元流れ解析を開発する.(1)レイノルズ方程式を疑似等流の仮定の下で水深方向に積分し、この流れに適用出来る運動方程式を求めた。(2)植生群が流れに作用する抗力は、円柱に働くく抗力の表示式をもとに、植生密度を考慮した表示法を用いた。(3)横断方向の渦動粘性係数εは、乱れが平衡状態であるとの仮定の基に、定式化した。このとき、植生外領域と植生内領域に区別して与えた。(4)以上の定式化のもとで、まず、横断方向流速分布を求めるアルゴリズムを明らかにした。(5)さらに、この計算結果ら、逐次水面追跡法で水深変化を推定するときに必要なエネルギー補正係数とエネルギー勾配が求まることを示し、水深計算の方法を明らかにした。(6)以上の計算から得られる流速分布や各点の水深変化の性状は、実験から得られたそれをほば裏付けるものであった。河川での近自然工法、農業用水路での親水水路など、河岸や水路岸に沿って植生群を繁茂させたり,粗石群を設け、水質浄化、生物棲息の場、親水に配慮することが、今後の利水・治水に緊要である.植生に相当する杭群の抵抗を評価した開水路の横断方向流速分布を用いて,任意の検査断面におけるエネルギ補正係数,同時に算定されるエネルギ勾配を評価,一次元不等流計算法から流れ方向の水深変化を推定する方法を複断面水路に拡張できた。複断面水路(低水敷、高水敷)の流れを領域に分割し、それぞれの領域に亘って平均された流速を指標にした解析法(領域分割法)に適用可能な支配方程式を導き、解析法の問題点を改良しつつ、新たな水理計算法を理論的、数値的、実験的に検討し、提案した.水撃モデルにより緩やかな非定常流(低周波)、水撃現象(高周波)、定常流の統一的な解析を可能にする手法を開発する.基本的考え方は、非定常流を波動現象として捉え、急変非定常流(水撃現象)、緩やかな非定常流に対して、精粗の格子を用意する.精粗の度合いをパイプラインシステムの特性、非定常流の性質、数値解析法に固有の誤差、所要精度から決める.パイプラインの流れ解析で良く使用される時間補間特性直線法(水撃解析)を対象に、時間補間を用いた場合の補間誤差の理論式と離散化誤差の半理論式を理論的、数値実験的に明らかにした。解析の対象とする波動の時空間スケールと所要精度を与えて、両誤差の許容限界値を満足する時間格子幅および最適な格子設計法を考案,時間補間混合法を新たに定式化した.パイプラインでの数値解析からその有効性を検証し,高周波,低周波とも解析精度に応じた効率的な解析が実行可能となることを実証した.
現代デザインの用語使用をめぐる社会的考察

5月20日に九州産業大学で開かれたデザイン関連学会シンポジウム「人工知能×デザイン」において「人間の脳・機械の脳・環境の脳」と題する発表をおこなった。環境の概念をここでは関係の総体ととらえて、神経回路になぞらえて、人工知能の時代におけるデザイナーの役割について論じた。報告書として3月31日に雑誌『a+a美学研究』において特集「デザイン新潮流」を組んだ。現代のデザインの動向について、8本の論文・用語解説・3本のエッセイを所収している。高安はこのなかで論文2本「無装飾から超装飾へ」「人間の脳・機械の脳・環境の脳」および用語解説「社会デザイン」「批判デザイン」「思弁デザイン」「食のデザイン」を公表した。現在、デザインの語のもとで多様な実践が繰り広げられているが、本研究の考察をとおして、デザインの歴史において主流をなしてきた商業デザインにたいして、対抗デザインというべき潮流に着目して、現代の状況をとらえる視点を得た。対抗デザインには二つの系列がある。一方は、社会デザインの系列であり、社会において人々が直面する問題の解決を目指すのにたいして、他方は、批判デザインの系列であり、直面する問題の解決をいったん保留して、問題にたいする人々の関心をかきたて、公共の議論をうながそうとする。今日の科学技術に導かれたデザイン理解にたいして、社会実践の関心から二つの対抗軸に着目することで、新しいデザイン史記述の展望もひらかれた。2016年10月26日から28日まで台湾の国立台湾科技大学で開催されたデザイン史デザイン学国際会議ICDHSにおいて『The double Meaning of Modern Architecture』のタイトルのもと日本の「近代建築」の理解の変化について考察をおこなった。この論文では、概念史研究の一環として、日本近代建築研究における「近代建築」の語の意味の移り変わりに注目した。3月1日から3月3日まではドイツのウルムにあるウルム造形大学資料室において近代デザイン教育にかかわる調査をおこなった。この作業をとおしてデザイン用語の変遷とともにデザイン理解の変遷をたどることができた。2016年度にはまた雑誌『a+a美学研究』11号(特集「デザインへの視点」)の編集にあたった。3月31日発行のこの雑誌はデザイン思想の変化をとらえる論考を多く所収している。第1章「近代工芸運動」第2章「デザインの言葉たち」第3章「デザイン教育史」第4章「デザインミュージアム」第5章「デザインの東西交流」という構成となっておりデザイン史への多角的な「視点」を提示している。高安はこの論集において「ウルム造形大学における脱バウハウス思想」を寄稿した。この論文はなにより芸術に重きをおくデザイン教育から学問に重きをおくデザイン教育への力点の変化を明らかにしておりウルムでの調査の成果を取り込んでいる。雑誌『形象』2号に所収の論文「形象としての具体詩」ではタイポグラフィにもつうじる視覚詩のありかたを解明した。大阪大学に赴任したばかりで資料などの面において新たな研究を遂行しにくかった。2017年6月10日にデザインクリエティブセンター神戸で開催された藝術関連学会シンポジウム「21世紀いま新たに装飾について考える」でパネリストとして「無装飾から超装飾へ」と題する発表をおこなった。9月1日と2日に津田塾大学で行われたアジアデザイン史学国際会議ACDHTにおいてCriticism of the Bauhaus Concept in the Ulm School of Designと題する発表を行った。予稿集において同名の論文を公表している。さらにまたこの関連の内容について論文「マックス・ビルとバウハウス」(『待兼山論叢芸術編』51号)を公表した。9月30日京都工芸繊維大学で開かれたデザイン関連学会連携シンポジウム「バウハウスとデザイン思想」では討議の司会進行をつとめ、報告をホームページおよび学会誌に掲載した。11月5日から3日間、大阪大学中之島センターにて懐徳堂秋季講座「デザインにおける日本的なもの」と題する連続講座を企画した。自身は「簡素さの美はいかに発見されたのか」という講演を行った。2018年1月20日には嗜好品文化研究会(京都ホテルオークラ)にて「嗜好品のデザイン:過去/現在/未来」と題する発表を行った。2018年1月29日には大阪大学豊中キャンパスにて研究会Creative (Mis)Communicationを企画して、自身はLearning from Typographic Art: Poetry and Communicationと題する発表を行った。2月23日には形象論研究会公開シンポジウム(京都工芸繊維大学)にて「文字の星座:具体詩の意味について」と題する発表を行った。講演や研究発表の機会を多く得ることができた。

現在、デザインの語のもとで多様な実践が繰り広げられているが、本研究の考察をとおして、デザインの歴史において主流をなしてきた商業デザインにたいして、対抗デザインというべき潮流に着目して、現代の状況をとらえる視点を得た。対抗デザインには二つの系列がある。一方は、社会デザインの系列であり、社会において人々が直面する問題の解決を目指すのにたいして、他方は、批判デザインの系列であり、直面する問題の解決をいったん保留して、問題にたいする人々の関心をかきたて、公共の議論をうながそうとする。今日の科学技術に導かれたデザイン理解にたいして、社会実践の関心から二つの対抗軸に着目することで、新しいデザイン史記述の展望もひらかれた。現代デザインの傾向をとらえるには、歴史的な経緯をよく知る必要があり、昨年度からすでに着手しているが、第二次大戦後のデザインの国際情勢をとらえるような仕事も進めてゆきたい。現在、大阪大学美学研究室発行の雑誌『a+a美学研究』13号において特集「デザイン新潮流」を組む計画を立てている。3年間の研究成果のまとめとしての自身の論稿を掲載するとともに、他の研究者にも寄稿を依頼しているところである。さらにまた、一般の利用も考えて、キーワード集もつける予定である。研究の最初の段階において予想したよりも支出が少なかったため。最終年度は、報告書の作成およびバルセロナでの研究報告と出費が多いことが予想されるので、これらに使用される。成果報告のための論集の発行。
DNA中メチル化変異を検出する光機能性人工核酸の開発

申請者は、DNA中メチル化シトシンの簡便検出法の開発を目的として、光反応を用いたメチル化シトシン選択的な鎖切断システムの構築を試みている。これまでに、ナフトキノン誘導体を光増感剤として使用すると、DNA中のメチル化シトシン部が酸化されることを見出し、当該部分で選択的な鎖切断が起こることを明らかにしている。本研究において、反応の詳細を調べたところ、メチル化シトシン塩基の光酸化に伴い、ホルミルシトシン誘導体が生成していることがわかった。続いて、反応メカニズムを考察したところ、一電子酸化反応に続く脱プロトン化とメチルラジカル生成が本酸化反応には関与していることが示唆された。分子生物学の研究の進展に伴って、DNA中シトシン塩基のメチル化変異が注目を集めている。このDNAのメチル化は、遺伝子発現のオン・オフを制御し、疾患と密接に関わることから、遺伝子中のメチル化シトシンを検出することは、臨床的に、また分子生物学的に重要である。今年度は、まず、従来までに確立した光酸化反応を用いたメチルシトシン部選択的なDNA切断反応の詳細な検討と切断効率の向上に取り組んだ。光増感剤ナフトキノンを導入したDNAを合成し、各種pHにおける光反応を検討した。その結果、弱酸性条件下で光照射を行なうと非常に効率よく、DNA上メチルシトシン部での酸化反応が進行し、効果的な切断に結びつくことを見出した。また、がん抑制遺伝子p53の部分配列を用いてシステムを検証したところ、従来の方法よりもメチル化シトシン部での切断効率が向上することがわかった。次に、本光反応の反応メカニズムの詳細を調べた。分光学的手法による反応解析を行なったところ、pH4.5以下の酸性条件ではメチルシトシン塩基はプロトン化され、酸化されにくくなることがわかった。一方、反応生成物の解析を行なったところ、H5.0-8.0の範囲では、反応中間体のプロトン化・脱プロトン化が最終生成物の形成に大きな影響を与え、pH5付近で最も効率よく反応が進行することが分かった。今年度、反応の詳細を調べたところ、メチル化シトシン塩基の光酸化に伴い、ホルミルシトシン誘導体が生成していることがわかった。これら反応メカニズムを検証するため、以下の実験を行った。種々のpH条件で反応を行い、反応速度を算出した。その結果、pH5.5の際の反応速度は1.55×10-9Ms-1となり、弱酸性条件でもっとも反応効率が高いことがわかった。また、脱プロトン化が構造上不可能なジメチルシトシンを合成し、同じく光酸化反応を行ったところ、酸化反応は著しく効率が低下した。これらのことから、脱プロトン化反応が重要な鍵反応であることが示唆された。次に、メチルラジカルを別途生成する前駆体(allyl radical precursor)として、5位にPhSe基をもつメチルシトシン誘導体(PhSe-C)を合成した。PhSe-Cに光照射(ラジカル生成反応)を行い、ホルミルシトシン形成を期待したが、反応は複雑となった。残念ながら、光酸化反応におけるラジカル生成は確認できなかった。
単一微生物のインピーダンスセンシング

本研究では,閉じられた流体バイオチップ環境下において,単一の微生物に対してマイクロツールを用いて機械的な刺激を加え,その時の微生物の挙動を計測することを達成した.具体的には,単細胞性の藻類である珪藻を対象とし,チップ内において磁気で非接触駆動可能なマイクロツールに力計測機構を搭載し,このツールで珪藻を押しつけることで,その時の印加力に対する挙動の因果関係を定量的に評価することに初めて成功した.本研究では,閉じられた流体バイオチップ環境下において,単一の微生物に対してマイクロツールを用いて機械的な刺激を加え,その時の微生物の挙動を計測することを達成した.具体的には,単細胞性の藻類である珪藻を対象とし,チップ内において磁気で非接触駆動可能なマイクロツールに力計測機構を搭載し,このツールで珪藻を押しつけることで,その時の印加力に対する挙動の因果関係を定量的に評価することに初めて成功した.本研究では,オンチップで単一微生物に対してマイクロツールを用いて機械的・電気的刺激を加え,その時の微生物の挙動を計測することで電気的・機械的インピーダンス特性を測定することを目的としている.具体的には,単細胞性の藻類である珪藻を対象とし,バイオチップ内において磁気で非接触に駆動可能なマイクロツールを用いて珪藻を押しつけることで,その時の印加力に対する挙動の因果関係を定量的に評価すること目指す.本年度は以下の3点について研究を行った.1.オンチップツール作製:マイクロツールの先端に力計測機構を新たに配置するため,構造モデルを用いた解析を行い,設計パラメータの最適域を求めた.また,その結果に基づいてフォトリソグラフィを用いて,ポリマー(SU-8)を用いて分解能100μNを有する力計測機能付きマイクロツール開発に成功した.さらに,このツールを内包するバイオチップについても作製した.2.計測制御システム構築:従来,マイクロツールは永久磁石を手動操作で動かすことで駆動していたためツールの精密位置決めは難しかった.そこでコンピュータによって,先端にネオジム磁石を取り付けたリニアステージを動作させてマイクロツールを非接触駆動し,1μmオーダーで精密位置決めを行うシステムを新たに開発した.3.珪藻への応用:力計測を行うために事前に力をキャリブレーションするための実験を行い,発生力の評価を行った.また,最終的に実際に珪藻を押し付ける実験を行い,マイクロツールで珪藻の押しつけに成功するとともに,印加力の履歴を世界で初めてオンチップ計測することに成功した.本研究では,オンチップで単一微生物に対してマイクロツールを用いて機械的・電気的刺激を加え,その時の微生物の挙動を計測することで電気的・機械的インピーダンス特性を測定することを目的としている.具体的には,単細胞性の藻類である珪藻を対象とし,バイオチップ内において磁気で非接触に駆動可能なマイクロツールを用いて珪藻を押しつけることで,その時の印加力に対する挙動の因果関係を定量的に評価すること目指す.本年度は以下の3点について研究を行った.1.オンチップツールの改良:従来の力計測機構はポリマーで作製していたため,分解能が分解能100μNであった.そこで,新たにSiとNiのハイブリッド構造のマイクロツールを作製することで,力計測の分解能を10倍程度向上させることに成功した.また,マイクロチップにツールをダメージレスでアセンブリする方法を新たに提案し,従来は可動範囲が限定されていたツールをマイクロ流体チップ内で自由に動き回れるようにすることに成功した.2.刺激応答計測:連結された珪藻から単一の細胞を切り離すことに成功し,単一の細胞に力を加えることで,押しつけ力の差によって凝集反応が異なることを評価することに成功した.また,印加力のパターンを様々に変更することでその時の刺激応答の変化についても考察を行うような,従来難しかったオンチップでの力学特性計測を達せえいすることができた.今後は,計測する個体数を増やす点,得らえたデータから実際に高精度なインピーダンスパラメータを算出する試みを行う予定である.
ガリウムを挿入ホストとするリチウムおよびカルシウムの同位体分離

本年度は液体ガリウムへのリチウム挿入を検討した。その結果、固体ガリウムの場合とは様相がたいぶ異なることが判明した。ガリウムは室温で固体であるが、一度液化した後室温に戻しても液体のままであったため、実験は室温で行った。液体ガリウムの場合一番の問題となったのは、エマルジョン化が起こり、ガリウムと電解液が混ざってしむことである。これを避けるため、リチウム挿入は、ガリウムおよび電解液を撹拌せずに行った。通電すると電解液と接触するガリウム表面上にLi-Ga合金の被膜が形成された。当初、この合金がガリウム内部に拡散し、常に新しいガリウム面が電解液と接触して、挿入が定常的に起こることを期待した。しかし、実際には表面の合金はガリウム内部に拡散せず、また撹拌が不可であったため、定常的なリチウム挿入は断念した。同位体効果に関してはLiが選択的にガリウムに取り込まれ、分離係数として1.02程度の値が得られた。この値は、電解液の種類に殆ど依存せず、また固体ガリウムの場合と同程度であった。分子軌道法(MO)に基づく理論計算では、3倍程度大きなリチウム同位体効果が得られており、実験値と適合していない。その原因の1つとして酸化被膜の形成が考えられ、現在この被膜が形成されない条件での挿入実験を検討中である。リチウムに比べ、カリウムの挿入は格段に難しいことが判明した。Ca^<2+>からCa^0への還元が難しいこと、ガリウム中でのカルシウムの拡散が遅いことが主な原因であると考えられるが、Ca-Ga合金が形成されない可能性もある。そこで、ガリウムではなく、グラファイトを挿入ホストとする系を検討した。その結果、電解質溶媒にDMSOを用いた系で、カルシウムの挿入が確認された。同位体効果の有無は確認されていないが、MO計算ではその可能性が示唆されており、現在実験が進行中である。ガリウムは室温(25°C)で固体であるため、まず固体状態のガリウムにリチウムを電気化学的に挿入し、その際のリチウム同位体効果を測定することを試みた。固体の実験を初めに行うのは、1)固体物質にリチウムイオンを挿入することには既に多くの経験があり、また今まで用いてきた装置がそのまま使用できること、2)少量のガリウムで実験することができること、である。ガリウムは高価なため、少量で同位体分離効果を確認することは極めて重要である。負極に固体ガリウム、正極および参照極に固体リチウムを用い、種々の溶媒にリチウム塩を溶解させたものを電解液とし、アルゴン雰囲気下で正極・負極間に電位をかけ電解液中のリチウムイオンをガリウム中に挿入した。挿入終了後、ガリウム電極および電解液からリチウムを抽出しその同位体比を測定した。その結果より、同位体効果の指標となる分離係数を算出した。ここで観測される同位体効果は、電解液中での形式電荷+1のリチウムとガリウム中での形式電荷0のリチウムの間での同位体効果である。その結果、軽い同位体が選択的にガリウムに挿入され、またそのときの分離係数が25°Cにおいてほぼ1.02であることが分かった。また、電解時の電流-電圧特性がこれまで試みてきた、金属亜鉛、金属スズ、グラファイトと比較して、優れていることも分かった。さらに、電解液溶媒として、今まで使用してきたエチレンカーボネート/メチルエチルカーボネートの他にDMSOが使用できることが判明した。この結果はThe 2^<nd> COE-INES International Symposium(November,2006,Yokohama)で発表し、また専門雑誌にarticleとして投稿中である。液体ガリウム系についても、既に研究に着手した。カルシウムについては、カルシウムが電気化学的にガリウムに取り込まれることを確認した。Ca^<2+>から

Ca^0への還元が難しいこと、ガリウム中でのカルシウムの拡散が遅いことが主な原因であると考えられるが、Ca-Ga合金が形成されない可能性もある。そこで、ガリウムではなく、グラファイトを挿入ホストとする系を検討した。その結果、電解質溶媒にDMSOを用いた系で、カルシウムの挿入が確認された。同位体効果の有無は確認されていないが、MO計算ではその可能性が示唆されており、現在実験が進行中である。
同時摂動を用いた学習機能をもつニューラルネットワークのハードウェア実現

同時摂動最適化法を用いることにより、学習機能をもつニューラルネットワークのハードウェア化が容易に実現できることについて検証した。ニューラルネットワークのハードウェア実現を想定した場合、パルス密度による数値表現が適していることを示した。また、サポートベクトルマシンを対象に、同時摂動を用いた手法を提案すると共に、ハードウェアシステムを実現した。さらに、同時摂動による学習機能を有する神経振動子をアナログハードウェアシステムとして試作した。同時摂動最適化法を用いた、学習機能を有するニューラルネットワークのField Programmable Gate Array(以下、FPGA)での実現を目指して、ハードウェア記述言語(VHDL)での設計を行った。VHDL上での機能レベルによるシミュレーションを通して、同時摂動を用いた学習機能を持つニューラルネットワークシステムについての動作確認を行った。論理合成、配置配線を行い、FPGAへの実装の準備を行った。さらに、簡単な例題を用いて、システムの動作を確認した。●同時摂動を用いたサポートベルターマシン(SVM)の学習に関する検討。同時摂動を用いたSVMの学習について検討した。さらに、この結果をもとに、ハードウェア化に適した学習則を提案した。●同時摂動を用いたSVMのVHDLによる設計。提案した学習則に基づいて、SVMシステム全体の基本設計を、VHDLを用いて行った。●上記の各部のシミュレーションと誤りの修正。設計されたシステム各部のVHDL上での機能レベルでのシミュレーションを行い、その動作を確認すると共に、設計上の問題点の検討を行った。●上記の各部の回路の論理合成と配置配線。論理合成プログラムにより、上記設計結果の論理合成を行い、誤りや不都合、論理合成上の問題点を修正した。さらに、配置配線を行い、FPGAへの実装の準備を行っている。●学習問題の設定とシミュレーション。簡単な問題を設定し、システム全体としての動作を確認した。VHDLを用いて、同時摂動を用いた学習機能を持つニューラルネットワークシステムの基本設計を完成した。さらに、論理合成、配置配線を行い、FPGAへの実装を行い学習機能を有するニューラルネットワークシステムを試作した。●同時摂動を用いたサポートベクターマシン(SVM)のVHDLによる設計。昨年度の研究で完成した、提案するSVMシステム全体の基本設計を確認し、各部の機能レベルでの動作確認を行うと共に、FPGA実装上の問題点の検討と修正を行った。●SVMシステムの論理合成と配置配線。論理合成と配置配線を行い、FPGAへの実装を行った。●例題の設定と実行。シミューレーションレベルで、ベンチマーク問題として知られるアイリスの分類問題を用い、システム全体の動作を確認した。さらに、FPGAに実装されているSVMシステム上でも、同様の結果が得られることを確認した。FPAAを用いた学習機能を有するニューラルネットワークの実現に関して、パルスニューロンの学習について、その基本回路設計を行った。同時摂動最適化法を用いた、学習機能を有するニューラルネットワークのハードウェア化を目指して、Field Programmable Analog Array(FPAA)上への実装の観点から設計を行った。アナログ回路設計支援ツールを用いて、同時摂動を用いた学習機能を持つパルスニューラルネットワークシステムの設計を完成し、シミュレーションによる動作確認を行った。さらに、FPAAへの実装を行い学習機能を有するニューラルネットワークシステムを試作と動作確認を行った。アナログ回路、FPAAへの実装を前提に、所望のパルス周期を学習するPCOの設計を行った。同時に、複数の周期を学習することができることに配慮した基本設計を行った。●シミュレーションによる動作確認。上記設計内容について、シミュレーションにより、学習などの機能も含めて、その動作確認を行った。●FPAAへの実装と結果の検証。FPAAへの実装を行い、実装のための技術的ないくつかの問題を解決すると共に、動作結果を詳細に検討した。その結果、学習の機能も含めて、システム全体の動作を確認した。さらに、複数の周期の学習についても、学習が正しく行われることを確認した。また、昨年度までの研究で完成している同時摂動を用いたサポートベクターマシンのFPGAへの実装についての学習性能に関する検討も行った。
Navier Stokes方程式の精度保証付き数値計算の研究

桂田は、まず中尾充宏・山本野人・渡部義隆氏の一連の論文に従って、2次元長方形領域における定常Stokes方程式、定常Navier-Stokes方程式の同次Dirichlet境界値問題の解の精度保証付き数値計算を行うプログラムを作成した。当初は、区間演算用C++クラス・ライブラリィBIAS/Profilを利用したC++プログラムを作成したが、後に精度保証付き数値計算用MATLAB ToolboxであるINTLABを利用するMATLABプログラムに実装し直すことにより可読性の高いプログラムにすることができた(精度保証付き数値計算のためのツールとして、区間演算が可能な数値計算用インタープリターを試作したが、総合的に見てMATLAB+INTLABをしのぐのは困難であると判断した)。そのプログラムを用いて中尾グループの数値実験結果の追試を行ったところ、定常Stokes問題の場合、事前誤差評価で1415桁(ただし一般化固有値問題のアルゴリズムとして一般化Rump法を用いた場合)、事後誤差評価で35桁(彼らの論文では5桁までの結果が載っている)合致した。精度保証付き数値計算は、それ自体が証明の一部を構成しうるものであるから、検証プログラムを公開する予定である。森本浩子氏は、従来の研究とは形状を変えた「V字型」領域における一般流束条件のもとでの定常Navier Stokes方程式の境界値問題の解の存在問題について研究した(Amickの方法を修正することで解の存在が証明できた)。齊藤宣一氏は、(1)摩擦型漏れ境界条件と摩擦型滑り境界条件のもとでのStokes方程式の解の正則性(藤田宏が得た弱解は強解であることの証明),(2)集中質量近似(lumped mass approximation)を用いた有限要素法の作用素論的取り扱い(線形放物型方程式とその区分的1次要素による半離散有限要素近似の誤差評価)の研究を行った。当初計画通り、現段階では以下に述べるような準備的な作業が多い。●中尾充宏・山本野人・渡部善隆氏の論文に従って、定常Stokes方程式の解の精度保証付き数値計算の追試を行なった。引き続き定常Navier Stokes方程式のプログラムを開発中である。●連立1次方程式を精度保証付き数値計算で解くために大石進一等氏の提唱した方法(大石・Rumpの方法と呼ぶべきか)の解析を行った。密行列に対しては通常の2倍の計算量で誤差評価付きで解けるのは確かであるが、疎行列に対してはn/m倍になってしまうことが分かったのでnは未知数の個数,mは半バンド幅)、良い手法を探すことは引き続き必要である。●精度保証付き数値計算のためのツールについて調査を行った。既存の区間演算用C++クラスライブラリィProfil,精度保証付き計算用MATLAB ToolboxであるINTLAB等を実験に使用し評価した。桂田は、中尾充宏・山本野人・渡部善隆氏の論文に従って、2次元長方形領域における定常Stokes方程式、定常Navier Stokes方程式の精度保証付き数値計算を行うC++プログラムを作成し、数値実験の追試(近似解の精度保証)に成功した(現在はC++上の区間演算ライブラリィProfil/BIASを用いているが、MATLAB ToolboxであるINTLABを利用したプログラムに書き換え中である)。計算の過程で多数出現する一般化固有値問題のアルゴリズムには、S.M.Rumpの提唱する方法を採用したが、まだ効率を上げる必要があり、引き続き連立一次方程式と一般化固有値問題の各種精度保証付き数値計算アルゴリズムを比較検討している。斉藤は、(1)摩擦型漏れ境界条件と摩擦型滑り境界条件のもとでのStokes方程式の解の正則性(藤田宏が得た弱解は強解であることの証明),

(2)集中質量近似(lumped mass approximation)を用いた有限要素法の作用素論的取り扱い(線形放物型方程式とその区分的1次要素による半離散有限要素近似の誤差評価),(3)自己相互作用粒子系(system of self-interacting particles)に対する差分スキームの研究を行った。桂田は、まず中尾充宏・山本野人・渡部善隆氏の論文に従って、2次元長方形領域における定常Stokes方程式、定常Navier-Stokes方程式の同次Dirichlet境界値問題の解の精度保証つき数値計算を行うMATLABプログラム(区間演算にはS. M. RumpによるINTLABというMATLABツールボックスを用いた)を作成し、数値実験の追試を行った。定常Stokes問題の場合、中尾グループの計算結果と比べて、事前誤差評価で14,5桁(一般化固有値問題のアルゴリズムに一般化Rump法を用いた場合)、事後誤差評価で35桁(彼らの論文では5桁表示してある)合致した。前年度の段階では区間演算クラスライブラリィBIAS/Profilライブラリィを用いて、C++言語でプログラムを作成したが、今回MATLABで実装し直すことにより見通しの良いものに改良することができた。精度保証つき数値計算は、それ自体が証明の一部となりうるものであるから、追試と検証プログラムの公開は意義があると思われる。桂田は一方で森本浩子氏に協力をあおぎ、一般流速条件下のNavier Stokes方程式のDirichlet境界値問題の数値実験のモデル問題を考察しはじめたが、残念ながら現時点では精度保証できる問題のタイプと解の存在の検証に意味がある問題との間にギャップがあり、成功していない。森本浩子氏は、チャンネルR×(-1,1)に滑らかで有界な障害物がある領域におけるNavier-Stokes方程式の境界値問題の圧力の無限円での極限q+, q-が一致するかどうかという問題を研究し、適当な条件下でq+, q-の満たすべき関係式を導出した。齊藤宣一氏は、正則半群について、時間刻み幅が一定の場合に得られている有理関数近似の誤差評価式を時間刻み幅が一定でない場合に拡張することに成功した。
占領期からポスト占領期の日本映画における〈女性〉表象の研究

1.以下の方法で研究対象の全体像を把握すると共に、射程となる同時代の社会的背景に関する歴史的・理論的考察をおこなった。(1)国内外の図書館・アーカイヴにおいてフィルムおよびノンフィルムのリサーチをおこなうと共に、(2)映画史関係、占領期関係、ジェンダー関係の刊行物、ソフト化されている関連映画の収集をおこなった。(3)東京国立近代美術館フィルムセンターにおいて、フィルムの特別試写をおこない、参加者との意見交換をおこなった。2.以下の研究発表をおこなった。(1)本研究の同時代において無視できない労働争議との関係を分析した「マキノ雅弘監督『次郎長三国志』シリーズ(1952-1954)と労働争議をめぐるアクチュアリティ」を学会発表した(2010年5月29日、日本映像学会第36回大会、於日本大学)。また、(2)研究対象の重要な比較対象である戦時期の日本映画に関する分析について「銃後のピクチャレスク『ハナコサン』(1943年、マキノ正博):歌い、踊る戦争プロパガンダ」というテーマで研究発表をおこなった(2011年1月19日、早稲田大学演劇博物館GCOE国際シンポジウム「映画と演劇におけるピクチャレスク」、於早稲田大学)。そして、(3)占領期の"女性解放"の表象に関する分析を含むテーマとして「戦前から戦後の日本における〈女〉と〈自転車〉の表象:映画を中心に」というテーマで学会発表をおこなった(2011年2月12日、韓国日本学会、於漢陽女子大学)。3.シンポジウム「1950年代日本映画における『戦後』の構築研究」(2011年3月19-20日、於日本文化研究所)に参加、討論をおこなった。4.本研究を遂行する過程で浮上した研究テーマ「敗戦後の日本映画における女性の「貧困」と「堕落」の表象」を平成23年度科学研究費補助金(奨励研究)へ応募し、研究の深化を目指した(採択され、現在遂行中)。
ArfAによる翻訳停滞解消メカニズムの解明

前年度に引き続き、ArfA+RF2によるリボソームレスキュー機構の分子メカニズムを明らかにするために、ArfA/RF2/リボソーム複合体の解析を行った。本研究は大きく分けて構造解析とカイネティクス解析からなるが、平成30年度は構造解析を中心に行った。平成28年度のクライオ電子顕微鏡解析の結果から、ArfAとRF2は近接した部位に結合していることが明らかになった。RF2はリボソーム結合する際に構造変化することが示唆されているが、クライオ電子顕微鏡による構造解析の結果では構造変化後の構造しか得られなかった。平成29年度にRF1-RF2キメラを作製したが、その中にペプチジルtRNA加水分解活性の低下が見られる変異体を得た。この変異体はリボソームへの結合活性は野生型RF2と同等であることから、リボソーム結合後のステップで停滞している可能性がある。すなわちRFの構造変化前の状態で停止していると考えられる。この変異体に対して、部位特異的ラジカルプロービング法による複合体の構造解析を行った。まず、野生型RF2に対して、様々な部位にシステイン残基を導入した変異体を多数作製し、in vitroでペプチジルtRNA加水分解活性を確認した。活性が見られたRF2変異体に対して、ラジカルプロービングを行いリボソーム中での結合部位を明らかにした。その結果は、クライオ電子顕微鏡による結果と矛盾しないものであった。本研究は、ArfA+RF2によるリボソームレスキュー機構の分子メカニズムを明らかにするために、ArfA/RF2/リボソーム複合体に対して、カイネティクス解析および構造解析を行うものである。平成28年度は構造解析を中心に進めた。複合体解析は部位特異的ラジカルプロービングおよびクライオ電子顕微鏡解析を行った。まず、構造解析のためにタグフリーのArfAおよびRF2のコンストラクトを作成した。NEB社のIMPACT Kitを用いてクローニング・精製を行った。このタグフリーのArfAおよびRF2について、ペプチジルtRNA加水分解の活性を確認した上で構造解析に用いた。電顕解析は中国の清華大学のグループと共同研究を行い、3.0オングストロームの分解能で構造を決定することに成功し、研究成果がNature誌に掲載された。一方、部位特異的ラジカルプロービングについては、RF2のシステイン置換変異体を多数作製し、既に30種類以上の変異体のタンパク精製を終えている。今後、これらの変異体を用いてプロービング実験を行っていく予定である。作製したRF2変異体を用いて、定性的なin vitroでペプチジルtRNA加水分解活性を測定したところ、活性の低下が見られる変異体を複数得られた。また、ArfAのシステイン置換変異体に対しても同様にin vitroで活性を確認したところ、活性の低下が見られた変異体を得た。これらの結果の一部は電顕解析の結果と共に論文として既に報告している。当初の計画では、平成28年度は電顕解析のためのサンプル調整と複合体形成の条件検討のみを行う予定であったが、想定以上に研究が進行し、高分解能で構造を決定することに成功した。本研究は大きく分けて構造解析とカイネティクス解析からなるが、平成29年度はカイネティクス解析を中心に行った。しかし、構造解析の結果のみでは、直接の相互作用の有無は不明であった。構造解析の結果から予想される結合部位に着目し、RF2変異体を作製し、in vitroで活性を検証した。ArfAはRF2と共に翻訳の停滞を解消するが、もう1つのペプチド解離因子RF1とは機能しないことが知られている。RF1とRF2は立体構造だけでなく、終止コドンを認識して翻訳を終結させるという点において機能的にも似ている。しかし、なぜArfAはRF1ではなく、RF2と共に機能するのか、複合体の構造解析の結果から説明することができずにいた。そこでArfAと共に機能する上で重要な部位を明らかにするために、RF1の変異体を作製してin vitroで活性を検証した。ArfAおよびRF2の結合部位はリボソームのデコーディング領域近傍であったことから、周辺に結合するアミノグリコシド系抗生物質であるパロモマイシンを用いて、ArfA/RF2による翻訳停滞解消活性に対する影響を検証した。多数のRF2変異体およびRF1変異体を作製し、in vitroで活性の検証を行った。最初の段階として、定性的な活性評価、すなわちArfA依存のfMet-tRNAの加水分解活性の測定を行ったところ、興味深い変異体を複数得た。それらの変異体に対して、さらに定量的なアッセイを行うと同時に終止コドン依存の翻訳終結活性およびリボソーム結合活性評価も行った。

平成29年度にRF1-RF2キメラを作製したが、その中にペプチジルtRNA加水分解活性の低下が見られる変異体を得た。この変異体はリボソームへの結合活性は野生型RF2と同等であることから、リボソーム結合後のステップで停滞している可能性がある。すなわちRFの構造変化前の状態で停止していると考えられる。この変異体に対して、部位特異的ラジカルプロービング法による複合体の構造解析を行った。まず、野生型RF2に対して、様々な部位にシステイン残基を導入した変異体を多数作製し、in vitroでペプチジルtRNA加水分解活性を確認した。活性が見られたRF2変異体に対して、ラジカルプロービングを行いリボソーム中での結合部位を明らかにした。その結果は、クライオ電子顕微鏡による結果と矛盾しないものであった。引き続き、構造解析・カイネティクス解析を行っていく。構造解析は当初から予定していたラジカルプロービングの実験を進めるとともに、ArfA/RF2/リボソーム複合体の中間体の解析も視野に入れて研究を展開していく。また、カイネティクス解析についても、クエンチフロー法の実験系の早期の確立を目指す。引き続き、変異体を用いたカイネティクス解析を行っていく予定である。加水分解活性についてはクエンチフロー法による速度定数の決定を、リボソーム結合活性については平衡定数・結合速度定数・解離速度定数の決定を目指し、定量的な活性評価系の確立に向けて研究を進めていく。メチオニン特異的tRNAを購入するために残していたが、年度内の納入ができなかったため。論文投稿費用として計上していたが、年度内に間に合わなかったため。新年度にtRNAを購入できる目処がついたため、間もなく購入する予定である。
バルク・ナノ測定から解き明かすBiCh2化合物の超周期構造と超伝導機構

本研究では、BiCh2系化合物であるLnO1-xFxBiCh2(Ln=La-Sm, Bi, Ch=S,Se)において発達する超周期構造と超伝導の関連性やその起源の解明を目指す。申請者らは、本物質群の一つであるLaO0.5F0.5BiSe2において、走査型トンネル顕微鏡/分光測定から低温下で発達する超周期構造の観測に成功している。この超周期構造の周期はフェルミ面のネスティングでは説明出来ないため、パイエルス型の電荷密度波ではない可能性を見出した。この事実は、本系で発達する超伝導が、超周期構造の抑制によって発達するという単純な描像では説明できない、新規な超伝導機構を有する可能性を示唆している。最近の結果では、フッ素量が低いLaO0.9F0.1BiSe2においても、同様の特徴を有する超周期構造の観測に成功している。理論的に予測されていたパイエルス型の電荷密度波の場合、フェルミ面の形状が変化する、フッ素置換量が50%以上の領域で超周期構造が発達するとされていたが、10%の置換量でも観測されたため、この構造がパイエルス型の電荷密度波でない可能性を強く支持する結果を得ることが出来た。この超周期構造の起源を調査するため、Laサイトを他のランタノイドイオンで置換した試料や、SeサイトをSイオンで置換した試料、Biサイトに別の原子を置換した試料等の元素置換した試料の測定を試み、起源解明を目指す。またごく最近、一部の元素の置換により、超伝導転移温度を上昇させることにも成功している。この元素置換した試料の調査も行い、超周期構造と超伝導の関連性を調査する予定である。申請段階において、測定を行う予定であった単結晶育成が順調に進んでおり、次の段階(バルク・ナノ測定)に着手することが出来たためである。その結果、LaO0.9F0.1BiSe2における超周期構造の観測という成果を挙げることが出来た。一方で、申請者の所属が変わった兼ね合いから、現在STM測定の立ち上げを行っている段階であり、育成できた試料の評価が追い付いていない状況が課題として挙げられる。ナノ測定の根幹であるSTM測定が現在滞っているため、前所属先(東京理科大学)との共同研究を行い、育成した試料の評価を行う予定である。特に、超周期構造が乱れていると考えられる、元素置換した試料の評価を行い、超周期構造の起源を調査する予定である。その他に、置換元素の種類を変えた際に、超伝導転移温度が上昇することを発見したため、その上昇と超周期構造の関連性を調査していく予定である。購入予定だった物品が見積額よりも低額で購入できたことや、別枠予算にて購入したものが、本予算で購入する予定の物品と類似のものであり、両者の実験で併用しても実験上問題がなく、購入を見送ったため、次年度使用額が生じた。

これについては、本年度に得られた結果を広く公表するため、次年度の旅費に使用する予定である。また、STMの立ち上げのための寒剤その他消耗品費に使用する予定である。
多足型構造を形成する核酸を基盤とする核酸ナノＤＤＳ開発

本研究では、核酸医薬の疾患治療効果の向上を目的に、多足型構造を形成する核酸(polypodna)ーを設計・開発するとともに、これを連結することで新規デンドリマー型核酸ナノDDSの創出を目指した。その結果、pod数が3から8までは形成可能であること、pod数依存的に免疫細胞に効率よく取り込まれることを見出した。さらに、接着性末端を介してpolypodnaを連結することでDNAデンドリマーの開発にも成功した。免疫刺激性CpG DNAによる免疫細胞からのサイトカイン産生は、こうしたナノ構造体化することにより飛躍的に増大し、本手法が核酸医薬のDDSに有効な方法論になりうることを見出した。本研究では、核酸医薬を含む機能性核酸の疾患治療効果の飛躍的向上を目的に、多足型構造を形成する核酸-polypodna(ポリポドナ)-を設計・開発するとともに、これを連結することで新規デンドリマー型核酸ナノDDSを創出することを目的とする。初年度である平成23年度は、効率的なpolypodna構築に必要な条件について検討した。312本の36塩基からなるオリゴデオキシヌクレオチド(ODN)を用いて、pod数が3から12までのpolypodnaを設計した。ポリアクリルアミドゲル電気泳動により形成を評価したところ、tripodna(pod数3)からoctapodna(pod数8)までの形成は確認できたものの、pod数12のdodecapodnaは形成されなかった。熱安定性の指標として測定した融解温度は、同じ長さのODNを用いているにも関わらずpod数の増加に伴い低下した。次いで、蛍光標識ODNを用いてpolypodnaを構築し、DNAを効率よく取り込むマウスマクロファージ様細胞株RAW264.7細胞による取り込みを評価した。その結果、pod数が増加するにつれてpolypodnaの細胞取り込みは増大した。そこで、To11様レセプター9(TLR9)に認識されることで免疫細胞からサイトカイン産生を誘導するCpG DNAを核酸医薬として選択し、これを含むpolypodnaを用いてTLR9陽性のRAW264.7細胞からの腫瘍壊死因子α(TNF-α)およびインターロイキン6(IL-6)の産生を評価した。その結果、1本鎖CpG DNA(ssCpG DNA)、2本鎖CpG DNAでは微量のサイトカインしか産生されなかったのに対し、polypodnaの添加により多量のTNF-αおよびIL-6産生が認められた。本研究では、核酸医薬を含む機能性核酸の疾患治療効果の飛躍的向上を目的に、多足型構造を形成する核酸ーpolypodna(ポリポドナ)ーを設計・開発するとともに、これを連結することで新規デンドリマー型核酸ナノDDSを創出する。最終年度である25年度は、前年度までに開発したCpG DNA含有polypodnaを用いて、デンドリマー型核酸ナノ粒子の開発を試みた。Polypodnaの5'突出部分の塩基数を変更したところ、塩基数12までは塩基数の増加に伴い形成効率が上昇する傾向が認められたが、それ以上の延長による影響はほとんどなかった。そこで、塩基数12のpolypodnaを用いて、種々のデンドリマー型核酸ナノ粒子を作製した。まず、足(分岐)数3のtripodnaを用いて第1第3世代のDNAデンドリマーを作製した。原子間力顕微鏡による観察の結果、いずれの場合にも設計通りのデンドリマー形状体の構築が認められた。しかしながら、電気泳動による定量的解析の結果、第2世代以上のDNAデンドリマーの多くは不完全な構造体であることも示唆された。そこで、足数3、4、6のpolypodnaを用いて、様々な構造の第一世代DNAデンドリマーを作製した。その結果、デンドリマーの外殻部分がtripodnaの場合には形成効率が高かったのに対し、外殻に配置するpolypodnaの足数が増加するにつれて形成効率が低下した。マウスマクロファージ様RAW264.7細胞を用いて、細胞取り込みとサイトカイン産生を評価したところ、両者には正の相関が認められ、中心がhexapodnaで外殻がtripodnaで形成されるDNAデンドリマーで最大値を示した。以上より、免疫細胞への効率的な核酸医薬のデリバリーに有効なデンドリマー型核酸ナノDDSの創出に成功した。本研究では、核酸医薬を含む機能性核酸の疾患治療効果の飛躍的向上を目的に、多足型構造を形成する核酸ーpolypodna(ポリポドナ)ーを設計・開発するとともに、これを連結することで新規デンドリマー型核酸ナノDDSを創出することを目的とする。これまでに、312本の36塩基からなるオリゴデオキシヌクレオチド(ODN)を用いた検討から、tripodna(pod数3)からoctapodna(pod数8)までは構築できるものの、pod数12のdodecapodnaは形成されないことを見出した。

高速原子間力顕微鏡による観察の結果、形成が確認できたpolypodnaは、設計通りの多足型構造体であることが確認された。次いで、蛍光標識ODNを用いてpolypodnaを構築し、DNAを効率よく取り込むマウスマクロファージ様細胞株RAW264.7細胞による取り込みを評価した。その結果、pod数が増加するにつれてpolypodnaの細胞取り込みは増大した。そこで、Toll様レセプター9(TLR9)に認識されることで免疫細胞からサイトカイン産生を誘導するCpG DNAを核酸医薬として選択し、これを含むpolypodnaを用いてTLR9陽性のRAW264.7細胞からの腫瘍壊死因子α(TNF-α)およびインターロイキン6(IL-6)の産生を評価した。その結果、1本鎖CpG DNA、2本鎖CpG DNAでは微量のサイトカインしか産生されなかったのに対し、polypodnaの添加により多量のTNF-aおよびIL-6産生が認められた。さらに、末端にループ構造を付与したtetrapodnaや、polypodnaを連結することで構築可能なDNA dendrimerを種々設計し、hexapodnaをコアとするDNAナノ粒子の開発に成功した。初年度に計画していた、polypodnaの設計と最適化、polypodnaの細胞との相互作用、マウスでの免疫活性の評価は、研究実績の概要に記載した通り、ほぼ全て完了した。25年度が最終年度であるため、記入しない。計画していた内容については順調に成果が出ている。siRNAなどの機能性核酸の組み込みに関してはこれからになるが、一方で、予定していなかった核酸構造体の構造解析に関しては非常に興味深いデータが得られ、予想外に進展した。平成24年度以降には、polypodnaの構造解析を進めるとともに、当初の予定通り、polypodnaを運結することで作成可能なデンドリマー型核酸ナノ粒子の開発を進める。CpG DNAをはじめとする種々の核酸医薬を組み込んだシステムを構築するとともに、各種評価系を用いることでその有効性を検証する。今後は、当初の計画通り、機能性核酸を組み込んだシステムの開発を進めるとともに、これまでに明らかとすることに成功した構造解析についても検討を進めることで、多足型構造を形成する核酸を基盤とする核酸ナノDDSの開発を進める。
母親のネット依存は子どもの発育・発達に影響を与えるか

本研究の目的は,母親のネット依存と子どもの発育・発達および母親の養育態度との関連を明らかにすることである。初年度である平成30年度は,調査対象地域である島根県松江市で,平成28年度に実施された4か月,1歳6か月,3歳の各健診結果を,個人を特定できる情報を削除した状態でデータ入手し,解析を行った。調査の結果,母親のネット依存の割合は,約1%であった。母親がネット依存の場合,4か月および1歳6か月の男児では痩せ傾向になることが示唆された。4か月は授乳期であり,1歳6か月は自立的に栄養を摂取することができないため,母親がネットに没頭して養育を疎かにし,子どもに十分な栄養を与えなくなることが,子どもの痩せにつながるメカニズムとして考えられる。この結果は,The 5th China Japan Korea Nursing Conferenceで発表すると共に,国際誌に投稿中である。また,母親がネット依存の場合,そうでない母親と比較して,10倍から30倍近く虐待を認識している可能性が示唆された。その理由として,母親がネットに夢中になるあまり,養育が疎かになり,ネグレクト状態になることが考えられる。また,ネット依存状態にあると,養育のためにネット使用を中断されることがストレスとなり,虐待へと繋がる可能性が推察される。この結果は,第77回日本公衆衛生学会総会で発表すると共に,国際誌に投稿中である。次年度以降は,上記の母親のネット依存と子どもの痩せ,母親のネット依存と虐待認識の関連に介在する可能性がある母子の情緒的絆(Bonding)に焦点をあて,母親のネット依存との関連を明らかにする。また,母親のネット依存と子どもの事故との関連を明らかにする。さらに,これらの関連の因果関係を明らかにするため,コホート研究を行う。平成28年度データを基に,横断研究を行い,母親のネット依存と子どもの痩せ,および母親のネット依存と虐待認識との関連を明らかにすることができ,学会発表および国際誌への投稿ができたため。また,平成28年度に松江市で妊娠届出をした人の縦断データを平成30年度まで蓄積できているため。本研究成果により,母親の健全なネット利用を推進する上で,根拠に基づく啓発や保健指導が可能になると考えている。まずは,横断調査の結果をまとめて学会発表や学術論文への投稿,地域講演会の開催等により結果を広く公表する。また,今後,コホート研究ができるように,縦断データを入手し,データ構築を行う。平成30年度に投稿した国際誌のオープンアクセス掲載料を見込んで請求していたが,平成30年度内にアクセプトされなかったため,次年度使用額が生じた。現在,2つの論文を国際誌に投稿中であり,今年度も投稿予定の論文があるため,繰越額を含めた経費を翻訳・校正・掲載料に充てる予定である。
超狭帯域レーザー顕微分光イメージングを用いた高次機能性構造の光局在反応解析

本研究では、局在プラズモンによる空間的光捕集(光アンテナ効果)と微小共振器による時間的光捕捉(群速度抑制効果)を相補的に組み合わせることにより、光子と分子の究極的な結合状態、すなわち光子1個と分子1個が100%相互作用する系の実現を目指した研究を行った。この目的に対し、超狭帯域レーザー顕微分光イメージング装置を用いて、(a)テーパファイバ結合微小球を用いた高効率局在プラズモン励起、および、(b)散乱型近接場顕微鏡を用いた光局在場の高空間分解マッピングの実現を行った。その結果、微小共振器構造を利用した高効率局在プラズモン励起では、テーパファイバ結合微小球共振器の高入出力結合および高Q値等の特性により、テーパファイバ結合微小球共振器に近接させた金コートAFMチップの微小球-AFMチップ間距離の最適化により、約93%もの入射光が金コートAFMチップ先端において光が散乱・吸収される事を示し、金コートAFMチップ先端部において高強度の局在プラズモン励起の可能性を示唆した。また、散乱型近接場顕微鏡を用いた光局在場の直接観察では、電子線リソグラフィ/リフトオフにより精度良く作製したナノギャップ(約7 nm)金ナノ構造体の散乱場および試料の凹凸像の同時測定を行い、回折限界を遥かに越えた(半値全幅9.2±0.5 nmλ/100)微小光局在スポットの観測に成功した。これまで数値計算あるいは散乱スペクトル等の間接的な情報から推測するしか無かった局在場の空間分布を実験的に初めて示す事に成功した。光子と分子の強結合状態を形成するためには、フォトニック結晶、微小球、ランダム媒質等の微小共振器や金属ナノ構造体によって、光子あるいは光子と電子がカップリングした状態を微小空間に閉じ込める系が必要であり、そのような共鳴系では時間の不確定性は大きく、スペクトル線幅が極めて狭くなる。本申請研究では、波長可変狭帯域レーザーをコンフォーカル系で顕微鏡に導入し、メガヘルツの周波数(<10^<-5>nm波長)分解能とサブマイクロメートルの3次元空間分解能をあわせ持つ顕微分光システムを世界に先駆けて開発する。本システムにより、光閉じ込めのQ値が10^8以上の局在場のイメージングを実現することができるとともに、局在場における光と分子の強結合反応プロセスを高効率に誘起し解析することが可能となる。また、狭帯域レーザーを非線形結晶に通して量子力学的もつれ合い光子を発生させ、2光子励起プロセスを観測するという我々独自のアイデアに基づき、回折限界を超える超解像分光イメージングを実現する。既に量子相関光子対の空間伝搬特性について新しい理論的な解析法を提案するとともに実験的評価を行い、量子相関光子対投影用光学系の設計指針を得ている。光を閉じ込めるナノ構造体として、我々がこれまで実績を挙げてきた微小球やランダム媒質を研究対象とすると共に、フォトニック結晶や局在プラズモン構造体の解析を行うために、特定領域内の構造体作製グループや反応解析グループとの共同研究として、光局在場において遷移ダイナミクスの観測や分子間エネルギー移動プロセスの増強効果の解析を実施する。本研究では、波長可変狭帯域レーザーをコンフォーカル系で顕微鏡に導入し、メガヘルツの周波数(<10・5nm波長)分解能とサブマイクロメートルの3次元空間分解能をあわせ持つ顕微分光システムを世界に先駆けて開発している。