hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アワノメイガ類にみられる寄主植物依存性変異に関する研究

2004年の冬季及び2005年の夏季に日本各地において昆虫を採集した.冬季には計7箇所,8寄主植物(Amaranthe sp.,Artemisia sp.,Bidens sp.,Ambrosia sp.,Zea mays, Rumex sp.,Sorghum sp.,Xanthium sp.)から1000頭以上の幼虫を採集したが,休眠を人工的に打破することが困難であったりしたため,幼虫の最終死亡率は高くなった.結局,483頭の成虫が得られた.最も多くのOstriniaの幼虫がトウモロコシZea mays(イネ科)から得られたが,これについでギシギシRumex sp.(タデ科)オナモミXantiumsp.(キク科)から得られた.これは本属の寄主選好性の多様性を示しておりとても興味深い.2005年夏季には7箇所,11種の寄主植物から339頭の幼虫を採集した.冬季と同じく,もっとも多くのOstriniaはトウモロコシから得られたが,2番目に多かったのはブタクサAmbrosiaであった.この現象は同一種で越冬用の寄主と繁殖期の寄主が異なっていることを示している可能性があり,注意深いサンプリングの必要性が示された.性フェロモンを定法にしたがって抽出し,ガスクロマトグラフ分析により,その組成を決定した.2004年冬季のサンプルでは,171頭のメスの分析を行ったが,144頭から組成の決定が解析可能なガスクロマトグラフが得られた.2005年夏季のサンプルでは,142頭の分析を行った結果,102頭の組成を信頼度高く決定することができた.性フェロモンの分析により,ほとんどの場合,種を決定することが可能であり,形態に基づいて,少なくともfurnacalis typeの脚細型とscapulalis typeの脚太型,そして大型で特異な色調を示すpalustralis typeの3つに分別することができた.2004年の冬季及び2005年の夏季に日本各地においてアワノメイガ属の昆虫を採集した.冬季には計7箇所,8寄主植物から1,000頭以上の幼虫を採集したが,休眠を人工的に打破することが困難であったりしたため,幼虫の最終死亡率は高くなった.結局,483頭の成虫が得られた.2005年夏季には7箇所,11種の寄主植物から339頭の幼虫を採集した.性フェロモンを定法にしたがって抽出し,ガスクロマトグラフ分析により,その組成を決定した.2004年冬季のサンプルでは,171頭のメスの分析を行ったが,144頭から組成の決定が解析可能なガスクロマトグラフが得られた.2005年夏季のサンプルでは,142頭の分析を行った結果,102頭の組成を信頼度高く決定することができた.性フェロモンの分析により,ほとんどの場合,種を決定することが可能であった。また,形態に基づいて,少なくともfurnacalis typeの脚細型とscapulalis typeの脚太型,そして大型で特異な色調を示すpalustralis typeの3つに分別することができた.同一種内における寄主植物依存的な分化を検出するため,寄主ごとに採集したこれらの個体を用いて,トリオースフォスフェートイソメラーゼ遺伝子(tpi)の配列を解析した.得られた情報に基づいた遺伝解析を現在実施中である.さらに,同じサンプルを用いて,DNAマイクロサテライト解析を行う予定である.2004年の冬季及び2005年の夏季に日本各地において昆虫を採集した.冬季には計7箇所,8寄主植物(Amaranthe sp.,Artemisia sp.,Bidens sp.,Ambrosia sp.,Zea mays, Rumex sp.,Sorghum sp.,Xanthium sp.)から1000頭以上の幼虫を採集したが,休眠を人工的に打破することが困難であったりしたため,幼虫の最終死亡率は高くなった.結局,483頭の成虫が得られた.最も多くのOstriniaの幼虫がトウモロコシZea mays(イネ科)から得られたが,これについでギシギシRumex sp.(タデ科)オナモミXantiumsp.(キク科)から得られた.これは本属の寄主選好性の多様性を示しておりとても興味深い.2005年夏季には7箇所,11種の寄主植物から339頭の幼虫を採集した.冬季と同じく,もっとも多くのOstriniaはトウモロコシから得られたが,2番目に多かったのはブタクサAmbrosiaであった.この現象は同一種で越冬用の寄主と繁殖期の寄主が異なっていることを示している可能性があり,注意深いサンプリングの必要性が示された.性フェロモンを定法にしたがって抽出し,ガスクロマトグラフ分析により,その組成を決定した.2004年冬季のサンプルでは,171頭のメスの分析を行ったが,144頭から組成の決定が解析可能なガスクロマトグラフが得られた.2005年夏季のサンプルでは,142頭の分析を行った結果,102頭の組成を信頼度高く決定することができた.性フェロモンの分析により,ほとんどの場合,種を決定することが可能であり,形態に基づいて,少なくともfurnacalis typeの脚細型とscapulalis typeの脚太型,そして大型で特異な色調を示すpalustralis typeの3つに分別することができた.
株価連動型報酬の役割と企業の内部コントロール

株価連動型報酬制度の理論モデルとして,企業組織の中で経営者や中核的従業員がチーム的な活動をするケースや複数職務を持つケースに焦点を絞った株価連動型報酬モデルを使って,従業員の確保や従業員の選別を強化するというインセンティブ問題を取り扱うモデルへの拡張を試みた。とくに,外部経営者市場や外部労働市場の問題を取り入れて理論モデルを拡張することをこころがけた。さらに,どのタイプの株価連動型報酬制度がよいのかということを明確するという目的から,現実に存在する株価連動型報酬の種類(たとえば,ストック・オプション,譲渡制限株式,パフォーマンス・ストック,従業員持株制度等)に応じてそれぞれ株価連動型報酬モデルを作って,各株価連動型報酬の種類ごとに,効率性や経済厚生を求めて,比較分析を行うことを試みた。その一方で,近年,敵対的企業買収が問題となっていることから,敵対的企業買収における株主連動型報酬の役割についても研究を行った。一方、連続時間モデルへの拡張も試みて,ブラック・ショールズ式などを使ったオプションの計算が取り込めるようにした。その結果,理論モデルの予測精度は,より優れたものになったと考えられる。その結果,理論モデルに関しては,ほぼ,完成したペーパーが仕上がった。その一方で,近年,敵対的企業買収が問題となっていることから,敵対的企業買収における株主連動型報酬の役割についても研究を開始した。これらの問題については,すでに,経営者の株式保有との関連で,敵対的企業買収の分野でいくつか文献があり,実証研究もある程度までなされている。それらの研究をサーベィし,何がどこまで明らかにされているかを把握した上で,ストック・オプションのような株価連動型報酬がどのような効果をもたらすかについて,明らかにする理論モデルを模索することに務めた。前年度の延長で,株価連動型報酬制度の理論モデルとして,企業組織の中で経営者や中核的従業員がチーム的な活動をするケースや複数職務を持つケースに焦点を絞った株価連動型報酬モデルをとりあげ,それらをより洗練されたものに拡張して,従業員の確保や従業員の選別を強化するというインセンティブ問題を取り扱うモデルの拡張発展を試みた。とくに,連続時間モデルへの拡張を試みて,ブラック・ショールズ式などを使ったオプションの計算が取り込めるようにした。さらに,前年度と同じくどのタイプの株価連動型報酬制度がよいのかということを明確するという目的から,現実に存在する株価連動型報酬の種類(たとえば,ストック・オプション,譲渡制限株式,パフォーマンス・ストック,従業員持株制度等)に応じてそれぞれ株価連動型報酬モデルを作って,各株価連動型報酬の種類ごとに,効率性や経済厚生を求めて,比較分析を行うことを試みた。同じく前年度に行った,敵対的企業買収における株主連動型報酬の役割や新株予約権を使ったポイズン・ピルなどの役割にについても研究を深めた。

これらの問題については,すでに,経営者の株式保有との関連で,敵対的企業買収の分野でいくつか文献があり,実証研究もある程度までなされている関係で,前年度にそれらの研究をサーベイし,何がどこまで明らかにされているかを把握していた。今年度は,ストック・オプションのような株価連動型報酬やポイズン・ピルがどのような効果をもたらすかについて分析が行えるような理論モデルを模索する一方,資本構成のようなレバレッジの効果がどのようにきくかを検討するモデルの構築も模索した。これまでの研究の仕上げとして,株価連動型報酬制度の理論モデルとして,企業組織の中で経営者や中核的従業員がチーム的な活動をするケースや複数職務を持つケースに焦点を絞った株価連動型報酬モデルをより洗練されたものに拡張して,従業員の移動の内生的決定や従業員の選別を強化するというインセンティブ問題を取り扱うモデルの拡張発展を試みた。また、とくに経営者のモデルでは、連続時間モデルへの拡張を試みて,経営者を解雇して新たな経営者に取り替えるタイミングの問題をリアル・オプションのモデルを組み合わせて考察した。同時に、前年度と同様に、ブラック・ショールズ式などを使ったオプションの計算が取り込めるようにした。さらに、前年度と同じくどのタイプの株価連動型報酬制度がよいのかということを明確するという目的から,現実に存在する株価連動型報酬の種類(たとえば,ストック・オプション,譲渡制限株式,パフォーマンス・ストック,従業員持株制度等)に応じてそれぞれ株価連動型報酬モデルを作って,各株価連動型報酬の種類ごとに,効率性や経済厚生を求めて,比較分析を行うことを試みた。同じく前年度に行った,敵対的企業買収における株主連動型報酬の役割や新株予約権を使ったポイズン・ピルなどの役割についても研究を深めた。これらの問題については,すでに,経営者の株式保有との関連で,敵対的企業買収の分野でいくつか文献があり,実証研究もある程度までなされている関係で,それらの研究をサーベイし,何がどこまで明らかにされているかを把握していた。今年度も、ストック・オプションのような株価連動型報酬やポイズン・ピルがどのような効果をもたらすかについて分析が行えるような理論モデルをより深化させる一方,資本構成のようなレバレッジの効果がどのようにきくかを検討するモデルの構築も模索した。
慢性炎症を基盤とする病態におけるヒト外尿道括約筋の脆弱化機序の解明と治療法の開発

外尿道括約筋は、尿禁制を維持するための重要な組織の1つである。外尿道括約筋の細胞数の減少は尿失禁の原因の1つと考えられ、老化に伴う慢性炎症はその減少に影響を及ぼすと考えられている。我々は外尿道括約筋組織より高純度に筋前駆細胞を単離する方法と筋分化可能な不死化ヒト外尿道括約筋を生成する方法を確立した。さらに、炎症性サイトカインの一つであるTNF-αはp-38MAPK及びPI3K/Aktシグナル伝達経路を介してヒト外尿道括約筋細胞の分化を抑制し、TNF-α阻害薬はその分化抑制を阻害することを示唆する結果を得た。TNF-α阻害薬は高齢者尿失禁の治療の一つとなる可能性が期待される。ヒト外尿道括約筋細胞の分化能とTNF-αが与える影響についての検討(結果)1NCAM陽性細胞がほぼ100%であった。2長寿化ヒト外尿道括約筋細胞は倍加時間を維持したまま40代まで継代が可能であった。3分子生物学的解析では分化後は分化前と比較して有意にmyoshin heavy chainの発現が高くみられた。4分子生物学的解析ではTNF-αの濃度依存性にmyosin heavy chainの発現は低下した。5TNF-α添加下では、pAkt, pNF-κBの発現が有意に低下していた。(まとめ)加齢は慢性炎症を伴い、また高齢者において尿禁制が低下することが報告されている。今回、炎症性サイトカインの一つであるTNF-αを添加することによりヒト外尿道括約筋細胞の分化能が抑制され、その機序としてAktとNF-kBシグナル伝達経路が関与していることが示唆された。抗炎症治療により外尿道括約筋細胞の分化能低下を阻害できる可能性があり、高齢者尿失禁治療あるいは予防に有効である可能性がある。炎症性サイトカインの一つであるTNF-αが外尿道括約筋の筋分化を抑制することが示唆された。加齢は種々のサイトカインが上昇することが報告されており、各サイトカインの作用、作用機序を解明することで筋分化能を改善し尿失禁治療へつながることが期待できる。(方法)同意を得た膀胱全摘患者の外尿道括約筋を初代培養し、ヒト筋細胞不死化法による遺伝子導入にて、ヒト外尿道括約筋細胞を長寿化させ下記を検討した。1NCAM, sarcomeric actin, desminを一次抗体とする免疫染色、2培養継続の可否、3分化能の有無4TNF-α添加による分化能への影響、5TNF-α阻害薬であるEtanercept前投与後のTNF-α添加による分化能への影響、64と5におけるシグナル伝達経路の変化。3-5の分化能評価はqRT-PCR, western blotting,免疫染色でのMyosin heavy chain(以下MHC)の発現にて、6の評価はAkt及びp38を一次抗体とするwestern blottingにて行った。(まとめ)加齢による外尿道括約筋数の減少の原因として慢性炎症が考えられており、炎症性サイトカインであるTNF-αは病勢の主な指標である。今回、筋分化可能な不死化ヒト外尿道括約筋を確立した。さらに、TNF-αはp-38MAPK及びPI3K/Aktシグナル伝達経路を介してヒト外尿道括約筋細胞の分化を抑制し、TNF-α阻害薬はその分化抑制を阻害することを示唆する結果を得た。炎症サイトカインの一つであるTNF-αが外尿道括約筋の筋分化を抑制し、TNF-α阻害薬はその分化抑制を阻害することをが示唆された。加齢は種々のサイトカインが上昇することが報告されており、各サイトカインの作用や作用機序を解明することで筋分化能を改善し尿失禁治療へつながることが期待できる。外尿道括約筋の筋前駆細胞の単離と増殖・分化に伴う遺伝子発現(方法)予め同意を得た膀胱全摘患者から手術時に外尿道括約筋組織を採取し、組織を細断した後、collagenaseおよびaccutase処理を行い細胞調製した。調製した細胞を増殖培地で2週間程度培養した後、蛍光標識された抗CD56抗体と氷中で反応させ、標識された細胞をFacs-AriaII(BD Biosciences)にて単離し、筋前駆細胞とした。単離した細胞は必要数になるまで4日以上培養し、その一部の細胞でRNeasy Plus Mini Kit(QIAGEN)を用いてRNAを抽出し、残りの細胞は分化誘導培地で3日間培養した後、同様の方法でRNAを抽出した。マイクロアレイ(Agilent Technology社)を用いてRNAから遺伝子を測定し、増殖・分化に伴う遺伝子発現を網羅的に解析した。(結果)抗CD56陽性である筋前駆細胞は97-99%の高純度で単離することができた。マイクロアレイの結果では、分化誘導前の細胞で未分化な筋前駆細胞の遺伝子マーカーであるPax7、Myf5遺伝子の発現を認め、分化誘導後の細胞では骨格筋特異的な遺伝子であるMyoG、Myh遺伝子の発現を認めた。また、分化誘導により発現増加した遺伝子には筋構造、筋収縮、筋形成、液胞、細胞内代謝に関係する遺伝子が認められ、発現が減少した遺伝子には、細胞周期、細胞周期依存的な核内構造体、RNA輸送に関係する遺伝子が認められた。(まとめ)

今回、われわれは外尿道括約筋組織より高純度に筋前駆細胞を単離する方法を確立した。同定した骨格筋特異的な遺伝子や分化誘導により増減する遺伝子に対して、今後RT-PCRを用いてバリデーションを行い、mRNA発現量の変化があれば、Western blottingにて蛋白発現の有無を確認していく。外尿道括約筋は、尿禁制を維持するための重要な組織の1つである。外尿道括約筋の細胞数の減少は尿失禁の原因の1つと考えられ、老化に伴う慢性炎症はその減少に影響を及ぼすと考えられている。我々は外尿道括約筋組織より高純度に筋前駆細胞を単離する方法と筋分化可能な不死化ヒト外尿道括約筋を生成する方法を確立した。さらに、炎症性サイトカインの一つであるTNF-αはp-38MAPK及びPI3K/Aktシグナル伝達経路を介してヒト外尿道括約筋細胞の分化を抑制し、TNF-α阻害薬はその分化抑制を阻害することを示唆する結果を得た。TNF-α阻害薬は高齢者尿失禁の治療の一つとなる可能性が期待される。今後は、加齢に伴い上昇する他の炎症サイトカインについても同様の検討を行うほか、外尿道括約筋細胞が自己分泌するケモカインの作用についても検討を行う。今後はヒト外尿道括約筋衛星細胞株の高純度化を行い、加齢に伴い上昇する他の炎症サイトカインが増殖・分化に与える影響についても同様の検討を行うほか、外尿道括約筋細胞が自己分泌するケモカインの作用についても引き続き検討を行う。医歯薬学
強い衝撃波透過による部材の力学特性変化と円筒の爆発分裂モデル構築への適用

強い衝撃波透過による部材の力学特性変化を把握しその結果を円筒の爆発分裂モデル構築への適用するための実験と数値解析を行い、3年間の成果として下記の結論を得た。1.3種類の素材304SS材、A2017材、A5052材を対象として衝撃波透過による強度特性変化の把握を試みた。試験装置は、細線列爆発を利用した平面爆轟波を供試体円板に入射させるスポール実験装置を応用し、供試体の外側にモーメンタムトラップ平板を設置させた。各部の寸法を数値解析を用いて設定すれば殆ど引張波の影響のない供試体が回収できる。さらに爆薬PETNと供試円板TPの間に緩衝材としての空気層ATを設け、負荷圧縮圧の減少調整も実施した。AT厚さは数値解析によって円筒爆発における空気層の周方向圧縮応力緩和効果と同等になるように10mmに設定した。2.衝撃波通過材から採取したミニチュアTPを用いての引張試験の結果、全ての衝撃波通過材で引張強度上昇が確認できた。また、延性についてはほとんどの衝撃波通過材は、処女材より脆化したが、SUS304AT付のみは処女材と同等かそれ以上の伸び・絞り値を示していた。また圧縮試験結果、比例限強度σpは、衝撃波強さに比例して上昇していた。代表流れ応力としての20%応力値σ0.2に関しては、304SSとアルミ合金A2017、A5052はそれぞれ特徴があった。即ちSUS304では、処女材と衝撃波通過材の加工硬化の度合いはほぼ同等であったが、A2017とA5052では、処女材は緩やかな加工硬化を示し、衝撃波通過材は、比例限応力に達した後、加硬化はせず、試験片の応力レベルはほぼ一定だった。3.304SS材円筒とA5052材円筒の爆発分裂エネルギー推定について304SSは、衝撃波が通過することで処女材よりも分裂エネルギーの指標は上昇する傾向にあるが、A5052の場合は下降する傾向にある。円筒の爆発分裂実験の結果と比較すると、大筋同様の傾向を得たといえる。以上の結果より、これまで明確でなかった衝撃波通過による強度特性変化が明らかになり、円筒の爆発分裂挙動の考察にこの結果を導入できることが分かった。強い衝撃波透過による部材の力学特性変化を把握しその結果を円筒の爆発分裂モデル構築への適用するため本年度は下記の成果を得た。(1)強さを制御した平面爆轟波を金属円板試料に直接入射させ、衝撃波が透過した損傷のない試料収集する手法を開発した。【準備】試料:アルミニウム合金A2017円柱素材から切出した円板/50mm径/平面爆轟波入射方法:平行銅細線起爆法/入射衝撃波の制御:PETN爆薬厚さによって調整、【MT法】モーメンタムトラップ(MT)装着:MT、試料円板、PETNの3層構造を爆薬側から面起爆させると試料を透過した圧縮波がMTの自由表面で反射後に引張波に変わるが、そのことがMTと試料境界面を分離させ、圧縮波のみが透過した試料円板が回収できた。

【実験条件】PETN厚:15mm(一定)、A2017厚(mm)/MT厚(mm):5/5,10/5,15/5,5/10,10/10,15/10,5/15,10/15,15/15の9条件で実施し、大きな損傷なく圧縮応力波通過材を作成することができた。(1)9種類の回収試料断面でマイクロビッカース硬度計測を行った。処女材のMVH=144.3に対して、圧縮波通過材のMVHは7%28%の硬度上昇が計測でき、材料の脆化が推測された。全般的な傾向としてはモーメンタムトラップ厚が薄いほど硬度上昇が少なく、また断面に微細な亀裂の発生が認められた。これらの傾向はAutodyn2Dによる3層構造中の応力解析から説明可能であった。今後は、微細な引張試験片を採取して伸び・絞り値の計測を計画している。また、爆発円筒材としてデータが豊富なSUS304材についても同様な実験を行う予定である。(2)A15052、SUS304材の円筒供試体内に円柱状PETNを装填して軸起爆させ、変形・分裂破壊挙動を計測した。爆薬径を変えることで初期圧縮波負荷の影響について考察でき、また供試円筒に切欠を設けることで切り欠感度効果も把握される。実験はまだ一部が終了しただけであるが、通過圧縮応力波の強度によって分裂エネルギーや材料脆化度の変化が予測できる結果が得られている。また平面応力波通過後の剥離破壊であるスポールについても関連実験を実施している。強い衝撃波透過による部材の力学特性変化を把握しその結果を円筒の爆発分裂モデル構築への適用するための実験と数値解析を行い、本年度の成果として下記の結論を得た。(1)モーメンタムトラップ法と平面爆轟波生成手法を組合わせて、A2017と304SS材に種々の圧縮衝撃荷重を加えた素材の回収に成功した。A2017はPETN厚15mmで供試素材TP厚t1とモーメンタムトラップMT厚t2を5,10,15mm変化させた9種類の供試セット(実験I)を準備し、304SSはPETN厚20mm同じく9セット(実験II)を実験に供した。また、A2017については、圧縮カを低下させるためにPETNとTP間に10mm空気層を設け、t1,t12を10,15mm変化させた4セット(実験III)についても実験した。これらの実験条件はAutodyn2Dを用いた数値解析によって十分に吟味して決定している。例えば空気層の減圧効果は53.8%と予測された。回収供試体の切断面のビッカース硬度試験結果、実験I, II, IIIともHv値は上昇しており、各実験の硬度の上昇率は各々10.0-23.9%、28.4-37.1%、6.8-12.3%であった。後で実施した引張強度σBとは比例関係にあり、係数は2.75-3.16であった。(2)回収供試体からミニチュア引張試験片と圧縮試験片を採取し試験に供した。前者からは引張強度σB、伸びλ、絞りφ、破断延性εfが得られた。σBはほぼ硬度に比例し上昇していたが、延性関係のパラメータはいずれも著しく低下していた。また後者の実験からは両材料とも応力・ひずみ曲線の上昇が見られたがその挙動には明らかな差異があり、304SSの方がひずみにたいして応力が大きく一様に上昇していた。データとしては0.2%耐力値σ0.2で評価した。(3)別途実施している304SS、A5052円筒の爆発・破片回収実験の結果に本実験結果を適用して考察を行った。円筒の膨張分裂モデルによれば、円筒の膨張速度計測と破片回収計測結果から材料の分裂エネルギーΓ値が算出される。本研究室のこれまでの結果から、304SSでは爆発力が上昇するとΓ値は上昇した。
アンドロゲン応答性ナチュラルアンチセンスRNAを標的とした前立腺癌の診断と治療

前立腺癌においてアンドロゲン受容体(AR)により制御されるLong non-coding RNAのなかでもアンチセンスRNAの役割を解析した。まずCTBP1遺伝子のアンチセンス領域に発現するアンドロゲン応答性non-coding RNAを同定しCTBP1-ASと名付けた。CTBP1-ASはアンドロゲン依存的に核内への集積が認められ、エピゲノム制御により前立腺癌悪性化を促進した。またdirectional RNA-seqによるゲノムワイドの解析によりARに制御されるアンチセンスRNAをいくつか同定した。平成25年度における当研究課題については計画に沿って次世代シークエンサーを用いた前立腺癌細胞株でのlong non-coding RNAの発現の解析を行った。まずAR陽性の前立腺癌細胞株LNCaP, VCaPおよびアンドロゲン枯渇状態で継代し樹立したホルモン療法耐性細胞株LTAD, VCaP-LTADの4つの細胞株についてvehicle, DHTでの刺激(24時間)、およびsiAR下でのvehicle, DHT刺激(24時間)を行いシークエンスされた配列をゲノム中にマッピングしdirectional RNA-sequenceを行った。AR依存的なアンドロゲン誘導を受ける転写産物、および耐性細胞株で発現上昇、発現減少を受けるような転写産物を同定した。それらのRNA-sequenceの結果をNONCODEやRefseqなどのデータベースに登録されている遺伝子群と比較することで目的となる遺伝子の同定を進めた。アンドロゲンで応答する遺伝子群のほとんどはsiARにより発現誘導や発現レベルの低下を認めた。一方アンドロゲン長期枯渇では発現上昇する遺伝子がある一方、発現減少をする遺伝子も多数同定された。ホルモン耐性細胞株ではARが高発現しているが、すべてのAR応答遺伝子が発現上昇するわけではなくARの標的が耐性細胞株で変化する報告と一致すると思われた。これらの基準に沿って耐性株で上昇するアンチセンスRNA群の網羅的な同定に成功した。またBicalutamide resistant (BicR)細胞でもRNA-sequenceを行ったデータを使用し平成25年に発表したアンチセンスRNAであるCTBP1-ASの耐性株での発現上昇、アンドロゲン誘導性を確認した。また加えて同様の動きを示すアンチセンスRNAも同定することができlong non-coding RNAのネットワークの解明が進んだものと考える。またいくつかのBicRで発現上昇するlong non-coding RNAの発現については定量的RT-PCR法を用いてそのアンドロゲン誘導性を確認した。これらの同定されたアンチセンスRNAは前立腺癌の治療標的として期待することができる。平成26年度においては昨年度において同定された新規のアンドロゲン応答性のアンチセンスRNAの機能解析を行った。LNCaP細胞、VCaP細胞の両方においてdihydrotestosterone (DHT) 10 nM刺激にて24時間をピークに時間依存性に発現上昇を認めた。ChIP-seqのデータをもとにすべてのプロモーターもしくはエンハンサー領域にARのアンドロゲン依存的な結合を確認した。またsiRNAを設計しLNCaP細胞においてtransfectionを行った。48時間後にRNAを回収し定量RT-PCR解析によりアンチセンスRNAの発現低下を確認した。LNCaP細胞、VCaP細胞において発現の低下による浸潤能、増殖への影響を解析したところ、二つのアンチセンスRNAにおいて発現低下による浸潤能および増殖の低下を認めた。そこでアンチセンスRNAを2種類に絞り込み前立腺癌細胞における機能を解析し、一つはセンス側の遺伝子とHead to headの関係で双方向的なプロモーターを共有し、かつセンス側の蛋白コード遺伝子がOncogenicな機能を有する転写因子であり、ともにアンドロゲンに応答して発現が上昇していることからプロモーターの活性化に何らかの関与をしていることが示唆された。研究計画書で予定していた前立腺癌の臨床サンプルにおける解析についてはCTBP1のアンチセンスRNAであるCTBP1-ASが病理組織標本において癌で発現が増殖していることを確認し報告している。さらに今回RNA-seqで同定されたアンチセンスRNAの発現について、今後腫瘍サンプルにおける発現を検討するため当施設の泌尿器科より提供された腫瘍サンプルでRNA-seqを行い前立腺癌、および治療抵抗性の前立腺癌における発現を解析する。現在、RNA抽出を行いシークエンスを施行中である。内分泌学本年にアンチセンスRNAの機能に関する論文発表が1件あり、次世代シークエンサーによる解析も予定通り進んだ。今後の推進方針としては耐性株で発現上昇を確認できたアンチセンスRNAを対象に機能解析を進める。まずセンス鎖に対する発現制御機構が存在するかどうかsiRNAを用いて解析する。そのためにセンス鎖の転写レベル、転写後、翻訳などの様々なレベルでの発現への影響を検証する。また発現制御機構の解明のためエピゲノミックな解析を検討する。またセンス側のタンパクコード遺伝子の機能の解析も必要である。タンパクコード遺伝子の作用機序をsiRNAやoverexpressionの技法を用いて解析する。一方で作用機序を同定するためにはその結合タンパクの同定も欠かせない。アンチセンスRNAのpull downタンパク複合体の解析を検討する。さらにRNA-FISHやChIRP-seqなどのクロマチンでの局在を同定することもゲノムワイドでのアンチセンスRNAの作用の解明として検討していく。

またアンチセンスRNAの癌における治療標的となりうるかどうか動物実験を用いて検討する。過去の報告でホルモン治療耐性腫瘍のモデルを既に作成しており同様の実験モデルを利用することで解析することは可能である。新たなアンチセンスRNAの機能解析を進めるとともに治療抵抗性前立腺癌の治療標的となりうるCTBP1-ASの作用メカニズムについても詳細に解析する。HDACやPSFのChIP-seqやRIP-seqなどの解析を行いエピゲノミックなアンチセンスRNAのゲノムワイドでの作用を解析する。また臨床研究についても前立腺癌の臨床サンプルを用いてLaser capture microdissection (LCM)によるRNA採取、定量的RT-PCRまたはin situ hybridization (ISH)を用いて解析することは可能である。研究開始当初に予定していた以上に、26年度に次世代シークエンスデータ解析のためのバイオインフォマティックス専門家に関する人件費が必要となったため、繰り越した。次世代シークエンスデータ解析のためのバイオインフォマティックス専門家に関する人件費として約150万円使用する予定である。
新規化膿レンサ球菌性扁桃炎モデルによる好中球細胞外トラップ分解産物の病原性解析

化膿レンサ球菌菌株を経鼻感染させた致死的マウスモデルを構築した。本モデルでは、感染24時間後から体重減少がみられ、感染72時間後に菌血症となり、感染6日後までに全数が死亡した。感染マウスでは、経時的に鼻粘膜破壊が生じ、著しい鼻粘膜上皮細胞のアポトーシスが観察された。感染局所では、好中球とマクロファージの浸潤がみられたが、菌塊の中心部には好中球のみが観察された。薬剤を用いて好中球除去マウス及びマクロファージ除去マウスを作製し、化膿レンサ球菌を感染させたところ、好中球除去マウスでは感染局所菌数が減少し、マクロファージ除去マウスでは菌数の増加が見られた。このことから、好中球が化膿レンサ球菌の感染拡大に寄与したと考えられた。化膿レンサ球菌は、分泌型DNaseにより好中球細胞外トラップを分解するため、同分解産物によるマクロファージ細胞死が起きている可能性を検討した。ヒト単球系細胞を用いたin vitroの実験において、化膿レンサ球菌培養液上清には強い細胞毒性が観察された。好中球を刺激して、好中球細胞外トラップを発生させた後、化膿レンサ球菌培養上清を添加して得られた好中球細胞外トラップ分解産物は、ヒト単球系細胞に対して化膿レンサ球菌培養上清に相加的な細胞毒性を示した。当該化膿レンサ球菌の有する分泌型DNase構成遺伝子のノックアウト菌株をマウスへ感染させたところ、著しい生存期間の延長及び感染局所菌数の減少が見られた。これらは、化膿レンサ球菌に関する研究報告及び化膿レンサ球菌によって生じた好中球細胞外トラップ分解産物が生体へ不利に作用するという本研究の仮説に矛盾しない結果と考えられた。遺伝子欠損菌株と野生型菌株で感染マウスの生存率に有意差がみられたことから、主に免疫組織化学染色に基づく病理学的検討を実施した。マウス頭部の病理標本を作製して、免疫組織染色を含めた様々な染色方法を試して比較検討したが、前述の研究成果を超える新たな知見は得られなかった。また、肝臓、腎臓、脾臓の病理標本を用いて化膿レンサ球菌によって生じる好中球細胞外トラップ分解産物が遠隔臓器に影響していないか検討したが、感染期間の短い本モデルでは野生型菌株感染マウスの遠隔臓器に組織学的な異常を見出すことは困難であった。進捗状況及び研究期間等に基づき実験系を見直した結果、現段階での研究成果をまとめて公表する方針とした。今回の実験系において重要と考えられるDNase構成遺伝子であるSdaD2、endA、spdの各欠損菌株うち、DNA配列から分泌型と考えられ、かつ野生型菌株と比較して生存期間を最も延長したspd欠損菌株に注目して研究を継続する。spd recombinant proteinを精製し、NET-DNAと混合して好中球細胞外トラップ分解産物を得て、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)及びMALDI/TOF-MS質量分析により解析する。新たに出現した好中球細胞外トラップ分解産物画分をマススペクトルと照合して物質を特定し、さらに細胞毒性の有無について培養細胞を用いて検討する。可能であれば、spd complement菌株を作製し、野生型菌株、spd欠損菌株による動物実験結果の再現性を確認する。先行研究で用いた化膿レンサ球菌菌株について、DNaseを構成するSdaD2、endA、spdの3つの遺伝子領域及び細胞毒性を有するDNA代謝産物として報告されているdeoxyadenosine産生に関わる代謝酵素である5'-nucleotidaseを構成する遺伝子領域をそれぞれノックアウトした菌株を作製した。野生型菌株及び作製した欠損菌株をマウスへ経鼻感染させたところ、野生型菌株感染マウスは全数が死亡したのに対して、DNase欠損菌株を感染させたマウスでは生存率が顕著に上昇し、特にspd欠損菌株感染マウスでは全数が生存した(ログランク検定、p<0.001)。他方、5'-nucleotidaseの欠損の有無はマウスの生存率に影響を与えなかった。spd欠損菌株をマウスに経鼻感染させて18時間後の感染局所生菌数は、野生型菌株と比較して有意な減少がみられた(t検定、p=0.032)。これらは、化膿レンサ球菌に関する研究報告及び化膿レンサ球菌によって生じたNETs分解産物が生体へ不利に作用するという本研究の仮説に矛盾しない結果と考えられた。当初平成30年度に予定していた実験動物への感染実験を平成29年度に実施した結果、遺伝子欠損菌株と野生型菌株で感染マウスの生存率に有意差がみられ、特にspd欠損菌株を感染させたマウスで良好な結果を得た。このため、必要に応じて作製予定としていたDNase重複欠損菌株は作製せず、spd欠損菌株に注目して研究を進めることとした。平成29年度に予定していた質量分析法を用いたNETs分解産物の同定は、平成30年度計画へ移すこととした。

薬剤を用いて好中球除去マウス及びマクロファージ除去マウスを作製し、化膿レンサ球菌を感染させたところ、好中球除去マウスでは感染局所菌数が減少し、マクロファージ除去マウスでは菌数の増加が見られた。このことから、好中球が化膿レンサ球菌の感染拡大に寄与したと考えられた。化膿レンサ球菌は、分泌型DNaseにより好中球細胞外トラップを分解するため、同分解産物によるマクロファージ細胞死が起きている可能性を検討した。ヒト単球系細胞を用いたin vitroの実験において、化膿レンサ球菌培養液上清には強い細胞毒性が観察された。好中球を刺激して、好中球細胞外トラップを発生させた後、化膿レンサ球菌培養上清を添加して得られた好中球細胞外トラップ分解産物は、ヒト単球系細胞に対して化膿レンサ球菌培養上清に相加的な細胞毒性を示した。当該化膿レンサ球菌の有する分泌型DNase構成遺伝子のノックアウト菌株をマウスへ感染させたところ、著しい生存期間の延長及び感染局所菌数の減少が見られた。これらは、化膿レンサ球菌に関する研究報告及び化膿レンサ球菌によって生じた好中球細胞外トラップ分解産物が生体へ不利に作用するという本研究の仮説に矛盾しない結果と考えられた。遺伝子欠損菌株と野生型菌株で感染マウスの生存率に有意差がみられたことから、主に免疫組織化学染色に基づく病理学的検討を実施した。マウス頭部の病理標本を作製して、免疫組織染色を含めた様々な染色方法を試して比較検討したが、前述の研究成果を超える新たな知見は得られなかった。また、肝臓、腎臓、脾臓の病理標本を用いて化膿レンサ球菌によって生じる好中球細胞外トラップ分解産物が遠隔臓器に影響していないか検討したが、感染期間の短い本モデルでは野生型菌株感染マウスの遠隔臓器に組織学的な異常を見出すことは困難であった。研究期間及び研究資金に基づき実験系を見直した結果、今回の実験系において重要と考えられるDNase構成遺伝子であるSdaD2、endA、spdの各欠損菌株うち、in vivoで野生型菌株との差が最も顕著であったspd欠損菌株に注目して研究することとした。はじめに、spd recombinant proteinを精製し、NET-DNAと混合してNETs分解産物を得て、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)及びMALDI/TOF-MS質量分析により解析する。新たに出現したNETs分解産物画分をマススペクトルと照合して物質を特定し、さらに細胞毒性の有無について培養細胞を用いて検討する。次に、spdが細胞外分泌型DNaseであることの確認を行う。動物を用いた抗体作製又はペプチド抗体によって抗spd抗体を作製し、化膿レンサ球菌の培養上清中にspd蛋白が存在することを示す。さらに、spd complement菌株を作製し、野生型菌株、spd欠損菌株による動物実験結果の再現性を確認する。また、主に免疫組織化学染色に基づく病理学的検討により、鼻粘膜上皮細胞障害を評価する。即ち、鼻腔粘膜上皮表層を、上皮細胞特異的染色が可能であるTUNEL、Wheat Germ Agglutinin、DAPI、抗化膿レンサ球菌抗体等で染色し、共焦点レーザー顕微鏡で観察してスコア化する。進捗状況及び研究期間等に基づき実験系を見直した結果、現段階での研究成果をまとめて公表する方針とした。今回の実験系において重要と考えられるDNase構成遺伝子であるSdaD2、endA、spdの各欠損菌株うち、DNA配列から分泌型と考えられ、かつ野生型菌株と比較して生存期間を最も延長したspd欠損菌株に注目して研究を継続する。
特別支援学校(知的障害)教師の(観る・聴く)能力を高める研修プログラムの開発

目的:特別支援学校(知的障害)(以下,特別支援学校とする。)の子ども(以下,子どもとする。)を指導する教師(以下,教師とする。)のコミュニケーション能力がどのような要素で構成されているかを明らかにすること,コミュニケーション能力を効果的に向上させるための研修プログラムを開発することを目的としている。方法:全国の特別支援学校482校1928名を対象として,質問紙調査を実施した。また,教師のコミュニケーション能力を向上させる研修プログラムを開発・試行・検討した。結果:「教師のコミュニケーション能力」については,教職経験年数による有意な差が認められた(新任期<安定期<中堅期<熟練期)(p<. 05)。教師に必要な能力は,「読み取る能力」・「協議する能力」・「伝える能力」であることが明らかになった。研修プログラムの開発では,学生を対象とした研修会では,「教師のコミュニケーション能力」の自己評価が研修前より研修後が高い結果であった。教師を対象とした研修会では,研修前より研修後の自己評価が低くなっている回答者と,自己評価が変化しない回答者がいた。研修後に自己評価が下がった理由としては,回答者が客観的に自分を捉えることができるようになったからではないかと考えられた。考察:本研修プログラムは,研修プログラムの評価と学習者の評価のために,ドナルド・マケイン(2013)の評価モデルを適用し,レベル3までを取り扱った。本研修プログラムを校内研修として実施し,研修の効果を測定・説明する方途を開発できたと考える。また,研修プログラム参加者の追跡調査の自由記述には,実際に活用しているエピソードがあった。自分の仕事との関連が分かりやすい演習内容は,業務に般化させやすく,開発した研修プログラムは,教師のコミュニケーション能力を向上するために有効であると考えられる。
発育期におけるスポ-ツ活動が動脈硬化症危険因子に及ぼす効果

本研究の目的は、発育期におけるスポ-ツ活動の動脈硬化性疾患に対する予防効果を検討することである。そのために中学生を対象にして、入学時から3年間縦断的に追跡し、高度のスポ-ツ活動への参加の程度が、動脈硬化危険因子、および大動脈脈の硬度に及ぼす影響を検討した。対象にしたのは、A地区の中学校(2校)の生徒333名、およびB地区の中学校の生徒32名である。A地区では、血清総コレステロ-ルおよびHDLコレステロ-ル濃度、血圧、体脂肪量の測定を行った。B地区では、大動脈脈波速度の測定を行った。A地区における成績:課外スポ-ツ活動への日常の参加率と動脈硬化危険因子の関係をみると、1年次には運動の有意な効果は認められなかった。2年次には参加率が50%を越える者では、明らかに運動の効果が認められた(男子の拡張期血、血清総コレステロ-ル濃度、動脈硬化指数。女子の拡張期血圧)。しかし、3年次の秋には全員がスポ-ツ活動を中止しており、効果は消失していた。2年次の成績を検討すると、参加率が80%を越える者と50ー80%の者では、効果に差はなかった。また、通学距離の長短は危険因子に影響を与えていなかった。すなわち、動脈硬化危険因子に対しては、ある程度以上の運動をすれば効果があり、極端に高度の運動は必要なさそうである。運動の効果を分析すると、血圧と血清総コレステロ-ルに及ぼす効果は、運動が体脂肪を減少させることによる間接的なものであるという要素が強いと思われたが、運動の直接的な効果も多少はありそうであった。B地区における成績:大動脈の脈波速度から推測した動脈の硬度には、スポ-ツ活動の有無による差は認められなかった。しかし、さらに長期間の追跡を継続すれば差が明確になる可能性は残されている。女子の拡張期血圧)。そのために中学生を対象にして、入学時から3年間追跡し、部活動など高度のスポ-ツ活動への参加の有無が大動脈波速度、血中脂室、血圧、体組成、体力水準に及ぼす縦断的に検討中である。対象にしているのは、I群として、A地区における中学校(2校)の生徒のうち1年生の全員(320名)、およびII群として、B地区のある中学校の学生のうち運動部に入り高度のスポ-ツ活動を行っている20名と、学校体育活動以外にスポ-ツ活動を行っていない20名である。I群では、食習慣、日常生活における身体活動度、家族歴(高血圧、糖尿病など)の調査を行い、さらに血中脂質(総コレステロ-ル、HDLコレステロ-ル)、血圧、体脂肪量の測定を行った。II群では、大動脈脈波速度の測定を行った。また両群で1500m走による体力水準の評価を行った。現在、調査および測定成績の整理を進めているが、現段階において明らかになったのは、小学校時代からスポ-ツ活動を続けていたものでは、血清コレステロ-ルのレベルが低いことである。中学校においては、大部分の生徒が運動部に属していたので、活動状況のレベルを再度調査した。現在、活動強度との対比を行うべく検討を進めている。なお、発育の程度によっても、血清脂質、血圧に差が認められるので、縦断的に検討することの重要性が明らかになった。

そのために中学生を対象にして、入学時から3年間追跡し、部活動など高度のスポ-ツ活動への参加の有無が、大動脈脈波速度、血中脂質、血圧、体組成、体力水準に及ぼす影響を、平成元年度から縦断的に検討中である。対象にしているのは、I群として、A地区における中学校(2校)の生徒のうち1年生の全員(約320名)、およびII群として、B地区のある中学校のうち運動部(学内外)に入り高度のスポ-ツ活動を行っている20名と、学校体育活動以外にスポ-ツ活動を行っていない20名である。I群では、食習慣、日常生活における身体活動度、家族歴(高血圧、糖尿病など)の調査を行い、さらに血中脂質(総コレステロ-ル、HDLコレステロ-ル)、血圧、体脂肪量の測定を行った。II群では、大動脈脈波速度の測定を行った。また両群で1500m走による体力水準の評価を行った。現在調査および測定成績の整理を進めているが、現段階において明らかになったことは、小学校時代からスポ-ツ活動を続けていたものでは、血清コレステロ-ルのレベルが低いことである。中学校における2年間の検討では、現在女子における解析を行っているが、その成績からスポ-ツ活動のレベルが高いほど、血清HDLコレステロ-ルレベルが高いことが明らかになっているので、成果の公表を目指して引続き解析を進めている。本研究の目的は、発育期におけるスポ-ツ活動の動脈硬化性疾患に対する予防効果を検討することである。対象にしているのは、I群として、A地区における中学校(2校)の生徒のうち1年生の全員(約320名)、およびII群として、B地区のある中学校の学生のうち運動部(学内外)に入り高度のスポ-ツ活動を行っている20名と、学校体育活動以外にスポ-ツ活動を行っていない20名である。現段階において明らかになったことは、(1)1年次では、小学校時代からスポ-ツ活動を続けていたものの、血清総コレステロ-ル濃度が低い。(2)2年次には、活発なスポ-ツ活動を続けたものでは、不活発なものに比べて、男子および女子で拡張期血圧が低く、また男子で血清総コレステロ-ル濃度が低く、体脂肪率も低い傾向となった。(3)これらの効果は3年次になり運動を中止すると消失した。これらの成果は、体育学会総会、および支部会で発表した。現在進めている栄養調査の解析結果を加えて、論文として公表を予定している。
乱流要素渦による乱流理論・予測・制御の新展開

「要素渦」とは混沌とした乱流場の中に存在する微細な秩序構造であるが,近年のスーパーコンピュータや高性能の実験装置の普及のもと,高度な計算アルゴリズムや実験技術の開発により,ごく最近,その物理特性の詳細が明らかになり,また乱流エネルギーの散逸や乱流混合に重要なはたらきをしていることがわかってきたものである。この要素渦に着目し,自然界,実験室,そしてコンピュータ上で実現されるさまざまな種類の乱流に対して,その物理特性や乱流力学におけるはたらきのいくつかを,理論,実験,ならびに数値計算によって明らかにした。要素渦は乱流の種類によらず共通で,管状の中心渦に周辺渦が層状に取り巻いていること,中心渦の断面の太さや回転速度はコルモゴロフのスケーリング則に従うが渦の長さは乱流の大規模スケールにまで及ぶこと,レイノルズ数の大きな流れにおいては,要素渦が群を作り空間に局在化すること,複数の要素渦が反平行接近して混合能力を高めること,等々の特徴がある。要素渦の工学的応用として,要素渦に基づくラージ・エディ・シミュレーションのモデルの開発,要素渦を操作することによる壁乱流のアクティブ・フィードバック制御,「大規模要素渦」としての縦渦の導入による超音速混合燃焼の促進,「大気の組織渦」としての竜巻の発生機構,等の研究を発展させてきた。さらに,クエット乱流中に要素渦の再生を伴なう「不安定周期運動」(乱流の骨格とも呼べる時空間組織構造)を発見した。本特定領域研究によって得られた乱流要素渦の概念,反平行接近などの渦の力学,低圧力渦法などの流れ場の解析手法,などを理論的ツールとして,乱流構造や乱流力学の本質を探る研究が今後大いに進展されることを期待している。本特定領域研究「乱流要素渦による乱流理論・予測・制御の新展開」は,4つの計画研究「乱流要素渦の構造と力学」,「乱流要素渦と組織構造の形成と発達」,「環境乱流の構造と乱流要素渦」,および,「乱流の予測制御と乱流要素渦」で組織されている。本総括班は,領域全体の総括と研究の円滑な推進,および成果の評価を行うのが主な任務である。1.本特定領域研究に関連する研究集会として,平成13年1月17日19日の3日間,京都大学数理解析研究所において,「乱流構造の数理-発生・動力学・統計・応用」を開催し,日本全国から総計70名の参加を得た。本特定領域からは,フランスからの招聘研究員を含み4つの招待講演,そして9つの一般講演を行った。本特定領域以外の研究者による14の講演とともに,活動的な雰囲気の中で,斬新なアイデア,新しい研究結果に大いに刺激を受けた。2.研究計画班の構成員とは,昨夏から今春にかけて数多く開かれてきた関連研究集会において,顔を合わせるたびに,互いに情報交換を行い,それぞれの班の研究の進捗状況を把握してきた。特に,平成12年10月24日に京都テルサで開催した第1回全体会議,および,平成13年2月23日24日にキャンパスプラザ京都において開催した第2回全体会議では,本特定領域研究の研究者ならびに評価委員の先生方のほぼ全員が集い,これまでの研究経過と結果,および今後の研究方針についてつっこんだ議論を行った。乱流要素渦に基づく乱流の理論,予測および制御の研究を分野ごとに分けた4つの研究班が互いに緊密な連携を図りながら進めてきた。主たる研究成果を研究班ごとにまとめる。

(1)「乱流要素渦の構造と力学」要素渦の構造と物理特性のレイノルズ数依存性,個々の渦の形成,成長および崩壊過程を解析するための渦の自動追跡法,流れによる物質拡散や混合過程の定量化を目的とした渦による流体線や流体面の変形伸張の解析,回転や剪断,壁面境界と渦との相互作用,および圧縮性の影響,等を明らかにした。(2)「乱流要素渦と組織構造の形成と発達」要素渦の発生に関する実験で,乱流変動がストリークを励起する過程やストリーク構造の不安定現象を捉えた。回転一様剪断流体中で局所的なシアー・コリオリ不安定の非線形現象を明らかにした。超音速混合促進制御に関し,縦渦列の干渉現象や超音速キャビティ振動現象を明らかにし,柔毛の抵抗体モデルの妥当性を数値計算で確認した.(3)「環境乱流の構造と乱流要素渦」竜巻とポーラーロウを数値計算で再現し、渦の中心に流入する流跡線に沿って渦度収支を解析した。安定な密度成層流体中に二重拡散効果により形成される多層構造の乱流状対流の構造を明らかにした。f-面上の発散準地衡乱流では,慣性領域での運動エネルギースペクトル形が発散によらないことを示した。風波水槽実験により、うねりは風波気液界面の表面更新乱流要素渦の発生周波数を減少させ、物質交換速度を減少させることを示した。(4)「乱流の予測制御と乱流要素渦」壁乱流の渦構造解析では,スパン方向の領域制限による縦渦から横渦への主構造の変化,剪断乱流の非等方性と要素渦の空間分布の関係,圧力勾配に対する縦渦構造の応答を明らかにした。剪断乱流のアクティブ・フィードバック制御においては,要素デバイスの開発,GA手法によるアルゴリズムの構築を行い,円管内乱流で検証した。本特定領域研究では,分野ごとに分けた4つの研究班が互いに緊密な連携を図りながら進めてきた。各研究班の主たる研究成果は以下の通りである。(1)「乱流要素渦の構造と力学」(i)乱流中の流体線の長さと流体面の面積がどちらも,指数関数的に増加することを示し,その増加率を正確に求めた。(ii)乱流中の管状旋回渦は,反平行に揃う傾向があること,そして,反平行渦対が流体線や流体面の伸張過程に大きく寄与していることを見出した。(iii)圧縮性の存在が渦の成長を抑制することを示した。(2)「乱流要素渦と組織構造の形成と発達」(i)回転剪断乱流では,平均絶対渦度がゼロの場で渦管構造が安定に持続される機構を明らかにした。(ii)超音速キャビティ振動の自励振動の周波数予測式を導出し,実験でその妥当性を検証した。(iii)キャビティ振動による小スケール渦を超音速縦渦混合場に注入する実験を行い,超音速混合促進に有利な流れを得た。(3)「環境乱流の構造と乱流要素渦」(i)竜巻とポーラーロウを数値シミュレーションに基づいて調べ,両者とも現実的な渦の再現に成功し,基本的な発生過程と構造を明らかにした。(ii)海洋レーダーにより対馬海峡に亜中規模渦を発見した。(iii)風波乱流場の気液界面を通しての物質移動速度および乱流構造に及ぼすうねりの影響を室内実験により明らかにした。(4)「乱流の予測制御と乱流要素渦」(i)壁乱流フィードバック制御システムの実現に向けて,壁近傍の縦渦構造や壁面から離れた渦構造を制御対象とするアルゴリズムが効果的であること等を明らかにした。(ii)固体粒子の回転が粒子分布に及ぼす影響,壁面植毛の効果を明らかにした。(iii)乱流要素渦の階層構造とスケール間のエネルギー輸送機構の解明及びSGSモデルの評価を行った。
希土類元素添加Siナノ構造を用いた光メモリーに関する研究

1. Er添加ナノ微結晶Si薄膜材料の作製と発光--本研究では、超高真空のnc-Si製造装置を用いてEr添加Siターゲットから高純度のEr添加アモルファスSi薄膜を作製し、Erを結晶の核にしてnc-Si材料を作製するプロセスを開発した。この過程において、Erがアモルファス相に歪場を導入し、Er自身が結晶の核として働く。Erの添加濃度を制御することによりSi微結晶のサイズが制御でき、結晶サイズを変えずに結晶相のシェアを増やすこともできる。このような特徴のあるナノ微結晶形成プロセスから、一個の微結晶にEr原子が一個添加されていると推測できる。この結果がErの発光効率を高めることになると考えられ、室温での強いEr発光をもたらすことになる。2. Erを添加したポーラスSiの発光特性--本研究では液浸法を用いてポーラスSiにErを添加し、その発光メカニズムを明らかにした。Er添加したポーラスSiは室温において強い可視発光とErからの1.54μm発光を示す。可視発光はナノ秒の早い寿命をもち、Erの発光寿命はミリ秒である。従って、Er準位を光のメモリーとして用いることは十分可能である。また、Er発光は母体結晶の吸収端を測る良いプローブであり、Er添加ポーラスSiを用いて実証できた。3.ナノ微結晶Si:Er発光素子の試作--本研究ではまず、室温で強い1.54μm発光するnc-Si:Er薄膜をレーザーアブレーション法を用いて作製した。Siのナノ微結晶化と酸素の共添加がErの発光効率を高めたと思われる。そしてSi基板上にEr添加ナノ微結晶Siの光り導波路を作製し、それをヘキ開して光り共振器を作製し、光励起により世界ではじめて1.54μmの室温レーザー発振を実現した。この結果はSiを用いた発光素子研究の大きなブレークスルーであり、Applied Physics Letters誌のレフリーからSiをベースにした光りエレクトロニクスの一里塚になると称された。半導体に添加されたErは1.54μmで発光し、光ファイバー通信への応用が大きく期待される。一方、ナノ微結晶Si(nc-Si)は、量子サイズ効果により室温で強い青色発光を示す。この青色発光の寿命が数百ピコ秒と非常に速いため、超高速な励起が可能である。一方のErは発光寿命が1ミリ秒と長いため、Er準位を光のメモリーとして用いることは十分可能である。本研究では、ポーラスSiやnc-SiへErを添加し、Er添加したnc-Si発光素子、光メモリー素子を試作することを目的とし、以下の成果を得た。(1)ポーラスSiにErを添加し、室温においてポーラスSiによる可視発光とErからの1.54μm発光を同一試料で実現した。本研究では、ポーラスSiに添加したErの発光メカニズムをはじめて明らかにしたとともに、Er発光は母体結晶の吸収端を測る良いプローブであることを提案し、実証した。このことは他の母体に応用することもでき、特にナノ構造の母体では結晶サイズのプローブに用いられる。本研究では、高純度のアモルファスSi薄膜の中にErを添加し、Erを結晶の核にし、Er添加のnc-Si材料を作製した。この方法ではSi微結晶のサイズが制御でき、結晶サイズを変えずに(最小2.7nm)結晶相のシェアを増やすことができる。本研究では、結晶サイズ3、4、5、6、7、8、などから15nmまでの試料が制御性良く製作できた。結晶サイズ7nm以下の試料では、室温の青色発光とEr発光が観測されている。