hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
拡散過程とファジィ集合値確率過程の研究

確率変数の取る値の空間を一般化する研究は,理論の上からも,応用数学の立場からも重要なテーマであろう.それをファジィ集合の空間に取り,極限定理を調べるのが本研究の目的である.この空間では,位相の入れ方によって可分性が壊れることがあるので注意を要する.本研究の一つの成果は,大数の法則,中心極限定理それにマルチンゲール収束定理は,可分性が壊れる一様位相を入れた空間でも成り立つことを突きとめたことである.方法としては,単調性を用いる方法と,分割を細かくするときのパラメータに関するエントロピーの可積分性を出して,経験分布の理論に持ち込む手法を取った.大偏差原理については,可分性がより大きな影響を与えるが,Levyの距離による位相についてまでは,自然な条件の下でCramer型の大偏差原理が成り立つことを得た.Skorohod位相と一様位相の場合は,やゝ強い条件の下で成り立つことを得た.また,この条件をみたす具体例を求めたが,これはM.Arcones : Large deviations of empirical processesの一つの定理の反例になっている.また自然な条件の下で,Sanov型の大偏差原理が成り立つことも得た.速度関数を具体的に求める問題は,簡単な場合しか出来ていないが,一つの例では,2つの測度の相対エントロピーになることが分かった.次に,研究分担者の松本裕行とともに,一次元ブラウン運動B(t)とその時刻tまでの最大値M(t)について,cM-Xがマルコフ過程になるのは,c=0,1,2の場合のみであることを得た.これは,15年度からの継続の研究であるが,Levyの定理(c=1の場合)とPittmanの定理(c=2の場合)を補完するものである.確率変数の取る値の空間を一般化する研究は,理論の上からも,応用数学の立場からも重要なテーマであろう.それをファジィ集合の空間に取り,極限定理を調べるのが本研究の目的である.この空間では,位相の入れ方によって可分性が壊れることがあるので注意を要する.本研究の一つの成果は,大数の法則,中心極限定理それにマルチンゲール収束定理は,可分性が壊れる一様位相を入れた空間でも成り立つことを突きとめたことである.方法としては,単調性を用いる方法と,分割を細かくするときのパラメータに関するエントロピーの可積分性を出して,経験分布の理論に持ち込む手法を取った.大偏差原理については,可分性がより大きな影響を与えるが,Levyの距離による位相についてまでは,自然な条件の下でCramer型の大偏差原理が成り立つことを得た.Skorohod位相と一様位相の場合は,やゝ強い条件の下で成り立つことを得た.また,この条件をみたす具体例を求めたが,これはM.Arcones : Large deviations of empirical processesの一つの定理の反例になっている.また自然な条件の下で,Sanov型の大偏差原理が成り立つことも得た.速度関数を具体的に求める問題は,簡単な場合しか出来ていないが,一つの例では,2つの測度の相対エントロピーになることが分かった.次に,研究分担者の松本裕行とともに,一次元ブラウン運動B(t)とその時刻tまでの最大値M(t)について,cM-Xがマルコフ過程になるのは,c=0,1,2の場合のみであることを得た.これは,15年度からの継続の研究であるが,Levyの定理(c=1の場合)とPittmanの定理(c=2の場合)を補完するものである.1.ファジィ集合値マルチンゲールの収束定理は、従来はKuratowski-Mosco収束とかグラフ収束とか比較的弱い位相でしか得られていなかった。本研究では、平均が同じ確率変数達を新しく導入した可分なバナッハ空間に埋め込むという手法を用いて、一番強い位相である拡張ハウスドルフ距離に関するファジィ集合値マルチンゲール収束定理を証明した。2.一般集合値(またはファジィ値)の中心極限定理は、取る値の空間が可分でないために困難であり、実質的に可分になるようにLipschitz conditionを仮定した1986年のKlement-Puri-Ralescuの仕事しかなかった。本研究ではこの問題を、empirical processの理論に持ち込み、一般集合値の空間を埋め込む空間の最小被覆数のエントロピーの可積分性を示すことより解決した。3.ブラウン運動Xの最大値過程をMとするとき、M-Xは反射壁ブラウン運動に、2M-Xは3次元ベッセル過程になり、従ってMarkov過程になりることはLevyの定理、Pitmanの定理として知られている。このことは定数のずれを持つブラウン運動についても正しく、分布は当然異なるが、cM-Xはc=0,1,2のときにMarkov過程になる。本研究では、cが上の場合以外にはcM-XはMarkov過程になり得ないことを証明した。また、cが上の場合にMarkovになることの明快な別証明を与えた。確率変数の取る値の空間を一般化する研究は,理論の上からも,応用数学の立場からも重要なテーマであろう.それをファジィ集合の空間に取り,極限定理を調べるのが本研究の目的である.

この空間では,位相の入れ方によって可分性が壊れることがあるので注意を要する.本研究の一つの成果は,大数の法則,中心極限定理それにマルチンゲール収束定理は,可分性が壊れる一様位相を入れた空間でも成り立つことを突きとめたことである.方法としては,単調性を用いる方法と,分割を細かくするときのパラメータに関するエントロピーの可積分性を出して,経験分布の理論に持ち込む手法を取った.大偏差原理については,可分性がより大きな影響を与えるが,Levyの距離による位相についてまでは,自然な条件の下でCramer型の大偏差原理が成り立つことを得た.Skorohod位相と一様位相の場合は,やゝ強い条件の下で成り立つことを得た.また,この条件をみたす具体例を求めたが,これはM. Arcones : Large deviations of empirical processesの一つの定理の反例になっている.また自然な条件の下で,Sanov型の大偏差原理が成り立つことも得た.速度関数を具体的に求める問題は,簡単な場合しか出来ていないが,一つの例では,2つの測度の相対エントロピーになることが分かった.次に,研究分担者の松本裕行とともに,一次元ブラウン運動B(t)とその時刻$t$までの最大値M(t)について,cM-Xがマルコフ過程になるのは,c=0,1,2の場合のみであることを得た.これは,15年度からの継続の研究であるが,Levyの定理(c=1の場合)とPittmanの定理(c=2の場合)を補完するものである.
化合物半導体の結晶成長における表面吸着層モデルの構築とヘテロ構造界面急峻化の実現

平成20年度の結果から,現行の観察装置では表面吸着層の速度過程解析に限界があることが明らかになったため,表面吸着層の積極的利用として,有機金属気相成長における微小領域選択成長を用いたSi基板上InGaAsの横方向成長に取り組んでいる.成長前の基板加熱条件としてキャリアガスのH_2のみの供給,As原料供給,P原料供給のそれぞれについて,成長温度までの加熱または高温加熱を比較した.H_2供給下加熱では多種多量の不純物が吸着しており,特にCの吸着によりそれらを核として各成長領域に多数のInAs核が発生していた,As原料供給下加熱では0が多量に吸着しており,InAs核発生が阻害されていた.P原料供給下では特に高温加熱の場合にC・Oの吸着がともに抑制されており,InAs核発生も良好であった.そこで成長前の基板加熱にはP原料供給下高温加熱を用いることとし,その後の多段階成長の条件を最適化することで,InGaAs結晶の幅/高さ比が通常成長の11.4±10.6から18.2±7.2に向上し,横方向成長を促進するとともに均一性を向上させることに成功した.また,核発生および連続成長におけるGa組成の影響を考察した.成長初期の核密度および核形状はInAsとGaAsの違いに起因するものであり,GaAsの方がSiとの界面エネルギーおよび核発生の臨界エネルギーが小さいために,より接触角の小さい液滴状の核が多数発生しやすい,ただし,InGaAs成長では最初に凝集したGaAsを核としてInAsが凝集して核発生するため,核の組成はInAsに近くなる.連続成長では,InAsは等方的に,GaAsは異方的に成長することが知られており,本研究におけるInGaAsの横方向成長はGaAsの成長速度の異方性が発現したものである.しかし,低V/III比の条件下ではGaAs表面のAs被覆率の低下から成長速度の異方性が見られなくなるとともに積層欠陥の一種である回転双晶が消滅することも知られており,高Ga組成InGaAsで見られた幅/高さ比の低下および双晶消滅はInGaAs表面のAs被覆率の低下が原因である.まず表面吸着層が反射率異方性分光法(RAS)で観察可能であるかを確認するため,InGaP/GaAsの積層構造を成長したところ,成長層の切り替え時に反射率異方性(RA)信号が数nmの膜厚にわたって特異な変化を示した.これは表面吸着層が存在するために起こる成長層の組成変化であると考えられる.RASを用いた解析が可能であると考え,2元系材料のGaAs・InP・InAs・GaPについて,それぞれの基板上に同種成長を行うことにより,表面吸着層の形成・消滅に関する速度過程解析を行った.測定結果から吸着および結晶化の速度定数をそれぞれ抽出したところ,InP以外の3材料に関しては速度定数が正しく測定・解析可能であることが分かった.また,GaAsについて単純な成長モデルを仮定し,得られた速度定数を用いて表面吸着層厚さを計算したところ,0.2原子層程度となった.GaAsとInAsの混晶である3元系のInGaAsについて同様の測定および解析を行ったところ,得られた速度定数が速い方のInAsに近い値を示し,正しく測定できないことが分かった.以上から,RASを用いた表面吸着層の速度過程解析には限界があることが明らかになった.ただし,上記のとおり表面吸着層の存在による異種材料界面での組成変化が観察されていることから,定性的な議論は可能であると考えている.一方,表面吸着層の積極的利用として,Si基板上のInGaAs成長にも取り組んだ.Si基板の大部分をSiO_2の成長阻害マスクで覆う微小領域選択成長を用いてマスク上にInGaAsを横方向成長させ,高品位で平坦なInGaAs薄膜を得ることを目標としている.横方向成長に必要な成長条件を検討し,面内での形状均一性を向上させるために成長途中で原料分圧を変化させる多段階成長を提案した。平成20年度の結果から,現行の観察装置では表面吸着層の速度過程解析に限界があることが明らかになったため,表面吸着層の積極的利用として,微小領域選択成長を用いたSi基板上InGaAsの横方向成長に取り組んでいる.面内での結晶形状均一性を向上させるために成長途中で原料分圧を変化させる多段階成長を提案してきた.これまでの3段階成長の後に4段階目(Step4)として高Ga組成InGaAsを成長させたところ,横方向成長したInGaAsアイランドでは上層50nm程度に双晶消滅層が得られたが,結晶上部角にファセットが形成されたものでは逆に多数の転位が形成されていた.また,両者は最表部のGa組成が異なること,また1つのアイランド内でも組成分布があることが分かり,結晶均一性をさらに向上させることが必要である.Step1のInAsおよびStep2のInGaAsとの関係について理解するため,Step2のInGaAsの時間発展を観察した.Step1後にSi成長領域をInAsが完全被覆しているものとしていないものがあること,不完全被覆InAsの場合は露出しているSi部分にStep2で新たにInGaAsが核発生してしまうこと,不完全被覆InAsはその後のInGaAsでファセット形成アイランドになりやすい傾向があること,成長時間の経過とともにGa組成が増加しファセット形成アイランドの割合が増加していくことが分かった.

したがって,Step1のInAsでSiを完全被覆し形状均一性を高めること,Step2の成長は適切な時間を選ぶ必要がある.InAs結晶でSiを完全被覆させるため,従来2μmであった成長領域を1μmにしたところ,InAsによるSi表面の完全被覆がまだ容易ではなく,その後のInGaAsでも横/縦比は促進されたが形状均一性がかえって悪化した.平成20年度の結果から,現行の観察装置では表面吸着層の速度過程解析に限界があることが明らかになったため,表面吸着層の積極的利用として,有機金属気相成長における微小領域選択成長を用いたSi基板上InGaAsの横方向成長に取り組んでいる.成長前の基板加熱条件としてキャリアガスのH_2のみの供給,As原料供給,P原料供給のそれぞれについて,成長温度までの加熱または高温加熱を比較した.H_2供給下加熱では多種多量の不純物が吸着しており,特にCの吸着によりそれらを核として各成長領域に多数のInAs核が発生していた,As原料供給下加熱では0が多量に吸着しており,InAs核発生が阻害されていた.P原料供給下では特に高温加熱の場合にC・Oの吸着がともに抑制されており,InAs核発生も良好であった.そこで成長前の基板加熱にはP原料供給下高温加熱を用いることとし,その後の多段階成長の条件を最適化することで,InGaAs結晶の幅/高さ比が通常成長の11.4±10.6から18.2±7.2に向上し,横方向成長を促進するとともに均一性を向上させることに成功した.また,核発生および連続成長におけるGa組成の影響を考察した.成長初期の核密度および核形状はInAsとGaAsの違いに起因するものであり,GaAsの方がSiとの界面エネルギーおよび核発生の臨界エネルギーが小さいために,より接触角の小さい液滴状の核が多数発生しやすい,ただし,InGaAs成長では最初に凝集したGaAsを核としてInAsが凝集して核発生するため,核の組成はInAsに近くなる.連続成長では,InAsは等方的に,GaAsは異方的に成長することが知られており,本研究におけるInGaAsの横方向成長はGaAsの成長速度の異方性が発現したものである.しかし,低V/III比の条件下ではGaAs表面のAs被覆率の低下から成長速度の異方性が見られなくなるとともに積層欠陥の一種である回転双晶が消滅することも知られており,高Ga組成InGaAsで見られた幅/高さ比の低下および双晶消滅はInGaAs表面のAs被覆率の低下が原因である.
ハエの休眠調節に関わる脳ニューロンと分子の特定

ハエの休眠調節に関わる脳ニューロンと分子を探すことを目的とした。長日高温、短日低温で飼育されたハエの脳から126,231のコンティグを得た。全コンティグの21%にGO termが付加され、そのうち、0.4%が短日・低温に応答して発現が有意に上昇した。qPCRにより光周期および温度条件による発現量に違いが出る遺伝子が一つ見つかった。神経繊維の切断実験から、脳側方部ニューロンは、短日低温条件においてPLTを通して卵巣発達を抑制する信号を出し、休眠を誘導すると考えられた。脳側方部ニューロンが休眠を誘導する際、上記で検出された短日低温条件3日目で発現上昇がみられる遺伝子が関わっているのかもしれない。昆虫は生存に適した季節に成長や生殖を行い、不適切な季節には休眠に入り過酷な環境をやり過ごす。昆虫は、一定期間の光周期や温度情報から季節を知り、その情報を脳で処理したのち内分泌系を介して成長(生殖)と休眠を調節している。本研究は、ハエの休眠調節に関わる脳ニューロンとそこに発現する分子を特定することを目的とする。本年度は1)トランスクリプトーム解析と2)脳ニューロパイル構造および脳間部、脳側方部、概日時計ニューロンの解析を行い、以下の結果を得た。1)ルリキンバエの脳中央部-食道神経節に発現する遺伝子を次世代シーケンサーにより解析し、長日高温条件羽化後1日、2日、短日低温条件羽化後3日、7日の合計4サンプルからそれぞれ1億リードペアを得た。これらのアセンブリを行いトランスクリプト配列を得た。2)ルリキンバエの脳をシナプシン抗体を用いてニューロパイル構造を共焦点レーザ顕微鏡により解析した。また、バックフィルと神経ペプチドpigment-dispersing factor (PDF)の抗体を用いて脳ニューロンの二重染色を行った,,PDF抗体は概日時計ニューロンと卵巣発達を抑制する脳側方部ニューロンの一部を標識する。その結果、前大脳の背側中央部で、PDF免疫陽性ニューロンから卵巣発達に重要な脳間部ニューロンへ神経接続があることがわかった。さらにPDFとシナプシンの2重免疫染色により、PDF免疫陽性ニューロンは脳間部、脳側方部ニューロンの付近でシナプス出力していることがわかった。また、ノハラカオジロショウジョウバエのPDF陽性ニューロンの分枝形態を長日条件、短日条件のそれぞれ昼と夜で比較した。その結果、PDFニューロンの分枝の広がり方に1日の時刻、または日長による変化は見られなかった。これより、概日時計ニューロンの分枝形態の変化により時刻情報や日長情報が伝えられる可能性は低いと考える。昆虫は光周期や温度情報から季節を知り、生存に適した季節に成長や生殖を行い、不適切な季節には休眠に入り過酷な環境をやり過ごす。本年度、ルリキンバエを採集し、以下の結果を得た。次世代シーケンサー解析により、長日高温条件と短日低温条件で発現量に1.5倍以上の差が存在する遺伝子を3つ選び出し、リアルタイムPCRにより光周期および温度条件による差を調査した。その結果、1つの遺伝子のみに差が確認された。次に、温度を一定とし、長日と短日条件の間でこの遺伝子発言を調べたところ、短日条件を受容して3日目で発現量が有意に上昇することがわかった。電子顕微鏡観察により、ルリキンバエの脳間部ニューロンと神経ペプチドpigment-dispersing factor(PDF)ニューロンの神経線維形態を調べた。その結果、脳間部ニューロンの入力部は前大脳と食道孔近くに、出力部は食道孔近くに存在することが分かった。また、PDF免疫陽性のdense core vesicleを前大脳に豊富に持つことがわかり、PDFニューロンは前大脳でペプチドを傍分泌していると考えられた。卵巣発達に必要な脳間部ニューロン、休眠誘導に必要な脳側方部ニューロンの神経トラクト(繊維束)を切断し、これらニューロンの休眠調節様式を調べた。その結果、脳間部ニューロンへ入力する神経線維を切断しても、長日高温、短日低温条件ともに卵巣ステージに影響がみられなかったことから、脳間部ニューロンは光周期と温度による休眠調節には直接関与しないと考えられた。一方、posterior lateral tract(PLT)切断実験から、脳側方部ニューロンは、短日低温条件においてPLTを通して卵巣発達を抑制する信号を出し、休眠を誘導すると考えられた。昆虫は光周性や温度情報から季節を知り、生存に適した季節に成長や生殖を行う。そして、不適切な季節には休眠に入り過酷な環境をやり過ごす。昨年度までのトランスクリプトーム解析を受け、本年度以下の結果を得た。1.トランスクリプトーム解析データを用いてGene Ontology(GO)解析を行った。その結果、全コンティグ(n=126,231)の21%にGO termが付加され、そのうち、0.4%が短日・低温に応答して発現が有意に変化することがわかった。2.FPKM値を定量的リアルタイムPCRにより検証した結果、長日・高温条件と短日・低温条件の間に差がある配列を、さらに3つ得ることができた。

3.光周期・温度条件により発現量の異なる遺伝子の発現部位を調べるため、in situ hybridization(ISH)法を用いて、脳丸ごとの染色を行ったが、染色像は得られなかった。そこで、凍結切片を用いた染色に切り替えることとし、クリオスタットを用いた凍結切片の作製法とISHの染色条件を確立した。5.CRISPR/Cas9システムを用いたゲノム編集法の技術確立のため、まず、laccase2遺伝子を標的とし、ルリキンバエの採卵効率を高める方法、及び、卵への注射方法を確立した。Cas9mRNAとlaccase2ガイドRNAを注射し、成虫まで成長することを確認した。昆虫は光周期や温度情報から季節を知り、生存に適した季節に成長や生殖を行い、不適切な季節には休眠に入り過酷な環境をやり過ごす。本研究は、ハエの休眠調節に関わる脳ニューロンとそこに発現する分子を特定することを目的とする。本年度、以下の結果を得た。1ルリキンバエの脳の凍結切片を用いてin situ hybridizationを行い、まず、多くの昆虫の脳内に高発現することが知られているオクトパミン合成酵素のチラミンbヒドロキシラーゼと、ドーパミン合成酵素であるドーパデカルボキシラーゼの発現細胞を染色することができた。この方法を用いて、定量的PCRにより短日条件3日目で発現が上昇することが確認された遺伝子の染色を行ったが、現在のところまだ染色像は得られていない。2 CRISPR/Cas9システムを用いたゲノム編集法の技術確立のため、引き続きルリキンバエの卵へRNA mixtureの注入を行った。しかし、孵化率は3%と低く、また、本年度、多くの卵を一度に得ることが困難となった。そのため、ノハラカオジロショウジョウバエに切り替え、採卵方法及びCRISPR/Cas9システムによるノックアウト法を検討した。ハエの休眠調節に関わる脳ニューロンと分子を探すことを目的とした。長日高温、短日低温で飼育されたハエの脳から126,231のコンティグを得た。全コンティグの21%にGO termが付加され、そのうち、0.4%が短日・低温に応答して発現が有意に上昇した。qPCRにより光周期および温度条件による発現量に違いが出る遺伝子が一つ見つかった。神経繊維の切断実験から、脳側方部ニューロンは、短日低温条件においてPLTを通して卵巣発達を抑制する信号を出し、休眠を誘導すると考えられた。脳側方部ニューロンが休眠を誘導する際、上記で検出された短日低温条件3日目で発現上昇がみられる遺伝子が関わっているのかもしれない。神経終末の染色はできなかったが、ISH法の確立、トランスクリプトーム解析データを基にしたGO解析を実施することができた。また、CRISPR/Cas9システムの技術検討をスタートさせることができた。27年度が最終年度であるため、記入しない。動物生理学凍結切片を用いたISH法により、光周期・温度条件によって発現量の異なる遺伝子について、脳内の発現部位を明らかにする。また、脳側方部ニューロンの神経終末形態を観察し、光周期・温度条件による差が見られないか調べる。ゲノム編集方法を確立し、注目遺伝子のノックアウトを目指す。次世代シーケンサー解析により目的としていた光周期温度条件間での脳内に発現する遺伝子の比較を行うことができた。
都市空間の脳波的共鳴現象による再評価と音楽的解釈に関する実験的研究

様々な都市空間の中から、合計224地点を選び、現場での脳波計測を行うとともに、ビデオに撮影した映像を見た状態での室内における脳波計測を実行した。また、音楽と都市空間の脳波反応的相関を調べるため、8ジャンルの音楽各5曲を準備し、音楽を聞いている最中の脳波計測も行った。分析から得られた主な結果は次のとおりである。(1)街路空間は、交通が少なく広告・看板・ガードレールがないこと、建物は適度に古いこと、建物壁面は木質系であることが快適性に繋がる。(2)公園・オープンスペースは、中大の樹木が周辺又は内部にあること、開けた部分が芝、タイル、花など通常のもの以外に土や雑草で覆われていること、周辺に老朽化建物がないことがα波でみた快適性要件となる。(3)静水空間では、水質が良いこと、ある程度の広がりを有すること、老朽化建物が周辺にないこと、水面に揺れが見られることが快適要因となる。(4)流水空間は、両側が草や樹木で覆われていること、緩やかな蛇行が見られること、両側に建物が迫っていないことが快適性の条件になる。(5)樹木については、巨大であり葉が茂っていること、周辺の路面が芝で覆われていることなどが快適性向上の方向に作用する。(6)石・彫刻・モニュメントについては、自然石であること、巨大であることの2要因が快適性要因として抽出された。(7)結果的にみると、都市空間の音楽的解釈はジャンルよりはテンポや明るさといった曲の持つイメージによる方がよい。(8)全体的に、緑が多く賑わいのある大通りやその他の街路空間は明るくテンポの速い曲と、歴史性が感じられる落ち着いた街路空間はゆっくりとした静かな曲とそれぞれ相関がみられた。(9)公園・オープンスペース、静水空間のうち水質のよい空間、小川を除いた流水空間、近代的建物、小中の樹木、自然石は明るくテンポの速い曲の間に相関がみられ、両岸が草で覆われたような小川、自然の素材を用いた建物や伝統的な建物、巨大な樹木で落着いた周辺環境の中にあるものなどはゆっくりとした静かな曲との間で相関が高い。当初の予定どおり,対象地域を長野市と周辺地域に限定して調査分析を行うこととした。空間種別としては,都市空間の主要部分である街路空間,建造物,公園・オープンスペース,静水と流水に分けた水辺空間の他,単体物として樹木,石・彫刻・モニュメントを考え,まず,一次調査として踏査を行い個々の候補空間の写真撮影を行った。写真をもとに最終的な調査空間を決定し,それぞれの空間においてビデオ撮影を行う一方で音情報等も含める形で詳細な文章スケッチを行った。脳波測定は被験者全員について現場で実施する予定であったが,大部分の調査地点には人通りがあり人に見られると感情に大きな乱れが生ずるという被験者の述懐が得られたため,少数の被験者についてのみ乗用車に乗った状態で脳波を測定したり,人通りの切れ目を狙って測定するという厳しい条件下での測定を実行した。この被験者についてはビデオ画像(音声付き)を見た場合の脳波反応との比較を行い,現場を実験室内での脳波スペクトルの相違の程度を確認する予定である。他の被験者については,現場での脳波測定はあきらめ,ビデオ画像による測定のみ実施したが,時間的制約もあり対象空間の一部に止っている。また,ジャンル別音楽(ロック,クラッシック,ポップス,ジャズ,レゲェ,民謡,演歌,童謡等)をそれぞれ数曲ずつ用意し,各曲を伏せて被験者に聞かせながら脳波測定を行った。被験者は未だ少数であるが,脳波発現のパターンについては次のような結果が得られた。(1)アルファ波のスペクトルパワーの値は被験者間で大きな差異がある。(2)街路空間については,人や車の通りが少なく静かであること,自然音があること,建物が木質系であることなどにより,α波の発現量が増える。(3)公園・オープンスペースについては,周辺に老朽化した建物がなく中大の樹木があること,自然音があること,開た路面は通常のものの他雑草や土で覆われていることなどがアルファ波を多く発生させる要因となる。(4)音楽のジャンルによるアルファ波発現には一定の傾向がみられない。

(5)樹木については、巨大であり葉が茂っていること、周辺の路面が芝で覆われていることなどが快適性向上の方向に作用する。(6)石・彫刻・モニュメントについては、自然石であること、巨大であることの2要因が快適性要因として抽出された。(7)結果的にみると、都市空間の音楽的解釈はジャンルよりはテンポや明るさといった曲の持つイメージによる方がよい。(8)全体的に、緑が多く賑わいのある大通りやその他の街路空間は明るくテンポの速い曲と、歴史性が感じられる落ち着いた街路空間はゆっくりとした静かな曲とそれぞれ相関がみられた。(9)公園・オープンスペース、静水空間のうち水質のよい空間、小川を除いた流水空間、近代的建物、小中の樹木、自然石は明るくテンポの速い曲の間に相関がみられ、両岸が草で覆われたような小川、自然の素材を用いた建物や伝統的な建物、巨大な樹木で落着いた周辺環境の中にあるものなどはゆっくりとした静かな曲との間で相関が高い。
選択性に富む酵素阻害剤ペプチジルアルギニナールの調製法開発と活用

近年蛋白分解酵素は、食物蛋白質の消化という周知の役割に加えて、多種多様な機能蛋白質・ペプチド類をそれぞれの前駆体から限定分解的に生産し更には異化的に代謝する等の、生命現象にとってより本質的な役割を持つとして大きな注目を集めつつある。この様な役割を個々に解析する上で、各酵素の活性を厳しく区別して阻害する化合物の活性は有力な手法を提供する。これらの化合物は優れた医薬ともなろう。この種の役割を司る酵素の中では特に様々なトリプシン様酵素の存在が目立つので、本研究では、放線菌由来のトリプシン阻害物質ロイペプチン〔Acyl-Leu-Leu-Argal(アシル-ロイシル-ロイシル-アルギニナール)の構造を持ち放線菌トリプシンを特に強く阻害する〕を改造して種々のトリプシン様酵素をそれぞれ選択的に阻害しうる各種ペプチジルArgalを調製する為の一般法の確立と得られた新阻害物質の活性とを目指して実験を進めほぼその目的を達成することが出来た。その内容は以下の通り。(1)ロイペプチンの阻害活性に必須なアルデヒド基をジブチルアセタールの形で保護した後これにプロナーゼPを作用させ、消化産物中よりArgal・ジブチルアセタール(化合物【I】)を単離する。このために最も適した反応条件や分離条件を確立した。(2)化合物【I】に一般的なペプチド合成技法を適用し最後に保護基を(検討した最適条件下で)脱離させて、Boc-Val-Pro-Argal(化合物【II】)を始めとする種々のペプチジルArgalを半化学合成的に調製することに成功した。各種トリプシン様酵素に対するこれら調製品それぞれの阻害選択性についてのデータ集積をも行った。(3)化合物【II】など数種の新阻害物質を活用して、原索動物マボヤの精子に見出した2種のトリプシン様酵素(スペルモシンとアクロシン)が精子の卵膜通過に際して果たす役割の時間的解析を行うことが出来た。
生体Ｉｎ　ｖｉｖｏパッチクランプ法を用いた咬合・咀嚼と精神活動との関係の探索

パッチクランプ法をin vivo標本に応用するためのプローブを種々試作したが、使用に耐えうるギガオームシールが確認できたプローブは得られなかった。また、プローブを目的のニューロンにまで到達させる手法についても改善すべき問題点を多く残した。製作したプローブの一部を用いて、顎口腔系の体性感覚が投射される視床後内側腹側核のニューロン活動を細胞外記録した。記録されたニューロン活動の90%が、咀嚼・咬合に関連する機械刺激に応答し、刺激による覚醒に関連を示した。この結果は、咀嚼・咬合による感覚情報が意識レベルに影響を及ぼしていることを示唆する。本年度も、生体In vivoパッチクランプ法の鍵となるプローブ(パッチ電極)の開発およびin vivo標本の作製法の確立を目指し、種々のテーパー形状、先端形状および先端径のパッチ電極を作製したが、残念ながら使用に耐えうるパッチ電極は未だ得られていない。一方、この試作したガラス電極の一部は、細胞外記録には十分使用可能であったことから、まず、上行性賦活系の主要構成要素であり、神経細胞が脳幹網様体よりも密在している視床からニューロン活動を記録することとした。脳幹部とともに視床についても細胞構築学的構造がほぼ明らかになっているウサギをモデル動物として用いた。麻酔下で脳定位固定装置に固定したウサギ(日本白色種、体重2.02.3kg)の頭頂骨を一部削除して大脳皮質を露出し、これより視床への電極の刺入とニューロン活動の記録を試みた。ウサギ10羽の視床後内側腹側核(VPM)から201個のニューロンが記録された。これらは、顎顔面口腔領域の機械刺激に応答するニューロン(194個)と顎顔面口腔領域の機械刺激に応答しない自発放電ニューロン(7個)に大別された。また、顎顔面口腔領域の機械刺激に応答するニューロンの85%が、咬合・咀嚼に関連する機械刺激に応答を示した。これらの結果は、ウサギVPMから記録されたニューロン活動は、脳幹網様体に存在する意識レベルに関与する神経細胞活動と関連しながら、咀嚼・咬合による感覚情報が高次脳機能である精神活動に影響を及ぼすメカニズムの一端を担っていると示唆している。最終年度である本年度は、生体In vivoパッチクランプ法のプローブ(パッチ電極)の開発の継続および記録法の確立を目指すとともに、in vivo標本を安定させるためのin vivo標本作製法の改良を行った。パッチ電極は、テーパー形状、先端形状および先端径について種々試作したものの、使用に耐えうるギガオームシールを確認できたものは得られなかった。また、目的のニューロンまで到達するための加圧法についても改善すべき問題点が多く残った。一方、試作したガラス電極の一部は、細胞外記録では十分使用可能であったことから、上行性賦活系の主要構成要素であり神経細胞が脳幹網様体よりも密在している視床からのニューロン活動の記録を試みた。脳幹部および視床の細胞構築学的構造がほぼ明らかになっているウサギ(日本白色種、体重2.02.3kg)をモデル動物として用いた。麻酔下で脳定位固定装置に固定したモデル動物の頭頂骨を一部削除して大脳皮質を露出し、これより視床への電極の刺入とニューロン活動の記録を行った。ウサギ9羽の視床後内側腹側核(VPM)から98ニューロンを記録した。VPMニューロンの90%(89ニューロン)が咬合・咀嚼に関連する機械刺激に応答した。自発放電を伴うVPM機械受容ニューロンは少なく、また、自発放電を伴うニューロンはすべて深部受容に関連を示した。これらのニューロンは、麻酔深度の影響を強く受けた。以上の結果から、ウサギVPMから記録されたニューロン活動は、脳幹網様体に存在する意識レベルに関与する神経細胞活動と関連しながら、咀嚼・咬合による感覚情報が高次脳機能である精神活動に影響を及ぼすメカニズムの一端を担っていることが示唆された。本研究は、シナプス応答を生体中で詳細に解析することを目的に開発が進められてきた生体In vivoパッチクランプ法を深部脳幹に応用して、顎口腔系への感覚刺激時ならびに咀嚼様運動時の脳幹網様体に存在する覚醒や睡眠、鎮静に関与する神経細胞の活動様相を記録し、咀嚼・咬合による感覚情報が高次脳機能である精神活動に影響を及ぼすメカニズムの実体を解明することが目標である。本年度は、生体In vivoパッチクランプ法の鍵となるプローブ(パッチ電極)の開発およびin vivo標本の作製法の確立を目指した。

本研究では、刺入部位から15mm以上の深さに位置する神経細胞を標的細胞としているために、パッチ電極の形状は、十分にテーパーの長いものとしなければならない。そこで、ボロシリケートガラスピペットを材料とし、プログラム式マイクロピペットプラー(shutter, P-97/IVF)を用いて一段引きにて作製した。さらに、マイクロフォージにて、パッチ電極の先端を炎光研磨した。種々のテーパー形状、先端形状および先端径のパッチ電極を作製したが、残念ながら使用に耐えうるものはまだ得られていない。一方、モデル動物には、脳幹部の細胞構築学的構造が詳細に調べられている(Meessen, H. & Olszewski, J. 1949)ウサギ(日本白色種、体重2.02.3kg)を用いた。キャリアガスに空気を用いたセボフルラン吸入麻酔下で、脳定位固定装置に固定したウサギ後頭骨を削除して小脳を露出し、これより脳幹への電極の刺入とニューロン活動の記録を試みたが十分な成果を得られていない。しかしながら、脳幹網様体に存在する意識レベルに関与する神経細胞活動の記録を可能とする研究は、咀嚼・咬合による感覚情報が高次脳機能である精神活動に影響を及ぼすメカニズムの解明に道を拓く一助となると考える。新規パッチ電極は、未だ使用に耐えうるものとはなっていないが、おおよその方向性は見えてきている。また、脳幹網様体中の神経細胞の分布密度が比較的疎であるため、まず視床から神経活動を記録することで、おおよその傾向が掴めてきている。東日本大震災により損壊した実験設備の復旧が遅れているため。新規パッチ電極の完成と目的とする神経細胞への到達方法および同定法の改良に注力する。また、麻酔深度のコントロールが本研究の進捗の鍵となっていることが示唆されているので、全身状態のコントロール法についてもさらに検討を進める。東日本大震災により損壊した実験設備の復旧が遅れていたため、研究の遂行に支障をきたして当該研究費が発生した。現在ではほぼ復旧し、これまでの研究の遅れを取り戻すべく鋭意実験を行う予定である。本研究計画の最終年度にあたることから、学会発表ならびに論文発表に研究費を厚く配分する。損壊した実験装置の新規更新が必要となる可能性がある。
不均一性決定逆問題の数学解析と数値解析

不均質性決定の逆問題につきすでに確立した一意性についての数学解析をもとに、安定性の考察を進めた。安定性とは不均質面の形状を決定する際に利用できる観測データに誤差がある場合に誤差が逆問題の解に及ぼす影響を評価するものであり、本年度の研究を通じてヘルダー連続性とよばれる安定性の評価式を定常場のボアソン方程式のソース項のサポートが多角形領域の場合に証明した。ヘルダー連続性は数値計算を支援するためには合理的かつ便利な安定性である。そのような安定性の成果を踏まえで、ソース項のサポート形状の決定の数値計算法の開発も闘始した。ここで得られた成果は平成17年度内に出版済みには至ちなかったものの、すでに論文としてまとめられている。また、本研究で得られた成果を国際的な視野の下で検討、発展させるためにKim Sungwhanと研究代表者が平成17年9月にドイツのワイエルストラス研究所ならびにケムニッツ工科大学に出張した。Hoemberg教授(ワイエルストラス研究所)、Hofmann教授(ケムニッツ工科大学)とそれぞれ、数値解析手法およびチホノフの正則化法の数学解析について議論を行い、研究の進展のために有益な専門的知識の提供を受けた。さらに、Klibanov教授とは主に電子メールによってカーレマン評価に基づいた準可逆法(quasi-reversibitlity)の共同研究を行った。
災害を含む空間履歴を考慮した避難場所および避難ルートの適切性評価に関する研究

2018年度は,災害空間履歴マップの構築に向けた次の作業を行った.まず,近畿圏における過去の大規模自然災害の履歴を抽出である.主に,これまでに行われてきた遺跡発掘調査の報告などにみられる災害痕跡を精査し,その災害の規模および位置情報を抽出した.次に,和歌山県全域,徳島県全域,および兵庫県淡路島内における神社や古墳などの遺跡の位置情報および由緒などの情報に関するデータベースを構築した.和歌山,徳島,淡路を対象地域としたのは,南海トラフ巨大地震が発生した際に津波などの大きな被害が想定される地域だからである.さらに,同じく和歌山,徳島,淡路における指定避難所と緊急避難場所をリストアップし,GIS上にプロットした.上述の作業によって,災害を含む空間履歴を考慮した避難場所および避難ルートの評価を行うための基礎となる情報を整理することができた.さらに,神社がなぜその場所に立地しているかということについて,神社の由緒をもとに類型化を行った.具体的には,和歌山県下の神社419社を対象に,各神社の由緒や伝承を調査し,神社空間が形成されてきた4つの契機,すなわち1ランドスケープ型,2神勅型,3巡幸型,4勧請型の4つの類型に分類した.今後は,神社を大規模自然災害発生時における避難場所の選択肢とするうえで,神社の創建時期や遷座の経緯,さらに神社空間の形成契機をふまえて考察を行う.本研究課題は,初年度において災害空間履歴マップ構築のための基礎的な情報を整理し,それらを統合的に分析するための準備が整ったことからおおむね順調に進展していると考えることができる.ただし,文献およびGISによる調査を中心に行ったことから,和歌山,徳島,淡路などでの現地調査を当初の計画通りに十分に行うことができなかった.2019年度は,初年度の成果をもとに焦点を絞り,地域防災における重要なロケーションとしての神社や古墳・遺跡などの現地調査を行う.現地調査では特に,過去の災害に関する石碑などの有無を調査するとともに,その地域住民への防災意識への効果・影響をインタビューなどによって定性的に把握する.さらに,2018年度に整理したデータをもとに,和歌山,徳島,淡路における災害空間履歴マップを構築する.災害空間履歴マップを用いて,南海トラフ巨大地震が発生した際に津波による大きな被害が想定される和歌山県御坊市,兵庫県南あわじ市,徳島県海陽町をモデル地区に,現在の緊急避難場所および指定避難所までの避難ルートの適切性を評価する.2018年度は,災害空間履歴マップの構築に向けた次の作業を行った.まず,近畿圏における過去の大規模自然災害の履歴を抽出である.主に,これまでに行われてきた遺跡発掘調査の報告などにみられる災害痕跡を精査し,その災害の規模および位置情報を抽出した.次に,和歌山県全域,徳島県全域,および兵庫県淡路島内における神社や古墳などの遺跡の位置情報および由緒などの情報に関するデータベースを構築した.和歌山,徳島,淡路を対象地域としたのは,南海トラフ巨大地震が発生した際に津波などの大きな被害が想定される地域だからである.さらに,同じく和歌山,徳島,淡路における指定避難所と緊急避難場所をリストアップし,GIS上にプロットした.上述の作業によって,災害を含む空間履歴を考慮した避難場所および避難ルートの評価を行うための基礎となる情報を整理することができた.さらに,神社がなぜその場所に立地しているかということについて,神社の由緒をもとに類型化を行った.具体的には,和歌山県下の神社419社を対象に,各神社の由緒や伝承を調査し,神社空間が形成されてきた4つの契機,すなわち1ランドスケープ型,2神勅型,3巡幸型,4勧請型の4つの類型に分類した.今後は,神社を大規模自然災害発生時における避難場所の選択肢とするうえで,神社の創建時期や遷座の経緯,さらに神社空間の形成契機をふまえて考察を行う.本研究課題は,初年度において災害空間履歴マップ構築のための基礎的な情報を整理し,それらを統合的に分析するための準備が整ったことからおおむね順調に進展していると考えることができる.ただし,文献およびGISによる調査を中心に行ったことから,和歌山,徳島,淡路などでの現地調査を当初の計画通りに十分に行うことができなかった.2019年度は,初年度の成果をもとに焦点を絞り,地域防災における重要なロケーションとしての神社や古墳・遺跡などの現地調査を行う.現地調査では特に,過去の災害に関する石碑などの有無を調査するとともに,その地域住民への防災意識への効果・影響をインタビューなどによって定性的に把握する.さらに,2018年度に整理したデータをもとに,和歌山,徳島,淡路における災害空間履歴マップを構築する.災害空間履歴マップを用いて,南海トラフ巨大地震が発生した際に津波による大きな被害が想定される和歌山県御坊市,兵庫県南あわじ市,徳島県海陽町をモデル地区に,現在の緊急避難場所および指定避難所までの避難ルートの適切性を評価する.2018年度の予算執行額については,当初計画より旅費の支出が少なくなっている.その理由としては,当初計画から変更して,2018年度は文献およびGISを用いた基礎的情報の整理と分析を先行させたことから,和歌山,徳島,淡路への現地調査を2019年度に行うこととなったからである.
ケイ素系ナノフィラーを用いた高分子ナノハイブリッド薄膜材料の創製

本研究はかご型シルセスキオキサンとのハイブリッド化による高分子薄膜の改質を目的としており、すでにかご型シルセスキオキサンのシクロペンチル置換体をナノフィラーとして添加することで、ポリスチレン薄膜の熱的安定性が向上することを明らかにしている。本年度は、かご型シルセスキオキサンへの種々の置換基の導入により、ポリスチレン薄膜中におけるナノフィラー分布構造を制御し、薄膜の熱的安定性と薄膜構造との関連性について検討した。かご型シルセスキオキサンに、ポリスチレンとの親和性の高いフェネチル基、表面自由エネルギーの低いフルオロアルキル基、基板との親和性の高いヒドロキシル基を導入することで、それぞれ、ナノフィラーの、ポリスチレン薄膜中への均一分散、薄膜表面への選択的濃縮、および基板界面への濃縮を達成した。さらに、これらの構造を有する高分子ナノハイブリッド薄膜の熱的安定性を評価し、薄膜中におけるナノフィラー分布構造が薄膜の熱的安定性に大きく影響を及ぼすことを明らかにした。薄膜中においてナノフィラーが均一に分散している場合は、ナノフィラーの添加によるガラス転移温度や粘度などの物性の変化が、薄膜の熱的安定性を決定する因子となることが示唆された。一方、薄膜表面に濃縮したナノフィラーは、薄膜の表面自由エネルギーを低下させることにより、薄膜の熱的安定性を向上させる効果を有していた。さらに、ナノフィラーの基板界面への濃縮は、薄膜と基板との親和性および界面の粗さを変化させることで、最も強い薄膜安定化効果を示すことが明らかになった。本研究は、かご型シルセスキオキサン(POSS)とのハイブリッド化による高分子薄膜の改質を目的としており、すでにPOSSのシクロペンチル置換体(CpPOSS)の添加がポリスチレン薄膜の熱安定性を向上させることを明らかとしている。本年度は、このCpPOSS添加ポリスチレン薄膜の構造評価を行い、薄膜の安定化効果との関連性について検討した。ハイブリッド薄膜のX線光電子分光測定では、CpPOSSの薄膜表面および基板界面への濃縮が観察された。CpPOSSモデル表面を作成し、接触角測定によりその表面自由エネルギーを評価したところ、CpPOSSはポリスチレンと比較して低い表面自由エネルギーを有しており、表面自由エネルギーの差異が駆動力となって薄膜表面へと濃縮していることが明らかとなった。また、CpPOSSの表面濃縮により、薄膜の表面自由エネルギーは低下した。ハイブリッド薄膜の中性子反射率測定では、CpPOSSが薄膜と基板との界面にも濃縮する性質を有していることが明らかとなった。これは、CpPOSSがエントロピー的な制限を受けにくい低分子量成分であることに起因するものと考えられる。薄膜の熱安定性は、薄膜の表面自由エネルギーおよび界面粗さに強く影響を受けることが知られており、CpPOSSの添加によるポリスチレン薄膜の熱安定性の向上は、CpPOSSの表面・界面濃縮による表面自由エネルギーの変化およびCpPOSS濃縮層の形成による界面粗さの増大に起因する挙動であると考えられる。以上の結果より、ハイブリッド薄膜中におけるCpPOSSの分布構造が薄膜の安定化効果に寄与していることが明らかとなった。本研究は、ケイ素系ナノフィラーの添加よる高分子薄膜の改質を目的としており、すでにかご型シルセスキオキサン(POSS)のシクロペンチル置換体(CpPOSS)の添加がポリスチレン薄膜の熱安定性を向上させることを明らかとしている。一方で、CpPOSSは、薄膜中で凝集体を形成し、薄膜の表面粗さを増大させるという問題点を有していたため、本年度は、薄膜中におけるナノフィラーの分散性を向上させるため、その表面修飾法として、リビングラジカル重合を用いた表面開始重合について検討した。リビングラジカル重合開始能を有する2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシ(TEMPO)誘導体に、トリエトキシシリル基を導入し、溶液からの吸着によりシリコン基板上に開始剤を固定化した。さらに、スチレンの表面開始重合により、シリコン基板上に固定化されたポリスチレングラフト鎖を得た。得られたグラフト鎖上にフリーのポリスチレンのスピンキャスト膜を調製し、グラフト鎖とマトリックス高分子の親和性について評価したところ、単位面積当たりのグラフト鎖数が多く、密なグラフト鎖が形成されている場合は、疎なグラフト鎖と比較して、上に形成されたスピンキャスト膜の熱安定性が低く、無機材料表面の修飾率がマトリックス高分子との親和性に影響を及ぼすことが示唆された。一方、POSS表面にTEMPO骨格含有開始剤を固定化しスチレンを重合することにより、表面にポリスチレン鎖を有するPOSSを合成し、ポリスチレン薄膜中での分散性を評価したところ、表面にポリスチレン鎖を有しないCpPOSSと比較して、薄膜中における分散性の向上が確認された。また、いずれのPOSSの添加においても、ポリスチレン薄膜の熱安定性の向上が見られた。

かご型シルセスキオキサンに、ポリスチレンとの親和性の高いフェネチル基、表面自由エネルギーの低いフルオロアルキル基、基板との親和性の高いヒドロキシル基を導入することで、それぞれ、ナノフィラーの、ポリスチレン薄膜中への均一分散、薄膜表面への選択的濃縮、および基板界面への濃縮を達成した。さらに、これらの構造を有する高分子ナノハイブリッド薄膜の熱的安定性を評価し、薄膜中におけるナノフィラー分布構造が薄膜の熱的安定性に大きく影響を及ぼすことを明らかにした。薄膜中においてナノフィラーが均一に分散している場合は、ナノフィラーの添加によるガラス転移温度や粘度などの物性の変化が、薄膜の熱的安定性を決定する因子となることが示唆された。一方、薄膜表面に濃縮したナノフィラーは、薄膜の表面自由エネルギーを低下させることにより、薄膜の熱的安定性を向上させる効果を有していた。さらに、ナノフィラーの基板界面への濃縮は、薄膜と基板との親和性および界面の粗さを変化させることで、最も強い薄膜安定化効果を示すことが明らかになった。
磁性ナノ粒子を用いた人工繊毛によるメタクロナール波の発現

微生物の表面や哺乳動物の気管には繊毛状の構造が絨毯のように生えており,この個々の繊毛構造が往復運動を行うことにより,流体の搬送や吸入した異物の搬送除去といった機能を実現している.本研究ではこのような繊毛を人工的に再現することを目的としている.利用する材料は磁性粒子を分散させたゴム材料である.すなわち磁性ゴム材料と言える.この材料は柔軟であり,外部磁場により駆動することが可能である.繊毛状の構造をこの材料で作製し,磁場による駆動を行った.一つ目の成果として,簡単な回転磁場の印加により生体と同様の挙動を示す人工繊毛を駆動できたことである.微細な領域では行きと帰りで異なる動きをすることにより初めて流れを起こすことが可能となる.この方法で自然界の動きを模倣することに成功した.二つ目の成果としては,メタクロナール波の実現である.天然の繊毛群は稲穂が風になびくように,その動きの位相を伝播させながら駆動している.この位相の伝播により流体搬送効率が上昇することは,流体解析を使った研究により既に知られているが,微細構造で実現することは困難であった.本研究ではゴム材料を硬化中に磁場を印加することにより,各繊毛に磁気的な異方性を付与することにより,同一の磁場中で異なる位相の運動を行う人工繊毛を開発することに成功した.これは微細レーザ加工装置を組み合わせた新たに提案した手法を用いることにより初めて実現したものである.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。磁性粒子分散シリコーンゴム材料を用い,ミリメートルレベルの繊毛群構造の作製に成功した.ひとつひとつの繊毛が異なる位相で駆動する5×10の配列を作製し,駆動・送液実験を行った.以下に詳細を述べる.まず,硬化前のシリコーン樹脂中シートに磁場を印加することにより,磁性粒子を配向させた.この磁場配向を変化させたものを複数用意することで,繊毛アレイの一本一本に磁気異方性を持たせることができる.得られたシートを重ね合わせ,精密ステージ上で決まった幅に切り出すことで繊毛を作製した.繊毛群をアレイ状に作製するためには,最終的に除去されるスペーサ材料を組み合わせたプロセスを開発した.これにより,縦横で5×10の配列構造を作製できた.流体的な特性をプランクトンの繊毛レベルに合わせるため,粘性の高いグリセリン中で同等のレイノルズ数となるように調整し,送液実験を行った.粘性流体中で作製した繊毛群は問題なく駆動し,流れを発生させることに成功した.また,駆動周波数を変化させることで流速も変化することを確認した.さらには繊毛の追従性の確認実験を行い,微生物の繊毛運動と同等の15Hz程度の周波数でも十分な変位が発生していることが確認できた.27年度は磁性粒子分散シリコーンゴム材料を用い,ミリメートルレベルの繊毛群構造を作製し,駆動・送液実験を行うことを計画し,順調に送液実験までを達成した.まず,硬化前のシリコーン樹脂中シートに磁場を印加することにより,磁性粒子を配向させた.この磁場配向を変化させたものを複数用意することで,繊毛アレイの一本一本に磁気異方性を持たせることができる.得られたシートを重ね合わせ,精密ステージ上で決まった幅に切り出すことで繊毛を作製した.繊毛群をアレイ状に作製するためには,最終的に除去されるスペーサ材料を組み合わせたプロセスを開発した.これにより,縦横で5×10の配列構造を作製できた.流体的な特性をプランクトンの繊毛レベルに合わせるため,粘性の高いグリセリン中で同等のレイノルズ数となるように調整し,送液実験を行った.粘性流体中で作製した繊毛群は問題なく駆動し,流れを発生させることに成功した.また,駆動周波数を変化させることで流速も変化することを確認した.さらには繊毛の追従性の確認実験を行い,微生物の繊毛運動と同等の15Hz程度の周波数でも十分な変位が発生していることが確認できた.微生物の表面や哺乳動物の気管には繊毛状の構造が絨毯のように生えており,この個々の繊毛構造が往復運動を行うことにより,流体の搬送や吸入した異物の搬送除去といった機能を実現している.本研究ではこのような繊毛を人工的に再現することを目的としている.利用する材料は磁性粒子を分散させたゴム材料である.すなわち磁性ゴム材料と言える.この材料は柔軟であり,外部磁場により駆動することが可能である.繊毛状の構造をこの材料で作製し,磁場による駆動を行った.一つ目の成果として,簡単な回転磁場の印加により生体と同様の挙動を示す人工繊毛を駆動できたことである.微細な領域では行きと帰りで異なる動きをすることにより初めて流れを起こすことが可能となる.この方法で自然界の動きを模倣することに成功した.二つ目の成果としては,メタクロナール波の実現である.天然の繊毛群は稲穂が風になびくように,その動きの位相を伝播させながら駆動している.この位相の伝播により流体搬送効率が上昇することは,流体解析を使った研究により既に知られているが,微細構造で実現することは困難であった.本研究ではゴム材料を硬化中に磁場を印加することにより,各繊毛に磁気的な異方性を付与することにより,同一の磁場中で異なる位相の運動を行う人工繊毛を開発することに成功した.

これは微細レーザ加工装置を組み合わせた新たに提案した手法を用いることにより初めて実現したものである.27年度にはミリメートルレベルでの繊毛群においてメタクロナール波を発生させることに成功した.引き続き,小型化と駆動・送液のそれぞれについて,発展した実験を遂行していく.まず,小型化についてである.現状ボトルネックとなっているプロセスは,精密ステージ上においてナイフエッジを用いた切断プロセスである.ゴム系材料は刃物による精密な切断が困難であり,そのため,300μm程度の幅の切断が限界となっている.今後,さらに柔軟性の高い樹脂を利用する場合には,ますます困難となりえる.そこで,3Dプリント技術を利用することを検討する.UV硬化するシリコーンゴム材料での成形予備実験を既に開始しており,この技術をそのまま繊毛作製に適用する予定である.次に,駆動・送液についてである.メタクロナール波は,繊毛集団を構成する一本一本の繊毛が位相をずらしながら駆動することによって生成する.このメタクロナール波のパターンは,それぞれの繊毛に異なる磁気異方性を付与することにより設計する.今年度はこのメタクロナール波パターンを最適化するために,まずは異なる空間周期での構造を準備し,その送液特性の違いを確認する.また,PIV(Particle Imaging Velocimetry)による流れ場の計測・評価を行う.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。