hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ウイルス感染に対抗する遺伝情報DECODEシステムの研究

ウイルスが宿主に感染するとそれを感知して一連の反応が引き起こされる。重要な反応としてはインターフェロン系の誘導が古くから知られている。このシステムを用いて様々な細胞においてRIG-Iの活性化を行い、活性化される遺伝子群を新規DNAアレイにより網羅的に解析した。このアレイには自然免疫機構に関連の深い228遺伝子が貼付けてある。細胞としては上皮系(HeLa、Hec1B)、ヒト末梢血単核球(PBMC)、B白血病細胞(Namalwa)、T白血病細胞(Jurkat)、マクロファージ前駆細胞(U937)、U373/CD14等を用いた。まず、HeLaとI型インターフェロン受容体を欠損するHecIBの結果からは、RIG-Iシグナルによって直接活性化される遺伝子群といったん産生されたインターフェロンによって活性化される遺伝子群がある事が判明した。PBMCをセンダイウイルス感染によって活性化したところ、顕著にインターフェロンα遺伝子の活性化が見られる。同様な事はNamalwa細胞でも観察された。またT細胞株であるJurkatではインターフェロン遺伝子群の発現が弱く観察されるのみであった。JurkatをTPA/PHAで刺激をした場合にはインターフェロン関連の遺伝子とは異なった一群の遺伝子が強く活性化された。U937細胞はRIG-Iシグナル、あるいはTPA刺激単独では弱い遺伝子活性化が見られるのみであったが、両者を同時に活性化することにより、相乗的なインターフェロン遺伝子の活性化が見られた。TPAは単独でIRF-7遺伝子を活性化するがインターフェロン遺伝子の活性化を誘導しない事から、マクロファージ系でのシグナルのクロストークが強く示唆された。U373/CD14はLPS刺激によってインターフェロン遺伝子が活性化される。RIG-Iの刺激とは異なる遺伝子が活性化される事がアレイの結果から示された。以上のように我々の開発した自然免疫アレイは関連する遺伝子群の網羅的解析に非常に有用である事が判明した。インターフェロン系の恒常的な活性化は宿主のホメオスタシスに害をもたらすため、この反応は高度に制御されている。我々はウイルスの感染を感知してこの反応を誘導する重要な機能を持つRIG-Iファミリーのヘリカーゼを発見した。また、RIG-Iを人為的に加工することにより、細胞外から薬剤を用いてそのシグナルを活性化して防御反応を誘導するシステムを作り出した。この方法はウイルス感染を全く用いないで宿主の反応を再現できる利点がある。このシステムを用いて様々な細胞においてRIG-Iの活性化を行い、活性化される遺伝子群の検索をDNAアレイを用いて網羅的に解析した。活性化される遺伝子は大きく3つに大別されることが明らかとなった。まず、RIG-Iの活性化によって選択的に活性化される遺伝子群があった。ここにはインターフェロン遺伝子群が含まれる。次にはこのようにして活性化されたインターフェロンによって二次的に活性化されると考えられる遺伝子群が同定された。ここにはIRF-7,IRF-9などが含まれる。興味深いことにはこれら遺伝子は一度分泌されたインターフェロンに依存しており、インターフェロン受容体の無い細胞においてはRIG-I活性化のシグナルによっては全く活性化されなかった。あとの遺伝子群はRIG-I、インターフェロンどちらの活性化シグナルによっても誘導される遺伝子であり、RIG-I,MDA5,LGP2などの遺伝子が含まれることが明らかとなった。特にRIG-Iファミリーの遺伝子が直接活性化されることはこの系が強いポジティブフィードバックの制御下にあることを示しており、生理的な制御に重要であると考えられた。U373/

CD14はLPS刺激によってインターフェロン遺伝子が活性化される。RIG-Iの刺激とは異なる遺伝子が活性化される事がアレイの結果から示された。以上のように我々の開発した自然免疫アレイは関連する遺伝子群の網羅的解析に非常に有用である事が判明した。
蛍光イメージング法を用いた量的診断法の開発

蛍光イメージング手法を用いた膵β細胞の量的評価方法の確立を目的に研究を開始した。膵β細胞において高発現しているGlucagon like-peptide-1受容体(GLP-1R)を標的分子としたexendinを基本骨格とする蛍光プローブを作製した。まず、評価を簡便に行うためにGLP-1Rを高発現する細胞HEK-GLP-1Rを構築した。プローブの基礎的性能評価は、結合親和性評価、細胞への結合評価、膵切片の染色実験により行った。本研究で検討を行った蛍光標識exendinプローブは膵β細胞イメージングの可能性を有するものと考えられた。本年度は、蛍光プローブの作製とその基礎的評価を行った。まず、基本骨格に、アゴニストとして膵β細胞特異的に発現しているglucagon like peptide 1受容体(GLP-1R)に結合することが知られているexendin4を用いた。Exendin 4のアミノ基に対してn-hydroxysuccinimide(NHS)を用いて蛍光分子を縮合反応により付加させた。精製は、サイズ排除クロマトグラフィーを用いて行った。しかしながら、ペプチドとNHS-蛍光分子の反応効率が低いため収率が悪く、また、反応部位が複数存在することから蛍光分子の導入部位を特定できない問題があった。そのため、Ahx(aminohexanoic acid)をスペーサーとし、保護基を用いてペプチドの特定部位のみに蛍光分子(FITCもしくはTAMRA)を付加し、精製をHPLCにより行い、効率と純度の向上を達成し、目的化合物を得た。基本性能を評価するため、MIN6細胞を用いたflowcytometryおよび蛍光観察実験を行った。Flowcytometryでは蛍光プローブを反応させることにより蛍光強度の増強を認めた。しかしながら、プローブを反応させたMIN6細胞では蛍光が観察できなかった。そのため、GLP-1Rを強発現する細胞を作製し、同様の実験を行った。その結果、FloecytometryではMIN6細胞を用いたとき時と比べプローブの結合により蛍光強度が大きく変化し、かつ、予め過剰のexendinを反応させ同様の手順を行うと、blockingにより蛍光の変化は見られなかった。このことより、プローブのGLP-1Rへの特異的結合を示した。また、細胞の蛍光観察においてもプローブ由来の蛍光を観察することができた。また、結合実験の結果exendin4と比較して作製プローブの結合能が低いことが分かった。昨年度は、作製した蛍光標識exendinプローブを用い、GLP-1R強発現細胞での染色実験を行い、染色は可能であったが、マウス膵臓の切片の染色では蛍光顕微鏡観察ができなかった。そのため、プローブ構造の再検討を継続して行った。蛍光分子をペプチドと結合させる際、リンカーを用いた構造とした。作製したプローブの結合親和性の結果、標識部位を付加することで結合能の大きな変化はなかった。フローサイトメトリー(FACS)を用いたGLP-1R強発現細胞への結合評価においてもプローブ添加によりプロットは蛍光強度が高いほうへシフトし、過剰のexendinの添加によるBlocking処理後にはそのシフトが見られなかったことより、受容体特異的なプローブの特異的な結合であることが示された。同様に処理したGLP-1R強発現細胞において蛍光顕微鏡観察が可能であり、かつ、Blocking処理において蛍光は見られなくなった。また、膵島細胞での評価を行った。ICRマウスよりコラゲナーゼ法により膵島を単離し、トリプシン処理で単個細胞にした細胞群に蛍光exendinプローブを反応させ、FACSにより評価した。プローブでの処理により蛍光強度の強いほうへシフトした細胞群を確認した。一部の細胞群はプローブと反応後も蛍光のシフトは見られなかった。つぎにin vivoでの評価を試行した。プローブを尾静注したのち、膵臓を摘出・切片を作成し、蛍光観察を行った。しかしながら、切片でのプローブの膵島への集積はみられなかったため、種々の条件を検討中である。exendinを骨格としたGLP-1R特異的蛍光プローブの開発は進んでいる。さらなる性能のための向上を目指して、昨年度合成したプローブを改変したため、当初予定よりもやや遅れている。しかしながら、合成したプローブのGLP-1Rへの特異性や膵島細胞への特異性について各種方法により確認できている。現在は、ex vivoおよびin vivoでの評価のための条件検討を行い、プローブの投与条件など最適条件の探索を行っている。本年度は、昨年度に引き続き膵臓切片の蛍光プローブを用いた染色条件の検討を引き続き行った。また、膵β細胞量を測定する際には、本プローブの特性上GLP-1受容体(GLP-1R)について知見を得ることは重要である。そのため、本蛍光標識プローブを用いることでGLP-R定量の可能性に対する検討を行った。

まずは、GLP-1R発現プラスミドを作製することで、GLP-1Rをタンパク質として得ることを試みた。GLP-1Rの遺伝配列をFLAGあるいはDock標識を含むベクターに乗せ、2種類のプラスミドを作製した。作成プラスミドを用いてタンパク質を作成した。細胞をホモジネートし、遠心分離することで、沈殿物と上澄みに分け回収し、SDS-PAGE-western blottingを行い評価した。FLAG標識、Dock標識どちらのプラスミドを使用した場合にも最初の遠心の際に得られた沈殿物に目的となるタンパク質のバンドが認められた。2回目以降のサンプルにおいてはほぼ認められなかったため、細胞破砕液からの分離は一度の遠心分離で可能であることが分かった。次に蛍光プローブと受容体との結合を定量的に評価するためNative Pageによる評価を試みた。プローブとGLP-1Rを予め結合させた複合体を泳動させ、目的バンドにおける蛍光量を測定することで複合体を定量することが目的である。GLP-1Rは7回膜貫通型の膜タンパク質であることから、SDS-PAGEでは高次構造を失ってしまうためNativePAGEを用いて検討した。その結果、Native Pageでのタンパク質の泳動は確認できたが、目的分子量バンドに蛍光シグナルを観察できなかった。バンドの確認はできているため、蛍光強度が検出限界、もしくは複合体の形成が不全であることが原因であると考えられる。今後複合体形成条件の検討や蛍光以外の標識による検討を継続予定である。現在までに、まず、プローブの骨格について結合能の高い骨格を選定でき、かつ基本的な性能評価系の確立ができている。予定していたプローブ作成方法では効率よく化合物を得られない問題に対しても解決策を得ることができた。そのため、プローブの検討は残っているが、おおむね順調に進行していると考えている。今年度合成したプローブを用いて、ex vivo、in vivoでのプローブの膵島への集積条件の探索・最適化を行う。その後、糖尿病モデル動物(STZマウスや膵島移植モデル)を用い、本プローブを用いた膵島の定量評価の可能性について検討する予定である。糖尿病次年度は、蛍光プローブの構造最適化を引き続き行う。具体的には結合能の向上を目的とし、蛍光分子の結合部位および結合様式を検討し、その特異性(結合親和性、蛍光観察、flowcytometry、受容体への結合特異性など)を評価する予定である。まずはじめにN末端以外に、12位や27位のLysin残基が持つアミノ基へ蛍光分子を結合させる。その際にスペーサーを挟むことで、合成効率、収率、結合親和性について評価し最適な化合物の構造決定を目指す。プローブの最適構造が確立した時点で、マウスへの投与により膵臓内膵島への集積などin vivo、ex vivoなど生体を用いた評価を実施する予定である。
心的イメージを操作する能力の進化過程―物理的因果理解の比較認知科学的検討―

ヒトは,目の前にある物体を実際に手で触れることなく,その物体をイメージ(表象)し,その物体のイメージを心的に操作することで,実際にその物体を動かした後の位置や状態などを予測することができる。この心的表象操作と呼ばれる高度な能力によって,新奇な場面でも効率的な目標達成が可能となる。本研究では,同一の道具使用課題を用いて,鳥類(オカメインコ)や齧歯類(デグー),霊長類(フサオマキザル,リスザル)といった広範な種比較を行うことで,体系的な系統発生研究を進め,心的表象操作の進化過程を解明する。
メカノセンサーチャネルPiezoによる組織形態形成の制御

機械的な力が生体にどのような影響を及ぼしているのかについてはまだあまりわかっていない。研究代表者は、近年同定された機械刺激開口チャネルPiezoに着目し、Piezoが組織の正常な形態形成に必須であること見出した。本研究課題では、タンパク質であるPiezoと細胞の集合である組織の形態がどのように関係にあるのかを明らかにするために、培養した細胞にてPiezo下流で起こる変化を探索した。その結果、細胞骨格と細胞接着に特定の変化が起こることが判明した。また生体内や培養細胞にてPiezoの活性化を検出するための系の検討を行った。組織や器官の機能的な構造が形成される際に、個々の細胞の挙動はどのような情報に基づいて決定されるのだろうか。細胞に受容される機械的な力はその魅力的な候補と考えられているが、細胞の機械刺激受容の分子メカニズムは明らかでない場合も多く、生体内における機械刺激受容の重要性もまだまだ不明である。研究代表者は、近年同定された機械刺激開口チャネルPiezoに着目し、Piezoがある組織の正常な形態形成に必須であること見出した。本研究課題では、タンパク質であるPiezoと細胞の集合である組織の形態がどのような関係にあるのかを明らかにするために、培養した細胞にてPiezo下流で起こる変化を探索した。今後、これらの項目についてPiezo遺伝子欠損マウスの組織にて検討を行う。また本研究課題では、生体内や培養細胞にてPiezoの活性化を検出するための系の検討を行った。このような系を使用することにより組織形態形成過程のいつ・どこでPiezoの活性化が起こるかが明らかになると予想され、組織形態形成におけるPiezoの役割の理解が進むと期待する。またこれらの系をPiezoを活性化する機械的な力の検討にも使用する予定である。今後、関連する研究課題を継続することにより、機械的な力とセンタータンパク質Piezo、細胞の応答、組織レベルの変化の関係についての解析を進め、組織形態形成における機械的な力の寄与を明らかにすることを目指す。29年度が最終年度であるため、記入しない。発生生物学29年度が最終年度であるため、記入しない。
眼科手術訓練のための仮想シミュレータの研究

本研究の成果として,手術シミュレーションに必要な3次元眼球の第1次モデルを構築した.そして,流体・固体混在物質に対する対話的吸引による運動モデルを作成し,吸引器具の手術の基本的な操作が可能なシステムを作成した.そして,共同研究を行っている眼科医師達とシステム全体の評価を色彩,操作性,応答性などの観点から行った.その結果,応答性(およそ0.1秒程度)については,今後も改良が必要であるが,システム全体については,実用性は高いとの評価を受けた.応答性については,計算速度の向上,モデルの簡略化などで対処していく予定である.今後の課題としては,(a)実際の人の眼球形状データの取り組み,(b)眼球内部の奥行き感のComuputer Graphics表現と眼球側壁などとの干渉チェック機能の導入,(c)ベテラン医師の経験とノウハウが生かされた会話型手術シミュレーションシステムの構築があげられる.白内障手術の代表的な方法である超音波乳化吸引法は大きく分けて、角膜切開、乳化吸引、人工眼内レンスの挿入の3つの過程からなる。H.10年度はそのうち,角膜切開、乳化吸引の過程を取り上げ、(1)眼球モデルの研究、(2)切開モデルの研究、(3)白濁した水晶体のモデル化、(4)乳化吸引操作のモデル化の4点について研究した。(1)眼球モデルの研究初期のシステムでは、回転体により眼球を表現していたが、切開の操作を行うのは難しいデータ構造であった。新たにこれを改善するため、眼球モデルに正方形のタイルを盛り上げる方法で形状ポリゴンを作成する方法を考案した。ポリゴンのデータは4分木により管理する方法を採用した。また、角膜に中心からの距離に応じた透明度を数式を使って与え下の水晶体を見えるようにした。(2)切開モデルの研究角膜と結膜の境界付近を切開する過程をシミュレーションする実際の手術では、最初に器具を挿入する入口を作るために角膜を切開する。角膜切開をCGで表現するとき問題となるのは、リアルタイムで切り口のポリゴンを生成することにある。本研究では、高速に切り口を作るため、切り口の正方形を再帰的に分割する方法を考案した。(3)水晶体のモデル化水晶体をシミュレーションシステムで表示する際、ポリゴンよる表示を行っていては、描画に多くの時間がかかる。そこで,本研究では点描画で水晶体を表現する方法を提案した。描画する点の透明度を変化させることで、白内障の進行度合に応じた水晶体の白濁の様子が表現できた。また、点で描画することでリアルタイムのシミュレーションに必要な表示速度の向上が可能となった。(4)乳化吸引の過程のシミュレーションの研究開発手術では角膜の切開の後、超音波ハンドピースという器具を挿入して乳化吸引操作を行う。ハンドピースは先端部が振動して超音波を発生する。その超音波により白濁した水晶体を乳化(破砕)する。開発しているシミュレーションシステムでは点の連結を解除することで、乳化(破砕)を表現した。連結した点の集まりは固まりとして扱え、破砕片としての扱いを可能にした。また、簡単な式で破砕片の移動量を決め、吸引力の強弱を表現できるようにした。本研究の成果として,手術シミュレーションに必要な3次元眼球の第1次モデルを構築した.そして,流体・固体混在物質に対する対話的吸引による運動モデルを作成し,吸引器具の手術の基本的な操作が可能なシステムを作成した.そして,共同研究を行っている眼科医師達とシステム全体の評価を色彩,操作性,応答性などの観点から行った.その結果,応答性(およそ0.1秒程度)については,今後も改良が必要であるが,システム全体については,実用性は高いとの評価を受けた.応答性については,計算速度の向上,モデルの簡略化などで対処していく予定である.今後の課題としては,(a)実際の人の眼球形状データの取り組み,(b)眼球内部の奥行き感のComuputer Graphics表現と眼球側壁などとの干渉チェック機能の導入,(c)ベテラン医師の経験とノウハウが生かされた会話型手術シミュレーションシステムの構築があげられる.本研究の成果として、手術シミュレーションに必要な3次元眼球の第1次モデルを構築した。そして、流体・固体混在物質に対する対話的吸引による運動モデルを作成し、吸引器具の手術の基本的な操作が可能なシステムを作成した。そして共同研究を行っている眼科医師達とシステム全体の評価:色彩,操作性,応答性などの観点から行った。その結果、応答性(およそ0.1秒程度)については、今後も改良が必要であるが、システム全体については、実用性は高いとの評価を受けた。応答性については、計算速度の向上、モデルの簡略化などで対処している予定である。今後の課題としては、(a)実際の人の眼球形状データの取り込み、(b)眼球内部の奥行き感のComputer Graphics表現と、壁などとの干渉チェック機能の導入、(c)ベテラン医師の経験とノウハウが生かされた会話型手術シミュレーションシステムの構築があげられる。
ヒトサイトメガロウイルスDNA複製に関与する遺伝子群の同定と解析

ヒトサイトメガロウイルス温度感受性変異株のうち、非許容温度でDNA合成が停止する株を選びその変異点をマーカーレスキュー法で決定し、DNA合成に関連する遺伝子の同定とその機能の解析を行なってきた。分析した変異株は2つの相補群に属する4株である(相補群I:ts256、相補群II:ts380、ts589、ts614)。マーカーレスキューは初めは大きな領域をカバーするコズミッドクローンを使い変異点の大よその場所を決め、順次小さなDNA断片でマーカーレスキューすることで次第に変異点で狭い範囲内にしぼりこみ最後はDNA塩基配列を決め野生株との差を調べた。その結果1.相補群Iのts256の変異はコズミッドクローンplt212 (map unit 0.220.37でレスキューされた。相補群IIは3株ともmap unit0.370.52のplt248でレスキューされた。3.さらにts256は、HindIII-D断片のサブクローン(BamHl、EcoRl、XbaI断片)でレスキュー実験を行ない、変異点を5.1Kb内までしぼりこんだ。4.この5.1KbのDNA断片の塩基配列を両鎖共に決定し、野生株との比較を行なった。この結果、この領域には2つのopen reading frameがある。そのうちの1つのORF1はDNApolymerase遺伝子DNA塩基配列と同一であるが、もう1つのORF2はまだ発表されていないもので、DNA合成に関連し、かつDNApolymeraseの発現に必要なものであることがわかった。ヒトサイトメガロウイルス温度感受性変異株のうち,ウイルス特異的DNAポリメラーゼに変異を示すts256の解析を行なった.変異点をマーカーレスキュー法で調べた結果,変異点はマップユニット0.3330.354の約5.1KbのDNA断片内に存在することを見出した.次いでこのDNA断片の塩基配列を調べた結果,この断片内には2つのopen reading frameの存在することが想定されたが, Northern Blot Analysisでは両frameでは異なるmRNAが検出されこの想定はうらずけられた.第一のframeはデータベースを検索・解析した結果DNAポリメラーゼ遺伝子であることが判明したが,変異点はこの遺伝子には無く,もう片方のframe内に存在していた.この事実はDNAポリメラーゼ活性の発現にはDNAポリメラーゼだけでなく,別の遺伝子の存在とその産物が必要であることを物語っている.今後はこの遺伝子産物についての解析を進める.まず, DNA塩基配列からアミノ産配列を想定し,特定の部位のポリペプチドを合成し,これをもとにウサギで抗体を作る.次いでこの抗体を使い目的とする遺伝子産物を同定する.この様な解析を進めていく過程でDNAポリメラーゼ複合体を形成する因子と機能を明らかにしていく.DNA合成に関する異なる相補群に属する変異株, ts380, ts589, ts614の3株についてもts256で用いた解析方法で解析しているが,これらの株の変異点はts256の変異点に近い部位にあることも判明しいる.これらの事実を総合すると, DNA合成関連遺伝子は集合体を形成していることが考えられるので,これらの点を明らかにしていきたい.ヒトサイトメガロウイルスのDNA合成に関する温度感受性変異株の変異点をマーカーレスキュー法で同定し、DNA合成関連遺伝子の同定と機能の解析を行なってきた。分析した株は2つの相補群に属する4株である。得られた結果は次の2項目である。1.相補群Iに属するAS256に関しては前年度までに変異点を5.1KbのDNA鎖内にしぼりこんでいたが、本年度は野性株とts256のこのDNA断片の両鎖の塩基配列を決定し、その作業をほゞ終了した。この比較の結果、ts256のDNA断片内には1塩基の変異が認められ、これ以外には変異は存在しなかった。

またこの5.1KbのDNA断片の全塩基配列の解析から、この断片内には少なくとも2つのOpen Reading Frame(ORF_1、ORF_2)が存在しORF_1は既に発表されているDNA Polymerase遺伝子の塩基配列と相同であった。ORF_2はhomology searchでも相同なものはなく新しい遺伝子と考えられるが、先に述べた塩基の変異はこのORF_2に存在した。つまりウイルスDNA Polymeraseの活性発現にはORF_2の遺伝子産物が必要であることを示し、DNA合成に関連した新しい遺伝子が存在することがわかった。今後は合成ポリペプチドで抗体を作製し、ORF_2の遺伝子産物の同定と機能をしらべていく。2.相補群IIの3株についてのマーカーレスキューは前年度までに変異はcosmid clonepl T248内に存在することを示したが、本年度はさらにこれをしぼり、変異はHindIII-A断片内にあることがわかった。現在は、さらに狭い領域にしぼりこむ作業を続けている。
AIDS/HIV流行の将来予測と保健・医療への影響に関する研究

HARRTの導入は、先進国においてHIV罹患率、AIDS死亡率の減少が認めつつあり、予防対策の充実、適切な介入計画も奏功していると考えられている。しかし、日本のHIV感染者・AIDS患者の報告件数は依然増加傾向にある。厚生省エイズ動向委員会の報告にみるHIV感染の状況は、最近数年間は日本人男性の異性間性交渉による国内の感染症例の増加が著しい。本研究では世界の最近のHIV/AIDS流行の現状と動向について主にインターネットを用いて情報を収集し、その疫学情報を整理し、今後の動向を分析・検討すると同時に、海外における流行の動向がわが国の動向に影響をどの程度与えているかを考察した。また、インターネットによる情報解析の有用性について考察を試みた。わが国で報告された外国国籍HIV感染者は、国籍不明例も存在するがその多くは東南アジア、ラテンアメリカ、サハラ以南アフリカに集中している。国内のpopulation atRiskとなる外国人の人数や動向を出入国統計、外国人登録数などで推定するには限界があるが、一つの指標として在留資格別の外国人登録者数の推移と関係主要国の近年のAIDS患者、HIV感染者の動向を示した。HIV感染者については多くの発展途上国で報告が為されておらず、またAIDS患者をHIV感染者数に含めるか否かについても各国間で異なっている。併せて確定年によるわが国の患者・感染者の年次報告数の推移を示したが、外国籍在住者の動向を含め、わが国の流行の動向に直接的影響を与えていると考えられるような海外の動向は認められないと考えた方が妥当である。わが国の感染者の増加傾向は、主として国内の性的接触による日本国籍男性感染者数の増加によるものと考えられる。インターネット利用の有用な点は情報の新しさにあるといえる。情報の信頼性に対しての不安を残すものの、リアルタイムに大量の疫学情報をえられるシステムを疫学研究機関が共有することは今後必須になっていくことと考えられる。この研究の目的は世界およびわが国のHIV/AIDS関連の疫学情報を収集し、それに基づいて世界およびわが国のHIV/AIDS流行予測と医療費の推計・予測を行うことである。そのために先ず、本年度は情報をインターネットによって収集する方法を検討した。必要機器は、パーソナルコンピュタ-、富士通FMV-6266TS一式とシャープPL-W110一式の2台およびカラー・レーザー・プリンター(キャノンLBP2030)を新たに購入して使用した。現在までインターネットにより下記のような内外の主要なデータソースにアクセスを試みた。(1)UNAIDSの統計に関するホームページ(3)CDCのOccupational exposureに関するホームページ(5)CDCのスライド作成用のホームページ、ここから直にスライドを作ることができる(8)国内の厚生省・エイズ治療薬研究斑のホームページ(9)国立国際医療センター・エイズ治療・研究開発センター(11)その他,YAHOOによる諸外国のAIDS information本年は初年度であるので、主に機器の整備と情報収集の方法論、データソースの質の検討等を行ったが、次年度は質と精度の優れた情報を用いて近未来のAIDS流行予測と医療費の推計を行う計画である。世界のHIV感染症サーベイランスデータは、各種統計指標の推定根拠、統計が更新される間隔、AIDSの定義、統計におけるHIV感染とAIDS症例の相互の取り扱い、診断および届け出の遅れ、推定捕捉率などの点で、質的な相違が認められる。また、HIV感染者の届け出については、先進国においても全国レベルで届け出がシステム化されている国は限られているため。

このような背景を考慮しつつ、世界のHIV/AIDSの現状と今後の動向について、インターネットにて発信されているUNAIDS,WHO,US.Bureau of the Censusなどの公的機関の情報や国際シンポジウムの資料情報を収集し検討し解析を行った。先進国においては主としてプロテアーゼ阻害剤を含む抗レトロウイルス療法の効果により発症後死亡に至るまでの生存期間が延長されAIDS死亡率が低下したがHIV感染の罹患率は国によってその様子が異なるものの減少傾向は著しくはない。我が国では、先進国の中では例外的に感染者の年次報告数、献血者における血清抗体陽性率の着実な上昇が認められている。AIDS転症例報告は極めて少ないものの、感染拡大について依然として憂慮すべき状況が残されている。我が国の感染者の増加傾向は主として国内の性的接触による日本国籍男性感染者数の増加によるものと考えられる。献血における血清抗体陽性率の上昇などのデータから懸念される一般人口への感染拡大に歯止めをかけるような継続的施策が急務であると考えられた。先進各国とのサーベイランスシステムの比較においては、どの先進国においてもHIV感染者を対象としたサーベイランス、AIDS感染者とのリンケージ、重複報告を防ぎ正確な疫学資料を得るための各種IDの適正な活用の必要性が高まるものと考えられた。
２つの遷移金属を持つ酸化物の電子構造の系統性の探求

本研究は、2つの遷移金属(TM)を含む酸化物の電子構造を明らかにし、共通する電子構造の特徴を得ることを目的とした。その結果、銅デラフォサイトではTMの組み合わせにより銅の価数が変わること、Co-Rh酸化物では電荷移動エネルギーと混成の違いでEF近傍の電子構造が理解できること、Co2重ペロブスカイトではCo 2pスペクトルが高スピン状態の理論計算と合致すること、Mn酸化物ではMn 2pスペクトルが磁性を直接反映すること、Y(Pr)Co酸化物ではCoとの組み合わせにより特異的にY(Pr)の価数が変化しうること、等、2TMの組み合わせにより、様々な異常価数・異常物性が発現することを明らかにした。本年度は2つの遷移金属を含む酸化物のうち、CuデラフォサイトCuMO2(M=Al, Cr, Mn, Fe)とペロブスカイト型Co酸化物LaCo1-xRhxO3を中心に研究展開をした。測定は高エ研Photon Factory(PF),理研SPring-8で測定を行った。その結果、CuCrO2中Cuは2価成分を含むのに対して、CuAlO2はCuは純粋に1価であることを明らかにした。さらにCuMnO2ではCr同様2価成分を含むことを見出した。加えてCuCrO2の角度分解光電子分光測定に成功した。一方LaCo1-xRhxO3については、Co 3dバンドとRh 4dバンドのエネルギー位置を同定し、Co 3dバンドがRh 4dバンドよりフェルミ準位に近いこと、さらにLDA+Uバンド計算を行った結果とも一致することを明らかにした。この結果は一見逆に思えるが、混成前のO 2pと遷移金属dとのエネルギー差を考慮した実効的な混成強度を考慮することで理解できる(従って1電子エネルギー的に理解できるのでバンド計算の結果とも一致する)という解釈を提案した。これらの成果の一部は論文発表し、他は日本物理学会で発表して論文準備中である。本年度はCuMO2(M=Mn, Fe)とY1-xPrxCoO3、および(La,Sr,Ca)(Mn,Ga)O3を中心に高エ研Photon Factoryと理研SPring-8で測定を行った。またCuCrO2についてはバンド計算を行った。その結果、CuMnO2については、前年度報告したCuCrO2と同様に、Cuは主成分である1価成分と共に少量の2価成分を含むことが明らかになった。CuFeO2についても同様の結果が得られたが、根拠となる価電子帯光電子スペクトルの経時変化が大きかったため、現状では確定的とは言えない。Y1-xPrxCoO3については、Prが4+となっていることを明らかにした。Prは多くの場合3+として振る舞うが、Pr1-xCaxCoO3やYPBCO等では4+として振る舞うことが知られており、本系はこのグループに属することが判明した。即ち、PrとCo(あるいはCu)の組み合わせが重要であるらしいという強い示唆を得た。(La,Sr,Ca)(Mn,Ga)O3については、導電性を表すMn 2pの肩構造の温度変化・Ga濃度変化を測定し、強磁性転移温度で標準化した温度に比例した変化がみられることを見出した。さらにGaドープによるランダムネスの増大が大きく影響することも見出した。一方、CuCrO2のバンド計算は過去の先行研究を再現し、我々の角度分解光電子分光データと良い一致をみた。その結果、高熱電能を生む「プリン型バンド」と同定できる構造をデータに見出した。これらの成果の一部は日本物理学会、日本放射光学会や国際学会等で発表した。またいくつかの結果について論文準備中である。本年度はCuMO2(M=Mn, Fe)とY1-xPrxCoO3、および(La,Sr,Ca)(Mn,Ga)O3等について研究成果が得られた。Y1-xPrxCoO3は通常の分類では2遷移金属酸化物ではないが、PrとCoの組み合わせが重要であるという示唆が得られたので、内遷移金属であるPrも含めた2遷移金属酸化物と見なすことができる。従って、本年は、CuとMn, Fe, Cr、CoとPr、MnとGaといった組み合わせで、電荷移動やランダムネスがどのように電子構造と物性に影響を与えるかについて、多くの情報を集めることができた。これは「2背に金属酸化物の電子構造の系統性を表す要因を確立する」という研究目的の上で、十分な成果である。さらに、成果の現状を学会で報告し、一部は論文投稿直前の段階である。従って、おおむね順調に進展していると判断した。(1)昨年度、CuMO2(M=Mn, Fe)の価電子帯硬X線光電子分光(HXPES)スペクトルを測定し、Cu 4sp状態がEF近傍の電子構造にかなり寄与しているという手がかりをつかんだので、今年度は全てのM(=Cr, Mn, Fe, Al, Ga)の価電子帯について、入射偏光・光電子放出角依存性を測定し、Cu 4sp状態の寄与を見積もった。その結果、予想通りEF近傍にはかなりのCu 4sp状態が存在するとともに、価電子帯の底も同様であることも見出した。また、CuCrO2に引き続き、他のMについてもバンド計算を実施し、上記結果と比較したところ、定性的に一致するものの、バンド計算ではマフィンティン半径外に4sp状態が多く存在するため、4spの寄与が強調される通常配置のHXPESとは直接比較できないことを見出した。

これは、バンド計算とHXPESスペクトルを比較する上での一般的原則として重要な結果である。(2) Cu1+xMn1-xO2については、当初、スペクトルの大きな経時変化を試料(表面)の質の問題であると考えていたが、xの増加に伴って光電子分光スペクトルの経時変化が大きくなる傾向が見られたため、過剰Cuの価数変化が表面で起こっているというモデルで解析中である。(4) LaCoO3については、低温測定のための予備実験に成功し、Sr2CoSbO6との厳密な比較に道筋をつけることができた。以上の成果の一部を、日本物理学会等の学会と論文雑誌において発表した。本研究は、2つの遷移金属(TM)を含む酸化物の電子構造を明らかにし、共通する電子構造の特徴を得ることを目的とした。その結果、銅デラフォサイトではTMの組み合わせにより銅の価数が変わること、Co-Rh酸化物では電荷移動エネルギーと混成の違いでEF近傍の電子構造が理解できること、Co2重ペロブスカイトではCo 2pスペクトルが高スピン状態の理論計算と合致すること、Mn酸化物ではMn 2pスペクトルが磁性を直接反映すること、Y(Pr)Co酸化物ではCoとの組み合わせにより特異的にY(Pr)の価数が変化しうること、等、2TMの組み合わせにより、様々な異常価数・異常物性が発現することを明らかにした。本年度はCuMO2(M=Al, Cr, Mn, Fe)とLaCo1-xRhxO3を中心に高エ研Photon Factory(PF),理研SPring-8で測定を行い、LaCoO3, LaRhO3についてLDA+Uバンド計算を行った。その結果、CuMO2では組み合わせによってCuの価数が変わること、LaCo1-xRhxO3ではO 2pとのエネルギー差から来る実効的混成を考慮する必要があること、がわかり、「2遷移金属酸化物の電子構造の系統性を表す要因を確立する」という研究目的の上では十分な成果である。さらに、成果の一部は論文発表し、その他については現状を学会で報告することができた。従っておおむね順調に進展していると判断した。昨年度の報告書で「軟X線吸収分光(XAS)と軟X線光電子分光用のビームラインPF BL-2Aの共同利用公開が2015年秋からなので、来年度は積極利用する予定」と書いたが、同ビームラインの利用申請が非常に多いため、2015年度秋に1回利用できて以降、利用できておらず、XASと2p-3dあるいは3d-4f共鳴光電子分光がなかなか実施できていない。来年度は再申請や別ビームラインの利用も検討しながら、測定を実施したい。また、今後はこれまでのデータの解析をさらに進めると共に、未測定試料の測定、論文執筆、及び結果の最終的なまとめに重点を置いてエフォートを費やす。光電子分光軟X線吸収分光と軟X線光電子分光用のビームラインPF BL-2Aの共同利用への公開は2015年秋の予定となったので、来年度は積極利用する予定である。来年度は本年度のデータの解析をさらに進めると同時に、未測定試料について、順次測定と解析を行ってゆく予定である。本年度に「その他」の項目でSPring-8の秋におけるビームライン利用料約90万円を計上していた。これは2日分の利用料に相当し、液体ヘリウム料金は実費であるために概算である。今年度の夏の海外出張旅費が予定より多くなったため、消耗品費をゼロにしたとしても、液体ヘリウム料金によっては予算超過する可能性が生じた。
パンルヴェ系を中心とした可積分系の研究

本研究課題に置ける成果として,(1)有理楕円曲面上の常微分方程式に関する研究,(2)フックス型方程式の変形理論に付随する4次元パンルヴェ型方程式の分類(ガルニエ系,藤・鈴木系,笹野系,行列パンルヴェ系の4種類),(3)非分岐な線型方程式に付随する4次元パンルヴェ型方程式の分類(22種類)(川上氏,中村氏との共同研究),(4)フックス型方程式に関するN. Katzによる中間畳み込みの理論のq差分類似の考察(山口氏との共同研究),(5)シンプレクティック構造を用いたシュレジンガー変換の離散ハミルトン系としての記述(A. Dzhamay氏,竹縄氏との共同研究)を得た.論文による発表が遅れているが,今後順次投稿していきたい.はそれらの多変数科などの拡張について,可積分系の方法を使った研究を行う.具体的には,線型方程式の変形理論とパンルヴェ型方程式の関係に関して,スペクトル型などを考慮したより精緻な理論を構築し,高次元においても特殊函数論的な特徴付けをできるようにする.離散系に関しても同様.本研究課題に置ける成果として,(1)有理楕円曲面上の常微分方程式に関する研究,(2)フックス型方程式の変形理論に付随する4次元パンルヴェ型方程式の分類(ガルニエ系,藤・鈴木系,笹野系,行列パンルヴェ系の4種類),(3)非分岐な線型方程式に付随する4次元パンルヴェ型方程式の分類(22種類)(川上氏,中村氏との共同研究),(4)フックス型方程式に関するN. Katzによる中間畳み込みの理論のq差分類似の考察(山口氏との共同研究),(5)シンプレクティック構造を用いたシュレジンガー変換の離散ハミルトン系としての記述(A. Dzhamay氏,竹縄氏との共同研究)を得た.論文による発表が遅れているが,今後順次投稿していきたい.相空間が4次元の場合のパンルヴェ型方程式について(通常のパンルヴェ方程式は相空間が2次元の場合)、フック型方程式に対応したモノドロミー保存変形から得られる系が、よく知られたガルニエ系のほかに、3種類あることが分かった。そのうちの一つについて詳しい計算ができ、いくつかの研究集会で成果を発表した。この方程式に関しては、パンルヴェの6型方程式の解で記述できる特殊解が存在することなどの基本的な性質についての結果を得ることができた。残りの2つについて同様の理論を構築してから論文の形で発表したいと考えている。この結果は、パンルヴェ型の非線型方程式の拡張についての新しい枠組みを与えていて、フックス型線型方程式の特異点の合流に対応したすべてのリストを構成できれば、モノドロミー保存変形の意味での4次元可積分系のすべての分類を与えるはずで、散発的に現れているいくつかの高次元パンルヴェ型方程式を位置づけるための重要な理論になると考えている。ミドル・コンヴォリューション、アディションといったカッツのオペレイションを慣用したカッツの理論を核とした線型方程式の分類理論やクイヴァーの理論、ドリーニュ・シンプソン問題との関係も知られているので、大きな広がりをもった数学的世界観を構築できると考えている。2009年度は、以前から取りくんでいたアクセサリー・パラメータを4つもつFuchs型微分方程式の変形理論からくる非線型微分方程式の研究において、これらのシンプレクティック構造を具体的に記述することに成功した。分類に現れる4つの方程式のうち、よく知られたGarnier系以外に、笹野系と藤-鈴木系が含まれていることがわかったのは大きな成果だと思う。これについては論文を準備中である。また川上氏中村氏との共同研究として、これらの方程式の退化として現れる非線型方程式についていくつかの計算結果を得た。これについてはさらに研究を続け、ポアンカレ・ランクが整数の不確定特異点をもつ線型方程式の変形理論に対応するものを全て網羅してから、論文として発表したいと考えている。相空間が4次元の場合のパンルヴェ型方程式について,以前から研究してきたフックス型微分方程式の変形からくる4種類の方程式系(ガルニエ系,藤鈴木系,笹野系,行列パンルヴェ系)の退化を考え,20種類の方程式系が現れることを示した.これは非分岐と呼ばれる場合の分類で,考えられる全ての場合を尽くしているわけではないが,野海山田系など重要な系が含まれていて,それらの位置づけを与えるものになっている(川上氏,中村氏との共同研究).また,離散パンルヴェ系のひとつの源泉であるシュレージンガー変換について,シンプレクティック構造を用いた簡単な計算方法を開発した(ジャマイ氏,竹縄氏との共同研究).さらに,線型q差分方程式に関して,そのスペクトル型およびそれに付随した剛性指数を定義し,フックス型微分方程式に関するカッツの理論で重要な役割を演ずるミドル・コンヴォリューションのq差分アナログを構成した(山口氏との共同研究).

いずれも,2011年度中に論文の形で発表したい.平成20年度から23年度までの本研究課題に置ける成果として,1,楕円曲面上の常微分方程式に関する研究,2,フックス型方程式の変形理論に付随する4次元パンルヴェ型方程式の分類(ガルニエ系,藤・鈴木系,笹野系,行列パンルヴェ系の4種類),3,非分岐な線型方程式に付随する4次元パンルヴェ型方程式の分類(22種類)(川上氏,中村氏との共同研究),4,フックス型方程式に関するN.Katzによる中間畳み込みの理論のq差分類似の考察(山口氏との共同研究),5,シンプレクティック構造を用いたシュレジンガー変換の離散ハミルトン系としての記述(A.Dzhamay氏,竹縄氏との共同研究)を得ているが,これらを論文等の形で発表することを23年度の目標としていた.結果的には,このうち,1と2について投稿するところまで書けたが,これもまだ発表に至らず,それ以外のものについては,投稿にも至っていない.早急に論文の形で発表したい.ただ,アメリカ合衆国と.フランスでの海外での発表に加え,国内でも口頭での学会発表はいくつかできて意義があったと思う.2と3の結果については,パンルヴェ方程式の様々な高次元への拡張に対して,ひとつの全体像を与える結果であり,非常に重要な成果だったと思っている.大島利雄氏らの最近の線型方程式に関する研究に対しても,rigidでない場合の研究にたいする重要な動機付けになったと思っている.4の結果についても,これからさまざまな分野と結びついた研究へとつなげるための重要な足がかりになると思う.
遷移金属ＮＨＣ触媒による有機硫黄化合物の触媒的Ｃ－Ｓ結合変換

アザアリールメタンのsp3炭素-水素結合は電気陰性な窒素が環内に存在するため酸性度が高い。そこで、パラジウム触媒とリチウムヘキサメチルジシラジド塩基の存在下、2ーメチルピリジン類に対してアリールメチルスルフィドを作用させると、スルフィドがハロゲン化アリール等価体として機能し、対応するベンジルピリジン類が高収率で得られた。この際、NHC配位子を有するパラジウム錯体触媒がC-S結合切断を伴う分子変換に対して非常に高い活性を有することを見いだした。特にSingaCycle-A1がもっとも高い活性を示した。こうした成果は,通常触媒毒として働く有機硫黄化合物の触媒的変換に重要な知見をもたらす。さらに、アリールスルフィドをC-H結合の直接アリール化に用いた例はほとんどなく、本研究は有機合成上重要である。また、想定外の結果として、キノリン縮環ポルフィリンの合成も達成した。すなわち、ボリル化されたポルフィリンに対して鈴木-宮浦カップリングと、続くPictet-Spengler反応を行うことでキノリン縮環ポルフィリン類を合成できた。また同様の手法により四つのキノリン環やフェナントロリンが縮環したポルフィリン類が得られた。合成したキノリン縮環ポルフィリンの吸光・発光の極大波長は非縮環ポルフィリンのそれと比較して長波長側にシフトしており、共役の有効な拡張が確認された。外周部の窒素原子の配位能を活かした、吸収波長をチューナブルな光捕集アンテナとしての利用が期待される。28年度が最終年度であるため、記入しない。有機硫黄化合物の触媒的C-S結合変換は一般に極めて難しい。硫黄と遷移金属の親和性が高く、有機硫黄種が触媒毒として働くためである。現在、我々を含め、有機硫黄化合物の触媒的変換に関して世界中で激烈な競争が始まりつつある。我々は有機硫黄化合物の高効率自在変換を可能にする遷移金属NHC触媒の開発を目指し、本研究を進めている。26年度は触媒としてアリールスルフィドをアリール源とするアミノ化反応について研究を行った。その結果、パラジウムカルベン錯体触媒SingaCycle-A1を用い、アリールメチルスルフィドと脂肪族アミンの反応をカリウムヘキサメチルジシラジド存在下行うと、アミンのアリール化反応が進行することを見いだした。多種多様な脂肪族アミンをアリール化できる。また、芳香族アミンも適用可能である。アミドやシロキシ保護も共存可能である。この過程で、含窒素複素芳香環のスルフィドを用いた場合には、パラジウム触媒非存在下で反応が進行することが明らかとなった。芳香族求核置換反応を経由するものと考えている。この触媒的アミノ化を利用すると、ブロモチオアニソールの段階的二重アミノ化も可能である。すなわち、ブロモ基のアミノ化を先に行ったのち、二つ目のアミンをメチルチオ基部分に導入することで、非対称ジアミノベンゼンの高選択的合成を達成した。現在、有機硫黄化合物の触媒的変換に関して世界中で激烈な競争が始まりつつある。我々はごく最近、アリールスルフィドを擬ハロゲン化物とするBuchwald-Hartwigアミノ化とNegishiカップリングを見いだした。これら二つの新反応は有機硫黄化合物の触媒的変換法としては画期的に効率が高いものの、有機ハロゲン化物と同等以上の効率を達成するには至っていない。遷移金属NHC触媒のプロであるGao博士との共同研究により、有機硫黄化合物の高効率自在変換を可能にする遷移金属NHC触媒の開発を目指している。これを通じて、ハロゲン化物ベースから硫黄化合物ベースの有機合成へのパラダイムシフトをおこす。同時に硫黄でなければ達成できないユニークな分子変換の創出も行い、有機合成の革新を図っている。特に今年度はカルボニル化合物のα位アリール化反応に焦点を絞り研究を行っている。同反応は有機合成上大変重要な炭素ー炭素結合形成法である。我々はハロゲン化アリールを用いる従来法を補完する手法として、アリールスルフィドを用いる手法を開発した。特にケチミンのアルファ位アリール化は有効であり、触媒量を0.5 mol%にまで低減しても効率良く生成物が得られた。触媒としてNHCが配位した触媒を用いることが鍵であり、ホスフィン配位子では反応は進行しない。生成物は2,3-ジアリールピロールやインドールといった含窒素複素芳香環の有用な前駆体である。当初の目的通り、有機硫黄化合物の高効率触媒反応を開発しつつある。特に困難でありながらも有用なアルファ位アリール化を達成できたのは大きい。有効な触媒の見当もおおよそついており、ハロゲン化物ベースから硫黄化合物ベースの有機合成へのパラダイムシフトをおこす準備が整いつつある。

こうした成果は,通常触媒毒として働く有機硫黄化合物の触媒的変換に重要な知見をもたらす。さらに、アリールスルフィドをC-H結合の直接アリール化に用いた例はほとんどなく、本研究は有機合成上重要である。また、想定外の結果として、キノリン縮環ポルフィリンの合成も達成した。すなわち、ボリル化されたポルフィリンに対して鈴木-宮浦カップリングと、続くPictet-Spengler反応を行うことでキノリン縮環ポルフィリン類を合成できた。また同様の手法により四つのキノリン環やフェナントロリンが縮環したポルフィリン類が得られた。合成したキノリン縮環ポルフィリンの吸光・発光の極大波長は非縮環ポルフィリンのそれと比較して長波長側にシフトしており、共役の有効な拡張が確認された。外周部の窒素原子の配位能を活かした、吸収波長をチューナブルな光捕集アンテナとしての利用が期待される。当初の目的どおり、遷移金属NHC触媒ライブラリを駆使して、有機ハロゲン化物の代わりに有機硫黄化合物を用いるクロスカップリングアミノ化反応を開発できた。今年度に確立した触媒に関する知見をもとに以下の三つの課題に取り組む。2.チオフェンからピロールへの芳香環間変換特に3.の課題では、スルフィド基を有する生物活性物質ならびに機能性有機材料を触媒的C-S結合変換に賦すことで、多様な誘導体を創出し、新しい生物活性や機能を見つけ出す。28年度が最終年度であるため、記入しない。アミノ化反応以外の結合生成反応も開発していく。例えば、カルボニル化合物のアルファ位アリール化について重点的に検討したい。
人工ジャイロ磁気・誘電特性の創出とその電磁波素子への応用

半導体能動素子の単向性によりリング共振器中に進行波共振を励起させ、これに伴う回転電磁界によりジャイロ電磁物性を人工的に創出し、これを電磁波素子に応用する基礎技術を確立した。リング共振器によりフェライトと等価な電磁材料物性であるジャイロ磁気特性を創出し、更に双対構造であるスロットリング共振器によりジャイロ誘電特性を創出する技術を新たに生み出した。得られた両電磁物性を複合して新しい人工電磁材料を作成し、これをマイクロ波多機能平面回路、自律的に特性が変化する多機能電磁界境界、機能性アンテナへと応用し、さらにソフトウェアの見地から如何に制御信号を生成するかを検証するシステムの試作も試みた。サーキュレータ等のマイクロ波非可逆素子に不可欠な電磁材料物性であるジャイロ磁気を半導体能動素子と電磁波導波構造を組み合わせることにより人工的に創出し、更に双対構造によりジャイロ誘電特性を創出ことを目的とした研究を遂行している。平成26年度は代表者の所属機関移動に伴う研究環境の整備を完了し、申請書の研究計画に記述の通りジャイロ磁気・誘電特性の創出の基礎構造の検討ならびに実験的検証を行った。具体的にはスロット線路構造において得られるジャイロ誘電特性励起に不可欠な進行波共振に必要な能動素子装荷に必要な構造を検討し、その問題を明らかにすることで今後の構造構築の方法の道筋をつけることができた。これまで行ってきた研究の発展系として、バラクタダイオード装荷による電気長制御に基づく周波数同調性に関する汎用的研究を行い、応用例として周波数同調可能なサーキュレーターをMETA14にて発表した。非可逆を伴う現象のさらなる発展的応用研究として、電磁結合に非可逆が含まれる場合の結合行列の導出を行い、これにより従来のフィルタ理論よりも自由度の高い周波数特性の設計が可能であることを明らかにした。これについては現段階では投稿中であるが、(http://arxiv.org/abs/1408.2321 )プレプリント段階で引用論文が付くほどの高い評価を得ている。本研究の基本構造は共振器毎に能動素子が必要になり、消費電力ならびに製造コストの問題が見られたが、これを改善するために複数の共振器を接続し、能動素子を共振器間で共有する試みも進めており、結果として飛躍的な非可逆性向上などの着実な成果が得られつつあり、次年度に向けてさらに研究を進めている。前年度の成果に基づき、27年度は人工ジャイロ磁気特性を生成する進行波共振構造について(1)特性の可変化、(2)構造の小型化、(3)能動素子数を大幅に削減できる構造の検討を行い、それぞれ実際に構造を考案・試作を行った結果、それぞれの目的を達成できた。(1)については共振構造の電気長を可変する手段としてバラクタダイオードを装荷したものを構成し、従来の能動素子とは独立にバイアス電圧を印加できる構造を作成し、結果として共振周波数可変な進行波共振構造を実現した。動作周波数を一定とした場合、共振周波数の変化は人工的に創出するジャイロ磁気特性の物性パラメータを変化させることと等価であり、この結果に基づいてジャイロ磁気特性により非可逆性を有し、かつ放射ビーム走査が可能な小型アンテナを開発し、結果をオーストラリアで開催された国際アンテナシンポジウム(ISAP2015)にて発表した(2)については従来の進行波共振構造がトータルで半波長以上の電気長を要し、動作周波数を下げる用途に対しては実装面積の拡大は避けることができない問題があった。これを解決すべく、それぞれに能動素子を装荷した一対の進行波共振構造を単一の能動素子を装荷した8の字型の共振器に改良することで一定の共振周波数に対して実装面積を半減できる方法を開発した。(3)については(2)に述べた8の字共振器構造が同時に実現する特徴となるが、従来は共振器毎に必要であった能動素子を2個の共振構造で共有することで半減できる構造を考案し、実際にマイクロ波アイソレータに応用した。従来よりも能動素子が少なく、消費電力も低減しつつ特性は従来のものよりも大幅に改善できること結果を得て、これをアメリカで開催されたMETA15という国際会議にて発表した。(1)特性の可変化、(2)構造の小型化、(3)能動素子数を大幅に削減できる構造について考案し、非可逆性を有し、かつ放射ビーム走査が可能な小型アンテナならびに大幅に特性が改善されたマイクロ波アイソレータの開発を行い、それぞれ国際会議発表を行うなどの具体的成果を出せているため。本研究課題はマイクロ波非可逆素子に不可欠なジャイロ磁気特性を示す希土類鉄酸化物の代替手段の研究開発を更に推し進め、マイクロ波領域でその特性を示す固体材料が存在しないジャイロ誘電特性の人工的創出を行った上で、これらを複合させた誘電率と透磁率が共に可制御な人工電磁材料を創出することが目的であり、28年度は創出した技術の有効性を更に高める構造の大幅な小型化を検討し、これを実現した。従来の単純なリング共振器に対して28年度に生み出した構造は8の字共振構造であり、構造の小型化に加え、能動素子数を半減することもできた。人工電磁材料の性能指標となる非線型性と雑音特性は能動素子数に比例して悪化するため、ここで創出した技術は実用化と更なる技術発展に極めて有効な成果といえる。すでに昨年度中に雑音指数の評価、特に共振周波数近傍においてどのように変化するかの検証を終えており、今年度逐次成果発表を行う段階に至っている。