hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生体脳内の転写因子活性の可視化と制御

前年度までに生体細胞の内在転写因子活性を可視化することが可能な転写医因子活性レポーターウイルス(Abe et al., PNAS 2015)を改変し、複数の転写因子に関するレポーターウイルスを作成、蛍光観察可能な蛍光強度をしめすベクターを作成し、生体内での解析に使用可能な高力価ウイルスを精製した。本年度は、これまでに開発したベクターを生体マウス脳内細胞に感染させ、各種転写因子レポーター発現遺伝子改変マウスを作成した。本マウスに新規環境探索行動をとらせ、それにより各種転写因子活性の活性がどのように変化するのかを定量的に明らかにした。これにより、約50種の転写因子に関し、生体脳内での活動依存的な転写因子活性のプロファイリングを取得することに成功した。また、前年度までに取得している培養神経細胞での転写因子活性プロファイリングと比較することにより、培養神経細胞と生体内神経細胞での活動依存的な転写因子活性化の違いを明らかにすることができた。本年度は、研究開始当初は予定されていなかった研究代表者の研究機関の変更と、研究室の引越があった。遺伝子改変生物実験設備と動物実験設備を新たに整える必要があり、研究の進捗が当初の予定通りに進まなかった。しかしながら、前年度までに取得し、凍結保存ていたサンプルの解析を進めることにより、移動に伴う新規実験の遅れを概ね挽回することができたと考える。また、サンプルの解析の結果が当初の想定以上に良好であったため、次年度は新たな実験系を立ち上げることを計画しており、その準備を行った。本研究では、研究代表者によって開発された、生体内の細胞において内在転写因子の活性を高精度に定量測定する手法、および脳内の転写因子のダイナミックな活性変化をライブイメージングする技術を用いて、培養神経細胞および生体における神経活動依存的な多数の転写因子の活性を明らかにし、比較解析、活性操作することにより、それら活性変化と行動や病態への関わりを明らかにすることを目的とする。本年度は、鳴禽類幼弱個体が他個体の音声シーケンスを聞き、自分の音声シーケンスを獲得する過程における脳内の転写因子活性のライブイメージングを行った。これまでの研究代表者の研究により、この過程において転写因子活性CREBが音声シーケンスの習得に重要な役割を果たすことを示している(Abe et al., PNAS 2015)。本年度は、CREB転写因子活性レポーターウイルスを鳴禽類キンカチョウにウイルスベクターを用いて発現させ、頭部装着型の軽量蛍光顕微鏡によりその活性のライブイメージング観察を行った。キンカチョウ線条体にウイルスベクターを感染させ、脳内観察用のレンズを手術により埋め込んだのち2ー3週かけて顕微鏡装着に慣らせることにより、自由に行動するキンカチョウ脳内のCREB活性の変化を経時的に観察することに成功した。脳内CREBの活性は、他個体が発する音声シーケンスを録音したものをスピーカーより呈示しただけでは顕著な変化を生じることはなかったが、他個体が実際に隣接ケージに存在し、学習に必要な社会相互作用の存在下においては、音声シーケンスの呈示は脳内のCREB活性を大きく変化させた。
脂肪細胞分化の転写因子ネットワークによる病態形成分子機構

メタボリックシンドロームは肥満やインスリン抵抗性に代表される種々の代謝ストレスを基盤として、脂肪組織、骨格筋組織など複数の臓器の機能異常が積み重なって発症する。最近の研究によって肥満から動脈硬化に至る各段階で、脂肪細胞が必須の役割を果たしていることが明らかとなっている。我々は転写因子KLF5が脂肪細胞分化に必須であることを明らかとし、発表した。その後の解析により、KLF5が高脂肪食負荷における肥満や代謝調節にも重要であることを見いだした。そこで、本研究計画では、成体におけるKLF5機能について、代謝ストレス応答における役割に着目し研究を行い、代謝ストレス応答の転写ネットワークを解析することを目的として研究を進めた。KLF5ヘテロ接合体ノックアウトマウスは高脂肪食負荷に対して肥満しづらく、また、インスリン感受性が維持さえることを見いだした。この表現型において、KLF5の骨格筋における機能が重要であることを見いだし、骨格筋のKLF5転写ネットワークの構成因子を同定した。さらに、KLF5機能の解析を進め、骨格筋における脂肪酸燃焼及び脱共役遺伝子群の発現制御にKLF5が重要であることを明らかとした。KLF5は翻訳後修飾であるSUMO化を受けるが、SUMO化を受けたKLF5が遺伝子発現を負に制御すること、一方で遺伝子発現誘導の際には脱SUMO化されたKLF5がコアクチベータと相互作用して遺伝子発現を正に調整することを明らかとした。つまり、KLF5のSUMO化は脂肪酸燃焼遺伝子発現制御において分子スイッチのように機能することを示した。また、KLF5の標的遺伝子を、培養細胞におけるKLF5ノックダウンと、KLF5ノックアウトマウスを用いてゲノムワイドで解析した。脂肪組織にKLF5を過剰発現させることにより、脂肪組織のリモデリングを惹起して、糖代謝を悪化させることを明らかとした。我々はKruppel型Zinc finger転写因子KLF5が脂肪細胞分化に必須であることを明らかとし、発表した(Cell Metabolism,2005)。この表現型において、KLF5の骨格筋における機能が重要であることを見いだし、骨格筋のKLF5転写ネットワークの厚生因子を同定した。KLF5の標的遺伝子を、培養細胞におけるKLF5ノックダウンと、KLF5ノックアウトマウスを用いてゲノムワイドで解析した。また、脂肪組織にKLF5を過剰発現させることにより、脂肪組織のリモデリングを惹起して、糖代謝を悪化させることを明らかとした。
"多細胞生物"糸状菌における細胞質連絡の制御機構の解析

糸状菌は多細胞であり、隣接する細胞が隔壁孔と呼ばれる小さな穴を介して、細胞質連絡を行っているが、本研究ではそれを制御する分子機構の解明を試みた。AoSOはストレス依存的に隔壁孔に凝集するタンパク質であるが、その過程に必要なAoSOの領域を同定した。隔壁孔に局在するMAPキナーゼAoFus3と相互作用する、新規隔壁孔局在タンパク質を同定した。細胞質連絡を制御するオルガネラWoronin bodyの形成機構を解析するなかで、ペルオキシソームがビオチンの生合成に関与することを世界で初めて発見した。子嚢菌類などの糸状菌は多細胞であり、隣接する細胞は隔壁にあいた小さな穴(隔壁孔)を通じて細胞質連絡を行っている。この細胞質連絡は、多細胞真核生物である動物や植物にも共通して見られる特徴である。本研究では、糸状菌における細胞質連絡を制御する分子機構を解析することで、多細胞真核生物のモデルとしての糸状菌解析を目指している。本年度は、麹菌で隔壁孔に局在する2つのタンパク質の局在機構および機能について、変異および欠失解析を行った。AoSOタンパク質はストレス依存的に隔壁孔に凝集することから、環境に応じて細胞質連絡を制御している可能性が考えられる。AoSOの凝集機構を明らかにするために、出芽酵母に発現して欠失解析を行った。酵母においてもAoSOはストレス依存的に凝集することを確認したうえで、さらに欠失解析を行い、凝集に必要な領域を決定した。この知見をもとに、次年度では麹菌において隔壁孔に特異的に凝集する機構を解析する予定である。また、AoFus3タンパク質は通常条件で隔壁孔に局在し、溶菌時に隔壁孔を塞ぎ隣接する細胞に溶菌が伝播するのを防ぐのに関与する。AoFus3は出芽酵母の接合フェロモン応答シグナル経路で働くMAPキナーゼFus3pのホモログであることから、多細胞の糸状菌特有の生育に有性生殖因子が転用される現象として興味深い。本年度は変異導入実験を行い、AoFus3がリン酸化されることは隔壁孔への局在に関係しなかったが、溶菌の伝播を防ぐ機能に必要であることを明らかにした。この結果から、AoFus3のMAPキナーゼのシグナル経路自体が隔壁孔の機能をコントロールしている可能性が示唆された。子嚢菌類に属する糸状菌は多細胞であり、隣接する細胞は隔壁にあいた小さな穴(隔壁孔)を通じて細胞質連絡を行っている。しかし、ある細胞が溶菌した場合、隣接する細胞に溶菌が伝播する危険を伴う。子嚢菌類に属する糸状菌に特異的なオルガネラWoronin bodyは隔壁孔をふさいで溶菌の伝播を防ぐ機能をもつ。しかし、溶菌の伝播を防ぐ分子機構について、Woronin body以外は、ほとんど解析が進んでいなかった。前年度までに麹菌において、MAPキナーゼAoFus3タンパク質が隔壁孔に局在し、隣接する細胞への溶菌の伝播を防ぐ機能に関与することを明らかにした。本年度は、AoFus3が隔壁孔で機能するメカニズムを解析することを目的として、TAP(tandem affinity purification)タグを用い、相互作用するタンパク質をスクリーニングした。その結果、2つの新規タンパク質が同定され、これらがAoFus3と同様に隔壁孔に局在することを示した。AoSOタンパク質はストレス依存的に隔壁孔に凝集することから、環境に応じて細胞質連絡が制御される可能性が示唆されている。前年度までに、AoSOの欠失解析によりストレス応答性の凝集に必要な領域を決定したが、本年度はAoSOの凝集が隔壁孔に局在するために必要な領域を同定した。また、Woronin bodyがペルオキシソームから分化・形成する機構を解析するなかで、麹菌のペルオキシソーム機能欠損株がビオチン要求性を示すことを発見した。ビオチン生合成酵素のひとつであるBioFがペルオキシソームに局在し、そのペルオキシソーム局在がビオチン生合成に必要であることを証明した。以上により、ペルオキシソームがビオチンの生合成に関与することを世界で初めて発見した。
ミニマム水量の算定を目的とした水使用行動の分析とシミュレーション

水資源が不足し、節水を余儀なくされている状況に対応して、衛生を基準としたミニマム水量を明らかにする必要性を踏まえて、3年度にわたって行った研究である。水使用行動としては、手洗い・洗面・洗浄・洗濯・入浴・炊事その他があるが、全般にわたる基礎的検討をした上で、特に本研究では、手洗いと入浴およびシャワーを中心に検討をすすめた。研究概容は以下のとおりである。1)文献調査:水使用行動と水量・水質に関わる文献を、広い分野にわたって検索し、状況を把握するとともに、必要事項を抽出した。2)アンケート調査:一般家庭を対象として、入浴とシャワーを中心とした、水使用行動の詳細にわたるアンケート調査を実施し、性別・年代別に手順や水使用の特性について分析した。3)実験研究:以前に行った手洗いの実験を再検討するとともに、新らたに入浴およびシャワーのための実験装置を製作し、行動分析と水使用の特性について実験研究を行った。その結果、水使用パターンの類型、水使用量の特性、水質変化の特性などについて明らかにするとともに、節水の可能性について検討した。4)シミュレーション:入浴およびシャワーについて、上記のアンケートと実験の結果を踏えた、水使用行動と水使用量に関する検討を行い、限界節水量を推定し、ミニマム水量算定のための基礎的検討とした。以上により、水使用行動のうち、特に人の要素が大きく影響する手洗いと入浴およびシャワーについて多くの知見を得るとともに、ミニマム水量を算定するための基礎的検討を行い、一応の成果を得ることができた。本年度の研究実施計画としては、以下の5点をあげた。即ち1)文献検索とデ-タの抽出2)アンケ-ト調査3)ビデオカメラによる水使用行動の収録4)実験装置と実験手順及び解析法の検討5)シミュレ-ション方法の検討水使用行動としては、手洗い・洗面・洗浄・洗濯・入浴・炊事などがあるが、後述の論のように、手洗い等については既に一部まとめており他の水使用行動の中から、最も資料の少い入浴を中心として、今年度は研究をすすめた。上記1)については各種文献を検索し、主として水質関係を中心としてデ-タを抽出した。2)については、一般家庭を対象としてアンケ-ト調査を実施し、設置器具やその使用状況などについてデ-タを収集した。3)については必要備品を購入したが、操作についてなお訓練を要することから、現在なお基礎的調整を行っているところである。4)については、実験装置を製作するとともに、予備実験を行って実験手順および解析法の検討を行い、本実験に入る段階となっている。5)については、コンピュ-タシミュレ-ションの基礎的検討を行ったところである。以上の本研究第1年度の研究により、さらに継続研究を実施するための基盤ができたものと考えている。3年計画の研究の第2年度である。本年度の研究実施計画としては、以下の6点をあげた。即ち1)前年度に実施した文献調査、機器等の使用実態調査、アンケ-ト調査等により基本的な水使用パタ-ンを抽出すること。また機器等の性能について検討すること。2)前年度購入した画像解析装置により、水使用行動を収録し、水使用パタ-ンの抽出をすること。3)実験装置及び実験手順と解析法を検討し、実験を進めること。4)シミュレ-ションと実際の水使用に対応する実験、及び機器性能に関する実験を行うこと。5)本年度購入する水質検査システムにより、各水使用パタ-ンに関する微生学的見地からの検討を行うこと。6)ミニマム水量算定のためのコンピュ-タシミュレ-ションの方法を検討すること。水使用行動としては、前年度に引き続いて入浴を中心に検討した。上記1)については検討結果の一部を後述のように論文として発表した。2)については作業を経続中である。3)4)については基礎的検討をすすめ、実験装置を完成させて、実験に着手した。5)については上記実験と平行して水質分析を行い、これらの結果の一部については、論文として発表することを計画中である。6)については現在その方法の検討を継続中である。

以上第2年度の研究について、部分的に若干遅れているものの、ほゞ予定の通り進んでおり、次年度は本研究の最終年度としてとりまとめをしたいと考えている。3年計画で行った研究の最終年度である。本年度の研究実施計画としては、以下の4点をあげた。すなわち1)文献調査、システム及び器具の使用実態調査、生活行為と水使用のアンケート調査の結果を分析し、基礎資料についてとりまとめる。2)入浴を中心とする実験を継続し、水量と水質及び行動パターンを考慮した衛生学的見地からの検討を行う。3)コンピュータ・シミュレーションを実行し、ミニマム水量の算定について検討する。4)以上を総合的に検討し、本研究のとりまとめを行う。水使用行動としては、主として入浴をとりあげたが、さらに住宅における水使用行動全般についても検討した。上記1)については、研究発表の欄に示すように、いくつかのまとめを行い、本研究の基礎資料として検討した。2)については、前年度の実験を継続し、その結果の一部を発表した。3)については、コンピュータシミュレーションのモデルについて検討するとともに、プログラムを開発して試行した。さらにこれを基にして今後新らたな研究を展開する予定である。4)については、本研究の3年間の成果をとりまとめるべく、現在なお作業中である。以上3年間の研究として、住宅を中心とした水使用行動の分析をし、入浴を中心とした実態を行い、さらにコンピュータシミュレーションを行うことによって、ミニマム水量の算定について検討し、一応の成果が得られたものと考えている。
イブン・スィーナー『治癒の書』に関する比較思想史的研究

イスラームを代表する哲学者イブン・スィーナー(Ibn Sina=Avicenna,1037年没)の思想の全体的解明に向けて、第一に、彼の主著である『治癒の書』(al-Shifa')形而上学部分を様々な刊本・写本に基づいて精読し、邦訳と注釈を作成した。第2に、ギリシア哲学、シリア語圏の思想、中国思想の専門家とともに同書の成立過程を明らかにするとともに、その思想の後世への影響について多面的に解明した。(2)ギリシア・ラテン、シリア語圏、中国の哲学を専門とする分担者を加えて,同書成立の背景と,同書が他文化圏に及ぼした影響とを比較思想史的手法によって明らかにる。<本年度の研究成果の具体的内容>・イプン・スィーナー著『治癒の書』アラビア語原典の読解をおこなった。具体的には、同書「形而上学」部分の第1巻第8章までを、カイロ版、マルムラ版を基に、ムッラー・サドラーおよびナラーギーのアラビア語注釈、ラテン語訳、英訳(マルムラ)、仏訳(アナワティー)を参照しつつ精読した。これに通年で9回の定例研究会(午後2時より午後9時)を充て、さらに合宿形式(2泊3日)による集中討議を行った。・本研究に関連するアラビア語文献ならびに研究文献を収集した。・イブン・スィーナーの思想全般に関する研究をおこなった(研究代表者・小林春夫)。・ギリシア思想のイブン・スィーナーへの影響に関する研究をおこなった(研究分担者・堀江聡)。・シリア思想(とくにバル・ヘブラエウス)へのイブン・スィーナー思想の影響に関する研究をおこなった(研究分担者・高橋英海)・ファーラービーおよび回儒思想とイブン・スィーナーとの関係に関する研究をおこなった(研究分担者・仁子寿晴)<意義、重要性>本年度は研究期間の初年度であり、公刊した成果はない。しかし本研究の主目的である『治癒の書』原典の精読を着実に進めた。また翻訳・訳注を作成するための準備作業として、訳語の確定、データ入力、レイアウトの確定、特殊文字の処理方法について検討した。また研究代表者と分担者がそれぞれの専門領域において関連研究をおこない、最新の研究動向を確認するとともに、次年度以降に予定している比較思想史的検討に向けての準備作業をおこなった。<本年度の成果>・イブン・スィーナー著『治癒の書』(形而上学部分)アラビア語原典の読解と内容の検討をおこなった。具体的には同書「形而上学」部分の第1巻第8章までを、カイロ版、マルムラ版を基に、ムッラー・サドラーおよびナラーギーのアラビア語注釈、ラテン語訳、英訳(マルムラ)、仏訳(アナワティー)を参照しつつ精読した。これに通年で10回の定例研究会(午後2時より午後9時まで)を充てた。・本研究に関連するアラビア語写本の調査をイスタンブール(スレイマニエ図書館、イスラーム研究所)ならびにロンドン(大英図書館)で行い、多数の研究文献を収集した。・シリア思想(とくにバル・ヘブラエウス)へのイブン・スィーナー思想の影響に関する研究をおこなった(研究分担者・高橋英海)・ファーラービーおよび回儒思想とイブン・スィーナーとの関係に関する研究をおこなった(研究分担者・仁子寿晴)<意義、重要性>・本年度も本研究の主目的である『治癒の書』原典の精読を着実に進めた。・翻訳・訳注を作成するための準備作業として、訳語の確定、データ入力、レイアウトの確定、特殊文字の処理方法について検討し、既読部分のデータを蓄積した。・研究代表者と分担者がそれぞれの専門領域において関連研究をおこない、最新の研究動向を確認した。・研究分担者の他に多数の大学院生も研究会に参加したことにより、イスラーム哲学研究の裾野を広げることができた。<本年度の成果>・イブン・スィーナー著『治癒の書』(形而上学部分)のアラビア語原典の読解と訳文作成をおこなった。具体的には同書「形而上学」部分を、カイロ版、マルムラ版を基に、ムッラー・サドラーおよびナラーギーのアラビア語注釈、ラテン語訳、英訳(マルムラ)、仏訳(アナワティー)を参照しつつ精読した。これに通年で10回の定例研究会(午後2時より午後7時まで)を充てた。・本研究に関連するアラビア語写本の調査をオックスフォード大学ボドレイアン図書館で行い、写本のデジタル映像と多数の研究文献を収集した。・ギリシア・ラテン思想とイブン・スィーナーの思想との影響関係に関する研究をおこなった(研究分担者・堀江聡)。・シリア思想とイブン・スィーナーの思想との影響関係に関する研究をおこなった(研究分担者・高橋英海)

・ファーラービーおよび回儒思想とイブン・スィーナーの思想との影響関係に関する研究をおこなった(研究分担者・仁子寿晴)<意義、重要性>・本年度も本研究の主目的である『治癒の書』原典の精読を着実に進めた。・同書の解題と研究案内を学術雑誌に発表した。・邦訳の公刊に向けて凡例、語彙リストを作成し、第1章の翻訳・訳注をまとめた。またそのために訳語の確定、データ入力、レイアウトの確定、特殊文字の処理方法について検討し、既読部分のデータを蓄積した。・研究代表者と分担者がそれぞれの専門領域において関連研究をおこない、最新の研究動向を確認した。<本年度の成果>・本年度は、7回の定例研究会を開催した。その間に、イブン・スィーナー著『治癒の書』(形而上学部分)のアラビア語原典の読解と訳文作成をおこなった。具体的には同書「形而上学」部分を、カイロ版、マルムラ版、イスファハーニー版を基に、ムッラー・サドラーおよびナラーギーのアラビア語注釈、ラテン語訳、英訳(マルムラ)、仏訳(アナワーティー)を参照しつつ精読した。・イブン・スィーナーの思想全般に関する研究をおこなった(研究代表者・小林春夫)。・ギリシア・ラテン思想とイブン・スィーナーの思想との影響関係に関する研究をおこなった(研究分担者・堀江聡)。・シリア思想とイブン・スィーナーの思想との影響関係に関する研究をおこなった(研究分担者・高橋英海)・ファーラービーおよび回儒思想とイブン・スィーナーの思想との影響関係に関する研究をおこなった(研究分担者・仁子寿晴)・平成19年度から今年度までの成果のとりまとめとして、シンポジウム「イブン・スィーナー『治癒の書』を巡る比較思想史」(平成22年11月20日、早稲田大学)を開催した(参加者・小林春夫、堀江聡、高橋英海、仁子寿晴他)・『治癒の書』の翻訳、訳注、語彙索引を『イスラーム地域研究ジャーナル』Vol.3(2011),pp.73-117に発表した。<意義、重要性>・本研究の主目的である『治癒の書』原典の精読を着実に進めた。・同書の翻訳、訳注、語彙索引を学術雑誌に発表した。・これまでの研究成果をシンポジウムのかたちで公開し、他分野の研究者との交流を促進した。
前向き臨床調査に材料力学的解析を加えたフルジルコニア歯冠修復物の破折要因の探索

本研究では,ジルコニアを使用し,陶材を築盛した二層クラウンとジルコニア単層の2種類のクラウンと,支台築造材料および支台歯形態の違いから3次元有限要素法を応用した構造力学的解析を行い,クラウンおよび支台歯の長期安定性に有利と考えられる支台歯形態の検討を行った.最大応力値が最も小さかったクラウンは,単層ジルコニアクラウンの象牙質支台歯のラウンドショルダー形態であった.単層のジルコニアクラウンは,支台歯の材料にかかわらず,ラウンドショルダー形態とディープシャンファー形態では,辺縁部に対する応力分布が分散し,陶材破折のリスクがなく,最適な条件である可能性が示唆された.フルジルコニア修復は強靱な物性が特徴であるが、近年破折を生じた症例が散見されるようになってきた。本研究ではより予知性の高いフルジルコニア修復の実現を目指し、ジルコニア延長ブリッジのフレーム形態の違いが構造体に及ぼす力学的影響を明らかにすることを目的とする。今回は3次元有限要素法を用いた応力解析を行った。解析モデルは下顎大臼歯部遊離端欠損を想定し、下顎第一,第二小臼歯を支台歯とした延長ブリッジとした。4種類のフレーム形態(Design 1:スタンダード,Design 2:フレーム幅を頬舌的に1 mm拡大,Design 3:フレーム高さを応力集中近傍の咬合面側に0.5 mm拡大,Design 4: Design 2および3の併用)を準備した。フレーム材料はイットリア系ジルコニアセラミック(PFZ)と陶材焼付用金合金(PFM)を使用し、支台歯は真鍮製の金型を想定した。負荷条件は、ブリッジのポンティック咬合面遠心小窩相当部への1Nの垂直的荷重とし、線形静解析を用いて最大主応力および変位量を評価した。解析の結果、連結部咬合面で発生した最大応力値は、PFZおよびPFMともにDesign 1で最も高い値を示し、以下Design 3 > Design 2 > Design 4の順に高い応力分布を認めた。変位分布では,全てのDesignで荷重部および連結部下部において大きな変位量を認め,PFZではDesign 3が、PFMではDesign 1が最も大きな値を示した。また、Design 1、2、4の最大変位は、PFMの方がPFZよりも大きくなったが、Design 3ではPFZの方が最大変位は大きくなった。今回の結果から、ジルコニアオールセラミック延長ブリッジにおいて、フレーム高さとフレーム幅を拡大したデザインは変位量が少ないため、陶材破折の防止に寄与する可能性が示唆された。研究開始当初の予定よりも、フルジルコニア修復希望の患者数を得ることはできなかった。その理由の一つとして、ハイブリッドレジンCAD/CAM冠の健康保険収載が影響していると予想される。当院の総患者数は減少していないとみられるため、保険適応の歯冠色修復材料が導入されたことが主な理由と考えられる。本研究では,より予知性の高いフルジルコニア修復の実現を目指し,フルジルコニアクラウン・ブリッジ修復の予後不良をもたらすリスクファクターを明らかにすることを目的とする.そのため,仮定される因子を対象に前向き臨床調査を行うとともに,破折症例に対して支台歯の三次元形状計測に基づいた三次元有限要素解析を行うことで,破折をもたらす因子を明らかにしていく.今年度は,ジルコニアオールセラミック延長ブリッジのフレーム形態の違いが構造体に及ぼす力学的影響を明らかにすることを目的とし,3次元有限要素法を用いた応力解析を行った.解析モデルは下顎大臼歯部遊離端欠損を想定し,下顎第一,第二小臼歯を支台歯とした456延長ブリッジとした.4種類のフレーム形態(Design 1:スタンダード,Design 2:フレーム幅を頬舌的に1 mm拡大,Design 3:フレーム高さを応力集中近傍の咬合面側に0.5 mm拡大,Design 4: Design 2および3の併用)を準備した.フレーム材料はイットリア系ジルコニアセラミックを使用し,支台歯は真鍮製の金型を想定した.負荷条件は,ブリッジのポンティック咬合面遠心小窩相当部への1Nの垂直的荷重とし,線形静解析を用いて最大主応力および変位量を評価した.拘束条件は,支台歯辺縁下面で完全拘束とし,フレームと支台歯の境界条件は,節点共有結合とした.ジルコニアオールセラミック延長ブリッジにおいて,フレーム高さとフレーム幅を拡大したデザインは変位量が少ないため,陶材破折の防止に寄与する可能性が示唆された.研究開始当初の予定よりも,フルジルコニア修復治療を希望する患者の獲得には至らなかった.

その理由の一つとして,ハイブリッドレジンCAD/CAM冠の健康保険収載が影響していると予想される.しかしながら,ゆるやかに症例数は増加しているため,対象者のリクルートを継続して行い,症例数の増加を図る.本研究では,モノリシックジルコニアクラウン・ブリッジ治療の前向き臨床調査を行い,発生したトラブルおよび臨床的有用性の検討を行った.対象は,2014年4月から2017年12月までの45か月間に,東北大学病院咬合修復科において,臨床経験5年以上の歯科医師4名が,顎口腔機能の異常とその既往を認めない患者に装着したモノリシックジルコニア補綴装置とした.イットリア安定化正方晶ジルコニア(Cercon&reg; ht, Dentsply Sirona K. K.)を用いてモノリシックジルコニアクラウンまたはブリッジを製作し,各種接着性レジンセメントを用いて装着した.装着時から約6か月毎に咬頭嵌合位にてインターオクルーザルレコード(ブルーシリコーンローフロー,GC)を採得し,歯接触分析装置(バイトアイBE-I, GC)にて咬合接触面積の評価を行った.調査対象の補綴装置は,クラウン35装置,ブリッジ7装置であった.対象患者は13名(男性3名,女性10名)で,装着時平均年齢は54.5歳であった.追跡期間は最大3.7年(平均1.4±1.0年)であった.その間に発生した臨床的トラブルは3症例(11.6%:クラウン2症例,ブリッジ1症例)で,2症例が対合歯の歯質部分破折(チッピング),1症例が装着したクラウンの破折であった.トラブルが発生した3症例はすべて最後臼歯への適用であった.継続的にインターオクルーザルレコードが得られた患者8名における咬合接触面積について,明らかな経時的変化は認めなかった.本研究の結果から,モノリシックジルコニアクラウン・ブリッジを最後臼歯へ適用する際には,支台歯のクリアランスや対合歯の状態について特に十分な検討が重要であると考えられる.本研究では,ジルコニアを使用し,陶材を築盛した二層クラウンとジルコニア単層の2種類のクラウンと,支台築造材料および支台歯形態の違いから3次元有限要素法を応用した構造力学的解析を行い,クラウンおよび支台歯の長期安定性に有利と考えられる支台歯形態の検討を行った.最大応力値が最も小さかったクラウンは,単層ジルコニアクラウンの象牙質支台歯のラウンドショルダー形態であった.単層のジルコニアクラウンは,支台歯の材料にかかわらず,ラウンドショルダー形態とディープシャンファー形態では,辺縁部に対する応力分布が分散し,陶材破折のリスクがなく,最適な条件である可能性が示唆された.昨年度に引き続き、フルジルコニアクラウン・ブリッジを希望する患者のリクルートを続ける。すでにフルジルコニアクラウン・ブリッジを装着した患者について、装着後の予後調査を行う。また補綴装置の破折因子の解明のため、3次元有限要素法による応力解析を行う。本研究は,東北大学病院歯科咬合修復科を受診し,小大臼歯部における歯冠補綴治療が必要であり,且つフルジルコニア修復を希望した患者を対象とするしている.当科の研究協力歯科医師数を増加することで,対象者のリクルートを拡大する.また補綴装置の破折因子の解明のため,三次元有限要素法による応力解析を継続して行う.歯科補綴学予定よりもフルジルコニアクラウン・ブリッジ希望の患者数が得られなかったため、補綴装置製作にかかる費用が少なかったためと考えられる。当初の予定よりもフルジルコニアクラウン・ブリッジ修復治療を希望する症例が得られなかったため,補綴装置製作にかかる費用が少なかったためと考えられる。引き続き患者のリクルートを行う。また材料学的見地から破折因子の探索を行うため、3次元有限要素法による応力解析を行う。引き続き患者のリクルートを継続して行う.また材料学的見地から補綴装置の破折因子の探索を行うため,三次元有限要素法による応力解析を行う.
大規模な最適化問題を解く高速アルゴリズムの開発

本研究は、大規模な数理計画問題を効率よく解くアルゴリズムを開発し、その理論的な性質と実用性を明らかにすることを目的としている。平成12年度には、そのための基礎的な研究を行った。大規模な数理計画問題では、問題に含まれる変数に自由変数、非負変数、上下限制約付きの変数の3種類がある。これらの変数を同時に、そのまま処理することが、問題を効率よく解く上で重要である。そこで、このような問題を直接解く内点法によるアルゴリズムについて研究を行った。平成13年度には、係数行列に特殊な構造を持つ大規模な最適化問題に対するアルゴリズムの研究を行った。特に、多期間の確率計画問題から派生する線形計画問題を効率よく解くアルゴリズムについて研究した。この問題は、期間の数あるいはシナリオの数が増えると、変数の数が非常に大きくなるが、係数行列の右上部分がゼロ行列という特徴を持つ。この特徴を利用し、大規模な多期間の確率計画問題を効率的に解くアルゴリズムを開発することができた。平成14年度は、大規模な線形計画問題あるいは非線形計画問題を解く新しい内点法について研究した。この方法は、問題に現れる一部の変数について対数変換を施した後に、ニュートン法を適用する点において従来のアルゴリズムと大きく異なる。変数に対数変換を施すことにより、問題の実行可能領域に横たわる複雑なセンターパスが滑らかになり、内点法により効率よくパスを追跡することが可能となることが期待される。実際、数値実験により、現実の線形計画問題において、提案したアルゴリズムにより対数変換を使わない場合に比べ反復回数を減少させることができることを確認した。本研究は、大規模な数理計画問題を効率よく解くアルゴリズムを開発し、その理論的な性質と実用性を明らかにすることを目的としている.初年度にあたる平成12年度には,そのための基礎的な研究を行った.大規模な数理計面問題では、問題に含まれる変数に自白変数,非負変数,上下限制約付きの変数の3種類がある.これらの変数を同時に,そのまま処理することが、問題を効率よく解く上で重要である.そこで,このような問題を直接解く内点法によるアルゴリズムについて研究を行った.まず,上下限変数を持つ線形計画問題について,アフィンスケーリング法を研究した.そして,上下限制約のうち、上限制約または下限制約のいずれか一方のみをアクティブに利用する新しいアルゴリズムを提案した.提案したアルゴリズムを実際にプログラミングし、いくつかの基本的な問題について予備的な数値実験を行った.その結果、従来のアフィンスケーリング法に比べ、提案したアルゴリズムが効率よく問題を解く様子を観測することができた.また,自由変数,非負変数,上下限制約付きの変数を同時に持つ線形計画問題に対して、自己双対問題を使う内点法について研究した.自己双対問題を使う内点法は、標準的な線形計画問題を効率よく解くことができる方法といわれているアルゴリズムであり,それを上記のような変数をもつ一般的な問題に適用することを目標とした.そして.そのようなアルゴリズムを提案し,その理論的な性質について調べた.本研究は、大規模な数理計画問題を効率よく解くアルゴリズムを開発し、その理論的な性質と実用性を明らかにすることを目的としている.平成11年度から研究を開始し2年目にあたる今年度には,係数行列に特殊な構造を持つ大規模な最適化問題に対するアルゴリズムの研究を行った。したがって、問題を直接解くのは難しいが、問題の特徴を利用して、変数の一部を固定した子問題を生成することにより、より小さな問題を解くことに帰着できることを示した。さらに、生成された子問題も元の問題と同様な特徴を持つために、同様のテクニックを再帰的に使うことが可能であることを明らかにした。この結果、大規模な多期間の確率計画問題を効率的に解くアルゴリズムを開発することができた。

また、大規模な線形計画問題あるいは非線形計画問題を同次形のシステムに変換し解く方法について研究した。このように変換をほどこして内点法を適用すると、実行可能とは限らない初期点を使うことが可能なため、簡単に初期点を求めることが可能となる。このアプローチには、最適化問題に変換する方法と、目的関数のない非線形方程式系に変換する方法があり、それらのアプローチの関係も明らかにした。本研究は、大規模な数理計画問題を効率よく解くアルゴリズムを開発し、その理論的な性質と実用性を明らかにすることを目的としている.平成12年度から研究を開始し、今年度は、実際の大規模な最適化問題として多期間の確率計画問題について主に研究した。特に、2期間と3期間の確率計画問題について、確定的な線形計画問題として定式化したときの特徴を使うことにより、その問題を効率よく解くアルゴリズムを開発した。また、そのアルゴリズムが必要とする計算量を評価した。その結果、従来の方法により直接解く場合に比べ、提案したアルゴリズムが必要とする計算量が著しく減少することが判明した。また、大規模な線形計画問題あるいは非線形計画問題を解く新しい内点法について研究した。この方法は、問題に現れる一部の変数について対数変換をほど起こした後にニュートン法を適用する点において従来のアルゴリズムと大きく異なる。変数に対数変換を施すことにより、問題の実行可能領域に横たわる複雑なセンターパスが滑らかとなり、内点法により効率よくパスを追跡することが可能となることが期待される。実際、数値実験により、現実の線形計画問題において、提案したアルゴリズムにより対数変換を使わない場合に比べ反復回数を減少させることができることを確認した。このことから、提案したアルゴリズムにより、大規模な最適化問題をより高速に解くことが可能となる。
高密度集積遅延干渉計による偏波多重光多値位相変調信号の一括復調の実証

本研究では、複数の遅延干渉計を準備せずに偏波多重光信号の復調を可能とする手法の検討を進めた。偏光変換を利用して単一の遅延干渉計のなかに2つの光路を実装し、従来必要とされていた遅延干渉計2系統を1つに集約するものである。まず光干渉計の出力そのものを直接検出せずに導波路型光干渉計の光路長差を制御する手法を示した。またテストベッドを構築して遅延時間や偏光クロストークの定量的評価を進め、提案する系の光出力の偏光直交性およびその律速要因を実測に基づいて示した。更に導波路型光干渉計の光路長差を高速で制御した場合のクロストークを従来手法に対して高いダイナミックレンジで推定する事に成功した。本研究では、複数の遅延干渉計を準備せずに、偏波多重された多値位相変調信号の復調を可能とする手法の検討を進めた。単一偏波位相変調信号の復調に用いる従来の遅延干渉計に対して光回路の規模を同程度に抑え、偏波多重光信号の各々の復調を可能とする。具体的には、偏光ビームスプリッタや波長板による偏光変換を利用して単一の遅延干渉計のなかに2モードの光路を実装し、従来必要とされていた遅延干渉計2系統を1つに集約するものである。入射光の偏光に応じて、光が出力されるポートが異なる特長を有する。本年度は主に、前年度に構築したテストベッド(遅延干渉計)の実験的解析を進めた。研究機関が保有するピコ秒パルス光源を用いて、遅延時間(光路長差)の定量的評価とともに偏光クロストークを評価した。その結果構築したテストベッドにおける各光出力の偏光の直交性を実測に基づいて実証できた。また遅延を受ける光信号の偏光クロストークを律速する主因となる構成要素の同定を試み、改善の目途を見出した。加えて、光強度クロストークの評価手法の開拓も進めた。導波路型光干渉計の光路長差を高速で制御した場合のクロストークを従来手法に対して高いダイナミックレンジで推定する手法を解析的に導出し、その結果を実測データに適用してクロストークを評価することに成功した。更に導波路型光干渉計の光出力を直接測定できない場合でも、その成分を含む他の光出力から所望の光干渉計の光路長差を推定する手法を理論・実験の両面から示した。今年度は、提案する遅延干渉計に関する基礎的検討を進めた。まず、偏光ビームスプリッタ(PBS)や偏光コントローラをはじめとする各種光学素子を用いた光学系をテストベッドとして構築し、パワーダイアグラムを実験的に評価した。提案する遅延干渉計は、偏光ビームスプリッタおよび(1/4)波長板等による偏光方向の回転を利用するもので、入射光のうちいずれの偏光方向に対しても偏光ビームスプリッタから出射した光の伝搬方向はλ/4板の通過前後で同じ方向となる構成を取る。まず光の周回方向がその偏光に依存するループ系に関して、閉ループの周回に伴い生じる光損失について実験的に評価し、1.7dB程度という評価結果を得た。この過程でPBSに対する光の偏光方向保持が光学系の構築にあたって必須となったため、それを簡便に実現する機構の試作も行った。その結果、挿入損失が十分に小さい試作品を得る事ができ、半波長板により所望の動作を得る従来手法に対して機構の簡略化・小型化を実現できた。続いて、提案する光学系と概ね類似する系に対して、遅延干渉信号出力を得る位置における挿入損失の評価を進めた。また偏光クロストークに関しても、概ねPBSにより律束される程度であり偏光分離後の光信号に与える影響が十分低い事を実験的に確認した。更に上述の発展として、光干渉計の応用の一つである干渉型光スイッチのクロストークを高周波信号に対して推定する手法を確立した。評価用光信号を生成する実験系の構築までには至っていないものの、遅延干渉計の構成要素準備や評価等の要素技術の立上げは概ね順調に進んでおり、装置系の構築が出来次第、提案する系の動作の実証は可能であると見込んでいる。光学系の各要素の洗練および特性評価を継続して系の最適化を図るとともに、偏光が回転した光信号を遅延検出する系の構築も進め、各偏光の光の位相差に対応した信号を検出可能とする準備を進める。また、提案する系により復調を行う試験信号の生成方法の検討も進める。通信システムにおいて一般的な差動四値位相変調(DQPSK)信号に限らず、動作の実証に繋がる様々な光変調方式による試験も視野に入れながら生成方法の検討を進める。これらの基盤技術の統合により偏波多重分離や遅延検波の動作の定量的評価も試みる。

主に、生成した光信号を制御するための消耗品として、光の偏光を制御するコントローラやアッテネータ、偏光子、光増幅器等の調達を予定している。また成果発表に係る経費にも充てる予定である。
凍結粉砕を用いたサメ残渣からの未利用資源の回収

本研究では,軟骨魚類の凍結粉砕による組織の分離のメカニズムを明らかにした。その上で,サメ加工残渣から分離・回収した軟骨組織および脂肪組織の加工特性を調べ,未利用食糧資源の再資源化を目指した。実験試料には,アブラツノザメの加工残渣(頭部,中落ち)を用いた。サメ加工残渣から,主要部位(軟骨組織,筋肉組織,皮膚組織,頭骨等)を手作業で分離し,粉砕分離試験用のサンプルを採取した。次に,極低温恒温槽を用いてサンプルの凍結を行い,ウイレー式粉砕機を用いて,このサンプルを凍結粉砕した。サンプルの凍結粉砕では,粉砕機の操作条件(粉砕温度,粉砕機の運転条件,粉砕時間,分級条件)を変化させた。凍結粉砕後のサンプルを低温試験室内で,JIS標準ふるいを用いて,粒子径ごとに分級し,サンプルの粒子径分布より,粉砕温度・部位(軟骨組織,筋肉組織,皮膚組織,頭骨等)ごとの粉砕性を評価した。これらの実験結果をもとに,サメ加工残渣から未利用食糧資源を回収するための操作条件(粉砕温度,粉砕機の運転条件,粉砕時間,分級条件)を定量的に明らかにした.その結果,サメ加工残渣から軟骨組織および脂肪組織を効率的に分離するためには,-40-30°Cの間で試料全体を凍結粉砕し,0.5mm程度の箭で分級する操作条件が適切であることが明らかとなった。さらに,分離した軟骨組織および脂肪組織の資源的価値を検討したところ,軟骨組織にはコンドロイチン硫酸が,また,脂肪組織にはスクワレンが多量に含まれていることが明らかとなった。実験試料には,ヨシキリ鮫の加工残渣(頭部,中落ち)を用いた。加工残渣から,軟骨組織と筋肉組織を手作業で分離し,材料試験用の試験片(30mm×5mm×5mm程度)を作成した.次に,低温恒温槽(-100°C-10°C)を用いて試験片の凍結を行い,さらに,材料試験機を用いて圧縮破壊応力,引っ張り破壊応力,破断歪み,ヤング率の測定を行った.また,シャルピー衝撃試験機を用いて,破壊吸収エネルギーの測定を行った.試験温度範囲は,-1500°Cとした.上記の測定で得られた各組織の低温材料力学物性を用いて,最適凍結粉砕温度の設定を行った.その結果,概ね-20°C付近で凍結粉砕を行うことにより,軟骨組織の分離が可能であることが明らかになった。次に,凍結粉砕機を用いて,軟骨組織と筋肉組織を凍結粉砕した.得られた粉砕物を-50°Cの低温実験室内で、粒子径ごとに分級した.粉砕試料の一般組成(脂質含有量,蛋白質含有量,水分,灰分など)を粒子径ごとに測定し,試料中の各組織が優先粉砕される条件(凍結粉砕温度など)を検討した.さらに,カルバゾール硫酸法とアルシアンブルー法を用いて,軟骨組織に多く含まれる未利用資源であるコンドロイチン硫酸ナトリウムの定量を行った.その結果,サメの加工残渣を-20°Cで凍結粉砕することにより,筋肉組織を優先的に粉砕できることを明らかにした.すなわち,筋肉組織を小粒子径に,軟骨組織を大粒子径に選択的に粉砕できることを明らかにした。これらの粉砕試料を適切な目開きのふるいで分級することにより,コンドロイチン硫酸ナトリウムを多量に含む軟骨組織が分離できることを明らかにした.本研究課題では,サメの加工残渣(頭部,中落ち)から未利用資源(軟骨組織および脂肪組織)を凍結粉砕法により分離回収する技術を確立目指している.実験試料には,ヨシキリ鮫の加工残渣(頭部,中落ち)を用いた。加工残渣から,主要部位(軟骨組織,筋肉組織,皮膚組織,頭骨等)を手作業で分離し,材料試験用の試験片(30mm×5mm×5mm程度)を作成した.次に,低温恒温槽(-100°C-10°C)を用いて試験片の凍結を行った.自作の材料試験機を用いて,圧縮破壊応力,引っ張り破壊応力,破断歪み,ヤング率の測定を行った.また,シャルピー衝撃試験機を用いて,破壊吸収エネルギーの測定を行った.試験温度範囲は,-1500°Cとした.粉砕時の優先粉砕挙動を材料力学物性(圧縮破壊応力,引っ張り破壊応力,破断歪み,ヤング率)の温度依存性を用いて,粗砕時の優先粉砕メカニズムを記述する数学モデルの構築を試みた.この数学モデルを用いて,サメ加工残渣から未利用食糧資源を回収するための操作条件(粉砕温度,粉砕機の運転条件,粉砕時間,分級条件)を再評価した.分離した未利用資源(軟骨組織および脂肪組織)の資源的価値の検討ならびに用途の開発に関する予備調査を行った.軟骨組織にはコンドロイチン硫酸が,また,脂肪組織にはスクワレンが多量に含まれていたことから,これらの成分の定量と粉砕分離条件の違いによる回収率の影響を検討した.その結果,-40°C-20°C付近に最適凍結粉砕温度があることが明らかとなった.本研究では,軟骨魚類の凍結粉砕による組織の分離のメカニズムを明らかにした。

次に,極低温恒温槽を用いてサンプルの凍結を行い,ウイレー式粉砕機を用いて,このサンプルを凍結粉砕した。サンプルの凍結粉砕では,粉砕機の操作条件(粉砕温度,粉砕機の運転条件,粉砕時間,分級条件)を変化させた。凍結粉砕後のサンプルを低温試験室内で,JIS標準ふるいを用いて,粒子径ごとに分級し,サンプルの粒子径分布より,粉砕温度・部位(軟骨組織,筋肉組織,皮膚組織,頭骨等)ごとの粉砕性を評価した。これらの実験結果をもとに,サメ加工残渣から未利用食糧資源を回収するための操作条件(粉砕温度,粉砕機の運転条件,粉砕時間,分級条件)を定量的に明らかにした.その結果,サメ加工残渣から軟骨組織および脂肪組織を効率的に分離するためには,-40-30°Cの間で試料全体を凍結粉砕し,0.5mm程度の箭で分級する操作条件が適切であることが明らかとなった。さらに,分離した軟骨組織および脂肪組織の資源的価値を検討したところ,軟骨組織にはコンドロイチン硫酸が,また,脂肪組織にはスクワレンが多量に含まれていることが明らかとなった。
第一原理計算によるスピン軌道相互作用と電子相関の織りなす物性予測

鉄系超伝導体や重い電子系化合物のように軌道自由度が重要な役割を果たすと考えられる遍歴電子系では、バンド構造が非常に複雑なため、これまで、その電子状態が内包する豊富な物理を正確に読み解くことが非常に困難であった。当該グループでは、開発した計算コードによって、重い電子系のようにスピン軌道相互作用の強い系に対する低エネルギー有効模型を構築することに成功した。また、その模型に基づいて、軌道分解したフェルミ面の計算や磁気揺らぎ・多極子揺らぎの計算を行うことで、これまで純理論的なモデル計算の域を出なかった重い電子系の物理をより具体的に個々の物質の性質を取り込んだ物理へと昇華することに成功した。現在、相対論的第一原理計算から有効模型を構築する計算コードを切り口に、スピン・軌道・電子相関が絡み合う物理に関して、統一的に定量的計算を行っている。前年度には、重い電子系における長年の未解決問題であるURu2Si2の隠れた秩序に重点をおいて研究を進めた。その結果、四半世紀の謎であるその秩序変数としてE-対称性をもつ32極子がもっともらしい事を発見した。その計算手順は、(1)第一原理計算に基づいて、ワニエ基底を構築し、有効模型(多軌道のアンダーソン格子模型)を求める。(2) RPA+beyond(高次の補正)を用いて、磁気揺らぎの異方性、および、高次の多極子相関を評価する。(3)得られた揺らぎの構造から、もっともらしい秩序変数に対して、LDA+U法等でその安定性を調べる。同様の手法は、非常に汎用性があり、様々な系の揺らぎを調べるための一般的な処方性を与える。(3)で得られた多極子揺らぎを媒介とした超伝導は重い電子系超伝導の本質であろう。本年度は、最初の非従来型超伝導体CeCu2Si2の超伝導対称性に関する微視的な研究を行った。その結果、期待されたd波超伝導よりも鉄系超伝導体で見られたs±波の超伝導が実現している可能性が高いという結果を得た。さらに、動的平均場法と組み合わせることでCe115系の超伝導と準粒子形成過程の密接な関係が明らかになった。さらに、重い電子系や鉄系超伝導体に観測される量子臨界点付近での磁場侵入長の特異な振る舞いをそのフェルミ面の構造から半定量的に説明することにも成功している。特に、本年度は、重い電子系における長年の未解決問題であるURu2Si2の隠れた秩序に重点をおいて研究を進めた。この物質は17.5Kにおいて比熱や電気抵抗に明確な相転移が観測されているにもかかわらず、磁気転移も構造転移も観測されず、隠れた秩序を称される。さらに、0.8Kでは異方的超伝導とも共存する。その発見以来四半世紀の時が経つが、未だ、その秩序変数が何であるか確定されておらず、つい最近でもLDA+DMFTに基づく16極子やスピンネマチックの可能性が提案されたばかりの非常にホットな話題である。我々は、以下の手順で、その秩序変数として、E-対称性をもつ32極子がもっともらしい事を示した。(1)第一原理計算に基づいて、ワニエ基底を構築し、有効模型(多軌道のアンダーソン格子模型)を求める。(3)得られた揺らぎの構造から、隠れた秩序の秩序変数を特定し、平均場やLDA+U計算によって、秩序状態を定量的に解析する。本年度は、この結果をいくつかの解説文献にまとめるとともに、もっと一般に磁気空間群の分類学を発展させた。さらに、同様の計算手法を用いて、最初の非従来型超伝導体CeCu2Si2の超伝導対称性に関する微視的な研究を行った。重い電子系化合物は,スピンと軌道が絡み合った多自由度系であり,その強い電子間相互作用によって新奇な秩序状態が出現する舞台となっているが,これまで,その複雑な電子構造を読み解いて,個々の物質の多様な物性を理解する事はほぼ不可能であると考えられてきた。しかし、当該グループの開発した方法論によれば,相対論的第一原理計算から低エネルギー有効模型を構築することができ,さらに,動的平均場近似や揺らぎ交換近似などの量子多体計算と組み合わせることで,その複雑な電子状態を読み解くことが可能になってきている。

本研究プロジェクトにおいては,この方法論を発展させ,いくつかの重い電子系化合物に適用することで,これまでの謎を解決に導く糸口を得るとともに,非BCS超伝導に関する新たな知見を得ることができた。主たる研究成果として以下の5点が挙げられる。1. URu2Si2の遍歴的側面を明らかにし,隠れた秩序がE-対称性をもつ32極子である可能性,2.初めてのd波超伝導体と考えられてきたCeCu2Si2の超伝導ギャップ関数が実はs±波である可能性が高いこと,3. CeCoIn5の反強磁性的揺らぎの構造を理解する上で,重い電子状態の形成機構が重要となること,4.スピン三重項超伝導体の代表例であるUPt3の超伝導ギャップ構造,5.その他,実験グループとの共同研究によって,鉄系超伝導体における量子臨界点の存在や軌道秩序の可能性などを議論した。いずれの研究も世界に先行した研究成果であり,今後のさらなる展開に興味がもたれる。物性理論URu2Si2の隠れた秩序状態での物理量の評価には予定より少し時間がかかっているが、一方で、CeCu2Si2やCe115系など他の物質系への応用が進んでいる。このまま順調に進めば、実施計画を予定通り修了できる算段である。URu2Si2の隠れた秩序状態での物理量の評価には予定より少し時間がかかっているが、一方で、CeCu2Si2など他の物質系への応用が進んでいる。これまでに得られたいくつかのテーマに関して論文をまとめるとともに、現在の計算に動的平均場近似を取り入れて、重い電子状態の形成機構について議論して行く。同時に、他の重い電子超伝導体についての系統的研究を行っていく予定である。URu2Si2に対する磁気空間群の論文、および、CeCu2Si2の超伝導に関する論文をまとめるとともに、現在の計算に動的平均場近似を取り入れて、重い電子状態の形成機構について議論して行く。研究代表者の所属異動に伴う作業のため、使用予定を先送りせざるを得ない状況にあったため。合算した予算を再配分することになるが、使用計画に大きな変更はない。本年度の残額と合わせて、ハイスペックの計算サーバを購入、多軌道系の動的平均場近似を実行できる環境を整えていく予定である。
水平地殻変位から予測される利府・長町断層の破壊過程と強震動

1.水平地殻変位の年平均値の予測国土地理院のGPS観測により得られた水平地殻変動データを収集し、そのデータを用いて長町・利府断層帯周辺の水平地殻歪速度を求めた。歪速度は、3個の観測点で構成さる3角形に有限要素法の定ひずみ3角形要素を適用して算定した。複数の観測点を用いて多数の3角形を作り、歪速度の空間的変動の度合いや、歪の主軸方向と断層の方向との関係について検討を行った。その結果、長町-利府断層帯の水平歪速度は、空間的に変動しているが、最大主軸は、ほぼ断層と直交する方向にあることが分かった。この主軸の結果は、他の研究結果と調和的であり、長町-利府断層帯が逆断層であることを裏付けた。同時に、GPSデータにより、断層の破壊形式を推測することが可能であることを示した。2.長町-利府断層帯の破壊シミュレーション断層の破損せん断応力度、破損応力降下量、臨界滑り変位量等の断層の滑りに関する構成則のパラメーターを、岩石実験の実験式から地殻の温度や地中応力を考慮して設定する方法を理論的導き出した。その方法を用いて、長町-利府断層帯を例にして、断層の構成則のパラメーターを設定する仕方を示した。断層を修正ジョイント要素でモデル化し、断層の滑り構成則として滑り弱化を考慮したせん断応力構成則を使用して、仙台市とその周辺を含む地殻の有限要素モデルを作成し、断層破堤シミュレーションを行った。その結果、加速度波形にドリフトが見られた。その原因として、修正ジョイント要素が、滑りが停止、すなわち、滑り速度がゼロとなった後も、滑りが変動し、見かけの滑り加速度が生じていることが考えられる。3.断層の滑り停止に関する考察本研究で使用した修正ジョイント要素は、断層の滑りの停止状態、すなわち、断層面の固着を適切に評価できない。そこで、本研究は断層面の固着を模擬できる要素と解析法をプロツク・スライダーモデルを用いて提案した。この方法は従来の解析方法では繰り返し計算で求めた滑りの停止時刻を、1回の計算で求めることができ、滑りの停止が起こると滑りが再開するまで、滑り加速度及び滑り速度がゼロとなり、すべりの固着状態を忠実に表現できる方法である。1.水平地殻変位の年平均値の予測国土地理院や他の機関が仙台市及びその周辺に展開しているGPS観測により得られた水平地殻変動データを収集し、そのデータを用いて仙台市周辺の水平地殻変位の年平均値を最適化手法により推定を行った。2.地殻モデルの作成と予備解析地殻に関する調査結果を収集し、それに基づき仙台市とその周辺を含む地殻の2次元及び3次元有限要素モデルを作成した。断層を修正ジョイント要素でモデル化し、断層の滑り構成則として滑り弱化を考慮したせん断応力構成則を使用した。1.で求めた水平地殻変位を有限要素モデルに与えてシミュレーションを行い、断層のせん断剛性、破損せん断応力度、臨界すべり量等の断層の物性、及び、有限要素モデルの分割数の影響について予備検討を行った。要素分割数によって地震動の卓越周期が異なる結果がえられた。