hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
視聴覚に必須の色素細胞の発生と機能分化に関する遺伝学的研究

本研究は,解明の進んでいない,「視聴覚に必須ではあるがその機能発現に色素合成を必須としない眼と内耳の色素細胞の発生機構および機能発現機構を遺伝学的に解析し,それらの進化を推察する」ことを目的とした。成果は大別して次の通りである。1.内耳においては色素細胞が強いストレスにさらされていることを強く示唆する結果を得、それら関連遺伝子の発現解析をインシツハイブリダイゼイション法とPCR法にて行い、2.また網膜では、概日リズムに沿った発現と局在の変動を示すタンパク質の存在に気づき、それらをより詳細に解析し、3.これらの結果を原索動物ホヤ脳内のメラニン産生細胞の遺伝子発現プロファイルと比較した。1.については、特に酸化ストレスの中和に重要な機能を持つGsta4(glutathione S-transferase,alpha 4)が内耳メラノサイトで強発現していることを発見し、その意義の討論を含めて論文投稿した。好意的な評価を得たが、現在一部改訂中である。2.については、網膜色素上皮の貪食作用にかかわる遺伝子の発現変動を見出し、加えて新たに眼の外側を覆う脈絡膜の色素細胞が、視覚に影響を及ぼしうることを発見した。これもメラニン合成に依存しない。現在投稿準備中である。3.についてはこれまでマウス色素細胞で着目してきた視聴覚にかかわる因子が、一部保存されながらも、マボヤの遊泳幼生脳内色素細胞の遺伝子発現プロファイルとは大きく重複しない結果を得ているが、このプロファイルを取得した発生時期の検討が次の課題として残っている。本研究で用いた難聴マウス変異体の原因遺伝子であるMitfが、メラニン合成や色素細胞の発生だけでなく、細胞の形態またメラニン顆粒の移送にも影響を及ぼすことを見出し、内耳メラノサイトの入り組んだ細胞形態との関連性も新たな問題として提起された。本研究の目的は,解明の進んでいない,「機能発現に色素合成を必須としない網膜と内耳の色素細胞の発生機構および機能発現機構を遺伝学的に解析し,それらがどのように進化してきたかを推察する」ことである。初年度として、次の項目について解析を進めた。1.聴覚に必須の機能を担う内耳血管条に存在する色素細胞の遺伝子発現プロファイル解析当該領域に血管を囲むように分布する色素細胞において抗酸化ストレスに重要な機能を持つ遺伝子の高い発現を発見した。またこの細胞の内耳への移動過程を解析するにはメラニン産生に係わるDct(Dopachrome tautomerase)遺伝子の発現を追跡することが有効であると判明した(山本博、山本和)。2.網膜色素上皮における遺伝子発現プロファイルの解析当初網膜色素上皮のみの単離を目指したが、思わぬ困難に直面した。神経網膜と網膜色素上皮は比較的簡単に分離できるが、網膜色素上皮とその外側の脈絡膜(系譜を異にする色素細胞が位置する)をきれいに分離することが予想していたより難しく、できたとしても細胞に比較的大きなダメージを与えることがわかった。また調製できるcDNA量も多くないことが判明した。そこでこの狭い領域は「対」にして神経網膜より分離し、それぞれの領域における遺伝子発現をcDNAチップによって解析することにした。一方で、網膜色素上皮の貪食作用に必須の遺伝子産物が、一層の網膜色素上皮細胞内に於て強く遍在していることを見出した(山本博、池尾)。3.今年度は、細胞群として純粋な色素細胞の調製の困難さに直面したが、その過程でたいへん興味深い現象を発見した。それは当研究室特産の難聴を伴う毛色変異を示す突然変異体マウスが、血管配行にもこの変異遺伝子の影響を受けている可能性である(山本博)。

以上、内耳と眼の色素細胞の遺伝子発現プロファイル解析の初年度として、今後の解析基盤が整った。解明の進んでいない,「機能発現に色素合成を必須としない網膜と内耳の色素細胞の発生機構および機能発現機構を遺伝学的に解析し,それらがどのように進化してきたかを推察する」ことが本研究の目的である。今年度も昨年度に引き続き次の項目について解析を進めた。1.聴覚に必須の機能を担う内耳血管条に存在する色素細胞の遺伝子発現プロファイル解析昨年度、内耳に置いて抗酸化ストレスに重要な機能を持つ遺伝子の高い発現を発見したが、色素細胞マーカーであるDct (Dopachrome tautomerase)遺伝子と局在を同一にしていることを見出し、まさに内耳色素細胞が当該遺伝子を発現していることを確認できた。またこの遺伝子の発現は、色素細胞の中でも内耳色素細胞に特異的であることを発見した。前記マーカー遺伝子をトランスジェニックに持つマウスを今回の計画に重宝しているが、その存否とヘテロ・ホモの区別を簡便に検出する方法を見出した(Takemotoら、2006)。以上当初の計画通り、昨年度に引き続き、これまでの内耳発現プロファイル解析から着目したクローンにっいてその局在を組織科学的に解析しており、幾つかの新たな遺伝子の発現を見出したところである。(山本博、山本和)。2.網膜色素上皮における遺伝子発現解析この細胞の貧食作用に関わる遺伝子が、日周期に従ってその発現と局在を変化させている可能性に気づいた。詳細な組織科学的また生化学的解析に移行する予定である(山本博、池尾)。3.昨年見出した当研究室特産の難聴を伴う毛色変異を示す突然変異体マウスが、血管配行にもこの変異遺伝子の影響を受けている可能性であるが、今年度は、さらに詳細な組織科学的解析を進め、その可能性の高さに気づいた。(山本博)。以上、初年度に整えた解析基盤をもとに、新たな実験結果を得つつある。本研究は,解明の進んでいない,「視聴覚に必須ではあるがその機能発現に色素合成を必須としない眼と内耳の色素細胞の発生機構および機能発現機構を遺伝学的に解析し,それらがの進化を推察する」ことを目的とした。前年までの解析から、内耳においては色素細胞が強いストレスにさらされていることを強く示唆する結果を得ていたので、1)それら関連遺伝子の発現解析をインシツハイブリダイゼイション法とPCR法にて行い、2)また網膜では、概日リズムに沿った発現と局在の変動を示すタンパク質の存在に気づいたので、それらをより詳細に解析し、3)これらの結果を原索動物ホヤ脳内のメラニン産生細胞の遺伝子発現プロファイルと比較することを本年度の目標とした。1)については、特に酸化ストレスの中和に重要な機能を持つGsta4(glutathione S-transferase,alpha 4)が内耳メラノサイトで強発現していることを発見し、その意義の討論を含めて論文投稿した。好意的な評価を得たが、現在一部改訂中である。2)については、網膜色素上皮の貪食作用にかかわる遺伝子の発現変動を見出し、加えて新たに眼の外側を覆う脈絡膜の色素細胞が、視覚に影響を及ぼしうることを発見した。これもメラニン合成に依存しない。現在投稿準備中である。
高眼圧時における視神経軸索骨格の変化について

モルモットの急性眼圧上昇モデルを作成し、視神経の観察を通常の電子顕微鏡観察に加え、急速凍結、凍結置換法(deep freeze and quicketching(DE-QE)法)と免疫電顕組織化学を用い三次元的に検討した。その結果、視神経軸索内にミトコンドリアと膜様小器官の集積が観察された。さらに、以下の2点に注目して研究を行った。まず、急性眼圧上昇時に障害もしくは反応を示す部位の詳細な特定である。次に、視神経乳頭部軸索線維における構造蛋白(微小管など)とモーター分子の急性眼圧上昇時における変化に注目した。その結果、モルモット急性眼圧上昇モデルにおいて、形態学的変化は乳頭部篩板部に集中していることが判明した。通常の電子顕微鏡観察では眼圧の急性上昇により軸索の境界は不明になり、軸索内に小器官の蓄積が見られたが、一方、微小管は減少していた。DF-QE法により更に微小管同士の架橋形成が減少していることも明らかになった。さらに免疫組織化学的観察によりtublinと軸索内で共在する微小管関連蛋白(MAP-1)がともに減少していることを解明した。このことから、MAP-1は微小管の不安定化、異常小器官の蓄積に関係していることが推定され急速軸索輸送に重要な役割を果たしていることが示唆された。急性眼圧上昇させたモルモット視神経軸索輸送障害について急速凍結、凍結置換固定法を用い、また組織化学的に検討した。全身麻酔したモルモット眼の前房内にカテーテルを留置し眼圧を60mmHgまで上昇させ、4時間加圧した後視神経を切除し、0.25%glutaraldehydeで固定し、金属圧着法にて急速凍結し、更に試料はドライアイスアセントンで冷却した2%osmium tetroxide含有アセトンで凍結置換固定を行なった。置換後エポン超薄切片作成し透過型電子顕微鏡で観察した。その結果視神経軸索内に膜様小器官とミトコドリアの蓄積が観察され、視神経細管(25nm)も増加していた。また神経細糸(10-13nm)が軸索の中心部にcore bundleを形成していた。膜様小器官についてはacid phosphataseの組織化学的染色を行なって電顕で観察し、その陽性であることが確認された。これまでの実験から、緑内障モデルにおいては視神経篩状板前後の軸索内には様々な細胞小器官が蓄積することが確認された。今回これらの細胞小器官の酵素組織化学的検討を行った。モルモットを用い実験した。麻酔後、片眼の前房にカテーテルを挿入し眼圧を60mmHgに上昇させ4時間維持し、急性眼圧上昇モデルを作成した。他眼はコントロールとした。視神経を切りだし、凍結切片を作成し、Gomori法を用いてAcPase活性を光学顕微鏡を用いて観察した。さらに反応陽性切片を1%オスミウム酸で後固定、さらに脱水した後包埋し電顕を用いて観察した。その結果、光顕観察では高眼圧眼において篩状板前後に反応産物がより明瞭に観察された。電顕観察では軸索内模様細胞小器官(ミエリン様構造、多層板小体、多胞小体)に高電子密度のAcPase反応産物が観察された。以上蓄積した細胞小器官が二次水解小体に相当すると考えられた。モルモットの急性眼圧上昇モデルを作成し、視神経の観察を通常の電子顕微鏡観察に加え、急速凍結、凍結置換法(deep freeze and quicketching(DF-QE)法)と免疫電顕組織化学を用い三次元的に検討した。その緒果、視神経軸索内にミトコンドリアと膜様小器官の集積が観察された。まず、急性眼圧上昇時に障害もしくは反応を示す部位の詳紬な特定である。

通常の電子顕微鏡観察では眼圧の急性上昇により軸索の境界は不明になり、軸索内に小器官の蓄積が見られたが、一方、微小管は減少していた。DF-QE法により更に微小管同士の架橋形成が減少していることも明らかになった。さらに免疫組織化学的観察によりtublinと軸索内で共在する微小管関連蚤白(MAP-1)がともに減少していることを解明した。このことから、MAP-1は微小管の不安定化、異常小器官の蓄積に関係していることが推定され急速軸索輸送に重要な役割を果たしていることが示唆された。
高温超電導無制御安定化浮上電力貯蔵フライホイールの開発と動的非線形解析

高温超電導体を下部のクライオスタットに置き、円盤状磁石をフライホイール軸下端に配置して、軸を鉛直に浮かせ、軸上端を2個の固定永久磁石と軸に取り付けられた環状永久磁石を用いて非接触に安定に浮上させることに成功した。このシステムは基本的に永久磁石の軸方向不安定力を高温超電導体のピン止め力でキャンセルすることで、永久磁石を使っているにもかかわらず、安定な浮上を実現したものである。ついで、4極永久磁石と4極コイルよる成るダンパを試作し、共振乗り越しを行ったところ、大きな効果が得られないことが分かった。そこで、新たに、浮上磁石の間に4極コイルを設置する方式のコイルダンパを試作し、軸下端と軸上端の浮上磁石の位置に設置した。このとき、軸の振動は円形状に巻いたコイルからセンシングした。コイルに発生する電圧は軸の振動速度に比例するので、この信号をコイルダンパにフィードバックすることで、大きな減衰を与えることができ、共振点の振幅を制御することができる。本システムは基本的に無制御安定で浮上するので、位置を計測する変位センサーが必要なく、簡単なコイル(センサーレスと同様)で速度をセンシングして振動を制御することができた。本ダンパが無い場合は、一次共振点を乗り越すことが不可能であったが、本コイルダンパの使用で共振点の変位を無制御時の1/20以下に抑制でき、共振乗り越しを容易に行うことができた。また、共振前と共振後はとくに制御の必要は無く、安定した定常回転を得ることができた。本研究では、無制御で安定に浮上する高温超電導浮上軸を試作した。すなわち、高温超電導円板1個を底部のクライオスタット内に置き、軸の下端を永久磁石円板で支持し、上端に環状永久磁石2個をN-S交互取り付ける。2個の環状永久磁石円板対として、2組の磁石対を外部壁に取り付け、2対の磁石対の間に軸上端の磁石を非接触で挟む。これにより軸の下端には、ピン止め力が、上端には軸中心に向かう強力な吸引力が働き、軸を安定に浮上できる。軸方向剛性、軸直角剛性はともに従来の浮上系の2倍以上となった。また、軸回転が上昇する過程で起こる共振を抑制するため、ダンパを試作した。ダンパは4つのコイルよりなり、このコイルを軸の磁石と外部固定の磁石の間に置く。軸が回転し、振動すると、コイルに電流が発生し、この電流と磁石の磁束密度により、ローレンツ力が軸直角方向に働き、振動を抑制する。本装置を試作し、実験を行ったところ、共振振幅は従来型の1/3以下に抑制できることが確認された。

本システムは基本的に無制御安定で浮上するので、位置を計測する変位センサーが必要なく、簡単なコイル(センサーレスと同様)で速度をセンシングして振動を制御することができた。本ダンパが無い場合は、一次共振点を乗り越すことが不可能であったが、本コイルダンパの使用で共振点の変位を無制御時の1/20以下に抑制でき、共振乗り越しを容易に行うことができた。また、共振前と共振後はとくに制御の必要は無く、安定した定常回転を得ることができた。
グリオーマにおける（プロ）レニン受容体をターゲットとした新規分子治療の研究

グリオーマ細胞株に対する(p)RR抗体の抗腫瘍効果をin vitroにおいて評価する実験において、まず、U87MG,U251,T98Gなどグリオーマ細胞株について、(p)RRの発現について検討した。脳腫瘍細胞において、グレードやグリオーマの予後規定因子であるIDH-1変異に関わらず(p)RRが恒常的に発現しており、さらに悪性化に伴い(p)RR発現量が増加していることを確認した。また、(p)RRをsmall interference RNA (siRNA)でノックダウンすると、細胞の増殖能は抑制された。このことから、(p)RRがグリオーマの腫瘍形成において、IDH-1変異以前の初期段階にドライバー分子として重要な働きを担っていることを我々は示した。次に、(p)RR抗体を用いて(p)RRの働きを抑制することで、ドライバー分子を失ったグリオーマの腫瘍形成能は失われるか?について解明するために、これらの細胞株を用いて、(p)RR抗体の抗腫瘍効果を検討した。U87MG,U251,T98Gなどグリオーマ細胞株に、(p)RR抗体を投与し、Reporter assayにより、(p)RRとはWnt/βカテニン経路を抑制することで、グリオーマに対し、抗腫瘍効果を発揮していることを明らかとした。また、増殖能、アポトーシス等を検討すると、(p)RR抗体は濃度依存性に腫瘍増殖能を抑制することを明らかとした。さらに、TMZを併用投与による検討では、相加効果が認められた。以上より、グリオーマ細胞株に対する(p)RR抗体の抗腫瘍効果をin vitroにおいて確認できた。今後は、(p)RRのグリオーマ形成に関わる分子生物学的メカニズムの解明のための実験やIn vivoにおけるグリオーマ細胞株に対する(p)RR抗体の抗腫瘍効果を検討する予定である。U87MG,U251,T98Gなどグリオーマ細胞株について、グレードやグリオーマの予後規定因子であるIDH-1変異に関わらず(p)RRが恒常的に発現しており、さらに悪性化に伴い(p)RR発現量が増加していることを確認した。また、(p)RRがグリオーマの腫瘍形成において、IDH-1変異以前の初期段階にドライバー分子として重要な働きを担っていることを確認した。さらにU87MG,U251,T98Gなどグリオーマ細胞株に、(p)RR抗体を投与し、Reporter assayにより、(p)RRとはWnt/βカテニン経路を抑制することで、グリオーマに対し抗腫瘍効果を発揮していることを明らかとした。また、(p)RR抗体は濃度依存性に腫瘍増殖能を抑制し、TMZを併用投与により相加効果が認められた。以上、今年度の実験計画に基づいて結果が得られており、順調な進捗状況と考えられる。昨年度に続き、グリオーマ細胞株に対する(p)RR抗体の抗腫瘍効果をin vitroにおいて評価する。さらにグリオーマ幹細胞株や神経幹細胞について詳細な検討を行う。次に、(p)RRのグリオーマ形成に関わる分子生物学的メカニズムの解明のために、正常神経膠細胞やiPSから分化誘導したヒト神経幹細胞に(p)RRを強制発現させ、腫瘍化するか、増殖能の変化や腫瘍形成能について評価を行う。また、In vivoにおいては、グリオーマ細胞株に対する(p)RR抗体の抗腫瘍効果を皮下腫瘍モデルにおいて検討する。各種グリオーマ細胞株を免疫不全マウス(Athmic nude)の皮下に移植し、(p)RR抗体またはコントロールとして対照抗体を、皮下腫瘍内に直接組織内投与し、その抗腫瘍効果をin vivoにて比較する。U87MG,U251,T98Gなどグリオーマ細胞株について、グレードやグリオーマの予後規定因子であるIDH-

1変異に関わらず(p)RRが恒常的に発現しており、さらに悪性化に伴い(p)RR発現量が増加していることを確認した。また、(p)RRがグリオーマの腫瘍形成において、IDH-1変異以前の初期段階にドライバー分子として重要な働きを担っていることを確認した。さらにU87MG,U251,T98Gなどグリオーマ細胞株に、(p)RR抗体を投与し、Reporter assayにより、(p)RRとはWnt/βカテニン経路を抑制することで、グリオーマに対し抗腫瘍効果を発揮していることを明らかとした。また、(p)RR抗体は濃度依存性に腫瘍増殖能を抑制し、TMZを併用投与により相加効果が認められた。以上、今年度の実験計画に基づいて結果が得られており、順調な進捗状況と考えられる。昨年度に続き、グリオーマ細胞株に対する(p)RR抗体の抗腫瘍効果をin vitroにおいて評価する。さらにグリオーマ幹細胞株や神経幹細胞について詳細な検討を行う。次に、(p)RRのグリオーマ形成に関わる分子生物学的メカニズムの解明のために、正常神経膠細胞やiPSから分化誘導したヒト神経幹細胞に(p)RRを強制発現させ、腫瘍化するか、増殖能の変化や腫瘍形成能について評価を行う。また、In vivoにおいては、グリオーマ細胞株に対する(p)RR抗体の抗腫瘍効果を皮下腫瘍モデルにおいて検討する。各種グリオーマ細胞株を免疫不全マウス(Athmic nude)の皮下に移植し、(p)RR抗体またはコントロールとして対照抗体を、皮下腫瘍内に直接組織内投与し、その抗腫瘍効果をin vivoにて比較する。
ウェ-ハ規模超密度集積コンピュ-タに関する研究

集積回路技術のめざましい発展により、あらゆる分野でコンピュ-タが利用され、膨大なコンピュ-タパワ-が必要となってきた。今後、ス-パ-コンピュ-タの分野ではテラ・フロップス時代に向けて超高速コンピュ-タとしての超並列システムおよび大規模シストリックアレ-の出現が切に期待されている。さらには、学習機能をもった大規模ニュ-ロ・コンピュ-タの実現の可能性もある。これらの超並列コンピュ-タア-キテクチャの基本問題の解決の重要な技術の1つがウェ-ハスケ-ル・インテグレ-ションWSIである。WSIは、冗長化回路ア-キテクチャによる欠陥救済技術により高機能システムをウェ-ハ上に集積する技術である。本研究の目的は、WSI技術により一枚のウェ-ハ上に多数プロセッサを構成し超並列システムを作る新しいプロセッサ構成方式を明かにすることである。研究代表者等は、計算機処理の基本操作として用いられているソ-ティングをWSI技術で実現する新しいプロセッサ構成方式をすでに提案し、さらにハイブリッド型構造を新しく提案した。このハイブリッド型ア-キテクチャは、ソ-ティングを高速に処理するシストリックのアルゴリズムと超高密度化した多数のプロセッサ内での故障を考慮に入れたフォ-ルト・トレランス・ア-キテクチャを有する。そのため、ウェ-ハ上の多数のプロセッサ間の結線に要するワィアリングの面積を小さくでき、プロセッサ間の同期問題を解決できることが分かった。また、FFTなど超高速化が必要な分野においてもハイブリッド型構成は、多数のプロセッサ内での故障を考慮に入れたフォ-ルト・トレランス・ア-キテクチャに最適であることを明らかにした。本研究では、更に格子型結合および超立方結合を基にしたキュ-ブコネクテッドサイクルCCCと呼ばれる巡回型キュ-ブ結合1枚のウェ-ハ上で構成する場合の新しい構成法を提案し、その性能について議論した。その結果、提案したア-キテクチャは多数のプロセッサからなる格子結合型マルチプロセッサシステムにおいて有効で、格子型結合の再構成が可能で他のネットワ-クに応用できることが分かった。また、提案した巡回型キュ-ブプロセッサ結合のWSIア-キテクチャは、従来から提案されている構成法に比較して優れていることを明かにした。集積回路技術のめざましい発展により、あらゆる分野でコンピュ-タが利用され、膨大なコンピュ-タパワ-が必要になってきた。今後、ス-パ-コンピュ-タの分野ではテラ・フロップス時代に向けて超高速・高並列ウルトラコンピュ-タとしての超並列マルチプロセッサシステムおよび大規模シストリックアレ-の出現が切に期待されている。WSIは、冗長化回路ア-キテクチャによるウェ-ハ上の欠陥箇所の救済技術により、高機能なシステムをウェ-ハ上に集積する技術である。本研究の目的は、WSI技術により一枚のウェ-ハ上に多数プロセッサを構成し超並列ウルトラコンピュ-タを作る新しいプロセッサ構成方式を明かにすることである。

研究代表者等は、計算機処理の基本操作として用いられているソ-ティングをWSI技術で実現する新しいプロセッサ構成方式をすでに提案し、さらにハイブリッド型構造を新しく提案した。このハイブリッド型ア-キテクチャは、ソ-ティングを高速に処理するシストリックのアルゴリズムと超高密度化した多数のプロセッサ内での故障を考慮に入れたフォ-ルト・トレランス・ア-キテクチャを有する。そのため、ウェ-ハ上の多数のプロセッサ間の結線に要するワィアリングの面積を小さくでき、プロセッサ間の同期問題を解決できることが分かった。また、FFTなど超高速化が必要な分野に於いてもハイブリッド型構成は、多数のプロセッサ内での故障を考慮に入れたフォ-ルト・トレランス・ア-キテクチャに最適であることを明らかにした。現在、循環キュ-ブ型プロセッサ結合のWSIア-キテクチャを提案し、静的フォ-ルトおよび動的フォ-ルトに関しどの程度有効なのか明かにする研究を行っている。集積回路技術のめざましい発展により、あらゆる分野でコンピュ-タが利用され、膨大なコンピュ-タパワ-が必要になってきた。今後、ス-パ-コンピュ-タの分野ではテラ・フロップス時代に向けて超高速コンピュ-タとしての超並列システムおよび大規模シストリックアレ-の出現が切に期待されている。さらには、学習機能をもった大規模ニュ-ロ・コンピュ-タの実現の可能性もある。これらの超並列コンピュ-タア-キテクチャの基本問題の解決の重要な技術の1つがウェ-ハスケ-ル・インテグレ-ションWSIである。WSIは、冗長化回路ア-キテクチャによる欠陥救済技術により高機能システムをウェ-ハ上に集積する技術である。本研究の目的は、WSI技術により一枚のウェ-ハ上に多数プロセッサを構成し超並列システムを作る新しいプロセッサ構成方式を明かにすることである。また、FFTなど超高速化が必要な分野においてもハイブリッド型構成は、多数のプロセッサ内での故障を考慮に入れたフォ-ルト・トレランス・ア-キテクチャに最適であることを明らかにした。本研究では、更に格子型結合および超立方結合を基にしたキュ-ブコネクテッドサイクルCCCと呼ばれる巡回型キュ-ブ結合1枚のウェ-ハ上で構成する場合の新しい構成法を提案し、その性能について議論した。その結果、提案したア-キテクチャは多数のプロセッサからなる格子結合型マルチプロセッサシステムにおいて有効で、格子型結合の再構成が可能で他のネットワ-クに応用できることが分かった。また、提案した巡回型キュ-ブプロセッサ結合のWSIア-キテクチャは、従来から提案されている構成法に比較して優れていることを明かにした。
神経回路強化に関わるシナプス前終末カルシウムチャネルの機能解析

Ca^<2+>チャネルは、Ca^<2+>を通過させるだけではなく、SNAREcore複合体やCa^<2+>センサー蛋白と結合してシナプス小胞開口放出に重要な役割を果たしている。さらに、Ca^<2+>チャネルにはCa^<2+>/カルモジュリン結合部位があって、Ca^<2+>に依存した構造変化を起こし、チャネル機能が亢進したり、不活性化が増強されたりすることがわかってきた。このような現象は、Ca^<2+>チャネルが可塑的変化を起こし、シナプス前終末の可塑性に関わっていることを示唆する。本研究では、幼若ラット(生後7日)の上頸交感神経節胞を単離し、神経成長因子存在下で数週間培養して形成したコリン作動性シナプスのシナプス前細胞核内に脳由来P/Q型Ca^<2+>チャネルα1サブユニットcDNAを直接導入して、シナプス前終末に正常なP/Q型Ca^<2+>チャネル、カルモジュリン結合domain (CBD)欠損ミュータントP/Q型Ca^<2+>チャネル、IQ domainミュータントP/Q型Ca^<2+>チャネルを発現させ、脳由来P/Q型Ca^<2+>チャネルの活性化パターンの違いによる神経伝達物質放出の変化を電気生理学的手法で機能解析することを試みた結果、(1)Paired-pulse facilitationは、P/Q型Ca^<2+>チャネルIQ domainに依存する。(2)頻回刺激によるfacilitationとdepressionは、P/Q型Ca^<2+>チャネルIQ domainとCBDに依存する。(3)Augmentationは、P/Q型Ca^<2+>チャネルIQ domainに依存する。(4)Post-tetanic potentiationは、P/Q型Ca^<2+>チャネルの活性に依存しない。ことが明らかとなった。これらの結果は、Ca^<2+>チャネルの可塑的変化に起因したCa^<2+>流入量の変化がシナプス前終末からの神経伝達物質放出の短期可塑性に直接寄与することを示唆する。
撥水・超撥水面でのスリップ流れを利用した簡易な軸受構造

本研究では,スリップが発生し易い撥水処理部と,スリップが生じ難い親水部を交互に配置し,それら領域でのせん断流量の不連続性を補うために発生する圧力により荷重を支持する,マクロなくさび膜形状を持たない軸受を開発する.平坦な端面どうしが接触する水潤滑スラスト軸受にこの構造を適用した結果,親水部と撥水部の接触角の差が大きく,撥水部の面積割合が半分程度の軸受が良好な特性を示し,親水処理のガラス面どうしや全面を撥水処理した試験片と違い,極低い摩擦で作動し,潤滑面の損傷は皆無であった.本研究では,スリップが発生し易い撥水処理部と,スリップが生じ難い親水部を交互に配置し,それら領域でのせん断流量の不連続性を補うために発生する圧力により荷重を支持する,マクロなくさび膜形状を持たない軸受を開発する.平坦な端面どうしが接触する水潤滑スラスト軸受にこの構造を適用した結果,親水部と撥水部の接触角の差が大きく,撥水部の面積割合が半分程度の軸受が良好な特性を示し,親水処理のガラス面どうしや全面を撥水処理した試験片と違い,極低い摩擦で作動し,潤滑面の損傷は皆無であった.本研究では,スリップ流れが発生する撥水処理面と未処理の面を隣り合わせに配置することにより,せん断流量の不連続性を得て圧力を誘起する,簡易な「スリップスラスト軸受」を提案・検討しており,平成20年度には下記の結果を得た.1,撥水性の程度(接触角)の差による軸受特性の違いを,撥水性の異なる3種類の軸受により調べた結果,撥水性が劣る試験片では最小摩擦が高くなり,軸受面も損傷を受け易くなることが明らかになった.2,扇部の数(角度)やスリップ部と非スリップ部の面積割合が軸受特性に及ぼす影響を調べた結果,本スリップ軸受の場合,6扇軸受の特性が3扇や12扇軸受より良好であり,扇数に最適値が存在することが明らかになった.また,スリップ部(撥水部)と非スリップ部との面積が等しい軸受が良好な特性をを示すことが分かった.3,2個の狭帯域振動子を組み合わせて,2つの機械的な共振点を持たせた超音波探触子を製作し,各共振点で膜厚に応じた安定した反射強度の変化が得られることを確認した.4,気泡の存在に敏感な反射波の路程差により,キャビテーションの確認の可能性を検討した結果,気泡の存在により,反射波の強度は同じでも路程が短く現れることが明らかになった.5,過酷な運転状態に陥る起動時の軸受特性は,3扇撥水軸受,全面撥水,全面未処理と順次悪化し,未処理試験片では摩擦面が損傷を受ける.3扇撥水軸受の起動トルクは3試験片中最も低く,急速に規定回転数に達し,安定した挙動を示すことが明らかになった.本研究では,スリップ流れが発生する撥水処理面と未処理の面を隣り合わせに配置することにより,せん断流量の不連続性を得て圧力を誘起する,簡易な「スリップスラスト軸受」を提案・検討しており,平成21年度には下記の結果を得た.1,流体部から反射される波とキャビティー部からの反射波の,強度と位相を加味して干渉波でのそれらを検討した結果,キャビティーの発生に伴うそれらの関係が,連続流体膜での関係からずれる程度により,キャビテーションの発生状況を定量化できる可能性を確認した.2,扇状撥水処理部と未処理部の長さ割合の影響につき,せん断流れの他に,圧力流れによる壁面スリップの影響も考慮して新たに導出した無限幅のスリップ軸受理論により,スリップ領域(撥水処理部)が非スリップより長く,スリップ領域での圧力の勾配が緩やかな条件で,最大負荷を得られる可能性があることを明らかにした.3,せん断流れに対するスリップを考慮した数値計算により,スパイラル状の撥水・非撥水境界で発生する圧力流れの効果で,溝部を全く持たない完全に平坦な軸受であっても,僅かではあるが,グループ軸受のポンピング作用と同じ効果が得られることが明らかになった.4,蒸着により強固な撥水膜を作製し,起動や停止のような過酷な運転状態での潤滑特性と膜の損傷の程度を含め検討することを目的として,別研究費により真空蒸着装置を購入し,目的とする撥水性蒸着膜の形成条件に対する目処を立てた.撥水(超撥水)面で発生するスリップ流れを積極的に利用して,その発生が少ない未処理面や僅少な親水面との間でのせん断流量を不連続にさせて圧力を発生する,幾何学的な段差を持たないスラスト軸受構造を検討し,平成22年度には以下の結果を得た.1.潤滑剤導入のための溝を全く持たない完全に平坦な本軸受でも,援水領域を,軸受外周での流入角が円の接線に近くなる特殊な長いスパイラル状にすることで,一般軸受のスパイラル形状に比べて効率的に軸受内周への圧力流れを誘起し,僅かではあるが,グループ軸受のポンピング作用と同じ効果が得られることを,有限幅スリップ軸受の数値計算により確認した.2.スリップ部(撥水処理)と未処理部を交互に設けた試験面を固定側とした場(通過流量が多い)と,逆に回転側とした場合(通過流量が少ない)では,通過流量が多い前者の方が軸受の安定な運転領域が広がることを,実験により確認した.

3.スリップ領域が未処理領域より長く,スリップ領域での圧力の勾配が緩やかな条件で,最大負荷が得られることを,理論ならびに実験により確認した.4.未処理部を親水処理により非スリップ化することで,スリップ部とのせん断流量差が増大し,軸受特性が更に改善されることを,実験ならびに理論により確認した.本課題で得られた結果(20,21,22年度報告書)は,本軸受が,グループ軸受等の幾何的な先すぼまり部を持つ従来軸受の代替品となる可能性を十分に示している.
小児の咀嚼機能促進に関する研究

成長期の小児に対してその咀嚼能力の発達を促進しうる可能性はあるのか、あるとすればどのような点においてあるのかを研究の目的として今年度は以下の実験を行ってきた。すなわち、幼稚園児を被験者として選び、硬さを特別硬めに調整した特製ガムを使用して咀嚼訓練を行ってきた。訓練は毎日2回、各々5分間噛むことである。咀嚼訓練の開始に先立ち、幼児の最大咬合力、筋活動及び下顎運動様態を記録し各々のコントロールとしている。前年度は被験児10名をもって実験を開始した。今年度はこれに加えて、昨年度からの被験者の訓練を継続し1年後の結果を得ることと、被験者数を20名程度に増加させ統計的により意義のある結果を得ることを目的として実験を行ってきた。現在のところ、前年度から継続している被験者のうちで数名の被験者が転居等の理由で継続中止になっているが、今年度新たに実験を開始した被験者もあり、被験者の総数は結果的には増加した。また、実験の結果では、咬合力の有意の増加と増加した咬合力のレベルがその後も維持されていることが観察されている。この結果は、1996年1月にインドのボンベイにて行われる第18回アジア太平洋歯科大会にて発表の予定である。すなわち、幼稚園児10名を被験者として選び、硬さを特別硬めに調整した特製ガムを使用して咀嚼訓練を行った。咀嚼訓練の開始に先立ち、幼児の最大咬合力、筋活動及び下顎運動様態を記録し各々のコントロールとした。訓練開始後3カ月で最大咬合力は約2倍に増加した。また、筋肉の活動量を筋電図の波形で観察すると、訓練前より筋活動がより活発になされていることが判明した。本研究の結果の一部は、1994年2月3日マニラ(フィリッピン)で行われた第17回アジア太平洋歯科大会の学術発表セッションにて報告された。
水素を用いる新物質開拓

平成9年度においては、水素を含む3成分系有機超伝導体(Na-H-C_<60>)の試料合成において、超伝導を示す試料と超伝導を示さない試料ができてしまうが、超伝導を示さない試料を超伝導試料に変換する方法を確立した。また、超伝導相及び非超伝導相の構造をリートベルト解析により明らかにした。さらに、Na-H-C_<60>が水素ガス、重水素ガス、ヘリウムガスなどを吸蔵することを見出し、それを特許として出願した。平成10年度においては、超伝導相に対してリートベルト解析から得られた原子座標を使って電子状態の計算を行い、水素は単なるスぺーサーではなくその原子上にも伝導電子が存在し、系全体の電子状態(特に、超伝導性)に関与していることを明らかにした。さらに、この3成分系の範囲を広げて、K-H-C_<60>及びNa-NH_2-C_<60>の有機超伝導体を作成した。(KH)_3C_<60>はK_3C_<60>よりも大きな格子定数をもち、昇温脱離、^1H NMRの実験から水素が格子の中に含まれていることを確認した。さらに興味ある結果として、(NaH)_<4-x>(KH)_xC_<60>(x=0.1,0.5,1,2 and 3)も超伝導を示す上、きわめて安定な超伝導体を作ることを見い出した。これによって、水素を含む3成分系有機超伝導体を大量に作ることが可能になり、水素の存在及び挙動の解析するための中性子回折の実験の準備が整い、今後の本研究の発展に大きな進展をみることができると判断している。これらの結果は水素還元によって異常な伝導性を示す嫌気性電子伝導物質シトクロムc_3(分子量13,955)の電導機構の解明に役立つと判断し、その研究を続行している。水素を含むナトリウム-C_<60>三元系化合物の試料合成において、超伝導を示すβ-phase(as-prepared β-phaseと呼ぶ)は得られるものの、これとはうらはらに全く超伝導を示さないα-phaseも得られ、サンプル的にはα-phaseの方が圧倒的にできやすい問題点があった。しかし、このα-phaseのサンプルを真空に引きながら300°Cで熱処理するとβ-phaseへ変化することを見出した。さらに、この段階で超伝導性が弱い(超伝導体積パーセントが小さい)サンプルでも、水素ガスを導入してその雰囲気にさらしてやると超伝導性が著しく強くなることも見出した。この生き返ったβ-phase(converted β-phaseと呼ぶ)は、as-prepared β-phaseと構造的にも(空間群Fm3mのcubic)、超伝導転移温度(T_c=15K)も同じであることを確認した。粉末X線回折パターンのRietveld解析からNaイオンは八面体サイト(O-site)、四面体サイト(T-site)ともにサイトの中心からずれた(off-centered)位置に存在しているという重要な情報が得られた。X線回折の実験からは水素は検出できないが、off-centered Na ionの存在は間接的に水素がインターカレーションされていることを意味している。Na-H-C_<60>三元系化合物はoff-centered Na ionを含むことに特徴があり、K_3C_<60>やRb_3C_<60>のようなアルカリ金属イオンがサイトの中心にいるような系とは異なった性質を示す。事実、K_3C_<60>やRb_3C_<60

>に対して知られているT_cと格子定数の経験則にのらず、β-Na_xH_yC_<60>とは格子定数の割には低いT_cを示す。これはNaイオンが中心からずれることによるC_<60>に与えるクローンポテンシャルの非対称性によるものと推測される。一方、α-phaseはorthorhombicの結晶構造をもつことがわかった。α-phaseが超伝導を示さないのはcubic対称性の消失によるものと考えられる。1997年度において、水素を含む3成分系(Na-H-C_<60>)有機超伝導体の困難な製法についての方針を確立した。この3成分系有機超伝導体に含まれる水素が、単なる介在物質ではなく、超伝導体の伝導に直接関与することを、理論的に実証した(J.Phys.Soc.Japan 67,2802-2806(1998)に掲載)。この3成分系の一員として、新しくK-H-C_<60>及びNa-NH_2-C_<60>の組成を持つ有機超伝導体を作成した。(KH)_3C_<60>は超伝導転移温度Tc(19.5K)及び格子常数(14.351Å)共にK_3C_<60>よりも大きく、熱分析の結果も、またNMRの測定結果からも、水素が成分として組み込まれていることを実測した。更に興味ある結果は、(NaH)_<4-x>(KH)_xC_<60>も超伝導を示す上、Na-H-C_<60>に比べて、きわめて安定な超伝導体をつくる事が出来た。更に、この混合の比率を(NaH)_<3.9>(KH)_<0.1>C_<60>にしても超伝導特性を示すことを見出した。これによって、水素を含む3成分系有機超伝導体を多量につくり出すことが出来るようになった。これを受けて、水素の存在及び挙動解析の切り札となる中性子回折測定のための多量の試料の作成が可能となり、今後の本研究の発展に大きな進展をみることが出来ると判断している。これらの結果は、既に論文としてまとめてJ.Phys.Chem.に投稿し受理されている。これらの結果は水素還元によって異常な伝導性を示す嫌気性電子伝導物質シトクロムc_3(分子量13,955)の電導機構の解明に役立つと判断し、その研究を続行している。
原虫の毒力の差による熱ショック蛋白質発現の相違と原虫エスケープ・宿主防御機構

多くの感染症において、熱ショック蛋白質(以下HSP)は病原体自身、宿主細胞あるいはそれらの双方に発現する場合があることが知られている。しかし、HSPが病原寄生体の宿主防御系からのエスケープの手段として機能するものであるのか、あるいは宿主側の防御機構に有利に働くものであるのかについては明らかではない。また、病原体の感染形態や、毒力、宿主側の防御能の相違がHSPの発現にどのような法則性をもたらすかについても不明のままである。我々は、主としてMΦを含めた網内系へ寄生するトキソプラズマにおいては、原虫自体には、HSP(HSP65)は発現していないが、感染宿主の抗原特異的なT細胞の介助により宿主MΦに発現し、その程度が宿主防御能に相関することをトキソプラズマの強毒株(RH株)と弱毒株(Beverley株)を用いたマウスによる実験系で明らかにした。さらに、T細胞の中で、特にγδT細胞がHSP65の宿主MΦへの発現に最も重要な役割を果たすことを見い出した。γδT細胞はHSP65をリガンドとしてHSP65の発現の場に集積し、活性化するという報告は多いが、γδT細胞がHSP65の発現自体に関与するという報告はなく、全く新しい知見と思われる。さらに、トキソプラズマの強毒株の感染の場合は、感染防御が成立しないが、その場合には、原虫がHSP65の宿主MΦへの発現を抑制する機構を備えていることが判明した。また、弱毒のBeverley株もマウスの腹腔内に数回パッセージすることにより強毒化するが、この場合にもHSP65の発現は抑制される。なお、ヌードマウスやスキットマウスでは、弱毒のBeverley株に対しても、感染防御は成立せず、またHSP65も発現されない。上記の現象は、AIDS等に伴うトキソプラズマの日和見感染の機序およびその対策を検討する上で大いに示唆を与えると思われる。なお、毒力の差とHSP65の発現パターンの関係はリーシュマニア感染系においても同様に認められた。
粘性解の理論と応用の研究

主要な結果を列挙する.適正粘性解の定義と関連して,1階偏微分方程式の解を等高面法アプローチにおいて垂直方向の特異拡散が有用であることを提唱し,この方法の基礎を確立した.大値原理の研究では,極小曲面方程式を含むような完全非線形楕円型方程式の粘性解に対する強比較原理を確立した.Lp粘性解に対して最大値の原理が成立しない例を構成するとともに,これを排除するような適切な条件下で最大値原理・ヘルダー連続性・ディリクレ問題の可解性を得た.磨耗過程の数学的モデルとして,凸化ガウス曲率流を提唱し,その一般化である非左方的凸化ガウス曲率流を等高面法により定式化し,その偏微分方程式の粘性解の存在と一意性を示した.非等方的凸化ガウス曲率流の確率近似モデルを提唱し,その確率収束を示した.糸晶の形が円柱の場合に,ベルグ効果の発現を数学的に証明した.BMOアルゴリズムについて,収束の新証明と収束の速さについて最良評価を導いた.異方的平均曲率流をうすい膜の中で考え,膜の厚さをゼロとした時の極限の存在とその特徴づけを行った.オルンシュタイン・ウーレンベック作用素を持つ半線形放物型方程式の解の時間無限大での漸近解への収束を証明した.一様楕円型方程式の周期均質化において楕円性の消滅と均質化が同時に起こる状況の解析に成功した.調和経路過程のゼロ雑音極限の存在と一意性を示し,コスト関数が2次関数の場合のモンジュ・カントロビッチ問題の解の存在と一意性を示した.数理ファイナンスに関して,有界な制御を持つ最適停止時刻問題の最適ポリシーの構成,ファクターモデルと呼ばれる市場モデルの期待効用最大化問題の最適戦略の構成,部分情報下で期待効用最大化問題の最適戦略に対する必要条件の導出を行った.p-ラプラス方程式のpを無限大にする極限での,比較的一般的な状況における,解の漸近挙動を解析した.主要な結果を列挙する.適正粘性解の定義と関連して,1階偏微分方程式の解を等高面法アプローチにおいて垂直方向の特異拡散が有用であることを提唱し,この方法の基礎を確立した.大値原理の研究では,極小曲面方程式を含むような完全非線形楕円型方程式の粘性解に対する強比較原理を確立した.Lp粘性解に対して最大値の原理が成立しない例を構成するとともに,これを排除するような適切な条件下で最大値原理・ヘルダー連続性・ディリクレ問題の可解性を得た.磨耗過程の数学的モデルとして,凸化ガウス曲率流を提唱し,その一般化である非左方的凸化ガウス曲率流を等高面法により定式化し,その偏微分方程式の粘性解の存在と一意性を示した.非等方的凸化ガウス曲率流の確率近似モデルを提唱し,その確率収束を示した.糸晶の形が円柱の場合に,ベルグ効果の発現を数学的に証明した.BMOアルゴリズムについて,収束の新証明と収束の速さについて最良評価を導いた.異方的平均曲率流をうすい膜の中で考え,膜の厚さをゼロとした時の極限の存在とその特徴づけを行った.オルンシュタイン・ウーレンベック作用素を持つ半線形放物型方程式の解の時間無限大での漸近解への収束を証明した.一様楕円型方程式の周期均質化において楕円性の消滅と均質化が同時に起こる状況の解析に成功した.調和経路過程のゼロ雑音極限の存在と一意性を示し,コスト関数が2次関数の場合のモンジュ・カントロビッチ問題の解の存在と一意性を示した.数理ファイナンスに関して,有界な制御を持つ最適停止時刻問題の最適ポリシーの構成,ファクターモデルと呼ばれる市場モデルの期待効用最大化問題の最適戦略の構成,部分情報下で期待効用最大化問題の最適戦略に対する必要条件の導出を行った.p-ラプラス方程式のpを無限大にする極限での,比較的一般的な状況における,解の漸近挙動を解析した.分担者相互の研究打合せと研究協力,各地の研究集会に参加し,関連分野の専門研究者と研究情報の交換を行い,研究裸題に対する専門研究者のレビューを受け,研究課題の研究の推進を図った.国内外の研究集会等で,研究成果の公表を図った.これらの活動を通して,以下のような具体的な研究成集を挙げた.1.石の磨耗の数学的モデルとして,凸化ガウス曲率流を提唱し,この凸化ガウス曲率流とこれの一般化である非等方的凸化ガウス曲率流の数学的取り扱いを,等高面法とAleksandrovとBakelmanによる測度論的アプローチにより,確立した.2.P-Laplace方程式のpを無限大にする極限での解の漸近挙動を解析した.3.不連続関数が自然な解となる1階方程式の粘性解理論の構築をもとに、その解の等高面法による特徴づけを行った。4.半線形熱方程式の境界値問題に対する正値解について、爆発時刻後の解の接続について研究した。5.h-path processのゼロ雑音極限の研究により、コスト関数が2次関数の時のモンジュの問題に、確率論的な解決法を初めて与えた。6.数理ファイナンスに現れるいくつかの非線形偏微分方程式の粘性解の存在や微分可能性に関して研究した。特に幾つかの具体的なダイナミクスに対し最適停止時刻問題を扱った。7.劣微分作用素を典型例とする多価作用素に対する粘性解の基本的性質や応用に関する研究を行った。

8.曲面のk平均曲率流に関して,曲面が関数のグラフとして与えられ,初期曲面が凸である場合に,この関数の満たすべき発展方程式の初期値問題の解の一意性の問題を研究した。研究代表者,分担者は各地で開かれた研究集会に参加し,相互に研究打ち合わせ・共同研究を行い,海外からの研究協力者を招へいしながら,次のような成果を得た.Ornstein-Uhlenbeck作用素の項を持つ粘性ハミルトン・ヤコビ方程式について研究し,初期値問題の可解性,時間無限大における解の漸近挙動に関する詳しい結果を得た.物体の磨耗現象の数理を記述する一般的な方程式に対する弱解の存在と一意性を確立した.Bence, Merriman, Osherによって考案された平均曲率流の近似計算アルゴリズムについて,コンパクトで滑らかな平均曲率流の場合にその収束の速さを求め,それが最良であることを平面における円周の場合に示した.滑らかな初期値から出発しても有限時間で不連続性が生じうる方程式の初期値問題について,その連続性を許す粘性解のグラフを等高面法で計算するための近似方程式として,グラフ空間の従属変数方向に特異拡散を入れたものを考える方法の正当性を証明した.これにより,そのような近似方程式を用いた粘性解の数値計算を正当化した.Hamilton-Jacobi方程式に対する均質化理論について考察を行い,初期条件が上半連続関数である場合には,従来のような有界一様連続な粘性解の範疇では取り扱えないが,L-解と呼ばれる一般化された粘性解の概念を用いると従来と平行な理論が展開できることを確認した.ファクター過程が有限状態マルコフ連鎖の場合に部分情報下の下での期待効用最大化問題を論じ,その最適戦略の構成を偏微分方程式の解を用いて構成した.ノイズがある場合の最適輸送問題として,ある種の確率制御問題を考え,その最小解の存在,一意性,及び,前向き後向き確率微分方程式による特徴付けを与えた.次のような具体的な研究成果を挙げた:1.ハミルトン・ヤコビ方程式の解の時間無限大における振舞いについて研究し,一般次元ユークリッド空間上において漸近解への収束を比較的一般な仮定の下で証明した.さらに,この収束の速さを幾つかの場合について精密に評価した.2.取引費用を考慮した,無限時間範囲べき型期待効用最大化問題に関連してリスク鋭感的エルゴード型準変分不等式の解の存在を示し,その解から最適戦略の構成を行い,また最大成長率を求めた.3.フォッカー・プランク方程式の解である,有限次元ユークリッド空間上の確率密度関数を1次元周辺分布にもつ連続セミマルチンゲールで,ドリフト・ベクトルはフィードバック型であるものを構成し,そのマルコフ性を調べた.4.半連続Lp粘性解の概念を導入し,修正版Perronの方法によるLp粘性解の存在を示した.また,方程式が一様楕円性を持つ時,この粘性解がヘルダー連続になることを示した.5.数理ファイナンスに現れるobstacle問題の粘性解の高階の微分可能性を調べることで,フィードバック最適制御を構成した.6.滑らかな平均曲率流をBence-Merriman-Osherアルゴリズムを用いて近似した際,時間刻み幅hの1次のオーダーで近似曲面が平均曲率流に収束することを証明した.さらに,1次の近似オーダーの最良性を示した.これらの成果の公表を,論文として専門誌への発表の他に,つぎのように行った:等高面法の基礎理論を一冊の英文書として出版した.京都大学数理解析研究所における研究集会「微分方程式の粘性解理論とその発展」を担い,また成果の公表を行った.海外での幾つかの研究集会において,成果の公表を行った.
半導体超格子における高位サブバンド間キャリア輸送ダイナミクスの研究

1.非対称二重量子井戸超格子における高位サブバンド準位間キャリア輸送について研究し、バリアー中の高位Xサブバンドを経由した電子輸送と、ホールどうしの高位サブバンド準位を経由した輸送を実験的に測定し、その解析を行った結果、種々の高位サブバンドを経由したキャリア輸送の存在を確認した。さらに、それら現象を使った新規な光素子について提案を行った。すなわち、元々のバンド間ギャップエネルギーよりも非常に短い波長で発光を行う短波長発光素子、および長波長の光を短波長に変換する波長変換素子(アップ・コンバーター)が実現可能であることを示した。2.新規な量子ナノ構造である量子井戸マイクロチューブについて、高位サブバンド準位の点から研究を行った。チューブは数十nmの半導体薄膜を巻き込むことによって得られており、チューブの壁に量子井戸層を内包している。研究の結果、チューブ形成時に発生する1軸性歪みによって巻く前はtype-II状態であった量子井戸がチューブ形成後はtype-I状態になることが分かった。3.半導体超格子において、X-L間電子輸送を明瞭に実験的に観測することに世界で初めて成功した。ある構造の半導体超格子の光電流インパルス応答を詳細に検討することにより、Γ1-X2-X1-Γ1という高位準位間輸送経路が、Γ1-X2-X1-L1-Γ1経路に交代することを発見した。4.高位準位間を経由した電子輸送に影響された電界ドメインの発生を観測し、高電界ドメイン界が超格子1周期ごとに移動する様子を世界で初めてPLによって観測することに成功した。初年度はフェムト秒パルスレーザーによる光電流インパルス応答計測システムが完成するまでに静的な光励起による蛍光スペクトル測定を行い、以下の成果を得た。1対の広い量子井戸と狭い量子井戸が広い幅のバリア層によって隔離されている非対称二重量子井戸を周期的に配列した超格子において、バリアー中の高位サブバンド準位であるX1サブバンドを経由した電子輸送により、広い量子井戸から狭い量子井戸の基底量子準位であるΓ1準位に効率的に電子が注入され、同時に広い量子井戸中に生じた正孔を共鳴トンネル効果によって、その準位よりも高位準位に存在する狭い量子井戸中の正孔の基底サブバンド準位に輸送するという超格子構造を設計し、(1)通常、Type-II型となって発光することのない狭い井戸のΓ1基底準位からの発光が効率よく起こることを確認し、通常のGaAs量子井戸では不可能な短波長発光を効率的に起こさせることに成功した。(2)広い量子井戸において長波長の光吸収を行い、それによって生じた光キャリアを狭い量子井戸のサブバンド準位に輸送することにより狭い量子井戸から発光させ、効率的に長波長から短波長への波長変換(アップコンバージョン)を起こす光機能素子を作成することに成功した。量子井戸薄膜を、それをエピ成長した基盤より剥離し、量子井戸薄膜を巻くことによって量子井戸マイクロチューブを作成し、その井戸内の高位サブバンド準位の振る舞いを測定することに成功した。その結果、通常、Type-II型となる量子井戸においてもマイクロチューブ形成時に生じる1軸性歪みにより、Type-I型への遷移が起こることを発見した。このような量子井戸マイクロチューブは新しい量子構造であり、今後、その性質を研究することは重要となろう。今年度はフェムト秒パルスレーザーによる光電流インパルス応答計測システムを完成させ、超格子内における高位サブバンド間キャリア輸送ダイナミクスを測定し、新規な高位準位を経由したキャリア輸送経路を発見するに至った。あわせて特殊なtype-II歪み量子井戸系、すなわち量子井戸マイクロチューブ構造を試作し、type-II量子井戸における基底準位であるX1準位に対する高位準位であるΓ1準位の振る舞いを静的な光励起による蛍光スペクトル測定を行うことによって測定し、以下の成果を得た。GaAs/AIAs