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測地線の幾何学の基盤研究と離散数学への応用

距離空間において,局所的に最短な曲線を測地線と呼ぶ。任意の2点を最短測地線で結ぶことのできる距離空間を測地空間と呼ぶ。測地線族が持っている定性的性質と空間の幾何構造の関係についての研究をブーズマンが創始した。その方法を利用して、極を持つ完備リーマン多様体の極の集合の研究、曲面の測地流および平面凸ビリヤード問題の研究、曲面のシュタイナー比の研究、トポノゴフの比較定理の一般化と球面定理の研究、曲面上のボロノイ図とカットローカスの関係の研究について成果を上げた。さらに、非対称な距離を持つ曲面上の測地線の幾何学に発展させる見通しが付いた。完備リーマン多様体Mの断面曲率が定数c以上であるとする。曲率が定数cである完備単連結曲面をM(c)とする。トポノゴフの比較定理は次のように述べられる。M上の測地三角形に対して,対応する三辺が同じ長さである三角形をM(c)上に作るとき,対応する内角は,Mの三角形のものよりも大きくならない。この定理を基点つき完備リーマン多様体のラジアル曲率と平面に同相な回転面の曲率との比較があれば,頂点の1つが基点である三角形に対して,同様のことが成り立つことを証明した。極を持つ完備リーマン多様体の極の集合の大きさをフォンマンゴルト曲面と比較する方法で評価した。その際に,カットローカスとコンジュゲートローカスの交わりが問題となるが,ラウチ,ワインシュタイン,クリンゲンバーグ等の定理の一般化を証明した。この応用として,極を持つ完備リーマン多様体において,極でない点では,接カットローカスと接コンジュゲートローカスは共通点を持つことを証明し,極の集合の大きさの評価につながった。離散数学分野では,曲率が非負の曲面M上の有限点に対する最小シュタイナー木に対して,次の結果を得た。与えられたM上の有限点に対して,適当なインマースド多角形を考える。そのとき,この多角形の中での最小全域木と同じ長さの最小全域木を持ち最小シュタイナー木の長さが短くなるユークリッド平面のインマースド多角形が存在する。これにより,シュタイナー比の比較定理がある程度できあがった。本年度の目的は,測地線の幾何学を力学系理論と結び付けて考察することであった。特に,測地流の性質を底多様体の言葉で記述する方法について研究することであった。似下のことが明らかになった。体積有限な多様体の測地流は,ポワンカレの再帰定理によって,単位接束上のほとんどすべての点に対して,再帰的になっている。この性質を元にして,底空間の測地線の挙動に対して,二つの条件を考えた。一つは,位相的な混合性に類する性質で,もう一つは,エルゴード性に関する性質に対応している。前者については,2次元回転トーラスに対しては成立することを示すことに成功した。後者に対しては,エルゴード分割をしたときに,その成分を不変なレベルとする第1積分が存在する力学系と密接に関係することが分かり,極の存在の問題と関係させて成果を得た。力学系理論において,積分可能性とエルゴード性は全く異なった性質であるが,測地流を底多様体の測地線の幾何学と見るときに,これらが関連したことになる。特に,エルゴード的な性質において,平坦トーラスの役割が明確になった。また,長年解決することのできなかった平面凸ビリヤードにおける底エルゴード性による円の特徴づけに成功した。離散数学への応用としては,前年に引き続き最短ネットワーク問題を扱った。特に,多角形内の最小シュタイナー木問題に関して,次の結果の証明の修正を行った。非負曲率アレキサンドルフ多角形曲面内の最小シュタイナー木に対して,最小全域木の長さが同じで,最小シュタイナー木の長さが大きくならないユークリッド平面にはめ込まれた多角形が存在する。現在,数学の専門誌に投稿中であるが,査読委員から大変興味深い結果であるとの評価を頂いている。本年度の研究目的は、リーマン幾何学、物体の表面などのような境界付きリーマン多様体を貼り合わせてできる多様体やアレキサンドルフ幾何学で発展してきた方法を用いて測地線の幾何学を研究することであった。本年度の成果は以下の通りである。昨年度は、回転トーラスの測地円の漸近的挙動についての混合性的な性質の研究とサブエルゴード的な性質についての研究成果をまとめ発表した。これらは、測地流の研究として、従来は単位接球上の性質として扱われ、その際は、負曲率あるいはそれに相当する条件の下で研究されていたが、底空間の性質として捉えることで、より一般的な空間の性質として記述することができた。

今年度は、回転面でないトーラスに対しても同様の性質が成り立つことを確信できるまでに研究が進んだ。放射曲率を用いたトポノゴフの比較定理を完成させ、その応用として、放射曲率を用いた新しい球面定理の証明に昨年度成功し、今年度論文として発表した。さらに、距離関数の臨界点理論を用いた球面定理を臨界点を結ぶ最短測地線の角度的分布の立場から見直し、球面定理やユークリッド空間と同相になるための条件を提案した。トポノゴフの比較定理を一般化する際に考案した参照写像の概念が有用であった。ボロノイ分割を与える境界線は、2点までの等距離集合(二等分線)である。このためボロノイ図の研究には二等分線を研究することが必須である。二等分線を調べるために、2点までの距離関数の差と曲面の幾何構造について研究した。モース理論的な議論がうまく適用でき、距離関数の差のレベル集合の変化とオイラー数の関係について興味ある発見をした。昨年度までに得られたこれらの結果を総合して、閉曲面のボロノイ図におけるボロノイ領域が円板と同相になるための条件とミニタイプ距離関数の臨界点と位相の関係の研究をまとめた。本年度の研究目的は、リーマン幾何学、物体の表面などのような境界付きリーマン多様体を貼り合わせてできる多様体やアレキサンドルフ幾何学で発展してきた方法を用いて測地線の幾何学を研究することであった。本年度の成果は以下の通りである。回転トーラスの測地円の漸近的挙動についての混合性的な性質の研究とサブエルゴード的な性質についての研究成果をまとめ発表した。これらは、測地流の研究として、従来は単位接球上の性質として扱われ、その際は、負曲率あるいはそれに相当する条件の下で研究されていたが、底空間の性質として捉えることで、より一般的な空間の性質として記述することができた。新しいのはこの点である。放射曲率を用いたトポノゴフの比較定理を完成させ、その応用として、放射曲率を用いた新しい球面定理の証明に成功した。トポノゴフの比較定理は、従来、比較三角形との間の対応する角の大小関係やアレキサンドルフの凸性で述べられる。この性質を参照回転面上の参照曲線と最短線の位置関係で記述した。従来の球面定理では、直径の端点が他の臨界点であることが重要であったが、この性質によらない新しいタイプの条件を見出した。このためボロノイ分割の研究には二等分線を研究することが必須である。来年度は、この研究を継続し、ボロノイ分割や高次元の場合のについての研究を進展させたい。リーマン多様体上の2点に対して、その2点を結ぶ最短測地線の始点と終点における角度的な分布状態と空間の位相的幾何構造との関係についての研究で成果を上げた。実際、球面や高次元平面を特徴づけることを目標として発展させた。モデル曲面を2次元球面や平面と同相な回転面とし、Grove-塩濱の直径球面定理を手本として、距離関数の臨界点理論を用いた球面や平面を特徴づける定理の証明に成功した。曲面上のボロノイ図の研究に関しては、与えられた有限点集合のカットローカスとボロノイ図の辺との関係を十分に記述することに成功した。
亜酸化窒素の直接分解用高性能コバルト系複合酸化物触媒の開発

一酸化に窒素の直接分解に高活性を示すアルカリ修飾四酸化三コバルト触媒を開発した。本触媒は沈殿法で合成できるが沈殿法で生成する前駆体の構造により活性は大きく異なり、前駆体構造の違いにより吸蔵されるアルカリ量に違いがあるため前駆体を焼成して得られる四酸化三コバルト触媒の活性に違いが生じることを見出した。さらに、この触媒の活性要因を検討し、アルカリ成分がコバルトの還元を促進し、一酸化二窒素の分解により生成する酸素の脱離を促進することを明らかにした。さらに、医療現場で麻酔薬として利用される一酸化二窒素の除去を目指して、反応ガス中に共存する二酸化炭素の影響を調べたところ、二酸化炭素は触媒上に強く吸着され反応を著しく阻害することを見出した。硝酸合成プロセスや医療現場などの固定発生源から排出されるN_2Oを直接窒素と酸素に分解する触媒を開発することを目的に研究した。この反応に高い活性を持つことを既に見出しているアルカリ修飾Co_3O_4触媒を、種々の方法で調製し活性を比較した。前駆体として炭酸コバルトが生成する場合に高い活性を示した。K修飾源も検討し、KOHで修飾するのが最も効果的で、Co^<3+>からCo^<2+>への還元温度と触媒活性の間に相関が認められた。この反応では水が強い阻害作用を持ち、水が触媒表面に吸着して活性点を覆うためと考えられたので、疎水性のシリカライトで触媒表面をコーティングした触媒を設計した。Co当たりの活性は向上したが、触媒重量当たりの活性はアルカリ修飾Co_3O_4と同等であった。反応における酸素分圧依存性を評価し、この触媒では酸素分圧の影響を比較的受けにくいことを見出した。また、この触媒上でのN_2O直接分解反応の活性化エネルギーは他の触媒系と比べて極めて低いことも明らかにした。さらに、触媒上にN_2Oを吸着させて昇温脱離挙動を評価することにより、窒素の脱離は極めて容易であるのに対し、酸素の脱離が困難であることを明らかにした。また、低温でN_2Oを吸着させた場合と、高温でN_2Oを吸着させた場合では、酸素の脱離挙動が異なることから、触媒の格子酸素が反応に関与していることが示唆された。N_2Oの分解反応に関連して、NOの直接分解反応やNOの炭化水素による還元も検討したが、アルカリ修飾Co_3O_4触媒はこれらの反応に極めて低活性で、逆にNOの直接分解に対して高い活性を持つCe-Mn複合酸化物担持バリウム触媒や、NOのメタン脱硝に対して高活性なAl-Ga複合酸化物触媒はN_2Oの直接分解反応に対して極めて低活性であった。硝酸合成プロセスあるいは医療現場などの固定発生源から排出される一酸化二窒素(N_2O)を分解する触媒を開発ために研究した。この反応にはアルカリ修飾四酸化三コバルト(Co_3O_4)触媒が高い活性を持つが、この理由として、活性化エネルギーが極めて低いことが考えられた。酸素のない条件でこの触媒へのN_2Oの吸脱着過程を過渡応答法を用いて検討し、N_2O吸着直後に窒素の脱離が見られること、さらに、定常状態での窒素や酸素の脱離速度は、酸素の脱離が律速となるため反応初期の窒素の脱離速度に比べてかなり小さいことを見出した。これらの結果は、本触媒系が酸素の無い条件では50°Cでも比較的高い活性を示すことを示している。また、この方法を用いて、酸素の脱離速度が直接見積もれることも明らかにした。またN_2O吸着後の昇温脱離挙動を検討し、200°Cの酸素の脱離ピークは、対応する温度で作用できる活性点からの酸素の脱離であり、各温度で作動する活性点の数が見積もれることが示唆された。高温部分の酸素の脱離はCo_3O_4触媒からの格子酸素の脱離であると結論した。また、アルカリ修飾NiCo_2O_4触媒が、N_2Oの共存ガスとして水を含む場合には、アルカリ修飾Co_3O_4触媒よりも高い活性を示すことを見出した。この原因として、この触媒に対する水の吸着量が少なく、水による反応阻害が少ないことが示唆された。さらに、これらの研究と関連して、貴金属触媒を用いるN_2Oの分解、NOのアルカリ修飾Co_3O_4触媒上での分解、メンタン脱硝反応なども並行して検討した。カリウム修飾Co_3O_4触媒へのN_2Oの吸着挙動と酸素の脱離挙動を詳細に検討した。

触媒にN_2O接触させると、50°Cという低温でもN_2Oの分解が起こり、窒素は反応初期から脱離するのに対し、酸素の脱離は、吸着酸素種の蓄積に伴い進行し、酸素脱離速度は吸着酸素種の2乗に比例して増加し、一定時間後は酸素の生成速度と窒素の生成速度はN_2Oの分解の量論(1:2)に達し、安定した活性を維持した。N_2Oの供給を止めると、窒素の生成は急激に停止したが酸素はの脱離速度は比較的緩やかに減少した。その時の酸素の脱離は触媒表面に吸着した分子状の酸素によるものと考えられ、N_2O供給停止後の脱離挙動から求めた酸素の脱離速度は、定常状態における酸素の脱離速度を上回った。触媒上に吸着した酸素は、昇温により2つの温度領域で脱離した。そのうちの低温側の脱離は表面に残留した原子状酸素の脱離と考えられ、また高温側の酸素の脱離は触媒からの格子酸素の脱離と考えられた。反応初期の極めて速い窒素の生成は、熱処理により生成する酸素空孔でのN_2Oの分解により、この過程で酸素空孔は解消されると考えられた。カリウム修飾Co_3O_4触媒の調製法の影響についても検討し、コバルトの原料塩に由来する対イオンが触媒中に残留すると活性を著しく損なうのに対し、塩化カリウムや硫酸カリウムでのCo_3O_4触媒の修飾は若干ではあるが正の効果を与えた。また、コバルトとニッケルの複合酸化物をアルカリで修飾した触媒は、水の共存しない条件ではカリウム修飾Co_3O_4触媒と同程度の活性を示したが、水が共存する条件下ではカリウム修飾Co_3O_4触媒より高い活性を示した。また、N_2Oの直接分解との関連から、NOの直接分解の機構も検討した。
高齢者の口腔内におけるメタロβラクタマーゼ遺伝子の分布状況の調査

近年,抗生剤の普及にともない薬剤耐性菌の発生と院内感染の拡大が問題となっており,高齢者や要介護者への感染対策が社会的課題のひとつとなっている。日本で問題となっている耐性菌の一つに多剤耐性緑膿菌(multidrug-resistantPseudomonas aeruginosa : MDRP)が挙げられる。意外に口腔内は,その耐性菌および耐性遺伝子の温存の場になる可能性があると考えた。MDRPの発生において,メタロβラクタマーゼ遺伝子を獲得した緑膿菌は,ほぼ全ての抗菌薬に耐性を示す。この遺伝子を検出することは緑膿菌に限らず,細菌叢中に耐性遺伝子が既に存在していることを示す。すなわち,通常の一般培養法によるMDRPの同定の結果と本研究法の結果から,現在のMDRPの感染分布あるいは今後の発生状況を予測するための効果的検査となると立案した。まず,申請者が勤務する病院の三ヶ月以内に肺炎の既往があった入院患者27人(平均年齢76.7歳,BMI18.7)を対象に,一般細菌検査と抗生剤感受性検査をし,次にPCR法によりメタロβラクタマーゼ産生遺伝子(bla_<vim>, bla_<imp>, bla_<gim>,bla_<sim>)の分布を調べた。その結果,一般培養検査はP.aeruginosa緑膿菌を1検体,S.agalactiaeを4検体,S.aureus MRSA黄色ブドウ球を菌4検体,Pro.mirabilisを2検体検出した。さらに,日本で検出されことがあり,ポジティブコントロールになる細菌株を入手できたbla_<vim>, bla_<imp>をPCR法で調べた。今回の対象者からは,MRSAなどの多剤耐性菌を検出したが,bla_<vim>, bla_<imp>ともに検出しなかった。このことから,MDRPに関連する耐性遺伝子は,蔓延していないものの,MRSAを含めて今後幅広くモニタリングしていく必要性があると考える。
ゼロ電荷供給層超伝導体への有機物侵入による超伝導臨界電流密度メカニズムの解明

本年度は、Srをブロック層に含むゼロ電荷供給層超伝導体Sr2Can-1CunOd[0(Sr)2(n-1)n]相を母相とする水分子を含む派生相が母相と比べ超伝導転移温度が変化しない、という初年度に得られた実験結果の検証実験ならびに考察を行った。Baをブロック層に含むゼロ電荷供給層超伝導体では同様の派生現象により超伝導体転移温度が減少しており、プロトンや炭酸基といった電荷を持つ分子のコインターカレートがキャリア密度を変化させていると考えられていた。しかしながら、Srをブロック層に含む0(Sr)2(n-1)n相では、水分子の侵入により非超伝導層が0.32nmと大きく伸長したにも関わらず転移温度が変化せず100Kを超える高い超伝導転移温度を保つことから、従来考えられていたブロック層厚の増加に伴い不可逆磁場特性が指数関数的に減少するという傾向は、この系には当てはまらないことが示された。これらの結果から、キャリア密度の変化が起こらずにキャリア分布のみが変化した新たな系の確立に成功したと考えられる。これらの系の正確なキャリア分布解析のため、X線ならびに中性子回折による結晶構造解析を行った。この系において銅酸化層を3層有する0(Sr)223相では、派生前後で不可逆磁場特性ならび粒内臨界電流密度特性の向上が見られたことから、本研究の目的である臨界電流密度特性とキャリア分布の関係を示唆する結果が得られた。26年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、銅酸化物超伝導であるSr_2Ca_2Cu_3O_<8+δ>(0^<(sr)>2^<(ca)>23)相が、大気中に暴露することで派生相が形成されることに着目し、所望の分子の吸脱着が可能か検討した。まず、ゼロ電荷供給層を持つ類似物質でも同様の派生相が形成されることを確かめた。また、透過型電子顕微鏡を用い構造解析を行った結果、いずれの相も同様の構造変化を示したことから侵入物もまた類似構造を成していると考えられる。この結果から0223相で知られていた派生は、無限層に関係なくゼロ電荷供給層に由来する特性であることが示唆された。超伝導量子干渉計により超伝導転移温度の評価した結果、いずれの相も派生前後で変化せず、相変化によりキャリア密度の変化が生じていないことが示唆された。また、侵入した水分子が脱着可能性を検討するために、派生相を加熱処理を行ったところ、母相に戻ることはなく分解した。しかしながら、母相である(0^<(sr)>2^<(ca)>23)相を加熱したところ、今までに知られていた派生相とは異なる新規派生相を形成することを発見した。エネルギー分散型X線分光法により陽イオンの組成比はほとんど変化がなく、電子エネルギー損失分光法により炭素が結晶構造内に炭酸基を形成して存在していることが分かった。さらに、侵入した炭素の由来を調査するために、超高真空下で加熱を行った結果、大気圧で加熱した場合に比べ、反応速度が減少しており大気中に存在する二酸化炭素が原因であったことが示唆された。超伝導転移温度は、105Kから90Kに減少した。昨年度でに、ゼロ電荷供給層を持つ超伝導体が派生相を形成することを確かめ、その派生相は形成温度に依存して、別の形態をとることが示された。本年度は、昨年度に発見したSr_2Ca_2Cu_3O_<8+δ>(O^<(Sr)>223)相を母体とする炭素を含む新たな派生相を踏まえ、類似物質であるSr_2CaCu_2O_<6+δ>相とSr_2Ca_3Cu_4O_<10+δ>相に関しても同様な処理を行い、O^<(Sr)>223と類似の格子定数変化と炭酸基の形成が確認された。このことから、ゼロ電荷供給層超伝導体への炭酸基の侵入は、本物質系の特徴であるゼロ電荷供給層で起こる特異な現象であることが示唆された。また、ゼロ電荷供給層超伝導体の合成条件を最適化を試みた結果、形成されるゼロ電荷供給層超伝導体のCuO_2面の枚数は焼成温度と焼成時間の増大に伴い、単調に増大することが確認された。このことから、高圧下においても常圧下で報告されていたことと同様に、低次のCuO_2面を持つ物質にCaCuO_2層がインターカレーションすることで高次の物質が得られていることが示唆され、CuO2面が5枚以上の高次の相を得ることが出来た。また、合成条件を最適化することでO^<(Sr)>223相のマイスナー体積分率は20%から50%程度の値まで改善した。また、O^<(Sr)>223相とその派生相に対して超伝導量子干渉磁束計を用いて得た磁気ヒステリシスから粒内臨界電流密度ならびに不可逆磁場を見積もった。水素などの軽元素を結晶構造中に含有する思われる派生相において、母相よりも不可逆磁場の温度依存性が明らかに改善された。この結果は、O^<(Ba)>223相での報告と一致している。

次年度では、こうした不可逆磁場特性が改善した理由について、軽元素で形成されている派生層部によりピン力が増大したためなのか、あるいは本研究で予想したキャリア分布というパラメータが有効に働いているのか検証する予定である。本年度は、Srをブロック層に含むゼロ電荷供給層超伝導体Sr2Can-1CunOd[0(Sr)2(n-1)n]相を母相とする水分子を含む派生相が母相と比べ超伝導転移温度が変化しない、という初年度に得られた実験結果の検証実験ならびに考察を行った。Baをブロック層に含むゼロ電荷供給層超伝導体では同様の派生現象により超伝導体転移温度が減少しており、プロトンや炭酸基といった電荷を持つ分子のコインターカレートがキャリア密度を変化させていると考えられていた。しかしながら、Srをブロック層に含む0(Sr)2(n-1)n相では、水分子の侵入により非超伝導層が0.32nmと大きく伸長したにも関わらず転移温度が変化せず100Kを超える高い超伝導転移温度を保つことから、従来考えられていたブロック層厚の増加に伴い不可逆磁場特性が指数関数的に減少するという傾向は、この系には当てはまらないことが示された。これらの結果から、キャリア密度の変化が起こらずにキャリア分布のみが変化した新たな系の確立に成功したと考えられる。これらの系の正確なキャリア分布解析のため、X線ならびに中性子回折による結晶構造解析を行った。この系において銅酸化層を3層有する0(Sr)223相では、派生前後で不可逆磁場特性ならび粒内臨界電流密度特性の向上が見られたことから、本研究の目的である臨界電流密度特性とキャリア分布の関係を示唆する結果が得られた。26年度が最終年度であるため、記入しない。銅酸化物超伝導であるSr_2Ca_2Cu_3O_<8+δ>(O^<(Sr)>2^<(Ca)>23)相が、大気中に暴露することで派生相が形成されることに着目し、所望の分子の吸脱着が可能か検討した。派生相を加熱処理を行ったところ、母相に戻ることはなく分解した。しかしながら、大気下の熱処理により今までに知られていた派生相とは異なる新規派生相を形成することを発見した。以上の結果は、当初の目的であるキャリア分布が臨界電流密度特性を決定する因子の一つであるか検証のための材料としてゼロ電荷供給層超伝導体が適用可能であることを示唆している。キャリア分布と臨界電流密度特性の関係について知ることが研究目的である。本年度の研究により磁気ヒステリシスから粒内臨界電流密度を見積もることができ、派生による臨界電流密度の向上が確認できた。また、キャリア分布を得るために必要な詳細な原子位置を決定するため、X線回折ならびに中性子回折の構造解析を行っている。以上の理由から、本研究はおおむね順調に進展していると云える。前年までに作製した派生相の正確な結晶構造を決定するために、電界放射型透過電子顕微鏡による観察ならびにX線回折装置によるリートベルト解析を行う。これらを行う際の問題点として、試料に含まれる不純物が挙げられる。この対策として、試料の作製条件の最適化を行う。また、昨年度で得た知見を活かし、ゼロ電荷供給層超伝導体を前駆体とした新規派生相の形成を推進する。さらに、本研究の大目的であるキャリア分布の測定を進めていく予定である。水素や酸素などの軽元素を含めた詳細な元素位置を特定するため、中性子回折を用いた結晶構造解析を遂行する。構造解析においては試料の純度が高いことが要求されるため、今年度に引き続き試料合成条件の最適化を進める。その後、得られた構造情報から計算したキャリア密度と、定量的収束電子回折を用いた回折強度を比較することで試料のキャリア分布を特定する予定である。
プレート境界物質の摩擦・変形・透水実験に基づく新しい海溝型地震発生モデルの構築

本研究は,プレート境界地震発生帯に広く分布している蛇紋岩に焦点をあて,蛇紋岩の脱水反応に伴って断層のレオロジーがどのように変化するのかを,高速摩擦試験機と高温高圧ねじり試験機を連携させて明らかにすることである.高速摩擦実験の結果,地震時のすべり速度(>0.5m/s)に達すると,すべり開始とともに断層の摩擦係数が0.9から0.15まで減少することが明らかとなった.温度測定とFEMによる温度計算の結果によると,断層面は脱水反応が起こる温度に達していないものの,アスペリティ(真の接触域)におけるflash temperatureは,脱水反応に十分な600°C以上に達していることがわかった.このように,局所的な摩擦発熱により脱水反応が起こり,それに伴って断層の強度が劇的に減少することが初めて示された.断層の強度低下の要因をさらに詳しく調べるため,高温高圧ねじり試験機を用いた摩擦実験をおこなった.実験では,断層をゆっくり(<0.1mm/s)滑らせながら,電気炉を用いて温度を上昇させて脱水反応を起こし,反応に伴ってどのように摩擦が変化するかを調べた.その結果,温度上昇率が大きくなると,排水条件(水が断層面から排出される条件)においても,脱水反応に伴って大きな強度低下が起こることがわかった.これは,脱水反応に伴う間隙水圧の上昇率が排出率を上まわったためである.摩擦発熱に伴う温度上昇率は,高温高圧実験より5オーダー以上大きいことから,高速実験においても局所的に間隙圧が上昇して断層の強度が低下したと考えられる.以上の2つの実験から,地震時には断層帯内部の含水鉱物が摩擦発熱によって脱水して,反応生成物である水の圧力が上昇することによって断層の強度が劇的に減少することがわかった.地震時に摩擦係数が0.10.2になるという本研究から得られたデータは,断層沿いの地殻熱流量測定から推測される値とよく一致しており,非常に現実的な地震時の断層の強度低下機構になると考えられる.本研究は,プレート境界における主要な含水鉱物であり,地震発生帯に広く分布していると考えられている蛇紋岩に焦点を当てて,室内変形・摩擦実験によって,海溝型巨大地震発生の解析に必要な基礎データ(剪断強度・摩擦係数・透水係数)を確立することを目的としている.本年度は予定通り,平成16年4月9月の間スイス連邦工科大学に滞在して,脱水反応条件下における蛇紋岩の高温高圧ねじり摩擦実験を行った.予備的な実験の結果,蛇紋岩(リザダイト)は脱水反応が起こらない条件では,摩擦係数が約0.5で比較的安定したすべり挙動を示すのに対し,温度を上昇させて反応を促進させると,摩擦係数が通常の岩石摩擦に近い0.7となり,非常に不安定なすべり挙動に移行することが明らかとなった.このことは,従来考えられてきた脱水不安定(脱水反応によって過剰水圧がおこり岩石が破壊する現象)による海溝型地震の発生機構だけではなく,脱水反応によって形成される,カンラン石と滑石のすべり挙動が地震の解析をする上で必要不可欠であることを示している.本年度の実験によって,実験方法はほぼ確立できたので,平成17年度は実験データの蓄積と,すべり挙動を支配するメカニズムを微細構造の観察によって明らかにする予定である.また,平成16年11月平成17年1月の期間,国際海洋掘削プロジェクト(IODP Leg304)に乗船して,大西洋海嶺において天然の蛇紋岩の産状を調べた.その結果,海洋地殻が蛇紋化することによって,強度の弱い蛇紋岩部分に変形が集中し,断層を形成することがわかった.このことは,沈み込むプレート中の蛇紋岩岩体には多くの断層が存在し,それらが再動することによって一部の海溝型地震が起こっている可能性を示唆している.今後,掘削プロジェクトで得られた蛇紋岩試料を用いて,変形摩擦実験を行っていく予定である.本研究課題は,プレート境界地震発生帯に広く分布していると考えられている蛇紋岩に焦点をあて,室内変形・摩擦実験によって,海溝型巨大地震発生の解析に必要な基礎データ(剪断強度・摩擦係数・透水係数)を確立することを目的としている.本年度は予定通り,平成16年7月9月の間スイス連邦工科大学に滞在して,脱水反応条件下におけるアンチゴライト蛇紋岩の低速摩擦実験(すべり速度<0.1mm/s)をおこなった.その結果,脱水反応が起こる約600°Cから,不安定挙動がはじまり,透水率の低いサンプルでは非常に大きな強度低下が起こることが確認された.また,従来不安定挙動が起こらないとされてきた,排水条件下においても不安定なすべり挙動が起こることがわかった.この不安定挙動は,断層面上の局所的な高間隙水圧に起因すると考えられ,脱水反応に伴って変化する断層近傍の透水率の変化が断層のすべり挙動を支配することが明らかとなってきた.その後京都大学では,排水条件下で高速摩擦実験(すべり速度>1m/s)を行い,地震時の高速すべりに伴う摩擦発熱が蛇紋岩のすべり挙動に与える影響を調べた.実験および断層面の温度計算結果から,すべり開始とともに摩擦発熱によって脱水反応が起こり,断層の摩擦係数が0.9から0.15まで劇的に減少することが明らかとなった.この結果は,蛇紋岩岩体に地震によるクラックの伝播が到達した場合,摩擦発熱により脱水反応が誘発され,さらにクラック沿いにすべりが加速することを示唆している.来年度は,補足実験を行いながら,これらの実験データがプレート境界地震の分布をうまく説明できることを検証していきたい.

本研究は,プレート境界地震発生帯に広く分布している蛇紋岩に焦点をあて,蛇紋岩の脱水反応に伴って断層のレオロジーがどのように変化するのかを,高速摩擦試験機と高温高圧ねじり試験機を連携させて明らかにすることである.高速摩擦実験の結果,地震時のすべり速度(>0.5m/s)に達すると,すべり開始とともに断層の摩擦係数が0.9から0.15まで減少することが明らかとなった.温度測定とFEMによる温度計算の結果によると,断層面は脱水反応が起こる温度に達していないものの,アスペリティ(真の接触域)におけるflash temperatureは,脱水反応に十分な600°C以上に達していることがわかった.このように,局所的な摩擦発熱により脱水反応が起こり,それに伴って断層の強度が劇的に減少することが初めて示された.断層の強度低下の要因をさらに詳しく調べるため,高温高圧ねじり試験機を用いた摩擦実験をおこなった.実験では,断層をゆっくり(<0.1mm/s)滑らせながら,電気炉を用いて温度を上昇させて脱水反応を起こし,反応に伴ってどのように摩擦が変化するかを調べた.その結果,温度上昇率が大きくなると,排水条件(水が断層面から排出される条件)においても,脱水反応に伴って大きな強度低下が起こることがわかった.これは,脱水反応に伴う間隙水圧の上昇率が排出率を上まわったためである.摩擦発熱に伴う温度上昇率は,高温高圧実験より5オーダー以上大きいことから,高速実験においても局所的に間隙圧が上昇して断層の強度が低下したと考えられる.以上の2つの実験から,地震時には断層帯内部の含水鉱物が摩擦発熱によって脱水して,反応生成物である水の圧力が上昇することによって断層の強度が劇的に減少することがわかった.地震時に摩擦係数が0.10.2になるという本研究から得られたデータは,断層沿いの地殻熱流量測定から推測される値とよく一致しており,非常に現実的な地震時の断層の強度低下機構になると考えられる.
南東マヤ地域における都市の形成過程に関する考古学的研究

2003年度、2004年度にホンジュラス共和国コパン県に位置するロス・イゴス遣跡、エル・アブラ遺跡、エル・プエンテ遺跡の3遺跡において発掘調査をおこなった。本研究における発掘調査の目的は、古典期(AD250AD900)に南東マヤ地域最大のセンターであるコパン遺跡の周縁部において、地方センターがどのようなプロセスを経て形成されていくのかを明らかにすることである。上記3遺跡は、コパン遺跡北東約60kmに位置するラ・エントラーダ地域に分布する8箇所の地方センターの一部であるが、発掘調査の結果、少なくともフロリダ谷に位置するエル・アブラ遺跡とエル・プエンテ遺跡の起源はほぼ同時期と考えられる資料を得た。一方、ロス・イゴス遺跡は斜面を利用して構築されていることから層位学的に良好なサンプルを得ることができなかったが、二次堆積層から原古典期の年代を示す放射性炭素年代測定結果が得られている。本年度は、現地において、出土土器資料の予備分類を現地スタッフを中心に進めた。予備分類については、メソアメリカ地域の考古学研究で広く採用されているタイプ・ヴァラエティ・システムに準じておこなうが、適宜、周辺地域では唯一土器編年が整備されているレネ・ヴィエルによるコパン編年を参考にしている。また、図面も現地スタッフの協力の下、データ化を進行中である。これらの成果の一部は、2005年12月に開催された古代アメリカ学会第10回研究大会において報告した。本研究では、地方センターの起源に重点を置いた発掘方法を採用したが、より詳細な都市形成過程の解明には建造物のシークエンス研究が必要不可欠であり、そのための集中的な調査が望まれる。本年度はこうした視点も含め、ホンジュラス国立人類学歴史学研究所所長リカルド・アグルシア氏と本研究が対象とするラ・エントラーダ地域での今後の考古学調査研究の展開についても協議をおこなった。ホンジュラス共和国、コパン県ラ・ヒグア市に所在するエル・プエンテ遺跡において発掘調査を実施した。調査対象は中心グループ西端の建造物6を中心とし、現状確認のための測量調査を実施した後、保存状態のより良好な建造物6の上部構造部分の発掘をおこなった。その結果、3つの部屋が存在し、内部に崩落した屋根構造は疑似アーチをもつ荒石積みであったことを確認した。また、主室のベンチも約4mの長さがあり、同遺跡中最大規模である。中心グループ内で建造物6が占める位置や今回の調査結果から同遺跡の支配者の居住用マウンドであった可能性も高まった。ホンジュラス国立人類学歴史学研究所と協議の上、将来的な保存修復も勘案し、建造物6の発掘調査部分には可動式の屋根を設け、継続的に調査することにした。また、建造物6、および7の背面に位置する建造物8についても建造物6・7との関連を明らかにするために試掘謂査をおこなったが、その結果、漆喰の床を伴う基壇であることを確認した。基壇の南北にはプラサからのアクセスのための階段構造も良い状態で保存されている。今回の調査地点は、10年以上にわたるエル・プエンテ遺跡の調査の中でも、未調査地点であり、重要な知見が得られた。調査結果の詳細については"INVESTIGACIONES DE LAS ESTRU CTURAS6,7 Y 8EN EL GRUPO PRINCIPAL DELSITIO EL PUENTE : Informe Preliminar de OPERACIONXIII"を作成した。なお、今回の調査成果については、現地での関心も高く、9月27日付けで地元有力紙であるLa Prensa紙で報道された(http://www.laprensahn.com/nacionales.php?id=877&tabla=September_2003&fecha=20030927)。昨年度に引き続き、エル・プエンテ遺跡、建造物6の調査をおこなった。建造物6の上部構造については、昨年度、疑似アーチをもつ構造であることを確認したが、今年度は崩落した天井部材、壁を取り除き、主室を含む部屋の精査をおこなった。また、疑似アーチを構成するボベダや覆石はナンバリングの上、取り上げ保管した。崩落した石材を除去した上で、改めて現状での立面図、平面図、および断面図の作成をおこない、今後の調査・修復の資料を作成した。また、併せて、今期はラ・エントラーダ地域における地方センターの成立の様相を明らかにするため、エル・プエンテ遺跡の南西約2kmに位置するエル・アブラ遺跡において試掘調査をおこなった。試掘地点として選択したのは、ラ・エントラーダ考古学プロジェクト第1フェーズでも未調査であったプラサEとKである。プラサEはアラバスター製容器が出土した可能性の高い建造物22を擁しており、また、プラザKはモタグア川下流域的サイトプランを呈する。プラサEでは、建造物22正面の床面下に石造構築物が埋まっていることが確認された。建築材の選択に小型の粗い整形の凝灰岩を用いている点など、エル・プエンテ遺跡最古段階の建造物に共通する特徴が見られた。一方、プラサKではその中央部に設定した試掘坑において、二次葬と思われる埋葬を検出し、副葬品、および層位から、プラサKの建設は古典期中期後半後期に始まることが確認された。また、エル・アブラ遺跡出土炭化物については、放射性炭素年代測定も実施した。

さらに、サンタ・バルバラ県のスーラ遺跡については、農業用水用の配管工事により遺跡が一部壊されたため、巡検をおこない、報告書を作成した。なお、昨年度の成果については、2004年6月にホンジュラス、テグシガルパでおこなわれた第8回ホンジュラス人類学会において発表をおこなった。2003年度、2004年度にホンジュラス共和国コパン県に位置するロス・イゴス遣跡、エル・アブラ遺跡、エル・プエンテ遺跡の3遺跡において発掘調査をおこなった。本研究における発掘調査の目的は、古典期(AD250AD900)に南東マヤ地域最大のセンターであるコパン遺跡の周縁部において、地方センターがどのようなプロセスを経て形成されていくのかを明らかにすることである。上記3遺跡は、コパン遺跡北東約60kmに位置するラ・エントラーダ地域に分布する8箇所の地方センターの一部であるが、発掘調査の結果、少なくともフロリダ谷に位置するエル・アブラ遺跡とエル・プエンテ遺跡の起源はほぼ同時期と考えられる資料を得た。一方、ロス・イゴス遺跡は斜面を利用して構築されていることから層位学的に良好なサンプルを得ることができなかったが、二次堆積層から原古典期の年代を示す放射性炭素年代測定結果が得られている。本年度は、現地において、出土土器資料の予備分類を現地スタッフを中心に進めた。予備分類については、メソアメリカ地域の考古学研究で広く採用されているタイプ・ヴァラエティ・システムに準じておこなうが、適宜、周辺地域では唯一土器編年が整備されているレネ・ヴィエルによるコパン編年を参考にしている。また、図面も現地スタッフの協力の下、データ化を進行中である。これらの成果の一部は、2005年12月に開催された古代アメリカ学会第10回研究大会において報告した。本研究では、地方センターの起源に重点を置いた発掘方法を採用したが、より詳細な都市形成過程の解明には建造物のシークエンス研究が必要不可欠であり、そのための集中的な調査が望まれる。本年度はこうした視点も含め、ホンジュラス国立人類学歴史学研究所所長リカルド・アグルシア氏と本研究が対象とするラ・エントラーダ地域での今後の考古学調査研究の展開についても協議をおこなった。
漢方薬の粘膜免疫の活性化能を応用した粘膜ワクチンの開発

インフルエンザの予防には経鼻ワクチンが効果的であるが、その免疫誘導にはアジュバンドが必要である.本研究では,粘膜免疫を増強する漢方薬が,経口アジュバンドとなることを提唱し,麻黄湯が肺・血清中のIgA・IgG抗体産生量を増強することを明らかにし,さらに経鼻ワクチン接種後のウイルス抗原特異的な抗体を誘導することを明らかにした。インフルエンザなどの感染性疾患の感染を予防するためには,気道や消化管の粘膜でのIgAの産生を誘導する粘膜ワクチンが必要だが,これにはアジュバントを用いることが必須である.しかし,これまでに提唱されている粘膜ワクチンのアジュバントは,それ自身の炎症誘発作用の問題や,医療経済学的問題から実用化された例はほとんどない.我々は,呼吸器疾患領域で鎮咳去痰薬として用いられる麦門冬湯を中心に,その薬理作用のプロファイルを調べてきた.麦門冬湯は,既に粘膜ワクチンのアジュバントとしての有用性が示されている肺サーファクタントの分泌促進作用とともに粘膜免疫賦活作用をもち,過剰な炎症反応を抑制することから,理想的な粘膜免疫アジュバントとしての性質をもつと考えられた.本研究により,麦門冬湯は気道粘膜上のIgA産生量を増加させることが判明し粘膜免疫賦活作用および肺サーファクタントの産生・分泌促進作用に伴って気道粘膜上の感染防御に有効である可能性が考えられた。また,麻黄湯は麦門冬湯より強いIgA産生増加作用を示し、インフルエンザ等の感染症にある程度,有効であることが示唆された.しかし,インフルエンザワクチンの鼻腔内接種後のウイルス特異的IgA産生量は弱く,粘膜ワクチンのアジュバントとするにはさらに検討が必要である。これらの成績は,漢方薬の免疫誘導効果は初期の感染症の治癒に貢献している可能性を示唆しており,粘膜ワクチンの開発原理を考える上で興味深い.インフルエンザなどの感染性疾患の感染を予防するためには,気道や消化管の粘膜でのIgAの産生を誘導する粘膜ワクチンが必要だが,これにはアジュバントを用いることが必須である。本研究は、漢方薬の免疫賦活作用を検討し、アジュバントとしての有用性を見出すものである。本年度は、麦門冬湯および麻黄湯について検討した。BALB/cマウスに漢方薬を500mg/kg/day,14日間経口投与後、マウスの血液中および肺洗浄液中のIgA抗体量とIgG抗体量をELISA法により測定した。その結果、血液中のIgA抗体量は麦門冬湯投与群では対照群と岡程度、麻黄湯投与群では約1.6倍と有意に増加した。さらに、インフルエンザHAワクチンを鼻腔内接種し、漢方薬を同条件で14日間経口投与後、各抗体量をEHSA法により測定した。血液中のIgA抗体量は麦門冬湯投与群では約1.3倍、麻黄湯投与群では約1。7倍と有意に増加した。肺洗浄液中のIgA抗体量は麻黄湯を28日間投与したマウスのみに約2倍の増加が認められた。また、血液中のIgG抗体量は28日間投与群において麦門冬湯で約1.8倍、麻黄湯で約2倍の増加が見られた。さらにHA抗原に特異的な抗体量を調べるために、HI試験法によりインフルエンザHA抗原による赤血球凝集反応に対する阻害活性を検討した結果、血液において麦門冬湯投与群では約4.8倍、麻黄湯投与群では約7.8倍の阻害活性の増加が見られた。一方、肺洗浄液には阻害活性の増加は認められなかった。これらの結果より、麦門冬湯および麻黄湯にはIgA抗体、IgG抗体産生の誘導効果があり、特に麻黄湯の作用は顕著であることが明らかとなった。血液中ではインフルエンザウイルスに特異的な抗体の増加も見られたことから、アジュバント効果も認められたが、肺洗浄液中のウイルスに特異的な分泌型IgAの増加には至らなかったことから、さらに検討が必要である。インフルエンザなどの感染性疾患の感染を予防するためには,気道や消化管の粘膜でのIgAの産生を誘導する粘膜ワクチンが必要だが,これにはアジュバントを用いることが必須である。本研究は、漢方薬の免疫賦活作用を検討しアジュバントとしての有用性を見出すものである。その結果、血液中のIgA抗体量は麦門冬湯投与群では対照群と同程度、麻黄湯投与群では約1.6倍と有意に増加した。さらに、インフルエンザHAワクチンを鼻腔内接種し、漢方薬を同条件で14日間経口投与後、各抗体量をELISA法により測定した。血液中のIgA抗体量は麦門冬湯投与群では約1.3倍、麻黄湯投与群では約1.7倍と有意に増加した。

また、血液中のIgG抗体量は28日間投与群において麦門冬湯で約1.8倍、麻黄湯で約2倍の増加が見られた。さらにHA抗原に特異的な抗体量を調べるためにHI試験法によりインフルエンザHA抗原による赤血球凝集反応に対する阻害活性を検討した結果、血液において麦門冬湯投与群では約4.8倍、麻黄湯投与群では約7.8倍の阻害活性の増加が見られた。一方、肺洗浄液には阻害活性の増加は認められなかった。これらの結果より、麦門冬湯および麻黄湯にはIgA抗体、IgG抗体産生の誘導効果があり、特に麻黄湯の作用は顕著であることが明らかとなった。血液中ではインフルエンザウイルスに特異的な抗体の増加も見られたことから、アジュバント効果も認められたが、肺洗浄液中のウイルスに特異的な分泌型IgAの増加には至らなかった。動物実験による評価系であるために結果がでるまでに時間がかかり、マウスの解剖や採血にはテクニックを要するためにデータのばらつきが多い。24年度が最終年度であるため、記入しない。麻黄湯を中心に免疫誘導効果およびアジュバント効果を検討する。マウスの解剖や採血時には、熟練したスタッフを動員する。
ジベレリン信号伝達に関与するNtCDPK1の自己リン酸化の生理的意義の解明

本研究は、これまで不明であったNtCDPK1の自己リン酸化の生理的な役割を明らかにした。まず、NtCDPK1の自己リン酸化部位を同定した。続いて、NtCDPK1の自己リン酸化により基質RSGとの結合能が低下するだけでなく、自己リン酸化によりRSGに対するリン酸化が抑制されることを明らかにした。また、RSGとは逆にミエリン塩基性タンパク質はNtCDPK1の自己リン酸化によりリン酸化されやすくなることが示された。これらの結果から、自己リン酸化によりRSGが一過的にリン酸化される機構や自己リン酸化により基質の選択性が変化する機構の存在が示唆された。タバコのbZIP型転写因子RSGは植物ホルモン・ジベレリン(GA)の内生量調節に関与する。RSGは14-3-3によって負に制御されている。カルシウム依存性タンパク質リン酸化酵素NtCDPK1はRSGをリン酸化し、RSGと14-3-3の結合を促進する酵素として単離された。NtCDPK1はRSGをリン酸化するだけでなく、自己リン酸化されることも明らかになった。本研究は、NtCDPK1の自己リン酸化部位を同定し、NtCDPK1の自己リン酸化が基質のリン酸化に与える影響を明らかにすることを目的とした。CDPKは植物のカルシウム信号伝達において中心的な役割を果たしており、遺伝学的な解析から多くの生理的な機能が明らかにされてきた。しかしながら、分子レベルでのCDPKの機能制御機構に関して未解明な点が多い。CDPKは多くのキナーゼとは異なり、触媒領域のactivation loop以外の部位が自己リン酸化されると予想されるが、その生理的な意味の解明には至っていない。平成27年度の研究実績として、質量分析により、NtCDPK1の自己リン酸化部位を同定した。続いて、自己リン酸化部位に非リン酸化変異であるAla置換、および疑似リン酸化変異であるAsp置換を導入し、RSGのリン酸化能やキナーゼ活性への影響を調べた。さらに、アミノ酸置換がNtCDPK1過剰発現植物の発芽率に与える影響を調べた。本研究により、NtCDPK1の自己リン酸化は基質リン酸化能に影響を与えるという新たな知見が得られた。平成27年度の計画通り、以下の実験を行った。(1) NtCDPK1の自己リン酸化部位を質量分析で同定した。(2)自己リン酸化部位に非リン酸化変異であるAla置換、および疑似リン酸化変異であるAsp置換を導入し、RSGのリン酸化能やキナーゼ活性への影響を調べた。(3)アミノ酸置換がNtCDPK1過剰発現植物の発芽率に与える影響を調べた。また、本研究課題に加えて、自己リン酸化部への変異の導入によりNtCDPK1と14-3-3の結合様式についても新たな知見が得られた。平成28年度の研究実績として、NtCDPK1の自己リン酸化は基質の親和性に影響を与えることで、自己リン酸化の前後でリン酸化する基質を変化させる可能性が示された。NtCDPK1の自己リン酸化部位は植物細胞内でもリン酸化された。また、自己リン酸化部位に非リン酸化変異であるAla置換、および疑似リン酸化変異であるAsp置換を導入したNtCDPK1を発現させた植物では発芽率に影響が見られた。したがって、植物細胞内においてもNtCDPK1の自己リン酸化は生理的な役割をもつと考えられる。本研究により、これまで不明であったCDPKの自己リン酸化の機能を明らかにすることができた。平成28年度の研究計画に沿って、(1)植物細胞内でのNtCDPK1の自己リン酸化の検出、(2)変異型NtCDPK1の細胞内局在の解析、(3) NtCDPK1の新たな基質の探索を行う。

また、自己リン酸化部位への変異の導入により、14-3-3はこれまでに見つかっていない結合様式を介してNtCDPK1に結合している可能性が示唆された。このような結合は、14-3-3がNtCDPK1からRSGに効率よく受け渡されるために必要と考えられる。14-3-3は真核生物に広く存在するタンパク質で、多くのリン酸化タンパク質に結合することで標的タンパク質の機能を制御している。標的タンパク質に14-3-3を素早く受け渡す仕組みは細胞内の信号伝達を正確に伝えるために重要であると思われる。14-3-3のNtCDPK1への結合様式を明らかにすることができれば、植物のみならず多くの真核生物における14-3-3を介した信号伝達の制御機構を解明する一助になると考える。そこで、平成28年度は本研究課題であるNtCDPK1の自己リン酸化の生理的意義の解明に加えて、NtCDPK1と14-3-3の結合についても解析を進める。植物生理学・分子生物学平成27年度の研究計画で記述したように、質量分析でNtCDPK1の自己リン酸化部位を同定したが、想定以上に実験が順調に進み、費用を少なく抑えることができた。したがって、次年度使用額が生じた。当初の研究計画に沿って、平成28年度分として申請した助成金を使用し、ジベレリン信号伝達に関与するNtCDPK1の自己リン酸化の生理的意義を解明する。また、今後の研究の推進方策で示したようにNtCDPK1と14-3-3の結合について興味深い知見が得られたので、平成27年度の未使用額はNtCDPK1と14-3-3の結合様式を詳しく調べるために使用する。
'非分割'ゲノム解析戦略「迅速ROSOR法」の高速性評価実験

(1)第一段階(ランダムPCR過程)から第二段階(PCRリレー過程)への切り換え問題シーケンシングの効率を議論する際に、冗長度(R)で評価するとき、PCRリレーの段階は方法論から、R=2であるが、手間がかかり、実効的にR=46である。ショットガン法のような完全ランダム過程でゲノム全体の配列決定を考え、全体のα(0≦α≦1)だけ配列決定したときのシミュレーション結果から、[ R=-2.1log(1-α)+0.5]が導かれ、さらに、[α=1-10^<(0.5-c)/2.1>]で効率最高となることが示された(eは第二段での単位作業量)。e=4とすると、α=0.978、また、e=10とするとα=0.99997となり、いずれにしろ、かなり深くまで、第一段階を追求することが全体の効率を高めることにつながることが示された。(2)大腸菌ゲノムでのシミュレーション結果がヒトゲノムにまで適用できるか否かの問題この問題はゲノムサイズNと配列決定用DNA断片サイズnと配列決定割合αの関数として、コンティグ数(Ct)や冗長度(R)を求めた。その結果、Ct/NはNに殆ど依存しないが、nへは依存することがしめされた。従って、ランダムシーケンシングを採用する限り、実質的に作業量はゲノムサイズに比例するに過ぎないことがわかった。ランダムPCRの'非ランダム性'評価ランダムPCRはプライマーの塩基配列によって、選びあげるDNA断片を操作しえて、ある種の計画性(ヒット確信度φ)を付与する。計算結果、φが数%から数10%、ランダムから有意にずれていることが明らかになった。(4)ランダムPCRによる大腸菌ゲノムシーケンシングシミュレーションとランダムPCRの実践もとはPASCALで開発したが、計算機資源環境の変化に対応して、より汎用性の高いVisual Basicに換えて作成を続けている。より高速なものにするために、「相補性要件」を重視し、それにより一次スクリーニングすることを基本とした。また、大腸菌ゲノムに対して、新たに灼く50試料のランダムPCR/TGGE解析を行い、これまでの研究成果を支持する結果を得、信頼性を高めた。同時に、ランダムPCR用プライマーの5'末端ラベル法を開発した。
紫外発光ダイオードを利用した電源自立型水処理システムの開発と実証

本研究は、紫外発光ダイオード(UV-LED)を備えた水処理装置を開発し、無電源状況下でも利用可能な電源自立型システムを構築することで、山間過疎地や途上国、大規模災害などの非常時に安全な水を安定的に供給するシステムの実現を目指すものである。特に、給水末端で使用の都度に水を処理するPoint-of-Use(POU)型、建物の入り口で処理するPoint-of-Entry(POE)型、集落規模の飲料水供給施設など、いわゆる個別分散型システムへのUV-LED適用を検討した。UV-LEDを搭載した小型POU装置を選定し、その性能を評価した。実験室規模の不活化実験では、指標微生物(大腸菌、大腸菌ファージMS2およびQβ、枯草菌芽胞)および病原微生物(レジオネラ菌、緑膿菌、腸炎ビブリオ、アデノウイルス、ネコカリシウイルスなど)を対象とした。微生物種の違いによる紫外線感受性の違いを一覧するため、一連の研究で得られた多様な微生物種のUV-LED不活化特性を一編の論文に統合し、国際学会および査読付き欧文学術誌で発表した。実証規模では、国内の山間過疎地にUV-LED装置を設置し長期運転を継続中である。また、ベトナムのハノイでPOU市場調査と実証試験を開始している。オフグリッド地域でも利用可能な電源として、太陽電池を検討した。初めに、実験室規模で人工光源を利用し、太陽電池だけでUV-LED照射装置を点灯し大腸菌を不活化できることを確認し、その成果を国内学会で口頭発表したほか、査読付き欧文学術誌に投稿し現在査読中である。さらに、天然太陽光を光源とする屋外実証試験を目指し、試作機の製作と蓄電システムの検討を進めている。加えて、太陽放射強度が強い地域の一例としてフィリピンの離島を選定し、現地住民の水利用実態調査などを開始している。当初計画をほぼ完了し、相応の研究成果を得ている。実証規模での試験を継続さらに展開する。国内では、山間過疎地で現在長期運転中のUV-LED装置の性能評価を継続するほか、原水水質が異なる場合の知見を得る目的で、設置場所の増設も検討する。また、ベトナムのハノイで実施中のPOU市場調査と実証試験を継続・拡大する。オフグリッド地域でも利用可能な電源として、太陽電池の検討を継続する。特に、天然太陽光を光源とする屋外実証試験の実現を目指し、試作機の製作と蓄電システムの最適化を完了し、国内の夏季・晴天時に屋外試験を試したのち、前年度に選定済みのフィリピンの離島での実証試験開始を目指す。成果を国内外の学会で発表するほか、査読付き欧文学術誌に投稿する。
電子波エレクトロニクス

電子波デバイスのための表面界面構造をSTMを試作し、大気中および超高真空で、原子スケ-ルで観察評価しその場加工を実現した。(難波)段差基板上に成長したGaAs/AlAs量子井戸構造の品質を向上するとともに微細なサブミクロンのファセット領域にキャリアをコンファインできることを確認した。(冷水)全ての電子が基底準位にある量子細線での界面散乱を解析し、電子数が増すと移動度が顕著に上昇することを示した。量子井戸端面上のMBE成長も可能にした。(榊)コヒ-レントなホットエレクトロンの為に必要な結晶成長条件を明らかにした。又、結晶成長によるX線マスク作製を提案し、初期的実験で100nm構造の転写を達成した。(古屋)半導体微結晶の表面準位が3次の非線型光学応答を増大すると同時に、多彩なスペクトル構造をもたらすことが分かった。フレンケル励起子系の時間分解スペクトルが求められた。(花村) AlGaAs/GaAsマイクロ共振器における直流電界印加による自然放出光結合係数スイッチングを用いて、自然放出光の連続的制御を実験的に検証した。(山西) GaAs/AlGaAs二重量子井戸構造における電子のエネルギ-緩和時間とトンネル時間のエネルギ-準位間隔依存性および表面凹凸散乱効果を明らかにした。(赤崎)MOS接合からの発光分光によりトンネル電子による発光過程を明らかにした。Si試料のSTM発光実験においてp型とn型で異なった可視域の発光特性を観測した。(潮田)本研究の目的である、Geの伝導帯のΛ軸上における電子波干渉効果を観測する基礎として、トンネリングにおける波数横成分の保存性をn-Siにおいて確認した。(尾崎)電子とレ-ザ-光との相互作用となる微小間隙回路の具体的な回路構成を決定し、その製作のための基礎的技術を確立した。(水野)電子波デバイスのための表面界面構造をSTMを試作し、大気中および超高真空で、原子スケ-ルで観察評価しその場加工を実現した。(水野)