hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
FeドープInAs/GaSbヘテロ接合による新規物性現象と次世代デバイスの創製

1単結晶の強磁性半導体(Ga,Fe)Sb薄膜(Fe濃度が30%、膜厚15ー55nm、キュリー温度300K以上)を成長し、強磁性共鳴現象の観測に成功した。共鳴磁場の磁場角度依存性の解析によって(Ga,Fe)Sb薄膜では膜厚増大に伴って磁化容易軸が面内方向から面直方向に切り替わる現象を強磁性半導体において初めて観測し、磁気異方性の制御に成功した。2室温強磁性半導体(Ga,Fe)Sbのバンド構造の解明:磁気円二色性の分光法を用いて(Ga,Fe)Sbではフェルミレベルが禁制帯中に形成した不純物帯の中にあることを明らかにした。3(Ga,Fe)Sb/InAs量子井戸のヘテロ構造において新しい巨大近接磁気抵抗効果を初めて観測、機構解明及びスピントランジスタのデバイス実証に成功した。この磁気抵抗はInAs/(Ga,Fe)Sb界面における長距離磁気近接効果に起因され、強度(80%)、異方性で他の強磁性/非磁性二層構造で観測された磁気抵抗と全く異なる。ゲート電圧で近接磁気抵抗の強度を1桁も制御でき、磁気近接効果によるInAs量子井戸のスピン分裂エネルギーを20倍(0.17 3.8 meV)も増大できた。本成果は、磁気ゲートで制御可能なトランジスタ及びマジョラナフェルミオンの実現素子につながると期待できる。5Nb/(In,Fe)As/Nbのジョセフソン接合において、強磁性半導体で初ての近接効果による超伝導電流を超長距離(1μm)の接合にわたって流れることを観測し、スピントリップレット状態が誘発されたことを強く示唆した結果である。30年度の当初計画では、1(Ga,Fe)Sb/InAs/(Ga,Fe)Sbの3層構造において巨大磁気抵抗効果の実現と制御する、2(Ga,Fe)Sb/InAs二層構造に基づくスピンゲーティングトランジスタの実現を予定していた。1の目的について予定通りに進み、(Ga,Fe)Sb/InAs/(Ga,Fe)Sbの3層構造の高品質の結晶成長及び巨大磁気抵抗効果(GMR)の実現に成功した。さらにInAsチャネル膜厚依存性、温度依存性、(Ga,Fe)SbのFe濃度依存性も系統的に評価し、この3層構造のスピン依存伝導現象を解明した。2の目的についも予定通り、InAs/(Ga,Fe)Sb二層構造の近接磁気抵抗のメカニズムを理解するためにラシュバスピン軌道相互作用の2次元電子ガスの理論モデルを構築し、実験結果をきれいに再現できた。上記以外の内容で、当初以上の進展があった内容は以下である。(Ga,Fe)Sbのバンド構造を磁気円二色性測定で解明し、この室温強磁性半導体のデバイス応用に重要な情報をもたらした。また2から、InAs/(Ga,Fe)Sbの二層構造で外部磁場による巨大電流整流特性を観測した。通常の伝導体では抵抗が磁場の偶関数になるはずだが、本構造では先行例より3桁ほど大きな奇関数成分が観測された。この現象は物性物理とデバイス応用の観点において大変重要な結果である。一方、Nb/(In,Fe)As/Nbのヘテロ接合においてスピントリップレット超伝導の観測にも成功した。さらにInAs/(Ga,Fe)Sb二層構造でゲート電圧より磁気近接効果を制御し、InAsのスピン分裂エネルギーを電気的な手法で制御可能なことも示唆した。
ミニネットワークELF-MT法観測装置の開発

本研究では、従来のELF,ULF-MT法に、本研究者によって新たに開発されたネットワークMT法の概念を導入した観測のための測定装置の開発を行なった。従来の観測では、電場磁場それぞれ水平2成分のみの観測を行ない、順次観測点を移動して地域の地下電気伝導度分布を求めてきた。本研究では、その従来の観測に加えて電場を6チャンネルで測定する装置を開発した。開発した装置は、現有のMT法観測装置に接続して用い、サンプリングタイミングは、現有の装置に同期させるようにした。1,024Hzから4秒毎迄のサンプリングが可能であり、サンプリングレートに応じたアンチエリアジングフィルター、AC電源帯域のノッチフィルターを装備した。16ビットでAD変換を行ない、データは直接3.5インチフロッピディスクに記録するようにした。電源は、12Vの自動車用バッテリ-を用いる。本装置を用いることによって、磁場2成分の測定点を中心として8電極点(約200m四方)で取り囲む領域のデータを1回の観測で得ることが出来る。観測域を移動する際は、ネットワークMT法の考えを取り入れ、電極点のいずれか数点(最低1点で良い)を前の観測点に重ねていく。こうすると全ての電極点が有機的に接続し、地域の3次元性を見積るのに必要な面的な電場磁場変動分布が非常に効率的に得られる。本装置の完成の後、八ヶ岳地磁気観測所において、動作確認、データのテスト的な取得を行なった。今後、本装置を用いた観測を火山体や断層帯で行なうことによって、3次元性を考慮した地下電気伝導度微細構造が決定されていくものと期待される。
不均一量子ドット集合体におけるラビ振動ダイナミクスの解明と集団コヒーレンスの生成

歪補償法により作製した半導体量子ドット中の励起子を対象として、通信波長帯超短パルスを用いた量子力学的重ね合わせ状態の高速制御(ラビ振動制御)に成功した。また量子ドットに特有の様々な不均一性が、ラビ振動ダイナミクスに与える影響について明らかにした。この結果は、光と固体2準位系とのコヒーレントな相互作用を理解する上で重要な成果であると言える。本研究では、不均一量子ドット集合体におけるラビ振動ダイナミクスを解明することを目的に研究を行なっている。本年度は、不均一集合体特有の効果であるパルス面積(入射光電場、遷移双極子モーメント)の不均一分布や、入射光エネルギーと励起子エネルギーの離調の不均一分布が、ラビ振動のマクロな応答に与える影響について実験的・理論的に詳しく調べた。歪補償法と呼ばれる手法で作製した超積層InAs量子ドットにおいて、四光波混合信号強度およびポンプ-プローブ法による透過光強度変化の励起強度依存性を測定することにより、励起子分極および励起子ポピュレーションのラビ振動を調べた。その結果、単一の量子ドットには見られないパルス面積に依存した非単調な振動構造が見られること、励起子分極と励起子ポピュレーションでラビ振動の挙動が大きく異なることを見出した。我々は、入射光電場、遷移双極子モーメント、離調の不均一分布を考慮した理想2準位モデルによる計算を行い、振幅以外のフィッティングパラメタを用いていないにも関わらず、計算結果が実験結果を非常に良く再現することを明らかにした。またその結果、四光波混合過程においては、考慮すべき離調分布が励起光パルスのスペクトル幅程度でよいということを見出した。これはスペクトル幅よりも大きな離調をもつ量子ドットでは、四光波混合信号の位相が不確定になり、信号に寄与しないためだと考えられる。今回我々が得た研究結果は、量子ドット集合体において、マクロなラビ振動がどのように振舞うのか初めて明らかにするものであり、不均一性の大きな2準位系と光とのコヒーレントな相互作用を理解する上で重要な成果と言える。本研究の目的は、不均一量子ドット集合体におけるラビ振動ダイナミクスを解明することである。そこで本研究では、励起子のコヒーレンス時間が長くラビ振動観測に適した超積層歪補償InAs量子ドット集合体を対象として、フォトンエコー法およびポンププローブ法によるラビ振動の観測を行ない、詳細な理論解析を行なった。平成21年度は、量子ドットサンプル面上における入射光電場や離調、遷移双極子モーメントの不均一性がラビ振動のマクロな応答に与える影響について明らかにしたが、平成22年度はサンプル面上における不均一性だけではなく、信号が検出器に到達するまでの伝搬効果を取りいれた詳細な解析を行なった。理論計算の結果、入射光電場がガウシアン分布をしている場合、サンプル面上から離れた検出器直前でのフォトンエコー信号電場分布が、平均パルス面積の大きさによって大きく変化することを見出した。検出器直前における信号電場分布は平均パルス面積が大きくなる程空間的に大きく広がり、したがって、検出器前に設置されたアパーチャーのサイズや位置によって、観測されるラビ振動のマクロな応答が大きく変化することを明らかにした。フォトンエコー信号の伝搬効果まで取り入れてラビ振動を解析した報告は他になく、2準位系集団におけるラビ振動の基本的な振る舞いを理解する上で、重要な成果であると言える。このような詳細なラビ振動解析が可能となったのは、遷移双極子モーメントなど解析に必要な物理量をラビ振動実験とは独立に高い精度で実験的に見積もったことにより、フィッティングパラメタを用いずにラビ振動の理論解析が可能になったためであり、本研究の独創的な点であると言える。
三次元培養法を用いた新たな抗癌剤感受性試験の有用性の検討-女性性器癌に対する有効薬剤の選択を指向して-

HDRAはCDDPの卵巣癌に対する臨床効果を予測率81%という高い確率で予測しうることが示されている。そこで、臨床での奏効度との高い相関が得られる一因としてapoptosisに着目し、腫瘍片中に誘導されたapoptosisを免疫組織化学染色(TUNEL染色)により検出、薬剤感受性との関連性について検討した。HDRAにおいてカットオフ値(25μg/ml)以下でCDDP高感受性と判定された症例で、薬剤無処置群ではapoptosis細胞はほとんど観察されなかったが、CDDP処理群では観察された。また、感受性の異なる卵巣癌検体についてCDDP6.25μg/mlで処理した場合高感受性例ではapoptosis細胞が多くみられたのに対し、低感受性例では殆どみられなかった。そこで、各検体におけるapoptosisの発現率を調べ、HDRAにおけるCDDPに対する感受性とapoptosisの関係について検討した。CDDP6.25μg/ml処理時の腫瘍細胞1000個あたりのapoptosis細胞数の割合をapoptotic indexとして高感受性例7例、低感受性例14例について比較したところ、高感受性群の値は有意に高く(P<0.01)、HDRAにおける感受性をよく反映していると考えられた。以上のことより、HDRAで測定される感受性は、主としてapoptosis誘導能をはじめとする殺細胞効果を反映していることが示唆され、これが臨床における奏効度とよく相関する一因と考えれた。さらに、新規抗癌剤であるTaxol.SN-38(CPT-11の活性体)の卵巣癌に対するIC_<50>値と臨床効果との相関をHDRAにおいて検討した。Taxolではmean±SD=49.9±38.6μg/ml(n=28)、SN-38では0.663±0.904μg/ml(n=14)という結果が得られた。よって、両薬剤はHDRAを用いた感受性試験による評価が可能であることが示唆された。卵巣癌88症例(漿液性嚢胞腺癌23例、粘液性嚢胞腺癌9例、明細胞腺癌28例、類内膜腺癌19例、その他9例)の新鮮手術検体に対してHDRAを施行した。薬剤無添加群の発色が不良であった3例を除き85例が判定可能であり、判定可能率は97%と非常に高率であった。また、個々の患者から摘出した癌細胞はHDRAにおいてCDDPに対してそれぞれ異なる感受性を示し、IC_<50>値(50%阻害濃度)の平均は48.9μg/mlであった。そこでCDDPの最適Cut Off濃度の設定を試みた。CDDPに対するIC_<50>値の分布から累積有効率曲線を作成し、その近似式に臨床奏効率の文献報告値,33%を代入することのよりカットオフ濃度を算出した。その結果、CDDPの最適カットオフ濃度25μg/mlであった。次にHDRAによる感受性と臨床奏効度との相関を検討するため、不完全手術例33症例のなかで測定可能病変を有し、術後にCDDPを含んだ化学療法を施行した15症例について奏効度を調査した。その結果HDRAによるIC_<50>値が25μg/ml以下、即ちCDDP高感受性と判定された8例においてはCR2例、PR5例、NC1例であったのに対しIC_<50>値が25μg/ml以上の群ではCR1例、NC5例、PD1例であった。従ってCRおよびPRを有効と判定した場合、HDRAの真陽性率は88%、真陰性率86%、感受性88%、特異性86%、予測率87%であり、従来法と比較して非常に良好な結果であった。また十分なサンプル量が得られた高感受性群5例、低感受性群3例についてGST活性を検討したところ高感受性群は23.4±19.9mU/mg proteinであったのに対し低感受性群は788.8±461.4mU/mg proteinと有意(P<0.01)な差がみられたことから臨床においてもGSTが薬剤の感受性に関与していることが示唆された。HDRAはCDDPの卵巣癌に対する臨床効果を予測率87%と高い確率で予測しうることが示唆されている。そこで、臨床での奏効度との高い相関が得られる一因を検討するためapoptosisに着目し、腫瘍片中に誘導されたapoptosisを免疫組織化学染色(TUNEL染色)により検出し、HDRAにより測定される薬剤感受性との関連性について検討した。HDRAでは培養期間中に腫瘍重量の増加が殆ど認められなかったことから、腫瘍細胞の増殖は最小限に止まるものと考えられた。そのため、HDRAにおけるapoptosisの多くは細胞増殖に依存しないものと考えられた。次にHDRAにおいてカットオフ濃度(25μg/ml)以下でCDDP高感受性と判断された症例で、薬剤無処置群ではapoptosis細胞はほとんど観察されなかったが、CDDP処理群ではapoptosis細胞が観察された。また、感受性の異なる卵巣癌検体2例についてCDDP6.25μg/mlで処理した場合、高感受性例ではapoptosis細胞が多くみられたのに対し、低感受性例では殆どみられなかった。

高感受性例3例、低感受性例5例についてCDDP6.25μg/ml処理時の腫瘍細胞1000個あたりのapoptosis細胞数の割合をapoptotic indexとして両者を比較したところ、高感受性群の値は低感受性群に比べて有意に高く(P<0.01)、HDRAにおける感受性をよく反映していると考えられた。以上のことより、HDRAで測定される感受性は、細胞増殖抑制効果よりも主としてapoptosis誘導能をはじめとする殺細胞効果を反映していることが示唆され、これが臨床における奏効度とよく相関する一因と考えられた。HDRAはCDDPの卵巣癌に対する臨床効果を予測率81%という高い確率で予測しうることが示されている。そこで、臨床での奏効度との高い相関が得られる一因としてapoptosisに着目し、腫瘍片中に誘導されたapoptosisを免疫組織化学染色(TUNEL染色)により検出、薬剤感受性との関連性について検討した。HDRAにおいてカットオフ値(25μg/ml)以下でCDDP高感受性と判定された症例で、薬剤無処置群ではapoptosis細胞はほとんど観察されなかったが、CDDP処理群では観察された。また、感受性の異なる卵巣癌検体についてCDDP6.25μg/mlで処理した場合高感受性例ではapoptosis細胞が多くみられたのに対し、低感受性例では殆どみられなかった。そこで、各検体におけるapoptosisの発現率を調べ、HDRAにおけるCDDPに対する感受性とapoptosisの関係について検討した。CDDP6.25μg/ml処理時の腫瘍細胞1000個あたりのapoptosis細胞数の割合をapoptotic indexとして高感受性例7例、低感受性例14例について比較したところ、高感受性群の値は有意に高く(P<0.01)、HDRAにおける感受性をよく反映していると考えられた。以上のことより、HDRAで測定される感受性は、主としてapoptosis誘導能をはじめとする殺細胞効果を反映していることが示唆され、これが臨床における奏効度とよく相関する一因と考えれた。さらに、新規抗癌剤であるTaxol.SN-38(CPT-11の活性体)の卵巣癌に対するIC_<50>値と臨床効果との相関をHDRAにおいて検討した。Taxolではmean±SD=49.9±38.6μg/ml(n=28)、SN-38では0.663±0.904μg/ml(n=14)という結果が得られた。よって、両薬剤はHDRAを用いた感受性試験による評価が可能であることが示唆された。
不完全情報あるいは間接的情報に基づく感染性の指標、基本再生産数の推定

基本再生産数R0は,一人の感染者が生み出す二次感染者数の平均値で与えられ,ワクチン接種率の目標設定や累積罹患率の予測など,感染症制御に係る保健医療政策の判断に欠かせない指標である.しかしながら,感染症の観察データは症候群に基づく患者数データに頼ることが多く,また小規模流行や流行の初期では観察情報が少ないため,R0の推定が困難な事例が多々存在する.本研究では,従来の理想的な観察データに基づくR0の推定を補間可能な不完全情報や間接情報を用いて実現することを目標としており,初年度は以下の研究を行った.マルチスケールモデルを用いたC型肝炎のR0の推定:この研究では従来の細胞レベルの数理モデルにおけるR0の推定ではなく,RNAスケールの動態と統合し,異なるRNA複製過程を加味したウイルス産生のR0の推定の理論的枠組みを構築した.人口集団の年齢構造と接触確率を実装したR0の推定:感染症は未感染者が感染者と接触することにより伝播するが,感染症伝播の確率はその接触の種類や頻度により大きく異なることが知られている.そこで,接触者と被接触者の年齢と接触パターンを加味した数理モデルを構築し,R0の推定を行った.遅延ランダム微分方程式の数値解析アルゴリズムの構築:感染症の流行は,未感染者と感染者や媒介生物の相互作用により記述される.しかしながら,必ずしもすべての要因をモデルに含めることができないこと,さらに実際の感染から報告までに時間の遅れがあるなど,その解析には適した数値計算法が不可欠である.初年度の課題である報告の遅れを加味したR0の推定において,既存の手法によるパラメータ推定を行った結果,十分な精度を保証することが困難であることが明らかとなった.そのため,課題に合わせたより精度の高い数値計算アルゴリズムを導出,その計算精度が保証されることを示した.計画では,初年度に報告の遅れを加味したエボラ出血熱のR0の推定を行う予定であったが,適した数値計算アルゴリズムが開発されておらず,数値計算法の構築から開始した.数値計算法の開発には成功し,現在,データに合わせたアルゴリズムの実装に取り組んでいる.一方で,次年度に予定していた実効距離と到着時間によって特徴付けられる国際的な伝播と,各国の国別流行情報を統一的に扱うR0の推定手法の構築では,各地域における感染症流行を統合して解析を行う必要があり,初年度はその理論的枠組みに取り組んだ.特に,ウイルス動態を事例に細胞レベルの動態とRNAレベルの動態を統合したマルチスケールモデルの構築に取り組み,異なるRNA複製過程を加味したウイルス産生のR0の推定手法の開発を行った.さらに,各国の国別流行情報を扱う上で,各国の人口集団の年齢構造はその国の流行拡大・縮小に大きく寄与する.そこで,日本におけるインフルエンザ流行を事例に,年齢構造と接触確率および接触パターンを加味したモデルによるR0の推定も行い,より頑強な推定手法を構築した.現在,これらの手法を実効距離と到達時間の数理モデルに統合し,実際の感染症流行データを用いたパラメータ推定に取り組んでいる.初年度の課題であった報告者数の経時的変化と死亡者数を用いたR0の推定では,既存の数値解析アルゴリズムの適用が困難であることが明らかとなったため,新たな数値解析手法の開発から行うこととなった.適したアルゴリズムの開発には成功しており,2019年度中に実装を行い,実際の観察データを用いたR0の推定を遂行する予定である.次年度の課題である新興感染症の国際的な流行拡大データを活用したR0の推定では,その土台となる,異なるスケールの動態を統一的に扱う理論的枠組みの構築,さらに各国の流行動態をより高い精度で把握するための年齢構造と接触確率,接触パターンを加味したR0の推定手法の構築を終えている.これらの手法を実効距離と到達時間のモデルに実装し,2003年のSARSの流行と,2009年のインフルエンザの流行時における感染者数データに適用し,R0の推定手法の構築と論文化を進める予定である.従来の研究では,報告された感染者数データを用いたR0の推定がなされてきた.近年,ゲノム情報を用いた推定が構築されつつあるが,これら二つの異なるデータを統合してR0を求めるという研究は,いまだなされていない.今後,さらなるゲノム情報が蓄えられることは明らかであり,本研究の課題に加え,報告者数とゲノム情報を統合したR0推定手法の構築にも取り組み,論文化を目指す.基本再生産数R0は,一人の感染者が生み出す二次感染者数の平均値で与えられ,ワクチン接種率の目標設定や累積罹患率の予測など,感染症制御に係る保健医療政策の判断に欠かせない指標である.しかしながら,感染症の観察データは症候群に基づく患者数データに頼ることが多く,また小規模流行や流行の初期では観察情報が少ないため,R0の推定が困難な事例が多々存在する.本研究では,従来の理想的な観察データに基づくR0の推定を補間可能な不完全情報や間接情報を用いて実現することを目標としており,初年度は以下の研究を行った.マルチスケールモデルを用いたC型肝炎のR0の推定:この研究では従来の細胞レベルの数理モデルにおけるR0の推定ではなく,RNAスケールの動態と統合し,異なるRNA複製過程を加味したウイルス産生のR0の推定の理論的枠組みを構築した.人口集団の年齢構造と接触確率を実装したR0の推定:感染症は未感染者が感染者と接触することにより伝播するが,感染症伝播の確率はその接触の種類や頻度により大きく異なることが知られている.そこで,接触者と被接触者の年齢と接触パターンを加味した数理モデルを構築し,R0の推定を行った.

遅延ランダム微分方程式の数値解析アルゴリズムの構築:感染症の流行は,未感染者と感染者や媒介生物の相互作用により記述される.しかしながら,必ずしもすべての要因をモデルに含めることができないこと,さらに実際の感染から報告までに時間の遅れがあるなど,その解析には適した数値計算法が不可欠である.初年度の課題である報告の遅れを加味したR0の推定において,既存の手法によるパラメータ推定を行った結果,十分な精度を保証することが困難であることが明らかとなった.そのため,課題に合わせたより精度の高い数値計算アルゴリズムを導出,その計算精度が保証されることを示した.計画では,初年度に報告の遅れを加味したエボラ出血熱のR0の推定を行う予定であったが,適した数値計算アルゴリズムが開発されておらず,数値計算法の構築から開始した.数値計算法の開発には成功し,現在,データに合わせたアルゴリズムの実装に取り組んでいる.一方で,次年度に予定していた実効距離と到着時間によって特徴付けられる国際的な伝播と,各国の国別流行情報を統一的に扱うR0の推定手法の構築では,各地域における感染症流行を統合して解析を行う必要があり,初年度はその理論的枠組みに取り組んだ.特に,ウイルス動態を事例に細胞レベルの動態とRNAレベルの動態を統合したマルチスケールモデルの構築に取り組み,異なるRNA複製過程を加味したウイルス産生のR0の推定手法の開発を行った.さらに,各国の国別流行情報を扱う上で,各国の人口集団の年齢構造はその国の流行拡大・縮小に大きく寄与する.そこで,日本におけるインフルエンザ流行を事例に,年齢構造と接触確率および接触パターンを加味したモデルによるR0の推定も行い,より頑強な推定手法を構築した.現在,これらの手法を実効距離と到達時間の数理モデルに統合し,実際の感染症流行データを用いたパラメータ推定に取り組んでいる.初年度の課題であった報告者数の経時的変化と死亡者数を用いたR0の推定では,既存の数値解析アルゴリズムの適用が困難であることが明らかとなったため,新たな数値解析手法の開発から行うこととなった.適したアルゴリズムの開発には成功しており,2019年度中に実装を行い,実際の観察データを用いたR0の推定を遂行する予定である.次年度の課題である新興感染症の国際的な流行拡大データを活用したR0の推定では,その土台となる,異なるスケールの動態を統一的に扱う理論的枠組みの構築,さらに各国の流行動態をより高い精度で把握するための年齢構造と接触確率,接触パターンを加味したR0の推定手法の構築を終えている.これらの手法を実効距離と到達時間のモデルに実装し,2003年のSARSの流行と,2009年のインフルエンザの流行時における感染者数データに適用し,R0の推定手法の構築と論文化を進める予定である.従来の研究では,報告された感染者数データを用いたR0の推定がなされてきた.近年,ゲノム情報を用いた推定が構築されつつあるが,これら二つの異なるデータを統合してR0を求めるという研究は,いまだなされていない.今後,さらなるゲノム情報が蓄えられることは明らかであり,本研究の課題に加え,報告者数とゲノム情報を統合したR0推定手法の構築にも取り組み,論文化を目指す.購入を予定していた数値計算ソフトが予定よりも安く購入できたため,差額が生じた.本研究の目的は,補間可能な不完全情報や間接情報を用いたR0の推定手法の構築であるが,この目的を達成するためには,データに合わせた数値計算手法の選択が不可欠である.
管群ミスト冷却熱伝達に及ぼす離脱液滴の影響

ミスト冷却の伝熱において液供給は重要な問題となるが,熱交換器など管群の場合,それは気流中の噴霧液滴と各管からの離脱液滴とによる。後者による供給については管群構成各管で一様でなく,離脱落下を始めとする液滴の動的挙動と加熱条件により量,質(熱)的に異なり,前者に比べ熱伝達への影響がより複雑となる。本研究では,水平噴霧気流中に4列9段の千鳥配列管群を設置しミスト冷却実験を行い,離脱液滴による各管への液供給を明らかにすることにより熱伝達への影響を追求した。以下に得られた成果を示す。1.管群構成各管からの離脱液滴の動的挙動の観察により液供給の量的効果が明かとなった。(1)比較的低流速の場合(本実験ではU∞≦2.5m/s),いずれの管においても衝突捕捉される液滴は,管下端で懸垂液となり直下へ落下離脱する。従って,離脱液滴による液供給はそれぞれの直下管に限られ,結果として管列に関係なく下段管ほど多くの液を受けることとなり,その量は等比級数的に増加する。(2)高流速の場合,離脱液滴は気流によってより後方へ運ばれるため,直下管よりむしろ管列間あるいは後列それも下方に位置する管に衝突捕捉される割合が多くなる。即ち,流速の増加と共に直下管に対する液供給の効果は減少し,後列下段管に対する量的効果として現われるようになる。2.管下端での懸垂液の温度測定により離脱液滴の質(熱)的効果は,主流温度と関係し離脱液温がそれと等しく高温の場合,液膜蒸発による潜熱輸送が大きくなり熱伝達は高く,効果が大きいことが明かとなった。また,主流温度と異なる場合,低温液滴の方が顕熱輸送は大きく熱伝達に及ぼす質的効果は大きいと言える。3.噴霧液滴と離脱液滴に基づく各管への液供給量を解析し,管群内の液供給分布と熱伝達の関係を求めた。
ｒ過程経路上の中性子１２６近傍核の高純度かつ高効率分離収集用ガスセルの開発

中性子数126の中性子過剰核の寿命測定することで、宇宙での早い中性子捕獲反応による重元素合成過程の謎を解明することができる。そのために必要な単一原子核分離生成用アルゴンガスセルを開発した。流体シミュレーションを元に設計したガスセルを製作し、その基本性能を、ガスセル内に設置したフィラメントを使用したオフライン試験および理化学研究所の加速器で加速されたビームを用いたオンライン試験で調べ、目標の性能を達成するように改良した。その結果、世界最速となるアルゴンガス輸送時間200ミリ秒で引出効率0.15%、純度98%以上で単一原子核ビームの生成に成功した。目的とする不安定核の寿命測定が可能となった。金、ウラン等の重元素を合成する速い中性子捕獲過程の起源となる天体環境の解明を目指し、中性子数N=126の安定閉殻の精密ベータ崩壊核分光実験を行う。そのため、多核子移行反応で生成される希少原子核を高速かつ高効率で分離、収集可能な単一原子核ビーム生成用ガスセルを、シミュレーションを元に設計し製作した。ガスセル内に設置したフィラメントから蒸発した中性原子のニッケル(Z=28)、鉄(Z=26)、イリジウム(Z=77)を用いたオフライン試験と、理化学研究所の加速器から供給された鉄、キセノンビームを用いて、ガスセルシステムの性能試験を25年度に行った。前年度に行った加速器実験の結果、ガスセル内部にビームを打ち込んだ際にビーム軌道に沿って生成されるアルゴンプラズマからの放射光が、レーザーイオン化したイオンの再中性化および不純物イオン除去用イオン収集電極の性能低下を引き起こしていることが判明した。対策としてガスセル内部に改良した遮光壁構造の流路を導入することで、4pnAの鉄ビーム、10pnAのキセノンビームをガスセルに打ち込んでも、引出効率を一定値にすることができた。そのため、目的とする中性子数N=126の安定閉殻の精密ベータ崩壊核分光実験を行える環境を整えることができた。次に本研究で予定している136Xeよりも中性子数が12個少ない124Xeビームを用いて白金の安定核198Ptを反応で生成し、ガスセル中での停止過程および重元素の引出効率測定を行った。引出効率は約0.15%であり、本研究で予定していたイリジウム同位体の寿命測定が可能であることが判明した。124Xeビームであったため当初の予定であったイリジウム同位体の寿命測定はできなかったが、次年度の7月、9月に136Xeビームで加速器実験を行い、寿命測定を行う予定である。そのために、多核子移行反応で生成される希少原子核を高速かつ高効率で分離、収集可能な単一原子核ビーム生成用ガスセルを流体シミュレーションを元に設計し製作した。ガスセル内に設置したフィラメントから蒸発した中性原子のニッケルや鉄を用いたオフライン試験と、理化学研究所の加速器から供給された鉄ビームを用いて、ガスセルシステムの性能試験を24年度に行った。オフライン試験では、大口径となる出口穴直径1mmのガスセル(50kPa)の差動排気に成功し、0.0001Paまで圧力を下げることにより、加速電圧28kVでのビーム引出しに成功した。これにより高速なイオン引出しが可能となる。鉄イオンの引出し時間を測定したところ、約190ミリ秒であり流体シミュレーション通りに引出すことができた。先行しているルーバン大学(ベルギー)の5倍となる大体積(500cc、不安定核捕集効率が5倍良い)から2.5倍の速さで引出すことができ、シミュレーション比較から引出効率が10倍以上良いガスセルシステムができた。ガスセル内部にビームを打ち込むとビーム軌道に沿ってアルゴンプラズマが生成される。このプラズマからの放射光がレーザーイオン化したイオンの再中性化および不純物イオン除去用イオン収集電極の性能低下を引き起こす。対策としてガスセル内部に遮光壁構造の流路を導入している。オフラインでイオン収集電極の性能試験を行い、不純物イオンを設計通りに除去し、電場印加により1/10000以下に不純物数を低減できた。オンライン試験で引出効率0.5%、不純物除去率1/20を測定した。これは予測値よりも低く、遮光壁の構造が不十分であったと考えられるので、この部分だけを作り替える。予定通り高速なガスセルを設計、製作し、加速器を用いて鉄ビームをガスセルに打ち込み、ガスセルの性能試験を実施することができた。イオン抑制機構として導入した遮光壁の構造と工作精度が悪く、目的の効率には一桁届いていない。不純物除去率もオフライン試験時の500分の1と非常に悪い。

遮光率の向上した構造を設計し再製作した後、オンライン実験を行う。またオンライン実験時には核子あたり90MeVの鉄ビームをガスセル入口直前で核子あたり1MeVに減速している。その際に減速材から放出される高強度ガンマ線シャワーがガスセル全体に照射され、ビーム軌道以外の場所でプラズマが生成され、引出効率と不純物除去率の低下を引き起こしたと考えている。核子あたり10MeV程度の低エネルギービームを利用することで、これらの問題を克服可能と考えている。今回使用した鉄のレーザーイオン化様式を見直すことでイオン化効率が向上し、全体の効率を上げ得ると考えている。今年度予定していた計画を概ね進めることができた。25年度にはアルゴンガスおよびガスセル内部を140K程度まで冷却して不純物となる水分子を0.01ppb程度まで除去する予定でいるが、先行して24年度に行った。アルファ線源をビームの代わりにガスセルに照射することで小さなプラズマをガスセル内部に生成し、その際に生成される不純物イオンの質量分布を測定することで不純物の種類と強度をオフライン試験で知ることができた。主な不純物は炭化水素化合物と水分子であることがわかった。これらの不純物除去のために、ガス供給ラインに純化機を2段階で使用し、ガスセルをベーキング(390度)することで不純物濃度を0.01 - 0.1ppb程度(測定限界以下)に抑えることができた。引出効率と不純物除去率を向上させるために、以下の項目の研究開発を行う。1.オフライン試験で鉄のレーザーイオン化様式の見直しを行うことで引出効率を向上させる。2色のレーザーを同時に照射することでイオン化している。2段階目のレーザー強度が弱いのと、励起状態から自動イオン化状態へ遷移する光子吸収断面積が小さいと考えられるので、レーザー強度の増強と新たな自動イオン化状態の探索を行う。他元素のレーザーイオン化様式を参考にすると一桁程度、効率が向上する見込みがある。2.遮光壁の構造を改良し、放射光がレーザーイオン化領域およびイオン収集電極領域に漏れないようにする。それによりイオン化効率の向上と不純物除去率向上をはかる。3.鉄ビームを減速する際に放出される高強度ガンマ線の強度、およびガスセル内部に生成するプラズマ濃度をシミュレートし、引出効率と不純物除去率低下にどの程度関与していたかを見積もる。将来的には低エネルギー(核子あたり10MeV)のビームを利用する予定なので、この問題は克服できると考えているが、現状での改善の余地を調べる。該当なし
ウェーブレット解析法を用いた重症心不全に対する新たな診断・治療法の開発

心電図および指先トノメトリーにより非侵襲的に測定する連続血圧・心拍数周波数変動をウェーブレット解析法を用いて解析を行い、重症心不全患者における交感神経活動をベットサイドで非侵襲的にリアルタイムで測定することが可能となった。その手法を用いて、1)心拍出量の保たれている心不全患者に対するヒト心房性利尿ペプチドの自律神経機能に与える効果、2)心拍出量の低下している心不全患者に対するPDE-III阻害薬の有効性の予測、3)カテコールアミン依存性重症心不全患者に対するβ遮断薬の導入の際の指標としての可能性、を検討した。1)では、明確な使い分けの基準がない、従来の利尿剤+血管拡張薬と最近使用頻度の高いヒト心房性利尿ペプチドにおいて、交感神経活動を抑制する作用がヒト心房性利尿ペプチドに強く認められることを明らかにし、両者の薬剤選択基準につながることが期待される。2)では、血圧とは無関係に有効・非有効症例の予測が可能となり、PDE-III阻害薬にドブタミンの併用をするかどうかが最初の段階で判断できることが明らかとなった。低心拍出状態の急性心不全の治療は急性心不全治療においてもっとも難渋する症例であるが、初期治療については経験的に行われている点が多く、数値化された指標による治療はきわめて少ない。また、心拍出量と動脈圧受容器反射の相関も非常に強いことも明らかにした。3)では、心移植を有するような重症心不全に対するβ遮断薬の導入の際に重要な指標であることが明らかとなった。いずれも、これまでの心不全治療の際に用いられていなかった指標であり、依然として予後不良かつ治療法の統一がなされていない急性重症心不全の治療において重要な指標となることが期待される。平成19年度において、ウェーブレット解析法による心拍変動・収縮期血圧変動周波数解析による交感神経活動・副交感神経活動をベットサイドでの5分間の計測で可能とする測定系を確立した。これにより数値化された交感神経活動・副交感神経活動が、心不全の重症度であるNYHA分類やBNP濃度と有意な相関があることを確認し、心不全の重症度の指標として有用であることを確認した。さらに、心不全の原因としての虚血性・非虚血性には影響を受けないこと、収縮能低下型と拡張能低下型の違いにも影響を受けないことも確認できた。なお、その過程で、薬物を使用しないシークエンスメソッドによる動脈圧受容器反射測定も可能となり、心不全患者において動脈圧受容器反射が低下していること、さらにその低下が心拍出量低下の極めて有用な指標であることを明らかにした(日本心不全学会・日本循環器学会総会発表)。次に、現在本邦で心不全治療薬として最も使用されているヒト心房性利尿ペプチド(hANP)が、心不全治療において、亢進している交感神経活動を抑制し、減弱している副交感神経活動を活性化することを明らかにした。hANPの効果について、自律神経異常を改善する作用については不明な点が多く、また心不全における自律神経異常、治療によるその改善についての体系だった研究そのものが少ないことからも、意義のある研究といえる。また、動脈圧受容器反射がPDE-III阻害薬の強心作用の予測因子として極めて有用であることを明らかにした。前年度から引き続き実施した研究により、血圧・心拍数周波数変動をウェーブレット解析法を用いて解析を行い、重症心不全患者における交感神経活動をベットサイドで非侵襲的にリアルタイムで測定することが可能となった。

1)では、明確な使い分けの基準がない、従来の利尿剤+血管拡張薬と最近使用頻度の高いヒト心房性利尿ペプチドにおいて、交感神経活動を抑制する作用がヒト心房性利尿ペプチドに強く認められることを明らかにし、両者の薬剤選択基準につながることが期待される。2)では、血圧とは無関係に有効・非有効症例の予測が可能となり、PDE-III阻害薬にドブタミンの併用をするかどうかが最初の段階で判断できることが明らかとなった。低心拍出状態の急性心不全の治療は急性心不全治療においてもっとも難渋する症例であるが、初期治療については経験的に行われている点が多く、数値化された指標による治療はきわめて少ない。また、心拍出量と動脈圧受容器反射の相関も非常に強いことも明らかにした。3)では、心移植を有するような重症心不全に対するβ遮断薬の導入の際に重要な指標であることが明らかとなった。いずれも、これまでの心不全治療の際に用いられていなかった指標であり、依然として予後不良かつ治療法の統一がなされていない急性重症心不全の治療において重要な指標となることが期待される。
骨格筋興奮-収縮連関と膜電位センサーの酸化還元反応の関与に関する電気生理学的研究

カエル足筋より作製した単一筋線維に0.05%または0.005%H_2O_2を投与し、0.1Hzの周波数の電気刺激を繰り返し、単収縮の大きさの変化を観察した。収縮は一時的に濃度依存性に増強(0.05%または0.005%H_2O_2で1.46および2.09倍)後、抑制された。H_2O_2の増強作用は100nM Bay K 8644前処置で賦活された。H_2O_2の投与により起こる単収縮消失直前、溶液を10mM DTTと100Uカタラーゼを含むリンゲル液に置換したところ、単収縮は回復した。H_2O_2による単収縮消失後、外液Caイオンの有無に無関係に、リンゲル液中で持続性自発筋収縮が観察された。この収縮も10mMDTTと100Uカタラーゼにより抑制された。一方、H_2O_2はDTTのSH基に作用し、部分的に酸化した(分光光度計で測定)。用いた濃度のH_2O_2は静止電位、活動電位を変えなかった。また、skinned fiberを用い、H_2O_2の筋小胞体からのCa^<2+>遊離能を調べたところ、0.02%H_2O_2はカフェインによるCa^<2+>遊離を促進した。0.05および0.2%へとH_2O_2濃度を増加したとき、収縮が観察された。以上の結果は、H_2O_2は(1)SH基を酸化する能力を持ち、(2)膜蛋白質SH基の酸化により、Naチャネルと無関係に、単収縮を増強・抑制し、(3)細胞内に流入し、筋小胞体からのCa^<2+>遊離を促進する作用を持つことを示している。だから、H_2O_2はT管から筋小胞体への情報伝達の分子機序の研究に優れた試薬である。この試薬がT管膜に存在する電位センサーのSH基に作用し、筋小胞体への情報伝達を修飾するか否かを検討する予定である。現在、本研究費で購入したパッチクランプシステムの組み立てを終わり、装置のチェック中である。直径約300μmの小孔にリン脂質をマイクロピペットで吹き付け形成した脂質二分子膜(既に成功)に筋小胞体膜を組み込ませる条件を検討中である。T管膜にも応用し、両膜に存在するCaチャネル蛋白質に対するH_2O_2の効果を調べ、SH基の情報伝達機構に果たす役割を検討する予定である。
多種のＭＲＩ画像情報を応用した高精度顎運動力学解析システムの開発と適用

高磁場MRI装置を用いて、顎関節部および咀嚼筋の種々の画像の取得、および、下顎運動時の動的画像の取得を行った。また、この下顎運動を医用画像から自動的に計測し、運動軌跡を抽出するソフトウェアの開発を行った。この解析の結果、下顎運動の左右方向の移動距離と咬筋の体積の左右比に正の相関があることが判明した。また、関節円板に異常がある被験者は、異常が無い被験者に比べ、下顎頭の左右方向の変位が大きいことがわかった。さらに、このMR計測情報を応用した有限要素法による力学解析を行ったところ、関節円板に異常のある被験者はより応力が高くなる要素が存在することがわかった。平成25年度は、シミュレーションシステムに各種情報を入力するための顎運動MRIデータおよび高精細構造MRIデータからの自動顎運動解析手法およびレジストレーション手法等の開発を行い、顎運動有限要素法(FEM)モデルのデータ組み立てを進めた。被験者のMRI画像データは、京都大学再生医科学研究所に設置されてあるMRI装置(Siemens社製MAGNETOM Sonata 1.5T)および頭部用受信コイルを用いて取得した。顎運動のMRI撮像においてはTrue FISP (fast imaging with steady state precession)シーケンスを、高精細な構造のMRI撮像においては高解像度MPRAGE (magnetization prepared rapid gradient echo)シーケンスを用いて、顎関節を中心に撮像を行った。また、顎運動の撮像においては被験者はMRI撮像中に下顎の開閉口運動を行った。これにより得られた画像に対して、閾値処理、骨部抽出処理やレジストレーション処理等の画像処理手法を開発し、顎運動軌跡を取得した。結果として、自動処理により得られた顎運動の軌跡はかなり正確であることがわかった。この成果については、今年の国際磁気共鳴医学会で発表を行う予定である。また現在、顎運動の情報、および、顎関節の情報、筋肉の情報等を、顎運動有限要素法(FEM)モデルに組み込む作業を行っており、力学解析システムの構築を進めている。京都大学再生医科学研究所のMRI装置(Siemens社製MAGNETOM Sonata 1.5T)を用いて複数の被験者の顎運動の撮像を行い、その画像解析を行った。顎運動撮像では、True FISP (fast imaging with steady state precession)シーケンスの応用によって多断面同時撮像、両顎関節の静的な撮像には高解像度のspin echoシーケンスを用いた。また咀嚼筋では、高解像度MPRAGE (magnetization prepared rapid gradient echo)シーケンスを用いた筋肉のボリューム解析、T1値,T2値撮像を用いた特性解析、twice refocused spin echo EPI Diffusionシーケンスを使用した筋肉の内部構造解析を行った。これらを解析することにより、顎運動の軌跡と顎関節状態または咀嚼筋との間に関連性があることが明らかとなった。また画像軌跡解析ソフトウェアを用いることで、頭蓋骨3次元モデルと組み合わせることで3次元での顎運動状態を把握することが可能となった。これらの成果については、今年の国際磁気共鳴医学会で発表する予定である。さらに現在、顎運動データからの運動解析およびレジストレーション手法等のアルゴリズム開発を行っている。また、力学解析システムの構築を目指して、有限要素法(FEM)ソフトウェアを用いて、モデル作成や力学解析に関する種々のテストを行っている。京都大学再生医科学研究所のMRI装置を用いて被験者に対して顎運動の撮像を行い、その画像解析を行った。多断面動的撮像手法を用いた顎運動の撮像、高解像度MPRAGEシーケンスを用いた筋肉のボリューム解析、T1値,T2値撮像を用いた特性解析、twice refocused spin echoEPIDiffusionシーケンスを使用した筋肉の内部構造解析を行った。これらの解析を実施し相関を評価することにより、顎運動の軌跡と顎関節状態または咀嚼筋との間に関連性があることが明らかとなった。また画像軌跡解析を行い、頭蓋骨3次元モデルと組み合わせることで3次元での顎運動状態をわかりやすく把握することが可能となった。次にこれらの顎運動データ等をシミュレーションシステムに入力するために、顎運動MRIデータおよび高精細構造MRIデータからの自動顎運動解析手法およびレジストレーション手法等の開発を行った。得られた画像に対する各種画像処理手法を開発し、顎運動軌跡を取得した。結果として、自動処理により得られた顎運動の軌跡は、かなり正確であることがわかった。これにより高精度で高速な顎運動解析が可能となった。最後に得られた顎運動データを組み込んだ力学解析システムの開発のため、有限要素法(FEM)解析ソフトウェアを用いて、医用画像から顎顔面領域の有限要素モデルを作成し、その中に顎運動の情報、顎関節の情報よび筋肉の情報等の各種情報を組み込んだ。

このシステムを用いて力学解析を行った結果、顎運動異常による顎の力学的状況の把握、顎関節や筋肉(筋力)と顎運動異常との関連を見出すことができた。これは今後の臨床での顎関節症診断において有用な情報となりえると考えられる。生体医工学顎運動力学解析システムの構築を目指し、平成25年度はシミュレーションシステムに各種情報を入力するための顎運動MRIデータおよび高精細構造MRIデータからの自動顎運動解析手法およびレジストレーション手法等の開発を行った。これらの技術はシミュレーションシステムの開発を進めるにあたって重要なものである。そしてここからの情報を元に、現在シミュレーションモデルの構築を進めており、現在のところ計画通りに順調に進展していると考えられる。顎運動および咀嚼筋に関するMRI撮像では、そのプロトコルが確定され、解析に適した画像を得ることができるようになった。またそれらを解析することによって、以前よりも詳しい形で、顎運動の軌跡の特徴量と顎関節状態(障害)または咀嚼筋の特徴量との間に関連性が明らかとなった。また3次元画像軌跡解析ソフトウェアを開発し、これを用いて軌跡を解析し、頭蓋骨3次元モデルと組み合わせることで3次元での顎運動状態を把握することが可能となった。この技術は次のシミュレーションシステム構築に関しても重要なものとなる。また現在、有限要素法ソフトウェアを用いて、モデル作成や力学解析に関する種々のテストを行っており、現在のところ計画通りに順調に進展していると考えられる。今後は、平成25年度に構築した画像処理計測手法を使い、種々の情報を元にシミュレーションモデルの作成を進め、モデル構築を完了させる。そして、力学解析シミュレーションの手法を確立し、種々の条件において力学解析を行い、顎関節異常と顎運動の関係性についての検討を行う予定である。今後は、昨年度MRIを用いて撮像したデータを元に、MR撮像・画像解析に加えて、MRI画像から取得した種々の情報を元に、3次元有限要素モデルの作成を開始し、力学解析システムの構築をスタートさせる。まず、3次元の構造情報抽出プログラムを構築し、シミュレーションモデルのベースを定義する。また、各撮像画像間の位置データを補正するためのレジストレーション手法を確立する。さらに、各種MR画像から顎運動パラメータと関節円板の特性値を決定し、全体のモデルとして定義する当初は、あるシミュレーションソフトウェアを初年度に買取契約で購入する予定であったが、それよりもより望ましいと思われるソフトウェアがあり、それを買おうと検討したが買取では高すぎて買えないため、年間レンタル契約として購入することとした。また歯接触分析装置も本予算とは別に購入されたものを使用している。シミュレーションシステムの構築で使用するオプションツール、ライブラリ等の購入を計画している。またその他は学会への旅費および学会参加費、英文校正費等において使用する予定である。
海洋有機物の堆積過程にともなう化学組成および軽元素同位体組成の続成変化の研究

東シナ海、日本海、西部北太平洋の日高舟状海盆等で海底コアや海水懸濁粒子を採取し、全有機物の炭素・窒素同位体組成、リグニン・フェノール、炭化水素などの有機化学成分の変化を調べた。有機懸濁粒子は約1000mの沈降過程で炭素同位体比が-20から-28Åまで軽くなるが、窒素同位体比は4から10Åまで逆に重くなることが解った。しかし沈降粒子として捕集されるトラップ捕捉粒子はこの傾向とは関係しないことから、粒状有機物の分解には上層でおこる早い分解と、深層まで持続するゆっくりとした分解があり、後者で消失する有機物は軽い窒素と重い炭素を多く含む有機成分であること、さらに沈降粒子には表層の粒状物の同位体比が反映されることを明らかにした。また表層堆積物中に残存する有機物は、主として沈降粒子が初期続成過程により炭素窒素とも重くなった結果を示すことから、海水中での変化とは異なった続成作用であることが明らかになった。一方、実際の堆積物ではリグニンなど陸上植物起源の難分解性有機物のによって評価できることがわかったが、従来から用いられている有機態炭素との比との関係は、生物生産量の違いなどの要因により変動することがわかりHedges eta al(1989)の結果を再考すべき証拠を得た。本年度は北海道の日高沖(水深900m)1点と十勝東方(水深2000m)、東シナ海の沖縄トラフ(水深500m-1000m)で新たに柱状地積物を採取した.またすでに採取済みの東シナ海、および噴火湾近辺でのグラビティコア試料の分析を実施した.続成過程での有機物分解、同位体組成の変動を知るための基礎データーとして、有孔虫殻の放射性炭素年代、堆積速度、有機態炭素含量、外来有機物含量等のを調べ、一部の結果を得た.噴火湾近辺でのリグニンの濃度はΛ値で1.3mg/100mgTOCであり、東シナ海の外海での値0.3にくらべ5倍程度高いことがわかった.東シナ海では現世の堆積速度は6cm/ky,氷期では14-11cm/kyで、有機物の堆積フラックスが20から40mgC/cm2/ky、氷期で100mgC/cm2/kyであることがわかった.他方フィッリピン海北部の琉球海弧近辺では堆積速度は約5cm/kyと9cm/kyで、有機態炭素フラックスは10から20mgC/cm2/ky、氷期で約40から70mgC/cm2/kyと低いことがわかった.これらの海域でのδ^<13>・δ^<15>Nはそれぞれ-20.5‰と5.7‰、-20.4、6.2‰で、いずれの海域でも完新世、最終氷期の間で大きな変化が見られない.しかし、植物プランクトン起源の色素は現世に比べて最終氷期には3から5倍大きな生産があったことがわかった.これらの結果の内で続成過程による変化がどれくらいあるかは、現在実施中の他の海域の分析結果を見て考察する予定である.本研究では、海水の炭酸ガス分圧や生物活動の指標として近年頻繁に用いられるようになった炭素・窒素の安定同位体組成が、海水中で生成してから堆積物に埋蔵される間に生じる続成過程で、どのように変化するか、またその原因について様々な角度から検討を行った.実験は、東シナ海、日本海、西部北太平洋の日高舟状海盆等で海底コアや海水懸濁粒子を採取し、全有機物の炭素・窒素同位体組成、リグニン・フェノール、炭化水素などの分析を行い検討した.生物によって生成した有機物は、基礎生産時の同位体効果により種々の同位体組成を示す.表層海水中での早い分解で溶解してしまったあとの残滓(デトリタス)を懸濁粒子として採取し分析した.約1000mの沈降過程で炭素は-20から-28‰まで軽くなるが、窒素同位体比は4から10%まで逆に重くなることが解った.

しかし沈降粒子として捕集されるトラップ粒子はこの傾向とは関係しないことから、粒状有機物の分解には上層で集結する早い分解と、深層まで持続するゆっくりとした分解があり、後者で消失する有機物は軽い窒素と重い炭素を多く含む有機成分であること、さらに沈降粒子には表層の粒状物の同位体比が反映されることが解った.また表層堆積物中に残存する有機物は、主として沈降粒子が堆積後初期続成過程により炭素窒素とも重くなった結果を示すことから、海水中での変化とは異なった続成作用があること明らかになった.一方、実際の堆積物で重要な同位体比変化要因である陸上高等植物起源の難分解性有機物の寄与については、陸の影響の強い沿岸から外洋までの表層堆積物について、リグニン・フェノールと全有機物の同位体組成とをあわせて評価した.その結果北海道の苫小牧沿岸から日本海溝にかけては、徐々に陸生有機物の影響が減少する傾向が認められたが、有機物全体としては海洋生物起源の同位体比を示すという結果が得られた.リグニン成分については従来から用いられている有機態炭素との比での評価法には、生物生産量の違いが重要であり、炭素同位体との関係も、一定の関係をもつとしたHedges eta al(1989)の結果を再考するべき証拠を得た.^<18>O分析とあわせてリグニンの負荷と有機態炭素の同位体比の年代学的変動を調べたところ、日高沖、東シナ海では陸上成分の増減があっても、有機物の全体像は堆積後ほとんど変化しないという傾向を得た.これらの結果から、海洋有機物は水柱での沈降過程や、海底面のごく表層でおこる有機物の分解再生などの反応で、同位体比を一定方向にシフトさせるが、その後の変化は大きくなく、隆起源有機物と海洋有機物の残存効率に大きな違いはないとの結論を得た.