hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
WT1遺伝子発現異常による造血幹細胞への影響と白血病発症に関した分子生物学的解析

WT1遺伝子の発現により造血幹細胞・前駆細胞の増殖が促進し、更に付加的遺伝子異常が加わることで白血病が発症するという仮説を明らかにするにあたり、今回はWT1遺伝子による造血幹細胞・前駆細胞への影響に注目し、WT1トランスジェニックマウスの骨髄細胞を用いて種々の解析を行った。その結果、WT1遺伝子が持続高発現する造血幹細胞・前駆細胞では、細胞の増殖・分裂が促進されることが明らかとなった。WT1遺伝子は様々な急性白血病で高発現している。持続的なWT1遺伝子の発現により造血幹細胞・前駆細胞の増殖を促進し、その分化を挿制する、さらに付加的遺伝子異常が加わることで白血病が発症するという我々の仮説を明らかにするため、造血細胞にWT1遺伝子を持続高発現するトランスジェニックマウス(WT1トランスジェニックマウス)の骨髄細胞を用いWT1遺伝子の造血幹細胞・前駆細胞における細胞周期または細胞増殖への影響について解析を行っている。(2)同様にWT1遺伝子の造血幹細胞・前駆細胞の細胞分裂に与える影響を調タるため、in vivo CFSEproliferationassayを行った。その結果、WT1トランスジェニックマウス由来の骨髄細胞で造血幹細胞・前駆細胞を多く含むより未熟な細胞集団において、CFSE蛍光強度の低い集団、つまり、細胞分裂が多く認められた細胞集団が、野生型マウスに比して有意に増加していた。以上の実験より、WT1遺伝子を持続高発現する造血幹細胞・前駆細胞では、その細胞増殖・細胞分裂が促進されることがin vitro並びにin vivoの系で明らかとなった。今後、WT1トランスジェニックマウスの造血幹細胞・前駆細胞を用い、これらの細胞における分子生物学的な解析を行う予定である。WT1遺伝子の白血病発症における分子生物学的な機能を明らかにすることは今後、新たな白血病治療の開発に結び付くものと考えられる。造血細胞にWT1遺伝子を持続高発現するトランスジェニックマウスを用いた造血幹細胞の解析WT1トランスジェニックマウスの骨髄細胞を用いWT1遺伝子の造血幹細胞・前駆細胞における細胞周期または細胞増殖への影響を以下の解析を行い評価した。(1) cobble stonearea fbrming cell(CAFC)assayは、骨髄細胞と骨髄間質細胞を共培養し、造血前駆細胞・幹細胞の中・長期的な増殖を評価できる。CAFC assayを行いWT1遺伝子の造血幹細胞・前駆細胞の増殖に与える影響をin vitroで評価した。その結果、WT1トランスジェニックマウス由来の骨髄細胞でCAFCは統計的有意差をもって増加し、WT1遺伝子高発現による増殖促進作用が示唆された。(2) WT1遺伝子の造血幹細胞・前駆細胞の細胞分裂に与える影響をin vivo CFSE proliferation assayで評価した。CFSEでラベリングされた細胞は1回の細胞分裂毎にCFSEの蛍光強度は減少する特性を用い、WT1トランスジェニックマウス由来の骨髄細胞をCFSEでラベリングし、放射線照射により造血を破壊した同系マウスに骨髄移植を行い、移植後早期における細胞分裂の頻度を解析した。その結果、WT1トランスジェニックマウス由来の骨髄細胞で造血幹細胞・前駆細胞を多く含むより未熟な細胞集団において、CFSE蛍光強度の低い集団、つまり、細胞分裂が多く認められた細胞集団が、野生型マウスに比して統計的有意差を持って増加していた。この結果は、WT1遺伝子の持続高発現により、造血幹細胞・前駆細胞め細胞分裂が促進されたことを示唆するものである。WT1遺伝子を持続高発現する造血幹細胞・前駆細胞の細胞増殖・分裂が促進されることがin vitro並びにin vivoの系で明らかとなった。WT1遺伝子の発現により造血幹細胞・前駆細胞の増殖が促進し、さらに付加的遺伝子異常が加わることで白血病が発症するという我々の仮説を支持する結果であり、WT1遺伝子の発現異常が白血病発症に深く関わっていることを強く示唆すると共にWT1遺伝子を用いた新たな白血病治療戦略に結びつくものと考えられる。
従来未利用な赤外光で発電する高効率透明太陽電池

昨年度、開発した色素ポリマーは、最大吸収波長は、965 nmまで長波長シフトし、吸収幅は3倍拡大することを明らかにした。先ずはヨウ素系レドックス系を用いた色素増感型太陽電池に利用したところ、その変換効率は極めて低かった。この光電変換率の低い原因を明らかにするために、色素の分子軌道計算の実施やサイクリックボルタンメトリーを測定した。その結果、色素のLUMOが酸化チタンのコンダクションバンドよりも低いことに原因があることを明らかにした。また、新しい近赤外光吸収有機色素の骨格開発も実施し、可視光に吸収を持たず1000 nm以上に最大吸収波長を持つ有機色素の開発に研究室として初めて成功した。この新規近赤外光吸収有機色素のアニオンおよびメソ位に各種置換基を導入した色素を合成し、吸収スペクトル(UV-Vis)、サイクリックボルタンメトリー(酸化電位、還元電位)、色素溶液の光安定性、色素の熱安定性(TG-DTA)を測定し、1000 nm以上に最大吸収波長を持つ高耐熱性、高耐光性有機色素の開発に成功した。当初計画した有機色素ポリマーは、色素増感型太陽電池用増感剤として、現在のところ、十分な変換効率を示していないが、その原因は、サイクリックボルタンメトリーを測定することにより解明できた。また、可視光に吸収を持たずに1000 nm以上の近赤外光のみを吸収できる新規な高耐熱性、高耐光性有機色素を開発できた。合成した色素ポリマーのLUMOを向上させるために、色素モノマーの分子設計とポリマー合成の条件の最適化を実施する。さらに、開発した可視光に吸収を持たずに1000 nm以上の近赤外光のみを吸収できる新規な高耐熱性、高耐光性有機色素にアンカー基を導入し、先ずはヨウ素系レドックス系を用いた色素増感型太陽電池に利用し、その太陽電池特性を測定する。適宜、評価と照らし合わせて分子軌道法による色素類の合成計画にフィードバックし、高耐熱・高耐光な赤外吸収色素類の開発と無色透明DSSCセルを達成する。申請者は、これまでに太陽光の赤外領域のみを吸収する新しい色素に注目、研究開発を実施し、その結果、可視光領域に吸収をもたず、800 nm付近にのみ吸収極大を持つ新規な有機色素の開発に成功した。さらに、この独自の色素/半導体複合薄膜を光電極として、ヨウ素系レドックス対の色素増感型太陽電池(DSSC)を作製したところ、赤外光のみで発電する新しいDSSCの糸口を見つけることができ、最適部材とその使用条件の最適化により、その変換効率は、2.42%にまで向上した。この変換効率は赤外光の光電変換効率として世界一である。さらに、申請者はこの色素/半導体複合薄膜を光電極に用いるDSSCにおいて、使用するヨウ素系レドックス対のかわりに、無色透明スルフィド系有機レドックス対を用いることにより、国内外を通じて本研究グループ以外からは報告されていない独自性、新規性の高いDSSCを開発した。これを実用化できれば、可視光を透過するDSSCとして新たな用途が期待できる。しかしながら、その性能(変換効率、耐久性)は十分ではなく、実用化のためには更なる性能向上が必要である。本研究では広帯域の赤外を吸収する色素ポリマーの分子設計とそれを用いたDSSCの開発を目的とした。実施内容としては、アンカー基を持たない赤外吸収色素モノマーを合成し、そのポリマー化を実施した。その結果、重合度は低いものの、モノマー色素に比べて、1)吸収スペクトルの最大吸収波長が780 nmから965 nmまで長波長シフト、2)吸収幅も200 nmから600 nmに拡大。することを明らかにした。さらに、この赤外吸収色素ポリマーにアンカー基を導入し、色素増感型太陽電池に利用したところ、わずかながらではあるが、近赤外領域で、光電変換できることも明らかにした。1)分子軌道法を用いた広帯域赤外吸収色素ポリマーの分子設計と2)広帯域赤外吸収色素ポリマー原料(モノマー)の合成を計画していたが、モノマー合成だけでなく、そのポリマー化も実施した。

この新規近赤外光吸収有機色素のアニオンおよびメソ位に各種置換基を導入した色素を合成し、吸収スペクトル(UV-Vis)、サイクリックボルタンメトリー(酸化電位、還元電位)、色素溶液の光安定性、色素の熱安定性(TG-DTA)を測定し、1000 nm以上に最大吸収波長を持つ高耐熱性、高耐光性有機色素の開発に成功した。当初計画した有機色素ポリマーは、色素増感型太陽電池用増感剤として、現在のところ、十分な変換効率を示していないが、その原因は、サイクリックボルタンメトリーを測定することにより解明できた。また、可視光に吸収を持たずに1000 nm以上の近赤外光のみを吸収できる新規な高耐熱性、高耐光性有機色素を開発できた。合成した色素ポリマーは、重合度が低く、かつ、共役の長さに比べて導入されたアルキル基が小さいため、溶解性が非常に悪い。これらの低い重合度および溶解性を改善するために、色素モノマーの分子設計とポリマー合成の条件の最適化を実施する。具体的には、分子設計として、長鎖アルキル基を有する赤外吸収色素の原料モノマーの合成、ポリマー合成の条件最適化としては、反応温度や反応時間の検討、から着手する。その後、色素ポリマーの吸収スペクトル(UV-Vis)、サイクリックボルタンメトリー(酸化電位、還元電位)、色素溶液の光安定性、色素の熱安定性(TG-DTA)、を測定する。その結果を踏まえ、合成計画に直ちにフィードバックし各種性能向上を図る。合成した色素ポリマーのLUMOを向上させるために、色素モノマーの分子設計とポリマー合成の条件の最適化を実施する。さらに、開発した可視光に吸収を持たずに1000 nm以上の近赤外光のみを吸収できる新規な高耐熱性、高耐光性有機色素にアンカー基を導入し、先ずはヨウ素系レドックス系を用いた色素増感型太陽電池に利用し、その太陽電池特性を測定する。適宜、評価と照らし合わせて分子軌道法による色素類の合成計画にフィードバックし、高耐熱・高耐光な赤外吸収色素類の開発と無色透明DSSCセルを達成する。当初予定していた分取用の中圧高速クロマトグラフィーを購入しなくても、現存の器具および装置で色素を分離精製できるたため。
枯草菌GTP結合蛋白質ファミリーの機能解明

枯草菌は、モデル生物として、ゲノム機能解析が進んでいる。その中で、ゲノム配列決定によって見出された機能未知、あるいは、未解析である遺伝子の破壊株ライブラリーの作成が、研究代表者を中心として行われた(Proc Natl Acad Sci USA,100,4678-4683,2003)。その結果、LB培地・37度という培養条件で、その破壊が致死となる必須遺伝子は271であるということが明らかとなった。その内、機能が不明確なものは22遺伝子であった。興味深いことに、その中の7遺伝子は、分子スイッチとして働くと考えられるGTP結合蛋白質をコードしていた(Microbiology,148,3539-3552,2002)。GTP結合蛋白質には、GTP結合型とGDP結合型の2つの状態があり、それぞれに特異的なeffectorに作用することにより分子スイッチとして働く。GTP-GDP型の変換は内在性のGTPase活性により行われるが、GTPase活性化因子、GTP-GDP交換促進因子等による調節を受けている。従って、GTP結合蛋白質の機能を解明するためには、そのGTPase活性を調節する因子の同定が必要である。本研究では、そうした視点から、枯草菌の機能未知の必須GTP結合蛋白質の研究を進め、YlqF、obg、YsxC、YphCという、4種のGTP結合蛋白質が50Sサブユニットの形成に関与すること、各GTP結合蛋白質の機能は独立していること、Obg、YsxC、YlqFの順に50S前駆体に取り込まれること、YsxCとYlqFのGTPase活性は前駆体で活性化されるのに対して、ObgのGTPase活性は成熟型50Sで活性化すること等を見出し、50Sサブユニットの形成におけるGTP結合蛋白質の機能に関するモデルを提唱した。また、残る3種のGTP結合蛋白質については、Era、YloQが30Sサブユニットの形成に関与することが報告されたが、我々も、YqeHの枯渇下で、遊離の30Sサブユニットが特異的に減少することを見出し、それが30Sサブユニットの形成に関与していることを明確に示した。加えて、枯草菌リボゾームの構成因子の研究の過程で、Znイオンの飢餓に応答してリボゾーム蛋白質の交換が起こるという、興味深い知見を得た。枯草菌では、LB培地・37度という培養条件で、その破壊が致死となる必須遺伝子は271であるということが明らかとなった。その内、現時点で機能が不明確なものは22遺伝子である。驚くべきことに、その中の8遺伝子は、分子スイッチとして働くと考えられるGTP結合蛋白質をコードしている。枯草菌ゲノムには17種のGTP結合蛋白質がコードされているが、翻訳因子・分泌シグナル認識因子を除く、12種のものについてはその機能が未だ不明である。本研究では、それらのGTPase活性を調節する蛋白質あるいはRNAなどの因子、あるいは、effectorとして働く蛋白質の同定を行うことにより、機能未知GTP結合蛋白質の機能に迫ることを目的とした。

平成17年度の研究では、機能未知である必須GTP結合蛋白質の一つ、YlqF、について、機能の解明を行うことができた。すなわち、1)YlqFはGTPの非加水分解類似物(GTPgs)の存在下でのみ、遊離した50Sサブユニットに結合すること、2)そのGTP加水分解活性は、成熟した50Sサブユニットによって活性化されること、3)YlqFは、50sサブユニットのAサイトとPサイトの周辺に結合すること、4)YlqFを枯渇させた枯草菌細胞内では、YlqFの結合領域に存在するリボソームタンパク質L16およびL27を失っている未成熟な50Sサブユニットが蓄積されることを明らかにした。これらの結果は、未成熟の50Sサブユニットに取り込まれ、L16とL27の取り込みに関与しており、成熟50Sサブユニットの形成に伴い、GTPase活性が活性化され、遊離することを示している。この研究成果は、Era/Obgスーパーファミリーに属するGTP結合蛋白質のリボゾーム合成における、分子機能を明快に示した最初のものである。枯草菌では、LB培地・37度という培養条件で、その破壊が致死となる必須遺伝子は271であるということが明らかとなった。その内、機能が不明確なものは22遺伝子であった。その中の8遺伝子は、分子スイッチとして働くと考えられるGTP結合蛋白質をコードしている。枯草菌ゲノムには17種のGTP結合蛋白質がコードされているが、翻訳因子・分泌シグナル認識因子を除く、12種のものについてはその機能が未だ不明である。本研究では、それら機能未知GTP結合蛋白質の機能に迫ることを目的とした。平成17年度の研究から、機能未知である必須GTP結合蛋白質の一つ、YlqFは未成熟の50Sリボゾームサブユニットに取り込まれ、L16とL27の取り込みを促し、成熟50Sサブユニットの形成に伴い、GTPase活性が活性化されると報告した。本年度、GTPase活性を失ったdominant negative型変異タンパク質の作成に成功し、それを過剰発現するとL16とL27が存在しない未成熟型50Sサブユニットが蓄積することを明らかにした。さらに、そうした未成熟型50Sは、YlqFのGTPase活性を強く活性化することを見出した。こうした知見から、GTP結合型YlqFの未成熟型50Sサブユニットへの結合は、L16とL27の取り込みに直接関与するのではなく、rRNAの正しい構造形成に必要であることが明らかになった等、YlqFの機能の分子レベルでの理解が進んだ。さらに、別の必須GTP結合蛋白質YqeHを細胞内で枯渇させると、未成熟型16S RNAが蓄積すると共に、Freeの30Sサブユニットが特異的に減少することを見出し、YqeHは30Sリボゾームサブユニットの形成に関与することも明らかにした。この結果、他の実験室からの報告も併せて、枯草菌では50Sサブユニットの形成に4種、30Sサブユニットの形成に3種の必須GTP結合蛋白質が関与することが解明された。枯草菌では、その破壊が致死となる必須遺伝子は271であるということが明らかとなった。その中の7遺伝子は、分子スイッチとして働くと考えられるGTP結合蛋白質をコードしている。
新卒訪問看護師と学習支援者の期待不一致を解決する学習支援プログラムの構築

本研究は、新卒訪問看護師の訪問看護実践に関する学習習得内容と訪問看護管理者等学習支援者の期待との不一致を明らかにし、その不一致を解決し、新卒訪問看護師の主体的な学習の活性化を図り、訪問看護実践力の育成を促進する学習支援プログラムを開発することである。平成2930年度は、新卒訪問看護師6名および新卒訪問看護師の学習支援に取り組む訪問看護ステーションの管理者やプリセプター7名から、インタビュー(1回)および学習支援者会(6回)での聞き取り調査を行い、新卒訪問看護師の学びや成長、学習支援における困難や課題、組織や学習支援者の課題を抽出し、【新卒訪問看護師の抱く困難】【組織運営上の課題】【学習支援内容における課題】をまとめた。また新卒2年目訪問看護師および学習支援者への聞き取り調査(2回)を実施し、看護教育と訪問看護実践のギャップ、在宅という場での看護技術の習得への不安、利用者および家族の理解と個別的な看護の難しさ、多職種との連携、24時間対応への不安を抱いていることが明らかになった。ステーションの学習支援者は、在宅という場と時間のなかでのコーチングや新卒者とのコミュニケーションの難しさ等を感じていた。新卒訪問看護師は採用された事業所の業務量や内容に応じて、業務を遂行する実践能力の獲得を求められる。そのため研修プログラムによって一定の知識や技術に獲得ができること、業務を遂行していくための意欲を支援すること、仕事に応じて増分期待される能力との不一致を解決していく必要がある。そのため、学習や成長の過程や目標設定について、新卒訪問看護師と学習支援者が合意形成を図っていく重要であることが示唆され、新卒訪問看護師と学習支援者間に生じる期待と不一致を解決する学習支援プログラムを訪問看護管理者や在宅看護研究者と意見交換し、立案した。訪問看護実践力の育成を促進する学習支援プログラムの作成するための新卒訪問看護師および訪問看護ステーション管理者や学習支援者の課題が明らかになり、また新卒2年目訪問看護師の調査からも成長のプロセスを促進するためのデータの収集ができている。平成31年は、実際に新卒訪問看護師を採用した訪問看護ステーションにおいて、「新卒訪問看護師の実践知の獲得を促進する学習支援プログラム」を適用し、新卒訪問看護師の育成とその評価を行う予定である。プログラム活用のための学習支援者研修会は、開始前、1か月、3か月、6か月、9か月、11か月に開催し、iPadを活用し、研究者と新卒訪問看護師および訪問看護ステーションでの学習支援のための連絡や相談に適宜応じる体制を作る予定である。本研究は、訪問看護ステーションに採用された新卒訪問看護師の学習習得内容と訪問看護管理者等学習支援者が期待する訪問看護実践力との不一致を明らかにし、その不一致を解決し、新卒訪問看護師の主体的な学習の活性化を図り、訪問看護実践力の育成を促進する学習支援プログラムを開発することである。平成29年度は、新卒訪問看護師の学習習得内容と訪問看護管理者等学習支援者の期待する訪問看護実践力との不一致とその要因を明らかにするために、新卒訪問看護師育成に取り組んでいる訪問看護ステーションの管理者やプリセプターなどの学習支援者からの聞き取り調査を実施した。調査は、学習支援者研修会および学習支援者会議を通して合計6回、実施し、新卒訪問看護師の振り返り記録やカンファレンスの内容と照らし合わせながら、卒後1年目の新卒訪問看護師の学びや成長、学習における困難や課題、組織や学習支援者の課題を抽出した。新卒訪問看護師の卒後1年の学びや成長では、目標とする訪問看護師像の確立、訪問看護実践力の獲得、地域連携の理解と関係構築、主体的な学びの促進、仲間とのネットワーク化があり、事例への実践経験を重ね、省察や推論をすすめることで訪問看護に必要な実践力を養い、自信の獲得とともに訪問看護師しての姿勢や看護観を醸成するプロセスが認められた。新卒訪問看護師の学習支援の課題では、【新卒者の抱く困難感】【組織の運営管理上の課題】【学習支援内容の課題】があった。新卒者にとっては看護教育と訪問看護実践とのギャップは大きく、学習支援の主体となるOJTでは先輩の実践力や教育力に差があった。事業所にとっても労務、人材、経営管理での負担があり、また即戦力を育成したい焦りや期待する実践力との乖離などを調整する必要があった。学習支援では学習到達度や目標について、学習支援に関わる担当者間の情報共有や合意形成が重要であることが明らかになった。訪問看護実践力の育成を促進する学習支援プログラムを開発するための新卒訪問看護師の学習習得内容、訪問看護管理者や学習支援者の課題が明らかになり、新卒訪問看護実践力との不一致を解決するための根拠なるデータ収集が実施できている。

また新卒2年目訪問看護師および学習支援者への聞き取り調査(2回)を実施し、看護教育と訪問看護実践のギャップ、在宅という場での看護技術の習得への不安、利用者および家族の理解と個別的な看護の難しさ、多職種との連携、24時間対応への不安を抱いていることが明らかになった。ステーションの学習支援者は、在宅という場と時間のなかでのコーチングや新卒者とのコミュニケーションの難しさ等を感じていた。新卒訪問看護師は採用された事業所の業務量や内容に応じて、業務を遂行する実践能力の獲得を求められる。そのため研修プログラムによって一定の知識や技術に獲得ができること、業務を遂行していくための意欲を支援すること、仕事に応じて増分期待される能力との不一致を解決していく必要がある。そのため、学習や成長の過程や目標設定について、新卒訪問看護師と学習支援者が合意形成を図っていく重要であることが示唆され、新卒訪問看護師と学習支援者間に生じる期待と不一致を解決する学習支援プログラムを訪問看護管理者や在宅看護研究者と意見交換し、立案した。訪問看護実践力の育成を促進する学習支援プログラムの作成するための新卒訪問看護師および訪問看護ステーション管理者や学習支援者の課題が明らかになり、また新卒2年目訪問看護師の調査からも成長のプロセスを促進するためのデータの収集ができている。平成30年度は、新卒訪問看護師と学習支援者の期待不一致を解決し、学習を活性化する遠隔学習支援プログラムを作成し、在宅看護学研究者や訪問看護エキスパートからなるフォーカスグループを用いて、内容の検討と洗練化を図る予定である。現在、新卒訪問看護師として訪問看護ステーションに雇用され、2年目となった訪問看護師からのインタビューを継続中であり、分析結果から明らかになった新卒訪問看護師と学習支援者との期待不一致の要因と対策をプログラムの開発のコンセプトとして、訪問看護実践力を獲得するプロセスにそったプログラムを立案する。平成31年は、実際に新卒訪問看護師を採用した訪問看護ステーションにおいて、「新卒訪問看護師の実践知の獲得を促進する学習支援プログラム」を適用し、新卒訪問看護師の育成とその評価を行う予定である。プログラム活用のための学習支援者研修会は、開始前、1か月、3か月、6か月、9か月、11か月に開催し、iPadを活用し、研究者と新卒訪問看護師および訪問看護ステーションでの学習支援のための連絡や相談に適宜応じる体制を作る予定である。人件費・謝金については、県内対象者へのインタビューは会議や研修会を利用したためと県外からの場合も来訪機会を利用してインタビューを行い、謝金辞退もあったため、実績がなかった。人件費および謝金については、調査した県内の新卒訪問看護師および学習支援者は会議や研修会を通じて、調査に協力をしていただいたため、支払いは発生していない。県外の訪問看護エキスパートや新卒訪問看護師を育成する学習支援者も、大学主催の講演会で招聘をしたため発生していない。
ヨード密度とグルコース代謝を指標とした食道癌に対する放射線感受性の予測

化学放射線治療を施行した食道癌に於いて、ブドウ糖代謝の指標であるFDG-PEDT/CTにおけるSUVmaxと、腫瘍内の血流量の指標であるDual-energy CTにおけるヨード密度について相互に検討し、予後指標としての有用性について検討する。
魚類の他者認知における「動き」の重要性

コンピュータ内で生物を忠実に再現した「バーチャル生物」であれば、外見や動きなどそれぞれの要素を独立かつ自由に編集して操作することができる。このバーチャル生物の特徴を活かして、魚類が相手の動きに含まれるどのような情報を他者認知に利用しているのかを特定し、彼らの認知システムにおける動きの重要性を明らかにすることを目的として、研究を行った。材料には、行動や生理、および遺伝的基盤がよく研究されているメダカの飼育系統であるヒメダカを用いた。これまでの研究では、実験個体であるヒメダカの入った水槽にディスプレイを隣接させ、ディスプレイ上にバーチャルメダカを投影することで、ヒメダカにバーチャルメダカを提示してきた。この方法では、バーチャルメダカに誘引されたヒメダカの接近行動はいずれディスプレイに阻まれるため、接近後のヒメダカの反応(例えば闘争行動や群れ行動)を観察するのは困難であった。これは、バーチャルメダカを使った実験だけでなく、映像刺激を提示するすべての実験に共通する課題であると考えられる。この課題を解決するため、現在の所属である宇都宮大学工学部山本裕紹研究室で研究が進められている「空中結像技術」の導入に意欲的に取り組んだ。これは、ディスプレイに表示される内容を、ディスプレイから離れた場所、つまり水槽の壁を越えて水槽内にいる実験個体の目前に空中像として表示できる手法である。これにより実験個体が「触ることのできる」映像刺激を提示することが可能となるため、この分野に大きな進歩をもたらすことが期待される。本年度はこの空中結像技術を用いた2種類の行動実験装置を提案した。本年度から所属が宇都宮大学工学部に変更となった。これまでに動物実験を行ったことのない研究室の所属となったため、実験や飼育のための設備、道具をゼロから揃えることとなり、時間がかかってしまった。またプロジェクト雇用の研究員となったため、本研究に割けるエフォートが10%と大幅に減少したのも、進捗が遅れた原因となった。しかしながら、本年度の研究によって、これまでの実験装置では大きな課題となっていた「ディスプレイによる干渉」を解決できる見通しが立った。提案した行動実験装置は(1)実験動物の周囲に空中像を形成することで、没入型の刺激提示を行うことができるものと(2)実験動物の正面に空中像を形成することで、行動観察エリア中央に実験動物を誘引して相互作用を観察できるものの2種類であり、様々な目的の実験に対応できると考えている。次年度は、本年度に提案した実験装置を利用して、メダカの縄張り行動を誘発する「動き」の特定と、それが持つ情報の解明を目的とした研究を行う予定である。メダカは、水槽内を自由遊泳するバーチャルメダカに対し、追従して排除するような行動を示す。ガラス越しに見せたキンギョにはこのような行動をとらない。そこで、まずはキンギョの外見+メダカの動きモデル、メダカの外見+キンギョの動きモデルを作成して提示し、メダカの縄張り行動の変化を見ることで外見と動きどちらの影響力が大きいかを明らかにする。次に、メダカの行動データとキンギョの行動データを比較し、速度およびその変化量、軌道、姿勢など動きの種間差を抽出する。そして種間差が見られたそれぞれの要素について、キンギョの要素と入れ替えたバーチャルメダカを作成し、提示されたメダカの縄張り行動が減少するか検討する。また、それらの要素を含めたバーチャルメダカの動きを構成するすべての運動情報について、変化量を固定し「ゆらぎ」をなくした場合のメダカの反応を調べる。

しかしながら、本年度の研究によって、これまでの実験装置では大きな課題となっていた「ディスプレイによる干渉」を解決できる見通しが立った。提案した行動実験装置は(1)実験動物の周囲に空中像を形成することで、没入型の刺激提示を行うことができるものと(2)実験動物の正面に空中像を形成することで、行動観察エリア中央に実験動物を誘引して相互作用を観察できるものの2種類であり、様々な目的の実験に対応できると考えている。次年度は、本年度に提案した実験装置を利用して、メダカの縄張り行動を誘発する「動き」の特定と、それが持つ情報の解明を目的とした研究を行う予定である。メダカは、水槽内を自由遊泳するバーチャルメダカに対し、追従して排除するような行動を示す。ガラス越しに見せたキンギョにはこのような行動をとらない。そこで、まずはキンギョの外見+メダカの動きモデル、メダカの外見+キンギョの動きモデルを作成して提示し、メダカの縄張り行動の変化を見ることで外見と動きどちらの影響力が大きいかを明らかにする。次に、メダカの行動データとキンギョの行動データを比較し、速度およびその変化量、軌道、姿勢など動きの種間差を抽出する。そして種間差が見られたそれぞれの要素について、キンギョの要素と入れ替えたバーチャルメダカを作成し、提示されたメダカの縄張り行動が減少するか検討する。また、それらの要素を含めたバーチャルメダカの動きを構成するすべての運動情報について、変化量を固定し「ゆらぎ」をなくした場合のメダカの反応を調べる。本年度から所属が宇都宮大学工学部に変更となり、プロジェクト雇用の研究員となったため、本研究に割けるエフォートが10%と大幅に減少した。これまでに動物実験を行ったことのない研究室であるため、実験や飼育のための設備、道具をすべて自分で揃えることとなった。幸いにも実験用の部屋が確保でき、飼育環境は整えられたものの、行動解析用のコンピュータやカメラをまだ購入できていないため、次年度使用が生じてしまった。次年度はこれらの設備をすべて整えたいと考えている。現在の所属研究室では、映像提示のための設備やカメラ関係の情報が豊富に集まるため、それを活かした購入計画を立てられると期待している。
酸を用いない象牙質面処理に関する研究

従来から、象牙質面処理法の研究はきわめて多いが、これらはすべて、酸による処理である。酸処理では、象牙質の無機質を可溶化するだけでなく、有機質の主成分であるコラーゲンを変性させる作用がある。本研究代表者である谷は、酸を用いない前処理法を検討した結果、ロダン化物水溶液のコラーゲンおよびその変性物(ゼラチン)の膨潤を促進するsalting in効果に着目し、ロダン化物の稀薄水溶液が無機質を脱灰することなく、スメア層を除去できることを見出した。まず、スメア層を形成した象牙質面に、低濃度のチオシアン酸カリウム水溶液(KSCN)で60秒間処理、水洗、乾燥後、SEM観察した結果、スメア層は良好に除去されていることを確認した。さらに、また上記の溶液に架橋剤として三価の金属塩(塩化第二鉄、鉄ミョウバン、カリウムミョウバン)を添加した処理液を用いて、そのスメア層除去効果を観察した結果、dentinal plugsの溶出は少くなり、細管は緊密に封鎖されるのが認められた。各種の処理液による象牙質面処理後のダイナミック硬さの測定の結果、リン酸水溶液による処理面は27.8、10%クエン酸-3%塩化第2鉄による処理面は18.8、5%ロダンカリ水溶液による処理面は52.5であった。ロダンカリ処理面のダイナミック硬さが著しく大きい値を示したのは、処理によって無機質の脱灰、可溶化を伴なわなかったためと考察された。さらに、一方、KSCNで処理した象牙質面にコンポジットレジンを接着し、その接着強さを測定した。その結果、ロダン化物水溶液による象牙質面処理がコンポジットレジンの接着性を改善する可能性のあることが示された。従来から、象牙質面処理法の研究はきわめて多いが、これらはすべて、リン酸エッチング、クエン酸、マレイン酸やEDTAによる処理である。これらの処理剤では、象牙質の無機質を可溶化するだけではなく、有機質の主成分であるコラーゲンを変性させる作用がある。そこで、本研究代表者である谷は、酸を用いない前処理を検討した結果、ロダン化物水溶液のコラーゲンおよびその変性物(ゼラチン)の膨潤を促進するsalting in効果に着目し、ロダン化物の稀薄水溶液が無機質を脱灰することなく、スメア層を除去できることを見出した。本研究の第1年次では、牛前歯唇面エナメル質を削去して均一なsmear layerを形成した象牙質面に、10%、5%、1%チオシアン酸カリウム水溶液で60秒間処理、水洗、乾燥後、SEM観察した結果、スメア層は良好に除去されていることを確認した。さらに、また上記の溶液に架橋剤として三価の金属塩(塩化第二鉄、鉄ミヨウバン、カリウムミヨウバン)を添加した処理液を用いて、そのsmear layer除去効果を観察した結果、架橋剤を添加することによってdentinal plygsの溶出は、少くなり、細管は緊密に封鎖されるのがみとめられた。また、架橋剤の濃度は0.1%1%が適当であることも示唆された。また、低濃度のロダンカリ水溶液でもscrubbingすることによって良好に処理され、処理時間もscrubbingすることによって30秒間に短縮できることがわかった。一方、補助金によって購入したダイナミック超微小硬度計によって、各種の処理液による象牙質面処理後のダイナミック硬さの測定の結果、リン酸水溶液による処理面は27.8、10%クエン酸-3%塩化第2鉄による処理面は18.8、5%ロダンカリ水溶液による処理面は52.5であった。

ロダンカリ処理面のダイナミック硬さが著しく大きい値を示したのは、処理によって無機質の脱灰、可溶化を伴なわなかったためと考察された。従来から、象牙質画処理法の研究はきわめて多いが、これらはすべてリン酸エッチング、クエン酸、マレイン酸やEDTAによる処理である。これらの処理剤では、象牙質の無機質を可溶化するだけでなく、有機質の主成分であるコラーゲンを変性させる作用がある。そこで、本研究代表者である谷は、酸を用いない前処理法を検討した結果、ロダン化物水溶液のコラーゲンおよびその変性物(ゼラチン)の膨潤を促進するsalting in効果に着目し、ロダン化物の稀薄水溶液が無機質を脱灰することなく、スメア層を除去できることを見出した。まず、スメア層を形成した象牙質面に、10%、5%、1%チオシアン酸カリウム水溶液(KSCN)で60秒間処理、水洗、乾燥後、SEM観察した結果、スメア層は良好に除去されていることを確認した。さらに、また上記の溶液に架橋剤として三価の金属塩(塩化第二鉄、鉄ミョウバン、カリウムミョウバン)を添加した処理液を用いて、そのスメア層除去効果を観察した結果、dentinal plagsの溶出は少くなり、細管は緊密に封鎖されるのがみとめられた。さらに、一方、KSCNで処理した象牙質面にコンポジットレジンシステムを接着して、その接着強さを測定した。その結果、KSCNで処理していない象牙質面へのコンポジットレジン(Palfique Estelite)の接着強さは30.5kg/cm^2であったのに対し、1%KSCN 0.1%塩化第二鉄水溶液で60秒間処理した象牙質面に対する接着強さは55.4kg/cm^2、1%KSCN 0.1%鉄ミョウバン水溶液で60秒間処理した象牙質面に対する接着強さは40.4kg/cm^2、1%KSCN 0.1%カリウムミョウバン水溶液で60秒間処理した象牙質面に対する接着強さは36.6kg/cm^2であった。この結果、ロダン化物水溶液による象牙質面処理がコンポジットレジンの接着性を改善することがあきらかになった。
マイクロアクチュエータを用いたコンピュータ制御による次世代歯科矯正装置の開発

アクチュエータの新材料の出現や加工法の発展により、既存の材料では満たすことができない要求が実現されつつある。本研究では、アクチュエータを用いた体内埋込型の骨延長装置を開発した。外歯車と内歯車よる減速機構を構成し、並進揺動運動を行わせる内歯車を強磁性体で作成した。外部磁石を駆動源に用いて、外部磁石の位置を制御することにより非接触で骨延長装置を駆動させることを実現した。本研究は、最新のマイクロアクチュエータを導入して、コンピュータ制御による科学的根拠に基づいた客観的かつ定量的な次世代型の矯正装置を開発することにより、予知性・安全性の高い矯正治療を開拓することを目的としている。新しい歯科矯正学の展開には、電気・電子・化学・物理・材料・バイオなどの学際的な基盤技術体系を構築することが必要と思われる。本研究により開発された矯正装置から生じる作用・反作用の分布の変化を制御すると同時に、データベース化を行ない、3次元セファログラムやコンピューターシミュレーションによる有限要素解析などと統合して次世代の歯科矯正治療を開拓する。本年度は、アクチュエータを用いた体内埋込型の骨延長装置を開発した。従来の骨延長器のように、延長器を体外に交通させ、シャフトで操作するのではなく、外部磁場コイルを複数用いることによって、非接触で揺動運動を制御し、それに伴って回転運動を作り出し、最後にその回転運動をねじ送り機構によってリニア駆動に変換する装置とした。移動量の設定のみならず、移動トルクの変化量、モーメントの分散方向なども解析して、トルクと駆動軸出力の関係や有限要素法を用いたシミュレーションによる移動の予測を行う予定である。外部磁石を駆動源に用いて、外部磁石の位置を制御することで非接触で骨延長装置を駆動させることを実現した。
陽電子寿命測定による高分子材料の変形・ひずみのオペランド分析

従来法による陽電子寿命測定では、十分な厚さの試料片2枚で22Na陽電子線源をはさみこむ必要があった。我々は、試料1枚で陽電子寿命測定が可能なアンチコインシデンス法を開発した。延伸ポリエチレンなどを用いて、従来法とアンチコインデンス法で同等な結果が得られることを確認した。ポリエチレンを延伸すると、オルト(ソ)ポジトロニウム(o-Ps)寿命が短縮される。これは、o-Psが存在する空間(自由体積)が変形し、o-Psの波動関数と周囲のポリエチレン分子の電子の波動関数の重なりが増加したためと考えられる。単純化したモデルを用いて解析したところ、自由体積の変形は、試料全体の変形と比べて、はるかに小さいことが明らかとなった。また、高密度ポリエチレンや超高分子量ポリエチレンでは、変形によって、o-Psの相対強度が増加する。これは、変形によって、結晶領域が影響を受け、o-Psの生成確率が増加したためと考えられる。一方、低密度ポリエチレンでは、o-Ps強度は変化しない。試料を大きく変形させた場合、試料が薄くなってしまい、22Na線源からの陽電子の一部が試料を透過してしまう可能性がある。厚さの異なるポリエチレンフィルムを用いて、アンチコインシデンス法による陽電子寿命測定における試料厚さの影響を調べたところ、試料背面に陽電子を停止させるための金属板を設置し、測定データに簡単な補正計算を適用することにより、10 μm程度の厚さの試料でも陽電子寿命測定が可能であることを示した。延伸ポリエチレンなどの陽電子寿命測定を従来法およびアンチコインシデンス法を用いて行い、同等なデータが得られることを確認した。延伸によるポリエチレンのo-Ps寿命の短縮は、o-Psの存在する空間(自由体積)の変形によるものであり、空間の変形の程度は試料全体の変形に比べて小さいことが推察された。また、高密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレンにおける変形によるo-Ps相対強度の増加は、結晶領域が壊れ、o-Psの生成率が増加したためと解釈された。試料を大きく変形させた場合、試料が薄くなってしまい、陽電子の一部が試料を透過してしまう可能性があるため、厚さの異なるポリエチレンフィルムを用いて、アンチコインシデンス法における試料厚さの影響を調べた。試料背面に陽電子を停止させるための金属板を設置し、測定データに簡単な補正計算を行えば、10 μm程度の厚さの試料でも陽電子寿命測定が可能であることがわかった。アンチコインシデンス法で得られるデータの妥当性、薄い試料への適用性が確認できたことポリエチレンの種類による変形機構の違いが観測できたことから、研究はおおむね順調に進捗している。延伸ポリエチレンなどの研究を継続して進める。陽電子寿命測定に加えて、ドップラー広がり測定を適用し、o-Psに加えて、パラポジトロニウム(p-Ps)に関する情報を取得する。アンチコインシデンス装置のコンパクト化・可販化を行い、引張り試験機と組み合わせることにより、延伸高分子のオペランド分析を行う。研究成果を論文発表などにより、公表する。延伸ポリエチレン試料を作製し、陽電子消滅寿命測定を行った。試料伸びの増加とともに、オルト(ソ)ポジトロニウム(o-Ps)の寿命が短くなり、その相対強度が増加した。o-Ps寿命の短縮は、高分子のアモルファス構造が延伸によって変化し、自由体積中に局在したo-Psの周囲の電子との重なりが増加したことを示している。また、相対強度の増加は、結晶領域が破壊されてo-Psの生成が増加したことを示唆している。今後、種類の異なる延伸ポリエチレンについて、力学特性の測定とともに陽電子寿命測定を行う。従来法による陽電子寿命測定では、十分に厚い2枚の試料片で22Na陽電子線源を挟みこむことにより、すべての陽電子を試料内で停止させている。我々は、試料1枚での測定を可能にするアンチコインシデンス法の開発を行っている。延伸ポリエチレンの陽電子寿命をアンチコインシデンス法で測定したところ、o-Psの寿命、相対強度とも従来法とほぼ同様の傾向が得られた。今後、延伸ポリエチレンについての研究を継続して進め、ポリエチレンの延伸機構の解明をめざす予定である。延伸度が高い試料では、試料が非常に薄くなってしまうため、すべての陽電子を停止できず、アンチコインシデンス法による高精度陽電子寿命測定が難しくなる可能性がある。そこで、試料の背後に陽電子検出器を追加して透過した陽電子による信号をキャンセルすることにより、延伸により薄くなった試料でもアンチコインシデンス法により高精度な測定が出来るようすることを計画している。o-Ps寿命の短縮は、高分子のアモルファス構造が延伸によって変化し、自由体積(分子間空隙)中に局在したo-Psの周囲の電子との重なりが増加したことを示している。陽電子寿命測定では、線源から放出されたすべての陽電子を試料内で停止させる必要があり、従来法では、十分に厚い2枚の試料片で22Na陽電子線源を挟みこんで陽電子を試料内で停止させている。

1枚の試料片と陽電子検出器で22Na線源を挟みこみ、線源から試料と反対方向に放出された陽電子を陽電子検出器(シンチレータ)で検出する。陽電子寿命は、線源から陽電子が飛び出した際に放出されるγ線と陽電子が消滅した際に放出されるγ線の時間差により測定するが、これらの信号が陽電子検出器からの信号とほぼ同時に検出された場合は、時間差データを記録しない。これによって、試料に入射しなかった陽電子の影響を除去できる。延伸ポリエチレンの陽電子寿命をアンチコインシデンス法で測定したところ、従来法とほぼ同様の傾向が得られた。延伸高分子における陽電子寿命測定の有用性を示す実験結果が得られていることおよびアンチコインシデンス法で従来法とほぼ同様の傾向が得られていることから、研究はおおむね順調に進捗している。従来法による陽電子寿命測定では、十分な厚さの試料片2枚で22Na陽電子線源をはさみこむ必要があった。我々は、試料1枚で陽電子寿命測定が可能なアンチコインシデンス法を開発した。延伸ポリエチレンなどを用いて、従来法とアンチコインデンス法で同等な結果が得られることを確認した。ポリエチレンを延伸すると、オルト(ソ)ポジトロニウム(o-Ps)寿命が短縮される。これは、o-Psが存在する空間(自由体積)が変形し、o-Psの波動関数と周囲のポリエチレン分子の電子の波動関数の重なりが増加したためと考えられる。単純化したモデルを用いて解析したところ、自由体積の変形は、試料全体の変形と比べて、はるかに小さいことが明らかとなった。また、高密度ポリエチレンや超高分子量ポリエチレンでは、変形によって、o-Psの相対強度が増加する。これは、変形によって、結晶領域が影響を受け、o-Psの生成確率が増加したためと考えられる。一方、低密度ポリエチレンでは、o-Ps強度は変化しない。試料を大きく変形させた場合、試料が薄くなってしまい、22Na線源からの陽電子の一部が試料を透過してしまう可能性がある。厚さの異なるポリエチレンフィルムを用いて、アンチコインシデンス法による陽電子寿命測定における試料厚さの影響を調べたところ、試料背面に陽電子を停止させるための金属板を設置し、測定データに簡単な補正計算を適用することにより、10 μm程度の厚さの試料でも陽電子寿命測定が可能であることを示した。延伸ポリエチレンなどの陽電子寿命測定を従来法およびアンチコインシデンス法を用いて行い、同等なデータが得られることを確認した。延伸によるポリエチレンのo-Ps寿命の短縮は、o-Psの存在する空間(自由体積)の変形によるものであり、空間の変形の程度は試料全体の変形に比べて小さいことが推察された。また、高密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレンにおける変形によるo-Ps相対強度の増加は、結晶領域が壊れ、o-Psの生成率が増加したためと解釈された。試料を大きく変形させた場合、試料が薄くなってしまい、陽電子の一部が試料を透過してしまう可能性があるため、厚さの異なるポリエチレンフィルムを用いて、アンチコインシデンス法における試料厚さの影響を調べた。
関数論の関数解析的研究

上記の研究課題の下で、主に多変数関数論、作用素論、作用素環論、調和解析・微分幾何学、関数環論について得られた成果の概要を以下に記す。これらの研究に関して、科研費は資料収集、研究打合せ等の旅費、関連分野の基本的な文献の購入等に用いられた。1.M.Stollによって導入されたクラスN^p(p71)ハーディー空間N^g(g>o)とスミルノフ空間の間にあるが、N_*とは若干異る性質を持つ。例えばN_*において外部関数は可逆なものと同じであるがN^pにおいては異る。しかし、近似逆元なる概念を導入することによってN^pの外部関数の特徴付を得ることができた。またこの応用も考えられた。3.単純C^*環上でコンパクト可換群のエルゴディクな作用に対して、その共変表現としてはII、型しかないが、外部自己同型からなる(可分、稠密な)部分群に対しては共役既約表現の存在することを示した。更に7イルの定理の一つの一般化を与えた。4.亜群の正則表現の分解に関連して、基底空間の分解にエルゴード成分が現われた場合には、そのエルゴード作用とファイバーの構造が複雑にからみあって、全体としてはエルゴード性が減少することが分った。5.種々の幾何学的、及び解析的不変量について研究し、例えば、調和写像に関する第2変分公式に現れるヤコビー作用素のスペクトル不変量を求め、それから元の調和写像がどのように決定されるかを調べた。また調和写像の安定性について、ラプラス作用素の場合に特に調べた。6.過去と未来についてのHelsonとSarasonの定理がT^2の或る種の代数の場合にも同様の型で成立することをハーディー空間の理論を用いて示した。
アスベスト等繊維状鉱物の低濃度曝露の人体影響の評価

本研究は、アスベストおよび繊維状鉱物の低濃度曝露の人体影響を、患者の肺内に残されたそれら鉱物の種類と量・サイズを対照症例とともに分析し、繊維の種類とサイズおよび量ー反応関係の面からどこまで低濃度で中皮腫などの反応が生じたかを調べるものである。方法:症例は近畿・大阪を中心に収集された中皮腫並びに富山・石川県などの中皮腫・肺がん・一般疾病で、患者の職歴、居住歴、家族歴などの調査も行った。本年度は一昨年までの文部省科研費で開発した職業曝露または高濃度曝露症例を低濃度曝露症例と区別するスクリーニング法を用いて、低濃度曝露による中皮腫症例の選別から始めた。これと並行して本研究で主眼とする分析電顕によるアスベスト等の肺内定量法の開発を行った。結果:(1)一昨年までの大阪を中心にした中皮腫症例の収集をさらに続け現在中皮腫26例、対照26例の試料のアスベスト半定量を終了している。一方、富山県などから中皮腫4例と対照8例も収集された。これらのうち、定量に必要なフォルマリン固定組織が入手できたのは15例である。(2)従来の組織中アスベストの定量方法は、低濃度領域の正確な議論には不満足であるので、より精度の良い組織中アスベストの定量法を研究し現在ほぼ満足すベき定量方法が開発された。本方法のポイントは、酸によるクリソタイルの消失を定量的に調べ希塩酸を短時間用いることでクリソタイルの消失を最小におさえつつ残渣物の消化を進めたことと、低温灰化処理をとり入れたことである。1gの肺試料を用いてTEMメッシュの10網目を分析した時の定量下限値は約2×10^3本/g(湿肺)である。なお、1g以上の肺試料を用いることは無理である。(3)本定量法で、現在までに6例の定量結果を得ており、更に分析を進めている。
高温プラズマ中の乱流異常輸送と帯状流の非線形相互作用及び構造形成過程に関する研究

磁場閉じ込め核融合プラズマにおけるイオン及び電子の異常熱輸送の理解に重要と考えられるイオンあるいは電子温度勾配乱流について,ジャイロ運動論的シミュレーションと理論解析に基づいた研究を進めてきた.以下に,平成22年度に行ったスラブ及びトロイダル配位に対する高解像度シミュレーションから得られた成果をまとめる.1)前年度まで進めてきたスラブETG乱流の高解像度シミュレーションによって得られた,コヒーレントな渦列構造の形成と輸送レベルの低減現象についての結果を受けて,乱流中に現れる渦列構造や輸送低減がどのようなパラメータ下で生じ得るのかを調べた.非線形シミュレーションによる大規模なパラメータスキャンと理論モデルに基づく解析によって,ゾーナルフロー形成の磁力線方向流れに対する依存性と,上述の渦列構造の形成と輸送低減が密接に関連していることを明らかにした.これらの結果は学術論文にまとめ,Physics of plasmasへ投稿し,掲載された.2)5次元ジャイロ運動論シミュレーションによって,トロイダルITGおよびETG乱流中に形成されるゾーナルフローと乱流渦との間の非線形相互作用について詳細に調べた.ここでは,これまでの研究において殆ど扱われてこなかった,エントロピー伝達関数(ジャイロ運動論的方程式の非線形項に起因する分布関数揺らぎの3次相関項)の波数空間構造を調べることで,乱流輸送現象と直結した非線形相互作用の解析を行った.これによって,トロイダルITG乱流においては,ゾーナルフローとの相互作用を媒介した,低波数から高波数モードへの連鎖的なエントロピー伝達過程が定常乱流状態において顕著になることを示し,ゾーナルフローによる乱流抑制効果に対して運動論の観点からの理解を与えることができた.また,トロイダルETG乱流においては,ゾーナルフローとの相互作用は弱く,比較的低波数の乱流モード同士でのエントロピー伝達が顕著になることを明らかにした.これらの結果は,近々に学術論文誌に投稿する予定である.磁場閉じ込め核融合プラズマにおける電子の異常熱輸送の理解に重要と考えられる電子温度勾配(ETG)乱流について,ジャイロ運動論的シミュレーションと理論解析に基づいた研究を進めてきた.以下に,平成20年度に行った2次元スラブ配位に対する高解像度シミュレーションから得られた成果をまとめる.(1)スラブETG乱流においては,同じパラメータにおけるスラブイオン温度勾配(ITG)乱流と比べてゾーナルフローの形成が著しく弱いが,長波長モードの成長を抑制することが分かった.従って,定常状態では比較的短い波長を持つ孤立渦が多数形成されることが確認された.(2)より強い線形不安定性を持つパラメータにおいては,ゾーナルフローの緩やかな成長に伴って,乱流渦構造からコヒーレントな渦列構造へと遷移することが新たに確認された.このコヒーレント状態における乱流輸送レベルは,相対的に線形不安定性が弱い(1)の定常状態における輸送レベルを下回るという結果が得られた.(3)コヒーレント状態における輸送低減は,ポテンシャル揺動と温度揺動の振幅の減少よりも位相差の減少に主に起因していることを明らかにした.また,この位相差の低減と分布関数構造の変化には対応関係があることを示した.(4)コヒーレント状態における渦列構造を記述する流体モデル(電子温度勾配を含むHasegawa-Mima方程式)をジャイロ運動論的方程式から考察し,その定常移流解が満たすべき関係式を導出した.それらを元に,シミュレーション結果を解析することで,渦列構造が電子温度勾配を含むHasegawa-Mima方程式の定常移流解でよく近似されることが分かった.これらの成果は実験では直接計測が困難である電子スケールの乱流揺動から生じる熱輸送機構の理解にとって重要な知見であり,今後の3次元配位への拡張への足がかりもなる成果である.磁場閉じ込め核融合プラズマにおける電子の異常熱輸送の理解に重要と考えられる電子温度勾配(ETG)乱流について,ジャイロ運動論的シミュレーションと理論解析に基づいた研究を進めてきた.以下に,平成21年度に行ったスラブ及びトロイダル配位に対する高解像度シミュレーションから得られた成果をまとめる.1)スラブETG乱流の高解像度シミュレーションによって得られた,コヒーレントな渦列構造の形成と付随する輸送レベルの低減現象についての結果をまとめ,学術論文としてPhysics of plasmasへ投稿し,掲載された.2)上記1)の結果を受けて,乱流中に現れる渦列構造や輸送低減がどのようなパラメータ下で生じ得るのかを調べる為に,非線形シミュレーションによる大規模なパラメータスキャンを行った.これによって,ゾーナルフロー形成の磁力線方向流れに対する依存性と,上述の渦列構造の形成と輸送低減が密接に関連していることを明らかにした.3)これまでのスラブ配位を拡張したトロイダルETG乱流の5次元シミュレーションによって,渦構造や輸送レベルの磁気シアに関する依存性を調べた.これによって,高磁気シアにおいては径方向に伸びた渦を伴う乱流構造をとり,高い輸送レベルを示すが,低磁気シアにおいては,ゾーナルフローによって等方的な構造をとり,輸送レベルの低減が確認された.2)及び3)については継続的に解析を行い,成果をまとめ学術論文誌へ投稿する予定である.磁場閉じ込め核融合プラズマにおけるイオン及び電子の異常熱輸送の理解に重要と考えられるイオンあるいは電子温度勾配乱流について,ジャイロ運動論的シミュレーションと理論解析に基づいた研究を進めてきた.以下に,平成22年度に行ったスラブ及びトロイダル配位に対する高解像度シミュレーションから得られた成果をまとめる.

1)前年度まで進めてきたスラブETG乱流の高解像度シミュレーションによって得られた,コヒーレントな渦列構造の形成と輸送レベルの低減現象についての結果を受けて,乱流中に現れる渦列構造や輸送低減がどのようなパラメータ下で生じ得るのかを調べた.非線形シミュレーションによる大規模なパラメータスキャンと理論モデルに基づく解析によって,ゾーナルフロー形成の磁力線方向流れに対する依存性と,上述の渦列構造の形成と輸送低減が密接に関連していることを明らかにした.これらの結果は学術論文にまとめ,Physics of plasmasへ投稿し,掲載された.2)5次元ジャイロ運動論シミュレーションによって,トロイダルITGおよびETG乱流中に形成されるゾーナルフローと乱流渦との間の非線形相互作用について詳細に調べた.ここでは,これまでの研究において殆ど扱われてこなかった,エントロピー伝達関数(ジャイロ運動論的方程式の非線形項に起因する分布関数揺らぎの3次相関項)の波数空間構造を調べることで,乱流輸送現象と直結した非線形相互作用の解析を行った.これによって,トロイダルITG乱流においては,ゾーナルフローとの相互作用を媒介した,低波数から高波数モードへの連鎖的なエントロピー伝達過程が定常乱流状態において顕著になることを示し,ゾーナルフローによる乱流抑制効果に対して運動論の観点からの理解を与えることができた.また,トロイダルETG乱流においては,ゾーナルフローとの相互作用は弱く,比較的低波数の乱流モード同士でのエントロピー伝達が顕著になることを明らかにした.これらの結果は,近々に学術論文誌に投稿する予定である.