hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
持続可能な高校教育改革の実践と構造に関する臨床的研究

改革実践校と非実践校の分極化が生じている可能性が示されている。「多くの高校はなぜ持続可能な改革に着手できないか」という点についての構造的な分析が不可欠である。(3)高校が組織として生徒に身につけさせようとしている力は、高校階層ごとに明確に異なっている。第I層(「進学校」)では「志望大学に合格できる力」を筆頭に挙げる高校が全体の3分の1強を占めたが、第V層では教科の基礎学力・生きる力・基本的生活習慣に重きが置かれていた。また、中堅校では突出した項目が少なく、特色化が難しいことがわかる。中央では、ひとくくりにした共通教養(コア)論が語られる傾向があるが、高校自体の多様な現実を見据えることが持続可能な実践の条件となる。(4)事例研究においては、学校組織を構成する当事者、とくに教員集団が関係性の中で相互変容していくことが重要であることが示唆され、この主体変容がこれからの教育改革の中心的なテーマであることが読み取れる。時代状況や高校教育の史的現実に照らしてきわめて重要な示唆を持つ2つの高校に焦点を合わせて、持続可能性の鍵を握る組織的諸条件を特定することができたと自己評価している。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題について考究を進める過程で、事例分析を深めていくことの意義が確認できた。(1)持続可能な取り組みを実施している、(2)研究代表者が比較的長期にかかわりコラボレーションを実現している、という2つの観点に立ち、焦点を絞って分析・考察を深めていくこととする。とりわけ、卒業生の状況把握を視野に入れつつ、研究課題のさらなる考察に結びつけていくステップとして位置づけることとする。そのためには、実践の当:事者との信頼関係を持続可能なものにしていくことが不可欠であり、今後とも意を用いていきたい。
共鳴・カットオフ共存プラズマ中の電磁波動の非線形伝播

1.本研究では,電子・陽電子プラズマにおいて共鳴・カットオフが共存する系に対して,共鳴・カットオフ間の波のエバネッセント領域を横切って通過する波のトンネル伝播についてシミュレーション解析を行った。2.磁力線に沿った電磁波動の1次元伝播に対しては,アルヴェン波と短波長領域で電磁波に移行するハイブリッドモードの二つのブランチがあり,そのブランチ間に波が伝播できないエバネッセント領域がある。これらのモードを記述する1次元流体方程式系は,冷たいプラズマ近似の下では,方程式の対称性から一流体方程式の系に帰着できることが分かった。3.アルヴェン波からハイブリッドモードへのトンネル伝播についての波の透過係数をシミュレーションにより調べた。プラズマの不均一性が波の波長に比して十分緩やかであるようなプラズマに対して,波の透過係数を透過波及び入射波のエネルギーフラックスの比を用いて定義した。4.共鳴・カットオフ間の距離をΔとしたとき,aを定数として,透過係数TはT=exp(-aΔ)と表現できて,透過率は共鳴・カットオフ間距離に対して指数関数的に減少することが分かった。この数値計算結果はBuddenの理論と定性的に一致している。また比例係数aもBuddenの理論値に近い値が数値的に得られているが,この値はプラズマの不均一性の大きさに弱く依存しているようである。5.アルヴェン波短パルスの伝播の場合,波の振幅が段々大きくなっていくと,共鳴・カットオフ領域近くで波のsteepeningが起こるようになる。このため,ある時間でwave breakingが起こり,数値計算が破綻することが分かった。これはパルスを構成する成分の中で短波長成分ほど透過率が悪くなるので,短波長成分が共鳴・カットオフ領域近くに集中して,波のsteepeningが起こると想像される。
錯体ドープ型ゼオライト触媒の合成と反応に関する研究

本年度は、金属錯体高分子の合理的合成法の開発と、ゼオライト内にドープした金属錯体のキャラクタリゼーション手法としての超高感度固体高分解能^<109>AgNMR分光法の開拓を行った。まず、二つの金属原子間に架橋して直線構造を与えうる配位子であるクロラニル酸(H_2CA)を用いて金属原子とCAとからなる無限1次元鎖状構造を実現し、次にこれら1次元鎖間を水素結合を活用して連結することにより、2次元シート状構造を有するマンガン(II)、鉄(II)、コバルト(II)、銅(II)の一連の金属錯体高分子の合成と単結晶化に成功し、X線解析により構造の詳細を明らかにした。さらに、この無限1次元鎖間にピラジン誘導体が挿入したインターカレーション型金属錯体高分子{[Cu(CA)(H_2O)_2](phenazine)}_n(2),{[Cu(CA)(H_2O)_2](2,5-Me_2pz)}_n(3),{[Fe(CA)(H_2O)_2](phz)}_n(4)の合成と構造解析にも成功した。これにより[Cu(CA)(H_2O)_2]_nおよび[Fe(CA)(H_2O)_2]_n chain間に種々の分子の挿入が可能となり、酸化還元能を有する分子(例えばp-キノン、TCNQなど)の導入を行ないつつある。以上から、有機・無機ハイブリッド型遷移金属2次元四角型格子の一般的かつ合理的構築法が確立しつつあり、かつその層間に種々の機能性有機分子を取り込んだ新規金属錯体高分子物質を合成するための指針をも得ることができた。また、ゼオライト内にドープした金属錯体高分子の分析手法として超高感度固体高分解能^<109>AgNMR検出器を開発し、構造既知の一連の無機銀化合物のスペクトルを測定して、構造と化学シフトとの相関を明らかにした。さらに、分子内に異なる銀サイトを有する銀(I)クラスターを新規に合成し、その構造と^<109>AgNMRスペクトルを検討した。4核銀クラスター{[Ag_4(2-mpy)_4(PF_2O_2)_3][PF_6]}_n(2-mpy=2-mercaptopyridine)(5)は銀4原子とイオウ4原子とからなる八員環が重なり合ってチャネルを形成しており、4種の非等価な銀サイトを有している。(5)の^<109>AgNMRスペクトルでは3本のシグナルが強度比2:1:1で現れ、配位環境の微妙に異なる銀サイトを明確に識別できることが示され、金属種の新しい分析手法としての有用性が実証された。(5)の^<109>AgNMR

スペクトルでは3本のシグナルが強度比2:1:1で現れ、配位環境の微妙に異なる銀サイトを明確に識別できることが示され、金属種の新しい分析手法としての有用性が実証された。
肥満における逆流性食道炎発症とグレリン動態の実験的検討

1.慢性酸逆流性食道炎モデルにおけるグレリン動熊SDラットを用いて、酸逆流主体によるラット慢性酸逆流性食道炎モデルを作成し、病理所見、4-HNE、80HDG免疫組織化学による炎症および酸化ストレスの評価を行い、これらが食道炎粘膜上皮で染色されることを示した。また、逆流性食道炎発症により血漿グレリン濃度が上昇し、胃内グレリン濃度が減少し、グレリン分泌が有意に亢進することがわかった。また、逆流を起こさないまでも、胃排出を障害することで同様のグレリン動態、つまり血漿総グレリン値(胃排出障害群735.9±48.9,対照群552.3±31.7 finol/ml, p<0.01)の上昇、胃内グレリン濃度(3487±260,4383±351 fmol/mg, p<0.05)の減少を示すことがわかり報告した(第35回日本潰瘍学会、第6回日本神経消化器病学会、現在投稿準備中)。2.食道炎組織における酸化ストレスの病態機序の解明逆流性食道炎の発症機序を解明するため、食道へ酸を曝露した組織より抽出したmRNAより酸化ストレス産生に関わるNADPH oxidaseの発現を検討した。SDラットの頚部食道を結紮し、前胃よりカテーテルを食道内に進め、試験薬を注入し食道下端を外膜より結紮しながらカテーテルを抜去し閉腹した。対照群(結紮のみ)、生食注入群(pH6.5生理食塩水0.3ml)、酸注入群(pHI塩酸0.3ml)とし、4時間後に食道を採取。食道粘膜NOX-1, 3,4,5, DUOX1, DUOX2 mRNA発現量をRT-PCR法で検討した。酸注入群で組織学的に食道粘膜肥厚と核の膨化が認められた。30分でDUOX1、DUOX2、2時間後にNoX3の発現が上昇することがわかり、これらが食道粘膜上皮における酸曝露による酸化ストレス発現に関与することを報告した。(アメリカ消化器病学会、日本消化器病学会大会)1急性酸逆流性食道炎モデルにおけるグレリン動態胃幽門結紮と前胃縫縮による急激な食道逆流をおこし、6時間後に剖検に供した。シャム手術群と比べ、血漿グレリン値の有意な低下を認めたが、胃内グレリン含量、グレリン陽性細胞数およびグレリンmRNA量ともに有意な変化を認めなかった。(第92回消化器病学会にて発表)。2慢性酸逆流性食道炎モデルにおけるグレリン動態Omuraらの報告に従い酸逆流によるラット慢性酸逆流性食道炎モデルを作成した。幽門部に2.0mm 18Frのネラトンカテーテルを巻き付けて狭窄を作製し、胃排出を障害し、前胃を結紮することで易逆流性とした。2週間後に解剖し、検体採取した。開腹手術のみのシャム手術群、十二指腸狭窄のみの胃排出障害群と比較し、病理所見、食道上皮での酸化ストレスの評価、グレリン動態を検討した。(1)酸化ストレスの関与:逆流性食道炎群では肉眼的、組織学的びらんを認めた。また食道粘膜有棘細胞層で酸化ストレスが発生し、同部位でタイト結合タンパクの発現部位の変化を認めた。酸曝露により食道粘膜有棘層において酸化ストレスを介してタイト結合の障害が起こり、びらん形成を起こすことを示した(第15回消化器とフリーラジカル研究会、12th International Conference on Ulcer Researchにて発表)。(2)血漿グレリン動態:胃排出障害の処置をした群で血漿グレリンおよび胃内グレリンmRNAが上昇する一方で胃グレリン含有量が低下することがわかった。研究代表者らは機能性胃腸症でグレリンが上昇することをすでに報告しており、胃排出障害、胃食道逆流がグレリン発現を促していることが示唆された(第92回消化器病学会、The 16th International Symposium on Regulatory Peptidesにて発表、投稿中)。

SDラットの頚部食道を結紮し、前胃よりカテーテルを食道内に進め、試験薬を注入し食道下端を外膜より結紮しながらカテーテルを抜去し閉腹した。対照群(結紮のみ)、生食注入群(pH6.5生理食塩水0.3ml)、酸注入群(pHI塩酸0.3ml)とし、4時間後に食道を採取。食道粘膜NOX-1, 3,4,5, DUOX1, DUOX2 mRNA発現量をRT-PCR法で検討した。酸注入群で組織学的に食道粘膜肥厚と核の膨化が認められた。30分でDUOX1、DUOX2、2時間後にNoX3の発現が上昇することがわかり、これらが食道粘膜上皮における酸曝露による酸化ストレス発現に関与することを報告した。(アメリカ消化器病学会、日本消化器病学会大会)
光パケット伝送に対応したアナログ・ディジタル融合制御高速波形整形回路の研究

光パケット伝送では効率的な情報伝送のために情報を“パケット"として扱い良好な伝送効率を得るために、光受信回路の高速パケット応答が重要であるが、高速・長距離化には光分散による波形劣化の改善が必要である。この光パケット受信回路による波形改善を実現するために、平成30年度は前年度に基本機能の動作検証を回路シミュレーションにて行った、1電気分散補償(EDC)基本回路、2高速波形モニタ回路、3高速分散補償制御回路について、研究実施計画に示した詳細回路の設計とその動作検証を行った。具体的には、1のEDC基本回路について、より実用に近い集積回路による検証に向けて入出力回路や電源回路も含め、集積回路化のための物理的な配線レイアウト設計を行い、動作検証を行った。この結果を踏まえ、0.18μm CMOS技術を用いた集積回路の設計、試作を行った。今後、詳細な動作検証を行う予定である。また、2の高速波形モニタ回路についても、前年度に考案した振幅と波形劣化量をそれぞれ検出する回路を組み合わせたモニタ回路について、応答速度を律速する時定数回路への影響の大きい配線容量等を考慮したレイアウト設計を行い動作検証を行った。本回路についても集積回路化を行い、今年度動作検証を行う予定である。さらに、3の高速分散制御については、実施計画に示したFPGA(書換可能論理LSI)を用いてアナログ制御とディジタル制御を融合した制御方法の基本動作検証を行った。アナログ的な波形モニタ信号と対応した波形補償制御パラメータを予めディジタル的にメモリに記憶し、パケット信号受信とともに呼び出すことにより高速応答可能な制御方法を考案し、動作検証を行った。これらの成果の一部をまとめ、学会発表ならびに論文投稿を行った。計画では平成30年度は、平成29年度に考案した電気分散補償(EDC)回路とその制御技術の詳細設計と検証を目標としており、集積回路の実動作検証で少し遅れているものの、おおよそ目標を達成することができた。具体的には、考案した電気分散補償(EDC)回路について、集積回路化を考慮したより詳細な回路設計を行った。通常の回路シミュレーションでは考慮されない物理的な寄生成分も考慮したより実動作に近い条件でのシミュレーションにより、若干の特性劣化はあるものの波形劣化に対する補償性能が約50%改善できることを確認した。また、考案回路をもとに計画通り集積回路の設計、試作を行った。さらに、EDCの高速制御技術については、考案したアナログ・ディジタル融合制御技術の検証を、計画通りFPGA(書換可能論理LSI)に制御機能を実装し動作確認を行った。制御回路の応答時間は、目標とするパケット応答時間の仕様値のおよそ60 %の十分短い時間で応答可能なことを実動作で検証できた。この他に、パケット信号の波形整形を効果的に行うため、EDC回路の前段に設置するパケット信号対応の利得制御増幅回路についても、集積回路の試作検討を行いレイアウト条件でのシミュレーションで、従来の1/2以下の高速応答制御特性を得た。また、様々なデータ速度に対応しEDC回路を動作させるためのクロック信号を発生する広帯域な電圧制御発振器についても考案し、集積回路において従来回路およそ2倍の広帯域な発振特性を得た。平成29年度に基本検討を行い平成30年度に詳細設計ならびに集積回路化を行った電気分散補償回路(EDC)ならびに波形モニタ回路について、詳細特性データを取得し、動作検証を行う。さらに、検証結果をフィードバックし詳細回路の改良設計を行いさらなる性能改善を目指す。これらの性能改善に加えてEDC回路と波形モニタ回路の一体化の検討を行いより実用に近い波形整形回路とその制御方法を検証する。また、性能改善の効果を確認するために、詳細回路のシミュレーション動作検証ならびに集積回路の改良設計、試作品の性能評価により動作検証を行う。また、平成30年度にFPGA(書換可能論理LSI)を用いて基本動作検証を行ったアナログ・ディジタル融合高速制御技術については、得られた特性データをもとに考案制御技術の課題を検証し実装機能の改良を行う。尚、研究を遂行する上で集積回路の動作検証環境は他所の設備を借用しており、継続的な使用や稼働時間の確保が課題である。今年度、研究費の使途を見直し設計環境構築の検討を行う予定である。光パケット伝送では効率的な情報伝送のために情報を“パケット"として扱い良好な伝送効率を得るために、光受信回路の高速パケット応答が重要である。これに加えて、高速・長距離化には光分散による波形劣化の改善が必要である。この光パケット受信回路の高速・長延化を実現するために、平成29年度は基本的な検討として、1電気分散補償(EDC)基本回路、2高速波形モニタ回路、3高速分散補償制御回路の基本回路シミュレーションによる機能検証を行い、基本動作を確認することができた。具体的には、1のEDC基本回路については、高速信号に有効なフィードフォワード構成の判定帰還型電気分散補償回路をベースとし、CMOS技術によるトランジスタレベルの回路設計を行い回路シミュレーションにより基本動作検証を行った。フィードフォワードパスにフィードバックパスを組み合わせる構成を考案し、高速動作において波形劣化補償量を改善する見通しを得ることができた。また、2の高速波形モニタ回路については、精度の粗い非常に高速な振幅検出回路、応答速度は劣るもののより高精度な振幅検出回路、ならびに高速な波形歪み量検出回路の考案を行った。さらに、3の高速分散補償制御回路については、一般的なフィードフォワード型と判定帰還型の二つのEDC回路に2で考案した高速波形モニタ回路を組み合わせ、モニタ回路で検出した振幅情報と波形歪み情報を元に、アナログ・ディジタル制御を融合しパケット信号に対応した新しい高速制御方法の提案を行った。

回路シミュレーションにより、従来比1/10以下の高速波形劣化補償の基本動作確認を行うことができた。これらの成果の一部をまとめ、学会発表ならびに論文投稿を行った。今後、さらに詳細な回路検討を行い当初計画通りIC試作による検証を行っていく予定である。計画では平成29年度は、パケット伝送に対応した分散補償の基本回路とその基本制御技術の機能検証を目標としており、ほぼ目標を達成することができた。具体的には、電気分散補償(EDC)回路の基本構成について、高速な信号速度において分散補償量を改善可能な新たな手法を考案し、回路シミュレーションにより基本動作検証を行った。波形劣化を模擬した信号入力において、分散補償回路により従来のおよそ5倍の伝送速度で動作可能なことを確認できた。また、EDCの高速制御を行うために新たな高速波形モニタ回路と非常に高速なディジタル制御と精度のよいアナログ制御を組み合わせた新規制御方法を考案し、基本機能の検証を行った。回路シミュレーションにより高速波形モニタ回路による信号検出が可能なことを確認できた。さらに、検出した信号情報をもとにEDC回路を制御し従来比1/25の高速な波形劣化補償の基本動作を確認できた。光パケット伝送では効率的な情報伝送のために情報を“パケット"として扱い良好な伝送効率を得るために、光受信回路の高速パケット応答が重要であるが、高速・長距離化には光分散による波形劣化の改善が必要である。この光パケット受信回路による波形改善を実現するために、平成30年度は前年度に基本機能の動作検証を回路シミュレーションにて行った、1電気分散補償(EDC)基本回路、2高速波形モニタ回路、3高速分散補償制御回路について、研究実施計画に示した詳細回路の設計とその動作検証を行った。具体的には、1のEDC基本回路について、より実用に近い集積回路による検証に向けて入出力回路や電源回路も含め、集積回路化のための物理的な配線レイアウト設計を行い、動作検証を行った。この結果を踏まえ、0.18μm CMOS技術を用いた集積回路の設計、試作を行った。今後、詳細な動作検証を行う予定である。また、2の高速波形モニタ回路についても、前年度に考案した振幅と波形劣化量をそれぞれ検出する回路を組み合わせたモニタ回路について、応答速度を律速する時定数回路への影響の大きい配線容量等を考慮したレイアウト設計を行い動作検証を行った。本回路についても集積回路化を行い、今年度動作検証を行う予定である。さらに、3の高速分散制御については、実施計画に示したFPGA(書換可能論理LSI)を用いてアナログ制御とディジタル制御を融合した制御方法の基本動作検証を行った。アナログ的な波形モニタ信号と対応した波形補償制御パラメータを予めディジタル的にメモリに記憶し、パケット信号受信とともに呼び出すことにより高速応答可能な制御方法を考案し、動作検証を行った。
ミトコンドリア集積性アルギニンペプチドの機能評価と活性分子送達への応用

本研究では、エネルギー産生や細胞の生死に関わるミトコンドリアに着目し、ミトコンドリア標的能を有する膜透過性ペプチドの創製を試みた。脂質膜においてヘリックス構造をとる両親媒性の人工抗菌ペプチド、KLAペプチドを基に、ミトコンドリア標的ペプチドをデザインし、それぞれの細胞内移行量や局在性を検討した。KLAペプチドの全てのリジンをアルギニンに変えたRLAペプチドは、約40倍もの高い細胞内移行効率を示し、高いミトコンドリア集積性を示すことを確認した。また、RLAペプチドを結合したBcl-xLタンパク質由来BH4配列は、高いミトコンドリア集積性及び抗アポトーシス活性を示すことを明らかにした。細胞内への薬物送達キャリアーとして、HIV-1 Tatペプチドやオクタアルギニン(R8)などの、塩基性アミノ酸に富む膜透過性ペプチドが近年広く用いられている。本研究では、細胞内の特定オルガネラ、特にエネルギー産生や細胞の生死に関わるミトコンドリアに着目し、ミトコンドリア標的能を有する膜透過性ペプチドの創製を試みた。本研究では、脂質膜においてα-ヘリックス構造をとる両親媒性ペプチド、KLAペプチド((KLAKLAK)2、全てD体)を基に、ミトコンドリア標的ペプチドをデザインし、それぞれの細胞内移行量や細胞内局在を検討した。KLAペプチドの全てのリジンをアルギニンに変えたRLAペプチドは、ヘリックス構造が保持され、KLAペプチドと比較して約40倍もの高い細胞内移行効率を示し、かつ高いミトコンドリア集積性を示すことを確認した。一方で、RLAペプチドと同じアルギニン残基数をもつが、ヘリックス含量を低下させた類縁ペプチドでは、形質膜透過効率が著しく低下することから、ヘリックス構造がペプチドの細胞膜透過に重要であることが明らかとなった。また、細胞内移行メカニズムを調べた実験では、エンドサイトーシスが阻害される低温条件において、ペプチドの細胞膜透過効率及びミトコンドリア集積性の低下が観察されたことから、RLAペプチドの細胞内移行にはエンドサイトーシス経路の大きな関与が示唆された。細胞内へ高効率に移行する膜透過性ペプチドは、遺伝子やタンパク質を含めた生理活性分子の細胞内送達キャリアーとして、基礎研究から疾患治療を指向した研究まで幅広く利用されている。本研究では、細胞外から細胞内オルガネラをターゲット可能な膜透過性ペプチドの創製研究において、ミトコンドリアへの特異的な薬物送達が可能なペプチドキャリアーの創出を目的としている。これまで研究代表者は、両親媒性ヘリックスペプチドであるRLAペプチド(D(RLARLAR)2)を新たに創製し、細胞外から投与すると細胞膜を通過し、ミトコンドリアに集積することを示している。本年度において、RLAペプチドの細胞内移行過程をリアルタイムイメージングで解析した結果、数分といった短時間でペプチドが細胞膜を通過し、そのほとんどが瞬時にサイトゾル中でミトコンドリアに集積することが確認された。前年度での報告の通り、本ペプチドの細胞内移行にはエンドサイトーシスが関与していることが既に示されているが、エンドサイトーシスの初期の段階で高効率に膜透過を生じるといった興味深い細胞内移行機序が明らかとなった。またこれらの知見を基に、RLAペプチドの膜透過性を促進する為に、新たに疎水性対イオンであるピレンブチレートを共存させた結果、ペプチドの細胞内移行量が5倍程度上昇し、細胞膜通過性も顕著に上昇させることにも成功した。本手法が、ミトコンドリア送達における新しい手法として今後貢献することが期待される。細胞内への薬物送達キャリアーとして、HIV-1 Tatペプチドやオクタアルギニン(R8)などの、塩基性アミノ酸に富む膜透過ペプチドが近年広く用いられている。本研究では、脂質膜においてα-ヘリックス構造をとる両親媒性ペプチド、KLAペプチド(D(KLAKLAK)2)を基に、ミトコンドリア標的ペプチドをデザインし、それぞれの細胞内移行量や細胞内局在を検討した。また、各ペプチドを修飾したBcl-xLタンパク質由来BH4ドメインを合成し、細胞内送達とアポトーシス抑制活性の評価を行った。蛍光標識したKLAペプチドは、HeLa細胞においてミトコンドリアに集積するが、細胞内移行率は著しく低いことが共焦点顕微鏡で観察された。そこで、細胞膜への集積性及び膜透過性を高めるために、KLAペプチドの全てのリジンをアルギニンに変えたRLAペプチドを作製した。このヘリックス構造が保持されたRLAペプチドは、KLAペプチドと比較して約40倍もの高い細胞内移行効率を示し、かつ高いミトコンドリア集積性を示すことを確認した。また、RLAペプチドは少なくとも24時間はミトコンドリアに特異的に局在することが確認された。

BH4のミトコンドリア送達実験においては、RLA-BH4はR8-BH4と比較して高いミトコンドリア集積性及び抗アポトーシス活性を示した。以上により、高効率に細胞膜を通過し、ミトコンドリア特異的に集積可能な新しい膜透過性ペプチドRLAが創製された。現在までの研究の達成度として、おおむね順調に進展していると判断できる。これまで、膜透過性ペプチドを細胞内導入キャリアーとして用いて目的物質を細胞内へ送達させる手法が幅広く利用されているが、細胞内へ送達される場所はサイトゾル及び核内へ拡散する場合がほとんどで、目的物質が本来送達されるべき細胞内の特定のオルガネラへの送達効率は悪いと考えられている。本研究課題ではKLAペプチドを基に、ミトコンドリアへの特異的な薬物送達が可能な膜透過性ペプチドの創出を行った結果、アルギニン残基に富むKLA類縁体であるRLAが非常に効率よく細胞形質膜を通過し、ミトコンドリアへ局在することを明らかにした。また、RLAの細胞形質膜の透過効率は、ペプチドのヘリックス構造が大切であることも示され、同じアルギニン残基数でもヘリックス含量が低いと移行効率が極端に低下するといったペプチドの構造的な観点からも膜透過機序を明らかにすることができた。さらに、細胞によるエンドサイトーシス経路でのペプチドの取り込みが、RLAペプチドの細胞内移行に大きく関わっていることも初めて明らかとなった。以上の結果は、当初の研究計画を成功裏に遂行できた成果であると考えられる。両親媒性ペプチドのKLAペプチドを基に、細胞内移行効率を高める為のアルギニン残基の置換を行った結果、RLAペプチドがKLAペプチドの約40倍も移行性が高く、且つミトコンドリアへの高い集積性や低い細胞毒性が確認された。さらに、本ペプチドの二次構造を検討した結果、ヘリックス含有量が膜透過効率に大きく影響することも明らかにされ、今後の膜透過性ペプチドの設計の為の重要な知見がこれまでに得られている。RLAペプチドのキャリア能に関しても、アポトーシスを抑制するBH4ペプチドの送達について検討した。蛍光標識したペプチドについて細胞内可視化を行った実験では、RLAペプチドによってBH4を効率的にミトコンドリアに送達できることが観察された。さらにその送達によって、エトポシドによるアポトーシス誘導を有意に抑制することが分かり、本ペプチドがミトコンドリアへの細胞内導入キャリア分子として応用可能であることが示されるまでに至った。(1)RLAペプチドの細胞膜透過メカニズムの検討RLAペプチドの細胞内移行が、ペプチドのヘリックス構造及び、エンドサイトーシス経路による細胞取り込みが重要であることが本研究から明らかになったものの、細胞膜透過が移行経路のどの時点で生じているのかは明確になっていない。そこで、既存の膜透過性アルギニンペプチドとの場合と比較を行うことで、RLAペプチドの移行機序の解明及び移行様式の違いを詳細に検討する。具体的な実験として、(1)各種エンドサイトーシス阻害剤による移行への影響、
ノロウイルスの抗原性解析と血清診断への応用

カリシウイルス科のノロウイルス(NoV)は、非細菌性胃腸炎の主要な原因ウイルスの1つである。NoVは、未だ培養増殖できないウイルスであるので、血清中のNoV感染防御抗体を測定できない。そこで、NoVの構造タンパク遺伝子を組み込んだバキュロウイルスで遺伝子型の異なるNoVのウイルス様粒子(VLPs)を発現し、発現VLPsを利用したNoV抗体測定法を確立した。次いで、NoV抗体測定法をNoVの血清疫学調査や血清学的診断に応用した。ノロウイルス(NV)はウイルス性食中毒や冬季に多発する散発性胃腸炎の主要な病原体である。しかし、NVは組織培養法や実験動物で増殖できないウイルスであるので、血清学的診断に必要なウイルス抗原を大量に確保することが困難となっている。そこで、本研究では汎用的なNVの血清学的診断法を確立することを目的として、GIとGII型NVの構造タンパク遺伝子の中で、各遺伝子型の株間で相同性が保たれている領域と株特異性の高い領域を大腸菌で発現し、発現タンパクをNV感染の診断用抗原として応用することを試みた。感染性胃腸炎患者から愛知県で初めて検出されたGI.14型NVと最新の流行型のGII.4型NVの構造タンパク遺伝子をクローニングし、GI.14で1632塩基とGII.4で1623塩基のcDNAを得た。次いで、組換えバキュロウイルス作製し、バキュロウイルスタンパク発現系でGI.14とGII.14のウイルス様粒子を発現することができた。また、血清診断用のウイルス抗原を得る目的で、cDNAを鋳型として大腸菌発現用の4種類のデリーションミュータントを作成した。ウイルス様粒子と組換え大腸菌で発現した構造タンパクの抗原性をウイルス様粒子に対するポリクローナル抗体に対する反応性を比較検討し、血清診断に最適なNV抗原の選別をすすめる。そこで、本研究では汎用的なNVの血清学的診断法を確立することを目的として、ヒトから検出されるNVの主要な遺伝子グループであるGIとGII型NVの構造タンパク遺伝子について、各遺伝子型の株間で保存性が保たれている領域と株特異性の高い領域を選別後、遺伝子組換え大腸菌を調製することにより対象領域のタンパク発現を試みた。21年度は血清診断用のウイルス抗原を得るために、NVの構造タンパク遺伝子のcDNAを鋳型として大腸菌発現用の4種類のデリーションミュータントを作成し、大腸菌発現タンパクのポリクローナル抗体に対する反応性を比較検討した。今後もさらに、血清診断に最適な抗原を確保するために、特異性の高いウイルス抗原の選別を進める。また、7種類の遺伝子型の異なるNV株に由来するウイルス様粒子(VLPs)を抗原として愛知県民のNV株に対する抗体保有状況を調査した結果、GII.4の遺伝子型のVLPsに対する抗体保有率が最も高く、近年のGII.4株の流行を反映する結果を得ている。組換え大腸菌由来のNV抗原についても血清疫学調査への応用と評価を行う。ノロウイルス(NoV)はウイルス性食中毒や冬季に多発する散発性胃腸炎の主要な病原体である。しかし、NoVは組織培養法や実験動物で増殖できないウイルスであるので、血清学的診断に必要なウイルス抗原を大量に確保することが困難となっている。そこで、NoVの構造タンパク遺伝子を挿入したバキュロウイルスで遺伝子型の異なるNoVのウイルス様粒子(VLPs)を発現し、発現VLPsを抗原としたNoV抗体測定用ELISAを確立した。次いで、NoV感染疑い患者のペア血清について複数のVLPs抗原に対する抗体価を測定した結果、NoV感染グループの特定は可能であった。今後、VLPs抗原をグループ化することで、簡便かつ汎用的な抗体検出系の改良が期待された。また、2006年冬季のNoVの大流行以降、GII.4型NoVが主要な流行株であったので、2007年と08年のGII.4型流行株(07年3株と08年2株)計5株についてVLPs発現を行い、プロトタイプGII.4のポリクローナル抗体に対する反応性をELISA法で検討したが、抗原性の変異は認められなかった。今後も継続して同一遺伝子型のVLPs抗原を蓄積することによって、NoVの経年変異に関する有用な情報収集が期待された。
生命科学リテラシー向上のための実験教材の開発

本研究では、生命体の保存の難しさおよび生命体由来のタンパク質それぞれの分子に固有の性質および機能があることを理解させるための実験系の開発を中心に行った。生命体の低温保存の困難さを体感できる実験教材の開発として、イクラや除殻したウズラ卵の凍結解凍実験を行う際の条件について調べた。等張の緩衝液に漬けた卵の凍結解凍後では卵のほとんどが破裂したが、グリセロール等を含む緩衝液中に浸した多くの卵は凍結解凍後に破裂しなかった。これに加えて、私たちは生きている細胞であるマウスの腹腔マクロファージを用いて、凍結解凍の条件を検討した。凍結解凍処理後、通常の培養液中の多くのマクロファージは破裂していたが、凍結保存用の溶液中の大多数のマクロファージは破裂せずに培養皿に接着していた。細胞の「活き」は培養皿への接着状態から把握できるので、これらを組み合わせた実験は、細胞の低温保存の困難さを示すために適切と思われる。次に、タンパク質それぞれの分子に固有の性質および機能があることを理解させるための実験に関しては、私たちは幅広スライドグラスを用いてゲル電気泳動法を改良し、そして、それを複数の酵素の同時検出のためのザイモグラフィーに応用した。この他に、DNAの可視化等の実験についても改良もしくは実施方法に関して再検討を加えた。「生命体(細胞)の保存の難しさ」および「タンパク質の一般的な性質と、それぞれの分子に固有の性質および機能があること」を理解させるための実験系の開発に取り組み、一部は後期の実験講義である「総合科学実験講座」においても実施した。1.生命体の低温保存の困難さを体感できる実験教材の開発を目指して次の実験を行った。生体物質であるタンパク質や多糖類から成るゲルを生体モデルと見なし、それらの1辺2cmの立方体について凍結融解の実験を液体窒素を用いて行った。用いたのは食品のコンニャク、蒲鉾、ゼラチン、寒天である。これらは凍結時にひび割れ・変形することが常であり、これは含まれている水分の凍結時に体積が1割増えることが原因であると考察するためのよい証拠として用いられると思われた。2.細胞モデルとしてイクラと、殻を溶解除去したウズラ卵を用いて、同様に凍結融解実験を試みた。その結果、20%グリセロール中に浸した状態であると、凍結融解後の様子が実験前の状態に近いことが示唆された。グリセロールに代えて培養細胞凍結時に汎用されるジメチルスルホキシドについても検討を試みたが、臭いの問題を解決する必要があるとわかり、検討課題として残された。3.各種酵素の電気泳動後のザイモグラフィーについても検討した。ポリアクリルアミドのほかに、無毒のアガロースのゲルを用いて、アミラーゼの検出を試み、ほぼ変わらない分析結果を得た。試料としては薬局で購入可能なタカジアスターゼを含む消化剤が使いやすいこと、タカジアスターゼとヒトのアミラーゼは移動度が異なることから、分子構造が違うことを示せることがわかった。しかしアガロースゲルの場合には、色素によるタンパク質の検出結果が不鮮明で、この点も今後の検討課題であろうかと思われた。また、新しい電気泳動装置を廉価な材料で組み立てられるよう考案したが、完成前に年度末となった。「生命の最小単位としての細胞の保存と培養の難しさ」を理解させる実験系の開発においては、まず導入実験として、一つひとつを細胞のモデルに見立てることができる「卵」(サケの卵=イクラ、殻を除去した鶏卵、殻を除去したウズラ卵)を用いて、液体窒素やドライアイスを用いて凍結・融解実験を行った。「卵」を凍結させる際の凍結液の組成を変えること等により、凍結・融解後に破裂しにくい条件をほぼ決定することができた。この実験と、凍結・融解後に破裂しやすい条件下での実験(対照実験)を比較することによって、細胞モデルの凍結保存の難しさを示す実験系となると結論した。ただし、比較的大きめの鶏卵を用いると、視覚的にはインパクトがあるため、演示実験には適していると思われたが、実験成績が悪く(対照実験との差が出にくい)ので、やや小さいためインパクトには欠けるが、材料としてはウズラ卵が良いように思われた。

次に、培養細胞を用いた実験を行った。マウスの腹腔にチオグリコレートを注射して得た腹腔マクロファージを用いて、液体窒素やドライアイスを用いた凍結・融解実験を行った。条件を変えて行ったが、最適と思われた条件においても、限られた時間で凍結・融解を行うと、生かしたまま細胞を回収することはかなり困難であることが分かった。「タンパク質の一般的な性質と、それぞれの分子に固有の性質および機能があること」を示す実験系の開発においては、安価な材料で小型の電気泳動漕を手作りし、それを用いてゲル電気泳動法を行い、その後のザイモグラムにより複数の酵素活性の検出を行なった。その結果、複数の酵素活性を示す試料に含まれる酵素の成分が、それぞれ別のタンパク質成分に対応していることを視覚的に示すことができた。2012年度は、マウス腹腔から採取した、接着性の高いマクロファージを用いて、細胞の冷凍保存の困難さについての理解を促す実験系を中心に開発した。マクロファージは、ACの3群に分け、A群はメディウムに分散させた状態で組織培養用ディッシュに撒き、B群は同メディウムに分散させた状態で液体窒素を用いて一旦凍結・解凍した後にディッシュに撒き、またC群は細胞凍結用に工夫されたメディウムに分散させた状態で同様に凍結・解凍した後にディッシュに撒いて、いずれも1時間程度培養し、細胞の接着の程度を比較した。結果として、ディッシュに接着する細胞数はA群>C群>B群となることを確認した。この順は細胞の「活きの良さ」順を反映していると考えられる。この実験は単独でも有効だが、既に検討済である細胞モデルとしてのイクラを用いた凍結融解実験の結果と合わせると、凍結に伴って細胞が受けるダメージについての理解が容易になると考えられた。そこで動物細胞を培養する設備が乏しい教育現場においても実施が可能なように、廉価な材料(エアーコンプレッサー、大型プラスチックコンテナ、食品保存用プラスチック容器、シリンジなど)を用いて、簡易型クリーンベンチと簡易型CO2インキュベーターを作製し、この実験での使用に耐えることを確認した。一方、2011年度より作製を試みていた、生物由来の一つの試料から同時に複数の酵素活性を検出するザイモグラフィーのためのアガロースゲル電気泳動装置を、幅広の病理検査用スライドグラスを用いて完成させた。これは、幅広のゲルに試料をのせて電気泳動後、電気泳動方向に沿って短冊形に3本以上に切断し、各々を異なる方法で酵素を検出した後で並べれば容易に比較分析できるものである。この装置は、電極に白金線を用いず、電源も含めて全て廉価な材料で作製可能なことが特徴で、教育現場において特に有効であろうと考えられた。おおむね順調である。ただし、「生命の最小単位としての細胞の保存と培養の難しさ」を理解させる実験系の開発のうち、培養細胞を用いた実験についてだけは十分にできなかった。これは、東日本大震災後に実験室がしばらく使えなかったことや、実験器具が壊れたことによるところが大きい。24年度が最終年度であるため、記入しない。昨年までの成果で、生きた細胞(培養細胞)を用いての凍結・融解実験の検証が不十分であったので、この点を重点的に進めねばならないと考えている。他はほぼ予定通りである。
蛍光X線・中性子線ホログラフィーによるドープ原子３Dイメージング

以下に示す(i)、(ii)の2つのトピックについて、主な成果を上げた。(i):トポロジカル絶縁体であるAg: Bi2Se3におけるAgの局所構造を詳細に解明するために、光電子ホログラフィーと蛍光X線ホログラフィーを併用してホログラムの測定を行った。光電子ホログラフィーの結果から、置換サイトと4配位格子間サイトが示された。一方、蛍光X線ホログラフィーの結果からは、置換サイトにおいてAgの位置はBi面から大きく上下に変位しており、周辺格子が大きく歪んでいることが示唆された。また、様々な面をスライスして再生させると、光電子ホログラフィーで示されたSe-Se層間に侵入しているAgが存在することも分かった。但し、4配位サイトだけでなく、6配位サイトにも存在する可能性が示された。(ii):バイオ物質については、試料冷却システムの設置や専用試料ホルダーの作製、χステージの導入等、いくつかの装置的な工夫を施した。その結果、たんぱく質の放射線損傷を抑え安定してホログラムを測定できるようになった。一方、ヘモグロビンは、ユニットセル内に8つのヘムサイトが存在し測定が困難であることから、ユニットセル内にヘムが2つしか存在しないミオグロビンに着目し測定を行った。ヘム面の4回対称性を利用することによって、ホログラムからヘムの構造が良好に再現された。次に、蛍光X線ホログラフィーのノーマルモードを用いて、二次元検出器による光化学系II(PSII)のホログラム測定も推し進めてきた。特に、ここではCaMn4クラスターにおけるMn3+及びMn4+の配置を決定する必要があるために、MnのK吸収端におけるしきい励起を利用した価数選択ホログラムの測定を試みた。測定試料は、S1及びS2状態のPSIIであるが、この状態は放射光に対して極めて不安定であるため、10秒以内に照射位置を移動させるためのシステムも構築した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。社会の継続的発展に必要なリチウム燃料電池、水素貯蔵物質などの環境材料、生体の機能発現などの対し重要な役割を果たす軽元素を中心とした活性サイトを可視化する必要がある。このような課題を達成するため、新しい蛍光X線ホログラフィー及び中性子線ホログラフィー装置の開発を行った。まず、新型蛍光X線ホログラフィー装置については、φ軸の回転ステージの走査スピードを三倍にし、ディスクリミネーターやスケーラーの信号処理は高速のものを選定した。特にφ軸の回転ステージについては、モーターによる発熱を水冷機構により抑えることにした。これらの工夫により、従来、最短測定時間が3時間程度であったもの1時間へと短縮された。さらに、試料まわりには小型の自動xyzステージを組み込んであり、試料位置を微調整することが可能である。このため従来不可能だった100μm程度の微小試料の測定できるように調整を続けている。本装置を用いて、インバー合金、熱電材料、触媒材料などの測定を行った。一方、中性子線ホログラフィー装置も一新した。試料の特定元素から放出される即発γ線を、TOF技術を使って1スキャンで多波長ホログラムを計測できるシステムである。従来は、蛍光X線ホログラフィーを転用して使用していたが、放射化のために持ち出せなくなることもあり不便であった。このような問題点は今後解消されることになる。平成26、27年度においては、ボロンドープシリコンの測定を行う予定であったが、J-PARCの事故やトラブルが影響しビームタイムが十分に使用できなかったため、次年度に持ち越しとなった。予定していた実験は順調に進んでいる。ヘモグロビンに対しても蛍光X線ホログラフィーを適用し、原子像再生を試みてきた。しかしながら、ヘムの構造にα型とβ型があることや、それぞれユニットセルに8個の異なるサイトが存在することから、鮮明にヘムを再生するためには特殊なアルゴリズムを開発する必要がある。この点については、引き続き解析法の開発を進めていくが、今年度はユニットセル内にヘムが二つしか存在しないミオグロビンに着目し、蛍光X線ホログラムの測定を行った。ミオグロビンは、筋肉中で酸素貯蔵を担うタンパク質であり、分子中に鉄ーポルフィリン錯体であるヘムを持つため、原子像再生にヘムの対称性を利用することが可能である。ミオグロビンはヘモグロビンに比べ、結晶中に含まれる異なる配向の分子が少なく、かつ分子中のヘムの平面性も良い。このため、ヘム面での対称操作が有効に働き、鉄原子の第二近接原子近傍までの原子像が観測された。無機物質については、光触媒材料RhドープSrTiO3の蛍光X線ホログラフィー研究について取り組んできた。本試料は成膜時の条件によって、添加元素であるRhの価数を3+または4+に制御できる。触媒活性としてはRh3+の方が高いことも知られており、その局所構造の表面状態とバルク状態の違いに興味が持たれている。実験の結果、酸素サイト置換モデルとTiサイト置換モデルの二種類が提案された。Tiサイトモデルでは、RhーVoーRhとした特殊な配置の可能性が高い。中性子線ホログラフィーについては、物質中のBやHなどの軽元素周辺の局所構造の3D観測を行える。ここでは、0.26%10BドープSiを用い、Bのγ線の強度測定を行うことによって、B周辺の局所構造を再生することに取り組んだ。

原子像からは、ダイヤモンド構造が観測され、多くのBがSiと置換していることが明らかになった。これはSi中のB位置を実験的に決めた世界最初の結果と考えられる。予定していた実験やデータ解析及び論文執筆は順調に進んでいる。以下に示す(i)(iv)の4つのトピックについて,主な成果を上げた.(i):バイオ物質に向けたノーマルモードの蛍光X線ホログラフィーの開発を行った.ここでは、サイト選択性も実現するために,二次元X線検出器を用いた新たな測定技術開発にも取り組んだ.試料にはマグネタイト単結晶を用いた.鉄二価および鉄三価の異なる吸収端を用いて,それぞれのホログラムを別々に抽出することに成功した.ここで得られたデータ処理技術は,サイト選択バイオホログラフィーの確立にとって大変有用である.(ii):Bi2Te3Mn0.1トポロジカル絶縁体について,Mn原子の不純物サイトを探索するために,100Kおよび300KでMnKαX線蛍光ホログラフィーおよびXAFS測定を行った.可能なMn不純物サイトは,置換サイトおよび層間サイトであることを見出した.置換部位の不純物Mn原子の位置変動には明確な温度依存性も見られた.(iii):熱伝導率を改善させるためにTaをドープした熱電材料Fe2VAlホイスラー合金の蛍光X線ホログラム測定を行った.Ta周辺の局所構造を理解するために,我々はTa Kα線による蛍光X線ホログラムを観察した. Ta周辺のFe像はV付近のFe像より強く,Taの位置ゆらぎがVよりも小さいことが示された.(iv):軽元素の局所構造観察を目的とし,J-PARCでの多波長中性子ホログラフィーの開発を行ってきた.我々は,BドープSi,RB6(R:Yb,La),EuドープCaF2中のドーパント周辺の局所構造を観察することに成功した.特に,EuドープCaFについては,Euの価数が三価であることが原因とされる,近接Caの異常な原子位置ずれが観測された.また,電荷を補償するために余剰なFが格子間に存在することも確認された.連携研究については,予定通り順調に進んでいる。また.論文についても高IFの雑誌に多数掲載された.以下に示す(i)、(ii)の2つのトピックについて、主な成果を上げた。(i):トポロジカル絶縁体であるAg: Bi2Se3におけるAgの局所構造を詳細に解明するために、光電子ホログラフィーと蛍光X線ホログラフィーを併用してホログラムの測定を行った。光電子ホログラフィーの結果から、置換サイトと4配位格子間サイトが示された。一方、蛍光X線ホログラフィーの結果からは、置換サイトにおいてAgの位置はBi面から大きく上下に変位しており、周辺格子が大きく歪んでいることが示唆された。また、様々な面をスライスして再生させると、光電子ホログラフィーで示されたSe-Se層間に侵入しているAgが存在することも分かった。但し、4配位サイトだけでなく、6配位サイトにも存在する可能性が示された。(ii):バイオ物質については、試料冷却システムの設置や専用試料ホルダーの作製、χステージの導入等、いくつかの装置的な工夫を施した。その結果、たんぱく質の放射線損傷を抑え安定してホログラムを測定できるようになった。
非平衡ゆらぎに対する境界効果の普遍性

今年度は、境界の影響の強いモデル系に対して昨年度得られた結果をさらに深化・発展させる研究を行った。まず、昨年度得られた結果に関してより詳しく説明を行う本論文を作成した(現在投稿中)。その後さらに、左半分が平坦で右半分が液滴状になるような境界条件のもとでの界面成長の揺らぎについて、特にその性質が変化する原点付近に着目した解析を行った。1点での高さ揺らぎは、平坦部分と液滴部分でそれぞれ、ガウシアン直交アンサンブルおよびガウシアンユニタリアンサンブルと呼ばれるランダム行列の最大固有値の揺らぎと等しい事が知られていることから、境界部分では2つのアンサンブルの転移を記述するアンサンブルの揺らぎと等しいかと予想されたが、実際に計算を行ってみると、それとは別の揺らぎであることを強く示唆する結果を得た。これは、境界の影響が強い系における揺らぎの普遍性に関して、今後のさらなる検討が必要であることを示す例となっており興味深い。また並行して、東京大学の今村氏との共同研究において、非対称排他過程において1つの粒子に着目したときの運動について調べた。その結果、時刻Oで原点より左側のみが粒子で埋まっている初期条件の下で、1つの粒子の運動の時間相関は、時間に依存するガウシアンユニタリアンサンブルの最大固有値の運動と等価であることを示すことが出来た。また今年度はこれらの成果に関して、マサチューセッツ工科大や京都大学における国際会議をはじめいくつかの機会に発表を行った。今年度は、当初の計画通り、境界の影響が強い重要なモデル系に対する物理量の具体的な計算を進めた。まず、一次元多核成長模型と呼ばれる界面成長模型において、外場のある場合の同時刻多点分布が、フレドホルム行列式で記述されることを示し、その積分核の漸近的な表式を与えた。これは、界面が液滴状に成長していく際、その境界部分での成長が早くなるような模型であり、外場の強さによって相転移が起こることが知られているが、その多点分布への影響について調べることが出来た。これは、一次元非対称排他過程と呼ばれる多粒子拡散模型でいうと初期条件が原点の左右で異なる密度から始まる場合に相当しており、その相関関数を計算したことにもなる。また、得られた結果の特別な場合と先行研究との関係についても議論した。同時に、このような解析と、ランダム行列理論との関係の解明も進めた。特に、外場が一つだけの場合の多核成長模型が、外場のあるランダム行列と深く関係していることを示した。さらに、一次元非対称排他過程のカレント揺らぎを、グリーン関数から調べることが出来ることを示し、それがランダム行列理論のある種の変形したようなものが現れることを示した。また、境界のある非対称排他過程の定常状態を調べる方法である、行列の方法についても研究を進めた。その結果、アスキー・ウィルソン多項式との関係を見出した。また、行列の方法をより一般の模型に適用する方法についても議論した。今年度は、境界の影響の強いモデル系に対する計算をさらに進めた。特に、平坦な初期条件からスタートした場合の一次元KPZユニバーサリティクラスに属している界面成長模型の界面揺らぎの、同時刻多点分布の計算を行うことが出来た。これまで、液滴(droplet)の場合やその拡張の場合について多点の相関が計算されていたが、それは自由フェルミオンの問題にマップできるからである。しかし平坦の場合は、自由フェルミオンではなく、より一般のCalogero模型と関係しているのではないかという予想もあり、技術的に難しいのではないかと考えられていたが、今年度の研究により、多点での相関を計算できた。より具体的には、非対称排他過程と呼ばれる1次元の多粒子拡散模型が界面成長模型とみなすことが出来ることを使ったのであるが、その際、以前から知られていた非対称排他過程に対する遷移確率の行列式表示を、vicious walkと呼ばれる交差しないランダムウォークの言葉で解釈しなおすことが重要であった。この結果は、Calogero模型との関係を理解するときなど、いろいろ有用であると考えられる。同時に、これらの非平衡統計力学モデルと組み合わせ論やランダム行列理論との関係について理解を深めた。まず、1つの外場がある多核成長模型が、外場のあるランダム行列と関係していることを示した論文を発表した。その後2つの外場がある多核成長模型とランダム行列の関係も分かってきた。また、多核成長模型とダイソンモデルの関係について新たな知見が得られた。また、これまで得てきた具体的な結果をより一般的な文脈で理解するための試みを考えた。

その結果、時刻Oで原点より左側のみが粒子で埋まっている初期条件の下で、1つの粒子の運動の時間相関は、時間に依存するガウシアンユニタリアンサンブルの最大固有値の運動と等価であることを示すことが出来た。また今年度はこれらの成果に関して、マサチューセッツ工科大や京都大学における国際会議をはじめいくつかの機会に発表を行った。
分散リバランシング制御による非輻輳データセンタ・ネットワークの研究

制御上のオーバヘッドが少なく,高いスループットを実現するデータセンタ・ネットワークの構築手法を明らかにする.トポロジーとしてClos網を想定し,局所情報に基づく分散リバランシング制御と呼ぶフロー・レベルのルーティング手法を検討する.その優位性を明確にするため,パケット・レベルの精密な計算機シミュレーションを行い,パケットの遅延,スループットなどの性能尺度を観測し,従来技術と比較評価する.また,仮想スイッチを活用した分散リバランシング制御の実装方法を明らかにする.さらに,小規模なClos網を構築し,仮想スイッチを活用して分散リバランシング制御を実装し,実験により実現性と有用性を示す.制御上のオーバヘッドが少なく,高いスループットを実現するデータセンタ・ネットワークの構築手法を明らかにする.トポロジーとしてClos網を想定し,局所情報に基づく分散リバランシング制御と呼ぶフロー・レベルのルーティング手法を検討する.その優位性を明確にするため,パケット・レベルの精密な計算機シミュレーションを行い,パケットの遅延,スループットなどの性能尺度を観測し,従来技術と比較評価する.また,仮想スイッチを活用した分散リバランシング制御の実装方法を明らかにする.さらに,小規模なClos網を構築し,仮想スイッチを活用して分散リバランシング制御を実装し,実験により実現性と有用性を示す.