hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
情報理論的結合可能安全性を有する暗号基礎技術の研究

本研究では情報理論的結合可能安全性を有する暗号基礎技術に関する理論研究を行った。ここで情報理論的結合可能安全性は、時代の計算技術に依存せず原理的に安全であると言える安全性で、複数のシステムとも自由に組み合わせ可能な高い安全性である。主要な研究成果は、暗号基礎技術(暗号化、鍵共有、認証)に対して、従来の情報理論的安全性と情報理論的結合可能安全性が本質的に同値であることを理論的に示せた点である。本成果は、暗号理論分野における学術的重要性だけに留まらず、多様で複雑な情報システムを構成する際、情報理論的に安全な基礎技術を自由に組み合わせても良いことを示しており実用的観点からも意義は大きいと考えられる。本年度の計画通り、本研究課題の主テーマである「暗号化方式及び鍵共有方式に対する情報理論的結合可能安全性の理論的解析」に関して、昨年度の研究成果の完成度を更にあげた内容を英文論文化し、国際暗号学会(IACR)のアーカイブに投稿することにより、本研究成果を世界中に広く公表した(http://eprint.iacr.org/2012/383)。また、このうち、鍵共有方式に関する成果は、平成25年7月7日12日にトルコで開催される国際会議IEEE ISIT 2013にて発表を行う。この成果により、暗号化方式及び鍵共有方式において、従来の情報理論的安全性と情報理論的結合可能安全性は同値であることが証明され、従来の情報理論的安全性を有する暗号化方式及び鍵共有方式は他のシステムと自由に結合しても情報理論的に安全であるとの結論を導けた。また、情報理論的に安全なタイムリリース方式(鍵共有、暗号化、認証の各方式)に関して、昨年度の成果を更に発展させた英文論文を国際暗号学会のアーカイブに投稿することにより世界に公表した(http://eprint.iacr.org/2012/460)。また、この成果に関しては、国際会議ICITS2012にて論文発表を行った。今後は、この技術に対しても情報理論的結合可能安全性に関する調査研究を行いたい。以上の研究成果は、暗号理論分野における学術的重要性だけに留まらず、多様で複雑な情報システムであふれる社会において、その構成要素となる暗号基礎技術を自由に組み合わせても情報理論的安全性を実現できることを明確に示した点で、実用的観点からもその意義は大きいと考える。平成25年度は、本研究課題の主テーマである「情報理論的結合可能安全性の理論的解析」に関して以下の成果が得られた。鍵共有方式において、従来の情報理論的安全性と情報理論的結合可能安全性には、用いる安全性指標によって小さな差はあるものの、本質的には同値であることを示した。これら鍵共有方式に対する情報理論的結合可能安全性に関する成果は国際会議IEEE ISIT2013において発表している。一方、メッセージ認証方式(認証符号)に対しては、従来の情報理論的安全性と情報理論的結合可能安全性は全く同値であることを示した。この成果は国内会議SCIS2014における発表内容に含まれている。更に上記以外にも、従来の情報理論的暗号理論を拡張するため、Renyiエントロピーを利用した体系的枠組みを提案し、この成果を国内外の会議やアーカイブにて公表している。この体系的枠組みの中で結合可能安全性の概念をどのように一般的に扱えるかについては、今後の研究活動の中で明らかにしてゆきたい。研究期間全体を通して、暗号基礎技術、特に、暗号化方式、鍵共有方式、メッセージ認証方式に対して、従来の情報理論的安全性と情報理論的結合可能安全性の関係を理論的に示すことができた。上記の3つの基礎技術に関して、両者の安全性は本質的には同値であるものの、鍵共有と暗号化においては若干の差があるため、実際のシステム構築の際には、この差を十分に考慮してシステムパラメータを設計する必要がある。以上の研究成果は、暗号理論分野における学術的重要性だけに留まらず、多様で複雑な情報システムであふれる情報社会において、その構成要素となる暗号基礎技術を自由に組み合わせても情報理論的安全性を実現できることを明確に示しており、実用的観点からもその意義は大きいと考える。本研究課題における当初の研究実施計画どおり、暗号化方式・鍵共有方式に対して、情報理論的結合可能安全性と従来の情報理論的安全性の差異を理論的に明確にすることに成功した。具体的には、暗号化方式・鍵共有方式に対しては、両者の安全性は同値であるという結果を得た。従って、従来の情報理論的安全性を有する暗号化方式・鍵共有方式の構成法は、情報理論的結合可能安全性をも有するため、他のシステムと自由に結合しても安全であるとの結論を導いたことになる。この研究成果は国内学会で既に発表しており、今後、更に完成度をあげた論文を権威ある国際会議・論文誌等で発表を行う計画である。

また、従来の基本的な情報理論的安全性を拡張した暗号基礎技術として、新たに、鍵更新型鍵共有方式、タイムリリース鍵共有方式・暗号化方式・認証方式、アグリゲート認証方式を世界で初めて提案した。今後は、これらの基礎技術に対しても、情報理論的結合可能安全性の有無を調査し、それら研究成果を国際会議・論文誌等で発表を行う計画である。以上の研究成果は、学術的意味における重要性だけに留まらず、多様で複雑な情報システムであふれる社会において、その構成要素となる暗号基礎技術が長期間にわたり時代の計算機技術に依存せず原理的に安全である形で実現されることに貢献する重要な成果であると考える。「研究実績の概要」に記載したように、暗号基礎技術である暗号化方式及び鍵共有方式に対しては、情報理論的結合可能安全性と従来の情報理論的安全性の理論的関係性を明確にした英文論文を完成させ世界に公表できた。そのため、理論的成果に関しては順調に進展しているといえる。一方、数値実験による実用性の検証に関しては当初の計画よりも多少遅れている。以上より、これらを総合的に考慮して「おおむね順調に進展している」との自己評価を行った。「研究実績の概要」に記載したように、暗号基礎技術である暗号化方式・鍵共有方式に対して、情報理論的結合可能安全性と従来の情報理論的安全性の差異を理論的に明確にすることに成功したため、上記のように「おおむね順調に進展している」との自己評価を行った。今後は、既に論文発表している理論的成果に対して、数値実験による実用性の検証を行う。また、この実験結果により、実用性の観点から再考察すべき内容が出てくれば理論研究にもフィードバックを行う。このように、理論研究と実験の結果を互いにフィードバックさせながら、それぞれの完成度をあげていく。今後は、平成23年度の理論研究の成果の完成度を更にあげた論文を権威ある国際会議・論文誌等で発表を行う計画である。また、平成24年度は、実装に必要な実験環境(計算機、通信路、ソフトウェア等)を整えて、それまでに出ている理論的研究成果をもとに実装実験をスタートする計画である。この実験結果によっては、実用性を考慮して理論研究にもフィードバックを行う予定である。このように、理論研究と実装実験の結果を互いにフィードバックさせながら、それぞれの完成度をあげていく。本年度、電子情報通信学会主催による3月下旬に岐阜で開催された国内会議に、当初は、2日間にわたって参加する予定であったが、プログラム内容により1日だけの参加に変更したため、旅費が18,100円減額し、次年度研究費に繰り越す形になった。次年度は本研究の最終年度であるため、研究費の大半は、これまでの理論的研究成果を国際会議や論文誌で発表するための費用(旅費、論文掲載費)、また数値実験に必要なソフトウェア購入費用に充てる計画であり、上記の繰越金もこの一部に充てる。平成24年度は、論文発表のための外国旅費・国内旅費に加えて、考案した方式を実際にハードウェア実装、並列計算機実験等による実験解析をスタートする計画である。そのため、ベクトル並列計算サーバーを購入し、申請者の研究室にある計算機も利用する。また、並列計算用及び通信路摸擬用のソフトウェアも平成24年度に計上する。以上より、計算機・ソフトウェア購入費、及び国内外への旅費が経費の大部分を占める。
非ル-リエ形リアプノフ関数を用いた電力系統のオンライン評価システムの開発

1.発電機の鎖交磁束減衰を考慮したシステムが積形の非線形システムとなり、ル-リエ形リアプノフ関数がうまく適用できない。そこで、この積形非線形システムのリアプノフ関数を構成する手法を開発した。2.システムを同定する際の誤差の問題、さらに時々刻々変動する電力系統の負荷の問題に対処できるように、リアプノフ関数を用いて非線形システムのロバスト安定性を解析する方法を提案した。3.電力系統の安定性を決定する主要因が同期発電機であることからリアプノフ関数を評価関数として同期機の乱調振動、同期引入れ現象、および同期化の改善方法を解析する手法を提案した。4.電力系統内の事故時における対処策として、制動抵抗の投入・開放をタイミングよく行なう手法があるが、このタイミングの決定をリアプノフ関数を用いて行なう方式を提案した。5.模擬電力システムのオンライン評価システムを構築するためには、システムの状態量である発電機の位相角と角速度を時々刻々測定し、コンピュ-タでただちに計算処理する必要がある。角速度については模擬システムに測定回路が併設されているが、位相角を測定する装置がなかっため、位相角を測定する装置を試作した。6.模擬電力システムの非ル-リエ形リアプノフ関数を筆者らによって開発されたラグランジュ・シャルピ法により構成し、このリアプノフ関数を評価関数としてシステムの安定性をマイクロコンピュ-タでオンライン評価するソフトを開発した。これにより、一つの非ル-リエ形リアプノフ関数を用いた電力系統のオンライン評価システムを構築することができた。なお、本研究で構築されたオンライン評価システムにより、実際にマイクロコンピュ-タで模擬電力システムを制御し、実験結果とシミュレ-ション結果がよく一致することも確認した。電力系統の安定性を解析する際、発電機の鎖交磁束減衰を考慮した系統モデルのリアプノフ関数を構成しなければならない。しかしながら、鎖交磁束減衰効果により、発電機の入出力特性式は相差角変化と磁束変化による積形の非線形関数として与えられる。この積形関数はセクタの設定が容易でなく、導出されるルーリエ形リアプノフ関数Vとその時間導関数V^^・の定値性の確立を困難にすることが知られている。本年度の研究では、積形非線形関数のセクタの設定法について開発し、一つの拡張リアプノフ関数構成法を確立した(昭63年電気関係学会九支連大、No.125、計自学会論文集、Vo1.25,No.2,1989).また、発電機の動特性式が2階の常微分方程式で記述されることに着目し、これをリエナール形非線形システムとみなして安定性の解析を行った。(昭63年電気関係学会九支連大、No.124、計自学会九州支部大会No.107)、一方、リアプノフの直接法を同期発電機の安定度解析へ摘用するため、まず同期電動機を対象に負荷急増時の機器パラメータの過渡安定度に及ぼす影響についてリアプノフ関数を用いて調べた(昭63年電気関係学会九支連大、No.747)さらに、リアプノフ関数から得られる過渡安定度評価と実験結果とを比較検討した。この結果、リアプノフ法は実機の安定度評価に有効であることが示された(昭63年電気関係学会九支連大、No.748)。さらに、電力系統のオンライン評価モデルを作成する際の問題点として、パラメータ同定の正確さの問題が出てきたため、非線形システムの一つのロバスト安定性の指標を開発した(SICE'89',I.J.C.,IEEE,ACそれぞれ投稿中)その他、システムの状態変数である相差角と速度の測定回路を完成させ、実際にマイクロコンピュータで故障回線をしゃ断するためのプログラムもC言語により作成している。故障発生の際にノイズが発生し、これがリアプノフ関数に誤判断させる為、これも検討中である。

電力系統のオンライン安定度評価システムを構築する際、システム同定の正確さの問題、時々刻々変動する負荷への対応の問題が出てくる。したがって本年度の研究においては、電力系統モデルがル-リエ形非線形システムと見なせることから、このシステムのロバスト安定性についてまず考察した(SICD'89、平元年度電気関係学会九支連大、No.354、AMST'90、IEEE A.C.、計自学会論文集)。また、リアプノフ法を同期機の安定性の解析に摘要するため同期機の乱調発生の判定ならびに乱調振動が発生する不安定領域の決定をリアプノフ関数を用いて行う方法を提案した。(電学論109-D)。続いて同期機の同期引入れ時の最適励磁投入位相角の決定をリアプノフ関数を用いて行う方法も提案した(電学論110-D)。一方、オンラインシステム構築のためには、系統の状態量である発電機の位相角と角速度を時々刻々測定し、コンピュ-タで計算処理する必要がある。角速度については模擬電力システム実験装置に測定回路が併設されているが、位相角を測定する装置がなかったため、本年度は位相差測定装置も製作した(琉大工紀要)。この装置の完成により、模擬電力システム実験装置の状態量をコンピュ-タにオンラインで取り込み、実際にコンピュ-タからの指令で故障回線をしゃ断する一連の自動化システムを構築することができた。また、実時間で故障回線のしゃ断を行う際、コンピュ-タの演算時間やしゃ断動作の時間遅れがあるために、前もってリアプノフ関数の安定限界の理論値を予測する必要があり、この予測手法についても一つの提案を行った(平元年電気関係学会九支連大、No.353)。これらの研究成果をもとに、一つのリアプノフ法による電力系統のオンライン過渡安定度評価システムを構築し、コンピュ-タによる理論解析と実験結果を比較検討してこの評価システムが有効であることも示した(電学論D、発表予定)。本年度の研究においては,まず発電機の鎖交磁束減衰やAVRの取り扱いが可能な積形非線形システムの拡張リアプノフ関数を提案し(ASME J.of Dynam.Syst.Meas.,Control掲載決定),次いで時々刻々変動する負荷への対処として,非線形システムのロバスト性をリアプノフ関数を用いて解析する方法を提案した.システムのロバスト性については,電力系統の標準モデルとして知られるル-リエ形非線形システムの解析(IEEE ACー36掲載決定,AMST'90)から始め,より詳細な電力系統モデルである複合形非線形システム(積形+ル-リエ形)の解析(平2年電気関係学会九支連大p.519,第9回計自学会九支講演会pp.51ー52)まで行った。非線形システムのロバスト安定性の解析の困難さは,システムに漸近安定領域が存在し,これがパラメ-タ変動とともに伸縮することにあるが,本研究では漸近安定領域が縮小しないための条件も導出している(第9回計自学会九支講演会PP・49ー50)。また,発電機が同期機であることから,リアプノフ法を用いて同期機の同期引入れ現象(琉大工紀要)や乱調振動現象(電気学会研究会)を解析するとともに,電圧変動時の過渡安定度問題についても考察した(平2年電気関係学会九支連大p.355)。
エレクトロポレーターを用いた癌の新規治療法の開発と口腔領域への応用

申請者らは,前年度の研究で,液胞型プロトンATPaseの特異的阻害剤であるコンカナマイシンAを用いて新たな癌の治療法の開発を行ってきた.これまでに,in vitroおよびin vivoの実験系でエレクトロポレーターを用いて抗癌作用を発現について検討した.その結果,ヒト顎下腺管癌細胞やヒト扁平上皮癌細胞に対して強い致死活性が確認された.しかしながら,癌細胞特異性が低く,正常細胞への為害性が認められたことから,これをどのように減弱させるかが今後の問題として残された.そこで,本年度の研究では,細菌が産生する毒素である細胞膨化毒素(cytolethal distending toxin ; CDT)に着目して,ヒト由来の顎下腺管癌細胞株におよぼす作用について検討した.CDTは,大腸菌をはじめとしてさまざまな病原性細菌が産生する毒素であることが分かっているが,今回は,歯科領域で研究が進んでいる若年性歯周炎の原因菌であるActinobacillus actinomycetemcomitansが産生するCDTとそれを担う遺伝子を用いて実験を行った.その結果,in vitroの実験系で,CDTタンパクならびにそれを担うCDT遺伝子をエレクトロポレーターで,ヒト顎下腺管癌細胞株に導入したところ,著しい細胞致死活性が認められた.フローサイトメーターで解析したところ,CDTによって誘導される細胞死はアポトーシスであることが確認された.さらに,アポトーシス発現に先立ち,G2期における細胞周期の停止が誘導されることが明らかとなった.ここまでの成果は,今年度,論文としてまとめ投稿しているが,担癌マウスに対する効果を確認するまでには至らず,今後の課題として残された.申請者らは,コンカナマイシンAという液胞型プロトンATP aseの特異的阻害剤がマウスB細胞ハイブリドーマ,ヒト顎下腺管ガン細胞やヒト扁平上皮癌細胞などの腫瘍細胞に対してアポトーシスを誘導することを明らかにしてきた,またこの薬剤は,腫瘍細胞にアポトーシスを誘導する濃度では線維芽細胞などの腫瘍細胞以外の細胞には,細胞障害を与えないことを明らかにした.さらに,コンカナマイシンAでアポトーシスを誘導させた腫瘍細胞の細胞質内には腫瘍細胞に対してアポトーシスを誘導することのできるタンパク質が存在することも明らかにしてきた.そこで,本研究では,in vitroで得られた知見をin vivoに応用できるかどうかを検討するため,以下のことを行った.まず,ヒト扁平上皮癌細胞を用いて実験癌モデル動物の作成を試みた.次にエレクトロポレーターを用いてコンカナマイシンAを局所投与する条件を検討した.さらに,動物レベルでの腫瘍が抑制できるかを検討した.本研究で得られた知見は以下の通りである.実験癌モデル動物は,形成された腫瘍を摘出し,in vitroで培養を行い,増殖してきた細胞を維持し,マウスの皮下に接種することで作成した.コンカナマイシンAの局所投与の条件は,電極の形状を工夫し,安定に通電する条件を得た.腫瘍の抑制は,コンカナマイシンAの濃度,電圧,パルス回数等を検討し,若干の抑制効果は得られたが,最大限の効果が得られていないため,現在,最適条件を検討中である.申請者らは,前年度の研究で,液胞型プロトンATPaseの特異的阻害剤であるコンカナマイシンAを用いて新たな癌の治療法の開発を行ってきた.これまでに,in vitroおよびin vivoの実験系でエレクトロポレーターを用いて抗癌作用を発現について検討した.その結果,ヒト顎下腺管癌細胞やヒト扁平上皮癌細胞に対して強い致死活性が確認された.しかしながら,癌細胞特異性が低く,正常細胞への為害性が認められたことから,これをどのように減弱させるかが今後の問題として残された.そこで,本年度の研究では,細菌が産生する毒素である細胞膨化毒素(cytolethal distending toxin ; CDT)に着目して,ヒト由来の顎下腺管癌細胞株におよぼす作用について検討した.CDTは,大腸菌をはじめとしてさまざまな病原性細菌が産生する毒素であることが分かっているが,今回は,歯科領域で研究が進んでいる若年性歯周炎の原因菌であるActinobacillus actinomycetemcomitansが産生するCDTとそれを担う遺伝子を用いて実験を行った.その結果,in vitroの実験系で,CDTタンパクならびにそれを担うCDT遺伝子をエレクトロポレーターで,ヒト顎下腺管癌細胞株に導入したところ,著しい細胞致死活性が認められた.フローサイトメーターで解析したところ,CDTによって誘導される細胞死はアポトーシスであることが確認された.さらに,アポトーシス発現に先立ち,G2期における細胞周期の停止が誘導されることが明らかとなった.ここまでの成果は,今年度,論文としてまとめ投稿しているが,担癌マウスに対する効果を確認するまでには至らず,今後の課題として残された.
高密度頭蓋内電極による高速・高精度言語機能マッピング法の開発

脳外科手術における言語機能マッピング精度を高めるために、標準手技である皮質電気刺刺激、皮質活動を反映する高周波脳律動活動1、皮質間の結合を反映する皮質皮質間誘発電位2、言語野をつなぐ白質線維3の関係について検討した。その結果、1と2を組み合わせることで言語中枢を80%以上の陽性適中率で検出できる可能性が示された。一方で、3は言語中枢そのものではなく、その周囲に終始する傾向が確認された。平成26年度にてんかんの焦点診断を目的として言語優位半球に高密度頭蓋内電極を留置した症例は3例であった。全例で、頭蓋内電極留置前に機能的MRI、Q-ball imagingを行い、電極留置後に皮質電気刺激マッピング、言語課題下の皮質脳波計測、皮質-皮質間誘発電位計測を行った。臨床的意義の大きい、機能的MRI、皮質電気刺激マッピング、言語課題下の皮質脳波計測の解析を優先して行った。機能的MRIは従来の報告通り、前頭葉言語野に対する感度が良好で、全例で優位半球前頭葉言語野の応答が見られた。27年度に行うQ-ball imagingの解析でseedとして使用する予定である。高密度電極による皮質電気刺激マッピングでは、3例中1例で有意な言語障害が惹起されなかった。刺激条件を変更して言語障害が観察されることを確認した。小型の高密度電極では至適な皮質電気刺激の条件が従来と異なる可能性がある。一方で、高周波脳律動活動は全例で確認された。特に前頭葉言語野での明瞭な分布が確認されたが、側頭葉言語野においても応答が見られた。皮質電気刺激マッピングによる言語野と局在が概ね一致することが確認されたが、高周波脳律動活動はやや広い分布を示した。同一患者における比較はできないが、従来の電極に比して高周波脳律動活動の応答が明瞭で分布が広い傾向が見られた。従来の条件による皮質電気刺激で言語障害が惹起されなかった1例においても高周波脳律動活動が明瞭に観察された。高密度電極で観察される高周波脳律動は皮質電気刺激マッピングよりも鋭敏に言語野を検出し得る可能性がある。最終年度では、全期間を通じて計測した皮質-皮質間誘発電位(CCEP)の解析を行った。高密度電極の使用により得られた詳細なCCEPの空間分布に対して回帰分析および主成分分析を適用した。回帰分析によって、刺激部位近傍の電位は距離の二乗に比例して減衰するのに対し、離れた領域の電位はこの回帰曲線の外れ値をとることが示された。これにより刺激部位近傍の応答が主に容積伝導に由来することが示唆された。また、主成分分析により刺激部位近傍の応答と離れた部位の応答が異なる成分に由来することが示され、異なる角度から回帰分析の結果が支持された。CCEPの擬陽性応答の検出は、脳機能マッピングの精度の改善に寄与し得る。最終年度に得られたCCEPに関する成果をこれまでの研究期間で得られた皮質電気刺激マッピング、高周波脳律動活動およびtractographyの局在と比較検討した。高密度電極を用いて言語課題による高周波脳律動活動を計測したところ、高い空間分解能で良好な信号対雑音比が得られた。言語に関連した高周波脳律動活動は、下前頭回を中心とする前方言語野に集中して観察されたが、後方言語野に対する検出感度は不良であった。Q-ball imagingによるtractographyは、下前頭回後方、角回、下側頭回を結ぶように描出され、CCEPおよび皮質電気刺激マッピングとの対応が示唆されたものの厳密な局在の一致は得られなかった。高周波脳律動活動により運動性言語野を検出し、これを刺激することによって得られるCCEPの分布域を調べることで短時間に感度の高いマッピングが行える可能性が示された。ただし、特異度は十分ではなく、課題を残した。また、本研究では、これまで明らかにされていない複数の脳生理的指標とtractographyの空間的関係を記述した点で臨床的意義が大きい。目標症例数を2年間で10例としたが、26年度での症例数が3例と少ない。臨床的必要性に応じて電極留置を行うため、やむを得ない点である。しかし、その全例において当初予定していた複数のモダリティーを用いた計測内容は完遂している。高周波脳律動活動、皮質電気刺激マッピングについては解析も進行しており、既に新たな知見も得られている。総合的には目標達成に向けて着実に前進している。機能脳神経外科引き続き言語優位半球に頭蓋内電極を留置されている患者において、計画通りの計測を行っていく。既に計測を終えている3例に関しては、皮質皮質間誘発電気、Q-ball tractographyの解析を進め、高周波脳律動活動、皮質電気刺激マッピングとの関連について調べていく。対象患者数は、臨床的必要性に応じて自動的に決定してしまう部分があるが、母体となる患者数を確保するべく、患者リクルートメントを中心とした臨床的努力を行っていく。
液相法による層間化合物の合成と多孔性フィルターへの担持

層間化合物を始めとする機能性セラミックス系材料を液相法によって合成すると、以下のような準安定相の創製や、ナノ・メゾ多孔体など形態制御が可能となった。1.ZnおよびInの硝酸塩混合水溶液にクエン酸をゲル化剤として加え濃縮したのちに350°Cで焼成するクエン酸法によって、ZnOに対するIn^<3+>の均一固溶組成範囲が15%程度にまで広がり、透明導電性の高いことを見出した。2.クエン酸をZrOCl_2とAlCl_3の混合水溶液に加えて得られた析出物を焼成して得た正方晶ジルコニアの微粉体では、アンモニア共沈法による生成物よりも粒径の揃ったZrO_2-Al_2O_3の均一な混合状態が得られた。3.ゲル化剤を添加する代わりに、微小重力場中において金属塩化物または硝酸塩の混合水溶液を直接に凍結したのちに真空乾燥することによっても、均一混合状態を保ったままの原料塩の混合粉が得られ、高温加熱によって混合状態の良い酸化物に転換できる可能性を見出した。4.ハイドロタルサイトゲルを多孔質アルミナ管の1μm以上の直径をもつ細孔中に担持でき、雰囲気中から可逆的にCO_2を吸収できることが判った。5.アルキルアンモニウム系界面活性剤の有機分子集合体を鋳型とした合成、B_2O_3との混合物を溶融凝固後にB_2O_3を溶出する方法によって、WO_3およびV_2O_5をホストとするナノ・メゾ多孔性層間化合物が得られた。セラミックス系素材は原料酸化物および炭酸塩などの固相反応に依って合成されてきた。しかし固相反応は原料粉体間における相互拡散が反応を律速しするために、合成には高温高圧や長い反応時間を必要とし、また成形体を得ることも容易では無かった。これに比べて液相中では原料の相互拡散は速く、このために温和な条件下においても合成が可能で、担体との反応も問題になり難く担持などの形態付与も容易であると考えられる。本年度は水溶液中における均一混合状態をできる限りそのまま生かして、酸化物を低温合成する可能性を調べた。ZnOはごく少量のAl^<3+>、Ca^<3+>などを置換固溶させることによって、ITOに替わる透明導電体になることが期待されている。ZnO-In_2O_3系においては層状の結晶構造を持つ(ZnO)_mIn_2O_3も透明導電性をもつと考えられて研究が始まっている。固相反応では1400°C程度の高温で焼成することによって、また薄膜はスパッタ法によって合成されている。本研究ではZnおよびInのこの混合硝酸塩水溶液に対してクエン酸を添加して、攪拌濃縮して粘りけのある液状にしたのちに焼成した。600°C付近から既に長い積層間隔をもつ準安定なm値の大きな(ZnO)_mIn_2O_3が生成し、導電性も高いことを見出した。基板にディップコートすることによって、薄膜も合成できた。またアルミナはジルコニアなどを粒界に少量析出させることによって、機械的な性質が大きく改善されることが知られている。分散させるジルコニアに逆にアルミナを少量含有させると、準安定な立方晶ジルコニアの得られることを見出した。この合成においても、オキシ塩化ジルコニウムおよび塩化アルミニウムの混合水溶液を出発原料とするところから、アンモニアを添加したアモルファスな共沈の局所構造について、X線吸収スペクトルなどを測定することに依って調べ、更に均一な原料調製法を検討している。セラミックス系素材は原料酸化物および炭散塩などの固相反応に依って合成されてきた。しかし固相反応は原料粉間における相互拡散が反応を律速するために、合成には高温高圧や長い反応時間を必要とし、また成形体を得ることも容易ではなかった。

これに比べて液相中では原料の相互拡散は速く、このために温和な条件下においても合成が可能で、担体との反応も問題になり難く、担持などの形態付与も容易であると考えられる。本年度は、塩化マグネシウムおよび塩化アルミニウムとNaOHの混合水溶液から生成した共沈ゲルを熟成して、0.2<Mg/(Mg+Al)<0.35の組成域においてハイドロタルサイト様化合物を得た。代表的な組成であるMg/(Mg+Al)=0.25について、熱的な挙動を調べた。500800°Cの温度範囲における分解生成物はMgO-Al_2O_3固溶体であり、その温度域以上ではMgOとスピネルが結晶化した。前者の分解生成物を炭酸ナトリウム水溶液に浸すと、ハイドロタルサイト構造を回復した。多孔質アルミナ管の1μm以上の直径をもつ細孔中には、ハイドロタルサイトゲルを担持できた。ハイドロタルサイトを担持した多孔質管は、雰囲気中から可逆的にCO_2を吸収した。このCO_2,吸収挙動は湿度によって影響された。またアルキルアンモニウムのメゾ集合体が共存する水溶液中においてタングステン酸を析出させ、メゾ集合体を鋳型としたタングステン酸が得られた。層間化合物を始めとする積層型の無機物質は、原料酸化物および炭酸塩などの固相反応によって合成されてきた。しかし固相反応は原料粉間における相互拡散が反応を律速するために、合成には高温高圧や長い反応時間を必要とする。液相中では原料の相互拡散は速く、均一に混合した状態が得られ易い。また担体との反応も起こり難く、担持などの形態付与も容易である。昨年度までにハイドロタルサイトや層状チタン酸ゲルを多孔質アルミナ管の細孔中に担持し、これらの層間化合物の機能性を有効に引き出すことができた。さらに溶液中における均一な混合状態をクエン酸などのゲル化剤を添加して保持したまま低温焼成すると、積層周期が長く準安定な層状化合物を新たに得られる事も見出した。本年度にはゲル化剤を添加する代わりに、微小重力場中において金属塩化物または硝酸塩の混合水溶液を凍結することによっても、均一混合状態を保ったままで酸化物に転換できる可能性を検討した。A1_2O_3やY_2O_3をドープしたZrO_2を得ることを目指してZrOCl_2・8H_2O+AlCl_3・6H_2OおよびZrOCl_2・8H_2O・+YCl_3・6H_2O混合水溶液を、各1mlずつアルミニウムパックに詰めて、熱電素子に挟みこんで冷却凍結した。通電開始したのち数十秒後に約-20°C付近まで冷却して凝固熱を発生しながら凍結する。凍結した試料を凍結乾燥機にて乾燥したのちに、粉末X線回折およびSEM観察を行った。さらに示差熱分析装置中にて加熱して酸化物に転換した。その結果、凝固の直前に5秒間の微小重力条件を経験すると、析出したZrOCl_2・8H_2O、AlCl_3・6H_2O、YCl_3・6H_2Oなどの混合が均一になるだけではなく、核発生が抑制されるためか結晶性がミ向上することが明らかになった。その他に透明導電性をもつ(ZnO)_mIn_2O_3、Bi_4Ti_3O_<12>強誘電体、スピノーダル分解するTiO_2-SnO_2固溶体、Na-β-Al_2O_3についても同様の検討を行い、凝固点が低すぎず、吸湿性が低く乾燥が容易で、水溶液が加水分解せずに安定な実験系については、いずれの場合も類似した実験結果の得られることが明らかになった。
次世代シーケンサーを用いた赤血球膜異常症の網羅的解析

次世代シーケンサーを用い赤血球膜蛋白異常症の遺伝子解析を行った。Solid5500による全エクソーム解析は多数の多型、変異が検出されたが、疾患に関連する変異を限定する事が困難であった。広範囲遺伝子欠失は検出できなかった。Ion PGMは6症例の赤血球膜蛋白関連遺伝子20種類の解析を行い、新規のアンキリン遺伝子変異4例を発見した。うち1例はαスペクトリンにも変異が存在し、臨床症状の悪化に関連していると考えた。残りの2症例は遺伝子欠失を検索中である。赤血球膜蛋白異常症のように複合ヘテロ接合体や遺伝子欠失も想定される遺伝子疾患の解析には、関連遺伝子に的を絞ったIon PGMの利用が有効である。当初、次世代シーケンサーSOLid5500とIon PGMを用い赤血球膜蛋白異常症と考えられる症例の網羅的解析を試みようと考えていた。しかし、SOLid5500に関してはDNAを抽出・精製後、山口大学遺伝子実験施設において解析を進める事で研究が進められるが、Ion PGMはSOLid5500に比べ1run当たりの読み取りデータ量が少ないため、目的の遺伝子のキャプチャーが必要である。その為にまず、HaloPlexプローブの作成が必要であった。ABIを含めメーカーと何度か協議・検討を行ったが、現在の段階ではプローブの作成コストだけで200万円を超す事が判明した。今後、全ての研究者がネット上で関連遺伝子を入力し、セレクトする事で簡単にプローブがオーダーできるシステム作りをメーカーに依頼した。また、現存する全てのエクソンをキャプチャーできるキットでライブラリーを作成し、Ion PGMで解析を行った場合、SOLid5500で1サンプル解析するよりコストがかかる事が判明した。従って、2013年度は次世代シーケンサーSOLid5500を使用し、エクソンの網羅的解析を行なう事とした。遺伝子実験施設に依頼出来るサンプル数は1度に4検体のため、βサラセミアとP4.2の異常が確認された検体、P4.2NipponとFukuokaが否定された検体、EKLF異常が確認されている検体、不明の検体の解析を行なった。それぞれの検体においてデータベースとは異なる塩基置換(多型および変異)が4256844071、小欠失が538649検出された。このデータに我々の検出している遺伝子変異がある事を確認した。今後この塩基置換または欠失のどれが病態と関連しているのかを解析して行く予定である。赤血球膜タンパク関連遺伝子19遺伝子の全エクソン92174bpの解析用Primer 694種類を設計し、次世代シーケンサーIonPGMシステムにより解析を行った。検体は当研究室において、EMA法によりband3の低下を認めた球状赤血球症を呈する検体5例、band3の低下が認められなかった楕円および球状赤血球を呈する検体4例、標的赤血球を呈する検体1例の計10例である。結果:5'および3'非翻訳領域を含むエクソン、エクソンーイントロン部位に合計119の変異・多型を検出、そのうち13が新規の変異であった。Band3低下を示す5例中4例がアンキリン異常のものであり、うち1例は既知の変異、3例が新規の変異によるものであった。論文発表:βグロビン遺伝子に異常のないサラセミアに関してSOLiD5500を用い全エクソン解析を行ない、EKLF変異のみがβサラセミアに関連していることを証明した。大学院生が雑誌Hemoglobinに投稿しアクセプトされた。学会発表:大学院生が日本血液学会で上記の内容の学会発表を行った。先天性溶血疾患の原因で最も頻度の高い赤血球膜タンパク異常症の解析を次世代シーケンサーIon PGMを用いて行った。赤血球膜タンパク関連遺伝子群は20種類存在し、その遺伝子は巨大でエクソン数も多い。全エクソン92174bpを677のAmpliconを作成し、シーケンシングを行い原因解明を試みた。対象は、様々な検査から球状赤血球症(HS)が疑われる6例とした。その結果、新規のアンキリン遺伝子変異によるHSが4症例発見された。そのうち1例はα-スペクトリンにも新規の遺伝子異常が存在し、臨床症状を悪化させていることが示唆された。残りの2症例に関してはHSを引き起こす可能性のある塩基置換が全関連遺伝子認められなかったため、Ion Xpressを用いて遺伝子欠失の有無を解析したが、アンキリンとスペクトリンには遺伝子欠失は認められなかった。残りの遺伝子に関しては解析中である。以上のことから、複合ヘテロ接合体も考えられる赤血球膜タンパク症の解析には、関連遺伝子の網羅的解析が必要である。また、形態異常に関わる塩基置換が認められない場合には、遺伝子欠失も念頭に置いて解析する必要がある。ある程度原因遺伝子が絞り込むことが可能な先天性の疾患の解析には、遺伝子欠失も解析可能な次世代シーケンサーIon PGMを用いた解析が有効である。

うち1例はαスペクトリンにも変異が存在し、臨床症状の悪化に関連していると考えた。残りの2症例は遺伝子欠失を検索中である。赤血球膜蛋白異常症のように複合ヘテロ接合体や遺伝子欠失も想定される遺伝子疾患の解析には、関連遺伝子に的を絞ったIon PGMの利用が有効である。2種類の次世代シーケンサーを用いた分析は終了した。15例の全ゲノム解析解析から一部の有用なデータが得られたものの、莫大な量のデータのため完全に終了していない。210例の膜タンパク異常に絞った解析では、病態に結びつく3種類の新規の異常を発見できたが、その他の新規の異常と病態の関連性が明らかにできていない。IonPGMシステムは読み取り回数から遺伝子欠失の有無が判定できるため、解析方法を変えて研究を進める。もっと多くの検体を解析し、報告したかった。臨床検査学解析の終わっていない全ゲノムの異常と病態を明らかにする。また。広範囲遺伝子欠失の有無を含めて、球状赤血球症の解析を進める。さらに、他の形態異常が認められる5症例の原因となる遺伝子変異を検索する。日本血液学会にて報告をする。(登録済み)期待していたIon PGMの用途が細菌程度のゲノムサイズの解析にしか考えられておらず、我々の研究に一致したプログラムが提供されていなかった事とそれに伴うコストの増大で、Ion PGMの使用をあきらめざるを得なかった事。SOLid5500を用いて解析を行なったが、この膨大なデータから病因を特定するまたは必要なデータを選択し解析するためのツールが見つからなかった事。効率的な実験を行うため、前倒し支払い請求をし使用したため、次年度使用額が生じた。今回得られた4256844071個の塩基置換(多型および変異)および538649個の小遺伝子欠失のどれが病態と関連しているのかを解析して行く予定である。解析ツールとしてトミーデジタルバイオロジー株式会社が提供しているVariant Analysisを利用する予定である。このツールはネット上に解析データをUPし、遺伝子を選択すると過去の論文データから関連遺伝子を選択し、解析が出来る。1データ2万6千円で1年間解析できるため、学習しながら解析を進めて行く。また、新しい検体の解析および蛋白分析も行なって行く予定である。アンキリン遺伝子欠失の有無の解析および学会発表(第77回日本血液学会学術集会、2015年10月16日(金)18日(日)石川県金沢市)当初計画していた次世代シーケンサーIon PGMが利用出来ないため、キャプチャー用のプローブ作成が必要なくなった。しかし、その変わりに次世代シーケンサーSOLid5500で全てを解析したため解析費用が必要となった。これらの解析方法の変更に伴い、次年度使用額が生じた。次年度は新たなサンプルを次世代シーケンサーSOLid5500を用いて解析するとともに得られたデータをVariant Analysisにより分析を進めることから、これらの解析費用に充当する。また同時に質量分析計などを用いた蛋白分析も進めて行く。
水蒸気共存下で高活性を示す脱硝触媒

昨年度の研究で、金属のEDTA錯体を均一なメソ孔を持つ担体(MCM-48)に含浸することにより、高濃度、高分散に、細孔内のみに遷移金属を導入することができたため、本年度は最初に、この多孔体型遷移金属担持触媒の物性について詳しく検討した。金属担持の操作自体は非水系の溶媒中で行うことができたが、得られた試料は非常に親水性が強く、水を選択的に吸着してしまうため、水蒸気下での反応には適さないことがわかった。そこで、試料の表面をトリメチルシリル化することにより、表面の疎水化処理を行った。その結果、わずかながら比表面積、細孔径が減少したが、均一な細孔、高比表面積を保ったまま、表面の疎水化ができた。この試料(M-MCM-48-si1、Mは担持金属)は水と有機物の競争吸着において、非常に選択的に有機物のみを大量に吸着することから、水蒸気存在下のNO除去反応において、共存する水の影響を受けにくいものと考えた。すでに、Ti、Vを担持した多孔体によりNOの選択還元反応についての報告もなされているが、水共存下における安定性が低いことが問題となっている。本研究で調製した多孔体型Ti担持表面処理触媒は水に対する安定性が極めて高く、また、酸素存在下において約350°Cまでの熱安定性も兼ね備えているため高活性が期待されるが、これまでのところ金属担持量が少ないために、NO除去反応においては期待通りの高活性が得られていない。今後、担持金属の組み合わせ、担持量をさらに検討し、高活性を示す触媒を調製していく予定である。遷移金属活性点を持つ脱硝触媒の合成法を確立するために、三次元構造を持つメソポーラスモレキュラーシーブであるMCM-48に着目し、直接合成法、表面修飾法など種々の方法により細孔内への遷移金属の導入を試みた。この結果、TiのEDTA錯体を含浸することにより、高濃度、高分散に、細孔内のみにTiを導入することができた。MCM-48をはじめとするメソポーラスシリカは水に対する安定性が低いことが知られているが、この操作は非水溶液中で行うことができるため、構造の破壊は見られず、Tiの導入に伴う細孔容積、比表面積、細孔径の減少のみが観察された。直接合成法では、遷移金属導入量を増加することにより結晶性が著しく低下してしまったが、錯体含浸法により、結晶性、担持量、分散度の高い触媒の調製が可能となった。NH_3を還元剤とした脱硝反応では一般にV_2O_5/TiO_2が高活性を示すことが知られているが、250400°Cという比較的高温での使用となるため、反応温度の低下が求められている。そこで、上記の多孔体型遷移金属担持触媒に先立ち、Mn酸化物を触媒とした脱硝反応の低温化を試みたところ、反応温度120180°Cという比較的低温において高活性を示すことが明らかとなった。また、活性と比表面積との間に相関関係が見られ、比表面積が大きいγ型のMnO_2を触媒とすることにより高活性、高耐久性が得られた。水蒸気共存下においては、反応温度が100°C以下では活性の著しい低下が見られたが、120°C以上とすることにより水蒸気の影響をほとんど受けないことがわかった。さらにSO_2を共存させると活性は低下するが、100°Cから120°Cに反応温度を上げることにより低下の程度が抑えられたことから、反応温度をもう少し上げることにより、活性低下が抑制できる可能性があると考え、さらに研究を進めていく予定である。
鎖骨頭蓋異形成症モデルマウスを用いた歯の移動時の歯周組織応答メカニズムの解明

Runx2は骨芽細胞分化の必須遺伝子であり、鎖骨頭蓋異形成症の原因遺伝子である。同症候群患者は歯の移動遅延が報告されており、その病態モデルであるRunx2^<+/->マウスは、メカニカルストレス応答の反応が低下し、骨芽細胞分化促進の低下が生じている可能性が考えられる。そこで、本研究では、Runx2^<+/->マウス由来骨髄間質細胞に伸展刺激を加えた場合の骨芽細胞分化をin vitroで検討した。その結果、Runx2^<+/->マウスは野生型マウスと比較し、伸展力負荷時の骨髄間質細胞の細胞増殖促進の遅延が認められ、さらに骨芽細胞分化の遅延と低下が認められた。したがって、Runx2^<+/->マウスの歯を移動したときの伸展側における、細胞増殖の遅延と骨芽細胞分化機能の低下がinvitroで明らかになった。平成21年度に実施した研究として、まずRunx2^<(+/-)>ヘテロ欠損マウスおよび同腹の野生型マウスを用いて矯正的歯の移動を行い、タイムコースをとって組織切片の作成し詳細に組織学的解析を行なった。その結果、野生型マウスに比べてヘテロ欠損マウスでは歯の移動遅延および移動量に有意な差が認められた。また、圧迫側および牽引側で組織染色およびin situ hybridization法による骨リモデリングのマーカー発現の検討を行なったところ、ヘテロ欠損マウスではその発現のピークに遅延が認められた。次に、メカニカルストレス(矯正力)に対するin vitroにおける解析を、上記マウスの細胞にメカニカルストレスをかけ、マイクロアレイやリアルタイムPCR法、ウエスタンブロット等分子生物学的手法により解析を行なった。その結果、野生型マウスおよびヘテロ欠損マウスともに骨分化マーカーの上昇が認められたが、ヘテロ欠損マウスでは骨分化マーカーの発現が野生型マウスに比べ有意に減少が認められた。このように本申請研究は、鎖骨頭蓋異形成症モデル動物であるRunx2^<(+/-)>ヘテロ欠損マウスを用いて実際に矯正的歯の移動を行い、Runx2のメカニカルストレス応答や骨リモデリングにおける機能を分子レベルで解明することにより、鎖骨頭蓋異形成症患者の抜歯窩の治癒遅延や歯の移動遅延に対応する効果的な治療法の開発、本症患者以外の過剰歯や埋伏歯の治療への応用など、歯科矯正臨床の発展に寄与することを目標としており、本研究の意義は極めて高いと考えられる。平成22年度に実施した研究として、まずRunx2ヘテロ欠損マウスの歯を移動したときの伸展側のin vitroにおけるモデルとして上記マウス由来骨髄間質細胞に伸展力を負荷し、タイムコースをとって細胞増殖能の検討を行った。・その結果、野生型およびRunx2ヘテロ欠損マウス由来細胞は、共に伸展により増殖能が増強されたが、Runx2ヘテロ欠損マウスは野生型マウスと比べ、増強の遅延が認められた。次に、骨分化誘導培地下でRunx2ヘテロ欠損マウス由来骨髄間質細胞を伸展後の骨分化マーカー発現の検討をリアルタイムPCR法等の手法を用いて行った。その結果、野生型およびRunx2ヘテロ欠損マウス由来細胞で伸展による骨分化マーカーの増強が認められたが、Runx2ヘテロ欠損マウスは野生型に比べて骨芽細胞分化の遅延と低下が認められた。平成23年度では、鎖骨頭蓋異形成症モデル動物であるRunx2ヘテロ欠損マウスの歯を移動したときの伸展側のin vitroにおけるモデルとして、上記マウス由来骨髄間質細胞をオリジナルの細胞伸展装置で伸展力を負荷して、さらなる分子生物学的な分析を進めた。平成22年度の研究では、野生型およびRunx2ヘテロ欠損マウス由来骨髄間質細胞の伸展による増殖促進、さらにRunx2ヘテロ欠損マウス由来細胞の増殖遅延が認められた。この結果を踏まえ、伸展により増殖促進した細胞のさらなる分析を、両マウス由来細胞を伸展後にタイムコースをとって、フローサイトメトリー法および免疫細胞染色法を用いて行った。

その結果、両マウス由来細胞の非伸展群では、経時的な間葉系幹細胞マーカー陽性細胞の増殖が認められ、さらに、伸展により増殖促進した両マウス由来細胞は、共に間葉系幹細胞マーカー陽性を示していた。さらに、骨分化誘導培地下でRunx2ヘテロ欠損マウス由来骨髄間質細胞を伸展後の早期および後期骨分化マーカー発現検討をリアルタイムPCR法等の手法を用いて行った。その結果、両マウス由来細胞で伸展による骨分化マーカーの増強が認められたが、Runx2ヘテロ欠損マウスは野生型に比べて骨芽細胞分化の遅延と低下が認められた。このように、本申請研究は、鎖骨頭蓋異形成症モデル動物であるRunx2ヘテロ欠損マウスを用いてin vitroにおける歯の移動モデルを用い、Runx2のメカニカルストレス応答や骨リモデリングにおける機能を分子レベルで解明することにより、鎖骨頭蓋異形成症患者の抜歯窩の治癒遅延や歯の移動遅延に対応する効果的な治療法の開発、本症患者以外の過剰歯や埋伏歯の治療への応用など、歯科矯正臨床の発展に寄与することを目標としでおり、本研究の意義は極めて高いと考えられる。
銀河系に於ける星間ガスのイオン化状態の大域的構造と星一ガス循環過程の定量的研究

銀河系に於ける星間ガスのイオン化状態の大域的構造と星-ガス循環過程の定量的研究を行うため、チリ共和国アタカマ砂漠にあるチャナントール山頂(標高5640m)に1m赤外線望遠鏡を建設した。赤外線カメラで水素のパッシェンα線の観測等に成功、地上最高の赤外線観測サイトであることを示し、銀河面にそってのパッシェンαサーベイによる銀河系のイオン化ガスの分布の定量測定を開始した。銀河における物質循環の基本過程(星-星間ガス-星のサイクル)を確実な観測情報にもとづいて明らかにすることは、「銀河の起源」を理解する上で重要な課題と認識されている。このためには、銀河における星と星間ガスの大域的な分布を100pc(パーセク)の分解能で知る必要がある。銀河系内の「星」については、過去の可視光による数多くの観測の蓄積から十分信頼に足るモデルが存在しているのに対して、「星間ガス」については、星間ガスの大部分を担うと考えられている「電離ガス」の観測データの不足から、実際の銀河進化・起源の研究に応用できるようなレベルのモデルが存在しない。ダストによる吸収を受けにくいPaα輝線(1.87ミクロン)を「電離ガス」のプローブとすることができるならば、紫外線や可視光では見えない銀河面中の電離ガスの分布を銀河スケールで正確に描き出すことが可能となる。しかし、Paαは大気中の水蒸気によって吸収されてしまい、既存の地上望遠鏡ではほとんど観測することができない。そこで、本研究では、水蒸気吸収がほとんどないチリのチャナントール山山頂(高度5632m)に専用望遠鏡を設置し、サーベイ観測を行う。チリ大学と共同して、サーベイに適した小口径望遠鏡を設置し、独自の広視野赤外線カメラをとりつけ銀河面のPaαサーベイを行なう。こうして明らかになった銀河内の電離ガスの大域的構造に基づいて、銀河における星-ガス循環過程を定量的にモデル化する。昨年度は主として望遠鏡製作に向けての準備を行った。それらは、以下の通りである。1.主鏡ブロックを鋳造した。2.望遠鏡機械系の設計を行った。3.赤外線カメラの開発を開始した。本研究の目的は、銀河における物質循環の基本過程(星-星間ガス-星のサイクル)を明らかにするために、星間ガスの大部分を担う「電離ガス」をダストによる吸収を受けにくいPaα輝線(1.87ミクロン)をプローブとして観測的に把握することである。大気中の水蒸気によって吸収され、既存の地上望遠鏡ではほとんど観測することができないPaα輝線を観測するために、水蒸気吸収がほとんどないチリのチャナントール山頂(高度5632m)に専用望遠鏡を設置し、サーベイ観測を行う。平成18年度は主として以下の作業を行った。1.望遠鏡主鏡・副鏡の製作(研磨作業)及び検収を行った。当初目標とした良い鏡面精度に研磨できた。2.望遠鏡機械系の詳細設計と製作準備及び製作を一部開始した。設計には、望遠鏡設置場所の気象条件を反映できた。3.望遠鏡制御系の概念設計を行った。これにはリモート制御に関する要素も含まれる。4.Paα輝線観測のための近赤外線カメラの開発を進めた。光学系、機械系、冷却系はほぼ完了した。狭帯域フィルターの設計を行った。5.望遠鏡設置場所であるアタカマ・チャナントール山頂での気象調査を開始した。気温・湿度、風向・風速が把握できた。これらを望遠鏡の詳細設計に反映した。6.望遠鏡建設のための諸手続(チリでの法人格の取得、望遠鏡設置申請のための諸機関との交渉等)を進めた。これにより、望遠鏡建設を予定通りに進める見通しがついた。7.Paα輝線の観測計画(観測天体・観測方法等)の具体的検討を開始した。銀河中心・銀河面・HII領域・マジェラン銀河などを天域・領域サイズと共に、視線速度も検討した。これはPaα輝線波長域の大気透過率が波長に敏感なためである。したがって、観測手法等も検討した。8.Paαサーベイ観測を支援するための予備研究(観測、理論)を行った。銀河における物質循環の基本過程(星-星間ガスのサイクル)を明らかにすることは,銀河の起源を考える上で極めて重要である。ダストによる吸収を受けにくいPaα輝線(1.87ミクロン)を「電離ガス」のプローブとすることができるならば,ダストに埋もれた銀河面中の電離ガスの分布を銀河スケールで正確に描き出すことが可能となる。Paα輝線を観測するには超5000m級の高地に望遠鏡を設置しなければならない。本研究では,チリ大学と共同して,サーベイに適した口径1mの望遠鏡をチリ共和国アンデス高原のチャナントール山頂(標高5600m)に設置し,独自の赤外線カメラをとりつけ銀河面のPaαサーベイを行なう。こうして明らかになった銀河内の電離ガスの大域的構造に基づいて,銀河における星-ガス循環過程を定量的にモデル化することが本研究の目的である。

平成19年度は主として以下の作業を行った。1望遠鏡機械系の製作を行った。2赤外線カメラの組み立ておよび国内試験観測を行った。3環境モニター用遠隔温度測定装置やデータ記録媒体の整備を行った。4望遠鏡設置の許可をチリ当局から得た。5Paα輝線の観測計画(観測天体,観測方法等)の具体的検討を開始した。6Paαサーベイ観測を支援するための予備研究(観測,理論)を行った。本研究はPaα輝線観測に最適化した1m望遠鏡および近赤外線カメラを開発し、銀河面を広域観測することで銀河系内の星-ガス物質循環を明らかにするものである。今年度は本研究に用いる1m望遠鏡の準備と近赤外線カメラの開発を行った。1m望遠鏡は国内で詳細な駆動試験を行ったのち、チリに輸送した。チリではサイト麓のカラマ市にて再組立・調整を行ったあと、建設サイトであるチヤナントール山頂に輸送した。3月には山頂での組み立てを終え、CCDカメラを用いたファーストライト観測に成功した。続けて行われた試験観測の結果、ハルトマン定数0.2秒角、ポインティング性能16秒角という性能が得られた。これはこの望遠鏡が十分な光学・機械性能を持つことを示している。近赤外線カメラは国内で1m望遠鏡との機械接合試験を行い、望遠鏡搭載時に機械的不具合がないことを確認した。また広島大学かなた1.5m望遠鏡に搭載し試験観測を行った。観測調整の結果、近赤外線ではぼ設計通りの感度を有することが確認できた。また可視同時観測モジュールの組み込みも行い、近赤外線カメラユニットを完成させることができた。さらに、これら開発と並行して遠隔観測に向けた準備も進めた。監視用ネットワークカメラや気象センサーなどを望遠鏡サイトに設置し、ソフトウエアの整備も行った。ネットワークおよび山頂電源環境が整えば遠隔地から情報を取得・制御できる体制がほぼ用意できている。2009年5月より、1m望遠鏡の光学系のハルトマン試験と架台制御のポインティング解析の観測を可視CCDカメラを用いて進めた。ハルトマン定数は0.19秒角、指向制度は1.8秒角RMS、トラッキング性能は10分間で0.3秒角以内、と観測に必要な当初目標の仕様を達成することができた。近赤外線カメラANIRは4月にチリに輸送し、5月より現地での実験室試験と調整を経て、6月9日にPaα輝線の観測に成功した。これは、地上から初の、Paα輝線による銀河系内の撮像観測である。2回目の観測ランは9月より2ヶ月半にわたって行い、ANIRによる銀河面サーベイ観測の本格実施に向けて、銀河面一部領域での予備サーベイ観測をすすめた。これにより、チャナントール山頂では安定してPaα波長域での観測を行うことが可能であることが明らかになった。また、銀河系内のガス・ダストの循環を明らかにする上で必要な中間赤外カメラのファーストライトにも成功した。これは、30ミクロン帯で地上から初の観測である。ただし、山頂での観測作業は予想よりも厳しく、一晩8時間観測を3晩行って一晩休憩するというスケジュールが限界であった。これにより、安全かつ効率的な観測を行うためには遠隔観測システムが不可欠であることが明らかになり、その検討を進め、実現のめどを得た。