hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高二酸化炭素濃度条件が草型の異なる飼料イネ品種の飼料特性に及ぼす影響の解明

開放系大気CO2増加(FACE)実験施設において大気CO2濃度(約390ppm)と将来予測される高CO2濃度(+200ppm)条件を設定し、飼料用イネ専用品種として子実多収型品種クサホナミと茎葉多収型品種リーフスターを栽培して、成長経過、乾物収量、飼料成分およびサイレージ発酵品質を評価した。標準栽植密度では高CO2濃度により飼料用イネの乾物収量は増加する傾向にあるものの有意差はなく、サイレージ発酵品質および飼料成分に顕著な影響はみられなかった。疎植栽培では高CO2濃度により主に茎の増大により飼料用イネの乾物収量は有意に増加し、飼料成分にも影響がみられた。将来予測される大気中の高二酸化炭素(CO2)濃度条件が飼料用イネ品種の成長,収量および飼料品質に及ぼす影響に関する基礎的知見を得ることを目的として,(独)農業環境技術研究所の開放系大気CO2増加(FACE)実験施設において栽培実験を実施した.実験水田に現在の大気CO2濃度(約390ppm)と将来予測される高CO2濃度(+200ppm)条件を設定し,利用用途により特徴の異なる飼料用イネ専用品種として子実多収型品種クサホナミと茎葉多収型品種リーフスターを栽培して,成長経過,乾物収量,飼料成分および稲発酵粗飼料(ホールクロップサイレージ)の発酵品質を評価した.また,大気CO2増加が食用米収穫後の再生イネの成長と飼料価値に及ぼす影響を明らかにするために,再生イネを収穫して乾物収量および飼料成分を評価した.2013年栽培試験の結果,飼料用イネの品種特性に関わらず、成長過程および乾物収量には高CO2濃度の有意な影響はみられなかった。サイレージ発酵品質および発酵に影響する非構造性炭水化物含量にも高CO2濃度による有意な差はみられなかったが,子実多収型品種クサホナミでは糖のうちスクロース含有量が高CO2濃度により増加したので,飼料品質との関係をさらに調査する必要がある.食用米収穫後の再生イネ収量は高濃度CO2処理により増加し,飼料成分では中性デタージェント繊維含有率が増加した.刈株1茎あたりの非構造性炭水化物含量と再生イネ乾物収量との間に有意な相関関係が認められたため、高濃度CO2処理が刈株への非構造性炭水化物蓄積を促した結果、再生イネの収量が増加した可能性が考えられた。将来予測される大気中の高二酸化炭素(CO2)濃度条件が飼料用イネ品種の成長、収量および飼料品質に及ぼす影響に関する基礎的知見を得ることを目的として、(独)農業環境技術研究所の開放系大気CO2増加(FACE)実験施設において栽培実験を実施した。実験水田に現在の大気CO2濃度(約390ppm)と将来予測される高CO2濃度(+200ppm)条件を設定し、利用用途により特徴の異なる飼料用イネ専用品種として子実多収型品種クサホナミと茎葉多収型品種リーフスターを高窒素施肥(N12 g/m2)条件で栽培して、成長経過、乾物収量、飼料成分および稲発酵粗飼料(ホールクロップサイレージ)の発酵品質を評価した。また、大気CO2増加が食用米収穫後の再生イネの成長とその飼料価値に及ぼす影響を明らかにするために、食用品種あきたこまちの再生イネを収穫して乾物収量および飼料成分を評価した。2014年栽培試験の結果、子実多収型品種クサホナミでは高CO2濃度条件により生育初期の茎数増加が促進されたが、穂数への影響は小さく、両品種とも乾物収量および子実収量には高CO2濃度の有意な影響はみられなかった。しかし、乾物分配の面からは高CO2濃度条件で茎葉の割合が増加した。サイレージ発酵品質および発酵に影響する非構造性炭水化物含量にも高CO2濃度による有意な影響はみられなかった。飼料成分については詳しい分析を継続している。食用米収穫後の再生イネ収量は高濃度CO2処理により有意に増加した。再生イネの乾物収量は刈株1茎あたりの乾物重および非構造性炭水化物含量との間に有意な正の相関関係が認められたことから、高濃度CO2処理が刈株への非構造性炭水化物蓄積を促した結果、再生イネの収量が増加したことが明らかとなった。飼料成分には顕著な差は見られなかったが、再生イネ乾物重と粗タンパク質含有率との間には負の相関がみられた。実験水田に現在の大気CO2濃度(約390ppm)と将来予測される高CO2濃度(+200ppm)条件を設定し、利用用途により特徴の異なる飼料用イネ専用品種として子実多収型品種クサホナミと茎葉多収型品種リーフスターを栽培して、成長経過、乾物収量、飼料成分および稲発酵粗飼料(ホールクロップサイレージ)の発酵品質を評価した。平成25および26年度は、高窒素肥料(N 12 g/m2)・標準栽植密度(22.2株/m2)条件で栽培した結果、クサホナミでは高CO2濃度条件により生育初期の茎数増加が促進された。両品種とも出穂期および飼料用イネの収穫適期に当たる黄熟期の乾物収量および子実収量は高CO2濃度区が対照区に比べて高い傾向にあるものの有意差はなかったが、乾物分配の面からは高CO2濃度条件で茎葉の割合が増加した。

サイレージ発酵品質および発酵に影響する非構造性炭水化物含量にも高CO2濃度による有意な影響はみられなかった。平成27年度は省力・低コスト栽培条件として栽植密度を広くする疎植条件(11.1株/m2)で両品種の栽培試験を行った。両品種とも高CO2濃度により茎が太くなるとともに、穂が大型化して穂重が増加することにより、出穂期および黄熟期には乾物収量は有意に増加した。また、このような形態的変化により飼料成分のうち灰分と中性デタージェント繊維含有率が減少したことから飼料としての消化率の向上が予測された。なお、本実験を通して両品種とも栽植密度に関わらず高CO2濃度により出穂が24日早くなった。開放系大気CO2増加(FACE)実験施設において大気CO2濃度(約390ppm)と将来予測される高CO2濃度(+200ppm)条件を設定し、飼料用イネ専用品種として子実多収型品種クサホナミと茎葉多収型品種リーフスターを栽培して、成長経過、乾物収量、飼料成分およびサイレージ発酵品質を評価した。標準栽植密度では高CO2濃度により飼料用イネの乾物収量は増加する傾向にあるものの有意差はなく、サイレージ発酵品質および飼料成分に顕著な影響はみられなかった。疎植栽培では高CO2濃度により主に茎の増大により飼料用イネの乾物収量は有意に増加し、飼料成分にも影響がみられた。2014年栽培実験では、高CO2濃度条件は飼料用イネ専用品種の初期の茎数増加を促したが、乾物収量および子実収量には対照区に比べて有意な影響はみられないが、器官への乾物分配には影響があり、飼料品質への影響の可能性を示唆した。また、サイレージ品質としての発酵後のpHの推移には高CO2濃度の影響はみられなかった。これらの知見は2013年の実験結果とも一致しており、高CO2濃度条件が飼料用イネ専用品種の成長、乾物収量、サイレージ品質に及ぼす影響を明らかにすることができた。高CO2濃度条件が飼料用イネ品種の乾物収量に及ぼす影響は顕著なものではなかったが、個体の形態および乾物分配には有意な影響がみられたことから、これらの変化と飼料品質との関係ついてはさらに詳しい解析が必要である。また、食用米収穫後に成長する再生イネの乾物収量および飼料成分について高CO2濃度の影響を明らかにして、将来予想される高CO2濃度条件における再生イネの飼料利用の可能性を示すことができた。作物生産学2013年および2014年の2か年の栽培実験では高窒素肥料(N 12 g/m2)・標準栽植密度(30cm×15cm)条件において高CO2濃度による、飼料用イネ専用品種の乾物収量および子実収量への有意な影響は検出されなかったが、器官への乾物分配率には差がみられたので、採取した材料について生理形態レベルでの詳しい解析を進める。また、飼料成分およびサイレージ発酵品質の詳しい分析を続行する。平成27年度は省力・低コスト栽培条件として高窒素肥料・疎植栽培(30cm×30cm)条件において高CO2濃度が飼料用イネの収量および飼料品質に及ぼす影響を解析する。2013年は(独)農業環境技術研究所の開放系大気CO2増加(FACE)実験施設において栽培実験を実施し,現在の大気CO2濃度(約390ppm)と将来予測される高CO2濃度(+200ppm)条件を設定し,特徴の異なる2種類の飼料用イネ専用品種を栽培して,成長経過,乾物収量,飼料成分および稲発酵粗飼料(ホールクロップサイレージ)の発酵品質を評価するとともに,食用米収穫後の再生イネを収穫して乾物収量および飼料成分を評価することができた.
珪藻及び放散虫を形成する非晶質シリカ-有機物複合体の構造化学とその圧密挙動

赤外分光法測定などにより,珪藻及び放散虫が,わずかな有機物(アミノ酸)とOH基及び水分子を含む非晶質シリカであり,珪藻の非晶質シリカはシリカゲルとシリカガラスの中間的な構造の特徴を持つことを明かにした。その加熱による変化についても解明した。また,珪藻の非晶質シリカは粉砕によりナノスケールの構造が変化し高密度化することを見出した。さらに,関連したシリカゲル及びオパールについて,その構造の加熱及び圧縮・粉砕による構造変化についても解明した。珪藻や放散虫に含まれる,非晶質シリカ(SiO_2)に焦点をあて,本年度は珪藻についての基礎的なナノスケール構造の解析,並びに平成20年度以降に実施予定の珪藻の圧密実験のための準備を行い,以下のような成果をあげた。1,試料の準備珪藻試料の新規の採集は行えなかったが,予備的な採集済み試料がありそれを以下の研究に用いた。また,珪藻土については採集を行った。2,試料の観察と化学組成1,の試料について,光学顕微鏡、電子顕微鏡観察を行い,また化学組成について定性的な分析を行った。その結果,珪藻試料はほぼ純粋なSiO_2からなっていることを明らかにした。3,ナノスケールの構造解析珪藻試料について,X線回折測定及び赤外分光、ラマン分光測定を行い,珪藻殻はわずかな有機物とOH基及び水分子を含む非晶質シリカであることを明らかにした。また,X線回折データの低角度の散乱から,そのナノ構造はシリカガラスとは異なり,数十から100Å程度の構造単位を持つ可能性を示した。また,赤外分光測定の結果から,数Å程度の基本的な構造についてもシリカガラスとは異なり,シリカゲルに類似した構造であることを明らかにしたが,より詳細な点ではいくつかの相違点があり新しい構造的特徴を有する可能性を見出した。4,珪藻の圧密実験の準備珪藻の圧密実験に使用する圧縮試験機を,本研究費を用いて新たに整備した。また,この装置を用いた珪藻試料の圧密過程の測定システムについて検討を開始した。5,本年度に得られた上記の成果,ならびに予備的な成果に基づき,珪藻のナノ構造とその加熱による変化について国際会議で発表を行い,その内容はプロシーディングスとして出版された。また,その他の成果の一部は,学術論文等にまとめた。本研究では、珪藻や放散虫に含まれる非晶質シリカ(SiO_2)及び有機物の複合体について、平成20年度は珪藻試料の培養、ナノスケールの構造解析ならびに粉砕による変化過程について、以下のような成果をあげた。1、珪藻試料の培養新たな珪藻試料を大学キャンパス内で採集し、実験室内で培養を行った。その結果、培地にシリカゲルを入れることにより繁殖が促進されることを明らかにした。珪藻のナノスケールの構造研究には培養したものを用いた。しかしながら、粉砕実験に必要な量の珪藻が得られなかったことから、今年度は、珪藻土から珪藻のみを分離しそれらを粉砕圧密実験に用いた。2、珪藻及びシリカゲルのナノスケールの構造培養した珪藻ならびに比較のために合成したシリカゲルについて、赤外分光測定を行った。珪藻のスペクトルをシリカゲルのものと比較した結果、珪藻にはSi-O,Si-OH,O-H,H_2O以外の吸収バンドがありこれらは珪藻に含まれる有機物(アミノ酸)に由来するものであると考えられる。3、珪藻及びシリカゲルの粉砕実験本年度に予定していた、圧縮試験機による圧縮は珪藻試料の量が十分準備できなかったため、自動乳鉢による粉砕実験を行った。この粉砕実験においても、従来のシリカガラスについての研究等から圧密と類似した効果が得られると考えられる。まず、シリカゲルの粉砕実験では、粉砕によりSiO_4四面体が3員環のようなより小さい高蜜度な構造に変化することを明らかにした。珪藻の非晶質シリカは、SiO_4四面体の4員環と6員環を含み粉砕によって、シリカゲル同様より小さいリング構造に再編されることを明らかにした。本研究では,珪藻や放散虫に含まれる非晶質シリカ(SiO_2)及びアミノ酸を中心とする有機物の複合体について,そのナノ構造や圧縮による構造変化を明かにしょうとしてきた。平成21年度は,昨年度に引き続き珪藻の培養を試みた。また,珪藻及び放散虫のナノ構造の解析などの研究を実施するとともに,得られた成果を発表した。1.珪藻試料の培養について幾つかの珪藻について培養を試みたが,十分な珪藻試料を得ることができなかった。そのため,圧縮試験機を用いた圧密実験は実施できなかった。そこで,昨年度実施した,珪藻土を用いた機械的圧縮実験をもとに,珪藻の圧密について再度考察を加えた。2.珪藻を構成する非晶質シリカとシリカゲル等の構造比較

今回,珪藻土から抽出した珪藻殼の赤外吸収スペクトル,X線回折データと昨年度までに得られているシリカゲルについての結果との比較を精密に行った。特にX線回折測定の結果より,珪藻殼はシリカゲルとシリカガラスの中間の特徴をもつことを明らかにした。このことはSiO_4四面体の4員環構造と6員環構造の特徴を持つことを示すものである。4.珪藻試料の圧縮についての考察珪藻土から抽出した珪藻を,昨年度機械的粉砕した試料についてのX線回折測定及び赤外スペクトルを精密に解析したところ,珪藻殼は粉砕により,粉砕シリカゲルよりFSDP(第一回折ピーク)位置が大きく変化することを明らかにした。このことは,粉砕による珪藻殼の構造単位の縮小もしくは高密度化を示すものと思われる。5.研究成果の発表まず,本研究で得られたシリカゲルの機械的粉砕に伴う研究などを、日本鉱物科学会等で発表した。また、関連して実施したシリカガラスの粉砕、ならびに珪藻やシリカゲルに類似したオパールの圧縮ならびに加熱変化についての成果は国際会議等で発表を行うとともに,学術論文として発表した。
レポートのプランニング過程を協同的に内省するための学習環境に関する研究

本研究の目的は、大学生がレポートのプランニング過程について内省を行うシステムを開発することである。開発したシステムは「レポレコ+(プラス)」と呼ぶシステムである。このシステムは大学生のレポートにおけるプランニング過程を可視化することができる。本システムは、正課課程外においてチューターが学生に一対一で指導する場面を想定して開発を行った。このシステムを使用することで、チューターは学生のプランニング過程を把握し、指導することができる。開発したシステム及び設計指針については、日本教育工学会第30回大会にて発表を行った。本研究の目的は、大学の正課課程外におけるアカデミック・ライティングの指導を支援するシステムを開発することである。開発するシステムは、大学生のレポートのプランニング過程を記録・可視化を行うことができる。このシステムを使用することで、指導を行うチューターの支援を行うことを目的としている。正課課程外におけるアカデミック・ライティングの指導は近年広がりを見せており、その指導方法の確立は重要な課題である。本年度の具体的な研究実績は以下の3点である。1点目は、システム開発のための理論的検討(先行研究レビュー)である。具体的には、(1)ライティング・センターにおけるチューターの指導に関する研究、(2)文章執筆過程に関する認知研究、(3)可視化による学習支援に関する研究、の調査を行った。この調査を行うことで、開発するシステムの具体的な要件や支援原理について検討を行った。2点目は、システムのインタフェースの具体的な検討である。開発するシステムの要件を満たす、具体的なインタフェースについて検討を行った。その上で、実践で使用する実機の選定及び、使用テストを行った。3点目は、実践のプログラム案の検討である。開発したシステムを使った、正課課程外におけるアカデミック・ライティング指導プログラムの検討を行った。プログラム案については、実際に正課課程外でアカデミック・ライティングの指導経験があるチューターにアドバイスをもらいながら作成を行った。正課課程外の指導とは、主にライティング・センターや図書館の学習相談デスクなどで大学院生のチューターが学生と一対一で指導を行うものであり、現在は指導を行うチューターの育成が重要な課題となっている。本研究ではチューターの指導を支援する目的で、大学生がレポートを書く執筆プロセスの可視化を行うシステムの開発を行った。このシステムを使用することで、チューターは、学生の「準備書き段階(プランニング過程)」を見ることができるため、文章の書き方についての指導を行いやすくなると考えられる。本研究の研究成果は以下の2点である。1.「レポレコ+(プラス)」と呼ぶシステムを開発したこと、2.開発したシステムの設計指針や機能をまとめたものを国内学会にて発表したこと、である。開発したシステムは、タブレットPC上で動作するシステムである。そのため、スタイラスペンによる手書きの入力が可能である。学生がレポートを書く前に行う「コンセプトマップの描画」「アウトラインの執筆」などの過程をシステムが自動的に記録でき、その過程を再生することができる。このシステムを活用することで、チューターは執筆プロセスの理解・指導が行えると考えられる。今後の研究計画は、現在までの成果を論文誌に投稿するとともに、チューターに対する実際の指導場面において長期的な使用を行ってもらい、そのプロセスを分析することで指導に対する効果を検証していく。26年度が最終年度であるため、記入しない。教育工学26年度が最終年度であるため、記入しない。現在までの達成度はおおむね順調に進展していると考えられる。本年度の計画は、1.先行研究の検討、2.システムの仕様設計、3.システムのプロトタイプ開発と修正、という3点であった。研究実績で示した通り、本年度は、先行研究の検討を行うことで、具体的にどのような機能を開発するべきかという要件の導出が行えた。また、その要件をもとにしたシステムの仕様設計が完了している。本年度はこれらをもとに、システムの開発を行っていくことで、計画通り研究が進行すると考えられる。今後の計画については、1.システムの開発、2.システムの効果の検証、という2点を行っていく予定である。本年度の研究により、開発すべきシステムの要件や支援原理が明らかになった。さらに、システムのインタフェース案の検討が行えた。これらの点を踏まえ、実践に使用するシステムの開発を行っていく予定である。システムの開発においては、大学生やチューターに使用してもらうことで、実践に耐えうるシステムを開発予定である。システムの開発が終わり次第、システムの効果を検証するための評価実験を行う予定である。評価実験では、正課課程外で指導を行っているチューターや、大学1・2年生にシステムを実際に使用してもらう。実践中のデータや、実践後のインタビュー、アンケートを行うことで、システムの有効性を検証する。以上のシステムの開発及び評価の結果については、学会にて発表を行い、論文として投稿予定である。
次世代分子イメージング機器：PET／OMRI一体型撮像装置の開発

陽電子放射型断層撮像法(PET)と磁気共鳴画像化法(MRI)を組み合わせたPET/MRI装置は,機能画像と軟部組織コントラストに優れた解剖学的画像を同時撮像可能なことから注目されている。しかしPET/MRI装置を用いても,老化や種々の疾患の原因とされるフリーラジカルに関する情報と,それに伴う機能変化画像を得ることはできない。オーバーハウザー効果MRI(OMRI)は生体中のフリーラジカル分布を測定可能な手法であり,PETと一体化することで革新的な分子イメージングが可能となる。そこで、世界で初めてPET/OMRI一体型装置の開発を行い,フリーラジカルの分布とPET画像の同時撮像を実現した。今年度はPET/OMRI一体型撮像装置の設計、製作を行った。一体型装置は永久磁石式OMRI装置と光ファイバー型PET装置を組み合わせて構成した。OMRI部は0.015Tの永久磁石、送信(RF)コイル及びESR信号を検出する受信コイルで構成した。PET装置はこれまでに開発した光ファイバー式PET装置を用いた。MRI部の構成はMRIと類似であるが、電子スピン共鳴(ESR)の共鳴周波数は核磁気共鳴(NMR)のそれに比べ1000倍程度高いため、共鳴周波数は0.015Tの磁石に対して470MHzとなる。磁場を高めるとESR信号が大きくなり画像のS/Nが向上するが、水による電磁波の吸収の割合が増加し信号の不均一性と発熱の問題が起こる可能性があるため、今回はLバンド帯を用いた。ESR励起用の磁場は永久磁石を用い、その上部と下部を接続するヨーク部に、光ファイバー型PET装置を挿入するための直径16cmの空間を設けた。永久磁石間の距離は17cmとし、磁石の直径は約40cmとした。磁石の重量は約100kgをとなった。重量が軽いので設置は容易であった。PET装置部は、光ファイバーを用いPET/MRI一体型装置用に開発したものを転用した。この方式では、シンチレータとPSPMTの間に光ファイバーイメージガイドを挿入し、静磁場あるいは変動磁場に不感であるシンチレータ並びに光ファイバーのみをESRの磁場中に配置可能である。PETで検出する消滅放射線によるシンチレーション光は光ファイバーイメージガイドを用いてPSPMTに伝送され、重心位置演算することにより高分解能を達成した。検出器は、0.9mmx1.2mmx6mmと0.9mmx1.2mmx7mmのセリウム濃度の異なるルテシウム・ガリウム酸シリコン(LGSO:Ce)を2層積層し深さ方向の検出可能(DOI)な構成となった。この構成により、高感度でかつ1.2mm以下の空間分解能を達成かのうとなった。現在開発したOMRI部の性能評価中である。現状,目標とするOMRIの性能は、空間分解能2mmである。今年度はPETとORMI装置を一体化した,PET/OMRI一体型装置の開発を行った。開発したPET/OMRI一体型装置は光ファイバー型PET装置と永久磁石型OMRIを組み合わせて構成した。光ファイバー型PET装置はフレキシブルな光ファイバーを用い,入力部は発光減衰時間の異なるLGSOシンチレータを深さ方向に2層積層した構成のシンチレータブロックと光学結合し,出力部は1インチの位置有感型光電子増倍管(PSPMT)に光学結合することでPET検出器を構成した。16個のLGSOブロックを円形に配置し内径56mmのPET検出器リングを構成した。シンチレータ部はOMRIの撮像部に,PSPMTはOMRIの磁石の後方に配置することでPETとOMRIの相互影響を無くした。OMRIは0.0165Tの永久磁石を用い,電子スピン共鳴(ESR)コイルの外側に磁気共鳴コイルを配置した。OMRIでは,ESRコイルから電磁波(RF)を被検体に照射し,オーバーハウザー効果を起こさせ,被検体内のフリーラジカル近傍の水素分子のNMR信号を増強し,MRIを撮像する。ESRコイルの内径は20mmで,NMR受信コイルの内側に配置し,両コイルともにPET検出器リング内に設置することでPETとの同時測定を可能にした。PET部の空間分解能は1.2mmで感度は中心部で1.2%であった。OMRI部はニトロキシルラジカル溶液の分布の画像化が可能であった。開発したPET/OMRI一体型装置を用いて,PETによるポジトロン核種と,OMRIによるニトロキシルラジカル溶液の同時測定を行い,相互影響の無い同時測定画像を得ることができた。開発したPET/OMRI一体型装置は,ポジトロンプローブとラジカルプローブを同時測定可能な,将来有望な分子イメージング機器であることを実証できた。フリーラジカルは脳梗塞、糖尿病やガンなど多くの疾患に関係すると考えられている。PETはポジトロン核種で標識した分子プローブ分布を撮像可能で疾患の検出に有効であるが、フリーラジカルの分布をイメージングすることはできない。オーバーハウザー効果MRI(OMRI)は,生体内のフリーラジカルの分布をイメージング可能な方法として知られる。PETとOMRIを一体化できれば,生体中のPET分子プローブと,フリーラジカルの分布を同時撮像可能な新しい装置になる可能性がある。これまでにPET/OMRI一体型装置を開発し、開発したPET/OMRI一体型装置を用いて,ファントムを用いたPETによるポジトロン核種とOMRIによるニトロキシルラジカル溶液の同時測定を行い,相互影響の無い同時測定画像を得ることができた。今年度は開発したPET/OMRI一体型装置を用いてマウスの同時測定を行った。

F-18-NaF (10MBq)を静注し、ニトロキシルラジカル(1.5m Mol)を経口投与したマウスのPET画像を撮像した。PET画像ではマウスの骨へのF-18-NaFの集積が、またOMRI画像ではニトロキシルラジカルの信号増強を観察できた。PETとMRI及びOMRIとの融合画像を作成し、PETの分子プローブとOMRIのラジカルプローブの融合画像を得ることができた。小動物用PET/OMRI一体型装置を開発し、生体中のPET分子プローブとラジカルプローブ分布の同時撮像に成功した。開発した一体型装置は新しい分子イメージング装置になりうる可能性があることが明らかになった。開発したPET/OMRI一体型装置を用いてマウスの同時測定を行うことができた。またPET/OMRI一体型装置の開発に関して、国際学会に2回発表することができた。陽電子放射型断層撮像法(PET)と磁気共鳴画像化法(MRI)を組み合わせたPET/MRI装置は,機能画像と軟部組織コントラストに優れた解剖学的画像を同時撮像可能なことから注目されている。しかしPET/MRI装置を用いても,老化や種々の疾患の原因とされるフリーラジカルに関する情報と,それに伴う機能変化画像を得ることはできない。オーバーハウザー効果MRI(OMRI)は生体中のフリーラジカル分布を測定可能な唯一の手法であり,PETと一体化することで革新的な分子イメージングが可能となる。本研究では,世界で初めてPET/OMRI一体型装置を開発し,フリーラジカルの分布とそれに伴う機能変化画像の同時撮像を実現することを目的に研究を進めた。PET/OMRI一体型装置の開発を完了し、基礎的な性能評価を完了した。開発した装置は、PET部はフレキシブルな光ファイバーを用いOMRI部は0.0165Tの永久磁石を用いた。性能は、PET部の空間分解能は1.2mm、感度は中心部で1.2%であった。OMRI部の空間分解能は、実用的な撮像条件では空間分解能が1-2mm、スライス幅は5mmであった。PET部とOMRI部の相互影響は観察されなかった。安定性も評価し、極めて安定性が高いことも確認できた。応用研究としては、ポジトロン核種からのポジトロンが生成するラジカルの画像化を試みた。その結果、観察可能な変化を検出することはできなかった。安定ラジカルであるニトロキシルラジカルの変化であれば検出できる可能背があると考えられる。また、ラジカルの他の高感度検出の可能性として、光計測法の検討も行った。また新規PET/ORMI装置への応用の可能性として、シリコンフォトマル(Si-PM)と新しいシンチレータの性能の評価も行い、装置の性能向上の可能性を評価した。これらの成果は、医学物理関係で最も権威のあるMedical Physics誌に発表済みである。また装置の性能向上や、他のラジカル測定法の開発にも研究分野を広げることで、成果を上げることができた。陽電子放射型断層撮像法(PET)と磁気共鳴画像化
非線型分散型方程式に於ける解の形状及び漸近挙動とそれに関連する関数空間

平成30年度は、空間3次元の非線型クライン・ゴルドン方程式の散乱問題における時間大域解の存在定理及び解の漸近挙動を中心に研究した。具体的な非線形項は、場の理論において最も基本的であるものを含み、数学的には3次のオーダーを持つ。(背景)この方程式に関しては、これまでに多くの散乱問題の結果が報告されているが、その中でも、「スケール臨界に相当するソボレフ空間Hs(s=1/2)の意味で十分小さい初期データに対して時間大域解が一意に存在すること、逆波動作用素、波動作用素、散乱作用素がHsの或る0近傍上において定義できること」が示されている。今回のテーマは、前述の散乱作用素を詳細に分析することである。非線形項の特性から「散乱作用素は、入力データの滑らかさを維持する」ことが容易に示される。しかし散乱作用素が「減衰のスピード」も維持するか否かは改めて証明する必要があり、選考結果は殆どない。昨年度は、「入力データが急減少関数であるとき、それを散乱作用素で写した出力データも急減少関数となる」ことを証明した。(主結果)昨年度より詳細な命題を証明した:入力データが指数関数的に減衰し、更に或る条件を満たしているとき、対応する出力データ(とその偏導関数たち全て)も指数関数的に減衰する。証明のキーとなるのは「クライン・ゴルドン方程式と相性の良い微分作用素」及び「重み付き微分作用素の精密な解析」である。この結果は学術論文として纏められ、国際学術雑誌へ投稿している。第2年度としてはおおむね順調に進展していると考える。当初の計画においては「3乗冪項を伴った空間3次元の非線型クライン・ゴルドン方程式、非線型ディラック方程式、半相対論的ハートリー方程式に於ける散乱問題」というテーマを設定した。上部の「研究業績の概要」において記載した結果は、このテーマと大いに関連があり、本来の目的達成に大きく寄与する可能性がある。現段階で得られている主結果及びそれを得るに至る手法を応用・修正することで、更に深い諸性質を明らかにしていく。その際に関数解析学(フーリエ解析、バナッハ空間の補間空間論、自己共役作用素のスペクトル理論、リーマン幾何学など)の深い洞察が必要となるので、周辺分野の研究も適時行う。また考察を補助的に支えるシミュレーションについても随時実行する。横断的な研究になるので、それぞれの専門家との議論を活発に行う。平成29年度は、空間3次元の非線形クライン・ゴルドン方程式の散乱問題における時間大域解の存在定理及び解の漸近挙動を中心に研究した。具体的な非線形項は、場の理論において最も基本的なものを採用し、数学的には3次のオーダーを持つ。(背景)この方程式に関しては多くの研究者によって散乱問題が研究されており、特に「スケール臨界に相当するソボレフ空間Hs(s=1/2)に属する小さな初期データに対して時間大域解が一意に存在すること、及び逆波動作用素、波動作用素、散乱作用素がHsの或る0近傍上において定義できること」が示されている。これらのうち散乱作用素を詳細に分析するのが今回のテーマである。以下k>sとする。このとき、入力データu0がHkに属し十分小さければ、それを散乱作用素で写した出力データu+も再びHkに属する。非線形項が多項式タイプである故、このkは任意に大きくすることができる。即ち、滑らかで小さい入力ータは、再び滑らかな出力データとして写ることが分かる。滑らかさと同様に、「十分速く減衰するような入力データは、再び十分速く減衰する出力データに写る」ことが想像できる。更に強い性質「入力データが急減少関数であるとき、出力データも急減少関数である」(性質Dと呼ぶことにする)も期待できる。性質Dは散乱作用素の分析の上で重要な課題であるが、これまで厳密に証明されたことがない(主結果)今回、性質Dが実際に成り立つことを厳密に証明した。今後この結果は学術論文として纏め、国際学術雑誌へ投稿する予定である。第一年度としてはおおむね順調に進展していると考える。当初の計画においては(1)非線形ディラック方程式の長距離散乱、(2)非線形シュレーディンガー方程式の実解析的平滑化効果、というテーマを設定した。上部の「研究業績の概要」において記載した結果は、(1)並びに(2)と大いに関連があり、本来の目標達成に大きく寄与する可能性があるものである。

昨年度は、「入力データが急減少関数であるとき、それを散乱作用素で写した出力データも急減少関数となる」ことを証明した。(主結果)昨年度より詳細な命題を証明した:入力データが指数関数的に減衰し、更に或る条件を満たしているとき、対応する出力データ(とその偏導関数たち全て)も指数関数的に減衰する。証明のキーとなるのは「クライン・ゴルドン方程式と相性の良い微分作用素」及び「重み付き微分作用素の精密な解析」である。この結果は学術論文として纏められ、国際学術雑誌へ投稿している。第2年度としてはおおむね順調に進展していると考える。当初の計画においては「3乗冪項を伴った空間3次元の非線型クライン・ゴルドン方程式、非線型ディラック方程式、半相対論的ハートリー方程式に於ける散乱問題」というテーマを設定した。上部の「研究業績の概要」において記載した結果は、このテーマと大いに関連があり、本来の目的達成に大きく寄与する可能性がある。現段階で得られている主結果及びそれを得るに至る手法を応用・修正することで、更に深い諸性質を明らかにしていく。その際に調和解析学(フーリエ解析、バナッハ空間の実補間空間論及び複素補間空間論、自己共役作用素のスペクトル理論など)の深い洞察が必須となるので、周辺分野の研究も適時行う。また考察を補助的に支えるシミュレーションに関しても積極的に行う。横断的な研究活動となることが予想されるので、それぞれのエキスパートである専門家とのディスカッションを精力的に行う。その際に関数解析学(フーリエ解析、バナッハ空間の補間空間論、自己共役作用素のスペクトル理論、リーマン幾何学など)の深い洞察が必要となるので、周辺分野の研究も適時行う。また考察を補助的に支えるシミュレーションについても随時実行する。横断的な研究になるので、それぞれの専門家との議論を活発に行う。(理由)平成30年度は多くの出張と書籍ならびに、パソコン周辺機器の購入を予定しており、その遂行のために今年度の支出をある程度抑えた。(使用計画)本研究では様々な分野(偏微分方程式論、関数解析学、数理物理学)の技術・知識を必要とするため、それに関係する書籍を年間15冊程度(20万円程度)購入する。本研究における論文作成、成果発表資料作成、シミュレーション作成、研究者間の通信のため、パソコン周辺機器の充実化が必須である。今年度は30万円程度の購入を計画している。本研究の打ち合わせ並びに研究成果発表のために、出張を行う。国内出張先として、京都大学、信州大学などが挙げられる。またタイミングがあえば海外出張も行う。予算は40万円程度である。(理由)平成31年度は多くの出張と書籍ならびに、パソコン周辺機器の購入を予定しており、その遂行のために今年度の支出をある程度抑えた。(使用計画)本研究では様々な分野(偏微分方程式、関数解析、数理物理)の技術・知識を必要とするため、それに関連する書籍を年間15冊程度(20万円程度)購入する。
酵母セルファクトリーの創製とバイオ燃料生産への応用

酵母を用いたエタノール燃料生産において高収率を達成するためには、酵母自身が生産するエタノールによる死滅を防ぐ必要がある。このため、酵母にランダムペプチドライブラリーを発現させ、様々に特性の変化したクローンよりエタノール耐性の向上した酵母を取得することを試みた。その結果、ランダムペプチド発現酵母ライブラリー約23,000クローンよりエタノール耐性の著しく向上した5クローンを得ることができた。これにより、野生株と比較して12.5%エタノール中での半減期が22倍向上したクローンを得ることができた。また、医薬品及びその中間体を安価かつ高収率に生産することを目指し、基質特異性や立体選択性の高いRhizopus oryzae由来リパーゼ(ROL)を高密度表層提示した酵母細胞を酵素剤として用いて、リパーゼのエステル交換活性・加水分解活性を利用したモデル光学分割反応を検討した。細胞表層糖鎖と非共有結合的に相互作用すると推測される機能ドメインを含む、全長1536アミノ酸からなる酵母の凝集に関与するタンパク質Flo1の、N末端より1099アミノ酸を表層提示の足場(アンカー)として用い、これをPro領域を含むROL (ProROL)のN末端側に融合し、酵母で発現させることでProROL表層提示酵母を得た。これを用い、1-phenylethanol (1PE)からの1-phenylethyl acetate (1PEA)のエナンチオ選択的エステル合成を行った。反応開始から48hで(R)-1PEAの生成量は5.9mgに達した。一方、(S)-1PEAの生成量は0.1mg程度であった。このときエナンチオ選択率(ee%)は96ee%を達成した。これらの結果より、遺伝子工学的手法を用いることで、酵母細胞に新規の機能を実装し、高機能化できることが実証された。
ＩｎＡｓナノワイヤ中のスピン依存伝導の研究

本研究では、まずスピンデバイスへの応用のため、信頼性と均一性をもち、結晶方向の制御が可能なInAsナノワイヤの成長手法を確立する。次に、InAsナノワイヤにおけるスピン伝導特性の評価を行うとともに、InAsナノワイヤデバイスの作製を最適化する。最終的には、InAsナノワイヤで一次元のspin-FETを実現することを目的とする。本年度の研究実施状況は以下の二つ部分である。1成長条件の最適化とモフォロジーの更に観察:スピン輸送に最も適した結晶方向の[110]のInAsナノワイヤの成長については研究し続けて、成長条件を最適化した。特にシングルナノワイヤ電気評価デバイスを作成するためのInAsナノワイヤ成長を制御することが可能になった。更に、成長したInAsナノワイヤは[110]結晶方位を持つ安定的なZinc-blende結晶構造であることを確認した。また、成長した[110]InAsナノワイヤの断面を確認することにより、今のInAsナノワイヤはダイアモンドの断面をもち、四つの{111}側面を持っていることが分かった。この特徴は、スピン軌道相互作用を有効的に利用することに対して重要であり、成長機構を更に明確することができた。2電気特性評価とスピン伝導特性の評価:[111]と[110]結晶の二種類のInAsナノワイヤの特性を比較し、室温で[110]の方はより良好な電気伝導特性を持っていることが分かった。[110]InAsナノワイヤの方はWurtzite結晶構造ではなく安定的なZinc-blende結晶構造を持っていることで、スピン輸送に適したことが分かった。また、[110]InAsナノワイヤの移動度とキャリア密度を精確に評価するために、シングルナノワイヤホールデバイス作成するプロセスを開発した。初めて[110]InAsナノワイヤおいて、ホール測定を行うことが成功した。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
ウエット試料のその場瞬間凍結法の研究

急速凍結の実現を目指した特殊冷却ホルダーを設計・製作した。冷却テストにより、冷却タンクにつながる熱伝導棒の先端部での温度計測の結果、最低到達温度ー164°Cを実現した。これは、市販の冷却ホルダーと同程度である。一方、試料先端部は、熱伝導棒との接続を切った状態で、最低到達温度約-30°C、接触した状態で、伝導棒の温度より約30°C高いという結果が得られた。最低到達温度や冷却速度については、概ね目標を達成できたが、接触を切った状態の温度がやや低く、wet状態の試料観察ができないことから、ホルダーを改造が必要であることが分かった。今後、構造の再検討を行う予定である。我々が開発した封じ切りタイプの環境制御セル(wetセル)を利用して急速凍結を実現するために、セルの熱容量を小さくする必要がある。そのための基礎データを取得し、冷却ホルダーでの使用もできるように、セルの構造の改造を試みた。試料ホルダーの満たすべき性能として、1熱容量が小さく、2冷却による真空漏れがなく、3冷却ホルダーでのテスト実験ができるような構造に改良する必要がある。この点を念頭にwetセルの改良を行い、冷却ホルダーに取り付けてテストを行った。主な確認点は、1冷却時間が短く、到達温度が低いこと。2冷却時に漏れによる電顕本体の圧力上昇が少ないことであった。この結果をもとに、試料ホルダーの構造についての検討を始め、ホルダー作製を行う予定の業者との打ち合わせも終了し、ホルダーの外形について検討を進めた。さらに、ホルダー完成後の実験のために既存の装置でできる予備実験として、電子線照射ダメージを調べるための実験を行った。具体的には、生物分子の試料に対して、wetセルを用いた浸水状態の試料とクライオ条件の瞬間凍結試料について、電子線の照射量に対する構造破壊の程度を調べた。予備的な実験結果ではあるが、冷却条件の試料に加えて、wet条件での試料の方が、構造破壊が小さいことが、電子線照射時に得た像のフーリエ変換パターンの解析や、電子回折パターンの時間変化から明らかになった。この結果には、再現性があることも確認された。前年度得られた基礎データを元にその場急速凍結用試料ホルダーを設計・製作した。設計に当たっては、以下の3点を最重要のポイントとした。(1)冷却のon/offの切り替えが可能なこと。(2)冷却onの状態では、より効率よく試料を冷却できる構造にすることと。(3)冷却offの状態では、冷却されたパーツと試料保持部の熱絶縁をなるべく大きくし、溶液試料が凍結することのない構造にすること。しかしながら、熱伝導、および熱絶縁を両立する構造を実現するために、機械的構造の強度が必ずしも大きくないモノになってしまったために、ホルダーのテスト作業時に、冷客用窒素タンクを支えている構造に大きな負荷がかかり、タンクがリークするというトラブルが起き、その結果、タンク周りの熱絶縁が不十分となった。改修が必要であるが、同時にホルダー構造の設計変更をすることにした。設計変更を行い、必要部品の調達は終わったが、組み立て作業に予想以上の時間がかかり、ホルダーの機能を十分に確認できる状態まで到達していない。組立完了後、ホルダーの性能能の詳細の評価を進めていく予定である。今後、試料凍結後の構造評価を行い、氷晶形成の有無や、凍結に伴う構造変化の程度について検証し、その場急速凍結の可能性を探る。また、現状では、試料の急速凍結時に実際に構造が凍結されて、凍結前の構造が、凍結の過程により変化していないか否かについて、全く検証がなされていない。そこで、この検証を進めていく。現状では、冷却に必要な温度や冷却速度は、十分な実験的な証拠がない状態で提唱されているだけであり、経験的、あるいは、想像を伴って指摘されている量であるので、これらの定量評価も今後進めていく予定である。電子顕微鏡学現在、我々は封じ切りタイプの環境制御セル(wetセル)を開発し、実際に浸水状態の試料の電子顕微鏡に利用できるようになっている。このwetセルは、汎用タイプの電子顕微鏡試料ホルダーでの使用は可能であるが、急速凍結を実現するために熱容量を小さくする必要がある。また、基礎データを取得するために冷却ホルダーとしての使用もできるようにする必要があり、現状のままでは問題がある。また、現状の真空シールの方式で、冷却過程において、熱収縮による真空への漏れがある可能性もある。そこで、1熱容量が小さく、2冷却による真空漏れがなく、3冷却ホルダーでのテスト実験ができるような構造に改良する必要がある。この点を念頭にwetセルの改良を行い、冷却ホルダーに取り付けて、テストを行った。

この検討結果をもとに、試料ホルダーの構造について検討を始め、ホルダー作製を行う予定の業者との打ち合わせも終了し、ホルダーの外形について検討を終了することができた。H26始めより、ホルダーの部品設計にすぐはいれる状態であり、順調に研究は進んでいる。ホルダーの設計をH26年度初頭からすぐに開始し、9月を目途に試料ホルダーの作製を終了させる。設計と並行して、既存の装置で昨年度進めていた、電子線ダメージの実験について引き続き進め、試料環境の違いによる電子線ダメージの大きさについて結論を出す。ホルダー完成後、年内に、ホルダーの性能評価、さらには、予備実験を進めることで、ホルダー自身の持つ問題の洗い出しを行い、適宜ホルダー構造の改良を行い、ホルダーによって得られる基本性能を評価する。苑で、基礎データを取得するための実験を開始し、nm分解能での試料凍結前と、試料凍結後の構造評価を行い、氷晶形成の有無や、凍結に伴う構造変化の程度について検証し、その場急速凍結の可能性を探る。
ケージド細胞培養基板を用いた単一細胞回収法の開発

本研究では,遺伝子の発現クローニングや幹細胞の純化を行なう上で重要である,ヘテロな細胞集団から特定細胞を選別回収する技術の開発に取り組んでだ。その戦略は,接着細胞の剥離に使用されるトリプシンの効果が接着形状に応じて異なることを利用し,標的細胞と標的外細胞の接着形状を操作することにより選別回収する,というものである。昨年度までに,細胞接着抑制分子であるポリエチレングリコール(PEG)を,光分解性基を介して固定化したケージド細胞培養基板を報告した。この基板は,PEGの光解離により細胞接着領域を遂次形成でき,さらに接着領域内に細胞を長期間保持することができることから,先述の戦略を実現するのに適している。本年度は,まず,本基板上のPEGの固定化と光解離について,接触角測定,全反射赤外分光法,エリプソメトリー測定,原子間力顕微鏡観察により調べた。光照射前,基板には分子量12000のPEGが0.072 molecules/nm^2の密度で固定化されており,過去に報告された細胞接着の抑制が予想される値と同程度であった。その後,光照射により密度は0.006 molecules/nm^2まで減少したことから,固定化されたPEGの90%以上が光解離することがわかった。これらの結果は,本基板上において細胞接着性が変換されることが合理的であることを示している。次に,本基板上に接着した細胞の形状とトリプシンの処理時間について検討を行い,標的細胞のみを基板上へ留め,標的外の細胞を全て剥離できる条件を得た。そして,本基板上に形成したヘテロな一細胞のアレイから,接着形状を操作することにより,標的細胞のコロニーを単離することに成功した。本手法は,蛍光顕微鏡下ですべての操作を簡便に行える点から,汎用される限界希釈法やフローサイトメトリー法に代わる新技術して,普及することが期待される。ケージド細胞培養基板は,光照射によって表面の細胞接着性を変換できる機能性基板である.本研究では,この特徴を生かし,基板上に形成した一細胞アレイを対象に解析を行った後,目的の細胞の周辺領域を光照射し,当該一細胞のみを増殖させることによって選別回収することができる手法の確立を目指している.本年度は,まず,光照射によってNH_2基が出現するケージド細胞培養基板上で,COS7,NIH3T3,HEK293細胞の一細胞アレイの作製条件を検討した.その結果,一細胞アレイの効率的な形成には,細胞接着領域のサイズと細胞播種濃度の最適化が重要であることが分かった.次に,作製した一細胞アレイ上の細胞を数日間培養したところ,1日程度しか一細胞の状態では維持されず,細胞は増殖しながら近接する細胞と混合した.これは,細胞非接着面を形成するために物理吸着させたウシ血清アルブミン(BSA)が,時間の経過とともに培地中に含まれるタンパク質と交換し,一細胞周辺領域の細胞接着抑制効果が失われたためであろう.上記目的を達成するためには,狙った細胞のみを増殖させ,それ以外の細胞の増殖は抑制する必要がある.そこで,この点を改善するために,光分解性リンカーを介して,末端にポリエチレングリコールを共有結合で結合した基板を新たに作製した.その結果,一細胞の状態を7日間維持させることに成功し,先に作製した基板より優れたパターン維持力を示す基板を得ることができた.今後はこの基板を用いて,狙った細胞のみを増殖させ,それ以外の細胞はアポトーシスで死滅させるために,細胞接着領域の形状やサイズを検討する予定である.ヘテロな細胞集団から特定の一細胞を単離回収する技術は,遺伝子の発現クローニングや幹細胞の純化など,分子細胞生物学や再生医療において重要な技術の一つである.本研究では,光照射によって表面の細胞接着性を変換できるケージド細胞培養基板上で,細胞の接着形状を操作することにより,目的の一細胞を選別回収することができる手法の確立を目指している.昨年度までに,光分解性リンカーを介して,細胞接着抑制分子であるポリエチレングリコール(PEG)を固定化したケージド細胞培養基板を作製した.この基板上では,形成した一細胞アレイの接着領域を長期間(一週間以上)制御でき,また,光照射を繰り返すことで,細胞接着領域を逐次形成できることを確認している.本年度は,この基板の有する優れた細胞接着の操作性を利用し,一細胞の選別回収を行った.まず,基板上に,一細胞が小さな領域へ接着したアレイを作成し,その中から任意に選択した標的細胞の近接領域へ光照射を行った.この細胞は,新たに形成された接着領域上に伸展し,表面への接着力を強めた.一晩培養後,接着細胞の剥離回収に使用されるトリプシンで基板を処理すると,基板への接着力の違いから,接着領域の小さい標的外の細胞が優先的に剥離し,伸展した形状の標的細胞だけは一部収縮しながらも基板上に留まった.引き続き一晩培養し,標的細胞のみのコロニーを得ることに成功した.本手法では,基板上に一細胞を集積化できるため,汎用される限界希釈法より選択対象の母集団を大きくできる可能性がある.また,蛍光顕微鏡下で細胞の観察・単離・増殖の操作を簡便に行える点から,普及が期待される.今後は,本基板を用いた細胞単離法の有用性を検証するため,蛍光色素のタグが導入された機能遺伝子の発現クローニングへの応用を図る予定である.本研究では,遺伝子の発現クローニングや幹細胞の純化を行なう上で重要である,ヘテロな細胞集団から特定細胞を選別回収する技術の開発に取り組んでだ。

その戦略は,接着細胞の剥離に使用されるトリプシンの効果が接着形状に応じて異なることを利用し,標的細胞と標的外細胞の接着形状を操作することにより選別回収する,というものである。昨年度までに,細胞接着抑制分子であるポリエチレングリコール(PEG)を,光分解性基を介して固定化したケージド細胞培養基板を報告した。この基板は,PEGの光解離により細胞接着領域を遂次形成でき,さらに接着領域内に細胞を長期間保持することができることから,先述の戦略を実現するのに適している。本年度は,まず,本基板上のPEGの固定化と光解離について,接触角測定,全反射赤外分光法,エリプソメトリー測定,原子間力顕微鏡観察により調べた。光照射前,基板には分子量12000のPEGが0.072 molecules/nm^2の密度で固定化されており,過去に報告された細胞接着の抑制が予想される値と同程度であった。その後,光照射により密度は0.006 molecules/nm^2まで減少したことから,固定化されたPEGの90%以上が光解離することがわかった。これらの結果は,本基板上において細胞接着性が変換されることが合理的であることを示している。次に,本基板上に接着した細胞の形状とトリプシンの処理時間について検討を行い,標的細胞のみを基板上へ留め,標的外の細胞を全て剥離できる条件を得た。そして,本基板上に形成したヘテロな一細胞のアレイから,接着形状を操作することにより,標的細胞のコロニーを単離することに成功した。本手法は,蛍光顕微鏡下ですべての操作を簡便に行える点から,汎用される限界希釈法やフローサイトメトリー法に代わる新技術して,普及することが期待される。
反水素原子の超微細構造の精密分光

現在、「反水素の閉じ込め」を目下の目標とし、世界の研究グループによる熾烈な競争が繰り広げられている。昨年度までに、反陽子を従来の100倍多く蓄積する事に成功し、また、反水素閉じ込めに有用な多くの特性を持つ「カスプトラップ」の開発も順調に進め、他グループに先駆けている。しかし、もう一方の原料、陽電子源については開発が進んでおらず、カスプトラップに互換な陽電子源の研究・開発は急務であった。また、不均一カスプ型磁場の中で荷電「反」粒子が安定に閉じこまるかは自明でなく、その検証は大きな課題であった。本年度、陽電子源を開発し、反陽子との混合を含む本実験までを実現した。陽電子蓄積方式として、比較的手法の確立した窒素ガスバッファ方式を採用し、開発を進めた。それでも陽電子源の開発には数年を要するものであり、早期開発で特にポイントとなったのは以下の2点であった。(1)全てを超伝導ソレノイドの高磁場中にコンパクトに収める(2)超高精度マルチリングトラップ製作法の確立僅か数ヶ月の装置・実験条件の調整によって、10secで10^5個もの陽電子の蓄積に成功している。500Gコイルを3つ使用した、磁気輸送ラインを通してカスプトラップへほぼ100%の輸送にも成功した。非常に限られた時間の中、カスプ磁場中に反水素の原材料、反陽子と陽電子、を同時に閉じ込める事に世界で初めて成功し、反水素分光実験に向け、重要な一里塚を築いた。超低速反水素原子ビームに必要な装置群、その中でも特に重要な反陽子検出系の研究・開発を行った。反陽子の検出には位置分解能のあるマイクロチャネルプレート(MCP)検出器を使用した。また、反陽子崩壊パイオンの検出器としては大立体角を覆うシンチレータ検出器、及びファイバー検出器を新規に設計・製作した。これらの検出器の設計・開発にあたってGeant4を用いた詳細なシミュレーションを行って最適化した。また、早いレートでDC的にやってくる反陽子シグナルを数え落とさないために、PC-LINUXベースのデータ収集系の開発を行った。これらの検出系を用いて、CERNの超低速反陽子ビーム(E<250eV)を使って、実際にデータ収集を行った。当初の見積り通りに反陽子シグナルを捕らえる事ができ、興味深いデータを得る事ができた。MCPにおける反陽子のデータ中で、通常の電子やイオンの検出にはない、様々な時定数を持って増減する背景シグナルが見出された。特に数時間以上の長い時定数を持った成分はMCP上での「放射性物質の生成」が原因であると考えられ、反陽子検出特有の現象として興味深い。また反陽子入射から極めて即発的(<200ns)に起こる成分もあり、反陽子検出において、従来MCPで行われていた計数測定的な使用法でなくカロリメータ的な使用法が可能となる事が分かった。この特性は反陽子以外の電子イベント等との弁別能力を大幅に改善できるため、今後の反陽子原子生成及び反水素分光実験において大変有用である。2007年のCERN研究所におけるビームタイムで、107個もの反陽子をトラップ中に閉じ込める事に成功し、自在なビームとして引き出す事に成功している。反水素生成に重要な反陽子の大量トラップとビーム引き出しの技術が確立されたといえる。1つの重要な物理的成果として、反陽子を30秒のDCビームとして引き出し、高密度原子ガスジェット標的をクロスさせる事で、反陽子による原子イオン化反応をかつて無い低エネルギー領域(250 eV)で観測する事に成功した。この様な現象の観測は、反陽子が"重い電子"または"負電荷の原子核"と見なせ電子捕獲過程を伴わないことから、原子衝突過程を研究する上で理想的なプローブである。また反陽子を、パルス幅2μsのパルスビームとして引き出すことにも成功し、その反陽子をカスプ磁場中のトラップ中に約70%の高効率で捕捉することができた。最大で300万個の反陽子をカスプ磁場中に閉じ込めることができており、これは反水素合成を目指している他グループに比べて100倍以上の値である。さらに電子冷却により、5eV以下まで反陽子を冷却することにも成功した。カスプ磁場を用いた反水素合成、ビーム引き出しに向けて重要な一歩が踏み出された。また、反水素合成に重要な陽電子についても、新しくRF電場を用いた陽電子蓄積法の研究を行った。これまでのスタディで電子を20%の高効率でトラップ中に溜め込む事に成功しており、現在、陽電子を用いたスタディを進めている。一方、来年度CERNで使用される陽電子ソース、陽電子用超伝導ソレノイド電磁石が完成し、陽電子トラップの作成もほぼ完了している。反水素の合成、トラップ、ビーム引き出し実験に向けて準備が進められている。