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河川アオノリの分子生物地理学的研究および低塩分耐性と形態形成に関する解析

河川に生育する緑藻アオノリ類に注目し、沖縄県は天然記念物である塩川をはじめとして、小笠原諸島、奄美大島、種子島、九州、四国、本州日本海側、本州太平洋側および北海道の各河川で採集を行い、種多様性、生物地理、形態形成、低塩分耐性に関する研究を行った。[種多様性解析]河川アオノリはこれまでスジアオノリ1種と考えられていたが、核ITS領域による分子系統解析の結果、河川アオノリとして6種が確認でき、そのうち1種を新種記載した。[生物地理学的解析]解像度の高い2種類のDNAマーカーを用いて主要な河川アオノリ種であるスジアオノリの生物地理学的解析を行った。その結果、「スジアオノリはごく最近海産ウスバアオノリから分化し、それは進化の過程でたった1度だけで、河川という汽水域に適応した株が四国で誕生し、その株が全国の河川へと分布を拡げていった」という進化ストーリーが考えられた。[形態形成解析]上記研究で近縁であることが示された海産ウスバアオノリと河川産スジアオノリを海水培養し形態を比較した。その結果、それぞれの種は特定の形態を維持し、形態的な違いが遺伝的に固定されていることが示唆された。[低塩分耐性解析]沖縄の河川に生育する株を用いて現地の湧水と海水とで培養し、それぞれの培養株からタンパク質を抽出して比較した。現地の湧水で培養した藻体には約20kDのタンパクバンドが特異的に強く発現しており、このタンパク質をコードしている遺伝子を単離したところ、レクチン様遺伝子であることが示唆された。今後は、低塩分耐性に関わる遺伝子群を網羅的に探索し機能推定するなどして、海水から淡水への適応進化に関する遺伝的バックグランドを理解したいと考えている。緑藻アオサ・アオノリ類は世界中の沿岸域で最も目立つ海藻類で、世界で約150種が報告されている。この仲間は、実は、河川でも生育している。本研究では、まず河川アオノリの種多様性を明らかにするため、全国レベルでの分布調査を行い、形態観察・ITS領域の塩基配列・交雑実験によって種を同定した。採集は沖縄県は天然記念物である塩川をはじめとして,小笠原諸島,奄美大島,種子島,九州,四国,日本海,太平洋および北海道の各河川で行った。これら採集品140個体からDNAを抽出し,核コードITS領域の塩基配列を決定した。このデータを,海産アオサ・アオノリ類のアライメントファイルに加え分子系統樹を構築した。その結果,河川アオノリは,7種類に分かれた。これら7種類のうち,既にGenBankに登録されている世界中のアオサ・アオノリ類とクレードを組むもの(種のDNA鑑定ができたもの)はUlva flexuosaキヌイトアオノリとU.linzaウスバアオノリだけであった。つまり残りの5種類は新種もしくは日本新産の可能性が高い。最も多くの個体が含まれたのはU.linzaウスバアオノリのクレードであった。ウスバアオノリは海産であるが,河川アオノリとの関係をさらに詳細に解析し,河川アオノリの分布域拡大の方向性、環境適応の回数さらにはその起源などを明らかにするために,次に、ITS領域より解像度の良い遺伝マーカーである5SrDNAスペーサー領域を用いて個体群間の分子生物地理学的解析を行った。その結果,海産ウスバアオノリは遺伝的多型が高く,河川アオノリは低かった。また,河川アオノリは一つのクレードにまとまった。以上のことから,「河川アオノリはごく最近海産ウスバアオノリから分化し,それは進化の過程でたった1度だけ河川という汽水域に適応した株が,全国の河川へと分布を拡げていった」という進化のストーリーが考えられた。緑藻アオサ・アオノリ類は世界中の沿岸域で最も目立つ海藻類で、世界で約150種が報告され河川でも生育している。まず河川アオノリの種多様性を明らかにするため、全国レベルでの分布調査を行い、採集品140個体からDNAを抽出し,核コードITS領域の塩基配列を決定した。その結果,河川アオノリは,5種類に分かれた。これら5種類のうち4種は未記載種で,今後の詳細な分類学的研究により新種記載を行う予定である。残りの1種は,既にGenBankに登録されているU.linza, U.Procera, U.Prolifera(LPP)complexに含まれた。最も多くの個体が含まれたLPP complexの分布域拡大の方向性、環境適応の回数さらにはその起源などを5S rDNAスペーサー領域を用いた分子生物地理学的解析を行った。その結果,「河川アオノリはごく最近海産ウスバアオノリから分化し,それは進化の過程でたった1度だけ河川という汽水域に適応した株が,全国の河川へと分布を拡げていった」という進化のストーリーが考えられた。また,沖縄県石垣島と与那国島で淡水に生育するアオノリを発見した。分子系統解析の結果,アオサ類の起源種と推定された。この種の培養株を確立し,海水と淡水とで生育させた藻体からタンパク質を抽出し電気泳動で比較した。その結果,淡水培養藻体で特異的に発現するバンドが検出され,このタンパク質をコードする遺伝子の全長を決定したところ,レクチンタンパク質と相同性が高い事が示された。

現在,この遺伝子の機能や,近縁種での遺伝子発現や存在の有無を調査中で,海水域から淡水域への分布域拡大を成功させた遺伝子進化を解明していきたい。河川に生育する緑藻アオノリ類に注目し、沖縄県は天然記念物である塩川をはじめとして、小笠原諸島、奄美大島、種子島、九州、四国、本州日本海側、本州太平洋側および北海道の各河川で採集を行い、種多様性、生物地理、形態形成、低塩分耐性に関する研究を行った。[種多様性解析]河川アオノリはこれまでスジアオノリ1種と考えられていたが、核ITS領域による分子系統解析の結果、河川アオノリとして6種が確認でき、そのうち1種を新種記載した。[生物地理学的解析]解像度の高い2種類のDNAマーカーを用いて主要な河川アオノリ種であるスジアオノリの生物地理学的解析を行った。その結果、「スジアオノリはごく最近海産ウスバアオノリから分化し、それは進化の過程でたった1度だけで、河川という汽水域に適応した株が四国で誕生し、その株が全国の河川へと分布を拡げていった」という進化ストーリーが考えられた。[形態形成解析]上記研究で近縁であることが示された海産ウスバアオノリと河川産スジアオノリを海水培養し形態を比較した。その結果、それぞれの種は特定の形態を維持し、形態的な違いが遺伝的に固定されていることが示唆された。[低塩分耐性解析]沖縄の河川に生育する株を用いて現地の湧水と海水とで培養し、それぞれの培養株からタンパク質を抽出して比較した。現地の湧水で培養した藻体には約20kDのタンパクバンドが特異的に強く発現しており、このタンパク質をコードしている遺伝子を単離したところ、レクチン様遺伝子であることが示唆された。今後は、低塩分耐性に関わる遺伝子群を網羅的に探索し機能推定するなどして、海水から淡水への適応進化に関する遺伝的バックグランドを理解したいと考えている。
本研究の主題は、「ホットキャリアから放出された高エネルギーフォノンが低エネルギー熱フォノンに分解し、エネルギーが拡散(散逸)するより速く、そのエネルギーを電子エネルギーに再変換する」というものである。その時間スケールは1 ー100 psであり、MOSトランジスタのスイッチング時間と同程度である。したがって本研究では、このような高速な電子系ー格子系エネルギー変換のための二つの基幹技術を構築することが大きな目標の一つとなる。今年度、電子流体効果をシリコンにおいてはじめて観測し、フォノンによるエネルギー散逸を避けて電流増幅が可能であることを示した(Nature Communications. 2018)。この結果は、本来、電子の流れの中で熱として散逸するエネルギーを電子ー電子散乱を用いて他の電子に移送することにより、電流増幅を実現するというものであり、電子ー格子系エネルギー変換において、電子ー電子散乱が本質的に重要な役割を担っていることを示している。同時に、新たな低消費電力デバイスの可能性を示すものである。また、ホットキャリアから生成される電子・正孔対(インパクト・イオン化)を単一事象レベルで検出する手法を提案し、その基本要素である単一正孔の検出に成功した(Applied Physics Letters, 2018)。この結果は、インパクト・イオン化の逆過程であるバンド間オージェ散乱と組み合わせることにより、新たなエネルギー散逸制御手法を提示するものであり、今後のフォノン制御技術確立のためにも重要な知見となる。概要の項に記したように、電子ー電子散乱を用いたフォノン放出制御可能性を示す結果が新たに得られており、予想外の成果を得ることができた。同結果は、Nature Communicationsに採択され、報道発表を行うとともに、日本経済新聞等に研究成果が掲載された。また、ホットキャリアから生成される電子・正孔対を単一事象レベルで検出する手法を提案し、同結果を、Applied Physics Letters誌に投稿し採択された。この結果は、エネルギー散逸制御の新たな手法を提示するこのであり、今後のフォノン制御技術確立のための重要な知見となる。今後は、本年度の結果を受けて、ナノスケールでの電子ー電子散乱とエネルギー散逸既報との関係を詳細に調べる。特に、デバイス動作の高温化(現在は8ケルビン)のための、散乱阻害要因を明らかにする。また、高速制御技術確立のために、MOS電子系の短時間パルス電流発生技術の確立に取り組む。本計画において、代表者小野は、測定系構築と測定を担務する。一方、分担者モラルはデバイス試作を担務する。従来の熱電変換(あるいは既存の電子系⇔格子系エネルギー変換)は、平衡状態の熱力学に基礎を置き拡散(ドリフト)現象を扱うため、本質的に低速であり、如何なる材料,構造を用いようとも、エネルギー緩和時間より高速に動作させることはできない。一方、MOSトランジスタスのエネルギー消費は、ホットキャリアのエネルギーが格子系(フォノン)のエネルギーへと変換され最終的に「熱」(常温下での音響フォノン)として散逸することにより起こるが、この過程は極端な非平衡プロセスであり、避けることのできないものと考えられている。本研究では、上記の既成概念を変革し、緩和時間の壁を超えて「高速な」電子系⇔格子系エネルギー変換を実証し、これまで不可避と考えられていたホットキャリアのエネルギー散逸が制御可能であることを示すとともに、MOSトランジスタをベースとした高速信号処理回路に組み込み可能な、高速エネルギー変換デバイスを提示する。本年度はその準備段階として、T字型デバイスの電子エネルギー散逸過程を詳細に調べ、電子電子散乱が極めて重要な役割を担っていることを明らかにした。また、この電子電子散乱を回避して、フォノンによるエネルギー散逸過程を調べる手法を新たに発案した。同時に、電子電子散乱によりトランジスタの電流を増幅できる可能性を見出した。具体的には、電子電子散乱によりT字領域に電圧降下が生じ、この電圧降下がベース電流を引き起こす現象を見出した。T字型デバイスの電子エネルギー散逸過程を詳細に調べ、電子電子散乱が極めて重要な役割を担っていることを明らかにした。このことは、本課題のベースとなる知見であり、今後順調に解析を進めることができることを示している。一方、電子電子散乱によりトランジスタの電流を増幅できる可能性を見出したことは、新たな知見であり、今後、エネルギー散逸制御に向けた新たな手法の開拓に道を開くものである。
また、ホットキャリアから生成される電子・正孔対(インパクト・イオン化)を単一事象レベルで検出する手法を提案し、その基本要素である単一正孔の検出に成功した(Applied Physics Letters, 2018)。この結果は、インパクト・イオン化の逆過程であるバンド間オージェ散乱と組み合わせることにより、新たなエネルギー散逸制御手法を提示するものであり、今後のフォノン制御技術確立のためにも重要な知見となる。概要の項に記したように、電子ー電子散乱を用いたフォノン放出制御可能性を示す結果が新たに得られており、予想外の成果を得ることができた。同結果は、Nature Communicationsに採択され、報道発表を行うとともに、日本経済新聞等に研究成果が掲載された。また、ホットキャリアから生成される電子・正孔対を単一事象レベルで検出する手法を提案し、同結果を、Applied Physics Letters誌に投稿し採択された。この結果は、エネルギー散逸制御の新たな手法を提示するこのであり、今後のフォノン制御技術確立のための重要な知見となる。T字型デバイスの解析を中心に進める。電子濃度を変化させることにより、フォノン散乱効子電子散乱が極めて重要な役割を担っていることを明らかにした。一方、この電子電子散乱を回避して、フォノンによるエネルギー散逸過程を調べる手法を新たに発案したこことを受け、電子電子散乱によりT字領域に電圧降下が生じる現象を利用したデバイスを提案し実証する。また、そのための基礎実験を行う。今後は、本年度の結果を受けて、ナノスケールでの電子ー電子散乱とエネルギー散逸既報との関係を詳細に調べる。特に、デバイス動作の高温化(現在は8ケルビン)のための、散乱阻害要因を明らかにする。また、高速制御技術確立のために、MOS電子系の短時間パルス電流発生技術の確立に取り組む。本計画において、代表者小野は、測定系構築と測定を担務する。一方、分担者モラルはデバイス試作を担務する。
慢性肝疾患患者の細胞性免疫異常の改善に影響を及ぼすIFN-γの効果についての研究

肝硬変患者及び健常者末梢血をヘパリン採血し,比重遠心法により単核球を分離しE-ロゼット法を行い,得たT細胞分画を至適濃度のpoke-weed mitogen(PWM)単独あるいはPWMとInterferon-γ(IFN-γ)と共に培養し,出現する細胞亜分画及びその機能を測定し,IFN-γの効果を検討した。FITCあるいはPE標識モノクローナル抗体を用いたフローサイトメトリーによる2カラー分析を行った結果では,肝硬変患者ではPWM単独刺激時ではCD8^+細胞の発現率は19.5±5.3%,CD25^+細胞の発現率は16.5±6.2%で,IFN-γ添加PWM刺激時ではそれぞれ26.5±5.8%,23.4±6.6%とその発現率の増加を示した。CD8^+CD25^+細胞,CD8^+CD11b^+細胞,CD25^+CD11b^+もわずかながらその発現率の増加をみた。健常者ではこれらの細胞の発現率はPWM単独刺激時とIFN-γ添加PWM刺激時の間に差はなかった。CD8,CD16,CD56,CD57に対するモノクローナル抗体を用いた2カラー分析では,肝硬変患者では健常者に比較しPWM単独刺激時,IFN-γ添加PWM刺激時共にCD8^+CD57^+細胞の発現率の増加をみた。CD56^+CD16^-細胞,CD56^+CD16^+細胞,CD56^-CD16^+細胞の発現率は,肝硬変患者及び健常者でPWM単独刺激時及びIFN-γ添加PWM刺激時共に差はなかった。NK細胞活性とLAK細胞活性の測定では同様に,肝硬変患者及び健常者でPWM単独刺激時とIFN-γ添加PWM刺激時との間に差はなかった。また,CD16^+細胞,CD57^+細胞の発現率とNK細胞活性及びLAK細胞活性との間に相関はみられなかった。PWMによる抗体産生系を用いたサプレッサー機能の測定では,肝硬変患者及び健常者友IFN-γ添加PWM刺激T細胞にサプレッサー能は見られないことを示唆する結果であった。肝硬変患者および健常者末梢血より,比重遠心法とEロゼット法により得たT細胞を,PWMあるいはPWMとIFNーγと共に2日間培養し,FITCあるいはPE標識モノクロ-ナル抗体を用いてフロ-サイトメトリ-による2カラ-分析を行った我々の結果では,健常者ではCD8^+細胞の発現はPWM単独刺激時では40.0±15.1%,IFNーγ添加PWM刺激時では40.1±13.5%であった。同様にCD4^+の発現率は各々55.3±11.9%,54.6±13.2%,CD8^+CD25^+細胞では4.3±1.1%,5.6±0.5%,CD8^+CD11_b^+細胞,CD25^+CD56^+細胞では23.0±10.3%,22.0±9.6%で両者の間に差はなく,CD25^+CD11_b^+細胞,CD25^+CD56^+細胞でも同様の結果であった。

一方肝硬変患者では,CD8^+細胞は19.7±5.6%,31.8±8.1%,CD25^+細胞は13.0±5.8%,22.0±2.4%,CD8^+CD25^+細胞3.7±3.4%,8.2±1.5%,CD8^+CD56^+細胞は2.2±3.8%,8.2±3.5%とIFNーγ添加時にその発現率の増加を示し,CD8^+CD11^+細胞,CD25^+CD11_b細胞,CD25^+CD56^+細胞も同様の結果であった。CD4^+細胞は51.2±7.7%,58.2±7.3%であった。肝硬変患者及び健常者末梢血より,比重遠心法とE-ロゼット法により得たT細胞を,PWMあるいはPWMとIFN-γと共に二日間培養し,CD16,CD56,CD57に対するFITCあるいはPE標識モノクローナル抗体を用いてフローサイトメトリーによる2カラー分析を行った。健常者ではCD56^+CD16^-,CD56^+CD16^+,CD56^-CD16^+細胞の発現率はPWM単独刺激時ではそれぞれ3.8±2.1%,4.1±1.9%,1.3±1.0%,IFN添加PWM刺激時では4.5±2.5%,3.5±2.0%,1.3±1.0%で,両者の間に差はなかった。肝硬変患者ではPWM単独刺激時では8.6±2.4%,9.4±6.4%,1.5±0.9%,IFN-γ添加PWM刺激時では9.7±3.1%,8.2±5.8%,1.9±1.2%であった。CD57^+細胞も同様の結果であった。NK細胞活性の測定では健常者ではPWM単独刺激時では59.4±12.7%,IFN-γ添加PWM刺激時では58.4±17.1%で両者の間に差はなく,肝硬変患者ではPWM単独刺激時で65.4±4.5%,IFN-γ添加PWM刺激時では68.5±4.6%でLAK細胞活性もNK活性と健常者,肝硬変患者とも同様の推移を示した。即ちNK細胞活性亜分画及びNKあるいはLAK細胞活性に対するIFN-γの効果は、この実験系では明らかにすることができなかった。PWMによる抗体産生系を用いたサプレッサー機能の測定では,肝硬変患者及び健常者ともIFN添加PWM刺激T細胞にサプレッサー機能は見られないことを示唆する結果であった。
高等学校段階における情報教育カリキュラムの開発と大学教育の連続性に関する研究

平成5年度で作成した中間報告書を、各都道府県の教育委員会を経て送付し、開発された3つのカリキュラム、すなわち「教養としての情報教育」「文系のための情報教育」「理系のための情報教育」の内容について、高等学校で先進的に研究している先生方の意見をアンケート調査した。その結果、全般的には新しいカリキュラムについては好意的であった。なかでも「教養としての情報教育」については、きわめて好意的で普通高校での情報教育について有望であると判断される。「理系のための情報教育」については内容が高度であるとの意見もあったが、現状では情報についての正式な教育を受けたものが少ないのでこれをもって教育内容のレベルを判断することはできない。情報科学についての高校レベルでの教育を実施するためには、さらに教研修講座を開くなどの現職教員の教育が必要である。平成6年度では、中間報告書の内容をさらに検討して整備した。とくに「教養としての情報教育」では(1)内容が多すぎる。(2)要求内容が高すぎる、具体的指導内容が欲しい。(3)教養であっても座学的内容よりも実習的内容を多くすべきだ。(4)他教科との関連性を考慮すべきである。というアンケート調査結果を考慮して改善した。「文系のための情報教育」については、教育現場での準備状況からみてワープロによる文書作成、グラフィックスによる作品制作、表計算ソフトの利用による教育は可能であると考えられる。プログラミングのような技術的な内容よりも情報化社会がもたらす社会の変化や構造についての理解、物事を論理的に捉える能力、応用ソフトを利用しての問題解決能力などの育成が望まれている。以上のような要望を考慮して内容の改善をした。「理系のための情報教育」については教育内容を大幅に開発したが、レベルについては研修との関係もあるので、現状での意見を取り上げることには慎重であるべきである。第1回の研究分担者全員の会合を開催し、情報教育のカリキュラム開発全般についての検討を行い、基本方針ならびに研究計画を決定した。その結果、方針として独立教科としての`情報'の教科を想定し、理系および文系の専門基礎、ならびに一般教養としての情報教育を目指す。研究グループとして、(1)現状調査と教科書分析、(2)教養としての情報教育、(3)文系のための情報教育、(4)理系のための情報教育の4グループ編成として研究を進めることとなった。その研究成果はつぎの通りである。(1)現状調査と教科書分析:情報教育の実態についてはすでに他にも研究があるので、今回は指導要領の改訂に伴ってそれぞれの教科において情報教育がどのように扱われているかを調査し、現在までに出版されている主要教科の教科書の内容分析を行って、欠落ならびに重複しているところを明らかにした。(2)一般教養としての情報教育についてはその範囲を策定することがきわめて困難であり、まだ流動的ではあるが章レベルの内容のリストを作成した。(3)文系のための情報教育については考え方がまだ確定していないが、内容項目のキーワードを抽出し、演習課題を考えるなど、知識偏重にならないように留意した。(4)理系のための情報教育はもっとも作業が進展し、内容の概要を決定し、一部は教科書の内容にも相当するレベルにまで記述している。演習課題を含めるなどの工夫をしているが、詳細な内容にまだ進むと研究分担者の考え方の違いも鮮明になり、現段階では統一したものになっていない。以上のような研究成果について、中間報告として印刷することとし、A4判で155ページの報告書を作成し、平成六年度のできるだけ早い時期に関係機関に送付して評価することとした。

平成5年度で作成した中間報告書を、各都道府県の教育委員会を経て送付し、開発された3つのカリキュラム、すなわち「教養としての情報教育」「文系のための情報教育」「理系のための情報教育」の内容について、高等学校で先進的に研究している先生方の意見をアンケート調査した。その結果、全般的には新しいカリキュラムについては好意的であった。なかでも「教養としての情報教育」については、きわめて好意的で普通高校での情報教育について有望であると判断される。「理系のための情報教育」については内容が高度であるとの意見もあったが、現状では情報についての正式な教育を受けたものが少ないのでこれをもって教育内容のレベルを判断することはできない。情報科学についての高校レベルでの教育を実施するためには、さらに教研修講座を開くなどの現職教員の教育が必要である。平成6年度では、中間報告書の内容をさらに検討して整備した。とくに「教養としての情報教育」では(1)内容が多すぎる。(2)要求内容が高すぎる、具体的指導内容が欲しい。(3)教養であっても座学的内容よりも実習的内容を多くすべだ。(4)他教科との関連性を考慮すべきである。というアンケート調査結果を考慮して改善した。「文系のための情報教育」については、教育現場での準備状況からみてワープロによる文書作成、グラフィックスによる作品制作、表計算ソフトの利用による教育は可能であると考えられる。プログラミングのような技術的な内容よりも情報化社会がもたらす社会の変化や構造についての理解、物事を論理的に捉える能力、応用ソフトを利用しての問題解決能力などの育成が望まれている。以上のような要望を考慮して内容の改善をした。「理系のための情報教育」についは教育内容を大幅に開発したが、レベルについては研修との関係もあるので、現状での意見を取り上げることには慎重であるべきである。
転位芯における侵入型原子の拡散メカニズムと炭素の転位偏析メカニズムの解明

本年度は,昨年度までに終了した転位芯における原子拡散偏析メカニズムの解明をさらに発展させ,転位と並んで塑性変形を担う重要素過程である双晶変形を対象とした.今後双晶変形中に生成する双晶界面での原子拡散偏析変形メカニズムの解明へと展開することを目的として,まずは双晶界面生成プロセスの解析を実施した.具体的にはマグネシウムにおける{10-12}<10-11>双晶変形を第一原理計算を用いて解析した.第一原理計算過程で得られた双晶生成,双晶面の拡張移動の活性化エンタルピー情報を,マイクロメカニクスを用いた2次元のメソスケール解析に導入し,単純せん断シミュレーションを行うことにより,臨界分解せん断応力(CRSS)の温度依存性およびひずみ速度依存性を定量的に評価した.さらには,第一原理計算の解析結果の詳細な解析を行うことにより,{10-12}<10-11>双晶変形がマクロなせん断変形と局所的な二対の原子ペアの回転(シャッフリング)によって実現されていることがわかった.このシャッフリングの存在により一般的な応力レベルの下では,せん断応力のみでの変形双晶の生成の可能性は低く,熱エネルギーによる熱活性化が必要であることが明らかになった.また2次元メソスケール解析では,室温における完全結晶の変形双晶に必要なせん断応力はおよそ0.9GPa程度と評価された.双晶の生成,拡張移動の挙動を解析することにより,室温における様々な条件下での双晶核生成頻度や,双晶界面移動速度を評価した.26年度が最終年度であるため、記入しない。26年度が最終年度であるため、記入しない。本年度の研究内容としては炭素がバルクから転位芯に移動する経路を特定するとともに,鉄-炭素系のみでなくそれ以外の侵入型固溶原子-溶媒金属の組み合わせにおける拡散経路の特定を行った.そのためBCC鉄(0-11)すべり面に適用した幾何構造解析をより一般的にFCC, HCP構造,またはBCCの他のすべり面に応用した.具体的には様々な種類の転位を任意のすべり面に持つ原子モデルを作成する.その面と,それと隣接する面のみを抜き出し,その転位芯の幾何構造を観察する.この解析を様々な結晶構造,すべり面に適用し,バルク中の幾何構造と比較する.これにより侵入型原子の転位芯内の拡散経路を特定し,さらにこれがこれまでの研究から推測されるようにこれが共役バーガーズベクトル方向であるかどうかを確認した.そして原子レベルの幾何構造解析を行った結果,まずFCC, BCC, HCPの主すべり面においては転位芯においてはバーガーズベクトルに共役な方向に高速拡散路が存在することが原子の幾何構造から確かめられた.さらに第一原理計算を用いた拡散経路に沿った活性化エネルギーを求めることにより,幾何構造解析の妥当性をいくつかの具体的な侵入型固溶原子-溶媒金属の組み合わせによって確認した.その一方ですべり方向に共役な方向がなければ一般的な議論は難しく,場合によりけりである.従ってこれまで一般的に転位芯において侵入型原子の高速拡散が起きると考えられてきたがすべり面によりけりであると結論付けられ,今後は実験においてもすべり面ごとに侵入型原子の拡散挙動を解析していく必要があると考える.本年度は,昨年度までに終了した転位芯における原子拡散偏析メカニズムの解明をさらに発展させ,転位と並んで塑性変形を担う重要素過程である双晶変形を対象とした.今後双晶変形中に生成する双晶界面での原子拡散偏析変形メカニズムの解明へと展開することを目的として,まずは双晶界面生成プロセスの解析を実施した.具体的にはマグネシウムにおける{10-12}<10-11>双晶変形を第一原理計算を用いて解析した.第一原理計算過程で得られた双晶生成,双晶面の拡張移動の活性化エンタルピー情報を,マイクロメカニクスを用いた2次元のメソスケール解析に導入し,単純せん断シミュレーションを行うことにより,臨界分解せん断応力(CRSS)の温度依存性およびひずみ速度依存性を定量的に評価した.さらには,第一原理計算の解析結果の詳細な解析を行うことにより,{10-12}<10-11>双晶変形がマクロなせん断変形と局所的な二対の原子ペアの回転(シャッフリング)によって実現されていることがわかった.このシャッフリングの存在により一般的な応力レベルの下では,せん断応力のみでの変形双晶の生成の可能性は低く,熱エネルギーによる熱活性化が必要であることが明らかになった.また2次元メソスケール解析では,室温における完全結晶の変形双晶に必要なせん断応力はおよそ0.9GPa程度と評価された.双晶の生成,拡張移動の挙動を解析することにより,室温における様々な条件下での双晶核生成頻度や,双晶界面移動速度を評価した.26年度が最終年度であるため、記入しない。BCC鉄のみならず, BCC, FCC, HCPという一般的な金属構造ごとにおける侵入型固溶原子の転位芯の拡散路をより一般的に突き止めることに成功した.すなわち求めた拡散路は炭素鋼のみでなく他の汎用金属にも適用できる.従ってこの研究はその機械特性向上のための礎となる基礎研究となると思われ,十分に研究が進んでいると自負する.一般的に塑性変形によって支配的な変形機構としては転位と双晶が挙げられる.

これまでは転位と侵入型固溶原子の相互作用を考えてきたが,双晶と侵入型固溶原子の相互作用も金属材料の機械特性に大きな影響を与えると考えられる.そこで転位-固溶原子のみでなく,今後は双晶-侵入型固溶原子についても原子論的,エネルギー論的な解析を行うことを予定している.これにより,固溶原子が塑性変形に与える影響を統合的に解析していく.そのために今後はまず双晶変形のメカニズムに関する研究を行うことを予定している.
ヒト骨髄間葉系細胞からの骨芽細胞の分離・保存・増殖法の確立と臨床展開の可能性

1.ヒト骨髄間葉系細胞の移植骨としての有用性の検討:骨髄間葉系細胞のdonorとしてはヒト腸骨海綿骨を対象とし,採取された骨髄は初代培養し,多孔体ハイドロキシアパタイト上にこの骨髄間葉系細胞を増殖させ代替移植骨を作製した.この代替移植骨を動物(ヌードマウス)移植し骨組織のviabilityを検索した.2.ヒト骨髄間葉系細胞から骨芽細胞を分離・保存・増殖の確立:ヒト腸骨海綿骨を採取、初代培養後,骨芽細胞を分離し凍結保存,一定期間凍結保存後,増殖させ,動物実験によりそのviabilityをみた.3.自己血清によるヒト骨髄間葉系細胞及びヒト骨芽細胞の初代培養とその増殖法:ヒト腸骨から採取した骨髄細胞を自家血清含有培地およびウシ胎児血清(FBS)含有培地で培養し、それぞれの細胞の増殖能、骨原性細胞活性の比較をした。結果及び考察:凍結保存された培養ヒト骨髄間葉系細胞を多孔体ハイドロキシアパタイトに播種し、それにBMPを作用させることにより、生体内で成熟骨の形成をみることが確認された.従って保存しておいた自己骨髄間葉系細胞を解凍、再培養して多孔体ハイドロキシアパタイト上に播種しBMPを作用させ移植材料として利用する手法は、今後BMPの投与量の調整や多孔体ハイドロキシアパタイトの多孔の調整によって、臨床に使用できるものと考えられた。また自家血清含有培地はFBS含有培地に比べて、効率よく骨を形成する細胞を培養することが可能であり、骨を形成するための培養系により適していると思われた。1.ヒト骨髄間葉系細胞の移植骨としての有用性の検討:骨髄間葉系細胞のdonorとしてはヒト腸骨海綿骨を対象とし,採取された骨髄は初代培養し,多孔体ハイドロキシアパタイト上にこの骨髄間葉系細胞を増殖させ代替移植骨を作製した.この代替移植骨を動物(ヌードマウス)移植し骨組織のviabilityを検索した.2.ヒト骨髄間葉系細胞から骨芽細胞を分離・保存・増殖の確立:唇顎裂,唇顎口蓋裂よりヒト腸骨海綿骨を採取、初代培養後,骨芽細胞を分離し凍結保存.一定期問凍結保存後,増殖させ,動物実験によりそのviabilityを確認した.実験:凍結保存されたヒト骨髄細胞を用いて実現可能か否か検討を行なった。ヒト骨髄細胞を培養増殖させ、凍結保存し、3年経過した細胞を解凍後再培養した。この細胞を多孔体ハイドロキシアパタイトとBMPの複合体に播種しヌードマウス皮下に移植した。他方、多孔体ハイドロキシアパタイトに細胞を播種後、培地中にBMPを添加し10日間培養して移植を行った。この2者の骨形成を比較した。細胞を多孔体ハイドロキシアパタイトとBMPの複合体に播種し移植したものは2週で成熟骨の形成が認められた。一方、後者では4週でわずかな骨形成を認めた。以上の実験より、凍結保存された培養ヒト骨髄間葉系細胞を多孔体ハイドロキシアパタイトに播種し、それにBMPを作用させることにより、生体内で成熟骨の形成をみることが確認された。また保存しておいた自己骨髄間葉系細胞を解凍、再培養して多孔体ハイドロキシアパタイト上に播種しBMPを作用させ移植材料として利用する手法は、今後BMPの投与量の調整や多孔体ハイドロキシアパタイトの多孔の調整によって、臨床に使用できるものと考えられた。1.ヒト骨髄間葉系細胞の移植骨としての有用性の検討:骨髄間葉系細胞のdonorとしてはヒト腸骨海綿骨を対象とし,採取された骨髄は初代培養し,多孔体ハイドロキシアパタイト上にこの骨髄間葉系細胞を増殖させ代替移植骨を作製した.この代替移植骨を動物(ヌードマウス)移植し骨組織のviabilityを検索した.2.ヒト骨髄間葉系細胞から骨芽細胞を分離・保存・増殖の確立:ヒト

腸骨海綿骨を採取、初代培養後,骨芽細胞を分離し凍結保存.一定期間凍結保存後,増殖させ,動物実験によりそのviabilityをみた.3.自己血清によるヒト骨髄間葉系細胞及びヒト骨芽細胞の初代培養とその増殖法:ヒト腸骨から採取した骨髄細胞を自家血清含有培地およびウシ胎児血清(FBS)含有培地で培養し、それぞれの細胞の増殖能、骨原性細胞活性の比較をした。結果及び考察:凍結保存された培養ヒト骨髄間葉系細胞を多孔体ハイドロキシアパタイトに播種し、それにBMPを作用させることにより、生体内で成熟骨の形成をみることが確認された。従って保存しておいた自己骨髄間葉系細胞を解凍、再培養して多孔体ハイドロキシアパタイト上に播種しBMPを作用させ移植材料として利用する手法は、今後BMPの投与量の調整や多孔体ハイドロキシアパタイトの多孔の調整によって、臨床に使用できるものと考えられた。また自家血清含有培地はFBS含有培地に比べて、効率よく骨を形成する細胞を培養することが可能であり、骨を形成するための培養系により適していると思われた。
有機超同子構造を用いた分子シンクロナイゼーションとELデバイスへの応用に関する研究

有機EL(electroluminescence)素子の積層構造は有機分子線蒸着法により作製した。発光層に用いる発光色素に種々の材料について検討した。発光層の膜厚は30nmとし、正孔輸送層には、主としてジアミン誘導体(α-NPD,膜厚30nm)を蒸着したものを用いた。基板にはITO(indium-tin-oxide)をコートしたポリイミド基板と比較のためにガラス基板上にも素子を作製した。表1に種々の分子を発光層とする素子の発光特性を示す。単独の発光材料の他に、キノリニュームアルミ錯体(Alq3)中に発光分子を共蒸着により色素をドープして発光層を形成した素子についても検討した。ガラス基板上に作製した素子とポリマー基板上に作製した素子の発光特性は同等であることが示される。高速のパルス電圧を印加した際にも同等の特性が得られた。特に高速の応答特性に関しては、Alq3中にルブレン(Rubren)やポルフィン誘導体(TPP)などの発光分子をドープする事により高輝度と高速応答が得られ、色素分子が相互に作用することにより、効率のよい分子間のエネルギー移動が生じ、有機EL素子の高速化と高輝度化に有効に働いていることが示される。また、有機ELを電気-光変換素子として用いることにより画像信号を電気信号に変換して光ファイバーにより伝送を行う実験を行った。光ファイバーで100mの距離を鮮明な動画を伝送することに成功した。ポリマー基板上に作製した有機EL素子は、ガラス基板上と同等の特性を示し、有機EL素子を用いて動画伝送を行うことが可能である。有機EL素子は発光色素を選択する事により、青色(α-NPD)、黄色(Rubrene)、赤色(TPP)発光素子が実現でき、それらの色素分子を用いた素子において100MHz以上のパルス応答を示した。緑色(Alq3)発光素子のみ、発光材料の蛍光寿命に律則され応答速度は60MHzに制限される。発光層としてAlq_3にルブレンをドープした層を発光層として用いたEL素子を作製した。ルブレンをAlq_3に9vol%の濃度にドープした素子は、550nm付近にピーク波長を有する黄色発光を示す。従ってこの波長を用いる事により、ポリマー導波路への光源として用いた場合、比較的低損失の伝送が期待できる。9Vの印加電圧で50,000cd/m^2の高輝度に達した。これは、ホスト材料として用いたAlq_3にルブレンをドープすることによりドミノ的エネルギートランスファーが生じ、電極から注入された電子-正孔が発光層で効率よく再結合し、発光するためと考察する。ガラス上に形成したITO基板を用いて作製したEL素子とポリイミド上のITO基板を用いて作製した有機EL素子の発光特性は基本的には発光スペクトル、発光強度特性等に違いは見られなかった。高速応答性に関しては、Alq_3を発光層とした素子では50MHz程度の応答に留まるが、蛍光寿命の短いルブレンをドープした素子では、電極面積を小さくし0.02mm^2程度の素子面積において100MHz以上のパルス光が発生することが出来た。現時点では駆動回路などの制限で100MHzの応答速度まで確認できていないが、さらに高速の光信号の発生が期待され、光集積回路光源への適用が可能である事が明らかになった。
日本における近世期の御蔵所の空間構成原理及び地方性に関する研究

第一に、熊本県において熊本藩、人吉藩の御蔵所に関する建築遺構、史料、文献調査を行った。熊本藩御蔵所に関しては、熊本市観光文化交流局文化振興課文化財管理班や宇土市教育委員会の協力を得て、旧川尻東蔵及び西蔵、旧宇土御蔵の遺構調査を行った。熊本県立図書館、熊本大学図書館(永青文庫)、玉名市立歴史博物館、八代市立博物館において史料調査を行った。熊本藩御蔵所については、上記の遺構に加えて永青文庫や松井文庫などに御蔵が描かれる史料が現存し、9ヶ所の御蔵所の実態が知られた。一方、人吉藩御蔵所に関する史料は殆ど確認できなかった。第二に、大分県において熊本藩、中津藩、臼杵藩などの御蔵所に関する史料、文献調査を行った。熊本藩の鶴崎御蔵所に関しては、個人宅において史料調査、大分県立図書館において文献調査を行った。臼杵藩御蔵所に関しては、臼杵市所蔵絵図史料群のデータ貸出を受け、臼杵市立図書館において史料調査を行った。「天保七年八月総役所米倉普請の図」は、工事中の御蔵が詳細に描かれる大変珍しい史料であった。その他の絵図や記録文献からも御蔵所の実態が知られた。なお、岡藩犬飼御蔵所、日出藩日出城御蔵所に関する絵図史料が各1点確認できた。一方、中津藩御蔵所に関する史料は殆ど確認できなかった。以上の成果から熊本藩御蔵所に関する研究論文を作成した。初編は御蔵所の空間構成の特徴と形成要因、続編は御蔵の建築構成の特徴である。さらに、臼杵藩御蔵所に関する研究論文を作成している。熊本県熊本市や宇土市において大変貴重な御蔵の遺構を調査し、復元図を作製することができた。また、永青文庫や松井文庫の重要史料の調査を行うことができた。夏場をまたぐ研究調査であり、熊本地震の余波、北九州地方の豪雨、猛暑や台風もあったが、幸い本研究に及ぼす影響は少なかった。熊本県内における調査は殆ど完了している。熊本藩御蔵所は大分県内にも1ヶ所存在したので(鶴崎御蔵所)、大分県での調査も必要になった。これに関連して、平成32年度(令和2年度)に行う予定であった中津藩などの御蔵所に関する文献調査を行うことができた。その結果、臼杵藩洲崎御蔵所といった特異な御蔵所を発見することもできた。以上のことから、研究は当初の計画以上に進展していると言える。今後も予定通り研究を進める。令和元年度は、福岡県及び佐賀県において柳川藩、小倉藩、蓮池藩の御蔵所について文献、史料、建築遺構調査を行う。すでに、関係機関に調査の依頼を行い、了承を得ている。また、両県内に存在した他藩についても御蔵所の実態が知られる史料の有無の確認を行う予定である(以後、「確認調査」と記す)。なお、インターネットを用いた事前調査では、史料は確認できていない。令和2年度の確認調査については、平成30年度に大分県内が完了したので、九州地方(宮崎、鹿児島)、四国地方(香川、高知)、中国地方(山口)の各県立図書館において行う予定である。

その結果、臼杵藩洲崎御蔵所といった特異な御蔵所を発見することもできた。以上のことから、研究は当初の計画以上に進展していると言える。今後も予定通り研究を進める。令和元年度は、福岡県及び佐賀県において柳川藩、小倉藩、蓮池藩の御蔵所について文献、史料、建築遺構調査を行う。すでに、関係機関に調査の依頼を行い、了承を得ている。また、両県内に存在した他藩についても御蔵所の実態が知られる史料の有無の確認を行う予定である(以後、「確認調査」と記す)。なお、インターネットを用いた事前調査では、史料は確認できていない。令和2年度の確認調査については、平成30年度に大分県内が完了したので、九州地方(宮崎、鹿児島)、四国地方(香川、高知)、中国地方(山口)の各県立図書館において行う予定である。2019年5月発行の論文(10頁)の掲載料として11万円必要です。加えて、史料掲載許可者へお送りする論文の抜き刷り代数万円がかかります。さらに、現在審査中の論文及び投稿予定の論文が採用された場合の掲載料が必要になるためです。審査中の論文については、先の論文の続編になるため、一度に投稿できません。掲載料は、原稿が9頁ですので9万5千円になります。投稿予定の論文については8頁を予定しています。これも先の論文を引用しております。
企業衰退と企業統治

本研究の成果として日本・欧米大企業の事例研究により企業の衰退または倒産が生じる原因を第一にカリスマ会長またはCEOへの権力の過大集中が企業統治を無機能化にあることを示した。この事実はドイツの調査によりVWを含む「ドイツ同族大企業」として2015年出版した。第二にこれを防止するためにこれら二大役職の任期、選任の過程の明確な文書化が重要であること、第三に取締役会はこれら役職の任期期間における企業への貢献を評価し、再任または退任を決定すべきこと、第四に真に独立性の高い社外取締役が役員総数の最低三分の一以上を占めることが最重要である。さらに社外取締役は自ら管理者と接触し社内の問題点を発見すべきである。企業衰退と産業衰退に関する研究において最もしばしば研究者により採用される分析手段は複数国の代表的企業間の国際的・歴史的比較である。とりわけドイツとイギリスの比較は多くの教訓に富む。当該年度においては産業革命を先導したイギリスが第一次世界大戦以前になぜその製造業における世界的地位をドイツに奪われたのかを鉄鋼企業を例にとり明らかにした。イギリスは初代ダービーによる木炭の代わりにコークスを使用するコークス炉の発明のみならずベッセマーの転炉、ハンツマンの坩堝鋼、コートのパドル法など製鉄・製鋼技術のほとんどすべての発明国であり、それはとりわけクエーカー教徒に負うところが大きい。しかしダービー家は1883年4代目の時代にクエーカー教徒から上流階級に一般的であった保守的な英国国教会へ改宗し、鉄鋼企業から完全に撤退し、地主として紳士の上流社会へ参入した。この状況はイギリスで多く見られた現象であった。イギリスでは上流階級へ参入することにより社会的地位と名誉を得ることが一般的な企業家の願望であった。これに対してドイツでは成功した企業家は企業の運命と強く一体化し、その独立性と永続性を最重要な目的とした。このことは第一次世界大戦以前に世界的な地位に達したクルップ家の二代目あるアルフレート・クルップの経営理念により明らかである。さらにドイツは国家統一の遅れによる後進性とこれを克服するための富国強兵の国家的目標が産業ナショナリズムの形で企業家精神を高揚させた。しかしそのクルップ社は最近においては売上高における世界的地位は10位以下に落ちた。自らは一基も溶鉱炉を建設したことのない新興企業家のミタルは破壊的かつ合理的戦略により世界首位の地位を得た。これは日本の鉄鋼企業のみならず全製造業の企業に衰退を避け、発展と永続性維持に何をすべきかについて大きな教訓を与える。日米欧諸国におけるかっての世界市場の首位企業が衰退した事例を分析した結果、アメリカの自動車企業、鉄鋼企業は日本や他国との競争にさらされた場合、これらの経営者は問題を政治家し、輸出国のダンピングなどに責任を転嫁した。この結果政府は保護主義を発動させた、これが今日の両産業の衰退を招いたことが明らかとなった。。また製品の世界的革新性にあまりにも長期に誇りを抱いたため新興企業の革新力を軽視し、新興企業から学ぶ謙虚さをうしなったための企業衰退を招いた。これは日本の家電企業、ドイツのカメラ企業など事例を分析した。経営環境への適応が迅速でないための衰退事例としてはコダック対富士フィルムを調査した。またカリスマ経営者が長期にその職にあったため後継者が育たなく企業が衰退した例としてソニー、クルップなどがある。従業員福祉、公益活動を重視し過ぎ競争力を失ったための衰退した企業としてツァイスを調査した。今年度は研究対象国ドイツにおいて4月にフォルクスワーゲン社においてカリスマ経営者として知られるピエヒ監査役会会長が突然辞職する事態が生じた。これはピエヒ会長がシュピーゲル誌にヴィンタコーン社長の契約更新をしない旨を漏らしたことが原因である。監査役会の評議委員会はこれに反対し、同社長の留任を認める決定をした。ピエヒ会長はこの結果辞職を発表し、5月の株主総会で正式に辞職した。委員会の決定はピエヒ会長が監査役会で検討すべき社長人事を個人として行ったことが、根拠がないこと、そして違法行為であることが監査役会はピエヒ会長の決定を違法として退けた結果生じた。このような事態はカリスマ経営者がしばしば陥る自己過信によると研究課題の企業衰退の原因の一つと考え、カリスマ性を有する最高の権力を有する経営者を監視するための企業統治の必要性を強調するに至った。さらに今年度9月にはアメリカにおいて同社のディーゼルエンジンが排ガス不正二より糾弾され、世界的な関心を呼んだ。このため同社の同エンジンの開発過程を調査した結果ピエヒ会長がその開発者であることが判明した。この結果を論文として発表し論文の項目に示した。偶然ではあるが日本でも同様なカリスマ経営者の辞職が生じ、カリスマ性の有するリスクの認識とこれを阻止するための企業統治の必要性を論文で論じた。ドイツについては本報告に示した論文および著書により研究は進展した。フランスについては5月14日に日仏経営学い会において発表できる程度に研究は進んだ。イギリス、アメリカについては資料が集まり、来年度は執筆に着手したい。最終年度では企業統治における取締役会会長と最高経営責任者の承継が企業永続性確保に果たす重要性を実証するため豊田自動織機製作所と英国Platt Brothers & C0., Ltd.の事例を比較した。両社は繊維機械企業であるがその運命は対照的であり、Platt社は第一次大戦後まで世界最大の繊維機械企業であったが1982に倒産した。

これに対して豊田の二代目経営者の喜一郎は繊維機械の将来性に見切りをつけ自動車産業へ多角化し今日に至る。Platt社衰亡の最大の原因は3代目の同族所有経営が事故死した後同族による経営が非同族経営者により承継されたためである。しかしこの経営者は3代目の生前に十分の経験と訓練を得ていなかったため大戦後の不況下業績は悪化し、他社により買収され、その後倒産した。これに対して喜一郎は創業者佐吉と共に創業の苦難を共有し東大工学部で得た理論と経済情勢の洞察力により世代交代を成功させ今日に至る。この研究成果は後述論文と学会発表により公開した。Platt社に関しては日本で同社に関する書籍と他の論文を読み、不足の情報を集めるため同社のかっての所在地であった英国オルダムに出張し現地の文書図書館と本社・工場跡を訪れた。4年間の研究期間中2015年に生じたフォルクスワーゲン社の不祥事はカリスマ経営者の権力集中に起因する。このため監査役会は機能しなかった。また同社の同族所有者は対立関係にあり同族統治が機能しなかった。また同社は上場企業であったが非同族の一般株主は議決権のない優先株所有者であり、カリスマ経営者への影響力は少なかった。同族企業における企業統治と同族統治の問題解決法については2015年刊行の「ドイツ同族大企業」において提案した。今後日本においても7&I社の事例が示すようにカリスマ経営者の監督と同族統治の問題が重視される。このための有効な統治機構を本研究は提案する。本研究の成果として日本・欧米大企業の事例研究により企業の衰退または倒産が生じる原因を第一にカリスマ会長またはCEOへの権力の過大集中が企業統治を無機能化にあることを示した。この事実はドイツの調査によりVWを含む「ドイツ同族大企業」として2015年出版した。第二にこれを防止するためにこれら二大役職の任期、選任の過程の明確な文書化が重要であること、第三に取締役会はこれら役職の任期期間における企業への貢献を評価し、再任または退任を決定すべきこと、第四に真に独立性の高い社外取締役が役員総数の最低三分の一以上を占めることが最重要である。さらに社外取締役は自ら管理者と接触し社内の問題点を発見すべきである。横浜経営研究における研究成果を発表し、また別記のように日本経営学会、企業家研究フォーラム、ファミリービジネス学会などにおいて招待講演などを行った。最終年度においては経過3年度における研究結果を総括する。更にこれに基づき来年度以降に取り組むべき研究方向を明らかにする。総括の第一は企業の衰退は他の同業企業の連鎖反応を惹き起こす事実を自動車、家電製品、半導体について指摘する。第二はその原因の一つが企業家のカリスマ化であり、これに伴う企業家とその継承者の過度の自尊心、自己過信、自己満足、自己拡大である。米英の自動車産業、鉄鋼産業、等においても生じた。その共通要因は新興競争企業の出現に対する不適切な対応にある。同様に19世紀末独製品の増加を巡り生じた英独貿易摩擦において英国は独製品の品質の悪さを非難したが結局敗北した。日本企業もその優位性に過度の自信を有したため韓国や台湾の競争力向上を過小評価し、対応に遅れた。
細胞内を高速・高空間分解能で立体観察できる3次元ミクロンCTの開発

生体試料を生きたままで観察出来る3次元ミクロンCTをマイクロPIXEを用いて開発した。本システムば、高解像度のX線CCDカメラ((ピクセルサィズ:8x8pm^2,ピクセル数:1000x1000)と準単色点X線源(スポットサイズ1.5x1.5μm^2)からなる。準単色X線は、純金属ターゲットにマイクロビームを照射することによって発生させる。試料は小径のチューブに納め、ステッピングモーターによって回転させる。3次元画像をコーンビームCT再構成アルゴリズムに基づいて、投影データから得る。本システムを小さな蟻の内部構造を調べるのに応用した。CCDカメラの検出効率を考慮して、Tiターゲットからの特性x線を用いた。フォルマリン固定したアリをミクロンチューブに封入して撮影した結果、6μmの分解能で3次元画像を得ることができで頭部の内部構造を鮮明にとらえることができた。さらに、生きたままの蟻を測定する方法を開発した。クロロフフォルムを用いて蟻を麻酔し、チューブに封入した。チューブの内部は大気なので蟻が生きたままで測定されることを可能にする。フォルマリン固定した蟻の頭部のCT画像と、生きたままの蟻のものとを比較した結果、両者には大きな差異が見られた。これは、フォルマリン固定の際に、脳が収縮したか、何かが洗い出されたことによりものと考えられる。またX線CCDカメラが可視光にも感度があることに着目し、Al_2O_3(Cr)ルビーからの赤色光を用いた光CTの可能性を調べた。この光CTで赤ダニを調べたが、光の散乱光によりボケた画像が得られた。このように、本研究で開発した3DミクロンCTは、高分解能で生きた試料のX線CT断層画像を与えることができ、生物学の研究に役立つことが期待される。本年度は、3次元ミクロンCTに必要なミクロンの空間分解能をもつマイクロ粒子ビーム形成装置を開発した。本装置を限られた広さの実験室に設置して、サブミクロンの空間分解能と大電流を実現するためにビーム輸送計算を行いシステムの最適化を図った。本装置は東北大学工学研究科高速中性子実験室のダイナミトロン静電加速器の15°ビームコース(中性子TOFスペクトロメーターコース)に取り付けられた。9mのビーム輸送ラインと9mのマイクロ粒子ビーム形成装置とで全長約18mのマイクロビームラインとなった。ビーム輸送ラインとマイクロ粒子ビーム形成装置との間に60°エネルギー分析電磁石(ΔP/P=10^<-5>)を設け、サブミクロンビームの形成を目指した。マイクロ粒子ビーム形成装置は、防振ゴムで支えられた6.5mの防振台に据え付けられた。マイクロ粒子ビーム形成装置のオブジェクトスリットは±0.2μmの精度で駆動でき、物点の大きさとして4×20μm^2とした。これによって焦点にX-軸0.6μm、Y-軸0.8μmのビームスポットを結像する。また、さらにオブジェクトスリットを絞り込むことにより、シングルヒットではあるがナノビーム形成も可能である。発散角を0.2mmラジアンに決めるために、オブジェクトスリットの下流に発散制限スリットを設けた。さらに、このスリットの下流に上流スリットによって発生するビームハーローを取り除くためのバッフルスリットを設けた。このスリットはマイクロPIXEのような感度のよい測定においては、バックグラウンドの発生を防ぐために重要である。マイクロ粒子ビーム形成装置の心臓部である2連の強収束4極電磁石は、工作精度1μmで製作された。現在、システムの調整を行っており、調整後、マイクロ粒子ビーム形成装置を恒温室に納める。