hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
コドン認識を拡張する修飾塩基の構造生物学的解析

本研究は、tRNAのアンチコドン1字目の修飾塩基がアミノ酸受容能の変換とコドン認識能の拡張を担うというユニークな性質を裏付ける構造基盤を得るために、リボソーム上でtRNAがmRNAと塩基対を形成している複合体のX線結晶構造解析を行うことを目指した。本課題においては、高分解能データが期待できる70Sリボソームの調製法、結晶化条件の絞り込み、ハーベストにおける結晶へのダメージの軽減方法、更に測定実験における高分解能データ収集のためのストラテジーを確立した。遺伝情報の正確な発現は、核酸塩基間の特異的な水素結合形成によって実現されている。アミノ酸とmRNA上のコドンを対応させるtRNAには、その精度を保つために塩基が修飾を受けている例が多数あるが、修飾塩基Lysidineは、tRNA^<Ile>_2への導入によって、アミノ酸受容能をMetからIleに、コドン認識能をAUGからAUAへと変化させる。本研究では、このユニークな性質を裏付ける構造基盤を得るために、リボソーム上でtRNA^<Ile>_2がコドンと塩基対を形成している複合体のX線結晶構造解析を行う。これにより、Lysidineがコドン認識能を拡張するメカニズムの構造的情報を得ると同時に、修飾塩基が異なる分子種の機能解析と総合して、コドン認識を拡張する修飾塩基の構造と機能について、生物の生存戦略の視点から合理的な解釈を試みることを目指している。当該年度は、試料調製に重点をおき、テスト実験からのスケールアップを図った。まず、再現性よく結晶化できるクオリティのリボソーム調製法を検討し、低分解能ではあるが、リボソームの結晶を安定して得られるようになった。また、大腸菌のtRNA混合物から、配列特異的に単一のtRNAを精製する固相化プローブ法によって、tRNA^<Ile>_2の精製を試みた。まず、配列相同性が高く、存在量の多い開始tRNA^<Met>_fを先に精製してから、残りの画分からtRNA^<Ile>_2を精製した。想定される量のtRNAが精製できたが、単一成分とは言い難いので、FPLCでの精製を進める予定である。今後は、アミノアシルtRNAとEF-Tuを用いて、tRNAとリボソームの複合体の結晶化スクリーニングに着手すると共に、大腸菌tRNA^<Ile>_2の修飾塩基の詳細解析を、連携研究者の東京大学の鈴木健夫助教に依頼する。今年度は、結晶化に適したリボソームの調製方法を確定することと、tRNAやmRNAの配列のバリエーションによって、微調整は必要となるが、リボソーム複合体の結晶化条件を、ある程度絞り込ことに注力した。1.高分解能データが期待できるリボソームの調製法の検討前年度の結晶化スクリーニングによって、70Sリボソームの調製条件を検討したところ、複数の調製法によって得られたリボソームを用いた結晶から、10A程度の回折データ取得することができた。そこで、今年度は、粗リボソーム画分調製(3通り)、70Sリボソーム精製第一段階(2通り)、第二段階(2通り)の3ステップに分けて、それぞれの精製法・溶液条件を組み合わせてリボソームを調製し、得られた結晶の反射データの良し悪しに基づいて、条件を絞り込んでいった。現在、70Sリボソーム調製方法については、条件を確定した。調製後のリボソームを保存する前処理については、まだ反射データの違いまで判別できていないので、複数の方法を平行して試行している。2.リボソーム-tRNA-mRNA複合体の結晶化条件検討とmRNAの設計まず、アンチコドン全体の構造を確実に同定するために、70SリボソームのP部位にtRNAが結合した複合体(P-site complex)の結晶化を行った。mRNAには、SD配列、スペーサー、P-siteコドン、A-siteコドンを配置した。検討の結果、スペーサーの長さは、5塩基とした。得られた結晶のX線回折データから、E-siteのmRNAの配列にcongnateなtRNAを加えた方が、分解能が高い傾向があることが分かった。アミノ酸とmRNA上のコドンを対応させるtRNA分子には、その精度を保つために修飾塩基が使われている例が多数知られている。大腸菌のtRNAIle2は、アンチコドン1文字目のCにリジンが導入され、Lysidineになることによって、アミノ酸受容能をMetからIleに、コドン認識能をAUGからAUAへと変化させる。本研究では、このユニークな性質を裏付ける構造基盤ーすなわち、Lysidineが、どのような塩基対を形成するかを明らかにし、コドン認識能を拡張するメカニズムの構造的情報を得るために、リボソーム上でtRNAIle2がコドンと塩基対を形成している複合体のX線結晶構造解析を行うことを目指した。

本課題においては、高分解能データが期待できる70Sリボソームの調製方法を確立し、結晶化実験の各段階における検討すべき条件の絞り込み、ハーベストにおける結晶へのダメージの軽減方法の確立、更に測定条件における高分解能データ収集のためのストラテジーを確認することができた。(1)リボソーム調製方法:mid-late log phaseの菌体を連続式圧力破砕装置に、800-1000barで3サイクルかける。0.5M KClと1.1M sucroseを含む緩衝液でリンスした後、疎水クロマトグラフィーとショ糖密度勾配遠心によって精製する。(3)ハーベストは、母液のPEGの濃度が少しずつ上がるように、段階的に時間をかけて行う。(4)テスト測定で反射がエッジに達している結晶を選別し、最初のイメージから10度で反射数が70%になる程度のdoseで測定を行い、複数の結晶を使って、十分な角度のデータを収集する。23年度は、高分解能データ収集が期待できるリボソームの結晶作成に注力したので、tRNAについては精製方法を確立した段階で留まっており、大量調製・精密解析には至っていない。しかし、リボソーム・mRNA・tRNAを含むP-site complexの結晶化手順は、ほぼ確立できた。24年度が最終年度であるため、記入しない。研究計画に大きな変更はない。1)tRNA(Ile)の大量調製を行い、修飾塩基を含む精密質量分析を依頼すると共に、アミノアシルtRNA合成酵素を用いて速度論的解析を行う。修飾レベルの異なるtRNAが得られた場合は、既知の修飾酵素であれば、同様の酵素学的分析を行い、いったん論文にまとめる。
デュアルエフェクト応答型タンパク質ラベル化試薬の開発

リガンド依存的タンパク質ラベル化は、創薬、ケミカルバイオロジー研究に不可欠である。これに用いる従来型試薬は、リガンドータンパク質相互作用に依存した“濃縮効果"応答性のみが試薬に付与されていた。本研究では、チオエステル前駆体として開発したN-sulfanylethylanilide (SEAlide)の酸塩基触媒依存的活性化とタンパク質を巨大酸塩基触媒と見なすことを基盤とし、“濃縮効果"と“活性化効果"の両者に応答可能な「デュアルエフェクト応答型ラベル化試薬」の開発を目指し研究を行った。生理活性物質の標的の多くはタンパク質分子である。生理活性物質いわゆるリガンドの標的タンパク質への結合を通じて、標的タンパク質の機能を探る研究は極めて重要な研究課題である。この目的達成のための基盤技術の一つに、リガンドー標的タンパク質相互作用を基盤とするタンパク質分子の選択的修飾がある。さて、この相互作用によるタンパク質の標識は、反応性を有する標識試薬の"リガンドータンパク質"相互作用に基づいたタンパク質表面への標識試薬の選択的濃縮効果によるものである。しかし、標識試薬自身は常の活性化された状態にあるためリガンドータンパク質選択的相互作用が介在しない非特異的タンパク質標識が避けられない。この問題を解決するため、リガンドータンパク質相互作用を契機として標識試薬が活性化されるようになればよいのではと考えた。すなわち標識を従来の濃縮効果のみに頼るのでなく、濃縮効果と活性化効果という“Dual Effect"に頼るという考え方である。これを達成するためチオエステル前駆体として開発を続けてきたN-sulfanylethylanilide (SEAlide)ユニットを応用することにした。SEAlideは通常アミド型として不活性な分子であるが、酸塩基触媒の存在によりN-Sアシル転移によりチオエステルへ活性化され求核性官能基をアシル化する能力をもつ。当該年度においてはSEAlideを基盤構造とするSEAlide-based labelingtag (SEAL-tag)を開発し、タンパク質への蛍光色素の導入を指標にラベル化実験を行った。エノラーゼあるいはCOX-1へのリガンドを有するSEAL-tag分子を合成し、それぞれのタンパク質が夾雑物存在下においても選択的にラベル化されることを明らかにした。本研究では、チオエステル前駆体として開発したN-sulfanylethylanilide (SEAlide)の酸塩基触媒依存的活性化とタンパク質を巨大酸塩基触媒と見なすことを基盤とし、“濃縮効果"と“活性化効果"の両者に応答可能な「デュアルエフェクト応答型ラベル化試薬」の開発を昨年度と同様検討した。ラベル化試薬の分子中央にSEAlide骨格を有する分子数種の合成を行い、またリガンドとしては炭酸脱水素酵素に対して結合性を示す低分子有機化合物をリガンドとして利用した。この新規試薬を利用して細胞抽出物中に存在する炭酸脱水素酵素のラベル化を達成した。さらに、質量分析を利用した解析を行い、タンパク質中のラベル化を受けているリジン残基を特定した。これに並行して、炭酸脱水素酵素と低分子化合物結合体の結晶構造データをもとにして修飾残基の妥当性について検証した。なお、本年度の研究遂行を通じて明らかになった問題として、ラベル化に関与する活性基であるチオエステルの反応性が当初の予想に比べ低いことが明らかとなってきた。そこで、現在修飾効率の向上を目指したチオエステル反応性向上に向けた修飾試薬への付加構造の導入について検討を検討を加えている。医薬品化学ペプチド化学エノラーゼ、COX-1に対するリガンドを有するSEAL-tag分子の合成を行い、これらの試薬を利用することでそれぞれのタンパク質を選択的に修飾することに成功した。また、この修飾反応にはSEAL-tag分子の活性化およびリガンドータンパク質相互作用という2つの効果が必要であることを明らかにした。この点において研究はほぼ順調に進展していると判断している。しかしながら、修飾効率などはいまだ不十分でありさらなる検討が必要であるとともに、本研究課題においてポイントとなるリガンドータンパク質相互作用を契機とした試薬の活性化が十分に検証されていない点などが今後の課題である。リガンド-タンパク質相互作用を契機とした新たな修飾試薬としてのSEAL-tag分子の開発については一応の成功を収めていると判断している。しかしながら反応効率などはまだまだ低く今後の改良が必要である。そこで、今後の検討課題として次の点を推進する予定である。より効率性の高いSEAL-tag分子の合成ラベル化部位の確認これらを通じて、より反応効率が高く、選択性の高い、真に実用的な標的タンパク質ラベル化試薬の開発を行う予定である。既存の器具や試薬を使用することができ、消耗品費が抑制されたため。翌年度分と合わせ、各種試薬や器具を購入するための費用に充てる計画である。
CD45によるSrc型キナーゼのユニークな制御機構の解明

本研究では、リンパ球活性化・分化を制御しているチロシンホスファターゼCD45の基質となるSrc型チロシンキナーゼ(Src-PTK)に対する制御機構を解析し、以下の点を明らかにすることができた。それまでの未熟B細胞WEHI-231の解析から、CD45は定常状態において基質であるLynのネガティブ制御部位とポジティブ制御部位を脱リン酸化し、不活化していること、さらにBCR架橋後にはLynの両制御部位のリン酸化が亢進して活性化されることから、BCR架橋に一致してCD45の抑制効果が解除される機構の存在が示唆された。本研究により、成熟B細胞BAL-17においても同様の制御が行なわれていることが明らかになった。すなわち、BAL-17細胞のCD45の基質はFynであり、定常状態でFynの両制御部位を脱リン酸化し不活化しているが、BCR架橋によりFynの両制御部位のリン酸化は亢進し、活性化する。これまでのモデルでは、Src-PTKのネガティブ制御部位を脱リン酸化することによりPTKを活性化するのがCD45の役割とされてきたが、これらの結果は明らかにこのモデルでは説明がつかない。そこで、その分子機構をraftに注目して解析した。その結果、CD45は多くの報告とは異なり、調べたすべてのB細胞(WEHI-231、BAL-17、脾臓B細胞)において、その約5%が定常状態でraftに存在しSrc-PTKの両制御部位脱リン酸化し不活化していること、BCR架橋後1分以内にraftから離れ、15分で再びraftに戻ること、さらにraftは未熟B細胞においてもシグナルの起点となっていることなどが明らかになった。これらの結果は、CD45の時間・空間的なダイナミズムがリンパ球の活性化の制御に関与していることを示唆している。今後、CD45のダイナミズムを支える分子機構、CD45の新たな基質などを解析することにより、リンパ球の人工的制御へのストラテジーを開発するべく研究を進めていきたい。私たちのこれまでの解析から、以下のことが明らかになった。B細胞において、CD45の一部がGEM(ラフト)と呼ばれる膜領域に定常状態で存在し、Src型キナ-ゼ(Src-PTK)のネガティブ制御部位のみならずポジティブ制御部位を脱リン酸化し、不活化している。CD45は抗原レセプター架橋後1分以内にGEMから離れ、30分以内に再びGEMに戻るという動態を示す。Src-PTKの活性化はCD45の動態によってよく説明されることなどである(現在、投稿中)。このCD45による構成的なSrc-PTKの抑制は、これまでのモデルと異なっているため、CD45欠失マウスを用いてマスト細胞でのSrc-PTKの制御を検討した。その結果、マスト細胞においてもCD45欠失によりLynキナーゼの構成的なリン酸化と活性化が明らかになり、CD45は少なくともマスト細胞において、B細胞と同様の制御をしている可能性が示唆された。現在、T細胞でも解析を進めている。私たちの解析から提示されたもう一つの問題は、抗原レセプター架橋後に活性化されるSrc-PTKはネガティブ制御部位がリン酸化されていることである。ネガティブ制御部位とSsrc-PTK自身のSH2領域の結合を解除し、Src-PTKの活性化を誘導する分子は抗原レセプター刺激後のGEM、およびCD45欠失細胞のGEMに存在する可能性があるので、その分子の同定を進めている。

この解析は同時にCD45の新たな基質を解析することにも繋がる点で重要であると考えている。本研究では、リンパ球活性化・分化を制御しているチロシンホスファターゼCD45の基質となるSrc型チロシンキナーゼ(Src-PTK)に対する制御機構を解析し、以下の点を明らかにすることができた。それまでの未熟B細胞WEHI-231の解析から、CD45は定常状態において基質であるLynのネガティブ制御部位とポジティブ制御部位を脱リン酸化し、不活化していること、さらにBCR架橋後にはLynの両制御部位のリン酸化が亢進して活性化されることから、BCR架橋に一致してCD45の抑制効果が解除される機構の存在が示唆された。本研究により、成熟B細胞BAL-17においても同様の制御が行なわれていることが明らかになった。すなわち、BAL-17細胞のCD45の基質はFynであり、定常状態でFynの両制御部位を脱リン酸化し不活化しているが、BCR架橋によりFynの両制御部位のリン酸化は亢進し、活性化する。これまでのモデルでは、Src-PTKのネガティブ制御部位を脱リン酸化することによりPTKを活性化するのがCD45の役割とされてきたが、これらの結果は明らかにこのモデルでは説明がつかない。そこで、その分子機構をraftに注目して解析した。その結果、CD45は多くの報告とは異なり、調べたすべてのB細胞(WEHI-231、BAL-17、脾臓B細胞)において、その約5%が定常状態でraftに存在しSrc-PTKの両制御部位脱リン酸化し不活化していること、BCR架橋後1分以内にraftから離れ、15分で再びraftに戻ること、さらにraftは未熟B細胞においてもシグナルの起点となっていることなどが明らかになった。これらの結果は、CD45の時間・空間的なダイナミズムがリンパ球の活性化の制御に関与していることを示唆している。今後、CD45のダイナミズムを支える分子機構CD45の新たな基質などを解析することにより、リンパ球の人主的制御へのストラテジーを開発するべく研究を進めていきたい。
アデノウイルスベクターの改変による遺伝子治療効果の増強

研究計画書に従い、血清型5型および5/3型のVEGFプロモーターを使用した制限増殖型アデノウィルス(Ad5VEGFE1とAd5/3VEGFE1)をHEK293細胞に共感染させてモザイク化アデノウィルス(AdmsVEGFE1)を作成した。大量調整の後、定法に従いCsCl_2溶液を用いて超遠心による濃縮を行い、その後透析によってウィルス溶液を精製した。回収したウィルス溶液の濃度は10^910^<10>pfu/mLで収率は比較的良好であった。in vitroの検討については平成16年度の実績報告書に記載したとおりである。今年度はin vivoの実験を中心に実施し、まず5型アデノウィルスに感受性の高い癌細胞株C33A、NCI-H157と3型アデノウィルスに感受性の高い癌細胞株SKOVのヌードマウス皮下における腫瘍形成能について調べたところ3つの細胞株はいずれも良好な腫瘍形成を示した。そこで、これらの皮下腫瘍に対し3種のアデノウィルスAd5VEGFE1、Ad5/3VEGFE1、AdmsVEGFE1を10^9pfu腫瘍内に直接注入し、その後の腫瘍増殖について観察した。その結果、in vitroにおける実験結果と同様にC33A、NCI-H157に対してはAd5VEGFE1、AdmsVEGFE1が高い抗腫瘍効果を発揮し、SKOV株に対してはAd5/3VEGFE1、AdmsVEGFE1の効果が優れていた。しかしながら、AdmsVEGFE1の効果はいずれの細胞株においてもAd5VEGFE1とAd5/3VEGFE1の効果の中間に位置しており、in vitroの実験結果と相違がみられた。その理由としてin vivoにおける腫瘍内部では初回の感染後の増殖効率がin vitroよりも低いため十分なモザイク化が起こらなかったものと考えられた。また非増殖型ウィルスとの共感染でもモザイク化による感染性の増強がみられ、さらに非増殖型HSV-tkウィルスとの共感染ではHSV-tk遺伝子の増幅がみられGanciclovirによる腫瘍抑制効果が増強した。以上の結果から改変アデノウィルスは増殖型ウィルスにおいてもその抗腫瘍効果の増強に有用と考えられた。研究実施計画書に従い、血清型5型および5/3型のVEGFプロモーターを使用した制限増殖型アデノウィルス(Ad5VEGFE1とAd5/3VEGFE1)をHEK293細胞に共感染させてモザイク化アデノウィルス(AdmsVEGFE1)を作成した。モザイク化の効率は非増殖型ウィルスの場合と同様に血清型5型と5/3型を7:3の比率による共感染が高かった。大量調整の後、定法に従いCsCl_2溶液による超遠心による濃縮と透析による精製を行った。In vitroの検討は5型アデノウィルスに感受性の高い癌細胞株C33A、NCI-H157と3型アデノウィルスに感受性の高い癌細胞株SKOVを用いて実施した。これらの培養細胞株にVEGFプロモーターに依存した3種の制限増殖型アデノウィルスAd5VEGFE1、Ad5/3VEGFE1、AdmsVEGFE1と陽性コントロールウィルス(Ad5CMVE1、CMVプロモーター依存性の制限増殖型アデノウィルス)、陰性コントロールウィルス(Ad5CMVLuci、非増殖型アデノウィルス)を感染させ、その殺細胞効果をMTSアッセイおよびクリスタルバイオレットアッセイによって評価した。

その結果、C33A、NCI-H157細胞株に対してはAd5VEGFE1とAdmsVEGFEIが同等の効果を示し、一方、SKOV細胞株に対してはAd5/3VEGFE1とAdmsVEGFE1が同等の効果を示した。以上の結果より当初の予想通りモザイク化した制限増殖型アデノウィルスは広いスペクトラムの細胞種に効果を示すものと考えられた。現在、in vivoの実験にてAdmsVEGFE1の治療効果を検証中である。(744字)研究実施計画書に従い、血清型5型および5/3型のVEGFプロモーターを使用した制限増殖型アデノウィルス(Ad5VEGFE1とAd5/3VEGFE1)をHEK293細胞に共感染させてモザイク化アデノウィルス(AdmsVEGFE1)を作成した。大量調整の後、定法に従いCsCl_2溶液による超遠心による濃縮と透析による精製を行った。回収したウィルス溶液の濃度は10^910^<10>pfu/mLで収率は比較的良好であった。in vitroの検討は5型アデノウィルスに感受性の高い癌細胞株C33A、NCI-H157と3型アデノウィルスに感受性の高い癌細胞株SKOVを用いて実施した。これらの培養細胞株にAd5VEGFE1、Ad5/3VEGFE1、AdmsVEGFE1と陽性コントロールウィルス(Ad5CMVE1)、陰性コントロールウィルス(Ad5CMVLuci、非増殖型)を感染させ、その殺細胞効果をMTSアッセイおよびクリスタルバイオレットアッセイによって評価した。その結果、C33A、NCI-H157細胞株に対してはAd5VEGFE1とAdmsVEGFE1が同等の効果を示し、一方、SKOV細胞株に対してはAd5/3VEGFE1とAdmsVEGFE1が同等の効果を示した。さらに、上記の細胞株をヌードマウス皮下に移植して担癌モデルを作成し、各種ウィルスを腫瘍内に注入して腫瘍の増殖抑制効果を調べた。その結果、in vitroにおける結果と同様にin vivoでもAdmsVEGFE1が全ての細胞株で増殖抑制効果を示した。以上の結果より当初の予想通りモザイク化した制限増殖型アデノウィルスは広いスペクトラムの細胞種に効果を示し、遺伝子治療の効果が増強した。(720字)
ヒストンH3リジンメチル化のインフルエンザ病態における役割

インフルエンザウイルスは感染細胞の核内でゲノムの複製を行うRNAウイルスである。本研究では、インフルエンザウイルス感染時における感染細胞のヒストンメチル化修飾の変化がインフルエンザ病態に及ぼす影響に着目し解析を行った。ヒストンメチル化修飾の中でもヒストンH3タンパクのメチル化修飾は遺伝子発現促進・抑制のいずれにおいても動的に制御されていることが報告されている。そこで本研究では、インフルエンザウイルス感染細胞におけるヒストンH3タンパクのメチル化に注目した。哺乳類においてはヒストンH3メチル化酵素がいくつか存在していることがすでに報告されているので、各々のヒストンメチル化酵素遺伝子をsiRNAによりノックダウンした細胞にインフルエンザウイルスを感染させ、インフルエンザウイルスの複製について定量PCRで解析した。その結果、一部のヒストンメチル化酵素の発現阻害がインフルエンザウイルスの複製に影響を及ぼすことが明らかになった。この結果は、インフルエンザウイルスタンパク質の量をウェスタンブロッティング法により解析することでも再現された。以上の結果から、ヒストンメチル化がインフルエンザウイルスの複製効率に関与していることが示唆された。次に、生体内でのインフルエンザウイルスの複製におけるヒストンメチル化の影響を解析するために、ヒストンメチル化酵素のノックアウトマウスを作製し、インフルエンザウイルスを感染させる実験を始めている。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
高感度化した極低温磁化測定装置による低次元量子スピン系の基底状態の研究

本年度は主にフェルダジルラジカル系擬一次元磁性体3-I-Vと3-Cl-4-F-Vについて,新たな測定手法や高感度化した極低温磁化測定装置を用い,飽和磁場近傍の量子臨界性について研究をおこなった.(1)極低温磁気熱量効果測定による3-I-Vの量子臨界性の再検証前年度までに磁化,比熱測定を用いて3-I-Vの飽和磁場近傍の三次元秩序相境界を決定していたが,両者には転移温度の定義の違いによるずれがあった.そこで磁場温度相境界を直接観測できる強力な手法である磁気熱量効果測定を行うことで妥当な相境界を検証した.本測定には微小単結晶試料を感度よく測定できるように測定用セルを自作して用いた.その結果,全測定法でほぼ完全に一致した相境界を定義づけることに成功し,1 K以下の広い範囲で磁場に線形な振る舞いをしていることが分かった.この振る舞いは関連する理論との比較から,強磁性鎖をベースとしたS = 1/2スピン梯子鎖に特有の臨界性を反映している可能性が高く,臨界指数の普遍性の観点から重要な成果である.(2)極低温磁化・比熱測定による3-Cl-4-F-Vの量子臨界性の研究3-Cl-4-F-Vは3-I-Vと類似した相互作用パラメータを持つが,先行研究では3-I-Vと異なり温度軸方向に二段階の相転移を伴う磁気相図が得られていた.しかしながら,飽和磁場近傍は十分に測定が行われておらず,二つの相転移境界の範囲やその量子臨界性について検証するため,より詳細に極低温磁化,比熱測定をおこなった.その結果,飽和磁場近傍の二段階の相転移が消失する磁場に関して0.05 Tの精度で決定することができた.その結果,この磁場よりも高磁場側の低温相のみになった領域で,相境界が3-I-Vと同様の磁場に線形な振る舞いをすることが分かった.これは前述したこれら物質群の臨界指数の普遍性を補強する意味で重要な成果である.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。1、極低温磁化測定装置の改良.磁化測定装置の反磁性成分を軽減する常磁性材料として,マグネシウム-アルミニウム(Mg-Al)合金を作製し,それを用いた試作型の開発をおこなった.以下にこの試作改良型が従来型に比べ改善した点を述べる.(1)従来型よりも磁性不純物によるバックグラウンドを4分の一程度まで軽減することに成功した.これは高純度のMg(純度99.9999%)を用いたことにもよるが,反磁性成分の原因となる材料を軽量化する作製法を考案したことで,必要となるMg量自体を削減できたためである.(2)従来型のAlに代えてMgを用いたことにより,当初の計画で想定したとおり,核磁化による温度変化を抑えることに成功した.例えば,5 Tにおいて,主な測定範囲の2 Kから100 mKの間で従来型は1×10e-4 emu程度磁化が増大していたが,改良型ではその10分の一の1×10e-5 emu程度まで軽減された.上記2点を主とした改善により,Mgを用いた改良型は従来型よりも測定感度の向上に成功した.2、フェルダジルラジカル系梯子鎖物質2種の量子臨界性の解明.本年度は3-Br-4-F-Vと3-I-Vについて,上記装置による磁化測定及び比熱測定を用いた詳細な三次元秩序相境界の決定をおこない,その下部及び上部臨界磁場近傍の臨界指数を解析した.これらの物質は梯子鎖の足方向の相関が強磁性的なものとしては初めて合成された物質群として知られている.3-Br-4-F-Vにおいてはその臨界磁場近傍で三次元秩序相境界で普遍的に見られる臨界指数が得られたが、これはこの物質群では初めての観測例である.一方,3-I-Vにおいてはそれとは異なる臨界指数を持つ領域が観測された.この結果は足方向が強磁性的であることを反映している可能性が高く,その観測例はこれまでにないことから意義深い結果である.本年度の目標であった新規磁化測定装置の開発は進展した.研究実績の概要で述べたように,従来型よりも感度の向上に成功し,また,それを用いた磁化測定により,フェルダジルラジカル系梯子鎖物質2種についての新たな極低温物性を明らかにすることができた.一方,上記試作改良型においては,反磁性成分と常磁性成分の相殺という点ではまだ不十分な部分もあり,磁性不純物も含め,目標とする1×10e-5 emu台のバックグラウンドまではあと一歩のため,引き続き改良を行う必要がある.本年度は主にフェルダジルラジカル系擬一次元磁性体3-I-Vと3-Cl-4-F-Vについて,新たな測定手法や高感度化した極低温磁化測定装置を用い,飽和磁場近傍の量子臨界性について研究をおこなった.(1)極低温磁気熱量効果測定による3-I-Vの量子臨界性の再検証前年度までに磁化,比熱測定を用いて3-I-Vの飽和磁場近傍の三次元秩序相境界を決定していたが,両者には転移温度の定義の違いによるずれがあった.

そこで磁場温度相境界を直接観測できる強力な手法である磁気熱量効果測定を行うことで妥当な相境界を検証した.本測定には微小単結晶試料を感度よく測定できるように測定用セルを自作して用いた.その結果,全測定法でほぼ完全に一致した相境界を定義づけることに成功し,1 K以下の広い範囲で磁場に線形な振る舞いをしていることが分かった.この振る舞いは関連する理論との比較から,強磁性鎖をベースとしたS = 1/2スピン梯子鎖に特有の臨界性を反映している可能性が高く,臨界指数の普遍性の観点から重要な成果である.(2)極低温磁化・比熱測定による3-Cl-4-F-Vの量子臨界性の研究3-Cl-4-F-Vは3-I-Vと類似した相互作用パラメータを持つが,先行研究では3-I-Vと異なり温度軸方向に二段階の相転移を伴う磁気相図が得られていた.しかしながら,飽和磁場近傍は十分に測定が行われておらず,二つの相転移境界の範囲やその量子臨界性について検証するため,より詳細に極低温磁化,比熱測定をおこなった.その結果,飽和磁場近傍の二段階の相転移が消失する磁場に関して0.05 Tの精度で決定することができた.その結果,この磁場よりも高磁場側の低温相のみになった領域で,相境界が3-I-Vと同様の磁場に線形な振る舞いをすることが分かった.これは前述したこれら物質群の臨界指数の普遍性を補強する意味で重要な成果である.1、極低温磁化測定装置の改良を引き続きおこなう.具体的には反磁性成分と常磁性成分のバランスを1×10e-5 emu台のバックグラウンドを達成できるように調整する.磁性不純物についても,マグネシウム-アルミニウム合金作製の際の混入等を見直して削減を行う.2、測定対象として3-Br-4-F-Vと3-I-Vの類縁物質である3-Cl-4-F-Vについても,同様に上記磁化測定装置や比熱測定を併用し,その臨界磁場近傍の量子臨界性を明らかにする.また,3-Br-4-F-Vと3-I-Vについては,研究実績の概要で述べた結果を磁気熱量効果等、他の測定法においても検証する予定である.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。
有機光導電性材料の光劣化に対する問題と新規材料の合成に関する研究

本研究においては、ピラゾリン及びヒドラゾン誘導体の電子写真複写機用の電荷輸送剤としての化学的、物理的挙動を解明した。下図の様な種々のピラゾリン,ヒドラゾン誘導体を合成し、それらの酸化電位,UV及び蛍光スペクトルを測定し、構造との関連を検討した。光劣化において実際上問題となる活性酸素種として一重項酸素やオゾンとの反応を詳細に検討した。酸化電位の低い化合物が一重項酸素のよい消光剤であることも合わせて判った。電荷輸送剤としての能力を担当するカチオンラジカル種を安定に単離することに成功し、カチオンラジカル種の安定性に及ぼす要因を検討した。又、スーパーオキシドイオンとの反応において逆電子移動と酸化反応が競争的に起こることを明らかにした。
三次元多様体の幾何的研究

私は次の2つのことを研究目的、計画とし、研究を進めてきた。一つはトンネル数1種数1結び目の完全決定(これを研究Aと呼ぶ)、もう一つは結び目に張るザイフェルト膜を基準にしたEssential laminationの構成とそのヘガード分解との関係を明らかにすること(これを研究Bと呼ぶ)である。研究Aについては、論文'Genus one knots with unknotting tunnels and unknotting operations'においてトンネル数1種数1の結び目の補空間の性質を調べ、その結果を用いることでnon-simpleという条件下では完全に決定することが出来た。これについては、論文'Tunnel number one genus one non-simple knots'というタイトルで、Tokyo Journal of Mathematicsに発表される。よって残るケースは、simpleという条件下でどうなるか?ということであるが、これに関しては未だ様々な障害があるので、その研究のfirst stepとして、tunnel number 1 linksのtangle decompositionを詳しく調べている状況である。これについては、研究集会「結び目理論」において'On tangle decompositions of tunnel number one links'というタイトルで研究中間報告を行った。研究Bについては、実際にザイフェルト膜を基準にしたEssential laminationを構成し、それに対応する結び目がProperty Pと呼ばれる性質を持つことを示すことが出来た。この成果については、「三次元多様体上のEssential laminationとその応用」というタイトルで第44回日本トポロジーシンポジウムにおいて発表した。次のstepについては現在進行中であるが、特に、平成10年1月に奈良女子大学で行われた研究集会において、この分野の第一人者であるNorth Texas UniversityのBrittenham博士と有益な情報交換が出来た。これをもとに、新結果が得られると今現在研究中である。
高圧水素中で反応合成したリチウム系化合物での超伝導機能

本研究では、高圧水素中でLi_xBC(x<1)などの新たなリチウム(Li)系化合物の反応合成を進め、水素ポテンシャル(分圧)の制御により、1)水素の固溶、2)Li水素化物の形成、3)Li水素化物の析出によるLiの部分欠損、および4)Li欠損サイトへの水素の導入、などの多様な水素処理にともなう超伝導特性の発現の有無を明らかにすることを目的とする。まずLi_xBC(x<1)の合成と構造に対する水素の効果を明らかにするために、i)出発原料としてLiHを用いた場合、ii)外場としての水素分圧を変化させた場合、の合成過程を調べた。次に、Liが欠損した試料の電気抵抗率などの物性を測定した。さらに、関連物質としてのLiとホウ素(B)を含む新たな化合物も合成し、その超伝導特性の評価も進めた。得られた成果は以下の通りである。1)LiHを出発原料として用いた場合は、Li_xBC単相試料を得られやすい。これは、LiHの水素解離温度がLi_xBCの合成温度直下であり、他の化合物や酸化物が合成されにくいためである。2)LiHを出発原料として水素分圧を変化させると、低水素分圧で合成した試料においてLiの欠損に起因すると考えられる格子定数cの減少が確認された。合成した試料の一部では、水素貯蔵特性も確認できた。3)Li欠損試料の電気抵抗は半導体的な物性のままであったが、その絶対値とバンドギャップは欠損していない試料に比べて小さく、金属的な伝導特性に近づく。Li欠損量をさらに増加させることにより、Li_xBCでの超伝導特性の発現が期待できる。4)関連物質としてLiとBを含む新しい超伝導物質Li_2Pd_3B(T_c=7K)が発見された。以上の成果は、今後、軽元素を含む新たなリチウム(Li)系超伝導物質および水素貯蔵物質を探索する上できわめて有用な情報となる。本研究では、高圧水素中でLi_xBC(x<1)の反応合成を進め、1)水素の固溶、2)Li水素化物の形成、3)Li水素化物の析出によるLiの部分欠損、および4)Li欠損サイトへの水素の導入、などの多様な水素処理によって、これまで報告の無いLi_xBC(x<1、特にx0.5)の単相試料を合成して、理論予測されている超伝導特性(T_c=100K)の出現の有無を明らかにすることを目的とする。本年度は、Li_xBC(x<1)の反応合成条件と構造・物性との相関を明確化した。出発原料として、Li水素化物(LiH)、アモルファスB、そしてグラファイトCを選定した。LiHを用いることの優位性は、合成温度に応じた水素圧力の制御によりLiHの水素解離温度を調整してLiの蒸発・酸化を抑えることができる、さらには水素(電荷)の導入によりLi欠損の生成を促進することができる、などがあげられる。反応合成後得られたLi_xBCは、粉末X線回折測定により純良な単相試料であることを確認した。また、Liの部分欠損によって、格子定数aはほとんど変化しないが格子定数cは欠損量に依存して減少することも確認した。Li_xBC(x<1)の帯磁率測定では、パウリ常磁性あるいは小さな反磁性が見られたが、現段階では超伝導に起因するマイスナー効果は確認されなかった。これは、顕微レーザーラマン分光測定により確認されたB-Cストレッチング以外の原子振動モード(低対称構造、あるいは積層欠陥)に起因するのもと考えている。今後、合成後の水素雰囲気アニールやナノ・サブナノ構造の制御などにより、構造・物性を最適化する予定である。また、今回合成したLi_xBC(x<1)において世界に先駆けて水素貯蔵機能も確認しており、大気中でもハンドリング可能な新たなリチウム系水素貯蔵材料としても期待できる。

Li欠損量をさらに増加させることにより、Li_xBCでの超伝導特性の発現が期待できる。4)関連物質としてLiとBを含む新しい超伝導物質Li_2Pd_3B(T_c=7K)が発見された。以上の成果は、今後、軽元素を含む新たなリチウム(Li)系超伝導物質および水素貯蔵物質を探索する上できわめて有用な情報となる。
ナノチューブ連続合成熱 CVDプロセスにおける直径と長さの独立制御

連続生成が可能である気相流動CVDプロセスにてCNTの直径と長さの独立制御を行った.本研究ではレーザーアブレーションで発生させたナノ粒子を1台目のDMAでサイズ選別し,それを触媒とするCVD法でCNTを生成し直径を制御した.また2台のDMAをタンデム状に接続することによって,直径を制御したCNTを2台目のDMAにて,長さによるサイズ選別も行った.本技術はナノワイヤー状物質のオンライン計測や標準粒子の生成に貢献できるものと考えられる連続生成が可能である気相流動CVDプロセスにてCNTの直径と長さの独立制御を行った.本研究ではレーザーアブレーションで発生させたナノ粒子を1台目のDMAでサイズ選別し,それを触媒とするCVD法でCNTを生成し直径を制御した.また2台のDMAをタンデム状に接続することによって,直径を制御したCNTを2台目のDMAにて,長さによるサイズ選別も行った.本技術はナノワイヤー状物質のオンライン計測や標準粒子の生成に貢献できるものと考えられる本年度は基板上に担持されたナノ粒子を触媒としたナノチューブ生成および,DMAにてサイズ選別されたナノ粒子を触媒とした気相流動中におけるナノチューブ生成を中心に行った.また,これらに加えて,ナノチューブの長さ選別を行う長尺型DMAの設計・製作を行った.基板上に担持されたナノ粒子を触媒としたナノチューブ生成では,20nm程度にサイズ選別されたニッケルナノ粒子を酸化膜付シリコン基板に担持し,アセチレンもしくはエタノールを炭素源として生成を行った.ラマン分光および走査型電子顕微鏡で観察した結果,炭素源がアセチレンの場合は主に多層ナノチューブが,炭素源がエタノールの場合は主に単層ナノチューブが生成された.DMAにてサイズ選別されたナノ粒子を触媒とした気相流動中におけるナノチューブ生成では,炭素源をアセチレンとし,合成時に導入する水素流量がナノチューブ生成に及ぼす影響を中心に検討した.アセチレン流量を固定し,同時に導入される水素流量を0,50,100,200sccmと変化させてナノチューブ生成を行った.その結果,水素流量が0,50sccmではナノチューブが生成されず,100sccmではナノチューブが生成されたものの,生成効率は低かった.しかしながら,流量を200sccmとした場合には,高い効率で多層ナノチューブが生成されていることが,透過型電子顕微鏡観察から判明した.また触媒となるナノ粒子のサイズとナノチューブ直径を比較した結果,ほぼ同等であることも分かった.従来のDMAにてサイズ選別されたナノ粒子を触媒とした気相流動中におけるナノチューブ生成では,生成場の圧力は大気圧のみであったが,本研究により低圧下でもナノチューブを生成することを可能とした.今年度は主に「レーザーアブレーションによるナノ粒子のサイズ制御」,「炭素源の種類や生成場の圧力・温度がCNT生成に与える影響の検討」,「長尺型DMAによるCNTの長さ選別」に取り組んだ.「レーザーアブレーションによるナノ粒子のサイズ制御」では,粒子径が3nm以下のナノ粒子の分級を行い,それを触媒とした熱CVDでナノチューブ生成を行った.透過型電子顕微鏡で観察した結果,単層のナノチューブは確認されなかったが,2層のナノチューブが生成されることが分かった.「炭素源の種類や生成場の圧力・温度がCNT生成に与える影響の検討」では,アセチレンの分圧を変化させてナノチューブを生成し,アセチレン分圧がナノチューブ成長速度に与える影響を検討した.その結果アセチレン分圧28Paの範囲でナノチューブの生成速度が毎秒数百nm程度であることが分かった.アセチレン分圧の圧力領域が異なるものの,大気圧で行った実験と比較した結果,ナノチューブの生成速度は,ほぼ同じオーダーであった.「長尺型DMAによるCNTの長さ選別」では,まず1段目のDMAで触媒となるナノ粒子(ニッケル)を平均粒径17nm程度に分級し,その後にアセチレンを炭素源とした熱CVDでナノチューブを生成した.次に2段目のDMAで長さによる分級を行い,低圧仕様のタンデムDMAシステムでの直径と長さの独立制御を可能とした.また,分級されるナノチューブの平均の長さが長くなるにつれて,標準偏差が大きくなる傾向が見られた.本年度は雰囲気圧力を変えてのカーボンナノチューブ(以下CNT)生成およびタンデムDMA法によるCNT長さ分級を行った.圧力変化の実験では,従来用いられてきた圧力5.3kPaに加えて,26.5kPaと圧力を高く設定してのCNT生成を行った.この圧力を高くした狙いとして,長い生成時間を確保することが挙げられる.触媒として利用するNiナノ粒子のサイズを20nm程度に1段目のDMAで制御し,圧力5.3kPaにてCNTを生成した際は,CNTの長さは50nm120nm程度であったが,圧力を26.5kPaに上げてCNTを生成した際には,その長さが数百nm1マイクロメートル程度と大幅に長くなった.これは雰囲気圧力を変えることで生成時間が5倍以上長くなったためと思われる.従来型の大気圧で駆動するDMAと比較し,生成場の圧力を変化させることにより100nm以下の短いCNTから,マイクロメートルレベルの長いCNTまで長さを制御できることが,本装置の特徴として挙げられる.これに加えてCNT長さ分級ではDMA内におけるCNTの姿勢について検討した.従来のタンデムDMA装置が大気圧駆動であるのに対して,本装置は低圧領域でも駆動可能であることが特徴である.

DMA内におけるCNTの姿勢は電荷によるトルクのエネルギーとCNTの分極具合に大きく起因することが知られている.ガスの流れ方向に対してCNTが平行の場合を90度,電場方向に対してCNTが平行の場合を0度とすると,その値はおおよそ4060度あり,CNTのアスペクト比が大きいほど角度が高くなる傾向であった.また従来の大気圧駆動のシステムと比較し,CNTのアスペクト比が小さい領域でも長さ分級が可能であることが分かった.今年度の大きな目的であった低圧仕様のタンデムDMAシステムでの直径と長さの独立制御を可能としたことが挙げられる.また,より小さなナノ粒子の分級・ナノチューブ生成に於いても,単層ナノチューブの生成までには至らなかったものの,二層ナノチューブが生成され,単層ナノチューブ生成の目処がついた.24年度が最終年度であるため、記入しない。目的の一つとなっている単層カーボンナノチューブの生成に於いては,炭素源をアセチレンからアルコールに,また触媒となるナノ粒子も現在のニッケル粒子かコバルトに変更し,より単層ナノチューブを生成し易い条件に変更し,生成を試みる.また現段階では生成されるナノチューブの長さが100200nm程度に留まっているため,生成時間を長くすることにより,より長いナノチューブ生成を試みる.今年度の研究で,タンデムDMAシステムでの直径と長さの独立制御を可能としたので,来年度はシースガスの流量やDMA電圧が分級に与える影響を検討し,長さ分級における分解能の向上に努める.24年度が最終年度であるため、記入しない。
巨大津波後の長期的地形変化を考慮した沿岸防災機能強化

スリランカでは,昨年度の予備調査の結果を踏まえ東海岸のキンニヤ市の沿岸湖沼に対象を絞り,最長10m程度のコアを複数本取得した.採取コアはモルツア大学のラボに運搬、試料処理,X線撮影、写真撮影の後、堆積構造の観察と記載を行った.タイでは,ドローンで撮影した写真からオルソ画像を作成し、地形の変化を評価するデータ収集を行った.また,長期のタイムスケールでの地形変化をとらえるため,パカラン岬における堆積物の炭素同位体年代測定を実施した.さらに,タイ・プラトーン島における2004年スマトラ沖地震津波に津波土砂移動計算を適用して,海浜地形変化の衛星画像や陸上津波堆積物の調査データをもとに数値モデルを検証した.その結果,海浜漂砂系からの土砂流出は少なく,海浜の早期回復に繋がっていたことが示唆された.日本では,三陸地方沿岸を踏査し,2011年の津波により打ち上げられた巨礫群の分布調査した.そして,津波による巨礫移動の有無及びその地点周辺の浸水深を整理することにより,どの程度の浸水深によりある重量の巨礫が移動を開始するのかを推定した.また,宮城県石巻市の追波湾を対象に,特に陸域の地形変化に着目して津波土砂移動解析を行い地形変化の過程を検討し,仙台湾や三陸沿岸の他地域とも比較を行った.解析・比較の結果から,追波湾では津波の高さ・周期が他のいずれの地域よりも大きかったことが,大規模な地形変化を生じた原因であることが明らかになった.さらに,津波土砂移動での流れにおける強い非定常性とカルマン数の低減効果を考慮して,津波土砂移動モデルにおける飽和浮遊砂濃度式の改善を図った.そして,2011年東北津波による気仙沼湾地形変化イベントで提案モデルの有用性を確認した.上記の現地調査や数値計算以外にも,津波によるマングローブ林の減災効果を調べるため,3D模型を用いた予察的な水理実験を行った.スリランカにおいては予定通り掘削を実施し,極めて高い回収率の試料を取得することができた.採取した地層中に津波堆積物の可能性のある砂層を複数確認した.タイ南西部カオラックのパカラン岬およびココカオ島南部において,タイの協力者のものと,ドローンによる大縮尺の航空写真の撮影,高精度GPSによるGCP(ground control point)の取得,これらのデータを使用しSfMによる測量を実施した.GCPには特徴ある津波石を複数点選定し,ドローンによる調査を短期間で実施できるようにした.今後,調査地域の季節変動を含めた地形変化量を算出,比較検討する予定である.また,長期の地形変化に関する検討をするため,津波石,海浜のサンゴ礫,ならびに,津波石の起源となっている過去の高海面期に形成されたマイクロアトールの試料を採取,年代測定中である.日本においては,2011年の津波由来の巨礫のデータを収集することに努め,津波により移動したものとしては最大クラスの巨礫を含む多数のデータを取得することができた.スリランカにおいては,年代測定や微化石分析等を行い,津波堆積物の認定を行う予定である.そして,津波の再来間隔を推定し,タイやインドネシア等のインド洋各国での先行研究との比較を行う.さらに,数値計算を用いることにより津波の規模を議論する予定である.タイにおいては,これまでの陸上での調査に加えて,ココカオ島における海岸侵食の根本的な原因の検討,パカラン岬での地形全体の把握のため,それぞれの地域において音波探査による海底地形に関する調査を実施する予定である.また,これまで得られたデータや,今後の短期間で実施するSfM測量により,調査地域全体の季節的な地形変動とともに,長期の地形変化に関する津波のインパクトを引き続き検討,このほか,長期の地形変化が津波への地形変化への与えた影響の可能性についても考察する予定である.日本においては,2011年の津波由来の巨礫の分布調査がおおむね終了しており,今後は理論計算との比較等を行った上で,学術論文として投稿する予定である.その他にも,昨年に引き続きマングローブ林の3D模型を用いた水理実験を行う.2019年度は,流速及び分力計を用いてマングローブ模型に作用する波力を算定し,マングローブ形状に対する抵抗係数(抗力・慣性力係数)の評価を実施する.タイにおいては,2004年インド洋大津波によって破壊された海浜地形の修復過程および海岸地形の変化を検討した.これまで,津波で変化した海浜地形は比較的短期間で回復することが明らかにされてきたが,調査地域であるタイ南西部カオラックのパカラン岬やココカオ島では,津波襲来から13年以上経ているにもかかわらず継続的な地形変化が生じている.今年度は,パカラン岬における高精度GPSを用いた測量,海岸変化の著しい海岸の抽出,ココカオ島南部における海岸侵食の実態,現地での聞き取り調査を行った.数値計算グループは,2017年9月にタイの調査対象地域全域の現況を把握し,数値解析を行う場所(プーケット県パートンビーチ及びパンガー県プラトン島)を決定した.また,2018年の始めには土砂移動モデルに必要な5mまで高い解像度のデータを入手し,既に所有している地形データとの合成を行った.スリランカにおいては,東海岸沿岸部の複数地点で古津波堆積物調査を実施した.多くの地点では土壌層が薄く津波堆積物が確認できなかったが,一部の放棄河川沿いで泥炭層中に砂の薄層が確認された.特にキニヤ市周辺においては津波堆積物の可能性のあるイベント層を複数確認することができた.さらに,2004年インド洋大津波による侵食地形についても調査を行い,14年を経ても地形的特徴が残ることを確認した.

日本(東北地方太平洋岸)においては,沿岸地形変化に加え,浅海底掘削により浅海域の地形がどのように変化・回復したのかを把握した.また,巨礫等の物体移動の解析により,津波規模と地形変化の関係性の評価を行った.タイのパカラン岬においては,沿岸漂砂による砂嘴地形がみられるが,この砂嘴が大きく発達し,数年後には津波で侵食された面積の数倍の陸地が拡大することが予想された.また,ココカオ島南部では,津波後に年間20mの速度で海岸侵食が進行しており,それらが現地住民の居住地まで到達していること,現在,蛇篭などを用いた対策が急ピッチで進められていることを確認するなど,順調に研究が進んでいる.スリランカでの古津波堆積物調査および大津波による侵食地形調査ともに順調に進捗しており,現在までに掘削候補地点を絞り込むことができた.日本においても,津波後の地形変化を継続的に観測する目途が立った.スリランカでは,昨年度の予備調査の結果を踏まえ東海岸のキンニヤ市の沿岸湖沼に対象を絞り,最長10m程度のコアを複数本取得した.採取コアはモルツア大学のラボに運搬、試料処理,X線撮影、写真撮影の後、堆積構造の観察と記載を行った.タイでは,ドローンで撮影した写真からオルソ画像を作成し、地形の変化を評価するデータ収集を行った.また,長期のタイムスケールでの地形変化をとらえるため,パカラン岬における堆積物の炭素同位体年代測定を実施した.さらに,タイ・プラトーン島における2004年スマトラ沖地震津波に津波土砂移動計算を適用して,海浜地形変化の衛星画像や陸上津波堆積物の調査データをもとに数値モデルを検証した.その結果,海浜漂砂系からの土砂流出は少なく,海浜の早期回復に繋がっていたことが示唆された.日本では,三陸地方沿岸を踏査し,2011年の津波により打ち上げられた巨礫群の分布調査した.そして,津波による巨礫移動の有無及びその地点周辺の浸水深を整理することにより,どの程度の浸水深によりある重量の巨礫が移動を開始するのかを推定した.また,宮城県石巻市の追波湾を対象に,特に陸域の地形変化に着目して津波土砂移動解析を行い地形変化の過程を検討し,仙台湾や三陸沿岸の他地域とも比較を行った.解析・比較の結果から,追波湾では津波の高さ・周期が他のいずれの地域よりも大きかったことが,大規模な地形変化を生じた原因であることが明らかになった.さらに,津波土砂移動での流れにおける強い非定常性とカルマン数の低減効果を考慮して,津波土砂移動モデルにおける飽和浮遊砂濃度式の改善を図った.そして,2011年東北津波による気仙沼湾地形変化イベントで提案モデルの有用性を確認した.上記の現地調査や数値計算以外にも,津波によるマングローブ林の減災効果を調べるため,3D模型を用いた予察的な水理実験を行った.スリランカにおいては予定通り掘削を実施し,極めて高い回収率の試料を取得することができた.採取した地層中に津波堆積物の可能性のある砂層を複数確認した.タイ南西部カオラックのパカラン岬およびココカオ島南部において,タイの協力者のものと,ドローンによる大縮尺の航空写真の撮影,高精度GPSによるGCP(ground control point)の取得,これらのデータを使用しSfMによる測量を実施した.GCPには特徴ある津波石を複数点選定し,ドローンによる調査を短期間で実施できるようにした.
高温超伝導機構への電子・格子相互作用の効果

酸化物高温超伝導体の研究においては、高い超伝導転移温度を生じさせる電子対生成機構の解明が重要である。実験の立場からこの課題の解決の糸口をつかもうとするなら、超伝導発現と強い相関のある現象に注目するのが有効である。そこで本研究は、我々の発見した格子振動による赤外吸収の異常と超伝導発現との極めて強い相関に着目し、その格子振動モードを同定し、現象の幅広い普遍性を検証した。La_2CuO_4系の高温超伝導体では、250800cm^<-1>のエネルギー範囲で、3つの格子振動によるピークが赤外吸収で680(A_1)、510(A_2)、370cm^<-1>(A_3)で見られる(括弧内は便宜的につけたラベル)が、このうちモードA_1は、Laを2価のイオンで置換しサンプルが超伝導性を示すと観測できなくなることが断片的に見い出されていた。これが我々の着目する赤外異常である。まず、La_2NiO_4のラマン散乱と赤外吸収を測定し、詳論による格子振動の理論モードを求め実験と対応させ、異常を示すモードA_1はab面内のCu-Oボンドの伸縮運動、モードA_2はC軸方向のCu-Oボンドの伸縮運動、A_3はab面内のCu-Oボンドの屈曲モードであることを決定した。赤外異常と超伝導発現の関連の普遍性を、(La_<1-x>Mx)_2CuO_4においてMをCa、Sr、Baと変化させた3つの系を取り上げ系統的に定量的に調べた。その結果、A_1ピークとA_2ピークの強度比が零になる濃度領域のみで超伝導が出現する現象が、3つの異なるイオンについて普遍的であることが検証された。さらに、CuをNi、Zn等の2価イオンで置換して超伝導を弱めた系(La_<1-x>SrX)_2(Cu_<1-y>Ny)O_4(N=Ni,Zn)においても、A_1ピークの消失と超伝導発現の関連性が普遍的に見られた。