hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
植物表皮細胞の起源を探る

本研究は,植物が1細胞の受精卵から多細胞化していく発生過程で,最外層の細胞群がどのように表皮最外層という位置情報を認識し,表皮細胞としての同一性を確立するのかという課題の解明を目的とする。シロイヌナズナの表皮細胞分化のマスター転写因子ATML1, PDF2のゼニゴケにおける相同遺伝子MpPDF2について,ゲノム編集による変異株の作出を試みてきたが,変異株が得られず,致死が予想された。タンパク質の機能領域のさらにC末端側とmRNAの3'非翻訳領域を標的とした編集のための形質転換株の作出を追加し,選抜した結果,成長に著しい遅延の見られる形質転換株が得られた。一方,東京大学(阿部光知准教授)との共同研究において,シロイヌナズナの解析から,最外層という位置情報の伝達経路はマスター転写因子ATML1の転写時の制御というよりも翻訳後のタンパク質活性化/不活性化制御に作用点を持つということ,その制御にはスフィンゴ脂質との相互作用が必要であるということが強く示唆される結果を得た。すなわち,最外層という位置情報が最外層に特異的なスフィンゴ脂質によってマスター転写因子に伝えられた後,マスター転写因子が活性化することで内側の細胞ではなく最外層の細胞群のみが表皮細胞分化を起こすというしくみが明らかになった。本研究では,垂層分裂による細胞増殖や葉緑体の分化抑制など,維管束植物の表皮細胞に特有の現象をもたらした分子的基盤を明らかにすることを目標として,シロイヌナズナの地上器官表皮細胞において,表皮分化のマスター因子として機能する転写因子PDF2の遺伝子発現が茎頂L1層に限定,維持される分子機構を明らかにする。具体的には,PDF2の遺伝子mRNAの消長,翻訳制御,タンパク質局在,他のタンパク質との相互作用について,詳細な解析をすすめる。さらに,ゲノム編集技術を利用して,ゼニゴケのPDF2相同遺伝子破壊株を作出し,その解剖学的解析から機能解明を目指すとともに,陸上植物の表皮細胞の分化機構の起源に関する手がかりを得る。PDF2, ATML1を含むシロイヌナズナのHD-ZIP IVファミリー全16遺伝子のうち,10遺伝子の3'非翻訳領域には,保存された短い共通配列が認められる。各遺伝子の3'非翻訳領域をさらに詳しく調べたところ,いずれの保存配列にも逆向き相補配列が距離をおいて存在しており,ステムループ構造の2本鎖RNAを形成することが予想された。本研究者らは,これをHDG(ヘッジ)ボックスと名付けた。胚のL1層より内側でHDGボックスが分解の標的になる可能性が考えられることから,発現への影響をみるために,GUSレポーター遺伝子にPDF2の3'非翻訳領域を融合した遺伝子を,構成的なCaMV35Sプロモーターの下流に連結したプラスミドを構築し,シロイヌナズナ植物への導入,形質転換株における発現パターンの解析を行ったた。しかし,GUS発現様式やmRNAの安定性に影響は認められなかった。一方,ゼニゴケPDF2遺伝子のゲノム編集による遺伝子破壊を試み,致死性の表現型を示す系統を複数得た。予想していたPDF2遺伝子mRNAの3'領域に特徴的なヘアピン構造の発現制御への関与について,確からしい結果が得られず,形質転換植物を追加して精査している状況にある。ゼニゴケのゲノム編集による遺伝子破壊についても致死になるためか,破壊株が得られない状況から,弱い変異を複数単離する方針に切り替えて研究を進めている。シロイヌナズナの表皮細胞分化のマスター転写因子ATML1, PDF2のゼニゴケにおける相同遺伝子MpPDF2については,これまでゲノム編集による変異株の作出を試みてきたが,変異株が得られず,致死になることが予想された。そこで,タンパク質の機能領域のさらにC末端側とmRNAの3'非翻訳領域を標的とした編集のための形質転換株の作出を追加し,選抜により形質転換株の候補が得られつつある。これらの編集による遺伝子欠損の確認,表現型解析を早急に進める予定である。一方,東京大学(阿部光知准教授)との共同研究において,シロイヌナズナの解析から,最外層という位置情報の伝達経路はマスター転写因子ATML1の転写時の制御というよりも翻訳後のタンパク質活性化/不活性化制御に作用点を持つということ,その制御には特定の脂質種との相互作用が必要であるということが強く示唆される結果を得た。すなわち,最外層という位置情報が最外層特異的な特定の脂質によってマスター転写因子に伝えられた後,マスター転写因子が活性化することで内側の細胞ではなく最外層の細胞群のみが表皮細胞分化を起こすというシナリオが明らかになりつつある。今後は相互作用が予想される脂質種の詳細な解析を行う。ゼニゴケのゲノム編集株の作出を精力的に進めてきたが,目的の遺伝子欠損株が得られず,機能領域の下流側を標的とした,弱い欠損変異株の作出に方針変更せざるを得なくなったため。

シロイヌナズナの表皮細胞分化のマスター転写因子ATML1, PDF2のゼニゴケにおける相同遺伝子MpPDF2について,ゲノム編集による変異株の作出を試みてきたが,変異株が得られず,致死が予想された。タンパク質の機能領域のさらにC末端側とmRNAの3'非翻訳領域を標的とした編集のための形質転換株の作出を追加し,選抜した結果,成長に著しい遅延の見られる形質転換株が得られた。一方,東京大学(阿部光知准教授)との共同研究において,シロイヌナズナの解析から,最外層という位置情報の伝達経路はマスター転写因子ATML1の転写時の制御というよりも翻訳後のタンパク質活性化/不活性化制御に作用点を持つということ,その制御にはスフィンゴ脂質との相互作用が必要であるということが強く示唆される結果を得た。すなわち,最外層という位置情報が最外層に特異的なスフィンゴ脂質によってマスター転写因子に伝えられた後,マスター転写因子が活性化することで内側の細胞ではなく最外層の細胞群のみが表皮細胞分化を起こすというしくみが明らかになった。ゼニゴケは弱い表現型を示す変異が得られつつあり,多数単離して精力的に表現型観察を進める。野生株と変異株のRNA配列解析についても,順次進める。PDF2遺伝子発現を表皮に限定する仕組みの解析については,共同研究している東京大学において,スフィンゴ脂質によるPDF2タンパク局在制御の手がかりが得られつつあり,PDF2のSTART, SAD領域の機能解析を進めていく。ゼニゴケの解析については,MpPDF2タンパク質の機能領域のさらにC末端側とmRNAの3'非翻訳領域を標的とした編集のための形質転換株の作出,選抜により形質転換株が得られつつあり,これらの系統における遺伝子欠損の確認,表現型解析を早急に進める。シロイヌナズナのATML1遺伝子の表皮限定発現機構の解析については,関与するスフィンゴ脂質の性質を明らかにしていく。研究の遅延により,当年度最終月に予定していた試薬の補充を使用予定量以上に行う必要がなくなり,若干の誤差が生じてしまったため。(理由)研究の遅延により,当年度最終月に予定していた試薬の補充を行う必要がなくなり,次年度における使用に延期されたため。(使用計画)予定していた試薬の補充に用いて,実験を推進する。当初予定していた試薬の補充に用いて,研究推進を図る。なし
分裂酵母の栄養源飢餓に応答する分子機構の解析

細胞は、自身をとりまく環境中の栄養状態を感知して、増殖、分化を適切に切り換えながら、変化に適応している。栄養応答機構には、真核生物に広く保存されているTORキナーゼを中心とするシグナル伝達経路が大きく関与していることが示されている。申請者は、タンパク質合成に不可欠なtRNAの前駆体が、栄養状態に応じたTORキナーゼの活性調節でも重要な働きをしていることを見出した。本研究では、栄養応答機構においてtRNA前駆体が果たす役割の全貌を明らかにする。また、栄養応答に異常を示す変異体の解析を通して、栄養応答機構の詳細を明らかにする。
固液界面反応場制御規則配列シリコン・ナノ構造形成

本研究では、固液界面反応場を制御することにより規則配列構造を有するナノ構造をシリコン上へ形成することを目的とした。本年度は、シリコン基板上の蒸着アルミニウム薄膜の陽極酸化により、シリコン基板上へのポーラスアルミナの形成を行った。その結果、アルミニウムの蒸着速度によって形成されるポーラスアルミナの孔の形状、配列が変化し、蒸着速度170Å/sの高速で蒸着したアルミニウム薄膜を陽極酸化した場合、孔が直線状に伸びた規則配列を有するポーラスアルミナ薄膜が得られた。蒸着速度が小さい場合、蒸着ボートからのタングステンの混入量が大きかった。さらに、低速で堆積したナルミニウム薄膜の表面ラフネスは大きく、それは、ポーラスアルミナ/シリコン界面の均一性を低下させた。つまり、シリコン上への規則配列ポーラスアルミナ膜の形成のためにはアルミニウム薄膜への不純物の混入の抑制および、表面の平坦性が重要であることがわかった。ポーラスアルミナの陽極酸化を終了させる時間を決定するためには、実際に界面でどのようなことが起きているのかを知る必要がある。そのために、多重内部反射型赤外吸収分光法によるシリコン基板上アルミニウム薄膜の陽極酸化過程の"その場"観察を行った。その結果、基板としてp型シリコンを用いた場合、陽極電流密度ピークと同時にポーラスアルミナ/シリコン界面への溶液の侵入が観測された。その後、急速な酸化膜の形成が観測され、最後にはポーラスアルミナが剥離した。つまり、陽極電流密度ピークは、溶液がシリコンに接したために電気2重層状態が変化したことによると考えられ、p型シリコン基板上にポーラスアルミナを剥離させずに作製するためには、この陽極電流密度ピークの直後に陽極酸化を終了させることが重要であることがわかった。また、シリコン基板上のSiO_2薄膜へのポーラスアルミナの規則配列構造の転写に成功した。近年、単一電子トランジスタ(SET)やカーボン・ナノチューブトランジスタなどナノサイズの新たなデバイスが提案・試作されている。しかしながら、ナノサイズのデバイスを集積したり、デバイス特性を一定に保つためには、その位置・配列を制御することが重要である。そこで本研究では、固液界面反応場を制御することにより規則配列構造を有するナノ構造をシリコン上へ形成することを目的とする。本年度は、電気化学エッチングを行うためのテフロン製溶液セルを製作およびマスクとするポーラスアルミナの製膜条件の探索を行った。今回作成したセルは、エッチングの状況をリアルタイムで把握するためにシリコン基板表面の赤外吸収スペクトルをその場観察ができるようになっている。ポーラスアルミナの製膜条件の探索は、まず、アルミニウム基板を用いて行った。その結果、シュウ酸0.3mol/l中にて40Vの印加電圧を加えることにより、1μm以上のドメインで構成された約120nmの周期配列を有するポーラスアルミナの作製に成功した。同時に、n型シリコンを背面から光を照射しながらエタノール希釈のフッ酸中で電気化学エッチングを行うことにより、上記のポーラスアルミナと同程度の径で直線的に成長した孔を有するポーラスシリコンの作製に成功した。しかしながら、現在、良い再現性が得られておらず、印加電圧や光量などを把握する必要がある。さらに、シリコン上に真空蒸着法により堆積したアルミニウム薄膜を陽極酸化することにより、規則配列を有するポーラスアルミナの作製に着手した。アルミニウム薄膜の膜質が形成されたポーラスアルミナの規則性や耐薬品性などに大きな影響を与えていることがわかってきている。これらの結果については第50回応用物理学関係連合講演会にて発表予定である。
高弾性糸による巻糸体形成条件の最適化

平成17年度は,前年度に製作した実験装置(モデルワインダ,測定用ボビン)を用い,伸縮性の高いポリウレタン繊維「スパンデックス」を試料として,実際に巻糸体を形成しながら糸層の半径方向変位量・ひずみの測定を中心に研究を行った.巻糸体を形成する過程で,内層の糸層の上に外層の糸が累積することで糸層の変位が発生する.これを,透明なアクリル製のフランジを持つボビンに巻糸体を形成し,デジタルカメラで撮影する方法で測定した.その結果,スパンデックス巻糸体では,糸層は外層の糸による圧縮力を受けて巻糸体の中心方向に変位しており,糸層のひずみが約10%あることがわかった.一方ナイロン巻糸体では,糸層のひずみは数%と小さいことがわかった,また,巻糸体のフランジに対する荷重は,ナイロンやポリエステルでは無視できるほど小さいとされていたが,前年度の研究により,スパンデックスを巻き取った場合には,かなり大きくなることがわかったため,フランジ面に加わる圧縮荷重の分布を測定するボビンを製作し測定を行った.その結果,フランジ圧縮力はドラフト比が大きいほど大きくなり,糸層の累積に伴い直線的に増加し,圧縮力の分布の状態は外層から内層へかけて直線的に増加していることがわかった.スパンデックス糸層のひずみが内層ほど大きくなったことと併せて考察すれば,外側の糸層が巻糸体の半径方向に圧縮する力が内側の糸層に累積して伝わり,フランジ方向へ圧縮する力となったと考えられる.これらの結果をもとに,有限要素法解析を行ったところ,ボビンの最大応力の発生位置が,フランジの付け根付近であり,実際のボビンの破壊事例とほぼ合致した.スパンデックスを用いて巻糸体を形成する場合は,ボビンへの力の加わり方がナイロンやポリエステルとまったく異なるため,これを考慮した巻糸体形成条件の設定が必要である.ボビンやワープビームなど繊維産業で糸を巻糸体形状に形成する場面は多くある.本研究では様々な機械的性質を持つ糸を巻き取る時に,張力やドラフト比,トラバース速度などの巻き取り条件が巻糸体芯筒や内層の糸に及ぼす力学的な影響の解明と,糸ごとに最適な巻き取り条件を設定するための技術的な根拠の提示を目的とする.成果として張力過多によるボビンやワープビームの変形事故および糸の品質劣化を巻糸体形成の計画段階から防止と,生産性向上への寄与が期待できる.平成16年度は,実験装置の設計製作と,実験で用いる糸の物性データの蓄積を中心に研究を実施した.主な成果として,(1)送出・巻き取り・トラバースに個別のサーボアクチュエータを用いたプログラマブル制御駆動方式により,巻き取り条件を自在に設定することのできるモデルワインダの試作を行った.(2)ボビン芯筒の半径方向圧縮力を測定するために,測定用のモデルボビンを製作し,巻糸体形成中に加わる圧縮力を巻き取り中も常時計測した.(3)万能試験機を用い,巻糸体を形成するスパンデックス糸の機械的性質を把握し,データの蓄積を行った.スパンデックス糸は,ナイロン糸などに比べひずみが大きく,張力の緩和も大きいことがわかった,(4)モデルボビンに糸を巻き取る行程で,内層の糸層の上に外層の糸が累積することで発生する糸層の変位を測定するために,透明なフランジを持つボビンを製作し写真撮影による方法で直接計測した.糸層は外層の糸による圧縮力を受けて巻糸体の中心方向に変位しており,スパンデックス巻糸体では糸層のひずみが10%ほどあることがわかった.(5)実験の過程で,従来は小さいと考えられていたフランジに対する荷重が,スパンデックスを巻き取った場合には極端に大きくなることがわかった.平成17年度は,前年度に製作した実験装置(モデルワインダ,測定用ボビン)を用い,伸縮性の高いポリウレタン繊維「スパンデックス」を試料として,実際に巻糸体を形成しながら糸層の半径方向変位量・ひずみの測定を中心に研究を行った.巻糸体を形成する過程で,内層の糸層の上に外層の糸が累積することで糸層の変位が発生する.これを,透明なアクリル製のフランジを持つボビンに巻糸体を形成し,デジタルカメラで撮影する方法で測定した.その結果,スパンデックス巻糸体では,糸層は外層の糸による圧縮力を受けて巻糸体の中心方向に変位しており,糸層のひずみが約10%あることがわかった.一方ナイロン巻糸体では,糸層のひずみは数%と小さいことがわかった,また,巻糸体のフランジに対する荷重は,ナイロンやポリエステルでは無視できるほど小さいとされていたが,前年度の研究により,スパンデックスを巻き取った場合には,かなり大きくなることがわかったため,フランジ面に加わる圧縮荷重の分布を測定するボビンを製作し測定を行った.その結果,フランジ圧縮力はドラフト比が大きいほど大きくなり,糸層の累積に伴い直線的に増加し,圧縮力の分布の状態は外層から内層へかけて直線的に増加していることがわかった.

スパンデックス糸層のひずみが内層ほど大きくなったことと併せて考察すれば,外側の糸層が巻糸体の半径方向に圧縮する力が内側の糸層に累積して伝わり,フランジ方向へ圧縮する力となったと考えられる.これらの結果をもとに,有限要素法解析を行ったところ,ボビンの最大応力の発生位置が,フランジの付け根付近であり,実際のボビンの破壊事例とほぼ合致した.スパンデックスを用いて巻糸体を形成する場合は,ボビンへの力の加わり方がナイロンやポリエステルとまったく異なるため,これを考慮した巻糸体形成条件の設定が必要である.
プロテオーム解析を用いたヒト唾液腺癌細胞の分化誘導機構の解析

我々は、唾液腺腫瘍の悪性化過程に、腫瘍細胞におけるFGF-2の発現異常および過剰発現を伴うこと、さらに、悪性化に伴い、腺癌細胞においては、KGFR遺伝子の発現が消失し、正常唾液腺上皮細胞では発現していないFGF2の受容体遺伝子であるFGFR1-IIIc遺伝子が発現してくることを明らかにした。従って、正常唾液腺においては、上皮細胞と間葉系細胞はKGF-KGFR系を介してお互いに依存しあってその増殖、分化と機能を維持しているが、腺癌細胞は間葉系組織からまったく独立して自己増殖することが可能となり、その悪性化が強く裏付けられた。本年度の研究では、唾液腺腫瘍癌化する過程にFGFRと連動する蛋白質群をプロテオーム解析にて検討した。唾液腺癌細胞、野生型KGFR遺伝子導入腺癌細胞およびshRNA発現ベクターを用いてFGFR1-IIIc遺伝子導入腺癌細胞からそれぞれ蛋白を抽出、蛍光標識し、Ettan-DIGEシステムを用いて二次元電気泳動した。TOF-MSを用いた質量解析の結果、野生型KGFR遺伝子導入腺癌細胞では、上昇した蛋白質は癌抑制遺伝子APCと連動するEB1,p53と連動するLITAF, bax, smacなど、低下した蛋白質はDNAの損傷、修復に関連する蛋白質TopBP1,蛋白質の分解を阻害するPI31などが含まれた。一方、FGFR1 siRNAを導入することにより、変動した蛋白質スポットが102個検出された。上昇した蛋白質にはHsp40,60,75,110など、低下した蛋白質にはNF-kb, Rb, Ku 70,80など転写因子が含まれた。次に、RT-PCRおよびWestern blottingにて、変動した蛋白質を確認し、プロテオーム解析結果と一致した。従って、プロテオーム解析法は一つ一つの分子を別々に調べて分子の側から説明するのではなく,全ての細胞内発現蛋白質を網羅的に時間軸を追って解析し,網羅的な情報を得ることができた。本研究では、唾液腺腺癌細胞および野生型KGFR遺伝子を導入した唾液腺腺癌細胞における遺伝子発現を体系的に,網羅的に解析した。また,癌遺伝子や癌抑制遺伝子産物の蛋白構造や機能変化のみならず,それに連動した結果の蛋白質発現量変化や翻訳後修飾の変化を含めた全体を記載した。さらに,shRNA発現ベクターを用いてFGFR1-IIIc遺伝子を発現抑制することにより、FGF2-FGFR1-IIIc系シグナルを遮断し,FGFR1-IIIc siRNAを導入された細胞の増殖能は低下した。これらFGF-FGFRシグナルを操作することにより誘導された細胞分化・アポトーシス・増殖抑制に関連する遺伝子・蛋白質群について,cDNAマイクロアレイおよびプロテオーム解析にて検討した。
密度・温度同時計測用ミリ波システムの開発とダイバータプラズマでの間欠的輸送の研究

ヘリカル装置での間欠的輸送の詳細な研究には、ダイバータプラズマでの時間分解能の高い電子密度・温度計測が不可欠となる。そこで、ヘリカル装置のダイバータプラズマにおける間欠的粒子・熱輸送現象を観測するために、ミリ波を用いた電子密度(干渉計測)・温度(電子サイクロトロン吸収計測)同時計測システムを開発している。平成19年度においては、前年度に設計及びベンチテストを行ったシステムを実際に核融合科学研究所の大型ヘリカル装置(LHD)に設置し、プラズマ計測を行った。LHDでは、近年SDC/IDBプラズマと呼ばれる超高密度プラズマが得られており、これを用いたヘリカル核融合炉が展望されている。SDC/IDBプラズマにてダイバータの密度計測した結果、プラズマの蓄積エネルギーが最大となる際に間欠的に粒子が吐き出されており、それと同期して蓄積エネルギーが数%程度減少する現象が観測された。これまでも、「コア密度崩壊減少」と呼ばれるプラズマ中心密度の急激な減少が報告されているが、それに加え、小さな密度の吐き出し機構が存在していることが分かった。現在、吐き出し現象が観測される条件を整理している状況であるが、この粒子の吐出しがSDC/IDBプラズマの蓄積エネルギーの上昇を妨げている1つの要素であると考えている。電子サイクロトロン吸収計測は、プラズマに入射したミリ波の吸収によるパワー減少分から、電子温度を評価する手法であるが、計測するダイバータレグ中での光路長は約3cmと短いにも関わらず、ミリ波の屈折によるパワーの変動が吸収量よりもはるかに大きく、ECA計測による電子温度の同定は困難であった。ヘリカル装置での間欠的輸送の詳細な研究には、ダイバータへの磁力線(レグ)に沿ったプラズマでの時間分解能の高い電子密度・温度計測が不可欠となる。しかし、LHDのダイバータレグの温度やBlobの立ち上がり時間を考慮すると、通常の静電プローブまたは高速掃引プローブでの計測では、熱負荷や時定数の面で問題がある。初年度の18年度は、申請時ではミリ波周波数を概算で決定してLHDにシステムを設置し、サイクロトロン吸収が起こるよう、LHDの実験条件(磁場強度)を決定する予定であった。しかし、LHD実験の典型的な磁場強度で吸収が起こるよう、周波数を定めた方が、限られたマシンタイムで効率的にデータが取得できると考えた。そのため、初年度は無理にシステムを設置せず、計測位置での共鳴周波数の計算コードの整備、及びシステムの詳細な設計を行った。計測位置での磁場強度を数値計算し、ミリ波発振器の中心周波数を66.7GHzとした。LHDでは、広い磁場配位で実験が可能であるため、十分な出力(約50mW)を保ったまま、周波数を±3GHz可変できるようにした。この最適化により、LHDのほとんどの実験条件でハード面の入れ替え無しにデータを取得できるようになった。また、干渉計測のシステムは信頼性の高いヘテロダイン方式とし、必要なミリ波コンポーネントは18年度予算を用いてほぼ揃え、システムの健全性を確認するテストを現在行っている。また、LHD真空容器に設置する導波管やミリ波を折り返して受信するために必要な反射板等の設計・製作はほぼ完了し、LHDへの設置を待つ段階である。
ダイヤモンド最表面の有機化学反応による修飾と新規機能性素子の創成

ダイヤモンド表面を化学修飾できれば、電気化学素子や光学素子としての応用が期待できる。直径0.5μm以下のダイヤモンド粉末を、水素雰囲気下900°Cで熱処理して表面を水素化した。次に、この水素化ダイヤモンドと2,2-アゾビスイソブチロニトリルに塩化スルフリルのクロロホルム溶液を加えて塩素化した。塩素化した後、溶媒を除去し、空気と接触させずにn-ブチルアミンを加えて、303Kで1-24時間アミノブチル化した。処理後のダイヤモンドはテトラヒドロフランと水で洗浄して、副生成物を除去した。生成物をIRと急速熱分解法でキャラクタリゼーションした結果、ダイヤモンド表面を液相ラジカル反応によって修飾することを確認した。本研究ではブチル化によるブチル基の導入率は約8%であった。エチレンジアミン、プロピルアミン、トリエチルアミンおよびフェネチルアミンを用いても同様の結果が得られた。また、その他の求核試薬としてアジ化ナトリウム、ナトリウムメトキシドあるいはナトリウムエトキシドを用いて反応を行った。ブチル基、アジド基、メトキシ基、エトキシ基の生成についてはIRおよびESCAで検討したが、確実ではなかった。これらの原因としては、ダイヤモンド最表面への塩素化が十分でないことが考えられる。したがって、塩素化ダイヤモンドとそれぞれの官能基の間で炭素-炭素結合の形成が促進されるように、気相中で直接塩素ガスとダイヤモンドを接触させて塩素化し、官能基を導入する予定である。水素化表面ダイヤモンドをラジカル開始剤である2,2'-アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)と塩素化剤である塩化スルフリル(SO_2Cl_2)を溶かしたクロロホルム溶液中に懸濁し、ラジカルによる水素の引き抜き反応による塩素化を試みた。塩素化反応後、求核試薬である、H_2O、各種アミン、アジ化ナトリウム(NaN_3)を反応させて求核置換反応による官能基の導入を試みた。H_2Oを反応させた場合、拡散反射FT-IRスペクトルに、C-H結合に帰属されるピークは消失し、ベースラインが傾いた。塩素ガスにより塩素化を行ったダイヤモンド表面は、H_2Oとの反応により酸化されることが報告されている。しかし、有機液相中でラジカル反応による塩素化反応を行うと、含酸素官能基に帰属されるピークは確認できず、気相中での塩素化とは異なる結果となることがわかった。塩素化後、n-ブチルアミンを反応させたダイヤモンドのIRスペクトルには、C-H結合に由来するピークが現れた。しかし、N-H結合に帰属されるピークは現れなかった。急速熱分解により生成する炭化水素の量は1-2×10^<-5>mol g^<-1>であった。生成した炭化水素及び含窒素化合物の量から、ブチルアミノ基がダイヤモンド表面に存在すると仮定して表面被覆率を見積もると、2.5%程度であった。塩素化後、各種アミン(トリエチルアミン、フェネチルアミン、プロピルアミン、エチレンジアミン)を反応させたダイヤモンドのIRスペクトルは、n-ブチルアミンのスペクトルと大きな相違は見られず、N-H基に帰属されるピークは現れなかった。熱分解による脱離量は、いずれも1-4×10^<-5>mol g^<-1>程度であった。したがって、各種アミノ基はダイヤモンド表面に多数は導入されていないと考えられる。塩素化ダイヤモンドはn-ブチルリチウムを加えてブチル化を試みた。本研究ではブチル化によるブチル基の導入率が8.1%であった。アジド基、メトキシ基、エトキシ基の生成についてはIRおよびESCAで検討したが、確実ではなかった。次に、塩素化ダイヤモンドとアミンとの反応について検討した。

アミンとして、エチレンジアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、トリエチルアミン、2-フェネチルアミンを用いた。IRを測定した結果、CH変角振動に起因するピークを確認することができたが、NH伸縮振動とCN伸縮振動に由来するピークを同定するにはいたらなかった。そこで、ブチルアミンで処理したサンプルをキューリーパイロライザーを用いて急速熱分解し、生成する低級炭化水素量から表面導入率を推定した。導入率は数%であり、ブチル基を導入した場合よりも、低かった。これは塩素の導入量についても検討する必要があり、現在、気相法で直接塩素ガスとダイヤモンドを接触させて塩素化し、官能基を導入する予定である。
光格子によるレーザー冷却放射性元素の次世代電気双極子能率探索

本研究は、光格子を用いた原子の永久電気双極子能率(EDM)の測定技術を確立することを目的としており、特に、電子のEDM増幅度が原子系において最大であるフランシウム(Fr)を用いたレーザー冷却重元素の原子干渉計の構築を行う。開発に必要な技術は、(1)原子核反応による大強度Fr生成・引き出し、(2)Frのレーザー冷却・トラップによる冷却Fr源の実現、(3)光格子による原子干渉計の開発、(4)磁場変動による偽EDM信号を抑制するための共存磁力計の開発、(5)磁気シールドの開発の5つで構成される。これまでの研究で、(1)は、高温表面電離イオン源の開発により実現し、(3)は化学的性質が類似している安定原子Rbを用いて技術実証を行なっている。また(5)に関しては、磁場変動をモニターし、測定領域の3軸方向に設置したヘルムホルツコイルにより変動磁場をキャンセルするようなアクティブ磁場キャンセラー、および、4層の磁気シールドを整備している。そこで、最終年度では、EDM測定の心臓部となる(2)冷却Fr源の実現と、(4)共存磁力計の開発を進めた。Frを冷却・トラップするために必要なトラップ光とリポンプ光に関して、ヨウ素分子の振動・回転準位を用いた周波数安定化を行うとともに、この2つの光源の周波数オフセットロックを行い、レーザー光源の最適化を進め、安定したFrの磁気光学トラップを実現した。さらに、Rbを用いた共存磁力計の開発を進め、光格子中で生じるEDMからのエネルギーシフト以外の光シフトを識別・測定するために、2種原子(85Rbと87Rb)の同時トラップによる磁場測定の技術確立を行ない、FrとCs、そしてRbの3種の光格子での共存トラップにより、所定の電子EDMの測定感度を実現する技術を確立した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、電子の永久電気双極子能率(EDM)を10の-29乗e・cmの精度で測定することで、物質・反物質対称性(CP対称性)の破れの機構を調べ、同時に、超対称性粒子を10TeVスケールまで探索することを目的としている。今年度は、1Fr生成収量の増強、2偏極保持時間の増大、3高感度磁場測定の3つの開発を進めた。1に関しては、Fr生成イオン源と中性化装置・磁気光学トラップ装置(MOT)の間、約7m程度を接続するビーム輸送系に、磁場と電場を組み合わせた質量分析装置の導入を行い、Frビームの純度向上に成功した。また、表面電離イオン源から引き出されるビームの主要な成分は、イオン源の構成部品からの不純物であることがわかり、イオン源の改造の指針をたてることができた。2に関して、以下の3つの観点で、開発研究を進めた。まず、光双極子トラップ(ODT)の開発を行った。EDMを測定するための光のみのポテンシャルによるトラップ手法であるが、Rbを用いてODTを実現した。トラップ個数と原子温度を評価し、トラップ光源のレーザー強度を増強し、予備冷却のMOTのトラップ領域サイズを大きくすることで、さらにトラップ個数を増大することが可能であることがわかった。次に、蓄積セルのガラス壁面をコーティングすることで、一旦吸着されたアルカリ原子が、再度、放出される確率が高くなり、トラップ効率を向上させることを確認した。さらに、MOT中で、EDM測定用高電場印可のための透明電極を導入し、40kV/cmの電場の安定印可に成功した。また、トラップRb原子のシュタルクシフトを測定し、トラップ原子集団に関して、所定の電場がかかっていることを確認できた。3に関して、非線形磁気光学(NMOR)を用いた高感度磁力計の開発を進めた。また、ラムゼー共鳴法を用いた磁場測定の手法の検討を進めた。フランシウム(Fr)の電気双極子能率(EDM)の次世代測定技術の確立を目指し、1Fr生成、2EDM測定、3高感度磁力計の技術の高度化・深化を進めた。1に関して、大強度Fr源の各構成要素の中で、最も効率が低いFrイオンの電子再結合による中性Fr原子生成(中性化装置)の開発・高度化を進めた。今回、中性化のために、標的加熱による熱脱離とともに、高強度のレーザー光を標的表面に照射することで、光誘起脱離現象を用いて低温度でも標的表面からFr原子を脱離できることを確認し、その波長や光強度依存性を測定した。このことで、熱脱離と光誘起脱離をバランスよく組み合わせ、高温加熱によるバックグランド残留ガスの増加を抑えながら、中性Fr原子の磁気光学トラップ(MOT)への導入効率も向上させる手法を見出した。2のEDM測定に関して、測定感度向上のために、外場との相互作用時間を延ばすことが重要となり、そのためには、MOTから光双極子トラップ(ODT)、そして光格子(OL)へ、段階的に蓄積原子を冷却する必要がある。そこで、Frと化学的性質が似ている安定原子・ルビジウム(Rb)を用いて、MOT/ODT/OLの各冷却構成要素の開発を進めた。光検出器の感度を向上させ、MOT中に蓄積している原子集団の数、およびその冷却温度を測定できるようにして、温度をモニターしながら、MOTの各種パラメータ、そして偏光勾配冷却等の予備冷却を調整できるようにした。

その結果、MOTの蓄積原子数の向上が実現でき、さらに、ODTの光源となるファイバーレーザーを増強し、ODTの蓄積原子数を増加できるようにした。さらに3に関して、非線形磁気光学共鳴法を用いた高感度Rb磁力計の開発に成功し、磁力計としての性能評価、および、実験環境の磁場変動に関して、長期測定を進め、今後の光格子を用いた共存磁力計開発への技術蓄積を進めた。大強度フランシウム源実現の鍵は、イオンとして引き出したFrイオンの電子再結合による中性原子生成効率の向上となる。昨年度、中性化させるための標的材料の性能評価を行い、仕事関数が小さいイットリウムで構成されたターゲットの場合、熱脱離による中性化効率が最大であることを確認した。同時に、加熱時には、標的中に含まれる不純物も放出されるため、後段に配置する磁気光学トラップ(MOT)への導入効率を悪化させることもわかった。そこで、できるだけ低温で動作させるために、光誘起脱離現象を用いてレーザー光を標的表面に照射させることで中性Fr原子を放出させる手法を原理実証し、光の波長依存性、強度依存性を測定しパラメータの最適化を行った。これらの結果から、大強度Fr源の実現には、中性化標的表面の浅いところにFrイオンを停止させ、できる限り低温度で熱脱離と光誘起脱離を併用した電子再結合機構が適していることが実証された。この実現には、Frイオンのビームエミッタンスを小さくしながら速度を落としていく機構が必要であり、RFQを用いた減速機構を検討中である。もう一つの鍵となる技術は磁力計である。FrのEDM測定のためには、電場との結合によるエネルギーの変化を高精度で測定することになるが、磁気モーメントと結合する磁場の変動による偽EDM信号をいかに小さくするかが、EDM測定精度向上の重要な点である。本計画では、2つの手法を併用して進めているが、一つは、磁気シールド効果を高くする磁場遮蔽装置を複数段で開発している。もう一つは、この磁場遮蔽装置でも消すことが難しいわずかな磁場変動をモニターする高感度磁力計の開発を進めている。昨年度は非線形磁気光学現象を用いた磁力計の開発を行い、達成される感度、そして現状での磁場変動の成分の精査を行った。この技術をベースに、光格子を用いた磁力計の開発に着手する基盤ができた。フランシウム(Fr)原子の永久電気双極子能率(EDM)を探索し、反物質消失機構の解明、未知素粒子の質量階層構造を調べるために、測定感度10の-30乗ecmを実現する次世代のEDM測定技術を確立する。その技術課題は、大強度冷却Fr源の実現(10の6乗個以上)、高分解能原子干渉計、そして共存磁力計の開発が鍵となる。今年度は、大強度Fr生成に関して、引き出し電極形状を最適化した表面電離イオン源の開発を行い、引き出し効率、ビーム輸送効率の改善に成功した。特に、残留ガスや一次ビームスパッタリングによる電極の汚れを抑制する構造とし、リーク電流の増大を抑え、これまで問題であった長時間安定動作に成功した。さらにFrのトラップには、2つの共鳴周波数のレーザーが必要になるが、今回、この2つのレーザーの周波数を固定してトラップ周波数をサーチできる周波数オフセットロックの技術開発に成功し、安定したFrトラップの実現を可能にした。EDM測定には、ラムゼー共鳴法を用いるが、その周波数分解能の向上には、原子スピン歳差周期の測定時間(相互作用時間)を増大することが鍵となっている。
材料ライフサイクルのための統合型材料設計システムの創成

構造材料のライフサイクルは,創製から始まり,加工を経て実際に利用され,消耗による劣化,そして再生することで新たな創製へとつながる.そこで本国際共同研究では,材料ライフサイクルを視野に入れた真の材料設計システムの創成を目指し,金属材料に対する実践的CAEシステムを実用レベルの解析コードに組み込むことによって,まずは創製から加工,利用,劣化まで過程をシミュレートする統合計算材料設計システムを構築する.本年度は,基課題で得られた微視組織の観察結果に基づいて降伏曲面を数値解析的に予測する本システムを汎用FEM解析ソルバRADIOSSのユーザサブルーチンに組み込むことに成功した.本システムを用いて,まずは単純な引張試験を想定した数値解析を行った.得られた結果を実験結果や従来結果と比較し,本システムの妥当性を検証した.その結果,超微細金属材料特有の力学異方性を巨視的に表現することに成功した.次に,加工された製品が実際に使用される条件を想定し,寿命予測シミュレーションを行った.亀裂の発生,進展などの破壊に関する現象を代表的に表現するFatigue indicator parameters (FIPs)を基課題の微視的構成モデルを用いた数値解析によって評価できるように基課題のプログラムを拡張した.FIPsは高サイクル疲労のモデリング,欠陥場の力学,金属疲労,結晶粒界における転位核生成・伝ぱに関する原子シミュレーション,材料の動的変形と破壊,塑性変形,複合材料の変形と損傷,原子炉の照射材料など幅広く精力的に研究を行っている海外共同研究者の研究に基づくものである.拡張した本システムを用いて低サイクル疲労を想定した数値解析を行い,超微細結晶粒材料の寿命を予測した.当初の計画通り,微視組織の観察結果に基づいて降伏曲面を数値解析的に予測する本システムを汎用FEM解析ソフトウェアに導入することに成功した.材料の寿命評価に関してはFatigue indicator parameters (FIPs)を基課題で開発したマルチスケール結晶塑性プログラムに導入し,材料の低サイクル疲労強度を評価可能となり,順調に寿命評価を行うことができた.本システムを用いて,塑性加工の代表的な問題である深絞りや圧延等を想定し,超微細粒鋼シートを対象として数値解析を行う.得られた結果を実験結果や従来モデルと比較し,本システムの妥当性を検証する.さらに,加工された製品が実際に使用される条件を想定し,平成30年度に構築したプログラムを用いて寿命予測シミュレーションを行う.これらのシステムを用いて,構造材料のライフサイクルにおける創生から劣化までを表現する統合計算材料設計システムを構築することを最終的な目的とする.内定年度:2017構造材料のライフサイクルは,創製から始まり,加工を経て実際に利用され,消耗による劣化,そして再生することで新たな創製へとつながる.そこで本国際共同研究では,材料ライフサイクルを視野に入れた真の材料設計システムの創成を目指し,金属材料に対する実践的CAEシステムを実用レベルの解析コードに組み込むことによって,まずは創製から加工,利用,劣化まで過程をシミュレートする統合計算材料設計システムを構築する.本年度は,基課題で得られた微視組織の観察結果に基づいて降伏曲面を数値解析的に予測する本システムを汎用FEM解析ソルバRADIOSSのユーザサブルーチンに組み込むことに成功した.本システムを用いて,まずは単純な引張試験を想定した数値解析を行った.得られた結果を実験結果や従来結果と比較し,本システムの妥当性を検証した.その結果,超微細金属材料特有の力学異方性を巨視的に表現することに成功した.次に,加工された製品が実際に使用される条件を想定し,寿命予測シミュレーションを行った.亀裂の発生,進展などの破壊に関する現象を代表的に表現するFatigue indicator parameters (FIPs)を基課題の微視的構成モデルを用いた数値解析によって評価できるように基課題のプログラムを拡張した.FIPsは高サイクル疲労のモデリング,欠陥場の力学,金属疲労,結晶粒界における転位核生成・伝ぱに関する原子シミュレーション,材料の動的変形と破壊,塑性変形,複合材料の変形と損傷,原子炉の照射材料など幅広く精力的に研究を行っている海外共同研究者の研究に基づくものである.拡張した本システムを用いて低サイクル疲労を想定した数値解析を行い,超微細結晶粒材料の寿命を予測した.当初の計画通り,微視組織の観察結果に基づいて降伏曲面を数値解析的に予測する本システムを汎用FEM解析ソフトウェアに導入することに成功した.材料の寿命評価に関してはFatigue indicator parameters (FIPs)を基課題で開発したマルチスケール結晶塑性プログラムに導入し,材料の低サイクル疲労強度を評価可能となり,順調に寿命評価を行うことができた.本システムを用いて,塑性加工の代表的な問題である深絞りや圧延等を想定し,超微細粒鋼シートを対象として数値解析を行う.得られた結果を実験結果や従来モデルと比較し,本システムの妥当性を検証する.さらに,加工された製品が実際に使用される条件を想定し,平成30年度に構築したプログラムを用いて寿命予測シミュレーションを行う.これらのシステムを用いて,構造材料のライフサイクルにおける創生から劣化までを表現する統合計算材料設計システムを構築することを最終的な目的とする.
6°ヘッドダウンベッドレストにおける圧受容器反射と脳循環動態の検討

4時間の6゚ヘッドダウンベッドレスト(6HDBR)と,続いて1時間の水平位ベッドレスト(OBR)を行い,体循環動態と脳循環動態における神経性調節の急性変化をネックサクション(NS)負荷を用い検討した.(1)体循環動態における神経性調節の急性変化:NS負荷前における安静状態の心拍,血圧は全経過で変化がなく,体位変換による体液シフトに対して液性および神経性調節がなされた結果と考えられた.液性調節では,6HDBRとOBRで差がなく,体位変換の経過時間でバソプレシンおよびノルアドレナリンは低下した.これに対してNS負荷による選択的頚動脈洞圧受容器(CBR)刺激では,その感受性(CBRS)は6HDBRの時間経過とともに亢進し,OBRで減弱した.CBRSの急性変化では6HDBRとOBRで異なり,6度の変化の体液シフトに対して神経性調節が反応することが示された.しかし,CBRに対する血圧変化速度の応答特性は変化がなく,この応答特性は交感神経抑制と副交感神経亢進という基礎活動時には影響されないことが推察された.以上の結果と長期6HDBRの慢性変化を合わせて考えると,CBRSは急性変化と慢性変化で同じ亢進を示すが,その亢進の機序が異なること,6HDBRからOBRへの移行であってもCBRSが変化することから慢性変化のCBRS評価では,-6゚と水平位での評価が必要なことが明かとなった.(2)脳循環動態における神経性調節の急性変化:選択的CBR刺激となるNS負荷により中大脳動脈血・流速度の低下とpulsatility indexの増加が認められ,CBR刺激により脳血管は収縮性に変化する.経時的6HDBRの急性変化およびOBRでも,この脳血管の反応性に変化がなかった.長期6HDBRの慢性変化では,CBR刺激に対して血圧依存性の高い脳血管反応性が認められたのに対して.急性変化では認められず,慢性変化に特有の反応と考えられた.平成9年度は,11月以降の研究開始となったため,6度ヘッドダウンベッドレスト(HDBR)への急性適応反応を調べる本実験に先立ち,実験機器および既在解析装置の整備と試行,さらに実験プロトコールの確認のため,健常ボランティア(健常若年男性3名)を被験者としてパイロット実験を行った.(1)実験機器整備:今回導入したチルトテーブルTES-002(東永電機株式会社製)に被験者を仰臥位とし,ネックサクション装置,心電図,トノメトリ法血圧脈波,経頭蓋的超音波ドプラ法脳血流速度,局所脳酸素飽和度および呼吸測定装置を装着し,チルトテーブルを水平位から6度ヘッドダウン状態とした.被験者の身体と測定器具にずれが生じないこと,および各測定装置の結線,作動状況を調整し,データを収集した.(2)解析装置整備:得られたデータを既存の解析装置を用いて時系列解析および統計解析を行い,本実験においても解析に問題がないことを確認した.(3)パイロット実験:HDBRの時間および頚動脈洞圧受容器反射刺激(ネックサクション負荷)の回数と強度の妥当性を確認するために,本実験と同時のプロトコールを用いてパイロット実験を行った.被験者は本実験プロトコールを完遂し,安定した測定データの記録および妥当な解析結果が得られた.4時間の6゚ヘッドダウンベッドレスト(6HDBR)と,続いて1時間の水平位ベッドレスト(OBR)を行い,体循環動態と脳循環動態における神経性調節の急性変化をネックサクション(NS)負荷を用い検討した.(1)体循環動態における神経性調節の急性変化:NS負荷前における安静状態の心拍,血圧は全経過で変化がなく,体位変換による体液シフトに対して液性および神経性調節がなされた結果と考えられた.液性調節では,6HDBRとOBRで差がなく,体位変換の経過時間でバソプレシンおよびノルアドレナリンは低下した.これに対してNS負荷による選択的頚動脈洞圧受容器(CBR)刺激では,その感受性(CBRS)は6HDBRの時間経過とともに亢進し,OBRで減弱した.CBRSの急性変化では6HDBRとOBRで異なり,6度の変化の体液シフトに対して神経性調節が反応することが示された.しかし,CBRに対する血圧変化速度の応答特性は変化がなく,この応答特性は交感神経抑制と副交感神経亢進という基礎活動時には影響されないことが推察された.以上の結果と長期6HDBRの慢性変化を合わせて考えると,CBRSは急性変化と慢性変化で同じ亢進を示すが,その亢進の機序が異なること,6HDBRからOBRへの移行であってもCBRSが変化することから慢性変化のCBRS評価では,-6゚と水平位での評価が必要なことが明かとなった.(2)脳循環動態における神経性調節の急性変化:選択的CBR刺激となるNS負荷により中大脳動脈血・流速度の低下とpulsatility indexの増加が認められ,CBR刺激により脳血管は収縮性に変化する.経時的6HDBRの急性変化およびOBRでも,この脳血管の反応性に変化がなかった.長期6HDBRの慢性変化では,CBR刺激に対して血圧依存性の高い脳血管反応性が認められたのに対して.急性変化では認められず,慢性変化に特有の反応と考えられた.

(1) Neck suction(NS)法を用いた選択的頚動脈洞圧受容器(CBR)反射機能評価とPhenylephrineを用いた薬物負荷法とを比較し,両者によるCBR感受性(CBRS)が正の一次相関関係にあること,血圧変化で脈圧が頚動脈洞圧受容器への刺激入力であることを証明した.さらに頚動脈洞圧受容器には圧変化速度に対する応答特性があることを証明し,圧受容器反射機能では血圧変化速度を考慮した評価が必要なことを報告した.(2)起立耐性低下による循環動態破綻の結果は失神としてとらえられる.起立負荷時には交感神経活動でる血管運動性α作用の増強が血圧維持に機能するが,α作用以外にもβ作用の関与が重要なことが知られている.失神例では起立負荷時の圧受容器反射を介する自律神経活動で,交感神経活動(血管運動性α作用)以外の因子が血圧維持により大きく関与することが考えられた.(3)起立負荷によるcentral hypovolemia時には,圧受容器反射抑制を介して,心臓迷走神経活動は早期に抑制され,血管運動性交感神経活動は負荷後3分前後にピークとなる亢進を示す反射性調節が起こることを明かにした.以上より,体位変換による体液移動を用いた負荷では,圧受容器反射を介する自律神経活動は,心臓迷走神経活動,血管運動性交感神経活動およびこれ以外の交感神経活動が複雑に影響して調節を行っている.従って,cardiovascular deconditioning時における圧受容器反射機能評価では,基礎の自律神経活動,血圧変化速度,評価に用いるべき血圧指標を十分に検討した上で解析する必要がある.
超音波マイクロバブル特性を解析するための新規プローブ分子と化学反応の開拓

超音波照射によって生成される高温高圧バブルを、水浄化技術やナノテクノロジーの分野に利用するためには、実際に生成しているバブルの特性を明らかにすることが重要である。バブル内やバブル界面での化学作用の特徴やバブルのもたらす物理化学作用を検討するために、メチルラジカル再結合反応(MR反応)の速度論解析からバブル温度の測定を行った。t-ブチルアルコール水溶液に空気、窒素、または酸素ガスを溶存させて超音波照射実験を行った結果、バブル温度は空気の時で一番高くなることが確認された。バブル温度は断熱圧縮の式より理論計算できるが、得られた結果は理論計算の結果を用いて単純に説明できなかった。このことを考察するために、窒素酸素混合ガス(混合比がコントロールされているガス)を溶存させた水溶液に超音波照射実験を行った。その結果、水中に適度に酸素が溶存する場合にバブル温度が高くなることが確認された。また、t-ブチルアルコールの分解は、水への酸素溶存量が増えると、一酸化炭素生成量が減り、二酸化炭素生成量が増えることが確認された。さらに窒素酸素混合ガスの代わりにアルゴン酸素混合ガスを用いて同様な実験を行った結果、酸素の影響がアルゴンの場合でも確認することができた。一方、これまで溶存ガスよりも比熱比の低いガス状分解生成物(メタン、エタン、エチレン、アセチレンなど)がバブル内に存在することにより、バブル温度が低下することが示唆されていたが、このことを実験で実証することができていなかった。そこでガス状分解生成物がバブル温度にもたらす影響について調べる実験(再度アルゴンバブリング実験)をした結果、ガス状分解生成物がバブル温度を低下させることが実験で明らかにすることができた。さらに四塩化炭素を添加してMR反応を行った結果、バブル温度が高く見積もられることが確認された。この理由については現在考察中である。バブル温度に与える新たな影響因子を見つけることができたため。さらに次年度に制作予定であったソノルミネッセンス解析装置の制作を予定よりも早期にはじめることができたため。最近の予備実験で得られた結果から、当初の研究計画よりもシンプルな超音波照射実験系でのソノルミネッセンスデータを取得することで、ソノルミネッセンス解析装置の最適化を行うことが重要であることが判明した。従って、今後の実験計画にこのことを反映して、各種実験条件下でデータを取得することを試みる。そして、バブル内やバブル界面で起こる化学反応を解析するために、有機分子の分解量(や反応量)とバブル温度の因果関係を考察すると共に、ソノルミネッセンスデータとの因果関係についても検討を行う。これまでの研究で塩化ナトリウムや硫酸ナトリウムの添加が水中で生成される超音波キャビテーションに及ぼす影響について検討したが、陰イオンとOHラジカルの反応の進行など不明な点が多かった。そこで本研究では、ヨウ化カリウムが超音波キャビテーションに及ぼす影響について調べた。さらに、これまで水の分解から生成される過酸化水素の量を超音波キャビテーションのもたらす化学作用量として解析されていたが、本研究では、過酸化水素と同時に生成される水素の解析についても新たに検討した。その結果、添加されるヨウ化カリウムの濃度が高くなるほど、キャビテーションバブルの化学作用量(過酸化水素生成量と水素生成量)が減少する傾向が見られた。さらに、アルゴン溶解度と水素生成量の間に強い相関が見られたが、アルゴン溶解度と過酸化水素生成量の間では前者よりも相関が弱いことが確認された。ヨウ化カリウムの添加によって溶液中の溶存ガス量の減少、ヨウ化物イオンとOHラジカルの反応、それによる溶液pHの変化、バブル内温度の低下など様々な現象が同時に変化していることが明らかとなった。さらに空気雰囲気下の水中高温高圧バブルにて硝酸イオン、亜硝酸イオン、過酸化水素が生成されることがこれまでわかっているので、本研究では、各種実験パラメータがこれらの生成量と物質収支に与える影響について詳細に解析した。その結果、亜硝酸イオンと硝酸イオンおよび過酸化水素はそれぞれの生成に対して、互いに影響を及ぼす場合があることがわかった。また、超音波照射されている溶液量とこれらの生成量の関係を調べてみると、溶液量が少ないときにこれらの生成量が少なくっている場合があった。さらに、超音波出力を強くしても、実験条件によってキャビテーション効率が高くなる場合と低くなる場合の両方が確認された。無機塩が水中で生成される超音波キャビテーションバブル内の温度とキャビテーションバブルがもたらす化学作用に与える影響について定量的に明らかにすることができたため。さらに、空気雰囲気下で生成される超音波キャビテーションバブルの化学作用(過酸化水素、硝酸イオン、亜硝酸イオンの生成とこれらの生成量の因果関係)を定量的に明らかにすることができたため。

また、t-ブチルアルコールの分解は、水への酸素溶存量が増えると、一酸化炭素生成量が減り、二酸化炭素生成量が増えることが確認された。さらに窒素酸素混合ガスの代わりにアルゴン酸素混合ガスを用いて同様な実験を行った結果、酸素の影響がアルゴンの場合でも確認することができた。一方、これまで溶存ガスよりも比熱比の低いガス状分解生成物(メタン、エタン、エチレン、アセチレンなど)がバブル内に存在することにより、バブル温度が低下することが示唆されていたが、このことを実験で実証することができていなかった。そこでガス状分解生成物がバブル温度にもたらす影響について調べる実験(再度アルゴンバブリング実験)をした結果、ガス状分解生成物がバブル温度を低下させることが実験で明らかにすることができた。さらに四塩化炭素を添加してMR反応を行った結果、バブル温度が高く見積もられることが確認された。この理由については現在考察中である。バブル温度に与える新たな影響因子を見つけることができたため。さらに次年度に制作予定であったソノルミネッセンス解析装置の制作を予定よりも早期にはじめることができたため。バブル内やバブル界面での化学作用の特徴やバブルのもたらす物理化学作用をさらに詳細に明らかにするために、有機酸やアルコール、ポリマーなどの各種有機物の分解や、各種ガスが超音波キャビテーションバブルに与える影響について検討する予定である。最近の予備実験で得られた結果から、当初の研究計画よりもシンプルな超音波照射実験系でのソノルミネッセンスデータを取得することで、ソノルミネッセンス解析装置の最適化を行うことが重要であることが判明した。従って、今後の実験計画にこのことを反映して、各種実験条件下でデータを取得することを試みる。そして、バブル内やバブル界面で起こる化学反応を解析するために、有機分子の分解量(や反応量)とバブル温度の因果関係を考察すると共に、ソノルミネッセンスデータとの因果関係についても検討を行う。2018年度に1,000,000円前倒し申請したが、その時に残(27,907円)が発生し、2019年度の研究費にその残を持ち越すこととした。このことによる使用計画の変更はありません。