hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
磁場配向セラミックス創出のための結晶化学的磁気異方性マニピュレーション

新しい三軸結晶配向技術としての磁場配向法の適用に向けて、層状構造をもつ機能性酸化物(高温超伝導体、熱電変換酸化物)の磁気異方性制御技術の構築を進めた。結晶粒に導入される変調構造や双晶は磁気異方性低下をもたらすが、重希土類イオンドープや結晶欠陥改善に向けた結晶化学的操作により磁気異方性を向上させることが可能であることがわかり、層状機能性酸化物の磁気異方性の制御指針の一端を示すことができた。第二年度である平成25年度では、1斜方晶系八配位の配位子場における希土類(RE)イオンの磁気異方性3モジュレーション構造をもつビスマス系高温超伝導体の三軸磁場配向について検討した。1については、一イオン磁気異方性の目安である2次のStevens因子の符号が異なる2種類のRE'およびRE"イオンを利用して、(RE'1-xRE"x)2Ba4Cu7O15-y超伝導体の三軸配向を行い磁化軸転換に必要なRE"ドープ量を決定し、この値からこれら2種類の希土類イオンの三軸磁気異方性の比を明らかにした。重希土類イオンの磁気異方性が高いこと、RE種の選択によって面内異方性、c軸異方性の増強に与える影響が異なることがわかった。2については、双晶を生み出す一次元鎖部のCuイオンを高価数のCo,Feイオンでドープし双晶形成の種類と三軸磁場配向効果の相関を見出した。具体的には、Co,Feドープによって双晶の種類を変わると、2タイプある配向形態のうち、[110]方向に磁化困難軸をもつ配向が促進される傾向を示し、高価数金属イオンのドープにより配向形態を選別できる可能性があることを明らかにした。また、3については、分子レベルでは正方晶であるビスマス系高温超伝導体においても結晶粒レベルでモジュレーション構造により弱い斜方晶となることを利用して三軸磁場配向が可能であることがわかった。原理的には、実用超伝導体である希土類系およびビスマス系の両超伝導物質において磁場による三軸方向の配向制御が可能である。磁場配向法は三軸結晶配向も実現できる組織制御法であり、第一年度である平成24年度では、様々な配位子場に存在する希土類イオンから生み出される磁化軸方向および磁気異方性の定量化について進めてきた。4配位をもつ層状酸硫化物、歪んだ6配位をもつ層状コバルト酸化物、8配位をもつ層状欠陥ペロブスカイト酸化物粉末をエポキシ樹脂中・10テスラの回転変調磁場下での配向効果から、正方晶系の4配位の場合にはREイオンの磁気異方性は一軸性であること、斜方晶系の6配位・8配位の場合には3軸異方性が存在することを明らかにした。なお、磁化軸の方向については、ほぼREイオンの2次のStevens因子だけで決定される。一方、希土類イオンの磁気異方性については、磁化法を用いずに定量化できることを明らかにした。当該年度では、磁気異方性が最も大きいイオンの一つであるErを含んだErBa2Cu4O8(Er124)に着目し、様々な磁場下で配向させた試料の配向度を磁場の関数として表すことで、配向度が大きく低下する境界磁場から各結晶軸間の磁気異方性が決定できる。合成法の確立が研究計画よりも早く実現し、前倒しで新規導入したボールミル装置で微細化しふるいで粒径を良く制御した粉末を利用すると、配向度から決定されるEr124の磁気異方性は磁化測定から決定した値とほぼ一致することがわかった。少なくともマイナス5乗程度の磁気異方性の定量化は磁化法を用いずに実現できることを示した。当該年度の成果は、磁場配向法に資する物質として、分子レベルの構造や導入するイオンの必要条件の一端を初めて明らかにしたものである。また、分子レベルのイオン間の結合長も磁気異方性の決定因子になっているようであり、構造制御による磁気異方性の制御も考慮する必要がある。最終年度である平成26年度では、三軸磁場配向を実現できる物質的選択の自由度を検討することを目的として、結晶粒レベルで導入される双晶構造をもつ希土類系高温超伝導物質REBa2Cu3O7-y(RE123)の三軸磁場配向を試みた。すでに、双晶を含まないREBa2Cu4O8およびRE2Ba4Cu7O15-yの三軸磁場配向については知見が得られたことから、これらの配向軸や配向度と比較しながら、双晶を含む結晶粒の回転変調磁場下における配向挙動を明らかにした。

具体的には、配向軸が真逆の関係にあるY123およびEr123の固溶体を作製し、10テスラの間欠回転磁場下(室温、エポキシ樹脂中)で配向させたところ、6%のErドープ量で磁化軸が転換しEr123の磁気異方性がY123のそれより16倍大きいこと、圧粉成型体作製過程を含んだ焼結体を粉砕することで配向度の高い状態が実現できることがわかった。10テスラの磁場では、Y123およびEr123は約5度程度の面内配向度、約2度のc軸配向度が実現できるが、低磁場になるとY123の配向度の低下が著しく低い磁気異方性を反映している。このように、双晶を含まない場合の面内配向度(2度)よりも若干低下するもの物、双晶が導入されている結晶粒を用いても三軸結晶配向が十分実現できることがわかった。RE種や酸素アニール過程の最適化などでさらなる配向度の向上が期待できることを意味する成果である。磁場配向研究代表者の異動や耐震補強工事に伴う学内における研究室移設があり、一部の研究活動については研究の遂行がやや遅れた結果、研究費の執行も一部先送りすることとなっている。一方で、磁気異方性の理解に関する基礎的研究については、前年度の前倒し効果もあり順調に進んでいる。総合的に判断すると、おおむね順調と言える。第一年度における課題として、1.異なる配位子場に存在するREイオンの磁化軸の決定2.REイオンの磁気異方性の定量化を掲げた。1については、CN=4, 6, 8を有する物質の合成および磁場配向を実現したが、一部の物質の合成については当初の計画以上の進展が得られた。またREイオン種に対する磁化軸の決定も網羅的に明らかにした。2については、磁気異方性定量化に重要な役割を果たす因子が粉末試料の平均粒径より粒径分布であることを明らかにし、また、CN=4におけるCe, Pr, Ndイオンの面内-面間磁気異方性およびCN=8におけるErイオンの三軸結晶磁気異方性を配向度の磁場依存性から定量化した。よって、研究課題全般としては、おおむね順調に進展している、と判断している。最終年度である平成26年度において、以下の点を明らかにし総括する。1.最も磁気異方性が大きいイオンのひとつであるRE=Erを利用した三軸配向セラミックスの試作2.双晶を含むY123超伝導体における酸素量制御によるドメイン制御と三軸磁場配向効果の解明これらの実験結果を踏まえ、動的楕円磁場を用いた三軸結晶配向における物質設計指針について、分子レベルおよび結晶粒レベルの各側面から結論付ける。第2年度以降では、第一年度で行っていた磁気異方性定量化について、他の希土類イオンでの検証を引き続き行うとともに、双晶・転位など結晶粒レベルで導入される欠陥を考慮した物質の磁気異方性発現手法の開発を行う。分子レベルでは斜方晶構造であっても、双晶や転位が導入されると複数のドメイン構造を形成し、結晶粒レベルでの磁気異方性の低下や消失につながってしまう。これは回転変調磁場による3軸磁場配向の実現に大きなハードルとなる。そこで、双晶構造を形成するため磁気科学的なプロセスの適用に大きな困難を伴う実用超伝導物質REBa2Cu3Oy (RE123)やせん断転位によるa軸方向がずれた4つのドメイン構造の存在が指摘されている[Ca2CoO3]0.62CoO2 (Ca349)に焦点を当て、ボールミルによる粉砕効果が与えるドメイン構造の不均化や低温合成法による双晶ドメイン間距離を制御したRE123の合成とドメイン不均化プロセスの融合プロセスから、通常の焼結粉末では消失・低減してしまう面内磁気異方性の発現手法を開発する。当該年度においては、研究代表者の異動および異動先の耐震補強工事に伴う研究室の移設があった。この移設によって、研究設備の分解・再立ち上げなど現状復帰までに実験ができず、研究活動が滞る状態が4ヶ月程度続き、予算の執行に遅れが生じた。研究の進行状況としてはおおむね順調であり、全体としては研究遂行そのものの変更をする必要はないと判断する。
脳神経外科術後血圧管理におけるアンギオテンシンI変換酵素阻害剤の有効性

脳外科術後患者のレニン-アンギオテンシン系の活性を明かにするため、16例の脳外科患者と10例の胸腹部外科患者における各物質の濃度を比較した。前者でアンギオテンシンI,II有意に高値で、その要因として、単に手術侵襲によるストレスではなく、前者の中心静脈圧と術中の水分出納が有意に低いことが示唆された。次に、このことを踏まえて、脳外科術後の高血圧に対する降圧剤としてニカルジピンとエナラプリルの効果について検討した。術直後はニカルジピンの持続静脈内投与をし、十分な降圧が得られなかった症例にエナラプリルを胃管から投与した。ニカルジピン投与後24時間ではレニン-アンギオテンシン系は有意差はないものの依然上昇傾向を呈したが、エナラプリル投与後24時間ではアンギオテンシンII,アルドステロン,アルギニン-バゾプレッシンは有意に低下し、目標とする血圧まで降圧できた。レニン-アンギオテンシン系の活性化された状態の高血圧にはニカルジピンのようなCaブロッカーでは更にその活性を助長するために降圧効果が得られにくい。その点では、エナラプリルのようなアンギオテンシンI変換酵素阻害剤はこの悪循環を断ち切ることによって十分な降圧効果が得られる。今回使用したエナラプリルの投与量の範囲では、経頭蓋的超音波血流計で測定される能血流速は有意な変化を来さなかった。今後は更にアンギオテンシンI変換酵素阻害剤の内因性カテコラミンの動向に対する影響や、alpha,betaブロッカーとの降圧効果に対する比較検討を進める予定である。
付着細菌における抗菌薬抵抗性とストレス応答の分子遺伝学的解明

慢性難治性感染症の発症に関与していると考えられている付着細菌の抗菌薬抵抗性のメカニズムを解明する目的で、緑膿菌を用いて、付着および抗菌薬によるストレス応答系の誘導と抗菌薬抵抗性関連遺伝子の発現機序に関する研究を行い、以下の成果を得た。1.緑膿菌におけるストレス応答系の一つとして定常期遺伝子発現制御に関わるrpoS遺伝子が知られている。本遺伝子が抗菌薬抵抗性に関与している可能性について、knockout変異株を作製し検討し、rpoS遺伝子は定常期および熱ショックストレス下のカルバペネム系抗菌薬抵抗性に関わっていることが明らかになった。2.緑膿菌のquinolone抵抗性にセカンドメッセンジャーppGppが関与している可能性について、ppGppの合成酵素をコードするrelAおよびspoT遺伝子変異株、またppGppの関与する遺伝子発現系の転写後調節に要求されるとされているdksA変異株をを作製し、その影響について検討を行った。その結果、菌体内ppGppの蓄積量が上昇しているspoTおよびdksA変異株は親株に比べキノロン系抗菌薬に対する抵抗性が10180倍高いことが判明した。このことから、細胞内のppGppのbasal lebelの上昇がキノロン抵抗性に関与していることが示唆された。3.σ^<54>をコードするrpoN遺伝子の変異株を作製し、抗菌薬感受性に及ぼす影響について検討した。rpoN変異株は親株に比べ、キノロンおよびカルバペネム添加後の生存率が約15倍高く、rpoN遺伝子が抗菌薬抵抗性に何らかの影響を及ぼしていることが判明した。さらに、この変異株は定常期においてpyoverdine合成が親株に比べ極めて高いことから,rpoN変異株におけるpyoverdine合成系オペロンの制御遺伝子pvdSおよびpvdSの制御遺伝子vqsRのmRNAの発現量を調べたところ、pvdSおよびvqsRのmRNAは抗菌薬添加によってそれぞれ400および5倍に発現量が上昇することが判明した。また、pvdS変異株はpyoverdine産生が認められず,カルバペネム系抗菌薬ビアペネムに対する感受性が上昇していた。以上より、rpoN遺伝子が緑膿菌における抗菌薬抵抗性に関与しており、この抵抗性はpyoverdine産生量の増加とvqsR遺伝子発現に依存していることが示唆された。本年度は付着と抗菌薬抵抗性のメカニズムを解明するために,臨床的に重要な緑膿菌について抗菌薬抵抗性とストレス応答について検討を行い以下の成果を得た.1.臨床分離株におけるtcp遺伝子の関与について:緑膿菌tcp遺伝子はカルバペネム系抗菌薬感受性に関与していることを明らかにしてきたが,今回さらにニューキノロン系およびアミノグリコシド系抗菌薬感受性にも関与しており,tcp knockout変異株ではこれらの薬剤に対する抵抗性がそれぞれ25倍および1000倍高いことが明らかになった.さらに遺伝子バックグラウンドの異なる臨床分離株においても,tcp遺伝子はカルバペネム感受性化に影響を及ぼすことが示唆された.2.bta遺伝子の付着による発現誘導:bta遺伝子はこれまでに付着細菌における抗菌薬抵抗性に関与していることを明らかにしている.bta::Ω

Gm変異株を作製しbiapenemのMICおよびMBCを測定したところ,定常期および対数期いずれも親株に比べ低下していた,また浮遊菌および付着菌からmRNAを抽出しリアルタイムPCRによりbta遺伝子の発現量を測定したところ付着菌における発現は浮遊菌の6.7倍を示し,bta遺伝子は付着により発現誘導され可能性が示唆された.3.抗菌薬によるrpoSプロモーターの活性化:定常期ストレス応答の調節遺伝子rpoS遺伝子が浮遊菌における抗菌薬抵抗性に関与していることが判明しているため,ある種の抗菌薬はそれ自体がストレス応答の引き金になっているのではないかと推察し,rpoS遺伝子プロモーター活性をモニタリングするためのプラスミドを作製し,抗菌薬によるrpoS遺伝子の発現誘導について検討した.その結果biapenemおよびofloxacinはrpoSプロモーター活性を上昇させることが示唆された.本年度は、付着緑膿菌とquorum sensingの関連性およびストレス応答に関与するrpoN遺伝子の抗菌薬感受性に及ぼす影響について、各種変異株を作製し検討を行い、以下の成果を得た。1.緑膿菌における付着とquorum sensing関連遺伝子の発現について:quorum sensing機構をになっているlasR、lasI、rhlR、rhlI遺伝子の各変異株および二重変異株を作製した。これらの菌株をプレートに付着させ、抗菌薬添加後、total RNAを精製し逆転写反応を行い、real-time PCRによってmRNAの発現量を定量した。付着状態の親株においてlasI遺伝子の発現が浮遊時よりも約19.3倍上昇していたのをはじめ、lasR、rhlR、rhlI遺伝子においても付着菌では浮遊菌よりも発現が上昇していた。これらの結果より、付着によりQuorum sensing遺伝子は発現誘導され、付着菌の抗菌薬抵抗性に対するQuorum sensing機構の関与が示唆された。2.rpoN遺伝子の抗菌薬感受性に及ぼす影響について:σ^<54>をコードするrpoN遺伝子の変異株を作製し、キノロンおよびカルバペネム系抗菌薬に対する感受性に及ぼす影響について検討した。rpoN変異株は親株に比べ、キノロンおよびカルバペネム添加後の生存率が約15倍高く、rpoN遺伝子が抗菌薬抵抗性に何らかの影響を及ぼしていることが判明した。さらに、この変異株は定常期においてシデロフォアpyoverdine合成が親株に比べ極めて高いことから、pyoverdineが抗菌薬抵抗性と何らかの関連性があるのではないかと推察された。そこで、rpoN変異株におけるpyoverdine合成系オペロンの制御遺伝子pvdSおよびpvdSの制御遺伝子vqsRのmRNAの発現量を調べたところ、pvdSおよびvgsRのmRNAは抗菌薬添加によってそれぞれ400および5倍に発現量が上昇することが判明した。また、pvdS変異株はpyoverdine産生が認められず、カルバペネム系抗菌薬ビアペネムに対する感受性が上昇していた。以上より、rpoN遺伝子が緑膿菌における抗菌薬抵抗性に関与しており、この抵抗性はpyoverdine産生量の増加とvgsR遺伝子発現に依存していることが示唆された。
SCIDマウス由来の培養細胞を用いた微量放射線用生物線量計の開発

SCID(severe combined immunodeficiency)遺伝子をhomoに持つマウスは、T、B細胞を欠き、重度な先天性の免疫不全を起こすだけではなく放射線に対しても2重鎖切断の修復に不備があるために高感受性を示すことが知られている。そこで、生物反応とは無縁の物理学的現象の変化を定量する従来の線量計ではなく、この2重鎖切断を指標にした、より放射線の生物影響の本質に則した、微量放射線のヒトへのリスク評価に有用な生物線量計の開発を試みた。C.B17・SCIDおよびC.B17・マウスのそれぞれの胎児から樹立されたSCID遺伝子座のみ異なる2種類の細胞株のそれぞれの培養細胞を用いて137Cs-γ線の高線量率(1.105Gy/min)、低線量率放射線照射(0.00069Gy/min=1Gy/Day)による障害の差異の検出を試みた。その結果、DNA二重鎖切断を修復できないSCIDマウス培養細胞では、放射線照射後の回復が全く見られず、低線量率でも明らかに野生型のCB.17マウス培養細胞より線量依存的に生存率が低く、さらに放射線による障害を長時間、よく保存することがわかった。そして、SCIDマウス培養細胞が生物線量計として充分に利用できることが裏付けられた。C.B17-SCIDおよびC.B17-マウスのそれぞれの胎児から樹立されたSCID遺伝子座のみ異なる2種類の細胞株のそれぞれの培養細胞を用いて^<137>Cs-_γ線の低線量率放射線照射(0.00069Gy/min=1Gy/Day)による障害の差異の検出を試みた。その結果、DNA二重鎖切断を修復できないSCIDマウス培養細胞では若干の回復が認められるものの、明らかに野生型のCB.17マウス培養細胞より細胞の生存率が低く、放射線による障害を長時間、よく保存することがわかった。従ってSCIDマウス培養細胞が生物線量計として充分に利用できることが裏付けられた。次に、照射を受けた培養細胞株のDNA二重鎖切断を簡便に検出する系の確立を行うために、SCIDおよびC.B17マウスの培養細胞それぞれに4Gy(SCID細胞では殆どの細胞が死亡する線量)の^<137>Csの_γ線1照射を行い、DNA切断端3'-OHを特異的に認識して二重鎖切断箇所を多量に持つ細胞を染色するApop Tag Plusキット(Oncor,Inc.)を応用し、in situハイブリダイゼーションによる二重鎖切断箇所の蛍光染色を試みた。その結果、DNA切断端3'-OHを認識し、digoxigenin-nucleotide triphosphateを付加するterminal deoxynucleotidyl transfrase (TdT enzyme)が通常のままでは大きすぎて、細胞膜および核膜を自由に通過できないことが判明した。現在、蛋白質消化酵素によって細胞膜を適度に消化し、TdT enzymeが自由に通過でき、かつ、核内のDNAが溶出しない細胞膜マトリクスサイズが得られるような条件設定を細胞の固定法(1%、パラホルムアルデヒド、4%中性緩衝ホルマリン、カルノア)および、細胞膜の酵素消化(トリプシン、トリプシノーゲン、プロテアーゼK)の種類や処理時間などの条件を変えることにより試みている。しかしながら、TdTenzymeが大きすぎて細胞膜および核膜を自由に通過できないことが判明し、TdTenzymeが自由に通過でき、かつ、核内のDNAが溶出しない細胞膜マトリクスサイズが得られるような条件を設定し、二重鎖切断箇所の蛍光染色を再度試みたが蛍光シグナルは得られなかった。その後の追究でTdTenzymeの活性半減期が短く、付加されたdigoxigenin-nucleotide triphosphateも数十baseと概算され、少なくともシグナルとして検出するのに必要な400baseには程遠いものであり、蛍光シグナルとしてそれぞれの二重鎖切断箇所が検出できるほど充分にdigoxigenin-nucleotide triphosphateがDNA断端に付加されていないことがわかった。さらに、digoxigenin-nucleotide triphosphate鎖が長くなるに従い現れる立体構造的な問題が長鎖digoxigenin-nucleotide triphosphateの生成を阻害している可能性もでてきた。

digoxigenin-nucleotide triphosphate鎖長が短くとも蛍光シグナルを増強することによる検出感度の増幅を試みたが充分な蛍光シグナルは得られなかったことから、TdTenzymeでDNA二重鎖切断箇所にいかに400baseのdigoxigenin-nucleotide triphosphateを付加するかが今後の検討課題として残った。
実験的歯の移動における歯根膜のマクロファージの動態について

実験にはWislar系雄性ラットを用い、上顎切歯を固定源としたcoil spring装置によって、メッシュ板を接着した上顎右側第一臼歯を近心方向に約10gの力で牽引した。矯正力の作用時間は、1日、3日、5日、7日とし、装置未装着のものを対照群とした。観察部位は上顎右側第一臼歯の遠心根で、牽引側および圧迫側について観察した。各実験群および対照群に対し、尾静脈に貪食能のトレーサーであるHRP(horseradishperoxidase)を90mg静注し、その1時間後に4%パラホルムアルデハイド・0.5%グルタールアルデハイド混合液にて潅流固定を行い、上顎右側歯槽骨部を剖出し、10%EDTAにて脱灰後、樹脂包埋し、薄切後、DABにてHRPを発色させ観察した。対照群でHRPを貪食した細胞の分布は、電顕的にほとんどがマクロファージであり、平成9年度に行った免疫組織学的実験により得られたED2(抗マクロファージ抗体)陽性細胞の分布と同様であった。つまりHRPを貪食した細胞は、歯根膜の全周に分布し、特に血管周囲に観察され、HRPの反応は倉食細胞の二次ライソゾーム様の構造物に認められた(松本歯学24(3)262-268.1998)。また、実験群でもHRP-?2食食した細胞の分布とED2陽性細胞の分布は同様であった。その分布は牽引側の硝子様変性帯では、細胞成分が少なかったが、それ以外は対照群とほぼ同様であった。以上のことから、ED2陽性細胞の機能の1つに外来の異物や変性組織の貪食処理があることが示唆された。平成9年度に行った実験で、EDl、KI-M2R、OX6、OX42などは陽性細胞の分布は、実験群と対照群間で差があり、その他の機能活性という観点から、種々のサイトカインとの関連性について検討することが、今後の課題である。1.今年度に行った研究によって得られた知見実験にはWistar系雄性ラットを用い、上顎切歯を固定源としたcoil spring装置によって、メッシュ板を接着した上顎右側第一臼歯を近心方向に約10gで牽引した。矯正力の作用時間は、1日、3日、5日、7日とし、装置末装着のものを対照群とした。観察部位は上顎右側第一臼歯の遠心根で、牽引側および圧迫側の直接性吸収、穿下性吸収付近の歯根膜とした。実験動物を灌流後、上顎右側第一臼歯歯槽骨部を剖出し、10%EDTA液にて脱灰後クリオスタット切片を作製し、アセトン固定後種々の1次抗体(ED1、ED2、KI-M2R、OX2、OX6、OX42)反応後、2次抗体を作用させ、通法に従いABC法にて免疫発色を行い観察した。圧迫側では移動初期に硝子様変性がみられ、一時期細胞成分が乏しくなるが、穿下性吸収が始まる移動5日目より同部にOX6に陽性の細胞成分が増え始めた。またED1陽性細胞は一部破骨細胞と同様な像がみられ、圧迫側で多くみられた。牽引側においては対照群と実験群では大きな差は認められなかった。2.今後の研究の展開歯根膜内のマクロファージの機能活性を調べるために、サイトカインおよびそのレセプターの(IL-1、GM-CSFなど)動態の観察および貧食能(Horseradish peroxidaseをマーカーとする)を有する細胞の分布変化の観察を行い、実験的歯の移動における歯根膜の改造現象に対するマクロファージの役割について考察し検討を加える。

平成9年度に行った実験で、EDl、KI-M2R、OX6、OX42などは陽性細胞の分布は、実験群と対照群間で差があり、その他の機能活性という観点から、種々のサイトカインとの関連性について検討することが、今後の課題である。
地域のパソコン通信ネットワークと研究用インターネットとの相互接続に関する研究

パソコン通信ネットワークを運用するためのソフトウェアは、単独のホストで動作することを想定しており、そのソフトウェアの内部構造が明らかでないため、パソコン通信どうしや相互接続をパソコン通信とインターネットとの相互接続することを困難にしている。我々は、1993年に、大分大学とCOARAと間でTCP/IPによる電子メールの相互交換を可能にし、それを運用することにより、相互接続を考慮せずに設計されたパソコン通信ネットワークをTCP/IPで統一されているインターネットと相互接続するための技術的な問題を、明らかにしてきた。我々は、本年、電子メールとならんで基本的な電子的コミュニケーション手段である電子ニュースを取りあげ、パソコン通信とインターネットとの間で相互に情報交換をできるように電子ニュース中継システムを作成した。パソコン通信のホストのソフトウェアの内部構造が明らかでないため、パソコン通信側に対しては、通常のユーザーがキーボードから打ち込むコマンドを自動的に送ることにより、また、インターネット側に対しては、電子ニュースシステムを管理するinewsコマンドを呼び出すことにより、ニュース記事の送受を行なっている。ニュース記事の消去等の記事個別の管理のために、インターネット電子ニュースシステムの「メッセージID」とパソコン通信の「発言番号」との対応表を作成、維持するようにした。以上により、パソコン通信とインターネットとの間で電子ニュースの相互接続の基本的な枠組は完成した。しかし、1日に百数十メガバイトの記事がながれているインターネットの電子ニュースを全てをパソコン通信に送るのは、パソコン通信システムの想定をはるかに越えており、交換するニュースグループを制限せざるをえなかった。
フタロシアニン鉄と分子状酸素を活用する新規反応の開発研究

フタロシアニン鉄と分子状酸素を活用することによって、以下の三つの新しい反応を開発した:(1)ヒドラジン化合物からの新規ラジカル発生法とアルケンへの付加反応、(2)水素化ホウ素ナトリウムを用いる酸化還元水和反応を利用したアルケンからの直接的な1,4-ジオールの合成、(3)酸素を酸化剤とする酸化還元的エステル化反応。また、本研究過程で簡便なアルケンの酸化的ニトロ化反応を開発することができた。前年度で開発したフタロシアニン鉄と分子状酸素を活用する以下の3つの反応について、主に適用範囲の試験やその応用について研究を行った。(1)ヒドラジン化合物を用いたラジカル反応:カルボン酸ヒドラジドやセミカルバジド誘導体をラジカル前駆体とした炭素ー炭素結合形成反応について、各種条件を検討したが収率を向上させることは今のところ達成できていない。したがって、スルホニルヒドラジドおよびホスホニルヒドラジドを用いたヘテロ原子ー炭素結合反応について、ラジカル受容体となるアルケンの適用範囲を調べた。脂肪族アルケンでは収率が中程度にとどまることが多かったものの、他のスチレン型アルケンやMichaelアクセプターと首尾よく反応が進行することがわかった。また、本研究の過程で見出された酸化的ニトロ化反応についても詳細に適用範囲を検討した。(2)単純アルケンからのC-H酸化を経る1,4-ジオールの合成:フタロシアニン鉄の配位子の効果を詳細に検討して収率を向上させることに成功し、さまざまなアルケンに対して酸素存在下、触媒量のフタロシアニン鉄と水素化ホウ素ナトリウムで処理することにより、1,4ージオール合成の適用範囲を試験した。いくぶんの制限があったものの、1級、2級および3級の水酸基を含む1,4-ジオール体を中程度の収率で与えることが明らかになった。また(1)で見出した酸化的ニトロ化反応を同様のC-H直接酸化へ応用することにより、ニトロ基を導入とともに1,4ージオール誘導体へと一挙に導くことにも成功した。(3)酸素を酸化剤とする酸化還元縮合反応:速度論解析によって反応機構の解析を行った。その結果、反応を促進するピリジンN-オキシド類はフタロシアニン鉄の配位子として働いていることや重要中間体としてホスフィンカチオンラジカルが生成していることなどが示唆された。また触媒的光延反応への応用も検討された。安価で無毒なフタロシアニン鉄を触媒として、以下の新規反応を開発することができた。(1)ヒドラジン化合物を前駆体とするラジカル反応:さまざまなヒドラジン化合物から対応するラジカル種を発生させることに成功した。また、発生したラジカルは反応系中の二重結合と酸化的な付加反応を起こし、炭素-炭素および炭素-ヘテロ原子結合を形成させることができた。本反応は酸素と鉄触媒というクリーンな反応条件を使い、またラジカル生成時にヒドラジンから排出されるのは窒素ガスであることから、これまでにない環境調和型のラジカル反応であると考えられる。(2)酸素分子を酸素源とする直接的C-H酸化反応:酸素雰囲気化、いくつかの脂肪族アルケンをフタロシアニン鉄とヒドリド種で処理する一挙に1,4-ジオールが得られることを見出した。単純な不飽和炭化水素から1工程で1,4-ジオールを合成手法はこれまで皆無である。これはC-H結合の直接的な官能基化を含んでおり、かつ酸素源として理想的な分子状酸素を用いることができることから極めて効率的な分子変換の一例であると言える。(3)酸素を酸化剤とする酸化還元縮合反応:トリフェニルホスフィンとフタロシアニン鉄存在下で分子状酸素を酸化剤とした新規な酸化還元的エステル化反応を見出すことができた。この反応では10 mol%の4-メトキシピリジンN-オキシドを添加すると反応が劇的に加速され、最高94%収率でエステル生成物が得られることがわかった。生体の酸化酵素モデルと類似の高原子価鉄錯体が反応機構に関わっているものと考えられ、単純な酸化反応以外で本反応のような複雑な合成化学的手法に応用された例はほとんど知られていない。本反応はこの酸化酵素モデルの合成的価値を示した重要な例であると考えられる。現在、速度論解析に基づく反応機構解析を行っている途中である。交付申請書の「研究の目的」ではフタロシアニン鉄と酸素を用いる3つの反応様式を確立し、その応用を行う旨を記載した。本年度では特に、反応様式の基礎的な部分を明らかにし、それぞれの反応を確立させることを目的としていた。上の「研究実績の概要」にて記載した通り、3つの反応様式についてそのすべての反応条件を最適化し、基質の適用範囲を明らかにすることができたので、これらは新たな反応として確立できたと考えられる。

一部の反応においては、その反応性に制限が見られるなど、解決すべき問題も明らかになったが、これは今後の計画の指針を決め、また若干の修正を行うための機会を得たと考えるべき性質のものである。したがって、現時点において研究はほぼ計画通りに進行しており、順調であると結論づけることができる。本年度で計画した反応様式を確立し、その反応性を明らかにすることができたので、そのさらなる応用やこの反応に基づいた新たな反応開発に着手する。まずは、他の基質や試薬を反応に取り入れることで合成できる化合物の適用範囲を広げること、環化反応など他の反応様式に応用すること、および詳細な反応機構を明らかにすること、といった基本方策に従って確立した反応のさらなる適用範囲の拡大やその本質を解明を目指す。個々の反応様式に関する具体的な方策は以下の通りである。(1)ヒドラジンを用いるラジカル反応において、種々のラジカル補足剤を反応系中に添加することで広い範囲の誘導体を得ることができないか検討する。また、本年度の研究により明らかとなった反応性の制限については別の鉄触媒(配位子の検討)を用いて解決できないか検討する。(2)直接的な1,4ージオールの生成反応を応用して、水素以外の官能基を導入しつつラジカル的なC-H官能基化反応を進行させることを試みる。この目的のためには、トリエチルボラン等の既存のラジカル発生剤のほか、本研究で見いだされたヒドラジン化合物を応用できる可能性がある。(3)酸素を酸化剤とする酸化還元縮合反応については、その反応機構が複雑であり正確に推定できないため、優先的に速度論解析等を駆使して反応機構の解明を行う。その上で次に応用すべき基質や反応様式を決定する。以上が次年度で最低限推進すべき内容であるが、同時にまた、上記の適用範囲拡大にとどまらず、本反応をもとにして新たな反応を見出すことを模索する。研究費の大部分を実験の遂行に必要な消耗品購入に充てる(1,250,000円)。特に新たな基質合成の原料や反応剤、および反応改良のための触媒等、試薬の購入が大きな割合を占めると考えられる。消耗品費として使われる経費のうち、その具体的な割合は、試薬類(酸素等、ガス類も含む):70%、その他(ガラス器具等):30%、と考えている。経費使用の時期としては、次年度の最初に現時点での研究計画において明らかに必要となる試薬類とその他の消耗品をある程度まとまった量で購入し、その後は研究の進行状況に応じてその都度こまめに購入していくことになるが、研究に新たな進展が見られる等、研究期間の終盤に新たな消耗品が必要になる場合も考えられる。そのためにある程度の費用はそのために残し、研究の終盤でいくぶんまとまった支出が行なわれることも考慮に入れている。また、本研究で得られた結果を国内での学会で発表するための旅費を計上している(50,000円)
多変数合流型超幾何関数

多変数合流型超幾何関数については、隣接関係式のより一般的状況のもとでの導出および有理ド・ラームコホモロジー群の良い基底の発見などがあった。しかし予期に反して、今年度の研究では、パンルヴェの微分方程式に関する研究の進展が著しかった。6個のパンルヴェの微分方程式が、それぞれ多項式型の正準方程式に同値であること、それぞれに対して、すべての解をもれなく捉えられるファイバー空間が構成できることが知られている。本課題研究においては、このファイバー空間の記述とその特徴付けの研究で、記すべき成果があった。例えば、第6パンルヴェ方程式に対する空間は6個のC^2×(C-{0,1})をある簡単な有理正準変換で貼り合わせたものである。変換はx=a(t)+Y(b-XY),y=1/Yというようなものである。第5パンルヴェ方程式に対する空間は5個のC^2×(C-{0})を貼り合わせるが、その変換には上のタイプのものの他、x=1+X,y=-c(t)/X^2+d/X+Yというものも現われる。第5は第6の退化したものだからである。次にこれらの空間の上に、バンルヴェ以外の多項式型正準方程式が定義されるだろうかということを調べ、第6の空間の上には第6パンルヴェ系以外には無いことを確かめた。他の空間についても同様と予想される。以上の研究において、購入したワークステーション端末機が、大変大きな役割を果たした。
葉緑体における包括的なタンパク質分解則の解明

葉緑体タンパク質であるchlorophyllide aoxygenaseにおいて、このタンパク質の正常なturnoverに必要な10残基の配列を同定した。また、この配列が葉緑体のClpプロテアーゼのデグロンである傍証を得た。さらに、この配列に類似な配列が他の葉緑体タンパク質にも見つかり、デグロンとして機能しうることが明らかになった。これらの結果から、このデグロンを介したproteinturnoverは葉緑体において一般的なメカニズムの一つであると考えられる。本研究の目的は、葉緑体において、広範なタンパタ質を分解し、多くのタンパク質の代謝速度を決めている分解経路の概要を明らかにすることにある。大腸菌や真核細胞の細胞質においては、不要になったタンパク質の分解を担うタンパク質分解システムの概要が明らかになっている。葉緑体においては、いくつかのプロケアニゼの存在は明らかになっているが、それらの役割や、広範なタンパク質を基質とする分解経路については、未知の部分が多い。本研究では、いくつかのモデル生物を用いて、これらの分解経路を明らかにする。本年度においては、シロイヌナズナの葉緑体におけるタンパク質の組成を2次元電気泳動で明らかにした。また、クロロフィルbを合成する酵素である、クロロフィリドaオキシゲナーゼ(CAO)をモデル系としてプロテアーゼに関する研究を進めた。CAOのN末端のドメインのうち、110アミノ酸からなるAドメインの存在が、CAOの基質依存的分解に必要であることが既に明らかになっている。今年度は、このAドメインを10アミノ酸ずつ短くしたタンパタ質をシロイヌナズナで発現することで、Aドメインの内部の分解のシグナル配列を同定した。その結果、Aドメインの中央部分に存在する、およそ10アミノ酸の配列が分解の誘導に中心的な役割を果たしていることが明らかとなった。また、Aドメインの分解に関わるプロテアーゼを同定するために、Aドメインを過剰発現した形質転換株に突然変異を誘導し、Aドメインの分解に異常のある変異体をスクリーニングした。その結果、67株の変異株を単離することができた。本研究の目的は、葉緑体において、広範なタンパク質を分解し、多くのタンパク質の代謝速度を決めている分解経路の概要を明らかにすることにある。葉緑体においては、いくつかのプロテアーゼの存在は明らかになっているが、それらの役割や、広範なタンパク質を基質とする分解経路については、未知の部分が多い。また、モデルシステムとして、シロイヌナズナのクロロフィルb合成酵素である、クロロフィリドaオキシゲナーゼ(CAO)をモデル系としてプロテアーゼに関する研究を進めた。昨年度、シロイヌナズナのCAOのN末端に存在する、プロテアーゼシグナル配列を決定した。この配列と相同な配列をデータベース上で検索したところ、葉緑体ゲノムにコードされるCP47のN末端に類似配列が存在することが明らかになった。この類似配列をN末端に付加したgreenfluorescent protein(GFP)をシロイヌナズナで発現したところ、GFPの分解が促進された。この結果は、CAOのシグナル配列が、葉緑体において、一般的なシグナル配列として機能していることを示唆している。また、同様に、CAOのシグナル配列と相同性のある大腸菌のglutamy1-tRNA reductaseの配列をGFPに付加してシロイヌナズナで発現した場合は、GFPの安定性に対する影響は見られなかった。この結果は、シグナル配列の中の一部のアミノ酸がシグナル配列としての機能に重要であることを示唆している。本研究においてCAOの分解については、Clpプロテアーゼサブユニットの一つClpCの関与が明らかになっていたが、同様にClpDも関与していることが、ClpDの変異体の解析から明らかになった。Clpプロテアーゼは、大腸菌において不要なタンパク質の除去に関わっていることが明らかになっているが、植物においては、代謝に特定のタンパク質の基質を介したフィードバック制御に関わっていることも明らかになった。また、昨年度に決定したCAOのN末端のデグロン配列を付加したGFPを葉緑体内で発現させたところ、chlorophyll b合成の有無に関わらず、GFPは分解されることが明らかになった。この結果は、このデグロン配列単体では、分解を誘導することを示す。

また、この結果は、chlorophyll b合成がないときには、デグロン配列を保護する機構が存在することを示す。また、シロイヌナズナの葉緑体を単離し、室温で暗所または明所でインキュベートした。その結果、複数のストロマタンパク質が特異的に消失することが明らかとなった。
昇華法による立方晶SiCインゴットの単結晶成長

ここでは原料温度を2000°C、基板温度を1900°C、圧力200Tonで成長を行った。3C-SiCはmetastable phaseであるために、成長中に常に過飽和状態にする必要がある。これを実現するために、成長中の圧力を徐々に変化させた。その結果、立方晶SiC(3C-SiC)のバルク成長は以下のパラメーターの強く依存することが判明した。1)基板の両方位、2)面の極性、3)原料-基板間の距離、4)窒素の添加量、などである。具体的には、基板が(0001)面から少しでも傾いていると、6H-SiCが容易に成長するが、特にカーボン面を用い、(0001)面から傾かない自然面を用いると、ほとんど3C-SiCが成長する。原料-基板の距離は小さい方が3C-SiCが成長する。通常の昇華法では、この距離は20mm程度であるが、ここでは3mm以下にした。この方法は近接法と呼ばれるもので、原料から昇華するSiCの分解種が、坩堝内壁周辺の黒鉛の影響を受けずに輸送されるという特徴をもつ。このような配置で、基板と原料の温度勾配が少ないほど3C-SiCの成長確率は多くなった。しかし、この方法ではエピタキシャル薄膜成長は可能であるが、バルク状の厚さにまでは成長するのは困難であった。すなわち、6H-SiC基板の上には3C-SiCは成長するが、双晶が成長しやすく、どうしても一枚の結晶面にならないことである。また成長速度を上げると多結晶が成長することである。Si基板上にCVD方によって成長させた3C-SiCを基板として用いた場合には、容易に3C-SiCが成長するが、厚い基板が得られないのが問題でる。しかし、この方法は有望であるので、今後、厚いCVD膜を形成して、実験を継続する。雰囲気ガスとしてアルゴンに窒素を添加することによっても、3C-SiCの成長領域が拡大することが分かった。しかしながら窒素の流量が増えると多結晶になる傾向がある。最適の窒素添加量を調べる必要がある。また3C-SiCのバルク成長には成長中の高周波電力を安定にすること、および管内圧力を一定に保つことが必要であることが判明した。
バイオリアクターを用いた骨形成促進治療の研究-臨床使用可能な器材の開発-

ATDC5細胞あるいは骨髄間葉系細胞では、軟骨細胞、骨芽細胞に分化・増殖する過程での機械的刺激の付加条件により、軟骨細胞分化指標であるSOX9mRNA発現量、骨芽細胞分化指標であるRUNX 2mRNA発現量は共に変化することが確認された。過度な機械的刺激を加えると基質合成能が低下すると共に軟骨細胞分化から骨芽細胞への分化が遅延した。分化能遅延は運動負荷の軽減により回復した。基質産生能と細胞分化は平行しなかった。血管内皮細胞分化の検討は低酸素状態での静置培養系を確立する検討を進めたが、単なる低酸素状態と機械的刺激では達成が困難であった。分化・増殖の両立から十分な量の骨芽細胞を得る新たな培養法(バイオリアクター)の開発を目的に研究を行った。単層培養と三次元培養の条件で細胞に機械的ストレスを加える装置を使用した。以前の研究では機械刺激が運動器細胞代謝に与える影響は基質合成と細胞増殖それぞれに働く事を確認しているが、今回はATDC5細胞を用いて運動器細胞の分化における機械的刺激の作用を調べ、機械的刺激による分化調節の可能性を検討した。我々が既に確立している軟骨細胞のデータを参考にした。ATDC5細胞は平面培養では幹細胞、軟骨細胞、骨芽細胞に分化・増殖する事が知られている。これを平面培養と3次元培養で機械的刺激を加えることにより、細胞分化を軟骨細胞分化指標はSOX9,type II collagen,プロテオグリカンmRNA発現量、骨芽細胞分化の指標はRUNX2アルカリフォスファターゼ(ALP),オステオカルシン(OC)、mRNA発現量を定量PCR法(semi quantitative PCR法)を用いて検討した。ATDC5細胞は3次元培養下では基質産生を活発に行い増殖活性は低下する傾向が見られた。これに過度な機械的刺激を加えると基質合成能が低下すると共に軟骨細胞分化から骨芽細胞への分化が遅延した。過大な負荷刺激による骨端症モデルの状態であると考えた。現在刺激量を変更して検討中である。血管内皮細胞分化の検討は低酸素状態での培養系を確立する検討を進めている。各種低酸素条件での培養を行い、至適酸素濃度を決定してバイオリアクターの検討に進む予定。予備実験は終了している。バックアップ体制としてフローサイトメトリーにて細胞のソーティングも検討中である。分化・増殖の両立から十分な量の骨芽細胞とVEGF産生細胞を得る新たな培養法(バイオリアクター)の開発を目的に研究を行った。三次元培養の条件で細胞に機械的ストレスを加える装置の開発を行った。機械刺激が運動器細胞代謝に与える影響、特に細胞分化における機械的刺激の作用を調べた。これによるとATDC5細胞あるいは骨髄間葉系細胞では、軟骨細胞、骨芽細胞に分化・増殖する過程での機械的刺激の付加条件により、軟骨細胞分化指標であるSOX9mRNA発現量、骨芽細胞分化指標であるRUNX2mRNA発現量は共に変化することが確認された。逆に運動負荷の軽減により分化能は回復した。血管内皮細胞分化の検討は低酸素状態での静置培養系を確立する検討を進めたが、単なる低酸素状態のみでは達成が困難であった。低酸素条件でさらにズリ応力を加える装置を開発し、細胞源を変更することによりVEGF産生細胞の効率的分化の可能性を検討している。このズリ応力発生装置はGMP対応のバイオリアクターとして使用可能な状態である。従来血管内皮細胞をはじめとするVEGF産生細胞はズリ応力に反応することが知られている。この形質を利用する目的で、今回開発したズリ応力発生装置にて検討を開始したものである。組織幹細胞の採取源を工夫することにより高率にVEGF産生細胞を得るめどが立った。そこでこの細胞分化システムと前述のズリ応力発生装置を組み合わせてVEGF産生細胞のGMPレベルでの供給体制が構築できるものと期待している。

分化能遅延は運動負荷の軽減により回復した。基質産生能と細胞分化は平行しなかった。血管内皮細胞分化の検討は低酸素状態での静置培養系を確立する検討を進めたが、単なる低酸素状態と機械的刺激では達成が困難であった。低酸素条件でさらにズリ応力を加える装置を開発し、細胞源を変更することによりVEGF産生細胞の効率的分化の可能性を検討している。このズリ応力発生装置はGMP対応のバイオリアクターとして使用可能な状態である。従来血管内皮細胞をはじめとするVEGF産生細胞はズリ応力に反応することが知られている。この形質を利用する目的で、今回開発したズリ応力発生装置にて検討を開始したものである。組織幹細胞の採取源を工夫することにより高率にVEGF産生細胞を得るめどが立った。そこでこの細胞分化システムと前述のズリ応力発生装置を組み合わせてVEGF産生細胞のGMPレベルでの供給体制が構築できるものと期待している。.
地震学への応用を目指した岩石の非弾性特性の研究

多結晶体の非弾性ではマックスウエル周波数fm(=弾性定数/粘性)によるスケーリング則が知られているが、その有効性は規格化周波数f/fmが10の4乗より低い帯域で実験的に確認されたのみで,地震波に相当する帯域(f/fm = 10の6乗から9乗)で成り立つかどうか分からなかった。本研究では、アナログ物質を用いて多結晶体の非弾性をf/fm = 10の8乗まで測定し、地震波を含むf/fm = 10の4乗以上の帯域ではfmによる単純なスケーリング則が成り立たないことを明らかにした。このずれは、温度の上昇、粒径の増大、不純物の添加によって生じる非弾性緩和の促進によることも分かった。本研究では、地震波帯域における岩石の非弾性特性とそのメカニズムの解明を目指している。これは、地震学で得られる詳細な3次元地震波速度構造および減衰構造から、地球内部(特に上部マントル)の温度不均質や流体分布について定量的な情報を得るために不可欠となる。代表者らの最近の研究成果から、多結晶体の非弾性データは、マックスウエル周波数fm(Euを非緩和ヤング率、etaを粘性とすると、fm=Eu/eta )で規格化された無次元周波数f/fmのみの関数として、Q-1(f/fm)と表される相似則が存在することが分かった(ただし、Q-1はQの逆数を意味する)。この相似則を用いると、既存の実験データは、地震波帯域(規格化周波数で10の6乗から9乗)をカバーできておらず、より高周波,低温,粗粒での実験の必要性が明らかとなった.これをうけて本研究ではまず、既存の装置の変位計を高いサンプリング周波数に対応した高速の変位計に交換し,高周波(100Hzまで)の測定を可能にした.また低温での運転が可能なインキュベーターを用いることで,先攻研究では行えなかった規格化温度0.61以下の温度での実験が可能になった.しかし、より高周波・低温の実験を行う上での既存の装置の限界も明らかになった。試料のQ-1が小さくなる高周波,低温,粗粒の条件可において、小さなQ-1を精度良く測るためには、計測機器のもつ僅かな時間遅れが問題になることがわかった.本研究では、様々な方法を考案して変位計やロードセルのキャリブレーションを行ない、時間遅れの補正方法を確立した。測定できる限界のQ-1の値には、実験装置の剛性が影響を与える。また、実験周波数よりもさらに高周波側にある緩和の大きさを知るには、サンプルの剛性(ヤング率)を精度よく測定する必要がある。そこで、装置剛性に改善を加えた新しい非弾性実験装置を設計・製作した。多結晶体の非弾性にあたえる温度T・粒径d・メルト量p・化学組成Cの影響は、これらがマックスウエル周波数fm(=弾性定数/粘性)に与える影響としてとらえることができる。つまり、非弾性を表す減衰スペクトルQ-1(f)は、周波数fをfmで割った規格化周波数f/fmのみの関数として表すことができる;Q-1(f,T,d,p,C)=Q-1(f/fm)。しかし、このスケーリング則の成立が確認できているのは,規格化周波数f/fmが10の4乗以下の範囲のみであり,地震波の帯域に相当する10の6乗から9乗の範囲でも成り立つかどうかが分からない。本研究の目的は、岩石のアナログ物質を用いてより高い規格化周波数における非弾性のデータを取得し、マックスウエル周波数を用いたスケーリング則の適用限界を調べることである。まず、ヤング率と減衰を広帯域かつ高精度で測定できる強制振動型の非弾性実験装置を作製した.作製した装置を用いて、多結晶体試料の減衰スペクトルを、温度、粒径、化学組成を系統的に変えて測定した.その結果、規格化周波数が10^4以上の帯域(地震波帯域を含む)での非弾性の振る舞いは、マックスウエル周波数fmによる単純なスケーリング則のみではとらえきれないことが分かった。特に、不純物による多結晶体の非弾性緩和の促進が、マックスウエルスケーリング則からの予想よりも(つまり、粘性への影響から予想されるよりも)はるかに大きいことが分かった.不純物には、多結晶体の融点を大きく低下させる働きがあるため、この実験結果は、多結晶体がその融点に近づいたことで非弾性緩和が促進されたとも解釈できる。上部マントルでは岩石が融点に近い温度にあり,このような場所での地震波速度構造の解釈には、融点近傍での多結晶体の非弾性特性を理解することが重要になると考えられる。

代表者らの最近の研究成果から、多結晶体の非弾性データは、マックスウエル周波数fm(Euを非緩和ヤング率、etaを粘性とすると、fm=Eu/eta )で規格化された無次元周波数f/fmのみの関数として、Q-1(f/fm)と表される相似則が存在することが分かった。しかし、この相似則を用いると、既存の実験データが地震波帯域(規格化周波数で10の6乗から9乗の範囲に相当)をカバーしておらず、より高周波,低温,粗粒での実験が必要であることも明らかとなった.昨年度、より高周波、低温での実験を可能にする新しい非弾性実験装置を設計・製作した。今年度はこの装置に更なる改良を行い、当初の目標通りの高い装置剛性を実現することが出来た。これによってヤング率の測定精度が格段に上がった.この新しい装置を用いて実験を行い、f/fm = 10の7乗までの高規格化周波数領域で非弾性データを取得した。得られた実験データは、地震波の帯域に相当するような高規格化周波数帯域では、マックスウエル周波数を用いた単純な相似則が成り立たないことを示唆している。添加物のない高純度の試料の減衰スペクトルは、高周波帯域で速やかに小さくなるが、少量の添加物を加えた試料の減衰スペクトルは、高周波帯域に大きくて幅の広いピークが出現することが分かり、このピークの位置と大きさに強い温度依存性があることが分かった.今後はさらに系統的にデータを取得してこのピークのメカニズムを解明し、地震波に応用できる非弾性の振る舞いを解明したい。既存の装置を用いた実験の改良は、計画通りに非常に順調に進んでいる。H23年度に新しい装置の設計のみならず製作まで終了できたことは、計画以上の早い進展である。超音波帯域の測定については、やむ終えぬ事情によりH24年度に繰り越して測定を行ったが、良いデータを取得することが出来、計画全体の遅れは解消できた。25年度が最終年度であるため、記入しない。ヤング率と減衰の測定精度において、当初の目標通りの実験装置を完成することが出来た。また、超音波実験から、高周波極限のヤング率を非常に高い精度で測定することが出来た。これらの結果,高規格化周波数帯域での減衰スペクトルの形について、これまでにない新しい知見を得ることが出来た.試料作成方法についても,封圧下で粒成長を行う新しい方法を開発し、粒成長に伴う空隙の増大を押さえることに成功した.このように、(空隙の影響を受けない)物質本来のヤング率を粒径を変えて測定できるようになったことは、メカニズムの解明にとって大きな意味がある。既存の装置を用いた実験は、順調であり、今後、温度、粒径を系統的に変えて実験を行い、データを取得する。新しい装置は、キャリブレーションの結果、装置の剛性に問題があることがわかったが、変位計を取り付ける位置を変更することで剛性を改善できることがわかったため、必要な修正を行って目的の剛性を達成し、まもなく実験データの取得に入る予定である。特に、新しい装置を用いてヤング率を高精度で測定する意義は大きい。今後は、得られたデータに基づいて、非弾性特性のモデル化も行ってゆく。装置と実験手法が確立できたので,今後は様々な実験条件(周波数、温度、粒径、化学組成、メルト量、転位密度など)を系統的に変えて非弾性データを取得し、地震波に応用できる非弾性特性の解明を目指す。特に、添加物を含む系が融点近傍で示す非弾性挙動は重要である。二人体制で実験を行えるように、実験装置をもう一台増やすことを計画している。