hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ゲーム木探索アルゴリズムの並列選択問題への応用

本研究は,集合演算のアルゴリズムにおける基礎的問題の一つである選択問題に対して,ゲーム木の探索アルゴリズムを応用することにより,計算量に関する新しい理論的結果を求めるものである.研究対象として並列選択問題をとりあげる.具体的には,要素数nに対して,上位t個の集合への分割,第t位の要素の選択,整列した上位t個の選択をそれぞれ求めるための必要十分な並列比較回数U(n,t), V(n,t), W(n,t)を調べる.まず,U(n,t)に対して,一般のnとtに関する新しい上界式を導いた.証明技法として,理論的解析に加えて,新しいゲーム木探索法を実現したプログラムによる結果を利用した.特に,逐次計算だけでなく,分散共有ハッシュ技法を開発して,PCクラスタによる並列計算を実行した.また,同様の証明技法を利用して,Uに関して,特別なtに対する上界式,下界式,正確な値(最適値)を表す式をいくつか求めた.次に,U,V,Wについて,それらの間に成り立つ関係式をいくつか示し,さらに,小さいnに対するU,V,Wのそれぞれに対する最適値を求めた.ここでも,証明技法として,理論的解析のほか,本研究のゲーム木探索プログラムによる結果を用いた.nが16以下である場合のU,V,Wの表において,従来の結果を改良する値の発見を含み,新たに多くの自明でない最適値を確定した.なお,いくつかの項目には上界と下界に差があり,最適値を求めることが今後の課題になる.本研究で開発した探索アルゴリズムは,並列選択以外の問題にも応用できることを実例で示した.本研究は,集合演算のアルゴリズムにおける基礎的問題の一つである選択問題に対して,ゲーム木の探索アルゴリズムを応用することにより,計算量に関する新しい理論的結果を求めるものである.研究対象として並列選択問題をとりあげる.具体的には,要素数nに対して,上位t個の集合への分割,第t位の要素の選択,整列した上位t個の選択をそれぞれ求めるための必要十分な並列比較回数U(n,t), V(n,t), W(n,t)を調べる.まず,U(n,t)に対して,一般のnとtに関する新しい上界式を導いた.証明技法として,理論的解析に加えて,新しいゲーム木探索法を実現したプログラムによる結果を利用した.特に,逐次計算だけでなく,分散共有ハッシュ技法を開発して,PCクラスタによる並列計算を実行した.また,同様の証明技法を利用して,Uに関して,特別なtに対する上界式,下界式,正確な値(最適値)を表す式をいくつか求めた.次に,U,V,Wについて,それらの間に成り立つ関係式をいくつか示し,さらに,小さいnに対するU,V,Wのそれぞれに対する最適値を求めた.ここでも,証明技法として,理論的解析のほか,本研究のゲーム木探索プログラムによる結果を用いた.nが16以下である場合のU,V,Wの表において,従来の結果を改良する値の発見を含み,新たに多くの自明でない最適値を確定した.なお,いくつかの項目には上界と下界に差があり,最適値を求めることが今後の課題になる.本研究で開発した探索アルゴリズムは,並列選択以外の問題にも応用できることを実例で示した.本研究は、集合演算のアルゴリズムにおいて基礎的問題の一つである選択問題に対して、ゲーム木の探索アルゴリズムを応用することにより、計算量に関する新しい理論的結果を求めるものである。研究対象として特に並列選択問題をとりあげる。本年度は主に、順序集合を2つに分割する基本的な問題をとりあげて、その計算量を調べた。具体的には次の項目に関する新しい結果をえた。(1)並列比較回数の上界式の導出と改良。(2)小さいサイズの問題に対する正確な値の決定。(3)一般的な下界式の導出と改良。(4)正確な並列比較回数を表す一般式の導出。ここで、上記1と2のためにゲーム木の探索アルゴリズムを用いて、半順序集合に関するゲームの問題を解いた。この探索アルゴリズムに用いる高速化技法は、主として、表計算の一種である局面表(トランスポジション表)に関する諸技法である。本研究では普通の逐次計算のほかに、パソコンをネットワークで結合したPCクラスタによる並列計算も用いた。このPCクラスタの上で分散共有ハッシュ法を実現して、本研究の探索に応用した。また、本研究では理論的考察により、上記3と4でいくつかの新しい結果を求めた。ここで導入した技法は、研究対象の基本問題以外のいくつかの問題に応用できるので、それらを定式化して計算量に関する部分的な結果をえた。本研究は,集合演算のアルゴリズムにおける基礎的問題の一つである選択問題に対して,ゲーム木の探索アルゴリズムを応用することにより,計算量に関する新しい理論的結果を求めるものである.研究対象として特に並列選択問題をとりあげる.本年度は,昨年度に引続き,集合を2つに分割する基本問題に対して,並列比較回数に関する一般的な上界式,下界式,正確な値の導出を試みるとともに,小さいサイズの問題に対する正確な値を決定する計算を行った.

本研究で開発した探索プログラムを応用して,次の2つの並列比較問題の計算量を調べた.要素数をnとして,V(n, t)とW(n, t)によってそれぞれ第t位の要素,整列した上位t個の要素を求める並列比較回数とする.上記の基本問題の並列比較回数は,分割する上位の個数をtとしてU(n, t)で表す.逐次計算に対するU, V, Wの研究結果は,D. E., Knuth(The Art of Computer Programming, V_ol. 3, 1998)が詳しい.本研究はKnuthにならい,並列計算に対するU, V, Wを調べるが,本年度はUのほかVとWに対して,小さいnに対する正確な値を決定する計算を行った.表の項目のそれぞれの計算には長時間を要し,探索アルゴリズムの能率向上などの工夫を行った.この結果から判ったこととして,小さいtに対する値は,本研究のUとM. Aigner(1982)のWの一般的な上界式が与える値によく一致するが,UとWともに,その間のVも,5以上のtに対してかなり差がある.このことは一般のnとtに対して良い上界式が見つかる可能性が大きく,来年度の課題となる.本研究は,集合演算のアルゴリズムにおける基礎的問題の一つである選択問題に対して,ゲーム木の探索アルゴリズムを応用することにより,計算量に関する新しい理論的結果を求めるものである.研究対象として特に並列選択問題をとりあげる.本年度は,昨年度に引続き,基本的な3つの課題に対して,並列比較回数に関する理論および実験の研究を行なう.ここで,3つの課題とは,要素数nに対して,上位t個の集合への分割,第t位の要素の選択,上位t個の整列をそれぞれ求めるための必要十分な並列比較回数U(n, t),V(n, t),W(n, t)を調べることである.昨年度までに開発した探索プログラムとともに,理論的な上界式と下界式を利用して,今年度も引き続いて,小さいnとtに対する並列比較回数を計算した.その結果として,16より小さいnに対して,U, V, Wに対する上界と下界のかなり良い値と一部正確な値を求め,特に,nが13以下について多くの正確な値を決定した.正確な値が未決定のまま残ったものの大部分はWに関するものであるが,一方で,Wに関するM. Aignerの結果を改良する値も発見した.今年度は,これらの計算のために,探索プログラムの高速化を実現したが,そのほか,新しい探索プログラムを独立に開発し,特にこれを結果の検証に用いた.本年度は,本研究の最終年度であり,まとまった部分を雑誌論文で発表した.
リチウム電池を支えるメソイオン液体の開発

1,3-ジアルキルテトラゾリウム系メソイオンは、窒素4原子と炭素1原子から構成される複素5員環化合物で、環内には正電荷、環外原子に負電荷を有する分極によって分子内塩となっている。低級アルキル鎖を直接窒素上に有するテトラゾリウムメソイオンが室温で液体となり,バッテリー電解液の候補として期待できる。1あるいは3位に多様なアルキル基を有するメソイオン液体の合成に成功し,それらの電気化学的な性質について評価した。メソイオンとは共有結合のみでは満足に書き表すことができない複素五員環化合物である。1,3-ジアルキルテトラゾリウム-5-オレートのいくつかは室温で液体となり,イオン液体と同等の高い極性溶媒であることを申請者らは見いだしている。また申請者のこれまでの研究において,メソイオン液体は電解液としてイオン液体を超える電気的性質をもつことを明らかにしているが,未だリチウム金属に対する安定性やリチウムイオン導電率においては十分とは言いがたく,実用化にはこれら問題の解決が必須である。本研究では上記オレートを基盤としたメソイオン液体をリチウム電池の電解液として利用すべく,実用化に耐えうる性能の発現に必要となる構造上の条件を見出すことを目的とし,テトラゾリウム窒素上の置換基にこれまで以上にバラエティーに富んだアルキル鎖を確実にかつ容易に導入する手法を開発した。今年度はテトラゾールチオンへのアルキル化剤として,従来のジメチル硫酸やジエチル硫酸にかわって,アルコール/硫酸系について詳細に検討し,アルキル化の最適条件やそのメカニズムについて研究した。本研究では上記オレートを基盤としたメソイオン液体をリチウム電池の電解液として利用すべく,リチウムイオン導電率1 mS/cmを目指して多様なオレート群の合成を行い,実用化に耐えうる性能の発現に必要となる構造上の条件を見出すことを目的としている。そこでこの課題解決のため,テトラゾリウム窒素上の置換基にこれまで以上にバラエティーに富んだアルキル鎖を確実にかつ容易に導入する手法を開発する。しこうして新規なメソイオン液体を合成し,その電気化学的評価までを一貫して行い,メソイオン液体を単なる電解液候補ではなくイオン液体に匹敵するような新機軸の溶媒としても確立することができる。メソイオン化合物は共有結合のみでは満足に書き表すことができない複素五員環化合物である。つまり,化学構造式で表現するには必ずプラスとマイナスの電荷を書き添えなければならない。メソイオン化合物の一種である1,3-ジアルキルテトラゾリウム-5-オレートは,窒素4原子と炭素1原子からなる5員環の内部に正電荷が環外の酸素原子に負電荷が分極した化合物で,そのいくつかは室温で液体となり多窒素化合物でありながら蒸留可能な高極性溶媒として扱えることを申請者らは見いだしている。これまでの研究において,メソイオン液体は電解液としてイオン液体を超える電気的性質をもつことを明らかにしているが,金属塩の溶解度・イオン導電率,金属に対する安定性など,電解液の求められる諸性能においては十分とは言いがたく,実用化にはこれら問題の解決が必須である。本研究では新たな合成法の開発から検討を重ねた結果,研究初期の単純な直鎖アルキル基を有する1,3-ジアルキルテトラゾリウム-5-オレート以外にも,エーテル官能基や第二級アルキル基を1位や3位に有する室温で液体のオレートの大量合成可能な調製・分離精製方法を確立できた。これらメソイオン液体中も幸いにも室温で粘度の低い蒸留可能な液体であり,イオン導電率などの諸測定を行い比較した。また,今回開発したアルコールと強酸によるテトラゾールチオンへの3位選択的なアルキル化によるメソイオン化合物の合成法について,その反応経路などについてもあわせて検討した。有機合成化学新たなメソイオンの合成方法の検討を行い,基質の適用範囲が明らかになってきた。種々の1,3-ジアルキルテトラゾリウム-5-オレートを調製し,この評価を行うためには,1位と3位に自在に置換基を導入する新しい合成方法の開発である。1位にエーテル系の官能基を有するテトラゾリウム-5-オレートの合成を検討したところ,従来の1,3-ジアルキルテトラゾリウム-5-オレートと同様の手法で合成できることがわかった。また1位に2重結合を有する置換基の導入を試みたところ,これも従来法で合成できることがわかった。

3位への置換基はこれまでジアルキル硫酸を用いたメチル基またはエチル基の導入に限られていたが,今回ジアルキル硫酸に代わって,アルコールと酸によっても3位へアルキル基の導入が可能であることが判明し,検討の幅を大いに広げられた。研究計画にしたがって,いくつかのタイプの1,3-ジアルキルテトラゾリウム-5-オレートを調製するとともに,それらの物性の測定を行う。メソイオン液体の合成と分離精製に必要な試薬・溶媒,ガラス器具などに当てる。
細胞による過剰金属塩の蓄積機構及び排除機構に関する新しい仮説の証明

マンガン(Mn)は生体の必須微量元素である。しかし、生体が過剰Mnに曝露したり、あるいは、Mn欠乏状態になった時に、如何なる防御機構を備えて、自らを保護するかに関しては全く解明されていない。本研究は、過剰Mn投与ラットを用いて、生体が如何に有害量の金属を無毒化するかを知る上の手掛かりを得ようとしたものである。生後4週令ラットに塩化マンガン溶液(20mg/ml)0.25mlずつ、朝夕一日2回、3週間腹部ないし皮下に注射した。ラットを麻酔下脱血致死後、膵臓を摘出し、急速凍結固定装置(JEOL)を用いて凍結し、CRYONOVA-LKBで薄切りした。クライオトランスファーホルダーを用いて、JEM-2000FX内で凍結乾燥し、検鏡及びX線微量分析を行なった。一方、ラットの各臓器を超遠心法により細胞分画し、それぞれの画分を放射化分析に供し、Mn含量を測定した。細胞の重要画分はマーカー酵素活性測定によって同定した。対照臓器として、肝臓、腎臓、甲状腺等を用いた。結果として、過剰Mnが膵臓細胞内に顆粒状を呈して存在していることが判明し、更に、Mnを含む顆粒がライソソームであることが明らかとなった。細胞は、外部由来の過剰量Mnを細胞内に拡散させないような防御機構を発揮して、本来の生理機能をMnに曝露しない工夫を有するものと推定される。本研究の成果は、細胞内の有害金属の無毒化と排除機構について新しい考え方を導入し、それを証明したことである。[目的]栄養素として必須金属塩の細胞内分布を観察する為には、通常の組織切片の固定および染色法では、金属塩自体が溶出して失われる危険がある。従って、直接凍結試料調製が必須であり、また、金属塩の微細な分布を精査する為には、X線分光器付き電子顕微鏡による観察が有効である。本研究は、必須金属マンガン(Mn)の生理的作用の重要性に基ずき、特に、Mnが集積し易いすい臓内の分布状態を上記の方法を用いて検討した結果、新しい細胞内金属動態に関する機能形態的知見を得た。[試料]生後4週齢ラットに塩化マンガン溶液20mg/mlを0.25mlずつ、朝夕一日2回、3週間腹部ないし皮下に注射した。動物を麻酔下脱血致死後、すい臓を摘出し、急速凍結固定装置(JEOL)を用いて凍結し、CRYO NOVA-LKBで薄切した。クライオトランスファーホルダーを用いて、JEM-2000FX内で凍結乾燥し、検鏡およびX線微量分析を行った。[結果]1.Mnは細胞内全体に分布するのではなく、細胞質中のリソゾームと類似の大きさと電子密度を持つ顆粒内に存在することが判明した。Mn含有顆粒は長楕円型をなしており、いわゆる結晶性ではなかった。また、Mnは高濃度に凝縮されたイオウ含有成分と共に存在した。2.このMn塩塊は、細胞質内にのみ存在した。従来、生化学的方法では、細胞核及びミトコンドリア内にMnが高濃度に検出された。しかし、電子顕微鏡による観察では、Mnは細胞質の限局された部位に顆粒状をなしていた。3.Mn塩塊が細胞質内に散在するのではなく、一定の局部に集中している電顕像から判断して、このMn塩顆粒の形成は、細胞の規律のある生理機能の結果であると推定される。しかし、この生理機能が如何なるものであるかは未だ明確にされていない。本研究では、今後、Mn顆粒中に含まれるイオウ含有物質の解明を試みる。更に、この過剰金属塩の細胞内顆粒の形成が、細胞にとってある種の解毒作用である可能性が高いと推定し、引き続き、その証明を試みる。

マンガン(Mn)は生体の必須微量元素である。しかし、生体が過剰Mnに曝露したり、あるいは、Mn欠乏状態になった時に、如何なる防御機構を備えて、自らを保護するかに関しては全く解明されていない。本研究は、過剰Mn投与ラットを用いて、生体が如何に有害量の金属を無毒化するかを知る上の手掛かりを得ようとしたものである。生後4週令ラットに塩化マンガン溶液(20mg/ml)0.25mlずつ、朝夕一日2回、3週間腹部ないし皮下に注射した。ラットを麻酔下脱血致死後、膵臓を摘出し、急速凍結固定装置(JEOL)を用いて凍結し、CRYO NOVA-LKBで薄切りした。クライオトランスファーホルダーを用いて、JEM-2000FX内で凍結乾燥し、検鏡及びX線微量分析を行なった。一方、ラットの各臓器を超遠心法により細胞分画し、それぞれの画分を放射化分析に供し、Mn含量を測定した。細胞の重要画分はマーカー酵素活性測定によって同定した。対照臓器として、肝臓、腎臓、甲状腺等を用いた。結果として、過剰Mnが膵臓細胞内に顆粒状を呈して存在していることが判明し、更に、Mnを含む顆粒がライソソームであることが明らかとなった。細胞は、外部由来の過剰量Mnを細胞内に拡散させないような防御機構を発揮して、本来の生理機能をMnに曝露しない工夫を有するものと推定される。本研究の成果は、細胞内の有害金属の無毒化と排除機構について新しい考え方を導入し、それを証明したことである。
ディープラーニングによる胃癌の深達度診断

胃癌診断を行う際に、病巣が粘膜の表層に存在する浅い癌なのか、粘膜の下層に存在する深い癌なのかを判定するのは時に困難である。術前診断を誤ると、患者に不十分な治療を提供したり、逆に過剰な治療を行うことにつながる。我々は人工知能を活用した胃癌の深達度診断を支援するシステムの構築、胃癌診断学の革新を目指して研究を行う。人工知能による解析では、対象となる画像から人間が気づいていない、全く新しい特徴を発見できる可能性がある。これまでに内視鏡医が注目していた胃癌所見とは異なる着眼点から、胃癌診断学の進歩に資する新しい医学的知見を見つけることが本研究の目的である。
超高温ガスタービン熱遮蔽膜の高温酸化はく離機構の解明による被膜設計指針の導出

本研究は,熱遮蔽被膜,耐酸化被膜の機械的性質を明らかにし,熱遮蔽コーティングシステム(基材と一体化したシステム)としての酸化はく離寿命を向上するための被膜の設計指針を導出することを目的とするものである.研究成果は以下の2つに大別できる.1.円管横圧縮による自立被膜の機械的性質評価法の開発と被膜の機械的性質解明(1)円管横圧縮により被膜の4箇所の曲げ強度を同時に評価する簡便な方法を考案・開発した.本手法は試験片の作製や負荷,さらに評価式が簡便であり広く一般に利用可能な有益な手法である.FEM解析と実験の両者を実施し,円管の半径を適切に選択することにより,4箇所の曲げ強度を高精度に評価可能であることを明らかにした.(2)上記の手法により常温から1000°Cに及ぶ高温までの耐酸化被膜(高速フレーム溶射CoNiCrAIY)の機械的性質を明らかにした.熱処理によりヤング率や曲げ強度が向上することを示した.ヤング率向上の機構について,熱成長酸化物が主因ではなく母材の組織変化が主因であることを明らかにした.曲げ強度の向上には大気中での熱処理,破断延性の向上には減圧中での熱処理が有効であることを明らかにした.2.熱遮蔽コーティングシステムの酸化はく離機構の検討(1)熱遮蔽コーティングシステムの酸化試験を行った.減圧中で耐酸化被膜を予酸化することにより,酸化試験中の特に複合酸化物の生成が抑制されること,はく離寿命が延伸することが明らかとなった.また,その複合酸化物の厚さでははく離寿命は決定されず,寿命評価としてはAI酸化物の厚さが有効であることを示した.(2)上記の酸化試験と並行して熱遮蔽被膜(YSZ)の残留応力をX線回折法により評価した.酸化による残留応力の変化は小さく,残留応力の変化がはく離の主因ではないことを明らかにした.本研究は,熱遮蔽・耐食自立膜の機械的性質・疲労特性を明らかにし,熱遮蔽コーティングシステム(基材と一体化したシステム)としての酸化はく離寿命を向上するための被膜の設計指針を導出することを目的とするものである.これまで測定困難であった自立膜の機械的性質や遮熱コーティングシステムの損傷を評価するために,以下の2点について重点的に研究を行った.それぞれに対する成果を記述する.1.自立膜の機械的性質・疲労特性を評価可能な新しい評価法(1)新しい発想である円管横圧縮法を考案・開発し,耐食自立被膜CoNiCrAlYの機械的性質を明らかにした.特に熱処理と溶射粉末粒径が機械的性質に与える影響について調べた.ヤング率を向上させるためには粉末粒径を小さくすることが有効であり,強度を向上させるには熱処理が有効であることを明らかにした.(2)上記の円管横圧縮法を用いて,耐食自立被膜の疲労特性についても明らかにした.(3)上記の円管横圧縮法を拡張し,1つの試験片から4倍の強度データを同時に高効率で評価する方法を考案した.さらにその手法で耐食自立被膜の機械的性質を高効率で評価できることを確認した.2.熱遮蔽コーティングシステムとしての損傷をモニター可能な新しい手法(1)デジタル画像相関法により表面のき裂開口変位をモニターすることで,熱遮蔽コーティングシステムの部材内部で生じた微小なはく離の検出が可能であることを明らかにした.本研究は,熱遮蔽被膜,耐酸化被膜の機械的性質を明らかにし,熱遮蔽コーティングシステム(基材と一体化したシステム)としての酸化はく離寿命を向上するための被膜の設計指針を導出することを目的とするものである.研究成果は以下の2つに大別できる.1.円管横圧縮による自立被膜の機械的性質評価法の開発と被膜の機械的性質解明(1)円管横圧縮により被膜の4箇所の曲げ強度を同時に評価する簡便な方法を考案・開発した.本手法は試験片の作製や負荷,さらに評価式が簡便であり広く一般に利用可能な有益な手法である.FEM解析と実験の両者を実施し,円管の半径を適切に選択することにより,4箇所の曲げ強度を高精度に評価可能であることを明らかにした.(2)上記の手法により常温から1000°Cに及ぶ高温までの耐酸化被膜(高速フレーム溶射CoNiCrAIY)の機械的性質を明らかにした.熱処理によりヤング率や曲げ強度が向上することを示した.ヤング率向上の機構について,熱成長酸化物が主因ではなく母材の組織変化が主因であることを明らかにした.曲げ強度の向上には大気中での熱処理,破断延性の向上には減圧中での熱処理が有効であることを明らかにした.2.熱遮蔽コーティングシステムの酸化はく離機構の検討(1)熱遮蔽コーティングシステムの酸化試験を行った.減圧中で耐酸化被膜を予酸化することにより,酸化試験中の特に複合酸化物の生成が抑制されること,はく離寿命が延伸することが明らかとなった.また,その複合酸化物の厚さでははく離寿命は決定されず,寿命評価としてはAI酸化物の厚さが有効であることを示した.(2)上記の酸化試験と並行して熱遮蔽被膜(YSZ)の残留応力をX線回折法により評価した.酸化による残留応力の変化は小さく,残留応力の変化がはく離の主因ではないことを明らかにした.
顕微時間分光法による神経伝達物質ドーパミンの可視化技術の開発

昨年度に引き続き表面プラズモン・全反射測定によるバイオセンシング技術を深化させ,さらに近接場プローブによる生きた細胞の脈動などの観察に成功した。得られた成果は,将来のドーパミンなど神経伝達物質の可視化技術にも貢献するものと期待される。具体的な成果は,以下の通りである。(1)多重反射による高感度バイオセンシング技術の開発昨年度は,二次元平板方式を考案しこれを用いた多重反射方式のセンサーを試作し,実際に試作機を用いて,牛の自己組織血清アルブミン(SAM)のセンシングに成功し,センサーがイムノアッセイシステムに役立つことを実証した。今年度は,光学理論に基づき詳細な動作解析をした結果,従来のプラズモン共鳴領域よりは全反射領域のほうが高い感度で,センシングできることを明らかにした。本成果は、2006年1月のOPTICS LETTERSおよびLaser Focus World(電子版)に掲載された。基板の形状および光学系の最適化で,10^<-7>レベルの溶質屈折率変化の測定に成功した。(2)近接場光学測定による生きた細胞の脈動観察生きた細胞は,擬似周期的に脈動している。この動きは,非常に微弱なため通常の光学顕微鏡では観察することが困難である。これに対して,近接場光学顕微鏡は,細胞運動に伴って生じる細胞間マトリックスの微小な屈折率変化を捉えることができるため,実際に生きた細胞に対してこの技術を適用した。その結果,ラットの褐色細胞腫細胞において,サブ秒秒のオーダーでの脈動現象が観測された。この成果は,2005年のBIOPHYSICAL CHEMISTRYに掲載された。今後,現在開発中のマルチファイバー技術を用いて多数の細胞において観察すれば,細胞間の情報伝達や協調現象に関して有用な知見が得られるものと期待している。(1)共焦点レーザ顕微鏡(現有)にバイオ計測専用のピエゾステージを取り付てピコ秒・フェムト秒波長可変レーザ(現有)を用いた測定系を組み上げた。その結果,細胞を共焦点蛍光像として計測することによって三次元計測することに成功した。このことにより,細胞内に分散されたドーパミンの分光に向けた準備が進展した。(2)バイオセンシングのために表面プラズモン共鳴(SPR)測定においてコアレスファイバーによる方式を考案し、小型SPRセンサーを試作した。その結果,ナノメーターサイズのバイオ分子を高い線形性と高感度で検知できることが実証された。SPRセンサーの動作を三次元で理論的にモデル化し、モンテカルロ法によって数値解析した。これによって、実際のセンサー装置の条件及びパラメータを改善した。(3)前述のファイバーオプティクスSPRセンサーにおける三次元理論解析をもとに、より解析の容易な二次元平板方式を考案し,これを用いた多重反射方SPR式センサーを開発した。実際に試作機を用いて,牛の自己組織血清アルブミン(SAM)のセンシングに成功し,センサーがイムノアッセイシステムに役立つことを実証した。(4)当初予定していた顕微蛍光測定とは別に,(2),(3)に述べたような有用なバイオセンシング手法としてSPR測定が開発されたので,この手法の種々の応用範囲について,とくにこれをドーパミン計測に適用可能かどうかに関する検討と調査を行った。
東北地方における霊場の成立と展開-石造文化財からみた山寺立石寺-

石造文化財の調査法の進展に伴い、既調査分について検討の必要性が生じたため、山寺立石寺参道の磨崖供養碑の再調査をおこなった。その結果、近世前期段階から仙台市秋保周辺からも参詣者があったこと、享保年間に下野国日光から参詣者が刻んだ磨崖供養碑の、名前・年月日部分を新たに解読できた。現段階で石造文化財988基のうち約9割について調査が終了し、詳細なデータを獲得している。比較対象地である出羽三山(羽黒山・本道寺口)、松島(瑞巌寺参道・雄島)の石造文化財の調査も進めた。分析の結果、各霊場を支えた人々(地域)の相違点が判明し、山寺立石寺は近世中頃まで特に在地に強固に支えられた霊場であることが鮮明になった。山寺立石寺の石造文化財の調査成果の公開・発信を目指し、重要な地域について詳細な立体映像などのデジタルデータの取得に着手した。研究協力者である山口欧史氏の支援のもと、磨崖供養碑の三次元計測を実施した。本年度は、弥陀洞地区の計測を中心におこなった。その結果、全体や1つ1つの磨崖供養碑の内容が詳細に確認できる立体映像を得ることができた。これらをインターネット上で公開できるよう、今後は処理を進めていきたい。なお、高所に彫り込まれ大きさの計測や、銘文の解読が難しい磨崖供養碑について、デジタルデータからの解析により詳細なデータを獲得できることが判明した。従来、調査困難であった磨崖供養碑のより高度な情報取得の上で非常に有効で、弥陀洞地区以外でも同様の計測作業を進めていきたいと考えている。なお、慈恩寺においても、石造文化財等の寺院所有の文化財の三次元計測をおこなった。比較検討対象とした霊場に関して、出羽三山神社及び歴史博物館の協力のもと、羽黒山の御本坊平と霊祭殿脇地区の石塔の調査に着手した。その結果、山寺立石寺との相違点がより鮮明に説明できるデータを取得した。例えば、羽黒山御本坊平では、東日本全域の多様な石塔が多数存在する。住職クラスの巨大な墓石が林立し、その規模は同時代の山寺立石寺の石造文化財と一線を画している。一方で霊祭殿脇の墓標群は規模や銘文内容から在地の人々が建立したものが多く含まれている。広大な霊場という空間を、どのように外部に開放し、それぞれの地区をいかに展開していたかという情報は、羽黒山と同様に大規模な空間を占める霊場立石寺の解釈に置いても非常に興味深い資料となる。松島瑞巌寺や山形県置賜地区をはじめ、山寺立石寺と比較検討対象となる霊場を調査を今後も推し進めていきたい。これまで山寺立石寺の石造文化財の調査で得られた情報をもとに、学会等で成果を公表した。2015年9月に日本山岳修験学会で「霊場の成立と展開-石造文化財からみた山寺立石寺-」と題して発表し、石造文化財の形式上の特徴や、参詣者の地域的傾向とその階層に関する推測について見解を示した。また、2016年2月にはイタリア・ボローニャ大学からの招聘により、石造文化財から明らかになってきた日本人の基層信仰のスタイルについて、山寺や出羽三山を中心に授業や公開講座で講演した。山寺立石寺の調査に関しても、おおむね順調に進んでいる。10月には現地調査を実施し、参道修復の石造文化財のデータを収集した。継続的な調査の結果、新しく導入した機材により調査方法が改善されたり、以前調査したものとの関係性で文字情報が改めて解読できる事例などが出てきている。こうした再調査の必要があるものについては、必要に応じて調査の機会を増やすなどして、より精緻なデータを収集に努めたい。比較対象地となる場所の調査としては、羽黒山参道の2地点での石造文化財調査が、ほぼ終了した。近世期に全国からの参詣者が絶えない出羽三山の特徴が、石造文化財にもよくあらわれている。本研究によって判明したように、山寺立石寺は近世前期までは地域密着型の様相が強い。それとは大きく異なる傾向であり、注目される。今後、調査を進めている慈恩寺や、松島瑞巌寺・雄島の石造文化財のデータと比較することによって、より個々の霊場の性格が鮮明することが可能になると考えている。現段階で調査・研究成果の公表ともに、おおむね順調に進んでいる。しかし、従来解読を進めた石造文化財に関して、調査データの蓄積や方法改善に伴い、再調査が必要なものが出てきている。4月9月には、現地調査に向けて関連文献の調査および比較対象霊場の実地踏査を進めた。また、8月に山形市中学校長・教頭合同研修会、9月には寒河江市市民講座・寒河江さくらんぼ大学で招待講演をおこなった。本研究のテーマである山寺立石寺の石造文化財について、出羽三山や寒河江市慈恩寺、松島瑞巌寺のそれと比較検討した成果を公開した。関係機関との諸連絡、調査具の購入、学内調査員との打ち合わせの上、10月に山形大学学生20名と山寺立石寺で現地調査を実施した。対象としたのは、参道中腹付近である。従来の調査で使用していたものより光量の多いLED懐中電灯を、すべての調査グループにいきわたるように準備・活用した。その結果、いくつか特筆すべき成果があがった。まず、山寺立石寺の磨崖供養碑は、近世初期中期に集中的に営まれることが判明している。今回調査したなかで、四寸道近くに所在し形式的に古い時期に属すると考えられる磨崖供養碑について「仙臺秋保」在住者により刻まれたものを2基発見した。

これまで、1600年代の磨崖供養碑には、現在でいうところの山形県外よりの建立者はないと考えられていたため、新しい見地となる。さらに、同地区の享保年間に刻まれ「下野国都賀郡日光」の地名が刻まれた磨崖供養碑についても、過去の調査では判読できていなかった部分について、複数文字解読することができた。調査を開始し10年以上が経っているため、最初の頃に解読作業を行ったものについては再確認が必要になってきたといえよう。11月3月にかけては、本年度得られた調査データの整理をおこない、『山岳修験』に論文掲載するために必要な作業を行った。石造文化財の調査法の進展に伴い、既調査分について検討の必要性が生じたため、山寺立石寺参道の磨崖供養碑の再調査をおこなった。その結果、近世前期段階から仙台市秋保周辺からも参詣者があったこと、享保年間に下野国日光から参詣者が刻んだ磨崖供養碑の、名前・年月日部分を新たに解読できた。現段階で石造文化財988基のうち約9割について調査が終了し、詳細なデータを獲得している。比較対象地である出羽三山(羽黒山・本道寺口)、松島(瑞巌寺参道・雄島)の石造文化財の調査も進めた。分析の結果、各霊場を支えた人々(地域)の相違点が判明し、山寺立石寺は近世中頃まで特に在地に強固に支えられた霊場であることが鮮明になった。成果公開に向けて、立石寺参道での三次元計測作業に入り、順調に画像を取得することができた。さらには、詳細な画像を処理することで、高所や危険な地区にある磨崖供養碑について、目視のみ調査では不可能であった計測や文字の解析が可能であることを確認した。しかし、その有効性から、一度終了していた磨崖供養碑についても、再度計測を行い、より詳細なデータを取得できる可能性が広がったことにより、それに要する時間が新たに必要となった。なお、関連霊場の調査についても出羽三山にはじめて本格的に調査に入り、山寺立石寺を解釈する上で有益なデータを獲得することができた。山寺立石寺の再調査の必要性が高い石造文化財に関しては、優先順位をつけて解読作業をおこないたい。また、2地区の調査が完了した羽黒山に関しては、山寺立石寺との詳細な比較検討が可能にすべくデータ整理と公表を進めることとする。なお、本年度発表した研究成果について、学会誌への投稿が決定している。こうした機会を活用し、成果を広く公開していきたい。日本考古学、特に文字関係資料三次元計測により得られる磨崖供養碑のデータは、近世初期段階における霊場としての山寺立石寺を解明する上で非常に重要なものである。したがって、一度終了していた磨崖供養碑についても、再度計測による調査および解析をおこないたい。その際には、本年度の現地での計測経験をもとに、詳細かつ有益なデータを取得できる方法を検討したうえで、現地に入りたい。また、羽黒山をはじめとする関連霊場の調査についても、石造文化財の調査スキルを有した学生を動員することで迅速かつ正確に解読作業を進め、御本坊平と霊祭殿脇の地区の2015年度内に終了させたい。
リアルタイム画像解析を中心とした核内受容体の転写制御機構の解析

1.転写抑制因子N-CoRによるアンドロゲン受容体(AR)の機能制御昨年度までに、N-CoRステロイドホルモン受容体と結合して、その転写活性化を抑制し、リガンド依存性にARのコンパートメントにリクルートされることを明らかにした。今年度は三次元画像構築法を用いて、ARの核内のfociの定量化を行った。ARの核内foci数は、N-CoRの発現によって阻害されるが、TIF2などの転写促進因子を共発現させると、foci数は回復した。N-CoRの欠失ミュータントを用いた解析からN-CoRの中央部分(アミノ酸1134-1798)が、ARとの結合および転写活性化抑制の両方に重要であることがわかった。またN-CoRによるARのN/C結合を阻害が抑制のメカニズムの一つと考えられ、転写促進因子と競合することが示唆された。2.アンドロゲン不応症(AIS)患者由来の変異型アンドロゲン受容体の細胞内動態の解析AIS患者由来で、DNA結合ドメインに変異を持つARについて解析したところ、野生型のARと異なり、細胞質のミトコンドリア近傍に大きなドットを形成した。変異型ARも核内にドットを形成するが、野生型と比べると数が少なくサイズが大きかった。また変異型ARは核内のmobility低下を認めた。このような変異型ARにおける細胞内動態の異常が、AIS発症の原因であることが示唆された。3.TZFタンパク質によるARの転写活性化抑制精巣で特異的に発現するZnフィンガータンパク質TZFの欠失ミュータントを用いた解析の結果、TZFの中央部分(512-663)が、ARとの結合、転写活性化抑制、ARとの共局在に重要であることがわかった。また、TZF複合体はヒストン脱アセチル化酵素(HDAC)活性を有しており、このHDACを介してARの転写活性化をすることが示唆された。1.転写共役因子とGFP(YFP,CFP)の融合タンパク質の作製および解析核内受容体と転写共役因子の細胞内動態を詳細に解析するために、蛍光タンパク質であるGFPあるいはその誘導体YFP, CFPとの融合タンパク質を作製した。ルシフェラーゼアッセイにてアンドロゲン受容体(AR)の転写活性化を促進する転写コアクチベーター3種類に関して、核内での局在を調べたところ、TIF2,GCN5はリガンド処理後にARとの共局在を認めたが、TRAP220はリガンド処理前後ともdiffuseに核内に存在していた。同じ核内受容体を介する転写活性化を促進する共役因子でも、核内での局在が異なることか明らかになった。2.骨芽細胞分化に必須である転写因子Runx2とステロイドホルモン受容体の相互作用ルシフェラーゼアッセイにより、骨芽細胞分化に必須である転写因子Runx2がステロイトホルモン受容体(AR,ER,GR)の転写活性化を抑制することが明らかになった。またRunx2は核内で、グルココルチコイド処理後、GR,TIF2と共局在することか明らかになった。二つの転写因子、Runx2とステロイドホルモン受容体は、機能的に密接に関与していることが示唆される。生殖腺形成に必須であるAd4BP/SF-1は、PKAの調節を受けることが知られていたが、その機構は明らかではなかった。今回、GFPの融合タンパク質を用いた解析から、PKAは転写コアクチベーターであるGCN5およびTRRAPを、Ad4BP/SF1の形成するfociへリクルートされることを促進して、負の制御因子であるDAX-1との結合を解離させることによって、Ad4BP/SF-1の転写活性化を制御していることが明らかになった。1.転写抑制因子N-CoRによるステロイドホルモン受容体の機能制御蛍光タンパク質であるGFPあるいはYFPと、N-CoRあるいはアンドロゲン受容体(AR)との融合タンパク質を用いて、細胞内動態を調べたところ、N-CoRはARのリガンドであるDHT存在下でARと共局在し、核内でfbciを形成した。またFluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP)解析の結果、ARを共発現させることで、N-CoRの核内でのmobilityが低下した。欠損タンパク質を用いた免疫沈降などの実験から、N-CoRおよびARはN末端同士で結合することが明らかになった。またN-CoRはARのN/C interactionを阻害するため、これが転写抑制の一つの要因である可能性が示唆された。2.Tobタンパク質によるAR, ERの転写活性化の抑制骨芽細胞分化の負の制御因子であるTobタンパク質が、ステロイドホルモン受容体の転写活性化にどのように影響を及ぼすかを調べた。Tobタンパク質は骨芽細胞においてAR, ERによる転写活性化を抑制し、ARと複合体を形成することが明らかになった。またTobタンパク質は、ARの核内foci形成を抑制した。3.Runx2によるステロイドホルモン受容体の転写活性化の抑制骨芽細胞分化に必須であるRunx2タンパク質が、AR, ER, GRを介する転写活性化を抑制することを明らかにした。共焦点レーザー顕微鏡を用いて細胞内動態を調べたところ、Runx2の共発現によって、ARの均一な細かいfociは崩れ、Runx2の核内dotに近いパターンを示した。以上のことから、Runx2によって、ARが正常なコンパートメントに局在できなくなったため、ARを介する転写活性化の阻害が起こったものと考えられた。1.転写抑制因子N-

CoRによるアンドロゲン受容体(AR)の機能制御昨年度までに、N-CoRステロイドホルモン受容体と結合して、その転写活性化を抑制し、リガンド依存性にARのコンパートメントにリクルートされることを明らかにした。今年度は三次元画像構築法を用いて、ARの核内のfociの定量化を行った。ARの核内foci数は、N-CoRの発現によって阻害されるが、TIF2などの転写促進因子を共発現させると、foci数は回復した。N-CoRの欠失ミュータントを用いた解析からN-CoRの中央部分(アミノ酸1134-1798)が、ARとの結合および転写活性化抑制の両方に重要であることがわかった。またN-CoRによるARのN/C結合を阻害が抑制のメカニズムの一つと考えられ、転写促進因子と競合することが示唆された。2.アンドロゲン不応症(AIS)患者由来の変異型アンドロゲン受容体の細胞内動態の解析AIS患者由来で、DNA結合ドメインに変異を持つARについて解析したところ、野生型のARと異なり、細胞質のミトコンドリア近傍に大きなドットを形成した。変異型ARも核内にドットを形成するが、野生型と比べると数が少なくサイズが大きかった。また変異型ARは核内のmobility低下を認めた。このような変異型ARにおける細胞内動態の異常が、AIS発症の原因であることが示唆された。3.TZFタンパク質によるARの転写活性化抑制精巣で特異的に発現するZnフィンガータンパク質TZFの欠失ミュータントを用いた解析の結果、TZFの中央部分(512-663)が、ARとの結合、転写活性化抑制、ARとの共局在に重要であることがわかった。また、TZF複合体はヒストン脱アセチル化酵素(HDAC)活性を有しており、このHDACを介してARの転写活性化をすることが示唆された。
光コムを用いたテラヘルツ信号源安定化技術の開発

本研究課題では、電気光学サンプリング(EOS)法を用いたテラヘルツ信号源の周波数安定化を目標としている。本年度は、テラヘルツ帯信号源デバイスの周波数安定化の実証を行い、100GHz帯で動作するGunn発振器の周波数安定化を達成した。本実証実験では、昨年度に構築した空間光学系EOSシステムを用いた。昨年度に得られた知見から、電気光学結晶には高い検出効率が得られるZnTe結晶を用いた。さらに検出感度を向上させるため、周期分極反転LiNbO3結晶を用いて光コム発生器から出力される光コムの波長を1550nmから775nm(倍波)に変換し、それをプローブ光として用いた。一方、バランス検出器には80MHzの帯域を有する検出器を用い、テラヘルツ信号源の周波数安定化に必要な帯域を確保した。周波数安定化を実証するためのテラヘルツ信号源には100GHz帯Gunn発振器を用いた。Gunn発振器から出力されたテラヘルツ信号をEOSシステムに入力し、ZnTe結晶上で光コムと重ね合せた。光コムの周波数間隔は、テラヘルツ信号とのビート信号が70MHz付近に観測されるように調整した。観測されたテラヘルツ信号のスペクトルは、フリーランニング状態で数100kHz程度の線幅を持っており、信号対雑音比(SNR)は10dB程度であった。EOSシステムから出力された信号をエラー信号として位相同期回路に入力し、Gunn発振器にフィードバックすることにより、信号源の周波数安定化を図った。その結果、Gunn発振器の周波数安定化に成功し、テラヘルツ信号の線幅は1Hzに狭窄化された。本年度は、テラヘルツ帯信号源の周波数安定化の実証を目標としており、100GHz帯で動作するGunn発振器の周波数安定化を実証したことから、計画通りに進展している。今後は研究計画通り、テラヘルツ波プローブを用いたテラヘルツ波の検出に関する実験を行い、テラヘルツ検出システムの小型化に向けた研究を行う。ここでは主に、100GHz帯および600GHz帯信号の検出を行う。本研究課題では、電気光学サンプリング(EOS)法を用いたテラヘルツ信号源の周波数安定化を目指しているが、十分な信号対雑音比(SNR)と検出帯域が得られていないという問題があった。そこで本年度は、EOS測定における検出感度の向上と検出帯域の広帯域化を行った。EOS測定の検出感度は電気光学(EO)結晶に依存するところが大きいため、まずはEO結晶の選定を行った。各種のEO結晶について、EOS測定で重要となるパラメーター(EO係数、コヒーレンス長、テラヘルツ波に対する吸収係数等)を比較検討した結果、ZnTe結晶およびGaAs結晶の適合性が高いことが明らかになった。それらの結晶を実際のEOS測定で比較した結果、ZnTe結晶が最も高感度であることが明らかになった。さらに感度を向上させるため、光コム発生器からの光コムを周期分極反転LiNbO3結晶を用いて、波長を1550nmから775nmに変換した。これにより、EOS測定のSNRが50dB程度に向上し、周波数安定化に十分なSNRが得られた。一方、EOS測定の検出帯域は、バランス型光検出器の特性に依存するため、光検出器の最適化を行った。検出帯域とSNRはトレードオフの関係にあるため、検出帯域を適度に設定する必要がある。バランス型光検出器の帯域を80MHzとした結果、EOS測定の帯域が100MHz以上に向上した。一方で、SNRが40dB程度に劣化したが、テラヘルツ信号源の周波数安定化には十分なSNRであると考えられる。本年度は、テラヘルツ帯信号源の周波数安定化に必要なSNRを得ること、および10MHz以上の検出帯域を得ることを目標としており、それぞれ十分な結果が得られているため。

本年度は、テラヘルツ帯信号源の周波数安定化の実証を目標としており、100GHz帯で動作するGunn発振器の周波数安定化を実証したことから、計画通りに進展している。今後は研究計画通り、空間光学系で構成した電気光学サンプリング法を用いてテラヘルツ帯信号源デバイスの周波数安定化を行う。ここでは主に、100GHz帯ガン発振器を用い、その周波数安定化の実証を目指す。今後は研究計画通り、テラヘルツ波プローブを用いたテラヘルツ波の検出に関する実験を行い、テラヘルツ検出システムの小型化に向けた研究を行う。ここでは主に、100GHz帯および600GHz帯信号の検出を行う。当初計画で計上していた“電気光学プローブ"は、既存物品を使用できることが明らかとなり、その際に必要となる消耗品のみを調達したことから、次年度使用額が生じた。次年度は当初計画通り、テラヘルツ検出システムの小型化のための消耗品(高周波部品、光ファイバー部品等)の調達に使用する。
細胞構造をマイクロリアクターとして利用した、木材熱分解ガスの気相成長炭素材料化

従来の木材炭化では蒸発してしまっていた熱分解ガスを利用し、炭化を気相で行うことで、これまでにない高い構造規則性を持つ針状炭素物質「円錐黒鉛ウイスカ」を、木材から創り出した。気相炭化法では木材の細胞が(1)原料となる炭素ガスの発生源、(2)炭素ガスを蓄え過飽和状態にして析出させるための反応容器(ある種のマイクロリアクタ)として、二重の役割を担う。2500°Cでの加熱過程で、細胞壁から発生する熱分解ガス中の炭素を原料として生成した、直径数μm、長さ数十μmの炭素物質「円錐黒鉛ウイスカ」は、ベータ炭化ケイ素結晶が鋳型として、円錐形の炭素六角網面として高度な規則性を持って析出する。このユニークな構造規則に由来する、磁場配向性、複屈折性、ウイスカ表面のカーボンナノチューブを巻きつけたような構造(Nanoterminated surface structure; NTSS)が明らかとなった。本研究の構想は、木材の炭化過程で発生するガスに含まれる炭素を、細胞内腔で固体として沈着させ、高い構造規則性をもつ炭素材料を創製するものである。木材細胞が、その際に不可欠な装置として働く、即ち、(1)原料ガスの発生源として、(2)内腔に炭素ガスを蓄え過飽和状態に至らしめ沈着させるための、マイクロリアクタとして、二重の役割を担うのではないかと考えた。具体的には、(1)木材の炭化過程におけるガス発生のプロセス、(2)マイクロリアクタとしての機能発現に求められる細胞の特性、の2つを明らかにすることを目的とした。最終的には、(1)炭素を沈着させる基材の種類、(2)ガス化触媒の種類、(3)マイクロリアクタ機能に合致した処理温度プログラム、の3者を組み合わせることで、発生ガスの成分・量・沈着過程を制御して、気相成長物質の炭素構造・形状・サイズ・収率を自在に設計できるようになることをめざす。本年度は、熱分解ガスの気相成長炭素材料化で、細胞構造がマイクロリアクタとしてどのように機能しているのかを明らかにすることを目指した。高温炉内、細胞内部という条件であり直接的なガス濃度の計測という手段が取れないため、ウイスカ作製条件やウイスカを生成させる種類の細胞を変えて、生成したウイスカの構造、大きさ、量の違いがどのように異なるかを解析することで、木材の細胞構造が果たす役割について考察した。実験結果から、異なる形状を持つ細胞の内腔でガスの濃度条件が異なり、それがウイスカの個々の体積、個数密度値、収率値を支配していることがわかった。スパイラル転位によるらせん成長で生成するウイスカの場合、細胞の種類により内部にできるウイスカ先端の形状が異なることが、この結果を支持していた。マイクロサイズの細胞が、熱分解ガスを溜め込んでウイスカ成長に必要な過飽和に至らしめる、反応容器としての役割を果すことが示された。木材細胞が、その際に不可欠な装置として働く、即ち1)原料ガスの発生源として、2)内腔に炭素ガスを蓄え過飽和状態に至らしめ沈着させるための、マイクロリアクタとして、二重の役割を担うのではないかと考えた。具体的には、1)木材の炭化過程におけるガス発生のプロセス、2)マイクロリアクタとしての機能発現に求められる細胞の特性、の2つを明らかにすることを目的とした。最終的には、1)炭素を沈着させる基材の種類、2)ガス化触媒の種類、3)マイクロリアクタ機能に合致した処理温度プログラム、の3者を組み合わせることで、発生ガスの成分・量・沈着過程を制御して、気相成長物質の炭素構造・形状・サイズ・収率を自在に設計できるようになることをめざす。本年度は引き続き、細胞構造がマイクロリアクタとしてどのように機能しているのかを明らかにした。付随した応用展開として,原料に粉炭を用いたところ、容器としての細胞構造を破壊することは一見逆説的だが、細胞外部に露出したウイスカが得られた。粉炭由来のウイスカには従来法の10倍近いサイズのものが含まれてサイズのばらつきが大きく、粉炭貯留した原料ガスの濃度の不均一さが示された。つまり細胞構造はガス濃度を均一にする役割を持つ。粉炭由来のウイスカは、(1)サイズが大きい、(2)細胞壁に囲まれておらず露出している、点で、測定に有利であった。ウイスカ偏光顕微鏡観察から、表面にウイスカ軸に垂直な方向の周期構造が見出された。

電子顕微鏡観察と合わせ、ウイスカ表面の、カーボンナノチューブを巻きつけたような構造(Nanoterminated surface stracture;NTSS)が明らかとなった。NTSSの溝を利用したガス吸着、エピタクシアル成長による表面修飾など、NTSSを利用した表面加工への展開の可能性が考えられる。前年度までの研究において、木材を黒鉛質化する過程で、木材細胞の内腔に長さ数10μm円錐形の炭素物質が成長することを見出した。X線・電子線回折による構造解析および電子顕微鏡による高分解能観察から、この円錐形炭素物質は、炭素六角網平面がらせん上に巻き上がり、円錐をなして堆積した構造であることがわかった。構造の幾何学的特性から、成長の機構はらせん転移を伴うスパイラル成長による、気相炭素化であることを突き止めた。構造と生成機構にちなみ、この円錐形炭素物質を「円錐黒鉛ウイスカ」と名付けた。この研究により、木材の炭化を従来のような固相ではなく、気相で行うことで、木材から構造規則性の高い新規材料を創製できることを示してきた。当該年度は、(1)気相成長炭素の収率と構造を決める要素である、(1)鋳型剤の種類、(2)ガス化触媒の種類、(3)マイクロリアクタ機能に合致した処理温度プログラムに関して、最適条件の検討、および(2)他の植物素材へのこのシステムの適用、の2点に関して実験を進めた。その結果、ケイ素が局所的に多く分布するオイルパーム幹材を用いて、円錐黒鉛ウイスカの生成が確認でき、天然の植物に含まれるケイ素を鋳型剤とした場合でも、その含有量の違いにより、円錐黒鉛ウイスカの生成量に差があることが明らかとなった。また、ケイ素自体にも鋳型剤としてのみならず、ガス化あるいは気相成長の機構に関与していることが示唆された。他の鋳型剤、ガス化触媒について、生成機構の計算によるモデリングを継続中であり、これは引き続き平成21年度の基盤研究(C)において遂行する予定である。