hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
miRNAによるセロトニン神経機能調節およびその精神疾患における意義に関する研究

前年度までの結果とあわせて考察すると、5-HT神経に豊富に発現することを独自に同定したmiRNAの一部は、5-HT神経を含む中脳領域の正常な形態形成に必須である遺伝子群の発現を制御することで5-HT神経の発生過程に影響していること、また別の一部のmiRNAは、5-HT神経の機能維持に必要な転写因子の発現を減少させるとともに、5-HTの代謝に影響を与える可能性が示唆される。今後、本研究で見出した変化が、個体の行動レベルでどのような影響を有するのかについてさらなる検討を行う予定である。統合失調症等の精神疾患は病態機序が未解明で、生物学的理解の進展が焦眉の課題である。本研究では、精神疾患においてその重要性が示されているセロトニン神経に高発現することを見出したmiRNAに着目し、その機能についてin vitro、in vivoにおいて検討を行った。その結果、(1)神経系の発達過程において一部のmiRNAが、セロトニン神経の分化に関わる転写因子や、セロトニン神経機能の制御に重要な受容体の発現に影響を与え得ること、(2)成体期のセロトニン神経において一部のmiRNAが、セロトニン神経機能に重要な転写因子の発現を減少させるとともにセロトニンの代謝物量を減少させることを見出した。当初予定通り、レンチウイルスベクターを用いた各miRNAの過剰発現および機能阻害を実施し、ES細胞の5-HT神経分化系およびin vitroの神経系細胞の培養系における影響について明らかにしつつあること、ならびにその過程で標的候補遺伝子の同定に至ったことから、本研究はおおむね順調に進展していると考える。当初の計画に従い、個体動物におけるレンチウイルスベクターの脳内注入等を行う。また、個体において遺伝子発現への影響が見出された場合には、精神疾患モデル動物等を用いた検討を行い、同定したmiRNAが精神疾患において果たしている役割について解明していく予定である。神経薬理学当初の研究計画に従い、以下の検討を行う。1.統合失調症様行動を示す疾患モデルマウスにおいて、5-HT神経機能に影響を与える可能性が示唆されたmiRNAの発現量およびその5-HT神経機能への影響について解析する。2.既に同定済みのmiRNAの標的候補遺伝子の翻訳に対して、miRNAスポンジあるいはmiRNA過剰発現が与える影響について解析する。3.ヒトiPS細胞からの分化神経細胞における各miRNAの機能について、同様の手法を用いて検討を行うことで、種の相違による影響を排除し、ヒト疾患の病態機序のより直接的な解明を目指す。個体動物におけるmiRNAの機能を評価するため、脳定位装置を用いて、セロトニン神経細胞核へのレンチウイルスベクターの局所注入を行う予定であったが、脳定位装置の故障により、実施できなかった。現在は修理が完了しているが、実施に大きく遅れが発生しており、当初研究目的を達成するためには次年度の使用が必要である。miRNAの標的遺伝子同定のため、次世代シークエンシングを年度内に実施する予定であったが、一部のmiRNAの標的候補遺伝子について既に同定に成功しつつあることから、より遺伝子数を絞った解析を優先して行った。
単球のTNF-α転写調節機構における新規因子TDP-43の役割

歯周病は,歯周組織に存在する免疫担当細胞が歯周病細菌のLPSに対して炎症反応を起こすことにより進行する炎症性疾患である。LPSの刺激を受けたマクロファージから最も早期に産生される炎症性サイトカインであるTNF-αは,免疫系の活性化や他の炎症性サイトカインの産生を誘導することから,歯周病の病態を修飾する主要な炎症メディエーターであると考えられる。研究代表者はこれまでに,TNF-αの新規の転写制御因子候補としてTDP-43を同定した。さらに,TDP-43はマクロファージのLPS刺激により核内に誘導され,NF-κBなどの転写因子や,そのコファクターと複合体を形成してTNF-αの転写調節に関与している可能性を示唆した。本研究では,LPS誘導性のTNF-α転写調節におけるTDP-43とNF-κB(p65)の関係性について検討することを目的とした。単球系細胞株THP-1の培養系にTDP-43のsiRNAを導入し,TDP-43のノックダウン下でのNF-κBの挙動を調べた。その結果,0100 ng/mlのLPSでTHP-1を刺激した場合,コントロール群ではLPS濃度依存的に核内のp65の発現量は増加したが,TDP-43ノックダウン群ではそれが抑制された。また,0120分のタイムコースを振って,100 ng/mlのLPSでTHP-1を刺激した場合,コントロール群では刺激後30分以内で急激なp65の核内移行が見られたが,TDP-43ノックダウン群ではそれが抑制された。さらに,TDP-43ノックダウン群では,LPSで刺激していないTHP-1の核内におけるp65発現も抑制された。これらの結果から,TDP-43は単球における恒常的なp65核内移行,およびLPS誘導性のp65核内移行に必要であることが示唆された。
子宮頸癌予防のための次世代ワクチンの開発研究

HPV16, 18, 31, 33, 52, 58の感染代用系を確立し、CIN1患者においてHPV16中和抗体を測定した。中和抗体の有無は、CIN1の病変推移には無関係であった。交差性中和エピトープとなる領域をモノクロナール抗体により解析した。16型L2のaa56/75領域には2つの交差性中和エピトープがあり、この2つのエピトープを提示出来る抗原は、幅広い型に有効なHPV感染予防ワクチンとなり得る。1.HPV16/18(2価)ワクチンの臨床試験について;第II相無作為化二重盲検比較試験の中間解析・最終解析を発表した。2025歳の日本人女性1040名が対象である。ワクチン群の抗体陽転は100%であった。局所・全身症状は,対照群と比べてワクチン群で頻度が高かったが,接種スケジュールに影響はなかった。HPV2価ワクチンは良好な安全性,高い免疫原性が確認された。HPV-032試験において、有効性を対照群と比較した。HPVI6/18の持続感染に対して有意な有効性が得られた。ワクチン群で0/387に対し、対照群では15/392のHPV16/18の持続感染が確認された。2.CIN病変の進展とHPV型について;CIN112患者570名を3-4か月おきに経過観察(平均39.1か月)した。46名がCIN3へ進展し、362名が正常細胞診となった。残りの162名は存続した。HPV陰性とローリスクHPV型陽性をHR=1とした場合、CIN3への進展リスク(HR)はHPV16(11.1,P=0.02)、HPV18(14.1,P=0.09)、HPV31(24.7,P=0.006)、HPV33(20.3,P=0.02)、HPV35(13.7,P=0.08)、HPV52(11.6,P=0.02)、HPV58(8.9,P=0.04)であった。他のハイリスク型(HPV39/51/56/59/68)はHR4.0(P=0.20)であった。5年間でのCIN3への累積進展率は、HPV16/18/31/33/35/(45)/52/58では20.5%、HPV39/51/56/59/68では6.0%、ローリスク型では1.7%であった。結論として、CIN1/2でのHPV型決定は、CIN3への進展を予測するのに有用であり、治療方針や管理方針に影響を与えると考えられる。1.交差性中和エピトープの特定-モノクロナール抗体による解析-HPV16 L2タンパク質の表面領域のうち、アミノ酸5675の配列を持つ合成ペプチド(P56/75)で免疫したウサギの抗血清は、複数の高リスク型HPVを中和することが示され、ワクチンへの応用が期待される。P56/75をマウスに免疫して得たモノクローナル抗体(MAb)を解析し、中和エピトープの特定と交差性を明らかにすることを目的とした。HPV16型副キャプシド蛋白質L2の交差性中和エピトープを認識するMAbが2種得られた。MAb 13Bの16、18、31、33、51、58型キャプシドへの結合は確認できたが、35と52型キャプシドへの結合は検出できなかった。MAb24Bは全てのキャプシドとの結合は確認できた。MAb13Bは、16、18、31、33、51、58型偽ウイルス粒子(PsV)を中和したが、35と52型PsVは中和しなかった。MAb24Bは全てのPsVを中和した。抗体総量は同じでも、2つのMAbを1:1で混ぜると中和活性が増強した。16型L2のaa56/75領域には2つの交差性中和エピトープがある。これら2つのエピトープを提示出来る抗原は、幅広い型に有効なHPV感染予防ワクチンとなり得る。2.中和抗体がCINの転帰に与える影響軽度の前癌病変である子宮頸部上皮内腫瘍(CIN)1を持つ患者217名においてHPV16,18,31,52,58に対する中和抗体を測定し、病変の消失、存続、進展との関係について調べた。PsVをCOS-1細胞に導入し、HPVの感染代用系を用いて、中和抗体を測定した。84名、35名、17名、1名が、1タイプ、2タイプ、3タイプ、4タイプに対する低レベルの抗体価を保有していた。

多くは24か月後にも抗体価は不変であった。中和抗体の有無、抗体価は、CIN1の病変推移には無関係であった。(1)HPV16, 18, 31, 33, 52, 58の感染代用系の確立と中和抗体の測定。CIN1を持つ患者242名においてHPV16に対する中和抗体を測定した。病変の消失、存続、進展との関係について調べた。中和抗体の有無、抗体価は、HPV16陽性、陰性に関わらず、CIN1の病変推移には無関係であった。(2)交差性中和エピトープとなる領域の特定。HPV16 L2の表面領域のうち、アミノ酸5675の配列を持つ合成ペプチド(P56/75)で免疫したウサギの抗血清は、複数型のHPVを中和することが示されている。P56/75をマウスに免疫して得たモノクローナル抗体(MAb)を解析し、中和エピトープとなる領域の特定と交差性の程度を明らかにすることを目的とした。HPV16型L2の交差性中和エピトープを認識するMAbが2種得られた。MAb 13Bの16、18、31、33、51、58型キャプシドへの結合は確認できたが、35と52型キャプシドへの結合は検出できなかった。MAb 24Bと調べた全てのキャプシドとの結合は確認できた。MAb 13Bは、16、18、31、33、51、58型PsVを中和したが、35と52型PsVは中和しなかった。MAb 24Bは調べた全てのPsVを中和した。16型L2のaa56/75領域には2つの交差性中和エピトープがあり、このエピトープを提示出来る抗原は幅広い型に有効なHPV感染予防ワクチンとなり得る。(3)4価ワクチンの本邦でのランダム化第II相試験の報告。登録は18-26歳の日本人女性。4価(HPV6, 11, 16, 18)ワクチン群(509名)、プラセボ群(512名)で比較され、ワクチン群において、子宮頸部および外陰のHPV6, 11, 16, 18感染は87.6%減少、HPV6, 11感染は73.1%減少、HPV16, 18感染は94.5%減少した。L1 VLPの表面に型共通性エピトープであるL2ペプチドを多く発現させたキメラワクチンを作成してきたが、L2ペプチドとしてベストの領域を選択することが必須であり、そのためには交差性中和エピトープを持つ領域を特定できるモノクロナール抗体が役立つことが確認された。L2ペプチドとしてP56/75を用いることが特に有効である根拠を得た。24年度が最終年度であるため、記入しない。1.L1 VLPとL2ペプチドのキメラワクチンの作製L1 VLPの表面に型共通性エピトープであるL2ペプチド(P56/75)を多く発現させたキメラワクチンを作製する。2.性器粘膜面に中和抗体を最も有効に誘導できるワクチンの投与経路の検討キメラワクチンの投与方法として、皮下接種と経鼻接種を用いて、血清中、膣分泌液中への中和抗体誘導について比較する24年度が最終年度であるため、記入しない。
腹側中脳橋の抑制性ニューロンによる睡眠制御機構の解明

研究代表者らはごく最近、モチベーションや報酬を調節する「報酬系」神経システムと睡眠覚醒制御の関係を解析する過程で、腹側内側中脳橋の抑制性ニューロンが睡眠調節に極めて重要な役割を果たすことを見出した。しかし、その腹側内側中脳橋がどのように睡眠を制御するのかは明らかでない。本研究では、腹側内側中脳橋の抑制性ニューロンの睡眠調節における機能およびその報酬系との関連性を明らかにする。
食べ物のおいしさとこく-その本態の解明と過剰摂取への対策-

こくの概念を明確にするため、調査を行い、味の複雑性、うま味の増強効果がこく発現に最重要な要素であることを確認した。こくを生じる物質として知られるグルタチオンの味覚作用として、うま味物質のうち、イノシン酸の応答を増強することを見出した。おいしくておこくのある食べ物は前頭前野の脳活動を低下させることも明らかになった。香りによる食べ過ぎの抑制効果についても検討した。以下の2つの研究を行った。1)こくを生じる物質として知られるグルタチオン(GSH)の味覚作用についてマウスを用い、行動実験と電気生理学的実験を行った。先ず、GSHそのものの味を知るため、味覚嫌悪条件づけ法により嫌悪の汎行パターンを調べると、うま味溶液にには汎化しなかったことから、うま味とは異なる味を有することが示された。グルタミン酸カリウム(MPG)とイノシン酸ナトリウム(IMP)の溶液にGSHを添加すると、溶液に対する嗜好性が増大した。とくに、IMPとの混合で大きく増大した。味覚神経(鼓索神経と舌咽神経)の味応答を調べると、IMPとGSHGの混合の場合に相乗的に大きな応答が得られた。GSHはIMPのおいしさを増大させる可能性が示唆される。そして、この効果がこくの背後にあるひとつのメカニズムの可能性がある。2)人における味覚検査法の考案とその応用今年度は、人に対して簡便かつ正確に味覚感受性を検査する方法を考案した。5基本味(甘味としてショ糖、塩味として塩化ナトリウム、酸味としてクエン酸、苦味としてスクロースオクタアセテート、うま味としてグルタミン酸ナトリウム)の閾値付近の5段階の溶液核4mlずつを順次味わって、弁別閾、知覚閾を求めた。大学生約100人に対してテストを行い、本味覚検査キットが有効に味覚閾値の計測に使えることが確認できた。次年度以降、この方法を用いて、各年齢層の人や、異なった国の人についてデータを得て、比較検討する予定である。主として以下の2つの研究を行った。1)人における年齢横断的味覚感受性測定年度本研究課題のもとで我々が開発した畿央大学式味覚テストを用いることにより、数10名の被験者に対して同時にかつ簡便に味覚感受性を検査することができることが確認された。大学生から得られた結果は従来の報告とほぼ一致することが分かった。また、各年齢層間での知覚閾、味の正解率などの比較が可能であることも確認できた。苦味の知覚閾は、高校生以下で低下し、幼児では最も感受性が高い傾向にあった。各年齢層のうま味に対する正解率は、中学生、高校生、大学生、成人が61.5%83.3%で、小学生以下と70歳以上が45.7%、35.7%と低い傾向にあった。うま味に関して、幼児や高齢者は、大学生と比べて、知覚閾にはほとんど差がないものの、正解率が悪いという特徴が認められた。2) fNIRS法によるおいしさの客観的計測近赤外線スペクトロスコピー(fNIRS)を用いて、被験者がおいしいと思う食べ物、まずいと思う食べ物を実際に咀嚼・嚥下したときの脳の酸素化ヘモグロビンを測定した。その結果、前頭前野から記録したときに特徴的な情動性を反映した活動が得られた。すなわし、おいしいときには、酸素化ヘモグロビンの量が低下し、まずいときには増加する傾向にあった。また、被験者の好みの音楽や、甘味など好みの味に対しても酸素化ヘモグロビンの低下が認められた。次年度はこれらの現象をより詳細に検討し、おいしさの客観的計測の基礎を確立したい。1)幼若ラットにおける嗜好学習について幼若期の食経験が成長後の食行動にいかに影響を及ぼすかに関心を持ち、研究を行った。3週齢(離乳直後)のラットは低濃度(2%)のショ糖溶液と連合した香りを好み、高濃度(30%)のショ糖溶液と連合した香りを嫌う学習を獲得した。しかもこれらの学習は、20週齢(成長後)に再テストを行った結果、保持していることを確認した。幼若ラットが高濃度のショ糖溶液に嫌悪感を持つのは、消化管においてショ糖分解酵素がまだ十分に働かないために消化不良になるためではないかという仮説を検証するため、ショ糖を構成するグルコースとフルクトースをそれぞれ15%ずつ含む溶液で条件付けをすると、やはり嫌悪学習を獲得した。内臓感覚ではなく、口腔感覚として嫌悪しているものと思われる。2)fNIRS法によるおいしさの評価法について昨年に引き続き、近赤外線スペクトロスコピー(fNIRS)を用いて、被験者がおいしいと思う食べ物、まずいと思う食べ物を実際に咀嚼・嚥下したときの大脳皮質の酸素化ヘモグロビンを測定した。前頭前野では、大好物を食べたときに、酸素化ヘモグロビンの低下、すなわち、脳活動が低下し、もっと食べたいと思うときには増大することから脳活動が上昇するという知見が得られた。

咀嚼中のおいしさの実感(陶酔感)と、飲み込んだ後のもっとほしいという欲求(期待感)を反映しているのではないだろうか。そして、この欲求には、この部位に投射することの知られているドーパミンの作用によるのではないかと推察される。また、おいしいときの脳活動の低下は、おいしさに集中し我を忘れる状態を反映しているものと推察される。
高圧高温環境を利用した新規な透明強磁性強弾性体フッ化物の創製と新物性開拓

金属フッ化物の新物質探査が格段に容易になる高圧合成手法を確立し,ルチル型(Mg1-xMnx)F2 (0≦x≦0.50および0.95≦x≦1)などを単相で合成することに成功した.合成圧力をあげると,単相で合成できるxの範囲が狭まることがわかった.これらの磁性状態を調査し,ルチル型(Mg1-xMnx)F2の磁気相図を明らかにした.この手法を用いて,(Ti1-xMnx)(O1-xFx)2の合成にも成功した.さらに,関連する3d遷移金属化合物の中で,フッ素と同様に揮発性の元素を含んで高圧合成が有利な3d遷移金属硫化物などにも展開した結果,同様に単相固溶体の合成に成功し物性を明らかにした.金属フッ化物の新物質探査が格段に容易になる高圧合成手法を確立し,ルチル型(Mg1-xMnx)F2 (0≦x≦0.50および0.95≦x≦1)などを単相で合成することに成功した.合成圧力をあげると,単相で合成できるxの範囲が狭まることがわかった.これらの磁性状態を調査し,ルチル型(Mg1-xMnx)F2の磁気相図を明らかにした.この手法を用いて,(Ti1-xMnx)(O1-xFx)2の合成にも成功した.さらに,関連する3d遷移金属化合物の中で,フッ素と同様に揮発性の元素を含んで高圧合成が有利な3d遷移金属硫化物などにも展開した結果,同様に単相固溶体の合成に成功し物性を明らかにした.コバルトドープの酸化チタンの強磁性発現に代表される機能性金属酸化物の新物質探査および新物性開拓が精力的に行われているのに対し,金属フッ化物に関する同種の研究は全くと言ってよいほど進んでおらず,まさに萌芽的研究領域である.その最大の要因は,従来の大気圧下でのフッ化物合成には,毒性・腐食性の強いフッ化水素ガス雰囲気が必要なことである.そこで,今年度ではこの問題を克服するために,フッ化水素ガスを用いず,なおかつ高温で金属フッ化物の分解が抑制できる従来法とは全く異なる金属フッ化物高圧高温合成法の開発に挑戦し,以下のようにその手法を確立した.具体的には,名古屋大学に設置されているプレス装置を用いる高温高圧実験を進めて確立した.まず,1cm3程度の空間サイズの小型の使い捨て電気炉を作製し,これにアルゴン雰囲気中で原料充填する.次に,この電気炉をプレス装置で加圧した状態で,外部から電力を供給し電気炉中の試料を加熱し,14時間程度高温条件を保持する.その後,室温に戻し減圧後試料を回収する.ここで,材料合成に必要な温度条件に見合う電力の安定供給法が問題となったため,この高温条件を安定して実現するために,直流安定化電源のプロセス条件を確定した.これにより,金属フッ化物の新物質探査が格段に容易になった.そこで,これまで見出されていない3d遷移金属二フッ化物の新物質の創製と新物性の開拓に挑戦した.その結果,ルチル型(Mg1-xMnx)F2 (0≦x≦0.50および0.95≦x≦1)を単相で合成することに成功した.合成圧力をあげるとルチル型(Mg1-xMnx)F2を単相で合成できるxの範囲が狭まることがわかった.これはMnF2の準安定相であるα-PbO2型構造相が出現するためである.また,ルチル型(Mg1-xMnx)F2の磁気相図を明らかにした.金属フッ化物はレンズ材料などとして世の中で使用されている機能性材料の1つである.本研究では,新規機能性材料開発を目標にて固溶体の合成を試みた.フッ化物は大気圧下で加熱すると,大気中の水分などと反応し分解してしまう場合が多いが,高圧下にすることにより大気を遮断した密閉系を得ることができ,フッ化物固溶体合成に有用となる.フッ化物および酸化物を出発試料として,所定の混合比で混合した粉末を合成に用いた.高圧高温発生装置としてマルチアンビル装置を使用し,固溶体の合成を行った.合成した試料はX線回折測定により,相同定および格子定数の算出を行った.また,SQUIDを用いた磁化測定装置を使用して,試料の磁気的性質を調べた.前年度明らかにした単相合成条件を参考にして条件を広げて合成を試みた結果,MgF2-MnF2系の単相で合成できる組成範囲を広げることに成功した.3d遷移金属二フッ化物の多くはルチル型構造もしくは歪んだルチル型構造を有している.似た結晶構造をもつ物質は固溶体を形成しやすいと予想され,本研究の結果は予想通りとなった.格子体積は,前年度で明らかにした結果と同様にVegard則に従って直線的に変化した.また,合成圧力を増すと,前年度の結果と同様に,ルチル型構造(Mg1-xMnx)F2が単相で得られるxの範囲が狭まることがわかった.さらに,オキシフッ化物固溶体の合成を目指して,TiO2-MnF2系の固溶体の高圧合成を試みた.その結果,(Ti1-xMnx)(O1-xFx)2の合成に成功した.また,合成時の圧力,温度を上げることでTiO2に多くのMnF2を固溶できることがわかった.

加えて,3d遷移金属化合物の磁性は多様であり,上記の成果を踏まえて,関連する3d遷移金属化合物として,同様に高圧合成が有利な3d遷移金属硫化物やペロブスカイト関連酸化物の新物質の高圧合成にも展開した結果,同様に単相固溶体の合成に成功し物性を明らかにした.高圧力物質科学金属フッ化物の新物質探査および新物性開拓の研究が全くと言ってよいほど進んでいない最大の原因である毒性・腐食性の強いフッ化水素ガス雰囲気を用いるという問題を克服するために,今年度は,フッ化水素ガスを用いず,なおかつ高温で金属フッ化物の分解が抑制できる従来法とは全く異なる金属フッ化物高圧高温合成法の開発に成功した.これは,上記毒性のみならず,フッ化物が大気圧下で加熱すると大気中の水分などと反応し分解してしまう場合が多い一方で,高圧下にすることにより,大気を遮断した密閉系を得ることができ,フッ化物固溶体合成に有利となる点にも着目した当初の計画が1年で達成できたことになり,金属フッ化物の新物質探査および新物性開拓の研究にとって大きな一歩である.さらに,この確立した合成手法を用いて,3d遷移金属二フッ化物の新物質の創製と新物性の開拓に挑戦した結果,実際にルチル型(Mg1-xMnx)F2(0≦x≦0.50および0.95≦x≦1)という新しい固溶体を単相で合成することに成功したことは,当初の計画とおり成果が挙げられたと考えられる.特に,本研究では,名古屋大学に設置されているDIA-6型装置を用いて直径2mm・長さ4mm程度の小さな円柱状試料を合成し,この小さな試料サイズで相の同定および磁化率の測定に必要十分な大きさであることを想定して計画を立てたが,相の同定と磁性の評価ともに十分に可能であったため,当初の計画とおり研究を推進することが可能となった.一方で,試料合成における温度と圧力の二つのパラメータの最適化には,放射光を用いた合成過程の直接観察が非常に有用で,本研究でもこの手法を積極的に取り入れる予定であったが,上記のように,実験室レベルでのクエンチ実験で十分に目的を達成することができた.前年度の成果を受けて,研究対象を複フッ化物およびオキソフッ化物に拡張し,新規機能性材料の創製をめざす.そして,これまでの合成結果を基に,研究結果を総括し,酸化物,フッ化物,オキソフッ化物を含めたイオン性機能性材料設計に対する指針を提案する.なお,「高圧合成」,「相の同定および磁化率の測定」,「放射光実験」の三つの実験プロセスについては,前年度と同様の計画と手法で行う.研究体制は,高圧材料工学と高圧結晶化学を専門とする研究代表者に,名古屋大学工学研究科結晶材料工学専攻の大学院生が研究協力者として本計画に参加する.また,必要に応じて構造解析を専門とする研究者の助言・援助を依頼する.具体的な対象物質は,高温高圧合成対象を原料と合成物中の陽イオンの価数変化を伴う可能性のあるABF3型などの複フッ化物に拡張する.例えば,ペロブスカイト型構造を有する化合物群も候補となり,これらを創製し,磁性などの材料特性評価を行う.これまでの研究計画で合成できたフッ化物および複フッ化物に関して,同形の酸化物との固溶体であるオキソフッ化物群の合成の可能性に関しての予備的な実験を行い,本合成手法のオキソフッ化物群合成への応用の可能性を明らかにする.放射光実験に関しては,研究対象を陽イオンの価数変化を伴う可能性のある複フッ化物に拡張するために,放射光実験施設での実験の際にアルゴン雰囲気下で電気炉に出発原料を充填することが必須となる.これに対応するために,ポータブルの簡易型グローボックスを設計する.最終的には,得られた研究成果をまとめ,それを基にフッ化物群の構造や物性を酸化物の場合と比較する.そして,フッ化物および酸化物,さらにはオキソフッ化物を含めたイオン性化合物に関する固体
月の地質進化史全容解明に向けた全球地質図の作成

従来の月の全球地質図は月の地質進化の解明に大きく貢献してきたが、これには我々の研究グループが近年発見してきた重要な岩石種の情報は含まれておらず,不十分である。本課題は、月周回衛星「かぐや」が取得した地形、鉱物などのデータを用いて新しい月全球地質図作成を行い、これを基に月の進化過程を探ることを目的とする。研究成果として,従来型の手動での解析によらず,より客観的な解析手法を用いて地質区分図を作成し,地質的解釈を加えた上で地質図を作成した.またこれを元に,従来の推定よりも多量の玄武岩組成の岩石が月表層より地下に存在している可能性を明らかにした.本成果について論文を投稿し,査読結果を受け修正中である.H26年度は,「かぐや」の分光観測データを基に、地質図作成手法検討に向けて基礎情報となる月全球の分光データ低解像度版を作成した。源泉として使用したのは高空間分解能分光画像であるマルチバンドイメージャおよび連続分光スペクトルであるプロファイラのデータである.作成した月全球の低解像度データの中から地質図作成方式の評価用に一部領域(Aristarchusクレータ周辺)を選定し,これまでに月面分光データを用いた地質解析の実施経験のある研究者による従来方式の人力による地質区分作成を行った.この結果と主成分解析や教師付き分類法などさまざまな解析的手法(計算手法)や解析条件による地質区分とを比較・評価し,地質図作成に最適な解析手法および解析パラメータの選定を行った.選定したのはISODATAによるクラス分類法である.また,全球レベルの地質図と地域毎の詳細地質図作成に適した源泉データは異なり,全球地質図作成には連続分光データであるスペクトルプロファイラデータが,詳細地質図作成には高空間分解能を生かしてマルチバンドイメージャデータが適していることが解った.これに従い,地質図作成の主題図の1つである地質区分図の全球版を作成し,結果の評価を一部実施した.さらに,今後の詳細地質図作成に向け各研究者による担当領域の分配を行った.これら成果はグループ内で集まって行う研究会を2度開催し(それ以外にTV会議による打ち合わせは約2週間に一度の割合で実施)することで得られている,また研究の成果については日本惑星科学会秋季講演会,米国ヒューストンで行われるLunar and PlanetaryScienceConference等で発表し,本研究グループ外の研究者らからの意見や評価も取り込んでいる.初年度には,月全球の低解像度反射率分光データを元に,ISODATAによるクラス分類法を用いて岩石組成の異なる領域を分類した主題図(地質図作成の元となる,類似の特徴を持つ領域ごとに分けた地図)を作成した.H27年度はこれにさらに改良を加え,特に溶岩流が噴出・固化して形成した海領域の分類をより効果的に行うために,反射率分光データを用いて別途推定したチタン量をパラメータとして追加したクラス分類による主題図を作成した.結果として現在月全球を数十個の領域に分類している.さらに,得られた分類に対する評価(手動分類との比較や,狭い領域について過去に行われた解析的分類法との比較),および各クラスに対する地質的な解釈を開始した.結果,従来狭い領域について行われた,手動または解析的手法による地質分類では特定が難しかった特殊な地質の全球レベルでの分布が明らかになるなど,月の地質・化学組成に関する新たな知見が得られつつある.さらに,高解像度反射分光データを用いた地質分類についても地域的に解析を開始している.なお,これら成果についてはJapan Geoscience Union Meetingや米国ヒューストンで行われるLunar and PlanetaryScienceConference等で発表し,研究グループ外部の研究者らとの議論を行い,それらについても考慮・反映して研究活動を行っている.予定していた全球レベルでの地質図作成に向けた解析的な手法によるクラス分類とその改良を終えており,また得られた各クラスの地質的な解釈をほぼ終了しており,進展は順調である.さらに,それら地質的な解釈の過程で,これまでに知られていなかった特殊な地質の全球における分布が明らかになるなど,月の地質とその成因に関する新しい知見が得られつつあり,その点でも順調に成果が得られている.初年度(H26),H27年度までに月全球の低解像度反射率分光データをもとに解析的な教師無しクラス分類法により,岩石組成の異なる領域を分類した主題図の作成(数十クラスへの分類),改良とその評価(手動解析による地質分類結果との比較や,狭い範囲について過去に行われた解析的分類法による結果との比較)を行った.結果,手動解析と整合するクラス分類ができているほか,手動解析では認識されていなかった新しいクラスが識別されていることがわかった.H28年度には,分類された各クラスに対して地質的な解釈を詳細に行い,これまで手動解析による地質分類では見つかっていなかった特殊な地質領域の全球分布の把握に成功し,またその組成推定を行った.これは斜長石が多く分布する高地地域の中に苦鉄質ケイ酸塩鉱物が比較的多く含まれる領域であり,その分布や組成から,これらは表面に噴出するまでに至らなかった火成岩か,または古い溶岩噴出物の上に高地物質が堆積した領域であると推定される.また,月面上で最も新しい大型の衝突盆地であるオリエンターレ盆地において,盆地形成に伴って地下の地殻物質が隆起したリング上に純粋な斜長岩が連続的に分布する領域が識別され,同領域の詳細解析により,観測できる最も深い領域の月の原始地殻の組成推定が可能となった.これら成果についてはJapan Geoscience Union Meetingや米国ヒューストンで行われるLunar and Planetary

Science Conference等で発表し,国内外の研究者との議論を行っている.これら成果について論文として準備を開始した.予定していた全球レベルでの解析手法によるクラス分類と,それをもとにした地質解釈をほぼ終えている.またこれら過程において従来手動解析による地質分類では見つかっていなかった特殊な地質領域(表面に噴出していない溶岩か,または古い溶岩の上に高地物質が堆積した領域)の全球分布の把握や月面上で最も新しい大型の衝突盆地であるオリエンターレのリング上に見られる地殻組成を従来よりも詳細に解析することにも成功し,成果を学会で発表している.近年の月探査の成功を基に、本研究グループでは,世界に先駆けて月進化過程理解の鍵となる岩石種を複数発見しており、これら発見は従来のマグマオーシャン固化過程仮説に疑問を呈する情報となっている。これら新しい情報を基とした地殻形成過程の正しい理解のためには、月の初期地殻組成の正確な把握が必須だが、月の地殻は形成以降の40数億年の間に隕石衝突による岩石撹拌など組成変化を受けているため、初期地殻組成の把握には地質図を基に地殻形成以降の組成変化を発生順序とは逆に戻して初期状態を復元する必要がある。従来の月の全球地質図は月の地質進化の解明に大きく貢献してきたが、これには新しい岩石種の情報は含まれておらず不十分である。本課題は、月の地質進化史全容解明に向けて月周回衛星「かぐや」が取得した鉱物、元素組成などのデータを用いて新しい岩石種の分布を含めた月全球地質図作成を行い、この地質図を基に月の初期地殻組成を復元する。2016年度までに,「かぐや」で取得した分光データを用い,月全球の地質区分図を作成し,それぞれの区分に対して地質的な解釈を加えた.2017年度には,前年度までに実施した地質区分図作成と地質解釈の成果を学会等で発表し,該当分野の研究者らと解析的手法の利点や改良点について議論した,また作成した地質図を基に,従来推定されてきたよりも多量の玄武岩組成の岩石が月表層より下に埋もれた形で存在している(一旦表面に噴出したが他のイジェクタ等の堆積により埋没したか,または地殻中に貫入している)ことを明らかにした.さらにこれら成果をもとに投稿論文を執筆し,該当分野の国際雑誌に投稿済みである(査読結果が年度末に戻り,現在原稿を修正中).従来の月の全球地質図は月の地質進化の解明に大きく貢献してきたが、これには我々の研究グループが近年発見してきた重要な岩石種の情報は含まれておらず,不十分である。本課題は、月周回衛星「かぐや」が取得した地形、鉱物などのデータを用いて新しい月全球地質図作成を行い、これを基に月の進化過程を探ることを目的とする。研究成果として,従来型の手動での解析によらず,より客観的な解析手法を用いて地質区分図を作成し,地質的解釈を加えた上で地質図を作成した.
骨吸収factorのin vitroにおける評価系の確立

In vitroにおける各種骨吸収factorの骨吸収作用およびその作用機構を細胞レベルで解明するため、昭和62年度において骨吸収の主役を司さどる破骨細胞を再現しうるin vitroの実験系の確立を試みた。まうす骨髄細胞を用いた培養系に1α、25-(OH)_2D_3を加え長期間(38日間)培養した結果、当該の細胞が形成され、その数は濃度依存的(10^<-7>10^<-9>M)および経日的(38日)に増加を示した。これら多核細胞は、酒石酸抵抗性酸ホスファターゼに対して陽性所見を示し、カルシトニンに応答性を示した。こことから、マウス骨髄細胞培養系が、in vitroにおける破骨細胞をin vitroで再現できる系であることが示唆された。そこで、この系を用いて昭和63年度に1α、25-(OH)_2D_3の骨吸収作用機構を解明するめ、1α、25-(OH)_2D_3の主要代謝産物の1つであり、骨吸収抑制作用および骨形成促進作用を有する1α、25-(OH)_2D_3-26、23-ラクトンを用いて、1α、25-(OH)_2D_3による多核細胞形成への影響について検討した。その結果、4種の立体異性体をもつフラクトン体のなかで、23(S)、25(S)-および23(R)、25(R)-配位(シス型)のラクトン体は、1α、25-(OH)-D_3による多核細胞形成を促進し、ビタミンD様活性を有することがわかった。一方、23(S)、25(R)-および23(R)、25(S)-配位(トランス型)のラクトン体は、1α、25-(OH)_2D_3ラクトンは、1α、25-(OH)_2D_3による多核細胞形成を阻害することによって骨吸収作用を抑制することが示唆された。すなわち、1α、25-(OH)_2D_3は破骨細胞の前駆細胞に働き、その結果として多核の破骨細胞数が増え、骨吸収が促進されると考えられた。1.破骨細胞様多核細胞の形成:マウス長管骨の骨髄細胞を1α, 25(OH)_2D_3存在下で1週間培養した結果,濃度依存的に破骨細胞様多核細胞(multinucleated cell,MNC)の形成が認められた.この形成された多核細胞は,酒石酸抵抗性酸性ホスファターゼに陽性を示し,またカルシトニンに対する応答性を有することから,破骨細胞様細胞であると考えられた.2.MNCへの1α, 25(OH)_2D_3-26, 23-1actoneのおよぼす影響: 1α, 25(OH)_2D_3の主代謝産物の1つである1α, 25(OH)_2D_3-26, 23-1actoneは,弱い腸管カルシウム吸収促進作用,血中カルシウム濃度低下作用,骨吸収抑制作用および骨形成促進作用など多彩な生物活性を有する代謝物である.そこで, 1actone体の骨吸収抑制作用機構を明らかにするため, MNCに対する1α, 25(OH)_2D_3-26, 23-1actoneの効果を検討し,以下の結果を得た.

(2)23(S)25(R)-, 23(R)25(S)-配置の1actone体は, MNC形成を促進せず, 1α, 25(OH)_2D_3によるMNC形成の促進を強力に抑制し,抗ビタミンD様活性を有することがわかった.以上のことから, 23(S)25(R)-および23(R)25(S)-1α, 25(OH)_2D_3-26, 23-1actoneは,前駆細胞の破骨細胞様多核細胞への融合を阻害することにより,骨吸収抑制に働くことが示唆された.なお,詳細については現在検討を行なっている.昭和62年度に確立したマウス骨髄細胞培養系を用いて、1α,25ー(OH)_2D_3の骨吸収作用機構を解明する目的で、これによる多核細胞形成への1α,25ー(OH)_2D_3ー26,23ーラクトンの影響について検討を行なった。1.1α,25ー(OH)_2D_3の多核細胞形成におよぼす1α,25ー(OH)_2D_3ー26,23ーラクトンの影響10^<-8>_M濃度の1α,25ー(OH)_2D_3によって形成される多核細胞の数は、10^<-7>_M濃度の23(S),25(S)ーおよび23(R),25(R)ー1α,25ー(OH)_2D_3ー26,23ーラクトンの同時添加によってその数を増加させた。しかしながら、10^<-7>_M濃度の1α,25ー(OH)_2D_3による多核細胞形成には影響しなかった。他方、10^<-8>および10^<-7>_M濃度の23(S),25(R)ーおよび23(R),25(S)ー1α,25ー(OH)_2D_3ー26,23ーラクトンを10^<-8>および10^<-7>_M濃度の1α,25ー(OH)_2D_3に添加すると多核細胞の数は著明に抑制された。2.多核細胞形成へのビタミンD_3アナログおよびカルシトニンの組み合せ添加による影響カルシトニンで一次培養(5日間)し、1α,25ー(OH)_2D_3で二次培養(7日間)した系では多核細胞形成が著明に抑制された。また、23(S),25(R)ーおよび23(R),25(S)ー1α,25ー(OH)_2D_3ー26,23ーラクトンにおいても同様の結果を得た。他方、1α,25ー(OH)_2D_3で一次培養し、カルシトニンあるいは23(S),25(R)ーおよび23(R),25(S)ー1α,25ー(OH)_2D_3ー26,23ーラクトンで二次培養した結果を比較すると、カルシトニンで一次培養した系の方がより強く多核細胞の形成を抑制した。以上のことから、23(S),25(R)ーおよび23(R),25(S)ー1α,25ー(OH)_2D_3ー26,23ーラクトンは、1α,25ー(OH)_2D_3による多核細胞形成を阻害することによって1α,25ー(OH)_2D_3の骨吸収作用を抑制することが示唆された。すなわち、1α,25ー(OH)_2D_3は破骨細胞の前駆細胞に働き、その結果として多核の破骨細胞数が増加し、骨吸収が促進されると考えられる。
超外部アクセス性を有する分割回転球殻ロボット機構の研究開発

移動中に被衝突物に衝突したときの衝撃を受け流すことができる移動体として,ジンバル構造を有する移動体が開発されている.しかしながら,従来の球殻構造を有する移動体は,探査活動を行う際に,カメラ画像にフレームが映り込んでしまうという問題があった.画像処理によりこの問題を解決することは可能であるが,外部にアクセスして作業を継続的に行うことは困難である.そのため,新たに考案した分割回転球殻構造により,外部にアクセスしての作業を実現する移動体の構築を本研究の目的としている.本研究で取り組むロボット機構は,橋梁点検時補修作業や,不慮の転倒への対応,エネルギー・空気圧の常時給電などが可能になるといった革新性が著しく高いものである.この球殻機構において,本年度は特に,ロボット実機全体において,球殻の数を,移動体を覆う1つである従来の方式から,さらに拡張させて,ローター(推進部)1つ1つを覆う球殻ロータ方式なるものを考案し,第一次試作機として,4ユニットの球殻ロータ機構構成としたものを実機として具現化した.その過程においては,球殻自体の重量がかさんだり,またその球殻自体があるがゆえに抵抗となり推進力の低下なども考えられるが,推進力よりも小さい範囲で,球殻ロータ構造を構築することに成功した.その実験においては,1ユニットの推進力を測定して,実際に実験を通じて基本性能を確認し,その後に車両型4ユニット構成とした移動体も,離陸に成功した.また,当初の最終段階としての目標の1つであった,エンドエフェクタとしてのセンダの搭載および,打音アームの搭載にまで成功しており,さらには実際に橋梁という実環境において実機動作試験を実施まで進めていることは特筆に値すると言える.前述したように,当初においては,本研究計画の最終段階としての目標の1つであった,エンドエフェクタとしてのセンダの搭載および,打音アームの搭載にまで成功しており,さらには実際に橋梁という実環境において実機動作試験を実施まで進めていることは極めて大きな進捗であり,今後この移動体に搭載するエンドエフェクタとの組み合わせの拡張や移動環境を水中へ拡張することも含めて,実用化への道筋を立てていることから,当初の計画以上に進展していると判断した.今後は,前述した移動体に,さらに多種多様なエンドエフェクタを搭載して,現場においてその機能・性能をさらに詰めて実機実験・実証する.これにより,さらなる実用化を見据えての実機開発および,その過程で派生する,基礎要素の抽出および原理検証に挑む.また,搭載するエンドエフェクタとの組み合わせの拡張や移動環境を水中へ拡張することも含めて,この移動体の移動環境を空中に限定することなく,例えば水中や,またサイズを変えての血液中などの体内環境へも視野に入れて拡張することを試みる.これは,新規性が常に求められる本研究課題において重要な位置付けのものである.移動中に被衝突物に衝突したときの衝撃を受け流すことができる移動体として,ジンバル構造を有する移動体が開発されている.しかしながら,従来の球殻構造を有する移動体は,探査活動を行う際に,カメラ画像にフレームが映り込んでしまうという問題があった.画像処理によりこの問題を解決することは可能であるが,外部にアクセスして作業を継続的に行うことは困難である.そのため,新たに考案した分割回転球殻構造により,外部にアクセスしての作業を実現する移動体の構築を本研究の目的とする.本研究で取り組むロボット機構は,橋梁点検時補修作業や,不慮の転倒への対応,エネルギー・空気圧の常時給電などが可能になるといった革新性が著しく高いものである.さらに本構造は,飛行体のみならず,車輪・クローラ・脚型・それら複合といった,数多くの移動体に適応可能であり,学術的な拡張性も有する基盤となる機構システムである.上記の考えに基づき,当年度での研究を推進させた.具体的には,機体の設計・試作・動作確認実験を通して機構の最適化を図ると同時に,実用に即した機体完成度を高めた.動作試験としては,車輪による段差・溝・斜面を含む簡易不整地の走行試験を最初に行い,機体の基本移動機能の確認を行った.また,転倒における衝撃吸収性能試験機を構成し,実際の転倒において十分に耐えうる機体に仕上がっているかの確認を行った.設計においては,探索用センサ等を搭載することを見越しての十分なスペースをボディー内部に残すようにした.また,機体の自由度数も車輪のみの最小自由度,探査用にさらに洗練させた,機体全体を回転させるための反動を発生させるためのアームの機構設計などを明示した.結果として,考案した原理の有効性を実機を用いた実験にて確認し,且つ,実機具現化のノウハウを蓄積した.本研究の内容である,超外部アクセス性を有する分割回転球殻ロボット機構の内容を含む招待講演3件に加え,査読付き国際学会での2件の発表を行っている.また,実機自体は既に具現化されてきており,現段階での機体の完成度や,研究推進における学術的な発信具合からも,概ね順調に進展していると言える.移動中に被衝突物に衝突したときの衝撃を受け流すことができる移動体として,ジンバル構造を有する移動体が開発されている.しかしながら,従来の球殻構造を有する移動体は,探査活動を行う際に,カメラ画像にフレームが映り込んでしまうという問題があった.画像処理によりこの問題を解決することは可能であるが,外部にアクセスして作業を継続的に行うことは困難である.そのため,新たに考案した分割回転球殻構造により,外部にアクセスしての作業を実現する移動体の構築を本研究の目的としている.

本研究で取り組むロボット機構は,橋梁点検時補修作業や,不慮の転倒への対応,エネルギー・空気圧の常時給電などが可能になるといった革新性が著しく高いものである.この球殻機構において,本年度は特に,ロボット実機全体において,球殻の数を,移動体を覆う1つである従来の方式から,さらに拡張させて,ローター(推進部)1つ1つを覆う球殻ロータ方式なるものを考案し,第一次試作機として,4ユニットの球殻ロータ機構構成としたものを実機として具現化した.その過程においては,球殻自体の重量がかさんだり,またその球殻自体があるがゆえに抵抗となり推進力の低下なども考えられるが,推進力よりも小さい範囲で,球殻ロータ構造を構築することに成功した.その実験においては,1ユニットの推進力を測定して,実際に実験を通じて基本性能を確認し,その後に車両型4ユニット構成とした移動体も,離陸に成功した.また,当初の最終段階としての目標の1つであった,エンドエフェクタとしてのセンダの搭載および,打音アームの搭載にまで成功しており,さらには実際に橋梁という実環境において実機動作試験を実施まで進めていることは特筆に値すると言える.前述したように,当初においては,本研究計画の最終段階としての目標の1つであった,エンドエフェクタとしてのセンダの搭載および,打音アームの搭載にまで成功しており,さらには実際に橋梁という実環境において実機動作試験を実施まで進めていることは極めて大きな進捗であり,今後この移動体に搭載するエンドエフェクタとの組み合わせの拡張や移動環境を水中へ拡張することも含めて,実用化への道筋を立てていることから,当初の計画以上に進展していると判断した.今後は,本年度の取り組みにおいて出た来た新しいアイディアなどを,特許出願などの取り組みにより知財化して,さらに研究開発の体制を整えることにより,より効果的かつ効率的な研究推進を行う.また,実用化なども見据えた研究開発の学術にとどめない出口に関しても意識した上で活動に取り組む.今後は,前述した移動体に,さらに多種多様なエンドエフェクタを搭載して,現場においてその機能・性能をさらに詰めて実機実験・実証する.これにより,さらなる実用化を見据えての実機開発および,その過程で派生する,基礎要素の抽出および原理検証に挑む.また,搭載するエンドエフェクタとの組み合わせの拡張や移動環境を水中へ拡張することも含めて,この移動体の移動環境を空中に限定することなく,例えば水中や,またサイズを変えての血液中などの体内環境へも視野に入れて拡張することを試みる.これは,新規性が常に求められる本研究課題において重要な位置付けのものである.
部分結晶化ガラスを用いたハイパワー用レーザー媒質の基礎的開発

本研究は,高出力Nd系レーザー材料として熱耐力に優れる新材料,部分結晶化ガラスセラミクスに着目し,蓄積エネルギー密度を他のレーザー材料と比較し,部分結晶化ガラスセラミクスの有用性を評価した.また,部分結晶化ガラスセラミクスの発光特性を,熱処理温度,結晶組成を変化させ,分光学的および,量子論に基づくアプローチから解析した.これらの解析と評価より,高熱耐力という利点を有する部分結晶化ガラスセラミクスがレーザー材料として利用できる可能性があることを明らかにした.本研究は,高出力Nd系レーザー材料として熱耐力に優れる新材料,部分結晶化ガラスセラミクスに着目し,蓄積エネルギー密度を他のレーザー材料と比較し,部分結晶化ガラスセラミクスの有用性を評価した.また,部分結晶化ガラスセラミクスの発光特性を,熱処理温度,結晶組成を変化させ,分光学的および,量子論に基づくアプローチから解析した.これらの解析と評価より,高熱耐力という利点を有する部分結晶化ガラスセラミクスがレーザー材料として利用できる可能性があることを明らかにした.従来までレーザー媒質としてYAGなどの結晶群に比べガラス母材は,耐熱性の低さから,高い平均パワーレーザー装置には適応できなかった。結晶化ガラスは,近年のガラスの部分結晶化技術の開発と急速な進展によって,熱伝度率の大幅な向上と,膨張係数の制御が可能となり,非常に高い耐熱性を有するようになった。この部分結晶化ガラス技術のレーザー媒質への適用が可能となるなら,YAGの10倍以上の非常に高い平均パワーを得ることが期待できる。結晶化によって更なる固体レーザーの高出力化や高機能化が期待できる。本研究は,部分結晶化ガラスのレーザーイオンドープ技術の確立と高効率発光の改善の見通しの可能性を追求することである。結晶化ガラスを用いた高平均パワー用レーザー材料の基礎的研究として,平成20年度は交付申請書研究実施計画に従い、シリカ系ガラスのNdドープのレーザー静特性評価を行った。部分結晶化ガラスセラミックス(クリアセラム:(株)オハラ)に,レーザーイオンとしてNd^<3+>をドープし,その熱ショック定数と発光特性について評価を行った。ガラスは,熱処理によって部分的に結晶化し,結晶相は,負の熱膨張率,ガラス相は,正の熱膨張率を示す。そのため,結晶成長を制御することで,極めて低い熱膨張率を実現できる。使用したガラスセラミックスの熱ショック定数は,ノンドープ状態で840[°C]で結晶成長させた場合11,013[W/m],860[°C]で結晶成長させた場合5,507[W/m]が求まった。これは,YAG結晶の710倍以上であり,レーザーの高出力化に高い期待ができる媒質であることがわかった。誘導放出断面積は,分光データよりFuchtbauer-Ladenburg法により導出したもので2.1×1^<0-20>[cm^2]となった。今後,Nd添加条件と熱処理条件の最適化を行い発光特性の改善を図る予定であり、また平成21年度は当初予定通り,昨年度分シリカ系ガラスに加え,リン酸系ガラスのNdドープのレーザー静特性評価を行う予定である。従来までレーザー媒質としてYAGなどの結晶群に比ベガラス母材は,耐熱性の低さから,高い平均パワーレーザー装置には適応できなかった。結晶化ガラスを用いた高平均パワー用レーザー材料の基礎的研究として,平成21年度は交付申請書研究実施計画に従い,部分結晶化ガラスセラミックスの組成比や焼結温度の異なるサンプルを試作し,その発光特性の評価を行った。部分結晶化ガラスセラミックス(クリアセラム:(株)オハラ)に,レーザーイオンとしてNd^<3+>をドープし,その発光特性と熱ショック定数について評価を行った。組成比を変化してガラスとして製造できたサンプルの内,蛍光線幅が基準としたサンプルに対し約25%狭くなり,誘導放出断面積が約2-3倍増加する傾向が得られた。焼結温度の上昇に伴い蛍光スペクトルは35%85%ほど強度が減少することがわかった。耐熱性は他のガラス材料と比較して約100倍の優位性がみられた。今後も引き続き,Nd添加条件と熱処理条件の最適化を行い発光特性の改善を図る予定であり,また平成22年度は当初予定通り,昨年度までのレーザー静特性評価に加え,Ndドープ結晶化ガラスのレーザー発振特性評価を行い,本研究の総括・まとめを行う予定である。結晶化ガラスを用いた高平均パワー用レーザー材料の基礎的研究として,部分結晶化ガラスである超低膨張ガラスセラミックス(CLEARCERAM:(株)OHARA)に,レーザーイオンであるNd^<3+>をドープした材料のレーザー材料としての発光特性の評価,解析を行った。また,部分結晶化ガラスセラミックスの組成比や焼結温度の異なるサンプルのレーザー静特性評価を実施した。

熱ショック定数は,一般的なレーザー材料であるNd:YAGの約30倍,一般のガラス材料の100倍以上の媒質が得られた。誘導放出断面積は,分光的手法を用い導出し,10^<-20>cm^2オーダーであることがわかった。Liを増加させることで,未熱処理で1.12-1.14倍.結晶化温度840°Cで1.28-2倍,860°Cで1.09倍誘導放出断面積が増加することがわかった。Alを増加させると,未熱処理で1.06-1.14倍,840°Cで1.09-1.14倍,860°Cで1.03-1.09倍誘導放出断面積が増加することがわかった。誘導放出断面積が高いLi+1.0%媒質で結晶化温度を840°Cから82°C°Cにすると,量子効率が約5倍高くなった。組成比変更と,結晶化温度の変更による結晶化度の制御により,誘導放出断面積の向上と,量子効率の向上が見込めることがわかった。従来までレーザー媒質としてガラス系の母材は,YAGなどの結晶群に比べ耐熱性の低さから,高い平均パワーレーザー装置には適応できなかった。本研究の,部分結晶化によって,耐熱性の低さの問題は解消される見通しが得られた。今後,Nd添加条件の最適化と熱処理条件の最適化を行い,発光特性の改善を図ると同時に,散乱係数などのロスパラメータを評価することにより,本研究の部分結晶化ガラスの高い平均パワーレーザー装置への適応や,それによる更なる固体レーザーの高出力化が期待できることがわかった。