hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
平板動物の生殖周期・有性生殖・個体発生過程の解明

今年度も引き続き、所属機関である筑波大学下田臨海実験センターで平板動物の採集を行い、採集個体数、及び採集個体のサイズを測定した。また、その際に一匹一匹を実体顕微鏡下で観察し、卵や胚の有無やその個数を確認した。その結果、3年連続で同じ時期に卵、胚を持つことが確認され、下田近辺の平板動物の繁殖時期がより確実に推定された。平板動物の野生集団の繁殖時期の報告はなく、世界初である。また、卵や卵割胚の固定も行っており、これら固定サンプルの解析も進めた。また、繁殖時期に採集した個体を実験室内で飼育し、飼育下での卵成熟の有無を確認した。そのために、安定した実験室内飼育系統を確立した。生殖関連遺伝子や、飼育系統確立に有用と思われる遺伝子の単離も行い、その発現に関しても予備的な結果が得られている。平板動物はその単純な体制から種の判別が困難で、現在科学的に記載されている種は平板動物門全体で1種のみである。最近の分子系統解析や電子顕微鏡を用いた形態学的観察からは複数のグループが門内に存在することが明らかになったが、それらのグループが別属、別種、亜種、何に相当するか結論は出ていない。異なったグループ同士で有性生殖が行われている可能性を検討するために、下田、及び日本各地で採集された平板動物の分子系統解析を行い、下田近海には複数グループが生息していること、および日本各地にいるグループの分布パターンを明らかにした。研究成果が6月26日付朝日新聞朝刊で紹介されました。生物学2年連続で同じ時期に平板動物の卵、胚が得られており、下田に生息する平板動物の繁殖時期はほぼ決定できた。また、卵や胚の固定も少ないながら行えた。しかし、所属機関である筑波大学下田臨海実験センターの改修工事が行われており、予定していた遺伝子発現解析などの一部の実験が行えなかった。研究の1年目で平板動物の繁殖時期が判明できたのは想定していた以上の結果である。これまで実験室飼育系統での卵や卵割期の報告はあるもの、平板動物の野生集団の繁殖時期の報告はこれまでなく、世界初である。また、少数ながら卵や卵割胚の固定もできた。この結果も平板動物の野生集団からは初めての報告である。今後はこれら固定サンプルの解析を進める予定である。本研究では、平板動物に存在していることが判明している、生殖に関連している遺伝子の年間を通した発現量の相対的な増減を定量PCRや抗体染色法を用いて調べる計画である。それぞれに関して、予備的な結果は得られているものの、安定した結果が得られていない。繁殖期の判明、卵・胚の固定サンプルの作成は、研究1年目としては想定していた以上の結果が得られたが、遺伝子発現の実験に関しては、もっと結果が得られることが望ましかった。この2点を総合的に考慮し、ほぼ想定通りの達成度と自己評価する。改修工事は平成26年度6月に終了予定であり、工事終了後は速やかに延期された遺伝子の発現解析実験や抗体染色法などに取りかかる。また、工事中も定期的な採集を継続することで、繁殖時期の再確認を行う。そして、繁殖時期には多くの成体を採集することで、より多くの胚や卵を獲得する予定である。そして、卵や胚の観察を行う。また、平板動物の有性生殖行動の観察にも挑戦したい。今後も定期的な採集を継続することで、繁殖時期の再確認を行う。そして、繁殖時期にはより多くの成体を採集することで、大量の胚や卵を獲得する予定である。その際は単に観察を行うのではなく、積極的に実験発生学的な手法も用いる。
事象関連電位発現における大脳皮質神経活動の関与:ラットを用いた電気生理学的研究

近年、ラットの前頭葉の一部である内側無顆粒皮質は、霊長類の前頭連合野に対応し、注意機能に関連することが示唆されている。そこで、大脳皮質の中でも内側無顆粒皮質に焦点を当て、freely moving状態や注意課題遂行時の神経発火と脳波の記録を用い、事象関連電位発現における役割を注意・覚醒機能の観点より分析した。平成12年度は、慢性記録電極を内側無顆粒皮質に留置し、freely moving状態にて神経発火と表面脳波とを同時記録した。そして両者の関連や青斑核神経発火活動との相関を解析することにより、内側無顆粒皮質の注意・覚醒機能への関与を示した。平成13-14年度は、二音弁別oddball課題遂行中に神経発火やフィールド電位を記録し、事象関連電位との関連を解析した。記録された神経発火の活動上昇のピークは表面P100成分に対応し、皮質内のフィールド電位のP100成分も表面より有意に大きな振幅を呈した。これらの結果はラットの内側無顆粒皮質が刺激の弁別を反映する事象関連電位発現に関与していることを示唆した。さらに、予告付き条件づけ課題遂行中における内側無顆粒皮質と事象関連電位発現との関連も検討した。freely movingの状態で、10KHzと5KHzの純音を1:1の頻度でrandomに呈示し、10KHz音(標的音)のみに対して、呈示1秒後に、弱いfoot-shockを床グリッドに与えた。1セッション中、音は平均14秒間隔で一時間呈示した。課題を一日おきに6回続けた。課題を重ねるとともに、皮質表面において、標的音に引き続きfoot-shock提示まで持続する陰性の事象関連電位が形成された。皮質表面陰性・皮質内陽性の電位差も出現し、内側無顆粒皮質が予告付き条件づけ課題時の事象関連電位発現に関与することが示された。この陰性事象関連電位は後頭葉や側頭葉では観察されず、前頭葉の機能を反映するものと考えられた。そして、この電位はfoot-shockを中止した後もしばらく消去されず、記憶に基づく覚醒レベルの上昇に関係することが考えられた。また、前頭葉内でも中部やや外側において反応は大きく、発生源は限局していることが示唆された。3年間の知見より、前頭葉連合野は注意や覚醒に関連する脳波や事象関連電位発現に密接に関わっていることが示された。近年、ラットの前頭葉の一部である内側無顆粒皮質は、霊長類の前頭眼野に対応し、注意機能に関連することが示唆されている。そこで、大脳皮質の中でも内側無顆粒皮質に焦点を当て、神経発火と脳波や事象関連電位発現との関連を検討した。freely movingラットを用い、慢性記録電極を内側無顆粒皮質に留置し、神経発火と表面脳波とを同時記録し、両者の関連を検討した。その結果、内側無顆粒皮質において、覚醒脳波出現時に自発発火が抑制される神経発火が観察された。また、それらの神経発火は、低覚醒状態では、聴覚刺激呈示に対し抑制性の反応を示した。

さらに、注意・覚醒機能と密接に関連する青斑核ニューロン神経発火と相反的な活動を示し、内側無顆粒皮質の注意・覚醒機能への関与が支持された。また、ラットの頭部を脳定位的に固定した状態で、二音弁別oddball課題を遂行中に、内側無顆粒皮質において神経発火と事象関連電位を同時記録した。刺激には10KHz音(低頻度標的音)と5KHz音(高頻度非標的音)を用い、低頻度10KHz音の呈示後2秒以内のレバー押しに対して報酬として練り餌を一滴与える訓練をした。その結果、約30%の神経発火は、低頻度標的音に対して発火頻度の上昇を示した。発火頻度上昇は音呈示後100-600ミリ秒の間持続した。発火上昇のピークは表面P100成分に対応した。皮質内のP100成分は、表面より大きな振幅を呈した。高頻度非標的音に対しては著明な反応は認められなかった。これらの結果はラットの内側無顆粒皮質が刺激の弁別に関与し、事象関連電位の発現に関連していることを支持する。来年度も実験を重ね、検証を続けていく予定である。近年、ラットの前頭葉の一部である内側無顆粒皮質は、霊長類の前頭眼野に対応し、注意機能に関連することが示唆されている。そこで、大脳皮質の中でも内側無顆粒皮質に焦点を当て、神経発火と脳波や事象関連電位発現との関連を検討した。昨年度は、freely movingラットを用い、慢性記録電極を内側無顆粒皮質に留置し、神経発火と表面脳波とを同時記録した。両者の関連を解析し、内側無顆粒皮質神経発火が注意・覚醒機能と密接に関連する青斑核神経発火と相反的な活動を示すことより、内側無顆粒皮質の注意・覚醒機能への関与を報告した。本年度は、実際に注意関連弁別課題をラットが遂行中に、内側無顆粒皮質神経発火やフィールド電位を記録し、事象関連電位発現との関連を解析した。二音弁別oddball課題では、ラットの頭部を脳定位的に固定した状態で、内側無顆粒皮質において神経発火と事象関連電位を同時記録した。32個のニューロン活動を記録した結果、10/32の神経発火は、低頻度標的音に対して発火頻度の上昇を示した。発火頻度上昇は音呈示後100-615ミリ秒の間持続した。皮質内のP100成分は、表面より有意に大きな振幅を呈した。これらの結果はラットの内側無顆粒皮質が刺激の弁別に関与し、事象関連電位の発現に関連していることを支持するものであった。予告付き条件づけ課題では、freely movingの状態で、10KHzと5KHzの純音を1:1の頻度でrandomに呈示し、10KHz音(標的音)のみに対して、呈示1秒後に、弱いfoot-shockを床グリッドに与えた。1セッション中、音は平均14秒間隔で一時間呈示した。課題を3日ごとに続け、訓練過程および完成後に、内側無顆粒皮質において表面脳波と皮質内フィールド電位の記録をとった訓練を重ねるとともに、皮質表面において、標的音に引き続きfoot-shcck提示まで持続する、陰性の事象関連電位が形成された。
ハードあるいはソフトな金属イオンを集積する植物と土壌汚染指標

i)特定の元素ないし元素群を洗濯的に集積する植物の探索すなわち有用、有毒(放射性同位元素を含む)の指標植物の探索。ii)もしその様な植物があるとすれば植物分類学あるいは系統学との対応関係の吟味。iii)その様な植物群の元素集積性と土壌環境の対応関係の吟味。iv)これらマクロスコピックなデータを集めて解析することにより植物が選択的、特異的に各種元素を集積する性質の分子レベルでのメカニズムの研究に対する問題提起。以上の4つの目的を持って、植物種として約400種、植物試料数として3000ケを超えるものにつき、中性子放射化分析法により、主成分から微量元素に至るまで一試料平均25元素に分析した。植物を採取した所は、酸性から超塩基性岩を母岩とする土壌に及んでいる。その結果以下の様な事が明らかとなった。Co:トウダイグサ科植物のうち約1/3の植物種がCoを特異的に集積する性質がある。ZnとCd:ヤナギ科とモチノキ科植物はこれら金属を集積する性質がある。またツツジ科植物はZnを集積する性質はないが、Cdを集積する。ツツジ科植物中のCd/Zn比は他の植物に比べ10倍程度高い。希土類元素、Ba、Ra、Ac:ウラジロ科に属するウラジロ、コシダまた科は異なるがシシガシラの様なシダ植物は特異的に希土類を集積する。ウラジロやコシダは酸性土壌にしか生育していないが、シシガシラは酸性度の如何を問わず生育している。しかもこれらは、軽希土類に対する集積性が高い。ブナ科、ツバキ科、カバノキ科、ユキノシタ科植物は、希土類元素を一般の植物に比べてより集積する傾向があるが、集積度は上記シダ植物に比べ、二桁ほど低い。ただし、重希土類に関してはウラジロ科と同程度あるいはそれ以上集積することは注目に価する。すなわち、重希土と軽希土類元素の分別濃縮が二桁程度植物によって行われていることが分る。軽希土を集積するものは、Ba、Ra、Ac、Uをも集積する。
チャクチ・ベーリング海における乱流混合の観測研究：生物生産・気候変動への影響評価

本申請課題では、北極海南西部・季節海氷域における海洋混合過程を明らかにすべく、船舶による現地調査を行い、そのデータ解析を行う。本年度は、「みらい」北極航海「MR17-05C」に参加し、ベーリング海峡周辺の海洋混合について観測を実施した。特に、ベーリング海峡の南部に位置するアナディル海峡を通過する流れの不安定性に注目し、乱流観測や流れの直接観測を実施した。調査の結果、秋に特徴的な海面水温フロント(冷水パッチ構造)について、キーとなる物理過程の観測に成功した。要点を端的に述べると、当海峡の上流に位置するアナディル湾系の水が海峡を通過し、チコリフ湾に貫入する。この時、鉛直下部の低温水が、周囲の水と激しく混合しながら表層付近にまで湧昇し、相対的に低温な領域を海面に作り出す様子が観測された。これは、カナダ海盆など、北極海内部の広い範囲において現場の熱収支や水温分布に影響を与え、結果的に海氷の多寡にまで影響する可能性がある。今後はこの混合プロセスの発生機構や条件の解明に向けてさらなる現場調査・解析を進める予定である。北極海の生物生産への影響に関しては、チャクチ陸棚域において2013年に実施した観測(MR13-06)から重要な共著論文が発表された(Fujiwara et al. 2018)。この研究は、当該海域に暴風による流れが発生した際、海底のセジメント物質が巻き上がり、植物プランクトンや海洋微生物の繁殖につながる様子を実施のデータから示した。また、その際、優占的に卓越するプランクトンの種類や規模に関して、蛍光高度計を用いて統計学手法から定量化に成功した点は評価に値する。ここで得られた成果は、秋の北極海で頻発する気象擾乱に対する海洋の応答について、他分野(物・生・化)が相互連携し、体系的な成果をあげた研究として重要な位置付けにある。29年度が最終年度であるため、記入しない。H28年度の主な研究業績について記述する。まず、チャクチ海で2013年に実施した船舶観測(MR13-06)のデータを解析し、物理・生物・化学がそれぞれ密接に関連した結果を論文として報告することができた(Uchimiya et al. 2016)。概要を述べる。太平洋側北極海に位置するチャクチ浅海域において、風による近慣性内部波や強風による直接的な乱流混合を船上で観測した(Kawaguchi et al 2015)。このとき、海底付近のセジメント物質の巻き上がり(resuspension)が発生し、海中を浮遊した栄養塩物質は内部波など中層の混合過程をとおしてさらに上層に位置する有光層の深さにまで持ち上げられる。最終的に、植物プランクトンや海洋微生物群集の繁殖につながったという結果を得ることができた。次年度は、増殖したプランクトンの種類やサイズなどより詳細な繁殖環境・条件を明らかにしたい。本年度、ベーリング海周辺で得た新しい知見は、ベーリング最北部に位置するベーリング海峡での強い混合の実態解明があげられる。これは、2015年の海洋地球研究船「みらい」北極航海で実施した乱流計観測で示唆された結果である。ベーリング海峡では北太平洋と南方ベーリング海を起源に持つ水が合流しながら北上する。この狭い海峡において、直接乱流観測の結果から、底層において10^-6 W kg-1にもおよぶ乱流エネルギーが計測された。これによって、水塊特性がまったく異なる東西の水塊が無秩序に混合し、新しい特性の水をつくり出す、という事実が明らかとなった。今後は、過去に当該海域で実施した係留系のデータを再検討することで、ベーリング海峡での水塊変質・混合の全容解明を目指す。本年度は、過去に得られた観測データの整理・再検証を中心に本研究課題を進めた。チャクチ海・ベーリング海、両海域でのデータ解析を遂行し、当初の目的であった乱流混合と生物生産の関係性、そして、当該海域での混合物理メカニズムの一端を明らかにすることができた。このような点から本課題がおおよそ計画通りに進んでいると自己評価する次第である。

北極海の生物生産への影響に関しては、チャクチ陸棚域において2013年に実施した観測(MR13-06)から重要な共著論文が発表された(Fujiwara et al. 2018)。この研究は、当該海域に暴風による流れが発生した際、海底のセジメント物質が巻き上がり、植物プランクトンや海洋微生物の繁殖につながる様子を実施のデータから示した。また、その際、優占的に卓越するプランクトンの種類や規模に関して、蛍光高度計を用いて統計学手法から定量化に成功した点は評価に値する。ここで得られた成果は、秋の北極海で頻発する気象擾乱に対する海洋の応答について、他分野(物・生・化)が相互連携し、体系的な成果をあげた研究として重要な位置付けにある。本研究課題における今後の研究計画・方針について記述する。まず、チャクチ陸棚域の混合に関する研究では、風による流れや内部波による混合の結果、増殖した植物プランクトンが実際にどのような種類やサイズを取るのか、またその繁殖の詳しい環境について明らかにしたい。ここでは、連携・協力者であるJAMSTECの西野技術主任・藤原技術研究員の協力を得ながら研究を進める予定である。ベーリング海の研究では、東西の水塊が北上しながら合流し、底層において多大な乱流エネルギーを持つことが判明した。今後は、過去に同じ海域で2004年に実施されたJAMSTEC係留系の流速・水温・塩分データを詳しく再検証することで、ベーリング水の混合過程の全容解明と北極海下流域への影響を議論する。これに加えて、H29年度はArCS事業による「みらい」北極航海の計画があり、研究代表者はこれに参加予定である。チャクチ陸棚域・ベーリング海峡付近で海洋観測を実施し、新規データを取得する。29年度が最終年度であるため、記入しない。
ディスクロージャーの質が利益情報の質に及ぼす影響に関する実証研究

本研究課題では、総合的なディスクロージャーの質の尺度を導出し、利益の質との関係を検証することを目的としている。本年度は、この準備段階として、会計情報のディスクロージャーにおける(1)市場の合理性、(2)会計情報全体の精度、(3)個々の基準の3つの観点から、利益の質に及ぼす影響について研究を行った。(1)については、「利益の質と発生項目アノマリー」として日本管理会計学会2005年全国大会(玉川大学)で研究報告を行い、現在『管理会計学』に投稿中である。この研究では、Mishkin(1983)のモデルを用いて、利益の質と市場の合理性との関係を検証した。その結果、利益の質が高い(低い)ほど、市場は利益やその構成要素の持続性を合理的に評価している(していない)にとが確認された。(2)については、「会計情報の精度と利益情報の質の関係-アナリストが直面する情報精度に基づく検証-」としてディスクロージャー研究学会第7回年次大会(関西学院大学)で研究報告を行い、現在『ディスクロージャー研究』に投稿中である。この研究では、Barron et et al.(1998)のモデルを用いてアナリストの利益予測から会計情報の精度を導出し、利益の質との関係を検証した。その結果、会計情報の精度が高い(低い)ほど、利益の質も高い(低い)ことが確認された。(3)については、金融商品会計基準を取り上げ、金融商品会計基準によって損益計上されるようになった評価差額と利益の質の関係について研究を行った。その結果、損益計上される評価差額は追加的な価値関連性を有して利益の質の向上に資する一方、発生項目の予測誤差を増大させて利益の質を損なう面もあることが確認された。この成果は、r金融商品会計の意義と利益の質に関する分析-損益計上される金融商品の評価差額について-」として『産研シリーズ』(早稲田大学産業経営研究所)第37号に掲載予定である。
細胞内環境で変化する非二重らせん構造の定量的機能解析と遺伝子発現制御

本研究では、非標準核酸構造の安定性と立体構造を細胞内環境で解析し、非標準核酸構造による遺伝子発現制御機構を分子レベルで解明することを目的としている。2018年度はまず、細胞内環境で遺伝子発現制御する非標準構造のエネルギーパラメータの測定を開始した。研究分担者の建石とTengが中心となり、ヒトのDNA配列からがんや神経疾患に関連する非標準構造を対象に、化学的環境変化への応答を解析した。紫外可視吸光度測定と円二色性測定から熱力学的安定性や核酸構造を解析することで、共存溶質、pH、イオン濃度などの化学環境の変化による非標準核酸構造の安定化エネルギーの変化を定量的に得た。また、細胞内のような分子で混み合った環境を模倣すると考えられる分子結晶内での構造解析の条件検討を開始した。そのために、ヒトのがん遺伝子の一種であるVEGF遺伝子のプロモーター領域の配列が形成する非標準核酸構造の1つであるi-motifについて、結晶化の検討を研究分担者の高橋がイギリスReading大学で開始した。さらに、細胞内での非標準核酸構造を実測するための準備として、研究代表者の杉本がチェコMasaryk大学に訪問し、分担者の建石が行った細胞実験のデータを基に細胞内NMR測定の予備的検討と、今後の測定における細かな実験条件の打ち合わせを行った。細胞・個体レベルでの非標準核酸構造の機能制御の研究にも着手し、研究分担者の遠藤が中国南京農業大学に出向いてイネの組織毎のRNAを取得し、イネの発生や分化、組織形成などの各成長段階において変動する非標準核酸構造の解析を開始した。国際交流として、イギリス、チェコ、中国それぞれにおいて学会あるいはセミナー形式で研究発表も行い、さらなる国際共同研究の可能性を拡げることができた。当初の計画通り、国際共同研究先の各所(イギリス、チェコ、中国)に訪問滞在し、共同研究を開始した。国内での核酸構造のエネルギーパラメータ解析も着実に進んでおり、研究が順調に進展している。また、研究分担者であるTengは2019年度から自国(中国)での就職が内定したため、2018年度途中での本事業の参加を辞退した。そのため、研究代表者と所属を共にするGhosh博士研究員が代わりに本事業に参加した。研究の引き継ぎは滞りなく行うことができ、本事業の進捗に影響はない。2019年度は、前年度に引き続き共存溶質、pH、イオン濃度などの化学環境の変化による非標準核酸構造の安定化エネルギーの変化(ΔG)についてのデータを蓄積する。さらに、複製・転写・翻訳などの遺伝子発現反応の相関を解析する。これらの遺伝子発現の反応効率から反応の活性化自由エネルギー(ΔG‡)を算出し、安定化エネルギーとの相関を検討する。分子クラウディング環境での精密立体構造解析についてはイギリスReading大学のグループと連携し、放射光CD(srCD)およびX線結晶構造解析を用いて解析する。細胞内構造解析についてはチェコMasaryk大学のグループと連携し、in cell NMR法による異なる由来の細胞内構造解析も行う。これらの構造解析研究から、細胞内の分子環境の違いに依存した非標準核酸構造の変化を明らかにし、非標準核酸構造が細胞内で複製・転写・翻訳を制御するメカニズムを解析する。イネの発生や分化、組織形成などの各成長段階に関わる非標準核酸構造の影響についても、中国南京農業大学との共同研究により引き続き推進する。

そのため、研究代表者と所属を共にするGhosh博士研究員が代わりに本事業に参加した。研究の引き継ぎは滞りなく行うことができ、本事業の進捗に影響はない。2019年度は、前年度に引き続き共存溶質、pH、イオン濃度などの化学環境の変化による非標準核酸構造の安定化エネルギーの変化(ΔG)についてのデータを蓄積する。さらに、複製・転写・翻訳などの遺伝子発現反応の相関を解析する。これらの遺伝子発現の反応効率から反応の活性化自由エネルギー(ΔG‡)を算出し、安定化エネルギーとの相関を検討する。分子クラウディング環境での精密立体構造解析についてはイギリスReading大学のグループと連携し、放射光CD(srCD)およびX線結晶構造解析を用いて解析する。細胞内構造解析についてはチェコMasaryk大学のグループと連携し、in cell NMR法による異なる由来の細胞内構造解析も行う。これらの構造解析研究から、細胞内の分子環境の違いに依存した非標準核酸構造の変化を明らかにし、非標準核酸構造が細胞内で複製・転写・翻訳を制御するメカニズムを解析する。イネの発生や分化、組織形成などの各成長段階に関わる非標準核酸構造の影響についても、中国南京農業大学との共同研究により引き続き推進する。当初計画していた研究分担者である建石のチェコMasaryk大学訪問は、先方の都合により2018年度が取りやめになった。予定していた旅費は実験用消耗品として使用したが、一部繰越金が発生した。繰越金は次年度以降の国際共同研究のための旅費等で使用する。
熱中症防止のための体温コントロールに関する研究

本研究の目的は,暑熱環境での運動時において熱中症などの事故やパフォーマンス低下を防ぐため,過度な体温上昇を抑制し,体温をコントロールする方法を検討するものである.本研究により,ランニング中(計21分程度のインターバル走)の体温をコントロールするためには,帽子の着用は効果がみられず,冷水を頭部にかけることが重要であることが分かった.また選手の感覚としては,強制対流が頭部に当たることで,無帽の方がより快適に感じていることが分かった.平成25年度は、研究を進めることができなかった。夏季に本研究の中心となる数種類の水温を頭部にかけた場合の鼓膜温への影響を調べる予定で準備を進めていたが、後述する事情により、実験を実施できなかったためである。このようなことから、本年度は昨年度に測定したデータの解析、および資料収集、研究遅延への対応を中心に進めるにとどまった。平成24年度は、暑熱環境下における運動中の帽子着用の影響についての実験、および来年度実施予定の水かけ実験時の水温に関する予備実験を実施した。実験は7月28,29日に、佐世保高専の陸上グラウンドで実施した。被験者は陸上競技部員8名とし、400m×10本のインターバルトレーニング中に帽子を着用した場合と着用しなかった場合の各種指標を測定し,比較,検討をおこなった。その結果、帽子の有無による鼓膜温、体表面温、HR、鼓膜温など生理的指標への有意な差はみられなかった。一方,暑さ感覚やRPEについては帽子を着用した方が選手は暑さやきつさをより強く感じている傾向がみられた。先行研究でも、輻射熱環境下で長袖シャツを着用した際の体温を調べ、効果が無かったことが報告されている。長袖シャツや帽子で身体や頭部を覆うことにより、外部からの輻射熱を防ぐメリットと、逆に気流が減少し気化熱量が小さくなるデメリットの両者が生じ、そのバランスが体温に影響することが考えられる。今回の結果から,暑熱環境下で長距離走を行う場合,帽子を着用しても体温の上昇を軽減できず,逆に選手は暑さやきつさをより強く感じている傾向が示唆された。本結果は,オリンピックや世界選手権など高温下マラソンでのこれまでの暑熱対策に一石を投じるものにつながるかも知れない。また,今回の実験では,来年度実施予定の頭部への水かけ研究の予備実験も同時に実施した。その結果,水温10°Cが最も好評で,20°Cは少しぬるい,5°Cは冷た過ぎるという感想が多く見られた。今回の被験者の感想を基に,25年度の実験時の水温を数種類準備し,生理学的データの測定を実施する計画である。平成26年度は、校務多忙のため研究を中断した。この状況は予測できていたため、研究分担者とも話し合い、1年間研究期間を延ばし、27年度に完成を目指すこととした。研究を中断したため、本年度は実績となる研究成果を出せなかった。【平成27年度】ランニング中に5種類の温度(10,15,20,25°C,常温)の水を頭部にかける実験(実験2)を実施した。その結果,常温の水では鼓膜温の上昇を抑制できなかったが,それ以外の水温(以下冷水)ではいずれも鼓膜温の上昇を抑制できることが確認された。抑制効果が見られた冷水4条件間では効果の大小は認められず,水かけに最適な水温を確定することはできなかったが,選手の感想では20°Cが最も好評で以下,15°C,25°Cと続き,10°Cは冷た過ぎるという感想であった。また,平成25年に実施した実験1の研究成果「暑熱環境下の長距離走における帽子着用の有無が鼓膜温に及ぼす影響」を日本トレーニング科学会(11月)で発表し,論文を作成中である。期間中の公表には間に合わなかったが,実験2についても,順次,学会発表と論文作成を進めていく予定である。【期間全体を通しての成果】本研究の目的は,暑熱環境での運動時において熱中症などの事故やパフォーマンス低下を防ぐため,過度な体温上昇を抑制し,体温をコントロールする方法を検討するものである。本研究では2つの実験を通し,以下のような成果を得た。1.炎天下の20分程度のランニングにおいては,帽子を着用しても鼓膜温の上昇を防ぐことが出来ず,着帽によって逆に選手は暑さをより強く感じている。2.炎天下の20分程度のランニングにおいて,冷水を頭にかければ,鼓膜温の上昇を防ぐことができる。しかし,常温の水をかけても鼓膜温上昇の抑制効果はない。これらの結果から,ランニング中(計20分程度のインターバル走)の体温をコントロールするためには,帽子の着用は効果がみられず,冷水を頭部にかけることが重要であることが分かった。また選手の感覚としては,無帽の方が頭部に強制対流が当たることで,より快適に感じていることが分かった。本研究の目的は,暑熱環境での運動時において熱中症などの事故やパフォーマンス低下を防ぐため,過度な体温上昇を抑制し,体温をコントロールする方法を検討するものである.本研究により,ランニング中(計21分程度のインターバル走)の体温をコントロールするためには,帽子の着用は効果がみられず,冷水を頭部にかけることが重要であることが分かった.また選手の感覚としては,強制対流が頭部に当たることで,無帽の方がより快適に感じていることが分かった.

管理職(寮務主事)として学寮の運営のみならず、大規模改修工事への対応業務に追われ、研究の時間が取れなかったことが研究が遅れている理由である。学寮の主要施設が改修のため使用できない状況下での寮生の生活や、事務室や当直室がない中での事務業務や教員当直など、学寮の管理・運営業務に奔走した1年で、多忙を極めた。このような状況であったため、26年度は研究を中断し、27年度まで研究を延長することとした。スポーツ科学研究期間を1年延長し、27年度までとした。27年度は管理職から外れるため、研究のための時間も取れることから、夏季に追加実験を行い、秋以降に学会で成果発表を行う予定である。また、研究分担者の転出があったが、替わりの分担者を追加できたため予定通りに研究を遂行していく。平成25年度から寮務主事に任命(2年間)され、研究のための時間が取れなかったことが理由である。夏季に実験を行う準備を整えていたが、その時期に学寮で3つの事件が発生し、その対応に追われて実験が実施できなかった。研究の遅延対策としてデータ分析担当の研究分担者を加えていたが、データがとれなかったため研究を進めることができなかった。さらに30年に一度の改修工事が立て続けに2件入ったことで、図面作成や寮生削減、改修中の各種対応などの業務で多忙を極めた。H24年度の研究は、おおむね順調に進んだ。本研究は、屋外でのフィールド研究が主であるため天候の影響を受けるが、1年目は天候に恵まれ、ほぼ同様な暑熱環境下で予定通り1つの実験を完了できた。また、実験に必要な物品の準備,被験者や検者の確保も予定通り進んだ。なお,当初予定した研究計画の変更も行った。1年目に実施予定であった水かけの実験と2年目の帽子の実験を入れ替えた点である。この変更は水かけ実験の水温の予備実験を行う為のものであり,研究全体の進度としては,ほぼ予定通り進んでいる。研究期間を1年延長することが決まったため、本年度の実験などを全て中断し、次年度へ繰り越すこととした。寮務主事の任期である26年度までは、業務と並行して研究を進めるしかないが、学寮(高校生年齢を含む400名)の管理、運営の通常業務に加え、改修に伴う対応で研究の時間が確保できないことが課題である。また、研究の特性上、実験が夏季に限定されることもあり、今後も研究の遅れが生じることが考えられる。このようなことから、研究分担者と協議し、研究期間を変更することとした。研究期間を1年間延長して27年度に成果をまとめたいと考えている。25年度は,水かけに最適な水温に関する実験を実施予定である。水かけによって体温の上昇が抑制されることは報告されているが,その水温や水量、タイミングについては、研究者によって異なっている。本研究では、5000mレースを想定した場合に最も効果的な水かけの方法について研究する。数種類のタイミングで、水かけ(水温や水量を変化させて)を行い、鼓膜温を中心とした諸指標への影響を詳細に調べる計画である。研究遂行上の問題点が2つあり,1研究代表者が寮務主事を務めねばならなくなったこと,2被験者となる本校陸上部の部員数減である。1は,研究分担者を1名増やしデータ処理や分析等を分担することで対応し,出来るだけ研究の遅延がないようにしたい。2は,他高専もしくは近隣の高校,大学等に協力を要請し,被験者数を確保する予定である。実験(水かけによる体温コントロール)時の被験者謝金と消耗品、成果発表のための旅費などとして使用する計画である。
組織等価ファントム熱ルミネセンス線量計による陽子線と炭素線の3次元線量分布測定

組織等価ファントム熱蛍光線量計(TEP-TLD)による陽子線と炭素線の3次元線量分布測定を行い、本システムの有用性の調査と、両核種の深部線量を3次元的に明らかにすることを目的とした。3次元線量分布測定に必要な測定システムと校正法の確立、および基礎特性の評価、線量分布測定を行った。高い再現性と線量応答性を示し、LET依存性を補正すると簡易的に分解能の高い2・3次元の炭素線線量分布を取得できることが分かった。X線等を多方向から複雑に組み合わせて腫瘍部のみに放射線を集中させた定位放射線治療は、患者への侵襲性が低く治療効果の高いがん治療法として期待されている。しかし、実施される放射線の線量分布は複雑で治療計画の検証が難しい。我々は、この線量分布を測定可能な組織等価ファントム熱蛍光線量計(TEP-TLD)を開発した。この線量計は、放射線の吸収量が3次元的に生体と等しく人体ファントムとして使用できるため、高分解能で3次元線量分布を簡易的に取得できる。これまでに、X線に対して高い有用性が示されている。本研究では、陽子線及び炭素線に対する有用性を調査し、両核種のエネルギー損失過程(線量分布)を3次元的に明らかにすることを目的としている。成果が得られると、高エネルギー放射線発生装置の機器管理やこれまで難しかった3次元の治療計画検証システムとして利用できる。本年度の計画は、可搬型測定器の作成と画像解析システムの構築、陽子線と炭素線に対する有用性の調査であった。予定通りに、可搬型測定器の作成と画像解析システムを構築し測定システムを完成させた。炭素線に対する有用性の調査では、本システムが分解能の高い2次元の線量分布を簡易的に取得できることと、1-80Gyの領域で高い線量応答性を持っていることが確かめられた。これらの成果は、第100回医学物理学会で発表され、ポスター賞を受賞した。しかし、ブラックピークの測定では、水やタフウォータ中での電離箱の結果と比較して、15mm深部方向で観測された。これらは、モンテカルロ(Giant4)による解析でもほぼ同様の結果であった。炭素とTEP-TLDの構成原子との核反応が水の場合と異なり、その影響が表れたものと考えている。今後の検討課題となった。尚、陽子線の測定については、陽子線装置の故障により測定できなかった。そのため、本年度は、実施場所を変更し、放射線医学研究所で測定が実施できるように申請した。本年度は、独自に作成した可搬型測定器を用いて、TEP-TLDによる炭素線のブラックピークの測定を行い、2次元および3次元線量計としての有用性を調査した。実験で使用したTEP-TLDはすべて放射線医学総合研究所のγ線標準場を用いて0.3mm間隔で2次元の校正を行った。TEP-TLDの大きさは当初使用していた8cm×8cm×0.25cmではなく、20cm×20cm×0.25cmを用いた。(本年度特許取得)電離箱による測定データと理論計算による三者の検討の結果、本システムが簡易的に分解能の高い2次元の線量分布を再現性よく取得できること、および0.2-80Gyの領域で高い線量応答性を持っていることが明らかになった。また、ブラックピーク付近でLET依存性が大きく示されたが、線量平均LET依存性の測定結果を用いて補正を行った。TEP-TLDが大型化したことにより、基礎特性の評価や合成に多くの時間を有したため、3次元での十分な評価ができなかったが、TEP-TLDの高い2次元の線量計としての有用性が示され、3次元化に向けた測定システムが確立された。
都市の将来変化を加味した地震・津波の複合による人的被害評価手法と減災手法の開発

本年度は、昨年度構築した人的被害予測式を札幌市、釧路市など道内主要都市に適用し、被害推定を実施した。また、胆振東部地震が発生し、道内主要都市以外における現有の被害関数の適用性の検討も実施した。この結果、釧路市においては、これまで考えられていなかった家屋や室内における閉じ込めに伴う死者に加え、閉じ込められなくとも高齢化により死亡率は大きく上がることが判明した。また、高齢化による移動速度の低下により避難ビルの設置に伴う死者軽減効果が異なるため、現有の都市に合わせ避難ビルを配置すると将来地震が発生した場合の死者軽減効果が低下する可能性があることが判明した。また、札幌市においては負傷者に対し、病院数が月寒断層における地震が発生した場合、想定される最大規模のM6.8ではなく、M6.4の地震でも病床数が足り無くなることが判明した。札幌市内においても不足病床数に地域差があり、被害を抑えるべく、建物の耐震化や家具の固定、被災時の行動などにより減災を行うとともに、被災発生時の搬送計画などを検討していく必要がある。加えて、人的被害減災に重要である住宅の建て替えについて検討するにあたり、経済状況と対策の関係を検討したところ、北海道市民は貯蓄額が全国に比較し低いにもかかわらず、高気密、高断熱の北方型住宅は他地域に比べ住宅建設費用が高く住宅再建が他地域よりも厳しくなることが判明した。今年度の研究成果を踏まえ、次年度においては実現可能性を考慮しつつ人的被害の減災戦略の検討を行っていく。今年度は、道内主要地域における被害推定が終了し、一部地域については減災戦略の検討を始めており、本研究はおおむね順調にに進展しているといえる。本年度は、昨年度実施した被害想定結果の各パラメータを変更することで、耐震化、家具の固定、床面積、賃貸住宅の住み替え、避難ビル、コンパクトシティー計画時の住民の集約エリアの選定に安全性を考慮に入れるなど、道内主要都市ごとの減災戦略を検討していく。本年度は、地震動による人的被害予測式の高度化と地震動による住居・室内被害を考慮した津波による人的被害予測手法の構築したのち、長期的なリスク評価を可能とする手法を構築する。具体的には、人的被害予測の高度化に関しては、これまで建物被害のみから推定されていた人的被害推定において、建物倒壊に起因する人的被害と室内被害に起因する人的被害を区別し、建物の空間損失率を示すW値を導入することで原因別に推定可能な手法の構築を行った。また、建物被害推定については、データの収集が難しい1970年以前の建物の耐震性能を収集すべく過去の集落調査などのデータを用いて耐力分布を作成する方法を考案した。室内の被害に関しては、地域の世帯人数別家具保有数、床面積、家具種別等をリスク評価に用いることで室内リスクの地域性が考慮可能となった。構築した人的被害推定手法を新潟県中越地震・熊本地震の被害と比較しこれまでの既往式に比べ精度が高いことを確認した。構築した手法を札幌市月寒断層における被害推定に用いることですることで建物被害と室内被害の空間分布がが異なることを明らかにした。この結果は、これまでの建物被害分布のみによる人的被害予測を用いた減災戦略ではない新たな戦略の必要性を示している。次に、地震動による被害が津波被害に与える影響を検討すべく兵庫県南部地震における建物損傷度ごとの閉じ込め率を利用し、地震後の建物内閉じ込め関数を構築することで津波到来時に都市こめられる人々の推定を可能とした。最後に、人口、建て替えに伴う耐力分布の変化、老朽化、室内面積、家具量などを将来予測し構築した人的被害・閉じ込め予測式に代入することで、これまで推定されてこなかった地震動に伴う建物室内被害が津波到来時の人的被害発生に与える影響の将来変化推定が可能となった。本年度は研究計画に則り、地震動による建物被害と室内被害ごとの人的被害と閉じ込め率の推定式を構築したことにより、津波被害へこれらが与える影響を評価可能となった。このことより、本研究はおおむね順調に進展しているといえる。

今年度は、道内主要地域における被害推定が終了し、一部地域については減災戦略の検討を始めており、本研究はおおむね順調にに進展しているといえる。今後、構築した関数群や都市マスタープランなどの関連資料を用いをもちい、北海道の主要都市において将来変化を用いた人的被害評価を実施し、各都市の地震・津波に伴う人的被害発生リスクが地域ごとにどのように変化していくのか明らかにする。本年度は、昨年度実施した被害想定結果の各パラメータを変更することで、耐震化、家具の固定、床面積、賃貸住宅の住み替え、避難ビル、コンパクトシティー計画時の住民の集約エリアの選定に安全性を考慮に入れるなど、道内主要都市ごとの減災戦略を検討していく。予定していた北海道南西沖地震被災自治体における資料収集であるが、本年度構築した手法を用い被害の変遷を推定した後に実施するほうが、自治体担当者に資料の必要性や利用法を伝えるのに効果的であると判断したため推定結果が出た後の次年度に実施することとした。そのため、今年度の旅費12万円を次年度に使用することとした。
モデルマウスを用いた乾癬発症に必要なILー23/Th17径路の解明

我々はユニークな乾癬病態モデルであるK5.Stat3Cトランスジェニックマウスを用いて、乾癬発症におけるIL-23およびIL-22の寄与を検討した。IL-23を欠損するマウスでは乾癬様皮疹の形成が減弱した。一方、IL-22が欠損するマウスにおいては、対照と同程度に皮疹が形成された。この結果より、IL-23は乾癬の病態に重要な役割を果たすこと、また、IL-22には代償経路が存在する可能性が示された。乾癬モデルマウスであるK5.Stat3Cマウスの背部皮膚に12-0-tetradecanoylphorbol-13-acetate(TPA)を反復塗布することにより、乾癬様皮疹を生じた。この皮膚病変部においてはIL-17、IL-22、IL-23などのサイトカインやbeta-Defensin 3やbeta-Defensin 4などの抗菌ペプチド、さらにはS100A8、S100A9などの発現増加が見られるなど、ヒト乾癬皮疹で確認されている遺伝子発現プロファイルに極めて類似していた。乾癬発症にIL-22およびIL-23が必須であるのかを乾癬モデルマウスを用いて検討するためにK5.Stat3C IL-22-/-およびK5.Stat3C_IL23p19-/-マウスを作出した。背部皮膚へのTPA反復塗布によりK5.Stat3C_IL23p19-/-マウスでは乾癬様皮疹が形成されなかった。この結果は、乾癬発症におけるIL-23の重要性を改めて示すものである。一方、K5.Stat3C_IL-22-/-では対照群とほぼ同様の乾癬様皮疹が形成された。この様な結果になった可能性として、IL-22が欠損していることにより、IL-22に構造的・機能的に類似したIL-20ファミリー分子が相補的に発現増加し皮疹を形成したと考えられる。この可能性を検討するべくK5.Stat3C_IL-22-/-マウスにおけるIL-19、IL-20、IL-24の遺伝子発現を調べたが、TPA投与による有意な発現誘導は検出できなかった。既に我々のモデルマウスの系では乾癬様皮疹の形成にIL-17が必須でない可能性が示されている。今後はIL-23の下流で働き、かつ乾癬様皮疹の形成に重要な働きを担う分子の同定を行うため、更に詳細な検討を行う。本研究は、我々が維持している乾癬モデルマウスであるK5.Stat3CマウスとIL-22欠損マウスおよびIL-23p19欠損マウスを交配して新たなマウス作出したうえで、これらサイトカインの乾癬様皮疹形成に果たす役割を明らかにしようとするものである。平成22年度に得られた結果に基づいて、平成23年度は、TPAによる皮疹形成誘導刺激の初期に何らかのサイトカインあるいは成長因子等が変化しているのか、定量的PCR法を用いてそれらの遺伝子発現を解析した。刺激に対する初期反応を捉えるために、TPAを2回塗布した背部皮膚から抽出したRNAを試料として用いた。K5.Stat3C:IL-23p19-/-ではK5.Stat3C:IL-23p19+/-と比較すると、期待されたようにIL-17AとIL-22の発現は検出されず、加えてIL-19ファミリーサイトカインであるIL-19、IL-20およびIL-24の発現が減少していた。また、EGFRリガンドやKGFなどの成長因子の発現が減少していた。K5.Stat3C:IL-22-/-ではK5.Stat3C:IL-22+/-と比較するとIL-23p19、IL-19、IL-24、IL-6、IL-10などのサイトカイン、Ereg、TGF-a等増殖因子の若干の発現増加が示された。今回の結果から、IL-23によって制御され、かつIL-22とは異なる経路によって乾癬様皮疹が誘導されることが示唆された。IL-22の別経路としてIL-17依存性のIL-19/IL-24やEGFRリガンド、KGF等が寄与すると推測される。K5.Stat3C_IL-17A-/-_IL-22-/-マウスにTPAを4週間反復投与した結果、K5.Stat3C_IL23p19-/-ほどの皮疹形成の減弱が見られなかった。すなわちこれは、IL-23によって制御されるIL-17AおよびIL-22とは別の因子が皮疹形成に関わることを示唆する。その候補因子としてあげられるのがIL-17Fである。TPAを2回塗布した皮膚で検討すると、K5.Stat3C_IL23p19-/-ではIL-17A、IL-17F共に遺伝子発現が減少するが、K5.Stat3C_IL-17A-/-_IL-22-/-ではIL-17Fの減少は見られなかった。

IL-17FはIL-17Aと共通のIL-17レセプターに結合するため、IL-17Aの欠損はIL-17Fにより代償される可能性がある。このIL-17Fの代償機能を確認するためには以下のような方法が考えられる。K5Stat3C_IL-22-/-マウスに1IL-17AおよびIL-17F遺伝子発現を欠損させる(Triple knock-out)、2IL-17AおよびIL-17Fそれぞれの中和抗体を同時に用いてその作用を減弱させる、あるいは3IL-17レセプターに対する抗体を用いてリガンドー抗体結合を阻害する。しかしながら、今年度中に上記の材料を手に入れることができず、研究を施行することができなかった。また、別の候補として、IL-22と同一ファミリーに属するIL-19、IL-20、IL-24があげられる。これらの遺伝子発現は対照と比較して、K5.Stat3C_IL23p19-/-マウス皮膚において減少していた。その一方、K5.Stat3C_IL-17A-/-_IL-22-/-マウスでは対照と同等だった。これらのサイトカインはIL-22同様に表皮肥厚を誘導する作用があることから、その有無が皮疹形成に影響したと考えられる。モデルマウスを用いた研究から乾癬様皮疹形成にIL-23が必要なこと、IL-22とは別の経路が重要な役割をになっていることが、各種サイトカイン、増殖因子等の発現解析より示唆される結果が得られたため。24年度が最終年度であるため、記入しない。乾癬モデルマウスを用いて、IL23依存性かつIL-17/IL-22経路とは異なる乾癬皮疹形成に関わる分子機構を明らかにする。まずは、K:5.Stat3C:IL-23p19-/-とK5.Stat3C:IL-17-/-:IL-22-/-の両者を、皮疹誘導に対する反応性やサイトカインの制御等に関して比較検討する。これまでの問題として、K5.Stat3Cトランスジェニックマウスの遺伝的背景がFVBであったために、骨髄置換等による検討が困難であった。この問題を解決する目的で、C57BL6を遺伝的背景に持つK5.Stat3Cトランスジェニックマウスを作出した。
次世代有機光材料の物性研究を切り拓く超広域時間分解光電子分光法の開発

本研究では、励起状態の電子構造の動的変化が計測可能な「時間分解二光子光電子分光法」について、サブピコ秒からミリ秒までの超広時間領域をシームレスにカバーする時間分解二光子光電子分光装置を開発する。同装置を次世代有機光デバイス材料に適用し、励起状態の電子構造とそのダイナミクスを、幅広い時間領域に渡って、高い時間分解能とエネルギー分解能で精密に計測することで、その物理的起源を明らかにする。これによって、励起状態を精密に制御する分子設計指針を提示し、次世代有機光デバイスの高性能化に寄与することを目的とする。本年度は、昨年度から引き続き、チタンサファイアレーザー(繰返し周波数: 76 MHz,光子エネルギー: 1.55 eV)、第3高調波発生器等から構成されるシステムをフェムト秒パルスレーザー光源とし、電子分光装置を組み合わせて、時間分解測定可能な二光子光電子分光装置の開発を進めた。具体的には、レーザー光学系については、昨年度導入した電気光学(EO)型と音響光学(AO)型両方のパルスセレクタを用いたパルスピッキング法を基づいて、100fs1msまでの時間領域で測定可能なシステムの構築を着実に進めた。一方、電子分光装置については、昨年度末に導入した計測用超高真空チャンバーおよび電子分光計測システム全体の整備を行った。具体的には、計測超高真空チャンバーにはHe放電管、単色X線源、マルチチャンネルプレート付きの低速電子線回折、液体窒素冷却対応の試料マニピュレータ、イオンポンプ、ゲッターポンプを導入して、数度のベーキングを行い真空度4x10-8 Paを達成した。また試料作製超高真空チャンバー、試料導入高真空チャンバーもそれぞれマイナーチェンジを行い、より試料導入から作製、計測まで一貫した動作が効率良く行える環境となった。レーザー光学系および電子分光装置の整備と統合を進めていく予定である。当初の計画では、全体として、100 fsから1 msまでの時間領域で、シームレスに測定可能な時間分解二光子光電子分光装置を完成させることを目標としていたが、現状レーザー光学系の整備がやや遅れており、完成に至っていないため。レーザー光学系の整備については、今後注力し完成させる。電子分光装置については、金などの基板試料を用いて、紫外光電子分光法およびX線光電子分光法、液体窒素を使った試料冷却のテスト測定を行い、計測環境の整備を進める。特に励起一重項状態と励起三重項状態のエネルギーを分解するのに必要な100 meV前後の分解能と計測時間の関係を精査し、二光子光電子分光法の計測条件の準備に注力する。その後、パルスレーザ光を計測チャンバーに導入して、遅延時間ゼロでの二光子光電子スペクトル計測、さらにはポンプ-プローブ条件下での時間分解二光子光電子スペクトルの取得を目指す。本研究では、励起状態の電子構造の動的変化が計測可能な「時間分解二光子光電子分光法」について、パルスピッキング法を用いた新しい時間差制御方法を提案する。これに基づいて、従来に無い、サブピコ秒からミリ秒までの超広時間領域をシームレスにカバーする時間分解二光子光電子分光装置を開発する。同装置を、次世代有機光デバイス材料として期待される熱活性型遅延蛍光や一重項励起子分裂を示す有機材料に適用する。これらの系で発現する特異な励起状態の電子構造とそのダイナミクスを、幅広い時間領域に渡って、高い時間分解能とエネルギー分解能で精密に計測することで、その物理的起源を明らかにする。本年度では、現有のチタンサファイアレーザー(繰返し周波数: 76 MHz,光子エネルギー: 1.55 eV)、第3高調波発生器等から構成されるシステムをフェムト秒パルスレーザー光源とし、現有の電子分光装置を組み合わせて、100フェムト秒から数ナノ秒の時間領域で、時間分解測定可能な二光子光電子分光装置の開発を進めた。具体的には、目標仕様を満たすパルスピッカーの選定と導入、及び計測用超高真空チャンバーの設計と導入を着実に進めることが出来た。また、計測プログラム等については、これと並行して進め、基本骨格についてはほほ整備を完了させた。今後は、レーザー光学系および電子分光装置の整備を進めていく予定である。目標仕様を満たすパルスピッカーの選定と導入、及び計測用超高真空チャンバーの設計と導入を着実に進めることが出来、また、計測プログラム等については、これと並行して進め、基本骨格についてはほほ整備を完了させており、おおおね順調に進展している。

本年度は、昨年度から引き続き、チタンサファイアレーザー(繰返し周波数: 76 MHz,光子エネルギー: 1.55 eV)、第3高調波発生器等から構成されるシステムをフェムト秒パルスレーザー光源とし、電子分光装置を組み合わせて、時間分解測定可能な二光子光電子分光装置の開発を進めた。具体的には、レーザー光学系については、昨年度導入した電気光学(EO)型と音響光学(AO)型両方のパルスセレクタを用いたパルスピッキング法を基づいて、100fs1msまでの時間領域で測定可能なシステムの構築を着実に進めた。一方、電子分光装置については、昨年度末に導入した計測用超高真空チャンバーおよび電子分光計測システム全体の整備を行った。具体的には、計測超高真空チャンバーにはHe放電管、単色X線源、マルチチャンネルプレート付きの低速電子線回折、液体窒素冷却対応の試料マニピュレータ、イオンポンプ、ゲッターポンプを導入して、数度のベーキングを行い真空度4x10-8 Paを達成した。また試料作製超高真空チャンバー、試料導入高真空チャンバーもそれぞれマイナーチェンジを行い、より試料導入から作製、計測まで一貫した動作が効率良く行える環境となった。レーザー光学系および電子分光装置の整備と統合を進めていく予定である。当初の計画では、全体として、100 fsから1 msまでの時間領域で、シームレスに測定可能な時間分解二光子光電子分光装置を完成させることを目標としていたが、現状レーザー光学系の整備がやや遅れており、完成に至っていないため。今後は、平成29年度に開発を進めた分光装置を引き続き整備し、パルスセレクタを用いたパルスピッキング法を用いて、1 msまでの時間領域で測定可能なシステムの完成に注力する。昨年度導入したポンプ光とプローブ光用の2台のパルスセレクタを独立に同期駆動し、レーザーパルス列を間引くことで、通過するパルス列の時間間隔を元々の13.15 nsから1 msまで増加させる。この状態から光学遅延法を用いて、プローブ光の光路長を制御することで、0 nsから13.15 nsまでの時間領域の時間分解測定を行うことができる。次に、2台のパルスセレクタをピッキング周波数(1 kHz)は固定したまま、ピッキングするタイミングを制御し、プローブ光のパルス列がポンプ光のそれに対して、1パルス分(13.15 ns, 76 MHz)だけずれた状態に設定する。すなわち、ポンプ光とプローブ光の光路長が同じならば、上記の操作によって、ポンプ光とプローブ光の時間差は13.15nsとなる。この状態から、光学遅延法によってプローブ光の光路長を制御することで、13.15 nsから26.3 nsまでの時間領域の測定が可能となる。ピッキングするタイミングを1パルス分毎ずらしていけば、さらに遅い時間領域の測定が可能である。いわば、時間差制御について、光学遅延法が「微動」、パルスピッキング法が「粗動」に対応している。両手法を融合させることで、最終的に、時間分解能やエネルギー分解能を維持したまま、100 fsから1 msまでの時間領域で、シームレスに測定可能な時間分解二光子光電子分光装置を完成させる。レーザー光学系の整備については、今後注力し完成させる。電子分光装置については、金などの基板試料を用いて、紫外光電子分光法およびX線光電子分光法、液体窒素を使った試料冷却のテスト測定を行い、計測環境の整備を進める。特に励起一重項状態と励起三重項状態のエネルギーを分解するのに必要な100 meV前後の分解能と計測時間の関係を精査し、二光子光電子分光法の計測条件の準備に注力する。