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微小重力環境を利用したレーザ応用計測による燃料液滴燃焼機構の基礎的解明

微小重力下における液滴燃焼機構の解明を目的として,各種レーザ計測法を用いて,液滴温度および火炎内すす濃度分布の測定を試みた.液滴温度測定については,レーザ誘起蛍光法の一種であるエキサイプレックス法を用い,燃焼中の液滴温度の時間的変化の測定を行った.燃料に微量の有機物を添加し,それに紫外光を照射すると蛍光を発する.その蛍光スペクトルの温度依存性から,蛍光を発した液体の温度を推定することが可能となることがわかった.さらに,微小重力下において燃焼中の液滴温度測定に同方法を適用するための小型計測装置の開発を行い,それを用いて微小重量実験を行った.なお,光源として窒素レーザを用い,受光系として多チャンネル光検出器(OMA)を使用した.液滴の時間的変化の測定結果から,上記計測法の有用性を確認することができた.火炎内のすす濃度分布計測には,平面レーザ光散乱法を適用した.光源として,小型YAGレーザを用い,レーザ光をレンズによりシート状とし,液滴火炎に照射した.すすからの散乱光は干渉フィルタを経て,CCDカメラで撮影され,録画された.その結果,平面レーザ光散乱法がすす濃度分布測定に有用であることが確認された.また,微小重力実験を行った結果,すす領域は液滴を中心として球状に存在すること,すすの存在領域は時間とともに変化し,すすの挙動は非定常性を示すこと,およびすす存在領域の内縁にすす濃度の最も高い部分が存在することなどの新しい知見が得られた.微小重力下における液滴燃焼機構の解明を目的として,各種レーザ計測法を用いて,液滴温度および火炎内すす濃度分布の測定を試みた.液滴温度測定については,レーザ誘起蛍光法の一種であるエキサイプレックス法を用い,燃焼中の液滴温度の時間的変化の測定を行った.燃料に微量の有機物を添加し,それに紫外光を照射すると蛍光を発する.その蛍光スペクトルの温度依存性から,蛍光を発した液体の温度を推定することが可能となることがわかった.さらに,微小重力下において燃焼中の液滴温度測定に同方法を適用するための小型計測装置の開発を行い,それを用いて微小重量実験を行った.なお,光源として窒素レーザを用い,受光系として多チャンネル光検出器(OMA)を使用した.液滴の時間的変化の測定結果から,上記計測法の有用性を確認することができた.火炎内のすす濃度分布計測には,平面レーザ光散乱法を適用した.光源として,小型YAGレーザを用い,レーザ光をレンズによりシート状とし,液滴火炎に照射した.すすからの散乱光は干渉フィルタを経て,CCDカメラで撮影され,録画された.その結果,平面レーザ光散乱法がすす濃度分布測定に有用であることが確認された.また,微小重力実験を行った結果,すす領域は液滴を中心として球状に存在すること,すすの存在領域は時間とともに変化し,すすの挙動は非定常性を示すこと,およびすす存在領域の内縁にすす濃度の最も高い部分が存在することなどの新しい知見が得られた.1.液滴火炎内すす濃度分布の測定平面レーザ光散乱法を用いたすす濃度分布測定を行うための実験装置を設計,製作した.微小重力実験に適用するための予備実験として,まず通常重力下において装置の構築および測定を行った.光源として,総合出力2Wのアルゴンレーザを使用した.レーザ光は,球面レンズおよび円筒レンズによりシート状にされ,液滴火炎に照射された.受光系として,ハーフミラー,干渉フィルタおよび2台のCCDカメラを用い,火炎とすすの散乱像を同時に観察した.燃料としてn-ドデカンを用い,雰囲気圧力を変化させて測定を行った.その結果,本測定装置により,すすの散乱像を明確に観察することが可能であることが確認された.また,すすの高濃度領域は,火炎領域の外縁付近に存在し,液滴近傍にはほとんどすすが存在しないことがわかった.現在,上記装置を改良し,微小重力実験用測定装置の試作を行っており,平成8年度に微小重力実験を行う予定である.2.レーザ誘起蛍光法を用いた液滴温度の非接触測定レーザ誘起蛍光法のひとつであるエキサイプレックス法を用いた液滴温度測定装置の開発を行った.同方法は,液体燃料に微量のTMPDおよびナフタレンを混入させ,それに紫外光を照射して得られる蛍光スペクトルの温度依存性から液体の温度を決定するものである.光源として小型の窒素レーザを用い、スペクトルの測定には,イメージインテンシファイア付き多チャンネル光検出器を使用した.本年度は,通常重力下において燃焼中の液滴の温度を熱電対で測定するとともに,液滴からの蛍光スペクトルを測定し,スペクトルの温度依存性を確認した.この結果をもとに,平成8年度に微小重力下において測定を行う予定である.微小重力下における液滴燃焼機構の解明を目的として,各種レーザ計測法を用いて,液滴温度および火炎内すず濃度分布の測定を試みた.液滴温度測定については,レーザ誘起蛍光法の一種であるエキサイプレックス法を用い,燃焼中の液滴温度の時間的変化の測定を行った.燃料に微量の有機物を添加し,それに紫外光を照射すると蛍光を発する.その蛍光スペクトルの温度依存性から,蛍光を発した液体の温度を推定することが可能となることがわかった.さらに,微小重力下において燃焼中の液滴温度測定に同方法を適用するための小型計測装置の開発を行い,それを用いて微小重力実験を行った.

なお,光源として窒素レーザを用い,受光系として多チャンネル光検出器(OMA)を使用した.液滴の時間的変化の測定結果から,上記計測法の有用性を確認することができた.火炎内のすす濃度分布計測には,平面レーザ光散乱法を適用した.光源として,小型YAGレーザを用い,レーザ光をレンズによりシート状とし,液滴火炎に照射した.すすからの散乱光は干渉フィルタを経て,CCDカメラで撮影され,録画された.その結果,平面レーザ光散乱法がすす濃度分布測定に有用であることが確認された.また,微小重力実験を行った結果,すす領域は液滴を中心として球状に存在すること,すすの存在領域は時間とともに変化し,すすの挙動は非定常性を示すこと,およびすす存在領域の内縁にすす濃度の最も高い部分が存在することなどの新しい知見が得られた.
糸状菌の生産するシロイヌナズナ器官形成制御物質の開発

シロイヌナズナの器官形成を糸状菌の生産する代謝産物により化学的に制御することを目的とし、平成11年度の研究を行ったので報告する。Aspergillus sp.No.180の生産する活性物質の精製・単離および花粉形成阻害活性300種類の糸状菌培養口液抽出物を調製し、シロイヌナズナ花器官形成阻害を指標としてスクリーニングを行った結果、阻害活性を示す1菌株を選抜した。顕微鏡観察の結果、選抜した菌株は、Aspergillus層の一種であり、本菌をAspergillus sp.No.180とした。Aspergillus sp.No.180を麦芽培地(401)で25°C、4週間静置培地養後、培養口液をシリカゲルカラムクロマトグラフィー、LH-20カラムクロマトグラフィー、分取薄層クロマトグラフィーおよび再結晶により精製し、目的とする活性物質180F-2を10mg単離した。180F-2の構造は、各種機器分析により現在検討中である。180F-2を10mg/l濃度で処理したシロイヌナズナの花器形成は無処理区と比較して約2週間遅延し、開花前後の葯を顕微鏡観察したところ、花粉形成阻害を示した。この葯の内部構造を調べたところ、タぺータムおよび花粉母細胞が退化しており、花粉形成の初期過程に異常を来していることが示唆された。そのため、花粉形成過程において活性物質処理が影響を示す時期を特定するため、詳細な検討を現在行っている。シロイヌナズナの器官形成を糸状菌の生産する代謝産物により化学的に制御することを目的とし、平成10年度の研究を行ったので報告する。平成10年度の研究実績1、シロイヌナズナの形態変化を指標とするスクリーニング方法の開発糸状菌培養液抽出物を用い、シロイヌナズナの器官形成(生殖器官、葉、茎および根)に対する影響を検討するため、微量で再現性の高い一次および二次スクリーニング方法を開発した。(1)一次スクリーニング方法:多数の抽出物を検討するために培養試験管を用い、無菌的にシロイヌナズナを栽培し,器官形成に対する影響を調べた。(2)二次スクリーニング方法:一次スクリーニングの結果を再現し、人工受粉も可能にするためのポット栽培法を開発した。2、糸状菌培養液抽出物の調製およびスクリーニング(1)土壌から300種類の糸状菌を分離し、培養液抽出物を調製した。(2)得られた抽出物を用い、一次および二次スクリーニングを行った結果、生殖器官形成に影響を示す1菌株を選抜した。3、糸状菌培養液抽出物より活性物質の精製・単離生殖器官形成に影響を示す1菌株について、大量培養を行い、目的とする活性物質の単離・精製を実施している。今後の研究計画単離した活性物質の各種機器分析データを測定し、・構造解析を行う。さらに、シロイヌナズナの生殖器官に対する活性物質の生物作用について検討する。
ナチュラルキラーT細胞を利用した新しいぶどう膜炎免疫療法の開発

1:マウスでの実験ヒトinterphotoreceptor retinoid-binding protein(IRBP)1-20ペプチドをC57BL/6マウスに免疫しexperimental autoimmune uveitis(実験的自己免疫性ぶどう膜炎,EAU)を誘導した。EAUマウス由来NKT細胞を脾臓および末梢血から分離した。マウスNKT細胞は抗NK1.1抗体を用いた磁気細胞分離システムを用いて分離した。その産生するサイトカイン・ケモカインを細胞内タンパク染色&フローサイトメトリー,RNAse protection assay,real-time PCRで解析しTNFα,IFNγなどの炎症性のサイトカインを産生していた。また同様の方法で正常マウスからNKT細胞を分離し、試験管内で免疫抑制性のサイトカインであるTGFβと共培養した。この結果IFNγの産生低下が観察されたが、IL-4,IL-10の産生は変わらなかった。マウスEAUはIFNγ産生T細胞が誘導に重要な役割を果たすため、TGFβと共培養したNKT細胞をマウスに移入することで抑制可能と考えた。1×10^5個の培養NKT細胞をマウスに移入したところ、発症のonsetは不変だったが、病勢が最大となる16日目で、有意なEAU臨床スコアの抑制が認められた。2:ヒトNKT細胞の分離、解析我々は正常人末梢血から白血球のみ分離し、試験管内でNKT細胞のリガンドであるα-ガラクトシルセラミドで繰り返し刺激することでNKT細胞を増殖させた(平均10継代)。さらに精製分離したNKT細胞を、IL-15およびIL-2と共培養し治療に使える数まで増やした。マウスと同様にTGFβと共培養したところ、やはりα-ガラクトシルセラミド刺激に対するIFNγ産生能の低下を認めた。マウスでの実験結果から、このIFNγ非産生NKT細胞が、ヒトぶどう膜炎を抑制する可能性が示唆された。1:マウスでの実験これまでヒトinterphotoreceptor retinoid-binding protein(IRBP)1-20ペプチドをC57BL/6マウ〓experimental autoimmuneuveitis(実験的白己免疫性ぶどう膜炎,EAU)を誘導した。EAUマウス由来〓胞を脾臓および末梢血から分離した。マウスNKT細胞は抗NK1.1抗体を用いた磁気細胞分離システムを〓て分離した。その産生するサイトカイン・ケモカインを細胞内タンパク染色&フローサイトメトリー,〓protection assay, real-time PCRで解析中である。現在のところTNFα,IFNγなどの炎症性のサイト〓を産生していることを確認している。また同様の方法で正常マウスからNKT細胞を分離し、炎症抑制型の性格を帯びるさせるべく試験管内で〓抑制性のサイトカインであるTGFβと共培養した。一部IFNγの産生低下は見られたので、現在他のIL-〓などの産生能を検射している。NKT細胞を炎症抑制型に変換できたなら、EAUマウスに充分量移入する〓う膜炎をスコアリングし、抑制効果を確認する予定である。2:ヒトNKT細胞の分離、解析我々は正常人末梢血から白血球のみ分離し、NKT細胞のリガンドであるa-ガラクトシルセラミドで繰り〓刺激することでNKT細胞を増殖させている。今後分離したNKT細胞を各種増殖因子と共培養し治療に使〓数まで増やす。今までIL-15などがNKT細胞の増殖因子とされており、今後これを加えて培養する予定〓る。増殖後マウスモデルで確認された方法で炎症抑制型に変換する。
エージェントの模倣に基づいた多目的進化ゲームダイナミクス

本研究は,複数の目的を持つ利己的なエージェント集団において,模倣による戦略分布の変化を記述する多目的進化ゲームダイナミクスを定式化し,その性質を明らかにすることを目的とする.本年度は,昨年度2戦略の場合に限って議論していた,多目的ゲームの均衡解と模倣ダイナミクスにおける平衝点の安定性との関係について,一般の戦略数を持つ場合に一般化した検討を行った.また,異なる価値観をもつエージェント集団が共存する状況において,各エージェントが模倣に基づいて戦略を更新する場合の進化ゲームモデルの応用に関する研究に取り組んだ.各エージェントが他のエージェントの属する集団を区別できない場合の模倣のモデルと,他のエージェントの属する集団を区別しようとはするものの正確には区別できない場合の模倣のモデルを提案し,カスタマーレビューに基づいたショッピングサイトにおける消費者の購買行動のモデル化に応用した.前者のモデルにおいては,ステルスマーケティングを行うエージェント集団を導入し,各商品のシェアがその影響を受ける条件を明らかにした.特にこのモデルにおいては,各商品のシェアがネガティブなレビューによっては影響を受けないことを明らかにした.後者のモデルにおいては,集団の誤認識のもとでも,各商品のシェアの変化が消費者にとってある種の合理性をもつ条件を明らかにした.さらに,多数のエージェントが利己的に経路選択を行うネットワークにおいて,各経路において与えられた目標流量を達成するための各辺に対する課税額決定法を提案し,その存在条件を示した.昨年度は2戦略の場合に限って議論していたが,その理論的内容の一般の戦略数に対する拡張に想定以上の時間を要した.これにより,工学的応用への取り組みに困難が生じた.昨年度の結果の一般の戦略数に対する拡張に想定以上の時間を要し,当初目的としていた工学的応用への取り組みに困難が生じたため,補助事業期間延長承認申請を行った.ポテンシャルの概念を導入した別のゲーム理論的アプローチを用いて工学的応用に関する研究を行いたい.特に,各ホストが自身のデータの伝送遅延を最小化しようと利己的に行動する利己的ルーティングや,複数のアクセスポイントのうち1つを各エージェントが利己的に選択するアクセスポイント選択に対する提案モデルの適用について議論したい.本研究は,複数の目的を持つ利己的なエージェント集団において,模倣による戦略分布の変化を記述する多目的進化ゲームダイナミクスを定式化し,その性質を明らかにすることを目的とする.本年度は,単一の目的を持つエージェントによる模倣の代表的なモデルである利得差比例模倣に基づいて,複数の目的を持つエージェントの戦略更新規則を定式化し,そのマクロモデルとして戦略分布の進化ダイナミクスを定式化した.利得差比例模倣とは,エージェントが戦略の更新機会を得た際に,ランダムに選んだ1人のエージェントの戦略と利得を観察し,自身の戦略より相手の戦略の方が良い場合に限り,利得の差に比例した確率で戦略を模倣する更新規則である.多目的ゲームにおいては利得がベクトルで表されるため,その差をどのように定義するかが重要である.本年度はまず,利得が常に非負であると仮定し,利得ベクトルの差としてp-ノルムの差を考え,p-ノルムに基づく多目的ゲームダイナミクスを定式化した.また,その平衡点の安定性と多目的ゲームの均衡解,進化的安定戦略との関係を明らかにした.特に,単一目的ゲームにおいては,利得差比例模倣から導かれる進化ダイナミクスにおいてナッシュ均衡は平衡点であるが,ナッシュ均衡の多目的ゲームへの拡張の1つである強均衡が提案ダイナミクスの平衡点とならない場合があり,それよりも強い条件を満たす強中立安定戦略が平衡点であることを示した.また,2戦略の場合に限定して詳細に分析し,強中立安定戦略がリアプノフ安定な平衡点であること,進化的安定戦略が漸近安定な平衡点であることを示した.さらに1-ノルムの場合に限定すると,戦略の数にかかわらず上記性質が成り立つことを明らかにした.一方で,本研究課題の基盤となる,単一目的ゲームにおける模倣に基づく進化ダイナミクスとその制御に関する研究にも継続的に取り組んだ.本年度は,エージェントの利得ベクトルの差をp-ノルムの差で定義することで,単一目的ゲームの利得差比例模倣を多目的ゲームに拡張し,エージェント集団の戦略分布の変化を表す進化ゲームダイナミクスを提案した.また,その基礎的な性質を明らかにすることもでき,おおむね順調に進展したと言える.本研究は,複数の目的を持つ利己的なエージェント集団において,模倣による戦略分布の変化を記述する多目的進化ゲームダイナミクスを定式化し,その性質を明らかにすることを目的とする.本年度は,エージェントの利得ベクトルの差を,各要素の差の順序付き加重平均として定義することで,単一目的ゲームの利得差比例模倣を多目的ゲームに拡張し,エージェント集団の戦略分布の変化を表す進化ゲームダイナミクスを提案した.順序付き加重平均とは,要素を昇順に並べ替えた上で,重み付き和をとる操作である.最小要素に重み1を割り当てることで最小値を,最大の要素に重み1を割り当てることで最大値を表現できる,幅広い価値判断を含む一般化である.また,提案したダイナミクスの平衡点と,多目的ゲームの均衡解,進化的安定戦略との関係について議論した.特に,p-ノルムに基づくダイナミクスと同様に,任意の重みベクトルに対して,強中立安定戦略が平衡点であること,

2戦略ゲームにおいては強中立安定戦略がリアプノフ安定な平衡点であること,進化的安定戦略が漸近安定な平衡点であることを示した.さらに,利得ベクトルの差の最小要素に重み1を割り当てる特殊な状況においては,単一目的ゲームの満たす性質と対応した,制限された均衡と平衡点が一致すること,ナッシュ均衡の多目的ゲームへの拡張である弱均衡が平衡点であること,2戦略ゲームに限定すると,平衡点が弱均衡であることをそれぞれ示した.一方で,本研究課題の基盤となる,単一目的ゲームにおける模倣に基づく進化ダイナミクスとその制御や,価値観が異なるエージェントが共存する場合のダイナミクス,複数の価値基準の重み付き和に基づいた意思決定を行うエージェントの相互作用のモデルとその工学的応用(アクセスポイント選択に対する応用)に関する研究にも取り組んだ.本年度は,エージェントの利得ベクトルの差を,各要素の差の順序付き加重平均として定義することで,単一目的ゲームの利得差比例模倣を多目的ゲームに拡張し,エージェント集団の戦略分布の変化を表す進化ゲームダイナミクスを提案した.また,その基礎的な性質を明らかにすることもでき,概ね順調に進展したと言える.本研究は,複数の目的を持つ利己的なエージェント集団において,模倣による戦略分布の変化を記述する多目的進化ゲームダイナミクスを定式化し,その性質を明らかにすることを目的とする.本年度は,昨年度2戦略の場合に限って議論していた,多目的ゲームの均衡解と模倣ダイナミクスにおける平衝点の安定性との関係について,一般の戦略数を持つ場合に一般化した検討を行った.また,異なる価値観をもつエージェント集団が共存する状況において,各エージェントが模倣に基づいて戦略を更新する場合の進化ゲームモデルの応用に関する研究に取り組んだ.各エージェントが他のエージェントの属する集団を区別できない場合の模倣のモデルと,他のエージェントの属する集団を区別しようとはするものの正確には区別できない場合の模倣のモデルを提案し,カスタマーレビューに基づいたショッピングサイトにおける消費者の購買行動のモデル化に応用した.前者のモデルにおいては,ステルスマーケティングを行うエージェント集団を導入し,各商品のシェアがその影響を受ける条件を明らかにした.特にこのモデルにおいては,各商品のシェアがネガティブなレビューによっては影響を受けないことを明らかにした.後者のモデルにおいては,集団の誤認識のもとでも,各商品のシェアの変化が消費者にとってある種の合理性をもつ条件を明らかにした.さらに,多数のエージェントが利己的に経路選択を行うネットワークにおいて,各経路において与えられた目標流量を達成するための各辺に対する課税額決定法を提案し,その存在条件を示した.昨年度は2戦略の場合に限って議論していたが,その理論的内容の一般の戦略数に対する拡張に想定以上の時間を要した.これにより,工学的応用への取り組みに困難が生じた.単一目的ゲームにおいて,模倣に基づくダイナミクスの代表であるレプリケータダイナミクスでは,ナッシュ均衡が平衡点であることが知られている.一方で,本年度提案した,利得ベクトルのp-ノルムの差で定めた利得差比例模倣に基づく進化ゲームダイナミクスにおいては,ナッシュ均衡の多目的ゲームへの拡張である強均衡が必ずしも平衡点ではないことが明らかになった.この事実は,本研究で提案したダイナミクスが,少なくともナッシュ均衡が平衡点か否かという点では,単一目的ゲームの既存のダイナミクスの単純な拡張とは言えないことを示唆している.
イオン系導入によるペアプラズマ研究の新展開

等質量の正負イオンのみから構成されるイオン系ペアプラズマの生成と物性解明を行った.フラーレンC60ペアイオンプラズマ中の静電波動伝搬特性において,通常の電子-正イオンプラズマにおいて観測されない独特の特徴を明らかにした.質量が最も小さく高周波応答が可能な,水素原子正負イオンから成る水素ペアイオンプラズマの生成を試みた.効率の良い水素負イオン生成が必要であるが,従来にはない多孔体触媒を利用した触媒イオン化法によって,正負イオンを同時に生成することが可能となった.等質量の正負イオンのみから構成されるイオン系ペアプラズマの生成と物性解明を行った.フラーレンC60ペアイオンプラズマ中の静電波動伝搬特性において,通常の電子-正イオンプラズマにおいて観測されない独特の特徴を明らかにした.質量が最も小さく高周波応答が可能な,水素原子正負イオンから成る水素ペアイオンプラズマの生成を試みた.効率の良い水素負イオン生成が必要であるが,従来にはない多孔体触媒を利用した触媒イオン化法によって,正負イオンを同時に生成することが可能となった.現有の一様磁場を印加できる直線真空容器中で,円筒電子ビームによるフラーレン蒸気の衝突電離,電子付着,磁気フィルターによって,フラーレンペアイオンプラズマを生成した.電極交流電圧印加法によって静電波を励起して,その伝搬特性を測定した.ペアプラズマに関する理論において,従来から予測されているイオン音波(IAW)とイオンプラズマ波(IPW)が存在することを確認できた.また,これらモード間に後進波の分散特性を持つ中間周波数モード(IFW)が存在することを明らかにした.更に,IAWの周波数帯域にイオンサイクロトロン周波数があり,この周波数近傍においてIAWが2つのブランチに分離して,その間をつなぐような後進波が存在することを明らかにした.正負イオン密度揺動の位相差を測定したところ,位相差は強い周波数依存性があることが分かった。IAWは周波数によって大きく位相差が変化するが,IFWとIPWの位相差は周波数に依らず反転している.これは動的に荷電分離していることを意味しており,通常のプラズマではまず発現しないペアプラズマ独特の現象である.フラーレン正負イオンは質量が大きいため,応答周波数が低い(<50kHz).電磁波や非線形波動など,より高い周波数領域の波動特性を明らかにするために,質量の最も小さいイオンである水素正負イオンから成るペアイオンプラズマの生成を試みた.水素ペアイオンプラズマ源を開発する際には正イオン生成部,負イオン生成部,イオン分離部,イオン種分析器の構築で必要である.今年度は正イオン生成部とイオン種分析器(オメガトロン)を開発した.正イオン生成には,熱陰極直流放電の一種であるPIG放電を利用した.沿磁力線方向に対向する2枚の陰極間に高エネルギー電子を静電的に閉じ込めて,効率良くイオンを生成する放電法である.高エネルギー電子を除去するために,磁力線垂直方向にプラズマを一度拡散させる.この上流域プラズマの密度は5×10^8cm^<-3>,電子温度は10eV程度であることが分かった.イオン分離部ではこのプラズマに対してイオンサイクロトロン共鳴加熱ICRHを施して,水素原子正負イオンのみ拡散して取り出す予定であるが,ICRHは次年度開発する予定なので,今年度はICRH無しで拡散だけさせたプラズマのパラメータを測定した.この下流域プラズマは密度3×107cm^<-3>,電子温度7eV程度であることが分かった.次に,イオンサイクロトロン共鳴質量分析法によってイオン種を分析できるオメガトロンを製作した.正イオンはH^+,H_2^+,H_3^+の順に多く生成されると予測したが,実際にはH_3^+,H^+の順に多く生成されており,H_2^+は少数しか存在していないことが分かった.H_3^+はH_2^+から生成されることが既に知られており,ここで生成されたH_2^++はH_3^+にほとんど変換されていることが明らかになった.等質量の正負イオンのみから構成されるペアイオンプラズマは,時空間対称性を有する独特の媒体である.ここで生起できる集団現象の周波数領域に広げるために,質量の小さい水素正負イオンのみからなる水素ペアイオンプラズマ源の開発を始めた.正イオン生成部として熱陰極PIG放電によって正イオンを生成し,そのイオン種分析を行った.次に,低仕事関数を持つBaO, LaB_6を塗布したフィラメント表面で水素負イオン生成を試みた。ンによって還元されて酸素やモノボランなどの不純物イオンが発生するために,これらを使用できないことが明らかになった.更に,生成された負イオンは1 Ev以上のエネルギーを持つ電子によって容易に壊されるので,生成と同時に高エネルギー電子存在領域から逃がしてやる必要があることも分かり,プラズマ源構造の大幅な変更を余儀なくされた.結果的に,円環状にPIG放電させて,中心部の円筒グリッド電極内部にプラズマ拡散する過程で負イオン生成させるという構造のプラズマ源を構築した.また,現在主流であるセシウムを使用しないで,負イオンの表面生成を促進させる物質の探索の過程で,PtやNiなどの触媒を利用すれば効率良く負イオンを表面生成できることを見出した.これは当初予想していなかった新たな発見で,核融合プラズマ加熱などに用いられる水素負イオン源開発にも影響を及ぼす可能性がある。

等質量の正負イオンのみから構成されるペアイオンプラズマの中でも,質量の小さい水素原子状正負イオンのみからなる水素ペアイオンプラズマ源の開発を行った.水素負イオンの生成を効率よく行うことが,ペアイオンプラズマ生成の鍵となっている.低仕事関数の物質表面(Cs)において水素原子・イオンが表面から電子を受理し,表面脱離して負イオンとなる表面生成が,効率よく負イオン生成できる手法として既に確立している. Csは容易に正イオンとなりプラズマ中に混入するため,ペアイオンプラズマにとって不純物となるCsを使用した負イオン生成法は利用できない.ここで高仕事関数であるが,水素に対して触媒作用を持つ遷移金属多孔体(Niベース)を使用して,水素ペアイオンの生成を試みた.PIG放電により水素プラズマを生成して,このプラズマを多孔体触媒に照射すると,照射裏面よりイオン性プラズマが生成されることを明らかにした.電子が少量でも存在するとラングミュアプローブの正負飽和電流比(I-/I+)が明確にI-/I+>2となる.プラズマの径方向分布において,中心部はI-/I+Iとなりペアイオンプラズマが実現されたといえる.しかし,周辺部はI-/I+<1となる正イオンリッチ状態であり,均一なペアイオンプラズマとはなっていない.ここで,正負イオンの生成量は,触媒の材質・温度と上流の水素プラズマ密度に依存していることを明らかにした.これまでに得られた実験結果より,触媒表面で正負イオンが生成されるメカニズムは次のように考察している.触媒表面における水素分子・イオンの解離吸着,吸着水素原子の裏面への表面移動,触媒金属-水素原子間に電子授受を伴う表面脱離,この3つの過程によって水素ペアイオンが生成されたものと考えており,これまでに報告されていない新たなイオン化手法であると提案している.
固体壁面に接触する液体メニスカスの形状と熱伝達

ヒートパイプに代表される潜熱授受による様々な形態の高効率熱輸送素子の伝熱性能を向上させることを目的として、作動液体のメニスカス端部と固体壁の接触部近傍での液膜の形状と厚さ、その重力による影響などを詳細に調べた。第2年(最終年)度の主たる研究成果は大略以下のようである。前年度に得られた解析的結果を実証すべく、主として分光法による実験的研究を行った。実験条件をあわせるべく既存の実験装置と供試体容器を改良して、エタノール作動液の「蒸発しない液膜」厚さを測定した。この液膜は固体壁に接触する作動液の自由界面のうち分子間力が支配的な領域(マイクロ領域)での最小液膜厚さを意味し、実験値は2050ナノメータの大きさであった。この種の定量的な測定は難しく従来有為な結果はほとんど得られていない。壁面からの蒸発電熱量の大小と液膜厚さの関係も調べられたが、実験と計算予測結果とは余りよい一致を見なかった。解析モデルがまだ不完全であるためと想像される。さらに、二重露光レーザーホログラフ干渉法を用いた液体メニスカス端部の形状も調べられたが、これも定性的な情報を得るに止まっている。この種の微小量測定では測定条件を整えることが肝要である。一方、理論解析では解析モデルの境界条件を改良して、溝型ヒートパイプの熱輸送性能のシミュレーション解析を行った。計算上の流れ場を分子間力が支配的な固体壁近傍の微小区間(マイクロ領域)と通常の伝熱現象が支配する残り大部分の区間(マクロ領域)に分ける手法は同じである。作動液体のメニスカス部の形状は前もって仮定されるのはなく、マイクロ/マクロ領域でスムーズにつながるよう計算の過程で求められることがでこの解析モデルの大きな特徴になっている。熱伝達量とメニスカス形状の計算結果と実験結果との対比では定性的には妥当な一致を得たと言える。これら一連の研究から、メニスカス端部の狭い領域(マイクロ領域)が蒸発伝熱に大きな役割を果たすことが分かった。また、実験に用いた溝型ヒートパイプは重力の方向にあまり左右されない特徴を持つことも分かった。既存の実験装置のうち密閉容器については基盤の加熱ヒ-タを改良し、また容器の傾き角度を60度まで変化できるように改良した。その上でHe-Neガスレーザーを光源とする薄膜測定法の原理に沿って「蒸発しない液膜」の厚さを測定した。固体壁と液自由界面のうち、分子間力が支配的な領域でのメニスカス端面(いわゆるマイクロ領域)の液膜厚さは2050ナノメータの大きさであった。これまで定量的な測定結果が乏しい領域での成果である。作動液体はエタノールである。容器内に不凝縮ガスを含む場合(2成分2相状態)と含まない場合(1成分2相状態)について基盤の傾き角度と基盤裏面からの熱入力をパラメータとして測定データを整理した。不凝縮ガスの有無によって液膜厚さに大きな違いは見られなかったが、角度依存性(重量の影響)については2成分状態の液膜厚さが1成分に比べて顕著な影響を受ける結果が得られた。この傾向は現時点ではまだ良い説明が見つからない。この領域を含むメニスカス部のホログラム写真取得については何回かの予備実験を重ねている段階にある。

実験装置の移動部分の根本的な作り替えは7年度に行う予定である。一方、これの理論解析はこれまでの筆者らのモデルを改良して、溝型ヒートパイプの熱輸送性能のシミュレーション解析を試みている。計算場の濃度、温度、渦度、などのパラメータがマイクロ領域とその他の液体バルク部でスムーズにつながることとメニスカス形状が計算の過程で求められるモデルになっているため、計算場の収束がまだ完全でない。しかし、基本的に溝の開口部と重力方向の関係を考慮した蒸発部の伝熱性能予測に目処がついたと考えている。実験結果との直接比較は次年度に行う。ヒートパイプやサーモサイフォンに代表される潜熱授受による高効率熱輸送素子の伝熱性能を向上させることを目的として、作動液体のメニスカス端部と固体壁の接触部近傍での液膜の形状と厚さ、その重力による影響などを実験的・解析的に詳細に調べた。具体的には大略以下のような要領で研究を行った。実験では既存の実験装置と供試体容器を改良して、He-Neガスレーザーを光源とする薄膜測定法の原理を用いてエタノール作動液の「蒸発しない液膜」厚さを測定した。この液膜は固体壁に接触する作動液の自由界面のうち分子間力が支配的な領域(マイクロ領域)での最小液膜厚さを意味し、実験値は2050ナノメータの大きさであった。従来この種の定量的な測定結果はほとんど得られていなかった。壁面からの蒸発伝熱量の大小と液膜厚さの関係も調べられた。さらに、二重露光レーザーホログラフ干渉法を用いた液体メニスカス端部の形状も調べられたが、これまでの結果では定性的な情報を得るに止まっている。一方、理論解析ではこれまで我々の研究室で開発されてきた解析モデルを改良して、溝型ヒートパイプの熱輸送性能のシミュレーション解析を行った。計算上の流れ場は分子間力が支配的な固体壁近傍の微小区間(マイクロ領域)と通常の伝熱現象が支配する残り大部分の区間(マクロ領域)に分けられている。流れ場の濃度、温度、渦度などの物理パラメータがマイクロ/マクロ領域でスムーズにつながることとメニスカス形状が前もって仮定されるのではなく、計算の過程で求められるようになっていることがこのモデルの大きな特徴になっている。計算結果は過去に得られた実験結果と比較されて、妥当であることが確認された。
磁性強誘電体における巨大電気磁気効果

本研究では、磁性強誘電体酸化物において巨大な電気磁気効果を示す物質系を開拓し、巨大電気磁気効果としての自発分極の磁場制御、その逆効果としての電場による磁気構造制御、巨大な光学的電気磁気効果(磁気カイラル効果)の観測を行ってきた。電気磁気効果の巨大応答の実現を目指し、時空間対称性の破れに加えて電子系の多重臨界性、掌性、フラストレーション効果を利用することで、新たな磁性誘電物質群を探索した。具体的にはRMnO_3、Pr(Sr,Ca)_2Mn_2O_7などペロブスカイト型マンガン酸化物、CoCr_2O_4などスピネル型クロム酸化物、Cu(Fe,Al)O_2、LiCu_2O_2、などであり、それらにおいて磁場による電気分極制御に成功した。また逆に電場による磁気構造の制御を試み、放射光X線、中性子線などを用いて実際に磁性の掌性が制御可能であることを示した。光学的電気磁気効果は、光アイソレータ等の光通信における新しい光学素子として様々な可能性を秘めている。この巨大応答を探求する目的で、希土類元素置換した(Ba,Sr)TiO_3、La_2Ti_2O_7等の大型単結晶の作製を作製し、光学的電気磁気効果に起因した発光スペクトルなどを実際に観測することが出来た。同様にLaMnO_3/SrMnO_3/LaAlO_3による人工3色超格子において磁性界面に由来する光学的電気磁気効果を観測することにも成功した。理論的研究との密接な連携により、これらの起源が、スピンカレントやトロイダルモーメントといった量で特徴付けられる新たな電気磁気効果によるものであることを示し、新しいスピントロニクスの基礎学理にも大きく寄与したと考えられる。本研究では、巨大電気磁気効果(静的な応答)と巨大光学的電気磁気効果の発現を目指した磁性強誘電体の開拓を行う。今年度は、外部磁場の印加により電気分極のフロップ現象を示すペロブスカイト型RMnO_3の強誘電相の全貌を明らかにするため、希土類元素の希土類元素Rを置換した場合のRMnO_3全系における希土類元素半径-温度-磁場空間での「電気分極」に関する相図を明らかにした。また希土類元素の混晶、特に(Tb_<1-x>Gd_x)MnO_3でのTbとGdの組成比の調整により、強誘電相の相境界における臨界状態相制御を行い、より低臨界磁場における巨大電気磁気応答を実現した。磁気モーメントを主に担うf電子と電気分極を担うd電子間のf-d相互作用は、外部印加磁場を増幅して、Mnサイトのスピン構造に変調を加える。希土類元素のスピン異方性(ハイゼンベルグ性(Gd)、イジング性(Tb))の異なる混晶系での詳細な研究により、磁場誘起電気分極フロップの機構に関する知見が得られた。一方で、放射光光源と超伝導マグネットを用いた磁場中でのX線散乱実験により、本系において磁場誘起電気分極フロップが生じた際の結晶及び磁気構造に関する知見が得られた。その結果、磁場誘起電気分極フロップが、f-d相互作用により希土類元素のスピンと強く結合したMn元素の磁気構造、特にスピンのスパイラルあるいはヘリカル構造に起因した効果であることが明らかとなった。また、同じ磁性強誘電体の一つであるRMn_2O_5においても、低磁場での巨大電気磁気応答を実現した。一方で、光学的電気磁気効果の候補物質として、強誘電体BaTiO_3(もしくはSrTiO_3)にEu, Er, Yb等をドープした物質を取り上げた。今年度は、これらの物質の浮遊帯域溶融法による大型良質単結晶の育成に成功した。

これらを用いて、電気分極と磁性スピンの存在により光学的電気磁気効果に起因した発光スペクトルの測定を今後行う。本研究では、磁性強誘電体における巨大電気磁気効果と巨大光学的電気磁気効果の開拓を行うことを主な目的としている。昨年までの巨大電気磁気効果の研究では、磁性強誘電体においてヘリカル磁気構造などで起こる反対称交換歪が、強誘電性の起源の有力な候補であることが明らかになった。今年度は、この考えを検証し、さらにそれを用いた物性の制御をいくつか行った。まず、対称交換歪と反対称交換歪がどのような磁気構造で実現されるか分類を行い、放射光回折実験を用いて(Tb, Dy)MnO_3やCoCr_2O_4においてその予測が成り立っていることを実証した。さらに、反対称交換歪が電場と結合することを利用して、TbMnO_3のヘリカル磁気構造におけるスピンの巻く向きを電場で制御できることを偏極中性子散乱を用いて示した。これは、純電気的作用による磁気構造の制御という観点で興味深い。物質探索の観点からは、CuFeO_3に不純物のAlをドープすることにより強いフラストレーションを解消し、反対称交換歪が期待できる非共線的磁気構造が誘起されると、強誘電性が生じることを見出した。一方、光学的電気磁気効果の研究においては、むしろ古くから知られている透明な強誘電体であるBaTiO_3に、通信波長帯で発光があることで知られるErをドープした試料において、光学的電気磁気効果の観測を試みた。その結果、30000eで0.5%の大きな光学的電気磁気効果を観測した。これは光アイソレータの応用が期待できる。本年度では,本研究の目的に従って巨大光学電気磁気効果と巨大電気磁気効果の開拓を行い,それぞれについて以下の主な成果があった。1.巨大光学電気磁気効果強誘電体La_2Ti_2O_7に磁性元素Er,Eu等を置換工し外部磁場を印加することで時間空間反転対称性を同時に破ることができる。Eu,Erイオンの4f軌道に関連した発光スペクトルからゴ室温でも光学電気磁気効果を観測することが出来た。また,Nd_2Ti_20_7においてはNd^<3+>イオンのf-f双極子遷移に伴う吸収スペクトルでは,光学電気磁気効果によるスペクトル強度を半定量的に評価することができた。さらに,LaMnO_3/SrMnO_3/LaAlO_3による人工超格子で回折格子を作製することによってLaMnO_3/SrMnO_3の磁性界面に由来する光学電気磁気効果を観測,増強することにも成功した。2.巨大電気磁気効果TbMnO_3などのスピン流起源によるマルチフェロイック物質では希土類イオンの磁性を無視できないため,Mnスピン本来の寄与を調べるために希土類磁性のない(Eu_<1-x>Y_x)MnO3系において電気磁気効果を詳細に調査した結果,Y置換によってMnスピンの寄与だけでも強誘電転移を起こすことが分かり,また温度だけでなく磁揚による分極フロップも発見できた。このようなスピン流モデルによる電気磁気効果の考えを踏まえると,通常は電気分極が発現しないプロパー磁気構造をとる物質においてでさえ印加磁場の向きによってはコニカルスピン構造への変化とともに電気分極が発生すると考えられる。そこで六方晶フェライトにおいて印加磁場の向きをかえることで,1T以下の低磁場でも分極を制御することにも成功した。
新しいQuality of Visual Life評価法の開発

緑内障患者のQuality of Visual Life(QoVL)を客観的及び主観的観点の両観点から包括的に評価した。客観的観点からは、視力・視野等の客観的検査データに対し機械学習法の一種であるRandom Forest法を用いた解析からQoVLを推測するモデルの構築を行った。主観的観点からは、鷲見の質問票によるQOL調査結果を項目反応理論の一種であるRasch法により再評価し、同質問票の適正度とRasch法の使用が適切なことを確認した。Rasch法により算出される患者のQoVLを示すRaschスコアは視野指標と良好な相関関係を示し、臨床的に有用であることが示唆された。本研究は緑内障患者において、客観的指標に基づくQuality of Visual Life(QoVL)の推測モデルの構築と自覚に基づく主観的なQoVLのより現実に即した評価とを目指し、両アプローチからの統合的評価を可能にするシステムの構築を目指すものである。研究の第一段階として鷲見の質問票(Ophthalmology 2003)を用いた。自覚に基づく主観的なQoVLのより現実に即した評価に関し、新しいテスト理論であるRasch法を用い鷲見の質問票の再評価を行った。その結果、質問票自体の十分な信頼性の確認と共に、従来の算術平均から求まるQoVLスコアよりもRasch法により算出されるQoVLスコアの方が客観的指標(視力・視野)との相関が良好であることが示され、研究遂行にはRasch法の採用が望ましいことを示した(Hirasawa et al. WOC 2014)。H25年度は研究の第一段階として鷲見の質問票(Ophthalmology 2003)を用い視力・視野データからQoVLを予測するモデルの構築を試み、Random Forest法の採用が適切であることを報告した(Hirasawa et al. BJO 2014)。H25年度からH26年度にかけて、自覚に基づく主観的なQoVL評価法に関し、項目反応理論の一種であるRasch法を用いて鷲見の質問票の再評価を行い主観的QoVLの評価にはRasch法を用いることが適切であることを報告した(Hirasawa et al. IOVS 2014)。H26年度はこれまでの研究をふまえ、Khadkaら(Optom Vis Sci 2013)の報告の中で緑内障患者のQOL調査法として提案された手法に含まれる全ての設問を網羅し、多様な日常生活の動作・状況を反映した新Sumi調査票を作成した。新Sumi調査票を用い、新規に緑内障患者のQoVL調査を行い、視覚不自由度に関するテスト問題及び回答パターンのデータベースであるアイテムバンクを構築した。しかし、新Sumi調査票の設問は114問に及び、臨床現場での汎用化を阻むことが懸念される。今後はcomputerize Adaptative Testing(CAT)を利用し、アイテムバンクに蓄積された多くの質問群からコンピュータープログラムが回答者に合わせて選出した必要最小限の設問数によるコンピューター適合型スコアリングシステム(CAT-新Sumi調査票)の構築をめざし研究遂行中である。眼科学本年度は目標200人の緑内障患者を対象に視機能データの蓄積およびQoVLの調査を行う予定であったが、現在のところデータの収集は約60人の蓄積にとどまる。これは、新規の調査対象にQoVL調査を行う前に本研究の主要な2アプローチ、すなわち客観的指標に基づくQoVLの推測と自覚に基づく主観的なQoVLのより現実に即した評価に関する最適な方法論をそれぞれ検証する必要があったためである。前者に関してはすでに今回選択したRF法が、従来主流であった回帰分析の様々なモデルに比較し予測精度が良好であることを検証する必要があった。また、後者に関しては近年登場した新しいテスト理論である項目反応理論の一形態であるRasch法を用いたQOLアンケート票の再評価が眼科分野に限らず行われていることを鑑み、本研究で用いた鷲見の質問票を再評価する必要があった。現在、複数の調査票(NEI VFQ-25、鷲見の調査票、VF-14等)を統合したものに、不足していると考えられた日常生活領域の質問項目を独自に付加した新しい質問票(原案)を作成し、新規に緑内障患者のQoVL調査を行っている。日常生活のQoVLを多方面から評価するため非常に多数の質問数(114問)を含み、回答所要時間が15分ー30分程度かかるため臨床的には患者に対し過重な負担となることが推測される。

今後、調査人数が蓄積された段階で新しい質問票(原案)をRasch法により検証したのち、項目反応理論(Qual. Life Res.1991)を利用したComputerized Adaptative Testing(CAT)システムを構築、従来のように対象者全員が揃って同数の質問に答えなくても、item Bankに蓄積された多くの質問群からコンピュータープログラムが回答者に合わせて選出した必要最小限の項目数による効果的な測定の基礎を確立する予定である。昨年度はデータ収集前段階の方法論の評価に想定より時価を要したため、予定よりも学会発表の回数を減じることとなり、次年度への繰り越し予算が生じた。今年度はデータ収集をより強化するために計測者による計測時間をより増加させることを予定しており、そのための人件費、および今後成果発表の場として学会および論文発表に要する費用が必要と考えらえる。次年度使用額の主たる部分は計測者によるデータ収集力の強化を図り、計測者への人件費に充てる。また、今後より一層の成果発表の場が必要になると想定されるので、そのための学会発表および論文発表に必要な経費として充てる予定である。
神経細胞ネットワーク機能の評価による神経発達障害の病態解明

申請者らは、これまで神経発達障害患者のゲノム診断に多くかかわってきた経験から、シナプス関連遺伝子領域のゲノムコピー数変化や、シナプス関連遺伝子の機能を喪失させる新生突然変異が多くの患者において、発症要因になっていることを明らかにしてきた。それら、疾患の原因となるゲノム変異が明らかになった患者から疾患iPS細胞を樹立し、神経系細胞、特にニューロンに分化誘導させ、神経系細胞の遊走やシナプスの形態的な変化、神経活動電位の状態などの解析を試みてきた。特に初年度からは安定的に成熟したニューロンを得る培養方法を確立させ、ニューロン間におけるネットワークの評価を行う系を確立させることに取り組んできた。その結果、ヒトiPS細胞から安定的に成熟したニューロンを得るためには、マウスアストロサイトとの共培養が不可欠であることが明らかとなった。アストロサイトは再分裂しないように処理したマウス初代アストロサイトを用いた。アストロサイトをフィーダーとした培養皿上で培養したニューロンで成熟状態を確認したところ、約50日後にCaイメージングによって活動電位が確認できた。シナプス形成は免疫組織染色においても確認できている。ニューロンへの分化誘導には長期培養が必要となるため、培養条件の変化によって分化誘導の優劣に差がでる場合があるため、より安定的に培養ができる条件を模索している状態である。一方、ヒトiPS細胞からアストロサイトに分化誘導する条件も検討中である。病態解析に供するためにはどのような段階で評価すべきかなど現在検討しているところである。今年度は前半に研究中断期間があったが、再開後は順調に研究を再開し、現在までの成果は論文にまとめて投稿の準備まですすめることができたため。これまで神経発達障害患者由来疾患iPS細胞をニューロンに成熟分化させ、病態解析を行ってきた。その培養過程ではマウスアストロサイト初代培養との共培養を要する。来年度は、この共培養に供するアストロサイトをヒトiPS細胞から作出して用いることができるかどうか検討する。アストロサイトへの分化を確認する方法として免疫組織染色法があるが、免疫組織染色では細胞を固定してしまうとめ、継続して培養することができない。そのためライブイメージで確認する方法を検討する。申請者らは、これまで神経発達障害患者のゲノム診断に多く関わってきた経験から、シナプス関連遺伝子領域のゲノムコピー数変化や、シナプス関連遺伝子の機能を喪失させる新生突然変異が多くの患者において、発症要因となっていることを明らかにしてきた。それら、疾患の原因となるゲノム変異が明らかになった患者から疾患iPS細胞を樹立し、神経系細胞、特にニューロンに分化誘導させ、神経系細胞の遊走やシナプスの形態的変化、神経活動電位の状態などの解析を試みてきた。そこで今年度は特に、安定的に成熟したニューロンを得る培養方法を確立させ、ニューロン間におけるネットワークの評価を行う系を確立させることに取り組んだ。アストロサイトは再分裂しないように処理したマウス由来初代アストロサイトを用いた。アストロサイトをフィーダーとした培養皿上で培養したニューロンで、成熟状態を確認したところ、約50日後にCaイメージングによって活動電位が確認できた。また、樹状突起におけるシナプスをシナプス前膜と後膜それぞれに対する抗体を用いた免疫組織染色によって確認したところ、両抗体のシグナルが重なる部分(spine)が確認され、シナプス形成されていることを確認することができた。神経細胞間における電位活動の伝達は、Caイメージング画像を解析することによって評価する系を確立した。また、シナプス形成は、樹状突起長に対するspine密度によって解析する系を確立させることができた。今年度、アストロサイトとの共培養によってヒトiPS細胞由来神経細胞を成熟した段階まで分化誘導することができるようになった。また、成熟した神経細胞の生理学的評価をCaイメージングによって行う系を確立させることができ、ネットワークとしての病態解析システムが整った。シナプス形成も免疫組織染色で評価する系を確立させており、一部データを取り始めている。ヒトiPS細胞のアストロサイトへの分化誘導は現在取り組んでいるところであり、これらは研究計画どおりに進捗している。

病態解析に供するためにはどのような段階で評価すべきかなど現在検討しているところである。今年度は前半に研究中断期間があったが、再開後は順調に研究を再開し、現在までの成果は論文にまとめて投稿の準備まですすめることができたため。初年度は神経細胞の分化誘導法やその評価方法の系を確立させることに取り組んできた。この系を用いることによって正常対象と疾患細胞の間での電気生理学的な、あるいは解剖学的な違いを検討し、病態解析に繋げていく予定である。次年度以降は特に、ニューロンとアストロサイトとの関係性を解析するためにはどのような系を立ち上げる必要があるか等について検討することを考えている。これらの手法を検討・確立させ、計画どおり疾患の病態解析を行う予定である。これまで神経発達障害患者由来疾患iPS細胞をニューロンに成熟分化させ、病態解析を行ってきた。その培養過程ではマウスアストロサイト初代培養との共培養を要する。来年度は、この共培養に供するアストロサイトをヒトiPS細胞から作出して用いることができるかどうか検討する。アストロサイトへの分化を確認する方法として免疫組織染色法があるが、免疫組織染色では細胞を固定してしまうとめ、継続して培養することができない。そのためライブイメージで確認する方法を検討する。今年度はライフイベント(出産)による研究の中断により、次年度使用額が生じた。翌年度に物品費として細胞培養に必要となる消耗品購入に使用する予定である。今年度は前半に研究中断期間が生じた。来年度は物品費として実験に必要な消耗品購入にあてる予定である。
硫化鉱物の大気酸化モデルに基づく火山噴煙ダイナミクスの物質科学的研究

本研究は,火山噴煙のダイナミクスについて,マグマが破砕後に急冷するまでのごく短い時間(数分以内)での化学反応を利用することで,物質科学的な制約を与えることを目指している.本年度の成果は(1)噴出物中の磁硫鉄鉱の酸化反応に着目し,その酸化機構を解明,噴出物酸化度の最適な定量法を決定した(2)噴煙モデルと物質科学の融合を図るための,酸化度を予測するワークフローを完成させたことである.(1)では,桜島大正大噴火での経験温度・大気接触度が異なった3種類の噴出物を対象に,磁硫鉄鉱の酸化組織の記載を行い,結果,噴出物間で磁硫鉄鉱と酸化鉱物に系統的なバリエーションが見られることが分かった.さらに酸化組織は(a)ladder typeと(b)framboidal typeに分けられ,それぞれ酸化機構が違うことを発見した.特に(a)は,先行研究の磁硫鉄鉱酸化実験で観察された組織との比較の結果,鉱物-ガス間の化学反応で生成し,表面反応律速で成長する磁鉄鉱と,拡散律速による赤鉄鉱の二段階あることを明らかにした.また噴煙内での酸化時間の推定に,赤鉄鉱の厚さ測定が有効であることを提案した.以上の内容はContrib. Mineral. Petrol.誌にて査読中である.(2)では,(1-a)で解明した磁硫鉄鉱の酸化機構を元に,赤鉄鉱の生成速度の実験値を選定し,共同研究者による流体力学モデルに基づく噴煙3Dシミュレーション結果と組み合わせ,噴煙内を移動する噴出物中で生成する赤鉄鉱厚さの推定を行った.その結果は,桜島大正噴火噴出物で測定された赤鉄鉱の厚さに満たなかったことから,モデルと天然に基づく物質科学の融合には,数値計算手法,モデルにおける仮定の妥当性,反応速度の実験データの点で改善が必要であることを明らかにできた.これは,物質科学的手法で噴煙ダイナミクスの制約を行う上で重要な成果となった.翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。