hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ケイ酸の再分配に伴う間隙閉塞による核種閉じ込め天然バリアの自己修復機能の発現

本研究は,セメント系材料由来の高アルカリプルームにより核種閉じ込め性能が劣化する天然バリア(地下岩盤)が,ケイ酸の空間的な再分配に伴う間隙閉塞によって自己修復する機能の発現に着目している.研究開始の今年度は,ケイ酸の析出メカニズム解明に関する実験検討のための実験系や諸条件設定,析出速度評価手法を確認した.とくに,地下環境に遍在する代表的な熱水変質鉱物である緑泥石および絹雲母の粉末試料を用いた過飽和ケイ酸の析出実験を試行した.実験では,高pHかつ高濃度のケイ酸溶液のpHを8程度に下げることにより過飽和状態を調整し,各鉱物へのケイ酸析出挙動を観察した.ケイ酸の定量においては,今年度に新たに導入した分光光度計を活用し,単量体や二量体が主である水溶性ケイ酸と高分子のコロイド状ケイ酸を分別して定量し,各々の析出挙動を調べた.その結果,いずれの鉱物においても経時的に水溶性ケイ酸が減少し,ケイ酸析出量が増加した.そして,ケイ酸析出量は添加した鉱物粉末試料の重量,すなわち固相表面積に依存することが明らかになった.また,同時にコロイド状ケイ酸の生成が確認されたものの,固相表面積が大きいほど生成量は減少した.このことは,固相割合が非常に大きい実環境ではコロイド状ケイ酸の生成は制限され,過飽和ケイ酸のほとんどが固相に析出することを示唆する.これらの実験より求めた過飽和ケイ酸の析出速度定数は10E-1110E-10 m/s程度と見積もられた.既往研究において申請者は,アモルファスシリカ粉末を用いた析出速度定数評価を行い,本研究と同程度のオーダーの値を取得するとともに,試解析により亀裂流路がケイ酸析出によって狭隘化する可能性を示している.これらより,本研究で想定したような,流路表面が緑泥石や絹雲母に覆われる場合にも,過飽和ケイ酸の析出によって微細流路が狭まり,核種移行が抑制される効果が期待される.2018年度に実施した,熱水変質鉱物を用いた過飽和ケイ酸の析出挙動に関する実験検討は,年度当初の研究実施計画に沿ったものであり,予定した進捗が得られていると言える.研究開始にあたり,過飽和ケイ酸の析出に係る実験系を整備するとともに,熱水変質鉱物である緑泥石や絹雲母に対するケイ酸の析出挙動観察に適した実験条件を設定することができており,次年度以降の実験検討の円滑な推進に大いに資する.また,実験データに基づく析出速度評価も達成しており,その結果として緑泥石や絹雲母への過飽和ケイ酸の析出が固相表面積に依存することや,析出速度定数が固相にアモルファスシリカを用いた場合と同程度であることを明らかにしたのは大きな成果である.加えて,2018年度に導入した分光光度計を用いた水溶性ケイ酸の比色定量手法により,過飽和ケイ酸の析出実験において想定される水溶性ケイ酸,コロイド状ケイ酸,析出したケイ酸の三種類を分別して定量することが可能となり,次年度以降においてもケイ酸析出挙動のより精緻な把握に大いに役立つものである.以上のように当初計画に沿って本研究を進められていることから,「おおむね順調に進展している」と判断した.本研究では,地下環境におけるケイ酸の再分配による天然バリアの自己修復機能発現を示すために,以下の検討事項を実施する.次年度は主に実験検討を継続し,2018年度に確認された実験系や諸条件設定に基づき,過飽和ケイ酸の析出速度評価および析出メカニズム検討を進める.<検討事項(1):ケイ酸の析出メカニズム解明>今年度に続き,緑泥石や絹雲母等の熱水変質鉱物を用いた過飽和ケイ酸の析出実験による析出速度定数評価を行う.今年度の検討において,析出速度定数を適切に評価できるような液固比やケイ酸濃度等の実験条件が確認されており,それらに基づいて実験検討を遂行する.加えて次年度以降は,ケイ酸析出反応に影響が大きいと推測される共存イオンについても検討を行う.申請者らの既往検討において,コロイド状ケイ酸の沈殿あるいは析出が,共存する陽イオンに大きく影響されることが明らかにされており,ケイ酸析出反応のメカニズムにも変化が生じると予想される.本研究では,地下水中に溶存する陽イオンとして,NaイオンやCaイオン,Mgイオン,Alイオンに着目し,これらが共存する際の過飽和ケイ酸の析出挙動について検討する.また,本研究の実験では,過飽和ケイ酸の析出と同時にコロイド状ケイ酸が生成することが今年度の検討において確認されており,水溶性ケイ酸(単量体,二量体程度)とコロイド状ケイ酸を分別して定量するモリブデンイエロー法を適用して析出挙動の把握を進める.<検討事項(2):ケイ酸の析出に伴う天然バリアの自己修復機能>検討事項(1)の過飽和ケイ酸の析出実験により得られた析出速度定数を用いて間隙閉塞解析を行い,ケイ酸析出が天然バリアの自己修復に寄与することを示す.その予備的検討として,物質移動と化学反応の比を表すダムケラー数(Da)を指標に,地下環境におけるケイ酸の空間的な再分配に伴う間隙閉塞の可能性を探る.本研究は,セメント系材料由来の高アルカリプルームにより核種閉じ込め性能が劣化する天然バリア(地下岩盤)が,ケイ酸の空間的な再分配に伴う間隙閉塞によって自己修復する機能の発現に着目している.研究開始の今年度は,ケイ酸の析出メカニズム解明に関する実験検討のための実験系や諸条件設定,析出速度評価手法を確認した.

とくに,地下環境に遍在する代表的な熱水変質鉱物である緑泥石および絹雲母の粉末試料を用いた過飽和ケイ酸の析出実験を試行した.実験では,高pHかつ高濃度のケイ酸溶液のpHを8程度に下げることにより過飽和状態を調整し,各鉱物へのケイ酸析出挙動を観察した.ケイ酸の定量においては,今年度に新たに導入した分光光度計を活用し,単量体や二量体が主である水溶性ケイ酸と高分子のコロイド状ケイ酸を分別して定量し,各々の析出挙動を調べた.その結果,いずれの鉱物においても経時的に水溶性ケイ酸が減少し,ケイ酸析出量が増加した.そして,ケイ酸析出量は添加した鉱物粉末試料の重量,すなわち固相表面積に依存することが明らかになった.また,同時にコロイド状ケイ酸の生成が確認されたものの,固相表面積が大きいほど生成量は減少した.このことは,固相割合が非常に大きい実環境ではコロイド状ケイ酸の生成は制限され,過飽和ケイ酸のほとんどが固相に析出することを示唆する.これらの実験より求めた過飽和ケイ酸の析出速度定数は10E-1110E-10 m/s程度と見積もられた.既往研究において申請者は,アモルファスシリカ粉末を用いた析出速度定数評価を行い,本研究と同程度のオーダーの値を取得するとともに,試解析により亀裂流路がケイ酸析出によって狭隘化する可能性を示している.これらより,本研究で想定したような,流路表面が緑泥石や絹雲母に覆われる場合にも,過飽和ケイ酸の析出によって微細流路が狭まり,核種移行が抑制される効果が期待される.2018年度に実施した,熱水変質鉱物を用いた過飽和ケイ酸の析出挙動に関する実験検討は,年度当初の研究実施計画に沿ったものであり,予定した進捗が得られていると言える.研究開始にあたり,過飽和ケイ酸の析出に係る実験系を整備するとともに,熱水変質鉱物である緑泥石や絹雲母に対するケイ酸の析出挙動観察に適した実験条件を設定することができており,次年度以降の実験検討の円滑な推進に大いに資する.また,実験データに基づく析出速度評価も達成しており,その結果として緑泥石や絹雲母への過飽和ケイ酸の析出が固相表面積に依存することや,析出速度定数が固相にアモルファスシリカを用いた場合と同程度であることを明らかにしたのは大きな成果である.加えて,2018年度に導入した分光光度計を用いた水溶性ケイ酸の比色定量手法により,過飽和ケイ酸の析出実験において想定される水溶性ケイ酸,コロイド状ケイ酸,析出したケイ酸の三種類を分別して定量することが可能となり,次年度以降においてもケイ酸析出挙動のより精緻な把握に大いに役立つものである.以上のように当初計画に沿って本研究を進められていることから,「おおむね順調に進展している」と判断した.
乳癌細胞におけるシグナル伝達ダイナミクスのリン酸化プロテオーム解析

乳癌用分子標的薬ラパチニブのin vivo薬効評価を定量的リン酸化プロテオミクス手法を用いて行った。乳癌患者の25%で過剰発現している上皮増殖因子受容体2(HER2)は癌の増殖・浸潤に積極的に関わっているため、分子標的薬の多くはHER2をターゲットにしている。ラパチニブはHER1/2に対する選択性の高さからも最も臨床で用いられている分子標的薬である。一方、ラパチニブがin vivoにおいて細胞内シグナル伝達経路にどのように作用するかは分かっていない。今回我々は質量分析法に基づく定量的リン酸化プロテオミクス手法を用いることで、約5,000ものタンパク質リン酸化部位に対して、ラパチニブ処理によって誘導される濃度・時間依存的リン酸化シグナル動態をプロファイルすることに成功した。安定同位体標識した乳癌細胞から抽出したタンパク質を消化後、独自に開発したヒドロキ酸修飾金属クロマトグラフィーによってリン酸化ペプチドを選択的に濃縮し、質量分析計によりリン酸化ペプチドを同定・定量した。その結果、全同定リン酸化ペプチドのうち5%程度がラパチニブ処理によって変動しており、HER1/2シグナル伝達経路の既知分子のみならず多くの未知シグナル伝達分子を同定することに成功した。バイオインフォマティクス解析により、これまでラパチニブが作用することが報告されていなかった特定のタンパク質ネットワーク・複合体にもラパチニブが作用しうることを示した。また、HER1/2の21のリン酸化部位に対してそれらの濃度・時間依存的リン酸化ダイナミクスをプロファイルしたところ、領域特異的にリン酸化が制御されていることを明らかにした。HER1/2のリン酸化部位とチロシンキナーゼ活性との関係性を明らかにすることで、HER1/2の活性制御の理解と新たな薬剤標的に関する考察が得られることが期待できる。安定同位体アミノ酸培養標識法(SILAC法)に基づく簡便且つ細胞種・培養条件による制限を受けない普遍的な定量法(二重標識SILAC法)を確立し、定量的リン酸化プロテオーム解析に応用した。本法が従来法と異なる点は、透析血清ではなく通常血清を用いて培養を行う点、比較したい細胞群の両方を異なる質量を有する安定同位体アミノ酸で標識する点であり、その他の操作は従来法と同様である。開発した新規定量法は、これまで問題とされていた(1)透析血清使用による細胞への影響、(2)不完全標識細胞の定量、(3)アルギニンのプロリンへの変換に関する問題を同時に解決することができる優れた手法であることを示した。特に本研究では、従来法に従って透析血清で細胞培養することで細胞のプロテオーム・リン酸化プロテオームの発現プロファイルを変化させてしまうことを初めて定量的に示し、透析血清を使用しない二重標識SILAC法の有用性を示した。さらに、本法を用いて乳癌細胞をラパチニブ(EGFR/HER2キナーゼ阻害薬)で処理した際に誘導されるリン酸化応答を定量した。その結果、薬剤標的分子下流に位置するタンパク質のリン酸化応答は、従来法での定量値とは異なるものであった。これは両条件において、薬剤阻害濃度が異なっていることや、異なるシグナル伝達システムが働いていることを示唆しており、細胞を用いた一般的な薬効評価と同じ条件で定量可能な本法は有効な定量法の一つであるといえる。
混合相補性問題によるバイオマス新技術開発のインパクト分析

本研究では、バイオマス新技術開発とこれに関連する社会技術について整理し、その社会・経済的インパクトを事前に評価する手法を開発した。この評価手法の特長は、混合相補性問題により定式化され、環境分野に固有の現象を扱うことができる点にある。また、岐阜県においてこの手法を用いたインパクト評価を実施し、一般廃棄物処理事業との連携が有効であること、バイオマス発電の発電効率が上昇すると普及の可能性があることなどを明らかにした。バイオマス利活用、特にバイオマスエネルギーの利活用に焦点をあてて、その技術動向、自治体における利活用ニーズ、既存のバイオマスエネルギー施設の経営状況等について文献調査を行った。また、バイオマスエネルギーの利活用を促進するための社会技術として、再生可能エネルギー利用促進のための取引制度、都市ゴミ処理への排出権取引の適用、土地利用管理への権利取引の適用等に関する文献調査を行った。一方、バイオマス新技術開発が経済社会に与える影響を分析するために、産業内における技術の異質性を考慮した生産関数の提案を行った。また、過去の産業連関表からこの生産関数を推計するための方法として、PMF(Positive Matrix Factorization)を用いた方法を提案した。そして、2回のオイルショックを経験した1970年代1980年代の産業連関表を用いてこの生産関数を推計し、これをCGE(Computable General Equilibrium)モデルに組込んで、原油価格の高騰が産業技術の変化に与えた影響を事後評価した。さらに、バイオマスエネルギー利活用を促進するための社会技術として、将来の土地利用に関する目標を設定し、これを実現するために開発権の取引を行う方法を提案した。また、こうした開発権取引の影響を事前に評価するための土地利用モデルの開発を行った。そして、この土地利用モデルを名古屋都市圏に適用し、開発権取引の導入によって郊外部に多くの緑地が確保されること、都心部には人口が集中し、都市圏がコンパクトな形状に向かうこと等を明らかにした。木質バイオマスエネルギーの需要地を考慮した上で、一般廃棄物処理事業との連携によってその利活用を図るシステムの提案を行った。また,岐阜県を対象として,木質ペレットを家庭用暖房に利用するシステムの環境負荷削減効果を定量的に評価した。まず、各プロセスのLCIデータ,および岐阜県内での木質バイオマスの発生、製造、需要に係る地理データの整備を行った。また、木質ペレットのエネルギー利活用による直接的な環境負荷削減量、および当該システムの導入によるエネルギー需給構造の変化を考慮した地域全体での間接的な環境負荷削減量を算定した。そして、これらの分析を通して、各地域で検討されているバイオマス関連事業の方向性について考察を行った。また、バイオマスエネルギー利活用を推進するための社会技術としてキャップ&トレード方式とベンチマーク&クレジット方式に基づく2つの開発権取引を行う方法を提案し、その影響を事前に評価する影響評価モデルを開発した。また、この影響評価モデルを用いて名古屋市で開発権取引を実施した場合の影響について計量分析を行った。そして,分析の結果,キャップ&トレード方式の開発権取引を名古屋市で実施した場合,名古屋市内の都心周辺部でバイオマス供給が行われるものの、都心部の土地所有者には大きな費用負担を強いる必要があること、ベンチマーク&クレジット方式により名古屋市以外の郊外部でもクレジットの売却を認めた場合,バイオマス供給の限界費用の小さい郊外部でもバイオマス供給が行われ、都心部の土地所有者の負担は軽減されることなどを明らかにした。
多価カチオン媒介型実効引力に注目した蛋白質溶液の相挙動と動的秩序構造制御機構

同符号荷電巨大分子間実効相互作用の理論的研究をおこなってきた。例えば、酸性蛋白質の様な負に帯電したタンパク質分子間にもカチオンを介した強い引力の発生可能性について検討していた。この同符号電荷間の実効引力は電解質濃度が特定の濃度でのみ発生する。それらの性質は、統計力学理論を使うことで再現できていた。今年度の結果としては、これまでのモデルでは荷電巨大分子の凝集体が大きく成長しないことがわかった事がある。これは、荷電巨大分子が近距離に接している場合には強い引力が働いても、それより遠距離部分で長距離の実効斥力が働くからである。また、その同符号巨大分子の凝集を阻害する要素(長距離実効斥力)を除去した相図の計算結果は、実験で観察されるリエントラントな凝集挙動を示していた。そこで、モデルの問題点に対して再検討を行った。その結果、現実系では蛋白質表面の負に帯電した解離基が引力パッチであると仮定すると多くの矛盾が解消される事がわかった。同符号巨大分子の凝集を阻害する長距離の実効斥力が、多価カチオンを含む電解質溶液の場合にはクーロン斥力遮蔽能力により除去され、実験で観察される様なリエントラントな凝集挙動が現れると予想される結果を得た。また、この仮定をおけば、多価カチオンのみで実効引力が見られ、従来あった実験と理論計算結果の食い違いも解消する。これまでの研究結果の論文発表を行いつつ、現在は密度汎関数理論と摂動理論を用いた相図に関する研究結果、および酸性蛋白質表面上の引力パッチ間の実効相互作用に関する積分方程式理論の計算研究結果、さらに、実効相互作用の間接効果への分解によるリエントラント挙動の説明の研究結果を論文にまとめ投稿直前の状態である。また、凝集対の構造を制御するシミュレーションをスタートしようとして準備を進めている。29年度が最終年度であるため、記入しない。昨年度は、一昨年に研究室の院生が全員卒業してしまったことに伴う研究室の再立ち上げに時間を要することとなった。そのため、多くの研究を再立ち上げする必要があった。一つ一つ取り組み、積分方程式理論を用いて溶媒分子の効果を考慮した巨大分子の実効相互作用を計算した。そして、その実効相互作用に基づく統計力学理論計算を行い、相図の計算を進め論文を発表することができた。この統計力学理論は古典流体の密度汎関数理論と摂動論に基づいている。上記の手法を用いて荷電系についての計算も進めつつある。特に本学術領域の課題の一つである多価カチオンを媒介者とした酸性タンパク質分子間の強い引力相互作用をベースにした相図の作成に成功している。その最初の研究発表を仙台において行われた研究会できた。さらに、荷電系の実効相互作用について積分方程式理論を用いて、共イオン効果まで実験と矛盾しない形で再現できることも発見した。その延長で、強結合系でも同様な振る舞いがあることを見出しており、論文にまとめている。この計算は実験的検証の際に意味を持つことになる。また、この実効相互作用を元に粗視化シミュレーションを行った。このシミュレーションの立ち上げは、今後多価カチオンを媒介者とした酸性タンパク質分子クラスター計算に適用できる。派生的な研究として、剛体表面上での2成分剛体球系の分布関数を計算し、吸着の自由エネルギーや吸着量を計算する計算も行なっている。サイズによって選択的吸着が起こり、実験結果に近い結果を得ることができている。これも日本物理学会で発表を行った。巨大分子の拡散係数の問題について理論研究を再開した。昨年度前半は学生が全部入れ替わってしまったために、一時期非常に大きな遅れあるいは後退とも呼ぶべき状態が発生した。幸い、新たに所属した学生、博士研究員と共に一つ一つ再立ち上げを行い、遅れをかなりの度合いで取り戻した。実際、論文を出版し、招待に当たる講演を含む研究発表を数多く行うことができた。特に本学術領域に関係する招待講演が多かった。さらに、サイエンスカフェで新学術領域関連のアウトリーチ活動も実施できた。また、実効相互作用に基づく相図の統計力学計算や粗視化シミュレーションを再スタートする事ができた。特に多価カチオンを媒介者とした強い酸性タンパク質分子間相互作用をベースにした相図の作成に成功し最初の研究発表をできた事、さらに、荷電系の実効相互作用について共イオン効果まで調べられた事は大きい。そうした、多くの進展が見られた。以上のことから『(2)おおむね順調に進展している。』とした。

その結果、現実系では蛋白質表面の負に帯電した解離基が引力パッチであると仮定すると多くの矛盾が解消される事がわかった。同符号巨大分子の凝集を阻害する長距離の実効斥力が、多価カチオンを含む電解質溶液の場合にはクーロン斥力遮蔽能力により除去され、実験で観察される様なリエントラントな凝集挙動が現れると予想される結果を得た。また、この仮定をおけば、多価カチオンのみで実効引力が見られ、従来あった実験と理論計算結果の食い違いも解消する。これまでの研究結果の論文発表を行いつつ、現在は密度汎関数理論と摂動理論を用いた相図に関する研究結果、および酸性蛋白質表面上の引力パッチ間の実効相互作用に関する積分方程式理論の計算研究結果、さらに、実効相互作用の間接効果への分解によるリエントラント挙動の説明の研究結果を論文にまとめ投稿直前の状態である。また、凝集対の構造を制御するシミュレーションをスタートしようとして準備を進めている。実効相互作用に基づく相挙動の統計力学計算を古典流体の密度汎関数理論と摂動論に基づいて進める。特に現在は簡略化した実効相互作用での計算なので、既に求められている具体的な実効相互作用を使いたい。また粗視化シミュレーションを積分方程式理論で計算した実効相互作用に基づいて行うことを続ける。派生的な研究として、剛体表面上での2成分剛体球系の分布関数を計算し、吸着の自由エネルギーや吸着量を計算する計算も行なっているがその論文化や引力効果の計算についてまで研究を進める。現在進行中の論文の完成を急ぐ。特に実効相互作用の間接効果への分解の論文の作成を急ぐ。29年度が最終年度であるため、記入しない。
内在性ＵＴＲブロッカーによるＣＣＮ２遺伝子発現制御とその生物学的意義

ヒトゲノムからは30,000種もの長鎖ノンコーディングRNA (lncRNA)が転写されている。代表者は骨格組織の発生・修復で重要なCCN2分子をコードするmRNAの、3'-非翻訳領域(3' -UTR)と相補的なlncRNAを発見した。本研究ではまず、遺伝子発現を制御するこの3'-UTRにACURが結合し、制御機能を封じ込めるかを検証する。次にゲノム編集の技法で生体でのACURの役割解明に進み、最終的にはACURを利用したCCN2関連疾患治療法の開発を目指す。なお本研究はUTRブロッカーというlncRNAの新カテゴリーが密かにゲノムを制御している実態を明らかにしようとする挑戦でもある。
後藤家計量関係資料の構造分析と文物相関の研究

本研究では、わが国科学技術黎明期たる江戸時代の計量統制に関する従来の研究の問題点に鑑み、彫金・大判・分銅という三家業を営んだ後藤家の分銅に関わる文献・器物資料を対象に調査・整理・分析・考察を行った。また、後藤家の分銅関係の文献資料に構造分析を加え、分銅の製造・流通過程と検定の全貌を解明した。さらに、後藤家伝来の器物資料である各種分銅の精密計測を行い、文献資料と器物資料の相関を解明した。後藤家伝来の分銅のうち、特に「正本分銅」は、後藤家が製造した分銅の基準になったと推測されるので、精緻な重量の測定を行った。平成17年度は以下の3点の研究を行った。1、史料翻刻昨年度に引続き、分銅関係資料の解読作業を行い、未翻刻の一次資料である「分銅御用諸書留」の解読作業を完了した。「分銅御用諸書留」により、近世後期から明治初年にかけての分銅の検定にかかわるプロセスや流通する分銅の公定価格の推移を知ることができ、これまで未解明であった分銅の製造・流通過程と検定の全貌を明らかにした。2、分銅調査未整理の分銅関係の器物資料のうち、千枚分銅模型・「正本分銅」・市中分銅・極小分銅など各種分銅及び分銅製作道具を調査・整理し、1点毎のデータを採取した上で目録を作成し、写真撮影を行った。分銅の重量・寸法に関しては、デジタル機材を活用して精緻な値を求めた。特に、「正本分銅」については、国立科学技術博物館の協力を得て、精緻な重量の測定を実施した。3、報告書の作成上記1、2の調査・作業で得られた成果を掲載した報告書を作成した。ここには分銅・諸道具一式の目録、「正本分銅」の各種データ、分銅関係資料の解読文が掲載される。これらの成果を踏まえ、本研究の目的である後藤家伝来の分銅に関わる文献資料および器物資料の構造化と両者の相関関係を考察し、その結果を論考として掲載した。今年度は、後藤家の分銅関係資料における器物資料と文献資料の相関関係を考察する第一段階として、すでに分類されている後藤家関係資料のうち、分銅の家業にかかわる史料の解読作業を行い、史料の釈文(解読文)をテキストデータとして入力した。解読を行った史料は次のとおりである。(1)分銅員数帳(嘉永6年3月・丹後国中郡峰山町)(2)分銅員数帳(嘉永3年7月・伊賀国名張町)(3)分銅取調帳(安政3年8月・伊賀国上野町)(4)分銅員数帳(安政3年8月・伊賀国郷方)(5)分銅員数帳(安政3年8月・伊賀国上野町)(6)分銅改継願書并割増値段書継願書共書抜控(文久元年九月)(7)分銅増直段願書并分銅直段書銅直段書(文久3年10月)(8)分銅改願書并例書(文久3年7月)(9)金銀地金留帳(元治元年7月27日慶応3年10月21日)(10)分銅御用諸書留(弘化4年3月慶応2年正月)(11)分銅御役所様御役人中様(慶応2年9月・大工手間代の見積書)(12)分銅増直段願書并二例書銅直段書(文久元年)(1)(5)は町村の分銅の所持者と分銅の種類を調査した際の調書であり、(7)・(12)は物価高騰に伴う分銅の値上げを願い出たもので、元文3年・弘化4年・文久元・3年の分銅価格と原料となる銅の価格が記されている。(8)は分銅の検定(分銅改め)実施を願い出たもので、(6)は分銅の値上げおよび分銅改めの願書を書き写したものである。(9)は後藤家が製作した刀装具の地金を費用と使途及び使用した日付が記されている。(11)は分銅役所の改築と思われる大工手間代の見積書である。(10)は弘化4年慶応2年にかけての分銅改めに関する留書であり、分銅改めの具体的な手順を知ることが出来る。さらに寛文年中・正徳3年・享保3年・元文3年の分銅価格や元文年中・天保年中・弘化年中・文久元・2・3年・元治元年の銅直段も知ることが出来る。(6)・(8)にも書き留められた分銅改めの東国での実施願(分銅改新国願)が記されている。

1、史料翻刻昨年度に引続き、分銅関係資料の解読作業を行い、未翻刻の一次資料である「分銅御用諸書留」の解読作業を完了した。「分銅御用諸書留」により、近世後期から明治初年にかけての分銅の検定にかかわるプロセスや流通する分銅の公定価格の推移を知ることができ、これまで未解明であった分銅の製造・流通過程と検定の全貌を明らかにした。2、分銅調査未整理の分銅関係の器物資料のうち、千枚分銅模型・「正本分銅」・市中分銅・極小分銅など各種分銅及び分銅製作道具を調査・整理し、1点毎のデータを採取した上で目録を作成し、写真撮影を行った。分銅の重量・寸法に関しては、デジタル機材を活用して精緻な値を求めた。特に、「正本分銅」については、国立科学技術博物館の協力を得て、精緻な重量の測定を実施した。3、報告書の作成上記1、2の調査・作業で得られた成果を掲載した報告書を作成した。ここには分銅・諸道具一式の目録、「正本分銅」の各種データ、分銅関係資料の解読文が掲載される。これらの成果を踏まえ、本研究の目的である後藤家伝来の分銅に関わる文献資料および器物資料の構造化と両者の相関関係を考察し、その結果を論考として掲載した。
神経特異的キナーゼを介した神経形成と自閉症発症機構の解明

自閉症は、社会性障害などを特徴とする発達障害群であり、脳の構造と機能の異常が基礎にあると考えられる。研究代表者らは、神経発生学的解析に強みを持つツメガエルの神経板に局在するキナーゼ(NSK)を単離し、NSKの過剰発現が神経誘導を引き起こすことを発見した。最近、NSKの哺乳類相同遺伝子が自閉症治療薬の創薬ターゲットになることが示され、神経系におけるNSKの機能解析が早急に必要である。本研究では、神経形成に重要な誘導因子シグナルに対するNSKの作用機序、神経形成過程におけるNSKの機能阻害、および神経形成におけるNSKとNSK結合因子・リン酸化標的因子の機能的な相互作用を解析し、自閉症に繋がる脳形成異常の発症機構を解明することを目的とする。昨年度までに、NSKがBMPシグナル抑制またはFGFシグナル活性化と協調的に働いて、神経誘導を強めることを明らかにした。そこで、今年度は、神経形成に重要な誘導因子シグナルに対するNSKの作用機序をタンパク質レベルで解析した。BMPとFGFシグナル、各々の指標となるSmad1/5/8とMAPKのリン酸化を調べた。その結果、NSKはリン酸化型Smad1/5/8を減少させる一方で、リン酸化型MAPKを増加させることが分かった。興味深いことに、リン酸化型Smad1/5/8はBMPシグナル抑制下でより強く減少し、非リン酸化型Smad1のレベルも同時に低下していた。また、リン酸化型MAPKについては、FGFシグナルの存在下でのみNSKによって増加し、非リン酸化型MAPKの増加を伴わないことが分かった。以上の結果から、NSKは少なくとも非リン酸化型Smad1の調節を介してBMPシグナルを抑制すること、およびMAPKのリン酸化に至る経路を調節することでFGFシグナルを活性化すると考えられた。今年度は、NSKが神経形成に重要な誘導因子シグナル(BMPシグナルおよびFGFシグナル)と相互作用することについて、Smad1/5/8とMAPKのリン酸化を調べて証明した。したがって、昨年度までに分かっていた神経誘導の促進と形態的な変化に加えて、誘導因子シグナルに対するNSKの作用点を生化学的に決めることが出来た。さらに、非リン酸化型のSmad1とMAPKを同時に調べることで、NSKが少なくとも非リン酸化型Smad1の調節を介してBMPシグナルを抑制すること、およびMAPKのリン酸化に至る経路を調節することでFGFシグナルを活性化することが分かり、作用機序の詳細が明らかになりつつある。当初の研究計画通りに研究が進展していることに加え、上記の研究結果を取りまとめた論文が受理されたことから、おおむね研究は順調に進んでいると判断する。平成29年度および平成30年度は当初の予定通りに研究計画が進んだため、計画を変更せずに研究を継続する予定である。平成31年度は、自閉症に繋がる脳形成異常の発症機構を明らかにするために、自閉症治療薬の創薬ターゲットであるNSKと結合して共に作用する因子、およびNSKによるリン酸化の標的となる因子をツメガエル初期胚から単離する。自閉症スペクトラム障害は、社会性障害などを特徴とする発達障害群であり、脳の構造と機能の異常が基礎にあると考えられる。今年度は、神経形成に重要な誘導因子シグナルに対するNSKの作用機序を解析した。先行研究から、神経誘導にはBMPシグナルの抑制、およびFGFシグナルの活性化が必要であることが報告されている。そこで、BMPシグナルを抑制した条件下でNSKを過剰発現させたところ、外胚葉組織片におけるNSKの神経誘導活性が大幅に強まることが分かった。この時、NSKはBMPシグナル抑制による2次軸形成も協調的に高めていた。FGFシグナルを活性化させた場合においてもNSKの神経誘導活性が増強されることが確認され、さらにNSKはFGFシグナルによる尾部様構造の誘導活性を強めることも分かった。以上の結果から、NSKはBMPおよびFGFシグナルと相互作用することで、神経形成を促進していることが明らかになった。次に、自閉症モデルマウスに対して治療効果が認められたNSK阻害剤でツメガエル初期胚を処理し、神経形成に対する作用を解析した。その結果、阻害剤の濃度依存的に神経マーカーの発現が低下した。したがって、NSKが神経形成に必須であることが明らかになった。今年度は、NSKが神経形成に重要な誘導因子シグナル(BMPシグナルおよびFGFシグナル)と相互作用することで神経誘導を促進していることが分かった。当初、外胚葉組織片を用いた過剰発現においてマーカー遺伝子発現を調べることで神経誘導活性を評価する実験のみを予定していた。しかし、幸運なことに、過剰発現後の胚を長期間培養して観察することにより、NSKがBMPシグナル抑制による2次軸形成とFGFシグナル活性化による尾部様構造の誘導活性を強めることが新たに分かり、NSKが誘導因子シグナルと協調的に働くことを、より明確に示すことが出来た。

また、自閉症モデルマウスに対して治療効果が認められたNSK阻害剤を用いて、ツメガエル初期発生過程における神経形成にNSKが必要であることを明らかにした。以上の結果は、NSKが神経形成に重要な役割を果たしており、ツメガエルを用いた解析が胚発生過程における自閉症の発生機序の理解に有用であることを示している。当初の研究計画通りに研究が進展していることに加え、上記の研究結果を取りまとめて論文投稿中であることから、おおむね研究は順調に進んでいると判断する。自閉症は、社会性障害などを特徴とする発達障害群であり、脳の構造と機能の異常が基礎にあると考えられる。研究代表者らは、神経発生学的解析に強みを持つツメガエルの神経板に局在するキナーゼ(NSK)を単離し、NSKの過剰発現が神経誘導を引き起こすことを発見した。最近、NSKの哺乳類相同遺伝子が自閉症治療薬の創薬ターゲットになることが示され、神経系におけるNSKの機能解析が早急に必要である。本研究では、神経形成に重要な誘導因子シグナルに対するNSKの作用機序、神経形成過程におけるNSKの機能阻害、および神経形成におけるNSKとNSK結合因子・リン酸化標的因子の機能的な相互作用を解析し、自閉症に繋がる脳形成異常の発症機構を解明することを目的とする。昨年度までに、NSKがBMPシグナル抑制またはFGFシグナル活性化と協調的に働いて、神経誘導を強めることを明らかにした。そこで、今年度は、神経形成に重要な誘導因子シグナルに対するNSKの作用機序をタンパク質レベルで解析した。BMPとFGFシグナル、各々の指標となるSmad1/5/8とMAPKのリン酸化を調べた。その結果、NSKはリン酸化型Smad1/5/8を減少させる一方で、リン酸化型MAPKを増加させることが分かった。興味深いことに、リン酸化型Smad1/5/8はBMPシグナル抑制下でより強く減少し、非リン酸化型Smad1のレベルも同時に低下していた。また、リン酸化型MAPKについては、FGFシグナルの存在下でのみNSKによって増加し、非リン酸化型MAPKの増加を伴わないことが分かった。以上の結果から、NSKは少なくとも非リン酸化型Smad1の調節を介してBMPシグナルを抑制すること、およびMAPKのリン酸化に至る経路を調節することでFGFシグナルを活性化すると考えられた。今年度は、NSKが神経形成に重要な誘導因子シグナル(BMPシグナルおよびFGFシグナル)と相互作用することについて、Smad1/5/8とMAPKのリン酸化を調べて証明した。したがって、昨年度までに分かっていた神経誘導の促進と形態的な変化に加えて、誘導因子シグナルに対するNSKの作用点を生化学的に決めることが出来た。さらに、非リン酸化型のSmad1とMAPKを同時に調べることで、NSKが少なくとも非リン酸化型Smad1の調節を介してBMPシグナルを抑制すること、およびMAPKのリン酸化に至る経路を調節することでFGFシグナルを活性化することが分かり、作用機序の詳細が明らかになりつつある。当初の研究計画通りに研究が進展していることに加え、上記の研究結果を取りまとめた論文が受理されたことから、おおむね研究は順調に進んでいると判断する。
水素と格子欠陥の動的相互作用の原子レベルでの新検出法開発と水素脆性克服への展開

水素と格子欠陥の動的相互作用の原子レベルでの検出に向け、実用的に広く用いられている焼戻しマルテンサイト鋼の一定弾性引張応力下における吸蔵水素量の変化、および格子欠陥量の変化、さらには形成された水素誘起格子欠陥と水素脆化の関係を調査し、以下の知見が得られた。1.水素をトレーサーとして格子欠陥量の変化を測定した結果、水素を含んで一定弾性応力を負荷すると、応力負荷初期に格子欠陥量は一旦減少し、その後、応力負荷時間とともに増加する。特に、破面近傍部の格子欠陥量は破面から離れた部分に比べ著しく増加する。また、陽電子プローブマイクロアナライザーにより格子欠陥の分布を測定した結果、水素を含んで一定弾性応力を負荷した試験片のみ平均寿命が長い。さらに、破面近傍部において特に平均寿命が長く、高密度の空孔、および空孔クラスターの形成を示している。これらの水素をトレーサーとした格子欠陥量の結果と陽電子プローブマイクロアナライザーによる格子欠陥分布の結果はよく一致している。2.水素を含んで一定弾性応力を負荷した時間とともに増加した水素誘起格子欠陥は、200°Cのアニールにより消滅する。また、陽電子プローブマイクロアナライザーにより200ps以上の長寿命成分が検出される。両手法の結果とも、形成した水素誘起格子欠陥は転位でなく空孔および空孔クラスターであることで一致している。3.水素を含んで一定弾性応力を負荷した時間とともに形成促進される空孔および空孔クラスターを予め多く含むほど、脱水素後の引張試験による延性低下は大きい。一方、200°Cのアニールにより空孔および空孔クラスターを消滅させて引張試験すると、延性は回復する。すなわち、蓄積した空孔および空孔クラスターは、水素が無くても直接延性低下を引き起こすことが見出された.従来、鉄中の固溶水素に及ぼす弾性応力の影響として、(1)水素拡散係数は変化なし、(2)水素透過速度は引張で増加、圧縮で減少することが報告されている。後者の理由として、固溶水素の化学ポテンシャル減少が挙げられている。一方、高強度鋼のように各種格子欠陥に弱くトラップされた状態の水素に及ぼす弾性応力の影響については議論が分かれている。本研究では、代表的な高強度鋼である焼戻しマルテンサイト鋼と冷間伸線パーライト鋼を対象とし、一定弾性引張応力下における水素量変化を各種格子欠陥の形成・消滅と関連付けながら検討することを目的とした。その結果、以下の知見が得られた。(1)弾性応力負荷により水素侵入速度が増加する。(2)無応力下に比べ、弾性応力負荷により平衡に達した際の水素量が増加する。(3)0.8σBでは、弾性応力負荷時間とともに格子欠陥量が減少し、後に増加する。負荷初期段階における格子欠陥現象理由は、転位の消滅・再配列に起因し、その後の増加は転位の切りあいによって形成した原子空孔およびそのクラスターに起因すると推察される。(4)破面形態が擬へき開を示す塑性変形が関与している破壊形態の場合、水素量と負荷応力だけでなく、空孔形成及び蓄積する時間が関係する。以上のことから、弾性応力下においても水素と格子欠陥(転位)の動的相互作用によって、原子空孔およびそのクラスターが形成促進することが判明した。さらに、弾性応力負荷直後から線形で格子欠陥が増加するのでなく、まずは転位の再配列による減少後、原子空孔およびそのクラスターが増加する過程も見出した。すなわち、蓄積した空孔および空孔クラスターは、水素が無くても直接延性低下を引き起こすことが見出された.
電気的多精拒否による単精受精機構の解明

受精は有性生殖に必須の機構であり、卵と精子の特異的な膜接着・融合が必要である。本研究では、脊椎動物での雌雄の2倍体ゲノムによる単精発生を保証するしくみ:多精拒否の分子機構を明らかにする。単精受精における電気的な膜接着・融合の制御機構の分子メカニズムを精子上で膜電位センサーのMatrixmetalloproteinase-2 (MMP-2)を欠失した精子を用いて解明する。MMP-2と結合する卵側リセプター分子および卵と精子の膜融合活性分子を明らかにする。これらにより、脊椎動物の受精成立に必要な普遍的な分子を明らかにし、受精機構の進化を解明する。
新しい概念「テロメアノット」形成に基づいたテロメラーゼ阻害剤の開発

ヒトテロメアの伸長阻害活性を調べる方法として、TRE(Telomeric Repeat Elongation)アッセイが知られているが、PCRによるプライマーダイマーなどのartifactによる影響が大きく、正しく評価できない場合が有る。さらに、Non-RIの手法が望まれることから、今回、岩手医科大学前沢助教授が開発された表面プラズモン共鳴法(SPR)を用いる手法を使い、ナフチリジンダイマーのTRE阻害活性を評価した。方法は、ヒトテロメア繰り返し配列を持つ適度な長さのDNAオリゴマーをSPRセンサー表面に固定化した。HeLa細胞から抽出したテロメラーゼをSPRのバッファーに加え、dNTPsと共に流すと、テロメラーゼによりセンサー表面上のオリゴマーが伸長される。伸長された長さは、SPR強度として観測することが出来、伸長前と伸長後のSPR強度の増分として数値化される。この条件でナフチリジンダイマーをテロメラーゼと一緒に流し、テロメア伸長に対するナフチリジンダイマーの及ぼす影響をSPR強度の増分として比較した。その結果、テロメラーゼ抽出物(0.1mg/mL)に対してナフチリジンダイマーを加えなかった場合、SPR強度は115RU(Response Unit)観測されたのに対して、1uMのナフチリジンダイマーを共存させると22RUに減少した。このことから、ナフチリジンダイマーがテロメラーゼによるヒトテロメア伸長を阻害することが明らかとなった。得られたセンサーグラムから、ナフチリジンダイマーがヒトテロメア配列に強く結合していることが再確認された。従って、我々が提案したようにナフチリジンダイマーによりテロメア配列で形成される「テロメアノット」が、テロメラーゼによるテロメア伸長を阻害していることがここに明らかとなった。
多槽連結型蓄熱槽の有効容積率の向上に関する研究

多槽連結型蓄熱槽について、搬送動力を軽減しつつ有効容積率の向上を計るために各槽の連通口をどのように設計すべきであるのかを検討するために、連通口の大きさと位置の槽内混合特性に与える影響と連通口内部に発生する流速分布形成過程の把握のために実験と数値計算を中心とした以下の研究を行った。1.入力側連通口と出力側連通口の相対的な位置関係の槽内混合特性に対する影響の検討のために、連通口を全て下部に設けた場合、連通口を交互に下部と上部に設けた場合、上部の連通口を中間の高さに設けた場合の3種類の実験を行った。その結果、蓄熱温度差が大きく、流量も少ない場合には、連通口の位置によって槽内の混合特性は大きく影響されることが明らかとなった。特に、連通口が上下交互の場合には、入力された高温水が上部の連通口にバイパスする現象が確認され、流量が少ない場合には大幅に有効容積が減少する可能性があることが明らかとなった。2.連通口内部の温度成層のために発生する連通口での流速分布については、建築設備設計で利用されている換気理論を援用したモデルを作成し、実験結果との比較でも良い一致を示した。下部高温水入力の槽内混合モデルについては、入力流量が連通口から水面まで線形配分されるモデルと連通口から上部に浮力によるプリュ-ムが形成されるモデルの2種類を検討し、物理的にはプリュ-ムモデルが優れていることを明らかにした。連通口モデルと槽内混合モデルを合わせた蓄熱槽全体としては、おおよそ実験結果と一致するものの、連通口での低温水の逆流については、まだ十分にモデル化されておらず、今後の検討が必要である。多槽連結型蓄熱槽について、搬送動力を軽減しつつ有効容積率の向上を計るために各槽の連通口をどのように設計すべきであるのかを検討するために、今年度は、連通口の大きさと位置の槽内混合特性に与える影響を連通口内部に発生する温度成層の形成過程の把握のために実験を中心とした以下の研究を行った。1.入力側連通口と出力側連通口の相対的な位置関係の槽内混合特性に対する影響の検討のために、第1槽の入力口以外の連通口を全て下部に設けた連結槽での実験、そして連通口を交互に下部と上部に設けた連結槽での実験を行った。連通口が全て下部に設けられた場合には、流量が少ないと下部から入力された高温水が周辺の低温水と混合しながら上昇するために槽内に緩やかな温度成層が形成されるものの、時間と共に連通口より上部は完全混合状態となり、連通口より上部は全て蓄熱に有効であることが明かとなった。連通口が上下交互の場合には、下部の連通口から入力された高温水が上部の出口側連通口にバイパスする現象が確認され、流量が少ない場合には大幅に有効容積が減少する可能性があることが明かとなった。流量が多い場合にはいずれの場合も槽内はほぼ完全混合となるが、下部連通口より下は死水域となる可能性があることが確認された。2.連通口内部に発生する温度成層の形成過程と連通口流速分布の関係を検討するために、連通口両側の垂直温度分布の測定を行い、槽内中央の温度分布と連通口内部の温度分布の関係、さらに連通口での流速分布との関係の検討を行った。連通口での流速分布については、換気理論を援用して連通口両側の槽中央の垂直温度分布から連通口両側の静水圧分布を求めて収束計算によりおおよその流速分布を求めるモデルを作成し、計測結果との比較を行った。

多槽連結型蓄熱槽について、搬送動力を軽減しつつ有効容積率の向上を計るために各槽の連通口をどのように設計すべきであるのかを検討するために、連通口の大きさと位置の槽内混合特性に与える影響と連通口内部に発生する流速分布形成過程の把握のために実験と数値計算を中心とした以下の研究を行った。1.入力側連通口と出力側連通口の相対的な位置関係の槽内混合特性に対する影響の検討のために、連通口を全て下部に設けた場合、連通口を交互に下部と上部に設けて場合、上部の連通口を中間の高さに設けた場合の3種類の実験を行った。その結果、蓄熱温度差が大きく、流量も少ない場合には、連通口の位置によって槽内の混合特性は大きく影響されることが明らかとなった。特に、連通口が上下交互の場合には、入力された高温水が上部の連通口にバイパスする現象が確認され、流量が少ない場合には大幅に有効容積が減少する可能性があることが明らかとなった。2.連通口内部の温度成層のために発生する連通口での流速分布については、建築設備設計で利用されている換気理論を援用したモデルを作成し、実験結果との比較でも良い一致を示した。下部高温水入力の槽内混合モデルについては、入力流量が連通口から水面まで線形配分されるモデルと連通口から上部に浮力によるプリュ-ムが形成されるモデルの2種類を検討し、物理的にはプリュ-ムモデルが優れていることを明らかにした。連通口モデルと槽内混合モデルを合わせた蓄熱槽全体としては、おおよそ実験結果と一致するものの、連通口での低温水の逆流については、まだ十分にモデル化されておらず、今後の検討が必要である。
気相中における光触媒反応の機構解明と新規応用法の開発

非接触酸化反応と光触媒リソグラフィー法については、その主な機構を解明した。光触媒上で生成し、気相へ拡散したH_2O_2がUVにより解離して・OHを生じ、これが反応に寄与するというものである。また、非接触酸化反応を光触媒リソグラフィー法に応用し、マルチチャンネルバイオセンサーアレイの開発などに利用した。固体との電子授受とエネルギー貯蔵型光触媒に関しては、TiO_2からWO_3、MoO_3などへの、光励起電子の移動やそれに伴うプロトン輸送について調べ、電子貯蔵の量子収率や貯蔵容量、吸着水の影響などを調べた。また、光励起されたTiO_2の正孔へ、Ni(OH)_2などから電子移動が可能なことを示した。TiO_2-Ni(OH)_2積層膜は、酸化エネルギー貯蔵型光触媒として、夜間にもホルムアルデヒド除去などの機能を維持できると考えられる。貯蔵機構を解明しつつ他の貯蔵材料を探索した結果、IrやRuの酸化物を用いると、より高い酸化力が得られることが示された。金属ナノ粒子-半導体系のプラズモン光電気化学に関連しては、Agナノ粒子-TiO_2系の多色フォトクロミズムを見出し、その機構解明を進め、金属ナノ粒子-半導体複合系における電荷分離が重要であることを見出した。この電荷分離過程は、太陽電池や光触媒にも応用できる。また、Agナノ粒子をTiO_2単結晶上に析出させ、単色光照射時の粒径分布の変化とスペクトル変化との間に相関があることを明らかにし、入射単色光と共鳴するAg粒子の溶解と、共鳴しないAg粒子の析出・成長がスペクトル変化をもたらしていることがほぼ裏付けられた。その他、電解析出によりAuナノ構造を作製し、ナノピラミッド構造が、広い波長域にわたってプラズモン共鳴特性を示すことを明らかにした。光により膨潤・収縮する新しい光電気化学アクチュエータ/光変形材料や、細胞の走光性を利用したバイオセンサも開発した。酸化チタン光触媒は、有機物の分解、抗菌、金属の防錆などの機能を示す。しかし光触媒の反応機構にはまだ不明な点も多いため、これらを明らかにし、得られた知見を基に新しい光触媒システムを開発することをめざしている。光触媒の気相中での反応に関し、光触媒表面にイオン伝導性を与えることにより、酸化サイトと還元サイトのmmレベルの分離が可能になった。これに基づき、カソード分離型光触媒を開発した。多孔性の無機導電性材料の片面に酸化チタンを被覆し、酸化チタン側から紫外光を照射した際、反対側で還元反応が優先的に起こることが明らかとなった。光触媒と固体との電子授受と、エネルギー貯蔵への応用に関しては、酸化チタンの光照射により生じた還元エネルギーを酸化タングステンに貯蔵する際の、充電速度、充電容量、自己放電速度などについて検討した。また、自己放電過程において過酸化水素が生成し、それによって抗菌作用を光照射停止後も維持できることが明らかになった。また、リンタングステン酸や酸化モリブデンも、エネルギー貯蔵材料として機能することを見出した。光触媒の非接触酸化反応に関しては、光触媒リソグラフィー法の解像度が、5μmより優れていることを明らかにした。その他、酸化チタンと銀のナノ粒子を組み合わせた新しいフルカラーフォトクロミック現象を見いだした。始めは褐色をしているが、単色の可視光を照射すると材料がその色に変化し、紫外光を照射すればまた褐色に戻ることを見いだした。しかし光触媒の反応

機構にはまだ不明な点も多いため、これらを明らかにし、得られた知見を基に新しい光触媒システムを開発することをめざしている。光触媒と固体との電子授受と、エネルギー貯蔵への応用に関しては、酸化チタンの光照射により生じた還元エネルギーのリンタングステン酸への貯蔵が、水溶液中だけでなく、気層中においても可能であることを見いだした。その際の、充電速度、充電容量、自己放電速度などについて検討した。また、気層中での充電においては、水分(湿度)が必要であることを明らかにした。光触媒の非接触酸化反応に関しては、解像度の向上を行った。また、非接触酸化反応では酸化チタンのみならず、基板もしくは拡散化学種の光励起も必要であるという二重励起機構の関与を明らかにした。さらに酸化チタン光触媒上で生成した過酸化水素が気相へ放出されることを明らかにした。また過酸化水素の生成には酸素と水が必要であることを見いだした。その他、酸化チタンと銀のナノ粒子を組み合わせた新しいマルチカラーフォトクロミック現象に関しては、光学特性の向上と制御を行い、着色速度の向上と退色速度の制御(加速および減速)を行った。また、多色性は銀ナノ粒子の形状や大きさに依存することを検討した。さらに、酸化チタン上に電気化学的に析出させた銀ナノ粒子もマルチカラーフォトクロミック特性を有することを見いだした。酸化チタン光触媒は、有機物の分解、抗菌、金属の防錆などの機能を示す。しかし光触媒の反応機構にはまだ不明な点も多いため、これらを明らかにし、得られた知見を基に新しい光触媒システムを開発することをめざしている。光触媒と固体との電子・イオン授受と、エネルギー貯蔵への応用に関しては、材料表面をヘテロポリ酸で修飾することにより、低湿度下でも電子・イオン授受と、エネルギー貯蔵が可能であることを見いだした。また、従来の還元エネルギー貯蔵だけでなく、水酸化ニッケルなどをエネルギー貯蔵材料として用いることにより、酸化エネルギー貯蔵も可能であることを見出した。光触媒の非接触酸化反応に関しては、酸化チタン以外の種々の光触媒でも同様の反応が起こることを見出し、従来よりも一桁程度速い非接触酸化反応を可能にした。また、光触媒リソグラフィー法により、超撥水/超親水パターニングが可能であることを示した。この技術を応用して、酵素や細胞のパターニングを行い、バイオチップなどへの応用可能性を示した。半導体と銀のナノ粒子を組み合わせた新しいマルチカラーフォトクロミック現象に関しては、酸化チタン以外の半導体でも同様の現象が起こることを見出したほか、光励起された銀ナノ粒子から半導体、さらには基底状態の銀ナノ粒子への電子移動により電荷分離が促進され、酸素への電子移動とそれに伴う銀ナノ粒子の銀イオンへの酸化が促進されているらしいことがわかった。また、こうした電子移動プロセスを応用し、半導体-金属ナノ粒子系のプラズモン電気化学反応について研究し、増感型太陽電池や新規光触媒に応用可能であることを明らかにした。光触媒による非接触
イオンミキシング法による水素吸蔵合金の表層ナノ構造の改質

イオンビームを水素吸蔵合金の表面改質に利用した場合、結晶構造の変化、多量の格子欠陥、注入された水素による水素化物の核形成などが期待され、さらには種々の溶質元素をミキシングすることによって、新しい機能を持った合金開発の可能性がある。本研究ではイオン注入やイオンミキシングにより、長寿命化(耐劣化や耐被毒)および活性化の制御などを目指した表面ナノ構造の改質を行うことを目的とした。(1)ZrCoおよびZrNi:高温顕微鏡によるその場観察(水素圧1atm、反応温度150°Cに200°C)を使用し、水素物形成過程の定量化を試みた。(1)ZrCo:ZrCoでは水素イオン注入による水素化物の成長促進の効果が認められなかった。イオンミキシングの効果については、溶質元素をCoにした場合に顕著であり、成長速度は2倍から3倍に増加することができた。水素化物形成に必要な活性化エネルギーは、未処理の場合が40kJ/mol、イオンミキシングの場合が2030kJ/mol程度となった。(2)ZrNi:ZrNiは水素イオン注入をしなければ、水素化が起こらない。イオン注入量が1X1016H2+/cm^2の場合、成長速度が大きくまた水素化開始までの潜伏期も大幅に短くなった。(2)TiFe:TiFeは未処理の場合、反応温度400°C、水素圧10MPaにおいても水素化が起こらない。しかし、水素イオン注入(3.6X1016H2+/cm^2)の場合7MPa、アルゴンイオン注入(5X1015Ar+/cm^2)の場合5MPa程度から水素化が開始する。また、LaNi5を溶質としたイオンミキシングを行うと、1X1015Ar+/cm^2では、水素圧1MPaで水素化が起こることがわかった。以上の結果から、イオン注入およびイオンミキジングによる初期水素化挙動に対する効果は、広範に認められることが明らかとなった。