hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
分子認識吸着剤を用いた体臭による人間の識別と匂いデータベースの作成

匂いの定量的な表現は非常に難しいが,本研究は匂いの脳内表現である匂いクラスタマップを再現するために必要十分な分子情報を計測できるセンサを実現し,センサデータにより匂いクラスタマップを構築することで匂いの測定・表現技術を構築する.そのために,匂い分子を選択的に透過させることができるMIP吸着剤(MIFA ; molecular imprinted filter adsorbent)を開発した. MIFAの分子選択能力はガスクロマトグラフィにより計測し,匂いセンサとしての実装はマイクロセラミックヒータと半導体ガスセンサにより行った.また, 8チャネルセンサシステムを構築し,センサシステムにより基本的な匂い物質の分離と計測が可能であることを確認した.さらに,センサシステムの応用目的である人の体臭識別のために,体臭を構成する脂肪酸類について分離性能を持つMIFAを作成し,その分子識別能力について評価を行った.匂いクラスタマップによる表現技術については,嗅球の活性化パターンを解析し,基本パターンを見出し,基本パターンに対応する匂い分子の分子パラメータを特定することに成功した.特定された分子パラメータは物理化学的な分子特性としてセンサにより計測可能である.また,任意の匂い物質について分子パラメータを基礎情報として生物に近い匂いクラスタマップを再現する事も可能であった.これらの成果により人工匂いマップを出力とするセンサ基盤技術の構築に成功した.(抄録なし)匂いの定量的な表現は非常に難しいが,本研究は匂いの脳内表現である匂いクラスタマップを再現するために必要十分な分子情報を計測できるセンサを実現し,センサデータにより匂いクラスタマップを構築することで匂いの測定・表現技術を構築する.そのために,匂い分子を選択的に透過させることができるMIP吸着剤(MIFA ; molecular imprinted filter adsorbent)を開発した. MIFAの分子選択能力はガスクロマトグラフィにより計測し,匂いセンサとしての実装はマイクロセラミックヒータと半導体ガスセンサにより行った.また, 8チャネルセンサシステムを構築し,センサシステムにより基本的な匂い物質の分離と計測が可能であることを確認した.さらに,センサシステムの応用目的である人の体臭識別のために,体臭を構成する脂肪酸類について分離性能を持つMIFAを作成し,その分子識別能力について評価を行った.匂いクラスタマップによる表現技術については,嗅球の活性化パターンを解析し,基本パターンを見出し,基本パターンに対応する匂い分子の分子パラメータを特定することに成功した.特定された分子パラメータは物理化学的な分子特性としてセンサにより計測可能である.また,任意の匂い物質について分子パラメータを基礎情報として生物に近い匂いクラスタマップを再現する事も可能であった.これらの成果により人工匂いマップを出力とするセンサ基盤技術の構築に成功した.(抄録なし)
極低温Siレンズを用いた広視野CMB 偏光望遠鏡の開発

宇宙マイクロ波背景放射(CMB)の偏光観測によって、インフレーションによって生じた原始重力波の痕跡(B-mode偏光)を検出することができる。CMB偏光観測衛星LiteBIRDの高周波側を観測する広視野かつコンパクトなミリ波望遠鏡を開発している。広帯域の観測周波数100 -400 GHzを広視野(20度)にて観測することで、前景放射である銀河面内の星間ダストからの偏光を効率的に差し引くことができる。高い屈折率を持ちかつ低損失のシリコン(Si)レンズに、広帯域反射防止膜を加工することにより、広帯域および広視野が実現する。直径300mmのシリコンレンズにサブ波長構造の反射防止加工に成功した。また近傍解測定による広視野冷却望遠鏡の遠方サイドローブを含めたビーム形状測定や交差偏波特性測定にも成功している。広視野望遠鏡で問題となる迷光や多重反射を抑える開発を行う。本研究により広視野CMB偏光望遠鏡が実現すれば、他のCMB偏光実験や広視野ミリ波望遠鏡の焦点面集光部にも応用可能となる。宇宙マイクロ波背景放射(CMB)の偏光観測のための広視野の冷却望遠鏡を開発している。そのために必要な鍵となる要素技術:大口径シリコン(Si)レンズとその広帯域反射防止膜の開発を行ってきた。直径300mmのSilレンズにサブ波長の反射防止構造の加工に成功した。今後は広視野望遠鏡における迷光対策やゴースト対策を進めるとともに、近傍サイドローブの測定法や偏光角の回転の測定法を開拓する。宇宙マイクロ波背景放射(CMB)の偏光観測は、インフレーションによって生じた原始重力波の痕跡(B-mode偏光)を検出することができる。そのために広視野かつ広帯域のミリ波望遠鏡を開発し、衛星に搭載して全天スキャン観測すれば良い。高い屈折率(n=3.4)を持ちかつ低損失のシリコン(Si)レンズに、広帯域反射防止膜を加工することにより、CMB偏光観測衛星LiteBIRDの高周波側を観測する広視野かつコンパクトな望遠鏡を開発する。観測周波数100 - 400 GHzをカバーし、星間ダスト放射を効率的に差し引く。迷光や多重反射を抑えた極低温(5K)望遠鏡の設計、製作及び評価を行う。本研究により、他のCMB偏光実験や広視野ミリ波望遠鏡の焦点面集光部にも応用可能となる。本年度はいくつかの重要な開発成果を得た。1)大型柱状晶シリコンを入手し、大口径(300mm)レンズを製作した。また、この柱状晶シリコンは、低温にてロスが小さいことを測定で確かめた。2) Siレンズへサブ波長構造による反射防止加工を施した。このサブ波長構造は、くさび型にすることで、広帯域化を図っている。3) LiteBIRD高周波望遠鏡の光学系設計を進めた。LiteBIRD低周波望遠鏡と組み合わせることにより、銀河面からの前景放射を取り除くのに最適化されている。この高周波望遠鏡は衛星搭載を考えたコンパクトかつ軽量の設計となっている。4)広視野かつ広帯域のミリ波光学系の設計解を得た。研究実績の概要にも記したが、本年度はいくつかの開発を進めることに成功した。1)大型Si基板を入手し、大型(300mm)レンズを製作した2) Siレンズへサブ波長構造による反射防止加工を施した。3) LiteBIRD高周波望遠鏡の光学系設計を重点的に進めた。4)広視野ミリ波光学系の設計を行った。これらは、宇宙マイクロ波背景放射CMBの偏光観測にとって重要な開発成果であると考えている。引き続き、研究計画に記したLiteBIRD高周波望遠鏡に向けた開発を進めていく。
未利用の小規模低落差に設置できる超小型水力発電装置の開発研究

プロペラ式超小型水力エネルギー回収装置を開発研究した。空気吸込渦はコーンをある高さに設置すると、渦が消滅し水車効率が上昇した。3次元流速計を使用して水車内流れの解析を行った。コーン無しでは流速分布のむらがあり、流速が遅い部分があった。コーン有りでは、流速は1.6m/s以上で流れの方向が整っていた。ランナブレードの角度を大きくしてゴミを通過させやすいランナを研究した。6枚羽根は羽根角度が低い時、水車効率が高くなった。3枚羽根は羽根角度が低い時、効率が高くなった。3枚羽根は水車軸回転速度が上がったため発電電力が高くなった。3枚羽根のランナは8cm程度の大きさのゴミも通過できることがわかった。本研究は,養殖水槽から排出される流水の落差エネルギーを電力の消費削減に活用することに着目し,超小型プロペラ式水力発電装置の開発研究を行うものである。空気吸込渦を除去するコーンと強い旋回流を形成するためのケージング,落ち葉などごみが絡みにくいゴミ通過ランナの形状について,高効率化を図ることを目標としている。実験には当研究グループで開発した超小型水力発電用水車は立軸型プロペラ水車で,落差12m,流量3060L/s,発電規模として100W300Wのものである。プロペラの直径は150mm,ランナの枚数は3枚または6枚である。低コスト化のため,ランナブレードは2mm厚の鉄板をそり比510%に湾曲させたものである。実験は宮崎大学農学部の実験施設で行っている。第1の研究では,水車内部の形状の最適化を行うため,水車内の流れの場を電磁式流速計とレーザー光源を用いたハイスピードカメラによる計測で,流速分布および流れの方向を解析した。空気吸込渦を除去するコーン(以下,コーン)があると場合とない場合で流速分布を解析した。コーン無の場合,水車内に流速のばらつきが大きく,ランナに近いところの流速が遅いことが分かった。一方,コーンを装着した場合,ランナ付近の流速が1.6m/s以上と速く,速い流速がランナを回転させるエネルギーとなり,水車効率の高効率化に起因していることが推察された。第2の研究では,落ち葉などごみが絡みにくいゴミ通過ランナの形状について検討を行っている。水車内に模擬落ち葉を流して,3枚羽根と6枚羽根のランナを用いてゴミの通過性を観察した。3枚羽根の場合,ゴミが通過しやすくなるだけでなく,水車軸回転速度が増加し,発電電圧が上昇するため,発電電力が増加した。平成24年度の実験目的は,超小型水力発電装置の渦消しコーンとその流れ場の解析である.渦消しコーンは空気吸込渦を解消し流量を増加させ,水車性能を向上させる効果がある.そのメカニズムを解明し,水車性能の向上を図る.水車桝内のコーン装着時とコーンなしの時の流速を測定し比較することとした.宮崎大学農学部水理実験棟に設置した超小型水力発電装置を使用した.ケーシング内流速測定には3次元流速計(KENEK製,本体VP3000,検出器VPT-3-200-13P )を使用した.実験条件として,コーンの位置は高さ15cmとした.コーンなしの場合のケーシング内の流れと,コーンありの場合のケーシング内及びコーン周りの流れを測定した.最高水車出力時の流速を測定した.コーンありとなしの正面から見た流速分布図と側面から見た流速分布図を比較すると,空気吸込渦の影響を受けている流れの位置にコーンがある事がわかる.コーンなしとありの正面から見た流速分布図を比べると,コーンなしでは流速分布のむらが大きく,特にケーシング出口付近の流れは空気吸込渦の影響によりコーンありと比べ流速の遅い部分も見られる.ケーシング出口への流れは,空気吸込渦の影響で速度の変化が大きくなっていると思われる.コーンありでは,正面から見た流速分布図と側面から見た流速分布図を見てもケーシング出口への流れは1.6m/s以上と速く,コーンなしと比較してもケーシング出口向への流れが整っていることが分かる.コーンありの正面から見た流速分布図をみると,コーンより上の流れ遅く,少し乱れている.コーン上は流れが乱れており,水車性能に影響があると思われる.以上のことから,コーンを装着することでケーシング出口向への流れが整うことが分かった.コーン上部は乱れがあり,水車性能に影響を及ぼしていると考えられる.本研究は、養殖水槽や農業用水路から排出される流水の落差エネルギーを利用して、電力を発生させる超小型プロペラ式水力発電装置の開発研究を行うものである。開発した水車は、水車上部で旋回流を形成し、縦軸プロペラを通過して垂直管から排水される。水車上部は自由水面を有しており、旋回流形成の際に、空気吸込渦が発生しやすい。このため旋回流中心部にコーンを水没するように設置すると、空気吸い込み渦がほぼ消滅し、水車効率が高くなる。そこで、その空気吸込渦の消滅および水車効率向上のメカニズムを解明するため、実験用水車を用いて、水車内部の流れを解析した。初めに、3次元電磁流速計で23cmのメッシュの交点で、3次元方向の流速を計測した。メッシュ交点の実測値から1cmメッシュの流速分布を計算した。この結果、コーンなしの場合は、水車内部の最も速い場所で2.0m/sとなり、中心ほど流速が速かった。

コーンありの場合では、コーンに近い水面付近では流速は遅いが、コーン下部付近から徐々に加速され、ランナの直前では23m/sに達していた。これはコーンなしの場合の2倍以上であった。次にレーザー光源を用いた光速度カメラ撮影による画像解析を実施した。画像で流速を計測する場合、トレースと呼ばれるマーカーが必要であるが、水車内に混入する小さな気泡を追跡することによって、水車内部の流速の計測を行った。500分の1秒ごとに撮影した。画像解析にはMotionStudioおよびFlownizerを用いた。解析の結果、3次元電磁流速計同様の傾向が確認でき、3次元電磁流速計では測定できない部分の解析が可能になったり、電磁流速計では瞬間の流速は計測できるが、画像の場合は気泡を追跡できるので、水車内をどのような軌跡をたどったかが明らかにすることができた。カメラの導入は効果があった。本研究は、養殖場水槽や農業用水路から排出される流水の落差エネルギーを利用して、電力を発生させる超小型プロペラ式水力発電装置の開発研究を行うものである。流水は、水車上部で旋回流を形成され、立軸プロペラを通過して垂直管から排出される。水車上部は自由水面を有しており、旋回流形成時に空気吸込渦が発生しやすくなる。水車上部に頂点を下向きとするコーンを配置すると、空気吸込渦が発生しにくくなり、水車効率が高くなる。空気吸込渦の発生を消滅のしくみを解明するため、実験用水車を製作し、3次元流速計や高速度カメラによる流れの解析を実施した。その結果、コーン無しの場合、最も速い流速で2.0m/sであり、中心ほど速かった。また、流速のむらが大きく開き、流れの方向が乱れていた。コーン有りの場合では、水面付近の流速は遅いが、コーン下部から徐々に加速され、ランナの直前では23m/sに達した。これはコーン無しの約2倍以上だった。流れの方向はコーン無しの場合は乱れていたが、コーン有りでは流れの向きが整っており、水車性能に影響を及ぼしていることが分かった。小水力発電用水車では、落ち葉や枝のようなゴミによる水車の運転阻害が問題となっている。本水車ではゴミが絡まりにくいプロペラによる性能実験を行った。ランナブレード1枚の面積を一定にして、6枚羽、3枚羽で比較した結果、6枚羽では流量が少なくても水車効率が高くなるが、ゴミの通過はよくなかった。3枚羽の場合、ゴミが通過しやすくなり、回転速度が増加し、発電電圧が上昇するため、発電電力が高くなった。必要とする水量は増加した。このため、水車設置現場の状況を検討し、羽枚数を決定することが求められる。プロペラ式超小型水力エネルギー回収装置を開発研究した。空気吸込渦はコーンをある高さに設置すると、渦が消滅し水車効率が上昇した。3次元流速計を使用して水車内流れの解析を行った。コーン無しでは流速分布のむらがあり、流速が遅い部分があった。コーン有りでは、流速は1.6m/s以上で流れの方向が整っていた。ランナブレードの角度を大きくしてゴミを通過させやすいランナを研究した。6枚羽根は羽根角度が低い時、水車効率が高くなった。3枚羽根は羽根角度が低い時、効率が高くなった。3枚羽根は水車軸回転速度が上がったため発電電力が高くなった。3枚羽根のランナは8cm程度の大きさのゴミも通過できることがわかった。内部が観察できる実験用水車を用いた。
時間的に動的な物質特性を持つ素材を用いた新しい染色技法の確立

これまで継続して行ってきた国内調査から得られた情報を元に、関東から関西に調査のエリアを拡大し、染色工房ならびに専門家、作家からの訪問調査を行なった。対象としたエリアは京都市である。調査の対象のひとつになった京都市立芸術大学では、染色工房内での制作状況及び技法継承の現状についての聞き取り調査だけではなく、関東と関西におけるろうけつ染めを制作する染め工房自体の現状そのものの対比を行った。その結果、これまでの調査から本研究において重要な研究課題として引き続き調査を必要としている「脱ロウの工程・具体的な装置や環境」について把握することが出来た。また、実際に関西で現在使用されている装置の仕組みの解析を始めた。今回の調査から、関東では既に消滅の危機を迎えているろうけつ染めの技法が、関西地域ではわずかながら継承されている現状と、またその背景には、歴史的な技法そのもののへの価値や感覚的な差があるだけではなく、ろうけつ染めを行うための環境面への配慮やそれに伴った装置の改善などの取り組みが継続されていることがわかった。反面、現在も古代から継承されたろうけつ染めの技法を用いて制作している作家の調査を行ったが、上記で挙げたろうけつ染めにおいて踏まなければならない脱ロウを行える工房自体が激減していることも改めて判明した。今後、ろうけつ染めの技法を継承していくためには、脱ロウが安全に行える環境を新たに作り出す必要があり、その方法を確立することができれば、ろうけつ染めの技法を後世に存続していける可能性があると考えられる。並行して、実践的な研究に取り組み始めた。必要となる素材は、前年度から国内・海外から調達し、様々な種類のロウ(蝋)の溶解と温度における生地への影響と変化について、独自の装置を用いて実験を開始した。本研究において着目した、正倉院が保管する国宝臈纈屏風「羊木臈纈屏風」は、赤外線分析等のこれまでの分析から、生地下方に墨書きで「天平勝寳三年十月」と書かれていることが判明していることから、屏風が平勝宝三年(七五一)十月以前に作成されたことになる。こうした年月が記載されることは、いづれかの国から品物を貢進する際に記入されるものが多いとされるが、作品が奈良時代に作られ貢進されたことを踏まえても、古代ろうけつ技法を再現するためには、その時代より更に時代を遡り、制作に使われた蝋そのものの調査、技法調査が重要となる。そのためには、ろうけつ染めの源流とも考えられている東南アジアのバテッィク調査をする必要があると考えている。しかし、2018年6月より3ヶ月間は子の養育を行うため研究を中断せざるを得なかったため、当該調査は来年度に延期することになった。そのため、まずは国内外における染色一般についての基礎情報の収集、国内におけるろうけつ染めの染色技法に関する調査及び情報収集を行い、研究の基礎強化に努めた。具体的には、これまで関東地域で調査した結果を元に、関西地域へ訪問調査を行い、主に、積極的にろうけつ染めの技法を継承する取り組みを行う大学機関、また、古代ろうけつ染めの技法を使用し制作する作家への訪問調査を行なった。同時に、前年度から栽培している“小鮒草(こぶなぐさ)"の栽培、また、独自の装置を用いてロウポットによる実践的研究を開始した。次年度は研究の集積を目的とし、訪問調査と並行して蝋による実験的な研究を積極的に行い、研究の集積を目指している。本研究で取り上げている国宝臈纈屏風「羊木臈纈屏風」を含めた古代ろうけつ技法を調査するためには、古代の文献、文化財として残されたろうけつ技法を参照することが重要になる。しかし一方で、全国規模で工房自体の閉鎖が相次いているという現状があるということが、改めて判明した。時代の変化による原因として、技術の発展から極めて主流になっているプリントによる染色技法、また、友禅や紅型、小紋といった伝統的な染色技法が継承されている中、ろうけつ染めという技法の現在においての認知度の低さが挙げられる。そうしたことが起こってきた背景には、他の染色技法に比べ、溶かした蝋により防染するという技術的な難しさも危惧されるが、継続してきた調査から、ろうけつ染め技法が継承されない背景には、上記に挙げた「脱ロウ」という工程における設備、環境、取り扱う溶剤や薬剤が問題とされ、最も重要な原因・課題だと考えらる。同時に、ろうけつ染めにおいて使用される蝋自体を生産する工房も激減し続け、全国で数カ所しかないということも調査で判明した。次年度の研究では、前年度開始した蝋による実験的研究を行う。さらに、現在わずかに残る蝋を生産する工房への訪問調査も計画している。また、前年度の調査で得られた情報を元に始めた脱ロウの装置の解析を行う。並行して、脱ロウで使用される溶剤・薬剤を分析し、その結果を元に薬学部等の専門機関への聞き取り調査、人体への影響を踏まえ医学部等への聞き取り調査を行い、新たな溶剤・薬剤の開発について情報を収集することを目指している。同時に、国内の調査エリアを拡大し、ろうけつ染め技法の現状について引き続き調査を行うとともに、国際情勢を鑑みる必要があるが、ろうけつ染めの源流と考えられているバティック技法の継承を行なっている地域への渡航調査を行い、日本におけるろうけつ染めの存続や復興の手がかりとしたい。研究書年度の平成27年度は、研究分担者ならびに研究協力者と具体的な研究計画を打ち合わせるとともに、染色工房での調査や専門家からの聞き取り調査を実施した。

具体的には、沖縄県宮古島の宮古織物事業協同組合・宮古島体験工芸村を訪問し、染色に不可欠である苧麻と糸績みについて調査した。さらに、沖縄県においては、沖縄県立博物館・美術館、那覇市伝統工芸館、浦添市美術館、石垣市立八重山博物館、石垣市織物事業協同組合、石垣市伝統工芸館、みんさー工芸館等を訪問して、沖縄本島ならびに八重山諸島における染織工芸の基礎情報を収集した。また、染織工芸史およびバティックの研究者である小笠原小枝氏を訪問して、インドネシアにおけるバティックについての技術や保護継承の措置が必要となっている現状についての情報提供を受けた。なお、緊張する東南アジアの国際情勢に鑑みて、海外渡航調査は次年度以降に延期したが、インドネシアからマレーシアにかけての渡航調査に向けた情報収集と渡航計画を立案し、研究分担者ならびに研究協力者との間で検討を重ねた。本年度の研究では、ろうけつ技法に関する情報収集ならびに古代のろうけつ技法を再現するための実験を計画していたが、研究分担者らと検討した結果、まずは国内外におけるろうけつ染めや染織一般についての基礎情報の収集を行い、研究の基盤強化に努めることにした。その中で、沖縄県各地への訪問調査は実施することができた。しかし、ろうけつ染めの源流とも考えられている東南アジアのバティックを調査するために計画したインドネシア、マレーシア渡航については、緊張する国際情勢に鑑みて次年度以降に延期することになった。平成28年度は、研究分担者ならびに研究協力者と国内における染色工房の見学及び染色技法を伝承する専門家、職人、作家からの訪問調査を実施した。対象としたエリアは関東内において染色を地場産業としている最も有力な地域であり、江戸から染色技法を継承し続ける工房をはじめ、産業としても活動を続ける様々な染色工房が集中している東京都新宿区である。具体的には、新宿区染色協議会が主催する紺谷めぐり(限定された期間染色12業種/24工房の一般公開が行われる)に参加し調査を行った。各工房を訪問調査し、さらにはそれぞれの技法を実際に体験し、専門技術者からの指導を通じて、染色産業における現代の技法の在り方、染色産業について現状を把握することができた。現在の染色技法及び染色工芸の実態として、一般的に現在も生産数や認知度も高いとされる友禅染めにおいては、かつてはもち粉や糠を用いて作られてきた糊防染(=真糊)という技法も今では数人しか技術を受け継いでおらず、伝統技法の継承自体なされていないことが判明した。また、型紙を使い柄を染める染色の一つとして、江戸時代にその精緻さと文様の多様性が発達した小紋については制作に必要となる広大な設備を維持していくことが困難であり、150年続く工房でさえ閉鎖を決定しているという工房の環境面の問題にも直視することができた。さらに、訪問した工房からの紹介を辿り、本研究の対象であるろうけつ染めに特化した工房や作家のもとを訪問した。調査から、ろうけつ染めの技法を専門として存続している工房自体が著しく減少し、技術を伝承する人材でさえ確保が困難になっている実態を知る機会となった。なお、緊張する東南アジアの国際情勢を鑑みて海外渡航調査は次年度以降に延期したが、インドネシアからマレーシアにかけての渡航調査に向けた情報収集と渡航計画を立案し、研究分担者ならびに研究協力者との間で検討を重ねた。
軟弱地盤上構造物の長期残留沈下に対する維持管理を対象とした信頼性設計

本研究は,軟弱地盤上に施工された農業土木構造物(干拓堤防など)の維持管理を目的とした最適設計を目指したものである.軟弱地盤上の構造物において,改修等で載荷が生じた場合に予想される長期の圧密沈下を対象とした.ここでは,長期残留沈下予測を適切に行う簡便な手法を開発し,これに基づいて,供用期間内のライフサイクルコスト最小化に基づく最適設計問題を信頼性設計理論の立場から議論した本研究は,軟弱地盤上に施工された農業土木構造物(干拓堤防など)の維持管理を目的とした最適設計を目指したものである.軟弱地盤上の構造物において,改修等で載荷が生じた場合に予想される長期の圧密沈下を対象とした.ここでは,長期残留沈下予測を適切に行う簡便な手法を開発し,これに基づいて,供用期間内のライフサイクルコスト最小化に基づく最適設計問題を信頼性設計理論の立場から議論した本研究は,軟弱地盤上に施工された農業土木構造物(干拓堤防など)の維持管理を目的とした最適設計に関するものである.軟弱地盤上の構造物は,改修等で載荷が生じた場合.長期の圧密沈下を起こすことが予想される.特に,長期残留沈下の予測を適切に行うことは非常に重要である.ここでは,長期残留沈下予測を適切に行う簡便な手法を開発しようとし,これに基づいて,供用期間内のライフサイクルコスト最小化に基づく最適設計問題を信頼性設計理論の立場から議論しようとするものである.平成20年度は,次の2課題について検討を行った.(1)「粘性土のひずみ速度依存性のモデル化」を目的とした定圧・定ひずみ速度両用連結型圧密試験装置の開発今回開発した圧密セルは,連結されており,間隙水がセル間を行き来し,末端のセルが排水面もしくは非排水面となる構造を持っている.連結数は,定圧試験で5連結が可能であり,定ひずみ試験では2連結である.この試験装置の特色は,圧密中の試料内部の間隙水圧やひずみ分布を知ることができることである.試験装置は,定圧載荷,定ひずみ速度載荷のどちらの制御にも対応できる構造となっている.定圧試験は,現地における圧密載荷を模擬する目的で実施する.また,定ひずみ速度試験は,ひずみ速度依存性挙動をモデル化するために用いる.前者の載荷には空気圧制御装置(既存),後者の試験にはACサーボモーター方式載荷装置(既存)を用いる型式である.(2)逆解析手法を利用した粘性土地盤の変形予測法の開発軟弱地盤の変形予測法の開発を行った.今回は,従来から使用してきた最小二乗法に加えて,粒子フィルターを利用する方法を開発した.これによって,実測値から圧密挙動の予測に必要なパラメータを同定し,予測を行うことが可能である.今回は,解析法の適用性を二次元の模型実験装置を用いて得たデータに基づき検証した.本研究は,軟弱地盤上に施工された農業土木構造物(干拓堤防など)の維持管理を目的とした最適設計に関するものである.軟弱地盤上の構造物は,改修等で載荷が生じた場合,長期の圧密沈下を起こすことが予想される.特に,長期残留沈下の予測を適切に行うことは非常に重要である.ここでは,長期残留沈下予測を適切に行う簡便な手法を開発しようとし,これに基づいて,供用期間内のライフサイクルコスト最小化に基づく最適設計問題を信頼性設計理論の立場から議論しようとするものである.21年度は,昨年度試作した試験機を用いて圧密試験を実施した.20年度は,連結型圧密試験用セルを4機試作しており,これらを連結することにより,供試体内部のひずみを4カ所,間隙水圧を4カ所で計測した.試験材料として,カオリン粘土と海成粘土を用いているが,前者は低塑性,後者は高塑性の性質を有する.今回は,厚さ2cmの供試体を4連結した場合(層厚8cmの試料に対応する)と2連結の場合(層厚4cm)について実験を行った.とくに,次の2点について考察を行った.(1)供試体内部の時間-ひずみ曲線,時間-間隙水圧消散曲線,e-logp曲線を比較することによって,粘性土のひずみ速度依存性挙動を確認する.(2)ひずみ速度依存性挙動を考慮したモデル化を行う.(1)に関しては,各層ごとの挙動を比較した結果,e-logp曲線の形状は,排水面に近づくに従って,ひずみ速度の影響が大きくなることが分かった,また,時間-沈下曲線から推定される圧密の進行は,時間-間隙水圧曲線から推定される圧密の進行より遅くなる傾向が明らかとなった.これは,沈下が供試体の平均的な挙動で決まるのに対して,間隙水圧は,局所的な水の流れに影響されためと考えられる.(2)について,粘性土の二次圧密を表現できるモデル化を行っており,時間-沈下挙動をが適切に模擬できることが明らかとなった.ただし,時間-間隙水圧曲線を表現するためにはさらにパラメータを追加する必要がある.本研究は,軟弱地盤上に施工された農業土木構造物(干拓堤防など)の維持管理を目的とした最適設計に関するものである.軟弱地盤上の構造物は,改修等で載荷が生じた場合,長期の圧密沈下を起こすことが予想される.

ここでは,長期残留沈下予測を適切に行う簡便な手法を開発しようとし,これに基づいて,供用期間内のライフサイクルコスト最小化に基づく最適設計問題を信頼性設計理論の立場から議論しようとするものである.今年度は,以下の項目について検討を行って成果を得た.(1)圧密試験およびモデル化第一に,試作した連結型圧密試験機を用い,長期残留沈下特性(二次圧密特性)を明らかにした、さらに,これらの挙動を満足するモデル化を行った.留意点は,モデル化の目標を長期変位予測対応に特化することで,モデルを簡略化し,パラメータ数を減らしなことである.一般に,現地では,変位と間隙水圧が計測されるので,モデルパラメータは,これらの計測値から同定可能となるように配慮した.(2)解析コードを用いた長期残留変位予測開発した解析コードを用い,実施した定圧試験結果に対して,比較的早期の観測結果から長期の二次圧密を予測し,予測精度について検討した.(3)許容残留沈下量の超過確率の算定一般に,変位予測値は不確定性を含むため,確定値としては得られない.このために,予測結果は,許容残留沈下量の超過確率という形で得られることになる.ここでは,変位予測値の不確定性を仮定し,モンテカルロ法を実施して確率の算定を行う解析コードの開発を行った.(4)ライフサイクルコストの算定と最適維持管理と改修方法の決定(3)の解析コードを用い,残留沈下が許容値越えた場合を想定したシナリオ解析を行い,盛土構造物の損失費用を推定した.同時に,損失を防ぐための維持管理法も検討した.これらの費用からライフサイクルコスト求め,これを最小化する改良工法を検討した.
心筋カリウムチャネル複合体を介した心筋興奮終焉期の電気―Ca2＋同期機構の検証

本研究の目的は、IKsチャネル分子複合体が、心筋興奮終焉期の同期システムとして機能する可能性を検証することよって、心筋の恒常的な電気活動とその破たんである不整脈におけるIKsチャネル分子複合体の役割を明らかにすることである。成体ヒトIKsチャネルトランスジェニック(IKsTG)マウスの心室細胞抽出液から、免疫沈降法でIKsチャネル分子複合体を単離した際、質量分析(連携研究者;永森)によって、相互作用する分子を新たに網羅的に探索したところ、Na+/Ca2+交換輸送体(NCX1)が同定されたことから、この分子に着目し、研究を進めた。IKsチャネルとNCX1の相互作用は、野生型モルモットおよびイヌの心室細胞においても、免疫沈降物のウェスタンブロッティングによって認められたことから、哺乳動物に広く共通することが期待できる。研究計画に従って、両分子上の相互作用領域の同定に努めた。IKsチャネルの細胞内領域-GST融合タンパク質とNCX1細胞内領域-MBP融合タンパク質を作成し、GSTプルダウンアッセイを行い、相互作用に必要な領域を絞り込んだ。また両分子の相互作用を確認する手法として、野生型イヌの心室細胞抽出液とIKsチャネルの細胞内領域-GST融合タンパク質を用いたGSTプルダウンアッセイでも、同様の結果が得られることを確認した。IKsチャネル、NCX1は共に高分子量の膜タンパク質で全長を発現・精製して用いることが難しいが、この手法を用いることで、全長のタンパク質を相手にした解析が容易になった。本研究においては、IKsチャネルとNCX1の機能連関に両分子の複合体形成が必要か否かが1つのカギになると考えている。この点を明らかにするためには、両分子上の相互作用領域の同定が最も重要であるが、これまでに今後の研究計画の遂行に必要な情報は得られたと考えており、分子複合体形成の競争的阻害のためのペプチドを作成するための準備も始めている。また、カルモデュリン・Ca2+ポンプなどのNCX1以外のCa2+動態関連因子の阻害剤が分子複合体形成に与える影響についても解析も行っている。IKsチャネル、NCX1は共に高分子量の膜タンパク質で全長を発現・精製して用いることが難しいが、野生型イヌの心室細胞抽出液とIKsチャネルの細胞内領域-GST融合タンパク質を用いたGSTプルダウンアッセイで両者の相互作用を確認できた。この手法を用いれば、今後、より容易に全長のタンパク質を相手に阻害剤やイオン濃度の与える影響などを解析できると期待できる。これらのことから「おおむね順調」と判断した。今後の研究では、IKsチャネルの機能の電気生理学的解析を主に行う。研究計画に基づいて、ホールセルパッチクランプ法でIKs電流を計測し、NCX阻害剤(YM 244769/KB-R7943)がIKsチャネル活性に与える効果を調べる。結果に応じて、必要が認められる場合には、カルモデュリン・Ca2+ポンプなどのNCX1以外のCa2+動態関連因子の阻害剤についても解析を行う。生化学・分子生物学的実験では、これまでに得られた情報を基に、IKsチャネルとNCX1の相互作用領域に相当するペプチドを精製し、このペプチドを添加することで分子複合体形成を競争的に阻害できるかをin vitro Pull-down assayで確認する。また、Ca2+動態関連因子の阻害剤が分子複合体形成に影響を及ぼすかについても検討する。分子複合体の形成阻害条件を明らかに出来たら、その方法を電気生理学的解析に応用し、NCX1によるIKsチャネルの機能制御に、複合体形成が必要か否かを明らかにする。ペプチドや阻害剤の添加による阻害がうまくいかなかった場合は、野生型/複合体形成不可の変異型KCNQ1を、内在性KCNQ1非検出のマウス心筋培養細胞HL-1(NCX1は検出された)に強制発現して用いる。

この点を明らかにするためには、両分子上の相互作用領域の同定が最も重要であるが、これまでに今後の研究計画の遂行に必要な情報は得られたと考えており、分子複合体形成の競争的阻害のためのペプチドを作成するための準備も始めている。また、カルモデュリン・Ca2+ポンプなどのNCX1以外のCa2+動態関連因子の阻害剤が分子複合体形成に与える影響についても解析も行っている。IKsチャネル、NCX1は共に高分子量の膜タンパク質で全長を発現・精製して用いることが難しいが、野生型イヌの心室細胞抽出液とIKsチャネルの細胞内領域-GST融合タンパク質を用いたGSTプルダウンアッセイで両者の相互作用を確認できた。この手法を用いれば、今後、より容易に全長のタンパク質を相手に阻害剤やイオン濃度の与える影響などを解析できると期待できる。これらのことから「おおむね順調」と判断した。今後の研究では、IKsチャネルの機能の電気生理学的解析を主に行う。研究計画に基づいて、ホールセルパッチクランプ法でIKs電流を計測し、NCX阻害剤(YM 244769/KB-R7943)がIKsチャネル活性に与える効果を調べる。結果に応じて、必要が認められる場合には、カルモデュリン・Ca2+ポンプなどのNCX1以外のCa2+動態関連因子の阻害剤についても解析を行う。生化学・分子生物学的実験では、これまでに得られた情報を基に、IKsチャネルとNCX1の相互作用領域に相当するペプチドを精製し、このペプチドを添加することで分子複合体形成を競争的に阻害できるかをin vitro Pull-down assayで確認する。また、Ca2+動態関連因子の阻害剤が分子複合体形成に影響を及ぼすかについても検討する。分子複合体の形成阻害条件を明らかに出来たら、その方法を電気生理学的解析に応用し、NCX1によるIKsチャネルの機能制御に、複合体形成が必要か否かを明らかにする。ペプチドや阻害剤の添加による阻害がうまくいかなかった場合は、野生型/複合体形成不可の変異型KCNQ1を、内在性KCNQ1非検出のマウス心筋培養細胞HL-1(NCX1は検出された)に強制発現して用いる。
ナノプラズマ制御技術の創成と局所照射による生体機能制御

本研究では,高効率・低侵襲に遺伝子・薬剤を細胞内に導入する手法の開発を目的として,液中で微小プラズマを生成・制御する技術を創製し,プラズマ局所照射により生体機能を制御する実験を行った.まず,曲率半径を数100 nmで制御した極細電極に高電圧パルスを印加することで,微小プラズマを生成することに成功し,薬剤及び遺伝子を導入する効果を持つことを実証した.また,プラズマの作用を分離した実験を通して,プラズマ生成に由来する短寿命活性種が薬剤導入に寄与することを示した.さらに,プラズマ照射が液中に生成した短寿命活性種が,細胞膜上のイオンチャネルを介在した薬物輸送を促進することを明らかにした.カーボンナノチューブ(CNT)先端にナノサイズのプラズマを生成・制御する技術を創製し,ナノプラズマ局所照射により生体機能を制御することで,高効率・低侵襲で遺伝子を細胞質内に導入する新しい遺伝子治療技術を開発することを目的として,2年目はマイクロメートルサイズのプラズマ生成とその計測手法の確立,および遺伝子を模擬した蛍光物質の細胞内への導入に対するプラズマ効果の解明を目指して実験を行った.1.純水で満たした石英セル内に直径および先端曲率半径を制御した金属電極を挿入し,20 kV以下のパルス電圧を印加することによってプラズマの生成を行った.電極先端の曲率半径を小さくすることで放電開始電圧が低下し,1マイクロメートルの時に3 kV程度まで電圧を低下できることを明らかにした.また,微小電極先端での放電の様子を高速度ビデオカメラで観測することによって,一次ストリーマの放電特性を初めて明らかにした.2.電解質・気液界面プラズマ装置を用いて,CNT表面へのナノ粒子合成を行った.DNAを官能基として用いることで,高密度の金ナノ粒子をCNT表面に分散させて合成することに成功した.3.プラズマ照射の遺伝子導入に対する効果を調べるため,蛍光物質を用いてプラズマ照射による細胞への導入実験を行った.大気圧ヘリウムプラズマをマウス繊維芽細胞と蛍光物質を混合した懸濁液に直接照射した場合と,プラズマを照射した生理緩衝溶液(プラズマ照射溶液)を細胞懸濁液に注入した場合を比較したところ,両者とも蛍光物質が細胞内に導入されるが,直接照射した場合にその効果が大きいことが明らかとなった.また,プラズマ照射溶液を細胞懸濁液に注入するまでの保持時間を変化させることによって,遺伝子導入に寄与する成分を同定することに成功した.カーボンナノチューブ(CNT)先端にナノサイズのプラズマを生成・制御する技術を創製し,ナノプラズマ局所照射により生体機能を制御することで,高効率・低侵襲の新しい遺伝子治療技術を開発することを目的として,3年目はナノサイズの金属針状電極を用いた液中微小プラズマ生成とその計測を行うとともに,遺伝子模擬蛍光物質の細胞内への導入に対するプラズマ照射距離の効果の解明を目指して実験を行った.1.純水および生理食塩水で満たした石英セル内に,先端曲率半径を1 μm以下に制御した金属針状電極を挿入し,プラズマ生成を行った.電極先端曲率半径を小さくすることで,放電開始電圧を,生体内でも安全に使用できる500 V以下に低下できることを明らかにした.また,生理食塩水中での放電の様子を観測し,直径が数μm程度の円柱状気泡内放電が生じていることを明らかにした.2. CNT内部へ実際の遺伝子であるsiRNAおよびプラスミドDNAを挿入するために,直径を精密に制御したCNTの合成を行った.パルスプラズマCVD法を用いて,プラズマのオン時間とオフ時間の比を制御することで,直径分布の狭いCNTを合成することに成功した.CNTへの遺伝子の挿入,および細胞へのCNTの導入のしやすさの観点から,今後,最適な直径のCNTを決定する.3.大気圧ヘリウムプラズマを浮遊細胞と蛍光物質を混合した懸濁液に照射した場合に,プラズマ生成領域と細胞懸濁液との距離を短くするに従い導入効率が増大することを明らかにした.これは気相中での寿命が短い活性種および荷電粒子が遺伝子導入に寄与しているためと考えている.また,接着細胞を用いて,プラズマ照射液面と細胞との距離を変化させたところ,1mm程度以下で導入効率が急激に増大し,導入効率が80%を超えることが明らかとなった.プラズマ照射により液中に生成される短寿命の活性種および荷電粒子が導入効率向上に極めて効果的であることが判明した.本研究は,ナノプラズマ局所照射により生体機能を制御することで,高効率・低侵襲の新しい遺伝子治療技術を開発することを目的としている.4年目の本年度は,ナノサイズ電極を用いて生成した液中微小プラズマの細胞への刺激の同定を行うとともに,細胞内への遺伝子導入の機序解明を目的として,イオンチャネルおよび膜動輸送に着目し,リアルタイムイメージングによる細胞内の種々の物質密度の過渡応答を観測した.1.これまでに,ナノサイズ電極を用いることで直径が数μm程度の微小プラズマの生成に成功している.この微小プラズマで発生する短寿命活性酸素種(水酸基ラジカル)の空間分布を測定したところ,水酸基ラジカルは電極中心から1mm程度以内のみで生成されており,その領域で細胞に化学刺激が加わっていることを明らかにした.また,電極先端から衝撃波が生じていることが観測され,その圧力刺激が細胞に与えられていることが分かった.さらに,海外研究協力者のEun Ha Choi教授(韓国)との議論により,紫外線が数mmの距離で液中に浸透することがわかり,光刺激も細胞に重畳している可能性が示唆された.2.プラズマ照射生理食塩水を細胞に添加し,その後に誘発される遺伝子模擬分子YOYO-

1の細胞内導入量をリアルタイムイメージング技術を用いて計測したところ,YOYO-1導入量を示す緑色蛍光が強く観測され,特に溶液添加から20分後以降で顕著であることが分かった.海外研究協力者のUros Cvelber教授(スロベニア)との議論により,導入促進の機構には,数分以上の時間を要する細胞活動が深く関わっていることが示唆された.また,イオンチャネルおよび膜動輸送の阻害剤を添加したところ,YOYO-1導入の抑制が観測されたことから,プラズマ照射溶液によるイオンチャネル活性化に伴う細胞内へのカルシウムイオン流入が膜動輸送を活発化させ,遺伝子模擬分子が細胞内に導入されたと考えている.ナノプラズマの生成・制御に関しては,ナノサイズ電極を用いた微小プラズマ生成に成功し,さらにその微小プラズマから発生する,活性種,紫外線,衝撃波,電流等の測定を通して,それらの細胞活動に対する効果を詳細に調べており,当初の計画以上に進展していると言える.細胞への遺伝子導入に関しては,プラズマ照射生理食塩水による細胞膜のイオンチャネルの活性化に伴って,カルシウムイオンが細胞内に流入することが明らかとなっている.さらに,カルシウムイオン流入により活発化した膜動輸送による遺伝子模擬分子の導入の過渡応答を調べることによって,プラズマ照射による遺伝子導入,すなわち細胞膜輸送の機序解明に迫っており,当初の計画以上に進展していると言える.本研究は,ナノプラズマ局所照射により生体機能を制御することで,高効率・低侵襲の新しい遺伝子治療技術を開発することを目的としている.最終年度の本年度は,液相中微小プラズマによる細胞内への遺伝子導入の作用機序を解明するとともに,最終的に生体内で使用する際に問題になる安全性について検証した.1.ナノサイズ電極による液相中微小プラズマに起因する短寿命活性種(OH)の生成量の保持時間依存性を測定したところ,寿命が数msであるOHが数分以上存在していることが観測され,この比較的長時間存在するOHが細胞中への遺伝子導入効率向上に作用している可能性を明らかにした.さらに,海外研究協力者との議論により,液相中での化学反応の連鎖によってOHが消滅・生成を繰り返して存在し続けている可能性が示唆された.2.プラズマ照射生理食塩水を細胞に添加し,細胞内カルシウム濃度及び遺伝子模擬分子YOYO-1の細胞内導入量をリアルタイムイメージング技術を用いて計測したところ,各々の濃度,導入量が有意に上昇するが,保持時間を数分以上に長くすることによって,この効果が弱まることが分かった.さらに,TRPチャネル阻害剤の添加によりそれらの細胞応答が完全に抑制されることから,プラズマ照射に伴い液相中に生成されるOHラジカルが起点となって数分に渡って生成され続ける活性種が,TRPチャネルを介在したカルシウム応答と薬剤分子輸送を誘起している可能性を明らかにした.海外研究協力者との議論により,短時間に化学反応を引き起こす短寿命活性種が導入促進の機構に深く関わっていることが示唆された.3.プラズマを照射した卵細胞および精子を用いて受精させ成長させたところ,有意な異常は観測されなかった.
時間分解光電子分光法による光励起非平衡状態の研究

時間分解光電子分光法の高度化と汎用化を進め、新しい切り口からの研究を開拓した。1.非占有側のバンドを直接観測できるという原理を用いて、種々のトポロジカル物質(トポロジカル絶縁体TIやワイルセミメタル)の分類を進めた。2.固体表層数ナノメートルに特異的な光現象を観測できる特徴を生かして、世界に先駆けてTI表面に光起電力が生じることを見出した。この現象を利用した新機能を提案し基礎づけた。3.銅酸化物高温超伝導体の光応答を精査して、全く新しい超伝導機構を提案した。4.光学材料として期待されるディラック電子系物質の光励起状態とダイナミクスを系統的に調べ、反転分布の実現やモデルの適用可能性を議論した。再生増幅Ti:Sapphireパルスレーザーを用いた時間分解光電子分光システムの高度化を行った。音響光学素子を用いることで、パルスの繰り返し周波数を分周できるようにした。これまで試料は4マイクロ秒毎にパルス光を照射されていたが、この時間間隔を256マイクロ秒まで伸ばすことが可能となった。この他、装置のエネルギー分解能がフェムト秒域で世界最高分解能の11 meVを有すること、また角度分解光電子分光では通常測定できない非占有側のバンド分散を直接観測できることを、Biと銅酸化物超伝導体の時間分解光電子スペクトルから実証した。これらをまとめた装置の論文をRev. Sci. Instrum.誌に発表した。上記の装置を用いて、近藤絶縁体SmB6の光誘起ダイナミクスを調べた。SmB6は新しいタイプのトポロジカル絶縁体(TI)の候補として注目され、さらにこれまで報告されてきたBi系のTIに比してバルク絶縁性が高いという特徴を持つ。混成ギャップがひらく約90 K以下でSmB6の表面に光起電力が発生することを見出した(Bi系TIでは表面光起電力の報告はない)。これは、バルク絶縁性が十分高くなったことで、光応答するバンドベンディングが表面に発達したことに由来する。光起電力の持続時間は200マイクロ秒を超え、エレクトロニクスデバイスでも十分捉えられることを分周測定から示した。以上に基づき、高絶縁性TIの特異な表面金属層を光でゲートするデバイス原理を提案し、これをまとめてSci. Rep.誌に発表した。また、Yb:ファイバーレーザーを用いた高繰返し95 MHzの光源をTi:Sapphireレーザーのシステムに組み込み、二つの光源を併用した時間分解光電子分光測定を可能にした。これを用いてBi単結晶薄膜の温度アニーリングをその場観察し、明瞭なラシュバ分裂や量子化バンドが観測される条件を決定した。電子状態を観測する強力な手段である角度分解光電子分光法(ARPES)とフェムト秒域のパルスレーザーを融合させたポンプ・プローブ型の時間分解ARPES(TrARPES)を用いて、光パルスによって物質に誘起される非平衡状態の研究を行った。平成27年度における実績の概要を以下に報告する。まず、前年度までに行ってきた銅酸化物高温超伝導体に現れる詳細電子構造の超高速光応答を精査した。これまで別個と考えられてきたバンド分散に現れる折れ曲がり(キンク)構造とフェルミアークの出現が関連することを見出し、BCS機構とは全く異なる超伝導消失のメカニズムを議論した(Scientific Reports誌に発表)。次に、トポロジカル絶縁体や、ワイル半金属の研究を進めた。前年度に誌上発表したSmB6の表面に現れる光起電力の発見に引き続き、バルク絶縁性の強いトポロジカル絶縁体Bi2Te2Seの表面に巨大な光起電力が生じることを見出た(Physical Review Letters誌に発表)。p型トポロジカル絶縁体Sb2Te3に赤外フェムト秒域パルスを照射すると、励起された電子が非占有側の表面ディラックバンドのディラック点をまたいで過渡的に反転分布することがわかった(Scientific Reports誌に発表)多層ディラック電子系物質として注目されるSrMnBi2のTrARPESを行い、光パルスから物質へのエネルギー変換過程が、2温度モデルの体系でよく理解できることを示した(Physical Review B誌に発表)。平成27年度に新たに提案されたII型ワイル半金属(Mo,W)Te2の非占有側のバンド構造を調べ、フェルミアーク様の分散が存在することを示した(査読中)。このほか、平成27年度中に完成した)高繰り返し小型ファイバーレーザーをもちいた時間分解ARPES法について論文を投稿した(査読中)。TrARPES法の開発改良を進めてきた結果、光誘起超高速現象の電子状態を迅速かつ精確に観測することが可能となった。これにより、国際的に競争の激しい新種のトポロジカル物質の検証において、世界に先駆けてデータを提示できるようになった。特に6 eVプローブのTrARPES装置はフェムト秒域で世界最高分解能10.5 meVを有し、非占有側のバンド分散を精度よく測定することができる。これを用いてARPESでは原理的に不可能な検証を可能にした。具体的には、平成27年度中に理論的に提唱されたII型ワイル半金属(Mo,W)Te2について、非占有側に存在する表面フェルミアークを直接観測することに成功し、論文を投稿した。基礎的にも超高速現象への理解が深化した。多層ディラック電子系物質であるSrMnBi

2に照射したパルス光のエネルギーが物質へ変換される過程を詳細に調べたところ、この変換過程がポンプ光の強度依存性まで含めて2温度モデルの体系で説明できる初めての事例であることを明らかにした。これまで2温度モデルは、簡便ではあるが作業仮説の域を抜けないモデルと看做されることさえあったが、2温度モデルを基により複雑なダイナミクスを理解する方針に礎をあたえた。以上の理由から、当初計画していた以上の進捗が得られたと判断した。平成28年度は、以下の4項目について研究を進めた。1:非占有側バンド分散の直接観測:TARPESを用いることで、通常のARPESでは見ることができない非占有側のバンド分散を観測できる。本年度は半金属Asにトポロジカルに非自明な表面状態が発現すること(PRL2017)、(Mo,W)Te2(PRB2016; Nat.Com.2016;査読中)とTaIrTe4(査読中)がII型ワイル半金属になることを、非占有側の直接観測を通じて報告した。2:トポロジカル絶縁体(TI)の光機能化:絶縁性のよいTIに光を照射すると表面光起電力が生じることを期間中に見出し、この現象を利用してTI表面にスピン偏極電流を光で誘起するデバイス原理を提案してきた(Sci.Rep. 2015;PRL2015)。表面電流の向きまで制御するためには、両極性の表面光起電力を誘起する必要がある。これを両極性Bi2Te3において実証した(査読中)。3.ディラック電子系のキャリアダイナミクス:ディラック系物質はあらゆる色の光を吸収でき、光学材料としても注目されている。前年度までにディラック系のダイナミクスが2温度モデル(TTM)の体系で記述できる場合と(SrMnBi2: PRB2016)そうでない場合(Graphite:Sci.Rep.2011; Sb2Te3:Sci.Rep.2015)に分類できることがわかった。本年度はディラック系物質であるカーボンナノチューブとEuP3のダイナミクスがTTMから逸脱することを見出した。エキシトン形成が逸脱の原因になることが示唆された。4.世界最高繰返しTARPESの開発:弱励起の非平衡状態を精度よく観測するためには、高繰返し化が必須である。ファイバーレーザーを用いた世界最高95 MHzのTARPES装置が完成し、これをRSI2016に報告した。時間分解光電子分光法の高度化と汎用化を進め、新しい切り口からの研究を開拓した。1.非占有側のバンドを直接観測できるという原理を用いて、種々のトポロジカル物質(トポロジカル絶縁体TIやワイルセミメタル)の分類を進めた。2.固体表層数ナノメートルに特異的な光現象を観測できる特徴を生かして、世界に先駆けてTI表面に光起電力が生じることを見出した。この現象を利用した新機能を提案し基礎づけた。3.銅酸化物高温超伝導体の光応答を精査して、全く新しい超伝導機構を提案した。4.光学材料として期待されるディラック電子系物質の光励起状態とダイナミクスを系統的に調べ、反転分布の実現やモデルの適用可能性を議論した。チタンサファイアレーザーを用いた時間分解光電子分光装置の高度化および、このシステムにYb添加ファイバーレーザーを組み込むことがほぼ完了し、装置の高度化に関して年度の目標を達成した。開発したシステムを用いて、計画をしていたトポロジカル絶縁体や表面ラシュバ分裂を示す系の研究を行った。