hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
気候変動下における森林の炭素固定量予測―年輪情報を用いた長期変動モデルの構築―

本研究では、温暖化によって樹木や森林がどのように変化しつつあるかを年輪情報から明らかにすることが目的である。これまでの結果から、北海道大学苫小牧研究林のミズナラでは、春先の気温上昇によって幹の形成層活動の再開が早まり、孔圏幅が増大していることが示された。そこで、このような長期変化のメカニズムを明らかにするため、幹の年輪の炭素および酸素安定同位体比の分析を行った。幹のセルロースは葉での光合成産物から合成されるため、幹の年輪セルロースの炭素および酸素の安定同位体比から葉の光合成生産の変化を推察することができる。そこで、19702004年までの各年について孔圏および孔圏外のセルロースを抽出し、質量分析計を用いて炭素・酸素安定同位体比を測定した。測定の結果、孔圏外の炭素・酸素安定同位体比の傾向から孔圏外形成時期の光合成生産は長期的に増加しつつあることが示唆された。孔圏外形成時期は光合成が盛んであり、この時期の光合性生産の増加は幹の肥大成長の増大につながりうる。一方、孔圏形成時期は光合成開始前にあたり、孔圏の形成は貯蔵炭素に依存する。孔圏の各安定同位体比の傾向は孔圏外とは異なる傾向にあった。つまり、春先の貯蔵炭素の利用の仕方にも何らかの変化が起きていることが示唆された。まとめると、ミズナラでは近年の温暖化に伴って光合成生産が増えているばかりでなく、春先の気温上昇に伴って形成層活動再開の開始やその後の貯蔵炭素の利用形態が変化し、成長の生理メカニズム自体が変化しつつあることが示唆された。このような変化は、森林の生産性を長期にわたって変化させ、森林の生産性の長期予測の結果にも大きく影響する。このように、本研究の結果から森林の生産性の長期変化における重要なメカニズムが明らかとなり、今後の森林の生産性の長期予測に貢献する意義のある成果を得た。本研究の主目的の一つである樹木の肥大成長の長期変動パターンを検出することができた。また、このメカニズムの一つとして温暖化などの気候変動に伴う炭素および酸素安定同位体比の長期変動を解析し、生理的な変化を明らかにした。樹木の炭素固定量と気候変動との関係について明らかにするため、樹木の年輸試料を採取した。2010年11月に東京農工大学FM多摩丘陵において、成長錐を用いて数個体のスギの年輪コアサンプルを採取し、2010年12月から2月に東京大学千葉演習林において約6090年生のスダジイ25個体および約60年生のコナラ4個体の年輪コアサンプルを採取した。東京大学千葉演習林では、約100年生のスギおよびヒノキ30個体ずつについても幹の円板資料の採取を行った。このように樹齢50100年におよぶ高樹齢の樹木の年輪を用いることで、これらの年輪解析や同位体分析によって過去数十年で急激に進んだ気候変動が樹木に及ぼす影響を明らかにすることが可能である。これらの年輪資料は、信州大学山地環境保全学講座において固定および薄片作成を行う予定であり、2010年12月に同研究室にて資料作成の打ち合わせを行った。また、2010年1O月の採用以前にすでにサンプリングを行った年輪資料については、資料の確認とデータ整理とを行った。これらのデータを採用後に新たに採取したサンプルとあわせて解析することで、多樹種において地域の違いも含めて気候変動の影響を推定することができる。2011年3月には、愛媛大学演習林において、ツガおよびミズナラの年輪を採取するための調査下見を行った。これらの試料採取は近々行う予定であり、これにより、北海道・関東・四国における地域間差を検討することが可能である。本研究の目的は樹木の年輪情報を用いた森林の炭素固定量の予測モデルの構築である。これまでに北海道、東京、千葉、愛媛の4カ所において、成長錐を用いた年輪試料の採取を行った。日本の主要樹種の一つであり、申請者の研究成果から成長特性などが明らかになっているミズナラについて、軟X線写真の画像解析により年輪幅の測定を行ったほか、肥大成長の生理メカニズムの一つとして、水輸送機能に関連の深い木部の解剖学的特性(成長初期に形成される径の大きい道管である孔圏道管の数や面積など)を明らかにするため、スキャナを用いた画像解析を行った。スキャナによる木部の解剖学的特性の測定は、従来の光学顕微鏡画像を用いた方法よりも短時間で多くの測定を行うことができるが、まだ十分に測定法が確立されていない。そこで、従来の方法との比較により、スキャナでの測定手法を確立させた上で測定を行った。ミズナラの調査地である北海道大学苫小牧研究林では、温暖化の影響によって1970年以降の平均気温の上昇および降水量の減少が明らかとなっている。一方、1970年以降の上記の測定値について解析を行ったところ、以下の結果が得られた。(1)ミズナラの年輪幅は、1980年代より増加する傾向にある。(2)各年の孔圏道管の数や合計面積は1970年以降増加傾向にあり、先行研究によって春の気温上昇が要因であることが示唆された(Begum et al. 2007, 2008)。(3)年輪幅は孔圏道管の合計面積の増加によって増加することが示唆された。

これらのことから、温暖化による気温上昇の影響が幹の肥大成長量の増加にあらわれていること、また、このメカニズムの一つとして木部の解剖学的特性の変化が効いている可能性が示唆された。これらの結果は、気候変動に対する樹木および森林の成長応答をモデル化し、長期予測を行う上で重要であるといえる。本研究では、温暖化によって樹木や森林がどのように変化しつつあるかを年輪情報から明らかにすることが目的である。これまでの結果から、北海道大学苫小牧研究林のミズナラでは、春先の気温上昇によって幹の形成層活動の再開が早まり、孔圏幅が増大していることが示された。そこで、このような長期変化のメカニズムを明らかにするため、幹の年輪の炭素および酸素安定同位体比の分析を行った。幹のセルロースは葉での光合成産物から合成されるため、幹の年輪セルロースの炭素および酸素の安定同位体比から葉の光合成生産の変化を推察することができる。そこで、19702004年までの各年について孔圏および孔圏外のセルロースを抽出し、質量分析計を用いて炭素・酸素安定同位体比を測定した。測定の結果、孔圏外の炭素・酸素安定同位体比の傾向から孔圏外形成時期の光合成生産は長期的に増加しつつあることが示唆された。孔圏外形成時期は光合成が盛んであり、この時期の光合性生産の増加は幹の肥大成長の増大につながりうる。一方、孔圏形成時期は光合成開始前にあたり、孔圏の形成は貯蔵炭素に依存する。孔圏の各安定同位体比の傾向は孔圏外とは異なる傾向にあった。つまり、春先の貯蔵炭素の利用の仕方にも何らかの変化が起きていることが示唆された。まとめると、ミズナラでは近年の温暖化に伴って光合成生産が増えているばかりでなく、春先の気温上昇に伴って形成層活動再開の開始やその後の貯蔵炭素の利用形態が変化し、成長の生理メカニズム自体が変化しつつあることが示唆された。このような変化は、森林の生産性を長期にわたって変化させ、森林の生産性の長期予測の結果にも大きく影響する。このように、本研究の結果から森林の生産性の長期変化における重要なメカニズムが明らかとなり、今後の森林の生産性の長期予測に貢献する意義のある成果を得た。本研究の主目的の一つである樹木の肥大成長の長期変動パターンを検出することができた。また、このメカニズムの一つとして温暖化などの気候変動に伴う木部の解剖学的特性の長期変動を明らかにした。また、このメカニズムの一つとして温暖化などの気候変動に伴う炭素および酸素安定同位体比の長期変動を解析し、生理的な変化を明らかにした。今後は樹木の肥大成長の生理メカニズムを明らかにし、気候変動下における樹木の肥大成長をモデリングする。まず、年輪の同位体分析によって光合成機能の変動を明らかにし、光合成生産や貯蔵養分を介した気候要因の肥大成長への影響を明らかにする。次に、これまでに明らかにした肥大成長と解剖学的特性の変動、今後明らかにする生理特性の変動とを合わせ、気候変動による肥大成長の短期・長期変動パターンをモデリングする。
極域氷床コア中ダストの短周期シグナルの検出と古環境復元

季節数年スケールの短周期シグナル検出と古環境復元をめざし、南極ドームふじ氷床コアで固体微小粒子(ダスト)の高時間分解解析を行った。ダスト濃度は数年以下スケールでその変動が捉えられ、またスペクトル解析から完新世で年層厚相当の周期が見られた。陸域起源物質の非海塩性Ca^<2+>とダストの比の平均と相対変動は、気温の指標の氷のδ^<18>Oとよい相関が見られた。以上から、気候ステージごとにダストの構成鉱物種が異なることが示唆された。これは氷期の南極内陸部のダスト発生源とされるパタゴニアの表層堆積物の均質性に由来すると推察された。また温暖期はパタゴニア以外のダストの寄与の可能性も示唆された。本年度は、当初予定していた完新世、最終氷期末期(LGM)、最終氷期末期から完新世への移行期(Trermination I)の3つの異なる気候ステージに加え、Termination Iを除く従来より進めてきた最終間氷期以降の亜氷期、亜間氷期を含む異なる気候ステージを対象として、南極・ドームふじ基地で採取された氷床コアについて、微小固体粒子(ダスト)濃度およびイオン濃度の試料間隔数mm以下の高時間分解能の分析の取りまとめおよび解析を中心に行った。ダスト濃度とイオン成分のうち陸域起源物質のプロキシーであるカルシウムイオン濃度に関しては、寒冷な気候ステージであるLGMや亜氷期・亜間氷期(MIS3および4)と温暖な気候ステージである完新世や最終間氷期(イーミアン間氷期)とは、明瞭に異なった。すなわち、温暖な気候ステージでは、ダスト濃度、カルシウムイオン濃度ともに低く、1年から数年以下スケールの短周期での変動が見られた。一方寒冷な気候ステージではダスト濃度、カルシウムイオン濃度ともに高く、数年から10年スケールと温暖期に比較して長い時間スケールでの変動が見られた。これらは特に温暖な気候ステージでは、1年程度でのダスト濃度変動があることが示唆された。またカルシウムイオンとダストの濃度比は、寒冷な気候ステージに比較して温暖な気候ステージの方が、変動がより大きかった。また両者の相関は、LGMでは相関係数が0.9以上と非常に高かったのに比較して、完新世では、相関係数が0.3未満と対照的な結果となった。これらの結果はダストの供が、寒冷な気候ステージでは比較的均一化しているものの、温暖な気ステージでは1年から数年以下の短周期で変化している可能性を示唆しており、今後より詳細な検討を進める予定である。さらにダストのストロンチウム同位体比については、少量試料への対応について検討を進めた。本年度は、研究所の移転とそれに伴う整備で低温室および実験室の利用が限られたため、主に取得データの解析を進めた。対象となった気候ステージは、間氷期(完新世、イーミアン間氷期)、最終氷期(最終氷期末期(LGM)、亜氷期(Marine Isotoe Stae (MIS)4・MIS5d)、亜間氷期(MIS3・MIS5a))、さらに最終氷期の前の氷期(MIS7dから7cへの移行期)である。陸域起源物質であるダスト(固体微小粒子)および陸域起源のみに特化した非海塩性カルシウムイオン(nssCa^<2+>)の数年スケールでの濃度および変動は、これまで本研究課題で明らかにたったように、温暖期(完新世、イーミアン間氷期)は低濃度かつ相対的変動は大、寒冷期は高濃度かっ相対的変動は小だった。今回ダスト濃度でのスペクトル解析を試みた結果、温暖期では当該コア深度での年層相当厚に対応する周期が見られた。このことは温暖期のダスト濃度の変動には年相当の周期性のある可能性を示唆する。気候ステージごとにダストとnssCa^<2+>の濃度比の平均値を、気温の指標であるδ<18>^Oやグローバルな海氷準変動ど比較した結果、いずれも正の相関が見られた(δ<18>^O:r=0.94、海水準:r=0.42、ただしイーミアンを除くとr=0.69)。これらの結果から、ドームふじを含む南極内陸部への陸域起源物質の供給源として考えられている南アメリカ・パタゴニア沖の大陸棚の表層堆積物の均一性に由来している可能性が示唆された。一方、大陸棚の露出面積の小さい温暖期には、季節レベルでの地表面状態の変化やパタゴニア以外からの陸域起源物質の寄与も起因していることも考えられた。今回十分に検討ができなかうたが、今後ダストのストロンチウム等の同位体解析によって、情報の乏しい温暖期の陸城起源物質の供給地城が寒冷期と異なるか否か、明らかにできる可能性がある。
超常誘電性ラージ・ポーラロンの光誘起

SrTiO_3やKTaO_3等の3次元ペロブスカイにおいて、・最近・発見された光誘起「超常誘電性」相転移を対象にして、これまでとは全く異なる、新しい非線形ポーラロン理論に基づき、大規模数値シュミレーションを実行し、この非平衡相転移の微視的機構を理論的に解明した。この光誘起「超常誘電性」相転移に関し、現段階までに観測されている事実は、以下の4点である。(a) 4eV付近の紫外光で線形励起すると、これらの物質の準静的誘電率は103104程度、巨視的に増大する。(b)酸素の2P軌道から、金属カチオン(Ti^<4+>、Ta^<5+>)の3d軌道へ、電子が光励起され、同時に金属カチオンの周囲の空間反転対称性は、巨視的に消失する。(c)但し、完全な強誘電的長距離秩序が実際に凍結して現れるには到らない。(d)更に、光励起と同時に、高い移動度を有する負の荷電担体が発生し、この物質の電気伝導度は急激に増大する。これらの状況から、本研究では、光で生成した3d伝導帯電子が、この物質に固有の、双極子モーメントを有する強誘電型ソフト(TO)・フォノンと、線形ではなく、2次で非線形に結合し、超常誘電性ラージ・ポーラロンを形成すると考えた。このラージ・ポーラロンは、言い換えれば、電子を内包し、不断に揺動しつつ伝導する強誘電性分域(ドメイン)でもある。従って、本研究では、この超常誘電性ラージ・ポーラロン理論により、大規模数値シュミレーションを実行し、この非平衡相転移の微視的機構を理論的に解明した。この理論による計算結果は、上記実験結果ともよく整合する。(a)4eV付近の紫外光で線形励起すると、これらの物質の準静的誘電率は10^310^4程度、巨視的に増大する。(b)酸素の2p軌道から、金属カチオン(Ti^<4+>)の3d軌道へ、電子が光励起され、同時に金属カチオンの周囲の空間反転対称性は、巨視的に消失する。これらの状況から、本研究では、光で生成した3d伝導帯電子が、この物質に固有の誘電型ソフト(TO)・フォノンと、線形ではなく、2次で非線形に結合し、超常誘電性ラージ・ポーラロンを形成すると考える。このラージ・ポーラロンは、言い換えれば、電子を内包し、不断に揺動しつつ伝導する強誘電性ドメインでもある。周知の如く、ポーラロンとは、電子がフォノンと結合して形成する準粒子である。このポーラロンの理論的研究の歴史は長く、これまで、物性物理学に幾つかの重要な寄与を与えてきた。しかし、これらの理論は、電子とフォノンとは線形に(一次で)結合するという暗黙の前提に立っていた。ところが、この線形結合の枠内では、光励起された電子は、周囲の格子を変位させるのみで、誘電率の増大は決してもたらさない。

印加された外部電場の方向と大きさに応じて、如何様にも変位できる格子の極めて不安定な状態のみが、誘電率の増大を齎すのであり、完全に安定な変位が起きてしまえば、誘電率は逆に減少する事も判明した。この理由から本研究では、3d伝導帯電子が強誘電的ソフト・フォノンと、一次ではなく、2次で(非線形に)結合すると考えた。単純な事ではあるが、これが大きな特色であり極めて独創的な点である。この2次の電子格子結合の結合定数が、負であると考えれば、電子は、周囲の格子を極めて不安定にはするが、決して安定した格子変位をもたらさない。結局、この2次の電子格子結合と3d電子の強い遍歴性が相俟って、誘電率の巨視的増大、空間反転対称性の巨視的破綻、電気伝導度の増大が生じる。かくして、光誘起「超常誘電性」相転移の微視的機構が理論的に解明され、その意義は極めて大きい。SrTiO_3やKTaO_3等の3次元ペロブスカイにおいて、最近、発見された光誘起「超常誘電性」相転移を対象にして、これまでとは全く異なる、新しい非線形ポーラロン理論に基づき、大規模数値シュミレーションを実行し、この非平衡相転移の微視的機構を理論的に解明した。この光誘起「超常誘電性」相転移に関し、現段階までに観測されている事実は、以下の4点である。(a)4eV付近の紫外光で線形励起すると、これらの物質の準静的誘電率は10^310^4程度、巨視的に増大する。(b)酸素の2p軌道から、金属カチオン(Ti^<4+>、Ta^<5+>)の3d軌道へ、電子が光励起され、同時に金属カチオンの周囲の空間反転対称性は、巨視的に消失する。(c)但し、完全な強誘電的長距離秩序が実際に凍結して現れるには到らない。(d)更に、光励起と同時に、高い移動度を有する負の荷電担体が発生し、この物質の電気伝導度は急激に増大する。これらの状況から、本研究では、光で生成した3d伝導帯電子が、この物質に固有の、双極子モーメントを有する強誘電型ソフト(TO)・フォノンと、線形ではなく、2次で非線形に結合し、超常誘電性ラージ・ポーラロンを形成すると考えた。このラージ・ポーラロンは、言い換、えれば、電子を内包し、不断に揺動しつつ伝導する強誘電性分域(ドメイン)でもある。従って、本研究では、この超常誘電性ラージ・ポーラロン理論により、大規模数値シュミレーションを実行し、この非平衡相転移の微視的機構を理論的に解明した。この理論による計算結果は、上記実験結果ともよく整合する。
染色体構築因子コンデンシンの細胞周期特異的活性の探索・解析

真核生物の遺伝情報を担うゲノムDNAは、細胞周期M期において凝縮した一対の姉妹染色体としてスピンドルのはたらきによって子孫細胞に分配される。正確な遺伝情報の継承のプロセスにはゲノムDNAの可逆的な構築変化が不可欠であり、この染色体構築の過程において中心的な役割を果たすのがコンデンシンと呼ばれる五つのサブユニットからなる巨大な分子複合体である。染色体構築のメカニズムの解明には、その中心的プレーヤーであるコンデンシンがどのような分子活性を持って機能しているのか理解することが重要であるが、その分子機能についてはまだ不明な点が多い。特定の分子の生化学的活性の解析には通常組換え体を用いたin vitroにおける再構成実験系が有効である。組換え体からなるコンデンシン複合体についてもこれまで既に試みはなされているものの巨大な複合体ゆえに発現が容易でなく、in vitroの生化学的解析に用いるのに十分な複合体はまだ得られていなかった。そこで本研究では、バキュロウイルスの昆虫細胞発現系を用いて組換え体サブユニットからなる活性型コンデンシン複合体の再構成を試みた。新たに作製した発現コンストラクトにいくつかの改良を加え条件検討した結果、五種類のサブユニットを同時に効率よく発現できる発現系の構築に成功した。現在まだ部分精製の段階ではあるものの、この発現系によって組換え体コンデンシンの二種類のポロ複合体コンデンシンIとコンデンシンII、あるいは二つのSMCサブユニットからなるコアニ量体についてin vitroでの詳細な解析の実現が可能になった。さらに組換え体に変異を導入することにより、これまで解析困難であったコンデンシンのATPase活性の役割の解明等につながることが期待され、染色体構築の分子メカニズムの理解を大きく前進させるであろう。真核生物の細胞周期における染色体構築に必須な因子であるコンデンシン複合体について、生化学的なアプローチを中心にして解析をおこなった。培養細胞から特異的抗体を用いてヒトコンデンシン複合体を精製することを試みたが十分な収量および純度が得られなかったため、レテイキュロサイトin vitro転写翻訳系を用いたヒトコンデンシンサブユニットの発現を試みた。その結果、このin vitro系においてコンデンシンIおよびII複合体のそれぞれのサブユニット全てについて発現することに成功した。これらのサブユニットを用いて、それぞれの発現サブユニットを組み合わせることによりヒトコンデンシン複合体を再構成していくことが可能になった。またこれによってそれぞれ単独のサブユニットについての生化学的特性の解析も可能になった。アフリカツメガエル卵細胞抽出液のアッセイ系において、ヒトコンデンシンサブユニットを解析した結果、コンデンシンIのnon SMCサブユニットの一つhCAP-GがM期細胞抽出液中においてクロマチンに結合することを見出した。さらにGFP標識したhCAP-Gをヒト培養細胞内に発現させることにより、hCAP-GがM期細胞の凝縮染色体の軸上に局在することを明らかにした。興味深いことに、M期特異的タンパク質キナーゼCdc2の標的部位のコンセンサス配列に変異を導入したhCAP-G変異体では、M期染色体上での局在を示すシグナルが減少しており、この部位におけるリン酸化がhCAP-Gの細胞周期特異的な局在に重要であることを示唆している。またアフリカツメガエル卵細胞抽出液からnativeなカエルヒトコンデンシン複合体を精製し生化学的特性を解析した結果、新規なタンパク質修飾と細胞周期特異的な相互作用因子を見出すことに成功した。これらの新たに明らかになった生化学的特性は、コンデンシン複合体の機能の理解においてきわめて重要であり今後さらに詳細な解析を進めていく予定である。
光周波数領域におけるユニバーサル量子操作

本研究では、光周波数を量子状態として扱い、その量子状態を自在に操作することができるユニバーサルな量子操作を目指して研究を行った。光は室温においても十分に量子性を保持できる理想的な物理系である。更に、周波数は最も正確に測れる物理量であるため、稠密な量子情報処理が可能である。基本操作である状態間の遷移は2次の非線形光学効果による和・差周波発生による光周波数変換で行う。通常の光量子情報処理はビームスプリッターを基本として実現される。これと同様の操作を変換効率50%の光周波数変換で行い、周波数領域のビームスプリッターを実現した。これを用いてHong-Ou-Mandel干渉等の干渉操作を実現した。本研究では、光周波数を基底状態とした多次元ヒルベルト空間上の量子状態を自在に操作することができるユニバーサル量子操作を目標に研究を推進している。光周波数は現在、最も正確に測定できる物理量であるため、光周波数で張るヒルベルト空間上に量子情報を符号化すれば最も稠密に量子情報処理が可能である。しかし、他の物理量と異なり、光周波数の量子操作は未開拓である。本年度は光周波数変換による任意の1量子ビット状態への操作と射影測定の実現を目指した研究を主に行った。光周波数変換の媒体として導波路型PPLNを用い、2次の非線形光学効果による和・差周波発生を行った。光周波数量子ビットの任意の状態への操作と射影測定を実証するためには50%の変換効率の達成が重要となるが、それを実験的に確認することができている。50%の変換効率を達成していれば、通常の光干渉計におけるビームスプリッターを実現しており、1量子ビット操作に十分な能力といえる。また、励起光の位相変化により干渉計の位相変化が起きることも実験的に確認することができた。これらの実験はレーザー光を用いた実験であるため、実際に量子ビットを操作可能であるかを検証していない。また、光周波数領域において、2量子ビット操作を実現するための理論を提案し特許申請を行った。加えて周波数間の位相制御のための分散性媒質としてプラズモニックメタマテリアルに注目し、その利用可能性を実験的に確認することもできた。また、共振器による輻射場の増強に関する基礎研究を行った。当初予定していた1量子ビット操作の基本動作を確認することができ、2量子ビット操作に関しても特許申請を行うなど、当初予定をやや前倒しする程度の進捗が見られている。本研究では、光周波数を基底状態とした多次元ヒルベルト空間上の量子状態を自在に操作することができるユニバーサル量子操作を目指している。本年度は光周波数変換による量子ビット状態への操作と射影測定を目指した研究を行った。光周波数変換は2次の非線形光学効果による和・差周波発生により行う。非線形光学媒質として導波路型PPLNを用いて実験を行った。線形光学による量子操作はビームスプリッターを基本として実現される。これと同様の操作を光周波数領域で行うことが重要である。この光周波数スプリッターとも呼べる操作を線形光学におけるビームスプリッターに対応させるには、50%の変換効率の達成が重要となる。本年度は、それを実験的に確認することができ、異なる周波数の2光子によるHong-Ou-Mandel干渉を世界で初めて観測することに成功し、Nature Photonics誌への掲載に成功した。この50%の変換効率を達成した光周波数スプリッターを用いれば、マッハツェンダー干渉計に代表される1次の光干渉計を実現することが出来る。マッハツェンダー干渉計は1量子ビット操作の実現のために重要である。この動作確認のために、光周波数領域マッハツェンダー干渉計を構築し、励起光の位相変化により干渉計の位相変化が起きることも実験的に確認することができた。この実験はレーザー光を用いた実験であるため、単一光子で動作するのに十分に低雑音であるかが不明である。このため、実際に量子ビットを操作可能であるかを検証するために、波長変換過程での背景雑音光子発生レートを超伝導光子検出器により測定し、十分に量子ビットを操作可能な領域にあることを示すことが可能であることがわかった。非常にインパクトの高い実験に成功している。これまでに、これを実験的に確認し、異なる周波数の2光子によるHong-Ou-Mandel干渉を世界で初めて観測し、Nature Photonics誌への掲載にした。マッハツェンダー干渉計は1量子ビット操作の実現のために重要となる。この動作確認のために、光周波数領域マッハツェンダー干渉計を構築し、励起光の位相変化により干渉計の位相変化が起きることも実験的に確認した。

本年度はこれをまとめて、Optics Express誌に論文が掲載された。これを進めて、稠密な光周波数モードの単一光子での光周波数干渉計の動作を実現するには、高効率な光源が重要であることもわかってきた。本年度はこの効率化に向けて、光共振器を一体形成した導波路型非線形光学結晶の動作確認を行った。非線形光学結晶としてPPLN導波路を用い、共振器モードにあったパラメトリック変換光が生成されることを確認した。本研究では、光周波数を量子状態として扱い、その量子状態を自在に操作することができるユニバーサルな量子操作を目指して研究を行った。光は室温においても十分に量子性を保持できる理想的な物理系である。更に、周波数は最も正確に測れる物理量であるため、稠密な量子情報処理が可能である。基本操作である状態間の遷移は2次の非線形光学効果による和・差周波発生による光周波数変換で行う。通常の光量子情報処理はビームスプリッターを基本として実現される。これと同様の操作を変換効率50%の光周波数変換で行い、周波数領域のビームスプリッターを実現した。これを用いてHong-Ou-Mandel干渉等の干渉操作を実現した。特に問題なく順調に研究が進んでいるため、このペースを維持できれば十分に目的を達せられる。このまま研究を継続すれば問題ない29年度が最終年度であるため、記入しない。量子情報29年度が最終年度であるため、記入しない。
中間スケールの地震ゾーネーション-マクロ・マイクロ両スケールからのアプローチ-

常時微動のアレイ解析によるS波構造探査手法のうち空間自己相間法のデータ解析アルゴリズムの再検討を既存の微動観測記録を用いて行った。空間自己相間(SPAC)法は既にある程度確立され実用段階に入っているが、アレイ形状の自由度、同時観測の必要性、ノイズの排除法等開発・改善すべき問題点が指摘されている。それらの中でも、特に複素コヒーレンス関数の性質とそれに基づくアレイ形状の自由度に焦点を絞って検討した。即ち、理論的には期待できるL字型アレイの実用性の実証を従来の3角形アレイの解析結果との比較検討により実施した。また、観測記録の前処理手法として、長周期地震学で用いられることのある人工的クリッピング手法の試行を実施した。加えて、全観測点での同時観測を要求しない2点空間自己相間法と従来の手法との比較検討を実施した。これらは、平成18年度前半期に開催される日本物理探査学会及び日本地球惑星科学連合大会、また8月に実施される第3回地震動に及ぼす表層地質の影響国際シンポジウム(グルノーブル、フランス)、9月開催予定のヨーロッパ地震学・地震工学会議で発表すべくアブストラクトを投稿した。これと併行して、等価震源距離を使った距離減衰式に関する文献調査を実施した。常時微動のアレイ解析によるS波構造探査手法のうち空間自己相間法の再検討を野外観測で得た微動観測記録及び最新の波動理論であるSeismic Interferometry理論に基づいて行った。即ち、2つの正三角形アレイの組み合わせによる同時観測記録を使って、複素コヒーレンス関数の高次項の係数を評価した。加えて、全観測点での同時観測を要求しない2点空間自己相間法、直線アレイと従来の手法との比較検討を実施した。また、複素コヒーレンス関数の虚数部を使った、データ・クォリティーの評価が実際に可能か否かを検証した。これらは、平成18年度前半期に開催された日本物理探査学会及び日本地球惑星科学連合大会、また8月に実施された第3回地震動に及ぼす表層地質の影響国際シンポジウム(グルノーブル、フランス)、9月開催のヨーロッパ地震学・地震工学会議で発表された。また、平成19年度開催予定の日本地球惑星科学連合大会、7月開催予定の国際地震学地球内部物理学連合総会(ペルージャ、イタリア)、ゴビ・アルタイ地震50周年記念国際会議(ウランバートル、モンゴル)等で発表予定である。平成18年夏の野外観測では、長周期微動、短周期微動の三成分観測を実施し、上記の観点での検討を水平動に関しても行う準備を整えた。
CBNホイールによる周速400m/s域での超高速研削に関する研究

機械加工では一般に加工精度と加工能率は背反の関係にあるが,研削では砥石周速を高速化することによって,加工精度を犠牲にせずに加工能率を飛躍的に改善することができる.超高速研削は,この考えに基づいて,従来の10数倍の砥石周速で研削を行おうとするものである.これまでの研究では,砥石軸を高速回転するさせるには高剛性のスピンドルが必要であるとの考えから,dn値2,000,000を達成するために,オイルジェット潤滑方式を採用した.しかし同方式では,無負荷時動力が10kWを大きく超えることが明らかになった.超高速研削では.砥石と空気および研削液との摩擦による動力損失が大きいために,無負荷時動力損失をできるだけ最小に抑えないと,所与の研削に要する動力を確保できないことになる.そこで本研究では,新たに開発したリテ-ナ潤滑を適用したオイルエア潤滑方式を採用することによって,最高回転数30,000rpm,出力22.5kW,dn値2,000,000の超高速研削盤用高剛性・高出力スピンドルの開発に成功した.この研削盤では,直径250mmの砥石を使用することによって,砥石周速395m/sでの実験が可能である.超高速研削におけるもう1つの課題は,高速回転に耐える砥石の開発である.本研究では,安全性と実用化を考慮し,高強度ビトリファイドボンドCBNホイールの開発を行った.ここで問題になるのは.ハブと砥石との接着強度である,本研究では,超高速回転下における遠心膨張が接着界面に専断歪みを発生し,接着強度劣化の一因になることを明らかにし,定量的な検討を行った.その結果に基づき,CFRPハブを用いたビトリファイドボンドCBNホイールを開発,世界で初めて300m/sでの実験に成功した.機械加工では一般に加工精度と加工能率は背反の関係にあるが,研削では砥石周速を高速化することによって,加工精度を犠牲にせずに加工能率を飛躍的に改善することができる.超高速研削は,この考えに基づいて,従来の10数倍の砥石周速で研削を行おうとするものである.これまでの研究では,砥石軸を高速回転するさせるには高剛性のスピンドルが必要であるとの考えから,dn値2,000,000を達成するために,オイルジェット潤滑方式を採用した.しかし同方式では,無負荷時動力が10kWを大きく超えることが明らかになった.超高速研削では.砥石と空気および研削液との摩擦による動力損失が大きいために,無負荷時動力損失をできるだけ最小に抑えないと,所与の研削に要する動力を確保できないことになる.そこで本研究では,新たに開発したリテ-ナ潤滑を適用したオイルエア潤滑方式を採用することによって,最高回転数30,000rpm,出力22.5kW,dn値2,000,000の超高速研削盤用高剛性・高出力スピンドルの開発に成功した.この研削盤では,直径250mmの砥石を使用することによって,砥石周速395m/sでの実験が可能である.超高速研削におけるもう1つの課題は,高速回転に耐える砥石の開発である.本研究では,安全性と実用化を考慮し,高強度ビトリファイドボンドCBNホイールの開発を行った.ここで問題になるのは.ハブと砥石との接着強度である,本研究では,超高速回転下における遠心膨張が接着界面に専断歪みを発生し,接着強度劣化の一因になることを明らかにし,定量的な検討を行った.その結果に基づき,CFRPハブを用いたビトリファイドボンドCBNホイールを開発,世界で初めて300m/sでの実験に成功した.
血液細胞の分化と増殖に関する基礎的臨床的研究

わが国における血液疾患の病態を正確に把握し、病因論,病態論,治療学を含めて総括的に捉えるため、全国の27名の研究者による共同研究を行った。本研究は、「血球分化の調節」として将来、「重点領域研究」として発展させることを考えて企画されたものであり、全国の血液学専門家を集めて入念な準備をすることを目的とした。昭和61年8月26日,27日に班会議を開催し、「重点領域研究」として発展させるための討論を行った。研究の内容は、骨髄性白血病細胞の分化誘導因子,ヒト骨髄性白血病細胞分化誘導因子としての糖脂質ガングリオシド,再生不良性貧血患者尿抽出物の造血前駆細胞に及ぼすinviro効果,【ph^1】(+)芽球由来の細胞増殖因子Tcell colqny形成系に対するbiological response modifiersの意義,血液疾患患者の尿中ポリアミン値,真性多血症における巨核球,赤芽球系細胞におけるエリスロポエチン受容体機構,LAK細胞の造血幹細胞の影響,単球系細胞分化発現と蛋白リン酸化反応,肥満細胞増殖因子,GM-CSFによる骨髄細胞長期培養,慢性骨髄性白血病における好塩基球好酸球前駆細胞,白血病リンパ腫におけるphenitypeとgenotype,白血病発症とHTLV,ヒト造血幹細胞の熱感受性・造血幹細胞の分化とDecay Accelerating Factorの発現,Myelodysplastic syndromeにおける造血幹細胞など多岐にわたるものであった。
キタムラサキウニの異物に対する液性・細胞性因子の生体防御機能に関する研究

1.キタムラサキウニ体腔液の液性防御因子の特性とその局在ウサギとヒト赤血球に対する溶血素とウサギ,ヒト,ウマ,ヒツジ,ガチョウ赤血球に対する凝集素が存在した。溶血活性はCa^<2+>依存性で45°Cで失活する。一方,凝集活性にはCa^<2+>依存性と非依存性のものとが混在し,D-フコース,L-アラビノース,D-ガラクトース,D-メレジトースによって活性が強く阻害された。体腔細胞溶解質にもまったく同じ特性を持つ溶血,凝集活性が認められたことから,体腔液の溶血,凝集活性は体腔細胞に由来することが示唆された。パーコールによる密度勾配遠心によって4種の体腔細胞を分画し,溶血活性が白色桑実細胞に局在していることがわかった。凝集活性は4種すべての細胞に認められたが,大きく異なる3タイプに分けられた。2.液性防御因子の刺激に対する応答動態ウサギ赤血球の投与は,溶血活性の誘導を引き起こし,体腔細胞抽出液のレベルでも誘導が確認された。短期,長期にわたる刺激への反応はヒツジ赤血球では見られなかったことから,この応答の異物特異性が推測された。しかし,体腔細胞の数的変化は体腔細胞ごとで違いは認められなかった。これらのことから,体腔細胞を起源とする液性防御因子は異物による刺激によって,特に,溶血素が誘導され,恐らく異物に対するオプソニンとして食細胞との関わりにおいて有効に機能しているものと推察された。
環状オリゴ糖包接型局所麻酔薬の創製とそのNaチャネル遮断効果の電気生理学的検討

環状オリゴ糖構造のシクロデキストリンの緩徐な薬物放出特性に注目し、新たな薬物到達システムを開発した。シクロデキストリンと局所麻酔薬のリドカインを包接結合させ化合物を作成した。ラットの坐骨神経に、リドカイン、リドカイン+シクロデキストリン、シクロデキストリンを3群に分けて投与し、56°Cの熱刺激を与え、後肢の局所麻酔作用時間を測定した。リドカイン+シクロデキストリンの局所麻酔効果がリドカイン単独のものより長いことを明らかにした。理想の局所麻酔薬は、作用発現開始が速やかで、副作用が少なく、作用時間の調節性に富んでいるという3条件を満たす必要がある。新たな局所麻酔薬を創製するのは、毒性、調節性の問題から臨床応用の実現は低い。一方、世界的動向として、リボソームや高分子ミセルなどを薬物キャリアーとして利用し、既存の局所麻酔薬の作用発現を変化させることが試みられている。本研究は、環状オリゴ糖構造のシクロデキストリン(以下CyDと略)の緩徐な薬物放出特性に注目し、新たな薬物到達システムを開発するものである。ホスト分子のCyDには親水性分岐型である6-0-maltosyl-CyD(124.48g/ml)を選択し、本来難水溶性であるゲスト分子のリドカインと包接結合させ親水性化合物とした。凍結乾燥し、使用直前に蒸留水で溶解する。雄性ラットに1.5%イソフルラン+純酸素にてマスク麻酔を施行し、25G絶縁針と定電流低周波電気刺激器を使用し坐骨神経を同定し、リドカイン、リドカイン+CyD、CyDを3群に分けて投与し、ホットプレートにて56°Cの熱刺激を与え、後肢の逃避時間を測定する。現在、研究進行中で、サンプル数が必要数にまで増えつつあり、リドカイン+CyDの局所麻酔効果がリドカイン単独のものより長いことが明らかになってきている。よって、平成19年度にサンプル数が必要数を満たした段階で、データを統計解析し、学術集会および学術雑誌に投稿する予定である。一方、世界的動向として、リポソームや高分子ミセルなどを薬物キャリアーとして利用し、既存の局所麻酔薬の作用発現を変化させることが試みられている。雄性ラットに1.5%イソフルラン+純酸素にてマスク麻酔を施行し、25G絶縁針と定電流低周波電気刺激器を使用し坐骨神経を同定し、リドカイン、リドカイン+CyD、CyDを3群に分けて投与し、ホットプートにて56°Cの熱刺激を与え、後肢の逃避時間を測定する。平成18年度より開始した本研究は、19年度にサンプル数を増やし、リドカイン+CyDの局所麻酔効果がリドカイン単独のものより長いことが明らかに出来た。よって、19年度はこの結果を国際学会であめXXVI Annual Congress of the European Society of Regional Anaesthesia & Pain Therapy2007, Valencia, Spainにて成果を発表した。

平成18年度より開始した本研究は、19,20年度にサンプル数を増やし、リドカイン+CyDの局所麻酔効果がリドカイン単独のものより長いことが明らかにした。20年度はこの結果をJournal of Anesthesiaに投稿し、アクセプトされた。現在、発刊されるのを待っている状態である。
宇宙に於けるエネルギー収支の型録化と交互作用の試驗

當課題の下に爲された研究の中最も意味の大きいものの一は、銀河の質量分布は銀河の重力束縛半徑内に閉じてゐるのでは無く限りなく遠く迄、即ち隣の銀河の裾野迄廣がってゐることを、大規模銀河サンプルに含まれる弱重力レンズ效果より導かれる面質量密度の分布を、觀測データで束縛された數値シミュレーションを用ひて成分分解することによって示したことである。この解析により銀河の重力束縛内に存する物質は25%に過ぎず、殘りは銀河間空間に存し、宇宙の物質分布は銀河を中心とする組織だった分布を持って宇宙全體に隙間無く廣がってをり、その頂點を銀河と呼んでゐるのであると云ふ事を示した。もう一つの重要な結果は宇宙塵は從來考えられてゐた樣に銀河平面内のみに分布するのではなく、銀河平面内の宇宙塵と畧同量が銀河ハロー、更にハローを越へて銀河間空間に擴がってゐる事をクェーサーの明るさと銀河の相關を大規模サンプルのデータを解析する事により示した。更に銀河系外の宇宙塵と銀河円盤内の宇宙塵の和は銀河内の星生成に伴って銀河形成以後現在に至る迄に生成されたであろう宇宙塵の總量と矛盾しない事が示された。即、銀河内の星に因り生成された宇宙塵は銀河外に輸送され、宇宙年齢と同じオーダーの有効時間の間存在し続ける事になる。此の結果は宇宙エネルギー目録の矛盾點の探求の結果であり、目録の項目間に存在してゐた矛盾を解消する。宇宙の發展に於いてエネルギーは最も主導的な役割を演じ、宇宙の進化過程に於けるエネルギーの再分配過程とその収支は、宇宙の發展を制禦するものである。この研究では宇宙の所有現象を數上げ其處に存在するエネルギーを評価し各項目間の整合性を調べる事に據って、エネルギーの移行(エネルギー収支)即ち宇宙の物理的發展過程を明らかにしやうとするものである。現在迄に約150項目を數上げそれら相互間のエネルギー収支の無矛盾性を檢討しつつあるが本年度は取分け次の四点に重点を於いて研究を行った。1)過去の星の進化によって生成される宇宙塵に就いての考察は觀測される宇宙塵の總量が星生成より期待される生成量より少く我々の未だ知らない何處かに宇宙塵が存在してゐるのであらう事を示唆してゐるが此missing dustの問題に関してquasar^-galaxy相關の解析がヒントを與へてくれる。我々は銀河周辺を通るquasarの光は些の赤化を受けており赤化の程度の波長依存性はdustのよるものと辻褄が合う事を見い出した。Dustの密度は小さいが体積が大きい爲總量は銀河円盤内に存在が知られてゐる量と畧同量と見積もられ(論文印刷中)、missing dustの問題が解決される事が示された(論文投稿中)。2)次に焦點を當てたのは動的エネルギー源として重要な超新星に関する研究であり、特にその生起率と環境依存性の考察に重點をおいた。此問題に関してはSDSSデータを用ひて調べた。低赤方偏移0.05<z<0.3でのIa型超新星の生起率を精確に評価した他、生起率が銀河の光度によい精度で比例する事、銀河の形態依存性を殆んど示さない事、銀河円盤内に奥深くあれば受けるであろう吸収を殆んど受けてゐない事を示した(論文出版済)。(3)銀河に蓄積されてゐる星の生成要因の評価。

現存の星の内、どれ丈が既に存在する大銀河で新たに生成されたものであり、どれ丈が近くの矮少銀河の併合或いはその衝激による生成と考へられるかに関する知見を得ようと云ふのが目的である。この問題に関する初期の解析として我々は衛星銀河數が銀河の二点相關凾數の延長上にある事を示した。この結果は既に出版されてゐる。これを手掛かりにして各成分への分解を行う。(4)SDSSのデータは豊富な内容を持ち、宇宙エネルギー型録の目的に合はせて解析がなされつつあるが、先づ測光データの系統誤差の問題の考察が必要であるの考察が必要であり、實際の観測が爲された測光系が當初に定義された測光系とどの程度異なるか、そしてSDSS測光標準系で観測された天體がどのような性質を示すべきかに關する仕事を完成させる必要があるものとの認識を得た。この研究は未だ途上にあるが基礎データを與えた部分は完成しており出版印刷中であり、星の測光に関する部分は論文作製中である。(1)SDSS計画に據って得られたデータより各種の物理量を正確に導出、解析、解釈する為には正確な應答凾數の知識を必要とする。我々はSDSS遂行中に應答函數の測定を随時行ってきたがこゝではそれらのデータを整理、出版公開すると共に基準として用ひられるべき應答函數を定義して出版した。(2)渦巻銀河は円盤とバルヂの二成分を持つ。その二つは異る性質を持ち成因も異るものと考へられてゐる。こゝではSDSSの大サンプルの一部を用い円盤とバルヂに分ける事を試み、各々の示す特性的パラメターが形態論的な銀河の分類に從って如何様に変化するかを調べると共に各々の成分が持つバリオン存在量を算出した。(3)dustの物理の研究。dustは銀河の進化に封して様々な役割を演ずる。前年度の研究に於てdustが銀河間空間も存する事を見出したが、dustの存在量を推計し此成分を既知成分に足すと宇宙初期より星生成により生成が期待されるdust量と辻褄が合ふ事が判明した(2010年論文出版予定)。このことはdustの生成、存在に封して縛りを與へる故、dust物理の研究に有効なる指針を与へるものとなる。この線に沿ってdustの研究を更に進めた。これは原始惑星系dustの残存存在量の宇宙背景輻射を用ひた研究、遠紫外でのdustの光學的性質のMgII吸収體によるクェーサーの隠蔽を用ひた研究、銀河間吸収雲中のdust存在の研究である。本年度の當該課題研究の内最も意味の大きいものは、銀河の質量分布は銀河の重力束縛半径内に閉じてゐるのでは無く限りなく遠く迄、即ち隣の銀河の裾野迄廣がってゐることを、大規模銀河サンプルに含まれる弱重力レンズ敷果より導かれる面質量密度の分布を、観測データで束縛された數値シミュレーションを用ひて成分分解することによって示したことである。この解析により銀河の重力束縛内に存する物質は25%に過ぎず、残りは銀河間空間に存する事を示した。但し銀河間空間に分布する物質も銀河を中心とする組織だった分布を持つ。即ち宇宙の物質分布は宇宙全膿に隙間無く廣がってをり、その頂點を銀河と呼んでゐるのである。此結果は宇宙のエネルギー目録に以下の二つの意義を持つ。一つは從來(1970年代より)評價されて來たやうに銀河に随付する質量の総和とした宇宙の總質量密度が宇宙背景輻射より求められた質量密度の4割にしか達しなかった事の意義が明確になると共に此不一致が解消した事である。もう一點はこれ迄鉄損バリオンは銀河ハロー内に存するとされてゐた想像が正しくなかった事である。即ちバリオン總數の内大部分は束縛領域外に存し故に其等は衝撃波加熱を受けてゐず低温に留まる。このことはFukugita-Peeblesの論文(2006)で苦しんだ問題を恐く解決する。但し此問題は今後の精査を必要とすると共に繼續される研究の中心課題となるものである。本年度はこの他Sloan Digital Sky Surveyで取得したデータを解析し銀河内の埃の分布を調べると共に、クェーサー像の重力レンズ像より宇宙論パラメター、特に宇宙項が他の観測と辻褄の合ふ結果を與へる事を示したことである。特にこの後者の結果は1991年に報告者が提案したテストであり20年を經て漸く實現された事になる。
シクロデキストリンポリマー交互積層膜の創製によるポリ塩化ビフェニルの高度分子認識

数十ppm程度の低濃度ポリ塩化ビフェニル(PCB)は焼却処理や機器の洗浄等で微量に混入した炭化水素系溶剤や絶縁油に含まれており、これらの低濃度PCB汚染油を迅速かつ安全に処理可能な新規吸着剤の開発が求められている。我々は、シリカゲル基材表面に環状オリゴ糖の包接化合物であるシクロデキストリン(CD)と架橋剤である芳香族ジイソシアネートの交互反応を行うことで、吸着サイトを効率よく表面に修飾した。このウレタン架橋型CD修飾シリカを用いて、油中の低濃度PCBに対する吸着実験を行うことで、4, 5, 6塩素化PCBに対して95%以上の高い吸着除去率を示すことを明らかにした。有害な有機ハロゲン化合物はこれまで電気機器の絶縁油、加熱・冷却用熱媒体などに広く利用されてきたが、毒性、生物蓄積性を有しており、以後未処理のまま大量に保管された状態にある。特に数十ppm程度の微量有機ハロゲン化合物が混入した汚染油の処理と、再利用可能なクリーンな油の回収方法が課題となっている。また近年、化粧品や塗料等に含まれる色素の副生成物に有害な有機ハロゲン化合物が検出されるという報告もあり、油以外にも様々な媒体中からの有機ハロゲン化合物除去のための吸着剤の開発が望まれている。これまで、環状オリゴ糖であるシクロデキストリン(CD)と芳香環を有する架橋剤との反応でCDポリマーの作製を行ってきた。十分に塩素化化合物を捕捉可能であるが、ポリマー自身が柔らかい構造であるため、溶媒(油)に対して、膨潤・ゲル化しやすく、溶媒の回収が困難であることが問題に挙げられた。この問題を解決するため、シリカ粒子など固い基材表面上にCDの修飾を試みた。基材への担持はCDと連結可能なリンカーとの共有結合性の反応を利用し、CDとリンカーを交互に積層することで膜厚増やすことにした。初年度は主に上記の手法を用いて材料の創製を中心に行った。作製した材料に関しては、その都度ハロゲン化芳香族分子に対するオイル中からの吸着性能を評価した。CDとリンカーとの共有結合性の交互反応により、CDが担持基材表面上に逐次的に修飾されることがわかった。有害な有機ハロゲン化合物は、毒性、生物蓄積性を有しており、それらを含む油は未処理のまま大量に保管された状態にある。特に数十ppm程度の微量有機ハロゲン化合物が混入した汚染油の処理と、再利用可能なクリーンな油の回収方法が課題である。これまで、環状オリゴ糖であるシクロデキストリン(CD)と芳香環を有する架橋剤との反応によりCDポリマー(CDP)の作製を行ってきた。本研究では、シリカ粒子などの基材表面にCDPの修飾を行うことを目的としており、得られた吸着剤の安定性や溶媒の流動性向上、ゲストの選択分離が期待できる。初年度および26年度は、主に材料の創製を中心に行った。基材への担持はCDPとリンカーとの共有結合性の交互反応膜作製(graft-from)法または、あらかじめ作製したCDPの積層化(graft-to法)により行った。26年度は、水系分散CDPのgraft-to法を用いた簡便な修飾方法を用い、吸着材の作製を行った。この手法は、禁水系でなく大気中での操作になり、効率的に行うことができる。オイル系への利用には、CDP担持シリカ粒子水分散液を凍結乾燥することで水分を除去した粉末を得ることができ、オイル中での吸着実験に即時適用することが可能である。作製方法および結果は以下になる。適切なジイソシアネート架橋剤と添加比により水溶性CDPを得て、その後構造評価を行った。次に、シリカ基材への水溶性CDPの水素結合相互作用を利用した修飾により、表面積層化を行った。1サイクルから10サイクルまで繰り返すことで、シリカ粒子表面に一定のCDP層の膜厚を有するCDP担持シリカ粒子を得ることができた。ポリ塩化ビフェニル(PCB)に代表される有機ハロゲン化合物はこれまで電気機器の絶縁油、加熱・冷却用熱媒体などに広く利用されてきたが、毒性、生物蓄積性を有しており、以後未処理のまま大量に保管された状態にある。特に焼却処理や機器の洗浄等で微量に混入した数十ppm程度の微量PCBが混入した汚染油や炭化水素系溶剤を処理するための新しい処理技術の開発が強く望まれている。こうした研究背景から、油中の有害物質処理の迅速かつ高効率な除去・回収につながる環状オリゴ糖を用いた吸着剤の開発に注目した。これまで我々は、環状オリゴ糖であるシクロデキストリン(CD)と芳香環を有する架橋剤との反応によりCDポリマー(CDP)の作製を行ってきた。本研究では、シリカ粒子などの基材表面にCDPの修飾を行うことを目的とし、得られた吸着剤の安定性や溶媒の流動性向上、ゲスト分子の選択分離が期待できる。初年度および26年度は、主に吸着剤の作製を行ってきた。主な基材への担持方法として、CD分子と芳香族化合物からなるリンカーとの共有結合性の交互反応(graft-from)法用いて吸着剤の作製を行ってきた。

最終年度は、graft-from法によりCDをシリカ基材へ修飾した吸着剤の作製、修飾量の評価および、それらを用いたPCBの吸着実験を行った。有機物成分の増加量を熱重量分析により行ったところ、graft-from法による修飾では、5サイクルの交互反応で25%の重量分率を示した。このCD修飾シリカ吸着剤を用いて、イソオクタンに溶解させたPCBs (各0.01 ppm)のカラム法による吸着実験を行った。結果、46塩素化PCBに対して、95%以上の高い吸着性能を示すことが明らかになった。数十ppm程度の低濃度ポリ塩化ビフェニル(PCB)は焼却処理や機器の洗浄等で微量に混入した炭化水素系溶剤や絶縁油に含まれており、これらの低濃度PCB汚染油を迅速かつ安全に処理可能な新規吸着剤の開発が求められている。我々は、シリカゲル基材表面に環状オリゴ糖の包接化合物であるシクロデキストリン(CD)と架橋剤である芳香族ジイソシアネートの交互反応を行うことで、吸着サイトを効率よく表面に修飾した。このウレタン架橋型CD修飾シリカを用いて、油中の低濃度PCBに対する吸着実験を行うことで、4, 5, 6塩素化PCBに対して95%以上の高い吸着除去率を示すことを明らかにした。従来の方法から新たな作製手法に変更し、研究を進めており、進度としては少し遅れている状況である。新しい方法により、適切なジイソシアネート架橋剤と添加比により水溶性CDPを得ることができた。その後、NMR、電子顕微鏡観察や粒径分布測定により構造の評価を行った。次に、シリカ基材への水溶性CDPの水素結合相互作用を利用した修飾により、表面積層化を行った。また、各CDPの積層の間にアセトニトリルを用いた固着化処理を入れることで効率よく積層量を増加できることがわかった。この方法により、1サイクルから10サイクルまで繰り返すことで、シリカ粒子表面に一定のCDP層の膜厚を有するCDP担持シリカ粒子を得ることができた。機能性高分子水系分散CDPのgraft-to法を用いることでシリカ粒子表面に一定のCDP層の膜厚を有するCDP担持シリカ粒子を得ることができた。最終年度は、吸着剤のスケールアップによる収量を得ること。また、ハロゲン化芳香族分子の吸着性能を評価していく予定である。主な評価項目は、非極性溶媒中のポリ塩化ビフェニル、水中に微量含有する塩素化芳香族化合物類が対象になる。バルク撹拌およびカラム充填による二通りの吸着実験を実施する。その後、ガスクロマロ(液体クロマト)-マススペクトルを用いて残存化合物の定量を行う。これまでは、シクロデキストリンポリマー(CDP)の生成と同時に、担持シリカ粒子表面へ修飾を行い、さらに化学結合架橋剤として芳香族イソシアネートを用いて交互積層化を行ってきた。修飾されるものの、反応性が低いことがわかった。この吸着剤を用いたポリ塩化ビフェニルに対する吸着能は大変低いという結果であった。修飾方法の改善点として、シリカ粒子表面へ(1)芳香族イソシアネート、(2)β-CDの順に共有結合性の反応を行い、(1)(2)を繰り返し行い、交互積層していった。熱重量分析から、1サイクルで12%の重量分率(シリカ成分に対するCD-架橋剤成分)を、5サイクルの交互反応により約20%の重量分率を示し、逐次的にCDが修飾されていることがわかった。この方法により積層化反応の手法が確立された。