hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
固体素子の非平衡揺らぎ・非線形光応答：ナノ光計測による揺らぎ分光イメージング

物質中で発生する電荷の揺らぎは、固体素子において通常ノイズとして邪魔者扱いされるが、物質の秩序形成や相変化の根幹を担うことがしばしばある。本研究では、光応答における非平衡・非線形現象という固体物理学の基礎的でかつ重要な課題に関して、現象の空間構造・周波数スペクトルという視点からの研究を目的とした。具体的には、ナノスケールの局所的な光照射を基にした計測システムを創出し、無機・有機デバイスにおける揺らぎ・非線形光応答の探求に応用する。この研究から、非平衡・非線形現象における特徴的なダイナミクスやその発現の背後にある微視的メカニズムを解明することを目指した。今年度はグラフェンの赤外応答の量子サイズ効果、プラズモニック構造におけるプラズモンの伝搬を主な研究対象とした。グラフェンに関しては、光応答の空間イメージングから、グラフェン特有の赤外応答を観測することができた。この応答強度はグラフェンのサイズ(次元)に応じた周波数依存性を示すため、閉じ込め効果が背景にあることが分かった。プラズモニック構造については、光照射によってプラズモン由来の電界分布に明暗のパターンが出現することを観測した。電磁界シミュレーションの結果とよく一致することから、プラズモン伝搬のダイナミクスを可視化できていることを確認した。また、ナノ領域における周波数スペクトル測定により、プラズモン共鳴に基づくピーク構造を観測し、このスペクトル形状から理論的に予想される周波数との一致を見い出した。また、回転対称性を有する別の構造体に対しても同様の測定を行い、回転対称性を反映した特徴的な光電界・位相パターンを観測した。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、物質の光応答における非平衡・非線性現象を対象に、応答の空間構造・周波数スペクトルの解明を目的とする。具体的には、ナノスケールの局所的な光照射分光システムを構築し、材料・デバイスの光応答における非平衡ダイナミクスの探求に応用する。領域内に非平衡統計力学の理論や化学・生物など、様々なバックグラウンドを持つ研究者が集結しているため、固体物理・デバイスにとどまらず、共同研究の積極的な展開を目指す。当該年度は、光応答の周波数・空間分解イメージング法の開発を行った。ナノメータの曲率半径を持つ微小プローブと、ブロードバンド光源による光干渉系とを組み合わせることで、光照射に対する物質の非平衡状態の周波数スペクトルならびに空間イメージングを行うシステムを構築した。測定対象として、まず剥離グラフェンを用いた。光応答の強度や位相がグラフェンの層数によって顕著に異なり、空間マッピングの画像上で明確な明暗として現れることを見い出した。これにより、グラフェンの電子・光物性に大きな影響を与える層数をナノスケールで特定することが可能となった。また、微細加工を用いてプラズモニック構造を作製した。構造のパターンから予想される周波数帯におけるプラズモン共鳴とそのダイナミクスを観測することができた。以上から、当初の目的である、ナノスケールの局所的な光照射システムの構築ならびに動作確認と、物質の光応答への応用を達成した。当該年度の目標は、ナノスケールの局所的な光照射分光システムの構築であった。微小プローブと光干渉系の組み合わせから、実際にシステムが出来上がった。剥離グラフェンやプラズモニック構造を測定対象として、システムの動作を確認した。したがって、研究は順調に進行していると考えている。本システムによる非平衡現象の探求を様々な系に応用していく。特に異分野への展開・共同研究を行う。
戦国大名領国における政治的統合の研究-大名と国衆的有力家臣との関係を中心に

本研究においては、パーソナル・コンピューターを使ったデータ・ベース作成と、現地調査を通じた社会関係の復元作業が二本柱となっている。その内容は以下に記すが、重点が当初の研究計画と多少ずれることとなった。その理由については、「研究成果報告書」を参照されたい。前者については、越後上杉氏の奉公人関係史料の入力作業と、甲斐武田氏の恵林寺領検地のデータ入力を行った。その結果は「研究成果報告書」に載せてあるが、大名検地の目的を在地支配体制との関係で検討する上で、有力な手掛りを得ることのできるデータ・ベースとなった。後者については、越後阿賀北地方(有力な国衆の蟠踞する地域)と、安芸山里地方・周防山代地方(在地領主支配が弱く、大名領国への編入とともに直接支配下に入った地域)との調査を行った。両者の対比によって、在地支配体制の総合的評価が可能となる。以上の作業から得られた成果の詳細は、「研究成果報告書」を参照されたいが、基礎史料であっても、その利用の仕方には荒いものがあり、コンピューターを利用した悉皆的分析によって、今まで見落とされてきた問題が浮かび上がってきたことは、この方法の重要性を再確認させるものであった。同様のことは、現地調査についてもいえる。問題関心の変化とともに調査内容も変わらざるをえないので、常にフィールドに立ち戻る重要性が再確認された。特に、現在景観の破壊が急ピッチで進行し、農山漁村の過疎化も進んでおり、この問題は時間との闘いともなっている。今回補助金の交付をうけて、重点的に作業を行うことができたが、今後も継続して行う必要性を痛感している。本研究の目的は、戦国大名の権力意志実現・領国の政治的統合のシステムを、最も自立性が強く統合が困難だった国衆的有力家臣との関係を中心に解明し、戦国大名領国の独自の歴史的特徴を確定するための、基礎作業である。本年度行なった具体的作業は、第1に、パソコンソフト「DATABOX」を使った、上杉氏および毛利氏奉行人関係(主として発給)文書の分類・整理と、それに必要な史料の収集・原本との照合である。第2に、パソコンソフト「ロ-タス」を使った、戦国大名検地史料(武田氏の「恵林寺検地帳」)の分析(身分別の、持ち高・負担増加率比較等)である。第3に、越後色部氏・石見益田氏等国衆の、居館を中心とする支配領域の現地調査である。以上の作業は未だ中途の段階であり、確定的結論が出る状況にはないが、さしあたって検出された特徴的事実と、今後の研究で留意すべき問題は以下のとおりである。第1に、戦国大名の行政において、文書の授受関係は多元的・複線的で、奉行人の職掌に対応した官僚制的行政システムが成立しているとはいえないことである。それは、個別的な人格的結合関係が、当該期の社会システムにおいて依然重要な役割を果していたことを示唆する。第2に、国衆の所領において、居館・市場・集落・耕地・港湾などの立地から、社会・経済生活における領主と民衆との関係の緊密さが見られ、「色部年中行事」に示されている人格的支配・依存関係の強固さには社会的根拠が存在することである。第3に、戦国大名検地を通じて形成される在地支配方式において、給人や百姓の個別編成が大きな比重を持っていることである。従来、検地を通じて村請制的関係が形成されることが強調されてきたが、第2点での指摘と併せて、当該期における在地領主制的支配の強固な存在を重視する必要がある。それは、本研究の意義の再確認にもつながる。

昨年度にひきつづき、パーソナル・コンピュータを使ったデータ・ベース作りと、現地調査に基づく戦国期の社会関係の復元作業を行った。前者については、甲斐の戦国大名武田氏が実施した恵林寺領検地の内容を、負担責任者ごとにまとめて表を作成し、検地高、踏出高と免除高との相関関係を検討するため、回帰分析等を行った。その結果については「研究成果報告書」を参照していただきたいが、検地政策を通じた戦国大名の政治的統合のレベルが、一般農民にまで必ずしも及んでおらず、従来考えられていたように、兵農分離、村請制的体制の構築が目指されていたとはいいがたい側面が浮かび上ってきた。この点については、「中近世移行期における国家・社会と領主制」で見解を述べているので、「研究成果報告書」所収の同論文を参照されたい。後者については、戦国大名毛利氏が防長を征服するにあたり、最も頑強な抵抗をうけた安芸佐西郡と周防玖珂郡の山里一揆、山代一揆地帯を調査した。特に、その中心の一つである玖島郷(現広島県佐伯郡佐伯町)における祭祀関係(神社と氏子との関係)を重点的に調査した。その結果も、「研究成果報告書」に載せておいたが、中世以来年貢納入やその減免要求、さらには武力闘争の単位となっていた玖島郷ではあるが、その全体をまとめる総鎮守は存在せず、人々は部落(小字)単位の神社の氏子となっている。ここから、村というものが社会経済的単位というよりは、政治的関係により編成された点を本質としていることが想定され、近世村請制村落の成立を必然の産物であるかのようにとらえる見解は、再検討を要するといえよう。これについても前記論文で見解を述べてある。それらとは別に、戦国大名今川・北条・武田氏と国人領主葛山氏とが競合していた沼津市域を重点的に調査し、報告論文を書いた。
ラマン散乱分光分析によるイオン性融体の熱力学的および誘電的性質の基礎的研究

アルカリハライド融体の電子分極率の挙動に注目し、LiCl-CsCl混合融体のラマン散乱スペクトルの測定および分子動力学シミュレーションを行った。ラマン散乱スペクトルの結果、分子の振動モードに起因する典型的なスペクトルは観察されなかったが、低波数領域にショルダーが観察された。そこで、本研究はその詳細を検討した。アルカリハライド融体では、ピークがはっきり見えないことから、レイリー散乱に起因するスペクトルおよび高温であることから熱振動に起因するスペクトルを処理し、これらに起因するスペクトルを減少させ、アルカリハライド本来の振動モードに起因するスペクトルを強調することによって、埋もれていたピークを観察した。その結果、比較的単純なイオン性融体であるとみなされているアルカリハライド融体にもラマン活性な振動モードが依存し、混合によりそのピーク位置がブルーシフトするなどのスペクトルの変化が観察された。これらのピークはフォノンやbinary collisionに起因するものと考えられる。アルカリハライド混合融体におけるブルーシフトについては、現時点で報告例がなく、本研究の大きな成果の一つである。また、分子動力学シミュレーションによるLiCl-CsCl融体の解析の結果、融体中のアニオン-カチオン間の距離は、LiClに対してCsClの添加と共に減少する傾向が有ることがわかった。このことは、ラマン散乱スペクトルのピーク位置がブルーシフトと良く対応していることが明らかとなった。また、混合塩中のCsClは、6配位および8配位を取っていることが分子動力学シミュレーションにより明かとなった。
戦後沖縄における保守勢力の形成過程について

雑誌論文としては、まず、"本土への系列化とそれにともなう対米関係の変化についての検討"として、「戦後沖縄における「基地問題」の形成過程-沖縄教職員会の動向を中心に-」(『部落問題研究』197、2011年6月)を発表した。また、"対米関係を軸とする親米保守勢力形成史の検討"としては、「1950年代後半における土地闘争以後の保守再編について」(『沖縄法政研究』14、2012年1月)、および、「一九五〇年代沖縄における政治勢力の再検討」(『年報近現代史研究』4、2012年3月)を発表した。学会発表としては、"対米関係を軸とする親米保守勢力形成史の検討"として、近現代史研究会例会(2011年4月、名古屋大学)において、「1950年代沖縄における政治勢力の再検討」と題して口頭報告を行った。図書としては、まず、これまでの研究をまとめたうえで、単著『沖縄の復帰運動と保革対立-沖縄地域社会の変容-』(有志舎、2012年1月)を刊行した。また、"本土への系列化とそれにともなう対米関係の変化についての検討"として、共著『戦後社会運動史論(2)-高度成長期を中心に-』(広川禎秀・山田敬男編、大月書店、2012年3月)に「石川・宮森小ジェット機墜落事件に対する補償問題の展開-戦後沖縄における人権擁護運動の転機として-」を収録し刊行した。史資料収集としては、国立公文書館、外務省外交史料館、国立国会図書館、沖縄県公文書館、沖縄県立図書館、うるま市立石川歴史民俗資料館などにおいて、沖縄戦後史に関する文献・文書等の収集に努めた。特に今年度は外務省外交史料館での収集を重点的に行ったほか、宮古・八重山での調査も行った。元教員などに対する聞き取りも継続して行った。これらの成果をもとに、既発表論文についても再検討を行った。雑誌論文としては、まず、「戦後沖縄における保革対立軸の形成-1960年代初頭の革新共闘への過程を中心に-」(『史林』92-3)を発表し、従来自明のものとして検討されてこなかった、復帰協結成以降の「革新三党」成立過程を明らかにした。続いて、「「沖縄戦」の戦後史-「軍隊の論理」と「住民の論理」のはざま-」(『立命館平和研究』11)を発表し、「「沖縄戦」の戦後史」をめぐる研究史の整理を行うとともに、そのはざまにあるために沖縄県護国神社が検討されてこなかったことについて検討を行った。学会発表としては、まず、日本思想史学会大会において、「戦後初期における本土側の沖縄観について-総合雑誌・婦人雑誌を中心に-」と題して口頭報告を行い、1955年1月の「朝日報道」以前における本土側の雑誌記事を検討し、当該期には米国民主主義への過度な肯定的イメージが原因となり、沖縄の現状が十分に捉えられていなかったことを明らかにした。続いて、同時代史学会研究会において、「戦後沖縄における保革対立軸の確立-佐藤首相訪沖から教公二法阻止闘争へ-」と題して口頭報告を行い、復帰協結成以降も復帰運動は超党派、「島ぐるみ」の姿勢を堅持していたことを示した上で、復帰協がどのように保守側と対峙する組織へと転じていくのかを、教公二法問題を通して保革双方からの検討によって明らかにした。史資料収集としては、国立公文書館、国立国会図書館、沖縄県公文書館、沖縄県立図書館、うるま市立石川歴史民俗資料館などにおいて、沖縄戦後史に関する文献・文書等の収集に努めた。特に、国立公文書館所蔵の関連史料や、沖縄県公文書館所蔵の「USCAR文書」「琉球政府文書」「復帰協文書」など、一次史料の収集に努めた。また、元教員に対する聞き取りを継続的に行った。さらには、米国において今後の史資料収集のための概要調査を行った。雑誌論文としては、"保守側からみた保革対立軸形成過程についての検討"として、「戦後沖縄における保革対立軸の成立と「島ぐるみ」運動-教公二法問題を中心に-」(『年報政治学』2010-II、2010年12月)を発表した。同稿では、復帰協結成以降も復帰運動は超党派、「島ぐるみ」の姿勢を堅持していたことを示した上で、復帰協がどのように保守側と対峙する組織へと転じていくのかを、教公二法問題を通して、保革双方から検討した。また、聞き取りの成果として、「[インタビュー]一九六〇年代京都における沖縄返還運動-佐次田勉氏に聞く-」(『ノートル・クリティーク』3、2010年5月)を発表した。学会発表としては、"多様な保守勢力の形成から保守合同までの検討"として、第48回部落問題研究者全国集会(2010年10月24日、同志社女子大学)において、「戦後沖縄における「基地問題」の形成過程-沖縄教職員会の動向を中心に-」と題して口頭報告を行った。同報告では、保革対立として二項対立的に捉えられがちな沖縄住民の「基地問題」への態度について、その形成過程に着目して内在的に再考し、「「保守」的立場」、「「革新」的立場」として重層的に捉え直す試みを行った。

特に、沖縄県公文書館所蔵の「USCAR文書」「琉球政府文書」「復帰協文書」「社大党文書」「屋良朝苗日誌」など、一次史料の収集を行った。また、元教員に対する聞き取りを継続的に行った。これらの成果をもとに、既発表論文についても再検討を行った。雑誌論文としては、まず、"本土への系列化とそれにともなう対米関係の変化についての検討"として、「戦後沖縄における「基地問題」の形成過程-沖縄教職員会の動向を中心に-」(『部落問題研究』197、2011年6月)を発表した。また、"対米関係を軸とする親米保守勢力形成史の検討"としては、「1950年代後半における土地闘争以後の保守再編について」(『沖縄法政研究』14、2012年1月)、および、「一九五〇年代沖縄における政治勢力の再検討」(『年報近現代史研究』4、2012年3月)を発表した。学会発表としては、"対米関係を軸とする親米保守勢力形成史の検討"として、近現代史研究会例会(2011年4月、名古屋大学)において、「1950年代沖縄における政治勢力の再検討」と題して口頭報告を行った。図書としては、まず、これまでの研究をまとめたうえで、単著『沖縄の復帰運動と保革対立-沖縄地域社会の変容-』(有志舎、2012年1月)を刊行した。また、"本土への系列化とそれにともなう対米関係の変化についての検討"として、共著『戦後社会運動史論(2)-高度成長期を中心に-』(広川禎秀・山田敬男編、大月書店、2012年3月)に「石川・宮森小ジェット機墜落事件に対する補償問題の展開-戦後沖縄における人権擁護運動の転機として-」を収録し刊行した。史資料収集としては、国立公文書館、外務省外交史料館、国立国会図書館、沖縄県公文書館、沖縄県立図書館、うるま市立石川歴史民俗資料館などにおいて、沖縄戦後史に関する文献・文書等の収集に努めた。特に今年度は外務省外交史料館での収集を重点的に行ったほか、宮古・八重山での調査も行った。元教員などに対する聞き取りも継続して行った。
小腸移植時における虚血再灌流による腸粘膜障害と粘膜再生についての実験的研究

消化管粘膜はいろいろな方法により、その特性、機能や障害についてさまざまな研究がなされている。我々は高速クロマトグラフィー法により、アデノシン(A)、イノシン(I)、ヒポキサンチン(HX)、キサンチン(X)と尿酸(UA)を測定することにより胃、空腸、回腸の粘膜の特性に関して検討した。【結果】胃体部粘膜におけるHXは52.5±14.4(μg/・gtissue)、Xは8.9±2.4、UAは12.3±0.9で、胃幽門部粘膜ではHXは27.0±7.0、Xは6.9±1.9、、UAは10.0±1.3だった。同様に空腸粘膜ではAは0.66±0.15、Iは116.4±35.1、HXは84.3±26.1、Xは63.2±11.0、UAは30.2±5.8で、回腸粘膜ではAは0.32±0.08、Iは39.6±14.5、HXは28.0±5.6、Xは13.2±5.5、UAは18.4±5.0だった。【考案】胃・小腸の各部位における粘膜のプリン代謝系を測定することによりその機能・病態、特にviabilityの検討を試みた。測定結果より胃体部、幽門部間の粘膜におけるプリン代謝系の有意差はみられなかった。さらに回腸の粘膜も胃の粘膜と比べても有意差はみられなかった。これに対し空腸粘膜における各プリン代謝産物は他の3箇所に比べ高濃度に粘膜内に測定された。このことより空腸粘膜は他の3箇所に比べ細胞周期が短く、mitosisが活発であるためと思われる。McCord等による仮説では、低酸素状態でのプリン代謝系におけるXantine oxidase(XO)の触媒作用により発生するfreeradicals(FR)が組織障害の引き金になるという。つまりより活発なプリン代謝系をもつ空腸ではFRの発生が盛んとなり低酸素状態に弱いことが示唆される。虚血再灌流に対する抵抗力は組織内プリン代謝動態が関与しうると思われる。今年度にて私は本研究施設より退官するため上記基礎データを用いて実際の移植時に発生すると考えられる障害についての実験的研究は後進の研究者が引き続きおこなう予定である。小腸移植を実践する上、特に粘膜障害を理解することが重要と考え、まず、胃、及び、小腸における粘膜の性状を、各種アミノ酸と、プリン代謝を測定した。胃は、胃低部、幽門部にわけ、小腸は、空腸と回腸側sampdlirdgした。特に小腸におけるプリン代謝糸では、イノシン、アデノシン、ピホキサンチン、キサンチン、尿酸等を測定したが、空腸の方が、回腸より、各種プリンが、高濃度、粘膜内に含まれていることがわかった。これは恐らく、空回腸のそれぞれの、機能的、vailoiling上の、特殊性を意味するものと思われる。この点は今後の検討を要するものである。上記の正常粘膜の検討に加え、実際のラットにおける小腸移植における、手段上の研究も行った。特に血管吻合に関し検討中である。

消化管粘膜はいろいろな方法により、その特性、機能や障害についてさまざまな研究がなされている。我々は高速クロマトグラフィー法により、アデノシン(A)、イノシン(I)、ヒポキサンチン(HX)、キサンチン(X)と尿酸(UA)を測定することにより胃、空腸、回腸の粘膜の特性に関して検討した。【結果】胃体部粘膜におけるHXは52.5±14.4(mug/・gtissue)、Xは8.9±2.4、UAは12.3±0.9で、胃幽門部粘膜ではHXは27.0±7.0、Xは6.9±1.9、UAは10.0±1.3だった。同様に空腸粘膜ではAは0.66±0.15、Iは116.4±35.1、HXは84.3±26.1、Xは63.2±11.0、UAは30.2±5.8で、回腸粘膜ではAは0.32±0.08、Iは39.6±14.5、HXは28.0±5.6、Xは13.2±5.5、UAは18.4±5.0だった。【考察】胃・小腸の各部位における粘膜のプリン代謝系を測定することによりその機能・病態、特にviabilityの検討を試みた。測定結果より胃体部、幽門部間の粘膜におけるプリン代謝系の有意差はみられなかった。さらに回腸の粘膜も胃の粘膜と比べても有意差はみられなかった。これに対し空腸粘膜における各プリン代謝産物は他の3箇所に比べ高濃度に粘膜内に測定された。このことより空腸粘膜は他の3箇所に比べ細胞周期が短く、mitosisが活発であるためと思われる。McCord等による仮説では、低酸素状態でのプリン代謝系におけるXantine oxidase(XO)の触媒作用により発生するfreeradicals(FR)が組織障害の引き金になるという。つまりより活発なプリン代謝系をもつ空腸ではFRの発生が盛んとなり低酸素状態に弱いことが示唆される。虚血再潅流に対する抵抗力は組織内プリン代謝動態が関与しうると思われる。今年度にて私は本研究施設より退官するため上記基礎データを用いて実際の移植時に発生すると考えられる障害についての実験的研究は後進の研究者が引き続きおこなう予定である。
新規な蛍光体の合成とDFT計算

視覚的に最も分かり易い、赤や青、黄色の発光を示すイリジウム錯体やルテニウム錯体の合成した。錯体の開発をマイクロ波合成法によって行い、その物性評価を、奈良女子大学理学部化学科で、紫外-可視吸収スペクトル、酸化還元電位、エレクトロスプレーイオン化飛行時間型質量分析、核磁気共鳴スペクトル測定等行った。京都大学福井センターでは合成し〓錯体のDFT計算を行い、金属錯体特有の発光原因を明らかにした。同時に大阪大学大学院工学研究科では錯体のX線構造解析を行った。光化学討論会では、DFT計算と発光エネルギーによるポリピリジン配位子を含むルテニウム(II)錯体の励起三重項状態の研究という題で口頭発表、結晶学会ではポリピリジン配位子を含むルテニウム(II)錯体のX線結晶構造解析とDFT計算という題でポスター発表を行った。また、英語論文を作成し、Canadian Chemical Transactions Year 2014|Volume2|Issue2|Page 134-148 web online発表した。
心臓血管外科手術中に発症する多臓器障害に対する一酸化炭素による臓器保護法の開発

近年COは重要な細胞内伝達因子と考えられ、細胞内cGMPを増加させ血管内皮の虚血再潅流障害を軽減すると知られている。この効果をCO吸入したラット同種肺移植モデルで検討した。0.1%のCOを12時間吸入したドナーラットから摘出後6時間の低温保存を行った移植肺は非吸入群の摘出保存肺に比し有意に良好なガス交換能を維持(PaO2=300±50mmHg vs 120±50mmHg, p<0.05)、肺血管抵抗は1/8に低下、肺血流も増加、良好な肺循環を維持できた。結果CO吸入移植肺は非吸入群に比し生存率は高かった(100%vs25%,p<0.05)。同様の実験をドナーラットに対するCOの吸入時間・濃度を変化させ行い、結果0.1%以上のCOを吸入したドナーラットでは50%が吸入中に死亡。吸入濃度を低下させると容量依存性に移植肺の生存率は低下。また吸入時間を12時間以上に延長するとドナーラットの50%が吸入中に死亡。吸入時間を低下させると時間依存性に移植肺の生存率は低下した。このCOの虚血再潅流肺保護に対するCOのメカニズムを分析するために細胞内cGMP濃度の他にサイトカイン、ストレスタンパクの解析を行い、CO吸入群でドナー肺のHO-1,HSP70、cGMPの増加を認めた。以上よりCOの肺保護作用にはcGMPに加えストレスタンパクの関与が考えられた。そこでこのCO効果を我々が行ってきたラット心臓にて検討した。CO吸入のドナー心への影響を検討するに先立ち、LPSによって産生されるIL-8・TNF-αのサイトカイン、LPSによる急性肺障害を抑制するJTE-607を用いて検討した。COの移植肺における有用性が証明され、さらにストレスタンパクの関与が示唆された。一方で肺に有用なメカニズムも、心臓の虚血再灌流障害にも有用であり、これらの関連性が証明された。心臓血管外科領域における、長時間の人工心肺に伴う術後心機能障害、呼吸不全、脳障害に対して、新たな臓器保護因子としてのCOの臨床応用を目標に、COの抗ストレス作用のメカニズム解明と、安全性の確立を目的とした。まず初めに、肺の虚血再灌流障害モデルにおけるCOの肺保護作用の検討として、0.1%のCOをドナーラットに吸入させた群と非吸入群に分け肺を摘出、6時間の低温保存を行った後同種ラットに左片肺移植を行い、移植後レシピエントの健常肺(右肺)を根部で結紮し移植肺のみで呼吸を行うように設定した。このモデルにおいて、移植肺の呼吸機能つき検討したところ、CO投与群において、非投与群と比較し、右肺結紮後の血液ガス分析におけるpHの有意な上昇、およびpO_2の有意な上昇を認めた。また、レシピエントの生存率についても検討したところ、CO投与群において、非投与群と比較して有意に高値を示した。また、CO投与における呼吸機能改善のメカニズムについて、Western BlottingあるいはRT-PCRにて検討を行ったところ、MAPkinaseに関与する各経路のうちで、p38 MAPKの経路を特異的に抑制することが判明した。このことから、虚血再灌流によって誘発される炎症反応をブロックすることで、呼吸機能障害を抑制することが考えられた。

今後は、さらに詳細なメカニズムを検討すべく、インターロイキンやTNFなどの炎症系物質やTissue FactorやPAI-1などの凝固系因子を解析し、好中球集積や血栓形成を免疫組織学的に測定していく予定である。さらに、心臓や脳、脊髄における臓器保護効果についても検討していく予定である。近年COは重要な細胞内伝達因子と考えられ、細胞内cGMPを増加させ血管内皮の虚血再潅流障害を軽減すると知られている。この効果をCO吸入したラット同種肺移植モデルで検討した。0.1%のCOを12時間吸入したドナーラットから摘出後6時間の低温保存を行った移植肺は非吸入群の摘出保存肺に比し有意に良好なガス交換能を維持(PaO2=300±50mmHg vs 120±50mmHg, p<0.05)、肺血管抵抗は1/8に低下、肺血流も増加、良好な肺循環を維持できた。結果CO吸入移植肺は非吸入群に比し生存率は高かった(100%vs25%,p<0.05)。同様の実験をドナーラットに対するCOの吸入時間・濃度を変化させ行い、結果0.1%以上のCOを吸入したドナーラットでは50%が吸入中に死亡。吸入濃度を低下させると容量依存性に移植肺の生存率は低下。また吸入時間を12時間以上に延長するとドナーラットの50%が吸入中に死亡。吸入時間を低下させると時間依存性に移植肺の生存率は低下した。このCOの虚血再潅流肺保護に対するCOのメカニズムを分析するために細胞内cGMP濃度の他にサイトカイン、ストレスタンパクの解析を行い、CO吸入群でドナー肺のHO-1,HSP70、cGMPの増加を認めた。以上よりCOの肺保護作用には、cGMPに加えストレスタンパクの関与が考えられた。そこでこのCO効果を我々が行ってきたラット心臓にて検討した。CO吸入のドナー心への影響を検討するに先立ち、LPSによって産生されるIL-8・TNF-αのサイトカイン、LPSによる急性肺障害を抑制するJTE-607を用いて検討した。臨床応用を考え小動物における研究と並行し大動物の実験も開始し、ラット肺での結果の如くCOは時間・濃度においても効果域と危険域が接近している事が明らかとなった。
生体関連物質表層の衝撃波化学効果

βジケトン金属錯体へのインプランテーションによる置換反応は、類似のアットアトム化学反応に比べて、いちじるしい收率増大効果と、收率飽和エネルギー増大効果を受ける。この増大には衝突カスケードによる高圧・高温パルスが作用することを前提として、数学的に説明することができた。いわば微小衝撃波作用とでも呼ぶことがふさわしいかも知れない。以上のことが前年度単年度の研究として実施され、国内はもとより、国外でも反響を呼んだ。本年度も単年度の研究であるが、昨年度の成果を補強し、さらに新しい化学物質系において基礎検討を行った。まずβジケトン錯体のインプランテーションにおいて、極低エネルギーでの置換反応について調べた。反応收率は收率増大効果がほとんど見られず、ホットアトム化学反応の收率とほぼ同程度に落着いた。1keVを超えないエネルギー領域では收率はほぼ一定(ただし極端に低い領域では0)となることが示された。この事実は10keVを超える領域でのインプランテーション反応が、エネルギーとともにいちじるしく收率増加を示すのと、まったく対照的である。これは上に述べた微小衝撃波作用を支持する重要な結果と考える。低エネルギー領域では衝突カスケードはあまり起らず、起ってもごく局限されたもので周囲に影響を及ぼさない。衝突カスケードという集団現象がなければ、化学反応收率の増大に結びつかないことを示している。生体関連物質としてβシクロデキストリン包接体についてインプランテーションの化学反応を調べ、これをホットアトム化学反応と比較した。興味深いのは、両反応收率には高エネルギーでも余り大きな差が表われなかったことである。もっともインプランテーション反応の方がホットアトム反応より若干は高い傾向は見られる。これに関連し、同し物質内で分子ロケット現象も検討した。
クロイツフェルト・ヤコブ病の発症因子と発症機序の解明

[目的]最近、クロイツフェルトヤコブ病(CJD)における脳の海綿状変性の誘導に、TNF-αの関与が示唆されてきている。本年度は、研究計画の中から、当該研究を重点的に行った。即ち、CJD患者の末梢血中のTNF-α活性と末梢リンパ球のTNF-α特異的mRNAの発現を測定すると共に、CJDを発症させたマウスの脳組織のTNF-α特異的mRNAの発現と末梢血のTNF-αの有無を調べる事により、CJD発症におけるTNF-αの関与を明らかにしようとした。[結果]1.ヒト末梢血中のTNF-αの検出:末梢血中のTNF-αは、健常人72.6pg/ml、CJD患者58.1(±16.3)、パーキンソン病患者26.2(±11.6)、アルツハイマー病患者43.8(±19.6)で、統計的に有意差はなく、病態との相関関係の有無は明らかではなかった。RT-PCR法を用いてCJDとアルツハイマー病患者の末梢血リンパ球のTNF-α特異的mRNAの発現を比較したが、対照群とCJD群との間に差は認められなかった。2.CJD感染マウスにおけるTNF-αの検出:CJD北里1株を脳内接種後、経日的に採血すると共に脳を採取した。末梢血血清中のTNF-α量は、接種マウスと対照マウスとも検出限界以下であった。同一マウスの脳組織でのTNF-α特異的mRNAの発現は、潜伏期間から発病期のどの期間ににおいても検出されなかった。[結論と考察]本研究からはCJD脳の海綿状変性発現にTNF-αが関与していることを裏付ける知見は得られなかった。最近、米国の研究者がスクレイピ-マウスを用いて潜伏期後期にTNF-α、IL-α、IL-1βのmRNAが脳組織で発現することを報告している。今後、TNF-αの産生だけではなく、matrix metalloproteinase inhibitor等を用いて、TNF-αの細胞内からの分泌抑制により海綿状変性の抑制、或いは遅延が誘導できるか否かを検討することを計画している。
老化が慢性腎臓病の発症・進展に及ぼす影響と機序の解明

p53欠損マウスおよび野生型マウスに半月体形成性糸球体腎炎を誘導することにより、腎疾患における老化関連因子p53の役割を検討した。p53欠損マウスでは腎炎の誘導による腎障害の悪化が、野生型マウスよりみられた。糸球体内における細胞増殖や細胞外基質の増加が、p53欠損マウスの腎障害の悪化に関与していた。野生型マウスに内因性p53の阻害薬を投与する実験においてもコントロール群と比較して腎障害の悪化がみられ、p53の腎保護的な役割が明らかとなった。さらに、細胞周期G1/S期に関与するサイクリン依存性キナーゼ2(CDK2)の活性化がp53欠損マウスの腎障害の悪化に関与していることが明らかとなった。6週齢および20週齢のp53欠損マウスの腎臓に違いはなく、半月体形成性糸球体腎炎(加速型馬杉腎炎)を誘導した際に生じた腎障害は同程度であった。そこで、6-8週齢のp53欠損マウスおよび野生型マウスに半月体形成性糸球体腎炎を誘導することにより、腎疾患における老化関連因子p53の役割を検討した。腎炎の誘導に伴い野生型マウスの腎臓(糸球体および尿細管・間質)において、p53蛋白の発現増加やp53の活性化を認めた。p53欠損マウスでは腎炎の誘導による腎機能や病理組織学的所見の悪化が、野生型マウスより強くみられた。糸球体内におけるメサンギウム細胞や炎症細胞の増殖・間質における細胞外基質の増加が、p53欠損マウスの腎障害の悪化に関与していた。腎炎誘導時の野生型マウスに内因性p53の阻害薬を投与する実験においてもコントロール群と比較して腎障害の悪化がみられ、p53の腎保護的な役割が明らかとなった。さらに、マウスにリン酸化酵素阻害薬を追加投与する実験を行なった結果、細胞周期G1/S期に関与するサイクリン依存性キナーゼ2(CDK2)の活性化がp53欠損マウスの腎障害の悪化に関与していることが明らかとなった。腎炎を誘導されたp53欠損マウスおよび野生型マウスにおけるアポトーシスの頻度や老化マーカーである老化細胞特異的βガラクトシダーゼの発現に差異はなかった。以上の結果から、腎障害時においてp53の発現や活性化が、特定の細胞の増殖を抑制することにより、腎恒常性を維持していることが示唆される。老化における18型コラーゲン/エンドスタチンの役割および18型コラーゲン/エンドスタチンの腎臓病の発症・進展における役割を分子生物学的に明らかにするため、慢性腎障害モデルであり老化の関与が強く疑われる糖尿病性腎症モデルを18型コラーゲン欠損マウス(KO)に誘導した。野生型C57BL/6Jマウス(WT)及びKO(16週齢、雄性)にストレプトゾトシン(STZ) 100 mg/kg/回を3回、腹腔内へ隔日投与した。実験群は、STZを投与したWT (+)・KO (+)および溶媒であるクエン酸緩衝液のみを投与したWT (-)・KO (-)の4群とした。STZ投与15週後にマウスを屠殺し、血液、尿、腎組織を採取した。WT (+)及びKO (+)の腎組織を比較したところ、KO (+)において糸球体肥大及び尿細管障害が有意に強く見られ、それに伴って尿中アルブミン排泄量が増加しており、糖尿病性腎症の増悪が認められた。一方、血糖および血圧値は、WT (+)とKO (+)の間に差が見られなかった。KO (+)において糸球体内毛細血管や傍尿細管毛細血管(PTC)密度の増大を顕著に認めた。KO(+)の循環血中には血管内皮前駆細胞も増加していた。一方、血管新生促進因子Vascular endothelial growth factor-A (VEGF-A)や抑制因子Thrombospondin-1 (TSP-1)のmRNA発現量には有意差を認めなかった。これらの結果より、KO (+)において見られた血管新生の亢進には、血管新生抑制因子エンドスタチンの欠損が関与していることが示唆された。以上の結果より、マウス糖尿病性腎症の進展において18型コラーゲン/エンドスタチンは血管新生の抑制により、腎保護効果を有する可能性が示唆された。6週令および20週令の野生型マウス(各群45匹)において、加齢に伴う変化を血清・尿・腎組織(光学・電子・蛍光顕微鏡による解析)を用いて以下の点より検討した。免疫染色法・リアルPCR法・ELISA法にて解析可能であった(1)腎機能(2)糸球体硬化を含めた糸球体変化

(3)TGF-βや細胞外基質の発現変化や間質線維化(4)基底膜肥厚の有無(5)スリット膜構成分子の異常(6)マクロファージやリンパ球の浸潤度(7)糸球体・間質領域におけるそれぞれの血管密度やVEGFの発現度(8)18型コラーゲン/エンドスタチンの発現度(9)p53およびp21の発現度(10)TNF-αなどの炎症性サイトカインの発現度は、両者において有意差は認められなかった。次に半月体形成性糸球体腎炎(加速型馬杉腎炎)・アリストロキア酸腎症・I型糖尿病性腎症のマウスモデルを6週令および20週令の野生型マウスのそれぞれに誘導した後、加齢に伴う急性および慢性腎障害の発症・進展度を両者で比較検討した。しかしながら、今回誘導したマウスモデルでは年齢変化に伴う腎障害の違いは認められなかった。アルポート症候群のモデルマウスでは、これまで報告されているように加齢に伴い腎障害の進行を認めた。6週令に比べて20週令のマウスにおいて、蛋白尿や腎機能の悪化がみられ、糸球体細胞外基質の増加に伴う糸球体硬化・糸球体基底膜の肥厚・尿細管障害・間質線維化・炎症性細胞の浸潤の増加・糸球体間質の血管密度の低下を認めた。腎疾患における間質老化の役割を検討するため、18型コラーゲン欠損マウスを用いる予定であるが、平成24年度に実験を行なうための十分な匹数を得ることができなかった。さらに、マウス腎臓からの細胞の抽出・分離・初代培養に成功しなかったため、細胞株を使用することにした。腎固有細胞や線維芽細胞株を用いたin vitroの実験系では、選択的な18型コラーゲンおよびp53遺伝子のノックダウンに成功した。今後、それらの遺伝子操作を行なった細胞株を用いて、細胞機能の解析を行なう予定である。腎臓細胞老化の機序解明のために細胞培養の実験を予定していたが、未だ結果が得られていない。その理由として、マウス腎臓より腎構成細胞の抽出・分離・初代培養を試みたが、実験に用いることができる十分な細胞数を得ることが出来なかったため。今後は、18型コラーゲン欠損マウスを用いて、老化における18型コラーゲン/エンドスタチンの役割および18型コラーゲン/エンドスタチンの腎臓病の発症・進展における役割を分子生物学的に明らかにする。急性・慢性腎障害への影響を検討するため、さまざまな腎障害を誘導する予定である。しかしながら、十分な匹数の18型コラーゲン欠損マウスを確保できない可能性があるため、慢性腎障害モデルであり老化の関与が強く疑われる糖尿病性腎症モデルの検討を優先する。さらに、老化に伴う腎障害と密接に関連した糸球体硬化や間質線維化の発症機序を糸球体上皮細胞(ポドサイト)・メサンギウム細胞・線維芽細胞の各細胞株を用いて検討する。特に、それぞれの細胞株に線維化促進因子(TGF-βなど)を添加した際の細胞増殖・アポトーシス・細胞外基質や液性因子の産生能を調べる。さらに、選択的に18型コラーゲンやp53遺伝子をノックダウンした際の細胞機能の変化を観察する。DNAマイクロアレイを用いて網羅的な遺伝子解析を行なうことにより、細胞外基質の産生をもたらす細胞内シグナル伝達経路を明らかにする予定である。今後は、p53および18型コラーゲン/エンドスタチン欠損マウスを用いて、老化におけるp53および18型コラーゲン/エンドスタチンの役割、p53および18型コラーゲン/エンドスタチンの腎臓病の発症・進展における役割を分子生物学的に検討する。p53および18型コラーゲン/エンドスタチン欠損マウスに半月体形成性糸球体腎炎(加速型馬杉腎炎)
圧力下でのローラービットの掘削挙動と振動特性に関する研究

従来より、坑井掘削時のビット振動モニタリングによるビット摩耗や地層等の坑井内の状態を評価する手法の可能性が室内実験によって示されてきた。この手法を実坑井に適用するためには,圧力下における坑井内流体のハイドロリクス、掘屑除去等の諸因子が振動発生機構へ及ぼす影響を考慮する必要がある。本研究の目的は、圧力下におけるローラービットによる岩石破壊挙動や掘削流体のハイドロリクスとビット振動との関係を実験により調べ、岩石の性質に関するパラメータを考慮したローラービットの運動モデルを検証し、ビットの振動特性を明らかにすることである。深度1,0003,000m程度の坑井を想定した温度・圧力下での室内掘削実験によるビット振動測定は、計画が大幅に遅れ、データの取得にまで至らなかった。計測・解析システムの構築はおおむね完了したため、現有のデジタルデータ解析システムに対する拡張を行い、既収集の大気圧下での掘削データに対して、以下の点に留意した解析を行った。・循環流体の流量から掘屑の除去状態を判断し、スペクトルの振幅への影響を考察する。・周波数特性の変化と各実験条件との関係を整理し、岩石の掘削機構に影響を及ぼす因子を抽出する。・ビット荷重とビットトルクとの間の位相差と掘削パラメータとの関係を調べる。さらに、実験データをもとに掘削時のビット歯先の描く軌跡である坑底パターンをシミュレーションし、ビット運動モデルによって計算される坑底パターンとの比較を行い、ローラービットの掘削機構を調べた。解析の結果から、岩石の破壊挙動や掘削流体のハイドロリクスがビットの振動特性に影響を及ぼすことが分かった。実坑井における振動モニタリングの有効性の検証には更に多くのデータの収集が必要である。
浸潤性膀胱癌の化学放射線療法耐性の克服：erbB2を標的とする新規治療戦略

ERBB2を標的として、筋層浸潤性膀胱癌における化学放射線療法に対する治療抵抗性の克服することを目標とし、以下の解析を行った。化学放射線療法を施行した筋層浸潤性膀胱癌症例の組織標本を使用し、免疫組織染色にてERBB2発現を評価し、ERBB2過剰発現は化学放射線療法に対する治療抵抗性および不良な予後と関連することを確認した。ERBB2阻害剤であるtrastuzumabおよびHSP90阻害剤であるganetespibの膀胱癌に対する治療効果および化学放射線療法の増感効果を膀胱癌細胞株および膀胱癌細胞株皮下移植マウスモデルにおいて確認した。化学放射線療法を中心とした膀胱温存療法を施行した浸潤性膀胱癌症例では、化学放射線療法に対する治療感受性が生命予後を規定する。本研究の前実験として、化学放射線療法を施行した浸潤性膀胱癌症例の診断時生検標本を用い、免疫組織染色を行い、ERBB2の過剰発現が化学放射線療法に対する治療抵抗性および不良な生命予後と関連することを報告した(Inoue M et al. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2014)。本研究では、ERBB2を標的とし、浸潤性膀胱癌の化学放射線療法に対する治療抵抗性の克服を目指して、研究を行っている。平成26年度の本研究では、1膀胱癌細胞株UMUC-3を用いて、ERBB2阻害剤であるtrastuzumabおよびHSP90阻害剤であるganetespibの治療効果を、コロニーフォーメンションアッセイおよびMTS assayにて評価し、ganetespibはtrastuzumabと比較し、より低濃度で治療効果が得られることを確認した。2膀胱癌細胞株UMUC-3を使用し、マウス皮下移植モデルを作成し、ganetespib単剤、放射線治療単独、ganetespibを併用した化学放射線療法の治療効果を評価し、ganetespibを併用した化学放射線療法により、良好な治療効果が得られることを確認した。本研究の前実験として、化学放射線療法を施行した浸潤性膀胱癌症例の診断時生検標本を用い、免疫組織染色を行い、ERBB2の過剰発現が化学放射線療法に対する治療抵抗性および不良な生命予後と関連することを報告している(Inoue M etal. Int J Radiat Oncol Biol Phys.2014)。本研究ではERBB2を標的とし、浸潤性膀胱癌の化学放射線療法に対する治療抵抗性を克服することを目指し、研究を行っている。平成26年度までに1ERBB2阻害剤であるtrastuzumabと比較し、HSP90阻害剤であるganetespibは、膀胱癌細胞株において、より低濃度で殺細胞効果が得られることを確認し、2膀胱癌細胞株マウス皮下移植モデルにおいて、ganetespib併用化学放射線療法はganetespib単独あるいは放射線治療単独と比較し、より良好な治療効果が得られることを確認した。平成27年度は、膀胱癌細胞株マウス皮下移植モデルを使用し、trastuzumab、ganetespibを併用した化学放射線療法の治療効果を比較検討することを予定していたが、動物実験センターに設置されていたX線照射装置が故障し、修理不能となったため、当初の予定どおりに実験を遂行することが不可能であった。化学放射線療法を施行した浸潤性膀胱癌症例の診断時生検標本を用い、ERBB2およびKi-67の免疫組織染色を行い、化学放射線療法に対する治療抵抗性を予測するモデルを作成し、報告した。膀胱癌細胞株マウス皮下移植モデルを使用し、trastuzumab、ganetespibを併用した化学放射線療法の治療効果を比較検討することを予定していたが、動物実験センターに設置されていたX線照射装置が故障し、修理不能となったため、当初の予定どおりに実験を遂行することが不可能であった。化学放射線療法を中心とした膀胱温存療法を施行した筋層浸潤膀胱癌症例において、化学放射線療法に対する治療感受性が生命予後を規定する。本研究の前実験として、化学放射線療法を施行した筋層浸潤膀胱癌症例の診断時生検標本を用い、免疫組織染色を行い、ERBB2の過剰発現が化学放射線療法に対する治療抵抗性および不良な生命予後と関連することを報告している(Inoue M etal. Int J Radiat Oncol Biol Phys.2014)。本研究ではERBB2を標的とし、筋層浸潤膀胱癌の化学放射線療法に対する治療抵抗性を克服することを目指し、研究を行った。平成27年度までに、1ERBB2阻害剤であるtrastuzumabと比較し、HSP90阻害剤であるganetespibは、膀胱癌細胞株において、より低濃度で殺細胞効果が得られることを確認し、2膀胱癌細胞株マウス皮下移植モデルにおいて、ganetespib単独あるいは放射線治療単独と比較し、ganetespib併用化学放射線療法は、良好な治療効果を得られることを確認した。平成27年度以降に、膀胱癌細胞株マウス皮下移植モデルにおける、trastuzumab、ganetespibを併用した化学放射線療法の治療効果を比較検討することを予定していたが、動物実験センターに設置されていたX線照射装置が故障し、修理不能となり、予定どおりに実験を遂行することが不可能であった。本研究と関連して、化学放射線療法を施行した筋層浸潤膀胱癌症例の診断時生検標本を用い、ERBB2およびKi-67の免疫組織染色を行い、化学放射線療法に対する治療抵抗性を予測するモデルを作成し、平成28年度に米国泌尿器科学会において報告を行った。

ERBB2を標的として、筋層浸潤性膀胱癌における化学放射線療法に対する治療抵抗性の克服することを目標とし、以下の解析を行った。化学放射線療法を施行した筋層浸潤性膀胱癌症例の組織標本を使用し、免疫組織染色にてERBB2発現を評価し、ERBB2過剰発現は化学放射線療法に対する治療抵抗性および不良な予後と関連することを確認した。ERBB2阻害剤であるtrastuzumabおよびHSP90阻害剤であるganetespibの膀胱癌に対する治療効果および化学放射線療法の増感効果を膀胱癌細胞株および膀胱癌細胞株皮下移植マウスモデルにおいて確認した。動物実験センターの改修のためX線照射装置が使用できない期間があったため、膀胱癌細胞株を用いた化学放射線療法モデルを使用した実験に遅れをきたしている。動物実験用のX線照射装置が使用できなくなったため、今後はin vitroでtrastuzumabおよびganetespibを併用した化学放射線療法の治療効果を比較検討することを予定している。泌尿器科膀胱癌細胞株マウス皮下移植モデルを使用し、trastuzumab、ganetespibを併用した化学放射線療法の治療効果を比較検討することを予定していたが、動物実験センターに設置されていたX線照射装置が故障し、修理不能となったため、当初の予定どおりに実験を遂行することが不可能であった。それに伴い実験に使用するマウスおよび消耗品にかかる費用が当初の計画よりも少ないものとなった。動物実験センターの改修のためX線照射装置が使用できない期間があったため、当初の予定よりも実験に遅れをきたしている。それに伴い、予定よりも実験に使用する消耗品にかかる費用が少ないものとなった。細胞培養容器・培地、各種アッセイキット、各種抗体などの消耗品、学会参加の旅費、論文投稿費用としての使用を予定している。実験用マウス、細胞培養容器・培地、各種アッセイキット、各種抗体などの消耗品、学会参加の旅費、論文投稿費用としての使用を予定している。
熱流束計測に基づくＸ線自由電子レーザのパルスエネルギー絶対測定

本研究では、X線自由電子レーザー(X-ray Free-Electron Laser: XFEL)のパルスエネルギーの絶対測定を目指し、熱流束測定を基にしたパルス放射計の開発を進めている。これまでXFELのパルスエネルギーの絶対値は、平均レーザーパワーから間接的に算出していた。これは、絶対測定である極低温放射計などの既存の放射計の時定数が数十秒程度とXFELの繰り返し周波数である数十Hzよりも遅いためである。そこで、本研究では熱流束計測を基にした新しい放射計であるパルス放射計を開発し、XFELのパルスエネルギーの絶対値を直接的に測定することを目指している。昨年度に行ったパルス放射計の設計、組み立て、調整の結果、動作原理の確認には成功したがSN比の改善が必要であることが明らかとなった。そこで本年度は、パルス放射計の改造を行った。具体的には、パルス放射計の検出部分である受光部の小型軽量化ならびに制御系の全面的な見直しを行った。まず、受光部の小型軽量化では、99%以上のFEL吸収率を維持できる寸法で可能な限り小型化した。さらに、受光部の主要素材を金(Au)から銅(Cu)に見直し、壁厚も可能な限り薄くした。その結果、受光部の熱容量を約5分の1まで下げ、熱的感度を向上させた。次に、制御系の見直しを行い、超高速マルチメータを軸にしたものに再構築した。また、各結線の遮蔽も強化し、耐ノイズ性を向上させた。以上の改良後、パルス放射計に内蔵させたヒーターによるセルフテストを行った。その結果、約100マイクロジュールのパルスエネルギーを計測できるだけのSN比に達していることを確認した。XFELの典型的なパルスエネルギーが100500マイクロジュールであるため、十分なSN比であることが明らかとなった。初年度(昨年度)はパルス放射計の設計、組み立て、調整を行い、SN比の向上などの様々な課題が明らかとなった。そこで、今年度はこれらの課題解決のため、パルス放射計の受光部の改造や、制御系の大幅な見直しを行った。その結果、約100マイクロジュールのパルスエネルギーを約10%の精度で測定できるSN比であることを確認した。このSN比は、国内唯一のXFEL施設であるSACLA(SPring-8 Angstrom Compact free-electron LAser)の典型的なパルスエネルギーが100マイクロジュールから500マイクロジュールに対して十分なものであると考えられる。以上のように、当初の計画通り、今年度までにパルス放射計の設計、開発ならびに動作確認までを終えることができた。そのため、ここまでは順調に進展しているものと考えられる。計画通り、パルス放射計の動作確認まで行ったので、最終年度である次年度はXFELのパルスエネルギーの実測を行う。実験はSACLAにて行う予定である。まず、次年度(2019年度)の前半(4月)のビームタイムでは、アッテネータを入れずにフルパワーのFELの測定を行い、動作の実証を行う。パルス放射計の実証では、ビームラインに常駐のオンラインモニターを使う。もしこの実証試験で課題が発見された場合は、12月に予定の後期のビームタイムまでに解決を図る。後期のビームタイムでは、アッテネータを使ったパルス放射計のリニアリティの評価や、FEL繰り返し周波数依存性などの詳細な特性評価を行う予定である。本研究では、X線自由電子レーザー(X-ray Free-Electron Laser: XFEL)用のパルス放射計を新たに開発し、XFELのパルスエネルギーの絶対測定を目指している。従来の放射計は、受光部の温度平衡状態を前提としているため、応答の時定数は数十秒程度が限界であった。この応答速度は、XFELの繰り返し周波数(60Hzなど)と比べると遅い。そのため、従来の放射計による測定はXFELのパルスエネルギーではなく、時定数で平均化されたレーザーパワーに限定されている。一方、自己増幅自発放射方式のXFELでは、パルスエネルギーのパルス毎のバラツキは原理的に不可避であるため、平均レーザーパワーではなくパルスエネルギーを直接的に絶対測定することが重要となる。そこで本研究では、放射計の受光部において温度変化よりも先行して生じる熱の流れ(熱流束)に着目し、熱流束測定に基づく高速応答(ミリ秒オーダーの時定数)のパルス放射計の開発を進めている。初年度である2017年度は、パルス放射計本体の設計および組み立てを実施した。さらに、計画を前倒ししてパルス放射計の計測系を完成させ、パルス放射計の動作の検証実験を開始した。動作検証として、パルス放射計に内蔵したヒータを用いた自己テストを行った。その結果、熱流束信号の安定性ならびにSN比が悪く、現状のパルス放射計では、XFELのパルスエネルギー測定に充分な精度ではないことが明らかとなった。この主因は、外気温の変動によるパルス放射計内部の温度変化(熱流束)であると考えている。そのため、外気温の変化を抑制する機能(真空チャンバーの温度調整機能)の追加などの改良をパルス放射計に施し、精度向上を図る予定である。当初の計画では、初年度である2017年度はパルス放射計の本体の設計ならびに組み立てであった。しかし、当初の計画を前倒ししてパルス放射計の計測系を完成させたことにより動作試験を開始することができた。動作試験の結果、現状のパルス放射計では測定精度に課題があることが明らかとなり、次年度にこの課題に対処する時間を確保することができた。