hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高速・局所移動水素と電子とのカップリングによる新発想デバイスの設計

さらに、有機系、無機系、生体系を俯瞰するカップリング機構の理解に向けて、水素ー電子カップリングの統一図を作製した。本年度は、有機系、無機系、生体系各々で、高速・局所移動水素と電子のカップリング機能を高度化、機構解明を進めた。(1)有機系では、カップリング系有機伝導体を合成し、外場として特に電場下の電気伝導性を系統的に調べた。その結果、特に重水素体で非線形伝導、および重水素の局所移動がトリガーとなるπ電子系スイッチング機能を見出し、水素と電子のカップリングにより、電場の上昇時と下降時でヒステリシスを持つことを明らかにし、学術論文にまとめた。(2)無機系では、ヒドリド伝導性を有するカップリング系酸水素化物を合成し、伝導率、輸率、結晶構造およびこれらの相関を調べ、ヒドリド伝導機構を明らかにすることに成功した。(3)生体材料系では、カップリングシステムの調製と、ヒドロゲナーゼによるプロトン・電子輸送および酵素反応の解明を行い、カップリング機構を明らかにした。さらに、有機系、無機系、生体系における水素ー電子カップリングによる機能発現を俯瞰し、水素と電子のカップリング統一相図を作製することができた。今後やステージIIとして、各物質系で、水素ー電子カップリング機能を強化し、それらを複合化したデバイス開発に領域内連携を駆使して取り組む。(1)有機系では、A03公募グループ、A04班との共同研究で、自己集積型2重膜におけるプロトンスイッチング機能開発を推進する。(2)無機系では、。開発したヒドリド伝導体とヒドリド・電子混合伝導体を積層し、A02・A04班と共同でヒドリド化学反応デバイスを作製を目指す。(3)生体系では、ヒドロゲナーゼにおいて、ラマン分光を用いた酵素活性測定をA05-1と共同で行う予定である。さらに、観測された現象を水素ー電子カップリングの観点から物質系を越えて整理し、学理構築に向けた統一的な評価基準を確立することを目指す。
石器属性の数量化

石器の持つ属性は、要素が少ないと考えられる石器においてもっともはっきりとした形で認識できるはずである。昨年度奨励研究で弥生時代の打製石器のうち、細部調整のある剥片について細部調整を属性に分解して検討した。本年細部調整のない、いわゆる剥片について、理念的にとられられる属性と、実際の分析過程において計測される部分との関連性について検討した。いかなる資料を分析するにあたっても、対象の出自があきらかでなくてはならない。本年は一括資料として弥生時代の土壙出土剥片を分性することができた。大阪府八尾市田井中遺跡の資料は大型であるがため、小型の剥片では顕在化しない、計測部位の選択の問題が重要となることがわかった。一般に計測される剥離方向長はその定義から、計測部位を決定するのがむつかしい属性である。長さは分析対象としてよくとられることと、多属性による分析でも属性群としての長さが全体を量的に規制することが多く、計測値の主成分分析の解釈にまで強く影響することが確認された。当該資料についてさらに多方面からの属性値の選択を検討中である。
無機化合物からの微弱ルミネッセンスの分析化学への新展開

赤色ルミネッセンス(TL)の原因解明や鉱物や岩石薄片からの放射線誘起各種ルミネッセンスの2次元画像観察およびルミネッセンス年代測定法や履歴温度推定などルミネッセンス現象の地球・考古学への応用に大きな成果をあげることが出来た。赤色TL原因の追究に当たって、人工照射したマダガスカル産水晶や奈留島産日本式双晶薄片を加熱して得られる青色TL (BTL)パターンの濃淡が確認できた。これらは水晶生成時の熱水の状態を反映しており、水晶中に取り込まれた微量な不純物により影響されていることをX-線マイクロアナライザーと中性子放射化分析により調べた。その結果、Al不純物とBTLが負の相関を示していた。一方、赤外線吸収スペクトルの測定の結果、3300^3500cm^4付近の水酸基由来の吸収とBLT強度に負の相関を見出した。900°C以上での加熱に伴うBTLからRTLへの変化部位はAlと-OH濃度の高い部位であり、熱処理の結果Alと関連した-OH基が水として石英から脱離しその部位がRTLセンターとして作用することが分かった。実際に、液体窒素温度下でγ-線照射した水晶粉砕試料のESRスペクトルからH原子の吸収スペクトルが検出されており、BTLの弱い部分がH原子吸収が強い事を見出した。二次元ルミネッセンス画像としても我々は先端を走っており、赤外レザー光照射しながら走査させ可視光領域のルミネッセンスを連続的に検出することにより、花崗岩薄片の長石部位から初めて二次元光励起ルミネッセンスパターンを公表出来た。また旧石器と関連した高森遺跡の火山灰層Tm-1に40^50万年にも遡るRTL年代値を評価し、窯跡遺跡の使用温度の推定法を開発した。(1)天然鉱物試料や岩石薄片試料を作成し、X線等の照射に伴う、ラジオルミネッセンス、照射終了後の燐光であるアフタ-グロー、照射試料の加熱や光照射に伴う熱ルミネッセンスや光励起ルミネッセンスの観察を、二次元的にカラー写真観察で行い、コンピューターを使用してカラー画像解析し、相互に比較した。その結果、長石部位から何れも強いルミネッセンスが観察され、地球化学的条件により発光色を青色、黄色、赤色と多彩に変化することを見いだした。これは、断層活動に伴う岩体の加圧や加熱による変性によりルミネッセンス特性が変化することを初めて観察したことになり、これらルミネッセンスカラー画像の結果を英文としてまとめた論文はただちに受理され印刷中である。(2)天然水晶より切り出した石英薄片につき、放射線照射由来の着色カラーセンター画像や各種ルミネッセンスカラー画像を、熱処理の有無をも加味して相互比較した。その結果、加熱処理なしの試料では、熱ルミネッセンスは全て青色のみの帯状の縞を形成しており、水晶生成時の結晶化条件に明らかな差異が見いだされた。熱ルミネッセンス観察前のカラーセンター着色からは、熱ルミネッセンスパターンと一致した挙動を示しており、青色熱ルミネッセンスが強い部位は必ず黒色あるいは褐色のカラーセンター着色を示した。一方、これらの結果と不純物アルミニウム濃度分布とは逆相関を有する予想外の興味深い関係が見いだされ、この機構について考察中である。岩石薄片からの放射線作用由来の各種ルミネッセンスのカラー画像化に世界で最初に成功し、照射中、照射直後、照射試料の加熱や光照射による3群について、ルミネッセンス現象を観測し相互に比較検討するとともに、光励起ルミネッセンス観察に有用な事を見出し欧文として報告した。

また、マダガスカル産水晶薄片に放射線を人工的に照射し、アフタ-グローが完全に消えたのを確認した後、ヒーター上で加熱して得られる熱ルミネッセンス(TL)青色TL(BTL)パターンの濃淡が水晶生成時の熱水の状態を反映しており、水晶中に取り込まれた微量な不純物により影響されていることをX-線マイクロアナライザーと中性子放射化分析により確認できた。Al不純物とBTLが負の相関を示しており、一方、電子スピン共鳴吸収(ESR)スペクトルでのAlセンター強度とBTLが正の相関を示すことから、不純物としてAl以外のものの寄与が考えられた。そこで赤外線吸収スペクトルの測定の結果、33003500cm-1付近の水酸基由来の吸収とBTL強度に負の相関を見出した。ついで、液体窒素温度下で水晶粉砕試料をg-線照射しそのままESRスペクトル測定したところ、H原子の吸収スペクトルがAlセンターとともに検出されており、BTLの弱い部分がH原子吸収が強い事を見出した。さらに、液体窒素温度照射試料を一旦室温にまで上昇させ、再び液体窒素温度にてESR測定したところ、H原子の吸収は全く見られなくなり、Alセンターも著しく減少していた。これらの結果から、Al不純物多寡に比例した水酸基が水晶中に存在しており、放射線作用によって生成したHラジカルがAlセンターを減少させるため、Al濃度に逆比例したBTLやカラーセンターを示すと矛盾なく解釈できた。このBTLの線量応答性もAl濃度と密接に関連しており、Al濃度の高い部位ほど線量応答性が低くなっており、先の考察との整合した結果を与えることが分かった。我々が世界に先駆けて見出した赤色ルミネッセンス(TL)の原因解明や鉱物や岩石薄片からの放射線誘起各種ルミネッセンスの2次元画像観察およびルミネッセンス年代測定法や履歴温度推定などルミネッセンス現象の地球・考古学への応用に大きな成果をあげることが出来た。赤色TL原因の追究に当たって、人工照射したマダガスカル産水晶や奈留島産日本式双晶薄片を加熱して得られる青色TL(BTL)パターンの濃淡が確認できた。これらは水晶生成時の熱水の状態を反映しており、水晶中に取り込まれた微量な不純物により影響されていることをX-線マイクロアナライザーと中性子放射化分析により調べた。その結果、Al不純物とBTLが負の相関を示していた。一方、赤外線吸収スペクトルの測定の結果、3300^3500cm^<-1>付近の水酸基由来の吸収とBTL強度に負の相関を見出した。900°C以上での加熱に伴うBTLからRTLへの変化部位はAlと-OH濃度の高い部位であり、熱処理の結果Alと関連した-OH基が水として石英から脱離しその部位がRTLセンターとして作用することが分かった。実際に、液体窒素温度下でγ-線照射した水晶粉砕試料のESRスペクトルからH原子の吸収スペクトルが検出されており、BTLの弱い部分がH原子吸収が強い事を見出した。二次元ルミネッセンス画像としても我々は先端を走っており、赤外レザー光照射しながら走査させ可視光領域のルミネッセンスを連続的に検出することにより、花崗岩薄片の長石部位から初めて二次元光励起ルミネッセンスパターンを公表出来た。ルミネッセンス現象の応用として、旧石器と関連した高森遺跡の火山灰層Tm-1に40^50万年にも遡る年代値を評価できた。
翻訳チャットを介する国際交流が偏見低減に及ぼす効果

研究1では、翻訳チャット利用者のスキルやリテラシーを向上させるためのトレーニングを開発した。研究2では、開発したトレーニングの効果を検討するために、日本人・韓国人女子大学生を対象に、翻訳チャットによる国際交流を実施した。その結果、「翻訳チャットでの会話がスムーズである」、「言葉の通じない相手とも意思疎通できる」という評価が、トレーニングを受講していない統制群よりも、トレーニング受講群で有意に高かった。また、トレーニング受講群では、交流前と比べ、交流後に、交流相手国出身の留学生に対する接近傾向が有意に高まったが、統制群ではこのような変化が見られなかった。対面の場合よりも自己開示が促進されるなどの利点を持つチャットを国際交流に用いることは偏見低減効果が期待される。交流の際、大きな障壁となる言語の問題は、自動翻訳機能を持つチャットシステム(以下、翻沢チャット)を用いることで解決できる可能性がある。そこで、本研究では、翻訳チャットを介した国際交流が偏見低減に及ぼす効果を検討することを目的とした。しかし、翻訳チャットでの交流では、誤訳や、入力時のタイムラグへの許容の文化差など、交流に齟齬を生じさせる要因の発生が想定され、それが活用効果を損なうことが懸念される。そこで、研究1として、予備調査の結果を基づき、翻訳チャットに対する利用者のスキルやリテラシーを向上させるためのトレーニングを開発した。トレーニングは、誤訳を防ぐ入力や、会話のターンを円滑に交代する方法などについて一人で学習できる教材に加え、誤訳が起きた時に、相手にどのように聞き直したらコミュニケーションが円滑に進むのか、実際に自分で返答を練習するものとなっていた。研究2では日本人・韓国人女子大学生を対象とし、翻訳チャットによる国際交流の偏見低減効果を検討する実験を行った。その際、両国参加者を、研究1で開発したトレーニングを受講後に交流に参加する群(トレーニング受講群)と、トレーニングを受けずに交流参加する群(統制群)のどちらかに無作為に振り分けた。その結果、翻訳チャットでの会話のスムーズさに関する評価、言葉の通じない相手とも翻訳チャットを介して意思疎通が可能だとする評価が、統制群よりもトレーニング受講群の方が有意に高かった。さらに交流相手国民に対する態度をいくつかの指標を用いて検討した。その結果、交流前後で、統制群と比べ、トレーニング受講群で、交流相手国出身の留学生に対する接近傾向が有意に高まることが示された。以上の結果から、トレーニング心事前受講が翻訳チャットでのコミュニケーションを円滑にし、交流効果をより高めうることが示唆された。
成長期における骨吸収抑制薬の作用機序の解明

骨吸収抑制薬は骨密度を上昇させる作用をもつ。近年、この薬剤は小児の骨系統疾患である骨形成不全症やステロイド性骨粗鬆症の治療にも使用され始めている。しかし成長過程の小児に対する骨吸収抑制薬の影響について、詳細は不明である。本研究では、破骨細胞分化を阻害する抗RANKL抗体と破骨細胞の骨吸収機能を阻害するビスホスホネートを用いて、骨吸収抑制薬がマウスの成長(身長・体重)や硬組織(骨・歯)に及ぼす影響を解析することを目的とする。成長における疾患発症時期が異なるため、治療時期特異的なモデルマウスを作成し、治療開始から成長後の影響を解明することにより患者のQOLを向上する一助となると期待できる。骨吸収抑制薬は破骨細胞形成や骨吸収機能を抑制し、骨密度を上昇させる作用をもつ。現在短期治療モデルマウスの作成している。成長発達の特定の時期に骨系統疾患を発症し、骨吸収抑制薬の投与により小児期のうちに治癒・投薬を終了したケースの、成長後のQOLを解析するためのモデルである。時期特異的な破骨細胞抑制が成長後に及ぼす影響を解析できる。骨吸収抑制薬を種々の時期に短期に投与後、通常条件下で飼育して生体となった8週齢時に解析する。そのモデルマウスを使用して、成長解析、骨形態計測、歯および頭蓋骨の解析を行っている。成長解析は成長の指標として毎週体長・体重を計測する。骨形態計測は大腿骨・脛骨を採取し、&micro;CTを使用して、骨密度や骨幅、骨長などの計測を行い、骨量への影響について解析を行う。歯および頭蓋骨の解析は頭蓋骨を採取し、&micro;CTを使用して歯冠長、歯根長などの計測を行い、歯の萌出や歯槽骨骨量への影響について解析を行う。また、&micro;CTを使用して頭長や縫合、鼻軟骨への影響について解析を行う。今後組織標本、細胞のポピュレーション解析、遺伝子・タンパク解析を行っていく予定であり、長期モデルマウスも作成中である。今後組織標本、細胞のポピュレーション解析、遺伝子・タンパク解析を行っていく予定であり、長期モデルマウスも作成中であるが、同時に成長解析、骨形態計測、歯および頭蓋骨の解析を行っているためおおむね順調に進展していると考える。現在長期治療モデルマウスの作成中である。出生直後に骨系統疾患を発症し、成体に至るまで投与を継続したケースの、成長後のQOLを解析するためのモデルである。骨吸収抑制薬を出生直後から週に1回ずつ継続して皮下投与を行い、8週目に解析を行う。長期治療モデルマウスは成長解析、骨形態計測、歯および頭蓋骨の解析を行う。短期治療モデルマウス、長期治療モデルマウスともに、組織標本、細胞のポピュレーション解析、遺伝子・タンパク解析を行っていく予定である。また、日本小児科学会や歯科基礎医学会の研究関連学会で成果発表を行い、成果を論文として国際誌に投稿する。

近年、この薬剤は小児の骨系統疾患である骨形成不全症やステロイド性骨粗鬆症の治療にも使用され始めている。しかし成長過程の小児に対する骨吸収抑制薬の影響について、詳細は不明である。本研究では、破骨細胞分化を阻害する抗RANKL抗体と破骨細胞の骨吸収機能を阻害するビスホスホネートを用いて、骨吸収抑制薬がマウスの成長(身長・体重)や硬組織(骨・歯)に及ぼす影響を解析することを目的とする。成長における疾患発症時期が異なるため、治療時期特異的なモデルマウスを作成し、治療開始から成長後の影響を解明することにより患者のQOLを向上する一助となると期待できる。現在短期治療モデルマウスの作成している。成長発達の特定の時期に骨系統疾患を発症し、骨吸収抑制薬の投与により小児期のうちに治癒・投薬を終了したケースの、成長後のQOLを解析するためのモデルである。時期特異的な破骨細胞抑制が成長後に及ぼす影響を解析できる。骨吸収抑制薬を種々の時期に短期に投与後、通常条件下で飼育して生体となった8週齢時に解析する。そのモデルマウスを使用して、成長解析、骨形態計測、歯および頭蓋骨の解析を行っている。成長解析は成長の指標として毎週体長・体重を計測する。骨形態計測は大腿骨・脛骨を採取し、&micro;CTを使用して、骨密度や骨幅、骨長などの計測を行い、骨量への影響について解析を行う。歯および頭蓋骨の解析は頭蓋骨を採取し、&micro;CTを使用して歯冠長、歯根長などの計測を行い、歯の萌出や歯槽骨骨量への影響について解析を行う。また、&micro;CTを使用して頭長や縫合、鼻軟骨への影響について解析を行う。今後組織標本、細胞のポピュレーション解析、遺伝子・タンパク解析を行っていく予定であり、長期モデルマウスも作成中である。今後組織標本、細胞のポピュレーション解析、遺伝子・タンパク解析を行っていく予定であり、長期モデルマウスも作成中であるが、同時に成長解析、骨形態計測、歯および頭蓋骨の解析を行っているためおおむね順調に進展していると考える。現在長期治療モデルマウスの作成中である。出生直後に骨系統疾患を発症し、成体に至るまで投与を継続したケースの、成長後のQOLを解析するためのモデルである。骨吸収抑制薬を出生直後から週に1回ずつ継続して皮下投与を行い、8週目に解析を行う。
ファミリー131に属する機能未知酵素がバイオマス分解に果たす役割の解明

本研究は、糖質加水分解酵素ファミリー131に属する担子菌Coprinopsis cinerea由来の機能未知酵素であるCcGH131AおよびCcGH131Bの、構造と性質の解明を目的とする。CcGH131Aの酵母を用いた発現系を構築し、またCcGH131A触媒ドメインとリガンドとの複合体の立体構造解析を行った。CcGH131BについてはcDNAを取得し大腸菌による発現系を構築した。さらに結晶化を行い、立体構造を決定することができた。蛍光光度計により、多糖との相互作用の解析を行った。これらの結果、糖に対する特異性はCcGH131AとCcGH131Bで異なることが示唆された。本研究では、バイオマス分解に関わる機能未知タンパク質糖質分解酵素ファミリー131(以下GH131)および関連酵素の構造と機能の解析を目的とする。担子菌Coprinopsiscinereaには、2つのGH131に属するタンパク質、CcGH131A、CcGH131Bが存在する。これまでに、CcGH131A触媒ドメインの立体構造を決定しており、平成26年度は以下の研究を行った。1 CcGH131A全長およびCcGH131Bの遺伝子の取得と大腸菌における発現系の構築:それぞれのcDNAをC. cinereaより取得した。両タンパク質とも大腸菌の発現プラスミドを構築し、得られた組み換えタンパク質はCcGH131A全長およびCcGH131Bともにアフィニティークロマトグラフィーによって精製し結晶を得た。また関連する糖質分解酵素についても同様の手法で結晶を作製し、立体構造を解析した。2蛍光光度計によるCcGH131A-ΔCBMおよびCcGH131A全長と多糖との相互作用の解析:励起280 nm、蛍光330 nmの条件で、カルボキシメチルセルロースおよびキシランの溶液を滴定することにより蛍光光度の変化を測定した。その結果、カルボキシメチルセルロースに対しキシランの方が同じ濃度で5倍程度蛍光光度を変化させることが判明した。3市販セルラーゼ製剤との協調効果の検証:CcGH131A-ΔCBMおよびCcGH131A全長存在下で市販セルラーゼ製剤をいくつかの多糖に作用させたが、顕著な効果は見られなかった。本研究は、担子菌Coprinopsis cinerea由来の糖質分解酵素ファミリー131に属する機能未知酵素であるCcGH131AおよびCcGH131B、および関連タンパク質の構造と性質の解析を行うことを目的とする。平成27年度は以下の研究を行った。1)酵母におけるCcGH131A全長の発現系構築および立体構造解析:酵母Pichia pastorisを宿主として糖結合モジュールを含んだCcGH131A全長の発現系を構築した。本タンパク質の結晶化を行い、立体構造を決定した。しかしながら、結晶中において糖結合モジュールに相当している部分が欠失していることが判明した。また、糖鎖は29番目のアスパラギン残基に結合しており、触媒部位と考えられるクレフトとは反対側に位置していることが分かった。2) CcGH131A触媒ドメインとリガンドとの結晶構造解析の試み:大腸菌で発現させたCcGH131A触媒ドメインの結晶化を行い、さまざまな糖を含んだ溶液に結晶をソーキングさせ、X線回折強度データを行った。その結果低分解能ではあるものの、キシロースを含んだ溶液へのソーキングにおいて、41番目のトリプトファン残基にキシロースと考えられる電子密度が存在することが分かった。3) CcGH131Bおよび関連タンパク質の結晶化と立体構造解析:CcGH131Bの結晶化を行い、X線回折強度データを収集することができた。さらに、立体構造を決定することに成功した。また、前年度に引き続き、関連する糖質分解酵素の立体構造の決定を行った。4)蛍光光度計によるCcGH131Bと多糖との相互作用の解析:励起280 nm、蛍光330 nmの条件で、多糖を滴定することにより蛍光強度の変化を測定した。その結果、CcGH131Aと同様、キシランに対して大きな蛍光強度の変化を示すことが分かった。平成26年度は、大腸菌の発現系については、CcGH131A全長およびCcGH131Bについて構築に成功し結晶が得られ、また、関連する糖質分解酵素の立体構造を決定した。本研究は挑戦的萌芽研究の名のとおり、特にタンパク質の機能探索については難しい。

協調効果の検証では顕著な効果は確認できなかったが、蛍光光度計による測定では、CcGH131Aはセルロースよりはむしろキシランに対して特異性がある傾向が示された。GH131で唯一性質が報告されているPodospora anserina由来タンパク質PaGluc131Aは、β-グルカンを分解することが示されており、今回の研究において、CcGH131AはPaGluc131Aとは異なる特異性を持つことが明らかになった。このように、機能探索でもある程度の成果は得られており、学会発表には至らなかったものの、研究の進行自体はおおむね順調であるため、標記の評価とした。酵素化学1) CcGH131A全長およびCcGH131Bの立体構造解析:これらは平成26年度の研究で結晶が得られていることから、X線回折データを収集して立体構造を決定することにより、機能推定の手掛かりとする。また、関連する糖質分解酵素についても、同様に、構造機能相関の研究を進める。2)酵母での発現系の構築:GH131タンパク質で唯一性質の報告されているPaGluc131Aは、酵母Pichia pastorisで全長を発現させたタンパク質のみ、β-グルカン分解活性が検出されたと報告されている。このことから、CcGH131AおよびCcGH131Bにおいても同様に酵母での発現系を構築し、性質を調べることにより、これらのタンパク質の機能を明らかにする。平成26年度は、発現系の構築は順調であったものの、協調効果の検証では顕著な効果は確認できなかったなど機能の探索においては学会発表を行うだけのまとまった結果とはならなかったため、学会発表を行っていない。このため、旅費に関する経費がなく次年度使用額が生じている。平成27年度においては、タンパク質の構造と機能に関する研究結果をあわせて学会発表を行う予定であり、未使用額は学会発表経費に充てることとする。
iPS細胞を用いた3次元的歯根膜作製法の確立と人工歯根開発への応用

ヒト皮膚由来iPS細胞を神経堤細胞様細胞へ分化誘導した細胞(iPS-NC細胞)を、ヒト初代歯根膜細胞(HPDLC)が分泌した細胞外基質上で培養した細胞(iPS-NC-PDL細胞)が、歯根膜幹細胞様細胞であることをより明らかにするために、骨芽細胞、脂肪細胞への分化能および間葉系細胞の表面抗原の発現、そして歯根膜細胞関連因子(Collagen 1, Osteoprotegerin, Periostin)の発現について比較検討した。その結果、iPS-NC-PDL細胞が、これらの幹細胞の特性と同時に歯根膜の特性も獲得していることを確認した。またiPS-NC細胞と発現因子が異なる特性を有することに関してもNestinおよびp75NTRの発現によって明確にした。つぎに、iPS-NC細胞からiPS-NC-PDL細胞への分化誘導に重要なHPDLC由来の細胞外基質について明らかにするために、cDNAマイクロアレイ法およびCAGE法を用いて、対照として皮膚線維芽細胞のそれと比較し、発現基質を解析した。その結果、幾つかの因子が候補因子として選別された。それぞれの遺伝子発現を抑制した結果、iPS-NC-PDL細胞への分化を抑制する因子を検出することができた。現在、それぞれの因子単味による誘導能について解析を進めている。歯根膜様チューブ形成については、予備実験として当分野で保有している不死化歯根膜幹細胞様細胞株を用いてスフェロイド形成を行い、3Dバイオプリンターを用いて作製した。チューブ内部にハイドロキシアパタイトの軸を挿入し培養した結果、界面で歯根膜細胞関連因子の1つであるPeriostinの発現が促進することが明らかになった。今後、セメント質関連因子の発現について検討を加え、iPS-NC-PDL細胞からチューブ形成を進めて行く。iPS-NC-PDL細胞の分化を誘導するHPDLCの細胞外基質の同定についてやや遅れている。候補因子は検出されたが、単独での誘導能が顕著ではないため、他の候補のスクリーニングが必要である。しかしながら、歯根膜様チューブ形成に関しては、概ね予定通りに進行しており、iPS-NC-PDL細胞のスフェロイドを用いた実験への移行の準備に入っている。これまでのところ、iPS-NC-PDL細胞を誘導する候補因子のピックアップに成功しており、今年度は、その因子の絞り込みを進める計画である。そして、同定された因子(X)を使って、ゼノフリーでのiPS-NC-PDL細胞誘導培養を推進する。さらにこの因子Xのレセプターを、標識タンパクベクター作製とこれを使った免疫沈降によって同定し、それから流れるシグナルについては、Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG)パスウェイ解析法を用いた網羅的解析へ移行する。また、iPS-NC-PDL細胞の生体内での歯根膜形成能を解析を行うため、免疫不全マウスの背部皮下に足場材と共に移植し、骨、セメント質そして歯根膜形成について組織学的に評価する。3Dバイオプリンターを用いて、iPS-NC-PDL細胞による歯根膜様チューブ形成に着手し、人工歯根膜としての機能性を解析する。さらにハイドロキシアパタイトからなるHAP-Rootを作製し、これを人工歯根として、この歯根膜様チューブに挿入し、実際の歯根膜の特徴と比較解析を行う。特にHAP-Root周囲におけるセメント質様形成および歯根膜様組織形成について組織学的に検討する。以上より得られた結果は、学会および論文発表を行う予定である。

しかしながら、歯根膜様チューブ形成に関しては、概ね予定通りに進行しており、iPS-NC-PDL細胞のスフェロイドを用いた実験への移行の準備に入っている。これまでのところ、iPS-NC-PDL細胞を誘導する候補因子のピックアップに成功しており、今年度は、その因子の絞り込みを進める計画である。そして、同定された因子(X)を使って、ゼノフリーでのiPS-NC-PDL細胞誘導培養を推進する。さらにこの因子Xのレセプターを、標識タンパクベクター作製とこれを使った免疫沈降によって同定し、それから流れるシグナルについては、Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG)パスウェイ解析法を用いた網羅的解析へ移行する。また、iPS-NC-PDL細胞の生体内での歯根膜形成能を解析を行うため、免疫不全マウスの背部皮下に足場材と共に移植し、骨、セメント質そして歯根膜形成について組織学的に評価する。3Dバイオプリンターを用いて、iPS-NC-PDL細胞による歯根膜様チューブ形成に着手し、人工歯根膜としての機能性を解析する。さらにハイドロキシアパタイトからなるHAP-Rootを作製し、これを人工歯根として、この歯根膜様チューブに挿入し、実際の歯根膜の特徴と比較解析を行う。特にHAP-Root周囲におけるセメント質様形成および歯根膜様組織形成について組織学的に検討する。以上より得られた結果は、学会および論文発表を行う予定である。
炭化水素系燃料からのエクセルギー抽出

(1)プラズマ化学反応グループでは、メタン/水からのメタノール直接合成において、極細管での無声放電と極短パルス放電を組み合わせることにより収率、選択率とも従来値の5倍以上の大幅な向上を実現するとともに、沿面放電の利用においては、電極形状、誘電体材料、原料ガス成分比等の諸因子の影響から高効率化について検討した。また、希ガス添加効果や触媒併用効果による性能向上、FET電源の高周波化によるエネルギー効率改善について検討が行われた。(2)反応素過程グループでは、その場質量分析を用いた反応中間体および生成物に関する検討および活性化エネルギーを含めた非経験的分子軌道計算から、反応機構を確定するとともに、生成したCH_3OHの安定性に対する外部電場の影響を分子動力学法を用いてシミュレートし、強い電場はCH_3OHを不安定にすることを明らかにした。(3)触媒反応グループでは、メタンの部分酸化によるメタノール直接合成において、シリカ担持酸化モリブデン超微粒子を水蒸気電囲気下で加熱するとモリブド珪酸塩が生成し、これがメタンの部分酸化に大きな影響を及ぼすことを確認するとともにメソポーラスMo-HMSではMO-MCM-41に比べて細孔長が短いために二次的酸化が起こり難く、メタンからの高いホルムアルデヒド選択率を示した。(4)新プロセスグループでは、高炉・メタノール合成複合プロセスのエクセルギー消費量とメタノール合成量を検討し、ジメチルエーテル経由合成法が有望であることを示すとともに、超臨界水中でのメタン部分酸化反応では、CO/CO_2比が高くシフト反応によるH_2生成も進行し、CO,H_2からの合成反応も生じることを明らかにした。電気・化学・熱の併産では、Co添加によりLaGaO_3の酸素イオン伝導性を向上でき、これを電解質を用いることで800°Cでも吸熱過程の燃料電池を組むことが可能となった。炭化水素系燃料からの高効率なエクセルギー抽出を達成するために必要なさまざまな新しい物質変換、あるいは改質技術に関する研究が主として基礎的な立場から行われた。特殊な新しい低温プラズマ化学反応の創成と応用では、新しい電極系を用いた定常グロー放電下でのメタン改質、方形波パルス無声放電や極低温下プラズマ化学反応によるメタノール直接合成などが実際に行われ、ワンパスで32.6%もの高いメタノール生成選択率が実現するとともに、それらの反応メカニズムが検討された。新しい触媒系の開発では、多孔質アルミナ層に覆われた通電加熱ワイヤー触媒の開発、アルコキシド法によるMo/SiO_2触媒の特性評価、マイクロエマルション触媒調整法の応用、メタン部分酸化に有効な触媒の構造と機能など、今後のメタノール直接合成の高効率化につながりそうな画期的な研究成果が得られた。また、これらの改質反応に関連する反応素過程の速度論的解明や反応場でのラジカル計測についても新しい手法が提示された。さらに、超臨界水中でのメタノール合成、高炉ガスからのメタノール合成、固体電解質燃料電池による電気・熱・メタノール合成用ガスの同時生産などの興味深い新しい研究が進められ、システム評価としては、新しいエネルギーシステムに対するライフサイクルエネルギー・CO_2分析が行われた。炭化水素系燃料からの高効率なエクセルギー抽出を達成するために必要なさまざまな新しい物質変換、あるいは改質技術に関連する研究が主として基礎的な立場から行われた。特に、低質の低温熱源により水素に改質できるメタノールのメタンからの直接合成に関する研究に重点が置かれた。特殊な新しい低温プラズマ化学反応の創成と応用では、半導体電極による新しい電極系を用いた定常グローおよびスパーク放電や高電圧極短パルス放電を用いたプラズマ化学反応によるメタノール直接合成の実験的研究が行われ、電極形状や放電形態、原料ガス組成などの諸因子の影響と反応機構および電力効率について詳細な検討が行われた。

特に、メタン/酸素を原料ガスとする部分酸化によるメタノール直接合成ではなく、化学熱力学的に見てはるかに困難なメタン/水からのメタノール直接合成で平衡値より4桁以上も高い1%程度の収率が得られ、これがプラズマ化学反応のみによって実現できる特有の反応機構によるものであることが明らかにされた。新しい触媒系の開発では、メタンからメタノールやアルデヒドを合成するのに有効な触媒成分とその反応条件について研究され、ゾル・ゲル法で調整したシリカ担持酸化モリブデン触媒では80%程度の水蒸気の存在下で600°Cで反応を行うことによりメタノールとアルデヒドの収率が4%にも達した。また、非平衡低温プラズマ法によるメタンからメタノールの直接合成に関する速度論的検討により、反応条件としては反応温度460K、圧力1.2atm、混合気組成CH3:H:O=1:1:0.9が適していることが示され、メタノール直接合成の反応経路とその温度や圧力への依存性がかなり明らかになり、今後のメタノール直接合成の高効率化につなげる方向性が見えてきた。高炉への補助燃料吹き込みでは、エクセルギー消費と二酸化炭素排出の低減を促進し、Cu-ZnO-Ga2O3系触媒が高いメタノール合成活性を示した。システム評価としては、新しいエネルギーシステムに対するライフサイクルエネルギー分析が行われた。炭化水素系燃料からの高効率なエクセルギー抽出を達成するために必要なさまざまな新しい物質変換、あるいは改質技術に関連する基礎研究が前年度に引き続き行われた。特に、低質の低温熱源により水素に改質できるメタノールのメタンからの直接合成に関する研究に重点が置かれ、いくつかの注目すべき成果が出てきている。特殊な非平衡低温プラズマ化学反応の応用では、常圧流動系における沿面放電によるメタン・水からのメタノール合成が行われ、H_2Oの反応への効果や誘電体の誘電率の影響が検討された。また、高電圧極短パルス放電によるメタン・水からのメタノール合成では、新しく発見されたフィラメント状放電時にメタノールの収率が従来の均一グロー状放電の場合の3倍にも達することが示された。これらはメタン・酸素を原料ガスとする部分酸化ではなく、化学熱力学的に見てはるかに困難なメタン・水からのメタノール直接合成で平衡値より4桁以上も高い1%オーダーの収率が得られ、これがプラズマ化学反応のみによって実現できる特有の反応機構によるものであることが明らかにされた。新しい触媒系の開発は、ゾル・ゲル法により調整した酸化モリブデン超微粒子触媒上では水蒸気の共存によりメタノールの酸化が抑制されることを応用して、メタンの部分酸化によるメタノールやアルデヒドの収率として目標値の4%以上を達成した。非平衡低温プラズマによるメタンからメタノールの直接合成に関する速度論的検討では、CH_3ラジカル+OHラジカルの第一電子励起状態におけるCH_3OHの生成と、電子の衝突によるCH_4からのCH_3ラジカル生成について、分子軌道法および分子動力学法による解析が行われた。高炉への補助燃料吹き込みでは、高炉排ガスを原料として、メタノールへの転換が容易でしかも平衡論的に有利なジメチルエーテルの直接合成を試み、γ
イソシアノ酢酸誘導体の不斉付加反応を基盤とした天然神経毒アミノ酸類の全合成研究

カイニン酸は海人草から単離・構造決定され、戦後、回虫駆除薬として利用されたアミノ酸である。後に、カイニン酸が脳の特定部位を破壊しててんかん様の作用を引き起こすことが明らかになり、現在ではカイニン酸受容体サブタイプのアゴニストとして神経科学分野に広く用いられている。毒キノコの一種であるドクササコから見出されたアクロメリン酸はカイニン酸を遥かに凌ぐ興奮作用を示すことから、その供給が脳神経研究分野から切望されている。しかし、微量成分であり薬理学的詳細の調査には効率的な全合成による量的供給が必要である。そこで、カイニン酸およびアクロメリン酸の効率的供給経路の確立を目指し研究を開始した。我々は前年度までの研究において、不斉補助基としてカンファースルタムを有するイソシアノ酢酸アミドと5-オキソ-3-ヘキセン酸-tert-ブチルエステルとのMichael付加-環化反応を鍵とするカイニン酸の効率的全合成を達成した。本鍵反応は高い汎用性が期待される。そこで、ピリドンカルボン酸を電子求引基として導入したMichael受容体を合成し、アクロメリン酸Aの合成に取り組んだ。しかし、種々の条件下Michael付加-環化反応は全く進行しなかった。Michael付加-環化反応によるアクロメリン酸の合成は困難であると考え、3-プロモ-2-メトキシ-6-メトキシカルボニルピリジンとN-Boc-(3R)-3-tertブチルカルボニルメチル-(4R)-4-ヨード-L-プロリンメチルエステルとの根岸カップリングを鍵反応とした合成ルートを新たに立案した。鍵となる根岸カップリング反応は、25%と低収率ではあるもののC4位のジアステレオマー混合物(dr=1:1)として生成物を与えた。得られたカップリング生成物は脱保護によりアクロメリン酸Aとアロアクロメリン酸Aへと導いた。現在、根岸カップリング反応の収率およびジアステレオ選択性の改善に取り組んでいる。キノコ・ドクササコから見出されたアクロメリン酸はカイニン酸を遥かに凌ぐ興奮作用を示すことから、その供給が脳神経研究分野から切望されている。カイニン酸の全合成の課題は、ピロリジン環上の3連続不斉中心の立体制御、および量的供給のための短段階経路の確立である。そこで、不斉補助基としてカンファースルタムを有するイソシアノ酢酸アミドと5-オキソ-3-ヘキセン-tert-ブチルエステルとのマイケル付加環化反応を試みた。その結果、カイニン酸の炭素骨格をほぼ満足する2,3-trans-ピロリンが一段階で構築できた。次いで、C4位の不斉中心はC2位のカルボキシ基を無保護で還元することで構築できた。最適化の結果25:1に選択性を向上でき、得られたメチルケトン体へのメチレン基の導入と脱保護を経てカイニン酸の全合成を達成した。本合成は全9段階通算収率16.8%であり、既存のカイニン酸の全合成の中でも最も高効率な全合成と位置付けられる。本全合成の鍵反応であるマイケル付加環化反応は高い汎用性が期待される。そこで、電子求引基としてピリドンカルボン酸等価体を有するマイケル受容体を用いたアクロメリン酸Aの合成経路を立案した。現在までにマイケル受容体の合成に成功している。マイケル付加環化反応によるピロリン骨格の構築、およびアクロメリン酸Aの全合成の達成が次年度の課題である。Michael付加-環化反応によるアクロメリン酸の合成は困難であると考え、3-プロモ-2-メトキシ-6-メトキシカルボニルピリジンとN-Boc-(3R)-3-tertブチルカルボニルメチル-(4R)-4-

ヨード-L-プロリンメチルエステルとの根岸カップリングを鍵反応とした合成ルートを新たに立案した。鍵となる根岸カップリング反応は、25%と低収率ではあるもののC4位のジアステレオマー混合物(dr=1:1)として生成物を与えた。得られたカップリング生成物は脱保護によりアクロメリン酸Aとアロアクロメリン酸Aへと導いた。現在、根岸カップリング反応の収率およびジアステレオ選択性の改善に取り組んでいる。
論文から特許へのサイエンス・リンケージの計量分析と実装

大学の優れた研究成果が学術界でどのように評価されるか。そして、特許化やライセンシングを通じて、産業界でどのように応用されるか。このような学術の研究成果と産業の研究開発のつながりを「サイエンス・リンケージ」と呼ぶ。このサイエンス・リンケージの計量経済学的解明は、未だ十分になされてこなかった。我々は大規模な論文・特許被引用データベースを構築し、生命科学分野の研究者トップ100について、このサイエンス・リンケージが存在することを定量的に検証した。本プロジェクトでは、学術的価値を持つ科学研究と産業的価値を持つ科学研究には、同様の傾向があるのか、あるいは学術的価値では強いインパクトを持つが産業的には活用できないのか、反対に学術的価値は低いが産業的に強いインパクトを持つ研究があるのか等を明らかにする。2013(H25)年度では、A)学術的・産業的価値の指標化、B)サイエンス・リンケージ生成メカニズムの解明、2014(H26)年度以降では、C)アカデミック・イノベーション・マネジメントの確立、D)サイエンス・リンケージ分析の社会的実装化に取組む。先ず、本プロジェクトでは、2013(H25)年度に、サイエンス・リンケージの計量分析に向けたアプローチとして、次のような取組を行った。生命科学など自然科学分野の日本人トップ研究者が、どのような知的インパクトを産業技術に与えているのかを可視化するための指標を構築した。具体的には、ある科学研究が学術論文にどのような時系列でどれだけ引用されるのかという「学術的価値」、特許にどのような時系列でどれだけ引用されるのかという「産業的価値」をデータベース化し、両者の相関関係を研究者別に把握する準備を進めた。分析対象とするのは、その論文の責任著者(Corresponding author)として発表している査読付き学術論文(Article)とした。本プロジェクトでは、2014(H25)年度以降、成果の実装・定着に向けたアプローチとして、次のような取組を行った。2014年までの研究成果を大型競争的研究費を獲得した研究チームがイノベーション・マネジメントに活用する手法を確立する。具体的には、京都大学経済学研究科(依田高典教授・後藤励准教授・後藤康雄准教授)・物質-細胞統合融合システム拠点(iCeMS)(仙石慎太郎准教授)・経営管理大学院(若林直樹教授)が共同運営する文理融合型の大学の研究開発活動促進のプラットフォームである「アカデミック・イノベーション・マネジメント研究会」を母体とし、世界トップレベル研究拠点プログラム(WPI)における研究経営をサポートする。具体的には、世界的にも注目の高いES/iPS細胞の基礎研究と再生医療に向けた応用開発のサイエンス・リンケージをつなぐための研究経営・研究支援のための討議を行い、iCeMSの国際認知度を高めたり、WPI事後評価に資するような計量書誌学的エビデンス提供を行う。iCeMSのイノベーション・マネジメント室は次世代のイノベーションを担う人材に対してアントレプレナーシップ及びリーダーシップの涵養を図るための教育プラットフォームを開発・実践・提案しており、実装化された成果は研究経営手法としての一般性が高い。本プロジェクトでは、学術論文を主体として、研究が学術的・産業的価値を生成するメカニズムを計量的に解明し指標化することで、科学技術政策の意思決定に可視化を通じたエビデンスを提供し効率的な審査・評価に貢献することを目指す。特に、2015(H27)年度では、成果の実装・定着に向けたアプローチとして、次のような取組を行った。「サイエンス・リンケージ分析の社会的実装化」今までの研究成果を土台にして、優れた研究成果をイノベーションにつなげる仕組みを実装化するために大学間ネットワークを活用した。具体的には、京都大学学術研究支援室ならびに当室が参画している日本の主要大学ネットワークを利用し、個別の大型研究プロジェクトの研究経営のベスト・プラクティスを共有し、将来の研究経営の向上を目指すワークショップを開催した。さらに、「科学技術イノベーション政策における『政策のための科学』基盤的研究・人材育成拠点整備事業」(大阪大学・京都大学)の教育プログラムと連携して、将来のリサーチ・アドミニストレーター人材育成に取組んだ。そこでは、大学の知と社会の知をつなぐ「社学連携」の実践と、そこに学生が主体的に関与することも含めた教育を目指し、一般市民やNGO/NPOなど市民社会の公共的関与活動への参画を促進することにより、地域社会のニーズや事情、課題をより的確に反映した科学技術イノベーション政策や研究開発の立案・企画に貢献した。

我々は大規模な論文・特許被引用データベースを構築し、生命科学分野の研究者トップ100について、このサイエンス・リンケージが存在することを定量的に検証した。(1) 2014年8月28日に、「京都大学WPI-iCeMS・経済学研究科共催ワークショップエビデンスを活用したアカデミック・イノベーション・マネジメント」を開催した。開催趣旨は以下の通り。「近年、日本の科学技術政策において、21世紀COE、グローバルCOE、世界トップレベル研究拠点(WPI)プログラムなど、大型研究プロジェクトが積極的に運用されています。京都大学WPI-iCeMS・経済学研究科では、アカデミック・イノベーション・マネジメント研究会を定期的に開催し、大型研究プロジェクトの評価・運営手法を学術的に研究してきました。本ワークショップでは、これまでの研究成果を発表すると共に、有識者との意見交換を行います。」(2)今までの研究をワーキングペーパーとしてまとめ、以下の通り、公刊した。応用経済学2015年までの成果を土台にして、優れた研究成果をイノベーションにつなげる仕組みを実装化するために大学間ネットワークを活用する。具体的には、京都大学学術研究支援室ならびに当室が参画している日本の主要大学ネットワークを利用し、個別の大型研究プロジェクトの研究経営のベスト・プラクティスを共有し、将来の研究経営の向上を目指すワークショップを開催する。さらに、「科学技術イノベーション政策における『政策のための科学』基盤的研究・人材育成拠点整備事業」(大阪大学・京都大学)の教育プログラムと連携して、将来のリサーチ・アドミニストレーター人材育成に取組む。そこでは、大学の知と社会の知をつなぐ「社学連携」の実践と、そこに学生が主体的に関与することも含めた教育を目指し、一般市民やNGO/NPOなど市民社会の公共的関与活動への参画を促進することにより、地域社会のニーズや事情、課題をより的確に反映した科学技術イノベーション政策や研究開発の立案・企画に貢献していく。医学・生命科学分野の日本人トップ研究者100名の論文リストを作成し、それらの論文への被引用、特許への被引用データベースを作成した。論文データベースはエルゼビアスコーパスを利用し、1996-2012年までのものであり、類似のデータベースは存在しないので、極めて希少性が高い。2015年度は、今までの研究成果の取りまとめとマネージメントの確立に積極的に取組むために、そのための経費を一部積み残した。特に、研究成果の取りまとめに当たって、文部科学省科学技術・学術政策研究所福澤尚美の計量経済分析を充実させる必要があり、そのための経費を2015年度支出計画に予定に織り込んだ。今後は、特許被引用を被説明変数、論文被引用を説明変数、研究費総額などを操作変数とし、サイエンスリンケージの計量経済モデルを構築する。その結果、学術的価値を持つ科学研究と産業的価値を持つ科学研究には同様の傾向があるのか、学術的価値では強いインパクトを持つが産業的には活用できないのか(あるいはその反対)等を明らかにする。
高速回転スキャンを実装したＣＭＢ偏光観測実験によるインフレーション宇宙論の検証

本研究は、CMB偏光観測を行うための望遠鏡GroundBIRDを開発し、インフレーションモデルに観測的な制限をつけることを目的としている。インフレーション起源の痕跡を検出するためには、空の広い範囲の測定が必要である。検出器は時間がたつとベースラインがドリフトしてしまうため(10秒)、望遠鏡をいかに速く振り回せるかが鍵となる。そこで申請者は、望遠鏡を回転台の上に載せて回転させながらの観測を計画している。現在、観測サイトとしてはスペイン領カナリア諸島のテイデ観測所を考えている。3年目にあたる本年度は、GroundBIRD望遠鏡内部の検出器固定治具の開発と、検出器の読み出し回路、望遠鏡を回転台に固定するための架台の作成を行った。本年度前半は、250mKに冷却する超伝導検出器を、望遠鏡の光学系の焦点面部分に固定するための治具の開発をした。250mKまでの冷却は吸着式冷凍機を用いて行うが、冷却能力は3μWしかないため、固定治具の熱伝導を低く抑えることが重要になる。そこで、ケブラー糸を用いてその固定を行った。ケブラーは金属ではないので熱伝導が低い。一方で、糸のため引っ張ることしかできない。申請者は、専用の治具を作り、この問題を克服した。実際に冷却し、250mK以下の状態を維持して光の検出をすることができた。後半は、検出器の読み出しシステムの開発を行った。昨年までは、一つの装置で64個までしか超伝導検出器の応答を読み出せなかったが、120個までの同時読み出しができるように改良した。これにより、一通りの要素開発が終了した。これと並行して、業者とやりとりをしながら、望遠鏡を載せる架台の製作を行った。望遠鏡は500kg以上あり、これを分速20回転で回しながら観測を行う。架台は年度内に完成し、望遠鏡と組み合わせた状態で回転テストもクリアした。以上で、観測に必要な望遠鏡開発は一通り終了した。28年度が最終年度であるため、記入しない。初年度は回転台の上にのせる冷却系の作製を行った。本研究の特色の一つは、光(電波)を集光する主鏡と副鏡を5Kまで冷却することである。これにより、鏡からの熱放射による熱雑音を低減できる。鏡は50cm四方程度の大きさがある。鏡や検出器を冷却するために、周囲(300K)の熱放射から守るための2重の冷却シールドを作製した。シールド間の構造体には繊維強化プラスチックを用いて熱伝導による熱流入を防ぎ、シールドの接合部には迷光が入り込まないように留意した。望遠鏡の窓に対応する部分には、観測に関係の無い周波数の光を防ぐためにQMCから購入したメタルメッシュフィルターと申請者の開発したRT-MLIを設置した。これらの工夫により望遠鏡内部を4.8K、超伝導検出器を冷却するための最も冷える部分は0.22Kまで冷却することに成功した。これと並行して、新開発の超伝導検出器MKIDの性能評価にも携わった。回転台の上で実際にMKIDを使用することで、ノイズがどの程度発生するかを評価した。世界で初めての試みで、国際学会でも大きな反響を得た。学生の指導をする形で、MKID読み出し用の回路基板の開発にも関わった。作製は完了し、性能評価でもスペックが十分であることを確認した。現在FPGAのコーディングの修正を行っており、夏にはMKIDの読み出しが可能になる予定である。2年目にあたる本年度は、GroundBIRD望遠鏡の開発と、超伝導検出器のミリ波回路部分の設計を行った。昨年度から引き続き、GroundBIRD望遠鏡、主に冷却系の開発を行った。本研究では検出器として新しい超伝導検出器であるMKIDを用いる。テスト用のMKIDを望遠鏡内部の250mKステージに設置し、光を導入した状態で、VNAを用いて読み出しテストを行った。望遠鏡の窓の開け閉めでMKIDが応答することを確認した。また、偏光板を用いた偏光測定のデモンストレーションを行った。これらは、本番用MKIDができた後に行う検出器の較正の練習としての側面もある。これと並行して、超伝導検出器のミリ波回路部分の設計も行った。本番用の検出器の開発は当初の計画から遅れており、特に手薄となっていた、ミリ波をMKIDに導入する部分の回路の図面設計を担当した。

CMB偏光観測では無偏光信号を差し引くために、直交する二つの直線偏光を同時に測定する。その際の信号の交差、合成、不要モードの除去を回路上で行う。3次元シミュレータのHFSSや2.5次元シミュレータのSonnetを組み合わせ、ホーンの形状からMKIDに導入直前までの回路の設計・性能評価を行った。設計は終了し、現在は試作に移っている。本来の計画では、本年度は超伝導検出器の性能評価を中心に行う予定であった。しかし、まだ本番用の検出器の製作に至っていなかったため、その検出器の製作と、性能評価の準備を並行してすすめた。次年度の初めには検出器の性能評価を開始でき、約半年程度の遅れであると考えられる。本研究は、CMB偏光観測を行うための望遠鏡GroundBIRDを開発し、インフレーションモデルに観測的な制限をつけることを目的としている。インフレーション起源の痕跡を検出するためには、空の広い範囲の測定が必要である。検出器は時間がたつとベースラインがドリフトしてしまうため(10秒)、望遠鏡をいかに速く振り回せるかが鍵となる。そこで申請者は、望遠鏡を回転台の上に載せて回転させながらの観測を計画している。現在、観測サイトとしてはスペイン領カナリア諸島のテイデ観測所を考えている。3年目にあたる本年度は、GroundBIRD望遠鏡内部の検出器固定治具の開発と、検出器の読み出し回路、望遠鏡を回転台に固定するための架台の作成を行った。本年度前半は、250mKに冷却する超伝導検出器を、望遠鏡の光学系の焦点面部分に固定するための治具の開発をした。250mKまでの冷却は吸着式冷凍機を用いて行うが、冷却能力は3μWしかないため、固定治具の熱伝導を低く抑えることが重要になる。そこで、ケブラー糸を用いてその固定を行った。ケブラーは金属ではないので熱伝導が低い。一方で、糸のため引っ張ることしかできない。申請者は、専用の治具を作り、この問題を克服した。実際に冷却し、250mK以下の状態を維持して光の検出をすることができた。後半は、検出器の読み出しシステムの開発を行った。昨年までは、一つの装置で64個までしか超伝導検出器の応答を読み出せなかったが、120個までの同時読み出しができるように改良した。これにより、一通りの要素開発が終了した。これと並行して、業者とやりとりをしながら、望遠鏡を載せる架台の製作を行った。望遠鏡は500kg以上あり、これを分速20回転で回しながら観測を行う。架台は年度内に完成し、望遠鏡と組み合わせた状態で回転テストもクリアした。以上で、観測に必要な望遠鏡開発は一通り終了した。望遠鏡製作の最も難しい部分は窓から光(電波)を取り入れた状態で、検出器を設置する部分を250mKという極低温まで冷やすことである。今年度はそれに取り組み、実際に220mKまで冷却することに成功した。MKIDの準備が遅れ、試験運転までは至らなかったが、想定されうる課題はクリアしており、おおむね順調に進展している。また、MKIDの回転台上での性能評価は、本来、試験運転後にする予定のものであり、この部分はスケジュール以上の進度である。現在までに本番用の検出器の試作の段階まですすんでいる。