hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
人工亜鉛さびを用いた亜鉛処理鋼材の耐食性発現機構の解明

本課題では人工亜鉛さび粒子の生成,構造,形態とさび層の緻密性,反応性,安定性,保護性の関係の相定性・定量的な解明を目的とし,以下のことが明らかになった。(1)亜鉛さび粒子の生成は大気腐食の要因となる気体から生成するアニオンに強く影響され,その影響はSO_xが最も大きいと明らかになった。(2)Ti(IV)添加は亜鉛さび粒子を微細化し,腐食寄与分子の吸着を強く抑制した。(3)亜鉛処理鋼材の腐食後期での亜鉛さび粒子の生成にはFe(III)が,β-FeOOHさびの生成には亜鉛さびが強く影響し,いずれもさび粒子を微細化し,腐食寄与分子の吸着を抑制した。本課題では人工亜鉛さび粒子の生成機構,構造,形態とさび層の緻密性,反応性,安定性,保護性の関係をナノ-ミクロ-マクロレベルで明らかにし,これらの相関を定性・定量的に解明すること目的とする。そこで,平成21年度は,人工亜鉛さびの調製と物性の調査を中心に,以下のような検討を行った。Cl^-やSO_x環境下での人工亜鉛さびに関する研究は広く行われているが,NO_x環境下についてはほとんど検討されていない。ZHNはZn(NO_3)_2水溶液中でZnOを6-140°Cで加水分解すると生成した。調製したZHNは六角板状粒子で,高い水,CO_2分子選択吸着性を有し,これらはZHNの結晶性と高い相関が見られた。(2)人工亜鉛さび粒子の生成に及ぼすアニオンの影響(3)鋼材さびβ-FeOOHの生成に対するZn(II)および人工亜鉛さびZnO,ZHCの影響Cl^-環境下での亜鉛処理鋼材の腐食後期では,Zn(II)や亜鉛さび存在下で鋼材は腐食し,β-FeOOH粒子が生成する。そこで,β-FeOOHの生成に対するZn(II)および亜鉛さびの影響を調べた。β-FeOOHの結晶性,粒子サイズはZnO,ZHCの添加により急激に低下したが,Zn(II)では大きな影響は見られなかった。(4)人工亜鉛さびZHCの構造と性質に対する熱処理の影響亜鉛処理鋼材に生成した亜鉛さびは日照により高温になる。そこで,ZHC粒子を種々の温度で処理し,その構造と性質を調べた。ZHCは150°CでZnOおよびβ-Zn(OH)Clに分解し,さらに225°C以上ではZnOのみになった。水およびCO_2分子選択吸着性は,熱処理によるZHCの結晶性の低下と高い相関が認められた。本課題では人工亜鉛さび粒子の生成機構,構造,形態とさび層の緻密性,反応性,安定性,保護性の関係をナノーミクローマクロレベルで明らかにし,これらの相関の定性・定量的な解明を目的とする。平成22年度は,金属添加人工亜鉛さびの調製と物性の調査を中心に,以下の検計を行った。亜鉛処理鋼材の亜鉛被膜にTi,Al,Mgなどを微量に合金化すると鋼材の耐食性が向上する。そこで様々な熟成温度でTi(IV)添加ZHC(Ti-ZHC)を調製し,その構造と物性を調べた。ZHCの結晶性はTi(IV)添加により低下し,粒子は微細化した。その影響は熟成温度の上昇により顕著になったが,実環境温度の6-30°Cでも見られた。また,水やCO_2の吸着も抑制された。よって,Tiを合金化した亜鉛処理鋼材では微細なさび粒子層が鋼材表面に生成するため,腐食寄与気体に対する保護効果を発揮することが示唆される。亜鉛処理鋼材の腐食が進行すると,鋼材の露呈によりFe(II)が溶出し,さらに酸化しFe(III)が生成する。そこでFe(II),Fe(III)存在下で人工亜鉛さびZHSを合成し,生成物の構造と性質を調べた。Fe(II),Fe(III)を添加するとZHSの結晶性,粒子サイズ,CO_2やSO_2吸着能は減少し,その効果はFe(III)>Fe(II)であった。以上より,SO_x環境下での亜鉛処理鋼材の腐食後期では,微細なさび粒子層が鋼材表面に生成するため,腐食寄与気体に対する保護効果を発揮することが示唆される。(3)Fe(II)から合成した人工鉄さびβ-FeOOHの生成に対するZn(II)および人工亜鉛さびZnO,ZHCの影響Cl^-環境下での亜鉛処理鋼材の腐食後期では,Zn(II)や亜鉛さび存在下で鋼材は腐食し,Fe(II)が溶出し,Green Rustを経由してβ-FeOOH粒子が生成する。

そこで,Fe(II)から調製したβ-FeOOHの生成に対するZn(II)および亜鉛さびの影響を調べた。β-FeOOHの結晶性,粒子サイズ,腐食寄与分子であるCO_2やSO_2吸着能はZn(II),ZnO,ZHCの添加により低下し,その効果はZHC≒ZnO>Zn(II)であった。
コヒーレントX線回折顕微法による生物試料のナノ構造解析

X線回折顕微法によって生体試料を観察する際に必要となる、顕微鏡装置、試料調製、データ測定、データ解析などに関わる研究を行った。この結果、エネルギーの高いX線を用いて、世界で初めて、細胞小器官を3次元的に観察するなど、世界をリードする研究成果を収めた。我々が可視化に成功した無染色のヒト染色体には、イメージコントラストを人為的に高める染色等をしない状態では初めて、軸状構造が観察されるなど、生物学的にも新たな知見を与えた。本研究は、可能な限り「生きた」状態に近い生物試料をコヒーレントX線回折顕微法で可視化する研究開発を行うことによって、生物現象の理解に貢献することを目的としている。本年度は、研究に適した試料の検討を進め、生物学・医学的意義が高く、かつ現在利用可能なX線光源でのコヒーレントX線回折顕微法測定に適しているという観点から、染色体を最優先ターゲットに選定した。また、染色体試料の各種調整法について、SPring-8のビームラインBL29XULにおいて実際にコヒーレントX線回折顕微法測定を行うことによって比較・検討を行った。四酸化オスミウム染色をした染色体や、無染色の染色体を比較した結果、無染色の染色体に対してノイズ散乱強度が最も小さなデータが得られ、コヒーレントX線回折顕微法測定に適していることが分かった。無染色の染色体はより「生きた」状態に近いため、これは好ましい結果である。さらに、無染色ヒト染色体の三次元可視化に向けたデータ解析をすすめた。これまで我々が行ったコヒーレントX線回折顕微法測定においては、試料は空気乾燥されていた。生物学・医学上は凍結水和生物試料の観察が極めて重要である。凍結水和生物試料の測定においては試料構造の破壊を防ぐため、調整段階から測定に至るまで試料を低温に保つ必要がある。これを実現するための、「冷却試料操作装置」の設計・製作を行い、また「クライオスタット装置」の選定を行った。また、データ解析法の改良を進め、再構成試料像の空間分解能を向上させることに成功し、その結果がPhysical ReviewA誌に掲載された。コヒーレントX線回折顕微法では、生物学・医学上重要な「生きた」状態に近い凍結水和生物試料の観察の成功例は、世界的にまだない。本年度は、凍結水和試料の観察に向け、試料を低温に保つ操作技術の開発を進めた。水和生物試料を急速凍結することによって、ガラス状の氷で試料を包埋した。その後、試料を液体窒素温度に保ち、SPring-8に搬送した。SPring-8では、前年度開発した「冷却試料操作装置」を用いて、試料を-150°C以下の温度に保ったままコヒーレントX線回折顕微鏡の真空チャンバに搬送する技術開発を行った。これにより、試料損傷の原因となる、氷晶の形成を押さえた試料搬送技術が実現した。また、コヒーレントX線回折顕微法による無染色ヒト染色体の可視化について論文にまとめ、Physical Review Letters誌に掲載された。無染色ヒト染色体の像再構成では、二次元のみならず、三次元の可視化にも成功した。コヒーレントX線回折顕微法による、三次元での生物試料観察は世界初である。可視化された染色体試料中には、電子密度の高い軸状構造が観察された。蛍光標識等をせず、染色体の軸状構造が観察されたのは世界初である。この研究により、コヒーレントX線回折顕微法が、厚さ1マイクロメートルを超える細胞や細胞小器官など、透過型電子顕微鏡にとっては厚すぎる生物試料の内部構造を、無染色で観察するのに有効であることが示された。この研究結果は、Nature、Physics Today、朝日新聞等、国内外で大きく紹介された。本年度は、昨年度までに開発したコヒーレントX線回折顕微法の装置類やデータ解析法を用いて、更なる応用研究を展開した。特に、本研究課題の当初から関心をもってきた試料の一つである、ヒト精子の観察を行った。その結果、精子の頭部中に、DNAが凝集していることによると考えられる高い電子密度の領域を観察することに成功した。また、細胞内で独自のDNAをもつミトコンドリアに対してもコヒーレントX線回折測定を行った。ミトコンドリアの内膜にはクリステと呼ばれる構造があることが知られているが、このクリステによると考えられる干渉パターンを測定することに成功した。

さらに、各種の試料に対して液体窒素温度でのコヒーレントX線回折測定を行った。これら研究により、コヒーレントX線回折顕微法が、厚さ1マイクロメートルを超える細胞や細胞小器官など、透過型電子顕微鏡にとっては厚すぎる生物試料の内部構造を、高コントラストで観察するのに有効であることが示された。本研究課題で行ってきた研究は、この分野の世界的研究をリードするものであり、国内外の学会等で多くの講演の依頼を受けた。これら研究により、可能な限り「生きた」状態に近い生物試料をコヒーレントX線回折顕微法で可視化すことにより、生物現象の理解に貢献するという、本研究課題の目的を達成した。
不変式の組合わせ論的研究

平成14年度に引き続き、多項式環の自己同型に関する未解決問題への応用を睨みながら、ヒルベルトの第14問題を中心に研究した。平成15年度後半(2003年8月末から2004年2月末まで)は米国ミシガン大学に滞在し、この分野で重要な成果を挙げているHarm Derksen, Igor Dolgachev, Karen Smithらと議論を行い、これまであまり試みなかった代数幾何的な手法を取り入れた研究も行った。そして主に以下の成果を挙げた。(1)ヒルベルトの第14問題は、多項式環の次元が2以下の場合はZariskiによって肯定的に解決されていた。一方、5次元以上では反例が存在することが示されていた。そして、これまで4次元と3次元の場合だけが未解決であったが、独自に発展させた手法を用いることで、そのどちらの場合にも反例が存在することを示した、又、体の超越次数に関しては、Zariskiの結果により2以下では肯定であるのに対し、永田雅宜氏が1950年代に構成したヒルベルトの第14問題への初めての反例において、すでに4という小さな値を取っていた。その後50年近く、超越次数が3の場合は未解決のままだったが、これについても反例を与え否定的に解決した。(2)ある方法によって構成された有理関数体の部分体が、有理関数体の中で代数的に閉じているための必要十分条件を定理として得たその系として、多項式環のある種の部分代数が微分の核となるための必要十分条件を得た。その結果、唯一4次元の場合だけ未解決であった微分の核の有限生成性の問題の答えが否定的であることが分かった。多項式環における微分の核の有限生成性の問題は、ヒルベルトの第14問題の重要な場合の一つであり、一般に大変難しい。(3)これらの結果を得るのに用いたSAGBI基底や単項式の組合せ論を応用した独自の手法を定式化し、多項式環の自己同型問題やそれらと関係の深い局所寞零微分、不変式環などを研究するための新しい理論の構築を行った。主に多項式環上の微分の核や群作用による不変式環の研究を行い、これらの部分代数が有限生成となるための、またならないための十分条件を得た。これはそれぞれヒルベルトの第14問題に対する肯定的な解、また反例を与えている。前者の結果はJournal of Algebraに掲載予定であり、ヒルベルトの第14問題の一般化であるザリスキの問題も扱っている。後者はある種の不変式環が有限生成でないための十分条件を与えたもので、これによりヒルベルトの第14問題に対する新しい反例を無数に構成できる。この成果は学術雑誌に投稿中である。また計算可換代数の立場からも研究を行い、SAGBI基底に関す結果を得た。以上の成果を研究集会等で発表し、関連分野の専門家と意見交換を行った。またバークレーで行われたワークショップに参会し、ヒルベルトの第14問題や計算可換代数、不変式論等の研究者と会い、多くの貴重な情報を得た。
レニン遺伝子はいかにして血圧の変化を感知するのか？：新規エンハンサー機能の解明

前年度の培養細胞を用いた詳細な解析結果から、レニン遺伝子の高血圧応答性候補領域を2箇所にまで絞り込んだ(レニン遺伝子転写開始点上流約20-kbと5-kbに位置する領域)。そこで、本年度は、これら候補領域をそれぞれ欠失した内在遺伝子座をCRISPR/Cas9ゲノム編集法により作成した。このうち、上流5-kbに位置する領域を欠失したマウスでは、正常血圧状態において、レニン遺伝子の発現量が低下していたことから、同領域はエンハンサーであることが明らかとなった(以降-5Eと呼ぶ)。さらに、同欠失型遺伝子座を、当研究室で以前に作成された高血圧モデルマウス、及び正常血圧マウスに遺伝学的に導入し、発現解析を行った。その結果、-5Eを欠失した遺伝子座では、高血圧応答性が消失していた。以上の結果から、-5E領域がレニン遺伝子の高血圧応答性において、中心的役割を果たすエンハンサーであることが明らかとなった。次に、同領域に作用するシグナルについて解析を進めた。高血圧応答性に関わる経路として、「血管壁への圧負荷」と「昇圧ペプチド(アンジオテンシンII;AII)シグナル」が予想された。そこで、これら経路の作用を区別するために、血管拡張剤(圧負荷の解除)、またはAII受容体の阻害剤(圧負荷およびAIIシグナルの解除)を高血圧マウスに投与し、内在レニン遺伝子の発現量を定量した。その結果、AII受容体の阻害剤を投与した場合にのみ、発現量が正常血圧レベルにまで回復した(野生型内在遺伝子座)。一方で、-5Eを欠失した場合には、十分な発現量の回復がみられなかった。以上の結果から、AIIシグナルが-5Eのエンハンサー活性を減弱させることで、レニン遺伝子の発現量を低下させる機構を明らかとした。本研究結果は、Molecular and Cellular Biology誌にて発表された。29年度が最終年度であるため、記入しない。レニンは、血圧恒常性維持に必須の昇圧酵素であり、その発現は血圧の変動によりフィードバック制御を受ける。しかしながら、同制御に関与する転写因子、及びcis-DNA配列は明らかとなっていない。そこで、本研究では、CRISPR/Cas9ゲノム編集法を用いて、高血圧環境下の転写抑制応答に関わるcis-DNA配列(高血圧応答性領域)を同定することを目的とした。先行研究から、高血圧応答性領域は、レニン遺伝子タンパク質コード領域の遠位に存在することが示唆されていた。そこで、同領域の大まかな位置を決定するために、レニン遺伝子の上流領域、または、下流領域を欠失した内在遺伝子座をCRISPR/Cas9ゲノム編集法により作成した。本年度は、高血圧応答性の検証のために、これら欠失型遺伝子座を、当研究室で以前に作成された高血圧モデルマウス、及び正常血圧マウスに遺伝学的に導入し、発現量を定量した。その結果、上流領域中に応答性配列が存在することが明らかとなった。本結果の一部は、国際学術誌PLoS ONEに掲載され、国内学会、及び国際シンポジウムで発表を行った。さらなる分子メカニズムの解明に向け、培養細胞を用いた応答性領域の同定についても着手し、エンハンサー活性、及びDNaseI超感受性の観点から実験を遂行し、有力な候補配列を2箇所にまで絞り込むことに成功した。また、薬剤をマウスに投与することで、レニン遺伝子の高血圧応答性に関与するシグナルの解明に向けた実験についても開始した。解析を予定していた遺伝子改変マウスについて、予定通り解析することができた。さらに、培養細胞を用いた実験により、高血圧応答性領域の位置についても絞り込む事ができた。また、成果の一部を国際学術誌に発表することができた。

本研究結果は、Molecular and Cellular Biology誌にて発表された。次年度は、有力な候補配列2箇所について、それぞれを欠失した内在遺伝子座をCRISPR/Cas9ゲノム編集法により作成し、解析を行う予定である。また、マウスへの薬剤投与実験や、培養細胞を用いた実験により、応答性に関与するシグナルを明らかにしていきたいと考えている。29年度が最終年度であるため、記入しない。
複屈折光ファイバーにおけるパルス捕捉現象を用いた非線形光ループミラーの開発

本研究では、光ファイバー中の非線形光学現象であるパルス捕捉現象を用いた非線形光ループミラー(NOLM)の開発を行った。NOLMを偏波保持ファイバーデバイスを用いて作成した。実験において、開発したNOLMを用いることにより全光型のスイッチング動作が得られることを実証した。また、実験と数値解析によりNOLMの入出力特性の解析を行った。今回開発したパルス捕捉現象によるNOLMは超高速な全光型の光制御技術に有用である。本研究では、パルス捕捉現象を用いた非線形光ループミラーを提案し、それを用いた全光制御デバイスの開発を行った。本年度はまず、数値解析により、ファイバー長やパルス波形・強度に対する出力特性の変化を明らかにした。数値解析によれば、5mのファイバーループを有する非線形光ループミラーを構築し、300fs,300pJの制御パルス光を用いれば、信号パルス光のスイッチングを行えるという結果を得た。また、10m, 15mとさらに長いファイバーを用いれば、より低強度なパルス光でスイッチング動作が得られることを明らかにした。さらに、非線形性の高いファイバーを用いた場合、30pJという低強度パルスでスイッチングが可能である。次に、提案するパルス捕捉現象を用いた非線形光ループミラーを実際に構築した。数値解析より得られた結果をもとに、偏波保持型の分岐カプラや低複屈折性の偏波保持光ファイバーを使用してサニャック干渉計を構築した。また、制御光と信号光の結合するために偏波合波カプラを、信号光の入力ポートには反射光を除去するためにサーキュレーターを設置した。本研究においては、ファイバー型素子をコネクタ接続することにより、提案する非線形光ループミラーを完成させた。本研究で得られた数値解析結果より、本デバイスではTHz級の超高速な全光型の光スイッチングが可能であると考えられる。本デバイスの動作が今後実証されることにより、次世代の超高速な光通信の分野において有用となる超高速な全光制御技術が実現できると期待される。本研究は、次世代の超高速な光通信の分野で有用となる、超高速な全光型の光スイッチを開発することを目的としている。具体的には、パルス捕捉現象を用いた非線形光ループミラー(NOLM)を提案し、それを用いた全光制御デバイスを開発することである。平成25年度は、まずデバイスの測定用光源を製作した。次に、この光源を使用して、作成したデバイスにおいてスイッチング動作が得られることを実証した。また、NOLMの入出力特性を解析した。作成したデバイス内でパルス捕捉現象を誘起するためには、偏波の直交する、2波長の2超短パルス光が必要となる。まず、測定用光源として、2波長・2超短パルス光を出力する、波長可変光源を構築した。この光源の種となる超短パルス光源として、超短パルスファイバーレーザーを用いた。種光源から出力される超短パルス光を一般的な複屈折光ファイバーに入射した。この入射する超短パルス光の強度や偏光方向を変えることで、偏波の直交する、2波長で2つのパルスを生成した。次に、作成した全偏波保持ファイバー型NOLM(ループ長16m)の動作実証を行った。構築した2波長・超短パルス光源の出力をNOLMの信号光および制御光として用いた。制御光の時間差をミラーと移動ステージによる空間光学系を用いて調整した。今回、制御光と信号光をループ内で時間的に重ねたとき、NOLMの出力光を得られた。したがって、本研究において、パルス捕捉現象を用いたNOLMの動作を実証したといえる。数値解析の結果より、超短パルス光を出力できると考えられる。さらに、デバイスのファイバー長特性や入力強度特性を測定した。入力エネルギーやファイバー長を改善することでさらに高いエネルギーの出力光を得られると期待できる。当初の予定通り、提案するデバイスの特性を数値計算により解析することができた。この数値解析上では、数mのファイバーでの超高速な全光スイッチング動作を確認することができた。数値解析で得られた結果から、デバイスの設計を行い、実際にデバイスを構築することができた。25年度が最終年度であるため、記入しない。今後は、昨年度に構築した非線形光ループミラーについて実験による動作実証を行う。まず、実験的な動作実証に必要となる、2波長・2超短パルス光を出力する、波長可変・超短パルス光源を作成する。そして、この光源を用いてデバイスのスイッチング動作の実証を行う。また、数値解析による特性解析を行う。この数値解析結果と作成したデバイスで得られた特性を比較し、デバイスの動作の改善を図る。
義務教育の個別化と社会統合の両立──教育機会確保法の不登校施策と学校外教育を問う

2017年の教育機会確保法施行を機に、不登校児童生徒一人一人の個別ニーズに応じた個別的な義務教育の実施が求められている。本研究は、学校外で不登校児童生徒の学び場を四半世紀にわたって作ってきたフリースクールに着目することで、私事化に抗しながら、個別ニーズに応じた義務教育による社会統合の可能性を考えることである。それは、共通性に基づいて社会統合を促進してきた従来の義務教育のあり方を問い直すことである。
高速時間分解DXAFSによる新規in-situ構造解析法の確立と触媒反応への応用

本年度は主に合金ナノ粒子(Pt-Sn.Pd-Zn)の還元による合金生成過程、及び酸化による合金の相分離過程をin situ DXAFS法を用いて測定し、その結果を化学反応速度論に基づいて解析を行った.Pt-Sn合金ナノ粒子は燃料電池の電極触媒として用いられ、従来のPt触媒で問題となるCO吸着による触媒被毒に強く、またPt触媒と同等の活性を発揮するため、実用的な触媒材料として期待が高い.その一方で発電効率を保つために重要なPt-Sn合金相は燃料電池の動作下で徐々に劣化し、発電効率を落とすという問題点がある.実用に耐えうる電極触媒となるためには、長時間の連続運転に耐えられる触媒が必要である.このためPt-Sn合金触媒の劣化機構の解明が必要である.燃料電池触媒は電極上で酸化及び還元過程を繰り返していることから、酸化還元のサイクルに問題があると考えられる.特に合金を形成するPtとSnそれぞれの酸化還元反応機構を解明することは、新規材料開発に重要な知見をもたらすことが期待される.そこで酸化アルミニウム上に担持したPt-Sn合金ナノ粒子の酸化還元過程、及び活性炭上に担持したPt-Sn合金ナノ粒子の酸化過程をin situ XAFS測定を行い、その反応メカニズムの解明を試みた.時間分解XAFS測定を行い、合金ナノ粒子を構成する元素毎のXAFSスペクトルの時間変化を測定することにより、PtおよびSnの酸化及び還元の進行度を時間に対して算出し、反応速度式及び反応速度定数を決定した.アルミナ上に担持したPt-Sn合金ナノ粒子では、Ptの酸化過程が2段階反応であるのに対し、Snの酸化過程は1段階反応であるという結果を得た.さらにSnの酸化反応の反応速度定数は、Ptの1段階目の反応速度定数とほぼ同等であるということが分かった.このことから酸化過程では合金相に含まれているPtとSnは同時に酸化されること、またSnが酸化された後もPtは酸化され続けるということが分かった.このような実験及び解析をアルミナヒのPt-Sn合金ナノ粒子の還元過程についても行い.その反応機構を決定した前述のような実験を活性炭上に担持したPt-Sn合金ナノ粒子についても行った.ここで用いた活性炭は燃料電池の電極触媒の材料として実際に用いられているケッチェンブラック・を用いた.Pt-Snの調製条件を変えることでPt_3Sn相を主に含む試料とPtSn相を主に含む試料の2種類を調製し、それぞれの試料について酸化過程の測定を行った.その結果Pt3SnではPtとSnがほぼ同じ速度で酸化されていたのに対し、PtSnではPtの酸化速度がSnの酸化速度の約1/2であった.両試料でのSnの酸化速度はほぼ同程度であった.つまりSnの含有量が増えることにより、Ptの酸化速度が変化しているということが考えられた.酸化亜鉛上に担持したPdZn合金ナノ粒子の酸化還元過程でのin situ XAFS測定も同様の方法を用いて行った.PdZn合金ナノ粒子はメタノール改質反応を利用した燃料電池触媒の、メタノール改質触媒として期待されているものである.本件では合金ナノ粒子の還元雰囲気による形成過程と酸化過程について,EXAFS構造解析を行った.還元過程ではPdナノ粒子が形成した後にPdZn合金ナノ粒子が形成されることがわかった.また酸化過程ではPdZn合金ナノ粒子が酸化された後Pdナノ粒子が形成されていることが分かった.このPdナノ粒子はアルミナやシリカ上に担持した場合よりも酸化速度が遅かった.現在この中間体の構造の詳細について検討中であるが,ナノ粒子の表面にZnOの被膜等が形成され、Pdと酸素の接触を妨げているのではないかと考えられる.昨年度から行っていた高速気体導入セルでは、10ms未満で気体がin situセル中に拡散させることに成功した.これは従来使用していたin situセルでは気体の拡散に500msほど要していたこと、また現在のDispersive XAFSのセットアッフでは最小で2msの時間分解能であることから、現行のDispersive XAFS法の時間分解能を十分に生かすin situセルを製作することに成功した.本研究では、触媒反応条件下における金属活性点の挙動、特に気相-固相触媒反応系について、その触媒自身の速度論を明らかにするために、in-situ時間分解DXAFS法の開発・改良を行った。現在までにマイクロ秒の時間応答速度を有する位置敏感型検出器を導入し、10マイクロ秒でのリアルタイムDXAFS測定が出来るようになったが、このような高速の反応の時間分解測定をするには如何に反応を開始するかが問題である。現在の測定セルはガス導入に最低でも200ミリ秒の時問を有していたため、50ms以下で反応ガスを瞬時に導入できるDXAFS測定セルの開発を行った。開発した新しい測定セルは2つの部位からなっており、1つは触媒試料が入っている試料室、もう1つは反応気体を入れているガス室に相当する。両室の概観は、気体の流れに抵抗を与えないよう同じ径の円筒管であり、バタフライバルブで仕切られている。反応を開始する際は、ガス室に所定圧の反応気体を導入し、試料室を真空に保った後、バタフライバルブを閉から開にすることで、ガスを導入し測定を開始する。この新型セルを使って、実際に反応で使用する酸素、メタノールなどの反応ガスを導入し、試料位置でのX線吸光度の時間変化を測定した。

どの反応ガスでも少なくとも50msで、試料セル内部の圧力が一定(定常状態)に達しており、現有のセルの半分以下の時間でガスを導入することが可能になった。更に、マイクロ秒応答のピエゾ圧力計を取り付け、圧力計の読みの時間変化と吸光度の変化の時間変化を比較したところ、どちらも同じ速度で変化しており、試料セルに取り付けたピエゾ圧力計の時間変化を見ることで、作成した試料セルの内部へのガスの拡散速度が見積もれることがわかった。平成20年度は1)時間分解in situ XAFSのための高速気体導入セルの開発と2)2元系金属ナノ粒子の酸化還元過程のin situ XAFS測定を行った。1)の気体導入セルの開発はKEK-PFの野村昌治教授、稲田康宏准教授との共同研究として平成19年度下半期から行っているものである。気相反応を促進する固体触媒の反応初期の過程を捉えるために、従来のセルで時間分解能の限界となっている気体の拡散時間を短縮することを目的とした。平成20年度末で従来100-200msを必要としていた気体の拡散時間を、約8msまで短縮することに成功した。これによりこれまで速度論を適用することのできなかった100ms以下の時間領域についても、化学種の生成、及び減少の反応速度論を展開する事が可能になった。2)ではパラジウムを酸化亜鉛上に担持した試料と、白金-すずのナノ粒子のアルミナ及びシリカ上に担持した試料の、還元雰囲気での合金形成過程と酸化雰囲気での合金消滅と再分散過程のin situ XAFS測定を行った。Pd/ZnOではパラジウムのK吸収端から合金ナノ粒子形成と酸化による合金消失の有様を明らかにした。また白金-すずの試料では白金のL_<III>吸収端およびすずのK吸収端の双方を測定した。白金-すずの合金形成過程では、白金が還元を受けその後にすずと合金を形成する事を見出した。また酸化過程ではまずすずが酸化を受け、その後に白金が酸化を受ける事を明らかにした。本年度は主に合金ナノ粒子(Pt-Sn.Pd-Zn)の還元による合金生成過程、及び酸化による合金の相分離過程をin situ DXAFS法を用いて測定し、その結果を化学反応速度論に基づいて解析を行った.Pt-Sn合金ナノ粒子は燃料電池の電極触媒として用いられ、従来のPt触媒で問題となるCO吸着による触媒被毒に強く、またPt触媒と同等の活性を発揮するため、実用的な触媒材料として期待が高い.その一方で発電効率を保つために重要なPt-Sn合金相は燃料電池の動作下で徐々に劣化し、発電効率を落とすという問題点がある.実用に耐えうる電極触媒となるためには、長時間の連続運転に耐えられる触媒が必要である.このためPt-Sn合金触媒の劣化機構の解明が必要である.燃料電池触媒は電極上で酸化及び還元過程を繰り返していることから、酸化還元のサイクルに問題があると考えられる.
東京湾、伊勢湾、大阪湾から太平洋への表層物質輸送過程の比較沿岸海洋学的研究

本研究では沿岸から外洋への物質輸送過程のなかで,表層から流出する過程に焦点を絞って,それを黒潮の流路変動という外洋からの強制力に対する応答として捉え,その過程を強制力に対する応答が異なると期待される東京湾,大阪湾,伊勢湾の3つの代表的な湾についてそのメカニズムを明らかにし,流出量を定量的に評価することを目的とした。数値モデリング、現場の海洋観測、衛星観測に関する研究者が「比較沿岸海洋学」を軸に共同研究をおこない新しい海洋学の方向性を見いだそうとした。衛星データを取り込んだ物理モデル開発に留まることなく,生物,化学的な現場データを用いて実際の物質の動きを評価することを目指した。本研究の成果は以下の通りである。(1)海洋観測結果から、冬季の伊勢湾では、東京湾、大阪湾のように中層から湾外に高濁度水が流出するのではなく、大陸棚斜面に沿って底層から流出することが示された。(2)ランドサットデータおよびその前後の日に収集された東北大学N-LANDデータベースNOAA-AVHRRデータを用いて、黒潮の流路の時系列変動と湾内から湾外への高濁度水塊の流出パターンを類型化できた。東京湾では湾内水が相模湾へ流出するパターンと房総沖合へ流出するパターンに大きく分類できた。(3)懸濁物中の非植物成分と植物成分の関係を解析するとともに、表層からの流出分と下層からの流出分の比率について検討できた。衛星画像で捉えられる表層流出パターンによる見積に下層からの流出分をどのように考慮して推定できるかは今後の課題である。(4)湾内から湾外への沿岸水流出機構の診断モデルを3つの湾の特性を考慮して設計した。夏季伊勢湾の残差流を計算した結果、湾央では上層で時計回り、中層では反時計回りの傾圧の残差循環流が、湾口では反時計回りの順圧の残差循環流が得られた。(5)20年間の水路部海洋速報を用いて日本南岸における黒潮流路の離岸距離の変動特性を解析した結果、九州沖で発生した黒潮小蛇行の東進とそれに先立つ黒潮流速の増加との関連性が示唆された。(6)東京湾、伊勢湾、大阪湾の淡水・塩分・DIP・DIN収支を比較しつつ検討することにより、各湾での共通で起こっていること、独自に起こっていることをかなりの程度明らかにできた。衛星データの解析:1979年度からのランドサットデータを検索して、晴天時のデータを選びだし購入した。その時の前後のNOAA-AVHRRデータを東北大学N-LANDデータベースより収集して黒潮の流路の時系列変動と湾内から湾外への高濁度水塊の流出パターンを類型化し,データベースを作成した。1995年5月中旬に東京湾内で大発生したココリスをNOAA-AVHRRデータより観測でき、これをトレーサーとして湾内水の湾外への流出過程が明確にとらえられた。

黒潮の流路変動と湾内水の流出過程のモデル化:黒潮の流路変動による湾口部への黒潮系水の流入機構の予測モデルおよび,湾口からの外海水の流入状況による湾内から湾外への沿岸水流出機構の診断モデルを作成した。これらのモデルを用いて、黒潮の流路変動および沿岸水流出機構の解析をおこなった。高濁度水中の物質の組成と量の推定:1983年度から現在までに東京湾,大阪湾で実施された海洋観測の結果のうち光束透過率、蛍光光度計の結果を整理し、懸濁物中の非植物成分と植物成分の関係を解析した。1995年5月中旬に東京湾内で大発生したココリスを海洋現場観測によりとらえ、衛星観測との照合をおこなった。衛星データの解析:ランドサット衛星データMSSデータとTMデータの各チャンネル間の関係式を求めた。この関係式をMSSデータによる懸濁物質量推定モデルへ応用してTMデータによる懸濁物質量推定モデルへ改良を試みた。昨年度に引き続き、ランドサット衛星観測日の前後のノア衛星AVHRRデータを東北大学N-LANDデータベースより収集して黒潮流路の時系列変動と湾内から湾外への高濁度水塊の流出パターンを類型化した。東京湾では湾内水が相模湾へ流出するパターンと房総沖合へ流出するパターンに大きく分類できた。高濁度水中の湾外流出パターン解析:1983年度から現在までに東京湾,伊勢湾、大阪湾で実施された海洋観測の結果を整理し、冬季の伊勢湾では東京湾、大阪湾のように中層から湾外に高濁度水が流出するのではなく、大陸棚斜面に沿って底層から流出することが示された。総合解析高濁度水の流出パターンから伊勢湾と異なり、東京湾、大阪湾は物理海洋学的には類似しており、東京湾は伊勢湾、大阪湾と比較して生物種が少ないなど生物海洋学的には他の湾と異なる。これらそれぞれの湾の物質収支や物質輸送過程を明らかにするための共通性もようやく整理されてきた。
次世代リキッドバイオプシーを変革するマルチスケール流体セパレーターの実証

本研究では,血液中に存在する生体粒子をマーカーとして利用する疾患の診断技術「リキッドバイオプシー」に革新をもたらす新規分離精製手法を開発する。具体的には,細胞などの生体粒子を連続的に導入するだけで,特定の生体粒子のみを選抜できる「マルチスケール流体セパレーター」を提案する。様々な大きさ・性質を有する粒子に対応できる流路構造の作製方法を確立し,さらに本分離精製手法の機能化および生化学解析操作との融合によって,エクソソームや希少細胞などの生体粒子分離における有用性を実証する。
マウス体外成熟卵を使用した体細胞クローン胚由来ES細胞の樹立

核移植胚由来ES細胞(nuclear transfer-derived embryonic stem cell ; ntES cell)は、体細胞核移植技術を用いて、除核未受精卵に体細胞の核を顕微注入して作出したクローン胚から樹立するが、クローン胚の作出、及びntES細胞の樹立には多数の新鮮未受精卵を必要とする。そこで、本研究では、婦人科手術により摘出される卵巣や卵巣切片から採取可能な未成熟卵に着目し、未成熟卵の体外成熟(in vitro maturation ; IVM)を実施して成熟卵を作出し、SCNTに利用できる可能性、また、それを用いて作出した胚からntES細胞が樹立できる可能性を、マウスを実験モデルとして検討した。実験方法は、未排卵誘発のB6D2F1雌マウスの卵巣から未成熟卵(germinal vesicle ; GV)を採取し、IVMを行って成熟卵を作出した。体外成熟培養にはTaM培地にAA-2G、E-64、Astaxanthinを添加したmodified TaM(mTaM)培地、HSAPプレコートディッシュを用いた。作出した成熟卵の核を除核後、卵丘細胞をドナー体細胞核として体細胞核移植を実施しクローン胚を作出した。IVMクローン胚の桑実胚/胚盤胞への発生率は、in vivo成熟コントロール胚の約5分の1と低率ではあったが、胚盤胞へと発生可能であった。次に、胚盤胞からntES細胞の樹立に試みた。結果、前核形成195クローン胚から5系列のIVMntES細胞株(IVM ntES1-5)を樹立した。樹立した細胞株について、未分化マーカー遺伝子の発現を確認したところ、すべての細胞株で発現が確認できた。さらに、これらの細胞株の多能性を検討するためキメラマウスの作出を試みた。その結果、3系列(IVM ntES1,2,4)から11匹のキメラマウスが得られた。さらに、得られたキメラマウスをICRマウスと交配させたところ、1系列(IVM ntES1)でgermline transmissionを確認することができた。本研究により、体外成熟卵を再生医療のためのSCNTのソースとして利用可能であることが実験モデルにおいて確認され、将来的にはヒトの再生医療においても、体外成熟卵を、ntES細胞を樹立するためのソースとして利用できる可能性が拓かれた。
成層圏における電波干渉計フライト実証試験の再挑戦

放球実験に供するゴンドラシステムのうち、改修をおこなった気密容器/電源BOX/撚り戻し機構部について、宇宙科学研究所相模原キャンパスにおいて、熱真空試験をおこない、想定される成層圏高度での環境に適合することが確認できた。次に、ゴンドラシステムへの電気的な統合作業をおこない、動作の確認ができた。続いて、総合組立をおこない、動作試験の項目に総てパスした。また、地上環境ではあるが、模擬運用を含めた総合実験をおこなった。一方で、同時に観測する地上VLBI局(電波望遠鏡)群をコーディネートし、観測運用試験を繰り返し、観測運用の信頼性を向上させた。実験システム全体の全機能の正常を確認できたため、ゴンドラシステムを6月末にJAXA大樹航空宇宙実験場(放球場)へ輸送した。放球場にて、ふたたび総合組立・動作試験をおこない、地上VLBI局群とのVLBI最終確認観測をおこない、ふたたび全システムの正常を確認することができた。実験場設備との電気・通信・機械かみ合わせ試験も正常に完了した。放球に適した気象条件を待つ体勢に入った。7/24未明、放球実験のチャンスが到来し、放球直前の段階まで準備が進んだ。しかしながら、地上風の条件が不適合となり、実験場運営側の判断により、放球が中止され、今季の実施は見送りとなった。実験中断後、放球台からゴンドラシステムを回収した。我々の実験システムの機能はすべて維持しており、来年度以降の実験の機会を獲得するべく、実験の再提案することとなった。実験システムの開発や、現地での実験の準備は計画通りに推移した。しかしながら、気象条件の急変があり、実験場運営側の判断により、今季の実験の実施は見送られた。放球実験は来年度に延期となった。放球実験は気象条件の急変により、実験が実施されなかったため、次年度に延期して実験がおこなえるよう、ふたたび実験提案をおこなう。実験場設備との適合も含めて完成したゴンドラシステムについて、次年度5月に再び総合組立・総合試験をおこなう。また、同時に観測する地上VLBI局群をコーディネートし、観測運用試験をふたたび実施する。5月末にJAXA大樹航空宇宙実験場(放球場)へ輸送する。放球場にて、総合組立・動作試験をおこない、地上局群とのVLBI最終確認観測をふたたびおこなう。また、放球場現地にもちこんだ1.5m電波望遠鏡との間で、基線長がほぼゼロのVLBI観測をおこなうことで、成層圏と同様の大気揺らぎのない状態での模擬的なVLBI観測のデータを取得し、上空での観測結果と比較するために備える。6月中旬から7月下旬に放球をおこなう計画とする。フライト実験後は、回収したVLBI実験データを分析し、フライト時の搭載機器センサ群との振る舞いと比較する計画とする。
一般化された直接放射形スピーカシステムの自動設計

一般化された直接放射形スピーカシステム,あるいは,駆動スピーカと受動放射器の両者にMFB(動帰還)をかけた位相反転形スピーカシステムを対象にして,非線形最適化手法を使った自動設計法について検討した。このシステムの低周波動作は機械等価回路の要素から構成される20次元のユークリッド空間におけるシステムパラメータベクトルによって支配されているが,次のような条件の下に平坦特性と低周波特性の伸長とを同時に実現する最適解(最適ベクトル)を自動的に求める方法をのべている。すなわち各パラメータには物理的な制約範囲を支えたうえで,(1)駆動スピーカ及び受動放射器の最大の許容瞬時振幅以内に最適解を求めること,(2)最大許容入力電力以内に最適解を求めること,(3)帰還系を含むが発振を起こさないように最適解を求めること。このため,音圧周波数応答や,駆動スピーカおよび受動放射器の振幅、入力電力、フルヴィッツの安定判別情報等に関連した評価関数(目的関数)を定義している。この目的関数を最小化(最適化)することにより,音圧の平坦特性と音圧の低域への伸長を同時に実現する最適解(最適ベクトル)を自動的に得ることが可能となっている。また、自動設計のフローチャート及び設計例題も支えている。なお,本手法は等価回路におきかえられるシステムであればそのいずれにおいても適用可能である。本研究課題を通じて得られた手法を圧電形電話機に適用して成果をあげており、関連論文を発表している。主に,非線形最適化手法による一般化された直接放射形スピ-カシステムの設計法およびそのプログラムの確立を行った.我々の考案した複数のMFBを持つスピ-カシステムの等価回路をもとに,種々のシミュレ-ションを行った.このスピ-カシステムは,駆動スピ-カのみならず,受動スピカ-にまでMFBをかけたものであり,密閉型,ポ-トシステム,ドロンコ-ンシステムの各スピ-カシステム,それらの駆動スピ-カにMFBをかけたスピ-カシステム,またポ-トやドロンコ-ンにまでもMFBをかけたスピ-カシステムを全て現すことができる.設計の主目的は,平坦で低域までのびた音圧周波数特性を得るスピ-カシステムのパラメ-タ値を求めることであるが,本プログラムは音圧特性のみならず,スピ-カの許容振幅,許容入力電力,さらにMFBを持つものについてはシステムの安定までも考慮した設計法である.また,スピ-カシステムのパラメ-タ値の許容範囲を指定することや,いくつかのパラメ-タ値を固定して他のパラメ-タ値だけを求めたりできる汎用性の高いプログラムである.最近のオ-ディオシステムは,小型化されてきておりスピ-カシステムも小型化している.そこで,一例として実効半径5cmのスピ-カユニットを容積7リットルのスピ-カボックスに取り付けたとき,上記のような種々のスピ-カシステムにおいて,どれだけ平坦で低域までのびた音圧特性を得ることができるか,シミュレ-ションをおこない本プログラムの有効性を確かめた.音圧特性は,要求どおり平坦で低域まで伸びた特性が得られた.また,振幅なども要求どおり許容範囲内であった.本年度は主に、直接放射形スピーカシステムの設計領域の検討を行った。実際にスピーカシステムを生産する場合、パラメータ値には“ばらつき"があるため、音圧周波数特性等が設計目標からずれてくる。そこで、この“ばらつき"を考慮し、設計値を求めるのではなく、音圧周波特性等に許容範囲を設け、その許容範囲内に入るようなパラメータ値の設計領域を回帰分析等により求めるプログラムの開発を行った。このプログラムの概要を次に述べる。まず、設計目標の平担で低域までのびた音圧周波数特性を示す直接放射形スピーカシステムのパラメータ値を非線形最適化手法により求める。次に、この音圧周波数特性に許容範囲を設け、ワーストケースデザインによりその許容範囲に入るようなパラメータ値の設計領域を求める。

各パラメータ値がこの設計領域内であれば、無限値のシステムを製造しても音圧周波数特性は全て許容範囲内に入っている。つまり歩留まりが100%である。しかし、設計領域が狭いため製造コストが高価になることが考えられる。実際の生産ではシステムを無限個製造することはないので、歩留まりを100%から落とすことにより、より広い設計領域を得れば製造コストも低下する。次に、先に求めた設計領域を各パラメータの音圧特性に対する感度を考慮して拡大していく。拡大するごとに、その拡大された設計領域内で乱数を発生させて最大音圧値、最小音圧値を求めて、その回帰直線を導出する。この回帰直線に対して、線形回帰分析を行い不良品発生個数を調べ、それらの求めるべき設計領域を得る。パラメータ数が11個のシステムについては開発済みであるが、より自由度を増したパラメータ数が20個のシステムのプログラムは動作確認中である。非線形最適化手法を適用することにより、密閉形スピーカシステム、位相反転形スピーカシステム、動帰還(MFB:Motional Feed Back)をかけたスピーカシステム等、現在生産されている直接放射形スピーカシステムを全て含む、我々の考案した一般化された直接放射形スピーカシステムの低周波数領域における設計法の確立と自動設計プログラムの開発を行ってきた。我々の考案した一般化された直接放射形スピーカシステムは、20個のパラメータで構成されており、現在生産されている直接放射形スピーカシステムを全て含んだ構成である。パラメータの与え方により種々のスピーカシステムに対応できるプログラム構成であるが、プログラムの中で微分を行う部分等で一部プログラムを一本化できない部分があり、現在検討中である。しかし、個別のプログラムでは設計可能である。また、このソフトウェアを使用する場合、スピーカシステムの設計者がプログラムの開発者ほど知識がなくても、簡単にスピーカシステムのパラメータ等を入力できるように開発を行っているが、プログラムに使用している言語がFORTRANであり、使用しているコンピュータも大型計算機であるのでユーザインタフェースに欠ける部分がある。現在、ユーザインタフェース部分は、パーソナルコンピュータを使用する等、検討中である。
接着剤の性能が集成材の耐火性能に及ぼす影響と簡易評価法の開発

集成材の耐火性能低下は、ラミナの脱落に支配され、接着剤の耐熱性能とラミナの脱落、集成材の耐火性能の関係が解明されたことで、200°Cでラミナが脱落しない程度の圧縮せん断接着強さが残存すれば、集成材は、45分の載荷加熱試験で求められる耐火性能を有することを明らかにした。また、集成材の耐火性能は、実大載荷加熱試験を行わなくても200°Cでの加熱圧縮せん断接着強さ試験の結果から予測できることを明らかにした。JASで求められている構造用集成材の積層接着用に使用する接着剤の耐火性能確認のための簡易耐火試験法開発の一環として、耐熱性に劣る酢酸ビニル樹脂接着剤を用いて積層接着した実大寸法の集成材梁を作製し、45分間の載荷加熱試験を実施し、レゾルシノール樹脂接着剤を用いて積層接着した場合との比較検討を行った。酢酸ビニル接着剤を用いた集成材は、梁幅方向に比べて梁背方向の炭化速度が速く、試験開始41分に破壊の兆候が見られたため試験を中止した。これは、酢酸ビニル樹脂接着剤は、レゾルシノール樹脂接着剤に比べて耐熱性が低く、炭化したラミナの脱落が早いことが原因と推測され、耐熱性に劣る接着剤を使用した集成材の火災時の挙動を確認することができた。載荷加熱試験に際し、耐熱性の低い接着剤を使用した集成材の場合は、ラミナの脱落に伴う炭化の進行が早くなることが明らかとなったことから、準耐火構造における燃えしろ設計が可能かどうかを評価するための簡易耐火試験においては、ラミナの脱落が再現でき、梁背方向の炭化の進行が評価できる試験法が望ましいことがわかった。また、各接着剤の粘弾性の測定など、接着剤の接着性能試験も併せて実施した。JASで求められている構造用集成材の積層接着用に使用する接着剤の耐火性能確認のための簡易耐火試験法開発の一環として、ラミナの厚み及び接着剤の種類が耐火性能に及ぼす影響を明らかにするため、厚さが22mmと13.4mmの2種類のラミナを用い、レゾルシノール系樹脂接着剤(RF)、水性高分子イソシアネート系樹脂接着剤(API)及び酢酸ビニル系樹脂接着剤(PVAc)で積層接着した実大寸法の集成材梁を作製して45分間の載荷加熱試験を行った。耐火試験の結果では、ラミナ厚さの影響は小さく、RFとAPIはほぼ同等、PVAcでは45分準耐火の性能は得られなかった。PVAcではラミナの脱落が早く、炭化の進行やたわみの増加が大きいことが、この結果の要因と推測されたので、同じ断面寸法の小ブロックの試験体を用いて、無載荷でのISO834の加熱曲線に準拠した加熱試験を行い、45分加熱終了後の炭化深さを実大試験の結果と比較したが、この無載荷での簡易試験ではラミナの脱落による梁成方向の炭化の進行が再現できなかった。そこで、接着剤の耐熱性と集成材の耐火性能の関係を明らかにするため、使用した接着剤について、室温200°Cで加熱圧縮ブロックせん断試験を行ったところ、いずれの接着剤も温度上昇に伴って接着せん断強さは低下し、100°C、150°CではRF>API>PVAcであったが、PVAcは150°Cでほぼ0であり、この差異がPVAc集成材の耐火性能低下の原因であると推測された。レゾルシノール樹脂接着剤及びレゾルシノール・フェノール樹脂接着剤を使用して製造した構造用集成材は、あらゆる使用環境に使用可能であるが、これ以外の接着剤を使用した集成材がどの使用環境で使用可能かは、各種の性能試験を行い、個別にJAS認定を受ける必要がある。上記以外の接着剤を使用した構造用集成材が使用環境Bに使用可能か否かの判断には、150mm×300mm×6000mmの実大寸法の梁試験体を用いた載荷加熱試験が必須だが、試験費用が高額なことからこれに代わる簡易な試験方法の開発が求められている。本研究では、レゾルシノール樹脂接着剤、水性高分子イソシアネート系接着剤、酢酸ビニル樹脂接着剤を取上げ、実大載荷加熱試験並びに室温から200°Cまでの圧縮せん断接着強さの試験を行い、接着剤の耐熱性能が集成材の耐火性能に及ぼす影響について考察した。これにより、梁の耐火性能を決定する要因は、ラミナの脱落と梁成方向の炭化にあり、ラミナの脱落は高温時の接着剤と木材の接着強度に支配されることが明らかとなった。また、集成材梁の載荷加熱試験において、最外層のラミナが脱落する時間は、ラミナの厚さと脱落する温度が決まれば、予測が可能であることが明らかとなった。

実用的な集成材のラミナ厚さを考慮すると、例えばラミナの厚さが25mmの場合、接着層の温度が200°Cで最外層のラミナが脱落したとしても、その時間は33分で、45分の試験終了までには2層目のラミナは脱落せず、炭化深さも35mmを超えないと見込まれることから、使用環境Bで必要とされる燃えしろ設計可能な断面は十分に残されていると推測される。以上のことから、安全率を見込み、200°Cのブロックせん断試験でラミナが脱落しない程度のせん断強度が残存する接着剤を使用することで、使用環境B適合の構造用集成材の製造が可能であることを示した。高温時の性能が異なる3種類の接着剤について、接着剤一接着強さの温度依存性のデータが得られ、集成材の耐火性能との相関が得られる見通しがついたことは、構造用集成材に使用する接着剤に必要とされる性能を把握する上で大きな前進であり、簡易試験法の開発を目指す本課題の成果として、非常に重要な成果が得られた。24年度が最終年度であるため、記入しない。接着剤の種類をさらに増やして、実大載荷加熱試験、ブロックせん断試験を行ってデータを蓄積するとともに、耐火試験時の集成材の内部温度変化から、使用する接着剤の性能と集成材の耐火性能の関係を解明し、集成材の耐火性能を支配する接着剤の性能を特定する。また、その結果に基づき、実大載荷加熱試験に代わる簡易な試験方法を提示する。
全ゲノム解析で明らかにする、日本固有カンキツと海外由来カンキツの交雑過程

佐賀大学の代表的研究活動として「カンキツ遺伝資源コレクション」がある。コレクションを主な対象として100系統以上を部分ゲノム解読法RAD-Seqで解析した結果、更に詳細に解析すべき、日本国内の系統が見つかった。一つは、多系統からなることを明らかにした、日本に野生している「日本固有のカンキツ」、つまりタチバナ、シークヮーサー(琉球語表記)である。もう一つは、我々が発見した、日本固有カンキツと海外由来カンキツの交雑の結果で生まれた栽培種である。本課題では、これら国内の興味深いカンキツを対象に、RAD-Seqよりも強力な全ゲノムリシーケンシングを、約30系統を対象に実施し、日本のカンキツの歴史を知ることを目的とする。本年度は、日本固有カンキツであるタチバナについて、高知県の自生地を調査した。タチバナ自生地の群内遺伝的構造を知ることが主たる目的である。なお、これら植物は天然記念物であるので、許可を得た上で、教育委員会の立ち会いのもと、採集を行った。次に、ゲノム解析に必要なDNAの精製を行った。これまでカンキツから、ゲノム解析に適した高純度DNAの精製を日常的に行ってきたので、これら材料からのDNA精製は容易であろうと推定していた。しかし、これら材料については精製が容易ではなく、DNA精製過程でDNA分解がおこることが判明した。DMA分解を防ぐ方法を検討したが、その方法を見いだすことはできなかった。そこで、DMA分解を防ぐことは諦めて、分解DNAを除くことで、高純度DNAを精製することにした。数々の方法を検討した結果、後者の方法の開発には成功した。得られたDNAを全ゲノムリシーケンシングに供したところ、配列データが得られることがわかったので、この問題は解決した。つまり、今後の研究の妨げになる問題は解決し、今後の研究発展のための道筋ができた。佐賀大学は、先端基盤研究共用促進事業(新たな共用システム導入支援プログラム)に採択された。これの立ち上げに私が深く関わり、そのために時間を費やしてしまい、研究時間の確保が難しかった。「我が国の興味深いカンキツ」を全ゲノムリシーケンシングし、得られたデータをバイオインフォマティクス解析する。精製したDNAを研究受託機関に送り、受託機関から全ゲノムリシーケンシングのデータの提供を受ける。1サンプルあたり12Gb以上(ゲノムサイズの30倍以上)の配列を得る。比較対照については、我々や他の研究グループが既にデータ取得したものを主に用いる。具体的には、タチバナ・シークヮーサー・コウライタチバナの解読を行う。本土のタチバナおよびシークヮーサーは無性生殖するが、原木が異なるいくつかの系統に分かれるので、各々の系統から一点を解読する。有性生殖する沖縄のタチバナは数点を解読する。計10点程となる。また、我々が発見した、日本固有カンキツと海外由来カンキツの交雑の結果で生まれた栽培種についても、計10点程を解読する。一般的なバイオインフォマティクス解析(遺伝的類縁関係、admixture解析など)を行い、これらの過去の歴史を調べる。特に、日本固有カンキツのどの系統から、どこのDNA領域が、国内栽培種に移入したかを調査することが重要である。栽培種は人により選抜されたはずなので、遺伝子移入に何らかの傾向がある可能性が高いからだ。この情報は、我が国のカンキツの利用に活かすことができる。また、九州、特に島嶼部には、特産化できる可能性がある栽培種があり、これらも日本固有カンキツとの交雑可能性がある。また、タチバナ自生地の群内遺伝的構造など、日本国内のカンキツの未調査の問題がある。そこで、九州の在来カンキツ産地や宮崎のタチバナ自生地について現地調査を行い、部分ゲノム解読法RAD-Seqに供し、更に詳細に解析すべき対象を見つける。RAD-Seqの結果、更に詳細に解析すべきとしたもの計10点程を全ゲノムリシーケンシング解読およびバイオインフォマティクス解析に供する。