hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
溶血連鎖球菌の遺伝子操作による毒素遺伝子の発現および機能の解析

これまで形質転換効率が低く遺伝子操作が困難であったA群溶血レンサ球菌Steptococcus pyogenesにおいて、エレクトロポレーション法を応用し高い効率で再現性良く臨床分離株にも広く適用できる系を開発し、遺伝子破壊やプロモーター検索に応用可能であることを示した。この方法は,これまで遺伝子導入が不可能であったC群溶血レンサ球菌Streptococcus dysgalactiae subup. equisimilisH46Aの形質転換も可能にした。この遺伝子導入系をSLO遺伝子の破壊やプロモーター検索に応用した結果、これまで溶血毒素と考えられていたSLOは溶血にほとんど関与していないことがわかった。また,SLO遺伝子は上流に位置するNADase遺伝子のプロモーターからポリシストロニックに転写されオペロンを形成していることを明らかにした。これらの結果から、SLOは溶血毒素として機能しているのではなく、主としてNADaseのような菌体外に分泌される生理活性物質を宿主細胞に移行させるデリバリーシステムとして機能していることが示唆された。毒素タンパクとしてのNADaseの役割についてはいまだに不明であるが, NADaseは細胞毒性が非常に強く,これまで大腸菌や枯草菌での大量発現系の構築は困難であった。そこで、遺伝子発現を厳格にコントロールできる大腸菌アラビノース代謝オペロンのプロモーターを発現ベクターに用いた結果,NADaseの大量発現に成功した。現在,NADaseの生化学的な性質と毒素としての機能を解析中である。平成13年度の研究計画では、溶血性連鎖球菌が産生する外毒素であるストレプトリジンO(SLO)とNADaseの大量発現系を構築し、毒素タンパク質間の相互作用を解析する予定であった。lacプロモーターを利用した大腸菌での発現やT7プロモーターによる大腸菌ライゼートを用いたセルフリーシステムを利用しても、目的のタンパク質は発現しなかった。そこで、発現をより厳格にコントロールできる大腸菌アラビノースオペロンの発現調節制御機構を利用したところ、SLOだけが発現した。申請者は、SLOが上流に位置するNADaseと共にポリシストロニックに転写されていること、そして両遺伝子間に機能不明のオープンリーディングフレーム(ORF1)が存在することに着目し、このORF1がNADaseの発現に必要ではないかと考えた。この推測にしたがって両遺伝子を同時に発現させたところ、NADaseが大腸菌でも発現した。このORF1の遺伝子配列から予想されるアミノ酸配列は、既存のタンパク質とのホモロジーはなかった。ORF1の機能を明らかにするために抗体を作製して調べたところ、本タンパク質はlacプロモーターによる大量発現が可能で、SLOやNADaseとは異なり菌体内タンパクであることがわかった。ORF1は細胞内でNADaseの発現に関与していると思われる。また、N末端のアミノ酸配列を調べた結果、シャインーダルガルノ配列はNADaseの構造遺伝子内に位置していた。現在、ORF1のより詳細な機能と、SLOおよびNADaseの大量精製を行っている。
優れた単分散性を有するコロイド粒子の合成とそれを用いた高品位コロイド結晶の作製

極めて完全性の高い最密充填型コロイド結晶を作製することを目的に,1)単分散性の優れたコロイド粒子の合成,2)自己秩序的粒子配列を行い配列過程のその場観察および作製されたコロイド結晶の結晶性評価,3)レーザー光によるコロイド結晶の欠陥修復のための基礎検討を行った.結果として,単分散性の高いポリスチレン(PS)微粒子を用いても,乾燥に伴う粒子の収縮のため,完全性の高いコロイド結晶を得ることは困難であった.しかし,次のような成果,知見を得ることができた.1.単分散性の優れたコロイド粒子の合成(1)1%以下の単分散性評価には,透過型電子顕微鏡(TEM)画像での粒子径読みとりが有効であった.(2)250-500nmの範囲の粒子径において1%以下の単分散性のPS微粒子を合成することができた.(3)ガラス転移温度120°C以上を有し,世界トップレベルの単分散性の架橋PS微粒子を合成することができた.2.コロイド結晶の作製(1)コロイド結晶形成過程を共焦点レーザー顕微鏡観察し,成長速度によって成長様式が変化することを見出した.(2)面内方向と膜厚方向の周期性を計測する新しい構造解析法を見出し,これによりPS微粒子からなるコロイド結晶が収縮により異方性を有することを明らかにした.(3)乾燥に伴い形成されるストライプ構造が双晶構造に起因することを明らかにした.3.レーザー光によるコロイド結晶の欠陥修復のための基礎検討最密充填構造を有しているが溶媒が完全に蒸発していない状態のコロイド結晶において,レーザー光の光圧アニールによって結晶中の欠陥修復や意図的欠陥導入が行える可能性を示すことができた.極めて完全性の高い最密充填型コロイド結晶を作製することを目的に,1)単分散性の優れたコロイド粒子の合成,2)自己秩序的粒子配列を行い配列過程のその場観察および作製されたコロイド結晶の結晶性評価,3)レーザー光によるコロイド結晶の欠陥修復のための基礎検討を行った.結果として,単分散性の高いポリスチレン(PS)微粒子を用いても,乾燥に伴う粒子の収縮のため,完全性の高いコロイド結晶を得ることは困難であった.しかし,次のような成果,知見を得ることができた.1.単分散性の優れたコロイド粒子の合成(1)1%以下の単分散性評価には,透過型電子顕微鏡(TEM)画像での粒子径読みとりが有効であった.(2)250-500nmの範囲の粒子径において1%以下の単分散性のPS微粒子を合成することができた.(3)ガラス転移温度120°C以上を有し,世界トップレベルの単分散性の架橋PS微粒子を合成することができた.2.コロイド結晶の作製(1)コロイド結晶形成過程を共焦点レーザー顕微鏡観察し,成長速度によって成長様式が変化することを見出した.(2)面内方向と膜厚方向の周期性を計測する新しい構造解析法を見出し,これによりPS微粒子からなるコロイド結晶が収縮により異方性を有することを明らかにした.(3)乾燥に伴い形成されるストライプ構造が双晶構造に起因することを明らかにした.3.レーザー光によるコロイド結晶の欠陥修復のための基礎検討最密充填構造を有しているが溶媒が完全に蒸発していない状態のコロイド結晶において,レーザー光の光圧アニールによって結晶中の欠陥修復や意図的欠陥導入が行える可能性を示すことができた.極めて完全性の高い最密充填型コロイド結晶を作製することを目的に,(1)単分散性の優れたコロイド粒子の合成を行い,(2)自己秩序的粒子配列を行い配列過程のその場観察および作製されたコロイド結晶の結晶性評価を行った.1.単分散性の優れたコロイド結晶の合成(1)単分散性評価法の検討目標としている単分散性1%以下を評価するため,評価手法の検討を行った.その結果,200-300nmの粒子径のコロイド粒子に対しては,走査型電子顕微鏡(SEM)は,測定誤差が1%以上あり評価に適さないこと,透過型電子顕微鏡(TEM)により1%以下の単分散性を評価可能なことを確認した.これにより,最適条件で合成されたポリスチレン(PS)微粒子では,0.9%の単分散性が実現されていることが確認された.(2)単分散性に影響を及ぼす合成パラメータの検討PS微粒子のソープフリーエマルション重合において,合成温度が単分散性に及ぼす影響を調べたが,温度は合成時間に影響するものの,得られる粒子の粒子径単分散性には影響しなかった.2.コロイド結晶の作製(1)ガラスセルにおけるコロイド結晶形成過程のその場観察粒子濃度を変えて成長速度を制御したコロイド結晶形成を共焦点レーザー顕微鏡にてその場観察し,成長速度によって成長様式が変化し,適度な成長速度のもとで結晶性のよい結晶が成長することを明らかにした.(2)コロイド結晶の結晶性評価ガラスセル内にて形成されるポリスチレン微粒子のコロイド結晶膜において,溶媒である水蒸発による構造変化を反射スペクトル測定により明らかにした.また,こうした測定により,膜厚方向と面内方向の周期性の違いを明らかにできることを見出した.2007年度は,レーザーによる欠陥修復についても検討を行い,さらなる高品位コロイド結晶の実現を目指す予定である.

きわめて完全性の高い最密充填型コロイド結晶を作製することを目的に,1.単分散性の優れたコロイド粒子の合成,2.自己秩序的粒子配列を行い配列過程のその場観察および作製されたコロイド結晶の結晶性評価,3.レーザー光によるコロイド結晶の欠陥修復のための基礎検討を行った.結果として,単分散性の高いポリスチレン微粒子を用いても,乾燥に伴う粒子の収縮のため,完全性の高いコロイド結晶を得ることは困難であった.しかし,次のような成果,知見を得ることができた.1.単分散性の優れたコロイド粒子の合成ガラス転移温度120°C以上を有し,かつ,世界トップレベルの単分散性の架橋ポリスチレン微粒子の合成に成功した.2.配列過程のその場観察および結品性評価(1)面内方向と濃厚方向の周期性を計測し,コロイド結晶の三次元構造を解析する新しい構造解析法を見出した.(2)乾燥に伴い形成されるストライプ構造が双晶構造に起因することを見出した.3.レーザー光によるコロイド結晶の欠陥修復のための基礎検討最密充填構造を有しているが溶媒は完全に蒸発していない状態のコロイド結晶において,集光したレーザー光の光圧アニールによってコロイド結晶の欠陥修復さらには意図的欠陥導入の可能性を示すことができた.本科研費課題と平行して検討してきた粒子をアクリルモノマー中に分散させた分散液からのコロイド結晶作製において,高い反射率を示す優れた結晶性のコロイド結晶濃が作製できるが見出せたが,この成果を得るのに本科研費課題で得た知見が大いに活かされた.
CGMS(連続皮下血糖測定器)の日本人糖尿病患者における有用性の検討

近年では持続血糖測定器が普及し24時間にわたって患者血糖変動をとらえることができる。そこで血糖コントロール不良2型糖尿病患者でインスリン頻回注射療法を実施している患者を対象に持続血糖測定器を利用することで血糖コントロールが改善するかどうかを検討した.対象34人に検査開始時、4か月後、6か月後にCGMを装着した。その結果を患者と主治医に開示したうえで治療の変更を行う介入群と結果を主治医のみ開示し患者に開示しない非介入群に割り付けし8か月間治療を行った。試験終了時のHbA1cの改善度は介入群0.01±1.0%、非介入群ー0.3±0.8%であり群間に有意差を認めなかった。【研究実績の概要】順天堂大学医学部付属順天堂医院に通院中でコントロール不良の2型糖尿病患者に、外来で持続血糖測定器(CGM)を使用し、血糖コントロールや治療満足度にあたえる影響を検討した。[方法]介入前HbA1c6.9%-11%でボーラス成分を含むインスリン治療を行っている2型糖尿病患者34名を対象に、前向き無作為化対照試験を行った。隔回ごとの外来でCGMを計3回装着し、装着時は4回/日以上の自己血糖測定、食事内容の記録を指示した。CGMのデータを使用して治療介入するOPEN(O)群と、データを使用しないBLIND(B)群にランダム化、薬の調節等は外来医の判断で自由に行った。試験の前後で血液データとともにDTSQ(糖尿病治療満足度質問表)検査を行い、治療満足度(6項目)、高血糖を感じる頻度(1項目)、低血糖を感じる頻度(1項目)に関して前後のスコア変化(0から6点)を検討した。[結果]登録時背景はO群: 59.9±9.0歳、BMI27.0±4.7kg/m2、HbA1c8.2±0.9%。B群: 63.1±8.5歳、BMI27.1±5.0kg/m2、HbA1c8.2±1.2%で有意差はなかった。試験期間中は両群間のHbA1cの改善などに有意差は認めなかったが、現在データの集まっている範囲では試験開始1年目のHbA1cは試験終了時と比較して、O群ー0.9±1.6%、B群で+0.5±0.6%と、O群で有意に(P=0.0274)改善した。また試験期間を通じて0.5%改善した改善群では、血糖140mg/dL以上の高血糖の時間帯の割合がへることで改善したことがCGMの結果で明らかになった。DTSQによる高血糖の自覚点数は現状をよく反映しており、改善群と悪化群で有意差がついた。今後、CGMの結果を血糖コントロール改善、QOL改善に結びつけるには更なる検討が必要である。順天堂大学医学部付属順天堂医院通院中コントロール不良2型糖尿病患者に外来で持続血糖測定器(CGM)を使用し血糖コントロールや治療満足度にあたえる影響を検討した。[方法]介入前HbA1c6.9-11%でボーラス成分を含むインスリン治療を行っている2型糖尿病患者34名を対象に、前向き無作為化対照試験を行った。CGMのデータを使用して治療介入する介入群と、データを使用しない非介入群にランダム化、薬の調節等は外来医の判断で自由に行った。試験の前後で血液データとDTSQ(糖尿病治療満足度質問票)検査を行い治療満足度(6項目)高血糖を感じる頻度(1項目)低血糖を感じる頻度(1項目)に関して前後のスコア変化(0から6点)を検討した。[結果]登録時の平均BMIは27kg/m2で、HbA1cも介入群8.2±1.2 %、非介入群8.2±0.9 %といずれもコントロール不良の肥満2型糖尿病患者であった。試験期間前後のHbA1cの変化は介入群で0.01±1.0%、非介入群で-0.3±0.8 % (p=0.261)治療満足度の変化は介入群で0.8 ±7.1ポイント、非介入群で2.4±8.0ポイントと上昇をみせた(p=0.530)。介入群では試験後に高血糖を感じる頻度が上昇したものの、そのほかの点で明らかに有意差のつく結果は認められなかった。[まとめ]今回の研究では高血糖を感じる頻度は上昇したもののHbA1cや治療満足度の有意な改善には結びつかなかった。外来で2型糖尿病患者にCGMを使用してもHbA1cや治療満足度に好影響を与えないことが示唆される。CGMは1型糖尿病患者や低血糖の頻発している患者では有用とされているが肥満でコントロール不良の2型糖尿病患者には有用でない可能性が示唆された。コントロール不良2型糖尿病患者に外来で持続血糖束的(CGM)を使用し血糖コントロールや治療満足度に与える影響を検討した。【方法】本試験は非盲検前向きランダム化比較試験である。血糖コントロール不良の2型糖尿病患者でインスリン頻回注射を実施している患者を対象に検査開始時、4か月時、試験終了時の3回持続血糖測定器を装着した。

その結果を患者と主治医に開示したうえで治療の変更を行う介入群(I)と結果を主治医のみに開示し患者に開示しない非介入群(NI)に割り付けし8か月間治療を行った。血糖コントロールの指標としてHbA1c等を測定、治療満足度の評価としてDTSQ(アンケート)を実施した。【結果】試験に参加した人数は34人、男女比、糖尿病罹病期間、BMI,インスリン投与量などには群間の差は認めなかった。開始時のHbA1cはI群8.2%±1.2NI群8.2%±0.9と群間に差を認めなかった。試験終了時のHbA1cの改善度はI群0.01±1.0%、NI群-0.3±0.8%であり群間に有意差を認めなかった。インスリン投与量はI群2.2±4.4単位、NI群0.2±3.0単位とI群で増量傾向にあったが有意差を認めなかった。DTSQは試験終了時の前値からの変化はI群0.8±7.1ポイント、NI群2.4±8.0ポイントの増加が認められたが群間に有意差は認めなかった。DTSQについては開始時I群19.8±5.5、NI群21.5±7.1と比較的低値を示しており治療満足度が低い集団である事が示唆された。本研究の結果からCGMを装着する事で血糖コントロールを改善する可能性が低いことが示唆された。本研究の参加者はインスリン頻回注射を実施しながらも血糖コントロー不良であり患者満足度が低い集団であった。そのような集団においては患者が血糖変動を認知し行動変容を起こすきっかけにはならないのではないかと考えられた。近年では持続血糖測定器が普及し24時間にわたって患者血糖変動をとらえることができる。そこで血糖コントロール不良2型糖尿病患者でインスリン頻回注射療法を実施している患者を対象に持続血糖測定器を利用することで血糖コントロールが改善するかどうかを検討した.対象34人に検査開始時、4か月後、6か月後にCGMを装着した。その結果を患者と主治医に開示したうえで治療の変更を行う介入群と結果を主治医のみ開示し患者に開示しない非介入群に割り付けし8か月間治療を行った。試験終了時のHbA1cの改善度は介入群0.01±1.0%、非介入群ー0.3±0.8%であり群間に有意差を認めなかった。初期の研究は実施が終了し結果を考察している。現在論文投稿中。代謝内分泌学今回導き出された結果を考察し、本研究の目的である糖尿病治療アルゴリズム作成に必要な要素を検討するため、研究計画を立案していく方針である。既に34症例に対して研究を実施し統計的解析を実施する事が出来た。今回導き出された結果を国内、海外の学会で発表する。また結果を考察し本研究の目的である糖尿病治療アルゴリズム作成に必要とされる要素を検討するため研究計画を立案していく方針である。
局所的ムコ多糖症としての唾液腺腫瘍-その疾患概念確立のための基礎的研究

本年度は以下の実験をおこない、唾液腺腺様嚢胞癌由来ACC3細胞とムコ多糖症III型患者由来線維芽細胞(MPS)におけるヘパラン硫酸プロテオグリカン(HSPG)の生合成および分解過程を比較した。その結果、ACC3におけるHSPGの多量分泌/沈着/蓄積の動態にMPSとの類似点がみいだされた。(1)細胞培養:上記2種の細胞系および正常肺線維芽細胞(FIB)を35mmまたは60mmペトリ皿で単層培養し、免疫沈降実験のため^<35>S-硫酸と^<35>S-メチオニンによる標識をおこなった。(2)免疫沈降法によるHSPGおよびヘパラン硫酸鎖の検出:前項1)のように標識培養された細胞の細胞層および培養上清について、抗HSPG抗体および抗ヘパラン硫酸鎖(HS)抗体をもちいて免疫沈降をおこない、SDS-ポリアクリルアミド電気泳動およびフルオログラフィーで可視化するとともに、抗HS抗体による免疫沈降物の放射活性を測定することにより分解されたHS鎖の量を比較した。MPSでは、細胞層には正常なHSPGコアが検出されたが、培養上清中にはFIBの3倍以上のHS鎖が検出され、不完全な分解物が細胞外へ放出されていると考えられた。これに対しACC3では、細胞層と上清の両方に完全なHSPGが検出されたが、培養上清中の不完全なHS分解物はMPSの約30%であり、FIBよりも若干高い値となった。(3)パルス・チェイスによるHSPG分解時間の比較:前項1)のように培養した細胞を30分間^<35>S-メチオニンで標識培養した後、1、2、4、8、16時間のチェイスをおこない、前項2)と同様に抗HSPG抗体をもちいた免疫沈降により検出をおこなった。FIBでは、チェイス4時間後にHSPGの総量が10%以下になっていたが、ACC3細胞およびMPSでは25%が残っていた。しかし8時間後には、ACC細胞では5%以下に減少したのに対し、NIPSでは20%が残り16時間後まで残存した。この結果から、MPSではFIBに比較し明らかなHSPG分解代謝の阻害・遅延があると考えられ、ACC細胞はこれらの細胞の中間的な性格を示していると考えられた。またACC細胞において、分泌阻害剤であるBFA存在下でのチェイスにより細胞内にコア蛋白質が蓄積し、16時間後にもほとんど減少しないことから、ライソゾーム系オルガネラを含む分泌後あるいは分泌過程における恒常的な分解が示唆された。したがって、ACC3細胞におけるHSPGの多量沈着/蓄稙は、部分的にはMPSと同様なライソゾーム機能の障害によるものである可能性が示された。その結果、ACC3におけるHSPGの多量分泌/沈着/蓄積の動態はムコ多糖症線維芽細胞とは異なっている点がみいだされた。MPSでは、細胞層には正常なHSPGコアが検出されたが、培養上清にはHSPGとともに多量のファイブロネクチンが共沈した。またMPSではFIBの約3倍のHSが培養上清中に検出されたので、不完全な分解物が細胞外へ放出されていると考えられた。これに対しACC3では、細胞層と上清の両方に完全なHSPGが検出され、とくに^<35>S硫酸により強く標識された。また、培養上清中の不完全なHS分解物はMPSの30%以下であり、ACC3におけるHSPG産生能および分解能の高さが示された。(3)パルス・チェイスによるHSPG分解時間の比較:前項1)のように培養した細胞を30分間^<35>S-メチオニンで標識培養した後、1、2、4、8、16時間のチェイスをおこない、前項2)と同様に抗HSPG抗体をもちいた免疫沈降によりHSPGの検出をこおなった。ACC3細胞では、チェイス4時間後にHSPGの総量が40%以下になり、8時間後では10%まで減少しており、細胞内外での分解がおこっていると考えられた。一方MPSでは8時間後にも50%以上が残っており、分解代謝の阻害/遅延が示唆された。この結果から、ACC3細胞におけるHSPGの多量沈着/蓄積は、MPSとは異なる機序である可能性が示されたので、今後はその相違点を詳細に検討していきたい。

本年度は以下の実験をおこない、唾液腺腺様嚢胞癌由来ACC3細胞とムコ多糖症III型患者由来線維芽細胞(MPS)におけるヘパラン硫酸プロテオグリカン(HSPG)の生合成および分解過程を比較した。その結果、ACC3におけるHSPGの多量分泌/沈着/蓄積の動態にMPSとの類似点がみいだされた。(1)細胞培養:上記2種の細胞系および正常肺線維芽細胞(FIB)を35mmまたは60mmペトリ皿で単層培養し、免疫沈降実験のため^<35>S-硫酸と^<35>S-メチオニンによる標識をおこなった。(2)免疫沈降法によるHSPGおよびヘパラン硫酸鎖の検出:前項1)のように標識培養された細胞の細胞層および培養上清について、抗HSPG抗体および抗ヘパラン硫酸鎖(HS)抗体をもちいて免疫沈降をおこない、SDS-ポリアクリルアミド電気泳動およびフルオログラフィーで可視化するとともに、抗HS抗体による免疫沈降物の放射活性を測定することにより分解されたHS鎖の量を比較した。MPSでは、細胞層には正常なHSPGコアが検出されたが、培養上清中にはFIBの3倍以上のHS鎖が検出され、不完全な分解物が細胞外へ放出されていると考えられた。これに対しACC3では、細胞層と上清の両方に完全なHSPGが検出されたが、培養上清中の不完全なHS分解物はMPSの約30%であり、FIBよりも若干高い値となった。(3)パルス・チェイスによるHSPG分解時間の比較:前項1)のように培養した細胞を30分間^<35>S-メチオニンで標識培養した後、1、2、4、8、16時間のチェイスをおこない、前項2)と同様に抗HSPG抗体をもちいた免疫沈降により検出をおこなった。FIBでは、チェイス4時間後にHSPGの総量が10%以下になっていたが、ACC3細胞およびMPSでは25%が残っていた。しかし8時間後には、ACC細胞では5%以下に減少したのに対し、NIPSでは20%が残り16時間後まで残存した。この結果から、MPSではFIBに比較し明らかなHSPG分解代謝の阻害・遅延があると考えられ、ACC細胞はこれらの細胞の中間的な性格を示していると考えられた。またACC細胞において、分泌阻害剤であるBFA存在下でのチェイスにより細胞内にコア蛋白質が蓄積し、16時間後にもほとんど減少しないことから、ライソゾーム系オルガネラを含む分泌後あるいは分泌過程における恒常的な分解が示唆された。したがって、ACC3細胞におけるHSPGの多量沈着/蓄稙は、部分的にはMPSと同様なライソゾーム機能の障害によるものである可能性が示された。
人工Λ型三準位系を応用したマイクロ波単一光子検出

単一光子検出は,光とマイクロ波の両領域における量子光学実験において必須の技術である.しかしながら,マイクロ波量子のエネルギーは光のそれと比較して45桁小さいため,マイクロ波単一光子の高効率検出は極めて困難である.我々は,超伝導マイクロ波共振器と超伝導量子ビットを結合させた回路を用いることによって,導波路を伝搬するマイクロ波単一光子の高効率検出に成功した.マイクロ波単一光子検出効率として,66±6 %(伝播マイクロ波光子検出効率としては世界最高),ダークカウント確率1.4±0.1 %,光子検出レート1.3 MHzを達成した.本研究では,人工原子として振る舞う超伝導量子ビットとマイクロ波共振器が結合した実験系において,これまで理論的・実験的に実証してきたインピーダンス整合Λ系とよばれる人工Λ型三準位系を実装し,この系において観られる入射単一マイクロ波光子による系の決定論的スイッチングを応用することで,単一マイクロ波光子の高効率検出の実現を目的とする.マイクロ波光子のエネルギーは光通信に用いられる光子のそれと比べて4-5桁小さく,その検出は困難を極めてきた.単一のマイクロ波光子を高効率で補足するために,我々は独自の方法で人工Λ型三準位系を実装し,系に共鳴な入射マイクロ波光子によるΛ系の決定論的スイッチングを応用することを試みた.具体的には,Λ系の状態がラマン遷移によって基底状態から(Λ系の)励起状態を経て,準基底状態である量子ビットの励起状態に遷移する.最後に量子ビットの状態を読み出すことで単一マイクロ波光子の検出となる.実験では,マイクロ波光子信号として弱コヒーレントマイクロ波をガウシアンパルスで整形したものを用いた.インピーダンス整合Λ系の駆動パルスに同期させてマイクロ波光子パルスを入射し,入射マイクロ波光子のラマン遷移による量子ビットの励起確率を測定することでマイクロ波光子の検出効率を計算によって求めたところ,66%という高い効率でマイクロ波光子が検出可能であることを実証した.現在,この検出効率は,量子ビットの寿命によって制限されていることが理論的に明らかとなっており,この寿命の改善によってマイクロ波光子の検出効率は90%を超えると期待されている.今回の研究提案の大きな目標を一つ達成したため.量子光学分野のみならず,量子暗号通信・微弱光通信・蛍光測定等の様々な分野において高性能な光子検出器に関するニーズが高まっており,光子を高効率で補足し検出することが求められている.一方、超伝導量子ビットとマイクロ波共振器を結合させた回路量子電磁力学(回路QED)の研究分野では、超伝導量子ビットの励起エネルギーに近いマイクロ波(数GHz数十GHz)が使用されている.回路QED分野の発展とともに,マイクロ波光子検出のニーズが高まっているが,マイクロ波光子のエネルギーは通信波長帯の光子のそれと比較して実に45桁も小さく,その検出は困難を極めている.本研究では、回路QED系において、量子ビットを適切なパワーと周波数のマイクロ波で駆動することにより、人工Λ型三準位系(人工Λ型原子)を実装し、この系において見られる入射単一マイクロ波光子による系の決定論的スイッチングを応用するという独自の手法を用いて、単一マイクロ波光子の高効率検出を試みた。人工Λ型三準位系に入射された共鳴マイクロ波光子は、系の状態を基底状態から励起状態を経て準基底状態である量子ビットの励起状態へ決定論的にスイッチさせる。従って、人工Λ型三準位系へマイクロ波光子を入射した後、量子ビットの状態が励起状態であれば、マイクロ波光子を検出したことになる。実験では、ガウシアンパルスによって整形された弱コヒーレントマイクロ波を入射マイクロ波信号として用い、この信号による量子ビットの励起確率を測定した。測定結果を基に単一マイクロ波光子検出効率を求めたところ、66%という世界最高感度を得た。このマイクロ波光子の検出手法は、光子が検出器に入射されるタイミングを予め把握しておかなければならない「タイムゲート方式」とよばれるものであるが、デバイスレイアウトの工夫により、この動作原理によらない実時間でのマイクロ波光子検出にも成功しつつある。単一光子検出は,光とマイクロ波の両領域における量子光学実験において必須の技術である.しかしながら,マイクロ波量子のエネルギーは光のそれと比較して45桁小さいため,マイクロ波単一光子の高効率検出は極めて困難である.我々は,超伝導マイクロ波共振器と超伝導量子ビットを結合させた回路を用いることによって,導波路を伝搬するマイクロ波単一光子の高効率検出に成功した.マイクロ波単一光子検出効率として,66±6 %(伝播マイクロ波光子検出効率としては世界最高),ダークカウント確率1.4±0.1 %,光子検出レート1.3 MHzを達成した.単一マイクロ波光子検出効率を改善すべく,人工Λ型三準位系を実装している超伝導量子ビットの寿命を改善する.今回実演したマイクロ波光子検出は,マイクロ波光子がデバイスにやってくるタイミングを予め把握しておかねばならない"タイムゲートモード"動作とよばれる方式である.マイクロ波光子の到達タイミングが分からなくても高効率で対象物を検出できる"連続観測モード"で動作可能な検出器を構築する.研究所ホームページに於ける、研究成果のプレスリリース発表低温物理実験,マイクロ波量子

光学当該年度に購入を予定していたものが,実験の進捗状況によって購入できなかったため.今年度はオープンジャーナルであるNature Communicationsに論文が通る見込みであり(現在投稿中で,論文受理間近),投稿費用として50万円程度を見込んでいる.また,この他に学会発表のための旅費と,昨年度購入できなかったマイクロ波関連パーツを購入する予定であり,予算を消化することが可能である.
細胞の膜流動性は時間的・空間的に変動しているか?

1. Mueller行列を用いた蛍光異方性イメーシンク法の改良脂質二分子膜リポソームでの実験と理論的考察から、通常観測している「蛍光異方性」には、色素の回転拡散に起因する偏光解消の他に、膜部分の複屈折性のために、直線偏光と円偏光の変換に起囚する偏光解消が含まれていることが明らかとなった。この複屈折性の効果は膜の多重性に比例して増大するので、場合によっては、回転拡散による偏光解消と同程度になる。また、通常の分光器による巨視的測定の方が、顕微鏡下での微視的測定より大きく現われる。これまでの膜を対象とした蛍光異方性の測定では、この効果を正しく考慮されているものはなかったため、多くの結果を見直す必要があるかもしれない。我々のMueller行列を用いた方法では、原理的には、円偏光性まで含めて、4×4のMueller行列を扱うことで、ふたつの効果を分離して同時に計測可能である。そのための実装として、昨年度の理論的検討をもとに、試料の4×4のMueller行列測定に必要な偏光を、現在市販されているFLC1/2波長板スイッチ2個と固定1/4波長板の組み合わせで実現しようとしたが、現在のところ、互いに線型独立な良質な偏光状態は取り出せていない。実現には、もう少し時間が必要である。2.脂質二分子膜リポソームの相分離生成のダイナミクスDMPC/DMPE系の相分離生成過程(高温の液晶状態から低温のゲル状態への冷却過程)を、昨年度開発したビデオレートイメージング法で観察した。その結果、1)急冷した場合には、ほぼ100%相分離は生じない、2)徐冷の場合には、大きな相分離が生成する時としない時がある、3)相分離が生成するか否かは、リポソームの形状とラメラリティに依存している、などが明らかとなった。リポソームの相分離の静的な観察はこれまでにも報告があるが、動的な相分離生成過程を、光学顕微鏡で可視化したのは、世界初である。3.アポトーシス過程での膜流動性変化の観察CHO細胞を用いて、過酸化水素で誘導したアポトーシス過程での、膜流動性変化を観察した。過酸化水素処理時間に応じて、種々のアポトーシスの指(Caspase3活性6時間、DNAラダー12時間、核の形態変化24時間)が変化したが、膜流動性の変化はそれらより早く現われ、処理開始直後に流動性の低下が起こり始め、2時間で変化は完了した。ただし、この変化は、過酸化水素が直接的に膜に作用して引き起こしている可能性もあるため、アポトーシスとの関連については、更に検討が必要である。生体膜の柔らかさの空間的・時間的な変動を画像化するための二つの方法について、それぞれ、次のような改良を加え、モデル系である脂質二分子膜リポソームに適用した。1.環境感受性色素色素Laurdanを用いた二波長画像イメージング脂質膜のゲル相と液晶相に特異的な二つの発光波長をdual-view光学系で同時に取得するシステムについて、時間分解能を上げるため、カメラをこれまでのスロースキャンタイプの冷却CCD(時間分解能>秒)から、ビデオレートのイメージインテンシファイアCCD(時間分解能33ミリ秒)に変更し、基礎的な方法論の検証を行った。カメラのダイナミックレンジの減少のため、測定の精度は下がるが、ビデオレートでも十分流動性画像が得られることがわかった。また、得られた流動性画像について詳細に検討すると、二波長画像の焦点面を完全に一致させるためには、4波長で色収差補正したアポクロマート対物レンズが必要なこと、33ミリ秒の時間分解能を得るには、電源の50Hzと画像取得の30Hzが干渉するため、蛍光光源として直流タイプの水銀ランプが必要なことがわかった。モデル系として、DMPC及びDMPC/DMPEリポソームに適用し、相転移温度付近での相分離状態のダイナミクスについての知見を得た。2.Muelle行列を用いた蛍光異方性イメージング蛍光性試料の偏光応答をmueller行列を用いて記述するイメージング法について、測定の時間分解能と再現性を向上させるために、これまでの手動式の偏光子の代わりに、液晶デバイスを用いて、偏光を制御する方法を検討した。その結果、理論的には、液晶スイッチング素子(FLC液晶)と波長板の組み合わせで、完全なMueller行列を測定可能であり、仮にビデオレートカメラを用いると、時間分解能は0.30.5秒まで上げられることがわかった。

そのための実装として、昨年度の理論的検討をもとに、試料の4×4のMueller行列測定に必要な偏光を、現在市販されているFLC1/2波長板スイッチ2個と固定1/4波長板の組み合わせで実現しようとしたが、現在のところ、互いに線型独立な良質な偏光状態は取り出せていない。実現には、もう少し時間が必要である。2.脂質二分子膜リポソームの相分離生成のダイナミクスDMPC/DMPE系の相分離生成過程(高温の液晶状態から低温のゲル状態への冷却過程)を、昨年度開発したビデオレートイメージング法で観察した。その結果、1)急冷した場合には、ほぼ100%相分離は生じない、2)徐冷の場合には、大きな相分離が生成する時としない時がある、3)相分離が生成するか否かは、リポソームの形状とラメラリティに依存している、などが明らかとなった。リポソームの相分離の静的な観察はこれまでにも報告があるが、動的な相分離生成過程を、光学顕微鏡で可視化したのは、世界初である。3.アポトーシス過程での膜流動性変化の観察CHO細胞を用いて、過酸化水素で誘導したアポトーシス過程での、膜流動性変化を観察した。過酸化水素処理時間に応じて、種々のアポトーシスの指(Caspase3活性6時間、DNAラダー12時間、核の形態変化24時間)が変化したが、膜流動性の変化はそれらより早く現われ、処理開始直後に流動性の低下が起こり始め、2時間で変化は完了した。ただし、この変化は、過酸化水素が直接的に膜に作用して引き起こしている可能性もあるため、アポトーシスとの関連については、更に検討が必要である。
四次元ファイバー空間の局所符号数に関連する写像類群の代数的構造の解明

四次元多様体が、いくつかの特異ファイバーを許した曲面上の曲面束の全空間として与えられているとき、その符号数が特異ファイバーに局所化するという現象が知られている。この現象に対する位相幾何学的なアプローチの一つとして、曲面の写像類群のあるコサイクルに付随する、Meyer函数と呼ばれる二次不変量を用いたものがある。本年度は、一般の非特異射影多様体に対するMeyer函数の理論について、昨年度から引き続いて考察を行った。この枠組みでは、ある擬射影多様体の基本群の上の有理値函数として、Meyer函数が一意的に存在することが証明される。出発点の射影多様体を適切にとることで、低種数の、一般の非超楕円的な代数曲線の退化に対しMeyer函数を用いて局所符号数が定義される。その定義式は特異ファイバーの周りの位相的なモノドロミーを、ある分類空間に持ち上げたものを含んでおり、位相的には自明であるが、非自明な局所符号数を持つようなファイバー芽が存在する現象を明快に説明することができる。また、このMeyer函数を用いて、ある緩い条件のもと、非特異射影多様体の高次双対多様体の補空間の基本群として与えられる様な群が、非自明な二次元の有界コホモロジーを持ち、従って非従順な群であることを示した。四次元ファイバー空間の符号数の局所化について曲面の写像類群、特にMeyer函数の立場から研究している。今年度初めは、種数3非超楕円的なコンパクトリーマン面の退化族に対するMeyer函数の存在と一意性に関する結果が得られていた。証明は組み合わせ的なものであったが、今年度はこのことの幾何的で具体的な計算を用いない別証明を見出だした。証明の方法が非特異平面曲線の退化族に対しても適用できることが分かったので、「平面曲線の写像類群」を定義し、この上にMeyer函数が一意的に存在することを示した。また、種数3非超楕円的な場合に局所符合数の位相幾何的な定義を与えた。いくつかの具体例に対して局所符号数を計算し、これまで知られていた、異なる方法で定義された局所符合数の値と一致することを確認した。以上の結果を論文「The mapping class group and the Meyer function forplane curves」にまとめ、いくつかの研究集会において研究発表した。上記の新証明の考え方は汎用性があると思われる。高種数の場合も含めて、より広い枠組みでMeyer函数の理論を構築できないか、現在模索中である。今年度の後半には1978年にC.Earleによって定義された、点付き写像類群の上の曲面の1次元ホモロジー群に係数を持つねじれ1コサイクルについて研究を行い、特にEarleのコサイクルの組み合わせ的な公式1を得た。写像類群の代数的構造の解明の観点からは、複素解析的な由来を持つコサイクルの具体的表示1が得られたことは、意義があると思われる。以上は論文「A combinatorial formula for Earle's twisted:cocycle on the mapping class group Mg,*」にまとめた。4次元多様体が,曲面上の曲面束で特異ファイバーをいくつか持つ様な写像の定義域として与えられているとき,その符号数が特異ファイバーの寄与のみから計算される場合がある.この現象は符号数の局所化として知られている.今年度は,符号数の局所化をMeyer函数を用いて位相幾何学的に取り扱うための一つの枠組みを整備した.この枠組みでは,次元2以上の非特異複素射影多様体とその射影空間への埋め込みを固定するたびに,ある擬射影的多様体の基本群として,ある群とその上にMeyer函数と呼ばれる函数が定まる.応用として,標準像がジェネリックには完全交叉となる様なコンパクトRiemann面のクラス,すなわち種数3,4,5の場合に対して,退化の局所符号数を定義した.このMeyer函数は昨年度に研究した「平面曲線のMeyer函数」の自然な一般化と見做せる.以上については論文を準備中である.上記の研究に現れる,擬射影的多様体の基本群は昔から代数幾何と位相幾何の境界において研究されてきた対象であるが,古典的に知られているいくつかの例を除いては具体的な計算があまり為されていない.筆者はMeyer函数との関連も含めて,これらの群の理解を深めることを目的に,例の計算を一つ行った.具体的には4次Fermat曲面から生じるLefschetz束について,大域モノドロミーの記述を計算機を用いることによって与えた.結果は消滅サイクルと呼ばれる36個の単純閉曲線を種数3の曲面に描くことにより表されている.こちらは論文を投稿中である.四次元多様体が、いくつかの特異ファイバーを許した曲面上の曲面束の全空間として与えられているとき、その符号数が特異ファイバーに局所化するという現象が知られている。

その定義式は特異ファイバーの周りの位相的なモノドロミーを、ある分類空間に持ち上げたものを含んでおり、位相的には自明であるが、非自明な局所符号数を持つようなファイバー芽が存在する現象を明快に説明することができる。また、このMeyer函数を用いて、ある緩い条件のもと、非特異射影多様体の高次双対多様体の補空間の基本群として与えられる様な群が、非自明な二次元の有界コホモロジーを持ち、従って非従順な群であることを示した。
冬芽の萌芽時期が管孔の配列パターンに及ぼす影響の解明

環孔材樹種では、道管形成は冬芽の萌芽に先行して再開し、形成層帯付近の内生IAAレベルは冬芽の萌芽に伴って劇的に増加することを明らかにした。樹幹の局部的な温度処理によって、広葉樹では冬芽の萌芽と処理部における道管形成が再開する順序を逆転することができた。樹種特性として道管形成が冬芽の萌芽後に再開する散孔材樹種では、加温処理によって冬芽の萌芽よりも前に形成された木部には特徴的な組織構造が認められた。本研究の目的は、広葉樹において形成層帯(道管要素などの木部細胞を生産する分裂組織)付近のオーキシン(植物ホルモンの1つ)レベルの変動が管孔(道管の横断面)の配列パターンに及ぼす影響を、インタクトな(傷を付けない完全な)樹木において、樹種本来のオーキシンレベルの変動の範囲内で解明することである。そこで、今年度は、管孔の径の大きさと配列パターンをもとに散孔材樹種としてトチノキとブナ、環孔材樹種としてクリとケヤキを選び、「冬芽の萌芽と道管形成の再開が起こる順序を逆転させた樹木の創出」と「形成層帯付近のオーキシンレベルの変動を検出する条件の探索」に取り組んだ。樹幹を局部的に、環孔材樹種では4月初旬から冷却し、散孔材樹種では3月初旬から加温し、各処理部に形成される管孔の配列パターンを観察した。局部冷却または加温処理によって、冬芽の萌芽と処理部における道管形成の再開が起こる順序を逆転させることができた。しかしながら、各処理部では、それぞれの樹種に特徴的な管孔の配列パターンが観察された。それぞれの樹種について、1成長期を通して形成層帯付近の組織を定期的に採取した。固相抽出法、内部標準法と高速液体クロマトグラフィー/タンデム質量分析器(LC/MS/MS)をもちいて、形成層帯付近のオーキシンレベルを測定した。固相抽出製品をもちいることにより、従来の溶媒分画法に比べて形成層帯の抽出物の精製にかかる時間と有機溶媒の量を大幅に減らすことができた。内部標準法とLC/MS/MSをもちいて効率的に形成層帯付近のオーキシンレベルの変動を検出するための条件が見つかった。散孔材樹種と環孔材樹種では、萌芽時期前後の形成層帯付近のオーキシンレベルの変動パターンに違いが認められた。落葉性散孔材樹種について、冬芽の萌芽と道管形成の再開が起こる順序を逆転させたときに形成される管孔の配列パターンを観察した。形成層の休眠期から冬芽の萌芽にかけて形成層帯付近の内生オーキシンレベルの測定に着手した。ブナとトチノキの若齢木を3個体ずつ供試した。形成層が休眠状態にあった3月上旬から開葉時期にかけて、樹幹の地際近くに電熱ヒーターを巻き付け、樹幹の表面温度を局部的に20°Cに調節した。加温処理を始めてから1および4週目と加温処理の停止時には、加温部の形成層の活動状況を調べるために針刺法を実施した。加温処理を施した年の樹幹の肥大成長が停止した後に、加温部から円盤を採取した。円盤から切り出した切片を光学顕微鏡下で観察し、加温期間中の形成層活動と形成層派生物の木部への分化の状況を調べた。ブナとトチノキともにすべての個体の加温部では、開葉時期までに新たな木部が形成されていた。加温処理を施した年に形成されたブナの年輪内には、加温期間に形成された木部が偽年輪を形成していた。トチノキの加温部には偽年輪は認められなかった。ブナの偽年輪中の軸方向柔細胞の出現頻度は、同じ年輪の終わりに形成された木部と同程度であり、開葉直後に形成された木部に比べると高かった(p<0.05)。したがって、ブナでは、冬芽の萌芽時期の前後で形成される木部の組織構造に違いがあった。管孔の配列パターンと冬芽の萌芽前後の形成層帯付近に内生するオーキシン(IAA)の変動との関係について検討するために、樹幹の一部を局所的に、環孔材樹種としてクリとケヤキでは冷却し、散孔材樹種としてブナでは加温することによって、樹種本来の冬芽の萌芽と道管形成の再開が起こる順序を逆転させた。この実験には、これまでに用いてきた苗木に比べると種に特異的な管孔の配列パターンが比較的に安定して形成される5年生程度の個体を供試した。環孔材樹種としてクリとケヤキ、散孔材樹種としてブナとトチノキについて、休眠期から萌芽および展葉時期にかけて定期的に、形成層帯付近におけるIAA量の測定と道管の形成状況の観察をおこなった。IAA量には、同じ樹種でも個体による変動がみられた。

散孔材樹種と環孔材樹種との間には、IAA量の季節変動に大きな違いが認められた。環孔材樹種では、5月上旬から中旬にかけてIAA量が増加した。一方、散孔材樹種では2月から5月の間にIAA量の増加は認められなかった。IAA量の季節変化と同様に、道管形成においても散孔材樹種と環孔材樹種との間に大きな違いが認められた。環孔材樹種では、IAA量の増加が認められなかった2月から4月までは、道管は形成されず、5月にIAA量の増加が認められた個体でのみ、孔圏部に道管が形成された。IAA量の増加時期がクリよりも早いケヤキでは、クリよりも早い時期に道管が形成された。一方、散孔材樹種では、いずれの試料採取時期においても道管形成は認められなかった。これらの結果から、同じ生育環境下では環孔材樹種の方が散孔材樹種よりも道管形成の再開時期が早く、IAA量の増加時期と道管形成の再開時期が一致することがわかった。
長期信頼性支配因子の解明による革新的タングステン材料の創製

核融合炉で想定される熱負荷及び粒子線照射環境を模擬した実験体系において、タングステンの長期的な信頼性支配因子を明らかにするとともに、その知見を活かし、原型炉以降の核融合炉に向けた、短期的のみならず長期的にも高い信頼性を示す新たなタングステン材料を開発することを目的とした。研究の結果、タングステンの組織と特性変化を起こす要因は、短期的には主に熱負荷、中長期的には粒子線照射の影響が大きくなると予想されることを明らかにした。また、長期間の熱負荷及び粒子線照射による組織や強度変化、信頼性低下の抑制に有効であると期待される材料学的手法を明らかにした。核融合炉プラズマ対向壁材料として期待されるタングステン(W)には、長期間の熱負荷や中性子の照射による脆化への耐性向上が求められている。本研究では、実機環境における長期信頼性支配因子及び特性変化メカニズムを明らかにし、核融合実証炉及び実用炉の運転環境に適応した信頼性の高い革新的なW材料を創製することを目的としている。核融合炉実機環境における長期信頼性支配因子として、熱負荷と粒子線照射が挙げられ、これまでに、両者による材料組織及び特性の変化挙動と、そのメカニズムを調査した。熱負荷に関しては、最大2300°Cの温度で純W及びW合金を熱処理し、その後の組織変化及び引張特性の変化を調査した。その結果、純Wでは1100°Cから結晶粒組織の粗大化が開始し、2300°Cの熱処理後には1mm程度まで結晶粒が成長した。その一方、第二相の分散や、合金元素を添加したW合金においては、熱処理前の受け入れままの状態において純Wよりも微細な結晶粒組織が観察され、明確な結晶粒組織の粗大化が認められた温度は1800-2000°Cであり、結晶粒組織の安定性が合金化によって大幅に向上することが明らかになった。また、結晶粒組織の安定性向上には、合金元素添加に比べ第二相の分散がより効果的であることが示唆された。1500及び2300°Cで熱処理した試験片を用いて、室温から1300°Cの温度範囲で引張強度を測定した結果、純Wでは、300-900°Cの温度域において、熱処理による顕著な強度低下が認められた。W合金においても熱処理による強度低下が認められたものの、純Wに比べ強度低下が抑制される結果が得られた。加えて、1100°Cにおいて最大100時間の等温時効を実施し、長時間の結晶粒組織安定性を調査したところ、純Wでは時間の増加に伴う結晶粒の粗大化が認められたものの、W合金においては明確な結晶粒の粗大化は認められなかった。今年度は純W及びW合金の熱負荷環境における特性変化挙動の調査と及び合金化の影響評価のため、当時時効及び等温時効実験等を実施した。また、照射環境における特性変化挙動の調査及び合金化の影響評価に向け、高温照射用ステージの設計、作製を行った。熱負荷環境における特性変化及び合金化の影響評価に関しては、1時間の熱処理を最高2300°Cにおいて純W及びW合金に対して実施し、熱処理後の試験片を用いて金相観察及び引張試験を実施した。純Wでは1100°Cから結晶粒組織の粗大化が開始し、2300°Cの熱処理後には1mm程度まで結晶粒が成長した。その一方、第二相の分散や、合金元素を添加したW合金において明確な結晶集組織の粗大化が認められたのは1800-2000°Cであり、結晶粒組織の安定性が合金化によって大幅に向上することが明らかになった。1500及び2300°Cで熱処理後に引張強度を測定したところ、W合金は、純Wに比べ高い強度を示し、高温環境における強度低下が抑制される結果が得られ、特に合金元素添加と第二相分散を同時に施した場合に最も高い効果が得られることが明らかになった。等温時効実験による材料組織の長期安定性評価に関しても、1100°Cで熱処理した場合純Wでは時間の増加に伴う粒成長が認められたものの、W合金においては明確な粒成長は認められなかった。従って、純Wにおいては、1100°Cという比較的低い温度においても時間の増加に伴う脆化が起きる可能性が示唆された一方、合金化によりそれが抑制される可能性が示された。本研究では、核融合炉の炉内機器であるダイバータやブランケットのプラズマ対向壁材料として期待されるタングステンの、核融合炉実機環境での長期信頼性支配因子を解明し、新たなタングステン材料を開発することを目的とした。これまでに得られた知見を基に作製した複数のタングステン材料を対象に、長期信頼性支配因子であると考えられる、等温時効による長時間の熱負荷への耐性と、加速器を利用した粒子線照射による照射耐性の調査を実施した。熱負荷耐性評価においては、1100°Cで100時間の熱処理後、純タングステンでは結晶粒径の明確な増加が認められた。その一方、種々の組織制御を施したタングステン材料では結晶粒径の増加が認められず、熱処理前の組織が1100°Cで100時間熱処理後にもほぼ維持された。

特に、カリウムバブル分散と共にレニウムを固溶添加したタングステン合金の熱処理前後の結晶粒径変化が小さく、純タングステンに比べて高温環境で優れた組織安定性を有し、熱負荷耐性にも優れると期待される結果が得られた。照射耐性評価においては、純タングステン及びタングステン合金に対して自己イオン照射を実施し、照射による硬化挙動を調査した。その結果、照射による硬化抑制にはカリウムバブル分散が有効であり、レニウム添加はタングステンの照射硬化挙動に及ぼす影響がほぼ無いことが明らかになった。本研究で対象としたタングステン材料をプラズマ対向壁として使用した場合の熱負荷環境を模擬した有限要素解析の結果、純タングステンやカリウムバブルを分散した合金の場合は熱負荷の繰返し数の増加に伴うひずみの蓄積が認められた一方、レニウム添加した合金ではそれが抑制される傾向が認められた。したがって、熱負荷と粒子線照射の両者を考慮した場合、カリウムバブル分散とレニウム添加の両者を適用した場合に最もタングステンの信頼性が高くなると期待される結果が得られた。核融合炉で想定される熱負荷及び粒子線照射環境を模擬した実験体系において、タングステンの長期的な信頼性支配因子を明らかにするとともに、その知見を活かし、原型炉以降の核融合炉に向けた、短期的のみならず長期的にも高い信頼性を示す新たなタングステン材料を開発することを目的とした。研究の結果、タングステンの組織と特性変化を起こす要因は、短期的には主に熱負荷、中長期的には粒子線照射の影響が大きくなると予想されることを明らかにした。また、長期間の熱負荷及び粒子線照射による組織や強度変化、信頼性低下の抑制に有効であると期待される材料学的手法を明らかにした。前年度に引き続き、純W及びW合金の長期間の熱負荷による組織や機械特性の変化及び、それらに及ぼす合金化の影響を、等温時効実験により評価する。また、高温照射ステージを用いた、実機相当の温度域における粒子線照射実験を実施し、組織や機械特性の変化と、それらに及ぼす合金化の影響を調査する。その後、本研究で得られたW材料の再結晶脆化挙動及び、照射脆化挙動のデータを基に、再結晶脆化と照射脆化の重畳を考慮しつつ、実機環境におけるWの脆化挙動とそのメカニズムの検討を行う。また、そこで得られた知見を基に、現在評価を進めているW合金よりさらに特性の優れたW合金設計の指針を立て、材料を試作し評価を実施する。評価項目としては室温から1300°Cにおける引張特性、熱拡散率等を検討しており、さらにこれらの物性値を用いて核融合炉実機のモノブロックダイバータを対象とした構造解析を実施し、実機の熱負荷環境における有効性を評価する。28年度が最終年度であるため、記入しない。核融合炉材料28年度が最終年度であるため、記入しない。
種々の生物系における環境汚染物質の代謝的活性化と遺伝的影響

自然生態系における環境化学物質の代謝により、それら生態系自体,及び、我々人体への影響を調べている。高等植物における環境化学物質の活性化に関与する酵素系としてP-450を考えてきたが、動物の肝ミクロソームの薬物代謝系に匹敵するものが植物の系に存在せず、植物のP-450は基質特異性が高く、種々の化学構造をもった環境化学物質の代謝にP-450のみで対処できるとは考えられない。東は、ブロッコリーのミクロソームを用いてアフラトキシンB1の変異原性物質への代謝を検討したが、動物の肝ミクロソームのP-450の阻害剤では、約25%位した阻害されず、しかも、モノオキシゲナーゼ活性に必要なNADPH依存性も低いことから、P-450も関与しているが、他にペルオキシダーゼや脂質の過酸化物なども関与していることが予想された。藤井は、ダイズの体細胞変異の系を用い、放射線増感剤として用いられたこともある3'-デオキシアデノシンが変異原性をもつこのを見出した。ことダイズの体細胞変異の誘発頻度から、劣性突然変異の頻度の推定も可能であり、エチルメタンスルフォネイトを用いて、処理世代の体細胞突然変異と、次代での劣性突然変異を調べ、遺伝的変異として、子孫に引き継がれることを明らかにした。田口は、メチルアゾキシメタノール酢酸で処理するとメダカに肝がんが発生するが、近交系のメダカの株で、この肝がんの発生率に差のある純系を確立したが、これらのメダカで肝のP-450を調べると、肝がんの発生率の高いHO4Cメダカ株では約50%P-450量が高かった。メダカの肝のP-450は、PCBによって誘導がかからないという興味ある知見も得られた。福長は、アクリジンの誘導体でサルモネラTA1537の変異原性を調べたところ、細菌細胞内でさらに代謝される可能性を示唆する知見を得た。佐藤は、ドバトの重金属汚染を調べ、Pb,Cdなどに関しては、地区の汚染が良く投影されており、P-450への影響が予想される結果を得た。