hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
振動の発生を抑制し高速で高効率の動作を可能とする多リンク柔軟アームの目標軌道生成

本研究の目的は,冗長な自由度を持つ多リンク柔軟アームを任意の制御時間で任意の角度を,振動の発生を抑えて効率よく動作させることができる目標軌道を生成することである.このため本研究では,まず,研究の対象を冗長な自由度を有する最も簡単なモデルである水平面内を動作する3リンク柔軟アームとし,応答計算のための3リンク柔軟アームの数学モデルおよびシミュレーションプログラムを作成した.シミュレーションプログラムの精度は3リンク柔軟アームの実験装置を製作して確認した.次に,提案した探索型軌道生成法により動作終了後の振動を抑制できる目標軌道の生成をおこない,本研究で提案する手法の有効性を検証した.本研究により得られた新たな知見は以下の通りである.1.本研究で提案した探索型軌道生成法を用いて,特別な振動制御を用いず各アクチュエータのローカルフィードバックのみで3リンク柔軟アームの振動を,よく用いられる台形軌道で動作させた場合の5%程度に抑制した運動の制御が可能である.2.探索型軌道生成法では,動作時間の分割数と各時間分割での加速度の分割数が制振性能に影響するが,柔軟で非線形性の強い3リンクアームでも,時間と加速度の分割をそれぞれ9,26以上にすれば十分な制振効果のある目標軌道が得られる.3.障害物の回避やアクチュエータの出力などの制約条件も容易に考慮して目標軌道の生成が可能である.4.制振効果の高い軌道を得るため時間と加速度の分割を増やすと計算時間が増大し効率的に軌道が得られなくなる.しかし,本手法のアルゴリズムは複数の計算機に分散させることが容易な構造であるので,複数の計算機に分散させることで計算時間の短縮が可能となり軌道探索の効率を上げることができる.本研究の目的は,冗長な自由度を持つ多リンク柔軟アームを任意の制御時間で任意の角度を,振動の発生を抑えて効率よく動作させることができる目標軌道を生成することである.このため本研究では,まず,研究の対象を冗長な自由度を有する最も簡単なモデルである水平面内を動作する3リンク柔軟アームとし,応答計算のための3リンク柔軟アームの数学モデルおよびシミュレーションプログラムを作成した.シミュレーションプログラムの精度は3リンク柔軟アームの実験装置を製作して確認した.次に,提案した探索型軌道生成法により動作終了後の振動を抑制できる目標軌道の生成をおこない,本研究で提案する手法の有効性を検証した.本研究により得られた新たな知見は以下の通りである.1.本研究で提案した探索型軌道生成法を用いて,特別な振動制御を用いず各アクチュエータのローカルフィードバックのみで3リンク柔軟アームの振動を,よく用いられる台形軌道で動作させた場合の5%程度に抑制した運動の制御が可能である.2.探索型軌道生成法では,動作時間の分割数と各時間分割での加速度の分割数が制振性能に影響するが,柔軟で非線形性の強い3リンクアームでも,時間と加速度の分割をそれぞれ9,26以上にすれば十分な制振効果のある目標軌道が得られる.3.障害物の回避やアクチュエータの出力などの制約条件も容易に考慮して目標軌道の生成が可能である.4.制振効果の高い軌道を得るため時間と加速度の分割を増やすと計算時間が増大し効率的に軌道が得られなくなる.しかし,本手法のアルゴリズムは複数の計算機に分散させることが容易な構造であるので,複数の計算機に分散させることで計算時間の短縮が可能となり軌道探索の効率を上げることができる.本研究の目的は,冗長な自由度を持つ多リンク柔軟アームを任意の制御時間で任意の角度を,振動の発生を抑えて効率よく動作させることができる目標軌道を生成し,生成した目標軌道を学習することで自律的に運動を計画できるシステムを構築できる可能性を示すことである.このため本研究は,(I)本研究で提案する目標軌道生成法を用いた軌道生成,(II)実験による得られた目標軌道の有効性と制振性能の検証,(III)学習に基づく動作計画の理論的および実験的検討,の3つに分けて2年間で実施する計画である.平成15年度は(I),(II)を中心に以下のように実施した.(1)研究の対象とする冗長な自由度を有する最も簡単なモデルである水平面内を動作する3リンク柔軟アーム実験装置の設計および製作(2)応答計算のための3リンク柔軟アームの数学モデル,およびシミュレーションプログラムの作成(3)上記(2)のプログラムを用いた本研究で提案する探索型軌道生成法による目標軌道の生成本年度の研究によって得られた新たな知見は以下の通りである.(1)本研究で提案した探索型軌道生成法を用いて,特別な振動制御を用いず各アクチュエータのローカルフィードバックのみで3リンク柔軟アームの振動を抑制した運動の制御が可能である.(2)探索型軌道生成法では,動作時間の分割数と各時間分割での加速度の分割数が制振性能に影響するが,時間と加速度の分割をそれぞれ9,26以上にすれば十分な制振効果のある目標軌道が得られる.(3)制振効果の高い軌道を得るため時間と加速度の分割を増やすと計算時間が増大し効率的に軌道が得られなくなる.しかし,本手法のアルゴリズムは複数の計算機に分散させることが容易な構造であるので,複数の計算機に分散させることで計算時間の短縮が可能となり軌道探索の効率を上げることができる.来年度は,得られた目標軌道の有効性と制振性能の動作速度の高速化に重点をおいた実験による検証,さらに学習に基づく動作計画システムの構築を進めていく.

本研究の目的は,冗長な自由度を持つ多リンク柔軟アームを任意の制御時間で任意の角度を,振動の発生を抑えて効率よく動作させることができる目標軌道を生成することである.このため本研究は,1.本研究で提案する目標軌道生成法を用いた軌道生成,2.得られた目標軌道の有効性と制振性能の検証,を以下のように実施した.1.研究の対象とする冗長な自由度を有する最も簡単なモデルである水平面内を動作する3リンク柔軟アーム実験装置の設計および製作2.応答計算のための3リンク柔軟アームの数学モデル,およびシミュレーションプログラムの作成3.上記2のプログラムを用いた本研究で提案する探索型軌道生成法による目標軌道の生成4.得られた目標軌道の有効性と制振性能の検証本研究によって得られた新たな知見は以下の通りである.1.本研究で提案した探索型軌道生成法を用いて,特別な振動制御を用いず各アクチュエータのローカルフィードバックのみで3リンク柔軟アームの振動を,よく用いられる台形軌道で動作させた場合の5%程度に抑制した運動の制御が可能である.2.探索型軌道生成法では,動作時間の分割数と各時間分割での加速度の分割数が制振性能に影響するが,時間と加速度の分割をそれぞれ9,26以上にすれば十分な制振効果のある目標軌道が得られる.3.障害物の回避やアクチュエータの出力などの制約条件も容易に考慮して目標軌道の生成が可能ある.4.制振効果の高い軌道を得るため時間と加速度の分割を増やすと計算時間が増大し効率的に軌道が得られなくなる.しかし,本手法のアルゴリズムは複数の計算機に分散させることが容易な構造であるので,複数の計算機に分散させることで計算時間の短縮が可能となり軌道探索の効率を上げることができる.
発展する中国華北地方農村の環境保全に関わる要因の調査

中国華北地域は経済的発展が著しく、生活のスタイルや都市の構造がすさまじいスピードで変化しており、環境政策の立案や施行には特別な注意を払う必要がある。本研究は中国天津市を対象に、水と土壌環境や農業、畜産業、の状況と汚濁負荷の状況調査、将来予測を行う事により、適切な制度・技術の適用モデルを構築し、最終的には中国農村に地域における持続的発展モデルを提案するものである。本研究を通じて、ライフスタイルの変容に対応した生活排水処理システムや耕畜連携システムの重要性が認識され、そのための社会実験や関連するステークホルダーとの議論を実施した。これらは天津市ともシェアされ、将来の社会実装が期待される。本研究は中国華北地域の代表的大都市、天津市を対象とし、農村地域の環境状況を調査し、データベースを構築し、さらにそれを基礎に、持続的農村の発展モデルを構築する事を目的としている。本年度は、「準備フェーズ」に位置付けられ、調査モデル地域の選定、関係諸機関との調整(地区内の農村工作委員会との調整)、研究資源(中国側の研究費、実験室、機材、研究者、大学院生)の再確認、研究者や大学院生の環境測定に関するトレーニングを実施するとともに、調査実施地域における地理情報の整備(既存のGIS情報の現地調査に基づく更新)、次年度以降の本格的な環境測定(主に炭素(COD等)、窒素(アンモニア、硝酸、亜硝酸)、農薬類、金属類、その他有害有機物質)のための予備調査を行うこととしていた。社会学的調査に関しては調査対象集落(予定としては下水処理場が導入されている地域の集落)を選定し、集落(代表者と住民)との調査を実施することとしていた。本年度は、調査集落の最終的な選定や予備調査の実施は達成することができなかったが、調査モデル地域の選定や関係諸機関との調整、研究資源の再確認等に関しては、当初予定どおり、もしくはそれを上回る進展がみられた。特に、2014年8月に実施した中日共同セミナー「都市と農村の融合に基づく持続的発展(2014年8月20-22日於天津)」を中心に、中国側研究参加者と日本側研究参加者が密に議論をし、研究に関する様々な調整を行うとともに、現状の確認や日本側の有する、経験や技術・知識の提供など、本研究のコンセプト、方向性、進め方について確認した。本研究は中国華北地域の農村を対象に、水と土壌環境の状況を調査し、農業、畜産業、水産業(養殖業)からの汚濁負荷の状況調査と将来予測を行う事により、適切な制度・技術の適用モデルを構築し、最終的には中国農村に地域における持続的発展モデルを提案することを目的としている。具体的には、中国河北地域の代表的都市、天津市を対象とし、天津市農村工作委員会、南開大学、天津農学院、天津科技大等との緊密な協力により実施するものであり、いわば国をまたいだ官学連携による研究である。本年度は、調査フェーズにあたる。本研究は1)河川、湖沼、土壌の既存環境データの収集と検証、2)農村系産業(畜産、農業、集落、加工業)からの汚染物排出量調査、3)漁村系産業(養殖、水産、集落、加工業)からの汚染物排出量調査、4)その他の農村関連の事項(居住形態、就労形態、補助金など)の調査、5)水・資源の循環的有効利用を基軸とした中国農村開発モデルの構築、の5つからなるが、本年度は、特に1)4)について各代表研究者が、それぞれの調査項目の調査計画に基づき、各自調査を実施することとしていた。これらは、昨年度に実施した調査モデル地域の選定や関係諸機関との調整、研究資源の再確認等に基づいて実施された。調査方法や調査結果については、各グループ内で議論・共有されることはもちろん、2015年4月、同10月にそれぞれ東京、天津市にて日中共同セミナー「都市と農村の融合に基づく持続的発展」を開催することを通じて、各グループ間の連携の強化に努めた。当然のことながら日本側研究参加者および中国側研究参加者の別なく活発な議論を行い、明らかとなった調査対象地域の問題や、今後の調査方針や連携方策に関する共通認識の確立に至った。本年度は、調査モデル地域の選定や関係諸機関との調整、研究資源の再確認等からなる、昨年度に実施した「準備フェーズ」に続く「調査フェーズ」にあたる。5つの各研究項目、1)河川、湖沼、土壌の既存環境データの収集と検証、2)農村系産業(畜産、農業、集落、加工業)からの汚染物排出量調査、3)漁村系産業(養殖、水産、集落、加工業)からの汚染物排出量調査、4)その他の農村関連の事項(居住形態、就労形態、補助金など)の調査、5)水・資源の循環的有効利用を基軸とした中国農村開発モデルの構築、のうち、特に1)4)について各代表研究者が、それぞれの調査項目の調査計画に基づき、各自調査を実施することとしていた。各グループそれぞれについて、日中の緊密な連携の下、研究グループごとの濃淡はみられるものの進展がみられた。調査結果については、本研究の中核を占める日中共同セミナー「都市と農村の融合に基づく持続的発展(2015年4月、同10月にそれぞれ東京、天津市にて開催)」にて、各グループ間の連携の強化を行った。日本側研究参加者および中国側研究参加者の別なく活発な議論を行い、明らかとなった調査対象地域の問題や、今後の調査方針や連携方策に関する共通認識の確立を通じ、最終年度における研究成果の統合化とそれを踏まえた社会実装に向けた準備を行うことができた。

以上より、本研究は、各研究グループ間で進捗の濃淡がみられるものの、おおむね順調に進展している。本研究は中国華北地域の農村を対象に、水と土壌環境の状況を調査し、農業、畜産業、水産業(養殖業)からの汚濁負荷の状況調査と将来予測を行う事により、適切な制度・技術の適用モデルを構築し、最終的には中国農村地域における持続的発展モデルを提案するもことを目的としている。その特徴は、中国河北地域の代表的都市である天津市を対象とした、日本-中国と、国をまたいだ官学連携による研究にある。すなわち日本側からは、東京大学、東北大学、東京農業大学、筑波大学の複数大学が参加し、中国側からは、天津農村工作委員会、南開大学、天津農学院が参加し、両者が緊密な連携により調査研究を実施する。一昨年度の「準備フェーズ」、昨年度の「調査フェーズ」に続いて、本年度は、「調査・とりまとめフェーズ」にあたる。そのため、これまで同様、「中日共同セミナー」を軸に、共同研究のあり方、研究進捗のシェア、研究成果の統合とその社会実装に向けて議論を実施した。今年度は、4月の年度当初と、1月に同セミナーを実施した。4月のセミナーにおいては、これまでの研究成果のシェアとそれに基づいた議論のみならず、それに付随して、近年、経済発展に伴ってその需要が増大している畜産に対応した技術の候補として、山形大学の協力により飼料イネの栽培実験等を視察した。その後、1月の中日共同セミナーにおいては、研究成果の統合と社会実装について議論が実施された。すでに本研究成果の一部である家庭用排水の浄化システムが、天津市近郊農村にて社会実験として実装されている。また、畜産を中心に循環型農業の構築を企図する企業を視察するとともに、先の飼料イネを利用した循環型農業の確立を目指した、今後の連携体制あり方について議論を行った。中国華北地域は経済的発展が著しく、生活のスタイルや都市の構造がすさまじいスピードで変化しており、環境政策の立案や施行には特別な注意を払う必要がある。本研究は中国天津市を対象に、水と土壌環境や農業、畜産業、の状況と汚濁負荷の状況調査、将来予測を行う事により、適切な制度・技術の適用モデルを構築し、最終的には中国農村に地域における持続的発展モデルを提案するものである。本研究を通じて、ライフスタイルの変容に対応した生活排水処理システムや耕畜連携システムの重要性が認識され、そのための社会実験や関連するステークホルダーとの議論を実施した。これらは天津市ともシェアされ、将来の社会実装が期待される。本年度は、「準備フェーズ」に位置付けられ、調査モデル地域の選定、関係諸機関との調整(地区内の農村工作委員会との調整)、研究資源(中国側の研究費、実験室、機材、研究者、大学院生)の再確認、研究者や大学院生の環境測定に関するトレーニングを実施するとともに、調査実施地域における地理情報の整備(既存のGIS情報の現地調査に基づく更新)、次年度以降の本格的な環境測定(主に炭素(COD等)、窒素(アンモニア、硝酸、亜硝酸)、農薬類、金属類、その他有害有機物質)のための予備調査を行うこととしていた。社会学的調査に関しては調査対象集落(予定としては下水処理場が導入されている地域の集落)を選定し、集落(代表者と住民)との調査を実施することとしていた。本年度は、調査集落の最終的な選定や予備調査の実施は達成することができなかったが、調査モデル地域の選定や関係諸機関との調整、研究資源の再確認等に関しては、当初予定どおり、もしくはそれを上回る進展がみられた。
アルギニノコハク酸、新しい神経調節因子としての同定とその代謝酵素の局在

我々は、尿素合成及びアルギニン合成系の中間体であるアルギニノコハク酸(AS)が神経伝達物質、またはそれに類する調節因子として働いている可能性を、その合成と分解を司る酵素、アルギニノコハク酸合成酵素(ASS)とアルギニノコハク酸リアーゼ(ASL)、の脳内分布の検討から見い出した。そこで本研究では、さらに免疫組織化学、生化学ならびに生理学的な手法を用い、その可能性を追及した。各種組織細胞のASS/ASL活性比は一定ではなく、肝臓、腎臓、精巣などのようにほぼ1を示すものから、脾臓のように非常に低値を示すものまであった。全脳では中間的な値であるが、脳を各部分に分けると、その比は0.8から0.06まであり、両酵素が必ずしも共役して、アルギニン合成系としては働いていないことが示唆された。組織学的にはASS活性の高い肝臓や腎臓など以外の、比較的低活性を示す臓器ではASSが神経細胞に存在することが示された。神経系では、新しい伝達物質としての一酸化窒素(NO)の重要性が指摘されているが、NO産生の基質となるアルギニンの合成系としてASSも注目される。膵臓の神経系のように、ASSとNO合成系が共存する場合もあるが、線状体のようにASSとNO合成系が異なる分布を示す組織もあることが明らかになった。生理学的には、ASが神経細胞、分泌細胞などでの刺激応答性に影響を及ぼすことが期待される。しかし現在までのところ、検討した限りでは、幼若ラットの分離小脳細胞でのグルタミン酸による細胞内カルシウムの増加を低濃度のASが阻害するという現象を見いだしているが、嗅球の培養細胞におけるメタボトロピックなグルタミン酸の反応や膵臓ランゲルハンス島のインスリン分泌へのグルコースの効果に対してはASの効果は見られなかった。免疫組織化学の特異性を上げるため、モノクローナル抗体の作成を行ったが、活性の高い抗体は得られず、さらなる検討には進むことができなかった。もう一層の突っ込んだ研究が最終的な結論には必要とされる。我々は、尿素合成系およびアルギニン合成系の中間代謝物であるアルギニノコハク酸(AS)が神経伝達物質またはそれに類する調節因子として働いている可能性を、その合成と分解を司るアルギニノコハク酸合成酵素(ASS)とアルギニノコハク酸リア-ゼ(ASL)の脳内分布検討の結果から見いだした。そこで本研究ではさらに生化学的、および生理学的見地からこの可能性を追及することを目的とするものである。平成3年度までに次の事項を明らかにした。(1)脳内各部位におけるASSを高濃度に含む細胞を明らかにした。(2)同様にホルモンなどの分布から脳と関連が深いと考えられる腸管におけるASSの分布を検討し、ASSが筋層、および粘膜下層の神経叢、特に神経細胞体に局在することを明らかにし、ASSと神経との密接な関係を示すことができた。(3)ASが非常に低濃度で、小脳細胞のグルタミン酸によるカルシウム濃度上昇を抑える効果をもつことを明らかにしていたが、嗅球の培養細胞におけるメタボトロピックなグルタミン酸の反応にはASは何の影響も及ぼさなかった。(4)脳内の低濃度のASを定量する目的でHPLCを用いるプレカラムラベル法によるアミノ酸分析法を確立したが、ASは存在すると考えられた腎臓でも有意な値としては検出できなかった。

(5)現在、ASSとASLのcDNAやオリゴヌクレオチドをもちいて、脳内のASSとASLmRNAの検出を試みている。これらの結果はASが神経系の調節因子として働いている可能性を強く示唆するが、十分な直接的デ-タとは言えない。今後はさらに低濃度のASを測定する方法を開発し、ASのシナプスからの分泌を証明する必要性があるものと考えられる。我々は、尿素合成系及びアルギニン合成系の中間体であるアルギニノコハク酸(AS)が神経伝達物質、またはそれに類する調節因子として働いている可能性を、その合成と分解を司る酵素、アルギニノコハク酸合成酵素(ASS)とアルギニノコハク酸リアーゼ(ASL)、の脳内分布の検討から見い出した。昨年は脳以外の神経組織でのASSの分布を検討し、生化学的にはASS活性の低い腸管にも粘膜下層の神経叢のみに局在することを明らかにしたが、今年は以下のような研究を行い、ASの神経系調節因子としての可能性を追及した。(1)ASSの局在をより特異的、詳細に検討する目的で、モノクローナル抗体の作成を試み、特異的な抗体を得ることができた。しかし残念ながら、その活性は低く、免疫組織化学への使用に耐える抗体ではなかった。(2)組織学的にASSが存在した膵臓ランゲルハンス島でのASの生理学的役割を、グルコースによるインスリン分泌促進へのASの効果を細胞内カルシウムイオンをfura-2で追跡する方法で検討したが、ASは10^<11>10^5Mの濃度で特別な作用を示さなかった。(3)ASSの局在と、NO合成酵素と同義といわれるNADPHデヒドロゲナーゼ(ND)の局在を組織化学的に調ベた。脳線状体では、ASS陽性細胞とND活性陽性細胞とは形態学的に区別されること、膵臓の神経細胞ではASS陽性細胞はすベてND活性陽性であることが明らかとなった。このことはふたつの組織でのASSの役割が異なる事、すなわち、膵臓でのASSはNO合成の基質となるアルギニンを供給している可能性があるが、線状体では、以前の報告のようにASS陽性細胞はASL陰性であること、すなわちシトルリン→アルギニンの反応を行っていないことと一致して、NO産生とは直接の関連がないことがさらに示唆された。
水溶性高分子の分析化学への応用

水溶性のオリゴ糖であるシクロデキストリンは、空洞を有する特異な構造をし、水溶液中で種々の疎水性溶質と安定な包接体を形成することが知られている。シクロデキストリン水溶液にシクロヘキサン蒸気を通気すると、シクロデキストリンが固相として析出する現象を見いだした。この現象に基づいて、水溶屋中の疎水性溶質をシクロデキストリンに捕促し濃縮する方法を開発した。本法は、揮発性の高い溶質を除いて、微量の芳香族炭化水素を水溶液から効果的に分離するのに有効であることが判明した。α、β、γーシクロデキストリンのうち、この目的に最適なものはβ体であること、さらに、デキストランやデキストリンのような非環状の水溶性糖類は疎水性溶質を捕促する上で有効ではないことが明らかになった。さらに、シクロデキストリンに対する疎水性溶質の包接されやすさと濃縮率との間には直接の関係がないことが分かった。ポリテトラフルオロエチレン(テフロン)フィルム表面に水溶液中の疎水性溶質を捕促する新しい方法を開発した。この方法は、無電荷金属錯体や揮発性の低い芳香族炭化水素に適用できることを明らかにした。さらに、その濃縮機構について検討した。テフロンフィルムを浮かべた水溶液中にクロロホルム蒸気を通気すると、フィルム表面はクロロホルムによって皮膜され、その皮膜層に疎水性溶質が抽出されるものと思われる。シクロデキストリンの分析化学への応用を広げるうえで、種々の疎水性溶質との水溶液中での会合定数に関する正確な知識は必要不可欠である。この観点から、α、β、γーシクロデキストリンと一連の多環芳香族炭化水素及び代表的ないくつかに有機溶媒分子との包接体生成定数を実測し、それらの包接機構を明らかにした。当初、水溶性高分子量物質としてポリNービニルピロリドンあるいはポリビニルアルコ-ルを用いる予定であったが、実際に研究に着手すると、分子量がこれより小さい、いわゆるオリゴマ-を先に研究対象にした方が、水溶液での異種溶質間相互作用を明らかにするうえで有益であることが判明した。シクロデキストリン(CyD)をホストとし、種々の疎水性溶質をゲストとしたホストーゲスト会合系を対象とし、会合定数を測定し、会合を支配する主要因子を明らかにした。ホストとして三種類のCyD(α、β、γ)、また、ゲスト分子として、ベンゼンおよび多環芳香族炭化水素、ハロベンゼン類(モノおよびpージ)、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタンなどを用いた。その結果、CyDと疎水性溶質との会合は、従来、疎水性相互作用によると説明されていたが、実際は、Van der Waals力によって支配されることが明らかになった。即ち、ホストであるCyD空洞内壁と接触するゲスト分子の表面積が会合を支配する主要因子である。疎水性の高分子量物質であるポリテトラフルオロエチレン(テフロン)のフィルム表面に疎水性溶質を選択的に捕捉し濃縮する新しい方法を開発した。濃縮機構は、従来の溶媒抽出のそれと同じであると考えている。即ち、クロロホルム蒸気をテフロン材共存下で水溶液中に通気・循環すると、テフロン材の表面はクロロホルム層によって覆われ、水溶液中の疎水性溶質はテフロン材表面にクロロホルム層を介して抽出される。この手法をさらに発展させ、テフロン材ならびにCyD共存下で適用し、ユニ-クな分析方法(分離法および濃縮法)として育てたい。

疎水性の高分子量物質であるポリテトラフルオロエチレン(テフロン)のフィルム表面に疎水性溶質を捕捉し濃縮する方法を開発し、ベンゼン、ナフタレン、ビフェニル、アントラセン、フェナントレン、ナフタセン、ピレン、フルオレン、フルオランテン、キサンテンの10種類の溶質に適用し、その有用性を検討した。その結果、ベンゼン、ナフタレン、ビフェニルのような揮発性の溶質には適用できないが、その他の溶質には本法は有効であることが判明した。水容性のオリゴ糖であるシクロデキストリンを用いて水容液中の疎水性溶質を濃縮する方法を開発した。この方法は、シクロデキストリン水容液中に或る種の有機溶媒(ここではシクロヘキサン)蒸気を通気すると、シクロデキストリンが固相として析出する現象に着目したものである。水溶液中に疎水性溶質が共存する場合、それらがシクロデキストリン固相中に取り込まれて溶液から分離されることを見いだした。この方法をベンゼン、ナフタレン、ビフェニル、アントラセン、フェナントレン、ピレン、フルオレン、フルオランテンの8種類の疎水性の芳香族炭化水素に適用した。その結果、揮発性の高い溶質を除いて、水溶液中の疎水性溶質はほぼ定量的にシクロデキストリン固相中に保持されることが明らかとなった。さらに、その保持機構について考察した。シクロデキトリン以外にも水溶性の高分子量の糖類(例えば、デキストラン、デキストリン)を用いて同様の研究を行なったが、これらの糖類では疎水性溶質を捕捉する上で有効ではないことが判明した。疎水性溶質とシクロデキストリンとの保持機構を解明するうえで、溶質ーシクロデキストリンの会合定数を求める必要がある。そこで一連の溶質について、α、β、γーシクロデキストリンとの包接体生成定数を測定した。
GPI-アンカー型補体制御因子(CD59)のシグナル伝達機構:二量体形成の意義

GPI-アンカー型蛋白質はglycosyl phosphatidylinositolを介して細胞膜に結合したユニークな脂質蛋白質群である。近年、これらの蛋白質が、シグナル伝達分子として機能することが明らかにされ注目されている。しかしながらGPI-アンカー蛋白質は細胞膜を貫通しておらず、細胞外からの刺激をどのようにして細胞内に伝えるのか、またどのようなセカンドメッセンジャーを介するのかなど、シグナル伝達のメカニズムはほとんど解明されていない。本研究では、GPI-アンカー型蛋白質であるCD59をモデルとして、GPI-アンカー型蛋白質のシグナル伝達機構の全容を明らかにすることを目的とした。以下が明らかとなった。(1)従来の抗体刺激に代わる方法として、ligandによるシグナル伝達測定法を開発した。CD59が補体C9と結合することから、C9のペプチドをligandとして、細胞内Ca2+の上昇を測定する方法を開発した。(2)CD59は細胞膜上でdimerを形成していることを明らかにした。シグナル伝達に関与する分子として、CD59にassociateしている蛋白質を同定したとこら、CD59分子であることが明らかとなった。この結果は、CD59が細胞膜上でdimerを形成し、このdimer形成がCD59のシグナル伝達に何らかの役割を持つ可能性を示唆する。(3)CD59とcaveolinを発現する血球細胞を見いだした。GPI-アンカー蛋白質は細胞膜のraftと呼ばれる膜構造に局在することが知られている。カベオラと呼ばれるraft様構造では、種々のシグナル伝達がcaveolinを介することが明らかにされている。そこでCD59のシグナル伝達へのcaveolinの関与について検討した。CD59刺激が認められている血球細胞では培養細胞株、末梢血球細胞でcaveolinの発現は認められなかった。例外として、活性化状態にある成人T細胞白血病(ATL)細胞株で発現が認められた。今後(1)のペプチドがdimer形成にどのように関わるのか、(3)の陽性株を用いてCD59dimerとcaveolinがCD59刺激にどのように関与するのかを明らかにしたい。GPI-アンカー型蛋白質はglycosyl phosphatidylinositolを介して細胞膜に結合したユニークな脂質蛋白質群で、細胞膜上のraftと呼ばれるシグナル伝達構造に局在することが知られている.近年、これらの蛋白質が、シグナル伝達分子として機能することが明らかにされ注目されているが、そのメカニズムについては、明らかでない。申請者はGPI-アンカー型蛋白質であるCD59が細胞表面でdimerを形成していることを明らかにし、刺激によるdimer形成が、raftのdynamicな変化をひきおこし、シグナル伝達を誘導するという仮説を提唱している。本研究ではdimer形成とシグナル伝達機構の関係を明らかにすることを目的とする.本年度は、従来の抗体刺激に代わる、ligandによるシグナル伝達測定系の開発を試みた。CD59はC9に結合し、C9分子の重合を阻害することにより補体系を抑制することから、C9分子がCD59の細胞活性化の際のligandとなりうる可能性がある。そこで、C9ペプチドの効果を「細胞内Ca濃度の上昇」を指標として測定した。その結果、ペプチド2(407-436)がJurkat細胞で、細胞内Ca^<2+>を上昇することが明らかとなった。至適濃度は50μMであった。

細胞外のCa^<2+>を除くと、細胞内Ca濃度の上昇は50%程度抑制されたことから、Caは細胞外、細胞内、両者に由来すると考えられる。また、Jurkat細胞では、架橋試薬を用いてCD59とassociationしている蛋白質を架橋、可溶化後、Western blottingでassociation分子を検出したところ、CD59 dimerとともに、60-81 kDaの新たな架橋産物を検出した。今後association分子の同定を行うとともに、チロシンキナーゼの活性化、細胞増殖などへのペプチド効果についても検討する。GPI-アンカー型蛋白質はglycosyl phosphatidylinositolを介して細胞膜に結合したユニークな脂質蛋白質群である。近年、これらの蛋白質が、シグナル伝達分子として機能することが明らかにされ注目されているが、そのシグナル伝達機構については、ほとんど解明されていない。申請者はGPI-アンカー型蛋白質であるCD59が細胞表面でdimerを形成していることを明らかにした。GPI-アンカー蛋白質は、細胞膜上のraftと呼ばれる膜構造に局在することが知られている.申請者は、刺激によるdimer形成が、raftのdynamicな変化をひきおこし、シグナル伝達を誘導するという仮説を提唱している。本研究ではdimer形成とシグナル伝達機構の関係を明らかにすることを目的とする.本年度は、昨年にひきつづき、従来の抗体刺激に代わる、ligandによるシグナル伝達測定系の開発を試みた。CD59はC9に結合し、C9分子の重合を阻害することにより補体系を抑制することから、C9分子がCD59のligandとなる可能性がある。そこで、C9ペプチドの効果を「細胞内Ca^<2+>濃度の上昇」を指標として、測定した。その結果、ペプチド2(407-436)がJurkat細胞で、細胞内Ca^<2+>を上昇することを明らかにした。このペプチドが細胞増殖にどのような影響を与えるかを正常ヒトT細胞を用いて検討した。ペプチドはそれ自体では効果を持たなかったが、抗CD3抗体によるT細胞の活性化を抑制する傾向が認められた。申請者はGPI-アンカー型蛋白質であるCD59をモデルとして検討を行ってきた。その結果、CD59が細胞表面でdimerを形成していることを明らかにした。申請者は、刺激によるdimer形成が、raftのdynamicな変化をひきおこし、シグナル伝達を誘導するという仮説を提唱している。
リン代謝および骨形成・維持における糖転移酵素GALNT3の機能解明

本研究ではGalnt3遺伝子欠損(-/-)マウスの解析を通し、骨ハイパーオストシス高リン血症並びに腫瘍状石灰化症におけるGALNT3の役割を確認し、GALNT3の生理的機能を明らかにした。Galnt3^<-/->マウスは高リン血症の患者と類似した表現系を示し、野生型マウスに比べてリンは高濃度であり、FGF23は減少していた。すなわちFGF23によるリン代謝調節にGALNT3が関与する事が確認できた。骨格においてはGalnt3^<-/->マウスは野生型マウスに対して骨量が増加し、海綿骨内には軟骨組織が残存していた。また骨芽細胞分化や破骨細胞の機能は正常であった。さらにGalnt3^<-/->マウスの精巣上体では精子のアポプトーシスが誘導されたため、雄は不妊状態を示した。研究背景・目的:Galnt3(ボリペプチドN-アセチルガラクトサミン転移酵素3)は、蛋白質のセリンとトレオニンのアミノ酸残基にGalNAcを付加し、ムチン型糖鎖を形成する。GALNT3は、近位尿細管においてリンの再吸収を抑制するFGF23に糖鎖を付加、その蛋白切断による不活化を阻害し、活性型FGF23の分泌に重要な働きをする。従ってGALNT3酵素活性の低下はFGF23の切断、不活化が促進し、骨ハイパーオストシス高リン血症ならびに軟組織における異所性のカルシウム沈着を引き起こす。そこで本研究ではGalnt3遺伝子欠損(Galnt3-/-)マウスの解析を通し、ヒト高リン血症及び家族性腫瘍状石灰症及び骨格維持におけるGALNT3の機能を明らかにする事を目的とした。研究成果1-Galnt3-/-マウスは高リン血症の患者と相似したフェノタイプを示し、野生型マウスに比べて血清中のカルシウムは同量、リンは高濃度であり、FGF23は野生型マウスに比べて減少していた。また異所性石灰化は高齢Galnt3-/-マウスの眼球回の皮膚に孤発的に現れた。これらはFGF23によるリン代謝調節にGALNT3が関与する事が確認できた。2-骨格におけるGALNT3の機能評価(1)8週齢と17週齢の成獣マウスから大腿骨を摘出し、μCT解析した結果Galnt3-/-マウスは野生型マウスに対して骨量、海綿骨数が増床していることが分かった。(2)8週齢と17週齢のGalnt3-/-マウスの血清中Trap5b濃度を測定し、野生型マウスに対して同量であった事により、破骨細胞の機能は正常であることが分かった。(3)骨格組織学解析:野生型マウスに比べてGalnt3-/-マウスの骨組織では、-海面骨内に軟骨組織が多く残存していた。(HE&プロテオグリカン検出用サフラニン0染色にて)。Galnt3-/-雄マウスのみが不妊状態を示し、精巣の組織解析によりGalnt3-/-マウスでは精子の分化が阻害され、アポプトーシスが誘導される事が分かった。(HE&Tunel染色にて)。GALNT3(ポリペプチドN-アセチルガラクトサミン転移酵素3)は、蛋白質のセリンとトレオニンのアミノ酸残基にGalNAcを付加し、ムチン型糖鎖の形成を始める。遺伝子変異によるGALNT3酵素活性の低下はFGF23(Fibroblast Growth Factor 23)の切断、不活化を促進し、骨ハイパーオストシス高リン血症ならびに腫瘍状石灰化症を引き起こす。そこで本研究ではGalnt3遺伝子欠損(Galnt3^<-/->)マウスの解析を通し、上記の疾患におけるGALNT3の役割を確認する事と、GALNT3の生理的機能を明らかにする事を目的とした。Galnt3^<-/->マウスは高リン血症の患者と類似した表現系を示し、野生型マウスに比べて血清中のカルシウムは同量、リンは高濃度であり、FGF23は野生型マウスに比べて減少していた。骨格においてはGalnt3^<-/->マウスは野生型マウスに対して骨量が増加し、海綿骨内には軟骨組織が多く残存していた。骨芽細胞分化や破骨細胞の機能は正常であった。
「第二世代」粒界工学へのブレークスルーのための学術基盤の強化

本研究は「第二世代」粒界工学へのブレークスルーを図るための学術基盤の強化を目的としている。H30年度に得られた主な成果は下記の通りである。1. TEM内その場変変形法を用いた転位ー粒界相互作用にともなう力学応答計測:AlおよびMg双結晶ナノピラーを用いて転位運動に対応する力学応答の計測を行った。Al双結晶では,応力ーひずみ曲線において弾性域とみられる低応力域においてもピラー表面や粒界が転位源として作用し転位が発生・増殖すること,粒界に堆積した転位群の応力集中により多数の転位が隣接粒に伝播,あるいは粒界からの転位生成が短時間に生じることに応答して,応力ーひずみ曲線にマクロ的な降伏が生じることが明らかとなった。さらに,圧縮変形の進行とともに,粒界面に沿ったせん断変形(粒界すべり)が生じる現象が観察された。これは粒界に吸収された粒内転位が粒界転位に分解され粒界面上をすべり運動した結果であると推察される。このような粒界面に沿ったせん断変形は,ランダム粒界を含む双結晶ピラーの方がΣ3粒界を含む双結晶ピラーよりも顕著に生じることも明らかとなった。一方,Mg双結晶においても,応力ーひずみ曲線が直線的に立ち上がる低応力領域において,粒界から一次錐面すべり系の転位が生成され半ループ状に成長する様子が観察された。2. Fe-3mass%Si合金双結晶を用いた粒界ー転位反応の素過程の解明:粒界近傍に圧入変形を導入した場合の変形後の転位組織を観察し,荷重ー変位挙動との関係を明らかにした。[110]を共通回転軸に持つ(221)Σ9粒界および(114)Σ9粒界を有する2種類の双結晶を比較すると, (114)Σ9粒界には比較的大量の転位が隣接粒内に存在しており,(221)Σ9粒界に比べ(114)Σ9粒界の方が,粒界を越えた転位の伝播または粒界からの新たな転位の生成が容易であることが示唆された。これまで実施してきた研究では,非平衡粒界に関する研究において期待していた実験結果を得ることができなかったが,当初より想定されていた範囲内であり,研究計画調書の記載に沿って計画を変更して再度行う予定である。その他の研究は,概ね計画調書に沿って順調に進行しており,研究目的の達成は可能と見込まれる。概ね研究計画調書で提案した計画通り進行していることから,今後の計画に大幅な変更はない。具体的には下記の通りである。(1)粒界近傍における局所力学特性評価:純アルミニウム双結晶に加え,結晶異方性の高い六方晶金属(Zn, Mg)の双結晶を用いた研究を継続して行うとともに、これまでの成果を論文として公表する。(2)粒界近傍における転位挙動と力学応答との関係:TEMその場変形解析をAl双結晶,Mg双結晶および超微細粒IF鋼に対して成功しており,粒界を越えて隣接粒へ転位が伝播する際の臨界応力や粒界転位源の活性化応力について定量的解析を行なっている。しかしながら,これらの値がバルク試料を用いたナノインデンテーション試験から評価される値と大きく異なっていることから,今後,共通試料を用いてTEMその場変形及びナノインデンテーション試験を行い比較検討する予定である。(3)非平衡粒界の構造的な特徴と力学特性:ニッケル双結晶をECAP法等の方法で強加工を行い,粒界構造の変化および粒界の局所力学特性の解析を行う。(4)低角粒界導入型の粒界制御:低角粒界導入型粒界制御により耐疲労特性が著しく向上することを見出している。しかしながら,本プロセスで作製した材料は結晶粒内のひずみが高い状態にある。今後は,粒内のひずみが高い状態がバルク材料特性,特に耐食性に及ぼす影響を明らかにするとともに,これらの内部ひずみを低減する熱処理条件を探索する。本研究では,研究代表者らがこれまでに確立してきた粒界工学の研究成果を踏まえ,「第二世代」粒界工学へのブレークスルーを図るための学術基盤の強化を目的としている。H28年度は下記の項目について研究を実施した。1.アルミニウム双結晶を用いた粒界局所力学特性の解明:粒界面方位の異なるΣ3対称傾角粒界,および相対方位差の異なる<001>小傾角粒界についてナノインデンテーション試験を行なった。特に,荷重ー変位曲線にしばしば現れるpop-in現象に着目し,塑性変形の開始および隣接粒への伝播挙動と粒界性格・構造との関連を検討した。Σ3粒界では,隣接結晶粒への塑性変形伝播のための臨界応力が粒界面方位に著しく依存し,{111}Σ3粒界では他の粒界面方位を有するΣ3粒界よりも著しく低いことが明らかとなった。また,ねじり角成分の導入により,上記の臨界応力が著しく上昇することが見出された。2. TEM内その場変形測定法を用いた転位ー粒界相互作用の力学応答:相対方位差39°のランダム粒界を有するアルミニウム双結晶についてナノピラーを作製しTEM内その場変形測定を試みた。転位の生成および負荷応力の増加にともなう転位の発生・運動を直接動的に捉えることができ,転位の運動状態に対応する力学応答の計測に成功した。

特に,粒界近傍から転位が優先的に生成し,その際に変形応力が急激に低下するpop-in現象が現れることを初めて明らかにした。3.高積層欠陥エネルギー材料に対する粒界制御方法の検討:SUS430フェライト系ステンレス鋼について,高頻度の低角粒界および低Σ対応粒界を導入するための粒界制御プロセスを検討した。冷間圧延と焼鈍からなる加工熱処理法により{111}集合組織が形成され,その発達にともない低角粒界および<111>回転軸に対して出現が予測されるΣ3対応粒界の存在頻度が高くなることが明らかとなった。概ね,年度当初計画通りの実験研究が進行しており,アルミニウム双結晶を用いた粒界近傍での塑性変形開始挙動に関する研究の一部は論文として公表する準備を行なっている。本研究は「第二世代」粒界工学へのブレークスルーを図るための学術基盤の強化を目的としている。H29年度は主に下記の項目について研究を実施した。1.粒界局所力学特性の解明:純FeおよびFe-Sn合金多結晶を用いて,ナノインデンテーション試験を行い,粒界近傍における塑性変形開始挙動に及ぼすSn偏析の影響について検討した。Snの偏析により転位発生のための臨界応力が低下すること,臨界応力低下の程度が相対方位差に依存することを明らかにした。2. TEM内その場変形測定法を用いた転位ー粒界相互作用にともなう力学応答の観察:H28年度に行ったAl双結晶ナノピラーのTEM内その場変形によって転位運動に対応する力学応答の計測に成功した。しかしながら,ピラー作製の際のFIB加工により高密度の格子欠陥が導入される問題があったが,ピラー作製後にTEM内焼鈍を行うことにより格子欠陥が著しく消滅することが明らかとなった。FIB加工後の焼鈍試料を用いることにより,FIB加工による欠陥の導入により変形応力が低く計測されることが明らかとなった。また,応力ーひずみ曲線において弾性域とみられる低応力域においても,ピラー表面が転位源として作用し転位が発生・増殖すること,さらに,粒界に堆積した転位が隣接粒に伝播あるいは粒界からの転位の生成が数ミリ秒程度の短時間に一気に生じることにより,変形応力の急激な低下が生じることが明らかとなった。3.高積層欠陥エネルギー材料に対する粒界制御方法の検討:「粒界面制御型粒界工学」の確立のための基礎的検討として、弱圧延ー焼鈍を行った純Feのひずみ焼鈍前後における粒界エネルギーの変化を調査した。ある特定の条件において,粒径や粒界性格分布等の微細組織にほとんど変化がないにも関わらず,粒界面の再配向により粒界エネルギーの累積頻度分布が低エネルギー側にシフトすることが明らかとなった。概ね,計画調書記載の研究計画通りの実験研究が進行しており,H30年度はこれまでの2年間の成果を論文として公表する予定である。また,調書作成時には予定していなかった,MDシミュレーションを用いた粒界と転位との相互作用に関する研究も国際共同研究として開始しており,本成果もH30年度中には公表予定である。H30年度に得られた主な成果は下記の通りである。1. TEM内その場変変形法を用いた転位ー粒界相互作用にともなう力学応答計測:AlおよびMg双結晶ナノピラーを用いて転位運動に対応する力学応答の計測を行った。
偏光による遷移則の差を利用したGd-157のレーザー濃縮試験

Gd-157は吸収スペクトルに超微細構造があり、これまでのように同位体シフトのみを利用した方法では濃縮が困難である。本研究では3本の直線偏光レーザーを用い、核スピンの有無を利用して原子レーザー法によりGd-157を濃縮する方法について検討を行ってきた。本年度の成果は以下の通りである。1)直線偏光のレーザー光による原子の励起・電離ダイナミクス磁気副準位間の横緩和の効果を取り入れた3波長3段階光電離過程のシミュレーションコードを用いて、直線偏光のレーザー光による電離のダイナミックスを解析し、量子軸方向と光電界の方向を変えて、横緩和が電離の選択性に及ぼす効果を検討した。その結果充分大きな選択性を保持するためには外部磁場の大きさを地磁気と同程度の大きさにまで抑制する必要があることを明らかにした。2)Gd電子の分光データの整備と濃縮実験3段階光電離過程に利用可能な中間励起準位と自動電離準位に関する分光データの整備を行った。吸収スペクトルを測定し、同位体シフトや超微細構造定数、j値を決定した。また3本の色素レーザーを用いて濃縮実験を行い、Gd-157を80%にまで濃縮した。3)イオン回収プロセスNO検討Gdイオンと中性のGd原子との電荷交換衝突断面積の衝突エネルギー依存性を測定した。Gdイオン励起状態にあるとき電荷交換衝突は非共鳴となり、低エネルギー側で衝突断面積が低下する。実用的には原子蒸気密度を10^<12>cm^3程度とし、光電離により励起状態のイオンを生成することで電荷交換による選択性の損失を抑制できると予測される。1)直線偏光による原子の励起・電離ダイナミクスの解析励起準位の磁気副準位間の横緩和の効果を取り入れられるように既存のシミュレーションコードCEALISを改造した。テストランを完了し、計算が正しく実施されていることを確認した。レーザー光電界方向と磁場方向(量子軸条件)を変えて横緩和が選択性に及ぼす効果について解析を行っている。2)イオン回収プロセスの解析イオン回収プロセスで最も重要となるGdイオンと中性Gd原子との電荷交換衝突について、衝突断面積の衝突エネルギー依存性を実験的に評価した。測定値は古典的に計算される値の2倍程度で、レーザー生成イオンのエネルギー準位によっても変化することが明らかとなった。3)直線偏光レーザーによるGd-157の選択励起電離実験本研究により購入した色素レーザー装置が納入され、これと現有の色素レーザー装置、原子蒸気チャンバーを組み合わせて光電離実験を実施している。3本のレーザー光のタイミングを変えてGd蒸気に照射したとき、生成されるGd-157イオンの選択性が時間差とともに低下するという結果が得られ、コードを用いたダイナミクス解析を急いでいる。1)直線偏光のレーザー光による原子の励起・電離ダイナミクス磁気副準位間の横緩和の効果を取り入れた3波長3段階光電離過程のシミュレーションコードを用いて、直線偏光のレーザー光による電離のダイナミックスを解析した。

量子軸方向と光電界の方向を変えて、横緩和が電離の選択性に及ぼす効果を検討した。2)Gd電子の分光データの整備3段階光電離過程に利用可能な中間励起準位と自動電離準位に関する分光データの整備を行った。吸収スペクトルの測定を終了し、同位体シフトや超微細構造定数、J値を決定するためデータ整理中である。3)イオン回収プロセスの検討Gdイオンと中性のGd原子との電荷交換衝突断面積の衝突エネルギー依存性を測定した。Gdイオンが励起状態にあるとき、電荷交換衝突は非共鳴となり、低エネルギー側で衝突断面積が低下する。実用的には光電離により励起状態のイオンを生成することで電荷交換による選択性の損失を抑制できると予測される。Gd-157は吸収スペクトルに超微細構造があり、これまでのように同位体シフトのみを利用した方法では濃縮が困難である。本研究では3本の直線偏光レーザーを用い、核スピンの有無を利用して原子レーザー法によりGd-157を濃縮する方法について検討を行ってきた。本年度の成果は以下の通りである。1)直線偏光のレーザー光による原子の励起・電離ダイナミクス磁気副準位間の横緩和の効果を取り入れた3波長3段階光電離過程のシミュレーションコードを用いて、直線偏光のレーザー光による電離のダイナミックスを解析し、量子軸方向と光電界の方向を変えて、横緩和が電離の選択性に及ぼす効果を検討した。その結果充分大きな選択性を保持するためには外部磁場の大きさを地磁気と同程度の大きさにまで抑制する必要があることを明らかにした。2)Gd電子の分光データの整備と濃縮実験3段階光電離過程に利用可能な中間励起準位と自動電離準位に関する分光データの整備を行った。吸収スペクトルを測定し、同位体シフトや超微細構造定数、J値を決定した。また3本の色素レーザーを用いて濃縮実験を行い、Gd-157を80%にまで濃縮した。実用的には原子蒸気密度を10^<12>cm^<-3>程度とし、光電離により励起状態のイオンを生成することで電荷交換による選択性の損失を抑制できると予測される。
界面分析のためのスパッタ二次粒子大気圧化学イオン化質量分析法の開発

液体/固体界面あるいは気体/液体界面の分析手法の確立は、圧力環境によって発現機能の異なる触媒等の評価、次世代電池における電解液/電極界面の分析、更には揮発性試料・含水状態である生きた生物試料の分析において極めて重要な課題である。これらの試料は真空中に導入すると物性や構造の変化等が起こり、測定すべき本来の状態を保持できない。このため、評価解析のための手法としては、大気圧あるいは低真空条件に適用可能な分析法が必須である。しかしながら、本来真空中で行われることを前提とした固体表面分析手法を大気圧に近い条件下に適用するに際しては、極めて短い平均自由行程に起因する、一次プローブの引き出しの困難さや、二次粒子の検出効率の低さが大きな問題であった。本研究課題では、高いエネルギーに起因して大気圧下でも数mm程度の飛程をもつ高速重イオンビームを一次プローブとして用いることで、大気圧下での二次イオン質量分析を実現した。特に最終年度は、液体/固体界面に特有の情報を取得する方法論の確立に注力した。具体的には、安息香酸などの、水溶液中で固有の分子会合等を起こす有機分子の水溶液を試料とし、低真空中あるいは大気圧下での二次イオン質量分析を行った。時間の経過に伴い揮発していく安息香酸水溶液由来の二次イオン強度をモニタリングしていくことで、液体と固体の界面のみで検出される固有のピークを検出することに成功した。本手法の確立により、電池材料の電極/電解液界面における化学反応をリアルタイムに追跡可能となり、新規電極材料の開発などに貢献することが期待される。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題は、大気圧下で高感度・高分解能での界面分析を実現するための、スパッタ粒子大気圧化学イオン化質量分析法の開発を目的とするものである。初年度となる本年度は、装置の設計、一次イオンビームの大気圧下への引き出しおよび収束に関する検討を行った。本研究で開発する装置はおおまかに、イオンビーム部、試料室部、差動排気部、質量分析部より成る。このうち、イオンビームには高速重イオンビーム、質量分析部には直交加速型飛行時間質量分析器を用いるが、この2点は既存のものを利用するため、新しい設計等は必要としない。装置設計において特別な配慮が必要となる点は、試料台周辺部および大気圧下でイオン化した直後に隣接する真空チャンバへの輸送部の機構である。この部位の設計が、分析法としての感度を大きく左右する極めて重要なポイントとなると考えられる。一次イオンビームの大気中への引き出しおよび収束にあたっては、スパッタリングに充分なビーム量を確保するため、引出部と試料とは数mm以下で近接している必要がある。本年度試作した試料室では、一次ビーム引出部と試料台の距離が4mm、さらに、試料から放出された二次イオンの充分な輸送効率を確保するため、試料台と二次イオン引出部との距離を約3mmとした。また、一次イオンビームの収束とビーム電流量の確保のため、四重極レンズを用い、ビームとレンズ間の光軸調整のために新たに偏向電極を設計・導入した。この新しい試料室を用いて、次年度以降、試料室の真空度と一次イオンビーム電流値の関係および、試料室の真空度と二次イオン輸送効率の関係について検討・最適化を行っていく。加えて、高速重イオンを一次イオンビームとした二次イオン質量分析法を用いて、生体試料分析に向けた基礎検討を行った。具体的には、試料室を低真空に保っての揮発性試料測定に関する検討と、脂質モデル試料を用いた検出限界の検討である。本手法の確立により、電池材料の電極・電解液間の固液界面の評価、触媒機能発現メカニズムの解明、含水状態での生物試料の分析等の実現が見込まれる。2年目となる平成26年度は、大気圧下で試料への一次イオンビーム入射を実現するための装置改良、低真空下での二次イオン高効率取り込みのための諸条件の最適化を行った。結果、大気圧下で、これまでの真空度とほぼ遜色ない感度での測定を実現した。併せて、電池材料等の空気に触れることで性質の変わってしまう材料を分析するための、真空中あるいは不活性ガス中での試料作製・運搬・導入機構の実装を行った。具体的には、真空あるいは不活性ガス雰囲気中で試料作製を行うためのグローブボックスから、大気に触れることなく試料を装置内に導入できるダブルロードロックと呼ばれるシステムであり、現存の装置に合わせて設計および試作評価を行った。また、リチウムイオン電池を想定したモデル試料の作製および基礎評価を行い、翌年度の実試料測定への応用を踏まえた試料作製基盤を構築した。同様に、含水生物試料測定のための基礎検討として、生体に含まれるいくつかの成分を混合したモデル試料を作製し、マトリクス効果や夾雑物による検出限界の低下など、複雑な構造・組成を有する生体試料の分析において懸念される事項の洗い出しを行った。その結果、高精度な生体試料分析、特に質量イメージの取得に際しては、現在の二次イオン収率に比べおよそ100倍程度の増感が必要となることが明らかになった。