hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Ｂファクトリー加速器におけるベル検出器を使った小林益川行列の超精密測定

特に、小林・益川三角形とよばれる、B中間子崩壊におけるCP非対称の大きさを表すダイアグラムに現れる第3の角度(φ3)の測定精度を、現在の10倍程度向上させる。φ3の測定精度は現在15度程度であり、これを1.5度程度の精度で測定する。φ3は、第3世代bクォークが第1世代uクォークに変化するときの振幅(波動関数)に出現する、フレーバー物理学上きわめて重要な角度であるが、その反応の確率(崩壊幅)が非常に小さいため、これまでの測定では十分な精度が得られておらず、小林・益川三角形の内部無矛盾の検証の大きな障害となっていた。角度φ3を測定するためのB中間子がD中間子とK中間子に崩壊する反応の新しい解析結果を国際会議で公表した。標準模型ではB中間子系でのCP対称性の破れの大きさはユニタリティ三角形と呼ばれる複素平面上の三角形の三つの内角(φ1 , φ2 , φ3 )をパラメータとして表すことができる。このうち,φ3と呼ばれるパラメータについてはB- →DK-崩壊の観測から理論的不定性が非常に小さい測定が可能である。しかし,この崩壊の分岐比が非常に小さいため,現時点では三つの角度の中で測定精度が最も悪く,代替の測定法がいくつか提案されている。φ3の測定は,今後Belle II実験でさらに大量のデータを集めたとき,新物理探索に重要な役割を果たすことが期待されている。本研究者は,Belle実験のB中間子崩壊データを使い、B- →DK-事象にB- →D*K-事象を加えて解析することで、φ3の測定精度が向上することを示した。そして、Belle実験の全データを用いφ3の測定を更新し、(73±15)度と決定した。さらに、Belle II実験用のソフトウェアを使って、測定精度のさらなる向上の可能性も検討した。これの結果を国際会議で発表した。よって、ほぼ順調に進捗した。本研究の目的は、現在建設中のスーパーKEKB加速器を使ったBelleII実験で、小林・益川行列要素を現在の10倍の精度で測定することである。標準理論を超える物理は、小林・益川行列で説明される以上のCP非対称の源であることが期待されている。したがって、BelleII実験における主要な物理課題の一つは、標準理論の正しさを仮定して、小林・益川行列要素を十分な精度で測定し、理論の内部無矛盾を検証することである。このような標準理論の予想値からのズレを測定して、新しい物理の発見につなげるという研究手法は、BelleII実験のような超精密実験によってこそ可能になる手法である。現在の50倍にもおよぶデータ量にもとづいて、B中間子のCP非対称に関する物理量の観測精度を格段に向上させる。角度φ3を測定するためのB中間子がD中間子とK中間子に崩壊する反応の解析方法を確立し、国際会議等で公表した。
浮世絵研究分野に応用する画像データベースのためのインデクシングに関する研究

浮世絵研究の一層の発展のためには、存在が確認されているすべての浮世絵にアクセスできる、高画質のデジタル画像と文書からなる画像データ・ベースが必要となる。浮世絵データ・ベースは作品をデジタル・フォーマットで含むだけではなく、各作品についての解説、背景となる資料をもテキスト・ベースで含まなければならない。それ以外にも、ユーザが視覚的、幾何学的、また、(少なくとも限られた)意味的特性を特定して作品を探すのに応じて、特定された画像を検索する能力も備えるべきだと考える。視覚的、幾何学的な画像の特徴に対する処理能力が、さまざまな画像処理技術がすでに利用できることを前提としているのに対し、画像に含まれる意味的内容の処理能力はデータ・ベースシステムがパターン認識という作業を行なえることを意味している。作品中に描写された内容についての検索能力は、さまざまな画像データ・ベースシステムですでに実現されている。そういった例のほとんどは、色、テクスチャーのような、比較的低レベルの画像特徴を利用して、画像データ・ベースから画像を探し出す。本研究では、対象クラスというさらに複雑な概念を、画像に含まれる内容について検索のための基盤であると仮定する。このような浮世絵画像検索システムを実現するために、本年も様々な研究を行なった。その中の三つのテーマに集中し、「画像データベースシステムの管理システムおよびユーザ・インタフェース」、画像内容検索を効率よく行なえるために必要な「浮世絵における注意点の抽出」、そして、「ニューラル・ネットワークを用いた対象クラスの検索」の研究を行なった。
STM/STSによるSi-Ge系ヘテロ構造成長過程の極微観察

Si(001)面に蒸着した少量のSi、またはGe原子の配列と電子状態をSTM/STSで捉えた。蒸着Si、Ge原子は(001)面上でダイマー列に沿った方向に優先的に2次元成長する。ダイマー列終端部の原子配列に注目し、Si、Geの成長機構を検討した。基板温度300°Cで成長させると、ダイマー列終端部の列の延長線上で、1ダイマー分だけ離れた下地ダイマー列上にダイマーが配置され、また、もう1ダイマー分だけ離れた下地ダイマー列上に1原子が配置される場合があることをSTM観察から見い出した。ダイマー列終端部は、基板ダイマー列方向に沿って拡散してきた原子を捕獲するが、必ずしもダイマーが連続的に配置されず、拡散原子は、ダイマー列延長線上の下地ダイマー列上で安定構造を取り得る。この配置のダイマーは、連続的に配置したダイマーと異なり、占有状態のSTM像で2原子が分離して観察される。この領域のスペクトルは、エネルギーギャップの増加と空状態密度の増加を示した。占有状態のダイマー結合軌道から変化して、列終端部での原子位置変化がsp^3混成度を減少させたことが示唆される。Si-Ge混晶系で注目されている自然規則合金相の形成機構を解明するために、同一表面上のSiとGe原子をSTM/STSで識別できるかどうか検討した。STM/STSは、SiとGeのように電子構造が類似していると、種より配列に強く影響を受ける。そこで、深い準位のスペクトルに注目し、約-5Vまでの占有状態スペクトルを測定し、SiとGeの各々のスペクトルとの対応を調べた。Si(001)とGe(001)面のUPS測定では、SiとGe各々のダイマー結合よるE_F-3.0eVと-2.4eVのピークが現れる。Si(001)面上のGeダイマー上でこれらのピークに対応するトンネルスペクトルの減少と増加が観察された。この結果を基に、微傾斜Si(001)面上にGeをステップフロー成長させ、テラス上ステップ端周辺(Ge堆積領域)にGeに対応するトンネルスペクトルの変化を確認し、原子識別の可能性を示した。新しいタイプの発光素子や高速トランジスターを実現するために、SiとGeから構成されたヘテロ構造を持つ材料が注目されている。長年にわたって培われたSi技術を基にしてヘテロ構造を導入すれば、様々な機能を持った高集積デバイスを発展させることができ、産業界に与えるインパクトも大きい。しかし、SiとGeの格子定数には4.2%の不整合がある。このため、Si-Geヘテロ構造は歪を内包して成長様式も複雑になり、デバイスに要求される急峻な界面を形成することが難しい。本研究では、表面原子配列や電子状態を調べることができるSTM/STSを用いて、Si-Ge系ヘテロ構造の成長過程を原子的スケールで明らかにすることを目的としている。本年度は、Si(001)面上のGeの成長様式を原子的スケールで調べるために、成長中の基板温度を300、400、500°Cに設定し、Geの蒸着量を変えてSTM観察をおこなった。

その結果、蒸着されたGeは、3-4MLまではダイマー欠損列をともなった2次元層状成長を示し、さらに蒸着量を増加させると、3次元島状成長を示す様子が原子的高分解能で描きだされた。この3次元成長した島の形状は、{015}、{113}、(001)面などをファセットとした小屋状、ピラミッド状、あるいは、ドーム状のクラスターであり、成長温度や蒸着量によって成長の様子が変化していくことが明らかになった。例えば、4つの{015}ファセットを持つ小屋状クラスターで表面全面が覆い尽くされたのちに、基板温度300°Cの成長ではクラスター同士の融合が始まるが、400°Cのときは4つの{113}ファセットを持つクラスターの成長へと変わり、500°Cのときは急な斜面を持つ対称性の良いドーム状のクラスターが成長する。また、小屋状クラスターのファセットと同じ面指数のSi(015)開を基板としてGeを成長させ、10MLまでの蒸着量で欠陥の極めて少ない2次元層状成長を確認した。現在、STSによる表面電子状態の解析にも力を注いでいる。Si(001)面に蒸着した少量のSi、またはGe原子の配列と電子状態をSTM/STSで捉えた。蒸着Si、Ge原子は(001)面上でダイマー列に沿った方向に優先的に2次元成長する。ダイマー列終端部の原子配列に注目し、Si、Geの成長機構を検討した。基板温度300°Cで成長させると、ダイマー列終端部の列の延長線上で、1ダイマー分だけ離れた下地ダイマー列上にダイマーが配置され、また、もう1ダイマー分だけ離れた下地ダイマー列上に1原子が配置される場合があることをSTM観察から見い出した。ダイマー列終端部は、基板ダイマー列方向に沿って拡散してきた原子を捕獲するが、必ずしもダイマーが連続的に配置されず、拡散原子は、ダイマー列延長線上の下地ダイマー列上で安定構造を取り得る。この配置のダイマーは、連続的に配置したダイマーと異なり、占有状態のSTM像で2原子が分離して観察される。この領域のスペクトルは、エネルギーギャップの増加と空状態密度の増加を示した。占有状態のダイマー結合軌道から変化して、列終端部での原子位置変化がsp^3混成度を減少させたことが示唆される。Si-Ge混晶系で注目されている自然規則合金相の形成機構を解明するために、同一表面上のSiとGe原子をSTM/STSで識別できるかどうか検討した。STM/STSは、SiとGeのように電子構造が類似していると、種より配列に強く影響を受ける。そこで、深い準位のスペクトルに注目し、約-5Vまでの占有状態スペクトルを測定し、SiとGeの各々のスペクトルとの対応を調べた。Si(001)とGe(001)面のUPS測定では、SiとGe各々のダイマー結合よるE_F-3.0eVと-2.4eVのピークが現れる。Si(001)面上のGeダイマー上でこれらのピークに対応するトンネルスペクトルの減少と増加が観察された。この結果を基に、微傾斜Si(001)面上にGeをステップフロー成長させ、テラス上ステップ端周辺(Ge堆積領域)にGeに対応するトンネルスペクトルの変化を確認し、原子識別の可能性を示した。
ヒルベルト空間特異性と量子摩擦によって記述する光誘起相転移

本計画で主として扱っている2次元スピンレスレスフェルミオンモデルには、最近距離の相互作用に限った場合、水平・垂直方向のクーロン斥力(V)と右上斜め方向のクーロン斥力(V')の2種類の相互作用が存在する。これまでは、V>V'の場合を扱ってきたが、本年度は、V<V'の場合まで探索を広げた。現実物質(分子性結晶)ではこちらの場合に該当すると思われる物質も存在するため、その意味でもこの拡張は意義がある。その結果、まず、基底状態に単純な電荷秩序状態以外の秩序相が準安定として存在することが分かった。この秩序相は、既知の複数の秩序相(具体的には、ホリゾンタルストライプ相とダイアゴナルストライプ相)がミクロに組み合わさった性質を有し、我々はハイブリッド状態と名付けた。準安定であることは8×4の格子サイズで確かめたが、既知の秩序相と比べてそのエネルギーはやや高いが、その差は現実的なパラメターで評価すると数ケルビン程度と非常に小さい。ハイブリッド相は絶対零度では準安定だが、有限温度ではエントロピー効果で安定相になる可能性があり、非常に興味深い。次に、V<V'の場合の光励起状態の性質も調べた。特に今回はダイアゴナル相が安定になるように次近接のクーロン斥力を与えてその光学スペクトルを求め、同時に励起エネルギーごとの状態の電子励起数を評価した。その結果、予想以上に電子励起数が多く、例えば、多いところでは6程度になる。これは付加的な次近接相互作用によってダイアゴナル相を安定化させても、光励起状態では上述のハイブリッド相的な不安定性が発現するためと考えられる。より詳細な解析は現在進行中だが、少なくとも元々のダイアゴナル秩序由来の電荷空間相間は大幅に減少するなどの特徴が明確になっている。前年度に開発に着手した運動量依存のスペクトル計算のプログラムをほぼ完成し、またプロダクションジョブを大量に行えたので、予定通りと言える。また、サイト間のクーロン斥力も次近接に拡張し、これも計画通りである。またさらには、V<V'の領域で電子励起数が今まで以上に大きくなる場合を新たに見つけたので、これも計画で期待していたことと言える。特に今回は、ダイアゴナル相の基底状態を始状態とするスペクトルを新たに計算したが、ダイアゴナル相自体に対応する全運動量が特定のものに限定されるため、その意味でも運動量分解を事前に行ったことは結果の考察において極めて有意義であった。これまでは始状態の運動量(=全運動量)に着目して運動量分解を行い、その場合、励起状態の運動量は基底状態と同じ、つまり移送運動量(momentum trasfer)はゼロであることを仮定していた。非弾性X線散乱を想定した場合、移送運動量がゼロでない場合も今後興味深いので、プログラムをさらに改変し、移送運動量が非ゼロの場合も扱っていきたい。またさらに、当初の計画に基づき、得られた計算結果から有効モデルを構築すること合わせて考えていきたい。そして、最終的にはそのような有効モデルにフォノン散乱の効果を取り入れ、ドメイン成長に対してインコヒーレンス性の与える効果について考察していきたい。当初の予定通り、6×6の空間格子サイズのスピンレスフェルミオンモデルを用いて、運動量依存励起スペクトルを求めるプログラム開発を行った。運動量依存スペクトルはそのまま全体を計算しても求められるが、運動量が良い量子数なので、運動量分解を行って計算した方が計算時間・必要メモリーの観点から圧倒的に効率的である。そのためには、運動量の射影演算子が必要であり、さらにそれを構築するためには、2次元の各方向(x, y方向)へのシフト演算子が必要である。現在の状態基底はサイト局在のものを用いているので、その意味ではシフト演算子は容易にプログラム上で定義出来る。一方、それを実際に実行した場合、日立スパコン(機種:SR16000M1,、コンパイラー:日立最適化フォートラン)を用いた場合非常に時間がかかると言う問題点があった。29年度は、この点について試行錯誤を行って改善を試みた。結論的には、インテルマシン(Xeon)、インテルフォートランと言う組み合わせがかなりの時間短縮を可能にする事が判明した。なお、プログラムは基本的には同じで、ただし、ノード内並列の方式が、前者は日立の自動並列、後者は標準的なOpenMPである。具体的には、50倍程度の高速化であったので、劇的ともいえるレベルであるが、何故このように速くなったのかはまだ不明であるものの、おそらくビット演算機構に違いがあると思われる。さらにこの改良ルーチンを用いて基底状態エネルギーの計算を成功させた。なお、日立スパコンは事情により当機構では運用停止になったため、上記高速化の原因についてはこれ以上深入りする必要はないと判断される。従って、今後はもっぱらこのプロジェクトで購入したインテルマシンを用いて計算を進めたい。「概要」でも述べたように、プログラムの一部のルーチンの実行に時間ががかかり過ぎると言う問題があったが、当初の予定通りそれを解決することが出来た。これによって今後は自前の計算機を用いての実質的な計算への道が開かれたので、進捗状況としては、「おおむね順調」と判断される。

現実物質(分子性結晶)ではこちらの場合に該当すると思われる物質も存在するため、その意味でもこの拡張は意義がある。その結果、まず、基底状態に単純な電荷秩序状態以外の秩序相が準安定として存在することが分かった。この秩序相は、既知の複数の秩序相(具体的には、ホリゾンタルストライプ相とダイアゴナルストライプ相)がミクロに組み合わさった性質を有し、我々はハイブリッド状態と名付けた。準安定であることは8×4の格子サイズで確かめたが、既知の秩序相と比べてそのエネルギーはやや高いが、その差は現実的なパラメターで評価すると数ケルビン程度と非常に小さい。ハイブリッド相は絶対零度では準安定だが、有限温度ではエントロピー効果で安定相になる可能性があり、非常に興味深い。次に、V<V'の場合の光励起状態の性質も調べた。特に今回はダイアゴナル相が安定になるように次近接のクーロン斥力を与えてその光学スペクトルを求め、同時に励起エネルギーごとの状態の電子励起数を評価した。その結果、予想以上に電子励起数が多く、例えば、多いところでは6程度になる。これは付加的な次近接相互作用によってダイアゴナル相を安定化させても、光励起状態では上述のハイブリッド相的な不安定性が発現するためと考えられる。より詳細な解析は現在進行中だが、少なくとも元々のダイアゴナル秩序由来の電荷空間相間は大幅に減少するなどの特徴が明確になっている。前年度に開発に着手した運動量依存のスペクトル計算のプログラムをほぼ完成し、またプロダクションジョブを大量に行えたので、予定通りと言える。また、サイト間のクーロン斥力も次近接に拡張し、これも計画通りである。またさらには、V<V'の領域で電子励起数が今まで以上に大きくなる場合を新たに見つけたので、これも計画で期待していたことと言える。特に今回は、ダイアゴナル相の基底状態を始状態とするスペクトルを新たに計算したが、ダイアゴナル相自体に対応する全運動量が特定のものに限定されるため、その意味でも運動量分解を事前に行ったことは結果の考察において極めて有意義であった。「概要」で述べたように、今後は自前のインテル計算機で計算を進めたい。29年度の計算で扱ったヒルベルト空間は完全なものではなく、プログラムチューニングのために最近接のフェルミオン対数にある制約(具体的には、対数が14以下という上限)を付けていた。今後はこの制約を外し、また基底状態エネルギーのみならず、スペクトル計算も可能にする。最後に、必要メモリーの見積についても触れておく。自前のインテルマシンの搭載メモリーが全体で1TBなので、このマシンを使う限りこの制限は絶対である。格子サイズ6×6の全ヒルベルト空間上の完全な計算の場合、およそ220GBと現在は見積もっている。運動分解をしなかった場合、日立スパコン上では1ノードではメモリー制限を超えるので8ノードを用いたが、全体で計1.6TBのメモリーが必要だった。運動量分解のおかげで随分と少なくなったと言える。今後はこの見積の是非の確認も含めて、本プロヘクトで調達したマシンを最大限利用しつつ研究を進めたい。
テレビ画像による三次元測定システムの開発研究

テレビ画像による三次元測定システムの開発研究は,二方向からの画像から奥行情報を抽出しようとするもので,現在までに応用されてきた地上写真測量分野にも応用できるものである.また,記録媒体が写真でなく,データのため,データ転送に十分配慮すれば,変質がない高速処理が期待できる特徴を含んでいる.また,最近の大容量画像データにも対応がつくように光磁気ディスクのデータ保管も含んでいる.昭和60年度から昭和62年度の3ヶ年間において,この研究から得られた成果を要約すると下記のようになる.1.テレビ画像のレンズの歪を補正するアルゴリズムを開発し使用した.2.テレビ画像の周辺光量の変化を実験的に調査し,補正可能にした.3.二方向から抽出されたテレビ画像から,偏位修正画像を生成するアルゴリズムを単写真標定を用いて実施可能とした(言語はFORTRAN).4.ステレオマッチング手法として,相関法,フーリェ相関法, SSDA法,線形補間法などを研究し,テレビ画像とCCD画像に適用可能とした.5.奥行情報が急変する部分ではオクルージョンの発生が生じるので,誤マッチングを生じる.このため,エッジ対応のアルゴリズムをゼロ交差法を適用して作成し,スリーステップ法なる手法を開発した.この方法は標定点近傍のエッジをまず抽出し,二段目で区間対応法を用い,三段目で重ね合せ法を用いるものである.実験の結果,このスリーステップ法を適用したステレオマッチングでは使用しない場合に比べて,非常に誤マッチングが少なくなり,正確な対応点を抽出して,奥行情報が得られることが明らかになった.6.光磁気ディスクを購入して,大容量画像データの保管に不可欠なデータ圧縮の研究を試みた.この結果, 16ビットパラレルのインターフェースの開発と差分法によるデータ圧縮のアルゴリズムが開発できた.三次元測定をステレオ画像データから実施するためには左右の画像バランスを前処理として行う必要性があった。本研究ではまず、カラー画像の色調バランスを補正する目安として、基準濃度値を用いて、左右画像データの補正方法を明らかにし、実験データからその補正量を算出することができた。つぎに、画像周辺の光量不足を補うためにランバートの法則に着目して、周辺光量を補正することにした。実験の結果、画像中心に比べ画像周辺では約1割の光量不足となることが分り、使用レンズは十分計測用として使えることが分った。また、周辺光量補正系数も定めることができた。一方、画像データの蓄積については研究計画通り、OEMの追記型光ディスクプレイヤーと光ディスクコントローラを購入し、汎用I/Oモジュールの開発を行い、アセンブラー言語によって、ドライバールーチン等の開発を完了した。そこで、このドライバールーチンを用いて、データ圧縮技術の導入を試みるべく、リモートセンシング画像データを複数準備した。すなわち本研究で用いているステレオ・カラー画像データ、LANDSAT・MSS画像データ、航空写真をディジタル化した画像データの3種である。データ圧縮法としては可逆法を採用し、同一連続データを圧縮する手法と高周波領域保存による差分法を取り上げた。これらの2手法に対し上述の3種画像データを適用し、約6割5分程度にデータを圧縮するアルゴリズムを開発することができた(研究者:星,中山,長尾,八村)。上記以外には、研究者池辺,森,服部らが中心になって高速フーリェ変換のアルゴリズムやエッジ抽出あるいは画像検索方法の設計を行い、アルゴリズム作成計画仕様の作成をすることができた。このことにより、次年度早々高速フーリェ変換や画像検索のアルゴリズムがアルゴリズムが組み込める見通しがついたといえよう。テレビ画像による三次元測定システムの開発研究は,二方向からの画像から奥行情報を抽出しようとするもので,現在までに応用されてきた地上写真測量分野にも応用できるものである.また,記録媒体が写真でなく,データのため,データ転送に十分配慮すれば,変質がない高速処理が期待できる特徴を含んでいる.また,最近の大容量画像データにも対応がつくように光磁気ディスクのデータ保管も含んでいる.昭和60年度から昭和62年度の3ヶ年間において,この研究から得られた成果を要約すると下記のようになる.1.テレビ画像のレンズの歪を補正するアルゴリズムを開発し使用した.2.テレビ画像の周辺光量の変化を実験的に調査し,補正可能にした.3.二方向から抽出されたテレビ画像から,偏位修正画像を生成するアルゴリズムを単写真標定を用いて実施可能とした(言語はFORTRAN).4.ステレオマッチング手法として,相関法,フーリェ相関法, SSDA法,線形補間法などを研究し,テレビ画像とCCD画像に適用可能とした.5.奥行情報が急変する部分ではオクルージョンの発生が生じるので,誤マッチングを生じる.このため,エッジ対応のアルゴリズムをゼロ交差法を適用して作成し,スリーステップ法なる手法を開発した.この方法は標定点近傍のエッジをまず抽出し,二段目で区間対応法を用い,三段目で重ね合せ法を用いるものである.実験の結果,このスリーステップ法を適用したステレオマッチングでは使用しない場合に比べて,非常に誤マッチングが少なくなり,正確な対応点を抽出して,奥行情報が得られることが明らかになった.6.光磁気ディスクを購入して,大容量画像データの保管に不可欠なデータ圧縮の研究を試みた.この結果, 16ビットパラレルのインターフェースの開発と差分法によるデータ圧縮のアルゴリズムが開発できた.従来、航空写真から地形標高などの3次元情報を地図作成用の図化機を介して抽出していたが、本研究ではこの技術を活用してテレビ画像情報から被写体の3次元位置の情報をディジタルで解析するシステム開発をする。

また、実験によりテレビ画像程度の解像力で、どの程度まで計測精度が向上可能かを究明する。本年度はまず、ステレオ・テレビ画像の計測用の色調空間の要素間の適用性の指針を定めるために色彩学で利用されているヘキサコンモデル、トライアングルモデル、キュビックモデルの3種の色調空間について検討し、各色調空間の要素変換アルゴリズムを開発した。そして、色調空間の要素間の変換を可能にした。この色調要素は9個存在するため、各色調要素ごとのステレオマッチング・アルゴリズムから各色調要素別の3次元測定の難易を誤マッチング量で評価した。この際使用したステレオマッチング法は相関法を用い、前処理として偏位修正を行っている。これらの研究の結果、色調要素として、G、B、R、L、Vなどが比較的誤マッチングの発生が少ない要素であるとの結論に達した。次に、野外の画像データをリアルタイムで処理するためには画像データをアンテナを介して、無線で送信するシステムが不可欠である。このシステムを移動させるにはアンテナの送受信による無線画像データを取り込み画像メモリのデータを計算機側にデータ転送しなければならない。そこでドライバールーチンの開発をし、このルーチンの実用性を実験的に実証した。また、画像メモリ内のデータはミニコンピュータのDASD上に蓄積されるため、ステレオマッチング処理の高速化は困難である。そこで、ファイル転送により大型計算機のDASDに画像データを送り込む計画を立案し、HICS/Gの使用バッファ領域を拡張し、データ圧縮機能の削除等により、改良型HICS/Gを開発し、約20KBの速度でファイル転送可能とした。
ナノ単結晶酸化亜鉛集合体で構成された可視反応型光触媒の高効率化に関する研究

新規製法によりナノ単結晶で構成されたファイバー形状の酸化亜鉛材料を作製し、可視光動作光触媒を実現した。この新材料は、粉体のアセチルアセトン亜鉛有機金属を昇華・再結晶プロセスでファイバー形状に変え、さらに高温水蒸気と熱処理を経て無機材料の酸化亜鉛へ構造変化させることにより得られる。本研究では、量産に適した高収率光触媒作製装置の開発、可視光における光触媒特性の高効率化、そして、その実装方法について明らかにした。平成18年度は以下の2項目の研究課題について検討を進めた。1.ZnO微細結晶体作成における高効率化に関する研究結晶成長の高効率化を実現させるためのインライン装置の設計、製作を進めた。当初、結晶体をベルトコンベア状のガラス繊維に成長させる機構を検討していたが、実験を進めるに従い、ガラス繊維に付着した結晶核が脆弱でわずかな衝撃で崩落してしまうことが明らかとなった。この問題を解決するために装置設計を大幅に変更し、結晶成長部分を動かさずにアセチルアセトン亜鉛錯体原料を移動させる構造とした。装置の概略は、原料供給と微細結晶体を収集する容器を交互に設置し、それらの容器を時間を区切って移動させ、上部に設置した固定の成長容器から光触媒を衝撃で落下させて収集容器に捕捉する構造とした。この設計により、微細結晶体の崩落と再蒸発の問題が回避できた。また、ZnO微細結晶体を成長させる基板材として5種類の形状の異なるガラス繊維を選択し、微細結晶体の成長実験も進めたが、微細結晶体の収率は以前から使用していたガラスウールと同程度であった。2.可視領域におけるZnO光触媒の高効率化の研究ZnO光触媒の高効率化には、太陽電池と同様な対生成キャリアの分離メカニズムが必要となる。太陽電池では、金属とのショットキー接合、ドーパントによるpn接合、異種材料によるヘテロ接合を利用し、これらの接合による電位勾配により対生成キャリアを分離している。昨年度は金属(Pt, Au, Pd, Ag)とのショットキー接合を実現するためにZnO光触媒にこれらの金属を各々混ぜ合わせ、ガラス基板に接着した。それらの試料の中でAu金属を胆持させた試料のイソプロパノールに対する光触媒特性を確認したが、芳しい結果は得られなかった。これは、光触媒と金属粉を混ぜ合わせて胆持したのみでは金属粉と光触媒との間で十分な接合が得られないためと思われる。平成19年度は以下の3項目の研究課題について検討を進めた。1.ZnO微細結晶体作成における高効率化に関する研究結晶成長の高効率化を実現させるためのインライン装置の製作を終了した。当初、結晶体をベルトコンベア状のガラス繊維に成長させる機構を検討していたが、ガラス繊維に付着した結晶核がわずかな衝撃で崩落してしまうことから、結晶成長部分を動かさずにアセチルアセトン亜鉛錯体原料を移動させる構造とした。この装置構造により、1回の実験で12.5gの量が確保でき、0.1gしか得られない初期の装置に比べて100倍の収量が確保できた。一昨年度は金属(Pt,Au,Pd,Ag)とのショットキー接合を実現するためにZnO光触媒にこれらの金属を各々混ぜ合わせ、ガラス基板に接着したが、芳しい結果は得られなかった。平成19年度は化学めっき法を用いてAgの接合を試み、優れたAgの結晶をZnOワイヤー上に接合させることに成功した。Agの結晶の付着は、EDXで評価し、ワイヤー各部に不均一にAg微粒子が点在していることが確認できた。また、光触媒特性は10-30%の改善が確認できた。3.可視光照射下において揮発性有機化合物(VOC)の分解挙動を定量化する分析手法の研究VOCの分解挙動の手法については、感度が高い循環式を中心に進めてきたが、分析に非常に多くの時間を必要とするため、簡易測定法である流通式の方法を行い、分析時間の大幅な時間短縮が出来た。平成20年度は以下の2項目の研究課題について検討を進めた。1.ZnO微細結晶体作成における高効率化に関する研究昨年度は結晶成長の高効率化を実現させるためのインライン装置の製作を行い、高収率が得られることが確認できた。本年度は、装置の改良及び最適条件の得るための条件出しに注力し、真空度、昇華温度、容器内温度、昇華時間、昇華量、昇華と材料収集のサイクル時間等のパラメーターを変化させて最適化を試みた。昇華・再結晶化で得られたアセチルアセトンファイバーは重量、太さ、長さ等を測定し、各種昇華条件と形状の関係を明らかにした。

また、平均的な収率は30%程度からスタートして、最終的には50%を超えることができた。2.可視領域におけるZnO光触媒の高効率化の研究ZnO光触媒の高効率化には、太陽電池と同様な対生成キャリアの分離メカニズムが必要となる。太陽電池では、金属とのショットキー接合、ドーパントによるpn接合、異種材料によるヘテロ接合を利用し、これらの接合による電位勾配により対生成キャリアを分離している。昨年度は、化学めっき法を用いてAgの接合を試み、優れたAgの結晶をZnOワイヤー上に接合させることに成功し、光触媒特性が10-30%改善した。本年度は、可視光応答光触媒の応用例の1つである水の分解を視野に置き、異種材料によるヘテロ接合を試みた。ヘテロ接合材料にはGaNとZnOを使用し、ZnOファイバー上にGaNを化学めっき法によりヘテロエピタキシャル成長させた。Agの場合と同様に硝酸Gaを用いてGaの酸化物を形成し、それをアンモニア雰囲気中で窒化物へと変化させることを試みた。しかし、アンモニア中の水素がZnOを還元させてしまいZn金属として再蒸発してしまうという問題が発生してしまうことが明らかとなった。この問題は、低温化により解決することが出来ることは確認されているが、エピ成長とアンモニアの分解温度が比較的高温であることから、大きな研究課題が顕在化してしまった。
高周期15族元素化合物を用いる新ラジカル化学の創製

本研究においては、有機アンチモン、ビスマス化合物に代表される高周期15族元素化合物を高分子合成における重合連鎖移動剤や有機合成における炭素ラジカル前駆体として用いる可能性について検討を行った。これまで15族ヘテロ元素化合物から炭素ラジカルが生成することは知られているが、その反応性の検討や合成的な利用は全く行われていなかった。新たに設計、合成した有機アンチモンおよびビスマス化合物をリビングラジカル重合の連鎖移動剤として用いたところ、これらの化合物が生成する重合体の分子量と分子量分との制御に極めて有効であることを明らかにした。重合の制御の程度は、これまで最も優れていた有機テルル化合物を上回る結果であった。さらに、この高度な重合の制御が、これらの化合物と炭素ラジカルとの交換連鎖反応の反応性の高さに依存していることを反応動力学的手法を用いて明らかにした。すなわち、15族ヘテロ元素化合物がこれまで最も反応性が高いと考えられていた16族や17族ヘテロ元素化合物よりも高い反応性を持ち、炭素ラジカル生成に対して最も反応性の高いヘテロ元素化合物であることを明らかにした。さらに、ジスチビンやチオビスムチンといったこれまで15族ヘテロ元素を含む化合物がラジカルに対して極めて高い反応性を示すことから、これをラジカル重合反応の助触媒として用いることで、生成する重合体の分子量分布をさらに高度に制御することや、極めて高い分子量を持つ高分子の重合制御にも成功した。さらに、この高い反応性を生かすことで、中性条件下における有機アンチモン化合物の新しい合成法の開発にも成功した。我々はすでに有機アンチモン化合物がリビングラジカル重合の優れたプロモーターとして働くことを明らかにしている。本年度においては、この重合の反応機構を明らかにするとともに、この方法を用いた機能性高分子化合物の合成について検討を行った。スチレン重合における有機アンチモンドーマント種からの炭素ラジカルの生成について反応速度論的な手法を用いて解析を行った結果、この重合系が主として交換連鎖機構で進行していることを明らかにした。さらに、この重合系(SBRP)における交換連鎖速度が有機テルル化合物を用いる重合系(TERP)よりも約2倍速いことから、原理的にはSBRPがTERPよりも重合の制御に優れていることを明らかにした。また、これまでの重合結果ではSBRPの方がTERPより優れた重合制御を示す傾向を示していることから、今回の結果は従来の結果と良い一致をするものである。これまでの検討により、SBRPはN-ビニルピロリドンの重合制御に優れていることを明らかにしている。他のリビングラジカル重合法では制御が困難であるため、SBRPに極めて特徴的である。そこで、この反応の詳細について検討を行ったところ、分子量10万程度までのポリ(N-ビニルピロリドン)の精密重合制御に初めて成功した。さらに、この反応を利用してMMAなどの共役モノマーとのジブロック共重合体の合成を行ったところ、これらの従来法では合成できないブロック共重合体の合成を高度に制御できることを明らかにした。本研究においては、高周期15族元素化合物を有機合成および高分子合成における炭素ラジカル前駆体として用いる可能性について検討を行っている。昨年度までの研究において、15族元素化合物である有機アンチモン化合物が、従来用いられてきた16族や17族ヘテロ元素化合物よりも優れた炭素ラジカル前駆体であることを、リビングラジカル重合の開発などを通じて明らかにしてきた。本年度は、有機アンチモン化合物を用いたリビングラジカル重合法の合成的な利用を進めると共に、あらたに有機ビスマス化合物を用いたラジカル反応の開発について検討を行った。その結果、有機アンチモン化合物を用いることで、これまで重合制御が報告されていない、N-ビニルピロリドンの重合制御が極めて高いレベルで行えることを明らかにした。さらに、"活きている"重合末端を利用することで、ポリ(N-ビニルピロリドン)をひとつのブロックとして持つブロック共重合体の合成制御にも成功した。

また、有機ビスマス化合物が優れた炭素ラジカル前駆体であり、穏和な過熱条件下で効率的に炭素ラジカルを生成することを初めて明らかにした。さらに、有機ビスマス化合物を用いることで、リビングラジカル重合が極めて高い重合制御を伴って進行することを明らかにした。有機ビスマス化合物の反応性を動力学的な手法を用いて調べたところ、これまで調べられたヘテロ元素化合物の中で、最もラジカルに対する反応性に富んでいることを明らかにした。有機テルル化合物と有機アンチモン化合物の炭素ラジカルに対する反応性を比較することを目的として、テトラメチルジスチビンを基質として用いてAIBNなどのアゾ化合物から生じるラジカルとの反応について検討した。その結果、ジスチビンが極めて高い反応性を示し、ラジカルをほぼ定量的に補足して対応する有機アンチモン化合物を与えることを明らかにした。この結果は、同様の反応を16族ヘテロ元素化合物であるジテルリドに対して行った時に、収率が極めて低い点と対照的であり、15族ヘテロ元素化合物の特徴であると考えられる。さらに、このジスチビンの高い反応性と、反応が中性条件下で行えるというラジカル反応の特徴を生かすことで、この反応が極性官能基を持つ有機アンチモン連鎖移動剤の合成法として利用できることを明らかにした。さらに、重合後に有機アンチモンリビング末端を選択的に化学変換することで、分子構造が高度に制御されたテレケリックポリマーを高選択的に合成できることを明らかにした。さらに、高周期ヘテロ元素化合物反応性の違いについて検討している過程において、チオール類が15族および16族ヘテロ元素化合物の選択的なラジカル還元試薬として働くことを明らかにした。なかでも、15族ヘテロ元素であるビスマス、アンチモン化合物の反応性は16族ヘテロ元素であるテルル化合物よりも高く、両者の共存下において15族元素化合物を選択的に還元できることを明らかにした。さらに、17族ヘテロ元素化合物である有機ヨウ素化合物は反応しないことから、チオールが元素選択的な還元剤として利用できることを明らかにした。
生理学的メカニズムに基づく数理モデルを用いた分子標的薬の副作用個人間変動予測

本研究は、分子標的薬の薬物濃度推移および薬効・副作用発生を表現することができる生理学的メカニズムに基づいた数理モデルを構築し、構築したモデルを用いてコンピュータ上での大規模仮想臨床試験を実施することにより分子標的薬の薬物濃度推移および薬効・副作用発生の個人間変動を推定することを目的としている。本年度は、分子標的薬の薬物濃度推移を再現するために、生理学的薬物速度論(PBPK)モデルの構築を中心に研究を実施した。分子標的薬であるスニチニブおよびソラフェニブの薬物動態を担う代謝酵素および薬物トランスポーターの活性情報を文献情報を中心に収集し、一部のモデルパラメータは臨床試験で得られている薬物血中濃度推移を再現できるようパラメータ最適化を実施することで、PBPKモデルパラメータを推定した。最適化されたパラメータは、in vitro試験結果の値と比較し、大きな乖離がないかを確認することで、パラメータの妥当性を評価した。しかしながら、これらの化合物は活性代謝物が知られており、薬効の個人間変動を解析するためには、これをモデル内に組み込む必要があるため、モデル構築に多くの時間を要した。また、薬物が胆汁に排泄され腸管を経由して再び血中へと循環する、いわゆる腸管循環があることが知られており、構築したモデルがこれらの寄与を定量的に正しく推定しているか検証する必要がある。構築したモデルパラメータが適切であるかの妥当性を評価することが課題である。当初の年次計画ではPBPKモデルのみならず副作用モデルの構築にも着手する予定であったが、実際には副作用モデルの構築に着手することができなかったため、研究進捗はやや遅れていると判断した。まず、分子標的薬のPBPKモデルの妥当性検証を早急に実施する。副作用モデルに関しては既報のモデルをそのまま使用する等を行うことにより研究の遅れを取り戻す予定である。各種モデルを構築した後は、当初の研究計画に従い過去に構築した仮想臨床試験を用い、遺伝子多型等による副作用発生頻度の差を、既報の臨床報告と比較する。この時、遺伝子多型によっては試験ごとに相反する結果が報告されていることから、そのような報告が現実的な確率として起こりうるかの検証も実施する。
キリンのキネシンは速いのか？　～軸索輸送の速度進化の検証～

合成したキリンKIF1Aのモータードメイン(1-393アミノ酸)をmScarletに融合したリコンビナントタンパク質を大腸菌で発現し、可溶化画分から精製することに成功した。過去の多くの研究でマウスやラットのKIF1Aのモータードメインはダイマーを形成しないと考えられてきた。全反射蛍光顕微鏡を用いた1分子観察を行うと、モノマーの場合はバイアスのかかったブラウン運動をする一方で、他のタンパク質由来のcoiled-coilドメインを結合するとダイマーになり、processiveな動きが観察される(Okada et al., Science,1999; Tomishigeetal.,Science, 2002)。しかしならがら、意外なことに、キリンのKIF1A(1-393)は外来性のcoiled-coilを付加しなくてもprocessiveなダイマー型の動きをすることがわかった。このことはキリンKIF1Aは2量体であることを示唆した。coiled-coilドメインを付加することでダイマーにしているマウスやラットのKIF1Aと今回の実験で使っているcoiled-coilドメインを付加していないキリンKIF1Aとではコンストラクトが異なるため、速度を直ちに比較することは難しいという問題に直面した。そのため、現在はラットKIF1Aで同じリコンビナントタンパク質を作製する、あるいはキリンのKIF1Aに外来タンパク質のcoiled-coilを付加するといった実験を行っている。線虫ホモログであるunc-104の欠損変異体はシナプス小胞が軸索輸送されないため線虫が運動できなくなる。この線虫unc-104変異体にキリンのKIF1Aを発現することでレスキューすることに成功した。リコンビナントKIF1Aを作製し、速度を計測する系を構築することに成功している。また、キリンのKIF1Aの性質はこれまで標準に解析されてきたマウスやラットと言った齧歯類のKIF1Aと異なるという意外な発見もあった。キリンのKIF1Aを用いて線虫変異体をレスキューすることにも成功した。計画は順調に進展していると言える。速度を計測する系は完成しているため、キリンKIF1AとマウスやラットのKIF1Aの速度を比較する。また、線虫変異体の軸索輸送キネシンをキリンのものに置き換えた株も完成しているため、この株を用いて軸索輸送の速度を計測する。キリンのように長い軸索を持つ生物の分子モーターはそれにあわせて高速化しているかどうかを解析するために、全ゲノムシークエンスが完了しているキリンの全ゲノム情報を解析し、シナプス小胞の軸索輸送キネシンKIF1Aを探索した。RNAseqのデータがないために解析は難航したが、幸いKIF1A遺伝子は非常によく保存されていたため、KIF1Aの全長配列を得ることに成功した。キネシン型モータータンパク質はモータードメインと呼ばれる部位によって微小管上を歩行する。モータードメインの配列を解析したところ、ネックリンカーのような速度に重要な働きを持っている部位にアミノ酸置換が起こっていることがわかった。キリンKIF1Aの速度を計測するために、そのDNA配列を合成した。私が得意とする線虫を用いた解析を行うためにコドンはあらかじめ線虫に調節した。この配列を線虫で発現してシナプス小胞の軸索輸送の速度変化を計測するためのプラスミドベクターを作製した。また、in vitroの解析を行うために大腸菌でキリンKIF1Aのモータードメインを発現するためのベクターも作製した。KIF1Aに加え、KIF5Aキネシンについても岡田康志東京大学理学部教授との共同研究によって解析を行った。KIF5Aの線虫ホモログであるUNC-116はミトコンドリアの軸索輸送に関与していることがわかっている。キリン型KIF5Aが軸索輸送s九度を変化させるかどうか解析するため、UNC-116のモータードメインをKIF5Aに置き換えたキメラ遺伝子を作製した。研究計画の初年度の項目に述べたようにKIF1AやKIF5Aといった軸索輸送モーターの配列をキリンゲノム上から同定し、合成することに成功しているため合成したキリンKIF1Aのモータードメイン(1-393アミノ酸)をmScarletに融合したリコンビナントタンパク質を大腸菌で発現し、可溶化画分から精製することに成功した。

線虫ホモログであるunc-104の欠損変異体はシナプス小胞が軸索輸送されないため線虫が運動できなくなる。この線虫unc-104変異体にキリンのKIF1Aを発現することでレスキューすることに成功した。リコンビナントKIF1Aを作製し、速度を計測する系を構築することに成功している。また、キリンのKIF1Aの性質はこれまで標準に解析されてきたマウスやラットと言った齧歯類のKIF1Aと異なるという意外な発見もあった。キリンのKIF1Aを用いて線虫変異体をレスキューすることにも成功した。計画は順調に進展していると言える。作製したベクターを線虫で発現し、ミトコンドリアやシナプス小胞の軸索輸送速度を計測する。また、in vitroの1分子アッセイを行い、キリンのキネシンの速度を計測する。速度を計測する系は完成しているため、キリンKIF1AとマウスやラットのKIF1Aの速度を比較する。また、線虫変異体の軸索輸送キネシンをキリンのものに置き換えた株も完成しているため、この株を用いて軸索輸送の速度を計測する。
作物組織における遺伝子発現過程の可視化に関する研究

1・超薄切片の作製が不可能である硬質のイネ完熟種子を用いて、割断面に金コロイド標識抗体を処理し、走査型電子顕微鏡で観察して貯蔵タンパク質の分布を観察する方法を検討しほぼ完成させた。これまでは洗浄を強くすると洗浄中に表面構造が脱落し、洗浄を弱くすると非特異的な標識が起こる問題があったが、抗体希釈液およぴ洗浄液の牛血清アルブミンの濃度を1%に高めることにより、弱い洗浄でも非特異的結合を抑制することができた。この手法によって、プロテインボディIIに局在するグルテリンに対する抗体を、特異的にプロテインボディIIに結合させることができるようになった。2.イネ成熟葉について、in situハイブリダイゼーション法(ISH法)を完成させることができた。イネ葉の成長にともなうRubiscoおよぴLHCIIの遺伝子であるcabあの発現をISH法で調べ、維管束鞘では初期にこれらの遺伝子発現が停止してしまうが、これらのタンパク質は成熟葉でも保持されていることを免疫電子顕微鏡法で明らかにした。またラミナジョイントを欠損している準同質遺伝子系統を用い、野生株と比較することにより、ラミナジョイントでは葉肉組織と維管束鞘組織が備わっているにもかかわらず、光合成遺伝子の発現が抑制されていることを明らかにした。さらに塩ストレスによって齢の進んだ部位から順にRubiscoの遺伝子発現が消失することを明らかにした。3.本研究によって、イネ葉身の成長から老化までの全過程におけるRubisco遺伝子の発現とRubiscoタンパク質の動態を明らかにし、葉緑体の光合成活性の指標であるPAMによる螢光特性との関係を対応づけることができた。単子葉植物の成熟葉について、パラフィン切片法とDIG標識プローブを用いたin situハイブリダイゼーション法を完成させることができた。まず、トウモロコシのRubisco大サブユニットのmRNAに対するプローブを作製してトウモロコシの葉切片に処理し、維管束鞘葉緑体にのみ発色が現れることから、in situハイブリダイゼーション法の信頼性を確認した。次に、イネのRubisco小サブユニット遺伝子のcDNAと、集光性クロロフィルタンパク質複合体遺伝子の一つであるcabのcDNAより、それぞれのmRNAに対するプローブを作製し、イネ葉の諸組織におけるこれらの遺伝子の発現を調べた。その結果、未熟葉ではこれらの遺伝子は葉肉細胞とともに維管束鞘細胞にも発現していることが明らかになった。しかし、葉の成長にともない維管束鞘細胞での発現は低下し、成熟葉では葉肉細胞でのみ発現していた。しかし成熟葉において、葉身基部であるラミナジョイントでは、葉肉細胞においてもこれらの遺伝子の発現は認められなかった。金コロイド免疫走査電子顕微鏡法を確立する目的で、イネ胚乳においてプロティンボディI(PB-I)に蓄積するプロラミンとPB-IIに蓄積するグルテリンの抗体を入手し、イネ完熟種子に抗体を処理して金コロイド標識抗体の分布を調べた。しかし抗体は両プロティンボディにほぼ同程度に結合し、特異性が認められなかった。そこでイネ未熟胚乳を用いて、超薄切片法による金コロイド免疫透過電子顕微鏡法で観察したところ、プロラミンは粗面小胞体とPB-Iに結合し、またグルテリンはゴルジ体とPB-IIに結合しており、抗体の特異性は高く、また固定の影響も認められなかった。したがって、走査電子顕微鏡用の試料作成過程に問題があることが予想され、次年度さらに検討する。1.超薄切片の作製が不可能である硬質のイネ完熟種子を用いて、割断面に金コロイド標識抗体を処理し、走査型電子顕微鏡で観察して貯蔵タンパク質の分布を観察する方法を検討した。抗体反応条件および洗浄条件を検討することにより、プロテインボディIIに局在するグルテリンに対する抗体を、特異的にプロテインボディIIに結合させることができるようになり、免疫走査電子顕微鏡法の確立に向けて大きく前進した。2.イネ植物体を用い、水耕栽培にて塩ストレスとしてNaClを処理し、in situハイブリダイゼーション(ISH)法でRubisco小サブユニット遺伝子(rbcS)の発現変化を調べた。葉身が抽出した以降ではrbcSは葉肉細胞のみに発現し、発現の強度は齢の若い葉身基部ほど強く、先端部では弱く、完全展開用の先端部では発現は認められなかった。塩ストレス処理により、齢の進んだ部位から先にrbcSの発現は消失した。したがってISH法はストレスの影響解析にも有効であることが確認された。3.NADP-ME型C_4植物であるトウモロコシでは、塩ストレスによって維管束鞘葉緑体には本来形成されないグラナが形成されることが、これまでのわれわれの研究で明らかになっている。グラナ形成に関与するといわれるLHCPIIのmRNAプローブをイネのcDNAより作製し、塩ストレスを処理したトウモロコシの維管束鞘細胞におけるLHCPIIの発現の変化をISH法で調べた。塩ストレスによりLHCPIIの発現は葉肉細胞、維管束鞘細胞ともにいったん低下するが、維管束鞘葉緑体にグラナが形成される頃になると維管束鞘細胞におけるLHCPIIの発現が顕著に増加することが明らかになった。4.金コロイド標識プローブを用いる電子顕微鏡レベルのISH法を検討したが、まだ成功には至っておらず、次年度の課題である。

これまでは洗浄を強くすると洗浄中に表面構造が脱落し、洗浄を弱くすると非特異的な標識が起こる問題があったが、抗体希釈液およぴ洗浄液の牛血清アルブミンの濃度を1%に高めることにより、弱い洗浄でも非特異的結合を抑制することができた。この手法によって、プロテインボディIIに局在するグルテリンに対する抗体を、特異的にプロテインボディIIに結合させることができるようになった。2.イネ成熟葉について、in situハイブリダイゼーション法(ISH法)を完成させることができた。イネ葉の成長にともなうRubiscoおよぴLHCIIの遺伝子であるcabあの発現をISH法で調べ、維管束鞘では初期にこれらの遺伝子発現が停止してしまうが、これらのタンパク質は成熟葉でも保持されていることを免疫電子顕微鏡法で明らかにした。またラミナジョイントを欠損している準同質遺伝子系統を用い、野生株と比較することにより、ラミナジョイントでは葉肉組織と維管束鞘組織が備わっているにもかかわらず、光合成遺伝子の発現が抑制されていることを明らかにした。さらに塩ストレスによって齢の進んだ部位から順にRubiscoの遺伝子発現が消失することを明らかにした。3.本研究によって、イネ葉身の成長から老化までの全過程におけるRubisco遺伝子の発現とRubiscoタンパク質の動態を明らかにし、葉緑体の光合成活性の指標であるPAMによる螢光特性との関係を対応づけることができた。
人工ナノ構造をもつ高温超伝導体単結晶超薄膜の作製と磁束線物性

超伝導体中の量子化された磁場(量子化磁束、渦糸)の振る舞いを理解し、人為的に制御することは、学術的な興味のみならず、できるだけロスのない超電導電力ケーブルや渦糸の運動を利用したデバイスなどへの応用面からも重要である。本研究では、劈開による薄膜作製が可能な高温超伝導体Bi2Sr2CaCu2O8+dへの人工的な微細孔の導入、および物性評価を行い、人工孔格子が渦糸系に与える影響を系統的に調べた。高品質高温超伝導体単結晶、主に劈開による薄膜作製が可能なBi_2Sr_2CaCu_2O_<8+d>への人工的な微細孔の導入、およびその磁束線物性評価を行った。試料作成・評価における大きな改善点として、ミリングによる試料表面の過熱防止、ダメージ低減のため、30Kまで冷却可能な試料ホルダーをミリングチャンバー内に組み込み、同時に磁場下での抵抗測定が可能となるように自作した装置を用いることで、大気中の水蒸気などによる試料劣化などの影響を受けることなく、物性測定を行うことが可能となった。具体的には、超薄膜試料作製に向けて、電気抵抗をモニターしながらイオンミリングを行うことで、膜厚の制御を行うことを意図して実験を行ったところ、膜厚よりむしろ面内方向の試料幅がミリングによって顕著に減少するという興味深い現象を見出した。このことを利用して、微細孔格子の孔径をミリングによって徐々に広げ、孔径と磁束状態の関係を調べた。結果として、孔径が大きくなるにつれて磁気抵抗振動が広い磁場範囲にわたり明瞭になり、孔径と磁場侵入長が同程度になる時に最も顕著であったことから、磁場侵入長という長さのスケールがこの現象に重要であることが分かった。また、様々な微細構造パターンとして、これまでに引き続き、FIBを用いて2次元格子パターン、ペンローズパターン(準結晶)・単一リング、ストリップラインなどのナノ構造を試料中に作成し、それらが磁束状態に与える影響を調べた。ペンローズパターンでは、明瞭なマッチング効果を観測でき、理論から予想されていたマッチング磁場との対応もよく、マルチボルテックス状態で人工孔にトラップされていることを示唆する結果を得た。単一リングの場合は、リング幅が狭くなるにつれて磁気抵抗に振動成分が現れた。これは従来超伝導体において観測されているLittle-Parks振動が高温超伝導体で初めて測定された可能性が高く、今後検証実験をすすめる予定である。試料作成・評価においては、前年度開発した30Kまで冷却可能な試料ホルダーを持つミリングチャンバーを用いて、試料加工と磁場下での物性測定をin-situで行なった。試料加工における更なる改善点として、加工したサンプルを大気中に暴露しても安定な状態にするために、同じチャンバー内でのCaF_2やSiOの抵抗加熱蒸着を試み、SiOの場合により良好な結果を得た。これによって時を隔てても試料を繰り返し評価できるようになった。具体的な成果として、高温超伝導体における分数マッチング効果、ピン止めされた渦糸固体の融解相転移を初めて見出した。融解転移は明瞭な抵抗のジャンプとして観察され、一次相転移の様相を示す。渦糸固体相と渦糸液体相の境界は明瞭に区別可能なため、この環象を利用して、マッチング磁場を僅かに変化させるなどの手法により渦糸固体の一部分のみを融解させることは可能であり、渦糸フローの分岐制御といった渦糸制御デバイスに繋がることが期待される。また、これらの現象は、試料の作製条件によって現われ方に差がある。FIBにより作製された人工孔について正確な形状や周辺ダメージなどより詳細に調べる必要がある。ピン止め力を変えることで相転移の出現を制御できるため、孔の評価とは別に、現在人工孔の径や深さを変えるなど系統的にピン止め力を制御する方法を試している。