hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
水素化誘起自己組織化構造を利用した高容量低コスト水素貯蔵材料の開発

本研究で主として取り扱う水素化物は、Mg2FexSi1-xで表される非平衡合金を水素ガス中で特定の熱処理を施すことで得られる。注目すべきは両者は同じ面心立方(FCC)系構造をもちコヒーレントに繋がりうる点である。Fe組成xが高いと(x>0.5)、Mg2FeH6およびMg2Si相への分相が観察されたが、Si組成が高いと(x<0.5)、Mg2Si基質組織中にナノメートルサイズのMg2FeH6が生成することが予備的な透過型電子顕微鏡(TEM)観察および放射光X線全散乱実験による二体分布関数(PDF)解析により示唆されていた。平成29年度はMg2FeH6生成の明確な証拠を得るために、Mg2Fe0.25Si0.75-Hの組成に集中して水素化物作製および構造解析等を実施した。Mg2FeH6はMg2+および(FeH6)4-からなるイオン性の化合物であり、Fe原子の周りに6つのHが配置する構造をもつ。固体NMR実験によりH周りの状態を明らかにすることを目指したが、Feのもつ磁性によりNMRシグナルがブロードになり、構造の詳細に関する情報を引き出すことは困難であった。そこで原料金属の残存が少ない高品質な試料作製を行い、平成30年度はそれを用いたX線回折および放射光X線全散乱実験に注力した。その結果、Mg2Fe0.25Si0.75-Hは当初の推察の通りMg2Si中にMg2FeH6が生成していることが示され、そのサイズは1 nm程度と推定された。また、本研究で目指している水素化物の不安定化にも成功し、ナノメートルサイズのMg2FeH6は通常のバルク体に比べて高い圧力で水素を放出した。平成31年度は研究計画の通り、これまでに得られた水素化物の構造解析結果を基に、水素化物の安定性制御の方策を検討し、他の金属元素の添加なども実施して低コストの水素貯蔵材料開発を継続する。研究実施計画における平成30年度の計画に沿って、Mg2Fe0.25Si0.75-Hの組成に絞り水素化物の合成と構造解析等を進めることができた。放射光X線全散乱実験により得られた二体分布関数(PDF)解析を行うと共に、目的とした水素化物の不安定化が認められた。引き続き構造情報を基としてさらなる水素化物の安定性制御を目指した元素添加・置換等を試みていく。ナノメートルサイズのMg2FeH6をMg2Si中に生成させることに成功し、Mg2FeH6の熱力学的安定性を低下させることができたが、さらなる水素化物の安定性制御を目指してFe以外の遷移金属元素を添加あるいは置換することも試みる。本研究で主として取り扱う水素化物は、Mg2FexSi1-xで表される非平衡合金を水素ガス中で特定の熱処理を施すことで得られ、これまでの研究によりナノメートルオーダーで局所的にMg2FeH6とMg2Siが生成していることが明らかになっている。注目すべきは両者は同じ面心立方(FCC)構造をもちコヒーレントに繋がりうる点である。Fe組成xが高いと(x>0.5)、Mg2FeH6およびMg2Si相への分相が観察されたが、Si組成が高いと(x<0.5)、Mg2Si基質組織中にナノメートルサイズのMg2FeH6が生成することが透過型電子顕微鏡(TEM)観察および放射光X線全散乱実験による二体分布関数(PDF)解析により示唆されていた。本年度はMg2FeH6生成の明確な証拠を得るために、Mg2Fe0.25Si0.75-Hの組成に集中して水素化物作製および構造解析等を実施した。はじめに固体NMR実験によりH周りの状態を明らかにすることを目指したが、Feのもつ磁性によりNMRシグナルがブロードになり、構造の詳細に関する情報を引き出すことは困難であった。そこでこれまでに比べて原料金属の残存が少ない高品質な試料作製を行い、それを用いたX線回折および放射光X線全散乱実験により得られた構造情報の詳細を現在解析中である。次年度は研究計画の通り、これまでに試作した材料の構造と水素化物の安定性の関連性を明らかにしつつ、他の金属元素の添加なども実施して、低コストの水素貯蔵材料開発を継続して行う。研究実施計画における平成29年度の計画に沿って、Mg2Fe0.25Si0.75-Hの組成に絞り、水素化物の合成と構造解析等を進めることができた。放射光X線全散乱実験により得られた二体分布関数(PDF)解析を実施中であり、詳細な構造情報を基として本研究の目的である水素化物の安定性制御を目指した元素添加・置換等を試みていく。

Fe組成xが高いと(x>0.5)、Mg2FeH6およびMg2Si相への分相が観察されたが、Si組成が高いと(x<0.5)、Mg2Si基質組織中にナノメートルサイズのMg2FeH6が生成することが予備的な透過型電子顕微鏡(TEM)観察および放射光X線全散乱実験による二体分布関数(PDF)解析により示唆されていた。平成29年度はMg2FeH6生成の明確な証拠を得るために、Mg2Fe0.25Si0.75-Hの組成に集中して水素化物作製および構造解析等を実施した。Mg2FeH6はMg2+および(FeH6)4-からなるイオン性の化合物であり、Fe原子の周りに6つのHが配置する構造をもつ。固体NMR実験によりH周りの状態を明らかにすることを目指したが、Feのもつ磁性によりNMRシグナルがブロードになり、構造の詳細に関する情報を引き出すことは困難であった。そこで原料金属の残存が少ない高品質な試料作製を行い、平成30年度はそれを用いたX線回折および放射光X線全散乱実験に注力した。その結果、Mg2Fe0.25Si0.75-Hは当初の推察の通りMg2Si中にMg2FeH6が生成していることが示され、そのサイズは1 nm程度と推定された。また、本研究で目指している水素化物の不安定化にも成功し、ナノメートルサイズのMg2FeH6は通常のバルク体に比べて高い圧力で水素を放出した。平成31年度は研究計画の通り、これまでに得られた水素化物の構造解析結果を基に、水素化物の安定性制御の方策を検討し、他の金属元素の添加なども実施して低コストの水素貯蔵材料開発を継続する。研究実施計画における平成30年度の計画に沿って、Mg2Fe0.25Si0.75-Hの組成に絞り水素化物の合成と構造解析等を進めることができた。放射光X線全散乱実験により得られた二体分布関数(PDF)解析を行うと共に、目的とした水素化物の不安定化が認められた。引き続き構造情報を基としてさらなる水素化物の安定性制御を目指した元素添加・置換等を試みていく。既述と通りナノメートルサイズのMg2FeH6を有するMg2FexSi1-x-Hの構造解析を継続すると共に、平成30年度はデルフト工科大学(オランダ)に赴き、粉体試料のみならず薄膜試料の観点からも新規組成材料の探索を実施する。また、Fe以外の遷移金属元素を添加あるいは置換することにより、本研究の目的である水素化物の安定性制御を試みる。ナノメートルサイズのMg2FeH6をMg2Si中に生成させることに成功し、Mg2FeH6の熱力学的安定性を低下させることができたが、さらなる水素化物の安定性制御を目指してFe以外の遷移金属元素を添加あるいは置換することも試みる。実績報告の通り研究は概ね順調であるが、平成29年度は水素化物の構造解析を重視して研究を実施したため、当初計画していたデルフト工科大学での新組成探索に関する実験が次年度にずれ込んだことが主要因である。平成30年度前半に現地に赴き計画していた実験等を行う予定である。さらなる残額については平成30年度に実施する新組成水素化物作製に要する原料金属等の購入に充てる予定である。実績報告の通り研究は概ね順調であり、平成30年度は水素化物の熱力学的安定性制御についてデルフト工科大学に赴き議論を行うと共に、現段階までの成果を国際会議等で発表した。平成30年度までの予算残額は、平成31年度前半に計画している固体NMR装置への冷媒充填などに充てられる計画であり、当初研究計画からの目立った逸脱は無い。
光学的計測による噴霧火炎の群燃焼機構の解明

環境破壊を防ぐための低NOx燃焼技術,地球温暖化を防ぐための省エネルギ燃焼技術,航空機用を初めとする燃焼機器の高性能化のための高負荷燃焼技術の開発が急がれているが,依然として噴霧の燃焼現象には未解明の部分が多く,それが燃焼技術の系統的な開発を妨げている.例えば,バ-ナの噴流境界や還流領域周辺には巨大なコヒーレント渦と微小な三次元渦が共存し,噴霧油滴の運動や燃焼に影響を与えているが,コヒーレント渦が油滴の運動や空間分布に及ぼす影響を調べた理論的,もしくは実験的研究がいくつか発表されている程度で,渦の影響を受けながら燃焼する噴霧火炎の構造や燃焼機構を取り扱った論文ではほとんど見られない.渦の影響下に不均一構造をとる油滴群の燃焼はNOx生成や火炎の安定性に影響しないはずはなく,早急に解明する必要がある.そこで,以下の事項を遂行した.(1)現有の油滴ミ-散乱信号/火炎発光信号モニター装置を改良し,反射ミラー,光学的空間フィルターを用いることによって,色収差がなく全ての測定体積を厳密に一致させるうる光学系を設計・製作した.(2)火炎からのラジカル自発光,油滴ミ-散乱信号,油滴速度,油滴直径の計5信号の同時時系列データを測定し,統計解析を行うのではなく,フェイズドップラー流速計のデータを時系列解析し、火中の個々の油滴群(クラスター)に対する群燃焼数の見積もった.(3)YAGパルスレーザのシート状ビームと広波長域超高感度CCDカメラ,パルスディレイジェネレータ,光干渉フィルタ等を用いて,噴霧油滴のミ-散乱光像,ならびにOH,CH,C2バンドにおける噴霧火炎の単色発光画像を同時撮影するシステムを構築した.(4)アルゴンイオンレーザのシート光を噴霧火炎中に照射し,燃料噴霧からの散乱光を,超高速度カメラで撮影することにより,火炎中における燃料噴霧の断面像を連続的に可視化し,噴霧の群燃焼挙動の観察を行った.(5)(3),(4)で得られた画像をワークステーションで高速度で画像処理することにより,噴霧の数密度分布および速度場を解析した.それらの結果,燃焼中の油滴群に対する群燃焼数の実測に初めて成功し、本実験データから得られた群燃焼数の平均値をChiuらの群燃焼仮説による火炎形態の分類に対応させると,観察される燃焼状態と合致する結果が得られ,個々の油滴群の燃焼状態も,おのおのの群燃焼数に対応していることが明らかとなった.環境破壊を防ぐための低NOx燃焼技術,地球温暖化を防ぐための省エネルギ燃焼技術,航空機用を初めとする燃焼機器の高性能化のための高負荷燃焼技術の開発が急がれているが,依然として噴霧の燃焼現象には未解明の部分が多く,それが燃焼技術の系統的な開発を妨げている.例えば,バ-ナの噴流境界や還流領域周辺には巨大なコヒーレント渦と微小な三次元渦が共存し,噴霧油滴の運動や燃焼に影響を与えているが,コヒーレント渦が油滴の運動や空間分布に及ぼす影響を調べた理論的,もしくは実験的研究がいくつか発表されている程度で,渦の影響を受けながら燃焼する噴霧火炎の構造や燃焼機構を取り扱った論文ではほとんど見られない.渦の影響下に不均一構造をとる油滴群の燃焼はNOx生成や火炎の安定性に影響しないはずはなく,早急に解明する必要がある.そこで,以下の事項を遂行した.(1)現有の油滴ミ-散乱信号/火炎発光信号モニター装置を改良し,反射ミラー,光学的空間フィルターを用いることによって,色収差がなく全ての測定体積を厳密に一致させるうる光学系を設計・製作した.(2)火炎からのラジカル自発光,油滴ミ-散乱信号,油滴速度,油滴直径の計5信号の同時時系列データを測定し,統計解析を行うのではなく,フェイズドップラー流速計のデータを時系列解析し、火中の個々の油滴群(クラスター)に対する群燃焼数の見積もった.(3)YAGパルスレーザのシート状ビームと広波長域超高感度CCDカメラ,パルスディレイジェネレータ,光干渉フィルタ等を用いて,噴霧油滴のミ-散乱光像,ならびにOH,CH,C2バンドにおける噴霧火炎の単色発光画像を同時撮影するシステムを構築した.(4)アルゴンイオンレーザのシート光を噴霧火炎中に照射し,燃料噴霧からの散乱光を,超高速度カメラで撮影することにより,火炎中における燃料噴霧の断面像を連続的に可視化し,噴霧の群燃焼挙動の観察を行った.(5)(3),(4)で得られた画像をワークステーションで高速度で画像処理することにより,噴霧の数密度分布および速度場を解析した.それらの結果,燃焼中の油滴群に対する群燃焼数の実測に初めて成功し、本実験データから得られた群燃焼数の平均値をChiuらの群燃焼仮説による火炎形態の分類に対応させると,観察される燃焼状態と合致する結果が得られ,個々の油滴群の燃焼状態も,おのおのの群燃焼数に対応していることが明らかとなった.
疾病・傷害の治癒過程における健康効力感の作用およびその規定因に関する研究

平成17年度においては、調査項目の収集・整理、再構成をおこない、調査票を作成した。平成18年度においては、前年度に作成した調査票を用いて、沖縄県内3カ所の総合病院で個別面接調査を実施した。9月29日10月20日の期間内で那覇市立病院で入院中の患者を対象に4回の調査を実施した。また、同様に12月1日12月15日の期間中、県立北部病院で3回、1月19日2月16日の期間中、琉球大学医学部附属病院で5回の調査を実施した。合計12回の調査を実施し、126人の入院患者の回答データを収集した。調査終了後、速やかに数値データおよびインタビュー内容・自由記述に関して入力作業をおこなった。その後、基礎的な集計・統計作業を進め、本調査で用いた尺度項目の信頼性の検討をおこなった。信頼性係数(クロンバッハのアルファ係数)を算出したところ、健康効力感尺度、サポート尺度などの各尺度において高い信頼性が認められた。本課題のテーマは、入院患者を対象として、その治癒過程において健康効力感がどのように作用しているか、また、健康効力感を何が規定しているかについて検討することである。すなわち、健康効力感を媒介変数とする健康回復モデルを設定し、実証的に検討することになる。上記の問題意識を踏まえ、その後の分析作業を進めた。準備段階の相関分析によって、健康効力感尺度、サポート尺度、入院時の健康回復行動とのあいだに正の関連がみいだされた。今後、本課題のテーマに即し、入院患者の治癒過程において健康効力感がどのような作用をしているか、また、健康効力感を規定しているのはどのような要因なのかについて関連モデルを設定し、分析を進めていく予定である。本課題における調査は、これまでに蓄積してきた調査からの継続という側面がある。ただし、前回までの調査と今回の調査との大きな違いは、今回が個人情報保護法が本格的に施行された後のものであるという点である。その点、入院というプライバシーが侵害されやすい状況にある患者を調査対象者とすることを顧みて、文献や医療関係者からの助言を参考にして、調査票についての吟味を行った。また、東北大学の研究会において、本課題の関連研究である「入院経験が生き方に関する態度と自己効力感に及ぼす影響」を発表し、研究会に参加した研究者からのコメントを得た。その際、東北大学高等教育開発推進センター・助教授の倉元直樹氏より、「入院患者自身の主観的判断による回答だけでは、実証研究としての客観性が確保できない危険性があるので、看護師などによる評価も追加する必要がある」との有益な助言を得た。さらに、本課題との関連研究を「看護師の健康認知に関する研究-健康行動に対する自己効力感の分析を中心として-」として論文にまとめ、琉球大学法文学部人間科学科紀要「人間科学」に投稿した(2006年3月刊行予定)。入院患者との日常的な接触頻度が高いと推測される看護師は、自身の健康に対してどのような効力感を抱いているのか、ということを中心に検討を試みた。その結果、看護師は、入院患者に比べても健康行動に対する自己効力感が低いが、看護職としてのキャリアの蓄積、看護職に対する愛着の強さが自己効力感に促進的に影響することが明らかになった。平成17年度においては、調査項目の収集・整理・再構築をおこない、調査票を作成した。また、本課題との関連研究である「看護師の健康認知に関する研究-健康行動に対する自己効力感の分析を中心として-」が、琉球大学法文学部人間科学科紀要「人間科学」(2006年3月刊行)に掲載された。

平成18年度においては、前年度に作成した調査票を用いて、沖縄県内3か所の総合病院で個別面接調査を実施した。9月29日10月20日の期間中、県立北部病院で3回、1月19日2月16日の期間中、琉球大学医学部附属病院で5回の調査を実施した。合計12回の調査を実施し。126人の入院患者の回答データを収集した。調査終了後、速やかに数値データおよびインタビュー内容・自由記述に関して入力作業をおこなった。その後、基礎的な集計・統計作業進め。本調査で用いた尺度項目の信頼性の検討を行った。今後、本課題のテーマに即し、入院患者の治癒過程において健康効力感がどのように作用をしているか、また、健康効力感を規定しているのはどのような要因なのかについての分析を進めていく予定である。
FBR金属燃料中のZr再分布

U-Zr合金の調製は原子燃料工業(株)に依頼して、アルゴンガス中のアーク溶解法を用いて行った。調製した合金の組成はU-10Wt%Zr、U-20Wt%Zr、U-50Wt%Zr、U-80Wt%Zr、U-90Wt%Zrの5種類である。溶解インゴットより、断面3×3mm、長さ50mmの角柱状試料を切り出し、X腺回折法により相の固定を行い、X腺マイクロアナライザーにより試料内の元素分布の均一性を調べた。その結果、溶解後急冷した試料は高温相であるγ相(UとZrの均一固溶体となる)がクエンチしたものではなく、室温での平衡安定相であることが確認できた。すなわち、ウラン高濃度試料ではウランα相と金属間化合物UZr_2のδ相との共存相であり、ウラン低濃度試料ではZrのα相とUZr_2δ相の共存状態であった。これらの結果より、U-Zr合金の均一相での熱拡散実験は900°Cの温度領域ではUZr_2相でのみ可能であり、1100°C以上の温度領域ならばU-Zrの広い組成範囲であることが確認できた。次に、熱拡散実験で誠科に温度勾配をかける際に重要となる、誠科保持材料であるステンレス綱との反応性について調べた。上記のウラン合金誠科より3×3×2mmの誠科を切り出し、同様の寸法に切り出したSUS304ステンレス綱とサンドイッチ状に重ね合わせて石英管中に真空封入し、600800°Cの温度範囲で300500時間加熱した。加熱後試料の接触面を観察した結果750800°C加熱の場合、反応は非常に進んでおり、ステンレス綱全域に及んでいることが確認できた。また、反応層をX線マイクロアナライザーで分析した結果、接触反応層においては元素の完全なミキシングが起こっていることを確認した。また、700°C以下の加熱においては反応はほとんど進行していないことを確認した。しかし、この場合でも拡散によりU、Zrはステンレス綱中に移動してる事を確認した。
ポリコーム遺伝子Mel-18とBim-1の前後軸形成における機能

ショウジョウバエ・ポリコーム遺伝子群であるMel-18とBmi-1遺伝子産物の機能を分子レベルで明確にしていくことが,本研究の目的であり、それらの作用機序について以下のように解析を行った。(1)HoxクラスターにおけるMel-18結合領域同定の試み。染色体上のMel-18結合領域を明らかにするために、クロマチンDNAとMel-18の複合体の免疫共沈を試みた。パラフォルムアルデヒドを用いて、マウス11.5日胚を固定し、超音波処理によりクロマチンDNA/Mel-18複合体を可溶化した。約1kBの断片として可溶化する条件を明らかにした。セシウム濃度勾配を用いて、フリーのタンパク、クロマチンDNA/タンパク複合体、フリーのクロマチンDNAを分画したところ、Mel-18とBmi-1とBmi-1遺伝子産物は、クロマチンDNA/タンパク複合体の分画にのみ存在することが明らかになった。これとは対照的に、Mel-18とBmi-1のインターラクターであるRing1Bは、クロマチンに結合している分画だけではなく、結合していない分画にも含まれることが明らかになった。Ring1Bも、Hoxクラスターの転写制御に寄与することを明らかにしているので、クロマチン結合型のRing1Bが、Mel-18とBmi-1と複合体を構成してポリコーム複合体として機能することが示唆された。Mel-18と免疫共沈されてくるクロマチンDNAに含まれるHoxクラスターの頻度をHoxb7/b8/b9に焦点を絞って系統的に検索している。(2)155kDaスプライセオソーム結合タンパク(SAP155)によるポリコーム複合体機能の調節Mel-18とRing1Bのインターラクターとして同定したSAP155は、マウス胚においても構成的にMel-18とRing1Bに結合していることが明らかになった。SAP155を欠損したマウスは、8細胞期におこるコンパクションを維持できず、それ以上に発生は進まない。SAP155とMel-18やMph1二重ヘテロ接合体では、それぞれのヘテロ接合体では観察されないホメオチック変異が中軸骨格系で観察された。また、クロマチン結合分画にもSAP155が見られたことから、一部のSAP155はポリコーム複合体のコンポーネントとしても作用する可能性が示された。
複数の遺伝子変異が関与する遺伝性難聴症例の解析

本年度は、信州大学医学部耳鼻咽喉科の管理する日本人難聴患者DNAデータベースより難聴患者を対象に次世代シークエンス解析を行った。解析対象とする遺伝子は、hereditary hearing lossホームページ(http://hereditaryhearingloss.org/)を参照し、過去に難聴との関連が報告されている63遺伝子を対象とした。具体的には、ThermoFisher社のIon AmpliSeq Customを用いて、上記遺伝子の全エクソン領域を超マルチプレックスPCR法により増幅し、エマルジョンPCRを行ってビーズを調整し、IonProtonシステムを用いて次世代シークエンス解析を行った。得られたシークエンスデータに関して、ヒトゲノム配列にマッピングし、塩基置換や欠失挿入変異のある箇所をIon Variant Callerによりピックアップし、ANNOVARを用いてアノテーション付けを行った。また、優性遺伝形式をとる遺伝性難聴の中で高頻度に見出されるKCNQ4のc.211delC変異は次世代シーケンスにて検出されないため、Taqman法を用いて変異の解析を行った。また、ミトコンドリア遺伝子変異(m.1555A>G、m.3243A>G)に関してはコピー数が多いためインベーダー法を用いて遺伝子解析を行った。遺伝子解析により難聴の原因遺伝子変異が特定された症例をピックアップするとともに、複数の原因遺伝子に病的変異が同定された症例のピックアップと臨床情報の収集を行った。見出された変異の病原性の判断にはACMG guideline and recomendation 2015に従い「pathogenic」、「likely_pathogenic」と判断された変異について病的意義ありと判断した。その結果、5584名の遺伝学的検査のうち、難聴原因遺伝子の変異を持つ患者は1713名であり、診断率は30.67%であった。また、現時点で病的変異と考えられる難聴原因遺伝子の変異を複数持つ患者数は28名であり、全体の0.50%(28/5584名)、遺伝性難聴と診断された患者のうち1.63%(28/1713名)であった。当初の計画通り、研究対象となる母集団をより厳密に設定し日本人難聴患者5584名における変異の頻度および複数の遺伝子の変異を有する症例の数を明らかにすることができた。今回抽出された28名は、あくまで次世代シーケンサーにて変異を検出された症例であり、直接シークエンス法にて変異を確認できていない症例もあるため、まずは直接シークエンス法による解析を行い、変異を有していることを確認するともに家系解析を行い矛盾がないことを確認する。また現在、各症例の臨床情報を解析中であるが、各遺伝子変異についての既知の報告と照合し、複数の遺伝子変異を持つ難聴患者で、個々に変異を持つ場合と比較して相乗的に難聴の増悪などがないか検討する予定である。また、増悪が示唆される原因遺伝子の組み合わせが見つかった場合にはマウス内耳の蛍光免疫染色を行い共局在の有無についても検討する予定である。平成29年度は信州大学医学部耳鼻咽喉科の管理する日本人難聴患者DNAデータベースより難聴患者を対象に次世代シークエンス解析を行った。解析対象とする遺伝子は、hereditary hearing lossホームページ(http://hereditaryhearingloss.org/)を参照し、過去に難聴との関連が報告されている68遺伝子を対象にした。ThermoFisher社のIon AmpliSeq Customを用いて、上記68遺伝子の全エクソン領域を増幅するプライマーセットを用いたマルチプレックスPCR法により難聴の原因遺伝子の全エクソン領域を増幅し、エマルジョンPCRを行ってビーズを調整し、IonProtonシステムを用いて次世代シークエンス解析を行った。ミトコンドリア遺伝子変異(mit1555A>G、mit3243A>G)に関してはコピー数が多いためインベーダー法を用いて遺伝子解析を行った。以上の遺伝子解析におより難聴の原因遺伝子変異が特定された症例をピックアップするとともに、複数の原因遺伝子に病的変異が同定された症例のピックアップと臨床情報の収集を行った。なお、見出された変異の病原性の判断にはACMG guideline and recomendation 2015に従い判断を行ったため、比較的Uncertain significance変異が多い状況となっている。当初の予定通り、日本人難聴患者の次世代シークエンス解析、TaqMan Genotyping解析等を行い、複数遺伝子に変異を認める症例のピックアップをおこなうことができた。

得られたシークエンスデータに関して、ヒトゲノム配列にマッピングし、塩基置換や欠失挿入変異のある箇所をIon Variant Callerによりピックアップし、ANNOVARを用いてアノテーション付けを行った。また、優性遺伝形式をとる遺伝性難聴の中で高頻度に見出されるKCNQ4のc.211delC変異は次世代シーケンスにて検出されないため、Taqman法を用いて変異の解析を行った。また、ミトコンドリア遺伝子変異(m.1555A>G、m.3243A>G)に関してはコピー数が多いためインベーダー法を用いて遺伝子解析を行った。遺伝子解析により難聴の原因遺伝子変異が特定された症例をピックアップするとともに、複数の原因遺伝子に病的変異が同定された症例のピックアップと臨床情報の収集を行った。見出された変異の病原性の判断にはACMG guideline and recomendation 2015に従い「pathogenic」、「likely_pathogenic」と判断された変異について病的意義ありと判断した。その結果、5584名の遺伝学的検査のうち、難聴原因遺伝子の変異を持つ患者は1713名であり、診断率は30.67%であった。また、現時点で病的変異と考えられる難聴原因遺伝子の変異を複数持つ患者数は28名であり、全体の0.50%(28/5584名)、遺伝性難聴と診断された患者のうち1.63%(28/1713名)であった。当初の計画通り、研究対象となる母集団をより厳密に設定し日本人難聴患者5584名における変異の頻度および複数の遺伝子の変異を有する症例の数を明らかにすることができた。平成30年度は、前年度までに実施した次世代シークエンサーを用いたデータ解析をさらに症例数を増やして行う。また、複数の遺伝子に病的変異と考えられる遺伝子変異が同定された症例に関して、見出された遺伝子変異がシークエンスエラーの可能性があるため、従来の直接シークエンス法を用いた確認作業を行う。また、難聴の原因遺伝子変異の組み合わせごとに、難聴の程度、難聴の型、めまいなどの症状の有無などの臨床像をとりまとめ詳細に検討を行う事により、遺伝子型と臨床像の相関を明らかにする。さらに、遺伝子変異の組み合わせにより、個々に変異を有する場合より症状が重篤化する症例に関しては、遺伝子相互作用も想定されるため詳細に検討を行う。今回抽出された28名は、あくまで次世代シーケンサーにて変異を検出された症例であり、直接シークエンス法にて変異を確認できていない症例もあるため、まずは直接シークエンス法による解析を行い、変異を有していることを確認するともに家系解析を行い矛盾がないことを確認する。また現在、各症例の臨床情報を解析中であるが、各遺伝子変異についての既知の報告と照合し、複数の遺伝子変異を持つ難聴患者で、個々に変異を持つ場合と比較して相乗的に難聴の増悪などがないか検討する予定である。また、増悪が示唆される原因遺伝子の組み合わせが見つかった場合にはマウス内耳の蛍光免疫染色を行い共局在の有無についても検討する予定である。
タイミング調整機構を持つ次世代データパス回路の遅延変動耐性と最適合成

将来の極微細集積回路において,製造ばらつきに起因する動作タイミング誤りが克服すべき重要な問題となる.こうしたばらつきによる動作タイミング誤りを解消し,チップ個別の動作速度性能を最大限に引き出すための製造後タイミング調整機構を有する集積回路システムを対象に,タイミング調整性能を最大化する回路構成手法の確立,タイミングテストと連動した製造後タイミング調整アルゴリズムの確立を行った.将来の極微細集積回路において,製造ばらつきに起因する動作タイミング誤りが克服すべき重要な問題となる.こうしたばらつきによる動作タイミング誤りを解消し,チップ個別の動作速度性能を最大限に引き出すための製造後タイミング調整機構を有する集積回路システムを対象に,タイミング調整性能を最大化する回路構成手法の確立,タイミングテストと連動した製造後タイミング調整アルゴリズムの確立を行った.本研究は,現在及び将来の極微細集積回路において,製造ばらつきに起因する動作タイミング誤りを解消し,チップ個別・固有の性能を最大限に引き出す『製造後タイミングスキュー調整(Post Silicon Skew Tuning:PSST)』が効果的に機能するためのデータパス回路の特徴解明と最適合成手法(特に,デーパス回路の構造とサイクルレベルの動作タイミングを決めるレジスタ転送レベル高位合成)の確立を目指すものである.実装すべき計算プログラムに対して,その中の全ての演算がタイミング的に正しく実行できるスキュー調整量が存在することが,スキュー制約グラフ(辺重み付き有向グラフ)が正サイクルを持たない事と等価であることから,PSSTを効果的に機能させるためにはスキュー制約グラフが『正サイクルを持つ確率(Probability of Positive Cycles:PPC)』を最小化することが効果的と考えられる.しかしPPCを解析的に求める事の困難さが予想されることから,PPCそのものを直接評価する代わりに,スキュー制約グラフの中で製造ばらつきによって正重みになり易い辺(余裕の無い辺)となり難い辺とを分類し,余裕の無い辺のみから成るサイクルを正サイクルになり易い『危険なサイクル』と定義して,この危険なサイクルを最小化する設計戦略を提案した.次いで,この考え方に基づく高位合成の資源割り当て問題(演算を演算器へ,変数をレジスタに割り当てる問題)が,実装すべき計算プログラムと演算スケジュールから導かれる,有向辺と無向辺を含む拡張競合グラフにおいて,辺制約(有向辺は順序関係を,無向辺は非一致性を規定)に従って頂点彩色する数理問題に帰着されることを導き,更にこの問題を解くためのILP定式化を考案した.本研究は,極微細集積回路において,製造ばらつきに起因する動作タイミング誤りを解消し,チップ個別・固有の性能を最大限に引き出す『製造後タイミングスキュー調整(Post Silicon Skew Tuning : PSST)』が効果的に機能するためのデータパス回路の特徴解明と最適合成手法の確立を目指すものである.この目的に対して本年度の成果は大きく次の2点にまとめられる.1.PSSTのための高位合成PSSTにおいて,実装すべき計算プログラム中の全ての演算がタイミング的に正しく実行できるタイミングスキュー調整量が存在することが,スキュー制約グラフ(辺重み付き有向グラフ)が正サイクルを持たない事と等価であることから,スキュー制約グラフが『正サイクルを持つ確率:PPC)』を最小化する高位合成を目指す.特に今年度においては,PPCを解析的に求める事の困難さから,モンテカルロシミュレーションに基づくPPC数値解析を利用し,暫定解を逐次改善する発見的合成手法を提案した.前年度において同目的のために提案した順序彩色に基づく手法との比較実験では,より正確な評価値(モンテカルロシミュレーションから得られる)に基づくことの重要性が確認された.その一方で暫定解の逐次改善の最適化アルゴリズムとしての限界から,必ずしも常に最善の解を生成するとは限らないことも明らかとなった.2.PSSTのためのPDE調整アルゴリズム実際のPSSTの適用には,製造後の個別チップに対するスキュー調整を行う手続を設計する必要がある.今年度はセットアップ・タイミング・テストとホールド・タイミング・テストを組織的に繰り返して調整量を確定する手法を提案した.同提案は,世界で初めての有限ステップ停止性を備えたスキュー調整アルゴリズムである.本研究は,極微細集積回路において,製造ばらつきに起因する動作タイミング誤りを解消し,チップ個別・固有の性能を最大限に引き出す『製造後タイミングスキュー調整(Post Silicon Skew Tuning:PSST)』が効果的に機能するためのデータパス回路の特徴解明と最適合成手法の確立を目指すものである.この目的に対して本年度の成果は大きく次の2点にまとめられる.1. PSSTのための高位合成:PSSTにおいて,製造後タイミングスキュー調整のための遅延調整回路(Programmable Delay Element: PDE)挿入は他方で回路面積の増大,消費電力の増大を招くため,なるべく少ない個数のPDEにて高い調整性能を実現できることが望ましい.こうした観点から,回路中の全てのレジスタに専用のPDEを配置することを前提とした前年度までの合成に代わり,指定された遅延ばらつき幅の下でタイミング誤りを解消でき,なおかつ使用するPDEの個数を最小化する高位合成手法を検討・提案した.2.PSSTのためのPDE調整アルゴリズム:実際のPSSTの適用には,製造後の個別チップに対するスキュー調整を行う手続を設計する必要がある.前年度においてセットアップ・タイミング・テストとホールド・タイミング・テストを組織的に繰り返して調整量を確定する手法を提案したが,この年度においては,回路動作時の動的な変動によるタイミング誤り危険性を最小化するための「タイミング余裕制御型スキュー調整アルゴリズム」を開発した.この手法は,目指すPDE設定値に対して,タイミング条件がより厳しいテスト用PDE設定値を用いてタイミングテストを行うものであるが,この際に新しく生じるテスト用PDE設定最小化問題を明らかにし,その問題の性質を明らかにした.

PSSTのための高位合成,製造後調整プロセスについて,ほぼ当初計画した通りに研究・開発が進んでいるが,PPCの解析的評価手法は未だに未解決であり,提案した合成手法は代替評価に基づく最適化,あるいはシミュレーション評価を組み入れ易い発見的最適化に頼るものとなっており,その完成度の意味では改善の余地が残るものとなっている.24年度が最終年度であるため、記入しない。1.タイミングスキュー調整性に優れたデータパス回路の合成手法の開発:初年度および本年度において,代替評価を用いたILP(整数線形計画)解法とモンテカルロシミュレーションに基づく厳密評価を用いた発見的解法を提案したが,代替評価あるいは発見的手法の能力に起因して,いずれも十分な性能が得られていない.最終年度では,より優れた代替評価と大域的良好解探索能力がより高い発見的手法の開発を目指す.2.チップ製造後のPDE調整アルゴリズムの開発:本年度において,セットアップタイミングテストとホールドタイミングテストを利用する基本法式を開発・提案したが,最終年度においてこれを更に拡張し,動作時の特性変動を考慮してタイミングマージンを最大化するPDE調整手法を確立する.24年度が最終年度であるため、記入しない。
MF帯オーロラ電波放射に関する観測的研究

オーロラ降下電子に伴って電離圏で発生する数MHz帯のオーロラ電波(auroral roar・MF burst)は、これまで十分な観測が行われておらず、その発生機構は未解明の点が多いが、他の惑星電波放射の発生機構の解明にも繋がる重要な研究対象と位置づけられる。本研究では、極域2地点(オーロラ帯のアイスランドと極冠城/カスプ域のスピッツベルゲン)での地上観測とAkebono衛星の観測を基にして、それぞれで観測されるMF帯オーロラ電波の特徴を調べるとともに、双方の相違点や類似点を明らかにすることで、MF帯オーロラ電波の発生機構を解明することを目指している。本年度は、第一に、8月に現地作業を実施し受信機の故障部分を修繕した。その後、昨年度に引き続き、電波スペクトル受信システムの常時運用と波形計測システムの冬季夜間に6時間/日の運用を実施した。これらの継続観測で得られた連続データをもとに、MF帯オーロラ電波の基本的な出現の特徴(発生頻度や発生時間帯、継続時間など)について解析し、特にオーロラ活動度の増大に伴って極冠域でのauroral roarの出現頻度が上昇する傾向が明らかとなった。また、Akebono衛星による波動観測の長期データを用いて、上部電離圏で発生し宇宙空間に放射されているMF帯オーロラ電波であるTHR放射について統計解析を行い、以下のようなTHRの出現特性を明らかにした。1)放射周波数は1.7MHzと3.5MHz付近に2つのピークを持つ分布となる。2)出現頻度は不変磁気緯度70度付近で高い。3)全磁気地方時で観測されるが、78割以上は夜側(18-1MLT)で観測される。4)Akebono衛星の全飛翔高度範囲(約500-10000km)で観測される。以上の結果において、地上で観測されるauroral roarやMF burstの出現特性と比べて異なる点は、発生域および伝搬経路上での特性周波数の違いを考慮することで基本的には説明可能であることが示唆される。オーロラ降下電子に伴って電離圏で発生する数MHz帯のオーロラ電波は、これまで十分な観測が行われておらず、その発生機構は未解明の点が多いが、他の惑星電波放射の発生機構の解明にも繋がる重要な研究対象と位置づけられる。本研究では、極域2地点での地上観測とAkebono衛星の観測を基にして、それぞれで観測されるMF帯オーロラ電波の特徴を調べるとともに、双方の相違点や類似点を明らかにすることで、MF帯オーロラ電波の発生機構を解明することを目指している。本年度は、第一に、地上観測において良好なデータを継続して得られるように、現地作業により電磁干渉ノイズの低減と観測機の修繕を実施した。さらに、地上観測で得られたMF/HF帯オーロラ電波(auroral roar、MF burst)のイベントについて、他の複数の地上観測データ(磁力計、イメージングリオメータ、光学観測、イオノゾンデなど)と比較しながら、その出現特性について解析を行った。本研究により初めて明らかとなった特性は以下の3点である。1)MF burstは低緯度側で発生しその後極側に拡大する銀河電波吸収イベントの発生を伴うが、auroral roarは銀河電波吸収イベントを伴わないことが示された。2)初めて2fce roarの到来方向と全天カメラで撮像されたオーロラ発光域との比較が行われ、2fce roarの到来方向は最も極側のアークと一致することが示された。3)MF burstの波形データから、-0.3-1.1kHz/msecの周波数ドリフトを示すMF burstのスペクトル微細構造が見出された。また、Akebono衛星の観測データを基に、宇宙空間に向かって放射されているMF/HF帯オーロラ電波(THR)のイベント解析を行った。THRの高周波の成分の偏波特性は、地上で観測されるauroral roarやMF burstでは報告されていないR-X modeであることが明らかとなり、これは2つのupper hybrid波同士の非線形相互作用の関与を示唆するものである。一方で、低周波側のL-O modeのTHRはauroral roarやMF burstと同じ偏波特性であり、upper hybrid波の線形モード変換により発生する説を支持することが示された。

また、Akebono衛星による波動観測の長期データを用いて、上部電離圏で発生し宇宙空間に放射されているMF帯オーロラ電波であるTHR放射について統計解析を行い、以下のようなTHRの出現特性を明らかにした。1)放射周波数は1.7MHzと3.5MHz付近に2つのピークを持つ分布となる。2)出現頻度は不変磁気緯度70度付近で高い。3)全磁気地方時で観測されるが、78割以上は夜側(18-1MLT)で観測される。4)Akebono衛星の全飛翔高度範囲(約500-10000km)で観測される。以上の結果において、地上で観測されるauroral roarやMF burstの出現特性と比べて異なる点は、発生域および伝搬経路上での特性周波数の違いを考慮することで基本的には説明可能であることが示唆される。
π中間子原子分光実験の発展

π中間子が錫121の原子核に束縛した状態=π中間子錫原子を精密分光することにより、カイラル対称性の破れに伴う自明でない真空の構造についての研究を推進した。π中間子錫原子は、(d,3He)反応により原子核表面にπ中間子が束縛した状態として生成し、反応Q値の測定により質量分光する。質量スペクトルの分解能としてこれまで400 keV (FWHM)だったものを280 keVまで改善することに成功した。同時に、反応角度が有限な領域でのπ中間子生成断面積の計測を行い、1s, 2p状態それぞれが反応角度により生成断面積の変化する様子を世界で初めて観測した。生成断面積の角度依存性は、運動量移行依存性として反応理論との比較を行った結果、実験結果と良く一致する事が確認された。しかし、実験で決定した1sと2pの生成断面積の比は、理論予想の1/5程度となっていることが分かった。スペクトルの解析により1s, 2p状態、それぞれの束縛エネルギーと幅を精度良く同定することに成功したが、同時に束縛エネルギーの差分を導出することで系統誤差を大幅に縮小する事にも成功した。得られた束縛エネルギーや幅の間の相関を考慮した解析を行うことで、カイラル対称性の破れを表すカイラル凝縮の大きさをこれまでを上回る精度で導出する事に成功した。さらに150 keVを伺う分解能を達成し、系統的なπ中間子錫原子の高精度分光を実施するための実験条件の詳細な検討を行った。これによりカイラル凝縮の密度依存性についての知見を得られる可能性がある事がわかった。このため分解能改善の要となる真空中で動作可能な高計数率用3面交代型低圧多芯式ドリフト計数箱と新型読み出しシステムの開発・製作を行った。系統計測実験はRIBF課題審査委員会で既に採択されており、近々ビームタイムが配分される予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。(d,3He)反応を用いたπ中間子原子の精密分光測定をめざし、詳細な実験条件の策定を行った。実験では、これまでを上回る分光分解能での計測をめざし、既に得ている実験データを解析し、それをベースにシミュレーションをする事により分解能に寄与している要因を見積もった。その結果、焦点面に配置している検出器等の改良により、これまでの200 keV (FWHM)を上回る分解能を焦点面全域で達成できる可能性がある事がわかった。また、特に系統誤差の要因についても検討を進め、π中間子の1s状態の束縛エネルギーの決定に加えて、十分な統計を稼ぎ1s, 2pのエネルギー差を計測する事で大幅に誤差を減らすことが出来る事が分かった。この結果を受けてRIBFの実験課題審査委員会にて錫112から124までを網羅的に計測する新しい実験を提案し、約一週間のビームタイムが認められた。この実験を行う事で、カイラル対称性の秩序変数であるカイラル凝縮の密度依存性に関する知見を得る事が出来る可能性がある。提案と同時に、実験準備を始め、現在まで検出器の開発、標的の作成等を実施している。また、逆運動学を用いたπ中間子原子分光についても検討を行っている。様々な実験条件を検討した結果、収量は小さいものの100 keV (FWHM)を伺う分光分解能を得る可能性があることが分かった。これを実現するためには重水素標的を作成する必要があるが、分解能を損なわず、安全な取り扱いが可能な標的作成のためには十分な開発が必要である。当該年度予算の一部を用いて標的の開発を開始した。(d,3He)反応を用いたπ中間子原子の精密分光測定をめざした詳細な実験条件の策定を、既に得ている実験データを解析し、それをベースにシミュレーションを行う事で達成する事ができた。その結果、これまでを上回る分解能を達成する条件を策定する事ができた。必要な検出器等の開発は既に開始している。このような検討・準備状況を元に、RIBFの実験課題審査委員会に実験提案を行い、国際的で競争的な審査の末に、極めて高い(A)評価を得る事ができた。これをもって、カイラル対称性の秩序変数であるカイラル凝縮の密度依存性に関する知見を得る事をめざした、π中間子錫112から124までを網羅的に計測する新しい実験を実施するための準備を進めている。現在まで、ビームタイムは割り振られていないが、おおむね順調に実験準備は進んでいると考える。また、同時に逆運動学についても詳細で発展的な検討を行い、既に標的作成等を開始しておりこちらも順調に進展していると考えている。

生成断面積の角度依存性は、運動量移行依存性として反応理論との比較を行った結果、実験結果と良く一致する事が確認された。しかし、実験で決定した1sと2pの生成断面積の比は、理論予想の1/5程度となっていることが分かった。スペクトルの解析により1s, 2p状態、それぞれの束縛エネルギーと幅を精度良く同定することに成功したが、同時に束縛エネルギーの差分を導出することで系統誤差を大幅に縮小する事にも成功した。得られた束縛エネルギーや幅の間の相関を考慮した解析を行うことで、カイラル対称性の破れを表すカイラル凝縮の大きさをこれまでを上回る精度で導出する事に成功した。さらに150 keVを伺う分解能を達成し、系統的なπ中間子錫原子の高精度分光を実施するための実験条件の詳細な検討を行った。これによりカイラル凝縮の密度依存性についての知見を得られる可能性がある事がわかった。このため分解能改善の要となる真空中で動作可能な高計数率用3面交代型低圧多芯式ドリフト計数箱と新型読み出しシステムの開発・製作を行った。系統計測実験はRIBF課題審査委員会で既に採択されており、近々ビームタイムが配分される予定である。(d,3He)反応については、既に得られているデータの解析を行い、必要な検出器や標的等の開発を進めつつ、ビームタイムが割り振られるのを待って実験を行う。データ解析の結果については速やかに論文にまとめ投稿する。逆運動学については、重水素標的の開発を進め、安全な取り扱いが可能かどうか十分な試験を行って、実際のビームを用いた試験をめざした準備を行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。
超電導コイル励磁電源用 並列型直流アクティブフィルタの研究

本研究は、30kA級の大電流超伝導コイル励磁直流電源の出力リプル電圧をその制御特性損ねることなく低減するアクティブフィルタの開発を目的とした。従来から広く使われている直列型アクティブフィルタ構成では全通電電流がフィルタ回路を通過し、フィルタ部の電圧降下が主回路電圧と比較して無視できないことから、主整流器と並列にフィルタ回路を設置する並列アクティブフィルタに関して検討を進めた。検討の結果、主整流器がサイリスタ整流回路であり、単極性出力電流、両極性出力電圧の2象限運転であることから、同様な2象限運転が可能なIGBT PWMコンバータの採用を決定した。まず、運転特性を把握するために計算機シミュレーションによる検討を行った。並列型フィルタ回路の運転において,保証すべき電流は交流電流のリプル成分であり、これを直接保証するとコンバータインバータ構成をとる必要がある。この構成は、回路構成および制御器構成を複雑にするため、リプル電流と同程度の直流循環電流を主整流器一フィルタ回路間に流す構成とした。これにより、回路の単純化のみでなく、サイリスタ主整流器回路の最低通電電流を保証し、低電流領域での主整流回路の動作安定化に寄与することが示された。また、電源装置の出力電流の微小制御にも循環電流制御が有効に寄与することが確認できた。次に、大電力設備で問題となる設備容量に関して、理論的に主整流回路とフィルタ回路の設備容量比を求めた。その結果、核融合科学研究所で建設中のLHDコイル電源に適用した場合、フィルタ容量は主回路容量の1%程度と極めて少くて済むことが確かめられた。最後に、実験室レベルでの模擬実験を制作した。本実験回路を用いた試験は、平成9年度に行う予定である。
金属カチオンによって誘起されるDNAの液晶ゲル化についての研究

申請者らは、DNAの高濃度水溶液を高濃度の多価金属カチオン水溶液中に透析すると、異方的な構造を持つゲル"液晶ゲル"が自己組織化的に形成されることを見出した。コバルトイオンなどの遷移金属カチオン水溶液ヂへの透析によって調製されたDNA液晶ゲルの複屈折とヤング率のDNA水溶液の仕込みのpHとの関係について調べた結果、DNA液晶ゲルを調製するためには、DNAをpHが8.5以上の塩基性緩衝液に溶解する必要があることが明らかとなった。一方、液晶ゲル形成過程における、内部ゾル層のpHの時間変化について測定した結果、透析時間の経過とともに内部ゾル層のpHが低下して行き、液晶ゲル層の成長過程の初期過程から後期過程へとクロスオーバーする時間と、内部ゾル層のpHが液晶ゲル化に必要なpHを下回る時間がほぼ一致することがわかった。この結果から、DNA水溶液の液晶ゲル形成過程は、金属カチオンの拡散が律速となる初期過程と、DNA分子と金属カチオンの相互作用の変化が支配的になる後期過程で表されることが明らかになった。DNA液晶ゲルの小角光散乱測定と小角X線散乱測定の結果、DNA液晶ゲルの構造の異方性が、幅広い散乱ベクトルの範囲において保たれていることが明らかになった。DNA液晶ゲルフィルムにアクリジンオレンジなどのインターカレーターが吸着すると、複屈折がの絶対値と空間分布が変化することが実験によって明らかとなり、この特性を利用することによって、発がん物質の検知を行うことが可能な吸着材料への応用の可能性が示唆された。アテロコラーゲンの酸性水溶液をpH7.0以上の緩衝液中に滴下すると液晶構造を持つ微粒子状の液晶ゲルが形成されることを明らかにした。アテロコラーゲンは繊維芽細胞などの動物細胞との細胞接着性に優れており、アテロコラーゲン液晶ゲルは、動物細胞の異方的な構造を持つ細胞足場として利用することが出来る。申請者らはDNAをホウ酸を含む水溶液に溶解しこれを塩化コバルトを含む水溶液中に透析することによって液晶構造を持つゲルが形成されることを見出した。本研究の目的は、このDNAからなる液晶ゲルの形成メカニズムおよび、液晶ゲル化現象の普遍性について明らかにすることである。透析によって液晶ゲルを調製すると円筒状のゲルが得られる。この円筒状のゲルを輪切りにし、クロスニコル下において、切断面方向から観察し特徴的な同心円状の干渉縞を持つ液晶パターンを観察することができた。さらにゲルをいくつかの異なる断面で切り出し、偏光板をクロスニコルの状態にして観察することによって、このゲルが液晶構造を持つ液晶ゲル層と液晶構造を持たないアモルファス層からなること、および液晶ゲル層においてDNAが同心円状に配向していることを明らかにした。次に、二枚の円形のカバーガラスにDNA水溶液をはさみ、これを塩化コバルト水溶液に浸漬することによって、フィルム状の液晶ゲルが形成されることを見出した。このとき、DNA水溶液がコバルトイオン水溶液と接触すると直ちにゲルの膜が形成され、この膜が透析膜と同じ役割を果たすことで透析チューブを用いる方法と同様な液晶パターンを持つゲルが形成されることがわかった。このDNA液晶ゲルフィルムの複屈折と濁度の時間変化を測定したところ、複屈折の増加と濁度の増加はほぼ同時に起こることがわかった。複屈折の増加は液晶化を示し、濁度の増加はゲル化を示すことから、液晶層形成過程において液晶化とゲル化はカップリングして起こることが示唆された。また液晶ゲル層成長のダイナミクスを測定したところ、液晶層の厚さの二乗が時間に比例するという拡散現象に特徴的な関係が見つかった。この拡散に基づく液晶層形成のダイナミクスはゲルのサイズによってスケーリングされることを理論と実験によって示した。DNAの高濃度水溶液を多価金属カチオン水溶液中において透析すると、液晶とゲルの両方の特徴を併せ持つDNA液晶ゲルが形成される。本年度は、DNA液晶ゲルの発がん物質吸着特性及び、透析によって誘起される高分子の液晶ゲル化の普遍性について明らかにした。DNAは、ダイオキシンやポリ塩化ビフェニルなどの平面化学構造を持つ有害物質(インターカレーター)を選択的に吸着する機能を持つことが知られている。本研究では、DNA液晶ゲルを使って、これらのインターカレーターを効率的に除去することに成功した。また、さらに詳しくDNA液晶ゲルがインターカレーターを吸着するメカニズムについて明らかにするために、ビーズ状のDNA液晶ゲルを調整し、インターカレーターの吸着ダイナミクスについて実験的手法と理論的手法の両面から研究を行った。実験によって得られたDNA液晶ゲルへのインターカレーターの吸着過程は、非平衡の熱力学を用いて考案した理論を用いることによって説明することが出来た。また、昨年度までの研究により、DNAの液晶ゲル化が金属カチオンの拡散によって誘起されることが明らかにされた。申請者は、液晶ゲル化の駆動力が金属カチオンの拡散という普遍的な現象であることに注目することで、DNA以外にも、ポリグルタミン酸、ポリリシンなどのポリペプチド、ポリビニルアルコールなどの水溶性合成高分子でも液晶ゲル化が、金属イオンの拡散によって誘起されることを明らかにした。一方、申請者は、金属カチオンの代わりに低分子化学架橋剤を用いることによってDNAや、ゼラチン、ミオシンなど多くの高分子が液晶ゲル化することを見出した。このように、様々な高分子と架橋剤の組み合わせについて網羅的な研究を行うことによって、金属カチオンおよび架橋剤の拡散によって誘起される高分子の液晶ゲル化が普遍的な現象であることを明らかにした。申請者らは、DNAの高濃度水溶液を高濃度の多価金属カチオン水溶液中に透析すると、異方的な構造を持つゲル"