hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
自然免疫機構を標的とした新規放射線性消化管症候群の治療法の開発

今後、1TLR3が誘導する傷害の形態、2TLR3が誘導する下流の情報伝達機構、3TLR3阻害剤の効果について解析する。電離放射線は、臓器の感受性に従って様々な機能障害を起こす。放射線事故や癌の放射線治療において高線量の放射線に曝されると、急性期から晩期に渡って多様な障害が引き起こされる。これまでに研究代表者は、マウスにおいて好酸球の遺伝子欠損が放射線誘導性小腸線維症の症状を、またTLR3の遺伝子欠損が放射線誘導性口腔内粘膜炎の症状を顕著に抑えることを見出しており、本研究課題ではその仕組みについて解析を進めている。放射線誘導性小腸線維症に好酸球が寄与する仕組みについて、H29年度に設定した解析により、1放射線照射を受けた小腸では陰窩上皮細胞が慢性的な壊死を起こしてATPを細胞外に漏出すること、2ATPで活性化した陰窩近傍の筋繊維芽細胞がCCL11を産生し、CCR3依存的に好酸球を誘致すること、3活性化した筋線維芽細胞はGM-CSFを産生して好酸球を活性化し、それにより活性化した好酸球はTGF-βを発現して筋線維芽細胞のコラーゲン産生を促すことが分かった。これらの結果に従い、H29年度では放射線誘導性小腸線維症を防ぐ手段としてATP受容体拮抗剤、CCR3中和抗体を試験したところ、いずれも顕著な予防効果を示した。さらに好酸球除去効果を持つIL-5受容体α抗体を新規に樹立したところ、顕著な好酸球除去効果を誘導できることを確認した。この抗体で処理をしたマウスは、放射線誘導性小腸線維症が著しく抑制されることが明らかになった。放射線誘導性小腸線維症の発症機構を明らかにし、さらに好酸球を標的とした新しい治療法の可能性を示すことができた。放射線誘導性口腔内粘膜炎について、TLR3の阻害剤による口腔内粘膜炎の予防効果についてさらに解析を進めた。これらに関して国内外の学会ならびに学術誌において研究報告を行った。本研究課題では、平成29年度の研究計画として、線維症の解析ではその病態解明をすることを目的としていた。研究代表者はH29年度までに、1放射線照射を受けた小腸では陰窩上皮細胞が慢性的な壊死を起こしてATPを細胞外に漏出すること、2ATPで活性化した陰窩近傍の筋繊維芽細胞がCCL11を産生し、CCR3依存的に好酸球を誘致すること、3活性化した筋線維芽細胞はGM-CSFを産生して好酸球を活性化し、それにより活性化した好酸球はTGF-βを発現して筋線維芽細胞のコラーゲン産生を促すことを明らかにした。解明した病態メカニズムに従い、予防効果が期待される薬剤としてATP受容体拮抗剤、CCR3中和抗体の効果を検討し、いずれも顕著な予防効果を示した。さらに好酸球除去効果をを新規に樹立したところ、顕著な好酸球除去効果を誘導できることを確認した。いずれも腹部照射後にマウスに反復投与によって、放射線誘導性小腸線維症を劇的に抑制することができた。ここまでの研究成果を学術論文にまとめ、science translational medicineに投稿し、採択され本年2月に掲載された。一方で、口腔内粘膜炎の解析では、平成29年度の目標であるTLR3阻害剤の効果の検討について、期待通りに阻害剤が顕著に口腔内粘膜炎を抑えることを明らかにした。また、TLR3が誘導する下流の情報伝達機構についても問題なく準備を進めている。これらの成果を国内外の学会で研究報告するとともに、国内の学術誌に総説を寄稿した。以上のように、おおむね申請時の計画の通りに研究は進展している。
ナノ界面を制御した電極を用いたナノバブルの作製とナノバブルの界面構造の解明

水の電気分解で水素ナノバブルと酸素ナノバブル得るときに、電極界面のナノ構造を制御してそれぞれのナノバブルの粒径制御に成功した。また、ナノバブルの界面構造を実験的に明らかにする手がかりを得た。ホウ素をドープしたダイヤモンド電極を用いて作製したオゾンナノバブルの存在状態を初めて明らかにした。研究目的のナノ界面構造を制御した電極の作製を金と銀の基板上に白金ナノ粒子を配置すること達成した。この電極の特徴は次のようであることを明らかにした。・平滑白金電極、金基盤電極、銀基盤電極の順で水素ナノバブルの濃度が増加した。・電極表面での吸着水素原子の拡散速度が、ナノバブルの生成量に関係していることを明らかにした。次にナノバブルの界面構造を明らかにするために必要なナノバブルの粒径制御の可能性を検討し次のことを明らかにした。・平均粒径が150nm、100nm、50nmと異なるナノバブルの水溶液を作製することに成功した。・電気分解で得られるナノバブルの粒径は,電極表面の気体の過飽和度で決まる。この過飽和度は電流密度で決まるため、電極表面のナノ粒子上の電流密度を大きくすることで、小さな粒径のナノバブルを得られることを初めて明らかにした。酸素ナノバブルの平均密度は、約100nmで1.0となり、イオン強度とともに大きくなることを明らかにした。これは、ナノバブルの周りにイオンが集まっていてナノバブルとともに運動しているためであることを初めて明らかにした。オゾンナノバブルの濃度は、イオン強度とともに減少し、水素や酸素ナノバブルの現象と逆であった。この理由は、現在検討中である。このように、ナノバブルの発生機構と電極表面の関係を明らかにするとともに、ナノバブルの周りのイオンの層の厚さは10nm以上であることを初めて提案した。(1)[ナノ界面構造を制御した電極の作製]:電極のナノ構造と電気分解によって作製できるナノバブルの粒径との関連を明らかにするために、金、ルテニウムや銀の基板上に白金ナノ粒子を担持した。これによって、基板上に担持した白金ナノ粒子の粒径の約2倍に相当する粒径のナノバブルが作製できることを明らかにした。粒径分布で5070nmと7090nmの2つのナノバブルを作製できたが、粒径分布は広いままだった。また、ナノバブルの電流効率は20%ほど向上した。基板の材料の違いはナノバブルの粒径に何の変化も与えなかった。一方、平滑白金電極を用いた場合には、ナノバブルの平均粒径は約150nmと報告されていて、われわれの報告とも一致している。水電解で得られる水素原子は白金表面上では吸着水素原子として存在し、白金電極表面を拡散できる。この拡散現象によって粒径が150nmと大きくなったと考えられる。しかし、金、銀やルテニウム表面での吸着水素原子の拡散量は、白金表面より小さいと考えられるので、吸着水素原子がナノバブル粒径に及ぼす効果は小さいと推定した。これと同じ現象は、ダイヤモンド電極を用いたオゾンナノバブルの作製に於いても認められた。以上のことから、吸着水素原子の拡散量が無視できる基板を用いることで、白金ナノ粒子の粒径で水素ナノバブルの粒径を制御できることを明らかにした。(2)[ナノバブルの界面構造の解明]:ナノバブル界面には水酸化物イオンが蓄積され、水素イオンは蓄積されないことを明らかにしてきた。さらに、硫酸イオンを電解質に用いるとイオン強度とともに水酸化物イオンの蓄積量は減り、硝酸イオンを電解質に用いるとイオン強度とともに水酸化物イオンの蓄積量が増加する違いが生じることを明らかにして、ナノバブルのナノ界面構造を解明する手掛かりを得ることに成功した。(1)[ナノ界面構造を制御した電極の作製]:白金メッキ電極に3050nmの酸化イリジウムナノ粒子を坦持させ、フロー法で電気分解を行ったところ、酸化イリジウムの粒径分布と酸素ナノバブルの粒径分布がほとんど一致した。しかし、バッチ法で電解したところ粒径の平均値は約150nmであり、酸化イリジウムナノ粒子を用いない場合と同じであった。一方、金メッキ電極に白金ナノ粒子を担持した電極で得られた水素ナノバブルの平均粒径は、電極上の白金ナノ粒子の平均直径の12倍であった。しかし、フロー法で得られた水素ナノバブルの直径は約150nmであった。このように酸素ナノバブルと水素ナノバブルの粒径に及ぼす電解条件の効果は全く逆であった。この違いはナノバブルの生成機構の違いに依ることを明らかにした。(2) [ナノバブルの界面構造の解明]:安定で長寿命の酸素ナノバブルを用いて、ナノバブルの気液界面の水素イオン濃度および水酸化物イオン濃度とそれぞれのバルク濃度との関係を測定した。この結果、界面の水素イオン濃度は、バルク濃度と同じであった。また、界面の水酸化物イオン濃度は、バルク濃度の160倍であることが分かった。これから、気液界面近傍には、イオンが蓄積されることを初めて実験で明らかにした。(3)[ナノバブル界面へのイオンの蓄積とナノバブルの平均重さ]ナノバブルの界面に蓄積している種々のイオンについても検討した。いずれのイオンも界面近傍に蓄積されることを示した。

この蓄積現象の違いが、ナノバブルの安定性や平均重さに影響することを明らかにした。(4)[ナノバブルの産業応用への展開]:水素や酸素ナノバブルの反応性は、溶存水素や溶存酸素より小さくなった。また、ナノバブルの粒径制御法を明らかにしてきたが,ナノバブルの産業応用の可能性を十分に明らかにすることはできなかった。交付申請したスケジュールにほぼ沿って進行している。24年度が最終年度であるため、記入しない。(1)[ナノ界面構造を制御した電極の作製]:H23年度までに作製した電極を用いて、ナノバブルの粒径制御をすることは作製できたが、粒径分布は広いままだった。粒径分布を狭くするためには、これより、白金ナノ粒子などを基板上に規則正しく配列する。(2)[ナノバブル界面へのイオンの蓄積とナノバブルの平均重さ]:ナノバブルの界面に蓄積している種々のイオンについてさらに検討するために、ナノバブルの粒径とナノバブルの平均重さを、遠心分離を通じて検討する。また、イオン強度がナノバブルの平均重さに与える効果についても検討する。これにより,ナノバブルのナノ界面構造および安定性を解明する。(3)[ナノバブルの産業応用への展開]:ナノバブルは、ドラッグデリバリーなのに使われる報告が過去3年間で80報以上になっている。さらに、洗浄に利用した報告も増えている。そこで、洗浄や高濃度のナノバブルの作製法を確立して、積極的に産業応用への展開をする。
要介護状態を考慮した長寿リスクのモデリングと評価―ベイズ・アプローチ―

平均寿命の増加は,介護状態に陥る可能性の増大を伴う.我が国を始め高齢化を迎えている諸国では,いわゆる「長寿リスク」に加え「介護リスク」に直面している.介護リスクを考察する上で,死亡率がいかに健康状態(要介護度)と関連するかを把握することが重要となる.しかし,関連するデータの欠如によって,死亡率と健康状態のダイナミックな関係に関する研究は乏しい.本研究では,要介護状態別の死亡数データは欠如しているという想定の下で,要介護状態に応じた死亡率を予測する新たなモデルを提案し,ベイズ法による予測の枠組みを構築した.この手法を我が国の介護年金制度のデータに適用し,要介護状態別の死亡率の予測を行った.平成25年度は,本研究の基盤研究として,長寿リスクを考慮した要介護状態の統計モデリングとその推定及び将来予測に関する基礎的研究を行った.特に,長寿リスクを明示的に考慮するためにLee-Carterモデルをベースモデルに取り込み,ポアソン回帰モデルを用いて要介護状態の将来確率を推定するモデルを考察した.このモデルでは,死亡・生存数に加え,要介護状態の人数を用いている.要介護状態の人数については,詳細なものは入手可能なため,厚生労働省が毎年公表している「介護保険事業状況報告」にある状態区分・性・年齢階級・都道府県別(閲覧第3表)を代替的に用いることとした.本研究に関連する成果をアジア太平洋リスク保険学会2013年度年次大会(ニューヨーク),第9回長寿リスク国際学会(北京),日本金融証券計量工学会2013年度冬季大会(慶應義塾大学),第14回「ノンパラメトリック統計解析とベイズ統計」研究集会(慶應義塾大学)の4つの研究集会で報告するとともに学術研究誌に投稿した.また,関連する論文が北米アクチュアリー学会の学会誌に掲載された.本研究の成果を広く社会・国民に発信するために,本研究専用のホームページを作成した.平成26年度は,昨年度に引き続き,要介護状態を長寿リスクにいかに組み込むかに関する基礎研究を行った.関連データの不足を補うために,健康保険データを用いた健康リスクの分析を新たに開始した.また,本研究に関連する成果を日本統計学会(東京大学),米国リスク保険学会(シアトル)等で報告した.要介護状態を考慮に入れた死亡率モデルを構築する場合,要介護者の死亡数データが利用できないという困難な問題点がある.その一方で,要介護状態に応じた人口数は利用できる事が多い.たとえば,厚生労働省が毎年度公表している「介護保険事業状況報告」には,要介護(要支援)状態区分・性・年齢階級別の受給者数が公表されている.年間受給者は要介護認定者とほぼ一致していることから,各要介護状態の年間受給者数を要介護状態の人口と見なして利用することができる.平成27年度は,このような要介護状態の人口を用いて,新たなモデルを提案した.このモデルは,通常のLee-Carterモデルに要介護状態を表すパラメータを加えて拡張したものであり,Li and Lee (2005)によるcommon factor modelやButt and Haberman (2009)によるモデルと同様な構造を持つ.しかし,死亡数データを必要としないという点に加え,要介護状態を表すパラメータに順序制約を課している点でこれまでに提案されたモデルと大きく異なる.また,提案したモデルの最尤法による推定を議論し,それに基づいてモデル推定アルゴリズムを構築した.さらに,我が国の公的介護保険のデータに適用し,要介護状態別の将来死亡率の予測を試みた.これらの結果は草稿にまとめており,その内容は2016年6月にシンガポールで開催されるInsurance Risk Research Conferenceにおいて発表されることが決定している.平成27年度において,本研究の骨格となる要介護状態を考慮した死亡率モデルを開発し,予備的なデータ分析を試みた.しかし,本研究の目的を達成するためには,モデルのさらなる改良とより本格的なデータ分析が必要となるため,補助期間の延長を申請し,承認された.最終年度は,前年度に提案した要介護状態別の死亡率を推定するモデル(混合Lee-Carterモデル)に対するベイズ推定法を考案し,それを我が国の介護データに対して適用した.混合Lee-Carterモデルは,要介護状態の死亡数データがないという状況で各要介護状態の死亡率を求めようとするモデルであり,通常のLee-Carterモデルに要介護を表すパラメータを加法的に追加したものである.前年度は最尤法による推定を試みたが,その推定結果は不安定であった.また,最尤法を適用する際に用いたアルゴリズムでは,介護状態のカテゴリー数が大きくなると,計算負荷が著しく増加するという欠点があった.さらに,パラメータ識別性の不備も明らかになった.最終年度では,これら欠点を克服するため,モデルの新たな識別性条件を考案するとともに,ベイズ法による推定法を新たに考案した.要介護状態を表すパラメータの順序制約をモデル化するために,階層ベイズ型の事前分布を採用した.以上の理論構築に基づいて,提案したモデルを我が国の介護データに対して適用した.状態として,非介護状態,要支援1・2及び要支援1を合わせた状態,要支援2,3,4,5に対応する状態の7つの状態を設定し,要介護状態別の死亡率の予測を行った.さらに,各状態の死亡率に対応する将来生存率の予測も行った.これらの推定においては,モデルが複雑なため,MCMC法と呼ばれるシミュレーション技術を用いた.予測結果は,直感に合致する安定した結果である.この成果は,論文にまとめるとともに,国内外の国際学会で報告した.平均寿命の増加は,介護状態に陥る可能性の増大を伴う.

我が国を始め高齢化を迎えている諸国では,いわゆる「長寿リスク」に加え「介護リスク」に直面している.介護リスクを考察する上で,死亡率がいかに健康状態(要介護度)と関連するかを把握することが重要となる.しかし,関連するデータの欠如によって,死亡率と健康状態のダイナミックな関係に関する研究は乏しい.本研究では,要介護状態別の死亡数データは欠如しているという想定の下で,要介護状態に応じた死亡率を予測する新たなモデルを提案し,ベイズ法による予測の枠組みを構築した.この手法を我が国の介護年金制度のデータに適用し,要介護状態別の死亡率の予測を行った.要介護状態を長寿リスクにいかに組み込むかに関する研究が遅れている.原因は関連データが不足している点にある.平成27年度においては主に最尤法の立場からモデルの推定と将来死亡率の予測の問題を考察した.しかし,最尤法による予測はパラメータ不確実性という困難な問題に直面する.今後は,このパラメータ不確実性という問題に対処するために,ベイズ法の枠組みへの拡張を考察する.さらに,ベイズ法に基づいて導出される要介護状態別死亡率を用いて,弱体者年金のような介護リスクに備えた商品のプライシングを行う.また,このようなプライシングが適切か否かを判断するために,シミュレーションや実際のデータ(公的介護保険データ)による検証作業を行う.社会科学要介護状態を長寿リスクに組み込む研究を推進する.関連データの不足が問題となっているが,それを克服する一つの方向として健康保険データの分析を行う.ほぼ研究計画書に沿った内容で進んでいるため.研究が十分に進まず,国際研究集会での発表を取りやめたため,旅費の支出を予定通りに執行できなかった.研究発表のために支出を予定していた旅費の一部が,招待講演等により主催者側により負担されたため参加を予定しているアメリカ保険リスク学会及び長寿リスク学会の旅費に使用する予定である.また,提案したモデルのさらなるデータ分析を進めるための計算環境の整備及び計算補助のために使用する.平成26年度以降は,25年度の基礎研究に基づいて我が国長寿リスク評価への応用研究を行う.また,学会誌への投稿,内外の学会で発表を行うとともに,ホームページ等を通じて研究内容を広く社会・国民に発信する.パソコンや統計ソフトの購入などデータ分析の支出に宛てる予定年度末が近づいた支出を次年度に回したため.次年度に支出を行う.
角度分解光電子分光による原子層FeSeの高温超伝導の研究

昨年度に引き続いて薄膜作製装置の改良を行なった。特に、赤外レーザーを用いた基板加熱機構に集光レンズを導入することで、効率的かつ高温領域までの基板加熱を可能にした。これにより、各種ガス雰囲気中および真空中で広い温度範囲に亘る基板温度の高精度な制御を実現でき、基板の清浄化および組成・物性の制御を目指した研究の遂行が可能になった。改良した薄膜作製装置を用いてFeSe原子層薄膜をSrTiO3基板上に作製し、その表面にアルカリ金属やアルカリ土類金属を蒸着してキャリア量を制御した、また、その際のバンド構造や超伝導ギャップ対称性を測定して電子相図を決定した。これまで未解明であった高温領域までのバンド構造を系統的に測定することで、原子層薄膜とバルク試料の相違点を見出した。また、構成元素を他の元素で置換した原子層薄膜のARPES測定を行い、超伝導転移温度やバンド構造の変化を見出した。低温におけるバンド構造の精密な解析を行うことで、低エネルギーあるいは運動量の小さいボソンと電子が結合している可能性を見出した。以上の結果から、クーパー対の形成を媒介する相互作用について知見を得ることができた。鉄系超伝導体とトポロジカル絶縁体のヘテロ構造についてもARPES測定を行い、ヘテロ構造の形成に起因する電子状態の変化を観察し、界面超伝導の起源について知見を得た。また、新規トポロジカル超伝導体候補バルク物質の電子状態を決定し、ディラック電子の存在とトポロジカル超伝導発現の可能性を見出した。予定していた薄膜作製装置の改良を行い、目標としていた基板温度の高精度な制御を実現することができた。また、キャリア量制御や元素置換を通じた高温超伝導探索と超伝導メカニズムの研究、及びヘテロ構造などを利用したトポロジカル超伝導探索にも進展があった。薄膜作製装置の改良を進め、高品質なFeSe原子層薄膜、および新規原子層鉄系超伝導体やヘテロ構造を作製し、高温超伝導や新奇超伝導相の実現を目指す。また、角度分解光電子分光測定を用いた電子状態解析によって超伝導機構の解明に取り組む。薄膜作製装置の改良を行なった。具体的には、キャリア制御槽を兼ねた薄膜作製チャンバーを設計、作製し、整備を行った。3源エバポレーターを新たに導入し、元素置換によるキャリア量制御およびFeSe以外の鉄系超伝導体薄膜の作製を実現した。また、絶縁体基板の加熱を可能にするため、赤外レーザーを用いた基板加熱機構を導入した。これらの改良により、様々な基板上に組成やキャリアを制御した鉄系超伝導体原子層薄膜を作製する環境が整った。薄膜作製装置の改良と並行して角度分解光電子分光装置の改良を行なった。特に、励起光源系の真空排気を強化することで、薄膜表面の劣化に伴う超伝導特性の低下を抑制した。この改良により、実験結果の信頼性、実験効率、及び実効的なエネルギー分解能の向上を達成した。改良した薄膜作製装置を用いて高品質なFeSe原子層薄膜を作製し、高温超伝導の探索、電子相図の決定、及び電子構造の解析を行なった。その結果、LiおよびCs原子を表面に吸着して電子キャリアをドープしたFeSe原子層薄膜においてT c = 40 Kの高温超伝導を見出した。超伝導とネマティック秩序のドープ量依存性を精密に測定することで電子相図も決定した。また、薄膜の加熱温度と時間を高精度で制御することでノンドープのFeSe単層膜の作製に初めて成功し、それが二次元ディラック半金属相を形成していることを見出した。さらに、広い温度領域に亘ってエネルギーバンド分散の変化を測定することで、バルク試料と原子層薄膜の相違点を見出した。薄膜作製装置、角度分解光電子分光装置ともに、計画していた主要な改良を完了し、鉄系超伝導体原子層薄膜の作製とその電子状態解析を遂行する環境が整った。また、改良した装置を用いて既にいくつかの成果が出始めており、順調に進展している。

予定していた薄膜作製装置の改良を行い、目標としていた基板温度の高精度な制御を実現することができた。また、キャリア量制御や元素置換を通じた高温超伝導探索と超伝導メカニズムの研究、及びヘテロ構造などを利用したトポロジカル超伝導探索にも進展があった。薄膜作製装置の改良を推し進め、より高品質なFeSe原子層薄膜の作製を実現する。また、FeSe以外の鉄系超伝導体の薄膜作製や、鉄系超伝導体を基軸としたヘテロ構造の作製にも取り組み、高温超伝導や新奇超伝導相の実現を目指す。同時に、角度分解光電子分光測定を用いた電子状態解析によって超伝導機構の解明に取り組む。薄膜作製装置の改良を進め、高品質なFeSe原子層薄膜、および新規原子層鉄系超伝導体やヘテロ構造を作製し、高温超伝導や新奇超伝導相の実現を目指す。また、角度分解光電子分光測定を用いた電子状態解析によって超伝導機構の解明に取り組む。
ナトリウム輸送性V-ATPアーゼ回転モーターの分子構造とサブユニット間相互作用

腸球菌ナトリウム輸送性V-ATPaseによるイオン輸送は、イオン結合性回転ロータリングリングKとイオンチャネルIとの相互作用により行われる。イオン輸送メカニズムについて、Na+の交換反応の解析を通じて考察した。(i)腸内連鎖球菌V-ATPaseのNtpKリングの22Na^+結合性(約40μMのKd値)とV-ATPase複合体の22Na^+結合性(約30μMのKd値)は、イオンに対する選択性を含めてほぼ同じであり、NtpKリングの性質は本酵素の性質を反映すると結論された。Na^+共役型F-ATP合成酵素はNa^+,Li^+を輸送するだけではなく、これらのイオン非存在下ではH^+輸送と共役することが知られている。本酵素ではこれまでH+輸送を観察することができていないが、NtpKリングの22Na^+結合活性に対するpHの影響を調べることから、H^+の作用を検討した。その結果22Na^+の結合は拮抗的にpHの影響を受けること、H^+によるKi値はpH 5.5で約4μMと算出された。Na^+共役型F-ATP合成酵素と同様に、本酵素NtpKリングのイオン結合部位にNa^+, Li^+と同様にH^+も結合すると推定された。(ii)コムギ胚芽を使用した無細胞タンパク質合成系でV-ATPase全サブユニットの合成を試みて、7種類の親水性サブユニットA,B,C,D,E,F,Gについて合成効率に差があるものの成功した。A_3B_3DからなるV_1部分のコア複合体の形成を、無細胞タンパク質合成系で合成した。ニッケル親和性、陰イオン交換クロマトグラフィーによって精製が可能であることがわかった。ATP加水分解活性はnativeな酵素に較べて著しく低く、今後酵素活性を保持した複合体の合成条件の検討する必要があると考えられた。
環境温度の変動が家禽の松果体と生殖腺の機能形態に及ぼす影響について

これまで筆者は鳥類の松果体の機能形態と光刺激との関連性について追究してきたが、近年、カナヘビ松果体細胞の有芯小胞やライソゾーム等の分泌性構造が環境温度に相関して生殖腺機能とともに季節変動することを明らかにした。そこで本研究では、成鶏を用いて、寒冷曝露による松果体細胞の微細構造、酸性ホスファターゼ(AcPase)活性、セロトニンの免疫反応等の変動、さらに生殖腺の機能形態に及ぼす影響について比較検討した。寒冷曝露された成鶏松果体の微細構造は幾分不活発な様相を呈し、AcPase活性陽性を示すライソゾームの大部分は直径1.0μm以下の小形のものであり、しばしば、脂肪様小滴の周囲にも陽性反応がみられ、セロトニン陽性反応を示す顆粒状構造物はやや減少しており、明暗光周期の暗期のものに類似していた。また、生殖腺機能に関しては、寒冷曝露によって、産卵中の雌成鶏では産卵率が幾分低下したものの最後まで産卵を継続し、雄成鶏では精巣の平均重量がやや低下したものの有意差は認められなかった。このように、本研究において、-510°Cの寒冷曝露を1ケ月間行った結果、松果体細胞の微細構造およびライソゾームのAcPase活性、セロトニンの免疫反応などに関して、機能的にやや不活発な傾向がみられたが、カナヘビのものほど顕著ではなかった。しかし、成鶏松果体では有芯小胞が極めて少ないため、それらの数量の変動による分泌機能に対する寒冷曝露の影響を明らかにすることができなかった。また、この程度の寒冷曝露では、鶏は通常の生理的反応のみで低温環境に対応でき、視床下部-下垂体-生殖腺系にほとんど影響を及ぼさなくて済むような十分な熱を体内で産生出来る強力な生理的調節機構を有するのであろう。今後、さらに低温で、長い期間寒冷曝露を行い、松果体細胞の微細構造とともにライソゾームの役割、特にインドールアミンや脂質の代謝との関連性について検討しなけらばならない。1.12L:12Dの明暗光周期下で、室温を2530°Cに調節して、5週間飼育した雄成鶏の松果体は、先に行った雌成鶏のもの(J. Pineal Res.,6:103110,1989)と比較したところ、松果体細胞に存在する酸性ホスファターゼ(AcPase)活性陽性のライソゾーム様暗調小体が著しく少なく、大部分が直径1.0μm以下の小形のものであった。また、セロトニンの抗体を用いた免疫電顕法では、これらの暗調小体の一部、特に内部に脂肪様小滴を含むものに陽性反応がみられ、しばしば、支持細胞に存在する脂肪様小滴を含む暗調小体にもAcPase活性とともにセロトニンの免疫反応がみられた。なお、雄成鶏松果体において、明暗光周期の暗期の方が明期のものより松果体細胞のミトコンドリアやAcPase活性陽性の大形のライソゾーム様暗調小体がやや少なく、セロトニンの免疫反応もやや弱いのに対し、脂肪様小滴は大形になってライソゾーム様暗調小体との合体も稀になり、雌成鶏のものと類似した傾向を示した。2.同様の光周期下で、室温を510°Cに低下させて5週間飼育した雄成鶏の松果体は、上記の室温が2530°Cのものと比較したところ、セロトニンの免疫反応がやや弱く、松果体細胞のAcPase

活性陽性のライソゾーム様暗調小体がさらに減少し、ミトコンドリアが少なく丸くなり、上記の明期と暗期との間の差異も不明瞭になった。このように、有芯小胞が少ない成鶏松果体では、主に松果体細胞に存在するライソゾームと脂肪様小体がメラトニンの生合成に関与することが明らかになり、さらにそれらの機能に雌雄差が存在し、環境の光条件とともに温度条件にも影響されることが示唆された。しかし、このような低温処理では、精巣の機能形態に影響を及ぼさなかった。これまで筆者は鳥類の松果体の機能形態と光刺激との関連性について追究してきたが、近年、カナヘビ松果体細胞の有芯小胞やライソゾーム等の分泌性構造が環境温度に相関して生殖腺機能とともに季節変動することを明らかにした。そこで本研究では、成鶏を用いて、寒冷曝露による松果体細胞の微細構造,酸性ホスファターゼ(AcPase)活性、セロトニンの免疫反応等の変動、さらに生殖腺の機能形態に及ぼす影響について比較検討した。寒冷曝露された成鶏松果体の微細構造は幾分不活発な様相を呈し、AcPase活性陽性を示すライソゾームの大部分は直径1.0μm以下の小形のものであり、しばしば、脂肪様小滴の周囲にも陽性反応がみられ、セロトニン陽性反応を示す顆粒状構造物はやや減少しており、明暗光周期の暗期のものに類似していた。また、生殖腺機能に関しては、寒冷曝露によって、産卵中の雌成鶏では産卵率が幾分低下したものの最後まで産卵を継続し、雄成鶏では精巣の平均重量がやや低下したものの有意差は認められなかった。このように、本研究において、-510°Cの寒冷曝露を1カ月間行った結果、松果体細胞の微細構造およびライソゾームのAcPase活性、セロトニンの免疫反応などに関して、機能的にやや不活発な傾向がみられたが、カナヘビのものほど顕著ではなかった。しかし、成鶏松果体では有芯小胞が極めて少ないため、それらの数量の変動による分泌機能に対する寒冷曝露の影響を明らかにすることができなかった。また、この程度の寒冷曝露では、鶏は通常の生理的反応のみで低温環境に対応でき、視床下部-下垂体-生殖腺系にほとんど影響を及ぼさなくて済むような十分な熱を体内で産生出来る強力な生理的調節機能を有するのであろう。今後、さらに低温で、長い期間寒冷曝露を行い、松果体細胞の微細構造とともにライソゾームの役割、特にインドールアミンや脂質の代謝との関連性について検討しなければならない。
ラジカル重合の精密解析にもとずく制御とその応用

α-ブロモメチルアクリル酸メチル(MBMA)は単独重合せず共重合も行わず、他のモノマーの重合系に少量添加すると付加開裂機構による効果的な連鎖移動を起こし、ω-末端に置換アリル基の結合した低分子量ポリマーが得られる。α-クロロメチルおよびフェノキシメチルアクリル酸メチル(MCMAおよびMPMA)は、重合するが付加開裂反応も起こすため高分子量にはいたらず置換アリル基を末端基とする単独重合体が得られる。MBMAの連鎖移動剤としての有用性を、MMAのベンゼン中での溶液重合で広い重合率範囲にわたって検討した。MBMA不在下での重合では、ゲル効果のため重合速度と生成ポリマーの分子量は重合の進行にともない増加する。少量のMBMAを添加すると重合初期から末期にいたる広い重合率範囲でポリマーの分子量を効果的に低下できるばかりでなく、重合速度ならびにポリマーの分子量がほぼ一定に保たれる。さらに、NMRで定量した不飽和末端基含量もほとんど変化しないことを明かにした。なお、スチレン(St)の重合を少量のMBMA存在下で行うと、初期には分子量の低下したポリ(St)が生成するが、重合の進行にともない分子量分布は高分子量側に広がることを見出した。この傾向は、Stの重合におけるMBMAの連鎖移動定数が約2と大きいため、[MBMA]/[St]が重合の進行にともない低下することおよび不飽和末端基へのポリ(St)ラジカルの付加が原因であることを明らかにした。MBMA、MCMAおよびMPMAへのラジカルの付加反応性は、開裂と生長の速度定数の比ならびにポリ(MMA)とポリ(St)ラジカルの付加反応性比として評価した。MBMAに対しポリ(St)ラジカルはポリ(MMA)ラジカルより約5倍高反応性である。110°Cでの重合結果より温度上昇による付加開裂の加速が著しく、MCMAやMPMAでも有効な連鎖移動剤となることを見出した。なお、MPMAの重合では生長ラジカルのβ-開裂で生成したフェノキシラジカルがESRで検出された。MBMA、MCMAやMPMAの生長および停止の速度定数(k_pおよびk_t)は決定できなかったが、電子吸引性置換基をもつα-置換メチルアクリル酸メチルとしてα-ベンジルオキシメチルアクリル酸メチルのk_pとk_tを、ESRによる生長ラジカル濃度の決定にもとづき求めたがいずれも置換基の立体障害による低下が認められた。
量子力学と非慣性系

量子力学と非慣性系を組み合わせることによって、既知の諸事実に対して新しい直観的理解を得ること、及び、新事実や新しい型の問題を開発することを目的として研究してきた。(1)慣性系との違いは慣性力が登場することであり、特に「伸縮系」の場合にはそれが調和力となること、その結果「調和振動子のTDSE(時間依存Schroedinger方程式)は適当な伸縮系に移ることによって自由粒子のTDSEに変換される」という「等価定理」を得た。(2)これを用いて、時間に依存するコヒーレント状態やスクィーズド状態など、調和振動子の諸量子状態が「伸び縮みする空間上のGauss型自由波束」という直観的描像によって把握され得ることを示した。また、通常の方法では構成することが非常に困難な、脈動する球状の波束など興味深い波束を閉じた形で構成した。(3)「空間的に一様な電磁場中の荷電粒子は線形加速系と回転系を介して調和振動子と等価になる」ことを示し、荷電粒子の波束の重心運動と内部運動の本質を非慣性系の立場から解き明かした。(4)同様の結果が非線形Schroedinger場の方程式に対しても成立することを示し、ソリトン解の振舞を論じた。(5)Aharonov-Bohm効果を粒子と共に動く非慣性系で定式化し、Berry位相との関係で従来見落とされていた点を、Coriolis力の効果という観点から明らかにした。(6)空間的に捻れた導線に粒子を閉じ込めると捻れがヴェクトル・ポテンシャルと同等の作用をし、「空間幾何学的に誘起されたAharonov-Bohm的効果」が生ずることを証明した。(7)上述の問題は「曲面に閉じ込められた粒子」の問題に継ながるが、後者に関し所謂Dirac量子化法に対して出されていた疑義を吟味し、拘束条件の課し方と「閉じ込めによる有効ポテンシャル」との関連を明らかにした。(8)高さと幅が特殊な「相似則」を保って時間変動するポテンシャル障壁によるトンネル効果を、伸縮系を利用して厳密に解析し、所謂「トンネル時間」なる概念を批判的に吟味した。(9)伸縮系で用いられた「時空のスケール変換」なる概念を応用して、TDSEの拡散方程式的構造を直接検証する実験を提案した。量子力学と非慣性系の絡み合いという観点から、量子力学の諸問題を直観的に理解することを目的として、研究した。考察した非慣性系は、線形加速系、回転系および伸縮系である。これら三系に共通する特徴は、時間を含むSchrodinger方程式(TDSE)が慣性系に於けるのと同じ形式になることであり、慣性系との違いは、各系に特有の慣性力が登場することである。特に伸縮系の場合には、慣性力が調和力となる。このことから直ちに、「調和振動子のTDSEは適当な伸縮系に移ることによって自由粒子のTDSEに変換される」という、「調和振動子と自由粒子の等価定理」が得られる。本研究では、まず、非相対論的量子力学における非慣性系への変換を、物理的意味が明快でかつ応用しやすい形に整備した。

特に、上述の三種の非慣性系を相互比較することによって「伸縮系」への変換の性格を見極めた。次に上述の「等価定理」を証明し、これを利用して、時間に依存するコヒ-レント状態やスクイ-ズド状態などの調和振動子の諸量子状態に対し、伸び縮みする空間上のガウス型自由波束、という直観的描像を得た。また、脈動する球状の波束(「三次元のスクイ-ズド状態」とでも呼べる状態)などを、エネルギ-固有函数の無限級数という形式的なものではなくて、閉じた形で構成した。更に、空間的に一様な電磁場中の荷電粒子も、三種の非慣性系に逐次移行することにより、自由粒子と等価になることを示し、荷電粒子の波束の重心運動と内部運動の特徴を簡潔に把握することができた。また、AharonovーBohm効果を粒子とともに動く非慣性系で定式化し、Berryの位相との関連で従来見落とされていた点を明らかにした。しかも、これがCoriolis力という古典概念によって理解できることを示した。以上とは別に、時空中の超曲面に於ける量子力学的確率の定義可能性について、量子力学における時間の役割の解明をめざして研究した。量子力学と非慣性系を組み合わせることによって、既知の諸事実に対して新しい直観的理解を得ること、及び、新事実や新しい型の問題を開発することを目的として研究してきた。(1)慣性系との違いは慣性力が登場することであり、特に「伸縮系」の場合にはそれが調和力となること、その結果「調和振動子のTDSE(時間依存Schroedinger方程式)は適当な伸縮系に移ることによって自由粒子のTDSEに変換される」という「等価定理」を以前に得ていた。これを用いて、時間に依存するコヒーレント状態やスクィーズド状態など調和振動子の諸量子状態が「伸び縮みする空間上のGauss型自由波束」という直観的描像によって把握され得ることを示した。(2)「空間的に一様な電磁場中の荷電粒子も適切な非慣性系に移行することにより自由粒子と等価になる」ことを示し、荷電粒子の波束の重心運動と内部運動の特徴を簡潔に把握した。(3)AB効果を粒子と共に動く非慣性系で定式化し、Berry位相との関係で従来見落とされていた点を、Coriolis力の効果という観点から明かにした。(4)空間的に捻れた導線に粒子を閉じ込めると捻れがヴェクトル・ポテンシャルと同等の作用をすることを証明した。(5)上の問題は「曲面に閉じ込められた粒子」の問題に継ながるが、それに関し所謂Dirac量子化法に対して出されていた疑義を吟味し、拘束条件の課し方と「閉じ込めによる有効ポテンシャル」との関連を明らかにした。(6)高さと幅が特殊な関係を保って時間変動するポテンシャル障壁によるトンネル効果を、伸縮系を利用して厳密に解析し、所謂「トンネル時間」なる概念の一意的妥当性を批判した。(7)一様加速度系で定式化した場の量子論に於いて現れる熱力学的性質、及び、時空間の曲面(即ち時刻の一定でない超曲面)上や有限の時空領域上に於ける量子論的確率の定義可能性の問題を、広義の非慣性系量子論の一環として論じた。特に後者に関しては、定義可能条件を定式化し、同条件を満たす具体例を構成し、得られた確率の意義を明かにした。量子力学と非慣性系を組み合わせることによって、既知の諸事実に対して新しい直観的理解を得ること、新事実や新しい型の問題を開発すること、および未解決の諸問題に対して新しい近似法を考案することを目的とした研究を昨年度に引続き行った。非慣性系を利用してEhrenfestの定理を従来より精密な(つまり、波動函数の位相に関する情報をも取り込んだ)形で定式化できるという可能性についての考察を進めた。
減数分裂前期の相同染色体対合機構に寄与する分子メカニズムの解析

減数分裂における相同染色体の対合は相同組み換えと還元型染色体分配にとって非常に重要である。減数分裂時における相同組換えには、まず相同染色体が互いに見つけて対合することが必要である。しかし、相同染色体同士が如何にしてお互いを認識するのかは全く解明されていない。本研究では、分裂酵母の減数分裂特異的発現するmeiRNA-Lという非コードRNAが染色体上にRNAドットを形成し、早期の相同染色体認識・対合を促進することを発見した。本申請研究では、相同染色体の相互認識機構の解明を目指し、分裂酵母減数分裂期における相同組換え非依存的相同染色体の対合機構の同定・解析を目的としている。今年度の研究で、新規対合ホットスポットの検索同定を試みた。具体的には、網羅的に染色体ローカスを可視化した。sme2ローカスとの類似性に基づき、まずDSB形成のホットスポット付近、しかもDSBの附近に長いnon-coding RNAやStel1に制御される減数分裂期特異的発現する遺伝子が局在する領域など約30箇所を絞ってLacO反復配列を挿入し、LacI-GFPの同時発現により当該領域の染色体を可視化し、対合を調べた。その結果、第1染色体のテロメア付近に一つ高い対合を示す染色体ローカスを同定した。このローカスでは野生株とDSB形成欠損株の両方に於いて高い対合活性を示し、上流に減数分裂期特異的発現する遺伝子が局在する。今後の研究でこの新規の対合サイトを詳細に調べる予定である。一方、sme2対合サイトの高い対合活性に寄与する分子機構について、興味深い知見を得られた。sme2-RNAドットを可視化し、Mei2タンパク質との関係を調べると、sme2の5'側500bpはMei2と結合するドメインとみられ、その部分を破壊すると、Mei2ドットは作らなくなるが、sme2-RNAドットが安定に存在し、対合も野生株並みに行う。このことから、Mei2タンパク質は対合に必要ではなく、sme2-RNAの安定性に深くかかわることが示唆された。また、sme2-RNAにRNA3'末端プロセシング因子がいくつか結合していることが明らかになった。それらの因子を検討した結果、sme2-RNAと共局在し、しかもsme2座以外にも染色体上数箇所でドットを形成する因子が複数同定された。昨年度までの研究で、分裂酵母第2染色体のsme2遺伝子座が対合のホットスポットであり、相同染色体の認識に寄与することを明らかにした。今年度の目標は更なる対合のホットスポットの同定およびsme2対合ホットスポットに寄与する分子メカニズムの解析である。昨年度に同定した新規の対合ホットスポットを他の染色上に移動し、ectopicな対合を引き起こせるかについて検討したが、そのような効果が得られなかった。一方、sme2遺伝子座の広がり効果を調べた結果、sme2から200kb離れても、対合を促進する効果があることが分かったので、今後新規ホットスポットの対合活性に寄与する真のDNA断片を同定する場合、染色体上の範囲を広めで捜索する必要があることが判明された。sme2RNAに強く結合するMmi1因子が存在することが知られている。Mmi1は減数分裂特異的メッセンジャーRNAを選択的に除去することによって減数分裂の開始を制御するタンパク質である。共同研究先の東大山本研とともに、sme2RNAもMmi1の制御を受けること、さらにMmi1の変異株では、sme2RNAの量が増えることがわかった(Yamashita et al.,Open Biology2012)。面白いことに、Mmi1の変異株で、sme2サイトの対合率が野生株よりも大幅に促進され、対合には染色体上の局所に集積するRNAの量に比例することが示唆された。今後は染色体結合RNAを同定する方向で研究を進めたい。これまでの研究成果をまとめた論文は「サイエンス」誌に掲載確定である。昨年度までの研究で、分裂酵母第2染色体のsme2遺伝子座が対合のホットスポットであり、sme2遺伝子座から減数分裂期特異的に転写されるnon-coding RNA meiRNA-Lがsme2遺伝子座に集積し、相同染色体の認識に寄与することを明らかにした。これまでの研究成果をまとめた論文が「サイエンス」誌に掲載された。

今年度はゲノムワイドにlacO反復配列を挿入し、網羅的に染色体の対合のダイナミクスを調べて、特に減数分裂期前期の早いタイミングで、且つ減数分裂期組換えの開始反応であるDNA二重鎖切断(DSB)非依存的に高対合頻度を示し染色体ローカスを発見することを目標としている。これまでに標識したローカスの対合活性を調べた結果、一部のローカスが高い対合活性を示すものの、すべてDNA二重切断因子に依存した対合活性で、目的とするローカスではなかった。今年度ではさらに約100箇所を選んで、平均100kb以内の間隔でゲノム全体をカバーできるように設計した。挿入する場所は基本的に遺伝子と遺伝子の間のintergenic配列部分で、また最新のデータベースを参照し、非コードRNAのコード領域を避けて、なるべくゲノム機能に影響を与えないように挿入している。現在挿入済みサイトの対合を順次観察中である。今までの観察結果、テロメアから比較的近い染色体領域では、減数分裂期前期の初期に一時的に顕著な高い対合頻度を示し、その後、対合頻度が一度下がってから再び上昇することが分かった。この現象は発芽酵母やマウスで見られるDNA二重切断前の対合現象と相似性があり、今後相同組換えに必要なタンパク質と関連性からさらに詳しく解析する予定である。交付申請で記載した計画の方向と違ったが、予想外の研究結果を得られたので、研究の新しい方向が見えてきた。24年度が最終年度であるため、記入しない。これまでの研究によって、RNAの染色体上の蓄積が相同染色体の認識・対合に寄与することが明らかになったので、本研究課題の今後の推進にはRNA-IPなどの手法を用いてゲノムワイドに減数分裂期染色体に結合するRNAおよびRNAの多量蓄積染色体領域の同定を目指したい。
ポジトロニウムのレーザー冷却の実現と光周波数コムによる弱い等価原理の検証

ポジトロニウム(Ps)のレーザー冷却のためには、Psの寿命程度のパルス幅と、シリカエアロゲルによる予備冷却後の温度に対応する、広いスペクトル広がりを持つ特殊なパルス光源の開発が必要であった。本年度は単一縦モード外部共振器型半導体レーザーに注入同期させ、電気光学変調器を共振器内部に配置したチタンサファイアパルスレーザーを開発し、パルス幅約500ns、スペクトル幅約20GHz、波長729nmのパルス発生に成功した。既に準備が完了している増幅を行い、三倍波発生を通じて243nmに変換することで、Psの冷却用レーザーが完成する。なお、低繰り返しレーザーの単ショットでのスペクトル幅観測のため、特注エタロンを用いた測定系を構築した。加えて、陽電子ビームを用いたPsの発生タイミングに対して、相対的に冷却用レーザーパルスの照射タイミングを調整するため、励起レーザーの出力タイミングの電気的制御を行った。また、Psの遷移周波数の精密な測定に用いる可搬型フェムト秒光周波数コムの安定化を進めた。一方、Ps生成材料の選定はKEKの低速陽電子施設(SPF-B1ビームライン)で実施した。従来の陽電子ビームは時間的、空間的にひろがった構造を持っているため、Psの高密度な発生のためには支障がある。そこで+5300Vの高電圧パルスチョッパーを製作、導入し、また、磁気集束レンズを設置した。これにより、陽電子ビームを16nsの短パルス、直径1.5mm(半値全幅)まで絞ることができた。陽電子集束点にPs生成材料候補を配置し、生成率を測定した。現在までに、JFCC製の0.5mm厚シリカエアロゲルで約50%の高い生成効率が得られることが明らかになっている。加えて、3月のビームタイムにおいては、集束点のシリカエアロゲルに1S-2P遷移用の243nmレーザーを照射して実験を実施した。この結果については現在解析を進めている。ポジトロニウムのレーザー冷却のための特殊なパルス光源は完成目前であり、陽電子ビームラインでの実験を想定した光学系の寸法で構築することを含めて準備が進んでいる。光源開発として最も困難が想定された部分は本年度に達成することができ、パルス増幅や三次高調波発生の準備も既に完了している。光周波数コムによる遷移周波数の測定も可搬なセットアップで実施できることも実証することができた。また、高密度なポジトロニウム生成のための低速陽電子ビームの短パルス化、空間収束を実現することができた。冷却レーザー照射前のポジトロニウムの発生と熱化、および紫外照射のための材料には現在、シリカエアロゲルを有力な候補としており、陽電子ビーム照射に対するポジトロニウムの生成効率の評価を進めることができた。さらに、レーザー冷却に用いる遷移に同調したレーザーを照射する試行を行い、レーザー冷却実証実験のための準備を着実に進めることができた。以上の状況から、本研究課題はおおむね順調に進展しているものと判断した。次年度は本研究課題の最終年度であり、ポジトロニウムの世界初のレーザー冷却を実証したい。冷却用光源の準備は順調であり、ポジトロニウムの生成と熱化のための材料の確定および、ポジトロニウムの温度測定のための光源構築が最後の課題として残っている。陽電子施設のビームタイムに合わせながら、年度前半の期間にこれらの課題解決を進め、集中的にレーザー冷却の実証実験を行う計画である。また、進捗に応じてすぐに重要な遷移周波数の測定を実施できるよう、可搬フェムト秒光周波数コムによる光周波数測定の簡素化および安定化をさらに推進する。本年度は、ポジトロニウムの冷却用光源の製作、遷移周波数計測のためのフェムト秒周波数コムの製作、およびシリカ微小キャビティを用いた冷却の開拓を下記のように進めた。729nmの外部共振器型半導体レーザーを製作し、これをシード光とする安定化を施したチタンサファイアパルスレーザーを設計、構築した。共振器の反射率を適切に設定することで、ポジトロニウムの寿命を超えるパルス幅のパルス発振に成功した。次に、冷却に必要なパルスエネルギーを得るためQスイッチYAGレーザーの第二高調波で励起したチタンサファイア結晶を用いてマルチパスアンプを構築し、増幅が機能することを確認した。また、エタロンを用いた発振スペクトル測定の準備を進めた。一方、加速器施設等での実験時間の制限を考慮し、比較的コンパクトな可搬チタンサファイア光周波数コムを製作した。小型光学定盤上に、長期安定なモード同期チタンサファイアレーザーを製作し、f-2f干渉計を用いて検出したオフセット周波数を安定化した。繰り返し周波数の安定化は、ルビジウムセルを用いて原子遷移に外部共振器型半導体レーザーをロックし、これに対して光周波数コムの1本の櫛をロックすることで周波数安定化を実現した。また、ポジトロニウムを効率良く冷却するために、シリカ微小キャビティ中に封じ込めることを予定している。この微小キャビティ製作手法を開発した。インプリントによる方法と電子リソグラフィによる方法を両方試し、どちらでも100nmサイズの空孔を製作出来た。このキャビティにKEK低速陽電子ビームを照射し、ポジトロニウム生成率等の基礎スタディをおこなった。また、シリカエアロゲルを用いてシリカ壁とのエネルギー交換による冷却パラメータも測定した。その結果、低温になるとエネルギー交換効率が落ちることが判明した。ただし、効率の低下はレーザー冷却で補える範囲であった。当初計画していたポジトロニウムのレーザー冷却用の光源開発は、およそ順調に進んでいる。

当初は電気光学変調器を用いて光スペクトルに変調を加えた単一縦モードレーザーを用いて、パルスチタンサファイアレーザーを注入同期する計画であったが、レーザー共振器内に電気光学素子を配置する試みを進めている。この点は全体計画においては小さな変更であり、進捗に影響はないものと考えている。一方、当初は検討を進める程度の予定であった、ポジトロニウムの遷移周波数の絶対周波数測定に用いるフェムト秒光周波数コムについては、実際に加速器実験施設においても使用可能な可搬で小型なシステムの構築に成功した。これは当初計画を超えた進捗である。さらに、当初計画を上回る進捗として、レーザー冷却の前段階の冷却に重要な、シリカエアロゲルとポジトロニウムのエネルギー交換に関する実験的研究をKEK低速用電子ビームを用いて進めることができた。ポジトロニウム(Ps)のレーザー冷却のためには、Psの寿命程度のパルス幅と、シリカエアロゲルによる予備冷却後の温度に対応する、広いスペクトル広がりを持つ特殊なパルス光源の開発が必要であった。本年度は単一縦モード外部共振器型半導体レーザーに注入同期させ、電気光学変調器を共振器内部に配置したチタンサファイアパルスレーザーを開発し、パルス幅約500ns、スペクトル幅約20GHz、波長729nmのパルス発生に成功した。既に準備が完了している増幅を行い、三倍波発生を通じて243nmに変換することで、Psの冷却用レーザーが完成する。なお、低繰り返しレーザーの単ショットでのスペクトル幅観測のため、特注エタロンを用いた測定系を構築した。加えて、陽電子ビームを用いたPsの発生タイミングに対して、相対的に冷却用レーザーパルスの照射タイミングを調整するため、励起レーザーの出力タイミングの電気的制御を行った。また、Psの遷移周波数の精密な測定に用いる可搬型フェムト秒光周波数コムの安定化を進めた。一方、Ps生成材料の選定はKEKの低速陽電子施設(SPF-B1ビームライン)で実施した。従来の陽電子ビームは時間的、空間的にひろがった構造を持っているため、Psの高密度な発生のためには支障がある。そこで+5300Vの高電圧パルスチョッパーを製作、導入し、また、磁気集束レンズを設置した。これにより、陽電子ビームを16nsの短パルス、直径1.5mm(半値全幅)まで絞ることができた。陽電子集束点にPs生成材料候補を配置し、生成率を測定した。現在までに、JFCC製の0.5mm厚シリカエアロゲルで約50%の高い生成効率が得られることが明らかになっている。加えて、3月のビームタイムにおいては、集束点のシリカエアロゲルに1S-2P遷移用の243nmレーザーを照射して実験を実施した。この結果については現在解析を進めている。ポジトロニウムのレーザー冷却のための特殊なパルス光源は完成目前であり、陽電子ビームラインでの実験を想定した光学系の寸法で構築することを含めて準備が進んでいる。光源開発として最も困難が想定された部分は本年度に達成することができ、パルス増幅や三次高調波発生の準備も既に完了している。光周波数コムによる遷移周波数の測定も可搬なセットアップで実施できることも実証することができた。