hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
場の量子論における数学的諸問題と無限次元解析

さらに,ここで考察された系が量子化された輻射場に結合した場合にどうなるかを調べた.その結果,L(R^3)と量子幅射場のフォック空間とのテンソル積ヒルベルト空間上に新しいクラスのCCRの表現が構成された.これはいままでに知られていない演算子による表現であり,独創的な発見である.(2)超対称性代数の無限次元非有界表現の研究との関連において,ボソン-フェルミオンフオック空問上のDirac作用素のある一般的な族が強反可換であるための必要十分条件を基礎ヒルベルト空間上のDirac作用素の族の強反可換性を用いて特徴づけた.これは,超対称的場の量子論や共形場理論への応用において重要な定理のひとつとなることが期待される.(3)非相対論的な場の量子論にあらわれる埋蔵固有値の摂動問題をヒルベルト空間によって添え字づけられた正準交換関係の表現論の観点から考察し,あるクラスの理論の構造を明らかにした.この場合に鍵となる概念は,非可逆的ボゴリューボフ変換である.この結果は,無限自由度のCCRの表現論において新しい側面を切り開くものである.(4)有限次元のシュレ-ディンガー作用素の最低エネルギーの下からの評価に関して,新しい評価を導出した.
ラテンアメリカにおける地域統合の進展と「米州自由貿易圏」の形成をめぐる交渉過程

16年4月1日から平成17年3月31日にかけて日本学術振興会の特別研究員(PD)に採用されたことにより、研究代表者は、特別研究員奨励費の交付を受けて「ラテンアメリカにおける地域統合の進展と『米州自由貿易圏』の形成をめぐる交渉過程」と題する研究課題に取り組み、南米南部共同市場(MERCOSUR)とアンデス共同体(CAN)における「サブ地域」的な地域統合の現状分析を行い、これらのサブ地域と南北アメリカ全体における「大陸」的な地域統合の相関関係について国際政治学的な観点から実証的な調査・研究を行った。本研究課題の当初の計画では、3年間と通じて、まず、徹底したフィールド・ワークを実施しつつ理論的考察を行い、最後に全体の研究成果の発表する予定であったが、就職が決定したことにより、この計画を1年間で中断せざるを得なかった。しかし、近い将来に再び本研究課題を再開できるまでの研究基盤を構築することができたと思われる。1年間の研究期間を通じて、理論的考察とフィールド・ワーを研究活動の柱とした。まず、理論的な考察において、欧州連合の事例研究から派生した国際統合理論のラテンアメリカ地域への適用を様々な角度から比較検討した。そのうえで、2回の海外渡航で徹底した情報収集の一環として政府や企業の関係者へのインタビューや資料収集を行い、理論的な枠組みに基づく実証研究の段階に入った。1年次が終了した時点で本格的な研究実績は発表されていないが、学術雑誌などへの投稿を準備している。
教育委員会人事担当職員の職務とその専門的力量形成に関する実証的研究

当初の研究計画に従って実施したが、以下のような研究成果が得られた。更に進めていることも含めて報告する。1.東日本の都道府県教育委員会訪問調査については次のように実施した。昭和63年8月に、東日本7県及び2政令指定都市教育委員会の主任管理主事クラスの担当者に対して、研究分担者が手分けして面接査を実施した。これにより得た資料を検討した結果、以下のことが明らかになった。(1)管理主事の仕事は、人事事務処理能力、情報収集能力、教育行政の識見、などが求められる。(2)管理主事として必要とされる専門的力量は、中堅教員研修を中心とする現職教員研修や、管理主事としての任用後の厳しい職務の中で形成される。(3)概ねこのように把握できるものの、各県によってその実態は多様であり、個々の管理主事の力量及びその形成過程についてはアンケート調査による詳細な分析によらなければ把握し得ない。2.個々の管理主事へのアンケート調査については、平成元年1月末から2月中旬にかけて実施した。具体的には全国の道府県委員会本庁及び地方教育事務所へ調査票を配布し、約4割を回収した。このデータを整理し、コンピュータに入力し、管理主事の専門的力量の内容と、その形成過程についての属性別クロス集計とその分析を終わったが、更に詳細な分析を進めている。3.全国の都道府県教育委員会規則などの資料・文献の収集と、それらの利用については、38県の教育行政関係条例・規則集(39冊)他、各種資料や文献を収集することができた。これらを上記の分析や確認の際に利用している。
多層サブミクロン薄膜のせん断負荷による界面端はく離発生機構の解明

本年度は,前年度開発した多層サブミクロン薄膜のせん断負荷評価試験装置を用いて,実際のLSIに用いられる薄膜を対象として,界面強度評価を行った.まず,薄膜のせん断はく離強度について力学的に検討した.汎用有限要素コードANSYSを用いて応力解析を行い,界面端部近傍の応力特異場について検討した.開口モード並びにせん断モードのそれぞれについて,破壊は端部の特異応力場に支配されていることを解明することができた.また,実験結果ならびに応力解析結果より,はく離発生条件をじん性値として破壊力学的に評価した.これによって,外部の負荷条件や試験片形状に依存しない力学的なパラメータによる定量評価が可能となる.今回対象とした窒化珪素膜と銅の界面においては,開口モードに比べてせん断モードの強度が非常に小さいことがわかった.これは、各モードについて界面強度を定量的に評価する必要性があることを示唆している.一方,実際のはく離は膜のコーナー部で発生する.そこで,コーナー部からのはく離を実現するはく離試験方法についても開発した.結果として,はく離はコーナー部から発生し,応力解析の結果からはこれまでの2次元解析により得られた強度とは若干の差異が見られた.より詳細に端部近傍の応力状態を検討した結果,コーナー部からのはく離においては開口モード成分とせん断モード成分の相互作用によってはく離が発生していることが判明した.これらの定量的な評価については今後の課題であると考えられる.LSIに代表される微小な構造物は,厚さ1ミクロン以下の薄膜で形成されており異材界面におけるはく離が信頼性の点で重要な問題となっている.高温プロセスに晒される電子デバイスにおいては,界面を構成する異材間の変形のミスマッチに起因してせん断応力が発生する.本研究では,基板上の多層サブミクロン薄膜について界面端部のせん断によるはく離発生機構について検討した.13年度は,せん断負荷試験法の開発に焦点をおき新しい試験法の提案に取り組んだ.得られた成果は以下のように要約できる.1.せん断はく離強度を評価する為には,界面に圧縮応力をかけつつはく離させることが有効であることを示唆した.そこで,Dye-shear用の冶具を用いて有効な負荷を加えることが可能であるせん断はく離試験法を提案した.2.上記の試験法を実際にLSIに用いられる薄膜に適用した.提案した試験法は,せん断はく離試験法として有効な手段であることを確認した.3.応力解析の結果,はく離は界面端部の応力集中により発生していることを示すことができた.はく離の発生した発生界面端部においてはせん断の応力集中が支配的であることが明らかとなった.4.以上の得られた成果は,界面端部におけるせん断はく離発生条件を破壊力学的に評価することが有効であることを示唆している.そこで,界面はく離発生条件について破壊力学的評価を実施した結果,界面固有の強度特性値として定量的に評価することに成功した.本年度は,前年度開発した多層サブミクロン薄膜のせん断負荷評価試験装置を用いて,実際のLSIに用いられる薄膜を対象として,界面強度評価を行った.まず,薄膜のせん断はく離強度について力学的に検討した.汎用有限要素コードANSYSを用いて応力解析を行い,界面端部近傍の応力特異場について検討した.開口モード並びにせん断モードのそれぞれについて,破壊は端部の特異応力場に支配されていることを解明することができた.また,実験結果ならびに応力解析結果より,はく離発生条件をじん性値として破壊力学的に評価した.これによって,外部の負荷条件や試験片形状に依存しない力学的なパラメータによる定量評価が可能となる.今回対象とした窒化珪素膜と銅の界面においては,開口モードに比べてせん断モードの強度が非常に小さいことがわかった.これは、各モードについて界面強度を定量的に評価する必要性があることを示唆している.一方,実際のはく離は膜のコーナー部で発生する.そこで,コーナー部からのはく離を実現するはく離試験方法についても開発した.結果として,はく離はコーナー部から発生し,応力解析の結果からはこれまでの2次元解析により得られた強度とは若干の差異が見られた.より詳細に端部近傍の応力状態を検討した結果,コーナー部からのはく離においては開口モード成分とせん断モード成分の相互作用によってはく離が発生していることが判明した.これらの定量的な評価については今後の課題であると考えられる.
V1a受容体を介する下垂体後葉ホルモンによる循環血漿量の調節機構の解明

研究代表者(青柳利紀)は平成20年度においては研究目的にも記載したマクラデンサ細胞i土おけるV1a受容体の発現とそのレニンアンギオテンシン系への関与についての論文を投稿しAmerican Journal of Physiology Renal Physiologyに受理された。また同研究内容についてAmerican Society of Nephrology 2008において発表を行い建設的な意見交換を行うことができた。また研究代表者は、ユタ大学Dr. Yangとの共同研究で、尿細管、集合管細胞のインサートチャンバー初代培養方法の他に、LPS、シスプラチン、cecal ligation and perforation(CLP)などを用いたin vivo急性腎障害の誘導方法、Ussing Chamberを用いた集合管細胞のイオントランスポーター活性の測定方法等、腎機能評価を行った。さらにDr. Yangの研究室において作成されたチアゾリジン系薬剤の受容体として知られるPPARγの組織特異的ノックアウトマウスを用いて、同薬剤による体液貯留誘導メカニズムの解析を行った。平成20年度に習得した実験方法を用いて、平成21年度研究計画に記載しているV1a受容体のチアゾリジン系薬剤誘導性体液貯留への関与について応用を図る。今後研究計画に記載した株化マクラデンサ細胞におけるV1a受容体の発現やTG甘システムの機能評価として有用なマイクロパンクチャー法の習得し、研究を進める予定である。研究代表者(青柳利紀)は平成20年度においては研究目的にも記載したマクラデンサ細胞におけるV1a受容体の発現とそのレニンアンギオテンシン系への関与についての論文を投稿しAmerican Journal of Physiology Renal Physiologyに受理された。その後平成21年度においては、我々の研究によりこれまでに明らかになったV1a受容体を介した血圧、血漿量調節機構について総説を執筆し腎臓研究における一流誌であるKidney Internationalに投稿し受理された。また研究代表者はユタ大学のDr. Tianxin Yangとの共同研究で尿細管、集合管細胞のインサートチャンバー初代培養方法の他に、LPS、シスプラチン、oecal ligation and perforation(CLP)などを用いたin vivo急性腎障害の誘導方法、Ussing Chamberを用いた集合管細胞のイオントランスポーター活性の測定方法等、腎機能評価方法を幅広く習得することができた。さらにDr. Yangの研究室において開発されたチアゾリジン系薬剤の受容体として知られるPPARγのCre/Loxpシステムを用いた組織特異的な遺伝子欠損マウスを用いた機能解析を行うことにより、同薬剤による体液貯留誘導メカニズムの解析を行った。平成21年度においてはさらに薬剤誘導性PPARγ遺伝子欠損マウスを用いた研究により同遺伝子が交感神経の活性化及びそれによる血圧調節に密接に関与していることが明らかとなった。この共同研究で得られた実験方法はトレL-uaング終了後に研究計画に記載したVla受容体のチアゾリジン系薬剤誘導性体液貯留への関与について応用できる。今後研究計画に記載した株化マクラデンサ細胞におけるVla受容体の発現やTGFシステムの機能評価として有用なマイクロパンクチャー法を用いて研究を行う予定である。
全自動１細胞解析単離装置による大規模嗅覚受容体レパトア解析

細胞整列化を可能にするマイクロチャンバーアレイチップを用いて20万細胞からなる嗅上皮細胞群の細胞アレイを形成させた。この細胞アレイチップを我々の開発する灌流系搭載型の全自動1細胞解析単離装置に設置し,特定の匂い分子の刺激に対して一過的に反応する嗅覚細胞を大規模かつ経時的に解析して特定し,目的とする嗅覚細胞を1細胞ずつ単離した。単離した個々の1細胞を遺伝子解析に供し,匂い分子特異的に結合する嗅覚受容体群の組み合わせを同定した。哺乳動物は、嗅覚受容体を発現する嗅覚細胞によりその数40万種とも言われる匂いを知覚する。一方、嗅覚受容体の種類はヒトで約400種類、犬やマウスで1,000種類程度であり、匂いの種類に比べてその数は圧倒的に少ない。しかし、特定の匂いに対して強い親和性を示す嗅覚受容体が存在する一方、弱く親和性を示す他の嗅覚受容体群も協調的に働き、それらの組み合わせにより膨大な種類の匂い識別を可能にしている(嗅覚受容体レパトア概念)。匂い分子による嗅覚細胞の応答の強弱を試験管内で解析するには、匂い分子と嗅覚受容体が結合した時、嗅覚細胞がCaイオンを取り込む性質を利用して、蛍光Caインジケータで可視化・数値化する。従って、実験系としては匂い分子による嗅覚細胞の刺激と緩衝液による洗浄を潅流装置により連続的に行い、顕微鏡観察下で長時間蛍光輝度変化を観察する必要がある。一方、我々がこれまで開発してきた全自動1細胞解析単離装置は直径10μmのウェルが256,000個掘られたアレイチップに細胞を導入することで細胞を整列し、一度に20万細胞以上を解析できる。今回さらに潅流系を搭載することで嗅覚細胞アレイのリアルタイム蛍光変化差分解析(タイムラプスサイトメトリー)を可能にした。本系により匂い分子に応答する嗅覚細胞の応答をハイスループットに観察・解析した。これまでは1回の実験で約5,600個の嗅上皮細胞由来細胞群の解析規模であったが、本研究では約9倍の50,000細胞の解析を可能にした。研究途中、嗅上皮に含まれる嗅覚細胞の含有率は4.6%の頻度で検出されると判明し、1度に2,0002,500細胞の嗅覚細胞の応答が解析できると示唆された。今後、温調システムを装置に実装(これまでは室温解析)して細胞の生存率を安定させ、より解析エリアを広域化する改善も取り入れ、精密な嗅覚受容体レパトア解析を行っていく予定である。当初研究計画にあった全自動1細胞解析単離装置本体の改造は平成26年度後半から27年度後半にかけて大きくバージョンアップされ、本年度研究では、1)装置の基本的動作の再確認を実施した他、これまでの成果をScientific Reportへ投稿したところ、2)嗅上皮由来細胞に含まれる嗅覚細胞の純度と正確な陽性判定閾値を調べるよう要求され、これまでの研究追試と追加実験を行った(Sci. Rep. 6, 19934 (2016); 2015年12月21日アクセプト、2016年2月2日掲載およびプレス発表)。具体的にはマウスから嗅上皮を採取して、蛍光カルシウムインジケータ(Fluo4-AM (Ex495/Em518))を含むリンガー溶液中に懸濁し、直径10 μmのマイクロチャンバーアレイチップ(256,000ウェル)上に設置した潅流チップ内に嗅上皮を播種した。各濃度の匂い分子(尿中に含まれる揮発性肺癌マーカー(2-pentanone,pyridine,2-butanone)や、化粧品等に含まれる香気成分eugenol)を含むリンガー溶液を潅流系により送液して嗅覚細胞を刺激し、全自動1細胞解析単離装置によるタイムラプスサイトメトリー解析を行った。マイクロチャンバーへの嗅上皮由来細胞導入効率は透過画像および核染色で確認し、嗅覚細胞表面抗原であるNCAM2の免疫染色により嗅覚細胞アレイの純度を確認した。結果、嗅覚上皮由来細胞に含まれる嗅覚細胞は4.6%と判明した。さらにOR73( eugenol第一受容体)のCアミノ末端に赤色蛍光タンパク質を融合したM71-RFPを発現するトランスジェニックマウスを用い、経験則に基づく陽性判定閾値(蛍光輝度変化量FーFo > 30(F,匂い分子刺激後の蛍光実測値; Fo,解析細胞全体の初期蛍光バックグラウンド平均値))を正確に測定する実験も併せて行った。結果、陽性判定をF=Fo+3SDとして算出したところ、これまでの経験則に基づいたF=Fo + 30と同等であると判明した。本研究では全自動1細胞解析単離装置を用いたタイムラプス解析向けに、特に1)細胞への侵襲性の検定、2)新灌流系を用いた新たな匂い分子のORスクリーニング、3)目的細胞検出の更なる高感度化を行った。1)CHO細胞をモデルに用いて1細胞からの増殖試験を行った。詳細には抗体分泌CHO細胞1個が分泌する抗体を個々の細胞周辺に非侵襲的に固定化してFIA方式で定量検出する系(CS-FIA、木田ら、Anal. Chem. 85, 1753-9(2013))を用い、全自動1細胞解析単離装置を用いて陽性細胞を1細胞ずつ単離して増殖させた。

結果、45個の細胞から37個(82%)の増殖が確認できた。これにより嗅覚細胞への低侵襲性が示唆され、ORスクリーニング成功率の1つの要素となると考えられた。2)新作の解析エリアを広げたORスクリーニングを実施した。匂い分子に加齢臭の成分であるnonenal(30、300 μM)を用いて嗅細胞群を刺激した。アッセイした約10,000細胞の内nonenalに反応した細胞は71個(nonenal両濃度でのアッセイ総計)と検出され、内反応の良い細胞11個を回収し1細胞RT-PCRに供した。3個についてPCRに成功し、解析の結果OlfR156、262、877が同定された。3)新しい低バックグラウンドのマイクロチャンバーアレイチップを開発するべく、基板(ガラス、テンパックス、石英)上にSU8光硬化樹脂を塗布し、18 20 μmの深さでウェルをパターンニングした。全自動1細胞解析単離装置を用いて5、50、100 msecの露光時間で樹脂を塗布した基板の自家蛍光を観察したところ、いずれもRFU(0 255)< 10を示し、現行のPSスライド(RFU = 30程度)より低い値を示した。これは新作チップの方が低バックグラウンドであり、相対的に感度が改善されることを示す。細胞整列化を可能にするマイクロチャンバーアレイチップを用いて20万細胞からなる嗅上皮細胞群の細胞アレイを形成させた。この細胞アレイチップを我々の開発する灌流系搭載型の全自動1細胞解析単離装置に設置し,特定の匂い分子の刺激に対して一過的に反応する嗅覚細胞を大規模かつ経時的に解析して特定し,目的とする嗅覚細胞を1細胞ずつ単離した。単離した個々の1細胞を遺伝子解析に供し,匂い分子特異的に結合する嗅覚受容体群の組み合わせを同定した。1)平成27年度におこなった別実験(4°C、25°C、37°Cでの細胞生存率の測定)から、これまでの室温(25°C)での反応では細胞の生存率が低下すると判明した。従って温調システム(37°Cが最適)を併用する。2)本研究において1試行で解析できる細胞数を約5,500細胞から約50,000細胞と約9倍にするべく、解析サブエリアの広域化により、約5,500から約50,000細胞解析は達成されたが、嗅上皮由来細胞に含まれる嗅覚細胞の含有率(4.6%)が低く、より解析エリアを広域化する必要があると思われた。対応策として現行10倍対物レンズが仕様であるが4倍対物レンズにカスタマイズして視野をより広くし、現行2×2サブエリア/スナップショットを4×4サブエリア/スナップショットへと更に広域化する(本年度達成した約9倍の更に4倍増、約20万細胞)。レンズを低倍率にする事により、データ解像度の低下が生じると想定されるので、画像読み込み速度を高速化するために解析ソフトの改良も視野に入れる。3)実際に匂いの需要のプロである企業からの人員配備で研究を強力に進める。具体的には次年度の布石として共同研究先を探した。現在、大学機関では2研究室内定(阪大、東大)、企業では4社確定(大阪大学-細胞工学研究所・共同研究契約締結、大阪大学-アズワン株式会社-古河電気工業株式会社・3者間共同研究契約締結)、さらに次年度行う予定の複雑な匂い混合物に関する研究推進のため、企業2社と研究打合せを綿密に行い、三栄源エフ・エフ・アイ(香料関係企業、大阪)、天野エンザイム(酵素関係企業、名古屋・岐阜)との共同研究を進めるべく現在進行形で打合せを行っている。生物工学
培養細胞治療に最適化した,フルメタル・バリアメンブレンを用いる 次世代歯周再生療法

従来のバリアメンブレンの厚みによる組織再生の阻害と,易感染性を解消した新規組織隔壁膜を創製し,歯周組織再生治療を向上するため、バリア機能を生み出す20μm貫通孔を高密度形成,微細多孔構造を構築したチタンメンブレンを製作した。ヒト歯根膜由来細胞による培養試験では、良好な細胞付着と増殖を示し、組織再生に有望であることが示された。さらにビーグル犬を用いた試験でもその有用性が確認された.当課題の全体像は、細胞が生体内を遊走する際に必要となる足場を確保することが、歯周組織再生の飛躍的発展を叶えることから、そのための生体材料を開発するものである。それを達成すべく、バリアメンブレンを単なる細胞透過を阻止するフィルターではなく、スキャフォールドとしての性能を兼ね備え、かつ、従来のバリアメンブレンにおける最大の懸念材料であった、細菌侵入による感染等の合併症抑止能力備えた、純チタン製メンブレンの開発を行い、平成23年度では、15μm純チタン薄板に対し、孔径φ20μm、ピッチ50μmにて孔密度のレーザー穿孔加工を施した、フルメタルマイクロメッシュを試作した。平成24年度ではこれにヒト歯根膜由来培養細胞を播種培養し、メッシュ形状に沿って細胞体を進展する機能が初めて達成された。その動態は、従来の不規則な粗面上と異なり、細胞が貫通孔をアンカーとして遊走するなどの増殖パターンが認められ、このような均一化した表面トポグラフィーは、播種された細胞の挙動にある一定の影響を与えていた。インプラントフィクスチャー製品のほぼすべてで、オッセオインテグレーションを得るための粗面加工が施されている。細胞接着を誘導する最適の面粗さはRa:1μmと言われ、それを純チタン表面に生成するためサンドブラストや陽極酸化法などが採用されているが、その微細な形状をμmオーダーで高精細に制御することができず、不均一な微細表面トポグラフィーしか得られなかった。そのため、これまでは細胞接着から硬組織生成に至るプロセスを制御するには至っていない。本研究期間全体を通じ、GTRおよびGBRにおける単なる補填骨の保持材としてのメンブレンではなく、再生部位における周辺からの骨再生に積極的に関与する周辺機能型スキャフォールド(Peripheral regenerative matrices: PHRICS)を創成した。さらにビーグル犬を用いた試験でもその有用性が確認された.現在バリアメンブレン製品は平均で300μmの厚みがあり,組織圧迫による循環障害および細菌感染リスクによる負の側面が避けられない.そこで純チタン薄板を精密加工,バリア膜とする.10μm貫通孔を高密度形成する世界屈指の超精密マイクロ加工および微粒子粉末冶金で微細多孔構造を生成する最先端加工法を駆使,従来の1/5(50μm)の薄さで強度を確保,付形性にも対応した<純チタン・フルメタルバリアメンブレン>を創製するものである。本年度はまず純チタン薄板に微細加工によるマイクロメッシュ構築を試み、それに対する生体組織細胞の反応を検証した。まず、10μm厚純チタン薄板に、極めてパルス幅の短いフェムト秒レーザーによる比熱加工により、規則的配列の穿孔アレイを孔径φ20μm、孔間ピッチ50μmにて約40,000個、あるいは同孔径を30μmピッチに約110,000個と、高密度に形成した。次にこれら試料上に対し、ヒト歯胚由来幹細胞を播種、72時間培養後における細胞付着と増殖能を評価した。その結果、まず対照群とした、従来品、孔径φ100μm、孔間ピッチ500μmのチタンメッシュ(Frios®Boneshield,デンツプライ(独))では、材料表面に細胞の付着が殆ど認められなかった一方、試作品試料上では、微細貫通孔をアンカーとして多数の細胞が付着・増殖し。また、その度合いは高密度の高い方が有意に増大した。純チタンは生体親和性素材である一方で、生体組織が有機的に結合するには細胞外マトリクスを模倣した微細構造を構築することが有効と思われる。これまでの研究により、従来の市場モデルにあるチタンメッシュの性能を大きく上回る孔径φ20μm、孔ピッチ30μmという、純チタンを対象とした加工としては驚異的な微細加工を達成した。またそれにより生まれた試作品は、従来品と比較して細胞接着および増殖能が極めて優れていることを実証した。これは次年度以降の実施予定の一部も達成し、その結果も極めて優良であったことから、本研究の進捗は極めて順調であると考えられる。現状のバリアメンブレンは組織隔壁膜(スキャフォールド)は,軟組織の進入を阻止し再生スペースを確保,同時に栄養分を透過供給するポリマー製フィルターだが,機能不充分で組織再生に寄与できない.一方,チタンメッシュは粗い網目のためスキャフォールドにならなかった.そこでチタン薄板に微細貫通孔を無数に設けたフィルター構造を創製し,スキャフォールド機能を実現,高強度・極薄・抗感染性・長期耐久性に優れた純チタンスキャフォールドで"飛躍的な骨組織再生を達成することが課題である。

その構築にあたり、純チタンに対する微細加工による細胞レベルの表面トポグラフィーが生体に与える影響について、臨床応用を視野に検討を行う必要がある。特に細胞外マトリクスを模倣した、細胞が材料に付着する際に偽足を生じさせ、伸展を誘導する微細形状すなわちマイクロトポグラフィーを確立することで、細胞の付着と遊走を促し、ひいてはその増殖と組織化に影響を与え、生体中における組織形態と機能を確立に寄与すると思われる。すでに細胞外マトリクスを模倣したマイクロトポグラフィーは、同じく純チタンを素材とするインプラントフィクスチャーの粗面構造に利用されており、オッセオインテグレーションの達成に無くてはならないものであるが、これらはあくまで不規則且つ経験則に基づきデザインされたものなので、材料周囲の組織再生誘導や組織構築を制御を可能とする微細形状が再現性を持って構築されているわけではない。そこで今後は細胞サイズの10μmレベルでナノオーダーの誤差により均一化された、いわゆる再現性のある微細孔高密度アレイ加工を施した純チタン材が与える、そこに付着する細胞に対する影響について組織学的に検証するとともに、当初の予定通り臨床応用を視野に動物組織内への埋込を行うことでその生物学的効果と、硬組織再生機能について検証を行う予定である。開発品である純チタンマイクロメッシュの制作費試作した純チタンマイクロメッシュに対する生物学的効果の検証のために実施する細胞培養試験に関する物品、プラスチック培養器具、ガラス器具、試薬、薬品類、細胞組織標本作製用キット、幹細胞をはじめとするヒト由来細胞分離培養キットと関連する薬品、器材一式、動物試験用、動物購入費(ビーグル犬、ラットあるいはマウス)、動物飼育用飼料、手術用器具、各種薬剤(麻酔薬、抗生物質、鎮痛剤等)、清掃用具、組織標本作成器材と薬品類研究打ち合わせ旅費、研究資料収集および調査のための外国旅費(デンマーク王国)資料分析、成果発表作成用パソコン、統計解析ソフト等。
血管系の機能および病変の基盤としての内皮平滑筋連関

本研究計画は血管の機能における内皮と平滑筋の相互関係の役割について研究する。内皮細胞、平滑筋細胞それぞれの機能の解析を基盤とし、それらの相互作用、またこれを含めた広い血管系の機能について注目していく。このように局所的な内皮平滑筋連関を含めた血管の見方は新しい考え方であり、この方面の研究の進展にきわめて重要であることが次第にわかってきた。特に、血管攣縮、高血圧、動脈硬化という問題はこれら新して概念を基盤にして解決する方がよりその本質にせまることが出来ると考えられている。さて本研究計画では計画研究四班の研究計画の詳細の調整を行なうことを目的として、まず公募班員を各計画研究班へ振り分け、その研究の進展をはかった。予想以上の応募者があったため、採択した公募班員の数が計画班員の数を上まわった。そのため、それぞれの計画研究の班の性格が多少変わらざるを得なかった。公募班員の中にはエンドセリンに関する研究が比較的多かったためこの方面の研究計画を補充することが出来た。一方電気生理学的な手法を用いるイオンチャネルの解析を含めた研究が少なかったため、総括班ではこれを補うよう心がけた。研究全体の進捗をはかるため、ニュ-スレタ-の発行、計画班員公募班員を含めた和文総説集の発行を行なった。これは班員相互の理解を深め、またそれぞれの研究者の周辺状況の理解を深めるという意味でかなり重要な活動である。さらに公開シンポジウムを開催し、その研究の進捗状況の一部を公開し討論を行なうことによって本研究計画に参加している研究者と研究協力者の研究の方向をまとめ、これを進展させるために役立てた。さらに領域外の広い層の研究者への参加を得て、次の研究展開への糧とすることが出来た。総括班ではこれらの研究成果また各計画班の研究進捗状況を検討した結果、本年度の研究計画進行はきわめて順調であると判断した。
発生期心筋におけるNa-Ca交換担体の分子構造と機能連関について

当初は、ラット胎児型Na-Ca交換担体遺伝子のクローニングの方法として、胎児心筋(胎生18日目)の遺伝子ライブラリーを作成し、ハイブリダイゼーションによる、クローニングを試みた。しかしながら、胎児心筋において高品質の遺伝子ライブラリーを作成することは、想像以上に難しく、この方法では、結局、目的の遺伝子を単離するまでには、至らなかった。よってRT-PCRを利用したクローニング法に変更。まず、AGPC法を用いて、胎生18日目のラットの心室筋から、mRNAを抽出し、既に報告されている。ラット(成体)のNa-Ca交換担体の遺伝子配列を基にPCRプライマーを作成、第7膜貫通部位と第11膜貫通部位の間に相当する領域にRT-PCRを施行。目的の遺伝子と思われるPCR産物をpGEMVectorに組み込み、大腸菌に導入することで、クローン化に成功した。得られたDNAのシークエンスをダイデオキシン法を用いて行ったところ、この領域においては、塩基レベルでの遺伝子変異は、いくつか認められるものの、アミノ酸レベルの変異は、認められなかった。現在地の部位についてのシークエンスも同様の方法で、行っている。遺伝子ライブラリーの作成と、そのスクリーニングによるクローニング法に難渋したため、研究の進行は遅れていたが、RT-PCRを利用したクローニング法に変更してからは、比較的順調に進んでおり、今後は、全長のシークエンスを決定し、機能解析へと、進む予定である。補助金により購入した、トランスイルミネーター、エレクトロポレーターは、それぞれDNAの確認、大腸菌への遺伝子導入に汎用しており、本研究の遂行に多大な貢献をしている。
金属材料疲労強度数値データベースの総合的解析と耐疲労信頼性設計資料集の編集

本研究の主題は先に構築した金属材料疲労強度データベースに含まれる膨大な数値データを解析し、疲労強度信頼性設計資料集を編集することである。本研究組織のメンバーは2年間にわたって本主題にとり組み、解析を終了するとともに、解析結果を項目に応じて次の第1章から第5章にまとめ、研究を終了した。第1章金属材料疲労強度データベースとその解析手順第2章静強度データの解析第3章各種材料疲労強度の確率特性第4章疲労強度に及ぼす諸因子の影響第5章疲労強度信頼性基礎データの解析第1章は解析の基礎となる上記データベースの内容と、エラーチェック、2次データベースの作成等の解析手順と解析における基本的立場をまとめたものである。第2章はデータベースに含まれる静強度データを抽手し、材料種別や熱処理との関係、静強度特性相互間の関係を解析したものである。第3章は鉄系と非鉄系の材料種別毎に標準的な疲労強度特性を抽出し、その確率的特性をP-S-N曲線の形にまとめたものである。第4章は疲労限度等の疲労強度特性パラメータと静強度との相関、平均応力や応力形式の効果、切欠き効果、表面処理効果および温度効果について集中的に解析した結果をまとめたものである。第5章は疲労寿命と疲労限度の分布特性を解析して信頼性基礎データを抽出し、信頼性設計への応用について述べたものである。なお、本研究で得られた上記の成果は近く「金属材料疲労強度信頼性設計資料集」として出版の予定である。
非線形双曲型方程式に対する特異性の伝播について

非線形双曲型偏微分方程式に対する初期値問題について研究した。我々の関心は大域理論にある。この課題がまだ解決されていない理由の一つは『古典解が大域的に存在しない』、即ち『解に特異点が現れる』為である。我々の問題は『特異点を越えて解を延長すること』である。我々の方法を解説する。偏微分方程式を高次元空間に持ち上げ、Pfaff問題として定式化する。それがなめらかな大域的解をもつ場合がある。それを"幾何学的解"と定義する。それを基空間に射影することによりreasonableな"弱解"を構成する。これが我々のプログラムである。従って我々の手法は方程式を本質的には変えていない。これまでに確立された数学的理論はこの視点から統一的に捉えられると予測していた。単独1階偏微分方程式に対して我々のプログラムは概ね成功した。しかし高階偏微分方程式、及び系に対して我々の予想は一般的には正しくないことが判った。しかし我々の方法は大変自然である。従ってこの視点から更に推論を推し進めた。その過程において、いろいろな具体例をexplicitに解き、これまでに得られた結果と比較した。それにより現在までに定着した「流体力学に対する数学的定式化」に疑問をもつ様になった。詳細は辻の「研究成果報告書」を参照して下さい。一方単独1階偏微分方程式についても未解決問題について上記の手法により研究した。そしてこの問題に対しては我々のプログラムは正しいことを再確認した。例えば一般的には解が存在する領域は特性曲線族により覆われる。我々が構成した例においてはその領域の境界は特性曲線族の包絡線となり、その境界を越えて解を延長することが出来ない。また方程式がp=(∂u/∂x_1,∂u/∂x_n)に関して凸でないとき、或る例において我々のプログラムは正しいことを証明した。しかもその際面白い現象が現れた。現在、論文を作成中である。我々の研究課題は非線形双曲型方程式に対する初期値問題である。この課題は流体力学等、いろいろな理工学的問題と関連して発展してきた。我々の関心はこれらの問題に対する大域的理論である。この間題の難点は有限時間内に解に特異点が現れることである。特異点の代表的な例は衝撃波である。従って我々の問題は「特異点を越えて解を延長すること」である。先ず我々の手法を説明する。偏微分方程式を"cotangent space"の中にまでもち上げPfaff問題として定式化する。幾何学的表現を用いれば「解の特異点が解消された」のである。幾何学的解は特異点を持たないので古典理論に従って延長することが出来る、この様にして得られた解を基空間に射影すると多価解が得られる。次に物理的条件を満たす値を唯一つ選び"特異点を含んだ弱解"を構成する。これまでに確立された数学的理論はこの視点から説明出来ると信じていた。しかし予測は正しくなかった。しかし我々の手法は大変自然である、従ってこの視点から推論を更に押し進めることにした。先ず証明したことは「P.D.Lax等により定式化された弱解を上記の手法により構成することが出来ない」ことである。これは昨年度得られた結果である。

この課題のモデルは流体力学等の「連続体力学」である。一方、これまでに定式化された「膨張波」においては不連続性が瞬間的に消え連続となる。これは連続体力学の基本に反するのではないかと考えた。この様に考えてくると多くの理論に疑問が湧いてきた。これらの結果の一部を2002年1月、京大数理解析研究所のおける研究集会で発表した。この話題について現在、論文原稿を作成中である。非線型双曲型偏微分方程式に対する初期値問題、特にその大域理論について研究した。この課題がまだ解決されていない理由の一つは『古典解が大域的に存在しない』、即ち『解に特異点が現れる』為である。従って我々の問題は『特異点を越えて解を延長すること』、即ち『特異点を含む弱解を大域的に構成すること』である。これまでの得られた数学的理論を検証した。古典的理論は概ね粘性法による。これは双曲型方程式を放物型方程式で近似するのである。双曲型と放物型では方程式の性質は大変異なる。従って放物型方程式の解で近似すれば、その極限関数には当然放物型方程式の性質が反映される。その結果、弱解の或る性質は双曲性に反するのではないかと思い始めた。この様な意味から我々は現在、『双曲系に対する粘性法』に疑問を感じている。一方、我々の方法は偏微分方程式を"cotangent space"の中にまでもち上げ最初の偏微分方程式をPfaff問題として定式化する。それがなめらかな大域的解をもつ場合がある。それを"幾何学的解"と定義する。幾何学的解は特異点を持たないので古典理論に従って延長することが出来る。この様にして得られた解を基空間に射影すると多価解が得られる。次に物理的条件を満たす値を唯一つ選び"特異点を含んだ弱解"を構成する。これが我々のプログラムである。従って我々の手法は方程式を本質的には変えていないので、我々の大域理論は存在意義をもっていると信じている。この視点から過去の諸理論の検証を行った。今年度は研究集会において2、3度、我々の検証、及び疑問を提出した。『数学的には受け入れ易い手法である』というのがこれまでに我々のところに届いている感想である。非線形双曲型方程式、及び非線形1階双曲系に対する初期値問題について考える。我々の研究課題はこの問題に対する大域理論である。この問題の難点は有限時間内に解に特異点が現れることであり、特異点の代表的な例は衝撃波である。従って我々の主な目的は『特異点を越えて解を延長すること』である。我々の手法は偏微分方程式を高次元空間の中にまでもち上げ解の特異点を解消する。この解を「幾何学的解」と定義する。幾何学的解は特異点を含まないので、古典理論に従ってそれを延長することが出来る。次に幾何学的解を基空間(base space)に射影すると多価解が得られる。この"多価"の中から物理的条件を満たす値を唯一つ選び"reasonableな特異点を含んだ解"、即ち"弱解"を構成するのである。では「どの様に解の特異点を解消するか?」この問題を「幾何学的解は高次元空間の中で定義された"Pfaff問題"の解である」として解決した。
表皮角化細胞の増殖分化に関与する新規遺伝子Ahedの解析

Ahedの分子機能解明の為に、合成ペプチド鎖を抗原として抗Ahedウサギポリクローナル抗体を作成した。Ahed安定発現細胞株を用いて、作成した抗体の評価を行った。この抗体によりWestern解析および細胞免疫染色で特異的なシグナルを得ることが出来た。細胞分画および細胞免疫染色によってAhedは核に局在することが示された。一方で、この抗体を用いた免疫沈降法では、効率良くAhedを濃縮・回収することは難しかった。当初、Ahed-FLAG融合タンパク質発現細胞から、抗FLAG抗体あるいは抗Ahed抗体を用いて免疫沈降を行い、共沈殿するタンパク質を単離・同定する予定であったが、免疫沈降の効率の悪さから方針を変更した。Ahed-GFP融合タンパク質を安定的に発現するHela細胞を作成し、抗GFP抗体を用いてAhed-GFPタンパク質を免疫沈降し、これと共沈殿するタンパク質を単離・同定することにした。抗GFP抗体を用いた免疫沈降では効率良くAhed-GFPタンパクを得ることが出来た。免疫沈降により得られた試料をSDS-PAGEで展開し、クマシー染色を行ったところAhed-GFP発現Hela細胞特異的なバンドが複数確認された。これらのバンドを切り出して質量分析を行った結果、スプライソソーム構成タンパク質が同定された。このタンパク質がAhed-GFP発現Hela細胞由来の免疫沈降試料に特異的に存在することをWestern解析により確認した。スプライソソームは巨大タンパク質複合体である。Ahedがスプライソソームのどの構成タンパク質と結合しているのか、スプライシングのどの過程に関わっているのか、等は今後の検討課題である。1誘導型コンディショナルKOマウスを用いた検討:出生時にAhedが欠損しているマウス(K5.Cre_Ahedflox, AhedcKO)は表皮および毛包の増殖・分化に異常をきたし生後数日で死亡した。さらに、このマウスの皮膚からは初代培養角化細胞が調製できなかった。これらのことから、更なる研究の推進に困難を生じたため、米国ジャクソン・ラボよりK5.CreERT2マウスを導入し、Ahedfloxマウスと交配することによりタモキシフェン誘導型表皮特異的KOマウス(IndEcKO)を作出した。活性型タモキシフェンである4-hydoxy Tamoxifen (4-OHT)をエタノールに溶解して、これを背部皮膚に外用し、皮膚に生じる変化を検討した。Tamoxifen濃度は高容量のものと低用量のものとを調整し、条件を変えて検討を行った。2Ahed関連タンパク質の同定:Ahed関連タンパク質を同定するため細胞内で相互作用するタンパク質を免疫沈降法で単離し、質量分析を行い同定する。その準備としてFLAG-Ahedを安定的に発現するHela細胞およびHaCaT細胞を樹立した。3抗Ahed抗体の作成:各種実験に使用できる抗Ahed抗体が無いため、外部受託業者にて抗ペプチド抗体を作製中である。1誘導型コンディショナルKOマウスを用いた検討:K5.Cre_ERT2マウスを米国ジャクソン・ラボより導入しAhedfloxマウスと交配することによりタモキシフェン誘導型表皮特異的KOマウス(IndEcKO)を作出し、研究に使用するマウスを安定的に供給できる環境を構築した。IndEcKOマウスの背部皮膚に濃度の異なるタモキシフェンを外用して、その後皮膚に生じる変化を観察した。高容量(10 mg/ml)を外用したマウスでは表皮が菲薄化し、毛包の角化細胞の変性と壊死を認めた。一方、低容量(0.2 mg/ml)を外用したマウスでは、過角化と表皮肥厚、さらに真皮内への炎症細胞浸潤の増加をみとめた。この変化は高容量と比較して、より少数の分裂可能な角化細胞数が変性・壊死するため、代償性の反応性として湿疹様の変化を生じたものと推測した。また、IndEcKO新生仔マウスの皮膚から表皮角化細胞の初代培養を行い、これを4-OHT処理したところ、溶媒で処理したコントロール群と比較して、4-OHT処理群ではコロニー形成能が有意に抑制された。以上の結果から、Ahedは表皮角化細胞や毛包上皮細胞などを維持し、増殖させるために重要な役割をもつことが示唆された。2Ahed関連タンパク質の同定について:抗Ahed抗体の作製を外部受託業者に依頼した。今後はFLAG-Ahed安定発現細胞を用いて抗FLAG抗体あるいは抗Ahed抗体によりAhedならびにAhed結合タンパク質を免疫沈降法により調製し、質量分析装置を用いてAhed結合タンパクの同定を行う予定である。

Ahed-GFP融合タンパク質を安定的に発現するHela細胞を作成し、抗GFP抗体を用いてAhed-GFPタンパク質を免疫沈降し、これと共沈殿するタンパク質を単離・同定することにした。抗GFP抗体を用いた免疫沈降では効率良くAhed-GFPタンパクを得ることが出来た。免疫沈降により得られた試料をSDS-PAGEで展開し、クマシー染色を行ったところAhed-GFP発現Hela細胞特異的なバンドが複数確認された。これらのバンドを切り出して質量分析を行った結果、スプライソソーム構成タンパク質が同定された。このタンパク質がAhed-GFP発現Hela細胞由来の免疫沈降試料に特異的に存在することをWestern解析により確認した。スプライソソームは巨大タンパク質複合体である。Ahedがスプライソソームのどの構成タンパク質と結合しているのか、スプライシングのどの過程に関わっているのか、等は今後の検討課題である。1昨年度の研究から、表皮の生理的な維持にAhedが重要な役割を担っている事が示された。毛周期に対するAhed欠損の影響は検討が不十分であるため、様々な週齢のマウスにタモキシフェンを作用させて検討を行う。本年度は更に病的な条件で表皮角化細胞内Ahedが果たす役割を明らかにする。タモキシフェンの外用後にテープストリッピングにより表皮を欠損させる、あるいは生検用トレパンを用いて皮膚全層を欠損させた後の修復過程を観察する。2マウス表皮角化細胞初代培養を用いた検討では、Ahedの欠損により細胞増殖に障害を生じる基礎的な知見が得られた。この細胞増殖異常がどのように生じているのか詳細に検討する。その一端として次世代シークエンサーによるトランスクリプトーム解析を試みる。さらにCRISPR/Cas9を用いてHaCaTあるいはHela細胞などのヒト株細胞内でAhedをknockoutして、マウス表皮角化細胞と同様の障害が生じるの検討する。3Ahed関連分子の単離のための研究材料であるAhed安定発現細胞とAhed特異抗体は作製できた。これらを用いて免疫沈降条件を適正化して、Ahed関連タンパク質の単離・同定を行う。(理由)計画よりプラスチック消耗品が安価に購入できたため。(計画)細胞培養試薬、分子生物学生化学実験試薬の購入にあてる。
非白金燃料電池触媒の活性点分布の解明

固体高分子形燃料電池の非白金正極触媒の活性点分布を局所解析により明らかにすることを目的とし、粒径が異なる非白金正極触媒の走査型透過X線顕微鏡測定を行い、粒径が小さい方が三相界面が良好に形成し、性能向上の一因となっていることが示された。また、燃料電池正極触媒に加えより粒子径の大きなナトリウムイオン電池正極活物質について調べた。正極活物質候補である層状酸化物及びプルシアンブルー類似体の電子状態を調べ、元素置換や酸化還元に伴う変化を明らかにした。次世代電池として注目を集める固体高分子形燃料電池の非白金正極触媒の活性点分布を局所化学状態解析により明らかにすることを目的として研究を行っている。これまでの電池材料の反応活性点に関する知見は、局所的なばらつきを考慮せずに空間平均的な情報を与える手法が主流であったが、走査型透過X線顕微鏡(STXM)やマイクロX線分光により化学状態や結晶構造の空間分布測定が可能になってきた。今年度は、STXM及びX線マイクロビームを用いて以下の知見を得た。粒形が異なる非白金正極触媒をポリイミドとアセチルアセトン鉄(III)を熱分解して合成し、Nafionと混合させてSTXM測定を行い、アイオノマーと正極触媒の空間分布を調べた。C1s π*とσ*強度の相関から、一次粒子径が小さい(60nm)触媒はNafionと均一に混ざっているが、一時粒径が大きい(100nm)触媒はNafionの分布に偏りが見られた。粒径が小さい方が三相界面が良好に形成し、性能(電流-電圧特性)向上の一因となっていることが示唆された。次に、粒子内の活性点分布測定をSTXMで試みたが、現状のSTXMの空間分解能では有意な差を見出すことができなかった。そこで、その場観測測定の検討を行う代わりに、サブミクロンオーダーの粒子径を持つ、次世代電池のナトリウムイオン電池正極材料について、X線マイクロビームを利用した結晶構造の空間分布観測を行った。NaxCoO2は、完放電状態付近でO3とO'3相に相分離することが知られている。そこで、パルスレーザー堆積法によりNaxCoO2活物質の薄膜試料を作成し、X線マイクロ回折装置を用いて各相のサイズを測定したところ、O'3相のドメインサイズは粒子サイズと同程度であることが明らかとなった。研究実施計画では、STXMにより正極触媒粒子の炭素構造空間分解測定から活性点分布を解明する予定であったが、現状の空間分解能では有意な差を見いだせなかった。一方、Nafionアイオノマーと正極触媒の混合試料については、粒子径の違いにより混合具合に差が見られ、三相界面形成の観点から電池性能向上の指針が示された。当初計画していたその場測定装置を開発する代わりに、燃料電池正極触媒よりも粒子径の大きな二次電池正極物質のX線マイクロビーム測定を行った。電池反応前後のドメインサイズを評価し、学術雑誌に論文発表した。当初の計画と変更はあったものの、研究はおおむね順調に進展していると判断した。固体高分子形燃料電池の非白金正極触媒の活性点分布を局所解析により明らかにすることを目的として研究を行い、これまでに以下の知見を得た。1)ポリイミドとアセチルアセトン鉄(III)由来の粒形が異なる非白金正極触媒の走査型透過X線顕微鏡(STXM)測定を行い、粒径が小さい方が三相界面が良好に形成し、性能(電流-電圧特性)向上の一因となっていることが示唆された。2)X線マイクロ回折装置を用いて、O3型NaCoO2薄膜と充放電制御して作成したO'3相の単結晶ドメインを観察し、O'3相のドメインサイズは粒子サイズと同程度であることが明らかとなった。最終年度は燃料電池正極触媒に加え、より粒子径の大きなナトリウムイオン電池正極活物質について調べ、以下の知見が得られた。3)SEM-EDXでO3型NaCoO2薄膜の活物質粒子間の反応分布を調べたところ、活物質間の電気伝導性により反応が一様に進行していることが示唆された。4)コバルトプルシャンブルー類似体(Co-PBA)の遷移金属を部分置換した試料について、XAFSによる局所構造解析を行った。[Fe(CN)6]4-の強いイオン性と、PBAの3D構造の柔軟性のため、置換元素周りの電子状態と局所構造は母物質から変化しないことがわかった。5)超高分解能軟X線非弾性散乱(RIXS)で一部充電(部分酸化)したときのCo-PBAのCoの局所電子状態観察を行った。HS Co2+サイトはエネルギー分解能の範囲内で一部充電しても変わらず、酸化されたCo3+はLS配置をとり、電子は局在化していることが明らかになった。6)元素選択的な電子状態観測手法である軟X線吸収分光法を用いてO3型及びP2型NaCoO2の酸素K吸収端スペクトルを調べ、第一原理計算とあわせて酸素p軌道にホールが導入されることを明らかにした。

正極活物質候補である層状酸化物及びプルシアンブルー類似体の電子状態を調べ、元素置換や酸化還元に伴う変化を明らかにした。STXMによる触媒粒子内部の活性点分布測定が困難であったため、その場測定装置を開発するのではなく、より大きな粒子、あるいは粒子間の空間分布を調べる。今後は、燃料電池正極触媒に加えて、次世代電池であるナトリウムイオン電池正極について、活性点や反応の空間分布測定を行う。具体的には、薄膜試料を作成し、電極近傍からの活物質の空間分布をSEM、顕微ラマン分光により調べる。最終的には、放射光X線マイクロビームを用いた化学状態の空間分布解明を目指す。物理化学当初の購入予定物品であったロータリーエバポレーターや真空用物品が別予算で購入できたことと、走査型透過X線顕微鏡測定実験の進捗状況から、今年度の大気圧雰囲気下測定装置の作成を見送ったため。次年度使用分は、薄膜電極試料の作成費、顕微ラマン分光等の装置の使用量、国際学会参加費等に充てる予定である。
MUレーダーを用いたスペースデブリの系統的探査

本研究では,世界で唯一の大型VHF帯アクティブフェーズドアレイレーダーである京都大学MUレーダーのためにスペースデブリ観測専用モードを開発し,これを用いてレーダー散乱断面積(RCS)時間変動の観測を行なった。微小なデブリからの散乱電波は長波長のレーダーではマイクロ波帯に比べて極めて微弱になるため,VHF帯レーダーをデブリ観測に用いるのは極めて不利であるが,MUレーダーの高出力と大開口により米国宇宙指令部による定常観測に用いられるレーダーと同程度の感度が得られている。本研究で開発したデブリ観測モードでは,MUレーダーの持つ高速ビーム走査能力を最大限に活用して,複数のアンテナビームを天頂付近に密集配置し,隣接ビーム間のエコー強度比から標的の位置を正確に決定することができる。その結果,レーダー本来の分解能の数十分の一に当たる200mの高度分解能と0.1°の角度分解能を得ることに成功した。MUレーダー観測においてはほとんどのデブリに対して低周波近似が成立するため,RCS変動からデブリの概略の形状に関する情報を得ることが可能である。観測の結果,小さなデブリの方が大きなデブリに比べて激しいRCS変動を示すことが明らかとなり,従来の衝突解析などにおいて仮定されていた金属球とは異なる偏長な形状の物体が卓越することがわかった。観測される物体形状を定量的に推定するため,楕円体を仮定したRCS変動のモデル計算を行ない,これと観測結果を比較することにより,平均的なデブリの体積が同じRCSを持つ金属球の約半分以下であることが示された。これはデブリ防御壁の設計などにおいて重要な資料になると期待される。本研究は京都大学MUレ-ダ-を用いてデブリの観測を行い、国際計算機ネットワ-ク(internet)に接続した解析用コンピュ-タで処理した結果を外国の研究者と交換することにより、同一物体の多周波比較観測を行うことを目的としている。本年度は、まず京都大学MUレ-ダ-(全国共同利用研究設備)を用いたスペ-スデブリ観測体制の整備を行った。スペ-スデブリ専用の観測割当時間を用い、信楽MU観測所(滋賀県)で取得されたデ-タを京都大学学内LAN(KUINS、既設)を通じて工学部に設置するワ-クステ-ション(本研究により購入)に実時間転送し、処理するためのネットワ-クの設定およびソフトウェアの開発を行い、その動作の検証を行った。次に、デ-タ交換については、NASA Johnson Space Centerの研究者と協力し、internetを通じた試験的なデ-タ交換を開始した。これには、処理済みのデ-タより軌道要素の概略値を算出し、決定した軌道情報や散乱断面積とその時間変動等の情報をIP接続されたNASA JSCに転送し、先方に蓄積されているデ-タと比較する方法を取った。これまでに約180例の観測結果の交換を行い、このうち150例についてはUS SPACECOMカタログとの照合により物体の同定に成功した。現在これらの物体レ-ダ-散乱断面積の周波数依存性について理論値との比較検討を行っている。本研究では、世界で唯一の大型VHF帯アクティブフェーズドアレイレーダーである京都大学MUレーダーのためにスペースデブリ観測専用モードを開発し、これを用いてレーダー散乱断面積(RCS)時間変動の観測を行なった。微小なデブリからの散乱電波は長波長のレーダーではマイクロ波帯に比ベて極めて微弱になるため、VHF帯レーダーをデブリ観測に用いるのは極めて不利であるが、MUレーダーの高出力と大開口により米国宇宙指令部による定常観測に用いられるレーダーと同程度の感度が得られている。本研究で開発したデブリ観測モードでは、MUレーダーの持つ高速ビーム走査能力を最大限に活用して、複数のアンテナビームを天頂付近に密集配置し、隣接ビーム間のエコー強度比から標的の位置を正確に決定することができる。

その結果、レーダー本来の分解能の数十分の一に当たる200mの高度分解能と0.1゚の角度分解能を得ることに成功した。MUレーダー観測においてはほとんどのデブルに対して低周波近似が成立するため、RCS変動からデブリの概略の形状に関する情報を得ることが可能である。観測の結果、小さなデブリの方が大きなデブリに比ベて激しいRCS変動を示すことが明らかとなり、従来の衝突解析などにおいて仮定されていた金属球とは異なる偏長な形状の物体が卓越することがわかった。観測される物体形状を定量的に推定するため、楕円体を仮定したRCS変動のモデル計算を行ない、これと観測結果を比較することにより、平均的なデブリの体積が同じRCSを持つ金属球の約半分以下であることが示された。これはデブリ防御壁の設計などにおいて重要な資料になると期待される。