hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
カルシウム透過性AMPAレセプターがシナプス伝達の可塑性変化に果す役割

内向き整流特性と高いカルシウムイオン(Ca^<2+>)透過性を示すAMPA型グルタミン酸受容体(H型AMPA受容体)の機能的意義を、特にシナプス伝達機能の可塑性変化との関連に重点をおいて明らかにすることが本研究の目標である。本年度は、H型AMPA受容体をもつニューロンのラット海馬内での分布とこの受容体が興奮性シナプス伝達を果たす役割について検討した。1)II型AMPA受容体をもつニューロンの海馬内での分布スライスパッチクランプ法により、ラット海馬切片中のニューロンを対象としてAMPA受容体の電流・電圧特性とCa^<2+>透過性を調べた。CA1、CA3錐体細胞、歯状回顆粒細胞はほぼ選択的にI型AMPA受容体のみを発現していた。一方、II型AMPA受容体のみを選択的に発現しているニューロン(II型ニューロン)は非錐体細胞で、海馬の諸領域に分布しており、非錐体細胞の25%(39/156個)がII型ニューロンであった。2)II型AMPA受容体が興奮性シナプス伝達に果たす役割現在までにこのシナプス伝達に関与していることが証明されているのはI型AMPA受容体のみであり、II型受容体の関与については知られていない。そこで、上記のII型ニューロンで局所刺激で生じるEPSCにII型AMPA受容体が関与するか否かを調べた。whole-cell voltage-clamp法によりII型ニューロンからEPSCを記録すると、これらは時間経過の速いAMPA成分と遅いNMDA成分から成ることが解かった。次に、NMDA成分を薬理学的に除去してAMPA成分の電流・電圧特性を調べたところ強い内向き整流特性を示した。従って、II型AMPA受容体はこれらを発現しているニューロンで興奮性シナプス伝達を担うことが明らかになった。
シスプラチン毒性代謝物の尿細管輸送特性に基づく腎障害予防法の基盤構築

本研究は、CDDP-NAC(N-アセチルシステイン複合体)の尿細管輸送に関わる薬物トランスポータの役割を解明することを目的として実施した。OCT2, OAT1, OAT3を発現させたHEK細胞では、CDDP-NACの細胞内取り込み速度はCDDP単独に比べ低下していたことから、NAC投与はCDDPの尿細管への取り込みを低下させることで、腎毒性を軽減する可能性がある。生体内に投与されたシスプラチン(CDDP)の一部は肝臓でグルタチオン複合体(CDDP-GSH)に変換され、次いで細胞表面酵素によってシステイン複合体(CDDP-Cys)へと変換される。CDDP-Cysは細胞内に取り込まれ、毒性本体と考えられるチオール化合物(CDDP-S^-)へと変換される。CDDPによる腎障害には、CDDP-Cysの尿細管輸送特性が深く関わることが予想されるため、本研究は、CDDP-NAC(N-アセチルシステイン複合体)の尿細管輸送に関わる薬物トランスポータの役割を解明することを目的として実施した。初年度は、各種培養細胞を用いて、CDDP,CDDP-NACの細胞毒性、尿細管薬物輸送を評価した。細胞株としては、ヒト有機アニオントランスポータ(OATs)又はヒトOCT2を発現させたヒト胎児腎由来HEK細胞、OATsを保持しているフクロネズミ腎由来のOK細胞、近位尿細管上皮細胞の性質を保持するブタ腎由来のLLC-PK_1細胞を用いた。有機カチオントランスポータを発現するLLC-PK1細胞では、CDDPを曝露した時に細胞毒性の指標であるLDHの細胞外への放出が顕著であったことから、CDDPの生体膜輸送には有機カチオントランスポータが関わることが確認された。また、OAT1, OAT3を発現させたHEK細胞では、CDDP-NACの細胞内取り込み速度がコントロール細胞に比べ有意に上昇した。このことから、ODDP-KACの生体膜輸送にはOAT1, OAT3が関与することが示唆された。平成23年度はCDDP-NACの生成条件を検討し、NACの1分子結合体および2分子結合体の生体膜輸送の特性について検討した。CDDPに等量のNAC,2倍量,3倍量、4倍量のNACを加えたところ、NACの容量依存的に吸光度の上昇がみられ、反応時間が4時間では、各溶液の吸光度の差が大きかったことから、この反応時間を用いてCDDP-NACの細胞輸送実験を行った。有機アニオントランスポータ3(OAT3),有機カチオントランスポータ2(OCT2)を発現させたHEK細胞では、CDDP単独投与の細胞内取り込み速度が最も速く、NACの反応割合を高くするにつれて、細胞内への取り込み速度が低下していた。また、OAT1を発現させたHEK細胞においても、CDDP単独投与した場合に細胞内取り込み速度が最も速く、次いで等量、2倍量、4倍量、3倍量のNACで反応させた複合体の順であった。これまでに、CDDPの毒性本体はシステイン複合体から生成されるCDDP-S-という報告、システインの投与は腎毒性を軽減するといった相反する報告がある。本研究結果から、システインの投与により生成されるCDDP-NAC複合体は、CDDP単独より腎側底膜からの吸収が低下するため、腎細胞への傷害が軽減されることが示唆された。
ゲノム編集技術を活用した新しい科学実験法の確立

様々な生物種においてゲノム解読が完了しているので、ゲノムを簡単に改変できる技術を開発することができれば、ゲノムに潜む新しい機能を解明できると考えられる。2013年に開発されたCRISPR/Cas9法は、標的ゲノム部位にDNA二重鎖切断を簡便に誘導できるので、その後のゲノム修復の過程で生じる高頻度の挿入・欠失変異を利用して簡単に標的遺伝子の破壊を行うことができるようになってきている。本研究の目的は、モデル脊椎動物であるゼブラフィッシュにおいて従来のCRISPR/Cas9法と比較しより簡便な速攻型CRISPR/Cas9法を確立すること、それを用いて外来遺伝子であるレポーター遺伝子を標的ゲノム部位に挿入する手法に応用することである。さらに、これらの技術開発で使用したゲノム編集効率の評価法を医学部の生物学実験として確立した。本研究の成果は、化学合成したcrRNA, tracrRNAおよびCas9タンパク質による速攻型CRISPR/Cas9法がgRNAとCas9 mRNAを用いた従来法と遜色のないゲノム編集活性を持つこと、さらに、利点として早い発生段階からゲノム変異が導入されていることを明らかにしたことである。次に、この速効型CRISPER/Cas9法をレポーター遺伝子の標的ゲノム部位へのノックインに応用し、実際に目的のノックイン系統を樹立できた。また、速攻型CRISPR/Cas9法を用い組織特異的発現を示す未解析遺伝子を破壊したゼブラフィッシュ変異体の作製に成功した。この過程で得られた変異体胚を用い、様々なゲノム変異の性状とゲノム編集効率を考察する新しい生物学実験を構築し、実際に医学部の生物学実習として実施した。つまり、本研究では、ゲノムの機能を解明できる新しいゲノム解析技術を確立するとともにゲノムの機能を体感できる新しい生物学実験の構築を行った。2003年にヒトゲノムプロジェクトが完了し、ヒトのゲノムは約32億塩基対から構成されていることが明らかにされた。そのゲノム情報を見てみると遺伝子をコードする領域はゲノム全体の1.5%程であり、遺伝子以外のゲノムの機能は十分に理解されていない状況である。これまで、ある特定のゲノム配列を切断することは極めて難しかったが、ゲノム編集技術であるCRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats)/Cas9の登場により、様々な生物種において簡便に標的ゲノム部位におけるゲノム改変を行うことができるようになってきている。本研究では、モデル脊椎動物として注目されているゼブラフィッシュを用いCRISPR/Cas9によるゲノム改変の最適化を検討する。これまでguide-RNA (gRNA)とCas9ヌクレアーゼmRNAを調整する煩雑な操作を行いゼブラフィッシュ受精卵に注入する必要があったが、本研究では、化学合成したCRISPR RNA (crRNA)とtrans-activating crRNA (tracrRNA)とCas9タンパク質を受精卵に注入する手法の最適化を行い、誰もが標的ゲノム部位にDNA二重鎖切断を誘導できる手法を確立する。さらに、ヒートショックタンパク質(hsp)プロモーターに緑色蛍光タンパク質遺伝子(GFP)を接続したドナーベクターを標的ゲノム領域に挿入する新しい発生工学技術を開発する。最終的には、医学部や理学部の生物学実習において、ゲノム編集技術を用いゲノムの働きや機能を体験できる科学実験法を確立する。所属研究室は、gRNAとCas9 mRNAをゼブラフィッシュ受精卵に注入することで標的ゲノム部位に挿入・欠失変異が生じ遺伝子破壊を誘導できることを発表した。本研究では、従来のgRNAを化学合成したcrRNAとtracrRNAに変更し、Cas9 mRNAの代わりにCas9タンパク質に変更することで、より簡便なゲノム編集技術の確立を目指している。標的遺伝子としてスフィンゴシン-1-リン酸(S1P)輸送体spns2、メラニン合成に関与するチロシネースを選択した。spns2遺伝子の遺伝子破壊は心臓発生異常を示し二股心臓の表現型を示し、チロシネース(tyrosinase: tyr)の遺伝子破壊は網膜上皮細胞の色素異常を示すことが知られている。両標的遺伝子に対するspns2-crRNAとtyr-crRNAを化学合成し、tracrRNAとCas9タンパク質をゼブラフィッシュ受精卵に注入すると50%を超える確率で二股心臓や色素合成異常の表現型が誘導されることが明らかとなった。また、crRNA, tracrRNAとCas9タンパク質のいずれも-80°C保存により数ヶ月の長期保存と複数回の凍結融解によりゲノム編集活性が顕著に阻害されないことが明らかとなった。化学合成したcrRNAとtracrRNAがCas9タンパク質と一緒に複合体を形成し、効率良くゲノム編集を誘導しうると考えられたので、未解析遺伝子であるepdr1 (ependymin related 1)に対するepdr1-crRNAをtracrRNAとCas9タンパク質と一緒にゼブラフィッシュ受精卵に注入した。その結果、効率良くepdr1遺伝子座に挿入・欠失変異を導入できることからcrRNA-tracrRNA-Cas9タンパク質を用いた解析法が確立できたと考えられた。現在、様々な生物種においてゲノムの解読が完了しているが、それらのゲノム解析から遺伝子をコードする領域は全ゲノムの数パーセント程と考えられてきており、遺伝子をコードしていないゲノムの大部分の領域の機能は未だ十分に理解されていない。これまで、ゲノムを自在に改変することは極めて難しかった訳であるが、CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeats)/Cas9などのゲノム編集技術の開発により、様々な生物種において簡便に標的部位におけるゲノム改変を行うことができるようになってきている。しかしながら、外来遺伝子を標的ゲノム領域にゲノム編集技術により挿入することは依然難しく、新しいゲノム編集技術の開発が望まれている。

本研究では、モデル脊椎動物であるゼブラフィッシュを用いCRISPR/Cas9を基盤とした効率的なゲノム改変技術の開発を行う。従来のguide-RNA (gRNA)とCas9ヌクレアーゼmRNAを作製するプロセスは煩雑であり、加えて、Cas9 mRNAからCas9タンパク質への翻訳に時間が必要であるため、本研究ではより迅速で効率のよいゲノム編集技術の確立を目標としている。本研究では、化学合成したCRISPR RNA (crRNA)とtrans-activating crRNA (tracrRNA)をCas9タンパク質とともに受精卵に注入する簡便な手法の開発を遂行する。さらに、ゲノム編集技術は、今後、医学や生命科学研究に活用されると考えられるので、本研究により医学部や理学部の生物学実習において、ゲノム編集技術を用いゲノムの働きや機能を調べることが可能な科学実験法を確立する。これまでのgRNAとCas9 mRNAを用いたゲノム編集技術ではなく、本研究では、化学合成したcrRNAとtracrRNAをCas9タンパク質とともにゼブラフィッシュ受精卵に注入する手法を開発した。この手法は、非常に簡便であり受精卵にゲノム編集ツールをインジェクションした後に素早くゲノム改変が進行するためゲノム編集効率が極めて高い。本研究で、効率的にゲノム改変を誘導できるゲノム編集技術を確立できたので、この技術を用い未解析遺伝子の機能解析に応用できないかを検討した。ゼブラフィッシュのゲノム解析情報とRNAシークエンス解析情報を基に、これまでは遺伝子として登録されていない低分子量タンパク質をコードしうる未解析のゲノム配列がデータベースの中に存在する。そこで、それら未解析の候補遺伝子のクローニングを行い、ゼブラフィッシュ初期発生における発現パターンを解析した。cart-like遺伝子は、哺乳類のCART(cocaine- and amphetamine-regulated transcript)遺伝子(コカイン-アンフェタミン調節転写産物)に相同性を示す新規の遺伝子であると考えられた。哺乳類では、CART遺伝子が視床下部球状核に局在することが知られている。ラットのCARTを脳室投与すると摂食を抑制することから、食欲調節に重要な役割を担うと考えられている。ゼブラフィッシュの初期発生過程では、cart-like遺伝子の発現は、三叉神経節とRohon-Beard neuronに特異的に認められたので、本研究で開発したゲノム改変技術を用いcart-like遺伝子の機能を明らかにできるのではないかと考えられた。現在、crRNAの選定が終わっているので、ゲノム改変を行う予定である。
ＡｎｇｉｏｇｅｎｉｎのｒＲＮＡ転写促進作用がリンパ管新生に果たす役割

血管新生因子ANGとリンパ管新生因子VEGF-Cをリンパ浮腫動物モデルに投与した.ANG群,VEGF-C群,ANG+VEGF-C群で浮腫軽減を認めた.浮腫部の組織切片を作製しリンパ管新生を評価した.ANG群,VEGF-C群,ANG+VEGF-C群でリンパ管密度が高く,リンパ管新生が促進されていた.リンパ管内皮細胞をANGとVEGF-Cの存在下と非存在下で培養した.ANG群,VEGF-C群ではANGは核移行しており,細胞増殖が促進された.ANGの促進するリンパ管新生はリンパ浮腫に対する新規治療法になる可能性があると考えられた.リンパ浮腫はリンパ液の流れの阻害により生じた浮腫である.乳癌,子宮頸癌の治療後の続発性リンパ浮腫は2530%の患者に発症し,リンパ漏,皮膚潰瘍,蜂窩織炎を合併しQOLを低下させる.新しいリンパ管を形成し,遮断されたリンパ液の流れを再開すれば,リンパ浮腫を制御できる可能性がある.血管新生因子Angiogenin(ANG)は,血管内皮細胞に作用し血管新生に非常に重要な役割を果たすことが明らかとなっているが,リンパ管新生における役割は未だ明らかとなっていない.ANGによるリンパ管新生の分子機構と,ANGを用いたリンパ浮腫に対する新規治療法の可能性について検討を行った.リンパ浮腫動物モデルは8週齢オスBALB/cマウスの尾基部から1cm遠位の表皮を2mm環状に剥ぎ取り作製した.ANGとリンパ管新生因子Vascular Endothelial Growth Factor-C(VEGF-C)を単独もしくは混和し腹腔内投与し,尾の直径を計測しリンパ浮腫の程度を検討したところ,ANG群,VEGF-C群,ANG+VEGF-C群では浮腫の軽減を認めた.尾の組織切片を作製後,リンパ管新生は抗LYVE-1抗体を用いて免疫染色を行い評価した.ANG群,VEGF-C群,ANG+VEGF-C群ではリンパ管密度が有意に高く,リンパ管新生が促進されていた.正常ヒト微小リンパ管内皮細胞をANGとVEGF-Cのそれぞれ存在下と非存在下で培養し,増殖能を解析した.ANG群,VEGF-C群ではリンパ管内皮細胞の増殖が促進された.リンパ管内皮細胞におけるANG局在は蛍光抗体染色法で観察した.ANGはリンパ管内皮細胞の核へ集積した.またVEGF-C存在下においても,ANGが核へ移行していた.ANGの促進するリンパ管新生はリンパ浮腫に対する新規治療法になる可能性があると考えられた.血管新生因子ANGとリンパ管新生因子VEGF-Cをリンパ浮腫動物モデルに投与した.ANG群,VEGF-C群,ANG+VEGF-C群で浮腫軽減を認めた.浮腫部の組織切片を作製しリンパ管新生を評価した.ANG群,VEGF-C群,ANG+VEGF-C群でリンパ管密度が高く,リンパ管新生が促進されていた.リンパ管内皮細胞をANGとVEGF-Cの存在下と非存在下で培養した.ANG群,VEGF-C群ではANGは核移行しており,細胞増殖が促進された.ANGの促進するリンパ管新生はリンパ浮腫に対する新規治療法になる可能性があると考えられた.(1)ANGがリンパ管内皮細胞に与える影響の解析ANGがrRNA転写を促進するには,核に移行することが必須である.培養リンパ管内皮細胞においてANGが核に集積していることを確認した。リンパ管内皮細胞をANGとVEGF-Cのそれぞれ存在下と非存在下で培養し,増殖能を測定した。ANGとVEGF-Cがリンパ管内皮細胞の増殖を促進することを確認した。(2)ANGがリンパ浮腫に与える影響の解析ANGがリンパ浮腫動物モデルに与える影響を検討した.BALB/cマウスの尾基部遠位の表皮を環状に剥ぎ取り,リンパ浮腫動物モデルを作成した.隔日でANGとVEGF-Cを腹腔内注射した.リンパ浮腫の程度は,尾の直径を計測し評価した.2週間後,マウスを屠殺し尾の組織切片を作製した.リンパ管新生は抗VEGFR-3抗体を用いて免疫染色を行い評価した.ANGとVEGF-C併用群では他の群と比較してリンパ管新生が促進され,リンパ浮腫の軽減が認められた。ANG遺伝子を欠損させ,その影響からANGの生理的機能を調べるために,ANG遺伝子のノックアウトマウスを作製した.当初の計画通り研究は遂行されている。(1)ANGがリンパ管内皮細胞に与える影響の解析現在、rRNAの転写を調べるために47S pre-rRNAをプローブとしてin situ hybrid法を行う予定としている.リボソーム生合成はNucleolar organizer region(AgNOR)の銀染色を行い評価する予定である.ANGとVEGF-Cの両方が存在している時のみ,リボソーム生合成が促進されていると考えている.(2)ANGがリンパ浮腫に与える影響の解析ANG遺伝子ノックアウトマウスを用いて上記と動揺にリンパ浮腫動物モデルを作成する.2週間後マウスを屠殺し尾の組織切片を作製する予定である.リンパ管新生は抗VEGFR-3抗体と抗LYVE-1抗体を用いて,血管新生は抗CD31抗体を用いて,それぞれ免疫染色を行い評価する.rRNA転写は47S pre-rRNAをプローブとしてin situ hybrid法を行い調べる.ノックアウトマウスでは,rRNA転写とリンパ管新生が抑制されていると考えている.当初の計画書通り、rRNAの転写やリボソーム生合成を評価するための研究用キット、リンパ浮腫動物モデル組織
小型プラズマ反応溶射装置による宇宙航空部材への環境適応型光触媒膜の作製

本年度は、低電力ガストンネル型プラズマ反応溶射装置(3kW以下)の性能の向上、及び、それによるCu粉末、Ti粉末などを用いて作製した金属膜について、皮膜組織・構造、硬度、反応性(酸化、窒化)について明らかにし、1 kW級プラズマ反応溶射装置の可能性を追求した。低電力ガストンネル型プラズマ溶射装置の改良では(目標:1 kWタイプ)、ノズル電極の内径が12 mm、10 mmの場合、プラズマ電流:20-35 A(1.5 kW以下)、溶射距離20-30 mm、作動ガス流量50 l/min、溶射時間30秒の溶射条件で銅粉末の溶射を行い、80ミクロン以上の膜厚のCuコーティングが得られる適正溶射条件(電流、溶射距離について)を明らかにした。その結果は、平成31年3月沖縄で開催されたプラズマ応用と複合機能材料に関する国際ワークショップ(IAPS2019)で発表した。また、3 kW級ガストンネル型プラズマ溶射装置を用いてTi金属粉末を溶射し、プラズマ電流48 A、電圧47 V、溶射距離40 mmにおいて、10秒の短時間に200ミクロンの膜厚のTi/TiN/TiO2コーティングを作製した。その溶射プロセスにおける反応性については、X線回折装置によりTiN及び、TiO2の存在を確認した。現在、ガストンネル型プラズマ反応溶射の効率を上げるためのプロセス開発を行うとともに、光触媒機能をもつTiO2複合材料を作製するための準備を行っている。本年度は、開発した小型低電力ガストンネル型プラズマ反応溶射装置について、装置性能の向上を図るため、作製したTiO2溶射膜の品質、反応性の評価をもとにプラズマ反応溶射装置の改善を行う予定であったが、1 kW級プラズマ反応溶射装置によるTiO2膜作製までは達成できた。しかし、装置の改良、溶射実験の準備に時間を取られたため、プラズマ反応溶射実験、Ti粉末の反応性の評価が不十分で、より光触媒機能の高い反応溶射膜の作製、プラズマ反応溶射装置性能向上の目標を達成できなかった。これらは次年度に繰り越した。低電力ガストンネル型プラズマ反応溶射について、チタン粉末を用いた1kW級の低電力でプラズマ反応溶射を行い、作製したTiN溶射膜, TiO2溶射膜の品質、反応性の評価から、1 kW級プラズマ反応溶射装置の改善を行う。また、TiO2金属/プラスチック複合材料については、皮膜の組織・構造の制御、硬さなど機械的特性、傾斜機能性の制御の可能性も明らかにする。特に、プラスチック、Alなど軽量素材について、TiO2複合膜による高機能化を進め、殺菌、有害物質除去など光触媒機能の向上、耐熱性、耐食性などに優れた機能をもつ新しい高機能環境適応型複合材料の設計・作製を目指す。さらに、開発した光触媒複合材料について、宇宙航空部品の軽量化を目指した様々な部材への適用、及び、適用部材拡大を検討する。本年度は、ガストンネル型プラズマ溶射(10ー20kWタイプ)によりプラスチック樹脂表面に溶射した金属膜について、これまでの皮膜組織・構造、硬度・密着性、耐熱性、耐食性などの機能性に関するデータをまとめるとともに、ガストンネル型プラズマ反応溶射による複合機能材料の作製、環境機能発現についての適正実験条件を調べるなどの調査研究を行った。また、ガストンネル型プラズマ溶射装置の小型化、低電力(目標:1 kWタイプ)を図るため、プラズマトーチの装置サイズを小型化し、トーチノズル電極の内径を従来の20mmから12mm、8mmにサイズダウンし、ガストンネル型プラズマジェットを発生させた。この場合、従来使用していたプラズマ電流:200 A (10 kW)を20ー40 Aに低下させ、作動ガス流量も150 l/minから30 l/minに減少させて実験を行った。その結果、プラズマ電力は、3kW以下の小電力のガストンネル型プラズマが達成された。そのプラズマ特性、および、ガストンネル型プラズマ反応溶射について、平成30年3月フィリピンで開催されたプラズマ応用と複合機能材料に関する国際ワークショップ(IAPS2018)で発表した。現在、開発した1 kW級ガストンネル型プラズマ反応溶射を用いたTi金属粉末をプラスチック樹脂、Al等軽金属表面に溶射し、光触媒機能をもつTiO2金属/プラスチック複合材料を作製するための準備を行っている。本年度は、これまでのガストンネル型プラズマ反応溶射に関する研究成果を取りまとめるとともに、ガストンネル型プラズマ反応溶射装置のサイズ、パワーの小型化を図ることを目的としていたが、本年度は、従来の研究のデータを取りまとめ、Tiの溶射について、窒化、酸化について、その反応プロセスを明らかにし、今後の研究のデータベースとした。また、ガストンネル型プラズマ反応溶射装置のサイズ、パワーの小型化を行った。しかし、開発した小型ガストンネル型プラズマ反応溶射については、粉末供給機など溶射装置周辺器具の準備に時間がかかり、TiO2膜の作製は次年度に繰り越した。全体的には本研究の進捗状況については、おおむね良好である。

低電力ガストンネル型プラズマ溶射装置の改良では(目標:1 kWタイプ)、ノズル電極の内径が12 mm、10 mmの場合、プラズマ電流:20-35 A(1.5 kW以下)、溶射距離20-30 mm、作動ガス流量50 l/min、溶射時間30秒の溶射条件で銅粉末の溶射を行い、80ミクロン以上の膜厚のCuコーティングが得られる適正溶射条件(電流、溶射距離について)を明らかにした。その結果は、平成31年3月沖縄で開催されたプラズマ応用と複合機能材料に関する国際ワークショップ(IAPS2019)で発表した。また、3 kW級ガストンネル型プラズマ溶射装置を用いてTi金属粉末を溶射し、プラズマ電流48 A、電圧47 V、溶射距離40 mmにおいて、10秒の短時間に200ミクロンの膜厚のTi/TiN/TiO2コーティングを作製した。その溶射プロセスにおける反応性については、X線回折装置によりTiN及び、TiO2の存在を確認した。現在、ガストンネル型プラズマ反応溶射の効率を上げるためのプロセス開発を行うとともに、光触媒機能をもつTiO2複合材料を作製するための準備を行っている。本年度は、開発した小型低電力ガストンネル型プラズマ反応溶射装置について、装置性能の向上を図るため、作製したTiO2溶射膜の品質、反応性の評価をもとにプラズマ反応溶射装置の改善を行う予定であったが、1 kW級プラズマ反応溶射装置によるTiO2膜作製までは達成できた。しかし、装置の改良、溶射実験の準備に時間を取られたため、プラズマ反応溶射実験、Ti粉末の反応性の評価が不十分で、より光触媒機能の高い反応溶射膜の作製、プラズマ反応溶射装置性能向上の目標を達成できなかった。これらは次年度に繰り越した。今年度開発した小型ガストンネル型プラズマ反応溶射について、チタン粉末を用いて3kW級の低電力でプラズマ反応溶射を行うとともに、主に1 kW級プラズマ反応溶射の実験を行う。この場合、小型低電力ガストンネル型プラズマ反応溶射装置について、装置性能の向上を図るため、作製したTiN溶射膜, TiO2溶射膜の品質、反応性の評価を行う。以上をもとに1 kW級プラズマ反応溶射装置の改善を行う低電力ガストンネル型プラズマ反応溶射について、チタン粉末を用いた1kW級の低電力でプラズマ反応溶射を行い、作製したTiN溶射膜, TiO2溶射膜の品質、反応性の評価から、1 kW級プラズマ反応溶射装置の改善を行う。また、TiO2金属/プラスチック複合材料については、皮膜の組織・構造の制御、硬さなど機械的特性、傾斜機能性の制御の可能性も明らかにする。特に、プラスチック、Alなど軽量素材について、TiO2複合膜による高機能化を進め、殺菌、有害物質除去など光触媒機能の向上、耐熱性、耐食性などに優れた機能をもつ新しい高機能環境適応型複合材料の設計・作製を目指す。さらに、開発した光触媒複合材料について、宇宙航空部品の軽量化を目指した様々な部材への適用、及び、適用部材拡大を検討する。本年度は、おもにガストンネル型プラズマ反応溶射装置の小型化を行ない、小型ガストンネル型プラズマ反応溶射実験によるTiO2膜の作製は行わなかった。このため、溶射実験のためのアルバイト謝金などの人件費を必要としなかったため、人件費・謝金の費目分の使用額相当を次年度に繰越しすることとなった。次年度は、開発した小型のガストンネル型プラズマ溶射反応装置を用いた溶射実験研究を行う。このため、繰越額は、実験消耗品費など物品費に当てるとともに、研究打ち合わせ、研究発表などの旅費予算に当てる予定である。
非化学量論組成ホイスラー型熱電材料の高圧ねじり加工による性能向上とその機構解明

Fe2VAl系ホイスラー型熱電材料について、非化学量論組成や元素置換に加えて、高圧ねじり(HPT)加工を利用することで結晶粒超微細化による熱伝導率低減のシナジー効果により熱電性能の大幅な向上を図った結果、以下の成果が得られた。2.HPT加工材とアーク溶解材の格子熱伝導率比について結晶粒径依存性を調べた結果、置換元素によらず1本のユニバーサルな曲線上にのる。これより、Fe2VAl合金において粒径を100 nmまで制御することで、格子熱伝導率をアーク溶解材の50 %程度に低減できることが分かった。3.二元素同時置換合金Fe1.98V0.97Ta0.05Al0.90Si0.10について、973 Kで熱処理を行ったところ、熱伝導率は5.2 W/mK (300 K)となり、アーク溶解材の50%まで低減することができた。また、TEM観察によるEDX分析でもTaの粒界偏析が認められ、このため粒径100nm以下の超微細粒組織を形成していることから、二元素同時置換による粒成長抑制効果は有効である。この場合の無次元性能指数はZT=0.24 (380K)であり、アーク溶解材と比べて14%性能向上した。4.Fe2V0.10Al0.90合金では重元素置換により熱伝導率が大幅に低減しているが、HTP加工による結晶粒微細化(約120nm)を行うことで、熱伝導率は3.7W/mKとアーク溶解材の半分まで低減し、ZT=0.29 (580 K)と1.4倍に増大した。Fe2VAl系合金は、既存の熱電材料と比較して熱伝導率が非常に高く、この値の低減が性能向上の課題となっている。本研究では、Fe2VAl系合金に高圧ねじり(HPT)加工を施すことで結晶粒が微細化され、熱伝導率が大幅に低減することを明らかにしており,HPT加工による熱電性能の向上が期待されている。しかしながら、HPT加工を施すことでホイスラー構造が消失してゼーベック係数も低下するために,加工後に適切な熱処理が必要である。とくにTa置換を施した合金においては、熱処理に伴う粒成長が抑制され、低い熱伝導率を維持することが分かっている。このような粒成長抑制効果がTa特有の効果であるかを調査するために,Taと比べて安価な元素であるSiを置換したFe2VAl合金においてもTa置換合金と同様に粒成長抑制効果が認められた。さらに、Ta+Si二元素同時置換した合金については再結晶温度の上昇も確認できており、熱処理条件を最適化することで結晶粒超微細化が可能であることを明らかにした。一方、熱伝導率低減に関連して、大阪大学との共同研究によりFe2VAlエピタキシャル薄膜の作製に成功し、とくにFe2VAl1-xSix薄膜(x=0.43)について3.9±1,4 W/mKとこれまで報告されているFe2VAl系のなかで最小値を達成している。この場合の熱伝導率低減はL21規則度が低減したことに起因している可能性もあるので、今後はホイスラー合金の結晶規則度が熱伝導率を制御するうえで重要であると考えている。1. HPT加工を施したFe1.98V0.97Ta0.05Al0.90Si0.10を熱処理するとゼーベック係数の値が回復し、熱伝導率は5.2 W/mK (300 K)と低い値を維持している。しかしながら、Taの粒界偏析のため母相の組成が変化して熱電性能のピーク温度がシフトすることがある。そこでTa置換量を増やしたFe1.98V0.95Ta0.07Al0.90Si0.10についてHPT加工を施し、熱処理後の母相の組成を最適化することで性能向上を図る。2,粒成長抑制にはTa置換が有効であり,最適組成である10%Ta置換したV/Al非化学量論組成合金でHPT加工による性能向上を図る。とくにFe2V0.98Ta0.10Al0.92では重元素であるTaを置換することにより熱伝導率のフォノン成分が低減しているが,この値がHPT加工による結晶粒微細化でさらに低減することを検証する。3.価電子濃度VEC=6の新規ホイスラー合金としてRu2TiSi、Ru2VAl、Ru2TaAlなどが注目されている。なかでもRu2TaAlは熱伝導率がFe2VAlよりも低く、さらに擬ギャップのエネルギー幅がFe2VAlと比べて広いことから、より高温域に熱電性能のピークが存在することが予測される。これらのRu系ホイスラー合金について熱電特性を調べるとともに、さらにHPT加工を行うことで熱伝導率低減の可能性を明らかにする。4.重元素ドープによる格子熱伝導率の低減メカニズムを明らかにするために、置換元素周辺の局所的な格子歪みによるフォノン散乱の寄与について蛍光X線ホログラフィー(XFH)および広域X線吸収微細構造(EXAFS)を利用して解析する。さらに、Taドープした合金について非弾性X線散乱測定(IXS)により熱伝導を担うフォノンを直接観測する。Fe2VAl系ホイスラー化合物熱電材料について、非化学量論組成や元素置換の効果に加えて、高圧ねじり(HPT)加工を利用することで結晶粒超微細化による熱伝導率低減のシナジー効果により熱電性能の大幅な向上を図る。

得られた結果は以下の通りである。1. V/Al非化学量論組成の合金として、出力因子の高いFe2V1.05Al0.95及びTa置換したFeVTa0.05Al0.95に対してHPT加工した結果、熱伝導率はアーク溶解試料の半分程度の5 W/mK(300 K)に低減した。しかし、強加工の影響によりホイスラー型規則構造が消失しており、そのためゼーベック係数は大幅に低減した。2.放射光高温X線回折測定から、HPT加工した試料を850 K-900 Kまでその場加熱すると規則格子反射ピークが出現するとともに格子定数はほぼアーク溶解試料と一致することを確認した。そこで中間温度の873 Kで熱処理したところ、出力因子はアーク溶解試料と同等程度まで回復したが、Ta置換していない試料では熱伝導率も増加した。一方、Ta置換試料では熱処理後も熱伝導率は5 W/mK(300 K)を保持しており、その結果、無次元性能指数はZT=0.30(500 K)まで増加した。これは、同一組成のアーク溶解試料のZT=0.22と比べて50%近い性能向上である。3.熱処理したTa置換試料のTEM観察の結果、平均結晶粒径は80nmまで超微細化していることを確認した。一方、Ta置換していない合金では270nmに粗大化しており、このため熱伝導率が増加した。4. HAADF-STEM像において粒界に沿ってより明るいコントラストが観察されており、重元素の偏析を示唆している。さらに、STEM-EDXによる元素マッピング像では粒界にTaが0.5at.%程度多く偏析していることから、粒成長の抑制はTaの粒界偏析に起因すると結論した。ホイスラー化合物熱電材料の性能向上のためには熱伝導率低減が重要な課題である。そのために結晶粒超微細化が有効であり、その方法の一つが粉末冶金を利用した焼結体作製であるが、この場合、結晶粒径をナノメータレベルまで超微細化することは困難であった。もう一つが高圧ねじり加工による方法であり、これまでスクッテルダイト系など比較的脆い材料に広く応用された研究例はあるが、Fe2VAl系への適用は本研究が初めてである。とくに、Fe2VTaxAl1-xではHPT加工によりアーク溶解試料と比べて熱伝導率が50%程度まで低減することが分かった。TEMにより結晶粒径を評価して比較検討すると、結晶粒径が270nm程度ではフォノン熱伝導率がアーク溶解試料と比べて約15%低減し、100 nm以下まで微細化することで約50%低減することが明らかとなった.さらに、フォノン熱伝導率の低減に対して、Taによる重元素置換の効果と結晶粒超微細化の効果はほとんど独立に影響を及ぼすことが明らかとなり、重元素置換した合金に対してもHPT加工によるZT向上は可能である。一方、当初研究目的であった非化学量論組成の効果についても新たな知見が得られている。たとえば、V/Al非化学量論組成にするとp型よりn型の性能が向上するので、n型Fe2V1+xAl-x(x>0)を利用して、VをTiで部分置換してフェルミ準位を伝導帯側から価電子帯側にシフトさせることでp型性能の向上を確認した。さらに、VをTaで置換して熱伝導率の大幅な低減を図った結果、500 KでZT=0.18を達成しており、Fe2VAl系p型材料としては最高性能である。Fe2VAl系ホイスラー型熱電材料について、非化学量論組成や元素置換に加えて、高圧ねじり(HPT)加工を利用することで結晶粒超微細化による熱伝導率低減のシナジー効果により熱電性能の大幅な向上を図った結果、以下の成果が得られた。2.HPT加工
ヒト血漿カリクレイン感受性蛋白質PK-120の機能についての研究

本研究により,以下のことを明らかにした.(1)ヒト血液より分離した好中球(PMN)および抗PK-120モノクローナル抗体を用いたFACS解析により,PMNはPK-120と結合した状態で血中を循環していることが示唆された.(2)ビオチン化PK-120および^<125>I-PK-120は濃度依存的にPMNと結合することが明らかとなった.また,37°Cおよび4°Cにおける^<125>I-PK-120のPMNへの結合性を調べた所,4°Cでは,^<125>I-PK-120の結合は1時間後に飽和に達し,その後は結合量の変化は観察されなかた.一方,37°Cでは,30分後に^<125>I-PK-120の結合が飽和に達し,その後,結合量が減少するのが観察された.そこで,^<125>I-PK-120とPMNを各時間37°Cでインキュベーションした後遠心し,その上清をSDS-PAGEした.そのゲルをオートラジオグラフィーにより解析した結果,37°Cにおける^<125>I-PK-120のPMNへの結合の経時的減少は,^<125>I-PK-120がPMNにより分解された為であることが強く示唆された.本研究により,以下のことを明らかにした.(1)ヒト血液より分離した好中球(PMN)および抗PK-120モノクローナル抗体を用いたFACS解析により,PMNはPK-120と結合した状態で血中を循環していることが示唆された.(2)ビオチン化PK-120および^<125>I-PK-120は濃度依存的にPMNと結合することが明らかとなった.また,37°Cおよび4°Cにおける^<125>I-PK-120のPMNへの結合性を調べた所,4°Cでは,^<125>I-PK-120の結合は1時間後に飽和に達し,その後は結合量の変化は観察されなかた.一方,37°Cでは,30分後に^<125>I-PK-120の結合が飽和に達し,その後,結合量が減少するのが観察された.そこで,^<125>I-PK-120とPMNを各時間37°Cでインキュベーションした後遠心し,その上清をSDS-PAGEした.そのゲルをオートラジオグラフィーにより解析した結果,37°Cにおける^<125>I-PK-120のPMNへの結合の経時的減少は,^<125>I-PK-120がPMNにより分解された為であることが強く示唆された.
酸化物高温超電導体を用いた超電導軸受の試作と性能評価

1.超電導磁気軸受の試作超電導磁気軸受はロータおよび超電導体による磁気軸受から構成した。超電導体はド-ナツ状に加工し,直径25mmの穴を空けることに成功した。また,超電導体を冷却するための液体窒素容器を設け,常に超電導体が超電導状態を維持できるよう,液体窒素が循環する構造とした。2.受動形の超電導磁気軸受としての回転特性コンプレッサーの圧縮空気による回転駆動力を与え,回転時の振動特性を測定・評価した。評価にはメモリレコーダおよびFFT解析装置を用いた。この結果から,危険速度は5000rpm付近に現れ,本実験装置における危険速度通過は可能であった。また,軸方向の振動特性から超電導磁気軸受は能動形磁気軸受に比べて減衰特性がやや劣ることが明らかになった。3.運動モデルの構成超電導軸受の回転運動時のFFT解析結果から,運動モデルを構成した。剛体運動モードを想定し,その並進運動および傾斜運動について振動のシミュレーションを行った。4.能動形磁気軸受との併用形超電導磁気軸受の試作・検討完全受動形の超電導磁気軸受の特性を考慮して電磁石の吸引力やコイルの大きさを設計した。次に,電磁石を励磁するための直流リニアアンプの設計・試作を行った。その結果,単電源24V,2A/5Vの特性を有するアンプを構成した。また,駆動制御の為のアナログ制御回路を設計・試作した。現在,能動形磁気軸受によるロータの磁気浮上が可能となったばかりである。今後,駆動アンプ,制御回路等の改良を進めると同時に,併用形超電導磁気軸受としての評価・検討を行う予定である。
動詞先行型危機言語の場面認識・記憶に関わる認知メカニズムの解明

H30年度4-5月は身体運動と言語使用との関連性を言語間で比較するため、タロコ語で実施した産出実験を日本語話者30名を対象に行った。H30年度5-6月は日本語話者30名を対象に主体感の有無を操作した身体運動が行為者・対象者を含む事象を能動的または受動的事象として捉える過程に影響するかを検証する実験の準備・実施を行い、H30年度7月にはその結果を査読付き論文にまとめた(外国語学会誌, 22(1))。H30年度12-1月に実験補助者を3名雇用し、日本語話者34名を対象に身体運動が事象認知における視点選択に与える影響を探る実験の準備・実施を行った。その結果をH30年度3月に第21回年次大会European Society For Cognitive Psychology (ESCoP 2019)へ投稿しポスター発表として採択された(H31年度9月に発表予定)。さらに、H30年度5月にはハーバード大学にて開催されたInternational Workshop and Related Languages: Grammar, Processing, and Revitalizationにて招待講演を行い、タロコ語を対象とした視線計測実験により得られた成果を発表した。H30年度8月には動詞先行型言語が話されているトンガの南太平洋大学トンガ校とトンガ教育機関にて、タロコ語産出実験の手法や研究成果について2回の招待講演を行った。H30年度2月は花蓮縣原住民多元文化協会を訪れ今後の展開について話し合い、その後台湾原住民博物館では対象言語を拡大する可能性について情報収集をした。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成28年度4-6月に記憶と主体性についてに関する先行研究の再調査と検証すべき仮説の決定を行った。平成28年7月には実験に使用する事象刺激のサンプル作成を行い、8月の台湾遠征でタロコ語母語話者に確認する事項をまとめた。平成28年8月の台湾遠征では、これから研究を円滑に進めるために不可欠である、タロコ先住民族コミュニティーの方々との交流を図り、さらに実験補助3名、現地協力者1名の方々との信頼関係を構築し、実験実施に伴う作業や概要などについて説明した。また、視線計測実験を実施するための施設の確保や研究環境の整備を行った。さらに、現地母語話者と共にタロコ語の文法や翻訳に関する確認を行いながら、これまで実施してきた思考と語順を探ったジェスチャー研究の総まとめも行った。平成28年度8月-11月には、平成29年度に実施予定の「主体性と事象認知に関わるタロコ語産出実験」の準備として、現地協力者であるタロコ語母語話者と文化的、歴史的背景に適した事象の作成に取り組んだ。現地協力者には、事象刺激の適性について適宜コミュニティーの方々に意見を伺うように指示し、事象の修正や作成を行った。当初の目標であったタロコ先住民族コミュニティーの方々と信頼関係を築くことができ、現地研究協力者、実験補助者と今後の実験を円滑に進めるために重要な協力体制を整える事ができた。また、現地における実験環境を確立することもできた。平成29年度に実施する実験の事象刺激も完成に近づき、プログラミングも進んでいる事から、研究はおおむね順調に進展していると言える。平成29年度4ー6月には絵描写課題実験で使用するイベントの妥当性についてタロコ語母語話者と検討し、単文で描写可能な適切な動作を選定し、線画事象80枚を完成させた。平成29年度7月には自主性を操作した身体運動を伴う実験パラダイムならびに視線計測手法を視線計測装置(TX300)・Python・PsychoPyを用いて確立した。平成29年度8月には台湾でタロコ語母語話者30名を対象に予備実験ならびに本実験を行った。有効な産出データは30名、視線計測データに関しては29名であった。平成29年度1ー3月には同様の実験を日本語母語話者を対象に実施した。実験補助者を2名雇用し、30名規模の実験を行いデータを取得した。また日本語産出文に関しては、データの書き起こし、産出文の分類、スピーチオンセットの計測を行い、タロコ語に関してはスピーチオンセットの計測を行った。1月には宮城女子学院大学でタロコ語実験を含む内容について招待講演を行った。絵描写課題を用いた視線計測実験の作成を終え、タロコ語母語話者を対象とした実験では当初目標としていたパイロット実験ではなく、30名を対象とした本実験を実施することができた。またデータの分析結果をハワイ大学ならびに宮城女子学院大学で発表することができた。30名の日本人母語話者を対象とした実験も実施し、分析も進めることができたので、概ね順調に進展している。

その結果をH30年度3月に第21回年次大会European Society For Cognitive Psychology (ESCoP 2019)へ投稿しポスター発表として採択された(H31年度9月に発表予定)。さらに、H30年度5月にはハーバード大学にて開催されたInternational Workshop and Related Languages: Grammar, Processing, and Revitalizationにて招待講演を行い、タロコ語を対象とした視線計測実験により得られた成果を発表した。H30年度8月には動詞先行型言語が話されているトンガの南太平洋大学トンガ校とトンガ教育機関にて、タロコ語産出実験の手法や研究成果について2回の招待講演を行った。H30年度2月は花蓮縣原住民多元文化協会を訪れ今後の展開について話し合い、その後台湾原住民博物館では対象言語を拡大する可能性について情報収集をした。平成29年度は、「主体性と事象認知に関わるタロコ語産出実験」を日本語母語話者を対象に実験を実施し、そのパイロットデータをもとに実験刺激、実験デザイン、教示法などに改良点、修正点があれば変更する。その後、日本語母語話者とタロコ語母語話者を対象とした本実験に移行することとする。今後は日本語者を対象とした産出実験データの分析を終わらせ、タロコ語と日本語における言語間比較を行う。また平成30年度は理解の側面に焦点をあて、運動情報が産出と理解のメカニズムに与える影響について比較していくことにする。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
数値モデルを用いた超大陸サイクルとマントル対流の熱的・力学的相互作用の解明

本研究では、大陸リソスフェアを考慮した三次元球殻マントル対流の数値シミュレーションを行った。その結果、予めマントルの表層に設定した高粘性の超大陸が分裂した後、それぞれの大陸が移動し、やがて計算開始から約6億年後に、それらの大陸が再び一つに集まって新しい超大陸が形成された。この結果は、実際の地球に近い大陸移動の様子(つまり、超大陸サイクル)を計算機の中で再現できたことを意味する。また、超大陸サイクルの原動力が、マントルの熱対流運動のみならず、大陸プレート周辺の海洋プレートを含む地球上の全プレートが複雑に相互運動することによって生まれるプレート境界力であることも分かった。1.大陸リソスフェア(以下、大陸)の移動を実現する独自の三次元部分球殻マントル対流モデルを高度化させ、大陸縁辺での低粘性領域(WCM;実際の地球では太古代クラトン縁辺の原生代造山帯に相当)の存在が大陸の時間的安定性に及ぼす影響について調べた。本研究のモデルでは、大陸は単純化された形状で、その粘性率は海洋プレートより高いと仮定し、大陸の周囲及び内部に予めWCMを設定した。マントル対流の時間発展を計算した結果、大陸と海洋リソスフェアの粘性率比が100倍で、かつ、WCMの粘性率がマントルの粘性率と同程度である場合、大陸は地質学的時間スケール(本モデルでは、10億年以上)にわたってマントル対流によって大きく攪拌されることなく安定に移動することが分かった。また、大陸と海洋リソスフェアの粘性率比をさらに大きくした場合(1000倍)には、大陸はより長い時間(2030億年以上)にわたって安定であることが分かった。しかし、本研究によって、大陸の時間的安定性には、WCMの存在そのものが一次的に寄与し、大陸と海洋プレートの粘性率比の寄与は二次的であることが示唆された。2.大陸移動を考慮した三次元全球殻マントル対流コードを開発した。大陸の移動は、1のモデルで使われた独自開発の追跡粒子アルゴリズムを発展させて解いた。数億年後の大陸配置の分布と超大陸の形状の予測を試みた結果、南極大陸と南米大陸を除く現在の各大陸は数億年後に北半球に集まり、北半球に新しい超大陸が形成される可能性を示した。3.これまで、我々及び世界中の研究グループが行われてきた、大陸を考慮したマントル対流のシミュレーション結果、及び、現在構築されつつある地質学的モデルから、大陸移動とマントル対流との間には、地球史を通して重大な熱的・力学的フィードバックがあることを議論し、レビュー論文としてまとめた。本年度の前半では、三次元全球マントル対流数値シミュレーションプログラム(ConvGS)に組み込むパンゲア超大陸のデジタルデータを作成した。まず、シドニー大学の研究者らが中心となって開発されている「プレート復元ソフトウェア:GPlates」から、2億年前におけるパンゲア超大陸の海岸線のデジタルデータを抽出した。次に、抽出したデータをConvGSに直接入力できるデータフォーマットにコンパイルした。この作業と同時に、大陸を考慮しない状態でのマントル対流のシミュレーションを実施した。本研究では、コアからの加熱がある場合(Case Q1)とない場合(Case Q2)の二つのパターンに加え、最も重要なパラメーターである海洋リソスフェアの降伏応力の値を80 MPaから200 MPaの範囲でさまざまに変えた。本年度の後半では、パンゲア超大陸マントルの表層に設置した。このとき、パンゲア超大陸の粘性率は海洋プレートの粘性率よりも100倍大きくした。まず、大陸を移動させず空間的に固定したまま、海洋プレートのプレート境界の分布が時間的にほぼ安定になるまで計算し、その後、大陸を移動させて2億年間計算した。その結果、Case Q1、Case Q2のいずれの場合でも、限られた降伏応力の値(本研究もモデルでは、120 MPa程度)で、パンゲア超大陸の分裂と分裂した大陸の移動が確認された。この結果は、コア・マントル境界から積極的な上昇プルームがない場合でも超大陸の分裂と大陸移動が実現することを示唆する。つまり、大陸プレート周辺の海洋プレートを含む地球上の全プレートが複雑に相互運動することによって生まれるプレート境界力が超大陸の分裂とその後の大陸移動に重要な影響を及ぼすことを意味する。本研究で得られた知見は、今後、現在の地球の大陸配置を再現し、2億年前から現在までのマントル対流の変動を理解する上で重要となるであろう。(1)昨年度までに開発した三次元部分球殻内マントル対流数値シミュレーションプログラムを用いて、超大陸の分裂から始まる大陸移動を考慮した数値シミュレーションを実施した。

モデルの初期状態として、“超大陸"は高粘性率(周囲のマントルとの粘性比は最大で1000)の4つの大陸片(クラトニック・リソスフェア)の集合体とし、それぞれの大陸片の縁辺は低粘性帯(実際の地球では太古代クラトン縁辺の原生代造山帯、あるいは変動帯に相当)で囲まれていると仮定する。シミュレーションの結果、大陸縁辺での低粘性帯の存在が、地質学的時間スケール(20億年以上)にわたる大陸の安定性に寄与することが分かった。特に、大陸の安定性には、大陸そのものの高粘性の性質よりも、大陸縁辺での低粘性帯の存在の方が重要であることが系統的なシミュレーションから明らかになった。(2)自在に変形する大陸リソスフェアを考慮した三次元全球殻マントル対流モデルを世界に先駆けて構築し、数値シミュレーションを実施した。シミュレーションでは、大陸の粘性率、大陸縁辺の変動帯及び超大陸内の縫合帯(スーチャーゾーン)の粘性率、海洋リソスフェアの降伏応力などのパラメータを系統的に変化させた。その結果、限定されたパラメータの条件下では、超大陸が分裂し、分裂したそれぞれの大陸片が、数億年で再び集合して次の超大陸を形成するという“超大陸サイクル"を復元することが出来た。超大陸の形成には、超大陸の外海が閉じる“外向"と、大陸が分裂して一旦開いた海が再び閉じる“内向"の二つのパターンが複雑に絡み合うことが分かった。また、超大陸サイクルが実現される条件下での大陸下マントルの平均温度異常(マントルの各深さにおける全球水平平均温度との温度差の平均)を見積もった。その結果、移動する大陸下の深部マントルの平均温度異常はたかだか±10°Cであることが分かった。「研究の目的」では、「(1)超大陸サイクルとマントル対流との熱的相互作用、(2)超大陸サイクルに伴う海洋プレートの力学的状態の変化、(3)数億年後に形成されると予想されている未来の超太陸の形状-について明らかにする」とした。(3)は本年度計画が計画通りに実施できたので、達成度は100%である。(1)と(2)の達成度はそれぞれ50%と20%で、本年度実施したモデルの高度化によって、今後計画通りに推進出来る目処が立った。25年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題の現在までの達成度は、ほぼ100%であると言ってよい。特に今年度は、地球表層に大陸とプレートを考慮した三次元全球殻内マントル対流数値シミュレーションプログラムの開発が終了し、今後、超大陸サイクルとマントル対流との熱的・力学的相互作用の解明に必要なシミュレーションを実施する準備が整った。今年度に得られたシミュレーション結果は、超大陸が分裂し、分裂した大陸片が移動し、最終的に一つの超大陸に集まる過程(超大陸サイクル)を復元しており、実際の地球に近い複雑な大陸移動のパターンが自発的に実現している。超大陸サイクルを再現した数値シミュレーションは世界で初めての成果である。また、近年の三次元地震波速度構造(地震波トモグラフィー)モデルでイメージされるように、マントル深部の対流パターンは必ずしも表層のプレートの配置や大陸の分布に対応しておらず、実際の地球マントルで見られる状況に近い。この結果は、大陸の移動が、その下のマントルの対流運動だけでなく、大陸プレート周辺の海洋プレートを含む地球上の全プレートが複雑に相互に作用しながら運動するというメカニズムで説明出来ることを示したことになり、研究計画を立案した当初では予想をしなかった非常に重要な成果が得られたことになる。