hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
CRISPR/Cas9システムを用いた糸状菌休眠二次代謝遺伝子群の活性化方法確立

糸状菌はペニシリンのような医薬品として有用な化合物を始めとする、多様な二次代謝産物の生産者であり、ゲノム中に膨大な数の二次代謝産物生産関連遺伝子群を保持していることが明らかになり、未利用遺伝子資源として注目を集めている。しかし、天然物を作るはずの二次代謝関連遺伝子群の大部分は一般的実験室培養条件下では休眠状態であることも明らかになっており、この遺伝子群が作るはずの産物も不明であることから糸状菌における休眠遺伝子群活性化方法としてゲノム編集ツールであるCRISPR/Cas9システムを利用することを目指して研究を行っている。糸状菌の二次代謝産物生産には複数の遺伝子がクラスターを形成し、協調して一つの産物を作っているのが一般的である。また、クラスターを形成している遺伝子は個別的にプロモーター領域を保持し、RNA polymeraseが結合して転写誘導される。そのため、一つの二次代謝産物を作らせるためにはクラスター内の全ての遺伝子を個別に転写誘導させる必要がある。カビ毒であるテヌアゾン酸は糸状菌では珍しくたった一つの遺伝子(TAS1)により生合成されることからCRISPR/Cas9システムを用いた転写活性化を最初に適用する遺伝子として選定した。また、テヌアゾン酸の生合成を特異的に制御する転写因子も発見している。本年度はイネいもち病菌をモデルカビとしてTAS1遺伝子をCRIPSR/dCas9システムを利用して活性化してテヌアゾン酸の生産を確認した。本年度はCRIPSR/dCas9システムを利用して糸状菌において遺伝子を活性化する方法を確立することを目的とした。イネいもち病菌の中で正常に動いていることが確認されたCas9遺伝子に対して遺伝子切断能を無くすためD10AとH840変異を導入し、遺伝子活性化因子であるVPR (VP64 (4 x virus protein 16), p65 and Rta (replication and transcription activator) fused gene)を連結したfusion-geneを作製した。TAS1上流200から500bpをターゲッティングするguide-RNAを設定しdCas9-VPRをイネいもち病菌の中で発現させた結果、negative-controlとして私用したVPRなしのdCas9単独発現株ではテヌアゾン酸の生産が認められなかったがdCas9-VPRを発現させた株ではTAS1によるテヌアゾン酸の生産が認められたことからイネいもち病菌でもCRIPSR/dCas9システムが適用できることを確認した。以上のように、おおむね順調に研究が進展していると考える。今後は本年度の続きの研究を行うとともに、イネいもち病菌の二次代謝産物生産関連遺伝子群の中で本研究室でその生産化合物を明らかにしたnectriapyrone生産遺伝子群に対する遺伝子活性化を目指す。CRISPR/dCas9システムの長所はguide-RNAを増やすことで同時に複数の遺伝子をターゲッティング出来ることである。テヌアゾン酸は遺伝子一つで生産されるがnectriapyroneは二つの遺伝子NEC1 (polyketide synthase)とNEC2 (O-methyl transferase)によって生産されることが明らかになっている。イネいもち病菌でCRISPR/dCas9システムを用いてNEC1とNEC2を同時に活性化できればnectriapyroneの生産有無で簡単にシステムの作動を確認できる。CRISPR/dCas9システムで複数遺伝子の同時活性化が確認できたら三つ以上の生合成遺伝子で二次代謝産物(未知の生産物)を生産することが予想される遺伝子群に対して活性化を行い新規二次代謝化合物の取得を目指す。

TAS1上流200から500bpをターゲッティングするguide-RNAを設定しdCas9-VPRをイネいもち病菌の中で発現させた結果、negative-controlとして私用したVPRなしのdCas9単独発現株ではテヌアゾン酸の生産が認められなかったがdCas9-VPRを発現させた株ではTAS1によるテヌアゾン酸の生産が認められたことからイネいもち病菌でもCRIPSR/dCas9システムが適用できることを確認した。以上のように、おおむね順調に研究が進展していると考える。今後は本年度の続きの研究を行うとともに、イネいもち病菌の二次代謝産物生産関連遺伝子群の中で本研究室でその生産化合物を明らかにしたnectriapyrone生産遺伝子群に対する遺伝子活性化を目指す。CRISPR/dCas9システムの長所はguide-RNAを増やすことで同時に複数の遺伝子をターゲッティング出来ることである。テヌアゾン酸は遺伝子一つで生産されるがnectriapyroneは二つの遺伝子NEC1 (polyketide synthase)とNEC2 (O-methyl transferase)によって生産されることが明らかになっている。イネいもち病菌でCRISPR/dCas9システムを用いてNEC1とNEC2を同時に活性化できればnectriapyroneの生産有無で簡単にシステムの作動を確認できる。CRISPR/dCas9システムで複数遺伝子の同時活性化が確認できたら三つ以上の生合成遺伝子で二次代謝産物(未知の生産物)を生産することが予想される遺伝子群に対して活性化を行い新規二次代謝化合物の取得を目指す。次年度使用額が699,575円生じた。本年度、dCas-VPR fusion遺伝子の作製でVPRは酵母でその活性が確認できた配列を使用したため、VPRをイネいもち病菌のコードンに合わせるための遺伝子操作費用及び確認するためのタンパク質関連費用が減少し、次年度使用額が生じた。次年度は、本年度にVPRがイネいもち病菌における遺伝子活性化能は確認できたがコードンを合わせることで活性化能の上昇が見込まれることから次年度にVPRのコードン最適化を行う予定であるため次年度予算は予定通り使用する
発行最近ルシフェラーゼの生理機能とメチオニン生合成

1)VibriofischeriにおけるP-フラビン(PF)結合タンパク(PFBP)の発見と本タンパクの性質-筆者は発光細菌におけるルシフェラーゼの機能はPFの合成である、luxオペロンの機能はPhotobacterium属においてはPFを補欠分子族とするFP_<390>の生合成であると提唱している。一方、Vibrio属発光細菌においてはluxオペロン中にFP_<390>をコードするluxF遺伝子が存在しないので生成したPFがいかなるタンパクに結合するかはわかっていなかった。そこでV.fischeri菌体抽出物中にPFを結合するタンパクを探索してPFBPはα鎖のC末約25アミノ酸残基が削除されたルシフェラーゼに還元型PFが結合したタンパクであった。本結果はPFBPがフラボドキシン(FD)機能を持つという筆者の予測を強く支持するものである。2)PFBPの3D構造解析-フラビンは単独では勿論のこと、タンパクに結合した状態においても好気的条件下ではすみやかに酸化されるのが一般的である。PFBPに結合している還元型PFが好気的条件下でなぜ長期間酸化されないのかは非常に興味があるので本タンパクの3D構造を解析するためにV.fischeriを大量培養し、PFBPを調製して現在結晶を作成中である。4)V.fischeriにおけるコバラミン依存症メチオニン合成酵素(CDMS)遺伝子(metH)の同定-上記仮説は一方、CDMSの存在をも前提している。metHは全長約3.7kbpといったかなり長い遺伝子であるが、SUGDATにより短時間で全長の塩基配列が決定でき、その結果本遺伝子のV.fischeriにおける存在が確認できた。今回、化学研究費を得て筆者の長年にわたる発光細菌におけるluxオペロンの機能に関する研究が大きく進展し、ほぼ目的地点近くまで到達することが出来た。1)Vibrio fischeriにおけるP-フラビン(PF)結合タンパク(PFBP)の発見と本タンパクの性質-筆者は発光細菌におけるルシフェラーゼの機能はPFの合成である、luxオペロンの機能はPhotobacterium属においてはPFを補欠分子族とするFP_<390>の生合成であると提唱している。筆者はPhotobacterium属発光細菌を用いた研究で、luxオペロンの機能は、耐塩性フラボドキシンとして失活メチオニン合成酵素の再活性化を行うFP_<390>の生産であると結論した。Photobacterium属以外の発光細菌ではFP_<390>をコードするluxF遺伝子がないのでルシフェラーゼ断片がFP_<390>相当タンパク(FP_<390>EP)として機能していると考えた。これを確認するためV.fischeri ATCC 7744株からFP_<390>EPを単離した。P-フラビン(PF)を目印にしてDEAEカラム、ゲルろ過、疎水性相互作用カラムを用いてF_<390>EPをSDS-PAGE上で1本のバンドにまで精製できたので本タンパクの性質を調べた。N末端30残基のアミノ酸配列を決定したところ標品は等量の2本鎖の混合物であり、それぞれルシフェラーゼのαおよびβ鎖の配列に一致した。FP_<390>EPのMALDI-TOFマススペクトルを測定したところm/z=37,500付近にピークが観測されたが、m/z=40,000付近にはピークは観測されなかった。無傷ルシフェラーゼの分子量はα鎖:40,310、β鎖:37,209であるので今回精製したFP_<390>EPはβ鎖は無傷、α鎖はC末端約25残基が削除されたものであることがわかった。FP_<390>EPの吸収スペクトルは還元型フラビン類似であった。FP_<390>EPのESI-TOFマススペクトル(陰イオンモード)を測定したところm/z=683.30が得られ、本値は(PFH_2-H)^-に一致し、補欠分子族は還元型PFであることが確認された。

なお、従来Photoexcitableルシフェラーゼと命名された標品はFP_<390>EPに一致すると考えられる。FP_<390>EPがVibrio属発光細菌に存在し、PFは還元型であった。本結果は筆者のluxオペロンの機能に関する提案を強く支持する。1)VibriofischeriにおけるP-フラビン(PF)結合タンパク(PFBP)の発見と本タンパクの性質-筆者は発光細菌におけるルシフェラーゼの機能はPFの合成であり、luxオペロンの機能はPhotobacterium属においてはPFを補欠分子族とするFP_<390>の生合成であると提唱している。一方、Vibrio属発光細菌においてはluxオペロン中にFP_<390>をコードするluxF遺伝子が存在しないので生成したPFがいかなるタンパクに結合するかはわかっていなかった。そこでV.fischeri菌体抽出物中にPFを結合するタンパクを探索してPFBPを発見した。PFBPはα鎖のC末約25アミノ酸残基が削除されたルシフェラーゼに還元型PFが結合したタンパクであった。本結果はPFBPがフラボドキシン(FD)機能を持つという筆者の予測を強く支持するものである。2)PFBPの3D構造解析-フラビンは単独では勿論のこと、タンパクに結合した状態においても好気的条件下ではすみやかに酸化されるのが一般的である。PFBPに結合している還元型PFが好気的条件下でなぜ長期間酸化されないのかは非常に興味があるので本タンパクの3D構造を解析するためにV.fischeriを大量培養し、PFBPを調製して現在結晶を作成中である。4)V.fischeriにおけるコバラミン依存性メチオニン合成酵素(CDMS)遺伝子(metH)の同定-上記仮説は一方、CDMSの存在をも前提としている。metHは全長約3.7kbpといったかなり長い遺伝子であるが、SUGDATにより短時間で全長の塩基配列が決定でき、その結果本遺伝子のV.fischeriにおける存在が確認できた。今回、科学研究費を得て筆者の長年にわたる発光細菌におけるluxオペロンの機能に関する研究が大きく進展し、ほぼ目的地点近くまで到達することが出来た。
モンゴル草原植物群集の生産構造解析

乾湿の傾度にしたがって分布する多様なモンゴル草原において,前年度採取した植物130種について,δ^<13>Cと窒素濃度の測定を終了した.130種中2種のみがC4植物であった.δ^<13>Cは生育環境の違いを反映したが,δ^<15>Nや窒素濃度は反映しなかった.当初予想したNUEとWUEの間に相関はなかった.しかし,3地点以上に出現した種(12種)についてδ^<13>Cと窒素濃度の相対値比較を行ったところ,窒素濃度は乾燥するにつれて高くなり, δ^<13>Cは乾燥するにつれて低くなる傾向が見いだされ,両者の間に有意な負の関係があった.これは種内では,NUEとWUEの間にはトレードオフに関係があることを示唆するものである.モンゴル草原の植物群落構造に及ぼす気候と遊牧の影響について調査研究を行った.気候の異なる湿潤草原(Partizan)・典型草原(Tumentsogt)・乾燥草原(Bayan-Unjuul)のそれぞれに調査地を設定した.それぞれの調査値に遊牧の影響を排除するために,面積が100×100mの柵を設置し,柵内外の群落を層別刈り取りし生産構造を解析した.乾湿の傾度にしたがって分布する多様なモンゴル草原において,前年度採取した植物130種について,δ^<13>Cと窒素濃度の測定を終了した.130種中2種のみがC4植物であった.δ^<13>Cは生育環境の違いを反映したが,δ^<15>Nや窒素濃度は反映しなかった.当初予想したNUEとWUEの間に相関はなかった.しかし,3地点以上に出現した種(12種)についてδ^<13>Cと窒素濃度の相対値比較を行ったところ,窒素濃度は乾燥するにつれて高くなり, δ^<13>Cは乾燥するにつれて低くなる傾向が見いだされ,両者の間に有意な負の関係があった.これは種内では,NUEとWUEの間にはトレードオフに関係があることを示唆するものである.モンゴル草原の植物群落構造に及ぼす気候と遊牧の影響について調査研究を行った.気候の異なる湿潤草原(Partizan)・典型草原(Tumentsogt)・乾燥草原(Bayan-Unjuul)のそれぞれに調査地を設定した.それぞれの調査値に遊牧の影響を排除するために,面積が100×100mの柵を設置し,柵内外の群落を層別刈り取りし生産構造を解析した.モンゴルでは,気候的な乾湿の環境傾度にそって多様な草原植物群集が成立している.本研究では,草原群集を構成する植物種の物質生産機能を明らかにすることを通して,地域の乾燥化と草原群集の関係を明らかにすることを目的としている.本年度は,まず植生の把握を中心に行った.7月19-26日の間に,ウランバートルから南に約300kmの間の7地点で植生の調査を行った.この結果,北の湿度が高い地方ほど植被率が高く,種多様性が高いことが明らかになった.さらに,調査地点に出現していたすべての種を3個体づつ採取し,現地で乾燥した.これらのサンプルを現地から持ち帰り,窒素含量と炭素安定同位体比の解析を行っているが,サンプル数が膨大(約500)なため,結果はまだ出ていない.1・2月にNiinemets博士に来日してもらい,博士が発表した資源利用についてのモデルのレクチャーを受け,サンプルの処理方法について議論した.現在,彼の提案する方法にしたがって解析を進めている.研究代表者は3月13-19日にスペインのバルセロナで開催された,地域変化と陸域生態系に関する国際研究会議GCTE-LUCCに出席し研究発表を行った.3月20-23日にはオランダユトレヒト大学で植物群集の生産構造の解析に関する情報および意見交換を行った.モンゴルには乾湿の傾度にしたがって多様な草原植生が分布している.本年度はこれを植物の資源利用の視点から解析した.植物の水利用効率と窒素利用効率との間にトレードオフの関係があることが予測されている.これをモンゴルの乾燥傾度にしたがって分布している草原植生(forest steppe-mesic steppe-typical steppe-drysteppe)において確かめることを目的に研究を進めた.水利用効率はδ^<13>Cによって,窒素利用効率は植物体窒素濃度(Nmass)の逆数によって評価すれば,δ^<13>C,Nmassともに乾燥地の植物ほど大きいことになる.現在サンプルについてδ^<13>CとNmassを解析中であるが,これまでに終わった約1/5のサンプルの分析結果から(1)δ^<13>Cは乾燥地域の植物で高い.乾燥地の植物は気孔コンダクタンスが小さく,葉内CO2濃度が低い.(2)Nmassは地域間で大きな差はない.乾燥地域で窒素利用効率が低いという仮説は支持されない.したがって水利用効率・窒素利用効率の間にトレードオフは成り立たない.(3)C4植物は少ない.各地域で20前後の種が見られたが,もっとも乾燥している地域でも1ないし2種のC4(もしくはCAM)植物しか見られなかった.乾燥地であっても,冷涼なモンゴル草原にはC4植物が少ないことが示された.乾湿の傾度にしたがって分布する多様なモンゴル草原において,前年度採取した植物130種についてδ^<13>Cと窒素濃度の測定を終了した.130種中2種のみがC4植物であった.δ^<13>

Cは生育環境の違いを反映したが,δ^<15>Nや窒素濃度は反映しなかった.当初予想したNUEとWUEの間に相関はなかった.しかし,3地点以上に出現した種(12種)についてδ^<13>Cと窒素濃度の相対値比較を行ったところ,窒素濃度は乾燥するにつれて高くなり,δ^<13>Cは乾燥にするにつれて低くなる傾向が見いだされ,両者の間に有意な負の関係があった.これは種内では,NUEとWUEの間にはトレードオフに関係があることを示唆するものである.モンゴル草原の植物群落構造に及ぼす気候と遊牧の影響について調査研究を行った.気候の異なる湿潤草原(Partizan)・典型草原(Tumentsogt)・乾燥草原(Bayan-Unjuul)のそれぞれに調査地を設定した.それぞれの調査値に遊牧の影響を排除するために,面積が100x100mの柵を設置し,柵内外の群落を層別刈り取りし生産構造を解析した.
自治体学力調査を利用した，学力格差の変容に関する量的・質的研究

本研究の目的は,西日本のA市を対象に,同市の小学4年生(H28年度)が,小4から中2に至るまでの学力格差の変容とその要因を,自治体が実施する学力調査を利用したパネルデータの計量分析(量的分析)と,学校・家庭での参与観察(質的調査)の両面から明らかにすることである。この目的を達成するため,平成30年度は,平成29年度に引き続き,次の4つの作業を行った。(1)自治体学力調査を利用した学力の変化の把握・・・A市教育委員会が実施している学力調査を利用し,小4から小6に至るまでの学力変化の把握を行う。(2)生活実態調査等を利用した,学力格差の要因の計量分析・・・生活実態調査等を利用し,学力格差の変容とその要因に関する計量分析を行う。(3)学校/学級での参与観察調査・・・学校/学級での参与観察調査を行い,計量分析で把握しきれない学力格差の変容に関する情報を収集する。具体的には,A市内のいくつかの小学校を対象に,学級での参与観察調査や担任・管理職へのインタビュー調査を行う。(4)家庭での参与観察調査・・・家庭での参与観察調査を行い,計量分析で把握しきれない学力格差の変容に関する情報を収集する。平成30年度の調査においては,いずれの作業も,A市教育委員会,A市の小学校,および保護者の協力を得ることができ,予定通り順調に実施することができた。これらの調査結果の概要については,30年度の日本教育社会学会にて学会報告を行っている。また,この過程で得られた学力調査の分析結果について,日本テスト学会に論文投稿を行い,採択されている。教育委員会,学校,保護者の協力を得ることができ,各調査は当初の予定通り進行している。基本的に,平成31年度は平成30年度の調査を継続し,学力格差の変容に関するデータの蓄積を行う。31年度の調査については,教育委員会,保護者の協力を得られているため,現時点では大きな問題はなく継続が可能であると思われる。ただし,質問紙調査については,対象が小学校から中学校へと移行するため,中学校の協力を改めて得る必要がある。また,対象学年が平成30年度に小学校を卒業したため,小学校での学力格差の変容に関する調査結果を,書籍等の形でまとめて31年度を目処に発表する予定である。そのため31年度は調査に並行して,書籍を出版するための準備を行う。この目的を達成するため,平成29年度は,次の4つの作業を行った。(1)自治体学力調査を利用した学力の変化の把握・・・A市教育委員会が実施している学力調査を利用し,小4から小5に至るまでの学力変化の把握を行う。平成29年度の調査においては,いずれの作業も,A市教育委員会,A市の小学校,および保護者の協力を得ることができ,予定通り順調に実施することができた。これらの調査結果の概要については,29年度の日本教育社会学会にて学会報告を行っている。また,この過程で得られた学力調査の分析結果については,日本教育学会へ論文投稿を行った。

平成30年度の調査においては,いずれの作業も,A市教育委員会,A市の小学校,および保護者の協力を得ることができ,予定通り順調に実施することができた。これらの調査結果の概要については,30年度の日本教育社会学会にて学会報告を行っている。また,この過程で得られた学力調査の分析結果について,日本テスト学会に論文投稿を行い,採択されている。教育委員会,学校,保護者の協力を得ることができ,各調査は当初の予定通り進行している。基本的に,平成30年度は平成29年度の調査を継続し,学力格差の変容に関するデータの蓄積を行う。30年度の調査については,教育委員会,学校,保護者の協力を得られているため,大きな問題はなく継続が可能であると思われる。また,対象学年が平成30年度に小学校を卒業するため,小学校での学力格差の変容に関する調査結果を,書籍等の形でまとめて31年度を目処に発表する予定である。そのため,30年度は調査に並行して,書籍を出版するための準備を行う。基本的に,平成31年度は平成30年度の調査を継続し,学力格差の変容に関するデータの蓄積を行う。31年度の調査については,教育委員会,保護者の協力を得られているため,現時点では大きな問題はなく継続が可能であると思われる。ただし,質問紙調査については,対象が小学校から中学校へと移行するため,中学校の協力を改めて得る必要がある。また,対象学年が平成30年度に小学校を卒業したため,小学校での学力格差の変容に関する調査結果を,書籍等の形でまとめて31年度を目処に発表する予定である。そのため31年度は調査に並行して,書籍を出版するための準備を行う。
特異な立体配置を持つ高周期14族元素不飽和クラスターの化学

ケイ素ーケイ素二重結合周りの立体保護を軽減させたビシクロ[1.1.0]ブト-1(3)-エン骨格を持つ不飽和ケイ素クラスター1の合成単離に成功した。X線単結晶構造解析の結果、合成した化合物の中心のケイ素骨格の特徴は、これまでに合成したより嵩高い立体保護基を持つ誘導体のものと類似していることを明らかにした。不飽和ケイ素クラスター1は四塩化炭素と速やかに反応し、環状及び鎖状の塩素付加体を与えた。詳細な反応条件の検討および捕捉実験の結果、不飽和ケイ素クラスター1のケイ素ーケイ素二重結合に塩素が1,2-付加することで生成するビシクロ[1.1.0]テトラシランが、テトラシラ-1,3-ジエンに異性化していることが推定された。この反応では副生成物でヘキサクロロエタンが生成していることから、二重結合ケイ素がラジカル的に四塩化炭素から塩素を引き抜いているものと推定された。同様なケイ素骨格異性化反応は不飽和ケイ素クラスター1とメタノールとの反応においても推定された。また、不飽和ケイ素クラスター1はジブロモメタンとも反応し、不飽和ケイ素クラスター1のケイ素ーケイ素二重結合部分にジブロモメタンが一分子付加した生成物を与えることを見出した。また、不飽和ケイ素クラスターの骨格変換反応の計算化学的な反応経路解析を行い、Si8Me8の組成を持つ不飽和クラスターの特異な骨格異性化経路を見出した。求められた異性化経路では、4つのケイ素原子がメタセシス型の反応で骨格を組み替える素反応が複数組み合わさったものとして求められた。一見複雑に見える不飽和ケイ素クラスターの骨格変換反応が基本的な素反応の組み合わせで進行していることを示唆する結果を得た。関連して、飽和ケイ素クラスターの過酸酸化により効率よくクラスター型シロキサンが収率よく生成することを見出した。目的化合物である、二重結合周りの立体保護を軽減させたビシクロ[1.1.0]ブト-1(3)-エン骨格を持つ不飽和ケイ素クラスター1の合成を達成し、その反応の詳細な解析から、その反応性の特徴を明らかにすることができた。また、不飽和ケイ素クラスターの骨格変換反応についても基盤になる素反応のひとつを計算科学的に見出すことができた。引き続きビシクロ[1.1.0]ブト-1(3)-エン骨格を持つ不飽和ケイ素クラスター1の反応性の精査を加える。特にケイ素ーケイ素二重結合ケイ素に対して一分子ずつ付加して生成するビシクロ[1.1.0]テトラシランは、σ結合をもたない、π結合だけから構成される単結合をもつ化合物になる可能性があるため、生成した化合物の詳細な構造解析および付加させる試剤を精査する。また、不飽和ケイ素クラスターの高い骨格変換能を活用して、π共役不飽和ケイ素クラスターの合成を検討する。また、不飽和ケイ素クラスターの骨格変換反応について、より実際の化学種に近い、嵩高い置換基を考慮した反応経路探索について計算科学的に追究する。

特にケイ素ーケイ素二重結合ケイ素に対して一分子ずつ付加して生成するビシクロ[1.1.0]テトラシランは、σ結合をもたない、π結合だけから構成される単結合をもつ化合物になる可能性があるため、生成した化合物の詳細な構造解析および付加させる試剤を精査する。また、不飽和ケイ素クラスターの高い骨格変換能を活用して、π共役不飽和ケイ素クラスターの合成を検討する。また、不飽和ケイ素クラスターの骨格変換反応について、より実際の化学種に近い、嵩高い置換基を考慮した反応経路探索について計算科学的に追究する。
静圧気体軸受により支持された超小型・高速スピンドルの開発

近年,静圧気体軸受の新しい用途として,マイクロマシンや,固体NMR装置に内蔵されている回転試料管の支持軸受など,軸径5mm以下の小型軸受への適用が増えてきている.これらの小型軸受には小型化に加えて様々な性能要求があるが,特に固体NMR装置においては,200万rpm以上の超高速回転が要求されている.そこで,本研究においては,安定限界を飛躍的に向上させるために,軸径5mm以下の超小型の点状給気型静圧気体軸受の高速安定性に関して,実験的に検討を行い,その設計指針を得た.また,この軸受は,加圧気体を軸受中心に等間隔で配置された給気孔から,軸受すきまに給気する構造となっているが,本研究で取り扱うような超小型の静圧気体軸受においては,軸受中央の給気孔から,軸受端までの距離が2mm以下と非常に短いため,圧力勾配が大きくなり,軸受すきま内の気体流速が非常に早くなることが予想される.結果として,気体の慣性力の影響が大きくなり,剥離が発生するなど,軸受すきま内の流れは,従来のレイノルズ方程式とは異なる流れになることが予想される.また,軸受面積において給気孔が占める割合が大きいため,給気孔近傍の圧力分布が,軸受特性全体に与える影響が大きくなると考えられる.以上のことより,本研究では,小型静圧気体軸受の特性を解析するために,軸受すきま内の圧力分布を詳細に測定し,検討する必要があると考えた.そこで,小型点状給気型静圧気体ジャーナル軸受の軸受すきま内圧力分布を測定できる実験装置を作製し,軸受すきまおよび給気孔数などが軸受すきま内圧分布に与える影響に関して検討を行った.近年,工学や医療分野で使用される機器の小型化に伴い,それらに使用される軸受は,更なる小型化が求められている.その代表的な例としては,固体NMR装置に内蔵されている回転試料管の支持や,超高速度カメラに内蔵されている回転ミラーの支持などがある.これらの機器には,超小型の静圧気体軸受が使用されているが,その性能を向上させるため,200万rpm以上の超高速回転が要求されている.そこで,本研究においては,200万rpm以上の超高速回転を実現するために,安定限界を飛躍的に向上させる静圧気体軸受として,軸受部を弾性的に支持する小型浮動ブッシュ軸受構造および,この軸受により支持される回転軸を駆動させるために超音速ノズルを用いたエアタービンを提案した.本年度の研究においては,提案する浮動ブッシュ軸受の設計条件を得るために,数値解析によりその高速安定性の検討を行なった.提案する浮動ブッシュ軸受は,内側軸受として点状給気型静圧気体軸受,外側軸受として表面絞り型多孔質静圧気体軸受により構成されているが,数値解析によりそれらの特性を検討し,浮動ブッシュの主要緒元を決定した.そしてその設計指針に基づきセラミック製浮動ブッシュを製作した.また,この軸受により支持される回転軸を駆動させるために超音速ノズルを用いたエアタービン構造を提案するが,200万rpm以上の回転に必要とされる流速を得るため設計を行い.エアタービンを試作した.なお,次年度においてこの浮動ブッシュおよび超音速ノズルを用いたエアタービンを搭載した試験スピンドルを製作し,その安定性に関して検討を行なう予定である.近年,静圧気体軸受の新しい用途として,マイクロマシンや,固体NMR装置に内蔵されている回転試料管の支持軸受など,軸径5mm以下の小型軸受への適用が増えてきている.これらの小型軸受には小型化に加えて様々な性能要求があるが,特に固体NMR装置においては,200万rpm以上の超高速回転が要求されている.そこで,本研究においては,安定限界を飛躍的に向上させるために,軸径5mm以下の超小型の点状給気型静圧気体軸受の高速安定性に関して,実験的に検討を行い,その設計指針を得た.また,この軸受は,加圧気体を軸受中心に等間隔で配置された給気孔から,軸受すきまに給気する構造となっているが,本研究で取り扱うような超小型の静圧気体軸受においては,軸受中央の給気孔から,軸受端までの距離が2mm以下と非常に短いため,圧力勾配が大きくなり,軸受すきま内の気体流速が非常に早くなることが予想される.結果として,気体の慣性力の影響が大きくなり,剥離が発生するなど,軸受すきま内の流れは,従来のレイノルズ方程式とは異なる流れになることが予想される.また,軸受面積において給気孔が占める割合が大きいため,給気孔近傍の圧力分布が,軸受特性全体に与える影響が大きくなると考えられる.以上のことより,本研究では,小型静圧気体軸受の特性を解析するために,軸受すきま内の圧力分布を詳細に測定し,検討する必要があると考えた.そこで,小型点状給気型静圧気体ジャーナル軸受の軸受すきま内圧力分布を測定できる実験装置を作製し,軸受すきまおよび給気孔数などが軸受すきま内圧分布に与える影響に関して検討を行った.
低磁場印加により制御可能な微生物および酵素の探索

土壌から単離した数種の菌株を、磁場を人為的に印加した場合と通常の地磁気下とでそれぞれ純粋培養し、増殖量を比較した。その結果、いくつかの株で地磁気下培養と比較して増殖量や菌の凝集体が有意に増加することが分かった。磁場印加環境下での遺伝子発現を解析するため、経時的に培養菌体を回収して細胞内タンパク質を二次元電気泳動およびTOF-MS分析に供した。分析結果をもとに、磁場印加により生成量が増加したと考えられるタンパク質の遺伝子配列とその周辺配列を決定した。本年度は、環境中の微生物に対する磁場の影響に焦点を当てた。従って、環境土壌中の微生物に外部から磁場を与え、その影響が示唆される菌株数種をスクリーニングし、それらの菌の磁場印加による代謝変化を個々に調べた。増殖の促進・抑制、二次代謝の促進・抑制、死滅促進・抑制等、様々な影響が予測されるが、影響を受ける菌とその影響を明らかにすることを目的とした。大学敷地内から採取した土壌を様々な液体培地に数グラム添加し、25°Cで振盪培養を行った。その際、永久磁石(0.3テスラ程度)を培養フラスコ底面と周辺部に設置した(集積培養)。数日間培養した後、平板培地でコロニー形成を観察した。磁場印加有りの培養と印加無しの培養とを比較し、コロニー数や形態等を観察して磁場による影響が示唆される菌株数種を選別した。集積培養で単離した菌株を数種の培地を用いて磁場印加有り無しでそれぞれ純粋培養し、濁度を測定することにより菌の増殖変化を比較した。磁場印可をせずに培養したコントロール群と比較して、培養初期に濁度の上昇、あるいは減少傾向が見られた株や、培養後期に濁度の上昇、あるいは減少傾向が見られた株など、いくつかの菌株で再現性のある培養結果が得られた。これらの菌株においては、磁場印加の影響が現れた時点での培養菌体を回収し、細胞内タンパク質あるいは分泌タンパク質を調べることで代謝の変化を比較するためSDS-ポリアクリルアミドゲル電気泳動に供した。電気泳動の結果、差異が示唆されたサンプルに関しては、さらに詳細な比較を行うため、二次元電気泳動に供した。画像解析により有為差を得るとともに、明確な差異が確認されたタンパク質を同定中である。昨年度の研究より、外部磁場の影響が示唆される菌株数種をスクリーニングしたが、そのうちの1株に関して磁場印加による代謝変化を詳細に調べた。培地の種類、温度、光など、異なる培養条件で磁場印加(300ミリテスラ)培養と地磁気下(対照群:70マイクロテスラ)培養の相違を比較した。また、磁場遮蔽シートを用いて地磁気下(対照群:70マイクロテスラ)より磁場の小さい(30マイクロテスラ)環境を作製し、遮蔽磁場についても比較を行った。大学敷地内の土壌から集積培養によって単離した菌株NM2を数種の培地を用いて磁場印加有りと印加無し(地磁気下)でそれぞれ純粋培養し、濁度を測定することにより菌の増殖変化を比較した。磁場印可をせずに培養した地磁気下培養群と比較して、濁度の経時変化や菌体の凝集に関して相違が見られたが、この相違は培養条件、主に培地の違いによって異なった。また、磁場遮蔽条件下で培養を行った際も同様に、地磁気下培養群と比較して濁度の経時変化や菌体の凝集に関して相違が見られたが、この相違は培地の種類によって異なった。濁度の経時変化と遺伝子発現量の相関を調べるため、細胞内あるいは分泌タンパク質の量を比較した。濁度の相違が顕著に現れた時点で菌体を回収し、細胞内あるいは分泌タンパク質の画分に分けてSDS-ポリアクリルアミドゲル電気泳動に供した。画像解析により有為差を得るとともに、明確な差異が確認されたタンパク質に関しては続いてTOF-MS分析を行い、タンパク質の同定を試みた。菌株NM2は16S rRNA遺伝子を用いた系統解析によりBacillus thuringienesis近縁種であることがわかったため、今後はBacillus属のデータベースを用いて詳細な遺伝子解析を行っていく予定である。大学敷地内の土壌から集積培養によって単離した数種の菌株を、磁場を人為的に印加した場合と通常の地磁気下とでそれぞれ純粋培養し、増殖量を比較した。その結果、いくつかの株で、対照群である地磁気下培養と比較して、磁場印加条件下での培養では増殖量や菌の凝集体が有意に増加することが分かった。rRNA遺伝子を用いた系統解析の結果、磁場印加により増殖が促進された菌株のうちの1つはBacillus thuringienesisの近縁種であることがわかった。

また、本菌において地磁気を遮蔽して培養を行った際も、地磁気下培養群と比較して増殖量に違いが見られた。次に、磁場印加培養における本菌の遺伝子発現についての違いを調べるため、経時的に磁場印加下で培養した菌体を回収して細胞内タンパク質をSDS-ポリアクリルアミドゲル電気泳動に供し、地磁気下で培養した菌体と比較した。その後、さらに詳細な比較を行うため、二次元電気泳動に供した。磁場印加条件下と通常の地磁気下で培養を行ったサンプルとの二次元電気泳動結果の比較において、生成量の差が大きかったいくつかのタンパク質のスポットに関してはTOF-MSによる質量分析を行った。得られた質量分析結果よりBLASTを用いて類似の遺伝子を検索し、目的遺伝子の全配列および周辺配列を含む領域を解析するためのプライマーを作成し、遺伝子解析を行った。その結果、解析された遺伝子のいくつかが共通の転写制御因子に制御されるプロモーター配列を有していることが分かった。転写制御因子と磁場の関連を解析することで、磁場が与える微生物への影響が明らかにされるとともに、本プロモーターを利用した遺伝子発現制御システムへの応用が期待される。菌株のスクリーニングや遺伝子の同定等に関してはおおむね順調に進んでいるが、磁場印加下での酵素活性の比較が進んでいない。現在の環境で安価に入手できて簡易に活性を測定できる酵素が少ないためである。24年度が最終年度であるため、記入しない。外部磁場の変化により発現量の異なる数種の遺伝子が示唆されたため、今後はこれらの遺伝子発現が本当に影響を受けるのか確認するとともに、発現調節領域について解析していく予定である。
発生工学を応用したα-フェトプロテインの機能解析

α-フェトプロテイン(AFP)は胎児期の主要な血清蛋白質である。出生後その産生は停止するが、肝癌や卵黄嚢癌では強く産生され再び血液中に分泌されることから重要な腫瘍マーカーとして応用されている。しかし、その生物学的機能についてはほとんど明らかにされていない。免疫抑制機能があるとの報告があるが、異論も多い。我々はヒトAFPを恒常的に発現するトランスジェニックマウスを作成し、以下の実験的自己免疫疾患発症モデルを用いてAFPの免疫抑制機能を明らかにしてきた。1,ミエリン塩基性蛋白質の一部のペプチドを免疫原とした、ヒト多発性硬化症のモデルと考えられる実験的アレルギー性脊髄炎(EAE) 2,メチル化アルブミンを用いたリュウマチ性関節炎3,サイログロプリンを用いた自己免疫性甲状腺炎これらの自己免疫疾患モデルにおいて、恒常的にAFPを賛成するトランスジェニックマウスではいずれも有意にその発症が押さえられ、AFPの免疫抑制機能が明らかとなった。AFPは齧歯類とヒトではエストロゲン結合や糖鎖に差があるなど、やや異なった性質を示すが、マウスAFPを同様に恒常的に産生するトランスジェニックマウスを樹立して同様の自己免疫疾患モデルで検討を加えた。その結果、ヒトAFPを産生するトランスジェニックマウスとほぼ同様の結果が得られた。ヒトとマウスのAFPは共通して同様な免疫抑制機能を有することが明らかとなった。さらに詳しい免疫抑制機構を解析し、AFPを用いた自己免疫疾患治療についての検討が重要であると思われる。AFP遺伝子の発生および肝発がんに伴う発現制御機構を調べるため、AFP遺伝子の転写制御領域を詳しく分子レベルで解析した。その結果、マウス及び人でのグルココルチコイドホルモンに対する応答性の違いを見いだし、これが、グルココルチコイドホルモン受容体結合配列と転写因子HNF4結合配列がオーバーラップして存在し、AFP発現に重要な働きをするHNF4に対する結合性の違いによるものであることが明らかとなったα-フェトプロテイン(AFP)は胎児期の主要な血清蛋白質である。その結果、マウス及び人でのグルココルチコイドホルモンに対する応答性の違いを見いだし、これが、グルココルチコイドホルモン受容体結合配列と転写因子HNF4結合配列がオーバーラップして存在し、AFP発現に重要な働きをするHNF4に対する結合性の違いによるものであることが明らかとなったα-フェトプロテイン(AFP)は胎児期には主要な血清タンパクである。生後はその産生は停止するが肝癌や卵黄嚢癌は活発に産生し、再び血中に増加し診断に応用されている。しかしその生物学的機能は十分に明らかではない。免疫制御機能があるとの多くの報告があるが異論も多い。我々はヒトAFP遺伝子のみを恒常的に発現させたトランスジェニックマウスを作製し、実験的自己免疫疾患の発症の系を用いてその免疫抑制能を明らかにしてきた。今回はヒトの多発性硬化症のモデルと考えられる実験的アレルギー性脊髄炎(EAE)で検討した。ミエリン塩基性タンパクの一部のペプチトを免疫源とした。症状(EAE score)は対照に比べ有意に抑制され、トランスジェニックマウスでは最高1.5であったが、対照では2.7あり、回復も早かった。最も症状が悪くなる時期は免疫開始からおよそ23日目であり差はなかった。組織のscoreにおいても有意に差を認めた。同様の実験を新たに作製したマウスAFP産生トランスジェニックマウスでも行ったが同様の結果であった。マウスAFPトランスジェニックマウスを用いて、ヒトAFPトランスジェニックマウスで見られた自己免疫性の関節炎ならびに甲状腺炎の発症抑制を検討した。メチル化アルブミンで免疫を行いリュウマチ性関節炎のモデルを作製した。組織のscoreを比較したが、対照では重症なものが多かったが、トランスジェニックマウスではほとんどの例で軽中等度までの状態であり、組織学的に明らかな有意差を認めた。

サイログロブリンで免疫を行い発症させた自己免疫性甲状腺炎では対照の炎症は軽度であったが発症したが、トランスジェニックマウスでは病変を認めない例が多く、有意差を認めた。ヒトAFPとマウスAFPは共通して同様な免疫抑制能を有する事が明らかとなった。今後詳しくその免疫機序を解析するとともに、AFPを用いた治療の可能性も検討することが重要と考えられる。?-フェトプロテイン(AFP)は胎児期の主要な血清蛋白質である。出生後その産生は停止するが、肝癌や卵黄嚢癌では強く産生され再び血液中に分泌されることから重要な腫瘍マーカーとして応用されている。しかし、その生物学的機能についてはほとんど明らかにされていない。免疫抑制機能があるとの報告があるが、異論も多い。我々はヒトAFPを恒常的に発現するトランスジェニックマウスを作成し、以下の実験的自己免疫疾患発症モデルを用いてAFPの免疫抑制機能を明らかにしてきた。1,ミエリン塩基性蛋白質の一部のペプチドを免疫原とした、ヒト多発性硬化症のモデルと考えられる実験的アレルギー性脊髄炎(EAE)2,メチル化アルブミンを用いたリュウマチ性関節炎3,サイログロブリンを用いた自己免疫性甲状腺炎これらの自己免疫疾患モデルにおいて、恒常的にAFPを賛成するトランスジェニックマウスではいずれも有意にその発症が押さえられ、AFPの免疫抑制機能が明らかとなった。AFPは齧歯類とヒトではエストロゲン結合や糖鎖に差があるなど、やや異なった性質を示すが、マウスAFPを同様に恒常的に産生するトランスジェニックマウスを樹立して同様の自己免疫疾患モデルで検討を加えた。その結果、ヒトAFPを産生するトランスジェニックマウスとほぼ同様の結果が得られた。ヒトとマウスのAFPは共通して同様な免疫抑制機能を有することが明らかとなった。さらに詳しい免疫抑制機構を解析し、AFPを用いた自己免疫疾患治療についての検討が重要であると思われる。
急性内耳エネルギー不全に対する前庭への骨髄間葉系幹細胞移植

有毛細胞が特異的に傷害される末梢前庭器に骨髄間葉系幹細胞(MSC)の移植を行い有毛細胞の再生の可否を検討した。その結果、移植したMSCの前庭への生着を認めたが、移植細胞の前庭有毛細胞への分化および機能的な回復は認めなかった。今後、さらに投与法や移植細胞の種類を検討する必要があると思われた。従来我々の施設で使用している3-nitropropionic acid(3-NP)を用いた急性内耳エネルギー不全モデルラットを用いた。これまでの報告通り(Mizutari et al. J Neurosci Res, 2007, Hoya et al. Neuroreport, 2004)S-Dラットに対して全身麻酔下に500mMの3-NPを3μl内耳正円窓に局所投与する。術後、自発眼振が消失し平衡機能障害が生じたことを確認し、術後1週間目に氷水を用いたカロリックテストにて眼振の誘発がなく末梢平衡機能が廃絶したことを確認した。さらに、手術後1週間で全身麻酔下に内耳を摘出し、組織標本を作製したところ、球形嚢・卵形嚢・半規管膨大部のいずれの部位においても、高度の有毛細胞脱落が生じることが確認され、細胞移植動物モデルとして極めて適した性質を持っていることが確認できた。その後、細胞移植に先立ち、細胞移植経路の確立のため、外側半規管および卵円窓近傍の内耳骨包に小開窓を行い、我々のグループで用いたマイクロカニューレ(Kamiya et al. Am J Pathol, 2007)を挿入、人工リンパ液と3-NPの内耳への潅流を試みた。その結果、外側半規管からの人工リンパ液の潅流において特に平衡・聴覚障害を認めず、本方法が内耳に対して低侵襲であることが確認された。また、3-NPの外則半規管からの投与においては、高度の有毛細胞障害が蝸牛のみならず球形嚢・卵形嚢・半規管膨大部の全ての部位に認められた。これによって、外側半規管からの細胞投与によって、移植細胞を内耳全体に供給できることが示された。今後、本方法による幹細胞移植を行う予定である。その後、骨髄間葉系幹細胞細胞を外側半規管より行った移植に先立ち外側半規管からの人工リンパ液の潅流において特に平衡・聴覚障害を認めず、本方法が内耳に対して低侵襲であることが確認された。移植により、内耳外リンパ腔内へ広範な移植細胞の生着を認めたが、内リンパ腔への移植細胞の移行はごく少数しか認められなかった。細胞移植後の平衡機能検査では、氷水を用いたカロリックテストにて術後も眼振の誘発がなく、現時点で明らかな機能回復を認めることはできなかった。
有機金属化合物の環境影響評価と制御

有機金属化合物の多くは人為的に合成されたものであり、工業原料、触媒、合成樹脂可塑剤、塗料等に利用されている。このような人為起源の有機金属化合物はかなり安定な新しい化学物質であり、今後新しいタイプの環境問題、人体影響をひきおこす可能性があるので、本研究班ではその環境影響の評価と制御処理技術に関する研究を行うことを目的としている。昭和62年度に引き続き、昭和63年度においては公募研究班3グループの班員も含めて、関連研究の機能的、効率的推進をはかるために昭和63年6月、平成元年2月研究班会議を関催し、研究計画および研究成果の報告・討議を行った。また重点領域研究「人為起源物質の循環と制御」の全体会議において、研究計画および研究成果(3件)の報告を行った。さらに、環境科学会1988年会において7件の一般講演発表、また「重金属」シンポジウムの"Section IIハイテクノロジーと重金属"では4件の特別講演を発表、研究成果を発表した。研究班員の研究概要は次の通りである。(1)東京湾におけるメチル水銀および無機水銀の濃度分布測定(原口)、(2)環境関連有機金属化合物のデータベースの構築(安井)、(3)GCーMSによるブチルスズ化合物定量法の開発と二枚貝中の濃度測定(森田)、(4)淡水産ヒ素耐性藻類によるヒ素の濃縮および化学的変換機構(前田)、(5)水稲根毛の成長に及ぼすブチルスズ化合物の影響とその軽減化(深見)、(6)ガラス化処理法による有害有機金属化合物の固合化法の開発(曽我)、(7)含水酸化物(鉄マンガン、チタン等)によるヒ素化合物の吸着処理技術の開発(阿部)、(8)有機金属化合物の動態解析モデルの開発と閉鎖性水域におけるブチルスズ化合物の運命予測への適用(高月)。これらの研究成果により、有機金属化合物の環境循環、生物影響、制御処理技術に関し、有用な知見が得られつつあると評価できる。
高Zプラズマ対向材料におけるプラズマ・中性子相乗照射効果に関する基礎研究

D-T反応で発生したヘリウムの一部は第一壁やダイバータに到達する。これらの粒子は表面での照射効果のみならず、材料内部にまで拡散し、中性子による照射損傷と強い相互作用を起こすことが考えられる。本研究ではまずヘリウム照射下の損傷現象を明らかにすると共に、この相乗現象を低エネルギーのヘリウムイオンと高エネルギーの重イオンを同時に照射することによって模擬し、また、反応速度論を用いた数値解析を行うことにより核融合炉プラズマ対向材料で起こるプラズマ・中性子複合照射効果の要素過程を明らかにすることを目的とした。得られた主な成果を下記にまとめた。1.ヘリウム照射実験からタングステンやFe-Cr合金についての高温での注入ヘリウムの離合・拡散過程の理解が深まった。1000°Cを超える高温までの低エネルギーヘリウム照射実験を行い、内部組織の形成には、ヘリウムと原子空孔の結合エネルギーやヘリウムバブルの移動・合体が重要な役割をはたしていることが明らかとなった。これらの要素の大小によってヘリウムバブルの密度やサイズが決定される。ヘリウムバブルの形成は表面の機械的強度や変形挙動にも本質的な役割を果たしていることを明らかにした。2.ヘリウム/中性子同時照射での欠陥の蓄積過程を、拡散を考慮した反応速度論により計算した。表面から注入されたヘリウムの一部は内部に向けて拡散し、それが中性子照射によって発生した原子空孔に捕捉・解離するプロセスが、空孔、格子間原子、ヘリウム、欠陥集合体などの格子欠陥の蓄積を支配することが明らかとなった。入射ヘリウムのエネルギー依存性についても研究が進んだ。プラズマ対向材料の核融合炉環境下でのプラズマ粒子/中性子の同時照射を模擬した計算では、原子空孔とヘリウムの高次集合体の密度が高いレベルに達し、ボイドスエリングや転位組織の形成に重大な影響を与えることが明らかとなった。D-T反応で発生したヘリウムの一部はイオンあるいは荷電交換中性粒子として第一壁やダイバータに到達する。ヘリウムは金属材料中で極めて拡散が早い、格子欠陥、特に原子空孔との結合相互作用が強いなどの特徴を有し、表面での照射効果のみならず、材料内部にまで拡散し、中性子による照射損傷と強い相互作用を起こすことが考えられる。本研究ではこの現象を低エネルギーのヘリウムイオンと高エネルギーの重イオンを同時に照射することによって模擬し、核融合炉プラズマ対向材料で起こるプラズマ・中性子複合照射効果の要素過程を明らかにすることを目的としている。初年度となる本年度は以下の3点について研究を進めた。(1)高融点金属であるタングステンを研究の対象とするため、1000°Cをはるかに越える高温まで加熱制御可能な「超高温型試料加熱制御装置」を作成した。この装置はコンピュータにより試料温度のプログラム制御が可能な装置であり、放出ガスの測定を考慮に入れ、試料以外の部分の昇温を極力抑えるような設計となっている。予備実験では、1600°C以上まで加熱することによってタングステンに注入したヘリウムの熱放出挙動の全貌を明らかにすることに成功した。(2)1000°Cでの低エネルギーヘリウム照射実験を行い、ヘリウムの長距離拡散による照射損傷を確認するとともに、ヘリウムバブルの熱的な移動が損傷組織を決める重要な要素過程であることを明らかにした。(3)ヘリウム/中性子同時照射での欠陥の蓄積過程を計算するための計算プログラムを作成した。このプログラムは、拡散を考慮した反応速度論に基づくものであり、表面から内部に向けてのヘリウムの拡散状況、そのヘリウムが中性子照射によって発生した原子空孔に捕らえられ、空孔の蓄積、ひいては格子間原子、欠陥集合体の形成を支配していく状況が明らかとなった。来年度に行う同時照射実験との突合せが待たれる。

ヘリウムは金属材料中で拡散が早い、格子欠陥、特に原子空孔との結合相互作用が強いなどの特徴を有し、表面での照射効果のみならず、材料内部にまで拡散し、中性子による照射損傷と強い相互作用を起こすことが考えられる。本研究ではこの現象を低エネルギーのヘリウムイオンと高エネルギーの重イオンを同時に照射することによって模擬し、また、反応速度論を用いた数値解析を行うことにより核融合炉プラズマ対向材料で起こるプラズマ・中性子複合照射効果の要素過程を明らかにすることを目的としている。本年度の主な成果を下記にまとめた。1.ヘリウム挙動解析の実験が進展し、タングステンやFe-Cr合金についての高温での注入ヘリウムの離合・拡散過程の理解が深まった。1000°Cを超える高温での低エネルギーヘリウム照射実験を行い、ヘリウムバブルの移動・合体が内部組織の形成のみならず表面の凹凸化など表面組織の形成にも本質的な役割を果たしていることを明らかにした。2.ヘリウム/中性子同時照射での欠陥の蓄積過程を、拡散を考慮した反応速度論により計算した。表面から注入されたヘリウムの一部は内部に向けて拡散し、それが中性子照射によって発生した原子空孔に捕捉・解離するプロセスが、空孔、格子間原子、ヘリウム、欠陥集合体などの格子欠陥の形成を支配することが明らかとなった。プラズマ対向材料の核融合炉環境下でのプラズマ粒子/中性子の同時照射を模擬した計算では、原子空孔とヘリウムの高次集合体の密度が10^<-6>の高いレベルに達し、ボイドスエリングや転位組織の形成に重大な影響を与えることが明らかとなった。3.「表面熱物性測定装置」を作製し予備実験が進んでいる。D-T反応で発生したヘリウムの一部は第一壁やダイバータに到達する。これらの粒子は表面での照射効果のみならず、材料内部にまで拡散し、中性子による照射損傷と強い相互作用を起こすことが考えられる。本研究ではまずヘリウム照射下の損傷現象を明らかにすると共に、この相乗現象を低エネルギーのヘリウムイオンと高エネルギーの重イオンを同時に照射することによって模擬し、また、反応速度論を用いた数値解析を行うことにより核融合炉プラズマ対向材料で起こるプラズマ・中性子複合照射効果の要素過程を明らかにすることを目的とした。得られた主な成果を下記にまとめた。1.ヘリウム照射実験からタングステンやFe-Cr合金についての高温での注入ヘリウムの離合・核酸過程の理解が深まった。1000°Cを超える高温までの低エネルギーヘリウム照射実験を行い、内部組織の形成には、ヘリウムと原子空孔の結合エネルギーやヘリウムバブルの移動・合体が重要な役割をはたしていることが明らかとなった。これらの要素の大小によってヘリウムバブルの密度やサイズが決定される。ヘリウムバブルの形成は表面の機械的強度や変形挙動にも本質的な役割を果たしていることを明らかにした。