hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
トランスジェニック動物を用いたインビボ神経細胞同定法の開発

軟体動物のFMRFamideの受容体をトランスジーンを用いてオレキシン産生神経に特異的に発現させたマウスを開発した。この受容体はリガンドの結合により陽イオンチャネルが開口する性質をもっている。このマウスをもちいると、マルチバレルの電極を用いて、電気泳動的にFMRFamideを投与することにより、活性化するニューロン、つまりオレキシン産生ニューロンを同定し、そのニューロンから細胞外記録をすることができる。このマウスを用いて、脳波・筋電図同時測定をしながら、オレキシンニューロンの細胞外記録を行い、睡眠・覚醒相の変化と格相におけるオレキシンニューロンの活動を記録することにより、オレキシンニューロンの活動と睡眠・覚醒相との関連を明らかにすることが可能になると考えられる。今年度は、トランスジェニックマウスの開発を行い、いくつかのファウンダーを得たが、残念ながら、タンパク質レベルで機能的なFMRFamide受容体を発現するラインが得られなかった。そこで、レンチウィルスを用いて、後天的にFMRFamide受容体を発現させる方法に切り替えた。FMRFamide受容体のコーディング領域の前にloxPサイトをはさんだEGFPを組み込んだコンストラクトを作成し、Cre recombinase存在下でのみFMRFamide受容体が発現するようにした。一方、オレキシン産生神経に特異的にCre recomibnaseを発現するマウスを確立し、このマウスに前述のコンストラクトをウィルスベクターを用いて発現させることにより、オレキシン産生神経特異的にFMRFamide受容体を発現させることに成功した。本研究は、意識下の丸ごと個体動物を用いて、in vivoにおいて、特定の神経細胞を同定し、その神経活動を記録する新しい手法を開発するものである。同定する神経細胞として、視床下部外側野に少数が局在するオレキシン神経細胞をターゲットとした。オレキシン神経細胞は、摂食行動や睡眠覚醒調節に重要な役割を持っていうとされる。摂食行動や睡眠覚醒調節の神経メカニズムは未だにほとんど解明されていないため、オレキシン神経細胞を同定し、その単一神経活動が記録することにより、摂食行動や睡眠覚醒調節にかかわる神経メカニズムの解明が期待される。これまでに、オレキシン神経細胞特異的にペプチド受容体を発現するトランスジェニックマウスを作成し、in vivo細胞外記録装置のセットアップを行った。トランスジェニックマウスを脳定位固定装置に固定し、マルチバレルガラス微小電極を視床下部に刺入し、単一神経活動を細胞外記録によって記録した。受容体のリガンドであるペプチドをマルチバレル電極から局所投与し、それによって神経活動が抑制される神経をオレキシン神経細胞と同定した。また、オレキシン神経細胞が密に投射している青斑核、縫線核においても同様に神経活動を記録し、それらモノアミン神経核の神経細胞の調節様式を明らかにした。
多極子伝導物質の高品質単結晶化と量子振動効果によるフェルミ面の研究

RM2Al20(R=希土類, M=Ti,V, Cr)やCeT2Al10(T=Ru,Os)、およびCrAsなどの、多極子相互作用が起源と考えられる異常な超伝導や磁性を示す新物質が発見され、大きな注目を集めている。これらの異常現象には磁性イオンが持つ多極子と伝導電子の相互作用が重要な役割を果たしていると考えられており、個々の物質のフェルミ面や状態密度などの電子状態の特異性が深く関与している可能性が非常に高い。そこで本研究では、これらの物質の高品質単結晶化を行い、ドハース・ファンアルフェン(dHvA)効果やシュブニコフ・ドハース(SdH)効果等の量子振動測定からその電子状態を観測し、多極子相互作用との相関を明らかにすることを目的とした。本年度に行なった主な研究内容は以下の通りである。(1)NdV2Al20では大きな電子比熱係数を示すことが実験的に明らかにされ、この系を含むNdM2Al20ではマルチチャンネル近藤効果が実現しているのではないかと理論的に示唆されている。本研究ではNdTi2Al20の純良単結晶育成に成功し、dHvA効果測定に初めて成功した。その結果、観測されたサイクロトロン質量が最大でも約4m0(m0は真空中での電子の静止質量)とそれほど重くないことが明らかとなった。(2)非自明な反強磁性を示すCeRu2Al10のSdH効果や磁気抵抗の異方性から、磁場方向がH//aでのみ12T付近に異常を示すことを報告していたが、本研究ではホール効果を測定することにより、この磁場でホール抵抗の急激な増加を観測した。(3)圧力誘起超伝導体CrAsの高圧下dHvA効果測定に成功し、初めてフェルミ面の観測に成功した。単結晶の育成から希釈冷凍機でのdHvA効果測定装置の立ち上げまで,計画は順調に進んでいる。特に,CeRu2Al10のH//aでのホール抵抗率の増大を観測し,フェルミ面変化の兆候を捉えたのは、今後の研究方針を与える。上記の成果はまだ論文として出版はしていないが、日本物理学会で2件(口頭1件、ポスター1件)の発表を行なった。また、今後行われる強相関電子系の国際会議(SCES2019)で発表する予定である。おおむね順調に進展していると判断する。RM2Al20に関しては、未だに純良単結晶化に成功していないPrV2Al20の結晶育成に取り組んで行くとともに、この系の異常な物性を全体的に俯瞰するため、Pr以外の希土類元素についても着目し研究を行う。例えばSmTi2Al20は磁場に鈍感な重い電子系として注目されている。以前、我々は0.5 KまでのdHvA効果測定より一部のフェルミ面の観測に成功しているが、本研究で立ち上げた希釈冷凍機を用いて、さらに低温でこの物質の主要なフェルミ面の観測を行う計画である。また、CeT2Al10については、高圧下で反強磁性が抑制され重い電子状態へと変遷することが電気抵抗測定から示唆されているので、本研究では高圧下dHvA・SdH測定から直接重い電子状態を示すフェルミ面観測を行う計画である。

上記の成果はまだ論文として出版はしていないが、日本物理学会で2件(口頭1件、ポスター1件)の発表を行なった。また、今後行われる強相関電子系の国際会議(SCES2019)で発表する予定である。おおむね順調に進展していると判断する。RM2Al20に関しては、未だに純良単結晶化に成功していないPrV2Al20の結晶育成に取り組んで行くとともに、この系の異常な物性を全体的に俯瞰するため、Pr以外の希土類元素についても着目し研究を行う。例えばSmTi2Al20は磁場に鈍感な重い電子系として注目されている。以前、我々は0.5 KまでのdHvA効果測定より一部のフェルミ面の観測に成功しているが、本研究で立ち上げた希釈冷凍機を用いて、さらに低温でこの物質の主要なフェルミ面の観測を行う計画である。また、CeT2Al10については、高圧下で反強磁性が抑制され重い電子状態へと変遷することが電気抵抗測定から示唆されているので、本研究では高圧下dHvA・SdH測定から直接重い電子状態を示すフェルミ面観測を行う計画である。
球状粒子を用いたY-TZPのマルテンサイト変態キネティックスの測定

本研究の目的は急熱・急冷が可能な球状粒子を用いて,Y-TZPにおいて熱活性型と非熱活性型のマルテンサイト変態が存在することの確認と両者の変態キネティックスを測定することである.以下に本研究より得られた主な結果を示す.1.油中造粒および焼結により作製した500μmの球状粒子を用いると急冷・急熱実験が可能となり低濃度のイットリアを含む正方晶ジルコニア多結晶体(TZP)のマルテンサイト変態に関してより詳細なキネティックス測定実験が可能になった.2.一般に低濃度(1.7mol%以下)のイットリアを含むジルコニアは,高温からの冷却中に非等温的に変態するとされているが,急冷することにより高温相であるt相が室温まで持ち来されることが示された.これより、このマルテンサイト変態は熱活性化過程を含むことが明らかになった.3.急冷により室温まで持ち来された準安定t相は,等温保持中にマルテンサイト変態する.この変態はTTT線図上で上限450°C,ノーズ温度350°CのC曲線を描く.4.急冷により室温まで持ち来された準安定t相は、サブゼロ冷却によりバースト変体し,Ms温度は118±6°Cであった.5.上記3および4の結果より,この準安定なt相は加熱・冷却条件の相違により等温変態と非等温変態の2つの異なったモードでマルテンサイト変態を起こすことが明らかになった.このような現象は従来のマルテンサイト変態機構のモデルでは説明不可能であり、この材料のマルテンサイト変態機構を明らかにするためには,今後さらに詳細な研究が必要である.本研究の目的は急熱・急冷が可能な球状粒子を用いて,Y-TZPにおいて熱活性型と非熱活性型のマルテンサイト変態が存在することの確認と両者の変態キネティックスを測定することである.以下に本研究より得られた主な結果を示す.1.油中造粒および焼結により作製した500μmの球状粒子を用いると急冷・急熱実験が可能となり低濃度のイットリアを含む正方晶ジルコニア多結晶体(TZP)のマルテンサイト変態に関してより詳細なキネティックス測定実験が可能になった.2.一般に低濃度(1.7mol%以下)のイットリアを含むジルコニアは,高温からの冷却中に非等温的に変態するとされているが,急冷することにより高温相であるt相が室温まで持ち来されることが示された.これより、このマルテンサイト変態は熱活性化過程を含むことが明らかになった.3.急冷により室温まで持ち来された準安定t相は,等温保持中にマルテンサイト変態する.この変態はTTT線図上で上限450°C,ノーズ温度350°CのC曲線を描く.4.急冷により室温まで持ち来された準安定t相は、サブゼロ冷却によりバースト変体し,Ms温度は118±6°Cであった.5.上記3および4の結果より,この準安定なt相は加熱・冷却条件の相違により等温変態と非等温変態の2つの異なったモードでマルテンサイト変態を起こすことが明らかになった.このような現象は従来のマルテンサイト変態機構のモデルでは説明不可能であり、この材料のマルテンサイト変態機構を明らかにするためには,今後さらに詳細な研究が必要である.本研究の目的は急熱・急冷が可能な球状粒子を用いて,Y-TZPにおいて熱活性型と非熱活性型のマルテンサイト変態が存在することの確認と両者の変態キネティックスを測定することである.平成9年度の実績は以下の通りである.1.油中造粒機の作製及びY-TZP緻密球状微粒子の作製造粒条件を制御することにより,2001000μmの球状粒子の作製が可能となった.また,得られた造粒粉を乾燥後1450°Cで焼結すると相対密度97%以上の球状粒子が得られた.2.ミクロ膨張計の作製作製した膨張計は室温から600°Cまで1分以内での昇温及びその後の恒温保持が可能である.また,膨張計の変位測定レンジ及び分解能は,500μm程度の球状粒子のマルテンサイト変態挙動は十分の精度で測定可能であった.3.熱活性型変態及び非熱活性化変態の存在確認1.5Y-TZPの球状粒子は焼結後急冷すると正方晶が室温まで持ち来される.これらの試料の恒温変態挙動を測定した結果,600°C近辺にノ-ズを持つマルテンサイト変態開始のC曲線が得られた.一方,室温から冷却すると-70100°Cでバース的なマルテンサイト変態が観察された.今回の実験よりY-TZPにおいては,熱活性型と非熱活性型のマルテンサイト変態が存在することが明らかになった.次年度は組成及び粒径の異なる球状粒子について定量的なキネティックス測定を行い,核形成機構について考察する.なお,本年度の結果はICOMAT-98において発表予定である.本研究の目的は急熱・急冷が可能な球状粒子を用いて,Y-TZPにおいて熱活性型と非熱活性型のマルテンサイト変態が存在することの確認と両者の変態キネティックスを測定することである.以下に本研究より得られた主な結果を示す.1.油中

造粒および焼結により作製した500μmの球状粒子を用いると急冷・急熱実験が可能となり低濃度のイットリアを含む正方晶ジルコニア多結晶体(TZP)のマルテンサイト変態に関してより詳細なキネティックス測定実験が可能になった.2.一般に低濃度(1.7mol%以下)のイットリアを含むジルコニアは,高温からの冷却中に非等温的に変態するとされているが,急冷することにより高温相であるt相が室温まで持ち来されることが示された.これより,このマルテンサイト変態は熱活性化過程を含むことが明らかになった.3.急冷により室温まで持ち来された準安定t相は,等温保持中にマルテンサイト変態する.この変態はTTT線図上で上限450°C,ノーズ温度350°CのC曲線を描く.4.急冷により室温まで持ち来された準安定t相は,サブゼロ冷却によりバースト変体し,Ms温度は-118±6°Cであった.5.上記3および4の結果より,この準安定なt相は加熱・冷却条件の相違により等温変態と非等温変態の2つの異なったモードでマルテンサイト変態を起こすことが明らかになった.このような現象は従来のマルテンサイト変態機構のモデルでは説明不可能であり,この材料のマルテンサイト変態機構を明らかにするためには,今後さらに詳細な研究が必要である.
植物細胞の低温感知部位の解明：低温センサー蛋白質フォトトロピンの細胞内局在

事前の実験として、異種細胞発現系を用いて、苔類ゼニゴケのフォトトロピン(PHOT)配列における細胞内局在性に関するアミノ酸を特定する実験を行ってきた。その結果、PHOT配列に変異を導入することによって、細胞質のみに局在するPHOT(細胞質型PHOT)の作製に成功した(未発表)。細胞質型PHOTは、アミノ酸欠失実験によって関与するアミノ酸配列を絞っていき、最終的にはアミノ酸置換によって作製に成功した。2018年度には、細胞質型PHOTに黄色蛍光タンパク質(Citrine)を融合させた細胞質型PHOT-Citrineをアガートラップ法(アグロバクテリウムを用いた簡便なゼニゴケ形質転換法)によってphot変異体ゼニゴケに発現させた。その結果、ゼニゴケの無性芽細胞において、Citrine蛍光は、細胞質のみで確認された。細胞膜、葉緑体周囲、ゴルジ体ではCitrine蛍光を確認できなかった。また、細胞質型PHOT-Citrineを発現するゼニゴケ無性芽細胞における葉緑体運動を微光束照射装置を付加した温度制御顕微鏡を用いて解析した。その結果、細胞質型PHOTは、低温を感知することができず、葉緑体の寒冷逃避反応を誘導できないことがわかった。つまり、細胞質は、葉緑体の寒冷逃避反応を誘導するために必要な低温感知に関わらない細胞画分であることが明らかになった。さらに、細胞質型PHOTは、葉緑体の逃避反応も誘導できなかった。この研究過程で、アガートラップ法の改良版を開発した。また、細胞質型の作製と同様の実験戦略によって、細胞膜型、葉緑体周囲型、ゴルジ体型のPHOTの作製を試みたがあまり上手くいっていない。そこで、2018年度の途中から、代替実験も開始した。細胞質型PHOTの解析だけでなく、細胞膜型、葉緑体周囲型、ゴルジ体型のPHOTの作製を計画通りに進めている。また、ゼニゴケ形質転換技術のアガートラップ法の改良版も開発し、研究の進展に寄与した。さらに、葉緑体の寒冷逃避反応の制御において、細胞質が低温感知に関わらない細胞内画分であることを既に明らかにしており、おおむね順調に進展している。今後も計画通りに実験を行っていくが、細胞膜型、葉緑体周囲型、ゴルジ体型のPHOTの作製については、平成30年度に代替案も開始したため、平成31年度からは、代替案を組み込んで計画を進めていく。
「時間」の心理的イメージと評価との関係

本研究は「時間」の意識に関する調査および実験的研究である。「時間」を人間の知識的産物として位置づけ、心理的時間を個人の経験的意味と解して、その観念的イメージを分析した。1.「時間」概念の心理的イメージに関する発達的研究:「時間」概念のイメージ調査を従来の大学生・高校生のみならず、中学生にも実施し、年齢的下限幅を広げた。SD法により20の反対形容語対を7段階で評定させたが、結果は高校生のそれと類似していた。大学生とは因子構造も違い、抽出因子も3因子と比較的単純であった。各形容語対の評定も変動が高く、大学生ほどには形容語対間の観念的関係は強くはなかった。2.難治性小児疾患者の「時間」イメージに関する研究:諸種の難治性小児疾患者の「時間」概念のイメージを調ベた。健常者と大きく異なる所は少なかったが、健常群の「時間」の少なさ・持続性・抽象性の強調傾向に比して、患者群の感性的偏向は乏しかった。時間を意識せざるをえない活動は健常者のものであった。3.1000Hz純音による経過時間のイメージの分析:「時間」概念の観念的なイメージに対して、実際に過した時間のイメージを調べた、純音を聞くだけの受動的な状況ながら、実際に過した時間のイメージは観念的イメージとは大きく異なり、経過時間内の過し方(体験内容)が直接的に時間イメージを規定する様子が理解された。4.「見越し時間測定装置」を用い、光点の移動速度感を手掛りに、目標到達時間を予測させた。その際、光点の速さ・経過時間・判断の確度・情緒状態などについて7段階評定をさせ、評価時間との相関関係を調べた。十分なデータではないが、(移動速度)速いー(時間)短いといった対応関係は得た。しかし、評価値との関係では予想したほど高い相関は見られず、それらは決して一義的関係ではないことが示唆された。
脳腫瘍の変異型IDHを標的とした高精度診断法の確立と分子生物学的解析

変異型IDH1/2が検出されるglioma患者の予後は、野生型IDH1/2の患者の予後よりも格段に良く、gliomaの予後診断マーカーとして有用である。本研究では、変異型IDH1/2に対する特異的抗体を樹立し、gliomaの臨床診断に応用することを目標とした。また、抗体による変異型IDHの認識メカニズムの解明を目指した。平成28年度には、これまで作製した変異型IDH1/2に対する抗体の中で、MsMab-2を用いた免疫組織染色を実施した。その結果、MsMab-2はIDH1-R132Lの変異型の切片に対し、特異的に反応性を示した。これまで、IDH1-R132Hに対するHMab-1、HMab-2、IDH1-R132Sに対するSMab-1、複数の変異型に対するMsMab-1が免疫組織染色に有用であることがわかっていたが、より正確にIDHの変異型を免疫組織染色で見分けることができた。また、クローンMsMab-1のFab断片と、そのエピトープであるIDH1-R132SおよびIDH2-R172Sのペプチドとの共結晶化に成功した。X線構造解析を行った結果、MsMab-1によるIDH1-R132SおよびIDH2-R172Sの認識メカニズムが明らかとなった。一方、IDH1-R132Cに対する抗体は、未だに世界で報告が一切ない。他の変異型に比べ、システインが含まれることから、抗原作製や抗体作製が非常に困難である。そこで、平成29年度までに、IDH1-R132Cの抗原を調整し、抗体作製の準備が終了した。平成30年度には、IDH1-R132Cの抗原をマウスに免疫し、IDH1-R132Cに特異的な抗体の作製に取り組んだ。その結果、ELISAにて、IDH1-R132Cに反応し、野生型IDH1に反応しないモノクローナル抗体の樹立に成功した。本抗体が免疫組織染色で有用かどうか、今後の検討を続ける予定である。本研究において、変異型IDH1/2の免疫抗原等の作製およびglioma症例におけるIDH1/2の遺伝子型のスクリーニングを行った後、すべての変異型IDH1/2に対する特異的抗体を樹立し、gliomaの臨床診断に応用することを目標としている。さらに、すでに樹立した変異型IDHに対する特異的抗体とそのエピトープとを共結晶化し、抗体による変異型IDHの認識メカニズムを解明することを目的としている。平成28年度には、これまで本研究室で作製した変異型IDH1/2に対する抗体の中で、免疫組織染色に有用かどうかが不明であったクローンMsMab-2について、免疫組織染色を実施した。これまで、IDH1-R132Hに対するクローンHMab-1,クローンHMab-2、IDH1-R132Sに対するクローンSMab-1、複数の変異型に対するクローンMsMab-1が免疫組織染色に有用であることがわかっていたが、さらにMsMab-2がIDH1-R132Lに対し有用であることがわかった。これらの組み合わせにより、より正確にIDHの変異型を免疫組織染色で見分けることが可能になった。また、以前樹立したクローンMsMab-1のFab断片と、そのエピトープであるIDH1-R132SおよびIDH2-R172Sのペプチドとの共結晶化に成功した。変異型IDHに対する特異的抗体は、世界でほとんど報告がなく、特に免疫組織染色に有用な抗体はIDH1-R132Hに対する抗体のみである。今回、IDH1-R132Lに対する抗体(MsMab-2)が免疫組織染色に有用であることを示すことができ、当初の計画以上に研究が順調である。変異型isocitrate dehydrogenase 1/2(IDH1/2)が検出されるgliomaの予後は、野生型IDH1/2の予後よりも格段に良く、gliomaの予後診断マーカーとして有用である。平成28年度までに、これまで作製した変異型IDH1/2に対する抗体の中で、MsMab-2を用いた免疫組織染色を実施した。これまで、IDH1-R132Hに対するHMab-1、HMab-2、IDH1-R132Sに対するSMab-1、複数の変異型に対するMsMab-1が免疫組織染色に有用であることがわかっていたが、これらの組み合わせにより、より正確にIDHの変異型を免疫組織染色で見分けることが可能になった。

また、以前樹立したクローンMsMab-1のFab断片と、そのエピトープであるIDH1-R132SおよびIDH2-R172Sのペプチドとの共結晶化に成功した。X線構造解析を行った結果、MsMab-1によるIDH1-R132SおよびIDH2-R172Sの認識メカニズムが明らかとなった。一方、IDH1-R132Cに対する抗体は、未だに世界で報告が一切ない。他の変異型に比べ、システインが含まれることから、抗原作製や抗体作製が非常に困難である。平成29年度には、IDH1-R132Cの抗原を調整し、抗体作製の準備が終了した。これまで、変異型IDHに対するモノクローナル抗体を複数作製し、IHCで有用であることを示してきた。今年は、最も難度の高いIDH1-R132Cの抗原を調整し、抗体作製の準備が終了した。順調に研究が進捗していると評価できる。変異型IDH1/2が検出されるglioma患者の予後は、野生型IDH1/2の患者の予後よりも格段に良く、gliomaの予後診断マーカーとして有用である。本研究では、変異型IDH1/2に対する特異的抗体を樹立し、gliomaの臨床診断に応用することを目標とした。また、抗体による変異型IDHの認識メカニズムの解明を目指した。平成28年度には、これまで作製した変異型IDH1/2に対する抗体の中で、MsMab-2を用いた免疫組織染色を実施した。その結果、MsMab-2はIDH1-R132Lの変異型の切片に対し、特異的に反応性を示した。これまで、IDH1-R132Hに対するHMab-1、HMab-2、IDH1-R132Sに対するSMab-1、複数の変異型に対するMsMab-1が免疫組織染色に有用であることがわかっていたが、より正確にIDHの変異型を免疫組織染色で見分けることができた。また、クローンMsMab-1のFab断片と、そのエピトープであるIDH1-R132SおよびIDH2-R172Sのペプチドとの共結晶化に成功した。そこで、平成29年度までに、IDH1-R132Cの抗原を調整し、抗体作製の準備が終了した。平成30年度には、IDH1-R132Cの抗原をマウスに免疫し、IDH1-R132Cに特異的な抗体の作製に取り組んだ。その結果、ELISAにて、IDH1-R132Cに反応し、野生型IDH1に反応しないモノクローナル抗体の樹立に成功した。本抗体が免疫組織染色で有用かどうか、今後の検討を続ける予定である。IDH1-R132Cに対する抗体は、未だに世界で報告が一切ない。来年度中に、IDH1-R132Cの抗原を調整することを目標とし、再来年度には、特異的抗体の作製に取り掛かる予定である。来年度には、今年度調整したIDH1-R132Cの抗原をマウスに免疫し、特異的抗体の作製に取り掛かる予定である。平成28年度は計画通りに研究を遂行したため、残額はほとんどない。
腫瘍壊死因子(TNF)の膜結合型から分泌型へのプロセシングの分子機構

膜結合型TNF(Pro-TNF)は、'リガンド'としてだけでなく、レセプターからのシグナルを受容しこれを細胞内に伝えるReverse-rSignalingの'受容体'としても機能することが明らかにされ、その機構ならびに生理的意義が注目されている。本研究では、この膜結合型TNF分子の切断或いは細胞質への情報伝達の制御に関与すると推定される前駆領域内細胞質領域に生ずる蛋白質修飾について検討した。その結果、Pro-TNFの細胞質領域には、これまでに報告されている蛋白質リン酸化以外に、蛋白質N-アセチル化および蛋白質パルミトイル化が生じることを見い出した。また細胞質領域に関する種々の部位特異的変異体を作製し、修飾の有無をin vitro及びin vivo代謝ラベルにより検出することにより修飾部位を検討した結果、N-アセチル化は開始Met脱離後のN-末端アミノ酸であるSer^<-75>に、またパルミトイル化は、細胞質領域中の最もC-末端に位置するCys^<-47>に生じていることが明らかになった。さらにPro-TNFのN-アセチル化されたN-末端Ser残基にはリン酸化も生じていることが示された。これらの翻訳後修飾の膜結合型TNFの機能における役割については現在検討中である。膜結合型TNF(Pro-TNF)は、最近'リガンド'としてだけでなく、レセプターからのシグナルを受容しこれを細胞内に伝えるReverse-Signalingの'受容体'としても機能することが明らかにされ、その機構ならびに生理的意義が注目されている。本研究では、この膜結合型TNF分子中の、細胞質への情報伝達を担う細胞質領域に生ずる蛋白質修飾について検討した。Pro-TNFおよびその変異体のcDNAをウサギ網状赤血球ライセートをいたin vitro転写/翻訳系あるいはCOS細胞発現系で、種々の蛋白質修飾に特異的なRI-標識基質の存在下で発現した。これを抗TNF抗体で免疫沈降後、SDS-PAGEに供与し、Western blottingにより蛋白質発現を、またフルオログラフィーにより蛋白質修飾を検出した。その結果、[1]Pro-TNFの細胞質領域には、これまでに報告されている蛋白質リン酸化以外に、蛋白質N-アセチル化および蛋白質パルミトイル化が生じること[2]Pro-TNFのN-末端領域に関する部位特異的変異体を用いた解析から、Pro-TNFのN-末端Ser残基には、N-アセチル化とリン酸化の2種の異なる蛋白質修飾が生じることが明らかになった。膜結合型TNF(Pro-TNF)は、'リガンド'としてだけでなく、レセプターからのシグナルを受容しこれを細胞内に伝えるReverse-Signalingの'受容体'としても機能するととが明らかにされ、その機構ならびに生理的意義が注目されている。我々は昨年の研究から、この膜結合型TNF分子中の、細胞質への情報伝達を担う細胞質領域に生ずる蛋白質修飾について検討した結果、Pro-TNFの細胞質領域には、これまでに報告されている蛋白質リン酸化以外に、蛋白質N-アセチル化および蛋白質パルミトイル化が生じることを見い出した。本研究ではこの両修飾反応の修飾部位を決定することを目的として、Pro-TNFの細胞質領域に関する種々の部位特異的変異体を作製し、修飾の有無を検討した。その結果、N-アセチル化は開始Met脱離後のN-末端アミノ酸であるSer^<-75>に、またパルミトイル化は、細胞質領域中の最もC-末端に位置するCys^<-47>に生じていることが明らかになった。
看護の専門職化と職業意識形成に関する研究

医療の高度化と先端技術への依存の増大は、医療従事者としての看護領域においても同様に知識の体系化・養成制度改革、技術の高度化・専門分化をひきおこしている。一方では集中管理室や透折看護に象徴されるように、先端技術を介する高度技術的な患者との対応が生じており、そうした知識・技術を身につけた看護が要請されている。地方ではこの様な動きを「小型の医師」「医師モデルの看護」として排し、逆に旧来からの対人関係中心の看護、対人的ケアのもつ意義が「看護の本質」「看護のこころ」として見直され深化されている。新たな技術の不可避的傾向にあって、後者(本質、こころ)を踏まえた前者への対応という視点が確認されるべきであろう。それは次の課題とも密接に関連する。21世紀の高齢化社会に向けた医療・保健・福祉の総合化されたシステムの問題である。岩手県沢内病院の場合、深沢村長という優れた一政治家の僻地医療に結合した村の健康行政があったし、長野県佐久病院若月院長の場合も、農村医療の40年余にわたる実践活動の蓄積が今に生きている。これは共に、そこに生活する人々の健康が大事なのであって、病院と医療従事者はそのためにあるのだという当然の前提から出発し、それを支える地域と医療のシステムと運動を不断に再生させることに成功したケ-スということができる。現状は決して楽観を許さないものがある。「自分たちの健康を自分たちの手で守る」為には、行政、病院そして地域住民が一体となったシステムをその地域にふさわしいやり方で形成していく必要がある。看護の専門職性と職業意識の形成も、決して一病院内で完結し得ないものであることがわかる。自然・社会・文化の環境をも視野に入れた地域独自の意識的な取り組みとの接点をもつこと、その地域の生活・歴史・文化遺産の中に生きる専門職性と職業意識、先の二つの先進事例はその重要性を今のわれわれに教えている。医療の高度化と先端技術への依存の増大は、医療従事者としての看護婦業務においても同様に知識の体系化と技術の高度化・専門化をひきおこしている。一方では集中管理室や透析看護に象徴されるように、先端技術を媒介する高度技術的な患者との対応が生じてきており、そうした知識・技術をも身につけた看護が事実上要求されているところもある。他方ではこのような動きを「小型の医師」「医師モデルの看護」として排し、逆に旧来からの対人関係中心の看護、人間対人間の対人的ケアのもつ意義が見直され意味づけられる事にもなっている。後者の実践的な試みの一つがPONRとして、また理論的な継承と発展が「看護の本質」とか「看護のこころ」として深化されつつある。新たな技術基盤の流れの中で、後者(本質、こころ)を踏まえた上での前者への対応過程が指摘できよう。同時に、21世紀の高齢化社会に向けた現実の医療は、かつてなく厳しい制度的課題に直面している。岩手県沢内病院の場合、深沢村長という優れた一政治家の僻地医療に結合した村の健康行政があったし、長野県佐久病院若月院長の場合も40年余にわたる農村医療実践活動の蓄積が今に生きている。これらは共に、そこに生活する人々の健康が大事なのであって、病院と医療従事者はその為にこそあるのだという当然の前提から出発し、しかしそこに拘り続けてきた「稀な」ケースということができる。このような意味での包括的な地域医療と看護が、病院内で完結し得ない事はいうまでもない。「自分達の健康を自分達の手で守る」為には、行政、病院そして地域住民が一体となったシステムを創る必要がある。その為には自然・社会環境を含む地域独自の取り組みの歴史が不可欠であり、看護の専門職性と職業意識もその地域のこうした活動、歴史、文化遺産の中に初めて息づくことができるということを、これらの先進地域の事例は教えている。

看護の専門職性と職業意識の形成も、決して一病院内で完結し得ないものであることがわかる。自然・社会・文化の環境をも視野に入れた地域独自の意識的な取り組みとの接点をもつこと、その地域の生活・歴史・文化遺産の中に生きる専門職性と職業意識、先の二つの先進事例はその重要性を今のわれわれに教えている。
代謝安定型糖鎖を基盤とする高次生物機能中分子複合糖質アナログ創製

本年度は、1級アルコール連結型アナログとしてイソマルトースとSiaα(2,6)-Gal構造のO-グリコシドをC-グリコシドに置き換えたアナログの合成に取り組んだ。6位を1炭素増炭したグルコース、もしくはガラクトース誘導体と、ドナー糖のアノマー位に発生させたラジカル種とのカップリング反応を検討した。この際に、立体選択性がポイントとなるが、グルコースをドナーとする場合、イス型コンホメーションに固定することで、α選択的なアトムトランスファー型ラジカルカップリングが進行することをすでに見出している。本手法を、グルコースアクセプターとのカップリングに適用し、イソマルトースアナログの合成に成功した。また、シアル酸ドナーとガラクトースアクセプターとのアトムトランスファー型ラジカルカップリングも進行したが、立体選択性は発現しなかった。2級アルコール連結型のGal(1,3)-GalNAc構造などのアナログを、アトムトランスファー型ラジカルカップリングを適用して合成することは困難である。そこで、クロスカップリング反応を基盤とした合成に取り組んだ。これまでの研究で、ドナー糖から発生させたラジカル種と芳香族化合物とをNi触媒を用いてクロスカップリング反応で連結することに成功している。これをイス型コンホメーションに固定したグルコースドナーで検討したところ、この場合もα選択的にカップリングが進行することを見出した。また本手法は、ブロモオレフィンとのカップリングも低収率ながら実現可能であることも見出した。クロスカップリングによる合成手法の開発が進んでおり、またアトムトランスファー型ラジカルカップリングの適用範囲も明らかになってきたため。クロスカップリング反応を検討し、さらに効率のよい合成手法を確立する。また生物学的に重要な複合糖質構造に導き、生物活性評価に取り組む。
電界制御による手術室・病室で安全な920MHz帯パッシブRFIDシステムの研究

平成30年度には、次の研究を実施した。1.狭小空間での実際的な放射電界の測定:前年度に実施した基本的な簡易シミュレーションの結果を踏まえ、実際に狭小空間を作製して放射電界の強度を測定した。測定を実施した空間は4700mm×4500mmほどで、一般的な手術室よりも若干小さいが、ここに手配可能な医療機器類を配して実験に臨んだ。その結果、開放空間での電界値よりも相対的に強い電界値が測定された。しかしその程度は、GS1グループが2015年の実験で得たほどの大きさには及ばなかった。2.電界制御方法の技術基盤の確立:当年度は手術用鋼製小物の多数個一括認証を前提として、タグの高性能化を図った。その改良型タグを鋼製小物に固定して、多数個一括認証の可否と時間長を測定した。また、これまでは樹脂製トレイに鋼製小物を置いて認証を行ったが、当年度は現場を想定した滅菌対応のステンレスメッシュ上で認証した。一般に金属類とRFIDは親和性が低いと言われるが、ここで実施した実験では、認証時間に若干の延長が見られたが50個の鋼製小物が3秒ほどで全数認証された。3.ベッドサイドを前提とした弱電界システムの評価:ベッドサイドでの患者認証を想定して、放射電界が弱い低出力小型リーダとリストバンドタグの実用性評価を行った。小型リーダの出力は10mWに過ぎず、電磁的に安全である。当年度は、最終的に2mm厚のスペーサを設計してタグに付して評価した。すでに提案済みの10mm厚スペーサよりも圧迫感が少ないが、30%程度の認証域を確保できた。10mWリーダとの組み合わせでは55mmほどの認証域が得られ、布団越し認証などが安全に実現できる。当年度は、狭小空間での電界値測定、鋼製小物認証性能の向上、現場向けリストバンドタグの開発など、多くの結果を残した。これらは、電磁的に安全な手術室・病室を実現するための技術基盤を確立するために、おおむね順調な進展度であると考える。令和元年度は、次の研究を実施しようと考える。1.狭小空間で測定された放射電界値の評価:平成30年度に測定した狭小空間の放射電界値について、現実的な条件の下で評価を行う。2.手術用鋼製小物認証用タグの合理的な固定方法の検討:UHF帯パッシブRFIDを用いれば手術用鋼製小物を一括して認証できることは示された。令和元年度には、その認証用タグの鋼製小物への合理的な固定方法を検討する。3.ベッドサイド認証用タグの評価:平成30年度に試作した薄型リストバンドタグの現実的な評価を行う。平成29年度には、次の研究を実施した。1.狭小空間での放射電界シミュレーション:これまでの研究成果を基に、狭小空間を想定した放射電界値の基本的なシミュレーションを実施した。当年度は主にUHF帯のRFIDシステムを対象とした。その結果、狭小空間では、金属などの導体が電界分布に相当程度の影響を及ぼすことがわかった。2.電界制御方法の技術基盤の確立:(a)電波吸収材,(b)弱電界アンテナ,(c)低出力リーダ、の解析を進めた。(a)の電界制御パフォーマンスは公開済みだが、材質に起因する重量過多が問題であった。これに対して、シリコン材自体の見直しと、そこに封入する炭素繊維の種別・直径・実質長を検討した。当年度は(b)を用いた小型の手術用鋼製小物認証BOXを試作した。ここに帝人株式会社の弱電界アンテナを設置し、鋼製小物の短時間一括認証を目指した。このアンテナは原理的に強電界を放射できないため、電界分布の制御が必須である。当年度は先述の「放射電界シミュレーション」の結果から、電界分布制御を試みた。弱電界アンテナの間隙に導電性アルミフィルムを効果的に配し、電界分布を意図的に制御した。その結果、認証トレー上に無作為に配した50個の手術用鋼製小物を、1秒未満で認証できた。当初予定したトレーの手動スキャンも不要で、トレー固定のまま充分な認証パフォーマンスが得られた。ベッドサイドでのリストバンドタグ認証には(c)の低出力リーダが必須である。患者安全の観点から、出力は10mW程度が望ましい。ここでは、生体の水分による高周波損失を回避するため、タグ自体を前腕部から分離する。このため10mm厚のスペーサを提案したが、その大きさや形状から病棟看護師の評価が低い。当年度は3mm厚のスペーサを試作した。これと10mWの低出力ハンディリーダの組合わせによる運用について、実験的に検討を進めている。当年度は、試作した弱電界アンテナによる手術用鋼製小物一括認証システムが当初の予測以上のパフォーマンスを示した。すでに提案されているHF帯を利用したシステムでは、毎秒1個程度しか認証できない。ここで試作したシステムのパフォーマンスは毎秒50個であり、手術室看護師の業務負荷軽減と患者の安全性向上に大きく寄与できる。これは、予定した範囲を超える成果と言える。

測定を実施した空間は4700mm×4500mmほどで、一般的な手術室よりも若干小さいが、ここに手配可能な医療機器類を配して実験に臨んだ。その結果、開放空間での電界値よりも相対的に強い電界値が測定された。しかしその程度は、GS1グループが2015年の実験で得たほどの大きさには及ばなかった。2.電界制御方法の技術基盤の確立:当年度は手術用鋼製小物の多数個一括認証を前提として、タグの高性能化を図った。その改良型タグを鋼製小物に固定して、多数個一括認証の可否と時間長を測定した。また、これまでは樹脂製トレイに鋼製小物を置いて認証を行ったが、当年度は現場を想定した滅菌対応のステンレスメッシュ上で認証した。一般に金属類とRFIDは親和性が低いと言われるが、ここで実施した実験では、認証時間に若干の延長が見られたが50個の鋼製小物が3秒ほどで全数認証された。3.ベッドサイドを前提とした弱電界システムの評価:ベッドサイドでの患者認証を想定して、放射電界が弱い低出力小型リーダとリストバンドタグの実用性評価を行った。小型リーダの出力は10mWに過ぎず、電磁的に安全である。当年度は、最終的に2mm厚のスペーサを設計してタグに付して評価した。すでに提案済みの10mm厚スペーサよりも圧迫感が少ないが、30%程度の認証域を確保できた。10mWリーダとの組み合わせでは55mmほどの認証域が得られ、布団越し認証などが安全に実現できる。当年度は、狭小空間での電界値測定、鋼製小物認証性能の向上、現場向けリストバンドタグの開発など、多くの結果を残した。これらは、電磁的に安全な手術室・病室を実現するための技術基盤を確立するために、おおむね順調な進展度であると考える。平成30年度は、次の研究を実施しようと考える。1.狭小空間の放射電界解析:実際の臨床環境を模した空間で、リーダアンテナから放射される電界を測定し、分布状況を解析する。ここでは平成29年度予算で購入した、スペクトラムアナライザRSA306Bを活用する。2.電界制御方法の技術基盤の確立:手術用鋼製小物認証では、弱電界アンテナと電波吸収材相互の性能評価を重ねつつ、認証BOX内の電界分布を制御してさらなる高性能化を実現する。またベッドサイド認証では、新たに低出力ハンディリーダSE1-BUB-Cを購入し、これと新型リストバンドタグとの組合わせを前提とした運用可能性を検討する。条件が整えば実際の臨床環境で運用し、そのパフォーマンスを解析する。令和元年度は、次の研究を実施しようと考える。1.狭小空間で測定された放射電界値の評価:平成30年度に測定した狭小空間の放射電界値について、現実的な条件の下で評価を行う。2.手術用鋼製小物認証用タグの合理的な固定方法の検討:UHF帯パッシブRFIDを用いれば手術用鋼製小物を一括して認証できることは示された。令和元年度には、その認証用タグの鋼製小物への合理的な固定方法を検討する。3.ベッドサイド認証用タグの評価:平成30年度に試作した薄型リストバンドタグの現実的な評価を行う。平成29年度には、当初の予測よりも研究全体が順調に進展した。このため支出額が全体的に縮小し、416,459円を次年度使用額として平成30年度に繰り越すこととなった。この繰越し分は、実験や試作のための消耗品購入用物品費、通信システムの情報収集や看護環境の現状調査のための旅費として使用する予定である。平成30年度には着実に研究は進展したが、支出額は全体的に縮小した。
重いフェルミオン系の磁気秩序と超伝導の共存に関するNMRによる研究

重いフェルミオン系超伝導体CeCu_2Si_2およびUPt_3の磁気相図をNMRにより決定することを意図したが、後者については満足する結果が得られなかった。一方、CeCu_2Si_2については、その磁気持性をいろいろな角度から検討するためにトリウムを添加した結果、その系での磁気相図を決定することが出来た。CeCu_2Si_2では、磁場でTcを下げると磁気秩序が現われることを我々が最初に発見した。その後、種々の実験でも確認された。しかし、この磁気秩序は従来のものに比べて異常な点が多く、超伝導の発現機構とも関連して、その異常性を明らかにすることが本研究課題の主要な目的の一つであった。そして以下のような重要な研究成果を得た。(1)トリウム(Th)を6.4%以上添加した系では、磁気秩序の発生による比熱のとび及びNMRによる内部磁場の発生が観測された。従って、通常の静的な磁気秩序が出現する。(2)トリウム(Th)が6.4%より少ない低濃度側では、CeCu_2Si_2と同様、磁気転移点以下でも内部磁場は発生せず、又比熱のとびも現われない。以上の事から、CeCu_2Si_2及びトリウムを低濃度ド-プした系で見い出された磁気秩序は、いわゆる静的な磁気秩序ではないことがわかった。さらに緩和時間の測定から、スピンは磁気転移点以下でも完全に静止しているのではなく、NMRの周波数程度の極めて低い周波数でゆらいでいる可能性があることを見い出した。このように、特異な磁気秩序と超伝導とは、相互に密接に関係している可能性がある。今後の研究課題である。
結晶光子場によるコヒーレント共鳴励起を用いた原子物理

高速重イオンが単結晶中の周期配列中を通過する際,イオンは時間とともに変化する振動電場を感じるために,その内部準位は共鳴的に励起される。コヒーレント共鳴励起と呼ばれるこの過程において,数10ギガ電子ボルトの高エネルギー重イオンを用意することによって, X線領域に相当する準位間遷移が可能になる。本研究では,この共鳴励起を利用した光を使わない量子状態の操作を実証し,精密原子分光法としての原子物理における新しい可能性を探った。高速重イオンが単結晶中の周期配列中を通過する際、イオンは時間とともに変化する振動電場を感じるために、その内部準位は共鳴的に励起される。コヒーレント共鳴励起と呼ばれるこの過程において、数10ギガ電子ボルトの高エネルギー重イオンを用意することによって、X線領域に相当する準位間遷移が可能になる。本研究では、この共鳴励起を利用した光を使わない量子状態の操作や、精密原子分光法としての原子物理における新しい可能性を探る。高速イオンが結晶という周期的配列を通過する際,イオンは時間とともに変化する振動電場を感じる。この電場エネルギーがイオンの内部自由度の準位差に一致すれば,イオンの準位は共鳴的に励起され得る。このRCE現象によってX線領域に相当する準位間の遷移が可能であり,X線領域の位相の揃った,偏光方向が任意に選択可能である励起源に相当するというユニークな特徴をもち,光を使わない量子状態の操作を可能にするのみならず,新しい精密原子分光法という特徴も持ち併せる。H19年度は以下のような,2つのテーマに対して積極的に研究を進めた。[1]HIMACにおけるダイナミクス研究では,3次元RCE(3D-RCE)によるA型2重共鳴(プローブ:1s2→1s2p,ポンプ:1s2p→1s2s)を従来のHe-1ike Ar^<16+>から,He-like Fe^<24+>へと展開し,2準位間を結合するための結晶振動電場の強度を,利用する原子面を選ぶことによって弱めて観測した。その結果,共鳴スペクトルは,以前観測された2重項から台形型へと変化するという興味深い結果が得られた。また,Li-Ar^<15+>に対して2重共鳴を起こして,n=1準位にあるすべての電子を励起し,3電子励起状態のホローアトムを生成することも試みた。[2]GSIにおけるスペクトロスコピー研究のためには,実際にGSIへ赴いて,実験チェンバーの設計やビームラインの整備検討を行った。放出X線を観測するために必要な検出器系としては,X線測定用のSi(Li)検出器を導入したのみならず,真空中で動作する新しいSDD(Silicon drift detector)のテスト開発も進めた。また回路系は,TDC,ADC同時動作の回路系を導入した。振動電場の周波数に相当するエネルギーがイオンの内部自由度の準位差に一致すれば,イオンは共鳴的に励起され得る。H20年度は、初年度の成果をもとに2つのテーマに対して研究を展開した。[1]HIMACにおけるダイナミクス研究では,He-like Ar16+イオンを対象として,3次元RCEによるラダー型2重共鳴(1s2→1s2p→2p2)を適用した。これにより逐次励起による2重電子励起状態生成を試みた。結晶通過後のイオンの電荷分布では,2重共鳴励起条件でイオン化割合が増加することを確認した一方で,2重励起状態からの脱励起X線,あるいはイオン化後のH-likeイオンからの脱励起X線の増加を測定した。これらから2重励起状態を選択的に生成されたことが明確に確認された。また,2次電子観測によるRCEの観測を開始した。共鳴励起後,入射イオンのイオン化に伴って2次電子が放出される。この2次電子は入射イオンと等速で前方へ放出され,コンボイ電子と呼ばれる。He-like Ar16+に対して共鳴条件下でコンボイ電子収量が増加することを観測するとともに、そのエネルギー幅の狭窄化を見いだした。これは励起状態の電子運動量を反映しており,選択的に励起したイオンの波動関数の情報が抽出されことを見いだした。[2]GSIにおけるスペクトロスコピー研究のためには,昨年度に引き続き、GSIへ赴いて,ゴニオメータの調整、制御ソフトの点検、真空チェンバーの搬入を行った。脱励起X線を観測するために必要な真空中で動作する新しいSiドリフト検出器を複数台導入し,外部からの温度制御によって正常動作することを確認した。[1]ダイナミクス研究@HIMAC:3D-RCEの結晶振動電場の強度や方向ほ,選択する結晶原子面列に依存して一意に決定される。このため,特定の結晶原子面列によって選択的に励起イオンをアラインメントさせることが可能である。

それぞれ3D-RCEによってアライメントした励起イオンが結晶原子と衝突してイオン化する際に放出される2次電子の観測に取り組んだ。この2次電子はほぼイオンと等速に前方へ放出されるため,これを磁場型アナライザイーと新たに導入したアバランシェ・フォトダイオードの組み合わせで実験的にとらえることに成功した。この電子の運動量分布は,元来のイオンにおける電子の運動量分布を反映するため,励起イオンからの2次電子はより狭い運動量幅をもつことを確認した。これをアライメントした励起イオンに適応し,その結晶原子との衝突における原子衝突過程の観測のため,様々な実験条件におけるRCEの挙動を観測した。[2]スペクトロスコピー研究@GSI:平成20年度に進めた国内でのX線検出器,さらにGSI現地におけるゴニオメーターの動作テストといった準備を受けて,実際に高エネルギービームを用いた第1回目の実験を行った。SISシンクロトロンより取り出した核子あたり190MeVのLi-likeウラニウム(U^<89+>)イオンを用い,1s^22s(1/2)準位から1s^22p(3/2)へ励起を脱励起X線を通じて観測することで,高原子数Z=92の多価重イオンに対するラムシフト測定分光実験を実施した。遷移エネルキーは,4.5keVであり,面チャネリング条件下で2次の原子ストリング配列成分を利用した2D-RCEを使って共鳴励起した。4台の大面積(100mm2)シリコンドリフト型Si検出器(SDD)を真空チャンバー内に設置し,高検出効率でDopplerシフトした4-10keVの脱励起X線の収量がRCE条件下において増大する様子を観測した。1.ダイナミクス研究@HIMAC3次元コヒーレント共鳴励起によって励起されたHe-likeアルゴン(Ar^<16+>)および鉄(Fe^<24+>)イオン、結晶内原子と衝突して電子損失する際に放出される2次電子の観測に取り組んだ。この2次電子はイオンとほぼ等速に前方へ放出される。一定の受け角度幅を有する磁場分析器で測定した場合、その収量は元来のイオンにおける電子運動量分布のうち、イオン進行方向に対して横方向の分布に強く依存していることを見いだした。また束縛3電子を伴うLi-likeアルゴン(Ar^<15+>)イオンに対して、2重共鳴を起こさせることによって、基底状態(1s^22s)からすべての電子がn=2準位に励起された(2s2p^2)特異な原子を選択的に形成することを試みた。その結果、共鳴条件下でオージェ電子が増大することを観測した。2.スペクトロスコピー研究@GSI前年度のSISシンクロトロンより取り出したLi-likeウラニウム(U^<89+>)イオンを用いた第1回目の実験に引き続き、SISより取り出したHe-likeウラニウム(U^<90+>)イオンを一度ESRイオン蓄積リングに挿入し、電子冷却法によって速度幅を狭めた上で、電子捕獲の結果生成されるLi-likeウラニウム(U^<90+>)イオンを用いた第2回目の実験を行った。核子あたり191MeVのLi-likeウラニウム(U^<89+>)イオンを7ミクロン厚の薄膜Si結晶標的に通過させ、2次元コヒーレント共鳴励起によって1s^22s_<1/2>準位から1s^22p_<3/2>へ励起させた。その結果生成される励起状態からの脱励起X線を観測することで、遷移エネルギーの測定を行った。
リチウムイオン二次電池炭素負極材料用炭素小球体の作製

ピレンを原料とした低重合度熱硬化性樹脂をポリエチレングリコールと酸触媒の存在下で加熱撹拌すると、表面から内部に向かって開孔が存在し、メソ孔からミクロ孔までの細孔を有し粒径が12μm程度の多孔質樹脂小球体が得られることを見出した。これを1000°C2500°Cで加熱処理して開孔と細孔、結晶構造の異なる炭素小球体を調製した後コイン型セルを作製して二次電池としての電気化学特性を評価した。その結果、1002000 mA/gの電流密度で測定した比容量は、黒鉛では10%にまで急速に減少したのに対して、本試料47%までの低下にとどまり急速充電が可能であることと、高容量化が可能であるとの成果を得た。1)研究成果の具体的内容:平成23年度の研究成果として、得られた樹脂小球体は粒子径が不均一であることが問題点となった。平成24年度の目的は、(i)樹脂小球体の粒子径が1-2μmとなる条件の再検討、(ii)1000°C2500°Cに加熱炭素化処理する条件の決定、(iii)炭素小球体の結晶性ならびに表面形状、細孔分布等の解析、(iv)電極としての試験的組立ての4点である。具体的な取組み結果は以下の通りである。(i)原料樹脂の重合度を前年度よりも低くして樹脂小球体を調製したところ、ほぼ全体が粒径1-2μmの目的とする樹脂小球体を得ることができた。(ii)炭素前駆体が形成される500°Cまでとそれ以上の2段階に分けて、昇温速度と最終加熱温度について検討した。その結果、昇温速度は4.2°C/min、500°Cで1時間、最終加熱温度で1時間保持することが最適であることがわかった。(iii) 2000°Cまでは炭素小球体は難黒鉛化性炭素としての傾向を示すが、2000°Cを超えると易黒鉛化性炭素としての傾向を示した。2500°Cで加熱処理した炭素小球体の表面形状は滑らかで、トンネル孔が一部塞がり、ミクロ孔などは結晶性の向上とともに閉じていく傾向を示した。(iv)試験的にコイン型セルを作製したところ、昨年度の試料では炭素小球体は銅集電極から剥離して測定に不適であることがわかった。しかし、粒径が揃ったものでは電極との接着も良く測定に適していると推測できた。2)意義と重要性:リチウムイオン二次電池では、エネルギー密度の向上とLi+の電極内部への拡散速度が課題にある。負極材の中には大きな放電容量を示すものもあるが充電には時間を要する。今回のトンネル型孔を有する炭素小球体は粒子径が1-2μmと小さくて、トンネル型孔がLi+/Li系の電気化学的挙動に有利に作用すると期待できる。1)研究成果の具体的内容:平成23年度と24年度の研究成果として電池特性の高い炭素小球体の作製条件や加熱処理温度がほぼわかった。平成25年度の目的は、(i)炭素小球体を用いてコイン型セルを試作して電気化学測定を行うことと、(ii)電池としての性能を結晶構造や細孔構造の測定結果と併せて評価することである。i) 1002000 mA/gの電流密度で繰返し充放電を行い、セルの安定性、エネルギー密度や放電容量、高速充放電等について調べた。対照試料の黒鉛セルは電流密度が100 mA/gから2000 mA/gに増加すると比容量(mAh/g)が10%にまで急速に低下したのに対して、本研究による1000°Cで処理した炭素小球体では47%までの低下にとどまり、急速充電が黒鉛セルに比べて可能であることがわかった。ii) 800°C2500°Cの加熱処理温度と結晶構造、細孔構造の変化と充放電特性との関係を調べたところ、1500°C以上では細孔が著しく減少するに対して、結晶構造はガラス状炭素から易黒鉛化性の積層構造の発達が認められた。充放電曲線の測定では加熱処理温度が低いほど不可逆容量が大きく、電流密度に対する比容量の変化も大きいことがわかった。比容量の値は800°C処理炭素小球体の値は黒鉛の372 mA/gよりも高い583 mAh/gを示した。2)意義と重要性:リチウムイオン二次電池用負極材としては高エネルギー密度化と急速充電が課題である。今回、トンネル型の孔を有して粒子径が1ー2μmに揃った炭素小球体を作製することによって、黒鉛電極より急速充電による比容量の低下が低い電池特性が測定された。また、1000°C以下の炭素化処理で高エネルギー密度化が測定されたことから、リチウムイオンの吸蔵特性向上が今後の課題となることがわかった。