hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
初期生命が用いたタンパク質のみから構成される人工ゲノムの合成

本研究は、人工ゲノム構築に不可欠である関連遺伝子の追究から、それらの基盤技術の発展に貢献する研究である。本研究では、無細胞翻訳系中で複数種類のタンパク質が協働することで所望の機能が発揮される系の開発を行なった。特に、リボソーム関連遺伝子に着目したが、それ以外の遺伝子を用いた系の開発も行った。リコンビナントタンパク質を用いたリボソームの試験管内再構成系は、生合成因子を用いることで、よりリボソームの再構成効率が高い系を構築できた。また、リボソームの生合成過程における各因子の機能について新たな知見が示された。近年、複数の遺伝子を組み合わせた人工生命システムの構成を行う構成的アプローチから生命を構成する仕組みや原理の解明を試みる研究が行われている。また、累積した分子生物学的知識と技術の発達から、ゲノム操作および合成技術の発達が目覚ましく、自己複製を行うゲノムの全合成も可能となった。本研究は、複数の遺伝子の組み合わせから構成される人工ゲノムの合成を通じてそれらの研究の基盤技術の開発も追及する研究である。当該年度においては、20種類以上の遺伝子が組み合わさった複数種の人工核酸を得た。また、無細胞翻訳系中において、それらの人工核酸からタンパク質が合成されることを確認できた。各タンパク質の合成量は、遺伝子の組み合わせ方により変化することがわかった。これらの研究成果の一部は、国内学会において発表予定である。複数種のタンパク質を発現する人工核酸を合成し、各種タンパク質を無細胞翻訳系中で発現可能であることを確認できた。しかしながら、一部タンパク質が発現しないという問題が生じている。近年、複数の遺伝子を組み合わせた人工生命システムの構成を行なう構成的アプローチから生命を構成する仕組みや原理の解明を試みる研究が行なわれている。また、累積した分子生物学的知見と技術の発達から、ゲノム操作および合成技術の発達が目覚しく、全ゲノムの合成も可能となった。本研究は、複数の遺伝子の組み合わせから構成される人工ゲノムの合成を通じてそれらの研究の基盤技術の発展に貢献する研究である。当該年度までに、無細胞翻訳系中において発現させた複数種類の遺伝子が協同することで機能が発揮される系の開発を行なった。さらに、無細胞翻訳系中において、昨年度までに構築していた各遺伝子から発現するタンパク質合成量の改善に成功し、昨年度よりも多種の遺伝子発現を同時に検出可能な系の構築に成功した。次に、現在よりも高度な遺伝子発現制御の実現に必要である新規の人工遺伝子回路の構築を試みた。その結果、新規の遺伝子を用いた、ネガティブフィードバックを行なう人工遺伝子回路の構築に成功した。得られた新規の人工遺伝子回路の詳細な特性については現在解析中であり、数値シミュレーションによる解析も行なう予定である。既知の人工遺伝子回路と新規に構築した人工遺伝子回路を組み合わせて用いることでさらに多種の遺伝子を同時且つ均等に発現させる系の確立が可能となるだろう。これらの成果の一部は、国内外の学会において発表した。得られた成果の一部は、査読付論文誌に投稿予定である。本年度は、前年度までに構築した複数種類の遺伝子を組み合わせることで、無細胞翻訳系中において発現させた複数種類の遺伝子が協同し機能が発揮される系の開発を行なえた。また、遺伝子発現制御の高度化を目的とした新規の人工遺伝子回路の構築に成功した。これらの成果から、研究がおおむね順調に進展していると判断した。人工核酸より発現するタンパク質が協働し機能性の複合体を無細胞系中で形成させる。更に多種の遺伝子から発現するタンパク質が協同することにより機能が発揮される系の開発を試みる。その際は、数値シミュレーションを利用した解析から系の微調整を行なう。合成生物学研究代表者の異動があったことから、次年度使用額が生じた。予想よりタンパク質発現量の改善や新規人工遺伝子回路の構築に時間を要したためである。研究計画にしたがって実験を遂行することで使用する。人工遺伝子回路の機能解析と数値シミュレーションを次年度に行なうとし、未使用額はその経費に充てることとしたい。その際は、新たにオリゴDNAを多数用意する必要がある。また、研究成果の学会での発表や論文発表も予定しており、この費用にも次年度使用額を当てたいと考えている
光近接場プローブを用いたスピンSEMの高分解能化とエネルギー分散測定のための研究

18年度は、光近接場プロープの駆動系を立ち上げた。本装置は試料の傾きを垂直と水平のどち.らでもプローブがアプローチできるように設計した。そのため、一般に用いられているバネと渦電流ダンパーによる除振機構を搭載できず、高分解能像を取得するための条件だしが困難であった。そのため、申請段階では先鋭化した石英ファイバープローブを用いて励起光を照射する予定であったが、消耗品としてのプローブ部品が高価であったため、まずは操作方法の習得も兼ねてSTM(走査トンネル顕微鏡)として実験装置を立ち上げた。これに伴い、光電効果の励起光も、光ファイバープローブ先端から照射する方式を改め、金属針先端に立つ近接場光を用いる方式を考案した。光近接場相互作用による光電効果に関しては確立した理論が無いため、この効果発生の検証から始めることとした。STM像を取得しながら、針先端と試料を含む広い領域(φ100μm程度)にブルー(およびグリーン)レーザー項を照射し、針先端に立つ近接場光による光電効果の観測を試みた。光電子の検出にはシンチレータ(P30)と光電子増倍管を用いて自作した電子検出器を用いた。研究期間終了の現在、光電子の検出には至らず、今後解決すべきいくつかの解決すべき課題を得た。(1)光近接場による光電効果は可能か?(2)発生した光電子を針と試料との狭い空隙から外に引き出すための電子光学系の改良。今後、先端だけでなく付け根の方まで細いプローブの作製方法を考案して、浅い順位の電子のみを光電子として取り出し、スピン計測できるところまで進めていく予定である。本研究は、研究代表者(=居島薫)が以前北海道大学に於いて開発した(1)実験装置を現所属機関へ移設して再立ち上げすること、および(2)光近接場測定機構を新規に開発・搭載させ、これまでにない新しい表面磁性評価装置を開発することを目的している。今年度は移設した実験装置の再立ち上げを目標に据えて本研究を進めたため、直接外部発表に結びつく成果は得られていない。現在はファーストデータ取得のための準備段階にあり、平成17年度の発表を目指している。補助金の主な使途は、超高真空雰囲気で試料を角度分解能良く操作出来かつ加熱(1000°C)冷却(-150°C)可能な試料ステージの作製、電子照射系の駆動回路と電源製作とした。実験装置再立ち上げ箇所における今年度の実績は、真空排気系の清浄化による超高真空(2×10^<-8>Pa)の達成、電子照射系の搭載とその制御回路の作製、Mott散乱方電子スピン検出器搭載のための支持構造の製作、Ni球状単結晶試料を製作するための実験装置づくりと試料作製・評価実験、その他圧縮空気系・高電圧系の整備を行った。当初は年度内12月を目処にこれらを達成し、3月を目処にスピン計測のファーストデータを得る予定であったが、試料ステージ製作に時間を要したため、今年度の目標達成度は80%程度となった。平成17年度は初年度の製作依頼(外注)や予算執行等のペース配分を再検討して、目的とする光近接場実験まで到達できるよう努力する。本研究は、研究代表者(=居島薫)が以前北海道大学に於いて開発した(1)実験装置を現在の所属研究機関へ移設して再立ち上げすること、および(2)光近接場照射機構を新規に開発・搭載して、これまでにない新しい表面磁性評価装置を開発することを目的としている。今年度は主に、光近接場照射装置の設計・製作(株式会社ユニソク)を行った。当初、第3四半期を装置完成の目処としていたが、サンプル回転機構やプローブ操作方法などの相次ぐ設計変更に伴い、完成が第4四半期へずれ込んだ。現在までに同照射装置は走査トンネル顕微鏡として部分的に立ち上げを完了している。高速反射電子回折の電子線が障害無く通過でき、かつ精度良く回折角度を調節できる条件を保持したまま、さらに電子線と直交する角度から励起光を探針先端目がけて照射しながら走査トンネル顕微像が得られるような仕様とした。16年度に再立ち上げを予定していたスピンSEMは、電子銃の調整を終え、オシロスコープ画面上に低分解能ではあるがSEM像を得るまでに至った。しかしながらプローブ電子線の径が想定以上に太かったため、18年度に可動絞り板を設計製作し、空間分解能を向上する予定である。また、スピンSEMや近接場励起2次電子の測定には、スピン検出器・電子銃・走査プローブ系等をすべて同期させる必要があるため、17年度後半からパソコン制御に必要な電子回路製作を、18年度第2四半期完成を目標に開始した。平成18年からは、探針先端への近接場励起レーザー光を照射しつつ、発生する2次電子を検出する実験を行い、スピン計測系とドッキングする予定である。

これに伴い、光電効果の励起光も、光ファイバープローブ先端から照射する方式を改め、金属針先端に立つ近接場光を用いる方式を考案した。光近接場相互作用による光電効果に関しては確立した理論が無いため、この効果発生の検証から始めることとした。STM像を取得しながら、針先端と試料を含む広い領域(φ100μm程度)にブルー(およびグリーン)レーザー項を照射し、針先端に立つ近接場光による光電効果の観測を試みた。光電子の検出にはシンチレータ(P30)と光電子増倍管を用いて自作した電子検出器を用いた。研究期間終了の現在、光電子の検出には至らず、今後解決すべきいくつかの解決すべき課題を得た。(1)光近接場による光電効果は可能か?(2)発生した光電子を針と試料との狭い空隙から外に引き出すための電子光学系の改良。今後、先端だけでなく付け根の方まで細いプローブの作製方法を考案して、浅い順位の電子のみを光電子として取り出し、スピン計測できるところまで進めていく予定である。
"『サークル村』グループ"の思想史的研究

今年度は、昨年度にひきつづいて、主に炭鉱における労働組合運動・サークル運動についての調査・研究を行った。九州については中間市・水巻町・大牟田市・荒尾市を、北海道については美唄市・歌志内市・赤平市・夕張市を訪れて(いずれも旧産炭地)、資料を収集・閲覧すると共に、元炭鉱労働者から1950年代から60年代前半にかけての労働運動・サークル運動の状況について聞き取り調査を行った(資料の閲覧に関しては、北海道道立図書館、国立国会図書館、大原社会問題研究所なども利用した)。今年度は、様々なジャンルの運動のうち、当時もっとも影響力の大きかったうたごえ運動に関する研究にも着手した。とりわけ、三井三池争議の際にうたごえ運動が果たした役割ついて現地における聞き取り調査を実施したことは、サークル運動の全貌を明らかにする上で欠くことのできない大きな収穫となった。また今年度は、炭鉱におけるサークル運動について、産別組合である炭労が果たした役割とサークル間のネットワーク形成という観点を中心に成果をまとめた(前半のみ『国語国文研究』に掲載、後半部は次号に掲載される予定である)。また現在、各炭鉱で発行されていた文学サークル誌を用いて、炭鉱の文学サークル運動を概観する研究論文に取り組んでおり、近く成果を公表したいと考えている。1.50年代後半におけるサークル運動の展開とサークル運動を取り巻く言説を検討した。その結果、この時期に50年代前半まで既成組織に従属する傾向が強かったサークル運動が自律化の志向性を強め、新しい賭け金を獲得しつつあったことが明らかになった。また50年代後半には、資本主義の高度化と大衆社会論の展開と連動して「小集団」をめぐる議論が活発に行われていたこと、小集団論とサークル論とが密接な関わりを持っていたことが明らかになった。2.ウーマン・リブを先取りしたとされる森崎和江のフェミニズム思想と『サークル村』の運動との関係を検討した。その結果、『交流』の理念を掲げ、分断されている労働者・民衆を相互に架橋することを目標にした『サークル村』の運動と、『被害者』としての閉鎖的な連帯関係を批判し「女性」が一枚岩的な存在でないことを強調した森崎のフェミニズムとの共通点が明らかになった。他方で森崎が主宰し『無名通信』の運動について検討することにより、『サークル村』の家父長制的性格が森崎のフェミニズムの動機づけになった点も明らかになった。3.『サークル村』のメンバーであった石牟礼道子の「共同体」をめぐる思想を検討した。石牟礼は、不知海沿岸の地域共同体の伝統的性格を強調し、この地域共同体に同一化する立場から「都市」や「文明」を批判した。他方で、『サークル村』が地域社会に向けた批判的な視点を石牟礼も共有していたこと、石牟礼が「共同体」の存立は近代化・産業化と無関係ではなく、共同体の内部に様々な亀裂が含まれているとする視点を提起していることが明らかになった。今年度は、主に炭鉱における労働組合運動・サークル運動についての、資料収集・調査を行った。まず、計4回筑豊を訪れ、大正炭鉱(中間市)・九州採炭(中間市)・日本炭鉱(水巻町)・三井田川炭鉱(田川市)の元炭鉱労働者・労働組合運動家に対して、労働組合運動・サークル運・反合理化闘争に関する聞き取り調査を行った。また、北海道の夕張炭鉱・雄別炭鉱の元炭鉱労働者・労働組合運動家に対しても、同様の趣旨の聞き取り調査を行った。同時に、全国の炭鉱における労働組合の文化誌・サークル誌を収集し、それらの分析作業を進めた。また、50年代における、炭鉱以外の産業部門における労働者の文化運動、政党の文化政策、知識人の文化運動へのコミットについても調査した。さらに、筑豊を中心として、炭鉱閉山後の旧産炭地の状況、自治体を担い手とする地域振興策、炭住改良・雇用促進を要求する炭鉱離職者の運動について、聞き取り調査と資料収集を行った。今年度発表した成果のうち主なものは、"『サークル村』グループ"の一員である上野英信についての論文(「労働者の横断的連帯を夢見て上野英信と追われゆく坑夫たち」『前夜』第7号)、高度経済成長期におけるジェンダー関係の再編をめぐる口頭発表(「日本の"怒れる若者"と女性身体をめぐる闘争」INARCO(パリ)におけるシンポジウム、6月2日)、森崎和江『闘いとエロス』についての口頭発表(『第III期サークル村』主催による阿蘇集会、9月23日)である。

また今年度は、炭鉱におけるサークル運動について、産別組合である炭労が果たした役割とサークル間のネットワーク形成という観点を中心に成果をまとめた(前半のみ『国語国文研究』に掲載、後半部は次号に掲載される予定である)。また現在、各炭鉱で発行されていた文学サークル誌を用いて、炭鉱の文学サークル運動を概観する研究論文に取り組んでおり、近く成果を公表したいと考えている。
高額所得労働者の出現と所得格差

1980年代から、先進国において所得格差が大きく拡大していることがよく知られている。近年の所得格差拡大を説明するために、2016年度からMelitz型のモデルを色々やり、研究成果を学会で4回発表した。望ましい結果がある程度得られることができたが、ずっと一つの大きな問題に直面していた。モデルが数学的に複雑であったため、きつい仮定を置かないといけない問題であった。モデルの拡張や応用ができず、行き詰まった状態が続いていた。よって、数学的な問題を解決し、より一般的なモデルを構築することが研究1年目の目標であった。数学的な問題を解決するため、本研究は(所得)格差拡大の十分条件を一つ見つけた。その条件は既存研究の十分条件(e.g.,ローレンツ支配)より強い。本研究の十分条件の利点は十分条件が成立するかどうかのチェックがしやすいことである。(理論分析において、十分条件であるローレンツ支配を知っても、成立するかどうかのチェックが数学的に簡単ではない。)近年の所得格差拡大について、企業のマネージャーや起業家などの高額所得労働者の所得シェアが資本家や通常の労働者の所得シェアより大きく上昇していることはよく知られている。この現象を説明しようとしたら、マネージャーや起業家や資本家や通常の労働者を同時に考える必要があり、所得格差拡大に関する分析が複雑になってしまう。しかし、十分条件を使ったら、分析が可能になった。この研究成果は、韓国のソウルにおける2018年度の「Asian and Australasian Society of Labor Economics」(AASLE2018)という学会で報告を行った。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
ロボット教育を通した未来のエンジニアの育成

本校及び宇都宮市南図書館などにおいて、生徒と共にロボットの出前授業を8回行った。その他に夏季休業期間、本校でワールドロボットオリンピアード(WRO)世界大会用のロボット製作を小中高生に指導し、以下の成果を得た。1)世界大会ルールに基づき、自律型ロボットの動作に必要なセンサ類の原理の説明と操作方法の実技指導を小中高生に実施。ロボコンの国際ルールに即したロボットの製作の指導を行った。実施期間:2011年4月から翌年2月2)ロボコン公認地区予選会から日本代表決定戦まで勝ち進み、UAEで開催する世界大会に日本代表として出場し、6位入賞。参加32カ国のチームと技術交流を継続中。WROうつのみや予選会:8月6日本研究で指導を受けた小中学校の4チームが優勝・2位になり、本校チームと共に日本代表決定戦に選出される成果をあげた。電子ロボと遊ぶアイデアコンテスト:8月8日本校チームが「優勝・2位・3位」日本代表決定戦:9月18日東京スポーツ文化館、小学生が「7位」、本校が「3位」本校チームがWRO世界大会に選出される。WRO世界大会:11月18日から20日アラブ首長国連邦、本校チームが「6位」・「優秀賞」を受賞アブダビ会場で参加32カ国のチームと国際交流を行う。3)ロボット教室での指導研究結果を本校高校生が学会などで論文発表。第4回科学技術におけるロボット教育シンポジウムにて研究論文発表日本産業技術教育学会第54回全国大会:宇都宮大学にて論文2件発表日本機械学会論文発表:9月22日帝京大学理工学部、10月22日山梨大学工学部以上の様に、小中高生対象の出前授業を通して自律型ロボットの設計・製作を指導し、小中高生が参加した公認予選会の全てで優勝する成果をあげた。日本大会でも上位入賞し、さらに、本校チームが世界大会で入賞するなど、創造力と技術力を持ち合わせた未来のエンジニアの育成に著しい成果を達成した。
MBE装置のための蒸留精製機構を備えた圧力制御型高純度水銀ビ-ム源の製作

予備実験で試作した圧力制御型水銀ビ-ム源にステンレス製蒸留精製装置を取り付けた。同装置により回収効率91%で水銀を蒸留精製できた。これは気化室(190°C)および凝集室(130°C)の水銀蒸気圧から計算される値と一致していた。不純物元素のなかで結晶性に大きく影響する酸素の供給源となるガス成分(O_2とCO_2)の除去効果を四重極質量分析器を用いて評価した。1回の蒸留精製工程で、O_2については1/10以下、CO_2については1/100以下まで含有量を低減できることが明らかになった。MBE成長条件を正確に制御するため、試料の加熱方式を輻射加熱から通電加熱に変更し、同加熱装置を本科研費で購入したマニュピレ-タに装着して、MBE装置に組込んだ。以上の改良により、成長温度の再現性が改善され、さらにRHEEDの観察が容易になり、単結晶成長条件が容易に見い出せるようになった。MBE成長したHgTe膜中に含まれる不純物酸素原子の量をSIMS測定で評価した。蒸留精製した膜は、精製しない膜に比べ酸素原子濃度は、約1/10に減少していた。以上より、水銀を蒸留精製することより成長膜の純度が向上する事を示した。ただし、当初期待した、単結晶成長温度領域の大幅な拡大は、確認されなかった。これは、排気装置の能力不足によるMBE装置自体からの汚染が存在しているためと思われる。これは、SIMSで測定した酸素原子濃度分布が成長膜表面で高かったことからも示唆される。
塗布型擬似酵素によるポリオレフィンの機能性オリゴマー化技術の開発

擬似酵素(TiO2/ポリエチレンオキシド(PEO)/リノール酸メチル(ML))を用いて作製したポリプロピレン(PP)オリゴマーの構造分析および相容化剤性能の詳細な検討を行った。PPオリゴマーは、作製条件が同一ならば、オリゴマー化率約10%、数平均分子量(Mn)=2,000および分子量分布(Mw/Mn)=2.3のものが得られた。ポリスチレン(PS)のオリゴマー化は、分離タイプの擬似酵素を使用した。TiO2を重量比で1%を含有させたPSフィルムサンプル(厚み0.05mm)に、MLを塗布して紫外線を8時間照射した場合、分子量が10万以下の割合が70%(未照射2%未満)と迅速に低分子量化した。疎水・親水基を持つオリゴマーモデル(TP:トリパルミチン)を使い、ポリオレフィンとナノセルロースの一種であるマイクロファイバーセルロース(MFC)の相容化剤としての有用性を確認した。その結果、TP添加によりMFCが高分散したポリブテン複合材料を得る事に成功した。TP添加複合材料では、未添加と比べ破壊伸びの改善を示した。しかしながら、界面の接着性は弱く、強度の改善は見られなかった。また、ポリプロピレン(PP)に対しては、TPが相分離してしまうために適用できない事が分かった。PPの場合、PP構造を持つオリゴマーが適していることが示唆された。以上の知見から、擬似酵素(TiO2/ポリエチレンオキシド(PEO))を使い、光劣化でPPオリゴマーを得る検討を行った。また界面強度の改善のために、セルロースの表面水酸基と反応できる置換基(エステル基)のオリゴマーへの導入も試みた。そのため、光劣化時にオリゴマーにグラフト化するリノール酸メチル(ML)を擬似酵素に加えた。実用性を考慮して塗布型で擬似酵素を使用したが、劣化時の低分子化によりPP表面の結晶化度が上がり、擬似酵素成分の内部への拡散が遅く、オリゴマー化の効率が悪かった。そこで、PPと擬似酵素を混練し、フィルム化したものにMLを塗布し光劣化した。その後、ヘプタンソックスレー抽出によってオリゴマー(オリゴマー化率約10%、重量平均分子量約4千)を得た。MFC、熱安定剤、オリゴマーを加え、PPと混練することで、PP/MFC複合材料を作製した。オリゴマー相容化剤を添加した複合材料中には、MFCの凝集は見られず、マトリックス中に均一に分散しており、オリゴマーが相容化剤として働いていることが確認できた。そのヤング率はオリゴマーを添加しないものに比べ、約3倍高い値を示し、界面の強度も高い事が分かった。擬似酵素(TiO2/ポリエチレンオキシド(PEO)/リノール酸メチル(ML))を用いて作製したPPオリゴマーの構造分析および相容化剤性能の詳細な検討を行った。PPオリゴマーは、作製条件が同一ならば、オリゴマー化率約10%、数平均分子量(Mn)=2,000および分子量分布(Mw/Mn)=2.3のものが得られることを確認した。このオリゴマーの分子構造はMLのオリゴマー体がグラフト重合したものであることが分かった。そのグラフト率はPP鎖に対して28 mol%であった。詳細な分光分析により、マイクロファイバーセルロース(MFC)に対する修飾性能を確認した。PP/MFC複合材料に対する相容化剤性能は、一般的な相容化剤であるマレイン酸変性PP(MAPP:Mn=4,000, Mw/Mn=2.3,マレイン酸含有率8-10%)と比較しながら、MFCの分散性およびPPマトリックスとの接着性を走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて検討した。その結果、PPオリゴマーおよびMAPPとも、これらの添加によりMFCの凝集体の生成の抑制に対しては改善効果を示した。しかしながら、MAPP添加の場合、部分的にMFCの表面が観察され、接着性が良くないことが分かった。一方、PPオリゴマー添加ではMFC表面の露出は観測されず、接着性が良いことが分かった。力学的測定からPP/MFC界面の強度を見積もった所、PPオリゴマーの添加の方がより高い弾性率を与えることが確認された。各相容化剤添加によるPP/MFCの親水性の変化を調べた所、PPオリゴマーの添加では親水性が上がり、MAPPの場合は下がることが分かった。この結果より、PPオリゴマーの優れた接着性能は、PPマトリックスと相溶化してマトリックスの親水性を上げるためと結論付けた。一般的な相容化剤であるマレイン酸変性PP(MAPP:Mn=4,000, Mw/Mn=2.3,マレイン酸含有率8-10%)とPP/マイクロファイバーセルロース(MFC)複合材料に対する相容化剤性能の比較検討を行った。その結果、給水性試験の結果では、PPオリゴマー体はMAPPに比べ、約二倍給水することが分かった。給水時の弾性率の低下は2割程度であった。

給水による弾性率の低下は、MAPP相容化剤添加と大きな差が無かった。以上の結果は、PPオリゴマーの優れた接着性能は、PPマトリックスと相溶化してマトリックスの親水性を上げるためと結論付けた。さらに、ポリスチレン(PS)のオリゴマー化は、分離タイプの新型擬似酵素を使用した。ナノサイズのTiO2を重量比で1%を含有させたPSフィルムサンプル(厚み0.05mm)に、MLを塗布して紫外線を8時間照射した場合、分子量が10万以下の割合が70%(未照射2%未満)と迅速に低分子量化した。擬似酵素(TiO2/ポリエチレンオキシド(PEO)/リノール酸メチル(ML))を用いて作製したポリプロピレン(PP)オリゴマーの構造分析および相容化剤性能の詳細な検討を行った。PPオリゴマーは、作製条件が同一ならば、オリゴマー化率約10%、数平均分子量(Mn)=2,000および分子量分布(Mw/Mn)=2.3のものが得られた。ポリスチレン(PS)のオリゴマー化は、分離タイプの擬似酵素を使用した。TiO2を重量比で1%を含有させたPSフィルムサンプル(厚み0.05mm)に、MLを塗布して紫外線を8時間照射した場合、分子量が10万以下の割合が70%(未照射2%未満)と迅速に低分子量化した。昨年度に引き続き、PP/ナノセルロース複合材料用相容化剤としてのPPオリゴマーの作製を行った。本年度は次の検討を行った。1)塗布型で擬似酵素を使う。2)オリゴマーの回収率の目標を30%とする。3)片末端に親水基を持つオリゴマーを主に作製する。1)および2)に関しては塗布型では効率が悪いこと。回収率を上げると分子量が低下するという結果を得た。3)に関しては、NMR等を使って分析を行い、オリゴマーの構造を明らかにした所、MLのオリゴマーがPPオリゴマー主鎖にグラフト重合していることが明らかとなった。この構造は、片末端に親水基を持つオリゴマーのようにPPマトリックスの親和性(相溶性)を維持することが分かった。高密度ポリエチレン(HDPE)オリゴマー化に関しては、擬似酵素によるオリゴマー化は難しいことが分かった。これの結果を踏まえ、ポリ塩化ビニル(PVC)の官能基変換によるポリビニルアルコール(PVA)化およびポリスチレン(PS)のオリゴマー化の検討を行った。その結果、PVAへの変換率は現段階で2%程度と低い値であるが、可能であることを確認した。またPSのオリゴマー化はPPオリゴマー化よりも緩やかな条件で行えることも確認した。PPオリゴマーの作製に関しては、高収率化は達成できなかったが、現段階で作製できたオリゴマーが市販の相容化剤より優れていることが分かった。また特殊な構造を持つオリゴマーであることも明らかにした。HDPEオリゴマーの代わりにPVCのPVA化やPSオリゴマーの作製に成功した。さらには、年度途中の11月に大学移籍を考慮して、本研究の現在までの達成度を「おおむね順調に進展している」とした。環境高分子材料科学PPオリゴマー回収率の向上、擬似酵素の塗布型および長波長吸収型への転換を目標としていた。しかしながら、回収率を上げるとオリゴマーの分子量低下が伴うこと、塗布型および長波長吸収型では回収率が極端に低下することが分かった。そこで、最終年度では、現回収率約10%の条件に固定し、オリゴマーの構造および組成を相容化剤用に最適化する。目標の達成のために、擬似酵素およびMLを変えて得られたオリゴマーの構造および組成をNMRや熱分解GC/MS等で詳細に分析しながら、最適化する。実用化を図るために、PP/
コヒ-レント光ファイバ通信用二段階位相ダイバ-シティ受信方式の研究

本研究では、本研究代表者らが提案したコヒ-レント光ファイバ通信用二段階位相ダイバ-シティ受信方式に関する基本技術の確立と、それを中心とした光通信システムの開発を目指して研究を進めた。基本技術としては、符号誤り率測定等の原理確認実験を行ない、本方式とヘテロダイン方式とでほぼ同じ受信感度が得られた。さらに、性能劣化要因を検討し、本方式の受ける影響は大きくないことを理論的・実験的に示した。また、本方式の周波数多重化光ファイバ通信への適用について解析を行ない、多重化に適した方式であることが明らかになった。光通信システムとしては、本方式の光ファイバ増幅器を用いた超長距離伝送システムへの適用を検討し、本方式はこのようなシステムに適した方式であることが結論された。また、光ファイバ増幅器自体の雑音特性の解析・測定を行ない、信号光と逆方向に伝搬する自然放出光が雑音特性を劣化させること等の知見が得られ、実験的にも確認された。本方式受信機の中間周波段に組み込む群遅延補償器の設計に関しては、マイクロストリップ線路の形状を最適化し、光ファイバ-の分散の影響を非常に低減できる形状の合成に成功した。シュミレ-ションの結果、この群遅延補償器により10,000km以上の伝送が可能であることが示された。また、本方式の伝送距離を制限する光ファイバ中の誘導ブリユアン散乱を仰制する方法として、スペクトル拡散方式を用いる方法およびアイソレ-タを用いる方法を提案し、理論・実験の両面から研究を進めた。さらに、本方式の実現に必要な光デバイス/システムそのもの、さらにこれらの特性測定や故障診断を行なう手法等についても研究を進めた。このように、各研究項目においてそれぞれ成果を挙げることができた。これらは相互に連携を取りつつ進められた研究であり、その結果、全体として本研究の所期の目的を達成することができたと考えている。本研究の目的は、1988年12月に本申請者らが9年間の研究蓄積の上に提案した新しいコヒ-レント光通信方式である「二段階位相ダイバ-シティ方式」に関する基本技術の確立と、それを中心とした超高速・超多重光通信システムの開発をすることにある。上記の研究目的を達成するために、本年度は下記の研究を進めた。(1)1.55μm波長帯における実験システムの再構築これまでの予備的実験に用いられてきた波長1.3μm帯、ビットレ-ト100Mb/sの空間伝搬実験システムを、平成3年度におけるファイバ群遅延補償の実験にそなえて、1.55μm帯の光ファイバ増幅器を含む光ファイバ通信システムへと再構築した。さらにこのシステムでのエルビウムド-プ光ファイバ増幅器の利得・雑音特性を理論的に解析し、平成2年度経費で購入した光スペクトラム・アナライザを用いて測定した結果とよく一致することが結論された。(2)ファイバ群遅延補償の為のストリップ線路の研究平成3年度におけるファイバ群遅延補償実験にそなえて、受信機中間周波数段に挿入すべき遅延補償回路の設計法の研究を進めた。遅延補償回路として開放型およびトリプレ-ト型ストリップ線路の解析および設計を数値的に行う手法を開発し、それぞれについて検討を行った。開放型ストリップ線路については最適に近い回路が得られることが分かった。以上のように研究は順調に進んでおり、平成3年度には十分に研究目的を達成できるものと考えている。光ファイバ増幅器を用いた超長距離光ファイバ伝送システムに二段階位相ダイバ-シティ方式を適用するための研究を行った。

理論的検討の結果、本方式は、(1)バランス型受信、(2)群遅延補償、(3)超高速化、の3つが可能であるという点で、上記のようなシステムに非常に適した方式であることが結論された。また、光ファイバ増幅器自体の雑音特性の解析・測定を行ない、信号光と逆方向に伝搬する自然放出光が雑音特性の異常な振舞いを引き起こすこと等の知見が得られ、実験的にも確認された。これを抑制するには、光ファイバ増幅器の途中にアイソレ-タを挿入すればよいことが明らかになった。さらに、伝送システム全体のSN比が最大になるのは分布定数的な増幅を行なうシステムであり、これは低エルビウムド-プ光ファイバで実現できることを示した。群遅延補償器の設計に関しては、マイクロストリップ線路の形状を最適化することにより、その分散特性をファイバの分散特性の逆特性とできる限り一致させ、形状の最適化を行わない場合に比べて分散の影響を1/1900にまで低減できる形状の合成に成功した。さらに、このストリップ線路の群遅延補償器としてのシュミレ-ションを行ない、最適化しない場合の伝送距離は4,000km程度なのに対して、最適化した場合には10,000km以上が可能であることを示した。また、本方式の無中継伝送距離の制限要因となる誘導ブリユアン散乱を抑制する方法として、アイソレ-タを用いる方法を提案し、理論・実験の両面から研究を進めた。誘導ブリユアン散乱発生時には、自然ブリユアン散乱光雑音と光カオスにより、過剰な強度揺らぎが重畳することを実験的に確認した。これらの二段階位相ダイバ-シティ方式に関する研究成果を中心に、学会誌等において発表する多くの機会を得た。
ヘテロ接合型有機単結晶の創成と電子機能開拓

有機伝導体を構成する電子供与性の有機分子と陰イオンの組み合わせが同じでありながら、結晶中の溶媒分子が途中から切り替わった、ヘテロ接合型の新しい有機単結晶を得ることに成功した。さらに、本研究で開発した新しい三成分系の超分子有機伝導体において、溶媒分子の大きさや性質の違いにより結晶外形と電子物性が様々に変化することや、原料である有機分子の高いリサイクル性などの興味深い性質を見い出した。1.ヘテロ接合型単結晶の基板となる大型超分子結晶の開発含ヨウ素ドナー分子DIP(diiodo (pyrazino) tetrathiafulvalene)を用いて、支持電解質としてテトラブチルアンモニウムテトラフルオロホスフェートの共存下、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノールなどのアルコール系溶媒、およびアセトン、酢酸エチルなどのカルボニル基を有する溶媒等を用いて、定電流電気分解による単結晶育成を行った。アルコール系溶媒を用いた電気分解では、室温では含ヨウ素ドナー分子の溶解性が殆ど無いことが判明した。そこで電解セル全体を40°Cに保持して育成を行うことにより、目的とする単結晶を得ることに成功した。得られた単結晶についてX線構造解析を行い、DIPのセレン誘導体の場合と同様に、I・・・N型ヨウ素結合による超分子ネットワークによって、チャンネル構造を有する六方晶系が構築されていることを確認した。特に酢酸エチルを溶媒として含む単結晶では、特異的に大型の板状晶(直径数mmの六角板状晶)が再現性良く得られることが判明しており、ヘテロ接合型単結晶育成のための基板として活用していく予定である。2.複合結晶育成のための電極の開発本研究で目的とするヘテロ接合型単結晶の育成を行うためには、基板となる単結晶を如何に固定するかが解決すべき課題となる。今年度は、上記1で開発した大型単結晶の中から比較的大きな結晶を用いて、各種接着剤、ペースト類による結晶品質への影響評価を行い、2段階目の結晶育成に向けた条件検討を行った。また、電圧源内蔵型のピコアンメータを購入し、ヘテロ接合型単結晶の特性測定を行うための基礎的なシステム構築を行った。1.ヘテロ接合型単結晶の育成有機ドナー分子に含ヨウ素TTF誘導体DIP(diiodo(pyrazino)tetrathiafulvalene)、対イオンにヘキサフルオロボスフェートアニオンを用いて育成した、大型の超分子有機伝導体単結晶を基板として採用した。二段目の電解溶媒として、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノールまたは1-ブタノールのいずれかを用いることにより、ドナー分子と対アニオンの組み合わせが同じでありながら結晶に含まれる溶媒分子が途中から切り替わった、ヘテロ接合型単結晶の育成を試みた。様々な電解条件を検討したところ、結晶成長を随時モニターしつつ電極に流す電流値を適切に変化させることにより、目的としたヘテロ接合型単結晶を得ることに成功した。また、接合面の電子物性測定に向けて、結晶固定および配線接続方法の検討を行った。上記ヘテロ接合型単結晶の育成に用いた結晶系は、対アニオンと結晶溶媒がディスオーダーして取り込まれていることから、X線結晶構造解析のみでは正確な組成の見積もりが困難であった。そこで大型電解セルによる結晶の量産化とそれを用いた元素分析(炭素、水素、窒素、硫黄およびフッ素)を行い、その組成比を決定した。通常の三成分系有機伝導体とは異なり、結晶溶媒分子を変えることによって、ドナー:溶媒の比率のみならずドナー:アニオンの比率も変動する(=バンドフィリングが変動する)ことを見い出した。前年度までに得られた成果をもとに、結晶溶媒の違いによる組成の変化と、それを利用したヘテロ接合型有機単結晶の育成を中心に研究を推進した。含ヨウ素ドナー分子DIP(=diiodo(pyrazino)tetrathiafulvalene)を用いた六方晶系の超分子有機伝導体(DIP)3(PF6)x(solvent)yの中でも、特に結晶溶媒として酢酸エチルを用いた系では、大型の六角板状結晶を得ることが出来る。そこで、この六角板状結晶を基盤として用いたヘテロ接合型有機単結晶の育成を様々な条件下で行い、特に別の結晶溶媒を含むDIP系を用いた場合に良質のヘテロ接合型有機単結晶の育成に成功した。また、DIPのセレン誘導体であるDIPSeの系では、含水THF中での加熱環流により中性のドナー分子が効率よく回収できる特異なリサイクル性を有することがわかっている。そこで、本研究で用いているDIPにおいても同様のリサイクル性の有無を検討したところ、THFよりも安価で安全な溶媒であるアセトン中において、ほぼ定量的に原料の中性ドナー分子を回収できることを見い出した。更に、X線結晶構造解析の結果をもとに、結晶溶媒と対アニオンが異なるチャンネル空孔に包接されている(DIP)3(PF6)x(acetone)yの単結晶からの結晶溶媒の選択的な引き抜きを試みたところ、加熱温度と速度をコントロールすることにより、段階的にアセトンが脱離する様子を熱重量分析により捉えることに成功した。

以上の成果は国際的にも注目を集め、論文が掲載された英国化学会の学術誌CrystEngCommの表紙イラスト(outside front cover)に採用された。24年度が最終年度であるため、記入しない。
流域の森林土壌が湖水に溶存するアルミニウムの濃度と形態に与える影響

天然水中の溶存アルミニウムはアルミニウムイオンのほか各種の無機錯体・有機錯体として存在するが、その毒性は濃度だけでなく存在形態にも強く依存する。本研究では、琵琶湖に溶存するAlが最も毒性の強い無機の加水分解種であったという観測事実と、森林土壌には高濃度のAlが有機錯体となって毒性が弱められているという事実をもとに、「森林土壌に含まれるAlの有機錯体が、河川を通じて湖に至るまでに、どこでどれだけ減少するか」を把握することを目的とする。霞ヶ浦と流入河川上流域の森林(筑波山)において、地質の異なる2つの小流域(斑糲岩地質の羽鳥地域と花崗岩地質の田地域)を選び、林内雨・土壌溶液・渓流水を採取した。雨水は、スギ樹冠下に設置したバルク降下物採取器に集めた。土壌溶液は、深さ10cm、20cm、50cm、100cmに埋設したポーラスカップで吸引した。渓流水はポリ瓶に直接採取した。試料採取は2003年11月から2004年11月までの期間、毎月行った。試料は冷暗所に保管して実験室に持ち帰った後、孔径0.4μmのフィルターで濾過した。濾過水中の溶存Alは、加水分解種(Labile Al)、有機・無機錯体(Non-labile Al)、コロイド態(Colloidal Al)に分画するために、ルモガリオン法でLabile Al+Non-labile Alを、HPLC法でNon-labile Alを、ICPMS法で全溶存Al(Labile Al+Non-labie Al+Colloidal Al)を定量した。1年をとおして、渓流水の全溶存Alは田地域が羽鳥地域の2倍以上であり、渓流水の有機・無機錯体Alは田地域では約20%を占めるのに対して羽鳥地域では検出されなかった。林内雨と表層(10cmおよび20cm)土壌溶液における溶存Alの濃度と形態は、2つの地域で同レベルであった。一方、下層(50cmおよび100cm)土壌溶液において、田地域の方が全溶存Al濃度が高く、有機・無機錯体Alが多いことがわかった。天然水中の溶存アルミニウムはAl^<3+>のほか各種の無機錯体・有機錯体として存在するが、その毒性は濃度だけでなく存在形態にも強く依存する。本研究では、琵琶湖に溶存するアルミニウムが最も毒性の強い無機の加水分解種であったという観測事実と、森林土壌には高濃度のアルミニウムが有機錯体となって毒性が弱められているという事実をもとに、「森林土壌に含まれるアルミニウムの有機錯体が、河川を通じて湖に至るまでに、どこでどれだけ減少するか」を把握することを目的とする。平成14年度は、霞ヶ浦流域においてサンプリング地点の選定および予備調査を行った。桜川(霞ヶ浦流入河川)上流域にあたる筑波山の森林5地点における土壌水(土壌の水抽出液で代用した)、その森林を流れる渓流4地点、桜川4地点、および桜川が霞ヶ浦に流入する土浦入りから湖水の流下方向に沿った霞ヶ浦6地点でサンプリングを行った。孔径0.4μmのフィルターを通過するアルミニウムを、アルミニウムのヒドロキソ錯体(Al_f)、アルミニウムの有機錯体(Al_<org>)、アルミニウムのコロイド(Al_<col>)に分画するために、ルモガリオン法で(Al_f+Al_<org>)を、HPLC法でAl_<org>を、ICPMS法で(Al_f+Al_<org>+Al_<col>)定量した。溶存アルミニウム濃度(Al_f+Al_<org>)に占める有機錯体アルミニウム濃度Al_<org>の割合は、森林から湖にかけて大きく変化した。筑波山の森林土壌水では、溶存アルミニウムの約50%が有機錯体アルミニウムであったのに対して、その森林を流れる渓流水では有機錯体アルミニウムの割合は約20%であり、さらに流下して桜川本流に至ると10%まで減少した。桜川が霞ヶ浦に流入する土浦入りでは有機錯体アルミニウムの割合は10%以下であるが、湖心より下流では50%以上であった。

渓流水はポリ瓶に直接採取した。試料採取は2003年11月から2004年11月までの期間、毎月行った。試料は冷暗所に保管して実験室に持ち帰った後、孔径0.4μmのフィルターで濾過した。濾過水中の溶存Alは、加水分解種(Labile Al)、有機・無機錯体(Non-labile Al)、コロイド態(Colloidal Al)に分画するために、ルモガリオン法でLabile Al+Non-labile Alを、HPLC法でNon-labile Alを、ICPMS法で全溶存Al(Labile Al+Non-labie Al+Colloidal Al)を定量した。1年をとおして、渓流水の全溶存Alは田地域が羽鳥地域の2倍以上であり、渓流水の有機・無機錯体Alは田地域では約20%を占めるのに対して羽鳥地域では検出されなかった。林内雨と表層(10cmおよび20cm)土壌溶液における溶存Alの濃度と形態は、2つの地域で同レベルであった。一方、下層(50cmおよび100cm)土壌溶液において、田地域の方が全溶存Al濃度が高く、有機・無機錯体Alが多いことがわかった。
金属クラスターのフラーレン内部での高速回転の制御に関する理論研究

我々はこれまでに、C_<80>フラーレンの内側で2つのLa原子が室温で高速に回転することを、理論予測と実験から明らかにしてきた。このランダムな回転を、二次元や三次元運動に制御し、特定方向への磁場や電流を新しく発生させることは、磁気デバイスや光スイッチへの応用の観点からも興味深い。昨年度は、有機ケイ素分子をフラーレンの外側から化学修飾することによって、内包されたLa原子の回転を一定方向の円運動に変換できることを明らかにした。本年度は、まずLa_2@C_<80>の還元に着目し、付加反応を施すのではなく、フラーレンの外側から電子を与えてアニオンにすることによっても、同様のLa原子の回転制御が可能であることを示した。このことは、最近のESR実験でも確認されている。付加反応を用いた運動変換に関しては、内包クラスターをLa_2からSc_3Nにするとどのような変化が起こるかを、現在検討中である。また、フラーレンに内包されている原子を金属から典型元素に変えても、フラーレンの外側に付加した有機分子が、内包原子の性質を大きく変えることを見出した。例えば、量子コンピュータや医療機器への応用が期待されているN@C_<60>やP@C_<60>では、有機ケイ素誘導体にすると内包されたNやP原子のスピン密度が大きく増加することを明らかにした。このように、フラーレンの外側から、直接触れることなく内包原子の性質を変換する方法は、フラーレン類やホストーゲスト分子を活用するための新しい開発手法として期待できる。我々はこれまでに、C_<80>フラーレンの内側で、2つのLa原子が室温で高速に回転していることを、理論と実験から明らかにしてきた。La原子はフラーレンの中では価電子をC_<80>に渡し、(La^<3+>)_2C_<80>^<6->の電子状態になっている。したがって、3+の電荷をもった原子が、フラーレンという閉じた真空中で回転し、新しい磁場や電流を発生することは、磁気デバイスや光スイッチへの応用の観点からも極めて興味深い。また、La_2@C_<80>は生成量も多く、安定に存在するので、このLaの内部回転を止めたり動かしたり、自由自在に制御することが出来れば、ナノ材料につながる機能性分子として期待される。しかし、Laの回転のエネルギーバリアは小さく、回転のオン-オフのスイッチを、温度だけでコントロールすることは難しい。そこで、付加反応によってLa_2@C_<80>をフラーレンの外側から化学修飾し、La原子の運動の方向を変化させることが可能かどうかを、非局所密度汎関数法を用いて理論的に研究した。まずはじめに、Sc_3N@C_<80>で行われているDiels-Alder反応を検討した。しかし、Laの回転障壁はLa_2@C_<80>と変わらなかった。ところが、フラーレン類に対して強い電子供与性をもつ、有機ケイ素化合物を付加することによって、C_<80>内部で三次元的に回転していた2個のLa原子が、二次元方向の円運動に変わることを理論予測できた。また、さらに有機ケイ素化合物を付加させると、円運動も制御できることがわかった。
大脳皮質特異的遺伝子改変システムの改良とその応用

大脳皮質は脳の高次機能をになう領域である。本研究では、その発達、機能を分子レベルで理解するために、Cre/loxPシステムを用いて、大脳皮質特異的遺伝子改変システムの開発とその応用を行った。背側終脳特異的遺伝子Emx1のプロモーターの制御下にCre組換え酵素を発現するEmx1-Creマウスを、P1由来人工染色体(PAC)クローンを用いて3種類(Tg1,Tg2,Tg3)作製した。Cre酵素によるloxP配列間の組換えの空間的および時間的特異性をCAG-CAT-ZとROSA26Rという2系統のレポーターマウスを用いて解析した。その結果3系統のトランスジェニックマウス(特にTg3系統)で、胎生10日目から成体にいたるまで全ての発達段階で、大脳皮質、海馬、嗅球の興奮性神経細胞とグリア特異的に組換えが検出された。Cre酵素による組換えのパターンは、対象とするloxPによって異なった結果を生じることがしばしば報告されているが、私達のEmx1-Creトランスジェニックマウスに関しては、それらの影響は小さいあるいは無いと考えられる。従って様々な標的遺伝子を操作する上で汎用性の高いCreマウスの作製に成功したといえる。私達は、このシステムを体性感覚野の回路発達の研究に応用している。また同時に、Cre抗体による免疫組織化学的解析の結果、3系統のトランスジェニックマウスのすべてで、成体においてもCre蛋白の発現が維持されていることを確認した。したがって、今回の研究で用いたPACクローンには、Emx7遺伝子の発現特異性に必要な制御因子のすべてが含まれることがわかった。現在までにそのような特異性の高いプロモーターの報告はなく、この大脳皮質特異的なプロモーターの有用性は高い。近年、マウス逆行性遺伝学の技術が、脳の発達、高次機能の研究に用いられるようになり、大きな成果をあげている。この手法をさらに効果的に用いるためには、脳の特定の領域に特異的に遺伝子を発現させたり、欠損させたりする技術の開発が重要である。本研究では、胎生期から成体にいたるまで、背側終脳に限局した発現様式を示すホメオボックス遺伝子Emx1のプロモーターを単離することと、それを用いて背側終脳特異的な遺伝子欠損システムを開発することを目的としている。私は、先にPACクローンのEmx1遺伝子領域に、大腸菌の相同組換えを利用して、Cre組換え酵素遺伝子を挿入し、それを用いて3系統のトランスジェニックマウスを作製した。本年度はまず、3系統のEmx1-CreトランスジェニックマウスにおけるCre/loxP組み換えのパターンを解析した。Emx1-Creトランスジェニックマウス3系統のそれぞれと、CAG-CAT-Zレポータートランスジェニックマウス(大阪大学・宮崎純一先生より分与)を交配し、両方の遺伝子を持つダブルトランスジェニックマウスを作製した。発達段階を追って、脳の切片を作製、LacZ染色を行ない、組み換えのパターンを解析した。その結果、3系統のトランスジェニックマウスの全てで組換えのパターンが、生後から成体に至るまで、常に背側終脳に限局することがわかった。また、興奮性神経細胞では組換えが起きるが、抑制性神経細胞では起きないことがわかった。さらに、Cre蛋白質の発現パターンを検討するために、Cre抗体の検定を行なった。2種類の市販の抗体を用いて条件検討を行なった結果、感度の点で少し問題点が残るが、一定の発現量がある細胞は免疫組織化学的に検出することが可能となった。本研究では、その発達、機能を分子レベルで理解するために、大脳皮質特異的遺伝子改変システムの開発とその応用を行った。

昨年度Cre抗体による免疫組織化学的解析の条件検討を行い最適な条件を見つけた。今期は、その条件に従って、Emx1-CreマウスにおけるCre蛋白の発現を検討した。その結果、3種類のトランスジェニックマウスのすべてで、成体においてもCre蛋白の発現が維持されていることを確認した。また、昨年度Cre酵素によるIoxP配列の組換えをCAG-CAT-Zという1種類のLacZレポーターを用いて解析し、3種類すべてで大脳皮質特異的であることを見つけたが、今期はROSA26という別の系統のレポーターマウスを用いて同様の実験を行った。その結果、CAG-CAT-Zによる解析と同様に、大脳皮質特異的に組換えが起きるという結果が得られた。Cre酵素による組換えのパターンは、対象とするIoxPによって異なった結果を生み出すことが知られているが、私達のEmx1-Creトランスジェニックマウスに関しては、対象とするIoxPの影響は小さいあるいは無いと考えられる。従って標的遺伝子を操作する上で汎用性の高いCreマウスの作製に成功したといえる。そして、このシステムを体性感覚野の形態学的発達の解析に応用した。また、3系統のトランスジェニックマウスの全てで、大脳皮質特異的なCre発現が見られたことから、今回の研究で用いたPACには、Emx1遺伝子の発現を大脳皮質に限定する制御因子のすべてが含まれることがわかった。現在までにそのような特異性の高いプロモーターの報告はなく、この大脳皮質特異的なプロモーターの有用性は高い。
放電プラズマ焼結法により作製されたナノ構造焼結体の微細構造解析

本研究の目的である「放電プラズマ(SPS)法による焼結において不明とされている極めて短時間に生じる緻密化現象や焼結機構の解明」において、昨年度に得られたアルミナナノ構造焼結体について、透過型電子顕微鏡による高分解能観察を行い、緻密化プロセスおよびその後に生成される気孔の形成プロセスの解明について研究を進めた。さらに、昨年度の結果より、透光性アルミナ焼結体が合成されることが明らかとなり、この透光性アルミナ焼結体の直線透過率と微細構造の関連性についても調査を進めた。具体的には、平均粒子径が120nm、純度が99.99%のα-アルミナ粉末を用いてSPS法により焼結体を作製し、特に本研究では焼結体からの試料採取位置に着目し、焼結体の中心部と外周部、さらには上部・下部パンチ面から試料を切り出し、それぞれの位置における微細組織を詳細に観察し、以下のことを明らかにした。(1)焼結温度1473Kでは、中心部では焼結が不完全であり、外周部では緻密化が完了していた。さらに焼結温度1573K以上では、中心部より外周部の方が結晶粒が粗大化しており、気孔も多数確認された。つまり、SPS法におけるセラミックスの焼結では、ダイと接する外周部の方が焼結温度が高いため焼結の進行が速いことが判明した。(2)上部・下部パンチ面の組織観察から、上部パンチ面の方が結晶粒が粗大であり、気孔も多数観察された。つまり、SPS法では上部パンチ面の方が焼結温度が高いため、上部パンチ面から焼結が進行するものと考えられる。また、上記の粉末を用いて、加圧力100柵a、昇温速度200°C/minで焼結を行い透光性焼結体の作製を試み、以下のことを明らかにした。(1)14231573Kの焼結温度でSPS法により高速焼結することにより透光性アルミナの合成が可能であった。(2)微細組織観察から、高速焼結による透光性アルミナ焼結体では、粒径が500800nmのナノ構造を有しており、均一・微細な組織形態となり粒界や粒内に気孔は存在しない。本研究の目的である「放電プラズマ法による焼結において不明とされている極めて短時間に生じる緻密化現象や焼結機構の解明」において、放電プラズマ法による焼結体の作製と透過型電子顕微鏡による組織観察・元素分析を主な実験内容とし、セラミックスのナノ粉末によるナノ構造焼結体の作製およびアルミナナノ構造焼結体の微細構造解析による焼結プロセスの解明について研究を進めた。具体的には、平均粒子径が120nmで純度が99.99%のα-アルミナ粉末を用いて放電プラズマ法により焼結体を作製し、種々の焼結条件における機械的性質に及ぼす微細組織の影響や透過型電子顕微鏡による詳細な微細組織観察により、放電プラズマ法によるアルミナ焼結における特有の挙動を調査し、以下のことを明らかにした。(1)焼結体の密度と曲げ強度は、焼結温度の上昇とともに増加し、1573Kで最も高い値を示した。また、1573K以上では焼結温度とともに密度と曲げ強度がともに低下した。(2)焼結温度が1573Kより低い場合には緻密化の進行とともに曲げ強度が増加し、1573K付近で緻密化が完了するために最大曲げ強度を示した。また、焼結温度1573K以上では、著しい粒成長により結晶粒が粗大化するため曲げ強度が低下した。(3)透過型電子顕微鏡観察より、緻密化が完了するまでと完了後の粒成長過程において、粒界三重点、二粒界上、さらには結晶粒内に多数の気孔が確認された。(4)焼結温度1673K以上では、粒界上に大きな気孔あるいは多数の気孔が確認され、これらの気孔の存在により曲げ強度が大きく低下した。また、本年度のアルミナナノ焼結体の作製において、加圧力100MPa、昇温速度200K/min、焼結温度14231573Kの焼結条件で透光性アルミナが合成できることが示され、透過率と微細構造の関連性についても調査を進めている。