hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生物の構造・組織の力学的最適性の評価とその構造・材料設計法への応用研究

本研究は,自然・生態系と調和した新しい材料,構造,機器,システム等の創生法を,生物に学ぶことによって確立することを目的としている.その方法は多様な生物の中で,特異性を有する生物にまず注目する.本研究では動物の例として繰返し衝撃負荷に耐える「キツツキ」を,植物の例としては,軽量であるが不燃性を示す「桐材」に注目した.そしてこれらの特性がどのようなメカニズムによって生じているのかを,主として力学的視点より明らかにした.これらの結果と,代表者らがすでに行って来ている竹や卵殻の構造・組織分析結果を含め,新しい構造設計および材料設計法の基本原理を提示した.本研究は,自然・生態系と調和した新しい材料・構造,機器,システム等の創成法を確立することを目的とし,その手段として生物における力学的最適性の例を取り挙げ,それらを分析し,その最適性のメカニズムを明らかにすること,およびそれらを工学へ応用する方法論を確立することにある.具体的には生物の中でもまず動物に関して,超軽量であるが,力学的に過酷な負荷に耐えている「キツツキ」に注目し,その骨格構造,筋組織が各種運動機能等とどのように関連しているかを実験およびシミュレーション計算手法を用いて精査に分析する.一方植物に関しては,堅牢性(強さと硬さ)では日本の木の中でトップの「黄楊」と,これと対照的な「桐材」に注目し,これら材料の有する特性発現メカニズムを主として実験的に明確にする.これらより前者の研究から各種機器の新しい構造・メカニズム設計法を,一方後者の研究から新しい材料設計法を確立する.前半の2ヵ年は主として生物における力学的特異性の把握とそのメカニズムの解明を,後半の2ヵ年はその特異性発現のメカニズムの検証とその工学への応用法の研究を行う計画である.本研究は,自然・生態系と調和した新しい材料,構造,機器,システム等の創生法を,生物に学ぶことによって確立することを目的としている.その方法は多様な生物の中で,特異性を有する生物にまず注目する.本研究では動物の例として繰返し衝撃負荷に耐える「キツツキ」を,植物の例としては,軽量であるが不燃性を示す「桐材」に注目した.そしてこれらの特性がどのようなメカニズムによって生じているのかを,主として力学的視点より明らかにした.これらの結果と,代表者らがすでに行って来ている竹や卵殻の構造・組織分析結果を含め,新しい構造設計および材料設計法の基本原理を提示した.今年度は,特異な機能を有する生物として「キツツキ」と「桐材等」の構造・組織分析とその力学的機能評価を中心に次のような研究を行った.1.キツツキの構造・組織分析とその力学的評価関連の研究(1)キツツキのドラミング動作に注目し,この実写データの収集と,その負荷サイクルやその動作時におけるキツツキの姿勢の把握を行った.(2)キツツキ頭部のCT画像撮影とそれを用いたFEMモデルの作成を行った.(3)(1)のデータを基に,FEMによるくちばし,頭部への応力負荷サイクルの影響を解析した.(4)キツツキを簡単なスケルトン構造に置き,くちばしからの応力波の全体構造への伝ぱ挙動を明らかにした.(5)繰返し衝撃動作による構造物破砕機械としての削岩機に注目し,その構造分析およびそれが用いられている環境でのビデオ撮影,騒音測定を行い,またその公害状況を調べた.2.桐材等の構造・組織分析とその力学的評価関連の研究(1)黄楊・桐材の顕微鏡およびSEM観察による組織分析.(2)黄楊・桐材の材料試験によるヤング率,引張強さ等の機械的特性の把握.(3)桐材・杉材の燃焼試験の実施と,それによる桐材の不燃性の確認.(4)桐材の各種熱特性の分析と評価.(5)木材のFEMによる炭化シミュレーション法の確立研究.今年度は昨年度に引き続き特異な機能を有する生物としての「キツツキ」と「桐材等」の力学的機能分析と,さらにそれらの機能がどのような構造・材料組織やシステムより生じているかについて明らかにする次のような研究を行った.1.キツツキの力学的機能分析とそれに関連した研究(1)キツツキのドラミング動作に注目し,特にそのくちばしから脳に至る構造を,簡単な一軸の棒モデルとして提案した.それに種々の応力波形(負荷の大きさ,サイクル間隔,サイクル数を可変)を入力し,応力波の伝播挙動をFEMにより解明した.(2)(1)より,棒内に高い引張応力場の発生を抑える負荷波形やサイクル数等の条件のあるとが明らかとなった.(3)キツツキのドラミングは対象とする木材に,大きな穴を加工している作業とも考えられる.つまり衝撃負荷を応用した低エネルギー加工法との見方から,それを解析するモデルを構築し,FEMにより,種々の負荷条件で解析した.(4)(3)より,被加工物側に高い引張応力場を発生させる負荷波形やサイクル数等の力学的条件のあることが明らかとなった.2.桐材等の機械的機能分析とそれに関連した研究(1)桐材,杉材の材料組織の構成成分の化学分析を行った.

(2)前年度明らかとなった桐材の不燃性が,なぜ生ずるのかの検討を(1)とSEM組織分析結果等より考究した.(3)(2)より,桐材はその構成成分としてリグニンが他の木材より少ないこと,また導管部は大きいが,それらが連続していなく,独立的に分布していることが明らかとなり,これらが不燃性に関係していると推定された.今年度は前2年度に行った生物(主としてキツツキ,桐材等)について得られた力学的特異性の内,特に興味深いものの発現メカニズムを明らかにする研究とそれを工学へ応用する研究を行った.具体的には次のものである.1.力学的特異性の発現メカニズムを調べる研究(1)キツツキのドラミング挙動と力学的意味の分析キツツキのドラミング挙動は,キツツキ本体とそれが止っている木に対して繰返し衝撃負荷を与えている.しかしそれら負荷が本体にはダメージを少なくし,反対に木には巣穴の加工機能等と関連してダメージを大きくしている.このような同一負荷挙動がなぜ相反する効果をそれぞれの対象物体に与えるのかを簡単なFEMモデルを用いて解析し明らかにした.結果として,それは繰返し負荷の時間サイクルと対象物体の大きさの両方が関係していることが分った.(2)桐材の不燃性メカニズムの研究桐材の他の木材に比較して不燃性が高い理由は,そのマトリックス材にリグニン成分が少なく,不燃性成分が若干多いことが基本である.しかしこれに加え,その細胞組織がまず壁層が薄いポーラスなもので,かつ導管部がそれらに比較して大きく,お互いに不連続な配置となっていることがSEM観察および燃焼実験より明らかとなった.2.力学的特異性を工学へ応用する研究(1)衝撃負荷によるコンクリートの効率的破壊方法の研究キツツキのドラミング動作が効率的に木材を加工しているとの考えより,今年度はまずDEMを用いてコンクリートブロックへ削岩機をシュミレートした種々の負荷を与える研究を行った.これより削岩機側の出力エネルギーを一定として,コンクリートに発生するき裂長さを最大化する衝撃子速度,質量等の条件を明らかにした.(2)複合材料特性の最適化のための構成成分配置法の研究桐材の導管部の不連続性がその不燃性に影響を与えていることから,複合材料の第2相成分の含有率一定の下で,その形状や配置の仕方をセルラオートマトン法(CA)を利用し,そのルールに遺伝的アルゴリズム(GA)を用いて最適化する方法を開発した.いわゆる進化的CA法での複合材料の特性最適化法の開発で,その有効性を簡単な数値モデル解析で明らかにした.今年度は,本研究の最終年度であるため前年度まで実施していた特定の生物(キツツキ,桐等)における力学的特異性を調べ,それを具体的工学問題へ応用する研究と,これまでの幾つかの生物事例分析を通して工学的設計法へ応用し得る普遍的方法論の確立を図る研究を行った.1.生物の力学的特異性発現のメカニズムとその応用研究(1)キツツキのドラミング行動とその構造設計への応用キツツキがそのドラミング行動で受ける繰返し衝撃負荷に対し,安全であること.一方でそれが木に巣穴を効率的に加工しているメカニズムについて明らかにした.それは負荷が高サイクルであり,一方この負荷とこれを受ける物体の大きさ,材質との関係が重要であることが明らかとなり,これの各種衝撃負荷装置への応用化を検討した.(2)桐材の不燃性のメカニズムとその材料設計への応用桐材が軽量で不燃性を示す最も重要な理由は,その材料組織中での導管部の形状と分布の仕方にあることが明らかとなった.そこでそのような物理的,機械的特性をシミュレートする方法論をセルオートマトンとFEMで行う方法を開発し,それに基づいて種々の新しい複合材料開発のシミュレーション計算を行った.2.生物に学ぶ工学的設計法の確立研究(1)生物におけるものづくりの特徴抽出
新生児仮死時の遅発性細胞壊死に対する低体温療法と薬物併用療法の効果の検討

低酸素性虚血性脳症は、脳性麻痺の主要な原因の1つであり、その病態解明と治療法の確立は重要な問題である。近年、新生児医療において低酸素性虚血性脳症による脳障害を軽減できる可能性のある治療法として、低体温療法や薬物療法が試みられている。エダラボンはフリーラジカルのスカベンジヤーとして知られており、成人患者の脳梗塞後の脳障害軽減目的に使用されている。動物実験でも使用されているが、その投与量が決定されていない。今回至適投与を決定するため、新生仔豚を用いて薬物血中濃度の測定を行った。低酸素虚血負荷より回復30分後に末梢静脈より3mg/kgをゆっくり投与した。血中濃度の測定は投与後5分、15分、3分に施行した。投与5分後(Cmax)のエダラボンの血中濃度は平均1490.37ng/mlで半減期は16.3分であった。この濃度は、成人患者での有効時の血中濃度と同等であり、基礎薬理試験における有効血中濃度の範囲内であるため、新生仔豚では投与量が3mg/kgが至適投与量と思われた。(目的)新生児仮死に伴う中枢神経系後遺症は、脳性麻痒の主要な原因であり、その病態解明、治療法の確立は重要な問題である。仮死後の脳障害の発症に遅発性細胞壊死が重要と考えられている。遅発性細胞壊死は仮死後定時間の経過後に発症する現象で、31P-MRSでは、エネルギー代謝動態を示すPCr/Piが時的にほぼ正常化した後に再び低下するsecondary energy failureとしてとらえられる。今年度は我々はsecond energy failureに対する低体温療法の効果について検討した。(方法)生後24時間以内の新生仔豚を対象とした。低酸素負荷は、吸入酸素濃度を10%で30分、8%で45分間(計75分)行い、同時に頚部に血圧測定用のマンシェットを巻き300mmHgの虚血負荷を行った。低体温療法群は蘇生30分後より冷却パッドを用いた全身冷却法で行い、直腸温を34.5-35.5度に管理した。脳血流の測定はICGを用いて多チャンネル近赤外分光装置とパルスダイデンシトメトリーを用い、脳内エネルギー状態(PCr/Pi)は31P-MRSを用いて負荷前、蘇生後3、18,24時間後測定した。脳組織内pHiは無機リン(Pi)とPCrのchemical shiftで算出した。(結果および考察)低酸素虚血負荷により蘇生24時間後の脳内PCr/Piがある程度回復した群とほぼゼロの2群に分かれた。これは低体温療法を行っても同様であった。両群ともPCr/Piがほぼゼロの群は蘇生6時間以降の脳血流はほとんど認められなかった。PCr/Piがある程度回復した群では、低体温療法群はコントロール群と比較して蘇生24時間後の脳内PCr/Piは高い傾向にあり、脳組織内pHもほぼ正常に回復しており、低体温療法群の方がコントロール群より、回復後の脳内の状態が良い状態にあると考えられた。(目的)新生児仮死に伴う中枢神経系後遺症は、脳性麻痺の主要な原因であり、その病態解明、治療法の確立は重要な問題である。遅発性細胞壊死は仮死後一定時間の経過後に発症する現象で、31P-MRSでは、エネルギー代謝動態を示すPCr/Piが一時的にほぼ正常化した後に再び低下するsecondary energy failureとしてとらえられる。昨年はコントロール群と低体温群の両群とも蘇生24時間後のPCr/Piがある程度回復した群とほぼゼロの2群に分かれることを報告した。今年度はPCr/Piが0.2以上の新生仔豚に対する低体温療法の効果について検討した。

脳血流の測定はICGを用いて多チャンネル近赤外分光装置とパルスダイデンシトメトリーを用い、脳内エネルギー状態(PCr/Pi)は31P-MRSを用いて負荷前、蘇生後3、18,24時間後測定した。脳組織内pHiは無機リン(Pi)とPCrのchemical shiftで算出した。(結果および考察)1.蘇生24時間後のPCr/Piは、低体温群は1.15±0.34、コントロール群は0.54±0.21と低体温群の方が有意に高値を示した。2.ICGを用いて測定した蘇生24時間後の脳血流は低体温群は7.34±4.95、コントロール群は17.63±12.07と低体温群の方が虚血再還流が抑制された。3.蘇生24時間後の脳内の総Hb量と酸素化Hb量は低体温群は35.9±4.16、22.06±7.55、コントロール群は21.57±7.55、11.6±4.03とコントロール群の方が総Hb量と酸素化Hb量が低下していた。またコントロール群では有意な光路長の増加が見られ、脳浮腫が考えられた。以上のことより低体温療法は、遅発性脳エネルギー代謝不全を予防できる可能性が示唆された。
イスラム都市社会の形成と変容に関する比較研究

本調査では、イスラム都市社会の形成と変容の過程を解明するため、中東イスラム圏、南欧地中海圏、東南アジア圏の諸都市を主要調査対象とし、各文化圏における都市社会の構造を実地調査して比較・分析することを計画した。具体的な研究計画は以下の通りである。1.イスラム文化圏の中心地域である中東圏については、アラブ、トルコ、イランの三主要地域について、南欧地中海圏および東南アジア・中国圏の専門研究者の協力を得て、共同調査を実施する。2.南欧地中海圏については、イスラム文化圏との交流の要をなしていたヴェネツィアについて、ヴェネツィア専門研究者の参加を得て、共同調査を実施する。3.イスラム文化圏の周縁に位置する東南アジア圏の諸都市については、タイ、シンガポ-ル、インドネシアを対象とし、東南アジア、中国圏の専門研究者の参加を得て、共同調査を実施する。以下の計画に基づき、昭和63年度の調査研究は、計画の1、2を対象とし、二つのグル-プに分かれて行われた。第1グル-プ(浜下武志、鈴木董、陣内秀信、八尾師誠、三浦徹)は、カイロ、ダマスクス、アレッポ、イスタンブル、ヴェネツィア、テヘランなどの諸都市を対象に、旧市街の形成と発展、民家やモスク建築の特徴、都市社会の構造などを集中的に調査した。第2グ-ルプ(佐藤次高、樺山紘一)は、カイロ、チュニス、アルジェ、ラバト、マドリ-ド、ロ-マ、ダマスクス、ジャバラを対象にして、同じく旧市街の形成と発展、道路と建築様式の特徴、モスクと市場の社会的機能などに関する実地調査を行った。2つのグル-プとも、調査項目は多岐に渡ったが、社会生活の基礎単位となる街区(ハ-ラ、マハッラ)をできるだけ具体的に調べてみることが分担者全員に共通する問題関心であった。平成元年度は、研究計画の3にもとづいて、東南アジアの3都市、バンコク、シンガポ-ル、ジャカルタの調査を行い、これらを中東のイスラム都市と比較することに主眼点がおかれた。分担者(佐藤、樺山、浜下、鈴木、陣内、八尾師)が、全員で一グル-プを構成し、モスクや市場、あるいは中国廟を中心に調査し、その結果を総合的に比較・検討した。今回の調査は、さまざまな専門分野の研究者がチ-ムを編成し、それぞれが専門外のフィ-ルドに足を踏み入れて、都市を体験することに最大の特徴があったというよう。このような試みは、わが国初めてのことであり、中国研究者や南欧研究者によるイスラム都市の観察・体験によって、都市の比較研究を新しい視点から実施することができた。本調査によってえた資料、知見、比較研究をめぐる問題点などは、平成2年3月に刊行される報告書に盛り込まれている。なお、本調査研究の実施と併行して、平成元年度には、「イスラムの都市性に関する国際会議」に、陳達生(中国)、A・K・ラ-フェク(シリア)の二氏を招へいし、比較研究のための研究者の国際的なネットワ-クづくりにも寄与した。

このような試みは、わが国初めてのことであり、中国研究者や南欧研究者によるイスラム都市の観察・体験によって、都市の比較研究を新しい視点から実施することができた。本調査によってえた資料、知見、比較研究をめぐる問題点などは、平成2年3月に刊行される報告書に盛り込まれている。なお、本調査研究の実施と併行して、平成元年度には、「イスラムの都市性に関する国際会議」に、陳達生(中国)、A・K・ラ-フェク(シリア)の二氏を招へいし、比較研究のための研究者の国際的なネットワ-クづくりにも寄与した。
広帯域周波数可変炭酸ガスレーザを用いた高感度,高分解能ガス分析装置

大気中の汚染物質等、気体中に含まれるガス物質の種類および濃度を測定するには、その物質特有の吸収波長を利用するものがある。この方法を利用する場合、それぞれの物質の吸収波長に同調することができる波長可変範囲の広いレーザ光源が有用となる。本研究の高感度、高分解能ガス分析装置は、おもに導波形炭酸ガスレーザ、広帯域光変調器、高感度、高分解能ガス吸収セルから構成されている。平成9年度では、広帯域周波数可変レーザ用導波形炭酸ガスレーザの試作、ファブリ・ペロー干渉計内にホワイトミラーを挿入したガス吸収セルの設計・試作し、分解能1MHzが得られた。またCdTe電気光学結晶を用いた広帯域光変調器の設計を行った。平成10年度では、広帯域周波数可変炭酸ガスレーザ、高感度、高分解能ガス吸収セルと組み合わせてガス分析装置を試作した。広帯域周波数可変炭酸ガスレーザは平成9年度試作した炭酸ガスレーザと平成10年度に試作し進行波形光変調器を用いて構成した。試作した進行波形光変調器は電気光学結晶としてCdT結晶(1.5mmx1.5mmx15mm)を5個用い、各結晶間隔を変化させて光波と変調波の速度整合をとることにより広帯域変調を可能にした。変調器のマイクロ波伝送特性を測定し、10GHzまで変調動作が行われる可能性が得られた。高感度、高分解能ガス吸収セルは、平成9年度に試作したファブリペ口干渉計(ミラー間隔60cm、ミラー反射率98%)内にホワイトミラー(ミラー間隔20cm、ミラー反射率99.7%)を挿入したホワイトミラー内蔵ファブリ・ぺ口形干渉計をボックス(800mmx200mmx250mm)に挿入したガス吸収セルを試作し、1MHzの分解能が得られた。本研究の高感度,高分解能ガス分析装置は,おもに導波形炭酸ガスレーザ,高感度,高分解能ガス吸収セル,10.6μm帯広帯域光変調器から構成されている.平成9年度は,まず,広帯域周波数可変炭酸ガスレーザ用導波形ガスレーザを導波路内径5mm,導波路長25cmのアルミナパイプを用いて試作し,出力8Wが得られた.次に,ファブリ・ペロ-干渉計内にホワイトミラーを挿入した高感度,高分解能ガス吸収セルの設計を行い,設計にもとづき,ファブリ・プロ-干渉計(ミラー反射率98%,ミラー間隔40cm)内にホワイトミラー形ガス吸収セル(ミラー曲率5m,反射率99.7%,ミラー間隔30cm)を挿入したガス吸収セルを試作した.この場合,ファブリペロ-形干渉計だけで吸収セルを挿入する場合,吸収セル長は40cm以内に制限されるが,ホワイトミラー形吸収セルを挿入することにより,ホワイトミラー内で光波が10回往復しているため光路長は6mとなり,吸収セルの実効長が約20倍となり高感度,高分解能ガス吸収セル装置の実現が期待できる.さらに,CdTe電気光学結晶(2mm×2mm×15mm)を5個用い,各結晶間隔を変化させ光波と変調波の速度整合をとることにより,4.5GHzから18GHzまでの10.6μm帯広帯域光変調器の設計を行った.現在,設計にもとづき変調電力供給用マイクロストリップ線路内にCdTe電気光学結晶を装荷した広帯域電気光学光変調器を試作し,ベクトルネットワークアナライザーを用いてマイクロ波伝送特性の測定,および進行波増幅器と変調器を組み合わした広帯域光変調装置の試作を行っている.大気中の汚染物質等、気体中に含まれるガス物質の種類および濃度を測定するには、その物質特有の吸収波長を利用するものがある。

本研究の高感度、高分解能ガス分析装置は、おもに導波形炭酸ガスレーザ、広帯域光変調器、高感度、高分解能ガス吸収セルから構成されている。平成10年度では、広帯域周波数可変炭酸ガスレーザ、高感度、高分解能ガス吸収セルと組み合わせてガス分析装置を試作した。広帯域周波数可変炭酸ガスレーザは炭酸ガスレーザ光を広帯域電気光学光変調器を用いて変調し、レーザ光の周波数を大幅に広げるものである。広帯域周波数可変炭酸ガスレーザは平成9年度試作した炭酸ガスレーザと平成10年度に試作し進行波形光変調器を用いて構成した。試作した進行波形光変調器は電気光学結晶としてCdTe結晶(1.5mmxl.5mmx15mm)を5個用い、各結晶間隔を変化させて光波と変調波の速度整合をとることにより広帯域変調を可能にした。変調器のマイクロ波伝送特性を測定し、10GHzまで変調動作が行われる可能性が得られた。高感度、高分解能ガス吸収セルは、平成9年度に試作したファブリペロ干渉計(ミラー間隔60cm、ミラー反射率98%)内にホワイトミラー(ミラー間隔20cm、ミラー反射率99.7%)を挿入したホワイトミラー内蔵ファブリ・ペロ形干渉計をボックス(800mmx200mmx250mm)に挿入したガス吸収セルを試作し、分解能IMHzを得た。
ハーフホイスラー型TiNiSn系合金の熱電特性の改善

ハーフホイスラー型TiNiSn系合金において、性能指数、出力因子はドーパントの種類と添加量、熱処理温度と時間、内部組織と格子欠陥、各副格子上の原子占有状態に依存して複雑に変化した。性能指数、出力因子は、Ti副格子上にZr、Hf、Ni副格子上にCu、Sn副格子上にSbを添加すること、化学量論組成よりもTi過剰にすること、10001100 Kで50 h程度の熱処理を行うことによって向上した。本研究では、ハーフホイスラー型TiNiSn系合金において、性能指数ZTと出力因子Pの改善のために、ドーパントの探索を行い、構造欠陥や格子サイト上の占有確率の最適化を金属学的にはかることを目的としている。このため、先ずドーパント(第4、5、6添加元素)を含むハーフホイスラー型TiNiSn系合金を作製し、液体急冷によってリボンに加工した後、熱処理を行った。ドーパントとしては、Sb、Cu、Co、V、Zr、Hfを用いた。次に、電導度測定、ゼーベジク係数測定、熱伝導度測定、性能指数測定、出力因子の算出などを行った。ここで、性能指数測定については、真空中で、試料サイズを変えながらハーマン法による性能指数を測定し、最終的に試料形状の影響を除外する方法を採った。また、電子顕微鏡高分解能像観察、EDX分析、X線回折、収束電子線回折電子顕微鏡、Electron channeling X-ray microanalysis、X線リートベルト解析を行い、構造欠陥や格子サイト上の占有確率についての知見を得た。得られた主な結果は次の通りである。ドーパントSb、Zr、Hfはハーフホイスラー型TiNiSn系合金の性能指数と出力因子を増大するのに有効であり、性能指数は、組成Ti_<0.5>(Zr_<0.5>Hf_<0.5>)_<0.5>Nisno_<0.996>Sb_<0.004>において最も良好であった。また、最適な熱処理時間、熱処理温度が存在し、性能指数は1050°C、48時間の熱処理を施した場合に最大になった。格子サイト上の占有確率は熱処理によって複雑に変化し、熱電性能の高い試料においては、ハーフホイスラー単相のものになり、ハーフホイスラー相は数nmスケールの微細な濃度揺らぎ、逆位相境界から構成されていた。本研究では、ハーフホイスラー型TiNiSn系合金において、出力因子Pと性能指数ZTとの改善のために、ドーパントの探索を行い、熱処理条件を制御することによって、構造欠陥や格子サイト上の占有確率の最適化を金属学的にはかることを目的としている。ドーパントとしては、Sb、Cu、Co、Zr, Hfを用いた。次に、電導度測定、ゼーベック係数測定、熱伝導度測定、性能指数測定、出力因子の算出などを行った。また、電子顕微鏡高分解能像観察、EDX分析、X線回折、収束電子線回折、電子顕微鏡Electron channeling X-ray microanalysis、X線リートベルト解析を行い、構造欠陥や格子サイト上の占有確率についての知見を得た。ドーパントのSb, Zr, Hf, Co, Cuを添加した場合、添加量に依存して、価電子数と構造欠陥、格子サイト上での占有確率が変化して、性能指数と出力因子は増加したり、減少したり複雑に変化した。また、熱処理時間、熱処理温度に伴って構造欠陥や格子サイト上での占有確率が変化し、出力因子や性能指数は1050°C、48時間のみならず120時間の熱処理を施した場合にもそれぞれ大きくなった。熱電性能の高いこれらの試料の間では構造欠陥や格子サイト上での占有確率が異なるため、熱電性能が高くなる原因は電導度、ゼーベック係数の増大、あるいは熱伝導度の減少によるなど異なっていた。環境問題、エネルギー問題や技術の高度化への対応のために熱電材料の開発が益々重要になってきた。本研究では、ハーフホイスラー型TiNiSn系合金における出力因子Pと性能指数ZTの改善のために、ドーパントの探索を行い、熱処理条件を制御することによって、金属学的に結晶構造欠陥や格子サイト上での各原子の占有確率を最適化することを目的としている。このため、本年度は、先ずドーパンとしてTiサイトにHf、Zr、Y、Coを、NiサイトにCuを、SnサイトにSb、Ge、Siを含むハーフホイスラー型TiNiSn系合金を作製し、液体急冷によって薄帯とした後、種々の時間、等温焼鈍を行った。

次に、電導度測定、ゼーベック係数測定、熱伝導度測定、性能指数測定、出力因子の算出などを行った。ここで、性能指数測定については、真空中で試料サイズを変えながらハーマン法によって行い、試料サイズの影響を除外する方法を採った。また、電子顕微鏡高分解能観察、EDX分析、電子顕微鏡Electron channeling X-ray microanalysis、X線リートベルト解析、X線ラインプロフィルの観察を行い、結晶構造欠陥や格子サイト上での占有確率についての知見を得た。得られた主な結果は次の通りである。ドーパントとして加えたHf、Zr、Y、Co、Cu、Sb、Ge、Siの量、組み合わせによって、価電子数、ハーフホイスラー相の分解の仕方、結晶構造欠陥、格子サイト上での占有確率が変化し、出力因子と性能指数は増加したり、減少したり複雑に変化する。また、ドーパントの種類に依存して、出力因子と性能指数が熱処理時間とともに増加したり、減少したり、あるいは熱処理に影響されなかったりする。
Wnt依存性のカドヘリン転写を誘導するアルマジロ蛋白結合性転写制御因子の同定

形態形成にかかわるシグナル分子Wnt/Wingless(Wg)の細胞内情報伝達には、Dfz2,Dsh,ZW-3,Arm,Dtcfなどの遺伝子が関与している事が遺伝学的解析により明らかにされている。我々はこのWnt/Wg経路の生化学的実体を解明するため、Wgに感受性を持つDrosophila翅原基由来培養細胞clonc-8を用いたWgアッセイ系を確立した。本研究においてはこの系を用いて、WgによるDrosoplila-E-Cadherin誘導機構の解析を行った。βカテニン/Armはカドヘリン接着因子としての機能と転写因子TCF結合して核内へと移行し、そこでWnt/Wgの標的遺伝子の転写を制御する転写制御因子としての機能を持つ。Wnt/Wgシグナル伝達とカドヘリンによる細胞の接着とは拮抗的に働く。それは、βカテニン/ArmがWnt/Wgシグナル伝達を行う為には、βカテニン/Arm蛋白の細胞質内での蓄積が必須であるのに対し、カドヘリンはβカテニン/Armを細胞膜へとリクルートするからである。今回DE-CadherinがWgの標的遺伝子である事を発見した。Wg経路の活性化の方法としては、Wg処理の他、Clonc-8細胞内でのDshの強制発現などを用いたが、いずれの場合でもDE-CadherinのmRNA著しい上昇とそれに続くDE-Cadherin蛋白の蓄積が観察された。この事実はWgがその標的遺伝子であるDE-Cadherinの発現を上昇させることを通じてArmを細胞膜へとリクルートし、細胞質内のArm蛋白濃度を低下させ、その結果逆にWgシグナル伝達の阻止をもたらすという、Wgシグナル伝達の負のフィードバック制御機構の存在を示唆している。プロモーター/エンハンサー領域と考えられたDE-Cadherin蛋白コード領域の上流4.2Kbを用いたCATアッセイによってこの部分にWg感受性エレメントの存在が確認された。
コントラスト向上及びスペクトル帯域拡張のための光パラメトリック非線形増幅法の確立

テラワット(ITW=10^<12>W)からペタワット(IPW=10^<15>W)級のピーク出力を有する超高強度レーザーと物質との相互作用における極限的な物理状態の実現とその生成過程の解明に寄与するために、今まで実現されていなかった高いコントラストで且つ広いスペクトル帯域の増幅が可能なOPCPA(Optical Parametric Chirped Pulse Amplification)非線形増幅法を確立することを目的として研究を行った。超高強度レーザーにおいて、コントラストを低下させる原因である再生増幅器をOPCPAに置き換えるとともに、更にOPCPAに用いる非線形光学結晶のカッティング、位相整合角、無反射コーティングや励起強度などを工夫することにより、プリパルス(背景光)を低減させることでコントラストを向上できることを発見した。また、多段のOPCPAを用いて各OPCPA段において位相整合角をわずかに変えることで増幅帯域をシフトさせることにより、広いスペクトル帯域の増幅及び任意のスペクトル整形が可能であることを見出した。上記のアイデアを基に、3段のOPCPAステージを構築した。チタンサファイアレーザー発振器からのシード光を本OPCPAで10^7倍以上の高い増幅利得で10mJまで増幅し、後段の2段のチタンサファイアレーザー増幅器で3Jまで増幅した。OPCPAステージにおいてスペクトル整形することにより、100nmと広い増幅帯域を実現した。この増幅光をパルス圧縮器でパルス圧縮し、80TW(1.5J,19fs)のピーク出力を得た。また、ピコ秒領域のコントラストを測定し、10^8以上の高いコントラストが得られた。ペタワット級(1PW=1×10^<15>W)のピーク出力を有する超高強度レーザーと物質との相互作用における極限的な物理状態の実現とその生成過程の解明に寄与するために、今まで実現されていなかった約100nmの広いスペクトル帯域増幅及び10桁以上の高いコントラスト動作が可能なOPCPA非線形増幅法を確立することを目的として初年度の研究を行った。多段のOPCPAを用い各OPCPA段において位相整合角をわずかに変えることで増幅帯域をずらすことにより、広帯域増幅及び任意のスペクトル整形が可能であることを見出した。また、従来の再生増幅器とOPCPAを組み合わせることにより必要とされる励起エネルギーを大幅に低減できることを独自に提唱し、特許出願を行った。上記のアイデアを基にOPCPA計算コードを構築し、広いスペクトル帯域増幅に必要な非線形光学結晶の選定、位相整合角及びシード光と励起光との角度を明らかにした。また、高いコントラストを得るために必要な増幅利得を達成するための励起強度及び相互作用長の最適値を明らかにした.実験では、OPCPAにはタイプI位相整合のBBO結晶を2つ用い、その励起光には単一縦モードのQスイッチNd:YAGレーザーの第二高調波光を用いた。OPCPAのシード光には6桁のコントラストを有する再生増幅器からの出力光を4nJに減光して用いた。このシード光をOPCPAで増幅することにより、24mJのシグナル増幅光が約90nmの広いスペクトル帯域、4.4×10^<-11>(検知限界)の高いコントラストで得られた。この成果は学術論文として出版するとともに国内・国際会議で報告した。
関数体におけるGalois表現と保型形式の合同理論

Drinfeld保型形式のv進合同理論の構築を目標に研究を行った.田口双対性を用いて,この場合の比較同型に当たるHodge-Tate-田口写像を定義した.これを使って,Fourier展開に高次合同のあるDrinfeld保型形式の重さの間に高次合同があること,従順レベルnのDrinfeld保型形式がv進Drinfeld保型形式であることを証明した.一方で,Drinfeld保型形式への将来的な応用に向けて,固有値多様体の幾何についても研究し,Hilbert固有値多様体の整数重さでの固有性や,固有値曲線の次数有限な既約成分に関するColeman-Mazurの予想を証明した.本研究の目的は関数体上の保型形式の合同関係と,その代数体上の理論との関連の解明である.保型形式の(Hecke固有値の)合同はeigenvarietyと呼ばれるリジッド解析多様体によって統制され,eigenvarietyの諸性質は保型形式の合同が持つ諸性質を反映しているはずだが,eigenvarietyに関しては様々な代数群に対して構成は行われているものの,その性質に関しては(楕円保型形式に対応するColeman-Mazurのeigencurveの場合を除いて)ほとんど研究が進んでいない.本年度は,関数体への応用を視野に入れて,eigenvarietyの研究を保型形式の族の研究に帰着する手法について研究を行った.リジッド解析的多様体からeigenvarietyへの射に対して保型形式の族が構成できれば,その族に対して標準部分群やHecke作用素の力学系の理論を適用することにより,族の性質や,ひいてはeigenvariety自身の性質を調べることができる.これに関し,本年度の研究で,弱重複度1定理が成立する状況では,この方法で単位円盤上の保型形式の族を構成できることが分かった.例えば代数体上のHilbert保型形式に関してはこれを適用できるが,関数体で(保型形式の重さを固定した場合に)弱重複度1定理が成り立つかどうかは知られておらず,関数体については別の手法を考える必要がある.また,素数pで不分岐かつ剰余次数2以下の総実代数体上のHilbert保型形式に関しては,標準部分群の分析により,過収束固有形式の傾斜が有限かどうかを過収束性で判定できることを示した.前年度に行った,固有値多様体(eigenvariety)の一般論に関する研究をさらに推し進めた.その派生的な成果として,Hilbert固有値多様体の整数重みでの固有性を(総実代数体が素数pで不分岐かつpの上の素点での剰余次数が2以下の場合に)示した.これに関し論文を作成し,公表したうえで,学術誌に投稿した.固有値多様体は保型形式のp巾合同を統制するリジッド解析的多様体であり,その幾何学的性質が保型形式の深いp進的性質を表していると考えられるが,固有値多様体の幾何学的性質は楕円保型形式の場合を除いてあまり分かっていない.この成果は高次元の固有値多様体に対する幾何の解明の端緒としての意義がある.また,その証明で用いられる,固有値多様体への射から保型形式の族への局所的な変換補題は,関数体上の保型形式の研究でも役立つと思われる.それと並行して,研究計画の本筋である関数体上の保型形式の合同関係についても研究を行った.本年度は主に階数2の場合について研究し,標準部分群の理論が楕円保型形式と同様に展開できることが分かった.標準部分群とはAbel多様体やDrinfeld加群が通常に近いときに存在する特殊な部分群のことであり,その理解は保型形式の合同を統制するために不可欠である.標準部分群の存在が保証されたことにより,p進保型形式の合同の研究において用いられてきた様々な手法をDrinfeld保型形式に移植できる可能性が開けた.前年度の研究から派生したHilbert固有多様体に関する研究成果を論文にまとめるのに時間がかかったため.本研究課題では,関数体上のDrinfeld保型形式の合同理論とeigenvarietyの構成を目標として研究を行った.まず,関数体への適用を視野に入れて,保型形式の合同を統制するある種のモジュライ空間であるeigenvariety(固有値多様体)の一般論を展開し,eigenvarietyへの射から保型形式を局所的に復元できることを示した.その応用として,総実代数体F上のHilbert保型形式に伴うeigenvareityの整数重さでの固有性を,Fに関する分岐の条件のもとで証明した.これは高次元のeigenvarietyの大域的性質に関する最初の結果である.その過程で,Hilbert-Blumenthal Abel多様体の標準部分群とHodge-Tate写像との,先行研究より精密な関連を示した.後者の結果は研究論文として学術誌に採録決定した.固有性に関する結果は論文を作成して学術誌に投稿した.固有性の応用として,楕円保型形式のeigenvarietyであるeigencurveの既約成分が次数有限なら重さ空間上有限になることも証明し,論文として学術誌に投稿した.次に,Drinfeld加群の標準部分群の理論を構築した.これはDrinfeld加群がordinaryに近い場合に存在する特殊な部分群であり,Drinfeld保型形式の合同理論に基礎的な役割を果たすものである.将来的に,Drinfeldモジュラー曲線上の過収束保型束を定義する際には,標準部分群と下付き分岐群との一致が重要になると考えられるので,その一致も示した.さらに,Hodge-Tate写像の関数体版に当たるものを定義し,それを用いて,高次の合同を持つDrinfeld保型形式の重さの間に高次の合同があることを示した.

これについては論文を作成中である.Drinfeld保型形式のv進合同理論の構築を目標に研究を行った.田口双対性を用いて,この場合の比較同型に当たるHodge-Tate-田口写像を定義した.これを使って,Fourier展開に高次合同のあるDrinfeld保型形式の重さの間に高次合同があること,従順レベルnのDrinfeld保型形式がv進Drinfeld保型形式であることを証明した.一方で,Drinfeld保型形式への将来的な応用に向けて,固有値多様体の幾何についても研究し,Hilbert固有値多様体の整数重さでの固有性や,固有値曲線の次数有限な既約成分に関するColeman-Mazurの予想を証明した.本年度は,関数体の保型形式の研究のあるべき道筋を見定めるために,Buzzardのeigenvarietyに関する一般的な研究から着手したが,結局その代数体上への応用の研究に留まり,本来の研究テーマである関数体上の合同理論についてはそれほど進展がなかった.代数体側では意義のある成果を得たものの,同時に弱重複度1定理の重要性という,関数体側での困難に遭遇するに至った.このような状況を鑑みて,計画は遅れていると判断する.概ね当初の研究計画通りに研究を行う.これまでの研究により,Drinfeld保型形式の合同理論の構築に当たっては,適切な重み指標のクラスを定義することと,Tate対象の形式的完備化の解析とが解決すべき重要な課題であることが分かってきた.後者からは直ちにDrinfeld保型形式の合同に関するある性質が導かれるため,海外の研究者と討論するなどして早期に解決の糸口を探る.前者はDrinfeld固有値多様体の構成に関連する問題であり,Carlitz指数写像を利用するなどの手法を模索する.整数論関数体上の保型形式の研究という本来のテーマから派生した代数体上のHilbert保型形式の研究を早めに切り上げ,本来の研究計画の遂行に移る.代数体上の研究によって,関数体の場合に何が必要かがかなり分かってきた.関数体のeigenvarietyの構成自体は,当初の計画に従って問題なく実現できるという感触を得たので,その通りに行う.ただ,そのようにしてできたeigenvarietyを分析するための手法は,(弱重複度1定理が使えないため)当初考えていたものとは異なるものを考えないといけない.Ambrus Pal氏が,関数体上のモジュラー多様体の研究で,代数体上の弱重複度1定理に相当する議論を開発してうまく利用していたので,Pal氏と討論をするなどしてこの新しい手法の利用を検討する.年度末に年度を跨いだ出張を行ったため,その分の出張旅費のおよそ半額が次年度使用額として計算されている.また,次年度に講演のため予定外の出張をすることになり,今年度の研究費を一部次年度に使用することとした.3年間の研究期間中に,出張時の論文執筆用のノートパソコンを一台購入する計画であるが,1年目は購入しなかったので,2年目以降のために20万円ほどの額を取っておいてある.年度を跨いだ出張の出張旅費が12万円程度,次年度予定外の出張のための旅費が8万程度それぞれ必要で,次年度使用額はこの分の負担に充てる.次年度の支払い請求分は計画通り,3度ほど海外に出張して情報収集や在外研究者と討論を行うためと,関数体上の保型形式の合同に関連した書籍の購入のために使用する.
畳込み方程式および無限階微分方程式の代数解析的研究

本年度の科学研究費による研究では、交付申請書に書いた3つのテーマ:[1]複素領域の畳込み方程式の可解性と斉次方程式の解の接続、[2]畳込み方程式のギャップ定理への応用、[3]無限階微分方程式系の研究、のうち[3]について可解性に関し、有限階に対してではあるがより一般に、複素領域において擬微分方程式系の正則函数に対する初期値問題を考察した。具体的には関手μhomを用いて擬微分作用素の正則函数への作用を余接バンドル上で定式化し、最近の層の超局所解析の手法を用いて問題を単純な場合に分解して解いた。この結果は、複素領域での微分方程式系の初期値問題を擬分方程式系に自然に拡張したものと言え、様々な応用が見込まれるがこれについては現在なお研究中である。次に[1]および[2]については、本科学研究費により当該分野の国際的権威であるロシアのYu.Korobeinik教授を報告者の大学に招聘し、研究討論を行うとともに、報告者および分担者の研究方向に対する多くの示唆を得た。具体的にはギャップ定理に畳込み方程式を応用するに際して、本質的なことは古典的な数函数の増大度の評価に対する深い考察であるが、それらに対する多くの結果を知った。分担者筒井は複素領域の偏微分方程式の特異性を研究し、無限階および畳込みの場合に特異性を研究する方法を示した。また稲葉は、葉層構造への応用に関する研究を行った。渚は、問題を作用素論的に把握する努力を行った。
ヒト精子染色体に及ぼす放射線および化学物質の影響

1.ヒト精子染色体に及ぼす放射線の影響:種々の線量(6.4-423.1cGy)の^<137>Cs-γ線をin vitroでヒト精子に照射し、構造的染色体異常誘発の線量効果関係を調査した。合計44名の男性から得られた1,3909精子(照射群,6,977精子;対照群,6,932精子)が染色体分析された。構造的染色体異常をもつ精子の出現率は低線量域(6.4-109.3cGy)では線量に伴って直線的に増加したが、高線量域(423.1cGy)まで含めるとその増加は二次曲線的であった。誘発された異常の中で、切断型異常は交換型異常の5-10倍高かった。また、線量に伴う増加は前者では直線的、後者では二次曲線的であった。2.ヒト精子染色体に及ぼす制癌剤の影響:ブレオマイシン(BM)、サイクロフォスファミド(CP)、ダウノマイシン(DM)、メタンスルフォン酸メチル(MMS)、マイトマイシンC(MMC)、トリエチレンメラミン(TEM)の6種の制癌剤について精子染色体に及ぼす影響を調査した。凍結保存ウシ精子を用いた予備実験により薬品の処理濃度、時間を決定した後、ヒト精子で本実験を行った(染色体分析精子数:薬品処理群、650精子;対照群、728精子)。染色体異常をもつ精子の出現率はBM(50μg/ml,90min)群、24.3%;DM(0.1μg/ml,90min)群、47.3%;MMS(100μg/ml,120min)群、54.1%;TEM(0.1μg/ml,120min)群、50.7%;TEM(1.0μg/ml,120min)群、91.8%で、対照群より有意に高かった。一方、CP(1-1000μg/ml,120min)群およびMMC(0.1-100μg/ml,120min)群では、培養体細胞で異常誘発が認められている10-100倍の濃度でも異常の誘発は認められなかった。3.ヒト精子染色体異常の自然発生率:正常男性22名から得た4,579精子を染色体分析した。異数性精子の出現率は平均1.3±0.6%で、高数性の頻度(0.6±0.4%)と低数性の頻度(0.7±0.5%)はほぼ等しかった。構造異常の出現率は15.1±4.1%で、異常精子の出現率には大きな個人差(7.0-24.8%)が認められた。観察された構造異常は出現頻度の高い順に切断、染色体断片、交換、ギャップそして欠失であった。4.凍結保存ヒト精子の染色体分析法の開発:5種のヒト精子凍結保存液、HSP液、修正HSP液、KS-II液、AC液およびTYB液で保存した精子で染色体分析を試みた。凍結・解凍後の精子生存率には大きな個人差がみられた。比較的高い精子耐凍性をもつ個体についてみると、HSP液、修正HSP液およびAC液を用いた場合の解凍精子生存率は10-40%と低いのに対して、KS-II液およびTYB液の場合の生存率はそれぞれ平均50-70%および50-60%で、後2者の成績が良好であった。しかし、その後の受精能獲得処理の間に相当数の精子が死亡し、ハムスター卵への受精率の低いケースが多かった。今後、さらに改良が必要である。

染色体異常をもつ精子の出現率はBM(50μg/ml,90min)群、24.3%;DM(0.1μg/ml,90min)群、47.3%;MMS(100μg/ml,120min)群、54.1%;TEM(0.1μg/ml,120min)群、50.7%;TEM(1.0μg/ml,120min)群、91.8%で、対照群より有意に高かった。一方、CP(1-1000μg/ml,120min)群およびMMC(0.1-100μg/ml,120min)群では、培養体細胞で異常誘発が認められている10-100倍の濃度でも異常の誘発は認められなかった。3.ヒト精子染色体異常の自然発生率:正常男性22名から得た4,579精子を染色体分析した。異数性精子の出現率は平均1.3±0.6%で、高数性の頻度(0.6±0.4%)と低数性の頻度(0.7±0.5%)はほぼ等しかった。構造異常の出現率は15.1±4.1%で、異常精子の出現率には大きな個人差(7.0-24.8%)が認められた。観察された構造異常は出現頻度の高い順に切断、染色体断片、交換、ギャップそして欠失であった。4.凍結保存ヒト精子の染色体分析法の開発:5種のヒト精子凍結保存液、HSP液、修正HSP液、KS-II液、AC液およびTYB液で保存した精子で染色体分析を試みた。凍結・解凍後の精子生存率には大きな個人差がみられた。比較的高い精子耐凍性をもつ個体についてみると、HSP液、修正HSP液およびAC液を用いた場合の解凍精子生存率は10-40%と低いのに対して、KS-II液およびTYB液の場合の生存率はそれぞれ平均50-70%および50-60%で、後2者の成績が良好であった。しかし、その後の受精能獲得処理の間に相当数の精子が死亡し、ハムスター卵への受精率の低いケースが多かった。今後、さらに改良が必要である。1.<ヒト精子染色体に及ぼす放射線の影響>___ー種々の線量(6.6ー423.1sGy)の^<137>Csーγ線をin vitroで照射したヒト精子をハムスタ-卵に体外受精させ、1細胞期に精子染色体異常出現率を調査した。照射群と対照群合わせて3,225精子を染色体分析した。構造的染色体異常をもつ精子の出現率は低線量域(6.6ー109.3cGy)では線量に伴って直線的に増加したが、その後増加率は次第に低下した。また、切断型異常の出現率は交換型異常のそれよりはるかに高かった。線量効果関係は切断型異常および染色体型交換では直線的であったが、染色分体型交換では二次曲線的であった。2.<ヒト精子染色体異常自然発生率>___ー正常男性8名から得た1,661精子を染色体分析した。異数性(1.6%)および構造異常(13.3%)の出現率はこれまで我々が得た結果とほぼ同じで、構造異常をもつ精子の出現率に個人差(8.6ー18.4%)があることも再確認された。観察された異常は出現頻度の高い順に切断、染色体断片、交換、ギャップおよび欠失であった。3.<ヒト精子染色体に及ぼす化学物質の影響>___ー(1)トリエチリンメラミン、(2)サイクロフォスファミド、(3)マイトマイシンC、(4)ブレオマイシン、(5)ダウノマイシンの5医薬品について予備実験を行った。すなわち、種々の濃度(0.01ー1000μg/ml)の薬品をin vitroでヒト精子(一部は凍結ー融解ウシ精子を使用)に作用させ、精子の運動能、受精能獲得率、体外受精率に与える影響の基礎デ-タを集積した。また、少数ではあるが(2),(4)について染色体分析を行い、(4)で構造異常の増加傾向を認めた。これらの結果に基づき、次年度は精子染色体分析の本実験を行う。4.<凍結保存精子の染色体分析>___ー1.ヒト精子染色体に及ぼす放射線の影響種々の線量(6.5ー423.1cGy)の^<137>Csγ線をin vitroで照射したヒト精子をハムスタ-卵に体外受精させ、1細胞期に精子染色体異常出現率を調査した。照射群と対照群合わせて5,354精子を染色体分析した。構造的染色体異常をもつ精子の出現率は低線量域(6.5ー109.3cGy)では線量に伴って直線的に増加したが、その後、増加率は次第に低下した。
空間的に分子軸を固定した分子による電子散乱実験

本研究の目的は、高強度静電場やレーザー電場などの外場を加える方法を用いずに、分子軸の方向を空間的に固定された分子による電子の散乱断面積を実験的に測定し、電子が分子に散乱される際の分子の配向に関する知見を得ることである。本研究では、分子の解離性イオン化過程に着目し、解離性イオン化により生成する解離イオンを散乱電子と同期して測定することにより散乱時の分子軸の配向情報を得る手法を用いた。分子の解離が分子の回転周期に比べて速い解離過程を選び解離イオンを検出すれば、その放出方向には散乱時の分子軸の配向が直接反映されていると考えられる。この手法での測定のためには、散乱電子、解離性イオン化による放出電子および解離イオンのすべてについて運動エネルギーと角分布を得る必要があるため、散乱電子および放出電子のエネルギーを同時に測定出来る静電型エネルギー分析器の製作を行った。この電子エネルギー分析器には位置敏感型のマイクロチャンネルプレート電子検出器を使用し、計測回路を工夫することで散乱電子と放出電子の両者を1台の電子エネルギー分析器で測定することとした。一方、解離性イオン化により生成した解離イオンは、捕集効率を良くするために、ある程度の運動エネルギーをもったもののすべてを捕集する阻止電場型のものを製作した。本研究の目的は、分子軸方向を空間的に固定された分子による電子の散乱断面積を実験的に測定し、電子が分子に散乱される際の分子の配向に関する知見を得ることである。分子軸のそろった気体試料の生成は、高強度静電場やレーザー電場を用いる方法などが試みられているが、いづれの方法でも電子と分子の衝突領域に外場が加わっており、入射・散乱電子が大きく影響を受けてしまうので低エネルギー電子を扱う本研究には適さない。そこで本研究では、入射電子エネルギーが20eV以上の電子-分子散乱で比較的よく起こる解離性イオン化過程に着目し、解離性イオン化により生成する解離イオンを散乱電子と同期して測定することにより散乱時の分子軸の配向情報を得る手法を用いた。この手法で測定を行うためには、散乱電子、解離性イオン化による放出電子および解離イオンのすべてについて運動エネルギーと角分布を得る必要があるため、本研究で散乱電子および放出電子の測定にエネルギーを同時に測定出来る積分型の分析器の製作を行った。この電子エネルギー分析器には位置敏感型のマイクロチャンネルプレート電子検出器を使用し、測定回路を工夫することで散乱電子と放出電子の両者を1台の電子エネルギー分析器で測定する。
Cauloramphus属コケムシの北太平洋における適応放散に関する系統分類

以下に述べる種からDNA抽出を行った。種名の後に、個体数(かっこ内)を記す。16Sar/br汎用プライマーセット、さらには、3'末端を可能な限りの組み合わせで変更したプライマーCauloramphusの16S遺伝子をうまく増幅できなかった。そこで、16Sと同様に多くのコケムシ類で利用されているミトコンドリアチトクローム酸化酵素cのサブユニット1(COI)に変更した。このプライマーを用いて、2種の6群体がらCOI断片の記列を増幅することに成功した。検出された変異のレベルは、0.2%(同種内、同所)、3.0%(同種内、異所)、そして21.0%(種間)であった。この結果から、COI遺伝子は16Sに比べるとより進化速度が速いようである。しかし、このプラィマーは16Sのプライマーより、100bpほど多い配列を増幅した。また、COIはコーディング遺伝子なので、もし飽和していたら第3対を取り除かなければならない。上述のように、分子生物学的にはかなりの困難に見舞われたが、平行して、形態解析を遂行している。11種をすでに走査型電子顕微鏡で観察し、各標本ごとに多数のSEM写真を得ているし、7種においては個虫サイズ等の計測をすませた。さらに、重要な形態形質のひとつである「卵室」の形態解析を終え、興味深い結果を得た。忍路、厚岸および米国ワシントン州アナコルテスで標本採集を行った。それらの新採集標本、借用標本およびアラスカのケチカン島、コスタリカ等ですでに採集し保存してある標本の中から、下記の12種において、群体をアンチホルミン処理して形態比較のための石灰骨格標本を作り、DNA分析のための群体を用意した。唇口苔虫類でおいてすでに成功している方法を用いて共通種の標本から3セットのDNAを抽出した。分離したDNA抽出物のそれぞれで準備したマルチテンプレートに、16SミトコンドリアDNA遺伝子の部分配列を2,3回PCR増幅した。ところが、唇口苔虫類ほとんどで有効だった16Sar/br汎用プライマーセットはCauloramphusではうまく働かなかった。その理由としては、Cauloramphus属では、汎用プライマーの一つの付着部位の3'末端、において、保守的な配列部分が変化していると考えられる。そこで、新しいプライマーを開発中である。この新プライマーをテストし、同様に、別の遺伝子でもプライマーをテストする。PCRがうまくいった時点で、用意した全標本の16S配列を増幅する。形態観察においては、上記12種の石灰骨格標本を走査型電子顕微鏡で観察し、各標本ごとに平均30枚ほどのSEM写真を得た。それらの基づくこれまでの形態比較結果によれば、上記12種の内の未同定種3種はいずれも未記載種である可能性が高まった。このプライマーを用いて、2種の6群体からCOI断片の配列を増幅することに成功した。しかし、このプライマーは16Sのプライマーより、100bpほど多い配列を増幅した。