hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
舶用ディーゼル機関から排出される粒子状物質の計測手法に関する研究

本研究では,舶用2ストロークディーゼル機関と4ストローク機関の排ガスを対象とした煤じん濃度計測装置を製作し煤じんとPMの同時計測を実施した.計測の結果,煤じん計測時にフィルタ温度によって計測される煤じん濃度は3倍程の差が出る可能性がある.煤じん計測は排気管内温度と同程度の温度で計測する必要があるが,少しの温度差によって煤じん量が大きく変化する.舶用4ストロークディーゼル機関の煤じんとPM濃度を比較すると,PM中のISF分濃度と煤じん濃度は概ね一致する.2ストロークディーゼル機関のPM中のSOF分割合は非常に高く,煤じん濃度はISF濃度より高い値を示し,排気管内においてSOF分凝縮が確認された.初年度(平成27年度)は、煤じん計測装置の作成・構築とともに、舶用4ストロークディーゼル機関の排ガス計測に関する項目を行った。煤じん計測装置の試作・構築は、研究機器の図面作成、回路設計と機器選択、調達と、組立、試運転を中心に実施した。計測装置は主に、ロータリー型真空ポンプと、真空(サンプリング)回路、計測機器、制御回路、フィルター装置等により構成される。装置の動作を行う制御回路は市販の汎用シーケンサ(PLC)によって構成し、各所の電磁弁、真空ポンプの電動機を駆動するインバータの周波数等を制御する。また、排ガスサンプリング位置に挿入した温度センサ(測温抵抗体)とピトー管から得られる排ガスの風速をPLCにて演算することで、等速吸引(排ガスサンプリング)のための条件を決定する。試運転試験で、排ガス管内の圧力脈動によるサンプリングフィルタのよじれ等が発生したが、フィルタケースの構成改良等でディーゼル機関の排ガス管内煤じん濃度計測を実施するための知見を得ることが出来ている。また、計測の安定性(計測結果の再現性)に関して研究と改良を進めている段階である。排気管内の粒子状物質の粒径分布計測に関しては、ガスサンプリング部分の構築(温度制御、背圧の均圧機構)等が完了し、計測開始段階となっており次年度(平成28年度)は、計測から開始する予定である。初年度得られた結果、構築した装置を使用し、次年度の研究を推進していく予定である。初年度(平成27年度)は、舶用4ストロークディーゼル機関の排ガスを対象とした粒子状物質の重量濃度計測、粒径分布計測および、次年度(平成28年度)に計測を開始する煤じん計測装置の構築を行った。ここで、排ガス中に含まれる粒子状物質および粒径分布計測では、一部の試験が未実施であり、次年度(平成28年度)では早急に引き続き計測を進める予定である。また、計測装置の構築では、安定性までの確認は行えているが、高負荷率時の排ガス流速が早い場合の再現性確認と、電子的計測部分の一部構築が未完了となっており、引き続き構築を進め、次年度計測に移行する予定である。次年度(平成28年度)実施予定の項目には、初年度に予定していた研究と並列して進められる項目も有るため、並列して進める予定である。今年度(平成28年度)は、平成29年度に構築した煤塵計測装置を使用した煤塵濃度計測と粒子状物質のPM濃度計測、粒子状物質の粒径分布計測を中心に研究を実施した。主な実験結果を以下に示す。供試機関には舶用4ストローク高速ディーゼル機関を用いた。既往の研究から舶用4ストロークディーゼル機関から排出されるPMは、発電機特性の低負荷率時にSOF分割合が高い。今年度は最初に排ガス計測時の煤塵フィルタ温度等が計測値に与える影響が大きいと考え、SOF分割合の高い発電機特性の負荷率30 %の排ガスに関して、PMと煤じんの同時計測を行った。計測の結果、排ガスサンプリング位置温度280°C時にフィルタホルダ温度を250°Cとした場合、計測された煤塵濃度は、ISO8178-1に準拠したPM濃度に対して35 %程の重量濃度となった。これは、ISO8178-1によるPM捕集フィルタのISF分割合と等しく、煤塵計測手法を舶用ディーゼル機関の排ガス計測に用いた場合、SOF分に関しては殆ど捕集されていないと考えられる。また、煤塵計測のフィルタホルダ温度を250°Cから150°Cまでの範囲で、数パターンの温度による計測を実施した。計測の結果では220°C以下の温度から煤塵濃度が上昇する傾向が確認され、150°CではPM濃度に対して95%程の重量濃度となった。また、煤塵計測を実施する上で問題となるフィルタの吸湿量に関する実験を行い、乾燥空気雰囲気、ISO8178-1によるフィルタ静置雰囲気にて吸湿量の確認を行った。確認の結果、直径47mmの石英フィルタでは、シリカゲルを使用したドライデシケータ乾燥雰囲気で1時間で0.5-0.7mg、ISO8178-1フィルタ静置雰囲気では1時間で約1.0mgの吸湿が確認され、煤塵計測時の計測までの後処理に注意を要することが分かった。今年度の実施事項は、計画事項に対して未実施項目がある。主な未実施項目は、舶用2ストロークディーゼル機関の排ガスを対象とした計測である。舶用4ストロークディーゼル機関の計測では、前年度報告に記載したとおり、排ガスの圧力脈動が大きく計測時に問題となった。この解決を行うため、初年度(平成27年度)から今年度(平成28年度)の最初に体側に時間を取られ、その結果、上記の未実施項目が発生した。

なお、次年度(平成29年度)は延長申請期間となっており、今年度(平成28年度)実施項目の未実施項目を中心に計画していた実験を完了する。今年度(平成29年度)は2種類の供試機関を用いてばいじん濃度計測と粒子状物質濃度計測の同時計測を中心に実施した.舶用4ストローク高速ディーゼル機関のPM・ばいじんの同時計測では,機関の負荷特性を舶用特性(プロペラ特性),発電機特性(回転数一定の運転特性)の2種類の運転特性にて,それぞれ機関負荷率25,50,75,100 %の4負荷率計測を実施した.PMの計測フィルターに関しては全てのフィルターにおいて秤量後にソックスレー抽出によってSOF分を分離し,秤量することでSOF分割合を求めた.同時計測の結果,一部の運転条件においてばいじん濃度がPM濃度を上回る重量となって計測されることが分かった.この理由として,排気管に挿入されたプローブ部のノズルから強制的吸引によるサンプリングを行うばいじん計測に対して,分流希釈を行う希釈トンネルを用いたPM計測では粒子状物質のサンプリング(排気管内からの吸引)状況が異なり,PM計測値が低くなった事が考えられる.希釈トンネルでは希釈率の算出に二酸化炭素濃度計測値を用いるが,ガスである二酸化炭素と,粒子の拡散速度は異なり,また,動圧過給を行う4ストロークディーゼル機関の排気管内の背圧変動が激しいため,希釈率並びに計測値に差を生じた事が考えられる.なお,PM中のISF分濃度とばいじん濃度の負荷率上昇に伴う濃度上昇は同様の傾向であった.舶用2ストロークディーゼル機関の同時測定では,全ての負荷率においてPM重量濃度がばいじん濃度を下回ることは無かった.これは,4ストロークディーゼル機関と異なり静圧過給である事から,背圧変動が小さく,希釈トンネル希釈率と実際の粒子状物質の希釈率が近い値であった事が考えられる.また,ばいじん計測結果とPMのISF濃度を比較すると,ばいじん濃度が高い値であり,排気管内においてSOFの一部は凝縮していた事が考えられる.本研究では,舶用2ストロークディーゼル機関と4ストローク機関の排ガスを対象とした煤じん濃度計測装置を製作し煤じんとPMの同時計測を実施した.計測の結果,煤じん計測時にフィルタ温度によって計測される煤じん濃度は3倍程の差が出る可能性がある.煤じん計測は排気管内温度と同程度の温度で計測する必要があるが,少しの温度差によって煤じん量が大きく変化する.舶用4ストロークディーゼル機関の煤じんとPM濃度を比較すると,PM中のISF分濃度と煤じん濃度は概ね一致する.2ストロークディーゼル機関のPM中のSOF分割合は非常に高く,煤じん濃度はISF濃度より高い値を示し,排気管内においてSOF分凝縮が確認された.次年度(平成28年度)の研究では、実施準備が整っている項目に関しては、予定通り研究を推進する。また、前年度(平成27年度)計画において、一部遅れている項目についても引き続き、平成28年度計画と共に並行して実施を進める。初年度(平成27年度)の一部遅れを生じている項目は大部分が、次年度計測を行う煤じん計測装置の構築であり、低負荷率時の計測安定性は確保できていることから、高負荷時の計測安定性も概ね機器調整は完了していると考えられる。また、扱う排ガス温度が高温になることから、その際に生じる問題が無いかどうかの検証を早期に進めていく予定である。また、次年度からは進捗管理間隔を増加させ、管理を頻繁に行い、進捗速度の修正を頻繁に実施し研究を推進していく予定である。
西南日本-韓半島の白亜紀-第三紀花崗岩類の成因と大陸成長機構の解明

西南日本の白亜紀以降の火成活動は、南限の中央構造線付近で約95Maに始まり、系統的に北に移動して少なくとも約33Maまで続いたことが分かった。全岩化学組成も系統的に変化し、これらの情報を合わせると、海嶺沈み込みによって開始した火成活動が、熱の伝播、脱水反応位置の移動、スラブ沈み込み角度の変化などによって北に移動した可能性が判明した。同時期に活動した韓半島の花崗岩類の成因解析とあわせて、大陸地殻成長には、マントルが海嶺沈み込みとデラミネーションを通して熱源として働いていることがわかった。本研究の目的は、地球の進化に重要な役割を果たしているにもかかわらず、未解決問題が多く残されている花崗岩類の成因について、詳細なデータが蓄積されつつある西南日本-韓半島を対象とし、年代学、岩石学、および地球内部ダイナミクスの手法を統合して、その全体像明らかにすることである。この目的のために、鉱物年代測定(火成作用の時空分布の解明)、溶融の相平衡・微量元素の分配の解析(源岩および溶融条件の解明)、地殻・マントルの熱構造・対流のシミュレーション(ダイナミクスの解明)をそれぞれ推し進めると同時に、これらを強力にリンクさせて統合化を目指す。本研究の大きな目的は、地球の進化に重要な役割を果たしているにもかかわらず、未解決問題が多く残されている花崗岩類の成因について、詳細なデータが蓄積されつつある西南日本-韓半島を対象とし、年代学、岩石学、および地球内部ダイナミクスの手法を統合して、その全体像明らかにすることである。このためには、花崗岩質マグマ生成の物質源、熱源およびダイナミクスの3点について、それぞれを個別の手法によって掘り下げると同時に、その生成場を統合的なモデルによって解明することが必要となる。本年度の研究では、上記のうち、鉱物年代測定(火成作用の時空分布の解明)、および花崗岩質マグマ生成のダイナミクスの2点に特に注目し、西南日本での調査、サンプリングおよびコンピュータシミュレーションによるダイナミクスの解明を進めた。前者に対しては、韓国側研究者(Prof.Jwa, Prof.Kwon)と一緒に、四国高松市周辺の花崗岩地域の調査・サンプリングを実施し、当該地域には、大きく分けて3種類の花崗岩があることを見出した。それぞれの代表的な産地は、南部中央構造線沿い、讃岐平野東部、および讃岐平野北部(庵治花崗岩類)である。さらにそれぞれについて南北方向の年代変化・岩質変化をとらえる目的で、合計26試料のサンプリングを行った。これらの試料に対して、平成19年度以降に年代測定を行う予定である。後者に対しては、2相流のコンピュータシミュレーションに必要な基礎コードの開発を行ったが、まだ応用する段階にはいたっていない。今後、さらにプログラミングを進める必要がある。以上本研究の大きな目的は,地球の進化に重要な役割を果たしているにもかかわらず,未解決問題が多く残されている花崗岩類の成因について,詳細なデータが蓄積されつつある西南日本一韓半島を対象とし,年代学,岩石学,および地球内部ダイナミクスの手法を統合して,その全体像明らかにすることである。このためには,花崗岩質マグマ生成の物質源,熱源およびダイナミクスの3点について,それぞれを個別の手法によって掘り下げると同時に,その生成場を統合的なモデルによって解明することが必要となる。本年度(平成19年度)の研究では,西南日本の花崗岩の調査,サンプリングを進め,また初年度にサンプリングを行った6試料について鉱物年代測定(ジルコンを用いたU-Pb年代)を行った。前者に対しては,初年度の北方に調査,サンプリング地域を広げ,瀬戸内海の豊島,小豆島,岡山県南部,中部,兵庫県南西部に分布する白亜紀の花崗岩地域の調査,サンプリングを実施し,当該地域には,大きく分けて2種類の花崗岩があることを見出し,さらに合計約30試料のサンプリングを行った。また,後者について,平成18年度にサンプリング,前処理を行った試料に対して年代測定を行った結果,(1)同一連続露頭内における年代バリエーションは,十分に測定誤差内であること,(2)同一露頭内で新鮮な部分,やや風化した部分,風化が進行した部分についても,それらの示すジルコンのU-Pb年代は十分に測定誤差内であることが分かった。風化した試料についてもジルコン年代が十分な精度で求められることは本研究にとって好ましい条件であり,これを踏まえて今後調査,サンプリングをさらに進める予定である。本研究の大きな目的は、地球の進化に重要な役割を果たしているにもかかわらず、未解決問題が多く残されている花崗岩類の成因について、詳細なデータが蓄積されつつある西南日本一韓半島を対象とし、年代学、岩石学、および地球内部ダイナミクスの手法を統合して、その全体像明らかにすることである。

本年度の研究では、上記のうち、鉱物年代測定(火成作用の時空分布の解明)、および花崗岩質マグマ生成の原岩に特に注目し、西南日本での調査、サンプリングおよび岩石学的解析を進めた。前者に対しては、韓国側研究者(Prof Jwa, Prof Kwon)と一緒に、中国地方中央部から山陰地域周辺の花崗岩地域の調査・サンプリングを実施し、当該地域には、複数種類の岩質の花崗岩があることを見出した。南北方向の年代変化・岩質変化をとらえる目的で、合計約30試料のサンプリングを行った。これらの試料に対して、平成21年度に年代測定を行う予定である。後者に対しては、主成分・微量元素組成のモデリングから、原岩の種類、溶融度などを推定する方法を開発した。これを、韓半島の花崗岩類に応用して検討したところ、当初の予想通り、下部地殻の条件で角閃岩が10%程度溶け、これがマントル由来の玄武岩類と混合することによって、最も良く説明されることが分かった。本研究の目的は、地球の進化に重要な役割を果たしているにもかかわらず、未解決問題が多く残されている花崗岩類の成因について、詳細なデータが蓄積されつつある西南日本-韓半島を対象とし、年代学、岩石学、および地球内部ダイナミクスの手法を統合して、その全体像明らかにずることである。未解決問題として特に重要な、花崗岩質マグマ生成の物質源、熱源およびダイナミクスの3点に注目し、それぞれを個別の手法によって掘り下げると同時に、その生成場を統合的なモデルによって解明することを目的とする。本年度は、西南日本、四国地方中国地方中央部において、中央構造線から日本海にぬける南北およそ250km、幅40kmの南北横断全域において花崗岩の年代測定を行った。花崗岩99試料に含まれるジルコンおよそ2000粒について、Nd-YAGレーザーアブレーション+ICP-MSによってU-Pb同位体年代測定を行った。その結果、(1)約9533Maに移動が及ぶこと、(2)量的に主要な活動はおよそ9560Maに集中し、それ以降の若い活動は量的には少ないこと、(3)およそ北に向かうほど年代が若くなること(ただし、各緯度ではおよそ±510Maの幅がある)、(4)(3)の傾向の中で、8085Maでもっとも活動の南北方向の幅が広く、中央構造線から北緯35.3度付近まで広がっていることが分かった。また岩石学的な制約から、これらの花崗岩は下部地殻の溶融によって生じた可能性が高いことが分かり、数値シミュレーションの結果とあわせた考察から、海嶺沈み込みの熱が北に向かって伝播したと推測される。
振動刺激を用いた脳卒中片麻痺患者歩行訓練支援システムの開発と下肢筋電図評価

近年、歩行不全患者に対する歩行リハビリテーションに対して、振動刺激活用の有効性を示す知見が増えている。Ritzmanらの脳性麻痺患者に対する振動刺激治療の効果に関わる文献レビューによると、患者の歩行中の神経系や歩行動作などの粗大運動機能に改善が見られたとしている。また、Afzalらは脳卒中片麻痺患者への下肢の振動刺激による効果として、歩行動作や筋力発揮の仕方の対称性に改善が見られたとしている。我々も振動刺激を下肢に与えることにより、脳卒中片麻痺患者の歩行促進に寄与する装置の開発を目指している。装置は、両側足底につける荷重センサで歩行中の立脚/遊脚のタイミングを計測し、そのタイミングに合わせて振動モーターによる歩行患者の下肢を刺激し促通をはかり、片麻痺患者の歩行促進を図る装置を目指している。このような装置の製作を業者に依頼して完成を待っていたが、事情により完成できなかったため、その後別な業者に製作の依頼を行い、開発の段取りを進めており、今年度早期に開発を実現する予定である。また、本年度は、歩行改善の評価方法の再検討を行った。これまでも歩行改善の評価は、10m歩行時間や関節角度のピーク値などを用いてきたが、これらは歩行周期中の一時点のみの値を抽出した指標で、歩行周期全体に亘る動きの評価にはなっていなかった。歩行周期全体の評価を行うために、関節角度などの歩行変数に対して相互相関係数を用いることを考え、そのプログラムを作成した。これを用いると、同一歩内での左右の比較は、その一致度が左右差(麻痺ー非麻痺側間差)を表す指標となり、また、同一側の数歩の指標の相互の相関係数は、歩行時の動きの一貫性を表す指標となる。健常者および片麻痺患者数名を用いた予備的計測の結果は、前述の計算方法が妥当であることが確認された。今後の歩行計測の評価に活用していく予定である。装置開発業者と装置の共同開発を進めていたが、別の開発業者に入れ替える必要が生じたため。無線センサ方式の歩行訓練支援システムの開発に向け、新たな業者との共同開発に取り組む。一方で、装置開発とは別に、歩行中の下肢筋に振動刺激を行い、その有無による下肢筋電位、および歩行3次元動作への影響を健常者で確かめ、有効な振動刺激位置を見出した後、片麻痺患者での歩行改善に対する下肢への振動刺激の有効性の検証を行う。脳卒中片麻痺患者の歩行機能回復訓練では,理学療法士などの介助者が必要な場合が多く,人的負担が大きい.このため,患者が自律的に行える歩行訓練支援システムが切実に求められている.これまでの研究により、麻痺側遊脚中には麻痺側大腿の振出しおよび非麻痺側腰部中殿筋を刺激し、非麻痺側足遊脚中には、麻痺側腰部中殿筋を振動刺激して片麻痺患者の歩行中の麻痺側下肢の運動を非麻痺側下肢の動きに近づけることを目指すシステムを開発してきており、個別的には振動刺激で改善のみられる被験者(患者)も見られるが、効果は一部の被験者に止まるという状況である.最近、歩行中の下肢の特定の筋や腱に振動刺激を与えて下肢筋の筋電図を調べた研究で、特定の筋に特定の歩行位相で筋電位の増大を主とする変化が見られたとする研究が発表されている.これらの研究では、下肢への振動刺激の刺激箇所や振動を与えるタイミングが我々とは異なっており、また、評価指標として筋電図を用いた点が異なっていた.これらの知見を参考に、刺激の部位や周期を変えた時の振動刺激を用いたときの下肢の反応を調べ、それらの知見に基づき歩行訓練支援装置の開発を目指す.本年度は、主に新しい装置の設計に重点を置いた。この装置では、歩行中の測定の荷重信号を計測し、これをもとに歩行タイミングに合わせた振動モーターの駆動を行う。また、歩行改善の評価を下肢の筋電位で行う。センサ間は無線で信号を送受し、信号ケーブルを用いることにより生ずる装着時の手間および歩行動作への患者への負担を小さくする。これら無線センサに関する部分は、専門業者の協力を得て、共同で開発に取り組む計画を進めている。装置の共同開発を進めているが、センサ内でアルゴリズムの計算を行う新装置の開発を待つため、装置製作が遅れている。脳卒中によって生ずる片麻痺の状態から、自立した歩行機能を回復するための訓練方法を見出すことは重要な課題であり、患者が自律的に行える歩行訓練装置などの訓練支援システムが切実に求められている。これまでの研究により、麻痺側遊脚中には麻痺側大腿の振出しおよび非麻痺側腰部中殿筋を刺激し、非麻痺側足遊脚中には、麻痺側腰部中殿筋を振動刺激して片麻痺患者の歩行中の麻痺側下肢の運動を非麻痺側下肢の動きに近づけることを目指すシステムを開発してきており、個別的には振動刺激で改善のみられる被検者(患者)も見られるが、効果は一部の被検者に止まるという状況である。近年、振動刺激を用いて歩行中の筋電位の変化をみた研究が見られるようになった。Verschuerenらは、下肢の主要な筋腱部に振動刺激を与えたときの各筋の筋電位の変化を調べている。大腿部の直筋と二頭筋の膝附近の腱部に振動刺激を与えたときに、筋電位の増大が見られたとしている。

一方、Coteyらは、健常者と脊損患者に対して、大腿四頭筋の筋腹部に振動刺激を与えた結果、大腿四頭筋、外側広筋、大腿二頭筋に筋電位の増大が見られたとしている。これらの研究では、下肢への振動刺激の刺激箇所や振動を与えるタイミングが我々とは異なっており、また、評価指標として筋電図を用いた点が異なっていた.これらの知見を参考に、刺激の部位や周期を変えた時の振動刺激を用いたときの下肢の反応を調べ、それらの知見に基づき歩行訓練支援装置の開発を目指す.本年度は、主に新しい装置の開発に取り組んでいる。装置は、両側足底につける荷重センサで歩行中の立脚/遊脚のタイミングを計測し、そのタイミングに合わせて振動モーターによる歩行患者の下肢を刺激し促通をはかり、片麻痺患者の歩行促進を図る装置を目指している。また、歩行改善の評価を下肢の筋電位で行う装置を目指す。装置開発業者と装置の共同開発を進めていたが、装置製作が遅れているため。近年、歩行不全患者に対する歩行リハビリテーションに対して、振動刺激活用の有効性を示す知見が増えている。Ritzmanらの脳性麻痺患者に対する振動刺激治療の効果に関わる文献レビューによると、患者の歩行中の神経系や歩行動作などの粗大運動機能に改善が見られたとしている。また、Afzalらは脳卒中片麻痺患者への下肢の振動刺激による効果として、歩行動作や筋力発揮の仕方の対称性に改善が見られたとしている。我々も振動刺激を下肢に与えることにより、脳卒中片麻痺患者の歩行促進に寄与する装置の開発を目指している。このような装置の製作を業者に依頼して完成を待っていたが、事情により完成できなかったため、その後別な業者に製作の依頼を行い、開発の段取りを進めており、今年度早期に開発を実現する予定である。また、本年度は、歩行改善の評価方法の再検討を行った。これまでも歩行改善の評価は、10m歩行時間や関節角度のピーク値などを用いてきたが、これらは歩行周期中の一時点のみの値を抽出した指標で、歩行周期全体に亘る動きの評価にはなっていなかった。歩行周期全体の評価を行うために、関節角度などの歩行変数に対して相互相関係数を用いることを考え、そのプログラムを作成した。これを用いると、同一歩内での左右の比較は、その一致度が左右差(麻痺ー非麻痺側間差)を表す指標となり、また、同一側の数歩の指標の相互の相関係数は、歩行時の動きの一貫性を表す指標となる。健常者および片麻痺患者数名を用いた予備的計測の結果は、前述の計算方法が妥当であることが確認された。今後の歩行計測の評価に活用していく予定である。装置開発業者と装置の共同開発を進めていたが、別の開発業者に入れ替える必要が生じたため。無線センサ方式の歩行訓練支援システムの開発に向け、まずは、両側足底につけた荷重センサ信号を用いて歩行の特定移送での振動モータ駆動を行う装置を製作し、同時に無線筋電センサでの筋電位信号の振動刺激の有無による比較を行う計測実験を健常者および片麻痺患者について進めていく。無線センサ方式の歩行訓練支援システムの開発に向け、新たな業者との共同開発に取り組む。
CD26およびガングリオシドGD3を介するT細胞免疫応答の制御機構の解析

CD26分子およびガングリオシドGD3はメモリーT細胞に選択的に発現しており、T細胞の遊走亢進や活性化に関与している。CD26およびGD3を介するT細胞免疫応答の制御機構を検討した。1.CD26のシグナル伝達分子の検索および解析:単球由来の細胞株THP-1の細胞溶解液から、新たなCD26結合蛋白としてcaveolin-1を同定した。caveolin-1のscaffolding domainがCD26との結合に必要であった。抗原刺激を受けた単球の表面にcaveolin-1が出現し、可溶性CD26との結合を介してCD86の発現が亢進した。2.CD26およびGD3陽性T細胞の遊走能亢進機序の解析:CD26陽性T細胞はLFA-1分子を介する血管内皮細胞との接着後にtransendothelial migrationするが、GD3陽性T細胞はGD3と血管内皮表面の分子との相互作用を介して、無刺激の状態で遊走した。CD26やGD3を強発現するリンパ球はCas-L発現とリン酸化が亢進しており、T細胞の遊走能亢進に関与していることが示唆された。3.CD26およびGD3に対する抗体によるT細胞機能制御:抗CD26抗体によるクロスリンクによりラフト中のCD26分子が増加し、c-Cbl, ZAP70, ERK1/2,TCRζのチロシンリン酸化が認められた。抗CD26抗体はp21^<Cip1>発現の増強を介してG1/Sarrestを誘導してT細胞の増殖を抑制した。抗GD3抗体はアポトーシスを誘導した。またGD3はCholera toxin B (CTB)が認識するガングリオシドGM1との共局在を示さないが、Lynとcaveolin-1と共局在を示した。今後は、T細胞および単球の間での免疫応答におけるCD26-caveolin-GD3の関連について検討する。CD26分子はT細胞の表面分子であり、その細胞外ドメインにdipeptidyl peptidase IV酵素活性を有する。そしてCD26のDPPIV活性を介したケモカインとの相互作用がT細胞の遊走亢進、活性化に関与し炎症や免疫応答を制御している。我々はメモリーT細胞がCD45RO分子とともにCD26分子およびガングリオシドGD3を選択的に発現していること、CD26陽性T細胞は関節リウマチの炎症局所で増加し、滑液リンパ球ではCD26に比べてGD3の発現が亢進していることを明らかにしてきた。本年度はCD26およびGD3を介するT細胞免疫応答の制御機構について以下のことを検討した。1.CD26のシグナル伝達分子の探索および解析:CD26分子は細胞内に6個のアミノ酸しかなくシグナル伝達のためには他のシグナル伝達分子の関与が必要と考えられている。CD45分子との会合が強く示唆されたが、そのシグナル伝達にはlipid raftが関与していた。さらに、詳細な機序について検討をすすめる予定である。また、CD45以外のシグナル伝達分子についても、各種の細胞および刺激を用いて、抗CD26抗体による免疫沈降を行ないいくつかの分子が検出されており、同定をすすめている。2.CD26およびGD3陽性T細胞の遊走能亢進機序の解析:CD26陽性

T細胞はLFA-1分子を介する血管内皮細胞との接着後にtransendothelial migrationするが、GD3陽性T細胞はGD3と血管内皮表面の分子との相互作用を介して、無刺激の状態で遊走が起きるという違いを認めた。さらにリンパ球遊走に関与する細胞内分子であるCas-Lのリン酸化の状態をGD3陽性T細胞およびGD3刺激下で検討するとともに、ケモカインレセプター(特にCXCR4、CCR1、CCR5)との関連の検討も進めている。CD26分子はT細胞の表面分子であり、その細胞外ドメインにdipeptidyl peptidase IV酵素活性を有する。そしてCD26のDPPIV活性を介したケモカインとの相互作用がT細胞の遊走亢進、活性化に関与し炎症や免疫応答を制御している。我々はメモリーT細胞がCD45RO分子とともにCD26分子およびガングリオシドGD3を選択的に発現していること、CD26陽性T細胞は関節リウマチの炎症局所で増加し、滑液リンパ球ではCD26に比べてGD3の発現が亢進していることを明らかにしてきた。本年度はCD26およびGD3を介するT細胞免疫応答の制御機構について以下の検討を行い成績を得た。1.CD26のシグナル伝達分子の探索および解析:単球由来の細胞株THP-1の細胞溶解液を調製し、CD26結合蛋白を抽出し、ADAに加えてcaveolin-1が結合蛋白であることを明らかにした。caveolin-1のscaffolding domainがCD26との結合に必要であった。2.CD26およびGD3にに対する抗体によるT細胞機能制御:Cholera toxin B(CTB)との局在やサッカロース濃度勾配超遠心法を用いた実験からCD26がラフトにあることを明らかにした。抗CD26抗体によるクロスリンクによりラフト中のCD26分子が増加し、c-Cbl, ZAP70,ERK1/2,TCRzetaのチロシンリン酸化が認められ、CD26を介したT細胞の活性化にCD26分子のラフトへの動員の増加が必要であることが示唆された。抗CD26抗体はp21Cip1発現の増強を介してG1/S arrestを誘導してT細胞の増殖を抑制した。さらにGD3はCTBとの共局在を示さないが、LynとCaveolinと共局在を示した。抗GD3抗体によるアポトーシスの誘導もみられた。
In vivo細胞集団動態制御と運動マシナリー

前年度から継続して蛍光標識法による解析を進めたところ、In vivoにおける組織形態制御のモデルとしてアフリカツメガエル胚表皮の修復過程における細胞運動の主要な駆動力には、細胞骨格アクチンとセプチン、モーター蛋白質II型ミオシンの他、微小管、その他のモーター蛋白質の複合的な機能が重要であることが見出された。これらの想定していなかった細胞骨格とモーター蛋白質の関与を解明することがin vivo細胞集団の駆動力制御の解明に必要であると考えられたため、各々の組織修復過程における機能の検証を開始した。特に、セプチンの機能としてそれぞれの機能を統合する可能性が予想されたため、組織形態修復における微小管とセプチンの機能、および機能未知であるモーター蛋白質・非典型ミオシンの関与、さらには前年度に見出された細胞内カルシウム動態の検証を行った。この過程で、細胞内カルシウムの可視化および細胞内カルシウム濃度を細胞レベルで操作する方法などを試行し、組織修復過程特有の細胞内カルシウム動態を検出するなど、一定の成果が得られた。さらに、各因子の機能を検証する方法として、モルフォリノアンチセンスオリゴを用いたノックダウン法を行ったが、それに加えて、ゲノム編集によるノックアウトも試み、胚発生過程に対する影響は検証可能となった。In vivo組織形態形成過程においても蛍光標識法を行ったところ、当初想定した以上にダイナミックな細胞骨格の時間的・空間的制御が見出された。さらに、この細胞骨格の時間的・空間的制御に関わる制御因子の機能を解析・検証した。また、当初計画した電子顕微鏡による観察では、前年度で判明した固定法の課題に加え、上述のような刻々と変化する細胞骨格動態を捉えることが困難であったが、一方でその細胞骨格動態を支え、組織全体の形態変化に必須であると予想される細胞接着の配置に関する結果が得られた。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、In vivoにおける組織の形態形成と修復過程を担う細胞集団動態の駆動力の制御機序を解明するため、アフリカツメガエル胚(Xenopus laevis)をモデル動物として、細胞骨格アクチンとセプチンおよびモーター蛋白質であるII型ミオシンからなる細胞骨格複合体の役割とその制御機構の探索と検証を行った。本年度は、アフリカツメガエル胚組織を対象とする電子顕微鏡観察のための条件検討、および蛍光標識蛋白質を用いた新たな細胞駆動力の探索、さらにそれらの制御機構の解析を行った。電子顕微鏡観察のためのアフリカツメガエル胚の固定法として、化学固定、急速凍結法を行った。樹脂包埋ののち、超薄切片を作成し、アクチンフィラメントが蓄積すると予想された細胞内領域の観察を透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて行った。その結果、固定法の改善、および胚組織標本から標的領域を高効率で観察する方法の改善が必要であることが判明した。固定法の至適化は課題ではあるが、標的領域の画像取得には、集束イオンビーム走査電子顕微鏡(FIB/SEM)を用いて広い範囲を撮影することで可能になった。一方で、細胞集団の中でアクチンやミオシン、セプチン駆動力として機能する細胞が限定されており、さらにそれらの細胞内でもアクチンフィラメントの蓄積が見られる領域が時間的・空間的に限局していることから、蛍光標識蛋白質によるライブイメージングとの併用は必須であると考えられた。In vivoの組織形態制御において、セプチンのアクチン・ミオシンに対する機能は不明点が多いことから、蛍光標識蛋白質の観察によるセプチンの機能も検証した。さらに、細胞集団の駆動力を制御すると予想された制御因子群のノックダウンも行い、組織形態形成過程および組織修復過程における細胞骨格およびモーター蛋白の動態への影響を解析した。アフリカツメガエル胚組織の電子顕微鏡観察のための固定法の至適化が課題として残っており、この点において初年度の計画期間に延長が必要となった。本研究でアフリカツメガエル胚の組織に対し、通常の電子顕微鏡観察のための化学固定法を試みたところ、細胞の萎縮や、細胞膜の破壊が生じた。アフリカツメガエル胚に適した緩衝液で固定法の改変を行ったがさらなる改善の余地がある。さらに急速凍結法を試験的に行ったところ、組織の厚みと胚組織特有の脆弱性から、凍結時の高圧化での細胞および組織形態の維持が困難であった。これらを踏まえ、アフリカツメガエル胚組織の電子顕微鏡観察に最適の状態を維持する固定法の探索と開発、および化学固定法と凍結法の組み合わせる方法を検証中である。一方で、並行して行った蛍光標識蛋白質を用いた解析により、目的としていたセプチンの機能を検証し、当初想定していたアクチン・II型ミオシンへの影響に加え、新たな細胞骨格とモーター蛋白質の関与が示唆された。特に、組織の修復過程においては、アクチン・II型ミオシンのみならず、複合的な細胞骨格およびその制御因子の組み合わせが必要であることが示唆され、組織の形態形成との差異が見出された。さらに、アクチン・II型ミオシンの動態に影響を与えると考えられていた細胞内カルシウム動態の解析を開始し、特に組織修復過程における細胞骨格と細胞内カルシウムの関係に新たな知見が得られた。また、電子顕微鏡解析の遅れを調整するため、次年度の計画を前倒しして行った制御候補因子のノックダウンの影響も検証した。組織の形態形成過程および修復過程双方において、同様の機能を果たすと考えられていた制御候補因子群が異なる役割を持つ可能性が示唆されるなど、今後の研究の発展の基礎が得られている。

前年度から継続して蛍光標識法による解析を進めたところ、In vivoにおける組織形態制御のモデルとしてアフリカツメガエル胚表皮の修復過程における細胞運動の主要な駆動力には、細胞骨格アクチンとセプチン、モーター蛋白質II型ミオシンの他、微小管、その他のモーター蛋白質の複合的な機能が重要であることが見出された。これらの想定していなかった細胞骨格とモーター蛋白質の関与を解明することがin vivo細胞集団の駆動力制御の解明に必要であると考えられたため、各々の組織修復過程における機能の検証を開始した。特に、セプチンの機能としてそれぞれの機能を統合する可能性が予想されたため、組織形態修復における微小管とセプチンの機能、および機能未知であるモーター蛋白質・非典型ミオシンの関与、さらには前年度に見出された細胞内カルシウム動態の検証を行った。この過程で、細胞内カルシウムの可視化および細胞内カルシウム濃度を細胞レベルで操作する方法などを試行し、組織修復過程特有の細胞内カルシウム動態を検出するなど、一定の成果が得られた。さらに、各因子の機能を検証する方法として、モルフォリノアンチセンスオリゴを用いたノックダウン法を行ったが、それに加えて、ゲノム編集によるノックアウトも試み、胚発生過程に対する影響は検証可能となった。In vivo組織形態形成過程においても蛍光標識法を行ったところ、当初想定した以上にダイナミックな細胞骨格の時間的・空間的制御が見出された。さらに、この細胞骨格の時間的・空間的制御に関わる制御因子の機能を解析・検証した。また、当初計画した電子顕微鏡による観察では、前年度で判明した固定法の課題に加え、上述のような刻々と変化する細胞骨格動態を捉えることが困難であったが、一方でその細胞骨格動態を支え、組織全体の形態変化に必須であると予想される細胞接着の配置に関する結果が得られた。電子顕微鏡による解析は、これまで見られなかったin vivoにおける細胞骨格の役割が検証可能となる情報を得られることが期待されるため、今後も固定法の最適化を中心に検証を進める予定である。一方で、成果が得られた蛍光標識蛋白質を用いたアクチン・II型ミオシンの動態解析は今後も継続し、特にセプチンの役割と候補とした制御因子群の機能の解析を進める。さらに、新たに判明した別の細胞骨格およびモーター蛋白質(非典型ミオシン)の関与も同様の方法で検証を続けていく。非典型ミオシンは多数報告されており、今回検証した非典型ミオシンと類似した機能をもつミオシンが存在するかを検証していく。これは、主要な細胞駆動力として考えられてきたアクチンとII型ミオシンが、その他の細胞骨格とモーター蛋白質と複合的に機能することが見出されたことから必要な検証である。これまで主に標的蛋白質の機能阻害法としてモルフォリノアンチセンス法によるノックダウン法を用いたが、今後はゲノム編集技術を試行し、両方法を併用しながら、標的蛋白質の機能を検証していく。また、細胞内カルシウム動態や細胞骨格を1細胞レベルで操作する方法として、今後は光操作技術を駆使してより正確な阻害実験と機能解析を行っていく。また、胚組織の形成過程と修復過程の双方を対象として研究を行ったことで、現象によって細胞集団の駆動力にも多様性がある可能性が見出された。
幾何学における超幾何系の新展開

1.調査研究の基本は神戸大学所属の分担者間での討議からはじめた。佐々木は幾何学に現れる可積分系のG.Darboux以来の歴史と日本とロシア・ドイツにおける研究の中心をまとめ、高野はパンルヴェ方程式の幾何構造の研究状況について、さらに野海は表現論と超幾何系の関連・パンルヴェ方程式の代数構造の問題・ヨーロッパにおける研究の現状について検討し、2つの調査研究会を開くこととした。1つは上記3者の主催する会議「超幾何系ワークショップin Kobe,98-幾何学・可積分系・パルヴェ系」(神戸大学滝川学術交流会館、1998年12月1日-4日)において、全国から90名の参加で超幾何系、パンルヴェ系、可積分系と幾何学について21個の報告を受けた。また、分担者宮岡と大仁田は「Hamiltonian Systems in Differential Geometry」(甲府市、1999年2月11日-13日)を開催し、平均曲率一定曲面、射影微分幾何における可積分系、周期的戸田方程式とループ群の量子コホモロジー、完備極小曲面のモジュライ空間上の微分幾何、等径超曲面の等質性にいたる可積分系の手法の解説等をおこなった。この会議に関連して、野海は「表現論ワークショップ」(アムステルダム)に講演及び研究視察に渡航する一方、ロシアの微分幾何と可積分系の研究状況に詳しいE.Ferapontov(Landau研究所)を招聘し(1999年1月30日-2月14日)、北海道大学での研究集会「Schwarz微分をめぐって」において連続講演を行い、上記甲府での研究集会において微分幾何と可積分系の諸問題について報告を行った。これらの幾何と可積分系をめぐる新しい動向は、超幾何系研究者・微分幾何の研究者に加え、表現論や代数の分野からも興味を呼び、2000年には第9回日本数学会国際研究集会を開催することとなり、この企画調査はその準備に有益な寄与をしたと考える。2.なお、研究課題に関連して代表者及び分担者の得た新しい結果の主要なものは次の通りである。●3次曲面のモジュライを4次元球の商空間として実現する線形微分方程式の具体形を求めたこと(佐々木・吉田)●等径超曲面の等質性についての最終的解決(宮岡)●アフィンWeyl群の表現に基づいてPainleve型差分系の系統的な構成法を与えたこと及びA型アフィンWeyl群がBaklund変換群として作用するような,高階Painleve微分方程式を構成したこと(野海)1.調査研究の基本は神戸大学所属の分担者間での討議からはじめた。●3次曲面のモジュライを4次元球の商空間として実現する線形微分方程式の具体形を求めたこと(佐々木・吉田)●等径超曲面の等質性についての最終的解決(宮岡)●アフィンWeyl群の表現に基づいてPainleve型差分系の系統的な構成法を与えたこと及びA型アフィンWeyl群がBaklund変換群として作用するような,高階Painleve微分方程式を構成したこと(野海)
第一世代星・高赤方偏移天体におけるR-プロセス元素と銀河・宇宙年齢の研究

本研究の目的の一つであったRプロセス元素の観測的研究が、ハワイ・マウナケア山頂に完成した「すばる望遠鏡高分解能高分散分光器HDS」の稼動とともに、最終年度である2000年にようやく可能となった。数回の試験観測で期待通りの性能であることが実証され、幾つかの超金属欠乏星におけるトリウム232(半減期寿命141億年)、ウラニウム238(半減期寿命45億年)、レニウム187(半減期寿命435億年)などの観測が行われた。現在、それらのデータ解析が進められている。超新星爆発におけるRプロセス元素の理論に関する理解も飛躍的に進み、大きな進展がみられた。核宇宙年代計として最適な放射性元素のなかで、宇宙年齢と同程度の崩壊寿命を持つアクチノイドは、超新星爆発に伴う爆発的r-過程でのみ合成されると考えられる。これらの元素の起源天体が持ちうる物理環境、すなわち、超新星爆発において、ニュートリノ球から放射される強い電子型、ミュー型、タウ型ニュートリノ流束の大きさ、原始中性子星の質量と半径、ニュートリノ過熱によって達成されるエントロピーなどのニュートリノ駆動風のダイナミックスを支配する物理量と、最終的にそこで合成されるRプロセス元素量との関係を明らかにした。平成10年度は、宇宙年齢に匹敵する寿命を持つトリウムなどの放射性重元素を作り出す物理過程を明らかにすることを目指して研究を展開した。核宇宙年代計に適した放射性重元素のほとんどは、超新星爆発や中性子星連星系の合体に伴う爆発的r-過程で合成されると考えられる。重力崩壊型超新星爆発に伴う強いニュートリノ流束は生まれたての中性子星大気を加熱する。これにより作られるホット・バブルの性質について研究した。重力場によるニュートリノの赤方偏移効果、軌道の湾曲効果、流体方程式への一般相対論効果、等を詳細な検討した結果、超新星1987Aより重い大質量星の重力崩壊でできると考えられる存在限界に近い中性子星の大気では、膨張の時間スケールが極端に短くなるため、低エントロピー140程度でもr-過程が起こる物理条件が整うことを見い出した。爆発的元素合成を定量的に理解するために、約3000核種とそれらを結び付ける約15000個以上の核力、電磁気力、弱い力による核反応を含むネットワークを構築し、100億度という高い温度から素粒子・原子核反応を数値的に追跡できる計算コードを開発した。これを用いて、我々が求めた相対論的流体中でのr-過程元素合成の数値シミュレーションを実行し、r-過程元素組成の第2、第3ピーク、及び、それより重いトリウムやウラニウムもこのホット・バブルで合成されることを明らかにした。核宇宙年代計として最適な放射性元素のなかで、トリウム232(半減期寿命141億年)、ウラニウム238(半減期寿命45億年)、レニウム187(半減期寿命435億年)を作り出す起源天体、物理環境の解明、および、宇宙・銀河の化学進化理論を用いた銀河年齢の推定に関して研究した。トリウム、ウラニウム、プルトニウム等のアクチノイドは、超新星爆発に伴う爆発的r-過程で合成されると考えられる。球対称定常流を過程した一般相対論的流体力学を用いて、重力崩壊型超新星爆発によって誕生した熱い中性子星のケルビン・ヘルムホルツ冷却過程(約10秒持続する)、ニュートリノ球から放射される強い電子型、ミュー型、タウ型ニュートリノ流束による中性子星の外層の加熱過程、その結果高エントロピーとなり急膨張するニュートリノ駆動風のダイナミックス、等を明らかにした。われわれが独自に開発した大次元の核反応ネットワークと結合して、ショック波の背後で中性子星からの距離にして500kmほどの距離で起こるとされるr-過程元素合成過程を詳細に研究した。その結果、まず、確かにニュートリノ駆動風の中でr-過程元素合成が起きることを定量的に明らかにし、次に、アクチノイドの合成量とニュートリノ駆動風の物理条件との関係を明確にした。一方、オスミウムーレニウム核宇宙年代計を用いて銀河年齢を推定するためには、r-過程元素合成とともに、AGM星で起きるとされるs-過程元素合成のメカニズムを明らかにしなければならない。AGM星内部に相当する高温度における励起状態を経由するs-過程元素合成の量子力学的計算を行い、銀河年齢の推定値への影響を定量的に明らかにした。

本研究の目的の一つであったRプロセス元素の観測的研究が、ハワイ・マウナケア山頂に完成した「すばる望遠鏡高分解能高分散分光器HDS」の稼動とともに、最終年度である2000年にようやく可能となった。数回の試験観測で期待通りの性能であることが実証され、幾つかの超金属欠乏星におけるトリウム232(半減期寿命141億年)、ウラニウム238(半減期寿命45億年)レニウム187(半減期寿命435億年)などの観測が行われた。現在、それらのデータ解析が進められている。超新星爆発におけるRプロセス元素の理論に関する理解も飛躍的に進み、大きな進展がみられた。核宇宙年代計として最適な放射性元素のなかで、宇宙年齢と同程度の崩壊寿命を持つアクチノイドは、超新星爆発に伴う爆発的r-過程でのみ合成されると考えられる。これらの元素の起源天体が持ちうる物理環境、すなわち、超新星爆発において、ニュートリノ球から放射される強い電子型、ミュー型、タウ型ニュートリノ流束の大きさ、原始中性子星の質量と半径、ニュートリノ過熱によって達成されるエントロピーなどのニュートリノ駆動風のダイナミックスを支配する物理量と、最終的にそこで合成されるRプロセス元素量との関係を明らかにした。これらを銀河の進化理論に適用して銀河年齢を推定する研究が、進行中である。
蛋白質機能の分子論的メカニズム

初年度に引続き本特定研究推進のための総合計画の立案,計画研究および応募研究の班間,班員間の交流,研究の進捗状況の把握のために次のような会議と活動を行なった.(1)総括班全体会議(9月),総括班代表者会議(10月),特定研究全体会議(11月),蛋白質のデータベースを考える会(12月),その他,研究体制,本研究の将来像などの会議を3回開いた.(2)班員全員の名簿と分担課題を印刷し配布した.(3)サーキュラーを2回発行した.主な内容は,今年度の研究組織と研究テーマ,蛋白質データベースの現状と將来像,公開シンポジウムの内容の紹介と印象記,班会議や各種集会の内容の紹介,そして本年度の研究成果のとりまとめを行なった結果の要約などである.(4)研究成果の公開と討論のため,公開シンポジウム「タンパク質機能の分子論的メカニズム」を11月5日,大阪ガーデンパレスで開催した.進展の著しい新しい技術を沢山に盛り込んだ内容の講演を,班員3名,外部から3名,その内1名は外国からの研究者で行い好評を拍した.出席者は約100名で,その内の約20%は大学以外の研究機関からの出席者であった.(5)物性班と遺伝班の合同班会議を遺伝学研究所の研究集会と共催で行なった.27題の講演があり活発な討論が行なわれ,本特定研究の意義があらためて認識された.また物性班と構造班の合同班会議が蛋白質研究所で行なわれ, 27の講演があり討論が行なわれた.会議は非公開であったが,内容の要旨が小刷子にまとめられ印刷,配布された.(6)X線顕微鏡の研究と若手研究者に対する研究費の援助を行なった.初年度に引続き本特定研究推進のための総合計画の立案,計画研究および応募研究の班間,班員間の交流,研究の進捗状況の把握のために次のような会議と活動を行なった.(1)総括班全体会議(9月),総括班代表者会議(10月),特定研究全体会議(11月),蛋白質のデータベースを考える会(12月),その他,研究体制,本研究の将来像などの会議を3回開いた.(2)班員全員の名簿と分担課題を印刷し配布した.(3)サーキュラーを2回発行した.主な内容は,今年度の研究組織と研究テーマ,蛋白質データベースの現状と將来像,公開シンポジウムの内容の紹介と印象記,班会議や各種集会の内容の紹介,そして本年度の研究成果のとりまとめを行なった結果の要約などである.(4)研究成果の公開と討論のため,公開シンポジウム「タンパク質機能の分子論的メカニズム」を11月5日,大阪ガーデンパレスで開催した.進展の著しい新しい技術を沢山に盛り込んだ内容の講演を,班員3名,外部から3名,その内1名は外国からの研究者で行い好評を拍した.出席者は約100名で,その内の約20%は大学以外の研究機関からの出席者であった.(5)物性班と遺伝班の合同班会議を遺伝学研究所の研究集会と共催で行なった.27題の講演があり活発な討論が行なわれ,本特定研究の意義があらためて認識された.また物性班と構造班の合同班会議が蛋白質研究所で行なわれ, 27の講演があり討論が行なわれた.会議は非公開であったが,内容の要旨が小刷子にまとめられ印刷,配布された.(6)X線顕微鏡の研究と若手研究者に対する研究費の援助を行なった.
p/n制御が可能な酸化物系I-III-VI2化合物半導体の物質・機能開拓

本研究では、酸化物半導体としては類まれな1.45eVの小さなバンドギャップを有するウルツ鉱型β-CuGaO2の結晶構造の精密解析した。また、この結晶が空気中でも300°C以下では実際上安定な準安定相であることを明らかにした、GaサイトへのBeおよびTiのドーピングが可能であることを示したが、注入された電子・正孔を活性化するには至らなかった。電子構造の計算と実測から、この結晶はバンド端近傍で強い光吸収を示すことを明らかとし、CdTe、CuInSe2などと最高変換効率を競いうる、酸化物では唯一の物質であることを明らかにした。(A)ウルツ鉱型β-CuGaO2の合成方法:以下の方法へと合成方法を最適化した。Na2CO3とGa2O3の固相反応により、前駆体となるβ-NaGaO2を作製する。前駆体とCuClを等モル混合し真空中で熱処理後、粉末を水洗しNaClを除去し、ウルツ鉱型β-CuGaO2を得る。ICP発光分析によれば、生成物の組成はGa:Cu:Na=1:1.007:0.002であり、前駆体中のNaイオンのほぼすべてがCuへとイオン交換される。(B)結晶構造・電気的・光学的性質:放射光硬X線を使用し、Rietveld法によりβ-CuGaO2の結晶構造を解析した。結晶構造はウルツ鉱型超構造のβ-NaFeO2型構造であり、ウルツ鉱型ZnOと格子定数、原子座標が近く、ZnOを基板としたエピタキシャル成長に適していることが明らかとなった。拡散反射スペクトルからバンドギャップは1.47eVであること、焼結体で評価した伝導度は1×10-6Scm-1、ゼーベック係数の符号は正でp型半導体であることなどを明らかにした。(C)p/nドーピング:Gaの一部をBe,Mg,Caで置換することでp型ドーピングを、Si,Ge,Tiで置換することでn型ドーピングを検討している。BeおよびSi,TiでGaとの置換に成功している。しかし電気伝導度が大きく増大するには至っておらず、キャリアの活性化プロセスを検討中である。(D)エネルギーバンド計算:sX-LDA、GGAを使用して、Rietveld解析により得られた結晶構造を出発としβ-CuGaO2の構造緩和とエネルギーバンド計算を行った。いずれの汎関数でも、β-CuGaO2が直接遷移型半導体であること、価電子帯の上部はCu 3d軌道の寄与が大きく状態密度が大きいため、バンド端近傍での大きな光吸収係数が期待できることなどが明らかとなった。(A)ウルツ鉱型β-CuAlO2の合成を試みたが、多形であるγ相が生成し、β相は得られなかった。しかし、ウルツ鉱型構造の単相がCu(Ga1-xAlx)O2組成で0≦x≦0.7の範囲で得られ、これによりバンドギャップを1.52.2eVの範囲で制御できた。このことは、酸化物半導体の応用領域を近赤外域から可視光域へと広げ、今後の応用研究の進展を期待させる。(B)β-CuGaO2, β-AgGaO2のXPSスペクトルを、多形のデラフォサイト構造のそれとともに測定した。その解析により、ウルツ鉱型三元系酸化物半導体の電子構造の概要が明らかとなった。(C)前年度はGGAおよびsX-LDAを汎関数としたバンド計算を行ったが、この結果は前項の研究で得たXPSを再現できなかった。このためクーロン反発を考慮したLDA+Uを使用し実測のXPSを再現するU値を求めた。最適化されたU値での計算結果より、価電子帯の強いCu 3dあるいはAg 4dの寄与および伝導帯でのGa 4sとCu 4sあるいはAg 5sの混成が認められた。それらからβ-CuGaO2の正孔及び電子の有効質量がそれぞれ0.21 me*/m0、1.75.1 mh*/m0となることが示された。また、β-CuGaO2のバンド端近傍での光吸収係数は2×104 cm-1に達し、CdTeなどと同様太陽電池の光吸収材料として適することが示された。(D) GaサイトをTiで置換したβ-AgGaO2で、伝導度を10-1Scm-1まで付与することに成功した。他の系では電荷補償機構がいまだ不明であり、p型ドーピングには成功していない。今後の単結晶など良質結晶の作製に期待がもたれる。無機材料化学H25年に実施を計画していた項目が予定通り進んでいる。H26年度に実施を計画していたバンド計算については前倒しして実施することができた。H25年度は計画通りに進行したので、このままのペースで研究を継続する。