hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
次世代超高強度・高延性・耐熱マグネシウム合金の開発

合金押出し材の組織や機械的性質に及ぼすZn添加の影響を調べたところ、Znを添加した場合には結晶粒径が2μmまで微細化し、押出し材の引張強さと0.2%耐力は、それぞれ382MPaおよび320MPaであった。一方、Zn未添加の押出し材の結晶粒径は10μmであり、引張強さと0.2%耐力は、それぞれ341MPaおよび270MPaまで低下した。以上の通り、Mg-Gd-Y基合金押出し材の組織および機械的性質に及ぼす合金元素や添加量の影響を調べ、押出し材の高強度・高延性化に必要な組織因子を抽出した。さらに、透過型電子顕微鏡やDigital Image Correlationを駆使して、変形途中の詳細な組織変化も調べ、押出し材の高強度・高延性化メカニズムも解明した。高強度・高延性Mg-HRE基合金の開発を目的として、Mg-8Gd-4Y合金(wt.%)の機械的性質やミクロ組織に及ぼすAlやZn添加量の影響を調べた。0.5wt.%のAlを添加することで、鋳造材の結晶粒径は微細化する。また、Znの添加により、押出し加工中の動的再結晶は抑制される。押出し材の強度特性は、未再結晶粒が多いほど向上することから、AlとZnを同時に添加することで、Mg-8Gd-4Y(wt.%)合金に高い強度と延性を付与できることがわかった。平成28年度に、鋳造材の結晶粒径を十分に微細化でき、Al2Gdやβ'相・LPSO相の微細・高密度分散に必要な添加合金元素量は明らかにした。平成29年度は、添加合金元素量を最適化した合金を用いて押出し加工に供し、超高強度・高延性・高耐熱性を有するMg-Gd-Y-Al基合金押出し材の開発を狙う。具体的な実施項目は、以下の通りである。[Mg-Gd-Y-Al基合金押出し材の機械的性質に及ぼす組織因子の影響解明]:平成28年度に抽出した検討合金に様々な条件の熱処理や押出し加工を施し、結晶粒径や未再結晶率、第2相のサイズ・体積率の異なる押出し材を創る。これらの押出し材の室温・高温での機械的性質と組織因子の定量的な関係を詳細に調べ、超高強度・高延性・高耐熱性を付与できる組織因子を抽出する。[Mg-Gd-Y-Al基合金押出し材の組織因子に及ぼすプロセス条件の影響解明]:平成28年度に抽出した検討合金に様々な条件の熱処理や押出し加工を施し、押出し材の結晶粒径や未再結晶率、第2相のサイズ・体積率を詳細に調べ、再結晶粒の形成メカニズムや結晶粒微細化メカニズム、β'相・LPSO相の微細かつ高密度分散メカニズムを明らかにする。また、平成29年度に明らかにする超高強度・高延性・高耐熱性の付与に必要な組織因子を具現化するためのプロセス条件最適化も行う。これらの系統的な研究を実施し、Mg-Gd-Y-Al基合金押出し材のプロセス条件-組織因子-機械的性質の定量的な関係を明らかにすることで、原理・原則に基づき、超高強度・高延性・高耐熱性を示すMg-Gd-Al基合金の最適組成やプロセス条件を提案する。材料工学
ギガ・ノード超高密度量子ナノ集積構造の作製と表面制御技術の開発

本研究の目的は、化合物半導体低損傷プロセスによる高密度量子ナノ集積構造の形成手法と、その表面および界面のナノスケール制御手法を開発し、量子集積回路実現のための基礎技術を確立することである。平成17年度の研究成果は以下のようにまとめられる。1.分子線エピタキシャル成長法(MBE)により、ガリウム砒素(GaAs)(111)B加工基板上へGaAs/AlGaAs量子細線構造の選択的成長を行い、その形成メカニズム/サイズ制御性について調べた。成長温度、材料組成を系統的に変えて行なった一連の実験結果と、吸着原子の拡散方程式に基づく成長シミュレーションの結果から、加工基板が持つ結晶面方位の違いや材料原子の種類により、表面吸着原子の拡散/取り込まれ寿命が異なり、その表面拡散論的な成長機構により、GaAs細線の断面形状が説明されることがわかった。これらの結果を基礎とし、GaAs細線の位置とサイズを数nmオーダーの精度で制御することを可能にした。また、シミュレーションにより得られた成長条件を使って、断面が1辺40nmの三角形となるGaAs細線を実験的に作製することにも成功した。2.上で開発した成長シミュレーションプログラムを、窒化ガリウム(GaN)(0001)加工基板上への選択成長に適用した。Ga原子とAl原子に対して適切な拡散係数と表面取込み寿命を設定することにより、材料組成、結晶面方位など成長条件を変えて作製したGaN/AlGaN量子細線構造が、同一のパラメータのもと、計算により非常に良く再現できることが分かった。3.電気化学的手法を用いて、InP(001)、(111)A、(111)B基板にポーラス(多孔質)構造を形成し、構造および光学的特性の評価を行なった。孔の形状および大きさは、印加電圧と電解液の濃度に強く依存し、(001)基板を用いた最適な条件では、1辺80nmの四角形の孔が三角格子上に配列し、深さ方向への直線性が極めて優れていることが分かった。孔の形成の後に残された半導体の壁は、六角形状のネットワークとなり、最大10^<10>node/cm^2の密度を達成することができた。平成16年度の研究成果は以下のようにまとめられる。1.分子線エピタキシャル成長法(MBE)により、ガリウム砒素(GaAs)(001),(111)B加工基板上へ量子細線構造の選択的成長を行い、その形成メカニズム/サイズ制御性について調べた。実験および成長シミュレーションの結果、加工基板が持つ結晶面の違いにより材料原子の拡散/取り込まれ量が異なり、その表面拡散論的な成長機構により、形され複雑なGaAs細線の形状が説明されることがわかった。これらの結果を基礎とし、適切な加工寸法と成長条件を選ぶことにより、この方法で形成されるGaAs細線の位置とサイズを数nmオーダーの精度で制御することを可能にした。2.MBE選択的成長法により、窒化ガリウム(GaN)(0001)加工基板上に、GaN/AlGaN量子細線構造の形成を行った。<1-100>方向および<11-20>方向に沿ったメサ構造を形成し、成長過程を比較した結果、<11-20>方向加工基板にのみ、成長時間による細線サイズの制御が可能であることが分かった。細線を六角形状に接合したヘキサゴナル細線ネットワーク構造の形成にも成功し、GaN系量子細線デバイスの高密度集積化の基本構造として展望が開けた。3.シリコン(Si)超薄膜による表面不活性化技術を、GaAs(001),GaAs(111)B加工基板上に形成した量子細線構造に適用し、その効果を調べた。表面不活性化膜がない場合、GaAs細線の表面障壁層が薄くなると、PL発光強度が著しく低下するのに対し、Si不活性化膜を適用した場合、低下したPL強度は再び回復することが分かった。この一連の振る舞いが、量子細線表面に存在する高密度表面準位を介した非発光再結合により説明可能であることを実験および理論計算から示し、Si不活性化膜が表面準位密度を効果的に減少させ、量子細線構造の表面不活性化に有効であることを示した。

2.上で開発した成長シミュレーションプログラムを、窒化ガリウム(GaN)(0001)加工基板上への選択成長に適用した。Ga原子とAl原子に対して適切な拡散係数と表面取込み寿命を設定することにより、材料組成、結晶面方位など成長条件を変えて作製したGaN/AlGaN量子細線構造が、同一のパラメータのもと、計算により非常に良く再現できることが分かった。3.電気化学的手法を用いて、InP(001)、(111)A、(111)B基板にポーラス(多孔質)構造を形成し、構造および光学的特性の評価を行なった。孔の形状および大きさは、印加電圧と電解液の濃度に強く依存し、(001)基板を用いた最適な条件では、1辺80nmの四角形の孔が三角格子上に配列し、深さ方向への直線性が極めて優れていることが分かった。孔の形成の後に残された半導体の壁は、六角形状のネットワークとなり、最大10^<10>node/cm^2の密度を達成することができた。
間質細胞間の接着能の強化と口腔癌細胞の浸潤・転移抑制の検討

[1]Malotilateのin vivoにおける転移抑制効果の観察SHRラット自然発生乳癌細胞SST-2の背部皮下移植し,Malotilateを強制経口投与したところ,腫瘍増殖には影響を与えなかったが肺転移は有意に抑制された。[2]Malotilateが発達させる間質細胞の細胞間結合装置の観察1:超微形態学的観察Malotilate1Ong/mlで24時間処理した血管内皮細胞において無処理血管内皮細胞に比べgap junction様の細胞間結合装置の増大が認められた。2:細胞間結合装置構成タンパクの検索(Western-Blotting法にて以下のタンパク量の変化を検索した。)[3]Malotilateにより誘導された細胞間結合装置の機能の検索1:細胞間結合能の検討Wound HealingassayにおいてMaldtilate処理血管内皮細胞は無処理血管内皮細胞に比較し有意にscatterringが抑制され、より強い結合力ににて細胞間結合がなされていることが示唆された。2:細胞間連絡能の検討以上のことより、Malotilateは血管内皮細胞において、細胞間結合装置特にgap junctionの形成を促し、形成されたgap junctionは機能していることが明らかとなった.[1]Malotilateのin vivoにおける転移抑制効果の観察SHRラット自然発生乳癌細胞SST-2の背部皮下移植し,Malotilateを強制経口投与したところ,腫瘍増殖には影響を与えなかったが肺転移は有意に抑制された。2:細胞間連絡能の検討以上のことより、Malotilateは血管内皮細胞において、細胞間結合装置特にgap junctionの形成を促し、形成されたgap junctionは機能していることが明らかとなった.[1]Malotilateが発達させる間質細胞の細胞間結合装置の観察1:超微形態学的観察Malotilate10ng/mlで24時間処理した血管内皮細胞において無処理血管内皮細胞に比べgap junction様の細胞間結合装置の増大が認められた。)[2]Malotilateにより誘導された細胞間結合装置の機能の検索1:細胞間結合能の検討Wound HealingassayにおいてMalotilate処理血管内皮細胞は無処理血管内皮細胞に比較し有意にscatterringが抑制され、より強い結合力ににて細胞間結合がなされていることが示唆された。[2]Malotilateが発達させる間質細胞の細胞間結合装置の観察1:超微形態学的観察Malotilate10ng/mlで24時間処理した血管内皮細胞において無処理血管内皮細胞に比べgap junction様の細胞間結合装置の増大が認められた。)[3]Malotilateにより誘導された細胞間結合装置の機能の検索1:細胞間結合能の検討Wound HealingassayにおいてMalotilate処理血管内皮細胞は無処理血管内皮細胞に比較し有意にscatterringが抑制され、より強い結合力にて細胞間結合がなされていることが示唆された。2:細胞間連絡能の検討以上のことより、Malotilateは血管内皮細胞において、細胞間結合装置特にgap junctionの形成を促し、形成されたgap junctionは機能していることが明らかとなった.
不連続性岩盤中における変形・浸透連成挙動の研究

地下発電所や原子力発電所の後背長大斜面、あるいは石油やLNG、LPG、核廃棄物の地層処分などの岩盤構造物においては、岩盤中を移動する水の挙動および構造物の安定性に及ぼす影響が重要な問題となる。しかしながら、岩盤中には母岩内の微細亀裂から節理、断層に至るまでの大小様々の規模の不連続面が存在しているために、水の挙動、岩盤の力学挙動に影響を及ぼす機構は極めて複雑である。また、母岩材料が水を含んだ場合の力学特性についても、土や粘土ほど明らかにされているとは言い難い。本研究は、岩盤中に分布する不連続面を損傷場と把える新しい力学を基に、岩盤における変形・浸透連成挙動の評価法の確立を目的として進められた。昭和62年度には、連続体力学における混合体理論に基づいて、岩石材料を対象とした連成挙動の支配方程式を定式化し、有限要素法によるその解析プログラムを開発した。また、三軸浸透圧縮試験用のセルを新しく開発し、岩石材料の力学特性に及ぼす水の影響を調べるための供試体試験を開始した。昭和63年度には、多孔質岩である大谷石を用いて三軸浸透圧縮試験を継続して実施し、岩石材料の強度変形特性に対して水は予想以上の影響を及ぼすことを明らかにした。また、開発した連成解析プログラムによる数値シミュレーションを実施し、提案理論の妥当性を検討すると共に、巨視的不連続面を損傷場として組み込むことの理論的検討を行った。その結果、水の存在による微視的不連続面の進展が、水の無い場合に比べて著しく異なることが明らかとなり、水を含んだ場合の岩石の破壊に至るまでの非線形連成挙動に対しては、亀裂の進展を水の挙動を同時に扱うような理論構成を検討する必要があることが明らかとなった。また、地下発電所施工現場の不連続面分布性状を調査してデータをまとめた。岩盤中には結晶粒間欠陥,層理,節理,断層等の各種の不連続面が存在している.石油貯蔵地下タンク,地下発電所,原子力発電所後背斜面,長大吊橋の基礎等の大規模岩盤構造物を設計・施工する場合,これら不連続面を内包する岩盤の変形挙動と共に不連続面を介して流れる水の連成挙動が問題となる.この連成挙動を取り扱うに際して,母岩の変形性と水の圧縮性がほぼ同一のオーグーとなり,この現象を既往の圧密理論で取り扱うことは不可能となる.本研究では微小な欠陥を含む母岩とその内を流れる水の連成挙動を混合理論の立場から再構成し,さらに節理等の規則的な不連続面群を有する岩盤の挙動を損傷力学の立場から記述することを試みるものである.本年度はまず,混合体理論に基づいて運動保存側,質量保存側から変形・浸透連成場の支配方程式を確立し,有限要素法によるその数値解析法プログラムを作成した.つぎに,岩石の透水三軸圧縮試験機を設計製作し,多孔質凝灰岩(大谷石)を用いて透水圧縮試験を実施した.この試験装置では,水の圧縮性を考慮して,岩石の側方変形をリング型グージによって測定し,水の流量測定と分離している.この装置を用いた実験の結果,大谷石に対しては明らかな変形,浸透連成挙動が観察された.さらに,上記で開発した有限要素法プログラムを用いて大谷石の透水三軸圧縮試験に対する数値シミュレーションを実施して,提案した変形・透水連成場理論の妥当性を検証すると共に,導入されたパラメータに対する影響度を調べた.これらの数値解析の結果によると岩石の固体粒子の圧縮性がこの連成挙動に影響を与えることが判った.次年度はさらに精密な実験を続けると共に,損傷場を導入した理論を開発し,地下発電所掘削現場において不連続面の測定,湧水量の観測を行って数値計算と比較検討する予定である.地下発電所や原子力発電所の後背長大斜面、あるいは石油やLNG、LPG、核廃棄物の地層処分などの岩盤構造物においては、岩盤中を移動する水の挙動および構造物の安定性に及ぼす影響が重要な問題となる。
統合失調症の言語行動モニター・コーパスの構築と診断補助ガイドラインの作成

統合失調症と自閉症スペクトラム障害は、社会適応に困難を持つ点で共通性がある。社会的行為である対人的相互作用において両者の言語行動に統計的な有意差が見られるかどうかを明らかにするための研究の一環として、本研究では、1)統合失調症者及び健常者の話し言葉のコーパスを構築、2)特定精神疾患と正常な言語行動の比較尺度として、選択体系機能言語学の理論的枠組みによる語彙-文法資源の選択網のマッピング、3)構築されたコーパスより、統合失調症者と健常者が選択する語彙ー文法資源を計量し、統合失調者の言語資源選択の逸脱度を算出し、統合失調症者の言語行動の予想選択網のマッピング、を行った。本研究の目的は、統合失調症の患者を対象に、その言語行動の音声データを収集し、言語分析を行って、その結果をコーパス化することである。コーパス化された言語分析結果を、統合失調症の臨床において役立てることを最終目的とする。特に10代後半から20代にかけての統合失調症患者と自閉症スペクトラム障害の患者に、共通した症状が顕現するケースがあるため誤診が見られるが、コーパスで得られた精緻な言語行動のマッピングを基に、言語面から明確な診断補助ガイドラインを提示することで、誤診防止に役立てることを目指す。平成26年度は、統合失調症と自閉症スペクトラム障害の各患者10例に対し、パイロット・スタディを実施し、この結果に基づいて、言語実験パラダイムを組み立てた。現時点では各患者に、5種から6種のパラダイムを約30例に実施し、のべ150例以上の音声データが集まっている。年齢層は10代から20代の患者が中心である。音声データ収集は、弘前大学医学部附属病院神経科精神科の外来及び病棟、また他協力2病院の外来と病棟の患者を対象にしている。これらの音声データは、分析準備のための下処理として(1)音声データを逐語記録にする、(2)それぞれのデータに、疾患のレベル・症状・その他最低限の臨床情報を付与する、(3)逐語記録の内容に関しては、個人が特定できる情報をすべて記号化もしくは文脈を変えて、語彙ー文法情報だけを残す、といった作業が進められた。この作業と並行して、コーパス内臓辞書の作成が進められた。この辞書作成は、Systemic Functional Linguistics (以後、SFL)に基づいて、日本語への適用のための理論整備を進めながら行われた。コーパス化された言語分析結果を、統合失調症の臨床において役立てること、また研究者の使用に供することを最終目的とする。特に10代後半から20代にかけて統合失調症と自閉症スペクトラム障害の患者に、共通した症状が顕現するケースがあるため誤診が見られるが、コーパスで得られた精緻な言語行動のマッピングを基に、言語面から明確な診断補助ガイドラインを提示することで、誤診防止に役立てることを目指す。平成27年度も26年度に引き続いて、統合失調症と自閉症スペクトラム障害の患者を対象に、パイロット・スタディに基づいた言語行動を調べる課題を課した。音声データは、弘前大学医学部附属病院神経課の外来及び病棟患者、また他協力病院の外来と病棟の患者を対象に集められた。現時点で、のべ約150件のサンプルが集まっている。また比較サンプルとして、健常者の音声データを新たに収集に加えた。対象は、10代後半から20代にかけての大学生30名に対し、種の課題を課し、それぞれ、のべ約150件、120件のデータを収集した。これらの音声データは、分析準備のための下処理として、(1)音声データを逐語記録化する、(2)それぞれのデータに、疾患のレベル・症状・その他最低限の臨床情報を付与する、(3)逐語記録の内容に関しては、個人が特定できる情報をすべて記号化もしくは文脈を変えて、語彙ー文法情報だけを残す、といった作業工程を通した。この作業と並行して、コーパス内臓辞書の作成が26年度に引き続き継続され、現時点で形態素解析の問題が残っているが、辞書は大方、仕上がっている。平成26年度に引き続き、(1)統合失調症及び自閉症スペクトラム障害の患者の音声データ収集、(2)比較分析のため、健常者の音声データ収集に着手、(3) (1)と(2)の音声データの分析のための下処理、(4)コーパス内臓辞書の作成、(5)コーパスデザイン、を行った。(1)に関しては、同意がとれた患者だけが対象となるため、収集は時間がかかった。また(2)に関しては、年度後半より大学生を対象に音声データを収集し、こちらは短期間で順調に進んだ。(3)に関しては、下処理をしてもらうマンパワーの確保に難儀しながらの作業で時間がかかった。個人情報を扱うため、人選に慎重を期する必要があっためである。現時点で、健常者の下処理が多少残っている他は、処理をほぼ終えている。(4)に関しては、言語理論を整備しながらの作業であるため、理論上の問題解決に手間取り、進行はやや遅れ気味である。コーパス内臓辞書は、SFL(Systemic Functional Linguistics)の理論に基づいて作られるが、そもそもSFLが英語を基にして組み立てられた言語理論であるため、日本語への適用をはかるためには、日本語に適した理論立てにしなければならない。

これについては、同じSFLの研究者である分担者の飯村龍一教授、角岡賢一教授を含むSFL研究会の他メンバーと理論構築を行いながら進めたためである(5)に関しては、現在、形態素解析、モダリティの扱いなど、複数の解決しなければならない問題をかかえ、検討中である。よって、アノテーション作業にまだとりかかれずにいる。これに伴い、分析もまた遅れている状況である。本研究の目的は、統合失調症の患者を対象に、その言語行動の音声データを収集し、言語分析を行って、その結果をコーパス化することである。コーパス化された言語分析結果を、統合失調症の臨床において役立てること、また研究者の使用に供することを最終目的とする。特に10代後半から20代にかけて統合失調症と自閉症スペクトラム障害の患者に、共通した症状が顕現するケースがあるため誤診が見られるが、コーパスで得られた精緻な原稿堂のマッピングを基に、言語面から明確な診断補助ガイドラインを提示することで、誤診防止に役立てることを目指す。平成28年度は、統合失調症の患者を対象に、パイロット・スタディに基づいて収集された言語行動のデータ、のべ150件のトランスクリプト化し、(1)トランスクリプトの変換及び品詞アノテーション、(2)発話機能ラベリング、割り込み部分の処理、(3)品詞アノテーション、(4)発話ラベリング及び割り込み部分の埋め込みを、全件数のうち3分の1に対して終えた。またコーパス内臓辞書に関しては、モダリティと過程構成について、辞書フォームの作成を行い、これに基づいて、アノテーションを追加した。収集したデータのトランスクリプト化したものに対し、(1)トランスクリプトの変換及び品詞アノテーション、(2)発話機能ラベリング、割り込み部分の処理、(3)品詞アノテーション、(4)発話ラベリング及び割り込み部分の埋め込みを、全件数の3分の1に対して行ったわけであるが、自然言語処理上のエラーが散見され、マニュアルで修正をかける作業が残されたからである。またコーパス内臓辞書に関しては、モダリティと過程構成について、辞書フォームの作成を行い、これに基づいてアノテーションを追加したが、こちらも日本語の自然言語処理上、どうしても生じるエラーをマニュアルで修正する作業が残されている。内臓辞書は、さらに5件の項目を残しているが、先ずは、モダリティと過程構成のエラー作業を終えてからになる。平成29年3月、意味レベルの情報タグの付与システムによるタグ付けの精度が、想定した範囲よりかなり低い結果となった。システム修正およびシステム構築者と可能性に関して、継続的に検討を重ねたが、タグ付け、修正作業、テクストの情報更新と格納を、一貫したシステムの中で効率よく行うためのシステムの再構築の必要性が生じた。延長期間1年をかけて、このテクニカルな部分の解決に向けて検討し、12月までに何とか解決にもちこむことが可能となった。データベースとして、Systemic Functional Linguistics(SFL)の理論的枠組みからの情報がタグ付けされている。このコーパスは、従来のコーパスと異なり、意味付与(システムネットワークのマッピングに必要な情報のタグ付け)がなされている(従来のコーパスは、形態素解析による単純な分析結果のみが付与されたテクストの集まりである)。よって、コーパスのレベルとしては、他コーパスと差別化がはかれるものである。
鋳型重合法による単分散フェニルボロン酸コポリマーゲルの合成と糖質の分離への応用

ボロン酸と糖質が容易にエステルを生成することを利用した分離材料は、生体試料からのグリコヘモクロビンの分離や核酸の分離などに利用されてきた。しかし担体として用いるシリカゲルでは使用可能なpH範囲が限定される、ポリマーゲルではその単分散性の悪さから高い分離脳が得られないなどの問題点がある。本研究では、シリカゲルを鋳型とする方法でボロン酸結合型単分散コポリマーゲルを合成し、複合糖質を試料に用いて、HPLC充填剤および固相抽出分離剤としての有効性を検討した。すなわち、細孔径100Åで、粒径5μmおよび20μmのシリカゲルをシリル化した後、これを鋳型に用い、スチレン、ジビニルベンゼン、過酸化ベンゾイルから2種の単分散コポリマーゲルを合成した。得られたコポリマーゲルの単分散性は電子顕微鏡および光学顕微鏡観察によって確認した。コポリマーゲルに臭素化、リチオ化、およびホウ酸トリメチルとの反応を行い、ボロン酸結合型コポリマーゲルを合成した。ホウ素の元素分析値から求めたボロン酸の担持率は、両者でおよそ0.5mmol/gであった。粒径5μmの充填剤は25cm×4.6mm I.D.のステンレス製カラムに充填し、気化光錯乱検出器を用いて、D-アルドペントースおよびD-アルドヘキソースの全12種を分析した。その結果、リボース、タロースおよびイドースが強く保持された。これらの糖はいずれも水溶液中でフラノース構造をとりやすく、ボロン酸とのエステル生成に、フラノース構造が関与していることが強く示唆された。また、粒径20μmの重点型を用いてグルコース、タロースおよび糖脂質のガングリオシドG_<MI>を試料とする固相抽出分離を行ったが、いずれも保持されなかった。固相抽出に用いるには、ボロン酸基の担持率を増大させることが必要であると考えられる。シリカゲルを鋳型に用いて、単分散フェニルボロン酸コポリマーゲルを合成した。すなわち、粒径5μmで、細孔径120Åの鋳型シリカゲルの表面をシリル化剤によって疎水性にした後、これと水、スチレン-ジビニルベンゼン(モル比、1:1)、過酸化ベンゾイルおよびポリビニルアルコール撹拌して、懸濁液とした。この懸濁液を加熱して、シリカ細孔内でモノマーを重合させた後、水酸化ナトリウムによって鋳型シリカゲルを溶解し、コポリマーゲルを合成した。得られたコポリマーゲルの単分散性は電子顕微鏡観察によって確認した。このコポリマーゲルを臭素化した後、ブチルリチウム、次いでホウ酸トリメチルと反応させ、さらに塩酸との反応でホウ酸エステルを加水分解し、ボロン酸結合型コポリマーゲルを合成した。ホウ素の元素分析値から求めたボロン酸の担持率は、充填剤1g当たり0.53mmolであった。また、赤外線吸収スペクトルからもボロン酸基の存在を確認した。この充填剤を25cm×4.6mm I.D.のステンレス製カラムに充填し、溶離液0.1Mトリフルオロ酢酸(pH 1.3)-アセトニトリル、水-アセトニトリルおよび、0.1Mトリエチルアミン(pH 11.9)-アセトニトリル混合溶液(いずれも、1:4,v/v)を用い、気化光散乱検出器によって4種のD-アルドペントースおよび8種のD-アルドヘキソースを分析した。その結果、気化光散乱検出器による検出感度は、グルコースでおよそ3pmolであった。

また、ボロン酸結合型充填剤による溶出挙動を見ると、アルドペントースでは、リボースが強く保持され、いずれの溶離液によっても溶出しなかった。アルドヘキソースでは、タロースおよびイドースが強く保持され、いずれの溶離液によっても溶出しなかった。グルコースおよびマンノースは酸性、中性で保持されなかったがpH11.9で強い保持が見られた。従って、溶離液のpHの変化によって糖の分離が行えることがわかった。シリカゲルを鋳型に用いて、ボロン酸結合型単分散コポリマーゲルを合成し、糖質分離用HPLC充填剤および複合糖質用分離剤としての有効性を検討した。すなわち、細孔径100Åで、粒径5μmおよび20μmの鋳型シリカゲルをシリル化した後、これと水、スチレン-ジビニルベンゼン(モル比、1:1)、過酸化ベンゾイルおよびポリビニルアルコールを撹拌して、懸濁液とした。この懸濁液を加熱して、シリカ細孔内でモノマーを重合させた後、水酸化ナトリウムによって鋳型シリカゲルを溶解し、粒径の異なる2種のコポリマーゲルを合成した。得られたコポリマーゲルの単分散性は電子顕微鏡および光学顕微鏡観察によって確認した。さらに、2種のコポリマーゲルをそれぞれ臭素化、リチオ化、ホウ酸トリメチルとの反応を行った後、塩酸で加水分解し、ボロン酸結合型コポリマーゲルに変換した。ホウ素の元素分析値から求めたボロン酸の担持率は、粒径5μmで0.53mmol/g、粒径20μmで0.50mmol/gであった。また、赤外線吸収スペクトルからもボロン酸基の存在を確認した。粒径5μmの充填剤を25cm×4.6mm I.D.のステンレス製カラムに充填し、酸性、中性および塩基性溶離液、気化光散乱検出器を用いて、_<D->アルドペントースおよび_<D->アルドヘキソースの全12種を分析した。その結果、アルドペントースでは、リボースがアルドヘキソースでは、タロースおよびイドースがいずれの溶離液によっても強く保持された。これらの糖はいずれも水溶液中でフラノース構造をとりやすく、ボロン酸とのエステル生成に、フラノース構造が関与していることが強く示唆された。また、粒径20μmの充填剤を用いてグルコース、タロースおよび糖脂質のガングリオシドG_<M1>を試料とする固相抽出分離を行ったが、いずれも保持されなかった。固相抽出に用いるには、ボロン酸基の担持率を増大させることが必要であると考えられる。
電池電極の充放電ダイナミクス解析のための、研究基盤構築

本課題では、電池における充放電の詳細解析に向けて、光電子顕微鏡に対応した試料ホルダーの研究開発を行うものである。光電子顕微鏡は試料の電子状態を高い空間分解能で直接可視化できるため、二次電池の充放電メカニズムの解明に有用と考えられる。その一方で、従来の光電子顕微鏡システムでは、二次電池に対応した測定システムとして整備されておらず、試料へのバイアス印加、絶縁物への対応、液体試料からのデガスなど検討すべき課題は多い。そこで、本課題では電池用にカスタマイズされた試料ホルダーの設計と開発を行い、電極界面におけるPEEM解析に繋げることを目標にする。本申請では、溶液試料を格納可能な試料ホルダーを開発し、高輝度放射光と光電子測定装置に組み合わせて活用することで、電池電極界面における電気化学反応の「その場観察」を世界で初めて実施することを目標とした。充放電過程で最も重要な、電極界面での価数や構造の動的挙動、また電極素材の形状効果や元素依存性を詳細に解析し、二次電池の大容量化や安全性向上に繋げることを目的に、本年度は絶縁体であるSiN膜のチャージアップを避けるために、Auストライプ蒸着法の試験測定と、蒸着チャンバーの開発を進展させた。本研究では、二次電池の充放電過程を明らかにするため、光電子顕微鏡(PEEM)に対応した試料ホルダーを新しく開発することを目指したものである。電池電極界面における電気化学反応のその場観察を行うために、二次電池の基本素子の組み込みが可能で、なおかつバイアス印加が測定中に行えるよう、技術面での課題を解決する必要がある。今年度は特に、バイアス印加可能な試料ホルダーの作成を行った。従来のサンプルホルダーには加熱と測温のために、4系統の電流導入機構がマニピュレータに装備されているため、まずこれを活用することを土台にした。そして、試料ホルダーに絶縁碍子を介して、4系統の接触端子を設置し、これを通じて電圧印加と電流導入が行えるようにした。絶縁碍子は10mm×10mm×10mmのブロック形状で、4本のタップ穴を立てることで、電流導入端子を固定することができる。試料の固定はカギ爪状の電流導入端子、あるいはカーボンテープで固定可能である。試験測定の結果、試料にバイアスをかけながら、正常にPEEM測定ができることを確認できた。PEEM測定時は試料が下方向を向くため、落下の危険性があったが、先述の固定方式で落下が無いことを確認できた。ただし電源の問題で極性の反転は現時点では困難であった。また、絶縁性の高い試料においては、PEEM画像がぼやける問題が発生した、これは表面のチャージアップが原因と考えられる。このようなサンプルホルダーを活用して、現在は炭素系材料やスピントロニクス材料への展開も始まっており、今後は印加電源の高度化を行い、様々な周辺領域に展開する予定である。充放電過程で最も重要な、電極界面での価数や構造の動的挙動、また電極素材の形状効果や元素依存性を詳細に解析し、二次電池の大容量化や安全性向上に繋げることを目的に、本年度は溶液対応のサンプルホルダーの基礎的な開発を行った。基板としてNiを使用し、SiN膜を透過窓として蒸着し、TiとAu膜を導電性確保のための薄膜として選定することができた。本年度は、Auを用いたストライプ蒸着の試験を行うと共に、Au蒸着のための蒸着チャンバーの設計と開発を行った。絶縁耐基板に対する適切なAu膜厚の見積りやストライプ幅の見積り等を行っている。これらの知見を集約・発展させた蒸着設備として、真空チャンバーの設計を行った。これらの理由から、おおむね順調に計画が進展しているものと評価した。放射光を溶液に導入するための窓として、SiN膜を主とする透過窓の開発を行うことができた。問題となるのは、X線を十分に透過し、なおかつ光電子放出に十分な薄さを見積ることであるが、一般的に、光電子の透過率は伝導帯の状態密度で決定付けられることが、低速電子線透過率測定で示されているため、ブロードな状態密度を持つものが最適と考えた。また強度面としては開口サイズや材質にも強く依存することから、これらの条件に適切な材質を探索した。溶液ホルダーに用いるSiN窓は典型的な膜厚が20nm台であり、硬X線励起における光電子の脱出深さは、典型的には約50nmであることから、十分な光電子強度が期待される膜厚として上記の材料を出発点に開発を行った。作製はNTT-AT社で行った。第一段階としてドライ環境のサンプルホルダーの開発を行った。試行錯誤の結果、基板としてNiを用い、透過窓としてSiNを用いた。

また導電性を確保する必要があることからTiとAuの薄膜を表面側に蒸着することで、基板の開発を行った。今後はAu蒸着チャンバーをPEEM装置に接続するとともに、in-situでの膜蒸着を行い、サンプルセルの実試験を行う計画にしている。次年度はサンプルホルダーを溶液仕様に拡張し、バージョンアップ版を作成する予定にしている。作成されたサンプルホルダーの真空耐圧テストや、リークテストなどの試験を行い、次に透過率(X線、光電子の両方)の試験を行う計画にしている。これらの試験が終了した後に、電極の導入を行う予定にしている。二次電池の充放電過程では、電極界面近傍において、価数や結晶構造の変化が予想されていることから、電気化学反応のその場観察の実現が期待される。なお、本年度は真空テストをPEEMチャンバー内で行うことができたため、真空ポンプの導入の予算が未使用となった。真空ポンプの導入は次年度で行う予定にいている。次年度は、実試験に必要な消耗品(基板など)の購入にあてる計画にしている。また必要に応じて、解析パソコンやハードディスクなどの購入にあてる計画である。真空ポンプ等に使用する計画である。今年度はPEEMチャンバー内で真空テストを実施することができたが、次年度はウェット環境でのテストを行う必要があることから、新しく真空ポンプを導入する計画にしている。
生理活性脂質を介した自然免疫細胞間クロストークによる肝修復制御

肝虚血再潅流障害は肝切除手術、肝移植などの肝外科領域で起こりうる病態である。肝虚血再潅流肝障害が遷延し、その後の肝修復過程が障害されると、移植肝拒絶や慢性肝障害、肝機能肝不全などの合併症をおこし患者の予後が不良となる。これまで誘導型プロスタグランジンE2合成酵素から産生されるPGE2が急性肝障害後の肝修復に関与すること、プロスタグランジン(PG)E2受容体サブタイプの一つであるEP4受容体シグナルはマクロファージを炎症性マクロファージ(M1様マクロファージ)に形質転換させること、逆にEP3受容体シグナルはマクロファージを修復性マクロファージ(M2様マクロファージ)に転換させる可能性があることを見いだした。培養骨髄マクロファージを用いてマクロファージの分化にプロスタグランジン(PG)E2受容体シグナルの関与を検討すると、マクロファージはEP3受容体シグナルに依存してM2様マクロファージへ分化する傾向を認めた。一方、EP4受容体シグナルはM1様マクロファージへ分化する傾向を認めた。この結果から肝虚血再潅流障害後の肝修復にはEP3受容体シグナルが肝修復を促進させるものと考えられた。樹状細胞が肝修復に関係していることを検討するために、樹状細胞の肝集積を経時的に検証した。また肝樹状細胞集積がEP3シグナルに依存しているかどうかを調べた。さらに集積した肝樹状細胞が骨髄由来であるかどうかを検証するために、骨髄キメラマウスを作成して検討した。肝虚血再灌流障害におけるPGE2とPGE受容体(EP1-4)の役割を明らかにするために雄性C57BL6マウス(WT)用いて、麻酔下に70%肝部分温虚血(45分)/再灌流をおこなった。このモデルでは再灌流48時間後に肝臓は修復期に入っていることを確認した。PGE受容体サブタイプは再灌流後いずれもその発現は増強したが、特にEP4が目立った。しかしながら、各PGE受容体選択的拮抗薬を投与したところでは、肝修復に関与しているサブタイプはEP3でありEP3欠損マウスを用いた検討でも同様であった。さらに肝集積マクロファージは肝修復に重要な役割を果たしていることから、マクロファージの動態をしらべたところ、EP3欠損マウスでは向炎症マクロファージとされるM1マクロファージの集積が野生型マウス(WT)よりも多く集積し、逆に抗炎症マクロファージとされるM2マクロファージがEP3欠損マウスよりも野生型マウス(WT)で多く集積した。さらに樹状細胞の集積について検討したところ、EP3欠損マウスよりも野生型マウス(WT)で多く集積した。これらの結果から、肝虚血再灌流後mPGES1により産生されたPGE2は、EP3受容体シグナルを介してM2マクロファージや樹状細胞を集積させて肝虚血再灌流障害後の肝修復に関与することが示唆された。理由本研究が、当初に立案した実験計画に沿って、ほぼ順調に遂行されている。肝障害後の肝修復におけるプロスタグランジン受容体シグナルの役割を解明する目的でマウス肝虚血再灌流傷害モデルを用いた。野生型マウス(WT)とEP3欠損マウスに肝虚血再灌流をおこない、経時的に肝修復過程を検証した。その結果、肝虚血再灌流後mPGES1により産生されたPGE2は、EP3受容体シグナルを介して修復性マクロファージを集積させて肝虚血再灌流障害後の肝修復に関与することが示唆された。肝修復制御機構を解明するために、肝再生増殖因子発現(EGF, VEGFなど)を調べると野生型マウス(WT)に比較してEP3欠損マウスで発現が低下した。また骨髄由来マクロファージの関与を調べるために、骨髄キメラマウスを作成した。EP3欠損マウス骨髄キメラマウスは野生型骨髄キメラマウスよりも肝修復が遅延した。そこで、野生型マウス(WT)とEP3欠損マウスの骨髄からマクロファージを分離培養し、EP3受容体アゴニスト刺激をすると、マクロファージはEP3受容体シグナルに依存してM2マクロファージへ分化する傾向を認めた。さらに培養骨髄マクロファージをインターフェロンとサイトカインIL-4を刺激してそれぞれ、マクロファージを炎症性マクロファージならびに修復性マクロファージに分化させると、EP3受容体シグナルは炎症性マクロファージ分化を抑制する傾向を示した。EP3受容体シグナルの肝修復促進効果を検証するためにEP3受容体アゴニストを野生型マウスに投与すると、肝修復が促進された。肝修復における樹状細胞の関与を検討するために、免疫染色やフローサイトメトロリーで肝に集積する樹状細胞の経時的変化を調べた。その結果、肝修復期に一致して樹状細胞がP3受容体シグナルに依存して傷害肝に集積した。また、サイトカイン(IL-4)の肝発現がEP3欠損マウスで抑制された。骨髄細胞培養実験系の安定化と再現性を確認することに時間がかかっている。また樹状細胞には多種類のサブセットがあるため、その解析が必要となっている。

これまで誘導型プロスタグランジンE2合成酵素から産生されるPGE2が急性肝障害後の肝修復に関与すること、プロスタグランジン(PG)E2受容体サブタイプの一つであるEP4受容体シグナルはマクロファージを炎症性マクロファージ(M1様マクロファージ)に形質転換させること、逆にEP3受容体シグナルはマクロファージを修復性マクロファージ(M2様マクロファージ)に転換させる可能性があることを見いだした。培養骨髄マクロファージを用いてマクロファージの分化にプロスタグランジン(PG)E2受容体シグナルの関与を検討すると、マクロファージはEP3受容体シグナルに依存してM2様マクロファージへ分化する傾向を認めた。一方、EP4受容体シグナルはM1様マクロファージへ分化する傾向を認めた。この結果から肝虚血再潅流障害後の肝修復にはEP3受容体シグナルが肝修復を促進させるものと考えられた。樹状細胞が肝修復に関係していることを検討するために、樹状細胞の肝集積を経時的に検証した。また肝樹状細胞集積がEP3シグナルに依存しているかどうかを調べた。さらに集積した肝樹状細胞が骨髄由来であるかどうかを検証するために、骨髄キメラマウスを作成して検討した。当初の実験計画に沿って、本研究を進める。骨髄培養条件をいくつか検証する。また樹状細胞のサブセットの特定にフローサイトメトリーを駆使する。そのうえで、当初の実験計画に沿って、本研究を進める。物品納入期間が延長され使用できなかった。納品時期が次年度になったため。計画書通り使用する予定である。今年度使用しなかった研究費については、一般試薬の購入に使用する。今年度使用しなかった研究費については、一般試薬、抗体の購入に使用する。
数値解析を複合した3次元複雑形状型鍛造品の工程・型設計エキスパートシステム

熱間型鍛造品の工程設計について,工程・型(キャビティ形状)設計を行うエキスパートシステムを構築した.本研究では鍛造品の形態表現を,(1)図形プリミティブによる概形表現と(2)図形プリミティブの断面(2次元自由曲線による閉図形)の集合による実体表現のそれぞれに2分化した.このうち,まず概形表現について図形プリミティブによる形状表現を用いて俯瞰的な推論を行う工程設計エキスパートシステムを構築した.当該システムは事例ベース型推論と制約黒板アルゴリズムを用いて実現した.次に,鍛造品の断面の実体である断面の集合一つ一つに対して,工程設計を材料成形の逆解析であるとみなし,順方向数値解析とAIによる逆行推論を複合した工程設計システムを構築した.逆行推論には特徴解消アルゴリズムを,順方向解析には上界接近法を用いた.最初はプロトタイプシステムとして軸対称鍛造品を対象とした独立システムを開発し,次に,俯瞰推論システムと協調動作する平面問題を対象としたシステムへ改造した.具体的な詳細断面推論システムのアルゴリズムは次の通り.(1)目標製品形状を設定.(2)特徴解消アルゴリズムによって一工程前の鍛造品断面形状を仮に創出.(3)上界接近法による解析システムによって(2)で選られた形状から(1)の形状を目標として成形シミュレーションを実行.(4)解析結果と目標を比較.経験的知識から予め設定したルールによって,中間形状を修正.(5)解析結果と目標の差の評価関数がある一定値以下になるまで,(3)(4)を繰り返し.(6)俯瞰推論システムからの要求に従い,断面形状から俯瞰推論システムで用いる図形プリミティブを修正.(7)ステップ(2)(7)を繰り返すことにより製品形状から素材形状にいたる工程ならびに型のキャビティ形状を獲得.上記により,従来にない複雑な3次元形状への対応力を持つ鍛造工程設計アルゴリズムを用いた工程設計エキスパートシステムを構築することができた.熱間型鍛造品の工程設計について,工程・型(キャビティ形状)設計を行うエキスパートシステムを構築した.本研究では鍛造品の形態表現を,(1)図形プリミティブによる概形表現と(2)図形プリミティブの断面(2次元自由曲線による閉図形)の集合による実体表現のそれぞれに2分化した.このうち,まず概形表現について図形プリミティブによる形状表現を用いて俯瞰的な推論を行う工程設計エキスパートシステムを構築した.当該システムは事例ベース型推論と制約黒板アルゴリズムを用いて実現した.次に,鍛造品の断面の実体である断面の集合一つ一つに対して,工程設計を材料成形の逆解析であるとみなし,順方向数値解析とAIによる逆行推論を複合した工程設計システムを構築した.逆行推論には特徴解消アルゴリズムを,順方向解析には上界接近法を用いた.最初はプロトタイプシステムとして軸対称鍛造品を対象とした独立システムを開発し,次に,俯瞰推論システムと協調動作する平面問題を対象としたシステムへ改造した.具体的な詳細断面推論システムのアルゴリズムは次の通り.(1)目標製品形状を設定.(2)特徴解消アルゴリズムによって一工程前の鍛造品断面形状を仮に創出.(3)上界接近法による解析システムによって(2)で選られた形状から(1)の形状を目標として成形シミュレーションを実行.(4)解析結果と目標を比較.経験的知識から予め設定したルールによって,中間形状を修正.(5)解析結果と目標の差の評価関数がある一定値以下になるまで,(3)(4)を繰り返し.(6)俯瞰推論システムからの要求に従い,断面形状から俯瞰推論システムで用いる図形プリミティブを修正.(7)ステップ(2)(7)を繰り返すことにより製品形状から素材形状にいたる工程ならびに型のキャビティ形状を獲得.上記により,従来にない複雑な3次元形状への対応力を持つ鍛造工程設計アルゴリズムを用いた工程設計エキスパートシステムを構築することができた.
バセドウ病の疾患感受性遺伝子の同定と機能解析、及び臨床像との連関

バセドウ病は、TSH受容体自己抗体によって複数の遺伝因子と環境因子によって引き起こされる臓器特異的自己免疫性疾患である。我々はこれまでに、多因子性疾患の一つであるバセドウ病の遺伝的素因について検討してきた。候補遺伝子アプローチとして、自己抗原であるTSHレセプター遺伝子と免疫制御分子であるCTLA遺伝子を中心に検討し、マイクロサテライト多型マーカーによって有意な相関を得た。また、5q23-33に存在するマイクロサテライト多型マーカー数個において有意な関連を認めた。そこで、今回の研究においては、1)候補遺伝子の一つであるTSH受容体遺伝子のSNPを用いて、Blockの存在と同病との関連の検討を行った。2)5q23-q33において、免疫関連遺伝子を中心として候補遺伝子をpick upし、SNPやマイクロサテライト多型マーカーによる関連解析を行った。1)TSHR遺伝子内のSNPを用いて関連解析:これまでのSNPを用いた研究で、TSHR遺伝子領域は大きく3つのBlockに分割され、Block内haplotypeを用いた関連解析では、intron1後半からintron8前半を含む2つ目のBlockでバセドウ病と有意な関連が見られた。そこで、エクソン7から8付近に分布する10個のSNPを用いて連鎖不平衡解析を行い、3つのBlockに分割された。JST022302と連鎖不平衡にあるいくつかのSNPにおいてもバセドウ病との関連が認められた。橋本病とはこの領域内において関連は認められなかった。さらに、JST022302と連鎖不平衡の強い8つのSNP(Block3)を用いてハプロタイプ解析を行ったところ、2つのみの高頻度ハプロタイプが検出され、Major Haplotype頻度はAITD、特にGraves'で有意な上昇が見られた。2)Ch5q21-33領域の解析:以上より、TSHR遺伝子エクソン7-8領域はバセドウ病の疾患感受性領域と考えられた。今後、同領域SNPを用いた機能解析が必要である。
細胞増殖シグナルの伝達とその制御

細胞表面に入力したシグナルが遺伝子の発現を調節するまでの過程を種種のステップに分け、各段階に関与する酵素の構造と機能をまず解明し、酵母系の知見を対比参考にしつつ各段階を再構成し、細胞のシグナル伝達機構を解明する2Cを目標に研究を展開し、今年度はその初年度である。リセプターの次のステップの解明のため、インスリンリセプターとグルコーストランスポーターを結ぶ因子の分離を試みた。両者を発現しているがインスリンに反応しない細胞を分離し、これを用いて検索をしている。リセプターの下流に位置するGタンパク質はNIH3T3を正常に復帰させるKrev1と相同性が高く、Gタンパク質とKrev1の機能を同時に検討した。GTP結合部位、エフェクター結合部位、膜結合部位に変異を導入するとKrev1の活性は著しく低下したが、Gly-12をValへ、Gln-63をGluに変換したものは逆に活性が上昇した。ホスホリパーゼCについては、新しい分子種(IV,γ2)を同定し、構造を決定すると共に、IIVのホスホリパーゼCについて活性発現に必須な2つの部位と、活性の修飾に必要なガン遺伝子に類似の部位を同定した。ホスホリパーゼCによって生じるジアシルグリセロールの産生は一相性であるが、細胞では2相性となりホスフアチジルコリンに由来するジアシルグリセロールの存在が証明された。Cキナーゼの分子種間の差を遺伝子の発現を目印に調べ、γがTRE-CATの発現を誘導しないことを発見した。Cキナーゼ分子種間で見出された最初の差であり、詳細な検討を進めている。Cキナーゼの下流で遺伝子発現を制御するFOSはJUNと複合体を形成して作用することを発見し、またFOSと類似性が高く免疫で交叉を示すタンパク質FRA2を見出した。酵母の系でもCAMPを介する系、形態異常を示す系でシグナルの伝達と制御を調べている。
結晶を用いた多機能平面光回路の研究

(1)TN型液晶可変共振器の特性解析集積用シリコンプラットフォームに組み込む液晶機能素子部の候補の一つとして、可変波長フィルタが考えられる。本年度はそのような液晶フィルタの中でも、単一共振器構造で偏波無依存な動作が可能なTN(ねじれネマティック)型の構造に着目し、液晶層に加える駆動電圧と液晶分子の方位分布の関係を簡単なモデルで近似すること、及びTN液晶層中での光の伝搬を結合波理論で記述することで、共振波長の複雑に変化する電圧領域での動作機構の定性的な理解を可能にした。本成果により、プラットフォーム集積の設計の理論的基盤が確立されたことになる。(2)フォトニック結晶偏光分離素子の開発次世代の光機能素子用の新材料系としてフォトニック結晶が近年注目されている。本研究ではフォトニック結晶型偏光分離素子の開発と高性能化を行った。フォトニック結晶による素子は薄型・小型にて従来型素子と同等以上の性能を有するため、シリコンプラットフォームへの集積も将来的には可能と考えられる。本研究では自己クローニング法によるフォトニック結晶の成長プロセスにおける、自己修復効果の安定な実現、フォトニックバンド構造の最適設計手法の検討などを行った。(3)フォトニック結晶導波路の解析シリコンプラットフォーム上に形成する導波路部分を自己クローニング法によるフォトニック結晶導波路構造とすれば、分散補償性など種々の付加機能を持たせることができる。本研究ではフォトニックバンドギャップ閉じ込め型、屈折率差閉じ込め型の両方のタイプの導波路について基本的な導波特性の数値解析を行った。(1)ポリマー導波路と液晶の複合集積ポリマーを用いた有機光導波路は一般的な石英系導波路と比べて作製が容易である。本年度はこのポリマー導波路中に液晶回転波長板機能部を集積化する技術の開発を行なった。具体的には、導波路内部に10μm×10μm程度の断面積空洞を形成し、その空洞に液晶を閉じ込めるプロセスの確立を図った。光学評価の結果、ある限定された範囲内で、素子の偏波制御機能が有効に働くことを確認した。(2)微小光素子の石英系光回路への複合集積液晶以外に必要となる微小光学素子(偏光分離素子、波長板、磁気光学素子)を平面光回路に集積するための技術の開発を行なった。具体的には上記3種類の素子を石英系光導波路中に設けた矩形溝に複合集積することで、集積型の光アイソレータを構成した。その結果、再現性良く各素子、溝を加工する技術を確立した。また測定の結果、光軸調整が一切不要である素子構成にも関わらず、挿入損失約3dB、アイソレーション約22dBという良好な特性値を得た。(3)液晶回転波長板による偏波制御システムの構築液晶素子による偏波制御の可能性を実証するため、液晶回転波長板を作製し、それとフィードバック制御系を組み合わせることで偏波制御システムを構築した。本システムは光ファイバ通信システム中での偏波揺らぎを、実時間で安定化することを最終的な目標としている。実験の結果、本システムが900゚/秒程度の速度の揺らぎまで、安定化することが可能であることを確認した。
都市環境に配慮したサツマイモ養液栽培法およびそのLCAによる環境影響評価法の確立

1.研究目的本研究では,栽培にともなう廃棄物が少ないサツマイモの養液栽培法を開発し,地下部バイオマス(塊根)と地上部バイオマスからのエネルギー回収をおこなうことによる,資源循環型の屋上・壁面緑化用栽培システムを確立する。2.研究方法供試植物は,巻蔓性があり,屋上・壁面緑化に適するサツマイモ品種ベニオトメを使用した。培地利用型養液栽培試験について,従来はロックウール培地(以下RW)を使用した養液栽培を行ってきたが,RWは栽培終了後,1植物体あたり,267gのRWが産業廃棄物になるため,繰り返し使用できるハイドロボール培地(以下HB)による栽培方法に変更して,環境負荷の低減に取り組んだ。3.研究成果(1)栽培について塊根収量は1植物体あたり,RWの場合162.2g,HBでは238.0g(乾燥重量)であり,HB培地による養液栽培法の有効性を示すことができた。1植物体あたりに投入した培養液は,全栽培期間で67.0Lであり(全給水量1栽培した植物数n=96より算出),上水1kgあたりのLC-CO_2は,1.87×10^<-4>CO_2-kg(国立環境研究所,産業連関表による二酸化炭素排出原単位,1995)から,投入された水道水のLC-CO_2は,1植物体あたり1.25×10^<-2>CO_2-kgであった。また,1植物体あたりの栽培において,HB容量3L(乾燥重1.35kg),ポリエチレン製のネット1袋(7.9g)が必要であるが,これらは繰り返し使用できることからLC-CO_2の計算からは除外した。また,投入された肥料成分は,1植物体あたり,全窒素17.4gおよびその他の成分であるが,本研究では,これら肥料成分についての環境影響評価はおこなっていない。(2)バイオマスによるCO_2固定生産された総バイオマスは,1植物体あたり乾燥重で983.5g(塊根238.0gを含む)である。これらのバイオマスが大気中のCO_2を吸収固定したと考えると,固定されたLC-CO_2は1植物体あたり1.44CO_2-kgである。(3)生産されたバイオマスからの等ネルギー回収屋上緑化で生産されたバイオマスからのエネルギー回収の手法が確立できれば,地球環境への貢献が期待できる。本研究による栽培方法によって,1植物体が生産した塊根(乾燥重238.0g,生体重1012.1g)をエタノール発酵することにより0.13kgのエタノール回収が見込まれる。また,地上部および細根(乾燥重745.5g)をメタン発酵させることにより,メタン69%を含む溶液が246Lの生成が見込まれる。当山ら(1984)の研究を参考にした。4.今後の課題栽培にかかわる環墳負荷,植物によるCO_2固定と冷却効果,バイオマスからのエネルギー回収についての評価を継続する。【参考資料】国立環境研究所,産業連関表による二酸化炭素排出原単位1995.当山清善ら,甘藷茎葉のメタン発酵:第2報大型発酵槽を用いた発酵,琉球大学農学部学術報告No.31,(1984/11)当山清善ら,酵素剤利用による甘藷芋からのエタノール生産,琉球大学農学部学術報告No.31,(1984/11)1.研究目的本研究では,栽培にともなう廃棄物が少ないサツマイモの養液栽培法を開発し,地下部バイオマス(塊根)と地上部バイオマスからのエネルギー回収をおこなうことによる,資源循環型の屋上・壁面緑化用栽培システムを確立する。