hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高効率の新型波力水車の開発と海洋エアレーションへの応用

本研究は,海洋波浪のエネルギーの抽出および利用を目的とするものであり,(1)波浪の往復運動を一方向回転力に変換する新型波力水車機構および(2)この回転力を利用して圧縮空気の製造を行うリニアクランク式空気圧縮機を新たに発明・製作し,それらの結合をおこなうことによって,自動的に波浪エネルギーから圧縮空気を製造する装置の開発を目指すものである.(1)の波力水車では,ワンウェイクラッチ付きの歯車を2個と回転反転用の歯車を1個用いることにより,波の峰側と谷側で半周期ごとに方向が反転する水の運動力を一方向回転力に変換することに成功した(特許取得;第2944495号).また回転数の増加には,半径の異なる歯車を適宜付加すれば,容易に目的が達せられる.(2)のリニアランクは,ハイポサイクロイド理論を用いた直線運動方式のクランク機構のことであり(特許確定;特開7-305601),スラスト力が生じない機構であるため,シリンダー摩擦および横振動がほとんど生じない仕事効率の極めて良いものである.本研究の結果,(1)および(2)の2種類の機構の試作を終え,各々,十分実用化が可能であるとの結論を得ることができた.2年間に亘り,これらの両機構を結合した波力エネルギー抽出装置の模型の試作を行い,実験室における波浪を用いた圧縮空気の製造実験を実現した結果,(1)と(2)の寸法スケールのマッチングに検討部分を残すものの,波力という自然エネルギーを利用する自動的な海洋エアレーション装置を開発・提供することに成功した.なお本装置は,潤滑油や油圧ポンプを全く使用しないものであるため,環境保全という面から,従来の油圧ピストン方式よりも優れたものであり,またエネルギー伝達効率は,ロスの小さい内歯車によることから,従来の空気タービン式や油圧ピストン式よりも効率が良いと考えられる.さらに一旦本機械を設置すれば,以後のメンテナンスはほぼ不要であるという利点がある.今後は,本成果をもとにし,実海域に設置し得る現地スケールの装置を試作し,実験することを計画している.本研究は,海洋波浪のエネルギーの抽出および利用を目的とするものであり,(1)波浪の往復運動を一方向回転力に変換する新型波力水車機構および(2)この回転力を利用して圧縮空気の製造を行うリニアクランク式空気圧縮期を新たに発明・製作し,それらの結合をおこなうことによって,自動的に波浪エネルギーから圧縮空気を製造する装置の開発を目指すものである.(1)の波力水車では,ワンウェイクラッチ付きの歯車を2個と回転反転用の歯車を1個用いることにより,波の峰側と谷側で半周期ごとに方向が反転する水の運動力を一方向回転力に変換することに成功した(特許申請中).また回転数の増加には,半径の異なる歯車を適宜付加すれば,容易に目的が達せられる.(2)のリニアクランクは,ハイポサイクロイド理論を用いた直線運動方式のクランク機構のことであり(特許は確定している),スラスト力が生じない機構であるため,シリンダー摩擦および横振動がほとんど生じない仕事効率の極めて良いものである.本研究の結果,(1)および(2)の2種類の機構の試作を終え,十分実用化が可能であるとの結論を得ることができた.現在,これらの両機構を結合した波力エネルギー抽出装置の模型の試作を行い,実験室における波浪を用いた圧縮空気の製造実験を実行中であり,(1)と(2)の寸法スケールのマッチングが良好になれば,自然エネルギーを利用する自動的な海洋エアレーション装置を完成することが出来ると考えている.なお本装置は,潤滑油や油圧ポンプを全く使用しないものであるため,環境保全という面から,従来の油圧ピストン方式よりも極めて優れたものであり,またエネルギー伝達効率は,ロスの小さい歯車によることから,従来の空気タービン式や油圧ピストン式よりもはるかに効率が良いと考えられる.次年度は,本成果をもとにして,一層実用的な波力エネルギー変換装置を試作・提供する予定である.本研究は,海洋波浪のエネルギーの抽出および利用を目的とするものであり,(1)波浪の往復運動を一方向回転力に変換する新型波力水車機構および(2)この回転力を利用して圧縮空気の製造を行うリニアクランク式空気圧縮機を新たに発明・製作し,それらの結合をおこなうことによって,自動的に波浪エネルギーから圧縮空気を製造する装置の開発を目指すものである.(1)の波力水車では,ワンウェイクラッチ付きの歯車を2個と回転反転用の歯車を1個用いることにより,波の峰側と谷側で半周期ごとに方向が反転する水の運動力を一方向回転力に変換することに成功した(特許取得;第2944495号).また回転数の増加には,半径の異なる歯車を適宜付加すれば,容易に目的が達せられる.(2)のリニアランクは,ハイポサイクロイド理論を用いた直線運動方式のクランク機構のことであり(特許確定;特開7-305601),スラスト力が生じない機構であるため,シリンダー摩擦および横振動がほとんど生じない仕事効率の極めて良いものである.本研究の結果,(1)および(2)の2種類の機構の試作を終え,各々,十分実用化が可能であるとの結論を得ることができた.2年間に亘り,これらの両機構を結合した波力エネルギー抽出装置の模型の試作を行い,実験室における波浪を用いた圧縮空気の製造実験を実現した結果,(1)と(2)の寸法スケールのマッチングに検討部分を残すものの,波力という自然エネルギーを利用する自動的な海洋エアレーション装置を開発・提供することに成功した.

なお本装置は,潤滑油や油圧ポンプを全く使用しないものであるため,環境保全という面から,従来の油圧ピストン方式よりも優れたものであり,またエネルギー伝達効率は,ロスの小さい内歯車によることから,従来の空気タービン式や油圧ピストン式よりも効率が良いと考えられる.さらに一旦本機械を設置すれば,以後のメンテナンスはほぼ不要であるという利点がある.今後は,本成果をもとにし,実海域に設置し得る現地スケールの装置を試作し,実験することを計画している.
強レーザー場による空間分割を利用した量子制御理論の構築

強レーザー場を用いた量子状態空間の分割を利用することにより、レーザーを用いた量子制御手法を分子系に応用する際の課題である(1)緩和過程の回避、(2)量子制御に要する時間スケールの調整、(3)多準位量子系に対する物理的制御描像の提示、の3点を解決することが出来た。また、本手法をチオホスゲン分子に適用したところ、位相緩和を効果的に回避しながら、πパルス法等の確立された従来法による量子制御が可能であることを示すことが出来た。近年のレーザー技術の進歩を背景に、従来レーザーを、目的の量子状態へ遷移させるための道具として活用する「量子制御」の概念が広く受け入れられる様になってきた。しかし、コヒーレンスの破壊を伴う緩和現象は、分子系の量子制御における大きな障害として認識されている。そこで、本研究では強レーザー場を用いた空間分割による緩和過程の排除と動力学時定数の制御の可能性を理論的に示すとともに、実際にその制御描像を具体的分子に適用しその有用性を確認する。レーザーを用いた量子制御を分子系への応用をする際の大きな課題であった、(1)緩和過程の回避、(2)量子制御に要する時間スケールの調整、について強レーザー場を用いた量子状態空間の分割を利用することにより以下に示すような成果を上げることが出来た。強レーザー場と分子系との相互作用をドレスト描像を用いて記述し、シュレディンガー方程式をラプラス変換して得られるグリーン関数表示の方程式に射影演算子法を適用することにより定式化を行った。ここで、P、Q空間をそれぞれ、「(直接的光学遷移が許されない)制御対象準位からなる部分空間」、「緩和過程が付随する中間準位からなる部分空間」と定義し目的の射影演算子を構成した。さらに、射影演算子法を適用しP空間の変数のみで構成される制御対象系のグリーン関数を得て、このグリーン関数の表式の中のレーザーパラメーター依存性を詳細に検討し、P、Q空間を擬似的に孤立化させるために必要なレーザー照射条件を明らかにした。この結果、P-Q空間の分離は、Q空間ないの準位を強レーザー場によって強く結合させることによって実現されることが明らかになった。また、射影演算子法を用いて得られるP空間のグリーン関数の形式がレゾルベント形式に似た形で与えられることを利用し、この擬似レゾルベント形式中の変数zにP空間の零次の縮退したエネルギーを代入することによって、孤立化されたP空間の動力学を規定する有効ハミルトニアンを導出した。このハミルトニアンを解析した結果、強レーザー場による空間分割により、中間準位の緩和過程が抑制されると同時に、P空間内の動力学の時定数を自在に調整できることが明らかになった。上記の手法を、枝分かれ型、梯子型4準位系などに適用し、その有用性を確認した。強レーザー場照射による量子状態空間分割描像を具体的な分子モデル系に適用し、コヒーレント量子制御における有用性を明らかにした。緩和モデル系として中間準位が等間隔に分布するバックグラウンド準位と均等に結合するBixon-Jortnerモデルを採用し、中間準位と補助準位を強レーザー場で結合させることにより中間準位を制御対象空間から分離することを試みた。数値計算の結果、この空間分離によってインコヒーレントな準位分布の流出を抑制でき、始状態から終状態へのほぼ100%分布移動が可能であることが示された。さらに、実際の分子として多くの振動モードが非線形相互作用によって結合しているSCC1_2分子について本手法を適用し、特定のCS伸縮運動モードの選択励起が可能であるかをFORTRANによる数値計算シミュレーションによって検証した。この結果、中間状態と始・終状態間を直接レーザーによって結合させた場合は、50%程度の分布の損失(多モードへのエネルギー散逸)が生じるのに対し、補助準位を導入し空間分割を実現した場合は散逸過程が抑制され98%程度の割合で選択的励起が実現されている。この緩和過程の抑制効果については、グリーン関数表示と射影演算子法を組み合わせた定式化、二次の摂動論の何れを用いても理論的説明が可能であることを示すとともに、分割の度合いの定量的な評価法についても明らかにした。以上の成果により、従来コヒーレント制御が困難であると考えられていた分子内緩和が存在する系を、疑似的に小数準位系(2,3準位系)として取り扱うことが可能となり既知のπパルス制御や断熱挿引を用いた制御法が適用できることが判明した。この結果は、複雑なレーザーパルス成形が必要であると考えられていたコヒーレント量子制御手法の新たな可能性を示唆している。強レーザー場照射による空間分割がもたらす緩和過程の抑制効果が、Bixon-Jortnerモデルの上での振動エネルギー再分配過程の抑制に有効であるという成果を踏まえ、より具体的な分子であるチオホスゲン(SCCl2)分子について本手法の適用を試みた。

この際、IVRが付随する中間状態と、電子励起状態の振動基底状態を強レーザー場で結合させることにより、CS伸縮運動等の特定の振動モードを選択励起し、そのエネルギーを他モードに散逸させることなくより高いCS伸縮振動励起状態に分子が遷移可能であることを示した。この結果より、分子内の特定の結合を切断するというような、レーザーを用いた反応制御への有用な道筋が拓かれたといえる。一方で、レーザー場と分子の間の相互作用の最低次数が2次となる双極子モーメントを持たない分子の配列制御についての制御則の理論的構築も行った。数学的構造に起因する制約により、通常の局所制御理論を適用できないため、本研究では一定の条件下におけるレーザーパルスのエンベロープ設計に対象を絞り理論構築を行った。その結果、パルス設計に要求される条件として、回転波近似を2光子過程に適用出来る程度の共鳴条件を満たしていること、分子とレーザー場の相互作用項として2次が最低次であること、の二点が明らかとなった。以上の結果より、双極子モーメントを持たない等核2原子分子等の分子の配列制御に関して、共鳴レーザー場を利用した制御の理論的設計が容易になることが期待される。前年度までに構築した強レーザー場照射による空間分割描理論がもたらす緩和過程の抑制効果、特に振動エネルギー再分配の抑制機構が具体的な分子系であるチオホスゲンに対して適用可能であるかをFORTRAN言語による数値的計算を通して検討した。この際、高分解赤外分光による振動状態スペクトルを再現するモデルハミルトニアンを採用し、調和振動子と量子化した光子場数状態の直積を基底にとり表現されたハミルトニアン行列を対角化し強レーザー場下における分子状態の時間発展を計算した。解析の結果、具体的な分子であるチオホスゲンにおいても位相緩和を効果的に回避するとともに制御対象となる少数準位系を抽出し、その準位分布をπパルス法等の従来法で制御可能であることが明らかになった。さらに、上記の制御機構で必要とされる定常レーザー場の強度を定量的に評価したところ、上記の計算において考慮されていない多光子遷移による解離反応やイオン化などの副過程の影響が無視できる程度であることが示さたため、得られた結果が実際の実験に適用する上で有用な情報であることが確認できた。以上は、位相緩和によるコヒーレンスの破壊が大きな障害と認識されている化学反応のコヒーレント量子制御や分子量子素子の開発等の研究分野において重要な結果であると言える。一方、各状態間の位相関係をレーザーパルスが作り出す干渉効果によって積極的に再構成するという描像を用いた位相緩和の回復制御機構の検討も行った。この際、2準位系におけるフォトンエコーの解釈に使用されるブロッホベクトルモデルを多準位系に拡張し、光学過程や緩和過程をベクトルの運動としてとらえることにより物理描像に基づいたレーザーパルス列の直感的な設計が可能となった。
卵細胞老化の分子機構解明と老化抑制に関する検討

卵子は、加齢変化の影響を受けやすい組織である。高齢不妊症患者の卵子核を一定の環境下に曝すと、妊娠成功率がある程度回復することから、染色体構造等の遺伝学的異常に加え、可逆的な要因に依存する加齢変化も存在すると考えられるが、加齢変化の本質は明らかでない。本研究では、エピジェネティックなゲノム機能制御、特にDNAメチル化に着目し、その分子制御機構解明、加齢に伴うDNAメチル化状態の変化とその抑制法の検討を目的とした。雌雄の配偶子は、自身の性に拠って特異的なDNAメチル化パターンを形成する。DNAメチル化酵素関連因子Dnmt3Lは、この特異的DNAメチル化パターン形成に必須の因子であるが、生殖細胞の分化過程で他の未知因子と複合体を形成し、特異的なゲノム領域のDNAメチル化を行っていると推測されている。そこで、Dnmt3Lと相互作用するタンパク質の候補因子を同定した。現在候補タンパク質を培養細胞中で強制発現させて、その機能を解析中である。また、マウスES細胞における相同組換えの技術を用い、候補因子遺伝子の変異マウスを作成中であり、遺伝学的な解析を行う予定である。加齢に伴い、卵子に含まれるDNAメチル化関連因子遺伝子の発現量が減少することが知られている。そこで、卵子核のエピジェネティックな修飾状態の加齢変化の有無を検討している。我々は若年(8週齢)マウス卵子と加齢(48週齢前後)マウス卵子を直径で分類し、そのDNAメチル化状態の詳細を解析した。ほとんどの領域で、DNAメチル化状態と卵子直径は正の相関が見られた。また、48週齡前後のマウスから効率的に卵子を回収する手法を確立し、一部のDNAメチル化領域は、加齢による変化を示唆する解析結果を示した。今後、十分に成熟した卵子を用い、系統間一塩基多型等の情報を利用し、若年健常卵子と加齢卵子のDNAメチル状態の相違を、詳細に解析する準備を進めている。本申請は、計画1)「配偶子特異的なDNAメチル化制御因子の同定と機能解析」と計画2)「加齢に伴う卵子核のエピジェネティックな修飾状態の変化解析」の二つの研究項目を立てて推進した。計画1)「配偶子特異的なDNAメチル化制御因子の同定と機能解析」DNAメチル化酵素関連因子Dnmt3Lは、生殖細胞の分化過程で複合体を形成し、特異的なゲノム領域のDNAメチル化を行っていると推測される。そこで、Dnmt3Lと相互作用するタンパク質の候補因子を同定し、培養細胞中で強制発現させて、その機能を解析中である。また、マウスES細胞を用い、候補因子のターゲティングによる機能解析を準備中である。計画2)「加齢に伴う卵子核のエピジェネティックな修飾状態の変化解析」マウスを過排卵させ、体細胞の混入が可能な限り少ない回収法を確立し、少量ずつ回収した試料を凍結保存している。少数の試料を用いて予備的に行った実験では、回収されたDNAとRNA共に質が悪く、回収方法あるいは保存方法の変更が必要であることが懸念され、現在手技の改良点を検討中である。卵子は、加齢変化に感受性の高い組織と考えられており、高齢婦入の妊孕性低下の主因の一つである。

実際に、高齢不妊症患者の卵子核を一定の環境下に曝すと、妊娠成功率がある程度回復することから、染色体構造等の遺伝学的異常に加え、可逆的な因子の関与する加齢変化も存在し、これらが卵子の質を規定していると考えられる。しかし、卵子老化の本質は明らかでない。本研究では、エピジェネティックなゲノム機能制御に着目し、加齢に伴うDNAメチル化状態の変化と、その抑制法の開発を目的とした。哺乳類卵子のエピゲノム解析(DNAメチル化状態の解析)は、得られる卵子数に技術的制限があるため、複数領域の詳細な解析は現在まで二つのグループからしか報告されていない。我々はまず若年健常卵子を直径で分類し、・そのDNAメチル化状態の詳細を解析した。一部既報と一致しない解析結果も得られたが、ほとんどの領域で、DNAメチル化状態と卵子径は正の相関が見られた。また、48週齢前後のマウスから効率的に卵子を回収する手法を確立し、これらの少数の検体を偏り無く増幅し、DNAメチル化状態を検討中である。今後、十分な直径を呈する卵子を用いて、若年健常卵子と加齢卵子のDNAメチル化状態の相違を、詳細に解析する。
ループデザインによる耐熱性好冷酵素の創出

室温で高活性を示す好冷性酵素は化学反応プロセスの省エネ化への応用が期待される。本研究では、熱安定性を維持しつつ室温で高い酵素活性を示す尿酸酸化酵素W279L+P287G変異体について結晶構造を決定した。得られた立体構造並びに速度解析等の結果から、インターフェースループIIの可動性増大により本酵素が好冷化したことが示唆された。これらの解析結果に基づき、枯草菌由来α-アミラーゼについて表面ループのヒンジ領域にある7残基に変異を導入した。標的残基のうち5残基の変異で120%-300%デンプン分解活性が増大し、かつ安定な好冷性酵素を得た。本年度は、ウリカーゼ好冷性変異体のX線結晶構造解析と枯草菌由来耐熱性酵素の変異解析を実施した。ウリカーゼW279L+P287G変異体のX線結晶構造解析については、2.1オングストローム分解能のX線回折強度データを収集し、立体構造モデルを得た。得られた2.1オングストローム分解能結晶構造モデルと野性型2.2オングストローム分解能結晶構造モデルを比較した結果、インターフェースループIIおよびそのループに連なるストランド周囲にわずかな構造変化が生じる事が示唆された。本研究結果については、AsCA2012(アジア結晶学会)において報告した。好冷性変異体で生じた内部構造変化の詳細を明らかにするため、結晶化条件等の精密化について引き続き検討を行っている。さらに微小な構造変化と酵素活性との相関について蛍光測定等を実施する予定である。枯草菌由来耐熱性酵素の調製とその解析については、ループのヒンジ領域の推定方法の検討と変異体作製を行った。1)ループのヒンジ領域の推定方法について:主として溶媒露出面積と温度因子から予測することに加え、活性中心残基との距離に基づいて優先順位をつけることで変異標的を決定した。2)枯草菌由来耐熱性酵素の変異体作製について:標的としてアミラーゼ10カ所、キシラナーゼ7カ所の候補残基についてsaturation mutagenesisを行い、各90コロニーを選抜し、酵素活性について調べた結果、6カ所および3カ所の変異について好冷性変異体を得た。今後各変異体の速度解析および構造解析を進める予定である。Bacillus属細菌由来尿酸酸化酵素(bUOD)のフレキシブルループを改変したW279L+P287G変異体は、50°C以上での高い熱安定性と20°C以下での高い酵素活性を示した。そこで、本好冷化変異体についてその分子機構を解析した。bUOD W279L+P287G好冷化変異体のX線結晶構造解析を実施し、2.1オングストローム分解能で結晶構造を決定した。インターフェースループII(His277-Pro300)以外の主鎖構造や、本ループ中のアミノ酸残基の溶媒接触面積には有意な変化が認められなかった。しかし、ループ中の284番目から289番目のアミノ酸残基の電子密度は消失しており、ループの可動性が増したことが示唆された。実際、インターフェースループII全体で温度因子が野性型酵素と比べて増大しており、酵素活性の上昇に関与することが示唆された。また高温での活性の低下には4量体サブユニットの部分的な解離が関与することが示唆された。次に、枯草菌由来の耐熱性酵素としてα-アミラーゼを用いて、蛋白質の表面近傍に存在するフレキシブルループ中のヒンジ領域に相当する残基を選抜して改変酵素を作製し、その好冷化について検証した。bUODの解析結果に基づき、フレキシブルループのヒンジ残基を二次構造と溶媒接触面積に基づいて予測し、枯草菌由来の耐熱性αアミラーゼの変異標的として7アミノ酸残基を選抜した。各残基についてsaturation変異導入を行い、可溶性デンプン分解活性を指標に選抜したところ、5残基(W134, Y145, Y189, R216, K260)の変異体酵素で120%-300%となる室温での比活性上昇を示した。また、いずれの変異体も50°Cから60°Cの変性温度を示し、熱安定性を維持していた。活性上昇の原因を明らかにするため、各変異体酵素を大量精製しX線結晶構造解析を進めている。本年度は、モデル酵素であるBacillus sp.細菌由来ウリカーゼ(bUOD)の好冷化変異体W279L+P287Gの構造解析と枯草菌由来の耐熱性酵素の調製について検討したので、その結果を以下に示す。1)Bacillus sp.細菌由来ウリカーゼ(bUOD)W279L+P287G変異体のX線結晶構造解析その好冷性発現の分子機構を調べるため、そのX線結晶構造解析に取り組んだ。

bUOD変異体W279L+P287Gの阻害剤複合体の結晶化を20°Cで行い、それぞれ2.6 Å分解能でX線回折強度データを収集、分子置換法によりいずれもR因子19%で結晶構造を決定した。野性型酵素の結晶構造と比較して、ペプチド主鎖全体の二乗平均偏差は0.48 Åとよく一致したが、変異体のインターフェースループII (His277-Pro300)中の8残基で電子密度が消失していた。インターフェースループIIおよびその近傍の構造変化の詳細を調べるため、ゆらぎの大きなC末端部分8残基を欠損させたW279L+P287G+ΔC8欠損変異体を作製し結晶化条件を最適化した結果、15°Cで良好な結晶を得て、2.1 Å分解能で結晶構造を決定した。インターフェースループIIに連なり、活性中心形成に関わるβストランドの構造変化が関与することが示唆された。現在、構造変改に関わるアミノ酸残基について部位特異的変異体の作製と機能解析を行っている。2)枯草菌由来耐熱性酵素の調製枯草菌由来の7種類の酵素について大腸菌発現系の構築を検討し、diaphorase、lipase、α-amylase等で発現を確認した。α-amylaseとdiaphoraseについては精製酵素を調製し、特に前者については結晶化し、2.3 Å分解能で結晶構造を決定した。ウリカーゼW279L+P287G変異体のX線結晶構造解析23年度中に2.1オングストローム分解能結晶構造モデルを得た。本成果については、AsCA12(アジア環太平洋結晶国際学会)において発表を行った。bUOD W279L+P287G変異体構造のゆらぎに関する蛍光分析については十分な強度変化が得られず予定していた解析は行えなかったが、fluorescence shift assayによる安定性評価が有効であることが分かったため、これまでの熱測定結果との比較解析を行い、安定性が維持される構造の詳細について検討している。今回得られた知見は、枯草菌由来耐熱性酵素の熱安定性評価のハイスループット化に応用することができた。枯草菌由来耐熱性酵素の調製とその解析αアミラーゼとキシラナーゼについて耐熱性酵素を調製した。ループのヒンジ領域の推定を行い、アミラーゼ10カ所、キシラナーゼ7カ所の候補残基を特定した。これらについてsaturation mutagenesis法による変異導入を行い、好冷性変異体候補を取得した。いずれも熱安定性はこれらの構造解析については今後の予定としている。達成できた点として、1)予定していた好冷性変異体ウリカーゼの結晶化に成功し、X線結晶構造解析ができたこと2)野性型と変異体間で有意な変化は認められなかったが、蛍光測定による分析も実施したこと3)サブクローニングした枯草菌由来の7種類の酵素は大腸菌発現系において発現が確認でき、特に、α-amylaseについては結晶構造解析も達成できたことが挙げられ、概ね当初の予定通りと評価できると判断した。結晶構造については結晶化条件の精密化を行い、さらに高分解能構造の取得を目指している。蛍光分析は困難であったことから、現在、得られた立体構造モデルを用いた基準振動解析等による計算シミュレーションについて検討し、ウリカーゼ好冷化の分子機構について検討している。枯草菌由来耐熱性酵素の好冷化については、好冷性変異体酵素が得られたことから、変異部位の組み合わせによる新たな好冷性変異体の調製に取り組んでいる。
国家主権による国益最大化行動を前提とした排出権取引の最適な資源配分についての研究

主に以下の成果を得た。(1)CBDR (Common But Differentiated Responsibilities)原則のもとで国家主権を認めてもなお、排出権取引とオフセットを組合せたグローバルな制度は社会的最適を達成し得ない可能性があること。その理由は、世界全体をデザインできる主体がいないからであり、個別国の最適化は全体最適とはならないためである。(2)個別的な制度導入の効果に関しては日本での制度導入の効果をシミュレーション計算し、従前の研究との違いを比較した。我々の推定では、制度導入による経済成長への効果はマイナスとなるが、この結果は環境省(2012)などと同じであった。本年度は10回程のミーティングを重ねながら、各分担者の役割内容と進捗状況を報告しあい、今後の方向性を検討した。内容的には、(1)各国による排出権取引に関する類似モデルのサーベイ、(2)世界排出権取引市場における全ての国による取引の場合の帰結、(3)我々の分析モデル構築の狙い、(3)CBDR原則を入れた場合の先進国間での取引の帰結(先進国間での規制の度合いをどのように設定するか)についての検討、(4)オフセット取引とその費用を考慮した場合の排出権の取引の帰結についての検討、(5)現実の排出権の売買に関する情報収集準備、(6)排出権取引市場の現状とモデル分析についての関係の検討、(6)GTAP-E等のシミュレーションモデルの検討等の検討を行なってきた。モデルの上では、各国が自由に排出権取引を行なった場合に、世界市場で決まる取引コストと各国での自主的な限界損害費用とのギャップを、どのようなメカニズムで社会的な最適水準に到達させるのかという、社会的費用の内部化問題として考えることができるが、それを実際にどのように認識し、どう乗り越えようとしているのかという具体的な課題を設定したこと、更に、現実の排出権取引の運用主体がどの程度この問題を自覚しているのか実態調査を準備するところまでが、昨年度で行なった研究実績の概要である。本年度は各分担者の役割内容に応じて、昨年度に積み残していた諸課題に取り組んだ。すなわち、(1)排出権取引の実施に伴う効果の検証、(2)世界排出権取引市場のモデル検討、(3)排出権取引に伴う環境問題の再整理などである。特に、(1)の点は、主に日本での排出権取引制度の導入効果について、過去の諸研究の帰結の検討と、環境省が公表した報告書の結果に関する検討を最新の産業連関表によって吟味した。その結果、環境省の報告書では、温室効果ガスの削減による需要減退と排出権取引制度の導入による需要増大の効果がほぼ拮抗する形のものとなっていたが、制度の導入の有無によらず、その波及効果は負の結果であった。最新の産業連関表による我々の計算結果による検討でも同様の結果となることが分かった。但し、排出ガス削減努力による需要減退はどのような想定を設定するかによって結果が大きく左右され、制度導入に伴う需要増大効果も、どのような新規投資を予想するかに大きく依存するため、決定的なことは断言し得ない。また、CGEモデルなどによるシミュレーション分析の先行研究でも、自国GDPへの効果は、制度を国際的にオープンにしがほうがその効果が上がるとされているが、数値的な結果は必ずしも大きいものではなかった。この点も、前提となるシナリオに大きく依存するため、我々の検討では、大型経済モデルのシミュレーションにあまり依拠すべきではないという感触を得ている。なお、(2)については、排出権制度導入に伴う全体最適と個別最適のギャップをどのように埋めるのかという理論問題を、更に継続して検討することになった。(3)については、排出権取引制度に関する啓蒙的書籍の出版などの成果を得た。第1に、先行する数値シミュレーションモデルの想定が複雑である割には、それほど大きな効果を排出権取引制度の導入によって得られていないため、どのような検討が簡素で且つ要領を得た分析になり得るのかが、いまだ手探りであるため。第2に、現実の排出権取引の運用が、世界中でかつてのような熱意を持って行われなくなってきているため、その制度的、政治的原因などを探るという、当初予期しなかった問題などを検討していたことが影響しているため。排出権取引市場の低迷原因として、世界的な経済的不況という状況に加えて、その制度の持つ複雑さということが考えられるため、最終年度は日本の排出権取引制度の導入を主に検討することにした。具体的には、環境省(2012)の予想需要のデータに基づき、排出権取引制度の導入効果(トリートメント効果)を産業連関モデルによって検討した。その結果、制度を導入せずに排出量を削減した場合の効果(BAUケース)と制度導入による場合の効果(ETSケース)を検討した結果、両ケースとも波及効果の合計はマイナスとなるが、ETSケースではその負の影響が一段と大きくなる結果を得た。その額は約マイナス1.3兆円(GDP比で約ー0.14%)であった。波及効果が負となるという点は環境省(2012)の結果と同じである。だが、雇用への影響は雇用形態を問わず正の波及効果をもたらすことが分かった。このことは、排出権取引制度の導入によって需要が減少する銑鉄部門などでは雇用吸収能力が高くないために雇用への影響が小さいのに対し、排出権取引制度導入の恩恵を受ける部門ではまだ雇用吸収能力が高いことを意味している。従って、排出権取引制度を日本で導入することは、雇用面でのプラス効果は期待できるものの、産出効果としては大きな誘因を持たないという結論を得た。

このような状況が世界各国でどのようになっているのかという課題は、今後検討していくべき方向として残されている。また、世界の排出権取引制度の検討状況がどうなっているのかということを把握するために、国際研究集会に参加してEU及びアメリカ等での検討状況に関する知見を得た。主に以下の成果を得た。(1)CBDR (Common But Differentiated Responsibilities)原則のもとで国家主権を認めてもなお、排出権取引とオフセットを組合せたグローバルな制度は社会的最適を達成し得ない可能性があること。その理由は、世界全体をデザインできる主体がいないからであり、個別国の最適化は全体最適とはならないためである。(2)個別的な制度導入の効果に関しては日本での制度導入の効果をシミュレーション計算し、従前の研究との違いを比較した。我々の推定では、制度導入による経済成長への効果はマイナスとなるが、この結果は環境省(2012)などと同じであった。以下の諸要因が相互に作用したために、進行状況が遅れている。・関連先行研究の絞り込みに要する時間が思っている以上にかかっていること、・理論モデルでの帰結を追証するための適当なシミュレーションモデルの構築が難航していること、・先行するシミュレーションプログラムが比較的複雑であることによる検討作業の時間が長引いていること、・現実の排出権取引の運用主体へのヒアリング調査のための日程調整の折り合いがなかなかつかず延期されてきていること、などである。最終年度の本年は、残された理論的問題の定式化への模索、制度的諸問題についての各国の状況の把握、可能な数値シミュレーションによる分析を目指す。研究分担者他との共同研究会の開催を引き続き重ねて、成果に結びつく形に発展させていく。経済学上で記した諸課題を、分担者との連携によって進めることが本年度の計画である。(1)主要関連先行研究との比較分析、(2)理論モデルでの帰結を追証するための適当なシミュレーションモデルの構築、(3)現実の排出権取引の運用主体へのヒアリング調査、などが今年度の目標であるが、共同研究会の定例的開催とそこでの進捗具合のチェックを行ないながら、本課題を推進する。先の進捗状況の説明のところで触れたように、当初予定されていなかったモデル及びシミュレーションの検討の遅れと、排出権取引制度への各地での取組みが当初ほどの熱意を持って行われていない状況が重なり、思ったように国内外への研究調査が計画できなかったため。ヨーロッパ、東京、アメリカにおける排出権取引制度へのヒアリング調査のための日程調整の折り合いがなかなかつかず延期されたことにより、旅費等が大幅に繰り越しなってしまったため。本年度は、最終年度に相応しい活動にすべく、排出権取引制度の歴史的経緯についての調査のための出張と、国内外の講師を招待しての共同研究会の開催、成果発表のための学会参加、英文校閲等の成果公表への作業、また、学生参加者を募っての排出権取引ゲームによって理論的な予想を確認するなどの行動経済学的手続きなどを組織するなどに、研究費を充てていきたい。早い段階から先方との日程調整、またヒアリング内容の詳細を固めて、夏頃にかけて集中的に調査を行なえるよう準備を進める。
DNAマイクロアレイ技術を応用した変異原性評価法の開発

メチルニトロソウレア(以下、MNU)を高・低2濃度で、2.5μg/mlのPHAで刺激したリンパ球に曝露した。曝露24時間後にtotal RNAを回収、DNAチップで遺伝子の発現をみた。MNUによる傷害は、グアニン残基のメチル化や酸化ストレスであることが知られている。GeneSpringによる解析では、酸化ストレスに対する反応と考えられる遺伝子や細胞周期停止・DNA修復関連遺伝子に有意な変化が見られたであった。また、以前にハイブリダイゼーションを行い画像データの残っているブレオマイシン、UVA、UVCについて、統計学的有意性の出せるGeneSpringを用いて再解析を行った。それぞれの傷害性と矛盾しないプローブ(遺伝子)が有意な変化を示した。平成14年度は、2本鎖DNAの鎖間に架橋を形成するマイトマイシンC(以下、MMC)、アルキル化剤メチルニトロソウレア(以下、MNU)について検討中である。当初、ホルムアミドについて検討の予定であったが、リンパ球では、DNAと蛋白のクロスリンクが、非酵素的に解消されることが明かになったのでMNUに変更した。MMCについては、リンパ球を分離後、レクチンで一日刺激し、0.025μM、0.1μM、0.3μMの3段階で3時間MMCに曝露した。viabilityをみたところ0.1μMを境に細胞数が低下していたので、0.025μM(L)と0.1μM(H)を曝露濃度にした。本実験では、これまでの経験から遺伝子の発現状態の変化が多彩である曝露24時間後にRNAを回収、cDNA、cRNAを合成しDNAチップにハイブリさせた。コントロールと(H)の比較では、アポトーシス関連因子eat me signalのひとつであるCED-6が顕著な発現亢進を示した。アポトーシスに陥った細胞は、貧食により除去されるが、MMCもアポトーシスを起こすことが知られている。MNUの予備実験では、MMCと同様にレクチンで刺激し、50μg/ml、100μg/ml、200μg/ml、の3濃度で3時間曝露しviabilityを検討した。200μg/mlでは細胞数が統計学的にも有意に低下したため、100および200μg/mlを曝露濃度とした。現在、MNUの本実験を実施中であるメチルニトロソウレア(以下、MNU)を高・低2濃度で、フィトヘマグルチニン(以下、PHA)で刺激したリンパ球に曝露した。DNAチップ解析ソフトGeneSpringによる解析では、酸化ストレスに対する反応と考えられる遺伝子や細胞周期停止・DNA修復関連遺伝子に有意な変化が見られたであった。また、以前に発現プロファイルを得たブレオマイシン(以下、BLM)、UVA、UVCについて、GeneSpringを用いて再評価を行った。さらに、BLM、UVC、UVAの再評価で有意となった遺伝子(プローブ)について、各プローブに対応するプライマーを設計し、リアルタイムPCRによる確認を試みた。
木材のポリエチレングリコール処理に及ぼす温度の影響

ポリエチレングリコール(PEG)による木材の寸法安定化はバルキング効果によって発現するため,木材細胞壁内にPEG分子が浸透することが不可欠である。しかしながら,これまで細胞壁中には入れないとされていた分子量3000以上のPEGによっても寸法安定性が得られるとの矛盾が存在していた。この矛盾には熱の影響が関与していると考えられたため,分子量の異なる数種のPEGを用いて,処理木材の寸法安定性に及ぼす処理温度の影響を検討するとともに,木材へのPEGの吸着実験を行い,PEG吸着量および溶媒(水)の選択的収着量の温度依存性を検討するとともに,PEGの木材細胞壁中での存否の確認を目的とし,処理木材の力学的性質を調べた。得られた主な結果は,1.処理温度あるいはその後の乾燥温度が高いほど処理木材は高いバルキング効果(B.E.)を示すが,この傾向は高分子量PEGほど著しい。2.高分子量PEGによる低温処理で認められたB.E.は,乾燥により固化したPEGのコーティング効果に起因する可能性が高い。3.供試PEGの吸着量は温度の上昇とともに増加するが,増加の程度は高分子量PEGの方が著しく,PEG 20000を用いた場合,溶媒の選択的収着量は温度上昇に伴って著しい減少を示した。4.力学試験の結果は,温度上昇に伴ってより多くの高分子量PEGが木材細胞壁中に浸入することを示している。5.以上のことから,処理温度あるいは処理後の乾燥温度の上昇による高分子量PEGによる処理木材の寸法安定性の著しい向上は,温度上昇に伴う細胞壁中の水の凝集構造の緩みに起因して,高分子量PEG分子の細胞壁中への浸透が容易になるためと説明され,従来の矛盾が解決された。ポリエチレングリコール(PEG)による木材の寸法安定化には,木材細胞壁中に浸透可能なPEG分子量が問題となる。従来分子量3000以上のPEGは細胞壁中には入れないとされていたが,より高分子量PEGによっても寸法安定性が得られるとの矛盾が存在していた。この矛盾には熱の影響が関与している可能性が高い。そこで,分子量の異なる数種のPEGを用いて,処理木材の寸法安定性に及ぼす処理温度の影響を検討し,次いで,PEGの木材への吸着実験を行い,吸着量および溶媒(水)の選択的収着量の温度依存性を検討するとともに,PEGの木材細胞壁中での存否を確認するため,処理木材の力学的性質を調べた。得られた主な結果は(1)処理温度あるいはその後の乾燥温度が高ほど処理木材は高いバルキング効果(B.E.)を示すが,この傾向は高分子量PEGほど著しい。(2)高分子量PEGによる低温処理で認められたB.E.は,乾燥により固化したPEGのコーティング効果に起因する可能性が高い。(3)供試PEGの吸着量は温度の上昇とともに増加するが,増加の程度は高分子量PEGの方が著しく,PEG20000を用いた場合,溶媒の選択的収着量は温度上昇に伴って著しい減少を示した。(4)力学試験の結果は,温度上昇に伴ってより多くの高分子量PEGが木材細胞壁中に浸入することを示している。(5)以上のことから,処理温度あるいは処理後の乾燥温度の上昇による高分子量PEGによる処理木材の寸法安定性の著しい向上は,温度上昇に伴う細胞壁中の水の凝集構造の緩みに起因して,高分子量PEG分子の細胞壁中への浸透が容易になるためと説明される。

この矛盾には熱の影響が関与していると考えられたため,分子量の異なる数種のPEGを用いて,処理木材の寸法安定性に及ぼす処理温度の影響を検討するとともに,木材へのPEGの吸着実験を行い,PEG吸着量および溶媒(水)の選択的収着量の温度依存性を検討するとともに,PEGの木材細胞壁中での存否の確認を目的とし,処理木材の力学的性質を調べた。得られた主な結果は,1.処理温度あるいはその後の乾燥温度が高いほど処理木材は高いバルキング効果(B.E.)を示すが,この傾向は高分子量PEGほど著しい。2.高分子量PEGによる低温処理で認められたB.E.は,乾燥により固化したPEGのコーティング効果に起因する可能性が高い。3.供試PEGの吸着量は温度の上昇とともに増加するが,増加の程度は高分子量PEGの方が著しく,PEG20000を用いた場合,溶媒の選択的収着量は温度上昇に伴って著しい減少を示した。4.力学試験の結果は,温度上昇に伴ってより多くの高分子量PEGが木材細胞壁中に浸入することを示している。5.以上のことから,処理温度あるいは処理後の乾燥温度の上昇による高分子量PEGによる処理木材の寸法安定性の著しい向上は,温度上昇に伴う細胞壁中の水の凝集構造の緩みに起因して,高分子量PEG分子の細胞壁中への浸透が容易になるためと説明され,従来の矛盾が解決された。
高効率ヒトゲノム改変技術の開発と医療創薬応用に向けての安全性検証

ゲノム上の遺伝子を自由自在に改変できるようになれば、生物学全般のみならず、医療や創薬、農畜産等の分野において大きな発展が期待できる。本研究では、遺伝子ターゲティングの効率やベクターの安定性に影響を及ぼす因子の解析を中心に、ヒト細胞において効率的にゲノム改変を行うための汎用的な手法の開発に取り組んだ。特に、遺伝子ターゲティングの障害となるランダム挿入反応を抑制するための方策を多方面から検討した。本研究により、超高効率遺伝子ターゲティング法の開発に直結する貴重な成果を得ることができた。本研究代表者は、動物細胞のゲノム改変に関わる応用ゲノム研究やゲノム損傷修復研究をさまざまな角度から行ってきた。本研究では、これまでの知見と技術を基盤として、あらゆるヒト細胞に適用可能な超高効率ジーンターゲティング法を開発することを目的とする。まず、エクソントラップ型のターゲティングベクター(蛍光タンパク質遺伝子マーカーを搭載)をエレクトロポレーション法によりNalm-6細胞に導入し、ソーティングによる組換え体の選別を行った。次に、このアッセイシステムを利用して、ターゲティングベクターにさまざまな工夫(負選択マーカーの付加や変性など)を施した後に実験を行った。また、以上の実験と並行して、alt-NHEJに関わる因子、特に相同組換えには影響を与えずalt-NHEJのみに特異的に関わる因子の探索を試みた。この候補遺伝子についてはノックアウトヒト細胞を作製し、組換え効率の変化を解析した。一方、ターゲティングベクターの導入時に種々のsiRNAや相同組換え因子発現ベクターをコトランスフェクションにより導入し、各挿入頻度とターゲティング効率への影響について調べた。まず、エクソントラップ型のターゲティングベクター(蛍光タンパク質遺伝子/薬剤耐性遺伝子マーカーを搭載)をエレクトロポレーション法によりヒトNalm-6細胞に導入し、ソーティングおよびコロニー形成法による組換え体の選別を行った。この結果として、新規に開発した負選択マーカーの有効性を確認することができたため、ヒトiPS細胞においても有効であるかどうか検討を進めている。一方、ターゲティングベクターの導入前後に細胞を低酸素下で培養し、ベクター挿入頻度とターゲティング効率への影響を調べた。ヒト細胞にターゲティングベクター(プラスミドを直鎖化した遺伝子改変用ベクター)を導入し、人工ヌクレアーゼを用いずに効率的に遺伝子改変を行うための手法の開発に取り組んだ。具体的には、高効率ゲノム改変に最適なベクター構造を見いだすことを目的として、遺伝子ターゲティングの効率やベクターの安定性に影響を及ぼすDNA配列および構造上の特徴についての解析を行った。これと並行して、遺伝子ターゲティングの障害となるランダム挿入反応を抑制するための方策を見いだすべく、新規負選択マーカー(条件的致死遺伝子)の効果の検討や、alt-NHEJ(ゲノム二本鎖切断に関わる第三の経路)に特異的に関わる因子の探索に取り組んだ。本研究により、任意のヒト細胞に適用可能な超高効率遺伝子ターゲティング法の開発に直結する貴重な成果を数多く得ることができた。26年度が最終年度であるため、記入しない。分子生物学26年度が最終年度であるため、記入しない。交付申請書に記した研究目的に沿って、交付申請書に記した平成24年度の研究実施計画の内容をおおむね遂行できたため。交付申請書に記した研究目的に沿って、交付申請書に記した平成25年度の研究実施計画の内容をおおむね遂行できたため。交付申請書に記した平成25年度の研究実施計画を遂行するべく研究を進める。交付申請書に記した平成26年度の研究実施計画を遂行するべく研究を進める。研究実施計画を遂行するために必要な消耗品の購入のために研究費を使用するが、その他の消耗品の購入や旅費、人件費にも使用する。特に昨年度購入を控えた合成核酸や幹細胞培養用の培地の購入が必要となる見込みである。予定していた海外出張を取りやめたこと、また、消耗品や外部委託のコストを抑えることができたことにより、次年度使用額が生じた。交付申請書に記した平成26年度の研究実施計画を遂行するために必要な消耗品の購入のために研究費を使用する。旅費や人件費にも使用するが、大半は幹細胞培養のための経費となる見込みである。
トライボコーティング潤滑法による宇宙機器の摩擦制御とその実用システムの開発

本研究は,当研究室で提案している宇宙機器のための新しい潤滑法(トライボコーティング潤滑:摩擦支援型蒸着膜形成法)の転がり軸受への応用の可能性を明らかにし,実用システムへ展開することを目的として行った.その結果,トライボコーティング法は,転がり軸受の潤滑法として極めて有効であることを実証し,そのための最適成膜条件を実験的に明らかにした.これは,実用化のための重要な知見である.2年間の主な研究成果は,以下の通りである.(1)インジウムのトライボコーティングを施した玉軸受は,0.002の実用可能な摩擦係数を与える.(2)その寿命は,2回の再トライボコーティングにより,10^7回まで持続させることが可能である.(3)総玉軸受構造は,保持樹を有する玉軸受構造より,トライボコーティング膜の長寿命が得られる.(4)被膜供給速度は,安定した低摩擦のための最適値が存在し,その値は,6-20nm/minである.これは潤滑材の加熱温度で1000-1070Kに相当し,真空環境下でインジウムを蒸発させることのできるぎりぎりの低い温度に相当する.(5)被膜供給膜厚は,安定した低摩擦のための最適値が存在し,その値は,約100-400nmである.この値は,スラスト荷重と被膜膜厚により決定される被膜に与えられる接触圧力が800-1400MPaに相当する.本研究は,当研究室で提案している宇宙機器のための新しい潤滑法(トライボコーティング潤滑:摩擦支援型蒸着膜形成法)の転がり軸受への応用の可能性を明らかにし,実用システムへ展開することを目的として行った.その結果,トライボコーティング法は,転がり軸受の潤滑法として極めて有効であることを実証し,そのための最適成膜条件を実験的に明らかにした.これは,実用化のための重要な知見である.2年間の主な研究成果は,以下の通りである.(1)インジウムのトライボコーティングを施した玉軸受は,0.002の実用可能な摩擦係数を与える.(2)その寿命は,2回の再トライボコーティングにより,10^7回まで持続させることが可能である.(3)総玉軸受構造は,保持樹を有する玉軸受構造より,トライボコーティング膜の長寿命が得られる.(4)被膜供給速度は,安定した低摩擦のための最適値が存在し,その値は,6-20nm/minである.これは潤滑材の加熱温度で1000-1070Kに相当し,真空環境下でインジウムを蒸発させることのできるぎりぎりの低い温度に相当する.(5)被膜供給膜厚は,安定した低摩擦のための最適値が存在し,その値は,約100-400nmである.この値は,スラスト荷重と被膜膜厚により決定される被膜に与えられる接触圧力が800-1400MPaに相当する.本研究では,当研究室で提案している宇宙機器のための新しい潤滑法(トライボコーティング潤滑:摩擦支援型蒸着膜形成法)の転がり軸受への応用の可能性を明らかにし,実用システムへ展開することを目的としている.1年目の本年は,転がり軸受に対するインジウムのトライボコーティングにより超高真空中における摩擦制御が実用的な範囲で可能であることを明らかにした.すなわち,転がり軸受に対するインジウムのトライボコーティングによリ現在使用されている超高真空用転がり軸受の摩擦係数0.005と同等,もしくはそれ以下の安定した低摩擦係数を与えることを実証した.本研究で明らかにされたこの低摩擦を実現するための必要条件(成膜条件)を以下に示す.(1)転がり軸受の内・外輸に均一な移着膜が形成される場合,0.005以下の安定した低摩擦が得られる.この均一な移着膜の形成条件が低摩擦のための必要条件となる.(2)トライボコーティング過程及びなじみ過程の回転速度は低いほど安定した低摩擦が得られる.本実験では,実験可能な低回転速度である5rpmの時,最も安定した低摩擦を実現した.(3)被膜供給速度は,安定した低摩擦のための最適値が存在し,その値は,6-20nm/minである.これは潤滑材の加熱温度で1000-1070Kに相当し,真空環境下でインジウムを蒸発させることのできるぎりぎリの低い温度に相当する.(4)被膜供給膜厚は,安定した低摩擦のための最適値が存在し,その値は,約100-400nmである.この値は,スラスト荷重と被膜膜厚によリ決定される被膜に与えられる接触圧力が800-1400MPaに相当する.本研究では,当研究室で提案している宇宙機器のための新しい潤滑法(トライボコーティング潤滑:摩擦支援型蒸着膜形成法)による摩擦制御の可能性を明らかにし,実用システムへ展開することを目的としている.本年は,インジウムのトライボコーティング潤滑において低摩擦を得るために重要な役割を果たすピン先端に形成される中間移着物及びディスク摩耗痕の解析に基づき,移着膜の形成過程と潤滑機構を明らかにした.さらにこれらに基づき低摩擦を得るための設計指針を明らかにした.本研究で明らかにされた低摩擦を実現するための必要条件(成膜条件)を以下に示す.(1)安定した低摩擦を得るためには,窒化ケイ素球に対し,焼入れを施した高硬度のSUS440Cを用いることが有効である.

(2)トライボコーティング期間中に,ピン表面には,ディスク材料の移着(中間移着物)が発生し,これが,ピンとディスク間の潤滑を行なうインジウム被膜の保持の役割を有する.この中間移着物の形成は,低摩擦発現のために不可欠である.(3)ピン先端の中間移着物の粗さとディスク摩耗痕の粗さがほぼ等しい時,低摩擦が得られる.(4)摩擦係数に最も影響を与える因子は,被膜形成時の荷重W(N)と被膜供給量h(μm)である.(5)安定した低摩擦発現のための最適被膜供給膜厚が存在し,その値は,被膜形成時の荷重W(N)と被膜供給量h(μm)の比(h/W)=38である.
精密光学測定との融合による超高速応答性をもったガンマ線検出方法の開拓

本提案ではフェムト秒オーダーに至る、超高速応答性をもった革新的なガンマ線検出器の実現に向けた先駆的探索として、電気光学効果を介したガンマ線の検出によって、可視光から赤外線帯域で実現されている精密光学計測と融合させるための原理実証実験を行う。電気光学効果とは、一般的には物質に対して電場をかけるとその強さに応じた複屈折率の変化を示す現象である。ガンマ線が電圧を印加された電気光学素子の内部で反応した時に生成された2次電子群によって内部電場が局所的に変化し、複屈折率も変動を示すことが予想される。そこで、あらかじめ偏光ビームをプローブとして素子に入射させ、光学軸からの角度に対応した屈折率によって素子内部で折り返されてくる出射光を集光するような光学系を構築しておくことで、ガンマ線反応に対応した素子内部の変動を検出することを試みる。本年度は原理実証実験に向けて必要な電気光学素子の設計に着手し、有限要素法を用いた汎用物理シミュレーションツールを整備して事前計算を行った。実験で使用するための光源となる半導体レーザーおよびその駆動回路系、空間光学系に必要な機材などを調達することで実験の準備をほぼ完了した。当初の予定では本年度中に測定に着手する予定であったが、海外における類似研究の進展などを踏まえて、実験に使用する電気光学素子の選定や、構築する光学系などの再検討が必要となったため、当初の予定よりやや遅れて進行している。引き続き事前のコンピューターシミュレーションによる見積もりを進めると並行して、電気光学素子を用いた測定を開始する。前例のない実験であるため、まずは宇宙線などエネルギーが大きなイベントを用いて、基礎的な特性の取得から行い、レーザー光の強度変動、変調、偏光などの時間的な変化の検出を試みる。その後、実際の放射線源を用いた性能評価を行って成果をまとめる。当初の計画では、2018年度内に実験用の電気光学素子の選定と設計を完了して購入する予定であったが、海外での類似研究の結果を踏まえて設計変更を行う必要が生じたため、計画を少し後ろ倒しにして次年度の購入としたため、次年度使用額が発生した。翌年度については、計画の最終年度であることからも、全ての助成金を使用して実験に必要な資材を調達して実験を完了させる予定である。