hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
蛋白質架橋酵素の高反応性基質配列を接着ペプチドとして活用する

蛋白質架橋酵素(トランスグルタミナーゼ)は、微生物から高等動物まで幅広く存在する酵素で、蛋白質のグルタミン残基とリジン残基との間に架橋形成反応を触媒する。本研究はこの酵素に対する高反応性な基質配列(ペプチド)の性質を解析し更なる取得をすると共に、有用蛋白質の接着固相化を目指したものである。有用蛋白質として蛍光蛋白質を対象に融合させ、その反応性を検討した。固相化に向けた機能蛋白質との配列との融合形式、また反応に必要な組換え型酵素の大量生産を進めた。本研究はカルシウムイオン依存性のタンパク質架橋化酵素・トランスグルタミナーゼが有する、タンパク質のグルタミン残基とリジン残基(もしくは一級アミン)の間に共有結合の形成を触媒する活性を利用することで、基質タンパク質に存在する配列をタグとしての活用すること、また有用なタンパク質の固相化接着を目指して行ったものである。タグとして活用する基質配列については、反応しやすいグルタミン残基には、酵素ファミリー(ヒトでは8種)により、それぞれのアイソザイムについて、好まれる周辺配列が異なり、12アミノ酸残基のペプチドとしてライブラリーから高反応性基質を得つつあった。本研究はその継続と、タグとしての活用を拡げるために基質配列(ペプチド)の反応性検討を行った。今年度はヒトの新規トランスグルタミナーゼ(TG6,TG7)について、高反応性基質配列の特長をさらに明らかにして、タグとして活用できることを示した。また、接着されるタンパク質としての活用をめざし、蛍光タンパク質(Cerulian, Evenus)を対象に、これまでに明らかにしてきた高反応性基質配列との融合タンパク質の作製を行った。これはグルタミン残基側基質配列としてのアミノ酸12残基と一級アミンを介在し、蛍光タンパク質の固相化をめざした。加えて、蛍光標識ペプチドの組織切片への接着標識の試みを行うとともに、ヒトでは量産の不可能であったメダカ(魚類)のトランスグルタミナーゼの可溶化と大量調製に成功し、ヒト基質としてのタグ配列と反応し利用可能であることも確認した。本研究では、タンパク質架橋化酵素、トランスグルタミナーゼの有するユニークな接着反応様式、すなわち、タンパク質基質の特定のグルタミン残基と一級アミンとの間に、共有結合レベルでの架橋形成を触媒する、という反応を用いて、有用タンパク質の新規な固相化の開発を目指している。この際、研究代表者がこれまで得てきた、アイソザイム(高等動物では8種存在)に特異的な高反応なグルタミン提供反応基質を活用するものである。本年度は、これらのペプチド配列をアイソザイム毎に接着ペプチドとして有効利用するために、(1)新規なアイソザイム(TGase 6, TGase 7)の高反応性基質配列を得て解析をし、また(2)これらの配列を有用酵素であるグルタチオンSートランスフェラーゼ(GST)に融合させたタンパク質を多種類発現・精製した。さらには(3)、給源として必要なトランスグルタミナーゼを十分量活用するために、組換えタンパク質を大腸菌を宿主として発現することも試みた。特に(3)についてはこれまで不可能とされていたヒトTG2について成功して、本実験に十分な量を得るめどが立っている。昨年度予定していた、一本鎖抗体への高反応性基質配列の融合タンパク質との発現は行えなかった。(2)のGSTとの融合タンパク質を、固相化のために一級アミンを固定化した材質(プラスチック以外の固相)に反応させるという事にまでは至らなかった。これまでアッセイ系確立において行ったことのある、96穴プレートにスペルミン(一級アミン)等の固定化について、その条件を改良した。高反応性基質配列を、機能を有するタンパク質に遺伝子工学的に融合させて発現・精製するのが1年目の目標であった。上の研究概要に記したように、新規な2種について、高反応性基質配列を新たに得ることができた。固相化(の条件検討)のために、大量のトランスグルタミナーゼが必要であることも判明したので、購入で無く得られるよう組換え酵素の発現精製も行った。TGase 2, TGase 4について大腸菌発現系で成功し、その他のいくつかは昆虫細胞系で得ている。魚類(メダカ)のトランスグルタミナーゼについても成功しており、十分な組換え型トランスグルタミナーゼ標品を得ることができた。また、アイソザイムの反応特異性を利用して、複数の酵素を活用して、異種の蛋白質を同じ固相に調節的に接着させることも計画している。この際、アイソザイムとこれまで得てきた高反応性基質配列とアイソザイム間の反応性が、不向きな組み合わせであるかどうかが問題になるが、この点を明らかにした。1年目に新たに得たアイソザイムの高反応性基質数種について、機能性タンパク質の一例として、有用酵素であるGST(グルタチオンーSートランスフェラーゼ)との融合タンパク質の作製を行った。これらのタンパク質は、一級アミン固定化を行う段階であり、数種類の高反応性基質に関して精製を完了している。

その他の、高反応性基質配列と機能性タンパク質の融合タンパク質の作製については、当初の予定では一本鎖抗体との融合を試みる予定であったが、それについてはまだ完了していない。本研究計画では、高反応性基質配列を機能性タンパク質に融合させ、一級アミンを固相化した素材への、接着酵素反応を活用しての固相化を試みるものである。これまでアイソザイムに関しての特異性をほぼ検討し終え、また組換えタンパク質についても特定のアイソザイム(TGase 2, TGase 4)によっては、大量の産物を供給できる状況になった。今年度は、GST融合タンパク質に加えて、前年度遂行できなかった一本鎖抗体への基質ペプチド数種の融合タンパク質を作製する予定である。またのその他、GFPなど、種々の蛍光タンパク質についても高反応性基質配列との融合タンパク質を作製する。一方で、一級アミンの反応性・固相化についても検討する。一級アミンの反応性は従来、グルタミン側基質に比して特異性が低いことが言われていたが、代表者および他情報からは、ある程度の選択性があることがわかった。そのため、アミンの固相化実験に先行して、まず最もグルタミン提供基質と反応しやすい、一級アミンを特定する。その後、プラスチック、および硝子ビーズを対象に一級アミンの付加を試みたい。昨年度に、組換えタンパク質としてのトランスグルタミナーゼを大量に得て今後も固相化実験に使用するために、継続的に発現精製・保存をする必要性があることと、新規アイソザイムについての基質ペプチドーGST融合タンパク質を多種類得たために、これらを保存しておくための超低温フリーザーを納入予定である。また、基質配列と融合させて発現する細胞増殖因子などがうまく発現すれば、これも保存する。この他の機器としては、秤量計を更新する。消耗品として、次の物品を予定している。まず、基質ペプチド数種類を新たに合成委託するほか、一級アミンを固定化するためのプラスチック、ビーズなども購入予定である。酵素を発現して得るための大腸菌培養用培地、酵素反応や精製に必要な試薬類を含めて、いくつか解析用の器具を更新の予定である。このほか、本研究計画は最終年度であるので、成果を公表するための学会参加発表、論文作成のための使用を予定している。
Cu-Al-Mn系形状記憶合金の規則化とマルテンサイト変態

熱弾性型マルテンサイト変態に起因する形状記憶効果は、ここ20余年の間に盛んに研究され、そのメカニズムに関しても解明済みであるとされている。ところが、最近、申請者らは、Cu-Al-Mn合金は、不規則bcc相が、極めて結晶学的対称性の高いfcc相へとマルテンサイト変態にもかかわらず、ほぼ完全に近い形状記憶効果を示すことを見出した。これは、形状記憶効果の一般通則に反する。そこで本研究は、Cu-Al-Mn系合金におけるbcc β相の規則-不規則変態とマルテンサイト変態についての実験を行い、結晶学的及び熱力学的解析により、規則-不規則変態とマルテンサイト変態の関連を明らかにする事を試みた。得られた結果は、以下の通りである。(1)Cu-Al-Mn系β相の母相及びマルテンサイト相の結晶構造を決定した。その結果、Al濃度が16at%を境にして高Al濃度合金では、L2_1から18R構造、低Al濃度では、A2から3R(A1)構造へ変化することが判明した。(2)Cu-Al-Mn系のβ相領域において、母相がbcc不規則相である場合のマルテンサイト変態に基づく体積変化は、非常に小さいことが判明した。(3)曲げ試験及び1軸引張試験により形状記憶特性を明らかにしたが、bcc/fcc変態においても、規則相の場合と遜色無い形状記憶特性が得られた。(4)熱力学的解析を行った結果、短範囲規則の規則化のエンタルピーは、マルテンサイト変態の変態エンタルピーとほぼ同程度であることがわかった。以上の結果から、Cu-Al-Mn系β相内における不規則bcc/fccマルテンサイト変態に基づく形状記憶効果の起源は、母相の短範囲規則によることが判明した。そこで本研究は、Cu-Al-Mn系合金におけるbccβ相の規則-不規則変態とマルテンサイト変態についての実験を行い、結晶学的及び熱力学的解析により、規則-不規則変態とマルテンサイト変態の関連を明らかにする事を試みた。(1) Cu-Al-Mn系のβ相領域全般にわたる組成を有する合金を溶製し示差走査熱量計(DSC)により規則-不規則変態及びマルテンサイト変態の変態温度と変態熱を測定し、等変態温度の等高線を作成した。その結果、母相が、規則相である場合には、従来の報告通りの変態挙動を示したが、不規則相である場合には傾向が変化し、その等変態温度線は、高温におけるβ/α相平衡に沿った分布をしていることが判明した。(2) X線回折および電子回折により、母相とマルテンサイト相の結晶構造を決定した。その結果、アルミニウム組成がおよそ16at%で母相の規則状態が変化すること、また母相の規則度の変化によりマルテンサイト相の構造も変化することが分かった。

これは、形状記憶効果の一般通則に反する。そこで、本研究は、Cu-Al-Mn系合金におけるbccβ相の規則-不規則変態とマルテンサイト変態についての実験を行い、結晶学的及び熱力学的解析により、規則-不規則変態とマルテンサイト変態の関連を明らかにする事を試みた。得られた結果は、以下の通りである。(1)Cu-Al-Mn系のβ相領域において、母相がbcc不規則相である場合のマルテンサイト変態に基づく体積変化は、非常に小さいことが判明した。(2)曲げ試験及び1軸引張試験により形状記憶特性を明らかにしたが、bcc/fcc変態においても、規則相の場合と遜色無い形状記憶特性が得られた。(3)熱力学的解析を行った結果、短範囲規則の規則化のエンタルピーは、マルテンサイト変態の変態エンタルピーとほぼ同程度であることがわかった。以上の結果から、Cu-Al-Mn系β相内における不規則bcc/fccマルテンサイト変態に基づく形状記憶効果の起源は、母相の短範囲規則によることが、判明した。
fNIRSを用いた認知症看護ケアの検証と適切な認知リハビリテーションの探索

認知症治療ガイドラインの中で、非薬物療法は実施するよう推奨されてはいるが、科学的根拠が得られていないと明記されている。本研究で認知リハビリテーションと脳血流量データに相関が見られれば、重要なエビデンスの一つが付与されるといえる。今年度対象者には「通常行われている認知機能維持プログラム」を看護師の介入が「有る」条件と「無い」条件下で実施しながら、脳活動量計測装置(fNIRS)による脳血流量の計測を行った。2019年2月までに計6名(男性3名、女性3名)の対象者で実施した。対象者は全員要支援認定者で、平均年齢78.2±4.4歳であった。Geriatric Depression Scale (GDS)は平均7.2±1.9、Mini-Mental State Examination (MMSE)は平均27.7±2.0点、Clinical Dementia Rate(CDR)では認知症無しが2名、認知症の疑いに該当した者が4名であった。対象者の内、A氏(70代男性)はGDS5点、MMSEは29点、CDRは0.5であった。認知機能維持のプログラムである計算問題、塗り絵、貼り絵、クロスワードパズルを、看護師の介入無し、もしくは有りで実施したときのfNIRSで得られた脳血流データを比較した。その結果、看護師の介入が無い時に比べて看護師の介入が有る時は、脳血流値の変動が拡大した。貼り絵では、介入無し:interquartile range (IQR)=0.34、介入有り:IQR=0.54であった。塗り絵では介入無し:IQR=0.18、介入有り:IQR=0.30であった。本結果より、看護師の介入は認知機能維持のリハビリプログラム実施時の脳血流に変動を与えることが示唆された。今後さらに症例を追加すると共に、全体の分析を進め研究成果をまとめていく予定である。30年度は6名の高齢者を対象に認知リハビリテーションを実施し、脳血流量計測装置により、その効果を検証した。従来介護保険施設等で行われている認知リハビリテーション、昨年度効果を実証したIWATA式認知リハビリテーションを行い、かつ、看護師による介入の有無が脳活動量に影響を与えるかを検証した。その結果、看護師の介入がより認知リハビリテーションの効果を増幅させることが示唆された。30年度は看護師の介入の有無が脳活動量に変化を与えるかを検証することが主な目的であったため、本研究は現時点でおおむね順調に進展しているといえる。今後はそれぞれの認知症高齢者に合わせた認知リハビリテーションを選択、実践し、観察記録とfNIRSのデータを照合させ、様々な認知リハビリテーションの妥当性について計測し、個々に合った効果的な認知リハビリテーションを探索する。さらに引き続き、課題遂行中における、リハビリテーション実施者と対象者との関わり方がリハビリテーションの効果に与える影響についても症例数を増やして実施し、実施者との関わりが重要であることを明らかにしていく。認知症予防は介護予防の中でも最も重要性が高い内容である。認知症予防の対象となるのは、正常老化の高齢者および、認知症と診断される前の段階である軽度認知障害の範囲にある人とされている。急速に認知症患者が増加している現状から、上記対象者に認知症の予防あるいは進行緩徐を目的とした、科学的根拠のある認知リハビリテーションを確立することは喫緊の課題である。今回、認知リハビリテーション介入で利用するツールは、先行研究において認知機能評価の向上効果を認めた非薬物療法(岩田和彦:精神神経学雑誌、2013)を改訂したものであり(IWATAモデル)、脳血流量データとの相関が認められるのではないかと予測している。対象者には「通常行われている認知機能維持プログラム」と、「認知リハビリテーション(IWATAモデル)」を実施しながら、脳活動量計測装置(fNIRS)による脳血流量の計測をおこなう。29年度は対象者に実施する前に、本学の学生を対象にfNIRSを装着したうえで、各プログラムのプレテストを行い、プログラムの構成や方法を確認した。学生の研究協力により得られたデータは現在分析中であるが、認知リハビリテーションに対するfNIRSの計測結果は概ねダイレクトな反応を示している。今後は認知リハビリテーションを実施する際に、看護学的な関わりの有無が脳活動量に与える影響について検討を加える。29年度は、認知リハビリテーションを実施した際に、その効果として脳活動計測装置がダイレクトに反応を示すことや、プロトコールの確認と修正を行う予定であった。29年度は4名の学生を対象に予備実験を行い、脳活動計測装置のダイレクトな反応を得られた。また、予備実験の結果、プロトコールの修正を行った。これらのことから本研究は概ね順調に進展しているといえる。

2019年2月までに計6名(男性3名、女性3名)の対象者で実施した。対象者は全員要支援認定者で、平均年齢78.2±4.4歳であった。Geriatric Depression Scale (GDS)は平均7.2±1.9、Mini-Mental State Examination (MMSE)は平均27.7±2.0点、Clinical Dementia Rate(CDR)では認知症無しが2名、認知症の疑いに該当した者が4名であった。対象者の内、A氏(70代男性)はGDS5点、MMSEは29点、CDRは0.5であった。認知機能維持のプログラムである計算問題、塗り絵、貼り絵、クロスワードパズルを、看護師の介入無し、もしくは有りで実施したときのfNIRSで得られた脳血流データを比較した。その結果、看護師の介入が無い時に比べて看護師の介入が有る時は、脳血流値の変動が拡大した。貼り絵では、介入無し:interquartile range (IQR)=0.34、介入有り:IQR=0.54であった。塗り絵では介入無し:IQR=0.18、介入有り:IQR=0.30であった。本結果より、看護師の介入は認知機能維持のリハビリプログラム実施時の脳血流に変動を与えることが示唆された。今後さらに症例を追加すると共に、全体の分析を進め研究成果をまとめていく予定である。30年度は6名の高齢者を対象に認知リハビリテーションを実施し、脳血流量計測装置により、その効果を検証した。従来介護保険施設等で行われている認知リハビリテーション、昨年度効果を実証したIWATA式認知リハビリテーションを行い、かつ、看護師による介入の有無が脳活動量に影響を与えるかを検証した。その結果、看護師の介入がより認知リハビリテーションの効果を増幅させることが示唆された。30年度は看護師の介入の有無が脳活動量に変化を与えるかを検証することが主な目的であったため、本研究は現時点でおおむね順調に進展しているといえる。今後は、認知症予防の対象となる正常老化の高齢者および、認知症と診断される前の段階である軽度認知障害の範囲にある人を対象に介入研究を進めていく。対象者には「通常行われている認知機能維持プログラム」と、「認知リハビリテーション(IWATAモデル)」を実施しながら、脳活動量計測装置(fNIRS)による脳血流量の計測をおこなう。また、認知リハビリテーションを実施する際に、看護学的な関わりの有無が脳活動量に与える影響について検討を加える。今後はそれぞれの認知症高齢者に合わせた認知リハビリテーションを選択、実践し、観察記録とfNIRSのデータを照合させ、様々な認知リハビリテーションの妥当性について計測し、個々に合った効果的な認知リハビリテーションを探索する。さらに引き続き、課題遂行中における、リハビリテーション実施者と対象者との関わり方がリハビリテーションの効果に与える影響についても症例数を増やして実施し、実施者との関わりが重要であることを明らかにしていく。29年度は大学での教育dutyのため、予定していた学会参加などができず、次年度使用額が生じた。次年度は学会発表を含め、積極的に関連学会に参加し、研究成果の発信、情報の収集に努めていく。
誘電体バリア放電誘起噴流の高速化メカニズム解明に関する研究

誘電体バリア放電誘起噴流の加速メカニズムを解明するため、誘起噴流の流動特性と間欠的に発生するスパイク状電流の解析を行った。巨視的な誘起噴流の流速と誘電体バリア放電の生成様式の関係を明らかにするため、電圧立ち上がり勾配を一定にした場合の発光時間空間分布をストリークカメラ及びICCDカメラにより計測した。電圧立ち上がり勾配の増加とともに間欠的に発生する電流の時間間隔は減少するが、その減少率は低下し、空気密度が低下することで誘起噴流の代表速度は減少することが明らかになった。誘起噴流速度は、誘電体バリア放電進展距離、スパイク状電流発生周波数、電圧立ち上がり時間、空気密度の逆数の積に比例して増加する可能性を示した。3種類の異なる膜厚(50、100、125μm)を有するポリイミドを絶縁層とするプラズマアクチュエータを試作し、常温常圧下での電気容量や電界強度分布の変化が誘電体バリア放電と誘起噴流の生成に与える影響を解析した。リアルタイム電流電圧測定の結果、矩形波電圧入力時の電圧立ち上がり時に見られる高周波数のバースト電流とアクチュエータが有する静電容量へ供給される低周波数で変化する電流波形が確認さら、膜厚の増加とともに静電容量が減少することが確認できた。また、高周波数のバースト波形については、ストリークカメラを用い、直線型DBD-PA表面電極近傍に生成される誘電体バリア放電について、100μ秒間の発光強度時空間分布を測定した。ストリーク像と電流波形を比較した結果、間欠的な発光強度変化の時間スケールとバースト電流の時間スケールに強い相関が認められ、これらの信号は誘電体バリア放電の生成・消滅に起因することが確認された。また高温炉を用い、常圧下において20°Cから200°Cの範囲でプラズマアクチュエータ近傍の温度場を変化させ、噴流の挙動を可視化した結果、温度上昇とともに空気密度が低下し、噴流の運動量が減速することが明らかになった。本年度試作したプラズマアクチュエータは、ポリイミドと銅箔層にエポキシ系の接着層が存在し、高温場において絶縁性能の低下や接着層の剥がれ等が生じた。そこで、プラズマアクチュエータ耐熱化技術として、新たにイオンプレーティング法を用いて薄膜の耐熱ガラス表面にプラズマアクチュエータ用電極を形成する手法を新たに開発した。非対称電極構造を有する誘電体バリア放電プラズマアクチュエータにより誘起される一方向噴流の加速メカニズム解明に向けて、マイクロスケールの放電生成消滅過程とマクロスケールの噴流形成過程の関係を粒子可視化速度測定装置(PIV)とストリークカメラを用いて解析した。高温場においても優れた絶縁性、耐熱性を有するサファイアガラスとアルミナを絶縁層とするプラズマアクチュエータを試作し、大気圧下で20°Cから200°Cまでの温度場における、空気密度、絶縁材料の誘電率の違いが誘起噴流の流動特性に与える影響を調べた。特にサファイアガラス基板への電極形成は、イオンプレーティング法による製膜により形成することが可能になり、100μmまでの薄膜サファイア基板を用いたプラズマアクチュエータの試作にも成功した。その結果、絶縁材料の種類に関わらず、高温化に伴う空気密度の低下が誘起噴流を減速させることを確認した。また入力電圧波形を同一にした場合でも、各絶縁材料の誘電率の違いにより計測される電流波形に大きな相違が見受けられる。これはプラズマアクチュエータが有する静電容量への電荷供給量が変化し、投入電力にも大きな差が生じさせることが明らかになった。一方、誘電率の変化により、絶縁材表面からの電子供給量が変化する可能性がある。しかし、巨視的な誘起噴流へ与える影響については、異なる厚み誘電体を用いて誘起した噴流速度を補正して比較のした結果、有意な差は見られなかったため、より厳密な評価を行うために誘電率以外の条件を統一したプラズマアクチュエータの試作を開始している。さらに、ストリークカメラを用いた間欠的なスパイク状電流波形の時空間測定も開始し、電圧立ち上がり速度の違いにより特徴的な時間スケールが減少するが、その減少率は電圧立ち上がり速度の上昇とともに小さくなることを確認した。誘電体バリア放電を利用して機能的な噴流を誘起できるプラズマアクチュエータは、流体機械の空力性能を飛躍的に向上させることができる流体制御素子として期待されているが、誘起噴流の高速化や投入電力の低減のためには、加速メカニズムの解明が必要不可欠である。本研究では非対称電極構造を有する誘電体バリア放電プラズマアクチュエータにより誘起される一方向噴流の加速メカニズム解明に向けて、マイクロスケールの放電生成消滅過程とマクロスケールの噴流形成過程の関係を定量的に解析した。

絶縁材としては、ポリイミド、サファイアガラス、石英ガラス、高純度アルミナセラミックス基板を用い、表面に形成された直線型及びドーナツ型の表面露出電と裏面電極との間に電圧立ち上がり速度が制御されたbipolar矩形電圧を高周波数で印加した。昨年度行ったストリークカメラにより解析した誘電体バリア放電の時間空間分布解析では、スパイク上電流に起因するプラズマ発光の1次元空間分布のみの解析であったため、ICCDカメラを用いて2次元的な進展を可視化した結果、時間とともに表面露出電極エッジから誘起噴流と同一方向に進展するプラズマが見られる一方、特定の時間で進展が制限され、流れに対してスパン方向に曲がる現象が確認された。電圧が一定の電圧立ち上がり勾配で増加する期間においても誘電体バリア放電の進展距離はほぼ一定となり、電圧立ち上がり速度が大きくなるとともに増加する傾向がある。ドーナツ型電極を用いて生成した環状噴流のPIV解析結果から、誘電体材料及び厚みが同じ条件では200V/μm程度の電圧立ち上がり速度の矩形電圧印加時に流速が最大になるが、誘起噴流速度を誘電体バリア放電の発生頻度、電圧立ち上がり速度の逆数、及び誘電体バリア放電進展距離の積でスケーリングすることで説明できることが明らかになった。ポリイミド、石英ガラス、アルミナセラミック、サファイアガラスの4種類の絶縁素材について膜厚の絶縁材料を用いたプラズマアクチュエータの試作に成功し、作動環境の温度だけでなく誘電性の違いが誘電体バリア放電の生成消滅過程や誘起噴流の流動特性に与える影響を評価することが可能になったため、誘起噴流加速モデルを構築するための基礎データが集まりつつあり、本助成の最終年度(平成24年度)で目標達成の見込みがたったため、おおむね研究は順調に進展していると判断する。24年度が最終年度であるため、記入しない。電圧立ち上がり時に計測されるスパイク状電流について、その時間スケールをストリークカメラ及びデジタルオシロスコープを用いて解析する手法に加え、誘電体バリア放電の進展過程についてもストリークカメラに加えてICCDカメラを用いて可視化し、誘起噴流加速モデルの構築へ向けた更なる情報を収集する。特に電圧立ち上がり速度と誘電体バリア放電進展距離の関係を明らかにし、モデル構築上必要な電流強度の電圧立ち上がり速度依存性について仮説を証明することで、より高精度のモデルの構築が可能になると推察される。
液晶の特性を利用した高選択的反応の開発研究

液晶構造の特異性を有機反応に反映すべく以下の光反応及び熱反応例につき検討を行い、反応選択性の向上とその支配因子の解明を行った。1、核酸塩基の一つであるウラシル誘導体(1,3,6ーtrimethylthymine etc.)の光二量化反応を液晶(n-butyl stearate etc.)中で試み、生成物分布と収率に与える液晶の特異性・選択性を精査した結果、高秩序度のスメクチック相下で、従来等方性溶媒や固相中では認められなかった高選択的・高収率の光二量化が認められた。即ち、生成可能な4つの異性体のうちtrans-anti二量体を90%前後の高選択性で、しかも高収率で得た。今後、これらのヌクレオシド及びヌクレオチド類の光二量化反応について検討を行う。2、反応分子それ自体を液晶にし、モデル標的として液晶性親ジエン類(フマル酸コレステリル誘導体)を合成し、"機能性液晶"の開発を行った。その一部がシクロペンタジエン及びアントラセン類との熱環化反応に適した温度域を持つ光学活性液晶となることを見いだした。シクロペンタジエンとの熱環化反応を液晶相と等方性相との両相下で行い、付加体の不斉収率を目安として反応選択性を精査したところ、等方性相下での反応に於ては殆ど不斉選択性は認められなかったのに対し、液晶相下では不斉収率が10%にも達する有意の選択性が認められた。一方、2,6ーdimethoxyanthraceneとの液晶相での反応の場合、syn体とanti体の環化付加体のうち、syn体を6090%のジアステレオ過剰選択性で得た。又、この付加体のエナンチオ選択性についても検討を行う予定である。以上、本研究課題の「液晶の特性を利用した高選択的反応の開発研究」のアプローチであるウラシル誘導体の光二量化及びDiels-Alder反応に於て従来、等方性溶媒や固相中では認められなかった高い選択性及び収率が得られた。液晶構造の特異性を有機反応に反映すべく以下の光反応及び熱反応例につき検討を行い,反応選択性の向上とその支配因子の解明を行った.1.核酸塩基(チミン,ウラシル類)の種々の液晶媒体下での光二量化反応に於て,生成物分布と収率に与える液晶の特異性・選択性を精査した結果,高秩序度のスメクチック相下で,従来等方性溶媒や固相中では認められなかった高選択的・高収率のウラシル誘導体光二量化が認められた.しかし,スメクチック相以外のネマチック相やコレステリック相下では,まだ満足出来るほどの液晶の特異性・選択性が得られていないので,更に検討をする.2.高秩序に配列した反応性(機能性)液晶及び親ジエン体としての種々のフマル酸コレステリル誘導体を合成し,その一部がアントラセン及びシクロペンタジエン類との熱環化反応に適した温度域を持つ光学活性液晶となることを見いだした.これらの熱環化反応を液晶相と等方性相との両相下で行い,付加体の不斉収率を目安として反応選択性を精査したところ,等方性相下での反応に於ては殆ど不斉選択性は認められなかったのに対し,液晶相下では不斉収率が最高20%にも達する有意の選択性が認められた.

更に高い不斉選択性を求めて種々の反応性液晶の設計・合成及び反応条件の検討をする.液晶構造の特異性を有機反応に反映すべく以下の光反応及び熱反応例につき検討を行い、反応選択性の向上とその支配因子の解明を行った。1.核酸塩基の一つであるウラシル誘導体(1,3,6-trimethylthymine etc.)の光二量化反応を液晶(n-butyl stearate etc.)中で試み、生成物分布と収率に与える液晶の特異性・選択性を精査した結果、高秩序度のスメクチック相下で、従来等方性溶媒や固相中では認められなかった高選択的・高収率の光二量化が認められた。即ち、生成可能な4つの異性体のうちtrans-anti二量体を90%前後の高選択性で、しかも高収率で得た。今後、これらのヌクレオシド及びヌクレオチド類の光二量化反応について検討を行う。2.反応分子それ自体を液晶にし、モデル標的として液晶性親ジエン類(フマル酸コレステリル誘導体)を合成し、"機能性液晶"の開発を行った。その一部がシクロペンタジエン及びアントラセン類との熱環化反応に適した温度域を持つ光学活性液晶となることを見いだした。シクロペンタジエンとの熱環化反応を液晶相と等方性相との両相下で行い、付加体の不斉収率を目安として反応選択性を精査したところ、等方性相下での反応に於ては殆ど不斉選択性を認められなかったのに対し、液晶相下では不斉収率が10%にも達する有意の選択性が認められた。一方、2,6-dimethoxyanthraceneとの液晶相での反応の場合、syn体とanti体の環化付加体のうち、syn体を6090%のジアステレオ過剰選択性で得た。又、この付加体のエナンチオ選択性についても検討を行う予定である。以上、本研究課題の「液晶の特性を利用した高選択的反応の開発研究」のアプローチであるウラシル誘導体の光二量化及びDiels-Alder反応に於て従来、等方性溶媒や固相中では認められなかった高い選択性及び収率が得られた。
レーザーレイリー散乱法を用いた中性粒子密度計測法の確立

地上実験設備において、中性粒子が電気推進機に及ぼす影響を調査することが可能にする中性粒子密度計測技術を確立した。レイリー散乱法を用いて高真空環境下の中性原子数密度を測定した。窒素ガスでの計測を行い、感度向上を確認した後に、プラズマをつけない状態ではあるが、小型ホールスラスタの下流でのキセノン中性数密度を測定した。キセノン質量流量が0.2mg / sの時のキセノン原子の数密度は(4±1.5)×10^19m^-3であり、この結果は一次元計算とよく一致した。さらに、計測用レーザーのパルス幅を短縮することによりSN比向上を確認した。電気推進器を地上で試験する際に、試験設備内に残留する中性粒子が電気推進器の性能に影響を及ぼすが、これの定量的な評価は行えていない。これは、電気推進器の作動中に中性粒子密度を正確に測定できる計測システムがないためである。そこで、非接触の光学測定法のひとつであるレーザーレイリー散乱法を用いて、中性粒子密度が計測できるシステムを構築する。計測システムの妥当性を示した後、電気推進器のひとつであるホールスラスタを作動させた状態で中性粒子密度分布を計測し、ホールスラスタの性能との定量的な関係を明らかにし、真空設備の基準策定のための基礎データを取得する事が最終目的である。そこで、内野らの先行研究において、10^ー2 torrレベルに成功しているが、これよりも検出感度を向上させるために、レーザーのパルス幅を短くして、計測するシステムに取り組んだ。はじめに、パルス幅短縮のために、誘導ブリルアン散乱を利用したパルス圧縮器の作成を検討した。しかしながら、本研究所有のレーザーのパルスの線幅は広く、パルス圧縮することが困難であることがわかり、可能な限りパルス幅を短くしてSN比向上が可能であるかの検討を行った。その結果、パルス幅を8 nsから3 nsに変更したところ、SN比は1.5倍に向上することを確認した。さらに、ホールスラスタを用いた実験を行い、10^19 m^ー3の低密度の中性粒子密度の計測に成功した。これは10^ー4 torrレベルであり、当初の目標を達成した。SN比向上のためには、迷光の抑制とプローブレーザーのパルス幅の短縮が貢献するとして、システムを構築した。レーザー光路やビミューイングダンパーの最適化やプローブレーザーのパルス幅の効果を検証したところ、当初目標としていた10^ー4 torrレベルの中性粒子密度の計測に成功した。このように、当初のほぼ計画どおりの感度を得ることに成功しており、おおむね順調に進展していると判断した。電気推進機を地上で試験する際に、試験設備内に残留する中性粒子が電気推進機の性能に影響を及ぼすが、これの定量的な評価は行えていない。これは、電気推進機の作動中に中性粒子密度を測定する手法としては、電離真空計などの測定子を宇宙空間模擬装置内に挿入して計測する以外、測定できなかったためである。そこで、測定子を宇宙空間模擬装置内に挿入せずに測定できる非接触の光学測定法による計測を試みた。すなわち、光学測定法のひとつであるレーザーレイリー散乱法を用いて、中性粒子密度が計測できるシステムを構築し、計測システムの妥当性を示した後、電気推進機を作動させた状態で中性粒子密度分布を計測し、真空設備の基準策定のための基礎データを取得することを目的として、研究を行った。昨年度はルス幅を8 nsから3 nsに変更したところ、SN比は1.5倍に向上することを確認した。さらに、電気推進機の一つであるホールスラスタを用いた実験を行い、10^19 m^ー3の低密度の中性粒子密度の計測に成功した。そこで、本年度はパルス幅を3 nsからさらに短い35 psのレーザーを用いた計測するシステムに再構築して計測に取り組んだ。用いたレーザーのエネルギーは小さいため、光学系の見直しを行い、途中での経路でのロスを減らすとともに、光の波長を可視光から紫外光に変更して、計測した。psその過程で、データーを取得するための計測器の制限より、200 psの時間分解能での計測となったが、ノイズである迷光と信号光の分離することに成功し、SN比は10倍向上した。これまでの成果より、更なる向上には更なるパルス幅の短縮が不可欠である。また、レーリー散乱の断面積は波長の4乗に反比例することから、感度向上のためにはレーザーの短波長化が効果的である。そこで、現在使っている532 nmから355 nmへ波長を変更して、さらにサブナノ秒のレーザーを用いて、SN比の更なる向上が見込めるかどうかの検証を行う。SN比が改善した後、実際のスラスタ作動環境下での実験を行い、本計測システムの優位性を示す。

航空宇宙工学当初計画では既存のレーザーの回収でパルス幅の圧縮を試みていたが、不可能であるとわかり、代替案の実行には本年度の予算だけでは足りず、次年度に行うため。他研究室から借用するピコ秒レーザーを改修して、パルス幅を1 ns以下にして、SN比が向上するかどうかを検証する。
中世説話集における説話受容と変容方法の研究

本年度の研究課題遂行状況はほぼ計画の通りである。具体的な成果として、論文1「『唱導資料と説話集ー説話引用の在り方をめぐってー」(『学芸国語国文学』第49号、平成29年3月掲載)、論文2「『打聞集』論」(『国語と国文学』第94巻第6号、平成29年6月掲載予定)を執筆した。論文1では、説話文学と密接に関連する唱導資料を調査対象とし、唱導資料内ではどのような形で説話が引用されているかを分析・考察し、説話集における説話引用との差異を明らかにした。具体的には院政期の唱導資料に範囲を限定し、語り手が残した資料として『言泉集』『弁暁説草』『諸事表白』『三国伝灯記』を、聞き手が残した資料として『法華百座聞書抄』『覚鑁上人伝法会談義打聞集』を取り上げ、説法の場で説話が典拠からどのように切り出され、語られたのかを解明したものである。これらの論文では、個々の作品における説話受容の方法を明らかにすると同時に、従来線引きが曖昧であった唱導資料と説話集という二つのジャンルに対し、院政期の人々が明確に別個の存在として認識していたことを明らかにしており、本年度における課題を果たしたものと考えている。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
母指と手指の新しい機能評価法に関する研究

本研究の目的は,我々の開発した測定システムで,母指と手指の最大筋力と運動調節能の評価を検証し,本法が手のリハビリテーション領域における新しい手の機能評価法として確立することである.今回は,本測定システムを用いて,運動調節能の再現性と,最大筋力25,50,75%の3通りの運動調節能を検証した.再現性においては,母指の各運動調節能の相関係数は0.710.90で高い相関を示した.最大筋力25,50,75%の運動調節能は,屈曲が伸展と外転より有意に小さかった(P<0.05).本法は,新しい手の機能評価法として期待できることが示唆された.本研究は,我々が三分力計を使用して開発した手指の筋力測定装置を用いて,母指の各運動方向の最大筋力と,さらに母指の各運動方向の最大筋力50%で運動を調節する能力(運動調節能)を計測し,その再現性を検証した.対象は事前の説明によって同意の得られた,過去に上肢と手指に整形疾患の既往のない右利きの健常成人32名32手で,平均年齢は21.7±0.6歳であった.測定装置は,三分力計,DCアンプ,A/D変換器を介してオリジナルのソフトウェアで制御し,コンピュータにサンプリング周波数20Hzでデータを取り込んだ.各測定は,肩関節屈曲60°,前腕中間位,手関節背屈40°,母指橈側外転20°,掌側外転40°とし母指IP関節が装置のセンサー部に当たるように行った.計測は,母指の屈曲,伸展,外転,内転をランダムな順序で行なった.母指の各運動方向の最大筋力は,屈曲が4.32±1.23kg,伸展が1.34±0.46kg,外転が1.40±0.53kg,内転が3.59±1.26kgであった.運動調節能の評価では,1回目と2回目の測定値の相関係数(以下R)は,屈曲がR=0.71,伸展がR=0.90,外転がR=0.84,内転がR=0.76であり,いずれの運動方向においても強い相関を認めた.つまり,本法による母指の最大筋力及び運動調節能の評価の再現性は高いと考えられた.今後はさらに計測回数や計測肢位の影響などを含め,測定方法の基準化の必要性が示唆された.我々は,昨年の研究で手指の最大筋力及び運動調節能を計測できる装置を開発し再現性を検証した.今年度は,健康成人35名(平均年齢21.3歳)の右母指で,母指の屈曲,伸展,外転,内転の計4方向の最大筋力と,各運動方向の最大筋力25%,50%,75%における運動調節能を計測し検討した.測定肢位は,肩関節屈曲60°,前腕中間位,手関節背屈40°,母指橈側外転20°,掌側外転40°とし,母指IP関節が装置のセンサーに当たるように行った.最大筋力は,各運動方向を3回ずつランダムな順序で行い,その平均値を測定値とした.最大筋力25%,50%,75%の運動調節能の計測は,各画面にターゲットを表示し,ターゲット中央に筋力を10秒間保持するように指示し,各運動方向をランダムな順序で計測した.母指の各運動方向における最大筋力は,屈曲が平均3.20kg,伸展が1.46kg,外転が1.44kg,内転が3.18kgであった.最大筋力25%の各運動調節能は,屈曲が平均7.09,伸展が14.73,外転が10.81,内転が9.27で,最大筋力50%では,各々6.88,13.30,12.15,8.68,最大筋力75%では各々7.97,12.63,12.86,8.91であった.最大筋力25%,50%,75%における運動調節能は屈曲が最も小さく,つまり,母指の屈曲が目的物の方向に運動を保持する能力が最も高かった.また最大筋力25%の運動調節能は,臨床応用において計測方法の基準化によって有益な評価法として期待できることが示唆された.測定方法の予備実験に時間を要したため若干遅れ気味である.我々はこれまで自作の三次元解析システムを用いて,母指の最大筋力及び運動調節能を計測し,新しい手の機能評価法としての妥当性を検証してきた.今回はさらに母指の各運動方向の最大筋力25%,50%,75%における運動調節能を検証した.対象は事前の説明に同意を得た35名35手で,年齢は21.3±0.7歳であった.測定は自作の三次元解析システムを用いて,測定肢位は肩関節屈曲60°,前腕中間位,手関節背屈40°とした.測定は,母指の屈曲,伸展,外転,内転の最大筋力を計測し,さらに最大筋力25,50,75%の3通りの運動調節能を計測した.各運動調節能は,目標値に運動を保持し,目標値からずれた動揺軌跡長を計測値とした.各計測は,サンプリング周波数20Hz,計測時間10秒とした.母指の各運動方向の最大筋力は,屈曲が平均3.2kg,伸展が1.5kg,外転が1.4kg,内転が3.2kgで,屈曲と内転が,伸展と外転より有意に大きかった(P<0.05).動揺

軌跡長では,最大筋力25%の屈曲は平均7.09,伸展は14.73,外転は10.81,内転は9.27で,50%では各々6.88,13.30,12.15,8.68,75%では各々7.97,12.63,12.86,8.91で,全ての屈曲は,伸展と外転より有意に小さかった(P<0.05).これは手内筋の寄与が大きいため屈曲の運動調節能が高かったと考えられた.また25%の伸展は,屈曲,外転,内転よりも有意に大きく(P<0.05),最大筋力の各割合で運動調節能を計測することは,本法の臨床応用において有益な手段の一つとなる可能性が示唆された.本研究の目的は,我々の開発した測定システムで,母指と手指の最大筋力と運動調節能の評価を検証し,本法が手のリハビリテーション領域における新しい手の機能評価法として確立することである.今回は,本測定システムを用いて,運動調節能の再現性と,最大筋力25,50,75%の3通りの運動調節能を検証した.再現性においては,母指の各運動調節能の相関係数は0.710.90で高い相関を示した.最大筋力25,50,75%の運動調節能は,屈曲が伸展と外転より有意に小さかった(P<0.05).本法は,新しい手の機能評価法として期待できることが示唆された.測定を制御するソフトウェアの改良に時間を要したために若干遅れ気味である.本法の計測方法の基準化と他の検査法との相関等を試み,また筋電図学的な検討も進めていく.作業療法学手関節や前腕の肢位の影響などを含め,運動調節能の測定方法の基準化を行う.また本システムと筋電図測定装置を同期し,本システムの再現性を確認する.計測方法の検証に時間を要し研究が遅れ気味であるため.測定装置を制御するソフトウェアの改良に時間を要し研究が遅れ気味であるため.測定装置の改良,及び筋電図測定装置との同期に必要な経費として支出を予定している.測定装置のディバイスの改良,および筋電図測定装置との同期に必要な経費として支出を予定している.
マルコフ過程の経路及びその加法汎関数の大域的性質とその安定性

本研究は,Dirichlet形式に付随するMarkov過程から駆動される加法汎関数の収束とその安定性をDirichlet形式の収束論を通して研究することである.特に,変分不等式論の研究に際して用いられる様々な収束の概念(Gamma-収束,H-収束,G-収束及びMosco収束等)について,Markov過程の汎関数の系列の収束性及び加法汎関数の経路の性質の安定性について適用可能かどうかを検討し,偏微分方程式に対応する拡散過程に止まらず,飛躍を持つMarkov過程に対する均質化問題への接近を試みる,本研究は,Dirichlet形式に付随するMarkov過程から駆動される加法汎関数の収束とその安定性をDirichlet形式の収束論を通して研究することである.特に,変分不等式論の研究に際して用いられる様々な収束の概念(Gamma-収束,H-収束,G-収束及びMosco収束等)について,Markov過程の汎関数の系列の収束性及び加法汎関数の経路の性質の安定性について適用可能かどうかを検討し,偏微分方程式に対応する拡散過程に止まらず,飛躍を持つMarkov過程に対する均質化問題への接近を試みる,
面外駆動型の金属メタサーフェスを用いた超小型光位相変調器の開発

本研究は,可視光の高速光位相差変調が可能なマイクロスケールの光位相差変調器の開発を目的とし,可視光に複屈折を生じるAuナノグレーティングを駆動させることで光位相差変調を実現することを試みた。今年度は,高速光位相差変調器の実現を目的として,静電駆動方式変調器の試作の光位相差変化及び透過率変化の性能を評価した。0700 Vの電圧を印加したところ,0200 Vの範囲において,入射光波長0.633 μmで,位相差変化量25.3°(21.5°46.8°)を達成した。また,二次試作を利用した初期変形量と位相差の調査により,変位によって位相差が変化することを実験的に確認することに成功した。以上の結果より,静電駆動方式の試作によって,面外駆動型Auナノグレーティングによる光位相差変調の実証に成功した。可変メタサーフェスによる位相差変化の実証は、可視光領域では世界初の成果である。これらの成果をまとめた論文をApplied PhysicsLettersに投稿し,10月に公開された。また,併行して電熱駆動方式の光位相差変調器の試作を行った.工程を改善することで,特別研究員採用以前の試作と比較しても,構造の破損等がほとんど生じない製作が可能となった。試作に02.9 Vの電圧を印加したところ,入射光波長0.532 μmで,位相差変化量-7.6°(86.2°78.6°)を達成した。これより,電熱駆動方式についても,面外駆動型Auナノグレーティングによる光位相差変調の実証に成功した。本研究によって,面外駆動型Auナノグレーティングによる光位相差変調器を世界で初めて実証した。より大きな位相差可変特性が得られれば,対象波長可変の広帯域波長板,マイクロサイズのレーザ制御素子,非侵襲デバイスへの組込など,将来の超小型で多機能な光学デバイスへの貢献に繋がることが期待できる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、裸眼でどの角度から見ても立体的に見える「裸眼電子ホログラフィ」の実現に大きく貢献する可能性を持つ超小型光位相変調器の開発を目的とし、可視光に巨大な位相差を発生させるAuナノグレーティングを駆動させることで位相変調を実現することを試みる。今年度は、本研究の基盤となっている熱駆動型Auナノグレーティングの製作工程の改善を行い、ナノグレーティング作製の歩留まり向上を目指した。製作工程を見直し、これまで課題となっていたシビアな時間制御を要する工程そのものが不要となる新たな工程を立案し、予備実験及び試作を行った。工程の改善により、グレーティングを構成する金属パターンの剥離や破断を抑制することができ、歩留まりが向上した。本工程は、次の目標となる位相変調の高速化を実現するための静電駆動型素子の製作工程に応用可能である。現在、改善後の製作工程によって試作した超小型光変調素子で得られた知見ををまとめた論文を投稿中である。光位相変調素子の詳細な設計を行うために、電磁場解析手法で広く用いられるFDTD法による解析システムを構築した。本システムでは一からコーディングすることでモデル作成を行うため、市販の電磁場解析ソフトでは機能が限られ実現不可能だった複雑な曲線形状の3次元モデルを作成することができる。本研究で製作している駆動型ナノグレーティングは、複雑な曲線形状となるため、本システムによって実物により近いモデルを用いた解析が可能となった。本研究の目的である超小型光位相変調器に要求される性能の一つが、高速変調である。現在の熱駆動型グレーティングでは、ディスプレイ素子として必要な応答速度が実現できないため、駆動方式を静電駆動に改良する予定である。今年度は、熱駆動型グレーティングの歩留まり改善に成功し、位相変調器の基盤となる製作工程を確立した。並行して、静電駆動型のグレーティングの製作工程の確立に着手しており、駆動試験を行える段階まで進行している。加えて、複雑な曲線形状の計算モデルを用いた電磁場解析が可能となるシステムを構築した。計画では、静電駆動方式での位相変調特性を材料力学・電磁場の両面から解析する予定であったが、電磁場解析システム構築に想定以上の時間を要した。しかしながら、本システムによって実物により近い解析を行うことが可能となり、今後の素子設計は順調に進展すると思われる。本研究は、裸眼電子ホログラフィの実現に貢献する可能性を持つ、可視光の高速光位相差変調が可能なマイクロスケールの光位相差変調器の開発を目的とし、可視光に対して複屈折性を示すAuナノグレーティングを駆動させることで、位相差変調を実現することを試みる。今年度は、昨年度に確立したマイクロ微細加工工程を使用して、変調素子の試作を行った。パターン設計を変更することにより、光位相差を維持しながら透過率を変調することができる素子形状を発案し、試作および評価を行った。素子への印加電圧に対する透過率スペクトルの変調測定を行い、電圧によってスペクトルが変化することを示した。透過率変調は、本研究の目的である光位相差変調とは異なる新たな特性である。これらの成果は、電気学会論文誌に投稿し、11月に公開された。本研究で提案する素子の位相差特性を理論的に検証するため、多層膜構造の干渉理論を適用した理論解析手法の確立を試みた。微細構造を含む層を等価の均一媒質に近似する手法として有効媒質理論を採用し、数値処理ソフト上で計算プログラムを構築した。

計算結果を、市販の数値解析ソフトの計算結果と比較したところ、入射光の偏光方向によって、構築した理論計算プログラムの結果と数値解析結果がよく一致する場合としない場合とがあることが明らかになった。この結果より、有効媒質理論をそのまま適用するだけでは条件が不十分であることが示唆された。しかしながら、時間のかかる数値解析に対して本計算プログラムでは、光の伝搬特性は評価することができないものの、瞬時に透過特性の結果を出力できることから、設計時の概算手法として有用であることが分かった。適用条件を改善し、今後の素子設計で利用することを検討している。今年度は、昨年度に確立した歩留まりの高い製作工程を利用して、試作過程で得られた透過率変調特性の知見をまとめた論文が公開された。透過率変調は、本研究の目的である光位相差変調とは異なり、当初想定していなかった新たな特性である。また、試作素子で変調特性を実証できた点で大きな進展である。また、並行して進めてきた、静電駆動型のグレーティングの製作工程がほぼ確立され、可視光領域での位相差変調を実証することができた。これについては現在知見をまとめているところであり、当初の目標である高速変調の実現に近づいたと言える。加えて、本研究で提案する素子の位相差特性を調査するため、多層膜構造の干渉理論を適用した理論解析手法の確立を試み、数値処理ソフト上で計算プログラムを構築した。市販の数値解析ソフトと結果が合わず、改善の余地があるが、時間のかかる数値解析に対して瞬時に透過特性の結果を出力できることがわかった。今後の光学特性の概算手法として確立できれば、昨年度までに構築した解析システムと併用することで、より高精度・高効率の素子設計が実現できると考えている。位相差変調素子の個別制御を行うためのドライバ回路の設計については、素子製作を重視したため進展がなかった。しかしながら、熱駆動及び静電駆動型素子の駆動を行う実験設備は既に構築できており、光学特性の評価までは実証できているため、本素子をディスクリートの回路に組み込めるような変換システムを実装すれば、個別制御の実現が可能である。本研究は,可視光の高速光位相差変調が可能なマイクロスケールの光位相差変調器の開発を目的とし,可視光に複屈折を生じるAuナノグレーティングを駆動させることで光位相差変調を実現することを試みた。今年度は,高速光位相差変調器の実現を目的として,静電駆動方式変調器の試作の光位相差変化及び透過率変化の性能を評価した。0700 Vの電圧を印加したところ,0200 Vの範囲において,入射光波長0.633 μmで,位相差変化量25.3°(21.5°46.8°)を達成した。また,二次試作を利用した初期変形量と位相差の調査により,変位によって位相差が変化することを実験的に確認することに成功した。以上の結果より,静電駆動方式の試作によって,面外駆動型Auナノグレーティングによる光位相差変調の実証に成功した。可変メタサーフェスによる位相差変化の実証は、可視光領域では世界初の成果である。これらの成果をまとめた論文をApplied PhysicsLettersに投稿し,10月に公開された。
Beyond multi-contact planning

本研究では、多点接触動作計画の成果をさらに発展させる挑戦的な課題に取り組んだ。具体的には、1)多点接触計画手法の新たな機能の構築を行った。2)動力学を考慮した多点接触計画・制御手法を構築し、2次計画(QP)に基づく制御を用いた動作安定化制御手法を実現した。3)競技会DARPA Robotics Challengeなどへの実際の参加を通じて、梯子の昇降、車両の乗降など複雑なシナリオにおける手法の有効性を検証した。27年度が最終年度であるため、記入しない。ロボティクス27年度が最終年度であるため、記入しない。今年度導入した力センサシステムが想定より低い価格で導入できたため。今年度は、構築した手法の実験的な検証に必要な環境整備、ロボットの保守、また成果発表のための外国出張などに使用する。学会参加や海外との研究協力で旅費を少し多く見積もっていたが、研究分担者等の都合によりそのための出張が予想より少なくなり、また力センサ類などの設備導入において希望する仕様を持つ製品の選定が終了せず、次年度に使用することとなったため。全年度より選定を進めている力センサ類などの設備の購入、また必要に応じて海外連携研究者との協力のための海外出張などに使用する。
骨細胞のメカニカルストレス応答性に時計遺伝子は関与するか

地球上の殆どの生物には24時間周期の概日リズムが存在している。この概日リズムをコントロールするものとして細胞の中で時を刻む時計遺伝子が知られている。歯の移動のしやすさは昼と夜とで異なるという報告があるが、これに時計遺伝子は関与しているのか?本研究では骨細胞に焦点をあて、骨細胞のメカニカルストレス応答性に時計遺伝子は関与するか否か明らかにすることを目的とする。