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九州における初期須恵器窯の導入に関する研究

古墳時代に北部九州で生産された「朝倉系」初期須恵器と、畿内で生産された「陶邑系」初期須恵器との形態的な差異の検討を行い、形態、施文方法の違いなどによって、両者を判別できることがわかった。しかし、畿内の最古段階とされる資料については、北部九州と類似度の高いものも見られる。両地域における導入期の製品は、朝鮮半島の陶質土器に近い形態を呈するといえる。つぎに朝倉系須恵器の編年を行った。大きく2つの型式に分けることができ、「陶邑系」須恵器との共伴関係から陶邑TK73・TK216型式と「朝倉系」の古い1群、陶邑TK208・TK23型式と「朝倉系」の新しい1群とが共伴する。初期須恵器の出土状況を検討したところ、北部九州では、ランクが高い墳墓には埋葬施設内に副葬されるものが少ないことや、「陶邑系」の初期須恵器は副葬例が少ないことなどから、使用方法については畿内の方式に倣ったものと考えた。これらのことから畿内に導入された時期が北部九州に導入された時期よりも早いと考えた。北部九州の首長は畿内に導入された須恵器に価値を認め、取り入れようとした。しかし、陶邑産の須恵器はそれほど多くなく、足りない器種を補うために、朝鮮半島から工人を招来することによって、北部九州に初期須恵器窯が成立したと考えた。朝鮮半島との直接的な関係が想定できる点で、東北地方や東海地方の初期須恵器窯の状況と異なっている。形態が「陶邑系」と異なるのもそのためだと考えられる。はじめは形態が異なっていても所期の目的は達成されたと思われるが、陶邑での生産が拡大し、「陶邑系」の製品が広く行き渡るようになると、形態の異なる「朝倉系」初期須恵器は価値を失い、自発的な形で北部九州においても「陶邑系」須恵器が生産されるようになったのではなかろうか。
堤防および自然斜面の耐震診断法に関する研究

本研究は、斜面や土構造物に関する実用性のある耐震設計法や耐震診断法の開発を目的として研究を進めた。そのためには、【◯!1】耐震計算法・【◯!2】地震時の土の挙動・【◯!3】地震外力の評価法・【◯!4】耐震設計・診断基準の設定法が必要となる。特に、地震外力の評価には、どれくらいの頻度でどの程度のマグニチュードの地震が発生するかという地震活動度、および建設地点にどれくらいの頻度でどの程度の地震動が到来するかという地震危険度の両問題の解決が必要ある。本研究では、上記の目標を達成するために、著者らは斜面や土構造物の地震被災事例の収集・整理・震度法・円弧すべり面法による破壊事例・非破壊事例の解析、地震動記録の収集・解析を行った。その以下の項目が明らかとなった。1)被災形態がすべり破壊であると判断される事例が全体の被災事例のうち70%程度である。2)震度法・円弧すべり面法により、地震時の斜面や土構造物の破壊非破壊の大略の判断が可能である。3)震度法・円弧すべり面法により被災事例を述解析して求めた震度と各地層の距離減衰式から推定される最大加速度との関係は、かなりのばらつきにあるものの、平均的にみると直線関係にあることがわかった。4)地震危険度解析は、cornelが示した方法論に促して、これに日本およびひの周辺の地震発生状況・最大加速度の距離減衰式の地域性ならびに震度と最大加速度の関係を加味して、我が国における斜面や土構造物の耐震設計・診断に適用できるようにした。
画素内圧縮型マルチアパーチャ超高速イメージセンサに関する研究

画素内時間圧縮型マルチアパーチャ超高速イメージセンサ(以下、MA高速センサ)を用いたToF距離画像撮影を実験により実証した。2015年度で既に1つのパスのみを考慮した実証を行ったが,本年度はマルチパス光が発生する環境下での実験を行った.実験では測定対象物(鏡)と超高速カメラの間にアクリル板を置くことで,物体反射光とは別にアクリル板で光が反射しマルチパス光となる.超高速カメラとしては,本研究で開発したマルチアパーチャ方式の超高速イメージセンサを用いた.距離分解能0.75m,距離レンジ24mで,物体反射光とマルチパス光の分離を実現した.本実験結果は" Optics & Photonics Japan 2017"にて発表した.続いて像面マルチアパーチャ方式画素内時間圧縮型超高速イメージセンサ(以下、FPMA高速センサ)のシミュレーション検証を行った。FPMA高速センサでは、MA高速センサと異なりシングルアパーチャで超高速撮影が可能である。シミュレーション検証により、主に最適な画素ブロック構成の検討を行った。その結果,画素内に多くの蓄積部数を持つほど、多くのフレーム数を高い再構成精度で撮影できることが明らかになった.FPMA高速センサの試作を行った。センサは2×2のサブ画素で構成する画素ブロックを持ち,各サブ画素は任意のシャッタパターンで発生電荷を高速変調する.画素には試験的に2種類のLEFMを用い,それぞれ3つか4つの蓄積部を持つ.シミュレーション上では,どちらも1 ns以下の時間分解能が実現できた.また,シャッタパターンを生成する回路も新たに設計した.こちらはシミュレーション上で最大1 GHz (1 Gfps相当)以上の速度で動作した.本試作センサにより,1 Gfps以上の超高速撮影が実現できることが期待される.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では,撮影対象の光学像を複数コピーし,それぞれ違った変調パターンで時間圧縮撮影を行う.撮影後時間圧縮画像と変調パターンから,圧縮サンプリングの理論を使い逆問題を解き時間分解画像を得る.時間分解能が画素内の電荷転送時間にしか制限されないため,従来方式より高いフレームレートが実現できる.本年度は主に,マルチアパーチャ構造で実証した提案方式に関する論文発表と,像面マルチアパーチャ方式による時間圧縮センサの設計を行った.マルチアパーチャ構造のセンサでは,提案した時間圧縮撮像法によりプラズマ発光現象を撮影した.プラズマ発光過程を時間圧縮して15枚撮影し,読み出し後に32枚の時間分解画像を再構成した.この時,フレームレートはイメージセンサで世界最高となる2億枚/秒(時間分解能5ns)である.この撮像結果とその際に行った再構成手法の詳細,および圧縮率と再構成率の関係に関するシミュレーション結果をまとめた論文を発表した.また,一般的な光学系を用いる像面マルチアパーチャ方式時間圧縮イメージセンサを設計した.この方式では,レンズの点拡がり関数を意図的に広げ,近傍画素に似た光信号を入射し,それぞれ違ったパターンで時間変調を行う.設計したセンサの全画素は4x2のサブ画素で構成し,それぞれのサブ画素は4つの蓄積部を持ち違った変調パターンで信号を蓄積する.そのため,各画素は32種類の変調パターンによる時間圧縮信号を取得できる.つまり,32枚の時間圧縮画像を撮影できる.また,フレームレートを更に向上するために,シャッタ制御を行うデジタル回路を高速化した.シミュレーションにより約1.67GHz(フレームレート16.7億枚/秒相当)の速度で動作することを確認した.当初予定していた計画通りに,2015年度は像面マルチアパーチャ方式センサの設計を行った.更に,測定環境の準備も順調に進んでいる.また得られた研究成果を元に,いくつか学会や論文誌での発表を行えたため,順調に進展していると判断する.本年度は,提案している像面マルチアパーチャ方式画素内圧縮型超高速CMOSイメージセンサのシミュレーション検討と,昨年度試作したチップの動作検証を行った.シミュレーションでは提案方式における圧縮率毎の再構成精度と,サブクロック方式を使用した際の再構成精度をシミュレーションにより検討した.提案方式では圧縮率を高める毎に再構成精度が下がる傾向があるため,元動画像がわかる程度に再構成できる最大の圧縮率をシミュレーションにより検討した.圧縮率とは,元動画像のデータポイント数とセンサの持つ蓄積部数の比である.シミュレーションでは2×2のサブ画素で1つの画素ブロックを構成する画素ブロックアレイを持つセンサを仮定した.各サブ画素は4つの蓄積部を持つため,画素ブロックごとに計16個の蓄積部を持つ.それぞれのサブ画素が違ったシャッタパターンで対象を時間圧縮撮影し,その後圧縮センシングの理論を用いて時間分解を行う.シミュレーション結果では,圧縮率250%以上になると元動画像の対象物が正確に再構成できなくなった.そのため,最大圧縮率を250%と定めた.また,フレームレートを回路の動作速度よりも高めるサブクロック方式を使用した際の再構成精度の変化を検証した.結果として,サブクロック方式を適用しても再構成精度が下がらないことがわかった.

またセンサの動作検証では,任意のシャッタパターンを記憶し撮影中に画素の転送ゲートへそれを出力するシャッタパターン生成回路が正常に動作していることを確認した.シャッタパターン生成回路は約500MHzの動作速度を実現しているため,サブクロック方式と組み合わせることで最大1Gfpsを実現できることがわかった.センサの試作条件に課題があり撮像には至っていないが,再試作を行うことで対応している.提案方式のシミュレーションによる評価と,試作したセンサの動作検証を行えたため,順調に進展していると考える.研究計画で予定していた実験による提案方式の実証はセンサの試作条件に問題があり行うことができなかったが,シミュレーションを密に行うことで全体的には十分進展したと考える.画素内時間圧縮型マルチアパーチャ超高速イメージセンサ(以下、MA高速センサ)を用いたToF距離画像撮影を実験により実証した。2015年度で既に1つのパスのみを考慮した実証を行ったが,本年度はマルチパス光が発生する環境下での実験を行った.実験では測定対象物(鏡)と超高速カメラの間にアクリル板を置くことで,物体反射光とは別にアクリル板で光が反射しマルチパス光となる.超高速カメラとしては,本研究で開発したマルチアパーチャ方式の超高速イメージセンサを用いた.距離分解能0.75m,距離レンジ24mで,物体反射光とマルチパス光の分離を実現した.本実験結果は" Optics & Photonics Japan 2017"にて発表した.続いて像面マルチアパーチャ方式画素内時間圧縮型超高速イメージセンサ(以下、FPMA高速センサ)のシミュレーション検証を行った。FPMA高速センサでは、MA高速センサと異なりシングルアパーチャで超高速撮影が可能である。シミュレーション検証により、主に最適な画素ブロック構成の検討を行った。その結果,画素内に多くの蓄積部数を持つほど、多くのフレーム数を高い再構成精度で撮影できることが明らかになった.FPMA高速センサの試作を行った。センサは2×2のサブ画素で構成する画素ブロックを持ち,各サブ画素は任意のシャッタパターンで発生電荷を高速変調する.画素には試験的に2種類のLEFMを用い,それぞれ3つか4つの蓄積部を持つ.シミュレーション上では,どちらも1 ns以下の時間分解能が実現できた.また,シャッタパターンを生成する回路も新たに設計した.こちらはシミュレーション上で最大1 GHz (1 Gfps相当)以上の速度で動作した.本試作センサにより,1 Gfps以上の超高速撮影が実現できることが期待される.2016年度は設計したセンサの動作検証及び撮像実験を行う.センサの動作検証では,まずセンサの時間分解能や線形性等,基本特性を調べる.その後,非圧縮での高速撮影,低速での圧縮撮影を行い,最後に提案方式の超高速時間圧縮撮影を行う.センサの動作検証が終わり次第,実際に高速現象の撮影実験を行う.本センサはシングルショットと繰り返し撮影の両方に対応している.両撮影モードを実証するため,撮像対象としてレーザ加工の過程や生体計測を予定している.レーザ加工は光量が多いためシングルショットに向いている.また蛍光寿命イメージングなどの生体計測は光量は低いが再現性が高いため,繰り返し撮影を用いることが可能である.前年度は試作条件が原因で試作センサが意図した通りの動作を行えなかったため,今後は試作条件を再調整し再製造を行うことで動作不良の解決を図る.まず再製造したセンサを測定し,時間分解能やノイズ特性などの動作特性を明らかにする.
量子ドット型多層膜太陽電池の高精度歪解析技術の開発

量子ドット型多層膜太陽電池の作成過程において発生する歪を定量的に予測する解析技術を確立した。物質の組み合わせ、界面方位、外部から加えられた歪成分に対して界面近傍の歪分布が決まる弾性理論結果を得た。光-電気エネルギー変換過程に関しては、結晶の歪によってエネルギーバンドが変化することを歪成分の効果として整理し、発生する格子歪から光-電気エネルギー変換を評価する理論的枠組みを明らかにした。界面弾性効果を用いて、電池に用いられる候補材同士の結晶界面近傍の歪に及ぼす異種原子結合の影響を明らかにした。界面弾性効果で得られた界面近傍の特性を界面連続体モデルを用いて連続体力学に導入する方法を明らかにした。本研究では、量子ドット型多層膜太陽電池に発生するひずみを高精度に予測する解析技術の開発を目的としている。電池の作成過程に関しては、量子ドット型多層膜太陽電池を構成する候補材の結晶界面近傍のひずみに及ぼす異種原子結合の影響を、歪誘起ポテンシャル変化に注目して、定量的に明らかにする。光-電気エネルギー変換過程に関しては、結晶のひずみによってエネルギーバンドが変化することの逆過程として、結晶中の価電子が光のエネルギーを吸収して励起状態になる際に電子状態の変化に起因して発生する格子ひずみを評価する理論的枠組みを明らかにする。原子論的な取り扱いにおいて明らかにしたそれぞれの効果を連続体の力学に組み込み、ひずみ誘起ポテンシャル変化と光エネルギー吸収起因ひずみを考慮可能な界面モデルを、界面弾性係数の定義および新規な非弾性ひずみを定義することにより、開発する。開発した界面モデルを用いて、量子ドット型多層膜太陽電池のひずみシミュレーションを行い、ひずみ解析結果に基づく発電効率最適化に対する指針を提案する。平成24年度においては、主に界面部の原子結合の連続体によるモデル化を行った。第一原理計算で得られた界面近傍の特性をマイクロメカニックスの手法(界面連続体モデルやeigen歪等の非弾性歪法)を用いて連続体力学に導入する方法を開発した。界面部の歪応答については、界面弾性係数を用いてモデル化した。第一原理電子状態計算結果から界面弾性係数を算出する方法を開発した。歪誘起ポテンシャル変化については、巨視的、均一な結晶におけるBir-Pikus理論を界面部に応用する方法を開発した。光吸収による格子歪発生については、eigen歪法を応用した新たな非弾性歪を用いる方法を開発した。開発したモデルを、三次元無限体中の球状介在物問題に適用し、その有効性を明らかにした。本研究では、量子ドット型多層膜太陽電池に発生するひずみを高精度に予測する解析技術の開発を目的とした。電池の作成過程に関しては、量子ドット型多層膜太陽電池を構成する候補材の結晶界面近傍のひずみに及ぼす異種原子結合の影響を、歪誘起ポテンシャル変化に注目して、定量的に明らかにした。光-電気エネルギー変換過程に関しては、結晶のひずみによってエネルギーバンドが変化することの逆過程として、結晶中の価電子が光のエネルギーを吸収して励起状態になる際に電子状態の変化に起因して発生する格子ひずみを評価する理論的枠組みを調査・整理した。原子論的な取り扱いにおいて明らかにしたそれぞれの効果を連続体の力学に組み込み、ひずみ誘起ポテンシャル変化と光エネルギー吸収起因ひずみを考慮可能な界面モデルを、界面弾性係数の定義およびeigenひずみ型非弾性ひずみを定義することにより、開発した。開発した界面モデルを用いて、量子ドット型多層膜太陽電池のひずみシミュレーションを行い、ひずみ解析結果に基づく発電効率最適化に対する指針を提案した。平成25年度においては、主に界面部の原子結合の連続体によるモデル化を行った。第一原理計算で得られた界面近傍の特性をマイクロメカニックスの手法(界面連続体モデルやeigen歪等の非弾性歪法)を用いて連続体力学に導入する方法をひずみ解析に応用した。界面部のひずみ応答については、界面弾性係数を用いてモデル化した。ひずみ誘起ポテンシャル変化については、巨視的、均一な結晶におけるBir-Pikus理論を界面部に応用する方法を開発した。

原子論的な取り扱いにおいて明らかにしたそれぞれの効果を連続体の力学に組み込み、ひずみ誘起ポテンシャル変化と光エネルギー吸収起因ひずみを考慮可能な界面モデルを、界面弾性係数の定義および新規な非弾性ひずみを定義することにより、開発する。開発した界面モデルを用いて、量子ドット型多層膜太陽電池のひずみシミュレーションを行い、ひずみ解析結果に基づく発電効率最適化に対する指針を提案する。平成23年度においては、主に界面部の原子結合の離散系によるモデル化を行った。第一原理電子状態計算は、申請設備備品である並列計算機を用い、ソフトウェアAbinitによって行った。第一原理電子状態計算法を用い、量子ドット型多層膜太陽電池に用いられる候補材同士の結晶界面をモデル化し、巨視的ひずみを受ける場合の界面近傍の格子のひずみ応答を計算した。具体的な材料組み合わせとしては量子ドット型多層膜太陽電池の開発が進められつつあるInGaAs/GaAs量子ドットを想定した。有限要素法を用いて、量子ドットを含む面を周期的に有する多層膜について、格子不整合による弾性ひずみを計算した。同時に、エネルギーバンドの計算を行い、界面と巨視的ひずみ成分の存在によるエネルギーバンドの変化を調べた。界面部の原子結合の連続体によるモデル化については、第一原理計算で得られた界面近傍の特性をマイクロメカニックスの手法(界面連続体モデルやeigen歪等の非弾性歪法)を用いて連続体力学に導入する計算を行うために、申請消耗品であるMathematicaソフトウェアを用いて、界面部の歪応答の計算結果から界面弾性係数を計算することが可能な状態とした。以上のことは、達成度として評価すると、20%程度に相当する。さらに、第一原理電子状態計算法を用いて歪誘起ポテンシャル変化を計算することが可能な状態とし、巨視的、均一な結晶におけるBir-Pikus理論を界面部に応用する方法をMathematicaソフトウェア上に構築した。光吸収による格子歪発生については、eigen歪法を応用した非弾性歪を用いる方法ををMathematicaソフトウェア上に構築した。界面弾性係数を考慮した有限要素法を用いて、量子ドットを含む面を周期的に有する多層膜について、格子不整合による弾性ひずみを計算した。これらを合計すれば、全体として80%程度の達成度に達していると言える。界面部の原子結合の離散系によるモデル化については、第一原理電子状態計算を行うために、申請設備備品である並列計算機を選定し、設置を行った。さらに、当該装置上に、ソフトウェアAbinitをインストールし、並列計算が可能な状態とした。
生体内の酸化還元酵素活性を利用した新しい象牙質接着システムに関する研究

生体内組織に存在するヘム蛋白質の構造を人工的に変え,象牙質の接着に有効な接着システムを開発することを目的として実験を行った.まず,ヘム含有物質としてヘマチンを用い,メタクリロイルイソシアネートと反応させ,赤外分光光度計を用いて組成を確認した.その生成物(MIP)を35%メタクリル酸2ヒドロキシエチル(HEMA)水溶液に溶かして,象牙質用プライマーとした.試作した接着システムは,10%リン酸水溶液のエッチング剤,プライマー,接着剤(4-META/MMA-TBBレジン)の3つから構成された.牛象牙質を研削し,エッチング剤とプライマーで処理し,金属棒と接着して24時間37°Cの水中に保管した後,引張り試験を行った.その結果,接着強さはエッチングだけの場合は4.2±2.0MPa,エッチングに続いてHEMAだけのプライマーを塗布した場合は8.7±4.3MPa,0.07%MIPを含む35%HEMAプラィマーの場合は16.3±2.7MPaであり,MIPによって接着強さが著しく高くなることがわかった.この値は,MIPの代わりに0.5%塩化第二鉄を使用した場合の15.6±2-3MPaとは同等であるが,0.01%チトクロームc遊使用した場合の24.6±4.3MPaと比べると有意に小さかった.また,実験によってMIPの持つ鉄が重合を促進することと,HEMAが脱灰象牙質表層へのレジンの浸透を促進することが,高い接着強さに寄与していることが示唆された.MIPのメタクリル基は他のレジンと共重合する可能性が極めて高い.さらに,チトクロームcをメタクリロイルイソシアネートと反応させた実験を開始し,被着体金属側からの接着破壊を防ぐ実験も行っている.本研究の一部は,学会発表し,現在論文として投稿中である.組織由来のヘム酵素を用いて接着システムを試作し,どの酵素がどのような条件下で有効であるかを調べることを目的とした.試作したシステムは以下のように,エッチング剤,プライマー,接着剤の3つから構成された.実験では牛歯象牙質を被着体とし,接着システムの性能を接着試験によって評価した.エッチングには10%リン酸水溶液を用いた.プライマーとして用いるために,ヘモグロビン,チトクローム類,カタラーゼ,ヘミン,ヘマチンなど,ヘム誘導体の水に対する溶解性を調べた.接着剤としてはトリブチルホウ素,メタクリル酸メチル,ポリメタクリル酸メチルを含有する化学重合型レジンを使用した.ヘミンなど疎水性が強い物質ではプライマーの調整が困難であった.一方,親水性のチトクロームcは,メタクリル酸2ヒドロキシエチル(HEMA)と共に水に溶かしてプライマーとして用いた場合,接着強さは,牛由来のチトクロームcの濃度が0.01μmol/gで4.1MPa,0.1μmol/gで21.3MPa,1μmol/gで18.3MPaであった.これらは馬由来のチトクロームcの場合とほぼ同等で,市販の接着システムよりも高い値であった.さらに,酸性モノマーがなければ,接着強さが低くなる傾向も認められた.ヘム酵素の作用機序としては,接着界面付近のレジンの重合を促進すると考えられるが,蛋白質の構造によって接着強さが異なること,HEMAを併用しない場合はチトクロームcを用いても接着強さは7.8MPa以下であったことなどから,重合の効果だけでは説明が難しい.接着機構に関しては,来年度も引き続き調べる予定である.また,ヘマチンなど,チトクロームc以外で接着性改善の効果が認められる物質を発見することができた.本研究で得られた知見の一部は,現在論文として投稿中である.生体内組織に存在するヘム蛋白質の構造を人工的に変え,象牙質の接着に有効な接着システムを開発することを目的として実験を行った.まず,ヘム含有物質としてヘマチンを用い,メタクリロイルイソシアネートと反応させ,赤外分光光度計を用いて組成を確認した.その生成物(MIP)を35%メタクリル酸2ヒドロキシエチル(HEMA)水溶液に溶かして,象牙質用プライマーとした.試作した接着システムは,10%リン酸水溶液のエッチング剤,プライマー,接着剤(4-META/MMA-TBBレジン)の3つから構成された.牛象牙質を研削し,エッチング剤とプライマーで処理し,金属棒と接着して24時間37°Cの水中に保管した後,引張り試験を行った.その結果,接着強さはエッチングだけの場合は4.2±2.0MPa,エッチングに続いてHEMAだけのプライマーを塗布した場合は8.7±4.3MPa,0.07%MIPを含む35%HEMAプラィマーの場合は16.3±2.7MPaであり,MIPによって接着強さが著しく高くなることがわかった.この値は,MIPの代わりに0.5%塩化第二鉄を使用した場合の15.6±2-3MPaとは同等であるが,0.01%チトクロームc遊使用した場合の24.6±4.3MPaと比べると有意に小さかった.また,実験によってMIPの持つ鉄が重合を促進することと,HEMAが脱灰象牙質表層へのレジンの浸透を促進することが,高い接着強さに寄与していることが示唆された.

MIPのメタクリル基は他のレジンと共重合する可能性が極めて高い.さらに,チトクロームcをメタクリロイルイソシアネートと反応させた実験を開始し,被着体金属側からの接着破壊を防ぐ実験も行っている.本研究の一部は,学会発表し,現在論文として投稿中である.
ＭＲＬマウスの精巣はなぜ卵細胞を作るのか－精巣内卵細胞の産生機構解明と機能評価－

MRL/MpJ(MRL)マウスに出現する精巣内卵細胞の常染色体の責任遺伝子は1つであることがわかった。また、本表現型の関連遺伝子は15番染色体上にあることが示唆された。MRLマウスの胎子期精巣内卵細胞は、同時期の卵巣内卵細胞と類似したヒストン蛋白ならびにDNAのメチル化パターンを示すことがわかった。さらに、胎子期から出生後のMRLマウスの精巣内卵細胞の出現には左右差があり、精巣内卵細胞の産生あるいは生存が右側で有意に高いことがわかった。通常、哺乳動物の雌は卵巣内で卵のみを、雄は精巣内で精子のみを産生するが、生後間もないMRL/MpJ(MRL)マウスの精巣では卵細胞が産生される。これまでの研究から、精巣内卵細胞は胎子期に一部の始原生殖細胞が、卵巣内卵細胞と同様に減数分裂に移行し、卵形成過程を進行することで産生されることがわかっている。今年度はまず、胎子期の精巣内卵細胞のDNAメチル化状態が雄性あるいは雌性パターンのどちらを示すか検証した。胎齢18.5日のMRLマウスの生殖腺組織切片を用い、卵細胞マーカーであるNoboxならびにDNAメチル化酵素であるDnmt3a、あるいはメチル化シトシンである5MeCを免疫組織化学的に検出した。その結果、Nobox陰性の精細胞がDnmt3aならびに5MeC陽性を示したのに対し、Nobox陽性の精巣内卵細胞は卵巣内卵細胞同様、Dnmt3aならびに5MeCの双方に対し、陰性を示した。このことから、少なくとも胎子期の精巣内卵細胞は、雌性パターンのDNAメチル化状態を呈することが示唆された。また、胎齢13.5ならびに16.5日のMRLマウス生殖腺について、胎子期卵細胞を検出する減数分裂マーカーであるSycp3、セルトリ細胞マーカーであるSox9、卵胞上皮細胞マーカーであるFoxl2を用いて多重染色を行ったところ、精巣内卵細胞が多く存在する精巣辺縁部では、Sox9陽性のセルトリ細胞の配列の乱れと異所性のFoxl2陽性卵胞上皮細胞の存在が認められた。このことから、精巣内卵細胞産生には、精細管の形成不全ならびに生殖腺体細胞の性転換が関与することが考えられた。通常、哺乳類の雌は卵巣内で卵のみを、雄は精巣内で精子のみを産生するが、生後間もないMRL/MpJ (MRL)マウスの精巣では卵細胞が観察される。これまでの研究から、精巣内卵細胞は卵巣内卵細胞と類似した形態学的特徴を有すること、本表現型の責任遺伝子は少なくとも2つ、それぞれ常染色体とY染色体にあり、特に常染色体上の責任遺伝子はMRLホモ劣性を示すことがわかっている。また、MRLマウスと精巣内卵細胞を産生しないC57BL/6(B6)マウスとの間で作出したN2マウスを用いて行ったQTL解析から、常染色体上の責任遺伝子は15番染色体にあることが推測されている。今年度は常染色体上の責任遺伝子を同定するため、B6マウス由来のY染色体とMRLホモあるいはMRL/B6ヘテロの常染色体を有するMMBマウスを作出、精巣内卵細胞が観察された個体の割合、ならびに15番染色体の遺伝型がMRLホモ型を示すかどうか検証した。精巣内卵細胞は、335個体中の2.1%にあたる7個体で観察され、これはB6マウス由来のY染色体とMRLホモの常染色体を有するコンソミックマウス、MRL/MpJ-Chr YB6マウスの約半分の確率であった。このことから、常染色体上に存在する責任遺伝子の数は1つであることが示唆された。またこれら7個体の遺伝型を調べたところ、15番染色体がヘテロの個体も含まれていたことから、責任遺伝子は15番染色体上には存在しないことがわかった。全ての常染色体に対し、遺伝型を明らかにしたところ、7個体全てでMRLホモ型が見られたのは9番染色体の3664cM領域のみであったことから、本領域が責任遺伝子座であることが推測された。当初、精巣内卵細胞産生の常染色体上の責任遺伝子は15番染色体上の1117cM領域に存在すると推測された。このため、MMBマウスを解析して15番染色体上に責任遺伝子があることを確認すると同時に、15番染色体がMRLマウス、その他の染色体がB6マウスであるコンソミックマウス(C57BL/6-Chr 15MRL)を作出・解析し、さらに当該領域内の候補遺伝子の解析を行う予定であった。しかしながら、研究実績の概要で述べたように、15染色体上には責任遺伝子が存在しないことが明らかになり、責任遺伝子を含む遺伝子座の探索を全ての常染色体に拡大しなければいけなくなった。

結果、9番染色体の3664cMが新たな責任遺伝子座の候補として挙がってきたが、コンソミックマウスの作出など、計画が大幅に遅れることとなった。精巣内卵細胞の産生機構を明らかにするため、引き続き責任遺伝子の同定に向けて研究を進める。新たな候補遺伝子座となった9番染色体の3664cM領域には、ステロイド合成ホルモンや生殖腺体細胞の性分化に関与する遺伝子が座位している。MRLマウスとB6マウス間でこれらの候補遺伝子の配列ならびに発現を比較、責任遺伝子を同定する。また、同定された因子の胎子精巣内における局在を免疫組織学化学的に明らかにし、精巣内卵細胞産生との関連を明らかにする。さらに、次年度以降に向け、9番染色体がMRLマウス、その他全てがB6マウスであるコンソミックマウス(C57BL/6-Chr 9MRL)の作出に着手する。また、同時に、精巣内卵細胞の卵細胞としての機能評価に関する研究を遂行する。MRLマウスの胎子期ならびに生後の精巣内卵細胞におけるDNAメチル化状態を免疫組織化学ならびにbisulfite-sequence法を用いて卵巣内卵細胞ならびに精細胞のものと比較する。さらに、胎子期では減数分裂に移行した卵細胞のみがGFPを発現するトランスジェニックマウスとMRLマウス間で作出したF1マウスを用い、胎子期精巣内卵細胞の分離・培養法を確立する。出席を予定していた学会直前に祖母が急逝したため、学会に出席することができなかった。このため、その間支払われる予定であった日当(4,400円)を次年度にまわすこととした。次年度は上記のように、コンソミックマウス作出ならびに精巣内卵細胞のDNAメチル化状態の解析に力を入れる。このため、マウス購入ならびに維持費に100,000円、遺伝子解析試薬購入費ならびに、シークエンス委託解析費にそれぞれ300,000円を使用する。また、学会参加旅費として100,000円を充てる。
分子認識により誘起される非対称空間の創成と機能

本申請では,カリックスアレーンを基盤とした配位結合により生じる超分子らせんポリマーの不斉増幅,メモリー効果を利用した不斉分子認識空間の創成,不斉分離,不斉触媒システムを構築することを目的とする。具体的には,カリックス[4]アレーンやレゾルシンアレーンを基盤とした超分子配位ポリマーのらせん構造をゲスト分子の包接により制御することで,らせん不斉を効率的に誘導する。さらに,不斉分子認識空間を創出し,それを不斉分離や不斉反応触媒に利用することを計画する。
微生物迅速同定の新原理：極小蛍光分子とシデロフォアの化学

本研究課題では、最小の蛍光分子の開発と細菌が分泌する鉄キレート剤(シデロフォア)への導入を行った。蛍光分子は、独自に開発した発色団1,3a,6a-トリアザペンタレン(TAP)を基盤とし、紫色から赤色までの全ての波長領域をカバーする種々のコンパクト蛍光分子の開発に成功した。また、腸炎ビブリオ細菌が分泌するビブリオフェリンおよびサルモネラ菌が分泌するエンテロバクチンなどのシデロフォアの化学合成に成功し、適当な部位に種々のTAPを導入することに成功した。現在、これらのTAP導入シデロフォアを用いて、特定の細菌検出を検討中である。蛍光シデロフォアを利用した微生物の検出・同定法の可能性を明らかにする目的で、平成24年度では以下の成果を得た。1)独自に開発したコンパクト蛍光発色団1,3a,6a-トリアザペンタレンの置換基効果を明らかにするため、種々の置換基を有するトリアザペンタレンのone-pot合成法を確立した。これにより、トリアザペンタレンは5位で蛍光強度を、2位で蛍光波長を制御できる画期的な蛍光発色団であることを明らかにし、蛍光プローブの分子設計に合理的な指針を得る事ができた。その指針を基に、黄色からオレンジ色の長波長領域での発光を示すコンパクト蛍光分子の合成にも成功した。黄色発光性蛍光分子のNHS体は蛍光標識基として市販されることが決定し、生命科学領域の研究者に有用な蛍光標識基を広く提供することが可能となった。2)トリアザペンタレン合成の検討において、1位置換1,2,3-トリアゾールの2位置換1,2,3-トリアゾールへのone-pot変換法を開発した。本法により、従来入手が困難とされた2位置換体が容易に得られるようになった。3)種々の誘導体を用いて、トリアザペンタレンの蛍光が細胞内においても有効に観測されることを確認した。これにより、細菌検出のプローブとして1,3a,6a-トリアザペンタレンの適用が実現可能であることが明らかとなった。4)腸炎ビブリオのシデロフォアであるビブリオフェリンの不斉合成に成功した。本合成法を基に、平成25年度の目標であるトリアザペンタレン導入型ビブリオフェリンの合成を年度中に達成する。前年度までに1,3a,6a-トリアザペンタレン(TAP)の5位への置換基導入法を確立した。これにより、トリアザペンタレン類は2位で蛍光波長を、5位で蛍光強度を制御できる画期的な蛍光発色団であることを明らかにすることができた。本年度では、この知見を基に作成した高発光性トリアザペンタレン類を各種シデロフォアに導入することを試みた。導入するシデロフォアとして、重篤な食中毒を引き起こす腸炎ビブリオのシデロフォアであるビブリオフェリンおよび鉄イオンとの親和性が最も高いサルモネラ菌由来のエンテロバクチンを選択し、ビブリオフェリン及びエンテロバクチンの化学合成を検討した。ビブリオフェリンについては、リンゴ酸を出発原料として、立体選択的アリル化を行った後、アリル基の酸化的開裂によって不斉のクエン酸誘導体部位を合成した。ついで、リシン誘導体とエタノールアミンとの縮合により得られるユニットとの脱水縮合を行った後、ケトグルタル酸との縮合によりTAP導入サイトを有するビブリオフェリンの保護体を得た。またエンテロバクチンに関しては、セリン誘導体の3量化につづくマクロラクトン化、窒素へのカテコール部位の導入によってエンテロバクチンの全合成を達成した。現在、化学合成したビブリオフェリンおよびエンテロバクチンへのTAPの導入を検討中である。また、よりコンパクトかつ光照射に安定なTAPの開発を行い、ビニルケトン部位を有する最もコンパクトなTAP蛍光標識基TAP-VK1を開発した。TAP-VK1は硫黄のみを選択的に標識し、標識によって蛍光強度が大幅に増強される実用的な蛍光標識基であることが分かった。本年度では、新規蛍光分子1,3a,6a-トリアザペンタレン(TAP)の蛍光波長を近赤外領域まで拡張することに成功した。これにより、紫色から近赤外領域の全ての波長領域を同じ蛍光発色団でカバーすることが可能となった。また、TAPが生細胞の蛍光染色剤として非常に有用であることについても明らかにすることができた。現在、その汎用性について検討中である。また、シデロフォアへのTAP導入を試み、サルモネラ菌由来のエンテロバクチンにTAPを導入する事に成功した。TAP導入エンテロバクチンは、鉄イオンとのキレート状態では蛍光を発しないが、鉄イオンを放出すると蛍光を発することが明らかとなり、シデロフォア・鉄錯体が細菌の内部でどのように代謝されているのかを探る画期的な蛍光プローブが作成できた。

また、ビブリオフェリンに関しては、アラニン部位をシステインに改変した誘導体を作成し、そのチオール部位に前年度開発したTAP-VK1を導入することに成功した。TAP-VK1は脂溶性環境では強い蛍光を発するものの、水中では蛍光を発しないことから、細菌内に取り込まれることで蛍光を発すると期待できる。今後は、生きたサルモネラ菌および腸炎ビブリオ細菌にTAP導入シデロフォアを取り込ませ、細菌選択的な検出試薬としての有効性を明らかにしていく予定である。また、TAP-VK1はペプチドやタンパク質のラベル化も可能であることが明らかとなった。今後は実用的なラベル化剤として、蛍光強度の増大について検討を行う。26年度が最終年度であるため、記入しない。ケミカルバイオロジー26年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度の到達目標は、約550nmが最大であった1,3a,6a-トリアザペンタレン類の蛍光波長領域を赤色領域まで拡張し、それらを蛍光標識試薬として提供することで、生命科学領域に貢献することであった。本年度では、トリアザペンタレンへの種々の置換基の導入により、目標としていたオレンジ蛍光色までをカバーする蛍光分子の作成に成功し、またそれらを蛍光標識試薬として市販することで、様々な分野の研究者に広く提供することが可能となった。本年度は、蛍光標識シデロフォアの合成を到達目標としていたが、現在までにビブリオフェリンおよびエンテロバクチンの二つのシデロフォアの全合成に成功した。これに加えて、蛍光標識基としてより実用的なTAP-VK1の開発にも成功していることから、次年度の計画である蛍光シデロフォアの生細菌への取り込み実験が円滑に推し進められると期待できる。現段階までは当初の研究計画通り進行している。平成25、26年度も引き続き計画通りに研究を遂行する予定である。具体的には、平成25年度ではトリアザペンタレン導入型ビブリオフェリン、エンテロバクチン、ムギネ酸の化学合成と細胞内取取り込みによる蛍光色変化の観察を行う。平成26年度では、ビブリオフェリン蛍光プローブを用いて、腸炎ビブリオ細菌の検出が可能か検証する。またエンテロバクチン蛍光プローブを用いて鉄イオンセンサーの利用についても検討する。現在までにビブリオフェリン及びエンテロバクチン2つのシデロフォアの全合成に成功していることから、迅速なTAPおよび他の蛍光標識基の導入を達成する。蛍光標識シデロフォアの合成が達成できれば、腸炎ビブリオ細菌への取り込みを観察し、本研究課題で提案した細菌検出法が原理的に可能であるかを検証する。またエンテロバクチンについては、鉄イオンセンサーとしての利用を検討する。研究を進めていく上で必要に応じて研究費を執行したため24年度の研究費に未使用額が生じたが、前年度の研究費を含め、蛍光色変化の観察について遂行する。3月に納品となり、支払いが完了していないため4月に支払い完了している
「メコン地域」概念の誕生：メコン委員会からGMSへ

本研究は、「メコン地域」概念が関係国や関係機関で共有、制度として実体化する過程を検証し、そこからかつて対立した国々が同じ地域の構成員として協力するに至った仕組みを解明しようとするものである。1年目(H28年度)は理論的考察とそのための先行研究収集を行い、2年目(H29年度)は、タイやラオスでメコン広域開発の実態にかんする資料収集、現状調査を行った。3年目に当たる2018年度(H30年度)は、メコン広域開発が「何を目指す協力なのか」をめぐる当事者間の認識の相違を踏まえながら、関係国や関係機関が「メコン」という枠組で協力のための会議を制度化し、そこに予算を付け、運輸やエネルギーといったインフラストラクチャを建設してきた経緯に注目し、調査を試みた。その成果は、2018年7月に公益財団法人日タイ協会刊行の雑誌「タイ国情報」第52巻第4号に寄稿、掲載された。2018年度(H30年度)には、メコン広域開発が「何を目指す協力なのか」をめぐる当事者間の認識の相違を踏まえながら、関係国や関係機関が「メコン」という枠組で協力のための会議を制度化し、そこに予算を付け、運輸やエネルギーといったインフラストラクチャを建設してきた経緯に注目し、調査を試みた。2017年の調査で収集した資料を整理したほか、日本の外務省外交史料館で収集した資料、JICAや経団連図書室などで得た資料を踏まえて、日本のメコン広域開発政策を1990年代から概観し、それがメコン諸国のひとつであるタイにとってどういう意味を持って受け止められたのかを考察し、論考にまとめた(青木まき「タイ国内におけるメコン地域概念の形成とその動機」「タイ国情報」第52巻第4号掲載)。4年目にあたる2019年度は、最終成果のとりまとめに力を注ぐ。昨年度着手した関係国の外交政策におけるメコン広域協力の開始と発展にさらに焦点を当て、広域開発協力の単位として「メコン」が定着していった様子を実証的に描き出すことを試みる。具体的には、メコン広域開発に深くコミットしてきたタイを中心に、ドナー国のひとつである日本とレシピエント国のひとつであるラオスに注目し、これらの国々の間でメコン広域開発協力がどう提示され、どう受容されてきたのかを検証する。昨年に開始した、日本の外務省外交史料館やJICAでのメコン地域にかかわる文書の収集を継続して、実証的な考察のための根拠を補強する。また、ラオスのメコン河委員会事務局を中心に情報収集を行う。2019年7月には、Association of Asian Studiesでメコン広域開発をめぐる国際政治をテーマにパネル報告を予定している。ここで本研究の成果のアイデアを報告し、そこで得た反応を最終成果に反映させることを計画している。本研究は「メコン地域」概念の形成と地域協力制度化の様相を検証し、そこからかつて対立した国々が同じ地域の構成員として協力するに到った仕組みを解明することを目指している。平成29年度からの本格的な現地でのヒアリングや資料調査に先立ち、一年目にあたる平成28年度は、地域主義に関する理論的基盤の構築や、インターネットや国内図書館、資料室を中心に、メコン河開発協力に関連する報告書などの収集に注力した。また平成28年8月には、試験的調査として、中国昆明からタイ・チェンマイまでの陸路を車両で実走し、大メコン圏協(GMS)による道路開発やメコン河航路開発の実態について、地方自治体や国境税関などの実務担当者へヒアリング調査を行った。その成果の一部は「メコン河における国際河川航行協力の展開ー水運航路開発から航行安全保障へー」(アジ研ワールドトレンド2017年1月号第255号、34ー42ページ)として公開した。理論的出発点として、本研究では地域(region)を政策担当者間で間主観的かつ可変的に形成される社会構成物としてとらえ、協力の意志を相互了解したことを明示する仕掛けとして制度を捉える議論をいまいちど整理し、メコン地域開発にかかわる実務担当者の現状認識とそれがその後の現実に及ぼした影響に着目して、次年度以降の現地調査を行うことを確認した。さらに上述した試験調査の中で得た、メコン開発協力開始当初に当事者が機能的協力活動と平和構築とを密接に関連付けて考えていたという当時の関係者の指摘を踏まえ、こうした当時の関係者の認識とそれがのちの協力制度化に与えた影響を、ヒアリングや一次資料を通じて検証する作業を、次年度以降行うこととした。平成28年度は、文献調査と資料収集に注力した。理論的枠組みに関しては、当初近年の地域主義研究にかんする先行研究整理を中心に行っていたが、議論の過程で、機能的協力と平和構築とを関連付けて地域統合を説明しようとした機能主義的地域主義の再検討が重要であるとの気づきを得て、E.Haasを中心とする機能主義論の再検討も作業に加えた。研究代表者と分担者が同一の機関に所属していることから、こうした議論については必要に応じて日常的に行うことができた。一次資料に関しては、1アジア経済研究所図書館におけるメコン地域開発についての文献を収集した他、2インターネット上にあるメコン河委員会の年次報告書を収集し、その内容を整理した。また、3代表者が過去に収集したGMSの年次報告書およびGMSビジネスフォーラムの年次報告書を整理し、歴史的経緯を整理した。

さらに平成28年8月に行った中国昆明ータイ・チェンマイ間の陸路調査では、地方自治体や中国雲南省シーサンパンナのラオス国境(モーハン)、ラオス・タイ国境(チェンコーン)税関などで実務担当者にヒアリング調査を行い、GMSによる道路開発やメコン河航路開発の実態についての情報を収集したほか、4メコン河上流域における物流インフラ開発と実際の貨物輸送量の変化に関する統計資料を入手し、実態変化を把握することに努めた。さらにこの調査ではバンコクにてアジア開発銀行の元GMS担当者と面会し、GMS設立の経緯について過去(2007年)に行ったヒアリング調査の内容を再び確認する作業も行うことができた。こうした成果を踏まえ、次年度のヒアリング調査に向けた実態把握のための作業を行った。本研究は「メコン地域」概念が共有、制度化される過程を検証し、そこからかつて対立した国々が同じ地域の構成員として協力するに至った仕組みを解明することを目指している。1年目に行った理論的考察、資料収集の成果を踏まえ、2年目にあたる平成29年度には事実の確認、現状調査に力を入れた。具体的には、メコン協力が活発化した1980年代から90年代初頭にかけて実務に携わった関係国の関係部局について調査すべく、平成29年8月にタイのバンコクで大学図書館や官公庁の資料室などで資料調査を行った他、2018年12月にはラオス、タイでメコン川委員会でのヒアリングを中心に、タイ、ラオス両国での関連分野における法整備の状況について調査を行った。国内では、調査の成果を分担者同士で情報交換して知見を総合した他、他の研究者との意見交換を通じて事実関係や過去の知見との照会を行った。その結果、日本やアジア開発銀行の担当者が「メコン地域における機能的協力と平和構築」とを密接に関連付けていたのに対し、タイのメコン開発担当省庁の関係者の間でそういう発想が希薄であった様子が浮かび上がってきた。こうした知見については、代表者所属機関の機関紙である「アジ研ワールドトレンド」で論考として発表したほか、関心を共有する他機関、外国の研究者と意見交換を行った。3年目に当たる2018年度には、「何のための協力か?」をめぐる当事者間の認識の相違を踏まえつつ、協力活動が「メコン」という枠組に実体を与えてきた経緯に注目して調査を続ける。また、最終年度の成果発表に向け、学会での中間成果報告を目指す。2017年度には、事実の確認、プロセスの検証、現状の調査に力を入れた。海外における調査として、平成29年8月にタイのバンコクで大学図書館や官公庁の資料室などをまわり資料調査を行った他(青木)、2018年12月にラオス、タイでメコン川委員会(Mekong River Commission)でのヒアリングを中心に、タイ、ラオス両国での関連分野における法整備の状況について調査を行った(今泉)。分担者同士で情報交換して知見を総合した他、他の研究者との意見交換を通じて事実関係や過去の知見との照会を行った。他方、2017年度は日本国内をはじめ韓国、英国で、援助研究、日本外交史研究などの領域から、1980年代から90年代にかけての東南アジア大陸部国際関係を取り上げる研究者と交流する機会を多く得た。
ＭＡＰＫシグナルに関連したＡｒｉｄ５ａタンパク質分解機構の解明

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。本研究課題において、マクロファージのLPS刺激下において誘導されるArid5aのMAPK下における発現調節機構を詳細に解明した。マクロファージにおいて、Arid5aはLPS刺激後一過的に誘導されて、その後分解される。Arid5a遺伝子のプロモーター領域には、エヌエフカッパB(NF-κB)転写因子が結合し、その転写を誘導することを明らかにした。次にArid5a分解機構においては、Arid5a mRNAの不安定化およびタンパク質分解機構について解析を行った。リポ多糖刺激下におけるArid5a mRNAは、MAPKシグナル下流のRNA分解タンパク質AUF-1により速やかに不安定化され、IL-6の上昇を一過的なものにするブレーキが働くことを証明した。また、同時にMAPKシグナル下のp38αによりArid5aタンパク質はリン酸化修飾を受け、その結果としてユビキチン化され速やかに分解されることを示した。Arid5aリン酸化部位の変異は、そのリン酸化の阻害により分解されず、結果的には、IL-6産生の上昇に寄与した。このように、Arid5a遺伝子は、細菌感染やウイルス感染等により引き起こされる免疫担当細胞の自然免疫応答においてNF-κBの活性化により一過的に誘導されて、IL-6上昇に寄与するが、MAPKシグナル下で適切に制御され速やかに分解されることでIL-6の産生量をコントロールしていることが明らかとなった。当初の研究計画どおり、Arid5aのMAPKシグナル下における誘導および分解機構を詳細に解明した。実際に、これまでに示したMAPKを通したArid5aタンパク質分解機構がヒトの炎症性自己免疫疾患において破たんしているかどうかを検討課題とする予定。本研究課題で示したArid5aタンパク質分解機構が適切に働かなくなることにより、IL-6の過剰産生が起こり、自己免疫疾患を引き起こす可能性があるかどうか調べる。IL-6過剰産生により引き起こされる自己免疫疾患モデルマウスにArid5aの異常産生はないか、そのリン酸化が阻害されていないかどうかを調べる予定。ヒトの自己免疫疾患患者において、Arid5aタンパク質の異常がみられないか、SNP等を調べる。
環境調査に適した電磁探査手法の開発

環境問題の中でも水環境の問題は、我々の生活に直結する重要な課題であり、水に関連した地盤・岩盤の各種物性は電気比抵抗特性からの考察が重要である。本研究では、地下浅部の地盤環境をより高感度に効率良く把握するための電磁探査手法ならびに磁場受信センサを提案し、それら手法の地下浅部探査法としての特徴を明らかにすることを目的とした。まず、磁場偏差を観測する電磁探査手法を提案し、微弱な磁場偏差応答を捕らえるための高感度受信センサとして、高温SQUID磁力計の電磁探査用磁力計としての可能性を検討した。その結果、最小感度は約0.85pT/√Hzであり、磁場偏差の測定は可能であることが明らかとなった。また、周波数帯域はDC100kHzであり、野外仕様に変更するなどの比較的簡単な改良により、周波数領域の電磁探査に適用可能であるが、100kHz以上の周波数の強い信号が加わると動作が不安定となるため、時間領域の電磁探査用センサとしては、測定困難になることが予想され、多くの開発課題が残されていると考えられた。次に、小型・軽量の磁気センサとして開発著しい、巨大磁気抵抗(GMR)素子および磁気インピーダンス(MI)素子を採り上げ、それらの基本的特性を検討した。その結果、GMR素子・MI素子ともに、高透磁率材料の使用、スタッキング処理等を行えば、高感度・小型・安価な電磁探査用の磁力計システムを構築することが十分に可能であると考えられた。さらに、それらの磁場センサの特長を生かせる探査法として、孔井を利用した電磁探査法(磁場3成分受信の電磁検層)を提案し、積分方程式法を用いた3次元数値シミュレーションを行って標準応答曲線を求め、探査法としての特徴を明らかにした。今後、これらの研究成果をもとに、現地試験を重ねることによって、地下浅部探査法としての新しい電磁探査法の実用化が期待される。水環境調査に有効な地盤計測手法として、磁場偏差を観測する電磁探査手法を提案し、地下浅部探査法としての優位性や特徴を、数値シミュレーションにより明らかにした。主な結果を列挙する。1)磁場偏差の応答は、磁場の応答に比べて極めて微弱である。そのため、,測定限界の時間が磁場測定より早くなり、可探深度は小さくなる。しかし、その問題は、送信ループや送信電流、受信点間隔を大きくすることによって、解消することができる。2)磁場偏差を測定する手法は、磁場を測定する手法より異常層(1次元)や異常体(3次元)の検出能力が高い。3)磁場偏差データを用いる解析は、一般に電磁探査で弱点とされる、低比抵抗大地中の高比抵抗層の検出能力が高い。4)地下浅部の調査においては、磁場偏差データによる解析の方が、磁場データによる解析に比べ、構造分解能が高い。磁場偏差応答は極めて微弱となることから、高感度の受信センサーが要求される。そこで、高温超電導磁力計(住友電工ハイテックス社製SEIQUIDII相当)を採り上げ、野外において特性試験を行って、電磁探査用磁力計としての可能性を検討した。その結果、最小感度は約0.85pT/√<Hz>であり、磁場偏差の測定は可能であることが明らかとなった。また、周波数帯域はDC100kHzであり、野外仕様に変更するなどの比較的簡単な改良により、周波数領域の電磁探査に適用可能である。ただし、100kHz以上の周波数の強い信号が加わると動作が不安定となるため、時間領域の電磁探査用センサーとしては、測定困難になることが予想され、開発課題が残されていると考えられた。

電磁探査法を、土壌・地下水汚染や埋設物等、地下浅部調査への適用を容易にするためには、小型で取り扱いが簡単、かつ安価な受信センサを開発することが必要不可欠である。本年度は、超小型・軽量の磁気センサとして開発著しい、巨大磁気抵抗(GMR)素子および磁気インピーダンス(MI)素子の基本的特性を検討し、さらに、それらを使用した磁力計を作成し、その試験結果をもとに、電磁探査の受信センサとしての適用性について考察した。結果は以下のようにまとめられる。1)GMR素子出力の1軸性とヒステリシスの影響を低減し、直線性の高い磁場-出力電圧特性を得るためには、永久磁石などによる50e程度のバイアス磁場が必要である。2)MI素子の直流磁場、正弦波磁場に対する磁場-出力電圧特性は、良好な線形性を示した。3)フェライトを付加すると、感度は約6倍以上向上し、十分な効果が得られた。4)周波数帯域はOPアンプの周波数帯域(10kH程度)よりも広いことが確認された。5)GMR磁力計の最小感度は0.1nT程度であり、これは、従来から用いられているフラックスゲート磁力計等と同等の感度である。MI磁力計の最小感度は1.3nT4nT程度とGMR磁力計に比べて低感度であったが、これは、素子内部からのノイズの影響が大きいためと考えられた。6)スタッキングによるランダムノイズ低減の試験では、S/Nを20倍程度向上させることができた。GMR素子・MI素子ともに、高透磁率材料の使用、スタッキング処理等を行えば、さらに感度を上げることができる。また、素子自体の周波数特性は、カタログ公称値で1MHzから数MHzにも及び、超小型で安価(10100$)なため、複数個の素子を使用して、高感度・小型・安価な電磁探査用の磁力計システムを構築することは十分に可能であると考えられた。昨年度までの研究から、電磁探査法を、土壌・地下水汚染や埋設物等、地下浅部調査へ適用するために、GMR素子あるいはMI素子等を用いた小型・軽量の磁場センサの実用化が期待され、それらは小口径のボーリング孔内での磁場3成分受信を可能にすると考えられた。本年度は、小型・高感度・広い周波数帯域など、それらの磁場センサの特長を生かせる探査法として、孔井を利用した電磁探査法(磁場3成分受信の電磁検層)について検討した。まず、積分方程式法を用いた3次元数値計算について、従来の地表からの電気ダイポール送信用のプログラムを改良し、新たに、地中からの垂直磁気ダイポール送信を可能にするプログラムを検討・作成した。主な検討結果は次のようである。1.受信点が異常体内部に存在する場合の散乱電場の計算方法について検討し、セル内のトータル電場から直接計算する手法を採用した。2.セルの分別方法が電磁応答の精度に与える影響について検討した結果、異常体の形状や送受信点の位置により、最適なセルの分割数や形状が異なることが分かった。さらに、作成したプログラムを用いて、孔井を利用した電磁探査法のシミュレーションを行い、次の結果を得た。1.磁場の水平成分は異常体の上端及び下端でピークが発生し、磁場の垂直成分は異常体中心付近でピークが発生する2.孔井内の送受信器は、その間隔が小さいほど、測定電磁場は大きくなり、解像度も向上する3.電磁場の水平2成分の測定により、異常体の方向性を把握することができる