hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
抗マラリア薬アルテミシニンの原虫小胞体型カルシウムポンプ阻害作用

副作用が少なく殺滅効果の高いアルテミシニンは近年幅広く使われるようになった優れた抗マラリア薬であるが、これまでの通説に反し、アルテミシニンの薬剤耐性原虫がアフリカで報告されて、作用機序に対する関心は高まっている。アルテミシニンが、SERCA(筋小胞体カルシウムポンプ)の特異的な阻害剤であるタブシガギンと同じく、セスキテルペンラクトン類であることに注目して、熱帯熱マラリア原虫小胞体型カルシウムポンプPfATP6がアルテミシニンによって高度に阻害されることを明らかにし、アルテミシニンの標的分子がPfATP6である可能性を示唆してきた。これはしかし、ポンプ阻害効果をATPアーゼ活性でしかみていないため、より選択性が高いと考えられるカルシウム輸送能でより詳しく調べる必要があり、その目的のためにはPfATP6遺伝子のheterogeneousな発現を真核細胞系で行う必要がある。C末端にc-mycタグをつけたPfATP6遺伝子全長(3684塩基)を入れたPfATP6プラスミド組換え体を構築したが、c-mycタグの配列にttがaaに変わる2塩基のミューテーションがあることが分かった。タグ配列部の修正に、PCRと制限酵素Dpn1を用いる修正法を行なったがATrich遺伝子であるため出来なかったが、PfATP6に対するポリクローナル抗体を、オリゴペプチドを使って作成した。このプラスミド組換え体をCos7細胞にトランスフェクトしミクロソーム画分を調べたところ、ATP依存性のカルシウム輸送能は亢進しなかった。PfATP6タンパクのCos7細胞での発現はあるものの、細胞内分布が小胞体への典型的な分布を示さず、マラリア原虫小胞体型カルシウムポンプ遺伝子が進化的にかけ離れた真核細胞で発現されるとき、正しく小胞体膜に埋め込まれていないのではないかと示唆された。優れた抗マラリア薬であるアルテミシニンは、SERCA(筋小胞体カルシウムポンプ)の特異的な阻害剤であるタプシガギンと同じく、セスキテルペンラクトン類であることに注目して、私たちは、Xenopusオーサイトを用いたアッセイで、PfATP6小胞体型カルシウムポンプがアルテミシニンによって高度に阻害されることを明らかにし、アルテミシニンの標的分子がPfATP6である可能性を示唆してきた(Nature 424:957-61,2003)。しかし、これは更に検証しなければならないいくつかの課題を含んでいる。そのひとつはATPアーゼ活性でしかポンプ阻害効果をみていないことである。アルテミシニンのPfATP6阻害効果をより詳しく調べるためには、カルシウム輸送能で調べる必要がある。マラリア原虫は大量培養できないので、この目的のために、heterogenousな発現を真核細胞系で行う必要がある。pcDNA3.1+プラスミドに、C末端にc-mycタグをつけたPfATP6遺伝子全長(3684塩基)を入れたPfATP6組換え体を構築した。配列を確認したところタグの配列に2塩基のミューテーションがあることが分かった。これをCos7細胞にトランスフェクトしミクロソーム画分を調べたが、カルシウム輸送能が亢進しているというデータは得られなかった。発現の確認に問題があると考えられるので、タグ配列のミューテーションの修正を試みているが、ATリッチ遺伝子であるためにPCRと制限酵素Dpn1による単純な修正法は使えないことがわかった。また、EGFP遺伝子の導入も試みている。

これらにより、マラリア原虫小胞体型カルシウムポンプ遺伝子が進化的にかけ離れた真核細胞で発現されるとき、正しく小胞体膜に埋め込まれるかどうかを調べ、アルテミシニンの作用機序の一端を解明することをめざす。副作用が少なく殺滅効果の高いアルテミシニンは近年幅広く使われるようになった優れた抗マラリア薬であるが、これまでの通説に反し、アルテミシニンの薬剤耐性原虫がアフリカで報告されて、作用機序に対する関心は高まっている。アルテミシニンが、SERCA(筋小胞体カルシウムポンプ)の特異的な阻害剤であるタブシガギンと同じく、セスキテルペンラクトン類であることに注目して、熱帯熱マラリア原虫小胞体型カルシウムポンプPfATP6がアルテミシニンによって高度に阻害されることを明らかにし、アルテミシニンの標的分子がPfATP6である可能性を示唆してきた。これはしかし、ポンプ阻害効果をATPアーゼ活性でしかみていないため、より選択性が高いと考えられるカルシウム輸送能でより詳しく調べる必要がある。この目的のためにはPfATP6遺伝子のheterogeneousな発現を真核細胞系で行う必要がある。C末端にc-mycタグをつけたPfATP6遺伝子全長(3684塩基)を入れたPfATP6プラスミド組換え体を構築したが、c-mycタグの配列にttがaaに変わる2塩基のミュー一テーションがあることが分かった。これをCos7細胞にトランスフェクトしミクロソーム画分を調べたが、カルシウム輸送能が亢進しているデータは得られなかったので、全体を再検討する必要が生じた。発現の確認に問題があるので、PfATP6に対するポリクローナル抗体を、オリゴペプチドを使って作成中である。PfATP6はATリッチであるために遺伝子操作でミューテーションが入りやすいが、タグ配列部の修正に、PCRと制限酵素Dpn1を用いる修正法を行なって出来なかったので、一本鎖プラスミドDNAによる修正やEGFP遺伝子の導入も試みている。これはしかし、ポンプ阻害効果をATPアーゼ活性でしかみていないため、より選択性が高いと考えられるカルシウム輸送能でより詳しく調べる必要があり、その目的のためにはPfATP6遺伝子のheterogeneousな発現を真核細胞系で行う必要がある。C末端にc-mycタグをつけたPfATP6遺伝子全長(3684塩基)を入れたPfATP6プラスミド組換え体を構築したが、c-mycタグの配列にttがaaに変わる2塩基のミューテーションがあることが分かった。タグ配列部の修正に、PCRと制限酵素Dpn 1を用いる修正法を行なったがATrich遺伝子であるため出来なかったが、PfATP6に対するポリクローナル抗体を、オリゴペプチドを使って作成した。
新規な周期的ナノ構造無機膜の合成と分離性能の評価

限外ろ過膜と逆浸透膜の丁度中間の大きさの細孔を有する膜をナノろ過膜と呼び、その細孔径の大きさから、有機塩素化合物、農薬類、VOC類の除去など水処理や空気浄化に期待されている。現在、ナノろ過膜の素材として、ポリアミド系樹脂が一般に研究されているが、耐熱性が40°Cまでしかないことや、耐有機溶媒性に乏しいことから、使用可能な分離プロセスが限定される。そこで、本研究では、細孔径や細孔構造が制御可能な「周期的均一ナノ細孔を有するシリカ」に着目し、その薄膜化を行い、新規な分離プロセスを構築することを目的とする。本年度は、3次元細孔構造を有するMCM-48、および1次元細孔構造を有するMCM-41からなる膜を合成した。(1)1次元細孔構造を有するメソポーラスシリカ膜の合成ディップコーティング法およびスピンコーティング法により薄膜を形成させた。支持体を表面処理することにより、支持体への原料の過剰な浸透が抑制され、膜厚を減少させることができた。(2)3次元細孔構造を有するMCM-48膜の合成メソポーラスシリカ粉末あるいは微粒子を基板上に塗布し、種結晶とした。メソポーラスシリカ粉末あるいは微粒子を基板上に塗布し、種結晶とした。水熱合成法により薄膜を形成させた。種結晶が存在することによって周期構造体の形成が容易になることが分かった。また、支持体への原料の過剰な浸透が抑制され、膜厚を減少させることができた。ガス透過法により、膜の緻密性の評価を行い、膜に大きなクラック・ピンホールが存在しないことを確認した。そこで、本研究では、細孔径や細孔構造が制御可能な「周期的均一ナノ細孔を有するシリカ」に着目し、その薄膜化を行い、新規な分離プロセスを構築することを目的とした。これまでの研究では、前駆溶液に支持体を浸漬し水熱合成によってメソポーラスシリカ膜を合成してきたが、膜厚が50μm以上と大きく、シリカ膜の透過流束を増大させるための薄膜化技術が必要となってくる。支持体支持体内部に存在するコンポジット層の厚みを減少させる手法として、支持体内部に熱分解可能な高分子(例えばポリイミド)を予め塗布し、支持体の細孔を塞ぐことによって支持体へのゾルの浸透を抑えた。これにより膜厚を1/10まで減少させることができた。また、高分子膜を塗布することによって支持体表面が平坦になり、メソポーラスシリカの周期構造の規則性が向上することがわかった。得られた膜のガス透過実験より、無機ガスの透過係数が従来膜の10倍以上となり薄膜化による高流束化が可能であることが示唆された。従来の浸漬法を用いて製膜した膜は支持体内への原料溶液の浸透と表面への生成物の堆積により膜厚が約50μmと大きく、透過流速が小さいという問題点があった。そこで膜の薄膜化を目指し、支持体の表面処理の工夫を行った。これまでゾルゲルで製作した膜は、耐湿性に乏しく、数日間の大気中保存下で周期構造の破壊が見られた。しかし、トリメチルクロロシラン蒸気を用いて比較的高温の400°Cで疎水化処理することによって耐湿性が著しく向上した。また、表面処理した支持体を用いて、3次元細孔構造をもつMCM-48膜を合成した。無機ガス透過実験を行い、粘性流を引き起こすようなピンホール・クラックが存在しないことを確認した。

(1)1次元細孔構造を有するメソポーラスシリカ膜の合成ディップコーティング法およびスピンコーティング法により薄膜を形成させた。支持体を表面処理することにより、支持体への原料の過剰な浸透が抑制され、膜厚を減少させることができた。(2)3次元細孔構造を有するMCM-48膜の合成メソポーラスシリカ粉末あるいは微粒子を基板上に塗布し、種結晶とした。メソポーラスシリカ粉末あるいは微粒子を基板上に塗布し、種結晶とした。水熱合成法により薄膜を形成させた。種結晶が存在することによって周期構造体の形成が容易になることが分かった。また、支持体への原料の過剰な浸透が抑制され、膜厚を減少させることができた。ガス透過法により、膜の緻密性の評価を行い、膜に大きなクラック・ピンホールが存在しないことを確認した。
錯体触媒による水の共存下でのジエンと一酸化炭素の新規な共重合反応

ロジウム触媒を用いて水性ガスシフト反応条件下でノルボルナジエン誘導体、7-t-ブトキシノルボルナジエンを基質に用いた反応から、分子量24,500(分子量分布1.38)の共重合体が単離収率92%で得られた。この共重合体の正確なポリマー構造をIR,^1H,^<13>C NMRスペクトルおよび熱重量測定により同定した結果、ノルボルナジエン誘導体と一酸化炭素との1:1の交互共重合体のポリケトンであることがわかった。しかも、得られた共重合体はノルボルナジエン誘導体の片方の二重結合が完全に残ったままの構造を持つものであった。そこで、この共重合体との臭素との反応を行い、臭素の付加物であるジブロモポリケトンを良好な収率で得た。また、カルボニル化合物の水素化に有効な試薬LiAlH_4を用い共重合体との反応を試みた結果、水素化反応は完全に進行し、ポリケトンが対応するポリアルコールに変換された。このように化学反応性からポリマーの構造を再確認すると同時に、他の官能基を持つポリマーへの誘導もできた。続いて、本反応の適用範囲について検討するためノルボルナジエンまたは別途調製した数種類の置換ノルボルナジエン誘導体を用いて本反応条件下で一酸化炭素との共重合について検討を加えた。その結果、何れも共重合反応が進行した。例えば、7-フィエニルノルボルナジエンおよび2,3-置換体ノルボルナジエンを用いた場合も相当する共重合体が良好な収率で得られた。しかしながら、本反応条件下では2、3-置換体ノルボルナジエンからは低分子量の共重合体しか得られなかった。そこで、この低分子量の共重合体を用いて構造解明に努めたところ、共重合体の末端部位の構造はラクトン骨格を有する可能性が高いと推定された。一方、ノルボルネンおよびノルボルネン誘導体も本反応条件下で一酸化炭素と共重合し、相当する低分子量のポリケトンが良い収率で得られた。特にノルボルネンからは主生成物として共二量体が得られ、γ-不飽和ラクトン骨格を持つものであることを確認した。更に本共重合反応は水とアミンを添加しない場合には全く進行しないことから、ロジウムカルボニルと水/アミンとの反応にから発生したロジウムヒトリド種が開始剤として作用している可能性が高いと考えられる。これらの実験事実に基づき、本共重合反応の反応機構を推定することができた。ロジウム触媒を用いて水性ガスシフト反応条件下でノルボルナジエンおよびノルボルナジエン誘導体を基質に用いた反応から、推定構造としてポリケトエーテルと思われる共重合体が得られた。この共重合体の正確なポリマー構造について化学反応性から確認すると同時に、本反応の最適条件および適用範囲について検討した。7-ターシャルブトキシノルボルナジエンを用いてアミンと水の添加量、反応温度および反応時間など反応条件を検討した結果、分子量20000(分子量分布1.36)の共重合体が単離収率85%で得られた。そして、数種類の置換ノルボルナジエン誘導体を調製し、本反応条件下で一酸化炭素との共重合について検討を加えた。例えば、7-フィエニルノルボルナジエンおよび2、3-置換体ノルボルナジエンを用いた場合対応する共重合体が良好な収率で得られた。そこで、この低分子量の共重合体を用いて構造解明に努めると同時に高分子量の共重合体がえられる反応条件について探索している。一方、これまで得られた数種類の共重合体の各種スペクトル、元素分析などの結果から共重合体の構造を推定した。基本骨格として最初考えたポリケトエーテルではなくポリジケトンの可能性が高い。即ち、本反応条件下一酸化炭素が連続挿入する可能性があると考えられる。そこで、カルボニル化合物の水素化に有効な試薬LiAlH_4を用い7-ターシャルブトキシノルボルナジエンの共重合体との反応を試みた結果、水素化反応は完全に進行し、ポリジケトンが対応するポリジアルコールに変換されたと思われる。今現在、このポリジアルコールと思われる共重合体のNMRスペクトルではシグナルのブロードニングと重なりのため正確な解析結果が得られていないが、スペクトルデータ解析のできるノルボルナジエン誘導体を選び調製し、その共重合体の水素化反応を行い、ジケトンに由来するジアルコールの構造を確認したいところである。

また、カルボニル化合物の水素化に有効な試薬LiAlH_4を用い共重合体との反応を試みた結果、水素化反応は完全に進行し、ポリケトンが対応するポリアルコールに変換された。このように化学反応性からポリマーの構造を再確認すると同時に、他の官能基を持つポリマーへの誘導もできた。続いて、本反応の適用範囲について検討するためノルボルナジエンまたは別途調製した数種類の置換ノルボルナジエン誘導体を用いて本反応条件下で一酸化炭素との共重合について検討を加えた。その結果、何れも共重合反応が進行した。例えば、7-フィエニルノルボルナジエンおよび2,3-置換体ノルボルナジエンを用いた場合も相当する共重合体が良好な収率で得られた。しかしながら、本反応条件下では2、3-置換体ノルボルナジエンからは低分子量の共重合体しか得られなかった。そこで、この低分子量の共重合体を用いて構造解明に努めたところ、共重合体の末端部位の構造はラクトン骨格を有する可能性が高いと推定された。一方、ノルボルネンおよびノルボルネン誘導体も本反応条件下で一酸化炭素と共重合し、相当する低分子量のポリケトンが良い収率で得られた。特にノルボルネンからは主生成物として共二量体が得られ、γ-不飽和ラクトン骨格を持つものであることを確認した。更に本共重合反応は水とアミンを添加しない場合には全く進行しないことから、ロジウムカルボニルと水/アミンとの反応にから発生したロジウムヒトリド種が開始剤として作用している可能性が高いと考えられる。これらの実験事実に基づき、本共重合反応の反応機構を推定することができた。
光音響顕微鏡による薄膜の熱物性推定用簡易センサーの開発

薄膜を使った製品検査のためのセンサーの開発を行うために(1)光源を小型なレーザダイオードに変更し、(2)これまで試料から発生する光音響信号の測定に用いていたマイクロホンを、試料から発生する熱を直接観測できるPVDF膜に変更、(3)開発したセンサーを使って薄膜の熱拡散率を簡単に測定する方法の開発を試みた。得られた結果を以下に示す。1.信号検出センサーの改良これまで使用していたマイクロホンでは試料形状に制約があり、製品検査には使うことが出来なかった。そこで、センサーを焦電効果を有するPVDF膜に変更した。はじめにPVDF膜の厚みと大きさが発生信号に与える影響について検討し、センサーとして適切な膜の条件を実験的に求めた。2,レーザダイオード光源への改良本装置を実用化するために顕微鏡システム全体の小型化を図らなければならない。そこでこれまでのガスレーザから小型のレーザダイオードに光源を変更した。3.計測ソフトの開発薄膜の熱拡散率の推定を誰でもが簡単にできるように計測から定数推定までの自動化を行う計測ソフトも併せて開発した。
シリコンフォトニクス回路へのIII-V族量子ドットレーザ集積化に関する研究

光インターコネクション技術の実用化のために、シリコン基板上にIII-V族量子ドットレーザを集積化するための研究を行った。これは我々が提案した、シリコン基板上にInP薄膜層を直接接合した基板を用いてIII-V族半導体デバイス層を結晶成長する方法、を用いている。有機金属気相成長により波長1.5μm帯GaInAsPダブルヘテロ構造を成長し、ファブリペローレーザを作製した。そして室温パルス発振を達成し、InP基板上レーザと同じしきい値電流密度を得ることに成功した。さらにシリコン基板上量子ドット構造の成長条件を把握し、電流注入による発光を達成した。シリコン基板上にIII-V族半導体量子ドットレーザとシリコンフォトニクス回路を集積した光集積回路を実現することを目的とした研究である。具体的には変調器、波長スイッチ等のシリコンフォトニクス回路を含むシリコン基板にInP薄膜を直接貼付し、そしてこの基板上に有機金属気相成長法によりIII-V族量子ドット半導体を結晶成長してレーザを作製し、シリコンフォトニクス回路-量子ドットデバイスの光集積回路を試作研究する。この研究目的に対して、平成27年度は2つの大きな進展が達成された。まずシリコン基板上にInP薄膜を直接貼付した基板上に有機金属気相成長法によりGaInAsPバルクレーザを成長し、室温発振を達成した。このレーザはシリコン-InP薄膜界面を通した電流注入を行っており、このような成長方法で作製したレーザとしては初めての室温発振である。以前より液体窒素温度でのレーザ発振は達成していたが、直接貼付界面の品質の向上、プロセスの改良により室温動作を確認した。今後これらのレーザ特性を詳細に測定し、その研究成果を論文、学会で発表していく予定である。またもう一つの進展は、シリコン-InP薄膜上に量子ドット構造を成長し、ドット径、密度、フォトルミネッセンス特性をInP基板上の量子ドットと比較検討した結果である。シリコンとInPの熱膨張係数の違いにより量子ドット成長時の歪量の変化が懸念されたが、InP基板上と比較して遜色の無い形状、特性が得られた。この研究成果についても今後発表を行っていく予定である。シリコン基板にInP薄膜を直接貼付けし、この基板上に結晶成長を行うことによって光デバイスを集積化する研究であるが、今回、シリコン-InP薄膜上にGaInAsPレーザ構造を有機金属気相成長法により成長し、シリコン-InP界面を通したキャリア注入により初めて室温発振動作を達成した。シリコン基板上でIII-V族半導体レーザを実現した意義は大きく、新しい集積化技術を開発したものとして研究の進展は当初の計画以上のものと考えている。具体的には変調器、波長スイッチ等のシリコンフォトニクス回路を含むシリコン基板にInP薄膜を直接貼付し、そしてこの基板上に有機金属気相成長法によりIII-V族量子ドット半導体を結晶成長してレーザを作製し、シリコンフォトニクス回路-量子ドットデバイスの光集積回路を試作、研究する。この研究目的に対して、平成28年度は以下の進展が達成された。平成27年度の研究において、シリコン基板上にInP薄膜を直接貼付した基板上に有機金属気相成長法により波長1.2μm GaInAsPバルクレーザ構造を成長し、室温発振を達成したが、平成28年度の研究においてはこのInP/Si基板上半導体レーザの発振歩留まりを向上させ、しきい値電流、温度特性、電気特性等の諸特性をInP基板上半導体レーザと比較検討し、それらの成果を原著論文、国際会議、国内学会において発表を行った。特に、応用物理学会の論文誌Japan. J. Appl. Phys.に投稿した論文は学会のSpotlight論文に選ばれ、さらにHighlights of 2016論文に選ばれた。これまでに1800を超えるダウンロード数となり、非常に反響の大きな論文となった。また光通信波長帯である1.5μm帯の半導体レーザとして、GaInAsP組成の条件だし、半導体レーザ構造の設計を行い、InP/Si基板上に半導体レーザ構造を結晶成長し、室温においてパルス発振を達成した。これらの結果は平成29年度において4件の国際会議がすでに内定している。またこれらの論文投稿を準備中である。シリコン基板上にInP薄膜を直接貼付し、この基板上に1.5μm帯GaInAsP半導体レーザ構造を実現した。X線回折、フォトルミネッセンスより1.5μm帯GaInAsP組成の結晶成長条件を検討し、最適な条件を用いて、半導体レーザ構造を結晶成長し、室温においてパルス発振が得られた。そしてしきい値電流、スペクトル特性、温度特性など半導体レーザの基本的特性を測定することができた。これらの測定は、InP/Si基板作製技術の改良を行うことによって半導体レーザの発振歩留まりが向上したことが大きな要因であり、InP基板上に作製した半導体レーザと、その諸特性を比較検討できるまでに至ったことは当初の研究計画以上の成果と考えている。また量子ドット構造の成長条件の把握、光デバイスが集積化されたシリコン基板上への半導体レーザの集積は設計と実験方法の検討を行った。

前年度の研究において、シリコン基板上にInP薄膜を直接貼付した基板上に有機金属気相成長法により波長1.5μmGaInAsPバルクレーザ構造を成長し、室温発振を達成した。そして、InP/Si基板上半導体レーザにおいてInP基板上半導体レーザと同等のしきい値電流密度を達成した。この研究成果を基に、本年度は以下の研究成果を達成した。しきい値電流密度がInP基板上と同等であることを実証したので、しきい値電流の絶対値を下げるためにストライプ電極構造、リッジ導波路構造、ハイメサ導波路構造のレーザを試作した。ストライプ電極幅、導波路幅は10μm20μmの構造であり、すべての構造において室温パルス発振を得ることに成功した。ストライプ電極構造ではInP基板上レーザとInP/Si基板上レーザのしきい値は同等であったが、リッジ導波路、ストライプ導波路、ハイメサ構造では150mA程度のしきい値電流を得たが、InP基板上レーザと比較するとまだ高い状況であり、この原因を検討した。またInP/Si基板上に成長した量子ドット構造において室温でLED発光を確認し、さらに成長条件、層構造の改良を行っており、レーザ発振を目指している。また光源と変調器、波長スイッチとの集積化を目指した研究に着手し、その接続構造について一定の成果を得た。光インターコネクション技術の実用化のために、シリコン基板上にIII-V族量子ドットレーザを集積化するための研究を行った。これは我々が提案した、シリコン基板上にInP薄膜層を直接接合した基板を用いてIII-V族半導体デバイス層を結晶成長する方法、を用いている。有機金属気相成長により波長1.5μm帯GaInAsPダブルヘテロ構造を成長し、ファブリペローレーザを作製した。そして室温パルス発振を達成し、InP基板上レーザと同じしきい値電流密度を得ることに成功した。さらにシリコン基板上量子ドット構造の成長条件を把握し、電流注入による発光を達成した。シリコン基板上に新しい集積化技術によりGaInAsPレーザを実現したが、これをさらに進展させて、シリコン基板上の量子ドットレーザの実現を目指す。さらにレーザ以外の変調器、光スイッチ、波長合分波器の集積化のための導波路設計、デバイス作製技術を検討し、そして新たな機能を持つ集積回路の可能性を探っていく予定である。シリコン基板上半導体レーザの特性向上を目的とした研究を行う。この半導体レーザを実用化するために、半導体レーザの横モード単一化によって、室温パルス発振から室温連続発振を達成することを目指す。そのためには、リッジ構造、埋込み構造などを検討し、しきい値電流を低減化し、室温連続発振を目標とする。室温連続発振が得られた後は、このレーザの寿命試験を行うことによって実用化のレベルまで到達させる。また量子ドット構造を導入した半導体レーザの試作、またレーザ以外の変調器、光スイッチ、波長合分波器が集積化されたシリコン基板に対して半導体レーザとの集積技術の開発を行う。
欠陥キャラクタリゼーションによる新規蓄光材料の開発

本研究は、より高輝度な赤色長残光蛍光体を創生するための指針を得ることを目的とし、希土類添加ペロプスカイト酸化物残光蛍光体を中心に材料作製を行い、光電流などの新たな手法を用いて、その機構解明を試みた。当該年度は、Pr^<3+>:1^D_2→3^H_4にもとづく赤色蛍光を示すPr^<3+>イオンを発光中心とした(Ca, Sr)TiO_(3)、(Ca, Y)(Ti, Al)O_(3)固溶体を作製し、その光電物性を評価した。Pr^<3+>を添加した(Ca, Sr)TiO_3固溶体中の発光機構について、発光および光電流測定を行うことにより知見を得た。具体的には、Pr^<3+>イオンの発光過程において、形成されるとされてきた電荷移動状態Pr^<3+>+Ti^<4+>→Pr^<4+>+Ti^<3+>をTi^<3+>を3d軌道が形成する母体の伝導帯下端への電子移動、つまり光電流として実験的に初めて観測した。これにより、Pr^<3+>の4f準位と母体の電子エネルギー構造のエネルギー位置関係を明らかにした。さらに、熱ルミネッセンス測定などの残光特性評価により、CaTiO_3からSrTiO_3量が増えるに従ってキャリアトラップ深さは浅くなる傾向があることを示した。前述の結果をもとに、バンドギャップを広げることにより、トラップ深さを制御できると考え、(Ca, Y)(Ti, Al)O_(3) : Pr蛍光体を作製し、光物性評価を行った。Y、Alの置換量が増加するとともに、バンドギャップ、電荷移動遷移エネルギーは増加し、トラップ深さエネルギーがわずかに増加することが明らかとなった。また、Pr^<3+>イオンの4fエネルギー準位に対する相対的な伝導帯エネルギー上昇により、5%という微量のY, Al置換によって、赤色発光(Pr^<3+> : ^1D_2→^3H_4)強度が6倍まで高められた。以上のようにPr添加ペロブスカイト残光蛍光体について、組成を変化させることにより、残光特性を制御できることが示された。当初の目的通り、Pr^<3+>を発光中心とするベロブスカイト蛍光体の発光機構について、光電流測定により電荷移動遷移状態を介していることを実験的に示すことができた。また、組成を変化させることによる残光特性の制御にも成功した。今後、残光に寄与するトラップについての知見を得るため、Pr以外の希土類イオン(Ce, Tb)を共添加した場合の特性変化について調査する。また、ペロブスカイト構造特有の温度による構造相転移に伴う、母体電子構造と発光中心であるPr^<3+>間のエネルギー移動や発光効率の変化などについても議論していく。平成24年度は、欠陥キャラクタリゼーションによる新規蓄光材料の開発に向けて、(Ca,Sr)TiO3:Prを作製し、この系についてエネルギー移動機構に関する物性評価を行った。蛍光体母体組成をCaTiO3からSrTiO3へと変化させることにより、発光中心と母体伝導帯とのエネルギー位置関係の制御を試みた。CaサイトをSrに置換し、(Ca1-xSrx)0.998Pr3+0.002TiO3(x=0,0.3,0.5,0.8,1)を固相法により作製した。得られた試料について、X線回折(XRD)測定による構造解析、発光・励起(PL・PLE)スペクトル測定、残光減衰曲線、熱ルミネッセンス(TL)測定に加え、光電流励起スペクトル(PCE)測定を行った。PL・PLEスペクトルより、母体組成をCaTiO3からSrTiO3へと変化させることにより、Pr3+:3PJ準位から発光開始準位ID2への熱活性化エネルギーは単調に増加することが示された。また、試料のバンドギャップは単調減少、IVCTエネルギーはほぼ単調に増加することが明らかとなった。室温における残光時間は、試料組成のSr置換量xが増加するとともに減少した。同時に、熱ルミネッセンス測定によるグローカーブピーク温度もほぼ単調に低下した。これにより、Sr置換量の増加と共に蓄光に寄与するトラップ深さは単調減少することが示された。以上の結果より、SrTiO3中では、Pr3+:3PJ準位励起の時、1D2準位への熱活性化エネルギーおよび伝導帯への熱イオン化エネルギーは高く、室温では共に起こらないが、Ca置換量が多い母体中では、1D2への熱緩和エネルギー、伝導帯への熱イオン化エネルギー共に室温で十分に起こるほど小さくなり、強い1D2発光と残光性を発現していることが示唆された。

Pr^<3+>を添加した(Ca, Sr)TiO_3固溶体中の発光機構について、発光および光電流測定を行うことにより知見を得た。具体的には、Pr^<3+>イオンの発光過程において、形成されるとされてきた電荷移動状態Pr^<3+>+Ti^<4+>→Pr^<4+>+Ti^<3+>をTi^<3+>を3d軌道が形成する母体の伝導帯下端への電子移動、つまり光電流として実験的に初めて観測した。これにより、Pr^<3+>の4f準位と母体の電子エネルギー構造のエネルギー位置関係を明らかにした。さらに、熱ルミネッセンス測定などの残光特性評価により、CaTiO_3からSrTiO_3量が増えるに従ってキャリアトラップ深さは浅くなる傾向があることを示した。前述の結果をもとに、バンドギャップを広げることにより、トラップ深さを制御できると考え、(Ca, Y)(Ti, Al)O_(3) : Pr蛍光体を作製し、光物性評価を行った。Y、Alの置換量が増加するとともに、バンドギャップ、電荷移動遷移エネルギーは増加し、トラップ深さエネルギーがわずかに増加することが明らかとなった。また、Pr^<3+>イオンの4fエネルギー準位に対する相対的な伝導帯エネルギー上昇により、5%という微量のY, Al置換によって、赤色発光(Pr^<3+> : ^1D_2→^3H_4)強度が6倍まで高められた。以上のようにPr添加ペロブスカイト残光蛍光体について、組成を変化させることにより、残光特性を制御できることが示された。当初の目的通り、Pr^<3+>を発光中心とするベロブスカイト蛍光体の発光機構について、光電流測定により電荷移動遷移状態を介していることを実験的に示すことができた。また、組成を変化させることによる残光特性の制御にも成功した。残光特性を向上させるため、組成選定によるトラップ深さの調整をおこなう。具体的には、Caサイトをより小さなMgなどで置換する。作製した試料について、研究計画に基づき光学特性を評価することにより、新規蓄光材料の創製を目指す。今後、残光に寄与するトラップについての知見を得るため、Pr以外の希土類イオン(Ce, Tb)を共添加した場合の特性変化について調査する。また、ペロブスカイト構造特有の温度による構造相転移に伴う、母体電子構造と発光中心であるPr^<3+>間のエネルギー移動や発光効率の変化などについても議論していく。
重症気管支喘息におけるPAF 受容体を介したヒト肺マスト細胞活性化の関与

本研究において、ヒトの肺マスト細胞はPAF受容体を強く発現しており、PAFに応答して気道収縮作用を有するヒスタミンを遊離することが証明された。また、ヒトの肺マスト細胞と同程度にPAF受容体を強く発現している末梢血由来ヒト培養マスト細胞の解析結果より、ヒトマスト細胞におけるPAF受容体のシグナル伝達機構が解明された。本研究成果は、PAF受容体を介したヒト肺マスト細胞の活性化が気管支喘息の発症に寄与していることを示唆しており、PAF受容体を標的とした新規気管支喘息治療薬の開発が期待される。今年度はまず、ヒト肺マスト細胞がPAF受容体を発現しているかどうかを検討した。ヒト肺から単離、精製したヒト肺マスト細胞をPAFで刺激すると、末梢血由来ヒト培養マスト細胞と同様に、PAFの濃度に依存したヒスタミン遊離が惹起され、PAF 10^-7, 10^-6 Mで著名なヒスタミン遊離が観察された。この結果より、ヒト肺マスト細胞がfunctionalなPAF受容体を発現していることが明らかになった。次に、末梢血由来ヒト培養マスト細胞を用いてヒトマスト細胞におけるPAF受容体のシグナル伝達経路を解析した。末梢血由来ヒト培養マスト細胞においてPAF刺激によるヒスタミン遊離は、PAF受容体拮抗薬であるCV-6209、ホスホリパーゼC(PLC)の阻害剤であるU73122、プロテインキナーゼC(PKC)の阻害剤であるGo6976処置によって濃度依存的に抑制された。さらに、細胞内カルシウムイオンのキレーターであるBAPTA/AM処置によってもPAF刺激によるヒスタミン遊離が顕著に抑制された。これまでのPAF刺激によるヒスタミン遊離が百日咳菌毒素の前処置によって抑制されたことも踏まえると、ヒトマスト細胞において、PAFはGiタンパク質と共役したPAF受容体に結合し、PLC活性化、DAG、IP3の生成、細胞内カルシウムイオン濃度の増加、PKCの活性化を解してヒスタミン遊離を引き起こすことが明らかになった。本年度の研究成果より、PAFによる肺マスト細胞の活性化は気管支喘息などのアレルギー性呼吸器疾患の発症に関与することが示唆され、PAF受容体拮抗薬がアレルギー性呼吸器疾患の新たな治療標的となる可能性が示唆された。前年度の引き続き、ヒトマスト細胞におけるPAF受容体のシグナル伝達経路について検討した。末梢血由来ヒト培養マスト細胞は、ホスホリパーゼC(PLC)β2、PLCγ1、PLCγ2を発現していた。末梢血由来ヒト培養マスト細胞をPAFで刺激すると、PLCβ2の膜への移行、PLCγ1のリン酸化が観察された。IgE/anti-IgEで刺激した場合にもPLCβ2の膜への移行、PLCγ1のリン酸化が観察されたが、PLCβ2の膜への移行はIgE/anti-IgEよりもPAFでの刺激で強く誘導された。さらに、PAFによるヒスタミン遊離へのPLCβ2とPLCγ1の関与を明らかにするため、short hairpin RNAを用いてPLCβ2とPLCγ1をノックダウンした。PAFによるヒスタミン遊離はPLCβ2とPLCγ1のノックダウンによって顕著に抑制された。また、PAFがIgE/anti-IgEによるヒスタミン遊離にどのような影響を及ぼすのかについても検討した。PAF (10^<-9>-10^<-8>M)は、IgE/anti-IgEによるヒスタミン遊離を相加的に増強した。本年度の研究成果より、PAFはPLCβ2とPLCγ1を介して、ヒトのマスト細胞を活性化することが明らかになった。PAFによるヒト肺マスト細胞の活性化は、気管支喘息などの呼吸器疾患の病態形成に寄与していると考えられ、PAF受容体拮抗薬が気管支喘息などの呼吸器疾患の新たな治療標的となる可能性が示唆された。
導体のエッジ特性を考慮した超高精度三次元電磁波解析法の開発

方形物体による電磁波散乱と放射の問題に対する従来よりも高精度な解析方法を開発し、問題に付随する二重無限積分と二重無限級数を希望の精度で計算するための数値計算法を確立した。様々な方形物体(遮蔽板内の方形開口、フランジ付導波管等)に対する厳密解を導出し、一部の問題に対しては解の収束性を定量的に評価した。また、得られた厳密解を用いて様々な物理量を計算し、電磁波回折現象に関する新しい知見を得た。さらに、複雑な方形物体を解析する際の基礎となる多数の開口の結合問題も厳密に定式化した。厚さを無視した方形開口および無限に広いフランジの付いた方形導波管からの電磁波放射に関する研究を進展させるため、媒質が誘電体のときの計算コードの開発を行った。さらに、遮蔽板の板厚を考慮した方形開口(ただし媒質を真空と仮定)に対する計算コードの開発を行い、解の収束性について評価を行った。開口の電力透過量の指標となる透過係数を垂直入射のみならず斜め入射に対しても計算し、それを板厚の関数として示した。その結果、端点条件組み込みにより解の収束が非常に速くなること、特定の板厚で電力透過量が著しく増加すること等が明らかとなった(ただし、電力透過量の局所的最大点には規則性や周期性が見られなかった)。板厚と電力透過量の関係を明らかにする目的で、開口内部(導波管領域)の導波管モードの発生量(モード係数)を垂直入射の場合に関して調べ、特定のモード(伝播モード)の発生量に周期性が現れ、局所的最大点で位相の大きな推移が見られることを示した。開口内部に非伝播モードしか存在できない場合でも大きな電力透過現象が起こることも明らかにした。方形開口(完全導体遮蔽板の厚さは無視)および方形導波管(無限に広い完全導体のフランジを有すると仮定)からの電磁波放射の問題に対し、媒質が誘電体のときの計算コードに一部修正を加え、構造パラメータを変化させたときの解の挙動と収束性について調査した。また、遮蔽板の板厚を考慮した方形開口(ただし媒質を真空と仮定)に対する計算コードを用いて、様々な物理量(透過係数、導波管モード、放射パターン等)を計算し、解の収束性について定量的な評価を行った。特に平成26年度は、遠方放射界(放射パターン)と開口分布の計算コードの開発を重点的に行い、開口分布についてはGegenbauerの多項式ではなく、より基本的な関数である超幾何級数を用いて計算するためのサブルーチンを開発した。開口分布(電界強度)の収束性の評価では、正しく端点条件を組み込むことにより高精度な解が得られることを、数値的に確認した。開口内部(導波管領域)の導波管モードの発生量(モード係数)と電力透過量の関係をより詳しく調査し、特定の伝播モード(TE10モード)の発生量に周期性が見られる原因を導波管モードの平面波分解および平面波の多重反射の考えに基づいて調査し、透過係数の局所的最大点の位置(板厚)を予測するための実用的な簡易計算式を求めた。さらに、二つの方形開口(二枚の方形状金属平板の補対構造)の結合問題を厳密に定式化するための準備を行い、厳密解を途中まで導出した。板厚を考慮した完全導体遮蔽板内の方形開口(ただし周囲の媒質を真空と仮定)の研究については、様々な構造パラメータに対して解の収束性を調査・検討し、これまで未解明であった板厚が0に近づくときのエッジ近傍の界の振舞いを明らかにした。特に、少ない項数で高精度な数値解を得るための端点条件に関する新たな知見を得た。また、開口近傍の電力流(ポインティングベクトル)の計算コードを開発し、ベクトルプロットの方法によって開口前部と開口内部(導波管部)のエネルギーの流れを視覚化した。開口寸法(ただし半波長以下の場合のみ)、板厚、そして開口アスペクト比を変化させたときの流れの違いを調べ、特にエネルギー透過が大きい場合と小さい場合の現象の差異について詳しく調べた。その結果、大きなエネルギー透過はエッジ特性による界強度の増加と周囲のエネルギーの引き込みによって生じること、エネルギー透過が少ない場合はエネルギーの引き込み後の反射が原因であることを示した。開口内部の透過電力と全放射電力のが完全に一致したことから、計算式と計算コードの妥当性も確認できた。類似形状の音響波の問題との比較によって電磁波透過問題の特徴についても明らかにした。誘電体を考慮した方形開口(板厚を無視)とフランジ付き方形導波管の研究については、計算式の再確認を行い計算コードの修正を行った(解の収束性と放射特性を評価するための準備を行った)。さらに、導波管アンテナの結合係数や複雑な開口形状による回折界を厳密に求めるための基礎となる二つの方形開口(二枚の方形状金属平板の補対構造)の結合問題の厳密解を導出し、物理量の計算コードを開発するために必要となる新たな二重無限積分を示した。板厚を考慮した方形開口による電磁波透過に関する研究において、電力流の計算コード開発とベクトルプロットの表示方法に予想以上の時間を費やしたことと開口寸法が半波長以上の場合に導波管内部の透過電力と全放射電力が一致しない不具合が発生したこと(その原因究明に多くの時間を費やしてしまったこと)が、当初の計画よりも遅れてしまった理由である。

また、厚みを無視した方形開口およびフランジ付方形導波管からの電磁波放射の問題については再計算(確認も含む)で、そして二つの方形開口(二枚の方形状金属平板の補対構造)の結合問題の厳密解については連立方程式の導出(Jacobiの多項式を基底とする内積空間への投影)で多くの時間を要したことも遅れの理由となっている。完全導体遮蔽板の板厚を考慮した方形開口(ただし媒質を真空と仮定)の研究については、半波長以下の様々な開口寸法(開口アスペクト比も変化)に対して、透過係数を板厚の関数として表し、電力透過量が指数関数的に減少することを明らかにした。特に、比較的厚い平板内の正方形開口に平面電磁波が垂直に入射した場合のエネルギー透過量(近似値)を求めるための簡潔な表示式を導出した。また、エネルギー透過が大きい場合と小さい場合の現象の差異についてベクトルプロットによるエネルギー流の視覚化によって確認した。開口寸法が半波長以上の場合には導波管内部の透過電力と全放射電力が一致しないという問題があったが、理論式の再確認および他の計算結果との比較など様々な角度から検討を行った。その結果、二重無限級数の計算コードに一部誤りがあることを発見し、その部分を修正して再計算したところ、電力流の連続性が確認できた。さらに正しい計算コードを用いて大きな開口に関して透過係数の再計算も行い、板厚に対する電力透過量の依存性が周期的に振動することを明らかにした。誘電体を考慮した方形開口(板厚を無視)とフランジ付き方形導波管の研究については、計算コードに更なる誤りが発見されたため、その部分の修正を行ったが、妥当性の確認は未実施であり、データの再計算までには至らなかった。導波管アンテナの結合係数を厳密に求めるための基礎となる二つの方形開口の結合問題については、物理量の計算コードを開発するために必要となる二重無限積分の計算アルゴリズムについて検討した。さらに、複雑な開口形状による回折界を求めるために必要となるN個の方形開口(N個の方形状金属平板の補対構造)の結合問題を、二つの開口の問題を拡張して定式化し、回折波の表示式を示した。方形物体による電磁波散乱と放射の問題に対する従来よりも高精度な解析方法を開発し、問題に付随する二重無限積分と二重無限級数を希望の精度で計算するための数値計算法を確立した。様々な方形物体(遮蔽板内の方形開口、フランジ付導波管等)に対する厳密解を導出し、一部の問題に対しては解の収束性を定量的に評価した。また、得られた厳密解を用いて様々な物理量を計算し、電磁波回折現象に関する新しい知見を得た。さらに、複雑な方形物体を解析する際の基礎となる多数の開口の結合問題も厳密に定式化した。厚みを無視した方形開口およびフランジ付方形導波管からの電磁波放射の問題に対し、媒質が誘電体のときの計算コードに一部誤りが見つかり、その修正・確認とデータの再計算に多くの時間を要したこと、さらに、板厚を考慮した方形開口による電磁波透過に関する研究においては、導波管モードや透過係数に対する板厚の影響に関して多くの知見が得られたものの、新規に遠方放射界と開口分布の計算コードの開発を行い、そのための計算式の確認や特殊関数のサブルーチン開発に予想以上の時間を費やしてしまったことが、当初の計画よりやや遅れることになった理由である。完全導体遮蔽板の板厚を考慮した方形開口(ただし媒質を真空と仮定)の研究については、開口寸法が半波長以上の場合に発生した不具合(導波管内部の透過電力と全放射電力の不一致)を早急に解決し、大きな開口に対する電力流の計算(エネルギーの流れの可視化)を行って既に明らかとなっている特定の板厚での透過エネルギーの急激な増加のメカニズムについて考察を行う。
計算機代数の代数幾何学への応用研究

代数的ベクトル束の存在、構成問題は、代数幾何学における古典的な問題といえる部分多様体それと密接に関係する重要な課題である。代数曲線上ではWeilのautomorphic formの一般化という夢に触発されたGrothendieck, Atiyahによる先駆的な研究の後、Narasimhan, Seshadri, Mumfordr等の研究はモデュライの構成とその性質まで及び、まだ多くの課題が残るものの基礎付けはできたと言ってよい。Schwarzenbergerは代数曲面上のベクトル束の研究の端緒を開いたが、2次元以上の代数多様体上のベクトル束の存在問題に一般的成果を上げたのは本研究代表者である。しかし、4次元以上の射影空間上の低い階数のベクトル束の存在、構成問題は未だ全体像が見えない状態にある。その中で、標数2の体上ではあるが、P5上で階数2かつ直和分解しないベクトル束である丹後束は大きな意味を持っている。本研究では計算機代数を使って丹後束を研究することを中心課題とした。丹後束を計算機代数上で表現することに成功した(2次の斉次式を要素とする15×34行列)が、これを使ってベクトル束を定義する変換行列、丹後束の直線束の直和による還元列が(計算機代数上で)計算できる。さらにChern類の計算、それを基に第一Chen類を0に移動させた丹後束の0番目のコホモロジーを(計算機代数を使って)計算すると、コホモロジーが消滅していることが分かり、従って丹後束が安定ベクトル束であることが示せた。これはモデュライ理論の出発点になるものである。平成15年度はまず研究環境を整えるに意を用いた。Power Macintosh G5 2GHz Dualに2.5GBのメモリを積んだコンピュータを導入し、非常に速いグレブナーエンジンを実装した計算機代数ソフトであるSingularをインストールした。この上でのプログラム開発に習熟するために、簡単なアルゴリズムについてプログラムを実験的に試行する作業を行った。当面は,標数2という特別な条件下のみで存在が証明されているP^5上の直和分解しない階数2ベクトル束である丹後バンドルの直和分解するベクトル束による還元列の計算,さらにはコホモロジーの計算の実行を目指し,アルゴリズムの準備と,実行可能なプログラムの構築を始めている.これらが計算可能になれば,最も興味のある自己準同型層の0,1,2番目のコホモロジーの計算にも見通しがでるものと考えている.この問題に関する最終的な目標はモデュライの非特異性に関する障害理論の計算である.今年度は試行・準備段階であり上記の目標についての具体的な成果は出ていないが,ベクトル束のモデュライに関わる重要な普遍量である,ドナルドソン多項式の計算について,具体的計算の見込みのある方法の確立について大きな成果を挙げた.実際,研究グループ内の大学院生である山田紀美子は,代数曲面の偏極構造を変えたとき,安定層のモデュライがどのように変わるかを詳しく調べ,モデュライ間をつなぐ双有理写像を具体的に書く方法を発見した.これによりドナルドソン多項式の変化を調べ,その計算が可能になる場合が幾つかあることがわかった.5次元射影空間上で直線束の直和に分解しない階数2のベクトル束は、唯一丹後束のみが知られている。しかし、このベクトル束は基礎体の標数が2という極めて不自然な状況のみで構成が可能である。従って、このベクトル束の局所変形、大域的な挙動すなわちモデュライの計算は専門家の多くが試みたい問題である。そのためには、このベクトル束と自己準同型層などそれに付随するベクトル束のコホモロジーの計算が欠かせない。今年度は、丹後の方法を詳細に見直し、Singular上で丹後ベクトル束の記述を確立した。その結果丹後ベクトル束の直線束の直和による還元列の計算が可能になった。この還元列には階数200以上、500以上のベクトル束が現れるが、6変数の比較的次数の低い多項式の行列によって表現されることが分かる。この計算の結果1)

5次元射影空間の標準的なアファイン被服について、丹後束の貼り合わせ行列が具体的に計算できる。2)丹後束の直線束によるテンソル積のコホモロジーの計算が、原理的に可能になった。1)については丹後自身が計算した結果があり、それと比較しながら、何故標数が2という仮定が必要か決定的な理由を探ることを次の目標にしている。2)についてはテンソルする直線束をn次超曲面に対応するものとすると、nについて5次式で表されるベクトル空間の間の線型変換を扱う必要があり、全て計算することは不可能に思える。当面は、ある層について直線束の直和による還元列が与えられたとき、その層のコホモロジーを計算する一般的なアルゴリズムを確立したい。この作業は時間は掛かるが、それ程困難な作業ではない。その後、丹後束のコホモロジーの次元の一般公式を与えることを試みる。5次元射影空間上で直線束の直和に分解しない階数2のベクトル束は、唯一丹後束のみが知られている。しかし、このベクトル束は基礎体の標数が2という極めて不自然な状況のみで構成が可能である。従って、このべクトル束の局所変形、大域的な挙動すなわちモデュライの計算は専門家の多くが試みたい問題である。そのためには、このベクトル束と自己準同型層などそれに付随するベクトル束のコホモロジーの計算が欠かせない。そのための基礎として直線束の直和による還元列の計算を前年度に実行したが、これに現れる多項式は整数係数と見なされる。従って、この結果を標数0の体上の列と考えられるが、これから構成される連接層はペクトル束に成らず、torsion sheafとなってしまうことが分かった。この結果は丹後束の一般標数への平坦な変形が存在しないだろう事を示唆している。丹後束のコホモロジー計算のアルゴリズムの基礎となるのは、次数一定の多項式が作るベクトル空間の間の斉次多項式を掛けることにより定義される線型写像の行列表現である。このアルゴリズムはそれほど難しくないが、これを組み合わせてコホモロジー計算に結びつけるにはデータ量が多く成りすぎる。余分なデータを整理するアルゴリズムの方針がようやく見えてきたのが現状である。上述のように丹後束の一般標数への平坦な変形の存在が疑われるので、自己準同型層の2次コホモロジーにある障害の状態を知る(Kodaira-Spencer写像の状態を決定する)ことは極めて興味ある問題であり、丹後束の病理研究の道具になると思われる。今年度は障害理論のアルゴリズム開発に取りかかり、具体的な方向を確立した。高次元射影空間上に階数2のベクトル束がどの程度存在するかは,余次元2の非特異部分多様体は完全交叉であろうという100年来の予想と実質的に同等の問題であり,非常に興味のある問題である.5次元射影空間上で直線束の直和に分解しない階数2のベクトル束は、唯一丹後束のみが知られている。従って、このベクトル束の局所変形、大域的な挙動すなわちモデュライの計算は専門家の多くが試みたい問題である。
災害被災地への迅速架橋を目的としたシザーズ型緊急橋の耐震安全性評価

本研究の目的は,72時間以内での迅速架橋を目的としたシザーズ型緊急橋を対象に,その動的特性を解明し,さらには,被災現場における余震などを想定した激しい揺れに対する耐震性を分析することにある。固有値解析では,シザーズ橋の固有モードは,伸縮方向の挙動が顕著であるものの,概ね梁と似た傾向を示した。また地震下では,架橋時の根本部材のピボット近傍において高い曲げ応力が生じていることが分かった。今回のパラメトリック解析の範囲内では,最大曲げ応力は,静的解析と比べ約3倍の値を示した。言い換えると,地震下での主部材の安全率を考えると3倍以上の値が必要になると言える。本研究の目的は,72時間以内での迅速架橋を目的としたシザーズ型緊急橋「モバイルブリッジ」を対象に,その動力学特性を解明し,さらには,被災現場における余震などを想定した激しい揺れに対する耐震性を分析することにある。本研究の遂行によって,被災現場における橋の安全性をより現実的な観点から評価でき,シザーズ型緊急橋の実用化を大きく促すことが期待される。平成28年度は,提案するシザーズ型緊急橋に対して,(1) FEM解析モデルの構築,(2)基礎的な動的特性の検討, (3)振動実験に基づくモデル化の妥当性評価を具体的に行った。項目(1)・(2)では,これまでの研究開発で試作した歩行者用・車両用のシザーズ型緊急橋を対象にモデル化を行い,静解析・動解析(固有値解析)から,基本的な構造特性について評価した。ここでは,シザーズ型緊急橋が架橋中・架橋後の境界条件を想定して解析を行った。なお,これらの解析には汎用解析プログラムMarcを用いた。さらに項目(3)では,実験橋を用いた振動実験を行い,橋の固有振動数,振動モード,減衰定数などの基礎特性を評価した。この計測では,シザーズ構造体の構造的な弱点となる部材交差部(ピボット部)を主なターゲットとして行い,データ収集を行った。上記の成果より,今後は収集したデータの分析を行うことにより,構築したモデル化の妥当性を検証する。さらに,異なる実験橋の振動実験を実施することにより,モデル化の信頼性を確保したい。その後,構築したモデルをもとに地震応答解析を行い,現場での安全性に関連付けて本橋の耐震性能について評価する。研究初年度の研究計画にあるように,(1) FEM解析モデルの構築,(2)基礎的な動的特性の検討,(3)振動実験に基づくモデル化の妥当性評価を行った。項目(1)・(2)よりモデル構築の後,固有値解析により種々の境界条件下でのシザーズ型緊急橋の動的挙動について評価することができた。現在は,項目(3)の振動実験に基づいて,モデル化の妥当性の評価を引き続き行っている。この妥当性の評価については,計画当初からも時間を費やすことが予測されていたため,予め再実験などの時間を見積もって計画している。そのため,計画全体としての遅れは特にない。また一方で,地震応答解析に対する予備的な解析も同時に進めており,モデル化の妥当性を示した後に,速やかに解析を行う準備を整えてある。平成29年度は,平成28年度から引き続き実験橋を用いた振動実験のデータ照査から始め,(1) FEMモデルの妥当性,(2)パラメトリック解析に基づき固有値・固有モードの定量評価,(3)実際の地震波を用いた地震応答解析を具体的に行った。項目(1)では,前年度の振動実験と固有値解析の結果を比較検証することによって,構築した解析モデルの荷重や境界条件の妥当性を示すことができた。なお実験・解析ともに低い振動数での水平方向の揺れが得られた。項目(2)では,妥当性の得られた解析モデルを基準に,橋のスパンや部材剛性を変化させることによる固有値・固有モードの変化を明らかとした。パラメトリック解析の結果より,シザーズ型緊急橋のスパンが延びるに従い,2次関数的に固有値が減少することが分かった。この結果に伴い,梁理論に基づく簡易な固有値の推定式を提案した。項目(3)では,兵庫県南部地震のようなレベル2地震動を採用した地震応答解析を行った。解析結果として,今回実施した範囲内では地震下においても,部材の降伏が確認されず,線形挙動に留まった。この理由として,床版を省略した骨組モデルでの検討であったため,展開構造物特有の伸縮動作が顕著に見られ,エネルギーが発散されたためだと考える。今後の展望としては,床版のような伸縮動作を拘束する部材が存在する場合,シザーズ型緊急橋の力学特性の変化や耐震性能がどのように変わるかを明らかとする必要がある。また,格点部に生じる応力集中の影響なども検証する必要がある。