hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
丸平編物における視覚的審美特性の計測と設計方法に関する研究

平成28年度は,H27年度に得られたシングルカバード糸(ポリウレタン製コア糸にナイロン製カバリング糸を1重に巻付けた糸)製のPS試料に関する明度差分布算出式について,原料糸の種類を追加してデータベースを構築すること,ならびに,編機の製編条件と編布の物理的特性との関係を調査することに取組んだ.コンジュゲート糸,捲縮加工糸,ダブルカバード糸(ポリウレタン製コア糸にナイロン製カバリング糸を2重に巻付けた糸),ナイロン・フィラメント糸を原料とする4種類のPSを実験試料として物理的特性値(着装状態での見かけ糸太さ,コース密度等)を測定し,データを蓄積した.なお,測定した物理的特性値を用いて算出した明度差分布と,従来の方法(着装脚部の明度画像と素肌脚部の明度画像との2画像から求める方法)で得た明度差分布とを比較した結果,特徴の類似した計算結果が得られており,2種類の明度差分布画像を見比べてみても,類似した分布画像が得られていることが認められた.また,ナイロン・フィラメント糸を原料として,編機の製編条件(製編速度,巻取荷重,度目:編み針の昇降距離)と編布の物理的特性値との対応関係を調査した.編目密度には度目が影響をおよぼし,見かけ糸太さには製編条件はほとんど影響をおよぼさないことがわかった.編目密度において,ウェール密度は編機のゲージ数によって一定値になるが,コース密度はPSレッグ部の総コース数によって変わる.したがって,度目などによるコース密度の調整が明度差分布の有効な設計要素であることがわかった.本研究課題の目的は,ベージュ系タイツ類(PS)の視覚的審美特性を計測,設計する方法の確立である.そのために,1「素肌脚部らしさ」と関係している明度差分布と編布の物理的特性との関係,2編布の物理的特性と編機の製編条件との関係を明らかにすることが課題である.平成28年度の研究計画では2つの検討項目を設定した.1つ目は,H27年度に得られたシングルカバード糸製のPS試料に関する明度差分布算出式について,原料糸の種類を追加してデータベースを構築することである.コンジュゲート糸,捲縮加工糸,ダブルカバード糸,ナイロン・フィラメント糸を原料とする4種類のPSを実験試料として,伸長状態の異なる編布試料を作成した.各編布試料の編目密度と見かけ糸太さを,編布画像の解析によって測定した.また,明度の異なる5種類の疑似素肌脚部試料を作成して編布試料と組合せた疑似着装脚部を再現し,その画像から糸領域明度と素肌脚部明度とを計測した.両明度値の回帰分析から各原料糸の光学特性値を得た.これらの物理的特性値を用いて明度差分布を計算し,従来方法で得た明度差分布と比較した結果,特徴の類似した明度差分布画像が得られていることがわかった.2つ目は,編機の製編条件と編布の物理的特性との関係を調査することである.ナイロン・フィラメント糸を原料として,編機の製編条件(製編速度:30,90rpm,巻取荷重100,200gf,度目:1,4)をそれぞれに変化させた編布試料を作製した.編布画像の解析により物理的特性値(伸長状態での見かけ糸太さ,編目密度)を測定し,製編条件との対応関係を調査した.その結果,編目密度には度目が影響をおよぼし,見かけ糸太さには製編条件はほとんど影響をおよぼさないことがわかった.平成28年度に計画していた全ての項目を順調に達成することができたため,「おおむね順調に進展している」ものと評価した.本研究課題の目的は,ベージュ系タイツ類(薄手丸平編物,PSと表す)の審美性能を計測,設計する方法の確立である.そのために,1審美性能の要素である「素肌脚部らしさ」と関係する明度差分布と編布の物理的特性との関係,2編布の物理的特性と編機の製編条件との関係を明らかにすることを課題としていた.平成27年度において,PSの代表的な原糸であるシングルカバード糸(ポリウレタン糸にナイロンフィラメント糸をらせん状に巻付けた糸,未染色)について,編布の物理的特性値(着装状態での見かけ糸太さ,編目密度等)を変数とする明度差分布算出式を求めた.
ヒト型精子不動化抗体特異的抗イディオタイプ抗体の作製と避妊ワクチンへの応用

ヒト型精子不動化抗体(H6ー3C_4)をマウスに免疫し、得られた抗血清をイディオタイプの異なるIgMにて吸収し精製した抗イディオタイプ抗血清は免疫源のAB1(H6ー3C_4)に特異的であったので、これをアジュバントと共にマウス,ラット,ラビットにそれぞれ免疫し、抗々イディオタイプ抗体が産生されるか否かをヒト精子を用いた精子不動化試験で測定した。ラット,ラビットにおいてその抗血清中にヒト精子不動化抗体が検出された。精子不動化抗体(AB1)に対する抗イディオタイプ抗体(AB2)を抗原として免疫し抗々イディオタイプ抗体(AB3)が産生されたことにより、このAB2がヒトにおいても精子不動化抗体の対応抗原として使用できる可能性証明できた。AB2を産生することが確認されたマウスの脾細胞を採取し、細胞融合により、AB2産生イイブリド-マを作製した。AB1特異的な抗体を産生するハイブリド-マは4種類得られ、この内の1種(450ー1F11ーG8G10)において、AB1の精子不動化活性を中和する事が確認された。このモノクロ-ナルAB2 450ー1F11ーG8ーG10をラットに免疫し、AB3の産生を試みたが現在の所AB3〓活性、既ち精子不動化活性は検出されていない。さらに新しいハイブリド-マを作製し、モノクロ-ナルAB2を産生させた所、450ー1F11ーG8ーG10より中和活性の強力な抗体を産生するハイブリド-マが得られた。AB3産生の有無は現在研究を続行中である。血清中に精子不動化抗体を含有する不妊患者の抹消血B細胞とマウスミエロ-マ細胞との細胞融合にて得られたハイブリド-マH6-3C4の産生するヒト型精子不動化モノクロ-ナル抗体MabH6-3C4を無血清培地にて培養し、その上清から抗体を精製した。この抗体に^<125>Iをラベルし、ヒト精子を抗原としてRIAを確立した。このRIAを用いて、マウス又はラットで作製したヒト精子不動化モノクロナル抗体との結合競合試験を行なった所精子不動化抗体にはH6-3C4の結合を阻害するもの、即ち同一又は類似したイディオタイプをもつものと、阻害しないもの即ち異なるイディオタイプを持つものとに区別できた。10ケのMabにおける比は7:3でありこのH6-3C4aのイディオタイプの共通性が高いことが明らかになった為、これに対する抗イディオタイプ抗体を作製した。Balblcマウスに精製したH6-3C4を免疫し、抗血清を得た。この抗血清中の抗イディオタイプ活性をH6-3C4に対する直接結合試験及びH6-3C4とヒト精子との結合阻止試験にて調べた所、前者にて血清の10^5希釈まで、後者で10^3希釈まで抗体活性が認められた。この抗血清を正常ヒト血清イムノグロブリンにて2回吸収した後も活性は変化せず又、この吸収血清はH6-3C4も及び、H6-3C4と同一のV_H遺伝子を用いてクラススイッチした抗体En46には反応するが正常ヒトIgM(入)IgG(入)には反応せず、特異抗体の産生が証明できた。さらに、この抗血清はH6-3C4と精子の結合のみでなく、Eu46と精子の結合も特異的に阻害する事から、H6-3C4パラト-プに対する抗体であると考えられた。抗イディオタイプ血清はマウス又はラットのヒト

精子不動化抗体(モノクロ-ナル)には反応せず、これらの抗体の精子への結合も阻害しない事から、マウス又はラットの抗体とH6-3C4のパラト-プは異なる事が明らかとなり、さらに不妊患者のそれとも共通性の少ない事が明らかとなった。現在モノクロ-ナル抗イディオタイプ抗体を作製中である。ヒト型精子不動化抗体(H6ー3C4)をマウスの免疫し、得られた抗血清をイディオタイプの異なるヒトIgMにて吸収し精製した抗イディオタイプ抗血清はH6ー3C4とH6ー3C4のclass switched IgG_1抗体(Enー46)に特異的であったので、これをKLHに1:1で結合させ、アジュバントと共にBalb/cマウス、SD系ラット、ラビットにそれぞれ免疫し、抗々イディオタイプ抗体が産生されるか否かをヒト精子を用いた精子不動化試験にて測定した。マウスにおいてはキャリア-として用いたKLHに対する抗体は産生されたが、ヒト精子に対する不動化抗体は産生されなかった。ラットではKLH結合抗イディオタイプ抗体(AB2ーKLH)で精子不動化抗体価(SI_<50>)は11であり、KLH免疫では、精子不動化抗体は検出されなかった。ラビットでもAB2ーKLHでSI_<50>が122であるのに対し、KLH免疫ではSI_<50>は14であった。精子不動化抗体(AB1)に対する抗イディオタイプ抗体(AB2)を抗原として免疫し、抗々イディオタイプ抗体(AB3)が産生されたことにより、このAB2がヒトにおいても精子不動化抗体の対応抗原として使用できる可能性が証明できた。AB2Hを産生することが確認されたH6ー3C4免疫マウスの脾細胞を採取し、マウスミエロ-マ細胞NSー1と細胞融合しAB2産生ハイブリド-マを作製した。免疫に用いたH6ー3C4及びEn46に反応し、イディオタイプの異なるヒトIgMや、ヒトIgG_1には反応しない4種のモノクロ-ナル抗体が得られた。このうち3種においてEn46の精子不動化活性が中和されたが、H6ー3C4のそれは中和されなかった。現在この解離共を分析中である。H6ー3C4とEn46に共通するイディオタイプに反応するAB2が目的とする抗体であるので、現在新たにH6ー3C4に対するAB2抗体産生ハイブリド-マの作製を続けている。
ハイブリッドブレインシステムによるヒューマノイドの高機動ロバスト運動制御

本年度は以下の各項目に関しての研究が完了した.1.ヒューマノイド型ロボット4号機の製作とその動特性解析,性能評価2.階段歩行・歩行停止・旋回動作を含む3次元動歩行制御モジュールの完成3. 6軸力センサを用いた実時間ZMP補償器の構築4.サブブレイン部ヘセンサ処理モジュール,3次元動歩行制御モジュールの組み込み5. CCDカメラによる外界センシング部とそれを用いた実時間3次元環境マップ作成機能,経路計画部の構築本年度は,まず各部の可動範囲を拡大した,脚部12自由度,全身で21自由度のヒューマノイド4号機を製作した.本ロボットの足裏に新たに6軸力センサを新たに装備し,ZMPを高精度に実時間で計測可能となった.本センサを使用した実時間ZMP機構を考案/構築し,歩行制御モジュールへ組み込んだ.本手法はZMP目標値のずれを足首関節軌道で実時間補償するものである.サブブレインのハードウェアとして,PNP機能を新たに組み込んだPICサテライトCPUシステム及び体内LANを完成させた。構築したロボットを用いて旋回・歩行停止等を含む歩行動作が可能な運動制御モジュールをサブブレインに実装した.本モジュールは静的階段歩行も可能である.また,本システムに歩行制御モジュール及び赤外線近接センサを用いた反射的行動回避モジュール(センサモジュール)を実装した.一方,メインブレインとして,ステレオカメラを用いた3次元環境マップ作成機能,及びA^*アルゴリズムを用いた経路計画部の構築を行った.以上の構築したメインブレイン,及びサブブレインを統合しハイブリッドブレインシステムを完成させた.本年度は以下の各項目に関しての研究が完了した.1.ヒューマノイド型ロボット2号機の製作とその動特性解析,性能評価2.ヒューマノイド型ロボットのモデリング,3次元動歩行制御法である多リンク仮想倒立振子法の提案及び確立3.多リンク仮想倒立振子法に基づく二脚ロボットの3次元動歩行制御の実現4.ワンチップマイコンPICによるハイブリッドブレインシステムの試作および,移動ロボットへの実装テスト5.力センサによる床反力計測用センサの試作本年度は,まず脚部12自由度,全身で19自由度のヒューマノイド2号機を製作し,各リンクの慣性モーメント等の物理パラメータを計測しその動特性解析を行った。構築したロボットは,各関節に角度計測用ポテンショメータ,姿勢検出用傾斜センサが搭載されている.また力センサを用いたZMP・床反力計測用センサを試し,ZMPが誤差10%未満の精度で検出可能となった.一方,歩行制御に関しては,重力による倒れ込み動作を利用し,且つ,ZMP安定を満たす多リンク仮想倒立振子法を新たに提案した.考案した本制御法を検証するため,まず計算機上で歩行制御系の数値シミュレーションを,その後に実機歩行制御実験を行った.全長約300[mm],90[mm]×60[mm]の足裏のロボットで一歩60[mm],歩行周期0.6[sec]の動歩行を実現した.単脚支持機のZMPも足底中心より半径約20[mm]以内に収まり,良好な制御性能が実証された.一方,ハイブリッドブレインシステムの設計および試作し,試作したシステムを6脚移動ロボットに搭載し,システムの動作検証を行った.本年度は以下の各項目に関しての研究が完了した.1.ヒューマノイド型ロボット4号機の製作とその動特性解析,性能評価2.階段歩行・歩行停止・旋回動作を含む3次元動歩行制御モジュールの完成3. 6軸力センサを用いた実時間ZMP補償器の構築4.サブブレイン部ヘセンサ処理モジュール,3次元動歩行制御モジュールの組み込み5. CCDカメラによる外界センシング部とそれを用いた実時間3次元環境マップ作成機能,経路計画部の構築本年度は,まず各部の可動範囲を拡大した,脚部12自由度,全身で21自由度のヒューマノイド4号機を製作した.本ロボットの足裏に新たに6軸力センサを新たに装備し,ZMPを高精度に実時間で計測可能となった.本センサを使用した実時間ZMP機構を考案/構築し,歩行制御モジュールへ組み込んだ.本手法はZMP目標値のずれを足首関節軌道で実時間補償するものである.サブブレインのハードウェアとして,PNP機能を新たに組み込んだPICサテライトCPUシステム及び体内LANを完成させた。構築したロボットを用いて旋回・歩行停止等を含む歩行動作が可能な運動制御モジュールをサブブレインに実装した.本モジュールは静的階段歩行も可能である.また,本システムに歩行制御モジュール及び赤外線近接センサを用いた反射的行動回避モジュール(センサモジュール)を実装した.一方,メインブレインとして,ステレオカメラを用いた3次元環境マップ作成機能,及びA^*アルゴリズムを用いた経路計画部の構築を行った.以上の構築したメインブレイン,及びサブブレインを統合しハイブリッドブレインシステムを完成させた.
導波管型サイドバンドセパレーティングミクサの開発

従来、ミリ波帯観測装置では、受信機のシングルサイドバンド(SSB)化は準光学方式の干渉計や機械式同調方式などでイメージバンドにフィルタをかけることにより実現していた。しかし、これらの方式は必ず可動部品を伴うため、再現性や経年変化など問題点があった。これに対して、本研究のテーマであるサイドバンド分離ミクサは、可動部品がなく安定に動作する。この分離ミクサの実現にはミリ波帯90°ハイブリッドの開発が不可欠である。このハイブリッドの開発では電波の散乱行列に関する特性を行列計算で解析的に求め、電磁界解析法を用いて最適化した。その結果、比帯域30%のミリ波帯ハイブリッドの開発に成功した。また同様の手法でLO同位相分波器および方向性結合器等を開発し、ミクサには超伝導SIS素子を用いてサイドバンド分離ミクサの開発を行った。入力周波数90-115GHz(IF=4-8GHz)の受信機性能は、SSB雑音温度60K、最小雑音温度50K(@100GHz)、サイドバンド比10dBを達成した。さらに開発したサイドバンド分離ミクサを当研究室のオゾン観測装置に搭載し、オゾンスペクトルの受信に成功した。さらに150GHz帯の受信機性能としては、入力周波数125-163GHz帯にわたり、SSB雑音温度45K、サイドバンド比10dBを達成した。これはALMAプロジェクトのBand4と呼ばれる周波数帯に使用予定である。またCO(J=2-1)スペクトル観測のための200GHz帯の受信機としては、入力周波数220-230GHzにわたり、SSB雑音温度100K、サイドバンド比10dB以上を達成した。この受信機は60cm電波望遠鏡に搭載され、CO(J=2-1)スペクトルの観測に成功した。200GHz帯で、望遠鏡に搭載された導波管型分離ミクサを用いた天体スペクトル受信は世界初である。これらの分離ミクサはいずれも同ミクサとして世界最高の水準の部類に属しており、今後の展開が期待される。これに対して、サイドバンド分離ミクサは、ミリ波帯90°ハイブリッドと呼ばれる分波器で観測信号の位相を90°ずらして2つのミクサに入力し、IF出力でも同様に位相をずらして足し合わせることで両サイドを分離する。開発では電波の散乱行列に関する特性を行列計算で解析的に求め、電磁界解析法を用いて最適化した。また同様の手法でLO同位相分波器および方向性結合器等を開発し、超伝導ミクサを用いてサイドバンド分離ミクサの開発を行った。受信機性能は入力周波数90-115GHz(IF=4-8GHz)にわたり、SSB雑音温度60K、最小雑音温度50K(@100GHz)、サイドバンド比10dBを達成した。この性能は同周波数帯のサイドバンド分離ミクサとしては、世界最高の部類に属する。DSBミクサで受信した場合に対し、サイドバンド分離ミクサで受信したスペクトル強度は2倍に検出されており、理論どおりSSB受信機として機能していることが観測的に実証された。ミリ波帯での導波管方式によるサイドバンド分離SISミクサでの観測は、電波天文学、大気科学を通じて本研究が世界初である。

200GHz帯で、望遠鏡に搭載された導波管型分離ミクサを用いた天体スペクトル受信は世界初である。これらの分離ミクサはいずれも同ミクサとして世界最高の水準の部類に属しており、今後の展開が期待される。
高速流動下における赤血球の変形動態の解析と溶血シミュレータの開発

本研究は,流動下における赤血球の運動および変形動態を実験および理論の両面から解析し,血液を構成する赤血球の力学的挙動から血液のマクロな流動現象を明らかにすることを目的に行われた.その結果,個々の赤血球の力学的挙動に着目した計算力学シミュレータの開発に結びつく下記の研究成果が得られた.実験的アプローチでは,まず,回転粘度計による血液の粘度測定下における赤血球の変形や集合状態を動的散乱光を用いて計測する手法を確立するために,粘度計の底面から照射した光の全散乱光の時間相関関数が,回転盤の粗面からの散乱光の時間相関関数と媒質からの散乱光の時間相関関数の和で表されることを理論計算により示した.次に,血液のモデルとしてラテックス懸濁液を用いた測定結果と解析結果とが一致することを確認した.これにより,回転粘度計内における粒子の集合状態を動的散乱光法により測定することが可能であることを明らかにした.理論的アプローチでは,赤血球膜の面内変形,曲げ,および面積変化に対する弾性特性を表すバネのネットワークを考え,エネルギ原理に基づいて定式化することにより,3次元的に自在に形状を変化し得る赤血球の力学モデルを構築した.この力学モデルを用いて,膨潤した球形の赤血球の体積を減少させた場合の形状変化について調べ,構築したモデルにより様々な赤血球の形状を表現することができることを示した.さらに,エネルギー最小化原理に基づく赤血球膜の弾性ネットワークモデルと,MPS法(Moving Particle Semi-Implicit法)に基づいた血しょう流れの粒子モデルを連成させて,血液流れの粒子シミュレーションを行う手法を確立した.毛細血管の2次元流れ場において,赤血球がパラシュート状に変形しながら流れていく様子を再現し,そのときの赤血球膜に作用する力を本手法により評価できることを確認した。これにより,流動中の個々の赤血球膜に作用する力を評価しながら溶血量を予測するシミュレーション技法の基盤が確立できた.本研究は,流動下における赤血球の運動および変形動態を実験および理論の両面から解析し,血液を構成する赤血球の力学的挙動から血液のマクロな流動現象を明らかにすることを目的に行われた.その結果,個々の赤血球の力学的挙動に着目した計算力学シミュレータの開発に結びつく下記の研究成果が得られた.実験的アプローチでは,まず,回転粘度計による血液の粘度測定下における赤血球の変形や集合状態を動的散乱光を用いて計測する手法を確立するために,粘度計の底面から照射した光の全散乱光の時間相関関数が,回転盤の粗面からの散乱光の時間相関関数と媒質からの散乱光の時間相関関数の和で表されることを理論計算により示した.次に,血液のモデルとしてラテックス懸濁液を用いた測定結果と解析結果とが一致することを確認した.これにより,回転粘度計内における粒子の集合状態を動的散乱光法により測定することが可能であることを明らかにした.理論的アプローチでは,赤血球膜の面内変形,曲げ,および面積変化に対する弾性特性を表すバネのネットワークを考え,エネルギ原理に基づいて定式化することにより,3次元的に自在に形状を変化し得る赤血球の力学モデルを構築した.この力学モデルを用いて,膨潤した球形の赤血球の体積を減少させた場合の形状変化について調べ,構築したモデルにより様々な赤血球の形状を表現することができることを示した.さらに,エネルギー最小化原理に基づく赤血球膜の弾性ネットワークモデルと,MPS法(Moving Particle Semi-Implicit法)に基づいた血しょう流れの粒子モデルを連成させて,血液流れの粒子シミュレーションを行う手法を確立した.毛細血管の2次元流れ場において,赤血球がパラシュート状に変形しながら流れていく様子を再現し,そのときの赤血球膜に作用する力を本手法により評価できることを確認した。これにより,流動中の個々の赤血球膜に作用する力を評価しながら溶血量を予測するシミュレーション技法の基盤が確立できた.流動下における赤血球の運動や変形動態を理論および実験の両面から解析するための基盤となる力学モデルの構築および光学的計測方法の確立を目指して研究を行い,以下の成果を得た.1.赤血球膜の面内変形,曲げ,および面積変化に対する弾性特性を表すバネのネットワークを考え,エネルギ原理に基づいて定式化することにより,3次元的に自在に形状を変化し得る赤血球の力学モデルを構築した.この力学モデルを用いて,膨潤した球形の赤血球の体積を減少させた場合の形状変化について調べ,構築したモデルにより様々な赤血球の形状を表現することができることを示した.2.二次元場における赤血球同士の接触問題に対して,ポテンシャル論に基づいた数理モデルを構築し,赤血球が凝集していく様子をコンピュータ・シュミレーションで再現できることを確認した.3.顕微鏡下で赤血球にせん断流れを負荷する装置(レオスコープ)を試作し,せん断流れ下の赤血球の変形動態を高速度カメラで撮影できる計測システムを構築した.4.回転粘度計による血液の粘度測定下における赤血球の変形や集合状態を動的散乱光を用いて計測する手法を確立するために,粘度計の底面から照射した光の全散乱光の時間相関関数が,回転盤の粗面からの散乱光の時間相関関数と媒質からの散乱光の時間相関関数の和で表されることを理論計算により示した.さらに,血液のモデルとしてラテックス懸濁液を用いた測定結果と解析結果とが一致することを確認した.これにより,回転粘度計内における粒子の集合状態を動的散乱光法により測定することが可能であることを明らかにした.

高速流動下における赤血球の変形動態を理論および実験の両面から解析するための基盤となる力学モデルの構築および光学的計測方法の確立を目指して研究を行い、以下の成果を得た.1.赤血球膜の脂質二重層とその基底にある繊維蛋白の網目構造を弾性バネのネットワークで表現した赤血球の力学モデルのパラメタについて検討した.ランダムネットワ-クモデルにおけるバネ定数とせん断弾性係数の関係,集中曲げ剛性と分布曲げ剛性との関係,局所面圧縮係数とピペット吸引試験における膜吸引量との関係を明らかにし,これまでに実測されてきた赤血球膜のせん断弾性係数,曲げ剛性,面圧縮係数に対応するモデルパラメタを同定した.また,膜に力が作用していない自然状態における赤血球の形状について検討し,正常な赤血球の両凹円盤形を自然状態とする従来の仮定より,楕円体形と仮定する方がこれまでの観察結果を説明するのに合理的であることを示した.2.前項で得られたモデルパラメタを用い,エネルギ原理に基づいて,赤血球がそれより直径の小さい毛細血管を通過するコンピュータ・シミュレーションを行った.その結果,実際に近い変形挙動が観察され,柔軟でありながら潰れてしまうことの無い赤血球の変形特性が,膜のせん断特性,曲げ剛性および面非圧縮性の適切な組み合わせよつて発現されることを示した.3.マイクロピペット吸引試験装置を作製し,コンピュータ・シミュレーションと組み合わせて,赤血球膜の材料特性を調べるためのシステムを構築した.4.多数の赤血球が存在する場合の流動下における多重散乱光の空間強度と時間相関関数の関係を調べ,光散乱理論に基づいて赤血球の衝突や接触などの相互作用が赤血球の運動や変形に及ぼす影響について検討し,せん断流れ下において粒子の集合状態を動的散乱光法により評価できることを示した.本年度は,高速流動下における複数個の赤血球の運動や変形,衝突や凝集などの相互作用をコンピュータシミュレーションで再現するための赤血球モデルおよび大規模計算手法の開発を行い,溶血シミュレータの開発に結びつく下記の研究成果を得た.1.血流中の複数個の赤血球の相互作用を表現するためのモデル構築これまでに構築してきたエネルギー最小化原理に基づく赤血球膜の弾性ネットワークモデルに,離散的に表現した赤血球膜間の斥力と引力を表すポテンシャル関数を配置したモデルを作成した.ポテンシャル関数の形式や,膜の離散間隔とポテンシャルの平衡距離との関係,斥力および引力を規定する係数等について検討し,複数の柔軟な赤血球が衝突,吸着,遊離を繰り返して,連銭を形成していく過程をコンピュータシミュレーションで再現できるようにした.2.流動中の赤血球変形挙動の観察システムの開発高速度カメラと顕微鏡を組み合わせて,微小流路を通過する赤血球の変形挙動を観察できるシステムを構築した.3.粒子法(MPS法)による血流解析手法の確立エネルギー最小化原理に基づく赤血球膜の弾性ネットワークモデルと,MPS法(Moving Particle Semi-Implicit法)に基づいた血しょう流れの粒子モデルを連成させて,血液流れの粒子シミュレーションを行う手法を確立した.毛細皿管の2次元流れ場において,赤血球がパラシュート状に変形しながら流れていく様子を再現し,そのときの赤血球膜に作用する力を本手法により評価できることを確認した.
高粒子束準安定励起ヘリウム原子ビーム源の開発

近年、大型磁場閉じ込め装置における周辺プラズマ計測として、従来のプローブ計測に替わるビーム分光法を用いた計測法が研究されている。この計測手法では、原子状ヘリウムジェットを周辺プラズマ部に入射し、HeIの分光計測から電子温度密度測定を行う手法であり、そのために100eV程度のエネルギーを有したヘリウム粒子ビームを効率よく生成でき、かつ高粒子束のビーム源が求められている。本研究の目的は、この高粒子束ヘリウム中性粒子源の開発を行うことである。昨年実施したホール加速機構を利用したイオン源では、ヘリウムガスでの放電が不安定であり、また定常運転を行う際にフィラメントの損耗や不純物の混入が問題となることがわかった。そこで、本年度は定常運転を目指した高周波放電でのイオン源の開発を実施した。高周波放電を利用することによりビーム電圧の制御性を向上させることが出来る利点がある。高周波源として変換効率の高いFETを用いたインバータ方式を採用し、誘導結合型ヘリウム放電実験を行った。あわせてアルゴンや水素放電との比較も行ったが、13Pa程度の低ガス圧条件下で水素に比べ高い生成効率で電子密度が10^<18>m^<-3>を越える準定常放電を行うことが出来た。分光計測、プローブ計測、カロリメータ計測を実施し、高周波ヘリウムイオン源の特性評価を行った。準安定励起He原子フラックスの絶対評価を行うには至らなかったが、昨年度実施した2段放電方式と組合せることでビームエネルギー可変のイオン源が実現可能となった。この計測手法では、原子状ヘリウムジェットを周辺プラズマ部に入射し、HeIの分光計測から電子温度密度測定を行う手法であり、そのために100eV程度のエネルギーを有した準安定励起のヘリウム粒子ビームを効率よく生成でき、かつ高粒子束のビーム源が求められている。本研究の目的は、この高粒子束準安定ヘリウム粒子源の開発を行うことである。本年度は、低電圧で高粒子束のビームを引き出せるホール加速機構を利用したAr用イオン源を改良し、径方向磁場強度を高めるとともに内部電極構造を変更し、プラズマ生成部の改良を行った。ホール加速機構では放電電圧によって磁場中のプラズマ内に電場が生じ、この電場によりイオンが加速されるが、放電特性に直接影響するため、そのままでは電圧を自由に変えることが出来ない。そこで、ビームエネルギーを変化させられるように出口部に第2放電室を設置し、第1放電部との間に電圧を印加することで生成されたイオンの加速エネルギーを変化させた。加速されたイオンビームエネルギーを計測したところ、印加した電圧に対応してビームエネルギーが変化することが確認できた。生成されたイオンビームは低エネルギー(約100eV以下)であり、荷電交換反応断面積が大きいため加速途中で中性化されやすく、出口近傍部で中性化され原子ビームとして外部に放出されるが、その割合は全粒子束に対し50%以上の高い割合であった。
膜タンパク質のアンカリング補助因子と作用機構の探求

本研究は、膜タンパク質がその生合成の過程で、いかにして特定の方向性を持って膜に組み込まれるかと言う問題を解決しようとしたものである。膜タンパク質は分泌タンパク質の膜透過と同様の機構により膜への挿入を起こすが、疎水性の膜貫通領域となるべき部位が膜透過装置(トランスロケーター)に挿入されたとき、膜透過を停止し(ストップトランスファー)、水平方向への脱出を起こすことにより、脂質2重層部分に組み込まれるとのメカニズムが、N末端を外側に配向する膜貫通部位の形成に働くものと考えられる。このような過程にいかなる細胞因子が関与するのかは、まだほとんど解明がすすんでいない問題であり、本研究でその解明を目指したものである。申請者らは、大腸菌を用いた分子遺伝学的解析から、膜結合ATPaseであるFtsHタンパク質が、膜タンパク質の組込みに関与する可能性を提唱した。FtsHの細胞機能を解明すると同時に他の膜組込み因子の探索、蛍光測定によるそれらの作用機作を解明する系の構築などを目指した。以下に主な成果を挙げる。1.分泌蛋白質前駆体のシグナル配列直後の領域にヘキサヒスチジン配列を挿入すると、その膜透過がNi^<2+>により、膜への結合直後でシグナル配列の切断前の状態で可逆的に阻害できることを見いだした。この方法が膜透過中間状態の捕捉に有用であることを示した。2.ストップトランスファー配列による膜組み込みを、試験管内反応でアッセイするためのモデルとなる前駆体として、分泌(外膜)蛋白質OmpAのC末端領域に内在性膜タンパク質出来の膜貫通配列を挿入したものを構築した。反転膜小胞を用いて、モデルタンパク質のストップトランスファー効率をアッセイする系を確立した。さらに、ストップトランスファー反応が、膜透過装置を構成するSecA,およびSecY-SecE-SecG複合体のみで充起こり得るかを検討するため、Secタンパク質を精製し、人工プロテオリポソーム膜に再構成する系を確立した。これを用いた解析により、ストップトランスファー反応が、膜透過装置を構成するSecA,およびSecY-SecE-SecG複合体のみで起こり得ることを示した。但し、脂質層への組込みに関しては的確なアッセイを行うには蛍光測定など物理化学的測定が必須であることも明らかになった。一方、上記のモデルタンパク質は、細胞内で発現させたときもin v itroと同様なストップトランスファーを起こしたが、やはり脂質2重層への組込みは安定には起こっていない事が示唆された。このタンパク質は細胞に著しい毒性を発揮し、膜組込みステップを阻害している可能性が明らかとなった。3.FtsH蛋白質は、以前の研究で提唱した膜蛋白質の組み込みに関与するほか、SecYタンパク質やF_1F_0ATPaseのaサブユニットのようなある種の膜タンパク質サブユニットが複合体を形成し損なった時の分解を司っていることを見いだした。FtsHを精製し、ATPase活性を測定し、またATP依存性のSecY分解活性を持つことを証明した。FtsHはオリゴマー構造をしており、膜結合領域がFtsHサブユニット間の結合に重要であることを示した。一方、ftsH変異株におけるストップトランスファー欠損、分泌欠損の表現系が、それぞれ分子シャペロンH tpG(Hsp90相同体)、あるいはGroEによって特異的にサプレスされることを見いだした。FtsHはある種の変性タンパク質に分解することなく結合する性質があり、過剰生産したときに膜貫通部位の変異によりストップトランスファーが不全となった変異タンパク質のストップトランスファー効率を上げること見いだした。また、ftsHの優性欠損変異のマルチコピーサプレッサーとして新たな遺伝子FdrAを同定した。また、FtsHは膜タンパク質HflKCと複合体を形成すること、HflKCはFtsH活性の調節因子として働くことをin vivo,in vitroの実験で明らかにした。4.大腸菌において膜透過チャンネルの親水・疎水環境を蛍光標識によって測定するための系の構築を行った。分泌タンパク質OmpAのC末端側にジスルフィド結合を形成させることにより膜透過中間体を蓄積させることを確認した。これの無細胞タンパク合成において、蛍光標識の成功が実証されている酵母由来のLysyl-tRNA,Cysteinyl-tRNAが働き得る事を見いだした。

この方法が膜透過中間状態の捕捉に有用であることを示した。2.ストップトランスファー配列による膜組み込みを、試験管内反応でアッセイするためのモデルとなる前駆体として、分泌(外膜)蛋白質OmpAのC末端領域に内在性膜タンパク質出来の膜貫通配列を挿入したものを構築した。反転膜小胞を用いて、モデルタンパク質のストップトランスファー効率をアッセイする系を確立した。さらに、ストップトランスファー反応が、膜透過装置を構成するSecA,およびSecY-SecE-SecG複合体のみで充起こり得るかを検討するため、Secタンパク質を精製し、人工プロテオリポソーム膜に再構成する系を確立した。これを用いた解析により、ストップトランスファー反応が、膜透過装置を構成するSecA,およびSecY-SecE-SecG複合体のみで起こり得ることを示した。但し、脂質層への組込みに関しては的確なアッセイを行うには蛍光測定など物理化学的測定が必須であることも明らかになった。一方、上記のモデルタンパク質は、細胞内で発現させたときもin v itroと同様なストップトランスファーを起こしたが、やはり脂質2重層への組込みは安定には起こっていない事が示唆された。このタンパク質は細胞に著しい毒性を発揮し、膜組込みステップを阻害している可能性が明らかとなった。3.FtsH蛋白質は、以前の研究で提唱した膜蛋白質の組み込みに関与するほか、SecYタンパク質やF_1F_0ATPaseのaサブユニットのようなある種の膜タンパク質サブユニットが複合体を形成し損なった時の分解を司っていることを見いだした。FtsHを精製し、ATPase活性を測定し、またATP依存性のSecY分解活性を持つことを証明した。FtsHはオリゴマー構造をしており、膜結合領域がFtsHサブユニット間の結合に重要であることを示した。一方、ftsH変異株におけるストップトランスファー欠損、分泌欠損の表現系が、それぞれ分子シャペロンH tpG(Hsp90相同体)、あるいはGroEによって特異的にサプレスされることを見いだした。FtsHはある種の変性タンパク質に分解することなく結合する性質があり、過剰生産したときに膜貫通部位の変異によりストップトランスファーが不全となった変異タンパク質のストップトランスファー効率を上げること見いだした。また、ftsHの優性欠損変異のマルチコピーサプレッサーとして新たな遺伝子FdrAを同定した。また、FtsHは膜タンパク質HflKCと複合体を形成すること、HflKCはFtsH活性の調節因子として働くことをin vivo,in vitroの実験で明らかにした。4.大腸菌において膜透過チャンネルの親水・疎水環境を蛍光標識によって測定するための系の構築を行った。分泌タンパク質OmpAのC末端側にジスルフィド結合を形成させることにより膜透過中間体を蓄積させることを確認した。これの無細胞タンパク合成において、蛍光標識の成功が実証されている酵母由来のLysyl-tRNA,Cysteinyl-tRNAが働き得る事を見いだした。1.分泌蛋白質前駆体のシグナル
ＢＤ太陽集光装置の固体撹拌・直接加熱式蓄熱槽の開発

平成28年度は,固体蓄熱材料を直接太陽光で直接加熱する形式の太陽光レシーバの機能を備えた蓄熱装置である固体攪拌・直接加熱式蓄熱槽の設計・製作を行った.蓄熱材としては,1500°C以上の耐熱性があり,粒径が豊富でかつ安価であるアルミナ球を採用した.アルミナの耐熱温度を超えないようにピストン速度を決定し,実際にビームダウン式太陽集光装置(BDSC)での加熱実験を行なった結果,最高中心部温度1570°Cを達成した.しかし,蓄熱効率は16%程度であった.そこで,平成29,30年度は,蓄熱効率を改善するための検討を行なった.平成29年度は,蓄熱粒子の粒径の影響についての検討を行い,直径310 mmのアルミナ球を使用して,BDSCを用いた実験により,この範囲の粒径では,蓄熱効率に影響しないことを確認した.また,ピストンとシリンダの間に挟まらないよう,粒径は5 mmに決定した.平成30年度は,蓄熱材の粒径を5 mmに固定し,材質の影響を検討するため,アルミナ球,ステレス球,炭素鋼球の3種類についてBDSCによる加熱実験を行なった.これらの材料は,いずれも1000°Cまで使用でき,同じ体積で熱容量がほぼ等しく,アルミナ球をもとに,熱伝導率および熱拡散率がステンレス球で約2倍,炭素鋼球で約3倍である.実験の結果,炭素鋼球の蓄熱効率が71.6%と最も高くなった.一方,ステンレス球を酸化させると炭素鋼球の蓄熱効率に近づく結果が実験により得られたため,伝熱特性よりも吸収率が蓄熱レシーバ装置の蓄熱効率に大きな影響を与えることがわかった.以上のように,BDSCの特徴を生かした蓄熱装置を開発し,1000°C以上の高温での蓄熱が可能となり,ガスタービン駆動への応用が視野に入った.また,蓄熱の高温化は,熱機関を高効率に駆動することや,蓄熱装置のコンパクト化に貢献できることにも意義がある.宮崎大学に設置されているビームダウン式タワー型太陽集光装置(以下,「BD太陽集光装置」)は,タワー型太陽集光装置の一種であるが,これまでのタワー型太陽集光装置と異なり太陽光を下向きに集光する方式である.従来のタワー型集光装置用蓄熱装置をそのまま利用するのは困難であるため,BD太陽集光装置に適した蓄熱装置を開発する必要がある.また,従来の蓄熱装置では,溶融塩を蓄熱材として利用しているため600°C以下の蓄熱となり,現在主流であるトラフ型やフレネル型よりも高温化できるタワー型のメリットが生かされていない.よって,本研究は,BD太陽集光装置に適した高温型蓄熱装置を開発することを目的とし,蓄熱材料の加熱温度1000°Cを目標とした.平成28年度は,BD太陽集光装置の第2焦点位置での熱流束分布を参考にして蓄熱装置を設計し,製作を行った.この蓄熱装置は,機械的に蓄熱材料を撹拌し,順次,蓄熱材料表面を集光された太陽光で加熱しながら蓄熱していくものである.次に,第2焦点に光濃縮装置(CPC)を設置して計測した放射流束分布と蓄熱材料の表面形状から温度計測位置を決定した.また,蓄熱材料には,熱物性値が既知で入手しやすいアルミナ球を採用し,蓄熱装置のピストンとシリンダの隙間を考慮し粒径φ5mmのものを使用した.南中時刻付近の50分間,BD太陽集光装置にて加熱実験を行った結果,CPC出口から150mmの位置では,最高温度1190°C,入射エネルギーにする蓄熱効率18%,また,250mmの位置では,最高温度1570°C,蓄熱効率16%であった.さらに,蓄熱完了後の熱損失が小さいことも確認できた.一方,蓄熱装置の中心部が集中的に加熱され,蓄熱材料の外側はあまり加熱されていないことから,蓄熱後の蓄熱材料の温度分布が均一になるように加熱し,さらに蓄熱効率を改善するため,蓄熱装置の改良を行う予定である.当初の平成28年度の計画では,蓄熱装置の設計・製作を行い,温度計測位置ならびに蓄熱槽の設置高さを決定することであった.これまでに計測されているBD太陽集光装置の第2焦点での二次元放射流束分布から,CPC焦点位置の放射流束分布も中心部が高いガウス分布のような形状になっていると考え,さらに蓄熱装置の駆動方法を考慮して蓄熱装置の設計・製作を行った.また,第2焦点に設置されたCPCでさらに集光された太陽光の二次元放射流束分布を求めるため,CPC出口からの距離すなわち高さ位置を変えながら申請者が開発した放射流束センサーを使って計測を行った.その結果,予想通り焦点位置では,ガウス分布のような形状であり,高さ位置が低くなるにつれ,中央部分が凹んだ形状になることがわかった.蓄熱材料は,表面でのみ集光された太陽光で加熱されるため,撹拌時における蓄熱材料の表面形状とCPC下の二次元放射流束分布形状から,蓄熱材料の温度計測位置ならびに蓄熱装置の設置高さを決定した.このように今年度の計画した内容をすべて実施することができた.

さらに,次年度以降でBD太陽集光装置での加熱実験を行う予定であるが,BD太陽集光装置は共同利用施設であるため使用期間が限定されており,また,天候に左右される実験でもあるため,前倒しして加熱実験の一部を実施したため,当初の計画以上に進展している.平成29年度は,蓄熱装置に使用する蓄熱材料として物性値が明らかなアルミナ球,ステンレス球,炭素鋼球を用意し,BDSCにて加熱実験を行い,蓄熱材料の温度分布および入射熱量を計測し,蓄熱量ならびに蓄熱効率を求めた.これらの材料は,1000°Cまで加熱可能であり,アルミナ球と比較して同じ体積で熱容量がほぼ等しいが,熱伝導率および熱拡散率がステンレス球が2倍,炭素鋼球が3倍である.実験の結果,最高温度は異なるものの,温度分布については3者とも大差がないことがわかった.これは,いずれも球体であるため,蓄熱粒子どうしは点で接触していることから,粒子自体の熱伝導率よりも粒子の間にある空気の熱伝導率が熱通過率へ大きく影響するためと考えられる.従って,蓄熱材料が球体の場合,加熱後の温度を均一にするためには蓄熱材料の熱伝導率はあまり考慮しなくとも良いことがわかった.一方,蓄熱材料の吸収率は,蓄熱温度および蓄熱効率に影響を受けることがわかった.蓄熱材料の粒径については,3,5,10mmと粒径を変化させても蓄熱効率にはほとんど影響を受けないことがわかり,本装置では,ピストンとシリンダとの隙間を考慮して,粒径5 mmの蓄熱材料を使用することとした.以上の蓄熱粒子に関する知見は,固体蓄熱材料の選定指針において重要である.また,蓄熱材料全体を耐熱温度近くまで加熱することで蓄熱量を増加させるため,蓄熱温度を均一にすることに主眼をおいた装置改良を行った.これは,太陽光の集中度が高い中心部分を全ての蓄熱粒子が通過することを狙ったもので,粒子の移動経路を制限するように改良したものである.実験では,蓄熱効率を15ポイント改善することができた.これは,固体蓄熱装置の蓄熱効率向上のために意義のある結果である.平成29年度計画では,蓄熱材料として物性値が明らかなアルミナ球,ステンレス球,炭素鋼球を用意し,BDSCにて加熱実験を行い,蓄熱材料の温度分布および入射熱量を計測し,蓄熱量ならびに蓄熱効率を求めることであり,天候不順の日が多かったため実験回数が少なかったものの,ほぼ予定した条件の実験を実施することができた.蓄熱装置のピストンの移動速度を検討することを計画に入れており,蓄熱材料の最高温度から次のように決定した.すなわち,同じ太陽光入射条件での実験を行いたいので,ピストン速度は一定にする必要がある.そのため,3種類の蓄熱材料を同じピストン速度で移動させたとき,いずれの蓄熱材料についても最高温度がそれぞれの耐熱温度を超えないが,いずれかの耐熱温度に近くなるように決定した.今回は,平成28年度にアルミナ球での実験で,耐熱温度付近になるピストン速度条件を見つけていたので,このピストン速度で他の蓄熱材料を加熱した際に耐熱温度を超えないことを確認して,ピストン速度を決定できた.蓄熱材料の粒径を検討することが当初の計画にあり,3,5,10mmと粒径を変化させた場合のBDSCによる加熱実験を行い,粒径は蓄熱効率へほとんど影響を与えないことがわかり,本装置では,ピストンとシリンダとの隙間を考慮して,蓄熱材料の粒径を5 mmに決定できた.蓄熱材料全体を耐熱温度近くまで加熱することで蓄熱量を増加させるため,当初の計画では,蓄熱材料の熱伝導率や熱拡散率を変化させて蓄熱温度を均一にすることを目指していたが,これらの熱物性値は蓄熱温度均一化にあまり影響を与えないことがわかったため,装置の改良を行った.これは,当初の計画には含まれていないが,さらに蓄熱効率向上の検討を進めるための実験である.なお,改良した装置は最適化するための検討が必要である.平成28年度は,固体蓄熱材料を直接太陽光で直接加熱する形式の太陽光レシーバの機能を備えた蓄熱装置である固体攪拌・直接加熱式蓄熱槽の設計・製作を行った.蓄熱材としては,1500°C以上の耐熱性があり,粒径が豊富でかつ安価であるアルミナ球を採用した.
いわゆる「血管条性難聴」の検出法の確立―ヒト聴神経腫瘍耳のEP測定から―

聴神経腫瘍の術中にインフォームドコンセントを得て、術側の蝸牛に岬角経由に電極を刺入して蝸牛内リンパ電位(endoochlear potential:EP)の記録を行ってきた。今年度にも新たに3例で電位の測定を施行した。これまでの測定は14耳に達したが、その結果を解析したところ1例を除き、EPのみで聴神経腫瘍の聴力低下を説明できる症例はなかった。このことから、聴神経腫瘍における難聴の主要なる成因は、血管条障害や血流低下ではなく、腫瘍による聴神経自体の圧迫などの障害と結論された。これらの成果を平成11年6月にローマで行われた国際聴神経腫瘍会議の基礎部門のパネルで発表した。しかし、例外的な1例ではEPが約20mVであり、難聴が60dBほどあり、この症例では血管条の機能不全によって聴神経腫瘍の難聴を説明できる可能性があった。このような症例の数は少ないがやはり、腫瘍による血管圧迫説も少数例では当てはまるケースがあるものといえる。血管条性難聴の解明の目的で、新たなプロジェクトとしてに、突発性難聴における聴力回復と前後の蝸電図の測定を開始している。突発性難聴のうち、聴力が回復する例は血管条の障害がもっとも想定しやすいからである。これらの症例でもし、CMが減少していれば、回復する突発性難聴の原因としては血管条障害可能性がきわめて高くなる。現在、急性期突発性難聴のうち、発症7日以内で70dB以上の難聴がある症例について検討を行っている。(目的)難聴のある聴神経腫瘍耳において、内リンパ直流電位(EP)を測定し、それが低下している例が果たしてあるかどうか。あるとすれば、そのような症例の純音聴力、耳音響放射(OAE)、ABR、蝸電図(ECoG)の特徴はどうかを検討し、「血管条性難聴」の診断に資するデータを収集することを目的としている。(結果)2)腫瘍径との相関:腫瘍径が1cm以下の4耳のEPはそれぞれ62,20,56,64mV(平均50mV:サイズ0.3,0.4,0.6,0.9cm)であり、これを超える4耳が50,23,57,42mV(平均43mV:サイズ1.4,2.0,2.7,2.8cm)であった。3)平均純音聴力閾値との関係:平均純音聴力閾値が65dB未満(4耳の平均46dB)の4耳におけるEPの平均値は47mV、65dB以上(4耳の平均57.8dB)では46.5mVであった。4) 8kHz聴力との関係:8kHzの純音閾値がスケールアウトの4耳のEP値の平均は45.8mV、それ以外(4耳の平均83.8dB)の4耳のEP値の平均は47.8mVであった。(考察)1) EP測定を行った耳でこれが0mVの例はなかったことから、聴神経腫瘍では高度難聴耳にあっても蝸牛の血流が完全に遮断されている例は少ないと考えられた。2)EP値と平均純音聴力閾値、8kHz純音聴力閾値のいずれとの間にも相関を認めなかった。3)腫瘍径が大きい方がEP値が小さい傾向がみられたが、症例が少ないことから有意差はない。4)同程度の純音聴力でありながらEP値に差がみられた。これはEPが低い例は蝸牛血管条障害の程度が大きい耳と考えられるかもしれない。しかし、測定アーチファクトも考慮に入れる必要がある。
温度勾配を利用した無機コア／有機シェル型ナノ粒子の空間的秩序配列の配向制御

本研究では、温度勾配を利用したナノ粒子の規則的空間配列を目標にしており、このため、温度勾配セルを装備した2次元小角X線散乱/2次元広角X線散乱/2次元(Hv)光散乱同時時分割測定システムを構築し、それを用いて、PEG(ポリエチレングリコール)ホモポリマー、PEG/ポリ乳酸ブレンド、PEG-ポリ乳酸ジブロック共重合体、そして無機コア/有機シェル型ナノ粒子の配向制御を行う。昨年度はPEGホモポリマー、PEG/ポリ乳酸ブレンド、無機コア/有機シェル型ナノ粒子等の試料についてのX線散乱による粒子サイズ分布関数の評価法の確立に向けて研究を行った。今年度は最終目標であるナノ粒子の「巨大な単結晶」作製を目指して研究を行い、下記の成果を挙げた。1.ブロック共重合体溶液の蒸発過程におけるミクロ相分離構造形成過程の解析2.流動場印加によるBCC格子の配向化3. SAXS法による両親媒性オリゴマー・ポリマーを用いた元素ブロック/金属錯体の超分子のナノ粒子の粒径分布解析(A02班:黒岩敬太先生との共同研究)4. SAXS構造解析によるA01班:中建介先生、A02班:森末光彦先生、冨田育義先生、藤原尚先生、A03班:藤井秀司先生、宮田隆志先生、米澤徹先生との共同研究。26年度が最終年度であるため、記入しない。近年、POSS(シルセスキオキサン)を用いて剛直な無機ナノ骨格からなるコア部を元素ブロックとし、これを有機シェル部で覆ったような無機コア/有機シェル型ナノ粒子の創成が可能となっている。本研究ではこのようなナノ粒子を空間的に配列させ「巨大な単結晶」を作製することを目標とする。このため、まず、温度勾配セルを装備した2次元小角X線散乱/2次元広角X線散乱/2次元(Hv)光散乱同時時分割測定システムを構築し、それを用いて、PEG(ポリエチレングリコール)ホモポリマー、PEG/ポリ乳酸ブレンド、PEG-ポリ乳酸ジブロック共重合体、そして無機コア/有機シェル型ナノ粒子の配向制御を行う。今年度はPEGホモポリマー、PEG/ポリ乳酸ブレンド、無機コア/有機シェル型ナノ粒子等の試料についてのX線散乱による粒子サイズ分布関数の評価法の確立に向けて研究を行い、下記の項目について成果を挙げた。1.PEGホモポリマー、PEG/ポリ乳酸ブレンドの結晶ラメラの厚み分布解析2.イミダゾリウム塩末端ポリ(アミドアミン)型POSS核デンドリマーの規則配列3.SAXS法によるポリピロールーパラジウムナノコンポジット粒子の粒径分布解析本研究では、温度勾配を利用したナノ粒子の規則的空間配列を目標にしており、このため、温度勾配セルを装備した2次元小角X線散乱/2次元広角X線散乱/2次元(Hv)光散乱同時時分割測定システムを構築し、それを用いて、PEG(ポリエチレングリコール)ホモポリマー、PEG/ポリ乳酸ブレンド、PEG-ポリ乳酸ジブロック共重合体、そして無機コア/有機シェル型ナノ粒子の配向制御を行う。本新学術領域研究では、領域内での共同研究を積極的に推進することが奨励されているが、わたくしは、小角X線散乱法によるナノ構造解析によりA02班:黒岩敬太博士、A03班:宮田隆志博士との共同研究を開始し、成果を挙げ始め、現在もこれを遂行中である。これらの成果は、当初の計画には含まれていなかったので、当初の計画通りの成果はもちろんのこと、それ以上に成果を挙げることができていると自己分析した。研究概要欄に記載した通り、温度勾配セルを装備した2次元小角X線散乱/2次元広角X線散乱/2次元(Hv)光散乱同時時分割測定システムを用いて、PEG(ポリエチレングリコール)ホモポリマー、PEG/ポリ乳酸ブレンド、PEG-ポリ乳酸ジブロック共重合体、そして無機コア/有機シェル型ナノ粒子の配向制御を引き続き行うが、特に、下記の項目について詳細に検討する。無機コア/有機シェル型ナノ粒子の配向実験(溶媒として種々のイオン液体を用い、配向挙動に与える影響を検討する)イオン液体は蒸発しないので、温度勾配を付与しやすいというメリットを活かす。
光学的および光電的測定によるアクチナイド化合物の電子状態の研究

本研究は、高濃度近藤効果、重いフェルミ粒子の状態、超伝導などの多彩な物性を示すアクチナイド化合物の電子状態を、光電子分光、逆光電子分光および遠赤外分光実験によって研究することを目的としている。とくに、関連する物性の発現に基本的役割を担う5f電子の挙動を理解するために必要な5f電子のエネルギー準位の分布の知識を得る目的でX線光電子分光(XPS)とX線逆光電子分光(BIS)のスペクトルを測定・解析した。実験に用いられた試料はUGe_2、UC、UPt_2Si_2およびUO_2である。金属的性質を示すU化合物は極めて表面活性であり、わずかな大気に露出させただけで、表面には酸化物の層が形成される。ここで測定されたUO_2はそのようにして作られたものである。清浄な試料表面を得るのに、高真空中で表面をヤスリで磨いた。表面で酸化が進行すると、XPSで得られる内殻準位線に変位したピークが現われ、2重構造ができるので、それにより、表面の状態を敏感に検知することができる。一般にXPSで測られた価電子帯のエネルギー分布曲線は、放射光を用いて測られたUPSのエネルギー分布曲線と相似である。但しファノの反共鳴の起る励起エネルギーの光で測られたエネルギー分布曲線には5f電子のスペクトルは現われない。清浄な表面について測られた5f電子のエネルギー準位の分布は、フェルミ準位をはさんで幅広いスペクトル形状をもち、それが局在した電子による線状構造を基調にしたものではないことが示唆されている。UCに対して報告されたエネルギーバンドに見られている半金属的性質、つまり、伝導帯中の禁制ギャップが見られなず、肩構造になっている。これに対しては、実験装置の分解能と電子の散乱によるぼけとの相乗効果によるという解釈がありうる。UPt_2Si_2ではPtの5dバンドが測定にかかっている可能性があり、これは共鳴光電子分光で確認する予定である。