hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
海馬苔状線維-CA3野シナプスにおける長期増強の分子機能の解明

本研究の目的は、海馬苔状線維-CA3野錐体細胞シナプスにおける長期増強(LTP)発現機構を、シナプスレベルで明らかにすることである.これまで,海馬LTP発現機構についてはシナプス前か,あるいはシナプス後起源か議論されてきたが,一致した結果は得られていない.シナプス前起源であれば,LTP発現後,伝達物質遊離が増大しているから,これを検出することが直接的な証明となるであろう.そこで申請者らは海馬スライス上で、電気生理学的に伝達物質遊離を検出する系の確立を行った.若齢ラットより海馬スライスを作製し,直視下でCA3野錐体細胞からアウトサイド-アウトパッチクランプ(OC)を行った。このOC電極(パッチ電極)上のパッチ膜が、AMPA/KA型グルタミン酸受容体拮抗薬感受性のグルタミン酸応答性を有することを確認した。パッチ電極先端を苔状線維-CA3野錐体細胞シナプス領域であるCA3野透明層に置き、苔状線維の電気刺激により遊離されるグルタミン酸をパッチ膜上のAMPA/KA型受容体を介した電流応答(パッチ電流)として検出することに成功した。脳スライス上で、しかも単発の電気刺激で遊離される伝達物質をリアルタイムで検出したのは、国内、国外を通じてはじめてである。今後は、本手技による伝達物質遊離の検出と、ホールセルクランプ法によるシナプス後細胞(CA3錐体細胞)のグルタミン酸応答性の検出を同時に行う系を確立し、LTP発現機構のシナプス起源を解明する予定である。また、LTP発現に伴う形態上の可塑的変化、また遺伝子導入や翻訳遮断によるLTPに対する影響についての分子機構を解明するため、培養海馬スライスの実験系を確立する予定である。
コンピューターを用いた対面インタラクションにおける英語学習者の会話行動

日本の英語学習者は日常生活の中で英語で会話を行う機会が限られている。そのような環境では、コンピュータを用いたコミュニケーション(CMC)が日本国内の者同士、または海外に住む者との英語を用いたコミュニケーションの機会を提供できる可能性がある。そこで、筆者は、学習者が教室外でコンピュータを用いて行うビデオチャットの対面インタラクションを会話分析し、それが英語学習、交互行為能力を伸ばすためにどう活用できるかを検討した。本研究は、第二言語学習者によるビデオチャットの会話を分析し、コンピュータを用いたインタラクション(CMC)におけるターンテイキング、発話連鎖、修復といった会話の特徴を明らかし、またそのようなコンテクスでどのように第二言語学習が行われるかを記述することを目指すものである。その目標達成のために、研究期間中に二つの調査を予定しているが、そのうち、平成24年度には、主に調査Iのためのデータ収集・整備を行った。また、分析の一部も開始した。今回収集したデータは、日本人英語学習者とその言語学習パートナーによる英語で行われた会話である。パートナーは、日本語を学習する英語母語話者または英語熟達者で、全15組の英語を収録した。各ペアがオンラインのビデオチャットで20分ほど会話を行っているところを、コンピュータ画面の動きを記録するソフト、ICレコーダ、ビデオカメラを使って録画・録音した。また、収録会話はすべて、会話分析のために文字化資料を作成し、精緻化した。データ収集後、ターンテイキングなどの会話プラクティス、スキャフォルディングやその状況で利用可能なリソース(文字チャットやインターネットでアクセス可能なリソースなど)の使用など、第二言語学習者のパフォーマンス向上につながる行動に注目して初期の分析を行った。分析の結果、CMC会話の開始部を会話参加者双方がどう共構築していくかが明らかになった。その研究成果については、隔月で他の研究者とともに行っている研究会(データセッション)で発表し、議論を続けるとともに、学会でも発表した。また、平成25年度に行われる国内外の学会にも発表応募し、採択された。今後も引き続きデータの精緻化と分析を続けて行く予定である。応用言語学本研究は、その目的を果たすために二つの調査を計画した。その当初の計画どおり、平成24年度に、調査Iのデータ収集を行い、初期の分析も開始することができた。また、その結果の一部をすでに学会で発表することができた。平成25年度には、調査Iの残りのデータ収集と分析をすべて終えることができる見通しである。本研究課題の推進のために、研究協力者との連携を図りたいと思う。具体的には、会話データ収集のための機材の操作や会話参加者の募集など、その一部は研究協力者に依頼する。また、会話の文字化資料については、文字化業者を適宜利用し、その後の整備を研究協力者に任せることによって、研究代表者はデータの精緻化、分析、考察に集中できるようにしたい。平成25年度は、引き続き、調査Iを行う。まず、会話データの収集を継続するが、データの規模が大きくなるため、データ保存用のストレージを購入する必要がある。文字化業者に依頼する分の支払も生じる。次に、データ分析については、これまでは主に録音データの分析を行なってきたが、平成25年度からは録画データを扱うことが多くなる。そのため、録音・録画データを同時に扱えるコンピュータを研究代表者用に購入する必要がある。研究協力者に会話データの文字化やデータ整備を依頼するため、研究協力者用にもノートパソコンを購入する予定である。また、平成25年度も情報収集と成果発表のために研究会や国内外の学会に参加する予定であるため、旅費も必要である。
分子標的内照射治療における戦略的治療薬剤創製基盤の開発

内照射治療とは、放射性同位元素(RI)を導入した薬剤を体内に投与し、その放射線により癌細胞を殺傷する治療法である。本研究では、飛程が10nm程度のオージェ電子を放出するRIを導入した放射性薬剤を合成し、腫瘍細胞に対する内照射効果(殺細胞効果)を検討することを目的とする。核を標的とした内照射治療薬剤は、DNAに組み込まれオージェ電子を放出することにより細胞増殖を抑制することが明らかとなった。細胞膜を標的とした治療薬剤では、細胞増殖抑制では無く、細胞自体を殺傷していることが明らかとなり、新しいタイプの内照射治療薬剤開発の可能性が示された。本研究は、神経内分泌腫瘍をモデル腫瘍とし、核、細胞実質、細胞膜の異なる3カ所を標的部位とするオージェ電子放出内照射治療薬剤を作製し、これらの薬剤の殺細胞効果を3種類の神経内分泌腫瘍細胞の2次元培養及び3次元培養系で評価する。さらにこれらの腫瘍細胞を移植した担癌マウスに薬剤を投与し、生体内での効果を検討し、最も効果的な標的部位を探索する。同時に、各標的部位ごとに殺細胞効果の作用機序の検討を遺伝子及びタンパク質レベルで解析し、マウスを用いた検討では、副作用の有無についての検討を行う。本年度は、核酸及び細胞膜を標的とする放射性臭素標識内照射薬剤を開発し、その内照射治療効果を細胞実験にて検討した。その結果、核酸標的内照射治療薬剤は、DNA画分に取り込まれ、細胞増殖を抑制していることを明らかとした。また増殖抑制されている細胞においては、アポトーシスが誘導されていることから、DNA損傷によりアポトーシスが誘導され、このことが細胞増殖抑制の原因となっていることが示唆された。細胞膜標的内照射薬剤の検討においては、核酸標的薬剤で効果のあった放射能量では、内照射効果は認められなかった。さらに細胞実質を標的とする内照射治療薬として放射性銅64標識ATSMを用いた検討を行った。その結果、^<64>Cu-ATSMは腫瘍を退縮させることお旨よび腫瘍の転移能を低下させることが示された。本年度の検討より、内照射治療の標的部位により、その内照射治療効果が異なることが示された。さらにこれらの腫瘍細胞を移植した腫瘍移植マウスに薬剤を投与し、生体内での効果を検討し、最も効果的な標的部位を探索する。本年度は、核酸を標的とする内照射薬剤を腫瘍移植マウスに投与して、その腫瘍体積の増加を観察した。その結果、核酸標的内照射治療薬剤投与群において、腫瘍体積の増大を抑制する効果が認められ、内照射治療薬剤としての可能性が示された。また、マウスの体重減少は確認されなかったことから、重篤な副作用は発現していないと考えられる。細胞膜標的内照射薬剤の検討においては、細胞に添加する放射能量が増えるにつれ、死細胞の数が増えることが確認された。さらに核酸標的内照射治療薬剤の添加で確認されたアポトーシスの誘導は、ほとんど確認されなかった。この結果は、核酸標的内照射治療薬剤の増殖抑制作用とは異なるメカニズムで、細胞死を誘導していることを示唆しており、新しいタイプの内照射治療薬剤の開発の可能性を示している。以上の検討により、オージェ電子を利用した内照射治療では、治療標的によって異なるメカニズムで腫瘍を治療できる可能性が確認され、今後の薬剤開発に有用な知見を得ることができた。
作業を阻害しない情報提示のための室内の知的活動状況の推定

オフィス作業者の思考の断片化回避に向けて,本研究課題では,オフィスの割り込み許容度と室内の動きや音との関係を分析した.移動による大きな動きや音圧は許容度と相関し,デスクワークによる小動作は逆相関することから,重回帰分析によって推定式を構築し,10日分のデータに適用した結果,平均適合率48%で推定が可能であった.さらに,人の声の周波数特徴や時間特徴ならびに会話の連続性に基づいて,会話の有無と会話終了を自動判定するシステムを構築し,作業者の割り込み許容度推定に適用した.被験者10名計50時間分のデータに適用したところ,PC作業指標に加えて会話状態を反映することで推定精度が改善された.オフィス作業者の思考の断片化回避に向けて,本研究課題では,オフィスの割り込み許容度と室内の動きや音との関係を分析した.移動による大きな動きや音圧は許容度と相関し,デスクワークによる小動作は逆相関することから,重回帰分析によって推定式を構築し,10日分のデータに適用した結果,平均適合率48%で推定が可能であった.さらに,人の声の周波数特徴や時間特徴ならびに会話の連続性に基づいて,会話の有無と会話終了を自動判定するシステムを構築し,作業者の割り込み許容度推定に適用した.被験者10名計50時間分のデータに適用したところ,PC作業指標に加えて会話状態を反映することで推定精度が改善された.ユーザの状況を反映しない情報提示は,思考の分断化によって作業効率を低下させる.そこで本研究課題は,人の知的活動や社会活動を阻害しない情報提示や遠隔からの話しかけの実現に向けて,在室者が行う作業や社会活動の,1)室内の騒擾度(ざわつき)と,2)他者との社会的結合度(コミュニケーション・共同作業)の2要素によるモデル化と,モデルに基づく室内の知的活動状況の自動推定を目指すものである.初年度である2011年度は,実験環境を構築し,俯瞰映像と音声からなる,連続約5時間の居室状況データ10日分を取得した.さらに,取得したデータに対して,知的活動に伴う部屋の割り込み許容の程度(部屋の割り込み許容度)を,実験室を居室としない評価者5名に主観評価させた.動画像処理プログラムを作成して動きを検出し,検出された動きを大きさによって3段階に分類し,割り込み許容度との関連を分析した.その結果,これまでの研究で示唆されていた,移動に伴う大きな動きや中程度の動きの総検出数に加えて,動きの検出領域数にも割り込み許容度との正の相関が見られた.一方,在室者の在席作業を反映すると見られる,中程度以上の動きに伴わない小さな動きは,割り込み許容度と負の相関関係を持つことが明らかになった.また,動き検出領域から在室者の位置を近似的に算出することで,在室者間のインタラクション発生を検出し,割り込み許容度との関連を分析したところ,両者の関連性を示唆する傾向が見られたものの,在室者の位置推定精度の問題が明らかになった.さらに,上記と平行して,マイクの指向性と肩波数帯域制限を組み合わせた会話音声の検出を試みつつ,発話潜時,オーバラップ率,発話量といった会話構造関連指標に基づく,会話活性度の推定を試みたところ,会話構造関連指標と会話の活性度の関連性を示唆する結果が得られた.オフィス作業者への不用意な情報提示は,本人だけでなく周囲の作業者の思考も断片化し,全体の作業効率を低下させる.そこで本研究課題では,オフィスにおける知的活動や社会活動を阻害しない情報提示や遠隔からの話しかけの実現に向けて,電話や訪問などによる外部からの割り込みの可否の程度(割り込み許容度)と室内の動きや音と知的活動の状況の関係を分析し,割り込み許容度の自動推定を試みた.5日分の室内の俯瞰映像を画像処理して求めた動きと,第三者が評定した部屋の割り込み許容度の関係を分析した結果,移動などによる大きな動きと,デスクワークによる小動作は,室内の許容度に対して逆相関することが明らかになった.さらに,大きさ別の動き検出数と,入室発生,室内の音圧を組み合わせた推定式を重回帰分析によって構築し,分析データとは異なる被験者を対象に計測した10日分のデータに適用した結果,平均適合率48%で推定が可能であった.また,会話状況の推定と反映を目指して,室内音をウェーブレット変換し,周波数特徴や時間特徴ならびに会話の連続性を利用した会話状態自動検出システムを構築した.さらに,推定された会話の有無と会話終了を指標とし,PC作業指標に基づく作業者の割り込み許容度推定システムを拡張し,被験者10名から得た計50時間分のデータに適用したところ,PC作業指標に会話指標を併用することで,F値が40%から45%に改善され,会話の自動検出によって状況推定精度が改善される可能性が確認された.一方で,オフィスの作業を阻害しない割り込みの実現のためには,より精度の高い状況推定に加えて,適切なタイミングでの割り込みを支援する必要もある.そこで,今後は,推定精度改善に向けたさらに詳細な会話状況指標などの検討に加えて,将来の状況を予測する技術の開発が望まれる.ユーザの状況を反映しない情報提示は,思考の断片化によって作業効率を低下させる.

そこで本研究課題は,人の知的活動や社会活動を阻害しない情報提示や遠隔からの話しかけの実現に向けて,在室者が行う作業や社会活動と室内の動きや音の関係をモデル化することによって,室内の知的活動状況の自動推定を目指すものである.2年目にあたる2012年度は,連続的に記録した室内の俯瞰映像と環境音から複数の評価者が判断した部屋の割り込み許容の程度(部屋の割り込み許容度)の平均値と,画像処理によって求めた動きの検出数や検出領域の広がり,音圧などの指標の重回帰分析をおこない,推定式の構築を試みた.その結果,3段階程度での部屋の割り込み許容度の推定可能性が確認された.上記と平行して,無指向性マイクで検出した室内音をウェーブレット変換し,会話音声が有するピッチやフォルマント等の周波数特徴や時間特徴,ならびに会話の連続性を利用した会話の開始終了の自動検出を試みた.さらに,人が判断した会話の開始終了と割り込み許容度との関連性も併せて検討した.その結果,会話の存在が割り込み許容度を低下させること,会話終了直後は許容度が高くなることなどが示唆された.また,会話の自動検出による推定の可能性も認められた.さらに,これまでの実験から,発話潜時,オーバラップ率,発話量などの会話構造関連指標と主観的会話活性度の関連性が示唆されていたことから,3指標を用いた活性度推定法を提案し,ビデオチャット環境における有効性を実験的に確認した.以上のように,室内の動きや音を検出することによる,状況推定の可能性が示唆された.今後は,会話の詳細な状況を反映する指標の検討など,精度の高い状況推定に向けた検討が必要である.実験系を構築し,計画した連続記録データを取得した.また,騒擾度に関しては,おおむね予想どおりの結果を得た.社会結合度に関しては,分析手法の検討段階であり,傾向は伺われるものの明瞭な傾向を得るに至っていないため,上記の達成度とした.25年度が最終年度であるため、記入しない。実験的に取得したデータを分析し,室内のざわつきに基づく割り込み許容度の自動推定の可能性を確認した.また,コミュニケーション要素に関しても,会話の開始や終了と割り込み許容度との関連性を確認した.現状では,さらなる会話やざわつきに関する指標の洗い出しの必要性があり,会話の自動検出精度も高める必要があることから,上記の達成度とした.当初の計画に従い,騒擾度,社会結合度の分析を進めるとともに,機械学習を試みることで,知的活動の自動推定に向けて研究を推進する.25年度が最終年度であるため、記入しない。会話の自動検出による状況推定に関しては,ウィザードオブオズ法により有効性が確認されたため,会話の継続時間など,より多くの指標を用いることによる推定精度の向上を目指す.また,会話活性度と割り込み許容度の関連性も検討する.室内の動きの自動検出に基づく状況推定に関しては,ざわつきに関しては適切に検出されていると考えられることから,会話検出との組み合わせることによって,室内で発生しているコミュニケーション状況の,より詳細な推定を試みる.また,作業者の位置と作業内容の関連性を利用した推定も同時に検討する.
動脈硬化性疾患の発症要因に関する大規模コホート研究

動脈硬化症疾患の発症を追跡調査し、その発症要因を明かにするために、前向き研究であるコホート研究を行っている。ベースラインデータは、生活習慣等に関するアンケート調査および血液検査等の生体情報について平成4年から7年に収集され、対象者は全国12地区で12,490人で、その内4069歳では10,608人であった。追跡調査では脳卒中、心筋梗塞の発症、死亡、転出について調査している。脳卒中の発症は現在までに188例、心筋梗塞は25例登録された。対象者の追跡期間中の死亡は平成10年12月末現在361例、転出は222例で、うち176例が転出後追跡打ち切りとした。またベースラインデータのクリーニングとして、アンケート調査の入力確認を全対象者について行った。前向き調査の解析で、平成10年12月末までの総死亡についてBMIとの関連を4069歳の男女で検討した。平均追跡期間5.5年で、追跡率は100%であった。Coxの比例ハザードモデルを用いて、年齢、拡張期血圧、総コレステロール、HDLコレステロール、喫煙歴で調整をしたところ、BMIが20.2-22.9kg/m_2の群を基準としたほかのBMI群の死亡に対する相対危険(ハザード比)は、男性では20.0kg/m_2未満で1.36(95%信頼区間0.84-2.21)、23.0-25.9kg/m_2で0.70(0.43-1.13)、26kg/m_2で0.76(0.41-1.43)で(図3)、女性では20.0kg/m_2未満で0.91(0.42-1.96)、23.0-25.9kg/m_2で1.02(0.58-1.81)、26kg/m_2以上で1.86(1.02-3.40)であった。発症症例についての解析は脳卒中の登録は症例検討が終了後に検討を行っていく予定である。目的:本研究は地域住民を対象としたコホート研究により、わが国における心筋梗塞および脳卒中の罹患率を知る。また、生活様式、血清脂質、身体活動度、心理社会的因子などと脳卒中および心筋梗塞との関連を明らかにする。方法:全国12の地域で1992年から1995年まで老人保健法による健診受診者12,490人を対象に心電図、身長、体重、血圧について、また、喫煙、飲酒、食生活、運動、既往歴家族歴、身体活動度、職場ストレス等を質問票で、総コレステロール、HDLコレステロール、中性脂肪、血糖、血算、凝固因子等を血液検査で基本データとして収集した。現在は脳卒中と心筋梗塞の発症に関して追跡調査を行っている。追跡調査の方法としては、毎年行われる検診を利用し本人に対し発症の有無を確認し、発症が疑われた場合受診先の病院に発症の有無を確認し発症登録している。発症の登録は脳卒中であれば発症登録票と頭部CT写真、心筋梗塞であれば発症登録票と発症時の心電図で行っている。今年度は主に基本データを用いて横断的に解析した。結果:今年度は基本データでの横断研究で(1)健康行動、社会支援およびコミュニティモラールとの関連について、(2)リポプロテイン(a)の日本人での分布とその遺伝子多型および他の危険因子との関連について、解析結果を論文で発表した。

また、リポプロテイン(a)と飲酒の関連、身体活動度と血清脂質との関連、肥満度と総死亡の関連については学会発表を行った。追跡に関しては本人に対しての追跡率は今年度約90%である。研究開始から平成11年9月末現在までの発症登録は脳卒中が120例、心筋梗塞が25例で、また、打ち切り例として死亡が289名、転出が199名であった。今後の研究内容:現在まだ追跡が完全でなく発症の登録洩れもあるので、より精度の高い追跡を行う予定である。動脈硬化性疾患の発症を追跡調査し、その発症要因を明かにするために、前向き研究であるコホート研究を行っている。ベースラインデータは、生活習慣等に関するアンケート調査および血液検査等の生体情報について平成4年から7年に収集され、対象者は全国12地区で12,490人で、その内4069歳では10,608人であった。追跡調査では脳卒中、心筋梗塞の発症、死亡、転出について調査している。脳卒中の発症は現在までに188例、心筋梗塞は25例登録された。対象者の追跡期間中の死亡は平成10年12月末現在361例、転出は222例で、うち176例が転出後追跡打ち切りとした。また、ベースラインデータのクリーニングとして、アンケート調査の入力確認を全対象者について行った。前向き調査の解析で、平成10年12月末までの総死亡についてBMIとの関連を4069歳の男女で検討した。平均追跡期間5.5年で、追跡率は100%であった。Coxの比例ハザードモデルを用いて、年齢、拡張期血圧、総コレステロール、HDLコレステロール、喫煙歴で調整をしたところ、BMIが20.0-22.9kg/m^2の群を基準とした他のBMI群の死亡に対する相対危険(ハザード比)は、男性では20.0kg/m^2未満で1.36(95%信頼区間0.84-2.21)、23.0-25.9kg/m^2で0.70(0.43-1.13)、26kg/m ^2で0.76(0.41-1.43)で(図3)、女性では20.0Kg/m^2未満で0.91(0.42-1.96)、23.0-25.9Kg/m^2で1.02(0.58-1.81)、26kg/m^2以上で1.86(1.02-3.40)であった。発症症例についての解析は脳卒中の登録は症例検討が終了後に検討を行っていく予定である。
染色体構造のナノスケール解析

本研究では、溶液中におけるセミインタクトな試料のイメージング・分子認識・力学的計測・ハンドリングを行う技術の開発を試みた。具体的な実験成果は以下のとおりである。(1)化学・生体分子修飾プローブの作製方法の確立原子間力顕微鏡(AFM)による分子認識・力学的計測・ハンドリングを行う上で必要不可欠である、汎用性のあるAFMプローブの化学・生体分子修飾方法の確立を行った。・シリコン製AFMプローブに対し、3-aminopropyltriethoxysilane (APTES)により表面をアミノ化修飾したプローブと、さらにNHS-NHS linker (Disuccinimidyl suberateあるいはEthylene glycol bis (succinimidyl succinate))で化学修飾したプローブの二種類を作製した。・APTESによるアミノ化に関しては、気相法(化学蒸着法(Chemical Vapor Deposition))と液相法の異なる修飾法での修飾を試み、その修飾面の物性評価を行った。その結果、気相法を用いた場合の方が修飾反応を制御しやすく、再現性良くかつ均一な表面修飾を行うことが出来ることが明らかとなった。・NHS-NHS linkerを介することで、任意のタンパク質をプローブ表面に結合させることが可能となった。(2)生体分子修飾プローブを用いた力測定実験上述の方法により作製したNHS化・アミノ化プローブに対し、生体分子の一例として牛血清アルブミン(BSA)を反応させ、生体分子修飾プローブを作製した。これらBSA修飾プローブ、アミノ化プローブ、未修飾プローブを用い、マイカ基板に対する力学的相互作用の液中測定を行い、製作したプローブの評価を行った。・アミノ化プローブ、未修飾プローブの場合ではプローブと基板との間に強い吸着が見られたが、一方で、BSA修飾プローブに関しては吸着が全く認められなかった。このことは、プローブ・基板間の吸着をBSA分子が阻害していることを示しており、このことから実際にプローブ先端にBSA分子が結合していることが確認された。
超フェライト耐熱鋼を創造するラーベス強化相の多成分デザイン

本研究では,新規超フェライト耐熱鋼を創造するためのラーベス強化相の多成分デザインを推進するため,Thermo-Calcを使って計算状態図を検討すると共に,これに基づいてFe-9at%Cr-6.5at%Al鋼に対するNbとWの添加効果について検討した。700°Cの時効熱処理を施した場合,Nb添加ならびにW添加合金ともラーベス相が粒内に連続析出するが,状態図によって示される過飽和度が異なるため,1.5at%Nb添加材では微細なラーベス相が均質で密に析出するのに対して,1.5at%W添加材では比較的粗大なラーベス相が疎に析出する。そのため,時効硬化は1.5at%W添加材で最高で12%程度の硬化であるのに対し,1.5at%Nb添加材では最高で約50%の硬化となる。ただし,1.5at%Nb添加材は比較的時効初期で最高硬度に到達する。その後は過時効により硬度は徐々に低下し,100時間でほぼ一定となる。それでもなお,1.5at%Nb添加材の硬度は1.5at%W添加材の硬度と比較して50%近く高い。すなわち,NbはFe-9at%Cr-6.5at%Al鋼の室温硬度を効果的に向上させる。一方,3at%W添加材ならびに3at%W+0.03at%B添加材では,700°Cの時効熱処理によって微細なラーベス相が均質で密に析出するようになる。両合金の700°C,1時間時効熱処理後の硬度は1.5at%Nb添加材と同レベルであり,W添加量の倍増により時効硬化は顕著になる。3at%W+0.03at%B添加材の700°C,100MPaにおけるクリープ破断時間は,同条件の3at%W添加材の破断時間と比べておよそ4倍程度長く,B添加がラーベス相の粗大化抑制やミクロ組織の安定性に効果的であることが明らかとなった。また,鋳造直後の合金のヤング率は,Nb量の増加と共に微増することがわかった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では,Nb,Wの濃度を連続的に変化させたFe-9Cr-6.5Al-Nb-W (at. %)合金中のFe2(Nb,W)ラーベス相の形成に及ぼすNbとWの濃度比の影響について調査した.Wを含まずNbのみ含む試料は共晶組織に近い組織形態を有し,合金のNb濃度を減少させ,W濃度を増加させると,初晶フェライト相と共晶組織からなる二相組織へと変化した.また,Nbを含まずWのみを含む試料においては,全体がフェライト母相と析出物による組織を有した.合金中のLaves相の体積率は,合金のW濃度の増加に伴い減少した.これは,フェライト母相中への固溶度がNbよりもWの方が大きく,またラーベス相がNb-richな組成からW-richな組成へ変化することによって,ラーベス相の組成幅が減少したためであると考えられた.試料中のNb,W濃度を変化させると,それに伴いフェライト,ラーベス各相のNb,W濃度は連続的に変化した.ラーベス相中のNb濃度が減少しW濃度が増加すると,ラーベス相中のCr濃度は単調に増加し.同時にAl濃度は単調に減少した.それに伴い,Alの分配係数は減少にCrの分配係数は増加した.このことより,AlはFe2Nbラーベス相の安定化元素として作用し,CrはFe2Wラーベス相の安定化元素として作用するものと考えられた.Fe2(Nb,W)ラーベス相は,その形成初期において,Fe2NbとFe2Wの晶出速度に起因したコア・シェル構造を形成し,その後,溶質元素の相互拡散によって均質な組成となることがわかった.早期に均質なラーベス相を得るためには,ラーベス相の形成形態を微細に制御する必要があることが示唆され,フェライト母相からラーベス相が析出する場合の精緻なTTP図の作成が不可欠であると考えられた.モデル鋼の試作に関してはすでにFe-9at.%Cr-6.5at%Alを基本組成とするフェライト鋼に,ラーベス相生成元素であるNbとWを10at.%単独添加した第1種モデル合金,ならびにNb+Wを10at.%複合添加した第2種モデル鋼を作製し実験研究を実施済みである.しかし,Mo単独添加鋼やNb+Mo,W+Mo複合添加鋼は実施に至っていない.その理由は,フェライト鋼に生成するラーベス相の熱力学的挙動に関してWとMoは類似しているため,先行してWの挙動を系統的に調査することが適切であると判断したからである.第1種モデル鋼ならびに第2種モデル鋼に関しては,電子プローブマイクロアナライザーによる組成の詳細な定量分析結果を得ており,当初の予定どおり各構成相中の元素分配挙動を明らかにした.

リートベルト解析に関しては,現在,第1種モデル鋼ならびに第2種モデル鋼での結果は得られていない.しかしながら,リートベルト解析の妥当性を判断する目的で,組成を変化させたラーベス相単相を作製し,これらに対してはリートベルト解析によるラーベス相中の副格子点を置換する溶質元素の種類やサイト占有率の定量的評価,さらには溶質元素の置換挙動に連動した副格子点位置の微小変動を捉えることに成功し,ラーベス相が有するトポロジカル稠密構造の安定性を幾何学的に評価する指標を検討した.また,室温においてナノインデンテーション法によりラーベス相の硬さの調査を行い,硬さとトポロジカル稠密構造の安定性との相関を明らかにした.ラーベス相を分解消失させるための溶体化熱処理条件,ならびに時効熱処理によるラーベス相の析出挙動は調査中である.溶体化熱処理後のモデル鋼に予ひずみを与え,回復・再結晶と時効析出を同期させたシンクロ加工熱処理に関しても検討を進めている.本研究では,新規超フェライト耐熱鋼を創造するためのラーベス強化相の多成分デザインを推進するため,Thermo-Calcを使って計算状態図を検討し,これに基づいてFe-17wt.%Cr鋼にNbおよびBを添加したモデル鋼を実験的に作製した。ラーベス相の析出挙動を制御する目的で,このモデル鋼に対して室温における冷間,ないしは300°Cにおける温間で圧下率80%の圧延により加工ひずみを導入(予ひずみ効果)し,圧延フェライト鋼の回復・再結晶挙動を明らかにすると共に,ラーベス相析出挙動に対するミクロ組織,転位下部組織の影響を系統的に調査した。その結果,Nbを添加した試料に適切な時効熱処理を加えることで,ラーベス相析出による時効硬化が発現することを明らかにした。また,ラーベス相析出および再結晶温度に与えるB添加の影響はNb添加量に依存し,適当なNb添加量の場合にはBはラーベス相の析出を遅延し再結晶温度を上昇させる効果があることを突き止めた。ただし,Nb添加量がさらに増加すると,この効果は失われることがわかった。このことから, NbとB添加量を最適化することによってラーベス相の析出および成長が抑制されるため,固溶強化に寄与するNb固溶量の増加と析出ラーベス相の安定化によって,強度は上昇すると理解された。さらに,熱機械分析法を用いることによって,試料の再結晶温度の測定・定量化が可能であることを実験的に明らかにした。このとき,再結晶温度は,固溶Nb量ならびに微細析出物量の増加によって上昇させることが可能であるという知見が得られた。以上のように,新規超フェライト耐熱鋼を創造するためのラーベス強化相の多成分デザインにおいて,Nb,Mo,Wといったラーベス相形成元素の濃度の最適化に加え,Bの微量添加がミクロ組織制御に対して効果的であることが明らかとなった。本研究では,当初の計画どおり,Fe-Cr鋼中にラーベス形成元素であるNb,Mo,Wなどを複合添加したモデル鋼を複数作製し,組成に依存したラーベス相の生成・析出・成長過程を明らかにすると共に,これに対するBの微量添加の効果まで踏み込んで検討を開始し成果を得ている。また,ラーベス相の生成・析出・成長過程に関係する予ひずみの効果とそれによる回復・再結晶挙動の変化を系統的に調査し,その詳細を明らかにした。この過程の中で,これまで回復・再結晶挙動の定量化に対して熱処理条件とミクロ組織を関連づけるために膨大な実験を必要としてきたところを,熱機械分析法を用いることで比較的簡便に定量評価する手法を確立することができたことは大きな前進である。さらにAl添加は,本研究で検討している成分系ではFe2Nbラーベスを著しく安定化することが明らかにし,Fe2Nb系ラーベス相のトポロジカル稠密構造の安定性に関する理解を深めた。これによって,Alを添加した場合には,Fe2Nb系ラーベス相の溶体化・時効析出が事実上不可能であることも示され,ラーベス相強化を目的としたミクロ組織制御に対して重要な知見を得た。一方,磁気変態点の上昇による拡散挙動の抑制に関しては,研究計画時の発案どおりに進まなかった。
DNA/RNAワールドをターゲットとする分子素材の基盤構造と機能設計

本研究は計画に従って着実に進展した。特異な性質をもつ種々のDNAフラグメントのX線解析では予想以上の成果を得た。配列(gcGXYZgc)の(XYZ)に変異を入れることによる構造変化と陽イオンの影響を調べた結果、XとYは4種類のどの塩基に置換しても塩基積層型二重らせん構造を採ることを、ZをA以外の塩基に置換すると塩基積層型二重らせん構造が採れなくなることを見出した。この事実は、50年前にWatsonとCrickが提案した塩基対型逆平行二重らせん構造とは全く異なる新しいタイプの構造が生理的条件下でも安定に存在しうるという衝撃を与えた。また、この二重らせん構造は陽イオンの種類によって、ヘキサミンコバルトイオンの存在下ではDNA鎖6本が会合したduplex-trimer(六重らせん構造)を、カリウムイオン存在下では塩基対型逆平行二重らせん構造を基盤にして八重らせん構造を造ることを発見した。さらに、この八重らせん構造はカリウムイオン濃度が少し高くなると四重らせん構造に開裂することも明らかにした。このような巨大な会合体は、最近のゲノム解析によって見出された特定配列の多リピートが造る構造である可能性も高い。たとえば、ヒトVNTRでは類似の配列が8回繰り返されている。このリピートが塩基積層型二重らせん構造を単位としてダブル・ギリシャ・キー・モチーフによって折れたたまれる可能性を提案した.アジア結晶学連合国際会議(豪ブルーム)と核酸化学シンポジウムおよび日本結晶学会年会で発表した結果,国際結晶学連合よりIUCr賞を受賞した.これらの発見をさらに発展させ、生物学的意義を確認するための構造研究を進める必要がある。本研究では、DNA/RNAワールドにおいて特異な機能をもつリボザイムなど各種のRNAやDNA、化学修飾の塩基対形成に及ぼす影響、RNAの特異領域を認識するタンパク質のX線解析によって,機能発現の詳細な構造を明らかにすることを目的として、研究計画に従って着実に進展している。今年度はX線解析の最大の関門である目的分子の結晶化を重点的に行った。その結果、高活性型deoxyribozymeの結晶化に成功し、2000年11月に岡山で開催された核酸シンポジウムで発表した。最小のリボザイムとして設計されたマキシザイムや鉛リボザイム、retro virus HIVのRNAキッシングdimerについても合成し、これらの微結晶を得た。その一部は8月に東京で開催されたRNA学会で報告した。N^4-methoxycytosineを含むDNA12量体のX線解析によって、DNA中のcytosine残基がmethoxyamineによって損傷を受けた場合の突然変異機構を明らかにし、12月に米国ホノルルで開催された環大平洋化学会議で発表した。また、活性酸素によってthymine残基が損傷を受けたDNAについてもX線解析し、8月にフランスのナンシーで開催されるヨーロッパ結晶学会年会で研究成果を発表した。高い安定性を示すヘアピン形DNAの7mer、8mer、9merについては結晶化に成功し、現在X線解析が進行中である。また、そのヘッド部分の塩基配列に変異をかけた8merについても新規の構造が得られつつある。好熱菌Bacillus stearothermophilus由来のロイシルtRNA合成酵素については、発現系の構築中である。Influenza VirusのNS1タンパク質については、そのN末ドメイン、C末ドメイン、NS1とglutathione transferaseとの融合タンパク質の発現系の構築に成功した。本研究では、DNA/RNAワールドにおいて特異な機能をもつリボザイムなど各種のRNAやDNA、化学修飾の塩基対形成に及ぼす影響、RNAの特異領域を認識するタンパク質のX線解析によって,機能発現の詳細な構造を明らかにすることが目的であり、計画に従って着実に進展している。

今年度は、チミン残基が活性酸素で損傷を受けたDNAオリゴマーのX線解析に成功し、損傷部位の5-ホルミルウリジン残基がアデニンとはWatson-Crick対を形成し、グアニンとは新しいタイプの逆ワッブル形の塩基対を形成することを見出した。この成果を論文1報とヨーロッパ結晶学国際会議および核酸化学シンポジウムで発表した。また、メトキシアミンによる損傷DNAオリゴマーの高分解能X線解析(分解能1.6Å)で明らかにしたN-メトキシシトシン残基の塩基対合形式を、論文3報ならびにアジア結晶学連合国際会議で発表した。一方、修飾残基Ψを含む核酸のX線解析によって、tRNAの構造および機能に及ぼすΨ残碁の役割を解明した。この結果を生体分子科学討論会で発表した。NS1のフルサイズおよびRNA結合ドメインをコードしている遺伝子の上流にGSTの遺伝子を結合させ、大腸菌内でこの融合タンパク質を発現させることに成功した。この結果を化学系7学協会連合東北大会で発表した。高い安定性を示すヘアピン形DNAの8merと9merについてはX線解析に成功し、核酸化学シシポジウムで発表した。応用を目指した機能性リボザイムであるマキシザイムの結晶化についてRNA学会で発表した。好熱菌Bacillus stearothermophilus由来のロイシルtRNA合成酵素については、配列決定と発現系の構築を行っている。本研究では、DNA/RNAワールドにおいて特異な機能をもつリボザイムなど各種のRNAやDNA、化学修飾の塩基対形成に及ぼす影響、RNAの特異領域を認識するタンパク質のX線解析によって,機能発現の詳細な構造を明らかにすることが目的であり、計画に従って着実に進展している。今年度は、X線解析の分解能を改善することによって、活性酸素ラジカルによって損傷を受けたチミン残基(5-ホルミルウリジン残基)とグアニンが逆ワッブル形の塩基対を形成することを確認した。tRNAのアンチコドンに存在する5-ホルミルシトシン残基の役割を明らかにするために、これを含む核酸のX線解析によって、グアニンとはWatson-Crick型の対を形成することを、分子軌道法による考察から、アデニンとはイミノ型の互変異性体がWatson-Crick様の対合が可能であることを明らかにし、日本結晶学会で報告した。修飾残基のシュードウリジンΨについても、これを含む核酸のX線解析結果を日本RNA学会年会で報告した。平行二重らせん構造については、配列CGAAが単独でも平行二重らせん構造を形成することを発見し、核酸化学シンポジウムで発表した。インフルエンザウイルスのNS1タンパク質の発現系の再構築を行った。マキシザイムについてはヘテロダイマー型の構造組成について、日本RNA学会年会で報告した。超好熱菌pyrrococcus KOD1由来のロイシルtRNA合成酵素の発現系の構築に成功した。HIVウイルスのRNAゲノム二量化開始部位のRNAのX線解析を行った。本研究は計画に従って着実に進展した。特異な性質をもつ種々のDNAフラグメントのX線解析では予想以上の成果を得た。
シリコン原子波の位相制御技術の開発

シリコン原子をレーザー冷却すると、同位体分離できるだけでなく、初めて、シリコン原子から原子波としての振る舞いを引き出すことができる。原子波であれば、光と同じように空間的に位相制御でき、原子波ホログラフィーが実現できる。シリコン原子波の原子波ホログラフィー技術を開発する上で極めて重要な要素技術である、シリコン原子に共鳴できる単一周波数、高輝度ナノ秒深紫外コヒーレント光源の開発、同光源の周波数安定化技術、周波数走査技術、周波数微調技術の開発、さらには原子層堆積技術によりシリコン原子波ミラーの開発を行った。シリコン原子波で原子波ホログラフィーが実現できれば、同位体シリコン原子を実像として空間的に配列できる技術に繋がる。したがって、研究全体の最終目標をシリコン原子波の原子波ホログラフィー技術の開発に設定し、同技術を開発する上で極めて重要なシリコン原子波の位相制御技術の開発を、3年間で実現を目指している。平成18年度は、シリコン原子波の位相制御技術の開発に必要な、単一周波数、高輝度ナノ秒深紫外コヒーレント光源の開発及びシリコン原子波ミラーの原子層堆積技術の開発を行なった。具体的には、単一周波数波長可変レーザー(波長可変、瞬時線幅1MHz以下)を用いて、ナノ秒チタンサファイヤレーザーの共振器に縦モード及び横モードの両整合を図ることで、効率よく注入同期を実現できた。さらには2個の非線形結晶により第3高調波を発生させることで、直接シリコン原子に共鳴できるほどの、単一周波数ナノ秒深紫外コヒーレント光源を開発した。シリコン原子波ミラーの原子層堆積技術の開発に関しては、世界で初めて、シリコン原子波の原子波ミラーを設計した。さらに、シリコン原子波ミラーを作製するための、原子層堆積技術を開発した。シリコン原子波の原子波ミラー作製において、高屈折率材料の膜厚精度は1nm程度であり、膜厚の制御が極めて難しいことが判明している。そこで、研究代表者が以前軟X線ミラー作製において開発した、酸化物の原子層堆積法を適応した。同原子層堆積法を用いることで、原子波ミラーの構成要素であるAl_2O_3薄膜とTi_xAl_yO_z薄膜からなる原子寸法精度のデジタル堆積技術を開発した。原子波であれば,光と同じように空間的に位相制御でき、原子波ホログラフィーが実現できる。平成19年度は、シリコン原子波の位相制御技術の開発に必要な、単一周波数、高輝度ナノ秒深紫外コヒーレント光源の周波数安定化技術の開発とイオンビームスパッタ法によるシリコン原子波ミラーの作製を行った。具体的な研究実績は、まずナノ秒チタンサファイヤレーザーの共振器に常にシード光の縦横モード整合をとり、周波数を安定化させる技術を開発した。さらにシード光の周波数を変化させても絶えず効率よく注入同期できる制御システムを開発した。周波数安定化した単一周波数近赤外光を非線形結晶により波長変換させることで、直接シリコン原子に共鳴できる、単一周波数ナノ秒深紫外コヒーレント光源を開発した。次にシリコン原子波ミラーを作製するための、イオンビームスパッタ技術を開発した。シリコン原子波の原子波ミラー作製において、高屈折率材料の膜厚精度は1nm程度であり、膜厚の制御が極めて難しいため、イオンビームスパッタ条件を調査した。条件だしされたイオンビームスパッタ法により高屈折率材料と低屈折率材料の2層膜からなるシリコン原子波ミラー構造を作製した。本研究ではシリコン原子波の原子波ホログラフィー技術を開発する上で極めて重要なシリコン原子波の位相制御の基盤技術の開発を目標とした。平成20年度は、シリコン原子波の位相制御技術の開発に必要な、位相制御の対象になる低速シリコン原子ビーム源開発を行なうとともに、その位相制御用の単一周波数、高輝度ナノ秒深紫外コヒーレント光源の周波数走査技術、周波数微調技術を開発研究を行った。シリコン原子波の位相制御を行なうためには、低速シリコン原子ビーム源が必要である。加速電圧を下げることでシリコンロッド表面の電子ビーム蒸発により低速なシリコン原子ビームを発生させる、低速シリコン原子ビーム源を開発した。次に、単一周波数、高輝度ナノ秒深紫外コヒーレント光源の周波数走査技術の開発を行なった。

ナノ秒チタンサファイヤレーザーの共振器に常にシード光の縦モード整合と横モード整合をとり、周波数を安定に走査できる技術を開発し、周波数安定化した単一周波数近赤外光を非線形結晶で波長変換させることにより、シリコン原子共鳴吸収付近で微調できる、単一周波数ナノ秒深紫外コヒーレント光源を開発した。さらに位相変調器による単一周波数、高輝度ナノ秒深紫外コヒーレント光源の周波数微調技術の開発を行なった。構成は特性の揃った非線形結晶であるβバリウムボレート結晶を4つ用い、深紫外領域の位相変調器を開発した。この位相変調器を周波数シフターとして用いて、シリコン原子共鳴吸収付近で微調できる、単一周波数ナノ秒深紫外コヒーレント光源を開発した。
北海道小樽付近の熱水性鉱化作用、とくに酸性変質作用の研究

わが国の重要な鉱床地帯である、東北日本グリーンタフ地域の北の延長として、西南北海道には数多くの鉱床が知られている。本研究の対象地である小樽付近も、昭和40年代末には「広域調査」の対象地となった。その後、世界各地での酸性熱水作用に伴う金鉱床の発見から、酸性熱水による鉱化作用が注目されている。小樽市赤岩は北の日本海に急崖が臨み、高低差300mにわたって調査出来るが、広域変質岩であるプロピライト中に珪化岩が点在する。随伴鉱物から、中心部のパイロフィライト帯、上方の明礬石帯、および側方のカオリン帯に区分され、その分布は温度の低下と熱水の酸化による酸性化によって説明可能である。酸性を示すと思われる、ダイアスポア、ズニ石などAlに富む鉱物も各所で見出される。また熱水の通路を示すと思われる、逆級化をしめす角礫岩脈、湯沼堆積物を示唆する成層明礬石石英岩も見出された。流体包有物の均質温度、イオウ同位体の分別から推定される温度は220°C程度であった。赤岩の南南東約13kmの朝里地区には、かって明礬石の探鉱が行われたという記録があるが、それ以外にも珪化岩があり、明礬石、パイロフィライト、カオリン等が存在し、赤岩と類似した条件で生成されたものであろう。その産出点は、従来の報告と異なり、石英の結晶片を大量に含む酸性凝灰岩で、一部は溶結している。赤岩、朝里両地区からの明礬石それぞれ2試料について、K-Ar年代を測定(外注)した。赤岩での約10Maという値、朝里の5Maと、朝里の南、約10kmの豊羽鉱山でさらに若い1Ma以下という値の報告されていること、さらにその東方に地熱地帯の存在することを考えると、この地域の中新世以降の鉱化作用は北から南へ、順次移動していったものと推定される。小樽市赤岩海岸の酸性変質岩についてはこれまでも予備的調査を行って来たが、本年度は本補助金で購入した粉砕機を用いてX線回折実験を続け鉱物の帯状分布を精密化した。それによると、この地域の広域的母岩であるプロピライトは緑泥石ーモンモリロン石帯、絹雲母(ーモンモリロン石)帯、カオリン帯を経て数メ-タ-以内で珪化帯に移化している。前2者の粘土鉱物の格子面間隔は珪化帯からの距離に応じて規則的に変化している。珪化帯にはパイロフィライト、ダイアスポア、ズニ石等も発見された。赤岩海岸には、高低差約300mの急崖が連なり、その傾斜はときに45°を越えている。本年度はその一部を調査し、これまでどこからも報告されていない、堆積構造を持つ層状明礬石ー石英岩を発見した。周囲には粗粒の角礫岩相があり、珪化岩の間に点在した径数十m以下の小規模の湯沼群の中の堆積物と推定される。層状明礬石ー石英岩の存在以外のこの上下300mの間の主な相違点は、1)上部の方が珪化岩の発達が著しい(粘土化帯が浸食されてしまった可能性もある).

2)カリウムを含む鉱物として、下部では珪化帯の周りに絹雲母が存在するのに対して,上部では珪化帯中に明礬石がある.である。これは下部の還元的な酸性鉱液に溶脱されたKとAlが、上昇するにつれて生成する硫酸イオンと結合して明礬石を析出すると解釈される。明礬石と黄鉄鉱が酸化して生成したと認められる鉄明礬石との間のイオウ同位体比を測定した結果、熱水液中でのイオウの酸化は温度200ー250°C程度で起こったと推定された。これは海岸のダイアスポア中の流体包有物の均質化温度と対応する値である。小樽市赤岩海岸の酸性変質岩については昨年度の調査で採取した明礬石のうち、産状の異なるもの2種、すなわち属状のものとポアを埋めるものとからそれぞれ1試料を選び、外注によりKーAr年代を測定し、10Maという値を得た。この値は豊羽鉱山をはじめ、近傍の鉱床について得られるいくつかの若い年代より古い中新世を示し、鉱化期の考察にとって重要である。昨年下部(標高150m以下)の珪化帯で発現されたズニ石、パイロフィライト、ダイアスポア等が上部の細脈中で発見された。これと同様の脈が、堆積構造を持つ属状明礬石ー石英岩の周囲の粗粒角礫岩に、礫として見出される。これ鉱化作用を考察する重要なデ-タである。角礫岩脈には多孔質で、上方粗粒化の見られるものがある。これは上向きの水流を示し、上方に存在の推定される(平成2年度)湯沼への熱水の通路の一つを示すものであろう。本年度は赤岩に加えて朝里地域の酸性変質岩についても予察的調査を行った。本地域にも珪化岩の存在することは知られていたが、今回その中にトパ-ズが発見され、赤岩より高温の可能性を示している。従来の地質図で花崗斑岩とされていた地域には、直径数mmに達する石英粒を含み、一部に溶結様組織を示す岩石が分布し、酸性凝灰岩の可能性がある。本地域にも明礬石が存在し、長石を思わせる形の中が明礬石によって埋められていることもあり、変質作用のメカニズムの解明に重要である。比較のため登別大湯沼の明礬石類を検討した。ここの明礬石にはきわめてNaに富むもの(natroalunite)があり、それを生成した溶液は高Na/K(>10)で、蒸気の凝縮した熱水が推定される。小樽市赤岩の酸性変質地帯については、本年度も調査・研究を続行した。下赤岩山の西北に深くえぐられた谷の調査の結果、山体の中心部の下部に広くパイロフィライトの分布し、上方へ明礬石の増加することが判明した。下赤岩山の頂上付近には塊状の珪化岩が発達し、明礬石を伴っている。このことは下部から上昇して来た熱水の酸化による硫酸イオンの生成と熱水の酸性化を示すものと解釈される。明礬石の出現する下限近くに硫砒銅鉱が発見されたが、これも鉱液の酸化に伴うfs_2の上昇を示すものである。また一部の明礬石のコアに、熱水活動の中心部を示すとされている、アルカリ土類やPを含む部分が見出された。赤石の南南東約13kmの朝里地区には、かって明礬石の探鉱が行われたという記録があるが、それ以外にも珪化岩があり、明礬石、パイロフィライト、カオリン等が存在し、赤岩の類似した条件で生成されたものであろう。その産出点は、従来花崗斑岩と示されていたが、石英の結晶片を大量に含む酸性凝灰岩で、一部は溶結している。明礬石探鉱跡と変質岩に伴うものと2ケ所から採取した明礬石のK-Ar年代を、外注により測定し、約5Maを得た。平成3年度に得た、赤岩での約10Maという値、朝里の5Maと、朝里の南、約10kmの豊羽鉱山でさらに若い1Ma以下という値の報告されていること、さらにその東方に地熱地帯の存在することを考えると、この地域の中新世以降の鉱化作用は北から南へ、順次移動していったものと推定される。なお京都で行われた第9回万国地質学会議の巡検(A04)に赤岩が含まれた。
AFM技術を用いた液体超薄膜の面内・面外高速流動特性に関する実験的研究

本研究の目的は、液体超薄膜(厚さ数nm)の面内・面外高速流動特性を実験的に解明し、学術的考察のみならず、微小機械の潤滑設計指針を得ることである。具体的には、i)原子間力顕微鏡(AFM)を用い、液体超薄膜の高速流動特性を超高精度に測定する手法を確立し、次に、これを用いて、ii)面外高速振動に対する液体超薄膜の流動特性、およびiii)面内高速摺動に対する液体超薄膜の流動特性を、種々の実験条件下で解明する。平成16年度は、超薄膜液体の高速流動特性のさらなる高精度計測に向けて、AFMカンチレバーの振動特性および一般的にAFMに用いられている光てこ法による振動計測について、理論的・実験的に検討を行った。まず、カンチレバー先端に集中質量がある場合(探針を想定)の振動特性解析を行った。その結果、カンチレバー全体の質量と集中質量との質量比により、補正係数が変化することを定性的に明らかにした。ここで補正係数とは、光てこ法がカンチレバーのたわみ角を測定しているため、これを変位振幅に変換する係数のことである。補正係数は、振動周波数にも依存している。次に、カンチレバー先端にばねが付加された場合(ファンデルワールス力やメニスカス力など、試料との相互作用を想定)の振動解析を行った。その結果、カンチレバーの静的ばね定数と先端付加ばねとのばね定数比によって補正係数が変化することを示した。さらに、本研究で製作したピエゾ素子振動特性測定装置を用いて加振部の振動特性計測を行うとともに、AFMでカンチレバー先端の振動特性計測を行った。得られた2つの結果から、カンチレバーの振幅比を実験的に求めることに成功した。具体的には、i)原子間力顕微鏡(AFM)を用い、液体超薄膜の高速流動特性を超高精度に測定する手法を確立し、次に、これを用いて、ii)面外高速振動に対する液体超薄膜の流動特性、およびiii)面内高速摺動に対する液体超薄膜の流動特性を、実験的に解明する。特に、ii)、iii)については、高速流動特性の種々の実験条件(周波数、固体2面間距離、摺動速度、雰囲気、液体の種類など)に対する依存性を明らかにするものである。初年度(平成14年度)は、高速流動特性を超高精度に測定するため、まず、原子間力顕微鏡(AFM)を購入し、基本的操作方法の修得および装置の基本特性把握を行った。特に、ピエゾ素子を振動させ、カンチレバーの共振周波数を見出す機能(レパーチューン)と、共振周波数の変化で表面形状を測定する手法(ダイナミックモード)について、本研究への適用可能性を検討した。その結果、修正・改良が必要ではあるが、これらの機能は本研究の測定に有用であることがわかった。また、液体超薄膜の高速流動特性を測定するための実験手順およびハードウェアおよびソフトウェアの要求性能を詳細に吟味し、必要な修正および新規部品と機能の追加を検討した。さらに、液体超薄膜の流動特性に関する基本物性としての接触角・表面張力を測定するための装置を購入した。以上のように、液体超薄膜の高速流動特性を超高精度に測定するため、必要な機器の購入と修正・改良を検討し、実験装置の開発および実験手法の確立に向けた指針を明らかにした。平成15年度は、超薄膜液体の高速流動特性の高精度計測に向けて、AFMカンチレバーの静的たわみ特性、非減衰振動特性、ばね定数計測手法などについて、理論的・実験的に検討を行った。まず、静的たわみ特性については、購入したAFMに使用されている光てこ法による4分割フォトダイオードの出力について、その理論的定式化や線形範囲の検討などを行い、高精度計測を行う際に必要なキャリブレーションに関する理論的バックグラウンドを確立した。次に、短冊形カンチレバーの非減衰自由・強制振動の理論解析を行い、その特性を明らかにした。光てこ法を用いてカンチレバーの振動振幅を測定した場合、実際の振幅とは異なる計測結果が得られることを明らかにし、これを補正するための補正係数を振動周波数の関数として求めることに成功した。これは、特にAFMのダイナミック計測における高精度化に有用な結果である。また、カンチレバーの応答特性を測定し、そこから得られる固有振動数を用いてカンチレバーのばね定数をより高精度に求める手法を確立した。さらに、流動特性の超高精度計測の基礎となるピエゾ素子の振動特性測定を行うための装置を作製し、その性能を確認した。以上のように、液体超薄膜の高速流動特性を高精度に測定するために必要な基本的特性の解明を、理論的・実験的に推進した。