hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
多発性硬化症におけるＮＯＴＣＨ４機能ブロックによる画期的治療法の開発

Notch4はヒト血管に発現し、血管の発達に関与していると考えられてきたが、我々の研究でNotch4遺伝子多型は多発性硬化症(MS)に抵抗性を示すことが明らかとなった。これをふまえて、Notch4機能を解析するため、マウスMSモデルの脊髄におけるNotch4の機能、およびNotch4遺伝子変異マウスにおけるMSモデルの症状修飾を解析した。まず、マウスではNotch4蛋白は血管内皮にはあまり発現せず、ある種の白血球に発現が見られ、樹状細胞である可能性が示唆された。Notch4遺伝子変異マウスではMSモデルの発症促進および症状悪化がみられ、Notch4は新たな治療標的となりうる可能性が示唆された。多発性硬化症ではNotch4遺伝子多型により罹患率の変化が見られることを、当科のHuangらが報告した(Mult Scler 2013)。この結果に基づき、Notch4機能が神経炎症性疾患に及ぼす影響を解析するため、我々はマウスに実験的自己免疫性脳脊髄炎(EAE)を誘発し、病理所見を検討したところ、脊髄EAE病変部では、浸潤炎症細胞の一部にNotch4mRNA陽性細胞が散見された。これらの細胞種類を同定するため、同マウスの脾臓を抗Notch4抗体で染色したところ、marginal zoneにNotch4陽性細胞がみられた。これらの細胞は、健常マウス脾臓と比較しEAEマウス脾臓で減少していたことから、中枢神経炎症に伴って脾臓から脊髄病変部へ動員されている可能性が示唆された。また、脾臓におけるこれらの細胞の分布は、CD11c陽性樹状細胞と一致していたことから、樹状細胞の一部であることが推察された。今後はNotch4遺伝子改変マウスにおけるEAEの臨床症状、病理所見を観察・検討し、Notch4陽性細胞の機能解析を行う予定。平成24年度は、多発性硬化症モデルマウス(実験的自己免疫性脳脊髄炎、EAE)脊髄病変におけるNotch4蛋白の発現を免疫染色で解析しようと試みたが、市販の抗体4種類すべてで特異的染色像が得られず、困難を極めた。ウエスタンブロット法による同蛋白の同定やrealtime rt-PCRによる発現遺伝子の解析は現在進行中であるが、Notch4蛋白の発現は限られており、トータルの発現を見るのに適しているウエスタンブロットやPCR法では局所における有意差を検出するのは困難であった。現在は免疫染色法の再検討とin-situ hybridizationを検討している。また、Notch4ノックアウトマウスの当研究室導入に関しては、本学動物実験計画書の度重なる変更依頼や海外からの実験動物導入遅延により現時点では結果に乏しい。現在は実験動物を繁殖中であり、必要数がそろい次第当初の計画にあったEAEへの影響を検討する。平成24年度は、野生型EAEマウスの解析を主に行った。しかしながら標的蛋白Notch4は当科が独自に行なった患者データから見出した新規自己抗原候補蛋白であるため、その解析は未知の部分が多く、特にマウスモデルにおける解析は前例がないため困難を極めている。免疫染色が困難であるため、当初の解析計画を再検討している。Notch4ノックアウトマウスについても、動物実験計画書の承認および動物の搬入に時間がかかっており、現在は動物数を増やすため繁殖している段階である。平成25年度の早い時期にこのノックアウトマウスを用いたEAEモデルの作成および解析を行い、さらにNotch4に対する抗体投与によるEAE臨床経過の修飾を試みる。平成24年度に予定していたEAEマウス脊髄におけるNotch4発現に関する組織学的解析を継続する。当初は免疫染色を行なう予定であったが、特異的染色が困難であるため、in-situ hybridization法にて再度検討予定である。また、Notch4ノックアウトマウスもようやくその数が揃いつつあるので、これらを用いたEAEモデルマウスの作成を早急に行なう。上記実験にもちいる試薬、および実験動物維持管理費に使用する予定。
未知なる甲状腺幹細胞を探す―甲状腺は再生する臓器か？―

甲状腺再生の有無を調査するため、再生に必要な幹細胞(もしくは癌幹細胞)存在の有無を検討した。幹細胞・癌幹細胞遺伝子としてOct4が重要な因子とされているが、この遺伝子発現を誘導する手段として我々はマイクロ波を利用した方法を確立し、甲状腺未分化癌から(癌)幹細胞を誘導する可能性を形態学的・分子生物学的に示した。マイクロ波照射(2450MHz、47°C)後、未分化癌の細胞形態が変化し、細胞接着が低下することが示された(spheroid形成)。さらにOct4遺伝子発現が有意に増加することが示され甲状腺(癌)幹細胞である可能性を示唆した。(癌)幹細胞の存在は今後の甲状腺再生の可能性を示すものである。1マウス甲状腺切除術を施行後,残存甲状腺を1週間2週間後に取り出しHematoxylin-eosin染色(HE染色)で検索した結果、特定の領域で甲状腺組織再生を確認した。さらに甲状腺組織再生部で、幼若な淡明細胞が多数出現することが判明した。2再生部位における免疫組織化学的検討により、組織幹細胞に関連するCK14陽性細胞・Foxa2陽性細胞が再生中心部に存在することを確認した。3電子顕微鏡的観察により、甲状腺再生には幼若な細胞の出現と細胞死により甲状腺濾胞が形成されることも確認した。4甲状腺切除後、2日、7日、14日で血中TSH(甲状腺刺激ホルモン)・T4(甲状腺ホルモン)を測定した結果、甲状腺再生時期にTSH値が上昇し、T4値が回復することが判明し、甲状腺再生にTSHが関係していることが示唆された。5甲状腺再生部の凍結標本を作成後、mRNAを回収・増幅後、cRNAmicroarrayを行った結果、癌・細胞死・胎生期甲状腺発生に関連する遺伝子発現を認めた。以上の1-5の結果から甲状腺再生には、甲状腺前駆細胞あるいは幼若細胞が出現し、癌関連遺伝子・細胞死関連遺伝子・胎生期甲状腺発生関連遺伝子が系統的に発現することで組織再生がなされることが示唆され、組織再生に関連して成熟甲状腺組織内に幹細胞が存在する、あるいは分化した甲状腺細胞が前駆細胞・幼若細胞に脱分化する可能性が示唆される。6以上5の甲状腺再生に特に癌遺伝子が関連していることに着目し、甲状腺癌に熱処理・物理学的処理を行うことで、甲状腺癌初期細胞(推定)を取り出し(学会発表)、現在発現遺伝子を検討中である。さらに胎児期甲状腺発生の関連遺伝子との関係の有無を検討中である。1マウス甲状腺切除術を施行後,残存甲状腺を1週間2週間後に取り出しHematoxylin-eosin染色(HE染色)で検索した結果,特定の領域で甲状腺再生を確認した.さらに甲状腺再生部で,幼若な淡明細胞が多数出現することが判明した.2再生部位における免疫組織化学的検討により,組織幹細胞に関連するCK14陽性細胞・Foxa2陽性細胞が再生中心部に存在することを確認した.3電子顕微鏡的観察により,甲状腺再生には幼若な細胞の出現と細胞死により甲状腺濾胞が形成されることも確認した.4甲状腺切除後,2日,7日,14日で血中TSH(甲状腺刺激ホルモン)・T4(甲状腺ホルモン)を測定した結果,甲状腺再生時期にTSH値が上昇し,T4値が回復することが判明し,甲状腺再生にTSHが関係していることが示唆された.5甲状腺再生部の凍結標本を作成後,mRNAを回収・増幅後,cRNAmicroarrayを行った結果,癌・細胞死・胎生期甲状腺発生に関連する遺伝子発現を認めた.以上の1-5の結果から甲状腺再生には,甲状腺前駆細胞あるいは幼若細胞が出現し,癌関連遺伝子・細胞死関連遺伝子・胎生期甲状腺発生関連遺伝子が系統的に発現することで組織再生がなされることが示唆された.再生初期で出現する前駆細胞あるいは幼若細胞がどのようにして起こったのか,何に由来するのかの検討は今後の研究に引き継がれる予定であるが,成熟甲状腺組織内に幹細胞が存在する可能性あるいは分化した甲状腺細胞が幹細胞様細胞に脱分化した可能性が示唆される.1.ヒト甲状腺組織の再生について詳細な報告はない。その理由の一つは、ヒト甲状腺内で幹細胞が特定されていないことが挙げられる。マウス甲状腺については甲状腺切除術を施行後、特定の領域で甲状腺再生を確認し、幹細胞に関連する細胞が再生中心部に存在することが確認されている。甲状腺再生には、甲状腺前駆細胞あるいは幼若細胞が出現することも確認されている。再生初期で出現する前駆細胞あるいは幼若細胞は、成熟甲状腺内の組織幹細胞由来、あるいは甲状腺細胞から脱分化した幼若細胞由来の2つの説が可能性として考えられる。さらに甲状腺再生には癌関連・胎生期甲状腺発生関連・細胞死関連の各遺伝子が系統的に発現することで組織再生が起こることが示されている。

2.ヒト甲状腺再生を検討するため、遺伝子レベルで癌・胎生期甲状腺発生の両方に関係する癌幹細胞・幹細胞が、ヒト甲状腺組織・癌組織に存在するか?について検討した。とくに甲状腺未分化癌(幹細胞)は甲状腺幹細胞由来との説があり、甲状腺未分化癌と幹細胞について検討した。ヒト甲状腺幹細胞・癌幹細胞の存在の証明が、甲状腺再生が起こりえる根拠として重要と考えるからである。3.幹細胞・癌幹細胞遺伝子としてOct-4が重要な因子とされているが、この遺伝子発現を誘導する手段として我々はマイクロ波照射を利用した方法を確立し、結果として甲状腺未分化癌から癌幹細胞を誘導する可能性があることを示した。4.マイクロ波照射(2450 MHz、47°C、30分間)後、甲状腺未分化癌の細胞形態が変化し、細胞接着が低下することが示された(spheroid形成)。さらにOct-4遺伝子発現が有意に増加することが示され甲状腺癌幹細胞としての可能性を示した。5.甲状腺未分化癌からマイクロ波照射で誘導されるこのSpheroid細胞と癌幹細胞・組織幹細胞との関係を明らかにすることが今後の研究課題と考える。甲状腺再生平成25年度計画であった1甲状腺再生部位の培養条件検討が思うように進まなかった。2甲状腺切除後、再生部位における幹細胞・脱分化細胞を明らかにできなかった。3甲状腺幹細胞をクローニングできなかった。4マウスにクローニングされた甲状腺幹細胞を移植する実験にまで到達できなかった。ただし、5甲状腺組織再生で発現する甲状腺癌関連遺伝子を検討するのに、一定の条件下で甲状腺癌初期細胞(推定)を作り出し、現在、この細胞について発現遺伝子を検討中である。甲状腺再生と甲状腺癌初期細胞との比較検討実験は進んでいる。平成24年度計画であったマウス甲状腺切除後の病理組織学的・免疫組織化学的・電子顕微鏡的検討がなされ,1甲状腺再生が明らかにされたこと,2甲状腺再にかかわる前駆細胞あるいは幼若な細胞を明らかにしたこと,3甲状腺再生に関係する発現遺伝子を明らかなにしたこと,4癌・胎生期甲状腺発生にかかわる遺伝子が,成熟甲状腺再生にも関係していることを示したこと,以上は本年度の実験計画に沿って予定通り進められて,結果を出していることはおおむね順調に進展していると思われる.マウス甲状腺切除後、甲状腺組織再生部位での幹細胞・脱分化細胞のクローニンングが難しく、今後は、甲状腺切除後の組織再生部で確認された癌遺伝子発現に関連する実験と平行して行う。1甲状腺組織再生部位における幹細胞・脱分化細胞存在の検討。2甲状腺癌初期細胞(前駆細胞)と推定[現在実験中]している細胞の分化度(幹細胞前駆細胞幼若細胞)の検討と発現遺伝子の検討。3甲状腺組織再生の発現遺伝子と甲状腺癌初期細胞発現遺伝子との比較検討。4甲状腺癌初期細胞(前駆細胞)の今後癌治療・再生医療への応用の可能性の検討。以上14を研究推進していく。本年度が最終年度であり、可能なかぎりスピードアップを進める。甲状腺再生部位の組織培養条件の検討と組織培養の確立を研究課題とする.方法として1再生部位を切除後,組織培養もしくはコラーゲンゲルマトリックス培養を行い再生の有無・培養条件(培養液,TSH濃度)を検討する.
次世代型高性能バイオ燃料電池の構築

本研究では、酵素を触媒に用いて、グルコースなど生体に安全・安心な燃料を電気エネルギーへ変換するバイオ燃料電池の高電流密度化へ向けた検討を行った。実用化水準の高電流密度を実現する可能性を有するレドックスポリマーをグラフト重合したカーボン三次元酵素電極において、電流密度を抑制している主要因が、酵素がカーボンへ物理吸着する際の変性・失活であることを示した。また、酵素の失活抑制に有効な手法を開発した。酵素を用いるバイオ燃料電池の電流密度は、レドックスポリマーをグラフト重合した微細カーボン粒子で構成された三次元電極を用い、仮に酵素が水溶液中と同じ速度で反応すれば、現在の百倍以上まで増加させられることが、モデル計算により分かっている。今年度の研究では、計算モデルが実証できていない原因の追究を行った。実験で得られる電流密度が低い要因としては、電極中に固定化された酵素の絶対量の不足、酵素とメディエータとの電気化学的な接触の不良、固定化した酵素の失活の3点が考えられる。電極の酵素溶液への含浸前後の蛍光強度測定および、透過型電子顕微鏡による直接観察から、電極中に固定化された酵素の絶対量は充分高いことが分かった。また、溶存メディエータを用いた電気化学測定の結果、レドックスポリマー中のメディエータと接触していない酵素の量と、接触している酵素の量は同程度であり、計算モデルで予想される電流密度と実験値との2桁の差の主要な原因ではないことが明らかになった。そこで、酵素固定化時の失活の影響を評価した。酵素を微細カーボン粒子へ吸着させ、溶液へ分散させて活性評価をしたところ、カーボンへの吸着時に酵素活性が10%程度まで減少していることが明らかになった。これは、疎水的な表面を有するカーボン粒子への吸着時に酵素が変性して失活しているためと考えられる。なお、電極では疎水的な結着剤を用いているため、酵素活性はさらに低下している可能性があり、吸着時の酵素の失活を抑制することが、電流密度を増加させるために必須であることが明らかになった。触媒に酵素を用いるバイオ燃料電池は、グルコースなど生体に安全・安心な燃料を利用できるが、電流密度が低いことが課題であった。申請者らが提案しているレドックスポリマーをグラフト重合したカーボン微粒子で構成された三次元酵素電極では、仮に酵素が水溶液中と同じ速度で反応すれば、現状の百倍以上の電流密度を得られることがモデル計算から示されている。昨年度までの研究により、現状の三次元電極で電流密度を制限している主な要因が、カーボン表面へ酵素が物理吸着する際の変性・失活であることが明らかにされた。本年度は、電流密度の増加へ向けてカーボン微粒子の表面修飾を行い、疎水的なカーボン表面の親水化が酵素活性へ与える影響を評価した。修飾剤としては、酵素の保護作用があることが報告されているトレハロースと界面活性剤、生体適合性高分子であるポリエチレングリコール(PEG)を検討した。未修飾のカーボンへの吸着と比較して、界面活性剤を用いた場合には酵素のカーボンへの吸着が抑制され、トレハロースとPEGを用いた場合には吸着後の酵素活性が増加したが、いずれも効果は大きくなかった。この理由として修飾剤のカーボン表面の吸着が充分ではない可能性が考えられたため、末端に疎水性のジアクリルグリセロール、またはコレステロールを有するPEGによりカーボン修飾を行った。その結果、ジアクリルグリセロール-PEGで修飾した場合は、酵素の吸着が大幅に抑制され、溶液中での酵素活性に対する吸着後の酵素活性が、未修飾の場合約8%程度であったのに対し、約36%まで増加した。したがって、酵素表面の親水化処理により、酵素の物理吸着に伴う失活・変性をある程度抑制できることが示された。生体のエネルギー変換システムを模倣し、酵素を触媒に用いてグルコースなど生体に安全・安心な燃料を電気エネルギーへ変換するバイオ燃料電池の高性能化へ向けた研究を行った。バイオ燃料電池を人体の近くで利用するポータブル機器や医療補助具の電源として用いるためには、電流密度を現状より2桁程度増加させる必要がある。これまでに提案したレドックスポリマーをグラフト重合した高比表面積カーボン三次元酵素電極では、従来の律速段階が解消され、モデル計算では電流密度の2桁の増加が可能であることが示されている。昨年度までの研究により、現状のカーボン三次元電極で電流密度を制限している主な要因が、カーボンブラック表面へ酵素が物理吸着する際の変性・失活であることが明らかにされた。また、カーボンブラックを表面修飾剤との混合により親水化することで、酵素の物理吸着に伴う変性・失活をある程度抑制できることが示された。本年度は、物理吸着時の失活抑制へ向けて、(1)カーボンブラックの化学処理による親水化と、(2)構造の剛直性が異なる酵素を用いた検討を行った。(1)では、カーボンブラックを酸処理により親水化することで、吸着による酵素活性の減少が抑制できることが示された。

(2)では、至適温度が約90°Cと高く、構造が強固で変性・失活しづらいことが予想される超耐熱性酵素として超耐熱性ラッカーゼを用い、中温性ラッカーゼと比較した。その結果、中温性ラッカーゼは物理吸着により失活したのに対して、超耐熱性ラッカーゼでは吸着酵素活性と溶液中の酵素活性がほぼ同じ値となり、吸着による失活が大幅に抑制された。以上、本研究により電流密度を実用化が可能な水準まで増加させるためには、酵素のカーボンブラックへの物理吸着時の失活抑制が必須であること、そしてカーボンブラック表面の状態制御と酵素の構造の両面から酵素の失活抑制が可能であることが示された。
臓器移植における新しい遺伝子治療を用いた免疫寛容誘導法の確立とその機序の解明

移植免疫においてはT細胞-抗原提示細胞間の副刺激を遮断することにより拒絶反応を抑制する試みがなされている。当研究室ではこの遮断について遺伝子治療を用いて行った。心移植:いずれのベクターによっても有意な免疫抑制効果を発揮し、両者の併用により更にグラフト生着期間を延長させたが、慢性拒絶は制御しえずドナー種特異的免疫寛容も誘導できなかった。肝移植:いずれか単独のベクターによっても急性拒絶反応を制御でき、ドナー種特異的免疫寛容も誘導できた。小腸移植:両者の併用によりグラフト生着期間を優位に延長させたが、慢性拒絶は制御しえずドナー種特異的免疫寛容も誘導できなかった。異種心移植(ハムスター-ラット):新規免疫抑制剤FK779を両ベクターと併用することにより100日以上のグラフト生着を見た。しかし慢性拒絶反応は制御し得なかった。アデノウイルスを用いた遺伝子治療の安全性を向上させる目的で、より少ないベクター量で十分な免疫抑制効果を得る試み、また導入された遺伝子の発現を制御する試みを行った。Ex-vivo:8時間、4°Cの冷保存により肝グラフトに十分な遺伝子導入を得、長期生着をみた。Modified Clamp Technique:肝重量の40%に相当する保存液にベクターを溶解させ肝臓グラフトに注入することにより、10分、4°Cと短時間の冷保存でも十分な遺伝子導入を得、長期生着を見た。Cre/loxP:このシステムを用いることにより遺伝子レベルで標的遺伝子の制御が可能であることが確認された。強力な免疫抑制効果を発揮するAdCD40Igに関しそのメカニズムを研究した。:高濃度CD40Igで誘導されるCD25陽性CD4T細胞によるAllo responseの制御によるものと考えられた移植免疫においてはT細胞-抗原提示細胞間の副刺激を遮断することにより拒絶反応を抑制する試みがなされている。:高濃度CD40Igで誘導されるCD25陽性CD4T細胞によるAllo responseの制御によるものと考えられた細胞間の副刺激を遮断する免疫抑制分子(CTLA4Ig,CD40Ig)を、ドナー投与、レシピエント投与で遺伝子導入することにより移植臓器の長期生着が得られることは様々な動物移植モデルで確認されている。しかし、ベクターの全身投与はウイルスの全身散布を引き起こし、これによる臓器障害などの問題点が指摘されている。肝移植において、遺伝子治療を臨床応用することを念頭においた場合、肝保存中のex-vivo遺伝子導入法が最も実際的な方法と考えられる。本研究ではCTLA4Ig遺伝子組込みアデノウイルスベクター(AdCTLA4Ig)を用いex-vivo投与においても全身投与と同様な効果が得られるか否かを検討した。ACIラット(RT1^<av1>)肝を摘出し4°CUW液中に一定時間保存後、LEWラット(RT1^1)へ同所性に移植した。AdCTLA4Ig添加UW液を門脈より注入し、そのベクター量と保存時間がグラフト生着に及ぼす影響を検討した。無治療群のグラフト生着期間(中央値)は9.5日であった。AdCTLA4Ig 5x10^8 pfu投与群では8及び12時間保存後の移植肝生着期間はそれぞれ62日(>100日x1)、>87.5日(>100日x3)であった。また、AdCTLA4Ig 1x10^9 pfu投与群では1、4、8、12時間保存におけるグラフト生着期間(中央値)は、それぞれ8日、54.5日(>100日x2)、>100日(>100日x4)、>100日(>100日x4)であった。ラット肝移植においてAdCTLA4Igを用いたグラフトへの肝保存中のex-vivo遺伝子導入により、グラフト生着期間はベクター量およびグラフト保存時間依存性に向上し、全身投与と同様の免疫抑制効果が得られることが確認された。今後は大動物においても同様な効果が得られるか否かを、また、その場合のベクター量と保存条件を検討する必要がある。

様々な動物移植モデルにおいて、CD40-CD40Lの副刺激を遮断する分子が移植片の長期生着延長効果を示すことが報告されている。我々もラット心移植モデルにおいてCD40Ig遺伝子組込みアデノウィルスベクター(AdCD40Ig)を用いた遺伝子治療を行うことにより移植心の長期生着を見ている。しかし作用メカニズムに関しては未だ解明には至っていない。我々はラット心移植モデルにおいて、1.AdCD40Igによる遺伝子治療を施した心移植ラットにも未治療ラットと同様のT細胞浸潤が認められる。2.治療効果にはCmaxで>1mg/mLと非常に高い血中濃度が必要とされることを見出し、高濃度のCD40Igにはeffector phaseで拒絶を抑制するメカニズムが存在するとの仮説のもと試験を行った。LEWをresponder、ACIをstimulatorとしたMLRにCD40Igを反応惹起時に添加し、5日後の増殖とcytokine量を測定した。高濃度で加えたCD40Igは増殖およびIFNγの産生には影響を与えず、IL-2の産生のみ濃度依存的に亢進させた。ResponderをCD4とCD8 T細胞に分けて行ったMLRから、IL-2産生亢進に関してCD40Igの標的細胞はCD4 T細胞であると考えられた。また、高濃度CD40Ig(500μg/mL)を添加したMLRではIL-2依存的にCD25陽性CD4 T細胞(Treg)が増加していた。CD40Igにより誘導されたTregはin vitroでMLRによる増殖には影響を与えなかったが、CTL活性を添加したTreg数依存的に抑制した。これらより、CD40Igは高濃度でCD4 T細胞にIL-2の産生を亢進させ、regulatory活性のあるT細胞を誘導する。このT細胞がCD8 T細胞のkiller活性を抑制することにより、Allograftの生着延長が得られる可能性が示唆された。当科ではCD40Ig遺伝子組み込みアデノウイルスベクターを開発し、ラット肝移植モデルにおいて1×1^9pfuをレシピエントに移植後単回投与することで、移植肝の長期生着とドナー種特異的な免疫寛容が導入されることを証明した。しかし、アデノウイルスベクターの全身投与は、ウィルスの全身散布に起因する臓器障害や産生物質に対する免疫反応、炎症反応などを惹起させ得る。これらの副作用を軽減させるために、より少ない量で十分な遺伝子導入効率を得ることを目的にして安全な投与経路、投与方法について研究を進める必要があるが、ex-vivo投与はグラフト摘出後、put-inまでの冷保存時間中に遺伝子導入することにより移植臓器に選択的に遺伝子導入でき、ウイルスの全身散布を避けることができるという利点を持つ。ex-vivo投与による遺伝子導入法に関しては、最近、Clamp Technique (CT)を用いることで遺伝子導入効率を上げることができるとの報告がある。これは、肝重量の40%に相当する容量のUW液にベクターを溶解、摘出肝の上下の肝静脈を遮断した状態で溶解液を注入することにより肝臓の末梢の血管床にもベクター溶解液が浸透し、遺伝子導入効率の向上に繋がるものである。
フラクソンの量子論

本研究は,長いジョセフソン接合中のトポロジカルな素励起であるフラクソン(磁束量子)の量子力学的特性の解明とその応用を目的とし,以下の結果を得た.(1)フラクソンの量子透過共鳴現象を通して,その量子性を明らかにした.また,(2)それを用いてフラクソン量子情報処理技術を構築した.さらに,(3)量子力学における根幹問題である「アインシュタインの月」のパラドックスに対して,統計処理を必要としない新しいスキームを提案した.本研究は,長いジョセフソン接合中のトポロジカルな素励起であるフラクソン(磁束量子)の量子力学的特性の解明とその応用を目的とし,以下の結果を得た.(1)フラクソンの量子透過共鳴現象を通して,その量子性を明らかにした.また,(2)それを用いてフラクソン量子情報処理技術を構築した.さらに,(3)量子力学における根幹問題である「アインシュタインの月」のパラドックスに対して,統計処理を必要としない新しいスキームを提案した.本年度は,フラクソン(磁束量子)の量子力学的性質を調べるため,フラクソンの量子トンネル効果を調べた.(1)経路積分法による量子トンネル現象の定式化経路積分法は,システムの状態変化を遷移する経路(概ね古典経路)として捉える為,物理的直感がきき,なおかつ多自由度への拡張が容易である.このため,外部環境(多自由度)の下でのトンネル現象を定式化するうえで大変有効な方法である,本年度は,計画通り矩形ポテンシャルに入射するフラクソンに対する経路積分法を確立した.特筆すべき点は,経路分割を用いることによって,これまで困難であった境界での経路の接続問題を解決したことである.これによって,フラクソンが矩形ポテンシャルを透過する確率を計算し,これまで知られている計算結果との一致をみた.実際にトンネル確率を評価する際には,すべての経路を足し合わせる作業が必要で,最終的には設備費として予算計上した数値計算用の計算機を購入して数値計算を実施した.(2)経路積分法による摩擦を伴う量子トンネル現象の定式化上記の経路積分法を用いて,外部環境下にあるフラクソンの量子トンネル現象を調べた.フラクソンは膨大な数の電子対による環状電流によって形成されていることから,マクロな物理実体である.マクロ系の特徴は,ミクロ系では考慮する必要のない多自由度に由来する摩擦現象である.この摩擦現象を考慮して,フラクソンのトンネル効果に外部環境の影響が如何に関わるのかを研究した.すでに巨視系におけるトンネル現象は,Caldeira-Leggettによって定式化され,準安定状態からのフラクソン・トンネリングは加藤らによってなされている.ここで主張しておきたいことは,我々が解析しようとするモデルでは,自由粒子の透過(トンネル)過程だけではなく,反射(量子反射)過程をも含み,それらを統一的に取り扱うことができるという点に新規性がある.これによって,これまであまり議論されてこなかった,量子反射過程における摩擦の効果も理解することができる.したがって,今回得た知見は,量子トンネル効果における摩擦の効果に加えて,矩形ポテンシャル直上での起こる共鳴的量子反射過程に対する摩擦の影響である.この量子共鳴は,境界で共鳴的な反射が起こることによって形成されることを,遷移経路を分析することによって解明するとともに,共鳴時間とトンネル時間との関係を解明した.共鳴経路ではトンネル障壁領域に滞在する時間が長くなるため,摩擦の影響を大きく受けることが分かった.本年度は,前年度調査したフラクソン(磁束量子)の量子力学的特性を基に量子情報科学への応用として内部自由度を有する新しいタイプの新規量子ビットを提案した.1.半整数フラクソン量子ビットの提案通常のジョセフソン伝送線路と異なり,強磁性絶縁層を有する伝送路においては,フラクソンは半整数に量子化され,二つの半整数フラクソンが結合した新しい状態(半整数束縛フラクソン状態)を形成することを明らかにした.この状態では,フラクソンの相対運動による内部振動が生じる.我々は,この新しい振動を量子化して出現する量子状態を用いることによって,移動可能な量子ビット(半整数フラクソン量子ビット)を提案した.この量子ビットは,先に我々が提案したブリーザー量子ビットと異なり,トポロジカルな安定性を有する.2.フラクソンの相対論的量子論フラクソン(反フラクソン)は,ローレンツ不変性を有するサイン・ゴルドン方程式に支配され,相対論的粒子として振舞う,そして,それらが結合したブリーザーもまた,内部振動しながら移動する安定な相対論的粒子と考えられる,しかし,電流バイアス下では,ブリーザーはフラクソンと反フラクソンへと崩壊する.我々は,この量子力学的崩壊を調査し,ちょうど,素粒子の一つであるミューオンが崩壊するのと同様,量子崩壊に相対論的時間遅れが生じることを明らかにした.3.古典フラクソンによる量子操作古典フラクソンが,量子コンピュータの基本構成要素である量子ビットへ与える影響を調べた.結果,古典フラクソンを用いて量子ビットの結合を制御できることがわかった.そして,これを利用して制御NOT量子論理ゲートが構築できることがわかった.以上の結果を踏まえ最終年度となる来年度は,フラクソンの量子性を用いた量子論の根幹問題に挑戦するとともに,量子フラクソンならびに古典フラクソンを用いた量子情報科学についてさらに検討を進めたい.最終年度となる本年度は,フラクソンの量子性を用いた量子論の根幹問題に挑戦するとともに,量子フラクソンならびに古典フラクソンを用いた量子情報科学についてさらに検討を進めた.1.時間GHZの提案

量子力学は,ミクロ世界を記述するのに成功し,我々に新しい世界観をもたらした.しかし,その量子力学をマクロ世界に外挿してよいかどうかは,必ずしも自明なことではない.シュレディンガーは猫を例えに,重ね合わせの原理の非日常性を浮き彫りにし,量子力学の更なる理解を求めた.最近,ハイテクを用いて作り出された猫は,量子力学に軍配をあげようとしているが,決定的な証拠を得るにいたっていない.これに決着をつけるためには,マクロ実在論を否定し,量子力学の予言が正しいことを示す必要がある.この判定を与えるのが,1985年に提出された,Leggett-Garg不等式である.しかし,これはベルの不等式を基盤に時間領域に拡張したものであることから,統計処理を必要とし,不等式の破れにどうしてもあいまいさが残る.そこで,今回,不等式を必要としないGreenberger-Horne-Zeilingerの方法を時間領域で展開し,たった一回の実験で,量子力学の是非を判定する方法,時間GHZ法を構築した.2.量子編み機の提案静電的に結合した位相量子ビット列は,それに並走するフラクソンによって制御することができ,NMR類似の個別制御と組み合わせることによって,あたかも編み機のように情報を編みこみ,任意の量子計算が可能でることを明らかにした,さらに,このシステムには,量子誤り訂正が自然に導入できこともわかった.したがって,量子誤り訂正付き量子計算機の構築が可能となることがわかった.
転写の動的挙動の次世代への継承の解析

細胞間での遺伝子発現がばらつく変異株の単離を試みた結果、4種類の興味深い変異株が得られた。そこで、母細胞での転写の活性化状態が、娘細胞でどの程度失われているのか、遺伝子の転写を生細胞内で長時間計測するライブイメージング技術を用いて検討した。その解析の過程で、発生分化開始直後にはランダムな振る舞いをしていた発生の遺伝子が、発生分化開始後5時間で、細胞集団全体で同期して活性化と不活性化を繰り返すという非常に興味深い現象を発見し、その詳細なメカニズムを解析した。生物が発生分化のプログラムを遂行するためには、細胞内の分化を規定する情報が細胞分裂を介して正確に受け継がれることが必須である。これまで私は遺伝子発現動態に着目し、転写活性化状態が母細胞から娘細胞へと受け継がれていることを明らかにした。さらに、この維持機構にヒストンH3K4のメチル化が関与することを見出した。また、細胞分裂を繰り返すに従い遺伝子発現が大きくばらつく変異株を単離し、その解析を試みている。本研究では、私が独自に開発した転写を長時間にわたってライブセルイメージングする技術を用い、この変異株を詳細に解析することで、遺伝子発現動態が次世代へ引き継がれるメカニズムをさらに詳しく解明していくことを目的とした研究を行っている。本年度は、細胞分裂を繰り返すに従い、遺伝子発現がばらつく原因遺伝子を破壊した、遺伝子発現をモニターする細胞株を作製し、長時間にわたるライブセルイメージングを行った。現在、遺伝子発現動態が世代を超えて維持できなくなっているかどうかについて検討している。また、この解析の過程で発生特異的遺伝子の分化誘導後の動的挙動もモニターした。その結果、その遺伝子の転写が細胞集団全体で約6分おきに同期していることを発見した。さらに、その分子メカニズムを解明するためにアメリカの研究グループと共同研究を行い、約6分周期で見られるシグナルが、細胞表面のレセプターを介し、細胞内の転写因子を周期的に活性化することで、約6分周期の転写の活性化情報に変換されるという動的メカニズムを解明するに至った。これまで私は、転写の動的挙動をライブイメージングする技術を開発することで、転写活性化状態が母細胞から娘細胞へと受け継がれていること、さらにこの維持機構にヒストンH3K4のメチル化が関与することを見出した。しかし、その詳細なメカニズムは、未解明のままとなっている。そこで、細胞分裂を繰り返すに従い遺伝子発現が大きくばらつく変異株を単離することで、転写活性化状態の維持機構のさらなる解析を目指した。遺伝子発現が大きくばらつく変異株をREMI法(制限酵素仲介遺伝子挿入法)により単離した結果、4種類の興味深いばらつきを示す変異株が得られた。その原因遺伝子の同定を行った結果、原因遺伝子の一つはヒストンのメチル化に関わるものであった。そこで、このばらつきが増加した株に注目し、転写の活性化状態が世代間で維持されているのかどうか検討を行った。ここでは、私が独自に開発してきた転写の動的挙動を可視化するライブイメージング技術を用いた。現在、ライブイメージングにより得られた画像の解析を進め、母細胞から娘細胞への転写の維持がどの程度失われているのか検討している。また、この解析の過程で変異を加えていない株における発生分化特異的遺伝子の動的挙動もモニターした。その結果、その発生分化特異的遺伝子の活性化が、細胞集団全体で同期して起こるという非常に興味深い現象を発見した。発生生物学計画の目的であった細胞分裂を繰り返すに従い、遺伝子発現がばらつく遺伝子を破壊した細胞株を用いた解析が進行している。また、この解析の過程から発見された周期的遺伝子発現動態を解析することで、周期的なシグナルが周期的な転写の活性化情報に変換される動的メカニズムの解析に成功した。最終年度に当たる本年度は、研究成果をまとめるための実験を行う予定である。特に、得られた変異株を用いて遺伝子発現動態を計測し、転写活性化状態の維持機構を解明するための実験を精力的に進める予定である。研究の進行の都合上、実験補助パートタイマーを雇用する期間を短くした。そのため、人件費として確保していた予算のうち、一部使用しなかった。本研究で欠かせない技術である顕微鏡を用いたライブセルイメージングを行うための物品等を購入するための費用として使用することを計画している。
脳血管疾患患者の訪問リハビリテーションにおける自己実現の欲求の充足に関する研究

本研究では,訪問リハを利用している地域在住脳血管疾患患者の「自己実現の欲求の充足」の程度を調査し,現状を把握することを目的とした.また,訪問リハ介入が「自己実現の欲求の充足」に影響を及ぼすかどうかを検証した.その結果,地域在住脳血管疾患患者は地域の中高年者よりも「自己実現の欲求の充足」が低い可能性が示唆された.今回の対象では訪問リハ介入による影響は認められなかったが,訪問リハの効果判定指標として用いる必要性は高いと考えられた.訪問リハビリテーションの主な対象となる要介護認定者において、脳血管疾患は臨床上多くみられる疾患であり、退院後も在宅という現実生活の場で継続したリハビリテーションを必要とする者は多い。しかし、訪問リハビリテーションは、その効果判定指標が十分確立されておらず、療法士はリハビリテーションの提供期間や方法に関して統一した見解が持てていないのが現状である。リハビリテーションの効果判定指標としては、身体機能面、精神機能面など様々な視点で捉えられているが、“自己実現の欲求の充足"という視点で捉えている先行研究は見られない。本研究では“自己実現の欲求の充足"を効果判定指標とし、脳血管疾患患者に対する訪問リハビリテーション介入が“自己実現欲求の充足"に影響を及ぼすかどうかを検証することを目的とする。本年度は、指標に用いる尺度の選定を行った。当初の予定では、海外の自己実現尺度を日本語訳し信頼性・妥当性を検証することを目的としていたが、訳出している中で日本語では伝わりづらいニュアンスが数か所あり、更に回答形式も捉えにくい箇所があることが分かった。そこで先行研究を吟味し、使用する尺度を再検討した結果、信頼性と妥当性が検証されている既存の生きがい尺度(自己実現の内容を含むもの)を用いて調査することとなった。今後は、調査を実施し、“自己実現の欲求の充足"が訪問リハビリテーションの介入前後で変化を示すかどうかを明らかにしていく予定である。本研究の目的は,脳血管疾患患者の在宅におけるリハビリテーション(訪問リハビリ)介入が「自己実現の欲求の充足」に影響を及ぼすかどうかを検証することである.自己実現は生きがいと同義と定義する先行研究を支持し,「生きがい意識尺度(Ikigai-9)」を用いて調査を行った.調査は初回と3ヶ月後の全2回とし,秦野市リハビリテーション連絡会に所属する療法士に調査協力を依頼した.初回調査では脳血管疾患患者の生きがい感の現状を把握し,2回目の調査では訪問リハビリ介入による変化について検証する.調査対象は,神奈川県秦野市近隣の訪問リハビリを利用している脳血管疾患患者である.現在は,男性11名,女性6名の計17名に対して初回調査を実施している.結果は,Ikigai-9の総得点は男性27.2±7.4点,女性30.2±8.6点であった.下位尺度Iは男性9.7±3.2点,女性10.3±3.3点.下位尺度IIは男性9.9±2.7点,女性10.7±3.7点.下位尺度IIIは男性7.6±2.5点,女性9.2±2.6点であった.いずれも性別において統計学的に有意な差は認められなかった.しかし,地域の中高年者を対象とした先行研究の平均値よりも全体的に低い傾向を示した.平成27年度は,初回調査の対象者数を更に増やし,地域に在住する脳血管疾患患者の生きがい感について検討する予定である.また,各対象者の2回目の調査を実施し,訪問リハビリ介入によって生きがい感に影響を及ぼすかどうかを検証する予定である.本研究の目的は,脳血管疾患患者の在宅におけるリハビリテーション(訪問リハビリ)介入が「自己実現の欲求の充足」に影響を及ぼすかどうかを検証することである.自己実現は生きがいと同義とする先行研究を支持し,「生きがい意識尺度(Ikigai-9)」を用いて調査を行った.調査は初回と3か月後の全2回とし,秦野市リハビリテーション連絡会に所属する療法士に調査協力を依頼した.初回調査(対象37名)では,脳血管疾患患者の生きがい意識の現状を把握し,生きがい意識と運動機能の関連性について検証した.更に,2回目調査(対象31名)において訪問リハビリ介入による生きがい意識の変化について検証した.平成27年度は,初回調査の対象者数を増やし,更に2回目調査を実施した.初回時のIkigai-9の得点は,平成26年度の報告と同様に,地域の中高年者を対象とした先行研究の平均値よりも全体的に低い傾向を示した.Ikigai-9総得点とSIAS運動機能得点においては有意な相関は認めず,下位尺度とSIAS運動機能も有意な相関は認めなかったことから,生きがい意識を高める際に運動機能は直接関係しないことが示唆された.初回と2回目のIkigai-9総得点の比較では有意な差は認めず,Ikigai-9下位項目の比較でも有意な差は認めなかった.本研究では,訪問リハを利用している地域在住脳血管疾患患者の「自己実現の欲求の充足」の程度を調査し,現状を把握することを目的とした.また,訪問リハ介入が「自己実現の欲求の充足」に影響を及ぼすかどうかを検証した.その結果,地域在住脳血管疾患患者は地域の中高年者よりも「自己実現の欲求の充足」が低い可能性が示唆された.

今回の対象では訪問リハ介入による影響は認められなかったが,訪問リハの効果判定指標として用いる必要性は高いと考えられた.調査を開始することは出来たが,調査開始時期が予定よりもやや遅れてしまい,対象者数を増やすことが出来なかった.その為,生きがい感を指標にした調査結果に関する学会発表や論文投稿に着手しきれず,現時点での達成度を「(3)やや遅れている」と評価した.社会科学調査協力を得られる施設(療法士)が増える予定であり,調査対象者数は増加する予定である.また,既に初回調査を終えた方に対して2回目の調査を実施し,訪問リハビリの介入による影響を検討していく予定である.更に,同時に測定している脳卒中機能障害評価法(SIAS)を用いて,生きがい感との関連性を明らかにしていく.尺度選定に時間を要してしまい、調査の段階にまで至らなかった(尺度を変更したが、平成26年度は概ね当初の計画通り実施する予定)。また、関連領域学会での学会発表も出来なかった為、現時点での達成度を「(4)遅れている」と評価した。調査協力を依頼した各施設の療法士に対する謝金が不要となった.また,論文作成に至らなかった為,論文別刷費等も未使用となった.平成25年度にて選定した生きがい尺度にて訪問リハビリテーション介入前後の生きがい(自己実現の欲求の充足)を測定し、介入前後での変化の有無を明らかにする予定である。また、同時に身体的要因・精神的要因・社会的要因を測定し、生きがい尺度との関連性を明らかにする。調査データを多変量解析する為の統計解析ソフト(SPSS AMOS),関連学会への出張旅費,論文別刷費等の使用を計画している.尺度選定に時間を要してしまい、調査の段階にまで至らなかった。その結果、当初計上していた調査協力に対する謝金や旅費を今年度使用しなかった。また、関連領域学会での学会発表も出来なかった為、それらの旅費等も未使用となった。身体的要因を測定する為の機材、調査を実施する為の謝金、調査データを多変量解析する為の統計解析ソフト(SPSS AMOS)、関連学会への出張旅費などの使用を計画している。
昭和天皇「皇室外交」の政治史的研究－１９７０年から１９７５年まで－

2015年度は、昨年度調査収集した史料の整理と分析を適宜進め、本研究の最終目的である学位請求論文提出に向け、研究・調査・執筆に専念した。以下、本年度の研究実績である。第一に、戦後保守政権の昭和天皇外遊構想を検討し、それらが天皇の立憲君主的な「元首」化の推進に位置づくものであることを明らかにした。第二に、1971年昭和天皇訪欧を再検討し、具体的には、1天皇訪英をめぐる日英関係、2天皇訪欧と戦争責任問題の関係について明らかにした。第三に、昨年度の成果である昭和天皇訪米問題の政治力学について再検討し、同問題をめぐって保守政権と左派勢力の憲法解釈・運用が事実上一致した過程を明らかにした。第四に、1975年昭和天皇訪米をめぐる日米の政治的目的を検討した。具体的には、1三木政権の国内的な合意形成、2天皇の戦争責任問題対策、3アメリカ政府の方針を分析し、天皇訪米が、天皇の立憲君主的な「元首」化を定着させる一方、国内的には天皇の戦争責任論を顕在化させる反動をもたらした実相を明らかにした。以上は、196070年代において天皇を立憲君主的な「元首」として位置づける解釈が国内外で定着した過程を歴史学的に実証したものである。これらの成果は、学位請求論文「昭和天皇「皇室外交」の政治外交史的研究1964-1975」と題し、日本大学大学院文学研究科に提出した。審査および最終試験に合格し2016年3月に学位を授与された。なお、学位論文の成果の一部については、学会で発表し、本研究を発展させる示唆を得ることができた。史料調査については、主に1アメリカ国立公文書館と2沖縄県公文書館での調査実施が挙げられる。1では、国務省文書、在外公館文書等を調査し、1950年代後半70年代初頭の皇室関係文書を収集した。2では、同館収集の米国文書に加え、個人文書群に所収された天皇訪米関係文書を収集した。27年度が最終年度であるため、記入しない。2014年度の研究実績は、以下の通りである。第一は、昭和天皇訪米をめぐる日米関係を検討した。昨年度より調査収集した外交文書、米国国務省文書、フォード大統領文書を活用し、1971年から1975年までの日米間の天皇訪米決定の構造的力学を検討した。主に日米交渉の過程を分析し、天皇訪米の日米関係史上の意義を明らかにした。以上の成果は、研究会で口頭発表した。第二は、昭和天皇外遊に深く関わった佐藤政権と田中政権を分析対象とし、外遊決定の憲法運用をめぐる議論を丹念に検討した。まずは、戦後初の天皇外遊(訪欧)を極秘に検討した佐藤内閣を分析し、政府内の極秘協議の具体的内容および決定の過程を明らかにした。次は、天皇訪米決定の運用をめぐる国会論議を分析し、その決定のあり方(天皇が決定権を有す)が、田中内閣と日本社会党の対立のなかで妥協の産物として成立したことを明らかにした。以上の成果は、学会で発表した。第三は、田中政権期の昭和天皇訪米問題を再検討した。主に、訪米決定をめぐる各勢力(内閣、宮内庁、日本社会党、日本共産党)の推進と反対の論理に関する分析に力点を置き、その検討から、保守政権と左派勢力の天皇観が、1970年代の政治的文脈のなかに深く浸透したことを明らかにした。以上の成果は、学術雑誌に投稿し掲載決定を受けた。以上の研究を遂行するにあたっては、外務省外交史料館、宮内庁書陵部宮内公文書館、国立国会図書館憲政資料室、英国国立公文書館、大英図書館、ニクソン大統領図書館、フォード大統領図書館などで、史料調査・収集を実施した。

史料調査については、主に1アメリカ国立公文書館と2沖縄県公文書館での調査実施が挙げられる。1では、国務省文書、在外公館文書等を調査し、1950年代後半70年代初頭の皇室関係文書を収集した。2では、同館収集の米国文書に加え、個人文書群に所収された天皇訪米関係文書を収集した。当初の「研究実施計画」通り、昭和天皇「皇室外交」の政治史的、日米関係史的な検討を進め、口頭発表および論文発表(掲載決定)などの成果を得ることができた。その他、国内外における史料調査・収集も順調に進んだ。27年度が最終年度であるため、記入しない。次年度は、国内外の調査で得た史料を分析し、昭和天皇の外遊を国際関係史的な視点から考察する予定である。具体的には、1971年の昭和天皇訪欧(主に訪英)と1975年の昭和天皇訪米の外交戦略についてである。これらの研究成果を本年度の成果と合わせ、学位請求論文(博士論文)として提出する予定である。
射出方向・エネルギー・エネルギー広がり可変の高輝度Ｘ線・ガンマ線ビーム発生法

レーザー逆コンプトン散乱X線・ガンマ線は、基礎物理学・非破壊検査・医療応用をはじめとして幅広い領域で応用研究が進みつつある。本研究では研究代表者の考案した電子ビーム偏向装置と非球面ミラーを用いるレーザー光学システムを組み合わせることで、レーザー逆コンプトン散乱X線・ガンマ線のスキャニングや、エネルギー・エネルギー広がりの制御が可能であるかの検証を行った。想定される実機の1/10スケールとなるように非球面鏡の製作を行い、光学特性を評価した。また、いくつかの具体的な実施例の概念設計を行った。レーザー逆コンプトン散乱X線・ガンマ線は、準単色でエネルギー可変の高輝度ガンマ線が得られることから、基礎物理学・非破壊検査・医療応用をはじめとして幅広い領域で応用研究が進みつつある。本研究では研究代表者の考案した電子ビーム偏向装置と非球面ミラーを用いるレーザー光学システムを組み合わせることで、レーザー逆コンプトン散乱X線・ガンマ線のスキャニング(射出方向の制御)や、エネルギー・エネルギー広がりの制御を容易に実現することを目標としている。平成25年度には、非球面ミラーの設計を行い光学レンズシミュレーションプログラムを用いて設計結果の評価を行った。また、電子ビーム軌道の制御についての基本設計を実施した。レーザー逆コンプトン散乱X線・ガンマ線源は、準単色でエネルギー可変の高輝度ガンマ線が得られることから幅広い領域で期待が大きく、かつ応用研究が開始されている。応用にあたり、ガンマ線の射出方向が電子ビームの進行方向に限られているため試料へのスキャニング照射などはこれまで試料を動かす必要があった。本研究では、電子ビームの進行方向を偏向電磁石群を用いて制御して、それに合わせレーザー光を入射することでガンマ線ビームの射出方向のみならず、エネルギー・エネルギー広がりをも制御するものである。平成26年度はレーザー光照射のためのもっとも重要な非球面反射鏡の製作を行った。電子ビーム軌道の制御については設計研究を進めた。レーザー逆コンプトン散乱X線源・γ線源は、準単色な光子ビームを生成できかつそのエネルギーを比較的簡単に変更できるという利点があり、X線・ガンマ線を用いた非破壊検査や基礎物理学実験等において活用が進みつつある。しかし、レーザー光と電子を散乱させ、電子の進行方向に光子ビームを発生させる基本原理から、X線・ガンマ線の射出方向は電子の進行方向に限定される。電磁石等を用いて電子の進行方向を変えてそれに追随させるようにレーザー光を走査する手法は提案されているもののレーザー光学系の調整が複雑になるという欠点があったが、本研究で提案した回転楕円体光学ミラーとZ字型の電子ビーム軌道の組み合わせにより電子ビームとレーザーの衝突点を固定したまま電子ビームの進行方向とレーザー入射方向を容易に操作することが可能になる。これにより、X線・ガンマ線の射出方向の制御、また電子ビームとレーザーの相対衝突角度を制御することでX線・ガンマ線のエネルギーやエネルギー幅の制御が可能になる。本研究では、レーザーコンプトン散乱をもちいたX線・ガンマ線の生成に適した回転楕円体ミラーの設計・製作および衝突点近傍における電子線ビーム中心軌道の評価を行い、本提案システムによりレーザー逆コンプトン散乱X線源・γ線源に射出方向可変性を付与することができる事を示すことができた。この研究を実際の加速器システムに導入することにより、より高度なX線・γ線利用が可能になることが期待できる。前年度に再設計を行い製造可能であることが確認できたが、高度な切削技術を要する非球面鏡の製作に時間がかかったため、仮想衝突位置における光学特性の十分な調査が完了しなかった。しかし、光学特性評価の準備は整ったため研究の遅れとしてはごくわずかなものにとどまっている。ビーム科学今年度一部残った光学系評価を進め、その後は当初の計画通り、最終年度には電子ビーム軌道についての評価を進め研究総括とする。レーザーを用いた試験用の回転楕円体鏡の設計は完了したが、製作を行うことができなかった。打ち合わせにより、特殊な鏡のパラメータであっても製造できる可能性が高いとの判断が下されていたが、製作に当たりメーカー加工機の仕様を詳細に調査したところ、当初計画していた鏡の曲率が切削・研磨不可能であることが判明し、パラメータを変更し設計をやりなおした。その結果、回転楕円体鏡の平成25年度内での納入ができなくなった。しかし、計画の遅れを最小にとどめるため、曲率は最適化されていないが流用可能な既製品の鏡を購入することで対応を行った。これにより、研究の遅れはごくわずかなものにすることができた。物品費として計上していた光学部品について初年度購入予定であった非球面鏡の納入が2年目に納入になったことに伴い、2年目の光学評価の内容が若干縮小され、研究遂行に必要な光学部品が少なくなったため。あらたに設計をやり直した非球面鏡は製作可能であることが確定したので、実際に製作し光学系の試験を実施する。

また、電子ビームの制御に関してはより詳細なシミュレーションによる現実的なビームパラメータの探索を実施し、レーザーコンプトン散乱ガンマ線に射出方向可変性を付与するための基盤技術の確立を目指す。当初予定していた光学評価の一部を最終年度に実施するための光学部品購入に充てる。物品費として非球面鏡の購入を計画していたが、製造機械の仕様により設計をやり直したため、当該年度内の納入ができなくなったため、次年度使用額が生じた。遅れていた非球面鏡は平成26年度に製作を行う。
放射光を利用した固溶体セラミックス結晶の局所構造解析技術の高度化

単結晶構造解析は,放射光の利用と微小結晶の使用によって,ここ数年間に大きな進展が見られ,わずか数%しか固溶していない原子でも,固溶に伴う局所構造の歪みを正確に検出できるようになった。この歪みは,置換原子のまわりの局所構造と被置換原子のまわりのそれとの重ね合わせ,すなわち「平均構造」として現れる。しかし,同方法をEXAFSや計算機シミュレーションと組み合わせることにより,両者の長所のみ取り出して,三次元的な局所構造についての詳細な描像を得ることが技術的に可能になった。新しい手法の有効性を訴えるために多くの重要な固溶体結晶について実験を行い、いくつかの重要な結果を得た。主な研究対象は三次元ナノチャネル構造をとるRb3Ta5O14化合物、これとまったく違う構造をとるRb4Ta6O17化合物およびその多形、La2CuO4高温超伝導体、およびそのSr置換体、LiMn2O4イオン導電体、およびそのMg置換固溶体などである。これらについて放射光を用いた電子密度分布解析、EXAFS解析、分子動力学シミュレーション、格子力学シミュレーションなどを行い、局所構造のひずみに関する知見を得た。また、これらの計算に必要なソフトウエアの開発を行い、Xtalプログラムパッケージの更新を行った。Rb3Ta5O14、LiMn2O4、La2CuO4高温超電導体およびその置換固溶体に関してはその局所構造のひずみに関する新しい知見をまとめ、投稿論文にまとめつつある。単結晶構造解析は,放射光の利用と微小結晶の使用によって,ここ数年間に大きな進展が見られ,わずか数%しか固溶していない原子でも,固溶に伴う局所構造の歪みを正確に検出できるようになった.この歪みは,置換原子のまわりの局所構造と被置換原子のまわりのそれとの重ね合わせ,すなわち「平均構造」として現れる.しかし,同方法をEXAFSや計算機シミュレーションと組み合わせることにより,両者の長所のみ取り出して,三次元的な局所構造についての詳細な描像を得ることが技術的に可能になった.新しい手法の有効性を訴えるために多くの重要な固溶体結晶について実験を行い、いくつかの重要な結果を得た。また、これらの計算に必要なソフトウェアの開発を行い、Xtalプログラムパッケージの更新を行った。主な研究対象は三次元ナノチャネル構造をとるRb3Ta5014化合物、これとまったく違う構造をとるRb4Ta6017化合物およびその多形、La2CuO4高温超伝導体、およびそのSr置換体、LiMn204イオン導電体、およびそのMg置換固溶体などである。

また、これらの計算に必要なソフトウエアの開発を行い、Xtalプログラムパッケージの更新を行った。Rb3Ta5014、LiMn204、La2CuO4高温超電導体およびその置換固溶体に関してはその局所構造のひずみに関する新しい知見をまとめ、投稿論文にまとめつつある。特にLiMn204の局所構造とイオン導電性との関係については研究上の大きな進展がみられ、成果を環太平洋セラミックス国際会議や、アジア結晶学連合会議などの国際会議で発表した。