hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
オゾンとCO2が日本の主要樹木のテルペン類放出に及ぼす影響

本研究では、二酸化炭素とオゾンの濃度上昇に対する日本の主要広葉樹および針葉樹のテルペン類放出速度の変化をオープントップチャンバー実験にて明らかにした。針葉樹、広葉樹とも、二酸化炭素濃度上昇によってイソプレンおよびモノテルペンの放出速度は高まった。オゾン濃度上昇に対しては、これらの放出速度は低下した。また、インベントリーモデルを用いて、これら物質の濃度上昇が、近畿地方のテルペン類年間放出量におよぼす影響を定量的に解析した。本研究の目的は,CO2とオゾンが植物のテルペン類放出におよぼす長期影響を明らかにし,気候変動にともなう植物からのテルペン類放出量の推定モデルの構築に必要なデータを取得することである.本年度は以下の研究を実施した.(1)オープントップチェンバーを用いたオゾンとCO2の複合暴露システムの開発(2)既存のオープントップチェンバーを用いたオゾン暴露実験での実験植物のテルペン放出測定(1)では,自然光を利用した小型オープントップチェンバーを設計製作した.小型オープントップチェンバーはアクリル製で,樹木実生が十分に収容可能な底面積0.6m^2,高さ1m程度とする.12基を製作する.これらを異なる環境(CO2濃度3区(大気濃度,800ppmv)×オゾン濃度3区(フィルター除去,大気濃度,大気濃度+40ppbv))に制御し長期間樹木実生を栽培する.小型ファンを用いて外気をチャンバー内へ引き込んだ.チェンバー内部で空気を撹拌し葉表面の気流速を10cm/s前後に維持できた.チェンバーに前室を設け,オゾンとCO2を複数の細孔から噴出させることで,チャンバー内部のCO2とオゾン濃度を設定値に制御できた.また,内部での濃度のバラツキを10%以内に抑えることができた.(2)では,神奈川県環境科学センターが実施している『丹沢でのブナの生育におよぼすオゾンの影響実験』で用いているブナとミズナラ実生のガスを採取する.ミズナラのみイソプレンを放出した.測定時は天候に恵まれず(曇天,雨天),使用できるデータ数が少なくオゾン除去区と雰囲気オゾン暴露区でイソプレン放出に有意な差は見られなかった.次年度も継続し,経年変化を調べる.本研究の目的は,CO_2とオゾンが植物のテルペン類放出におよぼす長期影響を明らかにし,気候変動にともなう植物からのテルペン類放出量の推定モデルの構築に必要なデータを取得することである.本年度はオープントップチェンバーを用いたオゾンとCO2の複合暴露実験を実施した.実験には,イソプレン放出種のコナラ属樹木2種類を用いた.イソプレンを日中常に放出するコナラとミズナラの3年生の実生を用いた.各処理区で各植物種計5個体を栽培した.暴露実験は,早春の萌芽前から落葉後の冬季まで実施し,ストレスに敏感な萌芽期,展葉期の影響を捉えるよう留意した.植物からのテルペン類の測定は2カ月ごとに実施し,オゾンと高濃度CO_2の影響を調べた.長期の高濃度オゾンと二酸化炭素の複合曝露は、コナラとミズナラのイソプレン放出に影響を及ぼした。オゾン単独曝露において、イソプレン放出速度は低下した。しかし、葉内のイソプレンの前駆物質であるジメチルアリルニリン酸含有量は低下しなかったことから、放出速度の低下はイソプレン合成酵素活性の低下によるものかもしれない。高濃度二酸化炭素単独曝露においても、イソプレン放出速度は低下した。これは、他の植物を用いた先行研究と同様の結果であり、光合成によって固定された炭素がイソプレン生成に使われず、成長に使われた結果であると考えられる。複合曝露でも、イソプレン放出速度は低下した。しかし、オゾンあるいは二酸化炭素の単独曝露に比べて,複合曝露による相加効果、相乗効果によるさらなる低下は見られなかった。H23年度は,モノテルペン放出種の針葉樹木であるスギとヒノキを用いて,高濃度オゾンとCO2の複合暴露実験を5月初旬から10月末まで実施した.実験植物には3年生の実生を用い,各処理区でヒノキを4個体,スギを6個体栽培した.オゾン濃度は,オゾンを除去したフィルター区,大気濃度区,高濃度区(大気+40ppbv)とした.CO2濃度は,大気濃度区,高濃度区(800ppm)とした.暴露には,オープントップチャンバー(OTC)を用い,各処理区2台,計12台のOTCを用いた.当初,栽培に用いているOTCをそのまま用いて,OTC内の植物のテルペン放出速度を定量しようと試みたが,周囲空気中のテルペン濃度も比較的高く(1ppbv),OTC入り口と出口の濃度差が10%以下であったため,信頼できるデータを取得できなかった.

そこで,葉内のモノテルペン含有量を評価指標とするため,水蒸気蒸留法を用いたモノテルペンの抽出を試みた.突沸などの不具合の対応や,適切な蒸留時間の検討を行い,水蒸気蒸留法によるモノテルペン含有量の評価法を確立した.10月末の実験終了時に測定したスギ,ヒノキの成長量(地上部乾物重,樹高)は,高濃度CO2区で高かったが,葉のモノテルペン含有量に有意な差は見られなかった.これは,実生苗を用いたため個体間差が大きい(標準偏差>50%)ことが原因と考えられた.次年度,クローン苗を用いて再実験を行う.本研究の目的は,CO2とオゾンが植物のテルペン類放出におよぼす長期影響を明らかにし,気候変動にともなう植物からのテルペン類放出量の推定モデルの構築に必要なデータを取得することである.具体的には以下のようになる.(1)オープントップチェンバーを用いたオゾンとCO2の複合暴露システムの開発(2)オープントップチェンバーを用いたオゾンとCO2の複合暴露実験(コナラ属樹木,ヒノキ)(3)CO2とオゾンの濃度変動に伴う日本の主要樹木からのテルペン類放出量変化の予測2010年の曝露実験には、イソプレン放出種であり日本の主要な広葉樹種である、ミズナラ(Quercus crispula)の樹高70 cmの苗を用いた。2011年の曝露実験にはスギ(Cryptomeria japonica)の実生苗を、2012年の実験にはクローン苗を用いた。処理区の設定は、二酸化炭素濃度が大気濃度区と800 ppmの高濃度区の2段階とした。オゾン濃度は活性炭フィルタでオゾンを除去したフィルタ区、大気濃度区と大気濃度+40 ppbの高濃度区の3段階とした。3年間の曝露実験で、針葉樹、広葉樹とも、二酸化炭素濃度上昇によってイソプレンおよびモノテルペンの放出速度が高まることを明らかにした。オゾン濃度上昇に対しては、これらの放出速度は低下した。暴露実験により得られた結果からイソプレンとモノテルペンの広域放出量にCO2およびオゾンの濃度変動が与える影響を推定した。計算対象領域は近畿地方とし各1kmメッシュの時間別放出量をインベントリーモデルを用いて推定した。CO2とオゾンの濃度上昇が、近畿地方の森林からのテルペン類年間放出量におよぼす影響を定量的に解析できた。H23年度に,針葉樹のモノテルペン放出速度におよぼす高濃度オゾンとCO2の影響を評価する予定であったが,実生苗を用いたことが一因となり,個体間に予想以上の大きなバラツキが見られた.そのため,高濃度オゾンのモノテルペン生産量におよぼす阻害的影響の傾向は見られたものの,平均値間に有意差がでなかった.24年度が最終年度であるため、記入しない。上記理由のため,H24年度はクローン苗を用いてH23年度と同様な暴露実験を行う。それと平行してH24年度の当初目標であるテルペン類放出インベントリが,今後起こりうるCO2濃度上昇やオゾン濃度上昇によってどのように変動するかをモデルシミュレーションする.24年度が最終年度であるため、記入しない。
微生物におけるエネルギー代謝酵素の進化と構造機能相関解析

本研究では、種々の細菌由来NADキナーゼのリン酸受容体特異性について明らかにし、NADキナーゼ(NADに特異的)とNADHキナーゼ(NADとNADHに作用)の存在を実証した。さらに、これまでに本研究助成で決定したNADキナーゼの立体構造情報に基づいて、NADキナーゼにおけるリン酸受容体特異性を規定する構造特性を明らかにすると共に、NADキナーゼをNADHキナーゼに分子転換する手法の構築を試みた。すなわち、NADHとNADは、ニコチンアミド環において異なるため、NADのニコチンアミド環近傍のアミノ酸残基に注目した結果、1アミノ酸残基の置換により、NADキナーゼをNADHキナーゼに機能変換することに成功した。更に詳細な解析により、NADキナーゼとNADHキナーゼのリン酸受容体特異性の違いを規定する構造要因(アミノ酸残基)に関する知見を得た。尚、本研究で着目した部位に存在するアミノ酸残基は、207個のNADキナーゼホモログー次構造において、生物種特異的に保存されていることも見出した。一方、古細菌Methanococcus jannaschii由来NADキナーゼMJ0917に着目することにより、NADP分解系並びにNAD/NADP比の制御機構に関して新しい知見を得た。精製MJ0917タンパク質は、NADキナーゼ活性の他に、フルクトース-1,6-二リン酸、NADPH、そして特にNADPに対して強いフォスファターゼ活性を示すことを実証し、MJ0917がNADPaseとNADキナーゼの融合タンパク質として機能し得ることを示した。NADPの生合成と分解という相反する活性を持ちながらも、本酵素は生体内NAD/NADP比の調節を可能にする巧妙な生化学的特徴を備えていることも明らかにした。更にこれらの知見は、他のI-1-PaseホモログもNADPaseである可能性をも示した。特定の微生物は、ポリリン酸を生体エネルギー担体として利用するエネルギー代謝酵素(ポリリン酸利用型酵素)を有する。ポリリン酸は、オルトリン酸が縮重合した単純な構造を示し、原始地球環境下で生成されうる。従って、ポリリン酸利用型酵素は生命進化の極めて初期段階に出現した酵素であると推定される。申請者は、ポリリン酸利用型酵素のうち、ポリリン酸とATPの両方を利用して、NAD、或いはグルコース・マンノースをリン酸化するエネルギー代謝酵素[各々、ポリリン酸/ATP-NADキナーゼ(P/A-NK)、及びポリリン酸/ATP-グルコマンノキナーゼ(P/A-GMK)]に焦点を当てて研究してきた。本研究は、ポリリン酸利用型エネルギー代謝酵素(P/A-NKとP/A-GMK)の構造機能相関解析を通じて、ポリリン酸利用型酵素とATP利用型酵素の、及びエネルギー代謝酵素と生体エネルギー担体の進化的相関性の解析を目的としている。本年度の研究において、P/A-NK、及びP/A-GMKのX線結晶構造解析を行った。(1)P/A-NK : P/A-NKの立体構造解析を継続し、2.7Å分解能の立体構造をほぼ明らかにした。その結果、本酵素のサブユニットは、約20kDaのC末ドメインと約10kDaのN末ドメインから構成され、両ドメインの間に形成される活性クレフトに両基質(ポリリン酸、ATP)結合部位が存在すること、及び両基質結合部位の少なくとも一部は共有されていることを明らかにした。両基質結合部位の共有性は速度論解析によっても示された。(2)P/A-GMK:大腸菌を宿主としたP/A-GMKの大量発現系を構築し、P/A-GMKを精製した。本酵素の結晶化条件を確立し、X線結晶構造解析を開始した。2.8Å分解能のX線回折データより、P/A-GMKの結晶は、単斜晶系、P2_12_12_1の空間群に属し、格子定数はa=66.2 b=83.7 c=103.8Åであり、非対称単位に2分子を含むと推定された。次に、重原子同型置換法により、UO_2Ac_2,AgNO_3,Se,GdCl_3、HgCl_2、K_2Pt(CN)_4、TmCl_2、及びEuCl_3の重原誘導体を用いて初期位相を決定した。Figure ofmeritは0.626であり、溶媒平滑化、及び平均化により、各々0.825、及び0.915に上昇した。ポリリン酸依存キナーゼのポリリン酸利用機構、並びにポリリン酸依存キナーゼと現存生物のATP特異的キナーゼ間の進化的・構造的相関の理解を目的として、土壌より分離したArthrobacter属細菌KM株のポリリン酸/ATP-グルコマンノキナーゼ(GMK)のX線結晶構造を決定し、以下の結果を得た。GMKがα/β/αから成る三層構造を基本骨格として持つ相同性の高い二つのドメイン(NドメインとCドメイン)から構成されていることを明らかにし、GMKが一つのドメインに対応する遺伝子の重複・融合によって形成された可能性を示した。また、ATP特異的真核細胞型ヘキソキナーゼ(HK)である、ヒト由来HKの触媒活性を担うC末端側半分子(C-HKI)とGMKの立体構造の比較に基づき、両者が一次、二次、三次構造、およびグルコース結合部位の微細構造において高い類似性を示すことを明らかにした。さらに、GMKに結合していた二分子のリン酸からポリリン酸結合部位を推定した。

ポリリン酸結合部位は、真核細胞型HK、原核細胞型グルコキナーゼ(GK)、および特定のATP特異的タンパク質(アクチン、ヒートショックプロテイン、アセテートキナーゼなど)に広く保存されているphosphate-1モチーフに存在していた。GMKは、グラム陽性型GK、即ち原核細胞型GK(グラム陽性およびグラム陰性型GKから構成される)に分類される。GMKの構造決定により、原核細胞型GKと真核細胞型HKの立体構造的類似性を初めて証明し、両酵素がGMK様の構造を持つ共通の先祖タンパク質から分岐進化した可能性を示した。また、真核細胞型HKと原核細胞型GKの共通の先祖タンパク質は、GMK様の構造を持つポリリン酸依存タンパク質であった可能性も示唆された。本研究では、種々の細菌由来NADキナーゼのリン酸受容体特異性について明らかにし、NADキナーゼ(NADに特異的)とNADHキナーゼ(NADとNADHに作用)の存在を実証した。さらに、これまでに本研究助成で決定したNADキナーゼの立体構造情報に基づいて、NADキナーゼにおけるリン酸受容体特異性を規定する構造特性を明らかにすると共に、NADキナーゼをNADHキナーゼに分子転換する手法の構築を試みた。すなわち、NADHとNADは、ニコチンアミド環において異なるため、NADのニコチンアミド環近傍のアミノ酸残基に注目した結果、1アミノ酸残基の置換により、NADキナーゼをNADHキナーゼに機能変換することに成功した。更に詳細な解析により、NADキナーゼとNADHキナーゼのリン酸受容体特異性の違いを規定する構造要因(アミノ酸残基)に関する知見を得た。尚、本研究で着目した部位に存在するアミノ酸残基は、207個のNADキナーゼホモログー次構造において、生物種特異的に保存されていることも見出した。一方、古細菌Methanococcus jannaschii由来NADキナーゼMJ0917に着目することにより、NADP分解系並びにNAD/NADP比の制御機構に関して新しい知見を得た。精製MJ0917タンパク質は、NADキナーゼ活性の他に、フルクトース-1,6-二リン酸、NADPH、そして特にNADPに対して強いフォスファターゼ活性を示すことを実証し、MJ0917がNADPaseとNADキナーゼの融合タンパク質として機能し得ることを示した。NADPの生合成と分解という相反する活性を持ちながらも、本酵素は生体内NAD/NADP比の調節を可能にする巧妙な生化学的特徴を備えていることも明らかにした。更にこれらの知見は、他のI-1-PaseホモログもNADPaseである可能性をも示した。
その場計測制御による超高アスペクト比微細形状のフォトニック・ナノジェット加工

チューナブル・フェムト秒チタンサファイアレーザー光源を用いた本研究独自のフェムト秒パルスPNJ生成基本光学系を設計・試作した.それを用いて,固定マイクロ球を利用したPNJ位置制御による,単結晶Siウェハ基礎加工実験を行い,サブミクロンスケールの加工分解能を有することを示した.また,プローブ球位置計測手法として白色光共焦点法を適用した,高分解能PNJ定在場スケール検出によって,数10nmの高分解能な変位計測を実現した.さらに,ピッチ597nm,深さ57nmの表面微細形状を有する回折格子の表面トポグラフィ・イメージングを遂行し,走査型マイクロ球光学顕微鏡の基本原理を確立した.本研究は,先駆的な光放射圧制御微粒子レンズによるフォトニック・ナノジェット(PNJ)制御,フェムト秒パルスレーザーによる非熱的アブレーション加工および定在場スケール変位計測を,格段に発展・融合することにより,独創的な超高アスペクト比微細形状加工・計測原理の確立を目的としている.回折限界をはるかに超えるビーム径と数μmのビーム長をもつ,フェムト秒パルスPNJの加工特性を明らかにすることにより,幅100nm以下,深さ数μm以上の加工を可能にする.さらに,このような超高アスペクト比加工では,材料特性に依存する加工レートのばらつきを補償することによる,加工深さ制御が不可欠であるため,定在場スケールを利用した加工量のその場計測を導入し,加工の高精度化をめざす.本年度は,フェムト秒パルスPNJの制御特性と加工分解能との関係を詳細に検討し,超高アスペクト比微細形状加工の実現性および精度限界などを検証した.まず,前年度に設計・試作した,チューナブル・フェムト秒チタンサファイアレーザー光源を用いた独自のフェムト秒パルスPNJ生成基本光学系を用いて,表面精度や結晶性などの点で加工現象解析に適している半導体用単結晶Siウェハを試料とした基礎加工実験を遂行した.その結果,従来の集光ビームとPNJを用いた加工現象を比較し,PNJを用いたほうがアスペクト比の高い加工が可能であることを確認した.さらに,最適なビーム状態を高い再現性で実現するため,フェムト秒パルスPNJ制御,加工ビーム位置およびショット数制御手法を開発し,アブレーションクレーター形状(加工痕)の詳細なAFM計測から,加工基板から離れた位置で発生したPNJを用いて穴径822nmの加工が可能であることを実証し,本研究で提案するマイクロ球のレーザートラップとフォトニックナノジェットを組み合わせた加工法が有用であることを示した.本研究は,先駆的な光放射圧制御微粒子レンズによるフォトニック・ナノジェット(PNJ)制御,フェムト秒パルスレーザーによる非熱的アブレーション加工および定在場スケール変位計測を,格段に発展・融合することにより,独創的な超高アスペクト比微細形状加工・計測原理の確立を目的としている.回折限界をはるかに超えるビーム径と数μmのビーム長をもつ,フェムト秒パルスPNJの加工特性を明らかにすることにより,幅100nm以下,深さ数μm以上の加工を可能にする.さらに,このような超高アスペクト比加工では,材料特性に依存する加工レートのばらつきを補償することによる,加工深さ制御が不可欠であるため,定在場スケールを利用した加工量のその場計測を導入し,加工の高精度化をめざす.本年度は,高精度な加工制御技術の基礎となるフェムト秒パルスPNJの生成過程および基礎現象に関し,数値解析および基礎実験の両面から現象解明に取り組んだ.まず,有限差分時間領域法(FDTD)解析シミュレーションによる数値解析によってビーム特性を明らかにし,チューナブル・フェムト秒チタンサファイアレーザー光源を用いた独自のフェムト秒パルスPNJ生成基本光学系を設計・試作した.また,微粒子レンズ照明法として,新たにベッセルビーム光学系を導入し,照明系の基本特性について実験的検討を行った.さらに,フェムト秒PNJの生成過程および基礎現象に関する基礎研究と並行して,定在場スケールによるナノ変位計測技術の確立および高精度化に関する基礎検討にも着手した.光放射圧場解析シミュレーションによる定在場中でのプローブ球の挙動解析に基づいた定在場スケールの現象解明と,変位計測の高分解能化に関する基礎研究を遂行し,定在場光放射圧によって変位する微粒子レンズの位置検出および加工中における加工量計測の基本原理に関連する基礎現象を明らかにした.本研究構想は,先駆的な光放射圧制御微粒子レンズ効果によるフォトニック・ナノジェット(PNJ)の生成とエネルギー空間分布制御およびフェムト秒パルスレーザーPNJによる非熱的加工を利用した,独創的な超高アスペクト比微細形状加工原理を確立し,さらに定在場スケール変位計測を格段に発展・融合することにより, 3次元微細形状加工・計測融合技術の確立を目的とするものである.本研究課題では,回折限界をはるかに超えるビーム径と数μmのビーム長をもつ,フェムト秒パルスPNJのナノ材料除去特性に基づき,幅100nm以下,深さ数μm以上の高効率微細加工を可能にする.さらに,高精度な加工深さ制御を実現するため,超精密定在場スケールを利用したその場加工量計測との融合をめざす.本年度は,微粒子レンズ位置制御によるフェムト秒パルスPNJの加工制御特性について検討した.照明条件によってフェムト秒パルスPNJ加工ビーム位置を変化させ,AFM計測によるアブレーションクレーター形状の詳細な解析を行った.それによって得られた,フェムト秒パルスPNJの制御精度と加工横分解能及び縦分解能に関する知見に基づき,定在場スケール変位計測法に新たな手法を導入し,特に加工深さ計測の高精度化について検討した.

さらに,光放射圧場解析シミュレーションによってPNJ定在場光放射圧の力学的挙動を明らかにし,定在場スケールの安定化や高分解能化などについて多方面から検討した.その結果,独自に構築した,分解能10nm,最大測定変位2.6μmの白色光共焦点光学系を用いた定在場スケール補間技術によって,分解能10nmに達する高精度マイクロ球変位計測手法を開発した.さらにそれを用いて,約60nmの分解能による3次元自由曲面形状のスキャニング測定を実現し,超精密定在場スケールによるフェムト秒パルスレーザーPNJ加工量計測の実現性を示した.本研究構想は,先駆的な光放射圧制御微粒子レンズによるフォトニック・ナノジェット(PNJ)制御,フェムト秒パルスレーザーによる高分解能ナノ加工および定在場スケール変位計測を,格段に発展・融合することにより,独創的な3次元微細形状加工・計測原理の確立を目的とする.本研究課題では,回折限界をはるかに超えるビーム径と数マイクロメートルのビーム長をもつ,フェムト秒パルスPNJのナノ材料除去特性に基づき,高分解能微細加工とその場加工計測評価とそれらの加工・計測融合を確立する.本年度は,前年度の加工実験によって得られた,フェムト秒パルスPNJ加工の基礎現象に関する知見に基づき,新たに考案した固定マイクロ球による3次元加工制御性および高品位加工特性を調査した.また,フェムト秒パルスPNJ加工微細形状に対する,新たな走査型マイクロ球光学顕微鏡の基礎原理を検討し,加工表面トポグラフィのその場観察手法の可能性について検討を行った.さらに,光放射圧制御微粒子レンズ位置の制御性向上のため,光放射圧場数値解析によって,加工表面近傍における力学的挙動の詳細な検討を行った.その結果,独自に構築した固定マイクロ球加工装置を用いてシリコン基板から離れた状態でのマイクロ球位置制御によるPNJ位置制御が可能となった.加工実験より,マイクロ球位置が大きくなるほど材料除去量が多く,PNJの強度分布を反映した加工結果が得られた.また,走査型マイクロ球光学顕微鏡によりサブミクロンの表面トポグラフィ・イメージングが可能であることを示し,加工位置における表面トポグラフィのその場観察の可能性を示した.さらに,Lorenz-Mie理論による電磁場解析とMaxell応力理論によって,光放射圧制御微粒子レンズに加わる放射力数値解析を行い,フェムト秒パルスPNJ加工とその場加工計測による加工・計測融合技術の実現性を示した.チューナブル・フェムト秒チタンサファイアレーザー光源を用いた本研究独自のフェムト秒パルスPNJ生成基本光学系を設計・試作した.それを用いて,固定マイクロ球を利用したPNJ位置制御による,単結晶Siウェハ基礎加工実験を行い,サブミクロンスケールの加工分解能を有することを示した.また,プローブ球位置計測手法として白色光共焦点法を適用した,高分解能PNJ定在場スケール検出によって,数10nmの高分解能な変位計測を実現した.さらに,ピッチ597nm,深さ57nmの表面微細形状を有する回折格子の表面トポグラフィ・イメージングを遂行し,走査型マイクロ球光学顕微鏡の基本原理を確立した.
降水試料濾過フィルターを用いた元素状炭素粒子の現在・過去の地表面性沈着量評価

地方自治体で酸性雨測定の前処理に使用されていた濾過メンブラン・フィルターに保持された元素状炭素を測定する手法を確定し、バックグラウンド地点(北海道利尻島)および都市域(札幌市)におけるバルク(湿性+乾性)沈着量レコードの過去20年分を復元した。大都市である札幌と、きわめて人口密度の低い利尻での元素状炭素沈着量の差は予想外に小さく、その変動は両地点できわめてよく類似している。2000年および2001年の年間沈着量が突出して大きく、シベリア森林火災の影響が想定された。2007年前後までの中国でのSO2排出量の増加に対応する元素状炭素沈着量の増加はこの地域では明確には認められない。地方自治体での酸性雨測定の際に前処理に使用されている濾過メンブラン・フィルターに保持された元素状炭素を測定する手法を確定し、バックグラウンド地点(北海道利尻島)および都市域(札幌市)における20年程度遡った時点までのバルク(湿性+乾性)沈着量レコードを復元しつつある。利尻島でサンプル採取されている1997年2001年、2008年2012年の期間について分析が終了し、札幌についても19972001年、2011年2012年までの分析を終了した。大都市である札幌と、極めて人口密度の低い利尻での沈着量は年間値でみると予想外に差は小さく、多い年でも札幌は利尻の2倍程度である。また、年による変動が大きいが、その変動パターンは両地点で極めてよく類似している。すなわち、大気中から地表面に主として沈着を起こすメカニズム(湿性沈着)の支配要因(降水量などの気象要素)、および両地点への長距離輸送による到達量により沈着量の変動は支配されており、札幌で発生した都市起源の元素状炭素粒子がその場に沈着する量はあまり多くないと考えられる。また、2000年、2001年の年間沈着量が突出して大きく、特に2001年の利尻における月間沈着量は冬季のほか45月の春季に大きいことから、シベリア・アムール川流域における森林火災の影響を大きく受けたものと考えられる。札幌での沈着量の年々変化には国内のディーゼル排気ガス規制の影響が現れている可能性があるが、2000年代中葉の分析結果が出てきた時点で明確になると期待される。また、年間沈着量の1050 mg /m2 /yの絶対値は、先行する数値モデル研究の北半球中緯度帯での平均的なバルク沈着量の計算値と整合的である。地方自治体での酸性雨測定の際に前処理に使用されている濾過メンブラン・フィルターに保持された元素状炭素を測定する手法を決定し、バックグラウンド地点(北海道利尻島)および都市域(札幌市)における過去のバルク(湿性+乾性)沈着量レコードを復元する試みを開始した。メンブランフィルターの有機溶媒への溶解条件、塩酸による炭酸塩の除去条件の検討、石英繊維フィルターへの再濾過の際の粒子透過補正などを検討し、現時点での最適な条件を決定した。また、メンブラン・フィルターが有機溶媒に溶解した後も、石英繊維フィルターに対する濾過作業時に再度析出することでブランク値を上げる可能性がある。そこで、メンブラン・フィルターのブランク炭素量を測定したところ、total carbonとしては1枚当たり4.9 μgCが分析されたが、TOT(透過光補正)熱分析により元素状炭素(EC)の解析値はゼロとなった。また、北海道札幌および利尻島でのバルク沈着サンプルは1ヶ月積算の形で各フィルターが保存されており、多くの場合、そのままでは炭素系粒子濃度が濃すぎるため、春・冬・晩秋ついてはフィルターの1/2枚または1/4枚を使用し、濃度が低下する夏については1枚全量を使用するといった調整を行う必要があることがわかった。初期的な分析として、国内でのディーゼル排気ガス規制の結果をみるため約10年の間隔を経た期間のサンプルの元素状炭素を先行して定量した。2000年、2001年、および2011年の両地点でのTOT-EC総沈着フラックス測定結果は、両地点とも2000年代初頭と比べて2011年で沈着量が減少しているが、札幌と利尻島ではその要因が異なると考えられる。札幌では2000年代のディーゼル排気ガス規制の効果が見えていると考えられ、利尻島では春初夏に盛んとなるシベリア森林火災の年々変動が反映されていると考えられる。地方自治体で酸性雨測定の際に前処理に使用されていた濾過メンブラン・フィルターに保持された元素状炭素を測定する手法を開発し、バックグラウンド地点(北海道利尻島)および都市域(札幌市)における過去のバルク(湿性+乾性)沈着量レコードを復元した。

利尻島でサンプルが採取されている19972001年、20082012年の期間について分析が終了し、札幌については一部欠測はあるものの19932012年までの分析結果が繋がった。大都市である札幌と、きわめて人口密度の低い利尻での元素状炭素沈着量の差は予想外に小さく、多い年でも札幌は利尻の2倍程度である。また、年による変動が大きいが、そのパターンは両地点で類似している。すなわち、大気中から地表面に主として沈着を起こすメカニズム(湿性沈着)の支配要因(降水量などの気象要素)、および両地点への長距離輸送による到達量により沈着は支配されており、札幌で発生した都市起源の元素状炭素粒子がその場に沈着する量はあまり多くない。2000年、2001年の年間沈着量が突出して大きく、特に2001年の利尻における月間沈着量に45月に顕著なピークが見られ、シベリア森林火災の影響を大きく受けたものと考えられる。2007年前後までの中国でのSO2排出量の増加に対応するような元素状炭素粒子沈着量の増加は利尻島・札幌では明確には認められず、北海道が位置する緯度帯での沈着に対する中国の経済発展の影響は限定的であると考えられた。NASA GEOS-5モデルで計算された札幌相当の緯度経度での20022011年の年間沈着量平均値7.8 mg/m2/yと比較すると、札幌での年間沈着量である1050mg/m2/yの値は、ベース値としては整合的であるが、現時点では年々変動までの再現には至っていない。環境動態解析このような分析が実際に可能であるかどうかという大きな課題に関しての検討は完全に終了し、実際の分析データを次々と出し始めた状況にある。また、予想外に大きな年々変動が両地点で同期して得られていることから、分析値が実際の大気からの輸送状況とは無関係な要因、たとえば分析時のコンタミネーションなどに大きく影響されているものではないこともはっきりした。これより、概ね順調に研究は進展していると考えられる。分析法をほぼ決定できたことは大きな進展であり、この方法を使用してサンプル処理を進めることにより、札幌・利尻島の2地点における元素状炭素の沈着フラックスの経年変化が明らかにできる見通しができた。2014年度中に札幌のサンプルの分析を終了し、さらに大気中に浮遊するエアゾル中の濃度分析を進め、両者を併せてscavenging ratio (洗浄比)を算出する予定である。これより、輸送量が変動したのか、それても沈着メカニズムを支配する気象要因が変動したのかについて切り分けることができると考えられる。現在、2001年と2010年、2011年のみのサンプルが分析終了したが、過去20年にわたるサンプルの分析にはマンパワーが必要となるため、研究分担者とはなってはいないものの分析能力を持つ他の大学等と連携して分析を進めることとする。また、北海道以外の地点として、アジア大陸の人為起源汚染物質がより到達しやすい地理的位置にある島根県隠岐ノ島において、札幌・利尻島と同一型のバルク沈着サンプラーを設置してサンプル捕集を開始するとともに、自治体の環境研究機関に呼びかけて、分析可能なメンプラン・フィルターの採用が広がることを目指す。当該年度で必要とした消耗品の必要額の予測がやや大きかったため、若干の差が生じた。次年度の研究においてより良い結果を出せるよう、消耗品(フィルター類)の一部のグレードをより上位のものとすることに充当する予定。島根県隠岐ノ島におけるバルクサンプラー設置のため、既存機器の改修と設置に約20万円を使用するとともに、分析要員の人件費に約90万円を使用する。
新規ヒト血清肝炎ウイルスの本態解明と病原性に関する基礎的研究

研究代表者らは、平成9年(1997年)に我が国の原因不明の輸血後肝炎患者から起因ウイルス候補として新しい1本鎖環状DNAウイルスの分離同定に世界ではじめて成功し、ウイルス発見の発端となった患者のイニシャル(T.T.)にちなんでTTウイルス(TTV)と命名した。平成10年度から平成13年度までの4年間の研究により、TTVの本態および病原性について以下の事柄を明らかにすることができた。すなわち、TTVは外殻を持たず、キャプシド内に約3.8kbの環状1本鎖(マイナス鎖)DNAを内包する直径30-32nmの小型球状粒子である。TTVDNAには主要な2つのopen reading frames(ORF1,ORF2)の他に、mRNAのsplicingによって生じる新たな2つのORFs(ORF3,ORF4)があり、stem-loop構造の形成に与る約120塩基長のGC-rich領域を有するなど、ユニークな遺伝子構造が認められる。糞便中でもTTVDNAが検出され、輸血のみならず、経口感染によっても感染しうる。遺伝子変異が顕著であり、少なくとも29種類の遺伝子型(1型29型)が認められ、さらに互いに塩基配列が40-50%異なる5つのグループ(Groups 1-5)に分類されうる。同一個体内に複数の遺伝子型のTTVが混在しているが、原因不明の輸血後肝炎におけるTTV感染の追跡調査および供血者におけるALT異常とTTV感染との関連性の検討により、プロトタイプである1型のTTV感染が肝疾患との関係で重要であることが示唆された。TTVは肝臓以外にも肺や骨髄、脾臓などでも増殖しうることから、肝疾患以外の疾患とTTV感染との関連性について検討した。その結果、1型TTV感染の慢性肝疾患患者では非感染肝疾患患者に比べて、血小板数が有意に低下していること、また特発性肺線維症の患者において、1型を含む特定の遺伝子型のTTV感染例では疾患活動性が高く、予後も不良であることが示唆されている。したがって、TTVの病原性を明らかにするうえで、今後も肝疾患のみならず、原因が特定されていない各種疾患とTTV感染との関連性の追求が重要であると思われた。原因不明の輸血後肝炎患者(日本人、イニシャルT.T.)から分離した新規のヒト血清肝炎ウイルスであるTTウイルス(Biochem Biophys Res Commun241 92-97,1998)は、疫学的調査によって、我が国のみならずアジアやアフリカ、欧米など世界に広く分布するウイルスであることが判明した。また、界面活性剤処理による物理化学的な性状の解析、ウイルス核酸の各種消化酵素処理、および核酸配列の解析などによって、TTウイルスは外殻を持たず、キャプシド内に約3900塩基長の環状1本鎖DNAを内包する小型のウイルスであることが明らかになった。既知のウイルスのなかでは、サーコウイルス科(Circoviridae family)のウイルスに類似しているが、これまでヒトではこのウイルス科に属するウイルスは同定されていない。遺伝子DNAには、蛋白として翻訳可能な2つの主要なフレーム(open reading frame)が認められる。TTウイルスは血液中だけでなく、糞便中でも検出されることが明らかとなり、輸血のみならず、経口感染によっても感染しうる新しいタイプの血清肝炎ウイルスである可能性がある。

TTウイルスはDNAウイルスであるにも拘わらず、RNAウイルスに匹敵するほど遺伝子変異が顕著であり、核酸配列が大きく異なる遺伝子型が多数認められることが分かった。すなわち、核酸配列が互いに30%以上異なることを基準にして、現時点で1型から16型までの少なくとも16種類の遺伝子型が見いだされている。既知のウイルスと同様に、遺伝子型の違いによって宿主に対する感染の影響に大きな違いが見られることを示唆するデータが得られている。TTウイルス(TTV)は原因不明の輸血後肝炎の患者血清から発見された、環状1本鎖(マイナス鎖)DNAを遺伝子とする新しいヒトサーコウイルスである。今年度の研究実績の概要を以下に示す。1)TTVはDNAウイルスであるにも拘わらず、遺伝子変異が顕著であり、現在までに1型から16型までの少なくとも16種類の遺伝子型が見いだされている。原因不明の輸血後肝炎におけるTTV感染の追跡調査および供血者におけるALT異常とTTV感染との関連性の検討により、1型のTTV感染が肝疾患との関係で重要であることが示唆された。2)TTVはキャプシド蛋白をコードすると想定されているORF1の中央部分(3箇所)に超可変領域を有し、持続感染では流血中で免疫複合体を形成し、quasispeciesの状態で存在していることが明らかになった。急性感染例から分離されたTTVにはquasispecies complexityは認められなかった。3) IgGクラスおよびIgMクラスのTTV抗体(TTV粒子に対する抗体)の検出系を遺伝子型1aについて確立した。1a型のTTV感染が原因と考えられる輸血後肝炎例での検出結果から、IgMクラスのTTV抗体は急性感染の指標として、またIgGクラスのTTV抗体は感染既往のマーカーとして有用であることが明らかになった。4) TTVはチンパンジーに感染しうることが明らかになった。そして、回復後に感染TTVに対する抗体が産生されることが分かった。原因を特定できない肝炎(非A-G型肝炎)の起因ウイルスの候補として、1997年に発見したTTウイルス(TTV)の本態およびその特徴を分子生物学的手法により解明し、チンパンジー感染実験によってその感染性と病原性について検討するとともに、TTVの感染病態を解析することを研究目的とした。免疫電顕法によりTTV粒子を観察し、TTVが外殻を持たない直径30-32nmの小型球形粒子であることを明らかにした。急性TTV(1型)感染患者に由来する血清、あるいは15%糞便浮遊液を実験的にチンパンジーの静脈内に接種し、ヒト糞便中のTTVが血清中のTTVと同様に感染性を有することを実証できた。ウイルス血症は接種後5週、ないし7週後に認められ、15週、ないし33週後に陰転した。TTV DNA titerの下降に伴って、IgMクラス、ついでIgGクラスのTTV抗体が検出された。また、TTVの排除に伴って軽度ながら肝機能値(ALT値)が一過性に上昇し、同時に肝細胞にもballooningを主体とする組織学的な変化が認められたことから、TTVは肝炎を惹起しうるウイルスであることが示唆された。
レーザー光を用いて実現する新しい種類の極低温原子気体に関する理論的研究

レーザーで作られた準周期ポテンシャル中の原子気体についてクリティカル状態が見出せることを理論的に示した。また、複数バンドを持つ超伝導体で秩序変数が空間変化するFFLO状態が新しく複数の相に一次転移的に移ることを解明した。本年度は主に、レーザー光を用いて作成された準周期系であるFibonacciポテンシャル格子中にあるボーズ・アインシュタイン凝縮(BEC)についてその定常状態を解明した。Fibonacciポテンシャル中の一粒子波動関数は解析的に解くことができ、それがmultifractalを含むcritical状態であることが分かっている。また、critical状態のエネルギースペクトルはsingular continuousになることも知られている。一方で、今回考えたBECの系では、粒子間相互作用によって生まれる非線形効果が重要である。非線形効果のない場合の先行研究により、critical状態が現れるのは非常に特殊な場合に限られており、外からの摂動に対して非常に弱いと予想されるが、私の研究では非線形相互作用に対しては非常に強いことが示された。この研究では、数値計算と数学的な証明をいくつか用い、これまでにない強い主張:1.critical状態が非線形相互作用に対して強いこと、2.非線形相互作用の強さとエネルギースペクトルを軸に取った場合に解の許されない場所が存在すること、を導いた。これにより、実際のBECの実験でcritical状態の検証可能性が大きくなった。critical状態の波動関数はこれまで実際に見られたことがないため、実現すれば強いインパクトがあると考えられる。その準備として、本研究の結果は非常に重要であると考える。また、非線形Schroedinger方程式の研究に対しても数学的に重要な結果を与える。本年度は前年度に行ったレーザー光を用いて作成される順周期ポテンシャル(Fibonacciポテンシャル)についての論文をまとめ、公式に成果を発表することができた。また、2バンドの超伝導体についての研究を行い、研究結果を国内外に発表した。この研究は、複数のバンドの効果により、秩序パラメーターが空間変化するFulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov (FFLO)状態がどの様に変化し、磁場-温度相図がどの様になるかに注目した研究である。このようなFFLO状態は極低温原子気体の系でも注目を集めており、レーザー光を用いて相互作用が制御できる系では実現可能性が高い。複数のバンドに関しても、異なる超微細スピン状態の粒子を用意し、その粒子数を調整して混ぜることで可能であり、直接に今回行った研究結果が活かせると考えられる。超流動・超伝導状態は粒子がCooper対を作ることにより実現するが、外部磁場や粒子数の不一致などにより、Fermi面がずれている場合、磁化のエネルギーと凝縮エネルギーの競合が起こり、高磁場または高い粒子数の不一致によってFFLO状態が安定となる。単バンドを考えたときのFFLO状態はこれまで非常に多く研究されてきたが、複数バンドの系でのFFLO状態は微視的理論の立場からきちんとした研究がなされていなかった。得られた成果として、複数の異なるFFLO状態が安定化することが分かった。そしてそれは各バンドでFFLO状態が起こり、その波数が競合するために起こることが理由だと突き止めることができた。この競合により悪魔の階段と呼ばれる無限に多い相転移も予言でき、さまざまな分野へのインパクトは大きいと考える。レーザー光を用いて実現する特殊なポテンシャルを考慮し、本系の独自性を活かした、準周期系に着目し、数値計算と数学的な証明を用いて確かな結果を出すことができた。今後さらなく発展が期待できる。24年度が最終年度であるため、記入しない。定常状態だけでなく、拡散を見るなど、その動的振る舞いについて考察する必要がなる。定常状態が全て局在しているとしても、その動的振る舞いは無限に拡散するという一見矛盾した結果が予想されるからである。上記の内容についてきちんとした数値計算と、理論を詰めることで確かな結論を得る。さらにこの系で、リドベルグ原子を介した有限距離の相互作用をいれれば、それはまた異なる定常状態が期待できる。synthetic gaugefieldによってベクトルポテンシャルを入れた計算も行いたい。つまり、2次元の準周期系を用意し、そこにトポロジカルな欠陥ができる場合を考えることになる。
ストレス蛋白と麻酔

ストレス蛋白は大腸菌のような下等動物からヒトのような高等動物において、ストレス環境下にて発現し、細胞がストレスに有効に対応できるよう働いている。麻酔管理の1つの目標は、術中に患者をいかにストレスから解放するかである。この点に注目し、麻酔薬の細胞レベルでのストレス対応つまりストレス蛋白の発現と麻酔薬の新たな役割の解明を試みている。ストレス蛋白の中で最も研究が進んでいるHeart Shock Protein 70(HSP70)を熱ショックにてよく発現するヒト子宮癌細胞HeLaを用いた。10%牛胎児血清添加RPMI 1640培地にてHeLa細胞をconfluent状態にし、我々の教室で開発した細胞麻酔装置内にて吸入麻酔薬暴露下で培養及び42°Cの熱ショックを与え、in vitroのストレス環境下麻酔状態を設定した。(1)通常培養、(2)通常培養+熱ショック、(3)麻酔薬暴露下培養、(4)麻酔薬暴露下培養+熱ショックの4群に分け、各々の群より、Chomozyskyの方法を用いてtotal RNAを抽出した。ホルマリンアガロースゲル上にてRNAを電気泳動を行ったのち、ノーザントランスファーをした。現在オンコジーン社製HSP70オリゴマープローベを用いてDIG法でラベル後ハイブリダイゼーションを行っているが、良好なバンドが得られず、cDNAプローベによるハイブリダイゼーションを検討中である。cDNAの使用で良好な結果を得られれば、吸入麻酔薬の種類を変更し、麻酔薬間の差を観察する予定である。結果は来年度の日本麻酔学会にて発表したい。同時にRehybridization法を用いて他のストレス蛋白のmRNA発現観察も検討中である。
アルツハイマー病モデル動物の開発に関する研究

アルツハイマー病(AD)の疫学的病因のうち金属中毒・感染・頭部外傷に注目し、それぞれに基づいた動物モデルを作製してその妥当性を検討した。まず感染性要因の関与について、ハムスター脳に患者のbuffy coatを接種することにより検討した。AD患者の接種群では、脳幹神経核で、抗リン酸化neurofilament-H(NFH)抗体および抗tau抗体を用いた免疫染色で染色される線維を集積する神経細胞を認めた。また異常線維増生を認めた脳組織を接種した第3接種では、非リン酸化NFHが増生していることが示唆された。また頭部外傷のモデルとして、fluid percussion装置を用いてラット脳に衝撃を与えそれに伴う変化について検討した。1回では障害が軽微な軽度衝撃を反復して加えたところ、一部の神経細胞体内はMAP2、p-NFHで強陽性に染色された。また衝撃部位ではGFAPが増生し、軽度の神経細胞脱落が認められた。その1カ月後には反対側の遠隔領域においても神経細胞脱落が認められるようになり、それらの部位でもp-NFHの異常な蓄積が認められた。さらに金属中毒についてはアルミニウム(Al)をウサギ脳に注入することにより中毒脳を作製し、それに伴うNFの経時的変化について検討した。NFHとNFL蛋白量の解離が各部位とも37日目を通じて増大傾向を示し、特に脳幹では著明であった。またNFLとNFHの局在にも偏りが生じることが明らかになった。Al投与後のNF-LmRANに対するNF-HmRNAの量比を経時的に比較すると脳幹ではNF-HmRNAの比率の増加が明らかであったが、蛋白量の解離を説明する程度ではなかった。免疫組織学的な検討から、Al投与により、初期には非リン酸化NFが蓄積するが後にリン酸化NFが蓄積していくことが明らかとなった。3つの異なった発症因子が奇しくも同様のNFHを中心とした線維構造物の異常蓄積を生じることは興味深いところであるが、3つの知見を通して軸索輸送の障害というメカニズムが最も示唆された。アルツハイマー病の病原に関しては、未だ推測の域を出ない。現在までのところ、遺伝、頭部外傷、金属中毒、免疫異常、感染などが考えられている。本研究では、アルツハイマー病の病原としての感染性要因の関与について、家族性、弧発性アルツハイマー病患者及び健常者から採取した血液バッフィーコートをハムスターの脳内に接種し、それに伴う神経病理学的変化について検討した。前年度の検討で、家族性、弧発性を問わずアルツハイマー病バッフィーコート接種脳では、リン酸化200Kニューロフィラメント抗体で染色される線維の増生が見られる膨化した神経細胞が認められることを報告した。今回は、このバッフィーコート接種ハムスターがアルツハイマー病モデル動物として妥当であるか見るため、前記の脳内病変と体重変動について検討した。リン酸化200Kニューロフィラメント抗体陽性の線維増生が陽性な群の個々のハムスターの体重を経時的に見ると、体重は接種後6カ月あたりから漸減傾向を認め、ペア-ドt検定において有意な体重減少が確認され、この脳内病変と体重減少に相関が考えられた。一方、陰性群の体重には著変は認めなかった。リン酸化ニューロフィラメント200K抗体陽性な線維増生はタウやユビキチンでも陽性で、アルツハイマー病脳に見られる病理学的変化と類似性があり、今回この線維増生と体重減少に相関が認められたことは、このハムスターがアルツハイマー病のモデルになりうると考えられた。

今後、このハムスターで生じる変化を分子レベルで検討し、アルツハイマー病の原因について検討する予定である。研究代表者を中心とするグループは、アルツハイマー病(AD)の疫学的病因のうち金属中毒・感染・頭部外傷に注目し、それぞれに基づいた動物モデルを作製してその妥当性を検討した。本年度は頭部外傷とADの関係を検討するために、fluid percussion装置を用いてラット脳に衝撃を与えそれに伴う変化について検討した。1回では傷害が軽微な軽度衝撃(1.0atm)を反復して加えたところ、衝撃部位で急性期蛋白の発現は認められず、一部の神経細胞胞体内はmicrotubule associated protein 2(MAP2)、リン酸化ニューロフィラメントH(p-NFH)で強陽性に染色された。また衝撃部位ではGFAPが増生し、軽度の神経細胞脱落が認められた。その1カ月後には反対側の大脳皮質、海馬などの遠隔領域においても神経細胞脱落が認められるようになり、それらの部位でもp-NFHの異常な蓄積が認められ、特に大脳皮質では多数認められた。さらに金属中毒についてはアルミニウム(Al)をウサギ脳に注入することにより中毒脳を作製し、それに伴うNFの経時的変化について検討した。NFHとNFL蛋白量の解離が各部位とも37日目を通じて増大傾向を示し、特に脳幹では著明であった。またNFLとNFHの局在にも偏りが生じることが明らかになった。Al投与後のNF-LmRNAに対するNF-HmRNAの量比を経時的に比較すると脳幹ではNF-HmRNAの比率の増加が明らかであったが、蛋白量の解離を説明する程度ではなかった。免疫組織学的な検討から、Al投与により、初期には非リン酸化NFが蓄積するが後にリン酸化NFが蓄積していくことが明らかとなった。頭部外傷及びAlがともにNFの異常蓄積を生じたことは興味深い。この異常蓄積はAl中毒脳の経時的検討から生合成の変化だけでは説明できず、軸索輸送の障害という点に注目する必要があるように思われた。
ＳＰＭ－ＡＥシステムを用いた摩耗基礎過程の総合的究明

本研究は,凝着摩耗の素になる粒子,すなわち「摩耗素子」の生成を観察し,その生成機構を解明するため原子間力顕微鏡(AFM)などの走査型プローブ顕微鏡(SPM)を用いるとともに,摩耗素子の生成過程をアコースティックエミッション(AE)の発生によって検出する装置を製作し,それらの測定によって摩耗の基礎過程を明らかにし,凝着摩耗の摩耗式を提案した.本研究は,凝着摩耗の素になる粒子,すなわち「摩耗素子」の生成を観察し,その生成機構を解明するため原子間力顕微鏡(AFM)などの走査型プローブ顕微鏡(SPM)を用いるとともに,摩耗素子の生成過程をアコースティックエミッション(AE)の発生によって検出する装置を製作し,それらの測定によって摩耗の基礎過程を明らかにし,凝着摩耗の摩耗式を提案した.現在の摩耗機構に関する研究では、マクロなレベルの摩耗は多くの実験・観察から明らかにされているが、摩耗の起源となる摩耗素過程の解明はトライボロジーに残された課題の一つである。本研究は、凝着摩耗の素になる粒子、すなわち摩耗素子の生成を観察し、その生成機構を解明するため原子間力顕微鏡(AFM)などの走査型プローブ顕微鏡(SPM)を用いるとともに、摩耗素子の生成過程をアコースティックエミッション(AE)の発生によって検出する装置を製作する。本研究の特徴は、摩擦した摩耗初期の面をそのままSPMによって観察して凝着摩耗の基礎過程の研究に用いる装置の作製とそれを用いた実験を行って摩耗基礎過程を究明することにある。平成22年度は、その研究に用いるべき走査型プローブ顕微鏡(日本電子JSPM-5200)を購入した。そして、このSPMとアコースティックエミッション測定部を組み合わせる装置として、ピン・オン・フラット型摩擦試験装置のピエゾアクチュエータ型微小摩擦試験機の基礎部を作製した。摩耗素過程の観察を可能にする実験装置系としてピンの微小摩擦運動をピエゾアクチュエータとそのドライバによって可能にし、観察する表面は摩擦後のブロック試片を摩擦したそのままの状態でSPMのテーブルに移動し、そのままSPMプローブを操作して摩擦面の観察像を得るシステムとなっている。本年度は、その基本になる実験装置として、摩耗の素となる摩耗素子、素子が集合・堆積して生成する移着粒子の観察を可能にし摩耗の基礎過程を総合的に解明する装置の基礎部分を構築した。現在の摩耗機構に関する研究では、マクロなレベルの摩耗は多くの実験・観察から明らかにされているが、摩耗の起源となる摩耗素過程の解明はトライボロジーに残された課題の一つである。平成23年度は、前年度に購入した走査型プローブ顕微鏡(日本電子JSPM-5200)を取り付ける摩擦駆動系を設置した。そして、このSPMとアコースティックエミッション測定部を組み合わせる装置として、ピン・オン・フラット型摩擦試験装置のピエゾアクチュエータ型微小摩擦試験機の基礎部を完成した。本年度は、その基本になる実験装置として、摩耗の素となる摩耗素子、素子が集合・堆積して生成する移着粒子の観察を可能にして摩耗の基礎過程を総合的に解明する実験を実施した。現在の摩耗機構に関する研究では,摩耗の起源となる摩耗素過程の解明はトライボロジーに残された課題の一つである.本研究は,凝着摩耗の素になる粒子,すなわち摩耗素子の生成を観察し,その生成機構を解明するため原子間力顕微鏡(AFM)などの走査型プローブ顕微鏡(SPM)を用いるとともに,摩耗素子の生成過程をアコースティックエミッション(AE)の発生によって検出する装置を製作し,それらの測定によって摩耗の基礎過程を明らかにすることができた.今年度は最終年度に当たり,平成22年度に購入した走査型プローブ顕微鏡(日本電子JSPMー5200)とアコースティックエミッション測定部を組み合わせる装置として平成23年度に設置したピン・オン・フラット型摩擦試験装置によって摩擦摩耗実験を行った.ピエゾアクチュエータ型微小摩擦試験機を用いて摩擦した摩擦面をSPMによって観察し,金属材料について摩耗素子の生成を確かめルことができた.それと同時にその際に発生するAE信号を解析した.AE信号の解析は、AEエネルギー,微分エネルギー値,AE周波数などについて行い摩耗素過程との対応を明らかにした.本年度に実施した実験によって,その基本になる摩耗の素となる摩耗素子,素子が集合・堆積して生成する移着粒子の発生にともなってAEエネルギーおよび周波数が特異な値に変化することを明らかにすることができた.それらの結果によって,摩耗素子の発生から摩耗過程を明確にしたことから凝着摩耗の摩耗式として理論式を提案することができた.現在の摩耗機構に関する研究では、摩耗の起源となる摩耗素過程の解明はトライボロジーに残された課題の一つである。