hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
増改築を行った伝統的家屋の構造性能評価のための基礎研究

本研究課題では,伝統的な住宅の残存量を推定し,文化財に指定された住宅と,文化財に指定されていない住宅における生活や構造の現状を調査した。文化財に指定されたものは九州一円を対象とし,文化財に指定されていないものは中越地震で被災した集落のケーススタディにより明らかにした。中山間地では高度経済成長期以降の過疎化,高齢化の進行により集落の存続が難しくなっている。特に豪雪地帯でその傾向は顕著である。しかしそのおかげで伝統的な民家が残っている現状がある。100年150年を経過した民家であっても指定文化財は数%で,大多数は個人の管理によって維持されている。そんななか耐雪対策や家族のライフステージに合わせた増改築が行われ,構造的課題のあるものが少なくないことが中越地震被災後の住宅診断で明らかとなった。増改築の過程で壁量の減少,大工が経験的に構造部材を切断するなど構造的な破綻が起こっている。本研究は中越地震被災地のなかで伝統的な家屋が相当数残る集落において,(1)耐雪対策として行った屋根形状の変化,中門の付け替え,2階の増設,減築,(2)そして家庭状況や生活様式の変化に伴う増築や改築,減築の実態を明らかにし,構造形状で類型化する。そしてさらに類型ごとに構造的な課題を抽出することを目的に研究をおこなった。22年度はこれまでの蓄積に加え,平面図をもとに構造架構図をおこすための主要部材の実測,壁量の測定をし,その結果を精密診断ソフトで診断した。結果,当初は北側が壁で閉じられていたため北に寄っていた重心が増改築によって中央部に寄り,重心の偏りは減じていた。しかし図面上のバランスは良いが,実際は接合部が緊結されていないなどの問題が見出された。また接合方法の混在による亀裂なども発生していることが分かった。またアンケートやヒアリングから,後継者がいないことを主因として居住していながら手入れがされていない状況が明らかとなった。次年度は継続して接合部の調査,簡易メンテナンス方法の提示による居住者の意向変化調査を実施する。幕末から戦前に建設され100年以上を経過した民家のうち指定文化財は0.3%で,大多数は個人の管理によって維持されている。そんななか耐雪対策や家族のライフステージに合わせた増改築により,構造的な課題のあるものが少なくないことが中越地震被災後の住宅診断で明らかとなった。本研究は伝統的な家屋が相当数残る集落をケーススタディ対象に選び,(1)耐雪対策として行った屋根形状の変化,中門の付け替え,2階の増設,減築,(2)そして家庭状況や生活様式の変化に伴う増築や改築,減築の実態を明らかにし,構造形状で類型化する。23年度は集落の各世帯に管理手帳を作成し配布した。これは集落の実情を踏まえた日常の点検項目や手入れ方法,非日常時の対応,増改築の際に気をつけるポイントを掲載し,末尾に各家が修理や増改築の履歴を記録する部分を入れている。昨年度のヒアリングでは,後継者がいないことが原因で,居住しているものの手入れがされていない状況であった。管理手帳の受け渡し時に説明を加えたところ関心を示す居住者が多かった。また柱梁等の接合形状が多様なことが明らかとなり,それらについての指針は整理されていないことから,既往研究を精査して,差鴨居,足固め,貫,ほぞ,込み栓について現在の研究の到達点を確認した。例えばほぞに関しては寸法が仕口の性能に大きな影響を与え,込み栓に関しては,寸法や本数,打ち込み位置が影響を与えることが実験や解析で明らかにされている。これらを地震被災時の状況と対応させ,構法を評価すれば,より効果的な指針を示すことができると考えられる。24年度は上記を踏まえて接合部を見ていくことにより精度をあげたいと考えている。我が国の伝統的な家屋の大多数は個人によって維持されている。本研究は中越地方の山間集落を対象に,家屋の形状変化とその要因,危険部位の抽出,家屋維持のための課題について調査研究を行った。母屋形状の変化では,減築も見られ,要因は雪下ろしの労の軽減,冬季の無人化による雪による圧壊予防であった。近年の豪雪で蔵等では有人でも圧壊している例がある。2階の増設例は,通し柱はなく地震時に層間で屈曲の被害が出ている。ライフステージの変化に伴う増築や改築は,中門部分で受容している例が多く,土間の板張化,浴室の増築,トイレの母屋化が多数を占める。次いで子供部屋の2階北側への増築が相当数あり,これは,本来1階天井の横架材に部屋を載せ,さらに空間確保のため屋根部材を切断していることから構造的な危険度がかなり高い。具体的に課題となる部位を抽出するため,既往研究を収集し整理した。

結果,構造的性能を決定づけるのは仕口部にあり,仕口形式,めり込み量,繊維方向,仕口・横架材・柱寸法の要素があげられる。耐震判断では建設当初の寸法も重要である一方,経年や災害によるめり込み量の減少や仕口部の精度の低下も考慮しなければならない。また無人化による家屋の荒廃が顕著で約4割が空き家である。所有者の家屋の活用志向を見ると,家財置き場や耕作時の休憩利用のため所有し続けたい「非流動志向」が6名,個人や集落等に委託・売却したい「流動志向」2名,解体したい「撤去志向」3名,志向なし5名で,流動・撤去志向が少なく集落側から見ると非活性化の状況を生んでいる。流動・撤去志向の所有者は集落と縁がほぼ切れている状態ですでに倒壊している家屋もある。ハードソフト両面での維持の仕組みが求められ,将来的には老朽家屋の診断指針や,無人家屋さらに高齢者の住まいの維持方策について個人・地域を超えて考える必要性が指摘できる。目的であげた(1)耐雪対策として行った屋根形状の変化,中門の付け替え,2階の増設,減築,(2)そして家庭状況や生活様式の変化に伴う増築や改築,減築の実態を明らかにし,構造形状で類型化する。といった点はおおよそ掴めている。今後は構造形状の部分をより精度をあげたい。24年度が最終年度であるため、記入しない。申請時から研究拠点が遠方へ移動したことに伴い,調査の集約や連携する建築士の協力を仰ぎながら進める。
医療保険制度改正が入院期間に与える影響に関する実証研究

・「医療保険制度改正が入院期間に与えた影響について」1997年9月の健康保険組合加入者本人の自己負担率改定において,入院需要にどのような影響を及ぼすかという点について統計的手法を用いた検証をおこなった,全体的として,自己負担率改定によって平均入院日数の削減効果はそれほど大きいものではないが,類似する疾病に関しては同程度の入院治療が行われ,かつ日数も減少傾向にあるという意味での効率的な治療が行われるようになったと解釈できる患者層が確認された.・「老人の自己負担変化と診療点数合計の分布の変化について」本稿では,老人医療の自己負担方式の改正により,医療サービス供給側の診療行為に変更が生じたかという点について,診療機関別のレセプトデータを用いて分析を行った.特に疾病ごとの改正前後の点数分布の動向を見ることで実際にどのような診療(どの程度の水準,どのような内容)が行われ,それが改正によってどのように影響を受けたのか,という点を中心としてみた.その結果,自己負担率が実質的に上昇する低点数層に対しては,特定の疾病においては,実際に医療サービス水準の上昇が観測され,診療内容を変更しない場合でも,レセプト数の増加などが観測されることが多く,低価格診療が拡大したことを裏付けている.それに対して高点数層への診療を見ると,点数水準の引き下げが生じているケースが多い.・高齢者自己負担の改定と診療点数の分布について平成13年1月に老人が医療機関で診療を受けた際の自己負担の仕方が変更された.本稿では自己負担の変更により医療サービスに対する需要側と供給側がそれぞれどのように行動を変更するかという点について簡単に整理し,供給側でどのような変更があったかをレセプトデータにより概観する.そして医療機関側の行動の変更が具体的にはどのような診療行為の変更によってなされたのかという点について統計モデルを用いて説明する.結果としては,疾病ごと,あるいは診療期間ごとに一様にどの行為が増えた(減った)という事が見られるわけではないが,従来,「薬漬け」として非難されてきた投薬行為が,診療点数の疾病内均質化が進んだ場合ですら,減少しているわけではない.一ヶ月の間に複数回の診療を受けることが割高になったため,少ない診療と投薬による診療の方が効率的であるということを選択した結果であるかもしれない.外来患者の受診行動が,自己負担率改定によって受ける影響について研究した.対象とした平成9年の改定においては,被保険者本人の負担率のみが改定されたが,本人のみならず,その家族にも受診抑制の傾向が,分割表や統計モデルの結果から確認された.観測されない異質性の分布として,Laguerre多項式を用いた一般的な形を想定した.時間可変的な持続時間モデル(time-varying duration model)の漸近的性質(推定量の一致性)について証明を行った.このモデルは自己負担額が入院期間に応じて変化していき,個体差の大きな入院データの分析に応用可用である.・「医療保険制度改正が入院期間に与えた影響について」1997年9月の健康保険組合加入者本人の自己負担率改定において,入院需要にどのような影響を及ぼすかという点について統計的手法を用いた検証をおこなった,全体的として,自己負担率改定によって平均入院日数の削減効果はそれほど大きいものではないが,類似する疾病に関しては同程度の入院治療が行われ,かつ日数も減少傾向にあるという意味での効率的な治療が行われるようになったと解釈できる患者層が確認された.・「老人の自己負担変化と診療点数合計の分布の変化について」本稿では,老人医療の自己負担方式の改正により,医療サービス供給側の診療行為に変更が生じたかという点について,診療機関別のレセプトデータを用いて分析を行った.特に疾病ごとの改正前後の点数分布の動向を見ることで実際にどのような診療(どの程度の水準,どのような内容)が行われ,それが改正によってどのように影響を受けたのか,という点を中心としてみた.その結果,自己負担率が実質的に上昇する低点数層に対しては,特定の疾病においては,実際に医療サービス水準の上昇が観測され,診療内容を変更しない場合でも,レセプト数の増加などが観測されることが多く,低価格診療が拡大したことを裏付けている.それに対して高点数層への診療を見ると,点数水準の引き下げが生じているケースが多い.
環境変化によるオオムギ穂形質可塑性の分子機構の解明

オオムギの穂は二条性と六条性に大別されるが、六条性品種の中には側列小花が不規則に退化する「不斉条」がある。不斉条を示す系統は作期の違いや年毎の環境の変動によって六条性或いは二条性に近い穂形態を示すことから,不斉条の側列小花の退化程度は可塑的である。表現型が視認できるため、環境応答性を解析する上で格好の素材と考えられるが、詳細な分子遺伝機構は明らかになっていない。本研究では不斉条遺伝子を単離し、環境に応答した穂形態の可塑性を制御する分子機構を明らかにする。本研究によりイネ科植物が示す穂の可塑性が環境適応性にどのように寄与したのかの解明につながることが期待できる。
DNAマイクロアレー法による妊娠初期流産のゲノム微細変化の網羅的検出

原因不明の自然流産における染色体微細構造異常の有無を同定するために全ゲノム解析用マイクロアレーシステムの開発を行った。1)染色体サブテロメア特異的マイクロアレー:染色体サブテロメア領域は通常のG-バンド分染法では白く抜けるバンドで通常構造異常を同定することは困難である。そこで同領域を詳しく調査するためのサブテロメア特異的プローブが開発され、FISHベースで解析がなされている。我々はこれらのプローブをマイクロアレースライド上にスポットし、同領域の構造異常を1度に網羅的に解析するシステムを開発した。このシステムを用いて、陽性コントロールとして4pサブテロメア領域の欠失が知られている症候群(Wolf-Hirschhorn症候群)5例を解析したところ、全例において4pサブテロメア欠失を確認した。さらに2例においてこれまで同定されていなかった染色体異常を合わせて同定した。このように我々の開発したシステムの有効性を確認後、特発性精神遅滞患者69例を解析したところ4例(5.8%)において、サブテロメア領域の構造異常を同定することが可能であった。2)全ゲノム解析用マイクロアレー:全ゲノムに均等にマップされる多数のプローブ(2000個/ゲノム)を全てFISH法にて想定される位置にマップされることと、単一のシグナルを呈することを確認した。現在全ゲノム解析用マイクロアレーを作成中で完成後、自然流産の解析に用いる予定である。平成14年度は、次に述べる3つの項目が完了ないし進行中である。本研究は、全て長崎大学ゲノム・遺伝子解析倫理委員会の承認のもとに行われている。(1)効率的マイクロアレーCGHの開発:モノソミー・トリソミーが検出可能なマイクロアレーCGHを技術的に確立した。BACのDNAを鋳型としDOP-PCRを行いさらにその産物をアミノ基で修飾したプライマーを用いて2nd PCRで増幅し、特殊加工したスライドグラスに共有結合させる系を確立した。これによりシグナル強度が、1:2あるいは3:2コピー比の同定に十分なものとなり、モノソミー・トリソミーの同定が可能となった。(2)全ゲノムをカバーするBACクローンの収集:使用を予定していたSpectralgenomics社(米国テキサス)の1000個のBACマイクロアレーの質が、期待を下回り、使用できなかったため、我々の手で14年度中に1000個のBACクローンを収集することにした。これらは全てプレート播種して1コロニーからDNAを採取しFISHで目的の染色体上にマップされることを確認後マイクロアレースライド用に使用される。平成15年1月現在約700個のBACのFISHが完了した。この結果約ゲノムデータベースで収集したFISH済みクローンでさえ10%のクローンは、異所性にマツプあるいは多発シグナルを呈し、マイクロアレーCGHに適さないことが判明し、我々の手による地道なFISHマッピングが不可欠であることが証明された。(3)染色体異常を認めない正常核型の流産物20例からのDNA採取:流産物20検体の匿名化を行い、それぞれから20μg程度のDNAを採取した。平成15年度前半期までにマイクロアレー作成を終え後半期で流産物の解析に入る予定である。染色体サブテロメア領域は通常のG-バンド分染法では白く抜けるバンドで通常構造異常を同定することは困難である。そのうち1例は、父親に存在した均衡型のサブテロメア領域の相互転座由来であった。

このように我々の開発したシステムの有効性を確認後、特発性精神遅滞患者69例を解析したところ4例(5.8%)において、サブテロメア領域の構造異常を同定することが可能であった。特発性精神遅滞の約5-6%にサブテロメア異常が認められるという報告が欧米を中心になされているが、今回の結果で、本邦の精神遅滞におけるサブテロメア構造異常の頻度も欧米と差がないことが判った。また本システムでゲノムコピー数の異常を効率的に同定することが可能であることが明らかとなったので、今後は本システムを、多数のプローブを用いた全ゲノム解析用マイクロアレーに応用し自然流産検体を解析する予定である。
カゴ化合物による感応性化学種の保護効果

本研究では、光応答性や電場応答性を有するπ電子系分子部分構造を大規模カゴ型分子骨格の内部に架橋した“分子ジャイロコマ"を設計・合成し、感応性π電子系のカゴ骨格による立体保護効果を明らかにしてきた。昨年度は、光応答性を有するナフタレンやピレンを架橋した分子ジャイロコマにより、カゴで保護された特異な光物性を明らかにした。今年度は、極性を有するチオフェンやセレノフェンを架橋した分子ジャイロコマにより、カゴで保護された結晶内部の双極子ローターの回転や配向について検討した。その結果、結晶内部において温度に依存した双極子ローターの配向秩序の温度変化を明らかにした。さらにこのような結晶内部の構造変化が、結晶複屈折に影響することを解明した(論文:Cryst. Growth Des., 16, 4392-4401 (2016) ).このほか関連化合物の分子構造を機能性を報告した(論文:New. J. Chem., 40, 8593-8599 (2016). )。さらに、電場応答性を有する誘導体の合成と誘電応答観察にも成功した(投稿準備中)。このように、感応性π電子系をカゴ型分子骨格で立体保護することにより、保護されていない分子系では観察されない特異な性質が発現することを明らかにした。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、大規模カゴ型アルキル骨格の内部にπ電子系を架橋した分子を、結晶中でもπ電子系が1軸回転可能な「分子ジャイロコマ」として設計、合成し、結晶内部のπ電子系の回転運動や配向変化に伴う物性を検討してきた。本研究では、カゴ骨格を内部に収めた感応性化学種の保護基として利用する研究を実施する。π電子系としてナフタレンを架橋した誘導体について、様々な環サイズの誘導体を合成し、溶液中の環の回転運動を観察した。その結果エネルギー障壁がカゴサイズに依存することを明らかにした(論文:J. Org. Chem., 80, 9959-9966 (2015))。π電子系としてピレンを架橋した誘導体を新規に合成した。この分子は、カゴ側鎖の立体保護効果により、高濃度条件においてもエキシマー蛍光が観察されない特異な性質を明らかにした(論文:Org. Biomol. Chem., 13, 10511-10516 (2015).)。研究代表者は、2件の国際会議での成果発表と1件の招待講演を行った。新規化合物の合成が進み、論文発表も行った。双極子モーメントを有するπ電子系であるチオフェンやセレノフェンを架橋したカゴ化合物について、物性のカゴ効果を明らかにする。蛍光特性や酸化還元特性を有する部分構造を内包した化合物について、物性のカゴ効果を明らかにする。
シグマボンドメタセシスを基軸とする触媒的フッソ化反応の開発

触媒的フッ素化反応の開発に取り組み、以下の成果を得た。(1)パラジウム触媒存在下、アレンをヨウ化アリール、フッ化セシウムと反応させることにより、アリール基とフッ素の付加反応が進行した。(2)銅触媒存在下、アルキンをベンゾイルフルオリド、第3級アルコールと反応させることにより、アルキンのヒドロフッ素化反応によりフッ化ビニル誘導体が得られることを見出した。(3)銅触媒存在下、エポキシドをベンゾイルフルオリドにより処理することによりフッ素の導入を伴ったエステルの生成反応を見出した。BINAP存在下、銅ー酸素結合とベンゾイルフルオリドの炭素ーフッ素結合間で、σボンドメタセシスが進行することを見出した。19F NMRよりFが架橋した、テトラヘドラルの銅二核錯体が生成していることが示唆された。また、アルキン類とベンゾイルフルオリド、T-BuOHとの反応を検討したところ、この反応を鍵過程として含むヒドロフッソ化が触媒的に進行した。興味深いことに、ラセミ体のBINAPの方がキラルなBINAPより高活性を示した。学術論文への投稿準備中である。これまで、遷移金属触媒を用い、炭素と周期表第16族の硫黄、セレン、酸素とをアルキンやアレン類などの炭素ー炭素不飽和結合にone-spotで導入する反応について精力的に研究してきた。また、最近では、金属ーハロゲン元素と炭素ーハロゲン元素との間で、ハロゲン交換反応が効率よく生起し、このことを利用して、反応のドライビングフォースが極めて簡単な実験操作で明らかとできること、また、その過程をDFT計算を用いた理論計算で明らかとした。さらに、このハロゲン交換反応は、従来型の金属塩を用いるハロゲン交換反応とは異なり、極めて効率よく、簡便に金属ーハロゲン結合をより重い金属ーハロゲン結合に変換する合成化学的に非常に価値の高い反応であることを明らかにした。本研究では、以上2つの成果を融合させた、学問領域の開発に取り組んだところ、ヘテロ元素として、フッ素を用いる反応において、興味ある実験結果を得た。Cu-O結合とC-F結合の間で温和な条件下、Cu-F結合が生成することを見出した。31PNMRから、2つのCu、2つのF、配位子のBINAPからなる4面体錯体が生成していることが明らかとなった。また、この錯体が鍵活性種となっているものと考えられる、アルキン類のヒドロフッ素化が進行することを見出した。反応機構に関して、生成物の立体化学の変化について調べたところ、HとF元素は基質に対して、速度論的に導入されていることが示唆される点興味深い。また、添加剤として使用するBINAPのキラリティイと触媒活性との相関について調べたところ、ラセミ体が光学活性体よりも高い反応性を示した。また、反応基質として、アルキン類の代わりにエポキシド類を用いると、炭素官能基とフッ素直接基質に付加することを見いだした。研究データは、ヒドロフッソ化については、卒業した修士課程の学生のデータがかなりまとまっており、学術論文にできるのに近い状況にある。エポキシドを用いる反応は、配位子の条件検索を広く行ったところ、かなり高い効率で反応が進行する系をみつけている。しかし、原料のエポキシドの安定性が低く、F源として用いるベンゾイルフルオリドに対して過剰用いる必要があるなど、反応の選択性について克服すべき点が残されている。また、アルキンのヒドロフッソ化およびエポキシドのカーボフッ素化いずれの反応系でも、化学量論の錯体を用いた反応機構解明に関する研究が手つかずであり、今後さらに反応のチューニングをとる必要がある。本研究課題では酸ハロゲン化物と遷移金属ハロゲン化物との配位子交換反応に関する研究成果に立脚した触媒的フッ素化反応の開発に取り組んだ。すなわち、酸ハロゲン化物として酸フッ化物を、遷移金属塩として銅アルコキシドを用いることにより、エステルの生成を駆動力としてCu-F結合が生成する。さらに、本素過程を利用することにより、酸フッ化物をフッ素源とするアルキン類のヒドロフッ素化反応、エポキシドのアロイルフッ素化反応をこれまでにみいだした。最終年度は、これまでの成果を踏まえ、基質適用範囲の拡大および反応機構の詳細を検討した。エポキシドのアロイルフッ素化反応に関して、触媒の最適化検討を行った結果、NHC配位子を用いることにより反応効率の向上に成功した。さらに、キラルジフォスフィン配位子を用いることにより、対応する生成物を良好な光学収率で与えることを明らかにした。エポキシドにかえてアジリジンと酸フッ化物との反応を検討したところ、対応するアロイルフッ素化生成物が低収率ながら得られた。銅アルコキシドBINAP錯体と酸フッ化物との配位子交換反応を検討したところ、対応するフッ素錯体の単離構造決定に成功した。錯体はフッ素架橋二核錯体であり、前年度のNMRを用いた検討と矛盾の無い結果である。本研究によりフッ素化合物の中では比較的安定な酸フッ化物をフッ素化試薬として利用する反応の設計指針として、(1)シグマボンドメタセシスによりフッ化水素を発生させることなくフッ素化試薬として利用することが可能である、(2)C-FとCu-X間のシグマボンドメタセシスを効率よく行うためには銅アルコキシド錯体を用い、エステルを共生生物として発生させることが駆動力として重要であることを明らかにした。これらの知見はさらなるフッ素化反応の開発につながると期待される。(1)パラジウム触媒存在下、アレンをヨウ化アリール、フッ化

セシウムと反応させることにより、アリール基とフッ素の付加反応が進行した。(2)銅触媒存在下、アルキンをベンゾイルフルオリド、第3級アルコールと反応させることにより、アルキンのヒドロフッ素化反応によりフッ化ビニル誘導体が得られることを見出した。(3)銅触媒存在下、エポキシドをベンゾイルフルオリドにより処理することによりフッ素の導入を伴ったエステルの生成反応を見出した。論文投稿のための実験データがほぼ揃いつつある。また、σーボンドメタセシスを経由する、新しい別の反応へも展開可能であることが明らかになっているから。アルキンのヒドロフッソ化については学術論文への投稿の準備を早急に進める。また、本研究を評価する上で重要となる、Cu-F結合を有する錯体を単離してX線で構造を決定すること、またCu-Fのアルキンに対するトランス付加とシス付加について、理論計算を行い、実験と理論両面から詳細を解明していく予定である。エポキシドのカーボフッ素化についても、錯体化学的観点から研究していく予定である。また、この反応はベンゾイルフルオリドをF源と用いるほかの反応とはことなり、ベンゾイル基を反応基質に取り込めるという大きな利点がある。このことを利用して、他の不飽和基質を用いた反応に応用する予定である。予備的な研究では、エポキシドの代わりにアジドを用いる反応でも、炭素官能基とフッ素原子の位置選択的な導入反応が可能となることが明らかとなっており、反応条件の最適化を行う予定である。また、硫黄を含む環状化合物や、他の員数を有する化合にも反応を適用する予定である。有機合成化学アルキンの代わりにエポキシを用いることで、新反応へと展開可能である。この場合、σーボンドメタセシスの後、エポキシが開環し、銅ー酸素結合がアルコールの非存在下で生じるため、エポキシに対するベンゾイルフッ素化が進行する。炭素官能基とFを一挙に導入する極めて有用な反応であると考えている。研究に必要な、銅やパラジウムなどの遷移金属錯体やアルキン類やエポキシド類を計画的に購入し使用してきた。また、化学反応の解析に必要なNMR〈核磁気共鳴装置)で使用する、重溶媒についても同様に使用している。しかし、どの化学薬品が必要になるかは、研究結果に応じて考える必要があり、若干、経費見込みと実際の使用量との間に違いが生じた。触媒反応および化学量論反応で使用する貴金属類の錯体の購入が当初見込み予算を上回ったため。今後も必要となる、種々の化学薬品の使用に主に充てる予定である。出来る限り、必要最小単位の試薬を購入し研究を遂行する。
不活性炭素―酸素結合活性化に有効なホスフィン―ボラン配位子の開発

本研究では、ルイス酸性のホウ素部位を持つリン配位子であるホスフィンーボランを用いて、不活性な炭素ー酸素結合の切断に高い触媒活性を示す遷移金属触媒を創出することを目的とした。はじめに、多種多様なホスフィンーボラン配位子の合成ルートを確立した。これらのホスフィンーボラン配位子の中から、パラジウム触媒を用いたアリルアルコールの直接的なアリル位アミノ化反応に高い活性を示すホスフィンーボラン配位子を見つけ出すことができた。また、活性メチレン化合物によるアリルアルコールの直接的アリル位アルキル化反応に対しても高活性な配位子を開発することができた。本研究では、ルイス酸性のホウ素部位を分子内に持つホスフィン化合物(ホスフィンーボラン)を配位子として利用することで、高活性遷移金属触媒を創製することを目的としている。特に、不活性な炭素ー酸素結合の切断を鍵とする触媒反応の開発を目指している。はじめに、多様なホスフィンーボラン配位子を準備して体系的に検討を行うために、その合成法を確立した。リンおよびホウ素上には多様な置換基を導入することに成功し、リン原子とホウ素原子を連結するリンカー部位については、エチレン基、プロピレン基、オルトフェニレン基を有するものを各種合成した。結果的に14種類の多様なホスフィンーボラン配位子を合成し、それらを有するパラジウム触媒の触媒活性を比較検討した。合成した各種ホスフィンーボラン配位子とパラジウム錯体を用いて、アリルアルコールの直接的なアリル位置換反応における触媒活性を調べた。予備実験の結果、ある種のホスフィンーボランがアリル位アミノ化反応に高い触媒活性を示すことがわかっていたが、新たに合成したホスフィンーボラン配位子を用いてさらに配位子の構造と触媒活性との相関を調べた。また、アルキル化剤としてマロン酸エステル等の活性メチレン化合物を用いて、塩基を加えない条件下でのアリル位アルキル化反応についても触媒活性を調べた。その結果、アリール基を持つホスフィン部位と9-BBN骨格を持つホウ素部位とがエチレン鎖で連結された配位子がアリル位アミノ化およびアルキル化反応のいずれにおいても最も高い触媒活性を示した。これまでの研究成果によって、アリルアルコールのアリル位炭素ー酸素結合を効率よく切断することのできるホスフィンーボラン配位子の構造が明らかとなった。これはより不活性な構造のアリルエーテル等の炭素ー酸素結合の切断に向けて重要な知見であり、さらには炭素ー窒素結合の切断にも応用可能であると考えている。当初の計画通り、現在までに多様なホスフィンーボラン化合物の合成法を確立し、14種類のホスフィンーボラン化合物を合成した。得られた配位子を用いてアリルアルコールの直接的なアリル位アミノ化反応およびアルキル化反応における触媒活性を調査した。アミノ化反応には各種第2級アミンを用い、アルキル化剤には活性メチレン化合物を用いて、いずれの反応においても塩基を加えずに中性条件下で触媒反応を行った。その結果、アリル位アミノ化反応とアリル位アルキル化反応のいずれの場合にも9-BBN骨格を有するホスフィンーボランが最適であることを明らかにした。反応溶媒等の反応条件を最適化することにより、高収率でアリル位置換生成物を得ることができた。特にアミノ化反応においては、従来法と比べて大幅な加速効果が見られた。アリルアルコールの適用範囲について調べたところ、アミノ化反応においては多種多様なアリルアルコールを用いることができ、その嵩高さのために反応性が低いプレニルアルコールや第3級アリルアルコールを用いた場合にも高収率で対応する生成物を得ることができた。一方、アリル位アルキル化反応においては、α位およびβ位に置換基を導入しても反応を妨げること無く高収率で生成物が得られたが、γ位にフェニル基を導入したシンナミルアルコールを用いると対応する生成物の収率が中程度へと低下した。求核剤として用いるアミンについてはアニリン誘導体が特に高い反応性を示したが、脂肪族アミンも良好に反応した。活性メチレン化合物としてはマロン酸誘導体とβ-ケトエステル類を用いることができ、対応する生成物を高収率で得ることができた。以上のように、本研究は当初計画した通り、ホスフィンーボラン化合物の合成法の確立とアリルアルコールの直接的アミノ化反応およびアルキル化反応の開発まで順調に進展している。本研究は、ルイス酸性のホウ素部位を持つ配位子であるホスフィンーボランを用いて、不活性な炭素ー酸素結合の切断に高い触媒活性を示す遷移金属触媒を創出することを目的としている。今年度は特に2種類の触媒反応の開発に成功した。1つ目は、活性メチレン化合物を求核剤として用いた、アリルアルコールの直接的なアリル位アルキル化反応である。ホスフィンーボラン配位子のリンカー部位の構造を精査したところ、ホスフィンとボランが4つの炭素原子で連結されたものが最も高い触媒活性を示すことが明らかとなった。2つ目は、ベンジルアルコールを用いたベンジル位の直接的アミノ化反応である。この場合には2つの炭素原子からなる炭素鎖で架橋されたホスフィンーボラン配位子が有効であり、高い収率で対応するベンジルアミンを得ることができた。研究期間の全体を通じて、ホスフィンーボラン配位子を用いた不活性炭素ー酸素結合切断反応を開発するための基盤となる技術を構築できた。

すなわち、リン上の置換基、ホウ素上の置換基、およびリン原子とホウ素原子をつなぐリンカー部位の構造が異なる多種多様なホスフィンーボラン配位子の合成法を確立し、配位子を幅広くスクリーニングすることが可能となった。それにより、アリルアルコールの直接的なアリル位アミノ化反応、アリルアルコールの活性メチレン化合物による直接的アリル位アルキル化反応、ベンジルアルコールのベンジル位アミノ化反応、の3つの触媒反応を開発することができた。研究の過程で、リンカー部位の構造が触媒活性に特に大きな影響を与えることがわかった。以上の成果をもとに、ホスフィンーボラン配位子がアリル位およびベンジル位以外の不活性な炭素ー酸素結合の切断や、炭素ー酸素結合以外の炭素ーヘテロ原子結合の切断を鍵とする新規触媒反応の開発へと応用できると期待される。本研究では、ルイス酸性のホウ素部位を持つリン配位子であるホスフィンーボランを用いて、不活性な炭素ー酸素結合の切断に高い触媒活性を示す遷移金属触媒を創出することを目的とした。はじめに、多種多様なホスフィンーボラン配位子の合成ルートを確立した。これらのホスフィンーボラン配位子の中から、パラジウム触媒を用いたアリルアルコールの直接的なアリル位アミノ化反応に高い活性を示すホスフィンーボラン配位子を見つけ出すことができた。また、活性メチレン化合物によるアリルアルコールの直接的アリル位アルキル化反応に対しても高活性な配位子を開発することができた。今後は計画通り、ホスフィンーボラン配位子を用いたα-ビニル環状エーテルおよび環状アリルエーテルのアリル位置換反応へと研究を展開する。α-ビニル環状エーテルや環状アリルエーテルは、環骨格に由来する立体障害によってπ-アリルパラジウム中間体が形成されにくく、より高活性なパラジウム触媒の開発が望まれている。本研究におけるこれまでの成果によって、ホスフィンーボラン配位子を有するパラジウム触媒が、アリル位置換反応に従来用いられてきたパラジウム触媒と比べて大きく活性が向上していることが明らかとなっており、上述したようなより高難度のアリル位置換反応への応用が期待される。これまでに合成したホスフィンーボラン配位子を用いて触媒反応を試み、必要に応じて新たな配位子の設計および合成を行う。また、アリルアルコールを用いたアリル位アミノ化反応およびアルキル化反応に関しては反応中間体の特定など詳細な反応機構の解明を目指す。具体的には触媒とアリルアルコールとの化学量論反応を行い、NMR等の各種スペクトルの変化を観察することで反応中間体に関する知見を集める。一方、アリルアルコールにおける炭素ー酸素結合の活性化法をベンジルアルコールへと拡張した、ベンジル位置換反応にもすでに着手している。現在までにある種のホスフィンーボラン化合物を配位子とした場合にベンジルアルコールの直接的なベンジル位アミノ化反応が高収率で進行することを見出している。今後はこのベンジル位アミノ化反応における反応条件および基質適用範囲についても検討を進める。合成化学出張旅費が当初の予想よりも低額で済んだことと、平成27年度は論文投稿を行っていないためにそれに伴う謝金が不要となったことが当該助成金が生じた主な理由である。平成28年度分として請求した助成金と合わせた使用計画を下記に示す。引き続き有機合成用試薬類および実験用消耗品が必要であるため、967,002円を物品費として使用する。
雑食性アザミウマの偏食多様性と系統分化との関係解明：生物的防除資材としての展望

アカオビハナクダアザミウマは鹿児島県鹿屋市以南に、シナクダアザミウマは奄美大島以南に、アカメガシワクダアザミウマは奄美大島以北に分布することを認めた。また、未記載2種を含む日本産全Haplothrips属の種の分子系統樹を作成し、捕食性の高い種と植食性の種とが概ね異なるクラスターを形成すること、ならびにアカメガシワクダアザミウマとハナクダアザミウマの分類学的位置について再検討が必要であることを把握した。近縁種数種を簡易判別するためのプライマーを設計した。シナクダアザミウマ成虫の害虫アザミウマに対する捕食効率(25°C)はアカメガシワクダアザミウマ成虫と同程度であるが、アカオビハナクダアザミウマ成虫の捕食効率はそれより劣った。シナクダアザミウマとアカオビハナクダアザミウマの生殖休眠性は低いことを確認したほか、有効積算温度定数と発育零点を算出・検討し、シナクダアザミウマが沖縄県の施設害虫アザミウマの防除素材として最有望であると考えた。少数個体による安定同位比分析の技術を確立した。カキクダアザミウマのゴールに同所する捕食者は2種である可能性を分子多型の解析で把握した。さらに、Liothrips属群では、ゴール形成性を持つカキクダとガジュマルクダアザミウマの遺伝的類縁性が高いこと、そして、ゴールを形成しないワサビクダアザミウマとオモトクダアザミウマの遺伝的類縁性が高いことを把握できた。なお、ゴール形成性のフウトウカズラクダアザミウマは日本産Liothrips属では祖先的であり、ゴール形成能力を喪失したフウトウカズラヤドリクダアザミウマは他の非ゴール形成性種(ワサビクダアザミウマやオモトクダアザミウマ)の共通祖先である可能性が示唆された。以上から、カキクダアザミウマのゴールに同居する捕食性未記載種群は、カキクダなどを含むLiothrips属群とは異なる系統的起源であると考えた。沖縄県の害虫アザミウマの天敵として最も有望な1種を絞り込むことができた。鹿児島県から沖縄県に至る捕食性Haplothrips属3種の分布状況を把握できた。予定していなかった未記載捕食者についての系統解析を進めることができた。沖縄県において、キク栽培地、およびイチゴ施設での放飼実験を遂行することができた。分子マーカー利用と安定同位体比分析の研究計画は予定通りに進捗している。捕食効率の温度変化、および対象種の増殖率の詳細な把握は完了するに至らなかった。学会発表は予定通りであるが、論文公表が遅れている。これまで生理生態学的情報がほとんど得られていないヤマノイモハナクダアザミウマの害虫アザミウマに対する捕食性や発育特性を解明して、シナクダアザミウマやアカメガシワクダアザミウマと比較する。ヤマノイモハナクダアザミウマは本州から沖縄県にまで広域分布するため、その機能活用に資する生理生態学的情報が得られれば、より普遍的かつ好適な生物的防除素材として利用する契機となる点に期待し展開したい。シナクダアザミウマやアカメガシワクダアザミウマとその他のHaplothrips属捕食性種は自然界において同じ植物体上で発見される頻度が高くなかったので、当初想定していた生殖干渉や捕食を通じた相互関係を追究するよりも、ニッチを異にする要因を追究する視点にウエイトを移して、研究を進めていく。カキクダアザミウマのゴールに生息する捕食者の適切な識別や記載を目指し、我が国の捕食性アザミウマ相の知見充実や生態情報の共有が推進できる素地を築きたい。アカメガシワクダアザミウマの増殖率や休眠生態に関する研究成果の論文化に一層の努力をしたい。Haplothrips属の日本産9種を花粉と鱗翅目卵を餌として飼育し、4種では動物食への適性が低いことを把握した。同時にトウモロコシとアカマツの花粉の餌としての適性は、前者で高いことを把握した。これら9種を含むHaplothrips属の12種以上についての分子系統解析を行って、日本原産のHaplothrips属においては、動物食だけで発育を全うできる種から成る単系統群と植物食性が強い単系統群に大別できることが示唆された。そして、この系統関係と幼虫の色彩パターンとは一致しないことを明らかにした。国内外で植食性害虫とされているイネクダアザミウマは動物食だけで10世代以上を飼育でき、強い捕食性を備える雑食性のアザミウマであることを明らかにした。鹿児島県南部以南に分布する強捕食性の1種では幼虫期に経験する短日条件で誘導される生殖休眠性をもたないことを把握した。一方、鹿児島県以北に分布する強捕食性の姉妹種1種では光周期依存的な休眠性を示すが、その休眠性は優性形質で、複数の遺伝子が関与する他、母性効果の存在することを示唆した。2種の強捕食性の種について、花粉を摂食して飼育した個体と動物食で飼育した個体の安定同位体比分析を遂行し、動物と植物、C4植物とC3植物といった、食性の相違する個体を類別する手法確立の素地を得た。さらに、一般的傾向と異なり、餌資源の摂取によって安定同位体比が減少する現象を見いだした。

また、生態学的知見が乏しかった1種H.nipponicusが強い捕食性をもつことを確認し、特定の数種植物種の花においては他の雑食性および植食性のHaplothrips属アザミウマよりも極めて高率で出現することを発見した。沖縄県に優占的に生息する強捕食性の1種について、亜熱帯の果樹栽培施設での接種試験を実施し、花序での定着と増殖が可能であることを認め、加害の証拠のないことを確認した。日本産Haplothrips属の9種を網羅した分子系統解析を実施し、主要種の多型を検出した。飼育による食性の確認をできていない日本既知のHaplothrips属の種が1種のこされているので、次年度にこれを飼育するとともに分子系統解析に加える予定である。一方、日本未記録だったHaplothrips属1種を発見して飼育し、その捕食性が低いことを確認した。捕食性が相対的に強く幼虫色彩が類似した在来3種が単系統群を形成したことは特記すべき成果である。日本産Haplothrips属の9種を飼育して、植物種によって、それらの花粉がアザミウマの餌としての適性が異なること、そして花粉と小動物とで雑食性アザミウマの餌としての適性が異なることを把握できた。捕食性の高いHaplothrips属2種がアザミウマや蛾の他、ハダニ類を捕食することを確認できた。また、当初想定していなかったクダアザミウマ科の未記載種を果樹上で発見し、その飼育実験によってアザミウマや蛾を捕食することを確認できた。安定同位体比分析によって、花粉食で発育したアザミウマと動物食で発育したアザミウマのCN比を測定する手法を確立した。沖縄県に分布する捕食性の高い種の中には、光周期に制御される生殖休眠性をもたない種のあることを発見した。アカメガシワクダアザミウマの生殖休眠の遺伝について、正逆交配および戻し交配をおこなった結果を解析し、国内学会で発表した。日本産主要9種を含むHaplothrips属の系統進化と植食性への傾倒パターンとの関係について得られた結果を国際集会で発表した。鹿児島県における分布調査を遂行し、屋久島と与論島ではアカメガシワクダアザミウマを確認できなかったという成果を得た。熱帯果樹へのシナクダアザミウマの接種試験を遂行できた。捕食効率の種間差や種間関係の詳細把握は次年度以降の課題として残されている。アカオビハナクダアザミウマは鹿児島県鹿屋市以南に、シナクダアザミウマは奄美大島以南に、アカメガシワクダアザミウマは奄美大島以北に分布することを認めた。また、未記載2種を含む日本産全Haplothrips属の種の分子系統樹を作成し、捕食性の高い種と植食性の種とが概ね異なるクラスターを形成すること、ならびにアカメガシワクダアザミウマとハナクダアザミウマの分類学的位置について再検討が必要であることを把握した。近縁種数種を簡易判別するためのプライマーを設計した。シナクダアザミウマ成虫の害虫アザミウマに対する捕食効率(25°C)はアカメガシワクダアザミウマ成虫と同程度であるが、アカオビハナクダアザミウマ成虫の捕食効率はそれより劣った。シナクダアザミウマとアカオビハナクダアザミウマの生殖休眠性は低いことを確認したほか、有効積算温度定数と発育零点を算出・検討し、シナクダアザミウマが沖縄県の施設害虫アザミウマの防除素材として最有望であると考えた。少数個体による安定同位比分析の技術を確立した。カキクダアザミウマのゴールに同所する捕食者は2種である可能性を分子多型の解析で把握した。さらに、Liothrips属群では、ゴール形成性を持つカキクダとガジュマルクダアザミウマの遺伝的類縁性が高いこと、そして、ゴールを形成しないワサビクダアザミウマとオモトクダアザミウマの遺伝的類縁性が高いことを把握できた。
関節滑液を考慮した膝関節安定性評価手法の開発

本研究では1関節組織の物性値測定,2流体-構造連成解析と3関節滑液付加実験を通して関節滑液が膝関節安定性に寄与するメカニズムを解析する.1では力学試験を通して膝関節の各組織の物性値を特定する.1で得られた結果を2のモデルで入力し,関節滑液が及ぼす関節内の圧力.応力分布を計算する.3ではEx-vivo実験では膝モデルの関節滑液を制御し,関節運動時に掛かる荷重・トルクを測定する.2と3の結果を比較して関節滑液の影響を定量的に評価・検証する.これまで膝関節各組織(靭帯組織,骨組織,半月板,滑液)の相互作用を考慮した解析方法は無かったため学術的及び独創的な結果が予想される.本研究では1関節組織の物性値測定,2流体-構造連成解析と3関節滑液付加実験を通して関節滑液が膝関節安定性に寄与するメカニズムを解析する.1では力学試験を通して膝関節の各組織の物性値を特定する.1で得られた結果を2のモデルで入力し,関節滑液が及ぼす関節内の圧力.応力分布を計算する.3ではEx-vivo実験では膝モデルの関節滑液を制御し,関節運動時に掛かる荷重・トルクを測定する.2と3の結果を比較して関節滑液の影響を定量的に評価・検証する.これまで膝関節各組織(靭帯組織,骨組織,半月板,滑液)の相互作用を考慮した解析方法は無かったため学術的及び独創的な結果が予想される.
荷電高分子の相転移由来の非線形特性に基づき動作する分子機械モデルの研究

本研究は,荷電高分子鎖からなる分子機械(核酸や酵素など)の振る舞いを,環境との相互作用に基づく相転移挙動をキーワードに実験的に解き明かすことを目的としている.本研究期間においては,細胞サイズの脂質二分子膜胞(ジャイアントリポソーム:GL)におけるDNAを鋳型としたタンパク質(GFP)発現系の構築に成功した.その結果,GL内部におけるGFPの発現率がバルク溶液中よりも約10倍高いとの基礎的な知見を得た(CHEMBIOCHEM誌(2003)掲載).この機構に対するアプローチとして,反応の素過程を一つずつ詳細に確認してゆくという手法と,他のタンパク質発現系を用いた場合の結果から微小空間の効果を演繹的に議論する手法の二つが考えられるが,生体高分子機械の動作環境を知る研究においては後者のアプローチを行い,よりシンプルな酵素反応および高分子の相転移現象における微小体積の効果を測定することで環境との相互作用による分子機械の働きについての知見が得られると期待できる.関連して,自発的なリポソームの形成時に共存しているDNA分子が,リポソーム内部に濃縮されているという実験結果を得ている(Chem.Phys.Lett.誌(2003)掲載).(平行して,外部溶液よりDNA分子を細胞内へとレーザーを用いて非接触に導入する手法を開発し,植物細胞のプロトプラストにDNA分子を選択的に導入することに成功した(Appl.Phys.Lett誌(2003)掲載)).これらの実験結果は,細胞サイズの閉環境をつくる脂質膜構造が,内包したDNAやタンパク質等の高分子・低分子やイオンとの相互作用により(それらと同じ濃度に調製された)バルク溶液中とは大きく異なる環境をあたえうることを示すものである.これによって生物が荷電高分子機械を用いる場の特性と意義を知るための直接的な研究基盤が形成されたと考えられる.本研究は,荷電高分子鎖からなる分子機械(核酸や酵素など)の振る舞いを,環境との相互作用に基づく相転移挙動をキーワードに実験的に解き明かすことを目的としている.本研究期間においては,細胞サイズの脂質二分子膜胞(ジャイアントリポソーム:GL)におけるDNAを鋳型としたタンパク質(GFP)発現系の構築に成功した.その結果,GL内部におけるGFPの発現率がバルク溶液中よりも約10倍高いとの基礎的な知見を得た(CHEMBIOCHEM誌(2003)掲載).この機構に対するアプローチとして,反応の素過程を一つずつ詳細に確認してゆくという手法と,他のタンパク質発現系を用いた場合の結果から微小空間の効果を演繹的に議論する手法の二つが考えられるが,生体高分子機械の動作環境を知る研究においては後者のアプローチを行い,よりシンプルな酵素反応および高分子の相転移現象における微小体積の効果を測定することで環境との相互作用による分子機械の働きについての知見が得られると期待できる.関連して,自発的なリポソームの形成時に共存しているDNA分子が,リポソーム内部に濃縮されているという実験結果を得ている(Chem.Phys.Lett.誌(2003)掲載).(平行して,外部溶液よりDNA分子を細胞内へとレーザーを用いて非接触に導入する手法を開発し,植物細胞のプロトプラストにDNA分子を選択的に導入することに成功した(Appl.Phys.Lett誌(2003)掲載)).これらの実験結果は,細胞サイズの閉環境をつくる脂質膜構造が,内包したDNAやタンパク質等の高分子・低分子やイオンとの相互作用により(それらと同じ濃度に調製された)バルク溶液中とは大きく異なる環境をあたえうることを示すものである.これによって生物が荷電高分子機械を用いる場の特性と意義を知るための直接的な研究基盤が形成されたと考えられる.
大強度パルス中性子による外場応答ダイナミクスのリアルタイム追跡技術の開発

パルス中性子発生の周期と測定試料への外場印可のタイミングを同期させる回路系とこの同期回路に接続可能な光同期試料スティックの開発に成功した。これによりパルス中性子発生周期と同期して任意の励起光を試料に印可できるようになり、中性子散乱実験を通じてミリ秒オーダーの光応答ダイナミクスをリアルタイムで追跡することが可能となった。この技術は電場や磁場等といった光以外の外場にも適用可能であり、物性物理学や生命科学等の広い学問分野に亘って重要な研究テーマである外場応答ダイナミクスの研究が大強度パルス中性子を駆使することによりさらに加速するものと期待される。本研究課題は、チョッパー分光器の単色化チョッパーで選択される複数の中性子ビームが一定の時間差をもって試料に到達することを積極的に利用して、物質におけるミリ秒オーダーの外場応答ダイナミクス情報をリアルタイムで追跡できる新規解析手法の実用化に向けた技術開発の推進を主目的としている。平成26年度は、電場を試料に印可できる試料環境装置の試作を行った。この装置は、J-PARC物質・生命科学実験施設の中性子実験装置で一般的に用いられるトップローディング型冷凍機に上方から挿入することができるものであり、現在、試験測定を継続して実施している。試験測定の結果明らかになった問題点をフィードバックしてさらに改良を進めることにより、平成27年度早々に電場下での中性子非弾性散乱実験を実現できるようになる見込みである。本研究課題では、パルス中性子発生の周期と試料への電場印可タイミングを同期させることのできる「電場同期印可試料環境システム」の完成を目標としているが、平成26年度の実績により、目標達成に向けての重要な1ステップを乗り越えることができた。平成27年度は、昨年度までに開発を進めてきた電場同期印可試料環境システム試作機をJ-PARCのチョッパー分光器に設置し、「外場応答ダイナミクスのリアルタイム追跡技術」の試験測定を実施する予定であったが、J-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)における中性子源のトラブル等により、本試験測定のビームタイムを確保することができなかった。上記トラブルによる中性子ビーム供給停止が長期間に亘る見込みであることが平成27年度の早期に判明したことを受けて、平成27年度の研究計画を「外場応答ダイナミクスのリアルタイム追跡技術」におけるデータ解析環境の構築及びシフトした。J-PARCチョッパー分光器による測定では、1測定あたりのデータ量は数十ギガバイトにも及ぶため、高性能の解析用計算機1台を複数の外部ユーザーとシェアして利用することが一般的である。そのため、本研究課題に特化したデータ解析ソフトウェア等の開発研究を柔軟に進めることが困難であったが、平成27年度に本研究課題専用のデータ解析用ワークステーションを整備することができ、開発スピードが飛躍的に向上した。平成27年4月末から平成28年2月中旬に亘るJ-PARC物質・生命科学実験施設の利用運転長期停止の影響により、平成27年度中に予定していた実験を実施することができなかったことが研究進捗の遅れの主な原因である。その一方で、研究計画を一部見直すことにより、本研究課題に特化したデータ解析用ワークステーションを整備することができ、データ解析技術の開発スピードを加速することができた。平成26年度より、電場を試料に印可できる試料環境装置の試作をスタートさせ、最終年度までに実機を完成させた。この装置は、J-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)の中性子実験装置で一般的に用いられるトップローディング型冷凍機の上方から挿入することができるものであり、MLFにおける電場下中性子非弾性散乱実験が実用化されることとなった。平成27年度はMLFにおける中性子ビームの供給が長期間に亘って停止するという想定外の事態も生じたが、本研究課題専用のデータ解析用ワークステーションを整備することにより、データ解析ソフトウェア等の開発研究を進めた。研究期間全体を通じて、パルス中性子発生の周期と測定試料への外場印可タイミングを同期させる回路系の開発が本研究課題の最も大きなポイントであったが、最終年度までに回路系のプロトタイプ開発に成功した。レーザー光を測定試料に導くために製作した光同期スティックとこの回路系を組み合わせて、パルス中性子発生周期と同期してレーザー光を試料に印可できる「レーザー光同期印可試料環境システム」を完成させた。本システムの光同期スティックは規格品の光ファイバカップリングを用いており、あらゆる光源を本システムに接続し、利用することが可能である。このように、本研究課題の主目的として掲げていた主要な技術を確立することができた。今後、物性物理学や生命科学等の広い学問分野に亘って重要な研究テーマである外場応答ダイナミクスの研究が、大強度パルス中性子を駆使してさらに加速するものと期待される。

この技術は電場や磁場等といった光以外の外場にも適用可能であり、物性物理学や生命科学等の広い学問分野に亘って重要な研究テーマである外場応答ダイナミクスの研究が大強度パルス中性子を駆使することによりさらに加速するものと期待される。交付申請書においては、(i) J-PARCの中性子実験装置で一般的に用いられるトップローディング型冷凍機に上方から挿入する試料スティックの改造、(ii)試料部近傍における放電対策、(iii)試料に印可する電場の強さや繰り返し周期等の仕様を十分検討した上での電源ユニット部の詳細設計及び開発、を平成26年度の開発目標に掲げていたが、概ね計画通りの開発を進めることができた。これまで、平成26年度に電場同期印可試料環境システムの開発、平成27年度にデータ解析技術の開発を進め、「外場応答ダイナミクスのリアルタイム追跡技術」を実現するにあたってのハードウェア・ソフトウェア両面の開発を進めてきた。本研究課題の最終年度にあたる今年度は、J-PARCチョッパー分光器において「外場応答ダイナミクスのリアルタイム追跡技術」の実証実験を早期に行う。実証実験で得られた結果と開発内容についてとりまとめ、国内外への学会発表および学術誌への論文投稿を行う。さらに、今回の新規技術を活用した中性子利用研究の加速とさらなる成果創出に向けた研究グループを構築する。中性子散乱平成26年度に得られた結果を基にして、電場同期印可試料環境システムの開発を継続する。開発に成功した段階で、外場応答ダイナミクスのリアルタイム追跡技術の実証実験として、液晶材料おける電場配向過程のリアルタイム観測をJ-PARC中性子実験装置を使って実施する。電場同期印可試料環境システムの研究開発で蓄積された技術とノウハウをベースにして、パルス中性子発生周期と同期してレーザー光を試料に印可できる試料スティックを新規製作し、「レーザー光同期印可試料環境システム」の開発にも着手する。平成28年度末までに、電場及び光による外場応答ダイナミクスのリアルタイム追跡技術を利用できる中性子実験環境を確実に整備し、一般ユーザーへの提供も進める。これらの結果についてとりまとめ、国内外での学会発表および学術誌への論文投稿を行う。さらに、今回の新規技術を活用した中性子利用研究を加速するため、関係する各分野の研究者を大学や企業等から招いたワークショップを開催し、多角的な研究推進とさらなる成果創出に向けた研究グループを構築する。これまでに述べてきたように、平成27年度に予定していた中性子散乱実験を実施できなかったために、「外場応答ダイナミクスのリアルタイム追跡技術」の実証実験は平成28年度に先送りとなった。平成28年度は本研究課題の最終年度であり、施設トラブルによる実験延期を避けるため、海外の中性子実験施設で複数回実験を行うことも念頭に置いて研究計画を検討している。そのための旅費を確保するため、平成27年度の一部予算を次年度に延伸することとした。