hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
DNAを鋳型に利用した金ナノコイルおよび2重らせん構造の金ナノワイヤーの創製

有機溶媒系で作製した金ナノワイヤーを相間移動により水相に移動させることに成功した。さらに、副生成物のナノ粒子も分離できることを明らかとした。金ナノワイヤーをチオール化合物で表面修飾すると、ナノワイヤーの形態保持が困難であることもわかった。そこで、貴金属のナノコイルおよび2重らせん構造の作製として別の戦略を試みた。長鎖アミドアミン誘導体(C18AA)を用いることにより金ではないがパラジウムナノコイルの作製や長鎖アミドアミン誘導体のらせん構造を利用した金ナノ粒子の2重らせん構造の作製に成功した有機溶媒系で作製した金ナノワイヤーを相間移動により水相に移動させることに成功した。長鎖アミドアミン誘導体(C18AA)を用いることにより金ではないがパラジウムナノコイルの作製や長鎖アミドアミン誘導体のらせん構造を利用した金ナノ粒子の2重らせん構造の作製に成功した我々は、最近金の(111)面が選択的に成長した幅数nmの直線状Auナノワイヤーの合成を有機溶媒中で達成した。ナノワイヤーに関して、次のチャレンジングな課題は形態・形状などの二次構造制御である。本研究の目標は、DNAとハイブリッド化することによって、コイル状(ラセン状)のナノワイヤーの作製である。これを達成するためには、本年は(1)金ナノワイヤーを水相に移動させる方法の確立と、(2)DNAと親和性を付与するための金ナノワイヤーの表面修飾法の確立について検討した。(1)金ナノワイヤーの水相への相間移動長鎖アミドアミン誘導体(C18AA)を相間移動剤に用いると、(111)面を多く持つ粒子と少ない粒子の分離ができることを見出した。そこで、同様の方法を金ナノ粒子と金ナノワイヤーの混合溶液に適用したところ、金ナノワイヤーだけを水相に移動させることに成功した。ここで重要なパラメータは、トルエン相から水相に移動させる際のpHであった。すなわち、pHが低いとAu NWsの形態は大きく変化し、一方pHが高いとAu NWsは束として存在した。最適なpH6.6付近では、Au NWsはそれぞれ分散した状態で水相に移動することがわかった。(2)金ナノワイヤーの表面修飾3-メルカプトプロピオン酸(3-MPA)で金ナノワイヤーの修飾法について検討したところ、3-MPA濃度が10^<-3>Mよりも濃いと金ナノワイヤーは直線状から、屈曲した形態に変化することがわかった。10^<-4>M程度であれば、金ナノワイヤーの形態を維持したまま表面修飾が可能であった。すなわち、表面修飾において修飾分子の濃度が重要な要素であることが明らかとなった。新規両親媒性化合物の長鎖アミドアミン誘導体(C18AA)をソフトテンプレートに利用すると、金の(111)面が選択的に成長した幅数nmの直線状Auナノワイヤーの合成を我々は見出した。これを達成するためには、昨年度は金ナノワイヤーを水相に移動させる方法の確立と、DNAと親和性を付与するための金ナノワイヤーの表面修飾法の確立について検討したが、本年度は、C18AAがトルエン中でらせん構造を形成することがわかったので、金ナノワイヤーのらせん構造を作製するのにDNAではなく、C18AAのらせん構造の利用について検討することとした。C18AAをトルエンに加熱溶解した後、ゆっくり冷却すると、厚みが数nm、幅が数十nmのリボン状らせん会合体が形成することがわかった。この会合体のらせんピッチは、C18AA濃度とともに増大し、150300nmの範囲で制御できることがわかった。また、同時に幅も25nm50nmに増大した。興味深いことに、有機化合物で被覆した金ナノ粒子を共存させると、リボン状会合体の両サイドに金ナノ粒子が1次元配列し、金ナノ粒子の一次元らせん構造の生成することがわかった。C18AAより炭化水素鎖が短いC14AAおよびC16AAでも同様の構造物が得られることもわかった。したがって、リボン状会合体に金ナノ粒子の代わりに、金ナノ粒子を作用させれば、螺旋状の金ナノワイヤーが容易に作製できる可能性があることが明らかとなった。これまでに、長鎖アミドアミン誘導体(C18AA)オルガノゲル中で生成した幅数nmの直線状Auナノワイヤーを水相に相間移動させる方法について検討した。ナノワイヤーを水相に移動させる理由はDNAとハイブリッド化させるためであるが、相間移動の条件が厳しく、また操作が煩雑で収率が低いことが問題であった。そこで、本年度はナノワイヤーを直接水系で作製できるかどうかについて検討した。C18AA水溶液に塩化金酸以外に硝酸銀を加えてアスコルビン酸で還元すると、直径約2 nmで数ミクロン以上の長い直線状ナノワイヤーが生成することが明らかとなった。

ワイヤーの組成(金と銀の比率)については未解決であるが、塩化金酸と硝酸銀の仕込み比、アスコルビン酸やC18AAの濃度を最適化すれば、高い生成収率で得られることが明らかとなった。今度、表面修飾を行い、DANとのハイブリッド化を進める予定である。一方、金属ナノリングやナノコイル構造が、DNAを使わなくてもC18AAの分子集合体を制御することで作製できる可能性を見出した。具体的には、少量のトルエンを加えたC18AA水溶液にK2PdCl4を溶解させた後、還元剤としてNaBH4を添加し1日静置すると、直径数百nm、太さ3nmのPdナノリングの集合体の作製に成功した。また、得られたナノリングの耐環境安定性を評価したところ、高い耐溶媒性、耐熱性、耐酸性・塩基性を有していた。Pdナノリングの生成過程についてTEM観察から検討したところ、まずスピンドル状のC18AA分子集合体の表面で粒子が生成し、その後粒子が成長してリングを形成することが明らかとなった。金ナノ粒子の一次元らせん構造を新規界面活性剤をテンプレートに用いることにより作製できることを証明した。また、金ナノワイヤーを形態を維持した状態で有機相から水相に相間移動させる方法も確立している。したがって、目標の金ナノワイヤーのらせん構造体は、両方法をうまくコンビネーションさせれば達成できる状況にある。24年度が最終年度であるため、記入しない。C18AAが形成するリボン状らせん会合体をテンプレートにして、金ナノワイヤーのらせん構造を作製する。さらに、らせん構造のピッチ等の制御についても検討する。DNAと金ナノ粒子のハイブリッド化とらせん構造形成についても検討する。
原生生物の探索行動を創発する機構の数理モデル

粘菌という原生生物が自ら移動しながら栄養源を獲得するために,どのような戦略をとっているかを明らかにするために,数理モデルと実験の両面から研究を行った.移動する粘菌は「境界が内部のダイナミクスに応じて変形する系」であるので,偏微分方程式で扱うには困難が伴う.そのため空間的に離散化した数理モデルを用いた.粘菌は複数の先端を利用して「幅優先探索」とも「深さ優先探索」とも異なる特殊な探索方法を取っており,その振る舞いを再現することが当面の目標であった.餌を探している粘菌が分かれ道でどう振る舞うかについては,実験と同様の傾向が数理モデルにより得られており,これらの結果については論文として発表するための準備を進めている.また,現在は論文執筆と並行して,数理モデルの改良を行っている.本研究の数理モデルは粘菌の先端が動く仕組みについて独自性のある数理モデルとなっているが,より数理モデルをブラシュアップさせるべく,粘菌の移動方向の先端だけでなく,粘菌の後端にあたる部分の振る舞いを再現し,合理的な説明を与えることのできるモデルを考案中である.数理モデルに関して進展があった一方で,実験は枝分かれの迷路以外の環境下での粘菌の振る舞いの観察はいまだ行えておらず,今後の課題としたい.今後の研究のためには大量のシャーレを正確に繰り返し撮影することが必要で,粘菌の運動を効率良く撮影するためのシステムを構築する必要があるが,こちらも次年度以降の課題としたい.現所属機関で実験用のスペースを確保し,粘菌を飼育,実験できる環境を一から構築することに想定より時間がかかってしまった.実験室でなかった部屋を実験室仕様へ一から作り変えるという作業は初めてでだったが,良い経験となった.粘菌を自動撮影するシステムは当初大掛かりなものを想定していたが,より実用的なロボットアームのついた実験システムを作るために現在計画を練っている.まずは新しい数理モデルと迷路実験の結果を論文として発表する.新しい実験環境で無事粘菌を飼育,実験できたので,今後は自動撮影システムを開発し,研究をペースアップしていきたい.粘菌という原生生物が自ら移動しながら栄養源を獲得するために,どのような戦略をとっているかを明らかにするために,数理モデルと実験の両面から研究を行った.移動する粘菌は「境界が内部のダイナミクスに応じて変形する系」であるので,偏微分方程式で扱うには困難が伴う.そのため空間的に離散化した数理モデルを用いた.粘菌は複数の先端を利用して「幅優先探索」とも「深さ優先探索」とも異なる特殊な探索方法を取っており,その振る舞いを再現することが当面の目標であった.餌を探している粘菌が分かれ道でどう振る舞うかについては,実験と同様の傾向が数理モデルにより得られており,これらの結果については論文として発表するための準備を進めている.また,現在は論文執筆と並行して,数理モデルの改良を行っている.本研究の数理モデルは粘菌の先端が動く仕組みについて独自性のある数理モデルとなっているが,より数理モデルをブラシュアップさせるべく,粘菌の移動方向の先端だけでなく,粘菌の後端にあたる部分の振る舞いを再現し,合理的な説明を与えることのできるモデルを考案中である.数理モデルに関して進展があった一方で,実験は枝分かれの迷路以外の環境下での粘菌の振る舞いの観察はいまだ行えておらず,今後の課題としたい.今後の研究のためには大量のシャーレを正確に繰り返し撮影することが必要で,粘菌の運動を効率良く撮影するためのシステムを構築する必要があるが,こちらも次年度以降の課題としたい.現所属機関で実験用のスペースを確保し,粘菌を飼育,実験できる環境を一から構築することに想定より時間がかかってしまった.実験室でなかった部屋を実験室仕様へ一から作り変えるという作業は初めてでだったが,良い経験となった.粘菌を自動撮影するシステムは当初大掛かりなものを想定していたが,より実用的なロボットアームのついた実験システムを作るために現在計画を練っている.まずは新しい数理モデルと迷路実験の結果を論文として発表する.新しい実験環境で無事粘菌を飼育,実験できたので,今後は自動撮影システムを開発し,研究をペースアップしていきたい.粘菌の実験環境の整備に時間がかかり自動撮影システムにまで手が回らなかったため,そのための予算を次年度に持ち越すこととなった.次年度に構築するシステムについては,当初の予定よりも効率の良いものを作るための検討がすすんでおり,ロボットアームを用いたシステムを構築する予定であり,このための予算として使用する.
「京」コンピュータを活用した次世代銀河形成モデルの開発

「京」コンピュータ等の世界最先端のスーパーコンピューターを用いたダークマターのN体シミュレーションを実行し、ダークマター天体の分布とその形成史を求めた。さらに、バリオンガスの進化を考慮し、ダークマター天体中での銀河の形成過程や銀河中心超巨大ブラックホールの形成モデルを組み込み、新しい銀河形成モデルを開発した。超巨大ブラックホールにガスが落ち込むことによって発現する活動銀河核は、銀河にくらべて数が少ないが、このモデルでは巨大な領域を一度に計算することが可能なため、統計的に十分な数の活動銀河核を計算し、空間分布から相関関数を計算して観測と比較することで、銀河の形成過程について理解をすすめた。これまでに我々が開発してきた、冷たい暗黒物質宇宙論モデルに基づく銀河形成モデルの抜本的な改善が本研究の目的であるが、本年度においては、モデルのベースとなるN体シミュレーションを、京コンピューターを使用した、大規模なものに置き換えること、及びそれに基づいた銀河形成モデルの構築と、銀河形成モデルが含む、個別の素過程モデル(星形成など)の改善を行うことが計画されていた。京コンピューターを使用したN体シミュレーションについては予定通り計算が終了した(連携研究者による)。このデータを利用した銀河形成モデルが動き出せば、銀河形成モデルとしては世界トップの分解能を誇り、かつクェーサーのようなレアな天体についても統計的に十分な議論ができる程度の個数を実現できる広大な領域を一度に計算可能となる。なお分解能については、過去の我々の計算により、矮小銀河だけではなく、巨大銀河にも影響を与え得ることが判明しており、重要なパラメータとなっている。現在は、最終年度においてさらに巨大な計算をするための準備にとりかかっている状態である。また、銀河形成モデルの改善についても、基本的な改善についてはほぼ終了した。新モデルと過去のモデルの違いの分析も開始している。細かいパラメータ設定を二年目に行い、二年目中には基本的な銀河形成モデルの構築に関する論文を投稿する予定である。これまでに我々が開発してきた、冷たい暗黒物質宇宙論モデルに基づく銀河形成モデルの抜本的な改善が本研究の目的であるが、本年度においては、モデルに基づくモックカタログの構築が主な計画であった。京コンピューターを使用したN体シミュレーションについては、最終目的であった8192^3粒子による計算が前倒しで完了しており、それに関する論文も出版された。一方、銀河・AGN形成モデルについては、ほぼ完成はしているものの、最終段階において観測データと合致させるための微調整に時間がかかっており、モックカタログの構築までには至っていない。しかし、ある程度の範囲で観測と合致し、予備的な考察には使用可能なレベルでは出来上がっており、既に学会での発表も行っている。これについては、三年目の早い時期に論文が完成するよう現在進めている。また、本研究のメインターゲットの一つである、AGNのクラスタリングについては、現在の予備的なカタログを用いて様々な考察をすすめているところである。一部については、学会や国際会議などでも報告された。最終的にモデルが確定した段階で、クラスタリングに関する論文も完成する見込みである。本研究に関わるワークショップや、サーベイ観測に関する国際会議などでは、本研究が構築するモデルの内容や、クラスタリングをはじめとする暫定的な結果と考察について、積極的に発表を行ってきた。これは三年目も継続して行う予定である。最新の宇宙論モデルである「冷たい暗黒物質」(CDM)宇宙論モデルに基づき、銀河・活動銀河核(AGN)形成の新しい準解析的(SA)モデルを構築した。モデルのベースには、理研の「京」コンピュータや国立天文台の「アテルイ」コンピュータを用い、世界最大規模のN体シミュレーションから構築したダークマターハローの形成史を据えた(Ishiyama et al. 2015)。これに、いままで開発してきた銀河形成モデルや、超大質量ブラックホール形成過程に基づくAGN形成モデルを統合し、世界最先端のモデルを構築した。これまでAGN光度については、AGN光度関数に合うように現象論的にパラメータを合わせていたが、銀河円盤に付随するダストによる減光を陽に考慮した場合、減光が大きく効きすぎるため、AGN活動性をトリガーする爆発的星生成によってダストがほぼ消滅してからAGNが光り出す必要があることが判明した(Shirakata et al. 2015)。さらに、我々のN体シミュレーションが広大な領域を扱っていることから、稀な天体であるAGNも大量に発生させられることを活かし、AGNと銀河の相互相関関数を調べた。その結果、相関の典型的スケールはホストダークハローの質量と良い相関があることや、その赤方偏移進化などがわかった(Oogi et al. 2016)。銀河形成モデルのベースとなるN体シミュレーションについては、予定を前倒しする形で完了した。一方、銀河形成モデルの開発については、コーディングは終了しているものの、観測データとのより良い一致を求めてパラメータの詳細なチューニングを行うことに時間がかかっており、若干遅れているが、三年目の前半のうちには終了する見込みである。27年度が最終年度であるため、記入しない。

宇宙物理学まずは、遅れているパラメータのチューニングを終了させ、モデルに関するメインの論文を作成する。同時に、モデルを活用した関連論文を進めていく。特に、AGNクラスタリングに関する研究を優先的に遂行し、すばるHSCを用いたサーベイ観測との共同をすすめる。銀河形成モデルのベースとなるN体シミュレーションについては予定通り実行され、データベースにまとめられたため、計画どおりである。銀河形成モデルの開発については、モデルの最終的確定までは至らなかったものの、あとはモデルパラメータの細かい設定を残すのみとなり、モデルの確定及び論文化への具体的な日程まで議論しており、ほぼ順調と言って良い状況にある。27年度が最終年度であるため、記入しない。銀河形成モデルのパラメータのチューニングの遅れにともない、計算サーバーの購入も遅らせた。本格的に必要な状況を待つことで、最新の計算機を購入できるため。当面は、銀河形成モデルの細かいパラメータの設定を行い、モデルを確定し、論文として公表する。モデルが確定した段階で、同時進行で関連する論文を連携研究者と手分けして執筆していく予定である。また最終年度に向け、一層巨大なN体シミュレーションの実行への準備と、観測グループとの共同をすすめていく。次年度の早い時期に計算機サーバーを購入する。京コンピューター等を用いて計算されたN体シミュレーションの成果やデータが公開されている。年度途中に研究機関の異動が決定したため、大型機器については異動後の機関で購入した方が合理的と考え、使用を見送った。前年度に購入を見送った大型機器(計算機)についての購入に充てる予定である。
イネ穂の形態を決定する分子機構の解析

私たちが解析しているLAXはイネの腋芽分裂組織形成に必須の遺伝子であり、lax変異体では穂の分枝形成および花芽形成が著しく抑制される。LAX遺伝子はHLHドメインを持つ転写調節因子をコードし、LAX mRNAは腋芽形成時にSAMと腋芽形成予定領域との境界部で層状の発現を示す。今年度の成果1.LAX遺伝子の解析・分子マーカーを用いたLAX機能の解析LAXは分裂組織の開始ではなく、維持に関与することが示唆された。・LAXの下流因子の単離マイクロアレイ解析によりLAXにより発現が誘導される遺伝子65個を同定したLAXとヘテロ2量体を形成するbHLH遺伝子を同定した。2.イネ穂形成時に発現する遺伝子の網羅的解析穂の分枝形成時に発現が変化する遺伝子378個を同定した。穂の発生開始直後には少数の転写因子の発現の上昇が顕著であり、それ以降はさまざまな機能の多数の遺伝子の発現が上昇・下降した。これらの、発現パターンをin situ hybridization法により詳細に解析した。これらの情報は発生や成長に伴う遺伝子発現の変化を解析するための遺伝子マーカーとしても貴重である。興味深いことに、これらのうち2クローン(103、109、ともに転写因子)はLAXとほぼ同じ発現パターンを示した。特に、103遺伝子の発現はlax変異体で消失しLAXの誘導により著しく上昇したことから103はLAXの下流因子であると考えられた。一方、109の発現はlax変異体でもLAX発現誘導によっても変化せず、109はLAXの上流あるいはLAXとは独立に機能していると考えられた。研究の目的植物は発芽後も新たな分裂組織(腋芽分裂組織)を形成し続け複雑な形態を作り上げる。本課題ではイネを研究材料として、腋芽分裂組織の形成および茎頂分裂組織の維持にかかわる機構を分子遺伝学的に解析する。今年度の成果腋芽分裂組織の形成イネlax spa二重変異体では腋芽形成が完全に抑制される。SPA遺伝子座の精密マッピングを行ったところspaは既報のMOC1遺伝子座(Li et al.2003)のアリルであることが判明し、以降moc1-3と呼ぶことにした。LAXはbHLH、ドメインを持つ転写因子であり、MOC1はGRASファミリーに属する転写因子をコードし、シロイヌナズナLASのオーソログである。茎頂分裂組織の維持花芽分裂組織が維持されず、花器官数が減少する変異体を見出した。この変異体では花分裂組織だけではなく、穂の分枝にも異常が見られる。現在、この変異体の原因遺伝子の単離を進めている。一方、花器官数が増加する変異体も見出したが、これはFON1遺伝子の機能欠損変異体であることがわかった。これらの遺伝学的関連を調べるために一連の交配を行い、解析材料を作成した。将来の展望LAXとMOC1が腋芽分裂組織の形成を制御する主要な遺伝子であることが明らかになった。今後、これらの下流で働く遺伝子に関する知見を集めることにより、腋芽形成に関する理解が進むことが期待される。
イオンビームミキシング法を用いたC-N系超硬質膜コーティングによる生体材料の開発

本研究はダイナミックイオンミキシング法により新たな超硬質材料として期待されているC-N系材料を人工関節等の生体適合材料に応用することを目的に膜形成条件および生体での適用を前提とした生理食塩水中での摩擦摩耗特性をはじめとする機械的性質について検討したものである.本年度得られた結果は以下の通りである.(1)生体適合材料のTiN上に形成されたC-N膜は大気中,真空中いずれも摩擦係数0.2と低く,5000サイクルの摺動試験にも耐えうる耐摩耗性を示した.このTiN基板とC-N膜の密着性はオージェ電子分光により界面での化学結合によるものと判断された.また,市販のDLC薄膜との比較においても優れた耐摩耗性を示し,DLCに代る新規表面改質材料の可能性を明確にした.(2)生理食塩水中における摩擦試験機を作製し,生体環境下で起こりうるアルミナディスクとTi基板上に形成されたC-N膜の摺動試験を行った.摩擦係数は0.2程度で大気中,真空中と変わらず低摩擦でありその有効性を示すことができた.摩耗は大気中と同程度進行した.しかし,生理食塩水中の溶出元素の分析をイオン発光分析(ICP)により行った結果,Ti元素の溶出量はわずかであり生理食塩水中でも母材保護のための表面改質材としての有効性を示すことができた.本研究はダイナミックイオンミキシング法により新たな超硬質材料として期待されているC-N系材料を人工関節等の生体適合材料に応用することを目的に膜形成条件および生体での適用を前提とした生理食塩水中での摩擦摩耗特性をはじめとする機械的性質について検討したものである.本年度得られた結果は以下の通りである.(1)生体適合材料のTiN上に形成されたC-N膜は大気中,真空中いずれも摩擦係数0.2と低く,5000サイクルの摺動試験にも耐えうる耐摩耗性を示した.このTiN基板とC-N膜の密着性はオージェ電子分光により界面での化学結合によるものと判断された.また,市販のDLC薄膜との比較においても優れた耐摩耗性を示し,DLCに代る新規表面改質材料の可能性を明確にした.(2)生理食塩水中における摩擦試験機を作製し,生体環境下で起こりうるアルミナディスクとTi基板上に形成されたC-N膜の摺動試験を行った.摩擦係数は0.2程度で大気中,真空中と変わらず低摩擦でありその有効性を示すことができた.摩耗は大気中と同程度進行した.しかし,生理食塩水中の溶出元素の分析をイオン発光分析(ICP)により行った結果,Ti元素の溶出量はわずかであり生理食塩水中でも母材保護のための表面改質材としての有効性を示すことができた.本研究はダイナミックイオンミキシング法により新たな超硬質材料として期待されているC-N系材料を人工関節等の生体適合材料に応用することを目的に膜の形成条件および摩擦摩耗特性をはじめとする機械的性質について検討したものである.本年度得られた結果は以下の通りである.(1)TiN配向膜を中間屑とする形成を試みるために,TiN(100),(111)配向制御を試みた.蒸着速度を0.2nm/sから1.2nm/sに変化させることにより強い(100)配向から(111)配向に制御することができた.(2)加速エネルギ100eV,C/N輸送比=1でTiN膜上に形成されたC-N膜では硬度は上昇し,TiN(111)上では,17GPa,(100)上では20GPaに達した.透過型電子顕微鏡観察から構造はアモルファスであるが,基板に垂直に成長した層状構造が観測された.(3)大気中および真空中(1.3x10^<-4>Pa)でSiCおよび炭素鋼球を用いてピンオンディスク式の摩擦試験によりトライボロシ-特性を評価した.TiN膜上に形成されたC-N膜の摩擦係数はいずれの条件でも0.2-0.25で低摩擦係数であった.また,Si基板に形成されたものと比較すると耐摩耗性に優れていた.これはC-N膜とTiN基板との高密着性に由来するものと結論され,有効性が示された.本研究はダイナミックイオンミキシング法により新たな超硬質材料として期待されているC-N系材料を人工間接等の生体適合材料に応用することを目的に膜形成条什および生体での適用を前提とした生理食塩水中での摩擦摩耗特性をはじめとする機械的性質について検討したものである.本年度選られた結果は以下の通りである.(1)生体適合材料のTiN上に形成されたC-N膜は大気中,真空中いずれも摩擦摩耗0.2と低く,5000サイクルの摺動試験にも耐えうる耐摩耗性を示した.このTiN基板とC-N膜の密着性はオージェ電子分光により界面での化学結合によるものと判断された.また,市販のDLC薄膜との比較においても優れた耐摩耗性を示し,DLCに代る新規表面改質材料の可能性を明確にした.(2)生理食塩水中における摩擦試験機を作製し,生体環境下で起こりうるアルミナディスクとTi基板上に形成されたC-N膜の摺動試験を行った.摩擦係数は0.2程度で大気中,真空中と変わらず低摩擦でありその有効性を示すことができた.

摩耗は大気中と同程度進行した.しかし,生理食塩水中の溶出元素の分析をイオン発光分析(ICP)により行った結果,Ti元素の溶出量はわずかであり生理食塩水中でも母材保護のための表面改質材としての有効性を示すことができた.
大規模非負システム制御理論に基づく映像投影システムの設計論

プロジェクションマッピングなどで注目される映像投影技術において,複数台のプロジェクタが自律分散的に投影画像を決定する柔軟性をもつシステムの設計は、頑健性向上や通信コスト削減に資する重要な課題である。本研究では、システム制御の分野で急速に発展している大規模システムの解析・分散制御の手法を用いて、こうした分散型映像投影システムの設計方法論を確立し、プロトタイプシステムを用いてその有効性を検証する。まず前期では,予定していたプロジェクタ-カメラシステムによる投影に関する既存研究および解決すべき課題の調査を実施した.その中で,共同研究者間で問題意識及び理論的手法を共有する目的も兼ねて,後期から分散協調型のシステムの設計に関する研究に着手した.具体的には,分散実装可能な投影アルゴリズムを構築し,その性能を理論的に評価するとともに,プロトタイプシステムを用いた実験でもその有効性を確認した.得られた成果は現在,国内論文誌,国際会議に投稿中である.昨年度提案したピクセルごとの処理による協調型映像投影システムによる投影色補正手法を、計算量を大幅に増大させることなく時空間的な処理へ拡張することをマイルストーンとしていた。これが予定通りに実施でき、理論・実験双方で有効性を確認できた。時空間相関を考慮した分散最適化にもとづく協調型映像投影システムによる投影色補正に関する手法を提案した。具体的には、時間的に変化する環境下でのプロジェクターカメラシステムにおける陰影除去問題を、時空間システムにおける外乱除去問題として数学的に定式化し、制御工学におけるサーボ系の設計理論を適切に適用した。これにより、互いに通信ができない複数のプロジェクタを用いる状況において、中央集中的な処理を必要としない分散協調型の映像投影システムの設計が可能となる。また、提案システムの性能を数学的に評価し、達成可能な性能の限界も陽に与えた。こうした結果は、バーチャルリアリティ研究分野などでは一般的ではなく、異分野協働によって初めて実現できたといえる。実際、これらの理論解析結果は、客観的な性能評価をおこなうときのみならず、試行錯誤に頼らないパラメータ設定などを試みる際にも重要な指針となる。得られた結果は、バーチャルリアリティ研究分野におけるフラグシップ会議の1つであるIEEE International Symposium on Mixed and Augmented Reality (ISMAR 2016)のポスター発表に採択された。また、プロトタイプシステムの改良およびより現実に即した設定での実験を通じて、さらなる実用性の改善、検討をおこなった結果がComputer Graphics Forumに採択された。初年度では,適切な問題設定をおこない,制御理論の観点からその問題に解法を与え,さらにプロトタイプシステムによる検証まで到達することを具体的なマイルストーンに設定していたが,それらが順調に実施できた.特に動画の投影に関する予備検討までおこなえたことは,次年度以降の課題を検討する際にも重要である.最終年度にあたる本年は、前年度得られた成果の拡張として、投影動画の予見情報・特徴量抽出技術の融合による性能改善を図るとともに、引き続き得られた成果を精力的に発表する。制御工学前年度に設定した問題を適宜拡張し,その有効性を高める.現在の問題設定で仮定しているプロジェクタとカメラのピクセルの1対1の対応関係を緩和するための理論的なアプローチとしては,当初予定していた時空間周波数応答や大規模系の低次元化手法など,映像投影の分野としては新規性の高い手法を積極的に用いる.また並行して,移動体やヘッドマウントディスプレイなどとも連携した統合環境の構築に関する既存結果の調査も実施する.論文誌への掲載料を予定していたが,年度内の採択には至らなかったため.論文が採択され次第,その掲載料として使用する.
Mitophagy誘導によるNASH肝発癌抑制機構

鉄キレート剤が非アルコール性脂肪性肝炎(NASH)において抑制されたミトコンドリア選択的オートファジー(mitophagy)を回復させミトコンドリア機能を改善することで病態進展(肝脂肪化、肝発癌)を抑制することを明らかにした。さらに我々は鉄キレート誘導性mitophagyのkey moleculeとしてmitochondria ferritin (FtMt)を同定した。DFPによるmitophagy誘導の際にFtMt誘導されるが、ミトコンドリア鉄欠乏の際に転写因子SP1のFtMtプロモーター領域への結合増強が明らかとなった。FtMtのノックダウンによりmitophagyは抑制された。FtMtは標的分子とオートファゴソームを結合させるカーゴレセプターのひとつであるnuclear receptor coactivator 4 (NCOA4)結合しし、さらにFtMtとNCOA4の結合部位も同定した。ミトコンドリア移行シグナルを持つ蛋白はミトコンドリア膜電位の低下によりミトコンドリア外膜に係留するが、FtMtも鉄欠乏により膜電位の低下したミトコンドリア外膜に係留していた。以上からFtMtは障害ミトコンドリア選択的に移行し、さらに外膜に係留することでNCOA4と結合してmitophagyを誘導すると考えられた。DFPによるmitophagyはPINK1/Parkinの系とは独立していた。マウスモデルのミトコンドリアを検討したところDFP投与群はATPの産生能は増加していた。NAFLD肝組織の電顕による検討ではFtMtの発現はmitophagosomeと正の相関を示し(r=0.82, P<0.01)、病態の進展とともに減少した。【結論、考察】mitophagyの全く新しい分子機構を明らかにするとともに、ミトコンドリア品質管理はNAFLD病態進展抑制のための治療戦略となる可能性が示唆された。さらにFtMtはNAFLD線維化進展の新たなバイオマーカーとなりうる可能性が示唆された。【目的】非アルコール性脂肪性肝炎(NASH)の病態の一機序としてミトコンドリア障害と、それに起因する酸化ストレスが病態進展に重要な役割を果たす。またNASHにおいてミトコンドリアの修復機構であるmitophagyが抑制されていることが示され、ミトコンドリアに起因する酸化ストレスが持続、増幅される一因となると考えられる。そこで我々は鉄キレート剤を用いてmitophagyを誘導し、NASHの肝発癌抑制に有用か否かを検討した。【成績】Huh-7への鉄キレート剤投与でmitophagyが誘導された。mitophagyの誘導により酸化ストレスは抑制されたが、Atg5をノックダウンすると、鉄キレート剤投与時にも酸化ストレスは増強された。ミトコンドリアの2価鉄の減少に伴いmitochondria ferritin(FtMt)が増加することを発見し、FtMtのノックダウンによりmitophagyは抑制されることも確認した。またFtMtがferritinophagyのカーゴレセプターとして知られているNCOA4と結合することを確認した。さらにFtMtとNCOA4のリコンビナント蛋白を作成し結合部位を同定するとともに、FtMtのミトコンドリア認識部位を排除するとFtMtが翻訳後ミトコンドリアに局在せず、mitophagyが抑制されることも確認した。2種類のNASHモデルマウスでDFP投与によりmitophagyが誘導され、肝脂肪化、最大腫瘍径、腫瘍個数ともに減少した。また肝のFtMtをノックダウンするとこの抑制は解除された。【結論、考察】鉄キレートによるmitophagyの誘導にはFtMtの増加が重要であり、2種類モデルでミトコンドリア障害に起因する病態を改善させ肝発癌を抑制した。二種類の培養細胞において鉄キレート剤によるマイトファジーの誘導及びミトコンドリアの品質に関する評価を終えることができた。またマイトファジーの誘導の際にミトコンドリア内の2価鉄が減少しミトコンドリアフェリチンが増加することでマイトファジーを誘導することを突き止め、その詳細な分子機構について解明できた。また2種類の脂肪肝から肝発癌をきたすモデルマウスにおいて、鉄キレート剤投与によりマイトファジーが誘導され、そのことにより肝発癌が抑制されることを明らかにできた。【目的】肝発癌をきたす病態において、ミトコンドリア障害に起因する酸化ストレスと、ミトコンドリアの修復機構であるmitophagyが抑制されていることが病態進展に重要であると考えられる。そこで我々は鉄キレート剤を用いてmitophagyを誘導し、肝発癌抑制に有用か否かを検討した。【方法】In vitroの検討として肝癌由来の培養細胞に鉄キレート剤を添加し解析を行った。In vivoにおいては2種類の肝発癌モデルマウスに鉄キレート剤を投与し検討を行った。さらにNAFLD患者32名の肝生検組織を用いて検討を行った。ミトコンドリアの2価鉄の減少に伴いFtMtの発現が増加することを発見した。またFtMtのノックダウンによりmitophagyは抑制されることも確認した。さらにFtMtがNCOA4を介してLC3と結合すること、及びFtMtとNCOA4の結合部位も同定した。またFtMtとNCOA4の結合は鉄負荷で抑制されることをが分かった。

2種類の肝発癌モデルマウスでDFP投与によりmitophagyが誘導され、肝脂肪化、最大腫瘍径、腫瘍個数ともに減少した。また肝のFtMtをノックダウンすると酸化ストレスが増強するとともに、この抑制は解除された。ヒト肝生検組織においてはFtMtがmitophagosome数と相関することを確認し、線維化の進展とは逆相関することを確認した。【結論、考察】鉄キレートによるmitophagyの誘導にはFtMtの増加が重要であり、2種類モデルでミトコンドリア障害に起因する病態を改善させ肝発癌を抑制した。科研費申請時に実験計画に記していた内容はすべて検討を終え、現在論文作成をおこない、7月中には投稿予定である。鉄キレート剤が非アルコール性脂肪性肝炎(NASH)において抑制されたミトコンドリア選択的オートファジー(mitophagy)を回復させミトコンドリア機能を改善することで病態進展(肝脂肪化、肝発癌)を抑制することを明らかにした。さらに我々は鉄キレート誘導性mitophagyのkey moleculeとしてmitochondria ferritin (FtMt)を同定した。DFPによるmitophagy誘導の際にFtMt誘導されるが、ミトコンドリア鉄欠乏の際に転写因子SP1のFtMtプロモーター領域への結合増強が明らかとなった。FtMtのノックダウンによりmitophagyは抑制された。FtMtは標的分子とオートファゴソームを結合させるカーゴレセプターのひとつであるnuclear receptor coactivator 4 (NCOA4)結合しし、さらにFtMtとNCOA4の結合部位も同定した。ミトコンドリア移行シグナルを持つ蛋白はミトコンドリア膜電位の低下によりミトコンドリア外膜に係留するが、FtMtも鉄欠乏により膜電位の低下したミトコンドリア外膜に係留していた。以上からFtMtは障害ミトコンドリア選択的に移行し、さらに外膜に係留することでNCOA4と結合してmitophagyを誘導すると考えられた。DFPによるmitophagyはPINK1/Parkinの系とは独立していた。マウスモデルのミトコンドリアを検討したところDFP投与群はATPの産生能は増加していた。NAFLD肝組織の電顕による検討ではFtMtの発現はmitophagosomeと正の相関を示し(r=0.82, P<0.01)、病態の進展とともに減少した。【結論、考察】mitophagyの全く新しい分子機構を明らかにするとともに、ミトコンドリア品質管理はNAFLD病態進展抑制のための治療戦略となる可能性が示唆された。さらにFtMtはNAFLD線維化進展の新たなバイオマーカーとなりうる可能性が示唆された。鉄キレートによりミトコンドリアフェリチンが増加する原因として転写因子であるSP1が発現上昇することにより、ミトコンドリアフェリチンのプロモーター領域に結合が増加することを突き止めたが、なぜSP1が増加するのか不明である。今後、SP1の核内移行やSP1の活性を調べることでその仕組みを明らかにしていく。
水路網を伴う河口デルタの形成と干潟の維持メカニズム

潮汐流によって形成されるタイダルチャンネルを実験によって再現し,その幾何学的特長を統計解析およびフラクタル解析を用いて定量化した.その結果,潮汐波形の違いが水路網形状に有意な影響を与えることが判った.また浸透流の影響を考慮した数値解析モデルを用いてタイダルチャンネル形成過程の数値シミュレーションを行った.その結果,浸透流が水路の分岐等に大きな影響を及ぼすこと,浸透流によって大規模な水路の間隔が大きくなることが判った.小規模な水路網は急勾配斜面上の水路網やロンボイドリルのように複列砂州と類似のものであること,大規模水路群は浸透流によって発生した表面流によって形成されることが明らかとなった.潮汐流によって形成されるタイダルチャンネルを実験によって再現し,その幾何学的特長を統計解析およびフラクタル解析を用いて定量化した.その結果,潮汐波形の違いが水路網形状に有意な影響を与えることが判った.また浸透流の影響を考慮した数値解析モデルを用いてタイダルチャンネル形成過程の数値シミュレーションを行った.その結果,浸透流が水路の分岐等に大きな影響を及ぼすこと,浸透流によって大規模な水路の間隔が大きくなることが判った.小規模な水路網は急勾配斜面上の水路網やロンボイドリルのように複列砂州と類似のものであること,大規模水路群は浸透流によって発生した表面流によって形成されることが明らかとなった.一方向流れによる水路網の形成機構を明らかにするため,水深に対し極めて幅の広い水路を用いて水理実験を実施した.その結果,水深が浅い場合通水初期に浮き州が形成され,一つの蛇行流路と複数の直線的な水路が共存する流路形状を示したのに対し,水深が深い場合には多列砂州から横断方向波数の減少が生じ,最終的に2列砂州上の地形が形成されることが明らかとなった.また,水路床の横断方向の安定解析を実施し,このように異なる現象が生じる可能性についても確認を行った.以上の結果から,流路網は初期水深が大きな支配バラメータとなる可能性を示した.河口デルタの形成過程における潮汐の影響を調べるため,河床材料として比重が1.4のプラスチック粒子を用いた実験を行った.幅5メートルのタンクに1/10の勾配の斜面を形成し,潮汐を発生させると同時に斜面上流から土砂と水を供給することで,デルタを形成させた.実験によると潮汐の影響が全くない場合,河道前面に生じる土砂堆積によって河道の首振り運動が生じて円弧状デルタが形成されたのに対して,潮汐の影響が大きくなると,潮汐によって河道前面の土砂が岸沖方向に輸送されることによって首振り運動が抑制されること,潮汐によって沿岸方向の土砂輸送が生じ堆積が円弧状となることが明らかとなった.感潮湿原に形成される水路網形状の定量的評価及びそれに対する支配パラメータの抽出に不可欠である水路網形状の定量評価法について,陸域の河道網の定量化手法であるHorton則を用いて検討を行った.これを予備実験で得られた水路網及び現地スケールの水路網に適用することで,1)各位数の持つ水路長確率密度分布が対数正規分布的となること,2)潮汐波形の相違により水路網の水路長分布に有意な影響を与えること,3)空間スケールが変化しても各位相の水路長がもつ統計的性質は変化しないことが明らかになった.浅水流方程式と平衡掃流砂量式を組み合わせた平面二次元地形変動モデルを用いて,室内実験で再現された潮汐流により形成される水路網の再現計算を行った.実験,計算結果の比較より,十分な解像度を持つ計算格子においては,複雑な水路網の形成・発達,並びに平衡状態の水路網におけるUnchanneled length等の統計的性質を再現可能であることが明らかとなった.また,構築した地形変動モデルの安定性について,線形化した方程式から導かれる地形変動に対するPeclet数より,格子サイズと掃流砂空間微分の差分方法を議論し,安定的な地形変動計算を行う条件を明らかにした.さらに詳細な実験を行うことで,タイダルチャンネルには,比較的小スケールで複雑な河川に見られる網状流路と類似の水路網と,比較的大スケールで潮汐流に対して横断方向にほぼ等間隔で形成される水路群の二種類が存在していることを明らかにした.このうち網状流路は,幅広直線水路において砂州の浮き州化をきっかけに形成される場合と,幅の狭い直線水路の拡幅過程で形成される場合とがある.前者については,昨年度水理実験を行い砂州の発達に伴う浮き州の形成に,水路の平面不安定が大きく寄与する可能性が高いことを明らかとした.今年度は,後者について水理模型実験を実施し,砂州の発達と側岸浸食の相互干渉が大きく影響していることを明らかとした.両者とも,砂州発達と流路拡幅の非線形干渉が支配的となっていることが明らかとなった.大スケールの水路群は,表面流によって斜面下流端の段差部から上流に向かって形成される水路群と物理的に類似のものである.潮汐流のみでは厚い表面流は発生しないが,水位の低下とともに浸透流が遅れて滲出することで,下流端にある程度大きな水深を生じさせる.これによって下流端水深の1000倍程度の間隔の水路群が形成されることが明らかとなった.

潮汐流が支配的な条件下における水路網形の形成発達に関する支配パラメータについて,水理実験と簡易モデルにより考察した.異なる潮汐条件下により形成される水路網形状の相違について,地形変動に対する移流拡散方程式を用いて解析した結果,縦断方向の移流度合いが卓越する条件下では水路が直線化し,横断方向の拡散度合いが卓越する場合では,水路網が形成されづらい傾向があり,移流ー拡散比を示す地形変動ペクレ数が水路網の形成に対して重要なパラメータである可能性が示唆された.さらに,潮汐流が支配的な条件下,河川流が支配的な条件下,両方が存在する条件下で水路網形成実験を行ったところ,潮汐流が支配的な条件下で形成される水路群の間隔が潮位差の数十倍であったのに対して,河川流が支配的な条件下において形成される水路群の間隔は潮位差の数百倍であることが明らかになった.潮汐流と河川流の両方が卓越する条件下では,両者の中間的な間隔で水路群が形成された.潮汐流が支配的な場合と河川流が支配的な場合の下では異なる水路形成機構が存在することが示唆される.また,水深に対し極めて幅の広い水路を用いて実施された水理実験結果を用いて,水路網および流路網の主流路として形成された蛇行流路の特性について検討を行った.その結果,砂州が形成される条件では砂州の発達に関する安定解析の結果における増幅率が卓越した砂州の列数ではなく,蛇行発達に伴う平面不安定での卓越波数によって規定された波長での砂州の列数が,実験結果とほぼ一致する結果形成された.また,砂州が発生しない条件でも形成された流路網は,通水された流量に応じた幅の蛇行流路に集約され,その蛇行波長は,平面不安定によるものに規定されている結果を得た.すなわち,形成される水路網は,砂州の発達の如何に関わらず平面不安定の影響を受けている可能性が高いと判断される.一方向流かつ掃流砂が卓越する状況下における水路網形成機構に関する重要な知見が実験と解析から得られると同時に,潮汐が河口デルタの形成に及ぼす影響について基本的な知見が実験から明らかとなった.さらに,水路における水路網発達過程及び水路網形状の定量評価についての検討を行うことができ,その成果が学術誌に掲載されていることから研究は順調に推移していると考える.25年度が最終年度であるため、記入しない。潮汐流が支配的な場における水路網形成発達の支配要因について,実験と簡易モデルを用いた新たな解釈を提案した.これらの研究成果は既にいくつかの学術誌や国際会議により発表されており,当初の予定通り研究が進展していると考える.また,潮汐流と河川流の両方が支配的な場における水路網形成に関する実験も進んでおり,研究の進捗状況はこの点でも当初の予定通りである.一方,水路網形成における砂州および蛇行の影響については,これからの研究推進に対し重要な知見が得られたものの,一方向流かつ掃流砂のみの現象把握にとどまっており,今後さらに,複雑な場での水理実験を実施していく必要がある.昨年度行った実験を下に浮遊砂および潮汐流による河口デルタおよび水路網の形成機構に関する実験を行うと同時に,線形安定解析を用いた理論解析を進める.昨年度行った予備実験及び水路網の定量評価法を下に室内実験を実施し,感潮湿原に形成される水路網の形成・発達に対する支配的な物理パラメータの抽出を行い,数値シミュレーションモデルの高度化を図る.25年度が最終年度であるため、記入しない。室内実験により得られたデータを検証材料として水路網を含む地形変動を再現可能な数値計算モデルを構築する.これを幅広い水理条件下に適用し,簡易モデルにより示唆されたパラメータ依存性の検討を行う.一方,水路網形成における砂州や蛇行の影響については,今後さらに複雑な場での水理実験を実施していく.また,今後は水路網形成の理論構築を進める.
スフェロマック・プラズマの抵抗不安定性と輸送現象

プラズマの抵抗不安定性は,理想電磁流体力学(MHD)に安定な配位について考える.したがって,実験条件に近い形のプラズマの理想MHD安定性をきちんと調べておくことが大切である.この趣旨で, 1.スフェロマック・プラズマに対して, Mercier条件がどの程度有用であるかを調べた.その結果,扁平なスフェロマックの安定性は,ほとんどの場合Mercier条件で定まることが分かった.1.フラックス・コンサーバー(FC)にはプラズマを導入するための穴とその周りにはダクトが存在する.また,全ての磁気面を閉じさせるために,ダクトの下部に外部コイルをおく.この様な複雑な形状の領域におけるプラズマの平衡配位をboundary-fitted curvilinear coordinate systemを用いて定め,その安定性をMercier条件を用いて調べた.その結果,外部コイルに電流を流すことにより,プラズマの閉じ込めは格段に良くなることと,中心導体を挿入すると,挿入しないときに比べてプラズマの閉じ込めはかなり良くなることが分かった.一方,実験結果は外部コイルに電流を流すことにより,確かに全ての磁気面を閉じさせることが出来るが,中心導体を挿入してもプラズマの寿命はほとんど変化してない.磁場測定の結果, FCの対称軸の近傍にトロイダル磁場が零であるフラックス・ホール(FH)と呼ばれる領域が発見された.3.プラズマの安定性へのFHの影響を,ダクトの電気抵抗を境界条件で考慮するモデルで調べたところ, FHは安定化の働きがあることが分かった.以上の他に,4.Glasserらの理論を用いた抵抗不安定性の研究,5.捕捉粒子の輸送現象への影響等の研究を行なった.詳しくは,研究成果報告書を見て頂きたい.全体を通じての本研究の特徴は,単なる理論的研究でなく,実験で直接検証できるような具体的結果を導いたことにある.プラズマの抵抗不安定性は,理想電磁流体力学(MHD)に安定な配位について考える.したがって,実験条件に近い形のプラズマの理想MHD安定性をきちんと調べておくことが大切である.この趣旨で, 1.スフェロマック・プラズマに対して, Mercier条件がどの程度有用であるかを調べた.その結果,扁平なスフェロマックの安定性は,ほとんどの場合Mercier条件で定まることが分かった.1.フラックス・コンサーバー(FC)にはプラズマを導入するための穴とその周りにはダクトが存在する.また,全ての磁気面を閉じさせるために,ダクトの下部に外部コイルをおく.この様な複雑な形状の領域におけるプラズマの平衡配位をboundary-fitted curvilinear coordinate systemを用いて定め,その安定性をMercier条件を用いて調べた.その結果,外部コイルに電流を流すことにより,プラズマの閉じ込めは格段に良くなることと,中心導体を挿入すると,挿入しないときに比べてプラズマの閉じ込めはかなり良くなることが分かった.一方,実験結果は外部コイルに電流を流すことにより,確かに全ての磁気面を閉じさせることが出来るが,中心導体を挿入してもプラズマの寿命はほとんど変化してない.磁場測定の結果, FCの対称軸の近傍にトロイダル磁場が零であるフラックス・ホール(FH)と呼ばれる領域が発見された.3.プラズマの安定性へのFHの影響を,ダクトの電気抵抗を境界条件で考慮するモデルで調べたところ, FHは安定化の働きがあることが分かった.以上の他に,4.Glasserらの理論を用いた抵抗不安定性の研究,5.捕捉粒子の輸送現象への影響等の研究を行なった.詳しくは,研究成果報告書を見て頂きたい.全体を通じての本研究の特徴は,単なる理論的研究でなく,実験で直接検証できるような具体的結果を導いたことにある.本年度行った主な研究は以下の通りである。1.トーラス形プラズマの抵抗不安定性の理論はGlasserらにより展開されている。その結果の一つとしてResistive interchange modeが安定であるための条件が導かれている。この条件が満たされるためにはMercier条件が満足されていることが必要である。Mercier条件が満足されないときには、Ideal interchange modeに対して不安定である。ドラム形フラックス・コンサーバー(FC)内プラズマにこの条件を適用して、Resistive interchange modeに対する安定性を調べている。今までのところ、全ての磁気面でこの条件を満たす平衡配位は見つかっていない。一方、実験で観測されている不安定性を説明するためには、不安定モードの成長率の値を求めることが重要であるので、その準備をしている。2.実験で用いられるFCにはプラズマの導入口がある。導入口の影響を無くすためには、その近くに外部コイルを置き、プラズマ電流と逆向きの電流をそれに流せば良い。前年度は、中心導体を持つ扁平回転楕円体形FCの場合について、導入口の影響を調べその有効性を示した。一方、外部コイルを持つFCの実験が大阪大学の渡辺研究室で開始された。その結果、外部コイルに電流を流す方法の有効性が実験的にも確認された。しかしながら、実験で用いられているFCの外部コイルの形や大きさなどは、上記計算で用いたものと少し異なる。更に、今までの実験では中心導体が挿入されていない。今年度は、実験で使われているFCに合わせて計算を行った。その結果、中心導体がないとプラズマを安定に閉じ込めることが出来る最大β値は下がるが、他の点は定性的には変わらないことが分かった。プラズマ導入口の閉じ込めに対する影響と抵抗不安定性の研究の結果が得られるならば、プラズマの閉じ込めを改良する方法についての知識が得られるものと期待している。
フラーレン生成の対流による促進

アーク放電法やレーザー蒸発法によってフラーレン(C_<60>やC_<70>のように炭素原紙が5員環と6員環とで閉じた中空殻状の分子)の量的な生成が可能となってきているが、その手法はいわば偶然に発見されたものであり、その生成機構には依然として未知の部分が多い.そこで,アーク放電法による生成実験装置を用いて,フラーレンの生成条件を検討した.具体的には,一定雰囲気ガス中で炭素棒間でアーク放電加熱をすることによってフラーレンを生成する.実験装置で回収したフラーレンをトルエンを用いたソックスレ-抽出によりススと分離し,その質量から生成率を求めた.さらに,高速液体クロマトグラフィー(HPLC)によって,C_<60>,C_<70>,C_<76>等の分離を行い,それぞれの成分比を求めた.一連の実験の結果,生成容器内のススの回収場所によって生成率が異なり,容器の上方で生成率が高くなる場合が多いことが分かった.この結果より,生成容器内でのアーク放電加熱による自然対流によってフラーレンの生成率が強く影響されると示唆される.さらに,自然対流に加えて一定流量の不活性ガス流を与えることによってフラーレン生成率が容器内でどのように変化するかを測定した.その結果,生成率の容器内分布は一様化される傾向があり,極端に全体の生成率を向上させることはできなかった.また,加えたガス流によって生成率の圧力依存性がかなり異なることが明らかとなり,フラーレン生成がアーク近傍の局所的な条件のみならずマクロな対流伝熱によって強く影響を受けることが明らかとなった.容器内の温度測定の結果によれば,アーク中心から45cm程度離れた部分での温度とフラーレン生成率とが強い相関を示しており,炭素クラスターが600700°C程度まで冷却されたところでの雰囲気状態がフラーレンの生成と深く関わっていることが示唆された.アーク放電法やレーザー蒸発法によってフラーレン(C_<60>やC_<70>のように炭素原紙が5員環と6員環とで閉じた中空殻状の分子)の量的な生成が可能となってきているが、その手法はいわば偶然に発見されたものであり、その生成機構には依然として未知の部分が多い.そこで,アーク放電法による生成実験装置を用いて,フラーレンの生成条件を検討した.具体的には,一定雰囲気ガス中で炭素棒間でアーク放電加熱をすることによってフラーレンを生成する.実験装置で回収したフラーレンをトルエンを用いたソックスレ-抽出によりススと分離し,その質量から生成率を求めた.さらに,高速液体クロマトグラフィー(HPLC)によって,C_<60>,C_<70>,C_<76>等の分離を行い,それぞれの成分比を求めた.一連の実験の結果,生成容器内のススの回収場所によって生成率が異なり,容器の上方で生成率が高くなる場合が多いことが分かった.この結果より,生成容器内でのアーク放電加熱による自然対流によってフラーレンの生成率が強く影響されると示唆される.さらに,自然対流に加えて一定流量の不活性ガス流を与えることによってフラーレン生成率が容器内でどのように変化するかを測定した.その結果,生成率の容器内分布は一様化される傾向があり,極端に全体の生成率を向上させることはできなかった.また,加えたガス流によって生成率の圧力依存性がかなり異なることが明らかとなり,フラーレン生成がアーク近傍の局所的な条件のみならずマクロな対流伝熱によって強く影響を受けることが明らかとなった.容器内の温度測定の結果によれば,アーク中心から45cm程度離れた部分での温度とフラーレン生成率とが強い相関を示しており,炭素クラスターが600700°C程度まで冷却されたところでの雰囲気状態がフラーレンの生成と深く関わっていることが示唆された.