hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
火力発電所におけるプラズマ・ケミカルプロセスによる新脱硫・脱硝同時処理技術の開発

本研究は、火力発電所の脱硫・脱硝の同時処理プロセスにおけるさらなるエネルギー消費の低減に関する革新的新技術の開発を目的とし、実ガスならびに実機条件に近い運転条件でのプラズマを利用した脱硫・脱硝に関する確証実験で行ない,処理効率の測定,副生成物の完全同定,経済性,システムとしての評価を行い実用化の指針を得ることを目標とした.本方法の特徴は,電力消費を押さえるために非平衡プラズマをNOからNO_2への酸化だけに利用することにある.NOの減少率とNO_2の増加率との差が反応生成物に比例することから,最適運転条件としては,NOが最小となり,NO_2が最大となる値を基準とし,かつ,電力が最小となる条件を求めることにある.製作した排ガス処理システムにおいて,この条件を各種運転条件下で決定することができた.ここで重要となるのが,プラズマプロセスの最適化である.プラズマ発生装置としては,強誘電体のチタン酸バリウム(BaTiO_3)ペレットを充填し,交流高電圧を用いたバリアタイプパックベッドリアクタとローティティングスパークギャップ方式を用いたパルス高電圧で高い処理効率を得ることができた.SO_2及びプラズマプロセスで生成されたNO_2はNaOHと還元剤NaSo_3,Na_2S)による湿式ケミカルプロセスにおいて,No_2とSO_2の除去に必要なNaOH及び還元剤の当量比を変え,除去効率を最適化することにより,ほぼ100%の処理効率を得ることができた.気相反応生成物は本研究で購入したFT-IRガス分析装置などで計測し,反応プロセスの解明と定量化を行なうことができた.また,液相反応生成物本研究で購入したイオンクロマトグラフにより同定した.また,NaOHを使いプラズマ脱硫プロセスから生成されるNa_2SO_3によりNO_2を還元するプロセスに関する最適化実験を行った.本研究は、火力発電所の脱硫・脱硝の同時処理プロセスにおけるさらなるエネルギー消費の低減に関する革新的新技術の開発を目的とし、実ガスならびに実機条件に近い運転条件でのプラズマを利用した脱硫・脱硝に関する確証実験で行ない,処理効率の測定,副生成物の完全同定,経済性,システムとしての評価を行い実用化の指針を得ることを目標とした.本方法の特徴は,電力消費を押さえるために非平衡プラズマをNOからNO_2への酸化だけに利用することにある.NOの減少率とNO_2の増加率との差が反応生成物に比例することから,最適運転条件としては,NOが最小となり,NO_2が最大となる値を基準とし,かつ,電力が最小となる条件を求めることにある.製作した排ガス処理システムにおいて,この条件を各種運転条件下で決定することができた.ここで重要となるのが,プラズマプロセスの最適化である.プラズマ発生装置としては,強誘電体のチタン酸バリウム(BaTiO_3)ペレットを充填し,交流高電圧を用いたバリアタイプパックベッドリアクタとローティティングスパークギャップ方式を用いたパルス高電圧で高い処理効率を得ることができた.SO_2及びプラズマプロセスで生成されたNO_2はNaOHと還元剤NaSo_3,Na_2S)による湿式ケミカルプロセスにおいて,No_2とSO_2の除去に必要なNaOH及び還元剤の当量比を変え,除去効率を最適化することにより,ほぼ100%の処理効率を得ることができた.気相反応生成物は本研究で購入したFT-IRガス分析装置などで計測し,反応プロセスの解明と定量化を行なうことができた.また,液相反応生成物本研究で購入したイオンクロマトグラフにより同定した.また,NaOHを使いプラズマ脱硫プロセスから生成されるNa_2SO_3によりNO_2を還元するプロセスに関する最適化実験を行った.本研究は,火力発電所の脱硫・脱硝の同時処理プロセスにおけるさらなるエネルギー消費の低減に関する革新的新技術の開発を目的とし,実ガスならびに実機条件に近い運転条件でのプラズマを利用した脱硫・脱硝に関する確証実験で行ない,処理効率の測定,副生成物の完全同定,経済性,システムとしての評価を行い実用化の指針を得ることを目標とする.本方法の特徴は,電力消費を押さえるために非平衡プラズマをNOからNO2への酸化だけに利用することにある.NOの減少率とNO2の増加率との差が反応生成物に比例することから,最適運転条件としては,NOが最小となり,NO2が最大となる値を基準とし,かつ,電力が最小となる条件を求めることにある.製作した排ガス処理システムにおいて,この条件を各種運転条件下で決定することができた.ここで重要となるのが,プラズマプロセスの最適化である.プラズマ発生装置としては,強誘電体のチタン酸バリウム(BaTiO3)ペレットを充填したバリアタイプパックドベッドリアクタを主として使用し,高い処理効率を得ることができた.プラズマプロセスで生成されたNO2は還元剤(Na2SO3,Na2S)による湿式ケミカルプロセスでN2に還元でき,そのための反応塔を新たに作成し,ほぼ100%の処理効率を得ることができた.気相反応生成物は本研究で購入したFT-IRガス分析装置などで計測し,反応プロセスの解明と定量化を行なうことができた.また,液相反応生成物は本研究で購入したイオンクロマトグラフにより同定した.また,NaOHを使いプラズマ脱硫プロセスから生成されるNa2SO3によりNO2を還元するプロセスに関する実験を継続中である.

本研究は,火力発電所の脱硫・脱硝の同時処理プロセスにおけるさらなるエネルギー消費の低減に関する革新的新技術の開発を目的とし,実ガスならびに実機条件に近い運転条件でのプラズマを利用した脱硫・脱硝に関する確証実験で行ない,処理効率の測定,副生成物の完全同定,経済性,システムとしての評価を行い実用化の指針を得ることを目標とした.本方法の特徴は,電力消費を押さえるために非平衡プラズマをNOからNO_2への酸化だけに利用することにある.NOの減少率とNO_2の増加率との差が反応生成物に比例することから,最適運転条件としては,NOが最小となり,NO_2が最大となる値を基準とし,かつ,電力が最小となる条件を求めることにある.製作した排ガス処理システムにおいて,この条件を各種運転条件下で決定することができた.ここで重要となるのが,プラズマプロセスの最適化である.プラズマ発生装置としては,強誘電体のチタン酸バリウム(BaTiO_3)ペレットを充填し,交流高電圧を用いたバリアタイプパックドベッドリアクタとローティティングスパークギャップ方式を用いたパルス高電圧で高い処理効率を得ることができた.SO_2及びプラズマプロセスで生成されたNO_2はNaOHと還元剤(Na_2SO_3,Na_2S)による湿式ケミカルプロセスにおいて,NO_2とSO_2の除去に必要なNaOH及び還元剤の当量比を変え,除去効率を最適化することにより,ほぼ100%の処理効率を得ることができた.気相反応生成物は本研究で購入したFT-IRガス分析装置などで計測し,反応プロセスの解明と定量化を行なうことができた.また,液相反応生成物は本研究で購入したイオンクロマトグラフにより同定した.また,NaOHを使いプラズマ脱硫プロセスから生成されるNa_2SO_3によりNO_2を還元するプロセスに関する最適化実験を行った.
重度視覚障害者がWebの非言語コンテンツを獲得するための支援方式

Web情報における図やイメージなどの非言語コンテンツの獲得は重度視覚障害者にとって難しい問題である。この研究ではインタラクティブに機能する触覚グラフィックディスプレイによって触覚情報提示に基づく非言語イメージを伝達することに加えて、触覚認知では困難な部位に音声キーワードを埋め込むという原理を具体化した。研究期間において以下の成果を得ることができた。1.Web対応のソフトウエア構築Web対応言語に特殊アルゴリズムを併用することは情報提供の拡大を妨げる要因になる。そのため、触覚化コンテンツに音声キーワードを埋め込んで機能化するための問題と提示範囲に制約を伴う触覚グラフィックディスプレイの効力を増すための拡大・縮小にも耐えられるアルゴリズムの構築を行った。具体的には、一般に普及しているFlash型ファイルと連携させるという発想で解決することができた。2.インタラクティブ型触覚グラフィックディスプレイの機能化非言語コンテンツを提示する基幹部の触覚グラフィックディスプレイを機能化させることができた。主な特徴は、インタフェースをUSB化してどのPC/AT型パソコンにも対応できること、ならびに、インタラクティブな操作機能としてスクロール、クリック、拡大・縮小を誤操作なく実現できるユーザインタフェース確立することができた。3.統合システムの評価実験上記の項目を統合したシステムを用いて、重度視覚障害者に対する評価実験を行った。Web系との基本操作が確実にできることを実証した他に、応用例として、指定場所へのガイド、地図情報の認知、イラストパターンの認知など具体的に重度視覚障害者が必要とする非言語コンテンツの獲得を支援でき、システムの有効性を検証できた。本研究は、重度視覚障害者にとって理解することが難しいWebで提供される図形や画像など非言語情報の獲得支援方法を具体化することを目的に実施されている。今年度は支援方法の骨子である触覚支援と聴覚支援の2面から要素技術を追及する研究を行った。触覚支援についてはWeb画面を構成するJPEGやGIFファイルを触覚グラフィックディスプレイに表示するための2値化パターンの認知実験を行った。その結果、輪郭表現と輪郭を埋めた表現(面表現)を相互に使い分けることで触覚グラフィックディスプレイに提示されるパターンの認知特性が向上することがわかった。次に、触覚グラフィックディスプレイをインタラクティブに操作するデバイスの構成研究においては、触画面のダイナミックタッチ誤差を1mm以下に抑えるハードとソフトの要素技術を確立し、実用に耐える状況まで実現することができた。聴覚支援については、触覚認知では難しい、あるいは聴覚支援があると認知時間を短縮できる音声支援キーワードについて対象の認知構造的検討を行った。その結果、触覚表現における複雑な箇所や意味伝達上重要な箇所を特記的にHTMLタグに音声キーワードとして埋め込むことで非言語情報の獲得が向上することを明らかにした。さらに、音声支援に当たって必要である市販スクリーンリーダについて本研究で構築するシステムとの整合性の評価に入った。今年度は音声の聞き取りやすさと重度視覚障害の視点からの扱いやすさについて検討を行った。その結果、市販で安価に入手可能な4製品には差が認められ、それらをランク付けして上位のものをシステムに統合する指針を得ることができた。本年度はWebに掲載される図形や画像などの非言語情報を重度視覚障害者が獲得するための支援システムのプロトタイプを構築し評価実験を行い以下の結果を得た。1.Web言語化支援システムの特長が触覚グラフィックとその触察難解部に対する合成音声キーワードの提示であるが、触覚グラフィック領域は視覚ディスプレイに比べて構造的に狭くせざるを得ないため、グラフィック部の拡大・縮小機能が必要である。それに応じて触察難解部の座標も変わってしまう。そのため領域対応キーワード化方式を考案し、Web用のFlashファイルを利用することで解決した。また、対象の認知促進のためにはイメージの概要情報が有効であり、HTMLのALTタグに音声情報を埋め込むことで対応できることを明らかにした。2.プロトタイプ構築GUI操作を基本とするWindows OS搭載PCにおいて触覚支援と音声支援を併用するシステムをUSBインタフェースのもとで使用可能にした。そのための解決課題として触察時に触覚ディスプレイをタッチによって、スクロール、クリック、画面の拡大・縮小を誤操作なく行う必要があった。今年度は新しいアルゴリズムとユーザインタフェースを構築してこの課題を解決すると共に、タッチ・クリックによって合成音声を発する支援機能を搭載でき、狙いとするシステムを完成させた。

3.評価実験プロトタイプシステムを用いて、重度視覚障害者と目隠しをした晴眼者を参加者にした実験を行った。重度視覚障害者が求めるWeb利用に係わって、目標地点へのガイド実験、地図情報の認知実験、イラスト図形の認知実験を実施し、ほとんどのタスクに対して情報提供が可能であったとともに使用感は良好であるとの評価結果を得た。
酵母による還元反応を用いた光学活性アルコールの実用目的製造法に関する研究

パン酵母を用いるカルボニル基の不斉還元反応は、近年注目を集めるようになり多数の反応例が報告されているが、反応例のほとんどは低濃度、長時間の反応により行われる実験室的方法で、実用性を考えた場合難点がある。我々はアセト酢酸エチルエステルの不斉還元反応を取上げ、その実用化(大量合成)を念頭におき研究を行った。今回還元のエネルギーの供給に関して検討を行った結果、従来用いられていたスクロースやグルコースなどの糖にかわり、エチルアルコールが有効なエネルギー源となり得ることを見い出し、従来法(パン酵母-糖系)にかわるパン酵母-エタノール系による不斉還元反応を開発した。基質を含む反応溶液において糖濃度を変化させ、パン酵母と共に好気的条件下で振盪し、一定時間ごとにサンプリングを行い生成物濃度、グルコース濃度およびエタノール濃度を測定した。その結果、(1)グルコース濃度が200mM以上では還元反応速度に大きな差はないこと。(2)グルコースは同程度の速度で消費されそれが消失後も反応が継続していること。(3)エタノールは最初に増加した後減少に転じ、またエタノール濃度と還元反応の進行に深い関係があることがわかった。またグルコース濃度が生成物の旋光度に大きな影響を与えないことがわかった。以上の結果からパン酵母による不斉還元反応においてエタノールが還元のエネルギーとして、すなわちこの酵素反応の補酵素であるNADPHの再生系で利用されていることが明らかになった。基質とエタノールとパン酵母を上記と同じ条件で振盪したところ、還元反応がグルコースを用いた場合とほとんど同じタイムコースで進行した。エタノールを用いる反応では糖水溶液を用いた場合に認められる副生成物の発生や激しい発泡という難点が大きな問題とならず、大量合成を考えた場合有望な方法と考えられる。
ノルアドレナリン作動性神経による疼痛誘発扁桃体シナプス可塑性修飾機構の解明

侵害受容性扁桃体シナプス伝達におけるノルアドレナリンの役割の解明を目的に研究を推進し、以下の成果を上げた。(1)外因性ノルアドレナリンが侵害受容性扁桃体においてシナプス伝達を修飾する事実を明らかにした。(2)抗ドパミンβ水酸化酵素サポリンによる扁桃体中心核ノルアドレナリン線維破壊により、ホルマリン誘発炎症性疼痛モデル動物において1)自発行動の二相目の疼痛応答行動の減少、2)モデル作製24時間後までの温度嗜好性行動の変化を明らかにした。(3)光遺伝学的手法による内因性ノルアドレナリン放出を可能とする標本として、ノルアドレナリン神経におけるCre依存的チャネルロドプシン発現系を確立した。本研究では、慢性痛における内因性ノルアドレナリン扁桃体シナプス伝達調節作用の解明を目的としている。慢性痛下でのノルアドレナリン作用解明の予備的実験として、ラット糖尿病性神経障害性モデルでの脊髄でのノルアドレナリンシナプス伝達調節機構を解析し、慢性疼痛存在下では脊髄におけるノルアドレナリンシナプス制御機構が破綻している事実を明らかにした(論文発表)。この結果から、慢性痛下では扁桃体においても同様にノルアドレナリンシナプス調節障害が生じている可能性が示唆された。また、外因性ノルアドレナリンの扁桃体シナプス伝達に対する影響を評価しうる系を確立し、内因性ノルアドレナリンと比較する方法を得た。光遺伝学的制御により内因性ノルアドレナリン放出を誘発する目的で、本研究ではアデノ随伴ウイルスベクターによるチャネルロドプシン(ChR2)発現誘導を行う。その予備的実験として、青斑核近傍に位置するグルタミン酸作動性神経核である腕傍核へのChR2の導入および扁桃体での光誘発シナプス伝達を記録した。ラットでは扁桃体に光誘発興奮性シナプス伝達を誘発するためには、腕傍核にChR2発現ベクター注入後、4-5週間必要であることが明らかになった。現在ノルアドレナリン作動性神経核にChR2発現ベクターの脳内微量注入を試みているが、まだ成果が出るには至っていない。扁桃体シナプス伝達において内因性ノルアドレナリン放出がどのような影響を与えるかの知見はないため、共同研究者から譲受したノルアドレナリン神経ChR2発現トランスジェニック動物において、急性脳スライス上で経路非特異的にノルアドレナリン線維を光刺激し、それに対する応答を電気生理学的に解析している。その結果、青斑核や孤束核などのノルアドレナリン神経起始核では光誘発応答を得ることができ、扁桃体での光誘発ノルアドレナリン放出効果の評価に引き続き取り組んでいる。疼痛誘発扁桃体シナプス伝達可塑的変化における内因性ノルアドレナリンの役割の解明を目指し、研究を進めた。(1)扁桃体中心核における外因性ノルアドレナリン作用に及ぼす疼痛の影響:急性脳スライス標本の扁桃体中心核外包部および内側部において、外因性ノルアドレナリンがシナプス伝達に与える影響を検討した。ノルアドレナリンが抑制性シナプス伝達を増強すること、そして、その増強作用が疼痛モデルにおいて経過時間依存的に変化することを見出した。(2)扁桃体中心核ノルアドレナリン線維脱落の疼痛行動への影響:ドパミンβ水酸化酵素(DBH)結合サポリンを扁桃体中心核に微量注入し、ノルアドレナリン線維を脱落させ、ホルマリン誘発炎症性疼痛モデルの二相性自発行動、温度嗜好性、および、機械性疼痛閾値を評価した。ノルアドレナリン線維脱落により1)自発行動の二相目の疼痛応答行動の減少、2)モデル作製24時間後までの温度嗜好性行動の変化が認められた一方、3)機械性疼痛閾値は影響を受けなかった。(3)光遺伝学的手法による内因性ノルアドレナリン放出を可能とする標本の作製:共同研究者よりノルアドレナリン神経チャネルロドプシン発現トランスジェニックマウスを譲受し扁桃体を含む脳スライス標本を作製したが、扁桃体中心核においてノルアドレナリン放出を可能とするチャネルロドプシン発現は認められなかった。そこで、ノルアドレナリン作動性神経からの内因性ノルアドレナリン放出を効率的かつ確実に誘導するために、DBHプロモーター制御下でCreリコンビナーゼを発現するトランスジェニックラットを作製した。現在系統確立中で近日中にCre依存的にチャネルロドプシンを発現させられる状態に到達した。神経科学平成25年度に予定していた計画はおおむね順調に進捗しているが、そのうち、光遺伝学法を用いた脳スライスでのin vitro実験の成果に基づいたin vivo動物での光刺激実験系の確立が以下の理由により、遅れている。理由1:in vitroの実験系において、光刺激によるノルアドレナリン放出誘発がニューロンに及ぼす効果が評価できていない。

理由2:この評価に基づいて、平成25年度中にin vivoの実験系に着手し、平成26年度からin vivoでの検証を進める予定であったが、この段階にまだ到達していない。これらの原因として、1)平成25年度に試みた遺伝子発現導入法によっては、ノルアドレナリン神経終末チャネルロドプシン発現量が不十分である可能性、2)平成25年度に試みた光刺激方法では、内因性ノルアドレナリン放出を効果的に放出させるに至っていない、および、3)放出は生じているものの、平成25年度に試みた導入方法・実験条件・記録条件ではまだ十分な放出量が得られていない可能性が考えられる。平成26年度においては、1)ノルアドレナリン合成酵素ドパミンβハイドロキシラーゼプロモーター制御下にCreリコンビナーゼを発現するラットを導入し、ノルアドレナリン神経核にCre依存的ChR2-YFP発現アデノ随伴ウイルスベクターを投与するというアプローチにより、扁桃体でのChR2発現量の向上を試みる、2)従来グルタミン酸放出などに用いられているものと全く異なる光刺激パターンや、現在までに報告されている青斑核ニューロンの発火パターンの模倣など、さまざまな試行錯誤をし、シナプス伝達・膜電流への影響を比較する、3)SNRIなどを用いたノルアドレナリン再取り込み阻害による内因性ノルアドレナリンの効果増強を試みる、などの方法を用いて、研究計画を進行する。平成25年度に包括型脳科学研究推進支援ネットワークによるリソース・技術支援として、ノルアドレナリン合成酵素であるドパミンβハイドロキシラーゼプロモーター制御下にCreリコンビナーゼを発現するラットの作製が採択され、作製の見通しが立っている。平成26年度は、このラットに対し、特定のノルアドレナリン作動性神経核にCre依存的にチャネルロドプシンを発現するようなアデノ随伴ウイルスを感染させ、内因性ノルアドレナリン放出を誘導する。チャネルロドプシンの発現の指標となるYFPの発現を評価するとともに、ベクターの種類、ウイルスのタイター等の検討を行い、チャネルロドプシン発現の向上を図る。In vitroにおいて内因性ノルアドレナリン放出によるシナプス伝達調節作用を確認した後、in vivo痛み情動行動における内因性ノルアドレナリン放出の影響を解析する。平成26年度以降に行うin vivo行動実験の予備的実験を平成25年度中に開始する予定であったが、in vitroでの扁桃体ノルアドレナリン神経終末におけるチャネルロドプシン発現系の条件設定に時間がかかり進捗が遅れているため、in vivo脳内光刺激実験に必要な物品を購入しなかった。そのため、次年度(平成26年度)使用額が生じた。平成26年度は、in vitroでのノルアドレナリン神経特異的チャネルロドプシン発現系を確立し、in vivo光刺激による行動解析を行う。そのために、平成25年度購入予定であったin vivo脳内光刺激実験に必要な物品を購入する。
津波石ハマサンゴを応用した複合的アプローチによる古災害および古環境の高精度復元

本年は主に、1前年度までに採取された津波石ハマサンゴ試料の年代測定結果解析と論文執筆、2現在までの研究を発展させ、より高度な分析手法であるリチウム同位体比の分析伎術習得・および立ち上げを行い、地球表層環境試料中のリチウム同位体分析を行った。1昨年度までに100個以上の試料について14C年代測定を行っており、本年はこれらの大量の年代測定結果を統計学的に解析することで、この地域で初めて津波再来周期の推定を行った。その結果、本地域で初めて津波の再来周期を見積もることができた。本報告は、南琉球列島での防災計画の策定や津波の将来予測に有用なものである。また、本研究は津波石から過去の津波再来周期を見積もった初めての結果であり、ボーリング等による砂状の津波堆積物の採取が困難な地域でも、津波石試料を選択的に採取し多くの年代測定結果を統計的に解析することで、過去の津波発生時期を推定できることが明らかにした。上記の結果は、国際誌Geologyに掲載され、東京大学広報からプレスリリースを行った。朝日新聞や日本経済新聞、科学雑誌Newtonなど、複数の紙面や雑誌で本内容について紹介いただいた。2本研究は放射性同位体を用いた地球化学的研究であったが、さらに研究を発展させ、リチウムの同位体を使った環境解析にも取り組んだ。リチウムは近年資源としても注目されている元素であるが、このリチウムの同位体を用いて、リチウム資源の濃集場であるプラヤ(塩湖)の湖性堆積物試料の分析を通じて、プラヤにおけるリチウム鉱床の成因解明に取り組んだ。湖性堆積物試料のリチウム同位体比は、一般的な河川水などの地表水や海水の値と比較して低い値が得られ、この結果は火山性の熱水による高温の流体-地殻反応によって溶出したものであることを示している。本結果は、国際誌Mineralium Depositaに掲載された。(抄録なし)本年は主に、1琉球列島に広範囲に分布する津波石ハマサンゴサンプルの大量採取、2採取した津波石ハマサンゴサンプルの年代測定およびその解析、3過去に石垣島から採取された長尺サンゴ試料の骨格中のSr/Ca比測定による古水温の復元、の3つについて重点的に行った。以下に詳細をそれぞれ記す。1、2011年6月には宮古島・下地島に調査に行き、また2011年8月には八重山諸島の西表島・波照間島・黒島・石垣島に調査にいき、津波石の分布状況の把握と、サイズ計測を行った。また広範囲から津波石ハマサンゴ試料の大量サンプリングを行った。採取した試料は、今年度とそれ以前の調査を合わせて約200個にのぼり、今後順次変質の有無の確認および年代測定を行っていく予定である。2、以前に採取された試料から、約100個の津波石ハマサンゴ試料について^<14>C年代測定を行った。その結果、広範囲から採取された大量の津波石が1771年に発生した明和津波起源であることを明らかにした。また、大量の年代測定結果を統計学的に解析することで、2500年以上前から現在までに、1771年の明和津波を含め、南琉球列島に複数回の津波が襲来していた可能性があることがわかった。特に、この地域ではおおよそ150年から400年の周期で津波が襲っている可能性があることも明らかになった。この結果は、東北地方太平洋沖地震による大津波が発生した現在では、一般に向けても関心が高い内容であるため、2011年6月12日の読売新聞朝刊でも紹介されるなど、広く周知される結果となった。3、1998年に石垣島から採取された、1590年頃から約195年分を有する長尺化石サンゴコア試料について、1680年頃から約100年にわたる古水温の復元をSr/Ca比-水温関係式を用いて約2週間1ヶ月の解像度で行った。この結果は現在解析中であり、追加で必要な分析を検討している段階である。本年は主に、(1)前年度に採取された津波石ハマサンゴ試料の年代測定およびその解析、(2)過去に石垣島から採取された長尺ハマサンゴ試料の骨格中のSr/Ca比測定による古水温の復元、(3)長期飼育されたハマサンゴ試料の骨格中のSr/Ca比分析による温度依存性の検証を行った。(1)昨年度に先島諸島において採取された津波石ハマサンゴ試料について、昨年度は約100個の試料について14C年代測定を行っている。今年度はさらに20個ほどの試料を追加で分析した。これらの結果を統計学的に解析することで、この地域で初めて津波再来周期の推定を行うことができた。また、簡単な解析計算により、過去の津波の規模の推定を行うことができ、今回推定した過去の津波は、建物や人的被害を及ぼすのに十分な規模であることが示された。今回の結果から、例えばボーリングによる砂状の津波堆積物が採取できないような地点でも、津波石試料を選択的に採取し多くの年代測定結果を統計的に解析することで、過去の津波発生時期を推定し得ることが示唆された。今回の結果はGeology誌に結果を投稿中である。(2)1998年に石垣島から採取された、1590年頃から約195年分を有する長尺ハマサンゴコア試料について、昨年度は1680年頃から約100年にわたる古水温の復元を約2週間1ヶ月の解像度で行った。

今年は、その結果について、連続性が悪い箇所や、再測定が必要な箇所について追加で分析を行った。結果については現在解析中である。(3)6年以上にわたり水温や塩分などをモニタリングした水槽内で飼育したハマサンゴ骨格中のSr/Ca比を分析することで、Sr/Ca比-水温関係式の検討を行った。その結果、酸素同位体比は群体内での成長速度変化にも影響を受けていたが、Sr/Ca比は群体内・群体間共に成長速度依存性はなく、酸素同位体比に比べより強固な水温のプロキシであることが示された。この結果は、Earth and Planetary Science Lettersに受理・印刷された。本年は主に、1前年度までに採取された津波石ハマサンゴ試料の年代測定結果解析と論文執筆、2現在までの研究を発展させ、より高度な分析手法であるリチウム同位体比の分析伎術習得・および立ち上げを行い、地球表層環境試料中のリチウム同位体分析を行った。1昨年度までに100個以上の試料について14C年代測定を行っており、本年はこれらの大量の年代測定結果を統計学的に解析することで、この地域で初めて津波再来周期の推定を行った。その結果、本地域で初めて津波の再来周期を見積もることができた。本報告は、南琉球列島での防災計画の策定や津波の将来予測に有用なものである。また、本研究は津波石から過去の津波再来周期を見積もった初めての結果であり、ボーリング等による砂状の津波堆積物の採取が困難な地域でも、津波石試料を選択的に採取し多くの年代測定結果を統計的に解析することで、過去の津波発生時期を推定できることが明らかにした。上記の結果は、国際誌Geologyに掲載され、東京大学広報からプレスリリースを行った。朝日新聞や日本経済新聞、科学雑誌Newtonなど、複数の紙面や雑誌で本内容について紹介いただいた。2本研究は放射性同位体を用いた地球化学的研究であったが、さらに研究を発展させ、リチウムの同位体を使った環境解析にも取り組んだ。リチウムは近年資源としても注目されている元素であるが、このリチウムの同位体を用いて、リチウム資源の濃集場であるプラヤ(塩湖)の湖性堆積物試料の分析を通じて、プラヤにおけるリチウム鉱床の成因解明に取り組んだ。湖性堆積物試料のリチウム同位体比は、一般的な河川水などの地表水や海水の値と比較して低い値が得られ、この結果は火山性の熱水による高温の流体-地殻反応によって溶出したものであることを示している。本結果は、国際誌Mineralium Depositaに掲載された。昨年度は、琉球列島における津波石ハマサンゴ試料の大量採取と、放射性炭素年代測定による年代値の大量算出、サンゴ骨格分析による小氷期における海水温の復元を行うことを研究目的に設定していた。結果、昨年度までに200個近くの津波石ハマサンゴ試料の採取、放射性炭素年代を100サンプルほど行い、南琉球列島における過去の津波履歴の推定を行うことができた。また、石垣島において1680年から1780年までにおよぶ過去100年ほどの古水温をサンゴ骨格分析から復元することができた。本年度は、昨年度に採取された津波石ハマサンゴ試料について追加の14C年代測定の実施、およびハマサンゴ骨格試料のおおよそ100年間分のSr/Ca比による古水温復元記録の復元について、抜けのない連続的な水温復元の実施を目的に設定していた。結果として、おおよそ20サンプルほどの追加の14C年代測定を行い、前年度までの結果と合わせて国際誌に投稿・改訂中である。
Paenibacillus属細菌による真菌類捕食機構の解明と産業への応用

本研究では、Paenibacillus属細菌による抗真菌メカニズムを詳細に解析した。その結果、Paenibacillus属細菌は、種々の細胞壁分解酵素だけでなく、異なる種類の抗菌物質も産生していた。本研究の成果は、難分解性バイオマスの有効利用に関する分子基盤技術の確立に貢献する。また、その分解産物である機能性オリゴ糖は、バイオ農薬や健康食品、抗真菌薬への応用も期待される。申請者らが分離したPaenibacillus属細菌の真菌類捕食機構を分子レベルで明らかにすることを目的として、今年度は細胞壁分解機構および抗真菌活性について解析を行った。真菌類の細胞壁はキチンやグルカンを主成分としているが、IK-5株は基質誘導型のキチン分解酵素(キチナーゼ)とグルカナーゼの両方を産生している。IK-5株のキチナーゼは、4種類の構成因子から構成される高分子複合体“キチナソーム"を形成しており、ChiAおよびChiBは糖質加水分解酵素ファミリー(GH)18キチナーゼ、ChiCはキチン結合タンパク、ChiDはGH19キチナーゼであることを明らかにした。また、ChiAおよびChiBは同じGH-18キチナーゼであるが、両者はゲノム上でオペロンを形成しており、キチンの分解において同時に作用させることで相乗効果を発揮することも確認した。一方、FPU-37株はキチナーゼを有しておらず、強力なグルカナーゼを構成的に産生していた。また、本菌株は抗真菌活性の高い抗生物質を産生するが、真菌類との接触面でのみ産生し、培地中には遊離しない。そこで、培地成分を鋭意検討し、安定的に抗生物質を産生させる培地の開発に成功した。福井県内の土壌から分離されたPaenibacillus属の新種細菌であるFPU-37株は、カビなどの真菌類に対して強い抗菌活性を有している。真菌類の細胞壁は、不溶性の高分子多糖であるキチンやβ-1,3-グルカンを主成分として構成されていることから、両糖に対するFPU-37株の分解活性を調べたところ、キチン分解活性は検出されなかったが、高いβ-1,3-グルカン分解活性を確認した。不溶性カードランを用いてFPU-37株が培養液中に分泌したβ-1,3-グルカナーゼのアフィニティー精製を行い、そのN末端アミノ酸配列からβ-1,3-グルカナーゼ遺伝子を同定した。本遺伝子は、3,003塩基対からなるORFで、1,001アミノ酸残基、推定のシグナルペプチドが51アミノ酸残基から構成されており、シグナルペプチドが切断された分泌型成熟酵素の分子量は103 kDaと算出され、アフィニティー精製した酵素のSDS-PAGE結果と一致した。さらに、InterProScanによるモチーフ・ドメイン検索を行った結果、本酵素は糖質分解酵素ファミリー81に分類される典型的なグルカナーゼであった。大腸菌による大量発現では、コールドショック発現系により封入体を回避して活性型酵素として発現させることに成功した。本酵素活性の至適条件は、pH8.0および40°Cであった。また、β-1,3-グルカンのオリゴ糖は、高等植物の基礎的抵抗性を誘導することが知られていることから、β-1,3-グルカンを主成分とする酵母細胞壁を本酵素により部分分解して植物体に与えたところ、病害防御応答関連遺伝子として知られている植物由来グルカナーゼの大きな発現上昇が確認された。これまでのところ、当初の研究計画に沿って順調に研究計画を達成できている。根圏細菌であるPaenibacillus属細菌FPU-37株は、高い運動能力(走化性)により植物病原菌類を取り囲むように移動することが可能であり、実際に真菌類と接触すると抗菌物質を産生して相手の動きを止めてから捕食することを明らかにした。また、土壌中の難溶性リン化合物の可溶化(植物へのリンの供給)や植物生長ホルモンの産生、シデロフォアによる植物病原微生物の増殖抑制、シアン化水素による植物病原微生物の殺菌、植物の生長を抑制するエチレンの生合成阻害、窒素固定能力などにより植物の生長を促進した。さらに、植物が本来持っている免疫能力を高めることにより病害抵抗性を誘導した。このようにFPU-37株は、土壌改良材や植物病害抵抗性誘導剤としての優れた性質を有しており、微生物農業資材としての応用が期待される。平成26年度の計画に沿って、順調に進展している。特に、抗生物質を安定的に産生させる培養条の件検討には多くの困難が予想されたが、予定どおり至適培養条件を決定することができた。抗生物質の精製方法の確立は困難であったが、ようやく前処理からカラムクロマトグラフィーに至るまでの精製条件を決定することができた。今後は、目的の抗生物質を大量精製し、その詳細について明らかにする予定である。生化学・分子生物学・応用微生物学研究計画を順調に達成できていることから、今後も予定どおり研究を遂行する予定である。

抗生物質の抽出条件の検討において予想以上に時間と労力がかかってしまったため。当初計画よりスムーズに研究が遂行できた。計画通り、抗生物質の大量精製および構造解析に使用する予定である。抗生物質の精製および構造決定に使用する予定である。
カルシウム結合タンパク中のカルシウム結合部位のX線溶液散乱法による研究

筋内の収縮は,細胞内のCa^<++>イオン濃度によって制御される.その初期段階を担うのは,分子量が18000のトロポニンCとよばれるタンパク分子である.本研究では,トロポニンC分子(ウサギの骨格筋より精製)のCa++イオン結合に伴う構造変化を, X線溶液散乱法で明らかにすることを目的とした.結果を以下にまとめる.1.トロポニンC水溶液からのX線散乱曲線は,いわゆる小角散乱に加えて,より広角領域にも明確な散乱を与える.この散乱の模様はCa++イオンの結合によって変化する.2.X線小角散乱は,そのlnI-S^2プロット(ギニエ・ブロット)で2つの直線で近似できる領域を持つ.この散乱の挙動は,分子が亜鈴型(二重ドメイン)構造をとっていることで完全に解釈できる.散乱曲線の解析によって,トロポニンC分子の回転半径(Rg(分子)), N端およびC端ドメイこの回転半径(Rg(ドメイン))ならびに量ドメインの重心間の距離(rn-c)が評価できる.3.Ca^<++>イオンが結合していないトロポニンC分子は, Rg(分子)=27.8A2F2(コード), Rg(ドメイン)=15.5A2F2(コード)およびrn-c=46.3A2F2(コード)といった構造パラメータで表現できる. Ca^<++>イオンの結合(2および4イオン/分子)に伴い両ドメインはよりコンパクトになり, (Rg(ドメイン)が15.5→14.8→14.6A2F2(コード)となる),またドメインの重心間距離Y_<n-c>も46.3→37.3→34.5A2F2(コード)と小さくなる.つまり分子全体もよりコンパクトになる.この解析の結果は, Ca^<++>イオンが2個結合した分子結晶構造解析の結果(Y_<n-c>(SY【approximately equal】40A2F2(コード))とよく一致する.筋内の収縮は,細胞内のCa^<++>イオン濃度によって制御される.その初期段階を担うのは,分子量が18000のトロポニンCとよばれるタンパク分子である.本研究では,トロポニンC分子(ウサギの骨格筋より精製)のCa++イオン結合に伴う構造変化を, X線溶液散乱法で明らかにすることを目的とした.結果を以下にまとめる.1.トロポニンC水溶液からのX線散乱曲線は,いわゆる小角散乱に加えて,より広角領域にも明確な散乱を与える.この散乱の模様はCa++イオンの結合によって変化する.2.X線小角散乱は,そのlnI-S^2プロット(ギニエ・ブロット)で2つの直線で近似できる領域を持つ.この散乱の挙動は,分子が亜鈴型(二重ドメイン)構造をとっていることで完全に解釈できる.散乱曲線の解析によって,トロポニンC分子の回転半径(Rg(分子)), N端およびC端ドメイこの回転半径(Rg(ドメイン))ならびに量ドメインの重心間の距離(rn-c)が評価できる.3.Ca^<++>イオンが結合していないトロポニンC分子は, Rg(分子)=27.8A2F2(コード), Rg(ドメイン)=15.5A2F2(コード)およびrn-c=46.3A2F2(コード)といった構造パラメータで表現できる. Ca^<++>イオンの結合(2および4イオン/分子)に伴い両ドメインはよりコンパクトになり, (Rg(ドメイン)が15.5→14.8→14.6A2F2(コード)となる),またドメインの重心間距離Y_<n-c>も46.3→37.3→34.5A2F2(コード)と小さくなる.つまり分子全体もよりコンパクトになる.この解析の結果は, Ca^<++>イオンが2個結合した分子結晶構造解析の結果(Y_<n-c>(SY【approximately equal】40A2F2(コード))とよく一致する.トロポニンCは筋タンパクの一つで、【Ca^(++)】イオン結合という機能をとおして筋収縮の初期過程での重要な役割を担っている。本研究は、水溶液のX線散乱法を用いて、【Ca^(++)】イオン結合時にトロポニンC分子の構造がどのように変化するかを明らかにすることを目的としている。1.トロポニンCの"小角"領域の溶液散乱プロファイルは、2つのドメインからなる亜鈴型構造モデルで解釈できる。プロファイルの解析より、トロポニンC分子の回転半径は25A゚、2つのドメインの平均の回転半径は16A゚、ドメイン間距離は大体38A゚であることが明らかとなった。2.トロポニンC分子は、4個の【Ca^(++)】イオンが結合すると二量体形成の傾向をかなり顕著に示す。二量体形成は、タンパク濃度を2mg/mlまで薄くすると、抑制される。この効果は、より少ない結合【Ca^(++)】イオン分子ででも観測され、溶液散乱プロファイルを単分子を基礎に解析することが可能となった。3.トロポニンCからの"中角"領域の散乱プロファイルは、【Ca^(++)】イオン添加に伴って著しく変化する。この変化は、トロポニンC分子自体の構造変化による項と、【Ca^(++)】イオン-トロポニンC分子の干渉による部分の重なった現象である。この2項の分離を目的として、【Ca^(++)】イオンの代りに、【Tb^(+++)】

イオンを結合させたトロポニンC溶液からの中角散乱実験が進められている。4.【Ca^(++)】イオン結合に伴う分子中の2つのドメインの動きは、分子のある位置を参照することができれば、その位置を原点として解析できよう。トロポニンCの98番のシステイン側鎖を水銀化合物でラベルし、この水銀原子を原点とした解析が考えられる。この方向の散乱実験も精力的に進められている。
真空成膜法による新機能スピントロニクス材料の探索

【研究目標】1回の実験で多種類の試料を合成・評価することができるコンビナトリアル分子線エピタキシー法を用いて、酸化物薄膜をベースとした新しいスピントロニクス機能を有する材料の高速探索と物性評価を行う。原子層レベルで制御されたエピタキシー技術により、酸化物磁性超格子やナノ構造をデザインし、構造と磁気物性との関係を高速、かつ系統的に調べる。【研究成果1】Co : TiO_2室温透明磁性半導体のメカニズムと応用展開X線MCDにより、Co2+状態が強磁性の起原であることを実証するとともに、XANES/EXAFSなどの手法により、ミクロな構造について調べた。また、平坦化二酸化チタン単結晶基板を用いた低温成長法を開発し、Co : TiO_2の高品質化を達成した。電界効果による磁性制御を目指した、Co : TiO_2をチャネル層とする電界効果トランジスターを試作した。また、Co : TiO_2と還元されたTiO_2層との交互積層構造を作製し、効率良くキャリアを注入する方法を提案し、それを検証した。【研究成果2】世界初磁性超伝導Ru1222エピタキシャル薄膜の実現と磁気異方性強磁性と超伝導が共存することで知られるRu1222化合物のエピタキシャル薄膜をCuOをフラックスとして用いたFlux-assisted RSE法により、世界で初めて実現した。これにより、本化合物の結晶構造に由来する大きな磁気異方性を初めて実験的に示すことができた。【研究目標】1回の実験で多種類の試料を合成・評価することができるコンビナトリアルレーザー分子線エピタキシー法を用いて、酸化物薄膜をベースとした新しいスピントロニクス機能を有する材料の高速探索と物性評価を行う。原子層レベルで制御されたエピタイシー技術により、酸化物磁性体超格子やナノ構造をデザインし、構造と磁気物性との関係を高速、かつ系統的に調べる。【研究成果1】コンビナトリアル手法によって見出されたCo添加二酸化チタン薄膜の構造と光磁気特性について調べた。二酸化チタンアナターゼ、ルチル薄膜をレーザー分子線エピタキシー法により、反射高速電子線の強度振動をモニターしながら、異なる基板上に選択的にlayer-by-layerで成長させる技術を確立した。この技術に基づき、少量のCoを添加した二酸化チタン薄膜をそれぞれに作製し、XANES、EXAFS測定を行った。その結果、二酸化チタン薄膜中のCoは、作製条件によってCo^<2+>としてTi^<4+>サイトを置換したり、TEM像からは観察されないCo超微粒子を形成したりすることが分かった。これに対して、光磁気光学MCDスペクトルの温度・磁場依存性と光エネルギーに対するスペクトルの形状から、Co添加二酸化チタン薄膜の強磁性は単一の磁性体からのもので、二酸化チタンのバンド端の電子構造と密接に関係していることが示唆された。【研究成果2】成分組成のより多様な酸化物材料に対して、新たなスピントロニクス材料を高速に探索するためのコンビナトリアル3元組成傾斜膜法を開発した。コンピュータによるマスク形状と堆積プロセスをシミュレーションすることで、基板回転機構を必要としない簡便な手法の開発に成功した。原子層レベルで制御されたエピタキシー技術により、酸化物磁性体超格子やナノ構造をデザインし、構造と磁気物性との関係を高速、かつ系統的に調べる。【研究成果1】TiO_2-CoO2元系酸化物相図の作製と磁性特性の評価温度-組成傾斜膜法を用いて、TiO_2-CoO2元酸化物相図薄膜の一括合成を試みた。X線回折による構造解析と走査型SQUID

顕微鏡による磁気特性の評価を行ったところ、アナターゼ相が支配的な電気伝導性を有する領域で、強磁性が出現し、Co濃度が増大し、CoTiO_3相が出現する境界で、急激に強磁性的性質が消失することを見出した。【研究成果2】超平坦化TiO_2単結晶基板上の高品質Co:TiO_2薄膜の作製ルチル型二酸化チタン単結晶基板を原子レベルで平坦化する技術を確立した。得られた超平坦ルチル単結晶基板上では、基板温度が300°Cという低温においても、RHEED振動を観測しながら、良好な二酸化チタン薄膜のホモエピタキシャル成長が可能であることが示された。さらに、この低温成長法を用いることで、Coが完全にTiサイトを置換し、かつ表面がステップ-テラス構造を有する高品質なCo:TiO_2エピタキシャル薄膜を得ることに成功した。【研究成果3】磁性超伝導Ru1222エピタキシャル薄膜の作製強磁性と超伝導が共存することで知られるRu1222化合物は、これまでバルクにおいても単結晶が得られていなかった。本研究では、パルスレーザー堆積法により、世界で初めてエピタキシャル薄膜の作製に成功した。【研究目標】1回の実験で多種類の試料を合成・評価することができるコンビナトリアル分子線エピタキシー法を用いて、酸化物薄膜をベースとした新しいスピントロニクス機能を有する材料の高速探索と物性評価を行う。原子層レベルで制御されたエピタキシー技術により、酸化物磁性超格子やナノ構造をデザインし、構造と磁気物性との関係を高速、かつ系統的に調べる。【研究成果1】超平坦化TiO_2伝導性単結晶基板上の高品質Co:TiO_2薄膜の磁気特性Nbを添加していないルチル基板上に酸素圧10^<-5>Torr以上で作製したCo:TiO_2薄膜は、絶縁性で強磁性を示さない。そこで、Nbを添加したルチル単結晶基板を用いて、基板からCo:TiO_2層へのキャリア注入効果を利用して、強磁性を発現させることを試みた。Nb:TiO_2ルチル基板上に、酸素圧10^<-5>Torr、300度で、膜厚が、それぞれ、5、10、20nmのCo:TiO_2薄膜を作製し、光カー効果により磁気特性を調べた。その結果、膜厚が、10、20nmでは、これまでと同様に、強磁性的性質は確認されなかったが、膜厚が5nmのもののみ、わずかながらも、カー回転の強磁性的ヒステレシスが観測された。【研究成果2】二酸化チタン電界効果トランジスタの試作Co:TiO_2薄膜の強磁性発現に重要なキャリア量を物理的に制御した電界効果デバイスの開発に着手した。まず始めに、ルチル単結晶を半導体層とする電界効果デバイスを作製し、その動作特性を調べた。その結果、基板表面を超平坦化処理することで、安定したトランジスタ特性を実現するとともに、結晶方位に依存した移動度の異方性の観測に成功した。【研究成果3】磁性超伝導Ru1222薄膜の高品質化強磁性と超伝導が共存するRu1222化合物薄膜の高品質化をフラックス固相エピタキシー法により実現した。それによって、磁化特性に大きな方位依存性があることが初めて明らかとなった。【研究目標】
霊長類乳児における社会学習と内分泌の関係

本研究では、家族で群を形成し、母親だけでなく、父親、兄姉個体も子育てに参加する、小型霊長類のコモンマーモセットを対象に、子の新奇な餌に対する反応が、家族内の個体の存在によりどのように影響を受けるか、内分泌学的側面も同時に調べようと試みた。行動実験から、両親、特に母親は子の新奇餌への接近と摂食を促していることが示唆された。また、オキシトシという神経伝達物質を、マーモセットの尿から測定する方法を確立した。今後この方法を用いて、子が新奇餌に接する場面における家族の影響を、尿中オキシトシンの側面からも検討したい。社会性はヒトが適応的に行動していく上で重要な特性であるが、その一側面である社会的認知が、オキシトシンという神経ペプチドと関わっていることがわかってきており、ヒトを対象とした研究も近年数を増やしている。しかし、まだヒトを含め霊長類でのメカニズムの理解は不十分である。本研究は、家族で群を形成し、母親だけでなく、父親、兄姉個体も子育てに参加する、小型霊長類のコモンマーモセットを対象とする。その特性を生かして、子がさまざまな知識を獲得していく過程で、家族内の個体がどのように影響を与えるかを、行動だけでなくオキシトシンを含めた内分泌学的側面も同時に調べることにより、社会的なサポートがどのような意味をもって子の学習を促進しているのかを明らかにすることが本研究の目的である。本年度は、子どもがいるコモンマーモセットの家族を対象に、子と家族のうちの1個体を対にして、新奇食物を呈示する行動実験をおこなった。まず新奇餌の準備として、被験体以外の14個体を対象に、被験体およびこれらの個体がこれまで接触したことのない食物24種類への反応を調べた。これらのうち摂食行動がみられた19種類を新奇餌実験用刺激として選択した。次にこれらの食物刺激を用いて、10週齢の子を対象に新奇餌実験を行った。実験では、飼育ケージを仕切り、一方に被験体となる子と家族の1個体(父親、母親、兄姉個体、双子の相手)を、他方にそれ以外の家族個体を分けて入れた状態にし、被験体側のケージに新奇食物を呈示した。呈示開始から5分間、ビデオカメラにより各個体の新奇食物に対する反応(接近、探索行動、摂食するまでの時間等)を記録した。その結果、父母個体とペアにされた場合には、比較的安定して新奇食物摂取が促進されたのに対し、兄姉個体および双子の相手とペアにされた時には、子の新奇食物摂取にはばらつきがあることがわかった。昨年度は子と家族のうちの1個体を対にして、新奇食物を呈示する実験をおこない、父親と母親の行動が幼児の新奇餌への接近を促していることを示したが、本年度は、市販のオキシトシン測定用EIAキットを用い、マーモセット尿中のオキシトシン濃度測定系を立ち上げ、その妥当性を検討した。乳幼児がいる母親個体と単独飼育メス個体から採尿し、尿中のオキシトシン量を比較したが、群間に差はみられなかった。また、妊娠中出産後の繁殖ペアより採尿をおこないオキシトシン量の測定をおこなったところ、メスでは出産当日にピークを示し、出産前よりも出産後で値が高い傾向がみられた。また、オスでは前後で変化がみられなかった。これらの結果から、オキシトシン測定の生物学的妥当性の一側面も検討できたと考えられる。今後この測定系を用いて、子の学習場面における尿中オキシトシン濃度を測定する。
単純酸化物薄膜が創る複雑な構造・電子物性

最終年度はこれまでの研究成果のまとめとしてTi2O3の異方性伝導の補足データを取り、原著論文にまとめることを目的とした。Cu Ka1線を用いた逆格子マッピング測定からTi2O3薄膜のa, c軸長を算出し、Al2O3基板とのエピタキシャル関係を明らかにした。またSPring-8のBL15XUで放射光X線回折測定を行い、室温から転移温度以上まで温度を変えて測定した、転移に伴う格子変形の様子の観測を試みたものの、残念ながら高温での試料の酸化により目的のデータは得られなかった。薄膜特有の異方性伝導の起源を明らかにするためにホール効果測定を行い、キャリア密度は一定で移動度が結晶方位に依存して大きく異なるとの結果を得た。さらにTi2O3薄膜の電子状態を明らかにするため、KEK-PFのBL2で放射光光電子分光測定を行った。表面をArスパッタすることで表面酸化層を取り除き、Ti3+-Ti3+二量体に特有のTi 2p内殻スペクトルを得ることができた。これら室温での逆格子マッピング、光電子スペクトル、ホール効果測定等の結果が原著論文としてAPL Materials誌に掲載された。また、共同研究としてTi4O7とTi3O5薄膜の高圧下での電子物性変化の観測を行った。Ti4O7薄膜で観測される金属絶縁体転移温度が圧力印加により上昇するバルクとは異なる結果が得られた。薄膜による異方的な圧力印加を反映して結晶のc軸が伸長したためと考察される。この結果はJ. Phys. Soc. Jpn誌に掲載された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度はc面サファイア基板上に様々なチタン:酸素比を持つ薄膜を作製する条件探索を行った。パルスレーザ堆積法を用い、原料ターゲットから還元チタン酸化物TiOx(x =1.5)を活用し、1000°Cの高温下かつ不活性なAr雰囲気下で薄膜を作製した。基板温度やAr分圧を変化させることで、チタン酸素比が1:1のTiOから1:2のTiO2までの薄膜が単結晶で得られた。また、TiO, Ti2O3, gamma-Ti3O5を含む共晶薄膜が、直接合成、TiO薄膜のアニールの両手法で得られることも明らかとなった。また、ペロブスカイト構造を持つLSATやLaAlO3(100)基板を用いることで、マグネリ構造を持つTi4O7相を薄膜で安定に作製できることが明らかとなった。gamma-Ti3O5やTi4O7の薄膜の作製は初である。得られた薄膜の詳細な構造は、Spring-8の放射光X線回折を用いて明らかにし、Ti3O5やTi4O7の面直、面内配向を決定した。得られた薄膜の電子物性を、物理特性評価システムを用いて評価を行った。その結果、TiO薄膜では2K以上では超伝導が観測されないこと、Ti2O3薄膜ではバルクと同様に金属-絶縁体転移が観測されるものの、その転移温度がはるかに低いといったバルクとは異なる物性が明らかになった。一方で、Ti4O7薄膜ではバルク体と同様に150 K付近でヒステリシスを伴う金属絶縁体転移が観測された。上記一連の研究を行うため、本研究費を活用して既存の薄膜作製装置に赤外線レーザ加熱機構を設置した。これにより、基板温度1000°C以上の加熱を実現し、還元型チタン酸化物薄膜の合成スループットを上げることができた。現在までに、様々な組成を持つTiOx薄膜の作製条件を確立し、X線回折を用いてその構造を評価する手法を確立した。また、電子物性においてもバルクと異なる得意な転移を見出し、単純チタン酸化物に関する基礎的な知見が多く得られている。本年度は作製した単純チタン酸化物薄膜の物性評価を進めた。超伝導を示すgamma型Ti3O5薄膜とTi4O7薄膜では、抵抗率の温度依存性からゼロ抵抗を、磁化の温度依存性からマイスナー効果を観測し、バルク超伝導であることを明らかにした。パルスレーザ堆積法を用いた薄膜合成と放射光X線回折を用いた詳細な構造評価、電気磁気測定による超伝導特性を合わせてこれらの結果がScientific Reports誌に掲載された。TiO, Ti2O3, gamma型Ti3O5共晶薄膜においては、SPring-8を用いた放射光X線回折と透過型電子顕微鏡により薄膜組成と構造評価を行った。X線回折測定による定量解析から、各相の組成比率を算出し、超伝導を示す共晶薄膜においてはgamma型Ti3O5の割合が多いことを明らかにした。電子顕微鏡観測により薄膜の内部構造を直接観測したところ、基板との界面ではTi2O3相のみが形成され、その上部ではTiOとgamma型Ti3O5の共晶という2層構造が形成していることが明らかになった。界面でTi2O3層が形成される理由として、基板に同一結晶構造であるAl2O3を用いているためと考えられる。基板のエピタキシャル力の弱くなる薄膜上部では、アニールによりTiOからgamma型Ti3O5への変化が起こっていると結論づけた。これら共晶超伝導の結果がJ. Appl. Phys誌に論文として掲載された。Ti4O7薄膜については、イオン液体を用いた電界効果により超伝導相の制御も行っている。