hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高熱電変換性能を有する高配向有機薄膜作製の基礎研究

微傾斜基板の使用、斜め蒸着法、基板のラビング処理により、銅フタロシアニン、テトラチアフルバレン-テトラシアノキノジメタン(TTF-TCNQ)、ペンタセンといった有機物の薄膜の高配向化を目指した。その結果、極めて平坦なTTF-TCNQ薄膜を得ることに成功し、7.8×10^<-7> W/mK^2の出力因子を達成した。またヨウ素ドープしたペンタセン薄膜ではさらに高い出力因子2×10^<-5> W/mK^2を得ることができた。本研究の目的は原材料が豊富であり、成型加工が容易、塗布などの簡単な操作により大面積の膜を安価に作製可能という利点を持つ有機物の熱電材料としての可能性を明らかにすることである。今年度はSi基板上に成膜した銅フタロシアニン(CuPc)薄膜の熱電変換性能を評価した。パラメータとして成膜時の基板温度、膜厚、蒸着速度、基板を変えたところ、次の結果を得た。蒸着時の真空度は1×10^<-4>Pa以下である。1、CuPc薄膜は針状結晶で構成されており、結晶構造はα型でb軸が基板に対して平行になっていることを確認した。2、基板温度が462K以下では、温度上昇とともに結晶サイズが大きくなるのに対し、462K以上ではCuPcが再脱離するため結晶サイズが小さくなる。これに対応して、電気抵抗率は462Kで成膜したものが最も低くなった。3、0.3Å/sと0.03Å/sの2種類の蒸着速度で成膜したところ、蒸着速度が遅いほうが結晶サイズは大きくなることがわかった。4、462Kの基板温度で成膜したCuPc薄膜の電気抵抗率は、膜厚が薄いものほど低くなった。このことからCuPc薄膜を熱電材料として利用する際には膜厚が薄いほうが良いことがわかった。5、基板表面の微傾斜の有無によって配向性が変化させることはできなかった。以上の結果を踏まえて、微傾斜無しのSi(001)基板上に基板温度462K、膜厚40nm、蒸着速度0.3Å/sの条件で成膜したCuPc薄膜の電気抵抗率とゼーベック係数を測定した。300Kにおける値は、1820μV/K、1.46×10^<-2>Ωmとなり、2.27×10^<-4>W/mK^2の出力因子が得られた。この出力因子は高性能の無機熱電材料と比較すると一桁小さいが、電気抵抗率を下げれば十分実用化レベルを達成できると考えられることから、有機熱電材料の可能性を示す結果である。本年度は銅フタロシアニン(CuPc)に加えて、ペンタセン、テトラチアフルバレン-テトラシアノキノジメタン(TTF-TCNQ)薄膜を作製し、熱電性能を評価した。CuPc、ペンタセンについては、電気伝導率が低いためヨウ素ドープを試みた。また、基板にラビング処理を施し、成膜した薄膜の構造と熱電性能にどのような変化が現れるか調べた。得られた結果は以下の通りである。1、CuPc薄膜にヨウ素をドープしたところ、1分程度で最大の電気伝導率に到達し、その後わずかに減少した。ヨウ素ドープを中断すると薄膜内のヨウ素が脱離するため電気伝導率は瞬時に低下し、ドープ前の結晶構造と電気伝導率を再現することがわかった。2、成膜時の基板温度を変えて成膜したペンタセン薄膜の結晶構造を評価し、従来の報告どおり基板温度が高いほど薄膜内のバルク相/薄膜相の比率は増加し、結晶粒が大きくなることがわかった。基板温度を室温に保って成膜した薄膜についてヨウ素ドープを行ったところ、CuPc薄膜同様、電気伝導率は大幅に増加した。ヨウ素ドープを中断すると薄膜内のヨウ素は脱離するが、CuPcよりも脱離速度は遅いことがわかった。3、ガラス基板上にTTF-TCNQ薄膜を成膜し、c軸配向していることを確認した。電気伝導率は従来の報告より30倍高い30S/cmを達成したが、ゼーベック係数は-10μV/Kとかなり低い値となった。これはa軸方向とb軸方向でゼーベック係数の符号が異なることを反映している。薄膜のSEM像には、長軸をb軸、短軸をa軸とする矩形の単結晶で敷き詰められており、2μm程度の大きさのドメインが見られた。4、ラビングした基板上にCuPcとTTF-TCNQ薄膜を成膜した。前者ではラビング方向に沿った単結晶の成長が見られ、後者では平坦な薄膜の形成に成功した。特に後者ではラビング基板を用いた方が出力因子は10倍高くなった。本研究は有機薄膜の配向性を向上することで、高い熱電性能を得ることを目的としている。

前年度に行ったペンタセン薄膜の構造に関する研究結果を元に、薄膜相あるいはバルク相を主相とするペンセン薄膜の熱電性能を評価した。ペンタセン薄膜自体は電気伝導率が低いため、ヨウ素ドープを行った。得られた結果は次の通りである。1、ペンタセン薄膜に入されたヨウ素は、I_2^<δ->、I_3^-、I_5^-、I_2の形態で存在していることを明らかにした。これはI_3^-ペンセン層間に存在しているとする従来の予想とは異なる結果である。それらのヨウ素種の存在量は、薄膜相の方がバルク相よりも少ないことがわかった。2、薄膜相めホールキャリア密度は7×10^<20>cm^<-3>であった。これはバルク相の1/2の値であり、ヨウ素種の存在量と対応している。3、薄膜相の移動度はバルク相よりも3倍高く、0.35cm^2/Vsであった。理論計算では薄膜相の最高占有電子軌道由来のバンド幅(603meV)はバルク相のそれ(365meV)より広いことが報告されており、薄膜相におけるホールの有効質量がバルク相と比較して小さいためであると考えられる。4、ホールキャリア密度と移動度の違いを反映して、電気伝導率はバルク相よりも薄膜相の方が高いことがわかった。電気伝導率の最大値は45S/cm(膜厚114nm、薄膜相)であった。この値は過去の報告例の1/2であるが、ドープ方法が異なるためである考えられる。5、薄膜相とバルク相の熱起電力はほぼ等しく約50μV/Kとたった。これは、ホールキャリア密度とフェルミ準位近傍の状態密度の大小関係が競合しているためである。以上の結果から、薄膜相で最大の出力因子2.0×10^<-5>W/mK^2が得られ、有機物では比較的高い値を達成した。今後さらに熱電性能を向上するためには、成膜条件やドープ方法を調整する必要がある。
他者の意図と感情の理解：進化における相同を類人猿に、相似をカラスに探る

他者の意図と感情の理解は社会生活の基盤となる心の機能である。ヒトにもっとも系統的に近い類人猿に加え、系統的に遠いカラスにも類似の能力が認められているが、これら種間の類似がどの程度のものであるか、その具体像はいまだ明らかでない。本研究では、申請者自身が開発と応用に携わってきたサーモ・イメージング(熱画像)による類人猿における感情判定法とアイ・トラッキングによる視線記録法、さらに、モーション・キャプチャによる鳥の視線記録法を活用し、類人猿とカラスの他者理解について明らかにする。
抽象モデル検査のためのグラフ探索アルゴリズムの形式化と検証

平成13年度から継続して行っている課題「抽象モデル検査のためのグラフ探索アルゴリズムの形式化と検証」において、平成15年度は「2方向計算木論理(2CTL)を用いたグラフ遷移系の抽象化」に関する研究を行った。「2方向計算木論理を用いたグラフ遷移系の抽象化」は、平成14年度に行ったグラフとその上の書き換えによるシステムの抽象化の議論をより一般化な形で展開したものであり、セルをリンクによって繋いでできる構造からなるシステムにおいて、隣接あるいは関連するセルの状態に応じてセルの状態が同期的あるいは非同期的に変化するような状況を抽象化するためのものである。グラフ上の書き換えはプログラム中で頻繁に用いられるリンク構造に対する操作を含んでおり、一般には状態空間が無限となるため、モデル検査等の有限的探索手法を用いる場合には抽象化が必要となる。従来研究と比較して、本研究は以下のような特徴を有している。・セルオートマトンの解析セルの状態が同期的あるいは非同期的に変化する場合の両方について扱っている。・2CTLの利用セルの抽象的状態を記述するために、通常の計算木論理(CTL)に逆方向の様相を追加した2方向計算木論理(2CTL)を使用している。抽象化の計算においては2CTLの充足可能性判定が大きな役割を果たしている。・抽象化の自動計算抽象化を特徴付ける2CTL論理式の集合を与えると、抽象化を自動的に計算することができる。これを可能にするため、2CTLの充足可能性判定手続きの定式化を行った。
植物ゲノム障壁に関連する遺伝子の探索と機能推定のための遺伝子発現データベース構築

昨年度、構築・公開したデータベースOryzaExpressの格納データと機能の拡張を行った。まず、異なるデータベースから提供されているイネのゲノム・アノテーションと遺伝子発現情報の収集を行い、次いで、本特定領域研究から得られている実験データをOryzaExpressに統合した。その結果、OryzaExpressを用いることで、これらの統合情報から効率的に目的の情報を抽出することが可能となった。ここでは、特に、マイクロアレイ・プローブ名、遺伝子座名、遺伝子の機能アノテーションのキーワードや遺伝子発現量から目的の遺伝子を探索することができる。また、さらに、本年度は、遺伝子の発現制御ネットワークの構築とその解析結果のOryzaExpressへの統合化を行った。そのために、NCBIから入手可能なマイクロアレイ実験データと本特定領域研究より得られたマイクロアレイ実験データを併せて、大規模なネットワーク解析を実施した。これらのデータを精査することで、同一の代謝パスウェイや生物学的機能に関連する遺伝子群や遺伝子発現制御因子の同定が促進され得る。また、イネゲノム中の遺伝子について、ランダムに抽出した遺伝子群から、遺伝子発現制御に関わるシスエレメント探索を行った。次いで、発現レベルの解析から推定した遺伝子ファミリーについて、特異的なシスエレメントの同定を行った。そして、これらのイネ遺伝子と相同性の高いソルガム遺伝子を探索すると共に、それらのシスエレメントを探索し、イネ遺伝子との多様性を調査した。特定領域研究|植物の生殖過程におけるゲノム障壁」では、|ゲノム障壁」機構を分子レベルで解明することを目的としている。その手段の1つとして、全ゲノム解読が終了したイネをモデルとし、マイクロアレイ実験を用いて数十以上の生殖ステージの網羅的な遺伝子発現解析を実施している。ここで、マイクロアレイ実験データから生殖関連遺伝子とそれらの生物学的機能を同定するためには、遺伝子の発現と機能に関するデータベースの利用が不可欠である。しかし、現時点では、そのようなデータベースが存在しない。そこで、本研究では、平成19年度に、イネ・ゲノムに関する主要な情報を統合検索できるデータベースOryzaExpressの構築を行い、その一部を一般に公開(http://riceball.lab.nig.ac.jp/oryzaexpress/)している。現時点では、OryzaExpressには、イネのゲノム情報、マイクロアレイに搭載されているプローブに対する遺伝子機能アノテーション情報、代謝パスウェイ情報、文献情報、および、遺伝子発現プロファイルなどの情報が統合されている。そして、これらの情報に対して簡便にアクセスし得るWebインターフェースを構築している。また、本特定領域研究から得られているマイクロアレイ実験データ、および、それらを用いた遺伝子の共発現ネットワーク解析の結果を、順次、データベースに格納している。平成20年度は、OryzaExpressが格納する遺伝子発現データの拡張を継続して行い、本特定領域研究に携わる各研究者の研究目標達成、および、本特定領域研究の全体目標である異種間のゲノム障壁機構の解明を促進する。
仮想空間協調作業支援システムにおける身体性の効果

本研究では,対面でのコミュニケーションにおける身体性の共有に着目し,申請者らがこれまでに開発してきたコミュニケーション動作を音声のみから自動生成する音声駆動型インタラクションロボットInterRobotやその電子メディア版である音声駆動型身体引き込みキャラクタInterActorの技術(iRT)を仮想空間でのコラボレーション支援に取り入れ,より円滑にコミュニケーションができる協調作業支援システムの開発を目的としている.これまでに開発している3次元形状評価のための協調作業支援システムにおいては,ユーザの行動を計測する様々なセンサーがユーザのコミュニケーション動作を抑制している可能性が高い.そこで,ユーザの身体動作をアバターにそのまま反映すると同時に,ユーザの話しかけによって仮想空間上の相手アバターを音声に基づいて動作させることにより,システムを使用する際にその表出を抑制される可能性が高いノンバーバル情報を補うことで,より円滑に協調作業を支援するシステムの開発を行っている.また,開発したシステムを用いて形状の評価を協調的に行う官能検査の統計的解析とアンケートにより提案システムを評価している.その結果,提案システムが被験者に好意的に受け入れられると同時に,実空間での協調作業よりも自分自身にイニシアティブがあったと答える被験者が多かった.これは,話しかけによって対話者のアバターがうなずく動作をするためであると考えられる.本研究では,対面でのコミュニケーションにおける身体性の共有に着目し,申請者らがこれまでに開発してきたコミュニケーション動作を音声のみから自動生成する音声駆動型インタラクションロボットInterRobotやその電子メディア版である音声駆動型身体引き込みキャラクタInterActorの技術(iRT)を仮想空間でのコラボレーション支援に取り入れ,より円滑にコミュニケーションができる協調作業支援システムの開発を目的としている.これまでに開発している3次元形状評価のための協調作業支援システムにおいては,ユーザの行動を計測する様々なセンサーがユーザのコミュニケーション動作を抑制している可能性が高い.そこで,ユーザの身体動作をアバターにそのまま反映すると同時に,ユーザの話しかけによって仮想空間上の相手アバターを音声に基づいて動作させることにより,システムを使用する際にその表出を抑制される可能性が高いノンバーバル情報を補うことで,より円滑に協調作業を支援するシステムの開発を行っている.また,開発したシステムを用いて形状の評価を協調的に行う官能検査の統計的解析とアンケートにより提案システムを評価している.その結果,提案システムが被験者に好意的に受け入れられると同時に,実空間での協調作業よりも自分自身にイニシアティブがあったと答える被験者が多かった.これは,話しかけによって対話者のアバターがうなずく動作をするためであると考えられる.これまでに,対面でのコミュニケーションの対話者の動作解析,さらに話し手の音声に基づくコミュニケーション動作を自動的に生成するInterRobotおよびそのCG版であるInterActorを用いたコミュニケーションの合成的解析により,うなずきはコミュニケーションにおいて非常に重要な役割を果たすことが明らかにされている.さらに,InterRobotやInterActorは,音声から身体動作を生成することで,対話者相互のインタラクションが円滑に行えるという成果を得ている.本年度は,協調作業支援システムに用いるアバタに,岡山県立大学で開発される話し手の音声に基づくうなずきの反応モデルを導入し,その効果について検討している.実験に用いるシステムはこれまでに開発した協調作業支援システムを利用し,基本的にはユーザの頭部,腰部,両手首に装着した磁気センサ(Polhemus社FASTRAK)からの位置・角度情報を基に仮想空間に配置する相手および自己のアバタの動きをPCで自動的に生成する.さらにPCで作成された仮想空間をデジタルスキャンコンバータ)を介してユーザが装着するヘッドマウンテッドディスプレイ(HMD)に映し出す.ここで,HMDに映し出されている相手アバタのみ,相手の動きをそのまま反映するだけではなく,ユーザの音声に基づいてタイミング良くうなずく動作を付加している.この動作により、相手との一体感が増すばかりでなく,ある程度の時間遅れがあっても円滑にコラボレーションが可能になると考えられる.遠隔地にいる複数のユーザがバーチャル空間を共有しながら作業を行う協調作業支援システムでは、作業者が装着するヘッドマウンテッドディスプレイや位置・角度センサなどが、円滑なコミュニケーションにおいて重要な役割を果たす、うなずきや身振り手振りなどのコミュニケーション動作を抑圧している可能性が高い。本研究では,対面でのコミュニケーションにおける身体性の共有に着目し、申請者らがこれまでに開発してきたコミュニケーション動作を音声のみから自動生成する音声駆動型インタラクションロボットInterRobotやその電子メディア版である音声駆動型身体引き込みキャラクタInterActorの技術(iRT)を仮想空間でのコラボレーション支援に取り入れ、より円滑に協調作業ができる協調作業支援システムの開発を目的としている。本年度は,日常生活に着目し,天候や時間などの条件に拘束されないバーチャル空間を利用したグループウォーキング支援について検討を行っている。ウォーキングなどの運動状態では,ユーザは基本的に身体を動かすためヘッドマウントディスプレイや各種のセンサを装着することが困難である。そこでセンサを運動器具に装着し,ユーザの運動を計測している。またインターネットを利用して,遠隔地のパートナーと会話しながらの実験では,遊歩道とユーザのアバターのCG画像と同時に,足音を効果音として提示することで共存在感の創出を行っている。またアバターに上述のiRTによるコミュニケーション動作を取り入れることで,パートナーの存在をより感じることができることが統計的解析により明らかとなっている。本研究では,対面でのコミュニケーションにおける身体性の共有に着目し,申請者らがこれまでに開発してきたコミュニケーション動作を音声のみから自動生成する音声駆動型インタラクションロボットInterRobotやその電子メディア版である音声駆動型身体引き込みキャラクタ

InterActorの技術(iRT)を仮想空間でのコラボレーション支援に取り入れ,より円滑にコミュニケーションができる協調作業支援システムの開発を目的としている.これまでに開発している3次元形状評価のための協調作業支援システムにおいては,ユーザの行動を計測する様々なセンサーがユーザのコミュニケーション動作を制限している可能性が高い.そこで,ユーザの身体動作をアバターにそのまま反映すると同時に,ユーザの話しかけによって仮想空間上の相手アバターを音声に基づいて動作させることにより,システムを使用する際にその表出を抑制される可能性が高いノンバーバル情報を補うことで,より円滑に協調作業を支援するシステムの開発を行っている.また,開発したシステムを用いて形状の評価を協調的に行う官能検査の統計的解析とアンケートにより提案システムを評価している,その結果,提案システムが被験者に好意的に受け入れられると同時に,実空間での協調作業よりも自分自身にイニシアティブがあったと答える被験者が多かった.これは,話しかけによって対話者のアバターがうなずく動作をするためであると考えられる.
癌微小環境中における乳癌浸潤過程の生体機能イメージング

本研究課題では、蛍光タンパク質からなるFRET(蛍光共鳴エネルギー移動)バイオセンサーを用いて、乳癌細胞の細胞増殖を司るERK、PKAの分子活性、ならびに細胞運動・浸潤過程を司るRhoファミリー、Rac1の分子活性を生きたマウスの中でイメージング(Intravital imaging)することに成功した。これまでは二次元の培養皿上でしか観察できなかった生命現象を、より生理的な三次元環境下で観察できるようになったという点で大きな進歩があった。本研究ならびに本研究の過程で得られた観察技術によって、癌微小環境がどのように癌細胞によって形成されていくのかという今後の研究課題の土台が完成した。本研究の目的は、蛍光タンパク質からなるFRET(蛍光共鳴エネルギー移動)バイオセンサーを用いて、細胞運動を制御するRhoファミリー低分子量Gタンパク質の時空間的活性パターンを生きた動物内で可視化すること、さらに癌と正常組織によって構築される癌微小環境が癌細胞の浸潤過程をどのように促進しているのかを調べることである。申請者は前年度までに、FRETバイオセンサーを発現する細胞株ならびに遺伝子組換えマウスを作出することに成功した。また麻酔下のマウスを長時間維持し、拍動等の影響を抑える生体イメージングシステム構築をスタートさせた。平成24年度はこの生体イメージングシステムに改良を重ねて、生体内の生理的な環境を維持することを主な目標とした。具体的には、「skin flap法」よりも安定でかつ低侵襲な観察システムを構築することを目標とした。予定していた「ニードル型レンズ」を用いて条件検討したが、画質の面で問題があったため、このレンズの採用を見送り、別のイメージングシステムを現在も検討中である。またこれと並行して、癌細胞が肺へ浸潤・転移する過程に注目して、肺の生体イメージングシステム構築を行った。癌細胞が血流に乗って肺組織まで到達し、生着する瞬間を詳細にとらえることに成功した。さらに、申請者らのグループはFRETバイオセンサー発現マウスを用いて腸発生期の細胞運動におけるRhoファミリー低分子量Gタンパク質の働きを調べ、論文に発表した。本研究課題の最終年度(平成25年度)の目標と成果は大きく分けて以下の4点であった。1乳癌細胞の細胞増殖を司るERK、PKAの分子活性、ならびに細胞運動・浸潤過程を司るRhoファミリーの分子活性を生体イメージングによって明らかにする。2癌細胞または間質細胞を蛍光試薬等で標識し、癌細胞と間質細胞との相互作用を生体イメージングによって調べる。3薬剤や刺激因子に対する反応性が乳癌細胞と他の癌細胞(大腸癌細胞)との間で異なるかをin vitro、in vivoで比較し、浸潤を促進する乳癌特異的な因子を同定する。4マウス固定法、イメージング手法の改良続いて、定量解析に向けたデータ解析の改良を行う。それぞれの研究成果として、14T1マウス乳癌細胞をマウス足踵に移植することにより癌肺転移モデルを作成し、肺への転移過程におけるERKの活性を可視化することに成功した。また同モデルでRhoファミリー分子の一つであるRac1の活性の可視化も行った。2赤色蛍光タンパク質Keimaを用いることで、癌細胞と間質細胞とを区別して生体イメージングできる段階まで達成した。しかし、間質細胞をそれぞれ区別するための蛍光標識抗体の選択が不十分で、どの間質細胞が癌細胞と接触しているかを調べることはできなかった。3抗体アレイによって、4T1マウス乳癌細胞から分泌されるサイトカインを数種類同定した。どのサイトカインが乳癌転移においてどのような機能を果たしているか、また乳癌特異的であるかは未だ検討中である。4移植した癌細胞がどのように増殖していくかを観察するために新たに「皮下観察窓:イメージングウインドゥ」を開発し、繰り返して同一箇所を観察できる系を立ち上げた。しかし、まだ拍動などの影響により、安定した画像取得が難しい段階である。生体イメージングで得られる大量のデータを自動で定量的に取り扱えるまでには至っていない。そこで申請者は平成23年度の研究計画を以下のように立てた。●Rhoファミリー(RhoA、Rac1、Cdc42)の生体機能イメージング用バイオセンサーを作成し、これらの恒常発現細胞株を作成すること。●麻酔下のマウスを長時間維持し、脈動や呼吸振動を低減させたイメージングシステムの構築すること。申請者は計画通りにH23年度中にRhoファミリー(RhoA、Rac1、Cdc42)の活性をモニターするFRETバイオセンサー発現細胞株(マウス乳がん細胞株4T1)を作成した。

また、所属する研究室にある二光子顕微鏡を用いて、麻酔下のマウスを長時間生きたまま維持するシステム構築に成功しており、最長24時間まで顕微鏡観察が可能となった。さらに申請者はTol2トランスポゾンを用いたFRETバイオセンサー発現マウスの作出に成功し、論文発表する成果まで至っている。(Cell Struct. Funct. (2012) PMID: 22277578)このFRETバイオセンサー発現マウスを用いることでマウス間質細胞のERK、PKAの活性を測定することが可能となった。研究実績の概要に記述した通り、申請者は平成24年度内の目標をほぼ予定通り達成した。「ニードル型レンズ」を用いて低侵襲な観察システムの構築を試みたが、現行のレンズよりも画質の面で劣り、拍動の影響を抑えることができなかったため、「ニードル型レンズ」の採用は見送った。代わりに生体サンプルを安定に保持するシステムを構築し、生体内の生理的な環境を維持するための改良を平成24年度以降も継続している。一方、癌と癌周囲の間質細胞との相互作用を調べるために肺転移モデルを作成し、癌細胞が血流に乗って肺組織まで到達・生着する瞬間のERK、PKAの活性変化を生体イメージングによって観察した。また、薬剤や刺激因子に対する反応性が乳癌細胞と他の癌細胞(大腸癌細胞)との間で異なるかをin vitro、in vivoで比較し、浸潤を促進する乳癌特異的な因子の同定を現在試みている.研究実績の概要に記述した通り、申請者は平成23年度内の目標をほぼ予定通り達成し、現在はそれらを用いて生体内イメージングを行っている。遂行していない課題は「生体機能イメージング用FRETバイオセンサーの開発」である。波長が500nm前後の蛍光は生体内透過性が低く、また本研究で観察したい部位の一つである乳腺は自家蛍光の多い脂肪組織で覆われているため、従来のFRETバイオセンサーを構成するCFP(シアン色蛍光タンパク質)とYFP(黄色蛍光タンパク質)の組み合わせではイメージングが困難であると予想した。そのため長波長の蛍光タンパク質(オレンジ色、赤色など)の組み合わせを新たに検討する予定であった。しかし、研究を進めていく中でCFPとYFPの組み合わせでも生体内イメージングが十分可能であることがわかってきたため、長波長の蛍光タンパク質の組み合わせを検討することは一時保留している。今後、CFPとYFPの組み合わせで不都合が生じてきたときに改めて検討する。平成25年度には、癌細胞と間質細胞(血管内皮細胞、免疫系細胞、繊維芽細胞など)との相互作用が行われる際のERK、PKAおよびRhoファミリー分子の活性変化を捉える。具体的には、免疫細胞をマウス脾臓、リンパ節から回収し、蛍光色素標識してから同系統の担癌マウスに戻してライブイメージングを行うことにより、癌細胞と免疫細胞の物理的接触が起こる瞬間でのシグナル伝達分子の活性変化を捉えられると考えている。また癌中心部では癌辺縁部に比べて、低酸素・低栄養状態であることから、シグナル伝達分子の働きにも違いがあることが既に報告されている。
子宮頚癌に対する予防的ワクチンのための基礎的研究

子宮頚癌の発生に深く関与しているヒトパピローマウイルス(HPV)は、性行為感染により腟粘膜や子宮腟部の粘膜上皮に感染する。このHPV感染を防御することで、子宮頚癌の発生を制御する試みが既に諸外国で始まっている。しかし、子宮頚癌に関連するHPVは10種類以上(16、18など)あり、それらの抗原性はHPV型によって異なっているため、どの型のHPVにも有効なワクチンを開発することが大きな課題となっている。本研究ではHPVの粒子を形成する蛋白質のうち、L2蛋白質に注目し、その一部にどのHPV型にもほぼ共通でかつHPV粒子の表面に露出している領域があることを見出した。HPV16型のこの領域と同じアミノ酸を持つ合成ペプチドをL2ワクチンとして、BALB/cマウスでのワクチン実験を行った。HPVは性器感染することを考慮し、粘膜免疫を誘導できるように経鼻接種により16L2ペプチドを投与した。マウスの血清中、腟洗浄液中にHPV6、16、18型に対する特異抗体が誘導された。腟洗浄液中には主としてIgA抗体が誘導された。HPVはマウスには感染しないため、ワクチンの効果判定には、培養細胞でのHPV感染系を用いた。マウス血清中、腟洗浄液中のいずれにも、HPV6、16型の感染を阻害できる中和抗体が含まれていた。L2ペプチドワクチンの経鼻接種は、性器粘膜面に複数のHPV感染を阻害できる抗体を誘導できることが示された。一方、MHCクラスIIのハプロタイプが異なる系統であるC57BL10マウスで同様のワクチン実験を行ったが、特異抗体が誘導されなかった。16L2ペプチドをC57BL10マウスのMHCクラスII分子に結合できるように改変したところ、BALB/cマウスと同様の中和抗体誘導が示された。このペプチドワクチンはMHCハプロタイプに応じた改変が可能であることが示された。子宮頚癌の発生を制御するために、その発生に深く関与しているヒトパピローマウイルス(HPV)の子宮頚部への感染を阻害できるワクチン開発が期待されている。これまでの研究で我々は、HPVのキャプシドを形成しているL2蛋白質の108-120アミノ酸の領域がHPV感染に重要な領域であることを示してきた。しかもこの領域は、子宮頚癌と関連が深い十種類以上ある粘膜型HPVのいずれの遺伝子型にも共通している。そこで本年度は、この領域と同じアミノ酸配列の合成ペプチドのHPVワクチン製剤としての可能性と複数の遺伝子型のHPVに対するワクチン効果を検討した。ワクチンの効果判定には、免疫動物から採取した血清や膣分泌液中に含まれる抗体が持つ中和活性(HPV粒子の培養細胞への感染を阻害する活性)測定系を用いた。16型L2 108-120アミノ酸合成ペプチドをBalb/cマウスに皮下投与し得られた血清中に、HPV16型および6型に対する中和抗体(中和活性を持つ抗体)が出現することを確認した。HPV感染粒子として、我々独自に開発した方法で作製したPseudovirus16型、6型を用いた。またこの人工的な感染粒子の代わりに、尖形コンジローマから抽出・精製した実際のHPV11型粒子による感染系でも同程度に中和抗体が確認された。複数の遺伝子型のHPV(6,11型)の感染も阻害できた。更に,膣分泌液中の中和抗体に誘導するためにBalb/cマウスも鼻腔内に108-120アミノ酸ペプチドを吸入する経鼻免疫を試みた。マウスの窒洗浄液中にHPVペプチド特異的な抗体(IgG, IgA)が誘導され、Pseudovirus16型に対する中和活性も確認された。ペプチドワクチンでは、MHC分子により抗原認識されないことがある。今後はMHCクラスの違う系統のマウスにも中和抗体を誘導できるようにペプチドの一部を改変することで、各個体に対応したワクチンを目指す。

一方、MHCクラスIIのハプロタイプが異なる系統であるC57BL10マウスで同様のワクチン実験を行ったが、特異抗体が誘導されなかった。16L2ペプチドをC57BL10マウスのMHCクラスII分子に結合できるように改変したところ、BALB/cマウスと同様の中和抗体誘導が示された。このペプチドワクチンはMHCハプロタイプに応じた改変が可能であることが示された。
血小板活性化機構におけるイミダゾリン受容体の役割

血小板活性化機構におけるイミダゾリン受容体(I-受容体)の役割を解明するために、ウシ、ウマ、ラットの血小板におけるI-受容体およびα_2-アドレナリン受容体(α_2-受容体)のサブタイプとその情報伝達経路を検討し、I-受容体を介する血小板凝集能を解析した。その結果、ウシ、ウマおよびラット血小板にはα_2-受容体がなく、I-受容体の2つのサブタイプの存在を明らかにした。ウマの血小板I-受容体数はイヌとネコに比べ多く、I 1-受容体はGTP結合蛋白質に共役していることを明らかにした。さらに、血小板凝集の解析より、ウシ血小板凝集を抑制する作用はI 1-受容体を介すことを示唆した。このような動物種による血小板の種類や数の相違はI-受容体の作用の解明に有用である。本年度では、ウシおよびウマの血小板上のイミダゾリン受容体(IR)、α2-アドレナリン受容体(α_2R)の存在とそのサブタイプおよびそれを介する情報伝達経路の一端を明らかにすることを目的としてラジオレセプターアッセイ研究を実施した結果、以下の知見を得た。1)ウシにおける血小板膜受容体の飽和実験において、α_2Rに対する標識薬物の特異結合は認められなかった。しかし、ノルエピネフリン存在下での標識薬物飽和実験から非アドレナリン受容体結合部位の存在が確認された。I_1R選択的標識薬物の結合置換実験において高親和性と低親和性の二相性の置換曲線を示し、親和性はGuanabenz≧oxymetazoline>moxonidine>>idazoxanの順位を示した。I_2R選択的標識薬物の結合は1-site結合性の置換曲線を示し、その親和性はOxymetazoline>guanabenz≧clonidine>moxonidineの順位を示した。このことから、ウシ血小板にはα_2Rがなく、IRの存在が示された。ウシIRには、薬物親和性の違いから2つのサブタイプ(I_1RとI_2R)の存在が示唆された。2)ウマにおける血小板膜についてもウシと同様な実験を行ったところ、ウマ血小板にはウシと同様にα_2Rがなく、IRの存在が示された。ウマIRには、薬物親和性の違いから2つのサブタイプ(I_1RとI_2R)の存在が示唆された。ウマの血小板IR数はイヌとネコに比べ多く、ウマのI_2R数はウシに比べ多かった。3)次いで、α_2Rが存在しないウシ血小板を用いて、IRにおけるGTP結合蛋白質への関与についての検討を行った。I_1RではGTP、GTPγS、Gpp(NH)pの添加群全てにおいて、対照群と比較して高親和性領域のI_1Rに対する薬物親和性が有意に低下した。I_2Rでは、GTP、GTPγSの添加群全てにおいて、対照群と比較してI_2-Rに対する薬物親和性に有意差は見られなかった。このことから、I_1RはGTP結合蛋白質に共役している可能性が高く、I_2RはGTP結合蛋白質に関与していないと考えられた。今後さらにI-Rを介する血小板情報伝達経路の解析を進め、血小板活性化機構におけるIRの役割を明らかにしていく予定である。本年度ではウシ血小板上のイミダゾリン受容体(IR)を介する血小板機能の一端を明らかにすることを目的として以下のラジオレセプターアッセイおよび血小板凝集能の検査を実施した。1)α_2Rが存在しないウシ血小板を用いて、IRにおけるGTP結合蛋白質への関与についての検討を行った。2)イミダゾリンおよび非イミダゾリン誘導体α-アドレナリン受容体遮断薬がウシ血小板凝集に及ぼす影響を検討した。その結果、6種類の薬物はすべてADPによる一次凝集の促進効果あるいはADPによる完全凝集の抑制効果を示さなかった。一方、フェントラミンはコラーゲン凝集を用量依存性に有意に抑制した。

ヨヒンビン、アチパメゾール、トラゾリンでもコラーゲン凝集の抑制がみられた。しかし、イダゾキサン、プラゾシンはコラーゲン凝集の抑制を示さなかった。今回の薬物がADP凝集の抑制は示さず、数種の薬物でコラーゲン凝集の抑制が示したことは、ヒト、イヌ、ネコと比較するとウシだけで見られる反応であった。I_2-R選択性の高いイダゾキサンで抑制が起きず、非選択的I-R結合活性を持つフェントラミン、アチパメゾール、トラゾリンでコラーゲン凝集の抑制が認められたことから、ウシ血小板凝集を抑制する作用はI_1-Rを介して起きている可能性が考えられた。今後、I-Rを介した血小板凝集における情報伝達経路をさらに検討していく予定である。これまでの研究により、イヌ、ネコ、ウシおよびウマ血小板の受容体の解析を進め、α2-アドレナリン受容体(α2-R)、イミダゾリン受容体(I-R)(サブタイプI1、I2)の存在および動物間でのこれらの受容体の割合における違いを明らかにしてきた。本年度ではラット血小板におけるα2-RおよびI-Rの存在を明らかにし、そのサブタイプを確定することを目的として実験を行ったところ、以下の所見が得られた。(1)α2-Rに対する[3H]-Yohimbineおよび[3H]-Clonidineの結合はほとんど認められなかった。非アドレナリン受容体ではNorepinephrine存在下で[3H]-Clonidineの結合はほとんど認められず、[3H]-Idazoxanの結合のみ飽和曲線が得られた。[3H]-Idazoxanの結合において、Bmax(fmol/mg protein)とKd(nM)の平均はそれぞれ264と8.9を示した。置換実験において、[3H]-Idazoxan結合に対する置換曲線は一相性を示し、その親和性はKi値によりNaphazoline>Moxonidineの順になり、Naphazolineの方が100倍以上の高親和性を示した。以上から、ラット血小板にはα2-Rが少なく、非アドレナリン受容体が存在することがわかった。また、ラット血小板のI1-RはClonidine非親和性であり、このことからI1-Rが存在しないか、他の動物種とは薬理学的親和性が異なる可能性が示唆された。以上のような動物種による血小板の種類や数の相違はI-Rの作用の解明に有用である。今後はI-Rの作用機序の研究を進め、I-R作用薬の諸作用を明らかにしていくことによって血小板だけでなく全身諸臓器への臨床応用に発展していくことが期待される。さらに、I-Rを介した血小板凝集における情報伝達経路をさらに検討していく事が望まれる。
低濃度半金属化合物ガスの簡昜測定法の研究

IC関連産業などで使用される半金属化合物が産業装置などから漏洩または排出され空気中に拡散する状態を想定し,これらのガスの空気中濃度の簡昜測定法の開発を進めた。本研究ではジボランとスチビンを対象物質とし,これらのガスに対する高感度かつ現場測定に適した定量分析法として固体捕集法を中心として研究した。目的とする測定法の定量下限は労働環境における暴露限界濃度として勧告されている値(共に0.1ppm)の10の1とした。そのために次の項目について検討した。(1)吸着剤と吸収液の収集と基礎特性値(比表面積,ホウ素とアンチモン含有量)、(2)吸着剤の対象ガス吸着容量、(3)吸収液による対象ガスの吸収特性、(4)吸着剤の改質、(5)吸着剤に捕集したガスの定量的脱着条件、および(6)脱着液中のホウ素とアンチモンの定量分析法。上記の検討から固体捕集法および分析法の最適な操作条件を次のように定めた。【ジボラン】過マンガン酸カリウム添着シリカゲルを吸着剤としてジボランを捕集→塩酸ヒドロキシルアミン溶液で脱着→ICP脱着液中のホウ素を定量、またはクルクミン酸法による吸光光度法でホウ酸として定量。【スチビン】過マンガン酸カリウム添着シリカゲルを吸着剤としてスチビンを捕集→塩酸ヒドロキシルアミン溶液で脱着→グラファイト炉原子吸光分析で脱着液中のアンチモンを定量。ジボランとスチビンの吸着特性および吸収特性をシラン,ホスフィンおよびアルシンと比較検討した。また、ジボランとスチビンについて既報の固体捕集法についても追試を行い、問題点を明らかにした。
銀河中心核の光度変動観測による超巨大ブラックホール周辺構造の解明

活動銀河核の中でも特に明るい天体であるクエーサーの可視域スペクトル中の光度変動成分および偏光成分に関する先行研究において、これら2つのスペクトル成分はともにクエーサーの中心エンジンである超巨大ブラックホール降着円盤の放射スペクトル形状を直接反映する観測量であるとされていた。ところが、本研究の昨年度の成果によって、クエーサーの光度変動成分スペクトルおよび偏光成分スペクトルは実際にはまったく異なるスペクトル形状を持っていることが明らかになった本年度は、上述の偏光-変動成分スペクトル間のスペクトル形状の違いが生じる原因を特定するため、木曽シュミット望遠鏡でモニタリング観測しているクエーサーのうちの1天体である3C323.1について、過去の可視光偏光観測データを文献やデータアーカイブから収集することで、3C323.1の偏光成分(偏光度、偏光角、偏光フラックス)の数年タイムスケールの時間変動を調べた。結果、偏光角が4-6年タイムスケールで時間変動を示していることから、偏光成分の原因となっている電子散乱領域がブラックホール降着円盤の極近傍に存在している、という観測的制限を得た。さらに、偏光フラックススペクトルの短波長側のスペクトル形状が時間変化を示すことから、降着円盤と電子散乱領域の中間領域に時間変動する構造を持つ吸収体が存在しており、降着円盤放射が電子散乱される前に特定の波長域の光が吸収を受けているというモデルを提案した。これらの結果は、学術誌Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS)で発表した。28年度が最終年度であるため、記入しない。平成27年度は先行研究で偏光分光観測がなされていたクエーサー(高光度活動銀河核)に対して木曽シュミット望遠鏡で1年間の多バンド紫外-可視光モニター観測を実施した。その結果、クエーサー紫外-可視光域の変動成分スペクトルの形状が、偏光成分のスペクトル形状とは一致しないことを示した。本研究により、一般に考えられているクエーサーの光度変動および偏光を生じさせている物理機構の理解に修正を加える必要があることが明らかになった。スペクトル形状の不一致を説明するシナリオとして、1.クエーサーにおける偏光は、降着円盤放射の電子散乱で生じているのではなく、未知の偏光生成機構により生じている、または、2.光度変動は降着円盤内縁部における降着円盤不安定性によって生じているため、変動成分スペクトルのカラーが非常に青くなっている、というシナリオを提唱した(Kokubo 2016, PASJ, in press)。上記のシナリオの妥当性を確認し、変動成分スペクトルと偏光成分スペクトルの間の関係をより詳細に解明するため、偏光成分の時間変化を調べる観測を広島大学東広島天文台かなた望遠鏡で開始した。すばる望遠鏡やVLT望遠鏡を用いた偏光分光スペクトルの時間変化の観測時間が獲得できていないが、その他の望遠鏡を用いたモニター観測データ、およびアーカイブデータを併用した研究を進めており、全体として順調に進展していると言える。Kokubo 2016で議論したクエーサーに対して、かなた望遠鏡での偏光測光モニター観測や木曽シュミット望遠鏡での測光モニター観測を継続するとともに、すばる望遠鏡やVLT望遠鏡を用いた偏光分光観測を提案する。クエーサー紫外-可視域スペクトル中の偏光成分の数10日-数100日スケールでの変動を観測することで、ブラックホール降着円盤周辺のどこで偏光が生じているのかという点と同時に、より根源的な問題である光度変動の起源についても、モデルに依存しない形で制限を与えることができると期待している。さらに、HSC-SSPサーベイの観測データの解析を行なう。

HSC-SSP Ultradeepサーベイの新しい測光データと、すばる望遠鏡Supreme-Camによって過去に撮られた測光データを比較することで、低光度活動銀河核の光度変動に対して我々のこれまでの研究(Kokubo et al. 2014, ApJ; Kokubo 2015, MNRAS)と同様の解析を行い、クエーサーと低光度活動銀河核の光度変動の性質の比較を行うことで、質量降着率の異なる活動銀河核の間での連続光光度変動の違い(特に紫外域での光度変動振幅の大小)を探り、光度変動モデルとしての「再放射モデル」を検証する。28年度が最終年度であるため、記入しない。
ビタミンB∋⊆類縁錯体におけるアクシアル配位子の反応に関する研究

1.疎水性ビタミン【B_(12)】の合成疎水還境において、補酵素機能を発揮させるため、天然のビタミン【B_(12)】をエステル結合を用いて修飾した疎水性ビタミン【B_(12)】を合成した。また、疎水性環境の提供および基質(基質補酵素錯体)の運動制御を行なうアポ酵素モデルとして、二分子膜ベシクルを形成する合成脂質および両親媒性置換基を持つアザパラシクロファンを合成した。蛍光性基質【B_(12)】錯体を用いて蛍光スペクトル,蛍光偏光度を測定した結果、アポ酵素モデルを含む水中では、基質【B_(12)】錯体は疎水還境中に取り込まれ、運動が制限されていることが明らかとなった。2.基質【B_(12)】錯体におけるコバルト炭素結合の光開裂2-位に置換基を持つアルカン類を基質として、基質【B_(12)】錯体を合成し、各種媒質中で光照射を行ない、反応を可視スペクトル、ESRスペクトルで追跡した。この結果、いずれの媒質中においても、光照射によるホモリシスがおこり、コバルト(【II】)基質ラジカルの対が生成することがわかった。3.ラジカル対の挙動と、微視的環境との関連光反応の生成物を分析した結果、アポ酵素モデルを含む水中では、基質の炭素骨格組み換え反応が進行することが明らかとなった。これに対して、均一溶液中では、ラジカルから異性化反応が進行せず、水素引き抜き反応のみが進行することが明らかとなった。一方、ベンゼン中で温度を変えて同様な実験を行なうと、4°C以下でのみ異性化反応が進行することが見出された。また補酵素モデルとしての疎水性ビタミン【B_(12)】が存在しない場合には、異性化反応は進行しないことが明らかとなった。以上の結果より、基質【B_(12)】錯体のコバルト炭素結合が開裂した後、異性化反応に要する時間コバルトラジカル対が安定に保持されることが、異性化反応進行のための要件となっていると結論でき、上記アポ酵素モデルはこの種の機能を発現する。
マルチバンチ・スピン偏極電子源の実用化

現在、KEKを中心に準備研究が進行中の電子・陽電子リニアコライダーで使用しうる偏極電子ビーム(1ナノ秒に2×10^<10>個の電子を詰めたバンチを2.8ナノ秒間隔で約100個連ねたマルチバンチビーム)を生成する研究を主に名古屋大学において推進し、以下のような成果を挙げた。(A)サブナノ秒マルチバンチ偏極電子ビームの生成に成功GaAsから偏極電子を真空中へ放出させるのに不可欠である負の電子親和性表面にはこの領域に伝導電子が蓄積するとband bendingが減ってしまう光電圧効果が存在する。我々は超格子構造半導体を用いるとこの効果が大幅に緩和されることに着目し、具体的にGaAs-GaAsPならびにInGaAs-AlGaAs超格子フォトカソードを用いて2.8ナノ秒間隔の均等なダブルバンチ(0.6×10^<10>個)が生成できることを世界で最初に実証した。これにより当初の目標であったサブナノ秒マルチバンチビームを生成する課題は完全に達成された。(B)高電界偏極電子銃の開発を進めるのに成功今後の課題である低エミッタンス(【less than or equal】10πmm・mrad)のビーム生成には従来より高電界の偏極電子銃の開発が不可欠である。我々はSLACの120kVを遥かに凌駕する200kV電子銃の作製に取り組み、これをほぼ完成することができた。すなわち、電界放出暗電流を1nA以下に抑制する条件を満たしつつ200kVの印加を達成し、原子状水素によりGaAs表面を清浄化する技術開発にも成功して高い量子効率を得ることができた。さらに画期的な試みであるRF-laser gunから偏極電子ビームを生成するため、「二光子励起偏極電子源」のアイデアを提唱した。すでに二光子励起によっても90%の偏極度が得られることを確認できた。現在準備研究が進行中の電子・陽電子リニアコライダーの要求を満たす偏極電子ビーム(1ナノ秒幅に2×10^<10>個の電子をつめたバンチを2.8ナノ秒間隔で約100個連ねたマルチバンチビーム)の生成を目指して研究を進めているがつぎのような進展があった。(1)サブナノ秒レーザー光の生成現有の6ナノ秒幅レーザー光の中心部(≦1ナノ秒)のみの偏光面をポッケルスセルにより90度回転した後に偏光フィルターを通して切り出す方式を試験した結果目論み通りに1ナノ秒幅のレーザー光が生成できることを確認した。これを親パルスとしてダブルバンチレーザー光の生成にも成功した。(2) 200keV偏極電子銃の作製load-lock機構がアースレベルで操作できる新しいタイプの電子銃装置を作製した。セラミック,電子銃及びカソード表面活性化のための2つの超高真空チェンバー,高電圧電源,架台等の構成部分の作製が完了し,現在は電子銃チェンバーの真空試験を実施している段階である。肝心の200kV印加時における電界放出暗電流を10nA以下に抑える試験を実施できる時が射程圏内に入ってきたと言える。(3)新しい超格子構造フォトカソードの開発すでに開発したInGaAs/AlGaAs超格子構造に代わる新しい組み合わせとしてGaAs/GaAsP超格子構造を開発し,偏極度≧80%,量子効率≧0.3%という良好な結果を得た。この超格子構造の限界を究める研究をさらに進める予定である。

現在、KEKを中心に準備研究が進行中の電子・陽電子リニアコライダーで使用しうる偏極電子ビーム(1ナノ秒に10×10^<10>個の電子を詰めたバンチを2.8ナノ秒間隔で約100個連ねたマルチバンチビーム)を生成する研究を進め、以下に箇条書きにしたように、この目標にかなり近づくことができた成果を挙げることができた。(2)上記フォトカソードを、50keV偏極電子銃に装着しダブルパンチ・レーザー光(幅1ナノ秒、間隔2.8ナノ秒)で励起することにより、表面電荷制限を受けることなく、空間電荷制限値である電荷量(0.6×10^<10>電子/バンチ)を生成できることを確認した。またInGaAs-AlGaAs系超格子構造半導体でも同様の結果を得た。(3)将来有望と見なされる偏極RF-gunの実現に挑むため、Cu表面からの電界放出暗電流の削減に取り組み、超精密旋盤加工後に生ずる酸化膜(Cu_2O、CuO、Cu(OH)_2)のうち後者2つが暗電流を増加させるとの見解に達した。Cu_2Oはp型、CuOは真性型の半導体であることの関連性が興味深く、さらに探求したい。(4)世界で初めて「2光子励起により偏極電子を生成する方法」を試験し、GaAs結晶を1064nm波長のYVO_3レーザーで励起したときのフォトルミネッセンス光の円偏光度の観測値(約26%)から、励起直後の電子偏極度を推定したところ、約86%であることが確認され、この方法の有効性を証明できた。現在、KEKを中心に準備研究が進行中の電子・陽電子リニアコライダーで使用しうる偏極電子ビーム(1ナノ秒に10×10^<10>個の電子を詰めたバンチを2.8ナノ秒間隔で約100個連ねたマルチバンチビーム)を生成する研究を主に名古屋大学において推進し、以下に箇条書きにするような成果を挙げることができた。1)電界放出暗電流の抑制:高電圧をカソード電極に印加する課程で必然的に発生する電界放出暗電流を1nA以下に抑制する条件を満たしつつ、現在までの最高電圧であるSLACの120kVを大幅に越える180kVの印加を達成した。窒素イオンにより電子放出点を消滅させる方法が有効であり、目標の200kV達成に確かな手応えを得た。2)半導体表面の清浄化技術の確立:高い量子効率を実現するため、GaAs表面を水素原子で清浄化する装置を作製し、性能試験を実施し得る段階に到達した。またGaAs-GaAsP超格子フォトカソードのNEA表面を岡崎分子研のESCA装置を用いて観察し、GaAsを覆う酸化膜、Csや酸素とGa/As原子の結合状態に関する基礎的知見を得た。(B)新しい2光子励起型偏極電子源の原理を証明する研究従来型の偏極電子源には必須であるNegative Electron Affinity(NEA)表面を用いないで偏極電子を真空中へ取り出すことを目指した研究であるが、前年のフォトルミネッセンスによる偏極度の確認に続き、本年度は真空へ取り出したビームが13%の偏極度を持つことを確認した。この偏極度はナノ秒レーザーを用いたせいであり、ピコ秒レーザーなら80%を越える偏極度が達成できる見通しが得られた。
柔軟な輸送システムのための3自由度電磁石の浮上制御と二次元駆動の研究

単独で3自由度姿勢制御が可能な4極3自由度浮上電磁石を提案し、制御系設計の考え方をまとめ、実験によって有効性を実証した。また、永久磁石を用いて、浮上制御時の平均電流をゼロとするゼロパワー制御を導入し、その挙動を理論・実験両面から詳細に検討した。そして、一次元リニアモータとの組み合わせで駆動を行う場合の駆動系・浮上系の干渉や、浮上の信頼性を実験で検証した。浮上と駆動を同時に行うことで、磁束あるいは浮上力に対し持続的、周期的な外乱が入ることを想定し、そのような外乱により強い外乱オブザーバを活用したセミゼロパワー浮上方式と、ゆっくりとしたゼロパワー制御を理論・実験の両面から比較した。その結果、提案手法はギャップ長制御方式とゼロパワー制御の中間的周波数特性を任意に調整することが可能であることが明確化され、提案手法の有用性を、説得力を持って示すことができた。駆動実験は、まず比較的長ストロークの一次元駆動をした。リニア同期モータの可動子位置検知を行い、駆動方向の位置、速度情報をフィードバックすることで、浮上・リニア駆動共に精度良く制御できることを確認した。さらに、日本大学乾講師の協力を経て、同グループの開発した二次元リニアモータとの組み合わせによる浮上電磁石の駆動制御および基本的分岐性能検証実験を行った。二次元駆動においては、平面内駆動方向の位置検知を簡便に行うことは難しく、本試験では駆動方向を開ループ制御の形で駆動した。駆動が開ループ制御であること、ヨー方向に制御手段を持たないことから、駆動時に若干のふらつきを生じる問題は残ったが、与える駆動電流のパターンにより、浮上制御を安定に保ったまま二次元平面内を任意の軌跡で円滑に駆動できることが確認された。実験で試験できなかった二次元の位置検知方式に関しては、ビジュアルサーボ技術の応用可能性を理論的に検討した。平成12年度は、本研究の中核的要素である、4極3自由度電磁石の設計と製作の浮上制御に関して集中的な作業を進めた。制御のアルゴリズムとしては、Kessler標準形に基づく古典的なI-PD制御系、オブザーバを用いた状態フィードバックの双方についてシミュレーションおよび実験を行い、実用的に十分安定な制御が行えることを確認した。また制御目標も、ギャップ長指令ヘの追従、ゼロパワー制御の双方に成功し、さらに外乱オブザーバの導入も行い、オブザーバの機能を定性的・定量的に周波数特性の解析などを通じて論じた。さらに、リニアモータとの組合せに関して生じうる問題点を整理し、その対策を検討した。具体的には:A)関連研究を行っている他大学の研究室と協力し、二次元リニアモータ電機子の仕様を詳細に検討した。B)電機子磁束が浮上系制御ヘの外乱となることを考慮し、磁束外乱も力外乱と一緒にオブザーバで推定し、フィードフォワード保障する方法を考えた。C)上記の電機子磁束が、浮上制御系に重要な役割を持つギャップセンサに悪影響を及ぼす可能性を考慮した。従来の渦電流形のセンサを光学式センサに置換え、両者の比較を行った。後者が十分実用に耐えるものであることを確認して、その使用上の注意点を明らかにした。D)周波数特性の点から、浮上推進兼用方式では、先行研究で提唱されたゼロパワー浮上が好ましくない可能性を考察し、ギャップ長一定制御とゼロパワー制御の中間的な特性を持つセミゼロパワー浮上方式を提唱し、その効果をシミュレーションで検証した。上記の作業と並行して、可動子消費電力を削減する別方法である、推進系のリニアモータの電機子電流で浮上制御し可動子を完全に受動的な鉄心のみで構成する方法の試験機も製作し、制御実験を行った。