hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高活性高分子触媒の創製と連続フローシステム化

平成29年度においては両親媒性高分子担体に担持した遷移金属錯体や遷移金属ナノ粒子を触媒とする酸化還元型有機分子変換反応および炭素ー窒素結合形成を伴う環化付加反応の開発を中心課題とし,またその連続フローシステムへの展開について検討を加えた。その結果,親媒性高分子担持白金ナノ粒子触媒を用いカルボニル基の還元反応を実現し,そのフロー化に成功した。また同高分子担持銅錯体触媒あるいは同高分子担持デンドリマー配位子によって安定化した銅コンポジットを創製し,水性媒体中でのHuisgen反応によるトリアゾール環形成反応に成功した。さらにこのHuisgen環化付加反応をフロー化し,水中でのアセチレンガスを用いた1置換トリアゾール合成に展開した。29年度が最終年度であるため、記入しない。平成28年度においては高分子固定化パラジウム触媒,同プラチナ触媒,同ロジウム触媒,同銅触媒および同固定化ブレンステッド酸触媒を利用した連続フロー有機分子変換反応の開発・最適化を詳細に検討した。その結果,不斉パラジウム錯体触媒を固定化した高分子触媒による高立体選択的なビアリールカップリング反応の最適化(最高99% ee;論文発表済み)を達成し,さらには不斉ロジウム錯体固定化高分子触媒による不斉マイケル付加反応の開発に道を拓いた(論文準備中)。また高分子固定化銅触媒を用いて連続フローシステムによるヒュスゲン環化反応にも成功した(論文発表済み)。ヒュスゲン反応においてはppmレベルの触媒量で反応が進行する高効率反応系に到達している。また高分子ブレンステッド酸触媒を開発し,それを用いる事でカルボン酸のアルコールによる脱水型直接エステル化が高効率で進行する事を見いだした。また同様にエステル交換反応の触媒化も成果をあげた(論文発表済み)。このエステル合成手法は例えばオリーブオイル成分のトリオレインを原料とするバイオディーゼル燃料合成に有効に機能する。高分子固定化遷移金属錯体触媒,遷移金属ナノ粒子触媒の構造(配位形式や電荷数など)を精査する事で,反応の効率的駆動を実現する基礎学理においても一定の知見を蓄積しつつある(高分子固定化銅錯体の精密構造解析を論文発表済み)。平成28年度の所期の目的であった遷移金属触媒反応の超効率化によるppm-ppb触媒系の開発研究に関して,既に論文報告した高分子固定化銅錯体触媒反応システムの開発(「実績の概要」項に記述)に加え,パラジウム触媒系においてppm触媒量でのSuzuki-Miyauraカップリングを実現し,またppb触媒量でのHeck反応を見いだしている。これらは現在さらなる最適化を経て論文準備に取りかかっている。また高分子固定化プラチナ触媒の連続フロー反応系の心臓部となる触媒カートリッジは海外の研究グループを含む幾つかの第三者研究グループにも提供され良好な結果を得つつある。マイクロ流路内での膜状触媒創製も高分子銅錯体に関しては論文報告(ヒュスゲン反応)に到達している。これら成果から所期の研究計画は着実に遂行されつつあり,おおむね順調な進展と評価している。高分子固定化に加えて,最近シリコンウエハ上に構築した微細ナノ凸凹構造への遷移金属ナノ粒子触媒の新しい固定化方法について取り組み始めた。これは遷移金属がシリコンウエハのSiとアマルガム構造を形成する,概念的に新しい固定化法となる。この方法論開発により化学的・物理的に安定な,そして高度に反応活性な,従来の本研究者による触媒開発を越えたナノ金属触媒の創製を実現する。また上述の全く新たな試みに加え,従来型の高分子固定化各種触媒は工業プロセスにも適用可能な,より「出口」を意識した完成度の高い応用例・適用例を示す予定である。具体的には例えば高分子固定化銅錯体触媒によるヒュスゲン反応の水中実施を可能化する事で,通常のフラスコ有機反応では扱いにくいアセチレンガスを同反応に利用できるようになる。この応用展開は1置換トリアゾール構造を有する多くの生物活性化合物合成への適用可能性を大いに拡げるものとなろう。多くの利用実績を上げつつある連続フロー反応系に適用可能な高分子固定化プラチナ触媒カートリッジは国際的市販化を視野に技術的プロトコルの確立(再現安定性,触媒調製スケールの向上)を目指した検討を推進する予定である。
がん化に伴うDNA複製開始制御の変化

ヒト正常細胞の核粗抽出液中にORC、及びCdc6PのATPase活性の促進因子が存在するか否かを調べた。粗抽出液をカラムクロマトグラフィーで調べたところ、ORC、及びCdc6PのATPaseに対する促進活性の複数のピークが観察された。がん細胞の核抽出液も同様に解析したとこと、正常細胞とは違うカラムクロマトグラフィーパターンを示した。その内、がん細胞で活性が低下しているORCのATPase活性の促進因子の精製に成功した。アミノ酸配列からこの因子(ORC ATPase Stimulating Factor 1, OAS1と命名)が新規蛋白質であることが明らかになった。以上の結果は、細胞のがん化に伴い、ORC、及びCdc6PのATPase活性が変化することが、がん細胞の異常な複製開始に関与しているという新しい可能性を示している。我々は、ORCのATP結合に関し、フィルター結合アッセイ法を確立しその生化学的性質を解析した。その結果、Orc5pは、Orc1pとは関係なく高い親和性(Kd値は約10nM)でATPと結合できるのに対し、Orc1pはOrc5pにATPが結合しているときは、高い親和性(Kd値さ約10nM)でATPと結合できるが、OrcsPにATPが結合していないときにはその親和性が大きく低下することを発見した。またOrc1pに対するATP結合はorigin DNAによって促進されるのに対し、Orc5pに対するATP結合はorigin DNAによって影響を受けなかった。さらに、Orc5pとATPとの複合体が非常に安定であるのに対し、Orc1pとATPとの複合体は不安定であることを見出した。
両大戦間期のフランスにおける美術展の地政学的研究

本年度はフランス、アメリカでの現地一次資料調査を中心に行った。とりわけ、パリ・ルーヴル美術館内国立美術館アーカイヴ、アメリカ-ニューヨーク近代美術館アーカイヴでの調査が主たる成果となった。両アーカイヴでは、「独立派芸術の巨匠」展(1937年)、「国際独立派芸術の起源と発展」展(1937年)、「アメリカ美術の三世紀」展(1938年)、「キュビスムと抽象美術」展(1936年)について、昨年度から継続して調査していた一次資料の収集が完了した。それにより、フランスにおいて、一次大戦以前のモダンアートが国家主義的かつ制度的に利用されていた一方で、よりラディカルな戦後の前衛美術は当時の美術制度には組み込まれえなかったものの、一定の評価を与えられていたことが裏付けられた。また、アメリカに関連する後者二展の分析からは、フランスと同様、アメリカにおいても、国家主義と前衛主義が混在し、それらが相互に関連しながら美術を利用した外交が戦略的に展開されていたことが明確になった。上記の成果に加えて、国際独立派展、アメリカ美術展の会場となった、ジュ・ド・ポーム関連の資料を多数入手することができ、これら両展を、当時パリで唯一公式の外国美術の受け皿であった同館の制度的な枠組の中で考察することが可能になった。また、上記の展覧会関連資料調査の過程で、多数の作品写真が基礎資料に含まれていることが明らかになった。パリ、ニューヨークの職業写真家たちによって撮影されたこれらの写真は、大規模な作品移動を伴う国際的な展覧会の準備段階で不可欠な要素だった。両大戦間期は複製写真図版の利用が本格化した時代として知られている。本年度の調査で得られたこの結果は、美術館、美術展といった制度の確立とともに、新たなメディアの発達が、相互補完的に国際的な美術状況を形成していたことを示している。三度の海外現地資料調査(昨年度から継続のものも含む)を行い、調査予定資料をおおむね予定通り入手することができた。加えて、同時に調査予定以外の関連資料も閲覧することができ、それによって、当初の研究対象をより大きな文脈から考察することが可能になった。来年度前半に本研究内容をまとめ、論文として投稿する(計二本を予定)。その後は、本年度の調査でその一端が明らかになったジュ・ド・ポームの活動、関連各国にとっての外交上の役割について、より詳細な検討を行う。同館は1923年から1938年まで、ほぼ年に一度、外国美術の展覧会を開催しており、これらの展覧会関連資料を網羅的に調査・検討する。これまでジュ・ド・ポームはその役割の重要性にもかかわらず、まとまった研究が行われておらず、この研究が最初の成果となる。並行して、当時パリで活動していた職業写真家たちが美術界において果たした役割と、美術雑誌が美術動向の伝播に及ぼした影響について、関連一次資料の調査を進める。本研究は両大戦間期末期に欧米各国で開催された美術展において、ナショナリズムとコスモポリタンな前衛中心主義が並存していた点に着目し、トランスアトランティックな視点からその比較分析を行うものである。本年度の研究成果は以下の通りである。1、作品・作家研究ジャッック・リプシッツら当時の前衛芸術家らが1937年のパリ万博、および同年にパリ市内で開催された複数の美術展に出展した作品に関する研究をまとめた。各展の出展作品の選定傾向、ならびに受容の分析を通して、当時のフランスにおける美術の政治的な利用の実態を明らかにした。この研究は以下の2、のケース・スタディとして位置づけられる。2、フランスでの展覧会万博および他の美術展に関してパリ市内で文献調査を行った。万博の美術に関する政府の企画書、議事録、当時の新聞に掲載された展覧会評などの資料から、組織側の意図、社会的受容の側面から万博美術の総体を把握することができた。また、同年ジュ・ド・ポームで開催された「国際独立派展」に関する資料を収集した。当時の同館館長をはじめとする開催主体の書簡を閲覧し、同展開催の経緯、意図の一端を明らかにした。それにより、国家事業としての万博と、前衛主義的な同展の差異を明確にした。3、美術展を通した米仏の文化外交2、の調査において、「国際独立派展」の開催は、当初予定されていた「アメリカ美術展」の延期に起因することが明らかになった。アメリカのナショナリズム発揚の手段である同展は、米仏の文化外交上重要な位置づけを与えられていた。また、同展の主催は1936年に前衛中心主義の展覧会を組織したニューヨーク近代美術館であり、2、に示したような状況がフランスと同様、アメリカでも見られたことが明らかになった。同展は美術展のトランスアトランティツクな考察をめざす本研究にとって、新たに重要な比較検討対象を提供した。

それにより、フランスにおいて、一次大戦以前のモダンアートが国家主義的かつ制度的に利用されていた一方で、よりラディカルな戦後の前衛美術は当時の美術制度には組み込まれえなかったものの、一定の評価を与えられていたことが裏付けられた。また、アメリカに関連する後者二展の分析からは、フランスと同様、アメリカにおいても、国家主義と前衛主義が混在し、それらが相互に関連しながら美術を利用した外交が戦略的に展開されていたことが明確になった。上記の成果に加えて、国際独立派展、アメリカ美術展の会場となった、ジュ・ド・ポーム関連の資料を多数入手することができ、これら両展を、当時パリで唯一公式の外国美術の受け皿であった同館の制度的な枠組の中で考察することが可能になった。また、上記の展覧会関連資料調査の過程で、多数の作品写真が基礎資料に含まれていることが明らかになった。パリ、ニューヨークの職業写真家たちによって撮影されたこれらの写真は、大規模な作品移動を伴う国際的な展覧会の準備段階で不可欠な要素だった。両大戦間期は複製写真図版の利用が本格化した時代として知られている。本年度の調査で得られたこの結果は、美術館、美術展といった制度の確立とともに、新たなメディアの発達が、相互補完的に国際的な美術状況を形成していたことを示している。三度の海外現地資料調査(昨年度から継続のものも含む)を行い、調査予定資料をおおむね予定通り入手することができた。加えて、同時に調査予定以外の関連資料も閲覧することができ、それによって、当初の研究対象をより大きな文脈から考察することが可能になった。来年度前半に本研究内容をまとめ、論文として投稿する(計二本を予定)。その後は、本年度の調査でその一端が明らかになったジュ・ド・ポームの活動、関連各国にとっての外交上の役割について、より詳細な検討を行う。同館は1923年から1938年まで、ほぼ年に一度、外国美術の展覧会を開催しており、これらの展覧会関連資料を網羅的に調査・検討する。これまでジュ・ド・ポームはその役割の重要性にもかかわらず、まとまった研究が行われておらず、この研究が最初の成果となる。並行して、当時パリで活動していた職業写真家たちが美術界において果たした役割と、美術雑誌が美術動向の伝播に及ぼした影響について、関連一次資料の調査を進める。
実用領域のイオン伝導性を示す2価カチオン伝導性固体の創製

本研究では、新規な2価イオン伝導性固体の創製を目的とし、伝導2価イオン種としてイオン半径および電気陰性度ともに小さなMg2+、Ca2+、およびZn2+イオンを選択した。、また、高いイオン伝導性を実現するために結晶構造には三次元網目構造のナシコン型構造を選択し、一連の(Hf1-xMx)4/(4-x)Nb(PO4)3(M = Mg, Ca, Zn)に関して、そのイオン伝導性を評価した結果、いずれの試料においても以前に報告されている2価イオン伝導体と比較して高いイオン伝導性を示すことが明らかとなった。さらに、合成した試料中のM2+イオン伝導を電気分解法により直接実証することにも成功した。本研究では、高いイオン伝導性を示す2価カチオン伝導体の開発を目指し、結晶構造に三次元網目構造を有するナシコン型構造を選択し、伝導イオン種にはMg2+イオン、Ca2+イオンを選択した。Mg2+イオン伝導体に関しては、これまでに報告されていたMg2+イオン伝導体と比較して中低温域で高いイオン伝導性が達成できた。また、固体中におけるMg2+イオン伝導を実証するため、種々の方法により、電子伝導性の有無、酸化物イオンや他のカチオンが伝導している可能性を検証した結果、合成した試料はいずれもMg2+イオンのみが伝導していることを定性的に明らかにした。さらに、直流電圧を印加して試料中を通過した電荷量がMg2+イオン伝導に利用された割合からMg2+イオン伝導を評価した結果、試料中をMg2+イオンが伝導していることを定量的にも実証することができた。さらに、ナシコン型構造中におけるMg2+イオン伝導には、他の構成元素(イオン)の種類やサイズが大きく影響を与えており、母体結晶の格子サイズが大きすぎても、小さすぎてもイオン伝導性が低下すること、つまり、Mg2+イオン伝導に最適な格子サイズが存在することが判明した。一方、Ca2+イオン伝導体については、当初の予想に反し、Mg2+イオン伝導体とは異なりナシコン型構造単相試料が得られなかった。Ca2+のイオン半径の観点からは単相試料を得ることは可能と考えられることから、今後の継続課題となった。当初の予定では、アルカリ土類金属イオン全般について、これらを伝導イオン種とした固体電解質の開発およびイオン伝導性の向上を目的としていたが、伝導イオン種としては、Mg2+およびCa2+イオンのみ開発を行った。イオンの種類としては半数しか進んでいないが、Mg2+イオン伝導体については当初の予定よりも進んだ研究成果が得られており、研究全体としてはおおむね順調に進展している。本研究では、高いイオン伝導性を示す2価カチオン伝導体の開発を目指し、結晶構造に三次元網目構造を有するナシコン型構造を選択し、伝導イオン種にはMg2+イオン、Ca2+イオン、Zn2+イオンを選択した。Ca2+イオン伝導体については、昨年度の成果を参考に、合成方法を再検討した結果、液相法を用いることでナシコン型単相試料が得られ(組成については、論文発表前のため控える)、600°Cで10ー5 S/cmの値を示すことが明らかとなった。さらに、ナシコン型構造を有するZn2+イオン伝導体を合成し、Zn2+イオン伝導の直接的な実証にも成功した。実証できた伝導2価カチオン種の種類が増加している本研究では、高いイオン伝導性を示す2価カチオン伝導体の開発を目指し、結晶構造に三次元網目構造を有するナシコン型構造を選択し、伝導イオン種にはCa2+、Zn2+、Ni2+イオンを選択した。Ca2+およびZn2+イオン伝導体については、平成27年度に引き続き、イオン伝導のさらなる実証を行った。その結果、焼結体試料3枚を用いた改良型Tubandt法により定量的なCa2+およびZn2+イオン伝導の実証に成功した。イオン伝導性については、Ca2+イオン伝導体では平成27年度の成果(600°Cで10-5 S / cm)を超えるイオン伝導性は実現できなかったが、Zn2+イオン伝導体においては、(Zn0.1Hf0.9)4/3.8Nb(PO4)3において最大の導電率(600°Cで2.67×10ー4 S / cm)が得られ、β-硫酸鉄型構造を有するZnZr4(PO4)6と比較して600°Cにおいて約6.0倍高い値を得ることに成功した。一方、新規な2価イオン伝導体としてNi2+イオン伝導体の開発を、これまでのナシコン型2価イオン伝導体と同様の手法により行ったところ、(Ni0.06Hf0.94)4/3.88Nb(PO4)3の試料で600°Cで4.01×10ー4 S / cmのNi2+イオン導電率を得ることに成功した。

今後は、Ca2+イオン伝導体に関する研究の継続、2価の遷移金属イオンを伝導イオン種とする固体電解質の開発を行う。これには、平成26年度に行ったMg2+イオン伝導体開発で得た知見が活用できる。最終年度には、これまでの成果の発展に加え、Ni2+イオンについても検討することで、異なる電気陰性度、イオン半径などの視点から2価イオン伝導を考察する。28年度が最終年度であるため、記入しない。無機材料化学28年度が最終年度であるため、記入しない。
送電線鉄塔基礎の引揚による滑り線形成に関する基礎的研究

本研究では、下記の3点を当初の目的とした。1.送電線鉄塔基礎の引抜試験による、滑り線生成のメカニズムの解明2.滑り線生成を再現できる3次元・大変形・弾塑性有限要素解析システムの開発3.鉄塔基礎の形状や地盤傾斜角度と破壊形態・強度との関連の解明送電線鉄塔基礎の縮尺モデルの風荷重による引抜試験を地盤傾斜角度0度、25度、35度に対して行い、その荷重変位曲線と地表面における滑り線の形状を求めた。実設計でも用いられるポスト継ぎの採用により、傾斜地盤の鉄塔基礎のほうが水平地盤よりも高い引き上げ抵抗力を示した。滑り線生成を再現できる3次元・大変形・弾塑性有限要素解析システムを開発した。このとき、塑性モデルとしては、関連流動則と非関連流動則の両者を用い、その性能を比較検討してみた結果、非関連流動則を用いるほうが実験結果にはるかに近い解析結果を得ることができた。水平・傾斜地盤の3次元解析を行い、実験結果との比較を行った。その結果、水平地盤に対しては対数らせん状の局所化領域を表現でき、地盤の傾斜角度の変化に伴う、引揚げ強度の変化を表現できた。また、鉄塔の基礎体の回転が発生していることを明らかにできた。最後に、現位置における引き揚げ試験のシミュレーションを行った結果、本解析システムにより、その荷重変位曲線や地表面における滑り線の形状を概ね再現できることが判明した。今後の研究課題としては、より高精度な引揚挙動予測の実現のために、1.解析プログラムの改良2.土の非均質性の考慮が挙げられる。プログラムの改良については、基礎の支持力や引揚問題における地盤の特徴である進行性破壊を表現する必要がある。土の非均質性を考慮した解析については、弱面の考慮、場所によりばらつきの大きい材料定数の影響の評価などが考えられる。送電線鉄塔基礎の引抜き時破壊メカニズムの解明を目的として、実務で採用されている逆T字型基礎などを対象に遠心載荷実験を実施した。このとき、地盤の傾斜角度としては、0,25,35度を用いた。(1)局所化領域の開始地京、(2)進展方向、(3)荷重-変位関係、(4)変形モードの遷移、(5)せん断帯の発生状況(角度や幅)、などに関するデータを取得した。傾斜地盤に関しては、設計において、鉄塔の根入れ深さを大きくすることを考慮した。この結果、地盤の傾斜角度25度のときに引揚げ荷重が最大であり、35度のときには大幅に低下することが明らかになった。送電線鉄塔の逆T型基礎の引揚の三次元シミュレーションに用いる土の弾塑性有限変形解析プログラムの撃備を行った。特に、土の自重を考慮したことはシミュレーション結果の大きな改善につながった。また、実用解析に対応した各種解析条件の設定も行った。解析領域としては、対称性を考慮した半領域を設定した。節点数と要素数はそれぞれ3344と2690を用いた。水平地盤と傾斜地盤の変形の進行のシミュレーションを行った結果,水平地盤・傾斜地盤ともに、遠心載荷実験で見られるような、放物線状のせん断ひずみ集中領域を再現できた。また、傾斜地盤の傾斜角度の引き抜き強度への影響を調べた結果、水平地盤よりも引抜き荷重が大きいことが判明した。ただし、傾斜角度25度と35度との間には強度の差がないという、実験とは異なる傾向が出た。これは、実験では、塔が谷側に倒れ込んでしまうためと思われる。このことは、次年度の課題としたい。

・送電線鉄塔基礎の引抜試験による、滑り線生成のメカニズムの解明・滑り線生成を再現できる3次元・大変形・弾塑性有限要素解析システムの開発・鉄塔基礎の形状や地盤傾斜角度と破壊形態・強度との関連の解明送電線鉄塔基礎の縮尺モデルの風荷重による引抜試験を地盤傾斜角度0度、25度、35度に対して行い、その荷重変位曲線と地表面における滑り線の形状を求めた。実設計でも用いられるポスト継ぎの採用により、傾斜地盤の鉄塔基礎のほうが水平地盤よりも高い引き上げ抵抗力を示した。滑り線生成を再現できる3次元・大変形・弾塑性有限要素解析システムを開発した。このとき、塑性モデルとしては、関連流動則と非関連流動則の両者を用い、その性能を比較検討してみた結果、非関連流動則を用いるほうが実験結果にはるかに近い解析結果を得ることができた。水平・傾斜地盤の3次元解析を行い、実験結果との比較を行った。その結果、水平地盤に対しては対数らせん状の局所化領域を表現でき、地盤の傾斜角度の変化に伴う、引揚げ強度の変化を表現できた。また、鉄塔の基礎体の回転が発生していることを明らかにできた。最後に、現位置における引き揚げ試験のシミュレーションを行った結果、本解析システムにより、その荷重変位曲線や地表面における滑り線の形状を概ね再現できることが判明した。今後の研究課題としては、より高精度な引揚挙動予測の実現のために、(1)解析プログラムの改良(2)土の非均質性の考慮が挙げられる。プログラムの改良については、基礎の支持力や引揚問題における地盤の特徴である進行性破壊を表現する必要がある。土の非均質性を考慮した解析については、弱面の考慮、場所によりばらつきの大きい材料定数の影響の評価などが考えられる。
撥水砂を含む多孔質媒体の物理特性と浸透流に関する確率的モデル化

土壌などに代表される多孔質媒体は,疎水性の粒子が混入することによって,透水性や保水性などの作物を生育する上で重要となる基本的な性質が大きく変化する.この現象を土壌改良や塩類集積の防止に有効利用するために,実験や間隙スケールのモデルを用いてそのメカニズムの解明に取り組んだ.特に,間隙のつながりをネットワークとしてとらえると,疎水性粒子によって,ネットワークのつながりに関する特性が大きく変化することが示された.平成24年度は単一粒径(0.1mm,0.2mm,0.4mm,0.6mm)のガラスビーズをOTSで疎水化したものと未処理の親水性ものを様々な割合で混合したものを試料として,その水理特性(水分保持特性と透水性)とぬれ性(見かけの接触角,水滴浸入時間,水浸入時間)の測定を行ったのに対し,平成25年度は粒径の異なる粒子を小粒径と大粒径が1:3の質量割合で混合したものを試料として,上記の水理特性とぬれ性の測定を行った.また,本年度は接触角計を導入したことにより,接触角のより精密な測定が可能になっただけでなく,マイクロスコープにより,水滴の界面とガラスビーズの表面が観測できるようになった.これにより,粒子間の間隙に水が浸入や保持されるときには,水-粒子間の接触角や水-空気界面の曲率が非常に重要な役割を果たしていることが示唆されたため,接触角と界面の曲率を考慮した見かけの接触角に関するモデル化や毛管束モデルの開発を試みた.昨年から取り組んでいるモデル化に関して,ある一定の粒子の集まりを均一なクラスタ(セル)と見なしたセルオートマトンモデルは,一定の成果はあったものの,混合多孔質媒体のモデル化には限界があることが判明したため,間隙をネットワークとしてモデル化した間隙ネットワークモデルによる解析を進めることとした.本年度は粒子が単純立方格子型に充填されていると仮定した立方格子型のネットワークを用い,浸透パーコレーションに関するシミュレーションや,透水係数に関する解析を行った.浸透パーコレーションからは,立方格子型の間隙ネットワークの場合,疎水性粒子の混合割合がおよそ75%より小さいとき浸透が開始するという結果になった.また,透水係数に関して,疎水性粒子に囲まれた間隙を水を通さない間隙とし,不飽和状態の透水係数の推定を行った.土壌などに代表される多孔質媒体は,疎水性の粒子が混入することによって,透水性や保水性などの作物を生育する上で重要となる基本的な性質が大きく変化する.この現象を土壌改良や塩類集積の防止に有効利用するために,実験や間隙スケールのモデルを用いてそのメカニズムの解明に取り組んだ.特に,間隙のつながりをネットワークとしてとらえると,疎水性粒子によって,ネットワークのつながりに関する特性が大きく変化することが示された.実験に関しては,当初の計画通り,単一粒径のガラスビーズ(0.1mm,0.2mm,0.4mm,0.6mm)を用いて,OTS(Octadecytrichlorosilane)で表面処理を行ったものと未処理のものの混合割合を変えて,ぬれ性指標(水滴浸入時間,見かけの接触角,水浸入圧)と水理学的特性(水分保持特性,飽和透水係数)の測定を行った.見かけの接触角では,混合率25%と50%の間で親水性から疎水性へと変化しており,これは混合率が50%をこえると自発的な浸水が発生しなかった水分保持特性(浸潤過程)の結果とも一致していた.モデル化に関しては,計画では静的モデルであるセルオートマトンモデルの開発を行い,動的なモデルの開発は平成25年度以降に行うことになっていたが,計画を前倒しして,以下のマクロからミクロの3つの異なるスケールのモデルについて検討を行った.マクロスケールとして,REV(Representative Element Volume)で平均化したRichards式をベースにし,気-液2相状態で移動する際に生じる間隙内の水面にかかる力の不均衡状態をあらわす動的毛管圧を考慮に入れた動的モデルを用いて,撥水性多孔質媒体における鉛直一次元のフィンガー流の再現を行った.間隙スケールのモデルとして,セルオートマトンモデルやネットワークモデル,毛管束モデル(これらは静的モデル)を用いて,混合多孔質媒体の透水係数や水分保持特性の再現を行った.ミクロスケールのモデルとして,間隙内の水の流れや界面の形状を計算するために,粒子法の一種であるMPS(Moving Particle Semi-implicit)法を採用して,粒子間ポテンシャル法を用いて表面張力や壁面のぬれ性を考慮した動的モデルの開発を行った.粒径0.1mmのガラスビーズを用いて不飽和透水試験を行った.前年度までと同様に,OTS(Octyltrichlorosilane)を用いて疎水化したガラスビーズを0から100%まで25%ずつ混合割合を変化させたものを試料とし,DIK-4171を用いて定常法で測定をした.また,通常(親水性)の多孔質媒体の不飽和透水係数推定モデルであるMualemモデルを,疎水性粒子を含んだ多孔質媒体をも対象とした拡張モデルを定式化し,測定結果との比較を行った.その結果,ここで提案した拡張モデルは過大に推定していた.

この測定値と推定値の乖離は,多孔質媒体の間隙はネットワーク状の構造であるのに対し,Mualemモデルでは並行管モデル(1次元ネットワークモデル)を採用していることに起因している.間隙ネットワークモデルに関して,前年度までは規則的に間隙がつながっていると仮定した単純立方格子型のネットワークを用いていたが,本年度はDEM(個別要素法)を用いて粒子をランダム充填した多孔質媒体モデルから,修正Delaunay法を用いて間隙ネットワークを抽出した.これにより,より実際に近い間隙ネットワークを用いて,多孔質媒体の水理特性の推定が可能となった.間隙ネットワークへの水の浸透現象のモデル化として,インベージョンパーコレーションという疑似動的モデルを採用した.インベージョンパーコレーションでは,気液界面が存在する毛管の中で,もっとも浸透しやすいものから逐次浸透していくものとしてモデル化されているのに対し,同時に複数の毛管で浸透が起こることとした一般化インベージョンパーコレーションを提案した.これらは,pF試験における吸引法と砂柱法に相当するとしてよく,徐々に水の圧力を変化させるか所定の圧力を一気に与えるかによって飽和度が変わることが示された.水資源利用工学実験に関しては,計画通り,粒径の異なるガラスビーズを用いて疎水性粒子と親水性粒子から構成される多孔質媒体の水理特性とぬれ性の測定を行った.異なる粒径の粒子の混合割合は,間隙率が最小になるように文献を参考して,小粒径と大粒径の粒子を1:3の質量割合で混合した.粒径の差が2から3倍程度のものは,均一に混合した試料を作成できたが,4倍を超えるものは,大粒子の間隙の間を小粒子が(砂時計のように)落下して,均一な混合試料を作成することができなかった.そのため,平成26年度に粒径の差が大きいものについて,混合比を変更して一部再実験を行う予定である.モデルの開発に関しては,接触角計による水滴の界面と粒子の観察により,界面の曲率と接触角が,疎水性粒子を含む多孔質媒体への水の浸透現象に非常に大きな役割を果たしていることが推測されたため,その幾何学的な関係を考慮した見かけの接触角を推定するモデルの開発を行い,さらにその知見を活用した毛管束モデルを作成することとした.このモデルにより,水の圧力応じて粒子間のすき間に水が浸入する様子を再現できた.しかし,毛管束モデルをネットワークとしてとらえると,毛管束モデルは1次元格子といえる.パーコレーション理論からは水の浸透はネットワークの次数(分合流点における毛管の数)に影響を受けることが知られており,1次元格子は次数2のネットワークであり,平均次数が4から5程度である実際の多孔質媒体をモデル化するには不十分といえる.そこで,ネットワークモデルへこの界面と粒子の幾何学的な関係を拡張していく必要がある.一方,これとは別に開発を行ってきたネットワークモデルは,モデル化が容易な立方格子型のネットワークにおいて,疎水性粒子が透水性や水の浸透に与える影響や,毛管の断面形,異方性,格子サイズ,循環境界について検証を行っている.実験に関しては,概要で述べたように,混合割合を変化させた単一粒径のガラスビーズの3種類のぬれ性と2種類の水理学的特性の測定を計画通り行った.間隙内の浸潤前線の移動をハイスピードマイクロスコープで観察することを計画していたが,デモ機を用いて試行した結果,間隙内の水面の移動の速度が予想以上に速く,その様子を高解像度で得ることが困難であったため,静止状態の水面の観測を行うことにし,平成25年度に実施することとした.
マイクロサテライト不安定性陽性消化器癌の免疫学的診断系の確立と癌ワクチンへの応用

DNAミスマッチ修復遺伝子の異常によるマイクロサテライト不安定性(MSI)は、家族性非ポリポーシス大腸癌(HNPCC)のみならず一般の胃・大腸・子宮体癌、重複・多発癌などの発癌・進展機構との関連が注目されている。MSI陽性腫瘍において高頻度にみられる遺伝子異常は、遺伝子coding領域に単純繰り返し配列を有する標的遣伝子のフレームシフト変異である。TGP-β-RIIに最も多く見られる1塩基の決失がおこると、フレームシフトにより、carboxy1末端に全く新しい34のアミノ酸を有するtruncated proteinが出現する。同様にしてMSI陽性腫瘍においては、hMSH3、hMSH6、BAX他の標的遺伝子のフレームシフト変異により、多くのaberrant oligopeptidsが産生されることとなる。これらは免疫原性が強く、宿主免疫系により非自己と判断されるため、強い免疫反応を誘導すると考えられる。このような例として我々は最近MSI陽性胃癌において、β2-マイクログロブリンのフレームシフト変異が高頻度にみられ、さらに変異を有する症例の予後が不良であることを明らかにした。これらの研究結果は、MSI陽性腫瘍において、aberrant oligopeptideを有する細胞群が、一定の免疫応答の結果としてpositive selectionされている可能性を強く示唆する。さらに、MSI陽性消化器癌における標的遺伝子の変異により産生されるaberrant oligopeptidesに対する抗体産生を検討したところ、immunoassayにより抗体産生が見い出された。現在、T細胞応答についても検討中である。DNAミスマッチ修復遺伝子の異常によるマイクロサテライト不安定性(MSI)は,家族性非ポリポーシス大腸癌(HNPCC)のみならず一般の胃・大腸・子宮体癌,重複・多発癌などの発癌・進展機構との関連が注目されている。MSI陽性腫瘍において高頻度にみられる遺伝子異常は,遺伝子coding領域に単純繰り返し配列を有する標的遺伝子のフレームシフト変異である。これらは免疫原性が強く,宿主免疫系により非自己と判断されるため,強い免疫反応を誘導すると考えられる。本研究において,我々は,MSI陽性胃癌において,β2-マイクログロブリンのフレームシフト変異が高頻度にみられ,さらに変異を有する症例の予後が不良であることを明らかにし,これらの研究結果は,MSI陽性腫瘍において,aberrant oligopeptideを有する細胞群が,一定の免疫応答の結果としてpositive selectionされている可能性を強く示唆する。そこで本研究においては,さらに,MSI陽性消化器癌における標的遺伝子の変異により産生されるaberrant oligopeptidesに対する抗体産生ならびにT細胞(CD8およびCD4)反応を検索しつつある。加えて,上記ペプチドを用いたペプチドワクチン療法の基盤作りへと研究を進めつつある。MSI陽性腫瘍において高頻度にみられる遺伝子異常は、遺伝子coding領域に単純繰り返し配列を有する標的遺伝子のフレームシフト変異である。
難防除割虫としてのコガネムシ類の総合防除に関する基礎的研究

1.マメコガネ、ナガチャコガネの配偶行動を野外、室内で観察したところ、両種の雄はそれぞれの方法で他の雄と精子競争を行なっていることが分かった。とくにマメコガネは、雌に対する雄の比率が高いと、交接行動終了後も長時間雌の警護行動をとることが認められた。2.コガネムシ類の中に、雌成虫の一部がが正常な翅を持ちながら飛翔筋を欠くため飛翔を行なえない種のあることを明らかにした。この飛翔筋多型現象の存在するナガチャコガネの飛翔筋を持たない雌成虫は胸部に脂肪体を充満させ、これを卵巣成熟の栄養作質として利用していることも明らかにした。3.ヒメコガネの室内周年飼育法を検討し、野外での発育期間の半分以下の日数で成虫の羽化を可能にした。また、成虫の人工飼料についても良好な結果を得た。さらにナガチャコガネの幼虫をニンジン、腐葉土で飼育し、成虫化させることに成功した。4.ナガチャコガネ、ヒメコガネ、ドウガネブイブイなど、各種コガネムシ類の処女雌の性フェロモンの存在を野外網室内で検討した。その結果、前2種は雄が誘引行動を示したが、ドウガネブイブイでは明らかではなかった。さらに、ヒメコガネの合成性フェロモンの誘引効果を圃場で調査したが、その効果は十分ではなかった。5.昆虫寄生性糸状菌Metarhiziumanisopliae製剤のドウガネブイブイ幼虫及び卵に対する殺虫効果を室内で検討した。その結果、卵、1齢幼虫に顕著な効果が認められた。また、本剤により死亡した幼虫は7週間後も他の個体に高い感染能力を有していた。6.昆虫寄生性線虫Steinernema kushidaiの殺虫効果を5種のコガネムシ類幼虫について検討した。その結果、本種線虫は供試したすべてのコガネムシ類に感染力が認められた。また、他の昆虫寄生性線虫S.feltiaeが殺虫剤、界面活性剤との混用施用で優れた効果を示すことを明らかにした。1.マメコガネ、ナガチャコガネの配偶行動を、野外、室内で観察した。前者の雄は寄生植物の雌の体上に飛来し、おおいかぶさった姿勢で直ちに交尾器を雌の体内に挿入し交尾を行う。そして短時間の交尾終了後もその姿勢を長時間保ち続けた。後者も同様に雌上に飛来し交尾を行うが、マメコガネと異なり、雄は雌の体上から降りた後も交尾器のみは挿入を続けた。両者はいずれも、別々の方法で、他の雄との精子競争を行っているのではないかと考えた。2.飛翔測定装置で4種のコガネムシの飛翔力を測定した。その結果、ヒメコガネが最も大きな飛翔力を示し、続いて、オオサカスジコガネ、マメコガネ、チビサクラコガネの順となった。また、雄に比べ雌は一般に飛翔力が劣り、とくにチビサクラコガネでは調査個体の2/3が飛翔筋を持たず、飛翔能力を欠くことがわかった。3.コガネムシ類の室内周年飼育法を検討し、ヒメコガネにおいて確率した。すなわち、暗黒条件下で、1齢幼虫期、25°C、2齢幼虫期、1520°C、3齢幼虫期以後2527°Cで飼育を行うと、野外での発育期間の半分以下の約150日で卵から成虫となった。

成虫の人工飼料はアジサイの葉を感想粉末とし、これに各種栄養素を混入した寒天培養基が好適であった。4.各種コガネムシ類の性フェロモンの存在の可能性を検討するため、ナガチャコガネ、ヒメコガネ、ドウガネブイブイの末交尾雌成虫を圃場網室内でトラップに入れ、雄の反応を見たところ、前2種は誘引因されるところが大であったが、ドウコガネブイブイは明らかではなかった。5.昆虫寄生線虫Steinernema feltiaeと有機燐剤2種との混合によるドウガネブイブイ幼虫にたいする圃場試験を行ったところ、十分な殺虫力が認められなかった。その要因として、土壌中における線虫の生存率の低下が著しく、感染性の低下が認められた。今後この点に留意し、検討を要する。1.ナガチャコガネの茶樹上個体群と地上個体群の性質を配偶行動を中心に比較、調査した。その結果、茶樹上個体群は主として雌が雄を誘引し、交尾を行う個体群であり、地上個体群は、摂食、産卵を行う個体群であると考えられた。また、両個体群は、茶樹の登攀、飛翔等の手段により、互いに交流のあることが明らかになった。2.ナガチャコガネ成虫の飛翔能力を測定した結果、ほとんどの雌は飛翔能力を持たなかった。そこで、各個体の飛翔筋の有無を調査した結果、すべての雄と飛翔雌が飛翔筋を有するのに対し、無飛翔雌は飛翔筋が欠けている事が分かった。このことから、本種雌成虫は飛翔筋の多型現象が存在すると結論した。3.昆虫寄生性糸状菌Metarhiziumanisopliae製剤のドウガネブイブイ幼虫及び卵に対する殺虫効果を室内で検討した。その結果、1齢幼虫では、土中濃度1,000ppmで処理10日目から効果が見られ、30日目には80%以上の高い死亡率が得られた。また、卵期に処理すると、200ppmの低濃度でも処理後20日目までに、孵化幼虫は100%死亡した。しかし、2齢、3齢幼虫に対してはあまり効果はなかった。なお、本剤により死亡した1齢幼虫は、7週間後も他の個体に高い感染能力を有していた。4.野外から採集したナガチャコガネ3齢幼虫にニンジンの根部切片と腐葉土を餌として与えたところ、いずれも成虫まで飼育可能であった。5.ヒメコガネの性フェロモンMethylーZー5ーtetradecenate(カプセル入り)の効果を圃場にて検討した。その結果、試験区域内に街灯が数個所あったため、その誘引効果は十分ではなかった。今後、いろいろな条件を設定して検討を要する。6.昆虫寄生性線虫に殺虫剤、界面活性剤を混用して、線虫の土壌中での生存率を検討したところ、界面活性剤(商品名:アクアグロ-)の混用が優れた効果を示し、その要因は土壌水分の保水力であることが明らかになった。1.ナガチャコガネの飛翔筋を持たない雌成虫を、羽化後定期的に解剖を行ない、卵巣の発育状態を観察した結果、雌の胸部の脂肪体が羽化後の日数の経過と共に徐々に消失していくことを明らかにした。このことから、飛翔筋を持たない本種の雌成虫は、成虫の羽化直後から飛翔筋を持たず、卵巣成熟に胸部の脂肪体の栄養物質を利用していることが推測された。2.マメコガネ成虫の野外固体群を記号放逐法を用い定期的に調査した結果、成虫の出現開始・終了日は過去8年間の平均とほとんど差がなかった。出現個体数からみても、本種の個体群動態は例年非常に安定していると考えられる。3.実験室内でマメコガネ成虫の性比と配偶行動の関係を観察した。雌に対する雄の性比が高いと、雄は雌に対し、交接行動終了後も長時間警護行動を取ることが分かった。これは雄の個体間の精子競争に関係する行動と思われた。
ダイナミック・マスと性能可変ダンパーを併用した超長周期ハイブリッド免震構造の開発

免震構造は,建築物の基礎下に水平剛性が小さい免震装置を設置して建物全体の固有周期を伸長することにより,地震力の低減を図るものである。そしてダイナミック・マスは,免震層の静的な剛性と安定性を維持したまま,地震動時の応答周期を長周期化することができるデバイスであり,高性能な超長周期免震を実現するデバイスとして有望である。本研究課題では,ダイナミック・マスと性能可変デバイスを併用したハイブリッドシステムを提案し,免震建物の地震時応答性能の更なる高度化を目指す。多目的遺伝的アルゴリズムを適用して,性能可変オイルダンパーの設計変数の最適設計解の導出と地震応答に与える影響を明らかに,この検討結果に基づいて昨年度は実大性能可変オイルダンパーの部分試験体(性能変化のための小型シリンダーと可変減衰バルブから構成された性能変化機構)を作成した。今年度はこれに対して単体加力実験,部分試験体の実験とダンパー本体モデルの数値解析を組み合わせて行うリアルタイム・ハイブリッドシミュレーション実験による地震応答加力実験を行い,特性の把握,性能変化機構の検証を行った。以上の解析的・実験的検討により,ダイナミック・マスによる長周期化の効果と問題点(短周期加速度の発生など),性能可変オイルダンパーの最適設計解の探索方法における多目的遺伝的アルゴリズムの有効性,実用実大ダンパー作製の可能性,リアルタイム・ハイブリッドシミュレーション実験の安定性・安全性の確立などの成果が得られた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題では,ダイナミック・マスと性能可変型デバイスを併用したハイブリッドシステムを提案し,免震建物の地震時応答性能の更なる高度化を目指す。提案システムで用いているダンパーにはいくつかの設計変数があり,本研究では多目的遺伝アルゴリズムを用いて,効果的な地震応答低減を実現するための最適パラメータの探索を行った。この過程で,ダイナミック・マス,粘性要素,支持部材を直列に配置したダンパーシステムが,中小地震から巨大地震までの異なる入力レベルに対しても免震建物の応答変位を効果的に抑制できることを明らかにした。さらにこの成果に基づき,ダイナミック・マス試験体の最適な特性を検討し,作製した。また,リアルタイム・ハイブリッドシミュレーション実験(RTHS実験)のシステム構築を行った。これは,非線形性が強く実験での確認が必要となるダンパーなどの実試験と,性能が比較的良く分かっておりシミュレーション解析の容易な構造物の数値解析を組み合わせる実験で,労力,時間,コストを抑え,大規模な試験機性能を必要とせずに実時間に忠実な実験を行えるシステムである。既往の磁気粘性流体ダンパー試験体を用いた試行実験を行い,実験システムの特性と問題点,精度などを検証し,本研究で検討・作製するダンパーの実証実験に有効であることを確認した。多目的遺伝アルゴリズムを用いた最適解の探索法を本研究課題で提案している免震制御システムに適用することができ,この成果に基づいてダイナミック・マス試験体を作製することができた。但し,検討・作製に時間を要してしまったため納入が3月となり,予備実験を行うに留まってしまった。RTHS実験については,コントローラーの導入,制御システムの構築,既往の試験体を用いた試行実験を行い,平成29年度からの実験実施の準備ができたと考えている。検討結果に基づき,昨年度はダイナミック・マス試験体を作製した。今年度はこれに対して単体加力実験,同調ばねユニットを直列設置した正弦波加力実験,リアルタイム・ハイブリッドシミュレーション実験(RTHS実験)による地震応答加力実験を行い,特性の把握,同調応答の確認,RTHS実験システムの安定性確立などを検討した。また,多目的遺伝的アルゴリズムを適用して,性能可変オイルダンパーの設計変数の最適設計解の導出と地震応答に与える影響を明らかにした。設計変数の変化に対して最大応答変位と最大応答加速度の間にはトレードオフ関係があることを確認し,さらに,設計変数の変動が応答最大値と他の設計変数値に与える影響を検討した。特に,減衰バルブばね剛性(この値に比例して,性能変化後のダンパーのリリーフ力が上昇する)の変動の影響が大きいことが分かった。これらの検討結果に基づき,実大性能可変オイルダンパーの部分試験体(性能変化のための小型シリンダーと可変減衰バルブから構成される性能変化機構)を作製し,予備実験を行った。多目的遺伝アルゴリズムを用いた最適解の探索法を本研究課題で提案している免震制御システムに適用することができ,この成果に基づいて,平成28年度はダイナミック・マス試験体,平成29年度は性能可変オイルダンパーの部分試験体を作製することができた。

性能可変オイルダンパー試験体の実験による検討・検証は平成29年度中に終了することができなかったが,RTHS実験についてはダイナミック・マス試験体などを用いた試行実験により実施準備ができており,平成30年度に実験を行って成果を取りまとめることができると考えている。免震構造は,建築物の基礎下に水平剛性が小さい免震装置を設置して建物全体の固有周期を伸長することにより,地震力の低減を図るものである。そしてダイナミック・マスは,免震層の静的な剛性と安定性を維持したまま,地震動時の応答周期を長周期化することができるデバイスであり,高性能な超長周期免震を実現するデバイスとして有望である。本研究課題では,ダイナミック・マスと性能可変デバイスを併用したハイブリッドシステムを提案し,免震建物の地震時応答性能の更なる高度化を目指す。多目的遺伝的アルゴリズムを適用して,性能可変オイルダンパーの設計変数の最適設計解の導出と地震応答に与える影響を明らかに,この検討結果に基づいて昨年度は実大性能可変オイルダンパーの部分試験体(性能変化のための小型シリンダーと可変減衰バルブから構成された性能変化機構)を作成した。今年度はこれに対して単体加力実験,部分試験体の実験とダンパー本体モデルの数値解析を組み合わせて行うリアルタイム・ハイブリッドシミュレーション実験による地震応答加力実験を行い,特性の把握,性能変化機構の検証を行った。以上の解析的・実験的検討により,ダイナミック・マスによる長周期化の効果と問題点(短周期加速度の発生など),性能可変オイルダンパーの最適設計解の探索方法における多目的遺伝的アルゴリズムの有効性,実用実大ダンパー作製の可能性,リアルタイム・ハイブリッドシミュレーション実験の安定性・安全性の確立などの成果が得られた。平成28年度に作製したダイナミック・マス試験体に対して,平成29年度は単体加力実験による特性確認,およびRTHS実験による免震制御効果の実証実験を行う。また,これまでの研究成果による最適ダンパーパラメータに基づき,性能可変オイルダンパー試験体の作製準備を行っている。平成29年度に実施するダイナミック・マスの実験結果に基づき,性能可変オイルダンパーの設計変数を修正しながら,試験体の作製と予備実験実施を予定している。さらに,平成30年度にはダイナミック・マス試験体と性能可変オイルダンパー試験体の両者を免震建物に適用したRTHS実験を実施予定であるため,平成29年度は,試験体の単体加力実験と免震建物のシミュレーション解析を通してRTHS実験の実施準備を行う。すなわち,実験の安定性・安全性を確保するため,実験システムの時間遅れ,電気的ノイズの影響と除去フィルターの効果,試験体剛性の低減や付加的減衰の付与について検討・検証する。提案システムに用いる性能可変オイルダンパーについて,平成29年度は部分試験体を作製した。これに対して,平成30年度は単体加力実験による特性確認,及び,部分試験体とダンパー本体の解析モデルを組み合わせて行うRTHS実験による性能可変オイルダンパーの実証実験を行う。
光トラップ場の時空間構造の動的制御による３次元マイクロ操作の研究

本研究では,光トラップ場の時空間構造を精密に実時間制御できるハイブリッド光ピンセット光学系を試作・最適化し,画像処理などの高度自動化技術と統合・融合化することで,多様な物質を3次元マイクロ操作するための基盤技術を開発した.2軸ミラーと電気式焦点可変レンズを用いた時分割同期走査による3次元多点光ピンセットの最適設計法の提案,画像認識技術との統合による3次元微粒子アレイの自動生成と幾何学変換,光多点クランプ法による珪藻のような非球状物の3次元回転などを行い,これら方法の有効性を実証した.本研究では,光ピンセットを拡張した概念である光トラップ場の制御による非接触3次元マイクロ操作技術の確立のために,面単位の光トラップ場や光軸方向を含む線分単位の光トラップ場など,光トラップ場の時空間構造をパソコンで精密に実時間制御できる光学系を開発し,高度自動化技術と統合・融合化することで,多様な物質を3次元マイクロ操作できる基盤技術を開発することを目的としている.本年度得られた主な成果は以下のとおりである.1.ハイブリッド光ピンセット系の最適化:空間光変調器による一般化位相コントラスト(GPC)法と,2軸ミラーと電気式焦点可変レンズによる3D走査法の,2方式の光トラップ場制御系が1台のレーザ源で併用できるハイブリッド光ピンセット系の内,3D走査側を高精度な3次元時分割走査(3D-T3S)ができるように,本年度ヨーロッパ光学会Journal of Optics誌によりHighlights of 2013に選定された原著論文の設計指針に基づき,レンズ配置等を最適化した.これにより,2軸ミラーによるXY走査と焦点可変レンズによるZ軸走査を同期して時分割走査することが可能となり,48個の孤立点型トラップ点を3次元座標を指定して生成・制御できるようになった.2.微粒子の動的配置に適した時空間構造の探索:画像処理を用いて光学顕微鏡下にばらまかれたマイクロビーズ位置をすべて検出し,各々の検出位置にGPC光学系により2次元高輝度円状パターンを投影することで,画面内(28個)のビーズをすべて同時に捕捉・制御・配列できることを示した.その後,GPC光学系で動的に固定されているビーズの位置に,3D-T3S光学系で孤立点型のトラップ点を複数生成し,それらの3次元座標を制御することで,2次元的(XY平面内)に配列された任意のビーズを取り出せることなどを示し,提案する方法の有効性を実証した.本研究では,光トラップ場の時空間構造を精密に実時間制御できるハイブリッド光ピンセット光学系を試作・最適化し,画像処理などの高度自動化技術と統合・融合化することで,多様な物質を3次元マイクロ操作するための基盤技術を開発した.2軸ミラーと電気式焦点可変レンズを用いた時分割同期走査による3次元多点光ピンセットの最適設計法の提案,画像認識技術との統合による3次元微粒子アレイの自動生成と幾何学変換,光多点クランプ法による珪藻のような非球状物の3次元回転などを行い,これら方法の有効性を実証した.本研究では,光ピンセットを拡張した概念である光トラップ場の制御による非接触3次元マイクロ操作技術の確立のために,面単位の光トラップ場や光軸方向を含む線分単位の光トラップ場など,光トラップ場の時空間構造をパソコンで精密に実時間制御できる光学系を開発し,高度自動化技術と統合・融合化することで,多様な物質を3次元マイクロ操作できる基盤技術を開発することを目的としている.本年度得られた主な成果は以下のとおりである.1.ハイブリッド光ピンセット光学系の試作:空間光変調器によって面単位の大域的光トラップ場を生成・高速制御できる一般化位相コントラスト光学系と,2軸ミラーによるXY走査と電気式焦点可変レンズによるZ軸走査により3次元空間内で線分単位の局所的光トラップ場を高精度・高速に制御できる3D走査光学系の,2方式の光トラップ場制御系が1台のレーザ源で併用できるハイブリッド光ピンセット光学系を設計し,YAG反射防止コーティングレンズ等を組み込むことで試作光学系を最適化した.2.試作システムの基本性能評価:2軸ガルバノミラーによるXY走査と電気式焦点可変レンズによるZ軸走査を同期して時分割走査(3D-T3S)することで,3次元マイクロ作業空間内に孤立点型光トラップ場を複数個同時に生成・高精度制御することができた.この3D-T3S法を用いて,8個程度までのマイクロビーズを各々独立して3次元空間内で,時間tの関数によって明示された軌道上を自由自在に位置制御できること,6面体の頂点位置に立体状に配置されたビーズをXYZの3軸周りに自由に回転角度制御できることなどを実証した.これら成果を掲載した論文(ヨーロッパ光学会Journal of Optics)はFeatured Articleに選定され,その有用性が高く評価された.本研究では,光ピンセットを拡張した概念である光トラップ場の制御による非接触3次元マイクロ操作技術の確立のために,面単位の光トラップ場や光軸方向を含む線分単位の光トラップ場など,光トラップ場の時空間構造をパソコンで精密に実時間制御できる光学系を開発し,高度自動化技術と統合・融合化することで,多様な物質を3次元マイクロ操作できる基盤技術を開発することを目的としている.最終年度に得られた主な成果は以下のとおりである.