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PTFEの摩擦におけるトライボケミカル反応および移着膜形成機構の解明

PTFEが低摩擦を示すメカニズムの一つとして,PTFEが摩擦相手の金属面に移着膜を形成し,PTFE同士の摩擦になることが知られている.また,移着膜の形成にはPTFEとの摩擦によって生じる金属表面のフッ化層が寄与しているとする報告がある.前年度までの研究成果より,アルミニウム合金をPTFEと摩擦すると,その表面がフッ化してフッ化金属を形成し,これが主因となりアルミニウム合金の著しい摩耗を引き起こすことが明らかとなり,これはPTFE移着膜形成のメカニズムの成立を大幅に阻害するものである.我々は,前年までの研究成果より,形成されたフッ化金属の量やその機械的特性によっては,母材から脱離しやすく,結果的にPTFE移着膜形成を阻害すると推察した.しかし,フッ化金属の物性については知見が少なく,摩擦面で形成されるフッ化金属の量が少ないため,機械的に強度を計測することが困難である.そこでアルミニウム,鉄,銅の三種類の金属粉末をフッ化水素酸と反応させてフッ化金属粒子を作成し,外力負荷前後の金属粉末粒子の形状変化をSEMで観察することで,フッ化金属の機械的特性を定性的に把握した.その結果,未処理金属粉末はいずれも塑性変形をしたのに対し,フッ化金属は脆く崩れる変化を示し,脆性な材料になっていることがわかった.この変化は,鉄の表面の錆などと同様に,比較的低負荷な外力によっても脆性な破壊を引き起こし,容易に母材から脱離すると考えられる.以上より,PTFEとの摩擦において,アルミニウム合金のしゅう動面にはフッ化アルミ(オキシフッ化アルミニウム)が形成され,この脆性が故に,摩擦力によって破壊され表面から微量ずつ脱離することによって,PTFE膜の移着を阻害するというメカニズムが明らかとなった.また,金属種によってフッ化物形成の様子がことなり,これが摩耗特性にも関係していることが推察された.PTFEとの摩擦によって金属表面にフッ化金属が形成されることは知られているが,その形成は摩擦現象に対しては肯定的に捉えられることが多い.すなわち,PTFEはプラスチックで最も低い摩擦を示すことから,PTFE固有の相手金属のフッ化現象は低摩擦に関与しているであろうというものである.近年,シミュレーション分野の進展によりPTFEによる金属のフッ化現象についても研究成果が報告されているが,摩擦においては,摩耗という挙動の把握が本質的に困難な現象であることを留意しなければならず,今年度の成果でもその点が重要であることが再認識された.すなわち,摩擦面に用いられるであろう金属において,PTFEとの摩擦で形成されるフッ化反応は必ずしもトライボ的に好ましい反応とは限らず,金属種によっては避けるべき事象であるということが明らかとなった.一方,アルミニウムでは摩耗が顕著であるが,銅の場合には状況が大きく異なる.金属種によるフッ化反応の差異がどのような因子に左右されるのか,十分な理解ができておらず,この点が今後の課題になる.以上の成果については,2018年に開催された「トライボロジー会議2018秋伊勢」において学会発表を行い,活発な意見交換がなされた.また,2019年の秋に開催される国際会議「International Tribology Conference 2019, Sendai」において,口頭発表とポスター発表で,合計2件講演予定である.前年度の実験において,アルミニウム,鉄,銅のフッ化金属は,脆い性質であることが把握でき,PTFEとの摩擦による異常摩耗の一因として有力であることがわかってきた.ただし,アルミニウム合金をPTFEと擦ったことで形成されるフッ化アルミニウムが,フッ化水素酸処理したアルミニウムと同じ物質である保証はなく,特に,アルミウム合金の場合には表面の自然酸化層がフッ化したものであるため,オキシフッ化アルミニウムであると考えられる.この機械的特性を把握することに取り組まなくてはならない.前年度はフッ化水素酸に金属を溶解させる処理を行ったが,この取り組みのためには,表層だけでなくバルクとしての酸化アルミに対し,希釈したフッ化水素酸を反応させるなどして,オキシフッ化アルミニウムの形成ができるのではないかと考えている.PTFEとの摩擦における金属球の摩耗を,異なる金属種(アルミニウム合金,純銅,ステンレス鋼)で比較した結果,アルミニウム合金とビッカース硬度で大差のない銅はほとんど摩耗することがなかった.また,摩擦面の表面観察の結果,ステンレス鋼よりもむしろ純銅の方が摩耗が少ない傾向にあった.このことと,各種金属のフッ化水素酸との反応具合より,銅はフッ化に対して耐性のある金属であり,そのことがPTFEとの摩擦で観察された摩耗量の差異とも強く関連していると考えられ,この点に関する知見を深めていく必要がある.本研究で取り扱うPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)は比較的軟質な材料であり,また,プラスチック材料の中で最も低い摩擦係数を示す材料としてトライボロジーの分野では幅広く実用されているにも関わらず,アルミニウム合金との乾燥摩擦においては,金属材料であるアルミニウム合金側を著しく摩耗させる.この現象に関与する要素として,摩擦雰囲気中の水蒸気の影響について調べるとともに,アルミニウム合金のフッ化現象について詳しく調べた.摩擦試験はアルミニウム合金球でPTFE板を擦る形態で行った.実験の結果,乾燥空気中と比較して高湿度(相対湿度90%以上)雰囲気でPTFEと摩擦したアルミニウム合金の表面は,著しく摩耗が進行していた.また,この摩擦表面をXPS(X線光電子分光装置)により分析したところ,いずれの雰囲気で摩擦したアルミニウム合金からもフッ化アルミニウムの形成が確認され,特に湿潤雰囲気で摩擦した場合にはその量が明確に多く検出された.このことから摩擦雰囲気に水蒸気が多いことで,PTFEとの摩擦によりアルミニウム合金のフッ化反応が進行することが明らかとなった.

更にFE-SEM(走査型電子顕微鏡)およびXMA(X線マイクロアナリシス)で摩耗痕を調べたところ,フッ化したアルミニウム合金が摩耗し,接触円前方に摩耗粉の堆積物を形成している様子が観察された.また,フッ化アルミニウムがある一定の厚みをもった領域があり,所々フッ化アルミニウムが剥離し,その剥離して露出した下地はフッ化が進行していない様子も観察された.以上の結果から,PTFEとの摩擦において,トライボケミカル反応によりアルミニウム合金のフッ化は徐々に進行し,そのフッ化金属は機械的に脆い性質を有していると推察され,このためフッ化したアルミニウム合金が比較的マイルドな摩擦条件においても徐々に表面から摩耗により除去されていくことが考えられた.アルミニウム合金のフッ化反応におよぼす雰囲気の影響の一つとして,水蒸気については有意差のある結果が得られ,このトライボケミカル反応におよぼす水蒸気の影響が大きいことが明らかにできた.また,アルミニウム合金のフッ化により,摩擦面で摩耗が進行していく様子などを,定性的ではあるものの経時変化的に把握することができ,摩耗プロセスの解明が進みつつある.形成されるフッ化金属については,XPS分析の結果より,完全なフッ化アルミニウムではなくオキシフッ化アルミニウムが大半であると考えられる.アルミニウム合金の表面には緻密な自然酸化膜が形成されていることを考慮すれば,当然ではあるが,酸化速度,フッ化速度にあわせ摩耗速度も関連する現象のため,摩耗状況によって分析結果に差異が出てしまい,この点が十分に明らかにできていない.これについては今後の研究結果が待たれる.以上の成果については,2017年に開催された「トライボロジー会議2017春東京」において学会発表を行い,活発な意見交換がなされた.また,2018年の秋に開催される国際会議「ASIATRIB 2018」においても講演予定である.PTFEが低摩擦を示すメカニズムの一つとして,PTFEが摩擦相手の金属面に移着膜を形成し,PTFE同士の摩擦になることが知られている.また,移着膜の形成にはPTFEとの摩擦によって生じる金属表面のフッ化層が寄与しているとする報告がある.前年度までの研究成果より,アルミニウム合金をPTFEと摩擦すると,その表面がフッ化してフッ化金属を形成し,これが主因となりアルミニウム合金の著しい摩耗を引き起こすことが明らかとなり,これはPTFE移着膜形成のメカニズムの成立を大幅に阻害するものである.我々は,前年までの研究成果より,形成されたフッ化金属の量やその機械的特性によっては,母材から脱離しやすく,結果的にPTFE移着膜形成を阻害すると推察した.しかし,フッ化金属の物性については知見が少なく,摩擦面で形成されるフッ化金属の量が少ないため,機械的に強度を計測することが困難である.そこでアルミニウム,鉄,銅の三種類の金属粉末をフッ化水素酸と反応させてフッ化金属粒子を作成し,外力負荷前後の金属粉末粒子の形状変化をSEMで観察することで,フッ化金属の機械的特性を定性的に把握した.その結果,未処理金属粉末はいずれも塑性変形をしたのに対し,フッ化金属は脆く崩れる変化を示し,脆性な材料になっていることがわかった.
植物種子に含まれるホルモンの検出と定量に関する研究

本研究では第一に植物種子中に含まれるホルモンの抽出方法を検討した。種子は市販されているカイワレダイコンや北海道の農産物であるカボチャやトウモロコシを用いた。ホルモンを含む画分の精製法は、以下のように行った。【精製法】100%メタノール中で種子をすり潰し、その抽出画分を12,000rpmで5分間遠心分離し上澄みを得た。その上澄みに酢酸エチルを加え、ざらに12,000rpmで5分間遠心分離し上澄みを得た。このようにして、植物ホルモンを含む画分を精製する方法を確立した。この精製法ではおよそ15分間で植物ホルモンを含む画分を得ることができる。次に抽出したホルモンを用いて、シリカゲルプレートの薄層クロマトグラフィー(TLC)で展開し、紫外線照射下で検出する実験を行った。【TLC展開法】展開溶媒としては、以下の3種類を試みた。(1)イソプロパノール:アンモニア:水(8:1:1,v/v)、(2)イソプロパノール:アンモニア:水(10:1:1,v/v)、(3)酢酸エチル:酢酸(95:5,v/v)。そのうち、分離能が最も高い結果を示したのは、(3)の展開溶媒であった。展開に要する時間はおよそ30分間である。さらに、検出したホルモンはフリーウェアで高機能なImage J画像解析ソフトウェアを用いて定量し、再現性の高い結果を得ることができた。以上の結果から、植物種子よりホルモンを含む画分を精製し、TLCで展開し検出することが高等学校の1コマ50分という時間内に短時間で行うことが可能となった。また、TLCは種々の成分を1つ1つ分離することができるきわめて再現性の高い分離法であり、Image J画像解析ソフトウェアを利用することで再現性の良い定量を行うことができた。そのため、植物種子の違いによって、ホルモンの抽出量が異なることを明らかにすることができた。
近代日本の手作りとジェンダー　－大量生産の時代における趣味のジェンダー化－

大量生産の既製品が安易に購入できるようになった20世紀半ば、自己表現としての手作りが大衆化していく。本研究では雑誌調査などから、女性の手芸に対して男性は工作と呼ばれる手作り趣味が興隆した背景を明らかにした。男女の手作りは近代的なジェンダーの枠組みの中で、それぞれの領域を発展させていった。両者の関係は女性解放運動の影響、あるいは男性の家庭生活への接近などにより揺れ動きつつも、それを完全に越境することが困難な時代が続いた。しかし今日、こうしたジェンダーの枠組みを超えるような新たな手作りの文化も生まれてきていることも明らかになった。2015年度は研究例会を2回開催した。2015年9月15日(火)関東学院大学関内メディアセンターにて、「戦後日本における男性ものづくり文化の社会史ー『少年工作』から日曜大工」へ」(溝尻信也:研究分担者)、2016年3月13日(日)奈良女子大学にて「アメリカの裁縫/刺繍文化と女性」(平芳裕子:外部講演者)、「テレビが見世物だったころー初期テレビジョンの考古学」(飯田豊:研究分担者)の発表を行い、知見を深めた。また2016年2月4日5日には、兵庫県立歴史博物館の入江コレクションについて、A班・B班合同調査を実施、戦前戦後の玩具の中からその後の手作り趣味のジェンダー化につながる玩具を多数確認した。A班は女性における「手作り」の文化について、今年度は各自での研究が主となった。神野は1970年代の手芸ブームの担い手が幼少期に接した玩具の調査を兵庫県立歴史博物館及び国立民族学博物館、田中本家博物館にて行った。中川は手芸を趣味とする女子学生(小学生2名、高校生5名)に対して、手芸に関する質問紙とインタビュー(各30分)を実施した。山崎は研究調査対象となる雑誌『ジュニアそれいゆ』の予備的調査、及び戦後の素人の手芸作品の調査を行った。B班は、男性における「手作り」の文化について、戦前のナショナリスティックな段階、敗戦による大きな転換点に注目し、特にこの時期に創刊され今日も継続して刊行されている科学雑誌『子供の科学』(誠文堂新光社)を取り上げ、当該の時期発行のバックナンバーに関する悉皆調査に向けての準備作業を行った。あわせて、鉄道趣味やオーディオなどの手作り文化についてのサークル向けのインタビュー調査に関する項目の検討などを行った。本研究が始まる際に年2回の研究例会を予定していたが、すべて予定通り実施された。また研究会には、外部の研究者の講演も加えて知見を深めていくことが当初から検討されていたが、これについても2016年3月より始まっている。また、「研究実績の概要」に記したように、当初の計画以外にも、博物館調査などの研究が活発に進められた。A班は、神野が当初予定していた『美しい部屋』『私の手作り』の調査を完了、さらに追加の雑誌として『ハンディクラフト』の調査、手芸ブーム世代のインタビュー調査を行い、1970年代の手芸ブーム世代の幼少期、影響を与えたと思われる玩具、遊びについての調査も並行して実施した。中川は予定通り手芸を趣味とする女子学生へのインタビューを実施し、女子学生が手芸を趣味とするきっかけは、家庭内の母親または祖母の影響が強く、特に家庭で簡単に教授を受けることができ、また道具が揃っているなど手芸を始めやすい環境であるかが重要であることが明らかになった。B班の歴史的な変遷に関する分析については、1924(大正13)年に創刊され、今日でも刊行が続いている、科学雑誌『子供の科学』(誠文堂新光社)を中心的な対象とし、創刊期から1950年代までにおいて、手に入りうる限りのバックナンバーについて、先行して表紙と目次ページを収集し、全体的な理解を深めた。現状における特徴的な事例調査については、鉄道趣味やオーディオ制作などを対象に、いくつかのサークル・団体を選定するとともに、実際のインタビュー調査の実施に向けた項目の検討など、準備作業を行った。さらに両方に関連して、文献資料の検討を行い理論的な検討を深めた。2016年度は研究例会を2回(計4日間)開催した。2016年9月5日(月)6日(火)関東学院大学関内メディアセンターにて、「19001910年代における少年少女の投書文化と文芸」(今田絵里香:成蹊大学/外部講演者)、「戦時下における模型のメディア考古学:手作りとジェンダーの視点から」(松井広志:愛知淑徳大学/外部講演者)、2017年3月4日(土)5日(日)立命館大学キャンパスプラザ京都にて「『科学』としての模型:1960年代における戦記雑誌文化」(佐藤彰宣:立命館大学社会学研究科/外部講演者)、「手芸と工作の境界とその後の展開ージュニアそれいゆの〈手作り〉からその後のインテリア手芸へ」(神野由紀:研究代表)の発表を行い、知見を深めた。A班については、今年度は共通の基本資料として『ジュニアそれいゆ』前号のデータベース化を行った。目次から手作りに関する記事の掲載頻度を明らかにし、各自のテーマに沿ってこれらの資料を読み解く作業を進めた。さらに、『ジュニアそれいゆ』の周辺出版物についても入手、データベース化を行った。B班では、男性における「手作り」の文化について、戦前の両義的な段階、戦中のナショナリスティックな段階、戦後の大転換する段階といった変化に注目し、当時より存在し、今日も継続して刊行されている科学雑誌『子供の科学』(誠文堂新光社)を取り上げ、バックナンバーに関する悉皆調査を継続して行った。

あわせて、鉄道趣味やオーディオなどの手作り文化についてのサークル向けインタビュー調査を、準備を進めつつ、一部実施した本研究が始まる際に年2回の研究例会を予定していたが、これはすべて予定通り実施された。また研究会には、外部の研究者の講演も加えて知見を深めていくことが当初から検討されていたが、これについても実施された。本研究の基本資料となる『ジュニアそれいゆ』『子供の科学』について、基本的なデータ収集と分析が完了し、3月の研究会でその成果が発表された。さらにこの資料をもとに、各自の研究概要についても検討が始まり、研究全体の方向性が明らかになった。調査の中で、『ジュニアそれいゆ』の記事には男性的な大工仕事なども手作りに含まれていたことがわかり、日曜大工を研究対象としているB班メンバーがA班に移動するなど、作業が進むにつれ、A・B班のメンバーの組み換えも生じた。この結果、懸案だったA・B班全体での共通するテーマが少しずつ明確になり、ジェンダーを超えた手作りへの意識の在り方が明らかになってきた。A班では、基本資料のデータベース化が完了し、各自の関心からこのデータに依拠した詳細な研究に着手しつつある。B班では、『子供の科学』を中心的な対象とし、創刊期から1950年代までにおいて、手に入りうる限りのバックナンバーについて、昨年度に引き続き表紙と目次ページを先行的に収集し、全体的な理解を深めつつ、さらに「工作記事」「鉄道関連記事」などといったいくつかの特徴的なテーマに絞って、具体的な記事内容にも踏み込んだ分析を展開し、さらに深い考察を行った。また、現状における特徴的な事例調査についても、鉄道趣味やオーディオ制作などを対象に、いくつかのサークル・団体を選定し、インタビュー調査に向けた準備作業とともに、すでに何回か実施した。その結果、男性に特徴的であったこうした手作り文化が、今日では一部の女性たちにも広まりつつあることが示唆された。衣服や住まいの生活用品など、大量生産の既製品が安易に購入できるようになった20世紀半ば、自己表現としての手作りが大衆化していく。本研究では『ジュニアそれいゆ』『子供の科学』の雑誌調査などから、幼少期の雑誌などからの影響により、女性の針と糸による「手芸」に対して、男性は鉄道・航空機といった乗物模型やラジオなど電気製品の「工作」と呼ばれる手作り趣味が興隆した背景を明らかにした。男女の手作りは近代的なジェンダーの枠組みの中で、それぞれの領域を発展させていった。少女期のアップリケに始まり、その後のパッチワーク・キルトなど、布を用いた手芸は、女性が家庭を美しく飾ると同時に、家庭内での女性の自己表現となっていった。一方で男性の工作は、戦中期の軍事的な目的での工学少年の育成から、戦後のテクノクラート育成まで、工学に関心を向けさせるための有効な手段として用いられた。両者の関係は完全に交わることのない平行線を辿っているかのように思われたが、1970年前後からは、女性解放運動の影響から女性にも大工仕事が推奨される、あるいは男性の家庭生活への接近で日曜大工が広まるなど、ジェンダーにとらわれない動きもみられた。ただし、こうした動きは一部であり、大半の手作り趣味は前述の保守的なジェンダーで明確に区分され、人々は進んでその趣味を受容しており、少年少女期に培養された価値観の根強さを確認できた。
立位手術のためのAuto-Switching Chairの開発と有用性の評価

本研究では立位手術で術者に追従しかつ術者の体重を支える「Auto-Switching Chair」の開発研究を行う。本装置の使用で、術者の疲労度の改善や手術精度の向上をどの程度達成できるかを評価し、装置の存在価値を検討することが本研究の目的である。本研究期間で手術現場のニーズを抽出し、3自由度パッシブ構造の床固定型チェアの開発を行った。今後、臨床現場での評価を行っていく予定である。大きな動作が無くかつ休息のない立位環境は、エネルギー代謝は小さいにもかかわらず静的疲労が蓄積しやすい。また長期間の立位作業暴露は、下肢静脈瘤、腰椎症、腰部椎間板ヘルニアなどの病気を引き起こすとされている。疲労や痛みの結果、手術に集中出来なくなり、作業効率が悪化するだけでなく、全体的な手術リスクを上昇させる原因となる。本年度は医療サイドのニーズを正確に設計に反映させ、かつ工学的な限界との妥協点を探るため、研究責任者、連携研究者間で、月2回程度のカンファランスを行いグランドデザインの策定を行った。あらかじめ設定した術者のニーズを満たすための要求仕様は、以下のとおりである。(1)体重をかけても倒れない。動かない。(2)ロック、フリー、スタンバイの3モードを有する。(3)モードチェンジはスイッチレスで認識される。(4)術者の立ち位置以上の専有面積をもたない。(5)術衣や周囲を不潔にしない。本年度はこれらの仕様を元に、3タイプのAuto-switching chairの設計を行った。回転型、固定型、全方向移動型の3タイプとし、試作はH26年度に行うこととする。H26年度は試作した椅子の臨床使用試験を行う。倫理委員会承認後、臨床使用を開始する。臨床使用は脳神経外科顕微鏡下手術のみでなく、すべての脳神経外科手術を対象とし、使用感、疲労度、手術操作改善効果についてVASスケールを用いてアンケートをとる。問題点、疑問点、改善点を使用後アンケートとしてフィードバックさせる。本装置の使用で、術者の疲労度の改善や手術精度の向上をどの程度達成できるかを評価し、装置の存在価値を検討することが本研究の第一義の目的である。まず術者のニーズを満たす装置を研究開発し、製作する。本研究は装置の有用性の検討であるため、臨床使用を行いながら問題点を抽出し、装置を改良していく手法を採用することで、ニーズを満たす装置が完成し、その必要性が検討できると考える。本年度は昨年度検討を行った、(1)体重をかけても倒れない。動かない。(4)術者の立ち位置以上の専有面積を持たない。というグランドデザインを元に、Auto-switching chairの設計と開発を行った。オムニホイールを用いた全方向移動型の試作機を用い、脳神経外科医、整形外科医に対してインタビューを行い、臨床現場(具体的には手術室)での症例ごとのニーズと手術室への特別な対応に関する課題の抽出を行った。また、椅子の移動の軌跡を制約し、手術中に安定した移動を実現する新たな機構を設計した。来年度は本年度得られた課題をクリアした、臨床対応の試作機を開発し、臨床現場での評価を試みる。対象領域にかかわらず、多くの手術は立位により行われる。本研究では立位手術で術者に追従し、術者の体重を支える「Auto-Switching Chair」の開発を行う。本装置の使用で、術者の疲労度の改善や手術精度の向上をどの程度達成できるかを評価し、装置の存在価値を検討することが第一の目的である。本年度は、昨年度行った基本設計をベースに、機構の詳細設計を行った。具体的には、要求される耐荷重と移動速度に基づいたモータ選定と取り付け部の設計、術者が座る座面の設計、術者の足元のスペースを広く取るための脚部設計等である。また、当初はエアシリンダを用いて椅子部の上下動を行う予定であったが、ニーズ調査により方針を変更し、アクティブに上下する機構を採用した。本年度中に製作は完了しなかったため、来年度への延長申請を行い、開発した実機を用いて評価を行う。来年度は、脳神経外科だけでなく、東京女子医科大学・信州大学外科系臨床科の幅広い分野、経験年数の術者に使用を依頼し、使用後のアンケートから、装置の有用性の判断を行う。H27年度は、他プロジェクト(AMED)の推進のため、本研究へ取り組む時間を削減せざるを得なかったため、1年間の延長申請を行った。

本研究では立位手術で術者に追従しかつ術者の体重を支える「Auto-Switching Chair」の開発研究を行う。本装置の使用で、術者の疲労度の改善や手術精度の向上をどの程度達成できるかを評価し、装置の存在価値を検討することが本研究の目的である。本研究期間で手術現場のニーズを抽出し、3自由度パッシブ構造の床固定型チェアの開発を行った。今後、臨床現場での評価を行っていく予定である。手術において、対象領域にかかわらず、多くの手術は立位により行われる。大きな動作が無く、かつ休息のない立位環境は、エネルギー代謝は小さいにも関わらず静的疲労が蓄積しやすい。また長時間の立位作業暴露は、下肢静脈瘤、腰椎症、腰部椎間板ヘルニアなどの病気を引き起こすとされている。疲労や痛みの結果、手術に集中できなくなり、作業効率が悪化するだけでなく、全体的な手術リスクを上昇させる原因となる。本研究では立位手術で術者に追従し、術者の体重を支える「Auto-Switching Chair」の開発を行う。本装置の使用で、術者の疲労度の改善や手術精度の向上をどの程度達成できるかを評価し、装置の存在価値を検討することが第一の目的である。まず術者のニーズを満たす装置を研究開発し、製作する。本研究は装置の有用性の検討であるため、臨床使用を行いながら問題点を抽出し、装置を改良していく手法を採用することで、ニーズを満たす装置が完成し、その必要性が検討できると考える。本年度は、昨年度行った機構の詳細設計を元に、実機の開発を行った。要求される耐荷重と可動範囲を再検討し、術者、助手の足元スペースを広く取るための3自由度構成とし、全自由度パッシブで構成される機器の開発を行った。今後、脳神経外科医による非臨床の評価(座り心地、疲労の軽減、移動のスムーズさ、清潔環境への対応等)を重ねた後、実際の脳神経外科手術等で使用し、実臨床での評価を行っていく予定である。当初の計画ではH26年度中に臨床使用を行う予定であったが、現在では試作のみにとどまっている。来年度臨床使用を行う。延長したH28年度において、当初計画を達成させる予定である。手術支援ロボット本研究は若干の遅れがあるものの概ね順調に遂行されており、当初計画通り推進する。当初の計画ではH25年度中に試作を行う予定であったが、実際には設計のみであり、試作まで達していない。H26年度初旬に短期間で試作を行うことで、予定通りの研究計画を進行させる予定である。H27年度は他プロジェクトにエフォートを割いたため、開発が遅れたことが理由である。臨床使用機試作のスケジュールがH27年度に変更になったため。本研究は若干の遅れがあるものの概ね順調に遂行されており、当初計画どおり推進する。繰越額はH27年度に使用する。椅子試作費をH25年度に計上していたが、試作のスケジュールがH26年度に変更になったため繰越額はH26年度の前半に使用する。
染色体GC含量を制御するミューテーター遺伝子(mutT)の分子遺伝学的研究

生物界に存在するゲノムDNAのGC含量は、広い範囲(25%75%)に分布している。しかし進化の過程における、この大きなGC含量の変動の要因については現在でも未知のままである。我々はこの要因の一つとして考えられる大腸菌ミューテーター(mutT)遺伝子の解析を進めてきた。というのは、このミューテーターは、A:T→C:Gへの一方向のトランスバージョン型変異のみを上昇させるからである。実際、mutTミューテーターの長時間培養により、染色体のGC含量が増加することが確かめられている。我々は、このMutTタンパク質の酵素活性を同定することから、A:T→C:Gへの特異的なトランスバージョン変異生成の分子レベルでの機構を知ることができると考えた。そのため、mutT遺伝子をクローニングし、その遺伝子構造を明らかにするとともに、MutTタンパク質を過剰生産し、精製を行い、その酵素試料を用いて以下の生化学的解析を行った。上記トランスバージョン変異生成の中間体としては、dA:dGミスマッチ塩基対が予想される。実際、立体異性体のanti型dAMPとsyn型dGMPは、ワトソン-クリック型塩基対合を形成しうるとするモデルが提出されている。このミスマッチをDNAポリメラーゼIII酵素が形成しうるか否かを調べた。テンプレートにpoly(dA)、プライマーにpoly(dT)、基質としてdGTPのみを用いると、低頻度ながらdGMPの取り込みが認められた。驚いたことに、この取り込みが、精製したMutTタンパク質の添加によって完全に抑制された。さらにMutTタンパク質が、dGTPase活性を有することも見出した。現在、MutTタンパク質が、dGTPの立体構造(anti型とsyn型)を認識し、syn型を特異的に分解していると考えており、今後その検証を行いたい。
短期間の急速減量・増量がアスリートの身体組成とエネルギー代謝に与える影響の検討

本研究の目的は体重階級制競技アスリートが行う短期間の急速減量・増量が身体組成とエネルギー代謝に与える影響を検討することである.体重階級制競技アスリートが行う減量と増量を念頭においた(1)測定方法の確立と(2)実際のアスリートの身体組成とエネルギー代謝の変動を測定した.(1)に関して,当初の計画に加えてアスリート,一般成人,過体重者を集め,短期間(7泊8日)の合宿環境下において規定された食事提供によるエネルギー摂取量と二重標識水によるエネルギー消費量の調査を行う減量介入実験を実施し,エネルギー出納と身体組成変化を評価した.34名はエネルギー出納(-2096±642 kcal/day)と身体組成変化から推定されたエネルギー出納(-2187±891 kcal/day)が近似した.この結果から,減量を行う環境下においても二重標識水が正確なエネルギー消費量を反映している可能性が示唆された.(2)に関して,(1)と同様の手法を用いてエネルギー代謝と身体組成の測定を実際に急速減量・増量を行う全国レベルのアスリート10名に対して遂行した.身体組成の測定はDXA法,安定同位体希釈法,体密度法を駆使した4成分モデルを用いて評価した.これらの新しい手法の確立と得られたデータはスポーツ栄養学研究分野に今後貢献していく可能性が考えられる.27年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的はレスリング,ボクシング,柔道選手などの体重階級制競技アスリートが行う短期間の急速減量・増量が身体組成とエネルギー代謝に与える影響を検討することである.本年度は体重階級制競技アスリートが行う減量と増量を念頭においた(1)測定方法の確立と(2)実際のアスリートの身体組成とエネルギー代謝の変動を測定した.(1)に関して,当初の計画に加えてアスリート,一般成人,過体重者の計47名を集め,短期間(7泊8日)の合宿環境下において規定されたエネルギー摂取量による食事と二重標識水によるエネルギー消費量の調査を行う減量実験を実施した.既に結果の出ている11名はエネルギー出納バランスから計算される推定の体脂肪減少量(2.4kg)と実際の身体組成の体脂肪の減少量(2.4 ±0.9kg)が一致した.この結果から,減量を行う環境下においても正確なエネルギー消費量の測定が可能であることが判定出来る.(2)に関して,(1)と同様の手法を用いてエネルギー代謝と身体組成の測定を実際に急速減量・増量を行う全国レベルのアスリート10名に対して遂行した.身体組成の測定はDXA法,安定同位体希釈法,体密度法を駆使した4成分モデルでの詳細な組成変化を調査しており,国内では類を見ないほど正確な測定が実施出来ている.これらの新しい手法の確立とそれによって得られたデータは世界的にも貴重なものでありスポーツ栄養学研究分野において重要であると考えられる.本研究の目的は体重階級制競技アスリートが行う短期間の急速減量・増量が身体組成とエネルギー代謝に与える影響を検討することである.体重階級制競技アスリートが行う減量と増量を念頭においた(1)測定方法の確立と(2)実際のアスリートの身体組成とエネルギー代謝の変動を測定した.(1)に関して,当初の計画に加えてアスリート,一般成人,過体重者を集め,短期間(7泊8日)の合宿環境下において規定された食事提供によるエネルギー摂取量と二重標識水によるエネルギー消費量の調査を行う減量介入実験を実施し,エネルギー出納と身体組成変化を評価した.34名はエネルギー出納(-2096±642 kcal/day)と身体組成変化から推定されたエネルギー出納(-2187±891 kcal/day)が近似した.この結果から,減量を行う環境下においても二重標識水が正確なエネルギー消費量を反映している可能性が示唆された.(2)に関して,(1)と同様の手法を用いてエネルギー代謝と身体組成の測定を実際に急速減量・増量を行う全国レベルのアスリート10名に対して遂行した.身体組成の測定はDXA法,安定同位体希釈法,体密度法を駆使した4成分モデルを用いて評価した.これらの新しい手法の確立と得られたデータはスポーツ栄養学研究分野に今後貢献していく可能性が考えられる.順調に研究課題を遂行出来ている.本年度,研究フィールドであるスポーツの現場に足を多く運び,研究実施の向けた関係性を築くとともに測定評価法の問題点を検討し,実際に10名の急速減量・増量を行うアスリートを対象に身体組成とエネルギー代謝の検討した.これらの研究基盤の構築は研究課題達成に向けた糧となっている.27年度が最終年度であるため、記入しない。研究計画に従い順調に遂行されている.既にトップアスリートの通常時,減量時,増量時のデータを取得しており,現在解析段階にある.同時に二重標識水を用いたエネルギー代謝のデータも取得しており,アスリートの食事摂取基準づくりに向けた貴重なデータであると言えるが,本年度では取得した尿サンプルの分析までには至っていない.分析の準備や手技は十分にあるため,このまま研究課題を推進する次第である.27年度が最終年度であるため、記入しない。
荷電粒子線とナノ操作を利用した極限反応場での非平衡ナノ構造の形成と物性計測

本研究では微小領域における電気的・機械的性質の評価を可能にするナノ材料試験機を作製し、これを走査型電子顕微鏡(SEM)等、用途に応じて多様な顕微鏡と組み合わせることにより、構造と各種物性との関係を多面的に解析できるナノ材料試験システムの構築に取り組んだ。作製したナノ材料試験機の性能評価及びFIB内での微細加工とSEM内引張試験の検討を行い、主にダイヤモンドライクカーボン(DLC)膜の機械的性質について評価した。現在様々な材料開発が行なわれている中で、カーボンナノチューブなどナノスケールでの材料開発が進んでいる。材料開発では使用する材料の構造についてよく調べると共に、諸特性を知る必要がある。ナノ材料の特性を調べるためには従来型のマクロスケールの材料試験に代わり、ナノスケールでの材料試験が可能な新規実験装置が必要となる。そこで今回、ナノレベルの材料を観察しながら引張・圧縮試験を可能にするマニピュレータの開発に取り組んだ。本装置は、ホルダーの先端に装着した試料に引張・圧縮荷重をかけた際に、ホルダーに内蔵された板ばねのたわみを電気的に読み取ることで荷重を計測する機構を搭載している。本実験では荷重検出に重要な板ばね部の作製について取り組み、また荷重校正用分銅を用いて荷重校正を行い、荷重-歪み曲線を求めた。このデータを元にAlシート・CNTシートの引張試験の結果と照らし合わせて引張試験機として機能しているかを確認した。バネ材料は、材料力学計算および本装置の使用環境がTEM等の高真空中であることから材料としてガスの放出が少ないこと、耐摩耗性に優れることさらに加工性などを考慮してリン青銅を採用した。リン青銅板厚を設計当初の0.3mmから0.25mmへと変更し計測感度を高めた。荷重計測部の実荷重校正を行った後、Al材料を標準試料として引張試験を行った結果、ヤング率は約60.0kN/mm^2、最大荷重と断面積から引張強さは約85.3N/mm^2が得られた。これらの値はAlの文献データとほぼ同程度の値であることから、本装置が引張試験機として機能していることを確認した。本研究で作製した試験ホルダーを収束イオンビーム加工装置に挿入し、ガリウムイオン照射によるAl試料の加工と、その後の引張試験による応力-歪み曲線を求めた。これにより、ナノスケール材料試験システムとして運用可能であることをが確認できた。材料開発では使用する材料の構造をよく調べると共に、諸特性を知る必要がある。昨年度は、ナノレベルの材料を観察しながら引張・圧縮試験を可能にするマニピュレータを備えた電子顕微鏡用の試料ホルダーの開発とその性能評価及び集束イオンビーム加工観察装置(FIB)内での引張試験について検討した。本研究では、マニピュレータ付き試料ホルダーをFIB及び走査型電子顕微鏡(SEM)に導入し、ナノ材料試験システムとして機能させることを目的として実験に取り組んだ。マニピュレータ付き試料ホルダーにタングステンの線材又は箔状の試料を組み込み、FIB内でガリウムイオン照射により試験片を微少サイズに加工し、引張試験を試みた。本実験により、応力-歪み曲線のデータが取得できた。引張強さは従来報告されているデータとほぼ一致する値が得られたことから、材料試験システムとして機能していることを確認した。ただし、線材と箔では歪み量に違いが現れた。この違いを組織的観点から調べるため組織観察を行ったが、破断組織の観察ではイオンビームによる表面組織への照射損傷のため詳細な観察データが得られなかった。そこで本研究では、SEM内での引張試験及び観察が可能な試料ホルダー用ポートを新規に作製してSEMに組み込み、実験を試みた。試料ホルダーの位置調整の結果、破断の様子をSEM観察しながら引張試験が行え、破断組織の観察も容易に行うことができるようになった。以上の実験により、マニピュレータ付き試料ホルダーをFIB、SEM内で使用することにより、ナノスケール材料試験システムとして運用可能であることが確認できた。現在様々な材料開発が行なわれている中で、カーボンナノチューブなどナノスケール物質の材料開発が進んでいる。材料開発では使用する材料の構造と各種物性を知る必要がある。本研究では昨年度までに、ナノ・レベルの材料を観察しながら引張・圧縮試験を可能にするマニピュレータを備えた電子顕微鏡用の試料ホルダーを製作し、その性能評価及び集束イオンビーム加工観察装置(FIB)への導入と試料の微細加工について取り組んだ。本年度はマニピュレータ付き試料ホルダーをFIB及び走査型電子顕微鏡(SEM)に導入し、ナノ材料試験システムとして機能させることを目的として実験を行った。

マニピュレータ付き試料ホルダーにタングステンの線材又は箔状の試料を組み込み、FIB内でガリウムイオン照射により試験片を微少サイズに加工し、引張試験を試みた。本実験で応力-歪み曲線のデータが取得できた。引張強さは従来報告されているデータとほぼ一致する値が得られたことから、材料試験システムとして機能していることを確認した。破断面の組織観察を行ったが、FIBではイオンビームによる表面組織への照射損傷が生じるため詳細な観察データが得られなかった。そこで、SEM内での引張試験及び観察が可能な試料ホルダー用ポートを新規に作製してSEMに組み込み、実験を試みた。試料ホルダーの位置調整の結果、破断の様子をSEM観察しながら引張試験が行え、破断組織の観察も容易に行うことができた。本研究の実施により、マニピュレータ付き試料ホルダーをFIB、SEM内で使用しナノスケール材料試験システムとして運用できることを確認した。本研究では非晶質炭素薄膜の引張試験による物性評価についても検討を行い、定量的なデータの計測に成功した。
発色団を含む非対称LB膜の構造と機能の相関解析

極性の大きい発色団を含む両親性化合物と,長鎖脂肪酸などとを交互に累積した非対称LB膜には,焦電性・圧電性・および光学的非線形性などが期待されるため,LB膜の機能性開発の立場から,最近特に注目を集めている。本年度の研究では,分子軸方向に大きい極性を持つドデシルオキシフェニルピラジンカルボン酸(DOPC)と重水素化ステアリン酸(Stーd_<35>)の交互累積膜や,それらのBa塩の交互累積膜を作製して,膜中の分子配慶向の温度依存性を,最近我々が提案した方法,すなわちFTIR透過および反射吸収(RA)スペクトル間での特定のバンドの強度比を用いる方法で定量的に評価するとともに,膜の焦電効果を測定し,両者の相関性を詳しく検討した。Ba塩の交互膜中の両分子の配向性は,いづれも045°Cの範囲で非常に高く,一定であるが,それ以上の加熱で徐々に低下し,炭素鎖の規則性も低下する。また酸の交互膜中のそれは,35°Cまで一定で,その後の加熱で急速に低下する。一方,同じ交互膜をー30°Cから70°Cまで加熱したときに膜中を流れる電流を精密に測定したところ,Ba塩および酸の交互膜の両方でO°C付近から負の電流が増し始め,前者では45°C付近,後者では35°C付近から急に正の電流が増加する。以上の結果を比較検討すると,40°C付近以下での負電流は膜内の自発分極に起因する焦電流であり,高温側での正電流は炭化水素鎖の乱れによる脱分極電流であることがわかる更にBa塩の交互膜について焦電流の原因を検討したところ,末端のCOO基の構造変化に起因する極性の変化によることがわかった。今後は,両交互膜中の分子配向と焦電効果の膜厚依存性を測定するとともに,CCD検知器によるラマンスペクトルの高感度測定を行って炭化水素鎖の規則性の温度変化を詳しく研究し,膜中における分子構造と焦電性との相関解析を更に進展させる。
データ氾濫社会における数量的リテラシーの基礎的研究

本年度は、研究の最終年度として、次のことを行った。1)数量的なリテラシーを育成するために役立つソフトウエアの開発イスラエルの数学教育学者であるイェルシェルミーが開発し、世界的に定評のあるソフトウエアであるCalculus Unlimitedに着目し、その日本語化を行うこととした。このソフトウエアは、代数・関数・微積分の統合的な学習環境であるとともに、現実現象とグラフ化による数学的な解析を可能にしたものであり、高等学校における数量的なリテラシーの育成にとって有効であると思われた。そこで、研究協力者として、垣花京子(東京家政学院筑波女子大)、福田千枝子(白鵬大学)を依頼し、共同のもとに、日本語化を進めた。それは次のように行った。(1)イェルシェルミーに日本における版権放棄の交渉:これによって、日本では基本的にローヤリティーのない開発が可能となった。(2)実際のソフトウエアの日本語化:中山良一(高千穂商科大学情報メディアセンター)の協力を得て、日本語化を完成させた。(3)実際の授業開発:福田千枝子が中心となって、実際に高等学校で使用し、日本での使用方法について検討を行った。(4)マニュアルの作成:使用法のみならず授業例を挙げたマニュアルを完成させた。(5)頒布:21世紀教育研究所の協力を得え、手数料のみで教員に配布を開始した。2)研究成果の発表垣花、福田、中山の3名と清水が連名で、アジア数学テクノロジー会議で発表した。本年度は、数量的リテラシーの基礎的な研究の一環として次のことを行った。1)統計的リテラシーの育成についての先行研究の検討数量的リテラシーを構成するリテラシーの一つとして、統計的リテラシーがある。統計的リテラシーの育成を行うために、主に米国における先行研究を検討した。検討した研究は、米国統計学会(ASA)と米国数学教師協議会(NCTM)が共同で研究を行ったデータドライブンアプローチ(Data Driven Approach)による統計指導の研究と、その教材集である。そのなかでも、確率についての研究と教材を中心的に検討した。その結果、統計的リテラシーの育成のために、数学的確率と統計的確率の両方を同等の重要性をもって、指導していることなどが明らかになった。2)テクノロジーを活用した数学教育の研究数量的リテラシーのなかには、大量のデータや視覚的な情報をもとに、数学における記号的な表現やグラフ的な表現を活用して、的確な情報把握や判断をする能力が含まれる。そのとき、コンピュータなどのテクノロジーの活用は不可欠である。そこで、本研究ではそのための道具として米国とイスラエルで開発されたCalculus Unlimitedというソフトウエアの日本語化し、それを活用することとした。本年度は、日本語版の開発を進めると共に、その活用について、アジア数学テクノロジー会議において垣花京子、福田千枝子と共同で成果を発表した。
星間塵表面における分子進化の解明：素過程からのアプローチ

超高真空実験槽中に氷星間塵表面を擬似したアモルファス氷表面を作製し,紫外線照射で生成したのOHラジカルの表面拡散の活性化エネルギーを求めることに,世界で初めて成功した(渡部,宮崎,羽馬)。また,OHラジカルの吸着状態と脱離メカニズムを明らかにした。これらの成果には,新たに雇用した研究補助者(WMC Sameera)の量子化学計算によるところが大きい。この結果を発表すべく,論文の執筆を始めた。星間塵表面物質のひとつである炭素質表面を,グラファイトディスクのレーザーアブレーションにより真空実験槽内でその場作製し,その構造と作製条件の依存性を,透過型電子顕微鏡を用いて調べ,いつでも最適な試料表面を作製するノウハウを確立した(柘植,木村)。極低温超高真空原子間力顕微鏡の特性を調べた。観測する基板が910Kの極低温に到達すること,それを維持出来る熱負荷の確認を行った。極低温下でシリコン結晶を観測することができ基本的な運転を習熟した。(日高,香内)。氷表面上に分子イオンが吸着した際の生成物を検出するイオンピックアップ装置の立ち上げを行った。冷凍基板および赤外分光計,イオン源を超高真空槽に設置し,極低温氷の作製など予備実験を行った(渡部,大場,中井)杉本は京都大学から分子科学研究所への異動に伴い,装置の移設・再構築を行った。また,分光測定中の振動ノイズを軽減するため,希釈冷凍機から液体ヘリウム貯め込み式の冷却方式への転換作業を進めた。氷表面に対する和周波発生振動分光を行ったところ,表面特有の水素結合構造を有する液晶相が熱力学的な安定相として氷表面に存在することを発見した。本年度の計画としてあげていた,鉱物表面および炭素質表面における水素原子・分子の振る舞いについては,当初の目標に達しなかったが,炭素質(アモルファスカーボン)表面の試料作製法のノウハウを確立することができた。いっぽうで,極低温氷表面におけるOHラジカルの振る舞いに関しては,当初の目標であった,氷表面拡散の活性化エネルギーを,世界で初めて実験的に導出することに成功した。また,理論家の研究補助者(WCM Sameera氏)を雇用することで,最先端の量子化学計算が可能になり,実験だけでは解明が困難であった,氷表面へのOHラジカル吸着状態や光脱離メカニズムが明らかになってきた。この実験と理論計算の共同作業により,当初の目標以上の知見が得られる可能性が広がった。上記,実験及び計算の結果については,現在論文を執筆中であり,2019年中には発表される見込みである。その他,杉本,中井らの共同研究者の研究の進展を含め総合的に判断して,概ね順調であると判断出来る。1引き続き,炭素質表面における水素原子・水素分子の振る舞いについて調べる。特に,水素原子の表面拡散係数および活性化エネルギー,水素分子の脱離エネルギーを求める。2昨年度実施に至らなかったケイ酸塩鉱物表面における水素原子・水素分子の化学物理過程に関する実験をめざす。これまでにレーザーアブレーション法によるケイ酸塩試料表面作製の有効性を確認し,それを用いた実験を実施する予定であったが,上記手法で生成したケイ酸塩試料の特性評価が不完全であったため,今年度は引き続き試料生成法の確立とその評価から始める3ガス中で生成したOHラジカルを氷表面に吸着させ,その吸着状態や拡散の活性化エネルギーを導出することを目指す。昨年度の研究により,紫外線による氷分解によって生成したOHとガス相から吸着したOHでは,その氷への吸着状態が異なることが示唆されている。4昨年度製作したイオンピックアップ装置の特性を調べ,氷表面反応物の検出を試みる。5疑似星間塵表面における低温イオン誘起反応実験のためのイオン源の作製を行う。6和周波発生分光装置システムを用い,炭素質等の星間塵表面を模したモデル表面への氷の作製実験,及びそれらの表面に吸着した水素分子のその場検出を試みる。昨年度の予備実験において,分光測定中の装置の微振動を抑制する必要性が判明したため,希釈冷凍機を用いた冷却方式から液体ヘリウム貯め込み式の冷却方式への転換作業を進めてきた。この冷却方式への転換作業を完了させ10K以下に試料を冷却し,和周波分光実験を展開する。1ケイ酸塩星間塵表面における水素分子生成過程の解明のために,水素原子の吸着・拡散に関する実験を行った。その結果,水素原子は表面温度20K以上でもケイ酸塩表面に存在していることが示唆された。これは従来考えられていなかった事実で,比較的温度の高い(>20K)の星間塵上でも水素分子生成が十分に可能であることを意味する。2星間塵(CO固体)表面での水素原子拡散の活性化エネルギーを決定した。複雑な形状をもつCO固体では,理論的に予想されていた拡散の活性化エネルギーよりも幅広い分布を持つことが分かった。拡散の活性化エネルギーとCOの水素原子付加反応の反応速度を考慮すると,10K程度ではH2分子生成が効率的に生じる一方,1020Kでは相対的に水素原子付加反応が卓越することが分かった。3星間塵上でのH-D置換反応による重水素濃集を評価するため,極低温氷表面でのH2S分子におけるH-D置換反応を調べた。その結果,反応は極低温においても効率的に進むことがわかった。H2Sと構造が似ているH2OではH-D置換反応が起こらないことが確認されており,この置換反応の存在が,H2Sの重水素濃集度がH2Oのそれに比べ大きくなる要因とも考えられる。

4上記,置換反応の際にH2S分子が効率よく脱離することを初めて発見した。本研究では,脱離効率などを定量的に検証することに世界で初めて成功した。これは,「なぜ,宇宙空間ではすべての分子が,極低温の氷星間塵に凍りつくことなく,ガスとして存在できるのか?」という長年の問に答えるもので,本成果はNature Astronomyに掲載された。5物理吸着した水素分子のオルト・パラ状態を単一分子レベルで検出することを可能にする分光理論を世界に先駆けて提唱した.これにより,極低温表面に物理吸着している水素分子のオルトーパラ転換過程をその場計測するための分光学的基礎が確立された。本年度の当初の研究内容(目標)は,疑似星間塵(試料)表面の作製及び評価を行うことが中心になっている。ケイ酸塩鉱物に関しては,独自装置によるレーザーアブレーション法および共同研究者が所有の高周波プラズマスパッタリング装置による作製を試みた。同時に,研究を進める過程で知った特殊薄膜作製の業者に試料作製を依頼した。試料構造や成分を分析したところ,業者が作製した試料がより高品質であることが分かった。よって,Mg2SiO4の試料は業者作製のものを当面の実験で使用することとした。また,炭素質試料に関しては,アモルファス形状のものは真空蒸着法で作製したものが適していることが分かった。また,氷試料の表面評価のための超高真空極低温原子間力顕微鏡を導入し,表面の観察を始めている。このように,当初予定していた,各種試料表面の作製・評価に関してはおおむね成功をおさめている。その上で,H30年度予定していた水素分子のオルソーパラ転換過程を観測する実験装置の立ち上げを前倒しで進めることができている。また,H-D置換トンネル反応置換反応,H原子のCO固体表面での拡散過程,反応による星間塵表面からの脱離過程などの実験を行い,当初想定していなかった成果を挙げ,Nature Astronomyなどに発表した。超高真空実験槽中に氷星間塵表面を擬似したアモルファス氷表面を作製し,紫外線照射で生成したのOHラジカルの表面拡散の活性化エネルギーを求めることに,世界で初めて成功した(渡部,宮崎,羽馬)。また,OHラジカルの吸着状態と脱離メカニズムを明らかにした。これらの成果には,新たに雇用した研究補助者(WMC Sameera)の量子化学計算によるところが大きい。この結果を発表すべく,論文の執筆を始めた。星間塵表面物質のひとつである炭素質表面を,グラファイトディスクのレーザーアブレーションにより真空実験槽内でその場作製し,その構造と作製条件の依存性を,透過型電子顕微鏡を用いて調べ,いつでも最適な試料表面を作製するノウハウを確立した(柘植,木村)。極低温超高真空原子間力顕微鏡の特性を調べた。観測する基板が910Kの極低温に到達すること,それを維持出来る熱負荷の確認を行った。極低温下でシリコン結晶を観測することができ基本的な運転を習熟した。(日高,香内)。氷表面上に分子イオンが吸着した際の生成物を検出するイオンピックアップ装置の立ち上げを行った。冷凍基板および赤外分光計,イオン源を超高真空槽に設置し,極低温氷の作製など予備実験を行った(渡部,大場,中井)