hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生体内で局在化する組織選択性マイクロバブルの多機能制御による非侵襲性医療の開発

腫瘍の非侵襲治療法として,強力集束超音波による治療法が注目されている.しかし,頭蓋骨に覆われている脳腫瘍や,体内深部に存在する肝腫瘍などについては,超音波の反射や屈折,減衰といった影響が大きくなり,治療目的部位に対して超音波エネルギーが十分到達できないため,一部の臓器に対しては超音波治療の適用は難しいとされている.そこで,本研究では集束超音波に加えて,現在超音波診断の際に血管造影剤として用いられている微小気泡を発熱体として利用することで,患部での発熱作用を増強するといった手法の実現を目指している.本研究においては,その手法の実現に向け,強力集束超音波照射時における微小気泡の発熱作用に着目し,in vitro及びin vivo実験を実施した.In vitro実験では,微小気泡を含む水に対して集束超音波を照射した際の温度上昇の測定を行い,実際の超音波治療で使用される範囲でのボイド率及び超音波強度において,微小気泡の注入によって発熱作用が増強されることを示した.さらに,温度測定と同期して,集束超音波照射における気泡の挙動のカメラ撮影をし,測定した温度上昇と気泡挙動との比較を行い,その相関について示した.In vivo実験では,微小気泡による発熱増強効果について検証した。まず,造影剤気泡の注入による温度上昇及び加熱凝固の増強効果について確認し,体組織内においても微小気泡が発熱に寄与することが示された.次に,ボイド率の増加に伴う加熱凝固領域の変化について,in vitro実験のときと同様の傾向が示されることを確認した.さらに,加熱凝固治療に適した微小気泡の開発を目指して,気泡内部気体に着目した実験を行い,空気気泡と比べ,アルゴンのような比熱比の高い気体を有する気泡が熱源としてより有効に作用する可能性について示した.悪性腫瘍の治療法の一つとして,HIFU(High Intensity Focused Ultrasound)があり,近年では臨床での応用例の報告もされている.しかし,脳腫瘍や肝腫瘍など,骨や脂肪層の存在により超音波の反射・屈折・減衰の影響が大きくなる部位については,患部に対する出力不足などが否めない.一方,マイクロバブルの医療分野への応用も注目されており,微小気泡に対して超音波を照射すると,気泡自身が超音波エネルギーを吸収し熱エネルギーに変換する働きをすることが知見として得られている.この発熱作用を生体内に適用することにより,低出力の超音波による治療が可能となり,侵襲性の低い治療を実現することができる.今年度は,「微小気泡の性質と発熱作用との関係」について,数値計算・in vitro実験・in vivo実験を行い解析を進めた.数値計算においては,微小気泡の振動に伴い周囲に放出される熱エネルギーについて解析を行った.今年度は,気泡内部の気体の種類と気泡からの発熱量の関係について解析を進め,気泡内部気体の種類の違いにより,発熱量にも差異が生じることがわかった.In vitro実験では,様々な内部気体を持つ微小気泡を用いた実験を行った.内部気体として,それぞれ異なる比熱比を持つ,アルゴン・空気・六フッ化硫黄などを用いて実験を行ったところ,気泡内部の気体の種類を変えることにより,気泡からの発熱量を変えることが可能であることが示された.In vivo実験では,ラビットを用いて微小気泡による加熱作用の増強効果について検証した.肝臓に対して集束超音波を照射し,気泡注入によって患部での発熱作用が増強されることが確かめられた.また,気泡内部気体および気泡殻の物性の異なる微小気泡を用いて同様の超音波照射実験を行い,微小気泡の性質の違いに伴って加熱凝固効果に有意な差が生じることが確認された.近年,HIFU(High Intensity Focused Ultrasound:強力集束超音波)による非侵襲治療が注目されており,腫瘍の加熱凝固治療に関する研究開発が行われている.本研究では,集束超音波に加えて微小気泡の発熱作用を積極的に利用することによって,より侵襲性の低い治療手法を構築することを目指している.今年度は,微小気泡の発熱作用の効率的な抽出,及び体組織内での加熱凝固領域の正確な制御を目指し,in vivo実験及びin vitro実験を実施し,解析を行った.In vivo実験では,ラット及びラビットを用いて微小気泡による発熱作用の増強効果について検証した.現在超音波診断時に血管造影剤として用いられている微小気泡を肝臓に注入し,集束超音波を照射した.その結果,微小気泡の種類の違い(内部気体・気泡核・気泡径)により,患部における温度上昇及び加熱凝固体積に有意な差が生じることが確認された.In vitro実験では,微小気泡の分布する媒質内を集束超音波が伝播する際における,媒質内の温度分布について解析を行った.その結果,気泡数密度の変化に伴い,高温領域の位置・形状・体積が大きく変化することが確認された.本実験結果より,体組織内で要求される加熱凝固領域の位置・形状等に応じて,最適な気泡数密度を選択することが非常に重要であることが示された.腫瘍の非侵襲治療法として,強力集束超音波による治療法が注目されている.しかし,頭蓋骨に覆われている脳腫瘍や,体内深部に存在する肝腫瘍などについては,超音波の反射や屈折,減衰といった影響が大きくなり,治療目的部位に対して超音波エネルギーが十分到達できないため,一部の臓器に対しては超音波治療の適用は難しいとされている.

そこで,本研究では集束超音波に加えて,現在超音波診断の際に血管造影剤として用いられている微小気泡を発熱体として利用することで,患部での発熱作用を増強するといった手法の実現を目指している.本研究においては,その手法の実現に向け,強力集束超音波照射時における微小気泡の発熱作用に着目し,in vitro及びin vivo実験を実施した.In vitro実験では,微小気泡を含む水に対して集束超音波を照射した際の温度上昇の測定を行い,実際の超音波治療で使用される範囲でのボイド率及び超音波強度において,微小気泡の注入によって発熱作用が増強されることを示した.さらに,温度測定と同期して,集束超音波照射における気泡の挙動のカメラ撮影をし,測定した温度上昇と気泡挙動との比較を行い,その相関について示した.In vivo実験では,微小気泡による発熱増強効果について検証した。まず,造影剤気泡の注入による温度上昇及び加熱凝固の増強効果について確認し,体組織内においても微小気泡が発熱に寄与することが示された.次に,ボイド率の増加に伴う加熱凝固領域の変化について,in vitro実験のときと同様の傾向が示されることを確認した.さらに,加熱凝固治療に適した微小気泡の開発を目指して,気泡内部気体に着目した実験を行い,空気気泡と比べ,アルゴンのような比熱比の高い気体を有する気泡が熱源としてより有効に作用する可能性について示した.
ナノメートル精度を持つ光線基準の開発と大型部品の超高精度平面度測定への応用

本研究は方向安定化レーザービームを直線基準とした直進機構を用い、1m程度の大型部品の形状を10nm精度の高い精度で測定できる超高精度平面度測定法の開発を目的としている。この測定精度を決定する、4分割フォトダイオード(QPD)が検出する光点中心の直進精度を、ビームの直線性、方向安定性、QPDの光点中心追尾精度にの3つに大別して調べた。1.レーザービームの光点中心の伝播軌跡の直線性について回折理論に基づいた計算機実験により調べた結果、共振ミラーに角度ミスアライメントや、共振ミラー中心とプラズマ管の細管中心軸にミスアライメントがあっても、フラウンホーファー回折領域においてはビーム強度が理想的な共振器の1/4以上であれば1nm/1m以上になることがわかった。2.QPDのビーム中心追尾精度は開口を持つQPDを用いて角度ミスアライメントを高精度に調製することにより1nm/1m以上にできることを示し、また変位計先端の直進精度は、変位計をQPD中心に対する最適配置で移動台に取付けて姿勢制御を行うことにより光線基準の安定性と等価な精度にできることを示した。3.外部共振器ミラーを線熱膨張係数が1×10^<-7>/Kの低熱膨張ガラスで支持する方向安定化He-Neレーザーおよび、ベローズと真空排気系を用いてビーム光路の空気の流れによるじょう乱を防ぎ、ビームの位置及び方向安定性を向上させるストローク600mmの可動真空光路を設計・製作し、恒温雰囲気で、真空光路を用いた場合の方向安定性を評価し、水平方向が3.2×10^<-8>rad/200sec、垂直方向が3.7×10^<-8>rad/200secであることを確かめた。4.高精度直進機構に変位計を取り付けて二次元形状測定を行い、その測定精度がレーザービーム直線基準と同程度であることを確認した。この方向安定化レーザービームを直線基準とする超高精度直進機構を2軸用い、直交して得られる平面を、平面基準とする超高精度平面度測定法を提案した。本研究は方向安定化レーザービームを直線基準として利用し、1m程度の大型部品の形状を10nm精度の高い精度で測定できる超高精度表面形状測定法の開発を目的としている。本年度の主な研究結果を以下に示す。1.ビーム光路の空気の流れによるじょう乱を防ぐために、ベローズと真空排気系を用いたストローク1mの可動真空光路を設計、製作しビームの位置及び方向安定性を向上させた。2.回折理論にもとづく計算機シミュレーションによって、レーザービーム断面の強度中心を追跡する手法を開発し、共振器ミラーにミスアライメントがあっても、時間変動がなければ原理的に1nmレベルの精度を持つ直線基準として使用できることを示した。3.外部共振器ミラーを、線熱膨張係数が1×10^<-7>/Kの低熱膨張ガラス(Zerodur)製の3本のロッドで支持した円板に固定し、更にプラズマ管をウォータージャケットで水冷するとともに、二重ガラスの真空層で断熱することにより、ロッド間の温度差による、共振器ミラーの傾きが2×10-7rad/Kの方向安定He-Neレーザーを設計、試作した。

4.レーザービームを、直交する2軸方向をピエゾアクチュエータで支持された4分割フォトダイオード(QPD)の中心に入射し、ビームの方向変動に基づくQPD中心からのビーム中心の変位量に応じてピエゾアクチュエータを2を次元的に駆動することにより常にQPD中心がビーム中心を追尾するポジションセンサによって、試作したレーザー方向安定性を評価し、水平方向で68nrad、垂直方向で160nradであることを確かめた。5.試作したレーザーの方向安定性の温度特性は室温の変化に対して700nrad/Kであり、温度変動を0.01K以下にすることにより10nrad以上の安定性が得られることを確認した。本研究は方向安定化レーザービームを直線基準として利用し、1m程度の大型部品の形状を10nm精度の高い精度で測定できる超高精度表面形状測定法の開発を目的としている。この測定精度を決定する、QPDが検出する光点中心の直進精度を、ビームの直線性、方向安定性、QPDの光点中心追尾性にの3つに大別して調べた。1.レーザービームの光点中心の伝播軌跡の直線性について回折理論に基づいた計算機実験により調べた結果、共振ミラーに角度ミスアライメントがあっても、フラウンホーファー領域においてはビーム強度が理想的な共振器の1/10^8以上であれば1nm/1m以上になることがわかった。2.外部共振器ミラーを線熱膨張係数が1×10^<-7>/Kの低熱膨張ガラスで共振ミラーを支持する方向安定化He-Neレーザーを設計・製作し、恒温雰囲気で、真空光路を用いた場合の方向安定性を評価し、水平方向が3.2×10^<-8>rad/200sec、垂直方向が3.7×10^<-8>rad/200secであることを確かめた。3.共振ミラー中心とプラズマ管の細管中心軸にミスアライメントががあっても、フラウンホーファー領域においてはビーム強度が理想的な共振器のl/4程度以上であれば1nm/1m以上になることがわかった。4.線熱膨張係数が4×10^<-7>/Kの石英ガラスを用いることにより細管中心軸のミスアライメントを1/10に抑え、また共振ミラー径を制限することにより角度ミスアライメントを抑えるピンホールを用いても数mWの出力が得られるプラズマ管を設計・製作した。5. QPDの光点中心追尾性は共振器のミスアライメントの増加に伴って劣化し、ビーム強度が理想的な共振器の95%でも1nm/1m以上にはならないが、ピンホールQPDを用いて共振ミラーの角度ミスアライメント高精度に調整することにより1nm/1m以上にできることを示した。
日本語書字につながる描線産出の習得過程「ストロークの単位」の成立から見た検討

本年度の研究目標は、幼児の身近な課題を通じて、ストロークの単位の成立に関して検討を行うことであった。研究に先立ち、日本語話者における書きの発達的な問題を明らかにするために、日本語話者の発達性読み書き障害についての先行研究を概観し、検討を行った。欧米における発達性読み書き障害は音韻の障害が原因と考えられているが、日本語の発達性読み書き障害は視覚の問題、視覚的形態認知の問題があると考えられる事例が存在し、報告されていることを指摘し、その概要をまとめた。しかしながら、視覚の障害のみで字形が崩れるのかどうかに関して詳しい検討が行われてはいないこと、視覚-運動面の関係、特に運動系の問題に関して詳細な検討が行われていないことを指摘した。ストロークの単位の成立に関しては、前回と同じ紙への滲みの程度を指標とし、視写、なぞりの課題を提示して検討を行った。ストロークの単位が成立していないであろうと考えられる年少児を対象に、図形見本を提示し、白い紙にかくように指示した条件(視写条件)と、図形見本を提示し、見本と同じ図形が点線でかかれた紙を示し、その上にかくように指示した実験(なぞり条件)を行った。結果は、年少児においては、「なぞる」という課題理解自体が困難であり、余白の部分に同じ形を書く、点線と点線の間を塗りつぶすといったやり方が見られた。課題提示や教示に関して再考の必要性があることが明らかになった。本研究の目的は、幼児期の描線の質的な変化をとらえる視点としての、「ストロークの単位」の妥当性を検討することであった。先行研究(小森,2005)では、以下の2点が明らかにされた。幼児期には描線の形の成否ではなく、描線を産出する際の自己の手指の制御、つまり「ストロークの単位」があって制御された描線を産出しているかどうかという違いが存在していること、その違いが、形をかく際に自分の運動を変更できるかどうかと関連していることであった。この結果から、幼児に無理のない課題を用いて、幼児期に描線の形からではない違いが存在していることを示すことができた。一方、測定方法の標準化、量的な測定値からのデータ収集が課題としてあげられた。今年度は、ペン型の筆圧計を用いて、「ストロークの単位」の有無と筆圧の関連を検討した。5,6歳児を対象に先行研究と同じ描線描画課題を行い、筆圧が測定できるペンを用いて描かせ筆圧を測定した。同時に、図形模写課題を実施し、実験者の例示によってかき方を変更できるかどうか検討した。結果は、図形模写課題における例示によるかき方の変化と、描線描画課題における筆圧とは関連がみられなかった。この理由としては、測定値の算出方法、幼児におけるペンの使いやすさなどの理由が考えられた。上記の実験結果を論文にまとめ、『立命館文学』にて発表した。また実験結果の一部は日本発達心理学会第18回大会で発表された。
小学校英語教育のための複言語教育を活かしたティーム・ティーチング授業教材の開発

ALTが持つ言語リソースを把握し教育に還元すべく、本研究では複言語教育的授業の妥当性・実現可能性を検討するため、以下の研究を行う。1)ALTの使用可能な言語リソースを把握するために調査を行う(大阪府、京都府、神奈川県、山形県、大分県内の複数の市町村を想定している)。2)学級担任・ALTのニーズ分析調査を行い、実践者と協力して教室内の言語リソースを活かす授業を実践するために必要な研修方法と教材について検討する。3)言語リソースを活かすための手引き・教材集を作成する。外国語教育関係者が簡単にアクセスまたは共有できるような複数言語教材・手引き等を収集したオンラインデータベースを作成、公開する。
気相における求核性の解析

(1)ET-ICRを使用してアニリン誘導体のMe_3Si^+に対する塩基性度を決定した。プロトンに対する塩基性度の置換基効果と比較すると全体として傾き0.9の直線相関が得られ、Me_3Si^+-アニリンの付加体イオンの安定性に及ぼす置換基の極性効果は両者でほぼ等しいことが明らかになった。Si^+-N結合はH^+-N結合と同程度の共有結合性を有することが示唆された。この結果は、置換アセトフェノンのMe_3Si^+に対する塩基性度の置換基効果の解析結果に一致する。一方、炭素塩基であるスチレン誘導体のMe_3Si^+に対する塩基性度に及ぼす置換基効果はρ値が1/2.5に減少するだけでなく、共鳴効果の寄与も著しく低下し、付加共鳴効果のないσ^oで相関された。この置換基効果挙動はH^+塩基性度とは大きく異なり、Me_3Si^+-スチレン付加体イオンの構造はβ-炭素にMe_3Si^+が付加したopen構造のイオンではなく、C=C結合に架橋した非古典構造であるという結論に導く。(2)置換ニトロベンゼン、置換ベンズアルデヒド、置換アセトフェノン、置換メチルベンゾエ-ト、および置換ベンゾニトリルの電子親和力を電子移動平衡法により決定し、これらのラジカルアニオンの熱力学的安定性におよぼす置換基効果をLArSR式を用いて解析した。ρ値の系による変化は小さく、ベンゾニトリル系以外では等しいことが明らかになった。一方、共鳴要求度は母体ラジカルアニオンの不安定化とともに連続的に増大し、両者の間には優れた直線関係が見出された。この共鳴要求度の系依存性は偶電子アニオン系であるフェノキシド、アニリドおよびベンジルアニオンの気相安定性の置換基効果の挙動に一致し、奇電子アニオンの安定化における電荷のπ-非局在化の機構が偶電子アニオンと同じであることが示唆される。つまり、芳香族化合物のラジカルアニオンのSOMOは偶電子アニオンのHOMOに類似した特性を有することが明らかになった。研究計画にしたがって、まず最初に置換アニリンMe_3Si^+に対する塩基性度をFT-ICRを使用して決定した。p-OMe基からm-Cl基およびm-F基までの限られた範囲ではあるが、プロトンに対する塩基性度の置換基効果と比較すると全体として傾き0.9の直線相関が得られた。これは、Me_3Si^+-アニリンの付加体イオンの安定性に及ぼす置換基の極性効果が両者でほぼ等しいことを示しており、Si-N結合の共有結合性がH-N結合と同程度であることを示唆する。これは、先に検討した置換アセトフェノンのMe_3Si^+に対する塩基性度とプロトン塩基性度の比較から導かれた結論に一致する。この事実は、限られたデータに基づいて導かれた従来の結論、つまりMe_3Si^+-塩基付加体イオンにおけるSi-N結合には共有結合性と共に静電的相互作用の寄与が重要であるとした解釈に疑義を投げ掛けるものである。また、プロトンに対する塩基性度との比較においてMe基およびCl基は直線関係から一方的なずれが観測された。ところが、アニリンのMe_3Si^+塩基性度のN,N-ジメチルアニリンのプロトン塩基性度に対するプロットでは全ての置換基を含めてよい直線関係が得られた。

Me基およびCl基のずれはこれらの置換基のcharge induced dipole stabilizationに起因すると解釈でき、Me_3Si^+-アニリンの付加体イオンの安定化に対するベンゼン環上の置換基のpolarizability効果の寄与の低下が示唆される。これは、N原子に結合しているMe_3Si基がN,N-ジメチルアニリニウムイオンのMe基と同じくMe_3Si付加体イオンを安定化するためと考えられる。前年度に引き続き、アニリン誘導体のMe_3Si^+に対する塩基性度をFT-ICRを使用して決定した。プロトンに対する塩基性度の置換基効果と比較すると全体として傾き0.9の直線相関が得られた。これはMe_3Si^+-アニリンの付加体イオンの安定性に及ぼす置換基の極性効果が両者でほぼ等しいことを示しており、Si^+-N結合の共有結合性がH^+-N結合と同程度であることを示唆する。これは、置換アセトフェノンのMe_3Si^+に対する塩基性度とプロトン塩基性度の比較から導かれた結論に一致する。一方、炭素塩基であるスチレン誘導体のMe_3Si^+に対する塩基性度に及ぼす置換基効果はp値が1/2.5に減少するだけでなく、共鳴効果の寄与も著しく低下し、σ^0で相関された。この置換基効果挙動はH^+塩基性度の結果とは大きく異なり、Me_3Si^+-スチレン付加体イオンの構造はβ炭素にMe_3Si^+が付加したopen構造のイオンではなく、C=C結合に架橋した構造であることが示唆された。置換ニトロベンゼン、置換ベンズアルデヒド、置換アセトフェノン、置換メチルベンゾエ-ト、および置換ベンゾニトリルの電子親和力を電子移動平衡法に基づいて決定し、これらのラジカルアニオンの熱力学的安定性におよぼす置換基効果をLArSR式に基づいて解析した。ρ値の系による変化は小さく、ベンゾニトリル系以外では等しいと見做せる。共鳴要求度は母体ラジカルアニオンの不安定化とともに連続的に増大し、両者の間には優れた直線関係が見出された。この共鳴要求度の系依存性は偶電子アニオン系であるフェノキシド、アニリドおよびベンジルアニオンの気相安定性の置換基効果の挙動に一致し、奇電子アニオンの安定化における電荷のπ-非局在化の機構が偶電子アニオンと同じであることが示唆される。つまり、芳香族化合物のラジカルアニオンのSOMOは偶電子アニオンのHOMOに類似した特性を有することが明らかになった。
クローディン11ノックアウトによる難聴モデルマウスを用いた基礎的研究

本年度はクローディン11KOマウス、モルモットおよびGAD67-GFPマウスを用いて内リンパ直流電位(EP)の調節・発生機序の検討を行った。最初に、電気生理学的手法を用いてクローディン11KOマウスの内リンパ腔への薬剤投与時のEP変化の測定を試みた。しかし、マウス内耳は小さいためEP測定用電極と内リンパ注入用ピペットを同時に刺入することが困難であり、満足な結果を得ることができなかった。そこでモルモットを用い、内リンパ腔への薬剤投与実験を行った。微小ピペットを用いて内リンパ腔にCa^<2+>イオノフォア(1μMイオノマイシン)を含んだ人工内リンパ液を注入しEPの変化を測定すると、溶液のCa^<2+>濃度が10^<-5>M以上ではEPの有意な低下が観察された。このことは、内リンパ腔に面した細胞内の細胞内Ca^<2+>濃度が上昇すると、EPが低下することを示している。次に、内リンパ腔に膜透過性のL型Ca^<2+>チャネル阻害剤(ニフェジピン)を注入すると、EPの有意な上昇と、無呼吸負荷によるEP低下の抑制が観察された。したがって、内リンパ腔に面した細胞の細胞内Ca^<2+>はEPのレギュレーターとして働いており、無呼吸負荷時にはL型Ca^<2+>チャネルが開孔することで、細胞内Ca^<2+>濃度が上昇してEPが低下するものと思われた。さらに、GAD67-GFPマウスを用いて内耳血管条におけるL型Ca^<2+>チャネルの局在を免疫組織化学実験により検討した。この結果、耳血管条細胞のうち辺縁細胞に限局してL型Ca^<2+>チャネル(α1_D)の強陽性反応が観察された。以上のことから、EPの発生には辺縁細胞が関与しており、辺縁細胞内のCa^<2+>濃度を適正に保つことがEPの維持に重要であることが明らかとなった。本年度は、主として実験手技の習得ならびに基礎実験を行った。まず正常マウスを用いて、本申請により購入したマウス用人工呼吸器による人工換気下に内リンパ直流電位(EP)の測定を行い、約+90mVの電位と人工呼吸器停止による無呼吸負荷に伴うEPの低下を確認した。また、内リンパ液のイオン濃度についても測定を行い、内リンパ液のNa^+濃度([Na]_e)が1-2mM程度、Ca^<2+>濃度([Ca]_e)は10^<-6>M以下と、ほぼモルモットと同様の結果を得た。クローディン11ノックアウトマウス(Cld11^<-/->マウス)を用いた実験では、人工換気下でEPは+20mV程度であり、無呼吸負荷によりEPは-10数mVまで低下した。したがって、Cld11^<-/->マウスにおいても正のEPが30mV以上発生していることから、少なくとも一部は血管条辺縁細胞がEPの発生に関与している可能性が示唆された。また内リンパ液のイオン濃度に関しては、[Na]_eは2mM程度と正常マウスと比べてほとんど変化していなかったが、[Ca]_eは10^<-4>M程度に上昇していることが判明した。したがって、モルモットを用いた以前の検討と同様にEPと[Ca]_eは密接に関与しており、EPの低下により細胞外液からCa^<2+>が内リンパ腔に流入する事で[Ca]_eが上昇しているものと考えられた。現在は基本的な手技に加え、外リンパ潅流の手技を習得するため正常ラットを用いて実験を行っている。これに加え、申請者はモルモットのEPに対するCa^<2+>チャネルの役割に関する研究も行っており、この結果に関しては第83回日本生理学会(群馬)において発表した。

この結果、耳血管条細胞のうち辺縁細胞に限局してL型Ca^<2+>チャネル(α1_D)の強陽性反応が観察された。以上のことから、EPの発生には辺縁細胞が関与しており、辺縁細胞内のCa^<2+>濃度を適正に保つことがEPの維持に重要であることが明らかとなった。
政党類型論との接合による政党システム論の刷新

研究最終年度にあたる本年度においては,昨年度までに得られた知見,すなわち(1)「政党間競争から生じる相互作用のシステム」というG・サルトーリが提唱した動態的な「政党システム」理解が正当なものであるとの知見,および,(2)「政党間競争は何を目標に展開されるのか」を考える際,政党行動(目標)類型の複数性に関するK・ストロームの指摘がとりわけ重要であるとの知見,この2つの知見を踏まえ,複数の政党間競争とそこに生じる複数の相互作用システム(=政党システム)が,競争結果(システム出力)が次の競争の初期条件(システム入力)を形成する形で時系列的に連鎖するモデル(=政党間競争・政党システムの連鎖モデル)を構築することに努め,まずは日本比較政治学会2010年度研究大会において,その暫定的な成果を発表した。年度の後半は,政党研究の中堅第一人者たちとの対話を通じてこのモデルの妥当性を探り,それをさらに洗練する作業に充てた。最終盤に予定していた意見聴取会2回が,東日本大震災の影響で中止のやむなきに至ったことは残念であったが,寄せられた批判的意見を踏まえつつ,早期に学術研究論文をまとめ,政党間競争理解の抜本的見直しを通じた「政党システム」論の刷新の必要性を学界に向けて唱えたい。なお,年度の半ばに論文「「理念なき政党政治」の理念型」を発表したが,これは,主要政党の類型変容が現代デモクラシーの動態をいかに変化させ,さらにそれに応じて現代デモクラシーの最も根幹に位置する制度的装置たる選挙のあり方がいかなる変容を蒙らざるを得ないのかを,原理論的モデルとして記述したものである。本研究が当初掲げていた,競争戦略をメルクマールとする新たな政党タイポロジーの開発という研究目標は十分に達成できなかったものの,本論文の執筆を通じ,政党類型論を政党組織構造論から解き放つことにより,新たな議論が展開できることが確認できたと考える。平成20年度は,既存の政党類型を政党の競争戦略をメルクマールとする新たな類型に変換するための理論的検討作業を進めることを計画していた。そして年度前半は当初の計画どおり,これまで政党組織構造に着目して提唱されてきた代表的な政党類型を取り上げ,それらがいかなる競争戦略と親和的なのか(あるいは,いかなる競争戦略が採用困難なのか)について考察を加えた。P・メアーの近年の政党間競争構造論が特定の政党類型とリンクしていることを指摘した, 2008年度日本比較政治学会研究大会報告は,かかる作業の一環として行ったものである。ところが,年度の後半になって「政党システム」概念に対し再検討を加え始めたところ,政党組織構造の特色に着目する政党類型論のみを,変換を加えるべき政党類型論として取り上げる積極的な理由が,実は乏しいことに気付いた。そして,この観点から急に重要性を帯びて見え始めたのが,かつて連合理論研究の知見に基づきM・レイヴァーが「政党システム」の複数性を指摘し,同じく連合理論研究者のK・ストロームが, office-seeking/policy-seeking/vote-seekingという3つの政党(行為)類型を提唱していたという事実である。停滞している政党システム論の抜本的な刷新を図るには,既存の政党(組織)類型を政党競争戦略類型に変換し,それを政党システム類型に接合するといった,微温的なアプローチでは限界があり,むしろ政党類型論において主流をなしてきた政党(組織)類型論そのものの価値・意義を疑ってかかる必要があると考えるに至ったのである。これは当初の研究計画を大きく超える課題であるため,今後慎重に考察を進めてゆく必要があるが,すでに年度末から,他の政党研究者との意見交換を行いつつ,かかる観点から導かれる全く新たな「政党システム」論の構築作業を始めたところである。本年度は,連合理論研究の分野で提唱された政党行動(目標)類型論と政党システム論の接合可能性を集中的に探る予定であったが,それに先だって「政党ミステム」概念の再検討を行った結果,「政党間競争から生じる相互作用のシステム」という,G・サルトーリのダイナミックな「政党システム」理解の正当性を再確認するも,サルトーリ本人のみたらず後継者たるP・メアーでさえも,この「政党システム」理解に徹せられていないこと,そしてそれは,これまで政党システム研究者が政党間競争について,実は十分な考察を加えてこなかったとい事実に起因ことに気がついた。さらに,「政党間競争とは何であり,またいかなる競争が展開されているのか」という根本的な問いを考えるうえでこそ,政党行動(目標)類型の複数性についてのK・ストロームの指摘が重要であると確信するに至った。かかる知見を踏まえ構想したのが,<政党間競争・政党システムの連鎖モデル>であり,それは,複数の政党間競争とそこに生じる複数の相互作用システム(=政党システム)が,競争結果(システム出力)が次の競争のひとつの初期条件(システム入力)を形成するという形で時系列的に連鎖する構図を端的にとらえようとするものである。当初,新たな政党類型論との接合を通じた政党システム論の刷新を企図した研究は,政党間競争理解の抜本的見直しを通じた政党システム論の刷新という,より挑戦的な試みに転じたと言えよう。本年度後半には,政党研究の中堅第一人者たちとの対話を通じてこのモデルの妥当性を探るとともに,さらに広く学界に問うべく平成22年度日本比較政治学会研究大会で研究報告を行うこととし,その準備に着手した。なお,既存政党類型論の変換という微温アプローチの限界が明らかになったこともあり,当初本年度に予定していた海外での文献資料収集活動は,その必要性を再検討したうえで見送ることとした。

研究最終年度にあたる本年度においては,昨年度までに得られた知見,すなわち(1)「政党間競争から生じる相互作用のシステム」というG・サルトーリが提唱した動態的な「政党システム」理解が正当なものであるとの知見,および,(2)「政党間競争は何を目標に展開されるのか」を考える際,政党行動(目標)類型の複数性に関するK・ストロームの指摘がとりわけ重要であるとの知見,この2つの知見を踏まえ,複数の政党間競争とそこに生じる複数の相互作用システム(=政党システム)が,競争結果(システム出力)が次の競争の初期条件(システム入力)を形成する形で時系列的に連鎖するモデル(=政党間競争・政党システムの連鎖モデル)を構築することに努め,まずは日本比較政治学会2010年度研究大会において,その暫定的な成果を発表した。年度の後半は,政党研究の中堅第一人者たちとの対話を通じてこのモデルの妥当性を探り,それをさらに洗練する作業に充てた。最終盤に予定していた意見聴取会2回が,東日本大震災の影響で中止のやむなきに至ったことは残念であったが,寄せられた批判的意見を踏まえつつ,早期に学術研究論文をまとめ,政党間競争理解の抜本的見直しを通じた「政党システム」論の刷新の必要性を学界に向けて唱えたい。なお,年度の半ばに論文「「理念なき政党政治」の理念型」を発表したが,これは,主要政党の類型変容が現代デモクラシーの動態をいかに変化させ,さらにそれに応じて現代デモクラシーの最も根幹に位置する制度的装置たる選挙のあり方がいかなる変容を蒙らざるを得ないのかを,原理論的モデルとして記述したものである。本研究が当初掲げていた,競争戦略をメルクマールとする新たな政党タイポロジーの開発という研究目標は十分に達成できなかったものの,本論文の執筆を通じ,政党類型論を政党組織構造論から解き放つことにより,新たな議論が展開できることが確認できたと考える。
赤痢アメーバに特異的な脂質を介した選択的輸送システムの解明

赤痢アメーバにおいて小胞体から細胞表面へ輸送されるメカニズムを解明するため、Rab8A GTPase依存的に輸送される表面タンパク質の同定を試みた。まず、GTP固定型のRab8A-Q66L変異を発現する株の表面のビオチン化を行った。Rab8A-Q66L発現株は、赤血球への接着能が減少することが以前報告しているため、接着に必要な細胞表面タンパク質が提示できなくなっていることが予想された。ビオチン化タンパク質をストレプトアビジンビーズで精製し、銀染色を行ったところ、陰性対照の野生株に比較して、みかけの分子量30kDaのタンパク質がRab8A-Q66Lで減少していることが分かった。質量解析によって30kDaのタンパク質の同定を試みたところ、312アミノ酸残基のEHI_159620を候補として得た。EHI_159620の分子量は35.3kDaであり、シグナルペプチドや膜貫通領域が無く、一見、可溶性タンパク質であった。しかし、2番目のアミノ酸にグリシンが存在し、N-ミリストイル化修飾の可能性が考えられた。以前、ドイツのIris Bruchhausのグループが赤痢アメーバの細胞表面タンパク質の網羅的同定を報告しており、その中でEHI_159620は細胞表面に輸送されるタンパク質としての報告があった。EHI_159620の発現抑制株を作製したところ、赤血球の接着が低下した。よって、Rab8A依存的に輸送される表面接着に関与する新規のタンパク質が同定できた。細胞表面へのタンパク質輸送には、特定の輸送シグナルや脂質を介した輸送機構の存在が報告されているが、細胞内の輸送経路に着目した研究は少ない。申請者は、赤痢アメーバの表面タンパク質の輸送には、膜融合の分子スイッチであるRab8GTPaseに依存した経路と非依存的な経路があることを発見した。EhRab8依存的に輸送される表面タンパク質は、赤痢アメーバの病原性に重要な貪食と細胞接着に必要であった。本年度では、EhRab8依存的な選択的輸送機構の解明を目指すために、EhRab8結合タンパク質の同定を行った。myc-Rab8を発現する形質転換アメーバをクロスリンカーで架橋後に可溶化し、抗myc抗体での共免疫沈降を行ったところ、約35kDaのバンドが得られた。質量解析により共免疫沈降されたタンパク質を同定したところ、酵母Cdc50のホモログが得られた。EhCdc50を大量発現する形質転換アメーバを作製したが、貪食や接着に変化は示さず、EhCdc50は小胞体に局在した。酵母やヒト、リーシュマニア原虫では、Cdc50を大量発現させると複合体を形成する細胞表面のATPaseとともに小胞体にとどまり、細胞表面への輸送が阻害されることが報告されている。そこで赤痢アメーバでも、EhCdc50の大量発現により複合体のATPaseとともに小胞体にとどまっていると考えられた。リーシュマニア原虫ではCdc50とATPaseが小胞体にとどまることにより、細胞外からの薬剤が細胞内に浸透しないなめ、フォスフォコリンアナログ(ミルテフォシン)耐性の表現型を示すことが報告されている。そこで、EhCdc50大量発現赤痢アメーバの薬剤感受性を検討したところ、ミルテフォシン耐性を示すことが分かった。以上の結果によって、EhRab8はCdc50と結合しATPaseを選択的に細胞膜に輸送しているモデルが考えられた。今年度はEhRab8の結合タンパク質を同定することにより、細胞表面に輸送されるタンパク質の候補を単離することに成功した。しかし、一方で、EhCdc50を大量発現させてEhCdc50を小胞体にとどまらせても貪食や細胞接着に変化を示さなかったため、EhRab8によって輸送される接着に必要なタンパク質はEhCdc50ではないと考えられる。赤痢アメーバの表面タンパク質の輸送には、膜融合の分子スイッチであるRab8A GTPaseに依存した経路と非依存的な経路がある。EhRabA8依存的に輸送される表面タンパク質のうち、前年度では酵母Cdc50のホモログEhCdc50を結合タンパク質として単離した。EhCdc50の特徴として、ヒトや植物のCdc50との相同性がアミノ酸レベルで33-36%を示しさらに、植物のCdc50ホモログ(ALIS5)は酵母の低温感受性を相補するのに対して、EhCdc50は酵母のcdc50欠失変異の低温感受性を相補できなかった。また、EhCdc50は、細胞表面に提示される中央部分に、3カ所の糖鎖修飾を受けることが、糖転移酵素の阻害剤を用いて分かった。そもそも赤痢アメーバの糖鎖修飾酵素は、他種生物に比べて数が縮小しており、糖鎖修飾を受ける分泌タンパク質としてはシステインプロテアーゼや細胞表面レクチンに続く報告となる。他種生物ではCdc50はゲノムに3個から5個ホモログが存在しており、個々のホモログの局在は、トランスゴルジネットワーク、エンドソーム、細胞膜と局在が分かれている。赤痢アメーバのCdc50はゲノムに1つしか存在しないため、Cdc50の細胞表面ドメインを認識するポリクローナル抗体を作製し、定常状態でのEhCdc50の局在を観察した。その結果EhCdc50は細胞膜に局在することが分かった。

赤痢アメーバのゲノムにはCdc50と結合すると考えられるP4-type ATPaseが11個存在するため、細胞質に局在するATPaseはEhCdc50依存的に、またエンドソーム/TGNに局在するATPaseはEhCdc50非依存的に輸送されると考えられる。他種生物とは全く異なり、赤痢アメーバのCdc50が小胞体からRab8A GTPaseによって輸送されること、またEhCdc50の特徴を明らかにした。EhCdc50を大量発現させて小胞体にとどまらせても貪食や細胞接着に変化を示さなかったため、EhRab8によって輸送される接着に必要なタンパク質はEhCdc50ではないと考えられる。赤痢アメーバにおいて小胞体から細胞表面へ輸送されるメカニズムを解明するため、Rab8A GTPase依存的に輸送される表面タンパク質の同定を試みた。まず、GTP固定型のRab8A-Q66L変異を発現する株の表面のビオチン化を行った。Rab8A-Q66L発現株は、赤血球への接着能が減少することが以前報告しているため、接着に必要な細胞表面タンパク質が提示できなくなっていることが予想された。ビオチン化タンパク質をストレプトアビジンビーズで精製し、銀染色を行ったところ、陰性対照の野生株に比較して、みかけの分子量30kDaのタンパク質がRab8A-Q66Lで減少していることが分かった。質量解析によって30kDaのタンパク質の同定を試みたところ、312アミノ酸残基のEHI_159620を候補として得た。EHI_159620の分子量は35.3kDaであり、シグナルペプチドや膜貫通領域が無く、一見、可溶性タンパク質であった。しかし、2番目のアミノ酸にグリシンが存在し、N-ミリストイル化修飾の可能性が考えられた。以前、ドイツのIris Bruchhausのグループが赤痢アメーバの細胞表面タンパク質の網羅的同定を報告しており、その中でEHI_159620は細胞表面に輸送されるタンパク質としての報告があった。EHI_159620の発現抑制株を作製したところ、赤血球の接着が低下した。よって、Rab8A依存的に輸送される表面接着に関与する新規のタンパク質が同定できた。EhRab8によって輸送される接着に必要なタンパク質を同定するため、次年度は細胞表面全体のタンパク質をビオチン化し、野生型とEhRab8機能欠損の株のプロファイルを比較することにより、EhRab8によって輸送される積み荷タンパク質のより網羅的な同定を試みる。そして、複数の積み荷候補タンパク質に共通の輸送モチーフの同定を行う。EhRab8によって輸送される接着に必要なタンパク質を同定するため、最終年度は細胞表面全体のタンパク質をビオチン化し、野生型とEhRab8機能欠損の株のプロファイルを比較することにより、EhRab8によって輸送される積み荷タンパク質のより網羅的な同定を試みる。基礎的な実験条は既に確認済みであり、候補タンパク質のクローン化と形質転換アメーバ株の作製に既に着手している。海外との共同研究グラントを使用して、国際共同研究の打ち合わせの旅費を支出したため約30万円の繰越金が生じた。Rab8A依存的に輸送されるタンパク質を同定するために、細胞表面をビオチン化し、Rab8A発現抑制株特異的に細胞表面への提示が低下するタンパク質の同定を2年目に行う予定であった。
真核生物遺伝子の転写制御研究の推進

本重点領域は、互いにオーバーラップする方法を用いた関連の深い諸研究から成立っているので、その情報交換のためにも小さな班に分けることは好ましくないとの考えから、通常の班編成を行なわず、各研究分担者を独立とみなし、その代りに年一回、全員による十分な討論と情報交換の場を作ることを計画し、発足以来その趣旨に沿って計画を実行している。第3年目の活動は次の通りである。1)(1)転写制御コンファレンス湯ケ原厚生年金会館において、10月5日より7日まで3日間、研究分担者のほぼ全員及び同伴者の計60名の参加によって研究発表会が開かれた。(2)第3回「転写調節」公開シンポジウム12月8日1:00PM5:00PM九州大学医学部同窓会館においてシンポジウムを行った。2)ニュースレター「転写制御」の刊行本重点領域研究の趣意を徹底し、且つ研究分担者間の交流と便宜を計るため、ニュースレターを年3回発行することとし、実行した。且つ、同上の目的を以って研究分担者名簿を作成し、ニュースレターに含めて配布した。3)総括班の活動を審議するため、10月6日の「転写制御」コンファレンスの第2日目正午から午後1時まで第一回総括班会議を開催した。12月9日(本年度シンポジウムの翌日)午前に第2回総括班会議を開き、上記事項の確認と特にとりまとめの方法について検討した。4)海外派遣本重点領域研究に必要と考えられる情報収集のため、本年度は代表者の村松正實を第11回Nuclear Workshop(1989年9月18日23日、Suzdal,USSR)に派遣した。村松はシンポジウムで発表を行なうとともに、座長も務めた。
細胞成長を司るTORC1の活性化を誘導するアミノ酸感知システムの包括的理解

タンパク質の原料であるアミノ酸を細胞は厳密に感知しており、リン酸化酵素を有するTORC1がアミノ酸に依存して細胞内の細胞増殖・成長を制御する。出芽酵母におけるアミノ酸によるTORC1活性化経路として、既知のGtr/Ego経路とは独立した新規経路に介在するPib2を申請者はこれまでに見出している。更に、TORC1活性化経路はGtr/Ego経路とPib2が介在する新規経路(Pib2経路)の二経路しかないことを示し、全てのアミノ酸はこの二経路を経由しTORC1を活性化していることを明らかにしている。本研究では、新規TORC1活性化経路であるPib2経路の全貌及びその制御機構の解明に留まらず、各アミノ酸を感知するタンパク質(アミノ酸センサー)の同定を目的としている。平成30年度は以下に挙げる点を明らかにした。1TORC1の活性化状態の指標として基質であるSch9のリン酸化状態を検出することを目的に、TORC1によるリン酸化された部位を特異的に認識する抗体を作成した。これにより、化学的処理を必要とした以前の方法よりも格段に迅速かつ簡便に検証できるだけでなく、検出感度が大幅にあがった。2Pib2経路の分子機構を明らかにすることを目的にPib2の物理的・遺伝学的相互作用因子を複数単離・同定した。特にpib2の温度感受性株を独自に作製し、この変異株の多コピー抑圧因子を探索・単離した。3栄養源に依存してPib2タンパク質量が制御されていることを見出している。これはユビキチン・プロテアソームを介した分解に依ること、SCFユビキチンリガーゼが関与する予備的知見を得ていた。出芽酵母F boxタンパク質の中から、Pib2分解に関与するものを同定した。以上により、TORC1活性化経路であるPib2経路の全貌及びその制御機構の検証できる段階に至ったと考える。増殖・成長に必要不可欠である栄養素は、細胞により厳密に感知され巨大なタンパク質複合体TORC1に情報伝達される。TORC1はそのリン酸化酵素活性を介して細胞成長と代謝を制御する。十分な栄養源存在化でTORC1は活性化し、分解過程であるオートファジーを介した異化作用を抑制すると同時に、リン酸化を介して同化作用(生体内高分子化合物の合成)を亢進する。逆に栄養源がないと不活化し、基質の脱リン酸化を介して、同化作用の抑制、異化作用の亢進を誘導する。TORC1に相互作用するタンパク質として生化学的に単離・同定した一つがアミノ酸合成酵素であり、これまでTORC1との関連が未知であった。GFPを付加し細胞内局在を検証したところ、飢餓時に液胞膜上にGFPの輝点を形成した。この輝点はTORC1と共局在することから新規TORC1関連因子であると判明した。この酵素の欠損株でTORC1活性に差異は見られなかったので上流因子ではないと判断した。このタンパク質は生体内でリン酸化修飾されており、精製標品を用いた試験管内リン酸化実験により、TORC1が直接リン酸化した。従って、この酵素はTORC1によりリン酸化される下流因子であることが明らかとなった。さらにTORC1を阻害した時の細胞内アミノ酸濃度を測定したところ、この酵素が合成するアミノ酸の細胞内濃度が顕著に減少していた。すなわちTORC1の活性がアミノ酸の細胞内濃度を維持するのに必要であることを意味する。TORC1はタンパク質合成、脂質合成、核酸合成を促進することが知られていたが、今回初めてアミノ酸合成も制御していることが明らかになった。平成30年度の成果をもとに以下の点を明らかにする。1Pib2の物理的・遺伝学的相互作用因子の中から、PIB2遺伝子の欠損がGtr/Ego経路関連因子の破壊株と合成致死を示すことからgtr1破壊株との合成致死となること、Pib2と同じく液胞膜に局在すること、の2点を指標にPib2経路に関与する候補因子を絞る。2同定したユビキチンリガーゼの候補が直接Pib2をユビキチン修飾することを、精製標品を用いたin vitro系で検証する。栄養源に依存してPib2タンパク質量が制御されていることを見出している。またPib2が富栄養条件下で過度にリン酸化され、飢餓時に脱リン酸化されることを見出しており、質量分析を用いてリン酸化部位を同定した。リン酸化部位をリン酸化修飾されないアラニンに置換した変異体とアスパラギン酸やグルタミン酸に置換したリン酸化模倣変異体を作製し、Pib2タンパク質の安定性への影響を検証する。3アミノ酸感知タンパク質(アミノ酸センサー)の指標である個々のタンパク質のアイソトープラベルしたアミノ酸への直接結合能を測定する実験系を確立する。Pib2経路関連因子の中から、アミノ酸に直接結合し、TORC1に情報を伝達するアミノ酸センサーを単離・同定することを最終年度に行う。

本研究では、新規TORC1活性化経路であるPib2経路の全貌及びその制御機構の解明に留まらず、各アミノ酸を感知するタンパク質(アミノ酸センサー)の同定を目的としている。平成30年度は以下に挙げる点を明らかにした。1TORC1の活性化状態の指標として基質であるSch9のリン酸化状態を検出することを目的に、TORC1によるリン酸化された部位を特異的に認識する抗体を作成した。これにより、化学的処理を必要とした以前の方法よりも格段に迅速かつ簡便に検証できるだけでなく、検出感度が大幅にあがった。2Pib2経路の分子機構を明らかにすることを目的にPib2の物理的・遺伝学的相互作用因子を複数単離・同定した。特にpib2の温度感受性株を独自に作製し、この変異株の多コピー抑圧因子を探索・単離した。3栄養源に依存してPib2タンパク質量が制御されていることを見出している。これはユビキチン・プロテアソームを介した分解に依ること、SCFユビキチンリガーゼが関与する予備的知見を得ていた。出芽酵母F boxタンパク質の中から、Pib2分解に関与するものを同定した。以上により、TORC1活性化経路であるPib2経路の全貌及びその制御機構の検証できる段階に至ったと考える。増殖・成長に必要不可欠である栄養素は、細胞により厳密に感知され巨大なタンパク質複合体TORC1に情報伝達される。TORC1はそのリン酸化酵素活性を介して細胞成長と代謝を制御する。十分な栄養源存在化でTORC1は活性化し、分解過程であるオートファジーを介した異化作用を抑制すると同時に、リン酸化を介して同化作用(生体内高分子化合物の合成)を亢進する。逆に栄養源がないと不活化し、基質の脱リン酸化を介して、同化作用の抑制、異化作用の亢進を誘導する。TORC1に相互作用するタンパク質として生化学的に単離・同定した一つがアミノ酸合成酵素であり、これまでTORC1との関連が未知であった。GFPを付加し細胞内局在を検証したところ、飢餓時に液胞膜上にGFPの輝点を形成した。この輝点はTORC1と共局在することから新規TORC1関連因子であると判明した。この酵素の欠損株でTORC1活性に差異は見られなかったので上流因子ではないと判断した。このタンパク質は生体内でリン酸化修飾されており、精製標品を用いた試験管内リン酸化実験により、TORC1が直接リン酸化した。従って、この酵素はTORC1によりリン酸化される下流因子であることが明らかとなった。さらにTORC1を阻害した時の細胞内アミノ酸濃度を測定したところ、この酵素が合成するアミノ酸の細胞内濃度が顕著に減少していた。すなわちTORC1の活性がアミノ酸の細胞内濃度を維持するのに必要であることを意味する。TORC1はタンパク質合成、脂質合成、核酸合成を促進することが知られていたが、今回初めてアミノ酸合成も制御していることが明らかになった。平成30年度の成果をもとに以下の点を明らかにする。
縦磁界下の超伝導体内の量子化磁束の運動と電界構造

平板状Pb-In超伝導試料に平行に直流磁界を加えて電流を流したとき、長さ方向にほぼ1mmの間隔で配置した電圧端子で試料表面での電界構造を調べた。このとき十分大きな磁界の下では、ある部位において負の電界、すなわち加えた電流の方向とは逆の方向の電界が生じ、あるパターンが観測された。ただし、直流磁界と電流による自己磁界の比から見積もられる構造周期に比べて試料の長さが十分でなかったことから、構造の周期性は確認できなかった。このことから試料の横方向の電界も合わせて測定すると、電圧状態では試料の横方向にも電界が生じており、縦方向の電界と関連して正負の値を取ることが明らかになった。こうしたことから横方向の電界がホール効果によるものではなく、円柱状超伝導試料の場合と同様に磁束線の運動によるものであると結論される。結果的には電界についてのJosephsonの式が成立せず、電界はE=B×ν-gradφ(ただしBは磁束密度、νは磁束線の速度)の形に与えられることが理論的に示される。ここでφは単純な静電ポテンシャルでなく、磁束線の運動による誘導電界を与えるスカラーポテンシャルである。負の電界を与えるのがB×νである一方で、エネルギー損失に関与するのは-gradφの項である。なお、電圧状態における全体的な微分抵抗率は大まかには磁界の増加とともに増大し、定性的に横磁界下のBardeen-Stephenモデルに合う傾向にある。電流密度をずっと増加させていくと、臨界電流密度を超えて抵抗状態となり、さらに増加させていくと再び電気抵抗のない状態に戻る現象が初めて観測され、その再現性を確認した。ただし、こうした現象がどのような機構で起こっているのかについては明らかになっていない。平板状Pb-In超伝導試料に平行に直流磁界を印加し、電流を流したときに臨界電流密度が増加し、いわゆる縦磁界効果が測定された。このとき長さ方向に1mmおきに電圧端子を配して超伝導体の表面電界構造を調べた。その結果、ある部位において、直流磁界が大きくなるにつれて、加えた電流の方向とは逆の方向に電界が生じ、あるパターンが観測された。表面での磁界の形状から、電界はJosephsonの式とは異なってE=B×v-gradφの形となる。ここでvは磁束線の運動速度である。また対称性からエネルギー散逸などに関係する重要な成分は、横磁界の場合と異なってB×vの中になく-gradφの中にある。このときの抵抗率を磁界の関数として調べたところ、横磁界下と同様に磁界とともに増加しており、電界発生が磁束線の運動によることが明らかとなった。このことから、こうした方法が縦磁界下における酸化物高温超伝導体の電界が磁束線の運動によるものかどうかを解明する上で有効なことが期待される。なお、現在、酸化物高温超伝導体の縦磁界下での電界発生はゆらぎによるとの考えが提出されている。現在、こうした現象がどのような機構で起こっているのかについては明らかになっていない。平板状Pb-In超伝導試料に平行に直流磁界を加えて電流を流したとき、長さ方向にほぼ1mmの間隔で配置した電圧端子によって試料表面での電界構造を調べた。

このとき、十分大きな直流磁界の下では、ある部位において加えた電流の方向とは逆の方向に電界が生じ、あるパターンが観測された。昨年度の測定により試料の長さの制限のため、電界構造の長さ方向の周期性の確認が容易ではないことが明らかになったので、本年は平板試料の横方向の電界を合わせて測定した。これによると、電圧状態では試料の横方向にも電界が生じており、また縦方向の電界と関連して正負の値を取ることが明らかになった。こうした事実および、これらの電界が臨界値を超えた電流に対してのみ観測されることから、この横方向の電界がホール効果によるものではなく、円柱状超伝導試料の場合と同様に磁束線の運動によるものと結論される。結果的に電界についてのJosephsonの関係式が成立せず、電界はE=B×υ-gradφ(ただしBは磁束密度、υは磁束線の速度)の形で与えられることが理論的に示される。ここで、φは単純な静電ポテンシャルではなく、磁束線が運動することによって生じる電界、すなわち誘導電界を与えるスカラーポテンシャルである。そして負の電界を与えるのがB×υである一方で、エネルギー損失に関与するのは-gradφの項である。なお、電圧状態における全体的な微分抵抗率は大まかには磁界の増加とともに増大し、定性的にはBardeen-Stephenモデルに合う傾向にあるが、横磁界の場合よりも変化が急である。これは真にBardeen-Stephenモデルに対応するのは-gradφの項であるのに対して、観測された電界の中でこの項のみを分離できていないためであると考えられる。また、本研究の目的の一つとして、こうした測定を熔融法による酸化物のY-Ba-Cu-O試料で行おうとしたが、縦磁界下では臨界電流が大き過ぎて電圧状態に至らなかった。