hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超高圧電顕法によるシリコン結晶中の転位歪み場の解析とその破壊力学物性への応用

本研究の目的は,シリコン結晶の延性-脆性遷移(DBT)の機構を超高圧電顕法を駆使して明らかにすることである.このDBT挙動に大きく影響を与える転位は,亀裂先端近傍で発生すると考えられるが,既存のDBTに関する研究は,肝心の亀裂と転位の観察において,数mmのオーダーの巨視的観察しか行われておらず,転位構造を決定できる透過電子顕微鏡法を用いた転位の直接観察はほとんど行われていない.そのような中で本年度は,高温で三点曲げ試験を行い,ノッチ先端に転位を導入し,その周辺を赤外光弾性法により観察し,転位による応力遮蔽場の存在を実験的に示した.そして,加熱後の試料の亀裂先端近傍を,超高圧電顕法を用いて観察し,発生した転位の構造解析を詳細に行い,転位のDBTに及ぼす影響を考察した.まず,亀裂先端の転位による遮蔽場を可視化するために,赤外光弾性法観察を行った,ノッチを導入した試片を1000K付近で三点曲げ試験を行い,試片が破断する前に除荷し,室温にて赤外光弾性観察を行った.その結果,ノッチ先端に転位の応力場に対応した像が観察された.この像と光弾性シミュレーション像とを比較したところ良い一致が見られ,転位による応力場が圧縮場であることが実験的に実証された.次に,シリコン結晶にインデンテーション法で亀裂を導入し,加熱することで亀裂先端に転位を発生させた.すべり面が板面に垂直になっているHinge-type塑性域において,温度の上昇と共に,発生する転位の数が増え,クラック先端の転位密度が増加することが明らかになった.このことより,シリコンの破壊靭性値が,ある温度を境に急激に上昇する鋭い延性-脆性遷移は,亀裂先端近傍での急激な転位の増殖による応力集中緩和によって,説明できることが明らかとなった.本研究の目的は,シリコン結晶の延性-脆性遷移(DBT)の機構を超高圧電顕法を駆使して明らかにすることである.このDBT挙動に大きく影響を与える転位は,亀裂先端近傍で発生すると考えられるが,既存のDBTに関する研究は,肝心の亀裂と転位の観察において,数mmのオーダーの巨視的観察しか行われておらず,転位構造を決定できる透過電子顕微鏡法を用いた転位の直接観察はほとんど行われていない.そこで本年度は,まず{111}面亀裂を有する試片の破壊靭性試験を行い,破壊靭性値の温度依存性を測定した.そして,加熱後の試料の亀裂先端近傍を,超高圧電顕法を用いて観察し,発生した転位の構造解析を詳細に行った.室温から1273Kの各温度で高温三点曲げ試験を行い破壊靭性値を測定した結果,1123K付近において,10Kと言う狭い温度領域で急激な破壊靭性値の上昇が見られた.この試料の亀裂先端近傍を赤外光弾性法を用いて観察したところ,{111}面トレースに沿ったすべり帯と,転位による亀裂先端の圧縮場に対応した像が観察された.一方,ビッカース圧痕法により導入した亀裂先端の超高圧電子顕微鏡観察の結果,加熱後,亀裂前方に3本の完全転位と,亀裂から伸びる積層欠陥のエッジに部分転位が観察された.得られた像は発生初期の転位であると考えられ,それら転位の性格付けを行った結果,いずれの転位も亀裂先端を遮蔽するタイプであることが判った.さらに,亀裂先端から転位を発生させるのに要する局部応力拡大係数k_<IE>を計算したところ,完全転位におけるk_<IE>よりも,部分転位におけるそれの方が小さく,積層欠陥を伴っても,部分転位として放出される方が容易である事が明らかとなった.これらの知見は,DBT挙動を解明する上で重要な,亀裂先端から転位の発生・増殖シミュレーションにおいて必要である事項を実験的に示したという意味でも大変重要であると言える.本研究の目的は,シリコン結晶の延性-脆性遷移(DBT)の機構を超高圧電顕法を駆使して明らかにすることである.このDBT挙動に大きく影響を与える転位は,亀裂先端近傍で発生すると考えられるが,既存のDBTに関する研究は,肝心の亀裂と転位の観察において,数mmのオーダーの巨視的観察しか行われておらず,転位構造を決定できる透過電子顕微鏡法を用いた転位の直接観察はほとんど行われていない.そのような中で本年度は,高温で三点曲げ試験を行い,ノッチ先端に転位を導入し,その周辺を赤外光弾性法により観察し,転位による応力遮蔽場の存在を実験的に示した.そして,加熱後の試料の亀裂先端近傍を,超高圧電顕法を用いて観察し,発生した転位の構造解析を詳細に行い,転位のDBTに及ぼす影響を考察した.まず,亀裂先端の転位による遮蔽場を可視化するために,赤外光弾性法観察を行った,ノッチを導入した試片を1000K付近で三点曲げ試験を行い,試片が破断する前に除荷し,室温にて赤外光弾性観察を行った.その結果,ノッチ先端に転位の応力場に対応した像が観察された.この像と光弾性シミュレーション像とを比較したところ良い一致が見られ,転位による応力場が圧縮場であることが実験的に実証された.次に,シリコン結晶にインデンテーション法で亀裂を導入し,加熱することで亀裂先端に転位を発生させた.すべり面が板面に垂直になっているHinge-

type塑性域において,温度の上昇と共に,発生する転位の数が増え,クラック先端の転位密度が増加することが明らかになった.このことより,シリコンの破壊靭性値が,ある温度を境に急激に上昇する鋭い延性-脆性遷移は,亀裂先端近傍での急激な転位の増殖による応力集中緩和によって,説明できることが明らかとなった.
機能未知スプライシングアイソフォームの機能部位予測法の開発

現在、選択的スプライシングにより作られるスプライシングアイソフォームの配列情報が多数知られている。しかし、その多くは機能が不明であり、そもそも機能性があるかどうかが議論になっている。そこで、スプライシングアイソフォームが機能を持つかどうかを推定する方法を開発したところ、これまでに議論されているよりも多くのもので機能を持つことが示された。また、機能があると推定されるものについてその機能部位を推定する方法の開発を行った。その結果、開発した低分子結合部位予測法は以前のものよりも大幅に精度が向上していた。さらに、既存法に比べて良い精度で結合する低分子を判定できる手法を開発することができた。データベースに登録されているヒトのスプライシングアイソフォーム(SI)の大多数は、機能を持つかどうかが実験により調べられていない。また多くのSIで、機能部位の欠如や立体構造の不安定化が示されている。そこで、機能未知SIが生体内で機能を持つかどうかを推定し、機能部位が欠如したり立体構造が不安定化するにも関わらず機能を持つと推定されたものについては、それらの機能部位および結合する低分子を推定する方法を開発することを目的として、平成27年度は以下のことを行った。1.これまでに開発してきた機能未知SIの機能性推定法を高精度化するために必要となる機能既知SIのデータを、公共データベースおよび実験による機能解析の文献から、延べ400以上収集した。また、これまでの機能性推定法で用いていた発現情報の解析手順を見直し、偽陰性率を約10%程度低下させることができた。さらに、SIの発現解析の結果を選択的スプライシングのデータベースであるAS-ALPSに反映させた。2.これまでに開発してきた低分子結合部位予測法において、低分子グループの作成方法を見直し、119種類の低分子について結合部位を予測できるようにした。また、この解析結果を低分子化合物データベースであるHet-PDB Navi.に反映させ、さらにユーザーインターフェースの大幅な改良を施してHet-PDB Navi2として新たに公開した。3.数万人規模の健常人全エクソンバリアントデータベースであるExACからバリアントデータをダウンロードし、すでに構築しているMutation@A Glanceのリレーショナルデータベースに格納した。これら1塩基バリアントのデータを、タンパク質をコードするヒトRefSeqの配列上にマッピングし、立体構造および機能部位との比較を可能とするシステムの構築を行った。機能未知SIの機能性推定法の高精度化については、SIの機能情報収集が終了し、機能性推定法の精度も向上させることができている。また、低分子結合部位予測の高精度化については、個別の低分子種の予測精度は期待しているほど上昇はしていないものの、これまでよりも多くの低分子種の結合部位を予測できるようになっており、どの低分子種が結合するかを予測するための準備は整っている。最後に、SNVと機能部位との関係の解析については、システム構築が終了し、SNVと機能部位との関係をスコア化する準備ができている。以上のことから、総合的に判断して、概ね計画通りに進展している。既存の公共データベースにはヒトのスプライシングアイソフォーム(SI)が10万以上登録されているが、その大多数は機能が実験により明らかにされていない。また多くのSIで、そもそも機能を持たない可能性が指摘されている。そこで、機能未知のSIが生体内で機能を持つかどうかを推定すること、さらに、機能部位が欠如したり立体構造が不安定化するにも関わらず機能を持つと推定されたものについては、それらの機能部位および結合する低分子を推定する方法を開発することを目的として、平成28年度は以下のことを行った。機能未知SIの機能性を推定するために、機械学習(配向ブースティング)を用いた手法を開発した。この時、平成27年度までの解析では学習するデータ中に機能を持たないことがわかっているSIがほとんどないことが課題であったため、PUアルゴリズムと呼ばれる機械学習法も併用してこの課題に対処した。開発した手法を標準的ではないSIに適用した結果、そのうちの約3割のSIのみが機能性を持つと判定され、多くのヒトのSIが機能的に意味がない可能性が示唆された。平成27年度に公開を始めたHet-PDB Navi2に改良を加え、立体構造データと低分子種を指定すると結合部位を予測できるようにした。また、ベクトルマッチ法によるタンパク質ー低分子リガンドドッキング法を開発し、127種類の低分子に対する標的タンパク質への結合低分子予測の性能について評価した。その結果、既存の方法よりも高い予測性能を持つことがわかった。昨年度構築した、健常人全エクソンバリアントデータ解析システムを用いて、各SNVの立体構造および機能部位における特徴についての解析を行なった。その結果、SNVと機能部位との間には機能部位予測に使えるような明確な関連性が見られないことがわかった。機能未知SIの機能性評価法の高度化においては、機械学習のアルゴリズムを工夫することで、平成27年度に課題として残った機能を持たないことが実験的にわかっている例が少ないことに対処できるようになり、当該年度までの計画に沿って進んでいる。低分子結合部位予測の高精度化においては、当初予定してた機械学習に基づく方法ではないものの、SIに結合する低分子を予測する方法を開発でき、既存の手法に比べて良い結果が得られることがわかったため、ほぼ計画に沿って進められている。

一方で、SNVの情報を使った機能部位予測の開発においては、平成27年度に構築したシステムを用いた解析から、SNVと機能部位の間には機能部位予測に使えるような明確な関連性が見られないという、当初の作業仮説とは反した結果が得られており、予測法の開発には至っていない。また、機能を持つと推定したSIの実験的な検証を行うところについてはまだ準備段階にある。これらのことを勘案し、「やや遅れている」と判断した。公共データベースには多数のスプライシングアイソフォーム(SI)の配列情報が登録されているものの、その多くは機能が明らかにされていない。そこで、機能未知のSIが生体内で機能を持つかどうかを推定すること、及び、機能を持つと推定されたSIの機能部位および結合する低分子の推定法を開発することを目的として、平成29年度は以下の研究を実施した。1.平成28年度までに開発した機械学習によるSIの機能性推定法について、特徴ベクトルの見直し、及び、機械学習アルゴリズムの改良を行った。その結果、機能既知のSIの98%において正しく機能性があることが推定できるようになった。改良された推定法を用いると、タンパク質の発現が実験的に確認されていないSIの約60%が機能性を持つと推定され、改良前に比べてより多くのSIが機能性を持つことが示された。またこの結果から、近年議論されているよりも多くのSIがタンパク質機能の多様性へ寄与していることを示すことができた。2. SIで共通に使われているエクソンと選択的に使われるエクソンの間で一塩基変異(SNV)の分布の比較を行ったところ、病気に関わるSNVにおいて分布の偏りがあることが示された。この解析を発展させることで、病気に関わるSNVの分布からSIの機能性推定を行う研究へと展開できると考えられた。3.低分子リガンドとの結合に使われやすいアミノ酸残基の統計情報とタンパク質のポケットらしさを特徴ベクトルとした機械学習を行うことにより、低分子リガンド結合部位の予測精度を向上させ、さらに低分子リガンドが結合するかどうかを推定できるようにした。これにより、平成28年度までに開発したベクトルマッチ法によるタンパク質ー低分子リガンドドッキング法と合わせて、異なる2つの方法により低分子リガンドの結合が予測できるようになった。現在、選択的スプライシングにより作られるスプライシングアイソフォームの配列情報が多数知られている。しかし、その多くは機能が不明であり、そもそも機能性があるかどうかが議論になっている。そこで、スプライシングアイソフォームが機能を持つかどうかを推定する方法を開発したところ、これまでに議論されているよりも多くのもので機能を持つことが示された。また、機能があると推定されるものについてその機能部位を推定する方法の開発を行った。その結果、開発した低分子結合部位予測法は以前のものよりも大幅に精度が向上していた。さらに、既存法に比べて良い精度で結合する低分子を判定できる手法を開発することができた。機能未知SIの機能性推定法の高精度化においては、平成27年度に機能情報を収集したSIに基づいて機械学習を行う。
正常ラットと糖尿病モデルラットの網膜から採取した毛細血管細胞の研究

網膜毛細血管は、主に血管内皮細胞、血管周皮細胞(壁細胞)基底膜で構成され、相互連絡がある事から、gap junctionの存在を示唆される報告があるが、超微細構造を形態学的に報告されていない。また内皮細胞間はtight junctionだけでなされているとの報告がある。網膜毛細血管は、基本的に周皮細胞に覆われている血管であり、網膜毛細血管の内皮細胞間結合様式は全体的にはtight junctionとされているが、今回の研究で糖尿病モデルラット及び、正常ラットの網膜毛細血管において、電子顕微鏡を使いた超微細構造の観察で、細胞間結合がgap junctionにより結合しtight junctionがない部位が観察され、正常ラット、糖尿病ラットにおいて形態はほぼ同様であった。このことは糖尿病網膜症発症時に、内皮細胞間のtight junctionが消失したのでなく、正常な内皮細胞間でもtight junctionのないものが存在することが示唆される。周皮細胞ではgap junctionによる細胞間結合が観察された。このことは周皮細胞同士が連動して血流調節していることが示唆された。また一部に内皮細胞と周皮細胞とが軽い結合をしていることが観察され、両者の細胞が密接に関与して末梢血管循環系を形成していることが示唆され、正常ラット、糖尿病ラットにおいて超微細形態は、ほぼ同様であった。gap junction、tight junctionをそれぞれ同定するためにConnexin43、ZO1を用いて免疫染色を施行したが、電子顕微鏡を用いた検察と免役染色の結果とが必ずしも一致しなかった。このことは、細胞間結合がgap junction、tight junctionの混在の可能性を示唆しており、毛細血管のバリアーとして内皮細胞間結合がtight junctionだけでなされていない可能性がある。血管内皮細胞、血管周囲細胞(壁細胞)、平滑筋細胞は網膜血管を構成する上で重票な働きをしているが、これらの細胞における相互の関連について形態学的に調べた。ラットを二酸化炭素で堵殺した後、ウィンクラー法を用いて眼球から網膜を取り出した。実態顕微鏡下で網膜を広げ、トリプシン、コラゲナーゼ等の酵素処理を施した後、プリント法(ピューロらの方法)を用いて網膜血管を取り出すことに成功した。ヘマトキシレンーエオジン染色した網膜血管標本を光学顕微鏡で観察したところ、血管内皮細胞、血管周囲細胞(壁細胞)、平滑筋細胞がはっきりと観察できた。免疫染色及びカウンターステインとで、それぞれ構成する血管細胞が描出され、光学顕微鏡下で明確に観察できた。血管を構成するうえで、血管を流れる物質が血管から漏出しないように、タイトジャンクションがあり、また細胞間の連絡は主にケミカルメディエーターがギャップジャンクションを通ってなされるが、網膜血管ではそれらのジャンクションが電子顕微鏡下ではよく知られていない。そこで、ラットから眼球をグルタールアルデヒド等で電子顕微鏡用に固定して、包埋後に超薄切片を作成して観察したところ、それらのジャンクションの存在か示唆される結果が観察できた。今後は糖尿病をはじめとするモデルラットで同様にしらべ、正常ラットと比較し、血管構成細胞間の相互役割について形態学的、生化学的、分子生物学的に調べ、その機能を明らかにする予定である。
高密度ナノ発泡によるポリマー系ナノコンポジットの階層構造制御

エラストマーの発泡体は、断熱・遮音・低誘電・軽量部材として利用が期待されるが、それら機能が十分に発揮できる階層構造性のある高密度発泡体はない。本研究では二種類の架橋末端基を導入した相互侵入型ポリマーの架橋点間を調整したエラストマーを作成し発泡密度向上を検討した。超臨界二酸化炭素を利用したバッチ発泡を行い架橋密度の調整によりナノ孔は作られたが気泡数密度は未処理のエラストマーに比べ50倍程度しか向上せず不十分であった。他方で、異方性の高いナノフィラー成分を導入したナノコンポジット材料を作製したが、ナノ発泡体を作製するには研究期間内では至らなかった。今後も気泡数密度を向上させる発泡方法を検討する。有機・無機ハイブリット系のポリマー材料開発が盛んに行われているが、ポリマー中に分散した粒子群をどう三次元的に階層性を持たせて配置し、界面相互作用を顕在化させ機能発現させるか、は現在でも重要な課題である。本応募課題では、1ポリマー発泡過程で気泡が成長する拘束空間を形成してナノ発泡を形成する方法、2ナノ発泡させた気泡界面に金属をコーティングする、従来の視点とは異なるポリマー系ナノコンポジット材料を創製する方法を提案する。本研究の中心的な課題は、ナノスケールの気泡を高密度で発生させ気泡合一を抑制する、基礎的であるが挑戦的な課題であり、従来達成されている1000倍以上の気泡の高密度(18乗個/cm3以上)を目標とし、微細で高密度な気泡をつかってナノ粒子群の相互作用を顕在化させた機能性ナノコンポジット材料の開発を目指す研究である。本年度は以下の通りである。【IPN構造形成】ナノ発泡制御を目的として部分的に架橋構造を形成させるため、両末端にビニル基を複数もつフッ素系オリゴマーの末端処理を行った。次に、合成した官能基付きフッ素系オリゴマーとUV架橋用の光重合開始剤をいれ、超臨界二酸化炭素のポリマー相の可塑化効果を利用して100°C、120°C、140°Cの低温で混練した。窒素雰囲気でUV照射しフッ素系オリゴマーを架橋し、semi-IPN構造を形成し、SAXで分散や架橋不均性に由来するミクロ構造が形成されていないことを確認した。なお温度が高いとオリゴマーの蒸発が顕著となることも分かった。一方、カーボンナノチューブ(CNT)の解繊条件を明らかにするために、汎用ポリスチレンにCNTを導入し混練条件をふり、解繊条件を探索したところ、CNT欠損を少なくして解繊するためのせん断応力に閾値があることが分かった。【高密度ナノ発泡技術の開発】低温での二酸化炭素含浸用のシステムを設計・構築するための設計を行った。本研究の目的までにはまだ検討する項目はあるが、申請時に予定していた内容に従ってほぼ予定通りに発泡材料の開発および装置設計を行った。IPN構造材料の開発において、当初予定した混練によるCNT導入では、超臨界二酸化炭素中の高温・高圧混練では低粘度液体あるいは蒸気となって、CNT解繊に必要なせん断応力を作用することはできず分散は全く良くなった。そのため、CNT解繊条件を明確にするため、貴重な本サンプルを消費するよりは、汎用のポリスチレンを用いて、レオロジー的観点からCNTを解繊する条件を見いだした。この条件に合致するように末端処理したオリゴマーにCNTを解繊した状態で分散する予定である。一方で、グラフェン導入も検討したかったが、グラフェンは混練できる量を購入などで確保できなかった。そのため、グラファイトからグラフェン化をはかる方法(超音波破砕、酸処理)を検討した。しかし、XRD測定からグラファイトの積層間は変化がなく、単純な方法ではグラフェン化されないことが分かった。これも次年度以降も材料探索して対応を図る。装置設計では低温冷媒の導入の断熱や高圧配管の強度が厳しいことが分かり、実験条件の圧力をやや低くする必要がある。本研究の中心的な課題は、ナノスケールの気泡を高密度で発生させ気泡合一を抑制する、基礎的であるが挑戦的な課題であり、従来達成されている1000倍以上の気泡の高密度(10^18個/cm3以上)を目標とし、微細で高密度な気泡をつかってナノ粒子群の相互作用を顕在化させた機能性ナノコンポジット材料の開発を目指す。【semi-IPN, IPN構造形成】前年度に作成した、semi-IPN構造材料、IPN化構造材料を、引っ張り試験から得られたヤング率から確認し、架橋末端基数に対して架橋密度が増加したが、末端基の官能基数の組み合わせでその増加が異なることがわかった。【高密度ナノ発泡技術の開発】前年度に設計した低温での二酸化炭素含浸用の装置の作成を行った。しかし、高圧セル部のリークを改善できなかったため、別途発泡可視化セルを用いて架橋試料を超臨界二酸化炭素20MPa, 120°Cで48MPa/sで急減圧バッチ発泡した。

4官能基と2官能基の割合の調整により架橋密度を調整した結果、架橋密度に比例して気泡数密度が増加したが、検討した架橋末端数濃度が最も高い4官能基オリゴマー8wt%の場合、気泡径400nm程度の小さい気泡がまばらにでき、気泡数密度は3.5×10^9個/cm3に留まった。【ナノ発泡界面修飾】超臨界二酸化炭素による金属錯体の抽出の影響が大きく、金属錯体の還元には至らなかった。エラストマーの発泡体は、断熱・遮音・低誘電・軽量部材として利用が期待されるが、それら機能が十分に発揮できる階層構造性のある高密度発泡体はない。本研究では二種類の架橋末端基を導入した相互侵入型ポリマーの架橋点間を調整したエラストマーを作成し発泡密度向上を検討した。超臨界二酸化炭素を利用したバッチ発泡を行い架橋密度の調整によりナノ孔は作られたが気泡数密度は未処理のエラストマーに比べ50倍程度しか向上せず不十分であった。他方で、異方性の高いナノフィラー成分を導入したナノコンポジット材料を作製したが、ナノ発泡体を作製するには研究期間内では至らなかった。今後も気泡数密度を向上させる発泡方法を検討する。初年度に設計した高圧発泡システムを作り、低温での二酸化炭素含浸による発泡実験を行う。二酸化炭素の溶解度は、文献などを参考にして設定するが、フッ素系ポリマーについては申請者らが測定して評価する。対象材料の発泡温度は、本研究では独立発泡体を狙うので、30wt%程度の溶解量を保持した条件で、試料のガラス転移温度の数十°C上の温度で発泡させる。昇温発泡だけでなく、減圧発泡も検討するが、昇温発泡の方がポリマー相の運動性から気泡発生数は多いと期待される。本研究は、まずは高密度ナノ発泡の作製が目的であるので、CNT導入したIPN化した材料を作成し、それをナノ発泡後サンプルを取り出し、断面の気泡径やサイズ分布をSEM画像から画像処理して、ナノ発泡数密度が最大となる温度・ガス溶解等のプロセス条件を探索する。semi-IPN構造に用いたオリゴマー長の影響を比較し、ナノ発泡形成に空間的な拘束条件を与えているかどうかも判断する。高密度ナノ発泡(高密度1018個/cm3以上)とするために、二酸化炭素の溶解度を大きくしても破泡しないように炭素系材料と架橋点を導入しているが、単純に、炭素系材料の階層構造形成(気泡の表面層とポリマーの内部層、また、試料の表面のスキン層形成から内部構造)も観察評価する。この結果は、機能性構造部材を発泡誘起のモルフォロジーで制御する方法に繋がるので重要な知見と考える。最後に作製したナノ発泡体の製造法を使って、気泡界面に金属被膜を作製する方法を検討する。気泡表面の電気導電性と炭素系材料との親和性を高めた階層構造を考えて、金属錯体はCu錯体やNi錯体とし、金属錯体は、水素ガスなどを用いて還元する。金属被膜はsemi-IPN構造にトラップされて安定化されると思われる。高分子材料プロセッシング本研究にて、本年度ではグラフェン購入が高額であったため安価なグラファイトを元にグラファイトを用いた実験を行ったこと、また、高圧混練機に使用している高圧用シール材については、2016年後半から適合するものが少なくなってきている印象であるため、販売元との調整を行い購入を一時保留したため、その分が余る形となった。次年度では、実験消耗品への充当金額が少ないので、高圧混練機の高圧用シール材の購入に充てる。また、グラフェンが安く手に入りそうなので、それに充当する計画である。
芳香族大環状配位子の合成とその錯体の酸素還元触媒としての利用

含窒素炭素資源として天然に豊富に存在するピリジンを含む共役系大環状化合物の利用を検討してきたが、前年度までに1,10-フェナントロリン2分子が窒素2原子で結合したヘキサアザ大環状化合物の金属錯体が燃料電池のカソード電極用酸素還元触媒として有望であることを見出し、特にFe錯体,次いでCo錯体が高い触媒活性を示すことがわかった。今年度は配位子の影響を調べるために、ブリッジ窒素を炭素及び硫黄に変えることによる性質の変化を検討し、いくつかの興味ある知見を得た。まず2,9-ジクロロ-1,10-フェナントロリンをNaH存在下でシアノアセトアミドと反応させ、一段階で1,10-フェナントロリン2分子を含むテトラアザ大環状化合物を得、これがヘキサアザ化合物に比べ約50nm長波長シフトすること、即ち、π電子の非局在化が増すことがわかった。これのFe及びCo錯体を作り、回転ディスク電極により酸素還元能の評価を行ったところ、ヘキサアザ大環状化合物と異り、Co錯体がFe錯体より高い電流値を示した。しかし、反応電子数を求めたところ、Co錯体では2電子還元、Fe錯体では4電子還元と考えられ、触媒としてFe錯体が有効であることがわかった。更に、6,6′-ジブロモ-2,2′-ビピリジンとシアノアセトアミドとの同様の反応で、2,2′-ビピリジンを含む大環状化合物を得、ブリッジをアルキル化したところ、シス体とトランス体の2種類の大環状化合物を得た。いずれも【Li^+】と安定な錯体を作り、特にシス体で錯安定度定数が【Li^+】錯体で2.0×【10^6】,【Na^+】錯体で4.0×【10^2】となり、【Li^+】に対し極めて選択性が高いことがわかった。更に現在、2-クロロ-9-メルカプト-1,10-フェナントロリンを合成し、この2分子環化によりSをブリッジとする1,10-フェナントロリンを含む大環状化合物を得た。いくつかの金属錯体を得ることが出来たが、低次元導電体としての性質が期待される。
吃音のある児童の指導・支援の課題等データベースの構築

本年度は、(1)研究代表者の所属機関で実施した教育臨床相談の記録から、使用された課題の抽出とその効果の検証、(2)アセスメントプログラムの「在籍学級担任教員との連携・協力」で用いる吃音啓発ビデオ教材の試作を行った。(1)では、24名の教育臨床相談記録を元に、これらで使用した課題を(a)吃音の言語・心理症状、活動・参加の状況、困り感・ニーズの把握、(b)吃音の勉強、(c)スピーチセラピー、(d)発話・コミュニケーションの指導、(e)その他、に分類した。また、使用した課題の効果を検証するために、使用した課題と教育臨床相談実施前後のコミュニケーション態度テストや活動・参加状況質問紙、環境状況質問紙(以下、テスト等)の推移との関係を検討した。(2)では、在籍学級担任教員の吃音の理解と吃音のある子どもの支援について解説した10分程度のビデオ教材を作成し、教員養成課程在籍の学生28名を対象にその効果の検証を行った。その結果、(1)では、(i)ほぼ全ての回で(a)が行われている。(ii)指導は、(b)、(c)、(d)の順番で進められることが多い。(iii)ただし、( a)で活動・参加に困難が認められた場合は指導初期であっても(d)が導入されることがある。(iv)構音障害や言語・コミュニケーションの発達の遅れなどがある場合は(e)でこれらへの対応が行われる。(v)小学校低学年から指導を開始した者は、高学年になるにつれテスト等の結果が向上する(吃音の問題が少なくなる)場合が多い、等の結果が得られた。(2)では、ビデオ視聴前後で、(i)「吃音知識テスト」に有意な得点の上昇が見られる、(ii)「吃音への認識や対応に関する質問紙」で吃音に対する理解や対応にポジティブな変化がみられる等の結果が得られた。本年度は、当初計画通りに、24名の筆者の所属機関で実施した教育臨床相談の結果から使用された課題の抽出とその効果の検証を行った。また、上記に加え、アセスメントプログラムの在籍学級担任教員との連携・協力で用いる吃音啓発ビデオ教材を試作し、教員養成課程在籍の学生を対象にその効果の検討も行った。ただし、本年度は、当初計画していた通級指導教室担当教員へのアンケート調査及びインタビュー調査を行うための準備(調査に係る研究倫理審査受審及び、通級指導担当教員への調査協力の依頼)ができなかった。上記を勘案し、現在までの進捗状況は、(2)おおむね順調に進展している、とした。次年度は、当初計画に基づき、通級指導教室担当教員への通級指導で使用している課題等を尋ねるアンケート及びインタビュー調査を実施すると共に、筆者の所属機関で試用している教育臨床相談で使用した課題と通級指導で使用している課題をアセスメントプログラムの枠組に基づき分類・整理した課題等データベースを作成する。また、次々年度は、関連学会や当事者団体のシンポジウムや公開討論などで、課題等データベースに基づく指導・支援の妥当性や修正を要する点について意見を聴取すると共に、申請者の所属機関及び研究協力が得られた通級指導教室での試用を行う。なお、試用にあたっては、通級指導教室担当教員を対象とした課題等データベースに基づく指導・支援についての情報提供をするWebサイトを作成する。

本年度は、当初計画通りに、24名の筆者の所属機関で実施した教育臨床相談の結果から使用された課題の抽出とその効果の検証を行った。また、上記に加え、アセスメントプログラムの在籍学級担任教員との連携・協力で用いる吃音啓発ビデオ教材を試作し、教員養成課程在籍の学生を対象にその効果の検討も行った。ただし、本年度は、当初計画していた通級指導教室担当教員へのアンケート調査及びインタビュー調査を行うための準備(調査に係る研究倫理審査受審及び、通級指導担当教員への調査協力の依頼)ができなかった。上記を勘案し、現在までの進捗状況は、(2)おおむね順調に進展している、とした。次年度は、当初計画に基づき、通級指導教室担当教員への通級指導で使用している課題等を尋ねるアンケート及びインタビュー調査を実施すると共に、筆者の所属機関で試用している教育臨床相談で使用した課題と通級指導で使用している課題をアセスメントプログラムの枠組に基づき分類・整理した課題等データベースを作成する。また、次々年度は、関連学会や当事者団体のシンポジウムや公開討論などで、課題等データベースに基づく指導・支援の妥当性や修正を要する点について意見を聴取すると共に、申請者の所属機関及び研究協力が得られた通級指導教室での試用を行う。なお、試用にあたっては、通級指導教室担当教員を対象とした課題等データベースに基づく指導・支援についての情報提供をするWebサイトを作成する。当初計画立案時に計上していた研究機材等が、研究代表者が既に所有の物品で賄えることがわかったため、当該機材の購入を見送った。また、当初予定していたアンケート調査及び課題等データベースに基づく指導・支援についての情報提供に用いるWebサイトの構築を次年度に変更とした。さらに、国際学会発表旅費について、日本国内で開催された国際学会に参加したため当初想定の経費を要しなかった。次年度は、今年度構築できなかったWebサイトを構築し、今年度作成した在籍学級担任教員を対象とした吃音啓発ビデオ教材等も公開するとともに、通級指導教室担当教員へのアンケート調査及びインタビュー調査に要する費用(インタビューに要する旅費など)に本年度未使用額を充当する計画である。
術中心停止に対する経皮的心肺補助(PCPS)による蘇生法標準化の研究

今年度、表記の研究課題について以下のことを明らかにした。1.全国の麻酔指導病院を対象とした、術中心停止時のマニュアルに関するアンケートを配付し、マニュアルの有無、PCPSを使用した蘇生の経験の有無、臨床工学技師のレベル、院内の協力体制の有無、PCPSを扱えるかという問題、PCPSの適応に関する意見を調査した。2.PCPS開始決定時の循環器外科、内科、臨床工学部門への連絡経路を作成した。3.手術室内で行われる術式、体位で分類した、送血管、脱血管挿入部位の決定、手順を作成した。4.モニタリングの部位と内容として、パルスオキシメーター、呼気終末炭酸ガスモニタリング、観血的動脈圧モニタリング、中心静脈圧モニタリング、スワンガンツカテーテル挿入、経食道心エコーの施行、各種カテーテルの挿入部位をマニュアル化した。5.手術内容、部位、時期による抗凝固療法(ヘパリン)の量の決定、抗凝固のモニタリングの間隔(開頭手術、開胸手術、開腹手術、四肢体表手術)(手術開始前、中、止血後、終了後)(ACT200秒3時間毎)などをマニュアル化した。7.脳保護法とそれに関するモニタリング(midazolam. Propofol, thiopental,ステロイド、低体温、過換気)(脳圧モニタリング、内径静脈酸素飽和度モニタリング、脳波モニタリング)の方法をマニュアル化した。8.体温を決定した。(常温管理、軽度低体温管理、中等度低体温管理)9.手術室内にPCPS回路およびPCPS装置を常備できるかという問題、コスト的な検討を行なった。平成13年度は主に資料と情報の収集を行なった。情報の元は主にMedlineにおける文献検索を行なった。ただしこのテーマはまだ文献として一般化しているものは少ないので、同時に国内におけるおもだった学会、研究会の学会抄録集における同様のテーマの情報収集を行なった。これらは日本心臓血管麻酔学会、日本循環制御医学会、日本集中治療医学会雑誌、日本救急医学会雑誌、日本蘇生学会誌(蘇生)である。これらの情報収集から手術中の心停止に対する経皮的心肺補助(PCPS)の使用状況は極めて限られているという実態が分かってきた。しかも、手術中の心停止は手術を行なうどの施設にも発生する可能性があるにも関わらず、経皮的心肺補助(PCPS)は極限られた規模の施設でしか行なえないという問題もあった。これは治療の性質(非常に高度先進医痕)を考慮すると当然であるが、一方で、同様の規模の旅設であっても、担当部署の未整備などからこれらの医療が実践できない可能性も示唆された。したがってこれらの医療の実践には担当医師の能力経験以外に院内のシステムの整備も重要と考えられる。施行状況はどうかというと、方法は施設により異なり標準的な方法は選択されてはいない。手術中の心停止に対する経皮的心肺補助(PCPS)は日常的に頻回にある医療行為ではない。しかし必要になったときには分単位の極めて迅速な対処を必要とする.これらの問題を解決するためには、知っていて経験している人のみが行なえるという医療行為から、標準的な方法を一般化して教育普及する方が、患者に対する利益還元につながることが考えられた。したがって今後の問題は、院内システムの整備と方法の標準化を示す事と考えられる。8.体温を決定した。
日本語・ウルドゥー語の言語接触－在日南アジア系ムスリムコミュニティの例－

本年度は、日本語とウルドゥー語の接触現象の分析という研究の目的に沿って、言語形式、語用論、および社会文化的背景などの言語外的な要因という3つの観点から、昨年度発見したcrossing現象を分析した。【言語形式から】在日パキスタン人児童が日本語が流ちょうにも関わらず、時にコミュニティ内の成人の第二言語としての日本語変種のように話すこのcrossing現象は、フォリナートークや、中間言語や、無標に使われているL変種ではないことを指摘した。また、多くが音声・音韻的なものであったが、パラ言語的特徴も伴っており、言語内のスタイルであるという見方(南アジア系日本語スタイル)が適切であると指摘した。晦【語用論から】上のことを踏まえ、南アジア系日本語スタイルの談話における使われ方を分析した。このスタイルはコミュニティ内でよく知る成人との会話において、成人の発言内容に対する反発として現れることが多いため、自分が児童として権力がないところで、成人と同等の立ち位置に立つためのストラテジーとして使用されていると指摘した。【言語外的な要因】関東首都圏の多くのモスクは多数者が南アジア系であっても、日本人やその他の地域出身の移民を含む多民族的なコミュニティである。そのため、ウルドゥー語だけでなく、日本語と英語が話し言葉や書き言葉の上で共通語となっている。在日南アジア系ムスリムにとっては、言語や民族、国民国家としてのアイデンティティよりも、宗教アイデンティティおよびグローバルな労働において必要とされることの多い英語という言語資本を保持し増強させようという価値観が強い。言語教育の観点から、出身国や言語集団で語られがちであった移民コミュニティの言語使用を捉え、応用に結びつけるためには、このように民族や言語集団ではとらえきれない、多様性をはらむコミュニティの動的かつ質的な研究の視点が求められる。本年度4月から12月は、モスク補習教室調査のフォローアップを行うと同時に、日本のムスリムコミュニティおよび在日南アジア系ムスリムコミュニティのモスク以外での言語使用を調べるためフィールドワークを行った。その結果、言語や国籍よりもムスリムとしてのアイデンティティが強く意識され、重視されていることが確認できた。また、日本語の使用に関しては以下のことがわかった:(1)全員が南アジア系の家庭内でも日本語が使われないことはない、(2)家庭内での役割や渡航時期の違いから、日本語の運用能力や期待される運用能力が男女で異なる(男性>女性)、(3)家庭内の談話においても、日本語の言語能力が象徴するものがそれぞれの社会的役割に応じて異なる、(4)書き言葉に対して不安がありそれが社会に出る心理的な障害になっている、(5)女性も日本語運用能力の向上をさせたいと考えている。平成23年1月からは研究拠点をロンドン大学へ移し、ロンドンやイングランド北部の南アジア系コミュニティの調査を行いながら、移民の多言語使用に関する最先端の研究に触れた。英国の南アジア系の多く住む地域では、独自の宗教や衣食住が実践できるだけでなく、図書館などの公共サービスでも南アジア系の言語が充実している。しかし、英国の南アジア系ムスリムは日本の南アジア系ムスリムよりもイスラームに対するマジョリティ社会の不信を大きく感じているのと同時に、ムスリムの多さから特に女性は日本ほどは多国籍のムスリムと深く付き合う機会が少ないという印象を受けた。日本と英国とでは環境が大きく異なるが、宗教アイデンティティの重視や家庭内の社会的役割と言語の関係など言語とアイデンティティの問題は共通項がほとんどだということがわかった。このことは、英国の諸補習教室での言語切り替えのパターンが言語・文化に関わらず似ており、研究代表者のデータとも似ていることと一致している。本年度は、日本語とウルドゥー語の言語接触のうち、児童および教師による言語使用を分析した。特に、子供を教育したり守ったりする大人としての役割と、児童および大人の庇護およびしつけを受ける子供としての役割という相互作用的な観点を取り入れるため、欧米で盛んになっている言語人類学および応用言語学の枠組みから共時的および通時的な質的分析を行った。研究計画にあった異文化コミュニケーション論の枠組みでは、言語接触の現象を話者のそれぞれの文化の接触と捉える。しかし、南アジア系モスクでそれぞれ多文化的な背景をさまざまなかたちで持つ成員が相互作用を行って文化を生成していることを考えると、教師と児童を実践の共同体(community of practice)として捉えることが適切であることがわかった。日本の言語接触を実践の共同体という概念を扱いながら民族誌的に研究したものはまだない。英国ロンドン大学での滞在や、国際学会等での学術交流により、最先端の理論や議論に触れることができたため、今後は、欧米での移民コミュニティの言語使用の研究が多い中で、社会的・文化的・言語的な状況が異なる日本というフィールドからの研究として、より一層国内外の学術的な発展に貢献できると考えている。本年度わかったことは、南アジア系モスクでの教師・児童の接触場面では、日本語の使用が前提とされ、ウルドゥー語は意思伝達が特に重要な場面、英語は話者同士の葛藤を回避する必要のある場面で使用されるという点である。また、児童の(language)crossing現象に関する日本初の研究発表が、国内外で関心を集めた。一般的に、Crossingはマクロレベルでは社会における言語イデオロギーやエスニシティに関するイデオロギー、ミクロレベルでは談話における役割やアイデンティティと結びついており、本研究の例では日本社会における日本語の流暢さと外国人性の関係に関するイデオロギーと結びついているということがわかってきた。【言語形式から】

在日パキスタン人児童が日本語が流ちょうにも関わらず、時にコミュニティ内の成人の第二言語としての日本語変種のように話すこのcrossing現象は、フォリナートークや、中間言語や、無標に使われているL変種ではないことを指摘した。また、多くが音声・音韻的なものであったが、パラ言語的特徴も伴っており、言語内のスタイルであるという見方(南アジア系日本語スタイル)が適切であると指摘した。晦【語用論から】上のことを踏まえ、南アジア系日本語スタイルの談話における使われ方を分析した。このスタイルはコミュニティ内でよく知る成人との会話において、成人の発言内容に対する反発として現れることが多いため、自分が児童として権力がないところで、成人と同等の立ち位置に立つためのストラテジーとして使用されていると指摘した。【言語外的な要因】関東首都圏の多くのモスクは多数者が南アジア系であっても、日本人やその他の地域出身の移民を含む多民族的なコミュニティである。そのため、ウルドゥー語だけでなく、日本語と英語が話し言葉や書き言葉の上で共通語となっている。在日南アジア系ムスリムにとっては、言語や民族、国民国家としてのアイデンティティよりも、宗教アイデンティティおよびグローバルな労働において必要とされることの多い英語という言語資本を保持し増強させようという価値観が強い。言語教育の観点から、出身国や言語集団で語られがちであった移民コミュニティの言語使用を捉え、応用に結びつけるためには、このように民族や言語集団ではとらえきれない、多様性をはらむコミュニティの動的かつ質的な研究の視点が求められる。本年度は、英国ロンドン大学にて客員研究員として滞在して学術交流を行った上、米国、英国、欧州の学会に参加し、研究発表を行うことができた。その結果、欧州に限らずアジアの研究者からも現在の研究についてのフィードバックが得られた。英語での学術交流の能力も向上し、現在国際誌の投稿の準備を進めている。当初の研究計画では、異文化コミュニケーション論に基づいた在日南アジア系コミュニティにおける日本人女性とパキスタン人女性の談話の研究を行う予定であった。しかし、欧米での最先端の研究に触れ、異文化コミュニケーションの枠組みよりも、言語人類学や応用社会言語学の枠組みの方が、フィールドの実態としての日本社会と移民コミュニティの関係と多言語使用の関係を分析するのに適していることがわかった。次年度は、今年度以上に、言語接触の実態を移民コミュニティ内で完結したものとして分析するのではなく、欧米で盛んなマクロな言語社会学との関連で論じるため、8月の国際学会での発表や国際誌への投稿に向けて準備を進める予定である。
脊髄反射の興奮性と咀嚼との相関に関与する中枢神経機構の生理学的解析

【1】健康成人男性5名の被験者に,自発性にチューインガムの咀嚼ならびに上下の歯を接触させないでリズミカルな開閉口運動を行わせ,これに一致するヒラメ筋H反射の変調について検索し,(1)どちらのリズミカルな顎運動の遂行中にも,H反射の振幅は持続的に増大する,(2)閉口運動相と開口運動相との間で,振幅増大の程度には有意差は認められない,ことを見いだし,(1)ヒトヒラメ筋H反射は,噛みしめ時だけでなく,咀嚼運動時にも持続的促通を受ける,(2)この促通には口腔内機械受容器からの求心性情報は不可欠ではない,と結論した。【2】つぎに,リズム顎運動中の下腿筋のH反射のこの促通の様式および中枢神経機構を,ウレタン麻酔下のウサギを用いて解析した。下腿伸筋を支配する脛骨神経および下腿屈筋を支配する総腓骨神経にそれぞれ2対の銀線双極電極を装着し,近位の電極を介する刺激によって誘発される単シナプス性反射電位(H反射を誘発する遠心性発射活動)を遠位の電極で記緑し,皮質咀嚼野連続刺激によって誘発される咀嚼運動中のこの反射の変化を検索し,(1)どちらの神経の反射電位も,咀嚼運動の発現に一致して,振幅が持続的に増大する,(2)この増大の程度は,閉口運動相と開口運動相との間で有意差はない,(3)非動化後,どちらの神経の反射電位も,皮質咀嚼野刺激により誘発されるfictivemasticationに一致して増大する,ことを見いだした。また,(4)脛骨神経および総腓骨神経それぞれの刺激により腰髄前角の運動ニューロンプールに誘発される逆行性細胞外電位の振幅は,皮質咀嚼野刺激による咀嚼運動に一致して持続的に増大した。以上の結果は,(1)咀嚼運動中の下腿筋のH反射は持続的に非相反性促通を受ける,(2)この促通には口腔内機械受容器からの求心性情報は不可欠でない、(3)運動ニューロンの興奮性の上昇がこの促通に関与している,ことを示している。咀嚼機能と体性運動機能との相関について、研究代表者らは、健康成人において噛みしめ行為とヒラメ筋H反射との相関の有無を検索し、噛みしめによりこの脊髄単シナプス反射が著しく促通を受けること、その促通の程度は咬合力と正の相関を示すことを、これまでに見いだした。本研究は、動物モデルを用いて、噛みしめを含む咀嚼活動と脊髄単シナプス反射の興奮性との相関の中枢神経機構を、生理学的手法で解析することを目的とする。本年度は、本研究で用いる動物モデルの開発を目指し、以下の実験を遂行した。ウレタン麻酔下の成熟ウサギの両側の咬筋および前顎二腹筋に、先端を露出した1対のエナメル被覆鋼鉄線をそれぞれ刺入し、筋電図の記録電極とした。ついで伏臥位で頭部および左側後肢を固定した。

左側膝窩で脛骨神経(TIB.N)を周囲組織から分離し,外側腓骨筋・ヒラメ筋神経(LGーS.N)を末梢で結紮した後、これらの神経を流動パラフィンのプ-ル内に保持し、TIB.NおよびLGーS.Nに双極銀線電極を装着し、それぞれ刺激および記録電極とした。ついで、右側前頭ー頭頂部を開頭し、硬膜を開いて皮質咀嚼野を露出し、タングステン電極を刺入し、咀嚼運動誘発のための刺激電極とした。TIB.Nの単一電気刺激はLGーS.Nに、潜時3.5ー4.0ms、最大振幅20ー40uVの単シナプス性の反射電位(ヒラメ筋の誘発筋電図のH波を誘発する遠心性斉射)を誘発した。この反射電位は、皮質咀嚼野連続電気刺激あるいは口腔内の持続的非侵害性機械刺激により誘発された咀嚼運動ならびに自発性咀嚼運動の発現時に、14ー85%にも達する顕著な持続性促通を受けた。しかし、開口相と閉口相との間で、促通の程度に有意差は認められなかった。現在、脊髄単シナプス反射のこの促通に対するシナプス前および後の興奮ならびに脱抑制の機構の関与の解析を進めている。昨年度の検索によって、ヒトのヒラメ筋H反射は、咀嚼運動およびリズミカルな顎運動遂行中に持続的に促通を受けることが明かにされた。しかし、(1)下腿筋H反射の促通の様式が相反性か非相反性であるか、(2)この促通に口腔内機械受容器からの感覚精報が不可欠の役割を果たしているか、(3)この促通に運動ニューロンの興奮性の上昇が関与するか、は明かでなかった。そこで今年度は、これらの点を解析した。ウレタン麻酔下のウサギで、下腿伸筋を支配する脛骨神経および下腿屈筋を支配する総腓骨神経にそれぞれ2対の銀線双極電極を装着し、近位の電極を介する刺激によって誘発される単シナプス性反射電位(H反射を誘発する遠心性発射活動)を遠位の電極で記録し、皮質咀嚼野連続電気刺激によって誘発される咀嚼運動時の動態を検索した。その結果、(1)どちらの神経の反射電位も、咀嚼運動時に持続的に促通される、(2)この促通の程度は、閉口運動相と開口運動相との間で有意差はない、ことが明らかになった。また、非動化後、皮質咀嚼野刺激により誘発されるfictive masticalionを舌下神経のリズミカルな群発発射でモニターして、これに一致する脛骨神経および総腓骨神経の反射電位の変化の検索により、(3)どちらの反射電位もficcive masticationに一致して持続的促通を示す、ことが判明した。つぎに、脛骨神経および総腓骨神経それぞれの刺激によって腰腿前角運動ニューロンプールに誘発される逆行性細胞外電位を記録し、(4)どちらの神経刺激による逆行性電位も、皮質咀嚼野刺激による咀嚼運動時に持続的に振幅が増大する、ことを見いだした。以上の結果は、(1)咀嚼運動遂行中の下腿筋のH反射は持続的に非相反性促通を受ける、(2)口腔内機械受容器からの末梢性入力はこの促通に不可欠ではない、(3)この促通には、これらの筋を支配する運動ニューロンの興奮性の上昇が関与している、ことを示している。
運動療法がストレス誘発性の顎顔面痛を軽減する脳メカニズム

心理ストレスは痛みを増大する。歯科領域でよく見られ、慢性痛を主症状とする顎関節症もストレスが危険因子である。本研究ではストレスが誘発する顔面痛の脳メカニズムを解明する。特に痛み調節の脳内メカニズムである、下行性疼痛制御系に対するストレスの影響に着目する。下行性疼痛制御系の主役は、延髄に位置する大縫線核である。そして大縫線核の機能を変調させる上位脳から側坐核を取り上げる。側坐核は、やる気の中枢である。そしてストレス状態での、やる気の減退は側坐核の機能低下である。本研究では、ストレス誘発性の顎顔面痛を大縫線核の機能変化であると位置づけ、同部を制御する上位脳から側坐核の関わりを明らかにする。
磁性半導体のメゾスコピック光誘起磁気効果に関する研究

希薄磁性半導体(DMS)は、スピンエレクトロニクスにおける中心材料として期待されているが、応用面で重要となるミクロな磁気的特性はほとんど報告されてない。そこで本研究では、III-V族のDMSである(Ga,Mn)As薄膜(面内磁化、膜厚t=1.0及び0.2μm)について、走査SQUID顕微鏡(SSM)を用いて磁区観察を行い、さらにt=0.2μmの試料に対して光照射効果についても観測を行った。低温250°Cにおける分子線エピタキシー(MBE)法により、(Ga,Mn)As薄膜を作成した。Mnの組成はそれぞれ4.7、5.3%であり、強磁性転移温度はいずれもおよそ90Kであった。また、SSM観察は低温(3K-100K)無磁場下において行った。同装置は試料面に垂直方向の磁場分布Bzを検知する。SSMによる観測の結果、t=1.0μmの試料では、通常の強磁性体とは異なる特異な円形磁区構造を見出したが、観測された磁場はモデル計算の結果に比べ小さく、膜厚方向に対しても複数の磁区が存在することを示唆する。一方、t=0.2μmの試料では、通常のストライプ型に近い磁区構造を観測した。Bz値は300μTまで達し、理論値にほぼ等しい。この結果は、同試料においては、試料面垂直方向には単磁区構造となっていることを示している。次に、t=0.2μm試料に対して光照射効果を調べた。光照射中の磁場の値は、未照射値40μTに比べおおよそ1.2倍に増強し、光照射を止めると元の磁場値に戻った。ただし磁場変化は遅く、3Kでは照射直後から最大磁場に達するまでに約50分を要した。この応答時間τは温度に依存し、温度が上昇するにつれτは減少する傾向を示した。さらにレーザー強度を半減させると磁場値の増加も半減した。このように0.02mW/mm^2と弱いレーザー強度で、しかも大きな磁場の増強が観測されたのは、本研究がはじめてである。そこで本研究では、III-V族のDMSである(Ga, Mn)As薄膜(面内磁化、膜厚t=1.0及び0.2μm)について、走査SQUID顕微鏡(SSM)を用いて磁区観察を行い、さらにt=0.2μmの試料に対して光照射効果についても観測を行った。低温250°Cにおける分子線エピタキシー(MBE)法により、(Ga, Mn)As薄膜を作成した。同装置は試料面に垂直方向の磁場分布B_zを検知する。

B_z値は300μTまで達し、理論値にほぼ等しい。この結果は、同試料においては、試料面垂直方向には単磁区構造となっていることを示している。次に、t=0.2μm試料に対して光照射効果を調べた。光照射中の磁場の値は、未照射値40μTに比べおおよそ1.2倍に増強し、光照射を止めると元の磁場値に戻った。ただし磁場変化は遅く、3Kでは照射直後から最大磁場に達するまでに約50分を要した。この応答時間τは温度に依存し、温度が上昇するにつれτは減少する傾向を示した。さらにレーザー強度を半減させると磁場値の増加も半減した。このように0.02mW/mm^2と弱いレーザー強度で、しかも大きな磁場の増強が観測されたのは、本研究がはじめてである。希薄磁性半導体(DMS)は、スピンエレクトロニクスにおける中心材料として期待されているが、応用面で重要となるミクロな磁気的特性はほとんど報告されてない。そこで本研究では、III-V族のDMSである(Ga, Mn)As薄膜(面内磁化、膜厚t=1.0及び0.2μm)について、走査SQUID顕微鏡(SSM)を用いて磁区観察を行った。t=0.2μmの試料では、再現性良くストライプ型の磁区構造を観測したが、磁区の境界からは、B_Z値にして300μTまで達する強い磁場を検知した。これは、磁区境界で、磁気モーメントが向かいあっていることを意味しており、実際、観測された磁場値は、上記モデルから計算される値にほぼ等しい。しかし、同磁区構造は、静磁エネルギーが増大するため、通常は不安定とされており、異常な構造であると言える。このような特異な磁区の成因を探るため、charged domainモデルによる解析を行い、次のような結論を得た。(Ga, Mn)Asは希薄磁性半導体であるため磁化が小さく、ネール磁区が安定していると考えられる。材料パラメータから見積もったネール-ブロッホ境界膜厚はおよそ0.2μmであり、本試料の膜厚に近い。さらに、本面内磁化試料では磁気異方性が小さく、その結果、磁壁の周囲サブミクロンに渡って磁気モーメントが揺らぎ、charged domainが有利となる。上記モデルに従ってエネルギー計算を行った結果、charged domainの方が、通常の45度ドメインよりも自由エネルギーが低いことを確認した。また、予想されるドメイン間隔は20μmであり、実測値とほぼ等しい。charged domainモデルによると、膜厚が増加すると、charged domainは不安定化し、通常の45度ドメインが生じる。実際、t=1.0μmの試料ではストライプ型磁区は観測されておらず、上述の理論的な考察と矛盾しない。