hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アスパラギン結合型糖鎖遊離酵素の構造と特異性の分子進化

エンドHSの従来の精製法に改良を加た。すなわち、キチンを担体とするカラムクロマトグラフィーが極めて有効で活性の損失なしに約100倍精製でき、さらにMono Q5/5を用いるHPLCで、3つのマルチプルフォーム(MF)を完全に分離できた。これらMFの分子量は同じであるが等電点が異なっていた。改良法によるエンドHS全体の活性回収率は80%以上であった。エンドHS-III標品は約15%の純度であったが、エンドHS-IおよびエンドHS-IIは純化タンパクとして、それぞれ約67pmoleおよび240pmole精製できたが、アミノ酸部分配列の決定には不十分であった。ヒトロ腔内上皮細胞におけるエンドHSの存在量は予想以上に少なく、N-末端アミノ酸配列も含めた部分アミノ酸配列の決定に必要な量のエンドHSを得るには、少なくとも510リットルのヒト唾液からの口腔内上皮細胞が必要であると考えられた。一方、エンドHSの3種のMFが得られたので、タンパク部分は同一で糖鎖構造の異なる糖タンパク、糖鎖構造もタンパク構造も異なる各種糖タンパクおよび糖アスパラギンの各種糖鎖に対する作用をMF間で比較検討した結果、いずれのMFもコンプレックス型糖鎖に特異的で、糖鎖の還元末端GlcNAcに結合するFucや側鎖に結合するSiaやFucおよびbiscectingGlcNAcの存在にかかわらず、2、3、4本鎖コンプレックス型糖鎖に作用た。また、ネイティブ糖タンパクや糖アスパラギンからコンプレックス型糖鎖を遊離させる一方、ハイマンノース型糖鎖や、ハイブリッド型糖鎖をもつ糖タンパクや糖アスパラギンには作用しなかった。得られた本研究成果をもとに、動物細胞がコンプレックス型糖鎖合成系を獲得し、糖タンパクにコンプレックス型糖鎖が付加されるようになると同時に、細胞の発生、分化に相応してコンプレックス型糖鎖の消長をコントロールするために必要な酵素分子として分子進化の結果、エンドHSが出現したものと推測した。エンドHSはヒト口腔内上皮細胞の膜結合型酵素であるためその存在量は少ないことが予想された。このため材料であるヒト上皮細胞の入手法および高収率で精製することが要求された。。まず酵素給源について、ヒトケラチノサイト培養細胞系を用いて検討した。その結果、細胞は容易に増殖し、比較的大量に得ることができた。しかしエンドHS活性は全く検出されなかった。。またCa^<2+>添加による分化誘導を試みた。しかし細胞は口腔内上皮細胞と形態的に類似した状態に分化したがエンドHSの活性誘導は起こらなかった。これらの結果から、同じヒト上皮細胞でも、口腔内上皮のように分化の最終段階でエンドHSは活性発現し、増殖能を有する状態では発現していないこと、しかもCa^<2+>での分化誘導でもエンドHSは発現誘導されないことが判明し、エンドHSの発現は上皮細胞の分化と関連していることが考えられた。したがってエンドHSの給源はヒト口腔内上皮細胞とした。唾液中に剥離してるう口腔内上皮細胞の遠心分離で集め、洗浄後、これを酵素給源とした。エンドHSをCHAPSで可溶化後、種々カラムクロマトグラフィーで精製した。特に、新たに開発したキチンカラムクロマトグラフィーでは比活性が約100倍上昇し、しかも100%に近い収率で酵素を回収できることができ、エンドHSの精製のための有効な手段を得ることができた。エンドHS活性はMo no-Qカラムクロマトグラフィーで3つの活性画分に分かれ、溶出される順にエンドHS-1、2、3とした。

エンドHS-1と2の各精製酵素標品は電気泳動的に単一で、それぞれ約18μg、65μgのタンパクとして得られた。エンドHS-3標品は電気泳動的には2、3のタンパクの混在が認められエンドHSは約30μgのタンパクとして得られた。これら精製エンドHSを用いて部分アミノ酸配列決定、オリゴヌクレオチドの合成、ポリメラーゼ連鎖反応を行っていく予定である。エンドHSの従来の精製法に改良を加た。すなわち、キチンを担体とするカラムクロマトグラフィーが極めて有効で活性の損失なしに約100倍精製でき、さらにMonoQ5/5を用いるHPLCで、3つのマルチプルフォーム(MF)を完全に分離できた。これはMFの分子量は同じであるが等電点が異なっていた。改良法によるエンドHS全体の活性回収率は80%以上であった。エンドHS-II標品は約15%の純度であったが、エンドHS-IおよびエンドHS-IIは純化タンパクとして、それぞれ約67pmoleおよび240pmole精製できたが、アミノ酸部分配列の決定には不十分であった。ヒト口腔内上皮細胞におけるエンドHSの存在量は予想以上に少なく、N-末端アミノ酸配列も含めた部分アミノ酸配列の決定に必要な量のエンドHSを得るには、少なくとも510リットルのヒト唾液からの口腔内上皮細胞が必要であると考えられた。一方、エンドHSの3種のMFが得られたので、タンパク部分は同一で糖鎖構造の異なる糖タンパク、糖鎖構造もタンパク構造も異なる各種糖タンパクおよび糖アスパラギンの各種糖鎖に対する作用をMF間で比較検討した結果、いずれのMFもコンプレックス型糖鎖に特異的で、糖鎖の還元末端GlcNacに結合するFucや側鎖に結合するSiaやFucおよびbiscetingGlcNAcの存在にかかわらず、2、3、4本鎖コンプレックス型糖鎖に作用た。また、ネイティブ糖タンパクや糖アスパラギンからコンプレックス型糖鎖を遊離させる一方、ハイマンノース型糖鎖や、ハイブリッド型糖鎖をもつ糖タンンパクや糖アスパラギンには作用しなかった。以上、得られた本研究結果をもとに、動物細胞がコンプレックス型糖鎖合成系を獲得し、糖タンパクにコンプレックス型糖鎖が付加されるようになると同時に、細胞の発生、分化に相応してコンプレックス型糖鎖の消長をコントロールするために必要な酵素分子として分子進化の結果、エンドHSが出現したものと推測した。
平滑筋における受容体サブタイプと情報伝達機構に関する研究

本研究は、平滑筋に収縮応答をもたらす数多くの薬物のうちで生体内活性物質として代表的なアセチルコリンとヒスタミンを取りあげ、それぞれの受容体(ムスカリン受容体及びヒスタミン受容体)を介する細胞内情報伝達機構を明かにすることを目的とした。実験にはモルモット回腸の縦走筋層から得た平滑筋条片と単離平滑筋細胞を用い、薬理学的及び電気生理学的手法によりアプローチした。1.ムスカリン受容体或いはヒスタミン受容体を刺激すると、細胞膜にある陽イオンチャネルの開口と細胞内ストアからのカルシュウム(Ca)の放出が起こる。2.受容体のタイプにかかわらず、両効果の発現にはG蛋白質が関与している。さらに、陽イオンチャネル開口効果に関与するG蛋白質は百日咳毒素に感受性であるのに対して、Ca放出効果に関与するG蛋白質はこの毒素に耐性である。3.Ca放出効果の発現には、受容体刺激によって生成されるイノシトール三燐酸(IP3)がCaを細胞内ストアから放出させる直接の担い手として働いている。4.IP3はカフェインと共通の細胞内ストアに作用してCaを放出する。しかし、その放出機序はカフェインのものと異なっている。5.陽イオンチャネル開口効果は細胞内ストアから放出されたCaによって増強される。この性質に基づいて、受容体刺激により誘発される陽イオン電流の律動的変動は細胞内ストアからのCaの間欠的放出に起因すると考えられる。6.以上の成果は、既発表論文3編と投稿中1編としてまとめた。なお、本研究の過程で見いだした受容体刺激による細胞内Ca濃度の律動的変動(Caオシレーション)は細胞生理学及び病態生理学上の意義が大きい研究対象であると考えられるので、その発現機序などの解明を目指した新たな研究を企画することが必要である。1.今年度(4年度)の研究計画は受容体アゴニストに対する単一平滑筋細胞の膜電流反応をパッチクランプ法により薬理学的に解析することであったが、予想以上に順調に進展し、その成果の一部はすでに国際学術雑誌に公表した。得られた知見を要約すると、(1)ムスカリン受容体、ヒスタミン受容体を問わず、受容体刺激によって2つの細胞応答、即ち非選択的陽イオンチャネルの開口による内向き電流と細胞内ストアからのCa放出に対応して起こるCa活性化Kチャネルの開口による外向き電流反応が発現する、(2)G蛋白質関連試薬(GTPγS、GDPβS)を用いた解析結果から、どちらの電流反応の発現にもG蛋白質が関与している、(3)しかし、内向き電流反応の発現に関与するG蛋白質は百日咳毒素に感受性であるのに対して外向き電流反応の発現に関与するG蛋白質は百日咳毒素に耐性である。この成果は、平滑筋細胞はもとよりことのほか多くの細胞の膜受容体・情報伝達系の理解を深める上で貴重である。2.上述の知見に加えて、特にムスカリン受容体刺激によって発生する膜電流が律動的に変動することを見いだした。種々の細胞内Ca動態関連試薬(EGTA、ライアノジン、ヘパリン、カフェイン)などを用いた解析結果から、その律動性電流反応は細胞内カルシュウム濃度の変動に起因していることが明かになった。この成果は“平滑筋"の国際シンポジュウムで発表した。3.次年度(5年度)では、単一平滑筋細胞において得られた1.2の結果が平滑筋組織においても通用するのか否かを確かめ、さらに単一細胞レベルでは困難である実験を行うために、化学的スキンド平滑筋標本を用いてアゴニストによるストアCa放出に及ぼすイノシトール燐脂質代謝関連試薬(ヘパリン、ネオマイシン)やG蛋白質関連試薬(GTPγS、GDPβS、百日咳毒素)の影響について検討する。

本研究は、平滑筋におけるムスカリン受容体或いはヒスタミン受容体の刺激により生じる膜の脱分極と細胞内ストアからのCa放出に関わる細胞内情報伝達機構を明かにすることを目的とした。平成4年度は、単一平滑筋細胞を用いて電気生理学的手法(パッチクランプ法)によりアプローチした。今年度(5年度)は、単一平滑筋細胞において得られた、特にCa放出効果に関する結果が平滑筋組織においても通用するか否かについて、化学的スキンド平滑筋標本を用いて検討した。(1)ムスカリン受容体とヒスタミン受容体のどちらの刺激によるCa放出効果にもG-蛋白質が情報伝達器として介在していることが、G蛋白質関連試薬のGTPγSやGDPβSを用いた解析結果から明らかになった。(2)これらの受容体を介するCa放出効果には、イノシトール三燐酸がストアからCaを放出させる直接の担い手として働いていることが、イノシトール燐脂質代謝関連試薬であるヘパリンやネオマイシンを用いた解析結果から明らかになった。(3)受容体刺激によって生成されたインシトール三燐酸が作用するCaストアはカフェインが作用するCaストアと同一であり、Caストアには2つの異なるCa放出機構が存在することが明らかになった。この結論は、カフェインが作用するCaストアを選択的に枯渇することができるライアノジンを用いて得られた。(4)以上の結果は、単一平滑筋細胞において得られた結果を支持するものである。(1)と(2)については既に公表し、(3)については投稿中である。
人間・環境間のインタフェースとしての学習システム設計に関する研究

本年度は,上の成果をもとに,<人間-環境>間のインタフェースとしての学習システムの設計方法論を構築した.具体的には,人と環境間のインタラクションを通してインタフェースの情報構造が変化する過程をクラシファイアシステムをもとに数学的に記述した.これによって,昨年度までに構築した<人間-学習システム>間および<学習システム-環境>間の数理的モデルと併せて,人と環境を含めた総合的な学習システムの設計方法論が数理的に実現された.そして,これをもとに具体的な学習システムを設計し,有効性を検証した.従来の学習システムの一般的構成を議論する場合,環境とのインタフェースは問題依存のものとしてブラックボックス的な扱いであり,具体的な構造は示されないことが多かった.CFSにおいてもinput, output interfaceの構造は明確に定義されていない.そこで,CFS内部の知識構造を一旦固定し,柔軟なインタフェース構造によって学習過程を実現する学習システムの設計方法論を構築した.そして,これに基づいてCFSの再設計を行った.具体的には、もっとも一般的な構成のCFSをベースに、CFSが持つクラシファイアと呼ばれるプロダクション・ルールの集合をインタフェースによって選択的に学習システムの環境に対応させる方法を考案した。これを実装するためには,ルール群のどの部分を環境に参照させ、また、逆に環境のどの部分をルールに適用させるかをインタフェースの機能として記述し,それに基づいて実装する必要があるが,そのパラメータのチューニングの根拠を見い出せずにいるのが現状である.この辺りは従来までシステム設計者のトライ・アンド・エラーに因っていたが,今後の形式的モデルに反映するため,これらの作業の根拠も何らかの数理的な知見が必要である.今後学習システムの典型的なベンチマークテストを用い,ルールの選択的適用の基準を明確化していくことで,最終的に人間・環境間のインタフェースとしての学習システム設計の数理モデルの現実性を速やかに検証したい.本年度は,学習過程を学習システムのインタフェースの構造の変化として記述した数理的モデルの構築を行った.具体的な成果は以下の2点にまとめられる.●チャンネル理論に基づき<人-学習システム>間のインターフェースIの構造変化をclassifier systemをもとに数学的に形式化した.●<学習システム-環境>間にあるインタフェースIIの構造変化を,その間に流れる情報の数理的分析により,情報構造の<部分-全体>の関係として記述した.その上で,学習を環境からの情報の獲得としてではなく,環境との間のインターフェースの変化として考える見方の可能性を示した.詳しくは,Hollandの提案した機械学習システムであるClassifier System(CFS)を学習過程の分析対象とし,従来の機械学習システムの設計思想をその情報構造に注目する立場から記述した.そして,<人間-学習システム>と<学習システム-環境>間にあるインタフェースI・IIをある種仮想的な情報の場(物理学における場の考え方に類似したもの)と考え,この場を介して情報の交換が行われる過程において,情報構造の<部分-全体>関係の段階的変化が起こっており,それがインタフェースの構造の変化として形式的に記述されることを示した.この過程の概略を4段階にまとめて図式的に書けば以下の通りである:ここで【tautomer】と⇒はチャンネル理論における写像の組と情報射をそれぞれ表している.また,同様の議論がニューラルネットワークの学習過程においてもモデル化できることも示し,また,工学における公理的設計論の一つである一般設計学およびニューロ多様体との関係を明らかにした.本年度は,上の成果をもとに,<人間-環境>間のインタフェースとしての学習システムの設計方法論を構築した.具体的には,人と環境間のインタラクションを通してインタフェースの情報構造が変化する過程をクラシファイアシステムをもとに数学的に記述した.これによって,昨年度までに構築した<人間-学習システム>間および<学習システム-環境>間の数理的モデルと併せて,人と環境を含めた総合的な学習システムの設計方法論が数理的に実現された.そして,これをもとに具体的な学習システムを設計し,有効性を検証した.従来の学習システムの一般的構成を議論する場合,環境とのインタフェースは問題依存のものとしてブラックボックス的な扱いであり,具体的な構造は示されないことが多かった.CFSにおいてもinput, output interfaceの構造は明確に定義されていない.そこで,CFS内部の知識構造を一旦固定し,柔軟なインタフェース構造によって学習過程を実現する学習システムの設計方法論を構築した.そして,これに基づいてCFSの再設計を行った.具体的には、もっとも一般的な構成のCFSをベースに、CFSが持つクラシファイアと呼ばれるプロダクション・ルールの集合をインタフェースによって選択的に学習システムの環境に対応させる方法を考案した。これを実装するためには,ルール群のどの部分を環境に参照させ、また、逆に環境のどの部分をルールに適用させるかをインタフェースの機能として記述し,それに基づいて実装する必要があるが,そのパラメータのチューニングの根拠を見い出せずにいるのが現状である.この辺りは従来までシステム設計者のトライ・アンド・エラーに因っていたが,今後の形式的モデルに反映するため,これらの作業の根拠も何らかの数理的な知見が必要である.今後学習システムの典型的なベンチマークテストを用い,ルールの選択的適用の基準を明確化していくことで,最終的に人間・環境間のインタフェースとしての学習システム設計の数理モデルの現実性を速やかに検証したい.
ネギのクロロフィル分解に及ぼすシャロット由来単一異種染色体添加の影響について

本年度は所期の研究目標を達成するために,以下の二つの事項について実験を行った。1.クロロフィル含量の周年変化:ネギのクロロフィル含量,特に,クロロフィルa含量は計時的に変化しており,植物体の生育が旺盛になる秋口に含量が増大する傾向が観察された。添加系統シリーズおよび対照区のネギの周年変化を比較すると,1A添加型と6A添加型のクロロフィルa(chl a)含量はネギより明らかに高く,また,2A添加型は顕著に低かった。クロロフィルb(chl b)含量に関しては,各添加型間に明確な差異は観られなかった。これらのことより,シャロットの1A及び6A染色体上にはネギのクロロフィル分解を抑制する遺伝子(群)が,2A上にはクロロフィル分解促進遺伝子(群)がそれぞれ存在することが示唆された。2.クロロフィル分解酵素活性の変化:各材料の葉身部を切り取り,貯蔵に伴うChl含量の変化をみたところ,ネギと比較して1A添加型においてクロロフィル含量が頼著に減少したが,8A添加型では減少の抑制が認められた.次に,黄化の速い系統として1A添加型,遅い系統として8A添加型を選抜し,貯蔵中のクロロフィル分解物の変化について調べたところ,1A添加型ではChl aの減少に伴い,フェオフオルビドaおよびフェオフイチンaが急増した.一方,chla-1およびクロロフイリッドaは,貯蔵に伴いいずれも減少した.8A添加型では分解物の増大がほとんどみられなかった.クロロフィル分解酵素活性について調べたところ,1A添加型ではクロロフイラーゼ活性は貯蔵2日まで活性の保持がみられ,一方,ペルオキシダーゼ活性は貯蔵3日で急増した.8A添加型では両酵素活性は増大が認められなかった。以上の結果から,ネギにおけるクロロフィル分解系は,chla-1生成系,クロロフイリッドa生成系およびフェオフイチンa生成系が存在すると考えられ,1Aの添加はこれらの分解に関わる酵素活性を高め,一方,8Aの添加は酵素活性を低下させることがわかった.本年度は所期の研究目標を達成するために、以下の二つの事項について実験を行った。1.シャロット由来単一異種染色体得を添加したネギ系統を用いたクロロフィルおよびその分解物の定性・定量分析昨年9月より月に一度、ネギ、シャロットおよび8種類のシャロット由来染色体をそれぞれ添加したネギ系統から葉身部を採取し、それらから抽出した内容成分に関して以下の測定を行った。クロロフィルはN, N-ジメチルホルムアミド法により、その分解物はHPLCを用いてそれぞれ分析し、葉身抽出物中の含量を測定した。全ての材料でクロロフィルa (Chl a)およびb (Chl b)がみられ、その割合は前者が圧倒的に多かった。添加系統ではシャロット5A染色体添加型において、サンプル採取月の違いによる含量の著しい変化がみられた。すなわち、11月までは非常に低い含量で推移していたが、12月に入ると著しい増加がみられ最も高い含量を示した。Chla含量はサンプル採取時期によって変化し、安定して高い生産量を示す添加系統はなかった。3種類のChla分解物[酸化型クロロフィルa (Chl a-1)、フィオフィチンa (Phy a)、クロロフィリドa (Chlide a)]の含量は添加系統間で顕著な違いがみられなかった。来年度も継続的に含量調査を行う予定である。2.シャロットにおけるクロロフィル分解に関与する酵素遺伝子の単離シャロットのクロロフィル分解過程で働いていると思われるクロロフィラーゼ遺伝子の単離をカンキツ類などの既知配列をもとに設計した混合プラーマ-セットによるRT-PCR法により試みているが、現在までのところクロロフィラーゼcDNAクローンを得るところまで至っていない。今後も、問題点を改良し遺伝子単離へ向けた実験を継続していく予定である。上述した1.の研究成果の一部は学術論文として、近日中に公表する予定である。2.クロロフィル分解酵素活性の変化:各材料の葉身部を切り取り,貯蔵に伴うChl含量の変化をみたところ,ネギと比較して1A添加型においてクロロフィル含量が頼著に減少したが,8A添加型では減少の抑制が認められた.次に,黄化の速い系統として1A添加型,遅い系統として8A添加型を選抜し,貯蔵中のクロロフィル分解物の変化について調べたところ,1A添加型ではChl aの減少に伴い,フェオフオルビドaおよびフェオフイチンaが急増した.一方,chla-1およびクロロフイリッドaは,貯蔵に伴いいずれも減少した.8A添加型では分解物の増大がほとんどみられなかった.

クロロフィル分解酵素活性について調べたところ,1A添加型ではクロロフイラーゼ活性は貯蔵2日まで活性の保持がみられ,一方,ペルオキシダーゼ活性は貯蔵3日で急増した.8A添加型では両酵素活性は増大が認められなかった。以上の結果から,ネギにおけるクロロフィル分解系は,chla-1生成系,クロロフイリッドa生成系およびフェオフイチンa生成系が存在すると考えられ,1Aの添加はこれらの分解に関わる酵素活性を高め,一方,8Aの添加は酵素活性を低下させることがわかった.
自動運転のための組込み情報通信技術の研究開発

本研究では、自律走行する自動車における計算機システムの構成法と、各自律機能について研究を行う計画であった。この計画に従い、はじめにレーザー距離センサ、ジャイロ、オドメトリなどの情報を統合し、地図作成、位置認識、障害物発見、移動障害物追跡、経路計画、経路追従制御などの機能を実装した。これらの自律機能は、ロボット用ミドルウエアのROSを用いて相互に結合されており、その性能を測定し、新規の実装を開始するためのベンチマークの実験を行った。ベンチマーク実験および自律機能を確認するために、250m角の駐車場にコーンで一周約600メートルの凹状の走路を設置し、はじめに人間が運転することにより、得られた情報から、自動で走行する自律走行実験を行った。環境地図の作成と経路生成を行い、それを自動で辿りながら、歩行者や人間が運転する自動車を発見し、自動的に停止して通過を待ち、再度自動走行を行い、走路を直線で約2030km/hで、曲線部は1015km/hで自動で周回する実験を行った。これらの実験から、自律機能にも影響をおよぼす課題として、ROSにおける時刻精度が高くないこと、データ通信のレイテンシが大きく、またジッターも大きいことが確認され、これらの影響から、環境認識や車両制御に与える影響が大きいことが確認された。26年度が最終年度であるため、記入しない。
化学物質毒性発現のモニタリング法の開発

1)基礎的解析:本研究の基礎をなす研究として次のようなことを明らかにした。代表的な酸化ストレス応答蛋白質であるヘムオシシゲナーゼ・ヒト遺伝子では、熱ショック応答を抑制する分子機構が酸化ストレス応答全体を負に調節すること、また本酵素はNO供給試薬により誘導されることから、COとNOの間に情報交換が存在すると考えられる。第二層反応の代表的酵素であるビリルビンUDP-グルクロン酸転移酵素遺伝子の基本転写調節には5'-側上流-113-69の領域が必須であること、その間にはE-boxやHNF-1 siteのコンセンサス配列が存在しており、さらに上流にはXRE配列も認められた。これらの配列の機能とヘムオキシゲナーゼの誘導機構との関連の解析が今後重要となるであろう。2)応用的研究:肝細胞を用いたヘムオキシゲナーゼを指標とした解析は各種薬剤を対象として現在進行中である。シトクロームP-450を指標とする解析の結果は現在投稿中である。一方、腎臓の初代培養細胞を用いた解析では、水銀・カドミウムなどの重金属によりギャップ結合が閉鎖することが見い出された。このギャップ結合の閉鎖は細胞障害に先行して観察されており、従ってこの現象を利用して細胞毒性が顕在化する前の時点で異常を検出することが可能と考えられる。更にこのギャップ結合の閉鎖に機構の解析を進めたところ、細胞内のNOよりもむしろCa^<2+>濃度に依存していることが明らかになった。細胞内Ca^<2+>の異常を引き起こす重金属としては鉛が知られており、今後水銀・カドミウムだけでなく他の重金属毒性についても本現象が細胞毒性の早期指標になる可能性が高いと考えられる。
漆付着土器の研究

本年度の研究は、各地で出土している漆付着土器の集成を大きな目的の一つとし、奈良時代の政治的中心地である畿内およびその周辺、西日本から北部九州にかけての地域に関しては、発掘調査報告書をもとに集成をほぼ完了した。その結果、古代以前に限れば、約50遺跡からの漆付着土器の出土を確認した。こうして集成した漆付着土器の分析から、漆液の流通から漆製品の制作に至る漆工芸の流れを復原することができ、大きな成果の一つである。漆付着土器は縄文時代から見られ、弥生、古墳時代も断片的にではあるが確認できるが、量的に増大するのは古代国家が体制を整える飛鳥、奈良時代であることが判明した漆付着土器の器種を見ると、縄文古墳時代にはパレットとして使用した椀、杯類と貯蔵用の甕に限られ、運搬用の細頸の壺が皆無であるという特徴があり、漆液は消費地の周辺で採取されるのであって、遠隔地へ運ばれる行為は少なかったことがわかる。一方、飛鳥・奈良時代には、消費地である畿内の都城遺跡では必ずと言って良い程に運搬用の壺が出土し、それ以前とは漆の流通、消費の体制に大きな転換が生じたことが明確となった。これは、漆が税の一種として国家権力の貢納体制の中に組み込まれたことを物語るものであり、壺に記された墨書の分析によって、記載内容が木簡と同様であることが判明したことからも証明できる。また、奈良時代の消費地での様相は、平城宮・京が一大中心地で、出土量が格段に多いが、多賀城、太宰府をはじめとした地方宮衙でもある程度の出土がみられ、地方においても漆液を集積し、漆工芸を行っていた状況が確認できる。こうした地方宮衙においても、運搬用の壺類が大量に出土しており、国家による後援があったと推測できる。なお、壺の産地は漆液の産地を反映するものと考えられ、美濃、越中、加賀、備前、筑前などのものが確認できた。文献によって知られる漆液の貢納国と一致するものとしないものがあり、興味深いことである。
看護師適正配置支援システムの構築

本研究ではまず看護師の業務量平準化を目的とし、DPCデータから診療行為を把握した上で、疾病別労務費計算方法を提案し、業務推定システムの構築を試みた。次に、個人別の看護師能力評価モデルと、病棟別業務難易度及び看護師スキルミックスを考慮した人員配置モデルを提案し、看護師の適正配置システムの構築を行った。最後に、固定希望を考慮した看護師勤務表の再作成アルゴリズムを提案し、看護師スケジューリングシステムを構築した。これらのモデルを構築する際、それぞれ共同研究先A病院の実データを用いてその妥当性を検証した。124の研究は看護師の能力評価に焦点を当て、一対比較型対数最少二乗ファジィモデルを提案し、看護師を配置する際に看護師能力レベルによる看護師分類を可能にしています。また、能力評価を行う際に評価者の主観的バイアス(個人差)が存在することや、評価基準は等間隔尺度を用いることなどによって評価バイアスが生じてしまい、これを改善するために、ファジィモデルを用いてメンバーシップ値(評価尺度)を推定することが可能になるモデルを提案しています。看護業務測定,人件費の計算,スケジューリングの作成において、看護師の能力評価が基礎条件となっており、これに基づき各システムを構成するモデルを2年目以後から提案する予定であります。3の研究は看護師活性化の視点から看護師不足問題に焦点を当て、高橋(1993)のI-I chart;Identifica-tion-Indifference chartとHerzberg(1966)の動機付け衛生理論を組み込むことにより、病院における「看護師の活性化に関するバタフライのカタストロフィー・モデル」という概念モデルを新たに提案している。これにより、看護師を5つのタイプに分類し、それぞれのタイプにおいて病院に対する貢献度向上の政策を検討しております。次年度では、業務測定システム・人件費計算システムの作成を中心に研究を展開した。業務測定では、日本看護協会が発表した看護業務区分表内の「看護行為分類I」に基づき、階層的クラスター分析を行い、各看護行為を類似度高いもの同士で12種に分類した。各看護行為回数と各看護行為にかかる時間の積和が総看護時間と等しくなるという点に着目した。原価計算では、疾病別原価計算のためのデータ取得にかかる手間を削減することを目的とし、病院が現在取得しているDPCデータを基にして疾病別労務費を計算する手法を提案した。さらに、感度分析を行うことにより、看護行為1回あたりの労務費が高い看護行為の削減効果が大きいことを明らかにし、利益増加のためにアプローチすべき看護行為を示唆することができた。これらの結果と病院の雇用状況を考慮することによって、全体的な人件費を削減させるために行うべき改善策を提案することができた。また、各病棟においては看護師のスキル・ミックスや業務難易度を考慮した人員配置システムを提案した。まず、重症度・看護必要度によって患者を分類し、患者別に必要とする看護スキルの有無によって看護師のスキルを定義した。これによって、看護師のスキル・患者状態・病棟別の業務難易度を表現することが可能となった。次に、看護師スキル・ミックス,患者状態,病棟業務難易度を制約条件とし、動的計画法により適正人員配置モデルを定式化した。最後に、看護師の業務平準化を基に、配置結果を調整し適正配置人数を決定した。本提案方法は、より現場状況にフィットした看護師配置を可能にし、看護師の人員マネジメントシステム構築の一つの有効なアプローチとなるだろう。研究成果の一部を学会発表しているが、残りの研究に関する情報発信は、最終年度にって行う予定である。今年度に実施した研究の成果は、国内学会発表2件と国際会議での発表1件、国内学会誌への投稿論文3本(現在レフェリー審査中)であり、それぞれの発表テーマおよび発表内容は以下の通りである。国内発表1:「看護師スキル・ミックスと病棟業務難易度を考慮した人員配置モデルの構築」,この研究は各病棟における看護師の配置問題に焦点を当て、ダイナミック・プログラミング(Dynamic Programming)による人員配置モデルを提案した。2「固定希望を考慮した看護師勤務表の再作成システム」,この研究は絶対条件に勤務者の固定希望を加え、MAを用いて絶対条件を必ず満たす,考慮条件違反を最小化するアルゴリズムを構築することにより、固定希望を考慮した看護師勤務表の再作成システムを提案した。国際発表:「Logarithmic Least Square Fuzzy Model for incomplete Paired Comparison of Nurse Performance Evaluation」,この研究では非完備型一対比較データを対象に適合度水準を維持しながら、評価要素重要度ウェイト計算方法を提案した。これらの発表内容をもとに以下の論文投稿を進めている状況である。次年度では、初年度の研究内容を基に同時に二つのサブシステム(業務測定システム・人件費計算システム)の研究を展開したため、おおむね計画通りに研究が順調に展開している。コストマネジメント、フィナンシャル・エンジニアリング最終年度では、計画通り「看護業の勤務表作成ツール」を構築する。

そこで本研究では、勤務表作成過程における作成者(看護師長)の作成業務負担が大きいことや、勤務者(看護師)の勤務表提示が遅いことに対する不満を改善するために、看護師の固定希望を考慮し、勤務表再作成システムの構築に着目する。評価関数に重要度の大幅に異なる条件項目が混在していることや、再作成時に勤務者の固定希望を考慮しないという従来研究の問題点を改善し、MA手法による実用的な「看護業の勤務表作成ツール」を開発する。具体的な手順には以下の通りである。まず、条件項目を絶対条件と考慮条件に分類する。次に、分類した条件項目をもとに定式化を行う。最後に、絶対条件を必ず満たすアルゴリズムを構築することで考慮条件違反を最小化するスケジュールを作成する。解法にはMAを適応し、「初期個体群の生成」、「遺伝的演算」、「局所探索」の3点において絶対条件を必ず満たすような自動修正を加わる予定である。各年度の研究計画においては、共通の部分を平成25年度目に行いましたため、各システム(業務測定システム,人件費計算システム,スケジューリングシステム)を構成するモデルの同時構築が可能になり、最終年度に「看護師の適正配置支援システム」を完成する予定に支障がないと考えております。つまり、当時各システムをそれぞれ一年間で作成するのではなく、平成26年と平成27年の2年間で並行して研究を展開することを計画しております。次年度において、人事異動があったため、研究分担者の研究計画上の情報発信(学会発表)ができませんでした。これによって、旅費と予定していた補助金の部分が使用できず差額が生じてしまいました。平成26年度目以後では、看護師の業務量平準化を目的とし,従来研究の問題点を改善するためにクリニカルパスを用いた業務量推定モデルを構築することにします。また、「看護師の人件費(直接労務費)の標準化」を行う際に、まず看護師の治療・看護行為のクラスタリングを行います。看護師についてはその基本モデルを既に開発したため、それを参考にしつつ発展形の開発を行います。次に、患者の個人差や疾患の重症度の要因と治療・看護行為時間の関係を把握して、個人差および重症度による治療・看護行為の層別を行います。このようにして個人差・重症度の層別ごとに平均的な行為時間を把握して、これに時間単価を設定することによって原価の標準化を行います。また、MA(Memetic Algorithm)を用いた看護師スケジュール作成ツールを構築する際に、まず制約条件を整理し、絶対制約(法的制約、病院管理上の制約、シフトパターンの制約)・考慮制約(勤務者の能力、公平性、勤務者の希望),項目・詳細度に分類し、長期間の提示を前提とした看護師勤務表の運用方法を新たに提案する予定であります。また、これらの研究成果は日本経営工学会や国際会議において発表する計画であります。次年度の研究結果の情報発信ができなっかた分について、最終年度で行う計画です。
網羅的発現解析を基盤にした新規骨・軟部腫瘍バイオマーカーの探索と治療への応用

本研究は、悪性骨軟部腫瘍(肉腫)の化学療法感受性、浸潤能、遠隔転移能等を規定している因子を網羅的遺伝子・タンパク質発現解析の手法を用いて明らかにする事、さらにこれらをマーカーとした個別化医療、新たな治療法の可能性を探ることを目的とした。骨肉腫の新たな化学療法感受性マーカーとしてperoxiredoxin-2、肺転移予測因子としてargininosuccinate synthetase、microRNA-143を同定し、microRNA-133aの発現抑制によって骨肉腫の浸潤能、肺転移形成が抑制されることを見出した。その他GISTの予後予測マーカーとしてpfetin、DDX39の開発を行なった。本研究は、生体機能の担い手である遺伝子とタンパク質両者の包括的・網羅的な発現解析によって悪性骨・軟部腫瘍の化学療法感受性や遠隔転移能など、その生物学的態度、臨床的特徴を規定している新たな因子を明らかにし、最終的にはその成果を臨床に還元することを目的としている。平成22年度は、骨肉腫に対する化学療法感受性予測因子ならびにその肺転移発生予測因子の探索を行った。(1)骨肉腫12例の生検標本よりタンパク質を抽出、術前化学療法奏効例(6例)と非奏効例(6例)の間で認められるタンパク質発現の差を蛍光2次元電気泳動で解析し、全2250タンパク質スポットより発現差の認められる55スポットを同定した。質量分析により、この55スポットは38遺伝子産物であることが示された。その中でperoxiredoxin-2(PRDX2)に注目し、さらに解析を行った。PRDX2に対する特異抗体を用いたWestern blottingにより、骨肉腫に対する化学療法奏効例(PRDX2低発現)と非奏効例(PRDX2高発現)は明瞭に区別することが可能であり、これはvalidation sampleを用いた検証実験でも確認された。PRDX2は骨肉腫術前化学療法の新たな効果予測因子として有用と考えられる。(2)骨肉腫20例の生検標本よりRNAを抽出、肺転移早期出現例(7例)と非出現例(12例)の間で認められる遺伝子発現の差をGeneChip U133plus2.0を用いて解析した。両群間で102遺伝子の発現に有意差が認められた。肺転移出現例において発現上昇を認めたもの7遺伝子、発現低下を認めたもの95遺伝子であった。Argininosuccinate Synthetase (ASS)発現は肺転移出現例で著明に低下しており、骨肉腫62例を用いたASS特異抗体による免疫染色では、ASS低発現例の予後は有意に不良であった。本研究は、悪性骨軟部腫瘍における治療成績向上の要である化学療法感受性、局所進展能、遠隔転移能に関して、これらを規定している遺伝子・タンパク質(群)を網羅的遺伝子・タンパク質発現解析の手法を用いて明らかにすること、これら遺伝子・タンパク質(群)をバイオマーカーとした個別化医療、分子標的とした新たな治療法の可能性を探ることを目的とする。当該年度は、我々が本研究で見出したGISTの新たな予後予測マーカー・フェチンの臨床的有用性を多数の他施設手術検体を用いて検証を進めるとともに、悪性骨軟部腫瘍における新たなバイオマーカー候補として、以下のものを見出し論文発表した。1.網羅的タンパク質発現解析(2D-DIGE)の手法を用いて、滑膜肉腫における新たな予後予測マーカーとしてSecernin-1を同定した。Secernin-1高発現の滑膜肉腫はそうでないものに比べて有意に予後良好であった。3.骨肉腫の肺転移に関わるmicroRNAとしてmiRNA-143を同定した。miRNA-143は骨肉腫肺転移例において有意に低下しており、これはMMP-13を介して骨肉腫細胞の浸潤能に影響を与えることによるものと考えられた。また、miRNAの強制発現によって骨肉腫肺転移巣の形成は有意に抑制された。本研究は、悪性骨軟部腫瘍における治療成績向上の要である化学療法感受性・抵抗性、浸潤能、遠隔転移能等に関して、これらを規定している遺伝子・タンパク質を網羅的遺伝子・タンパク質発現解析の手法を用いて明らかにすること、さらに、これらをマーカーとした個別化医療、分子標的とした新たな治療法の可能性を探ることを目的とする。当該年度は、昨年度に引き続いて粘液型脂肪肉腫における特異的融合遺伝子および骨肉腫における「がん幹細胞」に関する研究を行うと共に、新たに肉腫ゼノグラフトの作成も開始した。1.粘液性脂肪肉腫に特徴的な融合遺伝子の機能を調べる目的で、融合遺伝子が誘導するmRNAおよびタンパク質を探索し、並行して融合遺伝子産物に結合するタンパク質を調べた。具体的には、粘液性脂肪肉腫の培養細胞において転写因子FUS-CHOPの発現をsiRNAを用いて抑制し、mRNAの発現をマイクロアレイで、タンパク質の発現をPROTOMAP法で解析した。

また、タグをつけた融合遺伝子を粘液性脂肪肉腫に過剰発現させ、プルダウンを行い、質量分析でタンパク質複合体を調べた。2.骨肉腫における治療抵抗性の一因である「がん幹細胞」に相当する細胞集団を同定し、その分画を制御するmicroRNAを網羅的発現解析から特定した。本年度は網羅的解析から特定されたmicroRNA1,10,133aの3種類のmicroRNAから、miR10に特化した研究を展開し,LNAによる発現抑制がin vitroの骨肉腫細胞の浸潤能及びin vivoの動物移植モデルでの肺転移をともに抑制する効果を見いだした。3.次世代シークエンサーを用いて、計3例の類上皮肉腫exome sequencing解析を行った。本研究は、悪性骨軟部腫瘍における治療成績向上の要である化学療法感受性・抵抗性、浸潤能、遠隔転移能等に関して、これらを規定している遺伝子・タンパク質(群)を網羅的遺伝子・タンパク質発現解析の手法を用いて明らかにすること、さらに、これらをマーカーとした個別化医療、分子標的とした新たな治療法の可能性を探ることを目的とする。当該年度は、悪性軟部腫瘍の中で最も頻度の高い脂肪肉腫の中から粘液型脂肪肉腫を選択し、網羅的タンパク質発現の手法を用いた解析を開始するとともに、昨年度に引き続いて骨肉腫の治療抵抗性に関するmicroRNAの解析をすすめ、新たに次世代シークエンサーを用いた解析も開始した。1.粘液型脂肪肉腫の手術検体よりタンパク質を抽出し、蛍光二次元電気泳動法によりタンパク質の発現プロファイルを得た。このプロファイルの中から、粘液型脂肪肉腫の再発・転移に関わると考えられる候補タンパク質を選択した。本年度は網羅的解析から特定されたmicroRNA1,10,133aの3種類のmicroRNAから、microRNA133aに注目して研究をすすめた。LNAによるmicroRNA133aの発現抑制が骨肉腫細胞の浸潤能及びin vivo移植モデルでの肺転移を抑制する効果を見出した。3.次世代シークエンサーを用いて軟部肉腫4例、骨肉腫1例のexome sequencingを行い、これらの腫瘍における新たな遺伝子変異候補を見出した。本年度の目標の一つであった既発見バイオマーカー候補のvalidationに関しては、GISTにおけるフェチンの予後因子としての有用性・信頼性の検討が多施設の臨床検体を用いて順調に進んだ。また、悪性骨軟部腫瘍の新たなバイオマーカー候補として、滑膜肉腫におけるSecernin-1、GISTにおけるDDX39、骨肉腫におけるmiRNA-143を見出すことができた。25年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、これまでにGISTの新たな予後因子として我々が見出したフェチンの有用性、信頼性を多施設の臨床検体を用いて検証してきた。
安定同位体標識アミノ酸、オリゴペプチドの合成および配座解析

核磁気共鳴法を用いる蛋白質やペプチドの構造解析を効率化する立体選択的安定同位体標識アミノ酸の簡便・大量合成を検討した。8種類のアミノ酸の共通合成中間体となる不飽和ピログルタミノール誘導体の新規合成法を開発し、重水素標識プロリンおよびグルタミン酸のグラムスケール合成を達成した。得られた標識プロリンは環パッカリングをモニターする上で好都合な標識パターンを持つため、各種ジペプチドに導入して系統的な配座解析を行った。NMRを用いる蛋白質やオリゴペプチドの構造解析において立体選択的安定同位体標識アミノ酸の利用は、極めて有効な手段である。しかしながら、重水素、^<13>C、^<15>Nなどを位置・立体選択的に導入したアミノ酸は一般に入手困難であり合成も多段階におよぶことから、その利用は大きく制限されている。そこで本研究では、多くの研究者が利用可能な簡便かつ汎用性の高い標識アミノ酸合成手法を提供することを第一の目的とした。平成21年度は様々な立体選択的重水素標識アミノ酸の合成中間体として有用な不飽和ピログルタミノール誘導体の新規合成法を開発した。初めに保護D-セリン誘導体とメルドラム酸をDCCの存在下で縮合してテトラミン酸誘導体を合成した。得られたテトラミン酸のカルボニル基を還元してヒドロキシピログルタミノールとしたのち、水酸基をヨウ素化したところ、自発的に脱離反応が進行して不飽和ピログルタミノール誘導体が高収率で得られた。基質一般性を確認するべく様々な保護基を持つD-セリンを出発物質として同様の検討を行ったところ、新規化合物を含む何種類かの不飽和ピログルタミノール誘導体を効率良く得ることに成功した。本手法はテトラミン酸を経由することからカルボニル基を還元する際、適当な重水素化試薬を用いることにより任意の位置に重水素を導入することが可能である。また、特殊な試薬や反応条件を用いないことから各反応のスケールアップが容易であり、各種重水素標識アミノ酸の大量合成も可能である。蛋白質やペプチドの溶液構造を効率よく解析する手段の一つとして安定同位体利用核磁気共鳴法がある。しかし、位置・立体選択的に安定同位体で標識されたアミノ酸を入手するためには高度な有機合成技術が必要であり、その利用は大きく制限されていた。既に本研究では種々の立体選択的重水素標識アミノ酸の合成中間体となる不飽和ピログルタミノール誘導体の新規合成ルートを確立した。本年度は本手法の特徴を利用した各種重水素標識グルタミン酸の合成および重水素標識プロリンの大量合成を検討した。セリン誘導体とメルドラム酸から得られるテトラミン酸を不飽和ピログルタミノール誘導体に変換する際、複数の重水素化試薬を適当に組み合わせることによって任意の標識パターンを持つ重水素化グルタミン酸を合成することに成功した。本研究によって得られた各種重水素標識グルタミン酸の殆どは、従来法では得ることが非常に困難な重水素標識パターンを有しており、様々な分野への応用が期待される。また、本手法は従来法に比べて各反応のスケールアップが容易であることから各種重水素標識アミノ酸の大量合成も可能である。本年度はオリゴペプチドの配座解析に有用な重水素標識プロリンのグラムスケール合成を達成し、重水素標識プロリン含有ペプチドの合成にも着手した。核磁気共鳴法(NMR)は蛋白質やペプチドの溶液構造を解析する手段として非常に有効であり、それらの構成成分であるアミノ酸を安定同位体で標識することによって、解析の効率を飛躍的に向上させることができる。しかし、位置・立体選択的に安定同位体で標識されたアミノ酸を入手するためには高度な有機合成技術が必要であり、その利用は大きく制限されているのが現状である。既に本研究では種々の立体選択的重水素標識アミノ酸の共通合成中間体である不飽和ピログルタミノール誘導体の新規合成法を開発しており、従来法と比較して各反応のスケールアップが容易であることから各種重水素標識アミノ酸の大量合成が可能である。本年度は位置・立体選択的重水素標識プロリンをグラムスケールで合成することに成功し、標識プロリンを含有するジペプチドの合成および配座解析を行った。唯一の環状アミノ酸であるプロリンは特異な配座特性を持つことがらペプチド主鎖の立体構造に大きな影響を与える重要な残基であり、Xaa-Pro結合のシス-トランス異性化やプロリン環パッカリングの動的過程をNMRでモニターすることができれば、ペプチドや蛋白質の溶液構造に関する基本的な情報を入手することが可能となる。本研究で合成した重水素標識プロリンは、シグナルの立体特異的帰属を容易にするのみならず、NMRを用いてプロリン環パッカリングをモニターする上で都合のよい標識パターンを持っており、αおよびδ位のプロトンのビシナル結合定数(J値)を測定することによって配座異性体(UP、DOWN)の存在確率を見積もることができる。本手法は、複雑なパルステクニックや多次元NMRを用いること無く、単純な1DNMRで構造情報を取得できることから、動的NMR解析への応用も期待できる。
電界制御ラシュバ効果による磁壁移動型メモリの高速化

本研究では重要な役割を果たすビスマス薄膜の成膜条件の精査を行い,高品質なビスマス薄膜と絶縁層の積層膜を形成し,その輸送現象を調べた.基板温度や熱処理温度を変えてビスマス薄膜を作製し,単結晶ビスマスと同等の輸送特性を得る条件を探索し,輸送特性の温度依存性および磁場依存性を詳細に調べた.これらと並行して,磁性薄膜の作製検討を行い,磁壁移動を検討するための垂直磁気異方性膜を形成した.現在,積層構造による輸送特性評価に移行しつつある.ディラック分散をもつビスマスの表面状態について検討し,ビスマス薄膜構造の電子状態を計算した.また,ビスマスの新たなタイト・バインディング模型について数値計算を行った.ビスマス薄膜の膜厚を変化させて,スピン分解された状態密度,ラシュバ分裂した表面エネルギーバンド構造,表面スピン分極の向きなどについて計算を行い,ARPESの実験結果との比較した.さらに、表面ポテンシャル勾配を考慮したタイトバインディング模型を用いて,膜厚を変化させたときのスピン分解状態密度などを計算し,実験との比較を行った.ビスマスナノワイヤの格子圧縮と輸送現象の関係についても言及し,バルクビスマスで従来から提唱されてきたタイトバインディング模型をもとにして,原子間間隔距離に依存した行列要素を考えることで歪みの効果を取りいれた有効モデルを用いた.格子定数を変えて,有効質量やL点電子バンド,T点ホールバンドの相対位置を系統的に調べた.さらに,得られたバンドパラメータを元にして有効質量方程式を解くことで,T点とL点のバンド端とナノワイヤとの関係を求めた.計画していたビスマス層,絶縁層,磁性層の成膜条件等を確立し,輸送特性を評価する準備が整いつつある.また,ビスマスにおけるラシュバ効果についても表面/界面における電子状態および輸送現象の理解が進んでいる.電界効果素子の形成に取り組んでおり,概ね計画通り研究が進展している.2018年度までに,本研究が対象とする材料,素子形成および評価システムに関する基本検討が完了したため,具体的な素子の評価を行いながら,界面におけるラシュバ効果の可能性について理解を進め,材料作製方法へのフィードバックを図る.並行して,表面/界面における電子状態模型,輸送特性の理論モデルを構築しつつ,大きなラシュバ効果を得るための素子構造について考察を進める予定である.今年度は,巨大ラシュバ効果を発現させるための基本材料となるBi薄膜の作製条件検討を行った.Kセルを用いた真空蒸着装置を整備した.特にBiは低融点材料であるため,500K付近の温度制御プログラムなどを作製して再現性の確保を行った.蒸着温度,基板温度などの作製条件を変えて,Bi薄膜が作製可能となった.今後,結晶性制御などを見極めながら作製条件の最適化を行う.これと並行して,ゲート絶縁膜の作製検討も行った.AlN, Ta2O5, HfO2, SiO2, MgOなど種々の絶縁膜を形成するため,高周波マグネトロンスパッタリング装置にロングスロースパッタカソードを導入し,低ガス圧スパッタにより直進性の高いスパッタ粒子を得ること可能になった.絶縁膜を作製するスパッタの基本条件の確立と絶縁性の確認を行った.窒化物については窒素とアルゴンの混合ガスをスパッタガスとして用いた.結果として,絶縁膜を形成することが可能となり,今後,Bi薄膜との積層条件などを精査していく.磁性薄膜の候補として,希土類-遷移金属合金のフェリ磁性体を検討した.フェリ磁性体の磁気特性を異常ホール抵抗により確認したところ,界面に起因する異常ホール抵抗の符号反転を見出した.ラシュバ効果を引き出すためには,界面の制御が特に重要であり,今後界面構造と磁気特性の相関に着目して今後作製検討を進めることとした.デュアルハーモニックモードを有するロックインアンプを用いて,温度10K-500K,磁場1.5Tでの輸送特性を評価する測定系を構築した.今後,素子形成検討と並行して,測定パラメータの最適化などを行う.Bi薄膜の表面状態と輸送係数の関係について解析を行った.モデルハミルトニアンを用いた検討からホールポケットの大きさが伝導特性を大きく作用する可能性がわかり,電界制御によってラシュバ効果の程度が異なることが期待できた.本年度計画していたBi薄膜の作製条件およびゲート絶縁膜の作製条件を確認することが出来,今後本研究の目的とするラシュバ効果の研究につなげることが出来た.今年度は,ラシュバ効果が期待できるビスマス薄膜の作製に加えて,界面の影響を調べるため,絶縁層/磁性層/絶縁層からなる積層構造を作製し,界面構造が電気磁気特性に及ぼす影響を調べた.磁性層にはフェリ磁性体であるTbFeCoを用い,磁性層における輸送特性として,異常ホール効果および異常ネルンスト効果を調べた.磁性層厚を変えて試料を作製したところ,異常ホール効果の符号が温度,膜厚によって反転することを見出した.9T,10-400Kの環境下で系統的に異常ホール効果を調べたところ,異常ホール効果の符号反転温度は,フェリ磁性体における補償温度と一致することがわかった.磁性層厚依存性を調べるため,XPS,SIMSによる深さ方向元素分析を行ったところ,界面におけるTbのミキシングがあることがわかり,Tbミキシングにより相対的に磁性層内組成が変調されていることがわかった.成膜条件の改良により急峻な界面を得ることが可能であり,界面効果を調べるための磁性層/絶縁層界面の形成方法について議論した.ビスマスの界面効果を考察するために,薄膜構造における電子状態について議論を継続した.

ビスマス薄膜からの拡張として,ビスマスとアンチモンの合金薄膜構造をタイト・バインディング模型により扱った.さらに表面におけるポテンシャル勾配を考慮した効果を取り入れた模型を精査して,スピン分解された状態密度,ラシュバ分裂した表面エネルギーバンド構造、スピン分極の向きを計算し,実験と比較した.計画していたビスマス層,絶縁層,磁性層の成膜条件等を確立し,輸送特性を評価する準備が整いつつある.また,ビスマスにおけるラシュバ効果についても表面/界面における電子状態の理解が進んでいる.現在,電界効果素子の形成に取り組んでおり,概ね計画通り研究が進展している.本研究では重要な役割を果たすビスマス薄膜の成膜条件の精査を行い,高品質なビスマス薄膜と絶縁層の積層膜を形成し,その輸送現象を調べた.基板温度や熱処理温度を変えてビスマス薄膜を作製し,単結晶ビスマスと同等の輸送特性を得る条件を探索し,輸送特性の温度依存性および磁場依存性を詳細に調べた.これらと並行して,磁性薄膜の作製検討を行い,磁壁移動を検討するための垂直磁気異方性膜を形成した.現在,積層構造による輸送特性評価に移行しつつある.ディラック分散をもつビスマスの表面状態について検討し,ビスマス薄膜構造の電子状態を計算した.また,ビスマスの新たなタイト・バインディング模型について数値計算を行った.ビスマス薄膜の膜厚を変化させて,スピン分解された状態密度,ラシュバ分裂した表面エネルギーバンド構造,表面スピン分極の向きなどについて計算を行い,ARPESの実験結果との比較した.さらに、表面ポテンシャル勾配を考慮したタイトバインディング模型を用いて,膜厚を変化させたときのスピン分解状態密度などを計算し,実験との比較を行った.ビスマスナノワイヤの格子圧縮と輸送現象の関係についても言及し,バルクビスマスで従来から提唱されてきたタイトバインディング模型をもとにして,原子間間隔距離に依存した行列要素を考えることで歪みの効果を取りいれた有効モデルを用いた.格子定数を変えて,有効質量やL点電子バンド,T点ホールバンドの相対位置を系統的に調べた.さらに,得られたバンドパラメータを元にして有効質量方程式を解くことで,T点とL点のバンド端とナノワイヤとの関係を求めた.計画していたビスマス層,絶縁層,磁性層の成膜条件等を確立し,輸送特性を評価する準備が整いつつある.また,ビスマスにおけるラシュバ効果についても表面/界面における電子状態および輸送現象の理解が進んでいる.電界効果素子の形成に取り組んでおり,概ね計画通り研究が進展している.