hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
一次感覚神経の発生・進化における形態と機能の連関の役割

体幹部感覚神経が脊髄内に位置するか、あるいは脊髄外に位置するかを司る機構は細胞自律的であり、脊髄の境界を形成・維持する機構とは独立に制御されていることが明らかになった。さらにこの機構は、体幹部感覚神経がランダムに分布するか、あるいは節構造となるかを司る機構と不可分であり、Six1遺伝子が両者を結びつけNeuropilin・Semaphorinシグナルが関与している可能性が示唆された。また、体幹部感覚神経の由来と進化の解明に、有尾両生類の発生過程が鍵となる可能性も示唆された。「髄内か髄外かを司る分子機構の解明」体幹部一次感覚神経の細胞体を髄内もしくは髄外に定める機構は、細胞自律的なものなのか、周囲の環境が重要なのかを明らかにするため、髄内一次感覚神経様細胞が生じるSix1/Six4二重欠損マウスの髄内外境界を詳細に観察した。髄内外境界の形成・維持には、神経軸索の出入口に存在するBoundarycap細胞が関与することが知られている。Six1/Six4二重欠損マウスにおいては、髄内一次感覚神経様細胞の出現に先立っての変化は観察されなかった。また、髄内外境界に存在する基底膜の状態を、ラミニンの分布を指標として観察したところ、同様に先行した変化は観察されなかった。これらの結果から、一次感覚神経の髄内か髄外かを司る機構は細胞自律的であることが示唆された。「節構造を司る分子機構の解明」脊髄神経節の節構造には、神経堤細胞と体節との相互作用が重要であり、Neuropilin(Nrp)・Semaphorinシグナルはそれを担う分子機構の一つである。野生型マウスと、脊髄神経節が癒合するSix1/Six4二重欠損マウスとの脊髄神経節の遺伝子発現比較においても、Nrp1とNrp2の発現に変化が観察された。脊髄神経節を形成する神経堤細胞では、Nrp1とNrp2が共に陽性であるが、Six1/Six4二重欠損マウスで出現する髄内一次感覚神経様細胞(ランダムに分布)では、Nrp1陽性Nrp2陰性であった。これは、両生類の髄内一次感覚神経細胞が存在する神経管のNrp発現様式と一致している。これらの結果から、節構造かランダムか、髄内か髄外か、を司る機構が不可分である可能性が示唆された。「形態と機能の連関と進化における役割」脊髄神経節におけるSix1遺伝子発現の時期と細胞種を司るエンハンサーの活性が、幼生から成体への変態を促す甲状腺ホルモンに依存することを明らかにした。「髄内か髄外かを司る分子機構の解明」マウス体幹部において、Six1とSix4の両遺伝子を欠損(Six1-/-Six4-/-)させると髄内一次感覚神経様細胞が生じる。前年度の解析から、この過程は細胞自律的であることが示唆された。一次感覚神経の髄内か髄外かを司る機構におけるSix1発現タイミングの役割をより詳細に明らかにするため、Six1+/-Six4-/-胚を用いて解析を行った。この胚では、Six1+/-Six4+/-胚よりも多くの髄内一次感覚神経様細胞が観察され、さらに一部はSix1陽性であった。脊髄内外を隔てる基底膜を横切っているSix1陽性細胞は観察されないことから、Six1の発現は髄内で開始したと考えられる。これらの結果から、早期から発現するSix1は、体幹部神経堤細胞の一部に備わっていると考えられる髄内への自律的な移動能を阻害していることが示唆された。また、Six1発現の欠損ではなく、遅延によっても髄内一次感覚神経様細胞が生じることが明らかになった。「節構造を司る分子機構の解明」マウスSix1+/-Six4-/-胚では、Six1+/-Six4+/-胚よりも多くの髄内一次感覚神経様細胞が観察されたにもかかわらず、顕著な節構造の変化は観察出来なかった。この結果から、節構造の形成には1コピーのSix1で十分である可能性が示唆された。「形態と機能の連関と進化における役割」有尾両生類の脊髄形成過程は、無尾両生類アフリカツメガエルよりも羊膜類的であるとされている。2種類の有尾両生類胚において、組織学的解析によって髄内および髄外一次感覚神経細胞を同定した。有尾両生類の髄内一次感覚神経細胞はアフリカツメガエルよりも脊髄の側面に位置し、その発生のタイミングも遅延していた。また、爬虫類スッポン胚においては、他の羊膜類同様、髄内一次感覚神経細胞は観察されなかった。「髄内か髄外かを司る分子機構の解明」Six1とSix4の両遺伝子を欠損させた(Six1-/-Six4-/-)マウス胚体幹部では、髄内一次感覚神経様細胞が生じる。前年度の解析から、早期から発現するSix1が、一部の体幹部神経堤細胞に備わっている髄内への自律的な移動能を阻害していることが示唆された。また、Six1発現の遅延によっても髄内一次感覚神経様細胞が生じることが明らかになった。ニワトリ胚を用いた解析によって、Six1遺伝子発現を司るエンハンサーの活性が甲状腺ホルモンに依存していることが示唆されたことから、髄内か髄外かを司る分子機構が甲状腺ホルモンに依存するか否かを検討した。

甲状腺ホルモン合成阻害剤であるメチマゾールを妊娠マウスに腹腔内投与しその胚を観察したが、体幹部感覚神経に顕著な変化は観察されなかった。マウス胚をSix1+/-Six4+/-やSix1+/-Six4-/-とした場合にも対照との差は観察されなかった。「節構造を司る分子機構の解明」前述のメチマゾール処理胚では、顕著な節構造の変化も観察されなかった。「形態と機能の連関と進化における役割」有尾両生類アホロートル胚を観察したところ、前年度観察した2種類の有尾両生類胚よりも脊髄形成過程が羊膜類的であり、髄内一次感覚神経細胞の位置はSix1-/-Six4-/-マウス胚の髄内一次感覚神経様細胞に酷似していた。更に、その発生のタイミングも遅延しており、同じ神経板・表皮外胚葉境界由来の神経堤細胞の出現に近いものであった。これらの結果から、アホロートルが脊髄の発生様式と体幹部感覚神経の由来・進化を結びつける鍵となる可能性が示唆された。体幹部感覚神経が脊髄内に位置するか、あるいは脊髄外に位置するかを司る機構は細胞自律的であり、脊髄の境界を形成・維持する機構とは独立に制御されていることが明らかになった。さらにこの機構は、体幹部感覚神経がランダムに分布するか、あるいは節構造となるかを司る機構と不可分であり、Six1遺伝子が両者を結びつけNeuropilin・Semaphorinシグナルが関与している可能性が示唆された。また、体幹部感覚神経の由来と進化の解明に、有尾両生類の発生過程が鍵となる可能性も示唆された。「髄内か髄外かを司る分子機構の解明」と「節構造を司る分子機構の解明」におけるSix1+/-Six4-/-マウス胚の利用は、研究実施計画には明記されていないものであるが、これによって両機構におけるSix1発現タイミングの役割がより詳細に明らかになることが期待され、研究の進展に大きな貢献となる。アフリカツメガエル髄内一次感覚神経細胞は、細胞死で消失する直前にSix1の発現が開始する。Six1+/-Six4-/-マウス胚において、髄内一次感覚神経様細胞がSix1陽性となることは、両生類の髄内一次感覚神経細胞に近い性質を獲得している可能性を示唆していると考える。この細胞の性質と機能を詳細に解析することで、「形態と機能の連関と進化における役割」の進展にも貢献出来ると考える。「形態と機能の連関と進化における役割」においては、有尾両生類と爬虫類の解析に着手し、既に組織学的解析によって体幹部一次感覚神経細胞を同定しており、十分な進展と考える。発生生物、進化発生前年度、レーザーマイクロダイセクションとマイクロアレイを用いて遺伝子発現解析を行う前にNeuropilin(Nrp)を分子機構の候補として同定し、それによって「髄内か髄外かを司る分子機構の解明」と「節構造を司る分子機構の解明」が不可分な計画である可能性が示唆されていた。最近、他の研究グループから、アフリカツメガエルにおいてNrp1がSix1遺伝子の制御下にあることが報告された(Yan et al., 2015)。このことは、遺伝子間相互作用が種を超えて保存されていることを示唆しており、本研究計画を後押しするものである。今年度解析を行ったSix1+/-Six4-/-マウス胚も積極的に活用し、Nrpを軸とした研究計画を継続する。「形態と機能の連関と進化における役割」において、前年度から体幹部一次感覚神経におけるSix1発現を制御しているエンハンサーの解析も行っている。
音響加振を用いた低周波数域における関節軟骨の力学特性計測

本研究では音響加振によって表面に生じる振動に着目し非接触的に関節軟骨の力学的特性である粘弾特性を測定することを目的とする.加振装置はスピーカーから出力される音波をエクスポネンシャル型のノズルを用いて集束し試料へ加振力として入力する.試料表面に励起された振動応答をレーザー変位計を用いて二点同時計測することによって,各加振周波数における位相速度を算出し,Vogitモデルと仮定した試料の粘弾性係数を同定する.提案したシステムの妥当性は,コラーゲン含有率の異なるゼラチンファントム(2wt.%,5wt.%,8 wt.%)の50120Hzにおける粘弾性係数を同定することによって検証した.本研究は,再生能力の乏しい関節軟骨の変性の進行を防止するために早期診断が期待されている臨床的に応用可能で非接触・低侵襲的に関節軟骨の力学的機能を定量的に評価する手法の開発を目的としている.力学的機能を定量的に評価するために,音響加振を用いて高含水率である関節軟骨を加振し,得られる振動減衰特性に基づき,関節軟骨の弾性・粘性係数を同定する手法を提案する.提案した手法によって関節軟骨の力学的機能を定量的に評価することができれば,非接触的に機能の低下を診断することが可能となる.将来的に関節外からの音響加振とMR撮影技術を組合せることによって機能の低下部位の可視化も可能と考えられる.本研究の目的を達成するために,1)振動計測システムの構築および妥当性の検証,2)変性度による力学的機能の変化を計測可能,の2点を示す必要がある.今年度(平成28年度)は1)振動計測システムを構築した.軟骨を加振するために十分な音圧を得られる加振ノズルを設計し,表面に励起されたマイクロメートルオーダーの表面波を多点同時計測が可能な測定系を構築した.ブタの関節軟骨を用いて計測を行い,日常動作時に見られる低周波数域(40100Hz)において,軟骨に伝播する表面波の位相速度が加振周波数によって変化することを示した.来年度(平成29年度)は軟骨の弾性・粘性を同定し,インデンテーション試験による計測結果と比較することによって提案手法の妥当性を検討する予定である.最終的に,2)人工的に変性させた軟骨試料の力学的機能の低下を定量的に評価することによって本提案手法の有用性を検討する.当初の計画では,平成28年度に「振動計測システムの構築およびその妥当性の検証」としていたが,現在,振動計測システムの構築を完了した.低周波数域での加振を実現するために,スピーカーからの音圧を高めることのできるマイクロ加振ノズルを設計した.関節軟骨に伝播する振動波の計測には,軟骨表面に非接触で計測できるレーザー変位計を用いるため,本システムに最適な変位計を検討した.ブタの関節軟骨を用いて実験を行った結果,複数点の変位計測により加振周波数と位相速度の関係を得ることができた.しかし,計測の再現性およびシステムの妥当性の検証まで至っていないため,自己評価として「(3)やや遅れている.」とした.本研究では,再生能力の乏しい関節軟骨の変性の進行を防止するために早期診断が期待されている臨床的に応用可能で非接触・低侵襲的に関節軟骨の力学的機能を定量的に評価する手法の開発を目的としている.力学的機能を定量的に評価するために,音響加振を用いて高含水率である関節軟骨を加振し,得られる振動減衰特性に基づき,関節軟骨の弾性・粘性係数を同定する手法を提案する.提案した手法によって関節軟骨の力学的機能を定量的に評価することができれば,非接触的に機能を低下を診断することが可能となる.将来的に関節外からの音響加振とMR撮影技術を組合せることによって機能の低下部位の可視化も可能と考えられる.本研究の目的を達成するために,1)振動計測システムの構築および妥当性の検証,2)変性度による力学的機能の変化を計測可能,の2点を示す必要がある.昨年度(平成28年度)は1)振動計測システムを構築した.関節試料ファントムとしてゼラチンプレートに対して加振試験を行い,励起した横波の位相速度と加振周波数の関係を計測することによって,ファントムの粘性・弾性係数を同定することができた.今年度(平成29年度)は2)変性度による力学的機能の変化を検討した.ゼラチン濃度の異なるファントムに対して計測試験を行った結果,ゼラチンの含有量と弾性係数が正の相関があることが示した.ブタより採取した関節軟骨サンプルに対して,粘性・弾性係数の同定に成功した.よって,本提案手法の有用性を示すことができた.本研究では音響加振によって表面に生じる振動に着目し非接触的に関節軟骨の力学的特性である粘弾特性を測定することを目的とする.加振装置はスピーカーから出力される音波をエクスポネンシャル型のノズルを用いて集束し試料へ加振力として入力する.試料表面に励起された振動応答をレーザー変位計を用いて二点同時計測することによって,各加振周波数における位相速度を算出し,Vogitモデルと仮定した試料の粘弾性係数を同定する.提案したシステムの妥当性は,コラーゲン含有率の異なるゼラチンファントム(2wt.%,5wt.%,8 wt.%)の50120Hzにおける粘弾性係数を同定することによって検証した.平成29年度は,本提案手法の有用性の検討に向けて,平成28年度の研究に引き続き構築したシステムの妥当性を検証する.検証方法として,関節軟骨と同等な厚さ(1-4mm)のシリコーンゴムを用いた計測実験や軟骨のインデンテーション試験を予定している.

妥当性が検証された後,酵素処理によって人工的に変性させた軟骨試料の力学的機能の低下を定量的に評価することによって本提案手法の有用性を検討する.バイオメカニクス平成28年度は計測システムの構築に時間を要したため,申請時の予定であるシステムの妥当性の検証に至っていない.そのため,妥当性の検証に使用する予定の予算を繰越すこととなった.平成29年度は繰り越した予算と合わせて,妥当性の検証を行い,システムの有用性の検討するために使用する予定である.また,論文の執筆を含め,学会にも積極的に参加し,研究成果を発信するためにも使用する予定である.
オール・ジルコニアクラウンの臨床展開に向けた機械的・生物学的特性に関する研究

本研究ではクラウンの厚みがオール・ジルコニアクラウンの強度に及ぼす影響を詳細に評価した。さらに、ジルコニア特有の自然発生的な結晶構造の変化による強度低下(エイジング)、繰り返し荷重、および歯冠色付与のための微量元素添加の影響を調べた。一連の実験結果より、オール・ジルコニアクラウンは厚みが0.5 mmであっても十分な強度を有し、エイジングや繰り返しの荷重による影響を受けたとしても大臼歯部の最大咬合力(約1000 N)に十分耐えられることが分かった。さらに、歯冠色付与のために添加される微量元素は強度に影響を及ぼさないことが示された。今後、臨床研究を通して、本研究成果を検証する必要がある。H25年度は当初の計画に基づいてオール・ジルコニアクラウンの軸面および咬合面の厚みが破折強度に及ぼす影響をを調べた。下顎右側第一大臼歯模型を形成し、シャンファー幅(0.5、0.7、1.0 mm)と咬合面削除量(0.5、1.0、1.5 mm)を組み合わせて9種類の支台歯を準備した。支台歯模型を歯科用CAD/CAMシステムでスキャンし、それぞれの種類の支台歯の複製をコンポジットレジンブロック(Lava Ultimate、3M ESPE)から削り出した。次に各種支台歯の複製模型をスキャンし、外形は同じになるようにクラウンをデザインしジルコニア仮焼体(Lava Plus Zirconia、3M ESPE)から削り出し、焼成した。焼成後、クランを研磨し、マイクロCTを用いて軸面及び咬合面の厚みの精密な評価を行った。その後、クラウンを支台歯複製模型にレジンんセメントを用いて合着し、直径10mmの半円球状の圧子を用いて咬合面に対して垂直方向に静的荷重を加え、破折に至る荷重を調べた。最薄タイプのクラウンの破折荷重が5558±522 N、最厚タイプのクラウンの破折荷重が9764±380 Nであった。クラウンの厚み測定と破折試験の結果に対して重回帰分析を行ったところ、クラウンの軸面の厚みは強度に対して有意な影響を及ぼさないが、咬合面の厚みは有意な影響を及ぼすことが分かった。回帰直線の計算に基づくと、咬合面の厚みを1 mm増加させることで破折強度が3465 N増加することが分かった。これらの実験結果は、オール・ジルコニアクラウンの厚みが軸面及び咬合面で最低0.5 mm確保されれば臼歯部でのクラウンとして十分機能することを示すものである。したがって、歯質削除量が少なく、健全歯質を保存できる補綴方法として応用可能であることが示唆された。平成26年度はオール・ジルコニアクラウンの耐久性の評価を行なった。平成25年度の研究成果を基に、最小厚みが0.5 mmのオール・ジルコニアクラウン(Lava Plus Zirconia, 3M/ESPE)を製作した。研磨後、クラウンを次の4つの処理群に分けた;1)無処理、2)低温劣化、3)繰り返し荷重、4)低温劣化および繰り返し荷重。低温劣化は134°Cで100時間オートクレーブすることで加速試験を行った。低温劣化加速試験後にクラウンを支台歯模型に合着した。繰り返し荷重試験は、クラウンを支台歯模型に合着後50-300 Nの荷重を10 Hzで24万回加えることで行った。各試験後にクラウンの破折強度を評価した。直径10 mmの半円球状圧子を用いて咬合面に対して垂直方向に荷重を加え、クラウンが破折に至る荷重を調べた。試験の結果、クラウンの破折荷重は低温劣化によって有意に減少するが、繰り返し荷重では減少しないことが分かった。また、低温劣化加速試験後に繰り返し荷重試験を行った場合でも、クラン破折荷重に対する繰り返し荷重の影響は認められなかった。低温劣化はクラウン強度を減少させたが、低温劣化の影響を受けたクラウンでさえ破折荷重は約4000 Nと大臼歯最大咬合力(400-900 N)と比べて著しく大きな値を示した。したがって、最小厚みが0.5 mmのオール・ジルコニアクラウンは低温劣化によって影響を受けるものの、大臼歯クラウンとして十分な耐久性を有していることが示唆された。平成27年度は、歯冠色を付与したイットリア安定型ジルコニアの低温劣化に着目し、研究を行った。無着色ジルコニア試料、浸漬法およびパウダーミキシング法によって歯冠色を付与した円板状試料を作製した。各色の試料を3群に分け(n=18)、10時間および100時間のオートクレーブ処理で低温劣化を惹起した。残りの1群は無処理でコントローとした。二軸曲げ試験により曲げ強度を測定し、ワイブル統計法により解析したところ、オートクレーブによる低温劣化は強度の低下につながるが、100時間オートクレーブ処理を行っ他場合でも1000 MPa以上の曲げ強度を示すことが分かった。また、着色試料の方が低温劣化の影響を受けにくいことが分かった。これは着色剤に含まれる酸化物などが安定化剤としての役割を果たしたためと考えられる。本研究結果は、オールジルコニアクラウンは、低温劣化が口腔内で惹起された場合でも、十分な強度を有することを示唆するものである。また、オール・ジルコアニアクラウンの除去を想定し、ダイアモンドバーのジルコニア切削効率を評価した。

ジルコニアは、二ケイ酸リチウムやリューサイトガラスセラミックするよりも硬度が高く、切削にはより長い時間を要した。1 mm厚の試料をスパーコースのダイアモンドバーを用いて、0.9 Nの荷重で切削した場合、5 mm切断するのに要した時間は、ジルコニアが約300秒、二ケイ酸リチウムが約200秒、リューサイトガラスセラミックが約40秒であった。ジルコニア切断においては、切削圧を上げるとダイアモンドバーの砥粒の脱落および摩耗が生じ、切削効率が低下することが分かった。本研究結果は、ジルコニアを用いた補綴装置は、他の材料の補綴装置よりも切削が困難であることを示唆している。従って、ジルコニア補綴装置を使用する場合には、除去の困難さも十分に認識したうえで適応症例を選択する必要がある。本研究ではクラウンの厚みがオール・ジルコニアクラウンの強度に及ぼす影響を詳細に評価した。さらに、ジルコニア特有の自然発生的な結晶構造の変化による強度低下(エイジング)、繰り返し荷重、および歯冠色付与のための微量元素添加の影響を調べた。一連の実験結果より、オール・ジルコニアクラウンは厚みが0.5 mmであっても十分な強度を有し、エイジングや繰り返しの荷重による影響を受けたとしても大臼歯部の最大咬合力(約1000 N)に十分耐えられることが分かった。さらに、歯冠色付与のために添加される微量元素は強度に影響を及ぼさないことが示された。今後、臨床研究を通して、本研究成果を検証する必要がある。当初の計画通り、平成26年度は繰り返し荷重試験を含むオール・ジルコニアクラウンの耐久性の評価を行ない、研究成果を論文として発表した。また、ジルコニアクラウンに加えて、CAD/CAMで製作した硬質レジンクラウン(Lava Ultimate, 3M/ESPE)の強度試験も実施し、論文として発表した。歯科補綴学現在のところ計画通りに研究が進展しているのでこのペースで継続していく。今年度の研究を通して、ジルコニアの低温劣化に関する興味深い知見が得られたので一部計画を変更して、ジルコニアの低温劣化についてより詳細な研究を行うこと当初の計画通り、H25年度は支台歯模型の作製方法、クラウンの作成方法、クラウン厚みの測定方法といった実験系を確立することができ、それに基づいてクラウンの厚みが強度に及ぼす影響の評価まで終了することができた。さらに、H26年度に実施を予定していた繰り返し荷重による影響を現在実施中であり、計画以上に進展していると判断している。また、ジルコニアクラウンに加えて、CAD/CAMで製作した硬質レジンクラウン(Lava Ultimate, 3M ESPE)の強度試験も実施新しい知見を得ることができている。現在のところ計画よりも研究が進展しているのでこのペースで継続していく。具体的には繰り返し荷重がオール・ジルコニアクラウンの強度に及ぼす影響の評価を行う。さらに、H25年度に実施した研究および予備試験を通してジルコニアの低温劣化による結晶相変態(単斜晶→正方晶)がクラウン強度に及ぼす影響をより詳細に検討することとした。これらの実験を通してオール・ジルコニアクラウンの強度に関する基礎的知見を幅広く得られるものと考えている。当初はH25年度中に論文投稿を行う予定であったが、論文作成に時間がかかったため投稿費や英文校正費用をH26年度に繰り越すこととした。論文原稿はほぼ完成しており、H26年4月中には投稿する予定である。本投稿にかかる費用として繰越額から支出する計画である。
バイオ人工膵による移植治療システムの開発

本研究は、バイオ人工膵を体内に導入することにより糖尿病を根治的に治療することを最終目標としている。そのためのステップとして、インスリンを産生・分泌するバイオリアクターを得るために、ブタ膵島分離法の確立およびヒト型インスリン分泌細胞の作成を目指す一方、バイオリアクターの機能を生体内で十分に発揮させるための免疫隔離デバイスの開発・改良を行った。バイオリアクターの開発・改良に関しては、6ヶ月齢のブタから摘出した膵臓を用いて、2段階消化法とHistopaque-1077による分離法を用いて一臓器あたり平均1千万個の内分泌細胞を分離することに成功し、その細胞を培養してin vitroおよびin vivoで各種の検討を行った結果、得られた細胞(特に、浮遊細胞塊)が、糖尿病治療に適した良好なインスリン分泌能を有することを確認した。また、ethylene glycolを用いてこのような膵島あるいは膵島様細胞塊を凍結保存する効果的かつ簡便な方法を開発した。さらに、本来は際限なく分裂・増殖する性質を有するインスリノーマ細胞であるMIN6細胞から、培養条件を調節することによって、増殖力が弱く、ブドウ糖濃度に反応してインスリンを分泌する能力を有した細胞塊を形成させ、これをアガロースのビーズに加工することで、少なくとも一ヶ月間、in vitroで良好な形態と機能を維持させることに成功した。これらの成果に加えて、ヒト型インスリン分泌細胞の作成に役立てるべく、マウスの胎性幹細胞をインスリン分泌細胞へ分化誘導する研究が進行中で、従来の報告より格段に有用なインスリン分泌細胞が得られつつある。一方、免疫隔離デバイスの面では、補体の細胞障害作用が拒絶反応の主役となる異種移植をめざして、抗補体作用を有するpoly(styrene sulfonic acid)を添加したアガロース膜を用いた三層ビーズの有用性を確認するとともに、膵島毒性の点でpoly(2-acrylamido-2-methyl propane sulfonic acid)がより有用である可能性を示した。また、血管に乏しい皮下への移植をめざして、膵島移植部位に血管新生作用を有するbasicfibroblast growthfactorの徐放性デバイスを埋入してあらかじめ血管を誘導することの有用性を示した。さらに、三層ビーズと血管誘導技術を組み合わせることにより、Splague-Dawleyラットの膵島をC57BL/6マウスの皮下に移植して糖尿病を長期間コントロールすることが可能となった。現在は、ブタ膵内分泌細胞を用いてイヌの糖尿病を治療する実験が進行中である。糖尿病治療に対するバイオ人工膵移植治療システムの開発については、以下の様々な研究を進めた。1.移植部位:元来血管の少ない皮下部位において、塩基性繊維芽細胞増殖因子(bFGF)の徐放デバイスを用いて血管新生誘導を行った。新生血管の誘導は、組織学的、及び免疫組織化学的検討などで確認した。マウスやラットなど小動物を用いた検討で良好な血管新生誘導、ならびに、血管誘導処置後のバイオ人工膵移植における移植細胞の生着性・機能性の向上を確認した。現在、大動物糖尿病モデルを作製し、血管新生誘導の有効性をこれら動物を用いて検討中である。2.血管新生誘導後及びバイオ人工膵移植後レシピエントの生体変化:バイオ人工膵移植において、移植後の炎症反応や免疫応答により移植細胞の生着阻害されたり、機能が低下するなど大きな障碍が観られる場合が多い。この点に対して、血管新生誘導処置後、及び、バイオ人工膵移植後のレシピエント側の生体変化を動員される免疫系細胞、及び、誘導される炎症関連分子の解析を中心に進めている。これらの結果を基に、すでに開発している免疫隔離デバイスの改良も検討している。3.バイオリアクター:ブタ膵からの膵内分泌細胞の分離方法を確立し、浮遊性に分離細胞を培養維持する方法も確立した。さらに、これらの細胞をバイオリアクターとした移植実験で、移植細胞の生着性や機能性を小動物レベルで確認した。現在、より大量かつ良好な機能を有する膵内分泌細胞の分離条件の設定を行っている段階である。

一方、免疫隔離デバイスの面では、補体の細胞障害作用が拒絶反応の主役となる異種移植をめざして、抗補体作用を有するpoly(styrene sulfonic acid)を添加したアガロース膜を用いた三層ビーズの有用性を確認するとともに、膵島毒性の点でpoly(2-acrylamido-2-methyl propane sulfonic acid)がより有用である可能性を示した。また、血管に乏しい皮下への移植をめざして、膵島移植部位に血管新生作用を有するbasicfibroblast growthfactorの徐放性デバイスを埋入してあらかじめ血管を誘導することの有用性を示した。さらに、三層ビーズと血管誘導技術を組み合わせることにより、Splague-Dawleyラットの膵島をC57BL/6マウスの皮下に移植して糖尿病を長期間コントロールすることが可能となった。現在は、ブタ膵内分泌細胞を用いてイヌの糖尿病を治療する実験が進行中である。
量子情報理論と量子計算量理論の融合技術の展開

量子情報理論と量子計算量理論の融合技術を発展させて,対話型証明,暗号理論,ネットワーク理論などの諸問題に対して適用した.量子対話型証明に関しては,複数証明者間の量子エンタングルメントの効果を追究し,量子対話型証明の理論を発展させた.また,ネットワーク符号化における量子通信の可能性を検討し,効率化通信手法の提案を行った.従来の古典暗号の枠組みでは証明困難であったハードコア述語に対して量子暗号理論を介することでその証明を構築可能にした.量子暗号理論へのフィードバックを行うため,様々な古典暗号プロトコルの考案を行った.量子情報理論と量子計算量理論の融合技術を発展させて,対話型証明,暗号理論,ネットワーク理論などの諸問題に対して適用した.量子対話型証明に関しては,複数証明者間の量子エンタングルメントの効果を追究し,量子対話型証明の理論を発展させた.また,ネットワーク符号化における量子通信の可能性を検討し,効率化通信手法の提案を行った.従来の古典暗号の枠組みでは証明困難であったハードコア述語に対して量子暗号理論を介することでその証明を構築可能にした.量子暗号理論へのフィードバックを行うため,様々な古典暗号プロトコルの考案を行った.本年度は,量子対話型証明において証明者間の共有エンタングルメシトの効果に関する研究を行った.検証者は古典のままであるが,証明者らにエンタングルメントを用いることを認める多証明者対話型証明において,PSPACEが2証明者1ラウンド証明を持つことを示した.一方,NEXPに対する2証明者対話型証明構成の既存の試みの問題点を指摘し,3証明者の場合と異なる可能性も指摘した.次に,ネットワーク符号化における量子通信の可能性について研究し,複数対の情報を各情報源から各目的地に送信する問題において,補助的に古典情報を送ることを許せば,古典ネットワーク符号化が可能な全ての通信網で,任意の未知量子状態を効率よく完全に送信することを可能にする符号化技法の構成に成功し,量子ネットワーク符号化の可能性の道を拓いた.また,量子計算と暗号理論の境界領域の研究として,量子一方向性関数の逆計算の困難性および量子ビット委託方式について考察した.特に,量子一方向性関数から量子計算機に対しても安全で,かつ今までに知られていないようなハードコア述語を構成することに成功した.ハードコア述語は暗号理論において重要かつ基礎的な概念であり,量子計算理論的な観点から暗号理論に新たな視点を導入するものと期待できる.また,量子情報および量子計算へのフィードバックを掛ける意味で,古典対話型証明の研究も同時に遂行した.古典対話型証明における乱数の重要性について考察し,ある種の乱数を用いた対話型証明が乱数を必要としない対話型証明で模倣できたとすると,論理回路族に対する非常に高い計算量の下界が得られることを示した.また,古典暗号理論においては,弱い理想化された圧縮関数によるハッシュ関数,tag-KEM/DEMフレームワークと呼ばれる公開鍵暗号方式,より現実的な紛失通信方式に着目し新たな方式の提案や安全性について考察した.本年度は,量子情報理論的なアプローチの研究として,与えられた状態が純粋状態か否かを検定する問題を研究し,コピー数が大きくなる極限では全ての操作を許した場合と変わらない性能を達成できることを示した.また,ブラックボックスが一般の完全正定値写像の場合の推定の誤差の振る舞いを研究した.これは計算量理論における質問計算量に関係し,もしブラックボックスがユニタリであれば誤差は質問回数の二乗に逆比例することが知られていたが,それ以外のほとんどの場合は、質問回数に逆比例することを導いた.量子対話証明からのアプローチの研究として,誤り確率に制限のない量子対話型証明において決定性指数時間計算量クラスEXPを含み,有限誤りの場合の多項式領域計算量クラスPSPACEを(EXP≠PSPACEという予想の下)大きく凌駕することを示した.量子ネットワーク符号化に関し,複数対の情報を各情報源から各目的地に送信する問題において,補助的に古典情報を送ることを許すことにより,非線形符号化も含め古典線形ネットワーク符号化が可能な全ての通信網で,任意の未知量子状態を効率よく完全に送信可能な符号化技法の構成に成功した.量子暗号からのアプローチとして,インタラクティブハッシュとBB84状態の同等性に関する結果を得た.これにより,量子一方向性関数から非対話の統計的秘匿量子ビット委託プロトコルの構成に成功した.さらに,古典暗号理論から量子暗号理論にフィードバックすべく古典暗号理論の研究も進めた.具体的には,落とし戸付きコミットメント方式より強い概念であるmulti-trapdoor commitmentについて非対話なプロトコルを一般的なRSA仮定から構成した.また,情報理論的安全性の観点から対称鍵暗号の情報理論的頑強性について研究を行い,情報理論的頑強性とその他の情報理論的安全性との関係性を明らかにし,その応用として既存の情報理論的頑強性を持つ対称鍵暗号の鍵長サイズが最適であることを示した.NPの量子版であるQMAに関して,完全性に誤りのない片側誤り証明モデルが一般の両側誤り証明モデルと同等の証明能力を持つか否かは長年の未解決問題である.この解決に向けて本研究では,証拠が古典情報で与えられるQMAに関しては,この問題が肯定的に解決されることを示した.これは量子オラクルと呼ばれる古典オラクルの量子版において相対化された世界では否定的な結果が示されていたものであり,量子オラクルによる状況証拠を乗り越えることが可能な,量子的に相対化されない初の非自明な結果としても注目される.また,証明に用いた加法的に受理確率を調整する技法は,簡潔でありながら汎用性もあり,今後様々な問題に広く応用されることが期待される.量子計算を用いて安全なマルチパーティ計算を実現する方法として,量子特有な方法が散発的に検討されている.

その実現へ向けて,暗号理論の観点から量子テレポーテーション型の観測ベース量子計算の可能性について考察し,安全な代理計算方式が実現できることを示した.紛失通信と呼ばれる暗号基本プロトコルに対して,既存モデルで前提であった敵の動作制限を無くし敵に任意動作を許すような新しいモデルのもとで、暗号理論的な安全性と等価なゲーム理論的安全性についての考察を与えた.また,情報漏洩に対して安全な暗号が近年注目されているが,公開鍵暗号の暗号化アルゴリズムで用いられた乱数が漏洩した場合も安全性を保つ公開鍵暗号方式の構成を行った.量子攻撃耐性を持つ暗号系構成の基礎として,情報理論的な頑健性の定義と最も基本的な秘匿性の一般化が等価であることを示した.この結果を応用することで既存の情報理論的な頑健性を持つ秘密鍵暗号系の秘密鍵長の最適性を証明することができた.また量子アルゴリズムの設計にも利用されるGowers一様性を応用し,多項式の次数評価に対する質問計算量の解析手法を与えた.
不妊症女性の心理的問題の背景要因とその援助に関する研究

我々はこれまでの報告で、不妊症女性は治療機関が長期化するにしたがって、抑うつおよび神経症傾向が強まることを明らかにした。今年度は、治療における困難に焦点をあてた準構造化面接を107名の不妊症女性に対して行った。面接によれば、49.2%は健康保険の自己負担率増加に関連した経済的問題を抱え、57.8%は治療に関連した時間的圧迫を感じており、22.1%は家庭的問題を抱えていた。全体の90%を占める就業中のうち、10%は治療のため仕事を辞めており、7%は仕事をパートタイムに変えていた。胎外受精胚移植法を受けている女性のうち、30%は治療を自分の親族に秘密にしており、50%は夫の親族に秘密にしていた。40歳を過ぎてから子どもを作るために日本人と結婚した4人の中国人女性に代表されるように、不妊症女性の中には自分の生殖年齢を現実よりも高めに考えているものがいた。不妊という事実を受け入れるプロセスを援助するために提案された自助グループへの参加に同意したものは、ほとんどいなかった。以上の結果から我々は、不妊症女性の中には、時間、経済、家族関係を犠牲にしながら治療に対して非現実的な見通しを持つものがいると考える。このタイプの女性は、治療の限界を受け入れ、育児から離れた人生設計をたてるための援助を必要とすると思われる。不妊症治療を目的に受診した女性107名について、準構造化面接と自記式評価尺度による調査を施行した。調査項目は、不妊によるストレス状況、不安、抑うつ、不妊に伴う感情、母性理念等である。調査の結果、対象者全体の6割が不安であると回答していた。治療に対して、積極的なものがむしろ不安が強かった。自記式の不安尺度であるSTAIでは、状態不安、特性不安ともに、日本人女性の平均値よりも高めであった。不妊期間の長期の群に特に不安が強い傾向があった。自記式抑うつ性尺度では、やはり日本人女性の平均値よりも高かった。また、不妊期間の長期の群に特に抑うつが高い傾向があった。得点上では、不妊症女性の不安や抑うつは、神経症患者のレベルに近いと言える結果であった。不妊に伴う感情は、不妊という事態についてどのような気持ちを抱いているかを項目ごとに5段階評価してもらうものである。不妊に伴う感情について、因子分析したところ、「抑うつ不満因子」「悲哀自責因子」「自己不全感因子」と解釈できる3つの因子が抽出された。以上の結果から、不妊症女性は、不妊の長期化に伴い、不安や抑うつが強くなることが明らかになった。また、不妊症女性は、治療の初期には、自分自身の問題で悩むものが多いが、治療が長期化すると、他者や環境からのストレスに悩まされる傾向があることも予測された。さらに、不妊症女性の心理の構造を、因子分析で分析すると、「抑うつ不満」「悲哀自責」「自己不全感」から構成されていると解釈された。不妊症女性を対象として、不妊に伴うストレス、治療に対する不安などについての準構造化面接、質問紙を用いた心理検査を行った。STAIの結果は、状態不安、特性不安ともに、日本人女性の平均値よりも高めであった。不妊期間が4年以上の群で特性不安得点が高い傾向にあり、不妊治療が長期化すると、不安を抱きやすい性格傾向が強まる可能性があることが示唆された。また、CES-Dの平均得点は、日本人女性の平均得点よりも高値を示し、不妊期間が4年以上の群では、CES-Dの平均得点は有意に高かった。不妊治療の長期化により抑うつ状態が強くなる可能性が考えられた。PFスタディでは、不妊期間別の有意差は認められなかったが、日本人女性の平均得点に比較して、性格特性の「自己防衛型」が低く、「障害優位型」「要求固執型」は高めであった。不妊原因別では、「障害優位型」の平均得点は「本人に問題あり」が最も高く「要求固執型」の平均得点は、「双方に問題あり」が最も高かった。

家族形態別、職業の有無別での有意差は認められず、不妊原因別で「障害優位型」と「要求固執型」に有意差が認められた。以上の結果より、不妊症女性の心理的特性として、不安や抑うつが強い傾向がみられ、不妊期間や家族形態、不妊原因などの要因との関連が考えられ、不妊の原因が本人にあるかどうかで、葛藤の処理パターンが異なってくる可能性が示された。昨年までの調査対象とは別に、146個の不妊症治療中の女性に対して、準構造化面接と精神的健康についての心理調査を行い、不妊症治療に関するストレス、治療を維持するうえでの不安や困難になっていることについて聴取した。今回の146例は、平均年齢34.5±4.9歳(2443歳)で平均治療期間は3.0±2.5年であった。抑うつの指標であるSDSは、35.0±9.8でやや抑うつ傾向を認め、STAI状態不安は49.6±9.3点、STAI特性不安は48.8±9.5点とかなり高い不安を示していた。面接で述べられた治療上困難になっていることは、経済的問題・仕事との問題(時間的問題)・家族との問題の3つに分類された。経済的問題を感じている者は約半数いて、健康保健の自己負担が2割になったことで実質は3倍感があるというものが多かった。仕事との関係では、対象の90%が就業していたため、57.7%の者が治療を継続してゆく上での困難さを感じていた。IVF-ETでの治療を受けている者のなかには、治療のために仕事をやめた者、(10%)、パートなどの時間的に余裕のある仕事に変わった者(7%)がいた。家族との関係では、夫の理解はほぼ100%あると答えていたが、IVF-ET治療者で実家の親に治療について説明しているのは約60%、夫の両親に話していたのは半数に満たなかった。不妊治療をしている40歳以上の妊娠率は、低下するにもかかわらず患者自身の限界設定年齢は上昇してきていて、データとしての妊娠率の低下を生じている。しかし、self help group(自助グループ)などのミーティングの提示に対しては抵抗の強い者が多く、子どもを妊娠できないことの受容のプロセスを進めるためには、個別的なカウンセリングがまず必要とされると考えられた。
高純度ガリウム抽出のためGa-β-アルミナの作成

高純度ガリウム抽出の需要に応えるため、超イオン導電体の一つであるNa-β-アルミナにク-ロン滴定法を応用し、Ga-β-アルミナを作成することを目的として調査並びに試験研究を行った。置換すべきGaの原子価については、Ga^<3+>がイオンとして安定であるがNa^+と置換するためにはGa^+イオンでなければならない。Ga^+を構成するものとして何がよいか種々調査検討した結果、溶融状態で1価のGa^+と3価Ga^<3+>イオンが共存するGacl_2を滴定法の材料として選定した。次に(+)|Gacl_2(L)+Ga(L)|Na-β-アルミナ|Gacl_2(L)|(-)のような通電により、Na-β-アルミナのNa^+イオンをGa^+イオンと置換する。この条件として導電性の立場とGaCl_2の低圧の溶融状態の二つの要素により210°Cが最適である。また通電の印加電圧は2mmの肉厚、1cm直径の素材に対して2Vが上限であることを確かめた。この条件下で、通電を約100時間以上行うことによりNa^+からGa^+に殆んど完全に置換することができることを確認した。この確認には螢光X線による原子吸収スペクトルを用いた。また結晶構造の観点からNa-β-アルミナとどのような相違があるかを調べるため、X線回折の実験を行った。その結果、Ga-β-アルミナの基本構造はNa-β-アルミナのそれと等しいスピネルブロックを含む六方晶であるが、置換によりC軸の基本長が22.512Åから22.735Åとなり、約1%ののびが認められた。これに対し、a軸の長さは殆んど不変で5.603Åであった。このことはK^+による置換と同程度の容易さであり、今後これが工業化される可能性をもつことを支持する結果となった。本研究と並行してこの間、Na-β-アルミナを用いてNa-In、Na-Biの溶融状態における熱力学量をも測定したので合わせて報告する。今年度は超イオン導電体の一つであるNaーβーアルミナのNaイオンを如何なる条件でGaと置換するかをしらべることに重点をおいた。このためNaーβーアルミナ中のNaイオンの輸送効果に関連して、Inを用いたNa|βーアルミナ|Inなる電池を作成した。これによりNaイオンが100°C以上では輸送可能であることを確認した。一方、Naーβーアルミナのイオン交換およびイオン輸送に際して焼結体のNaーβアルミナに微少なクラックが入らぬよう、焼結に多くの工夫が加えられ、熱的だけでなく力学的に丈夫な焼結体を作成した。一方、置換のためGaの化合物の選定に試行錯誤が遂行された。まず、一価ガリウムイオンを有するGaCl_2の諸性質がしらべられた。この物質は極めて吸湿性が強く、粉末状では使用できず加圧成型が必要であった。また、この物質の電気的性質をしらべたところ、固体では通常のイオン伝導度をもつにも拘らず、融点以上では分子性化合物に変化するようでイオン伝導度が急激に低下する。以上のことからGaCl_2が固体状態で且つNaーβ

ーアルミナのNaイオン輸送が可能となる温度範囲として150190°Cであることが判明した。現在この条件でGaーβーアルミナを作成している。NaからGaに置換されるとβアルミナがグリーンに変色することが確認されている。しかし、完全にGaに置換するためには長時間のクーロン滴定が必要で、目下進行中である。これまでの予備実験及び文献調査から、GaCL_2が溶融状態ではGa^<1+>とGa^<3+>とが共存することが確かめられている。そこで(+)|GaCl_2(L)+Ga(L)|ナトリウムーβーアルミナ|GaCl_2(L)|(-)|のような結線をし、これにどのように通電するか試行錯誤した。その結果、印加電圧は2V以下であること、また加熱適温は約210°Cであることが判明した。試料部をアルゴン雰囲気にし、20時間以上通電することにより、NaーβーアルミナのNa^+イオンがGa^+イオンに置換される。この印加電圧の上限は通電のク-ロン滴定には極めて重要である。というのはそれ以上では試料が破壊されるからである。えられたGaーβーアルミナが完全にGaに置換されていることを確認するため、蛍光X線による原子吸収スペクトルの実験を、置換前後の試料について行い、置換後の試料にはGaのKα、Kβの吸収スペクトルが顕著であり、またNaのKα吸収ピ-クが殆んど消失していることを確かめた。次に、このGaーβーアルミナが結晶構造の観点からNaーβアルミナとどのような相違があるかを調べるためX線回折の実験を行った。その結果Gaーβーアルミナの基本構造はNaーβーアルミナのそれと等しいスピネルブロックを含む六方晶であるが、置換によりC軸の基本長が22.735Å)となり、Naのそれ(22.512Å)に比して約1%増加していることが判明した。これに反し、a軸の長さは殆んど不変の5.603Åであった。このGaーβーアルミナ作成の間、Naーβーアルミナの積極的利用として、NaーIn、NaーBiの溶融状態における混合の熱力学諸量をも測定した。
子宮内膜癌におけるDNAミスマッチ修復異常と抗癌剤・黄体ホルモン剤感受性との関連

進行内膜癌症例の術後補助治療の個別化を図るため、組織診・細胞診検体を用いて、MMR遺伝子等のgenetic/epigeneticな変化を検索する腫瘍の個性診断を行い、抗癌剤・黄体ホルモンの感受性に関する情報が得られれば、オーダーメイド治療が可能となることが期待される。H17年度は、DNAミスマッチ修復酵素遺伝子のひとつであるhMLH1遺伝子のpromoter領域のメチル化をMSI(マイクロサテライト不安定性)症例で高率に認め、またhMLH1遺伝子とhMSH6遺伝子に変異率が高い傾向を確認し、MSI-Hである症例では腫瘍免疫の中核をになうcytotoxic Tcellの腫瘍内浸潤の多く、cisplatinに対する高感受性と関連していることを報告した。これを受けてH18年度は、以下の成績を得た。3.若年の初期体癌症例67例に対して高用量黄体ホルモン療法を行い、異型内膜増殖症には100%(28/28)、類内膜腺癌に対しては93.7%(30/32)の奏効率を得た。再発率は50%を越えたが1例を除きいずれも子宮腔内であり反復して同療法を行い、3名の妊娠に成功した。hMLH1蛋白発現が免疫組織化学的に減弱している症例では病変が消失しにくい傾向が認められた(Susumu N, et al. IJGC.2006)。そこで、H17年度は以下の通り研究を進めた。1.体癌手術材料に対してMSI検索を行い、28.5%の症例でMSI-Hを確認した。2.MMR酵素蛋白発現の検索を行い、免疫組織化学により、hMLH1,hMSH2,hMSH6蛋白発現低下をMSI陽性症例のそれぞれ54%、12%、18%に認め、いずれかの蛋白発現低下はMSI例の73%に認めた。特にhMLH1蛋白発現低下とMSIとの間には有意な相関関係を認め、hMLH1遺伝子のpromoter領域のメチル化はMSI例にて有意に高率(92%)に認められた。3.MSI例に対してMMR遺伝子の生殖細胞変異の検索を行い、MLH1遺伝子とMSH6遺伝子に変異率が高い傾向を確認した。4.CDDST法を用いて、癌性胸膜炎、癌性腹膜炎患者の胸腹水にて抗癌剤感受性検査を行い、cisplatin、paclitaxel、docetaxel等の感受性を確認し得た。5.HDRA法抗癌剤感受性検査を行い、MSIと腫瘍免疫との関連を検索したところ、MSIと腫瘍内に浸潤するcytotoxicなCD8陽性リンパ球(TIL)数の多寡との関連については、MSI陽性群でTIL数が有意に多いことを確認した。またTIL数が多い(15個/HPF以上)症例では有意に予後良好であることが確認された。さらに、TIL数が多い症例では有意にcisplatinに対する感受性が高いことが示された。6.若年の初期体癌症例60例に対して高用量黄体ホルモン療法を行い、約95%を越える奏効率を得た。これを受け手H18年度は、以下の成績を得た。

3.若年の初期体癌症例67例に対して高用量黄体ホルモン療法を行い、異型内膜増殖症には100%(28/28)、類内膜腺癌に対しては93.7%(30/32)の奏効率を得た。再発率は50%を越えたが1例を除きいずれも子宮腔内であり反復して同療法を行い、3名の妊娠に成功した。hMLH1蛋白発現が免疫組織化学的に減弱している症例では病変が消失しにくい傾向が認められた(Susumu N, et al. IJGC.2006)。
界面追跡法を用いた乱流中における気泡群挙動の解析

自由界面において気泡が反発する現象については、興味深い現象としてすでに報告されているが、反発が起こるメカニズムに関しては、気泡や自由界面の変形による運動エネルギと表面エネルギの交換、気泡・界面間、気泡・壁面間の間隙が狭くなることにより生じる潤滑圧力、不純物の界面吸着に依存するクーロン力や表面張力の分布の変化などの化学的要因等いくつかの理由が挙げられており、未だ明確な説明が与えられていない。界面同士の相互作用を考察するには、表面エネルギの時々刻々の推移を明らかにすることがまず重要である。本研究ではこの現象に対し、気泡が静止流体中で重力により浮上し、自由界面や壁面に接触し、再び水中に沈みこむまでの気泡挙動の数値解析を行った。本研究では先行研究で示される実験の接触時間と整合するバネ・マスモデルが、慣性力と表面張力との釣り合いのみに基づくことを踏まえ、表面エネルギの捕捉に優れるフロント・トラッキング法を用いた。自由界面や剛体壁、フリースリップ壁面における気泡の反発過程をフロント・トラッキング法によりシミュレーションを行い、気泡の反発運動では運動エネルギと表面エネルギの交換が現象を決めており、バネ・マスモデル化が妥当であること、壁面の滑りの有無により反発係数が大きく異なり、ストークス近似に基づく散逸項を含むバネ・マスモデルにより反発係数を評価することは困難であること、それは剛体壁系では接触過程の前半(気泡が壁面に接近し速度がゼロになるまで)に大きな粘性散逸が生じることに起因すること、を明らかにした。当初の予定通り、気泡が自由界面において反発する現象に関して、数値計算のコードを組み、現象を再現し、実験的知見と比較するまでに至った。反発において、気泡、自由界面とも大きく変形し、気泡が反発することに関して気泡の浮上に伴う運動エネルギーと表面エネルギーの交換が支配的であることを明らかにした。当初の計画通りにおおむね進捗し、申請者が特別研究員を辞退するため、本研究はここで一区切りとする。
巨大垂直磁気異方性をもった軽希土類-鉄族非晶質膜・磁気光機能素子

本研究は巨大垂直磁気異方性をもった軽希土類-鉄属合金垂直磁化膜を高周波スパッター法により作製し,その磁気的,磁気-光学的性質を調べ磁気-光機能素子としての知見を得ることを目的としている.補助金交付3年間においてNd, Prの軽希土類を主としそれらのFe, Coとの合金非晶質膜の磁気特性,特に垂直磁気異方性の組成,温度依存性及び磁気-光学特性の組成,波長依存性を系統的,実験的に行った.得られた主な結果を以下に要約する.ii)これら合金膜の室温における垂直磁気異方性定数KuはXが40at%付近で最大となり, Nd・FeCoの場合Ku=1×10^7erg/ccという非常に大きな値をとることがわかった.iii)このKuは湿度の減少と共に単調に増加し, 70K付近以下において減少する傾向を示す.このことは強磁場下における磁化曲線の測定結果から考えると垂直磁気異方性の分散によるものと結論づけられる.iv)このように非常に大きな垂直磁気異方性を示す非晶室合金膜の磁気-光Kerr回転角は波長800mm付近で0.40.5°と大きく,波長の減少と共に増加することがわかった.この波長依存性はNd, Prの4f2ピンの分極したエネルギー準位のフェルミレベルからの位置と密接に関連しているものと思われる.この傾向は重希土類非晶室合金膜のそれと反対の傾向であり,本発見は本研究の大きな結果である.v) (Nd, Pr)-(Fo, Co)にTbを10at%程加えることにより磁気-光機能素子としてより最適な特性を得ることができた.以上のことから軽土類-Tb-(Fe×Co)合金膜は磁気-光機能素子として非常に有望であると結論づけられた.本研究は巨大垂直磁気異方性をもった軽希土類-鉄属合金垂直磁化膜を高周波スパッター法により作製し,その磁気的,磁気-光学的性質を調べ磁気-光機能素子としての知見を得ることを目的としている.補助金交付3年間においてNd, Prの軽希土類を主としそれらのFe, Coとの合金非晶質膜の磁気特性,特に垂直磁気異方性の組成,温度依存性及び磁気-光学特性の組成,波長依存性を系統的,実験的に行った.得られた主な結果を以下に要約する.ii)これら合金膜の室温における垂直磁気異方性定数KuはXが40at%付近で最大となり, Nd・FeCoの場合Ku=1×10^7erg/ccという非常に大きな値をとることがわかった.iii)このKuは湿度の減少と共に単調に増加し, 70K付近以下において減少する傾向を示す.このことは強磁場下における磁化曲線の測定結果から考えると垂直磁気異方性の分散によるものと結論づけられる.iv)このように非常に大きな垂直磁気異方性を示す非晶室合金膜の磁気-光Kerr回転角は波長800mm付近で0.40.5°と大きく,波長の減少と共に増加することがわかった.この波長依存性はNd, Prの4f2ピンの分極したエネルギー準位のフェルミレベルからの位置と密接に関連しているものと思われる.この傾向は重希土類非晶室合金膜のそれと反対の傾向であり,本発見は本研究の大きな結果である.v) (Nd, Pr)-(Fo, Co)にTbを10at%程加えることにより磁気-光機能素子としてより最適な特性を得ることができた.以上のことから軽土類-Tb-(Fe×Co)合金膜は磁気-光機能素子として非常に有望であると結論づけられた.本研究の目的は巨大垂直磁気異方性をもった軽希土類ー鉄族合金垂直磁化膜をスパッター法により作製しその磁気的,磁気ー光学的性質を調べ、磁気ー光機能素子としての知見を得ることである。昨年度は軽希土類元素の中のNdを対象としてNd-Fe,Nd-Fe-Co合金垂直磁化膜の磁性の組成,温度依存性及び磁気ー光学特性の波長依存性を主に実験を行った。本年度はこれらの不足データを補うと共に【i】Na-Fe-Co及びPr-Fe合金膜の異方性定数Kuの膜厚依存性,【ii】Pr-Fe合金のKuの組成及び温度依存性,【iii】Pr-Fe合金の磁気-光極力-回転角θkの波長依存性の実験を行った。膜の作製条件は前年度報告のそれとほゞ同じであり、基板加熱温度200250°C,膜厚500A°10μm,Ar圧力(12)×【10^(-1)】Torrであった。【Nd_(40)】【Fe_(51)】【Co_6】【Ti_3】の場合垂直磁気異方性定数Kuは膜厚Dと共に単調に増加し、D【!】1μm付近でKu【!】1×【10^7】erglccとなり、それ以上のDに対してはほゞ一定となることがわかった。この傾向は【Pr_(40)】【Fe_(60)】膜でも観察された。又【Pr_(40)】【Fe_(60)】のKuの組成変化を調べた結果40at%Pr付近でKuは最大となりKu【!】4×【10^6】erglccとなった。