hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ビタミンB12を感光色素とする新規光センサーの構造機能研究

本研究では、ビタミンB12を利用する新規な光受容体CarHとAerRにおける光応答の分子機構を解明するために、これらの構造機能解析を行なった。暗所において、アデノシルコバラミン(補酵素型ビタミンB12)が結合したCarHを調製、結晶化することで、光応答前のCarHの結晶構造解析に成功した。CarHはN末端側のDNA結合ドメインとC末端側のセンサードメインから構成されていた。センサードメインに結合したアデノシルコバラミンの光分解がCarHの高次構造の変化をもたらすという仮説を提唱した。ビタミンB12(アデノシルコバラミン)が高い光感受性をもち、光分解することは50年以上前から知られていた。しかし、ビタミンB12を感光色素とするセンサータンパク質の存在は近年まで明らかでなかった。2011年に含コバラミン転写因子CarH/LitRが光センサーとして機能することが報告されると、2014年にはヒドロキシコバラミン結合タンパク質AerRが転写因子CrtJと相互作用することで転写制御に関わることが報告された。いずれも構造生物化学的知見に乏しく、コバラミンの光依存的な構造の変化が転写調節をもたらす一連の情報伝達メカニズムは全く不明である。本研究では、エックス線結晶解析法によってCarHとAerRの立体構造を決定し、光応答に伴う動的な構造変化を捉えることを目指している。2014年度はThermus thermophilus由来CarHとMyxococcus xanthus由来CarH、Rhodobacter capsulatus由来AerRについて、組換え大腸菌を利用した大量発現系を構築し、結晶化に向けた試料調製を検討した。T.thermophilus由来CarHを大量調製する系は確立されており、結晶化に適した高い純度の試料を十分量調製することができた。次に、精製試料を用いて網羅的に結晶化条件を検討した。市販のスクリーニングキットを用いた数条件から微結晶を作製することに成功した。現在、良質な結晶を得るための結晶化条件の最適化を進めている。M. xanthus由来CarHとR. capsulatus由来AerRについて、複数の組換え大腸菌発現系を検討した。その結果、Flag-Acidic-tagを用いた発現系で可溶性画分への目的タンパク質の発現が確認できた。最終精製産物の収率が非常に低いため(大腸菌培養液1Lから0.1mg以下)、結晶化条件の検討には至っていない。2011年にコバラミン依存型転写因子CarH/LitRが光受容体として機能することが報告されると、2014年にはコバラミン結合タンパク質AerRが転写因子CrtJと光依存的に相互作用することで転写調節することが報告された。いずれの系も構造生物化学的知見には乏しく、アデノシルコバラミンの光依存的な構造変化が転写制御をもたらすシグナル伝達メカニズムの詳細は明らかでない。本研究では、エックス線結晶解析法によってCarHとAerRの立体構造を決定し、光応答に伴う動的な構造変化を捉えることでコバラミン依存型光センサーの分子機構の解明を目指している。本研究では、Thermus thermophilus由来のCarHとMyxococcus xanthus由来のCarH、光合成細菌由来のAerRを研究対象として取組んでいる。2015年度は結晶化に適した高純度・高濃度の試料調製に成功しているT. thermophilus由来CarHの結晶化条件の検討と最適化を進めた。光応答前のCarHの構造情報を得るために、暗所において赤色光(660 nm)下において結晶化条件の検討を行った。その結果、PEGを沈殿剤とする条件で晶系の異なる2種類の結晶を得た。これらの結晶を用いて、SPring-8において回折データを収集し、構造解析に成功した。一方の結晶から、N末端81アミノ酸が切れたCarHの構造を2.5オングストローム分解能で決定した。もう一方の結晶から、CarH全長の構造を3.0オングストローム分解能で決定した。いずれも四量体を形成しており、生理的条件を反映していると考えられる。現在、これらの構造を詳細に検討して光応答機構についての考察を進めている。T. thermophilus由来CarHの光反応前の結晶構造を決定することができた。暗所における実験は制約が多く、特に結晶の取り扱いは困難であったが、考察するに十分な質の結晶構造が得られたことは大きな成果である。光受容体研究において光反応前の構造情報は光応答機構を知る上で非常に重要であり、当初の計画以上に進展が見られたといえよう。その一方で、光反応後のCarHの結晶は依然として得られていない。光反応後のCarHをミミックすると考えられるシアノコバラミン結合型CarHの結晶化も検討しているが結晶は得られていない。暗所型に比べて実験上の制約が少ないため、結晶化条件のスクリーニングを広く展開しているが成功には至っていない。光反応後のCarHはDNA結合能を有しておらず、変性領域を多く含む可能性も考えられる。また、もう一つのビタミンB12依存型新規光センサーであるAerRも結晶化には至っていない。

AerRは大腸菌発現系において大量発現に成功しているが、精製収率が著しく低く、それに伴って精製純度も不十分であることが挙げられる。また、AerRのコバラミンの含有率は30%程度であり、様々な手法で含有率の向上を検討したが成功には至っていない。結晶化に適さない不均一な標品しか得られていない点が大きな問題である。このように、非常に大きな進展があった一方、昨年以降ほとんど進展が見られなかった試料もあり、プロジェクト全体としてこのように自己評価した。ビタミンB12(アデノシルコバラミン)が高い光感受性をもち、光分解することは50年以上前から知られていた。しかし、ビタミンB12を感光色素とするセンサータンパク質の存在は近年まで明らかでなかった。2011年に含コバラミン転写因子CarH/LitRが光センサーとして機能することが報告されると、2014年にはヒドロキシコバラミン結合タンパク質AerRが転写因子CrtJと相互作用することで転写制御に関わることが報告された。いずれも構造生物化学的知見に乏しく、コバラミンの光依存的な構造の変化が転写調節をもたらす一連の情報伝達メカニズムは全く不明である。本研究では、エックス線結晶解析法によってCarHとAerRの立体構造を決定し、光応答に伴う動的な構造変化を捉えることを目指している。T. thermophilus由来CarHについて、光反応前の構造解析に成功した。光応答に重要なC末端ドメインのみの構造を2.5オングストローム分解能で、全長構造を3.0オングストローム分解能で決定できている。いずれも四量体を形成しており、生理的条件を反映していると考えられている。既知のコバラミン結合タンパク質との比較から、コバラミン中心金属の軸配位子の光乖離がDNA結合親和性を変化させるという作業仮説を立てた。仮説の検証に向けて、実験を進めている。AerRにおいて、AerRの大量発現系を確立することはできたが、結晶化には至らなかった。AerRはコバラミンを結合させることで安定化することがわかったが、等量のコバラミンを結合させることができなかった。コバラミン結合状態のAerRのみの単離も試みたが、十分な結果は得られなかった。本研究では、ビタミンB12を利用する新規な光受容体CarHとAerRにおける光応答の分子機構を解明するために、これらの構造機能解析を行なった。暗所において、アデノシルコバラミン(補酵素型ビタミンB12)が結合したCarHを調製、結晶化することで、光応答前のCarHの結晶構造解析に成功した。CarHはN末端側のDNA結合ドメインとC末端側のセンサードメインから構成されていた。センサードメインに結合したアデノシルコバラミンの光分解がCarHの高次構造の変化をもたらすという仮説を提唱した。T.thermophilus由来CarHの大量調製系は確立できていたが、本年度は陰イオン交換クロマトグラフィを取り入れて、高い純度の精製CarHを再現よく調製できるようになった。当初の計画通りにCarH単量体の結晶化条件のスクリーニングを行ったが結晶は得られなかった。
表面吸着相における超臨界流体の微細構造とダイナミックスに関する基礎研究

超臨界流体の関与するプロセスは、流体バルクだけではなく吸着相での挙動が重要な役割を果たす。当研究室ではすでに、固体表面からの超臨界抽出の分子レベルでの解明に、分子動力学(MD)法とコンピューターグラフィックス(CG)が有効であることを明らかにしている。本研究では、より実在的な系として、ミクロ細孔中での超臨界流体のダイナミックス、溶質としての有機分子のダイナミックス、およびエントレーナー効果について検討を行った。ゼオライト外表面に超臨界水を配置させてMD計算を行ったところ、ゼオライト細孔中の水分子が速やかに細孔内から流体相に取り込まれる様子が明らかになった。この結果は、セラミックス乾燥溶媒としての超臨界流体の役割を解明するために、MD法が非常に有効であることを示している。たばこからのニコチン抽出をモデルとし、超臨界二酸化炭素中でのニコチン有機分子のダイナミックスについて検討を行った。ニコチン塩の周りに超臨界二酸化炭素のみが存在する場合、ニコチン塩自体は超臨界二酸化炭素に不溶であるために、ニコチン塩周囲で二酸化炭素分子が凝集する様子は見られなかった。しかし、エントレーナーとして水分子を少し加えた系についてMD計算を行ったところ、二酸化炭素分子がニコチン塩の周囲に集まってくる様子が明らかになった。このように無極性分子で構成される超臨界二酸化炭素流体中に、エントレーナーとして極性分子を加えることにより、溶質と超臨界流体間に強い相互作用が生まれることが明らかになった。これが、エントレーナー効果による高抽出効率の要因であると考えられる。このようにMD法は超臨界流体の係わる種々のプロセス原子レベルでの理解において有用であり、今後さらに多様かつ具体的な課題への適用が期待される。
形質転換コオロギを用いた脚再生に関わる機能性RNAと標的遺伝子の網羅的解析

本研究は、組織再生時に形成される再生芽細胞において遺伝子発現調節機構に転写後調節として関わるmicroRNAとその標的遺伝子群の働きを明らかにすることを目的として行った。発生、再生過程の組織由来のmiRNAライブラリーから候補miRNAを取得し、それらの発現時期、部位を調べた。その結果、現在までに数10種類のmiRNAとその発現様式が明らかとなった。それらには、Wnt関連遺伝子を標的とすることが知られているmiR-8が含まれていた。また、miRNAの機能解析を詳細に行うために、トランスジェニックコオロギの作成とそれを利用した細胞追跡実験法を確立できた。さらにmiRNAの機能解析系として開発しているZFNs, TALENsを用いた遺伝子ターゲッティング法を確立でき、いくつかの遺伝子においてノックアウト効果が観察された。損傷を受けた組織・器官・四肢の再生過程では、未分化細胞群が集合した再生芽を形成する。その再生芽では、未分化細胞の集積、増殖、維持、分化といった再生過程の重要なイベントが観察され、シグナル分子の素早い時空間的な発現調節が行われている。この急速な遺伝子発現調節機構に転写後調節としてmicroRNAが関与していると考え、コオロギ脚の再生をモデルとし、再生に関与するmiRNAとその標的遺伝子群の働きを明らかにし、新規の再生機構を解明することを目的に本研究を行った。それらmiRNAの標的遺伝子はまだ明らかとなっていない。さらにmiRNAの機能解析系として開発しているZinc Finger Nucleaseを用いた遺伝子ターゲッティング法がほぼ確立でき、いくつかの遺伝子においてノックアウト効果が観察された。また、トランスジェニックコオロギを用いたGa14/UAS系による遺伝子異所性発現に関して、コオロギ内在性プロモーターを用いることで高効率にその系が動くことが分かった。今後はこれらの技術を用いてmiRNAの機能解析を詳細に行う予定である。技術開発段階で見出されたトランスジェニックコオロギを用いたコオロギ胚形成に関する新規の知見は、Current Biology誌に掲載された。この急速な遺伝子発現調節機構に転写後調節としてmicroRNAが関与していると考え、コオワギ脚の再生をモデルとし、再生に関与するmiRNAとその標的遺伝子群の働きを明らかにし、新規の再生機構を解明することを目的に本研究を行った。計画初年度に行った、発生、再生過程の組織由来のmiRNAライブラリーから取得した候補miRNAの機能解析のため、ZFN技術と比べて配列設計や特異性などの自由度が高いTALEN技術を用いた遺伝子ターゲッティング法を確立した。その結果、いくつかの遺伝子においてノックアウト効果が観察された。また、トランスジェニックコオロギを用いたGal4/UAS系による遺伝子異所性発現に関して、コオロギ内在性プロモーターを用いることで高効率にその系が動くことが分かった。さらに、コオロギにおいてもFlp/FRT法が働くことがわかった。本成果により、より詳細なmiRNAの機能解析が行えるようになった。
北上山地の白亜紀花崗岩類に伴うはんれい岩類の研究

1.北上山地の白亜紀花崗岩類はすでにIIV帯に分帯されているが、これらの各帯の斑れい岩類はそれぞれ特徴ある岩石学的・化学的特徴をもっていることをこの3年間の研究で明らかにした。また、阿武隈山地など、他地域の斑れい岩類の調査も行ない、地質学的にも滝根山付近において重要な知見を得た(永広ほか、1989)。第四紀の火山体深部での鉱物集積の情報も重要な知見となった(Kanisawa and Yoshida,1989)。2.北上山地の斑レイ岩類はつぎの2つのグル-プに分類されることを明らかにした(Kanisawa,1990);(1)かんらん石とAn成分にとむ斜長石、およびパ-ガス閃石質のTiに富む初生ホルンブレンドをもつかんらん石-輝石-ホルンブレンド斑れい岩系列。(2)かんらん石と比較的An成分に乏しい斜長石で特徴づけられ、しばしばかんらん石と黒雲母、カリ長石の共存がみられる黒雲母-かんらん石-輝石斑れい岩系列。(1)の系列のものはI・II・V帯の岩体に伴われ、環太平洋地域の他の地域にみられる中性代深成岩類に共通の性格である。(2)の系列はIII・IV・VI帯にみられ、斜長石・鉄鉱物などの性質は比較的高温で晶出したことを示しており、白亜紀初期の火山活動の下部構造を表していると考えられる。3.微量成分の性質は、いずれもLIL元素に富み、HFS元素に乏しく、Nbの負異常が認められ、島弧あるいは活動的大陸縁辺部の火山岩と同じ特徴を示す。IVおよびVI帯の斑れい岩類はK,Rb,Baなどのインコンパティブル元素に富む。分化の進んだ斑れい岩類は花崗岩類のパタ-ンに類似する。特にIV帯の斑れい岩類はほぼ花崗閃緑岩のパタ-ンに重なることVI帯のものはP,Zr,Tiでやや異なっているがNbの負異常も明瞭であり、花崗岩類のそれとほぼ一致する。IV帯には、ショショナイト系列と考えられる岩石がみられる。微量元素-SiO_2、Y-NbおよびRb-(Y+Nb)プロットによるテクトニクスの区分では明瞭に典型的な火山弧花崗岩の特徴を示す(Kanisawa and Yoshida,1989;蟹沢・吉田,1990)。4.今後は、同位体比などを用いて、I・II・V帯の斑れい岩類とIII・IV・VIb帯のマグマの成因的な違いをさらに検討する必要がある。また、火山活動の下部構造とすると、マグマ溜りの構造を立体的に解析することも可能なので、これらの小岩体の精査を行なうことも重要であり、白亜紀火山岩類の性質も検討する必要がある。

また、火山活動の下部構造とすると、マグマ溜りの構造を立体的に解析することも可能なので、これらの小岩体の精査を行なうことも重要であり、白亜紀火山岩類の性質も検討する必要がある。9.研究成果の概要(当該年度のまとめ)1)産状:斑れい岩類は捕獲岩状・壁岩中の岩脈・連続的・キュムレート状などの産状を示す.大部分の斑れい岩類は花崗岩類よりも早期の活動であり,他は一連のものもある.2)鉱物組合せ:I, II, V帯で最も苦鉄質な組合せは角閃石+かんらん石±単斜輝石±斜方輝石. III, IVおよびVI帯の岩石では単斜輝石,かんらん石黒雲母単斜輝石斑れい岩などで,しばしばカリ長石や斜方輝石を伴う.角閃石斑れい岩はいずれの帯にもみられる. I, II, V帯のかんらん石はFo55-79で,共存する斜長石はAn85-98である.角閃石は褐色のパーガス閃石質で,いずれもマグマ起源のものである. III, IVおよびVI帯のかんらん石はやはりFeに富むが,角閃石を含まないかごく少量で,共存する斜長石はAb成分に富む.3)微量成分:東北大学理学部の電子ライナックを利用した光量子放射化分析の結果,インコンパティブル元素の量は各帯ごとに特徴があるが,花崗岩類のパターンは基本的にはどの帯のものも同じで, LIL元素に富み, HFS元素に乏しく,何れもNbの負異常が認められる島弧あるいは活動的大陸縁辺部の火山岩と同じ特徴を示す.斑れい岩類では構成鉱物の集積などによるモードの変化を反映して不規則なパターンを描く.斑れい岩類の中で, K, Rb, BaなどがIV帯とVI帯で多い.斑れい岩類の中で分化の進んだものは花崗岩類のパターンに類似してくる.特に興味のあるものは, IV帯の斑れい岩類はほぼ花崗岩類閃緑岩のパターンに重なること.VI帯のものはP, Zr, Tiでやや異なっているがNbの負異常も明瞭であり,かなり花崗岩類のそれと一致する点である.IV帯のアルカリに富む斑れい岩は,一部の岩石ではショショナイトの範疇にはいる.また,この岩石の微量元素パターンはNbの負異常があることから,成熟した島孤あるいは活動的大陸縁辺のものと考えられる.そしてIV帯の花崗岩類は斑れい岩類と一連であることも,そのパターンから云える. VI帯の斑れい岩類と花崗岩類もIV帯のそれとかなり似ている.1)他地域および他の時代のものとの比較:本年度は北上山地と比較の意味で、阿武隈山地の斑れい岩類についての調査も行った。今回は北部阿武隈山地を中心に調査した。福島県川俣付近はおもにチタン鉄鉱系列のもので、斑れい岩は捕獲岩状になっている。さらに、花崗岩類は泥質岩を含むもの、輝緑岩質岩石を含むものがある。これらと、斑れい岩との成因関係は、北上山地の斑れい岩との比較も含めて、今後の問題である。さらに、福島県滝根地域のルーフペンダント状に産する石灰岩・チャートラミナイト質岩石・塩基性岩・超塩基性岩などの組み合わせをなす岩石の位置付けについて検討を加えた。これらの塩基性岩の帰属は本地域の構造区分を決める上で重要である(永広・蟹沢・竹谷・印刷中)。さらに、北上山地の「早池峰構造帯」の塩基性岩についても、岩石学的検討を加えて発表した。白亜紀斑れい岩が島弧的性格をもつのに対して、「早池峰構造帯」のものはオフオライト的性格をもつものである。(永広・大上・蟹沢,1988)。2)鉱物組み合わせ:北上山地の斑れい岩類についてはすでにかなり資料が蓄積し、一部は既に公表した(蟹沢・片田,1988)が、加えて束稲岩体などの斑れい岩についての検討を行っている。また、遠野岩体を中心により精密な岩石学的検討を加えつつある。3)微量成分:北上山地の花崗岩類・斑れい岩類についてはすでに多くの分析を行っており、これに加えて、第四紀のマグマ溜まりの中の集積相の研究から、斑れい岩マグマの生成が推測できないかということで、安達火山のマグマ溜まりの中の集積経過を微量成分の挙動から推論した。
タンパク燐酸化活性を指標としたメチル水銀の神経系障害機構の研究

1.メチル水銀中毒症ラット脳のサイトソルと画分におけるタンパク燐酸化活性の変動について(1)脳サイトソル画分の標準、カルシウム、及びcAMP依存性全燐酸化活性はメチル水銀中毒の各時期に於て大きな変動は認められず、さらに特異的基質(カゼイン、ヒストン、Cキナーゼ基質断片)存在下での全活性もメチル水銀による変動は認められなかった。(2)ラット脳サイトソル画分をin vitroで燐酸化後、二次元電気泳動法によって分析したところ、CBB染色によっては約150種、オートラジオグラフィーによっては約70種のタンパク質が検出された。メチル水銀による活性変動はタンパク質種により大きく異なり、発症期には有意の増加を示したタンパク質種が多く認められた。(3)αチューブリンの燐酸化活性全期間にわたって低下したがβチューブリンでは発症期に増加を示していた。2.メチル水銀中毒症ラット脳の核画分におけるタンパク燐酸化活性の変動について(1)精製した全細胞核画分のタンパク燐酸化を調べたところカルシウム存在下/非存在下どちらの場合にも初期および潜在期において有意の活性減少が認められ発症期には回復していた。(2)細胞核を音波処理/高塩濃度によって分画したところ、全活性、Ca^<2+>依存活性、Aキナーゼ、Cキナーゼ、CaMIIキナーゼ基質の燐酸化活性などに違いが認められ、中毒症初期で活性減少したものが認められた。(3)核画分を燐酸化したのち、SDS/PAGEで分別した約20種の蛋白質ごとの変動について調べたところ、蛋白質種によって異なる変動パターンが得られた。以上、細胞質、核共に、メチル水銀は細胞核蛋白質燐酸化に対して蛋白質種毎に異なった度合と方向(抑制的、刺激的)の変動をもたらし、細胞内シグナル伝達系の撹乱によって発症するものと考えられる。タンパク質燐酸化は細胞内の様々なの部位において特異的に行われているこが知られているが、今年度は細胞質における燐酸化反応に対するメチル水銀の影響について調べるため、メチル水銀投与(10mg/kg bw、7日間)後の初期(4日)、潜在期(9日)、発症期(1415日)の各時期の脳について検討を行ない以下の結果を得た。1.ラット脳のサイトソル画分の全タンパク燐酸化活性はメチル水銀投与による中毒症状の進行に伴い、上昇する傾向を示した。2.対照及びメチル水銀中毒の各時期ラットの脳から得たサイトソル画分を燐酸化し、2次元電気泳動法によって解析した。(1)各時期におけるタンパク染色パタ-ンには変動が見られなかった。(2)2次元ゲルのオ-トラジオグラフィ-像にはメチル水銀の影響が認められた。各スポットを切り出して放射能を計数したところ、燐酸化活性の変動は一様ではなく各々のタンパク種によって異なっており、活性上昇を示すものも多く認められた。(3)これらの結果は、従来のメチル水銀による種々の細胞活性の一様な低下による障害機構の説明に再検討を促す新しい知見である。(4)これらの2次元電気泳動法による解析にあたって、スラブ電気泳動装置及び電気泳動電源装置の使用によって効率的な実験の遂行が可能となった。3.上記のメチル水銀による燐酸化活性の変動はキナ-ゼ側ではなく、タンパク基質側にその原因があると思われる結果を得た。現在、更に膜画分について解析中である。昨年度に引き続き、ラット脳におけるタンパク質燐酸化活性および燐酸化基質タンパク種に対するメチル水銀(MeHg)の影響について検討を行なった。メチル水銀投与(10mg/kg bw、7日間)後の初期(4日)、潜在期(9日)、発症期(1415日)の各時期の脳について検討を行ない以下の結果を得た。

1.ラット脳のサイトソル画分の全タンパク燐酸化活性については昨年度の実績報告書に記したが、さらに膜画分(核上清の10万g遠心で得た沈澱画分)についての燐酸化活性を調べたところ、サイトソルと同様、MeHgの影響がタンパク種によって異なっていた。また、PKC活性と全燐酸化活性の変動のパターンは等しかった。2.単離ニューロン核の全燐酸化活性は、Ca^<2+>添加により2倍程度に、TX-100添加によっては4倍程度に上昇した。3.上記ニューロン核に対するMeHgの影響を調べたところ、全核活性は潜在期までは大きな変動は見られないが発症期には対象に2倍程度に上昇した。燐酸化反応後、電気泳動法によって分離した主要バンドについても調べたところ、多くのタンパク種はそれぞれに特異的な変動パターンを示し、各タンパク種の燐酸化に対するMeHgの影響は一様ではなかった。なお、Ca^<2+>、TX-100存在下での各種タンパクの燐酸化活性のMeHgによる変動は、非存在下の場合と大きな違いは認められなかった。3.単離核による実験で興味ある結果が得られているが、更に核内の燐酸化酵素や基質の局在性とこれに対するMeHgの影響を調べるために、核の種々の画分について現在検討を行なっている。この方法は基質ATPの核膜透過性に対するメチル水銀の影響を排除出来る点でも有用であると思われる。本年度は主としてラット脳細胞核におけるタンパク燐酸化に対するメチル水銀の影響について研究をおこない、下記のような成果を得た。1.正常およびメチル水銀中毒症の各時期におけるラット脳から精製した細胞核画分を^<32>P-ATPと反応させてタンパク燐酸化を行なわせたところ、Ca^<2+>存在下/非存在下どちらの場合にも初期および潜在期において有意の活性減少が認められ発症期には回復していた。燐酸化に対するin vitroでのメチル水銀の作用の結果から、上記の変動はメチル水銀の直接作用ではないものと考えられる。2.細胞核を音波処理/高塩濃度によって抽出画分と膜画分とに分画したところ、全活性、Ca^<2+>依存活性、Aキナーゼ、Cキナーゼ、CaMIIキナーゼ基質の燐酸化活性などに違いが認められ、中毒症初期で活性減少したものが認められた。3.核画分を燐酸化したのち、SDS/PAGEで分別した約20種の蛋白質ごとの変動について調べたところ、蛋白質種によって異なる変動パターンが得られた。Ca^<2+>非存在下では発症期に活性増加した蛋白質種が多く認められたがCa^<2+>存在下では初期から発症期の全期間にわたって活性低下を示した蛋白質種が多かった。また、膜画分でも蛋白質種ごとに多様な変動がみられたが、Ca^<2+>依存性がみられずなかった。パーコールによって分画した神経細胞核における燐酸化活性も潜在期まで減少し、発症期には回復の傾向が認められた。
子どもの科学観・自然観に関する概念構造の究明〜KJ法を用いた概念構造の分析〜

理工系離れ現象に見られるように理数科教育が行き詰まっている現在,学習者の科学観・自然観を把握しなおすことは,理数科教育を再考する上で重要である。また,このことは,STS教育を実施する上でも,科学の本性を扱う都合上極めて重要である。以上を研究の背景として,学習者の科学観・自然観を把握するために,本研究では,グループを単位として認識を抽出するKJ法を応用した手法を用いた調査を行った。また,本研究に関連する理論的考察も行った。具体的には,以下の通りである。1.小・中学生を対象とし,KJ法を応用した調査方法を用いて,学習者の科学観について調査した。2.大学生を対象とし,KJ法を応用した調査方法を用いて,学習者の科学観について調査した。3.教員養成学部大学生を対象とし,学習者の理科に対するイメージについて調査した。4.科学論に関する講義による,大学生の科学観の変容を調査した。5.科学観・自然観に関する理論的背景について,特に,構成主義に関する考察をまとめ,学会発表を行った。また,同様に,STS教育に関する考察を行った。6.大学教育における教育実践上の問題から,学習者の科学観・自然観を踏まえた指摘を行った。7.科学観・自然観を踏まえ,環境問題についての論考を著した。
プラズマエッチングにおけるナノスケール表面ラフネス・リップル形成機構の解明と制御

本研究は、半導体集積回路デバイスやMEMS製作に用いられる微細加工技術の一つであるプラズマエッチングに関連するものです。プラズマエッチングは、プラズマ中で生成され、シース領域で高エネルギーに加速されて基板表面に垂直に入射する正イオンと、電気的に中性で化学反応活性な中性ラジカルとによる物理・化学的作用によって材料表面を加工し、基板上に微細な構造(数nm数μm)を作製する技術です。本研究では特に、プラズマと加工される基板表面との相互作用の結果としてエッチング中の基板に生じる表面ラフネス(基板表面の荒れ)に着目し、その発現メカニズムの基礎的理解と制御法の確立を目標としています。今年度は、(1)イオン斜入射によるリップル構造形成、(2)分子動力学法を用いたエッチング表面反応の解析、(3)フーリエ変換赤外吸収分光法を用いたエッチング中の基板表面温度測定に関して、研究を進め、論文投稿や学会発表等を行いました。(1)では、シースコントロールプレートを用いたプラズマからのイオン斜入射を実現、シミュレーションで予測されていたリップル構造の形成を世界で初めて実験実証し、2件の国際学会発表および1件の国内招待講演を行い、DPS Young Researcher Awardの受賞者に内定しました。(2)では、塩素・臭素系プラズマによるSiエッチングの表面反応に関する論文をJournal of Applied Physics誌にて発表し、またSiClxイオンによるSiエッチングの表面反応に関する論文(Japanese Journal of Applied Physics誌、2014年4月)により、第37回(2015年度)応用物理学会論文奨励賞を受賞、第76回応用物理学会秋季学術講演会にて招待講演を行いました。(3)では、フーリエ変換赤外吸収分光法を用いたエッチング中の基板表面温度測定が可能であることを実験実証し、1件の国内学会発表を行いました。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
高齢者財産管理における地域連携モデルの研究

地域における高齢者財産管理には、本人の意思を実現するために介護医療分野にも精通した専門家が必要となる。そのために、後見の範囲と後見人の義務を明確にし、担い手の多層化(市民後見人と専門職後見人の連携)が求められる。裁判所の監督機能や信託制度を組み合わせること、自治体などによる公的後見や任意後見の拡大がひとつの方向性である。今後の地域における少子高齢化と財政負担から考えれば、既存の担い手間の連携や各種制度の共同利用を地域単位で行うモデル構築が可能である。22年度の研究実績は、本研究目的である(1)制限能力者の財産管理における法的課題を実証的に分析、(2)地域金融機関と地域サービス機関との独創的な連携モデルの構築、(3)法学・看護学・福祉学の隣接領域の結集による新たな福祉契約モデルの創造の3つのテーマにつき、基礎資料の収集と制度調査を行った。具体的には、(1)高齢者財産管理の実態把握・山梨県立大学にける国際政策学部・看護学部・福祉学部の連携研究者との情報交換。・山梨県内における地域金融機関実務担当者や弁護士・司法書士等への聞き取り調査の実施。(2)財産管理契約に関する判例調査・成年後見制度や意思能力に関する判例データの収集・分析を行い、高齢者財産管理に必要な法的措置、任意後見契約などの契約スキームの問題点と財産管理形態モデル案を検討した。(3)制度調査・イギリスにおける「公的後見人(パブリックガーディアン)」制度の調査とアイルランドの同様の制度比較を行った。関連する香港、韓国、台湾、中国の信託についても調査を行った。・横浜において「成年後見法世界会議」の開催運営・参加、各国研究者と情報交換した。上記の研究実績は当初策定した22年度研究実施計画の項目を概ね網羅するものであり、進捗率も予定通りのものとなり、次年度への研究計画の基礎固めと示唆を得ることができた。23年度の研究実績は、本研究目的である(1)制限能力者の財産管理における法的課題を実証的に分析、(2)地域金融機関と地域サービス機関との独創的な連携モデルの構築、(3)法学・看護学・福祉学の隣接領域の結集による新たな福祉契約モデルの創造の3つのテーマにつき、資料収集と制度調査を行った。具体的には、(1)地域コミュニティにおける高齢者財産管理の国内・海外調査・山梨県立大学にける国際政策学部と看護学部・福祉学部との連携研究成果の情報交換。・海外モデルと日本モデルの相違点の整理・分析の実施。・地域ネットワークの活用による高齢者財産管理の具体的なニーズの総括。・8-9月の時期にオーストリア世話人協会とドイツ世話人協会での現地調査の実施。・行政・司法機関・NPO法人における実務担当者や成年後見制度の担い手への聞き取り調査の実施(含む海外)。(2)財産管理モデル契約モデルの策定上記調査と平行して、高齢者財産管理に必要な法的措置、委任契約、任意後見契約などの契約スキームを設計し、高齢者財産管理モデルを作成。(3)次年度の調査の準備.今年度の新たな調査内容の整理・分析と次年度の作業とりまとめと報告書作成が行えるよう準備した。上記の研究実績は当初策定した23年度研究実施計画の項目を概ね網羅するものであり、進捗率も予定通りのものとなり、次年度への研究計画の基礎固めと示唆を得ることができた。平成24年度の研究実績は、1地域コミュニティにおける高齢者財産管理の海外調査と2日本モデル案(地域における後見人の養成)の策定について取りまとめ、3研究成果発表を行った。(1)地域コミュニティにおける高齢者財産管理の海外調査:山梨県立大学における国際政策学部と看護学部・福祉学部との連携研究成果のまとめと公表(6月9日にシンポジウム開催実施)し、併せて、海外モデルと日本モデルの相違点の整理・分析・評価を行った。地域ネットワークの活用による高齢者財産管理の具体的なニーズをまとめるために、4月25日から5月8日の時期に、ロンドン保護裁判所とドイツ世話人協会での現地調査を実施した。この調査により、行政・司法機関・NPO法人における実務担当者や成年後見制度の担い手への聞き取りと、ドイツ側研究者との意見交換(ベルリン日独セミナーにおける討論・発表)をすることができた。(2)財産管理モデル契約モデルの策定:上記調査と平行して、高齢者財産管理に必要な法的措置、委任契約、任意後見契約などの契約スキームを設計し、高齢者財産管理モデル案を策定し、併せて後見人養成プログラムのための基礎的検討を行うことができた。(3)研究成果のまとめ:今年度の新たな調査内容の整理・分析と過去の作業とりまとめと報告書の作成および成果発表を行った(3月26日)。国内、海外での調査、資料収集が予定通り行われ、研究内容の所定の計画を消化している。24年度が最終年度であるため、記入しない。

(1)地域コミュニティにおける高齢者財産管理の海外調査・山梨県立大学にける国際政策学部と看護学部・福祉学部との連携研究成果のまとめと公表(6月にシンポジウム開催予定)。・海外モデルと日本モデルの相違点の整理・分析・評価。・地域ネットワークの活用による高齢者財産管理の具体的なニーズのまとめ。・4-5月の時期にドイツ世話人協会での現地調査を実施。・行政・司法機関・NPO法人における実務担当者や成年後見制度の担い手への聞き取り調査の実施(含む海外)。・ドイツ側研究者との意見交換(ベルリン日独セミナーにおける討論・発表)(2)財産管理モデル契約モデルの策定(3)研究成果のまとめ24年度が最終年度であるため、記入しない。
Ti-Niスパッタ薄膜の熱サイクルに伴う微細組織への影響

スパッタ法により作製したTi-Ni合金薄膜を適当な温度で熱処理するとTi-Ni母相の{100}面に平行して、種々の厚さを持つG-Pゾーンが出現する。本研究では、このようなG-Pゾーンの生成しているTi-Ni合金に対して熱サイクルを行い、それに伴う電子顕微鏡の微細組織変化を詳細に調べた。その結果、100回程度の繰り返し変態では明瞭な変化が現れず、通常のバルク試料を熱サイクルしたときによく見られる、高密度の転位組織は観察されなかった。その原因として、G-Pゾーンの出現した試料では、マルテンサイト変態時に生成する結晶が微細になり、巨視的な変形歪みが小さくなり、そのためすべり変形が起こりにくくなったのではないかと思われる。ここで興味深い点はマルテンサイト変態時にG-Pゾーンが変形するかどうかである。もし変形しないとすれば個々のマルテンサイト晶はG-Pゾーンで囲まれた領域より成長できず、極めて微細になることが予想される。そこで、G-Pゾーンを含む試料の変態挙動に関する基礎データを得るため、本研究ではさらにG-Pゾーンの構造を高分解能観察を行い、その構造を詳細に調べた。また、詳細な構造情報を得るため、まず構造モデルを仮定し、そのモデルに対してマルチスライス法による高分解能像のシミュレーションを行い、実験で得られた観察結果と比較検討した。その結果、G-Pゾーンに相当する構造モデルとして、Ti原子で構成されたbcc相に30%の原子空孔を導入した場合に、計算によるシミュレーション像と実験により得られた高分解能像がよく一致することがわかった。特に、実験で得られた高分解能像の特徴であるG-Pゾーンに相当する部分の明るいコントラストが、計算でよく再現できた。
関係指向性と日本経済の長期パフォーマンス

本研究は、90年代以降の日本経済の極端なパフォーマンスの悪化の原因を、日本経済の「(長期)関係指向性」という特徴に注目しつつ、実証的・理論的に分析した。80年代後半以降の経済環境の変化に対応して、日本企業は長期雇用や系列融資といった従来の関係指向的な取引関係を見直し、将来の不確実性に対する自らの柔軟性を確保しようとしたが、われわれの実証研究は、これによる市場指向性の進展は限定的であり、関係指向性は依然として日本経済に深く根を下ろしていることを見出した。併せて、日本経済がこのように根強い関係指向性を持つことを説明する理論モデルの構築を行った。平成23年度の研究実績は次の通り。まず、研究課題に関連した理論・実証研究の現状を調査し、併せて利用可能な統計データにどのようなものがあるかを確認した。具体的には、「慶應義塾家計パネル調査」、「日本家計パネル調査」によって、非正規雇用形態と他の雇用形態、失業、非労働力との間の移行について調べるためのデータ整備を開始した。また、企業・労働者間の長期雇用契約が、企業の労働者採用に与える影響を実証的に考察するための準備を始めた。さらに、理論面では、労働者の意欲が効率賃金によって確保されるような動学一般均衡モデルを用いてシミュレーションを行い、企業側が失業体験の長さに応じて応募者の足切りを行う場合の労働市場のパフォーマンスの違いを調べた。その結果、失業経験が全くないことを足切り条件とする場合と短期の失業体験は許容する場合とでは、後者のほうが労働市場のパフォーマンスは圧倒的に良好であるが、許容する失業期間の限界的な増加はそれほど大きな経済厚生の改善をもたらさないことを見いだした。また、日本経済に構造変化をもたらす要因として、グローバリゼーションの進展に着目し、金融市場のグローバリゼーションの進展した状況下では、ある国における小規模の産業政策が両国の産業構造にドラスティックな影響を及ぼし得ることを明らかにした。一方、実証面では、労働力調査(総務省)の個票データを利用した労働時間の推計を行った。従来の関係特殊的人的資本に基づく労働保蔵モデルでは、不況期には労働時間の短縮(および雇用維持)が行われるが、日本の1990年代後半から2000年代初頭にかけての不況期には、むしろ長時間労働が広く行われた。この点について、固定業務の存在、賃金格差の拡大、リストラ不安の増大といった様々な仮説に基づいて分析した。平成25年度の研究実績は次の通り。理論面では、将来の不確実性が労働者の賃金勾配の傾きや労働市場のパフォーマンスにどのような影響を与えるかを簡単な一般均衡モデルを用いて分析した。将来の不確実性は企業の倒産確率を引き上げることを通じて賃金勾配を平坦化させるが、平坦化した賃金勾配では十分な労働意欲が引き出せないため、企業は従業員に需給均等水準を超えた賃金を支払うことでこれを補おうとする。その結果、十分な能力と就業意欲を持ちながら失業せざるをえない労働者が発生することを示した。また、企業内の意思決定が複数の主体によってなされる状況を取り上げ、ある主体が投資能力を誤って評価して行動した場合にかえって経済効率性が改善される場合があることを理論的に示した。実証面では、前年度からのパネル調査データを用いた転職と賃金変化に関する実証分析を継続した。また、事業所レベルのミクロデータを用いて、雇用調整の費用が正規雇用者と非正規雇用者の間でどのように異なるか、その相違がどのように変遷してきたかを構造的に推定する方法を検討し、推定作業を開始した。さらに、世帯レベルのミクロデータによって、世帯員の正規雇用、非正規雇用、その他就業、失業、非労働力の5つの状態間の移動を月次で推定し、非正規雇用状態への移行と他の状態への移行と景気循環との関係を調べる作業を開始した。また、県別の集計データを用いて、経済的リスクの変化が出生率に与える効果を分析し、近年の失業の増加は集計レベルでは出生率にはほとんど影響を及ぼしていないという結果を得た。この結果は、慶應パネルデータ(KHPS)を用いて同様の実証を行った柴田・レイモ(2013)の結果とは異なっており、現在この乖離の原因を検討中である。平成24年度の研究実績は次の通り。「慶應義塾家計パネル調査」のデータを用いて転職経験者と非経験者双方を含む標本によって賃金関数を推定し、転職に伴う賃金変化の分析を行った。その結果、自発的な転職に関しては、同一企業に留まる場合に比べて転職時点で賃金が上昇するばかりか、転職後の企業では年功的賃金上昇率も高まる傾向のあることが示された。一方、非自発的な転職に関しては、転職時点では賃金が大きく下落するが、転職後には自発的な転職と同じように年功的賃金上昇率が高まる兆候がみられた。この事実は、転職が労働者の生産性を長期的に改善するとしても、転職時の所得逸失が潜在的な転職を妨げている可能性を示唆する。

非自発的転職に伴う転職後の大きな賃金下落の要因を労働市場の関係指向性の観点を取り入れて解明することが次の課題である。この研究とは別に、上記パネルデータを用いて、経済的リスクの増大が出生行動に対して及ぼす影響も推定した。その結果、男性の経済的リスクの増大は出生率に影響を持たないが、女性の経済的リスクの増大は出生率を引き下げる効果を持つことを見出した。また、「雇用動向調査」の産業中分類データを5年分(20042008年)プールしたデータセットを用いて、55歳以上の労働者数に占める60歳以上の割合(高齢化指標と呼ぶ)が若年採用に及ぼす影響を分析した。その結果、2006年以降では男性の高齢化指標の上昇が若年採用を抑制する傾向が一部に観察された。とりわけ、女性を中心とするパートタイム労働者(新卒含む)の採用に関して明確なマイナスの効果が見られた。新卒一般労働者の採用についても一部の推定結果に同様の傾向が観察された。また、産業による違いを検討したところ、男性では建設業において代替関係が検出された。このように、高齢者と若年者は仕事の獲得面で部分的に競合すると考えられる。平成26年度の研究実績は次の通り。理論面では、労働意欲が効率賃金によって確保されるような動学的一般均衡モデルを構築して、新規企業の設立費用が高いときにランキング(採用に際して失業期間の長い求職者が足切りされること)や長期失業といった問題が顕在化すること、および、政府による起業補助金がその緩和に有効であることを示した。さらに、組織内における経済主体間の戦略的依存関係に着目し、ある主体が自らの能力を過大評価した場合、他の主体との戦略的な相互作用を通じて、すべての主体の厚生水準が改善され得ることも示した。また、別のモデルを用いて、金融市場の不完全性が投資家の投資行動および労働者の貯蓄行動に及ぼす影響を分析し、金融市場の発展度合いが中程度である場合には、長期的に複雑な経済変動が生じることを明らかにした。実証面では、リクルートワークスの「ワーキングパーソン調査」を利用して、近年の日本の労働市場の二重性に関する分析を行った。まず、初職が非正規雇用であった労働者は現在も非正規である確率が高いという現象を内生性を考慮した推定方法で検証し、さらにそれは単に正規・非正規雇用間の移行確率が小さいためか、それとも労働市場参入時点の状況がその後の労働者の移行確率まで変えてしまうのかについて検討を行った。また、スイッチング回帰モデルによる賃金関数の推定を行い、労働市場内に異なったタイプの賃金関数に従う労働者グループが存在するのか、それらの労働者の賃金プロファイルの傾きはどのように変遷しているのかについての検証を行った。さらに、関係特殊的人的資本の存在と長時間労働との関連もより深く検討した。具体的には、雇用調整コストが存在し、かつ景気変動に左右されない業務が存在する場合には、企業の長期的な見通しの悪化が大規模な削減と同時に長時間労働をもたらすことを、複数のデータを用いて明らかにした。26年度が最終年度であるため、記入しない。マクロ経済学26年度が最終年度であるため、記入しない。当初の計画通りに、研究が進行したため。
IP_3受容体/Ca^<2+>放出チャネルの分子構造と機能に関する研究

1.タイプ1IP_3受容体のIP_3結合の"core"領域は、N末端側225578アミノ酸に存在し、この中で3つの塩基性アミノ酸(Arg-265,Lys-508,Arg-511)は負に荷電したIP_3との結合に必須である。2.Sf9細胞で発現させたタイプ1と3のIP_3結合のCa^<2+>依存性は正反対で、Ca^<2+>上昇に依存してタイプ1では親和性が低下し(EC_<50>が100nM Ca^<2+>)、タイプ3では逆に増大する(872nM)、可逆的な変換を示した。IP_3誘導Ca^<2+>放出(IICR)活性は、タイプ3はタイプ1よりもIP_3感受性が低かった(EC_<50>=358nM vs 226nM IP_3)。したがって、Ca^<2+>とIP_3の両方の細胞内濃度の変化がタイプ特異的なIICRを制御すると示唆された。3.タイプ2は高親和性と予想されていたが、タイプ1knock-outマウスの肝臓IP_2受容体(ほとんどがタイプ2)のIICRのIP_3感受性はタイプ1と同じくらいであった(EC_<50>=260nM)。4.Green FlorescentProteinとの融合蛋白質をXenopus卵母細胞で発現させ、膜貫通チャネル領域を含むC末端部分がCa^<2+>ストアへの四量体形成に関与することを明らかにした。タイプ1遺伝子promoterの制御下でβ-gal遺伝子を発現するtransgenicマウス系統を樹立して神経系における発現を解析した。このpromote内に小脳特異的な2つの領域(-398-295に正の制御領域、-334-318にE-box類似のbox-I)を同定した。また、タイプ2遺伝子promoterの一次構造も決定し、複数の転写開始点を明らかにした(少なくとも7つ)。6.ラット腎臓の免疫組織化学的解析により、タイプ1は血管平滑筋とメザンギウム細胞に、タイプ2は皮質から内髄質の集合管間在細胞に、タイプ3は血管平滑筋・メザンギウム細胞・皮質集合主細胞に分布することを明らかにした。細胞内分析では、タイプ1とタイプ2が細胞質全体に対して、タイプ3は基底膜側に限局することから、極性のあるCa^<2+>シグナル伝達が示唆された。1.IP_3受容体の発現をβ-galactosidase活性で観察できるトランスジェニックマウスを開発して、中枢神経系における発現局在を解析した。これを用いることで、変動する発現パターンの解析が容易となった。2.IP_3受容体のIP_3結合領域を大腸菌で発現させて、そのIP_3リガンド結合活性に関してアミノ酸レベルで解析した。

N末端側の225578アミノ酸はIP_3結合の「コア領域」を形成し、この中でArg-265、Lys-508、Arg-511は必須の塩基性アミノ酸であことが解った。一方、N末端から224アミノ酸まではIP_3結合にむしろ阻害的に働くことを明らかにした。3.バキュロウイルスベクター/昆虫細胞系で、機能的なIP_3結合活性を持つヒトIP_3受容体を大量に発現させることに成功した。発現したIP_3受容体のIP_3結合親和性はCa^<2+>の影響を受け、タイプ1IP_3受容体とタイプ3IP_3受容体では全く逆のCa^<2+>濃度依存性を示した。タイプ1は、10nM以下の低濃度のCa^<2+>で高親和性で数μMに上昇すると低親和性に至る、EC_<50>が100nM Ca^<2+>のシグモイドカーブを示した。逆に、タイプ3は、100nM付近からそれ以下のCa^<2+>では低親和性で1μM Ca^<2+>以上になると高親和性に達する、EC_<50>が872nM Ca^<2+>のシグモイドカーブを示した。いずれのタイプのCa^<2+>依存性の親和性変化は可逆的であった。従って、細胞内のCa^<2+>濃度とIP_3濃度の両方がタイプ特異的なIP_3誘導Ca^<2+>放出を巧妙に制御することが予想される。4.IP_3受容体の膜貫通領域を含むC末端部分とGreen Fluorescent Protein(GFP)とを融合したタンパク質をアフリカツメガエル卵母細胞で発現させた。共焦点レーザー蛍光顕微鏡で観察すると、発現タンパク質は網目状に分布する細胞内膜(小胞体など)に存在し、核膜外膜にも多く存在した。これらは何れもCa^<2+>ストア膜であることからIP_3受容体本来の局在部位に合致する。また、クロスリンク実験で発現タンパク質が四量体を形成することが解った。以上のことから、IP_3受容体の四量体形成とCa^<2+>ストア膜への局在にはチャネル領域を含むC末端部分が重要であることが明らかとなった。1.Sf9細胞で発現させたヒトのタイプ1とタイプ3IP_3受容体のIP_3結合には全く正反対のCa^<2+>依存性があった。Ca^<2+>濃度の上昇とともに、タイプ1は高親和性から低親和性に(約10nM約1μMの間で、EC_<50>が100nM Ca^<2+>)、タイプ3は逆に低親和性から高親和性に(約100nM約1μMの間で、EC_<50>が872 nM Ca^<2+>)、可逆的なシグモイド変換をした。また、IP_3誘導性Ca^<2+>放出(IICR)チャネル活性の解析で、タイプ3はタイプ1よりもIP_3感受性が低かった(EC_<50>=358nM vs 226nM)。従って、Ca^<2+>とIP_3の両方の細胞内濃度の変化がタイプ特異的なIICRを制御すると示唆される。ところで、肝臓のIP_3受容体はほとんどがタイプ1とタイプ2で、タイプ1ノックアウトマウスではタイプ2がほとんどであった。タイプ2はこれまでに高親和性のIP_3受容体と予想されているが、このノックアウトマウス肝臓のIICRのIP_3感受性はタイプ1と同じくらいの値であった(EC_<50>=260nM)。2.マウスタイプ1遺伝子promoterの-398-295に小脳特異的な正の制御領域を見つけ、-334-318に小脳特異的な核蛋白が結合するE-boxに類似したbox-Iを同定した。また、マウスタイプ2遺伝子promoterの一次構造を決定し、転写開始点が翻訳開始codonATGの334269bp上流に複数(少なくとも7カ所)存在することも明らかにした。
二次元量子スピン系銅酸化物の超伝導化とスピンギャップの研究

高温超伝導体はすべてCuO_2面を有する。そこで、Cu(1)O_2面にCu(2)を付加したCu_3O_4面を有するA_2Cu_3O_4X_2に着目した。AサイトをCa,Sr,Ba、XサイトをF,Cl,Brと変えて試料作製したところ、AサイトとXサイトのイオン半径の和が大きくなるほど、また、高温になるほど、A_2Cu_3O_4X_2は安定化することがわかった。次に、試料(Sr_<1-x>Bax)_2Cu_3O_4(Cl_<1-x>Br_x)_2の物性を調べた。x,yの増加すると、即ち、A,Xサイトの平均イオン半径が増加すると格子定数は増加する。電気抵抗率は、半導体的振る舞いを示し、格子定数が増加すると室温での値も増加する。また、直流磁化率の温度依存性には3つの転移点:T_N(1),T_N(2),T_<2D>(2)が、観測された。ここで、T_N(1),T_N(2),T_<2D>(2)は、各々、Cu(1)、Cu(2)のネール温度、Cu(2)の2次元的反強磁性秩序の発達を示す温度である。A,Xサイトのイオン半径が増加すると、T_N(1),T_<2D>(2)は低下するが、T_N(2)は変化しない。格子定数が増加すると、Cuの3d_<X^2-Y^2>軌道とOの2p軌道及びClの3p(Brの4p)軌道の重なりが小さくなるので、電気抵抗率は増加し、T_N(1),T_<2D>(2)は低下すると思われる。T_N(2)が変化しないのは、Cu(2)には頂点アニオンがなく、また、隣接する上下の面ではCu(2)の位置がずれているので、Cu(2)-Cu(2)相互作用は弱く、この程度のc軸長の変化にはあまり影響は受けないからと思われる。Aサイトの元素置換を試みた結果、(Ba_<1-x>La_X)_2Cu_3O_4Br_2(0≦x≦0.1)の合成に成功した。しかし、電気抵抗率は、ほとんど減少せず、キャリアは局在していると考えられる。これまでの高温超伝導体は、すべてCuO_2面を有する。そこで、Cu_3O_4面を有する二次元量子スピン系銅酸化物Ba_2Cu_3O_4Cl_2にキャリアドープを試み、超伝導転移の有無を調べた。過剰酸素の導入及び元素置換によりキャリアドープを試みた。まず、過剰酸素の導入は、高酸素圧下アニール(800atm、250°C、1週間)および、3種類の酸化剤(KMnO_4、H_20_2、NaClO溶液60°C 24時間)を用いて行ったが、導入できなかった。次に、元素置換では、Ba^<2+>サイトをNa^+、Bi^<3+>で、または、Cl^-サイトをO^<2->で部分置換を試みたが、全く固溶しなかった。しかし、Cu^<2+>サイトをLI^+、Sc^<3+>、Ga^<3+>およびCo^<3+>で部分置換を試みた結果、Li^+とSc^<3+>は一部置換することがわかった。室温での電気抵抗率は、Li_+置換により10^7Ωcmから10^5Ωcmまで、Sc^<3+>置換では10^6Ωcmまで減少した。しかし、温度依存性は、依然として半導体的振る舞いを示し、超伝導転移は示さなかった。直流磁化率では、320Kと30Kに2つの反強磁性転移を観測した。これはCu_3O_4面が2つのCuサイトを持つことに対応している。そして、置換とともに転移温度は低下した。また、スピン数を見積った結果、Li^+置換系、Sc^<3+>置換系ともに、CuO_2面において超伝導を示すキャリア濃度まで供給されていることがわかった。供給されたキャリアが局在している原因を現在、検討している。

A,Xサイトのイオン半径が増加すると、T_N(1),T_<2D>(2)は低下するが、T_N(2)は変化しない。格子定数が増加すると、Cuの3d_<X^2-Y^2>軌道とOの2p軌道及びClの3p(Brの4p)軌道の重なりが小さくなるので、電気抵抗率は増加し、T_N(1),T_<2D>(2)は低下すると思われる。T_N(2)が変化しないのは、Cu(2)には頂点アニオンがなく、また、隣接する上下の面ではCu(2)の位置がずれているので、Cu(2)-Cu(2)相互作用は弱く、この程度のc軸長の変化にはあまり影響は受けないからと思われる。Aサイトの元素置換を試みた結果、(Ba_<1-x>La_X)_2Cu_3O_4Br_2(0≦x≦0.1)の合成に成功した。しかし、電気抵抗率は、ほとんど減少せず、キャリアは局在していると考えられる。