hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
電気化学的手法を用いた再生医療技術の確立

本研究は、電気化学的手法を用いた再生医療技術の確立を目指すものである。この手法は、金一チオール結合を利用して金電極表面に密なオリゴペプチド単分子膜を形成し、これを介して接着させた細胞を、金一チオール結合を電気的に切断することで、分子層と共に脱離させるものである。昨年度までに2分間の細胞脱離を実現してきたが、一方で、実はオリゴペプチド分子のみであれば数秒で脱離することが電気化学的な解析によりすでに分かっている。そこで、オリゴペプチドの設計、および使用する金表面の設計を工夫することで、より素早い細胞脱離技術の確立に取り組んだ。オリゴペプチドのみの場合に比べて、細胞を脱離する際により長い時間を要する原因として、1タンパク質の非特異吸着、2細胞自体の電気的抵抗の存在が考えられる。本研究ではまず、タンパク質の非特異吸着を抑制できるペプチド設計に取り組んだ。種々の配列の80種類の組み合わせのペプチドに関して二次構造を計算した。この結果に基づき実際にペプチドを合成し、実験的に評価を行ったところ、CPPPKEKEKEKEKは、金表面上で密な層を形成し、このペプチドを修飾した表面ではその他のペプチド修飾表面、もしくは未修飾表面と比較して、フィブリノーゲンの吸着も大幅に抑制されることが示された。更に、末端に細胞接着配列RGDを加えることで、4分間での細胞脱離が可能であった。本研究では更に、細胞自体の電気的抵抗を考慮し、表面にマイクロ凹凸構造を有する基板を用いることで、細胞直下の電極面にもイオンが流入する工夫を施した。マイクロ凹凸基板はナノインプリンティング技術により作製し、直径、高さが3μmであるピラーを三角配置により配置した。このような基板上にペプチドCPPPKEKEKEKEKGRGDSPを修飾し、細胞を播種したところ、細胞は良好に接着した。更に、電位印加による細胞脱離を評価したところ、1分間の電位印加により基板上の約70%の細胞が脱離した。同様の基板上で細胞を増殖させ、細胞シートを形成させた。形成した細胞シートは、1分間の電位印加により、ハイドロゲルへと転写可能であった。つまり、細胞を組織として回収可能であり、再生医療への応用の可能性が示された。本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。近年、iPS細胞に代表される万能細胞などから生体外で組織を構築し、移植することで欠損した臓器や組織の治療を行う、再生医療と呼ばれる新たな治療技術が注目されている。この治療法の実現には、シャーレ上で生体組織を構築し、さらにその組織を非侵襲的に回収する技術が必要である。本研究では、電気化学的原理に基づき、電位印加によって培養表面から素早く細胞を回収する技術の確立を目標としている。この原理は、金-チオール結合を利用して金電極表面に単分子層を形成し、これを介して接着させた細胞を、金-チオール結合を電気的に切断することで、脱離させるものである。今年度は、単分子層として使用する、自己組織化オリゴペプチドの設計および評価を行った。具体的には、リジン(K)や、グルタミン酸(E)のような、プラス、マイナスにチャージしたアミノ酸を交互に配置したオリゴペプチド2種類を設計した。細胞接着配列を持たない細胞非接着性オリゴペプチド(配列:CGGGKEKEKEK)は、末端のシステイン(C)を介して金表面に自発的に結合し、スペーサーとして3つのグリシン(G)を配置した。また、隣接するペプチド間においてリジン(K、+電荷)およびグルタミン酸(E、-電荷)の静電的な相互作用によって自己組織化するように設計した。これにより、タンパク質の非特異吸着抑制層を形成した。また、末端に細胞接着配列RGDを付与した細胞接着性オリゴペプチドも加えることで、タンパク質の非特異吸着を抑制しつつ細胞が接着できる表面を設計した。このような表面での細胞脱離を評価したところ、電位印加2分後には全ての細胞を脱離可能であり、更に、細胞シートも非侵襲的にハイドロゲルへと転写可能であった。この手法は、金-チオール結合を利用して金電極表面に密なオリゴペプチド単分子膜を形成し、これを介して接着させた細胞を、金-チオール結合を電気的に切断することで、分子層と共に脱離させるものである。すなわち、原理的には細胞も秒単位で脱離できる可能性が残されている。オリゴペプチドのみの場合に比べて、細胞を脱離する際により長い時間を要する原因の1つとして、タンパク質の非特異吸着の存在が考えられる。そこでまず、タンパク質の非特異吸着を抑制できるペプチド設計に取り組んだ。具体的には、自己組織化オリゴペプチドを4つのセグメントに分けてデザインし、その一つのセグメントにタンパク吸着を抑制する役割を担うよう設計した。すなわち、オリゴペプチドは、アンカー(C)、リンカー(GGG、PPP、FFF等)、自己組織化に関わる両性イオン部分(KEKE、KEKEKE等)、細胞接着配列(RGD)から構成される。まず、分子動力学計算により、リンカー、両性イオン配列の80種類の組み合わせに関して二次構造を計算した。

この結果に基づき実際にペプチドを合成し、実験的に評価を行った。その結果、選択した全てのペプチドが金表面上で密な層を形成することが示された。更に、CPPPKEKEKEKEKのみが安定な二次構造を形成し、このペプチドを修飾した表面ではその他のペプチド修飾表面、もしくは未修飾表面と比較して、フィブリノーゲンの吸着も大幅に抑制されることが示された。更に、末端に細胞接着配列RGDを加えることで、2分間での細胞脱離が可能であった。本研究は、電気化学的手法を用いた再生医療技術の確立を目指すものである。この手法は、金一チオール結合を利用して金電極表面に密なオリゴペプチド単分子膜を形成し、これを介して接着させた細胞を、金一チオール結合を電気的に切断することで、分子層と共に脱離させるものである。昨年度までに2分間の細胞脱離を実現してきたが、一方で、実はオリゴペプチド分子のみであれば数秒で脱離することが電気化学的な解析によりすでに分かっている。そこで、オリゴペプチドの設計、および使用する金表面の設計を工夫することで、より素早い細胞脱離技術の確立に取り組んだ。オリゴペプチドのみの場合に比べて、細胞を脱離する際により長い時間を要する原因として、1タンパク質の非特異吸着、2細胞自体の電気的抵抗の存在が考えられる。本研究ではまず、タンパク質の非特異吸着を抑制できるペプチド設計に取り組んだ。種々の配列の80種類の組み合わせのペプチドに関して二次構造を計算した。この結果に基づき実際にペプチドを合成し、実験的に評価を行ったところ、CPPPKEKEKEKEKは、金表面上で密な層を形成し、このペプチドを修飾した表面ではその他のペプチド修飾表面、もしくは未修飾表面と比較して、フィブリノーゲンの吸着も大幅に抑制されることが示された。更に、末端に細胞接着配列RGDを加えることで、4分間での細胞脱離が可能であった。本研究では更に、細胞自体の電気的抵抗を考慮し、表面にマイクロ凹凸構造を有する基板を用いることで、細胞直下の電極面にもイオンが流入する工夫を施した。マイクロ凹凸基板はナノインプリンティング技術により作製し、直径、高さが3μmであるピラーを三角配置により配置した。このような基板上にペプチドCPPPKEKEKEKEKGRGDSPを修飾し、細胞を播種したところ、細胞は良好に接着した。更に、電位印加による細胞脱離を評価したところ、1分間の電位印加により基板上の約70%の細胞が脱離した。同様の基板上で細胞を増殖させ、細胞シートを形成させた。形成した細胞シートは、1分間の電位印加により、ハイドロゲルへと転写可能であった。つまり、細胞を組織として回収可能であり、再生医療への応用の可能性が示された。本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。自己組織化オリゴペプチドを設計し、2分間での細胞脱離、更には細胞パターン、細胞シートの素早いハイドロゲルへの転写に成功した。この結果は本手法によって細胞を、細胞同士の結合を保ったまま回収可能であることを示すものであり、再生医療技術への応用が期待されるものである。
低圧損形流動層による空冷熱交換器の無フィン化に関する研究

本研究は、申請者が今日まで行って来た固気混相流,並びに噴霧気流による熱伝達促進と、その応用に関する研究を踏まえ、低圧力損失の高性能流動層熱交換器に関する基礎的研究を行ったものである。特に、低圧力損失を維持したままで、良好な流動化状態を得るための分散板形状と管配列・粒径・流速との関係,最適伝熱性能を与える流動化状態と圧力損失の関係,などを明らかにした。さらに空気調和装置におけるフィン付き管型熱交換器を、無フィンの裸管型低圧力損失流動層で置換するための基礎データを提出した。本研究は、単列管群について行った実験的基礎研究と、それを拡張した多列管群の実験的研究に大別される。(1)単列管群低圧力損失形流動層熱交換器を開発するため、スリット形分散板を考案した。この分散板を採用することにより、流動層と固気噴流の特長が複合強化され、粒子の静止層高が著しく小さいにもかかわらず、極めて良好な流動化状態が得られる事が明らかになった。その結果、熱伝達特性は従来形とほぼ同等であるにもかかわらず、その圧力損失は従来形の1/10オーダにまで軽減できることが、定量的に示された。(2)多列管群次に上記の研究成果を基に、分散板形状に改良を加えて一層の圧力損失の低減をはかり、この流動層の中に多列管を挿入して伝熱性能をさらに向上させる研究を行った。その結果、当初の目的である空冷熱交換器の無フィン化は、十分可能であることが明らかとなった。
建築家ヘルマン・ムテジウスの日本滞在日記の調査とその全容の解明-20世紀初頭のドイツ近代建築の発展過程に関する研究

平成11年度および平成12年度の2ヵ年にわたる研究を申請し、そのうち平成12年度については、分析対象の資料である建築家ヘルマン・ムテジウスの日本滞在中の書簡の解析および評価を行った。以下、その成果について概要を述べる。ドイツ工作連盟資料館に保管されている滞日中のムテジウスの書簡は計177通におよび、これらの書簡から本研究の目的とする下記の3事項について有益な情報を得ることができた。1)ムテジウスの日本の建築・文化に対する視点書簡のなかには、ムテジウスの滞日中の住まいとなった住宅の間取りが描かれ、日本での生活の様子を知らせている。また、違い棚や小舞壁のスケッチなど、室内空間の造作や構法などへの関心も伺われ、その内容は家族や友人に近況を知らせるといった次元を超えて、日本の建築、文化に対するムテジウスの視点を示唆するものである。2)エンデ&ベックマン事務所においてムテジウスが果した役割の明確化ムテジウスは定期的に、エンデ&ベックマン事務所における業務報告を本国建設省へ送付しており、残された報告書の草案からエンデ&ベックマン事務所による官庁集中計画の一端を明らかにすることができる。3)ドイツ・プロテスタント教会の設計についてムテジウスの処女作品となった東京、麹町のドイツ・プロテスタント教会に関しては、書簡のなかでその設計途上の案や採光方法、ドームの架構法などについて記されており、設計経緯についての情報が得られる。また、多くの図面・写真類が残されており、その詳細を知ることができる。なお本研究の成果は、2002年秋に京都国立近代美術館および東京国立近代美術館を会場として開催が予定されている展覧会「近代の胎動:ヘルマン・ムテジウスとドイツ工作連盟-ドイツにおける建築・デザイン改革運動1900-1930(仮称)」において公表される予定である。平成11年度および平成12年度の2ヵ年にわたる研究を申請し、そのうち平成11年度については、おもに建築家ヘルマン・ムテジウスの日本滞在日記の現地調査および分析方法の構築を目的として、以下の2項目について研究実施計画を立案した。1.ムテジウスの日本滞在日記の調査ムテジウスの日本滞在日記はベルリンの芸術アカデミーに保管されているという情報を入手していたが、現地調査の結果、ドイツ工作連盟資料館(Werkbundarchiv,Berlin)に関連資料が集められていることが判明した。資料は、書簡、葉書類、雑誌論文等の写し、覚え書き等に用いられた手帳などから構成され、また、ムテジウスの実質上処女作品となるプロテスタント教会(東京)に関する詳細な図面類が保管されている。写真資料については、この教会の竣工写真や日本の風物に関するもの、ポートレートなどが多い。日記については、ムテジウスの日々の活動を記録するものとしてとくに日記形態をとっているものは残されていないことが今回の調査でわかった。ただし、頻繁に書き記された書簡類が状態よく保管されており、ここに日本の建築、文化に対するムテジウスの観察が反映されていると考えられ、日記に代わるものとしてこの書簡類が主たる研究対象となることを確認した。2.日記分析の視点、方法の構築上記のムテジウスの書簡類をおもな分析対象として、関連する資料も用いながら、とくに(1)ムテジウスの日本建築観と主著『英国の住宅』にみられる近代建築像の比較、考察、(2)日本滞在中エンデ&ベックマン事務所においてムテジウスが担った役割の明確化と官庁集中計画の詳細についての分析、(3)日本の風俗、文化全般に対するムテジウスの関心の対象化、などの視点について継続して分析をおこなう。なお、保管されている書簡類は膨大な量にわたり、判読に時間を要するため、再渡独による現地調査があらためて必要になる場合も想定される。なお本研究の成果は、2002年秋に京都国立近代美術館および東京国立近代美術館を会場として開催が予定されている展覧会

「近代の胎動:ヘルマン・ムテジウスとドイツ工作連盟-ドイツにおける建築・デザイン改革運動1900-1930(仮称)」において公表される予定である。
グローバルな脳活動―脳血流量―脳温度のMRI計測に関する基礎的検討

本研究は、グローバルな脳活動ー脳血流量ー脳温度の関係をMRI(Magnetic Resonance Image)のみを用いて計測する手法を開発することを目的とし、脳の状態観測指標を新たに提供することにより、加齢等に伴う脳機能・活動の変化を簡便に捉えることを目標とする。本年は、脳深部温度計測に影響を与える要因の調査を目的に、くも膜下出血患者の出血位置および脳温と腋下温の関係からCSFへの血液の混入の影響をレトロスペクティブに調査すること、および、健常者50名(20ー60代各男女5名)の脳温をCSFの最大流速時と最小流速時およびランダムに撮像したDWIから計算し、比較することによりCSFの流れの影響を検証することを計画し、概ねその計測を終えた。現在、解析中であるが、非常に興味深い結果が予想される中間結果を得ている。無いようについては、解析終了後に論文として報告する。MRIを用いた脳内深部温度計測の基礎となる拡散強調画像法(DWI)を用いた研究について、論文を発表し、MRI領域におけるRadiomics研究との関連についてもレビューを行った。さらに、DWIの安定測定、高速測定法、最新研究などについて国内外の学会で報告を行い、これまでの脳深部温度計測について他国の学会において招待講演を行った。加えて、パーキンソン病や肝臓移植患者等の健常者以外の脳温度計測を実施し、一部を学会、論文等で報告した。当初の目的通り、計測した健常者に関するデータをまとめて論文化する。さらに、CMRO2およびCBF計測の至適撮像条件を決定する。方法として、健常者10名(男女各5名)により、CMRO2およびCBFの安定計測するためのMRI撮像条件を検討する。CBF計測は位相コントラストの差により行われるが、年代の異なる被験者で調査することにより、適切な流速幅に対応できるようにする。具体的には、dwell time, flip angle, VENC, Repetition timeなどのパラメータの最適化を行う。得られたCBF値から次式によりCMRO2を得る。CMRO2=CaCBF(SaO2-SvO2)、Caは酸素濃度、SaO2は動脈の酸素飽和レベル、SvO2は静脈の酸素飽和レベルである。結果は、PET検査等で得られたこれまでの知見と比較・検証する。

現在、解析中であるが、非常に興味深い結果が予想される中間結果を得ている。無いようについては、解析終了後に論文として報告する。MRIを用いた脳内深部温度計測の基礎となる拡散強調画像法(DWI)を用いた研究について、論文を発表し、MRI領域におけるRadiomics研究との関連についてもレビューを行った。さらに、DWIの安定測定、高速測定法、最新研究などについて国内外の学会で報告を行い、これまでの脳深部温度計測について他国の学会において招待講演を行った。本年は、脳深部温度計測に影響を与える要因の調査を目的に、くも膜下出血患者の出血位置および脳温と腋下温の関係からCSFへの血液の混入の影響をレトロスペクティブに調査すること、および、健常者50名(20ー60代各男女5名)の脳温をCSFの最大流速時と最小流速時およびランダムに撮像したDWIから計算し、比較することによりCSFの流れの影響を検証することを計画し、概ねその計測を終えた。加えて、パーキンソン病や肝臓移植患者等の健常者以外の脳温度計測を実施し、一部を学会、論文等で報告した。当初の目的通り、計測した健常者に関するデータをまとめて論文化する。さらに、CMRO2およびCBF計測の至適撮像条件を決定する。方法として、健常者10名(男女各5名)により、CMRO2およびCBFの安定計測するためのMRI撮像条件を検討する。CBF計測は位相コントラストの差により行われるが、年代の異なる被験者で調査することにより、適切な流速幅に対応できるようにする。具体的には、dwell time, flip angle, VENC, Repetition timeなどのパラメータの最適化を行う。得られたCBF値から次式によりCMRO2を得る。CMRO2=CaCBF(SaO2-SvO2)、Caは酸素濃度、SaO2は動脈の酸素飽和レベル、SvO2は静脈の酸素飽和レベルである。結果は、PET検査等で得られたこれまでの知見と比較・検証する。予定していた国際会議出席分が主催者負担となったため、次年度使用額が生じた。これらは、次年度に国際会議において講演を行う際に使用する予定である。学会参加のための費用等を見積もっていたが、別途予算で充当されるのが適当と判断したため、差額が生じた。次年次の論文投稿費用等に充当する。
発達障害児のメディア・リテラシー育成のためのＳＮＳプラットフォーム

広汎性発達障害(しょうがい)をはじめとする様々な障害レベルにある、いわゆる自閉症スペクトラムを有する未成年児を対象に、メールやブログ、SNS(ソーシャルネットワーキングシステム)といった電子的コミュニケーション手段に対するリテラシを障害レベルに応じて適切に教育し、また、実践を支援・補完する専用SNSプラットフォームを試作し、模擬的な療育プログラムの思考を通じて評価した結果、発達障害児の療育と社会参画支援のためのSNSプラットフォームが有するべき具体的機能要件および非機能要件をあきらかにしたまず、療育分野におけるアシスティブ・テクノロジの現状について専門的な動向をサーベイした。また、並行して、プロトタイピングに向くSNSプラットフォームを複数サーベイし、modx, worpress, moodle, drupal等CMSタイプのWebシステムについてより詳細に試用・検討を行った。そのうえで、グループ機能とユーザ管理機能のバランスに優れたDrupal Version7を選定し、簡単なSNSサイトを試作した(非公開)。試行用にタブレットを購入し、事前導入すべきアプリ(療育支援、コンテンツフィルタリング、セキュリティ対策等)などの検討を詳細におこなった。次に、自閉症児支援団体に協力を依頼し、運用実験の詳細な計画立案に着手したが、協力予定者から「漫然とSNSを使わせることは動機が弱いので、ユーザの積極的な利用が見込めるように具体的な目的を持ったサイト設定をすれば、より有用な知見が得られる」などの助言を受けたため、具体的な療育タスクを設定し、そのための支援を行うWebとして立ち上げを行うこととした。療育タスクの題材として、レゴマインドストームをとりあげ、さらに、発達障害児のプログラミング学習支援についても予備的な調査を行った。特に、プログラミング支援プラットフォーム等の既存eラーニング支援システムを中心にサーベイを行った。27年度前半には、オープンソースのコンテンツマネジメントシステムDrupalによる試作ソーシャルネットワークサービスにビデオ投稿等の機能追加など、必要な試作実装を進めた。さらに、、前年度に検討を行った「レゴ・マインドストーム」を用いた療育プログラムを模擬的に実施し、その運営サイトとして、試作システムを実際に利用する実験を行った。対象として4名の児童(健常者を含む)と保護者に参加してもらい、ファシリテータ1名(本学博士研究員)とティーチングアシスタント2名(本学博士前期課程学生)による制作指導を4回にわたり実施した。途中経過の報告や作品紹介ムービーの投稿などのタスクを行わせたが、PCの操作スキルが低く、保護者の支援がなければWebに書き込めなかったケースや、情緒不安定を理由に途中で参加をとりやめたケースなどがあり、システムの機能について十分な評価を得ることができなかった。このため、28年度には、27年度の知見に基づいた試作システムの改善と、再実験を行うこととし、そのための計画の具体的検討を行った。模擬療育タスクにおいて十分な量の使用データが収集できなかったため、翌年度再実施することとした。28年度は、27年度に実施した試作システム評価実験に基づき、オープンソースのコンテンツマネジメントシステムDrupalによる試作ソーシャルネットワークサービスに対する機能拡張を行なった。試作システムの機能拡張におけるモデルシナリオとしては、前年度同様、「レゴ・マインドストーム」を用いた療育プログラムを採用し、ビデオ投稿等の機能に加えて、保護者や療育者によるスーパバイザ機能などの試作実装を進めた。また、世界規模で活動を展開する自閉症支援組織(Autism Speaks)の定期会合に参加して、ICTによる自閉症児支援に関する全般的な情報収集をおこなった。なお、28年度実施を予定していた再実験については、協力者の確保がうまく進まず実施の見通しが立たなかったため、27年度に行った利用実験の内容に対する詳細なレビューを実施することとした。この実験では、対象として4名の児童(健常者を含む)と保護者に参加してもらい、ファシリテータ1名(本学博士研究員)とティーチングアシスタント2名(本学博士前期課程学生)による制作指導を4回にわたり実施し、途中経過の報告や作品紹介ムービーの投稿などのタスクを行わせたが、その際に有効であったと思われるシステムの機能項目や、逆に不十分であったと思われる項目について、インタビューを主体にした定性的な分析を行なった。本評価結果は今後継続的にシステム拡張を行なう上での指針として有効活用される予定である。広汎性発達障害(しょうがい)をはじめとする様々な障害レベルにある、いわゆる自閉症スペクトラムを有する未成年児を対象に、メールやブログ、SNS(ソーシャルネットワーキングシステム)といった電子的コミュニケーション手段に対するリテラシを障害レベルに応じて適切に教育し、また、実践を支援・補完する専用SNSプラットフォームを試作し、模擬的な療育プログラムの思考を通じて評価した結果、発達障害児の療育と社会参画支援のためのSNSプラットフォームが有するべき具体的機能要件および非機能要件をあきらかにした簡単な療育タスクをおこなう教室を模擬的に開催することとし、そのための再計画、協力者募集、準備等に時間を要したため、初回の試験運用を27年度に行うこととした。評価実験の再実施を通じて、ひな形となるSNSプラットフォームの機能を整理し直し、プロトタイプとして公開を予定している。なお、試験運用の結果が良好であれば、継続的な運営を視野に入れた検討も行う。ソフトウェア工学・教育初回の試験運用を平成27年度78月頃に実施し、その後、運用結果に対する評価と外部発表を行う。以降、システムの改良と2度目の試行を行い、プロトタイプとしての公開を予定している。なお、試験運用の結果が良好であれば、継続的な運営を視野に入れた検討も行っていきたい。実験の規模が不十分であったため、翌年度に再実施することとしたため。初回運用実験を再計画し、次年度の実施としたため、そのための経費を繰り越した。

2回目の運用実験を78月に実施し、成果発表を行う。26年度実施予定であった初回運用実験を78月に実施するので、繰り越した経費をこの目的に使用する。
高温超伝導体ナノ構造における量子輸送とスピン制御

本研究は,ビスマス系酸化物高温超伝導体に内在するナノ構造におけるスピン伝導に関連した量子輸送を制御・利用する超伝導スピントロニクスの創製を目指し,磁性体/酸化物高温超伝導体ハイブリッド構造を作製し,そのスピン輸送特性について調べた。その結果,ナノ構造に起因する固有ジョセフソン接合の臨界電流は,磁性体の磁化特性と密接に相関関係を有することを見出した。これは,固有ジョセフソン接合の臨界電流が磁性体からのスピン注入により制御できることを意味しており,同接合のスピンデバイス応用の可能性を示すものである。本研究は,層状酸化物高温超伝導体Bi_2Sr_2CaCu_2O_y(BSCCO)に内在するナノ構造におけるスピン伝導に関連した量子輸送を制御・利用する超伝導スピントロニクスの創製を目指すものであり,本年度は,次の2項目を中心に研究を進めた.1)面積が数数10μm^2の磁性体/高温超伝導体構造の作製技術を確立する。2)作製した試料を用いてBSCCO固有ジョセフソン接合におけるスピン注入効果について調べる。得られた成果を以下に示す.1)試料作製技術の確立電子線リソグラフィ,フォトリソグラフィ,イオンエッチング技術を用いて面積25μm^2のCo(100nm)/Au(20nm)/BSCCOメサを作製すると共に,BSCCO単結晶薄片を上下両面から加工する両面加工技術によりCo(100nm)/Au(20nm)/BSCCO/Au(20nm)/Co(100nm)構造からなる試料の作製に成功した.作製した試料の無磁場における電流-電圧特性並びにその温度依存性は,BSCCO固有ジョセフソン接合単体の特性と同様であり,作製プロセスによる特性劣化がないことが確認された.2)スピン注入効果の観測作製した試料に磁場を印加し,Coが磁化される前後の臨界電流を比較したところ,Co磁化後の固有ジョセフソン接合の臨界電流は,Co磁化前のそれと比べ大きく減少することが観測された.この臨界電流の減少は,磁化されたCo膜からのスピン偏極電子の注入効果に起因していると考えられ,固有ジョセフソン接合を用いた新規なスピンデバイス開発の可能性が示された.本研究は,層状酸化物高温超伝導体Bi2Sr2CaCu20y(BSCCO)に内在するナノ構造におけるスピン伝導に関連した量子輸送を制御・利用する超伝導スピントロニクスの創製を目指すものであり,本年度は,微小磁性体/固有ジョセフソン接合超格子ハイブリッド素子の作製し,そのスピン注入効果について調べた。得られた成果を以下に示す。1)微小磁性体/固有ジョセフソン接合超格子ハイブリッド素子の作製面積が9μm2並びに25Fm2のCo/Au/BSCCOメサ構造からなる試料を再現性良く.作製することに成功した。作製した試料の無磁場における電流一電圧特性並びにその温度依存性は,BSCCO固有ジョセフソン接合単体の特性と同様であり,作製プロセスによる特性劣化がないことを確認した。2)固有ジョセフソン接合におけるスピン注入効果作製した試料の臨界電流の磁場依存性は,印加磁場の掃引方向に依存してヒステリシスを示すとともに,Coの磁化がゼロになる磁場で臨界電流が最大になることが観測され,スピン注入効果により固有ジョセフソン接合の臨界電流が変化することを明らかにした。また,同試料のゼロバイアス抵抗においてもCoの磁気特性に対応した磁場依存性を観測することに成功した。以上の結果は,固有ジョセフソン接合におけるスピン輸送特性についての重要な知見であり,固有ジョセフソン接合を用いた新規なスピンデバイス応用の可能性を示すものである。
廃プラスチックを利用した無機/有機ナノ複合膜の合成とガス薄膜センサーへの応用

本研究課題では、発泡スチロール及びPETボトルの廃プラスチック材料を用いて、表面に各種のポリマーを化学結合(グラフト)した導電性の無機超微粒子との共在下で、ケイ素アルコキシド等のゾル-ゲル反応を行うことにより、ポリマーや無機超微粒子がマトリックスゲル中にナノレベルのオーダーで均一に分散した柔軟性を有する導電性無機/有機複合膜を合成した。さらに、添加する廃プラスチックと無機超微粒子表面のグラフトポリマー鎖との種類を適宜変化させて組み合わせることにより、得られる複合膜の吸着特性を任意に制御する手法を確立して、種々の溶媒蒸気や気体分子に対して選択的に応答するセンシング機能を付与し、この選択的吸着能を複合膜の電気抵抗値の変化で検出するガス薄膜センサーへの応用についても試みた。カーボンブラックや合成雲母粒子の表面に存在するOH基を足場として、粒子表面にポリスチレンやポリエステルをグラフトすることにより、廃プラスチック材料であるポリスチレン及びポリエチレンテレフタレート中に均一に分散するポリマーグラフト化無機超微粒子を合成(グラフト率:320%)した。このようなポリマーグラフト化無機超微粒子と、廃プラスチック材料からのポリスチレン及びポリエチレンテレフタレートとの共存下で、ケイ素アルコキシドを用いてゾル-ゲル反応を行ったところ、ポリマーと無機超微粒子の2つの成分がマトリックスゲル中に均一に分散した無機/有機ナノ複合ゲルが合成でき、これをフイルム状にキャストすることにより薄膜化できることが明らかになった。また、この様な無機/有機ナノ複合膜は、ポリマー及びグラフト鎖との親和性が高い気体分子(溶媒蒸気)を選択的に吸着し、その際には複合膜の電気抵抗値が大きく変化することも明らかになった。従って、この様な性質を利用することにより、新規なガス薄膜センサーとして応用できる可能性が示唆された。本研究の目的は、発泡スチロール及びPETボトルの廃プラスチック材料を用いて、表面に各種のポリマーを化学結合(グラフト)した導電性の無機超微粒子との共在下で、ケイ素アルコキシド等のゾル-ゲル反応を行うことにより、ポリマーや無機超微粒子がマトリックスゲル中にナノレベルのオーダーで均一に分散した柔軟性を有する導電性無機/有機複合膜を合成することにある。さらに、添加する廃プラスチックと無機超微粒子表面のグラフトポリマー鎖との種類を適宜変化させて組み合わせることにより、得られる複合膜の吸着特性を任意に制御する手法を確立して、種々の溶媒蒸気や気体分子に対して選択的に応答する機能、すなわち、ガスセンシング機能を付与し、この選択的吸着能を複合膜の電気抵抗値の変化で検出するガス薄膜センサーへの応用についても試みる。平成14年度は、導電性無機超微粒子としてカーボンブラック(CB)を選択し、ゾル-ゲル法による廃プラスチック材料からのポリマーと導電性無機超微粒子とを含有する無機/有機ナノ複合膜の合成について検討した。CB表面に存在するOH基を足場として、粒子表面にポリスチレンやポリエステルをグラフトすることにより、廃プラスチック材料であるポリスチレン及びポリエチレンテレフタレート中に均一に分散するポリマーグラフト化CB粒子を合成(グラフト率:320%)した。また、ポリスチレン及びポリエチレンテレフタレートと親和性を有するマトリックスゲルを合成するために、ゲルを構成する金属アルコキシド成分について詳細に検討した結果、フェニル基を置換基として有するケイ素アルコキシドを用いると、ポリマーが均一に分散したマトリックスゲルを合成できることがわかった。このようなケイ素アルコキシドを用いて、廃プラスチック材料からのポリスチレン及びポリエチレンテレフタレートと、ポリマーグラフト化CBとの共存下でゾル-ゲル反応を行ったところ、ポリマーと無機超微粒子の2つの成分がマトリックスゲル中に均一に分散した無機/有機複合ゲルが合成でき、これをフィルム状にキャストすることにより薄膜化できることが明らかになった。

本研究の目的は、発泡スチロール及びPETボトルの廃プラスチック材料を用いて、表面に各種のポリマーを化学結合(グラフト)した導電性の無機超微粒子との共在下で、ケイ素アルコキシド等のゾルーゲル反応を行うことにより、ポリマーや無機超微粒子がマトリックスゲル中にナノレベルのオーダーで均一に分散した柔軟性を有する導電性無機/有機複合膜を合成することにある。さらに、添加する廃プラスチックと無機超微粒子表面のグラフトポリマー鎖との種類を適宜変化させて組み合わせることにより、得られる複合膜の吸着特性を任意に制御する手法を確立して、種々の溶媒蒸気や気体分子に対して選択的に応答する機能、すなわち、ガスセンシング機能を付与し、この選択的吸着能を複合膜の電気抵抗値の変化で検出するガス薄膜センサーへの応用についても試みる。平成15年度は、無機超微粒子として、導電性のカーボンブラックの他に合成雲母を用いて、ゾルーゲル法による廃プラスチックからのポリマーと各種無機超微粒子とを含有する無機/有機ナノ複合膜の合成と、得られた無機/有機ナノ複合膜をガス薄膜センサーへ応用する試みについて検討した。添加するポリスチレン及びポリエチレンテレフタレートと、無機超微粒子表面のグラフト鎖との組み合わせを変えて無機/有機複合膜を合成し、様々な気体分子のセンシング機能をテストした。その結果、曝露蒸気に対する、添加するポリマーの親和性と無機超微粒子表面のグラフト鎖の親和性とが一致する場合は、両者が一致しない組み合わせの場合に比べて、気体分子の選択的吸着特性が著しく増大した。すなわち、ポリマー及びグラフト鎖との親和性が高い気体分子(溶媒蒸気)が、選択的に良く吸着されることがわかった。さらに、気体分子を選択的に吸着する際には、無機/有機ナノ複合膜の電気抵抗値が大きく変化することも明らかになった。従って、この様な無機/有機ナノ複合膜の性質を利用することにより、新規なガス薄膜センサーとしての利用が期待できる。
ハーフメタル系材料を用いた高効率スピン源の探索と創出

電子の電荷に加えて,電子のスピンを併せて活用するスピントロニクスにおいてスピン源が必須である.本研究では,ホイスラー合金が潜在的に有する,スピン源として理想的なハーフメタル特性を,デバイス構造の中で実現するための重要な知見を明らかにした.具体的には,ホイスラー合金薄膜組成の適切な制御により,ハーフメタル特性に対して特に有害となる欠陥の抑制が可能となり,ハーフメタル特性が顕著に増大することを明らかにした.さらに,これに合わせてホイスラー合金とMgOバリアからなるエピタキシャルヘテロ界面構造の向上により,優れたデバイス特性が得られることを明らかにした.次世代のエレクトロニクス,あるいは,量子情報処理において、固体中の電子の電荷とスピンの自由度を併せて用いるスピントロニクスの研究が盛んである.スピントロニクスにおいて,スピン源は最も基本的な構成要素である.スピン源として理想的と考えられる材料系の一つはハーフメタルである.本研究の大きな目的は高効率スピン源の創出にある.本研究ではオリジナルの技術であるハーフメタル系ホイスラー合金(Co_2YZ)薄膜とMgOバリアを組み合わせた単結晶エピタキシャルヘテロ構造を技術の核として,Co_2YZ物質群を広く探索し、高効率スピン源を創出することを目的とする.電子の電荷に加えて,電子のスピンを併せて活用するスピントロニクスにおいてスピン源が必須である.本研究では,ホイスラー合金が潜在的に有する,スピン源として理想的なハーフメタル特性を,デバイス構造の中で実現するための重要な知見を明らかにした.具体的には,ホイスラー合金薄膜組成の適切な制御により,ハーフメタル特性に対して特に有害となる欠陥の抑制が可能となり,ハーフメタル特性が顕著に増大することを明らかにした.さらに,これに合わせてホイスラー合金とMgOバリアからなるエピタキシャルヘテロ界面構造の向上により,優れたデバイス特性が得られることを明らかにした.本研究では、オリジナルの技術であるハーフメタル系ホイスラー合金(Co_2YZ)薄膜とMgOバリアを組み合わせた単結晶エピタキシャルヘテロ構造を技術の核として、Co_2YZ物質群を広く探索し、強磁性体あるいは半導体に対する高効率スピン源を創出することを目的としている。さらに、スピン源として活用するためには、強磁性体単独ではなく、異種材料とのヘテロ構造が必須となる。今年度は、このよう観点に基づき、Co_2YZ/MgOヘテロ構造を用いた強磁性トンネル接合(MTJ)を具体的な検討対象として、試作評価を行い、以下の成果を得た。ホイスラー合金の一つであり、キュリー温度が985Kと室温よりはるかに高く、かつ、理論的にハーフメタル特性が予測されているCo_2MnSi(CMS)を下部および上部電極に用いた、CMS/MgO/CMSMTJを製作し、すべての層がエピタキシャル構造からなり、かつ、界面の急峻性と平坦性に優れたMTJを実現した。また、上部CMS電極を室温で堆積後に、550°Cから600°Cの範囲でin situのアニールを行うことが高いTMR比を得る上で重要であることを明らかにした。この結果、TMR比として、室温で179%、4.2Kにおいて683%の高いTMR比を実証した。これらの値は、本研究グループが2006年度に報告したCMS/MgO/CoFeMTJに対するTMR比、室温で90%、4.2Kで192%の値をはるかに超えるものである。本年度の結果はCo_2MnSiの高いスピン偏極率を、デバイス応用に必要とされるヘテロ構造の中で実証したものである。これによって、Co_2YZ薄膜をMgOバリアと組み合わせたエピタキシャルヘテロ構造の中で用いる技術が、ヘテロ界面における優れたスピン依存電子構造を実現する上で有用であることを明らかにした。本年度は,ハーフメタル系ホイスラー合金の一つであるCo2MnSi(CMS)を下部・上部両電極に用いた,エピタキシャルCMS/MgO/CMS強磁性トンネル接合(CMS-MTJ)におけるトンネル機構と電子構造を,トンネルスペクトロスコピーにより調べ,以下の知見を得た.なお, CMS-MTJについては,既に昨年度,室温で179%(4.2Kで683%)の高いTMR比を実証したものである.(1)磁化反平行(AP)および磁化平行(P)に対する比較的広い電圧領域でのdI/dV vs V特性より, CMSが明瞭なハーフメタルギャップ(HMG)を有し,フェルミレベルがHMGのほぼ中間に位置すること.(2) APに対するV±4mVでのd^2I/dV^2 vs. V特性におけるピークの存在より, CMS-MTJにおいて,界面準位へのトンネルと,コレクタ電極でのホットエレクトロンによるマグノン励起を介したスピンフリップ過程が重要な役割を果たしていること.(3) Pに対する70近傍でのVの正負に対するd^2I/dV^2 vs. V特性の非対称性より,

a)下部CMS電極は界面準位を有するものの,バルク領域ではHMG中の残留電子状態は無祖できるほど小さいのに対して, b)上部CMS電極はバルク領域において, HMG中のフェルミレベル近傍にわずかな残留電子状態密度を有すること.以上,ハーフメタル系Co_2MnSiとMgOバリアを用いたMTJのトンネル機構において,界面状態と,バイアス印加によるホットエレクトロンが重要な役割を果たしていることを明らかにした.本年度は,スピン偏極率が100%となることが理論的に予測されているハーフメタル系ホイスラー合金のCo_2MnSiおよびCo_2MnGe薄膜のハーフメタル特性に対する,化学量論的組成からのずれの影響を実験的に調べ,以下の知見を明らかにした.(1)Co_2Mn_αSi電極を用いたエピタキシャル構造のCo_2Mn_αSi/MgO/Co_2Mn_αSi磁気トンネル接合(MTJ)のトンネル磁気抵抗比(TMR比)のMn組成αに対する依存性を実験的に調べた.TMR比は低温4.2Kにおいても,また,室温においても,Mn組成をMn不足側(α<1)からMn過剰側(α>1)のある値まで増加させると共に,増加することが分かった.この結果として,Mn過剰側のα=1.29(Co_2Mn_<1.29>Si)において,4.2Kで1135%,室温で236%の高いTMR比を実証した.(2)Co_2MnGeについても同様の結果を得た.すなわち,Ge不足側の組成比を有するCo_2Mn_βGe_<0.38>電極におけるMn組成βの値を系統的に変えて作製したエピタキシャル構造のCo_2Mn_βGe_<0.38>/MgO/Co_2Mn_βGe_<0.38>MTJについても同様に,Mn過剰側のβ=1.40(Co_2Mn_<1.40>Ge_<0.38>)において,4.2Kで650%,室温で220%の高いTMR比を実証した.(3)これらの結果は,ハーフメタル特性を損なうと理論的に指摘されていたCo_<Mn>アンチサイト(MnサイトをCo原子が占める欠陥)の発生がMn過剰の組成にすることによって抑制されるためとして理解された.すなわち,Mh過剰の組成比に設定することによって,ハーフメタル特性の阻害要因となるCo_<Mn>アンチサイトを抑制できることを明らかにした.本年度はハーフメタル系Co_2MnSiとMgOバリアを用いたエピタキシャル強磁性トンネル接合(MTJ)のスピン輸送特性に対する支配要因を構造特性の面から明らかにすることを目的とした.このためのアプローチとして,Co_2MnSi(CMS)電極との格子ミスマッチが0.8%と極めて小さいCo_<50>Fe_<50>(CoFe)をバッファ層として用いたCMS/MgO/CMS MTJ(CMS MTJ)を作製し,そのスピン輸送特性を調べることにより,以下の知見を明らかにした.(1)CoFeバッファの導入により,4.2Kで1804%,室温で344%の高いトンネル磁気抵抗(TMR)比を実証した(従来のMgOバッファを用いたCMS MTJに対する値は,4.2Kで1135%,室温で236%.)(2)また,規格化されたTMR比の温度依存性は,CoFeバッファあるいはMgOバッファを用いた2つのCMS MTJに対してほぼ同一に近い事が分かった.(3)さらに,構造評価により,CMS両電極とMgOバリアの界面におけるミスフィット転位密度が,CoFeバッファを用いたCMS MTJでは低減し,MgOバッファを用いたCMS MTJに比較して約2/3となっていることが分かった.
歯周組織構成細胞の分化誘導に関与する転写因子の解析

歯周組織再生療法の確立は歯周組織構成細胞の生物学的特性を理解するために重要である。私たちはHPDLが歯周組織で特異的に発現する転写因子を抑制することによってどのような表現型細胞に誘導されるかを調べました。歯周組織において特異的に発現する転写因子の抑制の結果、siTwist2はSox5mRNAおよび5タンパク質レベルを増加させた。さらに、siKLF12はSox2およびKLF4 mRNAレベルを発現し、KLF4タンパク質レベルを増加させた。我々は、HPDLが、歯周組織における特異的に発現された転写因子を抑制することによって異なる性質の細胞に誘導され得ることを示唆した。歯周組織は,歯肉,歯根膜,セメント質および歯槽骨から構成され、歯根膜に存在する幹細胞は骨芽細胞,軟骨細胞,筋芽細胞および脂肪細胞に分化する。また、特異的な転写因子(TFs)は、異なる性質の細胞に幹細胞を分化させるために必要である。そのため,TFsの発現をコントロールする事で,ターゲット細胞を異なる性質の細胞に分化誘導できる可能性が考えられる。今回我々は,歯周組織構成細胞で発現するTFsについて解析を目的とした。ヒト歯肉線維芽細胞(HGF)とヒト歯根膜細胞(HPDL)は,10%ウシ胎児血清を含むD-MEMで,ヒト骨芽細胞様細胞(Saos2細胞)は,α-MEM培地で培養した。HPDLに、歯周組織構成細胞で発現するターゲットTFsに対するsiRNAを導入し,72時間後に細胞を回収し,間葉細胞関連転写因子の発現を検索するために,ウェスタンブロットおよび定量リアルタイムPCRを行った。Runx2,Runx3およびSox5(骨および軟骨形成TFs)mRNAはHGFおよびHPDLに比べてSaos2骨芽細胞様細胞で多く発現していた。しかしながら,Twist2,KLF12およびPax9 mRNAは,Saos2骨芽細胞様細胞に比べてHGFおよびHPDLで多く発現していた。HPDLで3種類(Twist2,KLF12,Pax9)のTFsを抑制すると,Sox5 mRNAおよびタンパク質発現が増加した。ヒト歯根膜細胞(HPDL)で3種類(Twist2,KLF12,Pax9)のTFsを抑制すると,Sox5 mRNAおよびタンパク質発現が増加することが示唆された。しかしながら、Twist2,KLF12およびPax9を単独で抑制した時にHPDLでどのような転写因子が発現するのかはまだ解明されていない。歯周組織は,歯肉,歯根膜,セメント質および歯槽骨から構成され、歯根膜に存在する幹細胞は骨芽細胞、軟骨細胞、筋芽細胞および脂肪細胞に分化する。そこで我々は、歯周組織構成細胞に発現している転写因子のmRNAおよびタンパク質量の検索を行うことで、歯周組織構成細胞で重要な転写因子の検索を行った。ヒト骨肉腫細胞由来骨芽細胞様細胞(Saos2)をαMEM培地、ヒト歯肉線維芽細胞(HGF)およびヒト歯根膜線維芽細胞(HPDL)をDMEM培地で培養し、細胞を回収後、間葉細胞関連転写因子mRNAを検索した。さらにsiRNAを用いて歯周組織構成細胞で優位な転写因子の発現を抑制後、細胞を回収し、同様な転写因子mRNA量およびタンパク質量の変化を検索した。Saos2に比べて歯周組織構成細胞(特にHGFおよびHPDL)で、Twist2およびKLF12が重要な転写因子であると考えられた。siRNAを用いた結果から、HPDLでTwist2を抑制すると、軟骨細胞で重要であるSox5 mRNAおよびタンパク質量を増加させ、KLF12を抑制すると、間葉系幹細胞で重要なKLF4およびSox2 mRNAおよびタンパク質量を増加させた。以上の結果から、Twist2を抑制するとHPDLを軟骨細胞、KLF12を抑制するとHPDLを間葉系幹細胞に誘導する可能性が示唆された。ヒト歯根膜細胞(HPDL)へsiRNAを導入し、Twist2,KLF12およびPax9を単独で抑制した時の転写因子の発現の変化を検索していく予定である。歯周治療学細胞培養に用いているフラスコやディシュが予算よりも安価に購入できたため次年度使用額が生じた。次年度の予算と合わせて抑制実験に用いるsiRNAなどの物品を購入するために使用する予定である。
斜面土層内の選択流とその斜面安定性に対する影響

京都大学防災研究所・宇治川水理実験所において、水路に砂質土を充填した人工斜面を作成し、パイプ流と土層浸透流に関する実験を行なった。斜面土層内には人工パイプを埋設し、人工降雨装置によって土壌表面に降雨を与え、土層の間隙水圧分布、下流端からの流出量(土層浸透流・パイプ流)を連続的に計測した。実験は、人工パイプ長さ・閉塞部の有無を変えた3Case行い、パイプ構造が降雨流出過程と斜面安定性に与える影響を調査した。その結果を、開発したシミュレーションモデルを用いて解析した。このシミュレーションモデルは、土層浸透流理論と管路流および開水路流に関する水理学理論を組み合わせたもので、パイプ内の圧力変化も計算可能であり、既往のモデルよりも土層中の選択流を正確に解析できるものである。モデルシミュレーションの結果、人工斜面実験で得られた圧力水頭分布、土層および選択流からの流出量変化を正確にシミュレートできることが確認された。平成16年度に、京都大学防災研究所・穂高砂防観測所の観測流域源頭部の斜面において、地形測量、土層深分布計測、土壌水理特性の調査を行なった。さらに、観測機器を設置し、水文観測を開始した。平成17年度は、斜面土層内を掘削し、土層内に存在した選択流路を遮断、閉塞させ、土層内圧力水頭分布および、下流端からの流出量にどの様に影響するかを調査した。その結果、圧力水頭・下流端流出量共に、選択流路の閉塞直後には、影響を受けるものの、その後、急速にもとの状態に戻り、閉塞された選択流路が早い段階で復活することが確認された。そのため、当初想定していた、選択流路の閉塞による斜面安定性の低下という現象は確認されなかった。これは、選択流路の形状がパイプ状ではなく、どちらかというとシート状であったため、閉塞時の土壌水分状態・直後の降雨条件等が斜面安定性を低下させるようなものでなかった等が影響している。(1)京都大学防災研究所・宇治川水理実験所において、水路に砂質土を充填した人工斜面を作成し、パイプ流と土層浸透流に関する実験を行なった。その結果、数学的解析手法の検証に必要な、土層間隙水圧変化と流出量変化を得ることができた。特に、間隙水圧については、これ重での実験では得られていない3次元的な分布を観測した。(2)土層浸透流理論と管路流および開水路流に関する水理学理論を組み合わせ、実現象に即した数値計算モデルを構築した。モデルは、上記の人工斜面実験の結果を用いて検証され、その信頼性が確認された。このモデルは、土層内のパイプ流だけでなく、風化基岩内に発達したクラック内を流れる選択流にも適応できる。そこで、このモデルを用いて、2003年7月に熊本県水俣市において発生した斜面崩壊現象を想定した数値実験を行い、土層からの浸透流が風化基岩内のクラックを通ってすばやく風化基岩深層部にまで到達し、急激な間隙水圧上昇をもたらしたことで、降雨ピークと同時に深層崩壊を引き起こしたという崩壊発生機構を示した。この崩壊発生機構は、選択流路を考慮しないことには、再現できないものであり、この数値計算モデルの有用性が、確認されたといえる。(3)京都大学防災研究所・穂高砂防観測所の観測流域源頭部の斜面において、地形測量、土層深分布計測、土壌水理特性の調査を行なった。さらに、観測機器の設置を行ない、水文観測を開始した。

これは、選択流路の形状がパイプ状ではなく、どちらかというとシート状であったため、閉塞時の土壌水分状態・直後の降雨条件等が斜面安定性を低下させるようなものでなかった等が影響している。
偏光を用いた星間微粒子の研究

主として、波長1.3-4.2ミクロンにわたって分光および分光偏光観測を行なった。対象天体は銀河面で赤化をうけた巨星・超巨星と星形成領域の若い天体・暗黒星雲の背景の天体である。銀河面の天体は波長1ミクロンまでのサーベイで見つけられていたもので、これまで詳細な性質は全くわかっていなかった。これらの天体のスペクトル型を同定し、その元来の色と観測データを比べることにより、星間減光の量を見積もった。その結果、かなりのものが元来赤いM型星がわずかの赤化を受けたにすぎないことを見いだした。これは、星間物質の研究を進める上で不可欠な背景光源を探索するのに波長1ミクロン程度までの観測では不十分なことを、初めてはっきりと示したものであると言えよう。この赤化量と星間偏光の量を比較すると最近言われているような「赤化や減光はひきおこすが偏光に寄与しない星間微粒子」の存在に疑問を呈することができる。すなわち、暗黒星雲の中では形状が長細くないとか磁場に反応しにくい等の原因で近赤外で偏光をおこさない星間微粒子があるのではないかとの説が最近のデータをもとにして出されていたが、本研究ではその存在の根拠となったデータを否定することができた。観測した中には、数は少ないものの早期型星や、晩期型星ながら比較的大きな減光を受けたものも含まれている。これらの観測から波長3.4ミクロンに吸収バンドを見出した。この吸収バンドは炭素-水素の結合をもつ星間塵によるものと考えられる。吸収バンドの強度と星間減光との関係から、炭素-水素結合をもつ星間塵は銀河面にあまねく分布していることを確立した。これらの天体の中から選び出したものを偏光観測し、大きな偏光を持ちしかも3ミクロン帯に氷の吸収にともなう偏光の超過を示す天体を発見した。2ミクロン帯のスペクトルなどから、暗黒星雲の背後にある天体と考えられる。このような天体に対する偏光の超過は散乱の影響を受けずに氷の偏光超過を調べることができるため貴重であるが、今までにただ一つの観測例があるだけだった。一方、暗黒星雲にうもれた天体の氷の吸収にともなう偏光もこれまでの観測限界をこえて数多く観測した。この中には単純な星間偏光のメカニズムでは説明できそうにない波長依存性を示す天体もあり、これまで観測されていた少数の明るい天体が必ずしも星形成領域を代表するものではないことがわかってきた。星間減光にともなう偏光を示すものと散乱の影響が大きく効いているものとに大別した。前者の解析から、長細い星間塵の方向を磁場でそろえる効率・氷の組成などを求めた。観測された偏光を説明するには高い効率を必要とせず、現在考えられている磁場のメカニズムで十分説明できる。一方、氷の組成としては純粋な水よりもメタノールやアンモニアを混ぜたものを実験室で測定したデータの方が観測値からのずれが小さいが、それらを使ってもまだ観測値をうまく再現できず、暗黒星雲の中の氷の組成を説明する物質が文献になることが明らかになった。さらに、星形成領域の観測から、3ミクロン帯に氷の吸収をもつ天体や3.3ミクロンに輝線バンドをもつ天体を数多く発見した。中には氷の吸収と3.3ミクロン輝線バンドの両方をもつ天体もあった。氷の吸収は、これらの天体から我々までの視線方向に、紫外線が入り込まないために氷が存在できる場所があることを示している。一方、3.3ミクロンの輝線バンドはある種の芳香族炭化水素が紫外線によって励起されて発することまではわかっている。したがってこの2つの特徴を示す天体は相反する条件をもつ領域を観測ビームの中にもつことになる。今後空間的に高分解能の観測によって星形成時の幾何学にせまりたいと考えている。