hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高位電子励起状態の高精度計算に向けた電子論の開発と光化学分子への応用

(2)本手法を用いて、種々のフォトクロミック化合物(ジアリールエテン誘導体等)の励起状態に対する応用計算を行った。応用計算では、領域内の研究者と共同研究を実施した。A03グループの阿部教授らは近年フェノキシル-イミダゾールラジカル化合物(PIC)およびペンタアリルビイミダゾール(PABI)のフォトクロミック分子の開発報告した。本研究では、PICおよびPABIのフォトクロミック分子の機構に関する理論研究を行った。高速分光により反応機構の解明に関する研究は行われてきたが、フォトクロミックの開環反応の具体的反応機構、電子論的理解は不十分であった。そこで本研究では、阿部グループ(A03)および重田グループ(A01)との共同で、高精度電子状態理論に基づく理論解析を行った。DMRGーXMSーCASPT2法のプログラムは高いレベルの完成度で実装が完了した。CASPT2法に由来する零次近似の不十分さからintruder state問題への対応が不十分であるため、直交化ステップに対するレベルシフト法の簡便な実装を今後試みる。また、応用研究としては、阿部グループのPABI分子の理論研究を行う。PABIの分光測定の結果では、開環状態に過渡的な中間状態があることを示唆している。この中間状態がどのようなものなのかを理論計算から特定する研究を行う。その際に、これまでの励起状態計算のスキームを活用して、励起状態エネルギーポテンシャルを提示する。また、A03班の小畠グループとの共同研究で、ジアリールエテン誘導体の結晶の光吸収帯の電子論的機構の解明をXMSーCASPT2法を利用して行う。28年度が最終年度であるため、記入しない。
高温超伝導SQUIDビーム電流計の高感度・小型化

超高感度磁気センサーSQUID(Superconducting Quantum Interference Device)は、脳磁や心磁の測定に利用されている。重イオンや反陽子を加速・蓄積する加速器に於いては、加速器を構成する各装置群の安定度を分析するため、微弱なビーム電流を、非破壊で高精度に測定することが加速器物理学の観点から極めて重要となる。本研究の目的は、(1)マイスナー効果による遮蔽電流が、SQUID入力コイルにどれだけの磁束を作り出すのか、より深い理解に基づいたモデル計算により、新規高温超伝導ピックアップループを開発するとともに、(2)超伝導体による完全反磁性と、高透磁率体による磁束吸収の両機能を併用した磁気シールドの研究である。本研究では、世界に先駆けて、非破壊で高感度な高温超伝導SQUIDビーム電流計の実用化技術を開発し、そのプロトタイプを完成させ、特許登録に至っている。しかしながら、プロトタイプ高温超伝導ビーム電流計の超伝導ピックアップループは、単純なMgOの円筒を基盤としていたが、複雑な形状に対応することは極めて困難となる。そこで、複雑な加工が可能で、超伝導体と合金を形成しない銀を基盤として選定し、超伝導Bi2212相を銀基盤上に形成する方法を研究した。超伝導の性能は、生成の際の溶融温度と徐冷スピードに大きく左右されるため、以下の方法によりその最適化を行った。(1)走査型電子顕微鏡(SEM)を用いた厚膜の表面画像の観察、(2)X線解析法によるBi2212の結晶構造の解析(XRD)、(3)臨界温度と臨界電流を得るための磁気特性測定装置を用いた磁気モーメントの測定。現在、最適化された条件で生成された高温超伝導材は、臨界温度が84 K、臨界電流が約50 A/cm2の性能を達成している。本研究では、重イオンビームのDC電流を、非破壊で高感度に測定するビーム電流計を開発することを目的としている。この開発では、脳磁や心磁の測定に利用される超電導量子干渉素子SQUID (Superconducting Quantum Interference Device)を、ビーム電流計(SQUIDモニター)に応用している。さらに、臨界温度の高い高温超伝導体を用い、冷凍機によって冷却を行っているため、装置はコンパクトになり、ランニングコストの大幅な低減が可能となった。本研究では、既に完成したプロトタイプの電流分解能を、さらに高感度・小型化することを目的として開発を進めている。高感度・小型化を実現するためには、1.高温超伝導電流センサー、2.高温超伝導SQUID、3.高透磁率マグネティックコア、の開発が必要である。プロトタイプのSQUIDモニターでは、MgO基盤表面にビスマス系の高温超伝導体(Bi2223)を塗布焼成して、高温超伝導電流センサーを製作している。このMgO基盤を加工するためには、ダイヤモンドカッターを用いるため、多大な労力と時間が必要となる。即ち、MgO基盤では、複雑な形状に対応することが困難である。そこで、高温超電導体を形成する上で、唯一合金を形成しない金属基盤として、銀基盤を選択した。銀基盤上に、高温超伝導体(Bi2212)を形成するためには、銀が融け始める直前の温度で、溶融する必要がある。特に、溶融状態の設定温度は、Bi2212相形成に大きな影響を及ぼす事が知られている。そこで、今年度は、溶融状態の設定温度を細かく変えながら、MgOのテストピース上にBi2212相を形成し、その臨界温度、臨界電流の測定、電子顕微鏡による表面観察、X線による結晶構造の解析等、を行った。これらの測定により、溶融法に於ける最適な設定温度を得ることができた。研究実績の概要に記した様に、本研究における高感度・小型化を実現する上で重要である、高温超伝導電流センサーの開発から着手した。プロトタイプのSQUIDモニターでは、MgO基盤上に、ビスマス系の高温超伝導体(Bi2223)を塗布焼成した。しかし、MgO基盤を精細に加工することは困難であるため、銀基盤上にBi2212を溶融生成する方法を採用した。溶融法では、溶融状態の設定温度が、Bi2212相形成に大きな影響を及ぼす事が知られている。そこで今年度は、溶融状態の設定温度を細かく変えながら、MgOのテストピース上にBi2212相を形成し、その臨界温度、臨界電流の測定、電子顕微鏡による表面観察、X線による結晶構造の解析等、の測定を行った。これらの測定から、溶融法に於ける最適な設定温度は、890°C891°Cであることが判明した。次のステップとして、過去に銀基盤上にBi2212を溶融生成したテストピースを用いて、その臨界温度、電子顕微鏡による表面観察、X線による結晶構造の解析、を同様に行った。特に、Bi2212の臨界温度が液体窒素温度以上であることは、SQUIDモニターが動作する上で、必須の条件となる。今回は、Bi2212上に銀ペーストを用いてリード線を取り付け、四端子法によって臨界温度の測定を行った。しかし、Bi2212の膜厚が約70ミクロンであるため、銀ペーストが銀基盤とショートしてしまい、臨界温度、即ち抵抗ゼロの温度を特定することができなかった。現在、この転移温度の測定をどのように行うか、検討を行っている。一方、高感度・小型化を実現するために、プロトタイプとは違った新方式を考案した。

今月中には、この新方式の検証実験を行う予定である。本研究では、重イオンビームのDC電流を、非破壊で高感度に測定するビーム電流計を開発することを目的としている。この開発では、脳磁や心磁の測定に利用される超電導量子干渉素子SQUID(Superconducting Quantum Interference Device)を応用している。既に完成したプロトタイプを、更に高感度・小型化することを目的として開発を進めている。高感度・小型化を実現するために、プロトタイプをさらに進化させた新方式を考案した。この新方式では、ギャップを持ったトロイダダルマグネティックコアを用い、そのギャップ中には高温超伝導SQUIDを配置する。この新方式では、ビームが高温超伝導電流ピックアップループ上に作り出す磁束をコアに捕捉させ、効率よく高温超伝導SQUIDに伝達することを目的とし、この実証試験のためにテストモデルを製作した。実証試験では、実測値が計算値と良く一致していることを確認し、新方式の実証に成功した。また、プロトタイプには、高温超伝導電流ピックアップループの基盤としてMgO基盤を用いているが、この加工にはダイヤモンドカッターを用いるため、多大な労力と時間が必要となる。そこで、高温超電導体(Bi2212)の形成時に、唯一合金を形成しない金属である銀を基盤として選択し、Bi2212形成に最適な溶融温度と除冷速度のパターンの探索を行った。その結果、大気と酸素、二種類の別々な雰囲気中で溶融したBi2212のテストピースを用いて、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いた厚膜の表面画像の観察と、X線解析法によるBi2212の結晶構造の解析(XRD)により、最適な溶融温度を得ることができた。更に、溶融時の雰囲気と徐冷温度が違う4試料に対して、それぞれの臨界温度と臨界電流を調べるため、超伝導量子干渉計SQUIDを用いた磁気モーメント測定の準備を進めている。本研究における高感度・小型化を実現するために、プロトタイプをさらに進化させた新方式の検証実験に成功した。この新方式では、銀基盤上にBi2212厚膜を形成することが非常に重要なため、最適な溶融温度と除冷速度の探索を行った。条件を変えたBi2212のテストピースを製作し、SEMを用いた膜表面画像比較と、XRDによるBi2212の結晶構造の解析を行うことにより、最適な溶融温度は、大気雰囲気中で880°C、酸素雰囲気中で884°C、という結果が得られた。また、酸素雰囲気中の方が、不純物の量とサイズが減少している傾向が得られた。徐冷速度に関しては、従来は徐冷速度12°C/hで行っていたが、4°C/hに速度を下げることにより、超伝導の配向性が改善されている結果を、SEMによる膜表面画像から確認した。超伝導体の臨界温度、臨界電流は、超電導体の性能を数値的に評価するために重要な指針となる。昨年度の測定では、Bi2212上に銀ペーストを用いてリード線を取り付け、四端子法によって臨界温度の測定を試みた。しかし、Bi2212の膜厚が約70ミクロンであるため、銀ペーストが銀基盤とショートしてしまい、臨界温度、即ち抵抗ゼロの温度を特定することができなかった。そこで、測定の方針を変え、超伝導量子干渉計SQUIDを用いた磁気モーメントの測定により、臨界温度と臨界電流の算出を行う準備を進めている。臨界温度は、温度を変えながら磁化率を測定することによって得られる。
微細孔ガラス素材を用いた中性子イメージング検出器の開発

微細な電極構造を持つマイクロパターンガス検出器(MPGD)を用いて中性子イメージングの開発を行った。MPGDの素材として、結晶化感光性ガラスPEG3Cおよびファネル構造を持つガラスキャピラリープレートを開発した。続いて中性子変換材として10Bが蒸着されたAl窓を用い、封じ切り型のMPGDを製作した。中性子と10Bの相互作用によりNe (90%) + CF4 (10%)混合ガス中に飛び出したα線または7Liの飛跡をCMOSカメラで撮像できる中性子イメージング検出器を試作し、X線および中性子源を用いて撮像試験を行った。またPHITSコードを用いて検出効率および位置分解能特性についての評価を行った。中性子線はX線やガンマ線と同様、物質を通過する際に吸収・散乱を受けるため、物質の構造や組成分に応じた透過画像を提供する。この中性子を用いて物体内部の情報を得る中性子イメージングは、近年、開発が進む可搬型の中性子源を用いた中性子ラジオグラフィや重粒子がん治療に次ぐ高度先進医療として期待されるホウ素中性子捕捉療法の現場において、その重要性はますます高まると期待される。本研究では一つ一つの細孔がガス比例計数管として動作する細孔型MPGDをガラス素材により開発し、中性子イメージング検出器の実用化に向けた研究を行うことである。本年度は、細孔型マイクロパターンガス検出器(MPGD)の素材として結晶化感光性ガラスPEG3Cを用いた検出器に対して、マイクロフォーカスX線源を用いたイメージング特性試験、および放射光のX線を用いたエネルギー分解能と電子増幅度の特性試験を行い、その結果を国際会議で発表した。また、ファネル構造を持つ鉛ガラスを素材としたMPGD開発のために、有限要素法電場解析ソフトMaxwell-3Dとガス中での電子増幅シミュレーションソフトGarfieldを用いて、穴間のピッチや形状、厚みについて最適化を行った。そしてシミュレーション結果に基づいて、細孔型MPGDを設計、製作した。得られた結果の一部は、国際会議で発表した。細孔型MPGDの素材として、素材中の水素による中性子散乱の影響が少ないガラスを素材とする細孔型のマイクロパターンガス検出器を開発した。具体的には結晶化感光性ガラス(PEG3C)とファネル構造を持つ鉛ガラスを持ちいて、細孔径が50μmのMPGDを開発した。それぞれの細孔型MPGDに対してX線を用いた基礎特性試験と有限要素法電場解析によるシミュレーションを行った。この中性子を用いて物体内部の情報を得る中性子イメージングは、近年、産業利用を含めて大変な広がりを見せている。この中性子イメージングの汎用性を上げるためには、感度が高く、優れた位置分解能と大きな有効面積を持つ中性子撮像システムを開発し、実用化に近づける必要がある。我々は微細な細孔で形成される細孔型マイクロパターンガス検出器の細管中に、放射線とガス分子との相互作用を限定することで、高感度かつ高い位置分解能を有する『放射線イメージング』が実現できることを見出した。本研究では、素材中の水素による中性子散乱の影響が少ない鉛ガラスおよびホウケイ酸ガラスを新素材として、エッチング技法および吹きつけ加工の一種『サンドブラスト加工』を用いて新しく細孔型のマイクロパターンガス検出器を開発し、100 μmの空間分解能を持つ中性子イメージング検出器の実用化に向けた研究を進めている。中性子イメージング検出器に用いる細孔型MPGDの素材として、300 μm厚のガラス基板に直径50 μm径の小さな穴が58 μm間隔で規則正しく無数に開いたガラスキャピラリープレートを用いた。中性子変換材として10Bが蒸着されたAl窓を製作した。中性子と10Bの相互作用により発生したα線または7Liは、Ne (90%) + CF4 (10%)混合ガス中を通過する際に一次電子を生成する。その飛跡をCMOSカメラで撮像することができる中性子イメージング検出器を試作し、X線および中性子源で撮像試験を行った。また、原子力研究開発機構で開発されたモンテカルロ計算コードPHITS]を用いて中性子に対する細孔型MPGDの応答性を評価した。MPGDの素材として、300 μm厚のガラス基板に直径50 μm径の小さな穴が64 μm間隔で規則正しく無数に開いたガラスキャピラリープレートを用いた。中性子と10Bの相互作用により発生したアルファ線または7Liは、Ne (90%) + CF4 (10%)混合ガス中を通過する際に一次電子を生成する。また、原子力研究開発機構で開発されたモンテカルロ計算コードPHITSを用いて中性子に対する細孔型MPGDの応答性を評価した。PHITSコードを用いたシミュレーションの結果から、3 μmの厚みを持つ10BをAl窓に蒸着し入射窓を作製し、中性子イメージング検出器を試作した。中性子のイメージング試験は,京都大学加速器中性子源KUANSからの熱中性子ビームおよび京都大学原子炉実験所KURからの冷中性子ビームを用いて行った。

イメージング用のサンプルを透過した中性子は10Bで捕獲され、放出されたアルファ線(7Li)を10Bが蒸着されたAl窓とCPの上面部間の有感領域(3 mm)で検出した。有感領域に作られた一次電子は,CPの細孔内でガス分子を雪崩的に電離・励起し、その際に発生したガスシンチレーション光をミラー光学系で反射しCMOSカメラシステムで撮像することに成功した。微細な電極構造を持つマイクロパターンガス検出器(MPGD)を用いて中性子イメージングの開発を行った。MPGDの素材として、結晶化感光性ガラスPEG3Cおよびファネル構造を持つガラスキャピラリープレートを開発した。続いて中性子変換材として10Bが蒸着されたAl窓を用い、封じ切り型のMPGDを製作した。中性子と10Bの相互作用によりNe (90%) + CF4 (10%)混合ガス中に飛び出したα線または7Liの飛跡をCMOSカメラで撮像できる中性子イメージング検出器を試作し、X線および中性子源を用いて撮像試験を行った。またPHITSコードを用いて検出効率および位置分解能特性についての評価を行った。鉛ガラスを用いたファネル型鉛ガラスを素材に細孔型MPGDを開発する。具体的には製作したMPGDを専用ステンレスチェンバーに設置し、X線ビームを照射し特性試験を行う。X線ビームは、高エネルギー加速器研究機構のKEK-PF BL14Aや山形大学に設置したX線発生装置およびμフォーカスX線源を用いる。チェンバーに封入するガスは、ガス中での電子増幅時に付随して発せられるガスシンチレーション光をイメージングに利用するため、動作実績のあるAr+CF4ガス、またはNe+CF4ガスを用いる。X線で十分な性能が得られた場合、京都大学KUANSなどの中性子源を用いて特性試験を行う。100μmの空間分解能を持つ中性子イメージング検出器の開発を目的に研究開発を行う。中性子変換材を近接設置した細孔型MPGDを専用ステンレスチェンバーに設置し、京都大学加速器中性子源KUANSまたは京都大学原子炉の中性子ビームを照射してイメージング特性試験を行う。中性子の直接用いるチェンバーに封入するガスは、ガス中での電子増幅時に付随して発せられるガスシンチレーション光をイメージングに利用するため、動作実績のあるAr+CF4ガス、またはNe+CF4ガスを用いる。細孔型MPGDの場合、ガス増幅中に発せられる光子の数は、Ar+CF4ガスに対して0.5光子/電子数と見積もられている。この光子数は、ガス増幅度300の時、5.9keVのX線に対して32000で、NaIのそれと比較して100倍以上あり、CCDタイプの撮像デバイスで十分に測定可能な発光量である。この細孔型MPGDからの発光を利用することで、放射線の飛跡を優れた位置分解能を持つ2次元ピクセル形式で読み出す。宇宙・原子核実験
磁性強誘電体におけるエレクトロマグノンの強励起現象と光機能の理論的探索

絶縁性キラル磁性体Cu2OSeO3の磁性相において、エレクトロマグノンに由来するマイクロ波の巨大方向二色性を理論的に予言し、実験グループとの共同研究で、それを実証した。また、この物質の薄膜試料に探針電極で電場を印加することで、磁化反転を起し、スキルミオンを書き込めることを示した。また、世界で2例目となる絶縁性スキルミオン物質GaV4S8を発見し、そこで実現するスキルミオンがネール型スキルミオンであることを明らかにした。さらに、エレクトロマグノン励起を発現する典型的なスパイラル磁性強誘電体TbMnO3の磁場誘起強誘電分極フロップの物理機構を解明し、この現象が決定論的に起こることを明らかにした。本研究は、様々な磁性強誘電体においてレーザー光やマイクロ波の振動電場成分と誘電分極の相互作用を通じて励起される「電場誘起マグノン(エレクトロマグノン)」に由来する、新しい物性現象や物質機能の発見を目的としている。特に本年度は、キラルな結晶構造を持つ磁性強誘電体において、マルチフェロイック特性を持つスキルミオンやスパイラル磁性などの非自明な非共線・非共面磁気テクスチャが示すエレクトロマグノン励起の機構・性質の解明と、それに由来する現象の探索に取り組み、二つの大きな成果を上げた。一つ目の成果として、キラル絶縁磁性体Cu2OSeO3おいて、エレクトロマグノン励起の複数の励起チャネル(電場励起と磁場励起)の干渉効果に由来する巨大な「マイクロ波整流効果」を理論的に発見・予言した。この理論予言を確かめるべく、東京大学工学系研究科および理化学研究所の実験グループと共同研究を行い、その効果を実証し、Nature Communications誌に発表した。この発見は、高性能なマイクロ波アイソレータ素子の実現に道を開くものとして大きな注目を集めており、日本物理学会誌に依頼記事を執筆し、特許出願を行った。二つ目の成果として、キラルな磁性体においてレーザー光や電子線によるマグノンの熱励起を通じて、ナノスケールの磁気テクスチャであるスキルミオンの回転を駆動できることを発見し、Nature Materials誌に発表した。この発見は、次世代磁気記憶・論理デバイスの情報担体としての応用が期待されているスキルミオンを小さなエネルギー損失で制御する方法として大きな注目を集めている。この研究成果に関連して、固体物理誌に依頼記事を執筆し、プレスリリース(青学、東大、理研共同)を出した。また、以上二つの研究成果をアメリカ物理学会における招待講演を始め、いくつかの国際・国内会議で発表した。本年度は、昨年度に引き続き、空間反転対称性の破れたキラルな結晶構造を持つ磁性絶縁体において、磁気強誘電性を示すスキルミオンやスパイラル磁性、強制強磁性相などの磁気テクスチャで実現するエレクトロマグノン励起に由来する物質機能や物性現象の探索に取り組んだ。その結果、キラル絶縁磁性体Cu2OSeO3おいて、エレクトロマグノン励起の二種類の励起チャネル(電場励起と磁場励起)の干渉効果に由来する「マイクロ波ダイオード効果」を、昨年度に発見したマイクロ波偏光配置とは異なる条件で、またより巨大な効果として発見した。この成果を論文にまとめて、投稿した。また、ハンガリー、ドイツ、スイスの複数の実験グループと連携して、このようなマイクロ波周波数領域でエレクトロマグノン励起を示す新奇物質の探索に取り組んだ。対称性の議論から「結晶構造がCnvの点群に属する絶縁磁性体」が有望な物質の候補であることを見出し、そのような化合物中心に調べた結果、世界で2例目となる磁気強誘電性を示すスキルミオン相を発現する物質を発見した。この物質の磁性と強誘電性を記述する微視的な数理モデルを構築し、モンテカルロ法による数値計算で解析することで、この物質が示す磁気強誘電相図と磁気構造を余すところなく解明した。この研究成果を共同で論文にまとめ、投稿した。また、伝統ある磁性の国際会議(MMM2014)や強相関電子系の大きな国際会議(SCES2013)を始め、いくつかの国内・外の会議で招待講演を行った。昨年度までの研究で、空間反転対称性の破れた絶縁性キラル磁性体で実現するスパイラル磁性や磁気スキルミオン結晶が、エレクトロマグノン励起の二種類の励起チャネル(電場励起と磁場励起)の干渉効果に由来する巨大なマイクロ波整流効果」を発現することを明らかにした。この研究をさらに発展させるために、この系における磁気スキルミオンの電気磁気結合に由来する基礎的な物理現象やデバイス機能を理論的に調べた。一つ目の大きな成果として、このような絶縁性キラル磁性体薄膜に針状電極を使って局所的に電場を印加することで、電気磁気結合を通じた局所磁化反転を実現し、スキルミオンを書き込めることを発見した。また、この現象が薄膜面の方位に対する強い依存性を示を見出し、その微視的機構を明らかにした。この成果を、Applied Physics Letters誌、およびAdvanced Electronic Materials誌に発表した。

また、磁気スキルミオンに関する書籍やレビュー、語解説記事を執筆し、発表した。二つ目の大きな成果として、エレクトロマグノン励起を示すスパイラル磁性強誘電体の典型物質であるTbMnO3において、磁場印加により電気分極が90度フロップを起こす現象の微視的な物理機構を解明した。そして、従来は確率的に起こると考えられていたこの磁場誘起電気分極フロップが、多くの研究者の素朴な予想に反して決定論的に起こることを明らかにし、この手のスパイラル磁性マルチフェロイック物質のデバイス応用への道を切り拓いた。この成果を、Science誌およびPhysical Review B誌に発表した。絶縁性キラル磁性体Cu2OSeO3の磁性相において、エレクトロマグノンに由来するマイクロ波の巨大方向二色性を理論的に予言し、実験グループとの共同研究で、それを実証した。また、この物質の薄膜試料に探針電極で電場を印加することで、磁化反転を起し、スキルミオンを書き込めることを示した。また、世界で2例目となる絶縁性スキルミオン物質GaV4S8を発見し、そこで実現するスキルミオンがネール型スキルミオンであることを明らかにした。さらに、エレクトロマグノン励起を発現する典型的なスパイラル磁性強誘電体TbMnO3の磁場誘起強誘電分極フロップの物理機構を解明し、この現象が決定論的に起こることを明らかにした。当初の研究計画では、エレクトロマグノン励起に由来するこれまでにない物性現象・物質機能を探索することを目標としていた。実際に、典型的なトポロジカル磁気構造を基盤とする新奇な磁性強誘電体であるカイラル絶縁磁性体(Cu2OSeO3)において、空間反転対称性の破れに由来するDzyaloshinnskii-守谷相互作用によって長周期の変調を獲得した磁気秩序相が、これまでに報告例がないほど巨大なマイクロ波周波数領域の磁気カイラル二色性を示すことを理論的に予言し、成果を論文にまとめた。さらに、この予言結果を検証すべく、実験グループと共同研究を行い、これを実証した。それのみならず、このような劇的なエレクトロマグノン励起由来の現象を引き起こす新たな候補物質の探索に乗り出し、ヨーロッパの幾つかの実験グループと共同研究を行った。理論的な提案を行うことで、実際に世界で2例目となる磁気スキルミオン相を示す絶縁磁性体(スキルミオニック磁性強誘電体)を発見した。また、この物質の磁気誘電相図の全貌と磁気秩序相の詳細を、微視的モデルの構築と解析により、あますところなく解明した。このことから、本研究は当初の研究計画を大幅に越えて進展していると結論づけた。固体物理平成25・26年度の研究の成果として得られた「エレクトロマグノン励起や複合自由度の共鳴励起に関する新しい知見」を手掛かりに、磁気強誘電性を示す物質の励起現象に由来する新しい動的現象・が外場応答を理論的に探索・解明に取り組む。特に、昨年度に実験グループとの共同研究により発見した新しいスキルミオニック磁性強誘電体における、エレクトロマグノン励起の可能性と、励起が存在するならその発現機構の解明に取り組む。さらには、その励起が持つ非相反的な干渉効果を利用した新しい「光・マイクロ波機能」と、非線形強励起を利用した「マルチフェロイックトポロジカル磁気テクスチャの光・マイクロ波駆動・制御の方法」の探索・解明を目指す。
セミパラチンスクにおける晩発生放射線障害の合同調査

代表者らは、1995年よりセミパラチンスク核実験場周辺地区における予備調査を開始し、1998年には長崎大学とセミパラチンスク医科大学が姉妹校関係を締結し、本年度からは現地より大学院生を一名受け入れて、共同研究を開始した。1999年には同地区の甲状腺がんの手術標本を用いて、世界で初めて同地区における甲状腺がん症例におけるret/PTC3遺伝子変異を報告した(Lancet 354;1528-29,1999)。また、核実験周辺住民の皮膚がんの増加に着目し、特に基底細胞癌について本邦症例との分子病理学的比較・検討を行った(セミパラチンクス24症例;日本15症例)。その結果(1)セミパラチンクスの症例では、組織学的にslid typeのものが多く見られること。(2)p53の過剰発現については、両方の群において高率(75-80%)にみられること。さらに(3)セミパラチンクスの症例では、非癌部の基底細胞層におけるp53の過剰発現が高頻度に見られること。が明らかになった。このことは、セミパラチンクスにおける基底細胞癌のp53遺伝子異常が、より早期に起こっていることを示唆するものである。さらに我々は、現在は、同地区における甲状腺がんの手術標本を用いて、特にβ-cateninの局在性、すなわち細胞質内への移行についての免疫病理学的検索を行っている。その結果、慢性甲状腺炎や腺腫様甲状腺腫に比して、乳頭がんでは細胞質内への移行が高頻度にみられることが明らかになった。我々は、セミパラチンクス医科大学附属病院への遠隔医療支援システムを平成11年8月に開始し、現在までに500例を越す症例の診断支援を行い、そのうち数例の甲状腺がんの診断を行った。今後、これらの症例についても同様の解析を行う予定である。が明らかになった。1995年からセミパラチンスク周辺の学術予備調査を開始し、カザフスタンの核汚染の実態解明に尽力してきた。その経緯から1996-2000年とセミパラチンスク医科大学から研修生を招聘し、次年度よりセミパラチンスク医科大学の外科医1名がが研究代表者の教室の大学院生となるべく来日し現在日本語研修を行なっている。1998年3月4日両校の学長の署名の下姉妹校関係が締結され、新たな共同研究関係が構築されている。セミパラチンスク医科大学では、核爆発実験場(ポリゴン)の放射能降下物の健康影響と、各処理工場、プルトニウム抽出、ウラン採石、精錬等の労働者への環境汚染物質による健康影響という二面性の研究が必要となっている。そこで昨年、まず病理ならびに遺伝子解析を行なった。得られた患者検体(がん組織、病理標本、血液)からDNAまたはRNAを抽出し、がん発生に関連する標的遺伝子群(p53、ras、gli、ret/PTC)のPCRを行い、塩基配列を決定している。今回セミパラチンスク被爆地の甲状腺癌の癌遺伝子ret/PTCの変異を世界で初めて報告した(Lancet354:1528-29,1999)。カザフスタンでの研究費の調達は困難であるため、日本側からは、現地での標本や患者データ収集のための使役費やコンピュータ化への準備を支援し、セミパラチンスク核実験場のがん登録を整理し、被曝の状況を明らかにすることにより解析の基盤となるデータバンクの確立に務めている。また衛星通信を利用した画像を含めた情報のやり取りが、昨年8月より開始された。申請者グループは本研究成果を踏まえ、新たに放射線誘発がんの本態が明らかにすべく、環境因子との相互作用による癌化の機序解明と、新たな治療法や予防法の確立をめざしている。

代表者らは、1995年よりセミパラチンスク核実験場周辺地区における予備調査を開始し、1998年には長崎大学とセミパラチンスク医科大学が姉妹校関係を締結し、本年度からは現地より大学院生を一名受け入れて、共同研究を開始した。1999年には同地区の甲状腺がんの手術標本を用いて、世界で初めて同地区における甲状腺がん症例におけるret/PTC3遺伝子変異を報告した(Lancet354:1528-29,1999)。また、核実験周辺住民の皮膚がんの増加に着目し、特に基底細胞癌について本邦症例との分子病理学的比較・検討を行った(セミパラチンスク24症例;日本15症例)。その結果(1)セミパラチンスクの症例では、組織学的にslid typeのものが多く見られること。(2)p53の過剰発現については、両方の群において高率(75-80%)にみられること。さらに(3)セミパラチンスクの症例では、非癌部の基底細胞層におけるp53の過剰発現が高頻度に見られること。が明らかになった。このことは、セミパラチンスクにおける基底細胞癌のp53遺伝子異常が、より早期に起こっていることを示唆するものである。さらに我々は、現在は、同地区における甲状腺がんの手術標本を用いて、特にβ-cateninの局在性、すなわち細胞質内への移行についての免疫病理学的検索を行っている。その結果、慢性甲状腺炎や腺腫様甲状腺腫に比して、乳頭がんでは細胞質内への移行が高頻度にみられることが明らかになった。我々は、セミパラチンスク医科大学附属病院への遠隔医療支援システムを平成11年8月に開始し、現在までに500例を越す症例の診断支援を行い、そのうち数例の甲状腺がんの診断を行った。今後、これらの症例についても同様の解析を行う予定である。
がん細胞特異的な新規糖代謝制御機構の解明と標的抗がん剤の探索

最終年度において、ピルビン酸キナーゼM2(PKM2)のレドックス制御について、これまでに知られていなかった新しい事実を明らかにできた。私は、特に培養細胞や大腸菌精製タンパク質といったIn vitro系を用いて、活性酸素種(ROS)によるPKM2のCys残基の翻訳後修飾の形を探ってきた。これまで、PKM2のCys残基を介した制御は知られていたが、どのような形の修飾が存在するのかは不明であった。本研究の最終年度において、新たに3つの修飾を明らかにできた。また、そのうちの1つは、ROSだけでなく、硫黄が付加した形である、新しい修飾の可能性も示唆した。さらに、PKM2の特定のCys残基に酸素が付加すると、親水性、疎水性に変化が生じ、立体構造の変化(多量体構造の破壊)が生じることも明らかにした。PKM2の生体内での制御機構を理解する上で重要な情報になる可能性がある。また、修飾されない変異体を作成し、培養細胞を用いた実験の結果から、PKM2のCys残基の修飾はがん細胞の代謝に変化を与え、細胞内のレドックス(酸化還元)状態を保つのに重要であることもわかってきた。がん細胞は特に、酸化ストレスが高い状態にあることから、PKM2のCys残基を標的とした薬剤がスクリーニングできれば、新たな作用機序の抗癌剤となりうるかもしれない。今後の研究としては、変異体細胞をマウスに移植し、腫瘍形成をモニタリングする、変異体タンパク質を使用して、阻害薬を探索するなどが挙げられる。当該年度においては、ピルビン酸キナーゼM2型(PKM2)の酸化還元制御(レドックス制御)について、詳細なメカニズムを、主に培養細胞や精製タンパク質といったin vitro系を用いて解析してきた。解糖系の律速酵素であるピルビン酸キナーゼが酸化ストレスにより抑制されるという報告は存在したが、どこのシステイン残基が、どのような酸化を受けるかなど詳細なメカニズムは不明であった。近年システイン残基の酸化様式は様々報告されており、酸化様式まで同定しておくことは今後の阻害剤の探索過程において有益な情報となり得る。当該年度において私は、PKM2に複数の酸化様式が存在することを明らかにした。またそのひとつがシステイン358が関与する分子内のジスルフィド結合であることも明らかにした。さらに、新しい標的システインとして424番目のシステイン残基を同定している。システイン424がどのような酸化を受けるかは現在解析中であるが還元剤に感受性の酸化型であり、先に同定されていたシステイン358よりも感受性が高い可能性を初めて示唆した。また両方のシステインを変異させたPKM2が酸化されないことも明らかにした。ピルビン酸キナーゼの酵素活性についてはこれまでの報告にもあったように、酸化により活性が抑制されることを確認した。またシステイン424が関与することを明らかにできた。今後の課題は、in vivoにおける重要性を明らかにすることである。ヌードマウスを用いた異種移植法などで評価していきたい。上述したように、in vitro系の実験は順調に進行している。これまでひとつと考えられていた酸化型が複数あることを示すことができた。in vivoにおける解析も準備中である。培養細胞の準備等おおむね順調に進んでいる。今後の課題はin vivoにおけるPKM2レドックス制御の重要性の解析とin vitroにおける特異的活性化剤の探索である。まずはヌードマウスを使用した異種移植アッセイにより腫瘍の増殖を評価する。現在変異体発現細胞を準備中である。次に特異的活性化剤の探索であるが、大腸菌精製PKM2の野生型(WT)は精製後すでに酸化を受けている。一方でシステイン変異体は酸化されていない。これらの事実からWTの活性のみを上昇させる化合物の探索を予定している。

当該年度においてはマウスを使用したin vivoの解析やスクリーニング解析、代謝物解析などの網羅的な解析までは行えず、比較的安価なin vitro系が多かったため。次年度は、上述の解析を行って行く予定のため、必要経費であると考える
臨床用ＭＲ装置およびCT装置を用いた出土木材年輪年代測定法の開発

臨床用MRI装置およびCT装置を用いて、木質文化財の形状・大きさ、保存状態に応じた各撮像法の撮像パラメータを最適化、年代測定が可能な年輪画像を取得することで、木質文化財の非破壊年代測定の確立を目指す。研究2年目となる本年度は遺跡から出土した木材(含水率が非常に高い状態:飽水状態)から乾燥保存木材(含水率が非常に低い状態:絶乾状態)までを想定し、飽水状態から絶乾状態まで含水率を段階的に調整した出土木材模擬ファントム(ヒノキ・ブナ現生材)を作成、CTおよびMRIの含水率による適応範囲を検証した。CTは乾燥木材(ヒノキ:気乾-60%、ブナ:気乾-100%)、MRIは高含水率(飽水状態)の木材に適しているため、両者を相補的に利用することにより非破壊的年輪年代測定法の適応が大幅に広がるといえた。中含水率の試料に対してはCT・MRIとも年輪の描出が困難であったため、これに対応できるパラメータの検討が必要である。また、T2強調のパラメータの最適化によりUltra-High Resolution T2WI(uHR-T2W)にて空間分解能0.05mmおよび0.03mmでの撮像に成功した。小さなFOVを少しずつオーバーラップさせながら資料全域を撮像することにより、長さ約30cmの比較的大きな資料に対する年輪曲線の作成に成功した(空間分解能0.05mm)。年輪曲線の作成には0.01mmの分解能が理想であるとされているが、この方法を用いて作成した年輪曲線は従来法である光学スキャナと非常に高い相関を示した。前年度で未着手であったCTでの撮像をおこない、含水率によるCTおよびMRIの適応範囲の検証を詳細に行った。その際、試料作製と撮像に予想以上に時間を要したため進捗に遅れを生じた。本年度の目標としていた年輪年代曲線データベースの精度の向上、および対象年代の広域化としたが、試料の入手に難航している。次年度は臨床用MRI装置による高解像度撮像の高速化について検討する。また、現在CTおよびMRIの双方で描出が困難な中含水率木材の至適パラメータについて検討する。木質文化財の年輪計測は、実体顕微鏡を用いた変位計測をはじめ、デジタルカメラやスキャナを用いた撮像等、資料の外面観察による方法が一般的である。このほかにも放射性炭素年代測定法などがある。しかし、これらの方法は出土材を切り出したり、表面を研磨したりといった工程があるため、貴重な出土材の一部を破壊しなくてはならない。そこで本研究では臨床用MRI装置およびCT装置を用いて、木質文化財の形状・大きさ、保存状態に応じた各撮像法の撮像パラメータを最適化、年代測定が可能な年輪画像を取得することで、木質文化財の非破壊年代測定の確立を目指す。研究初年度となる本年度は遺跡から出土した木材(含水率が非常に高い状態:飽水状態)から乾燥保存木材(含水率が非常に低い状態:絶乾状態)までを想定し、飽水状態から絶乾状態まで含水率を段階的に調整した出土木材模擬ファントム(ヒノキ現生材)を作成、T1強調、T2強調、プロトン密度強調、Ultra short TE(UTE)にて撮像し、木質文化財の保存状態ごとの年輪曲線に最適なシーケンスの選定およびパラメータの最適化を行った。さらに得られた画像から年輪曲線の作成が可能か検討した。乾燥木材には、人体において水分の少ない組織に適しているUTEのみで撮像が可能であり、高含水率の木材にはT2強調およびプロトン密度強調が適していることを明らかにした。年輪曲線の作成には10μmの分解能が理想である。臨床用MRIにおいて通常のシーケンスでは100μm程度の空間分解能が限界であったが、パラメータの調整により、50μmの高解像度撮像に成功した。また、高含水率の木質文化財に対する高解像度撮像に対してもMRIによる撮像を行った。初年度の計画としては、1)さまざまな木質文化財の保存状態に適したCTおよびMRIの撮像パラメータの選定と最適化2)出土木材による年輪曲線の作成、を予定していた。このうち、1)については、CTでの撮像など一部未着手の地点はあるものの、最大の課題であったMRIを用いた含水率の違いによる至適シーケンスの選定とパラメータの最適化を得ることができた。また、2)についても数種類の出土材を撮像、得られた画像については、予想以上に試料劣化の影響が大きく、年輪が不鮮明になったり、適切に計測できない部分があり、正確な年輪曲線の作成には至っていない。しかし、木質文化財に対するMRI撮像の一連の手順を確立できた。

中含水率の試料に対してはCT・MRIとも年輪の描出が困難であったため、これに対応できるパラメータの検討が必要である。また、T2強調のパラメータの最適化によりUltra-High Resolution T2WI(uHR-T2W)にて空間分解能0.05mmおよび0.03mmでの撮像に成功した。小さなFOVを少しずつオーバーラップさせながら資料全域を撮像することにより、長さ約30cmの比較的大きな資料に対する年輪曲線の作成に成功した(空間分解能0.05mm)。年輪曲線の作成には0.01mmの分解能が理想であるとされているが、この方法を用いて作成した年輪曲線は従来法である光学スキャナと非常に高い相関を示した。前年度で未着手であったCTでの撮像をおこない、含水率によるCTおよびMRIの適応範囲の検証を詳細に行った。その際、試料作製と撮像に予想以上に時間を要したため進捗に遅れを生じた。本年度の目標としていた年輪年代曲線データベースの精度の向上、および対象年代の広域化としたが、試料の入手に難航している。次年度は臨床用MRI装置によるさらなる高解像度撮像のパラメータの最適化および臨床用CTによる撮像と適用を検討する。また、年輪画像から年輪パターンを抽出するのに必要な画像処理について検討する。次年度は臨床用MRI装置による高解像度撮像の高速化について検討する。また、現在CTおよびMRIの双方で描出が困難な中含水率木材の至適パラメータについて検討する。H29年度出張費の一部が提出期限の兼ね合いで次年度払いとなり、未使用額が生じた。当該未使用額は残りの旅費として使用する。国際学会への参加を次年度に変更したため、未使用額が生じた。当該未使用額は国際学会の旅費・参加費に充てる。
Ni錯体による二酸化炭素固定化反応を基盤とする多成分付加型環化反応の開発

本研究課題においては、精密有機合成への展開を志向したニッケル錯体による多成分付加型二酸化炭素固定化反応の開発を目指し研究を行った結果以下のような研究成果が得られた。1.アレニルアルデヒドへの二酸化炭素固定化-環化反応の開発我々が既に報告しているアレンへの二酸化炭素固定化反応を分子内カルボキシル化-環化反応へと展開した。即ち、分子内にアレンとアルデヒドの双方を有するアレニルアルデヒドに対し、TMEDAを配位子として用い、化学量論両の0価ニッケル錯体存在下、1気圧の二酸化炭素を反応させると、アレン部位への二酸化炭素固定化によるアリルニッケル種生成と、アリルニッケル種の分子内アルデヒドへの求核付加が連続して進行し、環化体が好収率で得られた。本反応は複素環構築反応への適用も可能であった。2.新規多成分付加型二酸化炭素固定化反応の開発分子内に二置換アルキンと電子不足アルケンを持つエニンをニッケル錯体及びDBU存在下、1気圧の二酸化炭素と反応させると環化とカルボキシル化反応が同時に進行することを見出した。本反応は多環式複素環構築にも展開可能であり、現在、多環式天然物の合成を検討中である。また、これら環化反応の開発と平行し、1,2-ジエンにケイ素置換基が付いたシリルアレンへの二酸化炭素固定化反応を検討した結果、シリルアレンをDBU、ジメチル亜鉛及び触媒量のニッケル錯体存在下二酸化炭素と反応させると、二分子の二酸化炭素が一挙に付加する触媒的ダブルカルボキシル化反応が進行することを見出した。さらに、本反応をRas FPTase阻害活性を持つ天然物chaetomellic acid Aanhydrideの短工程全合成に展開することができた。
ゼロエミッションシステムにおけるライフスタイルの模索

我々の人間活動において,環境負荷を可能な限りゼロに近づけるためには,ライフスタイルを変えていく必要があること踏まえ,「環境にやさしいライフスタイル」を試行した場合に,どの程度環境負荷が低減できるのかを検討した。ケーススタディーとして,現在考えられる「環境にやさしいライフスタイル」を試行した場合,CO_2排出の削減がどの程度できるものかについてモデル計算を行った。大人2人子供1人の3人家族を考え,生活の中の代表的な場面において,平均的な生活を行った場合と,削減の工夫をした場合の比較を行った。CO_2発生量の評価については,家庭内で消費されるエネルギー以外に,包装材の製造や輸送にかかるエネルギー消費や,上水の供給に関するものを含めて評価した。CO_2削減としては,自家用車による通勤をやめて電車による通勤にする事や冷暖房を工夫する事による効果が大きく,工夫した生活を行うことによって,合計452kg-C/年のCO_2削減となることが示された。さらに,2010年のライフスタイルとCO_2排出削減の可能性についても検討を行った。家電製品を買い換えるに当たり,効率の良いものを選択するなど省エネに配慮することによって,エアコンの場合には67kg-C/年・世帯冷蔵庫では42kg-C/年・世帯のCO_2排出を削減することが可能である。このほか太陽熱温水器の導入や,暖房における石油ストーブからエアコンへの切り替えといった適切な技術の選択,ライフスタイルにおける無駄な部分を見直す等の工夫を組み合わせることによって,日本全体で1990年と比較して5%30%程度のCO_2排出量の削減が可能であることが分かった。
北・東北アジアにおける社会・文化変容の研究-同じルーツをもつ人々と「国境」-

「国境」が北・東北アジアに暮らす同じルーツをもつ人々に対し、どのような文化・社会変容をもたらしたのか。本研究では、3年間にわたりロシア、モンゴル、中国、カザフスタンで調査を実施し、たとえば、いまだに強い「モンゴル人」というアイデンティティを有する人々に、「国境」はどのような意味を持つのか、政治的に区画された中でどのような変質がみられたのかという問題を検討した。平成19年度は、夏季に、中国新彊ウイグル自治区の北方、アルタイ地区に居住するカザフ人、モンゴル人、また、西北のタルバガタイ地区に居住するモンゴル人、また、同西部の伊寧市付近に生活するシベ人、カザフ人等に対する調査を行い、あわせてカザフスタン共和国アルマトィ市において、カザフ人およびどゥンガン人に関する調査・研究を実施した。アルタイ地区においては、外モンゴルから移住した人々に対し、インダビューを実施した。また、当地に生活するカザフ人たちに話をきいたところ、主として1950年代に移り住んだ人が多いことがわかった。また、タルバガタイ近郊地区のモンゴル人たちに聞き取りを行ったところ、かれらは18世紀に内モンゴル東部、チャハルから当地に駐防した人々の末裔であることがわかった。次いで、イリ地方で聞き取りを行ったところ、ソ連時代にカザフスタンから逃げてきたカザフ人々が集住しており、また、逆に1960年代にソ連に逃げていった人々たちもいることがわかった。また、同地のシベ人たちは、18世紀に主として中国東北から連れてこられた人々の末裔であるが、現在でもシベ語(満洲語)を維持し、独自の生活と文化を保持していることがわかった。新疆での調査のあと、カザフスタンに入り、アルマトィ市で、カザフ人とドゥンガン人の調査を行った。ドゥンガン人については、結果的に間接的な情報しか得ることができなかったが、カザフスタン国立公文書館とカザフスタン科学アカデミー東洋学研究所において、カザフ・ロシア関係資料の情報収集を実施した。上記のような、実地調査に加えて、新疆ウイグル自治区档案館(公文書館)において、文献調査を行い、研究分担者は、北京の中国第一歴史档案館、韓国ソウル大学図書館等で関係資料を収集し、多大な成果をあげた。年度末に、研究分担者と会議をひらき、今年度の研究評価を行った。今年度は、研究計画に記したとおり、モンゴル国と、ロシア・ブリヤート共和国を中心とする調査を実施した。まずウランバートル経由、キャフタを経由して陸路国境を越え、ブリヤート共和国のウランウデ市に入った。基本的に、同地方所在のモンゴル人関係の文献、宗教施設等の調査・研究を実施した。調査終了後、露蒙国境のキャフタ市、モンゴル側のアルタン・ボラク市における、露蒙、露中関係文献、施設等を調査・研究した。次いで、モンゴルの最西部に近いボブド市に赴き、同市から南方150kmほどのところにある、アルタイ・ウリャンハイ人の居住地域に入って、ここに暮らす人々に対して聞き取り調査を実施した。昨年度、中国新疆アルタイ地方において、アルタイ・ウリャンハイ人に対する聞き取り調査を行っており、今年度は、国境のアルタイ山を越えたモンゴル側に生活する同じルーツの人々の対比調査を実施した。80歳の女性から1940年代の後半に、アルタイ山を越えて1950年代までは交流があったことなど、両者を関連づける重要な成果をあげた。次いで、陸路ウリヤスタイ、ウランバートル市へ移動し、各地で清朝の異民族統治関連の資料を収集した。これらの調査と並行し、加藤はオーストラリア国立大学におもむき、中国の大興安嶺地区に暮らす人々の19世紀の文化・社会変容について現地の研究者と意見を交換し、中見は、韓国、ソウル大学校等に所蔵される関係文献調査を実施した。年度末には、東京外国語大学アジア・アフリカ言語文化研究所において、研究協力者等と平成20年度の研究総括と評価を行い、その評価を踏まえた平成21年度の研究計画等を立案した。また、加藤は、フランス共和国国立図書館東方文書部ならびに国立ギメ博物館所蔵の17世紀19世紀の中国東北地域における人々の動きを知る満洲語文献について調査・研究を実施した。本研究は、1820世紀における北、東北アジアに住む人々の文化接触、文化変容の実態を、文書資料を中心とした文献研究と、現地での資料収集による調査研究をもとに解明しようとするものである。本研究の対象は、中国、モンゴルおよびロシアの境界地域に暮らす人々である。周知のとおり、現在、この地域では「国境」をはさんで同じ系統に属する人々がそれぞれの生活を営んでいるが、それらの人々の差異等については、とくに歴史的観点から十分な検討が加えられたことはない。本研究では、歴史的・政治的に設定された「条約」をキィワードとして、(1)それに含まれる国境画定、すなわち空間の制限が、当該地域に暮らす人々に及ぼした変化、なかでも文化的な変容、(2)条約に含まれる「通商」関連条項等が、当該の地域社会に与えた変化、具体的には、人的、物的、そして財産等の移動が与えた変化について、文献研究と現地での資料収集をもとに検討を加えることを目的とする。

今年度は、〓琿条約(1858年)および露清北京条約(1860年)、興凱湖界約(1861年)、琿春界約(1886年)関係の文献の調査を実施した。それにあわせて、2009年8月に、中国東北班に属する研究分担者の松重充浩、および連携研究者の江夏由樹を中心として、8人が、ロシア国ウラジオストク市、ウスリースク市、ハンカ湖(興凱湖)地区、中国黒龍江省牡丹江市等の地において調査を実施するとともに、関連文書ならびに資料の調査を行った。また、研究代表者の加藤と連携研究者の細谷良夫は、これら中露国境の調査のあと、北京北方の漢人・モンゴル人境界地の調査を実施し、文献調査とともに、いわゆる「関」、「口」のもつ意義について検討した。
低侵襲左心房圧モニターの開発と、コンピュータ制御循環管理システムへの応用

左心房圧(肺動脈楔入圧、PCWP)を正確に推定することは臨床において重要である。右心房圧(RAP)を、心臓エコーにて計測する三尖弁輪(ST)/僧帽弁輪速度(SM)の比(ST/SM)で補正したRAPxST/SMによりPCWPを正確に予測する方法を開発した。理論解析と動物実験で本方法の妥当性を確認し(Heart Vessels 2014 in press)、心不全患者98例においても、本方法の有用性を確認した(Circulation 130: A12904, 2014.)。さらに従来から開発していたコンピュータ制御循環管理システムへ、本方法を統合し、その有効性を確認した。左心房圧モニターシステムの中核をなす低侵襲な左心房圧推定方法開発をさらに発展させた。また開発した左心房圧推定方法が臨床症例に適用できるか検討した。臨床において左心房圧値は肺動脈楔入圧(PCWP)として計測される。我々は、頸静脈圧(JVP)を左右心機能のバランスで補正すれば、PCWPを正確に予測できると仮説した。この仮説に基づき、PCWPをJVPと、心臓エコーにて計測される収縮期最大三尖弁輪速度(ST)と僧帽弁輪速度(SM)の比(ST/SM)で予測する方法を開発、前年度にその推定精度を心不全犬において確認した。JVPは中心静脈圧であり、計測には侵襲的な手技が必要とされる。末梢静脈圧(PVP)は、簡便に、低侵襲に計測できる。よってJVPの代わりにPVPを用いてPCWPが推定できるかを検討した。13頭の麻酔犬にて、経胸壁心臓エコーによりST、SM、拡張早期僧帽弁流入速度と僧帽弁輪速度の比(E/Ea)を計測した。正常心機能状態、およびさまざまな病態の心不全状態において、前負荷を輸液・脱血により大きく変化させた。計195セットのPCWP(1.8 to 40.0 mmHg)、PVP×ST/SM、E/Eaを得た。PVP×ST/SMとPCWPは強く相関し、その決定係数(R2=0.59)は、E/EaとPCWPの間に認められた決定係数(R2=0.18)より有意に大きかった(P<0.01)。PCWP>22mmHgであることを予測するROC解析では、カットオフPVP×ST/SM>11.5mmHgの感度は72%、特異度は79%と良好であった。低侵襲PCWP予測法は、JVPの代わりにPVPを用いても高い精度でPCWPを予測できた。国立循環器病研究センター心臓内科患者において、低侵襲PCWP予測法を適用、データ採取は安全に行えた。今回開発した方法は心不全患者管理にきわめて有用と期待された。心疾患患者において、低侵襲・正確・実時間で左心房圧値を推定しモニターするシステムを開発することが本研究計画の目的である。平成24年度はモニターシステムの中核をなす低侵襲な左心房圧推定方法を開発した。臨床において左心房圧値は肺動脈カテーテルを用い肺動脈楔入圧(PCWP)として計測される。PCWPを反映するという前提で頸静脈圧(JVP)が用いられることもあるが、患者によって両者は必ずしも相関していない。我々は、JVPを左右心機能のバランスで補正すれば、PCWPを正確に予測できると仮説した。この仮説に基づき、PCWPをJVPと、心臓エコーにて計測される収縮期最大三尖弁輪速度(ST)と僧帽弁輪速度(SM)の比(ST/SM)で予測する方法を開発、検証した。10頭の麻酔閉胸犬にて、経胸壁心臓エコー心筋組織ドップラー法によりST/SMを計測した。左冠動脈塞栓により作成した左心不全状態、肺動脈塞栓により作成した右心不全状態において、計158セットのJVP(0-19mmHg)、PCWP(2-40mmHg)、ST/SM(0.5-2.8)を得た。PCWPはJVP×ST/SMと有意で強い相関を認めた(JVP×ST/SM=0.7PCWP-1, R2=0.89,p<0.001)。PCWP>18mmHgであることを予測する受信者作動特性(ROC)解析では、カットオフJVP×ST/SM>11mmHgの感度は90%、特異度は90%と良好であった。JVP×ST/SMのROC曲線下面積は0.94であり、PCWP>18mmHgであることを予測する指標として有用であることが示された。JVPを左右心機能のバランスで補正した指標、JVP×ST/SMは、PCWPを正確に予測した。