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地球環境と人間

フロンガスによるオゾン層の破壊、化石燃焼の大量消費による酸性雨や温暖化は、地球的な規模の環境破壊を急速に進行させている。一方、有害な化学物質や廃棄物が生活環境を汚染し、野生生物に大きな被害を与え、さらに人体にまで侵入し、生体内の主要な臓器で、これらの有毒物質の蓄積が進んでいる。地球環境の破壊や汚染が、人間の健康や生存に、近い将来およぼす影響を具体的に予測・解析する研究を行い、次の諸点について研究成果を発表した。(1)地球の環境破壊が人間の健康や生存に及ぼす影響の予測と解析特に、温暖化およびオゾン層の破壊のおよぼす影響については、日本の様に温帯あるいは寒帯に属する先進工業国と、熱帯・亜熱帯に位置する発展途上国とを対比しながら、解析を行った。(2)アルツハイマー病(アルツハイマー型老年期痴呆症)の病因の解明酸性雨は、地殻からアルミニウムを溶出し、森林を枯らし湖沼の魚の死滅させる。酸性雨の被害の著しい地域や、飲料水中のアルミニウム濃度が高い地方では、アルツハイマー病の発病率が高い。アルミニウムが、アルツハイマー病の患者の脳の細胞の核に、高い濃度で蓄積している事を、マイクロプローブPIXE法(イオン顕微鏡)で証明した。アルミニウム(^<26>A1)の脳への侵入を加速器質量分析法により証明した。また、アルミニウムを投与した実験動物の脳に、アルツハイマー病患者の病変に相当する変化が生ずることを、電子顕微鏡、鍍銀染色等により証明した。以上の実験結果は、アルミニウムの脳内への侵入が、アルツハイマー病を引き起こす可能性を強く示している。近代科学文明は、飛躍的な経済成長と生産力の向上をもたらした一方で、温暖化やオゾン層の破壊、酸性雨などの地球的な規模の環境破壊を急速に進行させている。現在にいたるまで、地球環境破壊の影響に関する研究は主として、自然や産業を対象とし、人間の生存や健康への影響は、ごく僅かしか考慮されていなかった。1地球の環境破壊が人間の健康や生存に及ぼす影響の予測と解析温暖化、オゾン層の破壊、酸性雨などの環境破壊が、人間の健康や生存に近い将来およぼす影響に関して具体的に予測・解析した。我々は、1992年6月「環境と開発に関する国際会議」(地球サミット)の開催に際して「地球を考える」(竹内啓,湯本昌編)を三田出版会より刊行し、重点領域研究の研究成果を踏まえて提言を行った。2アルツハイマー病(老年期痴呆症)の病因の解明酸性雨は、地殻からアルミニウムを溶け出させ、樹木を枯らし湖沼の魚を死滅させる。また、飲料水中にアルミニウムが多量に含まれる地域では、この疾患の発病率が高いことが報告されている。我々は、健康なラット(ネズミ)にアルミニウムを皮下注射し、PIXE法(荷電粒子励起X線分析法)でアルミニウムを分析した。その結果、脳や脳の細胞の核にアルミニウムの侵入が証明された。また、アルツハイマー病の患者の脳や脳細胞の核にもアルミニウムの蓄積がPIXE法で認められた。さらに、注射後75日のラットの大脳皮質を鍍銀法で観察すると、樹状突起の数が減り、樹状突起に付着しているスパイン(シナプス)の数も著明に減少していた。この所見はアルツハイマー病患者の脳の病理学的な特徴と完全に一致する。今回の実験結果は、アルミニウムが脳や脳の細胞の核に蓄積し、その結果、アルツハイマー病を引き起こす可能性を強く示している。化石燃料の大量消費による酸性雨や温暖化、フロンガスによるオゾン層破壊、熱帯雨林の消滅、砂漠化等の地球的規模の環境破壊が急速に進行している。人間の健康や生存という視点から、現在の文明のあり方、科学技術のあり方、生産活動や消費生活のあり方を再検討し、21世紀を展望した「高度技術社会」のパラダイムを提起する。次の諸点について研究を行い成果を発表した。1地球の環境破壊が人間の健康や生存に及ぼす影響の予測と解析地球の環境破壊や汚染が進行した場合、どのような疾患が増加し、それが人類の絶滅や社会的な崩壊にまでつながるのか。温暖化、酸性雨、オゾン層破壊などによって発生、増加する疾患を解析した。特に、温暖化による気温上昇による影響を先進国が位置している温帯と、発展途上国が存在する熱帯・亜熱帯に区別して考察した。2アルツハイマー病(アルツハイマー型老年期痴呆症)の病因の解明酸性雨により土壌が酸性化されると、アルミニウムが溶出し、森林破壊や湖沼の魚の死滅の原因となっている。高い濃度のアルミニムウが、アルツハイマー病の患者の脳に検出され、飲料水中のアルミニウム濃度の高い地域では、この疾患の発病率が高い事が報告されている。アルミニウム(^<26>Al)の脳への侵入を、加速器質量分析法により証明した。アルミニウムを投与した実験動物の脳を鍍銀染色、電子顕微鏡等により観察し、アルツハイマー病の病変に類似した変化が生ずることを確かめた。以上の実験結果から、アルミニウムがアルツハイマー病の病因の一つであると考えられる。

地球環境の破壊や汚染が、人間の健康や生存に、近い将来およぼす影響を具体的に予測・解析する研究を行い、次の諸点について研究成果を発表した。(1)地球の環境破壊が人間の健康や生存に及ぼす影響の予測と解析特に、温暖化およびオゾン層の破壊のおよぼす影響については、日本の様に温帯あるいは寒帯に属する先進工業国と、熱帯・亜熱帯に位置する発展途上国とを対比しながら、解析を行った。(2)アルツハイマー病(アルツハイマー型老年期痴呆症)の病因の解明酸性雨は、地殻からアルミニウムを溶出し、森林を枯らし湖沼の魚の死滅させる。酸性雨の被害の著しい地域や、飲料水中のアルミニウム濃度が高い地方では、アルツハイマー病の発病率が高い。アルミニウムが、アルツハイマー病の患者の脳の細胞の核に、高い濃度で蓄積している事を、マイクロプローブPIXE法(イオン顕微鏡)で証明した。アルミニウム(^<26>A1)の脳への侵入を加速器質量分析法により証明した。また、アルミニウムを投与した実験動物の脳に、アルツハイマー病患者の病変に相当する変化が生ずることを、電子顕微鏡、鍍銀染色等により証明した。以上の実験結果は、アルミニウムの脳内への侵入が、アルツハイマー病を引き起こす可能性を強く示している。
沖縄県の肺扁平上皮癌-特に扁平上皮化生の発生-

沖縄県の肺扁平上皮癌は高分化型で、腺癌より頻度が高く、その70%以上の症例にHPVの感染がみられた。さらに腺扁平上皮癌も多数認められ(510%)、扁平上皮部分にはHPVの感染を認めた。しかし、最近(56年以前より)扁平上皮癌、特に高分化型および腺扁平上皮癌が著しく減少しHPVの感染率も低下してきた。そこで、HPVと扁平上皮化生について検討した。培養大腸腺癌細胞(DLD-1)と肺腺癌細胞にHPV16又は18をトランスフェクトしたところ、G_0-G_1期の細胞の比率が著しく増加し、増殖率が低下した。HPV遺伝子のE6とE7領域が発現している細胞は扁平上皮化生をきたし、扁平上皮のマーカーであるインボルクリンや高分子ケラチンさらにトランスグルタミナーゼ1の発現がみられた。1.沖縄県肺癌におけるHPV感染率の変遷、HPV感染と組織型の変化、p53遺伝子の変化、予後との関係は1999年に報告し、現在校正済みの状態である。2.培養腺癌細胞にHPVをトランスフェクトし扁平上皮化生を誘導することができた。特にHPVのE2領域とE6およびE7領域が同時に発現している細胞株は扁平上皮化生が明らかで、高分子ケラチンやインボルクリン分子の発現さらに扁平上皮細胞のマーカーであるトランスグルタミナーゼmRNAの発現がみられた。興味あることにこの細胞にはアポトーシスもみられDNaseγの発現が強いが、CPP32やbcl-2、bax,Fas等の発現はHPVをトランスフェクトとしていない細胞と同程度でしかなかった。HPV E6またはE7だけの発現がみられる細胞は扁平上皮化生はみられるが、扁平上皮のマーカーの発現は軽度であった。沖縄県では、肺の扁平上皮癌や腺扁平上皮癌が本土に比べ著しく多くみられ、扁平上皮癌や腺扁平上皮癌では扁平上皮癌部位にヒトパピローマウイルス(HPV)の感染がみられることを報告した。今回、HPV16と18を培養肺腺癌細胞(PC-14)と大腸の腺癌細胞(DLD-1)にトランスフェクトした。HPVのE6とE7領域の発現がみられる癌細胞は扁平上皮化生を示し、扁平上皮のマーカーであるインボルクリンや高分子ケラチン(MollのNo.1)、さらにトランスグルタミナーゼの発現がみられる。さらにDNase γの発現も認め、アポトーシスも亢進していた。
魚類の核内受容体PXRシグナル経路の撹乱に関わる新規分子機構とその毒性学的意義

本年度の成果は、以下のように要約できる。(1)発達期ゼブラフィッシュにおいてpregnane X receptor(PXR)の標的遺伝子の発現量を変動させる化学物質を探索した。受精後48時間の胚にビスフェノール類(BPA、BPF、BPAF;各0.001μM10μM)を曝露したところ、いずれもPXR発現量に影響を及ぼさなかったものの、シトクロムP450(CYP)3A65発現量を低下させる傾向を示した。(2)複数の雌雄成魚のランダム交配から得た受精卵(20個/ペトリ皿)を用いてクロトリマゾール(CLO;3μM)の曝露試験を繰り返し実施したところ、CYP3A65の誘導性に実験間で差異が認められた。CLO応答性およびCLO低応答性を示した実験について、それぞれPXRの塩基配列を解析したところ、一塩基変異(SNPs)の出現パターンに差異が認められた。一例として、184番目のアミノ酸はCLO応答性ではセリン(pxr*1型)、CLO低応答性ではイソロイシン(pxr*2型)が顕在化していた。これらPXRアレルとCLO応答性/低応答性の関連性については今後の課題となった。(3)ゼブラフィッシュ胚でPXR・aryl hydrocarbon receptor type 2(AHR2)・CYP1/2/3分子種の発現調節に対するPXR・AHR2の役割を、モルフォリノアンチセンスを用いた遺伝子ノックダウン法で検討した。得られた結果より、PXRはセルフアップレギュレーションされること、ならびにPXRはAHR2・CYP1/2/3分子種の転写調節に、AHR2はPXR・CYP1/2/3分子種の転写調節にそれぞれ関与することが明らかとなった。こうした結果は、PXR・AHR2シグナル伝達系の間に双方向性のクロストークが存在することを示唆している。26年度が最終年度であるため、記入しない。
全リン脂質網羅的酵素蛍光定量法による疾患メカニズム解明とバイオマーカー探索

これまでに、リン脂質クラスとしてホスファチジルコリン(PC)・ホスファチジルエタノールアミン(PE)・ホスファチジルセリン(PS)・ホスファチジン酸(PA)・ホスファチジルグリセロール(PG)・カルジオリピン(CL)・スフィンゴミエリン(SM)・ホスファチジルイノシトール(PI)の酵素蛍光定量法を開発に成功しており、これにより主要リン脂質クラスの高感度一斉定量法が完成した。本年度は、これらの主要リン脂質クラス酵素蛍光定量法を用いて、PI合成酵素(PIS)とCDP-ジアシルグリセロール合成酵素(CDS)の発現が細胞内オルガネラのリン脂質クラス組成に与える影響について調べた。これらの酵素の過剰発現HEK293細胞において、ミクロソーム画分でのPIやPCの増加とPA・PE・SMの減少や、ミトコンドリア画分でのPG+CLの増加などが示された。本研究で開発した主要リン脂質クラス高感度定量法により、培養細胞における細胞内オルガネラレベルでのリン脂質クラスの組成分析が可能となった。また、肝細胞に発現しているトランスポーターABCB4は、リン脂質の胆汁中への排出に関わっている。リン脂質酵素蛍光定量法を用いて、ABCB4によるリン脂質排出を強く促進する化合物の探索とそのメカニズムの解明を試みた。その結果、ABCB4によるリン脂質排出に対し、胆汁酸の一種が強力な促進作用を持つことが示された。このことから、ABCB4によるリン脂質排出において、胆汁酸とリン脂質の混合ミセル形成過程が重要であることが示唆された。さらに、開発した各種リン脂質酵素蛍光定量法の臨床検体への応用について検討を行った。血清中のPC・PA・PG+CL・SMについて妥当な値が得られ、希釈直線性についても良好な結果が得られた。以上より、本リン脂質酵素蛍光定量法が臨床検体にも応用可能であることが示せた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。従来、微量のリン脂質クラスの定量は困難であった。我々は、これまでに各リン脂質クラスの高感度かつハイスループットな酵素蛍光定量法を順番に開発してきている。本年度は、リン脂質クラスのなかでもホスファチジルグリセロール(PG)とカルジオリピン(CL)に対する酵素蛍光定量法の開発を行い、培養細胞実験に応用した。PGとCLは、細菌から植物・動物にいたるまで幅広く存在している生体膜リン脂質である。哺乳類細胞において、CLは主にミトコンドリアに局在し、様々な生理的機能を調節している。生合成過程として、ミトコンドリア内でホスファチジルグリセロリン酸(PGP)を経てPGが合成され、さらにPGからCLが合成される。PGとCLの酵素蛍光定量法として、数種類の酵素と蛍光基質を含む溶液を試料に加え、一定時間インキュベートした後、蛍光強度を測定することにより試料中のPGとCLの総量(PG&CL)を求める方法を考案した。今回開発した酵素蛍光法は、PGやCLをアシル鎖の種類にかかわらず同等に定量した。本定量法を用いて、培養細胞内に含まれるPG&CLの定量を試み、HEK293細胞内のPG&CL量が細胞密度増加とともに低下することを明らかにした。次に、PGP合成酵素1(PGS1)を過剰発現させたHEK293細胞において、PG&CLに加えてホスファチジルコリン(PC)が増加し、ホスファチジン酸が減少することを示した。さらに、PGS1過剰発現により、精製ミトコンドリア画分においても、CLとPCが増加していた。以上より、この新規酵素蛍光定量法は、ミトコンドリアのリン脂質定量に応用でき、ミトコンドリアにおけるリン脂質の役割に関する研究に役立つことが期待できる。当初より各種リン脂質クラスに対する酵素蛍光定量法の開発と基礎研究への応用を計画していた。そして、本年度において、ホスファチジルグリセロールとカルジオリピンの定量法の開発に成功し、これまで極めて困難であった培養細胞を用いたミトコンドリア内リン脂質定量分析を行うことができた。この研究成果は、Scientific Reports誌に掲載された。我々はこれまでに、リン脂質クラスとしてホスファチジルコリン(PC)・ホスファチジルエタノールアミン(PE)・ホスファチジルセリン(PS)・ホスファチジン酸(PA)・ホスファチジルグリセロール(PG)・カルジオリピン(CL)・スフィンゴミエリン(SM)の高感度酵素蛍光定量法を開発してきている。本年度は、リン脂質定量法を利用して、胆汁酸の細胞毒性に対するリン脂質とコレステロールの影響を評価した。胆汁酸には、細胞膜を崩壊させる強力な界面活性作用があるが、これまでどのようにして肝細胞が胆汁酸から保護されているのかについて詳細な検討は行われていなかった。本研究では、正常ヒト肝細胞ならびにヒト肝モデルHepG2細胞を用いて、様々な胆汁酸の細胞毒性を調べたところ、PCは肝細胞への胆汁酸の毒性を抑えた。一方、コレステロールは、胆汁酸に対するPCの肝細胞保護作用を弱めることが示された。さらに、そのメカニズムについてゲルろ過クロマトグラフィーならびに光散乱測定により検討を行ったところ、リン脂質は胆汁酸と混合ミセルを形成することで、胆汁酸の肝細胞への結合を防ぐが、コレステロールはリン脂質と胆汁酸の混合ミセル形成を妨げることで、胆汁酸の肝細胞への結合を増加させることが判明した。このように、リン脂質は胆汁酸による肝細胞損傷を防ぐ働きをするが、コレステロールはそのリン脂質の細胞保護作用を弱めることを新たに明らかにした。

胆汁中のコレステロール増加は、胆汁酸による肝障害のリスクとなることが示唆される。当初より各種リン脂質クラスに対する酵素蛍光定量法の開発と基礎研究への応用を計画していた。前年度においては、PGとCLの定量法を開発し、培養細胞ミトコンドリア内のリン脂質定量分析を行い、その結果がScientific Reports誌に掲載された。本年度において、胆汁酸に対するPCの細胞保護作用をコレステロールが弱めることを明らかにし、その結果をまとめた論文がScientific Reports誌に掲載された。我々はこれまでに、リン脂質クラスとしてホスファチジルコリン(PC)・ホスファチジルエタノールアミン(PE)・ホスファチジルセリン(PS)・ホスファチジン酸(PA)・ホスファチジルグリセロール(PG)・カルジオリピン(CL)・スフィンゴミエリン(SM)の高感度酵素蛍光定量法を開発してきた。本年度は、主要リン脂質クラスとして残るホスファチジルイノシトール(PI)の酵素蛍光定量法の開発を新たに行い、成功した。この定量法に必要な操作は、主にピペットによる試料と反応液のマイクロプレートへの分注であり、非常に簡便で、ハイスループット定量が可能である。さらに、これらのリン脂質クラス酵素蛍光定量法を用いて、細胞密度と細胞リン脂質クラス組成との関係について検討を行った。薄層クロマトグラフィー(TLC)-リン定量法など従来の方法では、検出感度が低かったため、低細胞密度における各リン脂質クラスを定量することは極めて困難であった。今回開発したPI酵素蛍光定量法を用いることにより、低細胞密度において細胞内PI量は少なく、細胞密度上昇とともに細胞内PI量が増加していくことが示された。また、その他のリン脂質クラスについても同時に調べたところ、細胞密度の上昇とともに、細胞内のPC・PE・SM量は増加したが、細胞内PA・PS・PG+CL量は減少した。このことから、細胞間接着や細胞の成熟によって生じるシグナル伝達が、各リン脂質クラスの合成あるいは分解に関与する酵素活性を制御していることが考えられる。これまで各リン脂質クラスに対する酵素蛍光定量法を順番に開発してきていたが、今年度はPIの酵素蛍光定量法の開発に成功し、主要なリン脂質クラスに対する一斉定量法がついに完成した。また、その各リン脂質クラス酵素蛍光定量法を用いて、細胞密度変化と細胞内リン脂質クラス量変化の関係を明らかにすることができた。この新知見は、すべての細胞の増殖・分化や生理機能メカニズムを理解していくうえで、極めて重要な基本的現象であると考えられる。これまでに、リン脂質クラスとしてホスファチジルコリン(PC)・ホスファチジルエタノールアミン(PE)・ホスファチジルセリン(PS)・ホスファチジン酸(PA)・ホスファチジルグリセロール(PG)・カルジオリピン(CL)・スフィンゴミエリン(SM)・ホスファチジルイノシトール(PI)の酵素蛍光定量法を開発に成功しており、これにより主要リン脂質クラスの高感度一斉定量法が完成した。本年度は、これらの主要リン脂質クラス酵素蛍光定量法を用いて、PI合成酵素(PIS)とCDP-
組織存続と組織ルーチン：非営利組織を対象とした探索的研究

本年度は、高齢者のみで運営される非営利組織を対象に、組織存続と組織ルーチンの関係を検討することを目的として研究を行った。具体的には、高齢者のみで継続的に活動をしている非営利組織を調査対象に、組織存続に影響を与える組織ルーチンを参照して生じる多様な仕事実践を組織化するためのデザイン原理を探索的に指摘した。調査としては、ふくしま地域活動団体サポートセンターの協力の下、福島県下で組織成員の多くが高齢者であるNPO法人格の有無に関わらない非営利組織の中で(31団体)、特に高齢者のみで運営がなされている2団体を対象に、組織存続に関する視点から半構造化インタビュー調査、活動の観察を行った。結論(組織ルーチンを参照して生じる多様な仕事実践を組織化するためのデザイン原理の指摘)として、2点の手段と機能(デザイン原理)について指摘をした。組織存続を目的とする仕事実践には、第一に組織に責任を負わせる、ということと、第二に証拠を残すという手段が指摘される。そして以上2つの手段からは、ミッション確認機能と情報の集約・発信機能を確認することができ、そして、組織に責任を負わせるという手段はミッション確認機能に裏打ちされる仕事実践例であり、証拠を残すという手段はミッション確認機能と情報の集約・発信機能に裏打ちされた活動である、ということを指摘した。以上は、日本経営学会における報告、また紀要論文における掲載という形で、公表されている。本年は、ふくしま地域活動団体サポートセンターの協力の下、福島県下で組織成員の多くが高齢者であるNPO法人格の有無に関わらない非営利組織の中で(31団体)、特に高齢者のみで運営がなされている2団体を対象に、組織存続に関する視点から半構造化インタビュー調査、活動の観察を行った。その成果は、日本経営学会における報告、また紀要論文における掲載という形で公表されている。当初の計画通りの成果をあげられているため、概ね順調に進展していると考えられる。今年度は、昨年度で得られた知見の補完、補強を行うため、調査対象を広げ、組織存続に影響を与える、組織ルーチンがどのように生成・構築されるのかを検討する。昨年度はふくしま地域活動団体サポートセンターの協力の下、福島県下で組織成員の多くが高齢者であるNPO法人格の有無に関わらない非営利組織の中で(31団体)、特に高齢者のみで運営がなされている2団体を対象に、組織存続に関する視点から半構造化インタビュー調査、活動の観察を行った。しかしながら、昨年度調査には限界がある。第一に設立者を中心としたインタビューによって分析されており、また2団体であった点、第二に組織存続点から、分析対象となった組織の代表者は世代交代をしているわけではない点、第三に本研究の結論が他非営利組織と比較する中で、特殊性はどこにあるのか、という点である。特に、本調査では、デザイン原理を検討する中での高齢者としての特殊性(加齢効果等)は引き出すことができなかった。そのため、本年は、調査対象をひろげ、山形県、栃木県の非営利組織を対象に、調査を行いたい。栃木県では、とちぎボランティアNPOセンター「ぽ・ぽ・ら」、また山形県では、県民文化スポーツ課(県民活動推進担当)等に対象となる非営利組織がないかを問い合わせ、調査対象を絞った上で、インタビュー調査、また活動の観察を行い、前年度得られた知見を補完、強化し、来年度のアンケート調査の基礎を作りたい。以上で得られた知見を、大学主催の無料公開講座等で講義することで社会還元をすること、また国内の学会(日本経営学会、日本NPO学会)、学術雑誌(組織科学、日本経営学会誌等)、そして国際学会(ISTR等)において報告、投稿することが、本年の目標となる。

今年度は、昨年度で得られた知見の補完、補強を行うため、調査対象を広げ、組織存続に影響を与える、組織ルーチンがどのように生成・構築されるのかを検討する。昨年度はふくしま地域活動団体サポートセンターの協力の下、福島県下で組織成員の多くが高齢者であるNPO法人格の有無に関わらない非営利組織の中で(31団体)、特に高齢者のみで運営がなされている2団体を対象に、組織存続に関する視点から半構造化インタビュー調査、活動の観察を行った。しかしながら、昨年度調査には限界がある。第一に設立者を中心としたインタビューによって分析されており、また2団体であった点、第二に組織存続点から、分析対象となった組織の代表者は世代交代をしているわけではない点、第三に本研究の結論が他非営利組織と比較する中で、特殊性はどこにあるのか、という点である。特に、本調査では、デザイン原理を検討する中での高齢者としての特殊性(加齢効果等)は引き出すことができなかった。そのため、本年は、調査対象をひろげ、山形県、栃木県の非営利組織を対象に、調査を行いたい。栃木県では、とちぎボランティアNPOセンター「ぽ・ぽ・ら」、また山形県では、県民文化スポーツ課(県民活動推進担当)等に対象となる非営利組織がないかを問い合わせ、調査対象を絞った上で、インタビュー調査、また活動の観察を行い、前年度得られた知見を補完、強化し、来年度のアンケート調査の基礎を作りたい。以上で得られた知見を、大学主催の無料公開講座等で講義することで社会還元をすること、また国内の学会(日本経営学会、日本NPO学会)、学術雑誌(組織科学、日本経営学会誌等)、そして国際学会(ISTR等)において報告、投稿することが、本年の目標となる。
クーロン結晶によるナノ・イオンビーム生成の原理実証実験

線形ポールトラップ中に生成したクーロン結晶を加熱せずに引き出すことができれば,理想的なナノ・イオンビーム源となる.本課題では数値計算結果をもとにクーロン結晶引き出し実験に最適化したイオントラップを設計・製作するとともに,直径が数マイクロメートルという極細の超低温ビームの断面方向構造を計測するシステムを開発した.また,系統的な数値計算によりクーロン結晶を加熱せず引き出せる条件を見つけた.我々は線形ポールトラップ中にレーザー冷却法を用いて生成した紐状クーロン結晶をイオン源とすることで,ナノ・イオンビームを生成する方法を提案してきた.これまでに,結晶化したイオン群をトラップから引き出しその軸方向の構造を実験的に計測することに成功している.本課題では,引き出したイオン群の断面方向分布および,拡がり角を実際に測定することで,クーロン結晶からのナノ・イオンビーム生成の可能性を実験的に検証することを目的とする.平成24年度は数値計算による最適な引き出し条件の探索,および高真空度の達成および機械ノイズの低減を目的に主排気系をターボ分子ポンプからイオンポンプへの変更を行った.エミッタンスの正確な測定のためには装置の振動を極力少なくする必要がある.振動の発生源として真空排気に用いるターボ分子ポンプやロータリーポンプの振動が考えられる.これらを取り除くために主排気系をイオンポンプへと変更する.イオンポンプは可動部がなく,またロータリーポンプを必要としないので,振動を完全になくすことが出来る.更に,イオンポンプは電源を切っても暫く真空を維持できる.従って,電源を切って実験を行うことで,排気系からの擾乱が全くない状態で実験を行うことが可能である.イオンポンプへの変更により,到達真空度は2E-7 Paとなり,やく半分に改善した.クーロン結晶の安定的な生成に必要とされる10の-7乗台の真空には到達しているが,欲を言えばもうすこし改善したいところである.実際,リークテストを行うと細かいリークが複数あるので改善することは可能であると考える.本年度において,実験装置の製作,改良はほぼ終了した.しかしながら,この新しいシステムにおいてはレーザーによる冷却効果は確認しているが,残念ながらクーロン結晶の生成にはまだ成功していない.我々は線形ポールトラップ中にレーザー冷却法を用いて生成した紐状クーロン結晶をイオン源として,ナノ・イオンビームを生成する方法を提案してきた.本研究課題以前に,結晶化したイオン群をトラップから引き出しその軸方向の構造を実験的に計測することに成功している.本課題では、引き出したイオン群の断面方向分布および拡がり角を実際に測定することで,断面方向の位相空間分布を特定し,クーロン結晶からのナノ・イオンビーム生成の可能性を実験的に検証することを目的とした.昨年度までに真空容器と線形ポールトラップの改良を終えたが、この新しい装置でのクーロン結晶化には成功していなかった.今年度も引き続き新システムでクーロン結晶の生成を目指した.しかし,本年度の実験においても,レーザーによる冷却は確認されたが,クーロン結晶化には至らなかった.一度は-7乗Pa台であった新システムの到達真空度が-6乗Pa台まで悪化したことがその原因と考えられる.残留ガスとの衝突によりイオンが加熱されるため,一般に,真空度が悪いとクーロン結晶化は難しくなる.He吹き付け法ではリークは発見できなかったので,真空度悪化の原因は容器内の構造物からのガス放出と考えられる.実際,真空容器の一部は他装置からの流用品であるので,これが過去の実験で汚染されていた可能性が高いが,原因は判明していない.一方,数値計算による引き出しシミュレーションにおいては,有望な引き出し条件を見つけることに成功した.本課題で製作した新システムと旧システムの相違はクーロン結晶を取り出した後の計測装置部分であり,トラップ部分はほぼ一緒である.従って,真空度を改善できればクーロン結晶化は可能であると考える.また,数値計算によりクーロン結晶からナノ・イオンビームを生成できる可能性が強く示唆されている.従って,本課題終了後も研究を継続する予定である.線形ポールトラップ中に生成したクーロン結晶を加熱せずに引き出すことができれば,理想的なナノ・イオンビーム源となる.本課題では数値計算結果をもとにクーロン結晶引き出し実験に最適化したイオントラップを設計・製作するとともに,直径が数マイクロメートルという極細の超低温ビームの断面方向構造を計測するシステムを開発した.また,系統的な数値計算によりクーロン結晶を加熱せず引き出せる条件を見つけた.我々は線形ポールトラップ中にレーザー冷却法を用いて生成した紐状クーロン結晶をイオン源とすることで,ナノ・イオンビームを生成する方法を提案してきた.これまでに,結晶化したイオン群をトラップから引き出しその軸方向の構造を実験的に計測することに成功している.本課題では,引き出したイオン群の断面方向分布および,拡がり角を実際に測定することで,クーロン結晶からのナノ・イオンビーム生成の可能性を実験的に検証することを目的とする.本年度は新たな真空システムを立ち上げ,LIF観測システムの改良及びエミッタンス測定システムの整備を部分的に行った.上述の様に,我々は既にクーロン結晶化とその引き出しに成功している.当初計画では実験装置の大部分は現有の設備をほぼそのまま使用する予定であった.しかし,申請予算の大部分を占めていたナノ・ポジショナーに新たに廉価版がラインナップされたことで予算を大幅に縮小出来たこと,また今後の実験に対する適用性も考慮し,新たに真空容器を製作した.その一番の特徴は,LIF観測系のアライメント調整の容易さである.LIF法はクーロン結晶化を確認し,イオンビームの初期状態を計測する重要な観測手法である.

これまではLIFの捕集率と空間分解能を上げるために真空容器内の対物レンズと大気側の接眼レンズで構成されるレンズ系によりLIF像をICCDカメラに転送・拡大・結像していた.しかし,レンズが真空側と大気側に独立に設置してあったためアライメントの精度が良くなく,結像特性は設計値の1/20程度と非常に悪かった.今回,新たに製作した真空容器では真空窓をトラップに極限まで近づけることで,レンズ系を全て大気中に設置することができるようになった.このため,レンズ系を一体化することができ,調整の手間がなくなると共に,その分解能を大幅に向上することに成功した.当初予定では,1.数値計算による最適な引き出し条件の探索,2.排気ポンプの変更,3.及びクーロン結晶の引き出し実験を行う予定であった.このうち1と2についてはおおよそ達成することが出来た.これにより研究に必要な道具立てはほぼ完成したと言える.しかしながら,この新しいシステムではまだクーロン結晶化に成功しておらず,実際の引き出し実験を行えていないのが現状である.従って,当初予定よりやや遅れていると判断する.当初予定では,H23年度中にLIF観測システムの改良,及びエミッタンス測定システムの整備を行なう予定であった.前者については充分に達成出来たと考えている.一方,後者についてはその主要部品であるナノポジショナーの納期が当初予定より大幅に遅れ,実際に納品されたのが二月末日であった.そのため単体としての動作確認は行ったが,システムとしてインストールするまでには至っていない.従って,当初予定よりはやや遅れていると判断する.本年度は,新しいシステムにおいてクーロン結晶を生成し,これまでに行ってきた数値計算の結果を参考にしつつ引き出し実験を行なう.本研究を成功させるための最も重要な点は,この新しいシステムでクーロン結晶を早急に生成することである.クーロン結晶の生成には冷却用レーザー周波数の制御,イオン数・rf電圧の低減(rf加熱の低減)など幾つかのポイントがある.このうち,イオン数の低減が上手くいっていないことが,現在,結晶化に成功していない最大の要因と考えている.これは,結晶の引き出しを上手く行うために,これまでに使っていたイオントラップと電極形状を変更したことに起因している.実際,レーザーシステムやrfシステムはクーロン結晶の生成に成功している旧システムをそのまま流用しており,大きく変更されたのはイオントラップの電極形状だけである.そこで,まずはイオン数の効率的な低減とクーロン結晶生成に取り組む.基本的には小数パラメータの最適化なので6月までには結晶化が可能であると考えている.その後,数値計算結果を参考に引き出し実験を行う.順調に行けば,10月位までに一通りのデータを揃えられるであろう.その後,得られた結果をもとに理論的な解析や数値実験と比較しつつ,詰めの実験を行なう.12月を目処に詰めの実験や解析を終える.この段階で得られた成果をまとめ,しかる場所に投稿する予定である.
高速炉における液面の乱れによる気泡巻込みに関する研究

容器内の循環流が強くなると自由液面を部分的に盛上げることがある。その盛上がった液面に沿って流下する流れは、水平液面との境界で液面から離れ潜り込む。この潜り込む流速が高いと気泡が生成され、液内部へ連行される。高速炉の上部プレナム自由液面などでこの機構によりガス巻込みを生じると、炉心に気泡が入って正の反応度を印加する危険がある。高速炉では冷却材中へのガス巻込みを生じないよう、注意して設計しなければならない。空気と接する水を模擬流体としてガス巻込みの発生条件を調べた。前後に薄い矩形容器の一方の側面から水が流入し、低面に一様にあいた多くの孔から排出する体系で、液位、容器横幅、流入孔面積を変化させ、容器寸法等の影響をみた。又界面活性剤を使用し、表面張力の影響を調べた。その結果、巻込みの発生はそこの局所流速を用いたウェ-バ-数とフル-ド数の積と容器横幅の2つに主として支配されることが明らかとなった。前者は主流の潜り込み部での運動量を代表するものであるが、これとともに流れと直角方向の速度勾配が気泡発生に影響する。試験体系では流れが壁に衝突した後液面に向かう循環流が形成される。その循環流の直径すなわちフロ-パタ-ンが速度勾配を支配するが、それは後者の容器横幅で代表される。なおガス巻込み発生条件をそこの局所量だけで表すにはもう少し研究が必要である。この実験と並行して自由液面を扱える乱流解析コ-ドを開発した。これを用いると容器内フロ-パタ-ンや液面形状が正確に計算できるようになった。高速炉で問題となる冷却材中への気泡混入のうち、流れによって液面の一部が盛上がりその周囲で生じる気泡巻込み現象について、二次元形状矩形容器(側面流入孔、下面一様流出)を用いた水模擬実験を行った。容器幅、流入孔面積、流量、液位、表面張力(界面活性剤使用)の影響を調べた結果、実験体系については気泡巻込みの有無を予測しうるマップが作成できた。そのマップに関してさらに考察を行い、気泡巻込みの発生は巻込み点の局所流速とその角度(液面盛上がり部と平坦部の境界で盛上がり部に沿って降りてくる流れの速さと両部のなす角度)に依って支配されているというモデルを提唱した。液面は大きく乱れているため、局所流速等の直接測定は非常に難しい。そこで水中に粒子を入れて流れを可視化し、流動パターン全体を調べるとともに、その流動パターンと模擬できる数値解析コードの開発を行った。本現象では液面の局所的盛上がりが重要な役割を果たすため、自由表面を取扱える乱流コードが開発され、液面形状、各部流速とも実験結果をよく模擬できることが確認された。このコードを用いて、気泡巻込み点の局所流速とその角度を求め、前述のマップをこの2つの量を用いて描き直した。その結果、巻込みの発生は局所流速を用いたウェーバー数とフルード数の積(流速・表面張力・密度・重力加速度だけで定まり、代表長さに依存しない)と角度だけで支配されていることがほぼ明らかとなった。現在のところまだデータ数が限られているので、さらに実験・解析を続け、ウェーバー数とフルード数の積および角度のどのような関数であるかを調べる予定である。高速炉で問題となる冷却材中への気泡混入のうち、流れによって液面の一部が盛上がりその周囲で生じる気泡巻込み現象について、巻込みの有無に関係する因子を実験により求めた。ビデオカメラとパ-ソナルコンピュ-タを連結した画像処理システムが完成し、液面形状とともに液面近傍の流速が測定可能となった。

その測定結果から、予想と異なり巻込みの有無は流下流速及び角度だけで決まるのではなくフロ-パタ-ン全体に影響されることがわかった。盛上がった液面に沿って流下する流れは液面から離れて潜り込むわけではなく、かなり減速されるものの水平液面部もある流速を持つ。容器幅が小さいとこの減速の程度が大きく、より低い流下流速でも気泡を生成・巻込む。一方流下角度はこの体系では流下速度と強く関係しているので、完全に独立なパラメ-タではない。気泡巻込みの有無の決定因子として巻込み部の局所流速と容器横幅の2つが重要なことが新たに明らかとなった。なお気泡巻込み発生条件をそこの局所量だけで表すにはもう少し研究が必要である。この実験と並行して自由液面を扱える2次元乱流数値解析コ-ドを開発した。またコ-ドの検証を完全2次元体系に変更したテストセクション内流れのフロ-パタ-ン、流速分布、液面形状を用いて行った。本コ-ドにより、気泡巻込みを生じるような不連続性のある液面形状を有した流れについても、フロ-パタ-ン等はよい精度で計算することが可能となった。気泡巻込み発生条件を巻込み部の局所量だけで記述できなかったため、コ-ドの計算結果から巻込みの有無を予測できるようにすることは今後の課題に残されている。
分子のインターコンバージョン経路に基づく動力学座標空間とフォールディング解析

ジフェニルエーテルと、これに大環状構造で立体的制限をかけた化合物との詳細な構造解析を行った。申請者らが入手に成功した大環状アルカロイド類は皆18員環であるが、ここには多数のベンゼン環が縮合しているので実効的な自由度はおおむね7員環に相当する。7員環はHendricksonの円状配置空間を有する。ジフェニルエーテルの2つの二面角をRamachandranマップ様に表示すると45度の縞模様の配置空間を持つ(一例としてGlasso et al. Tetrahedron 27(1971)6151の報告などがある)。これに対して、ジフェニルエーテルを縮合した18員環アルカロイド化合物のコンフォメーション探索を行うと、AMBER力場にて30kcal/mol以下で出現するコンフォメーションの配置空間は、上記の縞模様をまたいだ円状配置空間に近いものとなる。2種類の化合物はいずれも円周状に分布している。探索計算を繰り返すと、ジアステレオマーで円周状の配置空間状での分布に相違が現れ、S-S体では単一コンフォメーションが検出されたが、S-R体では2箇所に分布した。NMR測定を行うと、確かにS-S体では鮮明なスペクトルが得られる室温条件で、S-R体は構造のゆらぎを生じ、測定温度を-40°Cとして初めて鮮明なスペクトルとなった。コンフォメーションでは温度よりも溶媒の誘電率を変化させることで効果的な測定ができることを見いだしており、本申請研究では、種々の重水素化溶媒での測定を行った。その結果、大環状骨格によってコンフォメーション比には大きな変化を見いだしており、この包括的な測定を行ってきたことによって、熱力学的な解釈が可能となるものと期待される。生命科学・合成化学アプローチの分野としては、水晶発振子センサー表面にウシ由来糖タンパク質であるフェツインのシアリダーゼ処理標品(アシアロフェツイン,ASF)を固定し、これに代表的なマメ科植物レクチンであるコンカナバリンA(ConA)を結合させた系に対して、マンノース(Man)、グルコース(Glc)などの単糖およびその誘導体などが示す結合阻害を定量したところ、報告値や我々が表面プラズモン共鳴センサーにて測定した結果とほぼ一致した。さらに、ConA-ASF相耳作用は反応溶液の塩濃度によって強度が変化し、塩濃度が低いほど結合性が増した。反応溶液の塩濃度の増大がConA-ASF相互作用を低下させることは、レクチン結合部位に存在する金属イオンの相互作用への影響が低下する可能性を示唆すると推測した。そこで、塩ではなくイオン性の糖関連物質としてシアル酸(N-アセチルノイラミン酸,NANA)による影響を解析したところ、これも高濃度では阻害作用を示すことが確認された。しかしながら、低濃度ではConA-ASF相互作用を増強していると解釈されるデータが得られており、結合部位でのより詳細な解析の必要性が確認された。一方、計算機化学的アプローチ・数学的アプローチでは、9員環の環状飽和炭化水素のコンフォメーションを探索し、固有値分解すると独立な次元は6次元であるが、この中に存在する配置空間は閉じた多様体を形成しており、これは5次元の表面に相当する。これは高い対称性を有するが、これまでに開発した精密な剛体分子模型を用いて実験した結果でも、8員環までは結合の回転に束縛が見られ、取りえない二面角が確認されるが、9員環以上では全ての二面角を取りうる場合を見いだすことができる。すなわち、3員環8員環では取りうるコンフォメーションが変換するインターコンバージョン配置空間が単純な高次元球面構造を形成すると推定されるが、9員環以上では配置空間が特異点を有する可能性が示唆された。緻密な数学的証明を検討中である。

申請者らが入手に成功した大環状アルカロイド類は皆18員環であるが、ここには多数のベンゼン環が縮合しているので実効的な自由度はおおむね7員環に相当する。7員環はHendricksonの円状配置空間を有する。ジフェニルエーテルの2つの二面角をRamachandranマップ様に表示すると45度の縞模様の配置空間を持つ(一例としてGlasso et al. Tetrahedron 27(1971)6151の報告などがある)。これに対して、ジフェニルエーテルを縮合した18員環アルカロイド化合物のコンフォメーション探索を行うと、AMBER力場にて30kcal/mol以下で出現するコンフォメーションの配置空間は、上記の縞模様をまたいだ円状配置空間に近いものとなる。2種類の化合物はいずれも円周状に分布している。探索計算を繰り返すと、ジアステレオマーで円周状の配置空間状での分布に相違が現れ、S-S体では単一コンフォメーションが検出されたが、S-R体では2箇所に分布した。NMR測定を行うと、確かにS-S体では鮮明なスペクトルが得られる室温条件で、S-R体は構造のゆらぎを生じ、測定温度を-40°Cとして初めて鮮明なスペクトルとなった。コンフォメーションでは温度よりも溶媒の誘電率を変化させることで効果的な測定ができることを見いだしており、本申請研究では、種々の重水素化溶媒での測定を行った。その結果、大環状骨格によってコンフォメーション比には大きな変化を見いだしており、この包括的な測定を行ってきたことによって、熱力学的な解釈が可能となるものと期待される。
革新的な臓器・皮膚創傷被覆剤として機能するスマート高分子ゲルシートの創製

通常,創傷治癒は,損傷した組織からの細胞増殖因子やサイトカインの放出により開始されるため,創傷部を湿潤環境に保つことで,より早くかつ傷痕が残らずに創傷が治癒することが報告され,特にゲル状の創傷被覆材や臓器保護材の開発が進んでいる.これまで天然高分子であるキトサンやアルギン酸が,創傷治癒効果を示すことから,ガーゼとして市販されている.しかし,これら創傷被覆材は細胞増殖因子を含む体液まで吸収し,創傷治癒を遅らせる欠点が報告されている.さらに近年,創傷被覆材と薬物の併用による創傷治癒効果の促進が報告されているが,薬物の効果を最大限に長時間維持するためには,創傷部における薬物の有効濃度を一定に保つ必要がある.したがって,創傷部を適度に湿潤させ,かつ薬物保持効果を持つ安定なゲルシートの作製が必要不可欠である.本研究では,皮膚や臓器表面における創傷治癒において,創面を広く被覆し,副作用が懸念される化学的な結合ではなく物理的な静電相互作用を利用した安全で副作用の無いイオン性高分子ゲルシートを提案する.これまでに,キトサンナノファイバー,天然多糖サクランおよびシクロデキストリンのコンビネーションによる安定性に優れかつ多機能型高分子ゲルシートの作製に成功した.そこで,難水溶性のテトラヒドロクルクミン(THC)を主薬として,このゲルシートに封入した結果,シクロデキストリンによるTHCの溶解性の向上に加え,静電相互作用を利用したゲルシートからの徐放性効果も確認された.さらに,ラット褥瘡モデルにおいて,通常のガーゼよりも有意な褥瘡抑制効果が確認され,天然多糖類を利用した新規ゲルシートとしての有用性が確認された.初年度に作製した多面的作用を有し電荷を帯びた機能性食品素材のコンビネーションによる多機能型高分子ゲルシートを利用して,ラット褥瘡モデルに応用した結果,有意な褥瘡抑制効果が確認されている.このことから,当初の予定通り,おおむね順調に進展していると考えている.これまでに多面的作用を有し電荷を帯びた機能性食品素材のコンビネーションによる多機能型高分子ゲルシートを作製し,褥瘡に対する有意な治療効果が確認されつつある.今後,これら組み合わせ条件の組成比を詳細に検討することにより,さらなる機能性(抗酸化作用,抗菌作用,創傷治癒作用,薬物徐放性)の向上について評価していく予定である.通常,創傷治癒は,損傷した組織からの細胞増殖因子やサイトカインの放出により開始されるため,創傷部を湿潤環境に保つことで,より早くかつ傷痕が残らずに創傷が治癒することが報告され,特にゲル状の創傷被覆材や臓器保護材の開発が進んでいる.これまで天然高分子であるキトサンやアルギン酸が,創傷治癒効果を示すことから,ガーゼとして市販されている.しかし,これら創傷被覆材は細胞増殖因子を含む体液まで吸収し,創傷治癒を遅らせる欠点が報告されている.さらに近年,創傷被覆材と薬物の併用による創傷治癒効果の促進が報告されているが,薬物の効果を最大限に長時間維持するためには,創傷部における薬物の有効濃度を一定に保つ必要がある.したがって,創傷部を適度に湿潤させ,かつ薬物保持効果を持つ安定なゲルシートの作製が必要不可欠である.本研究では、皮膚や臓器表面における創傷治癒において,創面を広く被覆し,副作用が懸念される化学的な結合ではなく物理的な静電相互作用を利用した安全で副作用の無いイオン性高分子ゲルシートを提案する.研究初年度として,多面的作用を有し電荷を帯びた機能性食品素材(キトサン及びシクロデキストリン)やタンパク質(ヒト血清アルブミン)のコンビネーションによる多機能型高分子ゲルシートを作製し,ゲルシート単独及び薬物保持型ゲルシートの物性(粘着性,強度,安定性)について評価した.その結果,キトサンナノファイバーおよびスルホブチルエーテルβシクロデキストリンの組み合わせによる安定性に優れた高分子ゲルシートの作製に成功した.今後、物性評価に加えた機能性評価を行う予定である.初年度として、多面的作用を有し電荷を帯びた機能性食品素材(キトサン及びシクロデキストリン)のコンビネーションによる多機能型高分子ゲルシートを作製し,その安定性についても良好な結果を得ていることから、当初の予定通り、おおむね順調に進展していると考えている.通常,創傷治癒は,損傷した組織からの細胞増殖因子やサイトカインの放出により開始されるため,創傷部を湿潤環境に保つことで,より早くかつ傷痕が残らずに創傷が治癒することが報告され,特にゲル状の創傷被覆材や臓器保護材の開発が進んでいる.これまで天然高分子であるキトサンやアルギン酸が,創傷治癒効果を示すことから,ガーゼとして市販されている.しかし,これら創傷被覆材は細胞増殖因子を含む体液まで吸収し,創傷治癒を遅らせる欠点が報告されている.さらに近年,創傷被覆材と薬物の併用による創傷治癒効果の促進が報告されているが,薬物の効果を最大限に長時間維持するためには,創傷部における薬物の有効濃度を一定に保つ必要がある.したがって,創傷部を適度に湿潤させ,かつ薬物保持効果を持つ安定なゲルシートの作製が必要不可欠である.本研究では,皮膚や臓器表面における創傷治癒において,創面を広く被覆し,副作用が懸念される化学的な結合ではなく物理的な静電相互作用を利用した安全で副作用の無いイオン性高分子ゲルシートを提案する.

これまでに,キトサンナノファイバー,天然多糖サクランおよびシクロデキストリンのコンビネーションによる安定性に優れかつ多機能型高分子ゲルシートの作製に成功した.そこで,難水溶性のテトラヒドロクルクミン(THC)を主薬として,このゲルシートに封入した結果,シクロデキストリンによるTHCの溶解性の向上に加え,静電相互作用を利用したゲルシートからの徐放性効果も確認された.さらに,ラット褥瘡モデルにおいて,通常のガーゼよりも有意な褥瘡抑制効果が確認され,天然多糖類を利用した新規ゲルシートとしての有用性が確認された.初年度に作製した多面的作用を有し電荷を帯びた機能性食品素材のコンビネーションによる多機能型高分子ゲルシートを利用して,ラット褥瘡モデルに応用した結果,有意な褥瘡抑制効果が確認されている.このことから,当初の予定通り,おおむね順調に進展していると考えている.初年度として、これまでに多面的作用を有し電荷を帯びた機能性食品素材(キトサン及びシクロデキストリン)のコンビネーションによる多機能型高分子ゲルシートを作製し,その安定性についても良好な結果を得ていることから、今後、これら組み合わせによるゲルシートの機能性(抗酸化作用,抗菌作用,創傷治癒作用,薬物徐放性)について評価していく予定である.これまでに多面的作用を有し電荷を帯びた機能性食品素材のコンビネーションによる多機能型高分子ゲルシートを作製し,褥瘡に対する有意な治療効果が確認されつつある.今後,これら組み合わせ条件の組成比を詳細に検討することにより,さらなる機能性(抗酸化作用,抗菌作用,創傷治癒作用,薬物徐放性)の向上について評価していく予定である.
一枚層銅酸化物HgBa2CuO4+dにおける超伝導臨界温度(Tc)の最高記録更新

H30年度は、前年度に実施出来なかった水銀系銅酸化物高温超伝導体(HgBa2CuO4+d:Hg1201)の高圧下電気抵抗測定を行うために、最適ドーピングのアニール条件を最適化してTc=96Kの試料を得る実験条件を確立した。この最適化条件でアニールした最適組成のHg1201試料の多結晶体試料を用いて高圧下電気抵抗測定を行い、高圧下X線回折実験の構造解析結果と比較するデータを取得することが出来た。研究実施期間を通して、単位胞にCuO2面を一枚含む銅酸化物高温超伝導体のTcが大きく異なる、Hg1201(Tc=96K)と(La,Sr)2CuO4(Tc=38K)の高圧下(10 GPa)での電気抵抗測定とX線回折実験による構造解析を行い、高圧下でのTcの変化に対する物性と構造の観点で調べることが出来た。初年度の計画である、水銀系銅酸化物高温超伝導体HgBa2CuO4+d(Hg1201)の多結晶試料作製と単結晶育成を進めて良質な多結晶試料の合成条件を最適化することに成功した。また、単結晶試料の育成にも成功した(最適化はH28年度に持越し)。さらに、比較対象物質であるタリウム系銅酸化物試料(Tl2Ba2CuO6+d:Tl2201)の単結晶育成条件の最適化にも成功した。常圧でのTl2201の電気抵抗測定にも成功した(キャリアドーピングレベルはオーバードーピング)ので、高圧下の電気抵抗測定も行った。接触抵抗が大きく、データにややノイズが乗っており、preliminaryな結果ではあるが超伝導臨界温度(Tc)は加圧と共に下がる結果が得られた。Hg1201の電気抵抗測定は未着手状態である。また、次年度に計画しているHg1201の試料を用いた高圧下の構造解析を行うために、研究協力者の方々と相談してSPring-8の高圧ビームライン(BL10XU)にプロポーザルを作成・提出した。このビームラインのプロポーザル採択率は3-4割であったが、幸いなことに2016Aのビームタイムで9サイクル(72hrs)測定できることになった。高圧下X線回折実験は予備実験と本番の測定を分けて2回のビームタイムで測定を行うことにした(5/19-21と6/29-7/1)。高圧下の構造解析が充分にできるように純度の良い(不純物相が少ない試料)を作製するための合成条件の最適化に加えて、最適ドーピング(Tcが最高に高いキャリア量)にするための酸素量の制御(アニーリング)を行った。測定試料の作製(Hg1201とTl2201)には成功したが、高圧下の電気抵抗測定があまり進まなかった。理由は常圧下の電気抵抗測定に必要な電極付けが上手くできないことにある。また、電極付け方法の改良(技術開発)を行う必要性を認識したので行うべき問題点は明らかとなった。一方、次年度(H28)に計画している高圧下の構造解析を行うための高圧下X線回折実験のプロポーザルが採択され平成28年度の計画(実験)が年度の前期の早い段階で行えることとなった。遅れているのと早めに行えているのを総合して「順調に進展している」と自己評価を行った。H28年度は当初の計画通り高圧下構造解析を進めた。前年度に採択されたSPring-8のBL10XUでのビームタイムを使って高圧下X線回折実験を行った。高圧下X線回折実験は初めての経験だったので、最初の感触を掴むための試し実験を含めて2回の時期に分けて行った(5/29-31と6/28-7/1)。測定したのは水銀系銅酸化物高温超伝導体HgBa2CuO4+d(Hg1201:Tc=94K)の多結晶試料と、同じく単位胞にCuO2面を一枚持つLa2-xSrxCuO4(LSCO:Tc=38K)の単結晶を粉末化した試料である(Tcが大きく異なるという意味で参照物質として測定した)。用いた圧力装置はダイヤモンドアンビルセル(DAC)で、圧媒体はHeガスを用いて20GPaまでの圧力を掛けて実験を行った。高圧下X線回折実験は初めての経験だったが室温での高圧下X線回折実験は成功して高圧下構造解析を行えるだけのデータを取得することに成功した。低温での高圧下X線回折実験は不成功に終わったので、軸長が温度変化とともにどのように変化したか程度の情報しか得られなかった。室温でのHg1201の構造解析(Rietveld解析)の結果によると加圧にともなって軸長は減少していくがa軸とc軸の異方性などを確認した。今後はLSCOとの解析結果と比較してTcと相関しているパラメータなどの検討を進める予定である。高圧下構造解析の実験にはある程度成功したが、そのデータと比較すべき高圧下の電気抵抗測定の実験が殆ど進まなかった。本年度の研究計画が進まなかった原因は、測定試料がすぐに劣化して常圧下の電気抵抗測定の電極付け技術開発が殆どすすまなかったことにある。そのため試料作製条件の再検討と改善をおこなっていた。最初の研究計画からすると一度実験の再検討や改善実験を行って後退していたので「やや遅れている」と自己評価を行なった。