hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
破骨細胞が分泌するWntは骨形成を誘導するか?

破骨細胞が分泌するWntが骨芽細胞の分化と骨形成を正に調節するという仮説を実証するため、以下の実験を実施した。RT-PCRの結果より、破骨細胞はWnt5aを強く発現することを明らかにしている。生体内において、破骨細胞はWnt5aを発現するか免疫組織化学的手法を用いて検討した。その結果、破骨細胞はWnt5aを強く発現していた。破骨細胞が発現するWnt5aの役割を調べる目的で、Wnt5a遺伝子欠損マウス(Wnt5aKO)より調整した破骨細胞を象牙片上で培養した。野生型マウス由来の破骨細胞は、吸収窩を形成したが、Wnt5aKO由来破骨細胞では吸収窩形成が著しく低下した。つまり、破骨細胞は自らWnt5aを分泌し、吸収機能を調節することを意味する。破骨細胞が分泌するWnt5aが骨形成を調節するか明らかにするために、今後は骨細胞でWnt5aを欠損したマウスの解析が必要である。大理石骨病マウスには、破骨細胞が全く形成されないc-fos欠損マウスやRANKL欠損マウスと破骨細胞の骨吸収機能の障害されたc-Src欠損マウスがある。c-fos欠損マウスは、PTHによる骨量増加作用に障害があることが示された(JBMR,24;1586-97,2009)。このことは、c-fos自身が骨形成に重要な役割を果たす可能性を示唆しており、破骨細胞が形成されない大理石骨病マウスとしては、RANKL欠損マウスが適していると考えられる。現在、RANKL欠損マウスとc-Src欠損マウスの骨を採取し、骨形成が低下しているか解析中である。1.前骨芽細胞(ST2細胞)の骨芽細胞分化に対する破骨細胞共存培養の効果Wnt古典経路を活性化するWnt3aは、株化細胞であるST2細胞のアルカリホスファターゼ(ALP)活性を発現誘導した。そこで、純化破骨細胞とST2細胞を共存培養し、ST2細胞にALPが誘導されるか検討した。その結果、破骨細胞の寿命(2日)とST2細胞がALPを発現する時間(6日)の差が大きいため、培養系でST2細胞のALP活性を誘導する方法は困難であることが明らかになった。破骨細胞の細胞抽出液をST2細胞の培養に添加する実験を行う。もしくは、古典経路活性化の指標としてTCFレポーターDNAを発現させたST2細胞と破骨細胞を共存培養後、ルシフェラーゼアッセイを行う必要がある。2.骨芽細胞分化に対するWnt強制発現の効果レトロウィルスを用いて、破骨細胞が発現するWnt2、Wnt5a,Wnt10a,Wnt11をST2に強制発現した。Wnt2aおよびWnt10aの強制発現は、ST2細胞において、強いALP活性を発現誘導した。3.大理石骨病マウスの骨形成の解析c-Src遺伝子欠損マウスおよび破骨細胞が存在しないc-fos遺伝子欠損マウスおよびRANKL遺伝子欠損マウスの骨形成の解析を行う。c-Src遺伝子欠損マウスは、系統維持されておらず、凍結受精卵から生育させた。8週齢マウスの大腿骨ならびに血清を採取した。現在、骨形成の解析を行っている。
紫外光照射下における蛍光体酸化物薄膜の室温結晶成長

V酸化物を主とする蛍光体材料について紫外線照射を用いた室温製膜手法の開発を行った。紫外線ランプによる結晶成長は真空紫外線領域の波長を空気中で照射する場合に反応活性となり、結晶化が促進されることが分かり、紫外線レーザー照射下においてはナノ粒子結晶成長核の導入と併せることによって極めて広い範囲の蛍光体材料を室温で製膜可能にすることに成功した。これらの新手法は次世代フレキシブルディスプレイなどの開発へ繋がると期待される。蛍光体AVO_3(A : K,Rb,Cs)について塗布光照射法を用いた室温製膜手法の開発及びメカニズムの解明を行った。出発物質である金属溶液の選択、光照射時の反応のプロセスを分光測定によって評価し、室温で結晶化に至るための製膜条件を探った。これまで有効な有機金属溶液の詳細が不明であったが、種々の溶液を調査したところ、2エチルヘキサン酸塩系溶液が非常に有効であることが明らかになってきた。紫外線照射下における反応過程も詳細に調べた。照射波長・強度・雰囲気を様々な状態に制御して照射実験を行ったところ真空紫外線領域の波長の光を空気中(酸素を含む雰囲気中)で照射する場合にのみ反応活性となり、結晶化が促進されることが分かった。また、これらの結晶化条件はどれか一つが欠けても結晶成長が進行しないことも明らかとなり、合わせて考察すると真空紫外線照射下で起こる2つの効果、すなわち短波長の光照射による金属-炭素結合の切断と雰囲気中の酸素が光を吸収して活性酸素とオゾンになり、その強い酸化作用により酸化物の結晶成長が格段に促進されることが分かった。また、これらの知見を生かして3元系酸化物Zn_3V_2O_8にも本手法を適用し、その結晶化を確認した。本物質は通常AVO_3よりも300°C以上も高温で結晶化が進行する物質であり、室温光照射のみで結晶化が確認できたのは非常に興味深い結果である。22年度はこれらの結果を踏まえさらなる物質展開、プロセスの機構理解を進めたい。蛍光体AVO_3(A:K,Rb,Cs)及びZn_3V_2O_8についてエキシマランプを用いた塗布光照射法によって室温大気中にて結晶化させうることが明らかになり、22年度は、様々な材料への室温製膜展開を検討した。種々の酸化物について検討した結果Zn_3V_2O_8のバルク体結晶化温度(750度程度)を超える材料についてはこれまでのところエキシマランプのみでは結晶化させることが困難であった。そこで21年度までの研究により明らかになったエキシマランプ・レーザー照射による結晶化メカニズムを検討した結果、室温結晶化を促進するためには前駆体膜中に結晶成長核を予め導入することによって結晶成長速度を劇的に向上させることが不可欠であるという結論に至った。そこで蛍光体の母物質となる半導体酸化物材料について次の実験を行った。(1)塗布光照射法によって簡便に作製可能な配向膜を作製し、その上部に形成した種々の酸化物前駆体に室温でレーザー照射を行う。(2)前駆体膜中に当該酸化物のナノ粒子を導入しエキシマレーザーを室温で照射する。その結果、いずれの場合においても室温で結晶化が促進され、前駆体に結晶核を導入しない場合と比べて極めて速やかに結晶化が進むことが明らかになった。例えばバルク結晶化温度1300度程度のペロブスカイト型酸化物においても良好な結果が得られている。以上のように、本研究課題に関する一連の結果により、エキシマランプ、レーザーを用いて極めて多くの材料について室温で結晶化を促進し、良質な結晶化膜を作製可能であることを明らかにした。得られた結果を用いて、現在フレキシブルディスプレイ材料の開発を検討している。本研究課題で取り組んだ長期安定性の高い無機蛍光体材料の室温成膜手法は次世代ディスプレイ材料の開発推進のキープロセスの一つになることが期待される。
心臓リハビリテーション困難患者に対する新規非薬物心不全治療の開発

心不全患者に対する心臓リハビリテーションの有用性が報告されているが、運動リハビリテーションが不可能な患者も存在する。本研究では、心臓リハビリテーションが困難な患者に対する非運動療法でのリハビリ手法を検討した。(a) Remote ischemic preconditioning(RIPC)の介入は、腎機能の維持、酸化ストレスの軽減に関与した。(b)吸気筋トレーニングの介入は早期の自覚症状の改善とBNPの低下傾向を認めた。以上より、運動療法困難な慢性心不全患者においてRIPCと吸気筋トレーニングは心臓リハビリテーションの一手法となりうる可能性がある。心臓リハビリテーション困難患者に対する新規非薬物心不全治療の開発;心不全患者に対する心臓リハビリテーションの有用性が報告されているが、運動リハビリテーションが不可能な患者も多数存在する。本研究の目的は、心臓リハビリテーションが困難な患者に対する新たな手法の開発である。1遠隔虚血プレコンディショニング(Remote ischemic preconditioning:RIPC)、2吸気筋トレーニング、3上記の併用。以上の効果について検討し、そのメカニズムを解明することで、心不全患者の予後改善を目指した新しい治療アプローチを確立することを目的とする。遠隔虚血プレコンディショニング(RIPC)が、心筋梗塞患者において梗塞範囲を減少することや心血管手術の際の腎機能障害を軽減することが報告されているが、心不全に対するRIPCの心保護作用についての詳細は不明である。【方法・結果】患者を対照群とRIPC群に割り付けた。腎機能悪化は対照群においてRIPC群より多い傾向にあった。炎症反応マーカーについては、両群にて有意な変化は認めなかった。酸化ストレスマーカーであるDROMについては、対照群に比してRIPC群において減少傾向を認めた。また、内皮機能障害マーカーであるADMAの検討では、対照群に比してRIPC群において有意に減少を認めた。【結語】RIPCは内皮機能障害を軽減する可能性が示され、心不全に対する良好な影響が示唆される。心臓リハビリテーション困難患者に対する新規非薬物心不全治療の開発心不全患者に対する心臓リハビリテーションの有用性が報告されているが、運動リハビリテーションが不可能な患者も多数存在する。1遠隔虚血プレコンディショニング(Remote ischemic preconditioning:RIPC)2吸気筋トレーニング3上記の併用以上の効果について検討し、そのメカニズムを解明することで、心不全患者の予後改善を目指した新しい治療アプローチを確立することを目的とする。急性期の腎機能悪化は対照群においてRIPC群より多い傾向にあった。また、12か月後の長期間での観察においt、RIPC群では、eGFRの改善傾向を認めた。また、ADMAの変化とeGFRの変化において負の相関関係を認めた。【結語】RIPCはADMAの減少による内皮機能障害を軽減する可能性が示され、また、腎機能改善の可能性も示され、心不全に対する良好な影響が示唆される。心臓リハビリテーション困難患者に対する新規非薬物心不全治療を考慮しておりますが、重症心不全患者と慢性心不全患者の病状の安定性のばらつきなどがある。急性期治療後の慢性心不全患者を対象とするため、患者選定、患者登録が不足している状況である。一方、吸気筋トレーニングにおいては心収縮力の改善は認めないものの、自覚症状の改善と、BNPの改善傾向を認めた。【結語】RIPCはADMAの減少による内皮機能障害を軽減する可能性が示され、また、腎機能改善の可能性も示され、また、吸気筋トレーニングについても慢性心不全に対する良好な影響を及ぼす可能性が示唆される。

心臓リハビリテーション困難患者に対する新規非薬物治療を行っているものの、重症心不全患者と慢性心不全患者の病状の安定性にばらつきがあり、安定している患者での運動リハビリが困難な患者群は限定されるため患者選定、登録が不足している状態である。心臓リハビリテーションが心不全患者の予後を改善させることが報告されて以降、心臓リハビリテーションの重要性が認識され、各種心不全患者に対して導入されている。一方、現在の心臓リハビリテーションは運動療法が中心となっており、この運動療法としての心臓リハビリテーションを享受できない患者が存在することも現実の臨床では多く経験することである。運動療法が不可能な患者の生命予後は不良であるにもかかわらず、日本循環器学会のガイドラインにおいては心臓リハビリについては言及されていない。以上の理由から、心臓リハビリテーション困難患者に対する新規心臓リハビリテーション法の開発が望まれている。本研究の目的は、心臓リハビリテーションが困難な患者に対する新たな手法の開発である。その手法として1遠隔虚血プレコンディショニング(Remote ischemic preconditioning:RIPC)、2吸気筋トレーニング、3前述の併用の効果について検討し、心不全患者の予後改善に関わるかを検討し、そのメカニズムについても検討した。運動リハビリ困難患者に対する心臓リハビリテーションを施行した。RIPC群では、腎機能が維持、改善することが示された。また、その機序としては、内皮機能障害のマーカーであるADMAの改善や酸化ストレスの改善が関与していた。また、吸気筋トレーニング群においては、心負荷マーカーであるBNPの改善やQOLの指標とされるSF36の改善が認められた。その機序の一部に吸気補助筋、横隔膜機能の改善が関与することも示唆された。心不全患者に対する心臓リハビリテーションの有用性が報告されているが、運動リハビリテーションが不可能な患者も存在する。本研究では、心臓リハビリテーションが困難な患者に対する非運動療法でのリハビリ手法を検討した。(a) Remote ischemic preconditioning(RIPC)の介入は、腎機能の維持、酸化ストレスの軽減に関与した。(b)吸気筋トレーニングの介入は早期の自覚症状の改善とBNPの低下傾向を認めた。以上より、運動療法困難な慢性心不全患者においてRIPCと吸気筋トレーニングは心臓リハビリテーションの一手法となりうる可能性がある。心臓リハビリテーション困難患者に対する新規非薬物心不全治療の開発を考慮しておりますが、心臓リハビリテーションを通常どおり施行している患者が多数である。運動リハビリテーションが不可能な患者は重症例が多い。
記憶と注意に関わるヒト脳内リズムの分析

高齢化が急速に進む日本において、記憶の減退は深刻な社会問題を引き起こしている。特にワーキングメモリ(WM)は注意と密接に連携し、会話・読書・計算など日常の様々な心的活動を支える重要な機能である。だがWMの神経的な基盤については未だに不明な点が多く、激しい議論が行われている。本研究はヒトを対象としたマクロ的な神経活動の記録法に、独自開発したinter-peak interval解析を組み合わせ、WMを支える脳の認知的メカニズムを探る。さらには非侵襲的な脳刺激法を用いて、記憶力の人為的な操作を試みる。
オピオイドκ-レセプターのクローニング遺伝子発現及び情報伝達機構の解析

G蛋白質の活性を抑制するオピオイドκ受容体の存在は1987年に本研究代表者が世界ではじめて報告した。その後、分子生物学の技術を導入し、本研究においてその遺伝子クローニングに成功した。本研究では、アフリカツメガエル卵母細部発現系において、G蛋白活性型のムスカリニック受容対活性化に基づく電気応答を抑制する活性を指標にし、、遺伝子クローニングを行った。クローニングされた蛋白(投稿中および特許出願中)を卵母細胞に発現させ、精製Giと再構成したとき、オピオイドκアゴニスト刺激により、GDP-GTP交換反応の抑制が認められ、アンタゴニストにより拮抗された。また電気生理学研究からこの受容対の親和性はすでにクローニングされたオピオイド受容体より100倍も高いことが明らかになった。この値は受容体リガンド結合実験の結果とも一致した。この受容体は点変異実験からN端とC端に重要な機能認識部位があり、このことを利用して機能をもたないドミナントネガティブ変異受容体を作成し、機能解析を行った。その結果、この受容体はオリゴマーを形成して機能を果たすことが明らかとなり、従来の細胞膜7回貫通型の受容体と大きくことなることが明らかとなった。1987年に本〓研究代表者は、オピオイドK-レセプターがG-蛋白質の固有活性を抑制することを世界で初めて見いだし、その分子機構の研究を続けて来た。本研究ではこのユニークな情報伝達に関わる受容体そのものの発現クローニングをその主たる目的とし、その遺伝子発現及び情報伝達の解析をも試みることを計画している。初年度を終えた現時点において、遺伝子発現を除く、ほぼ全ての計画を完了した。1)クローニングされたタンパクは、通常の7回膜貫通型を有さず、両親媒性のドメインがホモオリゴマーを形成し、機能発現に関わっているらしいことが示された。2)推測されたタンパクの一部のオリゴペプチドから抗体作成を試みたところモルモット小脳に確かに存在することが確認され、この構造の正当性が確められた。3)情報伝達においては、アフリカツメガエル卵母細胞発現系において、Gilを介する受容体活性をGil自身の抑制を介して遮断し、その受容体間のStoichiometryがほぼ1であったことなどから、本受容体はGil活性抑制機構において、増幅作用があることが明らかとなった。ミュータントを作成し、機能解析及び結合能力を解析した結果、N未満及びC末端部が、両者に重要な役割を果たしていることが明らかとなった。
構造タンパク質を用いたナノ小胞への膜タンパク質集積化技術の開発

本研究では、脂質膜成分で構成されたナノ構造物を自発的に形成可能なタンパク質である構造タンパク質を用いて標的分子を集積化した「ナノ小胞」を創製する技術を開発した。特に、磁性細菌が合成する磁性粒子膜に特異的に発現しているMms13タンパク質を用いることで、異種細胞内での小胞様物質の形成と、標的分子の集積化に成功した。さらに、細胞内に生産された小胞様物質の精製法を確立し、標的分子を解析できるツール開発を実施した。本研究では、小胞等のナノ構造体を自発的に形成促進可能なタンパク質である構造タンパク質を用いてターゲットタンパク質を小胞に集積化した「ナノ小胞」を創製する技術を開発する。今年度は、磁性細菌内で合成される磁性粒子膜タンパク質、Mms13の小胞形成能の評価とターゲットタンパク質としてGFPを用いた小胞集積化の検討を行った。Mms13遺伝子の下流にGFP遺伝子を融合し、磁性細菌内で複製可能なベクターに組み込んだ。このベクターを用いて磁性細菌を形質転換し、磁性細菌内での融合タンパク質の発現を試みた結果、磁性粒子膜へのGFPの集積化が確認できた。さらに磁性粒子を合成しない条件(好気培養)により磁性細菌の形質転換体を培養し、細胞内を観察した結果、マグネタイトの形成はみられず、一方でナノサイズの小胞様物質が観察され、それらはGFP蛍光を保持していることが示された。そこで、Mms13-GFP融合遺伝子を動物細胞内で発現可能なベクターに組換え、CHO細胞に導入し、細胞内を観察した。その結果、コントロールであるGFPのみの発現においては、細胞全体に蛍光が観察されるのに対し、Mms13-GFP融合タンパク質を発現させた際には、培養の過程で複数の小胞様物質の形成が促進されていることが示された。本結果よりMms13を小胞様のナノ構造体を形成可能な構造タンパク質としての有効性が示され、GFPをターゲットタンパク質として小胞内への集積化に成功した。標的分子を集積したナノ小胞の利用を目指し、小胞形成能をもつ構造タンパク質の解析と形成された小胞の回収に関する研究を実施した。まず、前年度に小胞形成能が確認された構造タンパク質、Mms13に蛍光タンパク質を融合し、発現誘導システムを利用した小胞形成過程の可視化を行った。細胞内において、誘導物質(-)の状態から、誘導物質(+)の状態に変化させた過程を蛍光顕微鏡により観察した結果、極短時間の間に、ナノ小胞と思われる蛍光のドットが多数観察された。また、経時的な観察により、小胞形成は細胞内の一カ所から開始されている可能性が示唆された。次に、形成された小胞を回収するために、以下の2つの手法により目的小胞の回収を検討した。細胞を破砕した後、破砕液に対して小胞に結合する抗体を固定した磁性ビーズを導入し、磁気分離により目的の小胞回収を試みた。得られた磁性ビーズ上に存在するタンパク質群をSDS-PAGEにより確認したが、目的の融合タンパク質は確認できなかった。そこで、カベオラの精製で利用される密度勾配遠心の条件により、目的の小胞の精製・回収を試みた。細胞破砕液を密度勾配の上層部に積層し、遠心により分離を行った。各画分から得られたタンパク質層をSDS-PAGE、及びウェスタンブロットにより確認した。その結果、得られた密度勾配遠心画分の一部に融合タンパク質が確認され、小胞の精製が示唆された。本結果より、標的分子を融合したMms13タンパク質が、自発的に小胞を形成し、その小胞を細胞破砕液から精製することに成功した。
反発硬度試験を利用した皮膜の付着強度評価に関する研究

反発硬さに及ぼす皮膜の付着強度の影響を、付着強度の異なる2種類のニッケルめっき材を用いた実験・解析を通して検討した。使用した試験機は、市販の指示型(D型)ショア硬さ試験機である。ただし、ハンマの形状を変えることにより落下高さを減少させ、レーザドップラー振動計のレーザをハンマ上端部に当てることによりハンマの反発挙動を測定した。試験片には,電解研磨によって加工硬化層を取り除いたマルエージング鋼(HV≒700)の表面に,ニッケル(HV≒160)を厚さ20100μm電析させたものを用いた。なお,付着強度の影響を調べるために、電析面に前処理を行って付着強度を増加させた試験片と前処理を施さない試験片を作成した。さらに、昨年度開発した有限要素法による被膜材の反発硬度解析プログラムにおいて、皮膜・基材界面に強度の弱い中間層を挿入することにより、はく離現象のモデル化を行った。得られた結論をまとめると以下のようになる。1.はく離が生じると主に皮膜の塑性変形が増大し、それにハンマのエネルギが消費され反発硬さは低下する.2.皮膜厚さが増加すれば反発硬さに及ぼすはく離の影響は減少するが,皮膜が薄い場合の付着強度の影響の程度は、圧子と試験片表面間の摩擦の大きさによって大きく異なる可能性がある。すなわち、摩擦が小さい場合には、皮膜厚さが減少するにしたがいはく離の影響は増加するが、摩擦が大きい場合には、皮膜厚さがかなり小さくなると摩擦のために皮膜の変形が拘束され、付着強度の影響は減少する。すなわち、圧子と試験片表面間の摩擦が大きい場合には、付着強度の影響を最も強く受ける皮膜厚さが存在する。得られた成果を基礎にしてさらに研究を進めれば、反発硬度試験を利用した皮膜の付着強度評価法の確立が可能になると期待できる。反発型硬度試験を利用した皮膜の付着強度評価法確立のための第一段階として,反発硬さに及ぼす基材,めっき厚さ,ハンマの影響を,基材の異なる2種類のニッケルめっき材を用いた実験・解析を通して検討した。使用した試験機は、市販の指示型(D型)ショア硬さ試験である。ただし予備実験の結果、日本工業規格のハンマでは衝撃荷重が大きく,皮膜の特性が得られ難いことが明らかとなったため,ハンマの形状を与えることにより落下高さを減少させ,レーザドップラー振動計のレーザをハンマ上端部に当てることにより,ハンマの反発挙動を測定した。また,材質,圧子先端半径を変えた3種類のハンマについて比較を行った。試験片は,電解研磨によって加工硬化層を取り除いたマルエージング鋼(HV≒700)および7:3黄銅(HV≒60)と,それらを基材としてニッケル(HV≒160)を厚さ50300μm電析させたものである。さらに,有限要素法による反発硬度解析プログラムを開発し,その妥当性を検証するとともに,衝突荷重の変化や圧こん周辺の応力場を詳細に検討した。1.ハンマ質量,落下高さが同じであっても,圧子先端半径の大きいハンマの方が,衝撃荷重,反発係数は大きい。2.下地の影響を受けずにめっき自身の反発係数が得られる限界のめっき厚さが存在し,ハンマ質量,落下高さが同じであれば,圧子先端版権が大きいほどその値は増加する。3. 2の限界めっき厚さは,めっき金属内に生じる塑性域の深さと密接に関係する。
メコン川流域の叙事詩『ターオ・フン、ターオ・チュアン』の研究

メコン川を挟んだタイ、ラオス、ミャンマー、雲南、ベトナムにまたがる地域に伝承する神話的英雄譚である叙事詩「ターオ・フン、ターオ・チュアン」物語の総合的な研究と翻訳。民族間の対立を越えた統合を理想とした叙事詩である。これは、タイ族最初の国家であるスコータイの建国以前の11世紀にメコン川流域に勃興したタイ=ラオ族が、モン族、クメール族などの既存勢力に対抗しつつ、ラーンナータイ王国やラーンサーン王国を樹立するに至った激動の時代の作品で、文学的観点からも歴史学的観点からも極めて重要な作品である。本研究では、「ターオ・フン、ターオ・チュアン」を日本で初めて総合的に研究し、併せて作品の日本語訳を刊行する。
科学啓発活動への展開を目的とした中空コバルトブルー粒子の合成

【研究目的】「色の変化」は青少年の科学的関心を喚起する上で極めて効果的な題材である。顔料は粒子径と色調に密接な関係があることが知られているが、その変化を短時間の科学実験教室の中で示すことは難しい。そこで、本研究では、中実粒子を比較すると厚さが薄く、容易に粉砕して粒子径が変化すると考えられる中空粒子に着目した。身近な素材を用いて粉砕により色調が変化する中空コバルトブルー粒子を合成し、科学啓発活動へ展開することを目的とした。【研究方法】中空粒子は、テンプレート粒子の周りに目的物質を析出させた後、テンプレート粒子を除去することで合成できる。本研究では、テンプレート粒子として片栗粉を用い、塩化コバルト水溶液と塩化アルミニウム水溶液に水酸化ナトリウム水溶液を添加することでこれらの水酸化物を片栗粉粒子のまわりに析出させた。これを遠心分離して乾燥し、乳鉢内で粉砕した後、電気炉を用いて1200°Cで焼成した。【研究成果】焼成前の粒子のSEM/EDXによる元素分析結果より、片栗粉粒子の周りにコバルト及びアルミニウムの水酸化物が析出していることが分かった。焼成後に生成したコバルトブルーをSEM及びTEMを用いて観察したところ、中空粒子が破砕したような粒子が多く見られたが、一部、中空粒子が生成していた。また、原料溶液の濃度が薄くなると、生成粒子の一次粒子径が小さくなっていた。得られたコバルトブルーを乳鉢で粉砕したところ、色調が明るく変化した。粉砕前後のSEM像を比較すると粒子径が小さくなっており、粒子径と色調の関係を容易に理解できると考えられる。これに加え、片栗粉を用いたことで、青少年にとって身近な物質から興味深い特性を持つ材料が合成可能であることも示せると考えられ、科学啓発活動への展開の可能性が示唆された。
聴覚障害者に対する情報保障コストの削減に関する研究

本研究では,遠隔情報保障システムの機能とコストとの関係を分析している.筑波技術大学内に簡易的な遠隔情報保障スタジオを構築し,東北大学内に持ち運びが可能な情報保障受信ステーションを構築した.また,2点間の接続の確立と,遠隔手話通訳が十分に可能であることを確認した.本研究で構築したシステムは,従来のシステムよりも安価に構築する事ができ,作業コスト(人的コスト)も低く抑えることを可能とした.本研究では,遠隔情報保障システムの機能とコストとの関係を分析している.筑波技術大学内に簡易的な遠隔情報保障スタジオを構築し,東北大学内に持ち運びが可能な情報保障受信ステーションを構築した.また,2点間の接続の確立と,遠隔手話通訳が十分に可能であることを確認した.本研究で構築したシステムは,従来のシステムよりも安価に構築する事ができ,作業コスト(人的コスト)も低く抑えることを可能とした.本年度は遠隔情報保障スタジオの機能分析,起動作業の分析,縮小セットのスタジオ構築を行なった.はじめに,現在使用されているスタジオのユーザビリティ評価として,5名の被験者を対象としてスタジオ起動実験を行なった.その結果,起動後の状態を提示し,起動をさせたところ,7099%の作業遂行率となった.一方,作業遂行率が高くても,スタジオに必要な機能を起動出来ていない被験者も見られた.すなわち,作業内容によっては機能の実現に大きく寄与するものとそうでないものがあることがわかる.スタジオの起動に慣れていない情報保障者でも,適切なマニュアルを提示することによって独力でスタジオの機能を作動させることができ,適切な機器の設定を行うことでその作業時間を短縮する可能性があることがわかった.すなわち,映像,音声機器等について特別の知識を持たない者でもマニュアルに従ってスタジオの起動ができることがわかった.縮小セットのスタジオの構築については,複数の映像通信サービスを用いて映像送受信の実験を行ない,手話通訳,スライド,キーワードを合成した手話通訳映像の伝送が可能であることを確かめた.これまで,高価なビデオミキサーを用いて行なっていた画面合成をPC上の画面で合成するなど,安価・汎用の機器で同等の機能を実現することができたと考える.本研究では,遠隔情報保障システムの機能とコストとの関係を分析し,より簡便な遠隔情報保証システムの構築を目標としている.筑波技術大学内に簡易的な遠隔情報保障スタジオを構築し,東北大学内に持ち運びが可能な情報保障受信ステーションを構築した.また,2点間の接続の確立と,遠隔手話通訳が十分に可能であることを確認した.本研究で構築したシステムは,従来のシステムよりも安価に構築する事ができ,作業コスト(人的コスト)も低く抑えることを可能とした.簡易型遠隔情報保障スタジオでは,手話通訳に加え,講師の使用するPowerPoint等への手書きメモの支援,および専門用語等を手話表現の代替に利用出来るキーワードの提示を可能としており,従来の遠隔情報保障スタジオの備えている機能と同等の機能を低コストで実現できている.本年度構築した遠隔情報保障受信ステーションでは,従来型のディスプレイケーブルからの手話通訳映像の出力に加え,無線LANを利用したWindows PC,およびiPod touchへの情報保障配信を可能としている.情報保障提供機能のオールインワンパッケージ化,および情報保障の無線配信によって,配線等の作業コストを大幅に削減できたと考える.上記2種のシステムの構築は,一般的はPCをベースとしており,従来型のようにテレビ会議システムを用いていない.このことから,グローバルIPアドレスが不要となる他,専門的な映像・音声機器も必要とせず,これらを利用する専門的な知識も不要となる.すなわち,本システムは直接的にも間接的にも物的・人的コストを削減することに成功していると言える.
ボルデテラ属細菌のIII型分泌装置の活性化に関与するBcr4の機能解析

百日咳菌のIII型分泌装置は,病原因子であるエフェクターの細胞内移行に必要なチャネル複合体であり,宿主内に移行したエフェクターは本菌の気道上皮への長期定着に関与している。百日咳においてはワクチンが有効であるが,ワクチンに馴化した百日咳菌の出現が危惧されており,また,百日咳の痙咳期に抗菌薬を投与し百日咳菌を殺菌排除しても咳症状の改善には繋がらないことが明らかにされている。Bcr4を介したIII型分泌装置の分泌制御を解明することで,本菌の定着における環境応答の仕組みが明らかになると考えられる。これにより,百日咳に対する新たなワクチン・薬剤開発に繋がる基盤を確立することが本研究の狙いである。
仮想孔の概念を用いた胸腔鏡手術支援システムの開発

本研究では、胸腔鏡手術において手術器具を挿入する孔の位置が肋骨によって制限されている問題を解決するため、仮想孔の概念を用いた新しい手術支援システムの開発を行った。本システムを用いることで、外科医の意図した場所に仮想的に孔を設けて手術器具を挿入でき、肋骨等の解剖学的な問題に依らずに最適なポート配置で手術が行なえる。手術器具と内視鏡の配置関係は外科操作に大きく影響し、これまでは肋骨によって無理な配置で外科操作を行っているケースもあったが、本システムによって操作範囲の拡大や外科医の負担軽減が期待できる。また、設けた孔で癒着があった場合は新しい孔を設けることもあるが、本システムがあれば追加ポートを設ける必要がなく、整容性の向上につなげることができる。昨年度は技術的な課題のため、当初の予定より進捗が遅れ、研究期間を一年延長した。平成30年度の研究計画として、臨床医からのフィードバックをもとに改良を進め、開発したシステムを用いた有用性評価を目標として掲げていた。結果として、2種類のプロトタイプと専用の把持アームを開発し、呼吸器外科医にヒアリングを行って本システムの実現可能性について臨床的な視点から評価を行った。実際に手に取って操作していただき、セットアップから具体的な操作まで、手術現場での導入方法について確認し、また単孔式内視鏡手術への適用可能性についても示唆いただいた。本研究の成果は、国内外で報告し、大阪商工会議所での講演では企業と技術的な意見交換を行い、IEEEの国際学会のEMBC2018ではポスター形式で発表し、海外の研究者や臨床医からも高い評価を得ることができた。本研究では,肋骨によって設ける孔の位置が制限される胸腔鏡手術を対象に,仮想孔の概念を導入した新しい手術支援システムを開発し,胸腔鏡手術の操作領域の拡大,および医師の負担軽減を目標としている.本提案システムでは,一本の手術器具が胸壁を介してコの字型に湾曲し,体内外で連動することで仮想孔を実現し,新たな孔から手術器具を操作している操作感覚を医師に与えることが期待できる.平成27年度から平成28年度までの研究計画として,(1)胸壁面で対称的に屈曲する湾曲部の開発と(2)通常の手術器具と同じ5自由度を実現する体内・体外器具の開発を目標として掲げていた.本研究を開始するにあたり,将来的に提案システムを臨床現場に導入するためには,医師のニーズに合っているか確認することが第一優先だと判断し,手術現場の見学や国内外の調査をメインで行った.手術見学では,症例ごとの手術ステップや操作機器について観察し,どのタイミングで提案システムを利用できるか考えることができた.胸腔鏡手術では,手術中に肺を縮小させて胸腔内の空間を広く保つことができ,提案システムの許容サイズや操作範囲を見積もることができた.また,手術後の症状として肋間神経痛が挙げられるが,本提案システムを実現すれば,孔の位置を変更する際も,新たな実孔を設けることなく仮想孔で操作が可能となり,肋間神経痛の発生リスク低減に繋がることも分かった.また,国際学会1件(EMBC2015)、国内学会1件(日本コンピュータ外科学会大会)で発表し,様々な分野の方からフィードバックを得ることができた.日本コンピュータ外科学会大会では,学会誌の特急査読に推薦していただくなど,研究内容が注目されていることも分かった.当初予定していたプロトタイプ開発ではあまり進捗は無いが,手術見学や情報収集を集中的に取り組んだことで,提案システムのコンセプトについて整理することができた.医療機器を実用化する際に重要となる臨床現場の把握を行ったことで,今後より効率的にプロトタイプ開発を進めていくことが期待できる.本研究では、挿入孔の数を仮想的に増やすことができる仮想孔の概念を用いて、胸腔鏡手術を対象とした新しい手術支援システムの開発を目的としている。本システムにより、これまで肋骨によって制限されていた孔の位置が医師の意図通りに設けることができ、操作範囲の拡大や医師の負担軽減、整容性の向上が期待できる。平成28年度の研究計画として、平成27年度に引き続き(1)胸壁面で対称的に屈曲する湾曲部の開発と(2)通常の手術器具と同じ5自由度を実現する体内・体外器具の開発を目標として掲げていた。平成28年度では、提案システムのデザイン設計を行うに当たり、継続して臨床現場で胸腔鏡手術を見学し、手術中の医師の立ち位置や動作、器具の利用頻度などについて観察し、実際に現場で求められているシステムについて考えることができた。これまでの研究ではマスタ・スレーブ方式のシステムを開発し、スレーブでモータを用いていたが、生体内での利用は感電の可能性があり、また制御プログラムのバグ等による予期しない動作など不安要素があるため、本提案システムではシンプルで利用が容易なデバイスを目指し、プロトタイプ作成を進めている。他施設での胸腔鏡手術に関する情報を集めるため第29回日本小切開・鏡視外科学会にも参加し、最新の胸腔鏡手術の現状や今後適用の可能性がある他の内視鏡手術についても調査を行った。また、本提案システムの核となる仮想孔の概念については、概念の内容や単孔式内視鏡手術を対象としたマスタ・スレーブロボットシステムへの適用例とその効果についてまとめ、Surgical Robotics(出版社InTech)のBook chapterに投稿しアクセプトされた。レビュアーからの評価コメントも高く、本概念の注目度についても再確認することができた。プロトタイプ開発では、昨年に引き続き臨床現場見学や研究調査を行ったことで、実際に現場で求められているシステムについて仕様を決めることができた。

また本提案システムの核となる仮想孔の概念についてまとめ、Book chapterとしてアクセプトされ掲載予定である。今後、仮想孔の概念を活かしたプロトタイプを早急に作成し、システム評価に向けて開発・改良を進めていく。本研究では、肋骨によって挿入孔の位置が制限されている胸腔鏡手術に対して、仮想孔の概念を用いた新しい手術支援システムの開発を行っている。本システムを用いることにより、肋骨の位置に関係なく医師の意図した場所に仮想的な孔を設けることができ、操作範囲の拡大や医師の負担軽減、整容性の向上が期待できる。平成29年度の研究計画として、当初は平成27年度、28年度に開発したプロトタイプの基礎的評価とブタを用いた動物実験による評価を目標として掲げていた。平成29年度は前年度に引き続きプロトタイプ作成を行っており、これまでは胸壁内外を通す湾曲部をコの字型のデザインで進めていたが、体外と体内とで逆方向に屈曲させるなど技術的な課題が多いため、形状を半円型へ変更した。半円型のデザインにすることで湾曲部の自由度を減らすことができ、操作性を簡易化、かつ細径化が期待できる。作成した簡易版プロトタイプを呼吸器外科の臨床医に評価していただき、最適なサイズや強度、操作方法についてご助言いただいた。これまではアイデアのみを共有して意見を聞いていたが、実際にモノを手に取りながらディスカッションを行うことで、より効率的に意見交換を行うことができた。また、第70回日本胸部外科学会定期学術集会や第30回日本内視鏡外科学会総会に参加し、胸腔鏡手術における最新の術式や課題を継続して調査した。本システムは腹腔鏡手術での利用も考えられ、他科展開も見据えて開発を進めている。また、Surgical Robotics(INTECH社)で本システムのポイントとなる仮想孔の原理や活用例をまとめ、2018年1月に出版されるなど、研究活動の外部発信も積極的に行った。プロトタイプ作成では、技術的な課題のため当初の予定よりも進捗が遅れてしまったが、実際のプロトタイプを手に取りながら呼吸器外科の臨床医から意見を聞くことができ、システムデザインの最適化を進めることができた。今後、医師からの意見を参考に改良を進め、システム評価を進めていく。本研究では、胸腔鏡手術において手術器具を挿入する孔の位置が肋骨によって制限されている問題を解決するため、仮想孔の概念を用いた新しい手術支援システムの開発を行った。本システムを用いることで、外科医の意図した場所に仮想的に孔を設けて手術器具を挿入でき、肋骨等の解剖学的な問題に依らずに最適なポート配置で手術が行なえる。手術器具と内視鏡の配置関係は外科操作に大きく影響し、これまでは肋骨によって無理な配置で外科操作を行っているケースもあったが、本システムによって操作範囲の拡大や外科医の負担軽減が期待できる。また、設けた孔で癒着があった場合は新しい孔を設けることもあるが、本システムがあれば追加ポートを設ける必要がなく、整容性の向上につなげることができる。昨年度は技術的な課題のため、当初の予定より進捗が遅れ、研究期間を一年延長した。平成30年度の研究計画として、臨床医からのフィードバックをもとに改良を進め、開発したシステムを用いた有用性評価を目標として掲げていた。
Bi系酸化物超伝導体の高Jc化に関する基礎研究

Bi系銅酸化物超伝導体の高Tc相(2223相)に焦点を絞り、磁束のピン止め機構の解明、およびこれと相補的な高温・高磁界に於ける磁束の挙動と不可逆曲線の機構解明について研究を行った。試料作製は通常の固相反応法を用いた。焼結体をさらに一軸性のホットプレスにかけ、密度が6.5程度と高く、配向したきわめて良質の試料を得ている。バルク試料のtransport Jcは77K零磁場で約10000A/cm^2程度ときわめて大きい。磁束のピン止めエネルギ-の評価は残留磁化の時間滅衰を計測し、行った。ピン止めエネルギ-の分布をを実験的に求めることに成功した。2次元性の強いBi系超伝導体の磁場の印加方向に依存する磁束ピン止め機構の異方性、元素置換によるピン止めエネルギ-の分布の変化について細かい情報を得ることに成功した。これらの結果は他の測定結果をうまく説明できるものである。また、酸素欠損がピン止めに効かないことを実証した。不可逆曲線の測定を行い、不可逆温度、不可逆磁場、J=Oの不可逆曲線を求めた。これらの結果はすべて酸化物超伝導体で成り立つとされている従来の関係式、H_r=a[1-t]^n(n=1.5),(t=T_r/Tc、a:定数)ではなく、より広い温度で成り立つ一般的な関係式、H_rt=a[1-t]^n、n【similar or equal】22.5が成り立つことを示すことが出来た。元素置換による不可逆曲線の変化も実験的に捉えることが出来た。超伝導磁化の可逆変化の部分の解析から、異方的磁場侵入長を決定した。また、臨界温度以上の領域の超伝導磁化の揺動現象を測定し臨界指数を求めることが出来た。これらの成果の殆どはBi系2223相の結果としては最初のものである。
逆転写酵素阻害を基本戦略とする抗HIV剤の開発研究

現在臨床的に使用されている抗HIV薬はヌクレオシド誘導体のアジドチミジンのみである。しかしこのものは骨髄抑制を伴う重篤な貧血などの副作用を有しARC患者に対する長期投与を行うには問題の多い薬物である。この問題点を克報すべく選択毒性の高い抗HIV活性をもつヌクレオシド誘導体を合成するがこの研究の目的である。現在まで数多くのヌクレオシド誘導体が合成されその効力が検定されているが活性のある誘導体は極めて少ない。これらが活性を示すには、5'位水酸基が宿主のリン酸化酵素によりリン酸化を受け、実に5'ートリリン酸体に代謝されHIVのもつ逆転写酵素を阻害する必要がある。実際には、最初のモノリン酸化酵素の基質特異性が最もきついて考えられている。この酵素が基質認識を行う場合、塩基部と5'位水酸基の距離が重要と考え、糖部の立第配座によりこの調整を行おうと考えた。今回は、ウリジン、5ーメチルウリジンから出発し、種々の2',3'ージデオキシー2'ーCー置換ピリミジンヌクレオシドの合成を行った。今回合成した一連の化合物につして抗HIV活性を測定した(福島県立医大・伊藤助教授との共同研究)がいずれの化合物も活性を示さなかった。Xー線結晶解析およびNMRによる立体配座解析の結果これらはいずれも3'ーendo型をとりアジドチミジンとはその立体配座が異なることが明らかになった。
心腎連関におけるレニン－アンジオテンシン系の役割の解明

生活習慣病の広がりに伴い、糖尿病や高血圧に関連した腎機能障害患者数が著しく増えている。腎不全をもった心疾患患者はより重度の心不全を引き起こすことや治療効果の低下が問題点である。この現象は「心腎連関」とやばれており、この病態を明らかにすることは医学的に解決すべき重要な点である。「心腎連関」の病態解明と治療法の開発が進まないのは、適切な疾患解析モデルがこれまでに開発されていないためと考えられる。腎不全の存在により心筋梗塞後の進展が助長されることを確認でき、その病態機序の一つとしてレニンの上昇とそれによる酸化ストレスの産生によりこの現象が引き起こされていることを証明した。この研究は論文として学術誌への掲載が決定した。これにより心腎連関の新しいモデルとしての可能性や新たな病態機構の解明に繋がる研究だと考えている。またこの実験モデルの良い点は、糖尿病モデル等による糖代謝異常を起こすことがなく腎不全を誘導できることが可能なため、腎機能の低下が直接的に心機能の低下を誘導する証拠となることが示唆される。更なる心臓と腎臓をつなぐ因子として自然免疫についても検討している。腎臓の傷害によって産生されるHMGB-1やATP、AGEはそれぞれTLRやP2×7、RAGEに結合する。これにより自然免疫が助長されその後の炎症を誘導することが知られている。これらのノックアウトマウスを用いてこの病態に対する影響を確認することにより、更なる心腎連関の機構の解明と新たに治療法の確立に役立つと考えている。実験計画に元付き順調に実験結果が得られ、また学術誌への掲載も行うことが出来た。これらの業績により学位の取得することが出来たため順調に進展していると考えられる。今後は新たな因手と心腎連関の機構の関わりについて調べていく、このモデルにおいてRAGEの上昇が見られた。これにより自然免疫系による最初の炎症がこれらとの関わりを持っているのではないかという推測が得られた。またこの病態に置いて局所での変化を今後確認することが必要となる。そのためにはイメージングや分子生物学的な新たな実験方法の習得が必要となる。2010年度はマイクロサージェリーの手法を用いてマウス腎不全合併心筋梗塞モデルを開発することを目指し、マウスを麻酔後、左腎の腎動脈の上端と下端を結紮。1週間経過観察を行った後もう右腎を完全に摘出させ腎臓亜全摘モデルを作成した。腎不全モデル作製後4週間に心臓の冠動脈前下降枝の血流を遮断することにより心筋梗塞モデルを作成した。これらの手術を組み合わせることにより心腎連関モデルを作製に成功した。このモデルの血圧、心拍数、心エコーにて生理学的指標を計測し、RT-PCRやコラーゲン定量により心不全の程度を非腎不全動物と比較検討した。その結果腎不全を合併させることにより心機能の悪化や心不全の程度の重傷化を確認することが出来た。腎臓の切片を免疫染色にてレニンの発現を確認し、血漿におけるレニン活性の亢進を確認することができた。これらの成果は腎機能低下が直接的に心不全を悪化させることを確認でき、またそのメカニズムとしてレニンおよびレニン・アンギオテンシンが重要な役割を持っている可能性を示唆した。またこれらの成果により心腎連関モデルが確立したと考えることができる。これらの点は心腎連関の機構の解明に重要な結果である。

またこれらの成果により心腎連関モデルが確立したと考えることができる。これらの点は心腎連関の機構の解明に重要な結果である。生活習慣病の広がりに伴い、糖尿病や高血圧に関連した腎機能障害患者数が著しく増えている。腎不全をもった心疾患患者はより重度の心不全を引き起こすことや治療効果の低下が問題点である。この現象は「心腎連関」とやばれており、この病態を明らかにすることは医学的に解決すべき重要な点である。「心腎連関」の病態解明と治療法の開発が進まないのは、適切な疾患解析モデルがこれまでに開発されていないためと考えられる。腎不全の存在により心筋梗塞後の進展が助長されることを確認でき、その病態機序の一つとしてレニンの上昇とそれによる酸化ストレスの産生によりこの現象が引き起こされていることを証明した。この研究は論文として学術誌への掲載が決定した。これにより心腎連関の新しいモデルとしての可能性や新たな病態機構の解明に繋がる研究だと考えている。またこの実験モデルの良い点は、糖尿病モデル等による糖代謝異常を起こすことがなく腎不全を誘導できることが可能なため、腎機能の低下が直接的に心機能の低下を誘導する証拠となることが示唆される。更なる心臓と腎臓をつなぐ因子として自然免疫についても検討している。腎臓の傷害によって産生されるHMGB-1やATP、AGEはそれぞれTLRやP2×7、RAGEに結合する。これにより自然免疫が助長されその後の炎症を誘導することが知られている。これらのノックアウトマウスを用いてこの病態に対する影響を確認することにより、更なる心腎連関の機構の解明と新たに治療法の確立に役立つと考えている。一通りの実験が終了し論文を作製し終わり、現在学術誌へ投稿中であり、一度目の改変、追加実験を終え再度投稿した。査読者のコメントが厳しいが順調に進んでいるため。実験計画に元付き順調に実験結果が得られ、また学術誌への掲載も行うことが出来た。これらの業績により学位の取得することが出来たため順調に進展していると考えられる。心腎連関とRASとの関わりは現在投稿中の論文により証明されるので、今後は新たな因子と心腎連関の機構の関わりについて調べていく、今のところRAGEという物質がこれらとの関わりを持っているのではないかという実験結果が得られたが、更なる証明にはまだ多くの実験の計画が必要となる。今後は新たな因手と心腎連関の機構の関わりについて調べていく、このモデルにおいてRAGEの上昇が見られた。これにより自然免疫系による最初の炎症がこれらとの関わりを持っているのではないかという推測が得られた。またこの病態に置いて局所での変化を今後確認することが必要となる。そのためにはイメージングや分子生物学的な新たな実験方法の習得が必要となる。
巨大正方晶歪みを有するビスマス強誘電体の電圧印加による４つの極状態の実現

ビスマス強誘電体単結晶膜について、電圧印加によって上下の分極状態それぞれについての大小2つの歪み状態を実現することを試みた。その結果、[(2/3)[Bi((Zn1-xMgx)1/2Ti1/2)O3]-(1/3)[BiFeO3]組成のエピタキシャル膜では、組成を変えることによって、歪の異なる2種類の正方晶の強誘電体を作製できることを明らかにした。しかしその正方晶性は温度によっては大きく変化しなかった。さらに絶縁性改善を目指して、Bi((ZnxMg1-x)1/2Ti1/2)O3の薄膜の作製を行い、20%以上の大きな歪をもつ単相膜の作製はできなかったものの、約7%の歪を有する膜の作製には成功した。ペロブスカイト構造(ABO3)を有する正方晶強誘電体のうち、歪み量が7%を超える物質では大きな歪みのため5面体のピラミット構造となるが、電圧印加によって実験的に分極反転が確認されたものは、約7%のPbTiO3に限定されていた。本研究は上記成果を基に、22%の大きな歪みを有する正方晶のビスマス強誘電体の分極軸単一配向単結晶膜を作製し、電圧の印加によって一つの物質で4値の分極状態を示す存在を明らかにすることを目的としている。本年度は、(1-x)Bi(Mg1/2Ti1/2)O3-x Bi(Zn1/2Ti1/2)O3について、さらなる研究を行った。MOCVD法を用いて、従来からの(100)cSrRuO3//(100)SrTiO3を基板(100)配向のエピタキシャル膜の作製に加えて、(111)cSrRuO3//(111)SrTiO3を基板に(111)配向した膜の作製を行った。その結果、x=0 - 0.93の広い組成範囲でぺロブスカイト相単相から成る膜の作製に成功した。しかし正方晶単相の膜の領域は狭く、x=0.65で正方晶性(c/a比)が約7%以下の正方晶単相膜存在が確認された。また、x=0.93では、この相に加えて、より大きな15%以上の正方晶相の共存が確認されたものの、大きな正方晶相の単相から成る膜の作製の成功には至らなかった。また正方晶のみの膜では印可できる範囲の電界範囲では大きな強誘電性を見出すことができなかった。大きな正方晶性を有し、かつ高い電界が印可できる膜の作製が可能な別の組成の探索が不可欠であることが明らかになった。ペロブスカイト構造(ABO3)を有する正方晶強誘電体のうち、歪み量が7%を超える物質では大きな歪みのため5面体のピラミット構造となるが、電圧印加によって実験的に分極反転が確認されたのは、約7%のPbTiO3に限定されていた。申請者は、正方晶のBi(Zn1/2Ti1/2)O3-BiFeO3の薄膜作製を行い、22%の大きな歪みを有する分極軸単一配向単結晶膜の作製に世界で初めて成功した。また、電圧印加によって分極反転が起きることを、世界で初めて見出している。さらにZnサイトをMgで置換すると、約20%と約7%の歪みを有する結晶相が共存し、これら2つの歪み状態の安定性が近い可能性を見出した。本研究は上記成果を基に、22%の大きな歪みを有する正方晶のビスマス強誘電体の分極軸単一配向単結晶膜を作製し、電圧の印加によって一つの物質で4値の分極状態の可能性を明らかにすることを目的としている。本年度は、絶縁性の劣化を招くBiFeO3を排除して大きな歪の膜の作製を試み、Bi(Zn1/2Ti1/2)O2-Bi(Mg1/2Ti1/2)O3膜を作製した。その結果、粉末での組成範囲に比べてより広い組成範囲で、大きな歪みを有する膜の作製に成功した。現在得られた膜について、強誘電性の測定を行っている。最大の懸案であった、高い耐圧が期待できる組成で大きな歪を有する強誘電体が得られた。次年度にこの成果をもとに研究を加速させたい。2年目は、作製のみならず、4値の観察にも力を入れて研究を行う予定である。膜の組成を検討することで4つの分極状態の安定化を試みると共に、室温下において電圧印加のみにより4つの分極状態の出現の可能性を探る予定である。I)薄膜作製:初年度の結果を受けて更なる高品質化を行う。

また、新たな元素での置換や新規組成も検討するII)特性評価:初年度での評価を踏まえて更なる測定を行うとともに、印加するパルスの幅を変化させて分極状態変化の時間依存性の測定を様々な温度で行う。また、電圧印加時のin-situ測定も合わせて行うことで、分極反転の時間依存性(反転ダイナミックス)の測定も試みる。具体的には下記の方法を検討する。A) SPring-8での電界印加とX線回折を同期させた電界下のX線回折B)電圧印加下の圧電応答顕微鏡像C)電圧印加下のラマン分光分析D)電圧印加下でのTEM観察本年度は、解析方法の確立に時間がかかったため、試料作成に使用できる時間が相対的に少なく、当初予定していた物品費をすべて使用しなかった。本年度は、解析方法が確立する目処が立ったため、製膜と評価を積極的に行っていく予定である。予算は、膜の作製および評価のための消耗品を購入する予定である。また、得られた成果の発表のために旅費を使用する予定である。さらにTEM観察等の外部依頼分析のために予算を使用する予定である。