hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ソフト相互作用と多重相互作用

本研究班の今年度の科学研究費による主な研究成果を以下に示す。1)幾つかの高分子遷移金属錯体の多段錯形成反応ならびに電子移動反応の動力学定数を決定し、高分大錯体のミクロドメインにおける特有な多重相互作用がこれらの反応速度に及ぼす効果を明らかにした。2)固相高分子に担持した銅ーアルミニウム錯体と一酸化炭素などの気体分子の相互作路を種々の分光学的方法を用いて定量的に観測し、分子識別機能の発現と多重相互作用の関係について解明した。3)アルドキシム型配位子などを担持した固相高分子配位子の物理的構造ならびに固相内部の親水性と疎水性構造のバランスがウラニルイオンなどとの錯形成に及ぼす効果について検討することによって、これら因子と多重相互作用の相関を具体的に解明し、多重相互作用と分子識別に対する基礎的な知見を得た。4)ポルフィリン錯体を高分子固相マトリックスに固定し、酸素、窒素などの気体分子の動的輸送過程を物理化学的に明らかにし、気体透過機構を明らかにすると共に、気体透過過程における高分子錯体の特異性を明かにした。5)種々の高分子ポルフィリン錯体を合成し、磁性発現における高分子イオンやポルフィリン環の役割について検討し、高分子錯体における磁気的性質と高分子錯体構造の関連を解明するための基礎的知見が得られた。これらの研究成果は、これまで殆ど知られていなかった高分子錯体におけるソフト相互作用と多重相互作用が、それらの反応性や分子識別に及ぼす影響を具体的、かつ定量的に明らかにし、機能発現につながる高次相互作用の概念を可なりの程度定量的解明に貢献することを可能ならしめた。
分子表面の精密デザインに基づく人工系における自己組織化制御

分子自己集合における二つの未解決問題に取り組んだ。一つ目は「分子ほぞ」という弱い分子間相互作用と疎水効果のみを使い一義自己集合体を形成するデザイン原理の確立で、二つ目は分子自己集合過程を調べる新手法(QASAP)の開発とそれによる分子自己集合過程の解明である。分子ほぞとして歯車状両親媒性分子をデザインし、これらを合成するための新規合成法の開発を経て、水中で130 °Cでも安定な箱型自己集合体「ナノキューブ」を開発した。一方、QASAPを用いて14種類の自己集合性錯体の形成機構を解明し、自己集合過程に見られる様々な特徴を見出し、さらにキラルセルフソーティングの機構も世界で初めて解明した。本年度は,ナノキューブの構成要素となる歯車状両親媒性分子の新規合成法の開発を実施した.勘弁,安価に合成可能なヘキサブロモ置換されたC6対称性のヘキサフェニルベンゼン誘導体をトリリチオ化することで,交互置換されたC3対称性のヘキサフェニルベンゼン誘導体が熱力学的安定種として生成することを見い出した.さらに,ペンタブロモ化されたヘキサフェニルベンゼン誘導体に対して同様のトリリチオ化を行うと,C2v対称性のヘキサフェニルベンゼン誘導体を合成できることも明らかとなった.分子の噛み合いを半定量的に解析する手法を開発した.van der Waals力は距離の6乗に反比例する引力が働くため、近接する接触面が多いほど,分子の噛み合いが高く,集合体は安定すると考えられる.コンピューター上で表面解析を行う手法であるConnollyの手法を利用し,プローブ球の大きさを変化させ,それぞれで得られる分子表面の差から接触面積の面間距離分布を求める新手法(Surface Analysis with Varying Prove Radius : SAVPR)を開発した.これを2種類の歯車状両親媒性分子に適用したところ,メチル置換されたナノキューブは水素置換されたナノキューブに比べ,面間距離以下の接触面積が多いことが明らかとなり,安定性の高いナノキューブは構成要素となる歯車状分子がより密に噛み合っていることが明らかとなった.本年度は,前年度までに開発した手法を利用して,ヘキサフェニルベンゼン骨格上に3種類の置換基を位置選択的に導入し,新規歯車状分子の合成を達成した.6つの歯車状両親媒性分子が集合化して形成されるナノキューブには近接する3つの歯車状分子から提供される芳香環が三重スタックし,構造の安定化に寄与する.そこで,この寄与を明らかにするために,芳香環の代わりにメトキシ基を導入した歯車状両親媒性も合成し,安定性の比較を行った.その結果,ベンゼン環を導入した歯車状分子(1)から成るナノキューブは,100°Cでも崩壊することなく,安定に存在することが明らかとなった.ナノキューブの形成の駆動力が疎水効果とvan der Waals力に由来することを考えると,驚異的な安定性である.一方,メトキシを導入した歯車状分子(2)からなるナノキューブは60°C近くで崩壊が起こり,1からなるナノキューブに比べ安定性が低下し,単結晶構造解析から期待されていた,芳香環の三重スタッキングがナノキューブを安定化していることが確認された.また,両ナノキューブに対して,等温滴定カロリメトリー(ITC)を行い,ナノキューブの形成における,熱力学的パラメーターを求めた.その結果,高い安定性を示す1由来のナノキューブでは,希釈ITC測定により会合定数を求めることができないほど,強い安定化が働いていることが明らかとなった.一方,2由来のナノキューブに関しては,会合定数は10の22乗オーダーで,エンタルピー変化は-79.2 kJ/mol,エントロピー変化は158 J/mol/Kとエンタルピー的にもエントロピー的に有利であることが明らかとなった.疎水環境下で分子間にvan der Waals力が働き会合していることを考えると合理的な結果であるが,類似の歯車状分子について熱力学的パラメーターを求め,系統的な結論を出す必要がある.本年度は,これまで合成が困難であったC2v対称性の歯車状分子を用いて新規ナノキューブの合成に成功した.また,これまで含水メタノール系のみでしか成功していなかった等温滴定カロリメトリー測定にも成功し,水中で歯車状分子が集合化するときの熱力学的パラメーターを求めることができた.これにより,生体分子が機能する水中で,複雑疎水平面間に働くvan der Waals力の働きや強さを評価するモデル系ができ,疎水効果におけるvan der Waals力の寄与の大きさを定量評価することへの道筋ができつつある.本年度は,歯車状両親媒性分子に導入された3つのメチル基がナノキューブの安定性に及ぼす効果を調べた.始めに,一昨年度に開発したC2v対称性を有するヘキサフェニルベンゼン誘導体の合成手法を用いて,ヘキサフェニルベンゼンにベンゼン環,2つの3-ピリジル基,3つの重水素を導入した歯車状両親媒性分子(1)を合成に成功した.水中で会合挙動を調べたところ,1H NMR測定からナノキューブが定量的に生成することが明らかとなった.続いて,熱安定性を調べたところ,60°C付近から崩壊が起こることが明らかとなり,昨年度に合成した,(1)の三つの重水素をメチル基に置換した歯車状両親媒性分子(2)に比べ安定性が劣ることが明らかとなった.これは,3つのメチリ基を重水素に置換したことで,近接する歯車状分子間のかみ合いが悪くなりvan der Waals力が低下したことに由来すると考えられる.続いて,1から形成されるナノキューブについて,等温滴定カロリメトリー(ITC)測定を行い,熱力学的パラメーターを求めた.

その結果,会合定数は10の24乗オーダーで,エンタルピー変化は-181 kJ/mol,エントロピー変化は-142 J/mol/Kとエンタルピー的に有利だが,エントロピー的に不利であることが明らかとなった.これは,昨年度に調べたベンゼン環をメトキシ基に置換した歯車状分子(3)から形成されるナノキューブと対照的である.これは,1は3に比べ,より分子間で噛み合うことでナノキューブを形成するため,大きな自由度の損失があるためだと考えられる.このように,1と3を比較すると293 Kにおいて,88 kJ/mol程(1)の方がエントロピー的に不利だが,それを上回るエンタルピーの利得がメチル基周り及び芳香環の三重スタッキングから得られており,分子の噛み合いがナノキューブの形成の駆動力であることが明らかとなった.本年度は,ナノキューブ内の分子間の噛み合いが高い安定性の起源であることを明らかにすることができた.これまで,疎水効果は疎水表面を溶媒和する水分子がバルクへ放出されるときに,獲得するエントロピーの寄与が大きいと考えられていた.一方で,極めて密に接触する疎水表面間では,強いvan der Waals力が働き,これはエンタルピー的に会合体を安定化するはずである.今回の研究成果により,それほど密に噛み合っていない表面間では,エントロピー及びエンタルピーともに有利で,密に噛み合った疎水表面では,自由度を失いことによるエントロピー的な不利があるが,それを上回るエンタルピーの寄与があることが初めて明らかとなった.この知見は,密に接する疎水表面をデザインすれば,van der Waals力のみで極めて安定な構造体を形成できることを意味し,今後の物資開発の大きな指針を与える.本研究の目的は,方向性に乏しく結合力も弱い分子間相互作用(主にvan der Waals (vdW)相互作用や疎水効果)を利用して、水中で一義的かつ安定性の高い自己集合体を合理的に設計・合成し、生体系に見られる水中における構造体形成における、これらの弱い分子間相互作用の寄与を明らかにし、さらに、設計指針を確立することで、生体システムに習って、極めて弱い分子間相互作用を駆使して安定かつ秩序だったナノ物質を合成する新規手法を開発することである.水中における自己組織化における最も重要な要因は疎水効果で,これに対する分子論的な理解は複雑で現在も議論の最中にある.
酸化亜鉛薄膜およびナノロッドの電気伝導機構に関する研究

酸化亜鉛薄膜を用いた薄膜トランジスタ(TFT)における電気伝導機構に関する研究を行った。酸化亜鉛を用いたTFTは、その透明性を活かして、ディスプレイや撮像デバイスの駆動回路として期待されているが、バンドギャップ以下のエネルギーの光に応答してしまう、電極からの注入機構が不明、キャリアトラップによる特性不安定が大きい、といった問題点があり、応用上の点で解決が求められている。本研究では、液晶ディスプレイ駆動が可能な実績を持つTFTを用いて、特定部への光照射やイオン注入等の手法でTFTの内部ポテンシャルを変化させながら特性を評価するという手法により、上記問題点の解決に向けた検討を行った。得られた結果の概略を以下に示す。(1)ZnO TFTが禁制帯幅より長波長の光照射に対しても感度を持つ理由について調べ、裾準位を介して生成したキャリアの影響でソース領域のポテンシャルが変化することが主因であることを実験、シミュレーションの両面から明確にした。またデュアルゲート構造を用いソース領域のポテンシャルを制御することで光感度の低減が可能で、透明デバイスとして応用範囲の広いデバイスが得られることを実証した。(2)ZnO TFTの暗時における特性について、ソース・ドレイン電極がショットキー接合をなすモデルで記述可能であることを、実験、シミュレーションの両面から明確にした。(3)Zn過剰および0過剰のZnO薄膜に対して欠陥準位を測定してその起源を明らかにした。TFT動作におけるストレス印加時の特性変動を調べ、欠陥が特性変動に及ぼす効果を明確にして、特性変動の少ないTFT作製の知見を得てそれを実証した。酸化亜鉛(ZnO)半導体の伝導機構を明らかにして高機能・高性能のデバイスへ展開することを目的に研究を行った。本年度の研究実績を下記にまとめる。1.ミスト法を用いることでCVD法として最高性能を持つZnO薄膜が得られることがわかったが、ホール測定によりその伝導機構を調べ、さらに高性能を得るための検討を行った。その結果、原料中の不純物が形成するイオン化不純物散乱が大きいことが明らかになった。またZnMgO混晶化によって移動度が急激に減少し、これは表面モフォロジの問題が大きいことが示唆された。この結果、原料の高純度化と表面の平坦化条件での成膜によってさらに高品質の電気特性が得られる見通しを得た。2.ZnOを用いた薄膜トランジスタ(TFT)はフラットパネルディスオプレイの駆動デバイスとして有用であるが、多結晶であることによるギャップ内準位の影響でバンドギャップエネルギーより小さいエネルギーの光に感度をもち、その要因の解明と低減が不可欠である。そこで高知工科大学との連携によって同所でTFTを試作し光照射時の特性を測定した。その結果、バンドギャップエネルギー以下の370-450nmの光照射によって閾値電圧のシフトとオフ電流の増加という2つの現象が生じ、それぞれ別の要因によると考えられる結果が得られた。3.上記の原因を探索する方法として、TFTの特定の部分に光照射をするという方法を考案し、そのためのマスク作成と実験の準備を行った。ソース領域への光照射によって生じる現象が問題であることを示唆する結果が得られ、次年度以降詳細な検討を行って行く。ZnOの大きい応用分野として薄膜トランジスタ(TFT)があり、フラットパネルディスプレイやイメージセンサの駆動デバイスとして注目されている。しかし多結晶であることによるギャップ内準位の影響でバンドギャップエネルギーより小さいエネルギーの光に感度をもち、その要因の解明と低減が不可欠である。そこで高知工科大学との連携によって同所でTFTを試作し、光照射時の特性を測定してその要因解明と解決を図るための実験研究を行った。年度の研究実績を下記にまとめる。1.ZnO TFTの光感度を調べ、バンドギャップエネルギー以下の370-450nmの光照射によって閾値電圧のシフトとオフ電流の増加という2つの現象が生じることがわかった。この原因を探索するため、ハードマスクを通じてTFTの特定の部分に光を照射するという実験方法を考案し、その結果ソース-チャネル間での光励起キャリア生成と、生成したキャリアがポテンシャルバリアに蓄積してバリアを低下させるという要因を見出した。2.光が照射された場合に対応するポテンシャルバリアをデバイス内に作り込むため、TFTの特定の部分にイオン注入を行い、TFTの特性を調べた。その結果、推察を支持する結果が得られた。3.光照射に影響を受けないTFT構造として、ヂュアルゲート型デバイスを考案し、試作した。ゲートに印加する電圧を調整することで、光照射のもとでもその影響を打ち消すことができる見通しを得た。このような新構造TFTに関して次年度以降詳細な検討を行って行く。4.ZnOの応用分野として紫外検出器があげられるが、光応答速度を妨げるトラップの影響とその低減について実験的に検討を行った。

(1)ZnO TFTが禁制帯幅より長波長の光照射に対しても感度を持つ理由について調べ、裾準位を介して生成したキャリアの影響でソース領域のポテンシャルが変化することが主因であることを実験、シミュレーションの両面から明確にした。またデュアルゲート構造を用いソース領域のポテンシャルを制御することで光感度の低減が可能で、透明デバイスとして応用範囲の広いデバイスが得られることを実証した。(2)ZnO TFTの暗時における特性について、ソース・ドレイン電極がショットキー接合をなすモデルで記述可能であることを、実験、シミュレーションの両面から明確にした。(3)Zn過剰および0過剰のZnO薄膜に対して欠陥準位を測定してその起源を明らかにした。TFT動作におけるストレス印加時の特性変動を調べ、欠陥が特性変動に及ぼす効果を明確にして、特性変動の少ないTFT作製の知見を得てそれを実証した。
超低出生体重児の消化管成熟に向けた治療戦略:肺サーファクタントを用いた動物実験

肺サーファクタント製剤(サーファクテン[○!R];田辺三菱製薬株式会社)とヒト胎脂を用いて作成したサーファクテン・ミセル溶液が、どのような機序でウサギ胎仔の小腸絨毛を成熟させるのかを検討するために、二重蛍光標識モデルを作成した。調整過程の各段階で電子顕微鏡観察(ネガティブ染色)を行い、粒子径と粒子形態を観察した。粒子径は100-250nmとなり、サーファクテン・ミセル溶液の蛍光標識モデルとして利用可能と思われた。今後、ここで作成した二重蛍光標識モデルを、ウサギ羊水腔内に持続投与する実験を行う予定である。肺サーファクタント製剤(サーファクテン^<【○!R】>;三菱ウェルファーマ)と胎脂を用いて作成したサーファクテン・ミセル溶液を、妊娠23日目のウサギ羊水腔内に持続投与し、7日後に、胎仔の小腸絨毛に生ずる変化を観察した。また、対側子宮の羊水腔内には生食水を投与し、コントロールとした。i)形態学的検討:小腸の絨毛形態を、HE染色と電子顕微鏡で観察した。サーファクテン・ミセル投与群では明らかに絨毛構造が成熟し、上部・下部小腸の絨毛長は、それぞれ対照の141倍、140倍に有意に成長した。ii)機能評価実験:次いで小腸機能の変化を、長鎖脂肪酸吸収能で評価した。小腸上皮を反転して培養し、胆汁酸でミセル化した^<14>Cパルミチン酸を加え、5分後に^<14>Cの取り込みを計測した(Everted intestinal sleeve tecnique)。ミセル溶液投与により、絨毛100mg当たりのパルミチン酸吸収量は、それぞれ130倍、168倍に増加した。サーファクテン・ミセル溶液投与後のウサギ胎仔の各臓器を、AB3780とダコLSAB2キット/HRPを用いて免疫染色した。小腸上皮細胞の表層は、強く染色されたが、細胞質の染色性は弱かった。また、胎仔の肝臓は全く染色されなかった。この結果から、サーファクテン・ミセル溶液は、小腸絨毛に対して、局所的・直接的に作用している可能性が高いと考えた。この結果は、サーファクテン・ミセル溶液を投与しても、ウサギ胎仔の小腸の全長には変化が見られないこと、さらには、ウサギ胎仔の体重にも変化が見られないこととも、矛盾しないように思えた。
うつ病治癒メカニズム解明に向けた神経新生におけるrhotekinの機能解析

抗うつ薬の慢性投与によりラット脳内でrhotekin(RTKN)の発現が増加したことから、抗うつ薬の奏効機序と考えられている神経新生過程におけるRTKNの割役について検討した。ウエスタンブロットおよび蛍光免疫染色により、培養神経幹細胞を神経細胞に分化させることでRTKNの産生が増加することが明らかとなった。そこで、神経分化時にRTKNをsiRNAでノックダウンし、生存率、分化率、神経突起長といった神経分化に関わるパラメータについて測定を行った。RTKNノックダウン72時間後より、MTTアッセイによるミトコンドリア酵素活性の低下、ヘキスト染色による核の委縮がみとめられた。さらに、ノックダウン96時間後には細胞数の減少がみとめられた。したがって、RTKNは神経分化時の生存維持に必要であると考えられる。次に、神経マーカーであるTuj1の免疫染色を行ったところ、Tuj1陽性細胞の減少とTuj1陽性突起伸長の低下がみとめられた。これらの変化は、ノックダウンによる細胞数の減少が生じる前からみられるため、Tuj1陽性細胞が死滅したことによる2次的な結果ではなく、RTKNが分化や突起伸長に重要であることを示している。以上から、RTKNは神経幹細胞から神経細胞への分化、および、その後の突起伸長や生存維持に重要な役割を果たすシグナル分子であると考えられる。これらの結果は、抗うつ薬によって生じる神経新生過程をRTKNが仲介している可能性を示唆している。
日本企業のハイテク化・グロ-バル化と国際競争力に関する実証的研究

日米構造協議に象徴される産業国際競争力に関わる諸粉争を偏りのない立場から冷静に見直すことを目的として,産業あるいは企業の国際競争力の決定メカニズムを実証的に明らかにしていくための分析枠組みを検討することから本研究は開始された。第一に,国際競争力自身をいかに定量的に把握したらよいかが議論され,実証的見地から最終的には貿易収支を基礎にするのが適切であると判断された。また,企業レベルの国際競争力の直接的決定要因として,価格ないし費用、機能水準、品質(信頼性)、納期、生産性の5つが確認され,さらに、それらを左右する企業戦略変数として,本研究では,製品戦略、研究開発戦略、設備投資戦略、グロ-バル戦略を重視した。これらの戦略諸変数を測定する具体的尺度も併せて検討した。以上のような分析枠組みに従いつつ、その後、各研究参加者に担当分野として,製造業、流通業、金融業、サ-ビス業、産業政策を割り当て,基本的には公表統計デ-タおよびインタビュ-調査に依拠しつつ、それぞれの分野毎に計量分析の手法を用いて、わが国企業の国際競争力の決定メカニズムを検証した。デ-タの入手可能性には限界があるため,適切なる定量的デ-タが得られない分野については、系時的経緯をケ-ス・スタディとしてまとめることで補完することとした。また,米国を始めとする諸外国企業の国際競争力およびその決定要因についてのいくつかの既存業績との比較を通じて、わが国企業の国際競争力が相対的に高い分野(製造業等)、国際競争力の決定要因が諸外国と大きく異なる分野を発見し、そのような相違を生ぜしめた原因について考察した。それに基づいて、主として,非製造業分野に対する産業政策の望ましい方向性について、いくつかのインプリケ-ションを導出した。
微小領域の磁性と伝導

○トンネル接合の積層構造ならびにプロセスを検討することによりトンネル抵抗変化率,1μm2当たりのトンネル抵抗がそれぞれ49%,3kΩおよび30%,300Ωの接合素子を作製した.この成果はTMR効果のMRAMおよび再生磁気ヘッドへの応用に大きく貢献する.また,伝導性のカンチレバーを備えたAFMを用いた局所伝導特性測定によるTMR接合評価法を確立した.(宮崎)○微細加工された強磁性細線の局所磁化状態を調べる上で,多点での電気抵抗及び横方向電圧の同時測定が有効であることを示し,報告されている異常な振る舞いの多くが,局所的磁化の連続的・不連続回転にともなう異方性磁気抵抗の寄与として説明できることを示した.同時に,それでも説明できない,これまでバルクの強磁性体では報告されていない抵抗の異常な温度依存性等も見出した.(佐藤)○走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて、金属-非金属グラニュラー構造薄膜において、単一電子トンネルによるクーロン階段を室温で観測した.また,クーロン階段と同期して負性徴分抵抗か見られ,スピン蓄積効果による現象であることが示唆された.(高梨)○強磁性/超伝導/強磁性二重トンネル接合において,2つの強磁性電極の磁化を反平行にした場合,超伝導電極中にスピンが注入される.そのため,印加電圧により超伝導がコントロールされることを示した.これは,磁性と超伝導の新しい相互作用を提案するものである.(前川)○Fe/Cr金属多層膜に対し,Pbサーファクタントを用いて成長を原子レベルで制御し,Fe/Crの界面構造を急峻にすることに成功した.また,Pbを用いて界面を急峻にしたFe/Cr金属多層膜のGMRの値は,Pbを用いず作製したものに比べ約2倍に増加していることか観測された.この結果,界面構造はGMRの大きさを決定する重要なファクターであり,界面でのスピン依存散乱がGMRの主な原因であることを実験的に解明した.(山本)○強磁性単一電子トランジスタ(SET)に見られる磁気クーロン振動現象を利用し,強磁性体のスピン偏極率を決定する実験を行った.Al/Ni/Al-SETから得られたNiのスピン偏極率の符号は負であり、これはバンド計算の結果と一致する.しかしその絶対値はかなり小さい.この原因については更に検討する必要がある.(大塚)○トンネル接合の積層構造ならびにプロセスを検討することによりトンネル抵抗変化率,1μm2当たりのトンネル抵抗がそれぞれ49%,3kΩおよび30%,300Ωの接合素子を作製した.この成果はTMR効果のMRAMおよび再生磁気ヘッドへの応用に大きく貢献する.また,伝導性のカンチレバーを備えたAFMを用いた局所伝導特性測定によるTMR接合評価法を確立した.(宮崎)○微細加工された強磁性細線の局所磁化状態を調べる上で,多点での電気抵抗及び横方向電圧の同時測定が有効であることを示し,報告されている異常な振る舞いの多くが,局所的磁化の連続的・不連続回転にともなう異方性磁気抵抗の寄与として説明できることを示した.同時に,それでも説明できない,これまでバルクの強磁性体では報告されていない抵抗の異常な温度依存性等も見出した.(佐藤)○走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて、金属-非金属グラニュラー構造薄膜において、単一電子トンネルによるクーロン階段を室温で観測した.また,クーロン階段と同期して負性徴分抵抗か見られ,スピン蓄積効果による現象であることが示唆された.(高梨)○強磁性/超伝導/強磁性二重トンネル接合において,2つの強磁性電極の磁化を反平行にした場合,超伝導電極中にスピンが注入される.そのため,印加電圧により超伝導がコントロールされることを示した.これは,磁性と超伝導の新しい相互作用を提案するものである.(前川)○Fe/Cr金属多層膜に対し,Pbサーファクタントを用いて成長を原子レベルで制御し,Fe/Crの界面構造を急峻にすることに成功した.また,Pbを用いて界面を急峻にしたFe/Cr金属多層膜のGMRの値は,Pbを用いず作製したものに比べ約2倍に増加していることか観測された.この結果,界面構造はGMRの大きさを決定する重要なファクターであり,界面でのスピン依存散乱がGMRの主な原因であることを実験的に解明した.(山本)○強磁性単一電子トランジスタ(SET)に見られる磁気クーロン振動現象を利用し,強磁性体のスピン偏極率を決定する実験を行った.Al/Ni/Al-SETから得られたNiのスピン偏極率の符号は負であり、これはバンド計算の結果と一致する.しかしその絶対値はかなり小さい.この原因については更に検討する必要がある.(大塚)1.Alの酸化条件によりAl-oxideの障壁の高さを種々にかえたFe/Al-oxide/Fe接合を作製して、トンネル磁気抵抗比(TMR比)の障壁高さ依存性を実験的に明らかにした。2.Fe/Al-oxide/FeおよびNi-Fe/Al-oxide/Co接合のTMR比の温度依存性並びに印加電圧依存性を実験的に調べ、理論的に指摘された磁性層と絶縁層界面の磁性不純物によるスピンフリップにより実験結果を説明できることを示した。

4.TMR効果を利用したデバイス開発のための基礎的データとしてスピンバルブタイプの接合の作製およびその熱的安定性、更には微小接合作製のための微細加工プロセスの検討および絶縁層作製のためのプラズマ酸化等について多くの成果を得た。5.ミクロンサイズのパ-マロイ細線の磁気抵抗と横方向電圧の同時測定を試み、磁気抵抗で観測される微細構造がより明瞭に観測でき、磁気抵抗では本質的に判断できない構造を識別できることを明らかにした。即ち、横方向の電圧測定は微小領域の磁性体のミクロな空間的情報を調べるのに有効な手段であることを示した。6.絶縁層に小さな金属微粒子を含む強磁性トンネル接合(ダブル障壁接合)のTranfer matrixの微粒子と電極の磁性の相対角度依存性を理論的に計算した。この結果、クーロンブロッケイド領域では共トンネルにより磁気抵抗が増大すること(スピンブロッケイド)を明らかにした。この成果は最近の強磁性単電子トランジスタ、強磁性グラニュラー等の伝導についての実験結果を解釈するうえで非常に有効である。7.Ni/Co/Ni単電子トランジスタを製作し、クローンブロッケイド領域における巨大トンネル磁気抵抗効果および磁気クーロン振動を見出した。更に、ゼーマンエネルギーで電極の磁性体のフェルミレベルが変化することにより磁気クーロン振動を説明できることを示した。8.高品位Pd/(Co_<1-x>Ni_X)および(Fe-Co)金属多層膜の垂直磁気異方性,界面磁気異方性を詳細に調べ,理論との比較を行った。9.一原子層ずつ精密に制御したAuとFeの原子層が等しいAu/Fe人工格子を作製し、垂直磁気異方性が原子層厚に対して振動する現象を見出した。1.フォトリソグラフィーとArイオンミリングを用いて微小トンネル接合を作製するための,微細加工プロセスの検討を行ない,ミリングにおけるエッチング角度,深さ等について最適な条件を探した.抵抗値500Ω,トンネル磁気抵抗変化率13%,接合面積が9μm^2の接合を作製できることを示した.さらに,FeMnを用いたスピンバルブタイプの微小接合を作製し,15%のトンネル抵抗変化率を得た.2.磁気抵抗と横方向の電圧の同時測定により微細加工磁性細線の局所的ドメイン運動を観測した.3.非磁性金属であるアルミニウムのみで作った単一電子トランジスタ(SET)については磁気クーロン振動が観測されないことを示した.これにより磁性SETで観測される磁気クーロン振動を,ゼーマン効果により強磁性体中の化学ポテンシャルが変動するモデルで説明した.4.微小トンネル接合では,帯電効果がスピン依存トンネル効果を強めることを理論的に明らかにした.この成果は強磁性SET,強磁性二重トンネル接合,強磁性微粒子系の磁気抵抗の基礎理論となっている.5.単原子層の交互蒸着による規則合金の人工合成の研究を発展させ,0.1原子層の精度での構造制御と物性評価を行なった.6. Pbサーファクタントを用いることにより急峻な界面を持つCo/Ru金属人工格子の作製に成功した.7. Fe,Co,Niをはじめいくつかの強磁性金属・合金薄膜についてリアクティブイオンエッチングを用い,サブミクロンオーダーの微細加工に成功した.○トンネル接合の積層構造ならびにプロセスを検討することによりトンネル抵抗変化率,1μm^2当たりのトンネル抵抗がそれぞれ49%,3kΩおよび30%,300Ωの接合素子を作製した.この成果はTMR効果のMRAMおよび再生磁気ヘッドへの応用に大きく貢献する.また,伝導性のカンチレバーを備えたAFMを用いた局所伝導特性測定によるTMR接合評価法を確立した.(宮崎)
重イオンの荷電状態とその効果

輸送方程式に荷電状態のパラメータを盛り込んで、重イオンの物質中での荷電分布と阻止能、ストラグリングを合理的に結びつけるため、以下の2つの立場から研究された。第一の問題である1個の重イオンに対する阻止能とストラグリングは、誘電関数法と局所電子密度モデルで計算された。その際、重イオンの物質中での平均電荷はベッツの半経験公式から求めた。カーボン標的の阻止能はUイオンのサイズが有限の場合と点電荷とみなした場合とでは、一核子あたりのエネルギーが数MeVのエネルギー領域で、前者が後者より50%ほど大きな値となる。しかし、実験データは点電荷とみなした計算の方に近い。このことは、物質中での平均電荷と阻止能から求められる有効電荷が同じであることを意味する。また、電子捕獲に伴なう阻止能とストラグリングに対する評価式を、ボーア・リントハルトの電子捕獲理論を基礎として解析的に求めた。実験的にこれらを評価することはまだあまり行なわれていないが、エネルギー損失過程の一つとして考慮されねばならない。第二の問題である荷電状態分布については、気体と固体の電子密度の空間分布の相違が重イオンの電子損失断面積に及ぼす効果を調べた。ユニタリー条件をみたす衝突径数法を用いて水素型イオンがカーボン標的と衝突したときの断面積は、ピークエネルギー付近で、固体電子密度モデルの方が気体のそれよりも40%ほど大きな値となる。低エネルギーおよび高エネルギー側では両者の差異は小さくなる。これは、電子密度が変化したことにより、イオンに加わる原子のポテンシャルがボーァ半径程度の距離のところで15eV程度増加することにより説明される。両モデルの荷電分布に及ぼす差異を評価するには電子捕獲断面積での差異を論じなければならない。これも含め、平均電荷における密度効果や固体の内外での平均電荷の差などの系統的取り扱いも今後の課題である。
小胞体ストレス応答が血管モデリング・粥状動脈硬化に果たす役割の検討

飽食の時代下、メタボリックシンドロームの病態基盤として、肥満に伴う糖代謝や脂質代謝の制御異常が知られているが、三大栄養素の構成因子であるアミノ酸に関しては、その詳細な意義や役割は明らかではない。本研究では、組換えアデノウイルスによる後天的遺伝子導入法を用いて肝臓でのアミノ酸代謝を変化させたマウスを作製し、このモデルマウスの表現型の解析を主目的とする。このマウスでは、肝臓局所的にはアミノ酸代謝に関わる遺伝子発現に変化が見られ、また全身の代謝に変化がもたらされる結果が示唆された。本研究は小胞体ストレス応答の血管リモデリングと粥状動脈硬化に果たす役割の検討を目的にする。WFS1欠損マウスを中心とした解析から、血管リモデリングや粥状動脈硬化の発症・進展における小胞体ストレスの役割を明らかにし、生体内の小胞体ストレス応答を調節することによる動脈硬化に対する新規予防・治療法の可能性を探ることである。具体的実施した研究1)WFS1欠損マウスにおける炎症による反応性内膜肥厚の検討としてはマウスの大腿動脈にカフ傷害を施し、3週間後に同部位の動脈を採取、内膜の肥厚度を検討し、同部位の免疫組織学的検討とmRNAを抽出し、炎症反応や小胞体ストレス、酸化ストレスに関連した分子の発現を検討する。2)動脈硬化のモデルマウスのアポE欠損マウスと交配し、高コレステロール血症を背景とする粥状動脈硬化の進展をWFS1の有無で検討可能なモデルを作成した。動脈硬化病変を定量化し、大動脈のmRNAを抽出し、炎症反応や小胞体ストレス、酸化ストレスに関連した分子の発現及び大動脈の免疫組織学特にマクロファージやアポトーシス、小胞体ストレス関連、酸化ストレス関連蛋白に関して検討した。続いて、3)骨髄移植を用いた反応性内膜肥厚と粥状動脈硬化の検討を行い、それぞれドナーとレシピエントの組み合わせによって、全身と骨髄のWFS1有無の4群のマウスを作成し、動脈硬化における血球細胞(マクロファージ)と血管細胞(内皮や平滑筋細胞)でのWFS1の役割を解析した。4)血管内皮細胞、血管平滑筋細胞、マクロファージの各培養細胞におけるsiRNAを用いたWFS1ノックダウウンの検討し、WFS1発現抑制による小胞体ストレス・酸化ストレス応答などへの効果を個別に直接解析した。小胞体ストレス応答の血管リモデリングと粥状動脈硬化に果たす役割を検討するのが今回研究の目的である。WFS1欠損マウスを中心とした解析から、血管リモデリングや粥状動脈硬化の発症・進展における小胞体ストレスの役割について実験を行った。8週のC57BL/6マウスを野生型マウスにし、同じ週齢のWFS1欠損マウスにおける炎症による反応性内膜肥厚の検討した。大腿動脈にカフ傷害を施し、3週間後に同部位の動脈を採取、HE染色とElastica-Masson染色により内膜の肥厚度を検討した結果、WFS1欠損マウスでは野生型マウスに比べカフ傷害による反応性内膜肥厚が2倍ぐらい進んでいた。カフ内の血管のmRNAを抽出し、炎症反応や小胞体ストレス、酸化ストレスに関連した分子の発現を検討し、WFS1欠損マウスでは炎症性因子、接着因子および平滑筋増殖因子が有意に上昇していた。WFS1・アポE欠損マウスにおける粥状動脈硬化の検討では動脈硬化のモデルマウスであるアポE欠損マウスと、WFS1欠損マウスを交配し、高コレステロール血症を背景とする粥状動脈硬化の進展をWFS1の有無で検討した。様々な週齢の高コレステロール食を負荷したWFS1・アポEダブル欠損マウスを用いて大動脈全体の内面をOil-red-O染色の脂肪染色することで動脈硬化病変を定量化した。WFS1・アポEダブル欠損マウスではアポE欠損マウスに比べ、22週齢を超える時点から動脈硬化が有意に寸進んでいた。また、大動脈のmRNAを抽出し、炎症反応や小胞体ストレス、酸化ストレスに関連した分子の発現を検討した結果、WFS1・アポEダブル欠損マウスでは炎症性因子、酸化ストレス関連因子、接着因子、平滑筋増殖関連因子の発現が上昇していた。大動脈の免疫組織学的検討を行なう。特にマクロファージやアポトーシス、小胞体ストレス関連、酸化ストレス関連蛋白に関して検討する。80%完成。その理由として動脈硬化関連実験特に高コレステロール血症を背景とする粥状動脈硬化の進展に関する実験は様々な時点での進展状況を検討することでモデル作成し、一定の実験nを揃うのに時間がかかるからである。1)骨髄移植を用いた反応性内膜肥厚の検討6週齢の野生型マウスとWFS1欠損マウス、アポE欠損を背景としたWFS1野生型とWFS1欠損マウスを用いて骨髄移植を行う。ドナーとレシピエントの組み合わせによって、全身にWFS1を有する、骨髄のみWFS1を有する、骨髄のみWFS1を欠損する、全身にWFS1を欠損する、の4群のマウスを作成し、骨髄移植2週後カフ傷害を行い、反応性内膜肥厚に関する検討と

骨髄移植2週後高コレステロール食を負荷する。これにより、血管リモデリングにおけるWFS1の役割と大動脈の粥状動脈硬化進展における血球細胞(マクロファージ)と血管細胞(内皮や平滑筋細胞)でのWFS1の役割を解析する。2)腹腔マクロファージを用いた炎症反応性の検討と培養細胞におけるsiRNAを用いたWFS1ノックダウウンの検討野生型とWFS1欠損マウスの腹膜由来のマクロファージを培養し酸化LDLの取り込みやアポトーシス、炎症性分子、小胞体ストレス、酸化ストレス応答に関して検討を行う。動脈硬化惹起性の負荷に対する反応を半定量的PCRの手法を用いて検討する。また、血管内皮細胞、血管平滑筋細胞、マクロファージの各培養細胞に対して、WFS1のsiRNAを用いてWFS1蛋白のノックダウンを試みる。本検討から、動脈硬化巣に存在する各種細胞におけるWFS1発現抑制による小胞体ストレス・酸化ストレス応答などへの効果を個別に直接解析し、in vivoの実験で認められた動脈硬化促進効果のメカニズムを解明できると思われる。1)本研究の遂行にあたって多くの研究費を使用するのが、実験動物およびその飼育費用である。また、高コレステロールを大量に含んだ特殊飼料の負荷により食餌性の高コレステロール血症を背景とする粥状動脈硬化の進展動脈硬化マウスモデルを作成するが、この飼料は特別注文になるため、通常の飼料の数倍と非常に高価である。したがって、消耗品費の中で血中各種パラメター測定用キットなどを含め、免疫染色用に使う抗体や組織や細胞のmRNAを精製、cDNAから各種標的遺伝子発現を検討に使う半定量性RT-PCRの試薬などは非常に高額であり、占める割合も相応に計画した。2)当該研究室以外の外部の検査機関への検査依頼ー組織中の血清脂質プロファイルの詳細な検討は外部の検査機関に委託し、検討していただく予定であり、検査費用を必要とする。3)研究成果発表や学術講演への参加ー本年度の研究内容を最終的に取りまとめ、国内学会や国際学会へ参加のうえ発表することも検討している。また、関連した学会や学術集会などへの参加をすることで、有意義な情報交換の場と考えられる。
日本人女性の妊娠前後の体型および栄養摂取が母児の健康に及ぼす影響の検証

本研究では、妊娠中の母体の血糖状態が低出生体重児出産を予測する指標となりうるか、前向きに検討するとともに、近年顕著に減少傾向にある母体BMIとの組み合わせが、低出生体重児出産に与える影響について検討した。その結果、糖尿病のない健常妊婦を対象とした本研究において、妊娠中期における正常低めの糖負荷後血糖値と母体の低いBMIは、低出生体重児出産リスクの増加と強い関連を認めた。妊娠時高血糖のリスクは既に確立されているが、妊娠中の母体の低い血糖状態も児の発育に影響を及ぼす可能性が考えられ、児の健全な発育を確保するための妊婦の正常血糖範囲について、その下限も含めて今後検討する必要性が示唆された。平成25年度において、妊娠前および妊娠中の母体の体型と低出生体重児出産リスクに関する検討および母体の体型が児の出生体重に及ぼす影響の検証を行い、妊娠前および妊娠中の低い肥満度と低出生体重児出産リスクとの関連、さらには近年日本で問題となっている児の出生体重低下との関連を明らかにした。また、妊娠中の母体の血糖状態が低出生体重児出産を予測する指標となりうるかについてもあわせて前向きに検討したところ、妊娠中期に実施される耐糖能スクリーニングの結果において、糖負荷後血糖1時間値が低い母体では、母体のBMIと独立して低出生体重児出産リスク上昇および児の出生体重減少と関連していることを明らかにした。その成果を執筆した論文は、糖尿病専門の国際誌であるdiabetes res clin practに掲載された。また、妊娠中のHbA1c値をテーマとした研究も並行して着手し、妊娠初期空腹時血糖値(FPG)とHbA1cを組み合わせることにより、FPG単独でスクリーニングするよりも、GDM発症予測精度を高められる可能性を見出した。この成果は、糖尿病の領域では、世界で最も権威ある「アメリカ糖尿病学会」の第73回学術集会において発表、さらにGuided Audio Poster Tourにも選ばれ、多くの糖尿病および産婦人科領域の専門家の前で発表した。本研究は、日本人健常妊婦のコホート研究による妊娠前後の体型および栄養摂取状況が母児の健康に及ぼす影響について検討した。平成25年度は、妊娠前および妊娠中における母体の体型(BMI)が児の発育に及ぼす影響について検討し、母体の低い肥満度および妊娠中期における低い糖負荷後血糖値が、低出生体重児出産リスクに関連する可能性を見出した。平成26年度は、妊娠中の食事摂取状況調査や身体活動量調査の解析を行い、妊娠中におけるエネルギー産生栄養素の摂取バランスへの考慮(炭水化物由来のエネルギー摂取確保)および妊娠中の身体活動量の確保について、妊婦の耐糖能を改善する上で有用である可能性を見出した。近年、妊娠前後の運動習慣が心身の健康に及ぼす効果に関するエビデンスは蓄積されつつあるが、実際に妊娠中にどれくらいの運動量が耐糖能改善に有益か不明な点が多かった。本研究では、毎日の歩行や運動習慣が妊婦の耐糖能を改善する上で有用である可能性を示唆し、妊婦の運動への動機づけを促す上で重要な具体的数量データとして示すことができた。これらの研究成果は、国内外の学会および論文執筆を通して発表することができた。近年の日本人若年女性の痩身化に注目し、妊婦の体型に着目した本研究の一貫した取り組みは、栄養学に関する学術的研究において、将来性のある業績を上げたとして、平成26年度栄養改善学会奨励賞を授与され、平成26年8月に開催された奨励賞受賞記念講演において、多くの臨床研究家を前にその成果(やせすぎが母児の健康に及ぼす影響)を発表することができた。妊産婦の栄養と母児の健康妊娠中の母体の血糖値が低出生体重児出産を予測する指標となりうるかを前向きに検討した研究では、妊娠中期における低い糖負荷後血糖値は低出生体重児出産リスクを上昇させ、児の健全な発育に影響を及ぼす可能性を示唆し、妊娠時高血糖のリスクが確立されている一方で、母体の糖負荷後血糖に下限を設ける必要性を見出した。これは、現在低出生体重児出産率が高い日本人女性において、重要な意義を持つ可能性があるとされ、その成果を社会に役立てることができた(第2回DOHaD研究会奨励賞受賞)。この研究の論文執筆はすでに完了し、糖尿病専門の国際誌であるdiabetes res clin practに掲載が決定している。この成果は、糖尿病の領域では、世界で最も権威ある「アメリカ糖尿病学会」の第73回学術集会において発表、さらにGuided Audio Poster Tourにも選ばれ、多くの糖尿病および産婦人科領域の専門家の前で発表することができた。

さらに上記2つの研究テーマは、臨床栄養学分野において国民健康に大きく貢献できるとして、栄養改善学会より「平成26年度栄養改善学会奨励賞」を授与された。以上のことから、申請した研究計画を忠実に進め、さらに発展させることができたと考える。今後の研究の推進方策については、出産後の母児の身体状況および食生活と母親の体型に対する意識の実態解明ー産後1か月から産後2年までの母児の体重変化(児は身長を含む)と産後2年目における母親の体型に対する意識の検証ーを行う。これまで、妊娠および出産は肥満の契機となることが指摘されてきたが、若年女性の痩身化が顕著である近年のわが国において、出産後女性の体型の実態および自身の体型に対する意識、食習慣、さらには妊娠・出産が産後の体重増加を助長しているか否かについては明らかではない。平成26年度では、出産後2年を経過した産婦を対象に、出産前(自身の出生体重を含む)および出産後から現在までの体重歴と現在の食生活・身体活動量(カロリーカウンター使用)について調査し、妊娠・出産が産後の体重増加を助長しているか否かについて検証する。また、母親自身が体型に固執し「やせている体型を理想とする意識」を持つことは、そのこどものやせ願望にも影響することから、現在の(母親)自身の体型に対する意識についても調査し、このライフステージにおける女性のやせ願望の実態について明らかにする。さらに母親の出生体重を含む体重歴が児に及ぼす世代を越えた影響に注目し、児の出生後2年目までの発育状況について調査し、児の発育と母親の体重歴との関連を中心に解析する。本調査はすでに集まったデータを入力しデータベース作成中であり、解析作業の準備を進めている段階にある。また本研究の集大成として、平成25年度に得られた研究成果と平成26年度に着手している上記研究成果の統合を行う。妊娠前、妊娠中、出産後の各時期における体型や食生活の特徴および問題点を明らかにするとともに、各時期に応じた健康教育指導法を提示し、研究成果を社会に還元することを目標とする。平成25年度において、調査で収集したデータを解析する統計解析ソフトとしてSTATA 12を2台購入しインストール予定であったが、初年度の収集データの特性を考慮し、初年度はSTATA 12よりも価格が低いSPSS(1台)を解析ソフトとして購入、インストールした。平成26年度は平成25年度の残額で当初購入予定であったSTATA12を購入予定である。
国境を越えるメディアがナショナル・アイデンティティに与える影響に関する研究

本研究の目的は「国境を越えるメディア(衛星放送やインターネット)の利用は,国民としてのアイデンティティ形成にどのような影響を与えるのか」を考察することである。方法として、ロンドンとニューヨークで、日本出身の移住者を親に持つ「二世」の若者を対象に事例調査を行った。その結果、動画サービス(YouTube、ニコニコ動画等)やSNS(mixi等)の普及により、「二世」の「トランスナショナル・アイデンティティ」形成が促されていることが示唆された。平成19年度は、(1)1日本国内で生まれ育った日本人の若者(2)海外で育った日本人および日系二世の若者の2グループを対象に、国境を越えるテレビ番組、ビデオ、インターネット、携帯電話などのメディアの利用が、彼ら彼女らのナショナル・アイデンティティにどのような影響を与えているのかについて考察を行った。(1)先行研究や以前実施した調査をもとに、国内で生まれ育った20代の若者を対象に新たに分析を行った。その結果、このグループの若者は、メディア利用や教育を通して、単一民族国家観を抱き、日本のナショナル・アイデンティティを深く内面化している傾向が強いことが明らかになった。以上は「イギリスーエスニック・マイノリティのメディアとナショナル・アイデンティティ」(関根政美、塩原良和編『多文化交差世界の市民意識と政治社会秩序形成』慶應義塾大学出版会、2008年)、「文化移民-文化的活動をめぐる若者の国際移動」(渡辺秀樹・有末賢編『多文化多世代交差世界における市民意識の形成』慶応義塾大学出版会、2008年)などとして出版された。(2)ロンドンにおいて、イギリスまたはほかのヨーロッパ諸国で育った日本人・日系二世の20代の若者を対象に、ロン'ドンに流入する日本製・日本語のテレビ番組、ビデオ、インターネット、携帯電話の利用とナショナル・アイデンティティに関するインタビュー調査を行った。また、この内容をテキストに起こして分析を行った。先の(1)のグループとは異なり、一部の被調査者が、国境を越えるメディアの影響の下、複数のネイションに関わるトランスナショナル・アイデンティティともいえる意識を形成していることが明らかになった。来年度はこの調査結果を発表・出版する予定である。平成20年度も引き続き、本研究の目的である「国境を越えるメディア(衛星テレビ放送、インターネット、携帯電話など)の利用は、国民アイデンティティの形成にどのような影響を与えているのか」について考察を行い、そのための文献研究と事例調査を実施した。事例調査に関しては、前年度の補足として、ニューヨーク在住の20代の「二世」数名を対象に、現地に流入する日本製・日本語のテレビ番組、ビデオ、インターネット、携帯電話の利用とアイデンティティに関するインタビュー調査を実施した。上記の結果、以下のことが明らかになった。(1)国内で生まれ育った後、海外へ渡った若者たちの場合、国境を越えるメディアの利用が、トランスナショナル・アイデンティティの形成を促すことはなかった。むしろ、受け入れ国において衛星テレビ放送やインターネットを利用することで、「日本人」としてのアイデンティティを再発見・再形成していた。(2)海外で生まれた/育った若者の場合、いくつかのパターンが見られた。まず、両親ともに日本人の者は、衛星テレビ放送やインターネットの利用を通して、「日本人」としてのアイデンティティを再発見・再形成していた。つぎに、日本人と日本人以外(例えばスリランカ人、イギリス人など)の両親を持つ者の中には、どの国民にも帰属意識を持たないアイデンティティを抱いている者が観察された。このようなケースでは、衛星テレビ放送やインターネットの利用を通して、出身国とのつながりを維持し、複数の国にまたがる多層的な文化やアイデンティティを再形成していた。このように、国境を越えるメディアの役割は、利用者の属性よって変化することが明らかになり、メディアと国民アイデンティティに関する理論の発展に貢献できる、意義ある調査結果が得られた。この成果は、Cultural Migrantsfrom Japan: Youth, Media and Migration in New York and London (Lexington Books,2009)などに発表した。
リンおよびマンガンの代替資源獲得を実現する製鋼スラグのマルチ・リソース化

鉄鋼産業の副産物である製鋼スラグには、リン、マンガン、金属鉄の細粒が豊富に含まれている。本研究では、製鋼スラグからこれらの成分を様々な資源(マルチ・リソース)として回収すると共に、スラグ排出量の大幅な削減を実現する高度資源化プロセスの開発を目指した。電気パルス粉砕実験を行った結果、製鋼スラグを構成するリン濃縮相、鉄マンガン酸化物相、金属鉄の境界面で選択的に破壊が起こり、一度の粉砕重量が多いほど省エネルギーであった。高勾配磁気分離装置を用いて粉砕粒子の分離実験を行い、相互分離に適した条件を見出した。本研究では、製鋼スラグからこれらの成分を様々な資源(マルチ・リソース)として回収すると共に、スラグ排出量の大幅な削減を実現する高度資源化プロセスの開発を目指している。製鋼スラグを構成するリン濃縮相、鉄マンガン酸化物相、金属鉄を相互に分離するため、電気パルス粉砕を用いた選択粉砕を試みた。製鋼スラグをサンプルとして各種条件で粉砕実験を行った。電気パルス粉砕は従来の粉砕法と比べ、各相の単独粒子が生成しやすい粉砕法であることが確認された。電圧、パルス照射回数の増加に伴って、微細化が進む傾向が見られた。電極間距離および粉砕重量が増加しても粉砕効率はほとんど低下しなかった。そのため、電気パルス粉砕法は大量処理を指向する操業に有利な方法であると考えられる。申請者が従来用いていた磁気分離法で、粉砕したスラグの分離実験を行った。電気パルス粉砕法によって、各相の単体分離性が高まったにも関わらず、分離率に大きな改善は見られなかった。調査の結果、特に微粒子側で磁性の低下や凝集の増加により分離が阻害されていることが突き止められた。製鋼スラグの研究の過程で、スラグと接触して用いられる炉の耐火物のリサイクルに関する研究を開始した。耐火物は表面がスラグで侵食されると廃棄されるが、表層部を選択的に除去できれば、侵食していない部分は高価な耐火物原料として活用できる。本研究で検討している電気パルス粉砕法と磁気分離法をそのまま応用できる課題と考え、同時に研究を進めた。その結果、本研究の手法により従来の手法より高い品位、高いエネルギー効率で廃棄耐火物のリサイクルを実現する可能性が示された。また、ここで得られた電気パルス粉砕挙動は、本題の製鋼スラグの粉砕挙動に対しても有益な情報を与えた。予定通り、新しい粉砕法である電気パルス粉砕によって製鋼スラグの選択粉砕性が高まることが示された。また、本研究で対象としている製鋼スラグに加え、当初想定していなかった耐火物のリサイクルに対しても有効な手法であることが示され、研究成果としては当初の予定より挙がっていると言える。一方で、磁気分離法自体に大きな改善が必要であることが明らかになったため、予定より研究すべき項目が増加してしまった。スラグの組成、電圧、極間距離などを変化させたが、パルス照射回数が増えると粉砕状況の明確な差異は確認されなかった。この結果は、粉砕量を増加させても粉砕効率が低下しないことを意味し、操業に有利な粉砕法であることを意味する。反磁性のリン濃縮相と常磁性のマンガン鉄酸化物相を磁気分離によって分離するため、超伝導マグネット内にステンレスメッシュを配置した流通式の高勾配磁気分離を作製し、スラグ粉砕粒子の分離におよぼす粒度、流束、メッシュ径、磁場強度、流通回数などの影響を詳細に調査した。過度にメッシュが細かく、流束が遅い場合は凝集、巻き込みが大きく、分離には16メッシュ、流束30 cm/s程度が適していることが明らかになった。磁場強度を段階的に高め、複数回流通させることによって分離性が高くなった。また、後段ほど細かい粒子が捕捉され、粒径分離の可能性も示唆された。交流のある研究者と共同で、高リン鉄鉱石からリンを分離する研究にも着手した。高リン鉄鉱石の弱還元生成物に含まれる構成相は、本研究系と酷似したリン濃縮相、酸化鉄相、金属鉄であるため、同実験手法で分離実験を行い、一定の効果を確認した。磁気分離法の改善に注力し、電気パルス粉砕法の高い選択分離性の効果を明確に示す。

また、これまでは従来の粉砕法と同様、微細化することを目指していたが、目的物の選択粉砕さえできれば分離には充分であるため、消費エネルギーが低い粉砕条件で検討を行う。金属製錬現場のスラグを使用した実験が多く、合成スラグを作製するための消耗品である坩堝を予定より消費しなかったため。合成スラグを用いた実験が本格化するため、坩堝の購入で使用する予定。