hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超高感度・高分解能界面分析によるゲート絶縁膜/シリコン界面構造の決定

酸素ラジカルおよび窒素-水素ラジカルを用いて形成した高品質のシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜の組成および構造の解明を目指して、角度分解Si 2p、O 1s、N 1s内殻準位および価電子帯スペクトルを検出深さを揃えて測定した。その解析より、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜の密度と構造、界面組成遷移層における組成および構造の面方位依存性、界面における価電子帯上端の不連続量(バンドオフセット)の面方位依存性を明らかにした。低温プロセスであるラジカル窒化法によってゲート絶縁膜を形成したMISデバイス特性は、熱酸化法によりゲート絶縁膜を形成したMOSトランジスタの特性と同等かそれ以上であり、ゲート絶縁膜の膜厚が2nmより薄くなるとリーク電流が格段に抑制される。酸化膜が面密度の低いSi(100)面で良好なMOSデバイス特性を示すのに対し、Si_3N_4/Si界面遷移層における中問窒化状態量は面密度の高いSi(110)面で最も小さくなり良好なMOSデバイス特性を示すことが期待される。したがって、界面構造の面方位依存性と界面における伝導帯および価電子帯のバンドオフセット量を明らかにすることは、実用上重要である。平成19年度は、Si(100)面、Si(111)面、Si(110)面に、Xe/NH3プラズマにより生成されたNHラジカルよって形成した膜厚1.0nmのシリコン窒化膜/シリコン基板界面構造について、高分解能角度分解光電子分光法を用いて解析を行った。解析には、従来の窒化膜層を膜厚のパラメータで定義したモデルから、シリコンと窒素の結合から成る層の積層で定義したモデルを用いた。このことにより、従来のモデルでは光電子の信号は、窒化膜中において平均的な減衰を受けるが、本モデルでは各層における光電子の減衰を考慮した解析となる。その結果、ラジカル窒化のより形成されたシリコン窒化膜/シリコン基板界面は、面方位に依らず、構造遷移層が1層から成る極めて急峻な界面が形成されていることを明らかにした。非常に急峻かつ良好な界面が形成されることは、MOSFETの電気的特性の向上に大きく貢献するものである。また、将来の高誘電ゲート絶縁膜のバッファー層としても十分な性能を有するものである。平成20年度は、次の二つに大別される研究成果を得た。第一に、Si(100)、si(111)、Si(110)面上に、Xe/NH_3プラズマ中で生成されたNHラジカルを用いて形成した膜厚約0.9nmのSi_3N_4/Si界面からの軟X線励起Si2p、N1s、O1s光電子スペクトルの光電子の脱出角依存性を詳細に解析した。その結果、いずれの面方位においてもSi_3N_4/Si界面にはSi^<3+>が存在しないために、サブオキサイドからなる1原子層を介して組成が急峻に変化することが見出した。第二に、SiO_2/Si界面における組成遷移をSi基板側から検出できる試料の構造を実験的に最適化し、それを用いて当該組成遷移を検出した。すなわち、先ずSilicon on Insulator(SOl)を熱酸化して、SiO_2(23nm)/Si層(5nm)/SiO_2(0.1μm)Si基板(720μm)構造を形成後に、SiO_2(23nm)に支持台となるSi基板(以下、支持基板と略記)を接着してSi基板(720μm)およびSiO_2(0.1μm)層を化学エッチングにより除去することにより、支持基板/SiO_2(23nm)/Si層(5nm)構造を作成した。この構造においてSi層を介してSi2p光電子を検出すると、光電子の脱出角が小さくなるほどSi層からのSi2p光電子スペクトル強度l(Si)とSiO_2層かちのスペクトル強度l(SiO_2)の比l(SiO_2)/l(Si)が小さくなり、設計通りの構造となっていることを確認した。ただし、SiO_2/si界面における組成遷移の詳細を明らかにするためには、Si層をより薄くするとともにSi層の表面における自然酸化膜の形成を抑制する必要がある。今後は、Si層を2nm程度にする技術を確立して、厚い酸化膜とSi層との界面に形成される組成遷移などの解明を目指す。酸素ラジカルを用いて形成した高品質のシリコン酸化膜および窒素-水素ラジカルを用いて形成した高品質のシリコン窒化膜の組成および構造の解明を目指して、角度分解Si2p、O1s、N1s内殻準位および価電子帯スペクトルを検出深さを揃えて測定した。その解析より、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜の密度と構造、SiO_2/SiおよびSi_3N_4/Si界面組成遷移層における組成および構造の面方位依存性、SiO_2/SiおよびSi_3N_4/Si界面における価電子帯上端の不連続量(バンドオフセット)の面方位依存性を明らかにした。形成したSiO_2/SiおよびSi_3N_4/Si界面はいずれの面方位においても急峻な組成遷移を示し、SiO_2/Si界面にはSi^<3

+>が存在するのに対し、Si_3N_4/Si界面にはSi^<3+>(N)が存在しないことを見出した。特に注目されるのは、SiO_2/Si界面における価電子帯バンドオフセット(VBO)に面方位依存性があるのに対してSi_3N_4/Si界面におけるVBOに面方位依存性がない点である。これは、いずれの結晶面上においても、SiO_2/Si界面組成遷移層にはS^<3+>が存在するのに対して、Si_3N_4/Si界面組成遷移層にはS^<3+>(N)が存在しないことと密接な関係があると推測される。
これからの材料開発に欠かせない材料ミクロ組織の仮想実験と最適化技術の新展開

構造の力学的挙動は材料の微視構造(ミクロ構造)に強く依存することがよく知られているが,近年,微視構造の製作,制御技術が急速に進歩したことから「マクロ構造の力学的性能を最大にする最適なミクロ構造を発見する」ための研究が先端材料開発分野で盛んに行われている.しかし,それらは実験や経験則に基づくトライアルアンドエラー型のアプローチであり,真に最適なミクロ構造を得ることはできない.本研究では数理的アプローチを基本として,それを可能にする次世代型材料最適設計法の確立に成功した.具体的には,超弾性ゴム材料や金属材料の微視組織を最適化し,所望の力学的性能を最大にする手法を開発した.平成26年度は,線形弾性体を対象に,フェーズフィールド法を用いたマルチスケールトポロジー最適化のプログラムを作成した.ここでは,加藤が蓄積した構造最適化手法のノウハウと寺田が既往の研究で培ったフェーズフィールド法の解析技術を活かして理論上整合のとれたものとなるように細心の注意を払いながら,既に完成している「有限要素法を用いたマルチスケールトポロジー最適化」および「フェーズフィールド法」の自前の両プログラムを加藤が融合させ,デバッガ機能やプログラムの正誤を厳しくチェックした.また,最初の段階としてフェーズフィールド法の枠組みに沿ったひずみエネルギーを定式化し,それに従った時間発展方程式を構築した.その検証として,マクロ構造の剛性最大化を目的とした最適ミクロ構造のトポロジー最適化問題を題材に取り上げ,申請者らの研究報告や他の研究報告文と比較しながら,当該手法およびそのプログラムの妥当性を検証した.なお,フェーズフィールド変数を更新アルゴリズムについては,これまで物理に必ずしも則なさいようなチューニングパラメータを用いていたが,この更新アルゴリズムをマルチスケール解析に適用すると,ミクロ構造のトポロジーが停留するということがこれまでの研究で明らかになってきた.そのため,これを回避する方法の検討を開始した.具体的には,上記のようなチューニングパラメータを用いず,エネルギー汎関数の停留条件に忠実に関連した更新式の導出を実施うることになった.現在は,式の導出を終え,プログラムの実装に取りかかっている.平成27年度は,加藤・京谷が協働して超弾性材料モデルのプログラムを構築し,前年度の成果に実装した.計算の効率化・高速化については本研究では,加藤が中心となって「分離型マルチスケール解析法の導入」,「マクロ材料パラメータ同定作業の高速化」を実施した.この段階において,想定以上に計算効率のよいアルゴリズムを構築できたため,超弾性体を考慮したミクロ構造のトポロジー最適化に加え,マクロ構造も同時に最適化できるツールの開発を新たに着手した.その結果,最終的な検証がこれからであるが,想定どおりの材料配置が得られることがわかってきた.また,マクロ材料パラメータの同定作業については,加藤がこれまでに培った最適化アルゴリズムのノウハウを駆使し,現在最速と言われる高速かつロバストなDeferential Evolutionという最適化アルゴリズムの導入に成功した.一方,フェーズフィールド法については,「時間発展方程式の効率化」を実施した.ここでは,これまで材料の体積量が変化しないとして扱われてきたNeslerらの手法を用いた場合,最適化過程では僅かに変化してしまうという予期せぬ問題に遭遇した.そのため,H 27年度はそれを克服するための新しいアルゴリズムの開発に多くの時間を費やした.開発したアルゴリズムは計算コストはやや増加するが,材料体積量を確実に一定にできるという優れた手法であり,現在執筆作業中である.また,本研究の要となる塑性の導入については,ミクロ構造のユニットセルにおいて弾塑性複合材料を仮定した中で最適化を行い,極めて高精度の最適解が得られることがわかった.これまでの研究については,当初の計画以上に進展していると考えている.まず,加藤・京谷が協働して超弾性材料モデルのプログラムを構築し,前年度の成果に実装したがこの段階で我々の導出した手法の確からしさがつかめていたので迷う事なく,導出した手法をそのままプログラミング化し,結果を得る事ができた.計算の効率化・高速化についても,「分離型マルチスケール解析法の導入」と「マクロ材料パラメータ同定作業の高速化」において,想定以上に計算効率のよいアルゴリズムを構築できたため,超弾性体を考慮したミクロ構造のトポロジー最適化に加え,マクロ構造も同時に最適化できるツールの開発を新たに着手した.結果は,今後の材料開発における上流設計に使用できるものであると考えている.また,マクロ材料パラメータの同定作業においては,現在最速と言われる高速かつロバストなDeferential Evolutionという最適化アルゴリズムの導入に成功したが,これは前年度にある程度準備できていたものなのでそれほど多くの時間を要するようなことはなかった.ただし,フェーズフィールド法については,材料の体積量が変化しないとして扱われてきたNeslerらの手法を用いた場合,最適化過程では僅かに変化してしまうという予期せぬ問題に遭遇した.

このような予期せぬ問題を抱えていたため,少し方針転換をし,それを克服するための新しいアルゴリズムの開発に多くの時間を費やした.ただし,開発したアルゴリズムは計算コストはやや増加するが,材料体積量を確実に一定にできるという優れた手法であり,今後の研究を研究を進める上で必要不可欠なものである.最終年度は,これまでに開発を進めてきた,「有限要素法単独の分離型マルチスケール解析を用いた,マルチスケールトポロジー最適化法」の精度の向上と「マルチフェーズフィールド法を導入したMPFマルチスケールトポロジー最適化手法」の開発及び妥当性の検証である.マルチフェーズフィールド法による材料組織形態は,秩序変数と呼ばれる変数でコントロールし,本研究ではそれを最適化問題でいうところの,設計変数として取り扱ってきた.よって,最終的に求めたいものは「ミクロ構造のトポロジーを与える秩序変数の最適値の分布(ベクトル)」である.最終年度は,これを算出するための,物理にかなう時間発展方程式を新たに定式化することに成功した.これをベースに,様々な数値計算例を用いてその妥当性を検証した.そして,2相材料構造を仮定した本格的な大規模最適化計算を実施した.ここでは高弾性材料と低弾性材料で構成された2相複合構造を有する材料ミクロ組織の最適なトポロジーを求めた.なお,寺田の並列計算のノウハウを活かして加藤と協働して並列計算用のプログラムに拡張した.最後に得られた結果を吟味し,加藤・寺田・京谷が協働して成果を取りまとめた.他方,学会での成果発表についても積極的に実施してきた.初年度は国際会議3回,国内会議についても2回の成果発表を行った.このような積極的な活動によって,異分野との研究交流も生まれた.なお,最終年度は,ゴム系材料のみならず,金属製ダンパーも念頭におきながら,金属の結晶構造の最適化にも挑戦した.その結果,本成果は近年注目を浴びている積層造形技術との融合が期待されるものであることがわかった.構造の力学的挙動は材料の微視構造(ミクロ構造)に強く依存することがよく知られているが,近年,微視構造の製作,制御技術が急速に進歩したことから「マクロ構造の力学的性能を最大にする最適なミクロ構造を発見する」ための研究が先端材料開発分野で盛んに行われている.しかし,それらは実験や経験則に基づくトライアルアンドエラー型のアプローチであり,真に最適なミクロ構造を得ることはできない.本研究では数理的アプローチを基本として,それを可能にする次世代型材料最適設計法の確立に成功した.具体的には,超弾性ゴム材料や金属材料の微視組織を最適化し,所望の力学的性能を最大にする手法を開発した.これまでの研究では,同様の研究を実施しているLund大学(スウェーデン)のProf. Wallinらと研究ディスカッション,情報共有を早い段階実施したことも相まって,当初の計画以上に進展させることができてる.特に,マクロ構造の力学的挙動を考慮して最適なミクロ構造トポロジーを求める手法については,申請者らの既往の研究で完結しているが,フェーズフィールド法を採用した場合に生じる問題点などは,Prof. Wallinらの先行基礎研究が大変役にたった.また,マルチスケール解析とPF法を融合したマルチスケール解析の最適化アルゴリズムについては申請車らのこれまでの経験もあって、よいものが提案できたと考えている.これにより、当初の計画以上に順調に研究を進めている.今後の研究における推進方策については,加藤が中心となって本格的な大規模最適化計算を実施する.
ナノスペクトＣＴを用いた、筋弁・脂肪弁における血流と体積の経時的変化の定量

移植手術後の脂肪組織の体積変化の特性を動物実験から明らかにした。Zuckerラットを使用した下腹部脂肪移植モデルを作成し、栄養血管に虚血や鬱血のストレスを与えて術後の体積変化を比較検討した。また移植組織の血流の指標として組織中の毛細血管密度を測定した。ストレスが加わらない場合、術後12週間の経過で移植脂肪の体積変化は34.7%であり、ストレスが加わると体積変化は13.2%と体積減少が大きかった。脂肪組織中の毛細血管密度は体積変化率と有意な相関を示した(p=0.011)。今回得られたデータは、実際の組織移植・再建手術において最適な術式選択と最適な移植組織量の決定に重要な情報となり得る。本研究では、ラットを用いて、虚血や鬱血、放射線照射など様々なストレスを付加し、移植組織の血流と体積の変化を経時的に測定することを目的としている。平成24年度には動物モデルとしてSDラットを用いた広背筋移植モデルを確立し、手術操作中に同定された筋組織を支配する神経や血管に切断やクリッピングなどの条件を付加することが可能となった。測定法に関してはmicro focus X線CTを用いた最適条件での軟部組織撮影法と、得られたCT画像からの移植組織の体積算出の手技が確立された。平成25年度は、様々なストレス下での移植筋組織体積の長期的な経時変化を測定するべく実験を重ねた。筋組織の体積変化に関しては、移植術後1週間ではわずかな体積増加がみられるが術後8週間の経過で体積は約10%程度にまで減少するという結果が得られ、学会報告した。しかしその後の過程でいくつかの問題点が明らかとなった。本来CT装置は軟部組織の観察には適さず筋組織を周囲組織と明瞭に識別することは困難であった。そのため周囲との血流再開を妨げない人工識別材数種類について使用・検討していたが、経過観察中に高率に感染を併発することが明らかとなった。そのため人工物の代替として自家組織による組織識別の手技の開発に移り、遊離脂肪を用いる方法を実施・検討中である。脂肪組織移植に関する動物モデルとしては、皮下脂肪組織が豊富なZucker肥満ラットを用いて、浅下腹壁動静脈を血管茎とした下腹部脂肪弁を挙上する手技を確立した。ただし、このラットが非常に高率に術後創部への噛みつき行動をとるという特徴が明らかになった。これにより術後1週間で移植脂肪組織が消失してしまうため、対応策を考案中である。今後は様々なストレス下での移植脂肪組織の体積変化の正確な定量という点に絞って実験を継続していく予定である。この研究は文献的な報告が非常に少ない分野である。本研究では移植組織の経時的な血流と体積の変化をラットを用いて測定することを目的としている。ここから得られるデータは臨床における組織移植・再建手術において、どのような術式を選択するかの重要な情報となり得る。移植組織としては筋肉と脂肪を分けて考え、この異なる組織間での違いを中心に観察する。また手術に際しては移植組織に虚血や鬱血、放射線照射など様々な条件を付加し、より臨床に即したデータの収集を目指している。初年度である平成24年度は動物モデルの確立と測定方法の最適化が主な研究内容であった。まずはSDラットを用いた広背筋移植の術式を確立した。さらにZucker肥満ラットを用いた脂肪組織移植に関しても手技を開発中である。これらの手術操作中に移植組織を支配する神経や血管を確実に同定することができ、血管のクリッピングや神経の切断により今後は移植組織に様々な条件を付加することが可能となった。測定法に関しては、主にmicro focus X線CTを用いた体積の測定を行っている。CT装置は軟部組織の観察には適さないという欠点があり撮影条件の設定に関しては時間をかけた。現在では移植組織の全体像を短時間の3回に分けたスキャンで捉え、また撮影時のラットの体位を工夫するなどにより呼吸性の変動を最小限に抑えたぶれの少ない画像が得られる。さらに移植組織を周囲組織から識別する方法に工夫を要した。移植組織と周囲組織の間の血流再開を妨げないような材質、またCT画像上で鮮明に識別できる材質を開発した。本研究に類似した研究では移植組織の変化を重量で測定していることが多い。これは複数枚の画像からの体積測定の技術が比較的難しいことに起因している。そのため体積測定のツールを開発することも重要な課題であった。現在までに、得られたCT画像から移植組織の3D画像を作成しその体積を算出する手技が確立されている。皮下脂肪組織が豊富なZuckerラットを用い、浅下腹壁動静脈を血管茎とした脂肪弁の体積変化を経時的に測定した。

ラットの個体差や成長による体積変化を補正するため、同一個体の両側で脂肪弁を挙上し、それぞれ血管負荷群、対照群とした。血管への負荷は臨床を想定して、虚血・鬱血ともに3時間(血管にクリッピング)とした。組織血流の評価に関しては、動物実験センター改修工事の影響でnano SPECT/CTによる評価ができなかったため免疫組織学的手法を用いた。ラットから移植脂肪組織の検体を採取し、血管茎からみて近位,中間位,遠位それぞれから得た組織切片を用いて、脂肪細胞をペリリピンで毛細血管をイソレクチンで染色することにより脂肪細胞数と毛細血管数を測定し毛細血管密度を算出し、この毛細血管密度と移植脂肪組織の体積変化率の相関を検討した。結果、移植された脂肪組織は術後610週の経過で体積が減少しその後はほぼ一定かやや増加することが分かった。対照群の12週の体積変化は平均35%、ストレス群の体積変化は13%であり、血管にストレスを与えた群が体積減少が大きかった。同一個体でのストレス群/対照群の測定値をみると、虚血群では70±78%であるのに対して、鬱血群では38±22%であった。体積変化の平均値には有意差がみられなかったが、ばらつきには有意差がみられた。脂肪組織中の毛細血管密度の検討では、脂肪細胞数や毛細血管数が体積変化率と相関を示さなかったのに対して、毛細血管密度は体積変化率と有意な相関を示した。脂肪組織の部位別にみると、近位や中間位では相関を示さなかったが、遠位での毛細血管密度と体積変化率は相関関係を示した。同一個体での脂肪体積と毛細血管密度のストレス群/対照群の測定値を比較すると有意な相関がみられた。得られた研究成果は、英語学術雑誌への投稿中である。また2015/10に開催される日本形成外科学会基礎学術集会で報告する予定である。形成外科学画像撮影と体積測定の手技に関してはおおむね計画通りに進んでいる。遅れている理由について、これはまず以下に述べる要素が大きい。当研究室では全ての実験を大学の動物実験センター内で行っているが、平成25年度は施設の老朽化に対する大規模な改修工事期間となり通常の施設の利用ができず、仮設動物実験施設でしか実験できなかった。動物飼育施設や実験室の移動、それによる中断などがあり、さらに放射線照射施設は一切の使用ができなくなった。これらのハード面での問題から当初予定していた実験の進行が得られなかった。これに関してはまた、仮設動物実験施設の使用料は、1匹・1日あたり想定していた通常の餌・管理料の10倍近い料金が請求されており、実験の進行が思うように進まないわりに、経費が予想以上にかかった。また、初年度に達成したと考えていた動物実験モデルの確立に様々な問題が生じ、最適化のために予想以上の時間が必要となっているのが現状である。また動物に加えるストレスのもうひとつの重要な柱である、放射線照射の手技の確立および照射条件の最適化に関しても遅れている。交付申請書に提示した初年度の研究計画では動物モデルの最適化と測定方法の確立を目指している。動物実験モデルに関してはおおむねその目標を達しているが、放射線照射の手技の確立および照射条件の最適化についてはまだ目標に達していない。測定方法に関しては、micro focus X線CTの撮影による体積評価の最適化は順調に進んでいる。
細胞の増殖・分化・運動性の制御におけるチロシンホスフアターゼShp-2の機能解析

動物細胞の増殖・分化などの制御を担う蛋白質チロシンリン酸化反応は、チロシンキナーゼとホスファターゼのバランスによって厳密に調節され、そのバランスの破綻によって浸潤転移等のがん形質が発現されると考えられている。本研究では、こうしたチロシンリン酸化による細胞機能制御の分子機序を解明することを最終目標として、細胞質型チロシンホスファターゼShp-2に焦点をあてて、その本質的な機能と制御機構を解析した。これまでに、成熟組織でのShp-2の機能発現には膜貫通型糖蛋白質BIT/SHPS-1のリン酸化を介する膜へのリクルートが重要であることを明らかにしてきたが、本研究により、発生の初期段階では同じく膜貫通型糖蛋白質であるPZRがより重要な役割を担うことを示唆する新たな知見を得た。PZRは、細胞接着因子様蛋白質で、細胞内ドメインのITIMモチーフを介してShp-2と特異的に相互作用する。PZRが神経系に強く濃縮されかつ神経細胞の発生初期に限定して発現することや、Shp-2が胚発生の制御で必須の役割を担うことから、PZR/Shp-2を介するシグナル伝達系が、動物の初期発生の制御において極めて重要な役割を担うことが示唆された。また、神経細胞の初期発生から神経系の構築に至る過程に焦点をあてて、PZRおよびShp-2の機能を分子レベルで解析した。胎生14日齢のラット脳線状体より培養した神経幹細胞を用いた生化学的な解析から、その神経分化誘導に伴いPZRの発現量が減少すること、またそれと平行してPZRのチロシンリン酸化、Shp-2との相互作用が減弱することが見出された。また、PZRが神経突起の根元付近に濃縮して局在すること、PZRを強制発現することにより神経突起の進展が促進されることなどが明らかとなり、PZRが神経系細胞の分化の初期段階で神経突起進展の制御を担うシグナル伝達系で機能することが明らかとなった。
凍結-融解作用を受ける不飽和土の工学的特性に関する研究

冬期および春期に舗装道路や速攻等が被害を受ける原因は路床・路盤の凍結による凍上現象と津血有形作用を受けた土のせん断抵抗力の低下であるといえる。本研究は上記のことを考慮して、将来の凍上防止のための資料を得るために、原位置調査により被害の実態を把握し、室内試験によって凍結-融解作用を受ける土の工学特性の解明を行うことを目的としている。本研究によって得られた結果は以下のとうりである。原位置調査結果1) 19841986年に東北地方に襲来した大寒波により、秋田、岩手、福島の3件だけでも山岳部において、それぞれ1648、746、1958箇所で凍害が生じている。このような凍害は冬期には雪が少ないが気温の低い長野・山梨・群馬県の山岳部では毎年発生している。2)凍害は地下水位の高市行きでは北海道はもとより、内陸部でも多く見られるが、地下水位の低い路床部の含水比が高いと容易に発生する。また、側溝、マンホール周辺など土と異なる構造物周辺で多い。室内試験結果1)水の供給できるオープンシステムではシルト湿度の凍上量は大きいが、砂質土では透水性が良く、凍結時に容易に排水が生じるので、ほとんど凍上現象はみられない。2)水の供給のないオープンシステムでも、たとえ不飽和度でも土中の水分の移動のために、土の飽和度に応じて体積の膨張・収縮が生じる。3)クローズドシステムで不飽和度が凍結-融解作用を受けたときの強度低下は体積変化のみではなく、土中のサクション力の低下によって生じるといえる。凍上および路床、路盤の凍結ー融解による舗装道路の亀裂や破壌は長野県、群馬県、山梨県の山岳部で多発していたが、昭和59昭和61年には東北地方に寒波が襲来し、秋田県、岩手県、福島県の山岳部で凍上、凍結ー融解による道路災害が集中的に発生した。そのために、平成4年度ではこの地域における道路災害に関する資料を収集した。それによると各県の被害はそれぞれ1648、746、1958個所にわたっている。なお、現在、道路災害と地形条件の関連性を検討している。これらの被害の原因を土質工学立場から解明するために、室内では、クローズドシステム、オープンシステムの二つの試験法で凍上特性、凍結ー融解後の土のせん断特性について検討を行った。その結果は以下のとうりである。1)水分の供給が自由なオープンシステムではシルト質土の凍上量は大きいが、砂質土では温度勾配、凍続時の排水のために凍上現象はほとんどみられない。2)水分の供給のないクローズドシステムでも土中水の凍結による体積膨張と土中水の移動による凍上が生じ、そのときの凍上量は不飽和土中のサクション力の小さいほど大きい。3)オープンシステムで不飽土が凍結ー融解作用を受けると、含水比(飽和度)の増大がみられるのでせん断抵抗力・変形に対する抵抗力が低下する。このことが寒冷地の道路災害の原因と思れる。4)クローズミシステムでも凍結ー融解作用を受ける不飽和土のせん断抵抗力の低下がみられるが、その大きさはサクション力と拘束圧力の比と一定の関係を有している。平成5年度においても、現位置調査と室内でクローズドシステムによる凍結-融解を行った。その結果は以下のとおりである。1.現位置調査結果(1)長野・山梨・群馬の3県の山岳地帯で舗装道路の凍害調査を行った結果によると路面の被害は地下水位の高い個所では当然のこととしてみられるが、地下水位の低い個所でも路床部の飽和度が高ければ発生する。特に下部より水分の供給が多い個所では舗装部に亀甲状の亀裂が多くみられる。

(2)側溝やマンホールのある個所ではこれらの構造物を通して冷気が深部まで伝達されるので凍害が多く、マンホールが突出している例も多くみられる。2.室内試験結果(1)クローズドシステムで不飽和土が凍結作用を受けると飽和度の高い場合には体積は膨張するが、飽和度が低くなると逆に体積は収縮する。その後、融解すると、いずれの場合にも体積は収縮し、凍結-融解後には全体として体積は初期値よりも減少している。(2)不飽和土が凍結-融解作用を受けると、サクション力(u_a-u_w)は低下し、せん断強さも低下する。このように供試体の密度が大きくなるにも拘わらず、せん断力の低下するのはサクション力の低下によるものといえる。(3)したがって、凍結-融解作用を受けた土のせん断強さはサクション力の低下を考慮すると非凍結土の破壊基準と一致する。
筋電図バイオフィードバック訓練による咀嚼筋痛患者の症状改善効果に関する多施設研究

ブラキシズムは歯科臨床上解決すべき重要な課題となっている.今回,日中のクレンチングに対するバイオフィードバック訓練(EMG-BF訓練)が咀嚼筋痛にどのような影響を与えるかについて解析し,ブラキシズム制御システムとしての有用性を検証することを目的として本実験を行った.日中のブラキシズムを自覚し,夜間のブラキシズムを指摘されたことのある被験者に対し,同意を得られた被験者18名(24.5±3.1歳)をバイオフィードバック群(BF群)とコントロール群(CO群)にそれぞれランダムに振り分け,連続した3週間の日中および夜間睡眠時のEMG測定を行った.BF群には2週目にクレンチング時(覚醒時ブラキシズム)にアラーム音が鳴るように設定したBF訓練を行った.このBF訓練は連続する2日間実施した.1週目と3週目は筋電図記録のみでBFによる介入を行わず、それぞれベースラインデータ,フォローアップ時のデータとして評価した.また,BF時の閾値設定には,クレンチング時にアラームが鳴り,食事中にはアラームが鳴らないような筋電図的な識別を行なうように設定した。CO群には3週とも筋電図記録のみ行った.これまで解析が終わったこの18名の被検者から得られたデータから,3週目において,BF群がCO群に対して有意な減少を認めた(p<0.05; TukeyのHSD検定).また,実験前後の問診票から,顎周囲に「痛み」または「だるさ」を訴えた被験者4名中3名が改善を認めた.以上の結果より,日中のクレンチングに対するEMG-BF訓練が夜間のブラキシズムを抑制し,咀嚼筋痛を改善しうる可能性が示唆された.予定より若干少ない被検者数であるが、バイオフィードバックトレーニングを行ったBF群と介入せず筋電図測定のみ行ったCO群との比較を行い、本研究課題の目的である日中のクレンチングに対するEMG-BFが咀嚼筋痛に及ぼす影響を検証できた。被験者の確保に対しては、事前に行ったパワー解析から各群15名の合計30名が必要であると予測した。この計算には、睡眠時ブラキシズムの先行研究から中等度と重度の識別できるEMGパラメータを参考にα0.05、β0.20として計算した。そのうえで200名を超える大学生を対象に質問票、口腔内検査を経て適格基準に合致する者を対象にポリソムノグラム検査で確認した結果、20名が最終的に被検者として条件を満たした。このように厳密な適格基準、除外基準を設定してことにより、被検者数が予定より少なくなったものと考えられる。さらに、3週におよぶポリソムノグラム測定により、睡眠中に電極が外れるといった、解析対象にならないデータを含んだ被検者は、解析対象から除外したため、さらに2名が減り、18名での解析となった。最終年となる次年度は被検者の追加を試み、最終的な解析を行い、その成果を学会、論文等の形で公表する予定である。多施設研究で実施するプロジェクトの最終年度であることから、データの追加より、結果のまとめ、公表とくに論文による発表に力を入れて、分担研究者との意見交換を行い、取り纏めていきたいと考える。今回の被検者は筋痛の程度が軽度から中等度であったことから、今後疼痛程度の強い患者を対象とする検証が必要と考える。今回の結果と比較し、強い痛みを訴える場合に、認知行動療法の一環であるバイオフィードバック療法がどの程度効果があるのか、さらには薬物療法との併用はどうなるかといった点に関心がある。また、筋電図以外のパラメータも測定していることから、解析対象に脳波、心電図、呼吸、眼電図等を含めた解析を見据えたプロジェクトの構築が必要と考える。今回のプロジェクトのように質問票による主観的な評価と筋電図等の生体現症による客観的評価を組合わせた解析は、双方のデータの示す意味を解釈する上で貴重な情報を提供していると考えられることから、今後の研究に発展させるべく、今回の課題をまとめていきたい。研究組織拡大にともない、分担研究者、研究協力者が一堂に会し、平成27年8月29日に研究打合せを行った。本研究は前年度申請により採択された課題であることから、これまでの経緯を説明し、新たに加わった施設での倫理承認の必要性、すでに参加している施設での倫理申請(新規・変更)に関する説明を行った。現在、新規参加施設での携帯型筋電計バイオフィードバック装置の導入、セットアップが終了し、各施設で倫理委審査中である。明海大学では倫理委員会承認が得られたことから、2名の被験者に対し実験を開始した。また、以前バイオフィードバックトレーニングを実施した被験者(実験群、対照群とも)のトレーニングに対する1か月後の学習効果を確認したところ、実験群では有意な筋活動減少が認められた。このことより本研究で予定している筋痛抑制効果に対するフォローアップデータ解析を行うことの意義が確認できたものと考える。さらに、睡眠中の脳波解析を行ったところ、バイオフィードバック群では睡眠ステージIII,IVで増加するδ派の成分が増え、浅い睡眠の特徴であるα波の成分が減少し、コントロール群との違いが明確に認められた。このことは、本研究の大前提となる日中のバイオフィードバックトレーニングが覚醒時ブラキシズムのみならず、睡眠時ブラキシズムにも影響する根拠となるフィードバックループが中枢を含んで成り立っていることの証左と考えられ、本研究遂行の理論的根拠の一端を支える貴重なデータになるものと思われる。

実験に先立つ倫理申請に際し、研究代表者が所属する明海大学での倫理承認を待って、各施設で申請手続きを行う必要があったことから、実験着手に至っていない施設がある。平成28年度早々に審査承認を目指し、施設間で情報を共有している。記録システムは整っていることから、倫理審査で承認が得られれば、すぐに被験者依頼し記録に着手できる状態である。なお、明海大学では倫理承認を受けていることから、現在2名の記録を行っている。多施設研究であることから、各施設での研究倫理審査手続きを行ってもらっている。研究代表者の所属する明海大学では既に一昨年承認済であり、他機関においても承認ならびに承認直前までの状態にある。明海大学では東洋大学と共同で、5名の被験者に対し実験を行い、現在データ解析を進めている。他機関でも被験者を募り、予備実験に着手できる体制を整えている。また、以前バイオフィードバックトレーニングを実施した被験者(実験群、対照群とも)の睡眠中のデータ解析を進め、筋電図のtonic成分のみならずphasic成分にも覚醒時バイオフィードバックによる睡眠時ブラキシズム抑制効果が認められた。この解析には一部ポリソムノグラムならびに動画による体動アーチファクト除去も行っており、筋電図によるブラキシズム検出方法をも検証できる結果となった。倫理申請手続きの進捗が施設によって異なっていることから、予備実験に取り掛かるまでの時間に差が生じている。日中のくいしばりを自覚し,かつ夜間の歯ぎしりを指摘されたことのある被験者10名(男性10名,平均年齢23.7±3.1歳)をそれぞれランダムにバイオフィードバック群(BF群) 5名とコントロール群(CO群) 5名に分け,EMG-BF装置を用いEMG測定をした.Satoらの方法2)に準じて,連続した3週間の日中および夜間睡眠時の測定を各5時間行った.BF群での1週目の測定はベースラインデータの記録を行った.2週目の日中に電子音によるEMG-BF訓練を2日間連続で行い,3週目にはEMG測定のみを行った.CO群はいずれの週にもBF訓練を行わず,EMG測定のみ実施した.EMG測定部位として主咀嚼側側頭筋部を選択した.実験前後にアメリカ睡眠医学会の睡眠国際分類3)を基に作成した被験者問診票を実施した.自覚の有無には「あり」「なし」で記入を,痛みに関しては,Numerical Rating Scaleを用いて評価した.日中のイベントでは,BF群において2週目および3週目の平均イベント数が,1週目に対して有意な減少を認めた.睡眠中の歯ぎしりの自覚または指摘を受けたかという質問に対し,BF群の実験前の回答において「ある」であった5名のうち改善した者は4名であった.CO群は実験前の回答に対し「ある」であった5名のうち3名が改善した.昼間,上下の歯を合わせてしまう自覚があるかという質問に対し,BF群では実験前の回答において「ある」であった5名のうち改善した者は2名であった.CO群は実験前の回答に対し「ある」であった5名のうち2名が改善した.顎周辺の筋肉に「痛み」または「だるさ」があるかという質問に対し,BF群では実験前の回答において「ある」であった3名すべてに改善が認められた.一方で悪化したものが1名認められた.CO群は実験前後の回答において変化は認められなかった.この3年間で、200名以上の被検者候補者を対象として、問診票から始まるスクリーニングを行ってきた。
真核生物の新しい細胞周期調節遺伝子群の単離と機能解析

哺乳動物細胞および酵母より細胞増殖を制御する以下に列挙するような新しい遺伝子を単離した。それらを機能解析したところ以下の諸点が明らかになった。1.細胞増殖を制御する新しい遺伝子を効率良く単離するために、高品質な差分化cDNAライブラリーを作製できる技術を開発した。それを用いてウサギ破骨細胞特異的に発現している遺伝子群を包括的に単離した。さらに、マウスのMITFの転写標的遺伝子についても多数単離した。その中の一つであるGranzyme B遺伝子が実際にMITF転写標的であることを多方面から証明した。2.マウスのメラノーマの間(BL6-F10)の差分化cDNAライブラリーから単離したコネキシン26がF10に筋肉注射によってさえ肺に転移するBL6レベルの強い浸潤・転移能を付与することを見出した。3.初代培養細胞でのみ発現している遺伝子群を差分化cDNAライブラリー作製により多数単離し、そのうちルミカンが実際にK-rasとv-srcの癌化に対する抑制機能を有することを証明した。4.哺乳動物細胞のG1/S期での転写誘導に重要な役割を果たすE2F蛋白質の転写制御機構について、cdc2遺伝子とHsMCM遺伝子を用いて解析した。5.分裂酵母のrfc3+遺伝子の温度感受性変異株を数株単離し、それらの一つであるrfc3-1変異を用いて詳細な解析を行った結果、Rfc3はDNA複製だけでなく、DNA複製チェックポイントとDNA損傷チェックポイントにおいても重要な機能を持つことを明らかにすることができた。6.出芽酵母のNIK1は発現がG1/S期でピークを持つ細胞周期性振動を繰り返が、これがG2/M期遷移の制御のみでなく、S期開始制御も行うことを我々は新たに見出したので、その分子制御機構を詳しく解析した。これまでに単離してきた細胞増殖制御因子遺伝子のうち、本年度はGAKについて詳しく解析した。GAK(cyclin G-associated kinase)は我々が以前ラットより単離したサイクリンG(Cyclin G)の結合蛋白質として新たにクローニングした新規Ser/Thrキナーゼをコードする遺伝子である。GAKに対する1種類のポリクローナル抗体と数種類のモノクローナル抗体を作製して一連の生化学的あるいは細胞生物学的実験を行った。免疫沈降とウエスタンブロット法を組み合わせてサイクリンGはGAKのみならずCDK5とも結合することを示した。一方、GAKもサイクリンGのみならずCDK5とも結合することを示した。HeLa細胞の二重チミジンブロック、およびNRK細胞の血清枯渇後の添加という2種類の細胞周期同調によりGAK,サイクリンG、CDK5の量的変化をウエスタンブロット法でみると蛋白質量いずれも際だった変化は見せなかった。ノーザン法によりmRNA量を見ると、サイクリンGは変化はなかったが、GAKはG1期後期で転写量が数倍程度に上昇していた。GAKは発現は余り高い方ではなく、ノーザン法によると弱いバンドしか検出できない。しかし、いずれの組織でも転写が観察され、特に子宮では他の組織より数倍以上高い転写量を示した。また将来疾患との関連を調べるための基礎データとして供するためにFISHを用いてサイクリンGおよびGAKのヒト染色体上の遺伝子座位を決定した。次に、ヒストンH1を基質としてGAKが確かにキナーゼ活性を持つことを確認した。サイクリンGはGAK、CDK5の活性の一部を制御したが、免疫排除(immunodepletion)の実験においてもなお残存活性が測定できたのでこの複合体以外にも結合キナーゼ因子を持つことが予想された。本年度は以下の5つの方向から研究を進めた。(a)生育に必須なrfc3^+遺伝子を見つ、その温度感受性変異株を樹立した。

そのうちrfc3-1はUV,MMS,HUに感受性で、制限温度でFACS異常を示し、DAPI染色では核分配が異常な細胞が多かった。これらの結果はRfc3がS/Mチェックポイントに関わっていることを示唆した。この変異株のRfc3では機能発現に重要なDomain VIIIでArgからTrpに点変異していた。(b)出芽酵母にはGIN4と呼ばれる構造上NIK1と類似な遺伝子がある。gin4遺伝子破壊株は致死ではなく、FACS解析では細胞周期に顕著な影響はみられないものの細胞形態に異常を示す細胞が観察された。GFP-Gin4はbud-neckに局在し、Gin4を大量発現させると弱い生育阻害を起こし、細胞の形態がおかしくなった。cdc28変異株とGIN4との二重破壊株が異常に伸長した形態を示したことからGIN4もNIK1同様にDNA複製と細胞質分裂の連動を調節していると結論した。(c)ヒト細胞においてDNA複製開始の制御遺伝子である6種類のHsMCM遺伝子を単離し、抗体も準備してHsMcm2-7複合体全体の機能、構造などを解析した。(d)サイクリンG1とサイクリンG2ノックアウトマウスを作製する準備段階として両方の遺伝子をクローニングして構造を決定するとともに、染色体座位を決定した。(e)マウス・メラノーマ亜株B16-F10(低転移型)とB16-BL6(高転移型)との融合細胞の作製を行って、BL6が示す高転移性が優性な表現型であることを示した。次に両者の差分化cDNAライブラリーを作製して癌細胞に浸潤・転移能を付与する候補遺伝子を多数単離して機能解析してきた。哺乳動物細胞および酵母より細胞増殖を制御する以下に列挙するような新しい遺伝子を単離した。それらを機能解析したところ以下の諸点が明らかになった。1.細胞増殖を制御する新しい遺伝子を効率良く単離するために、高品質な差分化cDNAライブラリーを作製できる技術を開発した。それを用いてウサギ破骨細胞特異的に発現している遺伝子群を包括的に単離した。さらに、マウスのMITFの転写標的遺伝子についても多数単離した。その中の一つであるGranzymeB遺伝子が実際にMITF転写標的であることを多方面から証明した。2.マウスのメラノーマの間(BL6-F10)の差分化cDNAライブラリーから単離したコネキシン26がF10に筋肉注射によってさえ肺に転移するBL6レベルの強い浸潤・転移能を付与することを見出した。3.初代培養細胞でのみ発現している遺伝子群を差分化cDNAライブラリー作製により多数単離し、そのうちルミカンが実際にK-rasとv-srcの癌化に対する抑制機能を有することを証明した。4.哺乳動物細胞のG1/S期での転写誘導に重要な役割を果たすE2F蛋白質の転写制御機構について、cdc2遺伝子とHsMCM遺伝子を用いて解析した。
ラット心不全モデルにおける細胞内シグナル伝達物質の遺伝子発現に関する研究

3週4週のWister-Imamichiラットを用いて圧負荷心不全モデルラットを作成しノーザンブロット解析およびin situ hybridization解析を施行し、カルシウム依存性のシグナル伝達系の酵素の遺伝子発現の変化をstudyした。プローブとしてカルシウム依存性プロテインキナーゼI,IIα、IVα,及びカルシウム依存性プロテインキナーゼIの活性化因子であるカルシウム依存性プロテインキナーゼキナーゼのオリゴヌクレオチドに32P-dATPを標識して使用した。ノーザンブロット解析の結果では、圧負荷モデル群とコントロール群のいずれも今回studyしたカルシウム依存性プロテインキナーゼI,IIα、IVα,及びカルシウム依存性プロテインキナーゼIの活性化因子であるカルシウム依存性プロテインキナーゼキナーゼもほぼ同じような発現を示し、明らかな差異は認められなかった。in situ hybridization解析ではコントロール群においてカルシウム依存性プロテインキナーゼI,IIα、IVα,及びカルシウム依存性プロテインキナーゼIの活性化因子であるカルシウム依存性プロテインキナーゼキナーゼも全て、心尖部、左室自由壁、中隔側とも一様に発現シグナルが観察されていた。圧負荷モデル群でも結局、発現パターンや強度でコントロール群と大きく異なるような傾向を示したキナーゼはなかった。今回のstudyでプローブとして使用したカルシウム依存性プロテインキナーゼI,IIα、IVα,及びカルシウム依存性プロテインキナーゼキナーゼらのカルシウムを介する伝達系のキナーゼ群はもともと心組織中に一様な発現を示しており、圧負荷によりその発現が著しく増強したり、もしくは抑制されることも認められなかった。よって、これらのキナーゼ群に関していえば、伸展刺激による心肥大のメカニズムにおいて、大きな関与は否定的であることがわかった。その結果、心不全モデル群とコントロール群で明らかな遺伝子発現の違いは検出できず、すくなくとも心筋の肥大にこれらのキナーゼ群は関与していないことがわかった。1心不全状態にある心筋細胞内に於けるシグナル伝達関連物質の遺伝子発現および蛋白レベルの代謝調節の変化を明らかにし、心不全の病態を細胞レベルで解明することを目的として、次の研究を計画した。2成獣ラットを用い麻酔下で心筋電極により高頻度のpacingを行い急性の心不全モデルの作成を試みた。3ラットは正常でも心拍数が250/分以上あり、心電図上pacingされたかどうか確認が困難であった。また当初10分から20分間のpacingで施行したが突然心停止をきたしたりして目標の30匹以上のサンプルを集めるためにはモデルとして不適格であることが判明した。そのため、大動脈に内径0.6mmのWeck hemoclipをはさんで作成する圧負荷心不全モデルに変更した。4 3週4週のWister-Imamichiラットを用いpentogbalbitrate i.p. 60mg/kg麻酔し、気管切開で人口呼吸器による管理を行った。左第3肋間開胸で上行大動脈に到達し、上行大動脈を肺動脈と周囲の組織から剥離し内径0.6mmのWeck hemoclipで上行大動脈をはさんだ。コントロール群では同様の手術手技を行うもののclipの留置は行わないこととした。合計19匹の圧負荷心不全モデルラットと15匹のコントロールラットを作成し死亡はそれぞれ6例と4例であった。術後1218週でharvestし生化学的実験に使用する予定である。2 3週4週のWister-Imamichiラットを用い、圧負荷心不全モデルラットを作成した。

麻酔下で開腹し腹部大動脈を周囲から剥離した後、腎動脈分岐部より中枢側でヘモクリップを用い、大動脈の狭窄を人工的に作成した。クリップの内径を一定にするため24G針をはさんで、クリップし、またコントロール群では同様の手術手技を行うもののclipの留置は行わないこととした。合計13匹の圧負荷心不全モデルラットと8匹のコントロールラットを作成した。死亡はそれぞれ2例と1例であった。3術後12週でharvestし、心臓組織をサンプルとしてmRNAを抽出して、ノーザンブロット解析を施行した。プローブとしてカルシウム依存性プロテインキナーゼI,IIα、IVα,及びカルシウム依存性プロテインキナーゼ1の活性化因子であるカルシウム依存性プロテインキナーゼキナーゼのオリゴヌクレオチドに32P-dATPを標識して使用した。その結果、心不全モデル群とコントロール群で明らかな遺伝子発現の違いは検出できず、すくなくとも心筋の肥大にこれらのキナーゼ群は関与していないことがわかった。4今後の展開として、シグナル伝達系のより上流の物質であるプロテインキナーゼCやホスホリパーゼA2などもプローブとして同様の検討を行っていく予定である。
陣痛を制御するTRP・P2チャネルの分子生物学的解析と胎児神経細胞死解明への応用

我々は子宮収縮の周期性に関与している非選択性陽イオンチャンネル(NSCC)について報告してきた。今回はそれらの電流とTRP・P2Xチャネルの子宮平滑筋における発現様式との関連を検討した。子宮平滑筋に優位に発現していたP2X4チャネルにおいてはクローニングし培養細胞発現系に再発現させて記録した電流と子宮平滑筋細胞のATP受容体電流とを比較検討した。妊娠ラット子宮平滑筋細胞からは2種類のNSCC電流を記録した。そのうち細胞外ATPにより誘発される電流はP2Xチャンネルであることが推測された。細胞外Mg2+によりNSCCとATP受容体は早産治療濃度域において濃度依存性に抑制され、MgSO4(マグネゾール)の子宮収縮抑制機構のひとつである可能性が示唆されている。妊娠ラット子宮筋にはTRPチャンネルのうちサブタイプC3,C4,C6の発現を認めた。また、P2X受容体ではX1,X4,X5の発現を認め、特にP2X4は強発現していた。ラット子宮平滑筋から抽出したP2X4チャンネルはラット脳の同チャンネルとアミノ酸配列が同一であった。培養細胞系に再発現したP2X4チャンネル電流は子宮平滑筋細胞で記録されたATP受容体電流と性質がよく一致しており、子宮におけるP2X受容体の主体はP2X4チャンネルであると考えられ子宮収縮抑制剤として臨床応用されつつあるマグネゾールの作用機転であることが示唆された。同様の手法にて、胎児全脳におけるP2XおよびTRPの発現様式を検討した。現在は炎症モデルとの比較などへの応用を行っている。子宮収縮および陣痛周期を制御する機構として、従来から非選択性陽イオンチャンネル(non selective cation channel、NSCC)を妊娠ラット子宮平滑筋細胞において観察しその性質と役割を報告してきた。今年度はこれらのうちATP受容体の一種であるP2Xチャンネルの発現様式と優位に発現していたP2X4チャンネルの再発現実験を行い生理学・薬理学的性質について検討した。子宮筋層より抽出作成したcDNAライブラリーにおいて、各P2XチャンネルサブタイプmRNAの発現をRT-PCR法により観察したところP2Xは7種類すべてのサブタイプの発現を認め、特にP2X4の優位な発現が観察された。子宮筋P2X4のクローニングを行ったところラット脳の報告と約99.9%の相同性を認めアミノ酸配列は同一であった。この遺伝子をCOS-7培養細胞発現系によりチャンネルを発現させ、パッチクランプ法でその電流を記録した。P2X4を発現させた培養細胞において細胞外ATPで活性化される電流が観察された。これらの電流の性質は一価陽イオンの透過性順位などの電気生理学的性質のみならず、促進剤・阻害剤の反応などの薬理学的性質がともに子宮平滑筋細胞ATP受容体電流とよく一致していた。しかしながら、P2X4チャンネルはATPに対する脱感作現象が観察された。以上より妊娠ラット子宮平滑筋におけるATP受容体のおもなチャンネル蛋白はP2X4であり、子宮収縮制御機構との関連あるいはマグネゾールの子宮収縮抑制機序のひとつであることが示唆された。

また、P2X受容体ではX1,X4,X5の発現を認め、特にP2X4は強発現していた。ラット子宮平滑筋から抽出したP2X4チャンネルはラット脳の同チャンネルとアミノ酸配列が同一であった。培養細胞系に再発現したP2X4チャンネル電流は子宮平滑筋細胞で記録されたATP受容体電流と性質がよく一致しており、子宮におけるP2X受容体の主体はP2X4チャンネルであると考えられ子宮収縮抑制剤として臨床応用されつつあるマグネゾールの作用機転であることが示唆された。同様の手法にて、胎児全脳におけるP2XおよびTRPの発現様式を検討した。現在は炎症モデルとの比較などへの応用を行っている。
希薄磁性半導体超構造の磁性と伝導

研究実績の概要は以下のとおり.グリーン関数法およびコヒーレント・ポテンシャル近似を用いた第一原理計算によって新しい希薄磁性半導体の可能性を見出した。また、超構造に対する輸送現象を計算するための計算機コードを開発し、現実的な系に対するトンネル磁気抵抗を調べて、実験との詳細な比較を行なった。1.II-IV-V2およびI-III-VI2カルコパイライト型化合物磁性半導体について電子状態を計算し、強磁性転移温度の評価を行なった。その結果、(Cd,Mn)GeP2や(Zn,Mn)GeP2については格子欠陥等のない状態では強磁性が実現されず、スピングラス状態が基底状態であることを見出した。また、種々の欠陥を導入した計算を行なうことによって、実験的に確認されている強磁性は欠陥やGe位置に入ったMn等が原因である可能性が高いことを提案した。またI-III-VI2カルコパイライトである(Cu,TM)AlS2について、TMとしてVやCrを用いることによって高い強磁性転移温度が得られることを見出した。2.Ni/Cu/絶縁層/Ni型の超構造について、その輸送現象の理論を展開した。このようなサンプルに理想的なリードを介して流れるトンネル電流がCu層の厚さとともにどのように変化するか、また、トンネル磁気抵抗がどのように振舞うかを調べた。その結果、絶縁層による障壁が十分大きいときにはCu層の層厚とともにトンネル磁気抵抗比が振動的に変化することを確認した。これは実験的に見出されているCo間のトンネル磁気抵抗の実験を定性的に説明するものである。ただし、Cu層における散乱過程が取り入れておらず、振動の減衰が見られない。定量的な比較のためにはコヒーレント・ポテンシャル近似等を取り入れた計算が必要であるが結論された。3.大きな超構造の輸送現象についてより信頼性の高い計算を実行するための遮蔽KKRの手法を用いた計算機コードを開発した。現在テストを終え、実際に計算に使える段階である。グリーン関数法およびコヒーレント・ポテンシャル近似を用いた第一原理計算によってIII-V族希薄磁性半導体の超構造(In, Mn, As)As/(Al, Be)Asについて(Al, Be)As層のBeによるドーピング効果を調べた。さらに系にバイアス電圧をかけたとき、どのようにキャリア移動が起こるか、それにより磁性がどう変化するかを詳しく調べた。・Beによるドーピングを増加していくと、キャリアホールが(In, Mn)As側へ注入される。このことにより、(In, Mn, As)As層の磁性がより安定化され強磁性キュリー温度が上昇する事が明らかになった。このことは(In, Mn)Asがキャリア誘起強磁性であることを明確に示しており、申請者らによる強磁性発現の機構の理論の裏付けとなった。・バイアス電圧をかけることによるV族位置に入ったAs(アンチサイトAs)の磁性が大きな影響を受けることがわかった。すなわち0.1V程度のバイアス電圧を加えただけで、アンチサイトAsの超微細磁場はほとんど0KGの状態から-600kG程度へと大きく変化する。これに対してアンチサイトAs以外の原子位置での超微細磁場の変化は顕著ではない。・上に述べた非常に顕著な超微細磁場のバイアス電圧依存性はバイアス電圧をかけることによりアンチサイトAsの局在s状態が大きく変化しそれによって超微細相互作用が影響をうけるによる。これは新しい発見である。