hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
音響共鳴顕微鏡の実現と燃料電池用電解質膜の吸水特性モニタリング

音波が薄層を通過する際に生じる音響共鳴現象を利用した新しい材料評価原理を開拓した。透明なガラス板に高分子膜を真空吸着させた超音波伝達系で音響共鳴現象を観察すると共に、対応する領域の光学顕微鏡観察をも可能にした。この音響光学融合顕微鏡法により、高分子膜の物性値のゆらぎや、熱劣化状況を可視化することに成功した。熱処理した直鎖状短鎖分岐ポリエチレン薄膜の場合は加熱方法と条件によって結晶化が進行する場合と酸化が進行する場合があったが、当該手法によってこれを検知することが可能であった。1.高分子膜物性値の画像化電着塗料膜の物性値の取得と膜厚分布の画像化を試みた。はじめに鋼板上に施工された塗料膜に対する音響共鳴現象を観察して音響物性値を取得した。次に収束型超音波探触子を走査して音響共鳴周波数の面情報を得て、これと先に取得した塗料膜の音速より塗料膜の膜厚分布を取得することに成功した。取得した塗料膜の膜厚分布はまだら状で、鋼板上に施工された塗料膜の厚さにゆらぎが存在することを明らかにした。2.高分子膜の熱劣化状況の可視化音響共鳴板として透明な石英ガラス板を用いる音響・光学融合観察技術を用いて、熱劣化状況の異なる直鎖状短鎖分岐ポリエチレン(LLDPE)薄膜を観察した。115度に加熱したヒーターにLLDPE薄膜を直接接触させた場合は薄膜の密度が増大し、音速は低下した。対応する領域の光学顕微鏡像では微小なセル構造の形成が認められ、上述の音響物性値の変化が薄膜の結晶化を捉えていることを明らかにした。一方、100度に加熱した大気炉中に10時間放置したLLDPE薄膜でも同様な音響物性値の変化が認められたが、この場合は光学顕微鏡像には変化が現れず、音響物性値の変化が薄膜の酸化の進行を捉えているものと推察された。3.燃料電池用電解質膜の水分吸収量モニタリングの挑戦音響共鳴板と空気との間に高分子薄膜を挿入し、音響共鳴板から高周波数超音波を入射して当該薄膜に対する音響共鳴現象を観察することに成功した。この成果は吸水性の燃料電池用電解質膜の水非接触状態における音響物性値の導出を可能にし、同膜の水分吸収量をモニタリングする上で有益な成果である。その他、本研究で構築した理論モデルを活用して、高分子薄膜を介して被検査物に超音波を送受信する超音波伝達系において、高分子薄膜を周波数フィルタとして活用する方法を提案した。1.音響共鳴理論モデルの構築水、音響共鳴板、空気なる超音波伝達系において、水と音響共鳴板との間に薄膜を挿入した場合、および音響共鳴板と空気との間に薄膜を挿入した2つの場合を考え、それぞれの場合の音響共鳴理論モデルを得た。いずれの場合も音響共鳴現象が薄膜の密度、音速、厚さに依存し、受信超音波エコーの周波数依存性を利用して薄膜の音響諸物性値が算出可能であることを示した。また構築した理論モデルを活用して、ポリ塩化ビニリデン薄膜内のマイクロバブルの検出を試み、これに成功した。2.音響共鳴顕微鏡の試作音響共鳴顕微鏡を試作した。ここに音響共鳴板として、透明な石英ガラス基板をはじめて用いることで、音響計測と同時に光学顕微鏡像の取得を可能にした。また音響共鳴板と薄膜間の音響結合はドライ真空吸着手法により満足させた。超音波の送受信には広帯域高周波数超音波センサを用い、倒立顕微鏡にXY自動ステージを取り付けることで、対象薄膜の面情報が取得可能な音響共鳴顕微鏡とした。3.高周波数超音波を用いた音響共鳴現象の観察厚さ10、15um程度の直鎖状短鎖分岐ポリエチレン(LLDPE)を対象とし、試作した音響顕微鏡の有用性を検証した。具体的に以下の知見を得た。音響共鳴現象が音響物性値の不連続の大きな伝達系で明瞭に観察できることから、これまで高い音響インピーダンスを有するタングステンを音響共鳴板として用いてきた。本研究において、比較的音響インピーダンスが低い石英ガラスを用いても十分な精度で音響諸物性値が測定できることを確認した。また、部分的に熱劣化させたLLDPE薄膜の音響物性値を取得すると共に、当該測定領域の光学顕微鏡像を取得した。熱劣化領域においては音響物性値が変化すると共に、外観変化も認められた。このような音響・光学融合観察ははじめての試みであり、翌年につながる成果である。研究実績の概要に記載のとおり、申請時に計画した研究を遂行し、音響共鳴顕微鏡を試作すると共に、理論超音波伝搬モデルを構築した。さらに本研究の遂行において、新たに透明石英ガラス基板を音響共鳴板として用いることで、音響物性値の取得に加えて、対応する領域の光学顕微鏡像の取得をも可能にした点は大きい。また、翌年に計画している高分子膜の熱劣化状況の可視化に関して、直鎖状短鎖分岐ポリエチレンに対する先行実験でその有用性を確認している。

申請書に記載の計画のとおり、研究を推進する。平成25年度(最終年度)は、これまでの研究成果に基づき、高分子膜物性値の画像化を試みる。具体的に、水分吸収量が異なる高分子膜の物性値画像を算出、取得することで、水分吸収による物性値の変化を可視化する。さらに、高分子膜の熱劣化状況の可視化を実現する。高分子材料はガラス繊維温度を越えると物性値が大いに変化する。薄膜の一部を熱的に劣化させ、音響共鳴画像を取得することで、高分子膜の熱劣化領域が物性値の変化として可視化、検出できるかを検証する。最終的に燃料電池用電解質膜の水分吸収量モニタリングに挑戦して、横軸に水と接してからの時間、縦軸に物性値(例えば電解質膜の密度)をプロットすることで、電解質膜の性能評価に有益な吸水曲線を定量的に取得することを目指す。次年度使用額(1,104,152円)のうち、1,057,644円(超薄型/高精度/XY軸一体型ステージ)は3月までに執行を完了した4月支払分である。また残りの46,508円については今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額であり、平成25年度請求額とあわせ、平成25年度の研究遂行に使用する予定である。
^3He-^4He混合液の新しい超流動相の探索および液体^3Heへの^4He溶解度の研究

第4音波による超流動ヘリウム3のサイズ効果の測定に関しては、測定結果をもとに解析を進め、サイズ効果をもたらすコヒーレンス・レングスξ。の値とその圧力依存性を初めて実験的に求め、理論的予測とかなりよく一致する結果を得た。このξ。はクーパー対のひろがりの程度を与えるもので、超流動相の基本的性質を考える場合に重要な役割を果たすものである。bccヘリウム3ではbccの広いモル体積領域で転移温度、磁化の温度依存性を調べた。その結果、モル体積の小さい固体ではスケーリング則からわずかにずれることが判明した。また、解析より得られたワイス温度は従来得られている値の約1/2であり、これは最近のKirkらの実験値に一致している。μK領域の開発と【^3He】-【^4He】混合液の新しい超流動相の探索に関しては、先づ長時間の安定な連続運転が可能でしかも振動発生を極力抑えた希釈冷凍機を完成させ、循環率500μmol/secの時の定常状態で混合室の到達温度2.9mKを得た。第一段のPr【Ni_5】の核ステージについては消磁テストの結果、当初の目標である1mK領域で十分な冷凍能力を有することが確められた。現在二段目の核ステージの製作を進めているが、これと並行して二段目のアルミニウムのヒートスイッチの改良も行う予定である。液体ヘリウム3へのヘリウム4の溶解度に関しては、電極間隔2μmのキャパシターと低温で動作する閉止弁とを用いて、液体ヘリウム3中に含まれる極めて微量のヘリウム4の相分離を検出することができた。ヘリウム4を2,24,50,70,150,1620ppm含む液体ヘリウム3のそれぞれの相分離温度を調べ、従来の予測よりも溶解度が大きくなる傾向が見られた。このξ。
放線菌の生産するスタウロスポリンの生合成に関する研究

スタウロスポリンの遺伝子を直接クローニングすることは困難であることが予想されたために、今年度も前年度に引き続きレベッカマイシンの生合成に関する研究を行った。レペッカマイシン(Rm)はスタウロスポリンと同様にインドロカルバゾール(IC)骨格を持つ化合物でDNA topoisomeraseIの特異的阻害剤である。IC化合物の生合成についてはトリプトファン(trp)2個が前駆体であることが明らかになっているが、その生合成過程は未知である。前年度においてRm生合成遺伝子のクローニングについて報告したが、今年度はその全生合成経路について推定できた。Rm生合成遺伝子が存在すると思われるコスミドクローン、pREBCN5をRm生産菌、Lechevalieria aerocolonigenesATCC39243よりクローニングした。この内のPstI-BamHI15.5kbの塩基配列を決定した結果、10個のorf, reb clusterの存在を確認した。rebB, C, D, E, H, ngtの遺伝子破壊株を作製し、その中間代謝物の同定を行い、その結果を基にRm生合成経路を推定した。今回の結果より導かれた生合成経路は、trp2分子がクロル化後、酸化により生じた1分子のα-ケト酸がもう1分子と脱水縮合して環化した3,4-di-(3-(8-chloroindolyl)-pyrrole 2,5-dicarboXylic acidが形成され、更にRebC, RebDによる変換反応の末にRmアグリコンが形成されるという経路である。また、得られた遺伝子情報を基に念願のスタウロスポリン生合成遺伝子のクローニングにも成功した。今回の結果よりスタウロスポリン生合成においてもアグリコン形成はレベッカマイシンとほぼ同じ経路で生合成されると予想される。スタウロスポリンの遺伝子を直接クローニングすることは困難であることが予想されたため、今年度はスタウロスポリンと同様の骨格を持つレベッカマイシンの生合成に関する研究を行った。スタウロスポリンをはじめとして、レベッカマイシンなどはインドロカルバゾール化合物に属し、プロテインカイネース阻害やトポイソメラーゼ活性阻害を持つ化合物が多数報告されている。遺伝子工学的に新規インドロカルバゾール誘導体を生合成する事を目的に、レベッカマイシン生産菌を用いてレベッカマイシン生産菌、Saccarothrix aerocolonigenes ATCC39243の遺伝子破壊株の作成法の確立及びその手法を用いて、レベッカマイシンアグリコンの生産株を作成した。接合性大腸菌Escherichia coli S-17株誘導体を用いて、S.aerocolonigenes内では自律複製しないプラスミドを導入し、一回交差の相同性組み替えを起こすことによりNGT(N-glycosyl transferase)遺伝子破壊株を作成した。作成した破壊株の生産培地中にはレベッカマイシンアグリコンの生産が確認された。また、ngt遺伝子の染色体上の上流にはngtと転写方向が反対向きに2つのorf(rebA,rebB)が存在し、rebAはL-aminoacid oxidaseと、rebBはviolacein生合成酵素の一つであるvioBとホモロジーのある遺伝子であった。rebB破壊株を作成したところrebeccamycinの生産能が失われた。rebBはスタウロスポリン生産菌においても相同性遺伝子が存在した。これらのことより、ngt周辺の領域はレベッカマイシン生合成遺伝子クラスターであることが強く示唆された。
絹の黄変機構と黄変に及ぼす化学組成の影響

絹は太古より衣料用繊維の主座を占めており、その快適性能や高級感覚は消費者の魅力を誘うのに十分であるが、他方において現代の消費者は合繊なみの手軽さを求めている。そこで、本研究で取り扱う絹の黄変が大きな問題となる。本研究の目的は、絹糸の黄変機構を解明すべく、黄変に関与する絹糸の化学成分を同定することにある。ここでは、人工飼料育蚕(A)から得られる絹糸の黄変度が小さいことに着目して,天然桑育蚕(M)から得られる絹糸とAの絹糸の化学組成と黄変を対比することによって、黄変に関与する物質を推察した。具体的には、原標準試料となるA及びB繭試料を選定し、両者の試料からセリシンとフィブロインを分離し、それらの化学組成、タンパク質成分組成の差異を調べた。さらに、原繭試料及び段階的にセリシンを抽出した繭糸(フィブロイン)試料に紫外線(UV)照射を行い、各試料の黄変度と化学組成との関係について検討し、黄変関与成分を推定した。本研究によっていくつかの進展が見られた。まず、人口飼料育繭(A)の黄変度は桑葉育繭(M)に比べて白度が大で黄変度が小さいことを再確認した上で、両者の化学組成の差異を検討した。両者のフィブロイン部分のアミノ酸組成及びX線的構造はほぼ同じであった。一方、A試料のセリシン部分は、M試料に比べて、熱水への溶解性が高く、かつ、分別物のアミノ酸組成も若干異なることを見いだした。また、A試料とM試料との黄変度の差異には、熱水可溶の非タンパク質成分量の差異が関与している可能性が示唆された。具体的手法としては、人工飼料育蚕(A)から得られる絹糸の黄変度が小さいことに着目して,天然桑育蚕(M)から得られる絹糸とAの絹糸の化学組成と黄変挙動を対比することによって、黄変に関与する物質を絞り込む方法を用いる。本研究の独走的な点は、「人工飼料育繭糸」という特異な試料に着目して黄変機構の解明を試みる点にある。平成6年度には、原標準試料となるA及びB繭試料を選定し、両者の試料からセリシンとフィブロインを分離し、それらの化学組成、タンパク質成分組成の差異を調べて、いくつかの進展が見られた。まず、人口飼料育繭(A)の黄変度は桑葉育繭(M)に比べて白度が大で黄変度が小さいことを確認し、さらに、両者の化学組成の差異を検討した。一方、A試料のセリシン部分は、M試料に比べて、熱水への溶解性が高く、かつ、分別物のアミノ酸組成も若干異なることを見いだした(Textile Res.J.,印刷中)。また、A試料とM試料との黄変度の差異には、熱水可溶の非タンパク質成分量の差異が関与している可能性が示唆された(Int.Wool Text.Res.Conf.,Biella,Italy,1995,発表予定)。黄変化処理(UV照射)の前後でどのような化学変化(トリプファン分析を含むアミノ酸組成分析)が生じるかについても検討した。まず、トリプファン分析の方法について2、3の方法を比較検討し、p-ジメチルアミノベンズアルデヒド法が有効であることを認めた。分析結果は必ずしも黄変度の程度と相関しない場合が見られた。これは実験データの再現性の問題であると考えており、再現性のある結果を得るために検討(試料の調製、サンプリングの手法など)を平成7年度で行う予定である。

ここでは、人工飼料育蚕(A)から得られる絹糸の黄変度が小さいことに着目して,天然桑育蚕(B)から得られる絹糸とAの絹糸の化学組成と黄変を対比することによって、黄変に関与する物質を推察した。具体的には、原標準試料となるA及びB繭試料を選定し、両者の試料からセリシンとフィブロインを分離し、それらの化学組成、タンパク質成分組成の差異を調べた。さらに、原繭試料及び段階的にセリシンを抽出した繭糸(フィブロイン)試料に紫外線(UV)照射を行い、各試料の黄変度と化学組成との関係について検討し、黄変関与成分を推定した。本研究によっていくつかの進展が見られた。まず、人口飼料育繭(A)の黄変度は桑葉育繭(M)に比べて白度が大で黄変度が小さいことを再確認した上で、両者の化学組成の差異を検討した。両者のフィブロイン部分のアミノ酸組成及びX線的構造はほぼ同じであった。一方、A試料のセリシン部分は、M試料に比べて、熱水への溶解性が高く、かつ、分別物のアミノ酸組成も若干異なることを見いだした(H. Ito,Y. Muraoka,H. Mori et al.,Text. Res. J.,1995)。また、A試料とM試料との黄変度の差異には、熱水可溶の非タンパク質成分量の差異が関与している可能性が示唆された(H. Ito,Y. Muraoka,H. Mori et al.,Int.WoolText. Res. Conf.,Biella,1995)。
ザゼンソウの発熱制御機構におけるAOXおよびUCPb遺伝子の共発現の意義の解明

平成19年度は、昨年度に引き続き、ザゼンソウの肉穂花序・小花より精製したミトコンドリアにおけるAOXおよびUCPの機能解析を行った。特に本年度は、昨年度セットアップした酸素消費と膜電位を同時に解析出来る測定装置を用い、単離ミトコンドリアにおけるUCPの機能解析を中心に研究を推し進めた。この測定装置の特徴は、従来の呼吸測定に使用されるクラーク型酸素電極とは測定原理が異なる酸素プローブを用いていることにある。このことにより、同一ミトコンドリアの酸素消費量と膜電位形成機能を同時に測定することを可能としている。本測定装置を使用してUCPの機能解析を行った結果、遊離脂肪酸の1つであるリノレン酸の添加によって酸素消費量の増大および膜電位の低下が観察され、ザゼンソウのUCPはリノレン酸によって活性化されることを明らかにした。さらに、ザゼンソウの肉穂花序における恒温性維持のメカニズムを明らかにすることを目的とした研究も実施した。外気温が大きく変動する環境下で肉穂花序の温度をほぼ一定に保つためには、ミトコンドリアにおける呼吸を積極的に制御する必要がある。つまり、AOXやUCPによって制御される発熱レベルが、外気温の変動に応じて調節される必要があると考えられる。この仮説を検証するため、異なる発熱レベルの肉穂花序におけるAOXおよびUCPタンパク質の発現レベルを比較した。外気温を10.3°Cから23.1°Cにもしくは8.3°Cから24.9°Cに上昇させて発熱レベルを減少させた際、AOXおよびUCPタンパク質の発現レベルは有意な変動を示さなかった。これらの結果は、ザゼンソウの肉穂花序における恒温性の維持には、AOXやUCPの転写・翻訳レベルの調節は重要ではなく、これらタンパク質の翻訳後修飾による活性制御が重要な働きを担っていることを示唆している。平成18年度は、本年度の研究計画の中心となっていた、単離ミトコンドリアにおけるSfAOXおよびSfUCPbの機能解析を積極的に推し進めた。具体的には、ザゼンソウの発熱性肉穂花序からパーコール密度勾配遠心法によりミトコンドリアを精製し、1)酸素消費量を指標とした呼吸活性、および、2)膜電位形成機能、についてそれぞれ、クラーク型酸素電極および膜電位特異的蛍光試薬を用いた蛍光分光測定により解析を行った。1)により、αケト酸の1つであるピルビン酸のSfAOXに対する効果を解析した結果、SfAOXがピルビン酸濃度依存的に活性化され、SfAOXを介する酸素消費が大幅に増大することを明らかにした。さらに、SfAOXに対するピルビン酸の効果を直接的に解析するため、IO-SMP(inside-out submitochondrial particle;反転膜小胞)を調製し、IO-SMPにおいてもSfAOXがピルビン酸により活性化されることを確認した。また、2)により、遊離脂肪酸の1つであるリノレン酸のSfUCPbに対する効果を解析した結果、SfUCPbがリノレン酸濃度依存的に活性化され、膜電位が低下することを見出した。1)および、2)の解析方法では、それぞれ酸素消費量と膜電位形成機能を個別に解析するに過ぎなかった。しかしながら、UCP分子の機能解析をするにあたり、同一ミトコンドリアの酸素消費と膜電位を同時に解析する必要があると考え、クラーク型酸素電極とは測定原理が異なる酸素プローブを導入し、酸素消費量と膜電位形成機能を同時に解析できる測定装置をセットアップした。現在は、この装置を用いてSfUCPbの機能解析を継続中である。
岩石のマイクロテクトニクスの精密定量解析と異方性に関する研究

岩石の組織や微細構造(マイクロテクトニクス)を決定する重要な要因の一つに,岩石中のH_2O流体の分布があげられる.鉱物に比べ流体の弾性率はきわめて小さく,その存在形態は,岩石の物性に重大な影響を及ぼす.これまでの研究により,流体を含む地球内部構成物質の物性が,構成鉱物とH_2Oの物性から見積もれることを示してきたが,その意義は大きい.すなわち,上部地殻,下部地殻,上部マントルのそれぞれの物性が,例えば,石英-長石-H_2O系,輝石-角閃石-H_2O系,カンラン石-輝石-H_2O系の物性から見積もれる.部分溶融(メルト)を含む系についても同様に,鉱物-メルト系の物性から見積もれる.これらの研究成果をふまえ,地球内部低速度層の原因としてのH_2O流体,あるいはメルトの存在について検討を加えることが可能である.日本列島の場合,地殻・上部マントル低速度層の原因として部分溶融の存在が考えられる.一方,H_2O流体の存在も可能である.H_2Oの弾性波速度や代表的なメルトおよび鉱物の弾性波速度は高温高圧下で測定されている.H_2Oを含む上部地殻,下部地殻,上部マントルの弾性波速度について,それぞれ上述の鉱物-H_2O系の物性からの見積もりを試みる.同様の見積もりをメルトについても行う.メルトの体積弾性率はH_2Oのそれに比べほぼ一桁高いため,今回の鉱物-流体系の観点から,鉱物-メルト系の速度比(Vp/Vs値)は高くなり,鉱物-H_2O系のVp/Vs値は低くなる.例えば東北日本弧の詳細な3次元速度構造では,一般に,上部マントル低速度層でVp/Vs値は高く,上部地殻低速度層でVp/Vs値は低い.よって,上部マントル低速度層はメルトの存在により,一方,上部地殻低速度層はほぼH_2O流体により引き起こされている.Vp・Vsの両観測データから,H_2O量またはメルト量を別々に見積もることができる.岩石の組織や微細構造(マイクロテクトニクス)を決定する重要な要因の一つに,岩石中のH_2O流体の分布があげられる.鉱物に比べ流体の弾性率はきわめて小さく,その存在形態は,岩石の物性に重大な影響を及ぼす.これまでの研究により,流体を含む地球内部構成物質の物性が,構成鉱物とH_2Oの物性から見積もれることを示してきたが,その意義は大きい.すなわち,上部地殻,下部地殻,上部マントルのそれぞれの物性が,例えば,石英-長石-H_2O系,輝石-角閃石-H_2O系,カンラン石-輝石-H_2O系の物性から見積もれる.部分溶融(メルト)を含む系についても同様に,鉱物-メルト系の物性から見積もれる.これらの研究成果をふまえ,地球内部低速度層の原因としてのH_2O流体,あるいはメルトの存在について検討を加えることが可能である.日本列島の場合,地殻・上部マントル低速度層の原因として部分溶融の存在が考えられる.一方,H_2O流体の存在も可能である.H_2Oの弾性波速度や代表的なメルトおよび鉱物の弾性波速度は高温高圧下で測定されている.H_2Oを含む上部地殻,下部地殻,上部マントルの弾性波速度について,それぞれ上述の鉱物-H_2O系の物性からの見積もりを試みる.同様の見積もりをメルトについても行う.メルトの体積弾性率はH_2Oのそれに比べほぼ一桁高いため,今回の鉱物-流体系の観点から,鉱物-メルト系の速度比(Vp/Vs値)は高くなり,鉱物-H_2O系のVp/Vs値は低くなる.例えば東北日本弧の詳細な3次元速度構造では,一般に,上部マントル低速度層でVp/Vs値は高く,上部地殻低速度層でVp/Vs値は低い.よって,上部マントル低速度層はメルトの存在により,一方,上部地殻低速度層はほぼH_2O流体により引き起こされている.Vp・Vsの両観測データから,H_2O量またはメルト量を別々に見積もることができる.地殻・上部マントルを構成する岩石の多くは面構造・線構造を形成し,これらの構造が鉱物の選択配向や地震波速度異方性と密接に関係している.特に面構造の発達した岩石では,その面とそれに直交する面とで岩石組織の形態にかなりの違いが認められる.そこで複雑な岩石組織を定量的に記載するため,画像解析ソフトにより500を超える鉱物粒子の形状の統計解析を行ない,流動組織の発達した石灰岩について,片理面とそれに直交する面における組織の違いの定量化を試みた.石灰岩試料について縦波速度の測定からリファレンスフレーム(X,Y,Z)を決定し,試料の片理面(XY面)とそれに直交する面(XZ,YZ面)の方解石粒子の形状パラメータを計測し,統計解析を試みた.面積,周囲長,円相当径および最大長の分布はほぼ対数正規分布で近似される.これは正常粒成長やオストワルドライプニングによる結晶粒径の示す頻度分布と調和的である.XZ-YZ面に比べXY面で方解石は比較的等粒状であり,今回の解析によってその面で円相当径や最大長の分散が小さく,アスペクト比や円形度は1に近い.一方,片理面に直交するXZ・YZ面では偏平な粒子によりアスペクト比や円形度の値は1から遠ざかり,形状パラメータの分散も大きい.流動組織の発達した今回の岩石では,片理面とそれに直交する面の形状

パラメータに比較的大きな違いが認められ,これらの結果は片理面に沿う偏平な方解石粒子の存在を裏づけている.面積,周囲長,最大長および円相当径の間に相関が認められ,相関関係より決定したフラクタル次元は,XY面で1.11,XZ面で1.14,YZ面で1.13となった.片理面に沿う偏平な粒子により,XZ・YZ面の粒界の形状がXY面より複雑なことは顕微鏡観察からもうかがえ,フラクタル次元の結果と調和的である.本年度は,岩石のマイクロテクトニクスに関し,高圧下で密封された岩石中のH_2O流体分布と弾性波速度について新たな知見が得られたので,その結果について報告する.岩石の組織や微細構造を決定する重要な要因の一つにH_2O流体があげられる.鉱物に比べ流体の弾性率は桁違いに小さいため,その存在形態は,岩石全体の物性に重大な影響を及ぼす.従って,例えば弾性波速度の測定値から流体分布を見積もることが可能である.1GPaで温度の関数として測定された蛇紋岩のP波速度(Vp)とS波速度(Vs)は,蛇紋石やブルース石の脱水反応に対応する温度で著しく減少する.流体を含む系の物性と微細構造は,Vs-Vp/Vsダイヤグラム上で特徴的な振る舞いを示すことが明らかとなった.蛇紋石とブルース石の高温高圧相平衡関係と速度データとの対比から,Vs-Vp/Vsダイヤグラムにより含水試料の脱水過程と平衡状態が議論可能である.出発物質の蛇紋岩(愛媛県東赤石山産)は蛇紋石,ブルース石,かんらん石より成り,1GPa,900°Cで脱水反応完結後の固相は,かんらん石と輝石より成る.つまり高温高圧下で密封された蛇紋岩試料は,脱水完結後(1GPa,900°C),かんらん石-輝石-H_2O系となる.興味深いことに,脱水後の蛇紋岩の弾性波速度は,かんらん石-輝石-H_2O系の示す弾性波速度と整合的である.低含水量ではディスク状のH_2O分布により,高含水量ではチューブ状のH_2O分布により実験室の測定データが再現された.この結果は高温高圧平衡実験により認められている上部マントル岩石の流体分布と一致する.よって本結果は,流体を含む地球内部構成物質の物性が,構成鉱物とH_2Oの物性から見積もれることを示しており,その意義は大きい.岩石の組織や微細構造(マイクロテクトニクス)を決定する重要な要因の一つに,岩石中のH_2O流体の分布があげられる.鉱物に比べ流体の弾性率はきわめて小さく,その存在形態は,岩石の物性に重大な影響を及ぼす.これまでの研究により,流体を含む地球内部構成物質の物性が,構成鉱物とH_2Oの物性から見積もれることを示してきたが,その意義は大きい.すなわち,上部地殻,下部地殻,上部マントルのそれぞれの物性が,例えば,石英-長石-H_2O系,輝石-角閃石-H_2O系,カンラン石-輝石-H_2O系の物性から見積もれる.部分溶融(メルト)を含む系についても同様に,鉱物-メルト系の物性から見積もれる.これらの研究成果をふまえ,地球内部低速度層の原因としてのH_20流体,あるいはメルトの存在について検討を加えることが可能である.日本列島の場合,地殻・上部マントル低速度層の原因として部分溶融の存在が考えられる.一方,H_2O流体の存在も可能である.H_2Oの弾性波速度や代表的なメルトおよび鉱物の弾性波速度は高温高圧下で測定されている.H_2Oを含む上部地殻,下部地殻,上部マントルの弾性波速度について,それぞれ上述の鉱物-H_2O系の物性からの見積もりを試みる.同様の見積もりをメルトについても行う.メルトの体積弾性率はH_2Oのそれに比べほぼ一桁高いため,今回の鉱物-流体系の観点から,鉱物-メルト系の速度比(Vp/Vs値)は高くなり,鉱物-H_2O系のVp/Vs値は低くなる.例えば東北日本弧の詳細な
高等教育における知的障害のある人を対象とした教授方法と教授支援に関する事例研究

<研究の目的>本研究では、筆者が昨年度まで行ってきた知的障害のある人を対象とした教授方法についての研究の成果をさらに発展的に進め、その対象を知的障害のある人のためのオープン・カレッジで行われている授業より、受講生・講師・学習サポータとして、教授方法及び教授支援についての事例から、高等教育における知的障害のある人のための授業モデルの構築をめざすための事例研究を行うものである。<研究の方法>筆者がこれまで行ってきた授業計画やデータを参考にして、授業計画や質問紙による調査項目の作成し、オープン・カレッジの授業にて実践・調査を行い、同時に記録撮影・授業録音を行った。<研究の成果>オープン・カレッジの授業実践記録・質問紙調査の結果、サポータが受講生に対し適切な支援を行うために有効な方法として、サポータ養成の機会の設定と授業中における講師からサポータへの適切な指示が必要であることがわかった。これは、学習サポータがサポータ未経験のボランティアで多数構成されており、サポータ用のガイダンスも授業直前に実施されるのみであり、サポータ自身の受講生への支援スキルも少なく、支援をする際に戸惑う場面があるためである。この件に関し撮影記録などを検証した結果、授業中にサポータが戸惑った場合、講師が適時サポータに支持を与えるなどをした場合、その後の教授支援の流れが良くなっている状況がわかった。また、開講場所によっては、授業前に、講師とサポータが授業の打ち合わせの後、授業を行った場合、サポータ初心者でも適切な教授支援行うことに効果があることがわかった。また、サポータ自身も前向きに教授支援方法の養成する機会を要望する意見が多く寄せられていることから、今後の教授支援の上でも重要な知見を得ることができた。
地域物質循環に立脚した持続的土地利用計画手法に関する研究

本研究では・旧市町村市町村レベルを対象として,地域内での物質循環利用に基を置き,外部からの投入及び外部(環境を含む)への排出を最小化することを目指した「持続的土地利用計画」の策定手法を考究した。具体的な物質循環系として,畜産農家と耕種農家における畜舎・農地・草地間の植物栄養素(窒素・リン)の移動を考慮した。まず,事例地域(鳥取県東伯地域3町)における畜産業及び農業の現況を把握し,投入-産出分析を応用した地域物質循環モデルを各町の地区(旧村)及び町単位で構築した。その結果,隣接町間でも畜産経営形態及び畜産廃棄物処理方法の違いによって地域内無機物循環構造に大きな差異が生じており,とくに大規模な畜産経営体を集中的にもち地区を有する町では,畜産廃棄物に起因する窒素・リンの産出量が町内全体での堆肥としての利用限界量を大幅に超えていることが判明した。一方,持続的土地利用計画手法全体の枠組においては,計画農家数に基づく計画農地面積の算出に際して,基幹農家(専業農家・第一種兼業農家)の「基幹農地」と,非基幹農家・非農家の利用する「生活農地」に分離した。このうち基幹農地に対して地域物質循環モデルを適用し,種々の制約の下で域内物質循環を最大にするための作目別農地面積を算定した。GIS上において上記の結果と各種土地条件を重ね合せ,計画農地の空間配置を決定する手法については現在引き続き検討中である。
超磁歪ディバイスを用いた歯科治療騒音のステルスノイズキャンセリングシステムの開発

歯科治療時の切削器具であるタービンやエンジンが発生する騒音は,患者にことのほかストレスを与え「幼児の歯科治療忌避行動」、医原性疾患の「歯科治療恐怖患者」の発生、「心臓病や高血圧症患者の不治の転帰」を招くことが知られてきた。音・騒音が基本的に物質の歪みによって発生すること、および音・騒音は外耳(耳)からと、頭蓋骨などの骨を通しても伝わることから、それらの反位相音を利用して騒音を消去することを試みだ。音は感音性騒音・骨伝導性騒音のほかそれぞれが、低周波・高周波、持続騒音・断続騒音に分類され、(1)低周波領域の騒音の消去には、歯科治療室の室内定常騒音(恒常騒音)の収集分析し、反位相音を作成して行った。(2)高周波領域の騒音には超磁歪ディバイスを用い、反位相波の作成を試みた。(3)骨伝導性騒音は骨伝導性マイクロフォンを使用して採取し、パソコンで反位相音を作成した後に、改めて騒音を発生させ,反位相音を骨伝導性スピーカで再生することによって検証した。その結果、タービンなとによる歯科治療時の切削器具による騒音のうち(1)いわゆる耳から入ってくる感音性騒音といわれるものに関しては、その低減には基本的に市販のデジタルノイズキャンセリングシステムが極めて有用であった。(2)断続騒音と、分離断続騒音自体の消音はシミュレーションシートは物理的には可能であったものの、反位相音の発生にタイムラグが生じることより現状では実際的ではなかった。(3)感音性スピーカーと、骨伝導性スピーカーを併用することにより、ハウリング様騒音が発生したが、原因は分からなかった。【平成21年度研究実施内容】【I】低周波領域の騒音消去システムの開発ANCS解析システムにより下記を施行した。前段階として歯科治療室の室内定常騒音(恒常騒音)の収集分析,反位相音の作成を行った。(1)歯科治療時の感音性騒音を収集し、パソコンにて反位相音を作成した。(2)このパソコンで作成した「反位相音」を同時に発生させることにより、理論上またタイムラグを置くことによって、菌科冶療時の感音性騒音が低周波領域では無音化する事が可能となった。(2)また、市販のノイズキャンセリングヘッドフォンを使用し、歯科治療時の感音性騒音に関し、分担者とともに検討したところ、低周波領域に関しては、反位相音を発生させることなく、「騒音」がほぼ無首化でさることがわかった。(3)さらには上述のヘッドフォン使用により、感音性騒音のなかでの、高周波領域の騒音も、デシベルをかなり低下させることができることがわかった。このことより、歯科治療時の患者に対する不快と思われる騒音はかなりの部分が解消できることとなった。(4)当初、高周波領域の消音には超磁歪ディバイスによる消音プログラムが必要と考えていたが、このディバイスを用いなくとも、消音の可能性があるのではないかと思われたものの、次年度には、高周波領域の消音に特化した反位相音の作成プログラムの追加作成を行うこととした。【II】骨伝導音の消音について。(1)骨伝導性マイクロフォンと骨伝導性スピーカを用いて、騒音の収集を行い、反位相音の作成を行った。現段階では、リアルタイムに反位相音を作成するには至っていない。
In situ RT-PCR法による癌の浸潤・転移に関連する遺伝子発現の解明

1.膀胱癌における浸潤・転移に関連した遺伝子遺伝子発現についての検討膀胱癌におけるu-PA関連遺伝子(u-PA,u-PAR,PAI-1,PAI-2)およびSPARC遺伝子の発現を検討した。u-PA関連遺伝子ではu-PAとu-PARが浸潤性膀胱癌で有意にその発現は増強していた。予後についての検討ではu-PA,u-PAR,PAI-2の高発現群で有意に予後不良だった。浸潤性膀胱腫瘍に限って,予後を検討しても,u-PAとPAI-2低発現群は比較的予後良好であり,特にuPAが優れた予後予測因子と考えられた。またu-PAとMMP-2を組みあわせることにより,予後予測因子としての有用性がより優れたものとなる可能性が示唆された。SPARC遺伝子発現の検討では,浸潤性膀胱癌で有意にその発現は増強していた。予後については浸潤性膀胱癌患者に限っても,高発現群は低発現群よりも有意に予後不良であり予後予測因子として有用と考えられた。2.尿路上皮癌における活性型MMPの意義についての検討尿路上皮癌における活性型MMPの発現をゼラチンザイモフィーにより検討した。尿路上皮癌では非浸潤性腫瘍に比べ浸潤性腫瘍において活性型MMP-2が有意に強発現しており,癌の浸潤に関与していると考えられた。浸潤性および非浸潤性尿路上皮腫瘍の細胞株を樹立した。その細胞株をSCIDマウス膀胱に同所移植しIn situ RT-PCRによりMT1-MMPとMMP-2遺伝子発現の局在を検討したところ,MT1-MMPでは癌の先進部にMMP-2は癌細胞周囲の間質細胞に強く発現していることが示唆された。現在手術標本を用いて検討中である。In situ RT-PCR法により、癌の浸潤・転移に関連する遺伝子発現の局在を簡単かつ正確に明らかにすることを目的として、当科で樹立した浸潤性尿路上皮癌細胞株をSCIDマウス膀胱に同所移植し、その組織を用いて,マトリックスメタロプロテアーゼの遺伝子発現の局在を決定するために、プライマーを蛍光標識し、nested-PCR法を組み合わせたIn situ RT-PCR法を行っている。現在その条件設定について詳細に検討中である。(2)尿路上皮癌における活性型マトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)の発現の検討ゼラチンザイモグラフィーを用いて尿路上皮癌から摘出した組織におけるMMP-2およびMNP-9の発現について検討したところ、活性型MMP-2の発現は、表在性腫瘍に比べ浸潤性腫瘍でその発現は著明に増強しており、組織学的異型度についてはGrade3で強い発現が認められた。MMP-9および潜在型MMP-2の活性にはそのような傾向は見らなかった。また、活性型MMP-2の活性強度をゼラチンザイモグラフィーの結果から半定量化し予後と比較したところ、活性型MMP-2の強い発現を認めた群では予後不良だった。尿路上皮癌組織におけるuPAとPAI-1およびu-PARの遺伝子発現を解析し,臨床的意義について検討した。尿路上皮癌患者の手術から得られた腫瘍部組織を用いて半定量的RT-PCR法によりuPA,PAI-1,uPARの遺伝子発現を解析し,病理組織学的所見および予後との関連について検討した。uPAとuPARは浸潤性尿路上皮癌で有意にその発現は増強していた。異型度ではGradeの上昇に従いuPA,PAI-1,uPARの遺伝子発現は増強する傾向にあった。

予後との検討では、浸潤性尿路上皮癌患者群に限った場合でも、uPA遺伝子高発現群は有意に予後不良であり、uPAは浸潤性尿路上皮癌の予後予測因子になりうる可能性が示唆された。昨年度に樹立した浸潤性尿路上皮癌の細胞株(UCT-2)を用いて,マウスの膀胱に同所移植し,腫瘍を形成した後に膀胱を摘出した。そしてこの組織をパラフィン包埋し薄切,固定,protease dizetionを行った後にDNase処理を行い,逆転写した。そしてFITC標識したプライマーを用いたnested PCRによりIn situ RT-PCR法を行った。すなわちFITC標識したプライマーを用いたPCRとnested PCRを同時に行いnested PCRで著明に発現の認められたものは,その遺伝子発現の局在を示していると考えられた。この方法により感度・特異性が高められ,しかも簡便に遺伝子発現の局在が解明することができる思われた。この方法によりMT1-MMPとMMP-2についてIn situ RT-PCRを行ったところMMP-2は癌細胞周囲の間質にMT1-MMPは癌細胞の先進部に強く発現していることが示唆された。現在,手術標本を用いた検討を行っている。2.膀胱癌におけるVEGF isoformおよびPDECGF遺伝子発現の検討膀胱癌組織におけるVEGFのisoformについて,その遺伝子発現を癌のstage別に分類し検討したところ,VEGF121は浸潤性腫瘍で強く発現していたのに対しVEGF189では表在性腫瘍で有意に強発現しており,isoformによりその意義は異なっていると思われた。PDECGFでは湿潤性腫瘍および異型度の強いものでその発現は有意に強く膀胱癌の進展において重要な役割を果たしていると考えられた。
近代日本の小学校卒業者の進路拡大と地域における中等諸学校の役割分担に関する研究ー1910ー30年代個人デ-タ3600件の進路分析を中心にー

明治後期には小学校卒業者が増大し、長野県埴科郡旧五加小学校卒業者の進学先は小学校高等科、実業補習学校、埴科農蛋学校(乙種実業学校)、埴科実科高等女学校、県立屋代中学校と拡大した。しかし1910年代には小学校高等科、実業補習学校、埴科農蛋学校の3校の修業年限、教育課程、内容などは重なっていた。そのため1920年代にはこれらの学校の再編案が何種類も関係町村の間で検討され、各学校では教育課程の改正、学校の廃止などがあった。これ事実のもつ意味の解明が本研究の課題であった。まず、各学校の設置、課程変更の経緯について、五加村役場文書、長野県庁文書、国立公文書館文書の調査をおこない詳細を明らかにした。また上記の学校の多くは県立高校として現在も残っており、農業高校、普通科進学校などとなっている。これら各学校文書の調査をおこなって五加小学校出身者を確認するとともに、五加村役場文書中の各保護者家庭の所得関係文書と対照して、各校への進学者の家庭階層の変化を明らかにした。このようにして1920年代から30年代にかけて小学校卒業者の進学の増大のなかで、初等後教育の諸機関、中等諸学校などそれぞれの学校の教育課程が変化し、各学校固有の意味が明解になり、各学校の役割分担がはっきりしていく過程を明らかにした。またとりわけこの研究においては、進学した児童の家庭階層の変化の分析に特徴がある。この点についていえば、進学者の家庭階層の広がりは明らかに認められたが、中等諸学校間の役割分担については成績や本人の好みなどもあると考えられ、家庭の経済的な条件からは明確には区分できないことが確認された。
小胞体膜における、ＫＣａ１．１チャネルの特異的な配向を決定する因子の同定

我々は、HEK293細胞から調整したnuclear envelope標本中のKCa1.1チャネルタンパク質の膜中における向き(配向)が、通常考えられているものと逆であることを見いだした。本研究は、この現象に関与する細胞内因子の同定を行う目的で行われた。その結果、nuclear envelope膜内に含まれるKCa 1.1チャネルが、lumen側に細胞内領域を向けた1種類の配向のみからなっていることが示唆された。また、KCa 1.1チャネルのb -サブユニット(KCNMB1)は、KCa 1.1チャネルが通常と異なる配向を示すメカニズムに関与していないことが示唆された。我々の研究室独自の技術として確立している、単離した核周辺小胞体(nuclear envelope)標本における電気生理学的記録から、Ca2+依存性の電位依存性K+チャネル(KCa1.1)の小胞体膜に対する配向が、現在一般に受け入れられている小胞輸送機構から予測されるものとは逆であることが示唆された。これは、現在知られる小胞輸送機構では説明できず、未知の小胞輸送機構の存在が疑われる非常に興味深い現象である。本申請ではこの現象に着目し、小胞体膜中では通常と異なる配向を持ちながら、形質膜では通常の配向を示す、KCa1.1チャネルの小胞体膜への埋め込み、形質膜への輸送のメカニズムを検討するとともに、その機構に必要とされる、細胞内因子の探索と機能解析を行う。本年度も引き続き、KCa1.1チャネルの小胞体膜中における配向を、電気生理学的手法以外の方法で確認することを目的に実験を行った。KCa1.1タンパク質のC末端に、TEVプロテアーゼ認識配列をリンカーにして緑色蛍光タンパク質EGFPを付加した融合タンパク質を作成し、HEK293細胞にTEVプロテアーゼとともに発現させ、融合タンパク質のTEVプロテアーゼによる消化の有無をSDS-PAGEとウェスタンブロットにより確認することにより、KCa1.1の配向を確認を試みた。その結果、従来と逆の配向を示す予備的な実験結果が得られたものの、最終的に明確な結果は得られなかった。この結果を受けて、電子顕微鏡を用いた確認方法を考案し、着手した。本年度は、まず、KCa1.1チャネルの小胞体膜中における配向を、電気生理学的手法以外の方法で確認することを目的に実験を行った。核周辺小胞体標本における免疫染色、KCa1.1チャネルの糖鎖修飾部位を同定する実験を行う予定であったが、異なる実験手法を立案、遂行した。タバコモザイクウィルス由来のTEVプロテアーゼは、タンパク質中の特異的なアミノ酸配列(TEVプロテアーゼ認識配列)を認識し切断するタンパク質分解酵素である。KCa1.1タンパク質のC末端に、TEVプロテアーゼ認識配列をリンカーにして緑色蛍光タンパク質EGFPを付加した融合タンパク質を作成し、HEK293細胞にTEVプロテアーゼとともに発現させた。KCa1.1が従来と逆の配向で小胞体膜上に存在する場合、小胞体膜内にあるリンカー部分が保護され、細胞質にあるTEVプロテアーゼによる消化をうけない。融合タンパク質のTEVプロテアーゼによる消化の有無は、SDS-PAGEとウェスタンブロットにより確認し、現在までに、従来と逆の配向を示す予備的な実験結果を得ている。我々の研究室独自の技術として確立している、単離した核周辺小胞体(nuclear envelope)標本における電気生理学的記録から、Ca2+依存性の電位依存性K+チャネル(KCa1.1)の小胞体膜に対する配向が、現在一般に受け入れられている小胞輸送機構から予測されるものとは逆であることが示唆された(図1参照)。

本年度も引き続き、KCa1.1チャネルの小胞体膜における配向を、電気生理学的手法以外の方法で確認する目的で実験を行った。今年度は、電子顕微鏡を用いた解析を行い、KCa1.1チャネルの配向の確認を試みた。また、nuclear envelope標本に対するパッチクランプ法の適用により、薬理学的にもHEK293saibounoER膜におけるKCa1.1チャネルの配向が従来と逆向きであるとこが示唆された。イオンチャネル実験手法の変更による遅延である。本年度までに、KCa1.1の小胞体膜における配向を決定する計画であったが、まだ達成できていない。別の手法により確認を進めており、電気生理学的手法以外の方法で小胞体膜上のKCa1.1の配向を確認するめどがつきつつある。実験手法を変更したものの、予定通り、電気生理学的手法以外の方法で小胞体膜上のKC1.1の配向を確認するめどがつきつつある。当初の計画通り、平成25年度までに、小胞体膜上でのKCa1.1チャネルタンパク質の配向を同定しようと試みている。平成25年度に着手した電子顕微鏡を用いた解析を引き続き行うとともに、小胞体膜上のKCa1.1の小胞体膜上の配向について、電気生理学的手法によりさらに詳細な解析を行う予定である。平成24年度に着手した生化学的解析を引き続き行うとともに、小胞体膜上のKCa1.1の小胞体膜上の配向について、電気生理学的手法によりさらに詳細な解析を行う予定である。今年度の研究を効率的に推進したことにより生じた未使用額である。平成26年度請求額とあわせ、平成26年度の研究遂行に使用する予定である。実験手法の変更により生じたものである。平成25年度以降の研究費とともに、有効に使用する。
Ｆｅ系磁性合金ハイブリッドドット創成によるスピン・電子制御と新機能メモリ応用

最終年度は、シリコン熱酸化(SiO2)膜上の極薄Fe/Si/Fe積層構造を外部非加熱でリモートH2プラズマ(H2-RP)処理することで、Fe原子の表面マイグレーション・凝集とともに、Siとの合金化反応が進行することで、Fe3Siナノドットが高密度・一括形成できることを明らかにするとともに、外部磁場印加に伴う電子輸送変化を磁性AFM探針を用いて評価した。具体的には、p-Si(100)基板上に膜厚3.6nmのSiO2を形成した後、化学量論組成比がFe:Si=3:1になるように、Fe(2.0nm)/Si(2.0nm)/Fe(1.5nm)積層構造を電子線蒸着により連続堆積した。その後、外部非加熱で、H2ガスのリモートプラズマ処理を施すことでナノドットを形成した。プラズマ処理時におけるH2ガス圧力は、9、13、20Paとした。いずれのガス圧力でH2-RP処理した試料においても、AFMの表面形状像測定において平均ドット高さ8.0nmのナノドットが面密度5×10^11cm-2で一括形成できた。XRDによる結晶構造を評価した結果、9Paおよび13Pa処理により形成したナノドットは、Feシリサイドに起因する信号が認められないものの、20Paで処理した試料では、Fe3Si(220)に起因するシャープな信号が明瞭に認められた。さらには、磁性CoPtCrコートSi探針(HC=220Oe)を用い、Fe3Siナノドットの局所電子輸送特性を評価した結果(外部磁場は、試料直下に磁石を配置することで印加)、ドットの保磁力より大きな外部磁場を印加した場合、磁性コートAFM探針とFe3Siナノドットの磁化方向が揃うことで、抵抗が減少し、I-V特性のしきい値電圧が低減することを明らかにした。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。熱酸化SiO2薄膜上の極薄Pt/Fe積層構造にリモートH2プラズマ(H2-RP)を外部非加熱で照射することで、L10規則化合金FePtナノドットが高密度(面密度: 1011cm-2)一括形成でき、サイズの異なるFePtナノドットをSi酸化膜を介して積層した構造の電気抵抗は、ドットの磁化状態が平行・反平行で大きく変化することを明らかにした。さらには、FePtナノドットスタック構造上部にAl電極を形成し、FePtナノドットの帯磁状態が電気伝導に及ぼす影響を評価した結果、4.5kOeの磁場印加により着磁後、逆向きに1.2kOeの磁場印加を施すと、電流レベルの顕著な低減が認められた。さらに同方向(初期とは逆向き)に4.5kOe印加後は、再び初期着磁時の電流レベルに戻ることが分かった。電流ー電圧特性から、0.5 V時の電流レベルを着磁磁場に対してまとめた結果、初期着磁(4.5kOe)後、逆方向磁場を1.0kOeまで増加した場合、電流レベルは徐々に減少し初期電流レベルの15%まで抑制される。その後、1.4kOeまでは着磁磁場を増大しても電流レベルの変化は認められないが、1.4kOe以上で電流レベルは徐々に増大し、4.5kOeで初期電流レベルまで回復する。これらの結果は、下層および上層ドットの磁化方向が平行から反平行に変化する際には、保磁力の小さな下層ドットのサイズばらつきが反映されるものの、1.0kOeで着磁したとき、完全に反平行になることで磁気抵抗が最大値を示し、反平行状態から下層ドットと同方向に磁場印加する際には、上層ドットのサイズばらつきを反映して平行状態が実現されたとして解釈できる。初年度に、保磁力の異なる規則化合金FePtナノドット2層スタック構造において、4.5kOeで平行磁化状態を実現でき、1.02.0kOeを印加することで保磁力の小さな下層ドットの磁化方向のみを制御できることを明らかにしており、予定通り進展している。本年度は、FePtナノドットスタック構造上部にAl電極を形成し、FePtナノドットの帯磁状態が電気伝導に及ぼす影響を評価した。尚、H2-RP処理後のAFM表面形状像から見積もった下層および上層ドットの平均サイズは、各々5.1nm、7.9nmであり、別途評価したFePtナノドットの基板法線方向における保磁力のサイズ依存性から、上層および下層ドットの保磁力は2.5kOeおよび0.5kOeであった。形成した2層ドット積層構造の電流ー電圧特性において、4.5kOeの磁場印加により着磁後、逆向きに1.2kOeの磁場印加を施すと、電流レベルの顕著な低減が認められた。

これらの結果は、下層および上層ドットの磁化方向が平行から反平行に変化する際には、保磁力の小さな下層ドットのサイズばらつきが反映されるものの、1.0kOeで着磁したとき、完全に反平行になることで磁気抵抗が最大値を示し、反平行状態から下層ドットと同方向に磁場印加する際には、上層ドットのサイズばらつきを反映して平行状態が実現されたとして解釈できる。本年度は、保磁力の異なる規則化合金FePtナノドット2層スタック構造において、4.5kOeで平行磁化状態を実現でき、1.02.0kOeを印加することで保磁力の小さな下層ドットの磁化方向のみを制御できることを明らかにした。さらには、予備実験として、ナノドットを埋め込んだSiOx膜を用いたNi電極MIM構造において、-0.8Vの定電圧印加により100μs以下の急峻な高抵抗化と、定電流印加による低抵抗化を組み合わせることで、3桁程度の抵抗比を有する安定したスイッチング動作が認められることも明らかにしており、おおむね順調に進んでいると言える。最終年度は、シリコン熱酸化(SiO2)膜上の極薄Fe/Si/Fe積層構造を外部非加熱でリモートH2プラズマ(H2-RP)処理することで、Fe原子の表面マイグレーション・凝集とともに、Siとの合金化反応が進行することで、Fe3Siナノドットが高密度・一括形成できることを明らかにするとともに、外部磁場印加に伴う電子輸送変化を磁性AFM探針を用いて評価した。具体的には、p-Si(100)基板上に膜厚3.6nmのSiO2を形成した後、化学量論組成比がFe:Si=3:1になるように、Fe(2.0nm)/Si(2.0nm)/Fe(1.5nm)積層構造を電子線蒸着により連続堆積した。その後、外部非加熱で、H2ガスのリモートプラズマ処理を施すことでナノドットを形成した。プラズマ処理時におけるH2ガス圧力は、9、13、20Paとした。いずれのガス圧力でH2-RP処理した試料においても、AFMの表面形状像測定において平均ドット高さ8.0nmのナノドットが面密度5×10^11cm-2で一括形成できた。XRDによる結晶構造を評価した結果、9Paおよび13Pa処理により形成したナノドットは、Feシリサイドに起因する信号が認められないものの、20Paで処理した試料では、Fe3Si(220)に起因するシャープな信号が明瞭に認められた。さらには、磁性CoPtCrコートSi探針(HC=220Oe)を用い、Fe3Siナノドットの局所電子輸送特性を評価した結果(外部磁場は、試料直下に磁石を配置することで印加)、ドットの保磁力より大きな外部磁場を印加した場合、磁性コートAFM探針とFe3Siナノドットの磁化方向が揃うことで、抵抗が減少し、I-V特性のしきい値電圧が低減することを明らかにした。今後は、規則化合金ナノドットの形成技術を高度化することで、磁性ハイブリッドドット構造を創成し、低電流密度スピン注入磁化反転を活用した低消費電力抵抗変化メモリを実現する。最終年度は、異なる保磁力を有する磁性合金ハイブリッドドット連結構造を形成する。この構造では、上下ドットの磁化方向が平行に揃った時、トンネル磁気抵抗が最小となり、低抵抗状態が実現できる。そこで、外部磁場印加により磁化状態を制御し、AFM探針を用いて一次元連結合金ドットを介したトンネル電流を測定する。また、これまでに得られた結果を踏まえ、電界集中と磁化反転を利用した抵抗変化型メモリデバイス素子の形成に取り組む。具体的には、電界集中効果を高めるため、Niナノドットを超高密度形成した後、磁性ハイブリッドドットを形成する。さらに、抵抗変化誘起層として、これまでに実績のあるSiリッチ酸化膜を堆積する。