hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
視覚的で網羅的な抗酸化物質の分析方法(レドグラム法)の開発と応用

我々は,各種食品抽出液の還元活性を複数の異なるクロマトグラムを組み合わせて分析し,その還元物質の単離同定を進める過程で,従来のHPLCによるカテキンやポリフェノールの分析とは異なり,複数のクロマトにより得られる多次元分画の活性を測定することにより物質(活性)を個々の物理的化学的正常の違いに基づき多次元平面上にピークが重ならないようにばら蒔く(ディスプレイ)することが可能であることを見出し,Functional Display Chromatography(FDC)と命名した。特に還元物質について,2種のクロマトの組み合わせと,2次元分画の還元活性の測定により得られるFDCを2次元レドグラムと命名し,これにより試料中の還元物質の全体像を網羅的に解析可能であることを実証した。この解析法を生物資源全般に網羅的に応用するためには,2次元レドグラムの工程のハイスループット化がは不可欠である。リキッドハンドラーシステムとインジェクションキットの購入と,クロマトカラムの種類やサイズ,流速,グラジエントの条件,溶媒の内容などを詳細に検討を行い,予算の規模内で可能な限りの2次元目のハイスループット化に成功した。これにより従来,手作業で行っていた2次元レドグラムでは1検体の解析に数カ月を要していたが,今回は中等度の解析精度ながら,1検体当たり約5日で解析が終了することが可能となった。この方法を,漢方生薬や食品の廃棄部分やワインに含まれる抗酸化物質のプロファイリングに応用したところ,従来,柑橘類において廃棄されている部分に複数の強い還元活性を見出した。さらに,ワインに含まれる抗酸化物質のプロファイリングでは産地、ぶどう種毎に異なるパターンが得られ,これまで専門家の主観的なテイスティングに頼っていた,ワイン類のテロワールや産地の同定を科学的に客観的に行う可能性が見えてきた。尚,本方法は四国TLOの指導の下,特許出願中である。我々は、食品の抗酸化力の簡便な指標として還元活性に着目し、従来ビタミンCを含まないとされる、紅茶、ウーロン茶、プーアール茶、阿波番茶の茶葉抽出液中に複数の強い還元活性を見出した。そこで各種食品抽出液の還元活性を複数の異なるクロマトグラムを組み合わせて分析し、その還元物質の単離同定を進める過程で、従来のHPLCによるカテキンやポリフェノールの分析とは異なり、複数のクロマトにより得られる多次元分画の活性を測定することにより物質(活性)を個々の物理的化学的正常の違いに基づき多次元平面上にピークが重ならないようにばら蒔く(ディスプレイ)することが可能であることを見出し、Functional Display Chromatography(FDC)と命名した。特に還元物質について、2種のクロマトの組み合わせと、2次元分画の還元活性の測定により得られるFDCを2次元レドグラムと命名し、これにより試料中の還元物質の全体像を網羅的に解析可能であることを実証した。この解析法を生物資源全般に網羅的に応用するためには、2次元レドグラムの工程のハイスループット化がは不可欠である。リキッドハンドラーシステムの購入と、クロマトカラムの種類やサイズ、流速、グラジエントの条件、溶媒の内容などを詳細に検討を行い、予算の規模内で可能な限りの2次元目のハイスループット化に成功した。これにより従来、手作業で行っていた2次元レドグラムでは1検体の解析に数カ月を要していたが、今回は中等度の解析精度ながら、1検体当たり1週間で解析が終了することが可能となった。この方法を、食品の廃棄部分やワインに含まれる抗酸化物質のプロファイリングに応用したところ、従来、柑橘類において廃棄されている部分に複数の強い還元活性を見出した。さらに、ワインに含まれる抗酸化物質のプロファイリングでは産地・ぶどう種毎に異なるパターンが得られ、これまで専門家の主観的なテイスティングに頼っていた、ワイン類のテロワールや産地の同定を科学的に客観的に行う可能性が見えてきた。尚、本方法は四国TLOの指導の下、特許出願中である。

さらに,ワインに含まれる抗酸化物質のプロファイリングでは産地、ぶどう種毎に異なるパターンが得られ,これまで専門家の主観的なテイスティングに頼っていた,ワイン類のテロワールや産地の同定を科学的に客観的に行う可能性が見えてきた。尚,本方法は四国TLOの指導の下,特許出願中である。
ルチル型酸化チタンを還元反応部位として組み込んだ新規可視光水分解光触媒系の構築

太陽光エネルギー有効利用の観点から、可視光で駆動する半導体光触媒が求められる。酸化チタンはそのバンドギャップが大きく、可視光照射下ではほとんど光触媒活性を示さない。一方、半導体光触媒上に担持されたコバルト化合物は、酸素生成助触媒として機能することが知られている。本研究では、可視光照射下ではほとんど光触媒活性を示さない両者を組み合わせることで、850 nmまでの可視光に応答して水を触媒的に酸化できる光触媒の開発に成功した。このコバルト化合物は酸素生成活性点だけでなく、光吸収部位として機能することを明らかにした。高効率な水分解光触媒系の構築には、光触媒表面で起こる逆反応を効果的に抑制することが求められる。申請者は最近、ルチル型酸化チタン(以後R-TiO2と表記)が酸素の還元に耐性を示すことに着目し、同材料を光触媒とした水の水素と酸素への完全分解をはじめて実証した。本研究では、TaONやC3N4といった可視光応答型光触媒に酸素の還元という逆反応に耐性をもつR-TiO2を還元反応部位として組み込むことで、高い逆反応耐性と内部電子移動効率を兼ね備えた新しい水分解光触媒を創出することを目的としていた。しかしC3N4にルチル型TiO2を組み込んだ材料を検討する中で、酸素生成助触媒として添加したCo(OH)2が、当初予想していた助触媒機能ではなく、光吸収機能を発現することを見出した。さらには、C3N4を含まないCo(OH)2/TiO2の融合系が850 nmまでの広域可視光を利用して水を酸化し、酸素を発生する新しい光触媒となることを見出した。これは、地球に豊富な元素のみからなる不均一系光触媒を用いて、800 nm以上の広域可視光で水を酸化した最初の例である。上記の成果は、当初全く予想しなかったものであり、850 nmまでの可視光を利用して駆動する光触媒としてははじめての例となる。また、希少な元素を含まず比較的地球に豊富に存在するコバルトとチタンからなる材料で人工光合成の最難関ステップとされる酸素生成反応系を構築できた点は特筆すべきである。以上の理由から、当初の予想以上に進展していると判断した。平成28年度の研究において、水酸化コバルトで修飾したルチル型TiO2が波長850 nmまでの光に応答して、水を触媒的に酸化できる光触媒であることを見出した。波長850 nmまでの光に応答する酸素生成粉末光触媒は、我々の知る限り初めての例である。本系では、担持コバルト種からTiO2の伝導帯への電子遷移によって反応が進行していると考えられ、担持コバルト種は酸素生成活性点だけでなく、光吸収部位として機能するという特徴を有する。本年度は、含浸法で調製したCoOx/rutile TiO2を光触媒として用いて、担持コバルト種の構造と酸素生成活性の相関を明らかにすることを試みた。調製した光触媒の構造は粉末エックス線回折、紫外可視拡散反射分光、エックス線光電子分光、エックス線吸収分光、および電子顕微鏡により解析し、活性向上には次の2つが重要であると結論付けた。1.Co3O4をTiO2担体上へできるだけ多く、高分散に担持することで、光吸収能を向上させつつ、酸素生成活性点を高分散化させること。2.Co3O4をTiO2表面と反応させることなく、Co3O4のまま担持し、光吸収部位および酸素生成活性点として機能させること。上記のように、本系は担持されたコバルト種から酸化チタンへの伝導帯への電子励起によって反応が進行すると考えられる。そのため、伝導帯の位置やその他の物理化学的特性の異なる半導体を適用することで、光触媒活性も変化すると予想される。そこで種々のチタン酸塩ATiO3 (A = Ca, Sr, Ba)を用いて、水の可視光酸化反応における光触媒活性の比較を行った。その結果、光触媒活性はAサイトカチオンに大きく依存すること、また同じ組成のチタン酸塩を用いた場合でも、担持されるコバルト種の分散性が大きく変化し、結果として異なる光触媒活性を与えることを見出した。Co(OH)2/TiO2融合型光触媒は偶発的に発見されたものであるため、現時点において高い光触媒活性を得るための指針が全く得られていない。そのため平成28年度は、この系を基礎として水の可視光酸化を高効率化するためのガイドラインを確立することを目指す。具体的には、以下の項目を検討する。1)Co(OH)2の濃度やTiO2の結晶構造、サイズなどを種々変化させた一連の材料群を創出し、材料の構造と光触媒活性の関係を明らかとする。2)反応メカニズムの理解も高効率化に欠かせないが、この点も現時点で明らかでない。これまでの成果によれば、Co(OH)2からTiO2の電子励起が酸素生成反応の駆動に関わっている。

これを検証するため、光電気化学的測定により反応メカニズムを明らかとする。3)Co(OH)2を担持するだけで、それまで紫外光しか吸収できなかったワイドギャップ酸化物が可視光に応答するようになり、かつ水の酸化光触媒能が付与される可能性がある。そのため、TiO2だけでなく、他の様々な酸化物にCo(OH)2担持を施し、酸素生成光触媒能が発現するかどうかを明らかとする。不均一系光触媒当初全く予期していなかった新現象、新光触媒の発見により、良い意味で大幅な計画の変更を迫られたため、27年度内において予算の残額が生じた。これは基金制度を活用し、次年度に繰り越すこととした。余剰予算を活用し、メカニズム解明のための電気化学測定用器具、および反応活性評価のための流通系装置を購入する計画である。
パラグループの代数構造に関する群論的研究

V.Jonesは作用素環論における部分因子環の組織的な研究を創始したが,それに関連してパラグループという新しい概念が部分因子環の分類の為にA.Ocneanuによって導入された。パラグループは作用素環論(関数解析学)の言葉によって記述されてはいるが,その内部構造の殆んどの部分は有限的かつ組み合わせ論的な構造によって理解される。本研究は実際は数年前から引き続き行なっているものの継続であり,本年度は特に対応する指数が整数値を取る場合のパラグループに付随する有限次元,かつ半単純な代数系を公理的に定式化する研究を行なった。この代数系は我々が特に淡中代数と呼んでいるものであるが,これは通常の有限次元半単純ホップ代数であってトレースを持つものを一般化したものである。この代数系の記述には,これまではもとの代数とその双対系を表わす代数との間をつなぐフーリエ写像というものによって全体の系の公理化をするという方法を取ってきた。しかし本年度の研究によってこの代数系の特徴付けがフーリエ写像を用いることなく,もとの代数系(あるいはその双対代数系)のみを用いることによって公理的に記述することが可能なことが判明した。これによって今後はこの新しい公理系を用いることによって研究を進めていくことになる。なお,対応する指数が整数値でない場合のパラグループに付随する代数系は有限次元的なものでは記述できない為,このような場合に対応する理論構成はこれまでのような方法によって代数的に整備することは不可能であると思われる。また有限次元かつ半単純な代数系である淡中代数が付随する場合であっても,我々が現在までのところ持っている具体的な実例は全て有限群を用いて構成されるものである。従って本質的に有限群を経由しない実例を組織的に構成することも今後の重要な課題となる。近年になって有限群論,グラフ理論や代数的組み合わせ論に使用できる高性能のコンピュータープログラムが幾つか開発されていることもあるので,今後の実例発見のための研究にはコンピューターを用いた実験的な研究が重要な役割を果たすことが期待される。
小児期肺動脈性肺高血圧症の発症に関わる新しい伝達経路の解明

既知の原因遺伝子変異を認めないIPAH患者において、Delta/Notchシグナル伝達経路に関係する遺伝子変異検索を行い、同シグナル伝達経路に関与するX遺伝子変異を検出した。X遺伝子発現ベクターを作製し、mutagenesisを行い、X遺伝子変異体の発現ベクターを作製した。野生株あるいは変異体発現ベクターが導入された安定発現株の免疫染色を行ったところ、変異体発現株ではX蛋白発現量が減少していること、48時間経過した後にX蛋白の残存量が大きく減少していることが明らかになった。変異体発現株では小胞体シャペロンが著しく減少していること、さらに一部のシャペロンが小胞体から核内へ移行することがわかった。111本研究の目的は、特発性肺動脈性肺高血圧症(IPAH)の発症機序を解明することである。我々はDelta/Notchシグナル伝達経路がIPAHの発症に関与するのではないかと推測し、既知の原因遺伝子変異を認めないIPAH患者において、同シグナル伝達経路に関係する遺伝子変異検索を行った。その結果、2名の患者において、同シグナル伝達経路に関与するX遺伝子の変異を検出した。我々はX遺伝子発現ベクターを作製した後にmutagenesisを行い、X遺伝子変異体の発現ベクターを作製した。その後、培養細胞にこのベクターを導入し、テトラサイクリンを利用したTet onシステムにより、安定発現株を複数作製した。野生株あるいは変異体発現ベクターが導入された安定発現株を一定期間培養して免疫染色を行ったところ、変異体発現株ではX蛋白の発現量が減少していること、48時間経過した後にX蛋白の残存量が大きく減少していることがあきらかになった。さらにこれらの安定発現株内の各種小胞体シャペロンの発現量と局在についても検討したところ、変異体発現株では小胞体シャペロンが著しく減少していること、さらに一部のシャペロンが小胞体から核内へ移行することがわかった。また、各安定細胞株の細胞増殖能および細胞生存性を検討したところ、変異体発現株は野生株よりも細胞増殖および細胞生存能力を亢進させる傾向にあることが明らかになった。さらにXタンパクに対するリガンドで刺激を行った場合に、野生株とは異なり、変異体発現株はいずれもXシグナル伝達経路を亢進しない可能性がルシフェラーゼアッセイの結果から示された。本研究の目的は、特発性肺動脈性肺高血圧症(IPAH)の発症機序を解明することである。既知の原因遺伝子変異を認めないIPAH患者において、Delta/Notchシグナル伝達経路に関係する遺伝子変異検索を行った。

さらに、野生株と変異株それぞれに対して、肺動脈平滑筋細胞の増殖に大きく関与することが既にあきらかになっているBMP4、もしくはXタンパクに対するリガンドを加えてBMPシグナル伝達経路に対する影響をルシフェラーゼアッセイで確認した。その結果、野生株と変異株の間で有意な相違はみられなかったが、BMP4刺激もしくはXタンパクに対するリガンドによる刺激の存在下で、XはBMPシグナル伝達経路の活性を低下させることがあきらかになった。循環器小児科学X遺伝子の安定発現株の作製自体にかなり時間を要し、細胞の増殖能・viabilityの確認や、Delta/Notchシグナル伝達経路に変異体が与える影響についての検討が不十分である。肺動脈平滑筋細胞の異常増殖が発症のメカニズムに関与していると考えられるため、特に細胞増殖能の変化をより詳細に確認していく必要がある。X遺伝子の安定発現株の作製自体にかなり時間を要したため、細胞の増殖能・viabilityの確認や、Delta/Notchシグナル伝達経路に変異体が与える影響についての検討ができていない。肺動脈平滑筋細胞の異常増殖が発症のメカニズムに関与していると考えられるため、特に細胞増殖能の変化を確認していく必要がある。X遺伝子野生株および変異体の安定発現株のそれぞれで、アイソトープ等を用いて細胞増殖能の確認をすすめていく。同時に、X遺伝子変異体がこのシグナル伝達経路に与える影響について、western blottingやルシフェラーゼアッセイを用いて検索する。さらには肺動脈平滑筋細胞を用いて、X遺伝子がその増殖能に与える影響を確認する。X遺伝子野生株および変異体の安定発現株のそれぞれで、アイソトープ等を用いて細胞増殖能およびviabilityの確認をすすめていく。同時に、X遺伝子変異体が、このシグナル伝達経路に与える影響について、western blottingやルシフェラーゼアッセイを用いて検索する。アイソトープ実験、western blotting、ルシフェラーゼアッセイに用いる試薬購入に大部分を使用する。
硬組織形成を誘導し、直接結合可能な高機能レジンの開発

硬化したレジン表面に硬組織の形成を誘導し、さらに新生硬組織と直接結合可能なレジンを作製することを目的とし、炭酸カルシウムを4-META/MMA-TBBレジンに加えて複合化した。080%の濃度で混合し、物性とCa2+溶出量を計測した結果、濃度が高くなるとCa2+溶出量は多くなるが物性は低下した。実験動物に移植し組織学的に評価した結果、濃度が高いほど新生硬組織とレジンとの接触率は増加した。物性と硬組織形成の促進効果から、濃度は60%が適当と考えられた。本研究は、4-META/MMA-TBBレジン(SB)に生体活性を有する材料を加えて複合化することにより、歯や人工材料、骨に接着すると同時に、硬化したレジン表面に硬組織の形成を誘導し、さらに新生硬組織が直接結合可能なレジンを開発することを目的とした。SBのポリマー粉末に混合する生体活性材料として、炭酸カルシウム、β-TCP、α-TCP粉末を濃度を変えて評価したところ、カルシウムイオンが溶出し、必要な強度が得られたα-TCP40%、60%と炭酸カルシウム40%、60%が適当と考えられた。そこで0、40、60%の炭酸カルシウム、α-TCPを混合したSBを硬化させ、ラット下肢大腿骨に移植し、試料表面への硬組織形成、試料と新生硬組織間の軟組織の幅を評価した。その結果、炭酸カルシウム含有レジンがα-TCP含有レジンより、介在する軟組織が少なく、試料と硬組織の接触率が高いことが示された。また、濃度が高くなるに従い、接触率は向上した。さらに、ビーグル犬前小臼歯部に裂開状の骨欠損を作製し根面を露出させ、セメント質を除去した。0、40、60%の炭酸カルシウムを混合したSBを薄い円盤状(直径約1mm)に硬化させ、作製した試料を、同濃度の炭酸カルシウムを混合したSBを用いて根面に接着した。試料表面への硬組織形成状態を評価した結果、0%では8週後でも試料表面に硬組織は認められなかったが、40%、60%では硬組織の形成が認められ、試料全体を覆っているものも観察された。また、40%より60%の方が、試料と新生硬組織の直接接している部分が多く、また、介在する軟組織の幅も狭かった。以上より、4-META/MMA-TBBレジンに60%炭酸カルシウムを混合すると、物性を維持しながらレジン表面に硬組織の形成を誘導できる可能性が示唆された。さらに効率よく誘導できるように増殖因子との併用も検討している。4-META/MMA-TBBレジンのポリマー粉末に、510μmの炭酸カルシウム、β-TCP、α-TCP粉末を080%の濃度で混合し、各粉末にモノマー液とキャタリストを加えて硬化させ、硬化体の曲げ強度、象牙質に対する引っ張り強さ、水中へのCa2+溶出量、エネルギー分散型X線分光法(EDS)分析による硬化体表面の元素分析などを行い、Ca2+が溶出し、必要な強度を有する混合材料とその至適含有量を探策した。その結果、すべての混合材料で、濃度が高くなるに従い曲げ強度は低下した。牛歯象牙質への引っ張り強さは、β-TCPを混合したものが、他2つと比較して有意に低下した。また、すべての混合材料で、濃度が高くなるに従い引っ張り強さは低下し、濃度60%で約6割となった。FTIRおよびEDSでは、β-TCPでは他2つと比較しCa2+溶出量は少なく、すべての材料で濃度が高くなるほどCa2+溶出量は多くなった。以上の結果から、接着強さや物性が許容できCa2+溶出が多いα-TCP40%、60%と炭酸カルシウム濃度40%、60%が混合材料として適当と考えられた。次に、炭酸カルシウム、β-TCP粉末を0、40、60%の濃度で混合した4-META/MMA-TBBレジンを、直径1mm、長さ4mmの円柱形に硬化させ移植試料を作製した。ラット下肢大腿骨の骨髄腔に穿孔し、この試料を移植、2、4週後に脱灰薄切標本を作製、HE染色し、試料表面への骨形成、試料と新生骨との間の軟組織の幅を観察した。その結果、炭酸カルシウム含有レジンがβ-TCP含有レジンより、介在する軟組織が少なく、試料と骨の接触率が高いことが示唆された。また、濃度が高くなるにしたがって、試料と骨との接触率は向上した。術後8週の評価はまだ行えていないが、術後4週までの結果では、炭酸カルシウムを含有したものが、骨との結合を促進させる可能性が示唆された。4-META/MMA-TBBレジンに混和する材料とその至適含有量は決定できた。しかし、交付金減額の可能性があったため、動物実験計画の一部修正を検討していて、開始する時期が遅くなった。

そのため、8週群の組織学的評価が行えていない。炭酸カルシウムとαTCPを、それぞれ40%、60%含有した4-META/MMA-TBBレジンとラット大腿骨との結合状態をSEMにて観察する。また、犬の歯根に移植し、病理組織学的にポケット上皮の下方増殖量、セメント質形成量、セメント質とレジンの結合状態を評価する。未使用額103666円は、平成24年3月に購入した実験器具の支払いが4月以降になるため生じたものである。さらに中型動物を用いた実験で、病理組織学的評価を行うため、実験動物(ビーグル犬)や薬品類、ガラス器具やプラスチック器具類を主体とし、さらに学会発表や論文投稿に研究費を使用する予定である。
ホログラフィ法による耳小骨連鎖異常の振動解析

1.犬側頭骨を用い砧骨と鐙骨間の連鎖の離断および鐙骨と連鎖の固着の状態を作製しHeーNeレーザーを用いたホログラフィ干渉法を用い解析した。正常鼓膜の振動様式については、2KHzまでの周波数では基本的には同じであり、3KHzから先ず槌骨柄後方部から変化し始め、つぎに4KHzからは槌骨柄前方部が変化し始める。すなわち2KHzまでの周波数では槌骨を境にその半分の高さで前後に振幅の頂点をもつ振動がみられ3KHz以上では振幅の頂点が複数の分割振動に変化する。振動振幅については、2KHz以下の周波数では槌骨柄先端部の振幅は槌骨柄前方部の振幅とほぼ等しく、槌骨柄後方部の振幅は槌骨柄先端部の振幅の約3倍である。また槌骨柄と耳小骨の回転軸の成す角度は、犬では約30°である。2.砧骨と鐙骨間の連鎖の離断:正常と比較すると250Hzから2KHzまでの周波数では振動様式の変化はみられない。3KHz以上では変化する。また鼓膜の振動振幅については2KHz以下では増加3KHz以上では減少が認められた。連鎖を離断すると鼓膜は正常位置より外方へ変位する。この状態では鼓膜のステイフネスが減少し共鳴周波数は低周波数域へと移動したと考えられた。中耳腔容積の増加によっても共鳴周波数は低周波数域へと移動するが、ステイフネスの減少に比べ無視できる。3.砧骨と鐙骨間の連鎖固着:正常と比較すると振動様式については250Hzから2KHzまでの周波数では同じ傾向であるが3KHz以上では変化し分割数の減少が認められる。鼓膜の振動振幅については5KHz以上で増加4KHz以下では減少する。砧骨と鐙骨間の連鎖と鐙骨を固着すると離断時のような耳小骨連鎖および鼓膜の変位は起こらないが中耳振動系としては弾性のみが増加した状態と考えられる。そのため、共鳴周波数は高周波数域へと移動する。耳小骨連鎖異常の鼓膜振動解析と平行して,中耳モデルを作成し,乳突洞口断面積を変化させ,それが鼓膜振動にいかに影響するかホログラフィ干渉法を用いて観察・解析した.その結果,次の結果を得た.2kHz以下の低音域では,膜は全体として振動する同心円振動をし, 4kHz以上では分割振動をしていた.分割振動発生周波数は,音圧・中耳腔容積・乳突洞口径にはあまり影響されなかった.乳突洞口閉鎖時以外では,共振点と反共降点が存在し,その周波数は乳突洞口径により変化した.中耳腔の膜振動におよぼす効果は, 250Hzでは乳突洞口径にあまり影響されず, 500Hzでは洞口径が閉鎖されると低下するが,開通していれば狭くてもあまり変化がなく, 1kHzでは洞口径に強く影響されφ2mm程度で最大となり洞口閉鎖時に最小となった.23kHzでは洞口閉鎖時に効果は大きくなったが, 2kHzにおいては洞口をφ4mmと削開した時最大とななった.

乳突洞口閉鎖時には,鼓膜の振動周波数特性は1kHz以下では悪化し, 23kHzでは改善した.又,洞口を削開したφ4mmの場合と洞口を閉鎖した場合を比較すると, φ4mmの場合2kHzまでの低周波数域で鼓膜の振動周波数特性が改善されていた.以上の結果は,昭和62年10月17日第32回オージオロジー学会において発表した.耳小骨連鎖異常の振動解析に関しては,現在犬側頭骨を使用した実験中である.又,犬側頭骨を使用し中耳腔圧の変化による鼓膜の振動解析も並行して行っている.ホログラフィ光路の改良により,明瞭な犬側頭骨鼓膜写真が撮れるようになり,現在解析中であるが,耳小骨離断により鼓膜振動は増強される傾向がみられている.1.正常な状態での犬鼓膜の振動様式をHe-Neレーザーを用いたホログラフィ千渉法の時間平均法で干渉縞を撮影した。鼓膜の振動様式については、250Hzから2KHzまでの周波数では振動は単純で振幅のピークが一個の同心円状を呈するが、3KHzを境として変化が起こり始める。すなわち3KHzでは、鼓膜の後方部の振幅のピークが複数化し分割しており、4K、5K、6K、8KHzでも同様の多分割化している。鼓膜前方部についても同様の傾向が認められたが分割化は後方部よりもやや高い周波数から始まる。音圧が増大すると振動は促進され振動振幅の増大を意味する干渉縞の数の増加が見られるが、振動様式は変化しない。鼓膜振幅については、振幅のピークは槌骨柄のおよそ2分の1の高さで前・後の2部に分かれ、槌骨柄前方部は後方部よりも小さい。2kHzまでは前方と後方と槌骨柄先端部との振幅比は略一定である。すなわち槌骨柄前方部の振幅は槌骨柄先端部と略等しく、槌骨柄後方部は、槌骨柄先端部の3乃至4倍である。3KHz以上の周波数域では上記の比率が変化し前方部も槌骨柄より振幅は大となる。共鳴周波数は2KHzで振幅値は最大となる。2.耳小骨連鎖異常の振動解析について、犬側頭骨を用い砧骨と鐙骨間の連鎖の離断および固着を行った。3.砧骨と鐙骨間の連鎖の離断:低周波数では振動様式の変化はみられないが、高周波数以上では変化する。また鼓膜の振動振幅については低周波数では増加、高周波数以上では減少が認められた。4.砧骨と鐙骨間の連鎖の固着:低周波数では振動様式の変化はみられないが、高周波数以上では変化する。鼓膜の振動振幅については低周波数では増加、高周波数以上では減少する。
ゼオライト中に生成する金属クラスターの構造と反応性の解明

申請時の計画通りに研究を遂行し,以下の点について明らかにした.1.383Kで熱処理をした銀イオン交換ゼオライトにγ線を照射し,生成した常磁性銀種の挙動を電子スピン共鳴法(ESR)によって検討した.A型ゼオライトではAg_6^<n+>に帰属される金属クラスターが生成したのに対し,他のゼオライト(Y,モルデナイト,ZSM-5)ではAg_3^<2+>の生成は認められたもののAg_6^<n+>は観察されなかった.この結果から,Ag_6^<n+>の生成にはA型ゼオライトの構造的特異性が必要であることがわかった.2.交換率が異なる銀イオン交換A型ゼオライト(Ag_xNa_<12-x>A)で上記1と同様な実験を行った.交換率が低い場合(x<0.1),Ag^0→Ag_2^+→Ag_3^<2+>のように銀クラスターイオンが温度増加とともに逐次的に生成した.一方,交換率が低い場合(X>0.4)には最初の熱処理時にAg_3^<2+>あるいはAg_6^<n+>が既に生成していることがわかった.3.γ線を照射前にAg_<0.1>Na_<11.9>Aにアンモニア(NH_3)を吸着させるとこれまで報告されていない新しいESRシグナルが確認された.ND_3を用いた同位体実験,およびシミュレーションから生成したシグナルは[Ag-NH_3]^0錯体であると結論した.この錯体は160K以上の温度で消失するが,この場合には上記の示したような銀の複核クラスターイオンは生成しないことがわかった.4.金属イオン交換モルデナイト中での常磁性NO_2分子の運動性について検討した結果,モルデナイト中のNO_2の分子運動はこれまで報告されている拡散モデルのみでは説明できず,ハイゼンベルグのスピン交換モデルとの併用によって説明できること,スピン交換速度はゼオライト中に交換された金属イオンのイオン半径と関係があることなどを見出した.申請時の計画通りに研究を遂行し,以下の点について明らかにした.1.383Kで熱処理をした銀イオン交換ゼオライトにγ線を照射し,生成した常磁性銀種の挙動を電子スピン共鳴法(ESR)によって検討した.A型ゼオライトではAg_6^<n+>に帰属される金属クラスターが生成したのに対し,他のゼオライト(Y,モルデナイト,ZSM-5)ではAg_3^<2+>の生成は認められたもののAg_6^<n+>は観察されなかった.この結果から,Ag_6^<n+>の生成にはA型ゼオライトの構造的特異性が必要であることがわかった.2.交換率が異なる銀イオン交換A型ゼオライト(Ag_xNa_<12-x>A)で上記1と同様な実験を行った.交換率が低い場合(x<0.1),Ag^0→Ag_2^+→Ag_3^<2+>のように銀クラスターイオンが温度増加とともに逐次的に生成した.一方,交換率が低い場合(X>0.4)には最初の熱処理時にAg_3^<2+>あるいはAg_6^<n+>が既に生成していることがわかった.3.γ線を照射前にAg_<0.1>Na_<11.9>Aにアンモニア(NH_3)を吸着させるとこれまで報告されていない新しいESRシグナルが確認された.ND_3を用いた同位体実験,およびシミュレーションから生成したシグナルは[Ag-NH_3]^0錯体であると結論した.この錯体は160K以上の温度で消失するが,この場合には上記の示したような銀の複核クラスターイオンは生成しないことがわかった.4.金属イオン交換モルデナイト中での常磁性NO_2分子の運動性について検討した結果,モルデナイト中のNO_2の分子運動はこれまで報告されている拡散モデルのみでは説明できず,ハイゼンベルグのスピン交換モデルとの併用によって説明できること,スピン交換速度はゼオライト中に交換された金属イオンのイオン半径と関係があることなどを見出した.
地下実験と関連したニュートリノ物理学

この研究計画を進めていく中で、ニュートリノ・フレーバー混合を現実的なものと考え、この構造の解析に正面から取り組む必要性が生じた。従って、最終年度の研究計画は主に新しいテーマ、「レプトン・フレーバー混合の構造の解析」にあてられた。神岡地下実験を始めとする諸実験による太陽・大気ニュートリノ観測において、ますます確からしいものとなっている異常を真正面から受け取り、加速器・原子炉実験が与える制限の下で、レプトン・フレーバー混合の構造パターンに関する知見を得ることが緊急の課題である。さらに、COBE(米国の宇宙背景輻射探査機)などの近年の宇宙観測の進歩によって、構造形成宇宙論に関する大きな進展があった。この中で成功を収めている模型の一つは、冷熱二成分ダ-クマタ-に基づく構造形成論である。(この模型は不自然なラムダ項の導入を避けられるという利点がある。)この熱いダ-クマタ-の最有力候補が2-20eVの質量を持ったニュートリノである。そこで、ニュートリノ質量に関する太陽・大気ニュートリノ異常、熱いダ-クマタ-の三つの手掛かりに基づいて、ニュートリノ・フレーバー混合の構造を現象論的に決定するための研究を行なった。具体的には、次のようなテーマについての研究を行なった。1.加速器・原子炉実験及び太陽、大気ニュートリノ実験の総合的分析2.大気ニュートリノ観測結果の統計的分析3.非階層的なニュートリノ質量の仮説の下での三世代解析4.関連した全ての実験を説明できる可能性の探求5.縮退した三世代ニュートリノ6.長基線ニュートリノ振動実験とダ-クマタ-・ニュートリノこれらの諸テーマの詳細については、研究成果報告書に詳述したので、これを参照されたい。(1)ニュートリノ長距離加速器実験:任意の球対称重力ポテンシャル中で有効な物質中でのニュートリノ伝播の方程式を新たに導いた。これを基に地球の物質中でのニュートリノ伝播を取り扱う数値計算コードを新たに作成した。このコードは任意の密度分布を持った球対称天体中でニュートン定数の1次まで正確なニュートリノ伝播の記述を与える。これを使ってニュートリノ重力相互作用に関する等価原理の破れの効果の分析を実行した。これによって等価原理の検証精度をさらに精密に決定できることになった。FERMILABのMain Injectorをビーム源としSOUDAN2、DUMANDをそれぞれ検出器として使う場合、等価原理の検証精度はそおれぞれ10^<-14>10^<-15>であることがわかった。この結果は、ニュートリノ長距離加速器実験を使った新しい方法によって、これまでにEotvos-Dicke型の実験で得られた精度を2-3桁向上させることができるという画期的可能性を意味する。(2)太陽ニュートリノを使った等価原理の検証:太陽ニュートリノ問題の存在を考慮しつつ、太陽ニュートリノを使って等価原理の検証を行なう可能性に関する研究に着手した。(3)銀河内超新星からのニュートリノの物理:電子ニュートリノと酸素との反応の反応断面積の計算は主に共同研究者のウイック・ハクストン教授らの努力によって進められてきた。5年度中に一応の結果を得る予定であったが計算技術上の問題からまだ答えを得ていない。(4)スーパー神岡地下検出器の改良案の理論的検討:中性カレントによる励起状態が観測可能なガンマ線を伴って崩壊するような都合のよい核種としてMgを検討した。が、ガンマ線の強度が充分ではないという結論を得た。(1)ニュートリノ長距離加速器実験および太陽ニュートリノを使った等価原理の検証:ニュートリノ重力相互作用に関する等価原理の破れの効果を考慮して、CERNで進行中の短距離ニュートリノ振動実験(CHORUS実験)の分析を行った。フレーバー混合角が重力混合角と異なる一般の場合を分析し、論文にまとめた。

同様の定式化をスカラーおよびベクトル場の場合に拡張し、ニュートリノを使って「第5の力」に対する制限を導く可能性を検討した。さらに、この方法についての理論的基礎を明らかにするために、測地線が簡単な太陽ニュートリノの場合をとって、定式化の座標系依存性の問題を検討している。(2)銀河内超新星からのニュートリノの物理:最近、Qian,Fuller,布川等によって、ニュートリノ・フレーバー混合の、超新星爆発におけるr-過程元素合成に対する影響についての理解に進展がもたらされた。これをさらに発展させ、スーパー神岡地下検出器での観測的帰結を明らかにする。特に、ニュートリノが天体物理学的制限を満たす小さい磁気能率を持つ場合の観測的特徴は現在までに正しい取り扱いがなされていないので、これを実行中である。(3)スーパー神岡地下検出器の改良案の理論的検討:中性カレントによる励起状態が中性子を伴って崩壊する核種として、Liの可能性(水溶性の化合物としては、LiCl)を検討を行った。Liはいくつかの反応で壊されるがそのいづれにも中性子を含む。中性子は水中でthermalizeされた後Clに45barnという大きな断面積で捕獲される。このCl励起核は電磁カスケードとして8.5MeVのエネルギーを放出する。と言う訳で有望な可能性があるが、残された問題はスーパー神岡地下検出器中での中性子バックグラウンドの量である。1.ニュートリノを使った等価原理の検証:異なったフレーバーを持つニュートリノが非普遍的な重力相互作用を持っていると仮定し、このときに生じる等価原理の破れの効果を実験的に検証する方法についての研究を継続した。活動銀河核からのニュートリノを使うことによって最大の検証精度を得ることができることを見いだした。(Alexei Smirnov教授(ICTP,Trieste)のとの共同研究)期待される精度は質量のないニュートリノに対して10^<-41>、質量を持ったニュートリノに対して10^<-35>であった。これらは太陽ニュートリノを使って到達できる精度をそれぞれの場合に約20桁、および15桁改善できることを示している。また巨大ブラックホールという活動銀河核の重力源のコンパクトさから、活動銀河核から放出されたニュートリノに対して重力的MSW効果という新しい現象が起きることを初めて指摘した。2.銀河内超新星からのニュートリノの物理:最近のQian,Fuller,布川等による、ニュートリノ・フレーバー混合の、超新星爆発におけるr-過程元素合成に対する影響についての研究をさらに進め、スーパー神岡地下検出器での観測的帰結を明らかにするための検討を、特にニュートリノが天体物理学的制限を満たす小さい磁気能率を持つ場合について行なった(継続中)。
電磁力を用いた革新的エアロキャプチャー技術の数値解析的検討

電磁力エアロキャプチャーの実現性を検証するため、粒子計算を行った。その結果、高々度の極超音速希薄再突入流れ中で、十分に大きい抗力増加と熱流束の減少が達成でき、電磁力を用いたブレーキングが十分に可能であることが分かった。この成果を受け、電磁力発生の高度依存性を連続流計算を用いて定量的に調べた。結果として、地球突入の際には、高度82km程度以下で非常に大きな電磁力を得られるが、それより高度が高くなると雪崩電離が起きなくなるため、電磁力が発生できなくなる可能性がある事がわかった。日欧米において、火星、金星、木星などの外惑星探査が盛んに計画されている。これまで惑星探査(地球帰還も含む)の最終段階で探査機を惑星軌道に捕獲する際には、化学推進を使った減速が行われていた。この減速に膨大な推進剤が必要なため、探査機の設計自由度が制限されている(例えば、2010年打上げのJAXA金星探査機では、総重量の50%を推進剤が占め、測定機器は7%に過ぎない)。そこで、空気抵抗を利用して減速し、化学推進を不要にする「エアロキャプチャー」が提案されているが、技術課題が多く実現していない。本研究では、全く新しい方式の電磁力を用いたエアロキャプチャー技術を提案し、数値解析を用いてその優位性を明確にする。平成22年度の研究では、その第一歩として、エアロキャプチャーを行う高高度の希薄気体領域に宇宙機を突入させた際に、発生しうる電磁力の予測を行うため、Direct Simulation Monte-Carlo(DSMC)コードに、熱化学非平衡モデルを組み込む拡張を行った。このコードを用いて、地球高度80kmにおけるハヤブサ形状カプセルの流れ場を解析したところ、電離度が2%を越え、磁気相互パラメータが100程度であり、エアロキャプチャーに必要な電磁力発生が期待できることがわかった。さらに、ホール効果を無視した(得られる最大の電磁力見積もりに相当)磁場印加シミュレーションを行ったところ、0.2-0.3テスラの磁場を印加した場合に、カプセルにかかる抗力が50%程度増加し、熱流束は40%程度減少することがわかった。以上の結果より、今後ホール効果を含めたより実際に近いシミュレーションを行う上で必要な下地が整い、希薄気体領域においてエアロキャプチャーに十分な電磁力が発生可能なことが示唆できた。極超音速希薄領域での電磁力エアロブレーキングの成立性を調べるための第一歩として、純窒素大気に突入するはやぶさカプセルを例にとり、簡単なマクロ電磁力モデルを組み込んだ電磁力流れ制御の粒子シミュレーションを行った。電磁力を発生させるためには、当然ある程度気体が電離している必要があるが、粒子シミュレーションの結果、高度80kmおよび飛行速度12km/sの条件において、機体周りの流れは2%程度に電離され、その電気伝導度は3,500S/mとかなり大きい値に達することがわかった。その際の磁気相互パラメータは、1Tの磁場を印加した場合は7,000を越え、この流れ場がブレーキングに必要な電磁力を十分発生しうるとわかった。また、本研究で提案する簡単なマクロ電磁力モデルは、その粒子計算への適用の妥当性をあらかじめ検証しておく必要があったため、2温度熱化学非平衡を考慮したCFDコードの結果と比較し、連続流と希薄流れの中間領域においてはその使用は妥当である事も明らかにした。電磁力エアロブレーキングの粒子計算の結果、抗力は20-50%程度の増大を示し、熱流束も50%程度低減させることができることがわかった。また、機体にかかる抗力は、磁場を印加する位置によって増やすことも減らすこともできることがわかった。つまり、機体の肩付近に強い磁場を印加して、見かけの曲率半径を大きくすると、抗力は増大してブレーキングの効果となり、逆に機体の中心付近に強い磁場を印加すると、見かけの曲率半径が小さくなり、抗力は減少して機体を加速することができると考えられ、磁場印加の位置を最適にコントロールによって、柔軟な突入軌道の選択が可能となることが示唆された。前年度までに行った高度80kmでのハヤブサカプセルの電磁力ブレーキング粒子計算によって、定性的にはエアロブレーキングに必要な電磁力を十分に発生できる事がわかった。しかし、定量的に電磁力の評価を行うには、高々度で影響が大きくなるホール効果を考慮した詳細な粒子計算をパラメトリックに行う必要があり、様々モデルを検討した結果、これにはかなり大きい計算コストがかかることが予測された。そこで、熱化学非平衡を考慮したCFD計算を行い、粒子計算結果と比較して、連続流と希薄流れの中間領域において連続流近似を用いる事による電磁力の誤差を見積もった。結果として、高度80km程度では、CFDは発生する電磁力を2割程度過大評価するに過ぎない事がわかった。

この誤差は、成立性の検討にとって許容範囲であるので、ホール効果と熱化学非平衡を組み込んだ電磁流体CFDを使用して、高度70-90kmの範囲で空気大気に突入するハヤブサカプセルの電磁力ブレーキングの解析を行った。その結果、ホール効果による電流散逸が大きいにも関わらず、高度82kmまでは、0.5Tの磁場を印加することで、抗力係数が5倍にも増加し、電磁力ブレーキングが極めて有効である事がわかった。しかし、高度84kmを超えると突然に電磁力の効果が消えてしまう事がわかった。解析の結果、この突然の変化は、「電磁力による衝撃層増大に伴って、電子温度が雪崩電離を引き起こせる程度まで増加できるかどうか」に依存していると予想された。今後は、高度84km以上でも電磁力ブレーキングを行うことを目指して、電磁力による衝撃層内の熱化学非平衡状態の変化を明らかにし、それをコントロールする手立てを検討する必要があることがわかった。エアロキャプチャーを行う高度80km以上の高高度において十分な電磁力を発生しうることがわかったが、より正確に電磁力の見積もりを行うために必要なホール効果を組み込んだ解析モデルの開発が遅れており、それを用いたさらに高高度での計算がまだ行えていない。24年度が最終年度であるため、記入しない。開発済みの粒子計算コードに「電子は流体近似する一方、重粒子は粒子的に扱うDSMC/PIC/Electron-Fluid Hybrid法」を用いる改良を施し、ホール効果の影響を含めたより正確な電磁力の見積もりを行う。
スピン及び磁壁位置変調による磁気抵抗センサの高機能化

巨大磁気抵抗効果を示すスピンバルブ膜を利用した3種類の磁気センサの開発を行った。磁化方位変調型の磁気センサでは,磁化自由層の磁化方位をAl導線の作る交流磁界で振動させるとともに,GMR素子の出力と交流磁界の電圧波形を乗算器で掛け合わせることで,約4mOeの検出感度が得られた。磁壁位置変調方式のセンサに関しては,磁性細線に切り欠きを設けることで,磁壁位置を固定することに成功した。歪みセンサでは,磁歪の逆効果による磁気異方性の変化を,磁化自由層の磁化方位を交流磁界で振動的に変化させたときの振幅の変化として検出することに成功した。±5×10-4の歪みに対して,ほぼリニアな出力が得られた。磁気センサは,地磁気,モータの回転角,生体からの磁気の検出など,幅広く利用されている。巨大磁気抵抗効果(GMR)を利用した磁気センサは,フラックスゲートセンサや磁気インピーダンスセンサに比べ,薄膜でマイクロサイズまで微細化できることから,半導体回路とモノリシック化できるなどの大きな利点がある。本研究では,GMR等の磁気抵抗素子を利用したさまざまな機能をもつ磁気センサの開発に取り組んだ。まず,スピンバルブ構造の磁化自由層の磁壁に交流磁界を加えて,磁壁位置を振動的に運動させることで,磁壁抗磁力の影響を大幅に低減して,磁界感度を改善する方式を開発した。磁化自由層にCoFeBアモルファス層を利用することで,長方形の磁区が形成され,磁壁位置が交流磁界で変調されることをKerr顕微鏡で確認した。この方式により,8nTまでの微小磁界の検出に成功した。また,磁化自由層の磁化方位を交流磁界で首振り運動させる磁化方位変調方式のセンサを開発した。このセンサでは,外部磁界を加えると,センサ出力の信号周波数が,交流磁界の周波数の2倍から1倍に変化するので,1倍周期の信号振幅をロックインアンプで検出することで,高感度の直流磁界が検出できた。さらに,この方式では,直流磁界の零点の設定を可変抵抗によって行う必要がなく,高精度の直流磁界の検出が出来ること,また,温度変化による出力のドリフトがほとんどないことが実験的に明らかになった。歪みセンサの開発を目的に,高い磁歪定数を示すことが知られているFeSiB磁性層を磁化自由層に利用したスピンバルブ膜FeSiB(10nm)/CoFeB(1nm)/Cu(2.2nm)/CoFe(3nm)/MnIr(10nm)を厚さ約120μmのカバーガラス上に作製した。この膜を幅100μm,長さ1200μmの細線に加工した。このとき,磁化容易軸は,細線の長さ方向に対して直交方向とした。このサンプルを直交する磁界を発生する2つのヘルムホルツコイルの中に入れ,磁化容易軸に垂直にバイアス磁界を加えて,磁化自由層を困難軸方向に向けるとともに,磁化容易軸方向に1kHzの交流磁界を加えた。この交流磁界により,磁化自由層の磁化方向は振動的に変化して,スピンバルブ膜の細線の電気抵抗は1kHzで変化する。このスピンバルブの細線を形成したカバーガラス基板をヘルムホルツコイルの中で片持ちに支持して,他端をマイクロメータで,基板を湾曲させた。このときに1kHzの出力信号の振幅の変化を観測したところ,張力から圧縮の歪みに対して出力が連続的に変化することが確認され,歪みセンサとして動作することが示された。さらに,破損しやすいカバーガラスを利用して実用的なセンサデバイスを実現することは,困難と予想されるため,歪みセンサの基板材利としてプラスチック基板の検討を行った。用いた基板は,188μmのPET基板である。この基板上にGMRを示すスピンバルブ膜を成膜したところ,全く磁気抵抗効果を示さなかったため,基板表面の形状を原子間力顕微鏡で観察したところ,10 nmの凹凸(Rms)があり,表面平坦性が悪いことが分かった。そのため,PET基板上にスピンコーターでポリイミドレジストを塗布し,上記と同じ構成のスピンバルブ膜を成膜して,磁気抵抗特性を評価したところ,2.3%の磁気抵抗変が得られた。この値は,ガラス基板上に成膜した同じ構成のスピンバルブ膜の磁気抵抗変化とほぼ同等であった。磁壁位置振動型のセンサについては,磁性細線中の磁壁位置が不安定で,ノイズの原因になるなどの問題があった。そこで,本年は,磁壁位置をピン止めするための切り欠きを磁性細線中に設け,磁壁の挙動を調べた。

まず,幅30μm,長さ200μmのCoFeB磁性細線を作製し,細線の上下端に1辺3μmの三角形の切り欠きを電子線リソグラフィにより作製した。この切り欠きによる磁壁のピン止め効果を調べるため,振幅約0.5 Oe,1Hzの交流磁界を加えたときの磁壁の振動的な往復運動を偏光顕微鏡で観察したが,切り欠き部でのピン止め効果は,センサ素子として不十分であり,切り欠き部の形状を再検討する必要があることが分かった。磁化方位振動型センサについては,検出回路に使用しているロックインアンプを掛算器チップに置き換えて,センサ回路の小型化,低コスト化を図った。市販の掛算器ICを利用して,センサ回路を作製してセンサ特性を評価したところ,外部磁界に対して,ほぼリニアな出力が得られ,高価なロックインアンプを用いなくても検出回路を構成できることが分かった。また,ロックインアンプを用いるより高い周波数の信号を検出することができた。しかし,ノイズを十分下げることができなかったため,今後ノイズ源を特定するとともにその低減が必要である。歪みセンサについては,センサ感度を向上させるために磁化自由層に用いる磁歪材料の検討を行った。大きな磁歪を示すことが知られているFeGa薄膜をスパッタで作製し,その磁歪定数を薄膜に応力を加えながら磁気異方性をトルク磁力計で測定する手法により評価した。その結果,バルク材料に比べて低いもののFeCoBSi薄膜などより大きな磁歪を示すことが明らかとなった。今後は,この材料を用いた歪みセンサを開発する。現在までに3つの方式の磁気抵抗センサの開発に成功し,磁壁位置変調方式では,8nTという微小な磁界の検出に成功している。また,磁化方位変調方式では,温度ドリフトが従来のGMRセンサより2桁程度小さいセンサを開発できた。さらに未発表ではあるが,新しい機能を持ったセンサの開発も進めている。25年度が最終年度であるため、記入しない。昨年度までに3種類の磁気センサの開発を行い,微小磁界の検出や,センサ回路の小型化,歪みセンサのための磁歪材料の開発などを進めてきた。研究は,おおむね順調に進展しているが,より高感度を目指した,磁壁位置をピン止めする構造の実現,掛算器を利用したセンサの回路のノイズ低減,歪みセンサアレイの作製などの課題が残されている。これまでに開発した3つの方式について,それぞれ特性の向上を下記のように推進する。磁壁位置変調方式に関しては,磁壁をトラップするナノサイズの切り欠きをGMR細線に入れることで,磁壁が常に同じ位置で振動するようなデバイスを作製する。これにより,センサ特性が安定し,より低ノイズの検出が可能となると期待される。磁化方位変調方式に関しては,信号の検出に高価なロックインアンプでなくワンチップの掛算器を利用した回路を開発する。現在は,ロックインアンプを利用しているので,フィードバック回路を構成した場合,回路サイズが大きくなりすぎてノイズの低減が難しいが,掛算器の利用により,回路が1つのボード上に集積され,ノイズが低減されると考えられる。磁壁位置振動方式については,磁壁位置をピン止めする磁性線上の切り欠きの大きさや形状の再検討を行い,ピン止め効果を実現したセンサ素子の作製を行い,その特性を評価する。磁化方位振動方式については,センサ回路のノイズ低減を行い,磁界の検出限界を明らかにする。歪みセンサに関しては,センサ材料として適した磁歪材料を開発し,センサ感度の向上を図る。
補体をターゲットとした水疱性類天疱瘡の新規治療法の開発

水疱性類天疱瘡は17型コラーゲン(COL17)に対する自己抗体によって発症する自己免疫性水疱症で、補体活性化とそれに引き続く炎症細胞浸潤が発症に不可欠と考えられているが、補体非依存性の機序も提唱されている。我々は補体欠損COL17ヒト化マウスと抗COL17モノクローナル抗体を作製し、水疱形成には補体活性化ではなく抗体沈着そのものが重要であることを明らかにした。また、患者自己抗体が培養角化細胞のCOL17に結合すると、COL17はユビキチン化されプロテアソームで分解されることを示した。以上より、水疱形成には補体活性化は必須ではなく、抗体結合によるCOL17の減少が重要であることが明らかとなった。1)水疱性類天疱瘡(BP)患者のIgGのCOL17ヒト化新生児マウスおよびC3KO/COL17ヒト化新生児マウスへの投与:前年度までに、補体活性化能をほとんど有さないリコンビナント抗ヒトCOL17 IgG4キメラ抗体(rhIgG4)のCOL17ヒト化新生児マウスへの投与実験によって、抗ヒトCOL17抗体は補体活性化を介さない経路で皮膚脆弱性を誘導することが示唆された。今年度はBP患者IgGの投与実験を行った。その結果、COL17ヒト化新生児マウスのみらなずC3KO/COL17ヒト化新生児マウスにおいても皮膚脆弱性が誘発されることがわかった。以上より、BP患者IgGは補体活性化を介さない経路でCOL17ヒト化新生児マウスにおける皮膚脆弱性を誘導できることを初めて直接的に証明した。2)Fcレセプターブロッカー投与実験:抗体が炎症細胞活性化を惹起する機序として、補体活性化を介する系のほかにFc-Fcレセプターの相互作用を介する系が挙げられる。この機序の関与を確認するために、COL17ヒト化新生児マウスにFcレセプターブロッカーを投与したのちにrIgG4を投与したが、皮膚脆弱性の抑制は見られなかった。以上より、rIgG4による皮膚脆弱性の誘導はFc-Fcレセプター相互作用非依存性であることが示された。3)培養ヒト角化細胞におけるCOL17タンパク量の測定:BP患者抗体を培養ケラチノサイトに投与すると、COL17タンパクの発現量が低下し培養皿との接着が弱まることが報告されている。培養ヒト角化細胞におけるCOL17タンパク量をhIgG1/rhIgG4抗体投与の有無で比較したところ、いずれの抗体もコントロール抗体に比べて有意にCOL17タンパク量を減少させることが示された。抗体結合によるCOL17減少が補体活性化非依存性に皮膚脆弱性を誘導することが示唆された。前年度までに、1)補体活性化能を有さないリコンビナント抗ヒトCOL17 IgG4キメラ抗体はCOL17ヒト化新生児マウスに対し病原性を示す(皮膚脆弱性を誘導する)こと、2)水疱性類天疱瘡患者IgGは補体(C3)ノックアウトCOL17ヒト化新生児マウスに病原性を示すこと、を明らかにした。今年度はさらに、3)補体活性化能およびCOL17に対する親和性のそれぞれ異なる4種類のマウス由来抗ヒトCOL17抗体をCOL17ヒト化新生児マウスに投与し、病原性は補体沈着量ではなく抗体沈着量に依存することを示した。以上1)3)より、抗ヒトCOL17抗体は新生児マウスにおいて補体非依存性に皮膚脆弱性を誘導することが示された。今年度はさらに、上記3)で用いたマウス抗ヒトCOL17抗体のハイブリドーマを成体RagノックアウトCOL17ヒト化マウスに移植し、補体沈着が見られない成体マウスにおいても抗体沈着によって皮膚脆弱性が誘導されることを明らかにした。補体非依存性の皮膚脆弱性誘導機序として、前年度までに、抗ヒトCOL17 IgG4キメラ抗体は培養ヒト角化細胞におけるCOL17タンパク量を減少させることを示した。今年度はさらに、抗体が沈着したCOL17タンパクは細胞内でユビキチン化され、プロテアソームによって分解されることを明らかにした。以上、研究期間全体を通じた研究成果より、抗ヒトCOL17抗体が結合したCOL17タンパクは細胞内でユビキチン化されプロテアソームで分解され、その結果COL17タンパク量が減少し、補体非依存性に皮膚脆弱性が誘導される機序を明らかにした。1)抗ヒトCOL17-IgG1抗体およびIgG4抗体のCOL17ヒト化