hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
油膜内微粒子分布の画像解析やレーザー散乱法による定量化と摩擦摩耗メカニズムの解明

タペット動弁機構では,カム・ローブ部がショットピーニング仕上げ加工され研削仕上げの場合より表面が粗いカム軸であっても,カム・ローラ間の接触荷重,摩擦力や摩擦係数の変化は少なく,動弁系の摩擦損失に及ぼす影響は小さい.すなわち,表面粗さ1μm2μmを許容できる.カム軸回転の高速域で,摩擦係数が面粗さの小さい場合より小さくなり,カム・ローラ間のスキッディングは小さくなる.一方,粘度の低いSAE5W-20油を適用すると,カム・ローラ接触部以外の動弁系しゅう動部の摩擦損失は小さくなるが,ローラ・ピン間の摩擦が増大し,カム・ローラ間のスキッティングは大きくなり,摩擦係数が大きくなる.(3)カム・ローラの転がり接触について,粗い接触面間での油膜の連続流れを前提とする弾性流体潤滑と固体接触に伴う荷重分担を考慮する混合潤滑を連立させる解析により,油膜形成下の表面粗さと固体接触部の荷重分担率の関係を調べた.粗いカム面による摩擦低下は,表面粗さが1μm以上では固体接触のみで荷重を支える状態になるなど,面粗さが大きいほど固体接触が増し,カム・ローラ間のスキッディングが起こりにくくなるためである.(4)エンジン使用油にFM剤を補充添加するとカム・フォロワ摩擦摩耗は減少する.またカーボンブラックを1%混合しただけでも摩擦は大幅に低下する.しかし5%混合すると,FM剤添加量を多くしても,時間が経ち酸化劣化が進むと,摩擦摩耗は増大し効果が消える.(5)カム・フォロワ接触面をモデル可視化し,すす混入オイルの流入出状態を観察した.画像解析法とレーザー光散乱法のオイル中すす粒径分布測定値は一致する.LIF法の油膜厚さとレーザー蛍光強度は,蛍光剤の量やオイルの性状に影響され直線的な比例関係にならない.1.ディーゼル機関の低粘度マルチグレード油の全摩擦損失低減の効果は,粘度等級をSAE10W-30からSAE5W-30へ低げ,その規格を排ガス後処理装置保護のために低硫酸灰分・低リン・低硫黄化したDH級へ,クラスをDH-1からDH-2へとLow-SAPS化することにより一段と大きくなる.2.ショットピーニング加工で表面仕上げした鉄基焼結合金カム・ローブをもつ複合カム軸は,従来の研削加工のカム軸に比べ,カム・ローラフォロワ動弁機構各部の摩擦損失が小さく,カム面の摩耗も少ない.カムの仕上げは,表面が粗いほどカム軸回転の高速域でカム・ローラ接触部の摩擦係数は小さくなり,二乗平均平方根粗さの値で1μmより大きく3μmより小さくする方が望ましい.またローラ部を支持する軸受の方式としては,すべり軸受の方がニードル軸受の場合より摩擦損失は小さい.3.オイル粘度が動弁機構のカム・ローラ間の摩擦に及ぼす影響は小さいが,それ以外の要素部の摩擦に及ぼす影響は大きく,粘度が低いほど摩擦損失は小さくなる.4.機関運転で劣化したエンジン油に摩耗防止剤ZnDTPと摩擦調整剤MoDTCを補充的に添加すると,カム・スリッパーフォロワの摩擦と摩耗を低減させることができる.しかし,すす微粒子が1%以上混入すると,摩擦低減の効力は保たれるが,摩耗低減の効力は著しく低下する.摩耗率を低く抑えるには,添加剤の補充量を6%以上とし,その後のすす混入の制限量を1%以下にすべきである.5.オイル中のすす微粒子の画像解析とレーザー散乱法による粒径分布の測定値はほぼ一致し,両計測法の精度は高い.分散剤の量がオイル中の微粒子の粒径とその分布に及ぼす影響は大きい.すすの混入量が少ないと摩擦は低いが摩耗率はやや高くなり,混入量が多いと摩擦も摩耗も異常に増大する.また,すす粒径が小さいと摩擦は低く摩耗率も低いが,粒径が大きいと摩擦も摩耗も増大する.したがって,接触しゅう動部のオイル・スタベーションを起こす混入すすの凝集すなわち粒径の増大を防ぐだけでなく,アブレシブ摩耗の原因になる摩耗粉や硬質スラッジを含む凝集すす異物をオイルから除くべきである.
ミューテーターマラリア原虫のゲノムワイド変異解析：分子疫学的・実験的研究

ネズミマラリア原虫のDNAポリメラーゼδの校正機能を欠損することで作製したミューテーター原虫の変異傾向を詳細に解析した。ミューテーター原虫で生じる変異は一様ではなく、またその塩基置換率はDNA配列の並びに影響を受けることが明らかとなった。また、ミューテーター原虫を用いることで抗マラリア薬クロロキンに対して耐性を示す原虫の創出に成功した。世界中のマラリア流行地域で採取された熱帯熱マラリア原虫のDNA検体についてゲノムの複製や安定性に関わる遺伝子のシーケンス解析を行い、それら遺伝子の多型について基盤的知見を得た。薬剤耐性熱帯熱マラリア原虫の出現は著明な地理的偏在を示す。本研究では、ゲノムに突然変異を蓄積しやすいミューテーター原虫がこの事象に関わるという仮説の検証を行うとともに、遺伝子導入により作製したミューテーター原虫の薬剤耐性試験への応用を目的とし、研究を行っている。1.ミューテーター形質を賦与する遺伝子変異の同定本テーマでは、世界中の熱帯熱マラリア原虫のDNA複製やDNA修復に関わる遺伝子について大規模シーケンシングを行い、その多型性を明らかにする。本年度はゲノム増幅した熱帯熱マラリア原虫フィールド検体に対して、DNA複製関連遺伝子やDNA修復関連遺伝子を標的としたプライマーを用いてPCRを行った。このPCR産物についてイルミナの次世代シーケンサーによる解析を行う予定であり、そのためのライブラリー調整方法について予備試験を行った。2.ミューテーターマラリア原虫を用いたマウス感染実験系による薬剤耐性原虫の創出本テーマでは、ネズミマラリア原虫P. berghei ANKAのDNA polymerase deltaの校正機能欠損により開発したミューテーター原虫について、マウス感染実験系により薬剤耐性獲得能を検証する。薬剤耐性株などの突然変異体を効率的に創出するためには、多くの変異体を含む原虫ライブラリーを作製することが有用である。これまでの解析から、ミューテーター原虫の継代を続けることで多くの変異がゲノムに蓄積するが、継代の際の集団サイズを小さくするとボトルネック効果により集団の多様性が失われることが明らかとなっている。そこで、100万個という多くの感染赤血球を用いたミューテーター原虫の継代を半年にわたり続けることで数多くの変異を内包すると考えられる原虫集団を構築した。マラリア制圧において大きな問題となっている薬剤耐性熱帯熱マラリア原虫の出現は著明な地理的偏在を示すことが近年の研究により明らかにされているが、その理由はわかっていない。本研究では、ゲノムに突然変異を蓄積しやすいミューテーター原虫がこの事象に関わるという仮説の検証を行うことを目的とし、平成24年度は以下の研究を実施した。1.ミューテーター形質を賦与する遺伝子変異の同定本テーマでは、世界中の熱帯熱マラリア原虫についてDNAポリメラーゼやDNA修復に関わる種々の遺伝子について網羅的にシーケンシングを行い、その多型性を明らかにする。血液濾紙から抽出したDNAの量は限られることから、数多くの遺伝子領域を解析するのは困難である。そこで、まず希少なDNA検体をゲノム増幅することで増やし、PCRのテンプレートとすることを着想した。PCRに用いるプライマーは、すでに公開されている熱帯熱マラリア原虫Plasmodiumfalciparum 3D7株のゲノムを参考に設計した。フィールドで得られたDNA検体をゲノム増幅し、それをテンプレートにPCRの条件検討を重ね、DNAポリメラーゼ遺伝子:7個、DNA修復関連遺伝子:8個、DNA複製関連遺伝子:2個を標的とするプライマーを得た。2.ミューテーターマラリア原虫を用いたマウス感染実験系による薬剤耐性原虫の創出本テーマでは、P. bergheiのDNA polymerase deltaの校正機能欠損により開発したミューテーターマラリア原虫について、マウス感染実験系により薬剤耐性獲得能を検証する。平成24年度は、感染実験を行うための環境を整え、ミューテーター原虫の継代作業を開始した。核ゲノムを複製するDNAポリメラーゼδの校正機能を欠損させることで高頻度に突然変異を生じるミューテーターネズミマラリア原虫(PbMut)について、1)塩基置換スペクトルの解析、2)塩基置換が生じやすいホットスポットモチーフの探索、3)抗マラリア薬クロロキン(CQ)耐性原虫の創出試験、を行った。1) 6種類存在する塩基置換パターンのうち、C:G>T:AとC:G>A:Tが全体の64.8%を占める一方、C:G>G:Cはほとんど生じないなど、PbMutで生じる塩基置換にはバイアスが存在した。この傾向はPbMutを用いて創出することが可能な突然変異体の多様さに影響を及ぼしていると考えられる。また、P. bergheiは極めてATリッチなゲノム塩基組成(CG%=23)をしているが、C/G>A/Tの塩基置換がA/T>C/Gよりも多いことからAT含量はさらに増加すると考えられた。観察された塩基置換パターンから平衡CG含量を推定したところ、20.1%であった。

2) TCT(AGA)という塩基配列の中央のC:Gでは、塩基置換率が全体の平均よりも5.8-9倍高かった。この影響により、PbMutではナンセンス変異がグルタミン酸コドン(GAAあるいはGAG)において生じやすい傾向にあることが示唆された。3)野生型P. bergheiでは、30 mg/LのCQを自由飲水(マウス1 kgあたり6.25 mg投与に相当)で与え続ける限り原虫の増殖が抑えられた。そこで、PbMut感染マウスに30 mg/L CQを与える条件で試験を開始し、原虫増殖が確認された場合には徐々に投与するCQ濃度を上げていった。その結果、マウス1kgあたり20 mgのCQ投与下でも増殖する原虫系列が2つ得られた。今後、これらの原虫で蓄積した変異を解析し、耐性の責任遺伝子変異を特定する予定である。寄生虫学ミューテーター原虫の作製とゲノムワイド解析についてまとめた論文がDNA Research誌に掲載された。この論文については上毛新聞(H26.3.27)と読売新聞(H26.3.27)にそれぞれ取り上げられるなど評価されている。平成24年度は実験に用いる病原体の移動や、実験環境の整備など準備に時間を要し、感染試験の進捗に遅れがでた。1.ミューテーター形質を賦与する遺伝子変異の同定世界中の各地域から得られている熱帯熱マラリア原虫のDNA検体をテンプレートとしたPCRを進めている。PCRはひとつの検体あたり複数の遺伝子領域に対して行っており、PCRが終了した後は検体ごとに産物をプールしてそれぞれ別のインデックスをつけ、マルチプレックスで次世代シーケンサー解析を行う。得られたリードデータはP. falciparum 3D7株のゲノム配列にマッピングすることで変異箇所の同定を行う。これにより、DNA複製関連遺伝子やDNA修復関連遺伝子の多型性を地域ごとに明らかにする。2.ミューテーターマラリア原虫を用いたマウス感染実験系による薬剤耐性原虫の創出ミューテーター原虫の感染赤血球100万個を用いた継代を行うことで作製した原虫集団について、次世代シーケンサー解析により集団の多様性を明らかにする。得られる変異データからミューテーター原虫において生じる突然変異の傾向も明らかにする。また、この原虫集団に対して薬剤の選択圧を加えることで、耐性原虫が効率的に創出されるか検討する。耐性原虫の創出に成功した場合には、次世代シーケンサーを用いてゲノムシーケンシングを行い、耐性賦与に関わる遺伝子変異を同定する。今年度は、平成24年度の実験の続きを行う。1.ミューテーター形質を賦与する遺伝子変異の同定今年度は、世界中の熱帯熱マラリア原虫についてゲノム増幅反応を行い、PCRのためのテンプレートの調製を行う。得られるDNA検体について昨年度に設計したプライマーを用いて標的遺伝子のPCRを行う。PCR産物は検体ごとにプールして次世代シーケンサーによる大規模シーケンシングに用いる。得られるリードデータは、P. falciparum 3D7株のゲノム配列にマッピングすることで変異箇所の特定に用いる。
スタイルローテーションを考慮したファクター投資に関する研究

(1)金利期間構造については,前年度までに行った3ファクターのレジームスイッチングNelson-Siegel(NS)モデルを用いた投資戦略の研究を,別の金利データに対して適用して予測精度と投資パフォーマンスの評価を行った.使用したデータは,それ以前のデータと時系列特性が異なるものであったが,他の標準的な手法と比べて,提案手法は安定的に優位なパフォーマンスを示しており,データに対する頑健性を確認できた.(2)NSモデルと異なる新しいタイプの金利期間構造モデルとして,金利水準,長短金利差,曲率の3ファクターが中心回帰性をもつ確率微分方程式で記述され,さらにボラティリティが確率変動する4ファクターモデルを構築した.提案モデルはアフィンモデルの一種であるが,構造が複雑なため債券データからモデルパラメータを推定するには粒子フィルタを利用する.この4ファクターモデルによる金利期間構造の予測を用いて,債券ポートフォリオの最適化を行い,他のモデルとの比較分析を行った.最適化のスキームは,代表的な平均ー分散やシャープレシオ最大化に加え,近年のリスク重視の傾向を考慮して最小分散やリスクパリティなどを取り上げた.提案モデルは明示的にレジームの変化を含まないが,ボラティリティの確率変動により市場環境に適合する柔軟性をもち,さまざまな金利局面において,他の時系列モデルよりも安定した投資パフォーマンスを示した.(3)株式投資に関しては,リターンのモメンタムファクターに着目した投資戦略を分析した.1日前から240日前までの間で選んだ15のモメンタムを説明変数として,ロジスティック,Long Short Term Memory(LSTM),自己回帰モデルなどで翌日の株式リターンを予測した.代表的な20銘柄で分析した結果,LSTMが他のモデルに比べて予測能力と投資パフォーマンスの点で優位性を示した.レジームスイッチングNelson-Siegelモデルを利用した期間構造の推定と債券ポートフォリオ最適化に関しては,複数のデータに対して提案手法の安定的なパフォーマンスを確認し,実務的な観点での有用性も高まったことから,計画は概ね達成されたものと考えている.一方,今年度は当初の研究計画にはなかった新たな4ファクター金利期間構造モデルの分析を行った.検証したデータ期間はまだ短いものの,市場局面ごとの期間構造の変化に適合できる柔軟性を示しており,データ期間を拡張した分析を行い結果の頑健性が確認できれば,追加的な研究成果になるものと思われる.株式投資については前年度までで概ね研究計画は達成されているが,人工知能を援用した投資戦略の研究が近年注目されていることから,追加的なテーマとして今年度分析を行った.研究実績(2)の4ファクターモデルは,分析に使用したデータの制約で検証期間が短いため,データ期間を拡張した分析を行い,結果の頑健性を確認する予定である.また研究実績(3)の株式投資におけるモメンタムファクターについては,結果の優位性は確認できているが,その要因についてはまだ明らかになっていない.LSTMのようなモデルは,内部構造が複雑で予測計算がブラックボックス化するため,予測の性質を把握するための手法を検討し,どの期間のモメンタムファクターが予測力をもつのかを確認する計画である.今年度は,(1)ファクターモデルを利用したポートフォリオ最適化,(2)Nelson-Siegel(NS)の3ファクターモデルを利用した債券投資に関する分析を行った.(1)では,Moallemi and Saglam(2015)が提案した最適投資問題に対して,ファクター自身の多変量時系列とファクターと資産リターンを結び付けるファクターローディングに時変性をもたせる拡張(レジームスイッチ)を行い,その上で動的な最適投資戦略を導出する枠組みを構築した.まずファクターの線形結合で資産配分を定め,確率的な空売制約と2次の取引コストの下で平均ー分散効用を最大化する問題を,2次錐制約付きの2次計画問題で定式化した.次に実データから推定したパラメータを用いて数値計算実験を行った.その結果,ナイーブな投資戦略を大きく上回り,空売制約を課さない投資戦略に近い水準の投資パフォーマンスが得られることを検証した.このアプローチでは,投資ホライズンが長くなると制御変数の個数が指数的に増加するという課題があるが,同一レジームが継続しやすいという実データの特性を利用して制御変数の個数を抑制する手法を提案した結果,応用上求められる規模の問題設定でも十分な効果があることを確認した.(2)では,金利期間構造データに対してレジームスイッチを考慮した動的NSモデルの推定をまず行った.その結果,NSモデルの3ファクターによって複雑な期間構造が十分に表現できることを確認できた.次に推定モデルを利用して1期先の金利期間構造を予測し,それにもとづいて債券投資を行う戦略を構築した.予算制約と空売制約を課し,取引コストを加味した実証分析を行った結果,多変量不均一分散モデルなどを利用する他の投資手法と同等以上の投資パフォーマンスが得られることを検証した.今年度は,代表的なファクター投資に対する時系列モデルの推定と,それにもとづく予測モデルの構築と精度検証を計画していたが,実際には国際分散投資における2ファクターモデルと,金利期間構造に対するNelson-Siegel(NS)の3ファクターモデルを対象に分析を行った.当初はもう少し幅広いファクターを対象として実証分析を行う予定であったが,ファクターのタイプは計画よりも絞り込み,代わりにH29年度に予定していた最適投資に関する研究を前倒しで行い,推定したファクターモデルに適用してその効果を確認した.理由としては,最適投資に関する研究が予定より早く進捗したこと,上記2つのデータに対しては推定モデルが十分な精度を示したこと,一方で実証分析においては推定精度と投資パフォーマンスは必ずしも連動しないため両者をまとめて評価することが望ましいこと,などが挙げられる.

なお,NSのファクターモデルについては本邦の社債スプレッドも研究対象としているが,今年度はデータが入手できた米国金利市場を対象とした.金利期間構造は社債スプレッドのベースとなるものなので,まずそちらの分析を行うことが必要と判断したためである.結果的にH28年度とH29年度の研究計画を一部入れ替えて実施した形となっているが,分析結果としては提案アプローチにより良好な投資パフォーマンスが得られることまで確認できており,研究全体としては当初の予定よりは若干早いペースで進捗しているものと考えている.今年度は,H28年度に実施した研究の発展として,(1)ファクターモデルを利用した株式ポートフォリオ最適化への自己資金制約の導入,(2)金利期間構造に対するNelson-Siegel(NS)モデルのレジーム変数の拡張を行い,加えて(3)社債スプレッドの期間構造へのNSモデルの適用を行った.(1)では,H28年度のファクターポートフォリオ最適化の枠組にリバランス前後で資産総額を一致させる制約を加えて拡張した.線形リバランス戦略では将来のポートフォリオが確率的に変動するため,厳密にこの制約を満たすことはできないが,資産総額のずれが閾値を超える確率を一定値以下に抑える確率的制約を導入し,その制約下で最適化計算を行うアルゴリズムを開発した.また実際の金融市場データから推定したパラメータを用いた実験を行い,既存の手法に比べてより高い投資パフォーマンスが得られることを確認した.(2)では,NSファクターモデルに含まれるパラメータのうち,レジームシフトするパラメータを1種類から複数に拡張して推定方法を改善した.これにより,例えば金利が上昇しかつボラティリティが高まる,といったより複雑な金利変動を表現できるようになる.これに合わせて債券投資の最適戦略も複数パラメータのレジームシフトに対応できるよう拡張し,厳密な目的関数を導出した.さらに米国の金利データを利用した実証分析を行い,こうした拡張により投資パフォーマンスが改善することを確認した.(3)では,次年度の社債スプレッドの研究に先駆けた分析として,一部の企業の社債スプレッドの期間構造を3ファクターモデルで推定した.国債に比べて社債は経済環境の影響を受けやすいため,レジーム確率の推定に主要なマクロ経済変数を外生変数とするロジットモデルを採用した.推定の結果,マクロ変数の導入によってスプレッドの推定精度が改善されることを確認した.レジームシフトに応じてパラメータが変化するファクターモデルを利用した株式ポートフォリオの最適化に関しては,リバランス時の自己資金制約を含む最適化が可能となった.また,実データを利用した検証でも既存手法に比べて優位なパフォーマンスを示すことが確認されている.
高配位構造を有する金属活性種と高次触媒体の構築に関する合成化学研究

精密有機合成では有機溶媒に可溶な酸触媒がよく利用されているが,有機溶媒に不溶な固体酸触媒を用いる不均一反応についてはあまり研究されていない.反応の後処理,触媒の回収,再利用が容易であるという点から見れば,固体酸触媒の関与する反応系の構築は重要な課題である.本研究では,含酸素ヘテロ環類の立体選択的合成を目指して,粘土鉱物やヘテロポリ酸類のような固体酸を触媒として用いるビニルシラン類の環化反応について検討した.水酸基を有するビニルシラン類の環化反応では,粘土鉱物やヘテロポリ酸のような固体酸触媒を利用できることがわかった.しかし,これらの固体酸(12モリブドリン酸を除く)を用いる不均一反応はр-トルエンスルホン酸や四塩化チタンを用いる均一反応に比べると反応時間,環化効率の面でまだまだ問題が多い.均一系触媒に匹敵する活性を有する固体酸触媒の探索を続け,固体酸触媒を用いる反応の立体選択性についてより詳細に検討した.ビニルシラン,固体酸を用いて、クロロホルム(2.5mL)中,室温で行った.酸触媒にはまず市販品であるナトリウムモンモリロナイト(クニピア),活性白土,モンモリロナイトK10を用いて反応を行った.その結果,酸性度が低いナトリウムモンモリロナイトでは,原料回収に終わったが,シリケート層間の交換性陽イオンがプロトンである活性白土やモンモリロナイトK10では環化反応が効率よく進行することがわかった.交換性陽イオンがアルミニウム,チタン,セリウム,亜鉛であるモンモリロナイトは向山アルドール反応,Friedel-Crafts反応,カルボニル化合物のアセタール化などの触媒として有用であることが知られているが,この反応においても触媒活性を示した.精密有機合成では有機溶媒に可溶な酸触媒がよく利用されているが,有機溶媒に不溶な固体酸触媒を用いる不均一反応についてはあまり研究されていない.反応の後処理,触媒の回収,再利用が容易であるという点から見れば,固体酸触媒の関与する反応系の構築は重要な課題である.本研究では,含酸素ヘテロ環類の立体選択的合成を目指して,粘土鉱物やヘテロポリ酸類のような固体酸を触媒として用いるビニルシラン類の環化反応について検討した.水酸基を有するビニルシラン類の環化反応では,粘土鉱物やヘテロポリ酸のような固体酸触媒を利用できることがわかった.しかし,これらの固体酸(12モリブドリン酸を除く)を用いる不均一反応はр-トルエンスルホン酸や四塩化チタンを用いる均一反応に比べると反応時間,環化効率の面でまだまだ問題が多い.均一系触媒に匹敵する活性を有する固体酸触媒の探索を続け,固体酸触媒を用いる反応の立体選択性についてより詳細に検討した.ビニルシラン,固体酸を用いて、クロロホルム(2.5mL)中,室温で行った.酸触媒にはまず市販品であるナトリウムモンモリロナイト(クニピア),活性白土,モンモリロナイトK10を用いて反応を行った.その結果,酸性度が低いナトリウムモンモリロナイトでは,原料回収に終わったが,シリケート層間の交換性陽イオンがプロトンである活性白土やモンモリロナイトK10では環化反応が効率よく進行することがわかった.交換性陽イオンがアルミニウム,チタン,セリウム,亜鉛であるモンモリロナイトは向山アルドール反応,Friedel-Crafts反応,カルボニル化合物のアセタール化などの触媒として有用であることが知られているが,この反応においても触媒活性を示した.
脱皮ホルモンの消失が休眠を誘導し耐寒性を強める分子機構－遺伝子カスケード－の解明

脱皮ホルモンの役割は、昆虫の脱皮・変態を引き起こすことだけではない。申請者は最近、脱皮ホルモン濃度を人為的に下げることにより、オオワタノメイガに幼虫休眠を誘導して、耐寒性を付与することに成功した。しかし、そのメカニズムの詳細は不明である。そこで本研究では、脱皮ホルモンの消失が休眠を誘導し耐寒性を強くする分子機構を解明することを目的として、1オオワタノメイガの休眠誘導過程で特異的に発現する遺伝子を探索した後、2遺伝子導入実験により休眠や耐寒性に実際に関与する遺伝子を同定し、さらに、3生理・生化学的解析等によりそれらの遺伝子産物の機能を明らかにする。以上の解析により、いずれの昆虫でも詳しいことが全くわかっていない休眠誘導、耐寒性獲得の遺伝子カスケードを解明することを目指す。オオワタノメイガの休眠虫、非休眠虫、および脱皮ホルモン分解酵素E22O処理により人為的に休眠を誘導した虫の脂肪体および真皮からRNAを抽出してRNA-seq解析を行い、休眠誘導過程で特異的に発現する遺伝子を探索した。その結果、非休眠虫では発現しないが、休眠虫とE22O処理虫の両方で発現する遺伝子が複数得られた。さらに、これらの遺伝子の発現をRT-PCRで調べ、休眠誘導過程で特異的に発現することを確認した。次に、オオワタノメイガを使ってこれらの遺伝子の機能解析を行うために、リポフェクションによる遺伝子発現実験の至適化を行った。その結果、若齢中齢幼虫に緑色蛍光タンパク質発現プラスミドをリポフェクションすることにより、幼虫の全身で緑色蛍光タンパク質を発現できるようになった。現在、休眠誘導遺伝子候補の機能解析を行うため、これらの遺伝子の発現プラスミドを構築中である。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の初年度にあたる2014年度は、このE22O処理による耐寒性強化機構についてより詳しく調べた。短日中温条件で飼育したさまざまなステージの幼虫の耐寒性を調べたところ、終齢摂食期までは耐寒性が低く0°Cにおくと23週間以内に死亡したが、ワンダリング期になると耐寒性が高くなり始め、1日経って老熟幼虫になるとほぼ全ての個体が0°Cで数ヶ月以上生存できるようになった。一方、長日高温条件で飼育した虫はどの時期でも耐寒性が低かった。しかし、老熟幼虫にE22Oを注射すると成長が止まり、1日以内に急速に耐寒性が高まった。また、E22O処理後10日ほどすると、過冷却点も通常の休眠虫並みに低くなった。さらに、非休眠虫、休眠虫およびE22O注射による人為的休眠虫の間で発現遺伝子プロフィールをRNA-seq解析により比較することにより、環境条件による休眠誘導とE22O注射による休眠誘導の両者で共通して発現誘導される遺伝子を多数見いだすことができた。これらの中に、休眠誘導、耐寒性強化に関与する遺伝子が含まれていると考えられる。

その結果、若齢中齢幼虫に緑色蛍光タンパク質発現プラスミドをリポフェクションすることにより、幼虫の全身で緑色蛍光タンパク質を発現できるようになった。現在、休眠誘導遺伝子候補の機能解析を行うため、これらの遺伝子の発現プラスミドを構築中である。当初計画で予定していた、生理学研究とRNA-seqによるトランスクリプトーム解析の両方を達成することができたので。27年度が最終年度であるため、記入しない。当初計画に従い、2014年度に単離した、休眠が誘導されて耐寒性が高まる過程で特異的に発現する遺伝子について、発現プラスミドを構築する。次に、構築した発現プラスミドをリポフェクション法によりオオワタノメイガの非休眠虫に導入してその遺伝子を発現させた後に、成長が遅れて蛹化しなくなるか、また、低温においた時に生存期間がのびるかを調べることにより、発現させた遺伝子が休眠誘導や耐寒性強化に実際に関わっているかどうかを調べる。RNA-seq解析が予想よりやや安く行うことができ、また、最終的に適任者がおらず、実験補助員を雇わなかったから。昨年度のRNA-seq解析で若干解析したり無かった点があるので、繰り越した金額はほぼ全てRNA-seq解析に回す。
新規心臓特異的プロテインキナーゼが修飾する生理機能の解明

細胞内では遺伝子発現、分子間結合、糖・脂質代謝などによりシグナルが伝達され、生体の恒常性を維持している。分子間結合は主要な細胞内シグナル伝達であり、共有結合による分子間結合に加え、非共有結合による分子間相互作用は様々な生理機能を調節している。プロテインキナーゼによるタンパク質のリン酸化は非共有結合性のシグナル伝達の代表例であり、タンパク質の構造・性質を大きく変化させ、タンパク質もしくはシグナル伝達経路全体を活性化もしくは不活性化させている。何らかの原因によりプロテインキナーゼの酵素活性が低下し、タンパク質リン酸化のバランスが崩れると、正常な生理機能が抑制され、生体の恒常性維持が困難となる。反対に、過剰なリン酸化は、細胞内に病的なシグナルを生じさせ、過剰な細胞増殖や細胞収縮を引き起こし、悪性腫瘍や高血圧などの疾患を発症することが知られているが、心臓におけるプロテインキナーゼの役割は不明な点が多い。本研究では、nCounter法では各遺伝子のRNAに特異的に結合する発色プローブを用いることにより、RNA量の絶対量を測定することが可能となった。ヒト17組織におけるプロテインキナーゼ(518種)の発現量をnCounter法により測定した。心臓特異的かつ強発現するプロテインキナーゼとしてCardiac Kinase Xを同定した。Cardiac kinase XのKOマウスを作製し、胎生期の心奇形の有無および成体での機能評価を行った。胎生期には致死的な心奇形は認めなかった。成体マウスでは、心臓超音波、心電図により心機能評価を進めている。さらに、循環器疾患とCardiac Kinase Xの関連を評価するため、圧負荷モデルもしくは心筋梗塞モデルを用いた心不全において、Cardiac kinase X KOマウスがどのような病態と関与について評価を進めている。プロテインキナーゼによる基質のリン酸化は、細胞内シグナル経路の律速反応として機能していることが広く知られている。本研究では、ヒト遺伝子にコードされている全518種のプロテインキナーゼを網羅的解析し、心臓特異的に発現する新規プロテインキナーゼによるリン酸化が心臓のどのような生理機能を制御しているかを明らかにする。分子の発現量を解析する新たな方法としてnCounter法が報告された(Nature Biotechnol 2008年)。従来のPCR法では、RNAの相対的発現量は測定可能であったが、RNAの絶対的発現量の測定が困難であった。nCounter法では各遺伝子のRNAに特異的に結合する発色プローブを用いることにより、RNA量の絶対量を測定することが可能となった。Cardiac Kinase Xは、遺伝子コードからその存在が予測されているが、基質・機能の報告がない機能未知な分子である。本研究ではCardiac Kinase Xに注目し、研究を進めている。CRISPR-Cas9システムを用いて、Cardiac kinase Xの全身KOマウスを作製し、胎生期の心奇形について評価をしたが、胎生致死を来すような病態は示していない。次に、Cardiac kinase Xの全身KOマウスの成体を用いて、心臓超音波、心電図により心機能評価を行った。心臓超音波検査では、明らかな形態変化は認めず、また、心駆出率などの心機能の明らかな変化は認めなかった。心電図検査では、非薬物投与下では心拍数や心房・心室伝導時間に変化は認められなかったが、薬物投与下では心房・心室伝導時間に変化を認めた。(A)房室伝導の評価:Cardiac kinase XのKOマウスは、心臓超音波検査では明らかな形態的な異常や心機能低下を認めなかった。心電図検査では、薬物(アドレナリン)負荷により心房・心室間の伝導に影響する所見を見出していることから、房室伝導におけるCardiac kinase X機能解析を進める、房室伝導を亢進する薬剤に加え、房室伝導を抑制する薬剤を用いて、房室伝導におけるCardiac Kinase Xの役割について検討を行う。(B)心不全の評価:心不全において、Cardiac kinase X KOマウスがどのような病態と関与するかを評価する。アンギオテンシン持続投与による心不全モデルを用いた病態解明を開始している。アンギオテンシンを1カ月持続負荷し、心臓の病理学的検討に加え、心臓超音波検査による心機能評価を進めている。また、圧負荷心不全モデルとして、大動脈縮窄を行い、Cardiac kinase Xの機能評価を行う。3Cardiac Kinase Xの基質同定について:コントロールマウスとCardiac Kinase X KOマウスに有意な差が認めた際には、そのin vivo実験を行った心臓を取り出し、リン酸化されているタンパク質を質量分析法により網羅的に解析する。リン酸化状態に変化を認めたタンパク質については、基質候補とし、生化学的手法を用いて、Cardiac kinase Xによるリン酸化部位の同定をし、その機能解析を行う。プロテインキナーゼによるタンパク質のリン酸化は非共有結合性のシグナル伝達の代表例であり、in vitroおよびin vivo手法を用いて多様な生理現象との関連が報告されてきた。プロテインキナーゼはタンパク質をリン酸化し、タンパク質の構造・性質を大きく変化させ、タンパク質もしくはシグナル伝達経路全体を活性化もしくは不活性化させている。

何らかの原因によりプロテインキナーゼの酵素活性が低下し、タンパク質リン酸化のバランスが崩れると、正常な生理機能が抑制され、生体の恒常性維持が困難となる。反対に、過剰なリン酸化は、細胞内に病的なシグナルを生じさせ、過剰な細胞増殖や細胞収縮を引き起こし、悪性腫瘍や高血圧などの疾患を発症することが知られている。過剰なリン酸化は疾患発症に関与していることから、プロテインキナーゼは治療のターゲットとしても注目されている。心臓におけるプロテインキナーゼの役割は不明な点が多い。本研究では、心筋特異的に発現するプロテインキナーゼを同定し、その生理機能を明らかにすることを目的としている。平成29年度は、PKA、AKT、CaMKによる過剰なリン酸化が心不全発症に関与することを論文報告した(J Exp Med 2017年)。また、PKAやAKTなどはユビキタスに発現するため、心不全特有の細胞内シグナルを探索するため、心臓特異的に発現するプロテインキナーゼを同定した。プロテインキナーゼの機能解析を進める上で有用な実験ツールである、遺伝子欠損マウスを作製した。心臓は全身に血液を送るポンプ機能として絶えず収縮と弛緩を繰り返していることから、心臓では細胞内シグナル伝達のオン・オフのスイッチ機構が絶えず働いていると推察される。プロテインキナーゼによる基質のリン酸化は、細胞内シグナル経路の律速反応として機能していることが広く知られている。本研究では、ヒト遺伝子にコードされている全518種のプロテインキナーゼを網羅的解析し、心臓特異的に発現する新規プロテインキナーゼを同定し、また、プロテインキナーゼによるリン酸化が心臓のどのような生理機能を制御しているかを明らかにする。分子の発現量を解析する新たな方法としてnCounter法が報告された(Nature Biotechnol 2008年)。従来のPCR法では、RNAの相対的発現量は測定可能であったが、RNAの絶対的発現量の測定が困難であったため、異なる分子の発現量を網羅的に比較することは出来なかった。nCounter法では各遺伝子のRNAに特異的に結合する発色プローブを用いることにより、RNA量の絶対量を測定することが可能となった。心臓特異的プロテインキナーゼを目的とした予備実験では、ヒト17組織におけるプロテインキナーゼ(518種)の発現量をnCounter法により測定した。心臓特異的かつ強発現するプロテインキナーゼとしてミオシン軽鎖リン酸化酵素(MYLK3)とCardiac Kinase Xを同定した。Cardiac Kinase Xは、遺伝子コードからその存在が予測されているが、基質・機能の報告がない機能未知な分子である。
日本における精神病床入院メカニズムの実証研究―３類型化の視点から―

当該年度における成果として、本研究課題に関連する単著(『日本の精神科入院の歴史構造ー社会防衛・治療・社会福祉』東京大学出版会、2019.1)の刊行に至った。当該研究は、現在なお大規模病床数、長期在院という解消すべき喫緊の政策的課題を抱えている日本の精神科入院の構造がいかにして形成されるに至ったについて、行政文書や精神科診療録、疫学調査の個票などの一次資料を使用して、患者や家族の実態を検証しながら歴史学的、医療社会学的、政策史的に論じたものである。本研究においては、「精神病床入院の3類型」という独自の分析枠組を導入した。これは、精神科入院には社会防衛、治療、社会福祉という3つの異なる機能が存在し、かつそれがやはり3つの制度的な医療費支払区分をインデックスにすることで一定度定量的に把握可能である、という観点から採用されたものである。これにより、20世紀の約100年間という長期にわたる精神病床数の推移を3つの機能に対応させながら、その意味を考察することが可能になった。これらを踏まえた分析の結果、戦前期における精神科入院は、医療費支払区分としては特別法ー社会防衛型の入院が中核になっていたことが分かった。また、戦後の大規模病床、長期在院の構造が生じた1950年代から80年頃にかけての入院は、医療費支払としては生活保護法という公的扶助による社会福祉型の機能を持った入院に牽引されてきたことが判明した。また、この社会福祉型の入院は、精神衛生法に規定されていた家族同意による非自発的入院形式である「同意入院(現行の医療保護入院)」が大多数を占めていたことが統計上より明らかであった。すなわち、大規模病床数、長期在院傾向という戦後日本における精神科入院の特徴は、これまで先行研究で重視されてきた社会防衛型の入院ではなく、家族に主導された社会福祉型の入院形態を中心に構築されてきたことが明らかになった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究計画の最大の目的は、戦後日本に生じた急激かつ大規模な精神病床増・入院増の原因を実証的に解明することである。この目的のため、本研究においては精神病床入院増を単線的なものとして把握するのではなく、内部にそれぞれに質的に異なる3つの回路があったという視点から捉えなおそうと試みてきた。とりわけ、その主眼点は、これまでの精神医療史の中で語られてきた公安的要因や、民間病院の営利主義ではなく、生活保護法の医療扶助を通じた社会福祉セクターからの膨大な公費流入の影響であった。この社会福祉領域からの公費入院は、日本で最も急激な精神病床増が起きた1950年代から70年代頃までの間において、実は精神衛生法の措置入院や、社会保険入院よりも規模が大きい、最大の財政的バックボーンとなっていたことがこれまでの研究で明らかになったが、本研究においてはさらにこれを進めて、その医療費支払区分別の在院期間の検証にも踏み込んだ。その結果、医療扶助入院は、措置入院よりかは在院期間は短いが、社会保険入院よりも有意に長期入院化する傾向が明らかになってきた。また、研究利用予定であった疫学資料の個票に関しては、全ての資料についてではないが、所属機関の倫理審査の承認を得るなど、研究利用するに際して必要な事務面での諸手続きを完了させた。その過程で同時に、貴重資料のアーカイブズ整備が行われ疫学資料のデジタル化が進み、これらの資料の保存体制が一歩前進した。データ入力に要した時間が想定を上回り、当初予定していた論文の発表が間に合わなかったため。本研究計画の主目的は、戦後日本に生じた急激かつ大規模な精神病床増・入院増の原因を検証することである。当該年度の進展として、厚生省が1956年に実施した「在院精神障害者実態調査」の個票を用いた研究を行った。本研究では、精神病床における長期在院の歴史的・制度的背景を探るために、史料的価値の高い個票を用いて長期在院と入院医療費支払区分との関連を分析した。とりわけ生活保護法での医療扶助入院が、社会保険での入院よりも長期在院化と強い関連があるか否かを検証した。方法として、医療費支払区分と在院期間の関係を検証するために多重回帰分析による検証を行った。結果としては、最も多くの交絡要因をコントロールした場合、生活保護法による医療扶助入院は、社会保険入院と比べて、統合失調症では11か月、そう鬱病では9か月、てんかんでは17か月在院期間が長くなっていた。また標準誤差は大きいものの,医療扶助入院と在院期間の関連は,保護者が親,配偶者,兄弟である場合に強いことも示唆された.新生活保護法の施行後まもない1956年という時点において、患者の家族・個人属性などの要因を制御しても、すでに医療扶助入院患者は社会保険入院患者と比較して長期在院となりやすい傾向があった。医療扶助入院は、退院先の家庭の生活困窮度や低いケア力といった家庭的背景と、同意入院の仕組や自己負担がかからないといった制度的背景があったと推察される。このような医療扶助入院における入院長期化は現在に至るまで存在し、戦後の精神病床入院の一貫した特徴の1つであると考えられた。研究計画においては、当該年度中に厚生省による精神障害者実態調査の研究を行い論文投稿を企画していたが、論文完成がずれ込んだため。当該年度における成果として、本研究課題に関連する単著(『日本の精神科入院の歴史構

造ー社会防衛・治療・社会福祉』東京大学出版会、2019.1)の刊行に至った。当該研究は、現在なお大規模病床数、長期在院という解消すべき喫緊の政策的課題を抱えている日本の精神科入院の構造がいかにして形成されるに至ったについて、行政文書や精神科診療録、疫学調査の個票などの一次資料を使用して、患者や家族の実態を検証しながら歴史学的、医療社会学的、政策史的に論じたものである。本研究においては、「精神病床入院の3類型」という独自の分析枠組を導入した。これは、精神科入院には社会防衛、治療、社会福祉という3つの異なる機能が存在し、かつそれがやはり3つの制度的な医療費支払区分をインデックスにすることで一定度定量的に把握可能である、という観点から採用されたものである。これにより、20世紀の約100年間という長期にわたる精神病床数の推移を3つの機能に対応させながら、その意味を考察することが可能になった。これらを踏まえた分析の結果、戦前期における精神科入院は、医療費支払区分としては特別法ー社会防衛型の入院が中核になっていたことが分かった。また、戦後の大規模病床、長期在院の構造が生じた1950年代から80年頃にかけての入院は、医療費支払としては生活保護法という公的扶助による社会福祉型の機能を持った入院に牽引されてきたことが判明した。また、この社会福祉型の入院は、精神衛生法に規定されていた家族同意による非自発的入院形式である「同意入院(現行の医療保護入院)」が大多数を占めていたことが統計上より明らかであった。すなわち、大規模病床数、長期在院傾向という戦後日本における精神科入院の特徴は、これまで先行研究で重視されてきた社会防衛型の入院ではなく、家族に主導された社会福祉型の入院形態を中心に構築されてきたことが明らかになった。2017年度以降においては、特に疫学調査資料の整備を進めると同時に、既に研究利用が可能な状態となっている精神科診療録についての分析・考察を行う。2018年度においては、精神障害者実態調査に関わる研究を進展させ、論文投稿までを完遂する。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
造血幹細胞移植後のGVHDと感染症のクロストーク

腸幹細胞とそのニッチであるPaneth細胞がGVHDの標的であることを世界で初めて明らかにし、GVHDとは生体のホメオスタシスと修復機転の破綻による免疫病であることを証明した。またGVHDによるPaneth細胞ダメージによって、defensinなど内因性抗菌ペプチドの産生が低下し、腸内細菌叢の多様性が喪失し、常在菌から病原菌への菌交代現象がみられ、これが破綻した粘膜バリアより侵入し感染症の原因となることを示した。非吸収性抗生剤の投与によって、腸内細菌叢の是正により、GVHDの軽減も観察され、以上の結果から、造血幹細胞移植後の新たな菌交代メカニズムが明らかとなり、造血幹細胞移植後の2大合併症であるGVHDと感染症の間に従来認識されていなかったクロストークが存在することが示唆された。同種造血幹細胞移植は造血器悪性腫瘍の根治的治療法であるが,その成績向上には、移植片対宿主病(GVHD)と感染症の克服が課題である。とくにGVHDの直接死因として、GVHDで破綻した腸管粘膜を侵入門戸とする病原性菌による敗血症が最も頻度が高い。申請者は一貫してGVHDのメカニズムの研究を行いその病態の解明に貢献してきた。とくに腸管傷害とGVHDにフォーカスして研究を行ってきたが、健常人の腸内細菌フローラの大部分は“共生菌"であり、病原性菌はごく一部を占めるに過ぎないのに、なぜGVHD患者で、病原菌が猛威を振るうのか明らかにされていなかった。われわれは腸幹細胞とそのニッチであるPaneth細胞がGVHDの標的であることを世界で初めて明らかにし、GVHDとは生体のホメオスタシスと修復機転の破綻による免疫病であることを証明した。またGVHDによるPaneth細胞ダメージによって、defensinなど内因性抗菌ペプチドの産生が低下し、GVHD群では、移植後7日目には腸内細菌叢の多様性が消失し、常在菌から病原菌への菌交代現象がみられた。優勢菌が破綻した粘膜バリアより侵入し感染症の起因菌となった。このような腸内細菌叢の変化は、臨床的なGVHDの重症度と相関した。急性GVHDのマウスモデル(B6 into B6D2F1)を用い,小腸のパネート細胞がGVHDの標的細胞であることを証明した.その結果,パネート細胞による抗菌ペプチド,さまざまなalpha-defensin群抗菌ペプチドの産生低下がみられた.次に腸内細菌叢の変化をt-RFLP法を用いて検討した.ナイーブマウスでは多様性に富んださまざまな細菌叢がみられた.同種骨髄移植後,GVHD非発症群(T細胞除去骨髄移植群)ではこのような正常細菌叢が保たれていたが,GVHD発症群(T細胞投与群)では,細菌叢の多様性が消失し,単一の病原菌の優勢な増殖がみられた.このような腸内細菌叢の変化の程度は急性GVHDの重症度と相関していた.さらにGVHD群では優勢に増殖した細菌に血中流入による全身感染症の発症がみられた.以上から,GVHDと感染症の新たな関連とその分子機構が示された.この1年間で,ほぼ全体像を把握できるところまで研究が進捗した.第一報が論文化に近く,予想以上に進展した.また国内(北海道大学)および欧米(米国,ドイツ)の他の研究期間の研究者とのコラボレーションもできた点も評価したい.ここまでの結果で論文化する.その後,さらに,デフェンシン以外の抗菌ぺプチドであるRegIIIについての研究を,他機関とのコラボレーションによって遂行する.さらに,このような分子をGVHDの疾患バイオマーカーとして利用できないかの研究もあわせて実施していく.将来的にヒトでの臨床研究へとすすめる準備も考えている.マウスの購入,維持費,研究試薬の購入など,今年と同等の経費を必要とする.
ナノ粒子集積制御による人工磁化容易面と高周波限界の突破

強固で滑らかな磁化容易面を有する人工磁性体の創製を目指して、ナノ粒子の磁化ベクトル間のランダム異方性平均化技術及び磁化容易軸の面内配向技術の開発を進めた。ランダム異方性の平均化の研究では、スペロマグネティック超秩序の形成を明らかとし、新たな磁気機能素子への展望を示した。また、強い交流磁場を印加すると定説とは異なり強磁性ナノ粒子の磁化容易軸が定常的に水平面内や円錐面内にも配向することがわかった。今後の電子機器のさらなる高速化を阻む大きな要因である磁性材料のスヌーク限界(透磁率と応答周波数限界のトレードオフ現象)を突破するには、強固で滑らかな磁化容易面を有した飽和磁化の大きな絶縁体が必須である。しかしながら、そのような物質は天然には存在しない。そこで、本研究ではナノ粒子の集積制御技術を駆使して、このスヌーク限界を大きく超える高周波特性を有する人工物質の創成を目指している。研究初年度である平成21年度は、超高真空チャンバー中でコバルト等の磁性元素を蒸発させたのち、半開放型磁気回路により印加された磁場(5kOe)中において超高純度のアルゴンガスを用いてそれらを冷却しナノ粒子化させ、そうして形成されたナノ粒子を最終的に基板上に堆積・捕集することのできるガス中蒸着装置を有限要素法等を用いて設計し、製作した。一方、湿式法からのアプローチでは、コバルトフェライトナノ粒子からなる磁性流体を磁場中で乾燥させ配向したナノ粒子集積体を得ることに成功した。ただし、粒子間の磁気結合を強化するためにこれを単純に焼結すると配向度が大きく劣化することがわかった。そこで、磁場中熱処理装置の一部改良を行った。また、これら作業と並行して、磁性流体に磁場を印加した際の振舞を理解し、凝集を回避しつつ配向度を増す条件を探るため、一軸及び立方対称な磁気異方性を持つナノ粒子の超常磁性揺らぎと配向トルクを受けた粒子のブラウン運動を同時にシミュレートできるプログラムを開発した。さらに、ランダムな集積がもたらす特異な現象についてもモデル物質を用いて検討を進めた。平成22年度は、平成21年度に設計・製作したガス中蒸着装置に、回転磁場を印加できる装置、ロードロックチャンバー、及び高周波誘導加熱機構を増設し、超高真空チャンバー中で蒸発させたコバルトのナノ粒子集積体の構造制御を試みた。一方、湿式法からのアプローチでは、前年度に成功したコバルトフェライトナノ粒子の容易軸の配向制御を面内配向に発展させるために、磁場中加熱装置サンプルホルダー連続回転機構を設計・製作し、ナノ粒子集積体を作製した。また、前年度に開発したナノ粒子の超常磁性揺らぎと配向トルクを受けた粒子のブラウン運動の同時シミュレーション法を用いた結果から、交流の面直磁場を印加するだけでも強磁性ナノ粒子の面内配向構造がある種の散逸構造として形成されることを明らかとした(論文投稿中)。さらに、本研究に関して、ランダムな集積がもたらす特異な現象やナノ粒子集積体の活性化体積の解析法に関する考察から得られた新たな知見については誌上等で公表した。そこで、本研究では、この特徴を持つ人工磁性体の創製を目指して、ナノ粒子の磁化ベクトル間の強固な結合技術及び磁化容易軸の面内配向技術の開発を進めている。平成23年度は、回転磁場中ガス中蒸着装置を用いてコバルトのナノ粒子集積体の構造制御を試みる一方、磁場中での一貫加熱・焼結法によるコバルトフェライトナノ粒子の容易軸の配向制御・粒子間相互作用強化の可能性を探った。しかしながら、これらの方法では、十分な超強磁性相関を持ちかつ面内に配向したナノ粒子集積体を形成できなかったので、ランダム異方性の超強磁性相関に対する影響の再検討や新たな配向技術の開発を併せて進めた。この結果、前者では、スペロマグネティック状態と同質の超秩序が形成され、超強磁性相関の成長を阻害していることがわかった(論文投稿準備中)。また、こうしたランダムネスからは従来から利用されてきた強磁性状態とは全く異なる機能が得られることがわかり(JAP2012)、新たな磁気機能素子への展開が期待できることが明らかとなった。

一方、後者では、ナノ粒子の超常磁性揺らぎと配向トルクを受けた粒子のブラウン運動の同時シミュレーションを進める過程で、強い交流磁場を印加すると強磁性ナノ粒子の磁化容易軸が定常的に面内に配向することがわかった(Sci.Rep.2011)。これは、磁石は磁場の方向を向くものだという既成概念を覆す発見であるばかりでなく、現在注目の的の磁性ナノ粒子がん温熱療法の最適設計の指針を与える結果であったため、新聞紙上で報道されるとともに、Nature Japanで注目論文として紹介された。