hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新規アメロジェニン会合分子Grp78の誘導を介した歯周組織再生治療に向けて

本研究では、新規アメロジェニン会合分子Glucose regulated protein 78(Grp78)が歯周組織再生に与える影響を検証するためヒト歯根膜幹細胞/前駆細胞株である1-17を用いて、アメロジェニン(rM180)とGrp78の生物学的相互作用を検討した。その結果、rM180刺激がTGF-beta経路と細胞遊走関連経路を活性化すると同時にGrp78発現量が細胞遊走関連遺伝子群の発現制御に関与することを解明した。細胞機能の解析において、rM180刺激とGrp78強発現は1-17細胞の細胞遊走能と細胞接着能を促進した。さらに1-17細胞で著明な葉状仮足形成の促進が認められた。本研究ではアメロジェニンと新規会合分子Grp78を標的とした、歯周組織再生のシグナルをより効果的に誘導する安全性の高い分子標的再生療法の開発を目的として、アメロジェニン刺激時の細胞動態に及ぼすGrp78の効果について検討している。これまでにGrp78を強発現させた歯根膜幹細胞にアメロジェニン刺激を加えると、Rhoファミリー低分子量Gタンパク質Rac1が活性化され、細胞遊走が促進された。さらにRac1の活性化と葉状仮足の形成がアメロジェニン誘導性細胞遊走の重要なステップであることを確認した。以上の結果はアメロジェニンにより誘導される歯周組織再生機能の一端を解明する重要な分子基盤の一つであると考えられる。これまでにマイクロアレイ解析において、アメロジェニン刺激が細胞遊走関連経路を活性化すると同時にGrp78発現量が細胞遊走関連遺伝子群の発現制御に関与することを解明した。細胞機能の解析において、アメロジェニン刺激とGrp78強発現が歯根膜幹細胞の細胞遊走能と細胞接着能を促進した。また、細胞遊走時の細胞骨格変化を共焦点レーザー顕微鏡で観察時にGrp78強発現下でのアメロジェニン刺激により、歯根膜幹細胞で著明な葉状仮足形成の促進、Rhoファミリーの一つであるRac1の活性化が認められた。その実験結果が論文として受理されたが、優先的にin vitroの研究を実施していたため実験動物に対する研究が若干遅延している。これまでにアメロジェニン刺激を加えたヒト歯根膜幹細胞/前駆細胞内部でアメロジェニンとGrp78が会合することを確認した。また、アメロジェニン刺激とGrp78が関与するpathwayのマイクロアレイ解析を行った結果、アメロジェニン刺激によりTGF-beta経路が活性化されるだけでなく、Grp78とともに細胞遊走関連遺伝子群の発現に影響することを確認した。さらに、Grp78を強発現させたヒト歯根膜幹細胞/前駆細胞株にアメロジェニン刺激を加えることにより、Rhoファミリー低分子量Gタンパクの一つであるRac1が活性化され、細胞遊走が促進されることを確認した。Rac1の活性化と葉状仮足の形成がアメロジェニン誘導性細胞遊走の重要なステップであることを確認した。熱ストレス蛋白の一種であるGrp78は組織再生への関与がすでに明らかになり、網膜剥離や心筋保護などの治療への応用が進められている。この熱ストレス蛋白誘導剤により、Grp78を含む熱ストレス蛋白(heat shock protein 70)が発現誘導されることを確認したため、さらに歯周組織再生におけるTeprenoneとアメロジェニンの併用効果を確認した。次年度は実験動物を用いて歯槽骨吸収部位へアメロジェニン、Grp78誘導剤(Teprenone)の局所投与を行い、セメント質、歯根膜、歯槽骨の再生状態の関する免疫化学組織学的評価、マイクロCTを用いた歯槽骨の再評価、Confocal Microscopyを用いた欠損作成部位でのGrp78の組織内発現量の検討を実施していく。28年度が最終年度であるため、記入しない。歯周病学分野九州大学大学院歯学研究院口腔機能修復学講座歯周病学分野28年度が最終年度であるため、記入しない。
異材接着界面の特異応力場に基づく強度評価法の開発

(1)塑性による応力特異性の緩和効果を考慮するために,切欠きの問題について,切欠き先端領域をくさび状に分割し,各分割要素の表面力と表面変位を結ぶ剛性マトリックスに基づく塑性応力特異性の解析手法を提案し,両縁応力自由,両縁変位固定,一方応力自由・一方変位固定の切欠き先端の問題に適用させ,その有効性を確認した.また,解析結果に基づいて,ひずみ硬化指数nによる影響について検討を行った.その結果,一般的にはnの値が大きくなるほど,塑性変形による応力特異性の指数は,弾性のそれより小さいが,その例外もあることが明らかにされた.(2)有限要素法による応力の数値解析から得られた切欠き近傍の応力分布に基づいて,塑性の特異応力場の強さを表すパラメータ応力拡大係数K_pと弾性の特異応力場の強さを表すパラメータ応力拡大係数K_eの関係について検討を行って,切欠き角度γが90°以下であればK_p/K_eがほぼ一定となることを明らかにした.従って,γ【less than or equal】90°の切欠き先端の塑性特異応力場の強さK_pは,塑性解析をしなくてもその弾性応力拡大係数K_eと,き裂問題でのK_p/K_eから推測できる.(3)異材角部の強度評価法として,4種類のそれぞれ応力,平均応力,応力拡大係数とエネルギ解放率を用いたクライテリオンを,V型切欠きの脆性破壊問題に適用させ,実験結果と比較しながら考察を行った.その結果,応力または平均応力を用いる場合,クライテリオンに含まれる評価ポイントの長さεというパラメータに対して適当な定義を与える必要があることと,応力拡大係数またはエネルギ解放率を用いたクライテリオンがεの値に敏感ではないこと,などが明らかにされた.(1)塑性による応力特異性の緩和効果を考慮するために,切欠きの問題について,切欠き先端領域をくさび状に分割し,各分割要素の表面力と表面変位を結ぶ剛性マトリックスに基づく塑性応力特異性の解析手法を提案し,両縁応力自由,両縁変位固定,一方応力自由・一方変位固定の切欠き先端の問題に適用させ,その有効性を確認した.また,解析結果に基づいて,ひずみ硬化指数nによる影響について検討を行った.その結果,一般的にはnの値が大きくなるほど,塑性変形による応力特異性の指数は,弾性のそれより小さいが,その例外もあることが明らかにされた.(2)有限要素法による応力の数値解析から得られた切欠き近傍の応力分布に基づいて,塑性の特異応力場の強さを表すパラメータ応力拡大係数K_pと弾性の特異応力場の強さを表すパラメータ応力拡大係数K_eの関係について検討を行って,切欠き角度γが90°以下であればK_p/K_eがほぼ一定となることを明らかにした.従って,γ【less than or equal】90°の切欠き先端の塑性特異応力場の強さK_pは,塑性解析をしなくてもその弾性応力拡大係数K_eと,き裂問題でのK_p/K_eから推測できる.(3)異材角部の強度評価法として,4種類のそれぞれ応力,平均応力,応力拡大係数とエネルギ解放率を用いたクライテリオンを,V型切欠きの脆性破壊問題に適用させ,実験結果と比較しながら考察を行った.その結果,応力または平均応力を用いる場合,クライテリオンに含まれる評価ポイントの長さεというパラメータに対して適当な定義を与える必要があることと,応力拡大係数またはエネルギ解放率を用いたクライテリオンがεの値に敏感ではないこと,などが明らかにされた.本年度では,接合材の強度評価法を開発するために,数値計算モデルを用いて,接合界面端での特異場について以下のように検討を行った.1.接合界面における特異応力場の強さを評価するために,母材に埋めこまれた短繊維の端部に生じた特異応力場について数値解析を行い,求めたに応力拡大係数に基づいて引張分離破壊およびせん断分離破壊の厳しさと繊維方向との関係を検討した.また,熱残留応力による接合梁材の接合角部における特異応力場についても数値解析を行い,加熱と冷却についてそれぞれの引張分離破壊が起こる危険性について検討を行った.2.接合界面にき裂が生じた問題として,介在物の界面に生じたき裂について解析を行い,求めた結果に基づいて界面の曲率半径から小き裂の応力拡大係数を推測する近似方法を提案した.3.塑性変形による応力特異性の緩和効果を考慮するために,切欠きの問題について,切欠き先端領域をくさび状に分割し,各分割要素の表面力と表面変位を結ぶ剛性マトリックスに基づく塑性応力特異性の解析手法を提案し,両縁応力自由,両縁変位固定,一方応力自由・一方変位固定のV形切欠き先端の問題に適用して,その有効性を確認した.また,解析結果に基づいて,ひずみ硬化指数nによる影響について検討を行った.その結果,一般的にはnの値が大きくなるほど,塑性変形による応力の特異性の指数は,弾性のそれより小さいが,その例外もあることが明らかにされた.本年度では,接合材の強度評価法を開発するために,数値計算モデルを用いて,接合界面端での特異応力場について以下のように検討を行った.(1)有限要素法による応力の数値解析から得られた切欠き近傍の応力分布に基づいて,塑性の特異応力場の強さを表すパラメータ応力拡大係数

K_pと弾性の特異応力場の強さを表すパラメータ応力拡大係数K_eの関係について検討を行って,切欠き角度γが90°以下であればK_p/K_eがほぼ一定となることを明らかにした.従って,γ【less than or equal】90°の切欠き先端の塑性特異応力場の強さK_pは,塑性解析を行わずしてその開き角での弾性応力拡大係数K_eと,き裂問題でのK_p/K_eの計算結果から推測することが可能となる.(2)異材角部における強度評価法を検討するために,4種類のそれぞれ応力,平均応力,応力拡大係数とエネルギ解放率を用いたクライテリオンを,V型切欠きの脆性破壊問題に適用し,実験的研究で求めた実験結果と比較しながら考察を行って,応力または平均応力を用いる場合,クライテリオンに含まれる評価ポイント長さというパラメータεに関して適当な定義を与えなければならないことと,応力拡大係数またはエネルギ解放率を用いたクライテリオンがパラメータεの値に敏感ではないこと,などを明らかにした.
「寛容な信頼」の検証を通じた協調的社会の実現要因の探索

他者を「信頼」したり、「寛容」に振る舞ったりすることによって、我々は円滑に社会生活を送ることができている。しかし、そうした方略だけでは対処が困難な状況も存在している。これに対して本研究では、「信頼」と「寛容」の中間的な方略として「寛容な信頼」という概念を提唱した。そして、この概念を検証するため、心理学・行動経済学的実験手法を盛り込んだ社会調査をインターネット上で実施した。データ分析の結果から、「寛容な信頼」を有する者に特有の行動傾向が明らかとなった。それは、過去に失敗をしたことがある者であっても受け入れるが、過度の失敗や期待を裏切る行為が続いた場合には関係を解消するというものであった。本研究では、不確実性のある状況において効率的で協調的な社会の実現を可能にする方略として、「寛容な信頼」という概念についての探求をおこなった。これまで「信頼」と「寛容」はともに社会基盤を形成するうえでの重要概念とされつつも、両者の特性を鑑みると、両立が困難であると考えられていた。これに対して「寛容な信頼」という、前出の二つの概念の折衷的な方略が日常生活の中で採用されている可能性について、社会調査を実施することで検証を加えた。今回の調査では、迅速な調査の遂行とデータの集約、および経費節減を目的として、調査対象者にWebサイト上に設置された質問項目に回答してもらう「インターネット調査」の形式を採用した。また調査項目に関しては、調査対象者が自身の考えに最も近い回答を選択するリッカート尺度式の項目に加え、対象者を4つの群に分けて各群に刺激のレベルが異なる場面(ビネット)を提示し、そこでの回答パターンの違いを検討するという、心理学実験的手法を取り入れた。調査期間は2015年2月27日午前12時から同日午後10時であり、その間に全国の2069歳の男女2,155名分のデータが得られた。なお、心理学実験的な試みとして調査対象者に提示したビネットは、新規に採用した人員が仕事に失敗するという状況について記述しており、過失を犯した者に対してどの程度まで失敗を許容できるか対象者に問うものであった。4種類のビネットは14と数字が上がるにつれて、失敗の頻度が上昇するよう差異が設けられていた。このような操作を加えたことにより、「寛容な信頼」と失敗への許容について検討することが可能となっている。分散分析による検討の結果、失敗への許容限度に関して特定のビネット間で統計的に有意な差が認められた。社会科学の分野において「信頼」という概念が、社会秩序を成立させる基礎的な要因として研究されてきた。こうした中、本研究は他者による過去の失敗や裏切りを一定程度許容する「寛容な信頼」を提唱し、その存在を検証するため初年度の研究遂行課程においてWeb上で社会調査を実施した。そして「寛容な信頼」には、他者と出会う“マッチング場面"で機能する「寛容な信頼」と、交流後の“サンクション場面"で機能する「寛容な信頼」という2つの側面があることを明らかにした。この結果をうけて本年度は「寛容な信頼」の意識的側面のみならず、行動的側面を捉える実験的社会調査をWeb上で実施することで、人間の行動として実際に「寛容な信頼」が機能していることを検証した。調査では、対象者に心理学・行動経済学で用いられる「信頼ゲーム」の枠組みに手を加えた、「繰り返しのあるポイント委任ゲーム」というポイント分配のゲーム(5回の繰り返しあり)を、架空の相手と行うという形式を採用した。この手法は、行動経済学や心理学の分野で実施されているStrategy Methodと呼ばれるものであり、Web調査の特性を生かした新たな調査技法の1つである。調査対象者は、日本在住の2069歳までの男女1,000名であった。調査データを分析したところ、最終的な獲得ポイントと“マッチング場面"ならびに“サンクション場面"での「寛容な信頼」との間で統計学的に有意な関連は見られなかった。しかしながら、“マッチング場面"での「寛容な信頼」が高い者は、当該回の前回に失敗をした者に対してもポイントを委託する傾向が、一貫して高いことが示された(5%の有意水準)。ここからは「寛容な信頼」を高く持つことで、過去に失敗を犯した者を受容できるようになることが示唆される。本知見は「やり直し」や「再出発」を認める社会を構築するうえで大きな手掛かりになると考えられる。本研究課題の平成26年度の研究目的は、「寛容な信頼」という概念の測定および、当該の概念と人びとの認知・行動パターンの関連を探ることであった。目的の達成のため、本研究ではインターネット上での社会調査を実施した。調査には、「信頼」、「寛容」、「寛容な信頼」の測定項目に加えて、デモグラフィック特性、社会経済的要因、社会的ネットワークについての項目を盛り込んだ。

さらに、ビネット方式の項目や、報酬目当ての粗雑な回答(サティスファイス行動)の探知項目を導入することで「寛容な信頼」の解明にあたって、データの信頼性を高めるとともに多様なアプローチを行なうことを可能とした。データ分析では、まず本調査で用いた項目によって「寛容な信頼」が適切に測定されたのか検討した。そのための確証的因子分析を実施したところ、「寛容な信頼」の項目と他の関連する概念についての項目は互いに正の相関はあるものの異なる因子を形成していた。この結果は、本研究で用いた調査項目が「寛容な信頼」を適切に測定できていたことを示していた。さらに「寛容な信頼」は1関係相手の過去の履歴を問わず関係の構築に乗り出す“マッチング"に関するものと、2関係を持っている者が現在引き起こした失敗受けても、なお期待を維持する“サンクション"に関する2つの側面を有する概念であることが明らかとなった。そして、「寛容な信頼」による行動パターンの違いを検討するため、実績の概要との項で述べたビネットごとに失敗の頻度に差異を設けた項目を分析したところ、「寛容な信頼」が高いほど、ある程度の失敗には寛容でありつつも、過度に失敗を引き起こす者に対しては処罰を加える傾向が確認できた。上記の知見は、当初の研究計画通りに研究を遂行したことで得られたものである。調査データにはさらに検証を加えることが必要だが、ここまでの進展はほぼ順調であると言える。27年度が最終年度であるため、記入しない。社会学、社会心理学平成26年度に実施した社会調査では、「寛容な信頼」を持つ者に特有の認知構造や心理的傾向を探索した。それにより、意識レベルでの「寛容な信頼」の特性に関する知見を得ることができた。これに加えて、今後は「寛容な信頼」を持つ者の行動レベルでの特性を明らかにしていくことが、概念の精緻化のために必要となる。そのために次年度は経済実験を実施し、「寛容な信頼」に特有の行動傾向を探索したい。これまで高い「信頼」を有する者は、見知らぬ他者とも積極的に関わることができる反面、意図的な裏切と非意図的な失敗を区別することなく、自分が不利益を被った際に相手に厳格な対処をすることが示されてきた。一方で、こうした厳格な対応は長期的な関係の構築を困難にする恐れがある。同様に「寛容」を高く持つことは、関係の維持・修復には有効な方略であるが、裏切りによる搾取が継続するという点において問題を抱えている。これに対して、「寛容な信頼」が高い者は、見知らぬ者や過去に過失を犯した者とでも関係を構築することが可能であると予想される。さらに一定程度の裏切り・失敗には許しを与えるが、損失が継続する場合は関係を遮断するか罰を与えるという手段に出るものと考えられる。こうした行動パターンを把握することで、「寛大な信頼」への理解を深めることを目指す。なお、実験はWebサービス(Amazon Mechanical Turkなど)を利用したい。インターネット実験は、実験室実験と比べて条件の統制が甘くなるという問題を伴うが、各種コストを抑えつつ幅広い属性の被験者を多数集められるという大きな利点を有している。そのため海外では利用が拡大しているものの、日本ではこうした実験がおこなわれることは稀であり、蓄積が乏しい。
重度歯周炎罹患歯の残存歯根膜を根面に増殖させた歯牙の再植による歯周組織再生の研究

重度歯周炎罹患歯の抜歯後,その歯を培地中に移しin vitroで残存歯根膜細胞を増殖し、歯根膜の欠如した部分を覆った後に移植を行い、広範囲にわたる結合性付着の獲得をねらう新しい歯周組織再生療法について、その可能性を検索する目的で以下の研究を行った。歯根膜が歯冠側4mmにわたって喪失した歯周炎罹患歯モデルを作成した後,in vitroで根尖側の残存歯根膜由来の増殖細胞が歯根全面を覆うまで培養を行う。その後、この歯を口腔内へ移植し,移植後4週における移植歯根面と周囲組織との間にどのような付着様式が生じるかを病理組織学的に検索した.その結果,上皮のdowngrowthはほとんど見られず,増殖細胞が被覆した根面と歯肉結合組織との間には結合組織性付着が生じ,残存歯根膜および増殖細胞が被覆した根面と歯槽骨との間には歯根膜様の組織が観察された.しかし移植歯根面の一部には根吸収も見られた。一方、歯周炎罹患歯モデルを作成後直ちに再植した場合,歯根膜を除去した部分は上皮のdown growthが生じ,結合組織性付着は残存歯根膜部分のみに見られ,新たな結合組織性付着の獲得は認められなかった.今回の研究の結果,たとえ重度歯周炎罹患歯であっても,in vitroで残存歯根膜細胞を増殖し、歯根膜の欠如した部分を覆うことで,移植歯根面に広範囲にわたる結合組織性付着の獲得が可能であることが明らかとなった。しかし今後、移植後に生じる根吸収について,その原因を明らかとし、根吸収が生じない方法として本方法を確立させる必要が生じた。目的】歯周炎罹患歯の罹患根面をルートプレーニングした後,抜歯を行い,抜去歯に残存した歯根膜をin vitroにて培養増殖させルートプレーニングした根面を被覆させた後,移植を行い,歯と骨との間に結合組織性付着を獲得する治療法の開発を目的としている。本年度は先ず,抜去歯の残存歯根膜をin vitroで培養することが,移植後の根面と骨との付着にどのような影響を与えるかを検討する。方法】実験動物:ネコ(雄)試料:犬歯を抜去し,根面の歯根膜およびセメント質を除去したグループと,歯根膜は無処置のまま残存したグループに区分し,4×4mmの試料片に調整した。培養期間:試料作製後4週移植部位:培養終了時,ネコの下顎頬側に全層弁を剥離翻転後,下顎骨に4×4mmの骨窩部を作製し,試料の歯根表面側を窩洞面にして静置し,全層弁を復位縫合する観察期間:移植後4週観察方法:脱灰標本を作製し,病理組織学的観察を行う結果】試料の歯根膜およびセメント質を除去したグループは,歯根表面は骨性癒着が生じていたのに対し,歯根膜を無処置のまま残存させたグループは骨性癒着はみられず,根面に平行に線維が配列している傾向が観察された。このことより,抜去歯の残存歯根膜をin vitroで培養した後,その歯を移植した場合,移植歯根面と骨の付着は骨性癒着することが少なく,移植歯に咬合機能などを与えた場合,結合性付着する可能性が示唆された。次年度は,さらに残存歯根膜をin vitroで培養増殖させルートプレーニングした根面を被覆させた後,移植を行い,歯と骨との間の付着様式を検討したい。
地方都市における中心市街地の衰退メカニズムの解明と研究手法の開発

1.地方都市中心市街地の居住の実態と特性の解明本研究では、住民基本台帳の詳細データの提供により、家族の変化と居住の変化を同時にとらえる新しい研究手法の確立を試みた。山形県鶴岡市、福島県福島市、群馬県高崎市、香川県善通寺市を対象として研究を行った。その結果、中心市街地は、居住年数の短い広域的な流動層の受け皿となっていること、中心市街地からの転居先にはエリアの指向性があり、従前の居住地が転居先選定にも大きな影響を与えることなどが明かとなった。2.基盤整備事業が中心市街地の居住に与える影響郊外部における区画整理事業による宅地供給が、中心市街地の居住にどのような影響を与えるかを、高崎市において研究した。その結果、市内からの住み替えでは、子育て世帯の戸建て住宅への住み替えが多くみられ、住宅取得に伴う住み替えの受け皿となっていることが検証された。3.中心商店街における営業と居住の関係と特性中心商店街では、住居部分を郊外部に分離独立させる形態に変化しているが、営業形態の変化と居住動向の関係について、鶴岡市で研究を行った。その結果、店舗と住宅を分離しているのは、3割を占めていること、店舗と近い距離に居住するか、主たる担い手である世代と同居している場合は、店舗と住宅を分離させても営業が継続されており、居住地と多世代での居住が営業継続の鍵となっていることが明らかになった。1.地方都市中心市街地の居住の実態と特性の解明地方都市圏における中核性、人口規模などから、山形県鶴岡市(人口約10万人)、福島県福島市(人口約28万人)、群馬県高崎市(人口約30万人)、香川県善通寺市(人口約3.5万人)の4都市を選定し、住民基本台帳に基づく町丁目レベルでの個人別・世帯別の住み替えの履歴に関するデータを収集した。1)町丁目レベルの個人別、世帯別データの解析(1)転入・転出における住み替え特性の解明市外から市内への異動を転入、市内から市外への異動を転出と定義し、中心市街地の人口減少が転入・転出によるものではないことを明らかにした。また、転入・転出においては、広域的な流動層が高い比率で存在することが明らかになった。この傾向は都市規模にかかわらず、対象都市共通の傾向である。(2)転居における住み替え特性の解明市内における住み替えを転居と定義し、転居前後における居住地の関係をクラスター分析することにより、転居において居住地異動の指向性が明らかになった。2)中心市街地における居住のタイプ分類中心市街地における居住の実態をタイプ分類し、どのような住み替えタイプが地方都市中心市街地において存在しているのかを明らかにした。また、対象都市の比較検証から、地方都市に共通する住み替えタイプが、おおむね共通することが明らかになった。以上のことから、若年単身の転出による世帯規模の縮小、世帯形成期の近郊部への転居などの関係が明らかになり、中心市街地の人口減少のメカニズムが解明されつつある。2.中心市街地の基盤整備・市街地整備事業が居住動向に及ぼす影響の解明ここでは、対象都市の近郊部において実施された区画整理事業が、中心市街地の転居に与えた影響について分析した。その結果、区画整理事業地区では、分譲住宅の供給が少なく、賃貸住宅が多く供給されており、賃貸住宅の供給は中心市街地の人口減少に大きな影響を与えていないことが明らかになった。
酵母も用いた基本転写因子TFIIDサブユニット(TAFs)の機能解析

ショウジョウバエdTAF230/出芽酵母yTAF145はその末端側約70アミノ酸残基から成る領域にTBP機能阻害活性を有する。またこの活動領域(TAND;TAF N-terminal domain)は機能的に異なる二個の小サブドメイン(TANDI,TANDII)に分割されるが、TANDIと酸性型の転写活性化ドメイン(AD)はいくつかのアッセイ系において互いに交換可能(機能的に等価)である。一方、転写活性化において重要な役割を果たすとされる基本転写因子TFIIAは、TBPとの結合においてTANDIIに対して競合的に作用する。他のグループによるこれまでも知見を考え合わせて、新たにTFIIDの異性化モデル(ハンドオフモデル)を提唱した。またyTAF145の種間保存領域にランダムに変異を導入し、二種類の温度感受性変異株(N568Δ,T657K)を得た。両変異株について独自に開発したin vivo転写系を用いて詳細な解析を行い、(1)RPS5,TUB2遺伝子等のTATA-lessコアプロモーターの認識能に異常が認められること、(2)コアプロモーターの種類によってTATAボックスの挿入により転写が回復するものとしないものが存在することなどを見出した。現在これらの変異株を用いて、認識できなくなったDNAエレメントを正確に決定するべくマッピングを進めている。
TDM対象抗菌薬のクリアランスに基づくTDM非対象抗菌薬の投与量設計に関する研究

本研究では、腎臓から排泄される抗菌薬の体内からの消失速度には相互に関連していることを示唆する知見が得られたほか、これまでは困難であった急性腎傷害の患者や血液浄化療法を受けている患者における抗菌薬の正確な推定を可能とする方法論の構築を行った。これらの成果は、一部の抗菌薬の血清中薬物濃度を基に、他の抗菌薬の投与量個別化を行う方法論を確立するための重要な基礎データであると考えられる。今後は、本研究の成果を基にさらに検討を進めていく予定である。本研究においては、TDMが保険適応されているアミノグリコシド系抗菌薬(AGs)およびグリコペプチド系抗菌薬(GPs)のクリアランスを用いてTDMが保険未承認であるが、AGs、GPsと併用されることが多いセフェム系、カルバペネム系、ニューキノロン系等の腎排泄型抗菌薬の投与量を論理的に設計する方法論を構築することを目的として検討を行った。まず、LC-MS/MSを用いた各種抗菌薬の同時定量系の構築に着手し、代表的薬剤については定量系を確立することができた。次いで、定量系の開発と並行して収集した約1,000検体のTDM対象抗菌薬と非対象抗菌薬を併用した患者の血清検体の測定を行ったところ、メロペネム等の抗菌薬においてクリアランスがTDM対象抗菌薬のクリアランスと相関することが見いだされた。また、本研究の過程で集積された臨床データを解析することで、持続血液濾過透析(CHDF)導入患者では複数種の抗菌薬の投与量をCHDF実施条件から精度よく予測可能であることを示した。これらの結果は、腎排泄型抗菌薬のクリアランスが相互に相関していることを示唆している。しかし一方で、複数の抗菌薬を併用している患者では投与期間内に腎機能が経時的に低下していく症例が多く、そのようなケースでは抗菌薬のクリアランスを正確に推定することが困難であった。そのため、腎機能変動に対応した新たな薬物動態モデルを構築することで、腎機能変動時においても正確なクリアランス推定を可能とした。これらの知見は本研究期間内に発表された2編の論文に纏められている。今後は、これらの知見を基にさらに血中濃度データを追加した解析を行うことで、TDMデータを応用したTDM非対象薬剤の投与量設計法を構築する予定である。本研究は、Therapeutic drug monitoring(TDM)が保険適応されているアミノグリコシド系抗菌薬(AGs)およびグリコペプチド系抗菌薬(GPs)のクリアランス(CL)を用いて、TDMが保険未承認であるが、AGs、GPsと併用されることが多いセフェム系(CFs)、カルバペネム系(CBs)、ニューキノロン系(NQs)等の腎排泄型抗菌薬の投与量を論理的に設計する方法論を構築することを目的として、2年計画で実施している。研究初年度である平成23年度には、薬物濃度の測定対象となるTDM検査後残検体の収集と並行して液体クロマトグラフータンデム型質量分析計(LC-MS/MS)を用いた抗菌薬の一斉定量系の構築を試みた。分析対象薬剤は、東京大学医学部附属病院(以下当院)における抗菌薬の使用状況を基に、セフェピム、セファゾリン、セフトリアキソン、ピペラシリン、メロペネム、ドリペネム、イミペネム、シプロフロキサンとした。当初の予測に反し、一部の薬物で分離が困難なものがあり、分離条件や特殊カラムによる分析などの検討を要したため、予定よりは若干遅れたものの、定量系はほぼ完成している。一方で、臨床検体の収集については極めて順調に進行しており、当該検体の患者背景情報の集積も順調に進んでいる。平成24年度には早急に臨床検体の分析と薬物動態解析を行い、TDM対象抗菌薬と非対象抗菌薬のCLの比較を実施する予定である。平成23年度には、液体クロマトグラフータンデム型質量分析計(LC-MS/MS)を用い、微量の検査後残血清中に含まれる抗菌薬の一斉定量系の構築を行い、構築された測定系を用いて、TDM検査後残検体中の抗菌薬濃度を網羅的に測定し、TDM対象抗菌薬と非対象抗菌薬のクリアランスの相関を検討することを主要な検討項目としていた。LC-MS/MSを用いた抗菌薬の一斉定量系の構築については、一部薬剤で分離・検出条件の設定に予測よりも多くの時間を要したものの、ほぼ構築は完了している。また、臨床検体の収集については極めて順調に進行しており、当該検体の患者背景情報の集積も順調に進んでいることから、今後早急に臨床検体の分析と薬物動態解析を行い、TDM対象抗菌薬と非対象抗菌薬のCLの比較を実施することが可能な体制となっている。

一方、本研究の過程で集積されたデータも用いた薬物動態学的な解析により、急性期病棟においてよく用いられる処置である持続血液濾過透析を施行されている患者におけるTDM対象抗菌薬のクリアランスの予測法を構築することに成功し、これをTDM非対象抗菌薬へ拡張していくための礎を築くことが出来た。以上の進行状況を総合的に自己評価し、研究は概ね順調に進展していると判断した。研究計画の最終年度である平成24年度には、まず、構築した抗菌薬の一斉定量系を用いて、収集した臨床検体の分析を行い、TDM対象抗菌薬と非対象抗菌薬のCLの比較を進める。この検討により得られるTDM対象抗菌薬とTDM非対象抗菌薬のCLの定量的な関連性を基に、TDM非対象抗菌薬の血中濃度シミュレーションを行い、PK/PDも考慮した最適投与量設計を行う。すなわち、過去に報告されている抗菌薬の目標PK/PDパラメーター(CFs、CBsでは%TAM、NQsではCpeak/MINおよびAUC/MIC等)を達成するための投与量・投与間隔を算出する。なお、PK/PDパラメーターの算出にはMIC値が必要であるが、まずは一般に報告されているアンチバイオグラムを参考にMICを設定する。その上で、最終的にAGs、GPsのCLとTDM非対象抗菌薬の最適投与量とを対応させたノモグラムを作成する。一方で、将来的な臨床での使用を考慮して添付文書用量で抗菌薬を投与した際の予測されるPK/PDブレイクポイントに関するノモグラムも併せて作成する。さらに、抗菌薬を併用した症例を対象としてレトロスペクティブな調査を行い、整合性の取れている患者群と取れていない患者群(特に併用抗菌薬が過量投与となっている症例)との間で腎機能障害等の副作用の発症頻度や重症度に差異があるか否かを確認する。一方で、臨床症例においては抗菌薬による毒性以外の腎機能障害の要因を完全に排除することが極めて困難であることも考えられるため、必要に応じて実験動物を用いた検討も並行して実施する。これらの検討を基に、本研究の最終的な目的である、TDM対象抗菌薬のCLに基づくTDM非対象抗菌薬の論理的な投与量設計法を構築する。平成24年度の研究費の使用計画を以下に記載する。平成24年度には、まず大量の臨床検体をLC-MS/MSにより分析するため、LC-MS/MS用消耗品である分析カラム、前処理用プラスチック機器、試薬の購入が必要となる。また、必要に応じて腎機能変動の評価のための動物実験に使用する実験動物や消耗品も購入する。また、本研究では、PK/PD理論に基づき投与量設計を行うが、PK/PDパラメーターについては研究が急速に進展していることから、最新の情報を収集するため、関連学会への参加も予定している。今年度の研究費はこれらの目的に使用する予定である。
一酸化窒素合成酵素及びチトクロームP-450還元酵素の誘導による制癌剤感受性増強

一部の腫瘍細胞や固型腫瘍において恒常的に一酸化窒素合成酵素(NO synthae,NOS)が発現しNOを産生していることが知られている。このNOSはチトクロームP-450還元酵素に類似していることが知られており、本年はこのNOSに焦点を当てて、制癌剤感受性増強効果および固型腫瘍のNO産生動態とその意義について検討した。(1)固型腫瘍局所にNO放出剤を投与して腫瘍血管の透過性を亢進させることにより、高分子制癌剤であるSMANCSのdrug deliverysystem (DDS)改善傾向を認めた。(2)またNOSの基質であるL-arginineの投与により固型腫瘍局所における内因性のNO産生を高める事により、腫瘍血管の透過性を更に亢進させることが明らかになった。(3)AH136B固型腫瘍のNO産生動態をelectro spin resonance (ESR)を使用して検討したところ、比較的多量のNO産生を認めた。(4)さらに増殖の速い腫瘍ほどNO産生量も増加する傾向を認めた。
高浸透圧センシングの分子機構解明

細胞が物理化学的刺激である高浸透圧を感知する分子機構を明らかにするため、昨年度に引き続き、高浸透圧適応に働く酵母のHOG MAPキナーゼ(HOG)経路において中心的な役割をもつセンサー膜タンパク質(Sho1)と膜アンカータンパク質(Opy2)に焦点を当てて解析を行った。Sho1は自身が有する4回膜貫通領域(TM)でOpy2をはじめとするセンサー膜タンパク質群と相互作用し、高浸透圧応答に働くと考えられる。我々のグループはこれまでSho1及びOpy2が高浸透圧刺激なしでHOG経路を活性化する超活性型変異体を複数単離し、この変異のいくつかはSho1のTM4の細胞外近傍部位とOpy2 TMの細胞外近傍部位に位置しており、Sho1とOpy2との結合部位であることを示した(結合部位1)。今年度、化学的クロスリンク実験と活性型変異体の遺伝学的解析などにより、Sho1 TM1の細胞質側部位とOpy2 TMの細胞質側部位とが相互作用することを新たに見出し、ここが2つ目のSho1-Opy2結合部位(結合部位2)であることを示した。得られた結合部位の位置情報などから、1つのOpy2分子はSho1多量体中の隣り合った2つのSho1分子と相互作用することがわかった。これらの研究結果に基づき、高浸透圧環境におけるSho-Opy2複合体のコンフォメーション変化がHOG経路の活性化に貢献していることが示唆された。昨年度に続きSho1とOpy2とのTM領域間での相互作用様式について研究し、化学的クロスリンク法などの生化学的解析により、Sho1とOpy2との新たな結合部位を見出したことで、Sho1とOpy2によるHOG経路の活性化機構に関する理解が深まった。本研究成果は国際科学誌に発表されたことからも、研究は順調に進展していると考えられる。これまでの本研究において新たに膜タンパク質に依存しない高浸透圧感知機構が存在し、それは特にMAPKKからMAPKへのシグナル伝達ステップで働くことを見出している。分子遺伝学的、生化学的解析を通じてその詳細を明らかにし、膜タンパク質依存型、非依存型の高浸透圧センシング機構の理解を目指す。細胞が物理化学的刺激である高浸透圧を感知する分子機構を明らかにするため、高浸透圧適応に働く酵母のHOG MAPキナーゼ経路において中心的な役割をもつセンサー膜タンパク質(Sho1)と膜アンカータンパク質(Opy2)に焦点を当てて解析を行った。Sho1は自身が有する4回膜貫通領域(TM1-4)でOpy2をはじめとするセンサー膜タンパク質群と相互作用し、高浸透圧応答に働くと考えられる。そこで高浸透圧刺激なしでHOG経路を恒常的に活性化するSho1の膜貫通領域変異体を新たに単離し(=Sho1-A/D)、膜貫通領域を介した相互作用の経路活性化における働きを調べた。Sho1-A/D変異はTM1と細胞質領域の境界部に変異を有しており、分子遺伝学的解析から、HOG経路の活性化に必要なSte11 MAPKKKによるPbs2 MAPKKのリン酸化・活性化のステップでシグナルを増強することがわかった。さらに、Sho1-A/D変異はSho1とOpy2との結合性を増強すること、Opy2のTM-細胞質領域の境界部の変異がSho1-A/Dによる結合性の増強を抑制するとともに、恒常的活性化も阻害することが明らかになった。Sho1はPbs2と、Opy2はSte50を介してSte11と結合することから、以上の結果より、HOG経路の活性化にはSho1-Pbs2、Opy2-Ste50-Ste11という2つの複合体の安定的な相互作用が重要であると考えられる。上記に加えて、Sho1をはじめ既知の高浸透圧センサー膜タンパク質を全て欠失した酵母において、1M NaClなどの厳しい高浸透圧刺激下でHOG経路が活性化するという興味深い知見を得た。分子遺伝学的解析などから、既知のセンサー膜タンパク質に依存せずに、Pbs2 MAPKKがHog1 MAPKをリン酸化・活性化する新たな活性化機構が存在することが明らかになった。高浸透圧センシングの分子機構を明らかにすることを目的にした本研究で、今年度は特にセンサー膜タンパク質(Sho1およびOpy2)間の膜貫通領域を介した相互作用の意義を、分子遺伝学、生化学的アプローチにより明らかにできた。また、膜タンパク質による高浸透圧センシングに加えて、細胞質キナーゼがこれらに依存せずに活性化する新しい高浸透圧感知機構の存在を見出したことは、全く予期せぬ発見であり、今後の高浸透圧センシング研究のブレイクスルーとなりうる。

今年度、化学的クロスリンク実験と活性型変異体の遺伝学的解析などにより、Sho1 TM1の細胞質側部位とOpy2 TMの細胞質側部位とが相互作用することを新たに見出し、ここが2つ目のSho1-Opy2結合部位(結合部位2)であることを示した。得られた結合部位の位置情報などから、1つのOpy2分子はSho1多量体中の隣り合った2つのSho1分子と相互作用することがわかった。これらの研究結果に基づき、高浸透圧環境におけるSho-Opy2複合体のコンフォメーション変化がHOG経路の活性化に貢献していることが示唆された。昨年度に続きSho1とOpy2とのTM領域間での相互作用様式について研究し、化学的クロスリンク法などの生化学的解析により、Sho1とOpy2との新たな結合部位を見出したことで、Sho1とOpy2によるHOG経路の活性化機構に関する理解が深まった。本研究成果は国際科学誌に発表されたことからも、研究は順調に進展していると考えられる。今回経路活性化に重要であることが明らかになったSho1とOpy2の膜貫通領域間の相互作用について、化学的クロスリンク法などの生化学的アプローチでその詳細な結合様式を明らかにするとともに、高浸透圧に応じた結合様式の変化や下流への活性化シグナル伝達機構を明らかにする。また、膜タンパク質によらないMAPキナーゼの高浸透圧感知機構を、活性型変異体単離などの分子遺伝学的解析、生化学や構造生物学的アプローチを駆使して明らかにする。これまでの本研究において新たに膜タンパク質に依存しない高浸透圧感知機構が存在し、それは特にMAPKKからMAPKへのシグナル伝達ステップで働くことを見出している。分子遺伝学的、生化学的解析を通じてその詳細を明らかにし、膜タンパク質依存型、非依存型の高浸透圧センシング機構の理解を目指す。
温熱療法を加味した食道癌に対する集学的治療体系の確立

予後が極めて不良な食道癌に対する集学的治療の一環として、教室では約10年前より腔内加温法を用いた温熱療法を開発し、食道癌症例に臨床応用し、放射線・化学療法を併用した合併療法(Hyperthermochemoradiotherapy,HCR療法)を行なってきた。昨年まで既に約130例の臨床例にHCR療法を施行し、その成果はSurgery Gynecology&Obstetricsに掲載した。現在、食道癌治療における温熱療法の意義を確立するために、術前にHCR療法を行なうHCR群、化学照射療法(CR療法)を行なうCR群に分類し、randomized studyを行なっている。平成元年は、胸部食道癌44例(HCR群24例、CR群20例)についてrandomized studyを施行し、組織学的治療効果よりHCR療法の有用性が示唆された。このように、食道癌に対する術前、HCR療法の有用性、安全性はほぼ確立したと言えるが、一方では、治療効果がほとんど認められない症例も経験している。そこで、個々の食道癌症例において温熱および放射線に対する感受性を測定し、HCR療法のより合理的な運用が可能になると考えられる。そこで教室にて行なってきたin vitroの制癌剤感受性試験の一種であるSDI法Succinate dehydrogenase inhibitiontest)を用いて温熱照射感受性の測定を行ない、感受性及び治療効果との相関を検討した。術前HCR療法を行なった43例につき、SDI法にて感受性を測定したが、SDI法による感受性とHCR療法の組織学的治療効果は相関を示した。さらにSDI法にて高い感受性を示した症例ほど予後が良好であった。このことより、SDI法が食道癌に対するHCR療法の効果予知に有用である可能性が示唆された。今後、さらに症例を追加し、SDI法による治療効果予知を確立し、ひいては食道癌に対する合理的な治療体系を目指す予定である。
教育政策形成における省庁間の協力関係に関する分析的研究

本研究は、二か年にわたる調査研究であり、国の教育政策形成における省庁間の協力関係を明らかにすることを目的として遂行された。初年度は文部省を中心にして自治省、大蔵省、労働省、建設省、総理府等々の中央官庁、ならびに大阪府、京都府教育委員会等の県庁において面接調査を行った。他方、文献の収集に努めるとともに、面接調査により入手した資料を整理し、その検討を行った。二年度は初年度に引き続いて中央官庁および県庁において面接調査を行うとともに文献・資料を整理し、分析することを通して教育政策形成における省庁間の協力関係に関する問題の理論的検討を行った。そして二か年のまとめとして報告書を作成した。この二か年の調査研究により得られた成果は主に次のとおりである。すなわち、国の教育政策形成に直接的な責任を有する行政機関は文部省であるが、国の財務行政に責任を負う大蔵省、地方行政全般に関わりをもつ自治省、生涯学習に関与する総理府、労働省、建設省、近年の就学生増加を背景にして外務省などの省庁もきわめて重要な役割を果しており、国の教育政策は文部省を中心とするこれら省庁間の協力関係によって形成され、実施されていること、しかもその協力関係は公式的折衝はもとより、それ以上に非公式的折衝による場合が多く、きわめて政治的土壌のなかで実質的な政策形成が行われていることが明らかになった。その意味で本研究は、国の教育政策形成における省庁間の協力関係を官僚制における政治力学の観点から研究することの重要性を示唆したといえる。教育政策形成における省庁間の協力関係に関する本研究は、2ケ年に渡る研究であるが、初年度の本年は文献収集と面接調査とを行った。文献収集については、入手し得るかぎりの文献を収集する一方で、文部省、自治省をはじめとする関係省庁並びに地方公共団体等において直接資料の収集をおこなった。これらの文献・資料の本格的な分析は2年度の研究に待つことになるが、現在の時点での分析によれば、省庁間の協力関係はきわめて多様な形態を示していることがうかがわれる。面接調査については、省庁間の関係が地方の段階に反映されているであろうという想定のもとに、府県教育委員会並びに知事部局の財務担当者に面接し、教育政策形成における各省庁の関与の実態について聞き取り調査を行った。なお、面接調査の調査項目については、以下のような項目について調査した。すなわち、義務教育費・高等学校教育費にかかる補助金行政の実態、教職員定数に関する国・地方公共団体間の調整、地方財政計画に関する各省庁間の調整と地方公共団体への連絡等である。このような面接調査によって、教育政策形成における国と地方公共団体との関係はあるパターンに従って自動的に処理される形をとっており、省庁間の関係は、地方においてはほとんど顕現することがないという結論が導かれた。したがって、地方公共団体の行政事務を通して省庁間の関係を具体的に把握することが困難であることが明らかになり、2年度は各省庁の関係行政事務担当者等に直接面接し、具体的な政策形成の過程を考察する必要のあることがわかった。

すなわち、国の教育政策形成に直接的な責任を有する行政機関は文部省であるが、国の財務行政に責任を負う大蔵省、地方行政全般に関わりをもつ自治省、生涯学習に関与する総理府、労働省、建設省、近年の就学生増加を背景にして外務省などの省庁もきわめて重要な役割を果たしており、国の教育政策は文部省を中心とするこれら省庁間の協力関係によって形成され、実施されいること、しかもその協力関係は公式的折衝はもとより、それ以上に非公式的折衝による場合が多く、きわめて政治的土壌のなかで実質的な政策形成が行われていることが明らかになった。その意味で本研究は、国の教育政策形成における省庁間の協力関係を官僚制における政治力学の観点から研究することの重要性を示唆したといえる。
OECD「生徒の学習到達度調査」に対応した調査研究

本研究では、わが国における学習到達度に関する国際的・科学的調査手法の確立を狙いとして、(a)生徒の学習到達度を構成する要素に関する枠組みの検討;(b)OECDが行う調査に対応した、生徒の学習到達度測定のための調査票の日本語版作成;および(c)国際的に認められた手続きにしたがった15歳児(高等学校1年生)を対象とした、予備調査を行うことを目的とした。PISA調査の国際的な調査の枠組みをもとに予備調査用の学校・生徒質問紙およびテスト問題の日本語版作成を行うと共に、国際的なルールをもとに平成11年5月6月には高校1年生約2000名を対象に予備調査を実施し、その後採点、データ入力等を行った。PISA調査の各種関連文書、調査で使用予定の質問紙およびテスト問題の翻訳・検討および予備調査の実施結果により、日本の生徒の到達度を把握する上でもPISA調査は非常に有益であることが明かとなった。特に、PISA調査では、学校で学習した内容の理解度をみるだけではなく、15歳児として今後どの程度社会に参画したり、生活していく力を身につけているかどうかをみるという点では、非常にユニークであり、今後、総合的学習の時間の導入などとの関係でその評価を考えるうえでは参考にあることが明らかとなり、今後、文化的・言語的な違いを考慮しても国際的な学習到達度調査に参加していく基盤ができた。今回の予備調査の結果を踏まえ、問題として明らかになった若干の諸点を改善していくことにより、今後進められるPISA調査の本調査に積極的に参加していくことが可能である。本研究は,わが国における学習到達度に関する国際的・科学的調査手法の確立を狙いとして、(a)生徒の学習到達度(読解力)を構成する要素に関する枠組みの検討・確立;(b)OECDが行う調査に対応した、生徒の学習到達度(読解力)測定のための国際的かつ科学的調査票の日本語版作成:および(c)国際的に認められた手続きにしたがった15歳児(高等学校1年)を対象とした、フィージビリティ・スタディの実施、を行う計画である。国際的に開発された読解力、数学、理科のテスト問題並びに学校質問紙および生徒質問紙の翻訳を行うとともに所内プロジェクト・メーンバーおよび外部の専門委員による内容の検討を行った。高校1年生を対象とたフィージビリティ・スタディを平成11年5月に実施することを予定しており、現在、調査協力校の打診を進めている。同スタディでは約1,800名のデータを収集する予定にしている。PISA調査の各種関連文書、調査で使用予定の質問紙およびテスト問題の翻訳・検討および予備調査の実施結果により、日本の生徒の到達度を把握する上でもPISA調査は非常に有益であることが明らかとなった。特に、PISA調査では、学校で学習した内容の理解度をみるだけではなく、15歳児として今後どの程度社会に参画したり、生活していく力を身につけているかをみるという点では、非常にユニークであり、今後、総合的学習の時間の導入などとの関係でその評価を考えるうえでは参考になることが明らかとなった。また、国際的なデータと比較分析しても信頼性のあるものであることが明らかとなり、今後、文化的・言語的な違いを考慮しても国際的な学習到達度調査に参加していく基盤ができた。
グラフェンから電界放出される電子のスピン状態の解明と新規スピン偏極電子源への展開

グラフェンからの電界放出顕微鏡(FEM)像が,エッジに局在するπ電子の軌道を反映したパターン(“リップ"パターン)を示す事から,理論的に予想されているジグザグ端における電子スピンのスピン偏極を電界放出法により検証する研究を実施した。グラフェンからの放出電子のスピン偏極の測定は,スピンの向きをマニピュレートする電場・磁場重畳型スピン回転器とMott検出器が搭載された電界放出電子スピン偏極度測定装置により行なった。グラフェン電界放出エミッタとしては,タングステン針先端に電気泳動法によって接着した酸化グラフェンを用いた。リップパターンを示すグラフェンエミッタに対して,室温および低温(45K)において電界放出電子のスピン偏極度を測定した。得られたスピン偏極度は,室温において57.0%,低温において66.5%であり,低温においてスピン偏極度の若干の増加がみられた。これは,スピンの熱的ゆらぎの抑制に起因すると推察される。また,測定時間10分間の放出電子がスピン偏極していることから,酸化グラフェンのエッジ部はスピン偏極していることが実証された。また,120分間にわたるスピン偏極度の経時変化では,偏極度の高い状態と低い状態を行き来し,2つの状態があるように見えた。この原因を明らかにするため,電流電圧特性とスピン偏極度の間の関係を調べたところ,偏極度が低下した条件では,より低い電圧から電子放出が生じていたことから,偏極度の増減の要因として,残留ガスのグラフェンエッジへの吸着・脱離が考えられる。本研究で用いたスピン測定装置は超高真空であるため,残留ガスの主成分は水素である。理論研究においても,水素終端したグラフェンエッジでは,磁化が1μB減少して0.3μBとなることが報告されている。本研究での偏極度の増減も,グラフェンのエッジへの水素の吸着・脱離に起因する事が示唆される。グラフェンの端では,電子間の相互作用により電子スピンが規則化することが予測されている。グラフェン端から電界放出した電子のスピン偏極を直接測定することによりスピン状態を解明し,炭素ベースの新規なスピン偏極電子源の可能性の検討が本研究の目的である。今年度の研究実績は以下の通りである。1.電界放出顕微鏡によるグラフェン端からの電子放出:高配向熱分解グラファイト(HOPG)からの剥離により作製したグラフェンエミッタを用いて,電界放出顕微鏡(FEM)により,グラフェン端に特有のFEM像(lipパターン)を観察し,このパターンがグラフェンの端状態の局所状態密度の空間分布を反映することを,理論計算との比較により,示した。2.グラフェンエミッタのスピン偏極度の測定:電界放出電子スピン偏極度測定装置を用いて,グラフェン端からのトンネル電子の室温におけるスピン偏極度を測定した。電界放出電子のスピン偏極度は電子放出サイトに敏感であり,電子放出サイトの中央部における偏極度20%に対して,端部では5%程度まで低下した。電界強度に対する偏極度を測定した結果,全放出電流10nAで最大50%が得られたが,印加電界の増加に伴って急激に減少することが明らかになった。スピン偏極度の経時変化を観察した結果,突発的な偏極度の増減が観測されたが,これはエミッタへの残留ガス(主に水素)の吸着脱離に起因すると推測される。3.電界イオン顕微鏡機能の追加:グラフェンエミッタの先端構造を原子分解能で観察するためにネオンを結像ガスとする電界イオン顕微鏡(FIM)の機能を既存のFEM装置に追加した。これにより,互いに相補的なFEM像とFIM像を同一のグラフェンエミッタから得られる。次年度,これを用いて,グラフェン端の電子状態と原子構造との対応を明らかにする。グラフェン端に特有のFEM像であるlipパターンがグラフェンの端状態における局所状態密度の空間分布を反映するという,これまでの我々の仮説を,理論計算との比較により,裏付けることができた。グラフェン端の構造を原子分解能で観察が期待できる電界イオン顕微鏡(FIM)の機能を追加する事ができたことは,次年度に計画しているFEMとFIMの互いに相補的な顕微鏡法を使って,グラフェン端の電子状態と原子構造の対応の詳細を研究できる準備ができた。

この原因を明らかにするため,電流電圧特性とスピン偏極度の間の関係を調べたところ,偏極度が低下した条件では,より低い電圧から電子放出が生じていたことから,偏極度の増減の要因として,残留ガスのグラフェンエッジへの吸着・脱離が考えられる。本研究で用いたスピン測定装置は超高真空であるため,残留ガスの主成分は水素である。理論研究においても,水素終端したグラフェンエッジでは,磁化が1μB減少して0.3μBとなることが報告されている。本研究での偏極度の増減も,グラフェンのエッジへの水素の吸着・脱離に起因する事が示唆される。当初の研究計画に沿い,まず,FIMの機能を追加したFEM/FIM両用装置を用いてlipパターンを示すグラフェン端の構造を調査し,エッジのタイプとスピン偏極度との間の関係を明らかにすることを目指す。次に,FEM/FIM装置へ水素,酸素などのガスを導入することにより,グラフェン端を化学修飾し,in-situで電子放出特性への影響およびスピン偏極度の変化を調べる。これにより,エッジの化学状態による磁性の変化を系統的に明らかにする。さらに,金属を用いない炭素ベースの新規なスピン偏極電子源としての特徴を明らかにする。次年度に繰越される次年度使用額(BーA)は少額であり,当初の使用計画に大きな変更はない。