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分子内トリアリールメタン-トリアリールメチリウム錯体の三中心結合:その構造と物性

単離可能な[C...H...C]^+型三中心二電子結合を目指し、カルボカチオンをトリアリールメチリウムの形で安定化させ、ナフタレン、アセナフチレンなどのアリレンスペーサー中に組み込んだ「分子内トリアリールメタン-トリアリールメチリウム錯体」の合成およびそれらの単離を行ってきた。これまでにカルボカチオンの安定化は三中心結合性に影響を与えないこと、トリアリールメチリウムを組み込むアリレンスペーサーが三中心結合性に大きく影響を与えることを明らかにしている。本年度は以下の研究を行った。1.これまでに合成したナフタレン、アセナフチレン、ビフェニルジイルに加え、フェナントレン、ジヒドロフェナントレン、ジフェニルエーテル誘導体を新たに合成した。それらの温度可変NMR解析、およびX線構造解析を行った結果、[C-H...C]^+部位の距離と分子内ヒドリドシフト反応との間に直線的な相関が見出され、より近接位に[C-H...C]^+部位を強制することができれば目的の[C...H...C]^+三中心二電子結合が構築できることが示唆された。2.分子内トリアリールメタン-トリアリールメチリウム錯体の一電子還元による[C...H...C]型三中心三電子結合化学種の検討を行った。溶液中での電解還元を行ったところ、等吸収点を持ちながらUVペクトルの変化が観測され三中心三電子化学種の生成が示唆された。今後、ESRを用い、化学種の同定、単離を行う予定である。単離可能な[C-H-C]^+三中心結合の合成および物性の解明を目的とし以下の研究を展開した。1.ナフタレンに組み込まれた分子内アクリダン-アクリジニウム錯体の合成と性質アクリダンとアクリジニウムをナフタレンの1,8-位に組み込んだ分子内トリアリールメタン-トリアリールメチリウム錯体の発生、単離に成功した。低温X線構造解析の結果、そのC-H...C^+部位は2.14Åという近接位に位置しているものの、局在化構造を有していることが明らかとなった。室温の^1H NMRではC_<2v>対称性のブロードなピークが観測されたが、-90°Cではアクリジニウムとアクリダンに対応するピークが分裂して観測され、溶液状態においても速いヒドリドシフトで相互変換する局在化構造であることが確かめられた。このものは750nm程度の長波長まで吸収を有しており、分子内電荷移動相互作用があることが確かめられた。2.三中心二電子結合に対する電子的効果の検討カチオン部位の安定性と三中心結合性との相関を調査する目的でアニシル基、フェニル基を組み込みカチオンの安定性を低下させた化学種を合成した。これらにおいては吸収スペクトルの形状は大きく異なっているものの電荷移動相互作用が示唆され、固相、溶液状態ともに局在化した構造であることが確かめられた。分子内ヒドリドシフトの活性化障壁はアクリダン-アクリジニウム錯体とほぼ同一であり、三中心結合への電子的効果は小さく、母骨格の構造によって結合性がほぼ決定されることが示唆された。3.最長の炭素-炭素単結合を有する化合物の合成と単離上記1および2の合成研究に関連して、8種類の1,1,2,2-テトラアリールピラセン誘導体の合成単離に成功した。このものからC・H...C^+化学種の発生はできなかったが、この化学種が例外なく1.7Åを超える非常に長いC-C単結合を有しており、世界最長の結合長の記録を更新した。昨年度は、[C-H-C]+型の三中心結合の単離を目指し、ナフタレンの1,8-ジイル骨格に組み込まれた分子内トリアリールメタン-トリアリールメチリウム錯体の合成、単離に成功した。このものは近接位にC-H接触を有するカルボカチオンとしては初めての単離例となった。これらのカチオンは固相、溶液中ともに局在化した構造であった一方で、溶液中においては分子内で1,5-ヒドリドシフトを示すということが確かめられた。本年度は、このカチオンの非局在化に対するアリレンスペーサーの影響を調べる目的で、母骨格となるナフタレンをさまざまな骨格に組み替えたカチオンを合成した。用いた母骨格としては、C-H・・・C+部位の距離や角度を考慮し、アセナフテン-5,6-ジイル、アセナフチレン-5,6-ジイル、アセナフチレン-1,2-ジイル、ベンゼン-1,2-ジイル、ビフェニル-2,2'-ジイル骨格を選択し10-メチルアクリダンと10-メチルアクリジニウムを組み込んだカチオンを合成、単離した。X線構造解析の結果、ベンゼンとアセナフチレン-1,2位に組み込まれたカチオンは水素が外側を向いた構造をとっていたが、その他のカチオンではC-H・・・C+型のカチオンとなっていることが確かめられた。温度可変NMRスペクトル測定によってこれらのC-H・・・C+型カチオンでは1,5-ヒドリドシフトが観測され、その活性化障壁はC・・・C+部位が遠くなるほど、またC-H・・・C+部位がねじれるほど大きくなることが確かめられた。

ヒドリドシフトの遷移状態においては三中心結合の状態を取っていることが予想されることから、[C-H-C]+型の三中心結合の単離には、よりC-H部位をカルボカチオンに平面的に近づけることで得られるということが示唆された。単離可能な[C...H...C]^+型三中心二電子結合を目指し、カルボカチオンをトリアリールメチリウムの形で安定化させ、ナフタレン、アセナフチレンなどのアリレンスペーサー中に組み込んだ「分子内トリアリールメタン-トリアリールメチリウム錯体」の合成およびそれらの単離を行ってきた。これまでにカルボカチオンの安定化は三中心結合性に影響を与えないこと、トリアリールメチリウムを組み込むアリレンスペーサーが三中心結合性に大きく影響を与えることを明らかにしている。本年度は以下の研究を行った。1.これまでに合成したナフタレン、アセナフチレン、ビフェニルジイルに加え、フェナントレン、ジヒドロフェナントレン、ジフェニルエーテル誘導体を新たに合成した。それらの温度可変NMR解析、およびX線構造解析を行った結果、[C-H...C]^+部位の距離と分子内ヒドリドシフト反応との間に直線的な相関が見出され、より近接位に[C-H...C]^+部位を強制することができれば目的の[C...H...C]^+三中心二電子結合が構築できることが示唆された。2.分子内トリアリールメタン-トリアリールメチリウム錯体の一電子還元による[C...H...C]型三中心三電子結合化学種の検討を行った。溶液中での電解還元を行ったところ、等吸収点を持ちながらUVペクトルの変化が観測され三中心三電子化学種の生成が示唆された。今後、ESRを用い、化学種の同定、単離を行う予定である。
電気ポテンシャルCT法による表面き裂および貫通き裂の3次元形状の知能化測定

本研究では、3次元き裂測定法として申請者らが開発した電気ポテンシャルCT法の考え方を貫通き裂および表面き裂の形状測定に適用し、これらの簡便な電気ポテンシャル測定法に関する検討を行った。このため、境界要素逆問題数値解析と測定とをバランスさせながら総合的に研究を実施し、以下のような成果を得た。1.電気ポテンシャルCT法の考えを用いて3次元表面き裂の形状を測定するため、境界要素法に基づく逆問題解析プログラムを作成した。まず、表面き裂を簡易的に半楕円き裂で近似し、そのときの表面長さと深さを、比較的少数個の点の電気ポテンシャル値より推定するスキームを作成した。電気ポテンシャル測定位置と測定精度の定量的関係を感度解析により調べ、少数個の測定点でも比較的精度のよい表面き裂同定が行える条件が最小二乗基準によリ求められるようにした。2.3次元表面き裂の疲労荷重下の成長の挙動を、電気ポテンシャルCT法によりモニターした。推定結果をビーチマーク法による結果と比較した。その結果、半楕円状の3次元表面き裂については、本研究の方法によりその表面長さ、深さおよび面積が十分の精度で推定できることが明らかとなった。き裂がターンバックを起こしているものについては、表面部の長さよりも表面と平行な方向の最大長さが求められることがわかった。感度解析により推定値の分散が小さいものと予知できた測定点の組み合わせについては、き裂の表面長さと深さが精度よく求められたが、この分散が大きい組み合わせについては実き裂状とかなり異なる形状が推定されており、感度解析が有効であることがわかった。3.切欠きから発生したき裂を電気ポテンシャルにより測定するときの較正関係について議論し、き裂深さ、切欠き形状および測定点の位置の影響を明らかにした。
更年期におけるヘルスプロモーションの新戦略-運動療法とアロマセラピー相乗効果-

今年度は本研究の最終目的である,運動療法とアロマセラピーの併用による更年期不定愁訴の改善効果を検討した。更年期症状を有する中年期女性13人(52.9±6.9歳,Mean±SD)を,精油による芳香を実施する群(アロマ群)6人と,ルームフレグランスによる芳香を実施する群(プラセボ群)の7人に振り分けた。併用療法は,両群ともに心拍数予備量(HR reserve : HRR)の40%未満に相当する低強度の有酸素運動を主とする運動プログラムを週2回12週間(計24回)実施し,毎回の運動プログラム後に芳香療法を実施した。併用療法開始前と12週間後に,更年期障害指数,心理学的指標(POMS, SUBI),形態(BMI,%fat),安静時の循環動態(心拍数,収縮期血圧,拡張期血圧),体力(筋力,柔軟性,全身持久力),及び血液データ(FSH, LH, E_2,中性脂肪)の測定を行い,効果判定を行った。その結果,更年期障害指数の「不眠」でアロマ群が12週後に有意な低下を認め,「全身倦怠感」がアロマ群,プラセボ群共に有意に低下または低下する傾向を認めた。形態では,%fatが両群ともに有意な改善を認め,BMIはプラセボ群で有意な改善を認めた。体力では,両群共に安静時乳酸値が有意に低下し,反復横とびではアロマ群,踏み台昇降直後の心拍数ではプラセボ群が有意に改善した。しかし,心理学的指標および血液データでは有意な改善を認めなかった。以上のことから,運動とアロマセラピーの併用療法を継続することにより,更年期症状全般の改善効果は認められなかったものの,不眠の改善効果が示唆された。本研究の最終目標は、運動療法とアロマセラピーの併用療法が更年期におけるヘルスプロモーションの新戦略として妥当かどうかを検討することであるが、初年度は更年期障害軽減のための運動療法に使用する至適な運動強度の検索を実施した。更年期症状を有する4050歳代女性16人(50.9±0.9歳(Mean±SE))を、予測最高心拍数の60%に相当する運動強度群7人(中強度群)と、3540%に相当する運動強度群9人(低強度群)とにふりわけ、有酸素運動を中心とした運動プログラム(1回につき60分程度、週2回×12週間、計24回)の効果を、持久力(踏み台昇降3分間)、更年期障害指数(kupperman Index)、POMS(profile of mood states)、WHO SUBI(The Subjective Well-being Inventory)、血液データ(女性ホルモン:卵胞刺激ホルモン、黄体形成ホルモン、エストロゲン)から評価した。12週間の運動プログラムにより、中強度群の踏み台昇降運動後の心拍数が有意に減少し、持久力の改善が示唆されたが、低強度群ではこの様な変化は認められなかった。一方、運動プログラムによりKupperman Indexの総得点が両群とも減少したが、有意な改善(p<0.05)は低強度群のみに認められた。今回、POMS、WHO SUBIおよび血中ホルモン(卵胞刺激ホルモン、黄体形成ホルモン、エストロゲン)は、両群とも運動プログラムにより影響されなかった。以上の結果より、更年期障害の症状は従来効果的とされてきた中等度運動強度よりも、むしろ低い運動強度(40%)での有酸素運動により軽減される可能性が示唆された。今年度は平成16年度に引き続き至適運動強度の検索を継続し,同時に激運動後の心身疲労改善に及ぼすアロマセラピーの影響を検証した.更年期症状を有する中年期女性11人(55.0±1.6歳,Mean±SE)を,予測最高心拍数の60%相当の運動強度群(中強度群)5人と35%の群(低強度群)6人にふりわけた.前年度と同様に有酸素運動を主とした運動プログラム(1回60分程度,週2回×12週)の効果を更年期障害指数,POMS,形態(BMI,%fat),体力(筋力,柔軟性,全身持久力),および血液データ(FSH,LH,E_2,中性脂肪)から評価した.分析は前年度の被験者を加え中強度群12人と低強度群15人とした.その結果,運動プログラム後に更年期障害指数が両群とも有意な低下を認め,同様にPOMSも有意に改善した.しかし,形態,体力,および血液データは両群とも運動プログラムの影響はみられなかった.以上より従来更年期障害改善に有効とされてきた中強度運動は,より低強度の有酸素運動で代用できる可能性が示唆された.激運動後の心身疲労改善に及ぼすアロマセラピーの影響は健康な女子大学生5人(21.0±0.1歳)に対し,15分間の無酸素運動を実施後,20分間の安静(R群),マッサージ(M群),精油吸入(芳香群),アロママッサージ(AM群)による回復期を設定した.心身疲労改善の判定は心理指標(POMSと疲労自覚症状)と血中乳酸値により行った.その結果,AM群で全身倦怠感が有意に低下し,気分不快の得点も低下する傾向が認められた.また,血中乳酸値はM群とAM群が経時的に有意な改善を示した.一方,芳香群はR群とほぼ同様のパターンを示した.以上より,激運動後の心身疲労改善には単なる精油吸入では効果がないことが明らかとなった.

しかし,アロママッサージは身体疲労のみならず精神的疲労感の軽減にも有効であることが示唆された.今年度は本研究の最終目的である,運動療法とアロマセラピーの併用による更年期不定愁訴の改善効果を検討した。更年期症状を有する中年期女性13人(52.9±6.9歳,Mean±SD)を,精油による芳香を実施する群(アロマ群)6人と,ルームフレグランスによる芳香を実施する群(プラセボ群)の7人に振り分けた。併用療法は,両群ともに心拍数予備量(HR reserve : HRR)の40%未満に相当する低強度の有酸素運動を主とする運動プログラムを週2回12週間(計24回)実施し,毎回の運動プログラム後に芳香療法を実施した。併用療法開始前と12週間後に,更年期障害指数,心理学的指標(POMS, SUBI),形態(BMI,%fat),安静時の循環動態(心拍数,収縮期血圧,拡張期血圧),体力(筋力,柔軟性,全身持久力),及び血液データ(FSH, LH, E_2,中性脂肪)の測定を行い,効果判定を行った。その結果,更年期障害指数の「不眠」でアロマ群が12週後に有意な低下を認め,「全身倦怠感」がアロマ群,プラセボ群共に有意に低下または低下する傾向を認めた。形態では,%fatが両群ともに有意な改善を認め,BMIはプラセボ群で有意な改善を認めた。体力では,両群共に安静時乳酸値が有意に低下し,反復横とびではアロマ群,踏み台昇降直後の心拍数ではプラセボ群が有意に改善した。しかし,心理学的指標および血液データでは有意な改善を認めなかった。以上のことから,運動とアロマセラピーの併用療法を継続することにより,更年期症状全般の改善効果は認められなかったものの,不眠の改善効果が示唆された。
氷核活性細菌とその有効活性成分を用いた凍結濃縮の条件解析

氷核活性細菌を水溶液または水分散液に加えておくと,水の融点付近で凍結させることが可能である.これは,氷核活性細菌が遺伝情報に基づいて生合成する氷核活性タンパク質の繰り返し構造ドメインの有効氷晶核としての働きによるためである.氷核活性は静止期の細胞で最も高く,静止期の細胞は1細胞でも活性を示した.氷核活性細菌の1つであるErwinia ananasは茶葉から分離されたグラム陰性細菌で,食品衛生学的には問題ないとされているが,保存・輸送過程での食品の変質を防ぐ意味で,殺菌が必要である.氷核活性タンパク質はαーヘリックス構造をしており,さらに,このヘリックスの外側にある水和水は水素結合によって安定化されているため,熱に不安定であって,加熱殺菌ができない.本研究では,高圧で殺菌し,低温処理でヘリックスを復元する条件を明らかにした.最適加圧条件は3000気圧,室温,10分間であった.この条件下で上記氷核活性細菌は完全に死滅した.加圧菌体はそのままでは氷核活性を示さないが,1日間氷令すると,活性復元した.活性を復元させた菌体を凍結乾燥しても,活性の損失はなかった.この方法で作製した乾燥死菌体は凍結濃縮のための氷晶核としてのみならず,降雪剤としても利用できる.このようにして作製した乾燥死菌体を用いて難濃縮性の卵白を固形分30%にまで凍結濃縮した.濃縮卵白は,未処理卵白とは大きく異なった加熱ゲルを形成した.ゲルの特性値を測定した結果,固形分20%のゲルは水産ねり製品様の性質を示し,魚肉すり身から作製したゲルより粘弾性に優れていた.固形分30%のゲルはドライソ-セ-ジ様のテクスチャ-を与えた.氷核活性細菌を水溶液または水分散液に加えておくと,水の融点付近で凍結させることが可能である.これは,氷核活性細菌が遺伝情報に基づいて生合成する氷核活性タンパク質の繰り返し構造ドメインの有効氷晶核としての働きによるためである.氷核活性は静止期の細胞で最も高く,静止期の細胞は1細胞でも活性を示した.氷核活性細菌の1つであるErwinia ananasは茶葉から分離されたグラム陰性細菌で,食品衛生学的には問題ないとされているが,保存・輸送過程での食品の変質を防ぐ意味で,殺菌が必要である.氷核活性タンパク質はαーヘリックス構造をしており,さらに,このヘリックスの外側にある水和水は水素結合によって安定化されているため,熱に不安定であって,加熱殺菌ができない.本研究では,高圧で殺菌し,低温処理でヘリックスを復元する条件を明らかにした.最適加圧条件は3000気圧,室温,10分間であった.この条件下で上記氷核活性細菌は完全に死滅した.加圧菌体はそのままでは氷核活性を示さないが,1日間氷令すると,活性復元した.活性を復元させた菌体を凍結乾燥しても,活性の損失はなかった.この方法で作製した乾燥死菌体は凍結濃縮のための氷晶核としてのみならず,降雪剤としても利用できる.このようにして作製した乾燥死菌体を用いて難濃縮性の卵白を固形分30%にまで凍結濃縮した.濃縮卵白は,未処理卵白とは大きく異なった加熱ゲルを形成した.ゲルの特性値を測定した結果,固形分20%のゲルは水産ねり製品様の性質を示し,魚肉すり身から作製したゲルより粘弾性に優れていた.固形分30%のゲルはドライソ-セ-ジ様のテクスチャ-を与えた.
移植時低酸素状態にある門脈内膵島に対する新しい酸素供給法による生着改善効果の検討

膵島移植は膵島を分離あるいは門脈内に移植する際に膵島が著しく障害され、1人の患者様を完治させるのに複数回の移植を必要としている。移植直後の障害として門脈内に移植された膵島の低酸素状態に着眼した。ラットの同系門脈内膵島移植において、移植直後に酸素化したPerfluorochemical(PFC)を腹腔内に投与し、6時間毎、48時間までこれを交換することで門脈内酸素濃度を上昇させ、その結果、移植成績および移植後28日目の糖代謝の改善を明らかにした。臨床膵島移植において門脈内に移植された膵島は移植後早期の生着時にその約50-75%がgraft lossすると言われている。これが1人の重症糖尿病患者をインスリン注射から離脱させるのに複数回の移植を必要とする大きな要因の1つとなっており、ドナー不足に拍車をかけている。この膵島生着における重要な障害因子の1つに移植直後の膵島の低酸素状態がある。移植された膵島は臓器移植と異なり血行再建を伴わないため、移植された膵島に血管新生が始まる移植後2日間は門脈血からのdirect diffusionによってしか酸素が供給されない。一方、我々はこれまで臓器保存中に酸素を供給できる方法として高酸素溶解能を持つPerfluorochemical(PFC)を用いた報告を数多く行ってきた。今回、このPFCを膵島移植時に腹腔内に注入することで、門脈内酸素飽和度を上昇させ、移植膵島の生着改善が可能かどうかを検討した。まず、予備実験としてルイスラットをウレタンで麻酔し、酸素化したPFCを投与することで門脈血中酸素濃度が有意に上昇することを確認した。また、同系ラットの門脈内に膵島を移植し、移植後血糖の推移を調べることで、1500IEQをmarginal massと決定した。この1500IEQを同様に同系ラット門脈内に移植し、移植時に100%酸素で1時間酸素化したPFCを腹腔内に注入し、以後6時間毎に48時間までPFCを交換した群(1群)と窒素で飽和させることで全く酸素化しないPFCを同様に投与した群(2群)およびPFCを全く投与しないコントロール群とで移植後の血糖推移と移植後28日目のIPGTTの結果を比較した。結果は2群の移植生着率は1/6とコントロール群(1/6)と同じであったが、1群の移植生着率は5/6と有意な生着改善効果を認めた(pく0.05)。IPGTTでも1群の血糖曲線下面積は2群およびコントロール群に比べ有意に低く、良好なglucose profileを示し(pく0.01)、酸素化PFCの腹腔内投与は、膵島移植の成績を有意に改善することを証明した。膵島移植は膵島を分離する際、さらには門脈内に移植する際に膵島が著しく障害され、1人の患者様を完治させるのに結果として複数回の移植を必要としている。ドナー不足の現状を鑑みるとこの点は膵臓移植に大きく遅れを取る点として膵島移植普及の大きな障害となっている。移植直後の障害の1つは門脈内に移植された膵島の低酸素状態であり、これを改善することが生着時のlossを最小限にする。そこで高濃度酸素溶解能を持つPerfluorochemical(PFC)を腹腔内に投与することにより門脈内酸素濃度を上昇させ、その結果、移植膵島に十分な酸素を供給しうると考え、最終的にはこれにより移植膵島の生着率を向上させうるかを検証することが本研究の目的である。平成18年度はラットの同系門脈内膵島移植において、基礎実験を終了した後、移植直後に酸素化したPFCを腹腔内に投与し、6時間毎、48時間までこれを交換することで、移植成績および移植後28日目の糖負荷試験による糖代謝の改善を明らかにし、学会発表するとともに論文発表を行った。平成19年度は酸素化したPFCを腹腔内に投与することで実際に門脈内酸素濃度が上昇していることを証明し、さらには、その後、犠牲死させて摘出した肝臓を全割し、病理組織学的に移植された膵島を定量的に評価することで、門脈内への生着が有意に改善していることを直接証明し、これを学会発表した。さらに移植直後の膵島のTUNEL染色等によるアポトーシスの評価を行っているが、現時点では成果としてまとまっていない。

そこで高濃度酸素溶解能を持つPerfluorochemica1(PFC)を腹腔内に投与することにより門脈内酸素濃度を上昇させ、その結果、移植膵島に十分な酸素を供給しうると考え、最終的にはこれにより移植膵島の生着率を向上させうるかを検証することが本研究の目的である。平成18年度はラットの同系門脈内膵島移植において、基礎実験を終了した後、移植直後に酸素化したPFCを腹腔内に投与し、6時間毎、48時間までこれを交換することで、移植成績および移植後28日目の糖負荷試験による糖代謝の改善を明らかにした。平成19年度は酸素化したPFCを腹腔内に投与することで実際に門脈内酸素濃度が上昇していることを証明し、さらには、その後、犠牲死させて摘出した肝臓を全割し、病理組織学的に移植された膵島を定量的に評価することで、門脈内への生着が有意に改善していることを直接証明した。平成20年度は平成19年度に引き続き、移植直後の膵島のTUNEL染色等によるアポトーシスの評価を行ったが、positive dataは出なかった。よってそれまでのdataをまとめて、現在論文作成中である。
尿路悪性腫瘍組織内および周囲微量元素の分布と腫瘍の進展に関する研究

悪性腫瘍の発生および進展のメカニズムを解明する研究は種々の手法を用いて幅広く行われているが、微量元素との関わりについて検討した研究は比較的少ない。本研究では,組織内の微量元素を測定する新しい手法を用いて、(1)尿路性器の悪性腫瘍を有する臓器における腫瘍および腫瘍周囲の微量元素の分布とその腫瘍組織の悪性度・浸潤度などとの関連性について検討、および(2)浸潤性膀胱癌の治療(シスプラチンを用いた動注療法)において、その治療効果を予測する上での膀胱組織内白金濃度のモニタリングにおける全反射蛍光エックス線分析法(TRXRF法)の有用性に関する基礎的検討の二点について研究をすすめた。[結果](1)非破壊放射光蛍光X線分析法(SRXRF法)を用いて腎および前立腺病変における微量元素(Zn,Cu)の2次元イメージングを試みたところ、(a)従来の内因性微量元素の検出法である、AAS法やICP法では検討できなかった微量元素の2次元解析が可能であり、組織を破壊せずに複数の微量元素の局在および相対濃度を知ることが可能であった。(b)腎癌組織においては癌巣では亜鉛、銅ともその濃度は正常組織よりも底値を示した。(c)前立腺肥大症ではZn,Cuとも大きな肥大結節およびその中の分泌物に多く集積していた。(d)前立腺癌では従来よりZn、Cuとも濃度が低いとされていたが、限局した高分化の癌病巣においては周囲の前立腺組織よりも有意に高濃度に集積していた。低分化癌およびホルモン療法後の癌組織ではいずれの金属も分布濃度が低い傾向が認められた。(e)前立腺肥大結節、癌部位での微量元素の分布の違いから、これらの疾患と亜鉛、銅などとの関連性が示唆された。(2)TRXRF法を用いることにより従来法(AAS法)より微量な組織試料の白金濃度が測定可能かどうかを比較検討したところ、両者の測定値の間にr=0.79と強い相関性が認められた。また、AAS法による測定値の方が各群における測定値のばらつきが大きいことから、TRXRF法がAAS法よりも測定値の信頼性がより高いと思われた。以上の結果から、TRXRF法は、(a)試料に侵襲を加えない、(b)多元素を同時に測定できる、(c)同一試料を繰り返し測定可能、(d)微量の試料(TRXRF法は数mgに対してAAS法は約50mg)でより正確に測定可能といった利点を見いだすことができた。前立腺組織は体内においてZn,Cuなどの微量元素(trace elements;TE)が最く分布している臓器であるが、その生物学的機能の詳細については不明である。一方、一般に悪性腫瘍患者では組織内微量元素とその腫瘍との間には密接な関係があると言われており、前立腺疾患においてもZnの組織内濃度は肥大症>正常>癌とされているがその局在に関する詳細は不明である。そこで、新しい手法を用いて種々の前立腺疾患における内因性微量元素の組織内

2次元分布を表わし、その病理組織像と比較し各疾患における微量元素の意義を検討した。[方法]ホルマリン固定された前立腺組織を尿道と垂直に4-5mmの厚さで切り出した後パラフィンを包埋し、さらに2mm厚に細切断した標本を用いて非破壊放射光蛍光エックス腺分析(高エネルギー物理学研究所の蛍光エックス線分析システム)による微量元素濃度の2次元イメージングを行った。また、測定で用いたパラフィンブロックから得られた連続切片を用いてHE染色組織標本を作成し、得られた2次元イメージング像と比較検討した。[結果](1)非破壊放射光蛍光X線分析法により各種前立腺病変における微量元素(Zn,Cu)の2次元イメージングにより、従来行なわれている内因性微量元素の検出法である、AAS法やICP法では検討できなかった微量元素の2次元解析が可能であり、組織を破壊せずに複数の微量元素の局在および相対濃度を知ることが可能であった。(2)前立腺肥大組織ではZn、Cuとも大きな肥大結節およびその中の分泌物に多く集積していた。(3)前立腺癌では従来よりZn、Cuとも濃度が低いとされているが、限局した高分化の癌病巣においては周囲の前立腺組織よりも有意に高濃度に集積していた。低分化癌およびホルモン療法後の癌組織ではいずれの金属も分布濃度が低い傾向が認められた。(4)肥大結節、癌部位での微量元素の分布の違いから、これらの疾患と亜鉛、銅などとの関連性が示唆された。近年、化学療法の進歩により悪性腫瘍の治療成績が向上している。泌尿器癌においても、精巣腫瘍や膀胱腫瘍を中心としてシスプラチンをkeydrugとした化学療法が開発され、その治療成績も比較的良好である。浸潤性膀胱癌を例にとると、その治療方針は従来は膀胱全摘術が第1選択であったが、近年開発された動注療法(経皮的にカテーテルを内腸骨動脈内に留置してそこから抗腫瘍剤を注入する局所化学療法)にシスプラチンを用いることにより完治率が高まり、膀胱を温存することの可能な症例も増加した。しかし一部に十分な治療効果の得られない症例も存在し、その原因として標的臓器内の白金濃度が不十分なことに由来する可能性もあり、組織内の白金濃度をモニターすることが可能となれば治療効果を予測することが可能となる。一般に生体組織内の微量元素の測定には従来より原子吸光法が用いられてきたが測定には50mg以上の試料が必要であった。より微量の生体試料でより正確な微量元素の測定が可能となれば容易に個々の症例における抗腫瘍剤の至適投与量を調整できる可能性がある。そこでわれわれは近年開発された全反射蛍光エックス線分析法を用いてより微量な組織試料の白金濃度が測定可能かどうかを検討した。[方法]25頭の雄性マウスを5群に分け、各群のマウスにシスプラチン(7mg/kg)を尾静脈より静注した。各群毎に一定時間(1,3,6,12,24時間)に組織を取り出し、摘出臓器を湿性灰化したのち、全反射蛍光エックス線分析(TRXRF)法と原子吸光(AAS)法により白金濃度を測定し、結果を比較検討した。[結果および考察]AAS法とTRXRF法の経時的変化を比較したところ、両者間にr=0.79と強い相関性が認められた。また、AAS法による測定値の方が各群における測定値のばらつきが大きいことから、TRXRF法の方がAAS法よりも測定値の信頼性が高かった。
超弦理論の非摂動効果を用いた現実的な素粒子模型の構築

本研究の目的は、重力の量子論である超弦理論から低エネルギー有効理論を理解することである。2016年度は主に二つのことについて研究を行った。理論物理において理論の対称性は重要な要素である。超弦理論は10次元の時空上で定義された理論なので、6次元の空間をコンパクト化しなくてはならない。そのさい有効理論にはコンパクト空間の対称性が現れると考えられる。コンパクト空間としてトーラス(またはそのorbifold)を用いると、幾何的対称性としてモジュラー対称性と呼ばれる対称性が存在する。我々はII型超弦理論の有効理論を調べ、モジュラー対称性が有効理論のレベルでも現れることを示した。またアノマリーを計算し、アノマリーを消すようなモジュライの混合を提案した。さらに、この対称性が一部の非摂動効果によっても保たれることを確認した。近年、モジュラー不変なポテンシャルによるインフレーションなどが提案されており、我々の結果はそれに弦理論からの起源を与える結果になっており重要である。もう一方の研究では、超弦理論から現れる現実的な模型と、モジュライ固定の関係について調べた。コンパクト化を行うとモジュライと呼ばれるスカラー場が現れる。モジュライの相互作用は観測されていないので、この場は重くなっていなくてはならないが、一部のモジュライ固定のためには非摂動効果が本質的な役割を果たしており、それと模型構築が両立するかは非自明である。我々は実際にPati-Salam模型を実現する模型とMSSMを実現するDブレーン模型を構築し、そのうえでモジュライ固定の機構が働くかを調べ、構築した模型のパラメータをチューニングすれは二つは両立することが明らかにした。超弦理論から現象論を理解するためには模型構築とモジュライ固定は不可欠であり、我々の研究はその二つを包括的に考えている点で大きな意味がある。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は超弦理論の非摂動効果であるEブレーンの効果を研究することで、標準模型のような現実的な模型を超弦理論から導出し、その現象論を調べるというものである。2015年度の研究の成果は主に次の二つである。一つはEブレーンの生成するヒッグス場のミュータームについての研究成果である。超対称拡張された標準模型は標準模型の階層性問題の回答として有力な模型だが、そのような模型でで電弱相転移が電弱スケールで起こるためには、ヒッグスのμタームが不自然に小さくなければならないと知られている。一方Dブレーン模型の場合、ミュータームはEブレーンの効果で非摂動的に生成される。我々はトーラスコンパクト化したときのEブレーンの効果を調べ、非摂動的に現れるミュータームを計算した。その結果、複数のヒッグスが存在するときミュータームの固有値の間に10桁以上の大きな階層性が自然に現れることがわかった。これからミュータームがなぜ不自然に小さいかを理解することが出来る可能性を示した。もう一つの成果はorbifold上のrigid cycleに巻き付いたE2ブレーンが生成するニュートリノのマヨナラ質量項について研究である。rigid cycleに巻き付いたE2ブレーンはスーパーポテンシャルへの非摂動的な補正項へ寄与する。このorbifold上でE2ブレーンが生成する3世代のニュートリノのマヨナラ質量項を計算した結果、いくつかの場合で3世代のうち2世代を入れ替えるような対称性を持つニュートリノマヨナラ質量項が得られた。また別の場合ではそのような対称性は現れなかった。さらにこの対称性の起源はコンパクト空間のブレーンの配置の幾何学的な対称性と考えることが出来るとわかった。さらにこの対称性からニュートリノの大きな混合角を説明できることを示した。以上のことをまとめて2本の論文を発表し、5つの研究会で口頭発表を行った。当初の研究計画は1年目に1レプトンのフレーバー構造実現する模型の構築2クォークのフレーバー構造の分類3ヒッグスの構造、という3つのテーマについて研究を進める計画であった。そのうち1のレプトンのフレーバー構造を実現する模型の構築という点については、ニュートリノのマヨラナ質量項の研究を通じて進展があった。ニュートリノの混合角は観測されており、その結果混合角は大きいとわかっている。我々の結果はマヨナラ質量項に大きな混合角があり、それでもってニュートリノの混合角が説明できる可能性がある。実際、我々はtoroidal orbifold上のニュートリノとヒッグスの湯川結合を計算し、観測値を実現できるパラメータ領域が存在することを確認した。3のヒッグス場についてもミュータームの研究によりポテンシャルを説明できる可能性が示されており進展があった。我々の結果は複数のヒッグス場が存在するとき、そのミューターム行列の固有値の間に大きな階層性が現れるということを示しているが、実際Dブレーン模型には複数のヒッグス場が存在することが多いということが知られており、この結果から電弱スケールとプランクスケールの階層性を説明することが可能と考えることが出来る。ただ一方で2のクォークのフレーバー構造についてはまだまとまっておらず、現在も研究を進めているところである。以上のように、今のところ研究は計画と比べておおむね順調に進んでいると言える。

超弦理論は10次元の時空上で定義された理論なので、6次元の空間をコンパクト化しなくてはならない。そのさい有効理論にはコンパクト空間の対称性が現れると考えられる。コンパクト空間としてトーラス(またはそのorbifold)を用いると、幾何的対称性としてモジュラー対称性と呼ばれる対称性が存在する。我々はII型超弦理論の有効理論を調べ、モジュラー対称性が有効理論のレベルでも現れることを示した。またアノマリーを計算し、アノマリーを消すようなモジュライの混合を提案した。さらに、この対称性が一部の非摂動効果によっても保たれることを確認した。近年、モジュラー不変なポテンシャルによるインフレーションなどが提案されており、我々の結果はそれに弦理論からの起源を与える結果になっており重要である。もう一方の研究では、超弦理論から現れる現実的な模型と、モジュライ固定の関係について調べた。コンパクト化を行うとモジュライと呼ばれるスカラー場が現れる。モジュライの相互作用は観測されていないので、この場は重くなっていなくてはならないが、一部のモジュライ固定のためには非摂動効果が本質的な役割を果たしており、それと模型構築が両立するかは非自明である。我々は実際にPati-Salam模型を実現する模型とMSSMを実現するDブレーン模型を構築し、そのうえでモジュライ固定の機構が働くかを調べ、構築した模型のパラメータをチューニングすれは二つは両立することが明らかにした。超弦理論から現象論を理解するためには模型構築とモジュライ固定は不可欠であり、我々の研究はその二つを包括的に考えている点で大きな意味がある。基本的には当初の研究計画をもとに研究を進めていく。当初の研究計画では2年目には1クォークのフレーバー構造を実現するモデルの構築2インフレーション、モジュライへの応用、という二つのテーマについて研究を行い、最終的に、3それまでの結果を全て実現するような模型を構築する、というものであった。前の項目で述べたように、クォークのフレーバー構造については遅れている部分もあるので、まずはそこについて調べて結果を得る。そしてすべての結果が同時に実現できるような模型を作り、Dブレーン模型から標準模型のような現実的な模型を構築することを目指す。また同時にDブレーン模型に存在するモジュライ場やhidden sectorを考えることで、インフレーションなどの標準模型を超えた物理の予言を試みる。28年度が最終年度であるため、記入しない。
多段歯車装置の設計自動化の為の二段階最適化設計法

本研究は、多段歯車装置の最適化設計アルゴリズムを開発し、それをもとにして実際の歯車設計で実用可能な自動設計プログラムを開発することである。設計アルゴリズムは二段階の設計最適化過程で構成されていて、第一段階(基本設計段階)では、歯車の強度設計をもとに、モジュール、歯数、圧力角、歯幅、などの基礎諸元設計と歯車の空間的位置を定めるための初期配置設計解を求める。第二段階(詳細設計段階)では、歯車装置の性能と製作可能性を保証するために、基本設計段階で求めた初期設計解から新たな最適化関数を構築し、ねじれ角、転位係数、歯形修正、などの歯車の詳細設計解を求める。この設計段階では詳細設計パラメタの決定のみならず、基礎設計パラメタと配置設計解の変更も含む。一方、多段歯車装置は、特に、はすば歯車で構成されている場合、歯車装置の構造による装置の効率と軸受荷重が重要な問題になる。本研究では歯車装置全体の効率と各段の軸受荷重の解析など、多段歯車装置の実際設計に必要となる様々な解析プログラムの開発も同時に行った。本研究の研究実績は(1)多段歯車装置を構成している歯車の強度設計プログラムを開発し、基礎諸元設計と初期配置設計解を求めるための自動設計アルゴリズムを開発した。(2)多段歯車装置の性能と製作可能性を保証するために、基本設計アルゴリズムで求めた初期設計解から新たな最適化関数を構築し、歯車の詳細設計解を求めるための詳細最適化設計アルゴリズムを開発した。(3)以上の最適化設計アルゴリズムとともに、設計システムの工業的な実用性を考慮し、各段の軸受荷重、装置の効率や振動起振力の解析など、多段歯車装置の実際設計に必要となる多様な解析プログラムを開発した。
細胞質局在化コンジュゲートsiRNAによる遺伝子発現制御

1.オリゴDNA/RNAに任意の配列,組成を持つペプチドをコンジュゲートすることに成功した。2.オリゴDNAにSV40ラージT抗原由来の核局在化シグナルペプチドをコンジュゲートさせ,ヒト白血病細胞由来の株化細胞に対して細胞内への取り込みを共焦点走査型顕微鏡により観察したところ細胞核へ局在化していることが認められた。3.オリゴDNA-核局在化シグナルコンジュゲートにより,ヒト白血病細胞に発現するテロメラーゼを強く阻害することに成功した。4.オリゴDNAおよびsiRNAにHIV-1 revタンパク由来核外輸送シグナルペプチドをコンジュゲートさせ,ヒト白血病細胞由来の株化細胞に対して細胞内への取り込みを共焦点走査型顕微鏡により観察したところ細胞質内へ局在化していることが認められた。1.コンジュゲートsiRNAの化学合成に成功固相フラグメント縮合法により最高58%の単離収率で、純度95%以上のコンジュゲートsiRNAを得ることに成功し、MALDI-TOF MSにより化合物を同定した。2.コンジュゲートsiRNAが高い細胞内分解酵素耐性を持つことを実証10%牛胎児血清中において天然型siRNAの半減期が約30分であるのに対して数種類のコンジュゲートsiRNAは半減期48時間以上であることをゲル電気泳動法により示した。3.コンジュゲートsiRNAの細胞毒性が低いことを実証ATP法により24時間後の細胞毒性がほとんどのコンジュゲートsiRNAにおいて5%以内の細胞毒性しか示さないことを実証した。4.コンジュゲートsiRNAを両親媒性ペプチドと複合体を形成させることにより高い細胞導入効率を持つことを実証コンジュゲートsiRNAを両親媒性ペプチドと複合体を形成させると高い効率で細胞中に取り込まれることを今日焦点レーザー蛍光顕微鏡観察により示した。5.コンジュゲートsiRNAを両親媒性ペプチドと複合体を形成させることにより白血病細胞に発現するbcr/abl遺伝子の発現を強く抑制することを実証コンジュゲートsiRNAを市販遺伝子導入剤を用いることにより100nM濃度において白血病細胞に発現するbcr/abl遺伝子の発現を90%以上抑制することを示した。さらに、コンジュゲートsiRMAを両親媒性ペプチドと複合体を形成させることにより市販遺伝子導入剤を用いることなく、100nM濃度において白血病細胞に発現するbcr/abl遺伝子の発現を90%以上抑制することを示した。6.コンジュゲートsiRNAを化学修飾塩基の導入と組み合わせることにより白血病細胞に発現するbcr/abl遺伝子の発現を強く抑制することを実証コンジュゲートsiRNAを化学修飾塩基の導入と組み合わせ、両親媒性ペプチドと複合体を形成させることにより100nM以下濃度において白血病細胞に発現するbcr/abl遺伝子の発現を90%以上抑制することを実証1.細胞質内での高効率siRNAノックダウン法の開発ヒト白血病細胞に発現するbcr/abl遺伝子mRNAを標的としてコンジュゲートsiRNAによるノックダウン効果を評価した。細胞内分解酵素を高めることには成功したが、細胞導入効率は期待したほどには上がらず新たな細胞導入法の開発が必要であることがわかった。現在、両親媒性カチオン性ペプチドを用いる新規遺伝子導入法を開発中である。2.細胞質に局在化するコンジュゲートsiRNAの合成と活性評価3種類の核外輸送シグナルペプチドとのコンジュゲートsiRNAの細胞質局在化を評価した。しかしながら、コンジュゲートsiRNA単独では細胞導入効率が低く新たな導入法を開発する必要があることが判明した。3.コンジュゲートsiRNAによる遺伝子ノックダウン細胞膜透過性,分解酵素耐性,bcr/abl遺伝子inRNAを標的としたノックダウン効果を評価した。ワイルドタイプsiRNAやアンチセンスS-DNAとの活性を比較した。その結果、ワイルドタイプsiRNAは30%以下、アンチセンスS-DNAは60-70%のノックダウン効率であったのに対して、核外輸送シグナルペプチドとコンジュゲートしたsiRNAは100nM濃度で90%以上の効率で標的遣伝子をノックダウンすることを見出した。1.当グループが開発した固相フラグメント縮合法を応用して、センス鎖およびアンチセンス鎖の5'-末端にHIV-1Revタンパク質由来核外輸送シグナルペプチドおよびTF3A由来核外輸送シグナルペプチドをコンジュゲートしたsiRNAを合成することに成功した。2.合成したコンジュゲートsiRNAの細胞膜透過性,分解酵素耐性を従来のRNAi法と比較したところ、分解酵素耐性においては著しい向上が見られた。細胞膜透過性については細胞導入剤を用いない場合には従来法と同様に細胞膜透過性は見られなかった。3.合成したコンジュゲートsiRNAを用いてヒト

慢性骨髄性白血病細胞に発現するbcr/abl (P210)遺伝子mRNAを標的としてノックダウン効果を評価したところ、従来法では60%程度の効果しか見られなかったが、本方法では最高95%の効率で遺伝子発現を抑制することに成功した。4.固相フラグメント縮合法により5'-末端にHIV-1Tatタンパク質由来核局在化シグナルペプチドをコンジュゲートしたアンチジーンオリゴヌクレオチドを合成することに成功した。5.合成したコンジュゲートアンチジーンオリゴヌクレオチドを用いてヒト慢性骨髄性白血病細胞に発現するbcr/abl (P210)遺伝子DNAを標的としてノックダウン効果を評価したところ、従来法と同様に顕著な遺伝子発現抑制効果は見られなかった。
発展途上国における歴史環境設計の可能性に関する研究

本研究はデザイン学による発展途上国への新たな国際貢献の方法を探るため、バングラデシュにおいて、記念碑的公共建築ではなく、住宅・店舗のような一般的なバナーキュラー建築を対象とした歴史環境設計の可能性を評価することを目的として実施した。その結果、急速に失われつつあるものの、ラカイン住宅を含む英領期の歴史的建築物は一定数残存しており、それらを保全することによって当該社会の文化遺産となる可能性があることが分かった。しかし、歴史遺産としてのバナーキュラー建築の一般的な価値認識は低く、社会的合意の形成がまず急がれることが言える。本研究はデザイン学による発展途上国への新たな国際貢献の方法を探るため、近年経済成長の著しいバングラデシュにおける歴史環境設計の可能性についての評価を目的としている。発展途上国では、記念碑的建造物は価値が認められているものの、住宅、店舗などのバナキュラー建築は保存に値するとは認識されていない。このため、経済発展の過程で、このような建築は急速に姿を消しているので、バナキュラー建築を評価し、その保存のための方法論を確立することは新たな途上国支援の道筋となると考えられる。平成26年度の第1回調査を7月12日から21日まで、コックスバザール市およびその周辺を対象として実施した。当初の調査対象はイギリスの植民地に関連する英領期建造物であったが、対象地域にはその当時の建物がほぼ何も残っていないことが判明した。その結果、時期的には英領期(18世紀後半から20世紀前半)にあたるバナキュラー建築を対象とする調査を行った。その結果、少数民族のラカイン族の住居が残存していることが判明した。このような築100年前後のラカイン族の住居はコックスバザール市、ラムー市、モヘシカリ村に数件ずつ点在していることが分かった。このうち、居住者の許可を得られた住居8棟を実測調査した。第2回の調査は平成27年3月13日から25日まで実施した。第2回調査では、コックスバザール市周辺にイギリス植民地建築がなかったことから、調査範囲をチッタゴン市まで広げて、残存調査を行った。その結果、チッタゴン市内、および周辺には数は少ないが英領期の建築物が残存していることが分かった。これらの建築物については所在を記録したのみで実測は27年度に行う予定にしている。さらにこの調査では、第1回の調査で記録したラカイン族住宅の詳細な実測調査、およびラカイン族の居住地区形成の過程をたどるための土地権利証などの収集を行った。本年度は当該研究の最終年度にあたるため、これまでの調査研究分析の結果を受け、以下のように、調査分析を継続し、全体のまとめを行った。本研究はデザイン学による発展途上国への新たな国際貢献の方法を探るため、近年経済成長の著しいバングラデシュにおける歴史環境設計の可能性についての定性的、定量的評価を目的としている。このため、経済発展の過程で、このような建築は急速に姿を消しているので、バナーキュラー建築を評価し、その保存のための方法論を確立することは新たな途上国支援の道筋となると考えられる。初年度は第1回調査をコックスバザール市およびその周辺のバナキュラー建築を対象として、第2回調査は範囲をチッタゴン市まで広げて行った。第1回調査では築100年前後のラカイン族の住居がコックスバザール市周辺に点在することが明らかとなり、そのうち8棟を実測調査した。本年度は、第2回調査で残存が確認された、英領期の建築物の実測調査を行うとともに、研究計画全体のまとめと意識調査のため、チッタゴン市とコックスバザール市において、研究者、住民を対象としたワークショップを実施した。歴史的バナーキュラー建築が開発の圧力に押され、近代的な建築物に置き換わりつつある現状と、住民らは住居に住み続けたいという希望がある一方で、建築の補修・改修に関する材料や人材等が不足している問題点が明らかになる等、研究成果の共有と今後の研究の可能性を討議した。今年度の研究実施計画は研究対象地の英領期における建造物の残存状況を把握すること、歴史的建造物保存の制度に関する情報を収集することであった。それに対して、上記の研究実績のように、黒スバザール市およびその周辺での残存状況は把握し、状態の良い建築物については実測調査も行った。さらに、歴史的建造物保存制度については、ダッカ市の文化省考古学局およびコックスバザール県県庁に対する聞き取り、資料収集を行った。以上のことから、研究はおおむね順調に推移していると言える。文化人類学コックスバザール

市の周辺には、イギリス人あるいはベンガル人が建設使用した英領期のバナキュラー建築はほぼ残存していない状況なので、これらの建築物についてはチッタゴン市周辺に範囲を拡大して調査を継続する。少数民族のラカイン族の住居は100年前後を経た良質な住宅が少数ながら残存していることが分かったので、関係住民の聞き取り調査とともに、これらの建築の保全計画を立案する。本年度使用額はすべて旅費で、延べ6人の旅費として支出したが、予定していた期間よりも短い日数で当初予定していた調査を修了したので、残額が生じた。本年度も2回の調査、少なくとも延べ8人の渡航を予定している。繰越額と合わせても、170万円余であり、一人当たり20万円として、160万円、現地の協力者の旅費の26年度実績が96000円であるので、ほぼ予算額と釣り合うことになる。
強磁性超薄膜の垂直磁化Hall効果の増大と集積型不揮発メモリーへの応用

極薄磁性薄膜の強磁性Hall効果に着目し、これを利用した新しい磁化特性評価法を開発した。また、薄膜中の磁化の面内成分による、伝導キャリアのスキュー散乱に起因する面内Hall効果は面内成分磁化の2乗に比例する。このことは、外部印加磁場によって磁化される薄膜中の面内磁化成分と垂直磁化成分が磁場に対して偶奇の異なる対称性を持った電圧出力として観測されることを意味する。このことを利用して、次世代の超高密度磁気記録方式である垂直磁気記録技術において使用される、二層膜媒体のHall電圧観測により記録層磁化と裏打ち層磁化を分離して磁化過程を評価することに初めて成功した。これは、これまで困難であった複合構造磁性膜中の各磁化の独立した評価を可能とする技術であり、今後の発展が期待できる。また斜め印加磁場の状況での磁化をベクトル的に評価することにも成功しており、磁化粒子間の磁気的相互作用を評価する技術として使用できることを実証することにも成功した。一方、強磁性Han効果の大きな薄膜材料を探索する中で、H12年度に購入した四磁極対向カソード型スパッタ源を用いて作製したPtシード層によるCo-Cr-Ta/Pt二層膜は薄い膜でも良質な結晶配向性を維持し、それによる高い垂直磁気異方性を発現させることに成功した。一方、垂直磁気異方性が高く角形比も1に近いCo/Pt多層膜やCo/Pd多層膜の異常Hall効果についても詳細な検討を行い、ベクトル磁化的な相互作用評価を行うことにより、これらの膜中の磁化粒子間の磁気的相互作用が垂直方向に強い相関を持っており、交換結合的な磁化粒子間の相互作用と強い垂直磁気異方性による効果であることを示唆する結果を得ることにも成功した。これらのことより強磁性Hall効果を用いた不揮発性メモリー素子に適した磁化特性と磁化粒子間相互作用を有する薄膜の開発指針を得ることに成功したと考えている。本デバイスの基礎となる強磁性Hall効果は垂直磁気異方性を有する極薄の垂直磁化層において観測される。このため、垂直磁気記録媒体用のCo-Cr合金系薄膜の異常Hall効果を測定した。試料の作製には設備として購入した四磁極対向カソード型スパッタ源を用い、薄い膜でも良質な結晶配向性を維持し、それによる高い垂直磁気異方性を発現させることに成功した。Hall効果の出力電圧は膜厚に反比例する形で変化し、膜厚が薄ければ薄いほど大きな出力を得ることができた。このHall電圧は膜中の磁化垂直成分に比例するため、通常の磁化印加方向の磁化成分を測定する振動試料方磁力計の出力とをベクトル的に考慮することにより斜め印加磁界中でのごく薄い記録層の領域の磁化反転過程を明らかにすることができる磁化反転過程の評価法を提案することができた。これは本研究の強磁性Hall効果をもたらす磁化状態を観測するための極めて有効な磁化評価ツールとすることができ、大きな成果と考えている。Ptシード層によるCo-Cr-Ta/Pt二層膜を作製し、記録層を超薄化していったときの結晶配向性、磁気特性を評価したところ、Ptシード層は基板温度が高くなるほど配向性が良く、それにともないCo-Cr記録層の結晶配向性も改善できる。記録層厚が50nmでも垂直保磁力は2.5kOeと十分大きな値をもち、また、いわゆる初期成長層による面内磁化容易な領域を、ほぼ取り除くことができた。。

今後、は電極となる2種の強磁性層を位置をずらして重ねたサンドイッチ構成の素子を実際に作製するために、フォトリソグラフィーとイオンミリングを用いて素子を作製し、トンネル電流特性の観測を行う必要があり、これについては鋭意とり組んでいるところである。スピントンネル現象を利用して、超薄の垂直磁化膜中を流れる伝導キャリアの偏極度を高めたスピンフィルタを構成し、この素子において観測されるHall電圧が増大される現象の確認と、素子構成及び作成条件の最適化を今後はかる予定である。本デバイスの基礎となる強磁性Hall効果は垂直磁気異方性を有する極薄の垂直磁化層において観測される。前年度の垂直磁気記録媒体用のCo-Cr合金系薄膜に加え、今年度はより垂直磁気異方性が高く角形比も1に近いCo/Pt多層膜やCo/Pd多層膜の異常Hall効果について詳細な検討を行った。Hall効果の出力電圧は膜厚に反比例するため、膜厚が薄ければ薄いほど大きな出力を得ることができた。このHall電圧は膜中の磁化垂直成分に比例するため、通常の磁化印加方向の磁化成分を測定する振動試料方磁力計の出力とをベクトル的に考慮することにより斜め印加磁界中でのごく薄い記録層の領域の磁化反転過程を明らかにすることができる磁化反転過程の評価法を操案することができた。今年度はこれに加えて、磁化反転過程における膜中の微粒子磁化の磁気的相互作用を観測する指標として、ベクトル的に評価されたΔMプロット手法を確立することに成功した。これは従来の相互作用指標であったΔM測定をベクトル的に評価し、相互作用の方向性を示すことができ、相互作用の異なる垂直磁化膜であるCo-Cr合金系薄膜とCo/Pt・Co/Pd多層膜の相互作用の違いを評価することに成功した。これは本研究の強磁性Hall効果をもたらす磁化状態を観測するための極めて有効な磁化評価ツールとすることができ、大きな成果である。またデバイスの安定性と磁化反転を助けるために設置することになる軟磁性層との複合構造膜において、もうひとつの強磁性Hall効果である面内Hall効果を分離観測することに成功し、これによって磁性複合構造膜の各層における磁化過程を独立評価することにも成功した。また素子作製のためにはフォトリソグラフィーとイオンミリングによる素子作製技術の向上をはかり、トンネル電流による注入キャリアの偏極度を高めたスピンフィルタを構成する必要のあることがわかった。