hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
遺伝子導入によるヒトiPS細胞から視細胞への分化誘導促進

また、EGFP陽性細胞の割合についても、遺伝子導入を行なわない場合よりもむしろ低くなったことから誘導効率の点でも効果は認められず、遺伝子導入がNrl-EGFPの発現(つまり視細胞の誘導)に影響を及ぼしたかどうかも疑わしい結果となった。さらに最近他の研究グループより、細胞群の自己組織化を利用した極めて効率の良い分化誘導方法が発表された(Eirakuら、2011; Nakanoら、2012)ことからも、遺伝子導入によるiPS細胞からの視細胞誘導促進研究は期待される効果が低いという結論となった。マウスES/iPS細胞を用いた培養条件検討をおこなった点など当初の研究計画と変更した点もあるが、その結果分化誘導後半が律速になっていることがわかり、検討すべき箇所も絞りやすくなったため、分化誘導期間の短縮という目的から言えば順調に進展していると考える。24年度が最終年度であるため、記入しない。マウスES/iPS細胞由来の網膜前駆細胞に分化促進候補遺伝子を発現するレンチウイルスベクターの感染させてスクリーニングをおこなう。その結果得られた候補遺伝子をヒトiPS細胞由来の網膜前駆細胞に対しても適用し、その効果を検証する。最終的にはレンチウイルスではなくmRNA等の形での遺伝子導入を目指す。
窒素内包フラーレン周期構造結晶の高効率プラズマ合成

1.エンドプレートによるプラズマ空間電位制御と合成純度向上窒素内包フラーレン(N@C_<60>)の高効率合成を目的とした,窒素分子イオン(N_2^+)密度の増加のために,高周波(RF)パワーを増加する実験を行った.しかしながら,RFパワー(P面増加によってプラズマ空間電位が減少し,高純度のN@C_<60>合成に必須の十分なN_2^+イオン照射エネルギー(E_i)が供給できないという問題が生じた.従って,プラズマ空間電位を独立に制御するために,電位を印加できるエンドプレートをプラズマ中に挿入した.その結果,エンドプレート電位制御によるプラズマ空間電位制御により,RFパワーを増加させてもプラズマ空間電位がほぼ一定となり,P_<RF>=1000Wにおいて,E_l=80eVを実現し,高純度のN@C_<60>が合成できることを実証した.2.フラーレンC_<60>挙動制御による合成純度向上これまではプラズマパラメータを制御(N_2^+密度の増加,N_2^+照射エネルギー制御)することにより,N@C_<60>の合成純度を増加させてきたが,さらに合成純度を向上させるために,フラーレンの形状,挙動を制御することを試みた.具体的には,フラーレンの昇華温度を制御することでフラーレンのクラスター化を制御した.フラーレン昇華用オーブン温度及びRFパワー増加によるN@C_<60>合成純度の変化を調べた結果,オーブン温度が増加することによってN@C_<60>合成純度が急激に増加することが明らかとなった.また,オーブン温度が高いほど,RFパワー増加による合成純度の増加率も上がることが分かった.この理由は,オーブン温度が増加すると,C60クラスターが個々のC_<60>に分散して昇華されるため,N_2^+とC_<60>間の衝突反応効率が増加するためと考えている.以上の結果,従来のプラズマ方法による合成純度より約1000倍以上純度が向上し,現在世界で最高の純度である0.83%を達成した.窒素内包フラーレン(N@C_<60>)は窒素プラズマをフラーレンC_<60>に照射することで合成されるが,これまでに報告されている方式による合成純度(C_<60>に対するN@C_<60>の存在割合)は極めて低く(10^<-3>-10^<-2>%),高純度合成法の確立が望まれている.初年度は,N@C_<60>の高効率合成を目的として,プラズマ中の窒素分子イオンの密度やエネルギーを自在に制御できる装置を作製して,N@C_<60>の合成に対する最適条件を明らかにした.さらに,合成されたN@C_<60>を量子ビット材料として利用することを目的としてカーボンナノチューブ内部空間にN@C_<60>を挿入するため,合成されたN@C_<60>をイオン化する必要があるが,その時の熱や紫外線に対する安定性についても調べた。1.エネルギー制御型電子ビーム発生装置開発と高純度のN@C_<60>合成高周波放電により生成したプラズマ中に挿入したグリッドと基板の電位,フラーレンオーブン温度,及び窒素ガス圧を変化させることで,窒素ガスを解離・電離する電子のエネルギーを制御し,窒素分子イオンを多量に生成するプラズマ源を開発した.グリッド電位が負方向に大きくなるほど合成純度が向上することが分かった.これはグリッド電位が負方向に大きくなると電子の加速エネルギーが増加して,窒素分子のイオン化率を向上させることで,窒素分子イオン密度が増大したためである。一方,プラズマ空間電位は約-10Vで一定であり、基板電位の変化で窒素分子イオンの加速エネルギーを調節することができ,N@C6。合成に最適な照射エネルギーが4080eVであることを明らかにした。さらに,フラーレンオーブン温度が増加するに従って,合成純度も向上することが分かった。これはフラーレンオーブン温度が増加することによってフラーレンが分散して昇華することで窒素分子イオンとの反応確率が増加するためである。その結果,0.56%という世界最高の純度でN@C_<60>を合成できた。2.紫外線照射にともなうN@C_<60>安定性確認高速液体クロマトグラフィを利用してN@C_<60>を紫外・可視吸収分光装置で測定した結果、純度が高まるに従って,空のフラーレンとは異なる二つの新たなピークが観測され,さらに短波長の紫外線照射により二つのピークが減少することが分かった。このとき,電子スピン共鳴装置により,紫外線照射によってN@C_<60>が破壊されることが明らかになっており,この新たな二つのピークはN@C_<60>に関係した信号であるといえる。1.エンドプレートによるプラズマ空間電位制御と合成純度向上窒素内包フラーレン(N@C_<60>)の高効率合成を目的とした,窒素分子イオン(N_2^+)密度の増加のために,高周波(RF)パワーを増加する実験を行った.しかしながら,RFパワー(P面増加によってプラズマ空間電位が減少し,高純度のN@C_<60>合成に必須の十分なN_2^+イオン照射エネルギー(E_i)が供給できないという問題が生じた.従って,プラズマ空間電位を独立に制御するために,電位を印加できるエンドプレートをプラズマ中に挿入した.

その結果,エンドプレート電位制御によるプラズマ空間電位制御により,RFパワーを増加させてもプラズマ空間電位がほぼ一定となり,P_<RF>=1000Wにおいて,E_l=80eVを実現し,高純度のN@C_<60>が合成できることを実証した.2.フラーレンC_<60>挙動制御による合成純度向上これまではプラズマパラメータを制御(N_2^+密度の増加,N_2^+照射エネルギー制御)することにより,N@C_<60>の合成純度を増加させてきたが,さらに合成純度を向上させるために,フラーレンの形状,挙動を制御することを試みた.具体的には,フラーレンの昇華温度を制御することでフラーレンのクラスター化を制御した.フラーレン昇華用オーブン温度及びRFパワー増加によるN@C_<60>合成純度の変化を調べた結果,オーブン温度が増加することによってN@C_<60>合成純度が急激に増加することが明らかとなった.また,オーブン温度が高いほど,RFパワー増加による合成純度の増加率も上がることが分かった.この理由は,オーブン温度が増加すると,C60クラスターが個々のC_<60>に分散して昇華されるため,N_2^+とC_<60>間の衝突反応効率が増加するためと考えている.以上の結果,従来のプラズマ方法による合成純度より約1000倍以上純度が向上し,現在世界で最高の純度である0.83%を達成した.現在まで世界で初めて0.56%という高い窒素内包フラーレン(N@C_<60>)を合成に成功し、合成された物質を利用して紫外線によるN@C_<60>の破壊およびN@C_<60>のピークを高速液体クロマトグラフィで発見しました。今年度1年間の計画はN@C_<60>の合成純度の向上が目的であり、計画のとおり順調に進行しています。前年度までの成果により,多量のN@C_<60>が合成されているので,それらをカーボンナノチューブ内に規則的に挿入することで「N@C_<60>周期構造結晶」を形成するための装置開発を行う.液体噴霧プラズマトーチによるN@C_<60>イオンプラズマ生成とカーボンナノチューブへの照射液体の導入が可能である"大気圧プラズマトーチ装置"を作製し,さらにパルス的にプラズマを生成することで実現できる低温領域で,N@C_<60>を溶解させたトルエン等の液体を噴霧する.その結果,トルエンが直ちに蒸発し,残ったN@C_<60>が破壊されることなくイオン化し,負バイアスが印加された基板上に塗布したカーボンナノチューブにエネルギー制御されて照射されることで,N@C_<60>を内包したカーボンナノチューブを形成する.このようにして形成されたN@C_<60>周期構造結晶の光学的,電気的特性を,吸収・発光分光,電子スピン共鳴等により詳細に調べ,量子効果デバイスとして機能することを実証する.
ベトナム語における漢越語の品詞性に関する共時的・通時的研究

本研究課題は、現代ベトナム語を第二言語として学ぶ、或いは現代ベトナム語を第一言語とする学習者が日本語を学ぶ際に遭遇する「漢語」をめぐる問題について考察し、東アジア諸言語の相互習得における問題分析のためのデータを提供する。ベトナム語の漢語系語彙に関して、品詞や動詞の項構造等の統語的特徴に着目し、漢語を手がかりとした習得に見る転移の実情を視野に入れ、その統語的特徴を共時的・通時的観点から分析する。本研究課題は、現代ベトナム語を第二言語として学ぶ場合、或いは現代ベトナム語を第一言語とする学習者が外国語(特に日本語)を学ぶ場合に遭遇する「漢語」をめぐる問題について考察し、東アジア漢字文化圏諸国における相互の言語習得の際に起こりうる独自の現象の実態を解明するべく、基礎データを提供するものである。従来、主に中国語、韓国・朝鮮語、日本語を対象に、特にその意味論的側面に焦点を当てた研究が多くを占めてきたが、同じく漢字文化圏に属し、様々な転移現象が見られるベトナム語及びその漢語系語彙に関しては、同レベルの研究が稀であった。本研究課題ではベトナム語に存在する夥しい数の漢語系語彙(漢越語)の諸特徴の中でも特にその統語論的特徴に焦点を当て分析することにより、ベトナム語を第一言語あるいは第二言語とする学習者に資することが可能な情報を提供し、双方の言語学習を支援する体制を整えることを目的とする。本年度は、まずベトナム語の漢語系語彙の諸特徴を抽出することを目的としたテキストコーパスを整備し、対象とする漢語系語彙リストを作成した。また、従来類似のデータが存在しない日本人ベトナム語学習者の産出データを収集し、誤用箇所の指摘を含むデータベースの構築を開始した。そして、既存のベトナム人日本語学習者による産出データと共に独自に構築した学習者コーパスの初歩的分析作業を行い、そこに見られる漢語系語彙の誤用を統語的、意味的側面から分析した。最後に、次年度以降の課題である通時的考察のための基礎データの収集と整理に着手した。本研究課題は、現代ベトナム語と日本語を相互に学ぶ場合に遭遇する「漢語」をめぐる問題について考察し、ベトナム語における漢語系語彙(漢越語)の諸特徴の中でも、品詞をはじめとする統語的特徴を含む様々な側面について、言語転移の実情も視野に入れながら漢越語の統語的特徴を共時的・通時的観点から分析するものである。平成20年度においては、本格的な漢語系語彙の統語レベルにおける分析作業に着手すると同時に、通時的側面における考察の準備作業を行った。具体的には、1.ベトナム語母語話者コーパスの整備と同コーパスと各種レキシコンの分析による漢語系語彙の統語論的特徴(特に品詞)の抽出、2.ベトナム人日本語学習者による産出データの分析を通じた漢語系語彙の使用に関する調査、日本人ベトナム語学習者の産出データの収集とその分析による同種の調査、及び3.通時的考察の基礎となる各種文献の予備的調査である。初年度に整備したベトナム語母語話者コーパスおよび近年出版された各種辞書類から漢語系語彙の諸特徴の中でも特に統語的特徴を抽出するための基礎的作業を行った。対象となる漢語系語彙は初年度に作成したリストに基づく。同時に従来のベトナム語における品詞分類の研究を参照しつつ、コーパスを基に帰納的に抽出された各語彙の品詞性について記述を始めた。次いで、初年度に着手したベトナム人日本語学習者及び日本人ベトナム語学習者による産出データの収集作業を行った。同時に、研究協力者の補助の下、同データベースの電子化を続行し、収集されたデータを専用の計算機に蓄積した。構築された学習者コーパスの分析作業に着手しつつ、産出データに基づく漢語系語彙の正用・誤用の状況について帰納的分析を開始した。その際、上記の統語的特徴の比較という観点から、転移による誤用と判断できるものに関して特に記述・検討を行った。また、通時的側面からの分析に着手した。最終年度にあたり、平成20年度に着手した漢語系語彙の統語レベルにおける分析作業、ならびに通時的側面における初歩的考察を完了し、全体のまとめを行った。1.ベトナム語母語話者コーパスの分析に基づく漢語系語彙の統語論的特徴の記述、2.これまでに収集した日本人ベトナム語学習者の産出データの整理とデータベース化、3.歴史的記述のための基礎データの整備、である。初年度に整備した漢語系語彙リストに基づき、ベトナム語母語話者コーパスから漢語系語彙の諸特徴の中でも特に統語的特徴を抽出する作業をまとめた。昨年度収集したベトナム語における品詞分類の諸研究を参照しつつ、コーパスを基に帰納的に抽出された各語彙の品詞性について記述・検討した。また、昨年度に引き続き、日本人ベトナム語学習者による産出データの収集作業を続行し、産出データに基づく漢語系語彙の正用・誤用の状況については、学習者が参照可能な形に整理した。

漢語の意味的・統語的特徴の史的変遷という観点から、主に15世紀以降の漢字・字喃資料、並びに17世紀以降のキリシタンローマ字資料における漢語の用法について調査する基礎を構築するべく、各種漢文・字喃資料の整理を行った。最終的に、母語話者による漢語使用状況の分析結果と学習者の誤用という視点から得られた知見を比較検討し、ベトナム語の漢語系語彙の持つ統語的特徴を記述することにより、ベトナム語と日本語の双方向の漢語系語彙の転移の実態について明らかにした。また、通時的言語データを整備し、漢越語の持つ統語的側面の全体像を記述する基礎を構築した。
妊娠維持に関わるフェロモン記憶細胞の同定～新たな記憶モデルの確立～

マウスの妊娠は、雌マウスが交尾した雄マウスのフェロモン情報を副嗅球で記憶することで維持される。本研究では、特定の刺激で活性化した細胞を追跡できるGFP-GluR1c-fosTgマウスや、特定の刺激で活性化した細胞を時期特異的に抑制できるDREADDs-Gic-fosTgマウスを駆使して副嗅球のフェロモン記憶細胞を探索した。結果として、副嗅球の顆粒細胞層尾側に、交尾時および交尾雄マウス再会時の両方で活性化する細胞群が存在した。また、交尾時に活性化した副嗅球顆粒層尾側の細胞群を雄マウス再会時に抑制すると、交尾雄マウスとの再会でも流産した。副嗅球顆粒層の尾側にフェロモン記憶細胞の存在が示唆された。本研究では妊娠維持に関わる副嗅球のフェロモン記憶神経細胞を同定し、新たな社会記憶形成メカニズムの解明を目指す。本年度はまず妊娠維持に関わる記憶細胞を探索した。具体的にはGFP-GluR1-c-fos-Tgマウスを用い、交尾時に嗅いだフェロモン刺激により活性化する副嗅球の細胞が交尾雄との再暴露時に再び活性化するかどうかを調べた。GFP-GluR1-c-fos-Tgマウスは、神経細胞の活性に伴い発現が誘導される最初期遺伝子c-fosのプロモーター下流にtet-on/offシステムを導入している。このマウスでは、Doxを飲水投与しておけばGFPを持続的に発現させる改変遺伝子が発現しない仕組みになっている。そこでGFP-GluR1-c-fos-Tg雌マウスの発情前期にDox投与を一時中断してBalb/c系統の雄マウスと交尾をさせ、交尾の2日後に今度はDoxを作用させたまま交尾雄と同系統のBalb/c系統の雄マウスまたは異系統のB6系統の雄マウスを導入し、その2時間後にGFP-GluR1-c-fos-Tg雌マウスの脳を環流固定して、副嗅球を取り出した。交尾時のフェロモン情報伝達に用いられた細胞にはGFPが持続的に発現することとなり、雄マウスの再暴露で活性化した細胞にはc-fosが発現するため、副嗅球切片においてGFP抗体とc-fos抗体で2重免疫染色された細胞こそ、交尾時と雄マウスとの再暴露時の両方に関与する記憶細胞の候補だといえる。結果として交尾雄マウスの再暴露により副嗅球尾側にある僧房細胞層および顆粒細胞層のいくつかの細胞が2重免疫染色され、これら細胞が妊娠維持に関わるフェロモン記憶細胞であることが示唆された。本結果は他個体を嗅覚によっていかに認知して記憶するかという新たな社会記憶モデルの提唱に大きく前進するものであり、繁殖という種の存続に関わる根本的機能の解明にも寄与するという意味でも大きな意義がある。本研究では副嗅球の妊娠維持に関わるフェロモン記憶神経細胞を同定し、社会記憶形成メカニズムを解明する目的で実施された。本研究ではこれまで任意の時間に受けた刺激で活性化した細胞を標識して長期的に追跡可能なGFP-GluR1c-fos-Tgマウスを用いることで、副嗅球尾側にある僧帽細胞層および顆粒細胞層にいくつかのフェロモン記憶細胞候補を見出している。本年度は、これら雌マウスのフェロモン記憶細胞だと考えられる細胞を人為的に抑制することで、交尾雄と同系統雄との再暴露でも記憶が失なわれ流産するかどうか試みた。具体的には、DREADDs-Gi-c-fosTgマウスを用いたが、このマウスはc-fosのプロモーター下流にtet-on/offシステムがあり、Doxの飲水投与を中断した時のみ、活性化した細胞に抑制性のGタンパクであるGiが共役したDREADDs-Giを発現させることができる。そこでDoxの飲水投与を一時中断したときに、Balb/c系統の雄マウスと交尾させ、その後は常にDoxを作用させ、交尾時の刺激をうけた細胞にDREADDs-Giを発現させた。交尾2日後から2日間、交尾雄と同系統のBalb/c系統か異系統のB6系統の雄マウスを再暴露させたが、その再暴露の2時間前から雄マウスの再暴露が終わるまで定期的に3回、副嗅球の尾側に留置したカニューラからCNOを投与した。これにより交尾時の刺激でDREADDs-Giを発現した副嗅球尾側の細胞を特異的に抑制できるが、結果として、まだ例数も少なく検討の余地はあるが、交尾雄と同系統のBalb/c系統の再暴露でも、その際にCNO投与によって交尾時に刺激をうけた副嗅球尾側の細胞を抑制した場合、流産する割合が高まった。

このことから副嗅球尾側には妊娠維持に関わるフェロモン記憶細胞の存在が示唆された。神経行動学本研究はフェロモン記憶細胞を同定し、そのフェロモン記憶細胞における微細構造変化とその変化へのオキシトシンの関与を明らかにすることが計画されているが、まず想定していたように副嗅球に記憶細胞があるかどうかを確認することが研究を遂行するための大きな鍵であった。本年度の研究成果でそのフェロモン記憶細胞の同定に向けて大きく前進したといえる。まず本年度にフェロモン記憶細胞であることが示唆された副嗅球の細胞が実際に妊娠の維持に関わるかどうかの機能実証をDREADDs-Gi-c-fos-Tgマウスを用いて行う。DREADDs-Gic-fos-Tgマウスを用いれば、副嗅球にCNOをマイクロインジェクションすることで交尾雄との再暴露時に再び活性化する細胞、つまりフェロモン記憶細胞だと想定される細胞活性を人為的に抑制することができる。そこで妊娠メスマウスを、その想定される副嗅球のフェロモン記憶細胞を抑制した状態で交尾雄マウスと再暴露させ、妊娠メスマウスが流産するかどうかをみる。マウスにおける妊娠は、雌マウスが交尾した雄マウスのフェロモン情報を副嗅球で記憶することにより、卵巣における黄体機能が維持されて成立すると考えられている。本年度に示唆された副嗅球の細胞が妊娠維持に関わる記憶細胞だとすれば、その活性の抑制で交尾した雄マウスとの再開にもかかわらず流産するはずである。この機能実証後には、その記憶細胞において交尾による微細構造の変化があるかどうかを免疫電子顕微鏡法で解析する。また、申請者はこれまでの研究から交尾によって副嗅球内にオキシトシンが分泌され、そのオキシトシンが記憶形成に関わることを行動薬理学的に示してきた。そこで、オキシトシン受容体(OTR)を可視化可能なOTRプロモーターに蛍光タンパク質であるVenusを組み込んだ遺伝子改変マウス(OTR-Venus-TGマウス)とGFP-GluR1-c-fos-Tgマウスを交配させ、交尾雄マウスとの再暴露時に活性化する細胞、つまりフェロモン記憶細胞がVenusが発現しているかどうかを調べ、フェロモン記憶におけるオキシトシンの役割を明らかにする。フェロモン記憶細胞の機能実証にむけて、DREADDs-Gi-c-fos-Tgマウスを用いた脳内投与実験や行動実験のための人件費や消耗品費、また副嗅球内でのオキシトシン受容体(OTR)の関与を調べるためのOTR-Venus-TGマウスの維持管理や組織学的解析のための費用に用いる。さらに、交尾による副嗅球内細胞の微細構造変化を調べるための免疫電子顕微鏡法による解析費にも用いる。
運動－摂食－老化連関における視床下部のFGF23/αKlothoシステムの新機能

絶食48時間後の血中、及び視床下部において、線維芽細胞増殖因子(fibroblast growth factor; FGF)23蛋白の発現が増加していた。FGF23は、骨や骨格筋において発現していることが報告されているため、それらの組織における絶食によるFGF23の発現変化を検討した。しかし、絶食48時間後の骨や骨格筋において、FGF23の遺伝子発現の増加は認められなかった。また、中枢神経系では視床においてFGF23の発現が認められるとの報告もあるため、視床におけるFGF23の遺伝子発現変化を検討したが、絶食による発現増加は認められなかった。今後は、絶食により遺伝子発現が変化する代謝系の他の臓器(肝臓、膵臓、脂肪など)における発現の検討が必要である。視床下部におけるFGF23の作用を検討するために、FGF23を脳室内投与し、摂食量の検討を行った。FGF23の受容体は、αKlothoとFGF受容体の共受容体であることが知られている。我々の以前の研究で、絶食48時間後に視床下部におけるαKlothoの発現が増加することより、FGF23の投与は絶食48時間後のマウスに行った。FGF23を脳室内投与し1時間後に摂食量を2時間測定したところ、FGF23投与群において、摂食量の増加が認められた。また、摂食促進作用を有するニューロペプチドY(NPY)やアグーチ関連蛋白(AgRP)の視床下部における発現変化を検討したところ、FGF23の脳室内投与により、NPYやAgRPの発現増加が認められた。しかし、摂食抑制作用を有するα-メラノサイト刺激ホルモン(α-MSH)をコードする遺伝子であるプロオピオメラノコルチン(POMC)の発現に変化は認められなかった。今年度の研究により、絶食時の血中のFGF23の増加は、骨や骨格筋などの主要なFGF23産生臓器における遺伝子発現の増加ではないことが明らかとなった。本年度の研究計画中では、培養細胞を用いたFGF23の視床下部神経細胞に対する作用の検討が残っており、次年度に遂行する予定である。しかし、本年度、FGF23の脳室内投与により摂食量が増加することを見出し、NPYやAgRPなどの摂食促進ニューロペプチドの発現増加も認められた。この結果は、視床下部におけるFGF23/αKlothoシステムの機能を解明する本研究計画において、非常に有意義な結果である。よって、本年度の研究はおおむね順調に進展していると言える。(1)視床下部神経細胞においてFGF23がどのような遺伝子の発現を制御しているのかを検討するために、視床下部神経細胞株であるGT1-7細胞をFGF23で刺激して誘導される遺伝子をcDNAマイクロアレイにより網羅的に解析する。GT1-7細胞にαKlothoの発現が弱く、シグナルが入りにくい場合は、in vivoにおいてFGF23を脳室内投与した時の視床下部における遺伝子発現の変化を検討する。(2)運動負荷時に視床下部FGF23/αKlothoシステムがどのような機能を有するのかを検討する。FGF23、及びαKlothoの発現を低下させた状態において、体重や摂食量、基礎代謝量(VO2)、体温、全身の糖・脂質代謝、サーチュイン遺伝子の発現量などを検討する。(3)絶食時の視床下部におけるFGF23の機能解析3-1)絶食時のマウスの側脳室にFGF23を投与し、αKlotho陽性細胞におけるシグナルの活性化を検討する。FGF23による細胞内シグナルの活性化の検出にはFRS2αやERKのリン酸化、及びEgr1の発現増加が用いられているため、それらに対する抗体とαKlothoに対する抗体の二重免疫染色法により検討する。3-2) FGF23を投与した時の、基礎代謝量(VO2)、体温、全身の糖・脂質代謝に関連したパラメーターを解析する。3-3)αKlothoヘテロ欠損マウスの自由摂食下と絶食条件において、基礎代謝量(VO2)、体温、全身の糖・脂質代謝に関連したパラメーターを解析する。

また、摂食促進作用を有するニューロペプチドY(NPY)やアグーチ関連蛋白(AgRP)の視床下部における発現変化を検討したところ、FGF23の脳室内投与により、NPYやAgRPの発現増加が認められた。しかし、摂食抑制作用を有するα-メラノサイト刺激ホルモン(α-MSH)をコードする遺伝子であるプロオピオメラノコルチン(POMC)の発現に変化は認められなかった。今年度の研究により、絶食時の血中のFGF23の増加は、骨や骨格筋などの主要なFGF23産生臓器における遺伝子発現の増加ではないことが明らかとなった。本年度の研究計画中では、培養細胞を用いたFGF23の視床下部神経細胞に対する作用の検討が残っており、次年度に遂行する予定である。しかし、本年度、FGF23の脳室内投与により摂食量が増加することを見出し、NPYやAgRPなどの摂食促進ニューロペプチドの発現増加も認められた。この結果は、視床下部におけるFGF23/αKlothoシステムの機能を解明する本研究計画において、非常に有意義な結果である。よって、本年度の研究はおおむね順調に進展していると言える。(1)視床下部神経細胞においてFGF23がどのような遺伝子の発現を制御しているのかを検討するために、視床下部神経細胞株であるGT1-7細胞をFGF23で刺激して誘導される遺伝子をcDNAマイクロアレイにより網羅的に解析する。GT1-7細胞にαKlothoの発現が弱く、シグナルが入りにくい場合は、in vivoにおいてFGF23を脳室内投与した時の視床下部における遺伝子発現の変化を検討する。(2)運動負荷時に視床下部FGF23/αKlothoシステムがどのような機能を有するのかを検討する。FGF23、及びαKlothoの発現を低下させた状態において、体重や摂食量、基礎代謝量(VO2)、体温、全身の糖・脂質代謝、サーチュイン遺伝子の発現量などを検討する。(3)絶食時の視床下部におけるFGF23の機能解析3-1)絶食時のマウスの側脳室にFGF23を投与し、αKlotho陽性細胞におけるシグナルの活性化を検討する。FGF23による細胞内シグナルの活性化の検出にはFRS2αやERKのリン酸化、及びEgr1の発現増加が用いられているため、それらに対する抗体とαKlothoに対する抗体の二重免疫染色法により検討する。3-2) FGF23を投与した時の、基礎代謝量(VO2)、体温、全身の糖・脂質代謝に関連したパラメーターを解析する。3-3)αKlothoヘテロ欠損マウスの自由摂食下と絶食条件において、基礎代謝量(VO2)、体温、全身の糖・脂質代謝に関連したパラメーターを解析する。本年度、αKlotho遺伝子欠損マウスを用いて、αKlothoの体温や基礎代謝に対する役割を検討する予定であったが、αKlothoKOマウスが受注生産のため、納品が間に合わなかった。これらの実験については次年度行う予定である。
多様な環境下で生成した土壌の細孔分布とそのリンおよび炭素の環境動態への影響

土壌において、リン酸の可動性は植物栄養や水系汚染の観点から、また有機物の分解性は炭素の蓄積・放出や肥沃度の観点から重要である。リン酸の可動性や有機物の分解性には、土壌中の二次鉱物組成のみではなく、その形状、すなわち細孔分布が影響している。本研究では、1広域の土壌について土壌生成条件が二次鉱物組成に与える影響、2細孔分布がリン酸の可動性に与える影響、3土壌粒子表面の水酸基と細孔分布が有機物の分解性に与える影響を明らかにした。土壌中でリン酸や有機物は、Al・Fe酸化物と結合して存在しているが、土壌の種類によりリン酸の可動性や有機物の分解性が異なり、それにはAl・Fe酸化物の形状、すなわち細孔分布が影響している可能性がある。本研究は、気候や母材などの生成条件が異なる土壌を対象として、その細孔分布と、細孔分布がリン酸の可動性や有機物の分解性にあたえる影響を明らかにし、「細孔分布」という新しい着眼点で、温帯、熱帯、火山帯、非火山帯などで生成した多様な土壌中における、リン酸と有機物の動態を明らかにすることを目的として行っている。平成26年度は、日本およびインドネシアの火山帯と非火山帯でそれぞれ土壌のサンプリングを行い、その細孔分布を調べた。結果として、火山帯に広く分布する火山灰土壌でマイクロ孔(2 nm以下)が多く、日本の堆積岩から生成した土壌とインドネシアの火山帯中標高の土壌でマイクロ孔が少なく、日本の酸性岩から生成した土壌とインドネシアの火山帯低標高の土壌でマイクロ孔が無いという傾向が明らかとなった。また、これらのマイクロ孔がリン酸の吸着に寄与していること、マイクロ孔にリン酸が吸着した場合その放出が遅延することを明らかにした。リン酸の吸着と放出についての成果は、国際学会にて発表した。これらの知見は、農地においてリン酸を施用した後に、どの程度植物に利用されるかあるいは流出するかについての予測を、より精緻にすると考えられる。土壌中でリン酸や有機物はAl・Fe酸化物と結合して存在しているが、Al・Fe酸化物の形状、すなわち細孔分布により、リン酸の可動性や有機物の分解性が異なる可能性がある。本研究は、気候や母材などの生成条件が異なる土壌を対象として、その細孔分布と、細孔分布がリン酸の可動性や有機物の分解性にあたえる影響を明らかにし、「細孔分布」という新しい着眼点で、リン酸と有機物の動態を明らかにすることを目的として行った。平成27年度は、インドネシアの火山帯と非火山帯の土壌における有機物含量と細孔分布の関係を調べた。また、有機物を含まない純粋なAl・Fe酸化物の細孔分布を調べた。同一地点では、有機物含量の高い表層の土壌で比表面積が小さく、含量の低い下層の土壌で比表面積が大きかった。細孔は純鉱物とAl・Fe酸化物量の多い高標高帯の土壌に見られるが、より風化が進みAl・Fe酸化物量の少ない低標高帯の土壌には存在しなかった。以上より、土壌有機物が蓄積するにつれ比表面積が減少すること、有機物は細孔に優先的に吸着しそれを塞ぐことが明らかになった。また、細孔分布の異なる土壌について、添加後のリン酸の抽出されやすさを調べた。4 nm以下の細孔を持つ土壌では、リン酸の抽出速度は小さかった。この4 nm以下の細孔を持つ土壌は、Al・Fe酸化物量の多い気温が低い温帯と熱帯の高標高帯の土壌および火山灰を母材とする土壌であり、一方細孔を持たない土壌はAl・Fe酸化物量の少ない熱帯の低標高帯の土壌と温帯の土壌であった。これらの知見は、自然生態系および農業生態系において、土壌の細孔分布が有機物の蓄積やリン酸の可動性に影響を与えていること、また有機物とリン酸が細孔への吸着を競合することを示しており、これらの環境中での動態予測を精緻化することに寄与する。本申請研究では、1土壌生成条件が土壌の細孔分布に与える影響、2細孔分布がリン酸の可動性に与える影響、3細孔分布が有機物の分解性に与える影響を明らかにすることを目的として行っている。平成26年度は、1、2について研究を行い、研究実績の概要に記したように順調に進捗した。土壌学土壌中の有機物は、団粒構造の形成を通して土壌の肥沃度に影響を与え、また二酸化炭素放出を通して気候変動に影響を与える。今後は、土壌中の有機物の分解・蓄積に対して、細孔分布が与える影響を明らかにするよう研究を進める。現地研究者との日程調整がうまくいかず、タンザニアの火山帯および非火山帯における土壌サンプルの採取が次年度にずれ込んだため。タンザニアに渡航し、火山帯および非火山帯の土壌を採取し、実験に供する。
企業の所有構造の違いが会計情報の有用性に及ぼす影響についての研究

企業の経営者が証券取引所の要請によって公表する予測情報(経営者予測)が、株式市場にどのような影響力を持っているかを測定した。まず、経営者が公表する予測値には売上高、経常利益、当期純利益、一株当り利益があるが、分析では売上高と経常利益を一株当り数値に換算して使用した。また、株式市場のデータは日次の株価の変動割合を利用した。経営者予測と株価の関係は米国でも多くの研究が行われているが、この研究ではわが国における特質を分析に組み入れることで新発見事項を求めようとした。日本の企業の特質として、銀行所有の株式割合が高いこと、企業間での株式の相互持ち合いの結果として浮動株の割合が低いこと、マーケットシェアが意志決定で重視されること、等をあげることができるが、現時点では前2者がどのように分析結果に影響しているかを明らかにすることができた。また、対比する目的で負債比率や企業サイズによる違いも分析した。負債比率は銀行の企業に対する影響力の代理変数、企業サイズは市場に存在する情報量の代理変数として使用した。証拠は、株式の銀行保有割合、浮動株比率ともに情報が株価に織り込まれる過程に影響を及ぼしていることを示した。株式の銀行保有割合が高いほど、また浮動株比率が低いほど、経営者予測情報の公表後に生じる株価変動は小さく、その情報は事前に織り込み済みであると考えられる。理由として、株式の相互持ち合いや銀行による株式の保有は、それによって形成されたグループ間では、重要な情報が一般への公表前に共有されている、ということをあげることができる。このような現状は一般投資家保護の観点からは望ましくない状況であり、制度上での対応が必要不可欠である。
高輝度実験に向けた先端的測定器の開発

本研究では将来の高輝度実験施設における測定器開発研究を推進した。特に、高輝度Bファクトリー実験で用いる粒子識別装置「TOPカウンター」および「エアロジェルRICH」の実用化研究を進めた。TOPカウンター用光電子増倍管について、増倍部材料の変更により光電面の長寿命化を果たした。さらに、試作機のビームテストを行い、期待される性能が得られていることを確認した。エアロジェルRICH用光検出器についても、半導体部の改良により、放射線耐性を向上させた。また、エアロジェル輻射体の大型化、高透明化に成功した。測定器の前段回路と後段回路の間の標準データリンクの開発も進め、読み出し速度の高速化を達成した。本計画研究では、三実験プロジェクト(Bファクトリー実験、LEPS実験、KEK-E325/J-PARC-E16実験)に参画する研究者が協力し、将来の高輝度施設における実験に向けた測定器開発研究を強力に進めることを目的としている。平成21年度においては、特に、名古屋大学において独自開発を進めている次世代粒子識別装置である「TOP Counter」と「エアロジェルRICH」の高輝度Bファクトリー実験への実装に向けて、マイクロチャンネル内蔵型光電子増倍管(MCP-PMT)とハブリッド型光検出器(HAPD)の試作とその評価を進めた。MCP-PMTについては、実用上の最大の問題となっている寿命問題について、量子効率低下を引き起こす要因をつきとめ、その解決方法を確立することに成功した。また、HAPDについても、研究用原子炉を使用した中性子照射試験を繰り返し、放射線耐性を向上する方策を考案することができた。さらに、HAPDを実装したプロトタイプ検出器のビームテストを行い、エアロジェルRICH検出器が十分な性能(角度分解能14mrad、平均検出光子数約14)を有することを確かめた。これらの研究成果によって、「TOP Counter」と「エアロジェルRICH」の実用化を進めるうえでの最後の障壁を取り除き、MCP-PMT、HAPDを両検出器の光検出器として採用することとした。また、2009年11月に行われた領域研究会では、高輝度Bファクトリー実験に向けて開発が進んでいるCOPPERシステムを用いたデータ収集系を他の実験に応用する可能性を検討した。平成22年度においては、特に、名古屋大学において独自開発を進めている次世代粒子識別装置である「TOP Counter」と「エアロジェルRICH」の高輝度Bファクトリー実験への実装に向けて、マイクロチャンネル内蔵型光電子増倍管(MCP-PMT)とハブリッド型光検出器(HAPD)の試作とその評価を進めた。MCP-PMTについては、実用上の最大の問題となっている寿命問題が解決し、量産の仕様を決定、初期量産を開始した。また、プロトタイプ検出器のテストを行い性能の検証を行った。HAPDについても、研究用原子炉やコバルト照射施設を使用した耐放射線試験を繰り返し、放射線耐性を向上する方策を考案することができた。平成23年度においては、特に、名古屋大学において独自開発を進めている次世代粒子識別装置である「TOP Counter」の高輝度Bファクトリー実験への実装に向けて、実機用マイクロチャンネル内蔵型光電子増倍管(MCP-PMT)のテストベンチを整備し、1年以内に全数(約500本)のMCP-PMTを検査できる体制を整え、実際に初期量産品20本の性能検査を行った。また、新たに試作したASICを用いたエレクトロニクスの開発を行い、テストパルス、MCP-PMT信号の読み出し試験を行った。さらに、このMCP-PMTと読み出しシステムを搭載したTOPカウンターの実機プロトタイプのビームテストを米国FNAL研究所において行った。Belle II検出器のエンドキャプ部に設置される「エアロジェルRICH」検出器用のHAPD光検出器についても、コバルト照射施設を使用した耐放射線試験を繰り返し、放射線耐性を向上することができた。また、Bファクトリーのみならず将来の高輝度実験に有用となる高速データリンクの開発を行った。TOPカウンターのLEPS実験への応用についても検討を行った。

平成25年度においては、特に、名古屋大学において独自開発を進めている次世代粒子識別装置である「TOP Counter」の高輝度Bファクトリー実験への実装に向けて、実機用マイクロチャンネル内蔵型光電子増倍管(MCP-PMT)の量産を進め、生産された製品の性能検査、また磁場中での動作試験を詳細に行った。また、Belle II実験で使用するTOPカウンターの最終デザインにもとづくプロトタイプ検出器のビームテストをSPring-8において行い、明瞭なリングイメージと、ほぼ予想通りの速度分解能を得ることに成功した。さらに、量産検出器の性能チェックを行うための宇宙線テストベンチの製作を進めた。以上により、Belle II TOP検出器の量産体制がほぼ整った。また、光電面の劣化(寿命)を改善する手法についても調査を進めた。Belle II検出器のエンドキャプ部に設置される「エアロジェルRICH」検出器用のHAPD光検出器についても、コバルト照射施設を使用した耐放射線試験を繰り返して、放射線耐性を確認し、実機用HAPDの仕様確定を行った。DESYにおいてビームテストを行い、ほぼ期待通りの性能を確認した。また、Bファクトリーのみならず将来の高輝度実験に有用となる高速データリンクの開発を行った。本計画研究では、三実験プロジェクト(Bファクトリー実験、LEPS実験、KEK-E325/J-PARC-E16実験)に参画する研究者が協力し、将来の高輝度施設における実験に向けた測定器開発研究を強力に進めることを目的としている。平成24年度においては、特に、名古屋大学において独自開発を進めている次世代粒子識別装置である「TOP Counter」の高輝度Bファクトリー実験への実装に向けて、実機用マイクロチャンネル内蔵型光電子増倍管(MCP-PMT)の量産を進め、生産された製品の性能検査、また磁場中での動作試験を詳細に行った。また、光電面の劣化(寿命)を改善する手法を確立した。TOPカウンターのLEPS実験への応用についても検討を進め、BファクトリーとLEPSの両実験の研究者が協力して、実機用MCP-PMTを搭載したTOPカウンタープロトタイプのビームテストをSPring-8において行った。TOPカウンターの開発については、MCP-PMTの量産が進み、生産されたPMTの検査が、前年度に整備したテストベンチを使って順調に進んでいる。また懸案事項であったMCP-PMT光電面の劣化の問題についても、新しい技術導入によって解決した。石英輻射体についても、今後の量産に備えて、石英の透明度や表面反射率を正確に計測するシステム構築が進み、実機製作の準備が進んでいる。
上肢筋神経根支配分布の変化からみた脊髄運動神経の再構築および可塑性について

(研究目的)圧迫性頚髄症(頚椎症性脊髄症、頚椎後縦靭帯骨北症など)を主体として、各神経根刺激による上肢筋の筋活動電位を測定し、得られた筋活動電位の振幅により神経根支配分布から脊髄運動神経の再構築および可塑性について検討した。また、頚椎部の神経鞘腫瘍では神経根支配の再構成を電気生理学的に検討し、手術法の選択に応用する。(対象および方法)圧迫性頚髄症について、C5,C6支配とされている三角筋と上腕二頭筋から複合筋活動電位(GMAPs)を測定し、その振幅化の違いについて、脊髄電位をもとに決定した責任障害高位別に検討した。その結果から頚椎後方除圧後に生じるC5麻痺の発生原因について検討した。また頚椎部神経鞘腫瘍では本研究の成果を術式選択に応用している。(結果および考察)三角筋および上腕二頭筋ともその神経支配が責任高位により異なり、C4/5椎間に障害高位を有する症例ではそのC6髄節障害に起因して、C5神経根優位に支配されている。現在まで当科で手術を行い、術後C5麻痺を生じた症例はいずれも、C4/5椎間に責任高位を有しており、C5神経根優位に支配されている状態でC5根障害を生じることが、C5麻痺が顕著になる理由のひとつとして推察された。本研究結果は英文雑誌に投稿し、受理されている。また、頚椎の神経根から発生した脊髄腫瘍の術式選択にも応用している。すなわち、神経支配の再構築が完成されているか否かを術中に判断可能であり、このような症例では当該神経根を切離しても術後に全く運動麻痺を生じることはなく、本研究が臨床的にも有用であることを示唆する結果を得ている。本研究内容は日本整形外科学会で口演発表し、英文雑誌に受理され印刷中である。(研究目的)圧迫性頚髄症(頚椎症性脊髄症、頚椎後縦靭帯骨化症など)を主体として、各神経根刺激による上肢筋の筋活動電位を測定し、得られた筋活動電位の振幅により神経根支配分布から脊髄運動神経の再構築および可塑性について検討中した。(対象および方法)圧迫性頚髄症35例について、C5,C6支配とされている三角筋と上腕二頭筋から複合筋活動電位(CMAPs)を測定し、その振幅比の違いについて、脊髄誘発電位をもとに決定した責任障害高位別に検討した。(結果および考察)三角筋および上腕二頭筋ともその神経支配が責任高位により異なり、C4/5椎間に障害高位を有する症例ではそのC6髄筋障害に起因して、C5神経根優位に支配されている。本研究の成果の一部はすでに英文論文に掲載された。現在は、統計学的な有意差を証明するために症例を重ねている状況である。本研究結果は頚椎術後の神経根障害の臨床所見の重症度を決定する有用な仮説となり、また他の上肢筋の神経根支配分布についても検討し、頚髄症の特殊な病態(頚椎症性筋萎縮症や手指伸展障害を主とした頚椎症など)の解明も進行中である。また、現在までの症例数は5症例と少ないが、頚椎の神経根から発生した脊髄腫瘍の術式選択にも応用している。

すなわち、神経支配の再構築が完成されているか否かを術中に判断可能であり、このような症例では当該神経根を切離しても術後に全く運動麻痺を生じることはなく、本研究が臨床的にも有用であることを示唆する結果を得ている。(研究目的)圧迫性頚髄症(頚椎症性脊髄症、頚椎後縦靭帯骨化症など)を主体として、各神経根刺激による上肢筋の筋活動電位を測定し、得られた筋活動電位の振幅により神経根支配分布から脊髄運動神経の再構築および可塑性について検討した。(対象および方法)圧迫性頚髄症について、C5,C6支配とされている三角筋と上腕二頭筋から複合筋活動電位(CMAPs)を測定し、その振幅比の違いについて、脊髄誘発電位をもとに決定した責任障害高位別に検討した。その結果から頚椎後方除圧後に生じるC5麻痺の発生原因について検討した。また頚椎部神経鞘腫瘍では本研究の成果を術式選択に応用している。(結果および考察)三角筋および上腕二頭筋ともその神経支配が責任高位により異なり、C4/5椎間に障害高位を有する症例ではそのC6髄節障害に起因して、C5神経根優位に支配されている。現在まで当科で手術を行い、術後C5麻痺を生じた症例はいずれも、C4/5椎間に責任高位を有しており、C5神経根優位に支配されている状態でC5根障害を生じることが、C5麻痺が顕著になる理由のひとつとして推察された。本研究結果は英文雑誌に投稿し、受理されている。また、現在では、頚椎の神経根から発生した脊髄腫瘍の術式選択にも応用している。本研究内容は日本整形外科学会で口演発表し、英文雑誌に投稿中である。
インスリン分泌促進薬の薬理特性、および結合部位に基づくクラス分類の試み

本研究では主に以下の項目に関して検討を行った。1)膵型(Kir6.2/SUR1)、および心筋骨格筋型(Kir6.2/SUR2A>K_<ATP>チャネルにおけるインスリン分泌促進薬の薬理特性の相違点。2)膵型K_<ATP>チャネルにおけるインスリン分泌促進薬の結合部位の同定3)代謝状態が変化した条件下での薬理作用を理解する目的で、様々な濃度のATP叉はADP存在下におけるスルホニル尿素薬およびナテグリニドの膵型K_<ATP>チャネルに対する薬理作用の変化の検討4)スルホニル尿素薬(グリベンクラミド叉はトルブタミド)長期高濃度負荷後の、各インスリン分泌促進薬の薬剤特性の変化の検討5)スルホニル尿素薬およびナテグリニド長期負荷による膵β細胞への影響の検討6)各インスリン分泌促進薬長期負荷後の膵β細胞アポトーシス出現頻度に関しての検討。SU薬の結合部位に関しては、膵型/心筋骨格筋型キメラK_<ATP>チャネルを用いた^<86>Rb efflux等での実験結果から、SUR1のTM14-17が結合に重要な部位であることが判明した。これは、電気生理学的手法を用いた検討でも同様な結果を得た。各濃度ATP(叉はADP)の存在下で各インスリン分泌促進薬の作用力価の変化に関して、薬在間の相違が見られた。既存のSU薬であるグリベンクラミド叉はトルブタミド負荷後の薬剤反応性の変化については、各薬剤長期投与後の濃度-反応曲線は各々シフトし、その割合および程度は各薬剤で特徴的な形を示した。薬剤長期負荷後のインスリン含量およびインスリン産生能については各薬剤間で差はなかった。薬剤長期負荷によるアポトーシス出現頻度に関しては、各薬剤間で有意差が認められた。インスリン分泌促進薬としてはスルホニル尿素薬、およびナテグリニドが知られているが、スルホニル尿素薬の間でも薬効持続時間、インスリン分泌促進能、および膵外作用(インスリン感受性改善作用等)の有無といった点で明らかな差がみられ、その薬剤特性にかなった使い分けが治療上重要なポイントとなる。しかし、これらの特性および詳細な結合部位等はいまだ不明の点も多く、最近では各薬剤の膵β細胞KATPチャネルにおける結合様式の違いを指摘する報告もある。現在までの研究実績の概要は、以下の通りである。1)哺乳動物細胞株に膵型(Kir6.2/SUR1)、および心筋骨格筋型(Kir6.2/SUR2A)K_<ATP>チャネル遺伝子を共発現させた再構成系において、スルホニル尿素薬(新規SU薬グリメピリドを含む)およびナテグリニドの薬理特性を検討した。さらに、再構成系に加え、マウスおよびラット膵β細胞、膵β細胞株での検討をも行った。2)膵型K_<ATP>チャネルにおけるスルホニル尿素薬、およびナテグリニド結合部位の同定するために、膵型K_<ATP>チャネルの様々な部位を、心筋骨格筋型に置換した各種キメラを作成し、SUR上のどの部位が、薬剤の結合に重要かを検討した。それにより、現在臨床に用いられている薬剤は、すくなくとも3種のタイプに分類できることを示した。3)電気生理学的検討によりATP存在下と非存在下、つまり代謝状態が変化した条件下でのスルホニル尿素薬およびナテグリニドの膵型K_<ATP>チャネル抑制効果が異なることを確認した。4)スルホニル尿素薬の二次無効の機序を解明する目的で、膵β細胞株に高濃度グリベンクラミド、叉はナテグリニドを長期負荷した条件下での、各種刺激物に対するインスリン分泌能、細胞内Ca^<2+>濃度変化、膜電位変化、K_<ATP>チャネル活性の変化等の解析を行い、その相違点を明確化した。

薬剤長期負荷後のインスリン含量およびインスリン産生能については各薬剤間で差はなかった。薬剤長期負荷によるアポトーシス出現頻度に関しては、各薬剤間で有意差が認められた。
光誘起ナノ反応場を利用したナノマテリアルの創製

ガラスリアクター内部への超短パルスレーザーの集光照射により形成した光誘起ナノ反応場を利用したナノマテリアル合成システムを開発した。本システムを利用し、永久磁石材料として代表的なNd_2Fe_<14>B、Sm_2Fe_<17>N_3、FePtから成る単磁区臨界半径以下のナノ粒子の合成に成功した。バイオメディカル用磁性流体等の分野に有効な高純度、高速、高効率な合成プロセス技術におけるブレークスルーを見出すことができた。集光フェムト秒レーザーパルスを外場として利用した光化学反応と液相における化学反応プロセスとを融合させることによって新しいナノマテリアル形成を試みた。具体的には、メタノール中に数ミクロンの金属Cu粉末を懸濁させた溶液にレーザー光を集光照射することによって、その集光領域にナノ反応場を誘起し、直径50nm、長さ2μm以上の金属Cuナノワイヤーの作製に成功した。さらに偏光方向等の照射条件を調整することにより、光誘起ナノ反応場を制御したところ、単結晶Cuからなる直径20以下の球状ナノ粒子の作製にも成功した。金属粒子のアブレーション過程(物理的な反応)と溶媒の分解反応によるH2ガス発生(光化学反応)が同時に誘起されるため、余計な化合物を添加することなく、高速かつ高選択性の新しい反応系を構築することができた。本成果を物質系で最大の磁気特性を有するNd2Fe14Bに応用したところ、シクロヘキサン中でアブレーションされた粒子は組成変動することなく、超急冷されるため、球状のアモルファスNd2Fe14Bナノ粒子(平均粒子径:約50nm)が合成されることを見出した。レーザー照射前後の粒子のVSM測定により、室温での保磁力が約1.6倍に向上することを確認し、サイズ効果による磁気特性の制御の可能を見出した。Nd2Fe14Bは磁気ディスクヘッドをはじめとして、電気自動車用のモータとして、最も注目されている磁性材料の一つであるが、キュリー点が312°Cと低いことに加え、緻密に焼結させることが問題であったが、本研究により開発したナノマテリアル合成技術を応用展開することで、ブレークスルーへの糸口を見出すことができた。集光フェムト秒レーザーにより誘起されるナノ反応場をマイクロリアクターの制限空間内に配置させ、ナノ粒子の連続形成が可能なナノマテリアル合成システムを構築した。特に、シクロヘキサン中に分散させた希土類磁石(Nd_2Fe_<14>B、Sm_2Fe_<17>N_3)粉末または焼結体をマイクロリアクター内で液中レーザーアブレーションさせることによって、平均粒子径が約50nmの球状ナノ粒子の合成に成功した。形成した球状ナノ粒子は、表面から約2nmは、シクロヘキサンの分解によるものと考えられるアモルファスカーボン層で被覆されており、内部約5nmは、希土類元素の一部が酸化された層があるものの、ナノ粒子内部はNd_2Fe_<14>BまたはSm_2Fe_<17>N_3の組成を保持しており、ナノ粒子の酸化防止効果として作用することが判明した。さらに、照射レーザービームを2本に分け、光学遅延させたダブルパルスを利用することで、ナノ粒の形成効率が約2倍向上することを確認した。また、マイクロリアクターを循環式に改良し、合成されたナノ粒子が溶液とともにフローされることによる合成効率の向上を図った。希土類磁石は、電気自動車用のモータ用の材料として、最も注目されている磁性材料の一つであるが、キュリー点が312°Cと低いことに加え、緻密に焼結させることが問題であったが、本研究により開発したナノマテリアル合成技術を応用展開することで、ブレークスルーへの糸口を見出すことができた。石英ガラス製のマイクロフローセルとシリンジポンプを光学顕微鏡に組み込み、フェムト秒レーザーの集光照射によって、ナノ反応場(光誘起ナノ反応場)を循環式のマイクロリアクター内に位置させたナノマテリアル合成システムを構築した。本システムを利用し、永久磁石材料として代表的なNd_2Fe_<14>B、FePtから成る単磁区臨界半径以下の平均粒子径が約50nmの球状ナノ粒子の合成に成功した。溶媒として使用したシクロヘキサンもレーザー照射により分解され、作製したNd_2Fe_<14>B、FePtナノ粒子表面には、ともに2nm程度のアモルファスカーボンで被覆されていることをTOF-SIMS分析により確認した。Nd_2Fe_<14>Bナノ粒子は、結晶性が低下したものの、レーザー照射前に比べて保磁力が約2倍向上した。また、FePtナノ粒子はレーザー照射によって、結晶構造がfct構造からfcc構造に相転移したが、850°C、15分間の熱処理によって、再びfct構造に相転移し、保磁力がレーザー照射前と比べて約20倍に向上した。さらに、ナノ粒子形成過程を明らかにするため、ナノ反応場におけるレーザー光のエネルギーの消費量を計測した。

その結果、照射したエネルギーのうち約55%が溶媒との相互作用(ブロードなスーパーコンティニュームの発生や溶媒分子のフラグメンテーション)に利用されていることを確認した。Nd_2Fe_<14>B、FePtナノ粒子の形成は、照射したフェムト秒レーザー光によるアブレーション、さらに発生したスーパーコンティニュームに関係していると示唆できた。本研究により開発したナノマテリアル合成技術を応用展開することで、バイオメディカル用磁性流体等に応用可能な高純度のナノマテリアルを高速かつ高効率で合成可能なプロセス技術確立へのブレークスルーを見出すことができた。