hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
π共役系ホストを用いるカーボンナノクラスターの超分子科学的機能化

アキシャル基としてメチル基を有するロジウムポルフィリン錯体環状ダイマーとC_<120>が1:1複合体を形成し、C_<120>がポルフィリンダイマーの空孔内で解離することなく振動する現象を見いだした。温度可変^1H NMRによる実測値とスペクトルシミュレーションとの比較から、各温度による振動周波数を見積もることが可能であることを利用して、振動過程の熱力学的解析を行ったところ、振動の遷移状態はエントロピー的に有利であり、この振動がエントロピー駆動型であることが分かった。さらに、フラーレンの良溶媒中ほど振動周波数は遅く、溶媒と溶媒中にはみ出したC_<60>部位との相互作用が強いほど、振動が起こりにくいことが示唆された。また、非対称なフラーレンダイマーであるC_<130>とメチルロジウムポルフィリン環状二量体との複合体において、ホストはC_<70>側に片寄って存在することが、C_<130>及びC_<140>をゲストとする複合体との比較から明らかになった。飽和移動実験やスペクトルシミュレーションとの比較から、内包されたC_<130>は温度に依存した異方的な振動を解離することなく起こすことが明らかになった。また、La@C_<82>と常磁性である銅ポルフィリン錯体環状ダイマーを複合化させた場合、フラーレン、銅ポルフィリン双方に存在するスピンの間に強磁性的相互作用が働くことが、SQUID及び2次元ESRスビンニューテーション測定より明らかになった。銅ポルフィリン錯体環状ダイマー単独、もしくはスピンを持たないC_<60>を包摂した銅ポルフィリン錯体環状ダイマーにおいては、銅イオンのスピン同士の相互作用はなく、La@C_<82>上のスピンが中継することで、全体のスピンが揃うことが示された。本年度は、ダンベル型フラーレンC_<120>及び金属内包フラーレンLa@C_<82>について、金属ポルフィリン環状ダイマーとの複合化による機能発現について検討した。その結果、アキシャル基としてメチル基を有するロジウムポルフィリン錯体環状ダイマーとC_<120>が1:1複合体を形成し、C_<120>がポルフィリンダイマーの空孔内で解離することなく振動する現象を見いだした。また、La@C_<82>と常磁性である銅ポルフィリン錯体環状ダイマーを複合化させた場合、フラーレン、銅ポルフィリン双方に存在するスピンの間に強磁性的相互作用が働くことが、SQUID及び2次元ESRスピンニューテーション測定より明らかになった。フラーレンとの相互作用が特に強い三価のロジウムポルフィリン環状二量体について、アキシャル基の異なる錯体を合成し、フラーレンとの相互作用に与えるアキシャル基の影響を検討したところ、極めて大きな影響があることが明らかになった。

さらに、各ロジウムポルフィリン環状二量体の第一酸化電位とC_<60>との会合定数は相関を示し、電子リッチなロジウムポルフィリンほどフラーレンとの相互作用が強いことも分かった。以上の知見を踏まえて、各ホストに内包されたC_<120>の振動活性のチューニングを検討したところ、ホストとC_<120>の会合定数は振動の活性化エンタルピーと相関を持つことが分かった。また、非対称なフラーレンダイマーであるC_<130>とホスト分子であるメチルロジウムポルフィリン環状二量体との複合体において、ホストはC_<70>側に片寄って存在することが、C_<120>及びC_<140>をゲストとする複合体との比較から明らかになった。この結果は、C_<70>がC_<60>に比べより強い相互作用を持つという知見と対応したものである。飽和移動実験やスペクトルシミュレーションとの比較から、内包されたC_<130>は温度に依存した異方的な振動を解離することなく起こすことが明らかになった。ガドリニウムを内包したフラーレンGd@C_<82>は極低温において会合し、本来分子が持っているスピンがキャンセルしてしまうことが知られているが、メチルロジウムポルフィリン環状二量体に内包させることにより、会合を抑制できることが分かった。
地域在住脳外傷者の簡易版QOL尺度の開発および介護者の主観的QOLに関する研究

これまでに日本人の脳外傷者と介護者のQOLの現状について報告したものほとんどないため、調査を実施した。介護者の精神的満足感は当事者のQoLの高さと関連することが示唆された。介護負担感の大きさや抑うつ気分、介護時間の長さは、介護者の精神的満足度や役割機能への満足度を低下させることが推測された。一方で、脳外傷からの回復程度が良好な場合にはこれらの満足度は良好なことが示唆された。当事者の介護は同居の母親が主に担い、日常生活動作は自立していても金銭管理に介助を必要とすることは、遂行機能障害や欲求のコントロール低下の関与で介助者の負担感が増大していることが示唆された。また、社会適応障害や認知機能障害について当事者の方が介護者よりも軽く見積もっている病識の低さが明らかになった。しかし、抑うつの程度は当事者と介護者では差はなく、両者とも心理的ストレスは大きいことが推測された。今回、我々はTBI者の現状の一側面を表現するツールとして、本人の主観的満足度・困難感や自己肯定感を測定する健康関連QOL評価に着目した。QOLは「身体機能・メンタルヘルス・社会生活機能」が基本的構成要素であり、患者の視点に立脚して多次元尺度で測定されるところに特徴がある。QOLIBRI(Quality of Life after Brain Injury;脳外傷後の生活の質)は、脳外傷(以下TBI)者のQoL測定のために開発された全37項目の質問紙である。QOLIBRI-OS(Overall Scale;短縮版;以下OS)は、QOLIBRIを6項目の全般的尺度(身体・認知・感情・日常・人間関係・将来の見通し)にし、短時間かつ簡便に疫学調査に使用することを目的に作成された。今回、OS日本語版を作成し、TBI者で信頼性と妥当性の検証をした。OS平均スコアは30.8であった。内的整合性を示すCronbach's αは0.95、再テスト信頼性はICC=0.90であった。初年度の目標は、QOLIBRI-OSを作成するところまでであったが、それは達成された。今後は、さらに追加の研究を計画して実行したい。介護者と頭部外傷者のQOLについて調査を開始する。QOLIBRI(Quality of Life after Brain Injury;脳外傷後の生活の質)は、脳外傷(以下TBI)者のQOL測定のために開発された全37項目の質問紙である。QOLIBRI-OS(Overall Scale;短縮版;以下OS)は、QOLIBRIを6項目の全般的尺度(身体・認知・感情・日常・人間関係・将来の見通し)にし、短時間かつ簡便に疫学調査に使用することを目的に欧米で作成された。平成28年度に日本語版を完成したOSを用いて、高次脳機能障害を持つ当事者と、それを支える介護者のQOL(Quality of Life:生活の質)について、調査を開始するのが今年度の目標であった。当事者のQOLおよびご自分の持つ障害についての認識、意欲、気分のレベルを測定し、家族のQOL、ご家族から見た当事者の障害、家族の気分のレベルを測定、比較し、どのような因子がそれぞれのQOLに影響を及ぼしているのかを検証する目的を持つ。評価ツールとしては、当事者にはOS、やる気スコア、社会的行動障害評価票、SDSを回答いただき、ご家族にはSF-36、Zarit介護負担尺度、社会的行動障害評価票、SDSを回答いただくことにした。参加者をリクルートするにあたっては、全国の「脳外傷友の会」の参加団体および「東京高次脳機能障害協議会」の参加団体に連絡をし、そのうちにご協力いただけるとお返事を下さった団体に順次伺って、調査を開始した。平成30年3月31日現在で、15団体の協力を得ている。アンケート自体の量は多く、内容も煩雑な面があるため、直接説明と依頼をして回答方法について合意を得た。回答は順次郵送にて回収している。これはひとえに全国の当事者団体の御厚意による。現在100を超える回答を送っていただいた。今年度の目標は、TBI者に対して、基準関連妥当性の検証のために、日本版QOLIBRIの調査時と同様にSF-36とHADSを同時に実施する。これらの調査と同時に、介護者である家族に協力をもらい、家族には健康関連QOL評価としてのSF-36、気分尺度としてHADS、介護負担尺度としてZarit介護負担尺度を実施する。

またTBI者と家族の双方に対して、脳損傷者のための社会的行動障害調査票を実施し、行動障害と障害に対するアウェアネス(気づき)の程度を調査する。平成30年度も引き続き、全国の高次脳機能障害者支援団体を中心に調査を継続する。9月頃までに回収できた回答について、解析を開始する予定である。今年度は、予定していたコンピューターの購入を見送ったことから、該当金額が残金となった。今回の研究計画では、日本語版QOLIBRI-OS(OS)を作成後、高次脳機能障害を持つ当事者とご家族の生活の質について調査をすることであった。OSが完成し次の調査準備もほぼ整ったため、当事者と家族団体への連絡を開始したところ快諾をいただける団体が予想を超えて早く集まり、今後も増える見込みであった。今回は謝礼としてグルメカード1,000円分をお一人あたり(当事者と家族の二人/組で、2,000円/組)お渡しするが、それを購入するための資金が不足してしまうことが現状から予想されたため、前倒し請求を300,000円分し、そのため、次年度使用額に変更が生じた。来年度の申請金額は主としてデータ収集のための謝金とレターパック購入代金、旅費になる予定である。
制動容量型高性能分圧器の開発

筆者らは,高性能制動容量型雷インパルス電圧波形測定用分圧器を開発し,その性能を報告してきた。今回,従来の制動容量型分圧器形状とは全く異なる高圧部形状を有する構造の分圧器を考え,試作器としてその性能を評価したところ,極めて高性能であることを確認した。新しい構造及び単位ステップ応答から数値コンボリューションによって評価された標準雷インパルス電圧応答特性は0.2%以内に収まることを確認した。新しい高圧部ではこの要素が時計回りと反時計回りに高圧部円筒絶縁体を周回し,稼働時に要素中を流れる電流が周囲に磁束が発生しても,上下の要素間で互いに発生を打ち消すように働く構造になっている。ソフトウェア:IEC 61083-2のTDGで発生される開閉インパルス電圧波形データから波形パラメータ(波高値,波頭長,波尾長,振動周波数)を抽出するプログラムを開発した。既に,標準雷インパルス電圧波形データに対処したソフトウェアの開発を済ませているので,そのソースコードを土台として製作した。開発の段階で,任意の回路定数が与えられた場合の出力波形を半解析的に計算する手法を考案し,学会発表を行った。半解析的というのは素子の数値から出力を記述する関数を導き出しと言うことを意味し,その関数が変数としてCやRを持っていることではなく,それらの値から一意的に定まる数値を関数の定数として持つことである。いうまでも無く,出力波形が離散的に計算される,いわゆるシミュレータではない。高インピーダンス負荷用開閉インパルス校正器:同時に,高インピーダンス負荷用校正器を製作した。発生波形のディジタル・レコーダ記録を,同時進行で進んでいるソフトウェアで処理し,波形パラメータが正しく計算されているか確認した。製作された高インピーダンス負荷用校正器の入力電圧は最大250V(正)であり,負極性出力波形のピーク値は約89%の効率で決定される。即ち,最大充電電圧の状況下では250x0.89=223Vとなる。出力波形はディジタル・レコーダRTO1022(0.1ns Sampling, 2CH)用に開発された波形パラメータ同定プログラムにより,波形データはディジタル・レコーダからPCに転送され,PC内で波形パラメータが計算され,PC画面上に数値及び波形が表示される。一連の作業は自動でかつインターネットを介して行うことができるため,物理的にはどんな遠隔地で波形が発生されていても,データ収集,解析は別の場所で行うことが可能となった。今年度の実績として1)振動性開閉インパルス電圧発生器を2種類の校正器(高インピーダンス負荷用,及び低インピーダンス負荷用)を製作するとともに,2)プロトタイプ制動容量型分圧器の試作を行った。1)については準備として校正器構成素子配置及びその値が与えられた場合,出力電圧波形を「解析的に」記述するアルゴリズムを開発した。このアルゴリズムは充電された主キャパシタをギャップスイッチにより放電させる過程を鳳ーテブナンの定理よりステップ電圧入力で置き換え,校正器の出力電圧までの間の梯子型回路を伝達関数と考え,一旦周波数領域の伝達関数を有理関数の形でコンピュータで計算する。計算はコンピュータが行うので回路がどんなに複雑になっても,間違ことなく瞬時に有理関数は計算される。有理関数の時間領域への変換(逆フーリエ変換)はヘビサイドの展開定理を用いて行う。この際,有理関数の分母分子の係数が次数毎に大きく異なる問題を相似定理を導入することで解決した。このようにして,校正器製作前に出力波形およびその波形パラメータを予め解析的に把握することにより,校正器を正確にしかも容易に製作出来ることを明らかにした。2)については,50年の制動容量型分圧器の歴史で始めて画期的な形状の分圧器を提案,試作できた。従来の制動容量型分圧器の高圧部には数十kV耐圧の高価なキャパシタが使われていたが残留インダクタンスを排除する考えはなかった。この為,低圧部素子の残留インダクタンスを大がかりな方法で低減する必要があった。今回,廉価な4000Vキャパシタを3直列と制動抵抗1個を基本要素とし,これらをAyrton-Perry巻(無誘導巻)で直並列接続することにより,高圧側の残留インダクタンスを大幅に減少することができた。このような構成で製作されたプロトタイプ分圧器の性能は波頭長誤差で0.2%未満という驚異的な性能を発揮した。分圧器高圧部を当初の計画になかった構造にするアイデアを思いつき,取り入れたところ非常に高性能の分圧器となっていることを確認した。このため,当初の予想を上回る性能の分圧器の製作が予想される。300kV制動容量型雷インパルス電圧波形測定用分圧器を開発し,その性能を報告してきた。今回,従来の制動容量型分圧器形状とは全く異なる高圧部形状を有する構造の分圧器を考案し,試作器としてその性能を評価したところ,極めて高性能であることを確認した。この数値は現在の測定技術の限界に近く,これ以上の性能であっても実際は確認することができないような数値である。従来型の分圧器では残留インダクタンスの存在を無視できない,周波数特性の乏しい高電圧キャパシターと直列抵抗を(300kV耐圧では)4段重ねて高圧部を構成していた。

今回試作した分圧器の高圧部は,ポリプロピレン製フィルムキャパシタ(4kV)を3直列したものと無誘導抵抗を直列接続した要素を28段つないで336kV(300kV+裕度10%)としたストリングを2組み作成した。各組の長さは長く,そのままでは残留インダクタンスが従来型より大きくなる。しかし,これら各組を時計回りと反時計回りに高圧部円筒絶縁体回りをスパイラル状に巻き,半周毎に(3xキャパシタ+1X抵抗)要素をつなぐことにより,1)時計回り,反時計回りの組の電圧分担が等しくなる,2)上下に隣り合う各要素に流れる電流は逆にながれるので,要素中を流れる電流により残留インダクタンスの原因となる磁束が発生しても,それらは互いに相殺する構造となっている。筆者らは,高性能制動容量型雷インパルス電圧波形測定用分圧器を開発し,その性能を報告してきた。今回,従来の制動容量型分圧器形状とは全く異なる高圧部形状を有する構造の分圧器を考え,試作器としてその性能を評価したところ,極めて高性能であることを確認した。新しい構造及び単位ステップ応答から数値コンボリューションによって評価された標準雷インパルス電圧応答特性は0.2%以内に収まることを確認した。新しい高圧部ではこの要素が時計回りと反時計回りに高圧部円筒絶縁体を周回し,稼働時に要素中を流れる電流が周囲に磁束が発生しても,上下の要素間で互いに発生を打ち消すように働く構造になっている。発生回路の素子定数から半解析的に出力波形を決定するアルゴリズムを開発したのは,偶然とは言え,予定外の収穫であった。今年度は本研究計画の最終年度に当たる。昨年度は新しい考えに基づく制動容量型分圧器のプロトタイプを完成した。このプロトタイプ分圧器は高圧側のキャパシタ・抵抗をAyrton-Perry巻に基づいて配置することにより,残留インダクタンスを軽減することに成功し,雷インパルス電圧応答特性における波頭長誤差を最早計測の限界に近い0.2%以内に納めることができた。この成果を鑑みると,振動性開閉インパルス電圧波形の計測は順調に進むと考えられる。プロトタイプ分圧器では素子の絶縁を大気で行い,本来の計画である大気圧SF6ガスを用いていない。今期の研究では高圧部をSF6ガス容器内に収納し,300kV電圧を印加して耐圧を確認するか,現在の状態で大気SF6ガス換算係数1/3を考慮した100kV電圧を印加して等価的な耐圧を確認するかして耐圧試験を行いたい。高電圧工学制動容量型分圧器の試作:研究提案者は,これまでの研究で,高圧部に周波数性能に優れたマイカコンデンサを使うことにより,基準分圧器としての性能を有する分圧器を製作している。しかし,マイカコンデンサの耐圧が原因となり,最高測定電圧は10kVと低いものであった。今回はマイカコンデンサに代えて,小型・高耐圧のポリプロピレン・コンデンサで最高測定電圧200kVの分圧器を製作し,波尾振動性波形の測定に使う。この時点で,プロトタイプとしての制動容量型分圧器の性能回路定数についての概容は決定されていることになる低インピーダンス負荷用開閉インパルス校正器:低インピーダンス負荷用校正器の中心をなすものは,主コンデンサとスイッチング素子である。今回の校正器では素子の残留インダクタンスは大きな問題とならないので,マイカに代えてポリプロピレン・コンデンサ可能であることを明らかにしたい。
小脳プルキンエ細胞におけるシナプス長期抑圧発現の分子機構の解析

本研究の目的は、運動学習の細胞レベルの機構と考えられているシナプス可塑性、小脳長期抑圧(LTD)の発現分子機構を解明することである。分散培養した小脳プルキンエ細胞の微小興奮性シナプス後電流(mEPSC)の大きさを比較すると、高カリウム・グルタミン酸溶液(K/glu)処理によってLTDが誘導されることが報告されていた。昨年度までの研究により、新規転写に依存するLTD後期相の誘導はカルシウム・カルモジュリン依存性脱リン酸化酵素カルシニューリンによって抑制されていること、またカルシニューリンを不活性化するスーパーオキサイドを除去する薬剤によってLTD後期相誘導が阻害されることが判明した。そこで細胞内のスーパーオキサイドの量を測定したところ、LTD後期相を誘導するK/glu処理時に、プルキンエ細胞内でスーパーオキサイドの蓄積が起きることが明らかとなった。このことから、K/glu処理によって細胞内で蓄積するスーパーオキサイドがカルシニューリンを不活性化することにより、LTD後期相が誘導されると考えられる。以上の結果をまとめてEuropean Journal of Neuroscience誌に公表した。続いて、LTD後期相誘導に関わる遺伝子を同定するために小脳分散培養を用いてcDNAサブトラクションを行い、LTD後期相を誘導するK/glu処理によって発現量が増加するcDNA断片を複数単難した。そのうちには、機能未知の新規遺伝子が複数存在した。遺伝子発現部位をin situ hybridizationによって調べたところ新規遺伝子の一つが小脳プルキンエ細胞で強く発現しており、LTD後期相発現制御の一端を担う分子であることが期待される。
光アンテナによる食中毒危害要因の迅速検出法の開発

金属ナノ粒子やその構造体は金属種やサイズ,形状に応じて特徴的な光学特性を発現する。そこで,バクテリア表面に存在する化学種と相互作用,あるいは結合する分子や抗体を金属ナノ粒子やその構造体に導入することで,選択的な光アンテナの形成を試みた。単一バクテリアについて,表面の化学構造に基づいた光アンテナの形成とそれによる表面化学種の特定,および分布の可視化が可能になった。さらに,光アンテナ形成に基づいたバクテリアの高感度検出が達成された。官能基や糖鎖や抗原など特定化学種を認識する金属ナノ粒子を標識として用いることで,バクテリアの形状および表面の化学種の分布や配置を選択的に可視化する手法と,極少量のバクテリアを迅速かつ高感度に検出する手法の開発を目的とした検討を行った。光学顕微鏡の明視野において分解能以下のサイズを持つ金属ナノ粒子の観察は不可能であるが,特定波長での励起による金属ナノ粒子表面での集団的電子振動に基づき生じる光散乱に着目することで暗視野での光学顕微鏡観察が可能になる。金属ナノ粒子の光散乱特性は,金属種,サイズや形状に強く依存することから,優れた光散乱特性を有する金属ナノ粒子の作製を目指して検討を行った。その結果,金属ナノ粒子が高密度に集合したナノ構造体が最も優れた光散乱特性を発現することが明らかになった。これは,構造体内部において金属ナノ粒子が高密度かつ高分散状態で存在するためであり,個々の金属ナノ粒子が発現する光学特性が構造体内で高次にカップリングすることで多くの光を吸収し,増強された光を放出することに基づいている。こうして得られた金属ナノ粒子集合体に特定のバクテリア表面の化学構造に結合,あるいは化学的相互作用する分子を導入することで,バクテリアへの選択的結合を達成した。走査型電子顕微鏡,および暗視野顕微鏡によりバクテリアの形状とともに標識の吸着状態を観察することで,特定バクテリアを選択的に可視化することに成功した。金属ナノ粒子が示す特徴的な光散乱特性と高いコントラストにより分解能以下の観察が可能な暗視野観察法とを組み合わせることで,食中毒などの危害要因であるバクテリアをターゲットとした新しい分析法の開発について検討した。金属ナノ粒子は特定波長の光を吸収して散乱光を生じる。広い波長域での吸収を得るために,金属ナノ粒子の集合化について検討した。また,この構造体を選択的に結合する標識として用いるために,0157抗体の導入についても検討した。暗視野顕微鏡観察の結果,構造体は単一粒子の10倍以上の散乱光を示した。また,蛍光観察モードでは,構造体と同じ位置に蛍光ラベルしたO157抗体に基づく蛍光が観察された。そこで,この構造体を用いて種々の大腸菌(E.coliO157,026とO111)の標識化について検討した。暗視野観察によると,構造体の添加前後でE.coliO26およびO111には変化が見られなかったが,E.coliO157は強い散乱光として観察された。これは,構造体の光散乱特性と抗体抗原反応による特異結合性に基づいて,バクテリア表面での光アンテナ形成が達成されるものである。さらに,一定濃度の構造体を含む分散液において,バクテリアの定量(10100,000 cells/mL)が可能であった。以上,金属ナノ粒子構造体の有する特徴的な光散乱特性に基づいたバクテリアのワンステップ検出および,迅速な危害要因の特定が可能になった。大腸菌O157表面に存在するO抗原に特異結合する抗体を導入したナノ構造体は,他の抗原を持つ大腸菌に比べ,3倍以上の選択結合性を示した。この構造体の分散液の色は,コンポジットの分散状態に依存しない,つまり,吸収スペクトルに波長変化が見られないことから,単一波長における定量が可能であることがわかった。そこで,この抗体導入ナノ構造体を用いて溶液中のO157の定量を行ったところ,ナノ構造体に基づく吸光度(吸収および光散乱を含む)は直線的に変化し,10 cells/mLレベルの高感度定量が可能になった。分析化学特徴的な光散乱特性を個々に有する金属ナノ粒子を標識として用いることで散乱光に着目した特定バクテリアの表面構造の解析と異なるバクテリア種の一括検出が容易になることから,標識法によるバクテリアの検出について,暗視野観察によるバクテリア表面の化学構造の解明および迅速検出について検討を行う。さらに,試料溶液中のバクテリアについて,ナノ構造体に基づく吸光度(吸収および光散乱を含む)に基づいた高感度な定量についても検討する。バクテリア表面の化学構造の解析について,当初計画では分子修飾した探針をプローブとした走査型プローブ顕微鏡(SPM)観察により詳細な検討を行う予定であったが,SPMによる基礎検討の段階で,分子を化学修飾したナノ粒子やナノ粒子構造体をプローブとして用いることでバクテリアの表面情報が十分に得られ,さらにナノ粒子の粒径に基づいた詳細な情報の取得が達成された。

したがって,本年度の当初計画にあるSPMのカンチレバーや金線などの高額消耗品の使用が当初計画より抑えられたため。精力的な成果の取得を目指し,研究補助員の雇用による研究人員の拡充と成果報告のための旅費に使用する。
パスフラグメントによる分子グラフのクイックマイニング

構造特徴表現として考案したパスフラグメントを使用した,頻出パスフラグメントの統計的解析の手順を検討し,化学構造に特徴的なパスフラグメントの獲得を試みた.解析結果から,原子ラベルは同じでも,その間の距離によって「ドーパミン活性の発現が異なる」という,先行研究では見出せなかった知見を獲得することができた.また,構造記述子としての薬理活性クラス分類への適用可能性についても検証を行い,良好な結果が得られた.構造特徴表現として考案したパスフラグメントを使用した,頻出パスフラグメントの統計的解析の手順を検討し,化学構造に特徴的なパスフラグメントの獲得を試みた.解析結果から,原子ラベルは同じでも,その間の距離によって「ドーパミン活性の発現が異なる」という,先行研究では見出せなかった知見を獲得することができた.また,構造記述子としての薬理活性クラス分類への適用可能性についても検証を行い,良好な結果が得られた.構造特徴表現として考案したパスフラグメントに対して,フラグメント中のヘテロ原子や結合多重度も考慮した拡張表現の提案を行った.これにより,例えば,先行研究では同一のフラグメントとされていた,=0と-OHの酸素原子を区別することが可能となった.たとえ簡易マイニングを主眼とする手法であっても,化学的な性質が明らかに異なる化学種を考慮することは極めて重要であり,新たな知見の獲得につながると考える.頻出パスフラグメントの統計的解析の手順を検討し,化学構造に特徴的なパスフラグメントの獲得を試みた,解析手順の第1ステップは生成されたパスフラグメントを系統的に纏める作業であり,パスフラグメントを両端の原子ラベルのみに注目してグループ化し,その頻度分布をみる.この作業を行うことで,原子ラベルのみで薬理活性クラスの特徴解析が行える.次に第2ステップとして,特定のグループに対して,距離情報を横軸とした頻度分布を生成する.この頻度分布からは薬理活性クラスに特徴的な,フラグメントの距離情報などが得られる可能性がある.3種のドーパミンデータを用いて段階的に解析を行ったところ,原子ラベルは同じでも,その間の距離によって「ドーパミン活性の発現が異なる」という,先行研究では見出せなかった知見を獲得することができた.この結果は本手法が化学構造データマイニングにおいての有用性を示唆するものであると考える.構造特徴の抽出には,頻度分布から得られる統計量の定義や閾値の設定などが必要であり,現段階では未だ決定的なものが得られていない.今後は,自然言語処理分野で使用されているTF/IDF法の適用も含め引き続き統計量の検討を行っていく.平成22年度は以下の2つの項目について研究実施を計画し,インターネット上(PubMedや化審法データベース)に公開されている,化合物データを用いて本手法の有用性の検証を行った.1.広範囲の各種薬理活性クラスに対する化学構造データマイニングの適用と構造特徴の抽出2.それら構造特徴を用いた活性クラス分類や物性(毒性)予測モデルなどの構造活性相関モデルへの応用パスフラグメントを構造特徴記述子とした活性クラス分類への応用では,申請者の先行研究で行ってきた,サポートベクタマシン(SVM)を利用した.化審法データベースにて公開されている,既存点検対象物質から生分解性データファイルを作成し,生分解性(易分解,難分解)予測実験を試みた.パスフラグメントを記述子とした実験では高い精度で生分解性予測が行えることが分かり,その有用性を期待させる結果となった.しかし,対象の生分解性データ数が100件程度と少ないため,確証は得られない.そのため,今後はデータ数を大幅に増やし,交差検証法も取り入れた大規模データでの予測精度の検証を行う必要がある.PubMedから抽出した4種(ドーパミン拮抗薬/作動薬,変異原性,発癌性)のデータに対しても実験を行った.ドーパミン2種を対象とした2クラス分類を始め,4種すべてを使用した4クラス分類などの実験を行ったところ,いずれも良好な精度でクラス分類を行うことができた.このことから,構造活性相関モデルについてパスフラグメントの応用可能性も期待できる.以上からある程度の成果は得られたが,学会発表に至るものではなかった.化学構造データマイニングの適用と構造特徴の抽出については取り組むことができなかった.前年度行った,頻出パスフラグメントの統計的解析手順を基礎として,TF/IDF法の適用を行うことで,効果的な特徴抽出の検証を行っていきたい.創薬研究の初期段階における,副作用などを避けたリード構造の提案や,既存薬に対する未知の副作用などに関するリスク推定問題への応用可能性について引き続き検討したい.平成23年度は以下の2つの項目について研究実施を計画し,インターネット上(PubMedや化審法データベース)に公開されている,化合物データを用いて本手法の有用性の検証を行った.1.広範囲の各種薬理活性クラスに対する化学構造データマイニングの適用と構造特徴の抽出2.それら構造特徴を用いた活性クラス分類や物性(毒性)予測モデルなどの構造活性相関モデルへの応用パスフラグメントを構造特徴記述子としたデータマイニングでは,自然言語処理の分野などで使用されている,TF-IDF値の適用を検討した.TF-IDF値によって各パスフラグメントを特徴づけることで,特定薬理活性群を対象とした構造特徴解析を試みたが,学会発表できるような著しい知見は得られなかった.また,TF-IDFによる構造特徴解析の有用性を検証するためにSVM(サポートベクタマシン)による活性クラス分類実験も試みた.活性クラス分類への応用ではSVMを用いてこれまで予備実験を行ってきた.

パスフラグメント情報をすべて使用する場合と,上記の特徴解析よって抽出されたパスフラグメントを使用する場合とで結果比較を行ったが,学会発表に至るような知見や結果は得られなかった.また,その適用範囲を化合物の毒性データを使用した構造活性相関モデルへの応用にも広げることも計画していたが,記述子としての評価が思うように進まず実施することができなかった.物性(毒性)予測モデルへ適用することで,創薬研究の初期段階における副作用などを避けたリード構造の提案や,既存薬に対する未知の副作用などに関するリスク推定問題への応用が期待できるため,今後も引き続き検討していきたい.
風力発電所内の落雷が引き起こす電力・制御システムに与える影響

風力発電システムに雷撃があった場合,雷サージがタワー上を伝搬し,タワー内の電子・制御回路に過渡誘導電圧を生じさせ,機器の誤動作・故障の原因となる可能性がある。本研究では,雷サージにより発生したタワー内の過渡磁界を測定する方法として,自作の1ターンコイルを用い,その過渡磁界センサの精度を検証し,風力発電システムの縮小モデル内の過渡磁界を実測,その後,自作のシミュレータを用いて解析的な検討を行った。過渡磁界センサのコイル部分には半径0.5mmのエナメル線を用い,コネクタ部分を介して特性インピーダンス50Ωの2本の同軸ケーブル(1.5D2V)に接続している。また,同軸ケーブルのセンサに近い端で,2本のシースは互いに接続されている。センサ-オシロスコープ間の2本の同軸ケーブル間に鎖交する磁束の変化によるケーブルへの誘導電圧は,誤差の要因となるため,2本の同軸ケーブルを撚ることで誤差を低減している。上記のセンサを用いた縮小実験では,小型のバッテリー駆動パルス発生器を製作し,風力発電システムに電流を注入した。縮小モデルのスケール比は3/100である。その結果,風力発電システム内部にも比較的大きな過渡磁界が発生することが明らかとなり,通信・制御機器が誤動作する可能性があることがわかった。さらに,上記の実験の妥当性を確認するために自作の電磁界解析ソフトウェアを用いて解析したところ,10%から20%程度の誤差はあったものの,実測結果と解析結果は良好に一致した。今後,様々な実機のスケールにおいて,風力発電システム内部に設置された通信・制御機器への影響を解析的に検討できることがわかった。風力発電の普及が進むにつれて,落雷や台風による被害が数多く報告されるようになった。特に,雷害により当初の発電目標を達成できない風力発電設備が多く,落雷や台風の多い我が国の風土に合った風力発電システムの開発が望まれている。風力発電システムは丘陵地や海岸近くの平坦な場所等,大地雷撃密度が大きな地域に建てられることが多く,さらに,より多くの風資源を得るため,周囲に高構造物が少ない場所に建設される場合が多い。そのため,風力発電システムに多くの雷撃が集中する傾向がある。IEC規格においては,風力発電システムの雷保護方策が定められているものの,風力発電システム雷撃時の雷被害発生メカニズムが解明されている状況であるとは言い難い。風力発電システムの雷被害は,雷撃時に雷サージ波頭部に発生する過電圧によるものと,長波尾雷によるエネルギー的破壊に分類される。本研究では,前者の過電圧発生メカニズムの解明を目的として実施した,風力発電システムの縮小モデルを用いた実験的検討をおこなった。風力発電システム雷撃時に雷サージ波頭部に生じる過電圧のメカニズム解明を目的として,縮小モデルを用いた実験的検討を行った結果について述べる。検討の結果,塔脚の電位上昇により,塔脚と連系線等外部から引き込まれた導線との間,および,タワー内に施設された引き下げ線の下端と外部からの引込み線の間に耐雷設計上問題となるような過電圧が発生することがわかった。また,タワー内の主回路や制御回路がループ状の回路を形成する場合には,誘導による過電圧や誤動作に注意を要することが明らかとなった。さらに,避雷導線を有するブレードの先端に雷撃があった場合,および,ナセル後方に雷撃があった場合のサージ伝搬現象を明らかとし,今後,EMTP解析モデルを構築するために必要な基礎的知見を得ることができた。
粒子検出器用フロントエンドエレクトロニクスの遠隔診断システムの開発

2006年実験開始予定のLHC実験のATLAS測定器の最外周のバレル部およびエンドキャップ部に30数万チャネルのモニタードドリフトチューブが組み込まれる。江村と研究分担者の新井はこの実験の参加者である。特に新井はモニタードドリフトチューブからのドリフト信号の時間測定をするTDC LSIの設計開発者である。Time Memory Cell(TMC)と呼ばれるMOS LSIならばこそ実現できるTDC回路を発案した。問題は、実験中おびただしい数のTDC LSIの故障診断を遠隔よりしなくてはならないことである、このTMC-TDC LSIにはJTAGテスト法(IEEE1149.1)を支援できるboundary-scan回路が内臓されている。これは要求される故障診断を実現できる最良の方法の一つである。江村等はこのTDC LSIの機能検証および故障診断に最適なテストツールを独自に開発した。Verilogシュミレーターを利用することにより、Verilog HDL(ハードウエア-記述言語)で設計されたどんな回路のJTAGテストやセットアップを容易にする汎用のソフトウエアーツールである。JTAGテストパターンをLSIのVerilog HDLファイルから発生するところ着目したことが本研究の成果である。TMC-TDC LSIはVerilog HDLで設計されている。この検証システムによってTDC LSI内バッファメモリの動作テストがおこなわれて成功している。本システムと被試験LSIとの間の制御信号、テストデータの転送方式をプリンターポートからUSBポートに替えてスピドードアップをする予定である。JTAGテスト対応のアナログおよびデジタルLSIを設計・試作の研究にも着手した。VDEC(大規模集積システム設計教育センー、東京大学)よりライセンス供与された回路設計・シュミレーション、レイアウト設計等のCADツールで設計し、ローム株式会社のサブミクロンプロセス技術でLSIチップの試作をおこなってきた。前置増幅器、アナログメモリそしてTDC LSIのサブサーキットの設計・試作をおこなってきたが、まだ設計値をもったLSIの試作に成功していない。現在、レイアウト設計まで成功したLSIチップの試作品の仕上がりを待っている。平成11年度の研究実施計画は多電極型粒子検出器用のフロント・エンド・エレクトロニクス(アナログ)のCMOS LSIチップの設計・試作であった。このエレクトロニクスは、(A)カスコードアンプ、(B)100MHzアナログサンプリング回路、そして(C)アナログ・バウンダリ・スキャン回路から構成されている。平成11年度はこれら3つの回路のCMOS LSIを独立に設計・試作して性能評価をする計画であった。上記の(A)と(B)の試作LSIは電源パッドとグランドパッドの配置設計に誤りが見つかった。そのために試作品は電源供給ができず動作確認ができなかった。(C)のLSIの試作品は一応は動作したが、めざした性能を有するに至らなっかた。アナログ・バウンダリ・モジュールとテストバス・インターフェイスに使用したCMOSスイッチのいくつかに動作不良が発見された。動作不良は配線ミス因るものであることがわかった。(A)と(B)のLSIについては、MOSトランジタ,R,Cの回路素子ならびに配置配線の設計と回路シミュレーションの研究は良い結果をだしている。この2つの回路のパッドの配置まで含めたレイアウト設計を今回は全部手動でおこなっている。時間的な制約がありデザインルール・チェックの研究ができなかった。(C)のLSIについては、デジタルベースなので回路設計、レイアウト設計全部を自動設計で行なうことができた。

デザインルールチェックも済ませて、試作に出した。デジタル回路のMOS LSIの設計・製作について実際的な方法を学ぶことはできた。LSI試作は本年がはじめてであったが、次回の試作に良い成果をだす実用的な知見を得た。平成12年度は、11年度の経験を生かして、まず3つの回路をもう一度個別に試作する。成功した後に、まず(A)と(B)を組み合わせたLSIを、それから(A)、(B)と(C)を組み合わせたLSIを作る。2006年実験開始予定のLHC実験のATLAS測定器の最外周のバレル部およびエンドキャップ部に30数万チャネルのモニタードドリフトチューブが組み込まれる。江村と研究分担者の新井はこの実験の参加者である。特に新井はモニタードドリフトチューブからのドリフト信号の時間測定をするTDC LSIの設計開発者である。Time Memory Cell(TMC)と呼ばれるMOS LSIならばこそ実現できるTDC回路を発案した。問題は、実験中おびただしい数のTDC LSIの故障診断を遠隔よりしなくてはならないことである。このTMC-TDC LSIにはJTAGテスト法(IEEE1149.1)を支援できるboundary-scan回路が内臓されている。これは要求される故障診断を実現できる最良の方法の一つである。江村等はこのTDC LSIの機能検証および故障診断に最適なテストツールを独自に開発した。Verilogシュミレーターを利用することにより、Verilog HDL(ハードウエアー記述言語)で設計されたどんな回路のJTAGテストやセットアップを容易にする汎用のソフトウェアーツールである。JTAGテストパターンをLSIのVerilog HDLファイルから発生するところ着目したことが本研究の成果である。TMC-TDC LSIはVerilog HDLで設計されている。この検証システムによってTDC-LSI内バッファメモリの動作テストがおこなわれて成功している。本システムと被試験LSIとの間の制御信号、テストデータの転送方式をプリンターポートからUSBポートに替えてスピドードアップをする予定である。JTAGテスト対応のアナログおよびデジタルLSIを設計・試作の研究にも着手した。VDEC(大規模集積システム設計教育センー、東京大学)よりライセンス供与された回路設計・シュミレーション、レイアウト設計等のCADツールで設計し、ローム株式会社のサブミクロンプロセス技術でLSIチップの試作をおこなってきた。前置増幅器、アナログメモリそしてTDC LSIのサブサーキットの設計・試作をおこなってきたが、まだ設計値をもったLSIの試作に成功していない。
ヘムa1分子と銅1原子で機能するシトクロムcオキシダーゼ

硫黄酸化細菌Thiobacillus novellusのチトクロムcオキシダーゼは、2種類のサブユニット各1分子からなる最小構造単位に1分子のヘムaと1原子の銅をもつ。この酵素は、界面活性剤としてオクチルチオグルコシドが存在すると、この構造単位の単量体として存在するが、ツイーン20が存在するとこの単位の2量体として存在する。単量体は中に含まれる全ヘムaが一酸化炭素と反応するのでチトクロムa_3であり、2量体は含まれるヘムaの半分が一酸化炭素と反応するのでチトクロムaa_3である。また、この酵素によるチトクロムc酸化反応において、その[S]-v曲線は2量体に関してはシグモイドであり、単量体に関しては双曲線である。2量体によるシグモイドは、ATPの添加により双曲線になり、さらにアピラーゼをくわえてATPを分解すると再びシグモイドになる。分子量の測定によっても、2量体の酵素にATPを加えると単量体になることが分かった。また、2量体はCO結合物の2次微分スペクトルが、チトクロムa成分に特有な452nmの谷をしめすが、これにATPを加えるとこの谷が消える。さらに、2量体の[還元型]-[還元型+ATP]差スペクトルは445nmと600nmに山を示し、ATPの添加によってチトクロムa成分が消えたことを示す。すなわち、ATPによってチトクロムaa_3とチトクロムa_3の変換が起こる。つまり、この酵素の分子形態および活性はATPによって制御されるのである。予備的な実験によると、2量体はプロトンポンプ活性を示すが、単量体はこの活性を示さない。この活性はATPの生合成に関係あるので、この酵素のATPによる制御は生理的に意義のあるものである。
看護経済学の構築に向けた基盤研究 ‐褥瘡患者立脚型QOL評価指標の開発‐

価値に基づく医療を基本とした患者主体のアウトカムQOLを評価していくことが重要である.本研究では患者もしくは第3者からの評価も含めて,患者立脚型アウトカムとして褥瘡患者のQOLを評価する指標を開発することを目的とし調査を実施した.その結果,日常的にケアを提供している看護師による代理回答の値は,信頼性と妥当性があり褥瘡患者の定量的なQOL評価として活用できる可能性が示唆された.代理回答を行った看護師へのフォーカスグループインタビューの結果より,意識のない褥瘡患者のQOL代理評価の一つの方法として,治癒までのプロセスを評価でき,ケアの質評価につながる指標の開発が望ましいとの基礎資料を得た。本研究では、患者の視点に立脚した健康指標である患者立脚型アウトカムとして褥瘡患者のQOLを評価する指標を開発することを最終目的として、平成25年度に本邦の褥瘡患者のQOL実態を把握することを計画していた。現在、調査依頼を20施設に行い、すでに10施設は実態調査を開始している。残り10施設は施設倫理審査が終了次第開始できる予定である。今回のQOL調査票には海外で開発された、慢性創傷特異的なツールも含めており、複数のQOL調査票を比較することで、妥当性の検証が可能であると予測される。これまで本邦の褥瘡患者のQOLの実態は報告されておらず、今回の実態調査の結果より本邦の褥瘡患者のQOLを把握することが可能である。また、本研究では、医療者から得た情報によるQOL評価値の信頼性・妥当性を検討し、第3者による褥瘡患者QOL評価の適応可能性を評価することを目的としている。調査では、医療者からの評価をデータとして収集しているため、結果によっては今後意識レベルの低い褥瘡患者のQOL評価が可能となることも期待される。実態調査は平成26年11月に終了予定としており、結果をもとにQOLの実態報告を行う。さらに現在文献検討を実施しており、褥瘡患者のQOL概念を文献より収集している段階である。実態調査終了後に、質的研究より本邦褥瘡患者のQOLに関する概念化を行いQOL調査票を作成するためのアイテムプールを作成し、調査票の作成を行う。褥瘡は意識レベルの低い寝たきりの患者に好発するため、EuroQolなどのQOL調査票を用いて本人からの評価を得ることが困難である。本研究では、EuroQolを用いて本邦の褥瘡患者のQOL実態、及び医療者からの代理回答で得た評価値の信頼性・妥当性を検討する。方法:EuroQol(EQ-5D-5L・VAS)、Freiburg Life Quality Assessment wound module;FLQA-wを用いたQOL実態を20施設で横断的に調査した。対象者は、ステージIからIVの褥瘡を保有し、QOL調査に回答できる方とした。医療者は、その患者のケアに日常的に関わっている看護師とし、患者の立場に立ってQOL調査に回答した。評価者間信頼性の評価には相関係数を算出した。基準関連妥当性の評価は、慢性創傷で使用されるFLQA-wとの相関係数を算出し、既知集団妥当性は創の深さ別にQOL値を比較した。結果・考察:17施設より151名(68.8±16.4歳)の参加が得られた。EQ-5Dは効用値に換算し、患者評価の効用値は0.32±0.27でありVASは50.4±23.1であった。看護師回答の効用値は0.29±0.24で、VASは50.8±18.0であった。患者と看護師の評定者間信頼性では、効用値ρ=0.76(P<0.01)、VAS ρ=0.55(P<0.01)であった。FLQA-w(患者、看護師回答)と看護師回答の効用値に関しては、ρ=-0.44(P<0.01)、ρ=-0.49(P<0.01)。既知集団妥当性では、創が深くなるに従い効用値が低くなる傾向がみられた(患者P=0.03、看護師回答p=0.17)。患者のケアを日常的に提供している看護師によるEQ-5Dを用いた代理回答は、褥瘡患者の定量的なQOL評価として活用できる可能性が示唆された。褥瘡は意識レベルの低い寝たきりの患者に好発するため,QOL調査票を用いて本人からの評価を得ることが困難である.本研究では患者もしくは第3者からの評価も含めて,患者立脚型アウトカムとして褥瘡患者のQOLを評価する指標を開発することを主な目的とした.調査1では,日本語版EuroQol;EQ-5D-5Lを用いて本邦の褥瘡患者のQOL実態,及び医療者からの代理回答で得た評価値の信頼性・妥当性を検討した.17施設より151名(68.8±16.4歳)のデータが得られた.EQ-5D-5Lは効用値に換算した結果,本邦の褥瘡患者の効用値は0.41±0.24でありVASは50.4±23.1であった.

看護師の代理回答による効用値との比較では,効用値のICC=0.70(P<0.01),VASのICC=0.54(P<0.01)であり,効用値では強い相関が得られた.Freiburg Life Quality Assessment wound module;FLQA-wとの併存妥当性はrs=-0.62(P<0.01)であった.既知集団妥当性では,創が深くなるに従い効用値が低くなる傾向がみられた.褥瘡患者のQOL評価および,日常的にケアを提供している看護師による代理回答値は,信頼性と妥当性があり褥瘡患者の定量的な評価として活用できる可能性が示唆された.調査2では,調査1で代理回答を行った看護師5名にフォーカスグループインタビューを実施した.インタビューでは,代理回答で評価した際の指標や,褥瘡患者のQOLの課題に関して意見交換を行い評価指標作成のための基礎的なデータを収集した.インタビューの結果より,[QOL代理評価の際の状況][評価の際の課題]があげられ,意識のない褥瘡患者のQOL代理評価の一つの方法として,治癒までのプロセスを評価でき,ケアの質評価につながる指標の開発が望ましいとの基礎資料を得た。価値に基づく医療を基本とした患者主体のアウトカムQOLを評価していくことが重要である.本研究では患者もしくは第3者からの評価も含めて,患者立脚型アウトカムとして褥瘡患者のQOLを評価する指標を開発することを目的とし調査を実施した.その結果,日常的にケアを提供している看護師による代理回答の値は,信頼性と妥当性があり褥瘡患者の定量的なQOL評価として活用できる可能性が示唆された.代理回答を行った看護師へのフォーカスグループインタビューの結果より,意識のない褥瘡患者のQOL代理評価の一つの方法として,治癒までのプロセスを評価でき,ケアの質評価につながる指標の開発が望ましいとの基礎資料を得た。横断調査を実施したが、予定の症例数に達することができず、調査期間を延長したことが主な理由である。看護本邦褥瘡患者のQOLに関する概念化を行い、指標を作成する。デザイン:質的研究対象:質的データは横断調査の協力者WOC看護師数名へインタビューを実施する。インタビュー内容:インタビューガイドを用いた半構造化面接とする分析方法:逐語録より褥瘡患者のQOLとQOL測定の問題点を抽出する。また、褥瘡患者のQOLに関連する内容をコード化し、これらのコードを類似する概念のグループにまとめてカテゴリー化し、QOL評価指標を作成する。質的研究より得られた概念より指標原案を作成する。作成した指標の(研究者1名、WOC看護師、医師)内容妥当性を確認し表現の修正と項目の精選を行う。調査施設の選定と各施設での倫理審査手続きのため、実態調査の開始が遅れている。しかし、今年度には質的研究も終了する予定で進行可能と考えられ、おおむね順調に進展していると評価できる。今年度の計画が遅れてため、予定していた質的インタビューが未実施であるため、予算が次年度に持越しになった。11月まで実態調査を行い、終了後に質的研究を実施する予定である。褥瘡患者の症例が予定人数に満たない場合は、必要に応じて調査期間を延長する予定である。今年度インタビュー実施のための会議、データ収集を予定している。そのための予算として使用する予定である。また作成した指標を用いた調査を実施するにあたり、データベースを構築する予定である。ネットでの収集を予定しているためデータ構築のための作業費としての用途を予定している。データベース作成をWeb上で行う予定であったが、今回は紙面を用いたデータ収集を実施し、その金額が未使用であったため変更が生じた。実態調査に海外で開発された慢性創傷特異的なQOL調査票を用いたが、その許諾のために当初見込んでいなかった費用が生じることとなった。まだQOL調査使用の費用を支払っていないが、上記金額で補う予定である。
ルテニウム2次元酸化物に電場・圧力で誘起される新奇量子現象

モット絶縁体を外場によって金属化し,その金属相に現れる新奇量子凝縮状態を探索することを目的とした.4d電子系モット絶縁体Ca2RuO4に電場・圧力を加え金属化させる事に成功した.圧力下では,遍歴電子強磁性,超伝導が出現する.一方,この物質に室温で乾電池一個程度の電圧を加えると構造転移を伴って金属化,さらに電流を流し続けると金属状態が低温まで維持されることが分かった.モット絶縁体を外場によって金属化し,その金属相に現れる新奇量子凝縮状態を探索することを目的とした.4d電子系モット絶縁体Ca2RuO4に電場・圧力を加え金属化させる事に成功した.圧力下では,遍歴電子強磁性,超伝導が出現する.一方,この物質に室温で乾電池一個程度の電圧を加えると構造転移を伴って金属化,さらに電流を流し続けると金属状態が低温まで維持されることが分かった.本研究の目的は,モット絶縁体Ca_2RuO_4を外場で金属化し,その金属相に現れる新奇量子凝縮状態を探索すること.また,その転移過程の特異性を明らかにし,それらの発現機構の理解を進めることにある.今年度は,圧力と電場,ふたつの外場の効果について調べた.1.圧力効果(1)モット絶縁体Ca_2RuO_4は圧力下で強磁性を基底状態に持つ金属に転移する.この強磁性が典型的遍歴電子強磁性であることをスピン揺らぎのSCR理論に基づいて評価した.また,この強磁性は異方性が大きい3次元強磁性であることが分かった.これは,スピン軌道相互作用が大きいことに起因する.(2)さらに,8GPaまで加圧すると遍歴強磁性が突然消失し,超伝導が出現した.この超伝導は強磁性ゆらぎに関連したスピン3重項超伝導である可能性が高い.2.電場の効果Ca_2RuO_4に300Kでわずか乾電池一個に満たない0.8Vを印加するとMott絶縁体が金属化する.この電圧は電場にしてE_c40V/cmであるが,これは既知の絶縁破壊電場に比べても12桁も小さい.また,この絶縁破壊は構造転移を伴う.さらに,パルス電場で発熱量を抑えた実験でも静電場同様,構造変化を伴う金属転移が誘起できることが分かった.この様なおどろくべきほど低電場での絶縁破壊および電場誘起の強磁性は,4d電子系Mott絶縁体Ca_2RuO_4の他には例がない特異な現象であり,基礎物理のみならず電子デバイスへの実用化が十分に期待できる.本研究の目的は,モット絶縁体Ca_2RuO_4を外場で金属化し,その金属相に現れる新奇量子凝縮状態を探索すること.また,その転移過程の特異性を明らかにし,それらの発現機構の理解を進めることにある.H23年度は,電場と圧力の効果について調べた.さらに,本研究で得た成果などを学校など公共の場で公開,科学リテラシー向上を目指した.そして,最先端の成果を一般に公開する方法と意義について評価した.1.電場誘起金属転移(スイッチング)Ca_2RuO_4に300Kで,わずかE_c40V/cmで1%もの大きな体積変化を伴い金属化する.また,既知の絶縁破壊電場に比べても12桁も小さい.この現象が局所的なスイッチング現象なのかバルクの金属転移なのかを解明するため,(1)パルス電場で入力熱量を制御し,放射温度計で実際の発熱(温度上昇)を測定した.その結果,このCa_2RuO_4スイッチング現象は温度上昇がなくても起こる.すなわち,ジュール発熱ではない事を実証した.(2)スイッチング現象のサイズ効果を調べた.最近,抵抗変化型RAMを説明するために,局所的スイッチングモデルが提唱されているが,Ca_2RuO_4スイッチング現象でもこれが成り立つのかを確かめるため,金属化の過程を示す電流-電圧特性のサイズ効果を調べた.その結果,電流-電圧特性は素子の断面積や電極間距離でスケールされ,バルクの金属転移であることが示された.2.圧力効果"静圧力下"のモット絶縁体Ca_2RuO_4は0.5GPaので強磁性を基底状態に持つ金属に転移し(2)8GPaまで加圧すると遍歴強磁性が突然消失,超伝導が出現する.今年度は京都大学と共同実験・研究を通して,静水圧に加えて1軸圧力の実験を行い金属化と強磁性の観測に成功した.本研究の目的は,モット絶縁体Ca2RuO4を外場で金属化し,その金属相に現れる新奇量子凝縮状態を探索すること.また,その転移過程の特異性を明らかにし,それらの発現機構の理解を進めることにある.今年度は,電場と一軸圧力の効果のふたつの外場について調べた.1.電場誘起金属化と金属状態を維持する方法:室温で,モット絶縁体Ca2RuO4に乾電池一個に満たない電圧(約0.8V)を印加すると構造転移を伴い金属化する.このしきい電場は既知の絶縁破壊電場に比べても12桁も小さい.