hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
実験と体感による防災リスクコミュニケーションの手法の開発

建設業の将来を担い、且つ将来親として子供を教育する可能性がある女子学生をターゲットとして建築構造、耐震安全、地震防災に関わる国内外の教材群を収集、分析した上で、構造力学と分類される講義科目をできるだけ直感、実感、力感によって理解させるための半期学習プログラムを試作し、その支援ツールとして、一連のゴム模型シリーズを製作した。3年生の女子学生42名を対象とした半期授業を適用し、課題の理解度に教材模型による体感学習がどれだけ寄与したかを計った。本研究では、地震防災に関わるリスクコミュニケーションを成就させるための国民意識の向上、防災に従事する人材を育成するための実感・体感教育、地震防災に対する女性の積極的関与をキーワードとし、「生活の基盤である住宅」の耐震安全性に焦点をあて、(1)一般国民にも伝わる防災学習ツールを造る;(2)女子大生を被験者・学習者とする;(3)体感・実感に頼る学習方法を考案する、ことを研究の目的とする。本研究では、下記の3ステップからなる研究を展開する。(A)体感・実感促進教材の試作;(B)体感・実感実験法の考案;(C)学習効果の評価:(A)、(B)の開発による学習効果の定量化。H19年度においては、特に(A)、(B)において下記の成果を得た。(A)著名な構造研究者や設計者が初心者向けに著した内外の教材群を収集し、剛さと強さを確保するための材料と部材の種類、部材の接合方法等、建築構造と耐震安全性に関わる記述を抽出した。また20世紀を代表する構造研究者が著した、構造物の造りかたを解説した書物を取り上げ、構造物がかたち造られる様子と、力のバランスと力が地面に伝わる仕組みについて、それらを平易な日本語に翻訳する作業に着手した。(B)住宅に用いられる材料や部材がもつ、重さ、強さ、剛さを実感するための「実物模型」に関わる予備検討を実施した。曲げ、圧縮、座屈を実感することができるゴム製の模型を試作し、その視覚度、重量感、剛強感を女子学生に味わわせることを通じて、曲げや圧縮における平面保持やオイラー座屈等、構造の基礎となる事項に対する理解度が、これら模型との接触によってどの程度向上するかを検討した。本研究では、1.国民自らが地震被害の怖さを把握することによってこそ「地震防災に関わるリスクコミュニケーション」が成就する;2.少子化が進行するわが国において、防災に従事する人材を育成するためには、実の材料や寸法や力感を理解しうる実感・体感教育が不可欠である;3.女性の社会進出はめざましく、地震防災にかかわるプロジェクトにおいても彼女達が活躍する場は増えるはずである、を主張点とし、1.一般国民にも伝わる防災学習ツールを造る;2.女子大生を被験者・学習者とする;3.体感・実感に頼る学習方法を考案する、ことを研究の目的とする。本研究では、下記の3ステップからなる研究を展開した。H20年度においては、特に(B)を改良発展させるとともに(C)を実行した。(B)構造力学と分類される講義課目をできるだけ直感、実感、力感によって理解させるための半期学習プログラムを試作した。これに合わせて、このプログラム支援ツールとして、女子学生が手にとって重量感、寸法感を実感できる一連のゴム模型シリーズを製作した。(C)(B)の効力を計るために、3年生の女子学生43名を対象とした構造力学の半期授業に(A)(B)を適用した。特に教材模型の使用を通じて体感、力感が構造力学を理解する上でどの程度、寄与するかを計るために、授業前後に課題を解かせ、同時に学習模型の果たした役割について自由記述させることを通して、本研究で試作した学習プログラムとその支援学習模型の効用の定量化に努めた。
超大型宇宙構造物を実現する紛体成形技術の構築

平成30年度は研究連携者と分担し以下の事項を実施した。(1)実施する試験として大気中実験および真空環境実験を実施した。すなわち、線状の材料を成形し、真空チャンバー内における積層を可能とするようにシステムを構築した。3次元プリンタおよびその制御部分を購入し、材料としてULTEMを使用した実験環境を構築した。生成した試験片についてについて,形状および機械的性質(引張試験)を計測し、また、電気的性質(導電性・電気抵抗)を測定した。微小重力環境実験では航空機実験を計画した.すなわち,航空機内に装置を設置し,約15秒間に実現される微小重力空間に,ULTEMを積層する実験を計画した。航空機の運航がなされない期間が一定期間存在し、計画するにとどまった。真空環境と大気環境において、積層した試験片の力学的特性を比較検討した結果、真空中における機械的特性(剛性)が約1割定程度大きく、また、SEMによる界面観察の結果、結晶粒が真空中の方が大きいことが認められた。(2)テザー挙動予測シミュレータの開発テザーの伸展挙動の際に、テザーに生じる内力を算出するシミュレータを構築した。これにより、テザー伸展初期から終期までに必要な力学的特性を算出することができた。ここでは、テザー端点に比較的に大きな質量を有した軽量なテザーが質量移動を伴い伸展する挙動を宇宙軌道上を想定した運動方程式を立式し解を得た.テザー中間・端点の姿勢(変位),内力,衛星挙動を予測可能とした.(3)衛星軌道での実験計画小型の人工衛星のミッションとしての実現可能性を検討した。平成29年度は研究分担者と連携し以下の事項を実施した。(1)噴射機構を構築した。噴射ノズルおよび導電性噴射剤による成形後の線材および噴射剤の機械的性質を確認した.寸法が異なる噴射ノズルを購入し,大気圧環境下にて噴射実験を実施し,成形後の線材の機械的性質を確認した.噴射した線材の成型および保持のために,必要となる保持構造を構築した.衛星寸法を意識し小型の歯車にて歯面中央部を線材が通過する機構を構築した.下方に噴射した際の破断の有無,変形を高速度カメラで記録し測定した.(2)小型の炭酸ガスボンベおよび電磁弁を使用し,噴射機構の制御回路を作成した.真空環境で稼働できるように電子素子を選定し使用した.真空チャンバにデータ伝送のためのカップリングを設置する手間を省くため,無線LANを使用したデータ伝送を可能とした.(3)試験環境(真空チャンバ)を準備として、約2.5[m]程度の長尺の真空チャンバを制作した.この際,格納する噴射ノズルおよびその制御回路を収納可能とし,噴射に伴う力学的情報を取得する力センサも収納可能とした.(1)と同様に,下方に噴射した際の破断の有無,ひずみを高速度カメラで記録し測定した.(2)で製作する電気回路の真空環境における設置や稼働を確認した。すなわち、気密性の確認,真空環境の特性維持などの基本特性を計測した.次年度に計画している実験で想定する環境や用意する粉体などの試験条件を決定し、開発を予定しているシミュレータの仕様を検討した。真空環境における噴射機構の構築のため、導電性確保する材料選定及びを実施している。ここでは、粉体と混合する溶剤により粘度などが決定される。導電性を確保するためには、導体粉を混合するが、少ないと導電性が確保されず、注射器を改良し、押し出しに必要となる荷重と成型された材料の特性を測定する作業を繰り返し実施している。導電性が確保できる材料構成及び押し出し荷重との関係を把握することができた。射出の制御については電磁弁を使用しarduinoおよびXBEEによる無線環境における情報交換を実現するための環境を構築している。長尺の真空チャンバを設計・制作している。ここでは、伸展を可能とする円筒部と計測を中心に実施する観測(矩形)部に分けて実現している。また、来年度に向けた本研究の実現性を再度に確認するために下記の検討を実施している。真直な導電性テザーを材料からの成形を実現するための制御因子として,ノズル形状や噴射圧力が存在している一方として,充足すべき条件として,全長400[m]ものテザーを破断を生じさせずに成形することが必要となる.さらに,先端部には電子放出機構として,一定の質量を付与され,テザーの伸展が求められる.このため,質量の慣性力,ノズル設置部(衛星本体)の慣性力,地球からの重力および低軌道における希薄大気からの力学的作用の存在が考えられる.これらの影響および伸展開始から伸展終了までのテザーの力学的特性に適合するように伸展制御を実現する必要がある.制御パラメータは噴出圧力および保持歯車の回転速度となる.テザーの伸展の課題を明確にすることになり,伸展が実現できないような場合には,ノズル形状の可変性や伸展テザーのテンショナーの設置などの可能性があり検討することを確認した。

微小重力環境実験では航空機実験を計画した.すなわち,航空機内に装置を設置し,約15秒間に実現される微小重力空間に,ULTEMを積層する実験を計画した。航空機の運航がなされない期間が一定期間存在し、計画するにとどまった。真空環境と大気環境において、積層した試験片の力学的特性を比較検討した結果、真空中における機械的特性(剛性)が約1割定程度大きく、また、SEMによる界面観察の結果、結晶粒が真空中の方が大きいことが認められた。(2)テザー挙動予測シミュレータの開発テザーの伸展挙動の際に、テザーに生じる内力を算出するシミュレータを構築した。これにより、テザー伸展初期から終期までに必要な力学的特性を算出することができた。ここでは、テザー端点に比較的に大きな質量を有した軽量なテザーが質量移動を伴い伸展する挙動を宇宙軌道上を想定した運動方程式を立式し解を得た.テザー中間・端点の姿勢(変位),内力,衛星挙動を予測可能とした.(3)衛星軌道での実験計画小型の人工衛星のミッションとしての実現可能性を検討した。今後は、昨年度の進捗状況に述べた検討点を踏まえ、各種の実験を実施し、シミュレータを開発し、机上設計環境を整備していく。大気中実験として、線材を造形し,送り機構と組み合わせた状態での基本動作を確認する.確認により次の状態が確認できれば,真空環境実験に進む.真空環境実験では、大気中実験と同様の手順にて試験を実施する.可動部を使用するため潤滑環境についても注意し,一定の真空環境下に置いた後の可動の可否や連続可動の可否などの試験の実施を計画する.微小重力環境実験(伸展距離試験)として、航空機実験を計画する.すなわち,航空機内に装置を設置し,約15秒間に実現される微小重力空間に,テザーを伸展させる実験を計画する.紛体成形品の進展距離を大きくすることが必要となる場合には加えて,水中環境においての実験を計画する.テザー挙動予測シミュレータの開発を予定する。すなわち、前年度に製作した装置およびその個別テストより得られたテザーの特性や挙動および上記(1)で記した大気中・真空環境・微小重力環境における伸展試験の結果に適合性を有するシミュレータを開発する.テザー端点に比較的に大きな質量を有した軽量なテザーが質量移動を伴い伸展する挙動を宇宙軌道上や計画する実験環境における外力作用および境界条件を想定した運動方程式を立式し解を得る.テザー中間・端点の姿勢(変位),内力,衛星挙動を予測可能とする.小型の人工衛星を計画し,軌道上での実験の実施を視野に入れる.ただし計画の実行には別途予算措置が必要となり模索する。粉体材料について、既存所有のものが想定より多く活用できたため、購入する必要がなかった。
集団形成が個人の生理心理反応に及ぼす影響　－集団の親密さの変化に着目して－

これまで遺伝や文化などのスケールで集団に着目して生理心理反応の個人差を説明する要因について検討し、関わったが時間ごく短い社会的集団であっても生理反応を変化させることが分かった。近年、共感と呼ばれる人類特有の感覚の神経基盤が明らかになりつつあり、共感しやすさとERP反応の関連が示唆されている。平成25年度は、約100名の被験者を対象に感受性の個人差を構成する可能性のある性格特性を調査した。加えて唾液を採取し人類学的集団のマーカーであるmtDNAハプログループおよび性格や共感に関わるセロトニントランスポーター遺伝子タイプ(5-HTTLPR)を調査した。平成26年度は実際にそれらのグループの特性を踏まえた上で、単純な音声刺激や視覚刺激を用いた実験を行い、集団を形成する前段階の反応の個人差について特にERP反応と性格特性・遺伝多型との関連を明らかにした。特に情動反応や様々な認知、行動に対する影響が指摘されている5-HTTLPR多型と視聴覚刺激に対する反応の関連を検討した結果、主観的に異なると判断した刺激に対して初期成分においてsl+ll型に注意のバイアスがあり、後期成分ではss型において人物を含む刺激に対する生理的反応の違いが見られた。前者は、数は少ないものの欧米で関連すると思われる研究結果が見られ、後者は日本人集団独自の反応とする研究結果との類似点があった。これにより初期成分の示す注意には人類共通の傾向があり、後期成分は環境や学習によって変化しやすい遺伝多型が存在することが推察された。加えて、映像刺激により親密性が異なる社会的集団を観察した際の脳活動について検討した。その結果、観察する集団の親密性が高い場合、頭頂部における脳波のα波の抑制が有意に大きいことがわかった。すなわち、その集団に所属しない場合でも親密性は生理的反応に影響を及ぼすことが考えられる。26年度が最終年度であるため、記入しない。ヒトは視覚・聴覚など様々な刺激から快・不快などの情動を喚起され、それに伴い多様な生理的反応を示す。これまで遺伝や文化などのスケールで「集団」に着目して、生理心理反応の個人差を説明する要因について検討し、関わったが時間ごく短い社会的集団であっても生理反応を変化させることが分かった。近年、共感と呼ばれる人類特有の感覚が注目され、神経基盤が明らかになりつつある。それに伴い、共感特性(共感しやすさ)とERP反応の関連が示唆されている。社会的集団の親密性の変化と遺伝子的集団において生理心理反応の推移が収束拡散のどの形を示すかを検討することにより、社会的集団が個人差を構成する要因であるかを明らかにできると考えた。今年度は、実験に参加してもらう母集団を確保するため、約100名の被験者を対象に感受性の個人差を構成するであろう性格特性を調査した。その集団に対し、唾液を採取し人類学的集団のマーカーであるmtDNAハプログループおよび性格や共感に関わるセロトニントランスポーター遺伝子タイプ(5TTLPR)、オキシトシン遺伝多型(OXTR rs53576)を調査した。さらに、実際にそれらのグループの特性を踏まえた上で、単純な音声刺激や視覚刺激を用いたいくつかの実験を行い、集団を形成する前段階の反応の個人差について特にERP反応と性格特性・遺伝多型との関連を明らかにした。今年度は個人の特性の把握と、親密性の影響についての検討を別の実験系として行ったため、来年度は実際に被験者に集団を形成させる実験などを行い、両者の関連を検討する予定である。

その結果、観察する集団の親密性が高い場合、頭頂部における脳波のα波の抑制が有意に大きいことがわかった。すなわち、その集団に所属しない場合でも親密性は生理的反応に影響を及ぼすことが考えられる。26年度が最終年度であるため、記入しない。個人特性の把握を十分に行うことが重要であると考え、当初の予定を後ろ倒しにして反応の個人差や性格特性の把握に時間をとったため。本年度収集した情報を元に被験者の募集等、実験を円滑に実施できるようにする。
睡眠中の下顎の動態

独自に開発した睡眠時に使用可能な口腔内センサ方式6自由度顎運動測定器と携帯型ポリソムノグラフ装置で構成した睡眠時6自由度顎運動測定システムを用いて睡眠中の顎運動を解析対象とすることで筋活動などの生体信号からだけでは明らかにすることができなかった、偏心位でのクレンチングや咬耗と関連が考えれらる開口-閉口滑走運動時の筋活動などの現象を明らかにすることができた。睡眠時ブラキシズムは、その運動様式によりクレンチング、グラインディング、タッピングの3種類に分類されるが、従来の睡眠時ブラキシズムに関する研究では、筋活動を対象としたものが多く顎運動を解析対象とした報告は少ない。本研究では、睡眠中の6自由度顎運動と脳波、心電図、眼球運動、呼吸、筋電図などの生体信号の同時測定を行い終夜欠落のない睡眠中の下顎の動態に関する基礎的なデータを提供することを目指した。まず測定解析用ノートPC,終夜観察用PCモニター,データ保存用ハードディスク等を新規購入し環境整備を行った.2週間に1名のペースでの睡眠測定を予定していたが,測定用センサが破損新製,システムの性能向上に多くの時間を費やしたため新たな測定は2名にとどまった.このため今年度はこれまでに測定記録した15名の睡眠時顎運動データを用いて解析法の検討開発に重点をおいた.データの取り扱いを簡便にするため終夜の生体信号と顎運動のデータ処理方法および処理後データの保存形式について検討し睡眠判定の基準となるepoc(20秒)を基準に生体信号と顎運動を処理保存する形式とした.これによりこ筋活動から判定したブラキシズム時の顎運動を容易に観察および解析することが可能となった。睡眠時ブラキシズム中の最大咬筋筋活動時の顎位について検討しBruxer群では偏心位における強い咬合力負荷が発現されやすいことを明らかにした。また睡眠中の下顎安静状態での顎位(睡眠時下顎安静位)について検討し、切歯点における垂直的下顎位が2.5mm以上のepocが84.2%であった。その他、顎口腔機能の可視化に向けた取り組みも行った。研究成果は雑誌論文および学会発表で報告した。睡眠中の顎運動データの蓄積を行い以下の結果を得た。成人男性3名を被験者とし睡眠時ブラキシズム発現時の顎運動をクレンチング(咬頭嵌合位付近でのクレンチング、偏心位でのクレンチング)、グラインディング、タッピングの単独型とこれらが混在する複合型に分類したところ複合型の発現率は60.1%であった。クレンチングの咬頭嵌合位(ICP)から離れた35.8%は偏心位で発現していた。従来の筋活動による分類と顎運動による分類の一致率は21.5%と低く睡眠時ブラキシズムの研究において、筋電図などの生体信号だけでなく顎運動の解析が必要であることが示された。また睡眠中の顎運動の特徴として被験者5名の解析結果から睡眠中の嚥下は浅い睡眠段階で多く認められ,その時の顎位の最上方位はICPから0.18±0.16mm(後方に0.07±0.09mm,側方に0.12±0.12mm,下方に0.04±0.04mm)とICP近接していること、被験者12名の解析結果からヒトは睡眠中の安静状態において全身の筋肉同様に咬筋活動レベルも極端に低く、下顎は後下方に位置して開口状態にあるごとてを明らかにした。また,被験者8名の睡眠時ブラキシズム中の顎運動の閉口-開口サイクルを解析した結果、最大咬筋活動が咬頭嵌合位付近より閉口前期や開口後期で生じやすいこと、5%MVC以上の咬筋活動が閉口時だけでなく、開口時にも認められることを明らかにした。開閉口時にEdge toEdgeを乗り越える運動様式があり、この顎運動様式が多い被験者では犬歯の著しい咬耗が認められた。このように睡眠中の顎運動を解析対象とすることで筋活動などの生体信号からだけでは明らかにすることができなかった現象を明らかにすることが可能となりこれまで提供されることがなかった睡眠中の下顎の動態に対する基礎的なデータを提供できた。顎口腔系に異常のない健常有歯顎者6名(男性4名,女性2名,平均年齢27.2±6.2歳)を対象とし睡眠中に観察される咀嚼運動時のような周期性のある律動的な咬筋活動(RMMA)時のBurst(Onset、Peak、Offset)と顎運動(閉口相、咬合相、開口相、遷移相)について検討した結果、咬筋活動のOnsetは閉口相(31.1%),咬合相(28.3%),開口相(35.2%)で認められ,またPeakは開口相(47.0%),Offsetは閉口相(44.7%)で多く認められた。Peakの顎位は咬頭嵌合位より2.26±1.81mm離れた位置で生じており,また68.5%が1mm以上離れた顎位で発現していた.

Peakでは作業側方向に向かうものが63.0%,平衡側方向に向かうものが37.0%であった。犬歯尖頭や臼歯頬側咬頭に生じる咬耗との関連で興味深い頬側咬頭外斜面の滑走運動と思われる運動も観察された。また、健常有歯顎者3名を被験者とし睡眠中の覚醒反応時の顎運動について観察した結果、覚醒は、平均13.3回生じ、そのうち85.7%が体動を、77.5%が睡眠時ブラキシズム(SB)様の顎運動を伴っていた。顎運動を伴うもののうち、67.2%が2sec以上同じ顎位を維持するクレンチングを、97.4%が2sec未満の顎運動を行っていた。同じ被験者群においてSBは、平均22.7回発現しており、臨床的に顎口腔系への影響を評価するためには、従来解析から除外されてきた覚醒反応時においても高い頻度で何らかの顎運動が生じていることを考慮に入れる必要がある。このように睡眠中の顎運動を解析対象とすることで筋活動などの生体信号からだけでは明らかにすることができなかった現象を明らかにすることが可能となりこれまで提供されることがなかった睡眠中の下顎の動態に対する基礎的なデータを提供できた。睡眠中の顎運動データの蓄積に関しては当初計画していた12名の新規測定に対して5名と目標に達していないが、これまでに蓄積した睡眠中の顎運動データを解析することで筋電図等の生体信号だけでは観察することができなかった睡眠中の下顎の動態について明らかにすることができた。24年度が最終年度であるため、記入しない。睡眠中の顎運動データの蓄積を継続し、睡眠中の下顎の動態を明らかにする。特に覚醒時の下顎の機能運動時(咀嚼など)の顎運動との比較を行うことで睡眠中の下顎の動態を特徴について詳細に検討する。
低温重力波望遠鏡の鏡懸架系の高感度化に向けた接合の機械的散逸に関する研究

本研究では日本の重力波検出器KAGRAの鏡懸架系の高感度化に向け、機械的散逸の導入を抑えた接合手法を確立する。重力波検出器の感度限界を決定する原理的な雑音の一つである熱雑音は機械的散逸の小さい接合手法を用いることにより低減可能である。しかしながら、接合によって導入される機械的散逸の大きさに関する研究は例が少なく、定量的な評価を行わなければならない。そのため、本研究によって機械的散逸の小さい接合手法を確立し、重力波検出器KAGRAの鏡懸架系に適用することによって、重力波検出器KAGRAの感度を向上させる。
希少海洋微生物への特殊培養条件の応用と新規有用代謝物の探索

近年,海洋生物を創薬シーズとした研究が急速に進展しており,今後益々重要な役割を担ってくると考えられている.申請者は,海洋天然物化学で著名なスクリプス海洋研究所のWilliam Fenical教授の研究室にて,グループ内の共同研究者によって各種抗がん活性を評価して頂いた海洋細菌培養液5株の二次代謝産物を解析した.まず,最適な海水濃度を確認するため, 0, 25, 50, 75, 100%と振った海水培地による予備検討を行い,生育が良好だった75%海水培地による生産培養を10-20 Lのスケールにて実施した.フィジーの海底泥より分離された放線菌Micromonospora sp. CNS697株においては,主にstaurosporine類の生産を確認し, LC/MS解析より興味深い微量成分の生産を検出している.フィジー近海水深30 mより採取された細菌Bacillus sp. CNS660株からはmacrolactin AとSを単離し, HPLC-DAD分析よりテトラエン部位(365 nmのみに吸収帯)を有する新規macrolactin類の生産を確認している.Streptomycesに属する放線菌CNS691株の20 L培養と抽出実験も終えており,得られた抽出物のLC/MS解析より,多様な成分の生産を確認している.AJS044株及びAJS183株は,ラホヤ海岸の桟橋近海より分離された希少な海洋細菌で,単独培養での物質生産能を高くないと考えられたが, CNS697株とCNS660株との共培養実験にて新しい成分の生産が認められた.また、ラホヤ海岸中心に採取した海洋資源より,海洋生物に内在する11株の海洋糸状菌の分離にも成功している.本研究にて取り扱った海洋細菌の生育が非常に遅く,培養により得られる抽出物の量が十分ではなかったため,目的とする代謝産物の精製と解析に多くの時間を費やしてしまった.また,渡米後の生活と研究のセットアップにも時間を割かれてしまった.今回検討を実施した5株の海洋性細菌と新たに分離した11株の海洋糸状菌においては, Fenical教授の許可のもと,日本での研究の継続を承認して頂いている.今後,申請者が主に遂行している特殊培養条件との組み合わせを適応し,新たに生産される代謝産物の解析を予定している.内定年度:2017平成30年4月より開始するカルフォルニア大学サンディエゴ校での研究に必要な各種渡航手続き、健康保険等の契約および生活のセットアップを行なった。平成30年3月末に前もって渡米し、生活のセットアップおよび研究所での実験に必要な安全講習の一部を受講できたため、4月上旬より円滑に研究を開始できると考えている。近年,海洋生物を創薬シーズとした研究が急速に進展しており,今後益々重要な役割を担ってくると考えられている.申請者は,海洋天然物化学で著名なスクリプス海洋研究所のWilliam Fenical教授の研究室にて,グループ内の共同研究者によって各種抗がん活性を評価して頂いた海洋細菌培養液5株の二次代謝産物を解析した.まず,最適な海水濃度を確認するため, 0, 25, 50, 75, 100%と振った海水培地による予備検討を行い,生育が良好だった75%海水培地による生産培養を10-20 Lのスケールにて実施した.フィジーの海底泥より分離された放線菌Micromonospora sp. CNS697株においては,主にstaurosporine類の生産を確認し, LC/MS解析より興味深い微量成分の生産を検出している.フィジー近海水深30 mより採取された細菌Bacillus sp. CNS660株からはmacrolactin AとSを単離し, HPLC-DAD分析よりテトラエン部位(365 nmのみに吸収帯)を有する新規macrolactin類の生産を確認している.Streptomycesに属する放線菌CNS691株の20 L培養と抽出実験も終えており,得られた抽出物のLC/MS解析より,多様な成分の生産を確認している.AJS044株及びAJS183株は,ラホヤ海岸の桟橋近海より分離された希少な海洋細菌で,単独培養での物質生産能を高くないと考えられたが, CNS697株とCNS660株との共培養実験にて新しい成分の生産が認められた.また、ラホヤ海岸中心に採取した海洋資源より,海洋生物に内在する11株の海洋糸状菌の分離にも成功している.本研究にて取り扱った海洋細菌の生育が非常に遅く,培養により得られる抽出物の量が十分ではなかったため,目的とする代謝産物の精製と解析に多くの時間を費やしてしまった.また,渡米後の生活と研究のセットアップにも時間を割かれてしまった.本研究では、海洋環境から採集した希少細菌を研究材料に以下(1)(4)の項目を中心に実施する。(1)抗がん活性や抗菌活性を中心とした微生物培養液のスクリーニング。(2) (1)で得られた培養液中からの生物活性物質単離と化学構造の解析。(3) (2)で特徴的な代謝物を生産する菌株が得られた際は、種々の培養条件検討を適応し、微生物が有する物質生産能を最大限に利用する。(4) (1)で顕著な生物活性を示さなかった菌株においても、各種検討を実施することで限られた資源の再開拓を目指す。今回検討を実施した5株の海洋性細菌と新たに分離した11株の海洋糸状菌においては, Fenical教授の許可のもと,日本での研究の継続を承認して頂いている.
細胞内微小器官局在化蛍光プロ-ブを用いた正味の細胞内抗酸化活性測定

ミトコンドリアでの活性酸素種(ROS)の過剰産生やそれにともなう漏出は、動脈硬化やアルツハイマー病さらには癌の転移に重大な寄与をする。本研究は、ミトコンドリアに局在化し、さまざま蛍光波長を有する過酸化物感受性蛍光プローブの合成を行った。また、核に局在化するROS感受性蛍光プローブの合成を行った。さらに、抗酸化剤の細胞膜透過性と細胞内微小器官まで移行する能力とを含めた正味の細胞内抗酸化活性の測定方法を確立した。本研究は、細胞内微小器官に局在化する複数のROS感受性蛍光部ローブを組み合わせて用いることでROSの細胞内での過剰産生計測法を提案するものである。本方法を用いれば抗酸化剤の細胞膜透過性と細胞内微小器官まで移行する能力とを含めた正味の細胞内抗酸化活性の測定が可能になる。まず、細胞内抗酸化活性測定法を確立するため、これまでに合成したミトコンドリアに局在化する過酸化脂質感受性蛍光プローブを用い、ミトコンドリア内部で起こる脂質過酸化物の形成を新たに合成した新規のアスコルビン酸誘導体がどれほど抑制するかを見積もった。その結果、ミトコンドリアに局在化するアスコルビン酸誘導体の過酸化脂質生成に対する抑制効果が高いことが明らかになった。すなわち、本測定法は抗酸化剤の細胞内での分子動態も評価できることが実証された。次に、可視光領域に吸収をもつ抗酸化剤に対してもその細胞内抗酸化能の測定を可能にするため、近赤外領域に蛍光波長をもつミトコンドリア局在型の過酸化脂質感受性蛍光プローブの合成を行った。はじめに、過酸化脂質センサーとしてトリアリールホスフィノイル基をもつプローブの合成を行ったところ、目的とする蛍光プローブは過酸化物と反応してもわずかな蛍光強度の増加に留まった。これは、分子軌道計算の結果から考えてセンサー部位の基底状態エネルギーが蛍光団の基底状態と励起状態エネルギー差に適応せず、分子内電子移動反応がうまく起こらないためであると思われる。今後は、センサー部位の置換基変換によって、エネルギー差を調節した蛍光プローブを合成する。1:近赤外領域に蛍光波長を有するBODIPY誘導体を合成し、それにセンサー部位として、過酸化物感受性のあるホスフィノ基を導入した蛍光プローブを合成した。2つのジフェニルポスフィノイル基をセンサーとしてもつ蛍光プローブは過酸化物と反応して1.2倍の蛍光強度の増加に加えて蛍光波長のシフトが確認された。2:ミトコンドリアで過剰産生されたROSが種々の抗酸化剤存在下でも漏出するかを確認するためにDNAに局在化するDAPI(ジアミジノインドール)にROS感受性部位を結合させた蛍光プローブの前駆体を合成に成功した。本プローブはDAPIと同程度の細胞膜透過性とDNA局在化能を有することが明らかとなった。3:1および2で合成した蛍光プローブとミトコンドリア自体がROSを過剰産生する系を組み合わせ、ROSの産生場所であるミトコンドリア近傍でのROSの漏出量や抗酸化剤の細胞膜透過性とミトコンドリアまでの移行する能力とを可視化・数値化するためその準備段階として、数種の抗酸化剤の細胞内抗酸化活性を顕微分光法によって数値化したところ細胞膜透過性と細胞内での移行能の差が顕著に現れることが明らかとなった。(1)ミトコンドリアに局在化し、近赤外領域に蛍光波長をもつ過酸化物感受性BODIPY誘導体の合成:BODIPY骨格を有し、過酸化物感受性センサー部位としてジアリールホスフィン部位をもつ蛍光プローブを合成した。その化合物は電荷移動型の蛍光強度変化を示し、過酸化物と反応して蛍光波長のシフトとともに1.2倍の蛍光強度の増加が見られる。本化合物をミトコンドリアに局在化させるためにトリアリールホスホニウム塩を結合させ、ミトコンドリア膜の電位勾配に感応し、局在化させることを試みた。化合物の合成に関しては完了したが、実際に細胞導入実験を行ったとところその化合物のミトコンドリア局在性は我々が有するミトコンドリア局在型蛍光プローブのそれよりも低いことが明らかとなった。その原因として、本化合物の水溶性が低いこと、ならびに本化合物が有する脂溶性・親水性のバランスがミトコンドリア膜に局在化するのに適当でないことが危惧される。

細胞導入方法の工夫などを検討している。(2) DNAに局在化するROS感受性DAPI誘導体の合成:DNA染色剤として知られるDAPIに過酸化水素感受性のあるボロン酸エステル部位を結合させた蛍光プローブを合成した。得られた化合物はDNAと会合すると蛍光強度が増大し過酸化水素と反応することで蛍光強度が低下するいわゆるON-OFF型の蛍光プローブで、核外で生成した過酸化水素がDNA近傍に侵入すると蛍光強度が次第に低下するシステムが構築できた。実際の細胞実験を行うと本化合物の核内への侵入が確認できた。本化合物の細胞毒性については現在確認しているところである。もっとも重要でありかつ困難であることが予想された、二つの蛍光プローブの合成がほぼ完了した。また、顕微分光法により細胞内の局所的な部位での抗酸化活性の測定法を確立できた。そのため、おおむね順調に研究が進んでいる。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は、2つの蛍光プローブを同一細胞内に導入し、ミトコンドリアからのROSの漏出量、抗酸化活性、ならびに抗酸化剤の細胞内移行能の数値化を行う。そのためプローブの細胞内導入条件の詳細な検討が必要になる。さらに、測定対象とする抗酸化剤の種類を増やし、得られた情報をもとにライブラリーの確立を目指す。
表面強化した成形修復用グラスアイオノマーセメントの表面保護方法の開発

成形修復用グラスアイオノマーセメントは,操作性がよく,フッ化物による抗う蝕作用が期待できることから,訪問診療での高齢者の根面う蝕の治療に適した材料である.これまでの研究で,硬化後のセメント表面をカルシウム溶液で処理することで表面硬さが顕著に向上することが明らかになった.しかしその表面には多くの亀裂が観察され,長期耐久性に疑問が残る.そこで本研究は,表面強化した成形修復用グラスアイオノマーセメントの長期耐久性の評価と,実用的な表面保護方法の開発を目的とした.さらに,唾液中に含まれるイオンとの複合作用を解明し,最終的に臨床での応用を目指すものである.成形修復用グラスアイオノマーセメントは,操作性がよく,フッ化物による抗う蝕作用が期待できることから,訪問診療での高齢者の根面う蝕の治療に適した材料である.これまでの研究で,硬化後のセメント表面をカルシウム溶液で処理することで表面硬さが顕著に向上することが明らかになった.しかしその表面には多くの亀裂が観察され,長期耐久性に疑問が残る.そこで本研究は,表面強化した成形修復用グラスアイオノマーセメントの長期耐久性の評価と,実用的な表面保護方法の開発を目的とした.さらに,唾液中に含まれるイオンとの複合作用を解明し,最終的に臨床での応用を目指すものである.
インフルエンザウイルス・ゲノムアセンブリーの電子顕微鏡解析

A型インフルエンザウイルスは、8本に分節化したRNAをゲノムとして持つ。感染細胞から出芽する子孫ウイルス粒子が感染能を獲得するためには、8種類すべてのRNA分節をウイルス粒子内に取り込まなければならない。この分節化したRNAがどのようにウイルス粒子内に取り込まれるのかはほとんどわかっていなかったが、我々は電子顕微鏡を用いて、8本のRNP(ribonucleoprotein complex)が規則的な配置をとり、ウイルス粒子内に取り込まれることを明らかにした。本年度は、電子線トモグラフィー法により、出芽するウイルス粒子内に取り込まれた8本のRNPの立体構造解析を行い、ゲノムパッケージング機構の解析を行った。初めに、出芽ウイルス粒子全体を含むような200nm厚の切片を作製し、切片を約1度ずつ傾斜させ、プラスマイナス75度の角度で連続傾斜像を取得した。これを元にコンピュータ上でウイルス粒子の立体構造を再構築した。ウイルス粒子中の8本のRNPは長さが異なることが明らかになった。また、RNPとRNPをつなぐ構造物が存在すること、すなわちRNP同士に相互作用が存在することが示唆された。今後は、多くのウイルス粒子の立体再構築を行い、長さの異なる8本のRNPの並び方に規則性があるか否かを明らかにする予定である。感染細胞から出芽する子孫ウイルス粒子が感染能を獲得するためには、8種類すべてめRNA分節をウイルス粒子内に取り込まなければならない。本年度ほ、8本のRNPが規則的な配置に集合するために、8種類のRNA分節が必要かどうかを明らかにすることを目的とした。初めに、HA RNA分節を欠損させた7分節ウイルスと、HA蛋白質を発現しない変異HA RNA分節を持つ8分節ウイルスをリバースジェネティクス法により作製し、HA蛋白質発現細胞を用いて、それら変異ウイルスの性状を比較した。その結果、感染細胞における7分節ウイルスの増殖能は、8分節ウイルスより低かった。またウイルス粒子の出芽効率も、7分節ウイルスの方が低かった。しかしどちらのウイルスも、規則的な配置に集合した8本のRNPを取り込んでいた。以上の結果は、RNA分節の種類に関わらず8本のRNPが集合することがパッケージングに重要であること、しかし8種類のRNA分節が存在すると効率良く8本に集合し取り込まれることを示唆している。現在、PB2分節やNA分節を欠損させた変異7分節ウイルスを解析しており、各RNA分節欠損の増殖性やRNPの集合に対する重要性の違いを比較検討する予定である。
合成生物学的戦略によるがん治療用細胞傷害性T細胞インスパイアード細菌マシンの創製

応用微生物学や合成生物学における研究成果の医療応用は安全性の観点からハードルが高く、環境問題や食糧問題などが主たる応用の対象であった。しかし、高価なバイオ医薬品の登場や高齢化社会の到来による医療費の高騰に対し、遺伝子改変細菌などを利用した診断や治療は、非常に安価な医療を提供できると考えられる。本研究では、標的細胞親和性リガンドや細胞傷害性タンパクなどの遺伝子で大腸菌を形質転換することで、治療用細菌マシンを作製し、その生体内・細胞内分布や機能を評価した。こうした知見は、安全で治療効果の高いがん治療用細菌マシンの開発戦略の一つになるものと期待される。ドラッグデリバリー、分子イメージング
退院支援の質向上を目指した病棟看護師教育プログラムの開発

病棟看護師の退院支援実践向上のために、訪問看護との連携時の退院前後での看護情報の伝達・共有の機会から学びを得られる実践型の教育プログラム構築に向け、現状把握を行った。前年度までに、訪問看護の現状について調査を行ったため、今年度は病棟での現状把握を予定した。系統的な調査には至らなかったが、病棟でのフィールドワークを行い複数事例に対して退院支援を実践した。期間は2018年4月から9月の6か月で、6名の患者を担当し継続して支援を行った。研究者が以前勤務したことがある病棟で、院内統一の退院支援スクリーニングでリスクありと判定された事例に対して、プライマリー看護師として継続した介入を行った。うち1事例については、自宅で転倒し顔面を強打、受傷に至った事例であった為、自力歩行可能な状態での退院ではあったが地域包括支援センターへの情報提供と本人・家族へのセンターの紹介を行った。スクリーニングでは浮かびにくい独居高齢者の潜在的リスクへの対応について実践する機会となった。別の事例では、タイムリーな支援の実際(転棟翌日の転院に向けた情報提供準備や移送車の手配)も実践したことで、病棟看護師が退院支援を実践する際の困難についても体験できた。退院後に訪問看護を利用する事例は1事例のみであったが、退院前共同指導の際にはリハビリテーションや病棟での実際の移乗状況、本人家族への病状説明内容と理解状況などを直接対面して情報提供することができた。汎用性のある退院支援のルールやシステムでは、高度専門治療を要する急性期病院の診療科毎の特性を捉えた支援を網羅できず、結果として支援を受けることなく退院を迎える患者も少なくないと思われる。支援当事者の困り事やニーズに対応できる教育研修プログラムを作成する為には、プログラム構築の段階から現場の当事者に積極的に介入してもらえるよう配慮していく必要がある。研究者の本務多忙の為、病棟看護師への現状調査が予定通り完了できず、教育プログラム案の構築に至らなかった。30年度に実施できなかった部分については、現在既に着手しており調査結果の分析から速やかにプログラム案の作成を行う。教育プログラムについては既に2カ所のフィールドで運用許可を得ている為、2019年度中に当事者を含めたチームを立ち上げ、作成、試用し実用上の課題点のあぶり出しを行う。山形県内の訪問看護事業所63カ所を対象に、病棟看護との連携時の満足度や意見について調査を実施した。退院前の病棟との情報共有(複数回答)はカンファレンス93.1%、看護サマリー91.4%、連携室担当者経由81.9%、患者・家族との面会75.9%等の形式で実施されていた。退院後の病棟への情報提供(フィードバック)(複数回答)は、訪問看護報告書67.2%、退院後訪問47.4%、事例検討会33.6%等の形式で実施されていた。退院前後の看護情報共有に対する満足度(5段階)はどちらでもない45.7%、やや満足36.2%、やや不満13.8%の順であった。満足度を選択した理由(自由記載)では、42名から回答が得られた。自由記載の内容は、とても満足、やや満足の回答者を「満足群」、どちらでもないを「中間群」、とても不満、やや不満の回答者を「不満足群」として、群毎に内容を分類した。「満足群」では概ね選択した満足度に見合った理由の回答が得られたが「中間群」「不満足群」では、在宅で必要な情報が得られないことへの不満や病棟看護師の在宅への理解不足等を指摘する意見が散見された。以上のことから、退院患者の在宅療養を支える訪問看護師は病棟からの看護情報を活用している者も少なくないが、病院から送られた看護情報のみでは不足を感じ自ら情報を得るために面会や連携室を通じて病院にアプローチしている現状が明らかとなった。研究者の本務多忙の為、病棟看護師への現状調査が予定通り実施できず、教育プログラム案の構築に至らなかった。

退院後に訪問看護を利用する事例は1事例のみであったが、退院前共同指導の際にはリハビリテーションや病棟での実際の移乗状況、本人家族への病状説明内容と理解状況などを直接対面して情報提供することができた。汎用性のある退院支援のルールやシステムでは、高度専門治療を要する急性期病院の診療科毎の特性を捉えた支援を網羅できず、結果として支援を受けることなく退院を迎える患者も少なくないと思われる。支援当事者の困り事やニーズに対応できる教育研修プログラムを作成する為には、プログラム構築の段階から現場の当事者に積極的に介入してもらえるよう配慮していく必要がある。研究者の本務多忙の為、病棟看護師への現状調査が予定通り完了できず、教育プログラム案の構築に至らなかった。29年度に実施できなかった部分については、現在既に着手しており調査結果の分析から速やかにプログラム案の作成を行う。作成した教育プログラムについては既に2カ所のフィールドで運用許可を得ている為、30年度中に試用し実用上の課題点のあぶり出しを行う。30年度に実施できなかった部分については、現在既に着手しており調査結果の分析から速やかにプログラム案の作成を行う。教育プログラムについては既に2カ所のフィールドで運用許可を得ている為、2019年度中に当事者を含めたチームを立ち上げ、作成、試用し実用上の課題点のあぶり出しを行う。30年度に予定していた病棟看護師の現状把握の調査が実施できなかったため、次年度使用額が発生した。繰越額は、調査実施のための物品調達や分析用の備品購入に使用する。30年度に予定していた病棟看護師の現状把握に関する詳細の調査が実施できなかったため、次年度使用額が発生した。
２次元周期構造の特性解析とその電磁波素子設計への応用に関する研究

2次元周期構造を多層誘電体スラブ構造でモデル化することについて数値的な観点から検証している。反射率を数値計算法の1つであるFDTD法により求め、同じ反射率を与えるスラブの有効誘電率を計算する。この有効誘電率の有効性や適用範囲を検討している。まず、1次元周期構造からの反射率をFDTD法により求め,等価な誘電体スラブの有効誘電率を計算した。その結果を用いて2次元周期構造の反射率を検討した。規格化周波数に対する有効誘電率が不連続となったため、この問題点を改善するためにスラブ構造の厚さを薄くして多層化するモデル化を提案した。このことにより、不連続となる欠点を解決し適用範囲を拡げることに成功した。平成24年度は,主に以下の2つの観点について研究を進めた。1.1次元周期構造からの反射率をFDTD法により計算し,等価な誘電体スラブの誘電率を数値的に求めた。2.多層周期構造を1次元スラブ構造の多層化によりモデル化を行い,反射率から多層スラブ構造の有効誘電率を数値的に求め,その有効性を検証した。観点1については,1次元周期構造の具体例として,円柱で構成された周期構造を考察の対象とした。まず,数値計算法の1つであるモーメント法により,円柱周期構造の反射特性を計算し,円柱に対して厳密解として知られている論文の結果と検討を行い,モーメント法の結果が信頼できることを確認した。その後,FDTD法を用いて,反射係数を数値的に求め,先のモーメント法と結果と比較し,十分な精度が出ていることを確認した。次に,円柱周期構造を一様な誘電率を持つスラブ構造に置き換え,このスラブ構造からの反射係数がFDTD法で求めた反射係数と同じになる誘電率(有効誘電率)を数値的に求めた。1周期に占める円柱の占有率や規格化波長に対する有効誘電率について,検討を行った。占有率が小さい場合,反射率が1になる場合においても,有効誘電率を精度よく求めることができることを確認した。得られた成果は,電子情報通信学会電磁界理論研究会,ソサイエティ大会,電気系関係学会九州支部連合大会において発表した。観点2については,1次元周期構造の場合と同様の方法に2層周期構造の反射特性を数値的に求め,その結果をモーメント法等の手法と比較し,得られた結果の有効性を確認した。その後,1次元周期構造の場合と同様の手法により有効誘電率を数値的に求め,規格化周波数や1周期中に占める物体の面積の割合である占有率に対する有効誘電率の特性について,検討を行った。得られた成果については,電子情報通信学会論文誌に投稿している。本研究目的は、2次元周期構造を誘電体多層構造でモデル化し、その適用範囲(周波数や物体の分布率など)を検証する。先ず、2次元周期的構造に対する反射・透過特性についてFDTD法を用いて数値的に検討し、次に、モデル化で用いる有効誘電率の表現式について、有効性や適用範囲の検証を行った。当初の計画で用いる予定であったモーメント法は計算時間や計算機メモリの観点から適用範囲に制限があることが判明したため、他の計算手法であるFDTD法に切り替えた。1次元周期構造からの反射率をFDTD法により計算し,等価な誘電体スラブの有効誘電率について検討を行った。規格化周波数に対する有効誘電率が不連続となり、適用範囲が狭いことことが分かった。当初のモデル化は周期構造と同じ厚さを持つスラブ構造であったが、波長に対して厚いため位相変化が大きくなるため安定的に有効誘電率を求めることができなかった。そこで、スラブ構造の厚さを薄くし多層化するモデル化を考案した。このことにより、不連続となる欠点を解決し、適用範囲を拡げることに成功した。改良されたモデル構造を用いて、2次元多層周期構造からの反射特性を計算し、オリジナルモデルの反射特性と比較し、その有効性を示している。また、2次元周期構造の形状として、四角柱、円柱、三角柱などを取り上げ、いずれの場合も有効であることを示している。当初の計画では、電磁波デバイス設計の際に有効となるデータを供することとしていたが、上記問題点を解決するために多くの時間が必要となり、達成できていない。現在、上記のモデル構造を用いて、電磁波デバイス設計に有用となる最適パラメータの探索を行っている。得られた成果は、その都度、公表している。上記の改良されたモデル構造については、まず、平成26年5月の電気学会電磁界理論研究会で公表する。さらに、電子情報通信学会英文紙にも投稿中である。平成23年度は交付申請書の計画に従い、主に以下の2つの観点について研究を進めた。

1.1次元周期構造を積層化した2次元周期構造よる散乱電磁波を、多層膜解析と同様に各層での電磁波表現および各層での境界条件を適用して求める。2.周期構造を多層構造でモデル化を行う場合、基本となる1次元周期構造に対する有効誘電率が重要となる。Maxwell-Garnett法により求めた有効誘電率を持つ誘電体層に対する反射・透過特性とモーメント法の結果と比較し、その有効性を検証する。観点1については、1次元周期構造の具体例として、フォトニック結晶グレーティングを取り上げた。散乱体を誘電体で形成した誘電体グレーティング、誘電体円柱で形成したフォトニック結晶グレーティングの場合及び誘電体スラブ内にフォトニック結晶グレーティングが存在する場合、さらに、誘電体グレーティング内にフォトニック結晶グレーティングが存在する場合を取り扱い、周波数フィルター特性の観点から数値的検討を行い、その有用性を示した。観点2については、1次元周期構造における有効誘電率をMaxwell-Garnettの方法について検討を行ったが、物体の大きさが周期に比べて十分小さい場合のみ有効で、大きい場合に対して改善が見られなかった。そこで、1次元周期構造からの反射率および透過率をFDTD (Finite-Difference Time-Domain)法を用いて数値計算し、同一の反射率・透過率を与える単層スラブの有効誘電率を求める方法を用いて検討を行った。周期構造の形状、比誘電率、周期に対する有効誘電率の適用範囲について調べ、反射率が0.6程度まで、厳密解と一致することが確かめられ、有効範囲の改善を図ることができた。この研究成果については、5月開催の電子情報通信学会電磁界理論研究会にて発表する予定である。研究実績の概要に記載されている内容を踏まえ,以下の理由からおおむね進展していると判断する。1次元周期構造の有効誘電率を数値的ではあるが,精度良く求めることを確認できた。さらに,この方法を多層周期構造に適用し,2層円柱周期構造の対する有効誘電率を求めることができることを確認した。一方,本研究の目的の1つである,1次元周期構造の有効誘電率を用いて多層周期構造の反射・透過特性を見積もるまでには至っていない。さらに,実用的な観点から多層周期構造に対する反射・透過特性の最適パラメータを求めるためのプログラム開発が必要である。概要に記載されている2つの観点について、以下の理由から概ね順調に進展していると判断する。観点1については、周期構造の多層化の一適用例として、フォトニック結晶グレーティングにおける反射・透過について検討を行った。この構造をさらに多層化する必要があり、その際に多層膜解析で用いられている境界条件の接続方法を採用するが、エバネッシェント波の取り扱いが完全に取り込んでいないためか、従来の報告結果と十分な一致を確認できていない。この点は今後の検討が必要である。観点2については、申請交付書に記載されているMaxwell-Garnett法の適用範囲を示すことができた。しかし、適用範囲は実用上、必ずしも有用ではないため、数値計算をベースにした手法を適用して、有効誘電率の有効性について検討を行った。」その結果、今年度用いた手法は、周期構造の有効誘電率を求める方法として有効であることが示された。
少数キャリア-強相関電子系の極端条件下回折実験法による研究

CeモノプニクタイトCeX(X=P,As,Sb,Bi)は,磁場・圧力下で多段に変化する特異な磁気相図および異常な伝導状態を示すが,これらは,系の少数のキャリアーが,Ceのf電子と強く混成し局在化した結果生じた新しい現象と考えられる.特にCePにおいては,約3GPa以上の高圧下で系は強磁性となり,約6GPaでこの強磁性が消滅し系の4f電子が遍歴的になると考えられる.このようにCeモノプニクタイにおいては,局在4f電子状態が,圧力などの外場による混成効果の増大に伴って,遍歴的状態に移り変わる事が予想される.本研究の目的は,中性子回折およびX線回折を用いて,これらの現象のより正確な理解を目指すことにある.本年度は特に,CePの高圧下の磁気構造の中性子回折による研究および,格子定数のX線回折による研究を行なった.CePの高圧下の磁気相図については,これまでの3.2GPaまでの中性子回折の実験により,約3GPaまでの圧力では,圧力とともに周期の短くなる多段の特異な長周期構造が見られ,これ以上の圧力下では,系が低温で強磁性のみを示すことが明らかになっていた.本年度は,この強磁性相の圧力変化を調べるために,より高圧下での中性子回折の実験に挑戦し,3.9GPaにおける実験に成功した.この結果,圧力とともに,強磁性の飽和磁化が減少することを見いだした.さらに,上記のような磁気相図の圧力変化に対応する結晶格子の変化を知るため,約3GPaから6GPaの圧力下の格子定数の温度変化の測定をダイアモンドアンビル法を用いて行った.この結果,系が低温で強磁性のみを示す圧力以下では,低温秩序相で格子定数が減少するのに対し,これより高い圧力下では逆に増加するという興味深い事実を明らかにした.本年度には,さらに,CeSbについて,高圧下の電気抵抗の異常と格子定数の変化との対応を付けることを目的として,X線回折と電気抵抗の同時測定を行うための技術開発を進めた.CeモノプニクタイトCeX (X=P, As, Sb, Bi)は,磁場・圧力下で多段に変化する特異な磁気相図および異常な伝導状態を示すが,これらは,系の少数のキャリアーが,Ceのf電子と強く混成し局在化した結果生じた新しい現象と考えられる.特にCePにおいては,約3GPa以上の高圧下で系は強磁性となり,約6GPaでこの強磁性が消滅し系の4f電子が遍歴的になると考えられる.このようにCeモノプニクタイにおいては,局在4f電子状態が,圧力などの外場による混成効果の増大に伴って,遍歴的状態に移り変わる事が予想される.本研究の目的は,中性子回折およびX線回折を用いて,これらの現象のより正確な理解を目指すことにある.本年度は特に,CePの高磁場下の磁気構造のX線回折による研究を行なった.CePの磁場下の磁気相図については,これまで,約6Tまでの中性子回折以外には,直接的な情報がなかった.しかし,これより高い磁場下においても,多段の磁気相が存在することが,磁化及び電気抵抗の測定から示唆されており,これの直接的観測が期待されていた.本年度は,このことを研究する目的で,SPring8において約8Tまでの高磁場下のX線回折の実験を行なった(理研播磨研勝又グループとの共同).これは,Ceモノプニクタイドの特異な磁気構造には,特有の超格子変調が伴っているというこれまでの研究結果により,超格子変調構造の観測結果から磁気構造を推定できることを利用したものである.実験の結果,新しく,6T以下の低磁場側で,G_8Ce強磁性2重層の,Ce面で11枚周期,および高磁場側で9枚周期の磁気構造の存在が明らかになり,磁場下においても圧力下の同様に,特異な磁気構造の周期が段階的に少なくなっている事を示す実験結果を得た.CeモノプニクタイトCeX(X=P,As,Sb,Bi)は,磁場・圧力下で多段に変化する特異な磁気相図および異常な伝導状態を示すが,これらは,系の少数のキャリアーが,Ceのf電子と強く混成し局在化した結果生じた新しい現象と考えられる.特にCePにおいては,約3GPa以上の高圧下で系は強磁性となり,約6GPaでこの強磁性が消滅し系の4f電子が遍歴的になると考えられる.このようにCeモノプニクタイにおいては,局在4f電子状態が,圧力などの外場による混成効果の増大に伴って,遍歴的状態に移り変わる事が予想される.本研究の目的は,中性子回折およびX線回折を用いて,これらの現象のより正確な理解を目指すことにある.本年度は特に,CePの高圧下の磁気構造の中性子回折による研究および,格子定数のX線回折による研究を行なった.CePの高圧下の磁気相図については,これまでの3.2GPaまでの中性子回折の実験により,約3GPaまでの圧力では,圧力とともに周期の短くなる多段の特異な長周期構造が見られ,これ以上の圧力下では,系が低温で強磁性のみを示すことが明らかになっていた.本年度は,この強磁性相の圧力変化を調べるために,より高圧下での中性子回折の実験に挑戦し,3.9GPaにおける実験に成功した.この結果,圧力とともに,強磁性の飽和磁化が減少することを見いだした.