hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
激震時の載荷速度や繰返し荷重履歴がRC柱の破壊性状に与える影響に関する研究

1)RC素材の力学的性質に与える載荷速度や繰り返し荷重履歴の影響に関する系統的な基礎実験を行ってきた。既往の研究の調査結果に基づき、研究者によるばらつきの多い諸耐力や破壊モード、最大耐力後の変形性能に重点を置いた基礎実験を行った。鉄筋については既往の研究結果を利用し、既往の研究での評価の差が大きいコンクリートと付着を実験対象とした。載荷速度は、静的(10^<-5>10^<-6>/秒程度)から地震時ひずみ速度レベル(10^<-3>10^<-1>/秒)だけでなく、衝撃荷重レベルに近い高載荷速度レベル(1/秒程度)までカバーした基礎実験を行った。その実験結果より幅広い載荷速度に対して定式化された構成則の開発を行ってきた。2)解析対象としてのRC柱部材の静的および動的な実験については既往の部材実験を利用した。上記の構成則〓組み込んだFEM解析により地震の被害で特徴的な短柱のせん断破壊型を基本とし、静的から動的および衝撃に近いレベルまでの載荷速度の違いにより、RC素材の力学的性質の違いにより破壊モードが曲げや付着破壊型がせん断破壊型に変わるかどうかを重点的に調べることを目的とした。3)開発してきたRC部材の動的非線形FEM解析プログラムに、載荷速度や繰返し荷重の影響を考慮したRC素材の構成則を上記の基礎実験の成果から組み込んで追跡を試み、プログラムを検証し、解析の精度を確保するともに、RC柱の破壊モードの変化過程を解析し、分析した。激震時に想定される過大入力による高載荷速度や過酷な繰返し荷重履歴を受けて、鉄筋コンクリート(RC)建物の主要耐震構造要素として重要な柱部材が塑性域に入り、劣化していく過程において、主に静的な実験に基づいて設計された靭性のある曲げ破壊モードとは異なる脆性的なせん断破壊を起こすことが考えられる。本研究では、激震時の載荷速度や繰返し荷重履歴がRC素材の性質に与える影響を基礎実験により観察し、RCの構成則を構築する。さらに、激震時におけるRC柱の破壊モードの変化を部材実験により観察し、基礎実験に基づいて開発した構成則を組み込んだ動的非線形有限要素法(FEM)により詳細に解析することにより、その劣化過程を解明し、激震時にも合理的に対応できる耐震設計法を開発するための基礎資料とすることを目的とした。1) RC素材の力学的性質に与える載荷速度や繰り返し荷重履歴の影響に関する系統的な基礎実験を行った。既往の研究の調査結果に基づき、研究者によるばらつきの多い諸耐力や破壊モード、最大耐力後の変形性能に重点を置いた。載荷速度は、静的(10^<-5>10^<-6>/秒程度)から地震時ひずみ速度レベル(10^<-3>10^<-1>/秒)だけでなく、衝撃荷重レベルに近い高載荷速度レベル(1/秒程度)までカバーした基礎実験を行う。その実験結果より幅広い載荷速度に対して定式化された構成則の開発を行う。研究代表者らが開発してきているRC部材の動的非線形FEM解析プログラムに、載荷速度や繰返し荷重の影響を考慮したRC素材の構成則を基礎実験の成果から順次組み込んで追跡を試み、プログラムを検証した。本プログラムを次年度の研究に活用する予定である。2)コンクリートの裁荷試験から次の結果が得られた。(1)圧縮強度及び弾性係数は、ひずみ速度の対数値に比例して直線的に増大した。直線回帰式から10^4μ/secでは、圧縮強度は1.08倍、弾性係数は1.31倍に上昇し、10^5μ/secでは、圧縮強度は1.11倍弾性係数は1.41倍に上昇した。圧縮強度の上昇率は、弾性係数の上昇率に比べ幾分小さいといえる。(2)最大応力度はある幅を持ったバラツキを示した。

(3)ひずみ速度と圧縮強度時のひずみの関係はあまり明確ではなく、定量的な関係は確認できなかった。激震時に想定される過大入力による高載荷速度や過酷な繰返し荷重履歴を受けて、鉄筋コンクリート(RC)建物の主要耐震構造要素として重要な柱部材が塑性域に入り、劣化していく過程において、主に静的な実験に基づいて設計された靭性のある曲げ破壊モードとは異なる脆性的なせん断破壊を起こすことが考えられる。本研究では、激震時の載荷速度や繰返し荷重履歴がRC素材の性質に与える影響を基礎実験により観察し、RCの構成則を構築する。さらに、激震時におけるRC柱の破壊モードの変化を部材実験により観察し、基礎実験に基づいて開発した構成則を組み込んだ動的非線形有限要素法(FEM)により詳細に解析することにより、その劣化過程を解明し、激震時にも合理的に対応できる耐震設計法を開発するための基礎資料とすることを目的とした。1)RC素材の力学的性質に与える載荷速度や繰り返し荷重履歴の影響に関する系統的な基礎実験を行った。既往の研究の調査結果に基づき、研究者によるばらつきの多い諸耐力や破壊モード、最大耐力後の変形性能に重点を置いた。鉄筋については既往の研究結果を利用し、既往の研究での評価の差が大きいコンクリートと付着を実験対象とした。載荷速度は、静的(10^<-5>10^<-6>/秒程度)から地震時ひずみ速度レベル(10-310-1/秒)だけでなく、衝撃荷重レベルに近い高載荷速度レベル(1/秒程度)までカバーした基礎実験を行う。その実験結果より幅広い載荷速度に対して定式化された構成則の開発を行う。研究代表者らが開発してきているRC部材の動的非線形FEM解析プログラムに、載荷速度や繰返し荷重の影響を考慮したRC素材の構成則を基礎実験の成果から順次組み込んで追跡を試み、プログラムを検証し、解析の精度の確保とともに、RC柱の破壊モードの変化過程を解析し、分析した。更に、本プログラムを次年度の研究に活用する予定である。2)付着の載荷実験から次の結果が得られた。付着強度は、ひずみ速度の対数値に比例して直線的に増大した。直線回帰式から、10^<-3>/secでは付着強度は10.3N/mm^2で1.3倍、更に10^<-2>/secでは付着強度は12.6N/mm^2で1.6倍に上昇した。1)RC素材の力学的性質に与える載荷速度や繰り返し荷重履歴の影響に関する系統的な基礎実験を行ってきた。既往の研究の調査結果に基づき、研究者によるばらつきの多い諸耐力や破壊モード、最大耐力後の変形性能に重点を置いた基礎実験を行った。載荷速度は、静的(10^<-5>10^<-6>/秒程度)から地震時ひずみ速度レベル(10^<-3>10^<-1>/秒)だけでなく、衝撃荷重レベルに近い高載荷速度レベル(1/秒程度)までカバーした基礎実験を行った。その実験結果より幅広い載荷速度に対して定式化された構成則の開発を行ってきた。2)解析対象としてのRC柱部材の静的および動的な実験については既往の部材実験を利用した。上記の構成則を組み込んだFEM解析により地震の被害で特徴的な短柱のせん断破壊型を基本とし、静的から動的および衝撃〓近いレベルまでの載荷速度の違いにより、RC素材の力学的性質の違いにより破壊モードが曲げや付着破壊型がせん断破壊型に変わるかどうかを重点的に調べることを目的とした。
アフリカ経済発展における地方行政と市民参加 - ウガンダとガーナの比較研究

1980年代以降サハラ以南のアフリカ諸国は構造調整政策のもと、さまざまな制度改革に取り組んできた。地方分権化政策はその中でも主要な課題をなし、政治的には民主化を推進し、社会・経済的には開発をより効果的にするという意図があった。ウガンダは86年以降、国民抵抗運動(National Resistance Movement)政権のもとで地方分権化をすすめてきた。ウガンダの経験は現在功罪両面においてアフリカにおける1つのモデルケースとなっている。地方評議会(Local Council)の制度は、西欧に起源を持つ民主主義の理念をアフリカの実体に生かそうとした画期的な取り組みとして評価できる。ウガンダ人の多くはこの制度とそれを導入した現政権に肯定的評価を下している。他方この制度には今後克服すべき課題も多い。第1に分権化に関する情報が草の根レベルでは大変欠乏しており、そのことが中央集権的体制から地方分権的体制への政策変化の実施を困難にしている。第2に、ウガンダに限らずアフリカの多くの諸国は経済的困窮にあえいでいるが、地方自治体にとっては独自財源の確保なくして自治の実現は困難である。そのような財源の確保に向けて、自治体の取り組みはもとより、中央政府や国際援助機関の支援が望まれる。第3に、現在注目されている議論は、「分権化のパラドックス」である。すなわち、分権化の進展には中央政府の支援が不可欠であるという指摘である。ウガンダにおいては中央レベルで進行している官庁の再編成と公務員制度の改革が、地方分権化とより一体化する必要がある。その上で地方自治体の独自性を生かす形での監督・指導体制の強化が求められる。
酸素および硫黄原子で架橋した二核遷移金属錯体の創成と機能解明

生体内には二核遷移金属活性中心を有する金属タンパク質が数多く存在し、酸素分子の運搬や活性化、プロトンの還元、水の酸化、各種有機化合物の酸化および酸素化、電子移動反応など様々な反応を司っている。多くの場合、二つの遷移金属イオンが酸素や硫黄原子で架橋された菱形のコア構造を有しており、それらの構造や分光学的特性および反応性に多くの関心が寄せられている。本研究では、このような酸素および硫黄架橋遷移金属二核構造を精密に再現する錯体を合成し、それらの構造および酸化還元機能の解明を行った。特に架橋基である酸素や硫黄原子の電子構造や金属イオンとの酸化還元相互作用について詳細に検討を加え、新しい複合型元素相乗系化合物の創成と機能解明および応用をめざした。平成21年度の研究実績は下記の通りである。(1) (μ-η^2:η^2-ジスルフィド)二核ニッケル(II)錯体の合成:各種アミン系三座および四座配位子を用いて調製したニッケル(II)錯体とNa_2S_2との反応による(μ-η^2:η^2-ジスルフィド)二核ニッケル(II)錯体を合成した。得られた錯体についてはX線結晶構造解析により詳細な構造を明らかにするとともに、紫外可視吸収スペクトルや共鳴ラマンスペクトルを測定し、構造と分光学的特性の相関関係や、それに及ぼす配位子の効果を明らかにした。(2)外部基質との反応:合成した各錯体とボスフィン類などの外部基質との反応について系統的に検討を加え、酸素原子添加反応や硫黄原子添加反応などを見いだし、速度論的検討や同位体標識実験などを駆使して、反応機構を解明した。具体的には下記の項目について検討した。[1]酸素および硫黄原子を有する各種二核遷移金属錯体の合成:(μ-η^2:η^2-ペルオキソ)二核銅(II)錯体、(μ-η^2:η^2-ジスルフィド)二核ニッケル(II)錯体、およびビス(μ-オキソ)二核ニッケル(III)錯体の合成法を開発し、それらの構造および分光学的特性を明らかにした。[2]二核遷移金属錯体の異性化:酸素および硫黄原子間の可逆な結合形成・開裂反応を伴う異性化の可能性を調べるため、酸素や硫黄架橋原子と高原子価金属中心の電子構造に及ぼす配位子や溶媒条件などについて詳細に検討した。
オッセオインテグレーション成立後の海綿骨リモデリングの予測システム

本研究は,オッセオインテグレーション成立後のインプラント周囲海綿骨のバイオメカニックス特性の変化を明らかにすることでオッセオインテグレーション成立後のインプラント周囲骨構造を予測できるシステムを開発するその一端を担うことを目的としている。前年度,海綿骨のバイオメカニックス特性の変化を評価するために,目的とする骨のマイクロCT画像から有限要素モデルの作成を行うことを可能とするべく,マイクロCT画像の最適な二値化の閾値の設定を明らかにした。また,実際の臨床応用に備えて,マイクロCT画像以外に口内法X線画像による検討をも行うために,口内法X線の現像処理と二値化後の画像から得られる評価パラメータとの関係を明らかとした。本年度は,動物実験としてビーグル犬を用い,インプラント埋入直後から1週ごとに口内法X線写真撮影を行い,その画像解析より得られた評価パラメータの変化を追うことで,インプラント埋入後の周囲骨構造の変化を経時的に観察できるか否かを検討した。その結果,評価パラメータのうち,骨梁数,骨梁面積および骨梁周囲長はインプラント埋入1週目から3週目にかけて増加し,1週目と3週目には有意差が認められた。このことより,これらの評価パラメータはインプラント埋入後に生じる周囲骨構造の変化を見る上で有効な評価パラメータであることが明らかとなった。さらに,口内法X線写真から得られた評価パラメータの変化を追うことで,インプラント周囲骨構造の変化を経時的に観察できる可能性が示唆された。まずは海綿骨のバイオメカニックス特性の変化を評価するために,目的とする骨のマイクロCT画像から有限要素モデルの作成を行うことを可能とするべく,マイクロCT画像の二値化についての検討を行った。この二値化の閾値により有限要素モデルの骨梁構造および幅などが左右されることから,研究者により細部にわたる手動による二値化とコンピューターソフトによる二値化を比較することにより,閾値の設定値を明らかにすることができた。また,実際の臨床応用に備えて,マイクロCT画像以外に口腔内X線画像による検討をも行うために,口腔内X線の現像処理と二値化後の画像から得られる評価パラメータとの関係を明らかとした。研究者が臨床に耐えられると判断した口腔内X線画像であれば,二値化後に得られた評価パラメータに優位な差は出ず,また,各評価パラメータ相互の相関関係にも変化が出なかったことから口腔内X線画像を用いた臨床的評価の可能性が明らかとなった。次年度は,上記の結果を踏まえ実際に動物実験を用いたインプラント周囲骨のバイオメカニックス特性の変化を明らかにする予定である。
縁辺海の海洋基礎生産のモニタリングの基礎研究

光生物学的な手法により北東アジア縁辺海の基礎生産力をモニターするための手法に関して以下の成果が得られた。1.太陽光による励起により植物プランクトンから発生するクロロフィル蛍光から基礎生産速度を見積もるアルゴリズムを確立した。これにより測器を一定水深に吊下することで基礎生産力を連続的にモニターすることが可能になった。2.東シナ海および日本海で得られた光生物学的パラメーターの観測結果を用いて、既往の全球基礎生産力アルゴリズムの検証実験を行った。その結果、PBobtの見積が、各モデルにおける基礎生産推定の精度を大きく左右するとと、海面クロロフィルaが水柱積算基礎生産量の推定に最も重要な衛星パラメーターであることを認めた。当該海域ではKameda & Ishizakaモデル(印刷中)の性能が最も性能か良いことを認めた。3.このモデルを採用して海色衛星リモートセンシングにより得られるクロロフィル画像および海面光量と海面水温情報から11週間の時問分解能でクロロフィルおよび基礎生産マップを作成するためのデータ処理体制が整備された。これにより19962002年の期間でOCTSおよびSeaWiFS画像からNEAR-GOOS海域の週間マップ週間マップを作成した。4.上記のマップから、1998年と1999年では日本海の春季ブルームの形成規模が大きく異なることが明らかになり、1999年の生産が有意に高いことが認められ、衛星観測の有用性が示された。5.NEAR-GOOS海域では懸濁物質が多く、海中の光環境が外洋域のように海水と植物プランクトンだけで主に決まっているわけではないために、既存のクロロフィルおよび基礎生産推定アルゴリズムにさらなる改良が望まれる。本研究によりその開発のためのデータベースが充実し、今後の研究の展開が図られた。本研究の第一の目的である光生物学的パラメータの取得およびデータベースの作成については、平成11年7・8月に白鳳丸航海(KH-99-3)に参加して北部北太平洋における観測を実施し、基礎生産力、最大光合成速度、光合成量子収率、生体蛍光特性、植物プランクトン光吸収係数、光合成色素、水中分光照度および上向き分光輝度、太陽光放射について夏季の実測値を得た。これらをデータベースに組み込むため測定値の精度評価を現在進めている。当該海域は低クロロフィル高栄養塩で特徴づけられたため、基礎生産力が鉄供給によって律速されているとの仮説を検証する実験を行った。12nMの鉄添加によって光合成ム光曲線および光合成の量子収率に明瞭な増加効果が認められ、光化学系に対する鉄の影響が判明した。鉄律速は亜寒帯海域中央部から東部にかけて広範に起こっていることがわかった。日本海における光生物学的パラメータの取得は同年9・10月の白鳳丸航海において行った。これに加えて東京水産大学「海鷹丸」による日本海観測を同年7・8月に実施して上記と同様のデータセットを取得した。これらの結果は精度評価をした後データベース化する。植物プランクトン光吸収係数は、海色情報から基礎生産を見積もる場合に不可欠であるが、測定法が確立されていないため、研究者間の測定値の相互比較が困難な場合が少なからず生じている。このため本研究計画の代表・分担者を中心に測定法の統一化を目的としたワークショップを5月に岩手県大槌において開催した。全国から30名の参加者を得て実験と相互検定を行い、標準的な光吸収測定プロトコルが得られた。人工衛星による海色デ一タについては、OCTS画像の処理、およびSeaWiFSデータの取得と解析がすすみ、月別のクロロフィルマップが作成され、3月から6月にかけて春期の植物プランクトンブルームが北上する様態が明らかとなった。

(1)昨年度まで過去4年間にわたり実施してきた光生物学的係数の測定法の検討結果から植物プランクトン吸収係数測定法の標準プロトコルを確立した。(2)2000年910月の白鳳丸KH-00-4次航海レグ2に参加にして東シナ海における基礎生産力、光合成量子収率、生体蛍光特性、植物プランクトン吸光係数、光合成色素、水中分光照度および上向分光輝度、太陽光放射など光生物学的諸特性を明らかにした。これらの精度評価をした後データベース化する。(3)自然蛍光による基礎生産モニターを岩手県大槌湾において係留実験により5月、78月に行った。この結果、自然蛍光から基礎生産力およびクロロフィルaを見積もるために必要な蛍光の量子収率および植物プランクトン光吸収係数が経時的に変動すること、また、その変動を水温、光量、クロロフィルaで関数化することにより予測できることが明らかになった。以上に加えて8月上旬に自然蛍光光度計、FRRF光度計の同時係留比較観測、東大、名大、東水大各グループによる基礎生産力測定の共同観測を実施し、異なる基礎生産測定方法比較実験を行い、各方法の特徴を明らかにした。(4)相模湾の中央部において毎月、光生物学的観測を実施し、クロロフィルa、基礎生産力、水中分光照度の季節変動を明らかにした。また、相模湾に係留系を設置して以下のセンサーを搭載した昇降システムの開発を進め、センサーの評価を進めた。センサーとしてCTD,分光放射/輝度計、高速反復蛍光光度計、自然蛍光光度計、水中分光光度計を検討対象とした。係留観測システムは、有光層以深に設置する水中ウインチ部分とセンサーを搭載して昇降する計測ブイ部分とからり、計測ブイは常時は水中ウイン部分に固定されており、定期的に浮上して有光層内の観測を行うものとした。昨年度に引き続き、光生物学的諸特性のデータベース構築を行った。5月の長崎大学長崎丸および同鶴洋丸航海による東シナ海観測、9月の淡青丸KT-01-13次航海による相模湾観測、東京水産大学青鷹丸航海による相模湾での毎月観測、および56月の岩手県大槌湾における沿岸観測により、基礎生産力、光合成量子収率、生体蛍光特性、植物プランクトン光吸収係数、光合成色素、水中分光照度および上向き分光輝度、太陽光放射の時空間変動を解析した。得られた結果から精度評価を経て順次、データベース化を進めている。OCTSおよびSeaWiFS画像から、日本海および東シナ海における月間クロロフィルおよび基礎生産マップを作成した。昨年度までの成果により北東アジア縁辺海域の基礎生産力は、SeaWiFSの標準アルゴリズムであるVGPM法では過大評価されることが明らかになっているため、日本周辺海域のデータを加えて検討した結果、P^boptは水温とクロロフィルaの関数で表すことによって補正するアルゴリズムが得られた。このアルゴリズムをSeaWiFSで得られたクロロフィルa、AVHRRによる海面水温、SeaWiFSによる海面PARの月間マップから得られるp^bopt、C_<surf>、Z_<eu>に適用して日本海および東シナ海の基礎生産マップを作成した。その結果、1998年と1999年では春季ブルームの形成規模が大きく異なることが明らかになった。
散乱型硬X線偏光度検出器によるかに星雲の偏光度観測

X線/硬X線天文学は、エネルギー、時間、イメージの観測により、大きく発達してきた。しかしながら、偏光の観測は30年前に行われて以来、ほとんど観測が行われていない。特に硬X線領域での観測は大きく立ち後れているのが現状である。それはひとえに検出器開発が困難だからである。しかしながら、偏光観測が実現できれば天体の幾何学的な構造や磁場構造、パルサーやブラックホールのエネルギー輻射メカニズムを研究する上で大いに役立つ。特に硬X線領域での観測であれば、気球での観測が可能であり、非常に安価に実験を行うことができる。そこで我々は硬X線領域に高い感度を持つ偏光度検出器の開発を行った。この検出器をPHENEX(Polarimetry for High ENErgy X rays)と呼ぶ。PHENEXはユニットカウンターと呼ばれる偏光度検出器を複数台並べたものであり、ユニットカウンターは80keVで偏光解析能力53%、検出効率20%と世界最高レベルの性能を持つ検出器である。そして2006年6月に、ユニットカウンターを4台積んだPHENEX検出器を気球に搭載して超新星残骸であるカニ星雲のプレリミナリーな偏光観測を行った。日本時間の5時13分に岩手県三陸町から打ち上げられた検出器は、打ち上げ後2時間半程度で上空37.5kmに到達し、6時間15分のレベルフライトを行った。この間検出器本体は正常に動作したが、残念ながら方向制御のトラブルにより、カニ星雲を正確に追尾することはできなかった。しかし、それでも約1時間のカニ星雲の観測と1時間のバックグランドを実現することができた。観測終了後は検出器を海に落下させて回収を行った。検出器に積まれていたデータを解析したところ、検出器がカニ星雲からの信号を10σ以上で検出していた事が確認できた。また偏光解析を行った結果、統計的には不十分ではあるものの偏光を示すモジュレーションらしきパターンも観測された。今後有効面積を増やし、方向制御をフィックスすれば、カニ星雲やCygnus X-1の偏光観測も十分可能であるという事が分かった。X線及び硬X線天文学で最も観測が遅れているのが偏光である。これは偏光を検出できる感度の高い検出器の製作が困難だからである。そこで研究代表者は、マルチアノード光電子増倍管(MAPMT)とセグメント化されたシンチレーターを用いて、ユニット化された硬X線偏光度検出器の開発を行った。ユニットカウンターは36本のプラスチックシンチレーターと28本のCsI(Tl)シンチレーターで構成されており、それらが64チャンネルのMAPMTで読み出せるようになっている。我々が開発した検出器は50%以上のモジュレーションファクター(偏光解析能力)と20%程度の検出効率を有しており、同じ検出面積で比べた場合には、現時点で世界最高の感度を持っている。以上のユニットカウンターを4台、モニターカウンターを1台搭載した検出器をアンタイ検出器で囲んだ気球搭載用の検出器が開発されている。この検出器はPHENEX(Polarimeter for High ENErgy X-ray)と名付けられている。コンピューターシミュレーションによりPHENEXの性能を調べたところ、6時間の気球による観測でかに星雲の偏光度を測定できる事が分かった。そこで、PHENEXで実際にかに星雲の観測を行うために、検出器の気密箱、検出器のエレベーション機構や視線方向への回転機構を平成17年度に開発した。また、かに星雲のポインティングを行うために必要である太陽センサーの開発も行った。平成18年度に気球実験を行うことが、宇宙科学研究所本部より認められており、現在検出器のインテグレーションを進めている。

また偏光解析を行った結果、統計的には不十分ではあるものの偏光を示すモジュレーションらしきパターンも観測された。今後有効面積を増やし、方向制御をフィックスすれば、カニ星雲やCygnus X-1の偏光観測も十分可能であるという事が分かった。
セルロースの1級水酸基の酸化に始まる新しい生分解機構の解明

セルロースの生分解機構については、セルラーゼによる加水分解のみが知られており、関連して多くの研究が進められている。一方、本研究では、セルロースの1級水酸基であるC6位の水酸基の酵素酸化がまず起こって親水性のカルボキシル基が導入され、続いてヒドロラーゼ型およびリアーゼ型の酵素によって低分子化、更に代謝されるという全く新しいセルロースの生分解ルートの存在を証明し、その機能と役割を解明しようとするものである。昨年度から、微結晶セルロース粉末(高結晶化度の天然セルロースI型の結晶構造)および銅アンモニア溶液から再生したセルロース(低結晶化度のセルロースII型の結晶構造)をイオン交換水中、市販セルラーゼで処理し、水可溶成分あるいは水不溶のセルロース残渣成分中に二重結合を有するヘキセンウロン酸基の存在の有無を検討してきた。滅菌が不完全なセルロース分散液を市販セルラーゼ処理した場合には、二重結合の存在を示すデータが得られたが、菌の混入による副反応の可能性があった。そこで、完全に滅菌した試料で市販セルラーゼ処理したところ、水可溶成分には二重結合の存在は認められなかったが、水不溶のセルロース残渣部分に二重結合の存在を示唆する結果が得られた。この結果の再現性を現在検討している。二重結合の存在が認められれば、セルロースの新しい生分解機構として、C6位の酸化に続いてリアーゼによるβ脱離型の分解が存在することになる。市販セルラーゼ処理残渣中の二重結合の存在は、クロマトグラフによる検出(250nm付近にヘキセンウロン酸基の二重結合由来の吸収が現れるはずなので)で進めている。そこで、予備実験として微結晶セルロース粉末(高結晶化度の天然セルロースI型の結晶構造)および銅アンモニア溶液から再生したセルロース(低結晶化度のセルロースII型の結晶構造)をイオン交換水中、市販セルラーゼで処理した。微結晶セルロース粉末では3ヶ月間室温で処理しても可溶化しなかった。一方、再生セルロースは3ヶ月でほぼ完全に分解され、透明な溶液となった。従って、結晶化度はセルラーゼによる分解速度を大きく支配していた。そこで、再生セルロースのセルラーゼ処理溶液中にC6位の酸化、およびそのリアーゼによる分解によって生成したヘキセンウロン酸残基の存在の有無を検討した。ヘキセンウロン酸の有無を評価する方法として、呈色反応とUV検出器を付属させた溶出排除クロマトグラフによる検出(250nm付近にヘキセンウロン酸基の二重結合由来の吸収が現れるはずなので)を検討した。その結果、UV法の方が優れていることが判明した。しかし、防腐剤として微量添加したアジ化ナトリウムのUV吸収とも重複するため、現在、アジ化ナトリウム無添加の再生セルロースのセルラーゼ処理を進めている。今後、ヘキセンウロン酸基の存在が確認されれば、セルロースのC6位の酸化に始まる生分解機構が存在することを証明できるため、そのための基礎データの蓄積を進める。
酸化脂肪酸による細胞死誘導機構の解明とネットワークモデルの構築

生体膜に含まれる不飽和脂肪酸は、酸化ストレス時において非酵素的に酸化され多様な機能を有する「酸化脂肪酸」に変化する。本研究は、非酵素的に産生する酸化脂肪酸を利用し、細胞生存または細胞死への細胞運命を決定する機構を明らかにするものである。また、活性酸素種や細胞内カルシウム量の変動に応答し細胞死を制御する「ミトコンドリア」に着目し、複雑な細胞死の分子機構を解明する研究である。酸化脂肪酸のひとつであるプロスタグランジンなどを用いた研究により、細胞に炎症・細胞死などの生体反応を誘導することが多く報告されている。一方、複数の酸化脂肪酸を使った細胞応答に関する知見は少ない。生体内では一種類の酸化脂肪酸が機能しているわけではなく、酸化ストレス時は、同時に複数の酸化脂肪酸が産生され、協奏的にオルガネラに対して機能している。しかしながら、複数の酸化脂肪酸が存在した場合の細胞およびオルガネラの反応について、これまで研究されていない。脂肪酸および酸化脂肪酸の細胞死誘導メカニズムを解析した結果、いくつかの結果を得た。まず、酸化DHAによって誘導されるヒト単球性白血病細胞株THP-1の細胞死を、全カスパーゼ阻害剤(zVAD-fmk)が抑制する結果を得た。また、OxDHA処理したTHP-1細胞において、カスパーゼ3/7の活性化や細胞表面へのフォスファチジルセリンの露出を確認した。これらの結果より、OxDHA処理により生じる細胞死において、アポトーシスシグナルの活性化が示唆された。次に、DHAおよび酸化DHAで処理したヒト前骨髄性白血病由来株HL-60において、ミトコンドリア膜電位の低下が生じた。また、ミトコンドリア内に存在するシトクロームcが、DHAおよび酸化DHA処理時間依存的にミトコンドリアから放出した。また、鉄キレート剤であるディフェロキサミン(DFO)は、DHAによる細胞死を抑制した。一方、抗酸化剤のジブチルヒドロキシトルエン(BHT)、ミトコンドリア膜透過性遷移阻害剤のサイクロスポリンA(CsA)、細胞内カルシウムキレート剤のBAPTA-AMは、DHAによる細胞死を抑制しなかった。さらに、過酸化物価(PV)の異なるLAの細胞死誘導活性を調査した結果、PVの高いLAの方が高い細胞死誘導活性を有した。このように、脂肪酸および酸化脂肪酸による細胞死やミトコンドリア機能不全の一部を明らかにした。加えて、細胞死を制御する化合物について新たな知見を得た。よって、おおむね順調に進展している。本研究により、脂肪酸や酸化脂肪酸によって誘導される細胞死について、いくつかの新たな知見を得た。しかしながら、それらは断片的な結果であり、まだまだ全様の解明に至っていない。よって、さらに細胞死を制御する化合物の探索を行い、全容の解明につなげる。脂肪酸および酸化した脂肪酸は、細胞死を誘導する活性のみならず、炎症に対する影響も報告されている。よって、脂肪酸や酸化脂肪酸が誘導する細胞死と炎症との関係についても解析する予定である。また、細胞膜の酸化に寄与する活性酸素種や活性窒素種および鉄などの金属についても解析する予定である。

加えて、細胞死を制御する化合物について新たな知見を得た。よって、おおむね順調に進展している。本研究により、脂肪酸や酸化脂肪酸によって誘導される細胞死について、いくつかの新たな知見を得た。しかしながら、それらは断片的な結果であり、まだまだ全様の解明に至っていない。よって、さらに細胞死を制御する化合物の探索を行い、全容の解明につなげる。脂肪酸および酸化した脂肪酸は、細胞死を誘導する活性のみならず、炎症に対する影響も報告されている。よって、脂肪酸や酸化脂肪酸が誘導する細胞死と炎症との関係についても解析する予定である。また、細胞膜の酸化に寄与する活性酸素種や活性窒素種および鉄などの金属についても解析する予定である。購入を予定していた設備備品を購入しなかったため次年度使用額が生じた。生化学実験用の試薬として翌年度使用する。
新規複合材料を用いた歯周組織再生療法の探索

本研究ではPro-Hyp-Glyシークエンスで構成されたpoly(PHG)と骨髄由来間葉系幹細胞とを組み合わせた骨補填材料を開発した.細胞群はPoly(PHG)を足場として組み合わせ, poly(PHG)スポンジ単体群,無治療群を作成しミニブタ頭蓋骨欠損モデルに移植実験を行った.細胞群における新生骨量の割合はコントロール群と比較した放射線学的測定において12週と18週において有意に高い値を示した。18週において細胞群では成熟した緻密骨によるリモデリングが認められた. MSCsとPoly(PHG)を足場とした骨形成材料は良好な骨形成能をもち、臨床応用の為の研究すべき材料である.垂直性骨欠損を伴う重度の歯周炎は多血小板血漿(PRP)やエムドゲイン等成長因子を用いた治療が不可欠である。しかしながらスペースメーキングが不十分で満足の得られないケースも多い。そこで申請者は長期間再生の場を提供し、足場材料自体がPRP効果を持つ人工コラーゲン/αリン酸三カルシウム(αTCP)スポンジを開発することが本研究の目的である。プロリン(P)ーヒドロキシプロリン(H)ーグリシン(G)からトリペプチドを作製し、縮重合を行ない1%Poly (PlHG)ゲル水溶液を作製した。凍結乾燥後、熱架橋を行い、複合体を作製した。ゲル水溶液に対するα一TCP粉末の混合比と粉末位径について検討を行った結果、操作性では、100-200μm群と700-1000μm群を重量比1:1で混和したものが移植をする上で優れていた。また、X線回折にて組成を調べた結果、αTCPがハイドロキシアパタイトに転化していないことも明らかとした。ラット頭蓋冠の中心に直径9mm、深さ1mmのクリティカルサイズの骨欠損を形成し、複合体を移植し、2,4,8週後に屠殺し、マイクロフォーカスCT及び病理組織学手法でHE染色にて観察した。マイクロフォーカスCTから得られた骨体積と骨塩量は人工コラーゲン単独のスポンジに比較して有意に高い値を示した。またHE染色の結果、4週までは人工コラーゲンが残存し、その後、αTCPとともに吸収することが明らかとなった。高度に吸収した歯槽骨の再生には優れた足場材料と成長因子が必要不可欠である。しかしながら現在、臨床応用されている人工生体材料の多くは骨増生に有効な期間以上に生体内に貯留し結果として骨に置換せず、満足の得られないケースも多く存在する。またエムドゲインなどの成長因子の多くは生体由来材料だが、今後ますます非生体由来材料による骨増生が求められると考えられる。ラット頭蓋骨欠損部位において、Poly(PHG)のゲル水溶液と骨髄由来間葉系幹細胞を混合して移植した群(Poly(PHG)+細胞)とPoly(PHG)のゲル水溶液単独で移植した群では、4,8,12週間移植後得られた骨片試料をマイクロフオーカスX線CTを用いた解析にて、非埋入コントロール群と比較して骨体積が大幅に上昇する事を明らかにした。病理学的組織学的に評価を行った結果において移植群ではコントロール群と比較して多量な骨形成を認めた。一方コントロール群では緻密なコラーゲン線維を認め骨再生量は移植群に比較して少なかった。コントロール群と比較してゲル水溶液を移植することで骨再生能が向上することを明らかにするため、Poly(PHG)の血小板凝集能を測定したところアテロコラーゲンに比較して高くなる傾向を見いだした。今後はさらに歯周組織再生に応用するために、下顎骨欠損モデルを作成しより複雑な形態の骨欠損に対して応用できるようにさらに研究を継続する予定である。複合体作製は当初の計画通りに進んでおり、小動物を用いた実験が行えたため。細胞を用いた再生医療においては,歯槽骨のような広範な部位の再生を対象とする場合,必ず機能的な足場が必要となってくる。しかし合成コラーゲン(Poly(PHG))材料を足場とした培養細胞による骨再生の報告はまだない。本研究における目的はPoly(PHG)を足場とするブタ骨髄由来間葉系幹細胞移植による、ブタ頭蓋骨欠損部の骨形成について検討することである。ブタの頭頂骨に直径10mmの欠損を作成し、予め採取したブタ骨髄液より骨髄由来間葉系幹細胞を分離し骨芽細胞様細胞を調製後、Poly(PHG)と組み合わせ頭蓋骨欠損部へ移植した。移植実験ではPoly(PHG)を足場とし骨髄培養細胞を播種した群、Poly(PHG)のみの群、骨欠損のみの群を作製した。その後4週、8週、12週で屠殺し、病理組織学的評価、マイクロCTを用いた評価を行った。マイクロCTによる評価では移植後4週においてはすべての群で著明な変化は認められなかったが、移植後8週のPoly(PHG)に骨髄培養細胞を播種した群は、多群よりも著明な新生骨の形成が見られ、欠損中央部にも新生骨が確認された。またPoly(PHG)のみの群においても母床骨と連続する新生骨が確認された。これらの結果からPoly(PHG)を足場としてブタ骨髄由来間葉系幹細胞と組み合わせた骨形成材料は,広範囲な骨欠損においても応用可能な材料であることが示唆された。またPRPと骨髄由来間葉系幹細胞(MSCs)を組み合わせた場合の骨再生についても検討を行い、PRPとMSCsを組み合わせた群、PPPとMSCsを組み合わせた群、骨欠損のみの群を作成し術後8週、12週、18週で屠殺し比較検討を行った。

その結果、骨欠損群と比較しPRPとMSCsを組み合わせた群では有意に高い骨再生量を示した。この結果PRPは骨再生に有用であることが改めて示された。本研究ではPro-Hyp-Glyシークエンスで構成されたpoly(PHG)と骨髄由来間葉系幹細胞とを組み合わせた骨補填材料を開発した.細胞群はPoly(PHG)を足場として組み合わせ, poly(PHG)スポンジ単体群,無治療群を作成しミニブタ頭蓋骨欠損モデルに移植実験を行った.細胞群における新生骨量の割合はコントロール群と比較した放射線学的測定において12週と18週において有意に高い値を示した。18週において細胞群では成熟した緻密骨によるリモデリングが認められた. MSCsとPoly(PHG)を足場とした骨形成材料は良好な骨形成能をもち、臨床応用の為の研究すべき材料である.複合体作製が可能となり、小動物での実験まで行えたため。27年度に小動物で行った、複合体作成条件によって試料を作成する。その後、ウサギ大腿骨モデルもしくはイヌ下顎骨欠損モデルを用いて移植を行う。マイクロフォーカスX線CTによる骨再生評価、病理組織学的な計測を行う予定である。歯周病学26年度に小動物で行った、複合体作成条件にて試料を作成する。その後、イヌ下顎骨骨欠損モデルもしくは頸骨欠損モデルを用いて移植を行う。マイクロフォーカスX線CTによる骨再生評価ならびに病理組織学的評価によって骨再生を評価する。複合体のin vitro評価を行うことが完了していなかったために、それらの実験に関連する費用を使用しなかったため。複合体のin vitro評価を行うことができず、それら実験に関する費用を使用しなかったため。28年度はビーグル犬と病理組織の費用に充填したい。27年度はビーグル犬と病理組織の費用に充填したい。
高スピン有機分子、有機強磁性体の開発

平成五年度の最も注目すべき成果として、完全に有機物よりなる強磁性体を3種、錯体よりなる分子性強磁性体を2種見い出したことが挙げられる。特に、単一の有機ラジカル結晶の強磁性体は従来2種が知られているのみであったが、本研究で見い出された物質は史上第三、四、五番目のものである。我々は芳香族環とアゾメチンで結合したTEMPOラジカル誘導体で、強磁性的相互作用を有するものを見出した。測定を行なった21種のTEMPO誘導体類のうち7種が強磁性的相互作用を示したが、この誘導体の系は従来の常識に反してその性質を示す確率が極めて高い。それらのヘリウム希釈冷凍機の温度領域での交流磁化率、磁化曲線の測定を行なった。その結果、芳香族としてフェニル、ビフェニル、p-クロロフェニルのものがそれぞれ0.18,0.4,0.4Kで強磁性転移を起こし、2-ナフチルのものが0.12Kで反強磁性転移を起こすことが解かった。また、幾つかのものについては室温におけるX線結晶構造解析を行なった。前二者の構造解析によれば、このN-O部分は二次元ネットワークを形成している。別のアプローチとして、スピン源として遷移金属イオンを用い芳香族環としてピリミジンで架橋配位させ、d軌道上のスピンを平行にすることを試みた。ピリミジン誘導体を架橋配位子とするバナジルニ核錯体は、全ての場合に分子内強磁性的相互作用を示した、つまり基底三重項であった。分子内における交換パラメーターは1.12.7Kであった。無置換配位子の場合は、分子間においても強磁性的相互作用が働いており、これは140mKで強磁性体に相転移することが解かった。分子間の強磁性的相互作用はキナゾリンの銅錯体でも見られ、これも極低温の測定により強磁性体転移することが解かった。
エキセントリックな人の創造性の支援（発想方略とパーソナリティの統合情報フレーム）

エキセントリックな人にアンケートとインタビューを行ない、斬新なアイディアの発想を求めた。その際、自分のパーソナリティも尋ねるとともに、情報科学の分類・推論・学習・仮説・探索などのアルゴリズムを日常用語に言い換えて尋ね、有効な発想方略をシステマチックに抽出した。すると、エキセントリックな創造性にかかわる性格はほぼ1次元に収れんする一方で、その創造性をもたらす発想方略は多次元であり、創造的な人はある発想機会において多くの発想方略を同時併用しているという非常に興味深い発見を得られた。そこには、対象への注意の持続と感情の制御というメタ認知機能の二要因が介在していることが示唆された。日米の普通人とエキセントリック人にアンケートとインタビューを行ない、複数の領域で斬新なアイディアの発想を求め、その発想方略とパーソナリティも尋ねるとともに、情報科学の分類・推論・学習・仮説・探索などのアルゴリズムを日常用語に言い換え、人々に理解できる形で尋ねる事で、有効な発想方略をよりシステマチックに抽出するという予定で、アンケートの設計を進めた。その過程で、エキセントリックさと創造性は(当初暗黙に想定していたように)いくつかの次元に分かれるとういよりは、基本的にはそれぞれ1次元であるという可能性を仮説として持つに至った。そのため、そのような仮説に基づき、アンケートの直後にその詳細と商品アイディアについてインタビューを同時に行う方法を設計した。そして、性格・趣味・活動などにおいてエキセントリックな傾向があり、かつアイディアに自信があると自己申告しているサンプルを募集して、上記方法での調査を行った。その結果、エキセントリックさにかかわる創造性はほぼ1次元に収れんし、かつその創造性をもたらす発想方略は多次元であり、創造的な人は多くの発想方略を適宜使い分けているという事例が多数を占めた。上記のような理由から、当初想定していた調査設計を見直し、エキセントリックさと創造性が基本的にはそれぞれ1次元である場合にも適用できる分析モデルを検討した。これにより、理論的基盤や応用可能性は豊かとなったが、それだけ検討に時間を要した。また、今年度はインタビューを交えた事例発見的な調査に重きを置いたため、調査データの収集は当初より遅れている。しかし、興味深い事例の収集を重ねることは、それだけ研究に厚みを持たせることができるため、大いに有益である。初年度は、普通人とエキセントリック人にアンケートとインタビューを行ない、複数の領域で斬新なアイディアの発想を求め、その発想方略とパーソナリティも尋ねるとともに、情報科学の分類・推論・学習・仮説・探索などのアルゴリズムを日常用語に言い換え、人々に理解できる形で尋ねる事で、有効な発想方略をよりシステマチックに抽出するという予定で、アンケートの設計を進めた。その過程で、エキセントリックさと創造性は(当初暗黙に想定していたように)いくつかの次元に分かれるというよりは、基本的にはそれぞれ1次元であるという可能性を仮説として持つに至った。そこで第2年度は、そのような仮説に基づき、アンケートの直後にその詳細と商品アイディアについてインタビューを同時に行う方法を設計した。そのため、エキセントリックと創造性について、やはり当初の想定のように多次元の可能性も捨てきれないのか、あるいはサンプル数が少ないために創造性は1次元に収れんしなかったのかを、検討する必要が生じた。ついては、今年度はインタビューよりも多数のサンプルを少ない費用で得るため、アンケートの直後にアイディアを文書で記載することでインタビューに代替するサンプル調査(アイディア文書調査)を実施した。その結果、「エキセントリックさと創造性はどちらも別個の1次元に収れんし、創造的な人は発想方略を使い分けているというよりは、むしろ同時に(同一の発想プロセスにおいて)多数の発想方略を併用している。」という非常に興味深い発見を得られた。第2年度は、上記のような状況からインタビューを交えた事例発見的な調査に重きを置いたため、調査データの収集は当初より遅れた。そのうえで今年は、「エキセントリックさと創造性はどちらも別個の1次元に収れんし、創造的な人は発想方略を使い分けているというよりは、むしろ同時に(同一の発想プロセスにおいて)多数の発想方略を併用している。」ということが発見できたことも、大いに有益であった。しかしその分だけ、別個の2つの1次元性がどのように係わるか、多数の発想方略をどのように併用しているのかを、検討する必要が生じた。その検討のため、アンケートを伴う半構造化インタビューまたは仮想実験など設計し、その分析を行う必要がある。

初年度は、普通人とエキセントリック人にアンケートとインタビューを行ない、複数の領域で斬新なアイディアの発想を求め、その発想方略とパーソナリティも尋ねるとともに、情報科学の分類・推論・学習・仮説・探索などのアルゴリズムを日常用語に言い換え、人々に理解できる形で尋ねる事で、有効な発想方略をよりシステマチックに抽出するという予定で、アンケートの設計を進めた。その過程で、エキセントリックさと創造性は(当初暗黙に想定していたように)いくつかの次元に分かれるというよりは、基本的にはそれぞれ1次元であるという可能性を仮説として持つに至った。そこで第2年度は、そのような仮説に基づき、アンケートの直後にその詳細と商品アイディアについてインタビューを同時に行う方法を設計した。その結果、エキセントリックさにかかわる創造性はほぼ1次元に収れんし、かつその創造性をもたらす発想方略は多次元であり、創造的な人は多くの発想方略を適宜使い分けているという事例が多数を占めた。そのため、エキセントリックと創造性について、やはり当初の想定のように多次元の可能性も捨てきれないのか、あるいはサンプル数が少ないために創造性は1次元に収れんしなかったのかを、検討する必要が生じた。ついては、今年度はインタビューよりも多数のサンプルを少ない費用で得るため、アンケートの直後にアイディアを文書で記載することでインタビューに代替するサンプル調査(アイディア文書調査)を実施した。その結果、「エキセントリックさと創造性はどちらも別個の1次元に収れんし、創造的な人は発想方略を使い分けているというよりは、むしろ同時に(同一の発想プロセスにおいて)多数の発想方略を併用している。」という非常に興味深い発見を得られた。最終年度は、エキセントリックさと創造性が協調的に作用する条件を半構造化インタビュー等により検討し、メタ認知の二要因が示唆された。エキセントリックな人にアンケートとインタビューを行ない、斬新なアイディアの発想を求めた。その際、自分のパーソナリティも尋ねるとともに、情報科学の分類・推論・学習・仮説・探索などのアルゴリズムを日常用語に言い換えて尋ね、有効な発想方略をシステマチックに抽出した。すると、エキセントリックな創造性にかかわる性格はほぼ1次元に収れんする一方で、その創造性をもたらす発想方略は多次元であり、創造的な人はある発想機会において多くの発想方略を同時併用しているという非常に興味深い発見を得られた。そこには、対象への注意の持続と感情の制御というメタ認知機能の二要因が介在していることが示唆された。上記のような理由から、当初想定していた調査設計を見直し、エキセントリックさと創造性が基本的にはそれぞれ1次元である場合にも適用できる分析モデルを検討した。これにより、理論的基盤や応用可能性は豊かとなったが、その分だけ調査データの収集は当初より遅れている。エキセントリックさと創造性が、それぞれ基本的には1次元であるによせ、多次元であるにせよ、どちらにも適用できるようなフレームワーク(調査設計と解析方法)を確定する必要がある。収集したインタビュー事例からは、エキセントリックさと創造性がそれぞれ基本的には1次元であるということが改めて示唆されたため。
絶縁性下地層上エピタキシャル磁性金属超薄膜の高周波スピンダイナミクス

強磁性層/反強磁性層積層膜のスピンダイナミクスとして、反強磁性体として電界応答可能なCr2O3薄膜を用いたパルス電圧による反強磁性スピン反転ダイナミクス、ならびに、CPW-FMR法を用いたCr2O3層上のCo/Pt垂直磁化多層膜の強磁性共鳴測定を行った。前者は、印可磁界-10 kOe、印加電界-1750 kV/cmの条件において、反強磁性スピン反転に要する時間は数百ナノ秒であることを明らかにし、後者の測定により強磁性共鳴周波数は数十GHzであることを明らかにした。これらの結果から、反強磁性スピン反転過程は、反強磁性磁壁の移動によって支配されていることを示唆した。強磁性/反強磁性体積層膜のスピンダイナミクス計測として、特に、coplaner wage guide(CPW)を用いた強磁性共鳴(FMR)測定を行った。測定対象として、膜面垂直方向の界面磁気異方性と垂直交換磁気異方性を有する[Pt/Co]20/Cr2O3/Pt薄膜を用いた。CPW-FMR法を用いることで、明確な強磁性共鳴シグナルを検出することが出来た。強磁性共鳴周波数の外部磁場依存性について検討した結果、強磁性共鳴周波数は、垂直磁化膜に対して予測される外部磁場強度に対する線形関係を示した。得られた線形関係を、Kittelの式を用いて解析することにより、ランデg因子2.45、Gilbertダンピング定数0.12と算出された。これらの値は、強磁性/反強磁性界面を含まないPt/Co多層膜に対する報告値とほぼ一致することが分かった。一方、この結果は、本研究で作製した薄膜においては、ランデg因子とGilbertダンピング定数がCo/Pt界面で支配されており、本研究で主眼とする強磁性Co/反強磁性Cr2O3界面のGilbertダンピング定数に対する影響が小さいことを示唆している。このため、強磁性層の総膜厚を低減させることが必要になるが、低膜厚化した薄膜に対する高感度計測を可能にするために、今年度の測定システムの改良が必要であり、今後はCPW構造の最適化、測定感度の向上を基に、より薄い強磁性層膜厚に対する計測を進める。強磁性層/反強磁性層積層膜のスピンダイナミクスとして、平成27年度は特に、反強磁性体として電界応答可能なCr2O3薄膜を用いて、パルス電圧による反強磁性スピン反転と界面交換結合を介した強磁性スピン反転の可能性について検討した。測定対象には、研究代表者らがこれまでに開発してきた、強い界面交換結合を有するPt/Co/Cr2O3/Pt積層膜を用いた。反強磁性Cr2O3は電気磁気効果を示すことが知られているが、その効果はバルクに限られており、薄膜における効果の実証は、研究代表者らによってなされたものである。本研究では、Cr2O3薄膜における電界誘起スピン反転を、電界としてパルス電圧を用いることで実証することを試み、実際に、磁場強度-10 kOe,印可電圧-35 Vにおいて、数百ナノ秒での反強磁性スピン反転が可能であり、また、反強磁性スピン反転にともなう強磁性スピン反転が可能であることを見出した。本成果を基に、次の段階として、反強磁性スピンの反転速度と投入電圧の関係を明らかにすることが挙げられ、平成28年度より開始した新規課題により順次実証されることが期待できる。また、同時に、CPW-FMRを用いたナノ磁性体の強磁性共鳴測定技術の開発も並行して行い、次のステップに遅延なく進める体制を構築した。本成果は、Applied Physics Lettersに発表され、また、多数の国内会議・国際会議での招待講演などを通して国内外に報告された。また、当該成果等に対して、日本金属学会第12回村上奨励賞を受賞するなど、学協会からも高い評価を受けた。当初の予定通り、強磁性層/反強磁性層積層膜に対する膜面垂直磁場印加下でのCPW-FMRシグナルの検出に成功している。今後は、測定感度の向上と共に、強磁性層/反強磁性層界面の影響を強くした系でのダイナミクス計測を進める。スピントロニクス、ナノ材料、ナノ磁性CPW上(あるいは、CPW直下)への強磁性層の微細加工を進めると同時に、CPWの線幅、長さ、導入電力の最適化を進める。平成26年度には、CPWを用いたFMR測定のために試料作製の20枚の試料作製を予定していたが、現時点でのFMRシグナルの検出が当初予定よりも少ない試料数で可能になったため。より高感度な測定のために、試料の微細加工を進める。

平成26年度には微細加工なしでの試料を用いた計測を進めたが、この発展に寄る必要となる試料数が倍増することが予測されるため、前年度分のみ使用額により、より多くの試料作製に充てる。
サブセカンドMRIを用いた4次元MR血流マッピングによる門脈内血流パターンの評価

trueFISP法を用いた非造影MRAでは、上腸間膜静脈、脾静脈に選択的なタギングパルスを印加することにより、上腸間膜静脈、脾静脈それぞれからの血流信号を抑制し、これにより門脈内に流入した静脈血流は低信号に描出され、その分布域が判定可能であった。門脈正接像のtrueFISP非造影MRAでは、それに選択的タギングパルスを印加することで、3次元的広がりを持つ流入血流の血管内分布パターンが評価可能で、正常ボランティアにおける検討では、上腸間膜静脈、脾静脈血流は、半数では層流を形成していたが、残りの約半数では渦状流を形成しているのが確認された。さらに冠状断像での血流分布情報を付加し、高速連続撮像を行うことにより、より正確な4次元的血流マッピングが可能となった。血流マッピングには、信号の強さと方向性に基づくベクトルマップ法やトラクトグラフィーなどによるカラー表示が有用と考えられた。渦状流の形成には上腸間膜静脈、脾静脈合流部の形態によっても大きく影響され、脾静脈が腹側あるいは背側から大きく回り込んで上腸間膜静脈に合流するタイプでは渦状流を形成する場合が多いと考えられた。またtrueFISP法を用いた非造影MRAでは1秒以下の高速連続撮像が可能であり、選択的IRタギングパルスを上腸間膜静脈に印加し、門脈本幹レベルで同一スライスを連続的に撮像するsingle-level flow dynamic cine MR imagingによる門脈内血流分布の動的経時的変化の検討では、上腸間膜静脈血流はおおむね門脈の右側に認められる傾向にあったが、経時的変化では全例で門脈内を小刻みに振動、動揺するような流れが観察された。このうち40%ではわずかな振動であったが、60%では正中を越えて大きく振動していた。この原因として周囲腸管の蠕動や併走する動脈からの拍動、呼吸性の血管形態の変化との関連性が示唆された。臨床例では肝硬変症例において正常人と比較して門脈内血流パターンの動的変化に違いを生じるものがみられ、肝右葉と左葉外側区での血流動態の変化があるものと推察された。門脈内において脾静脈、上腸間膜静脈血流は、合流後に層流や乱流、渦状流を形成すると考えられている。この門脈内血流は病的状態下のみならず生理的状態下でも様々な因子により常に変化していると推察されるが、上腸間膜静脈血流と脾静脈血流の門脈内分布における経時的、相対的変化およびリアルタイムでの動的血流分布の変化などは十分に解明されていない点が多い。脂肪抑制併用trueFISP法は高いS/Nを有し、1秒前後での撮像が可能な高速撮像法で、門脈系を明瞭な高信号に描出し血管内信号が評価可能である。今回、脂肪抑制trueFISP法に選択的IRタギングパルスを上腸間膜静脈に印加し、門脈本幹レベルで同一スライスを連続的に撮像するsingle-level flow dynamic cine MR imagingを施行し、門脈内血流分布の動的経時的変化を検討した。対象は健常者ボランティア25名で、使用MR装置は東芝製1.5T VISART/EXである。