hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
４ｄ遷移金属超薄膜・ナノ粒子のスピン偏極表面準位と強磁性発現機構の解明

本研究は、Pd超薄膜の強磁性発現機構の実験的検証を目指してPd(001)薄膜の「表面ナノ構造・局所状態密度・磁性」の関連を走査型トンネル顕微鏡/分光法(STM/STS)・低速電子線回折(LEED)などによって調べた。現有の超高真空STM/MBE装置を用い、Au(001)表面上に原子レベルで平坦なテラスを有する高品位なエピタキシャルPd(001)薄膜を作成することができた。STSによってPd(001)表面の表面準位に対応すると考えられる明瞭なピークを観察した。LEED像から求めた格子定数のPd膜厚依存性を詳細に調べた結果、格子拡張していることを確認した。初年度は、現有の試料成長室・STM観察室を備えた超高真空STM/MBE装置を用い、「MBE法を用いた高品質なPd(001)超薄膜作製と表面ナノ構造の評価・スピン偏極表面準位の検証」について研究を行った。具体的には、MgO(001)上にMBE法によってAu(001)-(5×28)清浄表面を作成し、Au(001)清浄表面上にPd(1-4ML)をa)室温蒸着・b)室温蒸着後200度熱処理した超薄膜についてLEEDとSTMを用いて表面ナノ構造の評価を行った。室温蒸着および熱処理後のPd薄膜のLEED像は4回対象のp(1×1)構造を示し、fcc Pd(001)薄膜がAu(001)表面に対してエピタキシャル成長していることが分かった。観測されたLEED像からPd(001)表面の格子定数を求めた結果、その値はAu(001)の格子定数とほぼ等しくPd(001)薄膜はtensileストレスを受け、格子が約4%引き伸ばされていることがわかった。室温蒸着および熱処理後のPd薄膜の表面モフォロジーをSTMで観察した結果、両者に大きな差が観測された。室温蒸着の場合、Pdは島状成長し、長手方向を<110>方向とする細長い島が数多く観測された。しかし200度熱処理後の試料では、原子レベルで平坦なテラスが形成される。典型的テラス幅は50nm以上あり、ステップの方位も<110>方向である。すなわち室温蒸着後200度の熱処理によって原子レベルで平坦なテラスを有する高品位なエピタキシャルPd(001)薄膜が形成されることが分かった。これらの試料について室温でSTS(dI/dVスペクトル)測定を行った結果、室温蒸着の試料には特徴は観測されないが、熱処理後Pd膜厚4MLのdI/dVスペクトルでは0.25eVに明瞭なピークを観察した。これらPd(001)表面の表面準位に対応すると考えられる。本研究は、Pd超薄膜の強磁性発現の実験的検証を目指しPd(001)薄膜の「表面ナノ構造・局所状態密度・磁性」の関連を調べている。昨年度までに現有の試料成長室・STM観察室を備えた超高真空STM/MBE装置を用い、Au(001)表面上に高品質なPd(001)超薄膜をエピタキシャル成長法によって1-4原子層(ML)作製し、表面ナノ構造・トンネルスペクトルの評価を行った。本年度はさらに詳細な膜厚依存性を調べるためPd(001)薄膜4-20MLの表面ナノ構造をLEED,STMによって調べ、大気中で極カー効果により磁化測定を行った。具体的にはAu(001)清浄表面に特有な(5×28)再配列構造を確認後、4MLまでPdを室温蒸着し、その後は基板温度200度でPdを蒸着した試料について観察を行った。STM観察はW探針を用いて室温で行った。LEED観察の結果、明瞭な4回対称のp(1×1)構造が確認され、Pd薄膜はAu(001)上に良好にエピタキシャル成長していることがわかった。またLEED像から求めた格子定数のPd膜厚依存性を詳細に調べた結果、格子拡張していることを確認した。(4MLで4%、12MLで3%格子拡張する。)Pd膜厚8MLまでは原子レベルで平坦なテラスを形成されるが、膜厚によってテラス幅が異なることがわかった。また膜厚12ML以上では格子緩和に伴うナノ構造も観察した。これまでの実験でPd(001)薄膜が強磁性を示す可能性があるため、第一段階として1-20MLまでのPd(001)薄膜を作成し、室温・大気中での極カー効果の測定を行った。しかし、現在までのところ強磁性を示す実験的な証拠を得ることはできなかった。本研究は、Pd超薄膜の強磁性発現機構の実験的検証を目指してPd(001)薄膜の「表面ナノ構造・局所状態密度・磁性」の関連を調べている。昨年度までに現有の試料成長室・STM観察室を備えた超高真空STM/MBE装置を用い、Au(001)表面上に高品質なPd(001)超薄膜(1-20ML)をエピタキシャル成長法によって作製し、表面ナノ構造・トンネルスペクトルの評価と室温・大気中での極カー効果の測定を行ったが、強磁性を示す実験的な証拠を得ることはできなかった。

その理由として、不純物の影響や低温の測定を行っていない点などがあげられる。そこで本年度は、超高真空下でPd超薄膜の作成と磁気光学効果の測定を行い強磁性の実験的な検証を試みた。実験は東大物性研小森研究室で行った。具体的にはMgO基盤を用いてAu(001)表面までは大阪教育大で作成し、その後物性研のMBE装置にてArイオンエッチングと熱処理によってAu(001)清浄表面を確認後、膜厚の異なるPd超薄膜を作成した。光源にはHe-Neレーザーを用い、光弾性変調器を用いた円偏光変調法によって極・縦カー効果の両者を膜厚16MLまでを室温で、2.2 MLの試料については120Kの低温で行った。LEED観察の結果Au(001)清浄表面、およびPd薄膜はAu(001)上に良好にエピタキシャル成長していることを確認後、磁気光学効果による磁化測定を行った。室温測定の結果は大気中と同様に磁場に対する応答はなかったが、低温では微弱な印加磁場に対応する応答は得られた。しかしながら磁場強度が十分でないため、強磁性を示す明瞭な実験的な検証を得ることはできなかった本研究は、Pd超薄膜の強磁性発現機構の実験的検証を目指してPd(001)薄膜の「表面ナノ構造・局所状態密度・磁性」の関連を走査型トンネル顕微鏡/分光法(STM/STS)・低速電子線回折(LEED)などによって調べた。現有の超高真空STM/MBE装置を用い、Au(001)表面上に原子レベルで平坦なテラスを有する高品位なエピタキシャルPd(001)薄膜を作成することができた。STSによってPd(001)表面の表面準位に対応すると考えられる明瞭なピークを観察した。LEED像から求めた格子定数のPd膜厚依存性を詳細に調べた結果、格子拡張していることを確認した。H25年度までにMBE法によって清浄表面を有する高品質Pd(001)薄膜1-4MLの作製法を確立し、そのSTS(dI/dVスペクトル)を測定し、表面準位の観測に成功した。H26年度の当初の計画は、1)Pd(001)薄膜が強磁性を示す可能性があるため、第一段階として1-20MLまでのPd(001)薄膜を作成と室温での磁化測定による強磁性の検証2) STM/STS観察による、形状構造とスピン偏極表面準位(状態密度)のPd膜厚依存性と量子井戸準位の形成による状態密度の変化の観測の2点であった。具体的には、Au(001)清浄表面上にMBE法を用いてPd(001)薄膜(4-20ML)を作成し、その表面構造をLEED,STMによって詳細に調べた。その結果表面ナノ構造の詳細、格子拡張のPd膜厚依存性、格子緩和に伴うナノ構造の観察等に関する知見を得ることに成功した。以上の点は当初の計画していた実験を行うことにより得られた成果である。すなわち、Pd超薄膜の強磁性発現の実験的検証を目指してPd(001)薄膜の「表面ナノ構造・局所状態密度」の詳細の情報をえることができた。強磁性を示す実験的な証拠を得るために、室温・大気中での極カー効果の測定を行った。しかしながら室温・大気中ではPd(001)薄膜(4-20ML)が強磁性を示す実験結果をえることは出来なかった。今後の課題としたい。表面磁性、表面・界面物性、スピントロニクス、磁性物理本研究は、Pd超薄膜の強磁性発現の実験的検証を目指してPd(001)薄膜の「表面ナノ構造・局所状態密度・磁性」の関連を調べることである。特にスピン偏極STMの手法を用いてPd超薄膜の強磁性発現機構を微視的な観点から直接的にとらえることに主眼がある。これまでの研究でPd(001)薄膜の「表面ナノ構造・局所状態密度」については多くの知見を得ることに成功した。今後はさらに磁性との関連をスピン偏極STMの手法を用いて詳細の実験を行うことを計画している。その前段階として、MBE法によって作成した高品質Pd(001)薄膜に対して巨視的な磁化測定を行い、強磁性の確認を行うことが必須である。
補中益気湯による抗インフルエンザ作用機構の解明

補中益気湯のインフルエンザ予防効果の機構を明らかにすることを目的としてマウスの感染系を用いて検討した。補中益気湯はウイルス粒子と結合しやすく、ウイルスが細胞へ吸着・侵入する過程を阻害すること、また細胞内のウイルス感染シグナル伝達系の防御機構を高めること、例えばインターフェロンレベルの増強や、抗菌ペプチドの誘導、また自己老化成分の分解処理能などの力によって、予防効果を発揮することが示唆された。補中益気湯(ホチュウエッキトウ:補中)におけるインフルエンザウイルス(Inf)の発症抑制機構の解明を目的として、以下の検討を行った。(1) Inf感染増殖過程に対する補中益気湯の作用部位の特定補中にはウイルスとコンプレックスを形成することによるウイルス直接不活化効果のある可能性が示唆された。また感染増殖過程における作用部位を特定する目的でin vitroでMDCK細胞に感染し補中を添加した場合としない場合において、経時的に培養細胞内と培養液中のウイルス感染価を測定した結果、補中はInfの細胞への吸着・侵入過程を阻害することが明らかとなった。(2)感染細胞内における抗ウイルスシグナル伝達系に対する影響(3)最終年度ではオートファジー誘導能をGFP-LC3 plasmid移入細胞を用いた発現蛋白の検出によって検討した。Inf感染によって誘導されたオートファジーが補中によって増強されていることが示唆された。インフルエンザウイルスにおける発症抑制可能な新規予防法の確立を目的とし、漢方薬・補中益気湯に着目してその発症抑制機構の解明を検討した。予備実験1において、C57BL/6マウスを2群に分け(n=10)、control群には精製水、補中益気湯群には補中益気湯1g/kg/dayを胃ゾンデで2週間連続強制経口投与した。その後インフルエンザウイルスA型/PR/8/34株(H1N1)を経鼻投与し、生存観察を行ったところ、補中益気湯の生存率がcontrol群に対して高い事が認められた。次に行った予備実験2では予備実験1と同様の実験系を用いて、経時的に肺洗浄液および肺を採取した。肺洗浄液をサンプルとしてPlaque assay法でインフルエンザウイルス力価の検討、Vesicular stomatitis virusを用いた生物学的IFN活性測定法でIFNα活性を検討した。また、肺homogenateをサンプルとしてRNAを抽出し、抗ウイルスシグナル伝達系の遺伝子発現(TLR7、TLR9、NF-κB、MDA5、LGP2、IKK-I、IRF3、IRF7、RIG-I、IFN-β)および抗菌ペプチドとして知られるDefensin family遺伝子発現を検討した。その結果、感染マウス肺中のインフルエンザウイルス価抑制、IFNα活性増加が認められ、さらに抗ウイルスシグナル伝達系の遺伝子発現には大きな変化が認められなかったもののDefensinfamily遺伝子発現においてはβ-Defensin 4を除いてインフルエンザウイルス感染による発現増加および補中益気湯投与によるさらなる発現増加も認められた。ウイルス価を抑制する事とDefensinのサブタイプにほぼ非特異的に作用する事がどのように関係するのかは今後の検討を必要とすると考えられる。平成23年度の研究実施計画は小胞体(ER)ストレス適応システムおよびオートファジー誘導の検討を除いてほぼ達成しており、引き続き平成24年度の計画に着手しつつある。平成23年度の研究結果において抗ウイルスシグナル伝達系の遺伝子発現には大きな変化が認められなかった為、平成24年度の研究重心を考察する必要があると考えられる。平成23年度の研究実施計画のうち、未実施の小胞体(ER)ストレス適応システムおよびオートファジー誘導の研究を進め、これまでの結果と合わせて検討し、補中益気湯の感染防御機序の主体を明らかにする。その結果に従って平成24年度の研究重心を検討する。次年度も研究を主体とする為、物品費にそのほとんどを費やす計画である。また次年度は研究の成果として学会発表および論文投稿を予定している為、それらの費用がかかる事も予測される。
海綿骨を考慮した下顎骨のイメージベース・大規模マルチスケール動的解析

近年、顎顔面領域では、歯科用コーンビームCTから得られた三次元形態とCT値を用いて静的有限要素解析が行われている。一方、咀嚼は荷重条件が時間とともに変化する非定常状態にあり動的解析が必要である。以上より本研究は、海綿骨を考慮した下顎骨のイメージベース・大規模マルチスケール動的解析の実現を計画した。本研究の結果、下顎骨における海綿骨を考慮したイメージベース・大規模動的有限要素解析が可能となった。今後、咀嚼による応力波と成長発育・顎骨形態などとの関係を動的解析し、新しい知見を得ることが出来ると期待される。(目的)顎顔面領域では、X線CT画像を用いた有限要素法(以下FEM)が応用されている。FEMの多くは、計算量を減らすために静的問題として扱われている。しかし、咀嚼や衝突は荷重条件が時間とともに変化する非定常状態にあり、物体の慣性や減衰の影響を考慮する必要がある。そこで本研究は、個体別FEMモデルで応力波伝播を可視化し、下顎骨右側の動的解析による皮質骨と海綿骨の応力伝播の特性を考察することを目的とした。(方法)試料にはヒト下顎骨を用いた。下顎骨を9分割してマイクロCT(Shimazu,SMX-90T)で撮像、骨梁構造を103μm/pixelの分解能でとらえ、そのまま有限要素モデル化した。今回は下顎骨右側の4パーツのみを評価対象とし、骨髄は考慮せず、材料は線形弾性、等方性を仮定、分割の際にノコギリ歯の厚さだけ失われた情報を補うため、海綿骨領域をマルチスケール有限要素法によりモデル化した。さらに、仮想的なインプラントを埋入し、上面に衝撃荷重を負荷し、皮質骨、海綿骨に伝わる応力波の伝播経路の観察を行った。(結果)10μsのごく初期の応力伝播経路は、インプラントネック部から皮質骨へと、インプラント先端部から海綿骨を介して皮質骨に伝播する2経路が主経路であった、さらに、インプラントネック部近辺の海綿骨は、インプラントネック部で皮質骨に直接伝播した応力波が海綿骨に達する経路と、インプラントから海綿骨に達する経路があった。3050μs経過後の遠方への応力波伝播に大きな影響を与えているのは、インプラント先端から海綿骨を介して皮質骨に伝播する経路であった。(考察)応力波がインプラントから海綿骨・皮質骨に伝播する様子が明瞭に観察できた。また、インプラント上面に与えた衝撃力が下顎頭に伝播する経路としては、インプラント先端から海綿骨を介して皮質骨に伝播する応力波が重要であると推察された。【目的】ヒト下顎骨の内部構造と骨密度を正確に計測することを目的として、放射光CT撮影によるヒト大腿骨皮質骨、ヒト下顎骨皮質骨の微細形態と密度値の測定を行った。【実験内容】高エネルギー加速器研究機構放射光施設ビームライン(放射光BL-14C)を用いて以下の実験を行った。1、測定試料は、ヒト大腿骨(皮質骨)、ヒト下顎骨(皮質骨)の角柱(3.0mm×3.0mm×20.0mm)を用いた。測定条件は、35KeV、カメラ視野36×36mm、画素サイズ18μm、露光時間12秒、CT投影数900枚/360度で、それぞれの角柱に無荷重、荷重(0.085mV/V0.1mV/V)の条件で計測を行った。2、測定試料は、ヒト大腿骨(皮質骨)を用いた。下顎骨皮質骨(右側頬側顎角部、右側下顎体頬側小臼歯部、オトガイ部)を放射光CT装置の撮影視野に合せて分割(φ2.0mm×20.0mm)、35KeV、カメラ視野36×36mm、画素サイズ18μm、露光時間5sec、CT投影数1000枚/360度の条件で撮影を行った。【結果および考察】1、計測結果から、測定試料はビームハードニングの影響を最小限にするため円柱を用いる、画像のコントラストを鮮明にするため背景を撮像した上で計測を行う、試料が変形しているのか、位置が変化したのか分からないため、試料台の固定方式を改造する、などの変更を加える必要があると示唆された。2,各々の骨サンプルを計測し、三次元再構築を行った。その結果、右側顎角部頬側皮質骨は管腔構造が少なく、緻密な構造を呈していた。また、オトガイ部皮質骨は管腔構造が多く比較的粗造な構造を呈した。さらに、スライス断面からCT値を求めたところ、頬側顎角部(0.991.03)>下顎体頬側小臼歯部(0.981.01)>

オトガイ部(0.941.01)の順に高い値を示していた。【目的】本研究は、1下顎骨における海綿骨を考慮したイメージベース・大規模動的有限要素解析(以下、)FEM)の実現を目的とした。さらに、2FEMに必要な皮質骨の不均質性を考慮したヤング率推定方法の提案と3下顎骨の内部構造と骨密度を正確に計測し、4骨密度分布に基づく不均質性が動的FEMに与える影響を評価した。【方法】1下顎骨を分割しマイクロCT装置(SMX-90CT)で撮像した。下顎骨の合成画像を作製した後、イメージベースFEMソフトVOXELCON(くいんと製)を用いて動的FEMを行った。2ヒト大腿骨皮質骨から均一断面試験片を作製、μCT装置(SMX-90CT)で測定し万能試験機(INSTRON 5500R)による3点曲げ試験、μCT画像からヤング率同定方法を推定した。3下顎骨皮質骨を高エネルギー加速器研究機構放射光施設で撮像を行い、骨内部構造の観察とCT値の計測を行った。さらに、CT撮影用加圧装置による圧縮試験も行った。4下顎骨に空間的な骨密度分布を考慮した解析モデルとCT値に関係なく単一のヤング率を与えたモデルとの結果を比較検討した。【結果】1要素数1,500万画素の下顎骨イメージベース・大規模動的解析が可能となった。2骨密度をパラメータとしたヤング率をΕ(ρ)= 17000ρ3.745と推定した。3放射光CTの結果から、下顎骨各部位で皮質骨の内部構造、CT値が異なっていた。4骨密度とヤング率の分布を反映した動的FEM応力解析において、CT値に関係なく単一のヤング率を与えて解析を行った結果と有意な差は表れず、下顎骨の衝撃解析において骨密度とヤング率の空間的な分布は考慮する必要がないことが確認できた。【考察】下顎骨における海綿骨を考慮したイメージベース・大規模動的有限要素解析が可能となった。なお、皮質骨の骨密度分布に基づく不均質性は考慮しなくても良いと示唆された。歯科矯正学1)放射光CTを用いて,皮質骨,海綿骨の微細形態の解析と真のCT値を求める,に関して.平成24年度の成果において,ヒト下顎骨皮質骨CT値は部位によって異なり,頬側顎角部(0.991.03)>下顎体頬側小臼歯部(0.981.01)>オトガイ部(0.941.01)の値を示した。現在,下顎骨皮質骨の正確なBMD値を求めるため,皮質骨サンプルおよび骨塩定量ファントムをμCTと放射光CTで撮影し,関連性を比較検討している.さらに,同じ皮質骨サンプルを用いて加圧試験を行い,μCTと放射光の違いを比較検討する予定である.2)CBCTにおけるCT値を補正し,骨密度値と一致させる,3)μCTを用いて詳細な下顎骨の海綿骨梁構造を抽出し静的FEMモデルを作製する,および,4)イメージベース・大規模マルチスケール静的有限要素解析から動的解析への発展,に関して.分割下顎骨をマイクロCT装置(SMX-90CT)で撮像,下顎骨の合成画像を作製した後,イメージベース有限要素解析ソフトVOXELCON(くいんと製)を用いて下顎左側臼歯部にインプラントを埋入した打撃試験を想定した動的解析を行った.その結果,応力波の伝搬を要素数1,500万画素の下顎骨イメージベース・大規模動的解析を用いて可視化することができた.解析モデルに直径3.0mm×12.0mmのチタン製インプラントを埋入,100Nの打撃試験を行った結果,応力波はインプラントから約70.0mm離れた下顎頭まで0.025ミリ秒で伝搬し,その後,反響を繰り返していた.
子どもの意思決定能力を育成するための支援ツールの開発

本研究では保護者・保育者と子どもとの相互的意思決定プロセスを明らかにし,子どもへの意思決定支援の現状を把握した結果を踏まえた支援ツールの作成を目的した。1保育者・保護者へのインタビューの質的分析から,幼稚園・家庭における支援プロセスおよび悩み等を明らかにした。2行動観察の結果から,子どもの意思決定のスムーズさと実行機能との関連が示唆された。3心理学的実験により,選択肢の提供において選択時間が影響をおよぼすことを示した。4母親による子どもの意思決定支援尺度を作成し,子どもの意思決定能力との関連を検討した。5以上を踏まえ,食事での子どもの意思決定支援行動を促す携帯型アプリケーションを開発した。26年度は面接・予備的行動観察・自由遊び場面での行動観察を行った。まず大人が子どもの意思決定に関与する際の要因候補を抽出するために、母親やボランティアを対象として、面接による事例的検討を行った。子ども対応に経験の深いベテランの場合、子どもの年齢・子どもの個性・選択状況(重要性や不可逆性)・意思決定後の大人のフォロー余地など、複数要因をよく勘案したうえで、子どもの意思決定を待つか、ヒントを出すか、こちらから提案するか、あらかじめ良い結果をもたらす支援の手を予想して関わっていることが明らかになった。しかし、子どもは思ったとおりに反応しないことも多く、その場合はやりとりを模索し、必ずしも当初の予想とおりにはならないとの語りも得られた。したがって当初仮定したとおり、子どもの意思決定は、大人と子ども間でのダイナミックな相互作用を経て行われてゆくのが確認された。次に幼稚園において保育者が幼児の意思決定を支援する場面について予備的観察を行った。観察は授業・朝の遊び時間・放課後の預かり保育という3つの状況で行った。この結果,授業中においては教員による子どもの意思決定支援が行われる場面が少ない一方で,工作の時間など子どもが自由に選ぶ状況が設定されていることが確認された。また朝の遊び時間・預かり保育の時間中は保育者の人数に対して幼児の数が多いため,子ども一人一人に対応する時間が少ないことも確認した。最後に自由遊び場面での行動観察では,母子のペアに対して所定の遊具が置かれている場面を設定して意思決定支援行動を観察した。発達による変化が見られ,5歳になると母親の提案に答えて遊ぶより、自分のしたいことを主張し、母親が遊びの流れを作っても勝手に遊びを展開させてしまうなど自らの意思で遊びを決定する行動がみられ、母親は子どもの意思決定を支援するように従うことが多いことなどが明らかになった。27年度は大学生の選択肢提供についての実験,保育者・保護者への意思決定支援に関するインタビュー,保育園での意思決定支援に関する実験的観察,体験活動場面での大人と子供の意思決定に関するかかわりについて研究を行った。選択肢提供実験では,提供する被験者の行動が実験プログラムが「選択」をするまでの時間によって影響を受けていることを示す結果となった。保育者および保護者のインタビューでは子どもの意思決定場面でどのように支援を行っているか,またその時の思いはいかなるものかを尋ねた。この結果,保育者は子どもの好みを把握し,子どもが選択できるまで待ち,ときに適切な選択をするように誘導する支援を行っていることが示された。保育園での実験的観察では,何かを選択するという場面でこどもの意思決定がどのような要因(他者からの働きかけの影響及び子ども自身の実行機能)に基づいて行われるのかを明らかにした。その結果、幼児の意思決定は、他者からの影響はそれほど大きくなく、子ども自身の実行機能という内的要因の影響を受けていた。すなわち、意思決定の容易さと実行機能の「柔軟」(新しい事態に対する適応のとよさ)との関連が認められた。最後に体験活動に参加する児童の意思決定と大人との関わりについて検討した。放課後子供教室において体験活動を主宰するサポーター対象のインタビュー調査および参加児童の意思決定エピソード分析からは、自律性が育ちはじめる児童期では大人から提供された選択肢や助けを回避したり、場当たり的な意思決定を行ったりしがちなことが明らかになった。そのようなとき、大人は関わり方に悩みながらも、子どもの選択が適切な範囲内に収まるよう、やりとりを模索して工夫を重ねていた。また具体的な対応は多様だが、大人側の考えを「届けること」と子どもの思いを「受け止めること」の2姿勢をバランスよく維持することが意識されていた。各分担において研究は進行している。意思決定支援についての保護者・保育者への面接についてはデータ収集を終え,質的研究法の一種であるM-GTAを用いた分析を行い,一部を学会にて発表予定である。大学生を対象とした選択肢提供行動についての心理学的実験については選択肢提供行動に強い影響を与える要因と考えた「選択時間」の効果を検討し,学会にて発表を行った。基本的実験手法が整えられたため,選択肢提供行動に影響する他の要因について検討することが可能になった。意思決定支援尺度作成については,実験的観察研究と項目選定のための保護者へのインタビューの結果から子どもの意思決定がどのような日常生活場面で起こり、意思決定支援を大人はどのように行っているのかを検討し,次年度に行う予定の意思決定尺度作成のための予備資料を作成した。実際の調査の実施は最終年度に持ち越された。意思決定支援アプリ作成については支援ツールの方向性を、重要な育成環境である「大人自身」が意思決定を巡る子どもとのやりとりを意識し、モニターして、ふりかえりできるアプリケーション開発に定めた。意思決定を巡るやりとりは大きなトラブルが生じた出来事ほど長く複雑に連鎖しており、普段意識していない者がそれだけ取り上げても扱いかねると考えられる。

それよりは、日々の比較的単純なやりとりについて肯定的ふりかえりを重ねてゆくことが役立つであろう。そこで今回は「食事」に場面を絞って協議を重ね、場面と入力データの選定、ふりかえりに利用する情報提供の内容、画面進行などを定め、専門業者にアプリ作成を打診中である。現在は発達支援職に従事する育児中の母1名にモニターを依頼し、PCの統計ソフト上でアプリと同等のモニタリングしてもらいながら、細部の調整を行っている。以上のように、ツール開発に向けては順調に進行している。本年度は幼児の意思決定行動および保護者による意思決定支援について観察および質問紙調査を行い,さらにこれまでの結果を踏まえて携帯端末用アプリケーション開発を行った。1.観察法による研究:母親の発達初期の子どもに対する意思決定支援行動について自由遊び場面を設け、保護者の意思決定支援行動の発達初期の子どもの年齢による縦断的変化を検討した結果,保護者は11歳の子どもに対して選択機会を与えるが、子どもの返答や意思決定は期待していない,21歳半の子どもに対しては気持ちを代弁して、したい行動を選択できるように選択肢を出し、促す,32歳の子どもに対しては,子供は意思がはっきりしてきているが、言語による返答は難しいため,意思決定を子どもの反応行動で確認するような支援がみられた。母親たちは、子どもが幼くて、言語による返答ができないとしても、子どもの意思を逐次尋ね、確認し、選択機会を与えていることが示唆された。2.質問紙調査:幼児に対する母親の意思決定支援尺度を開発する目的でWEBを用いた大規模調査を行った。母親による意思決定支援について4因子が抽出されており,尺度の信頼性・妥当性を検討している。また保護者による子供の意思決定能力の評価と意思決定支援行動との関連について検討した。3.アプリケーション開発:子どもたちにとって楽しい意思決定場面である(蓮見他,2016)と共に保護者にとってはしつけの側面も備えている「食事場面」を取り上げ,保護者が自分の行った食事サポートを記録できるアプリ『すくすくごはんサポート』を構想した。本アプリは,栄養摂取・社会的スキーマ獲得と共に,子どもの意思決定についてサポート目標を設定し,一日1回記録するものであった。モニターによる予備調査では,記録することで保護者の意思決定支援(楽しくサポートすること)への意識は確実に高まった(北原他,2017)。本研究では保護者・保育者と子どもとの相互的意思決定プロセスを明らかにし,子どもへの意思決定支援の現状を把握した結果を踏まえた支援ツールの作成を目的した。1保育者・保護者へのインタビューの質的分析から,幼稚園・家庭における支援プロセスおよび悩み等を明らかにした。2行動観察の結果から,子どもの意思決定のスムーズさと実行機能との関連が示唆された。3心理学的実験により,選択肢の提供において選択時間が影響をおよぼすことを示した。4母親による子どもの意思決定支援尺度を作成し,子どもの意思決定能力との関連を検討した。
粒子シミュレーションによるダストから微惑星への成長進化モデルの構築

サブミクロン粒子からなるダストアグリゲイトから微惑星への成長進化モデルを構築するために,精緻なダストアグリゲイトの衝突数値シミュレーションを行った.とくに,跳ね返り・アグリゲイトの質量比の効果・粒子のサイズ分布の効果が成長過程に及ぼす影響を調べた結果,氷ダストアグリゲイトは原始惑星系円盤内で成長可能であるが,岩石ダストの成長は依然困難であることが示された.ダストから微惑星への成長過程を探る上ではより広いパラメータスタディや他の要素を考慮する必要がある.サブミクロン粒子からなるダストアグリゲイトから微惑星への成長進化モデルを構築するために,精緻なダストアグリゲイトの衝突数値シミュレーションを行った.とくに,跳ね返り・アグリゲイトの質量比の効果・粒子のサイズ分布の効果が成長過程に及ぼす影響を調べた結果,氷ダストアグリゲイトは原始惑星系円盤内で成長可能であるが,岩石ダストの成長は依然困難であることが示された.ダストから微惑星への成長過程を探る上ではより広いパラメータスタディや他の要素を考慮する必要がある.本研究の目的は,精緻なダストアグリゲイトの衝突および圧縮の数値シミュレーションによって,ダストの衝突合体成長の可能性を室内実験結果とも比較しながら検討し,ダストの成長可能性と密度構造進化過程を解明することでダストから微惑星への成長進化モデルを構築することである.ダスト成長の大きな問題点の一つに,低速度衝突においてアグリゲイトが跳ね返ってそれ以上成長不可能というものがある.これは室内実験の結果から示唆されているが,数値シミュレーションでその跳ね返り条件を明らかにする必要がある.平成22年度は,主として跳ね返り条件の解明のための衝突シミュレーションを行いその結果を論文としてまとめた.アグリゲイトが跳ね返るためにはエネルギー散逸を抑える仕組みが必要となる.アグリゲイトの衝突においては,粒子間の転がりやスライドなど粒子がある程度自由に動くことによってエネルギーが散逸される.仮説としては,「配位数」が十分多い,つまり一つの粒子に多くの粒子が付着していれば粒子が自由に動けずエネルギー散逸が不十分となり,アグリゲイトが跳ね返るのではないか,と考えられる.数値シミュレーションの結果,物質・構造・衝突速度によらず,配位数が6以上であればアグリゲイトは跳ね返ることが明らかにされた.さらに衝突の結果ダストアグリゲイトは配位数が4以下にしかなりえないことが明らかになり,得られた跳ね返り条件からダストは原始惑星系円盤内では跳ね返ることなく合体成長可能であることが示唆された.本研究の目的は,精緻なダストアグリゲイトの衝突および圧縮の数値シミュレーションによって,ダストの衝突合体成長の可能性を室内実験結果とも比較しながら検討し,ダストの成長可能性と密度構造進化過程を解明することでダストから微惑星への成長進化モデルを構築することである.平成23年度は,主として質量比の異なるアグリゲイト同士の衝突シミュレーションと,サイズ分布を持った粒子からなるアグリゲイト同士の衝突シミュレーションを行い,原始惑星系円盤内でのダスト成長・微惑星形成の可能性と構造進化過程について知見が得られた.まず,数百から数十万個の氷粒子からなるBPCA構造のアグリゲイトを用意し,その質量比を1:1から1:64まで振って衝突シミュレーションを行うことで質量比の効果を調べた.結果として,質量比がつくことでアグリゲイトは効率よく付着・成長することが可能であるが,成長臨界衝突速度については等質量衝突に比べて明瞭に上昇することにはならないことが分かった.また,密度構造も衝突地点付近が局所的に圧縮されるが全体としては圧縮されないことが分かった.次に,観測されている星間ダストの冪分布(冪の値が-3.5の冪分布)に従って粒子サイズ分布を与えたアグリゲイトを用意し,粒子数も振ってそれらの衝突シミュレーションを行い,粒子サイズ分布の影響を調べた.結果として,サイズ分布を付けたことでよりアグリゲイトは付着成長しやすくなり臨界成長速度も上昇するという傾向が見られた.これは小さな粒子が多数存在することでアグリゲイトの強度が増したことが原因と考えられる.さらに,衝突によって生じる多数の破片について調べたところ,もとのアグリゲイトに比べて大きな粒子の占める割合が高いことが分かり,ダストの構造進化過程と観測への示唆が得られるに至った.
シアノバクテリアゲノムの日周適応ダイナミクス

シアノバクテリアの概日リズム,とくに転写翻訳に依存しない翻訳後振動子によるゲノムワイドな転写制御に関する解析を行った。連続明ではゲノム上の約1/3-1/2の遺伝子群に顕著な転写レベルの蓄積リズムが観られ,その位相分布,kai依存性などを解析した。また,連続明では殆どの遺伝子の転写が劇的に低下し,プロテオームとトランスクリプトームの相関性に著しい乖離が生じること,ごく一部の遺伝子発現は暗期に活性化され,その多くはkai依存性がみられることなどを明らかにした。これらは,あらゆる生物種において,新規の概日遺伝子発現を欠く条件での初めての概日時計依存的転写調節の観察例である。単細胞性シアノバクテリアSynechococcus elongatus PCC7942は,絶対光要求性の光合成独立栄養生物(obligate photoautotoroph)であり,連続明条件下ではゲノムワイドな概日転写リズムを示す。興味深いことに, S. elongatusを暗条件に移すと, kaiABC時計遺伝子群のmRNAは暗条件への移行後直ちにゼロレベルまで低下し,一切振動を示さなくなる。それにも関わらず,時計蛋白質KaiCのリン酸化リズムは持続することから,概日振動は基本的に翻訳後修飾レベルで起こり,転写制御に限っていえば,概日時計は夜間に出力できないのではないかと考えられた。前者については試験管内再構成系の構築により実証されたが,後者については具体的には検証されてこなかった。そこで,私たちはマイクロアレイ解析を行い, kai遺伝子以外の大多数の遺伝子発現も同様に暗抑制され,夜間に総mRNA量が劇的に低下することを見出した。一方で、少数の遺伝子群については,暗条件下で強い発現誘導がかかることも確認された(岩崎ら,準備中)。これらの暗誘導性遺伝子群の誘導は,暗条件への移行後10分以内に起こる早い反応であり,そのいくつかについては転写開始点の決定を行った。さらに,概日リズムと明暗応答の二つの制御の相互関係を明らかにするために,明期12時間目から暗条件に移した場合と、明期6時間目から移した場合とで暗誘導性に違いがでるかどうかを検討した。その結果,いくつかの暗誘導遺伝子については,その誘導性に顕著な違いが見られることを見いだした。また,これらの暗誘導パターンは、kai遺伝子破壊によっても著しい影響を受けていた。これらの結果は,従来のモデルと異なり, Synechococcusの概日時計が,暗期においても転写を制御しうることを示している。当研究は,シアノバクテリアを用いて概日時計と明暗切り替えに伴う光応答の関係を,ゲノムワイドな転写制御の観点から解明することを目的としていた。シアノバクテリアでは,概日振動子がどのように転写リズムを駆動するかについてはまだ不明な点が多い。ゲノムワイドな発現リズムを検討したところ,連続明条件下で少なくとも全ゲノムの30%強の遺伝子産物が概日発現すること,KaiCは従来の仮説と異なり,必ずしも概日発現の抑制因子とは言えないこと,暗期中では12時間以内に総mRNA量が20%以下にまで激減することなどをまず明らかにし,PNAS誌に報告した(Ito et al.,2009)。これらの解析から暗期中ではkai遺伝子の転写が強く抑制されることなどから,概日リズムからの転写制御が解除されると考えられた。しかし,最近私たちはkai遺伝子の破壊により,約半数の暗誘導遺伝子の発現パターンに大きな影響が見られることを明らかにした。さらに,これらの暗誘導パターンは,どの時刻から明期から暗期に移すのかによっても顕著な違いが観られた(暗誘導の時刻依存性)。この結果は,概日時計が一部の遺伝子の暗誘導を暗条件下で制御しうることを示すだけでなく,事実上Synechococcusが日長感受的な遺伝子発現を行っていること,すなわちバクテリアでも光周的遺伝子発現誘導が起こりうることを意味する。さらに,これらの制御に関わる因子としてシグマ因子を同定することにも成功した。間もなくこの成果は論文投稿する予定である。研究の目的概日リズムは,原核生物から高等動植物まで観察される24時間周期の内因性の生物リズムであり,昼夜交替に伴う周期的な環境変化への適応体制として機能していると考えられている。生物の昼夜適応を理解するためには,外環境に対する応答(たとえば明暗応答)と,内在性の概日リズムの双方の特性を明らかにし,その相互作用を検討することが必要である。本研究では,明暗サイクルの影響を受けやすく,かつ概日リズムの解析が進められている単細胞性シアノバクテリアSynechococcus elongatus PCC 7942をモデル生物とし昼夜交替と概日リズム双方がゲノムワイドな発現妻節に与える影を解析しその子機構の明を通じて環境適応ダイナミクスに関する理解を深めることを目的としている。A.概日転写リズムと明暗応答の接点に関わる遺伝子群の解析:

明暗切り替えに伴って発現誘導される暗誘導性遺伝子群の時刻依存的転写制御に関し,シグマ因子RpoD5とRpoD6が協調的に働いていることを明らかにした。また,rpoD5欠損株ではいくつかの遺伝子群に見られる暗期での概日転写振動が高振幅化すること,それがkai遺伝子に依存することを明らかにし,論文として投稿した(現在修正中)。B.暗条件における遺伝子発現レポーターの作成:この課題に関しては,ごくわずかに暗誘導性のみられる蛍光レポーターの作出には成功したが,それを用いて詳細な生理学的な解析や発現に関する変異株のスクリーニングに利用できるだけの明暗での蛍光差は見られず,プロモーター解析や翻訳融合レポーターの開発を含めた改善策を早急にとる方向で引き続き研究を行っていくこととした。
骨髄腫細胞の増殖機構一骨髄微小環境による調節機構ー

骨髄腫細胞は骨髄を増殖の場とすることより、骨髄腫細胞と骨髄ストローマ細胞との接着現象が骨髄腫細胞の増殖と分化にいかなる影響を与えているかを検討した。まず、骨髄腫細胞表面における接着分子の発現を抗CD38抗体を使用した2-color解析で調べた。β1インテグリンのVLA-5に対する抗体と我々の樹立したMPC-1抗体により、骨髄腫細胞はVLA-5-MPC-1-の未熟骨髄腫細胞とVLA-5+MPC-1+の成熟骨髄腫細胞とに分けられることがわかった。各細胞亜群をセルソーターを使用して分取し、細胞形態、in vitro増殖能およびM蛋白分泌能を検討した。前者は未熟な細胞形態を示し増殖能が高く、一方後者は成熟した形態で増殖能が乏しく逆にM蛋白分泌能は高かった。このことは接着分子の発現の相違が細胞生物学的性状と一致していることを示している。成熟骨髄腫細胞は骨髄ストローマ細胞との接着が強く、この接着現象にはVLA-5およびMPC-1抗原が関与していることが明かとなった。VLA-5-MPC-1-の未熟骨髄腫細胞がインターロイキン6(IL-6)に反応して増殖する細胞集団であり、これより派生し分化したと思われるVLA-5+MPC-1+の成熟骨髄腫細胞は骨髄ストローマ細胞と強く接着し増殖能は弱いものの不死化状度と考えられる。ヒト骨髄腫細胞株(KMSー5)において骨髄ストロ-マ細胞株(KMー102)に接着する細胞と非接着細胞とをサブクロ-ニングした。KMSー5細胞株をマウスに免疫し、接着細胞にのみ反応するモノクロ-ナル抗体(MPCー1)を得ることができた。MPCー1抗体はマウスIgG2a,k型抗体で、認識する膜分子は分子量約45KD(ウェスタンブロットにて)であった。一方、ヒト骨髄腫患者の骨髄腫細胞におけるβ1インテグリン等の接着分子の発現を調べると、骨髄腫細胞がCD44^+VLAー4^+VLAー5^-細胞とCD44^+VLAー4^+VLAー5^+細胞とに分けられることが明かとなった。細胞形態およびin vitro増殖能等より、前者は前駆(未熟)骨髄腫細胞、後者は成熟骨髄腫細胞であることが判明した。更に、後者の成熟骨髄腫細胞の方がより骨髄ストロ-マ細胞と接着し得ることも明かとなった。そこで我々が樹立したMPCー1抗体のヒト骨髄腫細胞に対する反応を調べると、MPCー1抗体はCD44^+VLAー4^+VLAー5^+の成熟骨髄腫細胞の方に反応した。従って、ヒト骨髄腫細胞は接着分子発現の相違により前駆骨髄腫細胞と成熟骨髄腫細胞に分けられ、成熟骨髄腫細胞がより骨髄ストロ-マ細胞と接着することが明かとなった。新たに樹立したMPCー1抗体は成熟骨髄腫細胞と反応することより、その認識する分子は接着分子である可能性が示唆される。現在、MPCー1抗体で認識される分子について詳しく検討している。前年に引き続き、骨髄腫患者の骨髄穿刺液より分離した骨髄腫細胞の細胞表面における接着分子の発現をフローサイトメーターで調べた。骨髄腫細胞はCD44+VLA-4+VLA-5-の未熟骨髄腫細胞とCD44+VLA-4+VLA-5+の成熟骨髄腫細胞に分けられることを確認した。セルソーターを使用して各細胞亜群を分取し、それぞれの細胞形態、in vitro増殖能及びM蛋白産生能を調べた。この結果は前述の未熟および成熟骨髄腫細胞の考えを支持するものであった。骨髄ストローマ細胞(株)に強く接着するVLA-5+成熟骨髄腫細胞は、更にVLA-5+MPC-1-とVLA-5+MPC-1+の細胞へ分けられる。後者はより強く骨髄ストローマ細胞と接着する。このことは、骨髄腫細胞株KMS-5のVLA-5+MPC-1+細胞亜株がVLA-5+MPC-1-亜株よりも強く骨髄ストローマ細胞(株)に接着したことより実証された。この接着現象は抗VLA-5およびMPC-1抗体で抑制された。

つまり、成熟骨髄腫細胞は未熟骨髄腫細胞より分化した細胞であり、増殖能に乏しいが逆にM蛋白産生能は高い。成熟骨髄腫細胞への分化に骨髄ストローマ細胞との接着が必要なのか、逆に分化した成熟骨髄腫細胞が骨髄ストローマ細胞へ結果として接着するのかは不明である。いずれにせよ、成熟骨髄腫細胞と骨髄ストローマ細胞との接着にVLA-5とMPC-1分子とが必要とされるようである。尚、MPC-1抗体を使用してイムノスクリーニングによりMPC-1遺伝子クローニングを行なっている。
低成長温度(Cu,C)系超伝導薄膜材料の多層構造化による高性能化・新機能発現

超伝導を利用したデバイスは、超高速動作、低消費電力といった高いポテンシャルを持つ、反面、毒性元素の含有、高い形成温度・超伝導異方性などの応用上の問題を持つ高温超伝導体に対して、本研究では毒性元素を含まず、多層化することで超伝導転移温度が向上すると期待されているCu系高温超伝導体に注目し、その薄膜材料化を目指した。この系はバルクにおいては高温高圧化でのみ成長する準安定層であるが、まず、炭酸基添加と格子ミスフィット率が比較的小さい単結晶基板上でのエピタキシャル成長よる構造安定化により、低成長温度500から600°Cにおいて、(Cu,C)-1201構造の薄膜形成に成功した。この薄膜の表面凹凸が、当初、ユニットセル高さの数倍と、一層の特性向上が見込める多層化への移行が困難であったことから、続いて、基板と薄膜の中間の格子定数・類似の結晶構造を持つSrCuO_2をバッファとして挿入する手法を導入した。その結果、超伝導性と多層型に必要平坦性を合わせ持つ(Cu,C)-1201の作製条件の確立に成功した。この上に1201層とCaCuO_2無限層を交互堆積した[CaCuO_2/(Cu,C)-1201]×N構造を行ったところ、T_<c-onset>:100K、T_<c(ρ=0)>:70K級の高い超伝導特性を持つ超伝導薄膜の作製に成功した。多層構造試料の構造解析結果から、CaCuO_2-(Cu,C)-1201界面における歪効果が、この超伝導特性の大幅な向上の起源であることが明らかとなった。以上により、人工積層手法による、毒性元素を含まず、高臨界温度を有する高温超伝導薄膜材料の創成という本研究課題の目的を達成したと考える。電荷供給層内にCuイオンを含むCu系,(Cu,C)系超伝導体は、電荷供給層の酸化度、単位胞内ホール分布及びバンド間エネルギー差などの電子構造の変調範囲が広く、人工格子法に代表される薄膜合成手法が適用できれば、臨界温度、異方性等の広範な変調が期待される。また、薄い超伝導層の2層構造では多成分超伝導、成分間位相差ソリトンの発現の可能性が指摘されており、その研究を推進するためのプラットホームとなる材料が必要として、特に高温超伝導体の積層構造は有用である。我々はCu系超伝導膜の合成の第一段階としてエピタキシャル膜成長時のCO2ガスの導入等により(Cu, C)-Ba-O膜においてCu-1201構造の安定化、超伝導化に成功してきた。今回、人工格子法による多層構造化及びバンド間位相差ソリトン研究のプラットホーム化の一環として(Cu, C)-Ba-O/CaCuO2/(Cu, C)-Ba-O構造薄膜を堆積させた積層構造の電気伝導性の作製条件依存性を調べたので報告する。実験・結果:膜形成はパルスレーザ堆積法を用い、基板温度500550°CでSrTiO3(001)基板上に膜形成を行った。今回、基板の格子ミスマッチを緩和するためにSrCuO2無限層構造薄膜バッファ層を挿入し(Cu, C)-1201薄膜を堆積させた。バッファ層を挿入することで、表面平均粗さがユニットセル高さの約1/4の2.0Aになった。一方、基板に直接堆積させた(Cu, C)-1201薄膜がCO2ガス分圧、基板温度等により広い範囲で超伝導発現するのに対し、同条件でバッファ層を挿入した試料では常温抵抗が高く、超伝導発現の再現性が低かった。

そこで、酸素分圧を従来の5mTorrから50150mTorrの条件で(Cu, C)-1201薄膜形成を行ったところ伝導性の向上が見られた。このことは、バッファ層を施した膜は表面平坦性や結晶性が良いために、過剰酸素侵入によるホールドーピングが不十分であったと考えられる。高酸素圧条件(P-O2=150mTorr)下で(Cu, C)-1201上にCaCuO2を堆積させたところ、良い結晶性と超伝導発現を両立することができた。さらにその上に(Cu, C)-1201を堆積させた条件において、ホールドーピングが不十分なため抵抗率が高いと考えられるが、良い結晶性と超伝導発現を確認することができた。このことはCu系多層構造が作製可能であることを示唆している。電荷供給層内にCuイオンを含むCu系,(Cu,C)系超伝導体は、電荷供給層の酸化度、単位胞内ホール分布及びバンド間エネルギー差などの電子構造の変調範囲が広く、人工格子法に代表される薄膜合成手法が適用できれば、臨界温度、異方性等の広範な変調が期待される。(Cu,C)系高温超伝導体の共通部分構造であり、従来、高圧合成法により形成されてきた(Cu,C)Ba_2CuO_<2±δ>[(Cu,C)-1201]相に関して、昨年度までにエピタキシャル成長及びCO_2ガスの成長時導入による構造安定化により低成長温度・超伝導発現を同時に実現した。この系は、CaCuO_2無限層構造挿入による多層構造化によって超伝導特性が向上、Cuイオンを含む電荷供給層の広い電子構造の変調幅を利用した多層構造における非等価なCuO_2面間のキャリア配分の制御による物性の多様な制御が期待できることから、引き続いて、多層構造化のための一環として(Cu,C)-1201薄膜の超平坦化、(Cu,C)-1201、CaCuO_2層をパルスレーザ堆積法により交互堆積した積層構造膜の作製を試みた。その結果、(Cu,C)-1201薄膜は面内格子定数のミスフィット率が1.36%と大きいSrTiO_3(001)基板に直接成長した場合、表面粗さが約1.28nmと1201層のc軸長の1.5倍程度であるが、同形構造をもつSrCuO_2相をバッファ層(ミスフィット率:SrTiO_3-SrCuO_2間;0.98%、(Cu,C)-1201-SrCuO_2間;0.38%)を挿入することにより、表面粗さは約0.23nmと1201相のc軸長の1/4程度まで抑制された。このとき、成長雰囲気の酸化性を最適化することで、表面粗さが0,42nmと1201相のc軸長の1/2程度の表面平坦性を持ち、かつ高い超伝導特性を合わせ持つ平坦化超伝導薄膜を実現した。また、この結果を踏まえ(Cu,C)-1201/CaCuO_2/(Cu,C)-1201/SrCuO_2/SrTiO_3人工積層構造の成長を試みたところ、ヘテロエピタキシャル成長に成功し、積層構造においても表面粗さが0.44nmと1201相のc軸長の1/2程度の表面平坦性の実現、超伝導特性の大幅な改善等の顕著な成果を達成した。超伝導を利用したデバイスは、超高速動作、低消費電力といった高いポテンシャルを持つ、反面、毒性元素の含有、高い形成温度・超伝導異方性などの応用上の問題を持つ高温超伝導体に対して、本研究では毒性元素を含まず、多層化することで超伝導転移温度が向上すると期待されているCu系高温超伝導体に注目した。この系はバルクにおいては高温高圧化でのみ成長する準安定層であるが、まず、基板によるエピタキシャル効果と炭酸基添加よる構造安定化により、低成長温度500から600°Cにおいて、(Cu,C)-1201構造の薄膜形成に成功した。しかし、この薄膜は表面が凹凸で特性向上が見込める多層化への移行が困難であったことから、続いて、基板と薄膜の中間の格子定数・類似の結晶構造を持つSrCuO_2をバッファとして挿入する手法を導入した。
歯根膜、骨外膜におけるペリオスチンを介したメカニカルストレス感知メカニズムの解明

本研究において、私は分泌タンパク質であるペリオスチンが、フィブロネクチンとテネイシンの二つの細胞外マトリックスタンパク質に結合し、この両者の結合を補助するスキャフォールドとして機能していることを明らかにした。このフィブロネクチンとテネイシンの結合は、高度に発達した細胞外マトリックスを構築し、立体的な細胞-細胞外マトリックスの網目状のアーキテクチャーを実現した。この網目状のアーキテクチャーの構造特性は、組織に負荷される外力を緩和する可能性を示唆していた。さらに、このペリオスチンのスキャフォールド機能の欠損は、マウスにおいて脛骨過労性骨膜炎に類似した表現型を惹起した。脛骨過労性骨膜炎は、スポーツ障害の一種であることから、ペリオスチン遺伝子欠損マウスはスポーツ障害のモデル動物としての汎用性が期待される。また、スポーツ障害は外力によって組織が破壊されることで発症することから、ペリオスチン遺伝子欠損マウスにおける発症は、ペリオスチンのスキャフォールド機能喪失による網目状アーキテクチャーの崩壊が招いたものと考えられる。ペリオスチン遺伝子のメカニカルストレス依存的骨形成における役割を解明するため、マウス脛骨に対する荷重負荷装置を用いて、ペリオスチン遺伝子欠損マウスの脛骨に荷重負荷を与え、負荷による骨形成促進を定量解析した。その結果野生型マウスでは負荷に応じて骨外膜での骨形成が活性化されたが、ペリオスチン遺伝子欠損マウスでは週齢依存的に負荷依存的な骨形成活性化が低下していた。骨外膜組織を詳細に解析した結果、ペリオスチン遺伝子欠損マウスでは週齢存的に細胞外マトリックス構造の軽度な乱れが認められた。これらの結果は、骨外膜の細胞外マトリックス構造とメカニカルストレス感知・応答機構に密接な関係があることを示している。さらに、分子レベルでの解析を進めるため、ペリオスチンタンパク質と相互作用する分子の探索を行った。その結果、ペリオスチンにはこれまでに報告されていたフィブロネクチンタンパク質以外にも、新たにテネイシンタンパク質を含め、複数の相互作用分子があることが判明した。現在は、上記の新規相互作用分子とペリオスチンの関連や、in vivoの結果から得られた細胞外マトリックス構造の乱れの原因を解析している。これらの解析を踏まえ、メカニカルストレス感知機構の分子レベルでの実体解明を目指す。前年からの継続研究の結果、ペリオスチン遺伝子欠損マウスに認められる細胞外マトリックス構造の乱れは、骨膜炎に類似した表現型を誘導していることが明らかとなった。この骨膜炎類似表現型は、ペリオスチン遺伝子欠損マウスの脛骨にしか認められないことから、この表現型はヒトにおけるスポーツ障害の一つである脛骨過労性骨膜炎に相同なものであると推察された。分子生物学的解析の結果、ペリオスチンはフィブロネクチンとテネイシンの両者に同時に結合し、フィブロネクチンとテネイシンの相互作用を補助するシャペロン様の活性を持つと予想された。さらに、テネイシンとペリオスチンの関与を精査するために、テネイシン遺伝子欠損マウスの解析を行ったところ、テネイシン遺伝子欠損マウスにおいても、ペリオスチン遺伝子欠損マウスで認められた脛骨過労性骨膜炎に類似した表現型が確認された。以上の結果は、ペリオスチン、フィブロネクチン、テネイシンの3者複合体がスポーツ障害の一種である脛骨過労性骨膜炎の予防に関与することを示唆している。