hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
沸騰の複雑性解析-非線形カオス挙動-

沸騰現像の複雑さを調べるため,非線形カオス力学に基づいた2種類の実験とCML法を用いた沸騰の数値シミュレーションを行ない,ほぼ初期の研究目的を達成した.実験では,水平銅製加熱面上のプール飽和沸騰の実験を行い,核沸騰から膜沸騰にかけて加熱面温度の時間変動を詳細かつ長時間にわたって測定し,これを時系列データとしてのハワ-スペクトル,リターンマップを描き,埋め込み法によって相関次元を求めると共に,リアプノフ指数も計算した.その結果,沸騰はかなり高い自由度をもった時空カオスであると判断した.これとは別,気泡運動の非線形特性を調べるため,空気-水系および水の沸騰系で気泡生成の実験を行った.気泡生成による周囲液体の流速変動を時系列データとして,非線形解析を行うと共に,理論モデルで挙動が説明できるか否か検討した.空気泡の生成には低自由度カオスが観察されるが,実験の沸騰ではランダムに近いものであるとの結果が得られた.一方,時空複雑系の解析に有効とされるCML法を用いてプール沸騰の数値シミュレーションを行った.従来の同種の研究に,加熱面発泡核の効果,気液界面のテイラー不安定を新たに導入することによって,ほぼ満足できる沸騰曲線が再現できた.沸騰現像の複雑さを調べるため,非線形カオス力学に基づいた2種類の実験とCML法を用いた沸騰の数値シミュレーションを行ない,ほぼ初期の研究目的を達成した.実験では,水平銅製加熱面上のプール飽和沸騰の実験を行い,核沸騰から膜沸騰にかけて加熱面温度の時間変動を詳細かつ長時間にわたって測定し,これを時系列データとしてのハワ-スペクトル,リターンマップを描き,埋め込み法によって相関次元を求めると共に,リアプノフ指数も計算した.その結果,沸騰はかなり高い自由度をもった時空カオスであると判断した.これとは別,気泡運動の非線形特性を調べるため,空気-水系および水の沸騰系で気泡生成の実験を行った.気泡生成による周囲液体の流速変動を時系列データとして,非線形解析を行うと共に,理論モデルで挙動が説明できるか否か検討した.空気泡の生成には低自由度カオスが観察されるが,実験の沸騰ではランダムに近いものであるとの結果が得られた.一方,時空複雑系の解析に有効とされるCML法を用いてプール沸騰の数値シミュレーションを行った.従来の同種の研究に,加熱面発泡核の効果,気液界面のテイラー不安定を新たに導入することによって,ほぼ満足できる沸騰曲線が再現できた.
溶質分子-溶媒分子間の形の類似性効果を利用する化学反応の選択性の制御

これまで以上に“精密"で新しいタイプの選択性制御の方法を開発するために、一対の会合性チオールIとII(R^1とR^2はそれらの置換基)の酸素酸化反応を行い、その選択性および選択性の温度(20、35および50°C)依存性パターンと、溶質(IとII)分子の置換基-溶媒分子の置換基間の形の類似性との関係を検討した。1.選択性(R^1=Ph、R^2=n-C_5H_<11>)は、メタノール-イソプロピルアルコール中よりもメタノール-n-プロピルアルコール中で(20と35°C)高くなった。2.炭化水素-水-n-プロピルアルコール混合3成分系(炭化水素のモル分率=0.50)中35°Cでの選択性(R^1=Ph、R^2=i-C_5H_<11>)は、炭化水素がシクロヘキサンからn-ヘキサン、イソヘキサンに変化するにつれて増大した。3.R^1がフェニル基でR^2がイソペンチル基の時の選択性は、ベンゼン-エタノール(エタノールのモル分率=0.50)中では、35°Cの近傍で極大を示し、イソヘキサン-エタノール中では極小を示し、n-ヘキサン-エタノール中では温度に対して単調に減少した。4.R^1がシクロペンチル基でR^2がn-ブチル基の時の選択性は、メタノール-n-ブチルアルコール(メタノールのモル分率=0.50)中およびメタノール-イソブチルアルコール中において、温度に対して単調に増加した。これらの実験結果から、(1)一方のチオールの置換基(R^1)の形と溶媒分子の置換基の形が類似している時に選択性は高くなること、また(2)溶質分子の置換基(R^1)-溶媒分子の置換基間での形の類似性の程度によって、選択性の温度依存性パターンは全く異なることが明らかになった。これは、「形の類似性効果」が新しいタイプの選択性制御の方法になることを示している。溶質分子と溶媒分子(実質的には、それらの置換基)の形が互いに類似している時に、化学反応の選択性は、高くなることが示唆されている。この「形の類似性効果」を利用し、これまで以上に“精密"で新しいタイプの選択性制御の方法を開発するために、一対の会合性チオールIとII(R^1とR^2はそれらの置換基)の酸素酸化反応の選択性を、溶質(会合性チオール)分子-溶媒分子間の形の類似性が、どのように変化させるかを検討した。1.R^1がフエニル基でR^2がn-ペンチル基の場合について、20、35および50°Cで選択性を調べた。メタノール-n-プロピルアルコール(メタノールのモル分率=0.50)中では、選択性は、35°Cの時に極大になった。これに対して、メタノール-イソプロピルアルコール中では、選択性は、温度と共に単調に増大した。これらの結果から、R^2(会合性チオールIIの置換基)とプロピル基(プロピルアルコールの置換基)の形が類似している時に、選択性は、温度に対して極大を示すことが示唆された。2.R^2がイソペンチル基(R^1=フエニル基)の場合について、35°Cで選択性を調べた。(1)炭化水素-水-n-プロピルアルコール混合

3成分系(炭化水素のモル分率=0.50、水のモル分率=0.10)中においては、炭化水素がシクロヘキサン、n-ヘキサン、イソヘキサンの順に、選択性は増大した。しかし、炭化水素がn-オクタンの時の選択性は、イソヘキサンの時の選択性とほとんど同じであった。(2)水-n-プロピルアルコール(水のモル分率=0.10)の混合2成分系中においては、選択性は、上述したいずれの混合3成分系中の場合よりも低くなった。これらの結果から、R^2と炭化水素の形が類似している時に、選択性は、高くなる傾向のあることが明らかになった。溶質分子と溶媒分子(実質的には、それらの置換基)の形が互いに類似している時に、モデル化合物の反応の選択性は、高くなることが示唆されている。そこで、この「形の類似性効果」を利用し、これまで以上に“精密"で新しいタイプの選択性制御の方法を開発するために、一対の会合性チオールIとII(R^1とR^2はそれらの置換基)の酸素酸化反応を行い、その選択性の温度依存性パターンと、溶質(会合性チオール)分子の置換基-溶媒分子の置換基間の形の類似性との関係を検討した。1.R^1がフェニル基でR^2がイソペンチル基の場合について、20、35および50°Cで選択性を調べた。ベンゼン-エタノール2成分混合溶媒(エタノールのモル分率=0.50)中では、選択性は、35°Cの近傍で極大を示すことが明らかになった。これに対して、n-ヘキサン-エタノール2成分混合溶媒中での選択性は温度に対して単調に減少するにすぎないこと、またイソヘキサン-エタノール中での選択性は極小を示すことがわかった。この結果は、R^1(会合性チオールIの置換基)と混合溶媒中の炭化水素(ベンゼン、イソヘキサンあるいはn-ヘキサン)の形が類似している時に、選択性は、温度に対して極大を示す可能性のあることを示唆している。2.R^1がシクロペンチル基でR^2がn-ブチル基の場合について、20、35および50°Cで選択性を調べた。この場合には多量の副生成物が生じた。選択性は、メタノール-n-ブチルアルコールおよびメタノール-イソブチルアルコール2成分混合溶媒(メタノールのモル分率=0.50)中において、いづれも温度に対して単調に増加した。本研究によって得られた結果から、「溶質分子-溶媒分子間の形の類似性」と「選択性の温度依存性パターン」との間には、明確な相関関係は見られないことがわかった。
in vivo の血管平滑筋細胞増殖におけるJAK-STAT系の関与についての研究

ラット頚動脈バルーン傷害(B1)モデルにおける内膜肥厚は、主に血管平滑筋細胞(VSMC)の増殖による.培養おいてAngiotensinII(Angll)・成長因子がJAK-STAT系を介して細胞増殖を引き起こす事が知られている.しかしin vivoでの内膜肥厚にJAK-STAT系が関与するかは不明である.昨年度の研究では、Bl後のラット頚動脈においてJAK-STAT系蛋白質が発現し、内膜肥厚に関与する可能性が示唆され、BI後のラット頚動脈において、STAT3蛋白質のチロシンリン酸化が増強する可能性が示唆された.(98年度日本循環器学会総会で発表)今年度は、BI後のラット頚動脈におけるJAK-STAT系蛋白質の活性化Angllの関連について研究した.【結果】AT1Rは、コントロールでベースラインの発現を認め、以後同様の時間経過でJak2、Stat3を発現するVSMCに発現した.2) AngllとJAK-STAT系の機能的カップリングの検討Bl後摘出した血管にAngllを加え、Stat3のリン酸化レベルの検討を行った.コントロール血管においては、Angll+、Angll-共にStat3リン酸化は認められなかった.Bl後7日目の血管では、ベースラインのStat3リン酸化がみられ、Angll添加によりリン酸化レベルは、有意に増強された.このStat3リン酸化レベルの増強は,Jak阻害物質であるAG-490により抑制された【総括】この研究では、Bl後のラット頚動脈においてJAK-STAT系蛋白質が発現し、内膜肥厚に関与する事が示唆され、そのシグナル伝達系にAngllを介している可能性が示唆された.(98年度米国心臓病学会にて発表)ラット頚動脈バルーン傷害(BI)モデルにおける内膜肥厚は、主に血管平滑筋細胞(VSMC)の増殖による。培養VSMCにおいてAngiotensinII・成長因子がJAK-STAT系を介して細胞増殖を引き起こす事が知られている。しかしin vivoでの内膜肥厚にJAK-STA系が関与するかは不明である。そこで、BIモデルを用いてin vivoにおけるVSMCでのJAK-STAT系蛋白質の発現、内膜肥厚への関与およびJAK-STAT系活性化を引き起こすIL-6Rスーパーファミリーの共通構成要素であるgp-130の発現もあわせて検討した。【結果】1バルーン傷害モデル作製傷害側血管は、7日目より新生内膜の出現を認め、14日目でintim a/m edia ratioは、1.87±0.24と充分な成果を確認した。2免疫組織染色法によるJAK1・2、STAT1・3、gp-130の発現の検討コントロールでは、中膜VSM CにJAK1・2、STAT1・3の発現は見られず、わずかに内皮細胞にのみ発現が見られた。BI2日目より中膜VSM Cに軽度のJAK1・2、STAT1・3発現がみられ、BI5日目には中膜VSM Cの広範囲に発現がみられた。BI7日目にはこれらの発現は新生内膜VSM Cのほぼ全てに認められたが中膜VSM Cでの発現はやや減少した。BI4日目には中膜および新生内膜VSM CでのJAK1・2、STAT1・3の発現は消失した。gp-130は、同様の時間経過でJAK1・2、STAT1・3を発現するVSM Cに発現した。【総括】この研究では、BI後のラット頚動脈においてJAK-STAT系蛋白質が発現し、内膜肥厚に関与する事が示唆され、そのシグナル伝達系にgp-130を介している可能性か示唆された。現在BI後のラット頚動脈において、JAK-STAT系蛋白質のチロシンリン酸化について検討中である。ラット頚動脈バルーン傷害(B1)モデルにおける内膜肥厚は、主に血管平滑筋細胞(VSMC)の増殖による.培養おいてAngiotensinII(Angll)・成長因子がJAK-STAT系を介して細胞増殖を引き起こす事が知られている.しかしin vivoでの内膜肥厚にJAK-STAT系が関与するかは不明である.昨年度の研究では、Bl後のラット頚動脈においてJAK-STAT系蛋白質が発現し、内膜肥厚に関与する可能性が示唆され、BI後のラット頚動脈において、STAT3蛋白質のチロシンリン酸化が増強する可能性が示唆された.(98年度日本循環器学会総会で発表)今年度は、BI後のラット頚動脈におけるJAK-STAT系蛋白質の活性化Angllの関連について研究した.【結果】AT1Rは、コントロールでベースラインの発現を認め、以後同様の時間経過でJak2、Stat3を発現するVSMCに発現した.2) AngllとJAK-STAT系の機能的カップリングの検討Bl後摘出した血管にAngllを加え、Stat3のリン酸化レベルの検討を行った.コントロール血管においては、Angll+、Angll-共にStat3リン酸化は認められなかった.Bl後7日目の血管では、ベースラインのStat3リン酸化がみられ、Angll添加によりリン酸化レベルは、有意に増強された.このStat3リン酸化レベルの増強は,Jak阻害物質であるAG-490により抑制された【総括】この研究では、Bl後のラット頚動脈においてJAK-STAT系蛋白質が発現し、内膜肥厚に関与する事が示唆され、そのシグナル伝達系にAngllを介している可能性が示唆された.(98年度米国心臓病学会にて発表)
森林土壌からの温室効果ガス排出量を制御する植物起源揮発性有機物の探索と影響評価

モノテルペンは、生物由来揮発性有機化合物(BVOC)であり、地球温暖化を助長するガスとして知られている。モノテルペンの土壌中における動態や他の温室効果ガス(二酸化炭素、メタン、一酸化二窒素)への影響を明らかにするために、岩手県安比高原のブナ林およびカラマツ人工林土壌で観測をおこなった。土壌中のモノテルペン濃度は大気よりもはるかに高く、大きな季節変化を示した。樹種によって、濃度や主要なモノテルペンが異なることが明らかになった。樹木根が発生源として考えられ、生成したモノテルペンは積雪期間も放出が続くことが示唆された。森林土壌中におけるモノテルペンの分布パターンおよび季節変化を森林植生と関連付けて明らかにするために、岩手県八幡平市の安比高原の気象観測試験地において土壌中のモノテルペン濃度の観測を開始した。気象観測タワーのあるブナ林および隣接するカラマツ林を対象試験地として、8月および11月に観測をおこなった。モノテルペン分析試料は、それぞれの林分の林内大気、A0層とA層の境界およびA層から吸着剤を充てんしたステンレスパイプに採取した。ブナ林については、気象観測タワーにのぼり、林冠上および林冠内の大気の採取もおこなった。採取した試料は森林総研つくばのFIDガスクロマトグラフィで分析してモノテルペンの同定および濃度測定をおこなった。分析した土壌空気サンプルからは、主に、αピネン、カンフェン、βピネンが検出されたが、林内および林冠上大気については、これらモノテルペンはいずれも検出限界以下であった。検出されたモノテルペン濃度について、どの物質も、ブナ林土壌よりもカラマツ林土壌で数倍高かった。また、土壌中モノテルペン濃度は、季節変化を示し、11月よりも8月のサンプルで数倍高い濃度を示した。両林分については、気象、地形、土壌、下層植生に大きな違いはないため、この土壌中モノテルペンの濃度の違いは、ブナおよびカラマツによるモノテルペンの生成の違いが原因となっている可能性が示唆された。ブナやカラマツの落葉あるいは根が生成因子として考えられるが、特定には至っていない。森林土壌中におけるモノテルペンについて、樹種による違いおよび季節変化を明らかにするために、昨年度に引き続き岩手県八幡平市安比高原の森林総研気象観測試験地において、観測をおこなった。気象観測タワーがあるブナ林および隣接するカラマツ林を対象試験地とした。特に、積雪期におけるモノテルペン濃度を把握することを目的として、融雪期である4月、そして積雪期である1月下旬に積雪中および土壌から大気を採取した。積雪および土壌中のモノテルペンについては、昨年度同様に、吸着剤を充てんしたステンレス製パイプの採取管に採取して、FIDガスクロマトグラフィ(森林総研つくばに設置)で、分析をおこなった。土壌空気サンプルからは、無積雪期にも見られたαピネン、カンフェン、βピネンが検出され、積雪中からもこれらモノテルペンが検出された。土壌中で高く、積雪中で低下していたことから、土壌が放出源になっていることが示唆された。また、無積雪期同様、ブナ林よりもカラマツ林土壌で高いモノテルペン濃度だった。土壌中モノテルペン濃度は季節変化を示し、どの季節においても樹種による違いが見られることを明らかにすることを本年度の研究目的としており、二度にわたる積雪期の調査によって、これら現象を明らかにすることができたため。これまでわが国において、研究事例がなかった森林土壌中の植物起源揮発性有機物(BVOC)が温室効果ガス(GHG)の生成や消費におよぼす影響を明らかにする第一段階として、気候、地形、土壌が同一で、植生が異なる森林において、土壌中におけるBVOCの動態観測をおこなった。本課題では、BVOCのうち、GHGの生成や消費に影響をおよぼす可能性が指摘されているモノテルペンに着目して、安比気象観測試験地(岩手県八幡平市)のブナ天然林および隣接するカラマツ人工林で観測をおこなったところ、両林分で大気よりも1001000倍高い濃度のモノテルペンが見られ、ブナ林土壌よりもカラマツ林土壌でモノテルペン濃度が高かった。また両林分では、土壌空気を構成するモノテルペンの種類にも違いが見られ、ブナ林土壌ではβピネン、リモネンが主体であるのに対して、カラマツ林土壌ではαピネン、カレンが主要な構成成分だった。さらに、土壌中におけるモノテルペンは、年間で数百倍も濃度が変動する季節変化を示し、構成成分は大きくは変わらなかった。研究計画段階では、モノテルペンの主要な発生源として、落葉が考えられたが、落葉後に土壌中の濃度が上昇する傾向はなく、まだ新鮮落葉がほとんどない8月に最大濃度を示した。土壌中の濃度勾配から、モノテルペンの種類によっても発生源が異なり、植物根やカビ等微生物群も主要な発生源であることが示唆された。土壌中におけるモノテルペンの生成は、これまで観測してきた温室効果ガスと比較しても、複雑な生成メカニズムを持っていると考えられる。

初年度については、さまざまな植生の林分において土壌中のモノテルペンの種類および濃度、その季節変化を明らかにすることが目的だったが、ブナおよびカラマツで観測をおこない、さらに複数の時期で観測して、生成するモノテルペンについて樹種による違い、および季節変化を把握できたため、研究計画に従い、概ね順調に進展していると評価した。これまで2年間の研究成果を受けて、濃度が高いと思われる夏季におけるモノテルペン濃度を把握する必要があるため、7月あるいは8月に現地調査をおこなう。その調査結果に基づいて、温室効果ガス動態とモノテルペン濃度の関係について、現地調査および室内実験から、その相互作用を明らかにする。森林土壌学初年度の研究成果を受け、本年度は、より多数の樹種の林分における土壌中モノテルペン濃度を明らかにする。モノテルペンの生成については、樹種の影響が大きいため、林分を構成する主要な樹種だけでなく、下層植生についても詳細に記述されている支所構内の実験林で調査をおこなう。また、初年度から観測を進めている安比試験地では、先行して温室効果ガス(二酸化炭素、メタン、一酸化二窒素)の吸収・放出量が観測されているため、これら温室効果ガス動態とモノテルペンの濃度の関係について、現地観測データから考察をおこなう。当該年度において、調査地における夏季観測および試料採取による室内培養実験を予定していたが、予定していた時期に天候が悪く、観測および試料採取がおこなえなかったため、旅費および必要な培養実験器具(培養フラスコ、試薬、ガス類等消耗品)の購入を延期したため。前年度実施できなかった現地における夏季観測および試料採取をおこない、必要器具(培養フラスコ、試薬、ガスなど消耗品類)を購入して、室内培養実験をおこなう。
ウロテンシンII,副交感神経,NOシグナルによる糖代謝制御と糖尿病治療への応用

申請者らは最近,生体における最も強力な脈管作働物質であるウロテンシンII(UT2)の遺伝子多型(S89N多型)が個体のインスリン感受性と関連し、2型糖尿病の発症に関与することを見いだし、報告した。ウロテンシンIIのインスリン感受性、耐糖能における役割を明らかにする目的で、UT2発現アデノウイルスベクターをB6マウス尾静脈より静注,肝にUT2を過剰発現させた(UT2マウス)。LacZを導入したB6マウス(LacZマウス)を対照として、耐糖能とインスリン感受性を検討した。UT2マウスではLacZマウスに比し,耐糖能とインスリン感受性が著明に改善することを発見した.アデノウイルスベクターを用いて、ウロテンシンII受容体遺伝子(GPR14)を肝に過剰発現させたマウス(GPR14マウス)の耐糖能とインスリン感受性も、対照に比べて有意に改善していた.すなわち、肝臓におけるウロテンシンIIシグナルの活性化は個体の耐糖能,インスリン感受性を改善することが明らかになった。UT2マウスとGPR14マウスでは、対照のLacZマウスに比し,副交感神経-NOシグナル系は著明に亢進していた。さらに、副交感神経-NOシグナル系を阻害すると耐糖能とインスリン感受性は著明に低下した。肝臓におけるインスリン作用発現(糖新生抑制,グリコーゲン合成促進,脂肪合成促進,脂肪分解抑制)に副交感神経-NOシグナル系の関与が明らかになってきている。本研究により、ウロテンシンII-副交感神経-NOシグナル系の異常がインスリン抵抗性,耐糖能障害,2型糖尿病を引き起こすという新たな分子機序の存在が明らかになった。生体における最も強力な脈管作働物質であるウロテンシンII(UT2)の遺伝子多型(S89N多型)が,2型糖尿病と関連することを見いだした。UT2-副交感神経-NOシグナルがインスリン感受性,耐糖能を規定し,その異常が糖尿病の成因となるという新たな疾患概念の確立が,本研究の目的である。平成17年度は,UT2アデノウイルスベクターを用いて、それぞれ通常食と高脂肪食を与えたC57B/6NマウスとKKAyマウスの肝臓にUT2を過剰発現させて,In vivoにおけるインスリン感受性と耐糖能へのUT2の関与を検討した。UT2を肝臓に過剰発現させると,通常食C57B/6Nマウスの体重増加は対照マウスに比べて有意に少なく,また随時血糖値も2週間有意に低値であった。通常食の肝UT2過剰発現マウスでは対照マウスに比べて,インスリン感受性と耐糖能は有意に改善した。高脂肪食負荷マウスでも,肝UT2過剰発現により随時血糖値も2週間有意に低値であった。また,肝UT2過剰発現は高脂肪食負荷C57B/6NマウスとKKAyマウスの耐糖能も有意に改善させた。NEU過剰発現により,肝臓グリコーゲン蓄積が誘導され,また,副交感神経-NOシグナル系のシグナル分子の発現亢進を認めた。肝UT2過剰発現マウスの肝では,肝臓インスリン受容体(IR)とIRS1のチロシンリン酸化は,インスリン刺激前後とも,対照マウスに比べて,有意に増強していた。しかし,通常食,高脂肪食負荷とも肝UT2過剰発現マウスの肝臓IRS2のチロシンリン酸化はインスリン刺激前,刺激後で,対照マウスと比べて有意の差異を認めなかった。高脂肪食負荷の肝UT2過剰発現マウス脂肪組織のインスリン剌激IRチロシンリン酸化は,対照マウスと比べて有意に増加していた。肝UT2過剰発現により,通常食C57B/6Nマウスのインスリン感受性と耐糖能改善,高脂肪食C57B/6NマウスとKKAyマウスにおける耐糖能改善を認めた。

肝UT2過剰発現によるインスリン感受性と耐糖能改善の分子機序として,副交感神経-NOシグナルの亢進によるインスリンシグナルの改善という分子機序が示唆された。申請者らは最近,生体における最も強力な脈管作働物質であるウロテンシンII(UT2)の遺伝子多型(S89N多型)が個体のインスリン感受性と関連し、2型糖尿病の発症に関与することを見いだし、報告した。ウロテンシンIIのインスリン感受性、耐糖能における役割を明らかにする目的で、UT2発現アデノウイルスベクターをB6マウス尾静脈より静注,肝にUT2を過剰発現させた(UT2マウス)。LacZを導入したB6マウス(LacZマウス)を対照として、耐糖能とインスリン感受性を検討した。UT2マウスではLacZマウスに比し,耐糖能とインスリン感受性が著明に改善することを発見した。アデノウイルスベクターを用いて、ウロテンシンII受容体遺伝子(GPR14)を肝に過剰発現させたマウス(GPR14マウス)の耐糖能とインスリン感受性も、対照に比べて有意に改善していた.すなわち、肝臓におけるウロテンシンIIシグナルの活性化は個体の耐糖能,インスリン感受性を改善することが明らかになった。UT2マウスとGPR14マウスでは、対照のLacZマウスに比し,副交感神経-NOシグナル系は著明に充進していた。さらに、副交感神経-NOシグナル系を阻害すると耐糖能とインスリン感受性は著明に低下した。肝臓におけるインスリン作用発現(糖新生抑制,グリコーゲン合成促進,脂肪合成促進,脂肪分解抑制)に副交感神経-NOシグナル系の関与が明らかになってきている。本研究により、ウロテンシンII-副交感神経-NOシグナル系の異常がインスリン抵抗性,耐糖能障害,2型糖尿病を引き起こすという新たな分子機序の存在が明らかになった。
臓器の機能の動態解析を可能とする革新的SPECT装置の開発

特定の臓器に集積する放射性医薬品を用いて臓器の機能を映像化するシングルフォトンエミッションCT(SPECT)は、臓器の機能情報を、放出されたガンマ線の計測から映像化している点に特徴がある。一方で、SPECTでは検出器を患者の周りでゆっくりと回転させながらデータ収集を行うため、放射性医薬品分布の経時的な変化を用いた臓器の機能検査を行うことができない。本研究では3台の検出器と複数のピンホールコリメータを用い、検出器を固定したままでデータ収集を行い、臓器の動態機能解析を可能とする次世代のSPECTシステムを開発する。
食物油脂が動物行動に影響を与える機構の解明

α-リノレン酸(18:3n-3)欠乏ー高リノール酸(18:2n-6)の紅花油(Saf)を2世代にわたって摂取し、脳内ドコサヘキサエン酸(DHA、22:6n-3)含量が半減したラットでは、高α-リノレン紫蘇油(Per)を与えたラットと比較して、明度識別型学習能試験の成績が低い。このような学習能低下が、離乳期以後のn-3系列脂肪酸の摂取で回復するかどうかを検討した。Saf群の2世代目離乳後より、DHAを与えたところ(Saf+DHA)、脳内DHA量はPer群のレベルまで回復し、Saf群で相補的に増加していたドコサペンタエン酸(DPA、22:5n-6)含量もPer群のレベルまで低下した。しかし、Saf+DHA群の学習能は、Saf群と同レベルでPer群と比較して有意に低かった。レバー押し回数など他のパラメータもSaf群と似た挙動を示し、その行動パターンはSaf群と類似していた。脳各部位の神経伝達物質含量は、ドーパミンやセロトニンなどのモノアミン含量は3群間で差はなかった。アセチルコリン含量は、前頭皮質及び海馬でSaf+DHA群では他の2群と比較して低い傾向を示したが、学習能とは相関しなかった。一方、脳内神経成長因子(NGF)含量は、海馬ではPer群と比較してSaf群で有意に低く、逆に梨状様皮質では有意に高かった。Saf群の2世代目離乳後より、エイコサペンタエン酸(EPA、20:5n-3)を与えたSaf+EPA群では、Saf+DHA群と同様に脳内DHA含量はPer群のレベルまで回復していたが、NGF含量はいずれの部位でもSaf群と同レベルであった。以上より、n-3系列脂肪酸欠乏油脂による学習能低下やNGF含量の変化は、胎生期から授乳期の脳の発達段階でのDHA含量の低下による不可逆的なものである可能性が示唆された。但し、DHA・DPA以外で、20:4n-6や22:4n-6など回復が不十分な脂肪酸も見られたことから、これらが関与している可能性も残されている。α-リノレン酸制限-高リノール酸の紅花油食(Saf)を二世代にわたって与え、脳内ドコサヘキサエン酸(DHA)含量を半減させたラット及び高α-リノレン酸紫蘇油食(Per)を与え、脳内DHAレベルを高く保ったラットについて、行動解析及び生化学的解析による比較を行い、次のことが明らかとなった。明度識別型学習能試験ではPer群に比べてSaf群で有意に正反応率が低かった。レバ-押し回数はPer群に比べてSaf群で有意に高く、二世代目よりSaf群にエイコサペンタエン酸エチルエステル(EPA)を添加し、脳内DHAレベルをPer群と同じレベルまで回復させた群では、レバ-押し回数はPer群のレベルまで低下した。また、Saf群ではPer群と比較して新規の環境に暴露したときの探索行動量が有意に高くなっていた。マイクロ波処理

脳各部位の神経伝達物質レベルを測定した結果、ドーパミンやノルエピネフリン、セロトニンなどのモノアミン含量には有意な変化は見られなかった。一方、アセチルコリン含量は海馬でのみSaf群で有意に低下していた。今後、アセチルコリン代謝系を解析することでその機構を検討し、行動に及ぼす影響との関連性を解析する予定である。グルタミン酸受容体の結合活性を比較したところ、AMPA型グルタミン酸受容体結合活性が脳各部位においてSaf群で特異的に低下していた。NMDA型受容体やカイニン酸型受容体には差は見られなかった。AMPA受容体は、長期増強の過程で応答が増強されることが報告されており、この現象がSaf群の学習能低下と関連づけられるかどうかが今後の課題である。α-リノレン酸(18:3n-3)欠乏-高リノール酸(18:2n-6)の紅花油(Saf)を2世代にわたって摂取し、脳内ドコサヘキサエン酸(DHA、22:6n-3)含量が半減したラットでは、高α-リノレン紫蘇油(Per)を与えたラットと比較して、明度識別型学習能試験の成績が低い。このような学習能低下が、離乳期以後のn-3系列脂肪酸の摂取で回復するかどうかを検討した。Saf群の2世代目離乳後より、DHAを与えたところ(Saf+DHA)、脳内DHA量はPer群のレベルまで回復し、Saf群で相補的に増加していたドコサペンタエン酸(DPA、22:5n-6)含量もPer群のレベルまで低下した。しかし、Saf+DHA群の学習能は、Saf群と同レベルでPer群と比較して有意に低かった。レバー押し回数など他のパラメータもSaf群と似た挙動を示し、その行動パターンはSaf群と類似していた。脳各部位の神経伝達物質含量は、ドーパミンやセロトニンなどのモノアミン含量は3群間で差はなかった。アセチルコリン含量は、前頭皮質及び海馬でSaf+DHA群では他の2群と比較して低い傾向を示したが、学習能とは相関しなかった。一方、脳内神経成長因子(NGF)含量は、海馬ではPer群と比較してSaf群で有意に低く、逆に梨状様皮質では有意に高かった。Saf群の2世代目離乳後より、エイコサペンタエン酸(EPA、20:5n-3)を与えたSaf+EPA群では、Saf+DHA群と同様に脳内DHA含量はPer群のレベルまで回復していたが、NGF含量はいずれの部位でもSaf群と同レベルであった。以上より、n-3系列脂肪酸欠乏油脂による学習能低下やNGF含量の変化は、胎生期から授乳期の脳の発達段階でのDHA含量の低下による不可逆的なものである可能性が示唆された。但し、DHA・DPA以外で、20:4n-6や22:4n-6など回復が不十分な脂肪酸も見られたことから、これらが関与している可能性も残されている。
フィンスラー多様体における調和写像の研究

リーマン多様体の間の写像に対しては,曲線の長さや曲面の面積の一般化として,自然なエネルギーを定義することができる.しかし,フィンスラー多様体の間の写像に対しては,曲線の場合には同様のエネルギーの定義が自然な意味をもつものの,定義域の多様体が高次元の場合には写像のエネルギーをどのように定義すればよいかは自明ではない.この問題に関して,2000年にP.Centoreは,フィンスラー計量から自然に定まる距離に注目し,距離空間の間の写像に対して一般化されているエネルギー汎関数の臨界写像と同等な臨界写像をあたえるエネルギーの定義を見いだした.しかし,このエネルギー汎関数の臨界写像と,フィンスラー計量の曲率との関係は,エネルギー汎関数の第2変分の計算が困難なため,一般に明らかでない.この難点を回避するため,研究分担者SangoはCentoreによるエネルギーの定義を修正し,より特別な場合を考察した.すなわちCentoreの定義においては,エネルギー汎関数の定義式において,変数xとyは写像の定義域であるフィンスラー多様体Mの接バンドルTMの点(x,y)∈TMとして,独立に任意の値をとりえるのであるが,Sangoの定義においては,TMの適当な断面y:M→TMを考えることにより,yはxの関数y(x)として制御される.このことにより,Centoreの定義の際に起こる困難は回避され,エネルギー汎関数の第1変分と第2変分を具体的にもとめることができ,その結果,臨界写像としてえられる調和写像に対するWeizenbock-Bochner型の公式を証明することに成功した.しかし,この定義によるエネルギーは,定義域の接バンドルTMへの断面y:M→TMの選び方にも依存するため,このようにしてえられる調和写像がどのような幾何学の問題に有効であるかは,現在の所不明である.リーマン多様体の間の写像に対しては,曲線の長さや曲面の面積の一般化として,自然なエネルギーを定義することができる.しかし,フィンスラー多様体の間の写像に対しては,曲線の場合には同様のエネルギーの定義が自然な意味をもつものの,定義域の多様体が高次元の場合には写像のエネルギーをどのように定義すればよいかは自明ではない.この問題に関して,2000年にP.Centoreは,フィンスラー計量から自然に定まる距離に注目し,距離空間の間の写像に対して一般化されているエネルギー汎関数の臨界写像と同等な臨界写像をあたえるエネルギーの定義を見いだした.しかし,このエネルギー汎関数の臨界写像と,フィンスラー計量の曲率との関係は,エネルギー汎関数の第2変分の計算が困難なため,一般に明らかでない.この難点を回避するため,研究分担者SangoはCentoreによるエネルギーの定義を修正し,より特別な場合を考察した.すなわちCentoreの定義においては,エネルギー汎関数の定義式において,変数xとyは写像の定義域であるフィンスラー多様体Mの接バンドルTMの点(x,y)∈TMとして,独立に任意の値をとりえるのであるが,Sangoの定義においては,TMの適当な断面y:M→TMを考えることにより,yはxの関数y(x)として制御される.このことにより,Centoreの定義の際に起こる困難は回避され,エネルギー汎関数の第1変分と第2変分を具体的にもとめることができ,その結果,臨界写像としてえられる調和写像に対するWeizenbock-Bochner型の公式を証明することに成功した.しかし,この定義によるエネルギーは,定義域の接バンドルTMへの断面y:M→TMの選び方にも依存するため,このようにしてえられる調和写像がどのような幾何学の問題に有効であるかは,現在の所不明である.
感染予防へ向けたレクチン産生性ビフィズス菌の細胞接着機構の解明

本研究の最大の目的はレクチン産生性ビフィズス菌の細胞接着機構を解明し、病原微生物に対する感染防御に適用することにある。申請者はこれまで、Bifidobacterium bifidumが糖脂質であるアシアロGM1およびスルファチドに結合し、これらをCaco-2細胞上でレセプター分子として利用していることを明らかにしてきた。これらの糖脂質は、胃腸管感染症起因菌であるHelicobacter pylori、Salmonella typhimurium、Escherichia coli pb株も宿主細胞に付着する際のレセプターとして利用していることが明らかにされている。そこでこれら病原微生物に対してCaco-2細胞上での付着阻害効果およびTLC-overay法による糖脂質への結合阻害効果を検討した結果、Bifidobacterium bifidum菌株はいずれに対しても阻害作用を示した。また、糖脂質上の結合サイトと考えられる糖鎖を固定化したアフィニティーゲルを用いたクロマトグラフィーによって、Bifidobacterium bifidum菌体表層から効果的に糖脂質結合タンパク質を精製することが可能となった。N末端アミノ酸配列を決定した結果、これまでには報告されていない新規なタンパク質であることが明らかとなった。現在アミノ酸配列情報に基づき糖脂質結合タンパク質をクローニングおよびシークエンス中である。本研究の最大の目的はレクチン産生性ビフィズス菌の細胞接着性を解明し、病原微生物に対する感染防御のために適用することにある。この目的のために申請者がこれまでその存在を示唆してきたビフィズス菌のレクチンの同定および精製を試み、ビフィズス菌の細胞接着性に対するレクチンの役割を明らかにすることとした。また、ビフィズス菌やこの菌が産生するレクチンの腸管毒素原性大腸菌(ETEC)やH.pyloriの細胞への接着に対する阻害活性を検討することとした。これまで、Bifidobacterium bifidum IV-2株が糖脂質の一種であるアシアロGM1(GA1)に特異的に結合することを示し、消化管上皮細胞への付着に関与していることを示唆してきた。本菌株のGA1への結合タンパク質のアフィニティー精製を試みたところ、56kDaおよび16kDaタンパク質が得られた。これは以前我々が提示した結果とは異なるものであったが、本実験ではアフィニティー精製を試みたものであり、確実にGA1結合タンパク質が得られたものと考えている。さらに現在、本タンパク質の遺伝子構造を解析中であり、解析後は大腸菌で発現させることによって再確認する予定である。また、本菌株のETECの複数の菌株に対するCaco-2細胞への付着阻害効果を検討したところ、ETECのある菌株に対しては60%程度の阻害効果を示した。
タンパク質分解酵素による細胞外基質修飾と癌転移

オステオポンチン(OPN)は、分子量約41kDaの分泌型酸性リン酸化糖タンパク質である。分子中央部にはインテグリンとの細胞接着に重要なGRGDS配列と、その直後には炎症に関与するα9、α4インテグリンと結合するSVVYGLR配列が存在し、OPNは種々の細胞と多様な接着様式を有することで、癌や炎症性疾患等多くの難治性疾患発症と関与することが示されている。OPNは分子中央部にトロンビン切断部位が存在する。トロンビンで切断されたOPNのN末側はGRGDSやSVVYGLR配列を有し機能解析が進んでいるが、C末側の機能は不明である。当研究室ではC末側に細胞接着活性を見出し、本科研費補助金の一年目の成果からC末側に新規結合領域を同定することができた。新規結合領域の接着活性は二価イオン要求性であったことから、受容体はインテグリンであることが予想され、抗β1インテグリン抗体で細胞接着阻害効果を見出すことができた。本年度はインテグリンα鎖同定を試み、α9インテグリンを発現させた細胞での接着効果と抗α9インテグリン抗体での接着阻害を見出すことができた。すなわち、新規細胞接着領域はα9β1インテグリンと結合することが分かった。マウス腹腔内マクロファージ(PEC)を新規細胞接着領域で刺激するとIL-12が産生されることを見出し、また新規細胞接着領域に対する抗体は、OPNのPHC刺激によるIL-12産生を抑制した。OPN欠損マウスはBCG感染抵抗性が抑制されていることから、現在、本細胞接着の意義を感染症モデルで検討を進めている。本研究を進めることにより、細胞外マトリックス-インテグリン相互作用による感染症発症への関与を見出したいと考えている。また、本研究を遂行することにより、OPNはNKT機能を調節することにより肝炎発症に関与することを示すことができた。オステオポンチン(OPN)は、骨組織のマトリックスを構成する主要な非コラーゲン性タンパク質として同定きれた分子量約41kDaの分泌型酸性リン酸化糖タンパク質である。分子中央部にはインテグリンとの細胞接着に重要とされているGRGDS配列と、その直後には炎症に関与するα9、α4インテグリンと結合するSVVYGLR配列が存在する。OPNは細胞接着、細胞遊走、一酸化窒素(NO)産生の制御、免疫系への関与など多彩な機能が報告されてきており、癌転移、リウマチ関節炎やEAEなどの慢性炎症疾患、自己免疫疾患など多くの難治疾患病態と関与することが示されている。トロンビンで切断されたOPNのN末側は、RGDやSVVYGLR配列を有し、機能解析が進んでいるが、C末側の機能は不明である。当研究室では、C末側に細胞接着活性を見出し、その接着が癌の悪性度と相関することを見出している。そこでC末側の合成ペプチドを用いて解析した結果、新規結合領域を同定することができた。また、受容体は二価イオン要求性から、インテグリンであることが推察された。事実、抗β1インテグリン抗体を用いた細胞接着阻害実験から抑制効果を確認することが出来ている。しかしながら、α鎖は阻害抗体を用いて同定しようと試みたが抑制できる抗体は見出せていない。現在、異なるインチグリンを発現する細胞を用いて解析を進め、同時に、インテグリン遺伝子をクローニングすることにより、新規結合額域に接着するインテグリンを同定しようと考えている。この研究の進行する過程において、OPNに対する多くの抗体や動物モデルを作製し、OPNがリウマチや肉芽種など多くの炎症性疾患発症に関わることを見出した。OPNに着目した医薬への可能性を示すことができた。

本研究を進めることにより、細胞外マトリックス-インテグリン相互作用による感染症発症への関与を見出したいと考えている。また、本研究を遂行することにより、OPNはNKT機能を調節することにより肝炎発症に関与することを示すことができた。
不確実性下の環境財の価値評価と最適開発計画に関する研究-森林資源を対象に-

不確実性下での動学的設定において、これまでに提案されてきた環境財の価値(期待効用変化の符号保存的貨幣尺度)と価値評価手法を検討した。結果として貨幣尺度としてオプション価格が理論と実用の両面で推奨される。また価値評価手法は、オプション価格を評価するものと解釈できる。ただし、CVMとHicks中立性アプローチ以外は、それを必ずしも正確に評価するものではない。加法的な期間効用関数をもつNeumann-Morgenstern家計を考え、各期間の所得、私的財価格、環境サービスの供給量が各期で独立、かつ各期にはその期の不確実性が解消するという確率過程を想定して、不確実性下で無限計画期間消費選択モデルを作成した。このモデルにはvalue functionが存在する。その存在は、正の割引率と確率的な期間所得の非負性という設定、及びNeumann-Morgensternの選択公理を満たす有界な効用関数の存在(Gramondt,1972)によって保証される。このvalue functionに基づいて、期待効用変化の符号保存的貨幣尺度を検討した。オプション価格とGraham価格(Graham,1980)はその性質を満たす一方で、期待消費者余剰尺度、状態安定化補償変分の期待値はそうではない。また、Graham価格が用いられるとき、それは同時に現実には存在しない条件付き請求権市場を想定することになる。このためオプション価格は負(つまり環境財の変化自身は望ましくない)だが、Graham価格は正となるケースが生じる。この問題を解決するために、Graham価格から条件付き請求権市場開設に関わる部分を除去した修正Graham価格を提案した。不確実性下での無限計画期間モデルの観点から、従来提案されてきた環境財の価値評価手法が検討された。Hicks中立性アプローチが正確に限界オプション価格を表す一方、弱補完性アプローチでは弱補完性が成立してもそれを過少評価する。またhedonic法では集計の段階で過少評価が生じる。
離島における居住福祉の成立条件に関する研究

1.長崎県内の離島、及び中国大連市離島における高齢者福祉の実態と居住の形態を明らかにした。昨年度実績を踏まえ、長崎県内崎戸町の崎戸島、同町内江ノ島、伊王島、高島の訪問調査を実施して、高齢者施設の利用実態とその問題点を居住や生活のありようとの相互関係を解明し、さらに離島において福祉資源となりうる諸施設や活動・行為を見いだした。また、大連市の離島では、集団季節移住をすることによりコミュニティの維持と高齢者福祉を実現している事例を把握した。2.福祉や生活環境を踏まえ、新たな離島分類の枠組みの検討を行った。日常の生活圏を基本とした、福祉的なニーズ等を考慮した新たな離島分類の必要性を示し、その基本軸となる指標を明らかにした。3.離島をめぐる生活・産業等の問題と振興政策の整理を行った。日本の離島の現状と立地上の制約条件、さらにそこから発生する諸問題を生活・産業面から捉え、振興政策の実態と課題整理を検討した。4.日本における高齢者福祉の現状と、離島におけるその問題と対応策の先進事例を明らかにした。我が国の高齢者福祉は、都市中心でかつ一律的な側面が強く、個々の離島が独自の対策を模索しており、その中での人的なネットワークや配食サービスなどの実態と今後の課題を明らかにした。5.離島の福祉を支えうる交通・通信などの技術的な課題の検討を行った。瀬戸内海で実施されているデイサービス船を踏まえて、特に長崎県離島高齢者のための保健サービス船の基本コンセプトを検討した。1.離島の高齢者福祉と居住環境との相互関係の分析を行った。長崎県内の離島のうち小値賀島・大島・平戸島・生月島・宇久島を訪問し、現地において以下の資料収集を行った。すなわち、人口・世帯数等の統計的諸データ、町長を含めた行政担当者や福祉関係者からのヒヤリング、各種地図類、既存の民俗学的・歴史的な諸文献などである。特に小値賀町では、離島全体の特徴である高齢化と密住過疎の実態に関して、島内の各地区レベルでそれらを明らかにした。また、特別養護老人ホームをはじめ、その他高齢者福祉関連諸施設の利用実態ならびに諸問題を島内の居住環境との関連性を踏まえて明らかにした。2.新たな離島分類の枠組みの検討を行った。これまでの離島は、地理的な位置、人口状態、行政単位との関係を軸に分類が行われており、これに基づき、様々な行政サービス等が行われてきた。今後は、さらに離島での生活環境の実感を踏まえた、本土の母都市との時間距離、福祉的ニーズ等を考慮した新たな枠組みの整理を試みた。3.離島の居住福祉をめぐる技術的な検討課題の整理を行った。近年、時間距離を一気に短縮し相互の情報交換が可能となったインターネットなどのIT(情報技術)が広まってきており、その重要性が強調されているが、その情報に関して、離島の居住福祉の実態や福祉需要などを盛り込む必要があり、その意義と内容の検討を試みている。また、既存の巡回福祉船を参考とし、医療・デイサービスを可能とする新たな船舶の設計に向けて諸条件の検討を行った。
高分解能・ベクトル磁場検出磁気力顕微鏡の開発と超高密度磁気デバイスの磁化状態解析

非接触原子間力顕微鏡の一形態である磁気力顕微鏡を用いて、観察試料面に垂直な(A)垂直磁場の勾配と、観察試料面に平行かつ探針走査方向に沿った(B)面内磁場の勾配を同時に計測可能な2次元ベクトル磁場計測手法を確立し、これを具備する空間分解能10nm以下を有する高分解能・ベクトル磁場検出磁気力顕微鏡を開発した.本顕微手法を超高密度磁気デバイス・磁性材料のナノスケール磁区構造解析に適用し、これら材料の評価に有用であることを示した.非接触原子間力顕微鏡の一形態である磁気力顕微鏡を用いて、観察試料面に垂直な(A)垂直磁場の勾配と、観察試料面に平行かつ探針走査方向に沿った(B)面内磁場の勾配を同時に計測可能な2次元ベクトル磁場計測手法を確立し、これを具備する空間分解能10nm以下を有する高分解能・ベクトル磁場検出磁気力顕微鏡を開発した.本顕微手法を超高密度磁気デバイス・磁性材料のナノスケール磁区構造解析に適用し、これら材料の評価に有用であることを示した.非接触原子間力顕微鏡の一形態である磁気力顕微鏡を用いて、観察試料面に垂直な(A)垂直磁場の勾配と、観察試料面に平行かつ探針走査方向に沿った(B)面内磁場の勾配を同時に計測可能な2次元ベクトル磁場検出手法を新たに見出し、これを具備する高分解能・ベクトル磁場検出磁気力顕微鏡の開発ならびに超高密度磁気デバイスの磁化状態解析を目的として、以下の成果を得た。1)2次元ベクトル磁場検出は、探針走査時の過渡振動による探針の振動周波数変化を利用する新規な面内磁場勾配計測を、従来の探針振動の位相変化を利用する垂直磁場勾配計測と併用することで行う。本年度は、汎用型の非接触原子間力顕微鏡にPLL回路を追加した計測系を導入し、画像化プログラムの追加により、表面凹凸像、垂直磁場勾配像、面内磁場勾配像、を探針の同一スキャンで計測・表示できる2次元ベクトル磁場検出磁気力顕微鏡を開発した。ここで面内磁場勾配計測は従来の垂直磁場勾配計測と同様に、探針走査速度等の測定条件に対して広い範囲で可能であった。これより2次元ベクトル磁場イメージングは簡便かつ有用な手法であることがわかった。2)高分解能計測に重要となる高保磁力を有する10nm以下の極薄磁性薄膜で被覆されたFePt系ハード磁性探針を、地元企業と共同で開発し、10nm以下の世界最高水準の空間分解能を垂直磁場勾配像および面内磁場勾配像で実現した。新規な面内磁場勾配計測法では、従来の垂直磁場勾配計測法と比較して高い空間分解能が得られた。この原因は面内磁場勾配計測法が垂直磁場勾配計測法と比較して高次の磁場勾配を検出していることによる。3)2次元ベクトル磁場検出手法を高密度垂直磁気記録媒体に適用し、記録トラックの内外および記録ビット境界の媒体磁化の不均一性を明瞭に観察することができた。非接触原子間力顕微鏡の一形態である磁気力顕微鏡を用いて、観察試料面に垂直な(A)垂直磁場の勾配と、観察試料面に平行かつ探針走査方向に沿った(B)面内磁場の勾配を同時に計測可能な2次元ベクトル磁場計測手法を確立し、これを具備する空間分解能10m以下を有する高分解能・ベクトル磁場検出磁気力顕微鏡を開発した。本手法を超高密度磁気デバイス・磁性材料の磁化状態解析に適用し、以下の成果を得た。1)2次元ベクトル磁場計測手法を、試料面に垂直な磁化成分を有する垂直磁化膜である垂直磁気記録媒体に適用し、記録ビット内外の磁性結晶粒の垂直磁化成分の揺らぎの検出とその解析に有用であることを示した。特に、面内磁場計測においては、探針走査方向を種々変化させることで信号強度がゼロとなる面内磁場に直交する方向の特定が高精度で可能であり、指向性の良い面内磁場分布計測が実現できた。2)2次元ベクトル磁場計測手法を、試料面に平行な磁化成分を有する面内磁化膜であるLaSrMnOグラニュラー薄膜に適用し、磁性結晶粒間に存在する非磁性相の検出と磁性結晶粒間の磁気的相互作用の解析に有用であることを示した。特に、面内磁場計測と垂直磁場計測の併用により、粒界の非磁性相に形成される磁気2重層の種類(層の両端の磁極が同極性あるいは異極性)の判別が可能となり、磁性結晶粒間の交換結合や磁気的孤立性の評価が実現できた。3)本計測手法のベースとなる、探針バネ定数のステップ的変化による探針過渡振動を発展させた、探針バネ定数の正弦的連続変化による探針振動の周波数変調現象を利用して、これまで困難であった任意周波数での交流磁場イメージング手法および試料表面近傍での直流磁場イメージング手法を新たに開発した。非接触原子間力顕微鏡の一形態である磁気力顕微鏡を用いて、観察試料面に垂直な(A)垂直磁場の勾配と、観察試料面に平行かつ探針走査方向に沿った(B)面内磁場の勾配を同時に計測可能な2次元ベクトル磁場計測手法を確立し、これを具備する空間分解能10nm以下を有する高分解能・ベクトル磁場検出磁気力顕微鏡を開発した。本手法をこれまでの超高密度磁気デバイス・磁性材料に加え、永久磁石材料の磁化状態解析に適用し、また本手法をベースとした新たな磁場計測手法を開発した。

1)2次元ベクトル磁場計測手法を代表的高性能永久磁石材料である、NdFeB系磁石材料に適用し、垂直磁場勾配と面内磁場勾配の同時計測により、a)磁気モーメントが観察試料面に平行になるa面試料においては、試料面内の磁化容易軸方向の解析が結晶粒毎に実現できた。b)磁気モーメントが観察試料面に垂直になるc面試料においては、多磁区構造をとる結晶粒における磁壁の位置が明瞭に識別でき、磁区構造の解析に有用となることを示した。2)本計測手法のベースとなる、探針バネ定数のステップ的変化による探針過渡振動を発展させた、探針バネ定数の正弦的連続変化による探針振動の周波数変調現象を利用して、これまで困難であった任意周波数での交流磁場イメージング手法および試料表面近傍での直流磁場イメージング手法を新たに開発した。従来手法では、磁気力は試料表面近傍でのより強い表面力等の近距離力にマスクされて計測が困難であったが、開発した測定手法では、試料表面近傍で磁気力の大きさ並びに方向を計測できる特徴を有し、かつ10nm以下の高い空間分解能が実現できることを示した。