hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
肥満後の急激な減量に伴う食嗜好性変容の脳内分子メカニズム

肥満は様々な疾患に繋がるリスクファクターである。肥満症を軽減するために減量処置は有効であるが、無理な減量後にリバウンドを起こしやすい事や、減量後に偏食・摂食行動異常を伴う事が多い事も知られている。しかし詳細な脳内分子メカニズムは不明である。これまでに研究代表者は高脂肪食嗜好性を示すC57BL/6マウス視床下部室傍核(PVH)に存在するコルチコトロピン放出ホルモン(CRH)産生ニューロンが炭水化物嗜好性制御ニューロンとして機能することを報告した(Cell Reports, 22, 706-721, 2018)。飢餓時にAMPキナーゼが鋭敏に活性化するCRHニューロンが活性化することで炭水化物嗜好性を促進し、エネルギー枯渇状態からの速やかな回復に寄与すると考えられた。その後、高脂肪食摂餌により肥満させたC57BL/6肥満マウスでは飢餓時であるにも関わらず高脂肪嗜好性が亢進し、その後に減量処置を施しても嗜好性は回復するものの総カロリー摂取量が上昇したまま推移し、容易にリバウンドし得る摂食行動に変化することを見出している。肥満から減量後の食嗜好性制御CRHニューロンの動向と神経新生に注目し、肥満後の摂食行動異常における脳内メカニズムの解明を目指し、肥満マウスと肥満減量マウスPVHにおけるcDNAアレイを実施した。すると注目しているCRH以外にも減量特異的発現変動を示す候補遺伝子群を見い出した。新たに候補に挙げられた因子を減量後摂食障害関連因子として着目し、発現変動の検証と制御機構について詳細に検討している。モデル動物の準備である導入後の繁殖と系統維持に手間取り、解析可能なマウス母集団を確保できていない。速やかに当該実験マウスの繁殖を加速し、当該実験マウスの作出を遂行するとともに遅延を取り戻す。一方、CRH以外の摂食障害関連遺伝子発現探索計画を遂行するため、視床下部室傍核(PVH)におけるcDNA array解析を実施し、いくつかの候補因子を新たに見出した。標準体重維持期におけるPVHで発現する遺伝子群に比べて、高度肥満形成期、減量後体重維持期では、摂食行動制御を担う様々な遺伝子群が大きく変動していた。肥満減量後のPVHでは、肥満前に比べて、数種類のイオンチャネルとニューロペプチド受容体の発現頻度が大きく変化したまま維持されていた。さらにATP産生および脱リン酸化に寄与する遺伝子群が抑制されたまま保持されており、PVHにおいて食餌嗜好性制御を担うAMPK活性化の鋭敏な制御機構が破綻している可能性が考えられた。AMPK活性化は食嗜好性制御のみならず、視床下部全体では総カロリー摂取制御にも関与していると考えられるので、肥満減量後のリバウンドしやすさをもたらす責任候補因子を捉えている可能性が高い。現在新たに摂食障害関連因子として候補に挙げられた因子に着目し、発現変動の検証と制御機構について詳細に検討している。CRHニューロン特異的hM4Di発現マウスを用いたリバウンドモデルマウス作成を継続し速やかな解析作業に移行する。また当該年度に肥満減量時の視床下部PVHで見出した減量特異的遺伝子変動をmRNAおよびタンパク質レベルで確認し、機能制御実験を進める。いくつかの変動因子特異的Creマウスは購入可能であり、CRHニューロンと並行してPVHにおいて減量特異的に変動する摂食障害関連因子の機能検証を進める。

肥満減量後のPVHでは、肥満前に比べて、数種類のイオンチャネルとニューロペプチド受容体の発現頻度が大きく変化したまま維持されていた。さらにATP産生および脱リン酸化に寄与する遺伝子群が抑制されたまま保持されており、PVHにおいて食餌嗜好性制御を担うAMPK活性化の鋭敏な制御機構が破綻している可能性が考えられた。AMPK活性化は食嗜好性制御のみならず、視床下部全体では総カロリー摂取制御にも関与していると考えられるので、肥満減量後のリバウンドしやすさをもたらす責任候補因子を捉えている可能性が高い。現在新たに摂食障害関連因子として候補に挙げられた因子に着目し、発現変動の検証と制御機構について詳細に検討している。CRHニューロン特異的hM4Di発現マウスを用いたリバウンドモデルマウス作成を継続し速やかな解析作業に移行する。また当該年度に肥満減量時の視床下部PVHで見出した減量特異的遺伝子変動をmRNAおよびタンパク質レベルで確認し、機能制御実験を進める。いくつかの変動因子特異的Creマウスは購入可能であり、CRHニューロンと並行してPVHにおいて減量特異的に変動する摂食障害関連因子の機能検証を進める。
食品成分誘導エピジェネティック制御による歯周炎予防法の開発

エピジェネティック調節による破骨細胞分化抑制法を開発する目的で、H3K9メチルトランスフェラーゼG9aおよびSuv39h1の特異的阻害剤であるBIX01294とchaetocinが破骨細胞分化に及ぼす影響を調べた。両阻害剤はRANKL刺激により誘導される破骨細胞分化を濃度依存的に抑制した。また、両阻害剤は破骨細胞分化抑制遺伝子の発現を濃度依存的に増加させた。しかしながら、siRNAによる実験でBIX01294の分化抑制効果はG9aの抑制効果ではないことが解った。また、chaetocinによる分化抑制は分化抑制因子の発現抑制に関わるblimp1の発現を抑制することにより起こる事が示唆された。本研究では、エピジェネティックな破骨細胞分化制御の分子機構を解明し、戦略的な歯周炎骨破壊予防法の開発に重要な基礎的情報を得ることを目標としている。昨年度までにヒストン脱アセチル化阻害剤である酪酸、およびヒストンメチル化酵素G9aの阻害剤であるBIX01294でRaw264.7細胞を処理するとRANKL誘導破骨細胞(TRAP陽性、多核細胞)形成が抑制されることを発見した。また、破骨細胞分化抑制遺伝子の発現がRANKL刺激により著しく抑制され、酪酸処理により、濃度依存的に回復される事が認められた。昨年までにヒストンメチル化調節因子であるG9aの阻害剤であるBIX01294が破骨細胞分化を抑制していることを見いだし、Bosn J Basic Med Sci. 2013vol 13, 271-275に発表した。しかしながら、G9aのノックダウンおよび、ドミナントネガティブ体の強制発現により、RANKL誘導破骨細胞分化は影響を受けなかった。これにより、BIX01294の破骨細胞分化抑制効果はG9aの作用の抑制によって起こるのでは無いことが解った。また、同じくヒストンH3K9メチル化調節因子であるSuv39h1の阻害剤であるchaetocinはRANKL誘導破骨細胞分化を抑制した。H3K9のメチル化は転写抑制に働くことから、chaetocinの作用によりH3K9のメチル化が抑制され、破骨細胞分化抑制因子の転写が促進されると仮説を立てて実験を行ったところ、RANKL刺激により抑制されたid-1、3、mafB、irf8、bcl6の遺伝子発現がchaetocinの濃度依存的に増加している事が確認された。次にH3K9のメチル化度合いを確かめたところ、予想に反してchaetocinは濃度依存的にH3K9のメチル化を促進していた。つまり、chaetocinの破骨細胞抑制効果は今まで報告されているchaetocinのヒストンメチル化酵素Suv39h1の阻害によるものでは無く、chaetocinの持つ未知の効果によるものであることが解った。そこで、破骨細胞分化抑制遺伝子の発現を抑制すると報告されているblimp1の発現と産生をqRT-PCRおよびwestern blotで調べたところ、RANKLによって発現上昇したblimp1はchaetocin濃度依存的に発現・産生が抑制された。このことから、chaetocinはヒストンメチル化阻害と異なる作用により破骨細胞分化を抑制する事が解った。本研究では、エピジェネティックな破胞分化制御の分子構築を解明し、戦略的な歯周炎骨破壊予防法の開発に必要な基礎的情報を得る事を目標としている。まずはヒストンのアセチル化が破骨細胞分化に与える影響を調べた。マウスマクロファージ様Raw264.7細胞にRANKLを作用させると破骨細胞様のTRAP陽性多核巨大細胞が確認出来る系を作成した。そこにさまざまな濃度のヒストン脱アセチル化酵素阻害剤を作用させたところ、濃度依存的に多核巨大細胞の数は減少した。RT-PCR法により既知の破骨細胞分化抑制遺伝子の発現量を確認したところ、それらの遺伝子発現はRANKLの作用で低下し、ヒストン脱アセチル化阻害剤処理はこれを濃度依存的に回復させた。次に、破骨細胞分化抑制遺伝子の一過性強制発現がヒストン脱アセチル化酵素阻害剤の作用によるRANKL誘導の破骨細胞分化抑制遺伝子発現低下の回復と破骨細胞分化抑制にどのように影響するかを調べた。ところがトランスフェクション効率が非常に低かったため、効果的に強制発現出来なかった。そのため、安定強制発現株を作成し、それを用いた実験を行う準備を行っている所である。さらにヒストンメチル化状態が破骨細胞分化に及ぼす影響を調べた。ヒストンメチル化酵素阻害剤であるBIX01294等をRANKL誘導破骨細胞分化系に作用させると、濃度依存的に破骨細胞分化が抑制された。これにより、破骨細胞分化にはヒストンメチル化状態も影響している事が解った。これらにより、エピジェネティック調節が破骨細胞分化に関与している事が示唆された。

その証明にはさらなる実験データが必要であるが、エピジェネティック調節のコントロールにより破骨細胞の分化をコントロール出来る可能性が示唆された。医歯薬学使用している細胞の遺伝子導入効率の悪さ、および、遺伝子導入に使用する試薬が破骨細胞分化に影響を及ぼすため、評価するための条件決定に時間がかかっている。また、RANKL刺激で発現が抑制された破骨細胞分化抑制因子は多数あるので、どの因子が関わっていくかを同定するのに時間がかかっているため。一過性の強制発現実験を行う時に遺伝子導入効率が非常に低く、さまざまな方法にて試してみたが効果的な条件を見つける事が出来なかったため。その解決のため、安定発現株化細胞を作成している所であるが、ベクターの構築からやり直しているため時間がかかっている。RANKL刺激により発現が抑制され、ヒストンメチル化阻害剤によりその発現が回復した破骨細胞分化抑制因子のsiRNAを細胞内に導入し、RANKLとヒストンメチル化酵素阻害剤を同時に作用させたときに破骨細胞分化の誘導が起こるかどうかを調べる。また、RANKL刺激で抑制された破骨細胞分化抑制因子は多数あるので、その中で、どの因子が重要かを特定する。まずは破骨細胞分化抑制遺伝子の安定強制発現株を作成し、エピジェネティック関連因子の阻害剤を作用させた条件での破骨細胞分化を観察する。また、ヒストンアセチル化、ヒストンメチル化の状態を核蛋白抽出後ウエスタンブロット法で確認する。さらに、破骨細胞分化・機能に重要な因子の発現状況を調べる。昨年度は900円程残余金が出たが、これは購入した試薬等が予想以上に割り引き等で安く手に入ったために生じた。今後の計画を進める為には、リコンビナントRANKLやトランスフェクション試薬、siRNA等の購入など、高価な消耗品の購入が必要である。よって、試薬等の消耗品の購入が多くなることが予測される。よって、残余金900円はこちらの購入に使用する事とする。また、研究成果を学会で発表し、論文を作成・提出する。このため、旅費や英文校閲料が必要となる。計画を進める為には、リコンビナントRANKLやトランスフェクション試薬が必要である。よって、試薬等消耗品の割合が多くなることが予測される。
アソシエーションスキームと有限群の指標

本研究課題に関して、次の結果が得られた。1.有限群から作られる群アソシエーションスキームがQ-多項式的である時、その有限群をすべて決定した。これらの有限群はすべて自然なシャープ指標を持っていることに着目して、現在、シャープ指標を持つ有限群の群アソシエーションスキームの性質を研究中である。(清田、鈴木)2.スピンモデルに付随するアソシエーションスキームがP-多項式的である時、そのBM代数を2個のパラメターを用いて記述した。(野村)3.p-可解群について、カルタン行列の成分とブロックに属す既約指標の個数に関するある不等式を証明し、それを用いて、カルタン行列の最大固有値の下限を与えた。また、p-可解群についてカルタン行列の最大固有値とブロックに属す既約指標の個数の間の不等式を予想した。(和田)4.ある種の(パラメターを持つ)p-可解群の無限系列について、そのカルタン行列を完全に決定した。(和田)5.p-可解群においてカルタン行列の固有値と単因子が一致するための必要十分条件を決定した。(清田、和田)6.グッドな群およびグッドな加群という概念を新たに定義して、その構造に関して、いくつかの予想を行い研究した。(現在も研究中である。)(清田)本研究課題に関して、次の結果が得られた。)(清田)1.有限群のカルタン行列の固有値については、多くの実例が和田により計算機を用いて求められた.また和田はある種のp-可解群の族のカルタン行列を決定した.それらの実例にもとづいて理論的考察を行なった結果、p-可解群についてカルタン行列の最大箇有値とブロッケに属す既約指標の個数の間の不等式が予想され、現在研究中である.この不等式は有名なBrauer予想の拡張を与えている.また清田、和田によってp-可解群においてカルタン行列の固有値と単因子が一致するための必要十分条件が得られた.これらの結果は、以前からの研究成果とともに代数学シンポジウム(1998年7月、甲府市)において、和田により口頭発表された.有限群のブロックの構造に関して、清田は(3,3)型不足群を持つ場合にブロック間のパーフェクトアイソメトリーを構成し、上記代数学シンポジウムで口頭発表した.この結果は(3,3)型不足群を持つ場合のBroueの問題の肯定的解決を与える.2.シャープ指標、特にシャープな置換指標について、多くの実例が野村により計算機を用いて構成された.それらの実例にもとづく理論的考察は現在進行中である.またシャープ指標のアソシエーションスキームへの一般化と間連した話題として、清田と鈴木寛の共同研究により、有限群から作られる群アソシエーションスキームがある種の条件(Q-多項式)を満たす時、その有限群をすべて決定することができた.この結果は、日木数学会(1998年10月、大阪大学)において、清田により口頭発表された.これらの有限群はすべで自然なシャープ指標を持っている.現在Q-多項式群アソシエーションスキームの拡張とシャープ指標との関係を研究中である.1.カルタン行列が正確に求められている、有限群の無限系列は現在のところ非常に少数である。今回、和田はある種のp-可解群の無限系列についてそのカルタン行列を完全に決定した。この結果や他の実例から、p-可解群についてカルタン行列の最大固有値とブロックに属す既約指標の個数の間の不等式が予想され、現在研究中である。ブロックの不足群が(巡回群であるとが、正規部分群である等の)特別な条件を満たすときには、この予想は肯定的であることが証明された。また、この予想が成立すれば、有名なBrauer予想(ブロックに属す既約指標の個致と不足群の位数の間の不等式)がp-可解群について成立することも分かっている。清田はこの予想に関する研究の過程で、グッドな有限群という新しい概念を見出した。グッドな有限群のカルタン行列を少し変形すると、固有値と単因子が一致する行列が得られる。このことから、グッドな有限群のカルタン行列は非常に制限されたものであることが分かる。現在、グッドな有限群の群構造を研究中である。

グッドな有限群はp-可解群になると予想している。また、有限群の加群についても、グッドな加群を定義することが可能である。これらの結果は、清田により有限群のコホモロジー論研究集会(京都大学数理解析研究所、1999年8月)および熊本大学数学セミナー(2000年1月)で口頭発表された。2.清田は鈴木寛との共同研究により、有限群から作られる群アソシエーションスキームがQ-多項式的である時、その有限群をすべて決定することができた。これらの有限群はすべて自然なシャープ指標を持っていることに着目して、現在、シャープ指標を持つ有限群の群アソシエーションスキームの性質を研究中である。
加齢による糖質コルチコイド合成系の変化と老化への影響の解析

副腎皮質ステロイドホルモンの一種である糖質コルチコイドは、その受容体GRと、主にNFkBとの相互作用を介して、免疫反応、炎症などの生体に与えられたストレスを緩和する方向へ導く。近年、加齢に伴う、うつ、不安、神経変性疾患、免疫、代謝性疾患における、糖質コルチコイドの関与が解析され、その老化における役割が注目されている。本申請のテーマは、加齢による糖質コルチコイド合成系の変化と老化への影響の解析である。平成29年度までに、ヒト副腎皮質腫瘍細胞株H295R細胞に、細胞老化を惹起させるため、エトポシドとH2O2を添加し、それぞれDNA損傷と酸化ストレスを引き起こした。その結果、ステロイド産生及び分泌が促進され、ステロイド合成系酵素の遺伝子発現の亢進が認められた。また、ストレス応答因子GADD45Aとストレスキナーゼであるp38MAPKに依存的であることが明らかになった。以上から、H295R細胞において、老化を誘導すると、糖質コルチコイドの産生の亢進が起こり、GADD45A→p38MAPKを介することが明らかになった(2018年Scientific Reportsに掲載)。平成30年度からは、マウスの実験を行った。24ヶ月齢以上の高齢マウスと3-6ヶ月齢の若いマウスの血清を採取して、コルチコステロン(糖質コルチコイド)をはじめとしたステロイドホルモン、ACTH濃度の解析を行ったところ、コルチコステロンの日内変動が、高齢マウスで消失することが明らかになった。副腎皮質各層・下垂体を摘出して、DNAマイクロアレイ、RT-qPCRにて遺伝子発現の比較解析、免疫組織学的解析を行い、メカニズムを検証中である。平成27年度では、ヒト副腎皮質腫瘍細胞株H295R細胞に、エトポシドとH2O2を添加し、それぞれDNA損傷と酸化ストレスを引き起こした。副腎皮質細胞における糖質コルチコイドの産生は、視床下部ー脳下垂体前葉ー副腎皮質の系で制御されている。下垂体より分泌される副腎皮質刺激ホルモン(ACTH)が、副腎皮質細胞のACTHの受容体(MC2R)と結合することのより、Gタンパク質の活性化→アデニル酸シクラーゼの活性化→cAMP合成の増加→PKAの活性化→ステロイド産生関連酵素の転写因子のリン酸化→→ステロイド合成の亢進が起こる。エトポシド添加により上昇するステロイド産生関連酵素の遺伝子発現及びステロイド合成は、PKAの阻害剤により抑制されず、p38MAPKの阻害剤により抑制されたことから、PKAを介さず、p38MAPKの系を介することが明らかになった。さらにストレスタンパク質であるGADD45Aの発現が亢進することに注目し、siRNAでノックダウンしたところ、エトポシド添加によるステロイド合成の活性化は、起こらなくなった。以上より、エトポシド添加によるステロイド合成系の亢進は、DNA損傷→GADD45A→p38MAPK活性化→→ステロイド合成系の亢進というメカニズムが考えられた。DNA損傷により、糖質コルチコイド産生が促進されるメカニズムの一端が明らかになったため、概ね順調に経過していると判断できる。平成27年度までに、ヒト副腎皮質腫瘍細胞株H295R細胞に、エトポシドとH2O2を添加し、それぞれDNA損傷と酸化ストレスを引き起こした。エトポシド添加により上昇するステロイド産生関連酵素の遺伝子発現及びステロイド合成は、p38MAPKの阻害剤により抑制されたことから、p38MAPKの系を介することが明らかになった。またGADD45Aの発現ベクターの導入により、ステロイド合成系が活性化されることも明らかになった。平成28年度では、H2O2添加では、siGADD45AのsiRNAによりステロイド合成が抑制されなかったことから、エトポシドによるステロイド活性化メカニズムと違うことがわかった。さらにエトポシド添加後長期に培養することにより、p16の発現上昇が起こり、細胞老化が惹起されることがわかり、その老化H295R細胞においても、ステロイド産生系が活性化されることが明らかになった。DNA損傷や酸化ストレスにより、糖質コルチコイド産生が促進されるメカニズムの一端が明らかになったため、概ね順調に経過していると判断できる。

本申請のテーマは、加齢による糖質コルチコイド合成系の変化と老化への影響の解析である。平成28年度までに、ヒト副腎皮質腫瘍細胞株H295R細胞に、細胞老化を惹起させるため、エトポシドとH2O2を添加し、それぞれDNA損傷と酸化ストレスを引き起こした。その結果、ステロイド産生及び分泌が促進され、ステロイド合成系酵素の遺伝子発現の亢進が認められた。さらにストレス応答因子GADD45A遺伝子発現の顕著な増加を見出し、siRNAによるこの遺伝子発現ノックダウンによって、EP誘発後のステロイド合成系の遺伝子及びタンパク質の発現、コルチゾールの産生はすべて抑制された。またGADD45Aの発現ベクターの強制発現により亢進したステロイド合成系が、ストレスキナーゼであるp38MAPKに依存的であることが明らかになった。以上から、H295R細胞において、DNA損傷を誘導すると、糖質コルチコイドの産生の亢進が起こり、GADD45A→p38MAPKを介することが明らかになった(論文revise中)。平成29年度からは、マウスの実験を行った。24ヶ月齢以上の高齢マウスと3-4ヶ月齢の若いマウスの血清を採取して、コルチコステロン等のステロイドホルモン濃度の解析、および副腎皮質・下垂体を摘出して、DNAマイクロアレイ、RT-qPCRにて遺伝子発現の比較解析、免疫組織学的解析を行っている。DNA損傷や酸化ストレスにより、糖質コルチコイド産生が促進されるメカニズムの一端が明らかになったため、概ね順調に経過していると判断できる。副腎皮質ステロイドホルモンの一種である糖質コルチコイドは、その受容体GRと、主にNFkBとの相互作用を介して、免疫反応、炎症などの生体に与えられたストレスを緩和する方向へ導く。近年、加齢に伴う、うつ、不安、神経変性疾患、免疫、代謝性疾患における、糖質コルチコイドの関与が解析され、その老化における役割が注目されている。平成29年度までに、ヒト副腎皮質腫瘍細胞株H295R細胞に、細胞老化を惹起させるため、エトポシドとH2O2を添加し、それぞれDNA損傷と酸化ストレスを引き起こした。また、ストレス応答因子GADD45Aとストレスキナーゼであるp38MAPKに依存的であることが明らかになった。以上から、H295R細胞において、老化を誘導すると、糖質コルチコイドの産生の亢進が起こり、GADD45A→p38MAPKを介することが明らかになった(2018年Scientific Reportsに掲載)。平成30年度からは、マウスの実験を行った。24ヶ月齢以上の高齢マウスと3-6ヶ月齢の若いマウスの血清を採取して、コルチコステロン(糖質コルチコイド)をはじめとしたステロイドホルモン、ACTH濃度の解析を行ったところ、コルチコステロンの日内変動が、高齢マウスで消失することが明らかになった。副腎皮質各層・下垂体を摘出して、DNAマイクロアレイ、RT-qPCRにて遺伝子発現の比較解析、免疫組織学的解析を行い、メカニズムを検証中である。
放射線照射効果の生化学的指標としての微量元素動態

本年度照射線放射後の微量元素動態と病理組織学によるApoptosisとの発生率の相関関係について検討した。放射線照射後の微量元素動態:微量元素動態はCa,Mg,Mnについて検討した。Caは照射3時間後および照射12時間後に有意の上昇を示し、Mgは照射6時間後にピークを持つ、照射3時間後48時間後における有意の上昇を示した。Mnについては、照射前ではそのスペクトルが観察不能であったが、照射後にスペクトルが観察可能となり、その最大値は照射48時間後に認められた。病理組織状のApoptosisの発生率:Apoptosisの発生率は照射3時間後より増加し、照射6時間後にその最大発生率を呈した後、速やかに減少し、照射24時間後には照射後における最小発生率に変化した。照射24時間後48時間後の間ではApoptosis発生率の増加傾向が認められた。微量元素動態-Apoptosisの発生率間の相関関係:Caの照射3時間後とApoptosis発生率との強い相関関係、およびその後の経時的観測点でのMgとApoptosis発生率との強い相関関係を認めた。これより、CaがApoptosisのinitializeを示し、その後、MgがApoptosis発生率を示すマーカーである可能性が強く示唆された。但し、MnとApoptosisとの相関においては特記すべき関連性は認められなかった。
両親媒性複雑液体の圧力誘起構造相転移とそのダイナミクス・カイネティクス

界面活性剤や脂質など親水基、疎水基の双方を持つ両親媒性分子は、水や油を混合して特徴的長さが数十数百オングストローム程度のセミミクロ構造を形成する。この中でイオン性界面活性剤AOT、重水、デカンからなる系は室温常圧でwater-in-oil droplet構造となるが、温度上昇、圧力上昇により同様の構造相転移(希薄droplet相では2相分離)が見られる。そこで本研究では、この系の温度変化と圧力変化の要因を、中性子小角散乱と中性子スピンエコー法を用いて詳細に調べた。これにより、膜の弾性係数は温度上昇によってほとんど変化しないのに対して、圧力では増大する事が分かった。この結果は、膜の構造変化のミクロな要因が温度、圧力により違うという描像を裏づける。我々はこの結果をWurgerらによるミクロスコピックなモデルを用いて解析し、圧力により界面活性剤の疎水基間の相互作用が増大する事を示した。次に我々は非イオン性界面活性剤C_<12>E_5と重水、オクタンからなる系を取り上げ、温度、圧力による構造変化の様子を調べた。そして非イオン性界面活性剤の場合にはイオン性界面活性剤とは違い、温度と圧力の効果が逆になることを示した。また高圧で六方晶的構造が現れるという結果を得た。更に我々はリン脂質であるDPPCの水溶液系の構造の圧力・エタノール濃度依存性を、中性子小角散乱とX線小角散乱により調べた。この結果、L_α相、P_β相、L_βI相に挟まれる温度、圧力領域に、膜の繰り返し周期が通常の2倍程度の大きさになる新しい構造を見いだした。そして二分子膜の膜厚がゲル相と同じで水の領域のみが拡大していることから、この構造を「膨潤ゲル相」と名付けた。本研究は界面活性剤や脂質など親水基、疎水基の双方を持つ両親媒性分子が水や油と共に形成する複雑液体系を対象とし、これらが作る数十数百オングストローム程度の特徴的長さのメゾスコピック構造の圧力依存性を調べ、その構造形成要因を探るのが目的である。我々はこれまで界面活性剤AOT、重水、デカンからなる系について圧力誘起構造相転移が起きることを示し、その特徴を温度依存性と比較することにより明らかにしてきた。そこで本研究では、まず同様の系を取り上げ、中性子小角散乱、及び中性子スピンエコー法を用いて更に詳細に調べた。特に油と疎水基との相互作用が構造形成の要因となっていることが分かっているため、オクタン、ヘキサンなど他の種類のアルカンを用いて調べた。この結果、構造変化の圧力依存性はアルカン濃度の違いだけでは説明できないことが分かった。また中性子スピンエコー法については、実験準備として圧力セルを1000気圧以上まで上げれるよう改造し、更に5000気圧対応の圧力ポンプを購入した。次年度以降はこのセルを主に用いて、ダイナミクス測定を行う予定である。更に我々は研究対象を生体モデル膜物質であるリン脂質系に拡張し、DPPC/水系を加圧した場合に現れるインターデジテイション相の特徴について、中性子小角散乱実験を行って調べた。この結果、DPPC/水/エタノール系の温度・圧力相図を作ることができた。このデータの詳細については現在解析中である。本研究は界面活性剤や脂質など親水基・疎水基の双方を持つ両親媒性分子が水や油と共に形成する複雑液体系を対象とし、これらが作る数十数百オングストローム程度の特徴的長さのメゾスコピック構造の圧力依存性を調べ、その構造形成要因を探るのが目的である。

そこで本研究では、まず同様の系を取り上げ、中性子小角散乱、及び中性子スピンエコー法を用いて温度変化、圧力変化について更に詳細に調べた。その結果、希薄droplet系は温度変化、圧力変化によって同様に相分離するが、膜の弾性係数の温度、圧力依存性は異なっている事が分かった。この結果は膜が温度上昇と共に柔らかくなるのに対して圧力上昇により硬くなると解釈でき、膜の構造変化の要因が温度、圧力により違っているという描像を裏づける結果となった。次に我々は研究対象を生体モデル膜物質であるリン脂質系に拡張し、DPPC/水系を加圧した場合に現れるインターデジテイション相(L_βI相)の特徴について、中性子小角散乱とX線小角散乱により調べた。この結果、L_α相、P_β相、L_βI相の3重点付近の温度、圧力領域に膜の繰り返し周期が通常の2倍程度の大きさになる新しい長周期構造を見いだした。界面活性剤や脂質など親水基、疎水基の双方を持つ両親媒性分子は、水や油を混合して特徴的長さが数十数百オングストローム程度のセミミクロ構造を形成する。この中でイオン性界面活性剤AOT、重水、デカンからなる系は室温常圧でwater-in-oil droplet構造となるが、温度上昇、圧力上昇により同様の構造相転移(希薄droplet相では2相分離)が見られる。そこで本研究では、この系の温度変化と圧力変化の要因を、中性子小角散乱と中性子スピンエコー法を用いて詳細に調べた。これにより、膜の弾性係数は温度上昇によってほとんど変化しないのに対して、圧力では増大する事が分かった。この結果は、膜の構造変化のミクロな要因が温度、圧力により違うという描像を裏づける。我々はこの結果をWurgerらによるミクロスコピックなモデルを用いて解析し、圧力により界面活性剤の疎水基間の相互作用が増大する事を示した。次に我々は非イオン性界面活性剤C_<12>E_5と重水、オクタンからなる系を取り上げ、温度、圧力による構造変化の様子を調べた。そして非イオン性界面活性剤の場合にはイオン性界面活性剤とは違い、温度と圧力の効果が逆になることを示した。また高圧で六方晶的構造が現れるという結果を得た。更に我々はリン脂質であるDPPCの水溶液系の構造の圧力・エタノール濃度依存性を、中性子小角散乱とX線小角散乱により調べた。この結果、L_α相、P_β相、L_βI相に挟まれる温度、圧力領域に、膜の繰り返し周期が通常の2倍程度の大きさになる新しい構造を見いだした。そして二分子膜の膜厚がゲル相と同じで水の領域のみが拡大していることから、この構造を「膨潤ゲル相」と名付けた。
内部流動・時空間濃度分布を考慮した革新的プラズマ水質浄化デバイスの開発

放電に伴い生成するプラズマを液体界面に作用させ,その化学的反応性を用いて水質浄化,医療および材料改質などを行う研究が盛んに行われているが,未だにエネルギー効率の観点から汎用的な応用化が困難な状況にある。本研究では、プラズマ水質浄化法の実用化に向けて必須である、エネルギー効率の改善を目的としている。以下に得られた結果を示す。1.細管を用いたキャピラリー放電に、メチレンブルーを用いた分解実験を行ったところ、キャピラリー内で生じる流動により両側リザーバ内のメチレンブルー濃度に差ができることが分かった。エネルギー効率の観点からは、溶液が均等に処理されることが望ましいと考えられるため、キャピラリー放電による水質浄化ではさらなる効率化が可能であることが示唆された。2.そこで、細管を複数有するキャピラリー放電装置を構築し、溶液の分解実験を行った。ハイスピードカメラによる計測により、二本の細管を用いた放電の場合、両細管内で生じる放電のタイミングに相関があることが明らかになった。3.一定時間内の放電による発光の総時間を放電発生確率とし、時間に対してプロットすることで、細管ごとの放電確率密度関数を表すことができる。二本の細管の確率密度関数の相関係数を導出することで、放電相関率を定量的に求めた。その結果、細管の長さを変化させた際に放電の相関は変化し、15-30 mmの長さの細管内では、管長が短いほど相関が大きい、つまり二本の細管で同期していることが明らかにされた。さらに、リザーバ内の液面流動を計測すると、二本の管で放電が同期する方が、流動が小さいことが分かった。この時、リザーバ内の分解対象物の濃度分布の偏りも大きいと考えられる。得られた知見により、本プラズマ水質浄化デバイスでは管長さを制御することで、放電同期性とそれに伴う流動を変化させることができ、高効率な分解が可能であることが示唆された。本研究では、放電を用いた水質浄化法や医療応用の実用化に向けて必須である、エネルギー効率の改善を目的としている。放電に伴い生成するプラズマを液体界面に作用させ,その化学的反応性を用いて水質浄化,医療および材料改質などを行う研究が盛んに行われているが,未だにエネルギー効率の観点から汎用的な応用化が困難な状況にある.初年度は特に、水質浄化と医療応用において共通して重要な放電と液界面の相互作用および放電時の液体内部流動を計測する実験系を構築し、ハイスピードカメラによる計測結果の解析を行った。以下に本年度得られた結果を示す。1.放電に対する局所的な内部流動を明らかにするため、液膜内の流動を二次元的に制限し計測する針電極-液膜放電装置を開発した.放電時の内部微小領域の流動をハイスピードマイクロスコープにより高速で計測しPIVにより解析した。2.液相内での放電と気泡挙動の関係の応用として、これまで開発していたキャピラリー放電装置を応用し,複数管による高効率放電装置の開発を行った。放電効率の観点からデバイスを評価するために、統計的手法を用いた評価法を構築した。3.パルス電圧を印加することで液相中での気泡生成および生成気泡維持に使用されるエネルギーを削減するキャピラリーパルス放電法を開発した。放電は基本的に気相中で生成されるため、気泡生成に必要な最小限のバイアス電圧を印加し,極小時間のパルス電圧を印加することで、高効率の放電が可能であることを明らかにした。またその時の内部流動を計測した。放電により生成するプラズマ中のラジカルなど、化学的反応性の高い化学種を溶液中の難分解性有機物や細菌などに作用させることで水質浄化を行うことができる。このとき、生成した化学種は気液界面を通して作用するため、気相中および液相中の流動を明らかにすることが非常に重要である。放電時には静電的な作用により液界面が変形することや熱による気泡生成の影響など放電部近傍の流動計測は困難である。そこで申請者らは放電スポット系に対して厚さの十分に薄い液膜端に針電極からの放電を作用させる実験系を構築した。これには、液体の表面張力を用い、厚さ1 mm以下で片側が大気に開放されている液膜を実現した。この実験装置により、内部の流動が二次元的になりPIVによる解析が可能となった。実験解析の結果得られた流動速度は、拡散係数および化学種の寿命から推定される代表拡散距離と比べても同等のオーダーであることが明らかにされた。また、プラズマ水質浄化デバイスの開発に向けた、高効率に放電を行う複数管放電デバイスの開発を進めた。本研究のテーマである時間依存性を明らかにするため,放電をハイスピードカメラにより計測し、放電時間を確率密度関数として表す評価法を確立した。さらにこれまで放電には直流電圧を用いていたが、気泡生成に多くのエネルギーが消費されることが明らかになった。そこで気泡生成に必要な最小限のバイアス電圧を印加し、パルス的に放電電圧を与える、キャピラリーパルス放電法を開発した。

エネルギー効率の観点からは、溶液が均等に処理されることが望ましいと考えられるため、キャピラリー放電による水質浄化ではさらなる効率化が可能であることが示唆された。2.そこで、細管を複数有するキャピラリー放電装置を構築し、溶液の分解実験を行った。ハイスピードカメラによる計測により、二本の細管を用いた放電の場合、両細管内で生じる放電のタイミングに相関があることが明らかになった。3.一定時間内の放電による発光の総時間を放電発生確率とし、時間に対してプロットすることで、細管ごとの放電確率密度関数を表すことができる。二本の細管の確率密度関数の相関係数を導出することで、放電相関率を定量的に求めた。その結果、細管の長さを変化させた際に放電の相関は変化し、15-30 mmの長さの細管内では、管長が短いほど相関が大きい、つまり二本の細管で同期していることが明らかにされた。さらに、リザーバ内の液面流動を計測すると、二本の管で放電が同期する方が、流動が小さいことが分かった。この時、リザーバ内の分解対象物の濃度分布の偏りも大きいと考えられる。得られた知見により、本プラズマ水質浄化デバイスでは管長さを制御することで、放電同期性とそれに伴う流動を変化させることができ、高効率な分解が可能であることが示唆された。これまでの研究で、液膜内における放電点近傍の流動が明らかにされた。今後はデバイス開発へ向け、細管内部の気泡界面近傍での内部流動の計測を行う。そのために液膜実験で得られた知見を細管内の流動計測に応用する。特に申請者はこれまで管内気泡挙動の解析を行うアルゴリズムを開発しているため、それを用い、気泡挙動およびそれに伴う内部流動を明らかにする。これまでの計測で、直流電圧を細管に引加した際、管内での放電は数Hzから数十Hzオーダーで繰り返し生じていることが分かっている。この周期は、放電に伴う気泡の細管からの排出により、再び管内が液体で満たされ、加熱される時間に依存する。そのため最長で数百fpsという比較的低速度の計測と、放電の瞬間に着目した高速度の撮影を行い、統合的に解析を進める予定である。この時間スケールの差は、通常計測を困難にする。これまでの研究で開発された、バイアス電圧とパルス電圧を組み合わせる新奇な方法により、放電周期を制御できるため、計測の精度を高めることができる。また、この新たに開発されたキャピラリーパルス放電法の効率を定量的に評価するためモデル溶液の分解実験を行う。これには、申請者らが使用経験のあるメチレンブルーや酢酸を導入する予定である。ここで得られるのは、化学的計測によるものなので、平均化された情報である。本研究で目的としている時間および空間的な依存性を明らかにするため、これまでに構築した統計的な放電評価法を応用し、さらなる解明を目指す。これまでは解析速度の問題があったが、アルゴリズムの高速化を進めているためさらに大量のデータから情報を抽出できると期待される。(理由)予定していたよりも少ない材料費で実験装置の構築および条件出しが完了したため。(使用計画)初年度の実験でキャピラリーパルス放電が新規に開発された。また、放電効率は細管長さに依存することもわかっている。
ビタミンEの吸収機構と食品成分によるその調節

本研究は、ビタミンEが吸収時に小腸で異化される可能性を明らかにすることを目的とした。ラットを用いてビタミンE代謝産物の体内分布を調べたところ、肝臓や腎臓以外に小腸にもビタミンE代謝産物が存在していた。ヒト結腸がん由来の培養細胞において、ビタミンE代謝産物の生成が確認できた。ビタミンE異化の阻害活性を有するセサミンは、小腸におけるビタミンE吸収を促進した。以上の結果から、経口摂取したビタミンEの一部は、吸収の際に小腸内で異化されることが推測された。1.ビタミンE同族体経口摂取後の血中への移行量の比較リポタンパク質リパーゼ活性の阻害剤であるチロキサポールを用いて、ビタミンE同族体の経口摂取後の腸管から血中への吸収量を明らかにすることを目的とした。ビタミンE無添加飼料で飼育したラットの尾静脈にチロキサポールを投与し、続いてα-トコフェロール、γ-トコフェロール、またはトコトリエノールを経口投与した。6時間後の血中のビタミンE濃度をHPLC法によって測定したところ、α-トコフェロール、γ-トコフェロールに比べてトコトリエノール濃度は低かった。したがって、トコトリエノールはトコフェロールよりも吸収されにくいことが示唆された。2.ビタミンE代謝産物の体内分布と代謝臓器の特定ビタミンE代謝産物の体内分布と代謝臓器を明らかにすることを目的とした。ビタミンE無添加飼料で飼育したラットにα-トコフェロール、γ-トコフェロール、またはトコトリエノールを経口投与し、24時間後の主要臓器のビタミンE同族体およびその代謝産物の濃度をHPLC法により測定した。ビタミンE同族体はほとんどすべての臓器に存在したが、ビタミンE代謝産物は主に肝臓、小腸、腎臓、および血清に存在した。α-トコフェロールおよびα-トコトリエノールの代謝産物であるα-CEHCは、小腸と肝臓に多く蓄積していた。一方、γ-トコフェロールおよびγ-トコトリエノールの代謝産物であるγ-CEHCは、肝臓と腎臓に多く蓄積していた。さらに、γ-トコフェロール投与後の小腸のγ-CEHC濃度は、α-トコフェロールの同時投与によって有意に上昇したことから、α-トコフェロールはγ-トコフェロールの異化を促進することが示唆された。1.小腸ミクロソームにおけるビタミンE代謝の検討ラット小腸ミクロソームを調製し、in vitroにおけるビタミンE異化について検討した。既報(Sontagら2002)を参考にして、小腸ミクロソーム画分にビタミンE同族体および補酵素等を加えて反応させ、電気化学検出器を用いたHPLC法によってビタミンE代謝産物の産生量を調べた。しかし、代謝産物は検出されるもののその量はばらつきが大きく、残念ながら定量的に信頼できる測定系を構築することはできなかった。2. Caco-2細胞におけるビタミンE代謝の検討吸収モデルとしてよく用いられるヒト結腸がん由来のCaco-2細胞におけるCEHC産生能を調べた。α-、γ-トコフェロール、α-、γ-トコトリエノールをそれぞれ培地に添加したところ、Caco-2細胞におけるCEHCの産生が確認できた。γ-トコトリエノールが最も異化されやすいことが示された。3.ビタミンEの腸肝循環についての検討リポタンパク質リパーゼを阻害したときの小腸のビタミンE濃度の低下を調べることによって、ビタミンEの腸肝循環の有無を調べた。その結果、チロキサポール投与ラットにγ-トコフェロールを経口投与したところ、小腸のγ-トコフェロール濃度の低下が観察されたことから、摂取したγ-トコフェロールの一部は、肝臓から胆汁に分泌され、再度小腸から吸収されることが示唆された。1.ビタミンEの腸管吸収に対するLXR関与の可能性ABCA1の主要調節因子であるLXRがビタミンE濃度を調節する可能性について検討した。ラットにLXRアゴニストであるGW3965を経口投与し、さらに3時間後にαートコフェロールまたはγートコフェロールを経口投与した。主要臓器のαートコフェロール濃度にはGW3965の有無による変化が見られなかったのに対し、γートコフェロール濃度はGW3965によって増加または増加傾向が見られた。しかし、LXR活性化によるγートコフェロール濃度の上昇のメカニズムについては、現在のところ不明である。2.ビタミンEの腸管吸収に対するゴマ摂取の影響ラットにリポタンパク質リパーゼ阻害剤であるチロキサポールを静脈投与することによって、経口摂取したビタミンEの血中から肝臓への移行が阻害されることを、平成23年度に明らかにした。そこで、この手法を用いて、ゴマリグナンであるセサミンがビタミンEの腸管吸収を促進するかどうかを明らかにすることを目的とした。チロキサポール投与ラットにγートコフェロール、またはγートコフェロールとセサミンを経口投与したところ、血清γートコフェロール濃度は、セサミン投与によってさらに増加した。したがって、セサミンはγートコフェロールの腸管吸収を促進させることが示唆された。

ラット小腸ミクロソームを用いたin vitroでのビタミンE代謝測定系は、残念ながら構築することが出来なかった。しかし、Caco-2細胞におけるビタミンE異化を明らかにすることができた。また、22年度に得られた成果をJ Nutr Sci Vitaminol誌に発表することができた。24年度が最終年度であるため、記入しない。引き続き、ビタミンEの吸収について検討を行う。24年度は、特に転写因子LXRの関与と、ゴマリグナンの作用について検討したい。現時点で、研究遂行上特に障害となる点はない。
革新的３次元プロテオーム解析法による心血管疾患の病態解明

本研究では心血管疾患の解明に必要な経時的解析を考慮した革新的な3次元プロテオーム解析を行った。疾患関連因子について疾患プロテオーム解析の方法論に基づき、その生理活性の検討を行い、病態への関与を調べた。冠動脈カテーテル治療後の再造影検査を受けた症例では、再狭窄を生じていた患者の末梢血中で、BNPフラグメント比(BNP(5-32)/BNP(3-32))が有意に低くなっていた。また、この疾患関連因子の生成メカニズムについて検討を加え、ある種のプロテアーゼが関与している知見を得た。今後は、このプロテアーゼが臨床検体においてどのような活性を有しているかを検討することで、心血管疾患の病態解明をめざす。ポストゲノム時代を迎えた現在、研究対象は応用ゲノム、なかでも蛋白質へと主眼が移りつつある。心血管病態は多様なため、蛋白質の解析が最も期待できる領域のひとつであるが、十分な解析が進んでいない。申請者は、世界でも有数のプロテオーム解析法の先駆者として、同技術を心血管病態の解析にいち早く導入してきた実績を有する。本研究では、疾患病態制御の解明を目指し、心血管系の疾患関連蛋白質の解析を行う。従来のプロテオーム解析は、経時的変化まで考慮しない質的(等電点pI値、分子量等)・量的変化を主に解析する2次元的な解析が中心であったが、本研究では病態解明に必要な経時的解析を考慮した革新的な3次元プロテオーム解析を行う。必要な技術の開発と導入を予備検討で既に行っている。心血管疾患の病態制御の理解を目的としており、病態関連蛋白質の新規発見ないし病態メカニズムの解明ならびに臨床応用を目指す。平成23年度は、分析試料として、心血管疾患を有する患者血液検体、動物モデル(遺伝子改変マウス等)、また病態を反映する細胞モデル系(培養細胞系等)の3種類を用いた。特に、経時的な観点を重視して試料を収集し、分析を進めた。すなわち、細胞ないし動物モデルでは薬剤介入後あるいは病態刺激後の経時的な解析、またヒトでも同様に治療介入等による経時的な変化を追求した。分析手法として、分離・濃縮を行うターゲット・プロテオームの方法と、網羅的プロテオーム解析の方法をとった。また、診断法の開発のために、上記と並行して分析条件の最適化を図り、検出感度および精度の向上を目指した。診断に質量分析計を用いることを考えた場合、どの質量分析計が本診断法に適しているのかということについても検討した。平成25年度は、臨床検体の分析を引き続き行う一方で、これまでに得られた疾患関連因子について、疾患プロテオーム解析の方法論に基づき、その生理活性の検討をさらに行い、疾患病態への関与を調べた。冠動脈カテーテル治療後の再造影検査を受ける連続105症例について横断研究を行った。再狭窄を生じていた患者群において、BNPフラグメント比(BNP(5-32)/BNP(3-32))が有意に低くなっていた。再狭窄を生じていた患者群において、BNPフラグメント比(BNP(5-32)/BNP(3-32))が有意に低値を示した[再狭窄群(n=22):非狭窄群(n=83)=1.19(四分位範囲1.11-1.34): 1.43(四分位範囲1.22-1.61), P<0.001]。また、この疾患関連因子の生成メカニズムについてさらに検討を加え、関与しているプロテアーゼについて検討し、ある種のプロテアーゼが関与している知見を得た。

ポストゲノム時代を迎えた現在、研究対象は応用ゲノム、なかでも蛋白質へと主眼が移りつつある。心血管病態は多様なため、蛋白質の解析が最も期待できる領域のひとつであるが、十分な解析が進んでいない。申請者は、世界でも有数のプロテオーム解析法の先駆者として、同技術を心血管病態の解析にいち早く導入してきた実績を有する。本研究では、疾患病態制御の解明を目指し、心血管系の疾患関連蛋白質の解析を行う。従来のプロテオーム解析は、経時的変化まで考慮しない質的(等電点pI値、分子量等)・量的変化を主に解析する2次元的な解析が中心であったが、本研究では病態解明に必要な経時的解析を考慮した革新的な3次元プロテオーム解析を行う。必要な技術の開発と導入を予備検討で既に行っている。心血管疾患の病態制御の理解を目的としており、病態関連蛋白質の新規発見ないし病態メカニズムの解明ならびに臨床応用を目指す。平成24年度は、臨床検体の分析を引き続き行う一方で、これまでに得られた疾患関連因子について、その生理活性の検討を行い、疾患病態への関与を調べた。具体的には、ヒト由来培養内皮細胞を用い、その因子の有無での細胞内シグナル伝達物質の促進や阻害を分子レベルで検討した。さらに、その因子の生成メカニズムについて、ヒト心筋培養細胞を用いて検討を行った。すなわち、そのメカニズムにはある種のプロテアーゼが関与しているということを作業仮説として、システマチックにプロテアーゼの阻害剤を培養細胞の系に加え、検討した。また一方、診断法の開発のために、上記と並行して臨床検体の分析条件の最適化を図り、検出感度の向上を目指した。診断に質量分析計を用いることを考え、マトリックス支援レーザー脱離型質量分析計(MALDI)と液体クロマトグラフ質量分析計(LC-MS)のどちらが本診断法に適しているのかということについても比較検討した。計画通り、心血管疾患を有する患者の治療前の血液検体を分析し、経時的な視点からこれらの患者の治療後の追跡調査を行っている。一例として、検体中に含まれる極めて微量の因子を対象とし、抗体を用いて分離・濃縮を行うターゲット・プロテオームの手法を検討している。また、MALDI-TOF-MSと三連四重極型LC-MSの比較を行うため、LC-MSの分析条件をSIM(選択イオンモニタリング)モード、MRM(多重反応モニタリング)モードの両方において検討している。現在までに、標品を用いて、両者ともにfmolオーダーを検出しうる条件を見出すことが可能となったところである。25年度が最終年度であるため、記入しない。また、MALDIとLC-MSの比較を行うため、LC-MSの分析条件を特に高感度で検出することが可能なMRM(多重反応モニタリング)モードにおいて検討している。現在までに、標品を用いて、両者はほぼ同等か、LC-MSの方が検出感度が高いことがわかってきた。平成24年度は、臨床検体の分析を引き続き行う一方で、前年までに得られた疾患関連因子について、疾患プロテオーム解析の方法論に基づき、その生理活性の検討を行い、疾患病態への関与を調べる。
磁気記録媒体用コバルト-モリブデンとコバルト-タングステン基合金薄膜のミクロ組織制御

コンピュータのハードディスク等に用いられるCo-Cr基磁気記録媒体は,急速な高記録密度化に伴う結晶粒径の微細化等のため,熱揺らぎによる記録状態の劣化などが顕在化しつつある.対熱揺らぎ特性の改善には,高い磁気異方性エネルギーを有する磁性薄膜の開発が必要不可欠である.現在,高い磁気異方性を有するFePt-L1_0型合金が注目され,微細な孤立粒子状薄膜を作製するためのプロセスの研究が盛んに行われている.しかし,規則化温度が従来プロセスと比較して高温なことや,磁性粒子の孤立化などで実用化への課題が山積されている.Co-Cr基磁気記録媒体は,Co-richの強磁性hcp構造粒子をCr-richの常磁性hcp構造層が取り囲む2相分離組織となっていることが,優れた磁気記録特性を示す一つの要因であった.この2相分離は,Co-Cr系状態図のCo側の磁気変態点に沿って現れる2相分離に起因していると考えられる.従って,Co-Cr基合金と同様の2相分離組織を示し,高い磁気異方性エネルギーをもつ材料が磁性薄膜材料が次世代磁気記録媒体の候補として適していると考えられる.予備研究の結果より,Co-MoおよびCo-W系がCo-Cr系よりも数倍高い磁気異方性エネルギーを持ち,更に,計算状態図より,これらの系にCo-Cr系と同様の2相分離が存在することが明らかにし,そこで,Co-MoおよびCo-W系を次世代磁気記録媒体の基本系として提案している.更に,Cr, NiAlおよびNiAlV合金を下地層としてCo-W薄膜を作製した結晶配向性および磁気特性について調査した結果,NiAl下地が配向制御だけでなく,磁気特性の改善にも有効であることが明らかとなった.更に,NiAlを下地としてCo-W薄膜の膜厚を変化させた結果,僅か10nmの膜厚でも1kOe以上の高い保磁力をもち磁気記録媒体として有望であることを示した.コンピュータのハードディスク等に用いられるCo-Cr基磁気記録媒体は,急速な高記録密度化に伴う結晶粒径の微細化等のため,熱揺らぎによる記録状態の劣化などが顕在化しつつある.対熱揺らぎ特性の改善には,高い磁気異方性エネルギーを有する磁性薄膜の開発が必要不可欠である.現在,高い磁気異方性を有するFePt-L1_0型合金が注目され,微細な孤立粒子状薄膜を作製するためのプロセスの研究が盛んに行われている.しかし,規則化温度が従来プロセスと比較して高温なことや,磁性粒子の孤立化などで実用化への課題が山積されている.Co-Cr基磁気記録媒体は,Co-richの強磁性hcp構造粒子をCr-richの常磁性hcp構造層が取り囲む2相分離組織となっていることが,優れた磁気記録特性を示す一つの要因であった.この2相分離は,Co-Cr系状態図のCo側の磁気変態点に沿って現れる2相分離に起因していると考えられる.従って,Co-Cr基合金と同様の2相分離組織を示し,高い磁気異方性エネルギーをもつ材料が磁性薄膜材料が次世代磁気記録媒体の候補として適していると考えられる.予備研究の結果より,Co-MoおよびCo-W系がCo-Cr系よりも数倍高い磁気異方性エネルギーを持ち,更に,計算状態図より,これらの系にCo-Cr系と同様の2相分離が存在することが明らかにし,そこで,Co-MoおよびCo-W系を次世代磁気記録媒体の基本系として提案している.更に,Cr, NiAlおよびNiAlV合金を下地層としてCo-W薄膜を作製した結晶配向性および磁気特性について調査した結果,NiAl下地が配向制御だけでなく,磁気特性の改善にも有効であることが明らかとなった.更に,NiAlを下地としてCo-W薄膜の膜厚を変化させた結果,僅か10nmの膜厚でも1kOe以上の高い保磁力をもち磁気記録媒体として有望であることを示した.