hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
カッツの転送作用素とシュレーディンガー半群との差のノルム評価に関する研究

本研究課題は,B.Helffer(1994-5)のカッツの転送作用素に関する仕事とRogava(1993)の作用素ノルムに関するリー・トロッター積公式に関する仕事がこの研究の動機であった.研究代表者・分担者の各々の研究の思想の根底には「スペクトル」という共通の水脈があり,この2年間シュレーディンガー作用素論との関連に基づいて研究を進めてきた.1.一瀬は,高信敏と共に,Feynman-Kac公式を角いる確率論的方法により,標記の評価をHelfferの考えたものより一般のポテンシャルに対して,非相対論的・相対論的な場合に予想した結果を証明するとともに,シュレーディンガー作用素に関する作用素ノルムでのLie-Trotter積公式も導くことができた(Commun.Math.Phys.1997.Nagoya Math.j.1998).更に相対論的な場合を含むより一般のLevy過程に付随した作用素の場合へ拡張する論文を準備中である.3.田村博志は,作用素ノルムに関するLie-Trotter積公式に関して,最近Neidhardt-Zagrebnovの得た誤差評価が最良であることを最近のプレプリントで注意した.更に,伊東恵一と共に.0(N)ハイゼンベルグ模型の臨界温度の上からの良い評価を得た.4.谷島賢二は,シュレーディンガー方程式の基本解の特異性に関して大変顕著な結果を得た.本研究課題は,B.Helffer(1994-5)のカッツの転送作用素に関する仕事とRogava(1993)の作用素ノルムに関するリー・トロッター積公式に関する仕事がこの研究の動機であった.研究代表者・分担者の各々の研究の思想の根底には「スペクトル」という共通の水脈があり,この2年間シュレーディンガー作用素論との関連に基づいて研究を進めてきた.1.一瀬は,高信敏と共に,Feynman-Kac公式を角いる確率論的方法により,標記の評価をHelfferの考えたものより一般のポテンシャルに対して,非相対論的・相対論的な場合に予想した結果を証明するとともに,シュレーディンガー作用素に関する作用素ノルムでのLie-Trotter積公式も導くことができた(Commun.Math.Phys.1997.Nagoya Math.j.1998).更に相対論的な場合を含むより一般のLevy過程に付随した作用素の場合へ拡張する論文を準備中である.3.田村博志は,作用素ノルムに関するLie-Trotter積公式に関して,最近Neidhardt-Zagrebnovの得た誤差評価が最良であることを最近のプレプリントで注意した.更に,伊東恵一と共に.0(N)ハイゼンベルグ模型の臨界温度の上からの良い評価を得た.4.谷島賢二は,シュレーディンガー方程式の基本解の特異性に関して大変顕著な結果を得た.本課題の研究は,主にシュレ-ディンガー作用素との関連に注目しながら進めてきた.研究代表者・分担者の各々の研究の思想の根底には「スペクトル」という共通の水脈がある.1.一瀬は,高信,田村英男との共同研究において,統計力学のカッツの格子模型の相転移の判定に関係する転送作用素(カッツ作用素)を考え,シュレディンガー半群との差の作用素ノルムを小さい時間tの1より大きなベキで評価した.B.Helfferの考えたものより一般の,下に有界で多項式増大するポテンシャルの場合に拡張した.その一つの応用として,カッツ作用素の第1,第2固有値の比の,対応するシュレディンガー作用素の,第1,第2固有値の差を用いた漸近評価が得られ,また別の応用として,作用素ンルムでのLie-Trotter積公式が証明された.また,トレースノルムでの同様の問題を考えた.高信との共同研究では,Feynman-Kac公式を用いる確率論的証明によりL^P作用素ノルム評価を,百目鬼敦,田村英男との共同研究では,作用素論的方法によりL^2作用素ノルム評価を行った.磁場を持つシュレ-ディンガー作用素の場合,相対論的シュレディンガー作用素の場合についても結果を得た.2.田村博志は,古典統計力学のN-ベクトルハイゼンベルク系の分配関数のクラスター展開を調べ,相転移逆温度の下からの評価について,Brydges,Froehlich,Spencer,Sokal等の結果や伊東恵一との結果を改良した.3.中尾慎太郎は,右連続左極限を持つ見本経路からなる確率の過程の変動量に関する積分について一考察を行った.4.田村英男は,シュレ-ディンガー作用素論に基づき,全散乱断面積の漸近的挙動からアハラノフ・ボ-ム効果を結論する結果を得つつある.5.谷島賢二は,時間依存シュレ-ディンガー方程式の基本解が,空間1次元のときポテンシャルが遠方でx^2より早く増大するとき,至る所特異になることを示し,多次元の場合を鋭意研究中である.昨年度に続き、本研究はシュレーティンガー作用素との関連に注目しながら進めてきた。また、Lie-Trotter積公式に関連する結果も得られた。1.一瀬、田村英男は、一瀬・高信(Commun.Math.Phys.1997)がFeynman-Kac公式を用いる確率論的方法により得た結果を、J.Math.Soc.Japan 1998(この論文には百目鬼敦も加わる)、Asymptotic Analysis 1998の論文で、作用素論的方法により証明した。即ち、統計力学のカッツの格子模型に対する転送作用素と非相対論的シュレーティンガー半群との差の作用素ノルムを、小さい時間tの1より大きなベキで評価した。

これらの結果の副産物として、シュレーティンガー作用素に対する作用素ノルム、トレースノルムでのLie-Trotter積公式がその誤差評価まで込めて得られた。2.一瀬、高信(Nagoya Math.J.1998)は、確率論的方法により、相対論的な場合にも1と類似の結果を証明した。更に、相対論的シュレーティンガー作用素を含むLevy過程に付随する作用素の場合に拡張した論文を準備中である。3.一瀬、田村英男(Osaka J.Math.1998)は、2つの正値自己共役作用素A、B(t)(一つが時間t依存)の和に対してA^α(0<α<1)の定義域がB(t)の定義域に含まれるとき、誤差評価まで込めた作用素ノルムでの指数積公式を証明した。4.田村博志は、伊東恵一と共に、Commum.Math.Physに出版予定の論文で、2次元O(N)スピンモデルの臨界温度の上からの(昨年得たもの)より良い評価を与えた。5.中尾慎太郎は、Young型積分の定義の拡張について研究し論文を準備中である。6.谷島賢二(AMS Contemporary Math.1998)は、時間依存シュレーティンガー方程式に対して、そのポテンシャルの遠方での増大度の条件とともに、その基本解の滑らかさと有界性に関する顕著な結果を得た。
時計タンパク質KaiCの一生

藍色細菌は生物時計が見つかっている唯一の原核生物であり、その生物時計は、時計タンパク質KaiA、KaiB、KaiC及び時計関連タンパク質(Pex、SasA)から構成される。KaiA、KaiB、およびSasAといったタンパク質はKaiCと相互作用することが確認されており、藍色細菌時計タンパク質の中核構成因子であると思われるのはKaiCである。時計の分子装置の作用機構、すなわち「時計の分子装置がどのようにして、24時間周期の振動を発振するか」を原子レベルで解明することを目指し、KaiCを中心に、生化学的解析、構造学的解析を進めた。KaiA、KaiCの生化学的解析は、安定性の高い好熱性藍色細菌Thermosynechococcuselongatusのタンパク質を利用した。KaiCはダンベル型をしたタンパク質で、6つのサブユニットが集まり、リング状構造をとる。私たちは、KaiCタンパク質を単量体で精製することに成功した。この単量体KaiCを用い、KaiCが単量体の状態でもKaiAと相互作用しうることを明らかにした。また、KaiC変異体を用いた解析によって、KaiCは6量体化した状態で隣あう位置にあるKaiCサブユニットをリン酸化することを明らかにした。現在、構造学的な解析を行うべく、KaiCおよびKaiA-KaiC複合体の結晶化を進めている。藍色細菌の生物時計分子装置は3つの時計タンパク質KaiA、KaiB、KaiCから構成されている。我々は、生物時計を時計タンパク質から構成された精巧な分子装置と捉えて、その合成、分解、会合、解離、状態変化を詳細に解析することにより、時計装置の発振機構を解明したいと考えている。我々は、タンパク質研究に適した耐熱タンパク質が利用できる別府温泉産の好熱性藍色細菌Thermosynechococcus elongatusにおいて、これまでに先ず遺伝子移入系を確立し、時計の運行を生物発光リズムとして捉えることができる生物発光リズム系を開発した。さらに時計タンパク質と時計関連タンパク質の大腸菌における大量生産法と高度精製法を確立し、これらタンパク質の生化学的・生物物理学的解析とX線結晶構造解析を進めてきた。これまでにKaiA(我々による)とKaiCの原子構造が解明されている。KaiBは他のタンパク質との相同性も既知のモチーフも見つかっておらず、構造-機能相関の推測が困難であったが、我々はX線結晶構造解析により分解能2.6ÅでKaiBの4量体6角板状構造を解明し、さらにその構造に基づいて時計機能に重要なアミノ酸残基と「サブ構造」を実験的に同定した(Iwase et al.,2005,J.Biol.Chem.280:43141-43149)。サブ構造である負電荷に富んだ2列の尾根状構造、(negative ridges)とその間に存在する正電荷に富んだ溝状構造(positive cleft)が、時計発振に重要であった。KaiBにおける構造機能相関の解明は世界初である。我々は、KaiCは1セットのATPaseモチーフを持つドメインが二つ重複した構造をとっており、N末端ドメインは6量体形成に、C末端ドメインはATPase活性、リン酸化活性、被リン酸化部位、KaiAとの相互作用に関与していることを明らかにしている。このN末端ドメインとC末端ドメインタンパク質をそれぞれ調製し、生化学的・生物物理学的性質を調べた。その結果これまでの事実に加えて、C末端ドメインが弱いオリゴマー形成能を持つことが判明した(Hayashi et al.,2006,J.Biol.Chem.,revised)。
高性能SPECTを用いた中枢リンパ系ドレナージの循環動態イメージング法の開発

本研究では、テルル化カドミウム半導体検出器を持つ高性能SPECT装置を用いて、近年発見され機能が未知の中枢性リンパ系の「真」の循環動態を明らかにする。脳組織ーリンパ管体系での体内物質および細胞の動的変化を捉える動態イメージング法を開発し、病態モデルマウス(神経炎症、脳腫瘍など)における中枢リンパ管内での免疫細胞の遊走性や老廃物の除去について可視化・定量化する。本研究結果から、脳神経疾患や腫瘍に対する新たな診断技術の創出および治療戦略モデルの構築を目指す。
脳血管内治療用ワイヤー挿入力測定センサーの開発と臨床応用

脳動脈瘤コイル塞栓術は、挿入の抵抗を指先で感じながら微細なコントロールによりコイルを動脈瘤内に詰めていく手技である。術者が感じるコイル挿入力を客観的に測定できる装置を開発した。マイクロカテーテルに接続するYコネクタに光学的センサーを組みこみ、デリバリーワイヤのたわみを計測することでコイル挿入時にかかる力を定量的に測定する仕組みである。本装置を用いて未破裂脳動脈瘤コイル塞栓術における臨床応用を行った。センサーの安全性に問題なく、有用性が確認された。コイル挿入力測定装置により、手元のコイル挿入抵抗を客観的に提示することができ、コイル塞栓術の安全性を向上させることができることが確認された。脳動脈瘤コイル塞栓術は大きさ10mm程度の脳動脈瘤に直径1mmのマイクロカテーテルからコイルを挿入する手技であり微細な指先の力の調節が必要である。本研究では、脳動脈瘤塞栓用コイルの挿入力測定装置を開発し、臨床応用に導くのが目的である。平成25年度はセンサーシステムの性能向上を測るための基礎的実験を行い、実際の未破裂脳動脈瘤の患者に2名においてセンサーを使用しコイル塞栓術を行った(臨床応用)。臨床使用例は以下の通りである。1例は、70代女性でドーム径7.5mmの脳底動脈先端部動脈瘤に対してダブルカテーテルテクニックにて塞栓術を行った。もう1例は、50代の男性でドーム径5mmの紡錘状椎骨動脈瘤に対してステントアシストコイル塞栓術を行った。これらの臨床データをもとにセンサーシステムに改良を加えた。基礎的実験として、マイクロカテーテル内をコイルデリバリーワイヤーが通過する際に生じる摩擦について研究を行った。松原功明,宮地茂,山田裕之,他:コイルデリバリーワイヤーがマイクロカテーテル内を通過する際に生じる摩擦についての基礎的研究.第29回NPO法人日本脳神経血管内治療学会学術総会. 2013年11月21-23日,新潟平成26年度中に未破裂脳動脈瘤患者7例に対してコイル挿入力測定装置の臨床応用を行った。前年度までに施行した3例を含めて合計10例にコイル測定装置を臨床応用した。全例、治療は問題なく行われ安全性に問題はなかった。コイル挿入力は、手の往復運動に伴い鋸歯状のグラフを呈することが多かった。コイルがスタックしている際には、挿入力が上昇しており、手元の感覚と同等であった。コイルが動脈瘤内に挿入されるにつれて挿入力が上昇していた。術者によってコイル挿入力の発生パターンに特徴があった。術者と助手でデリバリーワイヤ挿入時の抵抗感が共有できた。2人の術者による4ハンドテクニックでのコイル塞栓術における本装置の有用性が確認された。臨床研究で得られたデータをもとにコイル挿入測定装置の改良を行った。研究結果について、第73回社団法人日本脳神経外科学会総会のシンポジウムで発表した、演題名「脳動脈瘤コイル塞栓術におけるYコネクタ型コイル挿入力測定装置の臨床応用-手元のコイル挿入操作とコイル挿入抵抗の測定値の分析-」。脳動脈瘤コイル塞栓術は、病変部から離れた部位から直径約1mm、長さ150cmのマイクロカテーテルの中を通してコイルを挿入する手技である。安全に治療を行うためにはコイルデリバリーワイヤーを操作する微細な指先の力の調節が必要である。その微細な力を測定するために高精度のセンサーを作成した。本研究では、脳血管内治療用ワイヤー(コイルデリバリーワイヤー)挿入力測定装置を開発しその臨床応用を行うことが目的であった。平成28年度は、平成26-27年度に実施した脳血管内治療用ワイヤー挿入力測定装置の臨床応用(未破裂動脈瘤コイル塞栓術10件)の結果について有効性及び安全性の面をメインに分析、検討した。臨床研究の結果を踏まえ、センサーシステムの改良に着手した。光学的センサーシステムの改良及びデータ呈示システムの改良を行った。臨床応用で得られた挿入力測定データを基に、脳動脈瘤コイル塞栓術シミュレーションシステムの開発に着手したが、現在開発途中である。研究期間を通じた成果としては、脳血管内治療用ワイヤー(コイルデリバリーワイヤー)挿入力測定装置の開発・改良と臨床応用を行い、有効性及び安全性が確認された。現在においても、国内外を通じてコイル挿入力について客観的に評価できるシステムの開発について本装置以外にこれまで類似した研究報告はない。さらに臨床応用を行ったことは非常に先進的で独創性が高い内容であったと考えられる。臨床応用予定数は10例の計画であり、おおむね予定通りの達成状況である。

脳神経血管内治療臨床研究で得られたデータを解析し、コイル挿入力測定装置にさらなる改良を加える予定である。平成25年度はセンサーの開発及び改良を行う予定であったが、おおむね達成できた。NTN(株)委託のデバイス開発費用が予算より低額で済んだため。平成26年度以降は、臨床応用を中心に研究を進めたい。臨床応用の結果をもとに、デバイスの改良も引き続き進める。研究の諸費用、デバイス開発費用に継続して使用する。
都市圏の生産緑地のもつ環境改善機能評価方法の確立

1.生産緑地のもつ大気汚染ガス吸収能(大気浄化能)の評価法(1)大気浄化能力は水面<裸地<芝地<繁茂した畑・草地<樹林地であり、畑・草地および樹林地は水面・裸地より23倍の浄化能力をもつことを明らかにした。(2)実測および文献調査により、モデル式:U_<S02>=20.7×C_<S02>×P U_<N02>=15.5×C_<N02>×Pを得た。ここで、U_<S02>、U_<N02>:SO_2、NO_2の浄化量C_<S02>、C_<N02>:SO_2、NO_2の濃度(μg・cm^<-3>)P:植生の乾物生産量(UとPの単位は等しい)。この評価モデル式より、対象都市の生産緑地の乾物総生産量(農業生産量等から推定できる)および大気汚染ガス濃度(大気汚染報告書データから得られる)からその都市の生産緑地の大気浄化能を推定できることを明らかにした。大気汚染濃度上昇の抑制にとって、生産緑地のもつ大気浄化機能も無視できないことを明らかにした。2.都市化に伴う都市気温上昇(ヒートアイランド)の評価法(1)日最低気温の場合、都市気温上昇(△T、°C)と人口(P、万人)との関係を調べ、△T=a・log_<10>P-bという関係を明らかにした。盆地、平地、および海岸部に対するa、bの値として、それぞれa=1.26 b=0.7、a=1.36 b=1.0、およびa=1.45 b=1.4を得た。(2)緑被率(G、%)日中の都市気温上昇(△T、°C)との関係を調べ、△T=-α・G+βが成立することを明らかにした。盆地、平地、および海岸部に対するα、βの値として、それぞれα=0.020 β=1.2、α=0.010 β=1.2、およびα=0.027 β=1.0を得た。(3)上記の評価モデル式を用いて、夜間については人口データから、日中については緑被率データから、都市気温上昇を評価できることを明らかにした。都市気温上昇の抑制のためには都市内および周辺に残された農地や緑地の減少抑制・保全が重要であることを明らかにした。
多核種磁気共鳴分析法を用いたin vivo抗癌剤治療モニター法の開発に関する研究

初年度は本研究の第一歩として、超伝導NMR装置(日本電子製GX-270WB FT-NMR)及び^<19>F用プローブを用い、50mg/mlの5FUを含有したファントム測定に関する基礎的検討を行った。その結果、F共鳴周波数254.05MHz、測定幅100kHz、積算回数1回、測定時間1秒で良好なS/N比のローレンツ波形の^<19>F-NMRスペクトルが得られた。次に肝臓からの測定を行うために、ウイスター系ラット(体重200g前後)を用い、摘出灌流肝モデルにおいて一定濃度のフッ素を含む灌流液で灌流し、肝における^<19>Fピークの信号強度と肝内濃度との関係をみた。測定時間を10分間とした場合、約100nmolの肝内濃度でS/N比の良い^<19>F-NMRスペクトルが得られた。さらに5FUを含む灌流液で灌流した場合、5FUとその代謝産物であるFNucts及びFUPA、FBALの経時的変化が観察された。第2年度は灌流肝において得られた結果に基づき、in vivo測定用のプローブ及びコイル等の作成を試みた。まずサーフェイスコイル測定で問題となる介在組織の影響を検討した。無機リン微小サンプルを用い、コイル下での信号強度分布を測定した。最大信号強度を100%として信号強度等高図を作成すると、コイル表面から4.0-6.0mmの領域が最高信号強度対して50%以上の信号を与えるが、コイル端部近傍では体表近傍からの信号が含まれざるを得ないことが確認された。このことからサーフェイスコイル法による測定では、空間的に完全な非測定部位の選択は困難であるが、代謝変化の追跡には十分応用可能であることが解った。この条件下で、FU130mg/kgを経静脈的に投与すると、5FUの代謝過程が観察された。過去における^<31>P-NMRの結果と^<19>Fを組み合わせることによって抗癌剤の代謝過程と抗癌剤が腫瘍及び肝臓のエネルギー代謝に及ぼす影響をモニターできることが明らかとなった。本研究を達成するためには、まず^<19>F-NMRスペクトル測定条件を決定することが第一である。そこで当大学に既存する超伝導NMR装置(日本電子製GX-270WB FT-NMR)及び新たに設置された^<19>F用プローブを用い、至適濃度(50mg/ml)のフルオロウラシル含有したファントムから^<19>Fスペクトルを測定する基礎的検討を行った。その結果、フッ素共鳴周波数254.05MHz、測定観測幅100kHz、積算回数1回、測定時間1秒という測定条件でS/N比のよいローレンツ波形の^<19>F-NMRスペクトルが得られた。さらに実際の肝臓からの測定を行うために、実験動物としてウイスター系ラット(体重200g前後)を用い、摘出灌流肝モデルにおいて一定濃度のフッ素を含む灌流液で灌流し、肝における^<19>Fピークの信号強度と肝内濃度との関係を明らかにした。その結果、測定時間を10分間とした場合、約100nmolの肝内濃度で、ある程度のS/N比の^<19>F-NMRスペクトルが得られることが確認された。

さらに臨床で頻繁に用いられる抗癌剤である5FU(フルオロウラシル)を灌流すると5FUピークの減少とその代謝産物であり抗癌作用を有するFluoro-nucleotides(FNucts)及び抗癌作用を有しないFluoro-β-alanin(FBal)の経時的変化が観察された。それぞれの代謝産物の化学シフトは5FUをOppmとすると3.85ppm及び-18.6ppmであった。なお現在実験肝腫瘍をラット肝に発生させ、同様の実験を準備中である。以上平成4年度に計画された研究はほぼ達成されている。平成4年度の灌流肝において得られた結果に基づき、in vivoでの測定用のプローブ及びコイル等の作成を試みた。まずその第一歩として、サーフェイスコイルを用いたin vivoでの測定時に問題となる介在組織の影響を検討した。この検討に関しては、信号強度や、サンプル取扱いの問題からリンを核種として行った。ラット肝を想定したファントムを用い、シム調整によって測定部位の磁場強度の均一性を高めた後に、無機リンを封入した微小サンプル(1.0mm径)を用い、サーフェイスコイル下での信号強度分布を測定した。信号強度別(100,50,0%)に等高線用に信号強度分布図を作成すると、コイル表面から4.0-6.0mmの領域が最高信号強度対して50%以上の信号を与えており、またこの部位はラット肝領域にほぼ対応する深度であった。なおコイル端部近傍では、コイル表面近くまでこの領域が存在するため、体表近傍からの信号が含まれざるを得ないことが確認された。このことからサーフェイスコイル法による測定では、空間的に完全な非測定部位の選択は困難であるが、測定条件の選択によってある程度限局性を持たせることが可能であり、代謝変化の追跡には十分応用可能である。リンによるin vivo測定おこなった後に、FU130mg/kgを経静脈的に投与し、肝における代謝過程を観察した。S/N比の問題はあるが、投与後30分では5FUの大きなピーク及びその代謝産物であるFUPA、FBALの小さなピークが見られるが、120分後には、5FUピークはほとんど消失し、Fnuct及びFUPA、FBALが増加した。この^<19>F MRスペクトルの変化は5FUの代謝過程を反映していた。以上より^<31>Pと^<19>Fを組み合わせることによって抗癌剤の代謝過程と抗癌剤が腫瘍あるいは肝臓のエネルギー代謝に及ぼす影響をモニターできることが明らかとなった。
食道扁平上皮癌幹細胞を標的とした新規治療法の開発

癌において癌幹細胞と呼ばれる特殊な細胞集団の存在が明らかとなってきた。癌幹細胞は非常に高い腫瘍形成能を持ち、また、既存の癌治療(抗癌剤、放射線)に対し治療抵抗性である。この癌幹細胞を標的とした新たな治療法を開発することは、癌研究において非常に重要である。本研究ではノッチシグナル経路、TGF経路が食道扁平上皮癌の癌幹細胞の維持に重要であることに着目し、これらのシグナル阻害剤が癌幹細胞に対する新たな治療法として使用できないかを検証した。ノッチシグナル阻害剤、TGF阻害剤を用いることで、癌幹細胞は有意に抑制され、これらの阻害剤が癌幹細胞を標的とした新たな治療法となる可能性が示唆された。1)食道扁平上皮癌(ESCC)細胞株TE11、ヌードマウスを使用したxenograft実験を行った。Notch1を活性化させると腫瘍増殖が促進され、腫瘍内の癌幹細胞様細胞(CD44High/CD24Low細胞)が有意に増加していた。TGF-b1の中和抗体である1D11投与では腫瘍増殖は抑制され、CD44High/CD24Low細胞は減少した。Notchの阻害剤であるγセクレターゼは単独投与では腫瘍増殖に変化が認められなかったが、1D11とγセクレターゼを同時に投与することで最も強い腫瘍抑制効果およびCD44High/CD24Low細胞抑制効果が認められた。これらの実験結果は、TGF-β及びノッチシグナルがEMTを介してCD44High/CD24Low細胞を維持、増幅しており、これらの経路が癌幹細胞を標的とした治療法のターゲットとなり得ることを示唆している。2)CD44High/CD24Low細胞で特異的に発現するmRNA、miRNAの網羅的解析を行った。FACSAriaIIIによりCD44High/CD24Low細胞とCD44Low/CD24High細胞を分離し、DNAマイクロアレイ、次世代シーケンサーを用いたmiRNA発現解析を行った。マイクロアレイによるmRNAの網羅的解析では、CD44High/CD24Low細胞においてfibrolblast growth factor 2 (FGF2)が著明に上昇しており、FGF2がCD44High/CD24Low細胞において重要な役割を担っている可能性が考えられた。FGF2阻害剤を用いると、軟寒天コロニー形成アッセイで有意にコロニー形成能が抑制された。miRNAの網羅的解析に関しては条件設定の段階である。癌幹細胞の存在が多くの固形癌においても報告され、癌幹細胞が再発、転移、治療抵抗性に深く関与していることが明らかとなってきた。食道扁平上皮癌(ESCC:esophageal squamous cell carcinoma)を対象とした研究は極めて少なく、本研究において申請者はTGF-β及びNotchシグナルがESCCにおける癌幹細胞の維持、増殖に重要であることに着目し、TGF-β及びNotchシグナル阻害剤がESCC癌幹細胞に与える効果を主にin vivoの実験系を用いて検証した。ESCC細胞株TE8、TE11をヌードマウスへ皮下移植し、移植2週間後よりTGF-βシグナル阻害剤およびNotchシグナル阻害剤を投与した。TGF-βシグナル阻害剤として1D11(TGF-β中和抗体、R&D systems)およびSB431542(TGF-βタイプI受容体阻害剤、Sigma-Aldrich)、ノッチシグナル阻害剤としてGSI XII(γセクレターゼ阻害剤、Calbiochem)を用いた。また、ESCCに対して現在臨床で使用されている抗癌剤(5FU、CDDP)との併用投与も行った。結果、in vivoにおいても間葉系マーカーの発現は抑制され、CD44陽性の癌幹細胞の比率は有意に減少した。腫瘍増殖もこれらの阻害剤により抑制され、これらの阻害剤はEMTを抑制することでCD44陽性癌幹細胞を抑制し、結果として腫瘍増殖が抑制されたと考えられた。しかし、抗癌剤感受性に変化は無く、更なる検証が必要であると考えられた。消化器内科TGFβ阻害剤、ノッチ阻害剤を用いた動物実験では仮説を裏付ける結果が得られており順調に進行している。また、mRNAの網羅的発現解析は順調に進行しており、いくつかの興味深い遺伝子が上がってきている。今後は絞り込んだ候補遺伝子の解析を進めていく。一方でmiRNAの網羅的発現解析は具体的な結果がまだ得られておらず、今後進めていく。また、予定していた臨床検体を用いた免疫組織染色が未着手である。以上の状況から達成度を「おおむね順調に進展している」と評価した。【ESCCにおけるFGF2の機能解析】前年度の網羅的mRNA解析で同定されたFGF2のESCCにおける機能解析を進めていく。【臨床検体を用いた癌幹細胞の同定・分離】

ESCCの臨床検体(生検検体、内視鏡切除検体、手術検体)よりコラゲナーゼI、ディスペースを用いて速やかにsingle cell suspensionを作成する(Proc Natl Acad Sci U S A. 100;3983:2003を改変)。血球および血管内皮細胞は抗CD31抗体、抗CD45抗体、抗TER119抗体を用いて除外し(Nature. 439;84:2006)、死細胞は7-AADを用いて除外する。抗CD44抗体、抗CD24抗体で染色し、セルソーター(FACSAria)を用いてCD24High/CD44Low細胞およびCD24Low/CD44High細胞を分離する。分離した1010000個の細胞をヌードマウスの皮下へ移植する。臨床検体においてもCD24Low/CD44High細胞が癌幹細胞であることを確認する目的で、移植68週後にマウスをと殺し、腫瘍増殖、CD44High/CD24Low細胞の割合、TGF、Notchシグナルの活性を評価する。臨床検体ではCD24Low/CD44High細胞が癌幹細胞ではない可能性も考えられる。その場合にはCD133、ALDH1活性(ALDEFLUOR)も含めた検討を行い、癌幹細胞を同定する。また、臨床検体から分離された腫瘍細胞がマウス内で腫瘍形成できない可能性も高く、その場合には三次元培養やスフェロイドアッセイを用いて評価する。【臨床検体を用いたTGF-β及びNotch阻害剤の有効性の検討】臨床検体における癌幹細胞が同定された後には、臨床検体から得られた癌幹細胞をヌードマウスに移植し、TGF-βシグナルおよびNotchシグナル阻害剤、抗癌剤(5FU、CDDP)の投与を行い、上記2)と同様に解析する。
単分子層以下の厚さの量子ナノ構造における閉じ込め励起子・LOフォノン相互作用とポーラロンの局在化

1.単分子層以下の種々の厚さの半導体ナノ構造(CdSe on ZnSe)について、低温における発光、および発光の励起スペクトル、それらの励起強度依存性、時間分解発光等を測定した。吸収と発光に現れるフォノン構造の大きさが、発光のみ極めて小さくなる原因として、励起子・フォノン複合体や励起子ポーラロンモデルを考察し、これらのモデルによってどの程度この食い違いが説明できるかを検討した。2.まず、励起スペクトルに現れる多数のフォノン構造は、LOフォノンによるカスケード緩和を示すものではなく、全てのフォノン構造がコヒーレントに同時に現れると考えると、この食い違いをうまく説明できることが分かった。3.次に、単分子層以下になると島状構造中の電子の波動関数は大きく外へ染み出し、周囲の異種半導体の格子振動と強く相互作用するようになり、ヘテロ励起子ポーラロンを形成する。これは量子ドットと不純物原子との中間束縛領域において典型的に引き起こされる特異現象であり、このことが発光においてのみフォノン構造が極めて小さくなる原因であることを明らかにした。4.このことは、量子ドット中の励起子閉じ込め効果が、ドットサイズが小さくなりすぎると、波動関数の染み出しによって、却って弱くなることを示している。6.また、主な内容について2004年7月にポーランド・クラクフで開かれた「凝縮系における励起子国際会議(EXCON'04)にて口頭発表を行った。
膵島β細胞の高濃度ブドウ糖に対する不応性の機序の解析

膵β細胞におけるブドウ糖不応性の機序の解明を目標に、以下の実験を行った。1各種β細胞株のブドウ糖応答性の解析インスリン産生株であるβTC、NIT1、MIN6の各種分泌刺激物質に対する応答性を検討したところ、cAMP、PKCを介する系は正常(非株化)β細胞と比し増加率は低下していたが質的には比較的良好に維持されていた。しかし、ブドウ糖に対しては、MIN6においてのみ0.3mMから27.5mMのブドウ糖濃度の上昇に応じてインスリンの分泌が増加した。他の2株は反応性を失っており、ノーザンブロットにおいてもインスリンmRNAの増加は見られなかった。インスリン遺伝子発現の転写調節の解析転写制御の解析に当たって、ヒトインスリン遺伝子プロモーターエンハンサー領域のブドウ糖依存性転写活性を検討するためにレポーターとしてgreen fluorescent protein(GFP)を用いた検出系の作成を試みた。インスリン遺伝子上流の-363-346,+10+19に対するプライマーを設定し、ヒトDNAをもとに-363+19の部分をPCRにて増幅した。得られた産物の塩基配列を決定しこれをpGFP-1 promoter reportervectorに結合し、リポフェクチン法でMIN-6及びβTCに導入した。また上記プロモーター部分の塩基配列中の、ブドウ糖応答性に関与する配列を決定するためにBgl II、Pvu II、Mse Iの各制限酵素で切断して特定の部位の塩基配列のみを結合したベクターを作成し、同様に各々の株に導入した。48時間後、発現したGFPの蛍光活性を観察した。コントロールとしてCMVプロモーターに連結したGFPを発現させた細胞は470nmの励起光によって510-520nmに蛍光のピークが観察された。インスリンプロモーターおよびその一部を連結したGFP発現ベクターについては、現在同様の実験系を用いて解析を進めているところである。
原発事故を教訓とした地域密着型環境放射線教育の展開

福島第一原子力発電所事故による社会的影響に鑑み、本研究では教育施設(石巻好文館高校、仙台育英学園)の協力を得て土壌調査等を行い、その結果を取り入れた教育プログラムとしてフィードバックした。東北大学川内北キャンパスでは詳細な土壌調査を行った。土壌中では天然放射性核種の深度分布は一様だが、原発事故由来の放射性セシウムは表面部分に強く吸着していた。土壌粒子をふるい分けして調べた結果、小さな粒子の汚染濃度が高いことがわかった。さらに川内北キャンパスにおける3年間の土壌中の深度分布を解析したところ、年間0.33 mmの速度で徐々に地中に浸透していることが明らかになった。平成25年度は、昨年度に引き続き、石巻好文館高校、仙台育英学園等の協力を得て放射線の調査を行ったほか、東北大学川内北キャンパスグラウンドにおいても定期的に詳細に調査した。土壌中の放射性核種の深度分布を本年度も継続して調べたが、K-40、Ra-226、Ra-228のような天然の放射性核種は深さによる偏りがほとんど無く一定の含有量を示していたのに対し、原発事故により飛散して降り注いだ放射性セシウム(Cs-137, Cs-134)はそのほとんどが表面層(深さ5 cm以内)に現在でも止まっていることが確かめられた。東北大学川内北キャンパスグラウンドの半年ごとの土壌調査では、スクレーパープレートを用いて深さ1 cmごとにその放射能分布を追跡しているが、その結果、少しずつではあるが放射性セシウムが深部に移行していることがわかってきた。土壌粒子をふるい分けして放射能測定を下結果では、より小さな粒子へのセシウムの吸着濃度が高いことが確かめられていたが、この土壌粒子のX線粉末パターンを調べた結果、主となる鉱物はカリ長石と石英であることがわかった。さらに本年度は、土壌採取のほかにNaI(Tl)検出器を用いた野外測定も並行して行った。これにより教育施設敷地内における放射性セシウムの分布が明確になるほか、教育施設のグラウンドなどの表面土壌の入れ替えによる効果や、建物構造材からの放射線影響などをその場で測定してわかりやすく示すことができ、教育プログラムの実施により情報のフィードバックを行った。2011年3月11日に起きた福島第一原子力発電所の事故により、日本では今まで経験することのなかった大量の人工放射性核種が東北・関東地域に降り注ぎ環境汚染を引き起こした。本研究では、これを教訓として宮城県内における環境放射能測定を行いながら、放射線・放射能教育に役立てるとともに、継続的なデータ取得を行うことにより長期的な環境変化を記録にとどめることとした。本年度は、石巻好文館高校、仙台育英学園等の協力を得て敷地内の土壌の放射能調査を行ったほか、東北大学川内北キャンパスグラウンドにおいてはより詳細に調査した。土壌中の放射性核種の深度分布を調べたところ、K-40、Ra-226、Ra-228のような天然の放射性核種は深さによる偏りがほとんど無く一定の含有量を示していたのに対し、原発事故により飛散して降り注いだ放射性セシウム(Cs-137, Cs-134)はそのほとんどが表面層に止まっていることがわかった。この傾向は、宮城県北部の石巻地域、仙台東部の多賀城地区、仙台中心部の川内地区におけるどの土壌試料においても同様であった。さらに、土壌をふるい分けして土壌粒子を大きさ毎に分画し(4.75 mm以上、1.0mm - 4.75 mm(細れき分)、0.3 mm - 1.0 mm(中砂・細砂分)、0.3 mm以下(シルト・粘土分))、それぞれの分画成分ごとの放射能を計測したところ、細かな粒子にはセシウムの吸着濃度(重量あたり)が高いことがわかった。平成26年度は昨年度に引き続き、教育施設(石巻好文館高校、仙台育英学園)の協力を得て,土壌調査とin situにおけるガンマ線スペクトル測定を行った。また昨年同様、東北大学川内北キャンパスグラウンドにおける詳細な土壌調査とガンマ線測定も継続して行った。これらの結果については教育プログラムに取り入れ、仙台育英学園(宮城野)において実験付き授業(霧箱の製作による天然放射線の観察及び解説)を行いフィードバックした。土壌試料の放射性核種の分布については、天然放射性核種(K-40, Ra-226, Ra-228)の深度分布はどの地点で採取した試料においても深さに関わらずほぼ一定であったのに対し、福島原発事故で放出され沈着したCs-134、Cs-137はまだそのほとんどが表層近くに強く吸着していることが確認できた。事故後約4年を経過し,その間、降雨降雪があったのにもかかわらず、その90%以上が表層から5 cm以内に止まっていた。ただし、東北大学川内北キャンパスグラウンド土壌の深度分布の3年間の記録について比較すると、表面から深さ方向への分布の傾きが少しずつゆるやかになっていることがわかった。

そこで放射性セシウムの深度分布曲線を指数関数で近似し、その放射能が半分になるまでの中央値を算出したところ、少しずつその値が大きくなっていることが系統的に見いだされた。その中央値の値は、1.2年後で0.8 cm、1.7年後で1.0 cm、2.2年後で1.2cm、2.8年後で1.3cm、3.7年後で1.7cmの様になり、この傾きを計算すると1年間あたり約0.3 cm深い方向に浸透していることがわかった。チェルノブイリ事故後の土壌中の浸透に関する報告値は0.5-1 cm (年間)であり、若干小さめな値となった。放射化学本研究は、福島第一原子力発電所事故に伴い環境中に放出された放射性核種(特に放射性セシウム)について、教育施設を中心に継続的な放射能調査を行いながら、その結果を教育プログラムに反映していくことがその活動とねらいである。平成24年度は、ガンマ線検出システムを構築するための検出器を導入し、定常的に環境試料の放射能測定が行えるような環境整備をするとともに放射性核種定量のための準備を行った。並行して、東北大学川内北キャンパスはもとより、石巻好文館高校、仙台育英学園秀光中学校の協力を得て、定期的な土壌サンプリングを行いながら、その放射線測定を行った。教育活動では、両校における参加型理科プログラムをとおして、放射線の基礎講義や霧箱を用いた実験なども行いながら、測定した結果をフィードバックしてきており、ほぼ予定どおりの進行となった。平成25年度からはこれに加えて仙台育英学園宮城野校舎においても同様の測定と教育プログラムを実施した。学校施設内におけるラドン濃度調査も行い、プログラム中で用いる霧箱の放射線源としての使用可能性を検討し、それを教育プログラム実践に活かした。これに加え、平成25年度からはNaI(Tl)検出器を現場に持ちこみ、教育施設敷地内におけるガンマ線スペクトルのその場測定を行った。その結果を教育プログラム中に組み込むことによってフィードバックしたが、天然由来の放射線成分と人工の放射性セシウムからの寄与を区別することができ、有意義であった。さらに放射性セシウムの土壌中における動きを調べるために本学川内北キャンパスグラウンドの非侵襲場所における詳細な調査、ふるいを用いた土壌粒子分画、土壌粒子のX線粉末解析による鉱物特定もあわせて行うことができ、放射性セシウムの分布や吸着に関してより詳細な情報を得ることができた。本学をはじめとしていくつかの教育施設において、継続的に土壌や草などの環境試料を定期的にサンプリングし、その放射能測定を行うことができたことは予定どおりである。また土壌については30 cm深さまでのコア試料採取だけでなく、スクレーパーによる詳細な土壌採取も行っており、放射性セシウムや天然の放射性核種の詳細な深度分布が明らかとなってきた。土壌のふるい分けにより、細かな粒子への放射性セシウムのより強い吸着を調べることができたのは予定外であった。さらにNaI(Tl)検出器を野外に持ち出し、その場におけるガンマ線スペクトルを測定できたので、その場における空間線量率を支配している放射線について詳細な情報を得ることができた。放射性セシウムの土壌の深度分布を継続的に調査する。
20世紀を通した西部北太平洋域の台風活動の解明

20世紀前半の西部北太平洋域で発生した台風の位置情報について、これまで利用されていなかった紙媒体の気象資料を、アジア各国の気象局や図書館から収集、電子化し、データセットを作成した。この結果、20世紀を通した西部北太平洋域の台風数の変動を調べ、全体では長期トレンドは見られなかったものの、地域的には、赤道に近い台風はより北に発生する傾向が、フィリピン、台湾、沖縄周辺の台風数が減少する台風経路の変化傾向が明らかとなった。1.台風資料の収集研究協力者の片岡久美さんの協力を得て、1901-1950年の日本の中央気象台の台風経路図を入手した。香港気象局を訪問して、香港気象局所蔵の1884-2009の台風経路図を入手した。2.台風資料の電子化台風の位置情報に関して、香港気象局の台風経路1884-1953、台湾気象局の台風経路1892-1939、日本の中央気象台の台風経路1901-1939の電子化を行った。3.台風経路データセットの作製フィリピン気象月報記載の20世紀前半の台風経路図と既存の20世紀後半の台風経路園と合わせて、20世紀を通した西部北太平洋域の台風経路データセットを作製し、品質検査を行った。4.研究成果の発信と研究協力者との議論研究協力者の所属する台湾気象局、香港城市大学、ハワイ大学に訪問し、招待講演やセミナーを通して、本課題の研究成果の発表を行い、広く情報の発信を行った。研究協力者と議論を行い、本課題で収集、電子化した台風資料を用いた研究の打ち合わせを行った。作製した台風経路データセットの概要はデータ解析・統合システム(DLAS)を通じて、ホームページに公開した。5.本課題で収集、電子化したデータを用いた解析フィリピンに上陸した過去100年間の台風データセットを作成し、長期変動を調べ、論文を出版した。フィリピンに上陸した台風はエルニーニョなどによる年々変動が顕著に見られる時期(1940年代1970年代)と不明瞭な時期に分かれている。20世紀を通した台風の発生数は、西部北太平洋全域では長期トレンドは見られないものの、北緯10度以南の低緯度で発生する台風数は1920年代をピークに減少傾向が見られ、1990年代後半は、発生数が半分以下にまで減少している。つまり、20世紀後半にかけて、台風の発生位置は北上している傾向が見られた。1.台風資料の収集気象庁図書館から中央気象台作成の台風経路図1940-1950年を収集。研究協力者のBin Wangの協力を得て、上海台風研究所から1884-1957年の上海気象局作成の台風経路図を収集した。2.台風資料の電子化台風の位置情報に関して、中央気象台の1940-1950年の台風経路、上海気象局の1884-1957年の台風経路の電子化を行った。これで現存する主な4つの気象局の西部北太平洋域の19世紀末から20世紀前半の台風経路をすべて収集し、電子化した。3.台風経路データセットの作製4つの台風経路情報を一つの図に表記できるソフトを開発して、同一の台風経路を統合できる体制を整えて、着手した。西部北太平洋域の対象領域を定めて、同じように収集、電子化した地上気圧データを用いて、台風数の品質検査を行った。既存の20世紀後半の台風経路図と合わせることで、20世紀を通した西部北太平洋域の台風経路データセットを作製した。4.研究成果の発信と研究協力者との議論研究協力者の所属する台湾気象局、上海気象局に訪問し、招待講演やセミナーを通して、本課題の研究成果の発表を行い、広く情報の発信を行った。ハワイ大学に3カ月滞在し、研究協力者と共同研究を行い、本課題で収集、電子化した台風資料を用いた研究を進めた。5.本課題で収集、電子化したデータを用いた解析20世紀を通した台風の発生数は、西部北太平洋全域では長期トレンドは見られないものの、地域的には台風経路にトレンドが見られ、赤道に近い台風はより北に発生する傾向が、フィリピン海の台風は南シナ海にシフトする傾向が見られた。また、降水量を台風による降水量とモンスーンによる降水量に分けた解析をフィリピンから沖縄の地域を対象に行った。20世紀前半はフィリピンで降水量が多くなるが、台湾、沖縄では2000年代が最も多くなっていることが明らかにした。1.台風資料の収集と電子化これまで本課題で収集してきた台風資料に記載されていない台風経路が記されている1899年-1956年の「北半球天気図」を気象庁図書館から収集し、台風経路データを電子化した。2.台風経路データの公開アメリカ海洋大気庁の世界中の台風経路データ網(IBTrACS)に本課題で電子化し、作成したフィリピン気象月報の1902-1940年の台風経路データセットを提供し、広く公開した。

3.研究成果の発信と研究協力者との議論研究協力者の所属する台湾気象局を訪問し招待講演を行い、また、台湾大学にてセミナーを行い、本課題の研究成果の発表し、広く情報の発信を行った。ハワイ大学に3カ月滞在し、研究協力者と共同研究を行い、本課題で収集、電子化した台風資料を用いた研究を進めた。本課題で収集してきたフィリピン、台湾、香港、上海、日本の台風経路データに関する歴史についてまとめた本を出版し、情報を発信した。4.本課題で収集、電子化したデータを用いた解析20世紀を通した台風の発生数は、西部北太平洋域では、長期トレンドは見られないものの、地域的には、フィリピン、台湾、沖縄から本州南岸の沿岸域で、1920年代を最高に20世紀末にかけて減少し、逆にグアムやマリアナ近海の東側の海域で増加する傾向があることを明らかにした。夏季西部太平洋域のモンスーンの代表的な指標(PJパターン)を定義し、独自に収集した気象データを用いて、19世紀末まで遡った夏季モンスーンの変動を再現し、本課題で復元した台風数と夏季モンスーンの指標とを比較し、1970年代以降と1900年代から1940年代にかけて有意に連動していることを明らかにした。
ｆ電子ー核超微細結合多重項の新奇物性

化合物PrRu4P12において、Prイオンのf電子と核スピンが超微細相互作用により結合し、多重項状態(超微細結合多重項)を形成していることを我々は初めて観測することに成功した。この多重項が、秩序化することなく、結晶固体中で格子を形成している状態は稀有であり、他に類を見ない。本系の極低温物性をさらに調べ、この多重項が超低密度の伝導キャリアと相互作用することにより、従来のものとは異なる新しいタイプの強相関電子状態を形成していることを示唆する異常を観測した。また、Pr以外の希土類イオンを含む化合物を探索し、類似物性を示す幾つかの候補物質を見つけた。充填スクッテルダイトPrRu4P12で見出した、極低温領域における「4f電子と原子核スピンが超微細結合することにより形成された複合多重項状態」について、エントロピーを解析することにより、熱力学的な妥当性を確認した。ゼロ磁場下の測定温度領域内で吐き出されるエントロピーがRln3を超えていることを示し、核スピン自由度が関与していることを確認した。さらに、この複合多重項に伝導電子が混成し発現が期待される、「4f電子+伝導電子+核」の3者による新しいタイプの強相関電子状態の形成を実験的に検証するため、単結晶試料を用いた極低温における電子輸送測定を進めた。電気抵抗やホール抵抗に、磁場方向に強く依存する特徴的な磁場依存および温度依存を観測した。この結果は、低磁場低温領域に、上述の「3者による新奇強相関電子状態」が形成されていることの証拠を与えている可能性がある。核断熱消磁等の方法により、さらに極低温での基礎物性測定を進めるために、フラックス法による単結晶試料育成をすすめた。核スピンが関与する新奇f電子状態の物性探索を、かご状物質系を中心に進めた。ピーナッツカゴ状構造を持つTm6Cr4Al43において、f電子の結晶場準位構造が、擬2重項基底状態を持つことがわかった。ピーナッツカゴ状構造の中で2つのTmイオンが近接しているため、この2つがペアを組み、2量体を形成する可能性がある。今後、基礎物性測定を進め、これを確認していく。核スピンとf電子の結合が期待されるPrFe4P12の極低温領域を電子輸送係数の測定により調べた。その結果、磁場を[111]方向に印加した極低温領域において、これまでに知られていた秩序変数が不明な秩序相(B相)の高磁場側17T以上に、新たなC相が存在することを見出した。今後、系統的な測定を進め、それらの秩序相における核スピンの関与を調べていく。充填スクッテルダイトPrRu4P12において、Prイオンの持つ4f電子と原子核スピンが超微細結合することにより複合多重項状態を形成し、それが結晶中で周期的に配列し格子を成していることを、極低温領域の比熱や磁化の測定により見出した。この新規な状態の観測は、固体物質中において初めてである。本研究では、純良単結晶試料を用いた各種物性測定により、この複合多重項が金属中でどのように振る舞うのか解明することを目指した。極低温において電子輸送効果を測定したところ、磁場方向に強く依存する特徴的な磁場依存および温度依存を観測した。この異常は、結晶中に低濃度で存在する伝導電子とこの複合多重項とが混成することにより発現した、「4f電子+伝導電子+核」の3者が関与した新しいタイプの強相関電子状態の形成を示唆している。さらに、PrイオンやTmイオンの核スピンが関与する新奇f電子状態の物性探索を、かご状物質系を中心に進め、TmT2Al20など、幾つかの候補物質を見出した。PrAu3Al7では、非クラマース2重項基底状態が核スピンと複合多重項状態を形成している可能性がある。ピーナッツカゴ状構造を持つTm6Cr4Al43では、f電子の結晶場準位構造が、擬2重項基底状態を持つことがわかった。ピーナッツカゴ状構造の中で2つのTmイオンが近接しているため、この2つがペアを組み、2量体を形成している可能性がある。今後、TmイオンをLaイオンで部分置換することにより磁気転移温度を下げて、2量体と核スピンの結合状態を調べることが可能であると考えられる。本研究がきっかけとなって、国内外で、PrやTmを含む化合物において様々な測定手法を用いた複合多重項状態の実験研究や理論研究が開始されており、今後の新たな研究領域への発展が期待される。充填スクッテルダイトPrRu4P12の極低温において、4f電子と原子核スピンが超微細結合することにより形成される複合多重項状態の比熱および磁化測定による実験的観測を再確認および整理し、この成果をまとめて論文発表した(研究発表を参照。

本論文はJ.Phys.Soc.Jpn.の注目論文に選ばれた)。この観測は、結晶固体中において初めてである。本研究では、PrRu4P12で期待される「4f電子+伝導電子+核」の3者による新しいタイプの強相関電子状態の形成を、今後実験的に検証していくことになる。今後本研究では、電子輸送特性や極低温における各種物性測定を行うために十分な大きさのPrRu4P12純良単結晶が必要となる。フラックス法による単結晶育成条件の探索を進め、最終的に1mm以上の単結晶を複数個得ることができた。また、極低温電子輸送特性を高精度で測定できるようにするために、希釈冷凍機を用いた測定装置の改良を進めた。PrRu4P12の複合多重項状態の相補的な情報を得るためは、ミュオンスピン緩和測定、超音波弾性定数測定、極低温磁化測定が有効である。これらの実験について、打ち合わせおよび準備を開始した。また、超微細結合多重項形成の観測が期待できる他の充填スクッテルダイトやRT2X20などのかご状物質系を中心に物性探索を進めた。その結果、後者の化合物系においてTmを含む候補物質を見出した。この系については、引き続き次年度に極低温物性測定を行い、この可能性を検証していく予定である。当該年度は、(1)PrRu4P12の低温領域におけるエントロピー変化量から核スピン自由度が関与していることを確認したこと(複合多重項形成の証拠)、(2)磁場方向に強く依存する特徴的な磁場依存および温度依存を電気抵抗やホール抵抗に見出したこと(新奇強相関電子状態の形成の証拠)、(3)核スピンが関与する新奇f電子状態の物性探索により、候補物質Tm6Cr4Al43が得られたこと、(4) PrFe4P12の極低温強磁場領域に新たな秩序相を発見したこと、などの成果が出ており、本研究はおおむね順調に進展していると判断できる。問題点としては、前年度に比べてヘリウムガスがさらに世界的供給不足の状況となり、液体ヘリウムの入荷制限により、極低温における基礎物性測定が当初の予定よりも遅れ気味であることである。そこで、液体ヘリウムなしで極低温基礎物性測定ができるように、現存の冷凍器の改造を進めた。断熱消磁を利用することにより、本研究で必要とする極低温領域に到達可能である。次年度は、この冷凍器を利用した実験を進めることにより、この問題に対応する。本研究について第一報となる、4f電子-原子核スピンの複合多重項状態の熱力学的物理量測定による実験的観測を論文発表することができた(研究発表を参照)。電子輸送特性や極低温各種物性測定を行うために必要となる純良単結晶育成条件の探索は順調に進み、1mm程度の単結晶を複数得ることができた。極低温電子輸送特性測定を高精度で行うための装置整備も、順調に進んでいる。極低温における電子輸送測定は、震災に伴う電力使用の抑制や液体ヘリウムの入荷制限により、当初の予定よりも遅れ気味ではあるが、その代わりに、かご状物質系を中心とした物性探索に重点を置き、複合多重項状態の形成が期待される候補物質(Tm金属間化合物)を見出すことができた。以上より、本研究はおおむね順調に進展していると判断できる。複合多重項状態の相補的な情報を得るための各種実験(ミュオンスピン緩和測定、ESR測定、極低温磁化測定など)を進める。そのために必要となるPrRu4P12の純良単結晶育成を平成24年度に引き続き行う。