hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
グラフェンを用いた集積化量子ドット素子の開発と電子輸送ダイナミクスに関する研究

本研究では,従来型のグラフェン量子ドット素子構造とは異なる,新しい構造のグラフェン量子ドット素子の提案とナノ微細加工プロセス技術の開発を行った。グラフェンを用いたナノ構造素子は,電子線リソグラフィ技術とプラズマエッチングエッチング技術を組み合わせることによって作製することができるが,その特性は,材料の質,基板,そして試料端の化学的性質に大きく依存する。我々は,試料端の影響を少なくし,グラフェン特有の電子構造を測定するための新しいナノデバイス構造を提案し,実際に試料を作製した。実験結果および理論的解析から,金属電極/グラフェン界面において形成されるポテンシャルと試料に対して一様垂直に印加される磁場によってグラフェン中の電子(ディラック電子)が閉軌道を形成し,量子閉じ込め状態が発現することを見出した。本研究では,2次元ナノカーボン電子系である単一原子層グラファイト(グラフェン)を量子ナノデバイス構築材料として利用するデバイスプロセス技術を開発し,グラフェン特有のバンド構造に起因した特異な単一電子輸送現象とそのダイナミクスを探求する。そして,シート状に拡がったグラフェンの構造を利用して単電子エレクトロニクス,さらには量子情報処理システムのための量子ドットデバイスの集積化と単一電子の電荷・スピン量子状態のコヒーレントな制御を実現することを目的とする。シリコン集積回路の微細化の限界が具体的に見え始めた今,それと相補的な新しいエレクトロニクス創成のために,量子ナノデバイス材料として新規カーボン材料であるグラフェンの有用性を示し,デバイス作製の基礎技術の開発と動作実証をすることによって,"グラフェン量子エレクトロニクス"への分野の基礎を開拓することを目指す。研究初年度にあたる今年度では,従来型のグラフェン量子ドット素子構造とは異なる,新しい構造のグラフェン量子ドット素子の提案とナノ微細加工プロセス技術の開発を行った。これは,従来型の素子構造で問題となるグラフェンの端構造および微小接続部分における構造的な揺らぎとそれに起因する散乱等による電子輸送への影響を避けるためのものである。そして実際に素子を作製し,極低温での単一電子輸送現象から,磁場中において少数キャリア状態での単一電子制御に成功した。前年度において,従来型のグラフェン量子ドット素子構造とは異なる,新しい構造のグラフェン量子ドット素子の提案とナノ微細加工プロセス技術の開発を行った。今年度は,この新しい量子ドット素子の極低温・強磁場環境下での精密量子輸送測定を行った。その実験結果および理論的解析から,金属電極/グラフェン界面において形成されるポテンシャルと試料に対して一様垂直に印加される磁場によってグラフェン中の電子(ディラック電子)が閉軌道を形成し,量子閉じ込め状態が発現することを見出した。本研究では, 2次元ナノカーボン電子系である単一原子層グラファイト(グラフェン)を量子ナノデバイス構築材料として利用するデバイスプロセス技術を開発し,グラフェン特有のバンド構造に起因した特異な単一電子輸送現象とそのダイナミクスを探求する。シリコン集積回路の微細化の限界が具体的に見え始めた今,それと相補的な新しいエレクトロニクス創成のために,量子ナノデバイス材料として新規カーボン材料であるグラフェンの有用性を示し,デバイス作製の基礎技術の開発と動作実証をすることによって, “グラフェン量子エレクトロニクス"への分野の基礎を開拓することを目指す。前年度において,我々が開発した新構造量子ドット素子の極低温・強磁場環境下での精密量子輸送測定結果および理論的解析から,金属電極/グラフェン界面において形成されるポテンシャルと試料に対して一様垂直に印加される磁場によってグラフェン中の電子(ディラック電子)が閉軌道を形成し,量子閉じ込め状態が発現することを見出した。今年度は素子の性能向上を目指してプロセスの改良を行った。

グラフェンは基板との相互作用と幾何学的な構造の揺らぎによって電子輸送が律速されると考えられ,グラフェンを金属電極で押さえて基板から浮かした架橋構造では,基板からの散乱が完全に抑制され,グラフェンのキャリア移動度等の品質が理論的な限界値近くまで劇的に上昇することがわかっている。実際,架橋構造型の量子ドット素子を設計し,酸処理等による基板(SiO2)エッチングのプロセスを導入して,架橋したグラフェンナノ構造を作製することに成功した。グラフェンに対して現在のトップダウン微細加工プロセスを用いている以上,構造的な揺らぎ,特にエッジ状態の揺らぎは制御できず,これが単電子輸送に対して大きな影響を与える可能性があると考えられている。そこでそれらの影響を避けるために新しい素子構造を提案し,実際に動作実証を試みたところ,金属電極/グラフェン界面において形成されるポテンシャルと試料に対して一様垂直に印加される磁場によって電子を閉じ込める新しい量子閉じ込め効果を発見した。さらにこれは質量0のディラック粒子において実現されると理論的に示唆されている。これは「場」によるグラフェン中のディラック粒子制御という新しいデバイス原理を構築できる可能性を示しており,当初の計画にはなかった新しい展開であり,計画以上の成果である。24年度が最終年度であるため、記入しない。磁場誘起量子閉じ込め現象および単一電子輸送の詳細な解析,また今回の現象の理論的解析より考えられるデバイス構造の最適化を行う。特に基板からの影響を無くすための宙吊り構造等,素子構造の改造やプロセスの改良を行なうことによって,量子ドット素子の機能性向上を目指す。
食物咀嚼および食塊嚥下後の口腔内環境に及ぼす唾液の影響

1.咀嚼中に分泌される唾液量と、その内味覚による影響はどの程度かについて40人(男女各20人)の小児(5歳児)を対象に検討を行った。6種類の食物(クッキー、ポテト、御飯、タクアン、ソ-セージ、りんご)の一口量を求め、各々そのままのもの(a)と、それをつぶしたもの(b)とを用意した。それらを(a)は普通に咀嚼し、(b)は咀嚼せず舌と口蓋で味わい、一定時間後に重量既知のコップに吐き出させ、重量を計り、始めの食物の重量を差し引いて唾液分泌量を求めた。その結果最も分泌量が多かったものはクッキー(5.1±3.3ml/min)で少なかったものは御飯(2.5±1.7ml/min)であった。それらの分泌量の内、味覚による分泌量の占める割合はクッキーが最も高く(94.3±14.1%),ライスが最も低かった(73.5±12.5%)。2.食塊嚥下後口腔内に残存する食渣の量について検討した。各食物一口量を決め一定時間咀嚼させた後嚥下させ、嚥下直後、10秒後、1分後、3分後に20mlの蒸留水で洗口させ、回収したものを凍結乾燥し重量を測定した。一口量の乾燥重量と比較し、どの程度の食渣が口腔に残留するかについて調べた結果、クラッカー15.2%,ふ菓子8.1%,カステラ4.2%,白米2.9%,魚肉ソ-セージ1.8%であった。3.臼歯部頬側面の唾液クリアランスについて検討を行った。1mol/LのKClを含む寒天をプラスチックホルダーの3個の円柱型の凹みに固まらせ、そのホルダーを中央の凹みが上顎第1大臼歯頬側面にくるようにレジンプレートで口腔内に固定した。一定時間後ホルダーから3個の寒天を取り出し、300ml,100ppmのNaCl溶液内にそれぞれ入れてKClを全て溶出させた。その溶液中のKClの濃度から、その部位の唾液クリアランス率を推定した。その結果、耳下腺唾液は安静時においては第1大臼歯の遠心方向より近心方向に流れる量が多いことが明らかとなった。各食物の食べ始めから嚥下時までの食塊水分量及びピ-ナツの食べ始めから嚥下時までの粉砕率の変化について検討を行なった。健全歯列(上下後第二大臼歯まで有するもの)をもつ成人8人(男女各4人)を被験者とした。咀嚼試料は、含有水分量を考慮(日本食品成分表)し、クッキー、カステラ、ホットケーキ、ライス、粒コーン、リンゴの6種を選択した。粉砕率測定にはピ-ナツを用いた。予備実験として咀嚼試料の含有水分量の確認(真空凍結乾燥)、個々の被験者における各試料の一口量とその咀嚼時間(一口咀嚼時間)の測定を行なった。

本実験は予備実験で測定した各被験者の一口量を一口量咀嚼時間だけ咀嚼させ、計量済みのトレーに吐き出させた。すぐに重量を測定し、凍結乾燥を行ない、嚥下時食塊水分量を計算した。各被験者の咀嚼時間の1/3、2/3、4/3の時間で同様の実験を行なった。粉砕率はピ-ナツ2gの10回、20回、40回咀嚼を行ない、吐き出したものを各々10mesh,20mesh,42meshの篩いに通過させ、篩い上に残った重量を計測した(Manleyより)。その結果、1)一口量咀嚼時間及びその嚥下時食塊の水分量は、同一被験者、同一食物ではほとんど変化がみられず一定した値を示した。2)嚥下時の食塊水分量は食物により異なり、食物の水分量と相関がみられた。3)嚥下に至るまでの食塊水分量の変化は咀嚼開始時から時間の経過と共にほぼ一定の上昇を示した。4)ピ-ナツの粉砕率でも同一被験者の各篩いにおける通過率は一定した値を示した。5)各篩いの通過率から粉砕率をみると、10回から20回咀嚼までの粉砕率の変化の方が、20回から40回咀嚼までの変化より大きかった。以上のことから結論としてヒトが行う咀嚼は規則性がみられ、各人が感受する食塊の水分量と粉砕率がその規則性に関係していることが示唆された。1.食魂嚥下後口腔内に食渣の量について検討した。各食物一口量を決め一定時間咀嚼させた後嚥下させ、嚥下直後、10秒後、1分後、3分後に20mlの蒸留水で洗口させ、回収したものを凍結乾燥し重量を測定した。一口量の乾燥重量と比較し、どの程度の食渣が口腔に残留するかについて調べた結果、クラッカー15.2%,ふ菓子8.1%,カステラ4.2%,白米2.9%,魚肉ソ-セージ1.8%であった。食物嚥下時の歯面付着性の違いが影響しているものと思われた。2.唾液クリアランスと口腔内各部位の環境の関連性を調べるため。乳酸飲料摂取後の歯牙表面のpHの変化を部位別にモニターした。上顎前歯唇面、上顎臼歯頬面、下顎前歯舌面にイオン感応型電解効果トランジスター電極を固定装置を介して装着した。pHが安定してから、乳酸飲料水20mlを摂取し、pHの変化をモニターした。その結果pHが最低を示してから、もとのpHに回復するまでに要する時間は下顎前歯舌面が最も速く、次いで上顎臼歯頬面、上顎前歯唇面の順であった。このことは唾液クリアランスの部位特異性が口腔内各部位の環境維持に大きく関わっている事を示唆するものと考えられた。3.臼歯部頬側面の唾液クリアランスについて検討を行った。1mol/LのKClを含む寒天をプラスチックホルダーの3個の円柱型の凹みに固まらせ、そのホルダーを中央の凹みが上顎第1大臼歯頬側面にくるようにレジンプレートで口腔内に固定した。一定時間後ホルダーから3個の寒天を取り出し、300ml,100ppmのNaCl溶液内にそれぞれ入れてKClを全て溶出させた。その溶液中のKClの濃度から、その部位の唾液クリアランス率を推定した。その結果、耳下腺唾液は安静時においては第1大臼歯の遠心方向より近心方向に流れる量が多いことが明らかとなった。
アメリカの進歩主義諸学校における家庭科カリキュラムの開発と実践に関する研究

本研究では、わが国の家庭科教育の根本問題となっている「普通教育としての家庭科のあり方」を考えるために、わが国の家庭科の成立に多大な影響を与え、また世界的にみて最も早い時期に普通教育としての家庭科が成立したアメリカの家庭科の成立を取り上げた。その中でも特に、多様な単元学習が開発・実践され、またそれが公立学校プログラムへの家庭科の広範な普及の準備となった、1920年代の進歩主義諸学校のうち、「両対戦間に最も輝かしい業績をあげ」「内外の教育革新に最も影響力の大きかった」と評価され、初等学校のカリキュラムに家庭科的教科(Household Arts)が位置づけられていたコロンビア大学の実験学校リンカーンス・ク-ルに焦点を当て、そこでの家庭科的教科の位置づけおよび単元学習の開発・実践を検討した。リンカーン・スクールでは、1920年代に実験的研究に基づいたカリキュラム(作業単元)開発が、各教科教材の開発とその社会的価値の調査研究を主流としてなされたが、1923年に初等学校の「Household Arts教材の社会的有用性の調査研究」が実施され、報告書が出版されていた。また、同校で「作業単元」成立の直接的な基礎となった1918-24年の「フィールド・ワーク」の実践では、Household Artsを目的としたものが30回報告されていた。Household Artsの位置づけ・実践を、同校の「作業単元」の総括と一般化の基礎となった1925-26年度のカリキュラムの「単元の標題を指標とした教科区分」からみると、2年2組のカリキュラムに社会科・工作と共にHousehold Artsが位置づき、大単元「食料供給」の小単元「小麦学習」の中で、Household Artsの教師の援助による「小麦展示会」「パン作り」「クッキー作り」「マカロニ作り」の学習が展開されていた。また、4年2組のカリキュラムに「必要に応じて教える教科」としてHousehold Artsが位置づけられていた。
Lamb波のモードを電子的に走査することによる板材の検査法の高度化

多数の微小な振動素子を並べたアレイ型トランスデューサを用い、所望のモードのLamb波を発生および検出する方式を提案した。すなわち、各素子を駆動する時間間隔をラム波の位相速度の逆数に合わせることで、特定のモートのLamb波を選択的に発生できる。また、各素子で受信した信号を検出しようとするLamb波の位相速度に合わせて時間的に遅延させ、それらを合成することで、Lamb波を選択的に検出することができる。この方法を実現するために、装置を開発した。この装置を用いた実験により、任意のモードのLamb波が発生検出できることが分かった。いろいろなモードのLamb波を用いて、一つの欠陥から得たエコー信号を、視覚的に分かり易くするために、新しい表示法を提案した。すなわち、x軸に位相速度の逆数(各素子の駆動時間差に関係)を、y軸に群速度の逆数(伝搬時間に関係)を対応させ、そのxy平面上にエコーの強さを色で表した。これらを用いて、いろいろなモードのLamb波を用いて高性能な検査伝を確立する目的で、模擬欠陥を設けた試験片に対して実験を行った。欠陥の種類によってエコーの状況が異なる兆候を見いだした。今後、装置を改良し、多くの欠陥に対する実験を重ね、欠陥の特性がより詳細に分かる検査法の確立をめざす。板材中の欠陥の種類と、Lamb波によって得られる情報との関係を明らかにし、新しい高性能な検査法を確立する目的で、2年計画の中の第1年度は下記を実施した。(1)リニアアレイ型トランスデューサの要求仕様を検討し、その結果に基づき設計し、製作を完了した。(2)超音波送受信装置および制御装置の設計を行い、装置の枠組みと回路基板の製作を完了した。(3)トランスデューサを板材に安定して接触させるための機構として、多関節型のロボットを導入した。トランスデューサの検討の結果、その仕様を当初計画より大きく変更したため、予算不足を来たし、システムの完成には至っていないが、第2年度に、上記を統合して完成させる計画である。多数の微小振動子を並べたアレイ型トランスデューサを用いて、各素子の駆動時刻を制御することで、任意のモードのLamb波を発生することができ、逆に、各素子での受信波を時間遅延・合成することで、特定のモードのLamb波を選択的に検出することが可能である。これを実証すると共に、いろいろなモードのLamb波を用いて高性能な検査法を確立する目的で下記を実施した。(1)板厚15mmの範囲でのLamb波を発生・検出を目指して、中心周波数1MHz、半値幅0.7MHz、83素子のアレイ型トランスデューサを設計し、製作した。(2)トランスデューサを板材に安定して接触させるための機構として、多関節型のロボットを導入した。(3)模擬欠陥を設けた28種類の試験用板材を製作した。(4)電子走査のための装置の設計を行い、送受信部の製作を進め、装置の枠組み、回路基板の設計・製作を実現した。(5)模擬欠陥として直径6mmの穴を空けた板厚2.3mmの試験鋼板に対して、パルス駆動によって、送受信とも同じモードで実験を行った。その結果、モードを制御できていることを確認した。(6)実験と比較するため、コンピュータ・シミュレーションを行った。初年度にトランスデューサを検討した結果、その仕様を当初計画より大きく変更し、その製作費が見込みよりかなり増加したため、本研究では電子走査部を簡略化して実験を行った。今後、電子走査部をパルス駆動ではなく、当初の計画通り、正弦バースト波で動作するようにし、実データの収集、分析、新検査法の確立へ向けて行く計画である。
アマゾン上流域三国における先住民社会の変容－開発・環境・移動－

本研究は、アマゾンの上流域(ペルー、ボリビア、エクアドル)に様々な開発が導入されるなかで、そこに住まう先住民の人びとの生活がどのように変容しているのかを、特には生業(農耕・漁労・狩猟採集)、食、そして、それをめぐる社会関係に着目しながら明らかにするものである。さらに、アマゾンの「開発と先住民社会」の現状について、地域的な差違と類似点を考察することを目的としている。
一軸応力下における走査トンネル分光

走査トンネル顕微鏡(STM)は、物質の表面を原子分解能を持って測定できるが、超伝導や電荷密度波の分域構造のような秩序状態を制御することができる静水圧下での測定は不可能である。本研究では、圧電素子を用いて一軸性の応力下での遷移金属ダイカルコゲナイド(TMDC)のような2次元物質のSTMによる観察が可能な装置の試作および観察を試みた。試作した装置を用いて、室温から液体ヘリウム温度の間で、応力印加の下で、原子分解能を有する観察を行うことができたが、変位が小さいため、TMDCの分域構造を変化させるまでには至らなかった。しかしながらこの研究でTMDCの分域構造に関する多くの知見を得ることができた。物質中または物質表面において、競合する相互作用により超伝導や磁性のような基底状態が近接して存在する系が数多く存在する。このような系では、圧力のような外的な効果によりその基底状態を制御させることができる。基底状態の電子状態については、走査トンネル顕微鏡のよる観察が直接的な情報を与えてくれる。本研究では、走査トンネル顕微鏡で観察中にその場で、圧電素子を用いて2次元的な試料の面内に一軸応力を印加する装置を作成し、基底状態が隣接していると考えられる試料の一軸応力印加による状態変化を微視的に直接観察することを目的としている。圧電素子による応力の印加は機械的機構がないため、低温実験においては扱いやすい半面、その力は小さい。このため、安定な秩序状態を変化させるよりは、様々な秩序状態の境界近くや準安定な秩序状態における測定が有効と考えられる。本年度はそのような特性を持つ試料の準備を行った。一つはBiS2系超伝導体である。これは近年水口らによって発見された新規層状超伝導体であり、銅酸化物高温超伝導体と同様に様々なブロック層を準備することができ、物性を変化させることができる。我々は以前にNdOをブロック層に有する物質においてチェッカーボード・ストライプ構造が存在することを走査トンネル顕微鏡測定により見出した。このような構造が他のBiS2系超伝導体においても存在するのか、またどのような条件の時に出現しやすいかを調べた。もう一つは遷移金属ダイカルコゲナイドの一つであるTaS2についてその準安定状態と考えられる状態を観察した。このような状態は応力印加による状態変化の観察に適していると考えられる。また、圧電素子による応力印加が可能なように、走査トンネル顕微鏡の試料ホルダー部分の改造も行った。本年度は圧力印加測定に適する試料の準備を行い、BiS2系超伝導体および遷移金属ダイカルコゲナイドにおいて、応力印加に適していると考えられる試料を準備することができた。現在、実際に試料を試料ホルダーにセットして応力下の測定のテストを行っている。問題点としては試料に応力を効率的に伝えることと、試料の電気的な絶縁をとらなければならないという相反する要請を満たす必要がある。そのため試料の接着条件等を検討中である。また、単純に圧電素子に試料を張り付けるのではない別の方法も現在検討中である。本研究は圧電素子を用いて試料に一軸応力を印加した状態で走査トンネル顕微鏡観察を行い、その状態変化の観察を行うことを目的としている。圧電素子による一軸応力印加は、走査トンネル顕微鏡のような表面の測定に適しているが、他の圧力を印加する方法によるものより圧力が小さいので、大きな状態変化を得ることは難しい。しかし、準安定であるような系に適用すれば、観察可能な変化を期待できる。2年目の平成28年度においては、実際に圧電素子に試料を接着し、室温および低温で応力印加の元で試料観察ができるようなセッティング方法を開発し、観察を行った。装置は変位及び力を稼ぐために、積層の圧電素子を用いた。この圧電素子に圧力伝達用の接着剤を、接着と絶縁の両方の目的のために用いて試料の接着を行った。まずテスト用の試料として、遷移金属ダイカルコゲナイド1T-TaS2のTaの一部をFeに置換したものを用いた。この物質は、表面が比較的安定で、大気中で表面を準備できる特徴がある。またこの物質では、Fe1%の置換で、不規則な形の特異な分域壁が存在するため、これを追跡すれば圧電素子の変位を確認できる。実際に低温4.2Kにおいて、圧電素子の上にセッティングした試料においてその様な分域壁を観察することに成功し、電圧の印加とともに分域壁の位置が変位することを観察し、圧電素子で応力が印加されていることを確認した。この結果は、日本物理学会で発表した。本年度は室温および低温で応力印加の元で試料観察ができるようなセッティング方法を開発し、観察を行うことができた。しかし、この応力印加により、試料の明確な物理的性質の変化を観察するに至っていない。このため、進捗状況としては“やや遅れている"とする。昨年度までに、積層型の圧電素子を用いて、室温および液体ヘリウム温度の低温で応力印加の元で試料観察ができるようなセッティング方法を開発した。本年度はこの装置を用いて、いくつかの試料について一軸応力のもとでの試料表面の観察を行った。

一つは、遷移金属ダイカルコゲナイド1T-TaS2のTaの一部をFeに置換したものを用いた。これまでの我々の研究により、Fe置換した1T-TaS2においては、境界で電荷密度波の位相が急激に変化する不規則な形の分域構造が発生することが分かっている。この分域構造の観察を応力のもとで行った。その結果、圧電素子の変位によるSTM像の変位は観察することができたが、分域構造自体に大きな変化を見るには至らなかった。これは準安定あると考えていた分域が、Feによるピン止めを受けており、比較的安定状態になっていたためと考えられる。また、Fe置換を行っていない1T-TaS2において室温近くで存在する分域構造の応力下での測定も行った。しかしながらこの分域構造に関しても大きな変化を得るには至らなかった。これらの結果は、使用した圧電素子による変位が大きく変化を起こすには不十分であるためと考えられる。以上の結果を踏まえて、現在、圧電素子、または別の機構を用いたより大きな変位を得られる装置を作成中である。以上の結果は日本物理学会で発表を行った。走査トンネル顕微鏡(STM)は、物質の表面を原子分解能を持って測定できるが、超伝導や電荷密度波の分域構造のような秩序状態を制御することができる静水圧下での測定は不可能である。本研究では、圧電素子を用いて一軸性の応力下での遷移金属ダイカルコゲナイド(TMDC)のような2次元物質のSTMによる観察が可能な装置の試作および観察を試みた。試作した装置を用いて、室温から液体ヘリウム温度の間で、応力印加の下で、原子分解能を有する観察を行うことができたが、変位が小さいため、TMDCの分域構造を変化させるまでには至らなかった。しかしながらこの研究でTMDCの分域構造に関する多くの知見を得ることができた。今後は、製作した装置および準備したBiS2系超伝導体および遷移金属ダイカルコゲナイド試料を用いて実際に応力下での測定を試みていく。また超伝導組成でパッチワーク構造が現れるPtをドープしたIrTe2についても試料準備を行い、測定する予定である。その後、実際の測定の結果を解析し、その結果をフィードバックし、印加する応力が不足するようであれば装置の改良の実行、またはさらに試料に改変を加えて、応力の効果を観察する。研究の概要で述べたように、これまでに応力印加の元で試料観察ができるようなセッティング方法を開発し、1T-TaS2で観察を行い、実際に応力が印加されていることを確認した。しかしながら、1T-TaS2の分域壁の変化を誘発するほどではなく、分域壁の変化は観察されていない。これは分域壁がFeによりピン止めされてるためと考えられる。そこで、一つにはより応力に敏感な系での測定を目指す。最近、走査トンネル顕微鏡観察の準備として測定していたBiS2系超伝導体の一軸応力下の電気抵抗測定において、低温で応力による電気抵抗の不連続なとびを見出した。このため、この系は有力な候補として考えられる。もう一つは、より応力を印加できる装置の改良である。現在は1つの圧電素子に試料を接着することにより応力印加を行っているが、複数の圧電素子による系を用いることにより大きな応力を実現したい。物性物理学購入した薬品の価格が予定したものより変動したため。少額の消耗品(試料ケース等)の使用個数等に変更があったため。
不斉重合による光学活性環状イミドポリマーの創製と光学分割

環状イミドモノマーであるN-置換マレイミド(RMI)およびN-置換イタコンイミド(RII)の不斉アニオン重合をキラルリガンド/有機金属錯体を開始剤に用いて行い、その不斉重合性と旋光性を明らかにし、またそれらのポリマーの光学分割能を明らかにした。RMIの精密不斉ラジカル重合を行い、リビングラジカル重合性、立体特異性ラジカル重合性を明らかにした。以下にその概要を示す。1.RMIの不斉ラジカル重合及び原子移動ラジカル重合(ATRP):N-1-フェニルエチルマレイミド、N-1-ナフチルマレイミド、N-フェニルマレイミドのATRPを行なった。キラルなリガンドを用いると光学活性マレイミドポリマーが得られた。またリビング重合性は認められなかった。キラルコバルト錯体を用いると旋光度の比較的高いN-1-ナフチルマレイミドポリマーを得ることができた。2.キラルRMIの不斉重合と得られたポリマーの光学分割能:N-置換体にアミノ酸誘導体(L-アラニン、L-ロイシン、L-バリン、(R)-または(S)-フェニルアラニン、(R)-または(S)-フェニルグリシン)を有するRMIを合成し、その不斉アニオン重合をキラルリガンド/有機金属を用いて行い、旋光度の非常に高いポリマーを得ることに成功した。円偏光二色性(CD)やNMRスペクトルから、主鎖に不斉が誘起されたことを示した。またこれらのポリマーを用いてHPLC用ラセミ体の光学分割用のキラル固定相(物理吸着型又はコート型)を調整し、一部のポリマーについては、非常に高い光学分割能を有していることを明らかにした。3.化学結合型キラル固定相の開発:不斉アニオン重合で得られたキラルRMIポリマーを用いてシリカゲルに化学結合した化学結合型HPLC用キラル固定相を開発した。このポリマーを用いたキラル固定相では、全ての溶離液を使用することができる。既に一部の医薬品中間体の完全分割に成功した。4.新規RMIの合成と不斉重合:N-置換基にアザクラウンエーテル類やアセチレン誘導体を有するRMIを新規に合成し、その不斉重合を行った。得られたポリマーの旋光性や構造について検討している。5.新規RIIの合成と不斉重合:N-置換基にアミノ酸誘導体を有する新規キラルRIIを合成し、その不斉重合と得られたポリマーの不斉認識能について調査している。環状イミドモノマーであるN-置換マレイミド(RMI)、N-置換イタコンイミド(RII)の不斉アニオン重合をキラルリガンド/有機金属錯体を開始剤に用いて行い、その不斉重合性、得られたポリマーの構造と旋光性の関係を明らかにした。RMIの精密不斉

ラジカル重合を行い、リビングラジカル重合性、立体特異性ラジカル重合性を明らかにした。以下にその概要を示す。1.RMIの不斉ラジカル重合及び原子移動ラジカル重合(ATRP):N-1-フェニルエチルマレイミド、N-1-ナフチルマレイミド、N-フェニルマレイミドのATRPを行なった。キラルなリガンドを用いると光学活性マレイミドポリマーが得られたが、旋光度は不斉アニオン重合から得られるポリマーより低かった。またリビング重合性は認められなかった。キラルコバルト錯体を用いると旋光度の比較的高いN-1-ナフチルマレイミドポリマーを得ることができた。2.RIIの不斉重合:(1)アキラルRIIの重合:N置換体に嵩高い置換基を有する種々のRIIを合成し、不斉重合を行った。ジフェニル基を有するRIIにおいて最高の旋光度を有するポリマーを得ることができた。(2)キラルN-1-フェニルエチルイタコンイミドの不斉重合を詳細に検討し、ポリマーの構造について議論した。3.キラルRMIの不斉重合:N-シクロヘキシルエチルマレイミド、N-1-ナフチルエチルマレイミドの不斉重合をキラルリガンド/有機金属を用いて行い、旋光度の非常に高いポリマーを得ることに成功した。円偏光二色性(CD)やNMRスペクトルから、主鎖に不斉が誘起されたことを示した。現在、アミノ酸誘導体をN置換体に有するRMIを合成しその不斉重合を精力的に行なっている。4.光学分割:キラルRMIポリマーを用いてHPLC用キラル固定相を開発している。一部の医薬品中間の完全分割に成功している。またシリカゲルに化学結合した固定相も合成している。5.RMIの不斉重合における理論的計算:不斉重合メカニズムについて計算機を用いて解明してる。環状イミドモノマーであるN-置換マレイミド(RMI)の不斉アニオン重合をキラルリガンド/有機金属錯体を開始剤に用いて行い、その不斉重合性、得られたポリマーの構造と旋光性の関係を明らかにし、またそれらのポリマーの光学分割能を明らかにした。RMIの精密不斉ラジカル重合を行い、リビングラジカル重合性、立体特異性ラジカル重合性を明らかにした。1.RMIの不斉ラジカル重合及び原子移動ラジカル重合(ATRP):昨年に引き続き、アキラル及びキラルRMIのATRPを行なった。キラルなリガンドを用いると光学活性マレイミドポリマーが得られたが、旋光度は不斉アニオン重合から得られるポリマーより総じて低かった。またいずれの系においてもリビング重合性は認められなかった。キラルコバルト錯体を用いると旋光度の比較的高いキラルRMIポリマーを得ることができた。2.キラルRMIの不斉重合と得られたポリマーの光学分割能:N-置換体にアミノ酸誘導体(L-ロイシン、L-バリン、L-フェニルアラニン、L-フェニルグリシン)を有するNを合成し、その不斉アニオン重合をキラルリガン、ド/有機金属を用いて行い、旋光度の非常に高いポリマーを得ることに成功した。
進化的形状モデリングに関する研究

生物は,その形態を環境に応じて様々に変化させることにより進化してきたものと考えられている。環境に適合するものは生き残り,そうでないものは死滅することによってその時々の環境によりよく適合するものがより多く生存している。このような進化の性質を形状設計問題に当てはめてみると,各形状を生物の個体,環境をその形状に要求される仕様である,とみなすことができる。本研究では,形状を生物として取り扱うために,形状の遺伝子表現を与えるとともに,その遺伝子からの形状発現様式を定め,遺伝アルゴリズムなどを用いて,進化による目的形状の自動創成法の確立を図った。得られた成果は以下のようにまとめることができる。1.任意形状が表現可能であるような形状表現法として,FFD(Rree-Form Deformation)による表現法を採用し,形状の遺伝子表現としてFFDの格子状制御点を用いる方法を提案した。2.この遺伝子表現に対して,再生・交配・突然変異などの進化のためのオペレーションを定義した。特に,交配オペレーションは,遺伝子同志の混ぜ合わせ操作であり,その混ぜ合わせによって(1)形状遺伝子表現の枠組みから外れないような操作であり,(2)親の部分的な性質を受け継ぐ,必要がある。そのような交配オペレーションとして,FEDの格子状制御点をN次元配列として表現し,二つの親の部分配列を交換するグリッド型Crossoverを考案した。3.以上のような表現形式およびオペレータを組み込んで,進化的形状モデリングシステムのプロトタイプを作成し,計算機実験を行なった。その結果,(1)本手法により進化的に形状を創成出来ること,(2)ランダムサーチとの比較により,本手法が高効率で目的形状に収束すること,(3)適合度関数における評価項目として,FEMなどの高度な評価手法も容易に組み込むことが可能であること,などを確認した。
糖類を不斉源としパラジウム触媒を用いる生理活性物質の高選択的合成プロセスの開発

1.エンオキシドの不斉環化反応とステロイドCD環・側鎖合成:Sharplessの不斉エポキシ化反応で光学活性な[Z,Z(22S,23R)]-エンオキシド【1!】を尊き、パラジウム触媒でSyn-Sn2 ́環化反応を行ない、光学活性な【4!】をビタミン【D_3】の前駆体として合成した。また、光学活性な[E,E(22R,23R)]-エンオキシド【7!】をD-マニトール【6!】から尊き同様なパラジウム触媒環化反応で光学活性な【4!】も合成した。2.炭酸アリルエステルのパラジウム触媒による不斉環化反応とプロスタグランジン(PGS)合成への応用:光学活性なPGS合成を目的として、Methyl(3R)-methoxycurbonyloxy-(4E)-decenyl mulonate(q)とその(Z)-異性体をパラジウム触媒で不斉環化反応を行なったところ、効率良いC-OからC-Cへの不斉移転率を得た。
培養系を用いた中胚葉組織(平滑筋、骨格筋)分化機構の解明

平滑筋と骨格筋の分化シグナルについて研究した。消化管の平滑筋の分化には骨形成蛋白質(BMP2)と、血小板由来成長因子(PDGF)が関わることがわかった。外縦走筋になる細胞がBMP2を産生して、内輪走筋の分化を誘導する。次に内輪走筋はPDGFを産生放出して逆に外縦走筋細胞への分化を誘導するという相互作用が生じることを初めて明らかにした。マウスES細胞から間葉系幹細胞を作成し、この細胞から骨格筋細胞を分化する方法を確立した。1.消化管平滑筋層の発生マウス胎児の腸管を用いて平滑筋層の発生研究を行なった。その結果、PDGFシグナル系が一過性に筋層分化予定域に発現することを明らかにした。胎生13日(E13)以降、発生しつつある内輪走筋層がPDGF-AおよびPDGF-Cを発現していた。また壁内神経細胞がPDGF-Bを発現していた。従って、外縦走筋層が分化する領域はPDGFが豊富に集積していた。また、外縦走筋が分化するE13からE14にかけて、一過性に将来外縦走筋細胞になる細胞がPDGF receptor(PDGFr)を発現していた。器官培養を行い、PDGFの阻害剤を添加したところ、外縦走筋細胞の分化が抑制された。従って外縦走筋の分化にPDGFが必要とされることを実験的に確認した。これらの結果を別紙のとおり国内、国際学会で発表し、英語論文も受理された。さらにBMPシグナルが平滑筋層の分化に関わることも明らかにし、学会発表および論文投稿の準備を行なっている。2.マウスES細胞を用いた骨格筋の形成研究マウスES細胞から骨格筋細胞を形成させ、すでに筋芽細胞として樹立されているC2C12細胞とその分化過程を比較した。その結果、ES細胞から骨格筋を分化誘導するとmRNAレベルで骨格筋に特異的な転写因子の発現が見られ、最終的に収縮運動を伴った高度に分化した骨格筋細胞が得られた。また細胞内にミオシン重鎖の規則的な重合が見られ、in vivoの骨格筋と相同のバンド構造を示した。一方C2C12はmRNAの発現は認められたが、最後まで収縮は生じず、ミオシン重鎖の重合によって形成されるバンドも見られなかった。以上の結果を学会報告および論文投稿する準備を行なっている。1.マウスES細胞を用いて「間葉系幹細胞」を形成する方法を確立した。「間葉系幹細胞」は骨髄にごく少数存在することが知られているが、近年脂肪組織中にもより多く分布することがわかり、ヒトを含む動物の脂肪組織から「間葉系幹細胞」を抽出する方法が数多く報告されている。しかし、様々な細胞種が混在する中から高純度で幹細胞のみを選別するのは難しい。そこで、われわれはES細胞を脂肪細胞へと分化誘導する過程で「間葉系幹細胞」が出現するであろう事を想定し、これを収集することを試みた。その結果、CD105(Endoglin; TGFβtype II receptor)を指標として、91.4%の高純度で「間葉系幹細胞」を収集できた。この幹細胞は骨格筋、骨、軟骨、脂肪への分化誘導が可能で脂肪組織由来の「間葉系幹細胞」に相当するものであることが確認できた。(投稿準備中;特許出願)2.マウス消化管筋層に分布するペースメーカー細胞(interstitial cells of Cajal:ICC)と外縦走筋の分化にPDGFシグナル系が深く関わることを証明した。マウス胎児の消化管を器官培養し、PDGFシグナルを阻害すると、外縦走筋の分化が抑制され、これに伴って未分化ではあるがICCに類似の細胞が増えることを示した。(論文発表)3.腸管のペースメーカー細胞(ICC)と外縦走筋はc-Kitを発現する共通の前駆細胞(間葉系細胞)から分化する。しかしICCを除くと、その分化にc-Kitシグナルを必要としない。そこで、この間葉系細胞の増殖に必要なシグナルを探索し、BMP2が深く関わることをみいだした。(論文発表)
人間型ハンドロボットによる握り反射に基づく物体把持の研究

宇宙や医療の分野で利用されるロボットには,複雑で多種多様な作業を行うことが要求され,ロボットハンドによる未知形状物体の把持・操作が重要となる.本研究では物体の把持・操作に不可欠な触覚センサの改良,未知形状物体の把持戦略を提案した.従来の触覚センサは,升目状に交互に検出領域と非検出領域があるため,高剛性の物体把持時に接触点を検出できない場合があった.センサの電極幅・ピッチを変更し,計測点数を従来の235点増加,1計測点当たりの有効感圧面積を3.5倍に増加した触覚センサを試作し,より正確な触覚情報を検出可能とした.生後約10ヶ月までの乳児が行う握り反射は,指や掌に物体が触れると物体形状を知らずとも指を屈曲させ物体を把持する.さらに,把持物体を引き離そうとすると強く握りしめる.様々な未知物体を把持するため,この握り反射を模擬した把持戦略(初期把持位置の補正,把握,保持の3動作)を提案した.物体把持の成功は初期把持位置に大きく依存するため,物体が指や掌の端点に接触した場合にはロボットアームを用いて接触点の法線方向には力制御,直交する面内は位置制御とするハイブリッド制御を行い物体との接触位置を把持しやすい掌中心へと移動させる.把握動作では,接触点数を最大化し物体を指で包み込み,ロバストな物体把握を実現する.物体と指が非接触の場合,屈曲・伸展関節は速度制御する.接触すれば,隣接する指先側リンクの接触力が目標値に一致するように各屈曲・伸展関節を独立に力制御し,内転・外転関節は物体との片当たり避けて駆動するように位置制御する.保持動作では,物体把握を維持するため外力に応じて屈曲・伸展関節を力制御する.本手法は,非常に単純であるが,物体の幾何学的情報を必要とせず3次元の未知物体の把持を可能とする.提案手法の有効性は,リアルタイムOSを用いた実験システムを構築して実機により確認した.宇宙や医療の分野で利用されるロボットには,複雑で多種多様な作業を行うことが要求され,ロボットハンドによる未知形状物体の把持・操作が重要となる.本研究では物体の把持・操作に不可欠な触覚センサの改良,未知形状物体の把持戦略を提案した.従来の触覚センサは,升目状に交互に検出領域と非検出領域があるため,高剛性の物体把持時に接触点を検出できない場合があった.センサの電極幅・ピッチを変更し,計測点数を従来の235点増加,1計測点当たりの有効感圧面積を3.5倍に増加した触覚センサを試作し,より正確な触覚情報を検出可能とした.生後約10ヶ月までの乳児が行う握り反射は,指や掌に物体が触れると物体形状を知らずとも指を屈曲させ物体を把持する.さらに,把持物体を引き離そうとすると強く握りしめる.様々な未知物体を把持するため,この握り反射を模擬した把持戦略(初期把持位置の補正,把握,保持の3動作)を提案した.物体把持の成功は初期把持位置に大きく依存するため,物体が指や掌の端点に接触した場合にはロボットアームを用いて接触点の法線方向には力制御,直交する面内は位置制御とするハイブリッド制御を行い物体との接触位置を把持しやすい掌中心へと移動させる.把握動作では,接触点数を最大化し物体を指で包み込み,ロバストな物体把握を実現する.物体と指が非接触の場合,屈曲・伸展関節は速度制御する.接触すれば,隣接する指先側リンクの接触力が目標値に一致するように各屈曲・伸展関節を独立に力制御し,内転・外転関節は物体との片当たり避けて駆動するように位置制御する.保持動作では,物体把握を維持するため外力に応じて屈曲・伸展関節を力制御する.本手法は,非常に単純であるが,物体の幾何学的情報を必要とせず3次元の未知物体の把持を可能とする.提案手法の有効性は,リアルタイムOSを用いた実験システムを構築して実機により確認した.ロボットが外部環境の変化に適応し,人間に代わり多種多様な作業を実行するためには,外部環境の情報を獲得する感覚が必要不可欠であり,特に,器用な物体操作を実現するためには,触覚が非常に重要となる.触覚情報を利用すれば,未知形状の対象物も把持することができる.本研究では,人間型ロボットハンドによる未知形状の物体把持を目的として,触覚情報を利用し,乳児が行う握り反射を模擬した把持戦略を提案し,実験的にその有効性を検証した.生後約10ヶ月までの乳児は掌に棒を当てると5本の指を屈曲させ,棒を強固に把握し,棒を引き離そうとすると,さらに強固に把握する.これを握り反射と呼ぶ.乳児はこの握り反射により,食べ物や母親の身体の一部等を目の見えない段階でもしっかりと把持する.生存のための必要な反射である.この握り反射は2つの状態からなる.1)手が物体に接触すると発生する握り動作.2)物体を引き離そうとすると発生する保持動作.各指が一様な接触力を物体に作用させる1)の握り動作は,接触点数を最大化し物体を拇指と他の指で包み込むことができ,未知形状物体を把持する可能性をより高くする.ロボットでこの反射を模擬するため,物体がロボットハンドに接触すると,前後屈伸運動する拇指と指の関節2から関節4の能動関節が,各関節に隣接する指先側リンクの接触力が目標値に一致するように独立に制御しすることとし,内外転運動する第一関節は,位置制御するようにした.

本制御戦略により,様々な形状の物体を把持できることをGiFu Hand IIIを用いて確認できた.ロボットが外部環境の変化に適応し,人間に代わり多種多様な作業を実行するためには,外部環境の情報を獲得する感覚が必要不可欠であり,特に,器用な物体操作を実現するためには,触覚が非常に重要となる.触覚情報を利用すれば,未知形状の対象物も把持することができる.本研究では,人間型ロボットハンドによる未知形状の物体把持を目的として,触覚情報を利用し,乳児が行う握り反射を模擬した把持戦略を提案し,実験的にその有効性を検証した.生後約10ヶ月までの乳児は掌に棒を当てると5本の指を屈曲させ,棒を強固に把握し,棒を引き離そうとすると,さらに強固に把握する.これを握り反射と呼ぶ.乳児はこの握り反射により,食べ物や母親の身体の一部等を目の見えない段階でもしっかりと把持する.生存のための必要な反射である.この握り反射は2つの状態からなる.1)手が物体に接触すると発生する握り動作.2)物体を引き離そうとすると発生する保持動作.各指が一様な接触力を物体に作用させる1)の握り動作は,接触点数を最大化し物体を拇指と他の指で包み込むことができ,未知形状物体を把持する可能性をより高くする.ロボットでこの反射を模擬するため,物体がロボットハンドに接触すると,前後屈伸運動する拇指と指の関節2から関節4の能動関節が,各関節に隣接する指先側リンクの接触力が目標値に一致するように独立に制御しすることとし,内外転運動する第一関節は,位置制御するようにした.保持動作では,物体把握を維持するため外力に応じて屈曲・伸展関節を力制御する.本手法は,非常に単純であるが,物体の幾何学的情報を必要とせず3次元の未知物体の把持を可能とする.提案手法の有効性は,リアルタイムOSとGifu Hand IIIを用いた実験システムを構築して実機により確認した.
液体飽有物の水素同位体比測定による鉱化流体の起源の研究

1.試料の採取と生成環境の解析:研究の前半では,検討すべき熱水成鉱床として鉱脈鉱床とポーフィリーカッパー紘床を想定して試料の収集につとめたが,ポーフィリーカッパー鉱床は本邦には良いフィールドがなく,一良好な試料の獲得が難しいことが判明し,研究の後半では専ら鉱脈型鉱床からの試料を検討した。その結果,本邦の菱刈鉱床を主とする若い鉱脈鉱床が,韓国・中国の金鉱床と対比されて,比較のための試料が得やすく,また地質学的情報も豊富であることが判った。2.水素同位体測定技術の確立:様々な手法をトライアンドエラー方式により検討し,包有物の壊し方,試料のサイズ,還元反応に必要なメタル,反応温度,反応時間などを決定し,ほゞ満足できる技術を確立した。破壊はデクレピテーション法とし,サイズは40メッシュ以下80メッシュ以上,メタルはBDH社製の亜鉛を用い,反応温度は約430°C,反応時間は30分である。3,鉱化流体の起源の解析:上述のように鉱脈鉱床を中心に,様々な地質環境・地質時代の鉱化作用について検討した。熱水の水素同位体比は鉱床によっては比較的狭い範囲に集中する場合もあるが,菱刈鉱床のようにかなり変化に富むものもある。前者の場合には,その値の大小によりマグマ水起源,海水起源,天水起源などが比較的容易に識別できることが多い。例えば韓国や中国の代表的な白亜紀生成の金鉱床などは,この手法によりかなり天水起源の水の寄与が大きいことが判明した。また,この推定は酸素・炭素・硫黄などの他の安定同位体からの成因的な情報と矛循しない。一方菱刈鉱床に代表されるような,水素同位体組成がかなり広い範囲で変化する鉱床は,少くとも二種以上の,異なる起源をもつ熱水が鉱化の場で混合していたり,また沸騰現象などを伴っていると解釈でき,新らしい知見といえる。本年度は研究開始第1年目であるので,天然での鉱床の胚胎状態を,特に脈状鉱床およびポ-フィリ-カッパ-鉱床で観察し,試料の採取を行う一方,既存の質量分析器への水素同位体イオン検出装置の設置およびその試験,また水素ガスの発生・回収のための諸技術の修得および試料の最適条件の把握等の様々な準備段階をクリアすることを行った。その概要は以下の通りである。1.ポ-フィリ-カッパ-鉱床については,すでに今井亮がかなりの試料を持っているので,この中より流体包有物を多数含有する石英細脈をもつ試料を選定した。すでに流体包有物の鏡下観察は終り,600゚Cに達する充填温度を示すものがある,塩濃度は極めて高くハライト結晶を包有しているものが多い等の結果を得ている。2.脈状鉱床の例として稼行中の串木野金・銀脈を研究対象とすることとし,清水正明が調査と試料採取を行った。本鉱床では脈際に熱水変質帯としてセリサイトが大量に生じている場合があり,これを用いれば流体包有物とは独立に鉱化流体の水素同位体比が求められ好都合である。このセリサイトについては島崎英彦がすでに加熱脱水法により水を分離して水素同位体比を測定し-60-70‰の値を得た.しかし石英中の流体包有物は本鉱床では極めて細粒で,水のとり出しにはまだ成功していない。

3.流体包有物を含む石英を容器中で粉砕し,包有物中の流体をとり出すための最適方法を金田博彰が神岡スカルン鉱床の白地鉱の石英を用いて検討した。その結果粋砕前の試料調製段階では2040メッシュにそろえることが粋砕も容易でかつ流体の事前提出も少ないことが判明した。本年度は三年計画の研究の二年目にあたるので、必要な試料の確保に努めると共に、鉱床の胚胎している周辺の地質環境の解析をも行い、暫時得られつつある測定結果の解釈の基礎を作った。測定の面では初年度にとりかかった本邦の脈状鉱床およびフィリッピンのポーフィリーカッパー型鉱床についてのデータを蓄積したほか、従来より試料を保有していた韓国の脈状鉱床についても研究を開始し、水素以外の炭素・酸素の同位体比についても測定し、マルチアイソトープによる研究手法を模索しつつある。しかし本年度は年度途中において、水を還元するガラスライン中の還元剤の亜鉛が充分に機能しなくなったため、新たに購入した亜鉛粒を使用したところ、還元により得られた水素の同位体比に、それ以前に得られた値を再現しないことがあるという事態を生じた。この原因は目下不詳であるが、市販の亜鉛は不純物等においてそれぞれ微妙な差をもっているためであると考えられる。現在はこの困難を克服すべく市販の亜鉛数種を用い試行している。本年度の結果のまとめは以下の通りである。1.本邦の脈状鉱床、特に第三紀第四紀の金・銀脈の石英中の流体包有物の充填温度は低いものが多く、例えば菱刈鉱床においては200°Cに極めてよい集中を示す。これらについては、現世の雨水に近い水素同位体比が得られつつある。2.韓国の脈状鉱床の石英中の流体包有物のガス組成は、H_2Oを主体とするがCO_2が10モル%に及ぶものもある。CH_4やN_2もわずかに含まれているが、その量は1モル%以下である。充填温度は200°350°Cの広い範囲にわたり、本邦の脈状金・銀鉱床とは大きく異なる。3.金属亜鉛による水の還元においては、亜鉛の性質の差により生ずる水素の同位体組成にかなりの差を生ずることがある。本年度は3年計画の研究の最終年度にあたるため、専らデータの蓄積に努めたが、水の還元に必要な金属亜鉛については、昨年度以来様々な困難があり、種々試行錯誤した結果、最終的にはイギリスBDH社製のものが反応時間も極めて短く、また使用量も極めて少なくてすむことが判明し、この亜鉛を入手して以来飛躍的に簡単にデータの取得が可能となった。試料については、できるだけ異なる地質時代・地質環境の鉱床を選び、厳選した試料を用いた。その結果、本邦の鉱床としては新生代における比較的浅所での鉱化作用の代表として、鹿児島県の菱刈金鉱床について測定を集中した。また、やや古い時代の鉱化作用としては、韓国の白亜紀の金鉱床と中国のジュラ紀の金鉱床を取り上げ、比較的深所での鉱化作用における熱水の起源について考察する対象とした。これらの鉱床からの試料は、流体包有物の充填温度を測定する一方、酸素あるいは炭素・硫黄の同位体の測定が可能であるものについては、それを行うことにより、マルチアイソトープ研究の手法を模索した。第四紀生成の菱刈鉱床の石英脈空の試料は、充填温度はほぼ200°Cに集中する。水素同位体組成は本坑鉱床ではかなりのばらつきを示すものの、-60-70〓程度の値を示す。これにたいし、測定数は少ないものの、山田鉱床からの試料は、-80-90〓程度の値を示し、明らかに本坑鉱床の値とは異なる。本坑鉱床からのデータは、これまでに得られている酸素同位体組成のデータと組み合わせることにより、天水起源の熱水が関与したものと断定できるが、山田鉱床については、熱水の沸騰などの効果を考える必要がある。
開発したサイトカイン吸着カラムを利用した敗血症性ショックの制御

研究代表者は、炎症性サイトカイン等のmediatorを吸着、除去できるカラム(以下CTRと呼ぶ)を開発した。そこで今回、ラットを用いたエンドトキシンショックモデルに対してCTRを用いた血液浄化療法を行い、生命予後の改善を検討するとともに、サイトカイン等のmediatorを指標としてCTRの有用性を検討した。<実験>実験を3段階に分けて検討した。1)エンドトキシンの投与と同時にCTRを用いた血液浄化療法を行い、CTRの効果を判定する。2)エンドトキシン投与後2時間経過した時点でCTRを用いた血液浄化療法を行い、CTRの効果を判定する。3)CTRの量を変えてエンドトキシンショックモデルに血液浄化療法を行い、量的関係を解明する。<結果>1)エンドトキシン投与直後にCTRを用いた血液浄化療法を行うと、生存率は改善し(8%vs86%)、サイトカイン(TNF-alpha,IL-1beta,IL-6,IL-10)の上昇を抑制、さらに肺への炎症性細胞の浸潤を抑制することが判明した。2)CTRを用いた血液浄化療法は、エンドトキシン投与後2時間経過しても生存率を改善し(17%vs67%)、炎症性サイトカイン(IL-6)の上昇を抑制することを再確認した。3)CTRを用いた血液浄化療法は、エンドトキシンショックモデルにおいてCTRの充填量の量依存的に生存率を改善し、抗炎症効果を認めることを確認した。<結語>今回の研究により、CTRを用いた血液浄化療法は、エンドトキシンショックモデルにおいて生存率を改善し、抗炎症効果を発揮することが判明した。今後、臨床により近い動物実験を重ねる必要があるが、敗血症性ショックに対する治療法として、臨床応用への道を切り開くことができたと確信する。敗血症性ショックはいまだに確固たる治療がなく、救命率も高くない現状である。また近年、敗血症の際に血液浄化法(持続的血液濾過透析やエンドトキシン吸着療法など)の使用が注目され、血液浄化により敗血症が改善するという報告も散見されるようになった。しかしながら敗血症性ショックに対する血液浄化法の有用性は未だに乏しく、生命予後を改善するまでに至っていない。研究代表者は、炎症性サイトカイン等のmediatorを吸着、除去できるカラムを開発した。このカラムは多孔質セルロース系吸着体を充填した特異的にサイトカィンを吸着できるカラムである。今年度(平成18年度)は、ラットを用いたエンドトキシンショックモデルに対して新しいカラムを用いた血液浄化法を行い、生命予後の改善を検討した。<実験内容とその結果>敗血症性シヨックモデルとして体重350-400gの雄ラットを用いて、エンドトキシンを静注してエンドトキシンショックモデルを作成した。エンドトキシン投与2時間の時点で、サイトカイン吸着カラムを用いた血液浄化法を2時間施行した。エンドトキシン投与後の生存率と循環動態、呼吸状態をはじめ,血中サイトカイン濃度を治療群と比較検討した。その結果、エンドトキシン投与8時間の時点で、生存率は対照群が14%、治療群が65%であり、治療群で有意に効果を認めた。また、サイトカインの変動においては、TNFαは群間に有意差を認めないが、IL-1β、IL-6とも治療群が有意にその産生を抑制することが判明した。<結論>今年度の検討により、新しく開発したカラムは動物実験でその効果を発揮することが判明した。来年度は、臨床応用を考慮すべく、カラムの容量を決定し、その他あ敗血症性モデルに対して検討を重ねたい。研究代表者は,炎症性サイトカイン等のmediatorを吸着,除去できるカラムを開発した。このカラムは多孔質セルロース系吸着体を充填した特異的にサイトカインを吸着できるカラムである。