hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
砂ネズミにおけるヘリコバクター・ピロリ感染誘発胃潰瘍の発生機序の解明

リコバクター・ピロリ(Hp)感染による胃潰瘍の発生機序について砂ネズミモデルで検討した。Hp感染後、胃体部の出血性損傷が発生した。胃体部の損傷はその前に誘起された粘膜内炎症の激しさに関連することから、損傷の発生には宿主側の免疫反応の関与が考えられた。炎症細胞の粘膜内浸潤は好中球遊走刺激活性の発現・増加と対応しており、好中球走化性因子(CINC)の発現・増加も認められた。除菌療法を行うとCINCレベルは低下し、粘膜内炎虹も軽減された。従って、CINCは粘膜内への好中球浸潤・活性化を促進し、胃体部損傷の発生に関与するものと思われる。また、胃炎発生後、抗分泌薬を投与すると粘膜病変は消失し潰瘍形成には至らないことから、胃酸の関与も示唆された。また、Hp胃炎の発生に伴い、粘液合成が促進したが、その後潰瘍発生期になるにつれ、逆に正常以下のレベルに低下した。Hp感染の粘液分泌に対する効果を培養胃上皮細胞で検討したとごろ、Hpはインターフェロンγ(IFNγ)存在下で強力な抑制作用を示した。IFNγは胃炎の進行により発現することを認めた。従って、粘液レベルの低下も潰瘍形成に関与することが推察された。一方、プロスタグランジン(PG)は重要な胃粘膜保護因子であり、非ステロイド性抗炎症薬(NSAID)は胃潰瘍発生の危険因子のひとつとして知られている。胃炎の進行とともにPGE2産生は増大し、潰瘍発生まで持続的に高値を示した。インドメタシンの連続投与は非感染動物においては何ら胃傷害を誘起しなかったが、Hp感染動物では胃潰瘍を短期間で発生させた。PGE2産生は顕著に抑制されていたが、Hp生菌数はむしろ低下した。すなわち、Hp感染によるPGE2産生増大は宿主の防御反応の亢進と考えられ、その抑制は潰瘍発生を促進することが判明した。以上の結果より、Hp誘発胃潰瘍の発生に関して、CINC、好中球浸潤・活性化、胃酸やIFNγは促進的に、粘液やPGE2は抑制的に働くものと考えられる。ヘリコバクター・ピロリ(H.pylori)感染による胃潰瘍の発生機序について砂ネズミモデルで検討した。胃病変の発生を経時的に解析したところ、幽門部粘膜表層の損傷が最も初期に出現することを見出した。このとき粘膜内は正常であり、ミエロパーオキシダーゼ活性や好中球の遊走刺激活性はほとんど見られなかった。以上の結果より、H.pylori感染初期の胃損傷には感染宿主の免疫反応の関与はなく、H.pyloriによる直接的な傷害によるものと示唆された。この損傷に引き続いて幽門部粘膜内の炎症、さらに胃体部粘膜内炎症および胃体部の出血性損傷が見られた。胃体部の損傷はその前に誘起された炎症の激しさに関連することから、胃体部損傷の発生には宿主側の免疫反応の関与も考えられた。

炎症細胞の粘膜内浸潤は好中球遊走刺激活性の発現・増加と対応しており、強力な好中球の遊走刺激因子であるサイトカイン誘導性好中球走化性因子(CINC)の発現・増加も認められた。除菌療法を行うとCINCの発現レベルは低下し、粘膜内炎症も軽減された。従って、粘膜内で産生されるCINCは胃体部損傷の発生に関与するものと思われる。一方、プロスタグランジン(PG)は最も重要な胃粘膜保護因子であり、非ステロイド性抗炎症薬(NSAID)は胃潰瘍発生の危険因子のひとつとして知られている。H.pylori感染による胃潰瘍の発生過程における胃粘膜PGE2産生を検討したところ、胃炎の進行とともにPGE2産生は増大し、潰瘍発生まで持続的に高値を示した。低用量のインドメタシンの連続投与は非感染動物においては何ら胃傷害を誘起しなかったが、H.pylori感染動物では胃潰瘍を短期間で発生させた。PGE2産生は顕著に抑制されていたが、H.pylori生菌数はむしろ低下した。以上の結果より、H.pylori感染によるPGE2産生増大は宿主の防御反応の亢進と考えられ、その抑制は潰瘍発生を促進することが判明した。従って、非感染者への投与以上に、H.pylori感染者へのNSAID投与は危険性が高い可能性が示された。ヘリコバクター・ピロリ(Hp)感染による胃潰瘍の発生機序について砂ネズミモデルで検討した。Hp感染後、胃体部の出血性損傷が発生した。胃体部の損傷はその前に誘起された粘膜内炎症の激しさに関連することから、損傷の発生には宿主側の免疫反応の関与が考えられた。炎症細胞の粘膜内浸潤は好中球遊走刺激活性の発現・増加と対応しており、好中球走化性因子(CINC)の発現・増加も認められた。除菌療法を行うとCINCレベルは低下し、粘膜内炎症も軽減された。従って、CINCは粘膜内への好中球浸潤・活性化を促進し、胃体部損傷の発生に関与するものと思われる。また、胃炎発生後、抗分泌薬を投与すると粘膜病変は消失し潰瘍形成には至らないことから、胃酸の関与も示唆された。また、Hp胃炎の発生に伴い、粘膜合成が促進したが、その後潰瘍発生期になるにつれ、逆に正常以下のレベルに低下した。Hp感染の粘液分泌に対する効果を培養胃上皮細胞で検討したところ、Hpはインターフェロンγ(IFNγ)存在下で強力な抑制作用を示した。IFNγは胃炎の進行により発現することを認めた。従って、粘液レベルの低下も潰瘍形成に関与することが推察された。一方、プロスタグランジン(PG)は重要な胃粘膜保護因子であり、非ステロイド性抗炎症薬(NSAID)は胃潰瘍発生の危険因子のひとつとして知られている。胃炎の進行とともにPGE2産生は増大し、潰瘍発生まで持続的に高値を示した。インドメタシンの連続投与は非感染動物においては何ら胃傷害を誘起しなかったが、Hp感染動物では胃潰瘍を短期間で発生させた。PGE2産生は顕著に抑制されていたが、Hp生菌数はむしろ低下した。すなわち、Hp感染によるPGE2産生増大は宿主の防御反応の亢進と考えられ、その抑制は潰瘍発生を促進することが判明した。以上の結果より、Hp誘発胃潰瘍の発生に関して、CINC、好中球浸潤・活性化、胃酸やIFNγは促進的に、粘液やPGE2は抑制的に働くものと考えられる。
食育推進のための教育ツールの開発 〜食物ベースの食事評価法の発展・応用から〜

飲食物の内容と量から主食・主菜・副菜等の料理分類を行う方法と基準、食事摂取基準等指標との関係を明確にし、食事状況を栄養素・食品レベルだけでなく料理レベル、さらに料理の組合せである食事レベルで示し、食生活の質を総合的に評価するための、食物ベースの食事評価方法を確立することを目的とした。また、栄養士等専門家向けの定量的データ(食事摂取基準)と、一般向け定性的メッセージ(食生活指針)をつなぐ、半定量的な食事ガイドとして、食物ベースによる食事評価の科学的根拠に基づく教育ツールを開発し、栄養指導や食育活動に活用し、その妥当性と有効性について検討した。1.前回の科学研究費の研究成果であった「料理群分類方法」の妥当性を、データベースに基づいた系統的分析によって明らかにした。2.食事状況を食物ベースで、視覚的にわかりやすく、的確に示す方法を提案し、その効果を検証した。3.食事評価に料理レベルのデータを用いることの意義を明らかにした。4.料理レベルで食物摂取の内容と量を簡便に把握する食事調査方法の検討を行った。5.自分の食習慣を簡便に把握し、食生活改善の動機づけに役立つシステムを開発した。6.料理を食事バランスガイドの基準で分類、サービング計算するシステムを開発した。7.食事記録調査データの栄養計算を行い、食物ベースで評価するシステムを試作した。8.上記開発した調査、評価手法を活用して、食事調査や栄養教育・食育活動行い、その妥当性と効果の検証を行った。1.主食・主菜・副菜等の料理分類法と基準の妥当性についての検討飲食物の内容と量から主食・主菜・副菜等の料理分類を行う方法と基準を明らかにし、関連情報の収集・分析を行い、妥当性の検討を行った(論文作成中)。また、日本版フードガイド「食事バランスガイド」検討委員として、その料理区分別基準値の検討を行ったので、当研究室の基準値と「食事バランスガイド」基準値との調整を図った。2.地域におけるフィールド調査福岡県M市の国民健康栄養調査方式による食事調査データを用い、栄養素・食品レベルの結果だけでなく、料理・食事レベルの結果を用いて、地域住民の食生活実態を分かりやすく、また的確に示す媒体の工夫を行い、対象者の反応を調べた(平成18年度栄養改善学会において発表予定)。3.新入生の栄養アセスメントと栄養指導I新入生の栄養アセスメントを行い、栄養素・食品・料理・食事レベルの食事状況に基づく栄養指導を実施した。なお、平成17年度は下記指導媒体を用いず、「望ましい食事」の理解度を把握した。平成18年度は指導媒体を用いて指導を行い、「望ましい食事」の理解度を比較する予定である。4.視覚媒体の試作食や栄養に対する意識や知識が十分ではない小学校中学年以上の児童、若者や働き盛りの男性が自分の食生活上の問題に気づき、「何をどれだけ食べたらよいのか」を理解して実践できるような指導媒体の検討を行った。日本版フードガイド「食事バランスガイド」を活用して、簡便に食生活をチェックするシートと、食事調査結果を分かりやすく表示する視覚媒体の検討を行った。今後は実際にこれらを使用して調査ができるようにシステム化を行い、その効果を検証する予定である。1.視覚的媒体を用いた栄養指導方法の検討(1)食生活上の実態を簡便に把握し、食生活改善の動機づけに役立てることができるような、食生活セルフチェックの開発を行った。(2)食事記録調査結果をわかりやすく示すことにより、食事の良し悪しや偏りを的確に、また容易に把握できるようにした。(3)料理レベルで食物摂取の内容と量を簡便に把握する方法を開発した。*(1)(2)は平成18年度栄養改善学会で発表、(3)は平成19年度日本栄養食糧学会で発表予定2.食育推進のための教育ツールのシステム化ポピュレーションアプローチを可能にするために、上記(1)(2)(3)栄養指導のための教育ツールのシステム化を進めている。3.視覚的媒体を用いた栄養指導の実践と評価下記

栄養指導の現場において、上記視覚的媒体を適宜状況に応じて活用、その妥当性と有効性を評価、検討を行った。(1)女子大生の栄養指導・栄養教育(2)児童・生徒・学生の食生活実態の簡便把握(3)学生食堂や職員食堂における栄養表示への活用(4)地域や職域の健康教室等における栄養指導*(1)は平成18年度栄養改善学会で発表、(2)(3)は平成19年度食育学会、(4)は平成19年度日本栄養食糧学会と栄養改善学会で発表予定飲食物の内容と量から主食・主菜・副菜等の料理分類を行う方法と基準、食事摂取基準等指標との関係を明確にし、食事状況を栄養素・食品レベルだけでなく料理レベル、さらに料理の組合せである食事レベルで示し、食生活の質を総合的に評価するための、食物ベースの食事評価方法を確立することを目的とした。また、栄養士等専門家向けの定量的データ(食事摂取基準)と、一般向け定性的メッセージ(食生活指針)をつなぐ、半定量的な食事ガイドとして、食物ベースによる食事評価の科学的根拠に基づく教育ツールを開発し、栄養指導や食育活動において使用し、その妥当性と有効性について検討した。1.昨年度までに開発した栄養教育ツールの有効性や妥当性を検証した。(1)食事バランスガイドを活用した栄養表示の活用方法の検討を行い、その効果を明らかにした。(2)食生活セルフチェックシートを活用することにより、対象者の食生活実態が簡便に把握でき、食生活改善の動機づけに役立つことを、学校や職域における保健指導で確認した。(3)食生活セルフチェックブックを用いて、食物摂取の内容と量が簡便に把握できることを確認した。(4)料理レベルで記述する簡易食事記録調査方法により、対象者や調査者の負担をどの程度軽減できるか妥当性について検討した。(5)食事記録調査結果を料理レベルでわかりやすく示すことにより、食事の良し悪しや偏りを的確に、また容易に把握できることが明らかになった。2.上記栄養教育ツールと検証結果を考察し、公表した。3.食育推進のための教育ツールのシステム化ポピュレーションアプローチを可能にするために、上記栄養指導のための教育ツールのシステム化を行い、公開した。
ＭＨＤ効果を利用した超高熱負荷環境に対応可能なダイバータシステムへの挑戦

本年度はまず、本研究において提案する「部分絶縁フィン構造」が流動場に与える影響を明らかにするため、商用有限要素法コードCOMSOL Multiphysics 5.4を用いた電磁気と流れの連成解析を実施した。解析の結果より当該構造は液体金属自由表面流れの自由表面近傍に流速が大となる領域を形成することが明らかとなった。これらの結果を「部分絶縁フィン構造を用いた電磁力制御による液体金属蛇行流れの液体ダイバータへの適用性評価」と題し、2018年6月27日から28日に滋賀県大津市において開催された第12回核融合エネルギー連合講演会においてポスター発表を行った。これまでに実施した解析では、解析の難度と計算コストという観点より自由表面の変形を無視して実施した。しかしながら当該概念の実機適用性を評価するためにはこの自由表面変形の定量化は非常に重要である。これらを実験的に評価するため液体金属自由表面流動試験ループを設計、製作した。本研究概ね当初の計画通りに進行しているため、進捗状況は良好であるといえる。本研究では数値解析と流動実験の両方から、液体金属流動の攪拌機構開発にアプローチする予定となっている。以下が本研究の現在までの進捗状況である。(1)数値解析:数値解析においては上述の通り、現在までに電磁気-流動-伝熱の連成解析において、数値計算に用いる計算格子を微調整することによって収束解を得ることに成功している。地場下での液体金属流動実験については、現在までに試験装置の設計が完了しており本年度4月よりテストランに移行する。(2)液体金属流動実験:流動試験の実施に際しては現在までに(a)実験体系の考案、(b)数値解析による流動場予測、(c)実験装置の設計までが完了している。(a)に際して東北大学金属材料研究所付属強磁場超伝導材料研究センターの所有する無冷媒超伝導マグネットの形成する磁場分布を数値解析より取得した。また、磁場分布の実測を実施し、数値解析の妥当性より得られた磁場分布の妥当性を確認した。(b)では(a)で求めたマグネットの磁場分布を流動解析に導入し、実験によって求められる流動場を予測した。結果より、当該マグネットによって形成される流動場は実験に資するものであると判断した。(c)では液体金属自由表面流動試験流路および電磁ポンプ、不活性ガスサブループからなる実験ループの設計を行った。現在、試験流路は製作中の段階にあり、本年度4月に水を用いたテストランが、5月に液体金属を用いた流動試験が実施される予定となっている。本研究の推進方策は以下に示す通りである。(イ)液体金属自由表面流動実験の実施:これまでに実施された当該コンセプトの実証実験は、用いる超伝導マグネットの形成する磁場の向きが鉛直方向であることより、閉流路体系で実施されてきた。本年度はこの問題を解消すべく、新規に開流路体系での実験のための試験ループを設計、製作した。次年度以降はこの試験ループを用いた液体金属自由表面流動実験を開始し、数値解析では現状、評価が困難である液体金属自由表面の変形などの定量的評価を実施することが可能となる。(ロ)数値解析の妥当性評価と部分絶縁フィンの形状最適化への移行:これまでに数値解析結果の妥当性評価のために、既往研究によって導出された液体金属自由表面流動の理論解と、数値解析結果との比較を実施しており、両者の良好な一致を確認している。しかしながら当該理論解の適用される体系は極めて限定されており、部分絶縁フィン構造を導入する場合には適用不可である。したがって、当該構造を導入した場合の数値解析結果の妥当性を担保するためには流動実験より得られたデータとの比較が必要不可欠であるといえる。この妥当性評価が完了したのち、研究のフェーズは構造の最適化に移行することが可能であり、当該構造のジオメトリをパラメータとした流動攪拌に向けた最適化を実施することができる。(ハ)核融合炉システム的観点からの本研究へのアプローチ:部分絶縁フィン構造の液体ダイバータへの導入のための基礎検討としてダイバータ領域の一部分に限定した領域での調査を実施している。しかしながら当該コンセプトの実機適用性を評価する上ではよりマクロな、炉システム的な観点からのアプローチも必要不可欠である。具体的には、液体金属の導入と排出、トロイダル方向への電流の遮断、炉のオペレーション初期段階の過渡状態におけるシステム運用、などである。

以下が本研究の現在までの進捗状況である。(1)数値解析:数値解析においては上述の通り、現在までに電磁気-流動-伝熱の連成解析において、数値計算に用いる計算格子を微調整することによって収束解を得ることに成功している。地場下での液体金属流動実験については、現在までに試験装置の設計が完了しており本年度4月よりテストランに移行する。(2)液体金属流動実験:流動試験の実施に際しては現在までに(a)実験体系の考案、(b)数値解析による流動場予測、(c)実験装置の設計までが完了している。(a)に際して東北大学金属材料研究所付属強磁場超伝導材料研究センターの所有する無冷媒超伝導マグネットの形成する磁場分布を数値解析より取得した。また、磁場分布の実測を実施し、数値解析の妥当性より得られた磁場分布の妥当性を確認した。(b)では(a)で求めたマグネットの磁場分布を流動解析に導入し、実験によって求められる流動場を予測した。結果より、当該マグネットによって形成される流動場は実験に資するものであると判断した。(c)では液体金属自由表面流動試験流路および電磁ポンプ、不活性ガスサブループからなる実験ループの設計を行った。現在、試験流路は製作中の段階にあり、本年度4月に水を用いたテストランが、5月に液体金属を用いた流動試験が実施される予定となっている。本研究の推進方策は以下に示す通りである。(イ)液体金属自由表面流動実験の実施:これまでに実施された当該コンセプトの実証実験は、用いる超伝導マグネットの形成する磁場の向きが鉛直方向であることより、閉流路体系で実施されてきた。本年度はこの問題を解消すべく、新規に開流路体系での実験のための試験ループを設計、製作した。次年度以降はこの試験ループを用いた液体金属自由表面流動実験を開始し、数値解析では現状、評価が困難である液体金属自由表面の変形などの定量的評価を実施することが可能となる。(ロ)数値解析の妥当性評価と部分絶縁フィンの形状最適化への移行:これまでに数値解析結果の妥当性評価のために、既往研究によって導出された液体金属自由表面流動の理論解と、数値解析結果との比較を実施しており、両者の良好な一致を確認している。しかしながら当該理論解の適用される体系は極めて限定されており、部分絶縁フィン構造を導入する場合には適用不可である。したがって、当該構造を導入した場合の数値解析結果の妥当性を担保するためには流動実験より得られたデータとの比較が必要不可欠であるといえる。この妥当性評価が完了したのち、研究のフェーズは構造の最適化に移行することが可能であり、当該構造のジオメトリをパラメータとした流動攪拌に向けた最適化を実施することができる。(ハ)核融合炉システム的観点からの本研究へのアプローチ:部分絶縁フィン構造の液体ダイバータへの導入のための基礎検討としてダイバータ領域の一部分に限定した領域での調査を実施している。しかしながら当該コンセプトの実機適用性を評価する上ではよりマクロな、炉システム的な観点からのアプローチも必要不可欠である。
プラストシアニンの電子移動反応における酸性アミノ酸残基の役割

プラストシアニンはチトロムfから電子を受取り,光化学系I反応中心複合体に電子を供与するタイプI銅蛋白質である。本研究は蛋白質工学の手法によりプラストシアニンの長距離の電子移動反応に対するアミノ酸残基の役割を明らかにすることを目的として以下の課題について研究行った。1.プラストシアニンの配位子の1つであるメチオニンmutant(Met92→Gln92)を作成する課題...Met92はGuとの距離が長く,Met92が活性中心の構造と電子移動反応にどのような役割を果たしているか全く不明である。そこでMet92→Glu92のmutant作成し,大腸菌で発現させ検討したところ,mutantの酸化還元電位は低下し,mutantとP700およびチトクロムfとの電子移動活性も低下していた。これらの結果から,Met92が酸化還元電位および電子移動活性に重要な役割を果たしていることが明らかになった。2.プラストシアニンのacidic patchを構成するアミノ酸を置換したmutantを作成する課題...プラストシアニンは2ヶ所で電子の授受を行うことが示唆されているユニークな蛋白質である。推定されている電子移動経路の1つには,酸性アミノ酸残基が集中した部位が存在する。このacidic patchの役割を明らかにするために,acidic patchの負電荷が1個ずつ正電荷に変化するようデザインしたmutantを作成した。プラストシアニンとチトクロムfおよびP700の反応速度定数は,酸性アミノ酸残基が減少したmutantほど減少した。これらの結果から,プラストシアニンの酸性アミノ酸残基はチトクロムfおよびP700との反応に重要であることが明らかになった。3.光化学系I反応中心複合体のプラストシアニン・ドッキング蛋白質とプラストシアニンの相互作用を明らかにする課題...本蛋白質のcDNAのクローニングとシーケンシングを完了した。
ＣＲＩＳＰＲを用いた複雑型ゲノム編集システムの開発とエピゲノム制御への応用

CRISPR/Cas9システムを利用すれば、受精卵へsgRNA/CAS9発現プラスミドを注入するだけで簡便に遺伝子改変動物を得られる。しかし、この方法では領域欠損やノックインの成功率が低いことが課題であった。そこで本研究では、一度に多くのクローンを解析できるES細胞株を用いて、複雑な遺伝子改変の手法を確立することを目的とした。ES細胞にsgRNA/Cas9発現プラスミドやリファレンスとなる二本鎖DNAを導入し、変異のスクリーニングを行った結果、変異導入効率が極めて高いことがわかった。しかし、変異ES細胞クローンからキメラマウスを作製し、ホモ型変異マウスを得るには2世代以上の交配を要する。そこで我々は、変異マウスの表現型解析までの時間短縮を目的とし、キメラマウスを用いた表現型解析を試みた。まず、精子形成に必須な既知遺伝子Cetn1のノックアウト(KO) ES細胞を樹立し、キメラマウスを作製した。キメラマウスの体内でES細胞由来の細胞を区別するため、Egfp遺伝子を恒常的に発現するES細胞を使用した。キメラマウスから採取したGFP陽性精子を観察すると、頭部奇形を呈しており、Cetn1-KOの表現型と一致した。さらに、体内に変異細胞と野生型細胞を併せ持つキメラマウスの特徴を活かして、致死遺伝子の表現型解析も試みた。精巣と脳で発現するDnajb13遺伝子は、KOすると水頭症のため生後致死となる。そこで、Dnajb13-KO-ES細胞を樹立してキメラマウスを作製したところ、野生型細胞が寄与したことで水頭症を免れ、性成熟するまで生存した。GFP陽性精子を観察すると、尾部に奇形が見られ、Dnajb13は精子形成においても重要であることがわかった。このように、ES細胞でのゲノム編集とGFPを指標としたキメラマウス解析を組み合わせることで、迅速な表現型解析が可能になった。28年度が最終年度であるため、記入しない。次世代型のゲノム編集技術として注目されているCRISPR/Cas9システムを利用すれば、受精卵へsgRNA/CAS9発現プラスミドを注入するだけで簡便に遺伝子改変動物を得ることができる。しかし、この方法では広範囲に渡る領域欠損(1)や、相同組換えを利用したノックイン(2)の成功率は低く、改善が必要である。そこで本研究では、たくさんのクローンの遺伝子型解析が容易なES細胞株を用いて、複雑な遺伝子改変の手法を確立することを目的とし、実験系の構築を行った。(1)領域欠損に関しては、2種類のsgRNA/CAS9発現プラスミドをリポフェクションによりES細胞へ導入し、欠損領域を挟んだプライマーを用いてPCRによりスクリーニングを行った。(2)相同組換えに関しては、sgRNA/CAS9発現プラスミドと変異を有する一本鎖オリゴヌクレオチドもしくは二本鎖DNAを同時に導入し、PCRおよびシークエンス解析によりスクリーニングした。その結果、ES細胞では、受精卵注入法に比べて変異導入効率が高く、試した約50遺伝子すべてにおいて、目的の変異(最大800kbに及ぶ領域欠損やノックイン)を持つESクローンが得られた。また、こうした変異ES細胞を8細胞期のマウス胚に注入してキメラマウスを作製し、交配によりホモ型変異マウスを得ることができた。以上の成果を受精卵注入法と比較することにより、それぞれの方法の長所、短所をまとめて日本実験動物学会において口頭発表を行った。また現在、学術論文を投稿中である。CRISPR/Cas9システムを応用したES細胞での様々なゲノム編集を試み、計画通り研究を遂行した。研究結果は学会で報告し、論文も現在投稿中である。

このように、ES細胞でのゲノム編集とGFPを指標としたキメラマウス解析を組み合わせることで、迅速な表現型解析が可能になった。本研究で、ES細胞株を用いたCRISPR/Cas9システムによるゲノム編集の実験系構築した、ES細胞株を用いたCRISPR/Cas9システムを応用し、精巣特異的に発現遺伝子のノックアウトマウスの作製を試みる。ES細胞を介することで60kbに及ぶ遺伝子クラスターを欠損させることに成功し、今後はこのノックアウトマウスを作製して表現型解析に着手するところである。28年度が最終年度であるため、記入しない。
鹿児島県竜ケ水地域カルデラ壁の物性層序と崩壊発生機構

鹿児島県姶良カルデラ壁ではしばしば土石流災害が発生するが、急崖で近づけないため、地質状況さえ不十分にしか分かっていない。そこで、地質の基礎資料収集のため、昨年度はオールコアボーリングを実施した。今年度はコアの岩質記載と亀裂状態の観察記載を行った。また、従来の資料とも併せ考察して吉野台地の水理地質構造も究明した。判明した事項は下記の通りである。1.上位から吉野火砕流堆積物(溶結凝灰岩)、花倉層(シルト凝灰質シルト)、玄武岩質火山礫凝灰岩、変質の著しい竜ヶ水安山岩の順になっている。これらは側方変化が著しい。2.吉野火砕流堆積物、玄武岩質火山礫凝灰岩、竜ヶ水安山岩には節理が発達し、高い透水性を有すると推定される。3.これに対し、花倉層のシルト凝灰質シルトは難透水層として機能すると考えられる。4.吉野台地面は竜ヶ水の急崖と反対の方向に緩く傾斜し、各層も同方向に緩く傾斜している。5.したがって、通常の降雨時には、花倉層上面に沿って台地側に流下すると推定される。6.ただし、強雨が連続すると、花倉層の薄い部分や凝灰質部分あるいは地層が途切れている部分等からオーバーフローするかたちで会に流下することが考えられる。こうして急崖で土石流が発生するのであろう。姶良カルデラ壁竜ヶ水地区では、大雨の度に崩壊とそれに起因する土石流が発生して多大の被害を与えている。地形が急峻で、地質や湧水などの災害予測に不可欠な基本的情報が不足しているため、本年度は竜ヶ水直上の吉野台地でオールコアボーリングを実施した。同時に、ボーリングが到達できなかった下半部の地質については、現地踏査を行って補った。また、既存の崩壊地についても位置の確認を行った。得られた地質層序は下位より次の通りである。◎三船層...塊状の凝灰質砂岩を主体とする軟岩である。◎竜ヶ水安山岩...堅硬緻密な輝石安山岩で自破砕状を呈す。旧崩壊地が多数存在する。なお、この層の上部玄武岩直下に湧水が認められる。◎玄武岩...塊状の溶岩である。◎花倉層...凝灰質砂岩火山礫凝灰岩凝灰角礫岩からなる。やはり、この最上部吉野火砕流直下から湧水が認められる。◎磯凝灰質砂部層...未半固結の砂層で湧水を伴うことが多い。◎吉野火砕流堆積物...中溶結凝灰岩を主体とする。急崖をなす。◎入戸火砕流堆積物...いわゆるシラスである。以上述べたように、湧水は2層準で認められる。すなわち、その直上の玄武岩および吉野火砕流堆積物が帯水層の役割を果たしているのである。これはボーリングコアにおいても、割れ目が多数発達しているのが認められることからも首肯できる。この地下水に起因して崩壊も竜ヶ水安山岩・花倉層に集中して発生しているのである。今後はこれら地下水の動態観測を長期にわたって行い、崩壊との因果関係を突き止めて、崩壊および土石流の予知予測に結びつけるべきであろう。1.上位から吉野火砕流堆積物(溶結凝灰岩)、花倉層(シルト凝灰質シルト)、玄武岩質

火山礫凝灰岩、変質の著しい竜ヶ水安山岩の順になっている。これらは側方変化が著しい。2.吉野火砕流堆積物、玄武岩質火山礫凝灰岩、竜ヶ水安山岩には節理が発達し、高い透水性を有すると推定される。3.これに対し、花倉層のシルト凝灰質シルトは難透水層として機能すると考えられる。4.吉野台地面は竜ヶ水の急崖と反対の方向に緩く傾斜し、各層も同方向に緩く傾斜している。5.したがって、通常の降雨時には、花倉層上面に沿って台地側に流下すると推定される。6.ただし、強雨が連続すると、花倉層の薄い部分や凝灰質部分あるいは地層が途切れている部分等からオーバーフローするかたちで会に流下することが考えられる。こうして急崖で土石流が発生するのであろう。残念ながら科研費が減額された上、2年度に短縮されたので、地下水の動態観測を行うことが出来なかった。そのため崩壊の発生機構までは肉薄できなかったが、究明の基礎は確立できたと考える。
大振幅船体挙動の解析

本研究は実験と理論の両面から実施された。船側波形の計測システムの開発、およびそれを使用した実験を行い、所定の実験結果を得ることができた。既存の船舶小水槽に於いて船主部模型を強制動揺させたり、あるいは規則波中を航走させたりした場合の船首部船側波形を計測、解析する方法を開発し船首水線面上船型形状と船首部における波形との関係について詳細なデータを得ることが可能になった。これは船首部の水面挙動に関して極めて重要な情報を与えるものであった。実験は3つの船首部模型を用いて船体水面上における水面の挙動をビデオ撮影し実験結果を得ることができた。これには船体表面とビデオ撮影した画面上との相互関係を補正が必要であったが、正確に求められるようになった。この実験により船首部船型の違いによる船首部波動の変化を実験的に明確に捕らえることができるようになった。上記の問題の理論計算は自由表面と船体表面が共に強非線形性を持っているため、数値計算には高度な技術が必要である。既に開発された二次元計算手法を三次元計算に拡張するものであり一層の計算手法の精確さが要求される。この計算を可能にするための基礎的検討を終了した。例えば壁が左右に動く場合の造波現象を時間ステップごとに計算することが可能になった。これは上記の実験を理論的に計算することを可能にする大きな第一歩である。更に任意形状の二次元物体に働く非線型流体力を求める手法も完成し、それを三次船体の計算へと拡張しつつある。又、これら強非線型現象の確率論的取り扱いの手法も開発した。このことにより、高度な非線型計算結果を設計に利用する一つの手法を示すことができた。1.既存の小水槽に於いて船首部模型を強制動揺させたり、あるいは規則波中を航走させたりした場合の船首部船側波形を計測、解析する方法を開発し、船首水線面上船体形状と船首部における波形との関係について詳細なデータを受ることが可能になった。実験は3つの船首部模型を用いて船体水面上における水面の挙動をビデオ撮影し実験結果を受ることが出来た。又、これには船体表面の曲面をビデオ撮影した画面上の平面との相互の関係を補正が必要であったが正確に求められるようになった。この実験により船首部船形の違いによる波動の変化を実験的に明確にとらえることが出来るようになった。2.上記の問題の理論計算は強非線型な現象である為、数値計算には高度な技術が必要であるが、この計算を可能にするための基礎的検討を終了した。総合的に今年度の成果は初期計画通りのものであった。なお、これに関する文献の調査も進めたがこの課題に関しては海外を含めた他機関では未だ成果をあげれた報告はない。昨年度までは実験及び理論の両面から大きな振幅で揺れた船体がどのように挙動するかという点について考察してきた。特に実験的には船首部における水線面上部の船体の形状が船首近傍の波の有り様にどのように影響するかを調査した。今年度は理論的検討の結果、一定の成果を挙げることができた。第1点として、2次元模型が水面上を大きな振幅で上下運動する時にその2次元断面模型が造り出す造波の模様を計算することができるようになった。

この問題は船体表面条件が刻々と大きく変化するという条件と、それによって大きな波が発生して自由表面条件を非線形なままにして問題を解かねばならず、高度な数値計算の技術が必要とされてきていたが、この点について解決でき、数値計算ができるようになった。第2点として、この2次元模型によって造られた波が計算領域の遠方場に達した時、その波を数値計算的に吸収するという技術も完成することができた。これは現在の大振幅船体動揺の2次元問題の最先端の計算技術が開発されたことを意味している。この手法を利用して3次元問題への展開を考え、まずウイグリー船型(これは実験に利用した船型でもあるが)に関しての計算を実行した。船の長手方向にも形状が変化し、かつ船の上下運動方向にも形状が変化する難しい問題であるが、前進速度を持って平水中を航走するときの船体表面上の波系を計算することが可能になった。これは従来の計算手法と違い、大きな波の中を大きく動揺する問題を解く方法を内に持っている手法であって、その手法で、運動しないで航走した場合の船体表面波系を計算することが可能になったということである。それを大きな波の中で大きく動揺する問題にまで拡張しつつあるが、今年度末までには完成に到っていない。しかしその方法は明らかになっているので時間をかけることで解決する。以上のように、大きな波の中で大きく動揺する船体の運動や船体に働く力について計算法を開発することができ、かつ、一部は実験手法も開発し、両者を比較することにより計算法の妥当性を確認することができた。今後は現実に近い船型を使い、波の中で大振幅動揺している場合の運動や力の計算を行うことで本計算法を拡張させて行く予定である。
卵巣癌の上皮間葉転換による免疫抑制機構の解明

卵巣癌の上皮間葉移行(Epithelial-Mesenchymal Transition: EMT)の中心遺伝子であるSnailを発現抑制したマウス卵巣癌モデルで、Snailにより癌細胞からのCXCL1とCXCL2が発現亢進していることを明らかにした。また、卵巣癌患者の血清中でのCXCL1/CXCL2の濃度をELISA法で調べた。CXCL1やCXCL2の濃度は、正常コントロール血清と比べて、卵巣癌患者で高いこと、また、進行癌の患者ほど高いことがわかった。CXCL1とCXCL2の濃度は互いに高い相関を示した。また、血清CXCL1/CXCL2濃度の高い患者において、有意に予後不良であることがわかった。また、免疫染色の検討で、患者の血清CXCL1/2と、同一患者の腫瘍サンプルにおける腫瘍内MDSC浸潤が正に相関していることがわかった。次に、卵巣癌マイクロアレイデータを用いて、Mesenchymal subtypeと呼ばれるEMTが起こっている症例において、特に発現の高くなっている遺伝子Xを同定した。この遺伝子がコードするタンパクは膜蛋白で、卵巣癌細胞株においてこの遺伝子をノックアウトすると、腫瘍内に遊走するMDSCが減少することが卵巣癌マウスモデルで示された。遺伝子Xをノックアウトした細胞株とコントロール細胞株の遺伝子発現をRNAseqで網羅的に解析したところ、多くの免疫抑制因子が発現変化し、遺伝子Xは免疫抑制に深くかかわる分子であることが示唆された。EMT関連遺伝子の一つであるSnailの抗腫瘍免疫に対する働きを証明できたから。卵巣癌の臨床サンプル、特に血液と初回手術時の腫瘍のFFPEサンプルを増やし、ケモカインの変化と腫瘍ないの抗腫瘍免疫の状態や予後、抗癌剤への反応性などとの関連を調べる。卵巣癌の遺伝子発現を網羅的に調べると、Mesenchymal subtypeとよばれる癌の上皮間葉移行(Epithelial-Mesenchymal Transition:EMT)が起こっている症例において予後不良であることが知られている。そこでEMT関連遺伝子であるSnailに着目し、以下の研究を行った。まず、Mesenchymal subtypeにおいてSnailが高発現していることを既存のマイクロアレイデータを解析して確認した。次に、Snailの発現をShRNAで抑制したマウス卵巣癌細胞株を作成し、免疫正常マウスにおける腫瘍増殖を観察した。すると、Snail抑制株では腫瘍増殖が抑制され、腫瘍内の細胞傷害性T細胞が増加し、抗腫瘍免疫が賦活化していることがわかった。Snailの発現が高い卵巣がんは、ケモカインであるCXCL1とCXCL2を分泌していることをELISAで示した。CXCL1とCXCL2は、卵巣癌の腫瘍内の骨髄由来免疫抑制細胞(MDSC)に発現しているケモカイン受容体CXCR2を介して、MDSCを遊走させることを示した。Snailが直接、またはNF-kBを介して、CXCL1やCXCL2を発現亢進させることも明らかにした。以上より、SnailはCXCL1やCXCL2の発現亢進を介して、腫瘍内にMDSCを遊走させて、抗腫瘍免疫を抑制していることが示唆された。CXCR2の阻害薬を投与すると、Snailの高い卵巣癌モデルの腫瘍増殖を抑制することができることを示した。EMT関連遺伝子の一つであるSnailの抗腫瘍免疫に対する働きを示すデータが得られたから。卵巣癌の臨床サンプル、特に血液を用いて、ケモカインの変化と腫瘍内の抗腫瘍免疫の状態や予後、抗がん剤への反応性などとの関連を調べる。臨床サンプルの収集があまり順調でなかったため、当該年度中には臨床サンプルの解析が十分に行えなかった。

このため次年度へ解析費用を繰り越す結果となったが、2018年度以降にも臨床サンプルの収集を積極的に行い、十分なサンプル数を解析する計画である。今年度は臨床サンプルを用いた研究に多くの費用を費やす予定であったが、予測よりも臨床サンプルを集めるのに時間がかかり、次年度に費用が持ち越された。
株式共有者間の法的関係と共有株式による権利の行使

本年度においては、平成28年度及び平成29年度において行った株式共有の場合における権利行使者の指定の制度に関する調査・検討を深化させることを目的として、ドイツ法における類似の制度についての判例・学説の調査・検討を行った。とりわけ対象としたのは、ドイツ株式法69条1項の共同代理人(gemeinschaftlicher Vertreter)の制度、および、ドイツ有限会社法18条1項の持分共有に関する規整である。ドイツ株式法69条は、株式共有の場合において、共有者は共同代理人によって権利行使をしなければならない旨を定めているが、この規整は会社の利益のための制度として理解されており、この点において、わが国の権利行使者の制度と同一視することが可能である。もっとも、ドイツにおいては、共同代理人の選定について内部関係によってその方法が異なると理解されている点、共同代理人の権限については期間的な制限に服させることは可能であるが、内容的な制限を加えることはできず、また、共有者の権限行使にかかる指示による拘束や権限行使の対象についての限定といった制約はできないと解されている点は、その論拠とともに、わが国の解釈論に対して有益な示唆を与えるものと思われる。また、ドイツ有限会社法18条1項は、有限会社について上記のような共同代理人の選任を強制しておらず、この場合には、共同的な権利行使の必要性を定めているにとどまること、同法18条3項において、会社からの通知等については持分共有者の1名に対してこれを行えば足りるとされている点についても、会社の規模・機関構成を問わず権利行使者の指定を要求するわが国の法制に関する見直しの必要性を示唆するものであるとともに、株式(持分)共有における法律関係についての再定位にとって意義を有するものであるとの認識に至った。平成28年度・29年度・30年度にかかる研究実施計画については、文献の入手・検討等の作業にあたり、特にその遂行の妨げとなる事由は生じておらず、おおむね所期の成果を達成し得たものと考えている。もっとも、研究遂行の過程で、株式共有に関する内部関係については、その多様性について再認識するとともに、ドイツ法における遺産共有の制度・解釈論について検討することが、研究目的の達成にとって有益であると思料されるに至ったところ、これについては、平成31年度において行うこととした。本研究の対象である株式共有が典型的に生じ、さらには、先鋭的な利害関係者の対立が生ずることが多いと考えられるのは、相続の局面である。ドイツ法の検討によれば、共有者間の内部関係は株式(持分)共有についての法的扱いにおいて重要な意味を持ちうると考えられるところ、ドイツにおける共同相続関係について、今後、学説・判例を調査した上で、ドイツにおける共同代理人の制度の正確な評価を行い、わが国の株式共有に関する解釈論を提示することとしたい。本年度においては、共有株式に関する権利行使に関する直近の最上級審判例である最判平成27年2月19日民集69巻1号25頁に関する事案及び判旨を分析し、かつ、同判決以降、公表された判例評釈・学説についての検討を行なった。上記最高裁判決は、「株式が2以上の者の共有に属するとき」につき、共有者が権利行使者を定め、これを会社に通知しなければ当該株式について権利行使をしえないものとする会社法106条本文の規定を民法264条但書にいう民法の共有の規定に対する「特別の定め」であると解し、さらに、会社が同意した場合について、「この限りでない」とする会社法106条但書の意義を、会社の同意によって民法の共有に関する規定の原則に戻るものであるとするものである。本年度においては、同判決の論理構造を分析し射程を画定することにつとめると共に、同判決の論理が過去の公刊された紛争事例について説得的な解決を呈示しうるものであるかについて、昭和45年以降の下級審裁判例を中心に検討を行なった。そこでは、とりわけ、相続によって株式の共有が生じた事例において、「会社の同意」(それはすなわち現経営者の同意を意味する)を要件として民法の共有の原則に立ち戻るとの規制を採用することが、相続発生による会社支配構造のねじれが生じている場合について必ずしも適切な解決を導き得ないのではないか、との問題意識を有するに至った。なお、本年度においては、研究実施計画において示したとおり、ドイツ法に関する同種の規制に関する学説・判例について、データベースを参照しつつ、予備的な研究を行なった。本年度においては研究実施計画に従い、我が国の判例・学説の分析及びドイツ法についての準備的な検討作業を行なうこととしていたところ、研究を遂行するにあたって不測の事態や予想を超えた困難な検討課題に逢着することはなかったため。平成29年度においては、平成28年度において行った、権利行使者の指定・権利行使者による権利行使に関する裁判例及び会社法学説の分析・検討を踏まえつつ、共有・準共有についての民法学説の議論及び遺産共有についての裁判例・審判例の検討を行った。とりわけ、典型的な同族会社とみうる非公開会社における株式相続の事例において、中小企業の代表者の死亡に起因する経営の承継にかかわる問題に言及しつつ、民法906条の適用を通じて次期社長に就任することが予定されている者に相続財産中の株式の全部を取得させた審判例である東京高決平成26年3月20日判時2244号21頁については、これに関して公刊されている評釈等を参照しつつ検討を行った。

同決定は遺産分割手続において企業承継問題が適切に解決される可能性を明確にしており、同決定について好意的な見解が多くみられることからも、遺産共有の下にある支配株式に関しては少なくとも権利行使者による議決権行使による会社の現状変更について消極的に考えるべきであるとの結論を導きうるものであると考えられる。もっとも、同決定が遺産分割審判における裁判所の一般的な実務を代表しているものとはいえないことについては留意が必要であり、また、遺産共有ではない通常の共有の下にある株式についての権利行使者による議決権行使との整合性を会社法106条及び民法264条の解釈論として確保できるかについては慎重な検討が必要であると思われる。なお、上記の他、ドイツ法における共有株式の権利行使に関する規律についても、ドイツ株式法69条1項にかかわる議論を中心として、若干の調査・検討を行った。平成28年度及び平成29年度においては主として日本法に関する学説及び裁判例等の分析を行ったものであるところ、これについて文献収集などの障害などはなく概ね順調に研究を進展させることができたものと考えている。とりわけ中小企業の承継問題が絡む事案についての遺産分割審判の現状についてはこれを詳細に明らかにする文献は見いだせず、少数の公表審判例などを手がかりに分析をせざるを得ないという問題はあったが、本課題に関する研究の成果を著しく損なうものではなく、平成30年度における補充的な調査や多角的な検討によって十分に克服できるものであると考えている。本年度においては、平成28年度及び平成29年度において行った株式共有の場合における権利行使者の指定の制度に関する調査・検討を深化させることを目的として、ドイツ法における類似の制度についての判例・学説の調査・検討を行った。とりわけ対象としたのは、ドイツ株式法69条1項の共同代理人(gemeinschaftlicher Vertreter)の制度、および、ドイツ有限会社法18条1項の持分共有に関する規整である。ドイツ株式法69条は、株式共有の場合において、共有者は共同代理人によって権利行使をしなければならない旨を定めているが、この規整は会社の利益のための制度として理解されており、この点において、わが国の権利行使者の制度と同一視することが可能である。もっとも、ドイツにおいては、共同代理人の選定について内部関係によってその方法が異なると理解されている点、共同代理人の権限については期間的な制限に服させることは可能であるが、内容的な制限を加えることはできず、また、共有者の権限行使にかかる指示による拘束や権限行使の対象についての限定といった制約はできないと解されている点は、その論拠とともに、わが国の解釈論に対して有益な示唆を与えるものと思われる。また、ドイツ有限会社法18条1項は、有限会社について上記のような共同代理人の選任を強制しておらず、この場合には、共同的な権利行使の必要性を定めているにとどまること、同法18条3項において、会社からの通知等については持分共有者の1名に対してこれを行えば足りるとされている点についても、会社の規模・機関構成を問わず権利行使者の指定を要求するわが国の法制に関する見直しの必要性を示唆するものであるとともに、株式(持分)共有における法律関係についての再定位にとって意義を有するものであるとの認識に至った。
蛍石代替用ネフェリンサイナイトの熱力学諸性質

製鋼プロセスではCaF_2(蛍石)の代替材料が希求されている。溶融温度がCaF_2に近いネフェリン(Nepheline,(1/2)K_2O・(3/2)Na_2O・2Al_2O_3・4SiO_2)に注目し、脱硫、脱リン反応における代替の可能性を明らかにした。脱硫反応での代替の可能性を評価するため、CaO-Al_2O_3-Nepheline系スラグのSulfide Capacity(Cs)を1773Kで測定し、CaO-Al_2O_3-CaF_2系スラグと比較した。本年度は固液共存スラグについて、Nepheline及びCaF_2添加量と液相の割合、見かけのCsとの関係を求めた。固液共存のCaO-Al_2O_3スラグ(重量比60/40)にNephelineを添加すると、液相割合の増加とともにCsは増加し、15wt%の添加で最大値2.2×10^<-2>を得た。同量の液相を生成するには、Nephelineの方がCaF_2より添加量が少なくなる結果となった。またCsは他の脱硫スラグと比較して充分な脱硫能を有すると判断できる値であり、Nephelineは蛍石の代替材料として有望であると考えられる。脱リン反応での代替の可能性を評価するため、CaO-Nepheline-FeO系スラグのFeO活量、CaO-Nepheline-P_2O_5活量を1673Kで測定した。測定にはジルコニア酸素センサーによる起電力法を用いた。脱リン反応は高FeO活量、低P_2O_5活量の条件で進行する。均一液相領域でCaOをNephelineに置換するとFeO活量は上昇した。一方CaO-Nephelineスラグ中のP_2O_5濃度が増加すると急激にP_2O_5活量が上昇する結果となった。測定した活量値から平衡到達リン濃度を見積もると、実操業ではほとんど脱リンが進行しないことが分かった。脱リンプロセスではNephelineは蛍石の代替材料として期待できない。スラグ中のCaO/Al_2O_3重量比が1/1、初斯(%S)の異なる2つの試料(各1.2g)を並べてPt製試料皿に載せて、SiC抵抗炉内、Ar-CO-CO_2-SO_2混合ガス気流中にて1773Kまで昇温し、6時間保持した。その後、試料を反応管の端部まで移動させて冷却凝固させ、(%S)を求めた。初期(%S)の異なる2種類の試料がほぼ等しいで(%S)になっていることを確認した。CaO-Al_2O_3にNephelineを添加すると、添加量の増加に伴ってSulfide Capacity, Csは低下したが、その低下の程度は徐々に緩やかになった。一方CaO-Al_2O_3にCaF_2を添加すると、Csは増加した。CaO-Al_2O_3-CaF_2中のCaF_2をNephelineに置き換えるとCsは低下する傾向を示した。ただし、CaO-Al_2O_3にNephelineを7.5%添加することによるC5の低下は1.0×10^<-3>から0.69×10^<-3>に低下する程度に抑えられた。これは、他の脱硫スラグと比較しても、充分な脱硫能を有すると判断できる値であり、Nephelineは蛍石の代替材料として有望であると考えられる。

測定した活量値から平衡到達リン濃度を見積もると、実操業ではほとんど脱リンが進行しないことが分かった。脱リンプロセスではNephelineは蛍石の代替材料として期待できない。
時空間分解によるスピンペルチェ効果の解明

本研究の目的は、伝導体/磁性体接合でスピン注入に伴って温度変化を生じるスピンペルチェ効果について、時空間データを最大限に活用した高感度・高空間分解測定を実現し、その発現機構や熱物性を調べることにある。スピンペルチェ効果による温度変化は接合界面に沿った方向では局在した特異な分布を示すが、接合界面に垂直な方向に関しては従来の研究では何ら情報が得られてこなかった。注入されたスピン流は接合界面に沿って伝搬するものであるため、この欠けている情報こそがスピン流による熱流生成現象の発現機構を明らかにする上で必要なパラメータとなる。本研究では、反射率変化に基づく温度測定技術であるサーモリフレクタンス法をスピンペルチェ効果測定に取り入れることで、高時間分解能・高空間分解能での温度変化計測を試み、スピン流がその伝播方向で示す熱物性(特に伝搬の長さスケール)を明らかにする。これにより、スピン流-熱流変換の物理の体系的な理解と高いスピンペルチェ効果を発現するための指針を得ることを目指す。本年度は、サーモリフレクタンス測定用の光学系を構築し、スピンペルチェ効果を駆動するための電流と同期させたロックインサーモリフレクタンス計測を実現した。複数の検証実験を行い、スピンペルチェ効果による温度変化の測定が可能なことを確認した。この検証実験において、スピンペルチェ効果による温度応答は予想以上に周波数依存性が大きく、時間応答からスピンペルチェ効果による熱生成の過程が追跡できる可能性が明らかとなった。実際、より高速応答まで測れるよう系を改良することで所望のデータが得られ、現在その熱的な特性の解析を行っている。本研究遂行にあたっては、伝熱工学で熱伝導評価に多く用いられてきたサーモリフレクタンス法を、スピン流を含む熱電効果(スピン熱電変換)測定に適用する必要があった。本年度は、光学系の構築と最適な光源波長・駆動電流との電気的な絶縁層を含む光反射層の探索を終え、スピンペルチェ効果の測定が実現できた(学会発表済み)。ロックイン計測によって周波数ドメインでの広帯域測定を行い、従来の最大周波数100Hz程度を大きく超える測定を実現した。これにより、スピンペルチェ効果による温度変化は、マイクロ秒程度の反応時間となることが期待されることがわかった。解析モデルを立ててスピン流の長さスケールを見積もることで、スピン熱電変換における基礎的でありながら未踏であったパラメータの評価が実現できる見込みである。スピンペルチェ効果の温度変化が示す時間応答が、スピン流による熱生成過程に由来することを示すために、熱伝搬およびスピン輸送を組み合わせた現象論モデルによる解析の枠組みを構築する。モデルの妥当性を検証するため、リファレンスとして熱源特性が予測可能な異常エッチングスハウゼン効果を用いた対照実験・解析を進める。以上により、電子状態に由来する“スピンペルチェ係数"の定義と、試料の質に敏感な長さスケールの分離を実現して、スピン流の示す熱物性を明らかにする。一方で上記モデル解析においては応答時間から長さスケールを導き出すため、仮定するパラメータに依存する部分が多い。より直接的な長さスケールの観察に向けて、引き続きサーモリフレクタンスを用いたサブミクロンスケールの空間イメージングにも取り組み、確実な研究遂行を狙う。広帯域の周波数測定結果の試行的な解析から、ミクロンスケールの熱源サイズが期待され、当初想定通りイメージング計測が適用可能な領域にある。すでにサーモリフレクタンス法を用いた高感度な温度応答検出のためのノウハウは蓄積しており、円滑に光学測定系のイメージング対応を進められる見込みである。

ロックイン計測によって周波数ドメインでの広帯域測定を行い、従来の最大周波数100Hz程度を大きく超える測定を実現した。これにより、スピンペルチェ効果による温度変化は、マイクロ秒程度の反応時間となることが期待されることがわかった。解析モデルを立ててスピン流の長さスケールを見積もることで、スピン熱電変換における基礎的でありながら未踏であったパラメータの評価が実現できる見込みである。スピンペルチェ効果の温度変化が示す時間応答が、スピン流による熱生成過程に由来することを示すために、熱伝搬およびスピン輸送を組み合わせた現象論モデルによる解析の枠組みを構築する。モデルの妥当性を検証するため、リファレンスとして熱源特性が予測可能な異常エッチングスハウゼン効果を用いた対照実験・解析を進める。以上により、電子状態に由来する“スピンペルチェ係数"の定義と、試料の質に敏感な長さスケールの分離を実現して、スピン流の示す熱物性を明らかにする。一方で上記モデル解析においては応答時間から長さスケールを導き出すため、仮定するパラメータに依存する部分が多い。より直接的な長さスケールの観察に向けて、引き続きサーモリフレクタンスを用いたサブミクロンスケールの空間イメージングにも取り組み、確実な研究遂行を狙う。広帯域の周波数測定結果の試行的な解析から、ミクロンスケールの熱源サイズが期待され、当初想定通りイメージング計測が適用可能な領域にある。すでにサーモリフレクタンス法を用いた高感度な温度応答検出のためのノウハウは蓄積しており、円滑に光学測定系のイメージング対応を進められる見込みである。