hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
メラノプシンを光受容体とする非視覚機能の多様化解析

ヒトのメラノプシンの発現についても予備実験をはじめたがまだ詳細な解析には至っていないが、分光解析を行うのに十分な発現量を確保するキメラコンストラクトを確立することができた。またGタンパク質の応答特性に関しては野生型のヒトメラノプシンで予備実験に成功している。我々は過去にマウスメラノプシンの光応答特性を解析し、従来のオプシンの光反応とは違う新たな光反応スーキムを提唱したが、海外の電気生理学者によって、生理的条件でも同様な光反応が起こっていることが示唆されるデータが得られている。光に反応したオプシン類は通常活性状態を生成しそのまま崩壊するか再び光反応を起こし基底状態に戻るが、メラノプシンでは第三の状態に光依存的に遷移していると考えられる。すなわち、特定の光照射条件においてメラノプシンは他には見られない光産物が存在すると考えられる。電気生理の実験で観測された現象が我々の提唱する光反応スキームに合致するかどうか調べるため、光反応のパラメーターをすべて決定しそれぞれの光産物のGタンパク質活性可能を調べた。そのため前年度までに測定条件をカスタマイズしたGタンパク質活性のアッセイ系を用いた。また特定の光産物の活性能を調べるため、それぞれの光産物のレチナールの異性体を合成した。その結果電気生理の実験と非常に良く一致する結果が得られ、さらに様々な光照射条件においてメラノプシンの挙動を予測することが可能になった。これらの実験よりこの新たな光反応の生理的意義を検討した。また生化学と電気生理の実験とのさらなら整合性をとるため、マウス網膜から生化学的実験から予測される光産物が検出できるか検討した。この実験は特殊な施設や動物資料が必要となり、海外の共同研究者の下で実験を行った。この実験は生体試料からメラノプシンの光反応由来の小分子を検出するものであるが、メラノプシンは非常に希少で視覚オプシン等によるコンタミが懸念される。したがってメラノプシン細胞の特異性を改善するために網膜色素変性マウスなどの視覚オプシンが少ないと考えられるマウスで条件検討を行った。我々の提唱する新たな光反応を証明する決定的な証拠は得られなかったものの、短時間で我々の仮説をサポートする示唆的なデータを得ることができた。すなわち生化学的な実験で得られている非常に特異性の高い分子がごく微量ではあるが生体試料から確認できた。以上の研究成果より、メラノプシンでの新規の光反応を生理的条件で確認し、その分子機構および機能を解明した。本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。当初の計画通りメラノプシンの発現の収量を改善することが出来た。また新たに用いたGタンパク質のアッサイより詳細にマウスメラノプシンの活性を解析することが可能になった。またマウスメラノプシンの細胞での活性の評価は精製サンプルで問題視される界面活性剤の影響が無いため今後メラノプシンの研究を進める上で重要なツールとなる。海外の電気生理学の研究者によって、当初解析したマウスメラノプシンの3状態平衡の反応が生理的にも起こっていている可能性が示唆されている。
いじめシステム・モデルに基づく介入プログラムの開発

本研究は、児童生徒間で発生するいじめの特徴の把握、および介入プログラム開発を目的として開始された。まず従来のいじめ研究を展望し、被害者と加害者のカップリングの中で生じる「いじめシステム」を想定する必要性を示した。続いて、「友人としての関係性を脅かしたり、その関係性を盾に相手を攻撃する行為」を「関係性いじめ」と捉え、その特徴を分析したところ、友人親密度の認識には被害者と加害者の間で差があり、それが関係性いじめの発生や維持に影響している可能性が示唆された。次に、諸外国で開発された主要な3つのいじめ予防プログラムを展望し、その特徴と課題について考察した。本研究では、児童生徒間で発生する「いじめ」のうち、友人間の関係性に関する攻撃および侵害行為である「関係性いじめ」にまずは焦点を当てて調査を実施した。研究初年度においては、大学生らを対象とした質問紙調査の分析を行い、その結果から、いじめ被害者と加害者との間では友だち認識に差異があることが示された。つまり、いじめ被害者は加害者のことを「友だち」と認識しているのに対して、加害者側は被害者のことを「友だち」とは認識していない割合が高かった。また、いじめ被害者は、男女共に「いじめを受けた」と認識するほど、いじめに対する拒絶感は高まるものの、女子においては、いじめに対する拒絶感と明確な拒絶行動との間には相関が見られなかった。このような、「いじめられるがが嫌だと感じているのに明確に拒絶できない」背景にある理由を明らかにするため、より詳細な分析を継続している。また初年度においては、「学校教員が最も対応に苦慮している『いじめ』はどのようなものか」を明らかにするために現職の学校教員を対象とした質問紙調査を実施し、結果の分析を現在進めている。上記の分析結果等から、いじめ当事者である被害者と加害者との間で「友だち」認識が共有されない中で「いじめ」が継続していくプロセスが想定され、両者の相互カップリングにより「いじめシステム」が生成・維持されるという仮説モデルを想定している。さらにこの「いじめシステム」の中では、当該行為を「いじめ」と認識したり言及したりすることが「相互の友だち認識」に対する侵害と見なされるため、そもそも当事者は「いじめ」に言及できないばかりか、いじめと認識することさえしない場合もあるというダブルバインド構造となっている可能性を検討したい。まず従来のいじめ研究を展望したところ、研究内容の種別が「加害者研究」「被害者研究」「両者の相互作用に関する研究」「介入プログラムの効果測定に関する研究」の4種に大別できることが明らかとなったが、いじめは被害者と加害者のカップリングの中で生じる事態であることから、両者からなるひとつの「いじめシステム」を想定して研究対象とする必要性が示唆された。また、いじめの中でも無視や仲間はずれに代表される「関係性攻撃」は発生頻度が高いが周囲の大人が発見・介入することが困難であることが注目された。「関係性攻撃」は加害者側の行為に着目した概念であるが、先に述べたようにいじめをシステムとして捉える必要性から、同概念を「関係性いじめ」と捉え直すよう試みた。こうした問題意識から、関係性いじめの加害者および被害者がいじめ事態をどのように認識しているのか、あるいは相手との関係性をどのように認識しているのかを明らかにするため、大学生を対象として過去の関係性いじめ・いじめられ体験に関する質問紙調査を実施した。分析の結果、関係性いじめの被害者は、加害者よりも、相手(つまり加害者)のことを「親しい友人」と認識していることが明らかとなった。こうした、被害者側の「相手(加害者)は友人である」という認識があるため、いじめられても明確に相手を拒絶できないということが生じている可能性が示唆された。また、関係性いじめシステムに介入するプログラム開発のため、諸外国で開発され実施されている主要な3つのいじめ防止プログラムの特徴を展望したものの、関係性いじめの発生するシステム単位への介入については共通する特徴は見いだされなかった。今回は新しい介入プログラム開発には至らなかったため、今後も研究を継続する計画である。臨床心理学学校現場で起きている「いじめ」の実態を把握するために、小中学校現場における質問紙調査を計画していたものの、協力校のスケジュールと研究者の実施都合が合わなかったため、年度内に調査を実施することができなかった。研究初年度に実施できなかった、学校現場での質問紙調査を実施する予定である。その結果を検討しつつ、適宜「いじめシステム」の仮説モデルに修正を加え、また「いじめシステム」への介入プログラム試案についてまとめていく。研究初年度内においては、研究資料や調査データの収集を実施したが、研究の進捗状況が遅れており、データ入力作業に伴う研究補助者への謝金支出や、研究成果発表のための学会参加旅費支出をするに至らなかったため。
亜硝酸剤耐性の機構解明とその対策

心不全や狭心症の治療に用いられる有機硝酸薬は古典的な薬剤であるにもかかわらずその作用機序は十分に知られていなかった.今回我々は,ニトロール(ISDN)やニトログリセリン(NTG)からの一酸化窒素(NO)放出機構をin vitroおよびin vivoで検討し,これらの薬剤が細胞質内のある種のcytochrome P450 (P450)分子種により代謝され,NOを放出し,静脈系および冠動脈を弛緩させることを見いだした.また,有機硝酸剤を持続投与すると硝酸剤耐性が出現するが,本耐性の出現機序も十分には解明されておらず,間欠的投与以外有効な手段は無かった.我々はまず,硝酸薬耐性(休薬による耐性の解除)を再現しうる耐性モデル(ラット)を作成,確立することに成功した.本実験系を用いて耐性出現時には,動脈内皮におけるP450の不活化によるNO産生の減弱が関与すること,休薬によりP450量が回復し,NO産生が増加することを見いだした.さらには本耐性出現の関連分子種であるCYP1A2の誘導剤であるアセトンを投与しP450を誘導しておくと硝酸薬持続投与による耐性出現を回避しうることを見いだした.さらに,NTGはISDNより早期に耐性が出現すると臨床的に報告されてきたが,本モデルにおいてもこの現象は再現され、CYP1A2量減少も並行することが判明した.しかしながら,本耐性は多因性であると考えられるため,それ以外の耐性機構の解明と臨床に応用できる克服法試みている.現在,抗酸化剤であるビタミンEの過剰投与により耐性出現が遅延しうることを見いだしたので、その機構について検討中である.本遅延機構にはP450以外の機構もあることが考えられ,cGKIやVASPの関与を検討中である.以上のような研究により有機硝酸薬の作用機序および耐性機構の一端を解明でき,耐性出現克服への一助になったものと思われる.今後さらに耐性機構の全容解明のため本研究を継続する予定である.心不全や狭心症の治療に用いられる有機硝酸薬は古典的な薬剤であるにもかかわらずその作用機序は十分に知られていなかった.今回我々は,ニトロール(ISDN)やニトログリセリン(NTG)からの一酸化窒素(NO)放出機構をin vitroおよびin vivoで検討し,これらの薬剤が細胞質内のある種のcytochrome P450 (P450)分子種により代謝され,NOを放出し,静脈系および冠動脈を弛緩させることを見いだした.また,有機硝酸剤を持続投与すると硝酸剤耐性が出現するが,本耐性の出現機序も十分には解明されておらず,間欠的投与以外有効な手段は無かった.我々はまず,硝酸薬耐性(休薬による耐性の解除)を再現しうる耐性モデル(ラット)を作成,確立することに成功した.本実験系を用いて耐性出現時には,動脈内皮におけるP450の不活化によるNO産生の減弱が関与すること,休薬によりP450量が回復し,NO産生が増加することを見いだした.さらには本耐性出現の関連分子種であるCYP1A2の誘導剤であるアセトンを投与しP450を誘導しておくと硝酸薬持続投与による耐性出現を回避しうることを見いだした.さらに,NTGはISDNより早期に耐性が出現すると臨床的に報告されてきたが,本モデルにおいてもこの現象は再現され、CYP1A2量減少も並行することが判明した.しかしながら,本耐性は多因性であると考えられるため,それ以外の耐性機構の解明と臨床に応用できる克服法試みている.現在,抗酸化剤であるビタミンEの過剰投与により耐性出現が遅延しうることを見いだしたので、その機構について検討中である.本遅延機構にはP450以外の機構もあることが考えられ,cGKIやVASPの関与を検討中である.以上のような研究により有機硝酸薬の作用機序および耐性機構の一端を解明でき,耐性出現克服への一助になったものと思われる.今後さらに耐性機構の全容解明のため本研究を継続する予定である.ニトログリセリン(NTG)や硝酸イソソルビド(ISDN)などの有機ニトロ化合物は急性心不全や狭心症患者の治療薬として古くから用いられている.我々は,チトクロームP450 (P450)がこれらの薬剤からNOを生成する酵素として重要な役割を果たしていることを明らかにした(FEBS Lett. 462:165,1999).硝酸剤を48時間持続投与すると本剤に対する耐性が出現するが,一方、ニトロプルシドやNOの直接的なドナーでは本耐性は見られない.我々は,NTG投与患者の剖検例で心血管系と静脈系のP450分子種に免疫組織学的な変化が見られることなどから,P450によるNO産生系が本耐性にも重要な役割を果たしている可能性を提唱してきた(Free Rad Biol Med. 31:1498,2001)。NTGやISDNを持続投与したラットでP450分子種の変化を解析したところ,冠動脈や末梢血管で多くのP450分子種の量と活性が低下しており,血漿および尿中のNOx(NO2^-+NO3^-)量も減少した.2日間持続投与後に2日間休薬すると,P450の量と活性が投与前値に回復し,耐性も消失した.このようにP450活性と耐性出現には逆相関が認められた.実験的にP450を誘導したり,阻害したりしたラットでもP450と耐性の関連性を確認できた。

以上の所見より,本耐性機構にはP450が重要な役割を果たしていることが示唆され,その制御法の開発がヒトにおいても硝酸剤抵抗性を回避しうる可能性がある。また,NO産生量は耐性時に完全に抑制されないので,本機構以外の分子機構も存在すると考えられるが,これについてはさらに解析をすすめている.心不全や狭心症の治療に用いられる有機硝酸薬は古典的な薬剤であるにもかかわらずその作用機序は十分に知られていなかった。今回我々は,ニトロール(ISDN)やニトログリセリン(NTG)からの一酸化窒素(NO)放出機構をin vitroおよびin vivoで検討し,これらの薬剤が細胞質内のある種のcytochrome P450(P450)分子種により代謝され,NOを放出し,静脈系および冠動脈を弛緩させることを見いだした.また,有機硝酸剤を持続投与すると硝酸剤耐性が出現するが,本耐性の出現機序も十分には解明されておらず,間欠的投与以外有効な手段は無かった.我々はまず,硝酸薬耐性(休薬による耐性の解除)を再現しうる耐性モデル(ラット)を作成,確立することに成功した.本実験系を用いて,耐性出現時には,動脈内皮におけるP450の不活化によるNO産生の減弱が関与すること,休薬によりP450量が回復し,NO産生が増加することを見いだした.さらには本耐性出現の関連分子種であるCYP1A2の誘導剤であるアセトンを投与しP450を誘導しておくと硝酸薬持続投与による耐性出現を回避しうることを見出した.さらに,NTGはISDNより早期に耐性が出現すると臨床的に報告されてきたが,本モデルにおいてもこの現象は再現され、CYP1A2量減少も並行することが判明した.しかしながら,本耐性は多因性であると考えらるため,それ以外の耐性機構の解明と臨床に応用できる克服法試みている.現在,抗酸化剤であるビタミンEの過剰投与により耐性出現が遅延しうることを見いだしたので、その機構について検討中である.本遅延機構にはP450以外の機構もあることが考えられ,cGKIやVASPの関与を検討中である.以上のような研究により有機硝酸薬の作用機序および耐性機構の一端を解明でき,耐性出現克服への一助になったものと思われる.
国際公共海域における「遺伝子探査」をめぐる科学・ビジネス・法-国際法的枠組の模索

本研究は、「遺伝子探査」(biological prospecting=BP)活動を巡る科学、ビジネス、そして関連する国内・国際法の現状と課題を明らかにし、その総合的検討を通じて、「遺伝子探査」活動を枠づける国際法規範・組織のあり方について、政策指向的に考察することを目的とする。昨年度までは、一般的に、国際公共海域における「遺伝子探査」の実態把握と当該活動の規律可能性とあり方にっき、主に、南極条約協議国会議、国連海洋法条約、そして生物多様性条約の下で行われている議論を中心に考察した。その考察を踏まえて、本年度は、関係者とのインタビューや関係条約会議一次資料などを参考に、BPと称される一連の活動プロセスを、最初の採取行為、その後の実験室での研究、特許取得、そしてその商業的開発に区分して把握すべきことを明らかにした。この区分を基に、BPをめぐる議論を整理すると、規制不必要論は、一般に、採取行為から特許取得までに着目し、これら活動はBPではなく国際公共海域における科学活動の自由を行使した活動であり、従って、「規律」は不要であるとの立場である。これに対して、一部NGOを含むBP規制促進派は、特許取得ないしそれを利用した商業的開発及び収益活動に着目し、そこで利用される「遺伝子資源ないし情報」の起源が「全人類の利益」に供されるべき国際公共海城から採取されている場合には、採取活動にまで遡ってBPとなり、その規制及び利益の国際社会への還元が必要であるという立場になる。このように、「遺伝子探査」活動をめぐる法的対応は、「遺伝子探査」をどの範囲の活動とし、どのように性格づけるかに依存するが、現在のところ、それら問題につき国際的な合意に至っていない。国際法規範・組織の定立はその次の課題である。本研究は、「遺伝子探査」(biological prospecting)と呼ばれる活動を巡る科学、ビジネス、そして関連する国内・国際法の現状と課題を明らかにし、その総合的検討を通じて、「遺伝子探査」活動を枠づける国際法規範・組織のあり方について、政策指向的に考察することを目的とする。そのため、本年度では、第1に、南極海域における「遺伝子探査」をめぐる議論および実態の調査を行うため、平成18年6月に開催された第29回南極条約協議国会議に出席し、南極海域にて行われているとされる「遺伝子探査」をめぐる議論を聴取し、資料収集を行った。また、国立極地研究所において生態学を専門とし、実際に、南極におけるバクテリア採取等を行っている研究者から、その活動の実態と意義づけ(その商業的意味合いの有無)等について聞き取り調査を行った。その結果、研究現場における微生物等の採取活動者と、政治的フォーラムにおいてその規制を検討する政策決定者の間では、同じ活動を巡りその意義づけが異なることがあり、それが「遺伝子探査」をめぐる国際法的(規制的)議論を困難にしていることが明らかになった。第2に、国家管轄権を越える海域(公海、特に、深海底)における「遺伝子探査」をめぐる議論を生物多様性条約から検討する視点(もう1つは国連海洋法条約からの視点)を調査するため、生物多様性条約事務局(モントリオール)を訪問し、同条約における議論状況を聴取し、関連資料を収集した。その結果、「遺伝子探査」活動は、同条約の生物多様性保全に関する諸規定との関連で問題になりうるが、現時点では議論はあまりされていないことが明らかになった。本研究は、「遺伝子探査」(biological prospecting)活動を巡る科学、ビジネス、そして関連する国内・国際法の現状と課題を明らかにし、その総合的検討を通じて、「遺伝子探査」活動を枠づける国際法規範・組織のあり方について、政策指向的に考察することを目的とする。そのため、本年度では、第1に、平成19年4月に開催された第30回南極条約協議国会議及び同会議にて設置されたbiological prospectingに関する会期間ウェッブベース協議プロセスに参加し、南極条約地域での「遺伝子探査」をめぐる関係国、関係団体の意見聴取、資料収集を行った。その結果、「遺伝子探査」活動の実態把握が具体的に行われ始めていること(国連大学のデータベース)、そして国家レベルにおいては、同活動を新たな法枠組で「規制」すべきとする意見と、現行南極条約の科学調査活動ないし公海上の海洋科学調査活動として位置づけこれ以上の規制は不要とする立場の対立がかなり先鋭になってきていることが理解された。第2に、公海、特に、深海底における「遺伝子探査」をめぐる議論をフォローするため、ニューヨークにある国連海洋及び海洋法部を訪問し、海洋に関する非公式公開協議における同問題の扱いについて情報収集した。加えて、遺伝子資源の利用の側面を議論している生物多様性条約事務局を訪問し、当該議論の「公域」への適用可能性につき情報収集した。以上を踏まえて、年度末に南極条約及び海洋法の専門家であるオーストラリア在住の5名の国際法学者と本問題の今後の展開の方向性や共同研究の可能性を含め、議論を行った。

その考察を踏まえて、本年度は、関係者とのインタビューや関係条約会議一次資料などを参考に、BPと称される一連の活動プロセスを、最初の採取行為、その後の実験室での研究、特許取得、そしてその商業的開発に区分して把握すべきことを明らかにした。この区分を基に、BPをめぐる議論を整理すると、規制不必要論は、一般に、採取行為から特許取得までに着目し、これら活動はBPではなく国際公共海域における科学活動の自由を行使した活動であり、従って、「規律」は不要であるとの立場である。これに対して、一部NGOを含むBP規制促進派は、特許取得ないしそれを利用した商業的開発及び収益活動に着目し、そこで利用される「遺伝子資源ないし情報」の起源が「全人類の利益」に供されるべき国際公共海城から採取されている場合には、採取活動にまで遡ってBPとなり、その規制及び利益の国際社会への還元が必要であるという立場になる。このように、「遺伝子探査」活動をめぐる法的対応は、「遺伝子探査」をどの範囲の活動とし、どのように性格づけるかに依存するが、現在のところ、それら問題につき国際的な合意に至っていない。国際法規範・組織の定立はその次の課題である。
グラフの全域木と平面上の幾何的全域木

辺着されたグラフにおいて、虹全域木と彩色全域木が存在するための十分条件の研究を行う。得られている結果は、辺着された完全グラフや完全2部グラフに関するものに限られており、一般のグラフにおける良い十分条件はなく、これを求める。木からすべての葉をの除いた部分木を木の茎という。自然界においては、冬になると葉が落ちて茎になる木も多い。茎がある種の条件を満たすような全域木が存在するための十分条件を求める。平面上に与えられた赤点の集合Rと青点の集合B上の幾何的全域木で葉の集合がBとなるものが存在するため条件を求める。この問題の他にも関連する問題があるので、それらもあわせて研究する。
新規一次繊毛膜タンパク質の機能探究

膜タンパク質Prominin-1 (Prom1)は突起に局在することが知られており、その変異は遺伝性の眼科疾患である網膜色素変性症を誘発するが、その機能は分かっていない。本研究では、Prom1を過剰発現すると細胞膜突起が生じることに着目し、Prom1の細胞膜突起形成機構の解明を目的として実施した。その結果、Prom1の過剰発現はコレステロール依存的な複数の突起を形成し、この突起形成はカルボキシル末端領域に位置する5アミノ酸が必須であった。また、細胞膜突起の形成初期において活性型RhoAが重要であることを明らかにした。さらにProm1はカルシウムイオンによって誘発される塩化物イオンの流出に必要であり、突起形成は塩化物の流出活性と密接に関連していることを明らかにした。人を含む動物細胞の多くは細胞表面に一次繊毛と呼ばれる構造を持っている。一次繊毛は細胞内外のシグナルを感受するアンテナとして重要な役割を担っており、その形成異常や機能不全は眼科疾患、腎臓疾患、多指症、内臓逆位、男性不妊、認知障害などの重篤な疾患を引き起こす。特に、これらの機能不全が遺伝子変異に起因する場合、これらを「繊毛病」と総称する。したがって繊毛形成の詳細なメカニズムを分子レベルで明らかにし、治療法を提案することは生命科学における重要な研究課題の1つである。私たちはProminin-1(Prom1; CD133)と呼ばれる5回膜貫通型の膜タンパク質が繊毛形成に重要な役割を果たすと考えている。長年Prom1は幹細胞マーカーとして使用されてきたが、Prom1遺伝子異常は遺伝性の眼科疾患を誘発することが報告されて以来、Prom1は重篤な眼科疾患の原因遺伝子の一つとしても認識されている。実際に作成したProm1欠損マウスには、眼科疾患以外にもProm1欠損マウスの表現型が繊毛病の病態に類似していた。一方で、Prom1タンパク質の機能はほとんど分かっていない。本研究はProm1の機能を、主に培養細胞実験系を用いて解明しようというものである。これまでの解析からProm1は一次繊毛に局在し、Prom1機能欠損により一次繊毛の形成が不全になることが観察された。一方Prom1を細胞内で一過的に強制発現すると細胞形態が大きく変化し、遺伝子性眼科疾患患者由来のProm1変異体を同様に導入すると、この形態変化起こらないことがわかった。そこで、細胞形態変化を起こすために必要な領域を検討したところ、カルボキシル末端の一部が重要であることが明らかになった。さらに、Prom1の過剰発現により惹起されるシグナル経路を阻害剤投与により検討し、低分子Gタンパク質の活性化が重要であることを示した。これまでの解析から、Prom1が一次繊毛の形成に必要であることがわかったが、一次繊毛以外の細胞膜にも局在が認められたために、一次繊毛における形成機構に関わる機能解析を示す結果が得られなかった。しかし、Prom1の一過的な過剰発現により細胞形態の変化を示すことを見出し、その表現系が網膜色素変性症を示す変異では生じないことから、Prom1の生理的な機能活性に膜形態維持があることが示唆された。また、この機能活性にProm1タンパク質のカルボキシル末端の一部が必要であることを明らかにし、アクチン重合経路の関与を示唆することができた。この結果は一次繊毛のみでなく、Prom1の機能解析を明らかにするという本研究目的の進捗に貢献するものである。以上の点から、研究は概ね順調に進展しているものと判断した。今後はまず、示唆されたRhoキナーゼとの相互作用の変化や、Rhoシグナル経路の抑制によるProm1の局在や活性の影響を検証する。また、Prom1変異マウスが不妊傾向を示すことから変異マウス由来の細胞単離が予定通りに行えないため、CRISPR/Cas9を使用したProm1欠損細胞を樹立し、Prom1の欠損による影響を検証する。そしてProm1過剰発現または欠損時に働く下流因子が明らかになった場合、細胞形態変化におけるProm1の役割を明らかにする。本研究の主目的が、Prom1の一次繊毛形成における役割であった一方、実際の実験からは細胞膜の形態の変化という予定外の表現型が得られてたため、その解析に多くの時間を費やし、細胞膜形態の観点からProm1の機能を明らかにしてきた。そこで、Prom1と一次繊毛形成の関係を明らかにするための実験にかかる諸費用(抗体、酵素、培養液、血清など)を次年度使用とすることにした。
長期の心肺補助を可能とするポータブル緊急生命維持装置の実用化研究

人工肺と血液ポンプを一体化したポータブル型の心肺補助装置を実現するための血液ポンプとして2段階昇圧方式のシーケンシャルフローポンプを開発した。圧流量の目標値である流量5L/minを350mmHgを約3,100 rpmで達成し全効率は14%であった。また、人工肺用シリコーン中空糸表面の抗血栓性コーティング膜として、ポリマー間を架橋する新たなリン脂質ポリマーを合成し、84日間安定してアルブミンの吸着抑制効果が得られた。比較的小さなインペラーを比較的低回転で駆動しながらも大きな揚程を得られる2段昇圧方式のシーケンシャルフローポンプを設計し、数値流体力学解析とプロトタイプ製作により必要な圧流量特性を基本的に達成した。しかし、長期使用のための動圧軸受を用いたインペラー浮上メカニズムとの圧バランスを取ることに解決課題が発生し、インペラーが浮上しすぎてポンプハウジング天井部分に接触するトラブルが発生した。数値流体解析とインペラーの試作を繰り返すことで解決の方向に向かっている。人工肺ユニットを構成するシリコーン中空糸はガス交換能力を向上させるために従来より細い内外径の中空糸を本研究では使用している。このため、血液を中空糸内腔を通す内側還流方式では圧力損失が大きくなり、ガス交換能と圧力損失はトレードオフの関係にあるため、今年度繰り返し検討を行った。長期使用可能なシリコーン中空糸人工肺実現のためのホスホリルコリン基ポリマーを均一かつ強固にシリコーン表面に固定するための条件プロトコルを基本的に確立するとともに、シリコーン人工肺の表面コーティングに適する改良型のポリマーも合成した。原理的に血漿リークのないシリコーン人工肺は生理的食塩水の充填操作時間が長くなることが危惧されるため、人工肺を含む血液回路にまず炭酸ガスフラッシュすることによりその後の生理的食塩水充填を加速する手法を基本的に確立した。急性呼吸窮迫症候群や急性心不全といった救急症例に対し体外式膜型人工肺(ECMO)や経皮的心肺補助装置(PCPS)を用いることが多いが、高流量・低揚程型の遠心ポンプでは人工肺や回路の圧力損失を考慮すると不利な条件で運転せざるをえない。本研究では高揚程・低流量でも高い特性を持たせることを目的にシーケンシャルフローポンプ(SFP)を独自に設計し、SFPを組み込んだ小型・軽量な緊急生命維持装置(ELSS)を開発中である。SFPは2段階昇圧と呼ぶ新たな昇圧機構や、通常の遠心ポンプと流入口・流出口が逆に配置されていることにより人工肺との接続が簡易的かつ小型化に有利な特徴を持つ。現在、開発中のSFP3次モデルについてはインペラーの上下バランスの問題や動圧軸受の改良により比較対象とするbiopumpと比較し溶血指数(NIH)が7.6倍程度まで低減できて来ており、さらに改良すべく数値流体解析により溶血原因部位の特定を行った。解析にはANSYS15.0を使用し、結果としてSFPにおける2段階昇圧構造の部位において、溶血の原因となるようなせん断応力が閾値である400Paを超える部位を特定することができた。せん断応力を低減することはフォンビルブランド因子マルチマーの減少を抑えることに寄与するのでこの部位におけるせん断応力が閾値を超えないような構造にし、来年度の動物実験に向けて改良を行っている。人工肺および中空糸の抗血栓性を向上させるための生体親和性高分子修飾膜に関しては、生体的合成モノマーであるMPCポリマーにシリコーンと親和性の高い疎水性モノマーに加え共有結合性モノマーの3者の共重合体を作成し、中空糸膜や血液回路表面に対して物理-化学吸着する表面コーティング法を開発し、血小板の活性化が低減する結果を得た。比較的細いカニューレを用いる経皮的心肺補助(PCPS)において基本的に高流量・低揚程型の通常の遠心ポンプで駆動することは回転数が高くなり不利な条件で運転せざるをえないことから、本研究では高揚程・低流量でも回転数を低く抑えられる2段階昇圧と呼ぶ新たな昇圧機構を持つシーケンシャルフローポンプ(SFP)を提案した。設計開発したSFPは通常の遠心ポンプに比較して低回転で運転可能な点や通常の遠心ポンプと流入口・流出口が逆に配置されていることにより人工肺との接続が簡易的かつ小型化に有利な特徴を持つ。一方で比較対象とするbiopumpと比較し溶血指数(NIH)が7.6倍程度存在し、ポンプ回転数が低減できたのに比較して、溶血特性はさらに改良が必要である。数値流体解析により溶血の原因となるようなせん断応力が閾値である400Paを超える部位がSFP内の2段階昇圧構造付近に存在することが判明したため改善に注力している。フォンビルブランド因子マルチマーは溶血発生よりも早期に敏感に減少し始めるため、長期使用を目指した心肺補助の実現のためにもポンプ構造の改良を今後とも進めていく計画である。従来のPCPS/ECMOには、装置の可搬性に乏しい、回路の準備やプライミングに時間がかかることなどといった問題点が挙げられるため、我々は緊急生命維持装置(ELSS:Emergency Life Support System)の開発を行って来た。

ELSSの構成パーツのうち、血液ポンプにおいては、人工肺や細径カニューレにおける圧損失を考慮し、流量5L/minを350mmHgまで昇圧できる性能をもつことと、溶血性能が既存のポンプに比べ同等以上であることが求められ、この2つの条件を満たせるような小型の血液ポンプとして、新しい原理をもつSequential flow pump(SFP)を開発した。2段昇圧機構により比較的低回転数で目標の揚程を得られる設計とし、インペラー内の流路パス数の最適化を実施した結果、8本パスインペラーが圧流量の目標値を3122 rpmで達成し、全効率は14.4%を達成した。人工肺部に用いるシリコーン中空糸は均質膜であるために血漿リークが原理的に発生しないため長期使用に適しており、抗血栓性表面コーティングとして、人工肺と血液ポンプを一体化したポータブル型の心肺補助装置を実現するための血液ポンプとして2段階昇圧方式のシーケンシャルフローポンプを開発した。圧流量の目標値である流量5L/minを350mmHgを約3,100 rpmで達成し全効率は14%であった。また、人工肺用シリコーン中空糸表面の抗血栓性コーティング膜として、ポリマー間を架橋する新たなリン脂質ポリマーを合成し、84日間安定してアルブミンの吸着抑制効果が得られた。研究初年度である本年は、シーケンシャルフローポンプはインペラー直径60mmと比較的小型のポンプでありながら毎分約3,000回転で350mmHgの揚程と5リットル/分の流量を得られる期待通りのポンプ特性であることが、実機を試作し圧流量評価実験の結果から示された。長期使用のための動圧軸受においてインペラーが浮上しすぎてポンプハウジング天井部分に接触するトラブルが発生したが、数値流体解析とインペラーの試作を繰り返すことで解決の方向に向かっている。シリコーン中空糸はガス交換能力を向上させるために従来より細い内外径の中空糸を用いたため、血液を中空糸内腔を通す内側還流方式では圧力損失が大きくなり、今年度繰り返し検討を行ったが、前倒し交付も申請したことでおおむね順調に研究を進捗することができた。長期使用可能なシリコーン中空糸人工肺実現のためのホスホリルコリン基ポリマーを均一かつ強固にシリコーン表面に固定するための条件プロトコルを確立するとともに、シリコーン人工肺の表面コーティングに適する改良型のポリマーも合成できた。原理的に血漿リークのないシリコーン人工肺は生理的食塩水の充填操作時間が長くなることが危惧されたが、人工肺を含む血液回路にまず炭酸ガスパージすることによりその後の生理的食塩水充填を加速する手法を基本的に確立できた。細いカニューレを用いる経皮的心肺補助(PCPS)において高揚程・低流量でも回転数を低く抑えられるシーケンシャルフローポンプの改良設計を継続する。フォンビルブランド因子マルチマーの断片化を低減するためにはせん断応力の低減が不可欠なので、数値流体解析によりポンプ構造の改良を繰り返すことで目的達成を目指す。28年度が最終年度であるため、記入しない。医用生体工学シーケンシャルフローポンプは血液を潤滑媒体とする動圧浮上方式の非接触軸受構造をインペラー形状と組み合わせて新たに設計試作し長期耐久試験を実施するとともにポンプの実用設計を完了させ、in vitroでのフォンビルブランド因子計測試験と評価を実施することで、ポンプの最終設計を完了させる。研究最終年度には動物によるin vivo試験を実施する。人工肺ユニットはホスホリルコリン基ポリマーコーティングを施した中空糸を用い、実験動物であるヤギの体格に適する膜面積を持つ試験モジュールを設計試作し、ガス交換能力試験および基礎的な動物実験を実施する。
迅速測定による四員環開裂反応の動的過程の解析

シクロヘキサンを結晶溶媒として含むsyn-tricyclo[4.2.0.0(2,5)]octane誘導体結晶に、X線を照射するとX線回折強度がわずか数時間で変化し、結晶構造解析の結果得られた構造が中央部に八員環をもつcis,cis-1,5-cyclooctadiene誘導体になっていることから、結晶相で四員環開裂反応を起こすことがわかった。しかし、この反応は速度が速いため通常の4軸型のX線回折計では反応過程の分子構造を観測することが困難である。そこで、本研究では、低分子結晶用に開発された、IP(イメージングプレート)ワイセンベルグカメラを使って、数時間以内に全回折強度データを測定することにより時分割結晶構造解析を行ない、結晶相反応の動的過程を調べた。試料結晶に反応を起こす要因を確定するために、結晶を結晶溶媒とともに封じ、低温(243K)で可視光を遮って測定を行ったところ、結晶の格子定数の変化が認められ、結晶相反応がX線で引き起こされていることがわかった。そこで、IPワイセンベルグカメラを使って140分でX線回折強度測定を行った。構造解析の結果、中央部に四員環をもつtricyclooctaneの分子構造が得られ、反応が進行する前の初期構造を始めて観測することができた。さらに、反応の進行を動的にとらえるために同じ結晶について、140分ごとに連続的にX線回折データを収集した。連続した4つのデータセットを使って、結晶構造を解析したところ初期構造(四員環)と開裂反応後の構造(八員環)の乱れた構造を得たので、各々の占有率を精密化した。最初のデータセットでは初期構造が90%以上であったが、それ以降のデータセットでは初期構造の占有率が減少し、反応後の構造の占有率が増加することを明らかにすることができた。また、このような反応速度の速い結晶相反応の過程を解析する上で、IPワイセンベルグカメラを使った測定が非常に有効であることをが明らかになった。
神経回路の動的再編成機能に着目したアダプタビリティを有する制御器の進化的構築

近年,進化的計算手法を用いてロボットの制御器あるいは形態をも構成論的に構築することを目指す,進化ロボティクスと呼ばれる分野が注目を集めている.この分野では,特に制御器をニューラルネットワークで表現し,その構造ならびにシナプス荷重を進化的に獲得する研究例が数多く報告されている.しかしながら,学習と進化過程が乖離に起因する環境の変動に対する脆弱性といった問題点が指摘されている.一方,近年の神経生理学の研究により,神経回路は状況に応じて動的かつ迅速に回路特性が変化していることが明らかになった.これらの興味深い現象は,神経修飾物質と呼ばれる化学物質の働きによるものと考えられている.そこで申請者は,この神経修飾物質の働きを工学的に模擬することにより,神経回路の学習ならびに構造を感覚入力(環境)に応じて動的かつ実時間で調節する手法の構築を目指した.本手法の特徴は,進化の対象を『状況に応じた適切なニューロン間の相関(学習)の取り方』としたことである.平成12年度は,この概念を用いて2脚,4脚といった歩行ロボットの適応制御器の構築,ならびに効率的な進化手法の開発に関する考察を主に行った.また,ペグ押しロボットの行動制御問題の考察も併せて行った.その結果,提案する手法は,従来手法に比べて進化能力ならびに適応能力を飛躍的に高めることができることが数値実験の結果明らかになった.平成13年度では,より信頼性の高いシミュレーションを行うために,接触等の物理現象を高速に計算可能な三次元シミュレータを導入し,CPG(中央パターン発生器)を神経調節するメカニズムを進化させることを試みた.その結果,進化を通して獲得された個体は,進化過程で経験していないような状況に対しても,実時間で回路特性を改変し,適切に対処できることを明らかとなった.近年,進化的計算手法を用いてロボットの制御器あるいは形態をも構成論的に構築することを目指す,進化ロボティクスと呼ばれる分野が注目を集めている.この分野では,特に制御器をニューラルネットワークで表現し,その構造ならびにシナプス荷重を進化的に獲得する研究例が数多く報告されている.しかしながら,学習と進化過程が乖離に起因する環境の変動に対する脆弱性といった問題点が指摘されている.一方,近年の神経生理学の研究により,神経回路は状況に応じて動的かつ迅速に回路特性が変化していることが明らかになった.これらの興味深い現象は,神経修飾物質と呼ばれる化学物質の働きによるものと考えられている.そこで申請者は,この神経修飾物質の働きを工学的に模擬することにより,神経回路の学習ならびに構造を感覚入力(環境)に応じて動的かつ実時間で調節する手法の構築を目指した.本手法の特徴は,進化の対象を『状況に応じた適切なニューロン間の相関(学習)の取り方』としたことである.平成12年度は,この概念を用いて2脚,4脚といった歩行ロボットの適応制御器の構築,ならびに効率的な進化手法の開発に関する考察を主に行った.また,ペグ押しロボットの行動制御問題の考察も併せて行った.その結果,提案する手法は,従来手法に比べて進化能力ならびに適応能力を飛躍的に高めることができることが数値実験の結果明らかになった.平成13年度では,より信頼性の高いシミュレーションを行うために,接触等の物理現象を高速に計算可能な三次元シミュレータを導入し,CPG(中央パターン発生器)を神経調節するメカニズムを進化させることを試みた.その結果,進化を通して獲得された個体は,進化過程で経験していないような状況に対しても,実時間で回路特性を改変し,適切に対処できることを明らかとなった.近年,進化的計算手法を用いてロボットの制御器あるいは形態をもボトムアップ的に構築することを目指す進化ロボティクスと呼ばれる分野が注目を集めている.この分野では,特に制御器をニューラルネットワークで表現し,その構造ならびにシナプス荷重を進化的に獲得する研究例が数多く報告されている.しかしながら,これらの研究の大部分は,学習と進化過程が乖離しており,環境の変動に対する脆弱性,新規能力の獲得時における既存能力の破壊といった問題点が指摘されている.一方,近年の神経生理学の研究により,神経回路は状況に応じて動的かつ迅速に回路特性が変化していることが明らかになった.これらの興味深い現象は,neuromodulator(以下,NM)と呼ばれる化学物質の働きによるものと考えられている.そこで申請者は,このNMの働きを工学的に模擬することにより,神経回路の学習ならびに構造を感覚入力(環境)に応じて動的に調節する手法の構築を目指している.本手法の特徴は,進化の対象を『ある状況下での適切なニューロン間の相関(学習)の取り方』としたことである.具体的には,どのニューロンから荷重あるいは結合の変化を司るNMを拡散し,どのシナプスにNMのレセプタを用意するかの決定を進化の対象とした.平成12年度は,この概念を用いて2脚,4脚といった歩行ロボットの適応制御器の構築,ならびに効率的な進化手法の開発に関する考察を主に行った.その結果,提案する手法は,従来手法に比べて進化能力ならびに適応能力を飛躍的に高めることができることを数値実験の結果明らかになった.次年度では,遺伝情報量の低減のために,発生過程の概念を導入することを試みる.また,発現する知能と身体性の関係を調べるために,歩行ロボットのボディパラメータを様々に変化させ,身体性と進化能力の関係を定量的に評価することも併せて試みる.近年,進化的計算手法を用いてロボットの制御器あるいは形態をも構成論的に構築することを目指す,進化ロボティクスと呼ばれる分野が注目を集めている.

この分野では,特に制御器をニューラルネットワークで表現し,その構造ならびにシナプス荷重を進化的に獲得する研究例が数多く報告されている.しかしながら,学習と進化過程が乖離に起因する環境の変動に対する脆弱性といった問題点が指摘されている.一方,近年の神経生理学の研究により,神経回路は状況に応じて動的かつ迅速に回路特性が変化していることが明らかになった.これらの興味深い現象は,神経修飾物質と呼ばれる化学物質の働きによるものと考えられている.そこで申請者は,この神経修飾物質の働きを工学的に模擬することにより,神経回路の学習ならびに構造を感覚入力(環境)に応じて動的かつ実時間で調節する手法の構築を目指した.本手法の特徴は,進化の対象を『状況に応じた適切なニューロン間の相関(学習)の取り方』としたことである.平成12年度は,この概念を用いて2脚,4脚といった歩行ロボットの適応制御器の構築,ならびに効率的な進化手法の開発に関する考察を主に行った.また,ペグ押しロボットの行動制御問題の考察も併せて行った.その結果,提案する手法は,従来手法に比べて進化能力ならびに適応能力を飛躍的に高めることができることが数値実験の結果明らかになった.平成13年度では,より信頼性の高いシミュレーションを行うために,接触等の物理現象を高速に計算可能な三次元シミュレータを導入し,CPG(中央パターン発生器)を神経調節するメカニズムを進化させることを試みた.その結果,進化を通して獲得された個体は,進化過程で経験していないような状況に対しても,実時間で回路特性を改変し,適切に対処できることを明らかとなった.
マイコバクテリアの生産する新規C35環状テルペノイドの探索と生合成研究

2つの新規環状C35テルペンを発見した。また、環状C35テルペンが直鎖状C35イソプレノイドの環化によって生合成されることを証明した。そのような証明が成されている天然物は他に例がない。M. chlorophenolicumとM. vanbaaleniiから合計5種類のZ型プレニル鎖延長酵素遺伝子を見出した。M. vanbaalenii由来の2種類は機能解析でき、各々主にC35とC15を生産することが判明した。【C_<35>環状テルペン生合成酵素遺伝子のクローニング】M.chlorophenolicum由来の2つの完全長Z型プレニル鎖延長酵素ホモログを縮重プライマーを用いたPCRとゲノムウォーキングによって取得することができた。ゲノム既知のM. vanbaaleniiもC_<35>環状テルペンを生産することがGC-MS分析によって判明した。本菌株由来の3つのZ型プレニル鎖延長酵素ホモログと2つのプレニル還元酵素ホモログをそれぞれpET系のベクターに連結し、大腸菌発現系を構築した。現在、可溶化条件などを検討中である。M. chlorophenolicum由来の無細胞抽出液を用いて生合成経路を解析した。大量培養菌体をアルカリ加水分解後、ヘキサン抽出物に仮想中間体のC_<35>直鎖状テルペンのアルコール体を見出し、単離した。それを二リン酸体へ有機合成し、無細胞抽出液とインキュベートしたところC_<35>環状テルペンの生産を確認することができた。この結果は、C_<35>直鎖状テルペンが直接環化して生合成されることを示しており、このような天然物として初めての例ではないか考えている。また、本経路におけるZ型プレニル鎖延長酵素のアリル性基質は主にファルネシル二リン酸が反応していることが示唆された。【C_<35>環状テルペンの更なる探索】培養の定常期以降に検出される2種類のC_<35>環状テルペン様化合物をGCーMS分析で見出した。それらを大量培養後各種クロマトグラフィーによって単離した。現在、NMRによって構造解析を行っている。1) C_<35>プレニル二リン酸合成酵素遺伝子とプレニル還元酵素遺伝子の同定: 3種類のZ型プレニル鎖延長酵素ホモログと2種類のプレニル還元酵素ホモログをpET系およびpCold系ベクターに連結し、大腸菌で発現させた。Z型プレニル鎖延長酵素ホモログについては可溶化しており、ニッケルカラムによって精製した。GPP, FPP, GGPPなどのスターター基質とIPPを用いた酵素反応実験から、C_<35>プレニル二リン酸合成酵素遺伝子を決定することができた。この結果から、ゲノム上のその周辺領域からのC_<35>テルペン環化酵素を探索することが可能となった。現在、プレニル還元酵素について可溶化条件を検討している。2)新規C_<35>テルペンの探索と機能解析: 2種類の新規C_<35>テルペンを各種クロマトグラフィーによって単離し、1つについては、NMRやMS解析によって構造を決定することができた。以前見出された環状C_<35>テルペンが更に代謝された構造であったが、生産量が微量であった。最終代謝産物が他にあると思われ、更なる探索が必要であることを示す結果であった。現在、生合成阻害剤を用いてその生合成を分析している。3) C_<35>テルペン環化酵素遺伝子の探索: 2種類の候補遺伝子をクローニングできた。現在、C_<35>テルペンを生産しないマイコバクテリアでの発現と遺伝子破壊を行っており、目的遺伝子かどうかを今後確認する予定である。4)無細胞抽出液を用いた生合成研究:酵素活性が微弱なため計画したようには進めることができなかった。
未来志向的行動　－将来に向けた準備的記憶方略の進化と発達－

フサオマキザルが、生じうる忘却を予想し準備的に情報を希求するか、そして、その予想には、遅延時間情報だけではなく、自身の記憶状態の認知も用いられるかを以下の3つの実験を通して検討した。(実験1)遅延時間を明示するシグナルを付した遅延見本合わせ課題に、遅延終了時での見本の再呈示を希求する選択肢を設けた。遅延時間の長短は試行間でランダムに操作した。その結果、3個体中2個体は、遅延が長いと予告された場合に、より頻繁に見本の再呈示を希求した。これはフサオマキザルが、「遅延が長いほど忘れている可能性が高い」という判断を行った可能性を示唆する。(実験2)最初から見本を呈示しない、すなわち、被験個体が、希求するかを選択する時点で見本の記憶を全く有していない状況を設けた。その結果、記憶痕跡を有していないからといって、より頻繁に再呈示を希求する行動はみられなかった。(実験3)見本呈示後に妨害刺激を呈示し、選択時点の記憶痕跡を弱める試行を設けた。その結果、判断時点での記憶痕跡が弱いからといって、より頻繁な再呈示希求を行った個体はみられなかった。以上の結果により、遅延時間以外の手がかりの使用がみられなかったため、公的手がかりだけを用いた可能性を否定することはできない。しかし、遅延時間シグナルの長短だけで選択を行っている可能性は低いと考えられる反応を示した個体はいた。このことから、フサオマキザルは、時間経過によって記憶忘却が生起することを認識し、事前に情報を希求するようであるが、その判断に記憶状態の参照は含まれない可能性が示唆された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。遅延時間の長さの違い、およびそれを記銘段階もしくはリハーサル開始時点で明示するかによって、フサオマキザルが記憶方略を切り替えるかを検討した。遅延時間シグナルが付された遅延見本合わせを行う際に、シグナルの明示タイミングが異なる場面を2つ設けた。それぞれは、見本と同時に遅延シグナルが呈示され、遅延時間によって、記銘方略と遅延中の保持方略の双方を切り替えることができる場面とリハーサル開始時点で遅延シグナルが呈示され、保持方略のみを調節することができる場面であった。(実験1)セッション内に4秒遅延と16秒遅延を設け、この2種類の遅延長間で記憶方略の切り替えが行われるかを検討した。その結果、被験体3個体中2個体は、遅延時間と場面によって記憶方略を切り替えた。1個体は、記銘段階から遅延長を明示された場合には、16秒遅延試行であえて積極的な記憶を行わなかった。そして、もう1個体は、リハーサル開始段階で明示された場合には、同様の傾向を示した。(実験2)遅延時間を1秒と8秒に設定し、実験1と同様の実験を行った。その結果、1個体は実験1と同様の傾向を示し、セッション内での相対的な遅延長に応じて記憶方略を切り替える可能性を示した。以上の結果から、フサオマキザルが遅延時間が長い、すなわち、より多くの認知資源が必要とされる場合には積極的な記憶は行われないこと、そして、記銘程度の調節機会の有無によって反応が異なることから、記銘の深さとリハーサル程度の双方を場面依存的に切り替えることが示唆された。得られたデータの解釈を行うにあたり、当初は予定していなかった追加実験の実施が必要となったため。今年度行った研究課題をもとに、フサオマキザルを対象としたオペラント課題に取り組む予定である。この課題では、フサオマキザルが忘れる可能性を予見的に判断し、準備的な情報希求を行うかを検討する。
環境半導体鉄シリサイドの気相エピタキシャル成長

光通信に適した波長1.5μmで発光する可能性のある環境半導体材料であるベータ鉄シリサイド(β-FeSi_2)の高品質結晶をシリコン基板上に気相成長することを試みた。昨年度までの熱力学的解析の結果に基づき、鉄およびシリコンの気相原料として、三塩化鉄(FeCl_3)とジクロルシラン(SiH_2Cl_2)用い、これらを水素(H_2)キャリアガスで石英反応管に輸送し、基板温度600-900°Cで実験を行った。しかしながらこれまでのところ、デバイス作製に用いることが可能な高品質結晶膜の成長までには至っていない。この原因の一つは均一なβ-FeSi_2の成長が難しいためであると分かった。鉄とシリコンの相図には鉄とシリコンの比によってFe, Fe_3Si, FeSi, β-FeSi_2, Siの5種の固相が存在する。これまでは目的とするβ-FeSi_2がシリコン基板上に選択的に成長するものとしてきたが、実際には成長温度、原料供給分圧、Fe/Si供給比等に依存してこれら5種の固相が混在して成長することがわかった。そこで新たに上記の5種の固相の析出反応および副反応を考慮し、現在、熱力学解析との協調研究によりβ-FeSi_2の高品質結晶が選択的に成長可能な最適条件を検討している。光通信に適した波長1.5μmで発光すると考えられる環境半導体鉄シリサイド(β-FeSi_2)の高品質結晶をシリコン基板上に気相法で成長するため、今年度は熱力学解析により成長可能な原料ガスの組み合わせ、成長条件の最適化を行うと共に、実際の成長装置(石英反応管、ガス供給系)の設計を行った。熱力学解析の結果、鉄の原料に三塩化鉄(FeCl_3)、シリコンの原料にジクロルシラン(SiH_2Cl_2)を用いて、基板直前部分で水素ガス(H_2)と混合させることにより、次の反応、FeCl_3(g)+2SiH_2Cl_2(g)+3/2H_2(g)=β-FeSi_2(s)+7HCl(g)によりβ-FeSi_2の成長が可能であるとの結果を得た。成長は基板温度600-900°Cの範囲で可能であり、成長温度の増加に伴い大きな成長速度が得られることもわかり、国内の学会にて結果を報告した。実際の結晶成長実験の準備であるが、当初、鉄の原料に有機金属原料を使うことも考えており、基板加熱方法は高周波誘導加熱を想定していたが、有機金属原料を用いた場合の炭素汚染の問題がわかり原料を塩化物原料へと絞り込んだため電気炉加熱にする必要が生じた。そのためガス供給系、石英反応管等に既製品を使えず、自作を考え現在、設計および作製を行っている。平成13年度は装置全体の組み上げを早期に終え、実際の成長実験を開始し、成長層の物性を評価することを目的とする。