hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
素過程の統合的理解に基づく小胞体ネットワーク形成の全容解明

-way junction構造の安定化により調節されていることが知られているが、その分子メカニズムは不明である。前年度までに私どもは、lunaparkのユビキチンリガーゼ活性はp120の結合により抑制されること、lunaparkは多量体を形成すること、を明らかにしている。本年度は、lunaparkとp120の結合、多量体形成、ユビキチンガーゼ活性の関係について解析した。その結果、p120はlunaparkのN末とC末の結合を促進すること、N末とC末の結合によりlunaparkが多量体化されること、多量体形成によりユビキチンリガーゼ活性が抑制されること、を明らかにした。p120によるlunaparkの多量体化により、細胞内におけるlunaprkの自己ユビキチン化が適切に調節され、three-way junctionが安定化されていた。また、three-way junctionに局在する新しい小胞体膜タンパク質p57を発見した。p57はlunaparkと結合し、p57のsiRNAノックダウンは小胞体ネットワークを破壊したことから、p57はlunaparkとともにthree-way junctionの安定化を調節している可能性が考えられた。このように本研究により、小胞体ネットワーク形成の重要なthree-way junctionの安定化の分子メカニズムについて新しい知見が得られ、理解が進んだ。小胞体チューブ構造のネットワーク形成において、lunaparkは膜変形活性により小胞体three-way junction構造を安定化することが知られている。p120をツールにして、lunaparkが有する膜変形活性とユビキチンリガーゼ活性との2つの機能関係を明らかにする。得られた知見をもとにlunaparkの小胞体three-wayjunction構造安定化を再構成し、小胞体three-way junction形成の分子メカニズムを解明する。小胞体チューブ構造のネットワーク形成において、lunaparkにより小胞体three-way junction構造を安定化することが知られている。神戸大学大学院医学研究科生理学・細胞生物学講座膜動態学分野
高齢者,有病者の鬆粗な顎骨へのデンタルインプラント適応の拡大をめざして -骨関連タンパク遺伝子導入細胞組込型デンタルインプラントの開発-

高齢者,有病者の鬆粗な顎骨へのデンタルインプラント適応の拡大を目的に研究を行い以下の成果を得た.チタンをはじめとするインプラント材料に骨芽細胞を速く強力に接着させるため,骨関連タンパクであるオステオポンチン,オステオネクチンの遺伝子を骨芽細胞様細胞であるSaos2に導入した.オステオポンチンを導入したSaos2-OPは,ポリスチレンに対する接着率,接着強度はコントロールであるSaos2より高かったが,オステオネクチンを導入したSaos2-ONの接着率および接着強度はSaos2に比較し,低い値を示した.チタンに対する接着率も同様であることから,オステオポンチンはインプラントへの骨芽細胞の接着を促進し,かつ強固にすることが示唆された.有病者に対するインプラント適応拡大の対象として糖尿病を選択し,インプラントを埋入した後に糖尿病に罹患するモデルをラットを用いて他に先駆け作製した.大腿骨および上顎骨にチタン製のインプラント体を埋入し,4週後にストレプトゾトシンにて高血糖状態を誘発した.大腿骨においても,上顎骨においても,高血糖状態を4週継続した場合,インプラントと骨組織の接触率には変化が認められず,インプラントと骨組織の接触率には,糖尿病による高血糖状態は影響を及ぼさないことが示唆された.骨形成能が低下している症例において,確実なインプラントと骨組織の結合を達成するため細胞を組み込んだインプラントを考案した.ラット骨髄幹細胞をデンタルインプラント上で培養し,骨芽細胞に分化させ,骨芽細胞を組み込んだインプラントを皮下組織に埋入し4週後に摘出した.インプラント周囲には骨組織が観察され,骨芽細胞組込型インプラントが骨形成能が低下している場合には有効であることが示唆された.高齢者,有病者の鬆粗な顎骨へのデンタルインプラント適応の拡大を目的に研究を行い以下の成果を得た.チタンをはじめとするインプラント材料に骨芽細胞を速く強力に接着させるため,骨関連タンパクであるオステオポンチン,オステオネクチンの遺伝子を骨芽細胞様細胞であるSaos2に導入した.オステオポンチンを導入したSaos2-OPは,ポリスチレンに対する接着率,接着強度はコントロールであるSaos2より高かったが,オステオネクチンを導入したSaos2-ONの接着率および接着強度はSaos2に比較し,低い値を示した.チタンに対する接着率も同様であることから,オステオポンチンはインプラントへの骨芽細胞の接着を促進し,かつ強固にすることが示唆された.有病者に対するインプラント適応拡大の対象として糖尿病を選択し,インプラントを埋入した後に糖尿病に罹患するモデルをラットを用いて他に先駆け作製した.大腿骨および上顎骨にチタン製のインプラント体を埋入し,4週後にストレプトゾトシンにて高血糖状態を誘発した.大腿骨においても,上顎骨においても,高血糖状態を4週継続した場合,インプラントと骨組織の接触率には変化が認められず,インプラントと骨組織の接触率には,糖尿病による高血糖状態は影響を及ぼさないことが示唆された.骨形成能が低下している症例において,確実なインプラントと骨組織の結合を達成するため細胞を組み込んだインプラントを考案した.ラット骨髄幹細胞をデンタルインプラント上で培養し,骨芽細胞に分化させ,骨芽細胞を組み込んだインプラントを皮下組織に埋入し4週後に摘出した.インプラント周囲には骨組織が観察され,骨芽細胞組込型インプラントが骨形成能が低下している場合には有効であることが示唆された.本年度は,骨関連タンパクであるオステオポンチン,オステオネクチンをヒト骨芽細胞様細胞であるSaos2に導入し,基質への接着能,接着強度を測定するとともに,走査型電子顕微鏡にて観察した.また,インプラント埋入後に糖尿病に罹患した際のインプラント周囲の骨組織の変化をin vivoで検討するため,ストレプトゾトシンで誘発した糖尿病ラットを用いて組織学的,組織計量学的に検索した.ヒトオステオポンチンcDNAのC末端にFLAGtagを付与し,レトロウイルスをベクターとしてSaos2に導入し,puromycinを用いてセレクションを行った.RT-PCRにてオステオポンチン遺伝子のmRNAの発現を確認するとともに,Western blottingにてFLAGtagを含むオステオポンチンの産生を確認した.オステオネクチンについては,N末端にHAtagを付与し,リポフェクション法を用いてSaos2に導入し,RT-PCRとWestern blottingにて,mRNAの発現とHAtagを含むオステオネクチンの産生を確認した.これらのオステオポンチン遺伝子導入細胞(Saos2-OP),オステオネクチン遺伝子導入細胞(Saos2-ON)の基質への接着能と接着強度を測定した.Saos2-OPについては,基質としてポリスチレン,チタンを用いた場合,接着能は,コントロールであるSaos2に比較し有意に高く,また接着強度は有意差は認められないものの高い傾向を示した.Saos2-ONについては,接着能は,Saos2に比較し低い傾向を示した.接着強度に関しては現在測定中である.走査電顕による観察の結果,Saos2-OPおよびSaos2-ONは,Saos2と形態に差異が認められた.

インプラントを埋入し,オッセオインテグレーション成立後にストレプトゾトシンにて糖尿病を誘発させた場合,インプラント周囲の骨の量は減少するものの,オッセオインテグレーションは破壊されないことが示唆された.本年度は,昨年度より行っている骨関連タンパクであるオステオポンチンおよびオステオネクチンを導入した骨芽細胞様細胞であるSaos2のポリスチレンに対する接着率に加え,接着強度を詳細に検討するとともに,ストレプトゾトシンで誘発した糖尿病ラットの骨髄幹細胞を採取しデキサメサゾンで誘導した場合の細胞の状態,特に骨芽細胞への分化を,糖尿病でないコントロールのラットから採取した骨髄幹細胞と比較した.さらに,オッセオィンテグレーション成立後に高血糖状態を一定期間維持した後,インスリン投与により血糖をコントロールした場合のチタンインプラント周囲の骨組織の変化を検索した.オステオポンチン導入Saos2(Saos2-OP)のポリスチレンへの接着強度(細胞剥離に要する力/細胞接着面積)は,コントロールであるSaos2およびピューロマイシンのみをモックインフェクションしたsaos2puroに比較し,高い値を示した.ポリスチレンにオステオポンチンをコートした場合は,これとは逆に,Saos2のほうが,Saos2-OPより高い値を示した.オステオネクチン導入Saos2(Saos2-ON)のポリスチレンへの接着強度は,Saos2に比較し低い値を示した.ストレプトゾトシン誘発糖尿病ラットから採取した骨髄幹細胞は,コントロールラットから採取した骨髄幹細胞に比較し,初代培養において細胞の増殖は遅く,またデキサメサゾンで誘導した場合も,結節の形成や石灰化は遅い傾向を示した.オッセオインテグレーション成立後に高血糖状態を一定期間維持した後,インスリン投与により血糖をコントロールした場合,チタンインプラント周囲の骨組織は,インプラントとの接触率には変化がないものの,厚さは増加する傾向を示した.本年度は,骨関連タンパクであるオステオポンチン(OP)を導入した骨芽細胞様細胞であるSaos2のタンパク産生,ラット骨髄細胞のデンタルインプラント上での培養および顎骨埋入後のオッセオインテグレーションに対する高血糖の影響を検討した.OPを導入したSaos2-OpのOp産生およびアルカリフォスファターゼ活性は,Opを導入していないSaos2およびピューロマイシンのみをモックインフェクションしたSaos2-puroに比較し高い値を示した.また,免疫染色によりOpは,Soas2-Opの細胞膜に多く観察された.ラット骨髄細胞を継代後デンタルインプラント上でデキサメサゾン(Dex)を添加した培地で培養し,細胞とともにインプラントをラット軟組織に埋入した.4週後インプラントを摘出し組織学的に検索するとともに,オステオカルシン(Oc)の遺伝子の発現をRT-PCR分析した.Dexで誘導していないものには,線維性結合組織がみられるのみでOcの発現も認められなかったが,Dexで誘導したものに関してはインプラント周囲に骨組織が観察され,Ocの発現も認められた.ラット上顎臼歯を抜歯後直ちにチタンインプラントを抜歯窩に埋入,4週後オッセオインテグレーション成立後,ストレプトゾトシンにより高血糖状態を惹起し,インプラント周囲粘膜および骨組織の状態を組織学的に検索した.高血糖状態を一定期間維持した場合,周囲粘膜には若干の炎症反応が認められるものの,インプラントと骨組織との接触率には差が認められず,オッセオインテグレーションには影響を与えないことが示唆された.
ヘムを情報伝達分子とする蛋白質の構造と機能及びそのシグナル伝達機構の解明

本研究の遂行により,以前はその蛋白質構造や機能発現機構が明らかではなかった鉄代謝制御蛋白質(IRP2)と鉄濃度依存性転写因子(Irr)について,共鳴ラマン,紫外可視吸収,パルスラジオリシス等の物理化学的手法を駆使して,以下の点を明らかにすることができた.1.ヘム鉄へのCys残基の配位の分光学的確認とヘム近傍構造の検討IRP2,Irrともに鉄が3価の状態のヘムはHeme Regulatory Motifとよばれる配列中に存在するCys残基に配位することを,共鳴ラマンスペクトルを用いてそのFe-Cys結合の伸縮振動を観測することで,分光学的に初めて確認した.また,そのFe-Cys伸縮振動の波数から,ヘム-Cys間の結合は,従来報告されているCys配位のヘム蛋白質の結合よりもはるかに弱いことを明らかにした.2.ヘム鉄の酸化状態に依存したヘム軸配位子交換いずれの蛋白質もヘム鉄の還元により軸配位子であるCysは解離し,その代わりにこのCys残基付近に位置するHisが配位することを,紫外可視吸収,共鳴ラマンスペクトルを用いて分光学的に明らかにした.共鳴ラマンスペクトルにおけるFe-His伸縮振動の波数は中性のHisが配位していることを示し,酸素貯蔵ヘム蛋白質であるミオグロビンの値と類似であった.一方,CO付加体におけるFe-CおよびFeC-O伸縮振動の波数は,ヘム鉄に配位した気体分子と周辺のアミノ酸残基との相互作用は弱い場合に対応し,ミオグロビンのように安定な酸素付加体は形成しないことが示された.さらにパルスラジオリシスの実験から,この軸配位子置換の際には過渡的にHisが配位した5配位のヘムが存在し,このHis配位5配位ヘムに分子状酸素が結合することで,ポリペプチドの酸化修飾やその分解につながる活性酸素種が産生されることを提案した.以上の結果は,これら2つの蛋白質の機能発現機構の解明において重要な指針を与えると考えられる.本研究の遂行により,以前はその蛋白質構造や機能発現機構が明らかではなかった鉄代謝制御蛋白質(IRP2)と鉄濃度依存性転写因子(Irr)について,共鳴ラマン,紫外可視吸収,パルスラジオリシス等の物理化学的手法を駆使して,以下の点を明らかにすることができた.1.ヘム鉄へのCys残基の配位の分光学的確認とヘム近傍構造の検討IRP2,Irrともに鉄が3価の状態のヘムはHeme Regulatory Motifとよばれる配列中に存在するCys残基に配位することを,共鳴ラマンスペクトルを用いてそのFe-Cys結合の伸縮振動を観測することで,分光学的に初めて確認した.また,そのFe-Cys伸縮振動の波数から,ヘム-Cys間の結合は,従来報告されているCys配位のヘム蛋白質の結合よりもはるかに弱いことを明らかにした.2.ヘム鉄の酸化状態に依存したヘム軸配位子交換いずれの蛋白質もヘム鉄の還元により軸配位子であるCysは解離し,その代わりにこのCys残基付近に位置するHisが配位することを,紫外可視吸収,共鳴ラマンスペクトルを用いて分光学的に明らかにした.共鳴ラマンスペクトルにおけるFe-His伸縮振動の波数は中性のHisが配位していることを示し,酸素貯蔵ヘム蛋白質であるミオグロビンの値と類似であった.一方,CO付加体におけるFe-CおよびFeC-O伸縮振動の波数は,ヘム鉄に配位した気体分子と周辺のアミノ酸残基との相互作用は弱い場合に対応し,ミオグロビンのように安定な酸素付加体は形成しないことが示された.さらにパルスラジオリシスの実験から,この軸配位子置換の際には過渡的にHisが配位した5配位のヘムが存在し,このHis配位5配位ヘムに分子状酸素が結合することで,ポリペプチドの酸化修飾やその分解につながる活性酸素種が産生されることを提案した.以上の結果は,これら2つの蛋白質の機能発現機構の解明において重要な指針を与えると考えられる.本年度に得られた研究成果は以下の通りである.1.鉄イオンセンサー蛋白質Irrにおけるヘム結合当量とその親和性根粒バクテリア内で,鉄イオン濃度に依存したポルフィルン合成の制御を行うIrrのヘム結合当量とその親和性を検討した.Soret帯の吸光度変化より,1分子のIrrは2個のヘムを結合することが明らかとなった.また,そのヘム結合部位付近に存在すると想定されているTrpの蛍光消光の実験から,2個のヘム結合部位のヘム解離定数は約20nMと130nMであると決定でき,現在まで報告されているヘム蛋白質よりもはるかに低いヘム親和性であることが示された.2.鉄イオンセンサー蛋白質Irrにおけるヘム結合部位の推定Irrにおけるヘム結合部位を同定するため,共鳴ラマンスペクトルと磁気円二色性分光法を用いた.鉄3価のヘムが結合した場合には,従来のアミノ酸置換変異体の実験から,Cys29が配位していると予想されていたが,今回初めて共鳴ラマンスペクトルにおいてFe-S伸縮振動を333cm^<-1>と同定できた.さらにこのラマン線はCys29をAlaに置換した変異体では消失することから,鉄3価のヘムへのCys29の配位が確認できた.一方,鉄2価のヘムが結合した場合には,Hisの配位が示唆されていたが,どのHisの配位かは同定されていなかった.

アミノ酸配列中のHisをそれぞれ置換したIrr変異体すべてにおいて野生型と同様な吸収,共鳴ラマンスペクトルが観測されたが,磁気円二色性分光スペクトルにおいては,His32とHis135の置換体で野生型と有意なスペクトル差が認められ,鉄2価のヘムにおいてはこれらのHisが配位していると考えられた.本期間中には以下の点について研究を行った.1.Irrのヘム結合におけるFe-S伸縮振動の帰属Irrはシスステインがヘム鉄に配位することにより,ヘムを結合するとされているが,その配位についての分光学的な確証,特に,ヘムとその軸配位子であるシステインとの結合であるFe-S結合の分光学的な帰属については明らかではなかった.そこで,^<54>Feと^<56>Feを含む鉄ポルフェリン錯体を結合させたIrrの共鳴ラマンスペクトルの比較から,^<56>Feを含む鉄ポルフェリン錯体を結合させたIrrで観測される333cm^<-1>のラマン線のみが,ヘム鉄を^<54>Feに置換することで3cm<-1>の高波数側へのシフトを示すことが明らかとなった.したがって,IRP2のヘム結合におけるFe-S伸縮振動は333cm^<-1>であると帰属でき,このラマン線の位置から,従来のヘム蛋白質に比べ,IRP2のヘム結合は弱く,特異なヘム配位環境であることが示された.2.Irrにおける軸配位子交換の分子機構Irrは酸素分子の結合により分解することでDNA結合能が消失すると考えられているが,その際には鉄3価のヘム鉄が2価に還元され,そこに酸素が配位することが必要である.しかし,通常の条件では酸素雰囲気下での還元が困難なため,酸化的修飾に必要な酸素の活性化機構の解析はほとんど進んでいない.そこで電子線照射によるパルスラジオリシスを利用して,酸素雰囲気下でのヘム鉄の還元過程を追跡することを試みた.鉄3価のヘムが結合したIrrに電子線を照射すると,まず,390nm付近に吸収極大を示す分子種が生成し,次いで420nm付近に吸収極大が移動した.このような変化は,電子線照射によって生成した水和電子がヘム鉄を還元することで,鉄2価でシステインの配位した状態が生成し,その後に軸配位子が交換して鉄2価ヒスチジン配位となることを示している.ヘムを情報因子としてその機能が制御される,ポルフィリンの生合成,あるいは鉄代謝に関連した制御タンパク質について,その構造化学的研究を行い,本年度は以下の結果が得られた.1.ポルフィリン生合成制御タンパク質Irrのヘム依存性酸化的修飾Irrは細胞内の鉄イオン濃度に応じてポルフィリンの生合成過程を制御しているが,その制御機構においては,ヘムと酸素分子の存在によるタンパク質の分解が鍵となっている.今年度はこのIrrにおけるヘムと酸素分子によるタンパク質分解について,質量分析計を駆使してその酸化様式と酸化部位の同定を試みた.その結果,Irrにおいてヘム結合部位近傍と想定されている部位に,酸素原子の挿入が観測されるとともに,さらにその周辺では通常のプロテアーゼ処理では切断されない部位で切断されたペプチドが検出された.以上の結果はヘムに結合した酸素分子が活性化され,ヘム結合部位付近に酸化的修飾とペプチド鎖の切断を引き起こしたものと考えられた.2.鉄代謝制御タンパク質IRP2のヘム配位環境IRP2は鉄代謝に関連するタンパク質の翻訳過程を制御しており,ヘムの結合により,ユビキチン化され,プロテアソームで分解されることが知られている.このようなユビキチン化の際にはヘムの結合による酸化的修飾が重要であると想定されているが,その分子機構を考える上で重要なヘムの配位環境は明らかではない.
転移性ならびに深達性ヒト悪性黒色腫の選択的熱中性子捕捉療法の樹立

平成56年度には悪性黒色腫6症例にホウ素熱中性子捕捉療法(BNCT)を施した。5年度以前の治療例に合算すると処理患者数は18に上る。治療結果を総括すると:性別男9、女9:治療時年齢4885:病型肢端黒子型9、結節型6、悪性黒子型3:原発巣14、転移巣3、衛星転移を伴った原発巣1;に対し完治9、顕著縮退6、経過観察中3を得た。病巣位置は足底部8、顔面3のほかは後頭部、ソケイ部、頭皮、拇指爪甲下、第5指、下肢、足脚腿部などさまざまであった。次に、最近の進歩のうちから臨床的に有用な2件を挙げよう。a)皮膚面から外側へ凸出した腫瘤の周りをとり囲むように置くド-ナツ形の生体組織等価物(通例ゼラチン製)をボーラスと言い、これを使えば腫瘤底部の吸収線量を調節できる。この方法は殊に結節型黒色腫に有効であって、我々は根治該当線量を与えるため、この技術を応用した。b)本プロジェクト開始当初からポジトロン放射トモグラフィー(PET)は黒色腫診断に新技法をもたらすと期待されていた。また既に次の事実が知られていた。本療法に於てmelanoma-seeking化合物として常用されているパラボロノフェニルアラニン(^<10>B-BPA)をフッ素化すると、ポジトロン放射性の誘導体^<18>F-^<10>B-BPAが得られる。黒色腫担癌ハムスターに^<18>F-^<10>B-BPAを投与の後、PETを行うとその体内分布模様が映像化され視覚的に捕えられる。以後2年の研究で本技術はさらに発展し、相当量の^<10>B-BPA共存下でPETを実施することにより^<10>B濃度を評価できるに至った。この間^<10>B-BPAは黒色腫のみならず脳腫瘍に対しても有望な^<10>Bキャリヤ-であることが判明し、これを用いた脳腫瘍の臨床治療が日米両国で研究され始めたので上記技術開発は意義深い。1.顔面発生の悪性黒子型黒色腫1例、単回照射で全治。肢端黒子型黒色腫1例を照射、腫瘍の著明退縮を認めたが全治に至らず。3.5月後第2回照射、観察中。経過順調。2.眼の黒色腫2例に^<10>B-BPA投与後、剔出組織の^<10>B濃度(ppm)測定。毛様体部腫瘍10.4と17.7強膜6.6と7.7血中5.3と5.2。眼黒色腫治療可能を示唆。3.1.記載患者の照射中および後の全身管理施行。経過順調。4.在来の中性子経路から黒鉛層を撤去、ビスマス面患者照射面距離を延長、中性子の平行成分を増し、深部熱中性子束を高めた。93年6月以降実用。5.治療照射時に於ける中性子・体内元素間の反応分率分布と体内挿入金線の放射化量分布との相関を検討、吸収線量評価の信頼性を向上。6.被曝線量の正確な評価法を検討していたが、武工大炉不調のため実験中断。7.m-,o-

BPAの光学分割を試み、m-では高純度のD-,L-体を単離。o-では高純度品を得ず。新規p-BPA類似化合物の合成に努力中。未成功。8.次項記載^<10>B-BPA-(OH)_2の水溶性、毒性、黒色腫細胞B-16と正常細胞TIGへの取込みを^<10>B-BPAと比較。-(OH)_2の方が取込量は小で、(癌/正常)取込比は大。9.^<10>B-BPAとH_2N-CH(CH_2OH)_2を3段階反応で縮合し目的の^<10>B-BPA-(OH)_2を合成。似た手法でウラシル・カルボラン・ポリグリセロール連結体も合成。10.症例から導いた次の近似値、即ち、投与^<10>B濃度比は腫瘍/血34,皮膚/血1.31.5;黒色腫根治線量25,皮膚耐容線量18RBE-Gyに基き、最適照射量を皮膚^<10>B濃度から算定。目安として有用。11.1.記載症例のcollimationと線量測定実施。トラック法実験はトラック分布と組織切片の対応に疑点残存。12.Glioblastoma 1症例に^<18>F-^<10>B-BPAと^<10>B-BPA(1g)を投与、PETで^<10>B濃度を求めた。腫内2.74,正常皮膚0.78ppm。13.Gadolinium錯体(Gd)含・不含のEhrlich腹水細胞をマウス皮下注、中性子照射。含有群に増殖抑制確認。家兎両肢にVX-2腫瘍移植、一肢からGd注入しつつ両肢照射。注入側に増殖の抑制。1.大形の足底結節型1症例を2回照射で治癒。本例ではボーラスを使用して病巣底部線量を治療適当量にまで高め、好結果を得た。肢端黒子型2例を単回照射、経過観察中なるも1例は完治確実。顔面発生悪性黒子型単回照射、経過順調2.Mn・^<10>B・BOPPを黒色腫および皮膚血管肉腫細胞に投与、中性子照射。^<10>B取込みも細胞致死率も^<10>B・BPA・HClより遥かに大で本薬物は有望。3.1.記載患者の照射中および後の全身管理施行。4.深部熱中性子分布を調整するため、コリメータと照射位置間の距離、熱中性子ビームの方向成分比を調節可能とし、目的を達した。5.京大炉の治療照射場を構成する重水熱中性子設備の改造に必要な中性子エネルギーシフタ-の検討を行い、生体表面から深部に至る間の中性子反応率分布を計算した。6.UV,^<11>B-NMRでp-,m-,o-BPAの物性を比較した。p-とm-はよく似た挙動を示し、3つのpKa値もほゞ等しかった。o-は前2者と挙動が異なり、pKa値も2つしかない。分子内B-N結合のためであろう。7.BPA・(OH)n=_<0,1,2,4>の水溶性、細胞毒性、細胞集積性を比較し、各性質とn値間にやゝ複雑な相関性を認めた。8.交付申請書既記の予定通りBPA・(OH)_1とBPA・(OH)_4を合成し上項実験用に提供した。9.昨年度提示した考察に基き、厚さ1cm程度の黒色腫に対し、腫瘍最深部には治療可能線量以上を、表面皮膚には耐容線量以下を与えるような照射条件式を作成し臨床治療に応用。10.皮膚から瘤状に突出した腫瘍を包囲するように置いたボーラス(ゼラチン製の生体等価物)の効果を豚で検討後、1.記載ヒト症例に適用。11.剔出すべき脳腫瘍浸潤組織をもつ症例に^<18>F-^<10>B-BPAと^<10>B-BPAを投与、ポジトロンCT実施。数字モデルで求めた^<10>B濃度は剔出標本の実測濃度とほゞ一致した。12.交付申請書予告の治効対比実験では、治療群と対照群の生存率に差がなかった。マイクロカプセル化Gdを試作したが、投与実験未実施。
特異的IgAクラススイッチ誘導による粘膜バリア増強とアレルギーの新規治療

1、PKC活性化剤の一つで、発がんではなく抗がん作用が認められているBryostatin1がIgAへの選択的クラススイッチを誘導するメカニズムについて検討を行っている。H30年度は、Bryostatin1がB細胞を直接刺激してクラススイッチを誘導することを否定できる結果を得た。Bryostatin1の標的細胞については、マクロファージ、樹状細胞、T細胞のいずれか、もしくは複数の細胞であると考えられる。T細胞が関与するかどうかはT細胞受容体(beta & delta)ノックアウトマウスのコロニーの樹立を待って検討する予定である。マクロファージと樹状細胞の関与については、CD11cやCD11b, CXCR3などの細胞表面抗原を解析してそれぞれの細胞集団のサブグループののどれが関与するかをを検討中である。さらにマイクロアレイ解析データから得られたBryostatin1によって変動する候補遺伝子について、標的細胞候補の発現の有無を確認中である。2、OVAによるアレルギーマウスモデルの構築を行った。Bryostatin1の投与方法と投与容量を検討中である。3、IgE-tdTomato融合タンパク質発現ノックインマウスの作製をCRISPR/Cas9システムを用いてES細胞を用いて行った。現在、得られたノックイン候補ES細胞株のKaryotypingを行っており、H31年度早期にマウス個体を得る予定である。研究者の異動の影響で、マウスのコロニーの樹立が一年以上かかり、まず見極めるべきと考えていたT細胞の関与の実験が実施できなかった。H31年度の早期に結果を得る予定である。このためにBryostatin1による選択的IgAクラススイッチ誘導機構の解析は標的細胞を決める段階で遅れを生じている。ノックインマウスの作製は順調に進んでいる。当初の計画を引き続き遂行する。アレルギーマウスモデルにおけるBryostatin1の効果を見る実験においては、Bryostatin1を届けるべき標的細胞がいまだ不明のため滞っているが、Bryostatin1溶液そのものの経鼻もしくは経口投与に加えて、Bryostatin1をリポソームやナノ粒子に封入してより効果的に体内に届けるシステムも検討する予定である。ノックインマウス作製のための費用として計上した費用に残額が生じた。これは現在ES細胞のスクリーニング中であり、候補クローンはあるものの再実験が必要になる可能性を考えてH30年度は必要最低額を使用した。H31年度には継続しているES細胞のスクリーニングとその後のマウス作製に残額を含めたすべての金額を使用する予定である。
アルファ受容体刺激は敗血症心筋を護る

敗血症はいまだに死亡率が高く、その予後改善は集中治療における急務である。これまで、敗血症での循環管理においては、輸液負荷とカテコラミン投与による治療が行われてきたが、近年、敗血症では早期より心筋障害が生じていることが指摘されており、敗血症では心筋障害をする必要があると考えられる。その概念に立ち、前回の研究では、ラット敗血症モデルに対するβブロッカー(エスモロール)投与が心筋の酸素利用効率の改善によって敗血症心筋を保護することをはじめて見出した。今回は、βブロッカーと同様に周術期の心合併症の発症率を軽減することが報告されているα2アゴニストに着目し、敗血症に対するデクスメデトミジン(DEX)投与の心保護効果について検討を行った。全身麻酔下でラットの内頚動静脈にカテーテルを留置して覚醒した後にLPS10mg/kgを投与し、ただちに生食投与群(control群)、DEX5μg/kg/hr投与群(DEX5群)、DEX10μg/kg/hr投与群(DEX10群)の3群に分けた。LPS投与4時間後に全身麻酔下で心臓を摘出し、心機能を順行性摘出灌流心標本において評価した。現在、3群で各4匹ずつのデータを収集したところであるが、心拍出量はcontrol群と比較してDEX投与群で高い値を示し、DEX5群においては統計学的に有意に高いものとなった(平均値:61vs32ml/min)。他のパラメーターの検討も必要であるが、DEXの敗血症に対する持続投与は、敗血症心筋を保護する可能性が高いものと思われる。本研究においては、早期より障害される敗血症心筋に対し、α2アゴニストデクスメデトミジン(DEX)の投与がその機能障害の進行を抑えるとの仮説を立て、ラット敗血症モデルを用いて証明することを目的としている。ラット敗血症モデルは、今回、盲腸結紮術よりも安定している内毒素(LPS)投与により行い、計4群間(sham群、sham+DEX群、LPS群、LPS+DEX群)で、順行性摘出灌流心標本において比較検討した。平成18年度では、まずラットへのLPSおよびDEX至適投与量とLPS投与から心機能評価までの至適時間の検討を行った。LPS投与後23時間後に心機能障害の主な原因の一つであるTNF-αがピークとなること、過去の報告においてLPS 15mg/kg投与約4時間後より死亡するラットが出ることから、LPS投与量を15mg/kgとしたうえで、LPS投与から心機能評価までの時間を5時間とした。LPS 15mg/kg投与5時間後では、sham群に比べて活動性が低下しており、心機能評価ではLPS群ではsham群よりも心拍出量が低下していた。DEXの至適投与量については、ラット敗血症モデルに対する5μg/kg/hrの投与が生存率を改善したとの報告に基づき5ug/kg/hrとした。LPS+DEX群ではLPS群と比べて、心摘出前のin vivoにおける平均動脈圧は、投与2時間および5時間後に低下する傾向を示し、心拍数に関しては若干低下する程度であった。心機能評価では、LPS群に比べてLPS+DEXにおいて有意差はまだないものの仮説通り心拍出量が高い傾向があった。平成19年度には標本数を増加し順行性摘出灌流心標本における心機能評価を行うと共に、血中サイトカイン、心筋組織TNF-αm-RNA測定などを行い、各群で比較検討する。
ファイ中間子の光生成反応による核子中のストレンジネスの研究

Spring-8で行った、エネルギー領域1.5-2.4GeVの直線偏光フォトンビームと重水素標的を用いた実験で収集した、n(γ,K^+)Σ^-反応の実験データの解析を終了した。n(γ,K^+)Σ^-反応の生成断面積は、Regge modelから予測されるものに比べて半分程度しかないことがわかった。また,n(γ,K^+)Σ^-反応のフォトンビーム非対称度は,p(γ,K^+)Σ^0反応のものと比較して驚くほど大きく,2つの反応において反応メカニズムが大きく違っていることがわかった。なぜ中性子標的と陽子標的とで大きな差ができるのか、今後の理論的な解釈が待たれる。円偏光フォトンビームと偏極標的を用いたファイ中間子生成反応による、核子中のストレンジネスの研究の実験のための、偏極水素重水素標的の開発を行った。実験で使用する標的用冷凍機のデザインを決め、温度250mKにおいて偏極標的の偏極を保持するための、超伝導電磁右め設計を行った。磁場強度は1テスラであり、標的の全領域で磁場の均一度を10^<-3>より良くすることができた。また、もう1台超伝導電磁石を追加することにより、実験中に標的の偏極の向きを180度変えることができる機能を追加した。これによって、実験において標的の偏極とフォトンビームの偏光の向きを交互に変えて測定することができ、小さな系統誤差で実験結果を出すことができる。希釈冷凍機の導入が別予算の都合で遅れたために、期間内に実験を行うことはできなかったが、実験のための準備の大部分を終了できた。●SPring-8で液体重水素標的からのファイ中間子光生成反応の実験を行い、深刻な問題なくデータ収集を平成15年7月に終えた。また7月には、5つのクォークからできた新粒子を発見した我々の論文が雑誌Physical ReviewLettersに掲載され、世界から強い注目を集めた。これまで発見されてきた粒子は、クォークが2個または3個の粒子のみであり、なぜ4個以上からなる粒子が存在しないのかは、長い間、素粒子物理の世界で謎であった。我々のグループによる新粒子の発見と今後の研究は、ビッグバン後の粒子、物質生成の謎を解く鍵になる可能性がある。●8月には、我々のグループによるK+中間子の光生成反応の実験の論文が、雑誌Physical Review Lettersに掲載された。●9月には、ポーランドで行われた国際会議「Mazurian Lakes Conference on Physics」に招待され、5つのクォークからできた新粒子の発見に関して講演を行った。議論の中でドイツのHermesグループ、COSYグループでもその新粒子が確認されたことがわかり、新粒子の存在は確実になってきた。●国際会議出席後はフランスのORSAY研究所に行き、J.P.Didelez博士のグループと彼らの偏極水素重水素標的の製作状況、我々の標的の製作計画などを議論した。偏極水素重水素標的は、核子内のss^^-成分含有量を測定し核子の隠れた構造を解明するために必要であるだけでなく、5つのクォークからできた新粒子の性質(スピン、パリティ)を知るためにも極めて重要な役割を果たすことが最近の研究からわかってきている。●エネルギー1.5-2.4GeVの直線偏光フォトンビームと液体重水素標的を用いて実験したデータのn(γ,K+)Σ-反応の解析を行い、preliminaryな反応断面積とフォトンビーム非対称度を求めた。Σ-粒子(質量1.197GeV)は、Λ粒子(質量1.116GeV)やΣ0粒子(質量1.193GeV)と質量が近く、また、標的中性子がFermi motionをしておりmissing massの分解能が悪いために、これまで分離してn(γ,K+)Σ-反応を測定した実験データは存在しなかった。この解析結果からは、フォトンビームを用いたK+中間子生成反応のアイソスピン依存性や、中間状態(N*かΔ*)のmissing resonanceの有無などを調べる事ができる。●原子核標的を用いたファイ中間子の生成実験のデータを論文に発表した。この論文では、ファイ中間子の生成量は標的の原子核に依存するので、その依存性からファイ中間子と原子核内の核子との反応断面積を測定した。測定した反応断面積は、自由空間のファイ中間子と核子の反応断面積よりも約4倍大きく、原子核内でのファイ中間子の特性が変わっている事を示唆している。●円偏光フォトンビームと偏極標的を用いたファイ中間子の光生成反応実験の準備のため、偏極水素重水素標的生成用の希釈冷凍機と超伝導磁石の設計を行った。超伝導磁石は、最大磁場17テスラを発生させることができ、中心の標的位置での均一度は0.05%と非常に良い仕様の超伝導磁石の設計を達成できた。

なぜ中性子標的と陽子標的とで大きな差ができるのか、今後の理論的な解釈が待たれる。円偏光フォトンビームと偏極標的を用いたファイ中間子生成反応による、核子中のストレンジネスの研究の実験のための、偏極水素重水素標的の開発を行った。実験で使用する標的用冷凍機のデザインを決め、温度250mKにおいて偏極標的の偏極を保持するための、超伝導電磁右め設計を行った。磁場強度は1テスラであり、標的の全領域で磁場の均一度を10^<-3>より良くすることができた。また、もう1台超伝導電磁石を追加することにより、実験中に標的の偏極の向きを180度変えることができる機能を追加した。これによって、実験において標的の偏極とフォトンビームの偏光の向きを交互に変えて測定することができ、小さな系統誤差で実験結果を出すことができる。希釈冷凍機の導入が別予算の都合で遅れたために、期間内に実験を行うことはできなかったが、実験のための準備の大部分を終了できた。
タンパク質高次構造情報の整備・流通と予測情報の評価(調整班)

主に以下のような、3年間の活動と研究成果を通して、タンパク質高次構造情報の整備・流通と予測情報の評価を実施した。「タンパク質高次構造に基づくゲノム情報科学(高次ゲノム)」公開ワークショップを毎年開催した。2日間かけ、1日は「高次ゲノム」の班員の成果発表も兼ねたポスター発表を行い、1日は公開シンポジウムを開催した。平成12年度は、海外よりタンパク質構築と生命情報学の分野から2名の講演者を招聘して国際シンポジウムを行った。平成13年度は、タンパク質構造ゲノムの急速な進展にともなってタンパク質高次構造情報が飛躍的に増大する時に備えて、公開シンポジウム「構造ゲノム科学としての情報生物学-代表タンパク質の全立体構造が明らかになるときに一」を開催し、構造生物学者らとの連携を進めた。ゲノム情報の理解には、生理現象の直接的担い手であるタンパク質の理解が不可欠であり、そのための手段としてシミュレーションは重要な位置を占めつつある。そこで平成14年度は、海外より4名の研究者を招聘し、国際シンポジウム「フロンティア生命情報学-タンパク質の機能はシミュレーションでどこまで明らかにすることができるか」を開催した。平成12年度は、構造ゲノム国際会議(ICSG)のサテライト会議として、「コンピューテーショナル構造ゲノミクス一日シンポジウム」も開催した。その他、「高次ゲノム」研究会の開催、若手研究者の勉強会の支援、タンパク質立造予測国際コンテストCASPへの派遣支援、「ゲノム生物学」のらん藻研究者らとの研究協力等、様々な活動を行った。国際シンポジウム、研究会、公開ワークショップ、国際コンテストへの代表派遣など、種々の活動を行ってタンパク質高次構造情報の整備・流通と予測情報の評価を実施した。(1)高次ゲノム研究会(平成12年7月21日(金)24日(月)、東レ総合研修センター)では班員が30分の持ち時間で研究内容と研究計画を講演して、活発な討論をおこなった。(2)コンピューテーショナルゲノミックス勉強会(平成12年9月14日(木)、東北大学青葉山キャンパス理学研究科物理学専攻物理B棟3階物理第1講義室)若手中心でゲノム研究の方向をめぐる勉強会を開催。(3)タンパク質立体構造予測国際コンテスト(CASP4)(12月37日、カリフォルニア州アシロマ)へ日本から2グループを派遣した。初参加であった北里大学の梅山秀明グループが、自動モデリング部門において、ホモロジーモデリングのソフトウエア30あまりのグループの中で総合点7位に入賞を果たした。採点方法の基準によっては、世界第1位のグループよりも優れた成績を得たことは、この分野での日本の実力がきわめて高いレベルにあることを示している。(4)第1回「タンパク質高次構造に基づくゲノム情報科学」公開ワークショップ(平成13年1月2223日、日本薬学会長井記念ホール(東京渋谷))1日目は班員の成果発表を兼ねて、班員と一般参加者によるのポスター発表をおこなった。2日目は海外からタンパク質構築と生命情報学の分野から計2名、国内から8名の講演者を招いてシンポジウムを行った。200名を越える参加者があり活発な討論が行われた。講演要旨集を発行した。ゲノムの機能を予測する手法を開発した結果を、実際に検証して評価するために、生物学者との連携が必須である。らん藻については日本の研究者が優れた成果をあげており、多くが特定領域(C)「ゲノム生物学」の班員として活躍している。「ゲノム生物学」領域のらん藻研究者との研究協力を力強く進めている。今年度も、昨年度に続いて、2回の研究会を開催し、情報交換から共同研究への進展へと、着実に発展している。予測した機能を実験で検証するという、新しいスタイルの予測生物学の研究事例が生まれた。本格的にスタートしたタンパク質構造ゲノムの急速な進展にともなって、タンパク質高次構造情報が飛躍的に増大する時に備えて、2002年1月には、公開シンポジウム「構造ゲノム科学としての情報生物学-代表タンパク質の全立体構造が明らかになるときに-」を開催して、今後の連携を進めた。

この調整班では、毎年若手の勉強会を積極的にサポートする方針を貫いている。特に、海外において活躍している若手の講師を招き、時間をかけた講演と討論は、大変好評である。班員は大学生のための講習会、学術団体、市民向けの幅広い広報活動を行って、将来の研究者を息長い活動によって育てることにも寄与すべく、時間をかけて努力を続けている。すでに、SOSUIやGtopのデーターベースを公開しているが、今年度の最大の成果は、公開されている全ゲノムのORFを出来る限りタンパク質の立体構造としてモデリングし、データーベース(FAMSBASE)として名古屋大学から公開したことである。2000年のタンパク質構造予測の世界コンテストCASP4の自動ホモロジーモデリングにおいて最優秀であった梅山秀明グループの開発した手法に基づく大規模のデータベースであり、これを公開することによって創薬をはじめとする産業にゲノム情報を生かすことが容易になった。ゲノムの全ORFを出来る限りタンパク質の立体構造としてモデリングし(梅山)、データベース(FAMSBASE)として昨年度より、名古屋大学から公開し、引き続き、維持・更新を行っている(郷)。これまで、ORFごとに1個の鋳型に基づいたモデルを公開していたが、本年度の更新により、最大5個の鋳型それぞれから構築したモデルを公開するようになった。これにより、ORFのより広い領域のモデルが得られ、あるいは、適切な鋳型に基づくモデルを選択することが可能となり、これまで以上に、ゲノム情報を創薬などの産業で利用しやすい形にできた。FAMSBASEに付加機能を加えて公開し、統計的な解析を含めて論文発表した。一昨年の第4回タンパク質立体構造予測国際コンテスト(CASP4)に引き続き、CASPへの積極的な参加の呼びかけや援助を行った。皆で予測方法の問題点を明確化し、よりよい方法にしていこうという趣旨のコンテストである。本年度は、第5回(CASP5)が開催され、本特定領域からも数チームが参加した。それぞれよい成績を収めるとともに、さらなる改良のための課題を得た。ゲノム情報の理解には、生理現象の直接的担い手であるタンパク質の理解が不可欠であり、そのための手段としてシミュレーションは重要な位置を占めつつある。そこで本年度は、国際シンポジウム「フロンティア生命情報学-タンパク質の機能はシミュレーションでどこまで明らかにすることができるか」を開催した。海外から活動のめざましい4名の若手研究者を招聘し、シミュレーションの現状や将来性について活発な議論が展開され、有意義な会となった。その他、7月に高次ゲノム「アブイニシオ研究会」を主催し、また、毎年若手の勉強会を積極的にサポートする方針に基づき、9月に第24回蛋白質・核酸構造理論勉強会、11月に第3回コンピューテーショナルゲノミックス勉強会をサポートした。
低分子GTP-結合蛋白質RAB群の細胞内膜輸送における役割

本研究目的のRAB蛋白群中、現在までにRAB1、6と7の3種に対する特異抗体の作成に成功した。この内Late endosomeに特異的であると考えられているRAB7抗体と抗lamp1抗体(LysosomeまたはLate endosomeに特異的)を用い、ラット肺胞2型細胞内の層板小体(以下LBsと略す)の限界膜の性質について検索した。LBs限界膜は両抗体に対し染色された。この所見は、従来、肺胞表面活性物質の分泌顆粒であると考えられていたLBsが、実は同時にLate endosomeつまり細胞が外界から取り込んだ物質の処理をする細胞小器官である事が判明した。すなわち、肺胞2型細胞は、自分が分泌した活性物質を取り込み、次いでこれを自己の再処理工場へと送り込む、いわゆるリサイクリングを行っている可能性が強く示唆された。この所見は肺胞2型細胞が、活性物質に対する特異受容体をもち、分泌された活性物質中の燐脂質の大部分を再回収しているとの生理学的研究結果とも良く符合し、かつこの知見に良い形態的基盤を提供するものである。今後、Endosomeに特異的RAB蛋白抗体、とくにEndosomeからGolgi装置への膜還流に関与していると考えられているRAB9蛋白に対する抗体、またはEndosomeから表面膜への膜還流に関与するRAB4蛋白に対する抗体の作成に努力してゆく。また、LBsの前駆体と考えられているMultivesicular bodies(この細胞小器官は肺胞2型細胞に多く見られLBs形成に関与するとみなされている)の膜の性質にも同時に留意しつつ、肺胞2型細胞内での膜の流れを明らかにすべく研究を続行、発展させる。
ナノSi結晶とワイドギャップ半導体の複合化プロセスの開発とデバイス提案

バッチ式超臨界堆積装置でCu:ZnOの堆積が可能であるか検証した。Zn-MOPDとCu(dibm)2の配合比を変え堆積させた結果、どの試料の堆積物にもCuがドープできていることを確認した。最適化を目指してドーパント濃度、温度、O2圧力依存性を調査し、透過性のある結晶性の良い薄膜を得た。さらにアニール処理を施すと透過率が増し、結晶性の向上が認められた。SiO2 / Siパターン基板を使用してCu:ZnOの埋め込みを行い可能性を実証した。案ドープでは有効であった親水化処理の効果は少なかった。PSi基板への埋め込みも行ったが、膜質は十分ではなかった。ナノシリコン層の表面修飾:ナノシリコン表面のSi-H結合をより安定なSi-C結合に置き換えるため1-ヘキセンを用いた気相化学修飾法を開発した。検証実験では、本方法で得られたナノシリコン層のフォトルミネッセンスは非常に安定し,これまでの液相化学修飾法より効果的であることを明らかにした。ナノシリコン層の評価法:ナノシリコン層は、面上に数百マイクロメータ間隔(層の厚みが厚い程その間隔が狭くなる)で,光干渉縞模様が現れる。そのため市販のエリプソメータ(空間分解能がミリメータオーダー)ではその評価が不可能である。本研究では,本グループで開発した高分解能イメージングエリプソメトリーの導入により、走査型電子顕微鏡等を使わずにナノシリコン層を簡単に評価できた。ナノシリコン粒子の作成:ナノシリコンのさらなる発光効率を目指し、Si/SiO2(コア:Si,シエル:SiO2)ナノ粒子の製作を試みた。これによりナノ粒子の量子収率61%の世界記録を達した.当研究の目標は、透明導電材料を超臨界流体を用いてシリコン細孔内に充填し高効率の発行デバイスを作製することであった。3年間の研究で、目的とした構造を作製でき、別のアプローチであるが高効率も達成できた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。(1)高品質PS層製作のためのイメ-ジング計測方法および計測装置の開発:本年度は、重点的に高品質ナノシリコン製作用装置の開発と超臨界流体による細孔内へのZnO堆積原料の充填挙動を検討した。発光強度が最大値になる時を捉えるため、CMOSデバイスを取り入れたハードウェアの開発、画像処理用ソフトウェアの開発を行った。開発した装置を用いてECO処理中の発光現象を調べ、時間に対してガウス分布近似変化を示すことを分かった。その結果を基に、発光強度が最大値になる判断基準を設定し、ECO処理完了時間を判断・制御を行うことができた。(2)超臨界流体を用いたワイドギャップ半体埋め込みプロセスの開発:超臨界流体中での細孔内へのZnO堆積原料の充填挙動を調べるために、まずFT-IRでは超臨界CO2中の原料の吸収強度が大きすぎるため、基板の表面の細孔を選択的に検出することを目的としてエリプソメトリを用いた。試料には直径2nmの細孔を有するSiO2ベースの多孔質薄膜を用いた。原料にはZnMOPD(Bis(2-methoxy-6-methyl-3,5-heptanedionate)zinc(II))を用いた。ZnMOPDを供給しない場合(CO2とアセトンのみ)の場合には反射光の偏光状態は変化しなかったが、ZnMOPDを供給した場合には大きな変化が生じ、細孔内にZnMOPDが捕捉されていることが分かった。ついで、ZnMOPDをアセトンに溶解しCO2中に供給、ガラス基板上に200350°Cの温度で堆積を試みた。ガラス基板に親水化前処理を行った場合に透明な連続膜が堆積することを確認できた。1)高品質PS層製作のためのイメ-ジング計測方法および計測装置の開発本年度は、重点的に高品質ナノシリコン製作用装置の開発と超臨界流体による細孔内へのZnO堆積原料の充填挙動を検討した。ナノシリコンの製作には、フッ化水素酸溶液中でシリコンチップの陽極酸化処理後、より高い発光効率を得るため硫酸溶液中でECO処理を行う。新たに開発したECO処理中の発光観測装置を用いて発光強度が最大値になる判断基準を設定し、ECO処理完了時間を判断・制御を行うことができた。当初の計画に記載されていたことであり順調に進展している。2)超臨界流体を用いたワイドギャップ半体埋め込みプロセスの開発超臨界流体中での細孔内へのZnO堆積原料の充填挙動を調べるために、まずFT-IRでは超臨界CO2中の原料の吸収強度が大きすぎるため、基板の表面の細孔を選択的に検出することを目的としてエリプソメトリを用いた。圧力を10 MPa、温度は40ないし150°Cと変化させた。ついで、来年度実施計画であったZnO堆積実験を実施し高品質を示唆する透明な連続膜が堆積することを確認できた。計画ではFT-IRを用いることになっていたがエリプソメトリに変更して基礎的な物理化学現象を観測できた。細孔充填プロセスの詳細は決定しなかったが代わりに来年度実施予定の堆積プロセス開発を行った。

以上から本研究課題はおおむね順調に進捗していると判断した。本プロジェクトでは超臨界流体のもつ超浸透性を利用して、ポーラスシリコン(PS)層のナノ・マイクロ細孔にワイドギャップ半導体を充填し、複合化を行なって高発光効率デバイス開発を目指すものである。本年度はポーラスシリコン(PS)層にZnOを充填したナノコンポジット材料の作製の条件について検討を行った。フローチャンネル型の超臨界流体中反応装置を用いて、原料にZn (MOPD)(液体)を用いPS試料とともにCO2を供給して容器を熱し,さらにO2を添加し1020MPa,150250°Cで1060分処理した。処理中の細孔内や試料表面への原料吸着・浸透を評価するため、SiO2、Si、ナノポーラスSiO2系薄膜を用いてin-situエリプソメトリを行った。In-situエリプソメトリではΔ、Ψの2つ偏光パラメータのスペクトルを取得した。ΔとΨは試料表面の屈折率などによって敏感に変化する。加熱高圧容器を用いるため、昇温、昇圧下で窓が測定に及ぼす影響をまず調査した。次に、原料の希釈溶媒であるアセトンの影響を調査した。これらの影響に基づき補正を行って上記三種類の薄膜の処理を行ったところ、ナノポーラスSiO2膜の場合のみスペクトルの変化が見られ吸着を観測できることが分かった。つまり、細孔内に原料が吸着していた。スペクトル変化から特に80°C以上でこの吸着が起きたと判断できた。この条件下で、市販のトレンチ&ホールSiO2ないしSi微細構造をもつ試料上へ堆積を行ない充填に成功した。さらに、PS試料を用いて良好な充填を確認することができた。当初計画では、H29年度(以降)にPS-ZnOコンポジットを作製することになっていた。本年度は実際に作成を行いPS細孔内へのZnO充填を確認でき、コンポジット作成に成功した。実用開発を意識したフローチャンネル型の装置を用いて堆積ができたことは当初計画通りである。充填特性を評価改善するための成膜原料の細孔内への吸着・浸透評価は前年度(H28年度)の主要課題であった。前年度は成膜プロセス開発に注力し、吸着評価はH29年度に行った。In-situエリプソメトリという表面を選択的に検出できる手法を適用、温度圧力や添加剤の影響を補正して、ごく微量の原料吸着とプロセスの対応を図ることができた。さらにはコンポジット作成条件の最適化へ適用できた。バッチ式超臨界堆積装置でCu:ZnOの堆積が可能であるか検証した。Zn-MOPDとCu(dibm)2の配合比を変え堆積させた結果、どの試料の堆積物にもCuがドープできていることを確認した。最適化を目指してドーパント濃度、温度、O2圧力依存性を調査し、透過性のある結晶性の良い薄膜を得た。さらにアニール処理を施すと透過率が増し、結晶性の向上が認められた。SiO2 / Siパターン基板を使用してCu:ZnOの埋め込みを行い可能性を実証した。案ドープでは有効であった親水化処理の効果は少なかった。PSi基板への埋め込みも行ったが、膜質は十分ではなかった。ナノシリコン層の表面修飾:ナノシリコン表面のSi-H結合をより安定なSi-C結合に置き換えるため1-ヘキセンを用いた気相化学修飾法を開発した。検証実験では、本方法で得られたナノシリコン層のフォトルミネッセンスは非常に安定し,これまでの液相化学修飾法より効果的であることを明らかにした。