hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
RNAに特異的に作用する人工核酸の合成とエイズウイルス抑制作用

優れた機能性を有する、新しいタイプのアンチセンスDNAとしての修飾オリゴヌクレオチドを創生する事を目的として、我々は、新規にデザインした、2 ́-deoxyadenosine(dA)の5 ́位のメチレン基を取り除きその安定性を確保するために炭素環に置換した、光学活性なD型の炭素環5 ́-Nor 2 ́-deoxyadenosine誘導体及び炭素環5 ́-NOR-3 ́-deoxyadenosine誘導体を合成し、それらをリン酸ジエステルで結合した、これまでに全くないタイプの修飾オリゴヌクレオチドを合成した。即ち、天然型DNAに比べて、おのおののnucleoside間が一メチレン鎖短いリン酸間結合を有するオリゴヌクレオチド誘導体を合成し、その機能性について検討した。その結果、各メチレン基を欠くためDNAやRNAとの相補的な結合が困難であると考えられていたが、驚くべきことに、DNAとは比較的不安定なComplexを形成するのに対し、RNAとは特異的に安定なComplexを形成する事が判明した。また、これらのオリゴヌクレオチドのリン酸ジエステル結合は、そのメチレン基を欠くために生体内に存在する核酸分解酵素の基質になり得ず、安定であると考えられる。そこで今回各種ホスフォジエステラーゼ(蛇毒、主に3 ́-exonuclease)、(仔ウシ脾臓、5 ́-exonuclease)、及びヌクレアーゼS1(主にendonuclease)を用いてこれらの安定性を検討した結果、天然型DNA(dA_<24>)と比較して非常に安定である事が判明した。これらの事実は、これらがターゲットであるウイルスのRNAに選択的に作用でき、また、生体内で安定な抗ウイルス作用を有するアンチセンスDNAとして、理想的な性質を持っていると考えられる。そこで今回は、HIV-1の遺伝子産物であるTatをコードする配列(Sense)に相補的な塩基配列を有し、そのdAを炭素環5 ́-Nor 2 ́-deoxyadenosineに置換した修飾オリゴヌクレオチド(Antisense DNA,24 mer)及び(Sense DNA)を合成した。これらの機能性を検討するために、UVスペクトルによるMelting curveを測定しTm値を算出した結果、天然型DNAと比較して同様なComplexを形成する事が明らかとなった。現在これらのオリゴヌクレオチドの抗エイズ活性について検討している。炭素環アンチセンスDNAを完成させるためには、残りの核酸塩基であるguanosine,thymidine,cytidineに関して、それらの光学活性なD型の炭素環5 ́-NOR-2 ́-deoxy及び3 ́-deoxy nucleoside誘導体の合成は不可欠である。そこで今回は、これらのthymidineオリゴヌクレオチド誘導体の合成を目的として、光学活性な(+)-(1R,4S)-4-hydroxy-2-cyclopenten-1-yl acetate [α]_D^<27>+68.60^。(c1.56,CHCl_3)を出発原料に用いて(1R,4S)-N^3-benzoyl-1-(4-hydroxy-2-cyclopenten-1-yl)-1H-thymineを合成し、ハイドロボレーションにより、これらの単体である炭素環5 ́-NOR-thymidine誘導体及び炭素環5 ́-NOR-2 ́-hydroxy-3 ́-deoxythymidine誘導体を合成した。現在これらのオリゴヌクレオチド誘導体を合成しそれらの機能性について検討している。そこで今回は、HIV-1の遺伝子産物であるTatをコードする配列(Sense)に相補的な塩基配列を有し、そのdAを炭素環5 ́-Nor 2 ́-deoxyadenosineに置換した修飾

オリゴヌクレオチド(Antisense DNA,24 mer)及び(Sense DNA)を合成した。これらの機能性を検討するために、UVスペクトルによるMelting curveを測定しTm値を算出した結果、天然型DNAと比較して同様なComplexを形成する事が明らかとなった。現在これらのオリゴヌクレオチドの抗エイズ活性について検討している。炭素環アンチセンスDNAを完成させるためには、残りの核酸塩基であるguanosine,thymidine,cytidineに関して、それらの光学活性なD型の炭素環5 ́-NOR-2 ́-deoxy及び3 ́-deoxy nucleoside誘導体の合成は不可欠である。そこで今回は、これらのthymidineオリゴヌクレオチド誘導体の合成を目的として、光学活性な(+)-(1R,4S)-4-hydroxy-2-cyclopenten-1-yl acetate [α]_D^<27>+68.60^。(c1.56,CHCl_3)を出発原料に用いて(1R,4S)-N^3-benzoyl-1-(4-hydroxy-2-cyclopenten-1-yl)-1H-thymineを合成し、ハイドロボレーションにより、これらの単体である炭素環5 ́-NOR-thymidine誘導体及び炭素環5 ́-NOR-2 ́-hydroxy-3 ́-deoxythymidine誘導体を合成した。現在これらのオリゴヌクレオチド誘導体を合成しそれらの機能性について検討している。
近代日本の企業経営と企業家ネットワークの機能に関する実証的研究

本研究助成により,門野幾之進記念館(三重県),国立国会図書館,慶應義塾福沢研究センターでの史料調査を行った。門野幾之進記念館では,本務校の学生をアルバイトとして雇用し,現在確認できる全ての書簡史料の写真撮影を行った。これらの史料の分析により,その多くが家族間の私信としての性格が強かった一方,本研究が課題とした慶應義塾関係者との経済的交流を確認することができた。また,慶應義塾福沢研究センターでは,伊東要蔵家旧蔵史料の写真撮影を実施した。これまでも,伊東要蔵が慶應義塾出身の企業家と連携を進めつつ経済界で活動していたことは明らかであったが,今回の調査により,富士瓦斯紡績などでの具体的な活動について把握することができた。また,これら史料の分析結果を,日本経済の歴史展開の中で相対的に把握するために,当該分野に関する先行研究を幅広く渉猟した。その結果,企業経営や資金調達における企業家ネットワークの役割については言及されつつも,その内部における実体的な役割については充分に検討が進められていないことが改めて確認された。本研究によって明らかにされた慶應義塾出身者を中心とした学閥企業家集団の存在は,近代日本の経済発展を支えたネットワークの内部的機能を実証的に解明できる事例であるといえる。即ち,学閥を準拠集団として把握することで,企業家相互の実際的連帯について,門野幾之進や伊東要蔵,和田豊治といった個別の企業家の活動実態から明らかにできたといえる。以上の研究成果の一部は,2019年度三田史学会(慶應義塾大学部文学部主催)大会の自由論題報告「近代日本の学閥企業家集団ー伊東要蔵とその周辺ー」として報告予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
極低温超高分解能レーザー角度分解光電子分光による非従来型超伝導電子状態の解明

近年発見された新奇BiS2系超伝導体や、非従来型超伝導が提唱されている重い電子系超伝導体CeCoIn5の超伝導電子状態を直接観測するため、極低温超高分解能レーザー角度分解光電子分光装置の改良を行った。改良により微小領域を長時間安定して測定することが可能となり、BiS2系超伝導体やCeCoIn5超伝導体単結晶試料中の良質な部分を選択して測定することが可能となり、これらの超伝導電子状態の直接観測に成功した。平成28年度研究計画に記したように、光電子分光装置光学系の改良を行った。まずは空間分解能向上を目的としたレーザー光路の時間安定性向上についてだが、新規真空チャンバーを設計、ミラーマウントを安定性の高い製品と交換、波長板によるレーザー偏光の切替えやミラーマウント微調整の自動化機構を導入して光学系を組み直した。また、励起光源スポットサイズの狭窄化については、スポットサイズの拡大縮小機構についてNTTアドバンステクノロジーに設計を相談したところ、我々の励起光に合わせた設計を行うと高額になることが判明した。よって、まずは安価に入手可能なレンズとミラーマウントの組み合わせで、同様の役割を果たす機構を自主設計することにした。平成29年度は、試料測定によってこれらの改良結果に関する性能テストを行う予定である。物性実験は予定通り、新奇超伝導体であるBiS2系超伝導体のSをSeで置換したBiSe2系、La(O,F)BiSe2系の低Fドープ試料LaO0.6F0.4BiSe2(仕込み組成)の測定を行った。その結果、BiS2系に比べてフェルミ面の数が倍多いことと、BiS2系と傾向は似ているものの、若干ことなる超伝導ギャップ異方性の観測に成功した。続いて、Fの仕込み値を増やした高ドープ試料LaO0.5F0.5BiSe2における実験を行ったが、フェルミ面トポロジーにLaO0.6F0.4BiSe2との大きな違いがみられていない。こちらは仕込みF値に対して実際の組成が大きく変化していないことが原因と考えられる。この件については試料提供者と相談し、より高ドープ試料が作成できないか思案中である。物性研究に関しては、予定していた測定をほぼ行えたのでおおむね順調である。実験装置開発に関しては、真空チャンバーの納入がやや遅れ、平成29年初めに新規光学系の組み込みとなった。組み込み自体は一カ月程度で無事終了したので、本来は性能テストまで平成28年度中に終える予定でいたが、光電子分光実験装置の一部故障が発生し、修理の完了が平成29年度4月となっているため、性能テストがまだ行えていない。修理が完了しだい実験装置に組み込んで性能テストを行う。当初の予定に比べ一カ月遅れ程度である。平成29年度は、まずはレーザー光電子分光装置のスポットサイズの狭窄化について性能試験を行った。改良前のレーザースポットサイズは500 μm程度であったが、改良後100 μm程度となった。また、光学系・試料マウントの改良により、試料の測定位置が長時間安定するようになった。次に上記装置を用いて重い電子系超伝導体CeCoIn5の超伝導電子状態観測を試みた。まずは常伝導電子状態でのバンド分散観測を試みた。角度分解光電子分光には真空中で単結晶を劈開し清浄かつ平坦な表面を得る必要がある。CeCoIn5は劈開性が悪く十分な大きさの平坦表面を得ることが難しい。これまではそれが原因でバンド分散の観測ができなかったが、1辺200 μm程度の平坦表面に対して100μmのレーザースポットサイズを照射して測定可能になったことで、バンド分散を観測することに成功した。ここまでの結果から得られた実験条件を元に、極低温超高分解能レーザー光電子分光で超伝導電子状態の観測を試みた。結果、超伝導ギャップの異方性の観測に成功した。観測された超伝導ギャップ異方性と結晶方位との対応や再現性確認がまだ必要であり、今後はそれらを詳細に詰めていく必要がある。本研究課題における3つのテーマの成果を要約すると、1BiS2(BiSe2)系超伝導体の超伝導ギャップ異方性観測に関しては、La(O,F)BiSe2の超伝導ギャップ異方性観測に成功し、国内学会・国際ワークショップで研究成果の発表を行った。2レーザー光電子分光装置のスポットサイズ狭窄化・長時間安定化に関しては、スポットサイズ100μmでの長時間測定が可能となった。3重い電子系超伝導体CeCoIn5の超伝導電子状態観測に関しては、スポットサイズ狭窄化によりバンド分散の観測に成功し、超伝導ギャップ異方性を捉えることに成功した。従って、想定以上の成果を達成することができたと言える。今後の予定としては、平成28年度中に終えられなかった性能テストの実施と、物性実験としては重い電子系超伝導体CeCoIn5の超伝導電子状態観測を試みる。

CeCoIn5に関しては、近年、分子線エピタキシーによる良質な薄膜成長が行われるようになっているため、当初予定していたレーザースポットを小さくしての単結晶試料での実験だけではなく、薄膜試料での実験も試みる。現在、試料提供者と相談し、薄膜試料を真空状態のまま我々の実験装置に輸送する方法を検討中である。物性物理
紀伊半島中央部に分布する大規模砕屑岩脈の形成機構の解明

紀伊半島中央部に分布する大規模砕屑岩脈について、奈良県川上村中奥川上流域の赤倉橋周辺を主調査地として研究をおこなった。調査地の岩脈は全体として幅27.8m、走向N80°Eで垂直の傾斜を持つ。岩脈は650m以上連続して分布しているものの、より下流で見られる別の砕屑岩脈とは雁行配列している。また、これまで未報告の別の砕屑岩脈が調査地の北方に2枚見られ、いずれも幅20m以上でほぼ東西走向をもつ。以上のことから、砕屑岩脈はセグメントの集合からなり、連続する一枚の岩脈でないことがわかった。岩脈の内部構造として砕屑物の帯状配列は見られないが、レンズ状・紡錘状の礫の濃集部が多く観察され、走向に平行に伸びる。礫形は円礫角礫まで多様で礫種はチャート・石英斑岩・泥岩・砂岩・石灰岩・粘板岩・緑色岩・長石片・石英片が確認できる。量的にチャートと石英斑岩が卓越する。岩石試料を室内で切断し、切断面上に見られる礫径測定の結果では中央粒径Md_φは約-2.4、平均粒径Mzは約-2.4である(測定数326個)が、これらの値には露頭で見られる巨礫大礫(最大40×20cm)は含まれず、全体としては淘汰が悪い。石英斑岩礫およびマトリックスに含まれる自形半自形のザクロ石9個をWDSを用いて分析すると、全てがアルマンディンであった。アルマンディン成分は、マトリックス中の1試料(コアで約65%)を除き、7986%の狭い範囲を示し同源である可能性が高い。岩脈に含まれる石英斑岩礫は13.7±0.7Ma(K長石、K-Ar法)を示し、少なくともこれ以降に形成されたことが明らかである。この年代は熊野・大峯酸性火成岩類のそれと一致することから、大規模砕屑岩脈に対するそれらの火成活動の寄与を検討する必要がある。
特発性慢性膵炎の素因に関する臨床的検討.-家族性膵炎例からの分子生物学的解釈

慢性膵炎の発病への素因,発生機序の解明を目的として,遺伝的な因子の関与が考えられる家族性慢性膵炎を対象に検討した.1.文献,アンケート調査により,慢性膵炎が1家系内3例以上発症した20家系74例を集計しその臨床像を分析した.遺伝性慢性膵炎の一般的な基準,2世代以上3例以上を満足するのは17家系64例であり,多くは若年発症であった.教室例でも二卵性双生児,石灰化兄弟例など2例に留まる家系も多く,小子化が進む日本では新たな基準が必要であり,今回の検討より10歳代での発症で2世代にわたれば,2例でも遺伝性慢性膵炎とすることは適当と考えられた.2.膵の急性炎症を引き起こす素因,炎症が持続し慢性炎症,線維化を生じる因子のうち膵炎発生に関する防御系因子を検討した.8例の発症者を認めたビック家系で膵石灰化例の父親,非石灰化例の長男,非発症者の長女および健常者,別家系の二卵性双生児の中年者で膵石灰化まで経過を追えた例を検討した.膵に特異的に関連する蛋白,pancreaticsecretory trypsin inhibitor ; PSTI, regenerating gene Iβの遺伝子変異の有無,これら遺伝子をマーカーとしたサザンブロック法によるRFLP解析を行った.末梢リンパ球より抽出したRNAからcDNAを合成,ゲノムDNAでヒトPSTI,ヒトregIβ遺伝子の変異の有無をPCR法により当該遺伝子のコード域を増幅し,塩基配列を決定することによる解析を進めた.PSTIでは1塩基のみのsilent mutationを見いだした.また標準的な制限酵素で消化したあとcDNAプローブとhybridizeするDNA断片の長さに差を認めなかった.このように現時点では検討した遺伝子および検索例では有意な異常を発見できていない.慢性膵炎の発病への素因,発生機序の解明を目的として,遺伝的な因子の関与が考えられる家族性慢性膵炎を対象に検討した.1.文献,アンケート調査により,慢性膵炎が1家系内3例以上発症した20家系74例を集計しその臨床像を分析した.遺伝性慢性膵炎の一般的な基準,2世代以上3例以上を満足するのは17家系64例であり,多くは若年発症であった.教室例でも二卵性双生児,石灰化兄弟例など2例に留まる家系も多く,小子化が進む日本では新たな基準が必要であり,今回の検討より10歳代での発症で2世代にわたれば,2例でも遺伝性慢性膵炎とすることは適当と考えられた.2.膵の急性炎症を引き起こす素因,炎症が持続し慢性炎症,線維化を生じる因子のうち膵炎発生に関する防御系因子を検討した.8例の発症者を認めたビック家系で膵石灰化例の父親,非石灰化例の長男,非発症者の長女および健常者,別家系の二卵性双生児の中年者で膵石灰化まで経過を追えた例を検討した.膵に特異的に関連する蛋白,pancreaticsecretory trypsin inhibitor ; PSTI, regenerating gene Iβの遺伝子変異の有無,これら遺伝子をマーカーとしたサザンブロック法によるRFLP解析を行った.末梢リンパ球より抽出したRNAからcDNAを合成,ゲノムDNAでヒトPSTI,ヒトregIβ遺伝子の変異の有無をPCR法により当該遺伝子のコード域を増幅し,塩基配列を決定することによる解析を進めた.PSTIでは1塩基のみのsilent mutationを見いだした.また標準的な制限酵素で消化したあとcDNAプローブとhybridizeするDNA断片の長さに差を認めなかった.このように現時点では検討した遺伝子および検索例では有意な異常を発見できていない.今年度は精力的に若年発症膵炎の家族を調査し,母が糖尿病の膵石灰化例の兄弟を新たに見出した.しかしこれまでの基準から見て遺伝性慢性膵炎と判定できなかった.われわれは3家族に兄弟例など2人の患者を見出している.現在兄弟が3人以下で2人が多い,家系が小さい日本では新たな基準が必要と思われた.これまでのわれわれの経験例および全国調査より2世代(親子)以上で患者が出現しており、特に子供世代においては10歳代での発症であれば,2人でも遺伝性慢性膵炎として良いと考えられた.このことを実証するために検討する予定である.膵の急性炎症が膵に慢性的な炎症として持続して存在するためにはいくつかの因子が関与すると思われる.これまでの世界的な研究成果を見ても全く見いだされていない現状である.そこでわれわれは膵炎発生に関する因子の解析に務めた.その方法の一つとしわれわれが経過を観察している家族性慢性膵炎を対象に,膵炎発症に関する可能性のある遺伝子異常の有無について検討した.8例の発症者を認めたビック家系で膵石灰化例の父親,非石灰化例の長男,非発症者の長女および健常者を対照に,末梢リンパ球より抽出したゲノムDANについてヒトPSTI,ヒトreg_oα,ヒトreg_oβ,遺伝子の変異の有無を,サザンブロック法によるRFLP解析,およびPCR法により当該遺伝子のコード域を増幅し、塩基配列を決定することによる解析を進めた.しかし、現時点ではいずれの遺伝子にも変異は認めていない.このほか家系についてさらに病状を検討して必要であれば施行予定である.慢性膵炎の発病への素因,発生機序の解明を目的として,遺伝的な因子の関連が深いと考えられる家族性慢性膵炎を対象に検討し次の結果を得た.1.文献,アンケート調査により,わが国の3例以上発症した家族性慢性膵炎

20家系74例を集計しその臨床像を分析した.遺伝性慢性膵炎の一般的な基準,2世代以上3例以上では16家系61例となった.最近診断された例の多くは若年発症であるが,教室例でも二卵性双生児,石灰化兄弟例など2例に留まる家系も多く,家系が小さい日本では新たな基準が必要と思われた.今回の検討より10歳代での発症で2世代にわたれば,2例でも遺伝性慢性膵炎とすることは適当と考えられた.2.膵に急性炎症が引き起こされ易い素因,炎症が持続し慢性炎症,特に線維化を生じる因子は多くのものが関与すると思われる.われわれは膵炎発生に関する因子の解析に努めた.その方法の一つとしわれわれが経過を観察している家族性慢性膵炎を対象に,膵炎発症に関係する可能性のある遺伝子異常の有無について昨年度に引き続き検討した.8例の発症者を認めたビック家系で膵石灰化例の父親,非石灰化例の長男,非発症者の長女および健常者,さらに今年度は飲酒習慣はあるが二卵性双生児の高齢者で膵石灰化まで経過を追えた例を対象に検討した.これまでと同様に末梢リンパ球より抽出したゲノムDNAでヒトPSTl,ヒトreglα,ヒトreglβ遺伝子の変異の有無を,サザンブロック法によるRFLP解析,およびPCR法により当該遺伝子のコード域を増幅し,塩基配列を決定することによる解析を進めた.しかし,現時点では検討した遺伝子および検索例では異常を発見できていない.
機能性有機材料の開発を目指した人工生体膜の誘電的研究

平成9年度までの研究実績をもとに、人工生体膜の理論的・実験的な誘電的研究を一層推進した。さらに、工学的応用として味覚センサーの開発に取り組んだ。また、機能性有機材料開発へのアプローチとして、人工生体膜と非常に関係が深く空気界面で層形成可能な液晶自己保持膜の層構造に関する研究を一層推進した。1.人工脂質二分子膜の誘電緩和特性と味覚センサーへの応用(1)人工脂質二分子膜を用いた水-黒膜系の誘電緩和現象について、膜材料や電極材料を変化させた場合の周波数特性を自動測定し、また理論解析を行い、人工生体膜の誘電緩和特性を理解することができた。(2)味覚センサーへのアプローチとして味覚物質に対する膜電位変化の測定を行うべく、微小電圧の増幅及びフィルタ回路の設計・製作を行い、ブルシン(苦味物質)に対する膜電位応答測定システムを構築した。これらの研究成果により、有用な機能を持つ味覚センサー実現の可能性を見出すことができた。2.液晶自己保持膜の層数や物性定数の決定と構造解析(1)透過偏光解析法による入射角-位相差実測特性と4×4マトリックス法による理論的なシミュレーション特性をフィッティングさせ、膜の層数、分子長や屈折率異方性等の重要な物性定数を決定することができた。(2)温度-位相差特性を測定し、温度変化による層構造変化を観察することができた。実測特性とシミュレーション特性をフィッティングさせることにより、これまで明らかにされていなかった強誘電性液晶や反強誘電性液晶におけるサブフェーズの層構造に関する新規で有用な情報を得ることができた。機能性有機材料の開発を目指し、本年度は、その基礎段階として、生体膜を模擬した人工生体膜の誘電的研究を理論的・実験的に行うための環境づくりと、工学的応用につなげるための基礎データの収集を行った。以下に具体的な実施結果を示す。1.人工脂質二分子膜を黒膜法によって作製し、膜材料の成分比や氷相の濃度を変化させた場合の膜キャパシタンスや膜コンダクタンスの周波数特性を測定し、水-黒膜系の誘電緩和現象に関する実験的研究を行った。2.上記実験システムを、GP-IBインターフェースを介してパソコンでコントロールし、電気的特性を自動測定できるシステムを構築した。今後、データ処理機能を付加させる予定である。3.実験系の電気的等価回路を考え、水-黒膜系の誘電緩和現象に関する理論的研究を行った。様々なシミュレーションを行い、さらに実験結果との比較・検討により、相違点を明らかにし、お互いの相関を考察した。4.人工脂質二分子膜の理論的・実験的研究により、水-黒膜系の誘電緩和現象が明らかになった。これらの研究結果は、工学的応用につなげるための重要な基礎データになると考えられる。5.実験で使用した白金黒電極が、実験結果に大きな影響を与えることがわかり、電子顕微鏡や原子間力顕微鏡を用いて、電極表面の構造観察研究を行った。今後、膜そのものの微視的構造観察研究を行う予定である。6.タンパクの組み込み等、分子レベルでの機能付加を実現できる膜作製方法としてLB膜法に着目し、LB膜作製の基礎段階として、表面圧-面積特性や累積比に関する基礎研究を行った。今後、LB膜法のよる人工生体膜の作製を検討していく予定である。平成8年度の研究実績をもとに、人工生体膜の理論的・実験的な誘電的研究を一層推進した。また、機能性有機材料開発へのアプローチとして、人工生体膜と非常に関係が深い液晶自己保持膜について研究を開始した。1.平成8年度に構築した測定系をさらに改良し、実験データを効率的に処理して解析できるようになった。2.水中での電気的測定においては電極が測定結果に大きな影響を与えることがわかった。様々な条件で白金黒電極を作製し、表面積が大きく、電極分極の影響を最小限に押さえ、低周波領域での特性改善に成功した。3.水-黒膜系の誘電緩和現象に関する様々な実験的研究を行うと同時にシミュレーションによる理論的研究を行い、両者をフィッティングさせることにより、新たに有用な情報を得ることができた。4.工学的応用として機能性有機材料の開発を目指す場合、水中膜よりも空中膜の方が有利である。そこで、両面が空気界面で層構造を有する超薄膜である液晶自己保持膜の研究を新たに開始した。(1)シミュレーション研究においては、4×4マトリックス法を用い多重反射・多重干渉の影響を考慮して、層数や光の入射角を変化させた場合の透過光の位相差や振幅比角を、様々な層構造モデルを仮定して計算した。(2)実験的研究においては、PEM(光弾性変調器)を用いた透過エリプソメトリ(偏光解析)による位相差と振幅比角の測定方法を確立し、様々な条件において光の入射角に対する位相差の変化を測定した。(3)実測特性とシミュレーション特性をフィッティングさせることにより、膜の層数を断定することができ、また、これまで明らかにされていなかった強誘電性液晶や反強誘電性液晶におけるサブフェーズの層構造に関する新規で有用な情報を得ることができた。1.人工脂質二分子膜の誘電緩和特性と味覚センサーへの応用(1)人工脂質二分子膜を用いた水-

黒膜系の誘電緩和現象について、膜材料や電極材料を変化させた場合の周波数特性を自動測定し、また理論解析を行い、人工生体膜の誘電緩和特性を理解することができた。(2)味覚センサーへのアプローチとして味覚物質に対する膜電位変化の測定を行うべく、微小電圧の増幅及びフィルタ回路の設計・製作を行い、ブルシン(苦味物質)に対する膜電位応答測定システムを構築した。これらの研究成果により、有用な機能を持つ味覚センサー実現の可能性を見出すことができた。2.液晶自己保持膜の層数や物性定数の決定と構造解析(1)透過偏光解析法による入射角-位相差実測特性と4×4マトリックス法による理論的なシミュレーション特性をフィッティングさせ、膜の層数、分子長や屈折率異方性等の重要な物性定数を決定することができた。(2)温度-位相差特性を測定し、温度変化による層構造変化を観察することができた。実測特性とシミュレーション特性をフィッティングさせることにより、これまで明らかにされていなかった強誘電性液晶や反強誘電性液晶におけるサブフェーズの層構造に関する新規で有用な情報を得ることができた。
有害赤潮を形成するコクロディニウムの個体群識別と分布

無殻渦鞭毛藻Cochlodinium polykrikoidesは,西日本と韓国沿岸域において近年最も大きな漁業被害を引き起こしている有害赤潮原因種である。本種は海流に依存した移動が報告されており,この特性により例年様々な海域に赤潮被害が拡大していると考えられる。本種赤潮の発生過程を理解するためには,種内の地域系群(個体群)を識別し,西日本で有害赤潮を形成する個体群の分布範囲を特定した上で,その初期発生海域を把握することが必要となる。本種の個体群維持には,休眠細胞(シスト)と遊泳細胞の2形態が考えられるが,本種は約12°C以上の海水温で増殖可能であるため,遊泳細胞で越冬できる海域は限られている。本研究は,東アジア及び東南アジアに出現するC. polykrikoidesを分子生物学的手法を用いて個体群を識別し,個体群レベルでの分布範囲と移動を明らかにすることを目的として行った。今年度は,西日本,韓国,フィリピン・マニラ湾,マレーシア・サバより本種と類似種の遊泳細胞を入手し,形態観察とLSUrDNAを用いた系統解析を行った。その結果,細胞を約2周する横溝をもち連鎖群体を形成することからC.polykrikoidesと形態的に類似するCochlodiniumの一種が,縦溝の位置と葉緑体の形状より同種と識別でき,遺伝的にも異なることを確認した(記載論文投稿中)。また,C. polykrikoides種内はLSUrDNA塩基配列により大きく3つに識別されることがわかった。この中で,西日本と韓国に出現する細胞は,遺伝的に東南アジア(フィリピン・マレーシア)に分布する細胞と遺伝的に異なったため,例年日本と韓国に出現する同種赤潮は東南アジアより流れ着いているのではなく,東シナ海周辺海域で越冬していることが示唆された。
糖尿病妊婦の個人の代謝に合わせた、合併症を抑制するテーラーメイド栄養管理の開発

糖尿病を抱えた妊婦さんや、妊娠糖尿病となった妊婦さんにとって、母子ともに健康に出産を終えられることはとても難しい問題です。われわれ医療者は妊婦健診を通して様々な治療を提供していきますが、妊婦さんご自身が主体となってできる治療が、栄養管理です。この研究では、糖代謝異常をもつ妊婦さん個人個人に最適な栄養管理を見出すことを目的としています。研究がうまく進めば、妊婦さんごとに妊娠各時期に最適な食事指導ができるようになります。
ヌタウナギにおける染色体放出ではDNA鎖内部領域欠失・再結合はおこなわれているか

全ゲノム解析でID(Internal DNA deletion)領域と考えられる幾つかの配列を抽出し、その領域が本当にEゲノムに相当するのかを、SゲノムDNAとGゲノムDNAを鋳型としたPCRで検証、かつその領域の染色体上の位置をFISH解析で特定する。また複数の領域の塩基配列を詳細に解析し、遺伝子等の分布や既知の転位因子との相同性、piRNAとの関係等を解析する。さらに個体によるID領域に差の有無を、必要に応じて、NGSによる再シーケンシングを行い、データの信憑性を検証する。これの結果を基に、ヌタウナギにおける染色体放出時のID様式の解明並びにEゲノムの起源と進化について考察する。
食用カンナデンプンの食物アレルギー予防効果と免疫機能への影響

これまでに我々は,カンナデンプンの摂取がマウスの腸管バリア機能の向上および腸内環境の改善に効果があることを見出した。これらの効果は,カンナデンプンの摂取がアレルギー疾患や大腸がん,炎症性疾患等の予防・改善に有効である可能性を示唆する。そこで,本研究では,カンナデンプンのアレルギー症状に対する発症の予防効果について,特に消化管に着目し,I型アレルギーモデルマウスを用いて評価検討を行う。本研究によって,カンナデンプンの機能と免疫疾患に対する影響とそのしくみを明らかにするとともに,食物アレルギー等を予防し,発症を抑制する創薬やあらたな機能性食品の創出が期待される。
3次元行動計測と超音波解析による社会的相互作用の定式化と扁桃体ニューロン応答

無拘束下の自由な社会行動中のラットからニューロン活動を記録し、社会行動とニューロン活動の相関を調べた。ラットの社会行動を詳しく解析するため、まず、3次元ビデオ解析システム及び、超音波発声個体の弁別法を開発した。次に、これらを用いて扁桃体のニューロン活動を解析した。その結果、扁桃体のニューロンは自身の発声と相手の発声に対して異なる応答を示すこと、個体間の空間的関係によって活動強度が異なることが明らかになった。以上の結果から、自由な社会行動において適切な社会行動の遂行に重要な情報(自身と相手の行動や自身と相手との物理的関係に関する情報)が扁桃体で処理されていることが明らかになった。本研究は、2匹のラットが自由に相互作用しているときのニューロン活動を明らかにすることを目的とする。初年度である本年度は、まず2匹の間の複雑な相互作用(行動、超音波発声)を計測・定式化するため、以下の3次元行動計測システム(1)及び個別発声計測システム(2)の開発を行った。1.3次元行動計測システム相互作用中の2匹の複雑な行動を解析するために、3次元行動計測システムを開発した。このシステムでは、4台のカメラからの映像を統合して3次元映像が構築され、これを元に2匹のラットそれぞれの頭部、頸部、胴体、腰部の3次元位置を推定され、行動解析が行われる。次に、開発したシステムの有効性を次のように検証した。まず、社会行動および性行動中のラットの各体部位の位置推定および行動判定をこのシステムで行った。この結果を実験者の観察結果と比較することで、システムによる解析結果の精度が実験者と同等であることを確認した。さらに、オスラット性行動への薬物(AM-251)の効果の解析にこのシステムを応用した。その結果、同薬物による行動パターンの変化および3次元的姿勢の変化を発見し、開発したシステムの行動解析における有用性が確認できた。2.個別発声計測システム社会行動中の各々の発声がどのラットから発せられたものかを区別するために、発声に関わる輪状甲状筋の活動と超音波および可聴域音声とを同期的に記録し解析するシステムを開発した。このシステムでは、音声のスペクトラムから発声を半自動的に検出し、発声と同時に記録された筋活動を比較することができる。1.これまで社会行動中の2個体から記録される超音波はどちらが発声したものか区別することが困難であった。そこで各個体の甲状披裂筋の活動から記録された超音波を弁別する方法を開発した。単一個体から記録した超音波発声と甲状披裂筋の筋電図の相関を調べた結果、50 kHz帯の超音波発声のうち、音節中に周波数が大きく変化する発声(FM call)が起こる際には、ほぼ必ず甲状披裂筋の高振幅バーストを伴うことが明らかになった。以上の検討に基づき、社会行動中の2匹のラットから記録されたFM callを各ラットの甲状披裂筋の高振幅活動の有無によって弁別した。FM callを自身および相手が発声した前後のラットの行動は異なっており、今回開発した弁別法が有用であることが確認され、また自由な社会行動におけるラットの超音波発声のパターンの一端が明らかになった。2.扁桃体外側核及び境界領域のニューロン活動を、行動の3次元映像、超音波、および甲状披裂筋の活動と同時記録した。記録した20個のニューロンのうち、FM callに応答したものは3個だった。このうち1個は記録個体自身の発声に興奮性に応答し、1個は他個体の発声に興奮性に応答し、もう1個は自身の発声には抑制性、他個体の発声には興奮性に応答した。さらに3次元映像から社会行動中の2匹のラットの位置関係および行動を解析しニューロン活動との相関を調べた結果、2匹間の距離やその変化(接近・離反)、あるいはこの2つの組み合わせに応じて活動が変化するニューロンが合計11個見つかった。以上の社会的刺激や行動に応答する社会行動関連ニューロンは合計12個(記録したニューロンの60%)であった。以上の結果から、自由な社会行動において、適切な社会行動の遂行に重要な情報(自身と相手の行動や自身と相手との物理的関係に関する情報)が扁桃体で処理されていることが明らかになった。開発したソフトウェアの公開・サポートのため神経科学当初の予定通り、行動解析システムの開発を完了した。また、当初の計画で、研究の波及効果として3次元行動解析システムの行動解析の分野への波及効果を予想していた。実際にこのシステムを学会発表した際多くの問い合わせを受け、いくつかの研究室でこのシステムの利用が始まった。さらに、富山大学の神経精神医学講座との共同でこのシステムを行動解析に応用する研究を始めた。

1.開発した行動解析システムと無線ニューロン活動記録装置を組み合わせ、2匹のラットが自由に相互作用しているときのニューロン活動を明らかにする。2.行動解析分野の発展に貢献するため、新規開発した3次元行動解析システムを学会発表等でアピールしていく。予算が不足したため、無線ニューロン活動記録装置を新規購入せず、既設の古い装置を修理して行うことになった。この修理はまだ完了しておらず、まだ支払いは終わっていない。上記の修理に加えて、学会発表や論文投稿などの費用に当てる。
空気を読む脳内機構の解明による脳型状況把握モデルの構築

本研究は,脳が,ロボット学・情報学の計算理論「ベイズ推定」を用いて,現在の状態を把握するという仮説を提案した.本研究は,この仮説を総説で発表した.脳の大脳新皮質は,6層の階層型コラム構造を持つ.本研究のベイズ実装仮説では,皮質1層・2/3層・5層がそれぞれ,ベイズ推定の事前分布・尤度・事後分布を実装する.脳の高次領域からのトップダウン信号・低次領域からのボトムアップ信号がそれぞれ,状態遷移・感覚情報を伝搬する.本研究は,マウスの行動実験・二光子顕微鏡での後頭頂皮質(大脳新皮質の一部)神経活動イメージングで,提案仮説の実証を試みた.大脳新皮質のベイジアンフィルタ仮説を提案し,総説として発表した[船水章大,銅谷賢治,「予測-大脳新皮質のベイジアンフィルタ仮説」,生体の科学,No. 66, Vol. 1, pp.33-37, 2015].この総説は,大脳新皮質の解剖学・生理学的知見に基づいて,階層型コラム構造が,ベイジアンフィルタを実装する仕組みを提案した.具体的には,皮質1層・2/3層・5層がそれぞれ,ベイズ推定の事前予測・尤度・事後予測を表現する.また,先行研究とは異なり,ベイジアンフィルタで必須な状態遷移の皮質実装を提案した.状態遷移は,高次領野からのトップダウン信号や,各領野内での水平結合で実装される.この仮説を,感覚野・頭頂連合野に適応すると,状況把握・空気を読む脳内機構のベイズ仮説になる.また,ベイズ推定と運動最適制御は双対性がある.同仮説は,運動野の仮説としても機能する.総説ではあるが,新規の仮説を提案できた.本研究の最大の特色は,上述の仮説提案だけでなく,マウスの動物実験で,同仮説を検証・修正できる点である.まず,8匹のマウスで,状況把握の音源定位課題を実施した.同課題で,マウスは,仮想環境上の音源に到達すると,報酬の水を得た.同課題では,音刺激を常にマウスに提示する感覚情報試行と,音刺激を断続的に提示する状況推定試行の,2種類の試行を用いた.蛍光カルシウムプローブのGCamp6fを発現したアデノ随伴ウイルスを,マウスの後部頭頂葉に打ち込み,課題中のマウスの皮質1-5層の神経活動を,二光子顕微鏡法で計測した.本研究では現在,皮質2,3,5層の神経細胞の活動を解析中である.これまでの解析結果は,国内外の学会で発表した.今後,ベイジアンフィルタ仮説と各皮質の神経活動を比べ,同仮説の検証・修正を行う.前年度に発表した総説「予測-大脳新皮質のベイジアンフィルタ仮説」では,脳の大脳新皮質によるベイジアンフィルタの実装仮説を提案した.同仮説の検証で,本年度は,音源定位課題中のマウスの頭頂皮質(Posterior parietal cortex: PPC)と後内側皮質(Posteromedial cortex: PM)の神経活動を,蛍光カルシウムプローブのGCamp6fを用いて,二光子顕微鏡法でイメージングした.音源定位課題で,マウスは,音源に到達すると報酬の水を得た.同課題は,音刺激を連続的に提示する連続音条件と,断続的に提示する断続音条件を持つ.音源定位課題中のマウスの行動を計測した結果,断続音条件の無音区間でも,報酬を予期するリック行動(水の出るポートを舐める行動)を増加させた.この結果は,マウスは,自らの行動(行動依存的な状態遷移モデル)を用いて,音源距離を推定したことを示唆する.PPCとPMの神経細胞は,音源距離を表現した.神経細胞群の活動から,音源距離をデコードした結果,断続音条件の無音区間でも音源距離を推定できた.また,音源距離推定の不確実性は有音区間で減少した.これらの結果は,それぞれ,ベイジアンフィルタの,状態遷移モデルによる距離予測(prediction),感覚情報による予測更新(updating)に対応する.このように,本研究は,大脳新皮質のベイジアンフィルタ実装仮説を,マウスの神経活動で実証した.なお,本年度に購入したマクロ蛍光顕微鏡システム・SCMOSカメラ・蛍光顕微鏡用光源では,神経活動計測後の脳スライスで,GCamp6fの発現した脳部位を同定できた.また,これらの機器での神経活動イメージングも試みた.本研究は,これらの成果を,国内外の学会で発表した.また,国際的な学術雑誌に論文を投稿中である.本研究は,脳が,ロボット学・情報学の計算理論「ベイズ推定」を用いて,現在の状態を把握するという仮説を提案した.本研究は,この仮説を総説で発表した.脳の大脳新皮質は,6層の階層型コラム構造を持つ.本研究のベイズ実装仮説では,皮質1層・2/3層・5層がそれぞれ,ベイズ推定の事前分布・尤度・事後分布を実装する.脳の高次領域からのトップダウン信号・低次領域からのボトムアップ信号がそれぞれ,状態遷移・感覚情報を伝搬する.本研究は,マウスの行動実験・二光子顕微鏡での後頭頂皮質(大脳新皮質の一部)神経活動イメージングで,提案仮説の実証を試みた.大脳新皮質のベイジアンフィルタ仮説を提案し,総説として発表できた.同仮説の検証・修正で必要な動物実験(マウスの音源定位課題)を実施し,頭頂葉の皮質各層から,神経活動を計測できた.

これまでの神経活動の解析結果は,国内外の学会で発表できた.次年度は,計測した神経活動を解析し,ベイジアンフィルタ仮説との関係を掴むだけで,本研究の目的を達成できる.神経工学引き続き,マウスの頭頂葉で計測した皮質1-5層の神経活動を解析する.特に,皮質1層の解析を中心に行う.同解析で,神経活動とベイジアンフィルタ仮説との関係を掴む.得られた成果を,国内外の学会で発表し,国際的な学術雑誌に投稿する.大脳新皮質のベイジアンフィルタ仮説を提案しただけでなく,総説として発表するための論文執筆を行った.この理論研究(パソコンでの研究)に時間がかかったため.申請時に比べて,費用は減額されている.翌年度に,申請書に記載した通りの計画を実施するためには,繰り越す必要があった.主に,申請書に記載した通りの計画を実施する.具体的には,追加の動物実験に必要な機器・薬品・実験動物・ガラス機器等を購入する.また,論文校正も行う予定である.必要に応じて,データ保存のためのA/Dコンバータや,データ解析のためのパソコンを購入する.
低地球軌道におけるスペーストライボロジーのシナ-ジェシズム

本研究ではイオンビーム型ならびにレーザーブレークダウン型の原子状酸素発生装置を用いて、低地球軌道環境における高分子系および二硫化モリブデン系潤滑剤のトライボロジー特性について、特に複数の環境因子の複合効果(シナジ-)に着目し研究を行ったものである。その結果、以下のようなことが明らかになった。(1)二硫化モリブデン系スパッタ膜の有機バインダーとして用いられるポリイミド系の高分子は、これまで原子状酸素と紫外線のシナジ-は認められないとするのが定説であったが、本研究では反応生成物である二酸化炭素の生成イールドは紫外線同時照射時に増大することが示された。これは本実験においては原子状酸素のフラックスが比較的小さいために相対的に紫外線照射の効果が大きく現れたものと考えられ、反応のフラックス依存性が存在することを示唆している。(2)原子状酸素を高分子に照射すると一般に質量低下が認められるが、イオンビーム型原子状酸素発生装置を用いた実験では質量の増加が認められた。これもビームフラックスが小さいことによる表面反応初期のノンリニアな効果が現れたものと考えられ、高ビームフラックスでの同様な実験により今後詳細を明らかにしてゆく必要があると考えられる。(3)二硫化モリブデン単結晶を原子状酸素に曝露すると、反応により一酸化硫黄が形成され表面から離脱してゆくことが確認された。その他の硫黄酸化物は検出されず、ほぼ単一の反応経路で表面酸化反応が進行してゆくことが示明らかになった。その結果、表面の硫黄濃度は減少し、スタートアップ時の摩擦力が増大することが示された。また摩擦トラック内ではアブレーションにより酸化膜が除去されるため、摩擦係数の回復が生じることも確認された。本研究は低地球軌道上の宇宙環境においてトライボロジー材料に原子状酸素ならびにX線、紫外線などの環境要因が複合的に働いた場合に、トライボロジー特性がどのような影響を受けるかを地上試験で明らかにしようとするものである。本年度は既存の原子状酸素発生装置に新たに購入したX線源を取り付け、原子状酸素と同時照射が可能なシステムを設計製作した。さらに超高真空対応ピン-ディスク型摩擦試験機とX線源を本システムに同時に取り付けるための試験機の改造、キャリブレーションならびにシステムの設計変更を行った。本装置で得られた原子状酸素ビームのキャラクタリゼーションには新たに四重極質量分析管を用いた飛行時間型質量分析器を用いた。その結果、ビーム中の70%の酸素分子が原子状酸素に解離していること、ビームの平均エネルギーが6.0eVの時のエネルギー分布幅は6.7eV程度有ることなどが明らかにされた。これらの性能は世界的に見ても極めて優れており、本システムは当該研究所を遂行する上で、なんら問題もないことが改めて確認された。本システムを用いた予備実験の結果、種々の二硫化モリブデン試料(単結晶、スパッタ膜、有機バインダー膜)のいずれもが、原子状酸素の照射によって、そのトライボロジー特性が大幅に劣化するする事が明らかにされた。in-situオージェ電子分光法による解析の結果、表面の硫黄原子の減少が確認され、これがトライボロジー特性劣化の直接的な原因ではないかと推察された。またX線の同時照射によって、このような劣化はさらに進行することが確認され、現在その詳細な解析を試みている。(1)二硫化モリブデン系スパッタ

膜の有機バインダーとして用いられるポリイミド系の高分子は、これまで原子状酸素と紫外線のシナジ-は認められないとするのが定説であったが、本研究では反応生成物である二酸化炭素の生成イールドは紫外線同時照射時に増大することが示された。これは本実験においては原子状酸素のフラックスが比較的小さいために相対的に紫外線照射の効果が大きく現われたものと考えられ、反応のフラックス依存性が存在することを示唆している。(2)原子状酸素を高分子に照射すると一般に質量低下が認められるが、イオンビーム型原子状酸素発生装置を用いた実験では質量の増加が認められた。これもビームフラックスが小さいことによる表面反応初期のノンリニアな効果が現れたものと考えられ、高ビームフラックスでの同様な実験により今後詳細を明らかにしてゆく必要があると考えられる。(3)二硫化モリブデン単結晶を原子状酸素に曝露すると、反応により一酸化硫黄が形成され表面から離脱してゆくことが確認された。その他の硫黄酸化物は検出されず、ほぼ単一の反応経路で表面酸化反応が進行してゆくことが示明らかになった。その結果、表面の硫黄濃度は減少し、スタートアップ時の摩擦力が増大することが示された。また摩擦トラック内ではアブレーションにより酸化膜が除去されるため、摩擦係数の回復が生じることも確認された。
カーボンナノファイバー、チューブをドープした発光材の開発

近赤外パルスレーザー光照射下における多層カーボンナノチューブ(MWCNTs)分散液の挙動を調べ、以下の3つの成果を得た。(1)特定の有機溶媒中でMWCNTsの分散性が向上すること、(2)プラズマ発光と思われる白色光を発すること、(3)MWCNTsは光増感反応により銀イオンを光還元し、表面に銀ナノ粒子を担持できること。19年度はレーザー照射によるカーボンナノチューブの有機溶媒への分散性向上とPMMAに分散後発光測定を行った。単層カーボンナノチューブではレーザー照射による融合や断片化が報告されているが、多層カーボンナノチューブ(MWCNTs)について報告はない。また、分散性の向上を検討している報告はない。ILLIJIN社製MWCNTs(直径10-30nm、長さ10-20μm)を主に用いた。ヘキサン、トルエン、アセトニトリルにそれぞれ適量のMWCNTsを加え、1分間超音波照射を行い分散させた。照射を止めるとすぐに沈殿するためマグネティックスターラーで撹絆しながらレーザー照射を行った。YAGレーザーの2倍波(532nm、23.4mJcm^<-2>pulse^<-1>)を18,000pulse照射後の各溶媒における分散性を可視吸収スペクトル測定による500nmにおける吸光度で比較すると、アセトニトリル中が他の溶媒中と比較し2倍以上大きくなった。以後の実験はアセトニトリルを用いた。照射波長を1,064nmにすると同じfluence、pulse数で吸光度は大きくなった。また、低fluenceにおいて照射時間に依存し吸光度が上昇した。照射fluenceに対する依存性も顕著であり、93.6mJcm^<-2>pulse^<-1>では照射なしと比較し約20倍になった。レーザー照射によるアモルファス化により吸光度が増加した可能性もあるため、チューブ形状を維持しているかSEM観察を行った。93.6mJcm^<-2>pulse^<-1>照射の試料は長さが短くなっているがチューブ形状を保っていた。レーザー照射はMWCNTsの分散性向上に有効であることがわかった。本結果はCarbonに投稿中、Carbon2008で発表予定である。1.有機溶媒への多層カーボンナノチューブ(MWCNTs)の分散性の向上を目的にレーザー照射を行った。多層カーボンナノチューブを有機溶媒(N,N-ジメチルホルムアミド、クロロベンゼン、プロモベンゼン、クロロホルム、N-メチルピロリドン)に分散し、超音波照射後レーザー照射した。一定時間照射後の分散液を遠心分離し上澄みの紫外可視吸収スペクトルを測定した。電子親和力の大きいクロロホルム、クロロベンゼン、プロモベンゼンではYAGレーザーの基本波照射により分散性が向上した。一方、N,N-ジメチルホルムアミド、N-メチルピロリドンなどレーザー照射前の分散性に優れる塩基溶媒では減少した。2.レーザー照射によるMWCNTsから溶媒への電子移動を調べるためアンモニア性硝酸銀溶液にMWCNTsを分散し1,064nmレーザー照射を行った。照射後濾過したMWCNTsを水洗し、乾燥後SEM観測を行った。MWCNTs表面に直径く30nmの粒子の成長が確認できた。XRD測定より銀粒子と同定できた。光励起MWCNTsからの電子移動による銀イオンの光還元により銀粒子が生成したと考えられる。3.分散液およびPMMA薄膜中のMWCNTsの発光測定。純水あるいはPMMA中にMWCNTsを分散させ、1,064nmのパルスレーザーを集光すると白色の発光を示した。発光強度は多光子依存を示し発光スペクトルに構造はなく原子線は含まれない。プラズマ発光と考えられる。
高転移温度金属超伝導体を用いた単一超伝導電子対デバイスの作製

本年度においては、まず単一電子デバイスと超伝導単一磁束量子デバイスの双対性に着目し、電子を1個ずつ輸送する単一電子デバイスとして知られている単電子ポンプと双対の関係にある単一磁束量子ポンプの設計を行った。回路をニオブ接合集積回路プロセスにより作製し、測定の結果、12GHzまでの高周波信号印加時に単一磁束量子ポンプ動作の特徴であるゼロ・クロス・ステップ(零バイアス電流軸を横切るシャピロ・ステップ)が確認された。測定結果は数値計算により検証され、高周波信号の位相差なども見積もられた。この単一磁束量子ポンプでは、ヒステリシスのないジョセフソン接合を正弦波高周波信号で駆動した場合においてもゼロ・クロス・ステップが得られることから、米国の国家標準局や日本の産業技術総合研究所にて精力的に研究されているプログラマブル・ジョセフソン電圧標準に対して、新しい基本構成素子として応用が可能である。また、クーロンブロッケイドを利用した単電子トンネリング接合のアレイを用いた電流ミラーについての数値計算を行った。数値計算においてはモンテカルロ法を用いた。これまでの単電子エレクトロニクスにおける電流ミラーにおいては、多数の微小トンネル接合を直列に接続した1次元アレイを2本用意し、それらを多数の容量で結合させる方式が取られてきたが、本研究により、多数の接合からなる1次元アレイと4つ接合からなる単電子ターンスタイルを1個の容量を介して結合することでも電流ミラー効果が得られることが判明した。さらに、数々の動作条件について検討したところ、適切な動作点にバイアスすることで、従来の方式と同程度の電流ミラー効果が実現できることが判明した。本年度は、金属超伝導体としてアルミニウム(Al)とニオブ(Nb)を用いたトンネル接合(ジョセフソン接合)を作製した。まず、Alを使用したトンネル接合の製作には、電子ビームリソグラフィとAlの斜め蒸着を使用し、0.1×0.1μm^2以下の接合寸法を実現した。希釈冷凍機を用いて100mK以下の温度にサンプルを冷却し、かつ1テスラの磁場を印加することでAlの超伝導性を失わせた状態において、クーロンブロッケード現象を観測することができた。この微小Alトンネル接合を2個直列に接続した単電子トランジスタ4つを、容量型電圧分配器にゲート容量を介して結合させることで、4ビットのフラッシュ型A/D変換器を実現した。これは、単電子デバイスを用いた超高入力インピーダンス・高感度A/D変換器のプロトタイプなった。次に、Nbを使用したトンネル接合の製作には、DCマグネトロンスパッタ法と熱酸化法で作製されたNb/AlOx/Nb三層膜をフォトリソグラフィーと反応性イオンエッチングで微細加工する手法を用いた。これまでに5×5μm^2程度の寸法を持った接合の製作に成功している。なお、このNb/AlOx/Nbジョセフソン接合を高温超伝導体であるBi-2212系超伝導体単結晶上に作製し、その電流-電圧特性を評価したところ、通常用いるシリコン基板上に作製した接合では観測されない、特異なステップ構造が出現した。検討の結果、このステップ構造がBi-2212系超伝導単結晶内に存在するジョセフソンプラズマとなんらかの相互作用に起因するものであると推察された。