hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
Ca^<2+>ポンプのエネルギー転換機構ならびに遺伝子異常による細胞病態の分子基盤

2)ドメイン間相互作用解明によるポンプ作動機構の理解Ca^<2+>ポンプの細胞質Actuator(A)およびPhosphorylation(P)ドメイン間の相互作用の形成がリン酸化中間体の構造異性化ならびに内腔へのCa^<2+>放出に必須であること、そしてA-Pドメイン間相互作用にはAドメインのTyr122を中心としたAおよびPドメインの疎水性残基による疎水結合の形成が必須であることを示唆した。3)遺伝子異常による病態発症の分子基盤ダリエー病でこれまで報告されたミスセンス変異それぞれについて解析し、ポンプ蛋白の発現と機能異常の性質が変異に依存して顕著に異なること、さらに機能異常の違いは、異なる内容の細胞Ca^<2+>動態異常を引き起こすであろうことを見出した。そして、ある特定の変異体によって設定される小胞体内腔の異常な高Ca^<2+>レベルと精神障害・行動異常の関連をはじめて明らかにした。P型カチオン輸送ATPaseの主要なメンバーである小胞体膜Ca^<2+>ポンプは、ATP加水分解に共役して、Ca^<2+>を数千倍の濃度勾配に逆らい小胞内腔に汲み上げ、細胞のCa^<2+>動態と機能を制御する。ATP加水分解過程では自己リン酸化中間体を形成する。本研究プロジェクトにより、小胞体Ca^<2+>ポンプの細胞質の三つのドメインがCa^<2+>輸送過程で四種の顕著に異なる集合状態を変化すること、そして自己リン酸化中間体の異性化におけるAドメインの90°以上にも及ぶ回転とこのドメインのPおよびNドメインへの強い結合が輸送部位から内腔へのCa^<2+>放出を可能にすること、さらにこれらの変化に必須である構造因子を残基レベルで明らかにすることができた。また自己リン酸化中間体の種々の安定な構造アナログを開発して結晶構造解析に供するだけでなく、これらアナログの構造特性解明と反応過程への帰属により、触媒部位とCa^<2+>放出路の協調した動きがいかに内腔へのCa^<2+>放出と内腔Ca^<2+>の輸送部位へのアクセス(すなわち細胞質への漏れ出し)を制御するかを明らかとした。他方、小胞体Ca^<2+>ポンプ遺伝子異常による病態発症について、ダリエー病で報告された殆ど全ての残基置換および削除変異についてCa^<2+>ポンプタンパクに与える影響を解析し、家系に依存した異なる内容のポンプ分子異常が発症原因となっていることを明らかにした。またCa^<2+>ポンプと同じくP型カチオン輸送ATPaseに属するゴルジ装置Ca^<2+>Mn^<2+>ポンプについて、皮膚組織基底層に特異的に発現・局在していることを発見した。そしてMn^<2+>選択的イオノフォアおよびCa^<2+>Mn^<2+>ポンプのsiRNAによるノックアウト実験により、Ca^<2+>Mn^<2+>ポンプとそれにより設定される基底層角化細胞ゴルジ装置は、角化細胞の分化に必須に機能することを明らかにした。これによりCa^<2+>Mn^<2+>ポンプ遺伝子異常による病態発症の理解のための分子基盤を確立した。
カプシドタンパクの精密質量分析によるウイルス消毒不活化・消毒耐性メカニズムの解明

本研究では,消毒処理におけるウイルスの不活化メカニズム並びに消毒耐性メカニズムについて,ウイルス粒子を構成するカプシドタンパク質の損傷を捉えることにより解明することを試みた.その結果,熱処理においては,カプシドタンパク質の損傷がアデノウイルス,コクサッキーウイルス,トウガラシ微斑ウイルスの不活化の主要因であることが明らかとなった.一方,塩素処理においては,カプシドタンパク質の損傷のみならず,損傷を生じない程度の酸化や塩素化もこれらのウイルスの不活化に寄与している可能性が示唆された.本研究では,未だ不明な点が多い消毒処理におけるウイルスの不活化メカニズムについて,ウイルスの感染性を決定づけるカプシドタンパク質のアミノ酸レベルの変性を精密質量分析にて詳細に捉えることにより解明することを目的とした.また,高い消毒耐性を有する遺伝子型を含む複数種のウイルスを消毒処理実験に用い,ウイルスの遺伝子型間,種間での変性の有無,並びに変性箇所の差異を確認することにより,消毒耐性メカニズムについても議論することを目的とした.本年度は,高い塩素耐性を有するコクサッキーウイルスB5型,高い紫外線耐性を有するアデノウイルス40型の熱処理性及び塩素処理性について,プラック形成法による感染性評価,PCR法による遺伝子定量に加え,光反応性色素PMAxxによる前処理とPCR法を組み合わせたPMAxx-PCR法についても実施し,プラック形成法にて得られた結果と比較することにより,ウイルス不活化メカニズムについて議論した.その結果,熱処理においては,いずれのウイルスについても,プラック形成法にて得られた不活化率とPMAxx-PCR法にて得られた低減率が同程度となったことから,熱によるウイルスカプシドタンパク質の損傷が不活化の主要因であることが明らかとなった.一方,塩素処理においては,プラック形成法にて得られた不活化率が4 log以上の場合には,PMAxx-PCR法による低減率が確認されたのに対し,プラック形成法にて得られた不活化率が3 log以下の場合には,PMAxx-PCR法による低減率は確認されなかった.従って,3 log以下の不活化率が得られるような塩素処理条件においては,ウイルスカプシドタンパク質の損傷以外の要因(酸化や塩素化等)が不活化に寄与している可能性が示唆された.本年度は,消毒耐性ウイルスであるコクサッキーウイルスB5型,アデノウイルス40型を研究対象とし,プラック形成法による感染性評価,PCR法による遺伝子定量に加え,光反応性色素PMAxxによる前処理とPCR法を組み合わせたPMAxx-PCR法による評価を実施することにより,熱処理及び塩素処理におけるウイルス不活化メカニズムについての議論が展開できたことから,研究計画は概ね順調に進展している.本研究では,未だ不明な点が多い消毒処理におけるウイルスの不活化メカニズムについて,ウイルスの感染性を決定づけるカプシドタンパク質のアミノ酸レベルの変性を精密質量分析にて詳細に捉えることにより解明することを目的とした.また,高い消毒耐性を有する遺伝子型を含む複数種のウイルスを消毒処理実験に用い,ウイルスの遺伝子型間,種間での変性の有無,並びに変性箇所の差異を確認することにより,消毒耐性メカニズムについても議論することを目的とした.本年度は,浄水処理工程における水系感染症ウイルスの挙動指標としての有効性が示されつつあるトウガラシ微斑ウイルスの塩素処理性について,宿主植物であるNicotiana tabacum cv. Xanthi-ncを用いた感染性評価手法を構築し,適用することにより評価した.また,当初の予定であった精密質量分析に比べて高感度且つ特異的にウイルスを定量可能な光反応性色素であるPMAの改良高純度試薬であるPMAxxとPMAの反応向上試薬であるEnhancerを併用したPMAxx-Enhancer-PCR法による分析を実施することにより,ウイルス不活化メカニズムについて議論した.その結果,トウガラシ微斑ウイルスは,高い塩素耐性を有するとされるコクサッキーウイルスB5型よりも極めて高い塩素耐性を有することが明らかとなった.また,トウガラシ微斑ウイルスの不活化が確認された場合であっても,PMAxxがウイルス粒子内部の遺伝子まで透過可能な程のカプシドタンパク質の損傷は生じていないことが明らかとなった.本研究では,消毒処理におけるウイルスの不活化メカニズム並びに消毒耐性メカニズムについて,ウイルス粒子を構成するカプシドタンパク質の損傷を捉えることにより解明することを試みた.その結果,熱処理においては,カプシドタンパク質の損傷がアデノウイルス,コクサッキーウイルス,トウガラシ微斑ウイルスの不活化の主要因であることが明らかとなった.一方,塩素処理においては,カプシドタンパク質の損傷のみならず,損傷を生じない程度の酸化や塩素化もこれらのウイルスの不活化に寄与している可能性が示唆された.来年度は,塩素処理に加えてオゾン処理を実施すると共に,精密質量分析を応用することにより,ウイルスカプシドタンパク質の酸化/塩素化箇所を特定し,ウイルス種間,消毒処理間での変性箇所の差異を確認する.水環境工学,水処理工学
プログラム難読化適用のフレームワーク

本研究では,プログラム難読化法を適材適所に用いてプログラム中の秘密情報を隠蔽するためのフレームワークを提案した.評価実験において,既存の39種類の自動難読化ツールを適用した場合と,難読化フレームワークを用いて難読化を行った場合を比較した結果,既存ツールではいずれも秘密情報を十分に隠蔽できていないのに対して,提案フレームワークでは秘密情報を隠蔽できていることを確認した.本研究では,プログラム難読化法を適材適所に用いてプログラム中の秘密情報を隠蔽するためのフレームワークを提案した.評価実験において,既存の39種類の自動難読化ツールを適用した場合と,難読化フレームワークを用いて難読化を行った場合を比較した結果,既存ツールではいずれも秘密情報を十分に隠蔽できていないのに対して,提案フレームワークでは秘密情報を隠蔽できていることを確認した.現実世界の攻撃者(ハッカー,クラッカー)の行動や技術について調査を行い,調査結果に基づいて,攻撃者の能力をどのように整理・記述するべきかについて検討した.また,検討結果に基づいて攻撃のゴール木の記述方法を提案した.提案するゴール木は,攻撃目的に対し,攻撃分類-攻撃方法-攻撃ターゲットの3つのレイヤー構造を持つ.このようなゴール木を記述するにあたってのガイドラインについて検討を行うとともに,攻撃防御の方法として,動的名前解決を用いた名前難読化法,及び,拡張プログラムカムフラージュ法を提案した.動的名前解決は,プログラム中の名前使用部分をあらかじめ暗号化しておき,実行時に名前を復号して当該処理を実行する方式である.名前使用部分は典型的な攻撃ターゲットとなるのでその防御手段が必要である.提案手法では,オブジェクト指向言語のリフレクション機構を用いて,クラスの参照,メソッド呼び出し,フィールドの参照・代入に現れる任意の名前を動的解決する方法を実現した.提案手法をJavaプログラム用に実装し評価実験を行った.ある実用プログラムへの適用では,約4倍の性能劣化でプログラム中のすべてのクラス名,メソッド名,フィールド名を難読化できることがわかった.また,拡張プログラムカムフラージュ法では,攻撃者に知られたくない命令の内容変更や削除を高級言語のレベルで具体手に指定可能とすることで,攻撃のターゲットを直接的に隠蔽することを可能とした.ゴール木の構築によって攻撃ターゲットを明確化した後に,拡張プログラムカムフラージュ法によってターゲットを隠蔽することで,攻撃を困難にできると期待される.前年度に検討したプログラム難読化適用のフレームワークについて,ケーススタディを通して評価・改良を行った.ケーススタディでは,DRM(Digital Rights Management)ソフトウェアにおけるラウンド鍵の隠蔽を題材とした.まず,Knowledge(攻撃者の知識),Observation(観測できる情報),Control(攻撃対象に対する操作)の3つの観点から攻撃者の能力を定義した.次に,攻撃のゴール木を作成するために,「ラウンド鍵の発見」をルートゴールとしてゴール分解を行った.まず,ルートゴールのサブゴールとして「ラウンド鍵を表す定数値を探す」,「ラウンド鍵の値を保持する変数を探す」という二つを定義し,トップダウンアプローチによってそれらをさらに小さいサブゴールへと分解した.一方,ゴール木の作成には,ボトムアップアプローチも必要なことが分かった.そこで,攻撃の手がかりとなる情報(DRMのアルゴリズムにおいて特徴のある定数値や演算子など)に着目し,それらから抽象度の高いサブゴールを導出することにより,ゴール木を完成させた.これらの知見に基づく改良方法として,トップダウンとボトムアップの2つのアプローチによって攻撃のゴール木を作成する手順を提案した.さらに,作成されたゴール木に基づいて,ゴール木の作成を妨げる4つの難読化法を選定し,DRMソフトウェアの難読化を行った.その結果として,攻撃が困難となっていることを確認した.本年度は,実用システムへの適用を想定し,難読化フレームワークにおけるゴール木の構築について,より実用的なガイドラインを提案した.また,提案したガイドラインを実用システムに適用し,その効果を評価した.提案したガイドラインでは,秘密情報とその手がかりの関係,および,手がかり間の関係を,(1)部分-全体,(2)抽象-具体,(3)その他,の3つに分類し,Unified Modeling Languageのクラス図の記法により表現する.クラス図の作成にあたっては,手がりを3つの抽象レベル(アルゴリズム,ソースコード,機械語)に分けて記述する.これによって,手がかり間の関係が分かりやすくなるとともに,異なる抽象レベルの手がかりを網羅的に列挙しやすくなることが期待される.提案したガイドラインの評価を目的として,C2(Cryptomeria Cipher)暗号プログラムにおいてラウンド鍵を隠蔽するケースを想定し,ガイドラインに基づくゴール木の作成を行った.その結果,従来の方法では抜けていた手がかりを列挙できており,また,クラス図の記法によって手がかり間の関係をより明確にできていることを確認した.このことから,提案ガイドラインを用いることで,難読化によって手がかりを隠蔽するのみならず,手がかり間の関係を隠蔽することが可能となり,より攻撃耐性のあるソフトウェアシステムの構築が可能となった.
NAD前駆体ニコチン酸の長寿因子Sirt1活性化を介した心筋保護作用

高脂血症薬として長期経口投与されるニコチン酸は心筋細胞そのものに対しても直接的な保護作用を発揮するがその作用機序は不明である。本研究において、ニコチン酸が、酸化ストレス負荷によるラット心筋細胞の障害を、細胞内NADレベルを増加させることにより抑制することを明らかにした。ニコチン酸による心筋細胞のストレス抵抗性の増加とその作用機序の解明は、このビタミンを用いた心疾患の予防と治療のための有用な手段の開発につながる。高脂血症薬として長期経口投与されるニコチン酸は心筋細胞そのものに対しても直接的な保護作用を発揮する。長寿因子Silt1を活性化すると細胞のストレス抵抗性と生存が促進されること、さらにニコチン酸がSirt1の活性に必要なNADの細胞内濃度を増加させるための最も優れた前駆体であることから、ニコチン酸が細胞内NADレベルを増加させSht1を活性化させることにより心筋保護作用を発揮しているのではないかと考えた。本研究では、酸化ストレス負荷によるラット心筋の細胞死がニコチン酸によるSirt1の活性化を介して抑制されるか、を明らかにすることを目的に、(1)ニコチン酸が心筋細胞内のNADレベルを増加させるか、(2)ニコチン酸が酸化ストレスによる心筋細胞死を抑制するか、(3)ニコチン酸による細胞死の抑制がSirt1の活性化を介したものか、について解析する。本年度において、新生ラットの心臓から調製した心筋初代培養細胞がニコチン酸からのNAD生合成経路に関わるすべての酵素を発現していることを見出した。さらに放射性ニコチン酸を用いた酵素活性の測定により、この経路の最初のステップを触媒する重要な酵素であるニコチン酸ホスホリボシルトランスフェラーゼの活性を心筋細胞において確認した。これらの酵素の発現に一致して、培養液へのニコチン酸の添加は心筋細胞内のNADレベルを増加させた。以上の結果から、心筋細胞へのニコチン酸投与により長寿因子Sirt1が活性化されることが強く示唆された。今後さらに上記(2)(3)を解析することにより、ニコチン酸の心筋保護作用がSirt1の活性化を介したものであるかが明らかとなる。これらの研究結果は心疾患の予防と治療のための有用な手段の開発につながる。長寿因子Sirt1を活性化すると細胞のストレス抵抗性と生存が促進されること、さらにニコチン酸がSirt1の活性に必要なNADの細胞内濃度を増加させるための最も優れた前駆体であることから、ニコチン酸が細胞内NADレベルを増加させSirt1を活性化させることにより心筋保護作用を発揮しているのではないかと考えた。本研究では、酸化ストレス負荷によるラット心筋の細胞死がニコチン酸によるSirt1の活性化を介して抑制されるか、を明らかにすることを目的に、(1)ニコチン酸が心筋細胞内のNADレベルを増加させるか(2)ニコチン酸が酸化ストレスによる心筋細胞死を抑制するか(3)ニコチン酸による細胞死の抑制がSirtlの活性化を介したものか、について解析する。21年度において、新生ラットの心臓から調製した心筋初代培養細胞がニコチン酸からのNAD生合成経路に関わるすべての酵素を発現し、培養液へのニコチン酸の添加が心筋細胞内のNADレベルを増加させることを見出した。この結果に一致して、22年度においては、心筋細胞へのニコチン酸投与により、細胞内NADレベルの増加に依存して、H_2O_2による細胞傷害性が軽減されることを見出しつつある。このことはニコチン酸により長寿因子Sirt1が活性化され、その結果、心筋保護作用が発揮されることを強く示唆している。今後さらに上記(2)を確認すると共に(3)を解析することにより、ニコチン酸の心筋保護作用がSirt1の活性化を介したものであるかが明らかとなる。本研究では、酸化ストレス負荷によるラット心筋の細胞死がニコチン酸によるSirt1の活性化を介して抑制されるか、を明らかにすることを目的に、(1)ニコチン酸が心筋細胞内のNADレベルを増加させるか(2)ニコチン酸が酸化ストレスによる心筋細胞死を抑制するか(3)ニコチン酸による細胞死の抑制がSirt1の活性化を介したものか、について解析する。

これまでに、新生ラット心臓から調製した心筋初代培養細胞がニコチシ酸からのNAD生合成経路に関わる全ての酵素を発現し、培養液へのニコチン酸の添加が心筋細胞内のNADレベルを増加させること、さらに心筋細胞へのニコチン酸投与により、細胞内NADレベルの増加に依存した心筋保護作用が発揮されることを見出しつつあった。本年度では上記ニコチン酸による心筋保護作用を証明したが、長寿因子Sirt1の阻害剤によりニコチン酸の作用の抑制は見られなかった。本研究において、ニコチン酸により細胞内NADレベルを増加させることにより心筋細胞のストレスに対する抵抗性が増加することが明らかとなり、この結果は心疾患の予防と治療のための有用な手段の開発につながる。
出産・育児中の女性における脳機能解析と子育て支援システムの構築に関する研究

近年、産後うつ病が産後一ヶ月で既に発症しているという報告がなされており、産後の母親に対する支援がますます重要といえる。筆者は、子育て支援システムの構築を目的として、2003年5月2010年3月の7年間にわたり、東京電機大学千葉ニュータウンキャンパスにおいて「ラクティナクラブ」という育児支援講座を月一度、無料で開催してきた。大学での講座終了に伴い、私は育児支援講座の7年間の目的達成の評価に関するアンケート調査を試みた。その結果から、質問(1)「講座に参加することによって育児の正しい知識を得られたか」については、8割の人が育児の正しい知識を得られたことが明らかとなった。また質問(2)「育児の心配や悩みが軽減したか」については、そう思うが51%、ややそう思うが46%で、参加者の97%の方が、講座に参加することで育児の心配や悩みが軽減・解決したと思っていることも明らかになった。次に、質問(3)「妊娠中からの参加は、他の母親への恩返しの気持ちが育つのではないか」に対しては、特に差は見られなかった。しかしながら、質問(4)「他のお母さんのために自分が何かしてみようという気持ちが増したか」に対し、そう思う、ややそう思うという回答が全体の6割に上った。最後に、質問(5)「産後の外出のきっかけや友達作りに役立ったか」については、産後の外出のきっかけになったと答えた人が76%となった。本研究の終了に伴い、東京電機大学での開催は終了したが、現在も、市や地元企業の協力を得て、地元の母親たちが自ら運営を受け継いでいる。現在のスタッフは講座の参加者であり、自分が講座に参加し、助けられた経験から自らの希望でボランティアスタッフとなっている。「講座に参加したことにより、他のお母さんのために自分が何かしてみようという気持ちが増したか」という質問において、6割の人がそう思うと答えていることからも、まず専門家が、子育て中の母親を支えることにより、その母親が、別の母親を支えたいと思うようになっていることが明らかになった。本研究では、「コグヘルス(Cog Health)」と呼ばれる認知機能テストを利用し、出産前(妊娠後期)および出産後3ヵ月以内における脳認知機能に差があるかについて測定し、面接、アンケート調査により産後の精神状態の検討を行った。研究協力者は、2030代の妊娠中の女性(n=10)であり、妊娠後期および出産後4ヵ月以内でコグヘルス測定を実施し、同一人物で出産前後による比較検討を行った。本研究では、学習能力への影響について注目したところ、研究協力者10名のうち、出産前と出産後で、正解率が増えている人が6名、正解率が減っている人が4名であることがわかった。さらに、正解率が低下した4名については、出産後の心身健康尺度調査においても、「疲れやすいですか?」「なんとなく体調がすぐれないと思いますか?」「自分は不健康だと思いますか?」「かなり無理をすることができますか?」といった質問事項に対して、「非常にその通り」という回答を示しており、自分でも疲れて不健康を認めているにも関わらず、無理して子育てしている状況であった。また、面接を行うと、「もの忘れがひどくなった」と話す母親が多く、記憶機能や認知機能の低下により、物忘れをおこし、認知症になるのではないかと心配になるという声も多かった。子育てのスタートである妊娠、出産という一大イベントでは、ホルモンの分泌が大幅に変わる上、睡眠もままならず、母親たちは短時間に全く新しいことを次々覚えなければならないため猛烈な努力が必要となる。そのため、疲れ切った妊婦や産後の母親が物忘れに悩むのも仕方ないことともいえる。出産が原因で能力が低くなったと思い込む母親は少なくないが、出産だけでなく、疲労と睡眠不足が原因となって、脳が通常の働きをしていない可能性も示唆された。現在、多くの母親たちは核家族で育ち、身近に子育てを学ぶ機会も少なく、赤ちゃんに接したことがないまま母親になっている。産後の母親は、出産に伴う様々な心理変化をストレスとして経験し、対処しながら同時に子育てを開始する。近年、産後うつ病が産後一ヶ月で既に発症しているという報告もなされており、産後の母親に対する支援がますます重要といえる。本研究では、育児中の母親の心の健康について明らかにすることを目的として、講座に参加している母親の協力を得て、母親たちの精神状態に関するアンケート調査を試みた。その結果から、問題となり対処する自信が低い項目に関して「一人の時間が欲しい」と「容姿や魅力」に関してが、上位にランクされた。産後の女性にとってこうした項目は、問題であると感じられながらも解消することが困難であるということが明らかとなった。また産後の母親には、母親が「一人の時間がとれるようにしてあげること」そして「自分の容姿や女性的魅力が変わってしまうことへの不安への対処方法の提供」が必要と考えられた。母親が、一人の時間を活用して、自分らしさを取り戻す時間をとることができるようにすること、夫や家族から、母親としてではなく、一人の女性として、処遇される体験を持てるようにすること、が挙げられるだろう。次に、抑うつ群と非抑うつ群との比較検討結果から、「自分の容姿や女性的魅力が変わってしまうことに不安がある」に、優位に抑うつ群が高かった。今後、脳機能テストや面接などによりさらなる調査を行ってゆきたいと考えている。

筆者は、子育て支援システムの構築を目的として、2003年5月2010年3月の7年間にわたり、東京電機大学千葉ニュータウンキャンパスにおいて「ラクティナクラブ」という育児支援講座を月一度、無料で開催してきた。大学での講座終了に伴い、私は育児支援講座の7年間の目的達成の評価に関するアンケート調査を試みた。その結果から、質問(1)「講座に参加することによって育児の正しい知識を得られたか」については、8割の人が育児の正しい知識を得られたことが明らかとなった。また質問(2)「育児の心配や悩みが軽減したか」については、そう思うが51%、ややそう思うが46%で、参加者の97%の方が、講座に参加することで育児の心配や悩みが軽減・解決したと思っていることも明らかになった。次に、質問(3)「妊娠中からの参加は、他の母親への恩返しの気持ちが育つのではないか」に対しては、特に差は見られなかった。しかしながら、質問(4)「他のお母さんのために自分が何かしてみようという気持ちが増したか」に対し、そう思う、ややそう思うという回答が全体の6割に上った。最後に、質問(5)「産後の外出のきっかけや友達作りに役立ったか」については、産後の外出のきっかけになったと答えた人が76%となった。本研究の終了に伴い、東京電機大学での開催は終了したが、現在も、市や地元企業の協力を得て、地元の母親たちが自ら運営を受け継いでいる。現在のスタッフは講座の参加者であり、自分が講座に参加し、助けられた経験から自らの希望でボランティアスタッフとなっている。「講座に参加したことにより、他のお母さんのために自分が何かしてみようという気持ちが増したか」という質問において、6割の人がそう思うと答えていることからも、まず専門家が、子育て中の母親を支えることにより、その母親が、別の母親を支えたいと思うようになっていることが明らかになった。
導電性Langmuir-Blodgett膜による超格子構造の確立

本研究では、数十Aオーダーの導電性高分子超薄膜をLangmuir-Blodgett法により作製し、これと禁止帯の大きさが異なる他の導電性高分子超薄膜を交互積層することにより、高分子材料による超格子構造の確立について検討し、次の結果を得た。1.導電性高分子の分子設計(1)Langmuir-Blodgett法で成膜可能な可溶性導電性高分子として、ポリ(3-アルキルチオフェン)を立体規則性重合により合成し、ほぼ100%頭尾結合を有するポリマーが得られた。(1)立体規則性重合により得られたポリ(3-アルキルチオフェン)は、単独でも、ステアリン酸等の長鎖脂肪族酸との混合でもLB膜化が可能であった。(3)立体規則性重合によって得られたポリ(3-ヘキシルチオフェン)のLB膜のバンドギャップは、約2.26eVであり、通常の方法で合成したポリ(3-ヘキシルチオフェン)のLB膜より約0.22eV低い値を示した。(1)得られたLB膜は、NOPF_6、I_2、SbCl_5等によりド-ピング可能であり、最高で100S/cmの値を示した。4.超格子構造の作製(1)上記方法によって得られたポリチオフェンLB膜と、気水界面重合法により得られたポリピロール超薄膜とを交互に積層することで、異種導電性高分子による超格子構造が確立された。(2)ピロールモノマー、ポリ(3-ヘキシルチオフェン)、3-オクタデカノイルピロールの混合溶液を塩化鉄を含む水層上に展開することで、ポリチオフェンとポリピロールによる2層構造膜が形成され、その気水界面膜を積層することにより超格子構造を有する薄膜が得られた。現在、得られた膜を用いて量子効果の確認と素子化の検討を行っている。
骨髄由来血管内皮前駆細胞は皮膚損傷の受傷後経過時間判定のための指標となり得るか?

骨髄由来の血管内皮前駆細胞(endothelial progenitor cell, EPC)は,皮膚創傷治癒にも関与している.CCR5遺伝子欠損マウスでは,損傷部局所におけるEPC数が少なく,創傷治癒が遅延していた.以上,皮膚創傷治癒では,CCR5を介したシグナルがEPCの動員を制御していることを明らかにした.また,法医実務的にヒトの皮膚損傷試料では, EPCが受傷後経過時間判定の有用な指標であることを明らかにした.法医剖検例において,受傷後経過時間が判明しているヒト皮膚損傷を53例を試料とした.方法としてCD34およびFlk1またはc-kitおよびTie-2に対する蛍光2重染色によりEPCの検出を行い,染色結果については,200倍で1視野当たりEPC数をカウントし,10視野の平均値を算出した.CD34およびFlk1の組合せ,またはc-kitおよびTie-2の組合せによる蛍光2重染色でEPCの検出を比較したところ,前者に比べて後者の抗体の組合せの方が,より高い感度でEPCを検出することができたことから,半定量解析についてはCD34およびFlk1によって検出された細胞を対象とした.受傷後1日までの損傷ではEPCは検出されず,最も早期にEPCが検出されたのは受傷後2日目であった.その後,受傷後経過時間に伴いEPC数は増加し,受傷後10日前後で最大となり,その後減少傾向にあった.具体的には,受傷後2から6日の皮膚損傷では,いずれの損傷試料についてもEPC数は20個以下であった.一方,受傷後7から12日目の損傷群では,21例中20例で20個以上のEPCを検出した.また,受傷後11日の損傷において,EPC数が最大であった.以上,ヒト皮膚損傷において,EPCが検出されない場合は,受傷後1日までの損傷であり,検出された場合は受傷後2日目以降の損傷であることを示唆している.さらに,EPC数が20個以上検出された損傷の受傷後経過時間は7日から12日であるものと判断される.すなわち法医実務において,皮膚損傷の受傷後経過時間判定は重要事項である.今回の研究成果は,EPCが皮膚損傷の受傷後経過時間判定のための有用な指標となることを示している.骨髄由来の血管内皮前駆細胞(endothelial progenitor cell, EPC)は,皮膚創傷治癒にも関与している.CCR5遺伝子欠損マウスでは,損傷部局所におけるEPC数が少なく,創傷治癒が遅延していた.以上,皮膚創傷治癒では,CCR5を介したシグナルがEPCの動員を制御していることを明らかにした.また,法医実務的にヒトの皮膚損傷試料では, EPCが受傷後経過時間判定の有用な指標であることを明らかにした.近年,骨髄には多分化能を有する様々な幹細胞が存在することが明らかにされている.特に骨髄由来の血管内皮前駆細胞(endothelial progenitor cell, EPC)は,皮膚損傷治癒にも関与していることが明らかにされつつある.しかしながら,皮膚損傷治癒過程におけるEPCの動態は十分に解明されていない.そこで,本研究ではEPCに着目し,皮膚損傷治癒過程において損傷部局所でのEPCの検出にチャレンジし,EPCの動態を明らかにすると共に,この細胞の動態が皮膚損傷受傷後経過時間判定のための有用な指標となり得るか否かについて検討した.1)マウスの骨髄細胞を採取して,蛍光色素で標識した後,再びマウスに蛍光標識した骨髄細胞を導入し,皮膚損傷を作成したところ,その治癒過程において蛍光標識された骨髄細胞が損傷部に集積することが明らかとなった.集積した骨髄細胞が血管内皮細胞に分化することが明らかとなった.2)損傷部に集積した骨髄細胞を特定するために,マウス皮膚損傷部を経時的に採取してFACS解析を行ったところ,損傷部に集積する骨髄細胞は,血管内皮前駆細胞(endothelial progenitor cell, EPC)であることが判明した.3)EPCが損傷部に集積するメカニズムを解明するために,EPCを培養して,ケモカインレセプターの遺伝子発現を検索したところ,EPCにおいてCCR1,CCR2,CCR5及びCXCR4のケモカインレセプターの発現を認めた.さらに,EPCがVEGFやTGF-βを産生していることも明らかとなった.以上のことから,皮膚損傷治癒過程において骨髄由来EPCがケモカインシグナルによって損傷部に動員され,局所で血管内皮に分化することによって,損傷治癒に関与していることが判明した.法医実務において,皮膚損傷の受傷後経過時間判定は必須である.これまで受傷後経過時間判定のために,皮膚損傷治癒に関与する様々な細胞や分子(増殖因子やサイトカイン)の探索が行われてきた.そこで,本研究ではEPCに着目し,皮膚損傷治癒過程において損傷部局所でのEPCの検出にチャレンジし,EPCの動態を明らかにすると共に,この細胞の動態が皮膚損傷受傷後経過時間判定のための有用な指標となり得るか否かについて検討し,より客観性の高い皮膚損傷受傷後経過時間判定法を確立することである.本研究課題は,基礎的研究と実務的研究の二つに分類される.基礎的研究では,マウスを用いて,皮膚損傷モデルを作成し,その治癒過程におけるEPCの動態やEPCの性質を明らかにする必要がある.本年度は,まず基礎的研究においてEPCが損傷部局所に骨髄から集積していることを明らかにすることができ,さらに,皮膚損傷組織におけるEPCの動態やEPCにおけるケモカインレセプターや増殖因子の遺伝子発現を確認することができた.

このことは,皮膚損傷治癒においてEPCが骨髄から動員されることにより,血管内皮に分化したり,増殖因子を産生することにより肉芽組織の形成に深く関わっていることを示しているものと考えられる.これらの基礎的研究成果は,ヒトの皮膚損傷治癒においてもEPCの重要な役割を示唆するものであることから,次年度の研究の発展に寄与するものと考えられるからである.今後においては,培養EPCで遺伝子発現が確認されたケモカインレセプターCCR1,CCR2,CCR5及びCXCR4について,抗体投与実験や遺伝子欠損マウスを用いて,EPCが骨髄から皮膚損傷部へ動員されるための分子メカニズムについて解明を試みる.さらに,法医実務への応用的研究として,法医剖検例において,受傷後経過時間が判明している皮膚損傷試料について,基礎的研究で得られたEPCに対する適切な抗体の組み合わせによる二重免疫蛍光染色によりヒト皮膚損傷組織におけるEPCの検出を試み,さらに動物実験同様,ケモカインレセプターに抗体を用いた三重免疫蛍光染色により特異的にEPCの検出を試みる.そして,EPCの発現様式と受傷後経過時間の関連性について統計学的解析を行い,EPCを指標とする皮膚損傷の受傷後経過時間判定法を樹立する.本研究では,マウス及びヒトの皮膚損傷組織における骨髄由来血管内皮前駆細胞の動態を,フローサイトメトリー,免疫染色および免疫蛍光二重染色法により解析する.本研究に必要なフローサイトメーターおよび蛍光顕微鏡は,研究代表者の所属する共同研究機器室に設置されている.本研究では,基礎的研究において年間約100匹のマウス(1,600円/匹)を必要とし,その飼育費用(約20千円/月)が必須である.また,本研究の消耗品はフローサイトメトリーに関する試薬(60千円/月),免疫染色関連試薬(60千円/月),蛍光免疫染色関連試薬(40千円/月),プラスチック器具類(25千円/月)が必要と考えて消耗品費を算出した.平成24年度は,年間各1回の国内学会での発表及び国際学会で発表のための旅費を申請する.本研究で得られた成果を発表するための論文投稿費用及び論文掲載料を24年度に申請した.
電圧印加非接触原子間力顕微鏡/分光法による固体表面間の結合形成過程の解析

電圧印加非接触原子間力顕微鏡/分光法(Bias nc-AFM/S)を発展させ、試料表面上の原子・分子と探針先端原子の結合形成、電子状態変化を調べた。一例として、Si(111) 7x7表面にHを吸着させると、H-Si吸着原子とSi探針の力は弱く電流も減少し、H-隣接Siレスト原子の場合、Si吸着原子とSi探針に働く力は強く電流が増加した。Si-Si間の結合力は電子のトンネル遷移過程と同様、局所電子状態密度に強く依存する。本研究の目的は、走査型プローブ顕微鏡(SPM)を基に独自開発した電圧印加非接触原子間力顕微鏡/分光法(Bias nc-AFM/S)を発展させること、探針と試料の間の相互作用引力・トンネル電流/(疑似)接触電流・エネルギー散逸・トンネル障壁の印加電圧に対する変化を高感度で同時計測すること、それによって探針と試料を極接近させたときに進行する試料表面上の原子・分子と探針先端原子の結合形成の過程、および、その電子状態変化を明らかにすることである。Biasnc-AFM/Sでは、「探針-試料間印加電圧をチューニングすることによってSPM探針先端の電子準位と試料表面原子の電子準位の間に形成される電子共鳴(結合)状態」を、印加電圧に対する相互作用引力の増加として検出する。これらの手法を用いて、探針と試料間の結合形成の原子スケール顕微分光情報を得る。本研究の目的は、独自開発した電圧印加非接触原子間力顕微鏡/分光法(Bias nc-AFM/S)を発展させ、探針と試料を極接近させたときに試料表面上の原子・分子と探針先端原子との間で進行する結合形成の過程・電子状態の変化を明らかにすることである.Bias nc-AFM/Sでは、「探針-試料間印加電圧をチューニングすることによってSPM探針先端の電子準位と試料表面原子の電子準位の間に形成される電子共鳴(結合)状態」を、印加電圧に対する相互作用引力の増加として検出する.そこで、探針が試料表面から1nmほど離れている「トンネル障壁を挟んで相互作用が弱い状態」、0.5nmほどの「トンネル障壁が崩壊し始めた状態」を経て、極めて接近した「化学結合が形成できる状態」へと探針-試料間距離を精密に制御しつつ印加電圧を掃引し、探針-試料間の相互作用引力・トンネル電流/(疑似)接触電流・エネルギー散逸・トンネル障壁の印加電圧に対する変化を高感度同時計測する.本年度は、測定装置の高感度化(微小電流、エネルギー散逸)、計測ソフトの改良、水晶振動子センサーの開発、試料・探針調製法の確立を進めた.試料調製の一例では、半導体-分子吸着試料として、両末端にアミノ基を有するターフェニル分子(DAT)をSi(111)7×7表面に真空蒸着し、STM観察とXPS分析を行った.その結果、一端のアミノ基の水素が脱離し、そのアミノ基のN原子が吸着Si原子と室温で化学結合しているとの結論を得た.他端のアミノ基に向けてSi探針を接近させれば、基板と同様な結合が生じるはずで、その検出準備を進めた.また、酸化物単結晶試料の調製として、熱処理条件をnc-AFMで評価した.さらに、ナノピラー成長法などを駆使してSi探針を精緻に調製した.また、その先端のアミノ化処理の準備を進めた.本年度は、半導体-分子吸着試料の一つとして、主骨格の両末端にアミノ基を有する直線状のターフェニル分子(DAT)を、Si(111)7x7とSi(001)2x1表面上に真空蒸着した.その表面を電圧依存STMとXPSで解析し、吸着構造の差異を明らかにした.(111)面では、DAT片端のアミノ基がセンター吸着Si表面原子と結合している.DATの他端はレストSi原子の方向へ弱く拘束されているが、表面からは離れている.すなわち、他端のアミノ基はSi基板と直接的には結合していない.その結果として、結合したアミノ基部位周辺で試料-探針間のトンネル電流が増大した.一方、(001)表面では、両末端のアミノ基がそれぞれ表面Si原子と結合し、DATの主骨格は基板表面に対して平行にSiダイマー列上に配置される.そのDATの基板内での向きはSiダイマー列方向に約18°傾いていた.STM像の電圧依存性を調べると、主骨格のターフェニル部位で電子の局在性のエネルギー依存が観察された.ターフェニルの3つのベンゼン環部位と下地のSiダイマー間の相互作用を介して表面電子状態が変化し、3つのベンゼン環部位でトンネル電流の増加量が変化したと考えている.この2表面上での結合配置の差異が、分子デバイス化したときの電流-電圧特性にどう影響を与えるかを調べる実験を進めている.一方、(111)面上に吸着したDATの他端のアミノ基に向けてSiを接近させる実験も進めたが、結合形成の明確な証左は得られていない.

その他、TiO_2酸化物単結晶試料の液中nc-AFM観察、水素終端したSi表面上へのタンパク分子吸着の相互作用の解析、高温融解させたGeからのナノピラー成長のSEM観察、収束イオンビーム(FIB)による本実験に適した探針調製なども進めた.本研究の目的は、走査型プローブ顕微鏡(SPM)を基に独自開発した電圧印加非接触原子間力顕微鏡/分光法(Bias nc-AFM/S)を発展させること、探針-試料間の相互作用引力・電流・エネルギー散逸・障壁の印加電圧に対する変化を同時計測すること、それによって探針と試料を接近させたときの試料表面上の原子・分子と探針先端原子の結合形成の過程、および、その電子状態変化を明らかにすることである。Bias nc-AFM/Sでは、「探針-試料間印加電圧をチューニングすることによってSPM探針先端の電子準位と試料表面原子の電子準位の間に形成される電子共鳴(結合)状態」を、印加電圧に対する相互作用引力の増加として検出する。これらの手法を用いて、探針と試料の結合形成の原子スケールの顕微分光情報を得る。本年度は、Si(111)7×7に4,4"-diamino-p-terphenyl(DAT)分子を吸着させ、吸着構造と電子状態をSPM/XPSで解析した。その結果、DAT末端のアミノ基がSiと相互作用して、DATの長鎖が基板面に斜めに立位している結論を得た。そこでSi(001)2×1へもDATを分子吸着させた。DAT主骨格の3つのベンゼン環に対応する3連リングが観察され、DATが基板に沿って配置していることがわかった。第一原理計算と併せ、相互作用が強い部位、および、画像化される分子と探針の相互作用を検討した。また、高感度なSPM解析には平坦な基板が必要となる。そこで、機能分子吸着用基板として、数原子層のSiO_2をコートする酸化物TiO_2基板の平坦化技術を開発し、評価した。併せて、同時計測SPM制御システムの高機能化を進めた。本研究の目的は、走査型プローブ顕微鏡(SPM)を基に独自開発した電圧印加非接触原子間力顕微鏡/分光法(Bias nc-AFM/S)を発展させること、探針-試料間の相互作用引力・電流・エネルギー散逸・障壁の印加電圧に対する変化を同時計測すること、それによって探針と試料を接近させたときの試料表面上の原子・分子と探針先端原子の結合形成の過程、および、その電子状態変化を明らかにすることである。本年度は、加熱Wフィラメントで発生させた原子状水素(H)を、超高真空中で清浄化したSi(111)7x7表面にわずかに吸着させて試料とした。Hはsi(111)7x7表面のダングリングボンドを持つSi吸着原子、Siレスト原子に吸着することが知られている。また、理論計算等によってSiレスト原子にHが吸着すると隣接するSi吸着原子の電子状態密度が増加することが知られている。この表面をBias nc-AFMで印加電圧を変化させながらトポ像と電流像を同時に観察した。その結果、Hが吸着したSi吸着原子とSi探針の間に働く結合力は弱くなり、電流も減少した。一方、隣接したSiレスト原子にHが吸着した場合、Si吸着原子とSi探針の間に働く結合力は強くなり、電流も増加した。この結果は、Si-Si原子間の共有結合力は電子のトンネル遷移過程と同様、局所電子状態密度に強く依存することを示唆する。また、Hを大量に照射すると、Si(111)が特異面でエッチングされることも調べた。同時に、Si探針も側面や特定の稜に沿ってエッチングが進むことをSEM観察で確認した。
積乱雲に伴うマイクロスケールの激しい現象の構造と発生機構

水平格子間隔70m、鉛直方向45層、領域サイズ66.4km×66.4km×15.1kmの非静水圧準圧縮系のメソ数値モデルを用いて、1977年にアメリカ・オクラホマ州のデル・シティで発生した竜巻の環境場の高層観測デーダを水平一様に与えたところ、スーパーセル型積乱雲とこれに伴う竜巻の現実的な再現に成功した。積乱雲が発生して50分が経つと、水平風の鉛直シアと積乱雲の上昇気流との相互作用で高度2km付近に気圧の低下が生じ、この層の下で上昇流が強化される。これに伴って、60分頃になると高度1.2km付近で、水平渦度の立ち上げとその引き伸ばしにより下層のメソサイクロンが形成され、この回転場により1.2km付近での気圧降下が起こって、更に下層の上昇流を加速し、高度1kmでは40m/を越える上昇流が形成される。一方、地表面付近にはストームの降水域から流れ出す冷気流と周辺から吹き込む暖湿な気流のぶつかるガスト・フロントが形成されているが、ガスト・フロント上の水平シアに伴う鉛直渦度が丁度この強い下層の上昇流の下に来て引き伸ばされることによって竜巻が発生することが明らかとなった。このことは、スーパーセルに伴う竜巻が、定性的にはlandspoutと呼ばれる局地前線に伴う竜巻に似た機構で発生することを示している。本研究では、この他、日本付近の積乱雲を含むメソスケール対流の環境場を記述する環境パラメータの気候学的調査、竜巻ないしはダウンバーストと思われる突風被害をもたらした亜熱帯低気圧の構造とライフサイクルの解析、激しい積乱雲を生ずることの多い梅雨期のメソαスケール低気圧の力学の解析も行なった。最初に、メソスケール非静力学数値モデルで竜巻等を発生させる特殊な積乱雲であるスーパーセルを予測するための適切な格子サイズを調べた。その結果によると、格子サイズが2.5km以下であれば、スーパーセルとしての振る舞いを表現できるが、これ以上であると正しい表現はできないことがわかり、竜巻を発生させるメソスケール環境場の予知に重要な指針が得られた。次に、スーパーセル型積乱雲に伴う竜巻の発生機構と構造を明らかにするため、水平格子間隔が70m、領域サイズが66km×66km×16kmの非静水圧準圧縮系のメソモデルを東京大学海洋研究所の共有メモリ型の並列計算機IBM-Regatta上で16並列で稼動するように改良し、1977年5月20日の高層観測データを基本場としたシミュレーションを行った。その結果、壁雲・漏斗雲を伴う現実的な竜巻渦の再現ができることが確認された。更に、この基本場から高層観測データの風、水蒸気の混合比の分布などを人為的に若干変えながら、数例程度同様なシミュレーションを行い、竜巻の強度変化を調べた。また、2003年10月13日に千葉県成田市、茨城県市で強風被害を発生させたメソスケール低気圧の事例について、成田空港・羽田空港のドップラーレーダーデータを含む、総観場からメソγスケールまでの現存するあらゆるデータを収集し解析を開始した。更に、2002年2月に関東平野で発生した多発性マイクロバーストの事例に関する総観場からメソγスケールまでの現存するあらゆるデータを収集し、その解析を開始した。竜巻の発生機構と構造に関しては、基本場の風速分布を維持しながら地表面条件を「滑り無し」としてスーパーセルの数値シミュレーションを行う方策を考案して水平格子70mの計算を行い、地表摩擦が竜巻渦の振る舞いに及ぼす効果を調べた。竜巻渦へ流入する流れは、摩擦をいれない場合は高度200m以下の比較的厚い層で起こるのに対し、摩擦がある場合には回転境界層の形成により高度50m以下の限られた層で起こることがわかった。但し、摩擦を入れることで渦自身の強度は弱まり、渦度のピークが見られたモデル最下層で鉛直

渦度は0.55l/s(摩擦なしでは0.85l/s)、気圧偏差は-8hPa(-27hPa)となった。マイクロバーストの発生機構と構造に関しては、2002年2月に関東平野で発生した多発性マイクロバーストの事例に関する解析を引き続き行ったほか、2003年10月13日に、千葉県・茨城県で発生し、死傷者を出した突風について、この突風をもたらしたメソ低気圧(亜熱帯低気圧)の構造とライフサイクルの解析を行った。この亜熱帯低気圧は沖縄付近にある停滞性の極前線の西端付近で起きた活発な積雲対流と極前線に伴う鉛直渦度の相互作用の結果として生じ、九州の南に北進した後、東に向きを変えて温帯低気圧への遷移を行いながらも、中心付近では激しい対流雲群を伴っていた。突風は、この激しい対流雲群に伴って生じていた。更に、日本付近のメソスケール対流現象の環境場を把握するために、1990年から1999年までの10年間について日本の高層気象観測点18ヶ所にける環境パラメータとして対流有効位置エネルギー(CAPE)、ショウワルター指数、可降水量、バルクリチャードソン数などの極値、90%値、75%値、中央値などを調べた。これらは、日本付近でマイクロスケールの激しい現象の調査をする上で重要な基礎的データを与えるものである。初年度に実施した1977年5月20日にアメリカ・オクラホマ州のデル・シティで発生した竜巻を伴うスーパーセル型積乱雲の環境場の高層観測データを用いて、水平格子間隔70m、鉛直方向45層、領域サイズ66.4km×66.4km×15.1kmの非静水圧準圧縮系のメソ数値モデルで、スーパーセル型積乱雲に伴う竜巻を再現した実験において、竜巻の発生機構を詳しく調べ明らかにした。積乱雲が発生して50分が経つと、水平風の鉛直シアと積乱雲の上昇気流との相互作用で高度2km付近に気圧の低下が生じ、この層の下で上昇流が強化される。これに伴って、60分頃になると高度1.2km付近で、水平渦度の立ち上げとその引き伸ばしにより下層のメソサイクロンが形成され、この回転場により1.2km付近での気圧降下が起こって、更に下層の上昇流を加速し、高度1kmでは40m/sを越える上昇流が形成される。一方、地表面付近にはストームの降水域から流れ出す冷気流と周辺から吹き込む暖湿な気流のぶつかるガスト・フロントが形成されているが、ガスト・フロント上の水平シアに伴う鉛直渦度が丁度この強い下層の上昇流の下に来て引き伸ばされることによって竜巻が発生することが明らかとなった。このことは、スーパーセルに伴う竜巻が、基本的にはlandspoutと呼ばれる局地前線に伴う竜巻に似た機構で発生することを示している。更に、竜巻のような激しい渦の接線速度の半径分布の成因を調べるための室内実験も行った。従来竜巻内の速度分布は中心核以外では角運動量一定のランキンの複合渦でよく近似されるとされてきたが、遠方で与えられる角運動量と中心で生ずる収束との兼ね合いによっては、ランキン渦から大きくはずれた速度分布を持つ渦も形成される場合もあることが明らかになり、これらの異なった速度分布の生ずる条件を実験的に明らかにし、理論的考察を行った。
II型糖尿病の遺伝要因のゲノム的解析と分子病態の解明

II型糖尿病は複数の遺伝子異常が関与すると考えられる多遺伝子疾患である。しかし、昔は孤立した地域ごとに比較的少数の糖尿病発症遺伝子変異が集積していたと考える。これらの遺伝子変異は寿命が短くかつ飽食でなかった時代には糖尿病を起こすまでには至らなかったと予想されるが、高齢化、飽食の時代になると、これら少数の遺伝子変異も糖尿病の病因となってきたと考えられる。そして近年になり交通の発達に伴い異なる地域の人々が婚姻関係を結ぶことにより、その子孫がより多くの病因遺伝子を獲得し、糖尿病などのより複雑な多遺伝子疾患が形成されていったと同時に患者も増加していったと考える。II型糖尿病の多発する孤立した地域の患者の遺伝子を検索すると少数の遺伝子変異により糖尿病になっている可能性が高いと予想される。又そのような遺伝子異常は多遺伝子疾患の中でも同定しやすい可能性がある。徳島県の山間部の病院では血縁関係のある糖尿病患者が集積している所があり、人的交流が少ないため比較的単純なしかも同じような遺伝子変異が病因となっている可能性が高いと考えられる。1.II型糖尿病関連遺伝子のポリモルフイズムと糖尿病発症との関連を検索しており、現在企業との共同研究で特許取得を目指して進めている。2.プロテオーム解析により新規の複数の糖尿病候補遺伝子を得るプロジェクトも進めている。インスリン刺激でリン酸化されるタンパク質群を質量分析器により部分アミノ酸配列を決定し、ゲノム情報cDNA情報とのコンピューター解析により、それらリン酸タンパク群をcDNAの型で明らかにし糖尿病解明に役立てる。これは領域3(ゲノム生物学)の計画研究代表者である理研播磨研究所・谷口寿章博士のグループと共同研究で進めている。
SiGe基板単結晶の低欠陥化と歪みを制御した機能性ヘテロ構造の創製

本研究では、高い組成均一性と結晶性を有するSiGeバルク結晶を実現し、歪みを制御した機能性ヘテロ構造を創製するための基板として利用し、高性能デバイスを実現できる基本物性を得ることを目的とした。バルク結晶成長に関して、組成均一化のための界面温度制御技術と、多結晶化抑制のための優先成長面選定技術を融合することにより、組成が均一な単結晶を成長する技術を開発した。また、組成が均一な原料への、フローティングゾーン成長の適用により、非発光再結合中心の少ない良質なSiGeバルク結晶を成長できることを示した。本手法は、全率固溶型状態図を有する多元系結晶における普遍的な物理に基づいており、InGaAsバルク単結晶の成長に適用し、他の材料系への拡張性を実証した。独自のSiGeバルク基板を用いて、歪みを制御したヘテロ構造の成長を行い、構造完全性の優れた良質なヘテロ構造が創製可能であることを示した。更に、高いキャリア移動度の発現、室温でも動作し高いピークバレー比を有する共鳴トンネルダイオードの作製、明瞭な歪みSi/歪みGe量子井戸からの発光など、歪み量を精密に制御してバンド構造を人工的に操作することで、新たな機能性デバイスの基盤となるような優れた基本物性が得られることを実証した。InGaAs結晶基板を利用した薄膜結晶の成長へと展開し、基板の格子定数に応じて格子整合するようにInGaAsNエピタキシャル薄膜結晶の組成が変化する「構造引き込み効果」を、この材料系で初めて見出すなど結晶学的な知見を得るとともに、1.3-1.55μm帯での発光を示す高品質なInGaAsN結晶を実現した。以上により、バルク結晶成長と薄膜エピタキシャル成長を総合的に研究することにより、格子定数を精密制御できる低欠陥基板を自在に得て、歪み量を精密制御したエピタキシャル成長を行い、機能性ヘテロ構造を創製するという新たな材料科学研究の方法論を確立した。本研究では、SiGeバルク単結晶の低欠陥化を行って機能性ヘテロ構造を創製し、高性能デバイスを実現できる基本物性を得ることを目的として研究を遂行した。本年度は、フローティングゾーン成長の成長用原料として、組成均一性に優れたSiGeバルク結晶の作製を試みた。試料は、我々が独自に開発した界面温度・位置のin situモニタリング機構と、一定の固液界面温度での成長を可能とする結晶引き下げ速度のフィードバック制御機構を備えた結晶成長装置により作製した。フィードバック機構の利用により、数百時間にわたり固液界面の位置を一定に保ちながら成長することに成功し、組成均一性の極めて優れたSiGeバルク結晶が得られた。併行して、新規設備であるフローティングゾーン装置の設計を行い、製造を依頼し装置を導入した。本装置は、4本の半導体レーザを主加熱源とし、抵抗加熱ヒータを補助加熱源としている。これらの加熱源を併用することにより、ゾーン幅、温度勾配を精密に制御することが可能である。また、CCDカメラによる内部溶融状態の観察や、水素雰囲気下での成長が可能な設計となっている。Siのロッドに対して予備実験を行ったところ、半導体レーザのみの照射では溶融できなかったが、補助ヒータにより加熱を行いSiロッドの温度を増加させると、吸収係数が増大し、溶融状態が得られることが確認できた。また、現有のMBE装置に、反射電子回折像写真撮影装置を導入して、反射電子強度の「その場観察」により、原子レベルの精度で、分子線量の測定を可能とし、独自の基板が作製できた場合の高精度エピタキシャル成長の条件を得た。