hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高連結度グラフとその応用

本研究の目的は、特に連結度の高いグラフに重点を置いてその数学的性質を解明し、また、得られた数学上の結果を情報科学の諸分野に応用することであった。この目的に対して今年度の研究実績は以下のようにまとめられる。1.縮約法で用いられる可縮辺の分布については昔から良く調べられてきたが、今回非可縮辺の分布について多くの知見が得られた。それらは基本的には、グラフの辺の増加に伴い可縮でない辺はある一定数以上には増加しない、という事実を述べている。これは縮約法の応用性について可能性を広げるものであり、しかも従来の可縮辺に着目した研究からは得られないものである。2.米国G. Fan教授によるハミルトンサイクルの存在に関する定理を拡張し、より広いサイクル分布に関して知見を得た。これは本研究申請時の研究目的に挙げられたものである。本研究によりFan教授の条件を満たす高連決度グラフのサイクル分布はほぼ完全に解明された。3.グラフ理論の応用に関しては、秘密共有法との関係について知見が得られた。その成果は、秘密共有法への幅広い応用を考えるには、単純なグラフの構造は貧弱であることを示唆しており、今後の研究はハイパーグラフ、あるいはより広い集合族の上での理論の構築に進むこととなった。以上のように、当初の研究目的に対して、それを上回るような成果が得られた。
神経幹細胞を用いたパーキンソン病に対する細胞移植治療の開発

<目的>本研究課題の主目的は神経移植治療応用を念頭においた多分化能を有する神経幹細胞(または神経前駆細胞)の細胞生物学的特徴の解析である。具体的には、胎仔脳から分離増殖させた神経幹細胞を目的とするニューロンすなわち、パーキンソン病に対する移植治療のドナーとなるドーパミン細胞への分化およびその生存率を向上させる方法の模索である。その手段として、(1)アポトーシス抑制作用の他に神経幹細胞の分化にも影響を及ぼすことが判明しているcaspase inhibitor、(2)サイトカイン(IL-1、Sonic hedgehog)、(3)神経栄養因子(FGF、BDNF、GDNF)などの薬剤を神経幹細胞に作用させ、ドーパミン細胞への分化、生存を促進するかどうかを主として培養実験で検討した。<方法>ラット胎仔脳から神経幹細胞をニューロスフェアー法により分離培養し、同細胞に対して上述した薬剤を様々な濃度で作用させた。評価方法としてMAP-2、β-Tubulinなどのニューロンマーカーとドーパミン細胞のマーカーであるTyrosine hydroxylase (TH)の免疫染色を行い、陽性細胞を算出した。<結果および結論>Caspaseinhibitorは500microMでニューロンマーカ陽性細胞やTH陽性ドーパミン細胞への分化、生存率を有意に増加させた。しかし、caspase inhibitorを幹細胞移植治療に応用するにあたり、処置のタイミング、至適濃度等を移植実験で検討する必要がある。一方、分化誘導実験において検討したサイトカインの中ではSonic hedgehogが神経幹細胞から最も多くのTH陽性細胞を産出させることができた。しかし、dopamine transporter陽性細胞や培養液中に放出されるドーパミン量は少なく、TH陽性細胞には相当数のセロトニン細胞が含まれていると考えられた。今後、ドーパミン細胞のみを増やす方策について検討しなければならない。平成13年度は、アポトーシス抑制作用の他に神経幹細胞の分化にも影響を及ぼすことが判明しているcaspase inhibitorに注目し、同薬剤を神経幹細胞に作用させ、ドーパミン細胞への分化、生存を促進するかどうかを主として培養実験で検討した。<方法>ラット胎仔脳から神経幹細胞をニューロスフェアー法により分離培養し、同細胞に対してcaspase inhibitorを様々な濃度で作用させた。評価方法としてMAP-2、β-Tubulinなどのニューロンマーカーとドーパミン細胞のマーカーであるTyrosine hydroxylase(TH)の免疫染色を行い、陽性細胞を算出した。<結果および結論>caspase inhibitorは500microMでニューロンマーカ陽性細胞やTH陽性ドーパミン細胞への分化、生存率を有意に増加させた。今後、caspase inhibitorを幹細胞移植治療に応用するにあたり、処置のタイミング、至適濃度等を移植実験で検討する予定である。<目的>本研究課題の目的は神経移植治療応用を念頭においた多分化能を有する神経幹細胞(または神経前駆細胞)の細胞生物学的特徴の解析である。平成14年度は平成13年度に引き続いて主に培養実験で成熟脳もしくは胎仔脳から分離増殖させた神経幹細胞からパーキンソン病に対する移植治療のドナーとなるドーパミン細胞への分化手段を模索し、最も移植治療に適した方法を決定する。<方法>ラット成熟

脳または胎仔脳から神経幹細胞を分離培養し、同細胞をサイトカイン(IL-1、Sonic hedgehogなど)または神経栄養因子(FGF、BDNF、GDNFなど)で処置することにより分化誘導が効率に行えるかどうかを検討した。評価方法として(1)MAP-2、β-Tubulinなどのニューロンマーカーに加えて、ドーパミン細胞ニューロンのマーカーであるTyrosine hydroxylase、dopamine transporterなどの免疫染色を行う形態学的評価と(2)培養液中に放出されるドーパミンを測定する生化学的評価を行つた。<結果および結論>検討したサイトカインの中ではSonic hedgehogが神経幹細胞から最も多くのTH陽性細胞を産出させることができた。しかし、dopamine transporter陽性細胞や培養液中に放出されるドーパミン量は少なく、TH陽性細胞には相当数のセロトニン細胞が含まれていると考えられた。今後、Sonic hedgehogとともにgrowthfactorなどの因子を加えることにより、ドーパミン細胞数を増やす方策について検討する予定である。<目的>本研究課題の目的は神経移植治療応用を念頭においた多分化能を有する神経幹細胞(または神経前駆細胞)の細胞生物学的特徴の解析である。平成15年度は平成1314年度に引き続いて主として培養実験で成熟脳もしくは胎仔脳から分離増殖させた神経幹細胞からパーキンソン病に対する移植治療のドナーとなるドーパミン細胞への分化手段を模索し、最も移植治療に適した方法を決定する。本年度は主として骨髄間質細胞由来の神経分化誘導作用について検討した。<方法>マウスまたはラットの長幹骨から骨髄間質細胞を分離、培養した。同細胞を無血清下で24時間培養し、その上清を条件培養液として用いた。ラット成熟脳または胎仔脳から神経幹細胞を分離培養し、同細胞を前述の骨髄問質細胞由来の条件培養液で処置することにより分化誘導が効率に行えるかどうかを検討した。評価方法として(1)MAP-2、β-Tubulinなどのニューロンマーカーに加えて、ドーパミン細胞ニューロンのマーカーであるTyrosine hydroxylase、dopamine transporterなどの免疫染色を行う形態学的評価と(2)培養液中に放出されるドーパミンを測定する生化学的評価を行った。<結果および結論>条件培養液による処置は神経幹細胞からの神経細胞への分化を有意に促進した。分化誘導された神経細胞のなかにはTH陽性細胞も含まれるが、その割合は少なかった(5%未満)。しかし、条件培養液とともにSonic hedgehog、FGF-8で神経幹細胞を処置すると、より多くのTH陽性細胞を産出させることができた(約40%)。この処置により培養液中に放出されるドーパミン量も増加することから、TH陽性細胞は機能的なドーパミン細胞であることが示唆された。
腎組織スライスおよび培養細胞株を用いた薬剤性腎障害の基礎的研究

1.メチルプレドニゾロンのシスプラチン腎毒性軽減に関して、作用機序を検討し、臨床応用を試みた。ラットにおいてメチルプレドニゾロンはシスプラチンの尿中排泄を促進し、腎組織プラチナ濃度を減少させた。臨床的にもメチルプレドニゾロンはシスプラチンの腎毒性を軽減した。2.腎皮質スライス法によりCefaloridine(CER)、Gentamicin(GM)の腎毒性を評価した。ラット、ヒトの腎皮質スライスをCER、GMを含む緩衝液中で培養した。CERではラット、ヒトの両者で溶液中のNAG上昇がみられたが、γ-GTP、LDHの上昇はなかった。GMではラットにおいてNAGのみ上昇した。ヒトでは遊離酵素の上昇はなかった。本法は迅速、簡便で、薬剤性腎障害の研究に有用と思われた。3.腎皮質スライス法によりcisplatin(CDDP)腎毒性を評価した。ラット腎皮質スライスをCDDPを含む緩衝液中で1時間培養した後、CDDPを含まない緩衝液に移して1時間培養した。溶液中のNAG、γ-GTP、LDHは有意に上昇した。ヒト腎組織はラット腎組織よりもCDDP感受性が低い可能性が示された。4.造影剤腎障害を臨床的に検討した。非イオン性造影剤投与前後の尿中酵素を測定した。尿中NAG、γ-GTPは有意に上昇した。非イオン性造影剤による潜在的腎障害の発生が示され、尿中酵素は、その指標として有用と思われた。5.非イオン性低浸透圧性造影剤(LOCM)とイオン性高浸透圧性造影剤(HOCM)の腎毒性を腎皮質スライス法により比較した。ラット腎皮質スライスを造影剤を添加した緩衝液中で培養し、遊離NAG、γ-GTPを測定した。NAG、γ-GTPの上昇の程度はLOCMとHOCMで有意差はなかった。平成5-7年度の科学研究費補助金一般研究(C)「メチルプレドニゾロンによるシスプラチン腎毒性発症予防に関する細胞科学的研究」において、ラット腎組織スライスを用いてメチルプレドニゾロンによるシスプラチン腎毒性の軽減作用の機序を検討したが、この実験系で得られた知見が他の実験系で得られる所見や臨床の成績に反映されることを確認した。すなわち、尿路上皮腫瘍に対するシスプラチン投与の際にメチルプレドニゾロンを併用すると、シスプラチンによるクレアチニンクリアランスの低下が軽減されるという臨床成績を示した。次の段階として、腎組織スライス法がシスプラチンだけでなく、他の腎毒性を有する薬剤の研究にも応用できることを確認する目的で、各種の抗生物質、抗癌剤、造影剤などの日常よく使用される薬剤の腎毒性評価を行っている。ラット腎組織スライスや手術によって得られたヒト正常腎組織スライスにセファロリジン、ゲンタマイシン、メソトレキセートなどの薬剤を添加して短時間培養を行って培養液中に出てくるNAGやγ-GIPなどの酵素を測定したところ、薬剤濃度を反映した酵素濃度の上昇がみられ、薬剤性腎障害のスクリーニングシステムとして有用と思われた。また、ヒト腎組織はラット腎組織よりもセファロリジンに対する感受性が低いことがわかった。造影剤腎障害については、各種の造影検査後の尿中NAG、γ-GIP排泄を測定し、腎機能との関連を検討している。腎組織スライスでの造影剤腎障害についても検討する予定である。ラット腎組識

スライスにセファロリジン(CER)、ゲンタマイシン(GM)、シスプラチン(CDDP)、メソトレキセート(MTX)などの薬剤を添加して短時間培養を行い培養液中に出てくるNAG、γ-GTP、LDHを測定した。CER、CDDP、MIXでは薬剤濃度を反映した酵素濃度の上昇がみられたが、GMによる濃度依存性の酵素逸脱は認められなかった。本実験系では尿細管腔は閉塞しており、GMのように管腔側から尿細管上皮細胞に取り込まれるような薬剤の毒性は過小評価される可能性が示された。腎摘出術によって得られたヒト正常腎組織を用いた実験でもラットの場合と同様な結果が得られた。造影剤腎障害についても検討を行った。非イオン性低浸透圧性造影剤を用いた造影検査後のヒト尿中NAG、γ-GTP排泄を測定したところ、造影剤投与後に尿中NAG、γ-GTPが有意に上昇すること、また腎機能低下症例で尿中酵素が上昇しやすいことが判明した。非イオン性造影剤は、イオン性造影剤よりも腎毒性が少ないと考えられているが、腎スライス法を用いて非イオン性造影剤(iopamidol)とイオン性造影剤(datrizoate)の腎毒性を比較検討した。datrizoateによってラット腎スライスからはNAGの遊離が認められたが、ヒト腎スライスからのNAG遊離は軽度であった。γ-GTPはラット、ヒトともにdatrizoateの濃度に従って遊離がみられた。iopamidolによるNAG、γ-GTPの遊離は、ラットおよびヒトともに濃度依存的に増加した。同一ヒト腎皮質におけるdatrizoateとiopamidolの作用を比較すると、NAG、γ一GTPの遊離は同程度であった。腎皮質スライス法は、簡便で経済的な実験系であり、薬剤性腎障害の解析に有用と思われた。造影剤による腎障害を臨床的に検討した。非イオン性造影剤100mlを投与した症例を対象として、造影剤投与前と投与後1、2、3、7日目の尿中NAG、γ-GTP濃度を測定した。また造影剤投与前と投与後7日目の血清クレアチニン(Cr)とクレアチニンクリアランス(Ccr)を測定した。造影剤投与前後でCr、Ccrの有意な変化はなかったが、day1のNAG、γ-GTPは造影剤投与前と比較して有意に上昇した。対象症例をCcr70ml/minを基準として2群に分けると、腎機能低下群では、day3とday7の尿中のNAGレベルは腎機能正常群に比べて有意に高い値を示した。γ-GTPの上昇は両群で有意差を認めなかった。非イオン性造影剤によってCr、Ccrの変化としては表れないような腎障害が発生していることが明らかとなった。尿中のNAG、γ-GTPは、造影剤腎障害の鋭敏なを指標と思われた。非イオン性低浸透圧性造影剤(LOCM)とイオン性高浸透圧性造影剤(HOCM)の腎毒性を腎皮質スライス法を用いて比較検討した。ラット腎組織より腎皮質スライスを作成し、造影剤を添加した37°Cの緩衝液中で90分間培養した。溶液中の遊離NAG、γ-GTPを測定した。HOCMとしてdiatrizoate、iothalamateの2剤、LOCMとしてiopamidol、iohexol、ioversol、iomeprol、iopromide、ioxillanの6剤を用いた。すべての造影剤によって濃度依存性にNAG、γ-GTPの上昇が認められ、その上昇の程度は、LOCMとHOCMで有意差を認めなかった。
チロシンの活性酸素酸化に関する研究

チロシンのアルカリ性水溶液にローズベンガル等の光増感剤を加え、酸素ガスを通気しながら光照射すると、ゆっくりと酸素化反応が進み、最終的に炭素原子1個が脱炭酸の形で失われたラクタムを生ずる。一方、N-BOC-チロシンの場合は途中のピロリジンカルボン酸の段階で反応が停止すること、またこれと同じ部分構造をもつプロリンでは増感剤が窒素原子から電子を引抜くI型の光酸化で脱炭酸反応を来たすことなどが知られた。従ってこれらの知見から、チロシンの光増感酸素化反応は次のような極めて複雑な過程で進むという結論に達した。チロシンの光増感酸素化の反応過程1.増感剤の光励起2.励起型増感剤からのエネルギートランスファーによる酸素分子の活性化3.活性酸素(一重項)によるフェノールの酸素化4.生成したキノールヒドロペルオキシドのピロリジンカルボン酸ヒドロペルオキシドへの閉環5.ヒドロペルオキシドのヒドロキシドへの還元6.増感剤によるピロリジンカルボン酸の窒素原子からの電子引抜き7.協奏的な脱炭酸によるピロリンの生成8.ヒドロペルオキシドの光分解によるヒドロキシラジカルの生成9.ヒドロキシラジカルとピロリンの反応によるラクタムの生成このような反応過程が物質レベルで解明された例は少なく、またこの結果はアミノ酸の化学的性質の理解に大きく貢献するものと思われる。なお一次生成物のパラキノールのアセテートを加熱すると、1.3-転位による異性化でカテコール誘導体となることが知られた。この異性化は神経伝達物質であるドパやエピネフリン等の生体内カテコールアミン類やポリヒドロキシ芳香族化合物の生合成反応と関連していることも考えられるので、今後更に検討する予定である。
遺伝子転写コアクアベーターの立体構造とタンパク質間相互作用の解析

以下に代表される成果を得た。・カイコ及びヒトMBF1TBP結合能を有したカイコ及びヒトMBF1のC末端側コアドメインの立体構造決定を行った。4本のヘリックスと特徴的なC末端Ωループからなるコンパクトな立体構造を持つ。点突然変異体の解析から転写活性化に必要な残基を同定することが出来た。・ヒトXPA蛋白質中央ドメイン構造解析の結果、XPA中央ドメインはN末のZnフィンガー部分のサブドメインとC末端サブドメインの2つのサブドメインからなり、両者は8残基のリンカーで繋がれている事が判った。結合実験によって、XPAのC末端側サブドメインの正に荷電したクレフトがDNAとの相互作用部位であり、ZnフィンガーサブドメインがRPA70との相互作用部位の一つであることを示す結果を得た。・ヒトDlg蛋白質PDZドメインとAPC C末端部分との複合体立体構造解析の結果、APC C末端部分は、α/β構造を持つhDLG2-PDZ2ドメインのへリックスとβシートの間にある疎水的なクレフトに入り込むように結合していることが判った。APCのC末端のカルボキシル基は、クレフトの端に存在する正電荷のパッチにより結合の安定化を受けていると考えられる。大腸菌の嫌気性センサーArcBのC末端リン酸基転移ドメインの立体構造を決定した。^<15>N緩和実験、及びアミドプロトン交換速度の詳細な解析によって、蛋白質の内部運動、外部運動、及び安定性の解析を行った。・2量体架橋をしたλCro蛋白質蛋白工学的手法の応用としてホモ2量体を形成するλファージCro蛋白質にシステイン残基を導入することにより、S-S架橋変異体を作成した。その溶液中での立体構造を決定した。遺伝子転写はRNAポリメラーゼを中心とする基本転写因子群、個々の遺伝子の上流配列に結合してその遺伝子の転写を正または負に調節するDNA結合性の調節因子に加えて、両者を結ぶコアクチベータ-、コリプレッサーと呼ばれる第三の因子群が多くの遺伝子の転写調節に極めて重要な働きをしていることが判ってきた。この際、転写因子とコアクチベータ-等の相互作用はしばしばリン酸化、非リン酸化などの転写因子の化学修飾や、個々の因子の核移行などの細胞局在によって制御されている。本研究では、コアクチベータ-の溶液中での立体構造及びそれが介するタンパク質間相互作用を解析することによって、転写調節のメカニズムを構造生物学的に明らかにすることを目的とした。カイコ及びヒトのコアクチベータ-MBF1の溶液中での立体構造を決定した。決定したのはカイコはTBP結合ドメイン、ヒトはATF1,TBPと共に結合できるドメインである。MBF1は多くの生物種から見つかった普遍的なコアクチベータ-でFTZ-F1ボックスと共通のアミノ酸配列を持つDNA結合性の転写因子とTBPを繋ぐ。カイコ及びヒトMBF1のTBP結合ドメインはいずれも4本のヘリックスが折りたたまれた特徴的なコアとC末端のΩ状のループを共通の構造として持つ。変異体を使った解析からTBP結合部位の推定、Ωループの重要性などが示された。また複合体の解析からΩループがDNAとの相互作用に重要な役割を果たす可能性が指摘された。ヒトMBF1のATF1と結合すると推定される部分は部分的に水溶液中でフレキシブルな立体構造を持つ。タンパク質-タンパク質相互作用による誘導適合の可能性が示唆される。

点突然変異体の解析から転写活性化に必要な残基を同定することが出来た。・ヒトXPA蛋白質中央ドメイン構造解析の結果、XPA中央ドメインはN末のZnフィンガー部分のサブドメインとC末端サブドメインの2つのサブドメインからなり、両者は8残基のリンカーで繋がれている事が判った。結合実験によって、XPAのC末端側サブドメインの正に荷電したクレフトがDNAの相互作用部位であり、ZnフィンガーサブドメインがRPA70との相互作用部位の一つであることを示す結果を得た。・ヒトDlg蛋白質PDZドメインとAPC C末端部分との複合体立体構造解析の結果、APC C末端部分は、α/β構造を持つhDLG2-PDZ2ドメインのヘリックスとβシートの間にある疎水的なクレフトに入り込むように結合していることがわかった。APCの末端のカルボキシル基は、クレフトの端に存在する正電荷のパッチにより結合の安定化を受けていると考えられる。大腸菌の嫌気性センサーArcBのC末端リン酸基転移ドメインの立体構造を決定した。^<15>N緩和実験、及びアミドプロトン交換速度の詳細な解析によって、蛋白質の内部運動、外部運動、及び安定性の解析を行った。・2量体架橋をしたλCro蛋白質蛋白工学的手法の応用としてホモ2量体を形成するλファージCro蛋白質にシステイン残基を導入することにより、S-S架橋変異体を作成した。その溶液中での立体構造を決定した。
2型糖尿病の病態形成における膵β細胞ストレス応答異常とインスリン抵抗性の連関

2008年3月号のCell Metabolism誌において、蛋白の翻訳抑制を担うEukaryotic initiation factor 4E-binding protein 1(4E-BP1)が、小胞体ストレスによる膵β細胞の細胞死から細胞を保護することを報告した。また、ある蛋白が小胞体ストレスによって誘導されることを発見した。さらなる解析により、この蛋白が分泌蛋白であり、血液中に存在していることをあきらかにした。この蛋白は、小胞体ストレスのマーカーとなる可能性があり、解析を行っている。膵β細胞量の低下の原因として、小胞体ストレスによる膵β細胞死が注目されている。細胞は、小胞体ストレスが加わると、小胞体ストレス応答という一連の反応によって対処するが、処理限界を超えると細胞死・アポトーシスが誘導される。我々は、まずマウスの膵島やマウスの膵β細胞株であるMIN6細胞において、小胞体ストレス刺激により、4E-BP1蛋白が増加することを発見した。次に、4E-BP1が、転写因子であるATF4によって誘導されることを明らかにし、4E-BP1遺伝子上のATF4の結合部位を同定した。4E-BP1を欠損させた膵β細胞株を作製し、野生型細胞との比較実験を行った。その結果、4E-BP1欠損MIN6細胞は、翻訳抑制機構の破綻が原因で小胞体ストレスに脆弱であり、アポトーシスが亢進することが分かった。さらに生体での4E-BP1の作用を明らかにするため、膵β細胞に小胞体ストレスをきたす糖尿病モデルマウスと4E-BP1欠損マウスを交配させた。作製されたマウスにおいても翻訳抑制機構が破綻しており、膵β細胞の障害がさらに亢進していた。慢性的な小胞体ストレス下にある膵β細胞において、さらに4E-BP1の欠損を欠損させたことにより、膵β細胞の障害がさらに増強されていると考えられた。4E-BP1は、新たな2型糖尿病の治療の標的としての可能性をもった蛋白である。今後、分子機構をさらに解明することで、治療や創薬への発展を目指す。今年度、4E-BP1にっいてさらに研究を行い、小胞体ストレス下での4E-BP1の転写調節が細胞の種類によって異なること、その原因部位が4E-BP1遺伝子上のエクソン1を含む一部にあることを明らかにした。これについては、現在、雑誌に投稿中である。4E-BP1の転写制御のこの研究成果は、4E-BP1の膵β細胞の保護効果の増強という治療の実現に向け、今後、細胞間の4E-BP1の転写調節の違いを及ぼす蛋白について、分子生物学的な解析を行う。今年度、私は、ある蛋白が小胞体ストレスによって誘導されることを発見した。この蛋白が、分泌蛋白であることを明らかにし、膵β細胞からも分泌されることがわかった。これまでの実験により、この蛋白が血液中に分泌きれていることが判明し、小胞体ストレスのマーカーとなる可能性があるが示唆された。過去の報告において、小胞体ストレス応答で、分泌蛋白である報告はない。今後、膵β細胞における小胞体ストレスをきたす糖尿病モデルマウスの血液での蛋白量の評価、さらにこの蛋白の作用について解析を行う。
水素分子形成制御ドーピングによるシリコン結晶中自己修復機能発現に関する研究

水素分子形成制御ドーピングを可能にするために前年度までに非平衡水素原子導入装置を開発した。今年度は、この装置により作製された水素分子添加シリコン結晶に電子および中性子照射を行い、照射に対する耐性、つまり、水素分子による欠陥修復能を検証した。以下に、具体的な成果を示す。水素分子による欠陥修復能試験1)キャリアへの影響水素分子添加及び無添加のシリコン結晶に照射を行い、照射によるキャリア密度の減少に対する水素分子の抑制効果をホール測定により調べた。通常、照射によって結晶中に欠陥が導入されると、その欠陥が禁制帯中に深い準位を形成し、そこにキャリアが補償されるため、電気的に活性なキャリア濃度は減少する。しかしながら、予め水素分子を添加したシリコン結晶では、照射によるキャリア密度の減少を大幅に低減することが出来た。2)分光的手法による欠陥修復ダイナミクスの解明水素分子による欠陥修復のダイナミクスを明確にするために、次の実験を行った。照射により誘起された欠陥が水素分子と結合し、電気的に不活性になると、水素分子の振動スペクトル強度が減少し、代わって欠陥内に捕捉された水素の局在振動によるスペクトルが観測される。そこで、照射後に観測されるこの変化を、低温でのフーリエ変換赤外吸収測定およびラマン散乱測定を用いて詳細に調べた。その結果、水素と欠陥(空孔型欠陥と格子間型欠陥の両方)の複合体に起因した多数の振動ピークを観測することが出来た。また、水素によって不活性化されなかった欠陥の有無について電子スピン共鳴装置を用いて調べた結果、水素分子添加シリコン結晶においては、欠陥のスピン密度が極端に低減されていることがわかった。以上の結果から、照射損傷に対する水素分子の欠陥修復への有効性を示すことが出来た。1.非平衝下での積極的水素分子形成のための非平衡水素原子導入装置の準備シリコン結晶中への水素分子形成制御ドーピングを可能にするために、マイクロ波発生器、キャビティ、マスフローコントローラー、バラトロン圧力計、赤外線加熱集光器を用いて現有の熱平衡実験系に改良を加えた。その結果、雰囲気水素ガスを高効率で水素ラジカルに分解し、従来よりも低温で固溶度以上の水素原子の導入が可能になった。さらに、処理後に高速急冷(1200°Cから室温まで約10秒)が行える特殊な機構を新たに加えた。その結果、水素原子導入後に導入水素原子が結晶外に抜け出すのを防ぐことができるようになった。2.非平衡処理による水素分子添加シリコン結晶作製上記の装置を用いて実際に水素分子添加シリコン結晶の作製を行った。その水素分子添加シリコン結晶を赤外吸収分光測定装置で調べた結果、導入水素原子が水素分子の状態で結晶中に捕捉されていることを確かめることができた。この非平衡処理には4つのパラメーター(処理温度、マイクロ波パワー、水素ガス圧及び処理時間)が存在する。結晶中に水素分子のみ形成し、新機能発現を目指すためには、これらのパラメーター制御が重要になる。そこで現在、処理温度、マイクロ波パワー、水素ガス圧及び処理時間等のパラメーターを様々に変えた試料を作製し、形成最適化のための条件出しを行っている。また、上記の形成最適化の条件導出と並行して、作製された水素分子添加シリコン結晶への電子・中性子照射を行い、照射に対する耐性を調べているところである。
連結会計・開示・監査の連関-監査役・会計監査人の役割を中心として-

本研究は、平成13年度からの4年間にわたって実施された。当初の計画では、内外の文献・資料の収集と分析を通じて、連結企業における内部統制システムの中で連結会計がいかに整備されるべきかについて、連結会計・開示・監査の連関の視点から、日本法とイギリス法の比較研究を予定していた。しかし、予想外に早く立法作業が進展し、平成13年に入るとすぐに商法改正が成立し、翌14年からは、商法特例法上の大会社についての連結計算書類制度が実施の体制に入った。そのため、理論面のみならず実務面からも多数の提案と実例が生じたため、その分析および検討に時間をとられる結果となった。また、平成14年には再度、商法が改正され、大会社の社外監査役の選任資格に関する規定が改められたため、実務的な問題の検討が必要となった。加えて、平成13年以来懸案であった「会社法制の現代化」のための立法作業が進行し、本年には立法化される見通しとなったことに伴い、本研究テーマに関しても、追加的に検討すべき課題が続出した。その意味で、本研究では、制度の沿革や外国の法制に関する研究に十分な時間をさく余裕はなかった。むしろ、リアルタイムで進行する社会的な変動に対処するため、本研究課題の基盤となる「連結会計・開示・監査の連関」の理論を改正商法のもとで再構築することに努めざるを得なかった。そのため、現在までの研究成果としては、これらの改正が連結会計制度にもたらす影響のほか、監査役制度が果たすべき役割に関する研究を深めるにとどまった。もっとも、本研究の主題である「連関」の理論を明確化するため、企業会計規制全体の枠組みについても再検討する機会となった。なお、授与された研究資金により、連結会計制度全体に関する制度論的ないし比較法的研究のための資料の収集と分析は着実に進展しており、近い将来、その研究成果を発表できるものと思う。本年度は、内外の文献・資料の収集と分析に当たり、研究の対象としては、連結企業の内部統制の中で連結会計がいかに整備されているか、また、整備されるべきかについて、監査役や会計監査人の役割を中心として、日本法とイギリス法の比較法的な研究を予定していた。しかし、わが国の立法史上初めてであるが、半年間に3回もの商法改正が実現したため、会社法の基本的な枠組みに多大な変化が生じてしまった。しかも、平成14年2月13日、本年の通常国会に提出すべく法制審議会による「商法等の一部を改正する法律案要綱」が確定し、その中では、さらなる大改正が現実のものとなってきた。ことに、要綱案のなかでは、本研究課題に直接関連するところとして、商法特例法上の大会社についての連結計算書類制度の導入が予定されている(要綱案第一三参照)。そこで、これらの変動に対処するため、一方で、当初の予定通りに本研究課題に関する内外の文献の収集と分析にあたるとともに、他方で、本研究課題の基盤となる「企業会計・開示・監査の連関」の理論を改正商法のもとで再構築することに努めた。その結果、本年度の研究成果としては、日英の監査役制度を比較した英文の論稿や経済誌に監査役制度の独自性を主張した巻頭論文を執筆し発表したほか、近日公刊予定の著作(共著)の中で「企業会計と監査」について詳述し、上記の連関の理論を進展させた。

そのほか、新たな研究発表の手法と場を模索した結果、連関の理論をはじめとした企業会計法に関わる私見を広く一般に提言するため、インターネット上にホームページを開設した(「西山芳喜の監査役制度論(http://www.geocities.co.jp/CollegeLife/2105/)」)。なお、本年度は、連結会計自体に関する比較法的研究の成果を発表するに至っていないが、研究はすでに着手されており、次年度以降に発表予定である。本年度は、前年度に引き続き、内外の文献・資料の収集と分析に当たり,研究の対象としては、連結企業の内部統制の中で連結会計がいかに整備されているか,また,整備されるべきかについて,日本法とイギリス法の比較研究を予定していた。しかし,平成14年5月商法改正が成立し,同改正により,わが国の立法史上初めて,委員会等設置会社が制度化され,会社法の基本的な枠組みに多大な変化が生じるとともに,本研究課題に直接に関連する事柄として,商法特例法上の大株式会社についての連結計算書類制度が導入された。同改正の実際の適用は平成14年度の決算に係る定時総会の終結時以降であるが、これらの変動に対処するため,一方で,当初の予定通りに本研究課題に関する内外の文献の収集と分析にあたるとともに,他方で,本研究課題の基盤となる「企業会計・開示・監査の連関」の理論を改正商法のもとで再構築することに努めた。本年度の研究成果としては,この改正が商法会計にもたらす影響に関して,連結計算書類制度を中心に研究を深め,数本の論考を執筆し発表したほか、株主代表訴訟における監査役の役割について,被告取締役側への補助参加問題を取り上げた論文を発表した。また,今年度当初に上梓した著作(共著)を今回の改正に準拠し,かつ本研究の主題である連関の理論を明確化するため,「企業会計と監査」について早速に書き改め,近日中に公刊の予定である。本年度においては,この改正法上の論点の明確化に力をそそいだため,連結会計自体に関する比較法的研究の成果を発表するに至っていないが,研究はすでに着手されており,次年度以降の課題とする。なお,平成15年4月1日付けで九州大学大学院法学研究院教授として転出することが内定したため,研究拠点の移動に伴う各種の障害が予想されるが,関係機関のご協力とご支援を得て研究の進展に支障のないように務める所存である。本年度は,前年度に引き続き,内外の文献・資料の収集と分析に当たり,連結企業における内部統制システムの中で連結会計がいかに整備され,また,整備されるべきかについて,日本法とイギリス法の比較研究を予定していた。しかし,平成14年に成立した商法改正が平成15年4月1日施行され,わが国の立法史上初めての委員会等設置会社が誕生するとともに,会社法の基本的な枠組みに多大な変化が生じた。また,本研究課題に直接に関連する事柄として,平成14年の営業年度の決算に係る定時総会の終結を契機として,大会社についての連結計算書類制度が本格実施の体制に入った。また,平成17年5月1日から施行される社外監査役制度の厳格運用に備えて,各論的な問題の検討に入った。これらの変動に対処するため,一方で,本研究課題に関する内外の文献の収集と分析にあたるとともに,他方で,本研究課題の基盤となる「連結会計・開示・監査の連関」の理論を改正商法のもとで再構築することに努めた。本年度の研究成果としては,この改正が商法会計および証券取引法会計にもたらす影響に関して,連結計算書類制度や社外監査役制度を中心に会計および証券取引法会計にもらたす影響に関して,連結計算書類制度や社外監査役制度を中心に研究を深め,数本の論考を執筆し発表したほか,企業会計規制全体の基礎となる商業帳簿制度について再検討する機会を得た。
補償的バランス反応における頭部制御能の加齢変化と脊柱形態・可動域との関連性

本年度は、前年度に計測した脊柱形態と頭部動揺との関連性について、ステップ反応時の解析における前段階として、両足底部で構成される支持基底面を狭小した条件下における脊柱形態と頭部動揺との関連性について解析を実施した。支持基底面の条件として、静止立位姿勢よりも力学的に不安定である両足内側縁を接したロンベルグ肢位および継ぎ足位(タンデム肢位)を設定した。モーションキャプチャシステムを用いて、静止立位、ロンベルグ肢位、タンデム肢位の3条件における、頭部、胸郭部、骨盤部および全身のセグメントモデルを作成、各セグメントにおける質量中心の加速度値を前後・左右方向別に算出し、脊柱形態との関連性を解析した。解析の結果、脊柱形態と各セグメントの質量中心加速度値との有意な関連性はタンデム条件で認められた。タンデム条件下では、胸椎の後彎角および骨盤の傾斜角と前後・左右方向への頭部の質量中心加速度との間に有意な正の相関関係を認めた。これらの結果から、タンデム条件のように左右方向の支持基底面が極端に狭小化する状況下では、胸椎の後彎角増大や骨盤傾斜角(前傾角)の減少といった加齢による典型的な脊柱形態の変化が、頭部質量中心の動揺量増加つまり不安定性に関連していることが明らかとなった。上記の研究実績に加えて、本年度には外乱負荷装置を用いたステップ反応動作を計測した。本年度に解析した支持基底面の狭小条件下における頭部動揺の特性も踏まえて、来年度はステップ反応時の頭部制御能の加齢変化についての解析を進める計画である。本年度は特注していた外乱負荷装置が納品され、高齢被験者と若年被験者の計50名にご協力いただき、外乱負荷応答時のステップ反応動作および脊柱形態・可動域を計測することができた。本年度に計測した、高齢・若年被験者における外乱負荷応答時のステップ反応動作に関して、三次元動作解析ソフトウェア(C-motion社製、Visual3D)を用い、運動学・運動力学的な特性を解析する。加えて、脊柱形態および可動域とステップ反応動作時の頭部・体幹制御能との関連性についても解析を進める。本年度は研究課題を推進するための環境整備および基礎的データの収集を実施した。所属機関における倫理審査委員会の承認を得て、高齢者の関連団体へ研究の趣旨や協力条件等を説明したのち、同意を得られた高齢被験者32名について計測を実施した。脊柱計測・分析器(Spinal Mouse;Index社)を用いて、高齢被験者の矢状面と前額面上の脊柱形態および脊柱の可動域を計測した。補償的バランス反応の計測については、納品予定であった特注の外乱負荷装置の製作が間に合わなかったため、本年度は補償的バランス反応の基礎データとなる静止立位時の身体重心および圧中心の動揺を計測した。静止立位時の重心動揺計測には、3次元動作解析装置(Mac3D system;Motion Analysis社)を、圧中心の動揺計測には床反力計(BP400600;AMTI社)を用い、それぞれの信号をパーソナルコンピュータへの取り込み時に同期して記録した。本年度は倫理審査や高齢被験者の確保等で時間を費やしたため、上記の計測をするに留まった。来年度は、本年度に計測した前額面・矢状面上の脊柱形態や可動域の特性と、静止立位姿勢の重心・圧中心の動揺特性との関連性について解析をすすめつつ、若年群のデータを収集し、加齢による影響について検討する。加えて、本年度に製作が間に合わなかった特注の外乱負荷装置を用いて、高齢被験者の後方向および側方向へ外乱を加えた際の補償的バランス反応の特性を解明すべく、データを収集する予定である。所属機関の倫理審査を通過し、高齢被験者の脊柱形態および可動域を計測した。加えて、3次元動作解析装置と床反力計を用いて、静止立位時の重心および圧中心データの収集を実施した。本年度に納品予定であった特注の外乱負荷装置の納品が遅延してはいるが、研究は概ね順調に進展している。

本年度に解析した支持基底面の狭小条件下における頭部動揺の特性も踏まえて、来年度はステップ反応時の頭部制御能の加齢変化についての解析を進める計画である。本年度は特注していた外乱負荷装置が納品され、高齢被験者と若年被験者の計50名にご協力いただき、外乱負荷応答時のステップ反応動作および脊柱形態・可動域を計測することができた。特注の外乱負荷装置が納品され次第、本年度に脊柱形態・可動域および静止立位時の重心・圧中心のデータ計測でご協力いただいた高齢被験者に協力を要請し、補償的バランス反応の計測を実施する予定である。加えて、本年度に計測したデータの解析を進めるとともに、対照群としての若年被験者への協力要請および計測を実施する予定である。本年度に計測した、高齢・若年被験者における外乱負荷応答時のステップ反応動作に関して、三次元動作解析ソフトウェア(C-motion社製、Visual3D)を用い、運動学・運動力学的な特性を解析する。加えて、脊柱形態および可動域とステップ反応動作時の頭部・体幹制御能との関連性についても解析を進める。本年度に納品・支払予定をしていた特注品の外乱負荷装置の製作が滞り、納品・支払いに至らなかったため、次年度使用額への計上となった。次年度前半期には納品予定であるため、次年度分と合わせて、外乱負荷装置の購入および実験に必要な人件費・謝金に使用する。特注した外乱負荷装置の納品が予定よりも遅れたために、データ計測および解析時期が後倒しになり、本年度に予定していたデータ解析のための人件費や公表のための学会参加旅費が次年度の使用となったため。来年度は計測データの解析に必要なハード・ソフトウェア購入や人件費、公表のための学会参加旅費として使用する計画である。
ケミカルシャペロンを活用した難治性神経疾患の新規治療戦略の構築

(1)コンゴレッドは脊髄小脳変性症14型(SCA14)の原因となる変異γPKCの凝集体形成を抑制し、変異γPKCの細胞毒性を減少させることを明らかにした。(2) 30%のタンパク質の分解に関与するシャペロン介在性オートファジー(CMA)の活性を評価する新たな蛍光プローブを開発し、SCA14においてはCMAが抑制されることを明らかにした。(3)ケミカルシャペロンの4-phenylbutylate (4-PBA)がセロトニントランスポーター(SERT)のセロトニン取り込み活性を上昇させることを明らかにした。その機序として、4-PBAがシャペロン効果を発揮しSERTの膜輸送を促進することが考えられた。(1)ケミカルシャペロンによるセロトニントランスポーター活性調節機構うつ病や不安障害の発症に関連するセロトニントランスポーター(SERT)は、小胞体(ER)で合成された後、膜輸送の系で細胞膜に運ばれて機能を発揮する。この膜輸送は小胞体ストレスにより障害されることを明らかにし、ケミカルシャペロンがSERTの膜輸送を促進し、細胞膜に発現するSERTを増加させることを明らかにした。このことから、ケミカルシャペロンが新たなSERT機能調節薬としての働きを持つ可能性が示された。(2)シャペロン介在性オートファジー活性を細胞レベルで検知するシステムの開発タンパク質分解の30%を占めると考えられているシャペロン介在性オートファジー(CMA)の活性を細胞レベルでリアルタイムに検知できるシステムをイメージングを駆使して開発した。具体的には、CMAの基質となるGAPDHにハロタグを融合させたタンパク(3)CMAは低酸素負荷により活性化され、神経細胞死を抑制する。神経細胞株あるいはラットの中大脳動脈閉塞モデルを用いた検討により、細胞株で低酸素負荷をかけた際、あるいはラットに脳虚血負荷をかけた際にCMAの必須タンパク質であるLAMP2Aが増加しLAMP2Aをノックダウンさせると細胞死が増悪することを明らかにした。ケミカルシャペロンスクリーニング系の構築及び神経変性疾患に対する展開研究実績:(1)シャペロン介在性オートファジー活性を細胞レベルで検知するシステムの開発タンパク質分解の30%を占めると考えられているシャペロン介在性オートファジー(CMA)の活性を細胞レベルでリアルタイムに検知できるシステムをイメージングを駆使して開発した。具体的には、CMAの基質となるGAPDHにハロタグを融合させたタンパクGAPDH-HTを蛍光ハロタグリガンドで標識したものを用いる。GAPDH-HTはCMAを活性化させる刺激によりリソソームに集積することが分かった。今後この方法を応用して、CMAを活性化させる薬物をケミカルシャペロンも含めてスクリーニングする予定である。(PLoS ONE 7(2012)e31232)(2)CMAは低酸素負荷により活性化され、神経細胞死を抑制する。神経細胞株あるいはラットの中大脳動脈閉塞モデルを用いた検討により、細胞株で低酸素負荷をかけた際、あるいはラットに脳虚血負荷をかけた際にCMAの必須タンパク質であるLAMP2Aが増加しLAMP2Aをノックダウンさせると細胞死が増悪することを確認した。(Neurochem.Int.60(2012)431-442)神経変性疾患に対する展開動物モデルを用いた検討研究実績:(3)変異γPKCをレンチウイルスで生後マウスの小脳のプルキンエ細胞に発現させ、SCA14のモデルマウスを作製した。本マウスよりスライスを作成し、長期抑圧現象(LTD)を観察したところ、その発現が低下していることが明らかになった。変異γPKCによりLTDの発現に必須であるαPKCの動態が障害されることが一因であることを突き止めた。(J.Neuroscience 31(2011)14324-14334)気分障害(うつ病)への展開1ケミカルシャペロンの一種である4-フェニルブチル酸(4-PBA)は、抗うつ薬の作用点であるセロトニントランスポーター(SERT)の取り込み活性を上昇させることを見出した。その機序について検討したところ、4-PBAは、小胞体に停留しているSERTの膜輸送を促進し、細胞膜の発現量を相加させる効果があることが明らかになった。加齢や脳虚血などで小胞体ストレスが生じ、SERTの膜輸送が阻害され、シナプス間隙でのセロトニンの回収が不足し、最終的にセロトニン神経伝達が不活性化することが予想される。このことが、老人性うつや脳梗塞後のうつの原因になりうる。4-PBAのようなSERTの膜輸送を促進する薬物は、それらの病態を改善させる新たな気分障害治療薬になりうることが示唆された。

( J. Pharmacol. Sci. (2013) in press)2SERTを発現させたセロトニン神経細胞株RN46AにcAMPアナログを作用させ、細胞内のcAMPを上昇させるとSERTのセロトニン取り込み活性は上昇し、その際同時にRN46A細胞は神経細胞様に分化することが明らかとなった。この現象の分子メカニズムについて検討したところ、cAMPを上昇させたRN46A細胞では、SERTの分解が抑制され、細胞膜に発現するSERT量が増加することがわかった。このことから、セロトニン神経が発達・分化する際にSERTの取り込み活性が上昇し、より多くのセロトニンが回収されセロトニン神経伝達が強化されることが示唆された。(J. Pharmacol. Sci. 121 (2013) 25 -38 )ケミカルシャペロンの薬物探索系の構築の課程が、シャペロン介在性オートファジー(CMA)の評価系と薬物検索系の開発に結び付いた。ケミカルシャペロンの中にもCMAの活性を調整する薬物が存在する可能性があると思われるので、今後両者の関わりを明らかにすることで、より効果のある神経難病に対する薬物が見いだせる可能性もある。24年度が最終年度であるため、記入しない。薬物スクリーニング系の開発、特にその自動化において、研究計画が進んでいないので、ハイコンテント顕微鏡を使った新たな自動化の方法の開発を模索する予定である。今後これらの成果を、in vivoでの検討に生かしていきたい。
中枢性肺癌のelectrochemotherapyによる治療

(1)電極の開発:まずは、肺癌により全周性に狭窄した中枢気道の開存性の改善を図るために用いる電極として、製作が比較的容易であるバスケット型カテーテル電極を作成した。外径23mmのポリスチレンチューブに内包された電極を気道狭窄部で押し出すと先端がバスケット状に広がる。35度で硬化、形状回復する形状記憶合金を電極の材料に用いてあり、カテーテル先端が鋭い針状になっていてバスケット開口時に各電極間が数mmとなるものを閉塞部位の腫瘍に穿刺して電極穿孔を施行する仕様の電極である。(2)マウスにおける肺扁平上皮癌細胞株におけるelectrochemotherapyの効果の検討:2種類の肺扁平上皮癌細胞株をマウスの背部に接種して作った癌を、プレオマイシン腹腔内投与後に電気穿孔を施行した場合は、腫瘍の著明な縮小を認めたが、プレオマイシン投与のみ、電気穿孔のみの場合は、腫瘍はコントロールと同様に増大した。以上より、electrochemotherapyが肺扁平上皮癌に対して有効であることが動物実験で示唆された。(3)犬における安全性実験:犬において気管支鏡下にカテーテル電極を気管支に設置して、遺伝子導入に用いて従来法に比べてはるかに効率の良いことが証明された低電圧で数回短形波の電圧をかける新しい電気穿孔法を施行した。電気穿孔時には、心電図同期装置により、電気刺激が心電図のR波に同期して始まりR波より200ms以内に電気穿孔が終了するように設定した。犬において、電気穿孔時の軽度の気道攣縮はみられたが、不整脈や電気穿孔部の組織損傷などはみられなかった。以上より、電極の開発がなされ、electrochemotherapyの肺扁平上皮癌に対する有効性と安全性が動物実験で示唆された。
原子価異性錯体の配向制御に基づく分極反転の実現

原子価異性錯体とは金属配位子間電子移動により酸化状態が可逆にスイッチする錯体であり、酸化還元異性錯体とも呼ばれる。代表的なコバルト原子価異性錯体ではコバルトとカテコール間で電子移動が誘起される。原子価異性現象は電子移動を伴うため、異性化に伴い分子の有する双極子モーメントが変化する。本研究では原子価異性錯体の分子配向を制御することにより、温度変化で分極が可逆に反転する新物質を開発する。
高等植物における外来遺伝子発現解析系の開発とその病害防除への応用

高等植物への外来遺伝子導入法とその発現解析法を確立する目的で,オオムギ子葉鞘内表皮とマイクロインジェクション法を用いた。導入する遺伝子としては,オオムギには存在しないβーグルクロニダ-ゼ生産遺伝子とタバコモザイクウイルス外被タンパク質生産遺伝子を用いた。これらの遺伝子を子葉鞘表皮細胞に直接マイクロインジェクション法で注入し,転写されたmRNAおよびmRNAから翻訳されたタンパク質産物について,それぞれ標識RNAプロ-ブもしくは標識抗体を用いて検出した。これらのプロ-ブや抗体を細胞内に導入する場合にもマイクロインジェクション(プリッキング法)を使用した。これらの方法は,マイクロインジェクション法とin situハイブリダイゼ-ション法もしくはin situイムノアッセイ法を組合せたもので,特定部位の遺伝子発現検出法としては新規の方法といえる。本研究で得られた結果はすでに日本植物組織培養学会誌に原稿投稿中であり,本法の原理などについては植物細胞工学誌1992年4巻3号に掲載される予定である。一方,本法の病害防除への応用に関する試みとしては,上述のマイクロインジェクション法によってキチナ-ゼをうどんこ病菌感染オオムギ細胞に導入し,うどんこ病菌が効果的に分解されることを明らかにした。この結果については,Plant Cell Reports誌1991年10巻に掲載された。このような結果から,キチナ-ゼ遺伝子の高等植物への導入が,病害防除の有効な手法になりうることが示唆されたので,キチン分解性細菌からキチン分解酵素生産遺伝子を単離し,一部その塩基配列を決定した。今後は,この遺伝子の全塩基配列を決定するとともに,その遺伝子を種々の高等植物に導入し,実際の防除効果を検定する。
マイクロ波リモートプラズマによる新しい窒化物半導体単結晶薄膜成長と評価

マイクロ波励起による窒素プラズマを用いた有機金属気相成長法を提案することにより、InN単結晶薄膜が得られることを報告して以来、InNおよびInAIN単結晶薄膜作製実験を試みるとともに、それらの基礎物性を解明してきた。基板温度、マイクロ波パワー、原料ガス流量比等を変化させ、単結晶成長条件を明らかにし、RHEED,XRD,EPMA,XPS,AES,X線ロッキングカーブ等の構造評価解析を行ってきた。また、キャリア濃度や移動度等の電気的特性を測定し、可視紫外光透過吸収反射特性やラマン効果、赤外反射特性などの光学的測定を行った。以下に、本研究で得られた成果について述べる。(1)真空および窒素雰囲気中で試料を加熱処理し、表面状態および組成変化を明らかにした。(2)微小硬度を初めて測定し基礎データを得た。(3)ポストアニールによる変化をRHEEDにより調べ、サファイア基板と成長膜のエピタキシャル成長軸方向の関係を解明するとともに、X線ロッキングカーブの半値幅測定から結晶性が大幅に改善することを見出した。(4)光学測定から、バンドギャップの温度依存性を求め、極低温から室温に至る変化を調べ、窒化物半導体(InN,AIN,GaN)は、温度依存性が小さいことを初めて明らかにした。窒化物を含めたIII-Vを化合物半導体では、V族元素の原子量とともに、温度依存性が大きくなるなど、構成元素の組み合せとの間に、顕著な規則性を明らかにした。(5)InAIN混晶単結晶薄膜は、今まで報告されていなかったが、我々は、A1組成14%以下において単結晶薄膜成長に成功し、電気的光学的特性を明らかにするとともに、混晶組成制御を可能とした。(6)サファイア基板に代わり、GaAs,GaP基板上への成長を試み、単結晶薄膜を得た。成長直前の窒素プラズマ照射が有効であることを明らかにし、成長初期の窒化過程を考察した。以上の結果は、すべて公表されている。マイクロ波励起有機金属気相成長法により、InN単結晶薄膜を始め、GaNおよびInAlNについて成長実験を試みた。InN単結晶薄膜の結晶性改善のため、アニールを行い、X線ロッキングカーブ半値幅の大幅改善を確認するとともに、サファイア基板上におけるエピタキシャル成長方向をX線・電子線回折により決定した。また、将来のオプトエレクトロニクスへの応用を考えた場合、サファイア基板に代って半導体結晶上への成長が不可欠となるが、今回GaP(111)およびGaAs(111)面上への成長を試み、単結晶薄膜を得た。成長直前の窒素プラズマ照射をわずかに試みることが必要であることが判明し、XPS測定によれば、基板表面が窒化されており、バッファ層が形成され、格子ミスマッチが緩和されていることが考えられる。GaAs(100)面上では通常の六方晶とは異なる立方晶InNが得られる場合も多々見られ、今後この条件を明らかにし、基礎物性を究明する必要がある。立方晶InNの単結晶薄膜は未だ報告はない。将来のデバイス作製時には、結晶表面の熱的安定性が問題になろうが、真空および窒素雰囲気中での高温加熱による表面構造の変化を明らかにするとともに、また、アニールによる表面構造の変化を走査トンネル顕微鏡により、追究した。さらに、InN薄膜の基礎特性の一つとして微少硬度を測定した。バンドギャップの温度依存性を液体ヘリウム温度から室温に到る範囲で測定した。

InN,GaN,AlNの窒化物半導体は、他のIII-V化合物半導体に比べ、相対的変化は小さいことが判明し、良好な温度依存性を有するデバイスが作製できる可能性がある。これらのデータはすべて公表している。マイクロ波励起有機金属気相成長法を提案し、InN単結晶薄膜を始め、新しい窒化物半導体であるInAINについて成長実験を試み、それらの基礎物性を明らかにしてきたので、その概要を述べる。InN単結晶薄膜作製に成功して以来、その結晶性改善のため、ポストアニール実験を行い、X線ロッキングカーブ半値幅の大幅改善を確認するとともに、サファイア基板上におけるエピタキシャル成長軸方向をX線、電子線回折により決定した。また、将来のオプトエレクトロニクスへの応用を考えた場合、サファイア基板に代わり、半導体結晶上への成長が不可欠になるが、GaPおよびGaAs上への成長を試み、単結晶薄膜を得た。成長直前の窒素プラズマ照射が有効であることを明らかにし、成長初期過程を考察した。将来のデバイス作製時には、結晶表面の熱的安定性が問題になるが、真空および窒素雰囲気中での高温加熱による表面構造の変化を明らかにするとともに、アニールによる表面構造の変化を走査トネル顕微鏡により、追求した。さらに、InN,AINのバンドギャップを液体ヘリウム温度から室温まで測定し、その温度依存性を明らかにした。InN,GaN,AINの窒化物半導体は、他のIII-V族化合物半導体と比較し、相対的変化が小さいことが判明し、良好な温度依存性を有するデバイス実現の可能性を指摘した。他のIII-V族化合物半導体のバンドギャップ温度依存性に関するデータを比較検討した結果、構成元素の組合せとの間に顕著な規則性があることを初めて見いだした。InAIN系の単結晶薄膜は今まで報告されていなかったが、AI組成14%以下にて、単結晶薄膜作製が可能であり、その成長条件を明らかにし、X線回折、バンドギャップ測定から確認し、混晶組成の制御が可能となった。電子線回折により単結晶であることを初めて確認するとともに、電気的光学的特性を調べた。以上の結果は、本研究で初めて得られたものであり、すでに公表されている。