hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マウスの感覚機能補償にともなう神経活動と血流動態の適応機序に関する研究

脳神経活動が生じることによるエネルギー代謝と、その消費エネルギーを補うための脳血流調節は、神経・グリア・血管が密接な相互関係により成り立っている。このような神経活動に伴う血流調節機序を神経血管カップリングと呼ぶ。この神経血管カップリングが、脳内の環境変化に伴いどのような可塑的な性質を示すかを明らかにすることが本研究の目的である。特に、感覚入力を人為的に除去することによる脳機能の可塑的な変化に焦点をあてて、マウスを用いた生体光イメージング技術を用いながら測定を行った。初年度は、神経活動と酸素代謝、脳血流動態を評価するための光生体イメージング実験の立ち上げを行った。特に小動物から脳循環代謝機能を生体光イメージングで画像化する新たなイメージング装置を開発に成功した。さらに開発した測定システムについて動物実験を用いた評価を行い、測定値の安定性を確認した。また、フラビン蛍光イメージングによる脳機能評価をさらに高精度で行うための画像補正法の開発も行った。次年度は、初年度から続けていた脳機能測定の新規画像補正法の開発に成功した。現在、本研究への応用を進めている。また初年度に開発した脳循環代謝機能の生体光イメージング装置を用いて、感覚除去後の脳機能の経時変化を明らかにした。また、二光子励起レーザー顕微鏡を用いて感覚除去前後における動脈や静脈や毛細血管などの個々の血管機能の評価を行い、特に動脈における機能的回復を確認した、現在、神経活動のカルシウムイメージング技術を用いて感覚除去前後での神経活動の機能的変化を評価している。本研究により感覚入力の変化に伴う脳機能の可塑的メカニズムについてその一部を明らかにすることができた。これらの研究成果は、リハビリテーションの基礎的な生理メカニズムを明らかにするだけではなく、現在発展が著しい再生医療などによる脳機能再生メカニズムの基盤的な知見になると考える。片側の頬ヒゲ切除による感覚除去を施したマウスの体性感覚野において、神経および脳血管がどのような機能的変化を示すのか、その可塑的メカニズムの解明を試みた。特に、賦活脳血管反応性を正確に評価可能な光イメージング装置と画像解析技術の開発により独自性の高い研究を行うための測定基盤を構築し、それにより新たな生理現象の発見を目指した。平成26年度は、前年度に開発した小動物を用いた脳循環代謝の生体光イメージング装置(2014年10月に国際誌Journal of Neuroscience Methodsに掲載)を用いて、感覚除去後の脳循環代謝の1ヶ月間の長期測定を行い経時変化を観察した。感覚除去直後から2週間で賦活時の脳血管反応性と酸素消費量が低下するが、除去後3週間以降に機能的回復を示すことが分かった。また、二光子励起レーザー顕微鏡により、動脈、毛細血管および静脈での脳賦活時の血管拡張機能を測定したところ、感覚除去後の3週間以降での血管拡張機能の機能的回復をとらえることができた。さらに、フラビン蛍光イメージングによる脳機能評価法が脳血流動態によるノイズの影響を受けるため、同時に同じ脳表から得た脳血流動態の測定値を用いることでノイズを除去する画像解析法を新たに開発した。これは、本研究で用いた測定装置が2つのCCDカメラにより同じ脳表から脳機能をイメージングすることにより可能となったものである。この解析法を用いることで、血流動態が様々に変化する脳疾患モデルマウスにおいても脳機能の正確な評価が可能になるため、今後この方法を用いて、感覚除去後の脳機能変化への評価に応用する。ニューロンが蓄えることのできるエネルギー量は限られているため,脳に対する絶え間ない血流供給は,その恒常性を維持する上で有効である。計測技術の発展にともない,脳はエネルギー代謝の需要と供給のバランスを維持するために,自身の血流量を繊細な機構によって調節していることが明らかにされ, 1世紀以上におよぶ課題は徐々に解決されつつある。一方で,脳の局所領域における酸素代謝量とそれにともなう脳血流増加量の不一致(酸素代謝と脳血流のアンカップリング)や関連する血管調節因子の決定など解決すべき生理学的課題も残されている。本研究では,覚醒状態のマウスから脳血流を測定できる実験システムを開発し,正常な生理状態を維持した条件下での脳機能マッピングや脳血流動態の測定を行った。具体的には,1、ニューロン活動と脳血流量変化の同時計測,2、脳血流量動態(赤血球の挙動)変化と脳組織における局所酸素消費量の同時計測法の開発である。新たに開発した実験システムを利用し,覚醒マウスにおける失われた機能の補償機構について,ニューロン活動と脳血管反応性を関連付けた研究を展開している。げっ歯類は周囲の環境情報を頬ヒゲを利用して感知する。その情報は大脳皮質体性感覚野に伝達される。げっ歯類体性感覚野には特徴的なバレル野が存在し,各ヒゲからの感覚入力は対応する各バレル構造で処理される。これまでに,幼児期にバレル野の一部機能を失った領域では,それを補うために他のバレル野がより強く活性化されることを明らかにした。感覚機能の補償にはニューロン活動の変化と,それに対応する血管反応性の変化をともなう。可塑性が脳内のどのような「仕組み」によって引き起されるかを解明することは,リハビリテーションへの応用が期待できる。

この神経血管カップリングが、脳内の環境変化に伴いどのような可塑的な性質を示すかを明らかにすることが本研究の目的である。特に、感覚入力を人為的に除去することによる脳機能の可塑的な変化に焦点をあてて、マウスを用いた生体光イメージング技術を用いながら測定を行った。初年度は、神経活動と酸素代謝、脳血流動態を評価するための光生体イメージング実験の立ち上げを行った。特に小動物から脳循環代謝機能を生体光イメージングで画像化する新たなイメージング装置を開発に成功した。さらに開発した測定システムについて動物実験を用いた評価を行い、測定値の安定性を確認した。また、フラビン蛍光イメージングによる脳機能評価をさらに高精度で行うための画像補正法の開発も行った。次年度は、初年度から続けていた脳機能測定の新規画像補正法の開発に成功した。現在、本研究への応用を進めている。また初年度に開発した脳循環代謝機能の生体光イメージング装置を用いて、感覚除去後の脳機能の経時変化を明らかにした。また、二光子励起レーザー顕微鏡を用いて感覚除去前後における動脈や静脈や毛細血管などの個々の血管機能の評価を行い、特に動脈における機能的回復を確認した、現在、神経活動のカルシウムイメージング技術を用いて感覚除去前後での神経活動の機能的変化を評価している。本研究により感覚入力の変化に伴う脳機能の可塑的メカニズムについてその一部を明らかにすることができた。これらの研究成果は、リハビリテーションの基礎的な生理メカニズムを明らかにするだけではなく、現在発展が著しい再生医療などによる脳機能再生メカニズムの基盤的な知見になると考える。平成25年度に開発した脳循環代謝の生体光イメージング装置を用い、感覚除去を施したマウスを長期的に観察した。これにより、機能回復の過程における脳血管反応性と酸素消費量の関係を明らかにした。また、二光子励起レーザー顕微鏡を用いたカルシウムイメージング・形態観察は現在進行中である。マウス幼児期に頬ヒゲ受容器細胞の外科的除去により,ヒゲ感覚を一部欠損した個体を作成した。その後、通常飼育により成体まで成長した個体を用いて解析を行った。25年度は,ヒゲ感覚の欠損によるバレル領域の血流動態とニューロン活動との時間的・空間的関連性について明らかにすることを目標とした。しかし,頬ヒゲ受容器細胞の除去方法の確立に時間を要したため,以下に示す各課題についてはやや遅れが生じている。1ヒゲ感覚の一部欠損による体性感覚野バレル領域の構造とニューロン応答の変化:膜電位感受性色素(RH1691)を用いた外因性イメージングにより,ヒゲ感覚一部欠損個体における体性感覚野バレル野ニューロン応答については評価できたが,構造変化は未確認である。組織形態学的観察は26年度のテーマとするが,バレル野のニューロン群に応答変化が認められたことから,感覚除去の方法を変更することなく今後の実験を展開する。2レーザースペックル血流計測法による血流動態の定量的解析:レーザースペックル血流計測法により,脳血流二次元マッピングの慢性測定を行った。覚醒マウスのヒゲ刺激にともなうバレル領域での血流量変化を定量的に評価し,感覚欠損群とコントロール群で比較した。
ピアサポート活動への参加による学生の発達過程―1年間の縦断調査による検討―

ピア・サポート活動による,教育的効果が学校教育場面においても期待されている。しかし,従来の研究は実践報告などに留まっており,エビデンスの質が十分ではなかった。そこで本研究はピア・サポート活動を通して生じる,学生の成長を実証的な方法によって明らかにする。本研究では第1に,ピア・サポート活動により発達する能力を測定する尺度を構成する。第2に,1年間の縦断調査を実施することで,ピア・サポート活動による発達過程を定量的に検討する。本研究では上記の研究を実施する上で複数の大学に協力を依頼する。複数の大学から得られたデータから今後ピア・サポートを運営・導入していく際の有益な知見の提供が期待できる。
談話情報付きコーパスの構築とそれを用いた談話解析に関する研究

本研究では,形態素解析,構文解析,意味解析などの解析レベルで有効性が実証されている,実際の言語データからの言語知識獲得手法を談話解析のレベルに適用する.このため,まず,省略箇所の補完情報や談話単位の境界などの,談話情報をタグとして付与したコーパスを構築する.この際,省略の補完に関する付随情報として,談話中での焦点の移動に関する情報を合わせて付与する.このコーパスの構築には,多大な人的労力が必要となる.これを軽減するため,コーパスへ談話情報を人手で付与するのを支援する視覚的なツールを作成する.このツールは,我々がこれまでに開発した省略の補完および談話境界の推定を行なう手法を利用し,タグを付与する人間の労力を軽減する機能を実現する.次に,構築したコーパスから,省略の補完や談話境界の推定に利用できる規則を,確率的手法および機械学習の手法を用いて獲得し,獲得した規則集合を用いて談話解析を行なう手法を開発する.また,獲得した規則を実際のテキストに適用し,本手法の有効性を評価する.8年度では,まず,省略箇所とその補完情報や談話単位の境界などの,談話情報をタグとして付与したコーパスを構築した.このコーパスの構築には,多大な人的労力が必要となる.これを軽減するため,コーパスへ談話情報を人手で付与するのを支援する視覚的なツールを作成した.このツールは,現有のワークステーション上のWorld Wide Web(WWW)ブラウザとして実現した.ツールの利用者は,ブラウザの画面上に表示された元データに,省略の起こっている箇所,補うべき対象との対応,談話単位の境界と思われる箇所などの談話情報を付与する.本研究では,形態素解析,構文解析,意味解析などの解析レベルで有効性が実証されている,実際の言語データからの言語知識獲得手法を談話解析のレベルに適用する.このため,まず,省略箇所の補完情報や談話単位の境界などの,談話情報をタグとして付与したコーパスを構築する.この際,省略の補完に関する付随情報として,談話中での焦点の移動に関する情報を合わせて付与する.このコーパスの構築には,多大な人的労力が必要となる.これを軽減するため,コーパスへ談話情報を人手で付与するのを支援する視覚的なツールを作成する.このツールは,我々がこれまでに開発した省略の補完および談話境界の推定を行なう手法を利用し,タグを付与する人間の労力を軽減する機能を実現する.次に,構築したコーパスから,省略の補完や談話境界の推定に利用できる規則を,確率的手法および機械学習の手法を用いて獲得し,獲得した規則集合を用いて談話解析を行なう手法を開発する.また,獲得した規則を実際のテキストに適用し,本手法の有効性を評価する.8年度では,まず,省略箇所とその補完情報や談話単位の境界などの,談話情報をタグとして付与したコーパスを構築した.このコーパスの構築には,多大な人的労力が必要となる.これを軽減するため,コーパスへ談話情報を人手で付与するのを支援する視覚的なツールを作成した.このツールは,現有のワークステーション上のWorld Wide Web(WWW)ブラウザとして実現した.ツールの利用者は,ブラウザの画面上に表示された元データに,省略の起こっている箇所,補うべき対象との対応,談話単位の境界と思われる箇所などの談話情報を付与する.
ログ極小モデル理論の視点からのアフィン代数多様体の構造解析へのアプローチ

本研究では高次元(3次元)以上のアフィン代数多様体の構造を解析した。より正確に述べると2つの方向で高次元アフィン代数多様体を解析した。1つ目は,射影偏極代数多様体上のアフィン錐への加法群スキームの作用の存在についての必要十分条件を偏極多様体に含まれる特殊な開集合の存在に翻訳することに成功した。2つ目は,3次元アフィン空間の斉次な加法群スキーム作用を重み付き射影平面上のある種の性質を有する有理曲線の線形束に翻訳することに成功し,この情報をもとに様々な複雑な自己同型を構成することが出来た。平成20年度はフランス・グルノーブル第1大学のMikhail Zaidenberg氏とロシア・モスクワ大学のY.Prokhorov氏との共同で,ある種の有理曲面(Del Pezzo曲面)上の3次元アフィン錘への加法群スキームの作用の存在性について研究を進めた。加法群スキームの作用はアフィン代数幾何学では主要テーマの1つであるが,先述の3次元アフィン錘への作用は不思議なことに下の有理曲面上のある種の性質を充たす有理曲線による線型束の情報に翻訳される。一旦,そのように翻訳されると双有理幾何学的手法が適応できる。この考察方法により次数が4以上の全てのDel Pezzo曲面上のアフィン錘には必ず(少なくとも1つは)加法群スキーム作用が存在することを証明した。次に問題となるのは1つ次数の低い次数3のDel Pezzo曲面上のアフィン錘への作用であるが,この場合には先述した有理線型束に課せられる条件がかなりきついものとなることが分かる。この束縛条件を用いてある条件の下では次数3のDel Pezz。曲面上のアフィン錘には加法群スキーム作用が存在しないことを証明した。しかしまだ一般的には存在性を否定できてはいない。次数3のDel Pezzo曲面は3次超曲面としても実現されるものであり,非常に具体的な幾何学的対象であるにもかかわらずその構造はミステリアスである。次数3のアフィン錘は原点に標準特異点を有しているが,加法群スキームの存在性は実は特異点のクラスとも密接に関連があるという点で特筆すべきである。これらの結果は現在投稿に向けて共同研究者と執筆中である。本研究は研究実施計画に従い,フーリエ数学研究所のMikhail Zaidenberg教授との共同研究を実行した。より正確には,「有理的な偏極多様体上のアフィン錐はどのような状況下で非自明な1次元加法群スキームの作用を持つのか?」というアフィン代数幾何学に於ける重要問題にZaidenberg教授とYuri Prokhorov教授(モスクワ大学・ロシア)と共に双有理幾何学的な視点で1つの必要十分条件を与えた。ポイントとなるのは,そのようなアフィン錘は1次元乗法群スキームによる標準的な作用を持つが,これを利用して1次元加法群スキームの作用から斉次的な作用を抜き出して,更にそれを偏極多様体上のある種の幾何学的性質に還元するというものである。この考察方法のメリットは,純粋にアフィン代数幾何学的な可換環論的な問題であったものを,射影幾何学の範疇に収まる問題に置き換えることにある。射影幾何学・双有理幾何学は純粋なアフィン代数幾何学に比較すると強力な理論が存在するので,考察は非常に幾何学的に見通しがよくなる。更にこの考察方法には別の副産物がある。それは3変数多項式環の複雑な自己同型を構成する1つの幾何学的方法を提示するという点にある。2変数までの多項式環の自己同型群の構造は古典的によく知られているが,3変数以上になるとその自己同型群の構造は殆ど解明されていないといってよい状態である。ただし3変数多項式環の場合には2変数までの状況とは違い,tameではない自己同型が存在する二とは近年のShestakov-Umirbaevの有名な結果により知られている。しかしながら散発的にtameでない自己同型を構成するのではなくて,何かしら系統的にtameでない自己同型を構成することが3変数多項式環の自己同型群の構造解析にはより重要であると思われる。Zaidenberg教授とProkhorov教授との共同研究の手法を用いると,重み付き射影平面上のある種の幾何学的性質を満たす線形束からスタートして,3次元アフィン空間上の斉次的な加法群スキーム作用を構成してそこから組織的に3変数多項式環のtameでない自己同型を構成することが出来た。この結果自体は現在論文として執筆中であるが,将来的にはこの手法を更に発展させて4変数多項式環のtameでない自己同型の構成を成功させたいと思っている。平成22年度は:(i)

平成21年度にZaidenberg教授(フランス・フーリエ数学研究所)とProkhorov教授(ロシア・モスクワ大学)との共同研究で行った射影代数多様体上のアフィン錐への加法群の作用の存在性に関する研究の進展と,(ii)個人研究としては1990年代にDaigle氏によって得られたいた3変数多項式環上の斉次な局所冪ゼロ導分(h-LND)の特徴付けに関する結果の別証明を得ることに成功した。以下では上記の2つの研究(i),(ii)について詳細に述べる。まず(i)についてであるが,研究の発端は2003年にZaidenberg氏とFlenner氏の共著論文の中で提唱されていた問題「非特異3次曲面上の(反標準埋め込に関する)アフィン錐には加法群作用は存在するか?」に遡る。この問題は特異点の理論と有理曲線の存在に関する問題とを結びつける非常に深い問題である。(i)の研究では非特異3次曲面だけにとどまらず,一般の正規射影代数曲面とそれ上の非常に豊富な直線束との対を考えて,その非常に豊富な直線束を用いた埋め込みに関するアフィン錐に加法群の作用が存在する為の必要十分条件を得ることに成功した。この加法群作用の存在の判定法をもってしてもZaidenberg-Flennerによるもともとの問題の解決には未だ至っていないが,別方向で問題が発展している。実際,平成23年度以降にはZaidenberg氏とProkhorov氏による共同研究が再スタートする。そこでは,特別なクラスの射影多様体(例えば非特異3次元Fano多様体)上のアフィン錐への加法群スキームの存在を考察する。一方(ii)の問題については,既存のDaigleによる結果はその証明方法が純代数的であったが,h-LNDは本来幾何学的には特別な加法群作用に対応しているため,この作用の視点から幾何学的にもDaigleの結果の別証明を得ることは可能であろうと思われた。そして実際に,斉次な加法群作用の特性を利用して別証明を得ることに成功した。
白血病治療中や移植後の微少残存病変追跡に有用な遺伝子変異特異的PCR法の確立

白血病など血液疾患に対する化学療法後の治療反応性の確認や寛解・骨髄移植後の再発評価において、微少残存病変(MRD)を経時的に観察することは、非常に重要である。MRDや循環腫瘍細胞の検出には、腫瘍細胞を反映できるマーカーを選択する必要がある。マーカーとしては染色体異常、キメラ遺伝子、免疫関連遺伝子再構成がある。今回の研究では、適用範囲が広く、白血病細胞を追跡できるマーカーとして遺伝子変異に注目した。そして、遺伝子変異を標的とした遺伝子変異特異的PCR法を構築し、その特異性、感度について検討を行った。3'末端を変異該当箇所の変異塩基に一致させ、変異箇所の5'側上流に相補塩基と異なる塩基(ミスマッチ塩基)および、結合親和性を高めるために、locked nucleic acid (LNA、リボヌクレオシドの2'部位の酸素原子と4'部位の炭素原子がメチレンを介して結合している2つの環状構造を持つ核酸)を挿入したプライマーを使用した結果、正常DNAには反応せず、変異・正常プラスミドを使用した検討でも、3'末端を変異DNAに一致させたのみのプライマーと比較して平均10^4倍(PCRサイクル数16回分,2^<16>=65536)の正常・変異DNA識別能を持つ非常に特異性の高いPCR法を構築することができた。修飾を行わないフプライマーを使用した定量PCRサイクル(threshold cycle)数に対する、ミスマッチ塩基やLNAを挿入したプライマーを使用した定量PCRサイクル数の違いは平均3サイクル未満に抑えられた。プライマー修飾による反応遅延も10倍未満(2^<3.2>=10未満)に抑えられた。臨床検体を使用した検出感度は1/10^31/10^4であった。今後の検討課題として、原発巣以外での再発を考え、循環末梢血中に存在する腫瘍細胞(循環腫瘍細胞)を検出・定量するために、さらに感度の向上が必要と考えられた。
3次元粒子アセンブルによるテラヘルツ波フォトニック結晶デバイスの創製

本研究では、テラヘルツ(10^<12>Hz)電磁波の制御デバイスとなるフォトニック結晶の作製を目的として、均一な粒径をもつ球形粒子を任意の3次元周期構造に配列する技術を確立した。この技術を用いて、誘電性高分子粒子を、デバイスとしての理想構造であるダイヤモンド格子に配列したところ、テラヘルツ領域において明確なフォトニックバンドギャップの発現を確認した。これはテラヘルツ導波路や共振器などのデバイス創製の実現陸を示すものである。球形マイクロ粒子配列による3次元テラヘルツ波フォトニック結晶作製を目指し,本年度は,当該配列技術の核となる微粒子高精度レーザ接合技術の確立を目的とした.レーザマイクロ接合においては,レーザによる球形粒子への熱量供給および,その後の微小時間内の熱伝達が重要となる.まず,対向2球面におけるレーザ光路の幾何学計算式を導出し,レーザ吸収量を解析したところ,その値はレーザ多重反射のために材料の固有吸収率に係らずおおよそ照射熱量と等しくなること,また,入射座標ズレに大きく影響されることが分かった.この知見に基づき,様々な材料の粒子に対して1次元配列を行った.その結果,熱拡散が大きい(高熱伝導率粒子)場合には,接合と同時に熱が粒子全体に拡散して粒子を大きく変形させ,高精度配列を困難にした.さらに,大きな熱拡散は配列規模拡大に伴い非対称温度分布を生み出し,常時の接合を困難にさせる.この実験結果は有限要素法解析結果によっても定量的に実証できた.つまり,目的の3次元高精度配列には熱拡散抑制が極めて重要であることが分かった.この知見に従い,熱拡散抑制が可能な低熱伝導率材料(Bi合金およびポリエチレン)粒子を作製し,これを用いたダイヤモンド構造人工結晶の作製を試みた.レーザ入射座標は粒子とtの干渉を考慮して3D-CADを用いて予め最適化した.この結果,熱伝導率がやや高めのBi合金では非対称熱拡散による接合不良から結晶の崩壊が起きたため,大規模結晶作製には至らなかった.しかし,熱伝導率の十分に低いポリエチレンでは,フォトニック結晶として利用可能な周期数をもつ大規模配列体作製することができた.フォトニック結晶はテラヘルツ波制御技術の未発達を一挙に解決し得る概念であり、その作製技術の確立が達成の鍵を握る。本研究はテラヘルツ波波長に相当する粒径の球形単分散粒子をマニピュレータと粒子間レーザマイクロ溶接により3次元配列する技術を確立し、これによる3次元テラヘルツフォトニック結晶の実現を目的とした。昨年度の知見に基づき、本年度は粒子材料としてレーザマイクロ溶接に優位と考えられるポリエチレン/ジルコニア複合材料を用いた。複合材料の組成は完全バンドギャップ発現条件を満たす誘電率となるように予め設計した。溶接レーザの照射条件を最適化することにより、粒子を局所的に溶解でき、球形を変形させることなく複数粒子の同時接合が可能となった。最終的に、最適化されたプロセスパラメータを用いることで、従来の配列手法では不可能であったダイヤモンド格子から成る3次元周期構造体の大規模作製に成功した。作製過程における粒子の脱落や変形などはなく、理想に近いダイヤモンド人工結晶と言える。得られた人工結晶の<111>方向透過スペクトルを、テラヘルツ時間領域分光法を用いて測定したところ、0.25THz近傍に透過率の著しい減衰が見られた。これは平面波展開法から得られたフォトニックバンドギャップの理論周波数に非常に良く一致していた。また、理論上では完全バンドギャップを有することから、作製した結晶も完全バンドギャップを有すると推測された。このような人工結晶内部に、予め設計された点欠陥や線欠陥を導入することによりテラヘルツ導波路や共振器などのデバイスの創製が可能となる。とりわけ、本作製方法は従来の3次元加工手法とは異なり、結晶内部に異種材料粒子の埋め込みが可能であることから、発振素子の埋め込みができればフォトニック結晶の究極の応用となるテラヘルツレーザを実現できると考えられる。
インフルエンザウイルスの潜伏感染細胞におけるウイルスゲノムの動向に関する研究

研究の目的は、インフルエンザウイルスが潜伏感染していると考えられるMDCK細胞のvariant(MDCK-L)細胞内のウイルスに特異的なゲノムを正確に定量し、細胞継代に伴うこれらのゲノムの動向を明らかにすると共に、潜伏感染細胞でのインフルエンザウイルスの機能発現様式を検討することである。インフルエンザウイルスの8種類のゲノムのうち、NS、M、及び、NPをベクター(Bluescript)にクローニングし、各々に制限酵素で切断できる部位を構築した。各々のベクターからインターナルコントロール(IC)としてのマイナス鎖のRNAを合成した。各々のゲノムについて既知量のICをMDBK-R細胞の破砕時に投与し、常法で総核酸を抽出した後、ICとウイルスゲノムを含む総核酸をRT-PCRに供した。制限酵素で処理したPCR産物をアガロース電気泳動で分離すると、切断されたICとウイルスゲノムのPCR産物を区別して定量することができた。両者の量比を求めることにより、既知量のICから細胞に存在するウイルスゲノムRNAを定量することができた。この方法により、以下のことが明らかになった。(1)8代継代したMDCK-L細胞内に8種類すべてのウイルスに特異的なゲノムを検出した。(2)M,NSについては、cRNAもmRNAも検出された。(3)8代継代したMDCK-L細胞内には、各々0.50.8コピーのゲノムが存在しており、18代継代した同細胞内には0.10.3コピーのゲノムが存在していた。ゲノムは細胞の継代にともなって徐々に減少しているが、継代数を考慮すると、ほとんど減少していないと考えられる。また、10代にわたる継代に伴ってRNAが分解されないことは考えにくいので、この細胞ではウイルスのゲノムが増殖しながら持続していることが示唆される。(4)25代継代細胞におけるNS遺伝子(PCR産物)の中から5つをクローニングして配列を決定したところ、いずれも611ヶ所において変異が認められた。これらがPCRに伴う人為的変異か否かは検討中であるが、何れのクローンもA/WSNのRNA配列と異なることから、インフルエンザのゲノムはヘテロで存在している可能性を示唆していると考えられる。本年度の研究実施目的は、インフルエンザウイルスが潜伏感染していると考えらえるMDBK細胞のvariant(MDBK-R)細胞内のウイルスに特異的なゲノムを正確に定量し、ウイルスゲノムが細胞の継代(分裂)に伴って増殖していることを明らかにすることである。そこで各継代ごとに50cm^2dishに作成した単層細胞より総RNAを抽出し、この中に含まれるウイルスの特定ゲノムを我々が開発したcompetive PCR法の応用法を用いて定量した。すなわち、【.encircled1.】プラズミドに組み込まれたインフルエンザウイルスNS遺伝子の311番目のTをCに変換し、制限酵素(XhoI)で切断される部位を導入した。【.encircled2.】プラズイドから転写されたvRNAをcompetitorRNAとし、既知量のcompetitorRNAを核酸抽出時にdishに投与して抽出やその後の操作における特定ゲノムの回収率を補正した。【.encircled3.】dishから調整されたcompetitorRNAを含む総RNAを逆転写し、合成されたcDNAを^<32>Pラベルしたプライマーを用いてPCRを行った。【.encircled4.】

増幅されたDNAをXhoIで処理してアガロースの電気泳動にかけると、細胞に含まれていたウイルスのNSゲノム由来のPCR産物と既知量のcompetitorRNAに由来するPCR産物を区別することができた。【.encircled5.】アガロースから切り出した画面分の放射能比から両者の量比を求め、細胞内のNS遺伝子量を算出した。competitorとして用いたRNAはウイルスRNAと1つのヌクレオチドしか違っていない相同のRNA(NS遺伝子)と考えられることから、この方法を用いることにより細胞内のRNA(NSゲノム)を正確に定量することができたものと考えられる。この方法により、以下のことが明らかになった。【.encircled1.】8代継続代したMDBK-R細胞内には平均0.6コピーのNS遺伝子が存在しており、18代継代したMDBK-R細胞内には平均0.1コピーのNS遺伝子が存在している。【.encircled2.】ウイルスの総RNA量は細胞の継代にともなって徐々に減少しているが、10代後の継代細胞では1種の細胞がおよそ10^6個に分裂していると考えられることから、この継代細胞(MDCK-R)ではウイルスゲノムが増殖しながら持続していることが示唆される。本年度に継続される研究目的は、インフルエンザウイルスが潜伏感染していると考えられるMDBK細胞のvariant(MDBK-R)細胞内のウイルスに特異的なゲノムを正確に定量し、細胞継代に伴うこれらのゲノムの動向を明らかにすると共に、潜伏感染細胞でのインフルエンザウイルスの機能発現様式を検討することである。インフルエンザウイルスの8種類のゲノムのうち、NS、M、及び、NPをベクター(Bluescript)にクローニングし、各々に制限酵素で切断できる部位を構築した。各々のベクターからインターナルコントロール(IC)としてのマイナス鎖のRNAを合成した。各々のゲノムについて既知量のICをMDBK-R細胞の破砕時に投与し、常法で総核酸を抽出した後、ICとウイルスゲノムを含む総核酸をRT-PCRに供した。制限酵素で処理したPCR産物をアガロース電気泳動で分離すると、切断されたICとウイルスゲノムのPCR産物を区別して定量することができた。両者の量比を求めることにより、既知量のICから細胞に存在するウイルスゲノムRNAを定量することができた。(1)8代継代したMDBK-R細胞内には各々0.50.8コピーのゲノムが存在しており、18代継代した同細胞内には0.10.3コピーのゲノムが存在していた。ゲノムの種類により若干の相違は認められたが、いずれのゲノムも細胞の継代にともなって徐々に減少している。しかし、10代後の継代細胞では、1個の細胞が10^6個に分裂していると算出されることから、この細胞ではウイルスのゲノムが増殖しながら持続していることが示唆される。
哺乳類の概日活動リズム制御機構における新規松果体液性因子の探索

松果体はメラトニン以外の液性因子も合成分泌するにもかかわらず、それらの生理機能はほとんど明らかになっていない。メラトニン産生CBA/Nマウスとメラトニン欠損C57BL/6マウスを用いて、松果体除去が概日リズムに及ぼす影響を解析したところ、松果体除去は時差ぼけの回復を加速し、光刺激に対する時計中枢であるSCNの感受性を増加させることが分かった。この変化を生じた物質を探索すると、松果体によって分泌されるメラトニン前駆体セロトニンが脳髄液を介してSCNに作用し、光に対する感受性を抑制していることを発見した。メラトニン以外の松果体液性因子における生理機能の解明は初めてである。松果体除去により恒明条件下と短周期明暗条件下において概日活動リズムが消失し、さらに光感受性が劇的に上昇するという全く新しい結果が得られた。そこで、メラトニン以外の松果体液性因子が概日時計の安定性と光感受性に重要であることを証明し、その因子の同定とその作用機序を解明することを目的とした。平成26年度の申請者の研究で、松果体除去により概日リズムの安定性が低下し、光感受性を亢進させ、時差ぼけになりにくいことを発見したのでアメリカ時間生物学会(SRBR2014)で発表した。また、松果体除去による光感受性の亢進に、当初はメラトニンが関与していないことを想定していたが、松果体メラトニンの欠乏が光感受性に影響を与えている可能性が示唆された。網膜変性マウスでも光感受性が亢進したため、メラトニンは眼の網膜神経節細胞層か内顆粒層に作用している可能性が示唆された。さらに、松果体除去により自由継続リズムが変化したが、光感受性の影響を除くために眼球除去をしても周期差は変わらなかった。視交叉上核(SCN)スライスと松果体を共培養してPer2::dlucの発光リズムを解析すると振幅が増幅することから、松果体液性因子が直接SCNにおける概日リズムの安定に寄与していることを初めて発見した。リズムの安定性が低下すると時差ぼけになりにくいことさ示唆されている。そこで、時差ぼけモデルを用いたところ松果体除去により新規明暗環境への再同調が促進されることが判明し、メラトニンではなく松果体セロトニンが関与していることを発見した。松果体はメラトニンを合成する器官として古くから研究され、メラトニンの多岐にわたる生理機能は長年研究されてきた。しかし、メラトニンの投与と松果体除去による概日リズムに及ぼす影響には矛盾した報告が多く、古くから松果体がメラトニン以外の液性因子を合成分泌していることが知られているにもかかわらず、それらの生理機能は謎に包まれたままになっていた。哺乳類における松果体除去は、SCNの発火を抑制してSCNにおける光感受性や概日リズムに影響を与えることが示唆されているが、その詳細な作用機序は不明なままであった。そこで本研究では、SCNに影響を与える松果体液性因子を明らかにするため、まずメラトニン産生CBA/Nマウスとメラトニン欠損C57BL/6マウスを用いて松果体除去により松果体の概日リズムに及ぼす影響を解析した。その結果、メラトニン合成能の有無にかかわらず、松果体除去マウスは明暗サイクルの6時間の前進・後退時差(Jet-lag)モデルに対して対照群よりも早く再同調することが分かった。光刺激による活動リズムの位相反応を解析すると、松果体除去マウスでは光刺激に対するSCNの感受性が増加していた。メラトニン投与や埋込はJet-lagへの再同調速度に影響を与えなかったが、メラトニン前駆体のセロトニン(5HT)は松果体除去によりJet-lagにおいて加速した再同調速度を減速した。これらの結果から、松果体5HTがSCNに作用し、光に対する感受性を抑制することが示唆された。また、メラトニンが松果体に作用してマスキングなどの光感受性を制御している現象も発見した。網膜変性マウスでもメラトニンが光感受性に作用したことから網膜内側に作用していると思われる。さらに、SCNのスライス培養においてPer2::lucの発光リズムが松果体との共培養により安定する傾向が確認された。現在詳細を解析中である。平成26年度の研究で、視交叉上核(SCN)のスライス培養におけるPer2::dlucの発光リズムの振幅が松果体との共培養により増幅することから、松果体液液性因子がSCNにおける概日リズムの安定に寄与していることを初めて発見した。さらに、時差ぼけモデルを用いたところ松果体除去により新規明暗環境への再同調が促進されることが判明し、松果体セロトニンが関与していることを発見した。

また、松果体除去による光感受性の亢進に、当初はメラトニンが関与していないことを想定していたが、松果体メラトニンの欠乏が光感受性に影響を与えている可能性が示唆された。以上のようにメラトニンとその他の因子の使い分けを示唆できた点で順調に進展しているといえる。しかし、当初平成26年度の研究計画に含まれていた光感受性に関する松果体因子の1つは同定はできたものの他の因子の関与は否定できておらず松果体除去後の網膜のタンパク質の網羅的に解析し、作用機序の同定をする必要がある。また、in situ hybridization法を用いてSCNにおけるPACAPやグルタミン酸などの受容体発現に与える松果体因子の影響や網膜からの神経投射先の神経核に及ぼす影響を検討する必要がある。動物生理学平成26年度までの研究で、松果体メラトニンが網膜の光感受性に関与し、SCNにおける概日リズムの安定性にはあまり寄与せず松果体セロトニンが優位である可能性が示唆された。しかし、他の松果体液性因子が関与している可能性も十分あり、今後、SCNの概日リズムの安定や振幅の増加に関与する松果体液性因子を質量分析やゲル濾過クロマトグラフィーを用いて分離解析し探索する。また、光感受性に対する効果が同じ因子が担っているとは限らず、メラトニンとの相互作用による効果も考えられる。実際、RGCからの神経伝達物質PACAPはメラトニン存在下で阻害される(von Gall et al., J Neurosci 1998)。そこで、上記で精製した画分による光感受性調節効果を網膜の組織培養を用いてその遺伝子発現変動をDNAマイクロアレイを用いて解析する。さらに、松果体セロトニンが時差ぼけの際のSCNに及ぼす影響を免疫組織化学やin situハイブリダイゼーションを用いて解析し、詳細な作用機序を同定する。また、網膜やSCN以外にも視覚野へ伝達される経路における神経核に影響を及ぼしている可能性も無視できないのでcFos発現を調べて検討する。実験の効率化により、必要消耗品量を節約することに成功したため。実験の充実のための消耗品の購入に充てる。
神経細胞障害と細胞ストレスに着目した覚醒剤少量投与による実験動物モデルの解析

覚醒剤の少量反復投与により、神経細胞障害や酸化ストレスといった覚醒剤の多量投与により引き起こされる反応の有意な変化が観察されず、小胞体ストレスのマーカーであるGRP78(抗KDEL抗体)が有意に増加するこれまでの覚醒剤投与モデル動物とは異なる病態を示す実験動物モデルを作成した。このモデル動物を解析することにより、覚醒剤濫用における病態解明に有用な情報を得ることが出来ると考えられ、現在解析中である。この研究は、実際のヒト覚醒剤中毒をモデル化した動物による脳神経の細胞ストレスを解析しようとするものである。しかし、この動物モデルは確立されていないため、モデル動物を作成することが必要である。そこで、一般的に動物実験にてよく用いられているMethamphetamine(METH)の投与量である40mg/kgを最大投与量として、40mg/kgと10mg/kgを投与した高容量投与動物、5mg/kg、1mg/kgのMETHを投与した低容量投与動物および溶媒のみ投与のコントロール動物を作製し、抗BCL2抗体、抗Bax抗体、抗GADD153抗体、抗KDEL抗体を用いた免疫組織化学的染色(IHC)による検討を脳組織のパラフィン切片に対して行った。さらに、TUNEL法を用いたアポトーシス細胞の検出を行った。ミトコンドリアに関連した指標である抗BCL2抗体、抗Bax抗体によるIHCでは、明らかな変化は認めなかった。TUNEL陽性細胞についても明らかな変化は認めなかった。小胞体ストレスに関連した指標である抗GADD153抗体、抗KD肌抗体によるIHCでは、抗GADDl53抗体のIHCでは陽性像が観察されず、蛍光抗体法を用いた検討が必要であると考えられた。それに対し、抗KDEL抗体陽性細胞が高容量投与動物より一低容量投与動物の脳組織において、強発現していることが観察され、METH少量投与が小胞体ストレスを惹起することが明らかとなった。Methamphetamine(METH)低用量反復投与動物における脳内細胞ストレス状態を免疫化学的に解析することにより、METH中毒における脳内の細胞ストレス状態を解明し、ヒトのMETH中毒例における法医病理学的診断に有用な情報を得ることが可能となる動物モデルの作成、およびこのモデル動物の解析を目的とした。本研究では、METHを(0.5mg/kg/day, 1mg/kg/day, 5mg/kg/day, 10mg/kg/day)、雄性ラットに5日間慢性投与を行い、この動物の脳よりタンパク質を抽出して、小胞体ストレス時に増加するシャペロンタンパクであるglucose-regulated protein 78(GRP78)、酸化ストレス時に増加するCu/Zn superoxide dismutase 1(SOD1)、さらに、ドーパミン神経障害の指標であるTyrosine hydroxylase(TH)をWestern blottingにて解析した。その結果、1mg/kg群ではGRP78の有意な上昇を認め、THに変化を認めずSOD1の有意な上昇も認めなかった。5mg/kg群および、10mg/kg群においては、SOD1の有意な上昇を認め、GRP78の増加を認めなかった。さらに、1mg/kg群においての免疫組織化学的解析では、GRP78が中脳黒質の神経細胞に発現の増強が観察された。以上の結果より、1mg/kgのMETHを5日間慢性投与することにより、黒質の神経細胞に小胞体ストレスが増加するモデル動物を作成することが出来たと考える。現在、このモデル動物についての詳細な解析を進めている。
正標数の大域体上のボロノイ理論

適当な群に対し、各元をその共役な元に移すような自己同型全体が、内部自己同型全体と一致するとき、その群はハッセ原理を持つということを小野孝氏によって1990年代こうはんに定義された。例えば、演算が可換な群はハッセ原理を持つことは自明にわかり、二面体群などもハッセ原理を持っていることも容易に分かる。しかし、一般の群に対しては、容易でない。最近までの研究で有理数体の絶対ガロア群などがハッセの原理を持っていることが、小野孝氏や、和田秀男氏らによって発見された。線形群の場合、可換ユークリッド環上の2次の一般及び特殊線形群がハッセ原理を持つことを小野孝氏が発見しており、さらにそれを和田秀男氏が一般のn次に拡張した。ユークリッド環でない場合として、伊吹山知義氏が虚2次体を除く代数体の整数環の2次の一般及び特殊線形群がハッセ原理を持つことを発見した。私は可換でGE_n的な環に対して、そのn次の一般および特殊線形群がハッセの原理を持つことに気づいた。ユークリッド環や虚2次体を除く代数体の整数環はGE_n的なので、この結果は以前の結果を含んでいる。また、局所体の整数環や大域体の整数環はほとんどGE_n的なので、新たなハッセ原理を持つ例を作ることもできた。逆に、GE_n的にならないような環として、虚2次体の整数環で、nが2の場合がある。しかし、この場合は既に自己同型群が決定されているので、それを用いて一般および特殊線形群がハッセ原理を持つことを示すことができた。また、私は今までの研究で、斜体に興味があったので、斜体上の線形群の場合について調べた。得られた結果は3次以上の一般線形群はハッセ原理を持つ。2次の一般線形群は斜体自身の情報群のハッセ原理に依存する。特殊線形群は、一般線形群の群構造に依存する。というものである。というものである。
「上皮管腔組織形成」領域の運営

本新学術領域を5年間行ったことにより、上皮管腔組織の形成、維持、破綻に関する優れた成果が得られた。しかし、その過程で顕在化してきたことは、上皮組織が器官としての機能を獲得する分子基盤はいまだに明らかになっていないことであった。したがって、我が国における上皮由来の器官形成に関する学術領域を維持しさらに発展させるためには、本新学術領域の研究成果を整理し、到達していない点を明確にして、次の研究領域の展開に資することが必要である。これらの研究成果をとりまとめることを本申請の目的とし、下記の成果を得た。1.領域内の各計画研究・公募研究の研究成果をとりまとめ、事後評価用報告書を作成した。事後最終評価はA「研究領域の設定目的に照らして、期待通りの成果があった」であった。2.本新学術領域では、計画研究代表者による「Ex-utero法による胚操作法講習会」、「細胞分離技術講習会」、「メタボローム・プロテオーム解析講習会」、「イメージング技術講習会」の計4回の技術講習会を開催した。総括班にて、領域内の実験技術の共有化が進むように支援し、多くの領域内研究者が参加した。これらの内容に関する実験手法に関する技術書(トラブルシューティングを含む)を作成して、研究成果報告書に添付することとした。3.計画研究代表者と公募研究代表者による成果発表会を平成29年1月20,21日にフクラシア東京ステーションにて開催して、研究成果や今後の関連領域の進捗について討論し、本新学術領域の総括をした。28年度が最終年度であるため、記入しない。
窒化物半導体極性制御特異構造の非線形光学素子応用

本研究では窒化物半導体の「極性反転」という特異構造の形成機構解明と形成技術確立ならびにこれを利用した波長変換による新規光源の開発を目的とする。深紫外帯域で発光するAlGaNは導電性制御が本質的に困難であり、高効率レーザは実現されておらず、単なる電流注入とは原理の異なる深紫外光の発生方法の開発が急務である。かたや情報分野においては、光を用いた量子計算機が提案されているが、依然として系が巨大で調整が困難なうえ安定性が乏しく、量子光源の小型化が求められる。上記背景を踏まえ本研究ではこの特異構造の更なる理解と制御技術の確立を行い積極活用することで、青色レーザ励起による深紫外第二高調波発生と量子もつれ光子対発生の実証を行う。これにより、結晶工学的な学術的知見の掘り下げや新規素子提案に加え、半導体微細加工・医療分野への応用や室温動作・高安定な光導波路型量子計算機の実用化などの各分野への貢献を目指す。これまでの実績として、下記の進捗状況にて述べるように、(i)ウエハ接合による極性反転構造の作製と基板剥離による同構造の転写の成功、(ii)エピタキシャル成長による極性反転構造作製の検討、(iii)同構造の微視的構造特性評価、(iv)チャネル導波路型デバイス構造の再検討など、計画どおりの成果が得られた。特に(i)においては、接合圧力印加や高真空環境が不要な高温ウエハ対向アニール法という低コストで新規なウエハ接合手法の開発に成功し、加えて基板剥離による窒化物半導体薄膜の転写に世界で初めて成功しており、これらは本研究の目的である波長変換素子のみならず、これまでエピタキシャル成長では実現し得なかった、結晶方位や格子定数が大きく異なる層からなる新奇ヘテロ構造デバイスの開発に適用可能な技術であり、当初計画以上の成果が得られたと考えている。(1)ウエハ接合極性反転AlN薄膜はc面サファイア上にスパッタリング成膜し、GaN薄膜は有機金属気相成長したものを用い、極性を同一とする二枚の薄膜を対向させてウエハ活性化接合することで、極性反転スラブ構造の作製に成功した。更に、Si基板上GaN薄膜を接合後、化学エッチングによりSi基板を除去することで、サファイア基板上に露出したGaN/GaN極性反転構造を形成することに成功した。加えて、接合圧力印加や高真空環境が不要な高温ウエハ対向アニール法を用いたAlN/AlN極性反転構造の形成に成功した。またこれらの接合の可否に影響する表面平坦性とウエハ湾曲の諸条件について系統的な知見が得られた。(2)エピタキシャル極性反転本実験に用いるパルスレーザ堆積装置ならびに付帯設備を前所属の東北大学から移設・整備し、再立ち上げを完了した。また低温成膜に必須となる、高温熱処理による基板表面平坦化処理の設備の整備と条件出しを実施した。(3)構造特性評価上記極性反転構造の微視的構造特性を評価した。特に接合界面をエネルギ分散型X線分光ならびに電子線後方散乱回折により評価し、積層の乱れた中間層の形成や不純物偏析が認められないことを確認した。(4)非線形光学特性評価本研究では、積層方向に極性反転する横型疑似位相整合構造を用いる。その際、基本波基底モードと高調波高次モード間で速度整合し、高次モードの節にあたる層厚での極性反転により電磁界の重なりを最大化させる。実際に分光エリプソメトリにより評価した光学定数を用いて、深紫外第二高調波発生(SHG)に用いる素子構造を設計した。また位相整合許容幅の拡大を目指して、テーパ型チャネル導波路構造を検討し、位相整合波長幅が7倍に拡大することを確認した。前年度で得られた上記の成果をもとに、今年度は下記の項目を実施する。(1)ウエハ接合極性反転Si基板上GaNの接合と除去を用いて形成したGaN/GaN極性反転スラブ構造に対して、電子線描画および反応性イオンエッチングを用いて、チャネル導波路型波長変換素子を形成する。(2)エピタキシャル極性反転c面サファイア基板に低温窒化処理を施した後にパルスレーザ堆積し、ーc面(Al, Ga)N薄膜を成膜する。ーc面薄膜試料を表面酸化処理後、再成長を行う。その際酸化により形成したAl2O3表面を高温窒化処理し極性反転させる。(3)構造特性評価アルカリ水溶液によるエッチングを用いて、上記で形成したヘテロ構造において極性が反転していることを確認する。またより微視的な極性反転界面の構造完全性を評価するために、高分解透過型電子線回折を用いて分析を行い、極性反転機構を解明する。(4)非線形光学特性評価SHG・OPDC用として二通りの導波層厚のチャネル導波路型デバイスを作製する。試料切断と端面研磨後、波長可変パルスOPO光源からの光を入射端面に結合し、出射する高調波を同期検出する。このとき設計からのずれを想定し、基本波波長を掃引し位相整合条件を求める。この結果をもとに基本波450 nmにおいて位相整合する試料を再度作製し、深紫外SHGを実証する。上記SHGと同様に極性反転試料を作製し、逆過程である光パラメトリック下方変換(OPDC)を試みる。まずTM偏光励起により発生するTM偏光の二波を検出、続いてTE偏光励起により発生する直交偏光した二波を検出する。

その際励起光波長を掃引し縮退OPDC条件を求める。さらに量子相関測定用の405 nmレーザ励起にて縮退OPDCが実現する層厚を正確に求め、再度デバイスを作製し、量子相関光子対発生の実証を目指す。本研究では窒化物半導体の「極性反転」という特異構造の形成機構解明と形成技術確立ならびにこれを利用した波長変換による新規光源の開発を目的とする。深紫外帯域で発光するAlGaNは導電性制御が本質的に困難であり、高効率レーザは実現されておらず、単なる電流注入とは原理の異なる深紫外光の発生方法の開発が急務である。かたや情報分野においては、光を用いた量子計算機が提案されているが、依然として系が巨大で調整が困難なうえ安定性が乏しく、量子光源の小型化が求められる。上記背景を踏まえ本研究ではこの特異構造の更なる理解と制御技術の確立を行い積極活用することで、青色レーザ励起による深紫外第二高調波発生と量子もつれ光子対発生の実証を行う。これにより、結晶工学的な学術的知見の掘り下げや新規素子提案に加え、半導体微細加工・医療分野への応用や室温動作・高安定な光導波路型量子計算機の実用化などの各分野への貢献を目指す。これまでの実績として、下記の進捗状況にて述べるように、(i)ウエハ接合による極性反転構造の作製と基板剥離による同構造の転写の成功、(ii)エピタキシャル成長による極性反転構造作製の検討、(iii)同構造の微視的構造特性評価、(iv)チャネル導波路型デバイス構造の再検討など、計画どおりの成果が得られた。特に(i)においては、接合圧力印加や高真空環境が不要な高温ウエハ対向アニール法という低コストで新規なウエハ接合手法の開発に成功し、加えて基板剥離による窒化物半導体薄膜の転写に世界で初めて成功しており、これらは本研究の目的である波長変換素子のみならず、これまでエピタキシャル成長では実現し得なかった、結晶方位や格子定数が大きく異なる層からなる新奇ヘテロ構造デバイスの開発に適用可能な技術であり、当初計画以上の成果が得られたと考えている。(1)ウエハ接合極性反転AlN薄膜はc面サファイア上にスパッタリング成膜し、GaN薄膜は有機金属気相成長したものを用い、極性を同一とする二枚の薄膜を対向させてウエハ活性化接合することで、極性反転スラブ構造の作製に成功した。更に、Si基板上GaN薄膜を接合後、化学エッチングによりSi基板を除去することで、サファイア基板上に露出したGaN/GaN極性反転構造を形成することに成功した。加えて、接合圧力印加や高真空環境が不要な高温ウエハ対向アニール法を用いたAlN/AlN極性反転構造の形成に成功した。またこれらの接合の可否に影響する表面平坦性とウエハ湾曲の諸条件について系統的な知見が得られた。(2)エピタキシャル極性反転本実験に用いるパルスレーザ堆積装置ならびに付帯設備を前所属の東北大学から移設・整備し、再立ち上げを完了した。また低温成膜に必須となる、高温熱処理による基板表面平坦化処理の設備の整備と条件出しを実施した。(3)構造特性評価上記極性反転構造の微視的構造特性を評価した。特に接合界面をエネルギ分散型X線分光ならびに電子線後方散乱回折により評価し、積層の乱れた中間層の形成や不純物偏析が認められないことを確認した。(4)非線形光学特性評価本研究では、積層方向に極性反転する横型疑似位相整合構造を用いる。その際、基本波基底モードと高調波高次モード間で速度整合し、高次モードの節にあたる層厚での極性反転により電磁界の重なりを最大化させる。