hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
極限環境に生息する氷雪緑藻ボルボックス目の分類学的再検討

山形県立自然博物園内で氷雪藻野外試料の採集を行い、野外試料中の氷雪緑藻ボルボックス目藻類の栄養細胞または接合子と考えられる休眠細胞から複数遺伝子領域の塩基配列を決定し、分子同定による生活環の推定を試みた。分子系統の結果、得られた配列のほとんどは既知の氷雪緑藻ボルボックス目および新規培養株の配列と近縁ではなく、日本産氷雪緑藻の種の実体解明には更なる調査が必要と考えられた。接合子形態は伝統的な氷雪緑藻クロロモナス属の種分類における重要な識別形質とされているが、培養条件下で観察することが難しく(Hoham et al. 2006, Phycologia)、また、近年の分子系統は接合子形態で識別できない複数の種の存在を示唆している(Muramoto et al. 2008, Cytologia)。そこで、培養株の形態形質のみを識別基準として、氷雪藻クロロモナス属を種レベルで分類することを試みた。氷雪藻クロロモナス属培養株10株に対して光学・電子顕微鏡観察及び3遺伝子系統解析を実施した結果、「葉緑体形状」「栄養細胞形状」「無性生殖における娘細胞の最大数」「古い培養株内で細胞集合体を形成するかどうか」といった培養株の形態形質のみで、10培養株を6形態種(2新形態種を含む)に識別できた。本種分類は生殖的隔離を引き起こすほどの遺伝的差異を推定できるとされているITS2二次構造の比較(Coleman 2009, Mol. Phylogenet. Evol.)、および核・葉緑体ゲノムにコードされた複数の遺伝子の遺伝的差異の比較からも支持された(Matsuzaki et al, 2014, Phycologia in press)。本研究は氷雪藻クロロモナス属の種を識別する上で重要な基盤となることが期待される。(抄録なし)東北大学植物園八甲田山分園付近及び山形県立自然博物園内で氷雪藻野外試料の採集を行い、採集した野外試料の光学顕微鏡観察、接合子と思われる休眠細胞(接合子様休眠細胞)と遊泳細胞を用いた単細胞シーケンシング、及び氷雪藻新規培養株の確立を実施した。先行研究(Muramoto et al. 2008, Cytologia, 2010, Eur.J.Phycol.)で用いられた単細胞シーケンシング法は単離した細胞を直接PCRに用いるため、同一試料から複数回塩基配列を決定出来ない点が問題だった。そこで、単細胞ゲノム解析の手法を応用し、最初に単細胞試料の全ゲノムを増幅する過程を加えることで、同一試料から複数回塩基配列を決定できるよう、手法を改良した。本手法を用いて野外試料中の生活環の各ステージから配列情報を得て、分子同定及び高解像度の複数遺伝子分子系統を実施することで、難培養性で、培養条件下で生活環を完結させることが困難なものの多い氷雪緑藻ボルボックス目の、種の実体解明が期待される。また、現在までに30以上の日本産氷雪緑藻ボルボックス目の新規培養株を確立し、そのうち山形県立自然博物園内で採集した緑雪から確立した氷雪緑藻クロロモナス属新規培養株は、比較形態解析、3遺伝子分子系統、及び生殖隔離を引き起こすほどの遺伝的差異を推測できると考えられている核ribosomalDNA internaltranscribed spacer 2二次構造の比較(Coleman 2000, Protist, 2009, Mol. Phylogenet. Evol.; Muller et al.2007, RNA)から、新種であると考えられた。実験手法の改良に時間がかかってしまい、野外試料からの塩基配列の決定や新規培養株の確立を十分に実施することが出来なかった。

今年度中に野外試料中から配列の一致する栄養細胞と接合子様休眠細胞のペアを得て、生活環の推定を行う予定だったが、現在までそのような栄養細胞と接合子様休眠細胞のペアを得ることはできていない。今年度は遊泳細胞が優先していると考えられる緑雪を中心に野外試料の採集を行い、試料中にみられる遊泳細胞の光学顕微鏡観察と単細胞シーケンシングを重点的に実施する。接合子様休眠細胞はこれまでに得られたものを中心に複数遺伝子の塩基配列を決定し、野外試料中の遊泳細胞や培養株と配列が一致するペアを探索する。(抄録なし)
層状ルテニウム酸化物の超伝導状態の究明

本研究は層状ルテニウム酸化物Sr_2RuO_4の超伝導状態を究明することを目的に行った。その結果,以下げるようにスピン3重項超伝導の物理を開拓することになる成果が得られた。1.核磁気共鳴のナイトシフトの測定から、スピン磁化率が超伝導転移によって変化しないことを見出した。これにより、Sr_2RuO_4の超伝導は全スピン1のクーパー対が担うスピン3重項であることを決定づけた。2.ミューオンスピン緩和の実験から、超伝導状態で自発内部磁場が発生していることを明らかにした。このことから超伝導状態では時間反転対称性の自発的破れが生じていると結論できる。3.上記1・2の成果から、擬2次元面に平行に磁場を印加した場合に、超伝導転移が2段階で起こることが理論的に予想されるに至った。交流磁化率および比熱測定によって、そのような現象を探索した結果、上部臨界磁場付近に2段超伝導転移を誘起させることに成功した。この結果はスピン3重項特有の電子対波動関数の内部自由度によるものと理解でき、超伝導状態に関する大きな検証となる。4.Sr_2RuO_4とRu金属の共晶結晶において、超伝導転移温度が倍増するという,新奇な効果を発見した。詳しい測定の結果、超伝導はあくまでSr_2RuO_4のRuO_2面が担っており、2相の界面において転移温度が上昇していることなどを明らかにした。5.Sr_2RuO_4の電子状態の性質を忠実に取り入れた理論を展開し、電子間の磁気的相互作用の特質をはじめ、基底状態の磁気的性質、さらにスピン3重項の超伝導電子対形成機構に関する理論を構築した。本研究の目的は、層状ルテニウム酸化物Sr_2RuO_4の超伝導状態を究明することにある。今年度の成果をまとめると以下のとおりである。1.単結晶育成条件を最適化することによって、1994年の我々による発見当時0.9Kであった超伝導転移温度を1.51Kにまで高めた大型の単結晶を再現性よく育成できるようになった。2.非磁性不純物や格子欠陥の影響を詳しく調べることで、Sr_2RuO_4の超伝導状態が少なくともs波でないことを確定した。3.試料結晶中の酸素16を酸素17に置換することで、酸素の核磁気共鳴実験を進めた。これまでの実験で、異なる原子位置の酸素の信号の分離に成功した。またスピン磁化率の測定から、異方的超伝導状態を決定づけるデータが出始めている。4.試料結晶中の酸素16を酸素18に置換することで、超伝導転移温度に対するアイソトープ効果を調べる実験を進め、これまでに電子・格子間相互作用に基づく通常の超伝導体ではあり得ない結果を得た。今後はデータの数をさらに増やし、再現性を確立する。5.磁場方向と試料結晶の方向を正確に制御し、0.1Kまでの低温で比熱測定する装置を完成させ、装置の確度・感度を確認するための基礎データを得た。現在、Sr_2RuO_4の比熱の測定にとりかかっている。6.多くの研究協力者に単結晶試料を提供して行っている共同研究から、トンネル効果によるs波超伝導体との競合現象、ミューオンスピン回転による超伝導状態での内部磁場の発生、中性子回折による特異な磁束四角格子の観測等、スピン三重項超伝導状態でないと説明の困難な結果が複数得られた。7.Sr_2RuO_4の超伝導状態の対称性、発現機構、磁束格子の振るまいなどに関する有力な理論が、分担者および研究協力者から提出された。

これまでの成果で超伝導対称性が従来型のs波ではないことがわかっていた。今年度の成果をまとめると以下のとおりであり、スピン3重項p波超伝導であることを実験的に確立したことが最も重要である。1. Sr_2RuO_4単結晶中の酸素16を同位元素17に置換することで、酸素の核磁気共鳴実験を進めた。その結果、スピン磁化率は超伝導転移温度以下でも全く変化せず、したがってスピン3重項の超伝導状態が実現していることが確実となった。2.磁場方向と結晶軸方向とを正確に一致させて比熱を測定した結果、Sr_2RuO_4の超伝導状態は複数のエネルギーギャップからなる「軌道依存型超伝導状態」で説明できることが明らかになった。3.本研究で育成したSr_2RuO_4について行ったミューオンスピン緩和の実験から、超伝導状態で自発内部磁場が発生していることが明らかになった。このことから超伝導状態では時間反転対称性が破れていることが結論できる。以上から、Sr_2RuO_4の超伝導はスピン3重項p波超伝導であることが結論できた。また、その波動関数としてdベクトルd=z(k_x+ik_y)で表わされる状態が、これまでの実験結果を矛盾無く説明できる。すなわち電子対のスピンは擬2次元面内にあり、電子対の相対運動の角運動量ベクトルが擬2次元面に垂直方向のクーパー対が超伝導を担っている可能性が高い。今後はこの状態であることを確実にするための実験を行う必要がある。それと共に、超伝導機構を明らかにするためのスピン揺らぎの性質を詳しく調べる予定である。本研究の目的は、層状ルテニウム酸化物Sr_2RuO_4の超伝導状態を究明することにある。本研究のこれまでの成果により、スピン3重項の超伝導状態が実現していることが明らかになっていた。さらにそのなかでも、時間反転対称性の破れた超伝導状態になっていることが実験的に示唆されていた。最終年度である今年度は、それらを確立し、さらにこの超伝導の固有の新しい現象の観測を目指した研究を行い、以下の成果を得た。1.スピン3重項電子対特有の波動関数の内部自由度によって、擬2次元面に平行に磁場を印加した場合、超伝導転移が2段階で起こることが理論的に予想されていた。実際に交流磁化率および比熱測定によって、そのような現象を探索した結果、上部臨界磁場付近に2段超伝導転移を誘起させることに成功した。この結果は、これまで考えてきたスピン3重項超伝導状態に対する、大きな検証となる。2.Sr_2RuO_4とRu金属の共晶結晶において、超伝導転移温度が倍増するという、新奇な効果を発見した。詳しい測定の結果、超伝導はあくまでSr_2RuO_4のRuO_4面が担っており、2相の界面において転移温度が上昇していることなどが明らかになった。3.一連のルテニウム酸化物についてRu核磁気共鳴を行った結果、超伝導体のSr_2RuO_4では交換相互作用により増強された擬2次元面内のスピン揺らぎが存在することが明らかになった。これはスピン3重項超伝導の凝縮機構を考えるうえで重要な知見となる。
鋳型走査電顕法の血流動態研究への応用

ヒト膵臓とラット下垂体の血管床を経動脈的少量低粘度メタクリレート注入法によって鋳型し,走査電子顕微鏡で観察した。また,これらの所見を十分に樹脂鋳型した所見と比較検討した。十分に鋳型した標本によると,多くのヒト膵外分泌部小葉は一つまたは数個の内分泌膵島をもち,これらの島は小葉毛細血管に連絡する膵島・腺房門脈を出す。少量注入標本で,鋳型剤は外分泌小葉や導管の毛細血管叢より,内分泌膵島により早く注入されることが判明した。さらに,膵島をもつ小葉は膵島・腺房門脈系によって,膵島をもたない小葉より,より早く樹脂鋳型されることも明らかとなった。不完全低粘度樹脂注入でラットの脳下垂体では,注入樹脂は1)長門脈系では,正中隆起と神経〓から前葉に,2)副長門脈系では,上衣下から前葉に,3)短門脈系では,後葉から前葉に,4)神経葉・中間葉門脈系では,後葉から前葉に,5)中間葉・前葉門脈系では,中間葉から前葉に,6)結節葉門脈系では,結節葉から前葉に流れ込むことが実証された。さらに,正中隆起と神経〓に注入された樹脂は,その大部分が長門脈系を介して前葉に流入することや,後葉に注入された樹脂の大部分は直接に後下垂体靜脈に流出することも判った。正中隆起,後葉,前葉等から視床下部への樹脂の流入は全く認められなかった。使用した樹脂は血液と同じ粘度に調整され,生理的圧下に注入された。従って,不完全注入によって得られた所見は各臓器における血流動態を示していると考えられる。
脳機能障害における脳内フリーラジカルの無侵襲解析システムの開発

活性酸素や一酸化窒素をはじめとするフリーラジカルは、個々に作用を発現するほかに、生体内でラジカル間クロストークによりレドックスバランスを崩壊させ、病態発現に重要な関わりを有する可能性が指摘されるようになってきた。しかしながら、脳機能障害におけるフリーラジカルの関与に関しては、生物個体での実体は全く研究されてこなかった。これは、脳そのもののレドックスを無侵襲解析する方法が全く無かったことによる。本研究では脳機能障害と脳内フリーラジカル産出の関係を無侵襲解析するために、新たにシステムを開発することを試みた。この目的の遂行にあたり、ESRシグナルの変形を除去することを可能とする波形分離解析システムの開発が重要である。マイクロ波の吸収に伴うESRシグナルの変形を除去するためには、ESR信号を吸収波形と分散波形に分離・処理することが最も有効であることから、新たに処理用のアルゴリズムを検討しシグナル変形除去用の波形処理システムを開発した。さらに、脳内フリーラジカル産出に対して鋭敏に応答する脳滞留性の高いエステル型プローブの中から、脳機能障害における脳内フリーラジカル産出量を鋭敏に検出することが可能なCarboxy-PROXYLのアセトキシメチルエステル体の開発を行った。脳機能障害モデルとして、中脳大動脈の部分虚血再灌流障害ラットをナイロン糸挿入法で作製し、血液脳関門通過能を有するニトロキシドプローブおよび有しないプローブを併用的に頚動脈内に投与し、生体計測ESRで観測することで虚血時ならびに再灌流後での脳内フリーラジカル産出を無侵襲定量した。この研究を通じて、脳虚血再灌流モデルにおける脳障害へのフリーラジカルの関与についての重要な知見を得た。本研究は、生体計測ESRを用いて動物個体を無侵襲解析するという新たな方法を構築し、レドックス代謝活性という生化学的パラメーターを動物個体とりわけ脳に適用することを試みたものである。脳虚血・再灌流障害や家族性筋萎縮性側索硬化症といった多くの疾患はその成因に活性酸素・フリラージカルが関与していることが報告されている。我々はこれまでニトロキシルラジカルをプローブとして動物に投与し、その反応性を生体計測用ESRを用いて測定することにより病態とフリーラジカルの関係を丸ごとの動物で評価してきた。しかし、これまで汎用されてきたニトロキシルラジカルは脳にほとんど分布せず脳疾患とフリーラジカルの関係を解析ことは困難であった。そこで種々のエステル誘導のニトロキシルラジカルを合成しその脳移行性を検討した。マウスにニトロキシルラジカル水溶液を尾静脈内投与後、頭部におけるin vivo ESRスペクトルを測定しESR-CT画像を得た。また、ニトロキシルラジカル水溶液を尾静脈内投与後、各臓器を摘出しホモジナイズ後、X-band ESRで測定し各組織における分布量を求めた。マウス頭部のESR-CT画像の検討からエステル誘導のスピンプローブは脳部位にも多く分布することが示唆された。その中でもアセトキシメチルエステ体は特に脳部位で強い画像が得られた。一方、体内分布の結果からエステル誘導体はカルボン酸体よりも15倍以上脳に多く分布することがわかった。その中でもAM体は最も脳に多く分布するのみでなく、時間経過による分布量の減少がほとんど見られなかった。以上の結果より、エステル誘導体とすることで脂溶性が高まり脳への分布量が上昇することが示唆された。また、AM体は脳内で加水分解酵素により遊離型のカルボン酸体となることで脳滞留性が現われた可能性が示唆された。(H.Sano,et al.,A new nitroxyl-probe with high retention in the

brain and its application forbrain imaging.Free Radic Biol.Med.in press)活性酸素や一酸化窒素をはじめとするフリーラジカルは、個々に作用を発現するほかに、生体内でラジカル間クロストークによりレドックスバランスを崩壊させ、病態発現に重要な関わりを有する可能性が指摘されるようになってきた。しかしながら、脳機能障害におけるフリーラジカルの関与に関しては、生物個体での実体は全く研究されてこなかった。これは、脳そのもののレドックスを無侵襲解析する方法が全く無かったことによる。本研究では脳機能障害と脳内フリーラジカル産出の関係を無侵襲解析するために、新たにシステムを開発することを試みた。この目的の遂行にあたり、ESRシグナルの変形を除去することを可能とする波形分離解析システムの開発が重要である。マイクロ波の吸収に伴うESRシグナルの変形を除去するためには、ESR信号を吸収波形と分散波形に分離・処理することが最も有効であることから、新たに処理用のアルゴリズムを検討しシグナル変形除去用の波形処理システムを開発した。さらに、脳内フリーラジカル産出に対して鋭敏に応答する脳滞留性の高いエステル型プローブの中から、脳機能障害における脳内フリーラジカル産出量を鋭敏に検出することが可能なCarboxy-PROXYLのアセトキシメチルエステル体の開発を行った。脳機能障害モデルとして、中脳大動脈の部分虚血再灌流障害ラットをナイロン糸挿入法で作製し、血液脳関門通過能を有するニトロキシドプローブおよび有しないプローブを併用的に頚動脈内に投与し、生体計測ESRで観測することで虚血時ならびに再灌流後での脳内フリーラジカル産出を無侵襲定量した。この研究を通じて、脳虚血再灌流モデルにおける脳障害へのフリーラジカルの関与についての重要な知見を得た。本研究は、生体計測ESRを用いて動物個体を無侵襲解析するという新たな方法を構築し、レドックス代謝活性という生化学的パラメーターを動物個体とりわけ脳に適用することを試みたものである。
児を亡くした家族への助産師による地域拠点型支援プログラム及びシステムの開発

100件中3-4件の出産は、死産または乳児死亡となっている。このような喪失を体験した母親または父親が、医療従事者から支援を受ける場は非常に少なく、また支援のガイドラインも存在しない。そこで、夫婦・家族が児の死を受容し、次の妊娠に向き合える良好な適応となるように、医療従事者による介入プログラムとシステムの開発を目的に以下の順序で研究を行った。方法:1)周産期死亡を体験した家族への支援に定評のあるオーストラリアの医療施設での支援のあり方を視察し日本への応用を考える。2)栃木県内の開業助産師を含む助産師会において、周産期死亡を体験した家族の特徴、喪失の理論、海外の支援法について講演を行い啓発活動を行った。3)文献検索や海外の支援のガイドラインについての学習を行い、アセスメント、面接の方法について枠組みを作った。4)県内の産科・外来・保健所に、当研究の紹介を依頼し、対象者を応募した。5)研究者が対象者に、アセスメントおよびカウンセリングの面接を行った。6)面接法の改善を考察した。結果:面接の実施回数5回、面接時間1-4時間平均2.5時間で、女性のみの利用であった。「乳房の手当法、悲嘆のプロセス、悲嘆の表現方法、家族や身内との関係、次回の妊娠」についての質問があり、時間を要するのは、感情の表出であった。また、できるだけ早い時点での、情報の提供を望む者がほとんどであり、退院後は感情表出の場を提供することが必要であるが、児がなくなった直後または、死が予測される段階での介入も必要であることが示唆された。また、対象者からメールで相談されるなど面接以外でのカウンセリングの可能性も示唆された。また、面接時間のマネージメントを学ぶ必要性が示唆された。豪州タスマニア州における周産期死亡を体験した家族に対する地域支援についての調査を行った。タスマニア大学の助産教育において、死産家族への支援は、指定規則で定められた授業科目ではない。しかし、死産家族のケースを通し、支援についての討議演習を2時間設けている。また、実習中に死産となった家族が病棟に入院中であれば、ケア対象者として受け持っているが、実習中必ず体験すべき課題としては取り扱われていないとのことであった。次に、タスマニア州の2つの病院における死産家族への支援の実際を調査した。Royal Hobart Hospitalは、タスマニア州内で最も病床数の多い第三次施設である。この施設は、合併症を持った女性の死産が他施設より多い。院内には、グリーフカウンセラーとチャプレンが存在しており、死を体験した家族に対する専門的なサポート体制が整っていた。子どもに対しては、児の年齢を考慮しながら、兄弟が亡くなったことをきちんと説明している。死産となった児の大きさにあった服や靴下などを教会を通じて寄付がなされており、地域との強いつながりがうかがえた。また、Marsey Community Hospitalでは、死産児を家族に抱っこさせるときは冷たいと感じないよう暖めるなどの配慮が行われていた。豪州では、分娩後3日間(帝王切開5日間)であり、退院後は、入院していた施設から助産師が家庭訪問を行う。また、入院施設よりすべての褥婦は、コミュニティチャイルドヘルスセンター(CCHC)に連絡があり、CCRCからも家庭訪問のサービスが受けられる。CCRCには、チャイルドヘルスナース、ソーシャルワーカー、ラクテーションコンサルタントなどの職種で運営されている。家庭訪問以降は、CCHC内での支援が主となる。死産家族の場合、家庭訪問までは受けるが、CCHCに出向くことは少なく、その理由として元気な児を見ることがつらいためであるという。

このため、SANDS(周産期死亡家族会)を紹介しフォローを依頼し、CCHCでフォローすること少ないという。SANDS以外の支援はすべてコミュニティベースの公的機関で行われており、施設を利用する人々の金銭的な負担はない。5つの施設で調査を行ったが、精神状態のアセスメント(エジンバラ産褥うつスケール)、乳房を含めた身体的アセスメント、家族夫婦間の関係のアセスメントなどアセスメントがシステマテックであり、また支援も社会を含め統合的であった。今回の調査を死産家族の精神的・身体的・社会的アセスメントツールの開発に応用させる予定である。栃木県助産師会において、死産家族への支援状況の調査を行った(回収数20)。県内の第三次施設においては、死産後の面会・抱っこなどの支援が行われていた。しかし、第二次・第一次施設では、全くされていないと施設も存在した。しかし、これらの施設は、自然死産の発生が皆無に等しいためであろう。今回の結果をもとに、栃木県と隣接する施設に死産家族への支援状況のアンケート調査も実施し、地域での支援に反映させたい。子どもを失った方への支援を開始した。宇都宮保健所、自治医科大学NICU,独協医科大学遺伝相談外来等で当活動の紹介を依頼している。対象者への紹介は行なっても、必ず全員がこのプロジェクトに連絡を取り支援を求めるまでにはいたっていない。対象者の意思での利用であるが、対象者自身に治癒力があるので支援を必要としないのか、利用しにくいのか、などの検討も必要である。また、面接の場所は、当大学の研究室、自宅、または対象者が指定した場所での実施を予定していたが、大学でも面接希望がほとんどである。訪問だと気を使うようである。また、他者からの支援を受けようとするときは、自宅というパーソナルスペースよりも、他者との交流の場である他者の存在する場所の方が居心地が良いからではないかと分析している。費用のことを考えると、大学で実施することは意味があると思う。病院の産科外来や乳房外来へ出向くのは元気の子どもを見るためつらいのでそのような人たちとは隔離された場所での支援が有効である。また、1回の面接で終わる方がほとんどであるが、その場合「乳房の手当法、悲嘆のプロセス、悲嘆の表現方法、家族や身内との関係、次回の妊娠」についての質問のほか、多くの時間をとるのは、感情の表出である。1回の面接が2-3時間を要している。しかし、支援が1ヶ月に1回程度であればこのペースでも問題はないと考える。やはり、死産をきっかけに家族との関係が変わることも多くできれば、家族への支援を行ないたいが、母親が病院に入院中に家族への支援を行なう方が効率が良いと思われるので、施設での介入も検討したい。また、数回の支援が必要な方もいるがその場合、友人や家族などの言葉により傷つけられる場合がほとんどである。その場合、メールでのやり取りも有効である。面接だけでなく様々な通信の手段を使うことも支援の1つである。来年度も、面接や遺族会への参加、できれば、海外の支援グループのカウンセリング技法の講座等への参加も行い支援方の確立を目指したい。
易分解性ブロックポリマーの合成と構造制御されたナノ多孔質膜の構築

ポリペルオキシドの易分解性を利用し、薄膜の多孔質化や表面濡れ性の制御を行うため、易分解性ポリマーであるポリペルオキシドとビニルポリマーなどの非分解性ポリマーからなる新規易分解性ブロックコポリマーの合成および分解挙動の評価を行った。また、新規易分解性ブロックコポリマー薄膜のモルフォロジー評価、ポリペルオキシドの分解による薄膜の多孔質化や表面濡れ性制御、粘着挙動の変化について研究を行った。ミクロ相分離したブロックコポリマー薄膜から一方のセグメントを切断または分解後、除去することにより、ナノ多孔質膜を得ることができる。本研究は、易分解性セグメント(ポリペルオキシドセグメント)を含む新規分解性ブロックコポリマーの合成およびそれらを用いる構造制御されたナノ多孔質膜の構築を目指し、初年度は新規易分解性ブロックコポリマーの合成および薄膜のモルフォロジー評価を行った。目的の新規易分解性ブロックコポリマーを合成するには、コモノマーである酸素存在下および生成物である易分解性ブロックコポリマーが分解しない条件下(例えば室温程度の重合温度、暗所、中性または酸性溶液中など)で進行するリビングラジカル重合法の利用が必要不可欠である。これらの制約を考慮し、近年報告された新しいリビングラジカル重合法である可逆移動触媒重合(RTCP)法の利用を検討した。低温ラジカル開始剤を用いることによりビニルモノマーのRTCPが室温付近でもリビング的に進行することを見出し、ポリペルオキシド合成に有用であることを明らかにした。種々の仕込み条件下でRTCPによるポリペルオキシド合成を行い、重合制御能は高くないものの非分解性セグメントをマクロドーマント種として用いることにより、易分解性ブロックコポリマーを合成できることを示唆する結果を得た。この結果を踏まえ、種々のビニルポリマー(非分解性セグメント)マクロドーマント種を用いて検討した結果、ポリメタクリル酸エステルセグメントと易分解性セグメントであるポリペルオキシドセグメントからなる新規分解性ブロックコポリマーの合成に成功した。得られた易分解性ブロックコポリマーの薄膜のモルフォロジー評価を原子間力顕微鏡および透過型電子顕微鏡観察により行い、ブロックコポリマー薄膜はポリマーブレンド薄膜では見られないミクロ相分離構造を示すことを明らかにした。本研究では、易分解性セグメント(ポリペルオキシドセグメント)を含む新規分解性ブロックコポリマーの合成と分解挙動、薄膜のモルフォロジー評価、ポリペルオキシドの易分解性を利用する多孔質化や表面物性の制御について研究を行っている。今年度は、まず、新規分解性ブロックコポリマーの構成要素として利用できるポリマーの多様化について検討した。可逆移動触媒重合(RTCP)法と定量的なポリマー末端のハロゲン交換反応を組み合わせることにより、RTCP法のみでは合成が困難であったポリアクリル酸エステルとポリペルオキシドからなる新規分解性ブロックコポリマーを合成できることを見出した。また、ポリメタクリル酸エステルとポリペルオキシドからなるブロックコポリマーをバルク状態、110-150°Cで加熱すると、ポリペルオキシドセグメントのみを分解除去できることを明らかにした。次に、ミクロ相分離したブロックコポリマー薄膜の表面形状および表面濡れ性について詳しく検討した。ブロックコポリマー薄膜は、構成要素であるそれぞれのホモポリマー薄膜やポリマーブレンド薄膜とは異なる濡れ性を示した。また、非分解性ポリマーセグメントは分解しない波長のUV光をブロックコポリマー薄膜に照射し、ポリペルオキシドセグメントを選択的に分解すると、薄膜の接触角が増加する傾向が見られた。分解後のブロックコポリマー薄膜の表面形状を原子間力顕微鏡観察により評価した結果、ポリペルオキシド部分に孔が形成されたことが明らかになった。新規分解性ブロックコポリマーとガラス基板や樹脂フィルム、金属などとの密着性を評価したところ、ガラス転移温度が低い非分解性ポリマーとポリペルオキシドからなるブロックコポリマーは良好な密着性を示し、粘着性の薄膜として機能することが明らかになった。
NMDA受容体チロシンリン酸化を介する神経可塑性・病態制御の分子生理学的解析

NMDA受容体は、イオンチャネルであると共に、細胞内シグナル分子でもある。私はNMDA受容体構成成分であるNR2A, 2Bのチロシンリン酸化がNMDA受容体の機能や作用の制御に関わると提唱してきた。本研究では、NMDA受容体のチロシンリン酸化部位を改変した遺伝子操作マウスを用い、NR2AやNR2Bのチロシンリン酸化が、それぞれ線条体でのドーパミンニューロンの活性化や扁桃でのLTP誘導を制御し、マウスの抗鬱反応や恐怖学習に関与することを示した。NMDA受容体は,刺激に応じて細胞内にCa2+イオンを流入させ様々な細胞内シグナル伝達経路を活性化する。申請者はNMDA受容体機能の調節機構の一つにチロシンリン酸化による制御を提唱している。19年度には,Src型キナーゼによるNR2A,及びNR2Bのリン酸化の意義を追求し,以下の結果を得た。【NR2A】(1)NR2Aの主要なリン酸化残基であるTyr-1325をフェニルアラニンに置換したY1325F改変マウスの作製を完了し,C57BL6の系統にバッククロスを行った。(2)Y1325F改変マウスの行動実験を一部分開始した。その結果,tail suspension test及び,強制水泳試験において,Y1325F改変マウスに抗欝様行動が観察された。(3)HEK293細胞を使った再構成系を用いて,Tyr-1325のリン酸化がsrc型キナーゼによるNMDA受容体チャネル活性の増強に必須であることを示した。その他の残基のリン酸化はチャネル活性の制御には関与していないことも見出した。(4)Tyr-1325のリン酸化を特異的に認識するリン酸化抗体を作製し,それを用いて,Tyr-1325は海馬,線条体で強くリン酸化されていることを見出した。以上の解析から,NR2AのTyr-1325のリン酸化はNMDA受容体チャネルのチャネル活性を制御することによって,マウス個体の行動を制御していることが明らかになった。【NR2B】すでに作製と初期の解析が完了しているNR2B-Y1472F改変マウスでは,NMDA受容体の局在異常など様々な表現型が観察されている。その分子基盤の解析を目的として,野生型及び,Y1472T改変マウスのNMDA受容体複合体を精製し,2D-DIGEの手法で-つ-つの構成分子の比較を開始した。-actinin2などの分子に関して,野生型マウスとY1472F改変マウスで差異が見られた。
腎血管性高血圧症(慢性期)の病因、とくに血管結合織蛋白質代謝の関与

Wistar系雄性ラットに2腎性高血圧症を作製し、高血圧慢性期に検索した。1群: sham手術群、2群:片側腎動脈狭窄群、3群:片側腎動脈狭窄+除神経群、4群:片側腎動脈狭窄+β・アミノプロピル(コラージェン代謝阻害剤)投与群、5群:片側腎動脈狭窄+カプトプリル(アンジオテンシン転換酵素阻害剤)投与群に分けた。高血圧慢性期(実験18週)における血圧は2群で高く、3,4群では高血圧は改善され、5群でも軽度に改善された。18週において^3H-プロリンを全てのラットに投与し、腹部大動脈、腸間膜動脈をホモジェネートし、それぞれの臓器中のコラージェン、非コラージェン蛋白質、エラスチンへの^3H-プロリンの取り込みを測定し、dpm/mg蛋白質にて示した。片側腎動脈狭窄ラットの腸間膜動脈のコラージェン、非コラージェン蛋白質への^3H-プロリンの取り込みは最も高く、その動物に除神経術を施行すると、血圧は下降し、^3H-プロリンのそれらの蛋白文画への取り込みは低下した。片側腎動脈狭窄のラットにβ-アミノプロピルニトリルを投与すると、腸間膜動脈のコラージェン中への^3Hプロリンの取り込みも低下した。大動脈のコラージェン、非コラージェン蛋白質への^3Hプロリンの取り込みは腸間膜ほどではないものの同傾向を呈した。エラスチンについては両蛋白質への標識プロリンの取り込みは変動しなかった。即ち、2腎性高血圧症の慢性高血圧症には、腸間膜動脈のコラージェン、非コラージェン蛋白質の代謝亢進が強く関与しており、神経因子を介してactireとなる事が推測された。尚、2腎性高血圧の昇圧機(急性高血圧期)にはレニン・アンジオテンシン系の亢進が立証された。急性期には血漿ルエピネフリンのが高く、ノルエピネフリン分泌apparentrateも高く、急性期にも高血圧の発生に交感神経の亢進も関与することが示された。さらに、イヌ、ヒトにおいて検索し、以下の如き結論を得た。1.急性期には狭窄腎からのレニン産生の上昇が直接の昇圧機序となっている。2.中枢の異常(視床下部のNE含量の低下、線条体のCA代謝物の増加)が交感神経系活性を亢進させて昇圧に関与する。3.満性期には腸間膜動脈、精巣動脈の非コラージェン蛋白質、コラージェンの代謝亢進が、血管抵抗を増加させて昇圧を維持する。4.非狭窄側の腎からのACE活性の上昇も血圧上昇に関与するが、その程度は軽微である。

Wistar系雄性ラットの線条体に透析プローブを固定し、1群:片側腎動脈剥離、2群:片側腎動脈狭窄作成、3群:片側腎除神経、4群:片側腎動脈狭窄+除神経を施行した。血圧は、片側腎動脈狭窄群と片側腎動脈狭窄+除神経群では、片側腎動脈剥離群と片側腎除神経群より有意に高値を示したが、片側腎動脈狭窄群と片側腎動脈狭窄+除神経群の間には、差を認めなかった。血漿レニン活性(PRA)、アンギオテンシンI、II(Ang I、II)は、片側腎動脈狭窄群と片側腎動脈狭窄+除神経群で、6-10週目にピークを示した後、漸減し、20週目には血圧と解離し低下した。片側腎動脈狭窄群では、腎のAng II含量は狭窄腎、非狭窄腎とも片側腎動脈剥離群に比べ、高値を示した。線条体細胞外ドーパミン(DA),ジヒドロキシルフェニール酢酸(DOPAC)、ホモバニリン酸(HVA)は、片側腎動脈狭窄群と片側腎動脈狭窄+除神経群で6週をピークに漸減し、14-16週以降ではプラトーとなり、片側腎動脈狭窄群では20週目でも血圧と相関関係を示した。しかしながら、除神経の影響は、DA、DOPACおよびHVAには認められなかった。以上より、2 kidney-1 clip(2K-1C)高血圧の慢性期において線条体ドーパミン代謝物の関与は、急性期に比べ小さくなるが、Ang IIとともに高血圧維持に関与するものと考えられた。しかしながら、除神経の血管作動性物質および血圧への影響は一定の規則性を認めなかった。Wistar系雄性ラットに2腎性高血圧症を作製し、高血圧慢性期に検索した。1群:sham手術群、2群:片側腎動脈狭窄群、3群:片側腎動脈狭窄+除神経群、4群:片側腎動脈狭窄+β・アミノプロピル(コラージェン代謝阻害剤)投与群、5群:片側腎動脈狭窄+カプトプリル(アンジオテンシン転換酵素阻害剤)投与群に分けた。高血圧慢性期(実験18週)における血圧は2群で高く、3、4群では高血圧は改善され、5群でも軽度に改善された。18週において^3H-プロリンを全てのラットに投与し、腹部大動脈、腸間膜動脈をホモジェネートし、それぞれの臓器中のコラージェン、非コラージェン蛋白質、エラスチンへの^3H-プロリンの取り込みを測定し、dpm/mg蛋白質にて示した。片側腎動脈狭窄ラットの腸間膜動脈のコラージェン、非コラージェン蛋白質への^3H-プロリンの取り込みは最も高く、その動物に除神経術を施行すると、血圧は下降し、^3H-プロリンのそれらの蛋白分画への取り込みは低下した。片側腎動脈狭窄のラットにβ-アミノプロピルニトリルを投与すると、腸間膜動脈のコラージェン中への^3H-プロリンの取り込みも低下した。大動脈のコラージェン、非コラージェン蛋白質への^3H-プロリンの取り込みは腸間膜ほどではないものの同傾向を呈した。エラスチンについては両蛋白質への標識プロリンの取り込みは変動しなかった。即ち、2腎性高血圧症の慢性高血圧症には、腸間膜動脈のコラージェン、非コラージェン蛋白質の代謝亢進が強く関与しており、神経因子を介してactireとなる事が推測された。尚、2腎性高血圧の昇圧機(急性高血圧期)にはレニン・アンジオテンシン系の亢進が立証された。急性期には血漿ルエピネフリンのが高く、ノルエピネフリン分泌apparentrateも高く、急性期にも高血圧の発生に交感神経の亢進も関与することが示された。さらに、イヌ、ヒトにおいて検索し、以下の如き結論を得た。1.急性期には狭窄腎からのレニン産生の上昇が直接の昇圧機序となっている。2.中枢の異常(視床下部のNE含量の低下、線条体のCA代謝物の増加)が交感神経系活性を亢進させて昇圧に関与する。3.慢性期には腸間膜動脈、精巣動脈の非コラージェン蛋白質、コラージェンの代謝亢進が、血管抵抗を増加させて昇圧を維持する。4.非狭窄側の腎からのACE活性の上昇も血圧上昇に関与するが、その程度は軽微である。
アフリカツメガエルの器官再生に阻害的に働く自然炎症の分子機構の解析

アフリカツメガエル(Xenopus laevis)幼生は高い尾の再生能をもつが、発育段階で一時的に再生能を失う(再生不応期)。応募者らは不応期幼生を免疫抑制すると再生能が顕著に回復することから、不応期には、再生芽細胞が未熟な免疫細胞により「非自己」として認識・攻撃されるため再生能が失われることを示唆した〔Fukazawa et al. Development (2009)〕。しかしながら、どのような種類の免疫細胞により、再生芽細胞のどの分子が「自己抗原」として認識されるのかは不明である。さらに、再生芽細胞が発現する「自己抗原」を同定する目的で、尾再生芽からフローサイトメトリーを用いて核相が4nの増殖細胞を単離し、RNA-seq法により発現遺伝子を網羅的に検索した結果、尾再生芽の非増殖細胞や尾芽の増殖細胞に比べ、再生芽増殖細胞選択的に発現する遺伝子断片を23個同定した。その中には`Eat me not'ホモログなど「自己抗原」の候補遺伝子や、再生芽増殖細胞維持に関わると考えられるインターロイキンが含まれていた。25年度が最終年度であるため、記入しない。アフリカツメガエル幼生は「不応期」に尾の再生能を一過的に失う。私たちはこれまで不応期個体を免疫抑制剤(FK506)で処理すると再生能が回復することを見いだし、不応期には獲得免疫系が分化し始めるが、未熟な免疫細胞が再生芽を「非自己」と攻撃するため再生能が阻害される。一方、可能期には制御性T細胞がこれらの免疫細胞の働きを抑制するため再生能が回復することを提唱した。本年度は再生芽を攻撃する免疫細胞の実体解明を目指した。再生能を規定する免疫応答に関わる遺伝子を同定するため、ディファレンシャル・ディスプレイ法でFK506処理群(再生能あり)と無処理群(なし)の尾で発現が異なる遺伝子を検索し、新規遺伝子phytanoyl-CoA dioxygenase (XPhyH)-likeを得た。。XPhyH-likeは不応期無処理群の尾の切断後に一過的に誘導され、その誘導はFK506処理で抑えられた。また、この誘導は可能期より不応期で高く、体の組織の中では血球分画で強く発現した。このことは、XPhyH-likeが不応期尾切断端に一過的に浸潤し、再生を阻害する免疫細胞に発現することを示唆する。XPhyH-likeは発育過程では不応期選択的に発現し、不応期にはXPhyH-likeを発現する自己反応性の免疫細胞が全身に漏出している可能性が考えられた。モルフォリノアンチセンスオリゴを用いた遺伝子ノックダウンを行うと、発生過程でほとんどの個体が死亡した。このことはXPhyH-likeが発生過程で重要な働きをもつことを示している。本研究では、再生芽細胞を攻撃する自己反応性免疫細胞のマーカー候補としてXPhyH-likeを初めて同定した。今後、再生能を失ったカエル成体や再生能をもたない哺乳類で自己反応性の免疫細胞の動態解析のために利用可能と思われ、再生生物学の発展に大きく寄与すると期待される。上記の通り、私たちは不応期のアフリカツメガエル幼生を免疫抑制剤(FK506)で処理することで再生能が回復することを見いだし、免疫応答が再生能を規定する一因であることを示した(Fukazawa et al., Development 2009)。つまり、不応期には再生芽細胞は未熟な免疫系により「非自己」として攻撃されるため再生能が阻害される。この知見は「脊椎動物の系統進化に連れて免疫系は発達するが、再生能は失われる」という逆相関を巧く説明する。しかし、この仮説にはまだ未解明な謎が主に2つあった。1つは不応期に再生芽を攻撃する免疫細胞の実体であり、もう1つは、免疫系が標的として攻撃する再生芽が発現する非自己マーカーの実体である。本研究では、再生芽細胞を攻撃する自己反応性免疫細胞のマーカー候補としてXPhyH-likeを同定した。XPhyH-likeの尾切断後の誘導やFK506処理への応答、血球分画での発現についての知見は、XPhyH-likeが不応期の尾切断端に一過的に浸潤し、再生を阻害する免疫細胞のマーカー遺伝子と考えると巧く説明がつく。不応期は、この自己反応性免疫細胞が体内を巡っている自己免疫疾患の状態とも言える。

(Naora etal.,Biochem. Biophys. Res. Commun. 2013)。これは所期の目的に合致するのみならず、世界的にも独創的で学術的価値の高い研究成果であると判断している。しかしながら、恐らくはXPhyH-likeの発現量、あるいは発現細胞の数が少ないために、XPhyH-like発現細胞をin situ hybridization法で同定するには至っていない。また、もう1つの残された謎である、免疫系が標的として攻撃する再生芽が発現する非自己マーカーの実体も解明には至っておらず、平成25年度の課題として残されている。平成25年度は引き続き、所期の目的である、「再生芽細胞は未熟な免疫系にとって非自己である」との仮説に残る2つの未解明な問題の解決を目指す。1つ目の不応期に再生芽を攻撃する自己反応性免疫細胞の実体については、カエル成体の血球分画を用いて、XPhyH-like発現細胞を検出する。既知の免疫細胞のマーカー遺伝子との二重染色などにより、XPhyH-like発現細胞を同定する予定である。2つ目の免疫系が標的として攻撃する再生芽が発現する非自己マーカーの実体の同定については、先ず再生芽の増殖細胞の遺伝子発現プロフィルを知り、その中から候補となる標的遺伝子を検索することを考えている。このため再生芽から、増殖細胞をフローサイトメトリーを用いて単離し、RNA-seqにより遺伝子発現プロファイルを得る。得られた遺伝子リストから、正常な尾の発生過程では発現しない遺伝子を差し引くことにより、標的分子の候補を得る。候補遺伝子が実際に、不応期再生芽の増殖細胞に発現するか検討する。25年度が最終年度であるため、記入しない。
病原性染色体が介在する植物病原糸状菌の進化と多様性形成

植物病原菌の出現、進化および多様性形成の過程を明らかにするため、菌の病原性を支配するCD染色体、すなわち"病原性染色体"の由来、形成過程さらには拡散(水平移動)の分子機解明を目指した。トマトアルターナリア茎枯病菌(Alternaria alternata tomato pathotype)におけるAAL毒素生合成を支配するALTクラスターは、PKS遺伝子(ALT1)を含む約13遺伝子群から構成されており、茎枯病菌のみが保有する1.0Mb CD染色体に座乗している。茎枯病菌株におけるPFGE核型分析の結果、本菌のCD染色体は、菌株の由来には関わらず全て共通サイズを示した。CD染色体および他の主要染色体(E染色体)上の遺伝子に関して、分子系統学的解析を行った。その結果、各菌株のCD染色体に座乗するALT1の塩基配列はすべて同一であったのに対し、E染色体上の遺伝子では菌株間で差異がみられた。またテロメアfingerprinting解析の結果、各菌株間において多型が認められた。これらの結果から、茎枯病菌CD染色体の遺伝的バックグラウンドは他の染色体群とは異なっていると考えられた。さらに、茎枯病菌と他のA. alternata菌株間における細胞融合により得られたハイブリッド株の解析結果から、茎枯病菌由来のCD染色体が菌株間で選択的に移行および保持されることが明らかとなった。本研究を通して、病原性菌が共通して保有する小型染色体が、菌の生存などには関与しないが、病原性など特定の形質を支配するCD染色体であり、"病原性染色体"であることを証明した。菌の病原性が、染色体レベルにおけるダイナミックなゲノム構造の変動に由来する可能性は、寄生性の進化を考える上で極めて興味深いと思われる。A.alternaria菌群に属するトマトアルターナリア茎枯病菌(トマト菌、AAL毒素生産菌)は、Tox遺伝子クラスターが座乗するCD染色体(病原性染色体)を保有する。本菌のToxクラスターに座乗する約10のAAL毒素生合成関連遺伝子のうち、ABCトランスポーター遺伝子の構造と機能解析を完了した。,また、トマトアルターナリア茎枯病菌など各種A.alternato病原型菌を材料として、Toxクラスター/CD染色体の菌株間における水平移動を実験的に再現した。具体的には、細胞(プロトプラスト)融合によるハイブリッド病原体(ダブル、トリプル毒素生産菌)を作出し、その遺伝学的、病理学的性質を調査した。その結果、HST生産菌における毒素生産能および病原性が優性あるいは上位の形質であることを明らかにした。さらにPFGE解析により、融合株が各親株由来のCD染色体を保持すると同時に、親株の両宿主に対する病原性も獲得することを明らかにした。また、茎枯病菌由来のCD染色体欠失変異株が、病原性/毒素生産能を欠損していることを見出した。平成18年度の研究成果を踏まえ、植物病原菌の出現、進化および多様性形成の過程を明らかにするため、菌の病原性を支配するCD染色体の由来および拡散(水平移動)過程の分子機解明を目指した。

トマトアルターナリア茎枯病菌(Alternaria alternata tomato pathotype)におけるAAL毒素生合成を支配するALTクラスターは、PKS遺伝子(ALT1)を含む約13遺伝子群から構成されており、茎枯病菌のみが保有する1.0Mb CD染色体に座乗している。茎枯病菌株におけるPFGE核型分析の結果、本菌のCD染色体は、菌株の由来には関わらず全て共通サイズを示した。CD染色体および他の主要(essential)染色体(E染色体)上の遺伝子に関して、分子系統学的解析を行った。その結果、各菌株のCD染色体に座乗するALT1および他のPKS遺伝子の塩基配列はすべて同一であったのに対し、E染色体上の遺伝子では菌株間で差異がみられた。またテロメア配列などを用いたfingerprinting解析の結果、各菌株間において多型が認められた。これらの結果から、茎枯病菌CD染色体の遺伝的バックグラウンドは他の染色体群とは異なっていると考えられた。さらに、茎枯病菌と他のA. alternata菌株間における細胞融合により得られたハイブリッド株の解析結果から、茎枯病菌由来のCD染色体が菌株間で選択的に移行および保持されることが明らかとなった。本研究を通して、病原性菌が共通して保有する小型染色体が、菌の生存などには関与しないが、病原性など特定の形質を支配するCD染色体であり、"病原性染色体"であることを証明した。菌の病原性が、染色体レベルにおけるダイナミックなゲノム構造の変動に由来する可能性は、寄生性の進化を考える上で極めて興味深いと思われる。
ゲル化技術を用いて大麦加工技術を解明する

「大麦β-グルカン」は水に溶ける食物繊維の一種で、水に溶けると水分を吸収してゼリー状に固まる性質がある。ゼリー状態となった大麦β-グルカンは、胃の中にある食べ物を包み込んで、消化器官をゆっくり移動するため、「糖質の吸収を抑える」作用をもつ等の機能性に着目されている。大麦はこのような背景のもと従来から麦飯として利用されてきた。しかし新たに大麦に関しても粉体食利用への提案が本課題の主旨であり、穀物ゲル転換技術により高付加価値化にむけた技術展開を目指すものである。ゲル化は水を吸わせた大麦に熱を加えることにより、主成分であるデンプンを変化させることである。デンプンの糊化度合の評価は1)BAP法等の酵素を用いた方法、2)示差走査熱量測定(DSC)等が用いられてきた。しかしながらこれらの手法は十分にゲル化されたものを評価することは困難である。一方、RVAでは一般的に粉末穀物試料を用いて評価がされているが、ゲル化後に粉末化することでゲル化度合を評価できる方法を開発した。具体的にはゲル化物を溶媒中で素早く分散させることにより、デンプンゲル化のさらなる進行を止めつつ、溶媒の脱水作用でデンプン老化も同時に防ぐものである。RVA解析結果では、デンプン結晶に由来するピークが未処理の大麦粉では見られたが、ゲル化処理によりピークが見られなくなった。また、そのピーク減少程度はゲル化処理時間に依存していた。大麦ゲル化物をパン材料として用いる場合、製パン時の生地物性が品質に大きな影響を及ぼすことをこれまで明らかにしてきた。ゲル化程度を評価できることにより生地物性制御が可能になった。大麦の特徴はβグルカンの機能性であるが、主成分はデンプンである。デンプンは加水・加熱によってゲル化するが、本課題においては高速撹拌によりそれを成し遂げるものである。ゲル化によってデンプンは完全あるいは部分的に結晶領域を失うが、それを簡便に評価する方法を開発し、加工性研究の基礎と出来た。任意のゲル化程度の大麦ゲル素材を作成することが可能になった。当初計画通り、様々な条件で作成した大麦ゲルを任意の割合で小麦粉に混合させ、大麦ゲルパン生地の特徴やパン特性を調査することで、大麦成分および大麦ゲル特性がパンの膨らみ等に与える影響を明らかにする。初年度と2年度にまたがってゲル評価技術開発を行う予定であったが、初年度に重点的に行った。一方、製パン評価については2年度に重点化する。人件費(製パン補助者)の予算額に対する比重が高い。
酸化亜鉛系半導体のナノ構造制御による新物性の創製

本研究では、酸化亜鉛(ZnO)半導体のナノレベルでの構造制御を通じて、新しい物性を実現してデバイス応用につなげることを目的として行ったものである。ZnOはさまざまな興味ある物性を持っが、ガラス基板上の透明トランジスタへの応用が一つの重要な課題となっている。そこで本研究では、透明トランジスタの実現上不可欠なn型およびp型の伝導性制御に関して検討した。結果を以下にまとめる。1.ZnOの導電性制御にと.ってバックグラウンドとなる酸素空孔を抑える必要がある。この観点から成膜時の酸素分圧が高いことを特徴とするミストCVD法を基本成膜技術として選び、深い準位からの発光が見られないZnO薄膜を得た。2.n型ドーパントとしてGaおよびAlを選びZnO、ZnMgOいずれについても低抵抗薄膜を得た。またバースタインモス効果を観測した。3.ZnOで問題になっているp型ドーピングを試みた。ドーパントにはNを用いた。熱処理に伴う電気特性の変化とSIMS測定結果とを総合して、(i)NとともにHが混入してアクセプタを不活性化している、(ii)500度前後の熱処理によってHが離脱してアクセプタが活性化しp方を示す、(iii)高温熱処理ではNが脱離して欠陥となりn型になる、という結果が得られた。p型化したことはpn接合の形成および電界効果によっても裏づけられた。本研究は、ZnO系半導体における各種ナノ構造を制御することによって、p型伝導をはじめ新規な光・電子物性を創成することを目的とするものである。本年度は実質的な研究期間が4ケ月であることから、研究に用いる成長・評価装置に習熟することと、関連分野の研究動向の調査に主眼を置いた。あわせて、母体となるZnO結晶の成長条件について検討した。1.成長方法として、ミストCVD技術が有望であると考えられる結果が得られた。この技術は成長時に酸素の過剰圧を加えることができるため、酸素空孔の低減に有効である。これまでこの技術はガラス基板上多結晶の成膜に用いられてきたが、サファイア基板の利用によって単結晶ZnOが得られることがわかった。2.ミストCVD法によりZnOナノ粒子が得られることがわかり、成長温度が400、500°Cにおいて平均直径はそれぞれ10、5mmであった。ZnO薄膜と比較してフォトルミネセンス発光の短波長シフト(320nm@15K)と長い発光時定数(2ns@15K)が得られ、量子効果による高効率の発光再結合を生じることが明らかになった。3.ZnOのp型化にとって、p型酸化物薄膜との超格子構造による擬似混晶を用いることが考えられる。p型酸化物としてCuGaO_2等が考えられるので、まずGa_2O_3の成長を試みた。その結果、キャリア密度10^<13>cm^<-3>台の高抵抗薄膜が得られ、これを今後高品質CuGaO_2の成膜につなげる一方、Ga_2O_3をpn制御可能な新規ワイドギャップ材料としての進展を図ることを考えている。本研究は、ZnO系半導体におけるナノスケールでの物性制御によって、p型伝導をはじめ新規な光・電子物性を創成することを目的とするものである。2.ミストCVD法によりZnOナノ粒子が得られることがわかり、成長温度が400、500°Cにおいて平均直径はそれぞれ10、5nmであった。3.ZnOのp型化を目指し、ガラス基板上にミストCVD法で成膜されるZnO薄膜に対して窒素ドーピングを行った。成膜後の熱アニールにより、正孔密度10^<16>-10^<17>cm^<-3>のp型ZnO薄膜が得られた。、SIMS測定により、アクセプタに結合している水素が活性化を妨げており、これを熱アニールで除くことでアクセプタとしての効果を示したことが示唆された。4.ZnO薄膜にAlまたはGaのドーピングを行うことで、電子密度10^<18>cm^<-3>台の低抵抗薄膜が得られた。ドーピング量の変化による禁制帯幅の変化を明らかにした。5.Au微粒子を触媒としたVLSプロセスによって、直径10-50μmのナノロッドの作製が可能となった。

この観点から成膜時の酸素分圧が高いことを特徴とするミストCVD法を基本成膜技術として選び、深い準位からの発光が見られないZnO薄膜を得た。2.n型ドーパントとしてGaおよびAlを選びZnO、ZnMgOいずれについても低抵抗薄膜を得た。またバースタインモス効果を観測した。3.ZnOで問題になっているp型ドーピングを試みた。ドーパントにはNを用いた。熱処理に伴う電気特性の変化とSIMS測定結果とを総合して、(i)NとともにHが混入してアクセプタを不活性化している、(ii)500度前後の熱処理によってHが離脱してアクセプタが活性化しp方を示す、(iii)高温熱処理ではNが脱離して欠陥となりn型になる、という結果が得られた。p型化したことはpn接合の形成および電界効果によっても裏づけられた。