hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
紫斑病性腎炎患者とIgA腎症患者の鑑別に有用な抗原蛋白の同定

IgA腎症、紫斑病性腎炎に特異的な自己抗体をマイクロアレイで評価し、抗原蛋白質Xを同定した。この蛋白質に対する自己抗体を患者血清を用いてELISA法で確認した。IgA腎症、紫斑病性腎炎の患者血清で検討を行ったところ、コントロールに比し抗体量は有意に多い結果となったが、その他の腎炎との比較でIgA腎症、紫斑病性腎炎と有意差がつかなかった。蛋白質Xは研究開始当初はIgA腎症、紫斑病性腎炎に特異的な自己抗原と考えられた。IgA腎症と紫斑病性腎炎の自己抗体を同定するという本研究の目的を達成することができなかったが、膜性腎症などの腎炎でも上昇し、汎用性のあるマーカーであることを明らかにすることができた。IgA腎症,紫斑病性腎炎に特異的な自己抗体をマイクロアレイで評価し,抗原蛋質Xのリコンビナントを大腸菌を用いて作成した.このリコンビナント蛋白質を用いて患者血清中の抗体価をでELISA法で確認した.コントロールは基底膜菲化症候群の患者血清を用いた.IgA腎症,紫斑病性腎炎ではコントロールに比べOD値が有意に上昇しており,蛋白質Xに対する自己抗体産生がIgA腎症,紫斑病性腎炎患者で起こっていることがうかがわれた.次に,他の腎疾患(膜性腎症,ループス腎炎,MRSA腎炎,ANCA関連血管炎)についても蛋白質Xに対する自己抗体が産生されているかを確認した.これらの患者血清を用いて,IgA腎症,紫斑病性腎炎の実験と全く同様の手順で抗体価をELISA法で測定した.膜性腎症,ループス腎炎,MRSA腎炎,ANCA関連血管炎でもOD値は高く,特に膜性腎症,ループス腎炎,MRSA腎炎はIgA腎症,紫斑病性腎炎に比べ有意にOD値が高い結果であった.自己抗体の産生はIgA腎症,紫斑病性腎炎に限らず他の腎疾患でも起こっていることが判明した.本実験は蛋白質Xに対するIgA型の自己抗体を測定し,上記の結果を得ているが,IgG型の自己抗体の測定も同様の実験系で行い,IgG型の自己抗体はコントロールに比して上昇が認められないことがわかっている.当初,蛋白質Xに対する自己抗体はIgA腎症,紫斑病性腎炎に特異的なものと考えていたが,他腎疾患でも有意に上昇していることが判明し,様々な腎疾患で産生が亢進する自己抗体であることがわかった.IgA腎症,紫斑病性腎炎に特異的な自己抗体をマイクロアレイで評価し,抗原タンパクXのリコンビナントを大腸菌を用いて作成した.このリコンビナントタンパクを用いて患者血清中の抗体価をELISA法で確認した.コントロールは基底膜菲薄化症候群の患者血清を用いた.IgA腎症,紫斑病性腎炎ではコントロールに比べOD値が有意に上昇しており,タンパク質Xに対する自己抗体産生がIgA腎症,紫斑病性腎炎患者で起こっていることが疑われた.次に,他の腎疾患(膜性腎症,ループス腎炎,MRSA腎炎,ANCA関連血管炎)についてもタンパク質Xに対する自己抗体が産生されているか確認した.これらの患者血清を用いて,IgA腎症,紫斑病性腎炎の実験と全く同様の手順で抗体価をELISA法で測定した.膜性腎症,ループス腎炎,MRSA腎炎,ANCA関連血管炎でもOD値は高く,特に膜性腎症,ループス腎炎,MRSA腎炎はIgA腎症,紫斑病性腎炎に比べ有意にOD値が高い結果であった.使用していたニッケルプレートが,非特異的なIgAの沈着を起こす可能性があるため,異なる材系のプレートを用いてIgA腎症,紫斑病性腎炎,膜性腎症,ループス腎炎,MRSA腎炎,ANCA関連血管炎の患者血清を再検討している.自己抗体の産生はIgA腎症,紫斑病性腎炎に限らず他の腎疾患でも起こっていることが判明した.本実験はタンパク質Xに対するIgA型の自己抗体を測定し,上記の結果を得ているが,IgG型の自己抗体の測定も同様の実験系で行いIgG型の自己抗体はコントロールに比して上昇が認められないことがわかっている.タンパク質Xに対する自己抗体の測定のためにELISA法を用いて測定を行なっていた.使用していたニッケルプレートが,非特異的なIgAの沈着を起こす可能性があることが判明した.現在,違うプレートを変更して再度IgA腎症,紫斑病性腎炎,膜性腎症,ループス腎炎,MRSA腎炎,ANCA関連血管炎の患者血清を用いて測定しているため,当初の計画より,研究が遅延している.IgA腎症、紫斑病性腎炎に特異的な自己抗体をマイクロアレイで評価し、抗原蛋白質Xを同定した。蛋白質Xに対するリコンビナント蛋白質を大腸菌を用いて作成した。このリコンビナント蛋白質Xに対する自己抗体を患者血清を用いてELISA法で確認した。コントロールは糸球体にIgA沈着を認めないことが確認されている基底膜菲薄化症候群とした。ELISAの結果、IgA腎症、紫斑病性腎炎患者の抗体量の上昇を認めたが、後に使用していたニッケルプレートに患者血清中のIgA抗体が非特異的に沈着することが判明した。ニッケルプレートを変更して再度、IgA腎症、紫斑病性腎炎の患者血清でELISAによる検討を行ったところ、コントロールに比して抗体量は優位に多い結果となった。

しかし、その後に他の腎炎と比較したところ膜性腎症でも蛋白質Xに対する自己抗体の上昇を認め、IgA腎症、紫斑病性腎炎と有意差が認められなかった。その他にループス腎炎、ANCA関連腎炎、微小変化型ネフローゼ症候群、糖尿病性腎症、MRSA腎炎の患者血清でもELISAによる検討を行ったが疾患特異的な結果は認めなかった。抗体量の多い症例で血清IgA値との相関がないか検討したが、相関関係は認められなかった。蛋白質XはIgA腎症、紫斑病性腎炎には特異的でないものの、膜性腎症等の腎炎で優位な上昇があることから、腎炎全般の病態に関わっている可能性が示唆される。IgA腎症、紫斑病性腎炎に特異的な自己抗体をマイクロアレイで評価し、抗原蛋白質Xを同定した。この蛋白質に対する自己抗体を患者血清を用いてELISA法で確認した。IgA腎症、紫斑病性腎炎の患者血清で検討を行ったところ、コントロールに比し抗体量は有意に多い結果となったが、その他の腎炎との比較でIgA腎症、紫斑病性腎炎と有意差がつかなかった。蛋白質Xは研究開始当初はIgA腎症、紫斑病性腎炎に特異的な自己抗原と考えられた。IgA腎症と紫斑病性腎炎の自己抗体を同定するという本研究の目的を達成することができなかったが、膜性腎症などの腎炎でも上昇し、汎用性のあるマーカーであることを明らかにすることができた。ある特定の腎疾患に特異的な自己抗体ではないことがわかったため,今後は腎疾患の種類に関係なく抗体価の高い患者を選び出し,腎障害の程度を臨床データや腎組織で評価する.自己抗体の産生がどのような機序で起こり,何を意味するのかを検討していく.プレートを変更し再度,IgA腎症,紫斑病性腎炎,膜性腎症,ループス腎炎,MRSA腎炎,ANCA関連血管炎の患者血清を用いて抗体価の測定を行う.得られたタンパク質Xにた対する自己抗体が疾患の診断マーカーとしてではなく,患者の臨床データ,病理組織,その後の臨床経過とも照らし合わせ,活動性の指標ともなりうるか検討する.また,自己抗体の産生機序,病的意義などについても明らかにしていく.腎臓病学想定した以外の疾患でも抗体価が上昇することが判明し,他の疾患の血清を用い同様の実験系にてIgG型抗体,IgA型抗体の測定を行う必要が生じたため28年度中にタンパク質Xに対する自己抗体の解析を終え,腎臓学会で発表予定する予定であったが,プレートを変更し追加実験が必要となったため,未使用額が生じた.抗体価測定に必要なELISA法の必要物品購入などプレートを変更し,解析をすすめ,次年度に学会発表および論文校正を行う予定であり,未使用額はその経費に充てることとしたい.
接触快適感の計測評価システムに関する感性工学的研究

柔らかくふかふかしたなど接触して快適と感じる感覚は、綿タオル、布団、クッションのような厚みがあり、柔らかい特性を持つ繊維製品の大きな魅力の一つである。しかし、これらの繊維製品が持つ材料特性を定量的に計測するシステムの開発が遅れていることから、繊維製品に対する接触快適感の心理的および生理的な知覚メカニズムも明確になっていない。本研究では、人が柔らかくふかふかした繊維製品の印象をどのように知覚しているか動作、心理分析、生理反応、材料特性の計測から定量的に計測評価できる「接触快適感計測評価システム」構築のため、2つの実験(1)快適感評価条件の特定、(2)ふかふか感に対応した物理評価指標を得るための評価方法の検討を実施した。(1)において、綿タオルをサンプルに拭き取り心地を評価しやすい環境を求めるため、温度5条件、湿度5条件、対流3条件、タオルの種類6条件を設定し、それぞれの組み合わせを変えて実験した結果、触察によって最も拭き取り心地の差を感じやすい条件が、温度14°C,湿度37%RH,風速0.1m/sであることが明らかになった。(2)において、作為的に作製した柔らかさが異なる5種類のタオルを荷重計を装備した圧縮試験機によって圧縮実験した結果、50Nと30Nで荷重した際の圧縮回復率の対比値がふかふか感の官能評価と0.95以上の相関となり、ふかふか感の評価指標として有用である可能性を得た。押しつけ荷重を変えて圧縮回復性対比値を計測できる装置を作製することによってふかふか感計測装置が構築できる可能性を得た。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。基準となる綿タオルサンプルを1種類設定し、撚係数を変化させた5種類、精紡方法が異なる3種類、番手を変化させた3種類、繊維繊度が異なる3種類、カード糸コーマ糸の2種類、繊維長2種類を用意した。糸密度は経糸38本/in、緯糸45本/in、パイル長は織機設定で12mmに統一した。綿タオルの材料特性として、吸水性、引張特性、せん断特性、圧縮特性、温熱特性、通気特性、吸水特性、吸水速乾特性、摩擦特性、曲げ特性を測定した。シェッフェの一対比較法(中屋の変法)を用いて綿タオルの肌触り感について八つの評価項目〈あたたかい、乾いている、なめらか、弾力感がある、ボリューム感がある、押しやわらかい、曲げやわらかい、肌触りは良い〉に対して7段階(非常に・かなり・やや・どちらでもない)で評価させた。試料が見えない状態で評価を行った。実験環境は室温24°C、湿度55%RHとした。被験者は男性5名、女性5名の計10名(23±1歳)だった。結果として、材料特性と手触り感評価それぞれで、仕様に応じた特性差があることが示された。ただし、材料特性と手触り感評価とは必ずしも一致性が高くなく、人が感じている特性については、従来の評価方法では求めきれないことが示された。接触快適感計測評価システムの試作については、3軸直交マニピュレータと力覚センサを組み合わせた装置を作製し、センサからの出力信号を処理してマニピュレータを制御するためのシーケンサーについての取り付けを完了した。動作規範を特定するために、テンシロンを用いた圧縮特性試験を行い、ふかふか感と対応する可能性がある圧縮条件と評価指標についての予備実験を行った。その結果、圧縮回復特性に関する指標がふかふか感と対応する可能性を得た。本年度の研究実施計画としては、(1)実験サンプルの作製、(2)接触快適感計測評価システムの試作研究であった。具体的には下記が実施できた。実験サンプルの作製では、繊維繊度、繊維長、太さ(番手)、撚り数、精紡方法などの仕様が異なる綿糸を用意し、13種類の綿タオルを作製した。そのタオルサンプルの材料特性や接触感を評価して、タオルの接触特性の差を明らかにした。接触快適感計測評価システムの試作では、直行マニュピレータに3軸力覚センサを装着した装置を作製した。センサからの出力を処理して触察動作を制御するためのシーケンサーも装備した。圧縮評価試験を圧縮試験機で実施し、タオルの弾力性を評価するための評価指標を特定するための実験を行い、指標の候補を特定した。人の触察動作を把握するために、ふかふか感、ふわふわ感の心理構造を分析し、同時に3軸加速度センサによって触察動作を分析した。以上のことから計画通りほぼ進んでいると判断した。本年度の研究実施計画は、(1)心理生理反応計測による快適感評価と(2)計測評価システムによるふわふわ感評価システムの構築であった。快適感評価では、温熱刺激に対する生理反応と心理反応を計測し、両者に反応の違いがあることを明らかにし、両者それぞれにおける評価が必要であることを明らかにした。繊維素材の違いによる温熱快適感においては疎水性素材と親水性素材によって水分移動特性を持たせることによって快適感が得られることを自律神経活動計測による生理反応と官能検査による心理反応の計測によって明らかにした。ふわふわ感評価システムにおいては、厚みのある繊維製品には、人と接触した際に、人に好印象や快適な刺激を与えるものが多いが、これらの繊維製品の良さを定量的に表現して、積極的に訴求することはこれまで希薄であった。

本研究では、ふかふかして気持ちがよいという厚みのある繊維製品の特徴を評価する方法の提案を目的として、ふかふか感が異なると感じる綿タオルを題材にふかふか感を表現できる材料特性計測方法について、圧縮試験で得られる出力からふかふか感を評価できる指標の特定について検討した。試料を連続圧縮することから得られる応力を計測することによって、ふかふか感が評価できる可能性を示せた。圧縮荷重を段階的に変えた測定や同一試料への連続圧縮は、ふかふか感評価のために有効な測定方法と考えられる。今回の結果から圧縮試験による厚い繊維製品の接触快適感評価が行える可能性を得た。初年度は、(1)実験サンプルの作製、(2)接触快適感計測評価システムの試作研究、本年度は、(3)心理生理反応計測による快適感評価,(4)計測評価システムによるふわふわ感評価システムの構築が実施内容であった。初年度課題であった(1)、(2)ともほぼ計画通りに実施でき、その成果を受けて本年度の(3)、(4)を実施した。(3)では、温熱感評価においては、心理反応と生理反応が異なる反応をすることから両者それぞれから評価する必要性があることを明らかにした。生理反応と心理反応の計測から温熱快適感が疎水性と親水性素材の混紡糸による水分移動特性に富んだ布地によって得られやすいことを明らかにした。(4)では、厚みがあるタオルを題材にして、繰り返し圧縮強度を変えて押し付けた際の反力対比とふかふか感が対応することを明らかにして、ふかふか感を評価するための指標を明らかにした。以上の成果からおおむね順調に進展していると判断した。柔らかくふかふかしたなど接触して快適と感じる感覚は、綿タオル、布団、クッションのような厚みがあり、柔らかい特性を持つ繊維製品の大きな魅力の一つである。しかし、これらの繊維製品が持つ材料特性を定量的に計測するシステムの開発が遅れていることから、繊維製品に対する接触快適感の心理的および生理的な知覚メカニズムも明確になっていない。本研究では、人が柔らかくふかふかした繊維製品の印象をどのように知覚しているか動作、心理分析、生理反応、材料特性の計測から定量的に計測評価できる「接触快適感計測評価システム」構築のため、2つの実験(1)快適感評価条件の特定、(2)ふかふか感に対応した物理評価指標を得るための評価方法の検討を実施した。(1)において、綿タオルをサンプルに拭き取り心地を評価しやすい環境を求めるため、温度5条件、湿度5条件、対流3条件、タオルの種類6条件を設定し、それぞれの組み合わせを変えて実験した結果、触察によって最も拭き取り心地の差を感じやすい条件が、温度14°C,湿度37%RH,風速0.1m/sであることが明らかになった。(2)において、作為的に作製した柔らかさが異なる5種類のタオルを荷重計を装備した圧縮試験機によって圧縮実験した結果、50Nと30Nで荷重した際の圧縮回復率の対比値がふかふか感の官能評価と0.95以上の相関となり、ふかふか感の評価指標として有用である可能性を得た。押しつけ荷重を変えて圧縮回復性対比値を計測できる装置を作製することによってふかふか感計測装置が構築できる可能性を得た。導入した計測評価システムの試作機を用いて、接触快適感を評価できる装置とするため、下記について実験を行う。(1)接触快適感の心理生理的評価指標の特定、(2)計測評価システムによるふわふわ感評価システムの構築。
電位勾配下におけるベントナイト中のイオンの移行挙動に関する研究

ベントナイト粘土中のイオンの移行挙動は、放射性廃棄物処分の安全評価のため重要であるが、地下の還元環境を模擬した実験は困難であった。また、イオンの中には移行の極めて遅いものがあり、その移行パラメータを現実的な期間で得るための手法が必要とされていた。提案者らは、電気化学的手法を用いて、ベントナイト粘土中に安定な還元環境を生み出し、粘土中のイオンの移動を加速して移行のパラメータを得る手法を開発した。本手法を用いることにより、ベントナイト中に安定した還元環境を生成することに成功し、その環境における鉄イオン、アルカリイオン、アルカリ土類イオンの拡散係数、分散係数を得た。平成19年度は、実験装置の拡充を行ない、特に鉄の腐食によって生成する鉄イオンの移行挙動に関するパラメータを得た。本手法により、印加した電位に応じて腐食が加速されると共に、鉄イオンは移行を加速し約7目間で数mmの距離を移動した。また、鉄イオンはベントナイト粘土中のナトリウムイオンと置換しながら移動していることを確認した。得られた鉄イオン濃度分布を解析することにより、見かけの分散係数と見かけの電気泳動速度を得た。見かけの分散係数と見かけの電気泳動速度には比例関係があり、それらの関係から、ベントナイト粘土中の鉄イオンの見かけの拡散係数(約10^-<12>m^2/s)と分散長(0.5-0.6mm)を得た。さらに、新たに開発した手法により、試験時のベントナイト粘土間隙水中のpHを測定した。電位によって異なるが、電位を印加する前では間隙中は約pH8程度、電位印加時の電極近傍では概ねpH5-7であることを確認した。これらの結果より、次年度以降に行なう他のイオンのパラメータ取得のためのリファレンスを得た。平成19年度に得た鉄の移行挙動とpH測定データに基づき、平成20年度はアルカリ金属の移行挙動に関するパラメータを得た。本手法により、鉄イオンと同じくアルカリ金属イオンもは移行を加速し数日間で数mmの距離を移動した。電位による移動速度および分散係数は、カリウム=鉄>ルビジウム>セシウムの順となっており、イオン半径との相関関係(反比例)が示された。また、通常の拡散実験も同時に行い、鉄共存系で得られた分散係数と比較を行った結果、ベントナイト粘土中のナトリウムイオンと鉄イオンが置換することにより拡散係数が低下する傾向があることを見いだした。鉄同様カリウムでは電位の上昇に伴い移動速度の増加がみられたが、ルビジウムとセシウムには大きな変化がみられなかった。一方、ルビジウムの分散係数は電位の上昇にともわずかに増加傾向をしめしたが、カリウムとセシウムには大きな変化はみられなかった。平成19年度に求めた鉄イオンの移動速度と分散係数の比例関係は、アルカリ金属イオンに対しては明確に見ることができなかった。しかしながら得られた拡散係数は、通常の拡散実験によって求められる拡散係数とほぼ同じ値であり、短い試験時間で還元環境での拡散係数を得ることができた。次年度は、アルカリ土類イオンおよび3価のイオンの移行挙動パラメータ取得を行う。ベントナイト粘土中のイオンの移行挙動は、放射1生廃棄物処分の安全評価のため重要であるが、地下の還元環境を模擬した実験は困難であった。平成21年度はアルカリ土類金属の移行挙動に関するパラメータを得た。本手法により、鉄イオンやアルカリ金属と同じくアルカリ土類金属イオンも移行を加速し数日間で数mmの距離を移動した。

電位による移動速度は、カルシウム、ストロンチウム>鉄>バリウムの順で、分散係数は、バリウム>鉄>カルシウム、ストロンチウムの順となっており、イオン半径との相関関係(反比例)が見られなかった。また、通常の拡散実験も同時に行った結果、拡散係数は、バリウム>カルシウム>ストロンチウムの順となり、イオン半径、水和半径との相関も見られなかった。拡散係数と鉄共存系で得られた分散係数とを比較した結果、ベントナイト粘土中のナトリウムイオンと鉄イオンが置換することによりアルカリ土類金属イオンについても拡散係数が低下する傾向があることを見いだした。
末梢性運動神経麻痺に対する遺伝子治療の研究

本研究期間においては、遺伝子治療が運動神経損傷の治療において、どの程度運動機能の回復に寄与するかを評価する研究を行なったが、平成15年度は、レポーター遺伝子を用いた実験を行なった。ベクター注入部位である反回神経束や、疑核運動神経細胞にもレポーター遺伝子発現陽性所見が観察された。この所見は、神経束のベクター注入部位から、逆行性軸索流にのって、運動神経細胞体に到達したアデノウイルスベクターにより導入された外来遺伝子が発現している所見と考えられた。この結果を踏まえ、平成16年度は治療遺伝子であるGDNF遺伝子を搭載したアデノウイルスベクターを、反回神経束や筋に注射し、遺伝子治療がどの程度喉頭機能回復に寄与するか評価した。ラットの反回神経を、止血鉗子で数十秒間圧迫し、神経挫滅モデルを作成した。その後に挫滅部位の神経線維にGDNF遺伝子を搭載したベクターを導入した。挫滅部位の神経線維、延髄疑核の運動神経細胞への遺伝子導入をRT-PCFや免疫染色を用い確認した。遺伝子治療効果は、反回神経伝導速度を誘発筋電図の異なる刺激部位の潜時差から計算し、さらにその時点での声帯可動性も観察することにより行った。GDNF遺伝子を搭載したアデノウイルスベクターを神経束に注入した後、GDNFの疑核での発現をRT-PCRで確認した。治療効果は、遺伝子導入後2週、4週の時点でGDNF遺伝子導入群はコントロール群に比べ有意に早い神経伝導速度を示した。声帯運動の回復度に関しても、遺伝子導入後2週、4週の時点でコントロール群がそれぞれ12.5%、37.5%であるのに対し、GDNF遺伝子導入群では2週後、4週後共に100%であり、有意な声帯運動回復促進効果を示した。過去の我々の研究において、末梢運動単位における筋レベル、運動神経細胞レベルで遺伝子治療の効果が確認されたが、この期間においては遺伝子治療が運動神経損傷の治療において、どの程度運動機能の回復に寄与するかを評価する研究を開始した。今年度はまず、レポーター遺伝子を用いた実験を行なった。方法レポーター遺伝子であるLacZ遺伝子を含む組み換えアデノウイルスベクター(AxCAiLacZ)を作製した。次にS-Dラットを用い、反回神経を止血鉗子で30秒間圧迫し、神経挫滅モデルを作成した。その後に挫滅部位の神経線維に、卵母細胞用注入針および注入器を用いてAxCAiLacZを含む溶液を注射した。ベクター投与後、4-7日後に投与部位および運動神経細胞等の各部位における遺伝子発現を、X-gal染色にて観察した。結果X-gal染色にて、ベクター注入部位である反回神経束にLacZ陽性所見が観察され、神経線維束に外来遺伝子が発現していることが確認された。さらに疑核において運動神経細胞にもLacZ陽性所見が観察された。今後の展開レポーター遺伝子の実験により、反回神経束にアデノウイルスベクタ-を注射することにより、疑核の運動神経細胞に遺伝子導入可能であることが、示された。現在治療遺伝子としてGDNF遺伝子を搭載したアデノウイルスベクターを、挫滅した反回神経束に注射し、神経伝導速度、軸索に有髄化度、声帯運動回復度を評価する実験を施行中である。目的遺伝子治療が運動神経損傷の治療において、どの程度運動機能の回復に寄与するかを評価する研究を行なっているが、昨年度は、レポーター遺伝子を用いた実験を行なった。

この所見は、神経束のベクター注入部位から、逆行性軸索流にのって、運動神経細胞体に到達したアデノウイルスベクターにより導入された外来遺伝子が発現している所見と考えられた。この結果を踏まえ、今年度は治療遺伝子であるGDNF遺伝子を搭載したアデノウイルスベクターを、反回神経束や筋に注射し、遺伝子治療がどの程度喉頭機能回復に寄与するか評価した。方法ラットの反回神経を、止血鉗子で数十秒間圧迫し、神経挫滅モデルを作成した。その後に挫滅部位の神経線維にGDNF遺伝子を搭載したベクターを導入した。挫滅部位の神経線維、延髄疑核の運動神経細胞への遺伝子導入をRT-PCRや免疫染色を用い確認した。遺伝子治療効果は、反回神経伝導速度を誘発筋電図の異なる刺激部位の潜時差から計算し、さらにその時点での声帯可動性も観察することにより行った。結果GDNF遺伝子を搭載したアデノウイルスベクターを神経束に注入した後、GDNFの疑核での発現をRT-PCRで確認した。治療効果は、遺伝子導入後2週、4週の時点でGDNF遺伝子導入群はコントロール群に比べ有意に早い神経伝導速度を示した。声帯運動の回復度に関しても、遺伝子導入後2週、4週の時点でコントロール群がそれぞれ12.5%、37.5%であるのに対し、GDNF遺伝子導入群では2週後、4週後共に100%であり、有意な声帯運動回復促進効果を示した。
小胞体ラフト構造：アポトーシス、オートファジー、脂肪滴の形成への関与

MAM(mitochondria-associated membrane)や他の小胞体サブドメインのいくつかはラフト様の構造を持つ。申請者らは小胞体ラフト様構造に存在するsyntaxin17(Syn17)とVAPA/Bが以下の機能を持つことを明らかにした。(1)Syn17はアポトーシスを制御する。(2)栄養飢餓に伴ってSyn17はラフト様構造から非ラフト様構造(オートファゴソーム)へ移動する。(3)Syn17はラフト局在タンパク質であるSNAP23と協調して、脂肪滴形成を制御する。(4)VAP-A/Bは小胞体とゴルジ体の境界面に存在し、トランス・ゴルジネットワークのラフト構造を制御する。ミトコンドリアと接する小胞体領域(mitochondria-associated membrane)にはラフト構造が存在するが、その性質や機能はよくわかっていない。本研究は、ラフトに存在するsyntaxin17(Syn17)とその結合タンパク質を中心とし、小胞体内ラフト構造の構築と動的性質を解明することを目的としている。本年度は以下の成果を得た。1.アポトーシスにおけるSyn17の役割:アポトーシス刺激としてFasおよびスタウロスポリンを用い、Syn17発現抑制細胞を処理したところ、Fas刺激においては細胞死が有意に抑制されたが、スタウロスポリン刺激では抑制はまったく見られなかった。これは両者の作用点の違いによるものと考えられる。2.オートファジーにおけるラフトの寄与:微小管およびSyn17の両方に結合するタンパク質を同定した。そのタンパク質の発現を抑制すると、栄養条件下でもオートファゴソームの形成が起こることがわかった。微小管脱重合剤であるvinblastineも、栄養条件下でオートファゴソーム形成を促すので、現在、Syn17結合タンパク質に対するvinblastineの効果を調べている。3.脂肪滴形成におけるSyn17の役割:Syn17の発現抑制によって脂肪滴は減少するが、その効果を回復させるためには、Syn17のSNAREおよびそれ以降のC末端領域が必要であることが分かった。それゆえ、Syn17は膜融合とそれ以外の機能の両方で脂肪滴形成を促していると考えられる。Syn17の発現抑制によって細胞のトリアシルグリセロール量は減少した。小胞体はミトコンドリア、ゴルジ体(トランス・ゴルジネットワーク)を含む様々なオルガネラと接触しており、オルガネラ間ではコレステロール等の脂質がやり取りされている。他のオルガネラとの接触領域は特別な脂質構造を持つことが推定されており、例えばミトコンドリアと接する小胞体領域(MAM)はコレステロールとスフィンゴ脂質に富むラフト構造であると考えられている。本研究は、MAMラフトに存在するsyntaxin17(Syn17)とその結合タンパク質を中心とし、小胞体内ラフト構造の構築と動的性質を解明することを目的としている。1.脂肪滴形成におけるSyn17の役割:昨年度の研究でSyn17の発現抑制によって脂肪滴が減少することを見いだした。ACSL3は小胞体に存在するが、脂肪滴を形成させる条件下では脂肪滴へ移動し、トリアシルグリセロール合成の原料であるアシルCoAを産生する酵素であるが、Syn17の発現抑制によってACSL3は脂肪滴へ適切に局在化しなくなっていることが判明した。結合実験から、ACSL3はSyn17のSNAREドメインと結合していることが判明した。また、この結合は、脂肪滴形成に関与することが報告されているラフト局在タンパク質SNAP23と競合的であった。これらの結果から、ACSL3が脂肪滴へ局在化するためにはラフトが重要な役割をしている可能性が考えられた。2.小胞体ートランス・ゴルジネットワークの接触:VAP-A/Bは小胞体ラフトに存在するタンパク質であり、小胞体と種々のオルガネラとの接触に関与する。本年度は、小胞体ートランス・ゴルジネットワークの接触における役割を調べ、VAP-A/Bの発現を抑制するとトランス・ゴルジネットワークから細胞膜へ輸送される小胞の形成が抑制されることを見いだした。Syn17と結合する新たなオートファジー調節因子の同定がほぼ確実となっている。また、脂肪滴形成におけるSyn17の関与についてもかなり解明を進めることができた。一方、MAMのラフト構造全体の解析については、今年度はほとんど手をつけることができなかった。細胞生物学基本的には、当初の計画どおりに研究を進めて行く。平成27年度は以下の研究を進める。(1)Syn17を含むラフト構造の単離とラフト局在タンパク質の同定。(2)種々のアポトーシス刺激に対するラフト局在タンパク質発現抑制の効果。(3)Syn17と結合する微小管関連タンパク質のオートファジー調節機構の解明。
制御性T細胞局所投与による円形脱毛症治療法の開発

円形脱毛症の中には、多発型円形脱毛症あるいは全頭部に拡大する全頭型脱毛症、眉毛や体毛の脱毛もある汎発型脱毛症があり、ステロイドの外用、内服、局所免疫療法、光線療法などの既存の治療法に反応しないことが多い。私たちは円形脱毛症の病因が制御性T細胞の機能不全であるという仮説のもと、坂口志文教授らとの共同研究で円形脱毛症患者の末梢血を解析し、有意な制御性T細胞減少があることをすでに見いだしている。自己免疫疾患マウスに制御性T細胞を移入すると自己免疫反応を抑制できるため、制御性T細胞操作の治療への応用が期待されている。我々はまず円形脱毛症を自然発症するC3H/HeJマウスの皮膚局所へ制御性T細胞を投与し、人体に応用する前にまず、円形脱毛症モデルマウスC3H/HeJマウスへの治療効果を検討する。(1)C3H/HeJマウスCD4陽性細胞をソーティングする。(2)FoxP3発現用レトロウイルスをトランスフェクト(3)C3H/HeJマウスの末梢血、脾臓、胸腺を採取する。(4)CD4陽性CD25陽性細胞をソーティングする。(5)FoxP3発現用レトロウイルスをトランスフェクトしたCD4陽性細胞とCD4陽性CD25陽性制御性T細胞をそれぞれC3H/HeJマウスの脱毛斑に局所投円形脱毛症の新規の治療法を模索するために、円形脱毛症の活動期の毛包周囲に浸潤している細胞の種類を免疫組織化学法によって検討したところ、CD4陽性CCR5陽性細胞がCD4陽性CCR4陽性細胞より有意に多く、Th1型の反応がTh2型の反応より優位であると考えられた。続いて円形脱毛症モデルマウスC3H/HeJマウスを用いた実験を行った。このマウスは加齢とともに脱毛斑を自然発症し、毛包周囲にCD4陽性リンパ球、CD8陽性リンパ球が浸潤し、局所免疫療法が奏効し、ヒトの円形脱毛症に似た症状を呈す。このマウスの脱毛斑にインターロイキン4を毎日3週間局所注射すると、コントロールと比較し、脱毛の改善率は高かった。さらに抗インターフェロンガンマ中和抗体をC3H/HeJマウスの脱毛部に1週間毎日局所注射すると、ラットIgGを注射したコントロール群と比較し、脱毛斑の改善率が高かった。次に、インターロイキン4投与時の脱毛斑における各サイトカインmRNAの発現を半定量的RT-PCR法を用いて行った。その結果、脱毛斑においては非脱毛部皮膚よりインターフェロンガンマmRNAの発現量は有意に高いが、インターロイキン4投与により、インターフェロンガンマmRNAの発現量が抑制されることが明らかとなった。さらに、インターロイキン4投与前後の脱毛斑のCD8陽性リンパ球浸潤を免疫組織学的に検討したところ、インターロイキン4投与後、脱毛が改善するにともなって、毛包に浸潤するCD8陽性リンパ球数は減少していた。続いて制御性T細胞を抑制、減弱させる2種類の抗CD25抗体をこのC3H/HeJマウスに腹腔投与したが、円形脱毛の自然発症率は増加せず、制御性T細胞の円形脱毛症における役割を平成20年度にさらに検討を行う。(5)FoxP3発現用レトロウイルスをトランスフェクトしたCD4陽性細胞とCD4陽性CD25陽性制御性T細胞をそれぞれC3H/HeJマウスの脱毛斑に局所投
小脳プルキンエ細胞樹状突起でのカルシウム動態と分子機構の解明

スパイン内部でのアクチン骨格再構成に伴いIP3受容体のスパインへの動員に変化が起これば、スパイン内部でのCa^<2+>放出活性の増減に直接影響し、ひいてはシナプス可塑性を制御する可能性がある。これを検討するためにマウス小脳切片中のプルキンエ細胞樹状突起に蛍光タンパクを融合した小胞体膜タンパクを遺伝子銃を用い発現させ、二光子励起顕微鏡を用い蛍光退色回復(FRAP)法により、スパインと樹状突起間の小胞体膜タンパクの移動速度を解析した。樹状突起スパインでも樹状突起幹部と同様にIP3受容体とSERCAタンパクの移動速度に差があることが明らかになった。IP3受容体欠損マウスのプルキンエ細胞樹状突起の形態の観察から、IP3受容体の機能がプルキンエ細胞樹状突起の形態形成に大きく関与していることを明らかにした(Hisatsune, et al.)。種々の実験結果から、プルキンエ細胞樹状突起の形態形成に関与しているのは、顆粒細胞側に発現している1型IP3受容体であることが判明した。顆粒細胞のIP3受容体の活性により顆粒細胞からのBDNF放出が制御されており、BDNFがプルキンエ細胞の形態を決定づけていた。1型IP3受容体はシナプス後部のプルキンエ細胞のみならず、シナプス前部の顆粒細胞でも重要な機能を担っていることが明らかになった。また、IP3受容体のIP3結合部分と蛍光タンパクのFRETを基にしたIP3指示薬を新規に開発した(Matsu-ura, et. al.)。神経細胞樹状突起内でのIP3動態の測定には非常に興味が持たれており、強力なツールとして用いることが出来る。これを検討するために脳切片中の樹状突起に蛍光タンパクを融合した小胞体膜タンパクを遺伝子銃を用い発現させ、二光子励起顕微鏡を用い蛍光退色回復(FRAP)法により、スパインと樹状突起間の小胞体膜タンパクの移動速度を解析している。スパインでもIP3受容体とSERCAポンプタンパクの移動速度にやはり差がありそうな結果を得つつあり.現在更に検討を加えている。IP3受容体欠損マウスのプルキンエ細胞樹状突起の形態の観察から、IP3受容体の機能がブルキンエ細胞樹状突起の形態形成に大きく関与していることを明らかにした(Hisatsune et al.)。種々の実験結果から、興味深いことにプルキンエ細胞樹状突起の形態形成に関与しているのは、顆粒細胞川に発現している1型IP3受容体であることが判明した。顆粒細胞のIP3受容体の活性により、顆粒細胞からのBDNF放出が制御されており、BDNFがプルキンエ細胞の形態を決定づけていた。1型IP3受容体はシナプス後部のプルキンエ細胞のみなちず、シナプス前部の顆粒細胞でも重要な機能を担っていることが明らかになった。また、IP3受容体のIP3結合部分と蛍光タンパクのFRETを基にしたIP3指示薬を新規に開発した(Matsu-ura et al.)。これまでに培養海馬神経細胞の樹状突起で1型IP3受容体に特異的なアクチン骨格依存的な側方拡散制御を見いだした。

IP3受容体がシナプス可塑性に重要な働きをしている小脳プルキンエ細胞のスパインでもこの様な機構が働いていれば、アクチン骨格を介して活動依存的にIP3受容体の側方拡散の度合いを変化させ、スパインにIP3受容体を止めおくことによりスパイン内部のCa2+放出活性を調節し、ひいてはシナプス可塑性を制御している可能性がある。これを検討するためにプルキンエ細胞樹状突起に蛍光タンパクを融合した小胞体膜タンパクを遺伝子銃を用い発現させ、二光子励起顕微鏡を用い蛍光退色回復(FRAP)法により、小胞体膜タンパクの移動速度を解析した。プルキンエ細胞樹状突起でのIP3受容体各タイプとSERCAタンパクの拡散速度を測定した。内在性の1型IP3受容体の影響を避けるため、3型IP3受容体の拡散速度の計測のためには1型EP3受容体ノックアウトマウスを用いた。IP3受容体の拡散速度はSRCAより遅く、やはりアクチン骨格依存的であったが、海馬とは異なり1型と3型のIP3受容体の間の差はなかった。この結果は、IP3受容体は樹状突起幹部と同様に、アクチン骨格依存的な側方拡散制御機構があるが海馬神経細胞とは異なる機構によることを示唆する(投稿準備中)。次にスパインと樹状突起間でのIP3受容体とSERCAタンパクの移動速度を検討した。そのために異なる蛍光波長の蛍光タンパクをそれぞれのER膜タンパクに融合した遺伝子を同時に小脳切片中のプルキンエ細胞に発現させ、両者のスパインと樹状突起間での拡散速度の差を検討した。その結果、IP3受容体はスパインでもSERCAより拡散速度が遅いことが明らかとなった(投稿準備中)。更に、この拡散速度の差に活動依存性があることが明らかになりつつある。
非骨傷性脊髄損傷の病態解明と至適治療の検討

骨傷を伴わない脊髄損傷(非骨傷性脊髄損傷)は頻繁に遭遇する脊髄外傷でありながら、そのメカニズムは明瞭に解明されていない。私たちはラットの慢性脊髄圧迫モデルを用いて、非骨傷性脊髄損傷モデルを作成して検討した。その損傷は受傷インパクトだけではなく、潜在的な圧迫性脊髄変性も大きく関与することが判明した。同損傷の治療として圧迫性脊髄変性の病態を加味した治療が推察され、現在研究進行中である。非骨傷性頸髄損傷は、本邦の頸髄損傷の約半数をしめるとされる。同頸髄損傷は、いわゆる「中心性損傷」を含めて、多くの疑問点を内在している。そこでラット頸髄慢性圧迫モデルを用いて、非骨傷性頸髄損傷を誘発し、その病態の解明に迫った。Wister rat C56椎弓下に吸水性ウレタンを挿入し、圧迫モデルを作成した。運動機能の維持可能な期間を2群にわけ、短期圧迫(EC)群(2週間圧迫:脊髄変性なし)と中期圧迫(MC)群(10週間圧迫:脊髄変性あり)にわけて検討した。同ラットに過伸展負荷を加え、非骨傷性損傷を誘発した。負荷前後でローターロッドの回転時間、前肢、後肢の筋力を測定し、またその病理標本(HE, KB)作製し、症状と病理像の照合を行った。損傷面積率を算出し、症状との相関を検討した。損傷パターンは様々な領域をとりえた。しかし、損傷を受けた群でみると、EC群に比べMC群で大きかった。EC群では灰白質に損傷が集中するのに対し、MC群では灰白質以外にも損傷が広がる傾向にあった。前肢症状を主体とする"中心性損傷"はEC群で優位に多く、灰白質に損傷が集中し、MC群では多様に分布した。EC群では灰白質障害が主体となり、前肢優位の運動障害もそれに起因すると思われた。一方、MC群では、灰白質障害に加えて、白質、後索などの損傷も目立ち、前肢優位障害の場合も、灰白質のみならず、多様な障害パターンを示すことがわかった。すなわち、潜在する脊髄変性の程度が、大きくその後の損傷にも影響を与えている可能性を示唆した。今後電気生理検査で更に病態を明らかにし、次年度以降治療実験へと移行していく予定である。昨年から継続して、ラットの非骨傷性頸髄損傷モデルを作成し、同脊髄損傷の病態を検討している。運動機能の維持可能な期間を2群にわけ、短期圧迫(EC)群(2週間圧迫:脊髄変性なし)と中期圧迫(MC)群(10週間圧迫:脊髄変性あり)にわけて、非骨傷性損傷を作成した。これまでの結果として、EC群に比べMC群で損傷が大きく、EC群では灰白質に損傷が集中するのに対し、MC群では灰白質以外にも損傷が広がる傾向にあることがわかっている。潜在する脊髄変性の程度が、大きくその後の損傷にも影響を与えている可能性があった。同損傷の影響をより純粋にみる場合には、EC群で対応できるものと思われた。そこでまずEC群を用い、損傷後の治療効果について、検討した。受傷後、未処置群、ステロイド投与群、除圧群(受傷直後、3日目、7日目)で、運動機能(ローターロッド、前肢、後肢筋力)を測定している。予備的データでは有意な変化はないようである。病理学的変化も後屈負荷の一次損傷が大きな影響を占めているように思われ、その後の処置による相違は少ないようである。現状の実験を継続し、経過観察期間と実験個体数が集積することにより、その結果が明らかにされると思われる。さらに脊髄伝導速度に差異が生じるかどうか検討したい。昨年度から継続して、ラットの非骨傷性頸髄損傷モデルを作成し、同脊髄損傷の病態と治療を検討している。運動機能の維持可能な期間を2群にわけ、短期圧迫(EC)群(2週間圧迫:脊髄変性なし)と中期圧迫(MC)群(10週間圧迫:脊髄変性あり)にわけて、非骨傷性頸髄損傷を作成した。これまでの結果から、EC群に比べMC群で損傷が大きく、EC群では灰白質に損傷が集中するのに対し、MC群では灰白質以外の白質にも損傷が広がる傾向があった。それは、脊髄変性のない状態では、圧迫部の髄節障害を示す傾向にあり、脊髄変性が生じはじめると、その周囲の索路障害も生じてくる傾向があると判明した。すなわち、潜在する脊髄変性の程度が、頸髄損傷にも大きく影響していると考えられた。そこでまず、EC群(脊髄変性がおきていない状態)を用い、損傷後の治療効果について検討した。受傷後、未処置群、ステロイド投与群、除圧(椎弓切除)群(受傷直後、3日目、7日目)で、運動機能(ローターロッド、前肢、後肢筋力)を測定した。損傷のばらつきはあるが、少数の各群では有意差は得られなかった。神経所見や病理学的変化も後屈負荷の一次損傷が大きな因子を占め、その後の治療に大きな差はないように思われた。

一方で、除圧群で損傷が軽微となるものがあり、除圧による2次損傷を予防できた可能性もある。モデル作成上のテクニカルなばらつきを低減させ、更なる検討を行いたい。本年で助成終了となるが、実験を継続し、一定の結論を得て臨床へと還元できるよう努めたい。
同種移植における、細胞死を介したVeto現象による免疫寛容誘導の基礎的研究

同種移植における免疫寛容のメカニズムにおける、CD8陽性リンパ球のアポトーシスの役割について、特にFas抗原の重要性について研究を行った。In vitroの実験では、CD8およびCD4陽性リンパ球のFas抗原の発現率は約60%と高かった。またフローサイトメトリーによるこれらリンパ球の核の断片化を定量したところ、免疫寛容モデルの状況下では、免疫寛容の程度に応じてそれが抑制されていた。核の断片化の形態学的特徴は、共焦点レーザーにより観察したところ特徴ある組織学的変化がみられbp180ないし200におけるDNA分子の集積が認められ、アガロースゲル電気泳動においても確認された。In vivoの実験では、小動物を用いた同種移植拒絶反応形による肝移植を行った。移植片臓器は同種移植拒絶反応にともない細胞のアポトーシスが顕著に出現していた。免疫寛容状態では、移植片のアポトーシスは減少しており、この系における脾臓リンパ球を用いたFas抗原発現率を測定すると、免疫寛容に応じたCD8陽性細胞の変化が示された。一方In vivoの実験における同種移植拒絶反応モデルでは移植片組織内のリンパ球浸潤と相関せず移植片組織のアポトーシスが多く見られた。このことはリンパ球と標的臓器の細胞-細胞間のアポトーシス誘導のレセプターの関連を基盤とするものであるが、血液中の可溶性アポトーシス誘導受容体の存在を強く示唆するものであった。この点は免疫寛容のメカニズムの解明に重要な鍵をにぎるものと推測される。すなわちCD8陽性細胞の一部の細胞群にveto細胞が存在することである。これらの細胞膜上あるいはそれらから放出された可溶性Fas受容体が他のCD8陽性細胞のFas抗原と反応し、これにより免疫担当細胞の機能低下を来たし免疫寛容に至るという一連のメカニズムを示唆すると推測した。
能動的ロボット・ヒューマインタフェースに関する研究

ゴム人工筋ロボットの1自由度制御システムを開発し,その収縮力特性を調べた.その結果,同じ内圧の状態で収縮率を変化させると収縮率も変化するいわゆるコンプライアンス特性があることを確認し,その特性は内圧が高いとコンプライアンスが小さく,内圧が低いとコンプライアンスが大きいことが明らかになった.この特性を利用して,ロボットに人間らしい位置決め動作を行わせる実験を行った.そして,高い精度の位置決め制御を行う場合にはコンプライアンスを低くし,位置決め精度が低い場合にはコンプライアンスを高くするという人間の上肢運動に近い特性を実現することができた.次に,人間同士の協調動作の特性を解析する目的で,特に手渡し動作について実験的にその特性を調べた.その結果,渡し側は高い精度の位置決め動作を行う際と同様の運動学的特性およびインピーダンス特性を示し,ゴム人工筋ロボットでその運動学的特性,コンプライアンス特性を近似できることを確認した.受け取り側は経由点を有する躍度最小モデルという最適化原理でモデル化できることを示した.また,両者の協調特性としては,渡し側は受け取り側上肢の可操作度が最も大きくなる位置へと物体を直線的に差し出し,渡し側の受け取り動作を容易に行えるよう配慮していることが考察された.さらに受け渡しのタイミングは披験者のペアによって異なり,受け側,渡し側のどちらが主体になるかによって3つに分離できることが分かった.これらの特性をロボットに適用して,人間とロボットの手渡し動作を実現する際には,ロボットは数回の試行で人間の特性,すなわち3つのうちどのタイプに属するかを把握し,そのタイプに合うように適応的に動作を変化させていく必要があることが分かった.ゴム人工筋ロボットの1自由度制御システムを開発し,その収縮力特性を調べた.その結果,同じ内圧の状態で収縮率を変化させると収縮率も変化するいわゆるコンプライアンス特性があることを確認し,その特性は内圧が高いとコンプライアンスが小さく,内圧が低いとコンプライアンスが大きいことが明らかになった.この特性を利用して,ロボットに人間らしい位置決め動作を行わせる実験を行った.そして,高い精度の位置決め制御を行う場合にはコンプライアンスを低くし,位置決め精度が低い場合にはコンプライアンスを高くするという人間の上肢運動に近い特性を実現することができた.次に,人間同士の協調動作の特性を解析する目的で,特に手渡し動作について実験的にその特性を調べた.その結果,渡し側は高い精度の位置決め動作を行う際と同様の運動学的特性およびインピーダンス特性を示し,ゴム人工筋ロボットでその運動学的特性,コンプライアンス特性を近似できることを確認した.受け取り側は経由点を有する躍度最小モデルという最適化原理でモデル化できることを示した.また,両者の協調特性としては,渡し側は受け取り側上肢の可操作度が最も大きくなる位置へと物体を直線的に差し出し,渡し側の受け取り動作を容易に行えるよう配慮していることが考察された.さらに受け渡しのタイミングは披験者のペアによって異なり,受け側,渡し側のどちらが主体になるかによって3つに分離できることが分かった.これらの特性をロボットに適用して,人間とロボットの手渡し動作を実現する際には,ロボットは数回の試行で人間の特性,すなわち3つのうちどのタイプに属するかを把握し,そのタイプに合うように適応的に動作を変化させていく必要があることが分かった.
高性能短波長帯LAMIPOLの開発

本研究を開始するにあたり目標としていた性能を上回るLAMIPOLを開発できた.当初は短波長帯だけに限定した高性能化を目指した.しかし,本研究遂行の結果,短波長から長波長にわたる全波長域で高性能化が達成できた上に,機械的にも極めて高強度な素子にすることができた.この結果,広い分野で実用可能なLAMIPOLが実現できた.以下に主な成果を具体的に示す.1.吸収層用の新素材発見吸収層用素材として,半導体(ゲルマニウムあるいはシリコン)に金属(ステンレスあるいはアルミニウム)を添加した新しい光学材料を見いだした.この薄膜を用いれば短波長から長波長域にわたり高性能な偏光子にできることが分かった.また,ステンレスのみで吸収層を構成した場合の特性を試算した結果,1μm以上の波長で高い消光比を有することが分かった.これは,はんだ付けや高出力レーザ用にも耐えられる長波長用偏光子が可能であることを意味し,これまで以上に広い範囲の応用を期待できることが分かった.2.機械的な高強度化の達成吸収層と透明層との付着力は実用上及び作製加工上重要な性質である.従来の純粋ゲルマニウム膜は付着力が小さく,加工時の破損が問題になっていた.本研究で開発した金属添加膜は,従来より一桁近く付着力が大きく,機械的強度の問題も解決できた.3.実証実験ゲルマニウムにステンレス10%を添加した組成の吸収層を有する偏光子を試作した.吸収層6nm,透明石英層0.8μmを交互に計100層積層した.これを光路長1030μmに加工した.従来の偏光子では特性の劣化が大きかった波長0.98μmにおいて,消光比50dB以上,挿入損失0.6dBの高特性を得た.さらに0.78から1.55μmの波長域にわたり予想通りの高性能を示していることも確認できた.本研究を開始するにあたり目標としていた性能を上回るLAMIPOLを開発できた.当初は短波長帯だけに限定した高性能化を目指した.しかし,本研究遂行の結果,短波長から長波長にわたる全波長域で高性能化が達成できた上に,機械的にも極めて高強度な素子にすることができた.この結果,広い分野で実用可能なLAMIPOLが実現できた.以下に主な成果を具体的に示す.1.吸収層用の新素材発見吸収層用素材として,半導体(ゲルマニウムあるいはシリコン)に金属(ステンレスあるいはアルミニウム)を添加した新しい光学材料を見いだした.この薄膜を用いれば短波長から長波長域にわたり高性能な偏光子にできることが分かった.また,ステンレスのみで吸収層を構成した場合の特性を試算した結果,1μm以上の波長で高い消光比を有することが分かった.これは,はんだ付けや高出力レーザ用にも耐えられる長波長用偏光子が可能であることを意味し,これまで以上に広い範囲の応用を期待できることが分かった.2.機械的な高強度化の達成吸収層と透明層との付着力は実用上及び作製加工上重要な性質である.従来の純粋ゲルマニウム膜は付着力が小さく,加工時の破損が問題になっていた.本研究で開発した金属添加膜は,従来より一桁近く付着力が大きく,機械的強度の問題も解決できた.3.実証実験ゲルマニウムにステンレス10%を添加した組成の吸収層を有する偏光子を試作した.吸収層6nm,透明石英層0.8μmを交互に計100層積層した.これを光路長1030μmに加工した.従来の偏光子では特性の劣化が大きかった波長0.98μmにおいて,消光比50dB以上,挿入損失0.6dBの高特性を得た.さらに0.78から1.55μmの波長域にわたり予想通りの高性能を示していることも確認できた.初年度(平成3年度)は、(1)ゲルマニウム単層薄膜の光学的評価、(2)LAMIPOLの試作と光学的評価、(3)LAMIPOLの機械的評価を目標に研究を進めた。この結果、次の成果を得た。1.ゲルマニウム単層薄膜の光学的評価1-1.スパッタリングによって作製されたゲルマニウム薄膜の光学定数は単結晶のそれよりもかなり劣化する。しかし、それにもかかわらず、設計上は性能指数(透過波と遮断波との減衰定数の比)が200に達するLAMIPOLが可能であることが分かった。1-2.スパッタリングにより作製されたゲルマニウム薄膜には多数の未結合手があるが、スパッタ時に水素ガスを導入して、この未結合手を水素で終端することにより光学特性の改善ができ、LAMIPOLの厚さを取扱い易い厚さに拡大できることが分かった。1-3.ゲルマニウム単層薄膜の光学的特性をさらに改善する(結晶のゲルマニウムの光学定数に近づける)には、成膜時の基板温度が重要であり、より高温が望ましいことを見出した。2.LAMIPOLの試作と光学的評価ゲルマニウム単層膜の基礎実験結果をもとに、素子長20μmのLAMIPOLの試作を行った。波長0.8μmにおいて挿入損失0.16dB、消光比30dB、性能指数188の特性を得ることができた(電子情報通信学会誌へ発表予定)。今後、ゲルマニウム単層膜の膜質改善により、LAMIPOLの特性をさらに向上させる計画である。3.LAMIPOLの機械的評価Geと石英の2種の交互多層薄膜のみより、その境界にSi薄膜を介在させた方が機械的特性が向上することが分かってきた。

短波長領域でのLAMIPOLの高性能化を探究した結果、従来のLAMIPOLよりもはるかに高性能かつ広帯域にできる方法を見いだすことができた。以下が新たな成果である。1.金属と半導体との複合超薄膜による高性能化半導体(ゲルマニウム、シリコン)薄膜中に島状の金属(アルミニウム、銀、金等)を形成することにより、短波長領域における性能指数(透過波と遮断波との減衰数の比)を従来の10倍以上にできることを見いだした。次年度に実験的検証とLAMIPOLの試作を行う予定である。2.半導体の金属を添加した超薄膜による高性能化ゲルマニウムに金属を添加した超薄膜が、複素誘電率の実部・虚部ともに大きい光学的性質を有することを初めて見いだした。これは、高周波スパッタリングに金属と半導体との複合ターゲットを用いて成膜した薄膜の光学特性を調べた結果判明した。金属としては代表的なアルミニウムと、身近で耐腐食性に優れたステンレスを用いた。LAMIPOLの特性を計算した結果、短波長から長波長領域にわたり、性能指数が300以上もあることが分かった。即ち、一つの材料で全波長域にわたり高性能なLAMIPOLを実現できる方法を見つけることができた。従来は短波長領域で性能指数が200程度、しかも波長領域により素材(短波長でゲルマニウム、長波長でアルミニウム)を使い分ける必要があった。次年度にこの新LAMIPOLの製作と実装実験を行ない、実用化を達成させる予定である。本年度は,吸収層用に開発した新素材である金属添加半導体超薄膜の光学的性質の詳しい分析と,これを用いたLAMIPOLの設計・試作・評価を中心に研究を進めた.以下に主な成果を示す.1.吸収層の評価半導体(ゲルマニウムあるいはシリコン)に金属(ステンレス)を添加した薄膜の複素誘電率の波長依存性を明らかにした.金属の添加量増加につれ,長波長領域で複素誘電率の虚部が増加し,これにより短波長なら長波長域にわたる高性能化が可能になることが分かった.一方,従来吸収層に用いられてきた純粋ゲルマニウム膜は透明層との付着力が小さく,加工時の破損の原因になっていた.本研究で開発した金属添加膜は,透明層との付着力が従来より一桁近く大きく,この点でも実用上の問題が解決された.2.設計と試作吸収層の光学定数評価結果に基づいた設計の結果,可視から赤外まで,性能指数が300以上であり,しかも素子長を従来の3分の一以下にできることが分かった.これを基に,ゲルマニウムに10%程度のステンレスを添加した組成の吸収層を有する素子を作製した.吸収層6nm,透明石英層0.8μmを交互に計100層,手動により積層し,これを光路長1030μmに加工した.従来では特性の劣化が大きかった波長0.98μmにおいて,消光比50dB以上挿入損失0.6dBの高特性を得た.さらに波長が0.78,0.85,0.98,1.3,1.55μmにおいて測定したところ,予想通りの高性能を示していることが分かった.尚,ステンレスのみで吸収層を構成した場合の特性を試算した結果,1μm以上の波長で高い消光比を有することが分かった.これは,はんだ付けや高出力レーザ用途にも耐えられるLAMIPOLが可能であることを意味し,広い応用を期待できることが分かった.