hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
概日時計システムの神経保護機構における役割解析

神経変性疾患の一つであるALSは、運動ニューロンが選択的に変性して脱落する疾患であり、根治療法の確立には至っていない病気である。従来から、神経細胞に内在する神経保護機構を活性化することにより、ALS等の神経変性疾患の症状を緩和できることが知られている。そのため、神経保護作用を示す新規分子の発見は、症状を緩和する方策の開発の礎になる。私共は本研究において、概日時計の分子であるPeriod2が、ALSのin vitroおよびin vivoモデルにおける神経変性の緩和に寄与することを見出した。この成果により、概日時計と神経保護が密接に連関しているという極めてユニークなモデルを提示することができた。神経変性疾患は、神経細胞の変性および脱落が徐々に進行する神経疾患であり、運動ニューロンが選択的に変性する筋委縮性側索硬化症(amyotrophic lateral sclerosis, ALS)などが挙げられる。このような神経変性疾患の多くは難治性であり、根本的な治療法が存在しない。近年、神経細胞の保護を担う分子を人為的に発現もしくは活性化することによって、神経変性疾患のモデル細胞やモデル動物における神経変性を抑制できることが報告されている。私共のこれまでの研究から、概日時計の中枢分子が神経変性疾患における神経変性に対して保護作用を示す可能性が考えられた。そこで本研究では、概日時計の中枢因子であるPeriod2に着目し、神経変性における役割を解析した。培養した大脳皮質神経細胞において、高濃度グルタミン酸(Glu)や過酸化水素などの神経毒暴露に伴って、Period2量が低下することが判明した。神経細胞における、Period2量の低下がどのような役割を果たすのかを調べるため、Period2に対するshRNAを培養神経細胞に導入してPeriod2を発現抑制した。この条件下において、神経細胞をGluに暴露すると、変性する神経細胞の割合が顕著に低下した。逆に、Period2を過剰発現すると、神経細胞はGluに対して脆弱になり、変性する神経細胞の割合は著しく増加した。一方、ALSの細胞モデルにおいも、Period2を発現抑制すると神経変性が促進し、Period2を過剰発現すると、神経変性が抑制された。これらの結果から、Period2量の低下は、種々の神経毒に対して保護作用を示すことが判明した。神経変性疾患は、神経細胞の変性および脱落が徐々に進行する神経疾患であり、アルツハイマー病や運動ニューロンが選択的に変性および脱落する筋萎縮性側索硬化症(ALS)などが有名である。このような神経変性疾患の多くは難治性である。近年、神経保護を担う分子を人為的に活性化することによって。神経変性疾患のモデル動物における神経変性を抑制できることが報告されている。私共はこれまで、概日時計の中枢分子であるPeriod2に着目し、神経保護における役割を解析した。その結果、培養した神経細胞において、Period2量の低下が神経保護作用を示す事を見出した。そこで本研究では、Period2変異マウスとALSモデルマウスを交差して2重変異マウスを作製し、生体内におけるPeriod2量の役割を調べた。その結果、ALSモデルマウスにおいてPeriod2量を低下させると、脊髄前角の運動ニューロンの変性および脱落が緩和されることが判明した。また、ALSモデルマウスにおいては、運動ニューロンの脱落にともなって、アストロサイトの活性化およびミクログリアの活性化が観察されるが、Period2量の低下に伴って、これらグリア細胞の活性化も緩和されていた。つまり、Period2量の低下は病理学的な異常を改善した。そこで、ALS病態について、体重変化と運動機能変化を指標にして解析したところ、いずれの場合も、Period2量の低下によって、体重が減少する時期や運動機能が低下する時期が延長し、病態が改善する傾向が観察できた。このことから、Period2は生体内においても、神経保護に寄与することが推察できた。本研究では、Period2変異マウスとALSモデルマウスを交差して2重変異マウスを作製する必要があるが、当初の予定より、交差が順調に進まず、2重変異マウスの作製が遅れた。そのため、充分な数のマウスを解析できていない。神経変性疾患は、神経細胞の変性および脱落が徐々に進行する神経疾患であり、アルツハイマー病や筋萎縮性側索硬化症(ALS)などがある。ALSは運動ニューロンが選択的に脱落する神経変性疾患であり、難治性かつ有効な治療手段がない。近年、神経細胞の保護を担うメカニズムを活性化することにより、神経変性疾患の症状を緩和できることが、神経変性疾患のモデル動物等を用いて示されている。私共はこれまで、概日時計の中枢分子であるPERIOD2に着目して、神経細胞機能における役割を解析してきた。その結果、培養した神経細胞において、PERIOD2量を低下は神経保護作用を示すこと、逆に、PERIOD2量の増加が神経細胞を脆弱にすることを見出した。このような知見を基に、PERIOD2遺伝子の変異マウスとALSモデルマウスを交差して、2重変異マウスを作製し、ALSモデルマウスにおける運動ニューロンの変性に及ぼす影響を精査した。PERIOD2のトランスジェニックマウスを用いた結果、PERIOD2の増加に伴って、筋萎縮に伴う体重減少の時期が早期に現れた。また、脊髄前角の運動ニューロンの脱落が促進し、それに伴って、アストロサイトの活性化およびミクログリアの活性化が促進していた。このことから、PERIOD2量の増加は生体内においても神経変性を促進することが明らかになった。一方、PERIOD2遺伝子にヘテロに変異をもつマウスを用いた結果、上述したPERIOD2のトランスジェニックマウスとは対照的に、筋萎縮に伴う体重減少の時期が顕著に遅延した。

また、脊髄前角の運動ニューロンの脱落が緩和され、それに伴って、アストロサイトの活性化およびミクログリアの活性化が減弱していた。このように、ALSの病態や病理がPERIOD2量の変化によって大きく影響をうけることが判明した。神経変性疾患の一つであるALSは、運動ニューロンが選択的に変性して脱落する疾患であり、根治療法の確立には至っていない病気である。従来から、神経細胞に内在する神経保護機構を活性化することにより、ALS等の神経変性疾患の症状を緩和できることが知られている。そのため、神経保護作用を示す新規分子の発見は、症状を緩和する方策の開発の礎になる。私共は本研究において、概日時計の分子であるPeriod2が、ALSのin vitroおよびin vivoモデルにおける神経変性の緩和に寄与することを見出した。この成果により、概日時計と神経保護が密接に連関しているという極めてユニークなモデルを提示することができた。今年度の研究計画では、培養神経細胞の神経変性を指標として、Period2の役割を明らかにすることを目標としていた。本年度の研究により、Period2が神経保護機構と強く結びついており、神経細胞は神経毒に曝された場合にPeriod2量を低下し、自己を保護しているという結論に達した。このような理由から、おおむね順調に研究が進展していると判断した。生体内においてもPeriod2が神経保護に寄与することを結論づけるため、充分な数の2重変異マウスを作製する。その後、その病態変化の解析や病理学的変化の解析を実施する。神経科学Period2の発現抑制が生体内においても神経保護作用を示すことを確かめるため、Period2の機能欠損マウスおよび過剰発現マウスを入手した。現在、これらのマウスとALSモデルマウスを交配して2重変異マウスを作製し、Period2量がALS様症状に及ぼす影響を検討している。具体的には、筋萎縮に伴う体重低下、筋力低下、さらに運動ニューロン数の低下を指標として解析を始めている。今後は、これら解析を完成させ、概日時計の中枢分子であるPeriod2が生体内で神経保護機構と連関していることを明らかにする。本研究では、遺伝子変異マウスを交差して、2重変異マウスを作製する必要がある。しかし、当初予定したようには交差が進まず、研究を完成させるのに十分な数のマウスを作製するのが遅れた。本マウスは病態が進行するのに、約8ヶ月を要するため、現在、解析途中である。実験に使用している遺伝子改変マウスの飼育費用(エサ代など)は、飼育頭数により変動する。今年度は、予定よりも飼育頭数が若干少なかったため、今年度は次年度使用額が生じた。現在解析しているマウスの飼育代や、解析に必要な試薬等の購入にあてる。翌年度は、マウスの飼育頭数が増えることが予想されるため、エサ代などの飼育費用に充てる予定である。
界面を多フッ素化修飾したミセル, 二分子膜の合成と光化学反応場としての機能

新規多フッ素化電子キャリヤー,多フッ素化界面活性剤を合成し,その基礎的光化学挙動および光化学反応場としての機能について検討し以下の成果を得た.(1)多フッ素化電子キャリヤーの合成;ペルフルオロアントラキノン,ペルフルオロアントラキノンスルホン酸, 1-アミノおよび2-アミノペルフルオロアントラキノンを新規に合成した.(2)新規多フッ素化界面活性剤の合成;一本鎖型新規ペルフルオロアルキル化カチオン界面活性剤ペルフルオロアシルアミノエチルセチルジメチルアンモニウムブロマイド(Cn-PFAECDAB;n=1,2,3,8)を合成した.(3)多フッ素化電子キャリヤーの基礎的光化学挙動の検討. a)多ハロゲン化アントラキノンの光還元と光脱ハロゲン化反応. b)ペルフルオロアントラキノンの電子励起状態におけるnπ^*性とππ^*性. c)ペルフルオロアントラキノンのアルコールからの直接電子移動による光還元反応. d)アミノペルフルオロアントラキノン類とオレフィン類との可視光環化反応. e)ペルフルオロアントラキノンスルホン酸の水中,ミセル中,逆ミセル中,多フッ素還境下における光反応と光化学的電子伝達反応.(4)多フッ素化界面活性剤の分子集合体形成能と分子集合体のキャラクタリゼーション. a)臨界ミセル濃度会合数,ミセル界面の極性,疎水性,微少粘度などのキャラクタリゼーションから上記新規界面活性剤(C_1C_8)は水中ペルフルオロアルキル基を水相に向けて配向し,水相-フッ素相-油相の従来にない新しい三層構造のミセルを形成することを見出した.b)新規表面多フッ素化ミセルの機能評価としてFenton試薬による耐酸化能を検討した.ペルフルオロアルキル基の炭素数8のものは通常の炭化水素型ミセルに比較して飛躍的に高い酸化能を示した.新規多フッ素化電子キャリヤー,多フッ素化界面活性剤を合成し,その基礎的光化学挙動および光化学反応場としての機能について検討し以下の成果を得た.(1)多フッ素化電子キャリヤーの合成;ペルフルオロアントラキノン,ペルフルオロアントラキノンスルホン酸, 1-アミノおよび2-アミノペルフルオロアントラキノンを新規に合成した.(2)新規多フッ素化界面活性剤の合成;一本鎖型新規ペルフルオロアルキル化カチオン界面活性剤ペルフルオロアシルアミノエチルセチルジメチルアンモニウムブロマイド(Cn-PFAECDAB;n=1,2,3,8)を合成した.(3)多フッ素化電子キャリヤーの基礎的光化学挙動の検討. a)多ハロゲン化アントラキノンの光還元と光脱ハロゲン化反応. b)ペルフルオロアントラキノンの電子励起状態におけるnπ^*性とππ^*性. c)ペルフルオロアントラキノンのアルコールからの直接電子移動による光還元反応. d)アミノペルフルオロアントラキノン類とオレフィン類との可視光環化反応. e)ペルフルオロアントラキノンスルホン酸の水中,ミセル中,逆ミセル中,多フッ素還境下における光反応と光化学的電子伝達反応.(4)多フッ素化界面活性剤の分子集合体形成能と分子集合体のキャラクタリゼーション. a)臨界ミセル濃度会合数,ミセル界面の極性,疎水性,微少粘度などのキャラクタリゼーションから上記新規界面活性剤(C_1C_8)は水中ペルフルオロアルキル基を水相に向けて配向し,水相-フッ素相-油相の従来にない新しい三層構造のミセルを形成することを見出した.b)新規表面多フッ素化ミセルの機能評価としてFenton試薬による耐酸化能を検討した.ペルフルオロアルキル基の炭素数8のものは通常の炭化水素型ミセルに比較して飛躍的に高い酸化能を示した.研究計画の根幹となる多フッ素化電子キャリアー,多フッ素化界面活性剤を合成した。1.多フッ素化電子キャリヤーの合成(1),多フッ素化電子キャリアー合成の出発物質となるペルフルオロアントラキノンをテトラクロロ無水フタル酸-フッ化カリウムから一段合成した。(2),得られたペルフルオロアントラキノンをスルホン化し水溶性電子キャリヤーを合成した。(3),ペルフルオロアントラキノンをアミノ化し、可視光感受性のアミノプルフルオロアントラキノン類を合成した。(4),アミノフルオロアントラキノンをさらにスルホン化することにより、水溶性の可視光感受性キャリヤー合成に着手している。2.多フッ素化界面活性剤の合成(1),炭化水素-フルオロカーボン,両親媒性界面活性剤を長鎖アルキルジアミンをペルフルオロアルキル化して合成した。(2),ペルフルオロアルキル基の炭素数が1,2,3,8の〓についてて、さらに4級化し水-フルオロカーボン両親媒性界面活性剤を合成した。62年度は以上の合成した電子キャリヤー群,多フッ素界面活性剤をもとに以下の手順で研究を進める予定である。(1)多フッ素化電子キャリヤーの基礎的光化学挙動の検討。(2),多フッ素化界面活性剤のミセル,ミクロエマルジョン,二分子膜形成の検討。(3),多フッ素環境下における高効率電子伝達系の組み立て。(4),新しい反応場としての多フッ素化界面の特性についての検討。
子どもの半健康状態の様相とその指数化に関する学校保健学的研究

本研究の目的は、我が国における学齢期にある子どもの半健康状態の多次元構造を解析すること、多次元空間における構成尺度を決定すること、子どもの過渡的健康水準を示す半健康指数モデルを提示すること、半健康徴候の全国分布を明らかにすること等にあった。そのため、自覚症状に基づく身体的・精神的状態に関する内容、日常的な生活行動・意識に関する内容、属性的内容、身長・体重の身体形態的内容等、53項目から成る半健康質問票を用い、2003年に、小学生(6学年:2,014名)を対象とした本調査を実施した。データ精査を行った結果得られた分析有効データ(1,906サンプル分)に対して、半健康の状態的構成要素を抽出しその構造的特性を明らかにするために主成分分析法を施した。その結果、子どもの半健康の多次元構造が四次元空間を構成していること、第一主成分得点が子どもの半健康状態を量的に示す総合的指標として扱うことが可能であること等が明らかになった。そこで、第一主成分得点を半健康指数として採用し、林の数量化2類を施した(外的基準:半健康群/健常群)。分析モデルにおいて、半健康指数が子どもの健康状態識別(半健康群/健常群)に最大寄与を示したことから、半健康指数に基づく半健康分布曲線を描くことが可能になった。この分布曲線を適用することにより、子どもにおける半健康状態と健常状態の閾値を意味するカットオフポイントが設定され、半健康状態の予測も可能になった。尚、これらの研究成果は、「On a distribution of school-aged children with semihealth symptoms in Japan」(77thAnnual School Health Conference of the American School Health Association)、「The multi-dimensional scalings and spatialstructure of semi-health symptomsamong school-aged children in Japan」(18th World Conference on Health Promotion and Health Education)において学術発表した。本年度は、子どもの「こころ」と「からだ」の問題を半健康的視点から一元論的に捉え、その様相を多次元構造的に解析するとともに、状態的変動を分析し得る指数の導出を図り、半健康状態の変動予測を可能にし、健康破綻の早期発見に寄与し得る評価システムを構築することを目的とした研究の実施初年度であり、以下のような研究展開に基づく結果を得た。子どもの半健康概念を再吟味するため、内外における最新の知見を整理した。その結果、子どもの健康に関して半健康の視点から追究した例がみられないことを確認した。ただし、生理心理学的視点から尺度化した指標を用いて健康評価を展開している研究例がみられたため、行動的特性・生理的応答等について詳細な情報収集を行った。さらに予備調査の結果も踏まえ、自覚症状、不定愁訴、生活行動、体力、バイタルサイン等の内容を含んだ最終的な「子ども版半健康調査票」を開発した。そして、その「子ども版半健康調査票」を用いて、2千人の小学生を対象とした標本調査を実施した。データ整理と分析は作業継続中であり、知見の詳細については次年度に国内外の学術学会等で公表する。特に、アメリカにおいて、臨床的観点から子どもの健康現象を分析した興味深い研究例がみられ、半健康評価への適用可能性が強く示唆されたことから渡米し詳細な情報収集・分析を行った。その結果半健康評価の客観軸としてのバイタルサインの重要性・妥当性等に関する貴重な知見が得られたため、次年度に展開する子どもの半健康評価システムの構築に活用したい。

本年度は、子どもの「こころ」と「からだ」の問題を半健康的視点から一元的に捉え、その様相を多次元構造的に解析するとともに、状態的変動を把握・分析可能な指数の導出を図り、半健康状態の変動予測を可能にしながら子どもの健康破綻の早期発見に寄与し得る評価システムを構築することを目的とした研究の実施二年度目であり、以下のような研究展開に基づく結果を得た。昨年度開発・実施した「子ども版半健康調査票」のデータ整理と分析の結果から幾つかの興味ある知見を得た。第一に、子どもの半健康の多次元構造は四次元空間を構成していることが最適構造解として導出された。この空間構造は、これまでの関連研究で得られている一般成人(主に中高年者)における空間構造と酷似の様相を呈していた。従って、本研究の結果は、半健康空間が年齢・性に依存しない安定構造にあることを実証する形となった。第二に、第一主成分得点が子どもの半健康状態を量的に示す総合的指標と解釈できたことから、半健康指数として半健康水準の評価に活用することが可能になった。その適用により、我が国の子どもにおける半健康分布を導出することができた。なお、これらの研究成果は、2003年10月15日から19日にかけて、アメリカ合衆国(El Paso, Taxas)で開催された77th Annual School Health Conference of the American School Health Associationにおいて、演題「On a distribution of school-aged children with semihealth symptoms in Japan」として学術発表した。本研究の目的は、我が国における学齢期にある子どもの半健康状態の多次元構造を解研すること、多次元空間における構成尺度を決定すること、子どもの過渡的健康水準を示す半健康指数モデルを提示すること、半健康徴候の全国分布を明らかにすること等にあった。そのため、自覚症状に基づく身体的・精神的状態に関する内容、日常的な生活行動・意識に関する内容、属性的内容、身長・体重の身体形態的内容等、53項目から成る半健康質問票を用い、2003年に、小学生(6学年:2,014名)を対象とした本調査を実施した。データ精査を行った結果得られた分析有効データ(1,906サンプル分)に対して、半健康の状態的構成要素を抽出しその構造的特性を明らかにするために主成分分析法を施した。その結果、子どもの半健康の多次元構造が四次元空間を構成していること、第一主成分得点が子どもの半健康状態を量的に示す総合的指標として扱うことが可能であること等が明らかになった。そこで、第一主成分得点を半健康指数として採用し、林の数量化
在来種の排除を伴わない移入種定着の影響 ：資源分割を介した生産構造の改変

本研究は、渓流生態系におけるサケ科魚類を対象に、移入種の定着が生産構造に及ぼす影響、すなわち、「資源分割を介した魚類の総生産量の増加と被食者(底生無脊椎動物)現存量の低下」という予測の検証を目的としている。調査は、四国の仁淀川水系・黒川源流域で行い、在来種であるアマゴと移入種であるイワナの共存が、これら2種の総生産量を高めるかどうか、また、被食者である底生無脊椎動物への捕食圧が高まるかどうかの2点について検討している。2017年度に、アマゴのみが生息するアマゴ区間、イワナが優占的なイワナ区間、アマゴとイワナが同程度に生息する共存区間、および魚類が生息しない区間の4条件下で、総計16区間を設定し、2017年6月、8月、11月と各区間において魚類の標識再捕調査を行い個体毎の成長、個体数、および現存量の動態の観測を継続している。2018年度は、同様の調査を継続するとともに、冬季における底生無脊椎動物量を調査するために2017年11月から設置していた採集用基質を回収し、サンプルを得た。また、2018年4月から5月にかけて、各区間において水生昆虫(底生無脊椎動物)の羽化量を測定するための飛翔性昆虫の採集を行った。さらに、関連する追加の調査として、イワナによるアマゴの捕食調査も行った。アマゴとイワナの共存河川では、イワナがアマゴ稚魚を捕食する可能性が指摘されているため、アマゴ個体数に対するその影響の有無を調べることを目的としたものである。2017年度から継続していた各調査区間におけるアマゴ、イワナの個体数および成長の調査を2018年4月まで完了することができた。これにより初夏から翌春までの生産量を推定するためのデータが集まった。また、2018年度までの調査で、夏季、冬季における底生無脊椎動物および春期における羽化昆虫のサンプル採集も完了し、被食者現存量を求めるためのサンプルが確保できた。さらに、アマゴのイワナに対する捕食効果に関する調査を行うことができた。これらのことから調査は順調に進んでいると言える。これまでに集まった無脊椎動物(被食者)サンプルの処理作業を進めて夏季頃までには完了させる。それら被食者現存量、および魚類の個体数、現存量、生産量に関するデータ解析を行い、結果を出してとりまとめる。河川生態系においては移入種が在来種を絶滅させる例よりも、在来種を排除せずに共存する例の方が圧倒的に多い。つまり、移入種による種数の増加は普遍的に見られる現象であるが、その点を直視した研究は少ない。本研究は、渓流生態系におけるサケ科魚類を対象に、移入種の定着が生産構造に及ぼす影響、すなわち、「資源分割を介した魚類の総生産量の増加と被食者(底生無脊椎動物)現存量の低下」という予測を検証する。本研究は、移入種の影響に対する多角的な見方を提供するのみならず、保全論理の根幹を為す「種多様性の機能」の一つ(Diversity-productivity relationships)を検証する試みでもある。調査は、四国の仁淀川水系・黒川源流域で行い、在来種であるアマゴと移入種であるイワナの共存が、これら2種の総生産量を高めるかどうか、また、被食者である底生無脊椎動物への捕食圧が高まるかどうかの2点について検討する。2017年度は、アマゴのみが生息するアマゴ区間、イワナが優占的であるイワナ区間、アマゴとイワナが同程度に生息する共存区間、および魚類が生息しない区間の4条件下で、総計16区間を設定した。2017年6月より、各区間において魚類の標識再捕調査を行い個体毎の成長、および個体数、現存量の動態の観測を継続している。また、各区間の生息環境特性および魚類に対する系外資源(落下陸生無脊椎動物)の供給量の定量を行った。底生無脊椎動物に対する捕食圧については、夏季である8月と冬季である11月に各区間の礫表面から底生無脊椎動物の採集を行った。また、これまでに本調査地で得られているアマゴとイワナに関する予備的知見をまとめて日本魚類学会で発表した。魚類の生産量に関する標識再捕調査および捕食圧に関する底生無脊椎動物調査の2つを、2017年度内に計画どおりに着手することができたため。具体的には、魚種組成の異なる4条件下で総計16区間を設定し、個体の成長、個体群レベルでの生産を計測するための調査を6月から開始することができ、以降、8月、11月と継続観測を続けている。また、同じ調査地にて、魚類による捕食圧を調べるための調査を夏(8月)と冬(11月)に実施することができた。このことから、野外での調査は予定通り順調に進んでいると言える。

2017年度に、アマゴのみが生息するアマゴ区間、イワナが優占的なイワナ区間、アマゴとイワナが同程度に生息する共存区間、および魚類が生息しない区間の4条件下で、総計16区間を設定し、2017年6月、8月、11月と各区間において魚類の標識再捕調査を行い個体毎の成長、個体数、および現存量の動態の観測を継続している。2018年度は、同様の調査を継続するとともに、冬季における底生無脊椎動物量を調査するために2017年11月から設置していた採集用基質を回収し、サンプルを得た。また、2018年4月から5月にかけて、各区間において水生昆虫(底生無脊椎動物)の羽化量を測定するための飛翔性昆虫の採集を行った。さらに、関連する追加の調査として、イワナによるアマゴの捕食調査も行った。アマゴとイワナの共存河川では、イワナがアマゴ稚魚を捕食する可能性が指摘されているため、アマゴ個体数に対するその影響の有無を調べることを目的としたものである。2017年度から継続していた各調査区間におけるアマゴ、イワナの個体数および成長の調査を2018年4月まで完了することができた。これにより初夏から翌春までの生産量を推定するためのデータが集まった。また、2018年度までの調査で、夏季、冬季における底生無脊椎動物および春期における羽化昆虫のサンプル採集も完了し、被食者現存量を求めるためのサンプルが確保できた。さらに、アマゴのイワナに対する捕食効果に関する調査を行うことができた。これらのことから調査は順調に進んでいると言える。魚類の標識再捕調査を継続する。底生無脊椎動物の羽化量の指標として飛翔性昆虫の個体数を定量する。2017年度に得られた底生無脊椎動物および落下陸生無脊椎動物のサンプル処理を進める。これまでに集まった無脊椎動物(被食者)サンプルの処理作業を進めて夏季頃までには完了させる。それら被食者現存量、および魚類の個体数、現存量、生産量に関するデータ解析を行い、結果を出してとりまとめる。魚類の標識再捕調査および底生無脊椎動物の採集を3月下旬から4月初め頃に行う必要があった。また、3月にサンプル処理のための謝金を必要とした。これらの理由から、年度末に不足が生じることが無いよう少々余裕を持って予算を確保していたため。次年度使用額は、調査用消耗品の購入にあてる。年度末である2-3月にサンプル処理のための謝金を必要としたため、不足が生じることが無いように予算を確保していたが、完全に使いきることなく若干の未使用額が生じた。これらは、サンプル処理用消耗品の購入にあてる。
準ミリ波水蒸気分光放射計による中層大気水蒸気・オゾンの観測的研究

オゾン破壊に関与するHOxのソースであり大気の放射バランスでも重要な役割を果たす成層圏水蒸気の鉛直分布を計測するため、HEMT増幅器とデジタルFFT分光計を用いた22GHz帯マイクロ波分光計を開発した。冷却増幅器を用いることなく常温で運用可能なため、軽量で可搬性に優れている。十分な感度を有し、対流圏での吸収により平地からの観測が困難であった成層圏水蒸気の昼夜を通した連続観測を可能にした。水蒸気はHoxのソースとしてオゾンの破壊に関係しており、中層大気中の物理過程、光化学過程を理解する上で重要な微量分子のひとつである。しかし、これまでに多くの地上観測がなされているオゾンとは対照的に、対流圏での吸収が大きい水蒸気は地上からの観測が極めて難しい。本研究では、対流圏での吸収が比較的小さくまた技術的にも最近の発展が著しいマイクロ波の分光法を用い、小型可搬型の高感度準ミリ波帯(22GHz)分光放射計を開発し、マイクロ波による水蒸気地上観測網構築の足がかりとすることを目的とするものである。研究項目は(1) 22GHz帯の低ノイズ常温HEMT増幅器に一次放射ホーン、高度角変更用回転ミラー、分光計を備えた水蒸気スペクトル線観測用の分光放射計システムを開発する。(2)同放射計を水蒸気の183GHz帯スペクトル線観測を適宜行っている名古屋大学のアタカマ観測基地(チリ共和国標高4,800m)に持ちこみ、観測データの相互検証を行う。(3)同放射計を名古屋大学太陽地球環境研究所の陸別観測所に設置し、同観測所でモニタリング観測を進めているオゾン、HCl、メタン等の観測データと総合的な比較を行う。上記のような開発・観測を通して、成層圏および中間圏における水蒸気変動の実態とそのオゾン変動への影響を明らかにする。本研究は、最近発展の著しいマイクロ波分光技術を用いて小型で高感度の常温型、(非冷却型)準ミリ波(22GHz)分光放射計を開発・実用化し、同放射計を用いた中層大気中の水蒸気観測と赤外線フーリエ分光計・超伝導ミリ波分光放射計を用いたオゾン,HCl,メタン等の観測とを通して、中層大気における水蒸気-オゾン変動の実態を明かにしその原因を探ることを目的としている。平成18年度は、試験観測を通して準ミリ波分光放射計の評価を行い、また、北海道の陸別観測所の赤外線フーリエ分光計データの解析を進めた。観測システム開発では、光学系部として観測高度角の切り替え用回転ミラーおよび定在波除去用の光路長変調機構を開発し、またデジタル分光計に信号を導入するための中間周波数系の設計・製作を行ない、名古屋大学豊川キャンパスの実験室における実験室において試験観測をおこなった。受信器システムの雑音温度は約160K(SSB)が達成されており、常温観測システムとして世界最高水準に達する感度を有している。太平洋側の平地に位置する豊川市においても、6時間程度の積分でアンテナ強度400mKのスペクトルがS/N比12で取得されており、特に高地でなくとも水蒸気の高度分布解析に十分な質のデータが取得可能であることが実証された。なお、当初計画していたチリ共和国アタカマ高地における試験観測は次年度以降に持ち越すこととした。また、陸別観測所の赤外線フーリエ分光計のデータ解析では、1995年5月から10年間のO_3とHNO_3のカラム全量と高度分布の解析を行った。その結果、O_3とNHO_3のカラム全量は共に春季に極大、秋季に極小となる明瞭な季節変動を示すが、長期トレンドでは有意な増加や減少傾向は見られなかった。また、高度分布では、高度26Km以上でO_3混合比が光化学反応の影響を受けやすく太陽活動とともに徐々に増加している傾向が見られた。本研究は、最近発展の著しいマイクロ波分光技術を用いて小型で高感度の常温型(非冷却型)準ミリ波(22GHz)分光放射計を開発・実用化し、中層大気における水蒸気変動の実態とそのオゾン変動への影響を明かにし、中層大気における水蒸気-オゾン変動のメカニズムを解明することを目指している。平成19年度は、初年度の試験観測で明らかになった準ミリ波分光放射計の改良を行い問題の絞り込みを行った。観測システムは、受信器システムの雑音温度は約160K(SSB)が達成されており、常温観測システムとして世界最高水準に達する感度を有している。しかしながら、0.2-0.3Kの信号強度に対し、2K程度の振幅のスペクトルベースラインのうねりが見られ、水蒸気の鉛直分布のリトリーバル解析の障害となっていた。そこで今年は中間周波数系回路内の適所にアイソレータやアッテネータを挿入したり、回路内のケーブルの取り回しを極力短く直線的にしたりするなどの中間周波数増幅系の徹底的な改良を行い、同増幅系内の反射により発生する定在波を抑え、スペクトルベースラインを改善した。

さらに今年度は、局部発振器信号源として、従来の周波数シンセサイザに代えてGPS衛星の10MHz信号を基準周波数信号とした周波数半固定型の小型位相同期発振器を採用することにより観測システムの小型可搬型化を大きく推進した。また、バックエンドのデジタル分光計に関しては、デジタル分光計のOSであるWindowsと自作の受信器・モーター駆動系・ステータスモニター系を制御するLinuxの間でデータ通信や制御の同期を取るソケットプログラムの基本コンポーネントを開発した。これにより汎用性が高く、ネットワーク越しに遠隔操作が容易な観測システムを構築することができる。なお、当初計画していたチリ共和国アタカマ高地における試験観測は、現地における観測小屋の整備が遅れたため次年度以降に持ち越すこととした。本研究は、最近発展の著しいマイクロ波分光技術を用いて小型で高感度の常温型(非冷却型)準ミリ波(22GHz)分光放射計を開発・実用化し、中層大気における水蒸気変動の実態とそのオゾン変動への影響を明かにし、中層大気における水蒸気-オゾン変動のメカニズムを解明することを目指している。平成20年度は、平成19年度に中間周波数信号処理系の改良を行った準ミリ波分光放射計へのデジタル分光計のつなぎ込みおよびデジタル分光計の制御プログラムの整備を行った。観測システムは、受信器部と分光計部から構成される。受信器部はシステム雑音温度約160K(SSB)が達成されており、常温観測システムとして世界最高水準に達する感度を有している。バックエンドの分光計部は、1GHz帯域幅と約60kHzの周波数分解能を有し、Windows環境のもとで動作するドライバがメーカーより提供されている。これと自作の受信器・モーター駆動系・ステータスモニター系を制御するLinuxの間でデータ通信や制御の同期を取るソケットプログラムを開発した。Perlを用いた観測制御プログラムを開発し、観測ルーチンをスクリプト化することにより高度角スイッチング観測や周波数スッチング観測などの種々の観測モードの切り替えおよび観測パラメターの変更を容易にし、観測時の大気状況に応じた観測の最適化が容易に行えるようになった。また、冷却効率が低下する標高5千メートルのチリ共和国アタカマ高地における試験観測のため、分光計の空冷機構の改良を行い、現地で問題なく所期の分光性能が達成できることを検証した。平成21年度は、デジタル分光計の観測制御プログラムの改良とベースライン安定化のための光路長変調機能の導入および受信機フロントエンド系の改良、また装置全体のハウジングを行った。昨年度開発したデジタル分光計の取得データを時系列解析した結果、特に弱いスペクトル線の電波強度の変動がノイズによる変動よりも大きいことが分かり、観測プログラムの見直しを行った。その結果、データ転送の微妙なタイミングのずれにより、観測シークエンス通りにデータの書き換えが行われていなかったことが明らかになり、この障害を修正した。また、高周波回路シミュレーションプログラム
純正カーボンナノチューブの完全化学合成

カーボンナノチューブは稀少金属などを一切含まない炭素原子のみから構成され、高い機械的強度・電気伝導性・超電導性など様々な機能を持つため非常に注目されている次世代マテリアルである。1991年に飯島らによって発見されて以来世界中で研究されているが、直径・長さ・構造を制御した純粋なカーボンナノチューブ合成は未だ達成されておらず、学術的に大きなインパクトを与えるだけでなく産業界において強く望まれている技術である。有機化学的なビルドアップによる、分子式として表せる純正カーボンナノチューブの完全化学合成を目標として研究を行った。我々はすでにアームチェア型カーボンナノチューブの最短骨格であるシクロパラフェニレンの直径選択的な自在合成法の開発に成功している。また、シクロパラフェニレンこの側面構造と直径という「情報」が埋め込まれていると考え、テンプレートとすることでそれぞれに対応するカーボンナノチューブを合成できると予想した。そこで様々な合成法と詳細な条件を検討した結果、シクロパラフェニレンに対して減圧条件下でエタノールと反応させることによってカーボンナノチューブの生成が確認された。透過型電子顕微鏡観察やラマン分光法などによって合成したカーボンナノチューブを評価したところ、用いるシクロパラフェニレンのサイズに近い直径分布が観測されており、この事実もシクロパラフェニレンがテンプレートとして働いていることを示唆している。また、高温下でのシクロパラフェニレンの高温下での挙動の調査することで、新たなカーボンナノチューブの生成機構についての提唱も行なっている。いまだ収量など改善の余地が残るものの、これらの結果は選択的なカーボンナノチューブの自在合成法に向けた重要な一歩といえる。シクロパラフェニレンに対してエタノールと反応させることによってカーボンナノチューブの新規合成法の開発を行なっている。これは、当初の研究計画で想定したものよりも、シンプルかつ短段階でのカーボンナノチューブの合成法である。その有用性および将来性は非常に大きく、今後の更なる発展が期待できる。またメカニズムの解明にも取り組んでおり、当初の計画以上に研究が進展していると言える。これらの結果は選択的なカーボンナノチューブの自在合成法に向けた重要な一歩といえるものの、収量や、選択性の不完全性などまだ改善余地を残している。この問題の解決とともに、より詳細な生成機構の解明が今後の課題であると言える。カーボンナノチューブ(CNT)は稀少金属などを一切含まない炭素原子のみから構成され、高い機械的強度・電気伝導性・超電導性など様々な機能を持つため非常に注目されている次世代マテリアルである。1991年に飯島らによって発見されて以来世界中で研究されているが、直径・長さ・構造を制御した純粋なCNT合成は未だ達成されておらず、産業界において強く望まれている技術である。我々は有機合成化学的手法を用いて、まずCNTの最小部分骨格となるカーボンナノリングの合成を行った。最も単純なカーボンナノリングであるシクロパラフェニレン(CPP)は、ベンゼン環がパラ位で環状につながった分子であり古くより特異なπ電子化合物として広範囲の研究者の興味の対象となっていた。我々はシクロヘキサン環を「曲がったベンゼン前駆体」として利用する新戦略に基づいて、これまでに12,14,15,16,20個のベンゼン環をそれぞれ有するCPPの合成に成功している。サイズの異なるCPPの自在合成法の確立は、望みの太さのCNTを作り分ける上で非常に重要である。またこれらの合成戦略を応用することで、キラルCNTの最短構造をもつカーボンナノリング類の合成にも世界に先駆けて成功した。今後、合成したカーボンナノリングを鋳型としてCNTへと伸長させる方法を開発することで、カーボンナノリングの直径や構造を保持した純伜なCNTの合成達成へと繋がるものと考えられる。1991年に飯島らによって発見されて以来世界中で研究されているが、直径・長さ・構造を制御した純粋なCNT合成は未だ達成されておらず、学術的に大きなインパクトを与えるだけでなく産業界において強く望まれている技術である。最も単純なカーボンナノリングであるシクロパラフェニレン(CPP)は、ベンゼン環がパラ位で環状につながった分子であり、古くより特異なπ電子化合物として広範囲の研究者の興味の対象となっていた。我々はシクロヘキサン環を「曲がったベンゼン前駆体」として利用する新戦略に基づいて、これまでに9から16個のベンゼン環をそれぞれ有するCPPの合成に成功している。またCPPについて紫外可視吸収スペクトル、蛍光スペクトル、蛍光量子収率などの光物性測定を行った。その結果CPPの最大吸収波長はリングサイズに依存せず338nm付近であり、蛍光波長はリングサイズの増加と共に短波長シフトするという特異な性質を明らかにした。CPPは希釈溶液中において高い蛍光量子収率を有し、[9]CPPは緑色の、[12]CPPは青色の蛍光を示す。さらには最終目標であるCNTの合成については、様々な合成法と条件を検討することでカーボンナノリングを用いた直径選択的合成も見出しつつある。

カーボンナノチューブは稀少金属などを一切含まない炭素原子のみから構成され、高い機械的強度・電気伝導性・超電導性など様々な機能を持つため非常に注目されている次世代マテリアルである。1991年に飯島らによって発見されて以来世界中で研究されているが、直径・長さ・構造を制御した純粋なカーボンナノチューブ合成は未だ達成されておらず、学術的に大きなインパクトを与えるだけでなく産業界において強く望まれている技術である。有機化学的なビルドアップによる、分子式として表せる純正カーボンナノチューブの完全化学合成を目標として研究を行った。我々はすでにアームチェア型カーボンナノチューブの最短骨格であるシクロパラフェニレンの直径選択的な自在合成法の開発に成功している。また、シクロパラフェニレンこの側面構造と直径という「情報」が埋め込まれていると考え、テンプレートとすることでそれぞれに対応するカーボンナノチューブを合成できると予想した。そこで様々な合成法と詳細な条件を検討した結果、シクロパラフェニレンに対して減圧条件下でエタノールと反応させることによってカーボンナノチューブの生成が確認された。透過型電子顕微鏡観察やラマン分光法などによって合成したカーボンナノチューブを評価したところ、用いるシクロパラフェニレンのサイズに近い直径分布が観測されており、この事実もシクロパラフェニレンがテンプレートとして働いていることを示唆している。また、高温下でのシクロパラフェニレンの高温下での挙動の調査することで、新たなカーボンナノチューブの生成機構についての提唱も行なっている。いまだ収量など改善の余地が残るものの、これらの結果は選択的なカーボンナノチューブの自在合成法に向けた重要な一歩といえる。キラル型カーボンナノチューブの部分骨格の一つである[13]シクロパラフェニレンナフチレンに関しての論文を発表し、これまでに合成したシクロパラフェニレンについても、紫外可視吸収スペクトル、蛍光スペクトル、蛍光量子収率などの光物性測定を行い特異な性質を明らかにすることに成功している。また最終目標であるカーボンナノチューブの合成についても実際にカーボンナノリングを用いた直径選択的合成も見出しつつある。シクロパラフェニレンに対してエタノールと反応させることによってカーボンナノチューブの新規合成法の開発を行なっている。これは、当初の研究計画で想定したものよりも、シンプルかつ短段階でのカーボンナノチューブの合成法である。その有用性および将来性は非常に大きく、今後の更なる発展が期待できる。またメカニズムの解明にも取り組んでおり、当初の計画以上に研究が進展していると言える。最終目標であるカーボンナノチューブの合成についても実際にカーボンナノリングを用いた直径選択的合成も見出しつつある。今後は詳細な条件検討を行い、収率及び直径選択性の向上を試みる予定である。また、合成したシクロパラフェニレンやシクロパラフェニレンナフチレンについてはさらなる物性や機能の解明と、そこからのフィードバックを通じた新たなカーボンナノリングの創出を行う予定である。これらの結果は選択的なカーボンナノチューブの自在合成法に向けた重要な一歩といえるものの、収量や、選択性の不完全性などまだ改善余地を残している。
経カテーテル的大動脈弁植込み術におけるONO-1301の弁周囲逆流抑制効果の検討

経カテーテル的大動脈弁植込み術後弁周囲逆流に対するONO-1301の抑制効果を検討した。本邦で使用されているSAPIENvalveの代わりにGZVステントにONO-1301を懸濁したゼラチンハイドロゲルを塗布した人工血管および逆流を発生させるための骨片を逢着し、HBD犬の大動脈に経カテーテル的に植込んだ。逆流は植込み後1ヶ月までは経時的に減少したが1ヶ月以降は変化なかった。組織学的評価としては大動脈壁と骨片の間に線維組織および内膜増生を認めた。以上よりONO-1301は経カテーテル的大動脈弁植込み術後弁周囲逆流の抑制に有用であることが示唆された。本研究は経カテーテル的大動脈弁移植術後弁周囲逆流に対するONO-1301 (新規合成プロスタサイクリンアゴニスト)の効果を検証することを主目的とする。ONO-1301は1ヶ月をかけて徐々に徐放されるよう、PLGA microsphere製剤を使用した。まず、本研究実証(valve留置)の前に一般ステント(GZV))部に人工血管をあらかじめ縫い付け、そこにONO-1301MSを懸濁したゼラチンハイドロゲルを塗布したもの(SAPIEN valveのステントを想定)を5頭のHBD犬の大動脈に後腹膜より経大動脈アプローチにて経カテーテル的に移植した。同ステントの外側にはあらかじめ骨片を縫着しておき、弁周囲逆流を想定した周囲逆流(leak)を誘導できるようにしておいた。また一方、ONO-1301を含まないMS製剤を同様にstentに固着させ、同様に5頭のHBD犬に移植した。術後1ヶ月においてSacrificeし、組織学的検討を行った。結果、それぞれの群で5頭いずれも、術死はなく、1ヵ月のfollowまで生存した。ONO-1301投与群では手術後直後と2週間後にピークを認める2峰性のONO-1301血中濃度を示し1ヶ月後まで持続されていた。エコーの評価では術直後より全例中等度の周囲逆流(leak)を生じていたが、ONO-1301投与群では1,2,4週と時間を経るごとに逆流量(leak)が減少した印象であったが定量化が困難であった。4週後のSacrificeにおいて、ONO-1301投与群において内膜の増生が高度であった。また、HE染色では骨片で作成した弁輪とステントの間隙に細胞の増生を認め、EVG染色では同部位に膠原線維による線維化が認められた。α-SMA染色では内膜増生部の下層にα-SMA陽性細胞を認め、最表層にはCD31陽性細胞を認めた。ONO-1301投与群において、血管とステントの間隙の内膜増生が高度で線維化の程度も高度であった。本研究は経カテーテル的大動脈弁移植術後弁周囲逆流に対するONO-1301(新規合成プロスタサイクリンアゴニスト)の効果を検証することを目的としている。ONO-1301は徐々に徐放されるよう、PLGA microsphere製剤を使用した。本年度もvalveの入手(高額のため)が困難であったため、SAPIEN valveのステントを想定し、一般ステント(GZV)部に人工血管を縫いつけたものを5頭のHBD犬の大動脈に後腹膜より経大動脈アプローチにて経カテーテル的に移植した。昨年度同様、ステントの外側にはあらかじめ骨片を逢着し、故意に周囲逆流を作成した。術後6ヶ月においてSacrificeし組織学的検討を行った。結果:5頭とも6ヶ月のfollowまで生存。ONO-1301の血中濃度はいずれも0であった。エコーの評価では(定量化が困難であったものの)周囲逆流は昨年同様、1ヶ月後までは減少傾向であったが以降は普遍であった。また、その組織像は昨年度認めたコントロール群と比し4週間後のONO-1301群の組織像とほぼ同等であり、内膜の増生が高度で、EVG染色では骨片と大動脈壁との間にできた間隙に膠原線維による線維化を認めた。以上より、ONO-1301による効果は6ヶ月は持続することが示唆された。心臓血管外科デバイスが高額のため、平成25年度に行う予定であった、ONO-1301溶出性TAVI用valveの挿入、弁周囲逆流モデルの作成、短期期間での評価に関しては実際のvalveを用いることができなかったが、大動脈とステントを用いることでそれに相当する実験結果が得られたと考えられる。

平成25年度に施行した短期期間における評価に加え、デバイス提供が可能であれば予定通り長期的に弁周囲逆流が心機能に与える影響を調査する予定としている。加えて、ONO-1301投与による内膜増生が人工弁の運動に対して、影響を与えないか、全身に対する影響がないかについて検討する。またONO-1301が内膜増生に関与するメカニズムにつき、心臓弁基部に存在する細胞を用いて、In vitroの系でも解析する予定としている。平成25年度に施行した短期期間における評価に加え、長期的に弁周囲逆流が心機能に与える影響を調査する予定としている。より長期の期間でのONO-1301の影響および心機能の評価をおこなうため、家畜ブタの購入、カテーテルなどの機器の購入、組織染色およびIn vitroでの解析のための試薬購入、研究成果を発表するための旅費に研究費を使用する予定としている。
エピタキシャル薄膜製膜技術を利用した新規センサー構造の実用化

酸化物半導体微粒子を堆積した膜の粒子表面にガス吸着の際の電導性変化を利用したガス吸着型センサーや、酸化物イオン導電性材料の両面の酸素濃度差をつけ、酸化物イオンの拡散による起電力を測定するガス拡散型センサーにおいて、検出材料をエピタキシャル薄膜化したセンサーの研究を行った。その結果、ガス吸着型センサーでは膜厚をガス吸着感応層の厚さを23nm程度まで薄くすると高感度が実現できることや、ガス拡散型センサーでは膜厚を数百nm程度まで薄くし、さらに拡散の抵抗となる粒界をなくしたエピタキシャル薄膜化することで、従来の報告より低温でのセンサー動作の可能性を示した。従来のガス吸着型およびガス拡散型セラミックスガスセンサでは、酸化物微粒子を堆積したり、酸化物多結晶体を用いているが、これらのセンサー部をエピタキシャル薄膜化した一連のセンサーの研究を提案した。Si基板あるいは酸化物基板上にバッファを導入して、ガスセンサー能をもつフェライトあるいは蛍石系材料のエピタキシャル成長技術の確立を目指した。[半導性フェライトのエピタキシャル成長技術の開発]PLD法を用いて、YSZ基板上にTiO_2を添加したZnFeO_4エピタキシャルフェライト薄膜を製膜する技術の最適化を図った。初年度は、エキシマレーザーのパワーをダイナミックに制御することで、膜質の制御を行い、手ピタキシャル性を保ったままで、薄膜の微構造制御をおこない、AFMによる表面粗さとガスセンシング能のあいだに、相関関係があることを明らかにした。これらは、YSZ基板上に直接、半導性のフェライトを製膜したヘテロエピであったが、レーザーパワーを落とすことで、ヘテロエピでも膜厚を薄くしても感度を高く保つことが可能なことを実証した。また、基板上の先ず、高抵抗のフェライト層を付けて、さらに、半導性のフェライト層をホモエピタキシャル成長させる製膜にも取り組んだ。昨年度繰り越した波長を可変可能な紫外光照射装置を使い、ガス吸着エネルギーの検討も行った。[エピタキシャル薄膜を用いたガス拡散型センサーの開発]Si基板上にYSZ薄膜をエピタキシャル製膜する技術の開発と、YSZエピタキシャル膜を形成したSi基板に反応性イオンエッチング装置を用いて検出部を加工する技術を組み合わせて、動作温度を検討した。また、アニールをすることで、薄膜の残留応力を可変することで、応力の効果がそれほど大きなものではなく、膜厚の薄膜化と、粒界の低減の効果が著しく効果的であることを見いだした。ガス吸着型およびガス拡散型セラミックスガスセンサのセンサー部をエピタキシャル薄膜化することで、粒界、あるいは膜厚などの因子を積極的に利用することを目的に検討を行っている。本年度は、初年度につづいてセンサー構造の最適化と実際のセンサー特性の検討を行った。[ガス吸着型ホモエピタキシャル薄膜構造の開発]PLD法を用いてガス吸着型エピタキシャルガスセンサーに適した薄膜成長技術の開発を行った。すなわち、エピタキシャルフェライトを用いたガス吸着型センサーに適した薄膜成長技術として、Y_2O_3添加ZrO_2単結晶基板上に、高抵抗なZnFe_2O_4バッファ層を形成し、その上にTiO_2を添加して半導性を付与した高結晶性のZnFe_2O_4薄膜を成長するバッファ層を導入したホモエピ薄膜成長技術を開発した。フェライト系エピタキシャル膜に櫛形電極を形成し、ガス吸着型センサー特性を測定した。この結果、半導性のフェライトを直接、YSZ基板上に製膜した場合に比べて膜厚が薄くなるほど感度が高い傾向が見られ、当初から検討目標としていた感度の膜厚依存性が明確に示され、3nm程度の膜厚まで感度が上昇することが明らかになった。[ガス拡散型センサー技術開発]SiO_2/Si基板上に形成したエピタキシャルYSZ薄膜を、反応性イオンエッチング装置を用いて、Si基板側からエッチングし、YSZを露出したデバイス構造を作成した。Pt多孔質電極を用いてセンサー動作の温度依存性を検討したところ、起電力(EMF)測定は350°Cくらいまで可能であった。しかしながら、反応時間は10-30分以上にもなる。一方、交流インピーダンス測定を行ったところ、酸化物イオンの拡散と思われるインピーダンスは180°C以下まで観察された。バルクYSZでは、600°C程度が下限動作温度度であることから、著しい低温化である。昨年度の結果から、薄膜の応力はそれほど大きな影響はないことが明確であり、これはバルクに比べて、著しく膜厚が薄いことから、内部抵抗が低いこと、YSZがエピタキシャル成長していることから、高抵抗の粒界の数が少ないことによるものと考えられる。いっぽう、交流インピーダンス測定では180°Cという低温でも酸化物イオンの拡散が予想されることから、Pt電極表面での酸素のイオン化反応が遅いことが予想された。

従来のガス吸着型およびガス拡散型セラミックスガスセンサでは、酸化物微粒子を堆積したり、酸化物多結晶体を用いているが、これらのセンサー部をエピタキシャル薄膜化した一連のセンサーを提案した。[ガス吸着型ホモエピタキシャル薄膜構造の開発]PLD法を用いて酸化イットリウム添加ZrO2単結晶基板上に、高抵抗のZnFe2O4バッファ層を形成し、さらにTiO2添加半導性ZnFe2O4薄膜を成長したホモエピ薄膜を成長し、櫛形電極を形成したデバイス構造を作成した。半導体層の厚さ変化させて感度を測定した結果、3nm程度で,最も高感度化することが明らかになった。これはO2やNO2などのガスが吸着し、半導体層から電子が移動する際の官能層(active layer)の厚さを示すと考えられる。また、吸着ガスに種々のエネルギーの紫外線を照射した際の抵抗値の変化から、ガスの吸着・脱着の挙動を検討し、ガス吸着に閾値が存在することを明らかにした。[ガス拡散型センサー技術開発]SiO2/Si基板上に形成したエピタキシャルYSZ薄膜のSi部を、反応性イオンエッチングでエッチングし、YSZを露出したデバイス構造を作成した。Pt多孔質電極を用いたセンサーは350°C程度まで動作したが、酸化物電極を形成し、動作温度依存性を検討したところ、180°C程度の低温で動作することが分かった。一方、YSZ薄膜中の酸化物イオンの拡散挙動を交流インピーダンス法で検討したところ、150°C程度でも十分拡散する事がわかり、低温でO2をイオン化できる高い触媒能を有する電極の探索が重要な事が明らかとなった。まtが、酸化物電極と金属(Pt)電極の組み合わせが低温化に有効な可能性があると予想され、更にこの分野の検討が必要なことが明らかとなった。当初予想したよりもさらに低温での動作の可能性があり、引き続き、低温駆動電極を中心に検討する事とした。概ね順調に進展していると考えられる。現在、低温での触媒能が高い酸化物電極を検討している。ガス吸着のメカニズムを検討すべく導入した紫外光の照射から得られるデータの解釈によって、表面反応の検討を行う予定である。24年度が最終年度であるため、記入しない。研究自体はほぼ予定通り進んでいるが、系統的なデータ取得が遅れているため、論文化に必要な十分なデータが揃わないことが多く、情報発信が遅れている。今年度はこの点に留意して進めたい。