hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
菌寄生植物ランにおける難発芽性種子の発芽スイッチ制御機構の解明

本研究では人工発芽が難しい難発芽性種子が多く、栽培や保全が難しいことで問題となっているラン科植物を材料として、(1)ラン自生地での土壌微生物相調査および発芽種子のトランスクリプトーム解析、(2)発芽に寄与する新たな微生物の特定と難発芽性に関与する遺伝子の特定を行う。これにより難発芽性種子の発芽のスイッチを入れる因子を明らかにし、発芽のスイッチ制御機構を分子レベルで解明することを目的として実施している。2018年度は、野外に自生するキンラン(Cephalanthera falcata)を材料として、(1)-1自生地における種子の発芽率測定、(1)-2次年度に向けた自生地における種子の播種試験、(1)-3土壌微生物相の解析、(2)-1発芽に寄与する微生物の推定を行った。キンラン自生地土壌のアンプリコンシーケンス解析により、土壌微生物を網羅的に解析したところ、キンランの生育している地点と、生育していない地点では土壌糸状菌相が明らかに異なることが明らかになった。一方で親株から0.5 m, 1.0 m, 2.0 mの距離による糸状菌相の明らかな違いは認められなかった。この結果は自生地に播種したキンランの発芽率の結果と一致した。キンランの生育している地点には、Tomentella属、Russula属、Tylaspora属、Sebacina属など、外生菌根菌として知られている菌類が高頻度に検出された。また同サンプルを用いて土壌細菌相の解析も行ったが、本解析においてはキンランの生育している地点と、生育していない地点とで大きな違いが認められなかった。次年度の解析では、土壌微生物相の解析に加えて発芽種子、非発芽種子の微生物相解析やトランスクリプトーム解析を加え、糸状菌相と細菌相の関係性および発芽との関連性をより詳細に明らかにしたい。これらの実施項目についてはおおむね当初の計画通りに進めることができた。またこれらの研究により、キンランの生育している地点と、生育していない地点では発芽率に差が認められ、土壌糸状菌相も明らかに異なるという結果が得られた。この結果は、実験精度を向上させるために次年度も反復実験を行う必要があるものの、研究計画時の仮説を支持する結果であったことから、研究は順調に進展していると評価した。一方で、クマガイソウ(Cypripedium japonicum)の自生地播種試験については、実験実施場所の確保が難しく2018年度に実施することができなかった。本課題については次年度以降、実施場所を含めて検討を行うほか、実験室内で実施できる共生発芽試験等で研究を進めたい。2018年度に実施した自生地における種子の発芽率測定の結果、キンランの親株周辺では種子が発芽しやすく、親株の生育していない地点ではほとんど発芽しないという傾向が認められたものの、親株から2.0 mの範囲内では発芽率に差が見られないことが明らかになった。そこで、土壌菌相の調査範囲をキンラン親株から3.0 mまで拡大し、次年度の解析を行う予定である。計画を改めた本実験については2018年度すでに播種試験を実施しており、埋土したシードパケットを次年度に回収し、発芽率の測定および菌根菌種の同定を行う予定である。土壌菌相の解析ではキンランの生育している地点と、生育していない地点とで糸状菌相には大きな違いが認められたものの、細菌相には大きな違いが認められなかった。クマガイソウの自生地播種試験については、実験実施場所の確保が難しく2018年度に実施することができなかった。本課題については次年度以降、実施場所を含めて検討を行う予定であるが、自生地播種試験が難しい場合には、実験室内で実施できる共生発芽試験等で研究を進める。またクマガイソウ以外のランで実施できる種を検討する。そのほか、2019年度には発芽種子のトランスクリプトーム解析、発芽と強く相関すると予測された土壌微生物を用いた共生発芽試験を行う予定である。

一方で親株から0.5 m, 1.0 m, 2.0 mの距離による糸状菌相の明らかな違いは認められなかった。この結果は自生地に播種したキンランの発芽率の結果と一致した。キンランの生育している地点には、Tomentella属、Russula属、Tylaspora属、Sebacina属など、外生菌根菌として知られている菌類が高頻度に検出された。また同サンプルを用いて土壌細菌相の解析も行ったが、本解析においてはキンランの生育している地点と、生育していない地点とで大きな違いが認められなかった。次年度の解析では、土壌微生物相の解析に加えて発芽種子、非発芽種子の微生物相解析やトランスクリプトーム解析を加え、糸状菌相と細菌相の関係性および発芽との関連性をより詳細に明らかにしたい。2018年度は、野外に自生するキンラン(Cephalanthera falcata)を材料として、(1)-1自生地における種子の発芽率測定、(1)-2次年度に向けた自生地における種子の播種試験、(1)-3土壌微生物相の解析、(2)-1発芽に寄与する微生物の推定を行った。これらの実施項目についてはおおむね当初の計画通りに進めることができた。またこれらの研究により、キンランの生育している地点と、生育していない地点では発芽率に差が認められ、土壌糸状菌相も明らかに異なるという結果が得られた。この結果は、実験精度を向上させるために次年度も反復実験を行う必要があるものの、研究計画時の仮説を支持する結果であったことから、研究は順調に進展していると評価した。一方で、クマガイソウ(Cypripedium japonicum)の自生地播種試験については、実験実施場所の確保が難しく2018年度に実施することができなかった。本課題については次年度以降、実施場所を含めて検討を行うほか、実験室内で実施できる共生発芽試験等で研究を進めたい。2018年度に実施した自生地における種子の発芽率測定の結果、キンランの親株周辺では種子が発芽しやすく、親株の生育していない地点ではほとんど発芽しないという傾向が認められたものの、親株から2.0 mの範囲内では発芽率に差が見られないことが明らかになった。そこで、土壌菌相の調査範囲をキンラン親株から3.0 mまで拡大し、次年度の解析を行う予定である。計画を改めた本実験については2018年度すでに播種試験を実施しており、埋土したシードパケットを次年度に回収し、発芽率の測定および菌根菌種の同定を行う予定である。土壌菌相の解析ではキンランの生育している地点と、生育していない地点とで糸状菌相には大きな違いが認められたものの、細菌相には大きな違いが認められなかった。クマガイソウの自生地播種試験については、実験実施場所の確保が難しく2018年度に実施することができなかった。本課題については次年度以降、実施場所を含めて検討を行う予定であるが、自生地播種試験が難しい場合には、実験室内で実施できる共生発芽試験等で研究を進める。またクマガイソウ以外のランで実施できる種を検討する。
新しい長寿命核RNAの機能解析とRNA依存性RNA合成酵素の抽出

分化の際に多くの遺伝子は不活性化されていく。我々は、この不可逆的な不活性化を引き起こしていると考えられている核RNA(nRNA)の存在を証明してきた。今回の研究の目的は、(1)この特異的なnRNAの塩基配列を決定するとともに、(2)DNA合成期に新しく合成されたDNA鎖とハイブリダイズして遺伝子の不活性化を継承するnRNAを合成するRNA合成酵素(RDRP)を検出・抽出・精製し、さらに(3)その遺伝子をつりあげ、塩基配列を決定することである。我々は、マウス肝細胞からRNAを抽出し、電気泳動で流した後、ナザンブロティングでセルロースフィルターに写した。次に、肝細胞では発現されていないGlial fibrillary acidic protein(GFAP)に特異的な塩基配列をDNA合成機で合成した。このcDNAをP^<32>で標識し、肝からのRNAとハイブリダイゼイションを行った。この結果、バンドが認められ、肝細胞にGFAPのRNAの存在が示唆された。これは、遺伝子を不活化しているnRNAと考えられ、nRNAの塩基配列は不活化させる遺伝子と相補的と考えられる。さらに現在、DNAの混入の可能性を防ぐために、肝細胞から得たRNAをNuclease H,Nuclease P1などで処理して検討を加えている、遺伝子の不活化を継承するためのRDRPを検出するために、マウス胎児から、Downey et al(1972)の方法で、抽出・精製の段階でFraction1,2and3と粗精製液を得た。RDRP活性の測定も同様に彼らの方法で行った。RDRP活性は、H^3-UTPの生成物への取り込み量で測定し、単位はcounts per minute(cpm)である。鋳型に、Calf thymus DNAを用いた時、Fraction1,2&3のRDRP活性は、174.5,140.0&186.5であり、rRNAを用いた時、345.0,167.5&239.0であった。さらに、mRNAに用いた時、413.0,233.5&404.0と鋳型のないnegative controlの233.0,138.5&196.0に比し高値を示し、マウス胎児にわずかながらもRNA依存性RNA合成活性の存在が示された。しかしながら、この酵素は非常に不安定であり、精製には成功していない。このRDRPの遺伝子をつりあげるのはいまだ成功しておらず、今後の検討が必要である。
小胞体分子 MG23 による DNA損傷応答と光免疫応答のクロストーク

本研究はMG23の機能発現様式を切り口にして、DNA損傷応答と光免疫応答に固有の分子基盤を整備すると共に、両者のクロストークに踏みこむことを目指したものである。MG23が紫外線曝露時に生じるDNA損傷応答に関与し、細胞保護的な役割を担う事を明らかにした。また、MG23結合タンパク質として、熱ショック蛋白質の一種αBクリスタリンを単離し、MG23が同タンパク質との相互作用することによって紫外線に対する細胞保護機能を発揮する事を示した。DNA損傷応答は細胞死、老化、発がんをもたらす。一方、紫外線に対する免疫応答、すなわち光免疫応答は光線治療、および光線過敏症の背景を成す。このように両応答は病態と不可分の関係にあるが、その分子基盤に関する情報は限定的であり、人為的制御を困難なものにしている。本研究は小胞体分子MG23のDNA損傷応答への関与を示した研究代表者の実績ならびに同分子の紫外線応答特性に立脚して提案するものである。MG23の機能発現様式を切り口にして、DNA損傷応答と光免疫応答それぞれに固有の分子基盤を整理すると共に、両者のクロストークにまで踏みこむことを目指している。平成22年度に細胞株を中心的に用いて実施した解析を通して、以下の点を明らかにし、投稿中である。1:紫外線照射に際して、細胞内ではMG23のタンパク質量が増加するが、この現象はMG23遺伝子の発現誘導によって可能であること。2:MG23遺伝子のプロモーター配列をリポーターアッセイによって絞り込んだ結果、同分子の転写開始点から上流約800塩基対に至る領域が紫外線照射に応答するために必要であること。3:CREBファミリーに属する転写因子がMG23遺伝子上流の紫外線応答領域の制御に関与すること。4:siRNAの導入によって3で同定した転写因子をノックダウンすると、MG23遺伝子の転写は抑制され、この時、細胞株の紫外線感受性が低下すること。5:このノックダウン細胞にMG23を過剰発現させると紫外線感受性が回復すること。以上から紫外線への暴露に際して、小胞体タンパク質MG23が如何にして細胞の運命決定を左右するかについて、分子論的理解を推進するところとなった。本研究は小胞体分子MG23のDNA損傷応答への関与を示した研究代表者の実績ならびに同分子の紫外線応答特性に立脚して提案したものである。平成23年度には細胞株を中心的に用いて実施した解析を通して、以下の点を明らかにした。1:MG23による細胞内シグナルの伝播機構にアプローチするために、同分子と物理的に結合するタンパク質を酵母2-ハイブリッド法でスクリーニングし、クリスタリンファミリーの一つを単離した。2:このクリスタリンタンパク質をノックダウンすると、紫外線感受性が亢進した。3:MG23とクリスタリンのダブルノックダウン細胞は各分子単独のノックダウン細胞と同程度の紫外線感受性を呈する。4:MG23はクリスタリンの発現を転写レベルで制御する。以上から、MG23はクリスタリンと同一のシグナル伝達上に位置し、紫外線誘導性アポトーシスに対して細胞保護的に働くこと、ならびに、その背景には同分子による物理的・機能的結合分子クリスタリンの発現制御が存在することが示唆された。本成果は投稿中であり、紫外線への暴露に際して、小胞体タンパク質MG23が如何にして細胞の運命決定を左右するかについて、分子論的理解を推進するところとなった。本研究はMG23の機能発現様式を切り口にして、DNA損傷応答と光免疫応答それぞれに固有の分子基盤を整理すると共に、両者のクロストークにまで踏みこむことを目指している。以下の点を明らかにした。1.HEK293T細胞にsiRNAを導入して、小胞体タンパク質MG23をノックダウンすると、紫外線照射によって誘導される細胞死が亢進した。逆に同タンパク質を過剰発現すると、紫外線暴露時の細胞死が軽減した。したがって、MG23は紫外線によるDNA損傷に際して、細胞保護的な役割を担う。2.抗がん剤エトポシド(DNA二本鎖切断を引き起こす)処理に伴う細胞死に関して、MG23ノックダウン細胞が対象細胞と同様の感受性を示す一方で、MG23の過剰発現によって亢進した。紫外線によるDNA鎖内架橋への影響を検討した1.の知見と合わせると、MG23はDNAの損傷パターンの違いを検出する細胞システムの構成員である事が示唆された。

3.細胞内シグナルの伝播機構にアプローチするために、MG23と物理的に結合するタンパク質を酵母2ーハイブリッド法でスクリーニングし、熱ショック蛋白質の一種αBクリスタリン(aBC)を単離した。aBCをノックダウンすると、紫外線感受性が亢進した。また、MG23とaBCのダブルノックダウン細胞は各分子単独のノックダウン細胞と同程度の紫外線感受性を呈したことから、MG23はaBCと同一のシグナル伝達情報経路上に位置し、同タンパク質との相互作用を介して、紫外線に対する細胞保護機能を発揮している可能性が示された。結合分子の単離を通して、モデル分子であるMG23の紫外線感受性制御能の分子基盤を既に明らかにしているから。24年度が最終年度であるため、記入しない。これまでにモデル分子MG23の機能発現がクリスタリンとの相互作用を介している点を明らかにしているので、光免疫応答に関する解析にあたっては、MG23とクリスタリンの双方を発現している免疫細胞を主たる標的として、研究を展開する。
多読授業に使われるＥＰＥＲテストの等化と統語能力に対する多読の効果

英語の多読に関する次の3点について検証した。(1)学習者のプレイスメント、学習の伸びの測定のために使われるエジンバラ多読プロジェクト(EPER)テストのフォームAとEが同等フォームであるのか。(2)多読を行うことにより統語力はどのような時系列的変化を見せるのか。(3)統語能力の発達は読みに影響する要因(多読開始時の英語力、読書量など)とどのように関係するのか。質的、量的分析結果ではEPERフォームAとEは同等フォームとは言えず、フォームEがフォームAよりも難しいと判明した。更に、多読を行うことにより、学習者は言語の機能を理解するのではないかと思われ、特に、談話文法力が発達すると考えられる。(1)平成25年度の研究目的は、英語での多読を継続することにより英語の統語能力はどのような時系列的変化を見せるかを質的なアプローチを用いて検証することであった。多読授業ではエジンバラ大学多読プロジェクトが開発したプレイスメント・プログレステスト(EPERテスト)を実施し、その結果に基づいて学習者のプレイスメントや学習の伸びを測定する。1年間の多読プログラムで多読を行った大学生英語学習者526人分のEPERテスト結果を分析した。EPERテストは多読授業開始直後、春学期終了前、秋学期終了前に実施された。EPERテストは141項目からなるクローズテストであり、これらの項目をBachman (1985)の方法に基づき、4つのタイプに分類した。タイプ1の項目に正答するためには、学習者は統語的知識が必要であり、空所がある節の中の情報だけを用いて正答できる。タイプ1から4に進むにしたがって、正答を得るために受験者が使うコンテキストは、文からテキストへ、テキストからテキスト外の知識へと広がっていく。データはラッシュ分析を行い、3回のデータ収集時の学習者能力をロジットで表し、その結果を線形階層モデルを使い、タイプ毎に分析した。また、多読開始時期に統語的能力が低い学習者グループと高い学習者グループでの伸びの違いについても分析を行った。上述のタイプ1の項目に正答するために学習者は統語的知識が必要であり、分析の結果、タイプ1項目の切片と傾きは中程度の負の相関が見られた。(2)多読は英語学習者の読解力並びに読む速さ(fluency)の発達を促進するのかどうかを377名の日本人英語学習者を対象に検証した。全員1年間の英語リーデイングプログラムにいる大学生であり、実験群(多読クラス)、統制群(通常のリーデイングクラス)に分けられた。(3)平成26年度の研究に必要となる統語的能力診断テストを開発した。英語多読授業では、Edinburgh Project on Extensive Reading(EPER)テストを実施し、その結果に基づいて学習者のプレイスメントや学習の伸びを測定する。EPERテストには複数のフォームがあるが、フォームAとEが最もよく使われる。これらは教育現場では同等フォームとして扱われているが、同等フォームであるかどうかを検証した実証研究がない。本研究の第一の目的は、EPERテストのフォームAとEが同等フォームであるかどうかを検証し、両フォームを等化することである。等化のデザインはCommon-item nonequivalent groups design(Kolen & Brennan, 2004)の考え方に基づいた。EPERテストのフォームAとEの等化を行うために、以下14を実施し、現在5のデータ分析を行っている。1EPERテストのフォームAとEのコンテント分析を行った。2EPERテストのフォームAとEの難易度などがほぼ同等な外部共通項目を作成し、それらを組みいれた等化用フォームAとEを作成した。3等化用フォーム実施要領を作成し、それに従い、各多読クラスで多読授業を実施する前の段階で、等化用フォームAあるいはフォームEを4年制大学4校の大学生537名に実施した。4受験者の解答を採点し、データ入力を完了。5ラッシュモデル(Rasch Model)、2パラメーター項目応答理論を用い、データ分析し、外部共通項目の結果をもとにフォームAとEを等化させる作業を行っている。万一、データがラッシュモデルや2パラメーター項目応答理論を適用する前提条件を満たさない場合、Kolen & Brennan (2004)の同等パーセンタイル方法を使い、フォームAとEを等化させる。65の結果にもとづき、フォームEからフォームAへのコンコーダンスを作成する。研究協力者として高瀨敦子氏、大槻きょう子氏に参加していただいた。

平成26年度は,英語による多読は学習者の統語的能力の発達にどのように寄与するのか、更に、統語的能力の発達は各学習者の多読開始時の英語力、英語で読むことに対する態度などの学習者要因、一年間の読書量などの読みに影響する要因とどのように関係するのかを検証した。学習者の統語的能力測定のために、新たにGrammar Checkテストを開発した。日本人大学生を対象とし、多読実践クラス278名(実験群)、通常のリーディングクラス172名(統制群)の参加者を得た。参加者には以下のデータ収集にご協力いただいた。(1)GrammarCheckテスト、(2)EPERプレイスメント・プログレステスト、(3)EPERReadingテスト、(4)「英語学習アンケート」。また、多読クラスの学習者は各多読本を読了後、読了日、タイトル、語数、読みやすさのレベル、内容に関するコメントを『多読記録手帳』に記録した。多読授業終了後、各多読学習者の読み方を精査した。データ分析から、多読クラスの学習者は独立した文法問題(sentence grammar)の伸びに比較して、話の中に出てくる文法(discourse grammar)の伸びが大きかった。多読が学習者の統語的能力に及ぼす効果に関しては先行研究が極めて少なく、日本人学習者を対象に行った研究はMaruhashi(2011)のみである。本研究の意義は、学習者の統語的能力の時系列的変化を質的に分析することにより、英語学習者が付随的に学ぶ事項とそうではない事項を区別することができ、後者を明示的に授業に取り込むことにより、学習者の言語獲得に貢献するものと考えられる。また、統語能力発達に必要な読書量を明確にすることにより、効果的な指導や学習目標の設定がより具体化し、自律した学習者の育成に繋がる。応用言語学平成25年度の研究目的は、英語での多読を継続することにより英語の統語力はどのような時系列的変化を見せるかを質的なアプローチをとり検証することであった。現在、収集したデータを各項目のタイプ毎に線形階層モデルを使い分析を行っている。今後、英語の統語力発達が多読と関係があると考えられる要因(読書量と性別)とどのような関係を持つのかについて更なる分析を進める必要がある。また、多読開始時期に統語的能力が低い学習者グループと高い学習者グループでの伸びの違いについても、読書量、性別とどのように関係するのかに関して分析を進める必要がある。更に、英語の多読が英語での読解力とreading fluencyの発達をどのように促進するのかについての検証はデータ収集が完了したところであり、今後、読解力とreading fluencyの時系列的な発達並びにそれらが読書量、性別とどのように関係しているのかについてデータ分析を行う必要がある。平成26年度の目的は、学習者の統語的能力の発達は、英語で読むことに対する態度、性別などの学習者要因、一年間の読書量とどのように関係しているのかを検証することである。また、多読クラス(実験グループ)、多読を行わない通常リーデイングクラス(統制群)との比較も行う。更に、実験グループに関しては、潜在的クラス分析(Muthen & Muthen, 1998-2007)を用い、どのような学習者が統語的能力を発達させるのかを検証する。
アミノ酸を基幹物質とするイオン液体の作成と物理化学的性質の改善

イオン液体はイオンのみから構成される室温で液体の塩であり、難揮発性、難燃性、高イオン密度など特異的な性質を有することから、多方面で注目を集めている。これまでに、我々は種々のカチオンとアミノ酸を組み合わせることで室温で液体のイオン液体(アミノ酸イオン液体)が得られることを報告している。アミノ酸イオン液体はアミノ酸が天然由来であることから低毒性となることが期待されるだけではなく、側鎖構造に様々な機能席を導入することが可能であり、簡便に物理化学的性質を制御することのできるデザイナー溶媒である。申請者は、これまでに長鎖アルキル基を有するホスホニウムカチオンを用いることにより、疎水性アミノ酸イオン液体の作製に成功している。ホスホニウムカチオンは化学的・電気化学的に安定なカチオン種であり、近年、イオン液体の新規なカチオンとして注目を集めているが、アルキル鎖長やカチオンの対称性が物理化学的性質に与える影響についての詳細な検討は行われていない。そこで、アルキル鎖長やカチオンの対称性が物理化学的性質に与える影響について詳細な検討を行った。その結果、ホスホニウムカチオンのアルキル鎖長や、アミノ酸の構造をデザインすることにより、密度や粘度、ガラス転移温度、イオン液体層の含水量をコントロール可能であることを明らかとした。また、アミノ酸は分子内に水素結合に関与する官能基を有しているために、アミノ酸イオン液体は自己組織化能を有することが期待される。そこで、アミノ酸イオン液体とホスホニウム型Zwitterionおよび水を混合したところ、規則正しい自己組織化形成が促進され、ラメラ構造に由来する球晶を形成することが明らかとなった。球晶は高分子の結晶化の際によく観察される現象であるが、低分子系での報告は少なく、興味深い現象である。さらに、この混合物は均一溶液系よりも高いイオン伝導度を示すマトリックスとなることを明らかとした。イオン液体はイオンのみからなる液体であり、難燃性、難揮発性、高イオン密度などの特徴的な性質を持つことから、従来の揮発性の有機溶媒とはまったく異なる新規な溶媒として注目を集めている。申請者はアミノ酸をアニオンに有するアミノ酸イオン液体に注目した。アミノ酸イオン液体は天然由来であることから低毒性であることが期待されるだけではなく、アミノ酸の側鎖構造に様々な機能席を導入することが可能であり、また従来のアニオンとはイオン液体を形成しづらかったカチオンと組み合わせることで物性の良好なイオン液体を形成することも報告している。本研究ではアミノ酸イオン液体の構造と物性の相関を明らかにするとともに、目的用途に応じた機能を持つイオン液体の設計指針の確立を目指している。本年度は、特にイオン間の相互作用に注目し、イオン液体の物性改善を試みた。異種アミノ酸イオン液体を混合することにより、アニオン間の相互作用を介して極性などの物理化学的性質が非線形に変化することを示し、なかでも、アスパラギン酸([Asp])とリジン([Lys])のテトラブチルホスホニウム([P_<4444>])塩を混合することにより粘性をあげることなく、極性のみを向上させられることに成功した。こうした挙動を示した因子についてラマンスペクトル測定により考察を行い、アミノ酸イオン液体単体中でのアミノ酸のイオン状態と混合物中でのアニオンの状態が異なっており、混合によりフリーなイオンが増加したために極性が向上したことが示唆された。また、[P_<4444>][amino acid]と異なるアニオンを有する低粘性なイオン液体を等モル量で混合することにより、イオン液体がゲル化することを見出した。これまでにイオン液体のみからなるゲルの報告はなく、新規な材料として注目できる。また、このゲルは比較的高いイオン伝導度(10^<-3>Scm^<-1>程度)を有しており、電気化学の分野への応用も期待される。本年度は、1)疎水性アミノ酸イオン液体の開発、2)低分子のみからなる物理ゲルの作製を試みた。1)ホスホニウムカチオンに長鎖アルキル鎖を導入し、アミノ酸イオン液体への疎水性の付与を試みた。その結果、アルキル鎖6以上([P_<6666>])の場合に、水と相分離する疎水性のアミノ酸イオン液体となった。これまで報告されている疎水性イオン液体は水よりも密度が重く、イオン液体が下相となる水/イオン液体2相系であったが、この疎水性アミノ酸イオン液体は密度が1g/cm^<-1>以下となり、水を添加した際にイオン液体が上相、水相が下相となるこれまでに報告のない新規イオン液体/水2相系となり、新規分離・抽出溶媒や液体のシーリング剤等への応用が期待される。2)室温で液体である2種のイオン液体([P_<4444>][amino acid]と[bmim]

[Tf_2N])を混合するのみで、サーモトピックな物理ゲルを得ることに成功した。このゲル化は、混合系中における分散粒子の存在によるものであると考察され、イオン液体2種混合系において、分散コロイドを形成している例はこれまでになく、新規な現象としても注目を集めている。イオン液体はイオンのみから構成される室温で液体の塩であり、難揮発性、難燃性、高イオン密度など特異的な性質を有することから、多方面で注目を集めている。これまでに、我々は種々のカチオンとアミノ酸を組み合わせることで室温で液体のイオン液体(アミノ酸イオン液体)が得られることを報告している。アミノ酸イオン液体はアミノ酸が天然由来であることから低毒性となることが期待されるだけではなく、側鎖構造に様々な機能席を導入することが可能であり、簡便に物理化学的性質を制御することのできるデザイナー溶媒である。申請者は、これまでに長鎖アルキル基を有するホスホニウムカチオンを用いることにより、疎水性アミノ酸イオン液体の作製に成功している。ホスホニウムカチオンは化学的・電気化学的に安定なカチオン種であり、近年、イオン液体の新規なカチオンとして注目を集めているが、アルキル鎖長やカチオンの対称性が物理化学的性質に与える影響についての詳細な検討は行われていない。そこで、アルキル鎖長やカチオンの対称性が物理化学的性質に与える影響について詳細な検討を行った。その結果、ホスホニウムカチオンのアルキル鎖長や、アミノ酸の構造をデザインすることにより、密度や粘度、ガラス転移温度、イオン液体層の含水量をコントロール可能であることを明らかとした。また、アミノ酸は分子内に水素結合に関与する官能基を有しているために、アミノ酸イオン液体は自己組織化能を有することが期待される。そこで、アミノ酸イオン液体とホスホニウム型Zwitterionおよび水を混合したところ、規則正しい自己組織化形成が促進され、ラメラ構造に由来する球晶を形成することが明らかとなった。球晶は高分子の結晶化の際によく観察される現象であるが、低分子系での報告は少なく、興味深い現象である。さらに、この混合物は均一溶液系よりも高いイオン伝導度を示すマトリックスとなることを明らかとした。
量子化イオン照射による半導体ナノ構造の加工と特性制御

当該研究期間初年度に,イオンを1個ずつ照射可能な量子化イオン照射法の要素技術の改良、および基礎データの収集を完了し、最終年度(H.11)に、当初、目的として掲げた超LSIの更なる微細化の際に障害となる不純物原子数のゆらぎによる素子特性ゆらぎを初めて制御するに至った。具体的な成果は以下の通りである。(1)ドーバント個数制御性の改善量子化イオン照射装置における2次電子検出系の改良を行い、ドーパント個数の制御性を左右する2次電子検出率を90%に改善することに成功した。従来のイオン注入法で生じる特性ゆらぎを30%まで制御できる見通しを得た。(2)イオン1個当たりの半導体電気的特性変化量の定量的評価不純物の統計的ゆらぎに起因する特性ゆらぎを抑制するために、イオン1個当たりの素子特性変化量の評価を初めて試みた。その結果、コンダクタンス増加量を18nS/ion、およびフラットバンド電圧減少量を4.5mV/ionと定量的に明らかにした。(3)微小半導体の電気的特性制御まず、サブミクロンサイズの抵抗体を作製し、コンダクタンスの度数分布を取得した。平均値からのばらつきが大きく、ゆらぎを63%と評価した。コンダクタンスをある一定値に揃えるため、予め実験的に求めたイオン1個当たりのコンダクタンスの増加量(18nS/ion)に基づき、抵抗体毎に必要な数だけ不純物原子を1個ずつ注入することによって、ゆらぎを63%から13%に大幅に低減させることに成功した。このゆらぎ抑制効果は、不純物原子の個数だけでなく、シングルイオン注入法によって不純物原子の位置もある程度制御された結果も併せて明らかにした。(4)量子化イオン照射装置の高精細化不純物ゆらぎの抑制を試みる過程で、不純物原子の離散性という新しい物理的描像の理解の必要性が新たに生じた。これを定量的に検証するためには、ナノ領域に精度良く不純物を導入することが不可欠であると判断し、イオンビームから1個のイオンを抽出するという操作故に留まっていたサブミクロン程度の制御性を格段に向上させるために、集束イオンビーム(FIB)の光学系の設計を行い、高精細化の見通しを得た。本年度は、量子化イオン照射法の高精度化のための要素技術の改良と実用化へ向けた予備実験に重点を置いた。1.量子化イオン照射法の要素技術の改良(1)単一イオン抽出・2次電子検出・照準技術の改善量子化イオン照射システムの改良を行い、2次電子検出率(照射イオン個数制御性)を90%まで改善した。また、サブミクロン以下照準精度を実現した。(2)量子化イオン照射用デバイス作製プロセスの改善集束イオンビーム照射による熱酸化膜の表面改質を応用した加工法を試みた。導入される単一イオンは、極僅かな損傷・汚染に対しても非常に敏感となるという視点から、イオン種、化学エッチング溶液の選択に注意を払った。その結果、汚染、損傷の極めて少ない数10nmの加工精度を有する加工法の実現に成功した。(3)注入

イオン電気的活性化のための熱処理技術の改良と最適化制御された雰囲気中で熱処理を行うことを目的として、完全オイルフリーの真空排気系を実現した。また、活性化熱処理条件の最適化を行い、90%以上の活性化率を得た。(4)デバイス特性評価量子化イオン照射法の適用対象としては、電気的活性領域が注入イオンの到達範囲であることが必須である。本年度は予備実験として、従来のデバイス技術により作成されたMOSFETに対し、透過能力の高いMeVオーダのHeシングルイオン照射による、MOS界面準位生成量の調査を行った。2.量子化イオン照射法の実用化方策の検討要素技術の改良で実現された90%の2次電子検出率では、従来のイオン注入法で生じる特性のゆらぎを30%まで制御できる見通しを得た。現在、具体的な実用化方策を検討中である。なお、集束イオンビームによる数十KeVのイオン照射に対しては、極めて薄いゲート構造を持つMOSデバイスの新規設計、製作が必要との結論に達した。この場合、TEGの設計、製作に多くの時間を要するだけでなく、未成熟のデバイスプロセスの適用を必要とするため、本研究では既に作成されたSIMOX基板を利用した微小抵抗体への照射実験に専念することとした。本年度は、量子化イオン照射法の要素技術がほぼ確立したことを受けて、半導体デバイスへの応用へ向けた実験を精力的に進めた。量子化イオン照射法の実用化および単一イオン注入効果の検証(1)微小半導体中への量子化イオン注入SIMOX基板の上部Si層をパターニングして作製されたSiテスト試料に、量子化イオン注入法によって、不純物原子を1個1個数えながら導入した。注入イオン数とコンダクタンスの関係を調査した結果、注入イオン数の増加共に、コンダクタンスが極めて線形に増加していることを確認し、100個オーダーでドーパント個数制御が可能となった。なお、本研究で使用されたテスト試料において、イオン1個当たり、コンダクタンス増加分を0.02nS/ionと評価した。また、テスト試料に基板バイアスを印加したとき、チャネルが導通する閾値が、注入イオン数の増加共に、線形に変化し、イオン1個当たりの閾値減少分は2mV/ionであることが判明した。イオン1個当たりの電気的特性への影響を極めて定量的に評価した。また、本研究の最終目標である従来のイオン注入法によって生じるデバイスの電気的特性のゆらぎの抑制効果の検証するために、統計的なデータ処理を本格化させた。(2)イオンによる表面改質を利用したナノ構造の形成本研究で開発した集束イオンビーム照射による熱酸化膜の表面改質を利用した加工法の制御性を高めるために、イオン1個当たりの改質効果の実験的検証を試みた。しかし、熱酸化膜の改質には、比較的大量のイオン照射が必要であることが判明し、当初、予定していたイオン1個による表面改質効果を検証するまでに、至っていない。なお、表面改質後の異方性エッチングによって、半導体Si基板中に数100nmサイズの構造体を配列させることに成功している。本研究の初年度(H.9)は量子化イオン照射法の要素技術の確立、昨年度(H.10)は基礎データの蓄積に努めた。最終年度を迎えた本年度は、本手法の実用化を念頭に、その可能性を世に問うべく、以下の項目に取り組んだ。(1)微小半導体の電気的特性制御超LSIの更なる微細化の際に障害となる不純物原子数のゆらぎを量子化イオン照射法によって抑制することを初めて試みた。
デバイス固着のハンダ割れ抑制に関する計算科学的研究

本研究は「無鉛ハンダ界面のε-Cu3Sn相への不純物添加物種と添加量の選定が界面での割れ(ボイド発生)抑制に対してどのように影響するかを第一原理計算から調べ、最適な組合せを明らかにする」ことを目的にしたものである。界面でのボイド発生はCuイオンとSnイオンの拡散速度の差によるものと考えられている。そこで、採用前から採用初年度に掛けて「欠陥形成頻度」や「空孔拡散のサイト間の飛び移り頻度」といった、第一原理計算による予見方法の確立している物理量を拡散係数評価に結びつける数理モデルを確立し、まずは「純粋なε-Cu3Sn相中でのCu/Snイオン拡散係数の第一原理予見を確立する」ことに傾注して取り組んできた。これまでにCuイオンについて拡散係数を与える数理モデルを確立している。実現しうる空孔欠陥の移動軌跡が無数に存在することが、数理モデルの構築を難しくしていたが、「ドメイン分割」や「サイト粗視化」といった報告者独自のアイデアを導入することによって、拡散ネットワークを大幅に簡素化し、空孔移動軌跡を解析的に網羅することを実現した。初年度には当該成果について原著論文の執筆、論文投稿を進め英国化学会誌の「Phys. Chem. Chem. Phys.」に採録されるに至っている。また、当該成果を周知するために米国材料科学会主催「2019 MRS Fall Meeting」と米国物理学会主催「APS March Meeting 2019」でそれぞれ口頭発表した。初年度には、主に「甲/Cuイオン拡散係数数理モデルを原著論文として発表する事」と「乙/Snイオンの拡散係数数理モデルの確立」を目標としてプロジェクトを推進し、甲については概要で述べた通り達成するに至っている。一方、乙に関して、Snイオン拡散係数の数理モデリングは、これまでに確立した「サイト粗視化」を適用出来ない難問であることが判り、モデル構築には至らなかった。したがって、現在は数値計算を用いた拡散係数評価に切り替えて研究を進めており、それによりSnイオン拡散係数の第一原理評計算による評価手段を確保出来るものと考えている。Snイオン拡散係数の数理モデリングにおける難点は、「サイト粗視化」の適用し拡散ネットワークを簡素化することが出来ず、したがって、空孔移動軌跡の解析的な網羅が出来ないことである。これに対して、数値計算による方策では、各拡散経路のホッピング確率に従って空孔をランダムウォークさせ、空孔移動軌跡を相当数サンプルすることで、数理モデルを使用した場合と比べて解析に計算コストを要するが、実現確率の高い経路を同定し、拡散係数評価に結び付けられると考えている。
ドパミンによるニューロペプチド生合成制御に関する遺伝子工学的研究

ドパミンによるニューロペプチド生合成制御はニューロペプチド含有細胞において,ドパミン受容体が刺激された後,種々の細胞内反応が起こり,最終的にペプチド合成の変化が生じると考えられる.このメカニズムの詳細は不明であるが,サイクリックヌクレオチドやフォスファチジルイノシトール代謝回転等のいわゆるセカンドメッセンジャー系を介するものであることがいくつかの実験結果により示唆されてきた.本研究ではこれらのセカンドメッセンジャー系において中心的な役割を果たしていると思われるいくつかの蛋白質燐酸化酵素の構造及び分布について以下のような結果が得られた.1.サイクリックAMP結合領域配列に基づくホモロジープロービング法によりラット脳cDNAライブラリーからサイクリックAMP依存生蛋白質燐酸化酵素のI型サブユニットの全コード領域を含むcDNAクローンを得た.このクローンの塩基配列から全アミノ酸配列が決定され,このサブユニットが分子量42.963の蛋白であることが明らかになった.他のサイクリックヌクレオチド結合蛋白との比較によりサイクリックAMP結合部位,触媒サブユニットとの反応部位,及び燐酸化部位等が同定された.2.プロテインキナーゼCにはいくつかのサブタイプが存在することが遺伝子クローニングにより明らかにされた.これらのサブタイプの細胞局在を明らかにするため,サブタイプ特異的な抗体を作製し,酵素抗体法による解析を行なった.その結果, γタイプは主に中枢神経系に存在し,小脳のプルキニエ細胞や海馬の錐体細胞に多いこと,そのほかオルタナティブスプライシングにより生成されるβ1およびβ2タイプもそれぞれ特定の神経細胞や神経終末に一致した分布を示すことから,プロテインキナーゼCのサブタイプはそれぞれ異なった神経機能に関与することが示唆された.ドパミンによるニューロペプチド生合成制御はニューロペプチド含有細胞において,ドパミン受容体が刺激された後,種々の細胞内反応が起こり,最終的にペプチド合成の変化が生じると考えられる.このメカニズムの詳細は不明であるが,サイクリックヌクレオチドやフォスファチジルイノシトール代謝回転等のいわゆるセカンドメッセンジャー系を介するものであることがいくつかの実験結果により示唆されてきた.本研究ではこれらのセカンドメッセンジャー系において中心的な役割を果たしていると思われるいくつかの蛋白質燐酸化酵素の構造及び分布について以下のような結果が得られた.1.サイクリックAMP結合領域配列に基づくホモロジープロービング法によりラット脳cDNAライブラリーからサイクリックAMP依存生蛋白質燐酸化酵素のI型サブユニットの全コード領域を含むcDNAクローンを得た.このクローンの塩基配列から全アミノ酸配列が決定され,このサブユニットが分子量42.963の蛋白であることが明らかになった.他のサイクリックヌクレオチド結合蛋白との比較によりサイクリックAMP結合部位,触媒サブユニットとの反応部位,及び燐酸化部位等が同定された.2.プロテインキナーゼCにはいくつかのサブタイプが存在することが遺伝子クローニングにより明らかにされた.これらのサブタイプの細胞局在を明らかにするため,サブタイプ特異的な抗体を作製し,酵素抗体法による解析を行なった.その結果, γタイプは主に中枢神経系に存在し,小脳のプルキニエ細胞や海馬の錐体細胞に多いこと,そのほかオルタナティブスプライシングにより生成されるβ1およびβ2タイプもそれぞれ特定の神経細胞や神経終末に一致した分布を示すことから,プロテインキナーゼCのサブタイプはそれぞれ異なった神経機能に関与することが示唆された.アンギオテンシノーゲン(AGTN)は血圧調節機構において重要な役割を担うペプチドであり、近年、中西らによりその前駆物質の一次構造及びその遺伝子について報告されている。我々は中西教授より供与されたラットAGTN-cDNAを含むプラスミドによりcompetent cell(E cali MC1061 rec【A^-】株)を形質転換させ、AGTN cDNAを含むプラスミドを増幅させた後、プラスミドを精製した。精製したプラスミドをACCIにより切断しアガロースゲル電気泳動を行い、1097bpのAGTN cDNA ACCIfragmentを分離した。このACCIfrag-mentをnick translation法により放射性標識し、プローブとして用いた。ラット肝よりグアニジンチオシアネート法を用いてmessenger RNAを精製し、【^(32)P】-labeled ACCIfragmentをプローブとしてノザーンブロットを行い、1800bpのAGTN mRNAを検出した。AGTNは肝のみならず脳をはじめ種々の組織に存在することが報告されているので、その生合成系をmessenger RNAレベルで検討するために現在、ラット脳,肝,腎,副腎,大動脈及び心臓よりmRNAを調製し、ノザーンブロッティング法により各組織におけるAGTN mRNAの発現量の定量を試みている。AGTN産生の調節系を解明するため副腎皮質ホルモン投与ラットの肝臓よりmRNAを調製しノザーンブロット法によりAGTN mRNA発現量の変動について検討中である。より感度の高いプローブを得るために組換えDNA手法を用いてAGTN cDNA ACCIfragmentをSP6及び【T_7】プロモーターを持つプラスミドベクターに挿入し、complementary RNA(cRNA)を作製中である。また脳内には局所レニンアンギオテンシン系の存在が報告されている。その生理的意義を解明する目的で、脳におけるAGTN mRNA発現量の定量及び神経伝達物質との相互関連について検討を加え、更にin situ mRNA-cDNA hybridiza-tionによる核酸の組織化学によりニューロペプチドを生合成するニューロンを同定する予定である。
大口径チェレンコフ望遠鏡を使った電波観測の研究

大口径高エネルギーガンマ線望遠鏡CTA-LSTを使った多波長観測について研究した。CTA-LSTは20GeV以上のガンマ線を観測する計画であるが、23m口径の大型望遠鏡を4台配置する観測システムは他の波長帯域でもユニークな観測ができるはずである。そこで本計画ではCTA-LSTのカメラの設計・開発を行いそれと並行してこのカメラを使った多波長観測を検討した。カメラ中心にCCDカメラを取り付け望遠鏡の光学テストや中性子星からのパルス成分を観測することを考えた。また高エネルギーガンマ線が生成するマイクロ波の検出実験を行った。さらに複数の大型望遠鏡を使い可視光で強度干渉による天体観測を検討した。本研究により高エネルギーガンマ線観測所CTAの大口径望遠鏡を利用し多波長観測を行うことを検討している。CTAの大口径望遠鏡は23m口径の放物面反射鏡を備えており、ガンマ線が地球大気で生成する空気シャワーから発せられる紫外線を集光することにより、宇宙から飛来するガンマ線を測定する。この望遠鏡は可視光やマイクロ波の測定にも使え、大口径の望遠鏡を複数地上に配置した観測所は他にないユニークな観測ができるはずである。1台の望遠鏡による光学観測の角度分解能は、他の望遠鏡と比べて特別に優れていないが、複数の望遠鏡による干渉測定を行えば格段に高い性能を得ることができる可能性がある。この望遠鏡の焦点面には光電子増倍管1855本からなるカメラが搭載されるが、このカメラにCCDやマイクロ波アンテナを組み込むことにより多波長観測ができる望遠鏡にすることを検討している。27年度はCTAのカメラ開発と並行して、そこに組み込むCCDとアンテナの検討を行った。試作したCCDとアンテナを山梨県明野町にある宇宙線観測所に持っていきテスト観測を行った。この観測所には3 m口径のチェレンコフ望遠鏡があり、その焦点面にCCDとアンテナを取り付けた。望遠鏡をかに星雲に向けてテスト観測を行った。その結果かに星雲からの信号は検出されなかったが、バックグラウンドやノイズのデータが得られた。この結果をもとに観測装置の設計を行う予定である。27年度は検出器の検討とテスト観測を行った。CTAの大口径望遠鏡カメラの開発と並行して進めており、CTAに関する会議があるときに並行して議論を行っている。テストデータが取得できたことにより今後の開発課題も明確になった。CTAの大口径望遠鏡は23m口径の放物面鏡を備えており、ガンマ線が地球大気で生成する空気シャワーから発せられる紫外線を集光することにより、宇宙から飛来するガンマ線を測定する。この望遠鏡は可視光やマイクロ波の測定にも使え、大口径の望遠鏡を複数地上に配置した観測所はほかにないユニークな観測ができるはずである。1台の望遠鏡による高額観測の角度分解能は、ほかの望遠鏡と比べ特別に優れていないが、複数の望遠鏡による観測測定を行えば各段に高い性能を得ることができる可能性がある。この望遠鏡の焦点面には光電子増倍管1855本からなるカメラが搭載されているが、このカメラにCCDやマイクロ波アンテナを組み込むことにより多波長観測ができる望遠鏡にすることを検討している。この観測所には3m口径のチェレンコフ望遠鏡があり、その焦点面にCCDとアンテナを取り付けた。望遠鏡をカニ星雲に向けてテスト観測を行った。その結果カニ星雲からの信号は検出されなかったが、バックグラウンドやノイズのデータが得られた。28年度は、可視光やマイクロ波の強度の変動を測定することを検討した。実験室で複数の検出器でランダムに光る光源を測定し、それを望遠鏡と同じ配置で測定したと仮定したときに期待される観測結果について解析した。CTAの望遠鏡を干渉計として使用する場合、2次の干渉すなわち強度干渉を行ったほうがいい。いくつかのテスト実験の結果、最も重要な要素は検出器の応答速度であることが分かった。そのため高速なデータ集回路の開発の検討を始めた。本研究により高エネルギーガンマ線観測所CTAの大口径望遠鏡を利用し多波長観測を行うことを検討した。CTAの大口径望遠鏡は23m口径の放物面鏡を備えており、宇宙から飛来するガンマ線を測定する。この望遠鏡の焦点面にCCDやマイクロ波アンテナを組み込むことにより多波長観測をおこなうことを検討した。29年度は、CTAのカメラの最終調節を行った。1台目の望遠鏡に搭載するカメラ部品を観測所のあるスペインに送り、そこでキャリブレーションと組み立て試験を行った。カメラには1850画素のPMTを搭載するが、そのすべてのPMTに集光鏡を取り付ける。この集光鏡は誘電多層膜を使い高性能化を行ったが、量産に向かず組み立て作業が難しいことが分かった。また観測所の中にある別の望遠鏡が観測中補償光学のため600nmのレザーを常時射出することになった。このレーザー光の影響を抑えるため長波長の集光効率を下げることになった。この集光鏡を設計からやり直し制作した。また10cm口径の天体望遠鏡2台に高速光センサーを取り付け、明るい星からの光の強度相関の測定を行った。

弱い強度相関がみられたが統計的に優位ではなく観測の改良を行っている。また高エネルギー粒子が放射するマイクロ波検出について、本計画では12.5GHzでの測定を行ってきたが、同様の測定を別の波長で行っているグループと共同で観測データの解釈を行った。30MHzから12.5GHzまでの4桁にわたる広帯域での観測データをコンピュータシミュレーションと比較し、高エネルギー粒子のマイクロ波放射のメカニズムを明らかにした。この結果は論文にまとめPRLに投稿する予定である。また本計画でCTAカメラ開発を行ったが、その時感度の高精度測定方法を開発した。この方法を論文にまとめNIM-Aに投稿し掲載された。大口径高エネルギーガンマ線望遠鏡CTA-LSTを使った多波長観測について研究した。CTA-LSTは20GeV以上のガンマ線を観測する計画であるが、23m口径の大型望遠鏡を4台配置する観測システムは他の波長帯域でもユニークな観測ができるはずである。そこで本計画ではCTA-LSTのカメラの設計・開発を行いそれと並行してこのカメラを使った多波長観測を検討した。カメラ中心にCCDカメラを取り付け望遠鏡の光学テストや中性子星からのパルス成分を観測することを考えた。また高エネルギーガンマ線が生成するマイクロ波の検出実験を行った。さらに複数の大型望遠鏡を使い可視光で強度干渉による天体観測を検討した。28年度は望遠鏡の感度の絶対値を求めることを目指す。そのために鏡の反射率、集光したときの焦点の広がりを検討し、それらの観測への影響を調べる。また複数の望遠鏡が1km程度の広がりで並べられている利点を生かし、光学・マイクロ波観測における強度干渉観測を行う方法を検討する。応答速度が速い検出器と読み出し回路の開発を行う。10psから100ps程度の変動を検出できる装置を開発する。これにより可視光やマイクロ波の干渉観測を検討する。宇宙線物理学今年度にカメラに取り付ける集光装置を生産する予定でいたが、これまでのテスト結果を受けて若干の修正を加えることになった。このため設計の見直し確認作業を行うため生産を次年度に行うことにした。現在集光装置の設計と試作を行っているが、次年度の前半には生産に移行する予定である。