hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高頻度振動換気法適用時の肺胞および肺胞管内マイクロスケール換気機構解析

流速計測には,マイクロスコープ観測システムに既存の画像応用流速測定システムを組み合わせた定量的可視化実験解析システムを用いて,マイクロスケール振動流速場の位相平均流速分布計測を行い,各位相での速度分布の特性から換気メカニズムの要因につながる現象についての定量的実験解析を行った.また,肺胞管から終末気管支までの管内換気気流についての数値解析モデルの構築を検討し,第一段階として分岐マイクロチャンネル内振動気流の数値解析モデルを作成して,高頻度振動換気法におけるパラメータの代表的な値を設定したときの数値解析を試みた.得られた結果は,予備実験による結果とよい一致を示している.呼吸換気の機構,特に気道から肺の末端組織における換気メカニズムにおける流れの作用について,終末肺気管支部のマイクロスケール振動流構造,気道部のストリーミングおよび乱流作用を伴う振動流構造など,呼吸換気作用における流体機能を解明すること,および早産児呼吸管理に多用されている人工呼吸法の一種である高頻度振動換気法適用時の呼吸換気機構が,正常時換気機構からどのように変化するかについて調べることなどを目的として,以下のような解析を行った.(1)終末気管支および分岐肺胞管についての実寸法モデルの作成とモデル内振動流解析終末気管支から肺胞管にいたる実寸法分岐管マイクロチャネルモデルを作成し,臨床用高頻度振動換気装置を用いてモデル内の呼吸換気振動流を実現し,マイクロスコープPIVシステムを用いてマイクロスケール振動流速場の定量的実験解析を行った.その結果,多分岐管モデルにおける分流・合流の時系列的計測により,その速度分布発達経過を明らかにした.(2)末端組織のコンプライアンス差による呼吸細気管支分岐部流れの解析高頻度振動換気法(HFOV)を適用するときに,末端組織におけるコンプライアンスや肺胞管狭窄などの影響による時定数の差違により生じるとされる振子気流(非同期流)の確認を行うための計測を行い,振子流の存在が定量的に確認された.(3)その他(a)肺胞モデル作成およびガス交換量計測における問題点を調べ,次年度計画に向けての具体的方法を検討した.(b)数値解析モデルについて検討し,肺胞の計算幾何モデルおよび物質拡散モデルの検討,適用すべき境界条件の検討などを行った.(c)高頻度振動換気による振動流の周波数増加により顕在化する,流速分布における非定常性について,水を用いた相似実験を試み,ガス交換への影響を検討した.通常呼吸換気の機構,特に気道から肺の末端組織における換気メカニズムにおける流れの作用に対して,早産児呼吸管理などに多用されている人工換気法の一種である高頻度振動換気法(HFOV)を適用したときの換気メカニズムの変化について,主に実験的に解析し,肺胞組織近傍におけるマイクロスケール物質拡散機構,および呼吸細気管支におけるマイクロスケール振動流構造,気道部のストリーミングおよび乱流作用を伴う振動流構造などの呼吸換気作用における流体機能が,高頻度振動換気法適用時にどのように変化するか,さらに高頻度振動換気適用時に生じる振子流など特有の現象について調べることにより,この喚起法の有効性や作動条件の最適化などについて検討し,より信頼度の高い高頻度振動換気法の確立に資することを目的として,以下について研究を実施した.
造山帯ざくろ石かんらん岩:中国大陸リソスフェアーマントルの形成と進化の研究

中国のSulu地域は平成19年度に本人が中国研究者の協力の下にフィールド調査を行い,新たに得たサンプルについて,一連の分析作業を行った。北部Qaidam地域については,平成20年夏に当該地域に置いて中国側の軍事演習が始まったため,外国人が立ち入れなくなり,当初計画していたフィールドワークは実施できなくなった。かわりに中国側の共同研究者(中国科学員J-.J.Yang教授)から提供されたサンプルをSu-Lu地域ざくろ石かんらん岩コレクションに加えて、詳細な分析的研究をおこなった。その結果,Sulu地域で見いだされた輝石-ざくろ石の微細構造は,従来言われていたような大陸地殻沈み込みに伴う超高圧変成作用によるものではなく,より古い時代に高圧下で,リソスフェアーの冷却により形成されたものであることが明らかになった。これらの研究成果は学会発表し(平成20年5月地球惑星連合大会(千葉);同年8月IGC(万国地質会議),オスロ),投稿論文は現在執筆中である。またノルウェーの研究成果の一部を国際誌Earth&Planet.Sci.Letterに出版した。同時にノルウェーのサンプルを用いてざくろ石の分解組織の研究も筆者と共同で新たに行い,まとまったデータを得て,その成果は現在論文執筆中である。中国山東省Sulu地域で2007年5月に中国側共同研究者のJ.J,Yang博士とフィールドワークを行い、ざくろ石かんらん岩をはじめとするマントルサンプルを採取した。申請者は採取したサンプルについて、顕微鏡観察を行い、特に輝石の微細構造をSEMとEPMAを用いて詳細な観察・分析を行った。特に輝石離溶ラメラの化学分析により、ラメラの形成は従来提唱されていた大陸衝突による超高圧変成作用とは無関係であり、より古い時代にマントル深部(170km)で高温マントルが冷却時に形成されたということを確認できた。この成果は本年の地球惑星科学連合大会で発表予定である。また金沢大学でレーザーICP-MSにより、輝石微細組織の微量元素存在殿パターンを得、これらの岩石がREEについて著しく枯渇していることを確認することができた。全岩化学組成及び同位体年代を得るために18個のサンプルの粉試料を作成し、別府の京大地球熱学施設で分析の準備を行っているところである。もう一つのフィールド、北部Qaidam地域については、2007年8月にフィールドワークを計画、準備していたが、直前に、中国側の軍事演習のため外国人が立ち入り禁止となり、実施不可能となった。幸いYang博士達は調査することができたので、2008年3月に本人はYang博士の所属する北京のアカデミーを訪問し、2007年時のフィールド情報の教示を受け、サンプルを検鏡し議論したうえ、必要とするサンプルをゆずり受けることができた。現在それらの取得できた新しいサンプルについて薄片作成と分析準備を進めているところである。この間、2007年9月には学位論文(ノルウェーのざくろ石かんらん岩)の内容の一部を日本鉱物科学会で発表し、また印刷原稿2編の作成も行い、2008年5月現在投稿中である。
宿主によるレトロウイルスの複製阻害をそれからのエスケープ機構の解析

Fv-1遺伝子による増殖抑制下でBトロピックMLVを培養した場合、理論的にはB→NB、B→Nの2通りのエスケープが可能なはずであるにもかかわらず、B→NBというエスケープしか起こらないとされてきた。本研究ではB→NBのエスケープが点変異によること、さらにB→Nの変化も組み換えにより起こり得ること、を明らかにした。我々の教室で分離されたエスケープ変異体(NBトロピックMLV)のキャプシド遺伝子部分をPCR法で増幅し、塩基配列を決定した。エスケープ変異体では313番目の塩基がG→Aへと変異していた。この変異はキャプシドの105番目のアミノ酸をアスパラギン酸からアスパラギンへと置換し、しかもその置換は既に同定されているNまたはBの決定基(キャプシド蛋白質p30の109番目と110番目の2アミノ酸)の外に存在していた。大腸菌由来のsupF遺伝子をLTR内にマーカーとして持つ組み換えBトロピックMLV(BMoF)をFv-1^<b/b>のYH-7細胞にトランスフェクションして得たウイルスを、YH-7細胞で4週間培養した。後者をNIH3T3細胞(Fv-1^<n/n>)に感染させたところ早期にNトロピックMLVが出現した。このNトロピックMLVではトロピズム決定部位6塩基中4塩基がB-MoFと異なっていた。YH-7細胞のゲノム中には内在性ウイルス由来のNトロピック配列を確認した。エスケープ変異体であるNトロピックMLVをNIH3T3細胞に感染させ、複製中間体を抽出しサザンハイブリダイゼーション法を行ったところ、同一分子上にsupF遺伝子とNトロピックの配列の両方を持つころがわかった。すなわち、外来のB-MoFとYH-7細胞内在性ウイルスとの間で、組み換えが起こったと考えられた。Fv-1遺伝子による増殖抑制下でBトロピックMLVを培養した場合、理論的にはB→NB、B→Nの2通りのエスケープが可能なはずである。ところが、BALB/cマウスの内在性BトロピックMLVを用いた実験では、B→NBというエスケープ変異しか起こらないとされている。今回B→NBの変異を塩基レベルで明らかにするとともに、B→Nの変化も起こり得ることを確認した。BALB/cマウスの内在性BトロピックMLV(WNB2N6)とそれをFv-1^<n/n>の細胞でパッセージすることにより我々の教室で分離されたNBトロピックMLV(WNB2N6NB)の両者からキャプシド遺伝子部分をPCR法で増幅し、塩基配列を決定した。WNB2N6では、キャプシドをコードする789塩基の全てがすでに報告されている配列に一致した。一方WNB2N6NBでは313番目の塩基がG→Aへと変異していた。この変異はキャプシドの105番目のアミノ酸をアスパラギン酸からアスパラギンへと置換する。従って、B→NBへのトロピズム変化は1アミノ酸の置換でおこり、しかもその置換は既に同定されているNまたはBの決定基(キャプシド蛋白質p30の109番目と110番目の2アミノ酸)の外に存在していた。さらにFv-1遺伝子による抑制下でのMLVの変化を解析するために、大腸菌由来のsupF遺伝子をマーカーとして持つ組み換えBトロピックMLV(B-MoF)を作製した。B-MoFをFv-1^<b/b>のYH-7細胞にトランスフェクションし、得た培養上清を種ウイルスとした。これをYH-7細胞に感染すると4週間でNトロピックMLVが検出される様になることがわかった。

BトロピックMLVとNトロピックMLVではキャプシド内にあるFv-1トロピズム決定部位6塩基中4塩基が異なっているから、B→Nへのトロピズム変化が、突然変異ではなく組み換えによって起り得ることが強く示唆された。Fv-1遺伝子による増殖抑制下でBトロピックMLVを培養した場合、B→NBの変化は観察されており、突然変異によることがわかっている。今回新たにB→Nへの変化が起こり得ること、その変化が内在性ウイルスとの組み換えによるものであることを明らかにした。大腸菌由来のsupF遺伝子をLTR内にマーカーとして持つ組み換えBトロピックMLV(B-MoF)をFv-1^<b/b>のYH-7細胞にトランスフェクションして得たウイルスを種ウイルスとした。これをYH-7細胞に感染すると、4週間でNトロピックMLVが出現した。このNトロピックMLVのトロピズム決定部位はB-MoFと6塩基中4塩基が異なっており、突然変異によるものとは考えにくい。一方YH-7細胞のゲノム中にも全く同一のNトロピックの配列が確認されたことから、Nトロピズムは内在性ウイルス由来のものと考えられる。このことを明らかにするために、今回得られたNトロピックMLVのNIH3T3細胞での一晩培養上清から複製中間体を抽出しサザンハイブリダイゼーション法を行ったところ、同一分子上にsupF遺伝子とNトロピックの配列の両方を持つことがわかった。すなわち、外来のB-MoFと、YH-7細胞内在性ウイルスとの間で、組み換えが起こっていることが示唆された。
HTLV-1 TaxによるLECAM-1プロモーター活性化の分子機構の解析

本年度の研究計画では、LECAM-1(L-selectin)プロモーターのTax responsible elementの解析とそれに結合する転写因子の検討を行い、この転写因子の発現を正常リンパ球およびATL腫瘍細胞で解析する予定であった。しかし実際には、5′側からのdeletion seriesを用いたCATアッセイ法では、Tax responsive elementは同定出来なかった。その理由は、deletionの進行にともない反応性が連続的に変化したためであり、特定の領域が反応性を規定しているという結果は得られなかった。これは、複数の転写因子が関与していることを示唆する結果とも考えられる。一方、我々が同定したL-selectinプロモーターの-885bp迄の塩基配列を検討すると、Ets family oncogeneのPEA3/E1A-FおよびPU.1の結合配列が各々7箇所と5箇所存在する。また、5′側からのdeletion seriesを用いたCATアッセイ法で、プロモーターのbasal activityを解析したところ、PEA3結合配列の数に依存することが示された。そこで、PEA3が実際にL-selectinのプロモーター活性を増強するかどうかを、札幌医大藤永教授より供与されたPEA3の発現ベクターpCMVE1A-Fとのco-transfection法によって解析した。その結果PEA3がL-selectinのプロモーターを有意に活性化することが示された。また、GST fusion proteinを用いたGel mobility shift assayとDNase I Foot printing法によりPEA3がこのプロモーターに存在する結合配列と特異的に結合すること、また、この結合能とプロモーターの活性化作用とが対応することをCAT assay法で明らかにした。以上の結果から、L-selecinのプロモーターは、PEA3により活性化されると結論した。mouseからクローニングされたPEA3は、血液系の細胞では発現がみられないと報告されていたため、我々は、Northern blot法でPEA3の発現を解析し、多くのTおよびBリンパ球系と骨髄球系の培養細胞株で発現がみられることを確認し、L-selectinの発現調節に関与する可能性を明らかにした(Tatewaki et al.,submitted for publication)。
糖尿病食事療法における科学的根拠の構築：各種脂肪酸によるDPP4調節機序の検討

DHA、EPA、リノール酸、オレイン酸がDPP4活性に及ぼす影響について、マウス膵臓β細胞株であるMIN6を用い検討を行った。糖尿病条件下における検討を行うため、インスリン抵抗性惹起作用を有するパルミチン酸(PA)を基盤とし、その一部を各種脂肪酸に置換、添加した。24時間培養後、Glucose Stimulated Insulin Secretion Assayを行い、培地および細胞溶解液上清を採取し、培地中遊離型および細胞膜貫通型DPP4活性、インスリンレベル、GLP-1レベルを測定することで、膵臓細胞におけるDPP4活性調節作用を検討した。インスリン抵抗性惹起作用のあるパルミチン酸を添加することで、培地中遊離型DPP4活性の有意な上昇が見られたが、PAの一部をDHA、EPAに置換し添加することで、上昇は有意に抑制された。同様に、インスリンレベルもPA添加において低下したが、DHA、EPAの一部置換で上昇した。リノール酸およびオレイン酸では、培地中遊離型DPP4活性の有意な抑制やインスリンレベルの上昇はみられなかった。これらの結果から、膵臓細胞におけるDPP4活性調節作用は、リノール酸、オレイン酸に比べ、DHA、EPAで強くみられることがわかった。また、DPP4活性抑制は、膵臓細胞からのインスリン分泌上昇に関連していることも示唆された。膵臓細胞であるMIN6を用い、EPAやDHAをはじめとした脂肪酸のDPP4活性に及ぼす影響を検討し、順調に成果が出始めていると考えている。MIN6においてパルミチン酸によるインスリン分泌障害を引き起こした際のDHAおよびEPAのDPP4活性調節機序について、さらに詳細に検討を行う予定にしている。また、パルミチン酸以外(TNFαや尿酸など)を用いてインスリン分泌障害を引き起こした場合においても、DHAやEPAがDPP4活性に及ぼす影響が同様であるかについて、あわせて検討を行う予定である。本研究では、糖尿病食事療法の科学的根拠構築を目的とし、in vitro実験および培養細胞を用い、各種脂肪酸によるDPP4活性調節機序および糖・脂質代謝調節機序について検討を行っている。初年度は、まずin vitroにおける各種脂肪酸によるDPP4活性調節の検討を行った。パルミチン酸、オレイン酸、リノール酸、EPA、DHAを用いDPP4活性阻害作用の検討を行ったところ、すべての脂肪酸においてDPP4活性阻害作用が認められたが、EPA、DHAにおいて特に強いDPP4活性阻害作用がみられた。5mM、500μM、50μM、5μMのEPA、DHAによるDPP4活性抑制作用を検討したところ、濃度依存性も認められた。また、Sitagliptin(200nM)を用い、EPA、DHAとの相互作用の検討を行ったところ、同時添加でDPP4活性阻害の強化がみられた。これらの結果から、n-3系多価不飽和脂肪酸であるEPA、DHAは、他の脂肪酸に比べ、強い濃度依存的DPP4阻害活性を有することが示され、この活性阻害はDPP4阻害薬とは異なる機序によると考えられた。次に、脂肪細胞株である3T3-L1細胞を用い、in vitroと同様の効果が認められるのかを検討した。その結果、3T3-L1におけるDPP4活性は非常に低いものであり、脂肪酸による影響を検討するには至らないと判断した。近年の報告においても、同様の報告がなされている。そこで、本研究では、脂肪細胞ではなく、糖代謝に重要な役割を果たしている膵臓細胞株であるMIN6を用い、脂肪酸による検討を行っている。in vitroにおける研究は、順調に進み、成果を出すことができたが、細胞株における検証実験で予期せぬことが起こった。当初、検討予定であった脂肪細胞株である3T3-L1細胞におけるDPP4活性が非常に低く、脂肪酸の影響を検討することができなかった。先行研究を参考に、TNFα等による炎症誘導も行ったが、DPP4活性はあまり上昇することはなかった。現在は、他の細胞株に変更し、検討を行っている。

上述したように、当初、検討予定であった脂肪細胞株である3T3-L1細胞におけるDPP4活性が非常に低く、脂肪酸の影響を検討することができなかったため、糖代謝において重要な役割を果たしている膵臓細胞株であるMIN6における脂肪酸によるDPP活性調節機序について検討を始めている。MIN6においてパルミチン酸によるインスリン分泌障害を引き起こした際のDHAおよびEPAのDPP4活性調節機序について、さらに詳細に検討を行う予定にしている。また、パルミチン酸以外(TNFαや尿酸など)を用いてインスリン分泌障害を引き起こした場合においても、DHAやEPAがDPP4活性に及ぼす影響が同様であるかについて、あわせて検討を行う予定である。
フェムト秒時間分解光熱変換文光法の開発と水中タンパク質の動的挙動解析への応用

本研究では、非発光性物質を対象として光の照射後の動的挙動を研究するための新しい計測法を提案する目的で、装置開発と応用的検討を行った。非発光性物質の高感度検出に優れる光熱変換分光法の手法をベースに、数百フェムト秒に至る高い時間分解能で無輻射緩和過程の計測を可能とする実験装置系の開発に成功した。主に、各種純溶媒、βカロチンヘキサン溶液、チトクロムc水溶液を対象とした検討を行い、以下の成果を得た。(1)150fs幅のパルスレーザーを光源として熱レンズ測定配置で装置を組み、光学系・電気系・機械系・データ処理系の検討を行い、再現性良く系統的にデータ取得できる装置を完成した。これにより、約200fsの時間分解能で、光誘起屈折率変化を捕らえることに成功した。特に、符号が直接特定できること、偏光面の分離できること、0.1nJ/パルスの低エネルギーで測定できることなど、これまでにない特徴を持つ手法であることが見出された。(2)この装置を用いて、溶媒、溶質、光強度、偏光面、光波長等をパラメータとして幾つかの系統的な測定を行った。特に、二硫化炭素、水などの純溶媒と、マラカイトグリーン水溶液、塩化鉄水溶液について検討した。特に、塩化鉄水溶液では酸化状態の違いが数十ピコ秒域の高速応答に大きく影響することを見出している。(3)光合成に関連する色素であるβカロチンのヘキサン溶液、水中のヘムタンパク質(チトクロムc水溶液)系を対象として検討した。特に前者で、これまでの報告だけでは説明しきれない応答を得ている。(4)理論的な考察から、無輻射緩和で生じる熱がもたらす屈折率変化として予想される温度レンズの形成過程に関して理論的に厳密に取り扱い、信号立ち上がり時間と緩和速度を関連づけた。速い時間領域では光カー効果の応答が強いため、実験的には温度レンズらしき信号を得てはいるものの、その特定は今後の課題である。
カーネーション老化時のエチレン生成誘導におけるＡＢＡの役割の解析

カーネーションでは,雌ずいで生成するエチレンが花の老化の「スターターエチレン」として働いている.本研究では,雌ずいのエチレン生成誘導因子がアブシシン酸(ABA)であることを,切り花の寿命の異なる3品種のカーネーションを用いてABA含量の変動,及びABA生合成と作用の鍵遺伝子の発現を調べて実証した.また,開花と老化を制御する薬剤の作用の解析を行い,ピリジンジカルボン酸が,スプレーカーネーションの老化を抑制すると共に蕾の開花を速めること,および本来開花せずに寿命を終わる蕾の開花を誘導することを発見し,この薬剤を「夢の薬剤」として提案した.ABA関連の研究が順調に進んでいるので、開花と老化の機構の解析と応用に研究を展開した。前年度に見いだしたキシログルカンオリゴ糖(XGO)とパラチノース(Pal)のカーネーションの開花促進作用と2,4ーピリジンジカルボン酸(PDCA)の老化抑制作用について、生理作用の特性の解析と分子作用機構の解析を行った。(1)タマリンドシードガム由来のキシログルカン(XG)から、XG7:XG8:XG9=1:4:5の構成比のXGOを調製した。1%のXGO溶液を投与して`Pure Red'および`Light Pink Barbara (LPB)'の開花を誘導することができた。開花誘導は`Pure Red'では処理翌日に認められた。花弁細胞の細胞壁の伸展時におこるキシログルカン糖鎖転移酵素(XTE)によるXG鎖のつなぎ替えに、XGOが作用することを推定した。(2)Palは、スクロースのアナログであり植物細胞では代謝されない二糖と見なされてきた。`Lillian'に1% Palを投与すると、開花が促進されることを見いだした。カーネーション花弁のα-グルコシダーゼによってPalが加水分解されグルコースとフルクトースが生成し開花のエネルギー源となるため、開花が促進されると推定した。(3)PDCAの、カーネーション切り花の老化抑制効果を詳細に解析した。大腸菌で発現させて得たカーネーションACC酸化酵素(DcACO1)を用いて、本酵素の補助因子であるアスコルビン酸とPDCAが拮抗して酵素活性を阻害すること確認した。また、2 mMPDCAがスプレーカーネーション`LPB'の観賞期間を対照に較べて2.4倍延長した。これらの結果は、PDCAを新規切り花阻害剤として開発する将来の研究方向を示した。カーネーションでは,雌ずいで生成するエチレンが花の老化の「スターターエチレン」として働いている.本研究では,雌ずいのエチレン生成誘導因子がアブシシン酸(ABA)であることを,切り花の寿命の異なる3品種のカーネーションを用いてABA含量の変動,及びABA生合成と作用の鍵遺伝子の発現を調べて実証した.また,開花と老化を制御する薬剤の作用の解析を行い,ピリジンジカルボン酸が,スプレーカーネーションの老化を抑制すると共に蕾の開花を速めること,および本来開花せずに寿命を終わる蕾の開花を誘導することを発見し,この薬剤を「夢の薬剤」として提案した.カーネーションでは、雌ずいで生成するエチレンが花の老化の「スターターエチレン」として働く。本研究はアブシシン酸(ABA)が雌ずいのエチレン生成誘導因子であることを実証する。平成24年度は、(1)前年度までのABA生合成関連遺伝子に加えて、ABAの作用(受容とシグナル伝達、作用)に関わる遺伝子を取得し構造を解析した。(2)短寿命性を示すカーネーション品種`ライトピンクバーバラ(LPB)'と`エクセリア(Exc)'、および長寿命品種`ミラクルルージュ(MR)'を用いて、開花と老化時の雌ずいおよび花弁におけるABA含量の変動をLC/MS/MS法によって精密分析した。(3)上記3品種の各花組織における、ABA生合成関連遺伝子とABA作用系遺伝子の発現を解析した。この結果、カーネーションのABA合成ではカロチノイド開裂酵素遺伝子DcNCED1が、ABA作用ではABA受容体遺伝子DcPYR1が鍵遺伝子として機能することを明らかにした。さらに、`LPB'では開花期の雌ずいでABAが蓄積するものの老化期にDcPYR1が発現するまでABAの作用が起きないこと、`Exc'では老化期にDcNCED1が発現してABAが合成されることによりABAの作用が現れること、`MR'では開花期以降DcNCED1もDcPYR1も発現せずABAの作用が起きないことを明らかにした。以上から、ABAのエチレン生成誘導因子としての役割を明らかにした。さらに、カーネーションの花の短・長寿命性を、花弁のクチクラワックス超長鎖脂肪酸生合成と関連させて調査した。関連酵素遺伝子群をクローニングして開花・老化時の発現を解析し、花の長寿命性が花弁のクチクラ層の形成とは関連しないことを明らかにした。これにより、雌ずいのエチレン生成に起因するエチレンによる老化の重要性を示した。カーネーションでは、雌ずいで生成するエチレンが花の老化の「スターターエチレン」として働いている。本研究の当初の目的として、アブシシン酸(ABA)が雌ずいのエチレン生成誘導因子であることを実証することを取り上げた。平成24年度の研究では、カーネーションのABA生合成ではカロチノイド開裂酵素遺伝子DcNCED1が、ABA作用ではABA受容体遺伝子DcPYR1が鍵遺伝子として機能することを明らかにした。さらに、短寿命性を示すカーネーション品種`ライトピンクバーバラ(LPB)'と`エクセリア(Exc)'、および長寿命品種`ミラクルルージュ(MR)'を用いて、開花と老化時の雌ずいおよび花弁におけるABA含量の変動調査とABA関連遺伝子発現の比較解析を行った。

この結果から、カーネーションにおいて、ABAがエチレン生成誘導因子としての機能していることを実証した。ABA関連の研究が順調に進んだので、ABAのエチレン生成誘導における役割の解析を継続すると共に、平成25年度から開花と老化の機構の解析と応用に研究を展開した。平成25年度は、カーネーション切花を材料に用いて、キシログルカンオリゴ糖とパラチノースによる開花促進作用、2,4-ピリジンジカルボン酸(2,4ーPDCA)、の老化抑制作用の特性の解析し分子作用機構を明らかにした。平成26年度(最終年度)は、PDCAの作用の解析をさらに進めて、この物質がスプレーカーネーションの老化を抑制すると共に蕾の開花を速めること、および本来開花せずに寿命を終わる蕾の開花を誘導することを見出した。PDCAのスプレーカーネーションの観賞期間延長作用は、この3つの作用が合わさって発現され流ことを明かにした。この結果をまとめて、「PDCAは花を早く咲かせて長持ちさせ、しかも、本来咲かない蕾も咲かせる夢の薬剤である」ことを提案した。園芸学当初、本研究は、カーネーション雌ずいにおけるエチレン生成の誘導因子が、アブシシン酸(ABA)であることを明らかにすることを研究目的にした。初年度の研究によって、ABA含量の変動調査、ABA生合成と作用関連遺伝子群の発現解析を寿命が異なる3品種を用いて解析して、ABAの中心的な役割を明かにした。特に、花持ち期間の異なる品種群を用いた解析は、当初の予想を超えて目覚ましい成果を上げた。成果を園芸学会誌に発表した(JJSHS 82(3):242-254,2013)。カーネーション品種`エクセリア'を用いてABA、ABA合成阻害剤、ABA作用阻害剤の作用を検討して、ABAの役割に関して傍証を得ることを、2013年度に計画した。しかし、(1)本研究の材料が花き研究所で栽培されていて京都府大にはないこと、(2)実験を担当する予定であった大学院生の病気になり、花き研究所への出張実験ができなかったことのため、実験の実施が先送りされている。しかし、この実験の結果、あればより良いが初期の研究目的のためには、必須ではない。他方で、本年度はカーネーションを花き材料にして、開花と老化を制御する薬剤の探索を行い、キシログルカンオリゴ糖やパラチノース、2,4-ピリジンジカルボン酸、2-アミノオキシイソ酪酸(AOIB)などを発見し、その生理作用の調査と作用機構の解析を行った。AOIBについては、研究実績では触れなかったが、新規切り花鮮度保持剤として特許出願し,成果をまとめて論文投稿中である。これら全体の研究の進展と展開の現状から、研究の達成度は、「(1)当初の計画以上に進展している」と考えている。
自然的樹木群造成のための効率的な配植-育成システムの開発に関する基礎的研究

都市域や都市近郊で増えつつある大規模な緑地造成において,生態的な法則に従った健全で利用性の高い樹林を,効率よく作りあげていくための技術的指針を得ることを目指した研究である.1.緑地造成において樹木は空間構築材料の1つではあるが,生活をし成長をするという特徴を持つ点に着目し,以下の段階によって研究をすすめた.(1)配植や管理についての指針を自然林の構成と動態の分析から得るための森林調査方法および分析方法の検討,ならびにそれに基く現地調査.(2)自然状態の樹林における樹林の分布様式や樹種の組合せを利用した.マイクロコンピュータによる自動的な配植設計のためのプログラム開発. (3)樹木の成長や林相の変化など,経時変化の特性を配植設計や植生管理に組込む方法の検討.2.マテバシイ林(12地点),シイ林(9地点),海岸低木林(3地点)シデ類を主とする夏緑林(11地点),などで詳細な森林調査を行ない,これらの分析と応用を試みて,以下のような成果を得た.(1)図形データを含む森林調査資料のデータファイル化の手法の開発.(2)樹冠投影図,林相断面図のプロッター作図や諸表の出力等のソフト開発(3)スキャン手法によるクローネの垂直的分布の解析,樹冠ベクトルの概念による樹冠発達の表現など林分構造の解析に関する新しい方法の提案.3.配植設計への応用面では以下のような成果を得た.(1)ランダム関数を用いて直交座標系の座標値を得させる自動配植設計と,その図化および植栽位置の測設用の数値表を出力するシステムの開発.(2)樹冠の側方への伸長と上方への伸長の量または率をパラメータとして与え,他種との競合を交えた樹形変化のシミュレーションの試行.都市域や都市近郊で増えつつある大規模な緑地造成において,生態的な法則に従った健全で利用性の高い樹林を,効率よく作りあげていくための技術的指針を得ることを目指した研究である.1.緑地造成において樹木は空間構築材料の1つではあるが,生活をし成長をするという特徴を持つ点に着目し,以下の段階によって研究をすすめた.(1)配植や管理についての指針を自然林の構成と動態の分析から得るための森林調査方法および分析方法の検討,ならびにそれに基く現地調査.(2)自然状態の樹林における樹林の分布様式や樹種の組合せを利用した.マイクロコンピュータによる自動的な配植設計のためのプログラム開発. (3)樹木の成長や林相の変化など,経時変化の特性を配植設計や植生管理に組込む方法の検討.2.マテバシイ林(12地点),シイ林(9地点),海岸低木林(3地点)シデ類を主とする夏緑林(11地点),などで詳細な森林調査を行ない,これらの分析と応用を試みて,以下のような成果を得た.(1)図形データを含む森林調査資料のデータファイル化の手法の開発.(2)樹冠投影図,林相断面図のプロッター作図や諸表の出力等のソフト開発(3)スキャン手法によるクローネの垂直的分布の解析,樹冠ベクトルの概念による樹冠発達の表現など林分構造の解析に関する新しい方法の提案.3.配植設計への応用面では以下のような成果を得た.(1)ランダム関数を用いて直交座標系の座標値を得させる自動配植設計と,その図化および植栽位置の測設用の数値表を出力するシステムの開発.(2)樹冠の側方への伸長と上方への伸長の量または率をパラメータとして与え,他種との競合を交えた樹形変化のシミュレーションの試行.この研究は、配植設計や植生管理の技術に反映できる植生データの集積とそれに基く設計管理手法の開発の両面からなる。本年度は、主として現存植生データの収集とファイル化、および育成過程の効率化を図った植栽手法についての基礎的検討を行なった。現地調査として、シイ・マテバシイなど常緑広葉樹林を対象に24の林分、およびシデ類を中心とする落葉広葉樹林を対象に9林分で分布様式や林分構造などを調べ、特に林形や樹形に関するデータをファイル化した。また、調査データの処理手法についての検討をすすめ、配植設計や林相変化シミュレーションへの応用を前提とした解析法に関する多くの知見を得た。林分構造の記録は、樹冠の平面形,林相断面形も含めてすべて数値データとしてファイル化しているが、これを用いて樹冠偏倚をベクトルとして数量的に表わすことが可能となり、樹種や立地、および樹木の位置関係による林形変化の特性を解析する上で一つの視点となることがわかった。また植被率を自動的に計算できることになり、植物社会学的な調査手法との連係がよくなった。特に林分全体を任意の高さで切った水平断面の植被率に着目することにより、林分の垂直的な構造を把えやすくなった。樹林造成への応用として、現存植生における分布様式を再現する手法を検討し、コンピュータのランダム関数を用いてパラメータの指定に応じて自由に集中分布から均等分布までの位置関係を得ることが可能となった。また、成長過程における樹形変化予測のためのモデルとして、樹冠部の横姿の輪郭線として樹形を表わし、上長成長と水平方向への枝の伸長量とによる成長シミュレーションについて検討し、配植設計への応用の見とおしを得た。
ミスマッチ塩基対安定化を基盤とした核酸構造制御による機能発現調節

DNAのミスマッチ塩基対に選択的に結合し、安定化する分子を基盤として用い、DNA一本鎖/二本鎖構造の光による可逆的な制御を実現した。さらにこの概念を、より高次なDNA構造や4本鎖構造、ステムループ構造などへ拡張出来ることを示した。DNA二本鎖会合によって創出されるさまざまな機能(蛍光発光特性、スピン集積、タンパク質発現、ナノ構造構築)を低分子によって制御する分子系を構築した。これまでDNAと相互作用する光機能性物質の開発やDNA-ドラッグ間相互作用の精密制御に関する研究を進め、世界で初めてDNA中のミスマッチ塩基対を安定化する低分子の合成、センサ-化に成功してきた。本提案研究ではこれまでのミスマッチ塩基対安定化研究の成果と長年蓄積してきた合成化学、光化学、DNA科学、分子生物学に関する知識、技術、ノウハウを、DNAを基盤とした材料開発研究に集約し、二重鎖の形成、解離を自在に操る「核酸構造制御分子」の開発と「低分子による核酸高次構造制御」に基づいた「核酸機能発現の調節」を実現する。1)光応答性ミスマッチ安定化分子の開発ミスマッチを安定化出来る構造(オン状態)と出来ない構造(オフ状態)を光に応答してスイッチングする分子の開発を進めた。我々が研究してきたミスマッチ安定化分子は、二つの塩基認識部とリンカーから構成される。複合体中のミスマッチ安定化分子は、それぞれ塩基認識部位をDNAに挿入する形で結合しているので、二つの認識部位を結ぶリンカー部の構造を「シス」から「トランス」に変化させれば、分子はミスマッチに結合出来なくなることが期待された。ミスマッチに結合している構造(オン状態)から、結合できない構造(オフ状態)への変化を「光」で誘起すれば、ミスマッチ二重鎖はミスマッチ安定化効果の喪失に伴い一本鎖に解離する事が期待される。本年度はグアニン-グアニンミスマッチに結合する分子ナフチリジンカーバメーとのリンカー部に、アゾベンゼン部位を導入した分子の合成を検討し、候補化合物の合成に成功した。またその光異性化によるDNA安定化能についての知見を得た。2)低分子による核酸構造制御法の確立低分子の結合をトリガーとする核酸構造制御法の確立を目指した。並行して研究を進める課題1での光応答性ミスマッチ安定化分子との組み合わせにより、核酸構造の光制御が期待される。最近見出した水溶液中で加熱すると容易に加水分解されるナフチリジンダイマー誘導体を用いて、分子の結合により形成した核酸構造を加熱により非可逆的に解離させる事に成功した。本提案研究では二重鎖の形成、解離を自在に操る「核酸構造制御分子」の開発と「低分子による核酸高次構造制御」に基づいた「核酸機能発現の調節」を目的として、次の4点について検討した。加えて、RNAトリヌクレオチドリピートが形成するヘアピン構造に多数含まれるミスマッチ構造を高度に安定化する分子の創成という当初の予想を遥かに上回る成果について、さらに詳しく調べるために研究期間を年度を超えて半年延長した。1)光応答性ミスマッチ安定化分子によるDNA構造と機能制御昨年度に引き続き、A-Aミスマッチに配列特異的に結合するリガンド「ナフチリジン-アザキノロン」の光応答性アゾベンゼンの導入を検討した。アザキノロンクロモフォアの効率よい合成に手間取ったが、その合成に成功し、各種DNAミスマッチとの相互作用について研究を進めてた。2)DNAおよびRNAの3次元構造形成の光制御G-Gミスマッチに対して光応答性を示すミスマッチ結合分子を用いて、DNAキューブの構造形成とその光可逆的形成を検討した。その結果、PAGE解析では3次元構造の形成が示唆された。3)ハイブリダイゼーションにより制御されるDNAの機能化を目指した化学修飾を施されたDNAの制御。ドイツベルン大学のHoner教授との共同研究をすすめ、光照射によりエキシマ発光をオン、オフする研究を推進した。おおむね研究のアウトラインを明らかにすることが出来た。4)核酸としてRNAを用いて、RNAの二次、三次構造変化を誘起する分子の開発を進めた。5)平成19年10月はじめに、「RNAトリヌクレオチドリピートが形成するヘアピン構造に多数含まれるミスマッチ構造を高度に安定化する分子の創成」という当初の予想をはるかに上回る興味深い結果を得て、研究を年度を超えて半年間延長した。その結果、新たに合成した分子が確かにRNAとの強い結合を示すことをPAGE,SPRにより確認した。また、RNAとの相互作用には配列に明瞭な特異性を持つことを明らかにした。本研究では二重鎖の形成、解離を自在に操る「核酸構造制御分子」の開発と「低分子による核酸高次構造制御」に基づいた「核酸機能発現の調節」を目的として、年次計画に沿って研究を進めてきた。1)光応答性ミスマッチ安定化分子によるDNA構造と機能制御昨年度に引き続き、光応答性をもつミスマッチ結合分子の合成と、それによるDNA二重鎖形成の光制御機能を検討した。先に開発したCGG/CGG

配列に加えて、CAG/CAG配列を標的とする分子の合成と構造最適化を実施し、新しい分子の開発に成功した。2) DNAおよびRNAの3次元構造形成の光制御昨年度に引き続き、DNAナノ構造形成の制御とナノ構造上への特殊な官能基の導入を検討し、安定な有機ラジカルをDNAの目的とした配列上に導入することに成功した。3)ハイブリダイゼーションにより制御されるDNAの機能化を目指した化学修飾を施されたDNAの制御。昨年度に引き続き、ドイツベルン大学のHoner教授との共同研究を続け、アロマティッククロモフォアのDNAπスタッキングによる物性変化(吸収、発光挙動)の制御を、ミスマッチ結合リガンドにより調節する手法を探求し、二重鎖形成の光制御とそれに応答したDNA付与した機能発現(蛍光発光)を実現した。4)核酸としてRNAを用いて、RNAの二次、三次構造変化を誘起する分子の開発。RNAの二次構造調節にはこれまで何度となく挑戦しているが、RNAの構造の固さのため、なかなか目的を達成出来ない状況が続いており、この状況を打開するために、光応答性リガンドとしてGFPの合成クロモフォアに対するRNAアプタマーを探索し、このRNAアプタマーへの結合の有無による蛍光スイッチングを検討した。クロモフォアに結合するアプタマーの探索には成功したが、蛍光強度変化を示すアプタマーの取得には至っていない。手法の改良が必要であるとの結論に達した。これまでDNAと相互作用する光機能性物質の開発やDNA-ドラッグ間相互作用の精密制御に関する研究を進め、世界で初めてDNA中のミスマッチ塩基対を安定化する低分子の合成、センサー化に成功してきた。本年は5年間の研究期間の最終年度に当たり、1)光応答性ミスマッチ安定化分子による二重鎖形成制御による機能スイッチング性能の向上と2)低分子による核酸構造制御法の確立について研究した。1)光応答性ミスマッチ安定化分子による二重鎖形成制御による機能スイッチング性能の向上を目指し、アゾベンゼン環上に置換基を導入した化合物を設計合成した。合成した化合物の光照射下におけるシスートランス異性化を詳細に検討し、導入した置換基を介して金表面上への固定化を達成した。スイスベルン大学のHaner教授との共同研究を進め、二重鎖形成に伴い蛍光消光が観測される系を検討したが、蛍光のブリーチングが顕著に観測され、光応答性ミスマッチ安定化分子への光照射の効果が充分に観測出来なかった。消光剤と蛍光色素の組み合わせが、アゾベンゼンの二重結合の光異性化と重なったことが主な理由であることが判った。2)低分子による核酸構造制御法の確立について、これまで研究を進めてきた(CGG)n配列に結合する小分子リガンドを使い、ヘアピン配列に(CGG)nを持つDNAヘアピン同士を会合させることに成功した。詳細なヘアピンループの配列依存性、小分子リガンドの構造結合活性相関を検討した結果、リガンドはループ配列中のグアニン塩基と水素結合を形成していること、リガンドにより二つのループが結合されていることを明らかにした。さらに、RNA-RNAループの結合も可能であることを確認している。3)小分子リガンドによるRNAへの結合による翻訳阻害の可能性を検討し、in vitro系では翻訳抑制が可能であることを確認した。
虚血再灌流時に神経系細胞において発生する活性酸素種の確定とその特異的消去剤の選定

一重項酸素と細胞傷害の関係について研究を行った。ヒト白血病細胞を用いた実験では、白血病細胞が産生する一重項酸素が血管傷害を惹起すること、ラット神経様細胞では細胞外で発生させた一重項酸素が急性の壊死型細胞死をもたらすこと、マウス神経様細胞では細胞内で発生させた一重項酸素が亜急性の自己貪食型細胞死をもたらすこと、ヒト好中球では一重項酸素がDNA放出を伴うNETosisいう形態の細胞死を誘導すること、が分かった。本年度は(1)活性酸素(Reactive Oxygen Species,ROS)が病態モデルにおいて組織傷害に関与していることの実証、(2)ROSのうちでも一重項酸素が組織傷害に大きく関与している可能性の示唆ならびに(3)その一重項酸素を効果的に消去する薬剤の開発を行った。(1)ROSが病態モールにおいて組織傷害にしていることの実証白血病の治療法の一つに白血病細胞をレチノイン酸で刺激してを促し、成熟白血球化した細胞に特有の自死作用を利用して白血病細胞を消滅ざせるという治療法がある。しかしこの治療法は呼吸器障害などの重篤な副作用を伴うことがる。それは白血球細胞が成熟分化に伴いROS産生能を獲得し、その細胞が産生するROSが肺毛細血管などの組織を傷害するのが原因ではないかと考えた。そこでこの病態モデルを用いて、実験を行った。結果は予想通り、ヒト白血病細胞であるNB4細胞をレチノイン酸で刺激した場合、この細胞はROS産生能を獲得し、ホルボルミリステーテアセテート(PMA)刺激によりスーパーオキシド、一重項酸素、次亜塩素酸、ハイドロキシラジカルといった成熟白血球が産生するのと同じ種類のROSを産生した。またこのROS産生能を獲得したNB4細胞を血管内皮細胞と共存させ、おなじくPMA刺激を行うと内皮細胞の透過性を高まった。これはレチノイン酸を用いた白血病治療において、副作用として呼吸器障害が生じるという現象に通じる知見である。以上より、ROSが病態モデルにおいて組織傷害に関与していることがでた。これは臨床において治療につながる意義ある成果である。(2)ROSのうちでも一重項酸素が組織傷害に大きく関与している可能性の示唆ラット神経様細胞であるB50細胞を、光増感剤であるローズベンガル緑色光で照射することで人為的に発生させた一重項酸素に暴露したところ、細胞死が誘導された。この細胞死が脳梗塞治療薬エダラボンで緩和されたことから、生体内でも一重項酸素が脳梗塞の組織傷害に関与している可能性が示唆された。これは基礎と臨床の知見を結びつけるという意味で意義ある成果である。(3)その一重項酸素を効果的に消去する薬剤の開発プデリン化合物の有する一重項酸素消去能に注目し、その置換基を変化させることによりさらに消去能を高める工夫を行った。結果、細胞毒性がなく消去能の高い化合物が合成できた。これは「創薬」という意味で意義がある。平成21年度は、ラット神経様細胞であるB50細胞を用いて、細胞外で発生させた一重項酸素が急性の細胞傷害を惹起すること、ならび一重項酸素消去剤エダラボンがその急性の細胞傷害を緩和することを示した。さらに元来有毒であるアジ化ナトリウムでさえも、その強力な一重項酸素消去能故に、急性の細胞傷害を緩和することを示した。この結果を踏まえて本年度は、マウス神経様細胞であるMG6を用いて、細胞内で発生させた一重項酸素が亜急性の細胞傷害を惹起することを示した。さらに、この亜急性の細胞傷害に対しては、強力な一重項酸素消去能を有するとはいえ元来毒性を有するアジ化ナトリウムはもちろんのこと、急性の細胞傷害で有効であった一重項酸素消去剤エダラボンも傷害緩和に有効でないことが分かった。これは細胞内で発生させた一重項酸素により亜急性の細胞傷害が惹起された場合は、急性の細胞傷害で見られるネクローシスのような単純な細胞死の機序ではなく、オートファジーのような複雑な細胞死の機序が生じることが、オートファジーに特徴的な電子顕微鏡像やオートファジーに特有の蛋白の出現をゲル泳動法やフローサイトメトリーで検出することにより確認できた。このことより、細胞内で発生させた一重項酸素が惹起する亜急性の細胞傷害の場合は、エダラボンは有効半減期が非常に短いため、オートファジーのように徐々に進行していく細胞死の機序を制御できず、細胞傷害が抑制できないのではないかと類推された。そこで、エダラボンに代わる有効半減期の長い新たな一重項酸素消去剤の合成を試みた。結果、プテリン化合物を基本骨格として、一重項酸素消去能はエダラボンにやや劣るものの、エダラボンにはないスーパオキシド消去能を有する試薬が、合成できた。しかし、この試薬の構造決定や、一重項酸素による細胞傷害に対する効果については、今後の検討課題となった。

平成21年度は、ラット神経様細胞であるB50細胞を用いて、細胞外で発生させた一重項酸素が急性の細胞傷害を惹起すること、ならび一重項酸素消去剤エダラボンがその急性の細胞傷害を緩和することを示した。平成22年度は、マウス神経様細胞であるMG6を用いて、細胞内で発生させた一重項酸素が亜急性の細胞傷害を惹起することを示した。これらの結果を踏まえて、本年は神経様細胞ではなく神経細胞そのものを用いて、また一重項酸素を細胞内外から人為的に負荷するのではなく、細胞内外で一重項酸素が発生していると予想される無酸素・再酸素化法、グルコース枯渇法、グルタミン酸投与法、パラコート投与法のうち、まず最初にグルタミン酸投与法を試みた。そのため、ラット神経細胞にグルタミン酸を負荷することにより、細胞内に一重項酸素が発生し、それにより細胞死が惹起されることを示そうとした。しかし細胞死の形態が単純なネクローシスやアポトーシスではなく、変性細胞死であったため細胞死の評価が困難で、実験計画に大きく齟齬を来した。これに関しては、細胞死そのものではなく、細胞の活性低下を評価する方法に計画を変更し、実験を継続する予定である。一方で、当初の計画であった神経膠細胞ミクログリアと一重項酸素の関係を調べるに先立って、同じ貪食細胞の一種である好中球の細胞死において近年注目を集めているNeutrophil Extracellular Traps (NETs)と一重項酸素の関係を調べた。NETsというのは好中球が自らのDNAを網の目のように細胞外に放出し、これにより細菌を捉え死滅させるという一種の生体防御機構である。好中球自身も細胞死を来すため、その細胞死の形態はNETosisと呼ばれている。このNETs形成には活性酸素が関与していることは広く知られていたが、好中球が産生する種々の活性酸素種のうち、どの種の活性酸素が重要かは不明であった。これを我々は、これまで培ってきた活性酸素研究の手法を用いて、一重項酸素がNETs形成に必須であることを示した。しかし、同じ食食細胞の一種であるミクログリアにおいても、無酸素・再酸素化などで細胞内に一重項酸素が発生した場合、NETs様現象が生じ、それにより周りの神経細胞を傷害する可能性があるか否かついては、今後の検討課題となった。
Siバルク結晶の粒界制御成長による双晶超格子の創生と新機能発現

本研究では、同一Si基板上の多機能デバイスの実現を目指し、Siバルク結晶中に双晶超格子を作製する方法として、複合種結晶を用いて結晶成長を行う方法を提案した。さらに、結晶成長過程における双晶形成機構として、双晶関係からの傾角ずれおよび結晶成長速度の変化が重要であることを見出した。一方、双晶超格子の電気的特性評価では、双晶周囲の転位が特性を大きく低下させることを示した。転位密度の低減が今後の課題である。本研究では、Siバルク結晶中の双晶超格子による新機能の発現と、同一Si基板上の多機能デバイスの実現を目指し、複合種結晶を用いて結晶成長を行い、バルク結晶中に多重双晶を形成する手法を基礎として、1. Siバルク結晶の成長過程における双晶形成メカニズムを明らかにする。2.形成メカニズムに基づき、間隔が制御された双晶超格子を作製する。3.双晶超格子の基礎的物性を明らかにし、受光・発光デバイスを試作する。ことを目的にしている。本研究の2ヵ年計画の内、平成20年度は、双晶形成メカニズムの解明を試みた。0.1°以下の傾角ずれおよび、ねじれずれを有する複合種結晶を用いて、人工的に粒界を形成したSiバルク結晶の成長を行った。さらに、成長後の結晶を成長方向に水平な断面で切断後、SEM-EBSP法およびX線回折法を用いて方位解析を行い、双晶を含む欠陥の分布を調べた。その結果、傾角ずれを有する粒界の周囲には多数の双晶が平行に並んだ多重双晶が観察された。一方、ねじれずれを有する粒界の周囲では、双晶はほとんど観察されず、転位や転位が集合した亜粒界の顕著な発生が観察された。これらのことは、傾角ずれが双晶形成に必要な要素であることを示している。また、複合種結晶で与えたずれ角は、結晶成長に伴う双晶や転位の発生とともに変化していたが、両者の関係を明らかにするには、ずれ角をパラメータとしたより系統的な実験を行う必要がある。本研究では、Siバルク結晶中の双晶超格子による新機能の発現と、同一Si基板上の多機能デバイスの実現を目指し、複合種結晶を用いて結晶成長を行い、バルク結晶中に多重双晶を形成する手法を基礎として、1.Siバルク結晶の成長過程における双晶形成メカニズムを明らかにする。平成20年度の研究成果をもとに、本年度は双晶形成に対する結晶成長条件の影響解明および特性評価を試みた。双晶形成に対する結晶成長条件(特に結晶成長速度)の影響を調べるため、結晶成長の過程で意図的に成長速度を変化させた実験を行った。その結果、双晶は結晶成長速度が変化(増加)するときに発生することを明らかにした。重要な点は、双晶形成には成長速度の"大きさ"よりも"変化"が影響を与えることである。この結果は、長年考えられてきた欠陥形成メカニズムとは異なり、新たなメカニズムの構築につながる重要な発見である。特性評価としては、多重双晶を一部に含むSi結晶の試料表面近傍にpn接合を形成し、可視光を照射した際の光電流の位置依存性を調べた。その結果、多重双晶の周囲で光電流が減少していた。この原因を調べるため、TEMおよびXRDによる解析を行った結果、多重双晶の周囲に多数の転位が存在していることがわかった。これらの転位は結晶成長距離とともに増殖しており、今後、双晶超格子の特性を向上するためには転位発生の抑制が課題となる。