hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
精神障害者家族のレジリエンスを促進するスティグマ克服プログラムの開発

本研究では、1精神障害者家族のスティグマ体験とレジリエンス促進要因の明確化、2精神障害者家族のためのスティグマ克服プログラムの試案作成、3精神障害者家族のためのスティグマ克服プログラム試案の検証、と3つの段階を踏みながら研究を進め、精神障害者の家族のレジリエンスを促進しつつスティグマの克服を目指すプログラムの開発を進めていく。
サル栄養膜幹細胞培養系を用いた胚着床機序の遺伝子工学的解析

近年ヒト体外受精-胚移植法を含む補助生殖医療技術の発達は目覚ましく、顕微授精などの導入により重度の精子障害症例においても受精率は大幅に改善してきた。しかしながら生産率は依然平均20%以下と低いままで目立った進展は見られず、胚の着床過程に何らかの異常がある着床不全患者の存在が問題となっている。効果的な治療法の完成には胚着床開始機構の解析、すなわち着床部局所での胚-子宮内膜間の相互作用の解明が不可欠と考えられるが、残念ながら倫理的制約によりヒト胚を用いた着床開始機構の解析実験は極めて限られてくる。ヒト胚が子宮内膜内に侵入する過程では、胚の外層に位置する栄養膜幹細胞/栄養外胚葉(trophectoderm)が子宮内膜細胞との相互作用で活性化され浸潤能を獲得し、胚を一塊として子宮内膜内に埋没・生着させると推察されている。したがって着床期における栄養膜細胞の分化機構やその機能の解析は胚着床開始機構の解明の根幹をなす重要な課題といえる。そこで我々は、霊長類であるカニクイザル胚性幹細胞を効率よく栄養膜幹細胞に分化させ、これを用いて着床機構の新しい解析系を作成することを主要な目的として本研究を計画することにした。本研究の結果、栄養膜幹細胞に初期の分化のマーカーとなる分子としてケモカインレセプターが発現してくることが示唆され、胚の初期浸潤がケモカインにて誘導される可能性が示された。この成果はこれまで謎であった胚着床の機構を解明する糸口として極めて重要な知見を提示しており、今後の研究の進展に著しい貢献をするものと考えられる。
シリコン中のドナーレベルを用いた単一電子操作

近年、半導体の微細加工技術の発展により、微小領域に閉じこめられた電子の帯電エネルギーを利用した単一電子の操作技術が注目されている。同技術は、いわゆる人工原子(artificial atom)や人工分子(artificial molecule)を利用するものであり、その応用分野は、集積回路、センサー、電気計測分野の標準器、レーザー、量子コンピュータ等非常に広い。我々のゴールは、人工原子ではなく、半導体中の「真の原子」(true atom)を用いた、まったく新しい単一電子操作技術を確立することにある。本申請に関する研究は上記ゴールを目指した第一ステップであり、「真の原子」としてはシリコン中に導入されたドナーを用いる。特に、単一ドナーの検出と、単一ドナー電子の捕獲放出手法の確立を目指す。これまでの膨大なドーパントに関する技術蓄積と応用上の波及効果を考えると、単一ドナーの制御はシリコンを用いて行うことが望ましい。本研究では、ドーパントとしてシリコン中での挙動が古くからよく研究されているリン、ボロンを主に取り上げた。チャネル中にドーパント(リンまたはボロン)を多量に含むマクロなサイズのMOSトランジスタのフリーズアウト状態からの強電界下でのイオン化現象を調べ、電界による荷電制御が可能であることを示した。また、ナノトランジスタにおいて、単一のボロンの検出に成功した。これらの結果は、本研究課題の主要目的であり、したがって、本研究の目的は達成されたと考えて良い。本研究は、シリコン中のドナー(あるいはアクセプター)レベルを利用した単一電子操作技術の確立を目的としている。16年度は、主に以下の成果があった。(1)リンドナーの荷電状態制御の実証Silicon-on-insulator (SOI)基板のシリコン層中にリンをイオン打ち込みした埋め込みチャネル型MOSトランジスタを作製した。同トランジスタにおいて、20ケルビンでシリコン層の電界強度を制御することにより、リンドナーの荷電状態を系統的に制御でき、かつ、その状態をMOSトランジスタの閾値変化により検出できることを初めて実証した。この結果は、シリコン中のドナーの電荷捕獲放出を外部電圧で制御できることを実験的に示すものであり、本研究の以降の主要な実験の基礎となるものである。本成果は、固体素子材料国際会議にて口頭発表し、JJAP特集号へ投稿し、採択された(Ono et al.;掲載は次年度)。その他、本申請の内容に関して春季MRSにて招待講演を行った。(2)シリコン単電子転送デバイスのデバイス構造と動作条件の最適化の検討ドナーレベルに単一の電子を転送するための手法の1つとして、単電子転送ポンプや単電子ターンスタイルといった単電子転送デバイスの利用を検討している。今年度は、これらのデバイスに関して、まず、その転送誤りメカニズムを理論的に考察し、転送誤り率の定式化を行った。本成果をJAPに投稿し採択された(Zimmerman et al)。また、転送した電子を検出するための手法も検討し、まず、その原理確認を行った(JJAP採択:Kim et al.)。単電子ターンスタイルとこの検出デバイスを一体化したデバイスを試作し、その動作に成功した。同成果は、APLに投稿、採択され(Nishiguchi et al.)、同号巻の表紙にも掲載された。さらに、単電子ターンスタイルの構造と動作条件を改良することにより、室温での単電子転送を実証した。高温での転送は、すなわち、転送精度の向上を意味しており、非常に重要な結果である。同成果は、IEDMにて口頭発表を行い、また、報道機関向けのtipsheetにも掲載された。(3)CMOSプロセスを用いた単電子転送デバイスの作製ドナーレベルを用いた単電子制御デバイスは、最終的にはシリコンMOS回路との混載を念頭において研究を行っている。このため、外部ファンドリーを用いたCMOSプロセスによる単電子転送デバイス実現可能性を調べるために、試作を発注し、特性のデバイス構造依存性等を調べた。この結果は、MNCにて口頭発表された。また、JJAPの特集号に投稿し、採択された(Clement et al.:掲載は次年度)。(4)単一電荷転送に関するレヴューをJAPに掲載した。

本研究は、シリコン中のドナー(あるいはアクセプター)レベルを利用した単一電子操作技術の確立を目的としている。17年度は、主に以下の成果があった。1リンドナーの荷電状態制御の実証と新しい単電子転送手法の提案リンをドープした埋め込みチャネル型SOI-MOSトランジスタにおいて、低温下でシリコン層の電界強度を制御することにより、リンドナーの荷電状態を系統的に制御でき、また、その振る舞いがシミュレーション結果とよく一致することを実証した(Ono et al.,Jpn.J.Appl.Phys.掲載)。また、ドーパントを用いた新しい単一電子転送手法を提案した(MRS Proceedingsに招待論文として掲載)。その他、本申請の内容に関して国際会議招待講演(4件)を行った。2電界制御型バリアを有するシリコン単電子トランジスタの実証ドナーレベルに単一の電子を転送するための手法の1つとして、単電子転送ポンプや単電子ターンスタイルといつた単電子転送デバイスの利用を検討している。既にこれらのデバイスの基本動作は確認しているが、今年度は、これらのデバイスの動作原理を理解するうえでの基礎となる、電界制御型バリアを有するシリコン単電子トランジスタの作製に成功した(Fujiwara et al.,Appl.Phys.Letts.掲載)。また、関連して、制御ゲートを用いることによりバリア変調が可能であることも実証した(Nishiguchi et al.,Jpn.J.Appl.Phys.掲載)。3 CMOSプロセスを用いた単一電子の検出ドナーレベルを用いた単電子制御デバイスは、最終的にはシリコンMOS回路との混載を念頭において研究を行っている。このため、外部ファンドリーを用いたCMOSプロセスによる単電子転送デバイス実現可能性を調べ、極低温ではあるが、確かに単一電子の検出が可能であることを実験的に示した(Clement et al., Jpn.J.Appl.Phys.掲載)。4その他の基礎実験本研究は、シリコン中のドナー(あるいはアクセプター)レベルを利用した単一電子操作技術の確立を目的としている。18年度は、主に以下の成果があった。1微細MOSトランジスタにおける単一アクセプターの検出ボロンを極低濃度にドープした微細MOSトランジスタの特性を低温にて詳細に調べ、単一のボロンアクセプターを検出することに成功した。また、単一アクセプターを介して流れる電流が、単一電荷トンネリングによることを明らかにした(Y. Ono et al., Appl. Phys. Lett.掲載)。2 MOSトランジスタ中のリンドナーを介したトンネル伝導機構の解明リンをドープした埋め込みチャネル型SOI-MOSトランジスタにおいて、リンドナーを介する電子伝導が、100ケルビンを越える極めて高温までバリアブルレンジホッピングに支配されていることを発見した。また、特異な負性微分伝達コンダクタンスが発現することを見出した。
開口分泌小胞形成過程における脂質二重膜の生理機能とその破綻による病態の解明

DGKアイソザイムの分子多様性の解明ならびに細胞内での様々なシグナル伝達機構を解析するのに伴い、開口分泌関連分子であるSecファミリーが細胞に及ぼす様々な機能についても研究を進めてきた。研究を進めていく中で、開口分泌複合体の構成要素であるSec6が、MAPキナーゼのひとつであるp38MAPKのリン酸化を介することによって、ヒートショックプロテイン27(HSP27)のリン酸化を制御していることがわかった。このHSP27におけるリン酸化は、部位特異的であり、セリン78番目とセリン82番目がリン酸化修飾を受けるが、セリン15番目はリン酸化修飾を受けなかった。このHSP27における78番目と82番目のセリンのリン酸化修飾によって、TNF-alphaとサイクロヘキシミド刺激による細胞のアポトーシス制御と細胞遊走の制御が行われることが分かった。このことは、細胞内におけるSec6が、いわゆる分泌小胞を形質膜に輸送する機能とは全く別に細胞内のMAPキナーゼを介したシグナル伝達に関与していることを示唆するものであり、開口分泌複合体の新たな機能として、見い出されたものである。この開口分泌複合体の新たな機能が、形質膜におけるイノシトールリン脂質代謝系にどのような関わりを持っているのか、また形質膜のジアシルグリセロールキナーゼの機能にどのような影響を及ぼすのかを現在研究中であり、解析を行っているところである。形質膜におけるジアシルグリセロールキナーゼの機能と開口分泌複合体との関係性を考慮して、実験を進めていく中で、開口分泌複合体のひとつであるSec6が、HSP27のリン酸化に関与していることは当初の計画では予期していなかったが、開口分泌複合体の新規機能の解析といった点からすると、おおむね順調に研究は進んでいると考えられるため。今後は開口分泌複合体Sec6が、HSP27と関係していることからジアシルグリセロールキナーゼとHSP27との関係性について研究を進めていく予定であり、ジアシルグリセロールキナーゼの新規機能を探索していく予定である。研究の解析結果を受けて、本格的に様々な実験を行うのに必要な経費がかかる見込みであるため。
ドイツにおける移民の統合問題：移民の親の教育期待に着目して

本研究は、子どもに対する移民の親の教育期待への着目から、ドイツにおける移民の統合問題を論じることを目的としている。平成30年度は、文献調査と現地調査の実施を中心に、研究課題に取り組んだ。初年度に行った文献調査から、2015年の「欧州難民危機」を契機に、近年、ドイツ社会で「差異」や「多様性」、「統合」の問題がより複層化していることがみえてきた。本年度はさらに「差別」、「排除」、「世代間社会移動」などの新たな切り口から、移民の社会統合をめぐる研究動向の把握に努めた。またこれまで「統合に成功している」移民グループの代表格として位置づけられてきたベトナム系移民と、新たに位置づけられつつ中国系移民に関する文献調査も重点的に行い、「問題」として位置づけられがちな移民グループとの違いに関して、ドイツ的文脈の把握に努めた。また「統合に成功している」移民グループであっても、職業社会への参入においてはさまざまな困難が生じており、学校から仕事への移行において移民背景をもつ人々が抱える特有の困難について、構造的問題の把握に努めた。現地調査では、ブレーメン・ハイドン校での教師への聞き取り調査および授業観察を実施し、移民の子どもに対する教師の教育期待の内実を捉えることに努めた。またブレーメン教育省教育行政官への聞き取り調査から、この間の教育政策の全体状況および移民の子どもの進学状況について把握を行った。加えて、オルデンブルク大学において、移民の子どもに対する特別支援教育の実態について情報収集および研究者との意見交換を行った。進路勧告をめぐる問題について、新たに問題意識をもつことができた。移民の子どもとその親が、教育制度、すなわち受け入れ社会から排除されていくプロセスとその背景的要因について、複合的・多角的に分析していく視点を得ることができた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成29年度は、文献調査と約2週間にわたる現地調査の実施を中心に、研究課題に取り組んだ。文献調査では、主に「多様性」や「差異」、「統合」、異文化間教育、多文化教育をめぐる国際的研究動向の把握ならびにドイツ国内独自の概念整理について重点的に行った。その結果、2015年のいわゆる「欧州難民危機」を契機に、当該社会では「差異」や「多様性」、「統合」をめぐる議論や問題がより複層化していることがみえてきた。現地調査では、移民集住地域における初等教育段階の学校において、親子参加型の「ファミリー・リテラシー・プロジェクト」を重点的に観察した。ここでは「関心のない親」として一枚岩的に捉えられがちな移民の親の多様な姿の把握に努めた。またこのプロジェクトの実施者であるファシリテーターにインタビューを実施し、学校外の立場からみた移民の親と教師の関係性の変化について捉えることができた。現地調査の実施を通じて、学校に所属する教師ではなく、学校外の立場から移民の親にかかわるファシリテーターを介することで、移民の親が子どもの教育をめぐって苦悩する姿を引き出せることがみえてきた。それはまた「無関心な親」として、従来学校側が移民家庭に対して抱いてきた否定的なまなざしを変えさせる契機となることが明らかとなった。学校外との連携によって、移民の親に対する否定的なまなざしから教師が脱するプロセスを確認することができた。移民に対して従来抱かれてきた否定的なまなざしが変化していくプロセスを明らかにすることができた。受け入れ社会側のまなざしに変化が生じていることに着目することによって、従来の「移民の」統合問題という切り口とは異なる、「受入れ」側に対する批判的な考察を展開することができた。この研究成果の一部を論文としてまとめることができた。また、「問題としての移民家庭」というまなざしが向けられがちな家庭(親)だけではなく、「統合に成功している」エスニック・グループの代表格として当該社会で位置づく中国系移民の親の存在にも新たに目を向け、平成29年度中に予備調査を実施することができた。子どもの教育期待を切り口に、さまざまなタイプの移民の親にアプローチすることで、「関心のない親」として従来位置づけられてきたドイツにおける移民の親の多様な姿を明らかにする準備が整いつつある。以上のことから、平成29年度は当初の計画通りに研究を進め、期待以上の成果を得ることができたと考える。

現地調査では、ブレーメン・ハイドン校での教師への聞き取り調査および授業観察を実施し、移民の子どもに対する教師の教育期待の内実を捉えることに努めた。またブレーメン教育省教育行政官への聞き取り調査から、この間の教育政策の全体状況および移民の子どもの進学状況について把握を行った。加えて、オルデンブルク大学において、移民の子どもに対する特別支援教育の実態について情報収集および研究者との意見交換を行った。進路勧告をめぐる問題について、新たに問題意識をもつことができた。移民の子どもとその親が、教育制度、すなわち受け入れ社会から排除されていくプロセスとその背景的要因について、複合的・多角的に分析していく視点を得ることができた。最終年度(平成30年度)は文献調査、現地調査、学会発表および論文化の準備を進める。文献調査では、「世代間移動」を新たな切り口に文献収集を進める。現地調査は2週間前後を予定し、「ファミリー・リテラシー・プロジェクト」の実施状況を確認しながら、プロジェクトに参加している親への聞き取り調査を実施し、移民の親の教育への期待の内実に迫る。また中国系移民の親にもアプローチし、「統合に成功している」と位置づけられるエスニック・グループの教育への期待、教育へのかかわりについてインタビューを実施し、その特徴を明らかにする。これらの研究成果については学会発表や論文執筆という形で発表を行う。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
ダイヤモンドpn接合を利用した負性電子親和力デバイスの研究開発

負性電子親和力を利用した高効率な冷陰極の開発をダイヤモンドのpn接合を用いて行った。水素終端のp型ダイヤモンド表面を電子放出面として形成されたpn接合冷陰極からは最大で7.5%以上の電子放出効率が高い時間安定性を持って得られた。放出電子のエネルギーはp型ダイヤモンドのフェルミ準位を基準に4.1 eV程度であり、pn接合から注入された電子が伝導帯をドリフトして負性電子親和力を持つp型ダイヤモンド表面から放出されていることが分かった。ダイヤモンドpn接合を用いた高効率で安定性に優れた電子放出源の開発を目的に、本年度は、薄膜形成および評価実験系の整備とpn接合エミッターの初期的な基本構造試料の作製、電子放出基礎特性の評価を行った。単結晶ダイヤモンド基板表面にリンドープn型ダイヤモンドおよびホウ素ドープp型ダイヤモンド薄膜を積層してホモエピタキシャル成長させ、メサ構造加工によりpn接合エミッターを形成した。n型ダイヤモンドの膜厚は10μm、p型ダイヤモンドは0.5μm程度である。メササイズは直径0.25mmで、その中央が直径0.15mmのオーム性電極によりカバーされる構造を持つ。電極ギャップは0.15mmである。電子放出特性の評価は超高真空(10^<-7>Pa以下)環境で精密に温度制御されたプローバシステムを用いて行われた。200°Cにおける実験では1.6%の電子放出効率を観測し、30μAの放出電流(0.1A/cm^2)が長時間安定に得られた。電子放出効率としては目標設定した3%の半分に既に達しており、放出電流量は既に目標値を大きく上回った。放出電子のエネルギーはp型ダイヤモンドのフェルミ準位を基準に4.1eV程度で、1eVほどの分散を持つものであった。これは、負性電子親和力を持つ水素終端ダイヤモンド表面からの穏やかな電子放出が実現されたことを示している。電子放出エリアはメサ断面に露出したpn接合界面のみならず、メサ上部のp型ダイヤモンド表面にほぼ均一に分布することが分かった。本年度はダイヤモンドpn接合の高品質化による電子放出効率の向上、電子放出の表面状態依存性に関して実験を行った。反応性イオンエッチングされた単結晶ダイヤモンド{111}基板表面に結晶性を重視して2ミクロン程度のn型ダイヤモンド薄膜を形成後、500nmのp型層を形成した。メサ構造加工によりダイオード形成を行い、超高真空中において電子放出特性の測定を行った。その結果、電子放出効率は3%以上の高い値を示し、動作電圧領域によっては10%を超える値も得られた。ダイオード特性は極めて優れており、逆方向リーク電流は50Vにおいて1fAの測定限界以下であった。ダイオード特性と電子放出効率の向上が密接に関連することが明らかになった。電子放出の環境依存性に関しては、水吸着の影響を調べた。水を強制的に吸着させたpn接合からの放出電流の温度依存性を測定した結果、250°C程度に加熱して吸着水の脱離が顕著になった時点でエミッション電流は初期状態付近まで回復し、同時に放出電子のエネルギー分布も元に戻った。水吸着時は電子放出表面で0.3eV程度の上方バンドベンディングを示す結果が得られ、この障壁により電子放出が阻害されることが分かった。また、放出電子のエネルギーはp型ダイヤモンド表面のフェルミ準位を基準とした場合、4.2eV程度であることが分かった。これは電子が弾道的ではなく伝導帯底に沿ってドリフトし放出表面の電子状態密度分布に落ち着いた後に放出されていることを示す。本年度はダイヤモンドpn接合陰極の長時間動作安定性、劣化特性評価と再活性化に関して研究を行った。冷陰極動作時のpn接合駆動電圧電流、電子捕獲電極(コレクタ)電圧、コレクタ距離を変化させ、100300°Cに陰極を加熱して加速試験的に長時間動作特性を評価した。コレクタ電圧は10V程度で飽和値の90%程度の放出電流を得られることが分かった。コレクタ距離はプローバ測定に伴う電界遮蔽が顕著になる0.25mm程度まで離しても放出電流は5%程度の低下のみであり、極めて低い引き出し電界での駆動が可能であることが分かった。また、放出電流劣化特性に大きな温度依存性はなく、1000時間駆動により得られた放出電流低下の時定数(電流値が1/eとなる時間)は600時間であった。短時間安定性は冷陰極からの放出電流を0.7秒間隔で1分間程度記録し、評価した。その結果、放出電流の変化は±1%以下であり、主にプローブ接触によるダイオード電流不安定に起因するものであった。放出電流とダイオード電流の比である電子放出効率の変化は±0.2%以内であった。当然ながら電界放出型冷陰極に見られるスパイク状の放出電流変化は全く見られない。

放出電流低下の原因をオージェ電子分光により評価した結果、ダイヤモンド表面の水素終端状態に大きな変化は見られなかった。劣化の原因は特定できていない。劣化したダイヤモンドpn接合冷陰極の再活性化を水素プラズマにより行った結果、ほぼ完全な回復が可能であることが分かった。放出電子のエネルギーピークは低エネルギー側にシフトし(初期状態に復帰)表面捕獲準位密度の低減を示唆した。
脳におけるH^+オリゴペプチドトランスポータの局在と発現調節機構

当該研究において、マウス胎児大脳皮質より調製したニューロンおよびグリア細胞を用いて、第一にH^+/oligopeptide transportersのmRNA発現を検討した。RT-PCRの結果、ニューロン、グリア細胞いずれにおいてもlow-affinity type H^+/oligopeptide transporter (PEPT1) mRNAを検出することはできなかった。一方、high-affinity type H^+/oligopeptide transporter (PEPT2) mRNAはニューロンでは検出できなかったが、グリア細胞ではその発現を認めることができた。またグリア細胞でのPEPT2の発現は、anti-PEPT2antibodyを用いたWestern blottingでも確認することができた。さらに、グリア細胞における[^3H]glycylsarcosine (Gly-Sar)のpH依存的な輸送を検討したところ、その取り込みは飽和性を示し、Michaelis-Menten定数(K_t)は約110μMとなった。この結果は、PEPT2発現系より得られるGly-Sarの取り込みのK_t値や我々がラット大脳皮質より調製したシナプトソームを用いて既に報告しているGly-Sar輸送のK_t値とほぼ等しい値を示したことより、機能面においてもグリア細胞にPEPT2が発現していることを証明できた。さらに、この輸送の駆動力として考えられる内向きH^+勾配が、小腸や腎臓上皮細胞で示唆されているようにNa^+/H^+ exchanger (NHE)により形成されているか否かに関しても検討を加えた結果、pH7.4の条件下では、Na^+存在下でのGly-Sarの取り込みが、Na^+非存在下での取り込みより高い値を示したこと、また、amilorideやその誘導体のNHE inhibitorにより阻害されたことから、脳内においてもPEPT2の駆動力形成にNHEが関与していることを明らかにすることができた。また、PEPT2の研究と平行してsystem Lアミノ酸輸送系の研究も展開し、抗てんかん薬であるgabapentinがこの輸送系によりグリア細胞内に取り込まれること、またこの取り込みが脱分極刺激により活性化される電位依存性Ca^<2+>チャンネルの阻害と機能的な関連を示すことも明らかにできた。小腸や腎臓の上皮細胞のbrush bordermembraneに発現しているpeptide transportersは、di/tripeptidesの(再)吸収を司っている。このtransportersは、H^+勾配を駆動力とした2次性輸送担体であり、H^+とともにdi/tripeptidesを細胞内に輸送する。この輸送担体に関する研究は、従来より小腸、腎臓の上皮細胞より調整した膜小胞を用いた系により検討が行われてきたが、米国Leibach教授と本申請者との共同研究により、脳組織にもPEPT2が発現、機能していることを昨年度までの科学研究費により示すことができた。本年度は、ヒトにおいてもPEPT2が脳内で発現しているか否かを明らかにするために、ヒト小脳cDNA libraryよりfull-length cDNAを単離し、過剰発現系の構築をおこなった。すなわち2.hPEPT2 cDNAをpCI-neo mammalian expressionvectorにsubcloningし、pSV2とともにCHO細胞およびHEK293細胞にco-transfectしblascydine SでselectionをかけることによりhPEPT2過剰発現系を構築することができた。

次年度は、この発現系を用いてhPEPT2の輸送機構に関する詳細な検討をおこなうとともに、アミノ酸輸送系との協奏的な発現・輸送制御機構に関しても検討を進める予定である。本年度は、マウス胎児大脳皮質より調製したニューロンおよびグリア細胞を用いて、第一にH^+/oligopeptide transportersのmRNA発現を検討した。RT-PCRの結果、ニューロン、グリア細胞いずれにおいてもlow-affinity type H^+/oligopeptide transporter (PEPT1) mRNAを検出することはできなかった。一方、high-affinity type H^+/oligopeptide transporter (PEPT2) mRNAはニューロンでは検出できなかったが、グリア細胞ではその発現を認めることができた。またグリア細胞でのPEPT2の発現は、anti-PEPT2antibodyを用いたWestern blottingでも確認することができた。さらに、グリア細胞における[^3H]glycylsarcosine (Gly-Sar)のpH依存的な輸送を検討したところ、その取り込みは飽和性を示し、Michaelis-Menten定数(K_t)は約110μMとなった。この結果は、PEPT2発現系より得られるGly-Sarの取り込みのK_t値や我々がラット大脳皮質より調製したシナプトソームを用いて既に報告しているGly-Sar輸送のK_t値とほぼ等しい値を示したことより、機能面においてもグリア細胞にPEPT2が発現していることを証明できた。さらに、この輸送の駆動力として考えられる内向きH^+勾配が、小腸や腎臓上皮細胞で示唆されているようにNa^+/H^+ exchanger(NHE)により形成されているか否かに関しても検討を加えた結果、pH7.4の条件下では、Na^+存在下でのGly-Sarの取り込みが、Na^+非存在下での取り込みより高い値を示したこと、また、amilorideやその誘導体のNHE inhibitorにより阻害されたことから、脳内においてもPEPT2の駆動力形成にNHEが関与していることを明らかにすることができた。また、PEPT2の研究と平行してsystem Lアミノ酸輸送系の研究も展開し、抗てんかん薬であるgabapentinがこの輸送系によりグリア細胞内に取り込まれること、またこの取り込みが脱分極刺激により活性化される電位依存性Ca^<2+>チャンネルの阻害と機能的な関連を示すことも明らかにできた。
病院経営分析による医学部附属病院の医療の質の向上と経費節減策の検討

<研究目的>病院情報システムに蓄積されている医療情報に基づき病院の経営分析を綿密に行い、医療の質の向上と経費節減のバランスのとれた病院経営情報を創出する。<方法>平成12年度に新潟大学医学部附属病院で冠動脈・大動脈バイパス移植術(2本以上)の手術を受けた15例について、術前日数、術後日数、収入細目とその額、経費細目とその額を病院情報システムから抽出するシステムを構築しデータを抽出した。得られたデータのうち、他の症例に比べ著しく異なる値(はずれ値)を検出するために、Grubbs-Smirnovの棄却検定を行なった。在院日数と収入との関連を調べるために、在院日数を横軸、収入を縦軸とする散布図を作成し折れ線回帰分析を使って,収入カーブが有意に折曲する点を求めた。術前、手術、術後の収支の時系列分析を行なうため、横軸に入院期間のカレンダー月、縦軸に収支額をとり折れ線グラフを自動作成するプログラムを作った。本グラフ上には、収支に関連のある診療データを経時的に記述した。<結果>以下のことがわかった。(1)術前の入院日数の平均値と標準偏差は、18.5±14.3であった。この術前日数は他の同規模の病院に比べてかなり長い。折れ線グラフによる分析の結果、手術室ならびにICUベットの予約待ちが原因であると考えられる。通常の患者で45日、長い患者で14日間の予約待ちがあった。(2)術後日数の平均値と標準偏差は、34.6【minus-plus】24.8であった。診療録との照合ならびに折れ線グラフの分析により、重症度の違いにより術後日数のばらつきが他病院に比べて著しく大きい事がわかる,(3)折れ線回帰分析の結果,入院日から起算して在院日数が28日未満では、在院日数にかかわらず総収入が350400万円であり、28日以上では1日あたり平均37,500円の収入がある。28日以上では折れ曲がる点はなく直線的に収入は増加する。
ゲノム編集技術を用いたブタ胚着床促進因子の同定と効率的家畜生産技術への応用

・ブタ前核期胚のLIF gRNAおよびCas9 mRNA/タンパク質注入条件の検討食肉処理場由来の卵巣より回収した未成熟卵を体外成熟培養し、得られた成熟卵を凍結融解精子と体外受精し、前核期胚を得た。様々な濃度のgRNAとCas9 mRNAを注入した前核期胚の胚盤胞率およぼ胚盤胞でのゲノム変異率を調べたところ、5 ng/uLから50 ng/uLまでのgRNAおよびCas9 mRNA注入濃度はブタ前核期胚の胚盤胞への発生率に影響を及ぼさないことを示したが、変異導入効率では25 ng/uLが50%と最も高いことが明らかになった。同様に、ブタ前核期胚のLIF gRNAおよびCas9タンパク質注入条件を検討したところ、胚盤胞率では試験区間に有意な差はみられなかったが、25および50 ng/uLでは高い効率でゲノム変異胚が得られた。・ガラス化保存したブタ前核期胚のLIF gRNAおよびCas9 mRNA/タンパク質注入試験体外生産由来のブタ前核期胚を多量に作出するのは容易ではなく、個体作出を目的とした胚移植に用いる胚をより効率的に準備する必要が求められた。そこで新規凍害保護物質であるCOOH-PLLを添加したガラス化保存液を用いてブタ前核期胚をガラス化保存し、加温後に同様の方法でLIF gRNAおよびCas9 mRNA/タンパク質を注入し、胚盤胞への発生能を調べた。その結果、gRNAおよびCas9 mRNAあるいはタンパク質を注入したガラス化保存前核期胚は胚盤胞へ発生し、さらにゲノム変異胚を確認した。ガラス化保存したブタ前核期胚を用いて顕微注入を行い、その後に胚盤胞への発生を確認したのは本研究がはじめてであり、さらに低率ながらゲノム変異胚が作製できることもはじめて明らかになった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。哺乳類における胚着床や妊娠機構はマウスを用いた研究を中心に行われており、ブタをはじめとする家畜においては未だ分子レベルで明らかになっていない。妊娠中の雌マウスでは卵巣から分泌されるエストロジェンが胚着床を促進し、子宮上皮から白血病阻止因子(Leukemia inhibitory factor: LIF)が分泌されることが知られている。また、LIFのノックアウト(KO)雌マウスは胚着床不全を伴った不妊になることから、LIFは胚着床に必須な因子であると考えられている。ブタでも着床期の子宮にLIFが発現していることが報告されているが、胚の着床様式は動物種によって異なるため、LIFがブタにおいても胚着床因子として必須であるかは不明である。ブタにおいて妊娠時にLIFが必須であるかを明らかにするため、LIF KOブタの作出が必要である。しかし、これまで家畜でKO個体を作製するためには個体発生率や変異導入率が低い体細胞クローン法を用いる必要があり、KO個体の作出やその解析の研究はあまり進んでこなかった。近年開発されたゲノム編集技術(CRISPR/Cas9)を用いることで家畜でも比較的簡便にKO個体を作出可能になったが、ブタでは未だ作出条件に関するデータが不足していることや、材料となる受精卵(前核期胚)の供給に課題がある。本研究では,LIF KOブタの効率的な作製条件の検討および妊娠時のブタにおけるLIFの機能を明らかにすることを目的とし、1.効率的なLIF-CRISPR/Cas9 gRNAの設計2.超低温保存(ガラス化保存)したブタ前核期胚への変異導入効率の検討3.LIF KOブタ個体の作出および妊娠時のブタにおけるLIFの機能解析を行う。LIF KOブタ作出に向けて、まずLIFを標的としたgRNAの作製を行った。作製したgRNAはpCAG-EGxxFPによるCRISPR/Cas9システムによりgRNAの活性評価および選定を行い、最も活性の高いgRNAを用いてブタ前核期胚へのCRISPR/Cas9システム導入時の至適条件検討を行った。様々な濃度のLIF gRNAとCas9のmRNAあるいはタンパク質をブタ前核期胚に注入し、その後の胚発生率を調べた。さらに、得られた胚盤胞ゲノムを鋳型に、標的配列の前後の配列をPCRで増幅後、シーケンス解析を行い、ゲノム変異率を調べた。その結果、12.5 ng/μL以上のLIF gRNA+Cas9 mRNAを注入した場合に2・4細胞期胚率は低下するが、胚盤胞への発生には影響を及ぼさないことが示された。ゲノム変異率は25 ng/μL注入区が最も高いことが示された。LIF gRNA+Cas9タンパク質注入試験では、10、25、50 ng/μLの注入では胚発生能には影響を及ぼさないことが示された。また、25、50 ng/μLの注入後、ゲノム変異胚が得られた。現在は、ガラス化保存したブタ前核期胚へのCRISPR/Cas9システム導入時の至適条件について検討中であり、同様にLIF gRNA+Cas9タンパク質を注入したブタ前核期胚の胚移植についても取り組んでいるが、現在まで胚移植を行ったレシピエント個体においては産子は得られていない。マウスにおける先行研究ではLIF KO胚は正常に産子へと発育することが知られているが、ブタにおいてはLIF KO胚は産子への発育までに何らかの悪影響が生じている可能性が示唆され、胚発生中のLIFの作用に関しても検証する必要性が生じた。

・ブタ前核期胚のLIF gRNAおよびCas9 mRNA/タンパク質注入条件の検討食肉処理場由来の卵巣より回収した未成熟卵を体外成熟培養し、得られた成熟卵を凍結融解精子と体外受精し、前核期胚を得た。様々な濃度のgRNAとCas9 mRNAを注入した前核期胚の胚盤胞率およぼ胚盤胞でのゲノム変異率を調べたところ、5 ng/uLから50 ng/uLまでのgRNAおよびCas9 mRNA注入濃度はブタ前核期胚の胚盤胞への発生率に影響を及ぼさないことを示したが、変異導入効率では25 ng/uLが50%と最も高いことが明らかになった。同様に、ブタ前核期胚のLIF gRNAおよびCas9タンパク質注入条件を検討したところ、胚盤胞率では試験区間に有意な差はみられなかったが、25および50 ng/uLでは高い効率でゲノム変異胚が得られた。・ガラス化保存したブタ前核期胚のLIF gRNAおよびCas9 mRNA/タンパク質注入試験体外生産由来のブタ前核期胚を多量に作出するのは容易ではなく、個体作出を目的とした胚移植に用いる胚をより効率的に準備する必要が求められた。そこで新規凍害保護物質であるCOOH-PLLを添加したガラス化保存液を用いてブタ前核期胚をガラス化保存し、加温後に同様の方法でLIF gRNAおよびCas9 mRNA/タンパク質を注入し、胚盤胞への発生能を調べた。その結果、gRNAおよびCas9 mRNAあるいはタンパク質を注入したガラス化保存前核期胚は胚盤胞へ発生し、さらにゲノム変異胚を確認した。ガラス化保存したブタ前核期胚を用いて顕微注入を行い、その後に胚盤胞への発生を確認したのは本研究がはじめてであり、さらに低率ながらゲノム変異胚が作製できることもはじめて明らかになった。LIF KOブタを作製できた場合、雌LIF KOブタを性成熟まで飼育後、人工授精を行い妊孕性を確認する。また、胚着床時期で子宮組織を回収し、胚着床および妊娠維持に関連する各遺伝子の発現を、In situ hybridization、免疫組織染色やReal time PCR、Western blottingにより調べ、妊娠中のブタにおけるLIFの役割を明らかにする。万が一LIF KOブタを作製できなかった場合、前述のようにブタにおいてはLIF KO胚は産子への発育までに何らかの悪影響が生じている可能性が示唆され、胚発生中のLIFの作用に関しても検証する必要性が生じる。そこで、ブタ初期胚発生におけるLIFの機能を明らかにするため、免疫蛍光染色によりブタ初期胚におけるLIFの発現を調べる。さらに、CRISPR/Cas9によりゲノム編集を行ったブタ胚が胚移植後に子宮へと着床するか否かを調べるため、ブタで着床が完了すると考えられている胚移植17-18日以降の胚移植28日に胚移植を行ったレシピエントの子宮を採取し、着床の有無を調べる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
呪符木簡の時代的地域的特質からみた「木に文字を記す文化」の史的考究

本申請研究は、呪符木簡を素材とした本格的研究を試み、呪符に込められた祈りや願いなど人々の心性の時代的地域的特質を検討することにより、「木に文字を記す文化」の日本的特質を明らかにしようとするものである。平成30年度には、静岡県において、木簡及び墨書土器に記された符ろくなどの記号を集中的に熟覧調査した。加えて、本務で薬に関わる木簡の報告を担当したことに機会を得て、呪符の背景にある薬、医療、まじない、信仰などに関わる古代中世史料の熟覧調査を行った。また、呪符木簡集成作業として、雑誌『木簡研究』に未掲載の遺跡のうち、東海道・東山道・北陸道の遺跡を対象に、木簡の出土状況、出土木簡の種類と内容、呪符木簡の有無などを確認し、新たに確認した呪符木簡を29年度作成のリストに追加し、修正作業を継続した。このリストをもとにして、古代の呪符のうち、出現期にあたる七世紀と平安時代に属するものについて、釈文のテキスト入力を終え、呪符木簡集成(稿)編集の準備を進めた。研究成果は、a呪符木簡を含む、愛知県・静岡県に関係する古代木簡集成『愛知県・静岡県関係古代木簡集成(稿)』(共編)を刊行した。b藤原宮跡出土の呪符木簡を含む、藤原宮跡出土木簡の4冊目の正報告書『藤原宮木簡四』(奈文研史料91)を編集・刊行した。c分担した連載「木簡の古都学」に「33まじないの意味を探る」「34薄板に書かれた「こけら経」」を寄稿し、研究成果の解説に努めた。2018年度は、本採択課題の研究成果を含む木簡集成『愛知県・静岡県関係古代木簡集成(稿)』と、藤原宮跡出土呪符木簡を含む正報告書『藤原宮木簡四』を予定通り刊行することができ、成果物の刊行という点では順調に課題を進めることができた。しかしながら、刊行物の完成を経て、年度末にかけて本格的に追加の資料収集と分析に着手しようとしたところ、本務において新たに100点を超える木簡が出土し、最優先でその洗浄・整理・釈読などを行う必要が生じたこと、年度当初には予定していなかった業務が続出しその処理に追われたこと、雇用に関する事務処理にミスが生じたことなどの理由により、科研にかかわる研究業務遂行に支障をきたすこととなった。新年度に入り、昨年度に生じた本務案件の処理はほぼ収束に向かっており、体制をたてなおした上で、採択課題を進める予定である。呪符木簡集成作成のための資料収集を継続する。雑誌『木簡研究』に未掲載の遺跡のうち、山陰道・山陽道・南海道・西海道の遺跡を対象に、木簡の出土状況、出土木簡の種類と内容、呪符木簡の有無などを確認し、呪符木簡集成の一覧作成作業を完了する。研究としては、平安時代院政期から鎌倉時代にかけての符ろくをもつ呪符木簡を選び、写真・実測図による比較、分類をおこなう。実測図が未公表のもの、画像が不鮮明なものなどについては、高精細デジタルカメラによる赤外線撮影を行い、良質の資料を蓄積する。昨年度までに作成したリストをもとに、熟覧調査、撮影を要する資料の特定を急ぎ、今年度の調査計画を策定する予定である。本申請研究は、呪符木簡を素材とした本格的研究を試み、呪符に込められた祈りや願いなど人びとの心性の時代的地域的特質を検討することにより、「木に文字を記す文化」の日本的特質を明らかにしようとするものである。基礎となる作業として、呪符木簡集成を作成する。符ろくに着目し、符ろくの画像収集と型式分類、伝播過程という独自の分析視角により、呪符木簡の時代的地域的特徴を具体的に明らかにする。加えて、伝播の画期とみられる平安時代院政期に実証を集中させつつ、伝播の背景を、仏教の地方伝播の動向や木と紙の関係、木から紙への変化などの論点から再考していく。平成29年度には、愛知県・静岡県の古代を中心とした木簡出土遺跡を来訪し、古代を中心とした呪符木簡の熟覧調査および高精細写真の網羅的収集を行ったほか、近年大型の呪符木簡が出土した鳥取県大桷遺跡の呪符、畿内出土の7世紀代の呪符などの撮影と熟覧調査を実施した。加えて、既刊の報告書等を検索し、約700点に及ぶ呪符木簡の情報を整理し、集成作成のための基礎的データの作成を完了した。研究成果は、a山本崇「古代木簡のなかの七世紀木簡」において、日本における木簡出現期から呪符木簡が存在している事実とともに、削屑の増加と木簡の増加の関係、その背景としての律令官僚制と文書行政の定着を指摘した。b呪符木簡を含む、愛知県・静岡県に関係する古代木簡集成『愛知県・静岡県関係古代木簡集成(稿)』の完成原稿を作成し、提出した(平成30年刊行予定)。c和田廃寺・飛鳥寺跡ほかから出土した木簡を紹介した。本研究は、(1)呪符木簡の集成、(2)符ろくの画像収集とその解析、(3)呪符木簡の時代的地域史的特徴と「木に文字を記す文化」の解明、を柱に進められる。平成29年度は、約700点に及ぶ呪符木簡の情報を整理し、集成作成の基礎データの作成を完了した。

熟覧調査と撮影による画像収集は、奈良県を中心とした畿内の呪符木簡を対象に過去の撮影データを整理確認するとともに、新たに大型呪符が出土した鳥取県、別途史料集成を作成するためすべての古代木簡を調査した愛知県・静岡県の事例を検討し、基礎的な集成作業を開始するとともに、今後の作業方針を研究協力者と確認、共有することができた。呪符の分類についての一定の見通しを得たほか、7世紀代の呪符木簡を対象として、符ろくの出典の確定作業を進めることができた。本申請研究は、呪符木簡を素材とした本格的研究を試み、呪符に込められた祈りや願いなど人々の心性の時代的地域的特質を検討することにより、「木に文字を記す文化」の日本的特質を明らかにしようとするものである。平成30年度には、静岡県において、木簡及び墨書土器に記された符ろくなどの記号を集中的に熟覧調査した。加えて、本務で薬に関わる木簡の報告を担当したことに機会を得て、呪符の背景にある薬、医療、まじない、信仰などに関わる古代中世史料の熟覧調査を行った。また、呪符木簡集成作業として、雑誌『木簡研究』に未掲載の遺跡のうち、東海道・東山道・北陸道の遺跡を対象に、木簡の出土状況、出土木簡の種類と内容、呪符木簡の有無などを確認し、新たに確認した呪符木簡を29年度作成のリストに追加し、修正作業を継続した。このリストをもとにして、古代の呪符のうち、出現期にあたる七世紀と平安時代に属するものについて、釈文のテキスト入力を終え、呪符木簡集成(稿)編集の準備を進めた。研究成果は、a呪符木簡を含む、愛知県・静岡県に関係する古代木簡集成『愛知県・静岡県関係古代木簡集成(稿)』(共編)を刊行した。b藤原宮跡出土の呪符木簡を含む、藤原宮跡出土木簡の4冊目の正報告書『藤原宮木簡四』(奈文研史料91)を編集・刊行した。c分担した連載「木簡の古都学」に「33まじないの意味を探る」「34薄板に書かれた「こけら経」」を寄稿し、研究成果の解説に努めた。2018年度は、本採択課題の研究成果を含む木簡集成『愛知県・静岡県関係古代木簡集成(稿)』と、藤原宮跡出土呪符木簡を含む正報告書『藤原宮木簡四』を予定通り刊行することができ、成果物の刊行という点では順調に課題を進めることができた。しかしながら、刊行物の完成を経て、年度末にかけて本格的に追加の資料収集と分析に着手しようとしたところ、本務において新たに100点を超える木簡が出土し、最優先でその洗浄・整理・釈読などを行う必要が生じたこと、年度当初には予定していなかった業務が続出しその処理に追われたこと、雇用に関する事務処理にミスが生じたことなどの理由により、科研にかかわる研究業務遂行に支障をきたすこととなった。新年度に入り、昨年度に生じた本務案件の処理はほぼ収束に向かっており、体制をたてなおした上で、採択課題を進める予定である。平成30年度の研究は、以下を予定している。(1)呪符木簡の集成。29年度に作成したデータをもとに、集成のための釈文作成にとりかかる。内容分類、形態分類、地域、時代などを判断しながら、その排列の検討をはじめる。(2)符ろくの画像収集とその解析。「符ろくの伝播」という視角の有効性を確認するため、平安時代院政期から鎌倉時代にかけての、中世前期以前の呪符木簡を主たる対象とし、調査と撮影による史料収集作業を集中させる。(3)呪符木簡の時代的地域史的特徴と「木に文字を記す文化」の解明。呪符木簡のみならず、木製品など様々な墨書資料を視野に入れつつ、課題に迫る視角を模索する。呪符木簡集成作成のための資料収集を継続する。雑誌『木簡研究』に未掲載の遺跡のうち、山陰道・山陽道・南海道・西海道の遺跡を対象に、木簡の出土状況、出土木簡の種類と内容、呪符木簡の有無などを確認し、呪符木簡集成の一覧作成作業を完了する。研究としては、平安時代院政期から鎌倉時代にかけての符ろくをもつ呪符木簡を選び、写真・実測図による比較、分類をおこなう。
金属酸化物単結晶ナノワイヤの界面設計による機能創出

1次元単結晶ナノワイヤの研究は、マヨラナ準粒子に代表される基礎学術的なものから、優れた電子輸送特性と巨大表面積を活用したデバイス応用研究に至るまで多岐に渡る。しかし、機能の宝庫である金属酸化物ナノワイヤでは、ナノワイヤ界面(表面、ナノワイヤ-電極界面)の設計指針が欠如しており、機能発現及びデバイス応用展開における本質的な問題となっていた。本研究では、単結晶金属酸化物ナノワイヤにおいて界面が与える電子・熱物性への影響を明らかにし、これを制御する新たな設計指針構築に成功した。本知見により、金属酸化物ナノワイヤ本来の機能物性抽出、及び金属酸化物ナノワイヤによる革新的機能デバイス創出が期待される。従来は大気暴露により困難であった清浄な酸化物ナノワイヤヘテロ界面を“in-situナノワイヤヘテロ界面形成法"を駆使して形成し、単結晶酸化物ナノワイヤ界面を設計した。酸化物ナノワイヤ界面を制御するために、酸化物シェル層をナノワイヤ形成後に大気暴露を介すことなくVLSナノワイヤ結晶成長モードからVS薄膜結晶成長に雰囲気を変調させることでin-situでナノワイヤ表面上に形成した。シェル層にはバンドギャップが大きく、組成ずれによって絶縁性が崩されにくい酸化物材料群を選択した。コアの単結晶ナノワイヤ材料としては比較的移動度が大きなSnO2, In2O3, ZnOをモデル系として用いた。電子・熱輸送特性に大きな影響を与えるのは電子・フォノンの散乱・トラップサイトになり得るアクティブな界面であり、電子移動度の向上のためにはシェル層導入により電気的に不活性な界面を創出することが目標であった。本研究ではPLD法を用いたシェル層形成を行い、in-situヘテロ界面形成法に原子層体積法(ALD法)を導入することで問題の解決を試みた。研究実績のある4端子法とFET構造を用いて電気抵抗率及び移動度を評価した。非接触で輸送特性評価が可能なマイクロ波共鳴法と時間分解PL測定を組み合わせた手法により移動度を算出することで問題を解決した。熱輸送特性の評価に関しては、これまでに開発した3ω法を用いて1本のナノワイヤの熱伝導率を評価した。コアシェルナノワイヤを形成する技術開発は順調に進んでおり、またそれらのナノ構造物性を評価する技術開発も順調に進んでいる。数機能性金属酸化物から構成される新しい単結晶ナノワイヤに関する研究に着手し、1Vapor-Liquid-Solid (VLS)法を用いて単結晶酸化物ナノワイヤが形作られる本質を原子・分子レベルの観点から明らかにし、従来は不可能であった機能性金属酸化物材料のナノワイヤ構造化に世界に先駆けて成功してきた。また、2in-situナノワイヤヘテロ界面形成法を新たに開発し、超高品質な新奇ヘテロ界面を創出してきた。更に、31本のナノワイヤの電気輸送特性を検証するデバイスをシリコン基板上に構築する技術を確立し、その代表的な成果として電界誘起抵抗変化現象(メモリスタ)の本質的なメカニズムを抽出することに成功した。これら一連の研究を進めるうちに、ナノワイヤ表面・界面における電子構造を設計する困難さこそが、巨大な比表面積を有する単結晶ナノワイヤの機能発現を妨げる最も本質的な問題であると考えるに至った。このような背景のもと、本研究では、上記単結晶酸化物ナノワイヤの最も原理的な問題を、独自のヘテロ界面制御法を駆使して世界に先駆けて打破し、その新学理の構築と共に新しい電子伝導機能を実証することで、単結晶酸化物ナノワイヤの新潮流を創出する。金属酸化物から構成される単結晶ナノワイヤは、水や大気と本質的に馴染みが良く、粒界を介することなく外部と電気的に接続可能な空間構造や多彩な酸化還元物性等の極めて魅力的な特徴を有するため、界面電子移動を伴った様々な応用展開が期待されている。しかし、ナノワイヤ表面・界面を制御する方法論が確立されていないため、外部へ抽出可能な電子物性機能は著しく限定されている。

本研究は、単結晶酸化物ナノワイヤの表面・界面における電子構造を独自のヘテロ界面制御法で設計することにより上記本質的な問題を克服し、単結晶ナノワイヤに潜む卓越した電子伝導と新しい機能(熱電変換・分子認識)を創出した。従来は大気暴露により困難であった清浄なナノワイヤヘテロ界面を“in-situナノワイヤヘテロ界面形成法"を駆使して形成し、単結晶酸化物ナノワイヤの表面・界面を制御した。酸化物ナノワイヤの表面・界面を制御するために、格子定数、バンドギャップ、結晶性を変化させた様々な酸化物シェル層を、ナノワイヤ形成後に大気暴露を介すことなくVLSナノワイヤ結晶成長モードからVS薄膜結晶成長に雰囲気を変調させることでin-situでナノワイヤ表面上に形成した。シェル層にはバンドギャップが大きく、組成ずれによって絶縁性が崩されにくい酸化物材料群を選択した。コアのナノワイヤ材料としては比較的移動度が大きなSnO2, In2O3, ZnOをモデル系として用いた。上述した物性パラメータを変化させたシェル層をナノワイヤ上に形成させ、コンビナトリアル的に輸送特性とシェル層との相関を検討した。輸送特性評価は、研究実績のある1横型ナノワイヤFET構造(移動度、電気抵抗率)、2マイクロ波共鳴法と時間分解PL測定を組み合わせた手法(非接触で輸送特性評価が可能:光励起キャリア寿命、移動度)を用いて行った。このように、従来技術では困難であった清浄なナノワイヤヘテロ界面を形成する独自の手法を駆使してナノワイヤ界面を設計することに成功した。金属酸化物界面設計により金属酸化物ナノワイヤ分子センサデバイスの高機能化を実証し、また金属酸化物ナノワイヤ表面処理による分子認識能の解明を行った。金属酸化物ナノワイヤ分子センサへの接触電極として高不純物濃度の金属酸化物層を用いたヘテロ界面ナノワイヤ分子センサデバイスを作製し、従来の金属電極と比べて長期動作特性が劇的に改善することを示した。また、タングステン酸化物ナノワイヤネットワーク構造を用いた分子センサデバイスによって、フレキシブル基板上における機械的安定性を確保しつつ、室温での分子検出を実現した。気相分子の金属酸化物ナノワイヤ表面に対する吸着状態として存在するフィジソープション(物理吸着)とケミソープション(化学吸着)の解析を赤外分光測定(FT-IR)によって試みた。その結果、電気特性から予想されたケミソープションによるナノワイヤ電子状態(センサデバイス電流)の巨大な変調が吸着分子の配向・吸着状態の変化と対応していることが明らかになった。これは、ナノワイヤ表面での化学反応がナノワイヤ素子の電流応答を通した分子認識能に重要な影響を与えていることを示す直接的な知見である。また、金属酸化物ナノワイヤの熱処理や表面へのヘテロ構造界面導入によって、ナノワイヤ表面での分子吸着状態が大きく変化することを見出した。この分子吸着状態の差は分子認識能の差に直結し、異種材料・界面ナノワイヤ素子による混合分子群からの分子識別につながる成果である。1次元単結晶ナノワイヤの研究は、マヨラナ準粒子に代表される基礎学術的なものから、優れた電子輸送特性と巨大表面積を活用したデバイス応用研究に至るまで多岐に渡る。しかし、機能の宝庫である金属酸化物ナノワイヤでは、ナノワイヤ界面(表面、ナノワイヤ-電極界面)の設計指針が欠如しており、機能発現及びデバイス応用展開における本質的な問題となっていた。