hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
太古代から原生代にかけての堆積岩に記録された酸素発生型光合成微生物の活動変遷史

2)電界放出型走査型電子顕微鏡(FE-SEM)、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いた微小領域観察へのアプローチ:東北大学100万ボルト電顕室所蔵のFE-SEM、および地学専攻所蔵のTEMの使用法を学び、岩石薄片微小領域の高倍率観察を行った。FE-SEM観察においては組成分析も同時に行い、堆積岩中有機物に含まれる金属元素の種類や形態観察へ検討を行った。その結果、有機物の脈の中に極微細な黄鉄鉱や、モリブデンなど特定の微生物の活動を示唆しうる金属元素なども発見されることがわかった。微小領域観察によって太古代の微生物活動をさらに詳細に規定できる可能性を見出すことができた。TEMについては原理、操作法について実際に試料を用いて習得中であり、FE-SEMと合わせて、今後の研究に役立てていく方針である。3)投稿論文の作成:19億年前カナダ・ガンフリント層での調査・分析結果をまとめ、国際誌に投稿するための論文作成を進めている。論文のメインテーマを、この地域を対象とした分析としては新しいデータである有機物の窒素安定同位体比を中心として構成し、初期原生代の海洋環境や微生物活動について新しい評価法を提案するものである。現在、研究室の内外の研究者と意見交換をおこない、国際誌"Geochimica et CosmochimicaActa"に投稿準備中である。初期原生代(19億年前)のガンフリント層およびローブ層における地質調査を行い、採取試料の岩石学、鉱物学、地球化学的分析を行った。特に有機物の窒素安定同位体比の測定においては段階燃焼法の導入によってコンタミネーションの可能性を除去した信頼できる値を提示し、かつ有機物中に、含有される窒素の同位体比の異なる炭素構造をもつ有機物の不均質が存在することを示すことができた。その結果、初期原生代の海洋環境と微生物活動について、一般に信じられている"浅部が酸化的で深部が強還元的(硫化水素に富む=euxinic)な海洋"における"化学合成細菌(例えば鉄酸化菌)主体"の環境モデルではなく、"浅部が酸化的で深部が非酸化的だがeuxinicではない海洋"における、"シアノバクテリアが生態系の第一次生産者である"モデルを提唱した。この成果はGeochimica et Cosmochimica Actaに投稿準備中である。段階燃焼法を用いた有機物窒素同位体比の測定法の確立、および初期原生代有機物窒素同位体比の不均質性の発見は革新的な成果であり、その成果は別途Geochemical journal投稿され、受理された(Ishida et al.,2012,in press)。目標の1つであった電子顕微鏡による微小領域観察については有機物の透過型電子顕微鏡(TEM)観察の初等技術を習得し、初期原生代の有機物中に結晶度の異なるグラファイトが存在する可能性を見出すことができた。さらに、より古い時代の岩石については、30億年前、27億年前、22億年前の堆積層が産出するカナダ・スペリオル湖周辺地域、25億年前、23億年前の堆積層が産出する南アフリカ・タイムボールヒル地域、クルマン地域での地質調査および岩石試料の採取を完了している。これらの地域について岩相記載や薄片観察など基礎的な分析を進めた。"9.研究実績の概要"に記載した通り、初期原生代の微生物活動・海洋環境理解と新しい分析手法の開発、習熟については当初の計画どおり遂行することができた。
糸球体スリット膜を構成するカドヘリン様分子の構造と機能の解析

1.FAT : FATは、cadherin superfamilyに属し、細胞膜を一回貫通する膜蛋白である。我々は、FATがスリット膜(SD)の構成分子の一つであることを明らかにしてきた。FATの機能を調べるため、puromycin aminonucleoside(PAN)腎症におけるFATの挙動を検討した。Western blot、ribonuclease protection assayの結果は、蛋白尿の出現時にFATの蛋白およびmRNAが糸球体において減少することなく、むしろ有意に増大することが明らかとなった。蛍光抗体法では、正常腎より強い蛍光が糸球体係蹄壁に沿って観察され、免疫電顕では、新たに形成されたタコ足細胞間接着装置にも存在していた。このことは、タコ足細胞間接着装置は、SDとtight junctionを含む細胞間接着装置(TJ)の二つに形態学的に分けられるが、FATはこの両方の構成成分であることを示している。すなわち、FATは、ZO-1のようにタコ足細胞間接着装置の基本的な構成成分であると結論付けられた。2.プロトカドヘリン(PCD)68:PCD68は、FATと同様cadherin superfamilyに属する細胞膜一回貫通型の膜蛋白である。塩基配列を検討した結果、すでに遺伝子登録されている塩基配列の細胞内ドメインに誤りがあり、フレームシフトを起こしていることが示された。この配列は、ヒトとラットで共通しており、Northern blotでもバンドが一本であることから確かめられた。PCD68は、糸球体に特異的に多く発現しており、抗Thy1抗体投与によっても、PAN腎症でも発現が減少することがなかったため、メサンギウム細胞での発現の可能性は低く、タコ足細胞の細胞間接着装置の構成成分であってもFATと同様にTJにも存在することが考えられた。C末端オリゴペプチドに対する抗体を作製したが、PCD68以外のものとも反応することが分かった。3.今後の計画として、PCD68の特異抗体を作製し、その局在を明らかにし、FATを含む他の分子との関係を検討していきたい。(1)FAT:FATは、cadherin superfamilyに属し、細胞膜を一回貫通する膜蛋白である。我々は、FATがスリット膜の構成分子の一つであることを明らかにしてきた。病的状態でのFATの挙動を調べるため、ラットにpuromycin aminonucleoside(PAN)を静注して、腎症を惹起した。腎症では、スリット膜が減少し、スリット膜のもう一つの構成成分であるnephrinも減少する。FATの発現をribonuclease protection assay(RPA)で検討すると、正常に比べPAN腎症では有意に上昇していた。蛋白レベルでの増加もWesternblotting及び組織切片での染色性の増加によって確認された。Immunogoldを用いた免疫電子顕微鏡で観察すると、FATはスリット膜を介さない細胞間接着装置により集中して存在していた。正常においてもimmunogoldはスリット膜よりは、スリット膜を介さない細胞間接着のところに、より多く存在していることが明かとなった。すなわち、podocyteの分化した形質であるスリット膜の成分というよりは、ZO-1のように、より基本的なpodocyteの細胞接着に関わっていることが示された。(2)classicalcadherin:スリット膜が、modified adherens junctions(classical cadherin-catenin複合体)であるという説が最近出されている(Reiser et al.,2000)。我々のデータでは、R-cadherinが、糸球体形成時期に発現するが、分化とともに消失してしまう。

また、FATの細胞内ドメインは、catenin結合部位のアミノ酸配列と類似した部分を含んでいる。このため、成熟後の糸球体(病的状熊、培養を含め)が、adherens junctionの構成成分、すなわちclassical cadherin、cateninsを含むのかを各種抗体を用いて、蛍光抗体法、免疫電顕にて検討した。その結果、各成分は、尿細管、ボウマン嚢上皮、メサンギウム細胞に有意に認められたが、podocyteにはいかなる条件下でも観察されなかった。このことから、podocyteは一端分化成熟した後は、classical cadherin、cateninsを発現しない可能性が高いことが考えられた。(3)protocadherin 68:RPAで糸球体に特異的に発現していることが確かめられ、3'方向にsequenceをすすめている。full lengthのsequenceを決定すると同時にアミノ酸配列を予測し、抗体を作成、その局在を明らかにしてゆきたい。1.FAT : FATは、cadherin superfamilyに属し、細胞膜を一回貫通する膜蛋白である。我々は、FATがスリット膜(SD)の構成分子の一つであることを明らかにしてきた。FATの機能を調べるため、puromycin aminonucleoside(PAN)腎症におけるFATの挙動を検討した。Westen blot、ribonuclease protection assayの結果は、蛋白尿の出現時にFATの蛋白およびmRNAが糸球体において減少することなく、むしろ有意に増大することが明らかとなった。蛍光抗体法では、正常腎より強い蛍光が糸球体係蹄壁に沿って観察され、免疫電顕では、新たに形成されたタコ足細胞間接着装置にも存在していた。このことは、タコ足細胞間接着装置は、SDとtight junctionを含む細胞間接着装置(TJ)の二つに形態学的に分けられるが、FATはこの両方の構成成分であることを示している。すなわち、FATは、ZO-1のようにタコ足細胞間接着装置の基本的な構成成分であると結論付けられた。2.プロトカドヘリン(PCD)68 : PCD68は、FATと同様cadherin superfamilyに属する細胞膜一回貫通型の膜蛋白である。塩基配列を検討した結果、すでに遺伝子登録されている塩基配列の細胞内ドメインに誤りがあり、フレームシフトを起こしていることが示された。この配列は、ヒトとラットで共通しており、Northen blotでもバンドが一本であることから確かめられた。PCD68は、糸球体に特異的に多く発現しており、抗Thy1抗体投与によっても、PAN腎症でも発現が減少することがなかったため、メサンギウム細胞での発現の可能性は低く、タコ足細胞の細胞間接着装置の構成成分であってもFATと同様にTJにも存在することが考えられた。
産業集積の形成及び発展のメカニズムと政府の役割に関する理論・実証研究

本研究では、日本、及びASEAN諸国といった途上国の産業集積にわけて、産業集積の形成メカニズムと政府の役割に関する理論・実証研究を行った。(1)日本についての研究(a)日本地域経済の実証的分析の結果、自動車産業は全産業分類の中でもとりわけ集積力が高いことが明らかとなった。90年代以降、日本では多くの産業において、産業集積度が低下した。その代表例が電子電機産業である。しかし、自動車産業の産業集積度は全産業の中で一番高いのみならず、それが維持され続けているのである。ただし、なぜ、自動車産業が他の機械産業以上に産業集積度が高いのか、またそれを発展・維持できるのか、今後の調査の課題である。(b)自動車産業と異なり、バイオ産業の集積は日本では最近の現象である。サイエンス型産業はValue Chainにおける研究開発の重要性が非常に高いため、大学や公的研究施設のような科学的シーズのソースが存在することがその地域の産業集積の形成・発展に大きな役割を果たすことが明らかとなった。また、それとともに、インキュベーション施設の存在、及び、ベンチャービジネス立ち上げ初期に要するファンドの存在も欠かせないことが明らかとなった。(2)ASEANについての研究中国、インドの台頭がASEAN諸国の産業集積(特に製造業)に与える影響は一概にはいえない。シンガポール、マレーシアやタイについては問題が少ないと考えられるが、インドネシアやフィリピンは上記諸国と産業構造が類似しているだけに大きな悪影響が出る可能性があることがわかった。また、すでに一人当たり所得では先進国のレベルに達しつつあるシンガポールは、これまで外資主導で産業集積を成功させてきたが、バイオ産業といったようなハイテク産業においては、地場系企業や現地の人材の厚みを増すことがその形成・発展に不可欠であることも明らかとなった。本年は、主に以下3つのことを行った。第1は、産業集積形成と発展のメカニズムに関する文献レビューである。第2に、グローバルな視点に立脚し、現在、日本経済の中で活況に沸く愛知県の産業集積について分析を行った。地域経済にとってグローバル化のメリットとリスクは何であるのかを、愛知県の自動車産業を中心にまとめた。第3番目は、アジアの中で、ハイテク型多国籍企業を誘致し、産業集積形成に最も成功してきた国、シンガポールとマレーシアを取り上げ、成功の要因を分析した。その結果は以下のとおりである。第1に、近年、確かに、空間経済学が発展し、産業集積の形成と発展のメカニズムが理論的により解明されるようになったが、「イノベーションと産業集積の関係」について、まだ多くのことが解明されていない。今後、この点でさらに一層の研究が必要であることが明らかとなった。第2に、日本経済の中で、愛知県は単に経済が好調のみならず、2つの点で特異な側面を有することが明らかとなった。1つは東京都と同様、すでに一人あたり県民所得が高いにもかかわらず、依然、高い成長率を堅持していることである。今1つは、東京都と異なり、それが、高付加価値サービス産業への移行によって生じているのではないことである。これまで、先進国が国際競争力を維持していくためには、アメリカのように高付加価値サービス産業への移行が不可欠と考えられてきたが、愛知県の例はそれを覆す事例として、非常に興味深い。第3に、マレーシア、シンガポールは経済のグローバル化現象を大いに活用し、主に、エレクトロニクス産業で多国籍企業の誘致と産業集積の形成及び発展に寄与してきた。しかし、多国籍企業は依然、研究開発機能の多くを本国に置く傾向があり、これら両国が今後、真にイノベーション能力を構築するためには、競争力の高い地場企業の形成が必要不可欠であることがわかった。研究2年度目は、おもに以下の2つに絞って、研究を行った。

(1)日本における産業集積の研究では、バイオ産業を取り上げ、製造業主体の伝統的産業集積の形成メカニズム、その効果、及び、その過程における政策の役割と比較しながら、バイオを代表とするサイエンス型産業集積について研究を行った。その結果、サイエンス型産業はValue Chainにおける研究開発の重要性が非常に高いため、大学や公的研究施設のような科学的シーズのソースがある地域に存在することが産業集積に大きな役割を果たすことが明らかとなった。また、それとともに、インキュベーション施設の存在、及び、ベンチャービジネス立ち上げ初期に要するファンドの存在も欠かせないことが明らかとなった。ただし、企業立地と科学シーズのソースとなる大学所在地がすべてのケースで一致しているわけではなく、知的ネットワークの形成と地理的緊密性が必ずしも同一ではないことも明らかとなった。(2)途上国の産業集積関連の研究では、中国とインドの台頭が外資主導で形成されてきたASEAN諸国(シンガポール、タイ、インドネシア、マレーシア、フィリピン)の産業集積にどのような影響が出うるのかについて、調査研究を行った。その結果、すでに産業の高度化・深化が進展しているシンガポール、マレーシア、タイについては、例えば中国とある程度、産業内分業が進展しており問題は少ないことがわかった。一方、中国やインドと産業構造が類似しているインドネシアやフィリピンにとっては、特に中国の台頭はこれら諸国の工業化、産業集積過程に大きな影響(悪影響)をもたらす可能性が存在することが明らかとなった。
蛋白質間相互作用研究におけるGFP-FRET法の汎用化

本研究では、two hybrid法の代替となる簡便な蛋白質間相互作用解析法の開発と応用を目指した。GFP-FRET法では、波長特性が異なる2種類のGFP改変体それぞれを、試験蛋白質と融合・発現させ、その相互作用をFRET蛍光として評価する。two hybrid法と異なりGFP-FRET法は、原理的にはどのオルガネラでも行える。そこで、小胞体内腔での蛋白質間相互作用を、GFP-FRET法を用いて調べることとした。また、GFP-FRET法の欠点に、2種のGFP改変体が適切な角度と距離で近接しなければ強いFRET蛍光が得られず、試験蛋白質同士が結合してもFRET蛍光を観察できないことがある。本研究では、その欠点の克服も試みた。そこで本研究では第一に、GFP改変体/試験蛋白質間のリンカー配列同士が弱いアフィニティーを持ち、その結果、試験蛋白質同士の結合依存的に、常にGFP改変体同士が適切に配置されるというシステムの開発を行った。そのためまず、分子内GFP-FRETにおいてリンカー候補を2個タンデムに繋げ、強いFRET蛍光が得られるリンカーを選別した。その結果、ロイシンジッパーで2量体を形成すると予測されるある種のポリペプチドが、リンカーとして適切であることが分かった。第二に、GFP-FRET法を用いて小胞体内の蛋白質間相互作用を網羅的に調べる前段階として、新規小胞体蛋白質の同定を行った。方法としては、小胞体残留シグナル(C末端にKDEL)を持つ蛋白質をコードするcDNAを、データーベースから検索した。結果として、3種類の新規小胞体蛋白質を同定できた。今後の課題としてはまず、今回の研究で得たリンカーが、分子間のGFP-FRETにも幅広く使えるかどうか、検討する必要がある。また、そこで汎用化されたGFP-FRET法を用いて、小胞体内での蛋白質ネットワークを明らかにしたい。
あらゆる反射特性に対応した環境照明下の動的シーンのリアルタイムレンダリング

本研究では,環境照明下における動的なシーンをリアルタイムにレンダリングする手法を提案する.環境照明により照らされる物体表面の輝度を計算するには,照明,可視関数,BRDFの積を積分計算する必要があるが,この計算は非常に高負荷な処理となる.本研究では,照明とBRDFを球面ガウシアンで表現し,可視関数をSSDF(Spherical Signed Distance Function)で表現する.SSDFの計算は負荷の高い処理であるため,事前計算を必要としており,動的なシーンへの適用ができなかった.本研究では,物体を球の集合で近似することにより,高速にSSDFを計算する手法を提案する.現実世界の複雑な照明を画像(環境マップ)として用いる環境照明は,高精細な画像を生成することができるレンダリング手法の一つである.しかしながら,あらゆる方向から入射する光を考慮するため計算コストが高く,リアルタイムにレンダリングすることが難しい.そのため,従来手法ではリアルタイムレンダリングを実現するために,静的なシーンや扱える反射特性などに制限があった.本研究では,任意の反射特性に対応した環境照明下における動的シーンの高速レンダリング法を提案する.平成25年度では,複雑な反射特性を持つ材質として布を対象として研究を行った.布の反射特性モデルとしてマイクロシリンダモデルが提案されている.本研究では,このマイクロシリンダモデルを用いて,環境照明下の布のインタラクティブレンダリング手法を提案した.環境照明を球面ガウス関数の線形和で近似た.マイクロシリンダモデルにおける糸の散乱関数はガウス関数で表現されており,ガウス関数を円形ガウス関数で近似する.環境照明を近似する球面ガウス関数は円形ガウス関数の積で計算されるため,布の輝度計算は円形ガウス関数の積分計算で統一的に処理することが可能となる.円形ガウス関数と布や別の物体による遮蔽を考慮した可視関数との積の積分を効率的に処理する手法の提案を行った.輝度計算処理をGPUを用いて高速化することによりインタラクティブな布のレンダリング手法を実現した.さらに,布の反射特性をレンダリング時に変更できるようにした.本研究では,環境照明下における動的なシーンをリアルタイムにレンダリングする手法を提案する.環境照明により照らされる物体表面の輝度を計算するには,照明,可視関数,BRDFの積を積分計算する必要があるが,この計算は非常に高負荷な処理となる.本研究では,照明とBRDFを球面ガウシアンで表現し,可視関数をSSDF(Spherical Signed Distance Function)で表現する.SSDFの計算は負荷の高い処理であるため,事前計算を必要としており,動的なシーンへの適用ができなかった.本研究では,物体を球の集合で近似することにより,高速にSSDFを計算する手法を提案する.現実世界の周囲の環境を光源として使用する環境照明を用いたレンダリングは,高精細な画像を生成することができるが,あらゆる方向から入射する光を考慮するため計算コストが高く,リアルタイムにレンダリングすることが難しい.そのため,従来手法ではリアルタイムレンダリングを実現するために,静的なシーンや扱える反射特性などに制限があった.本研究では,任意の反射特性に対応した環境照明下における動的シーンの高速レンダリング法を提案する.平成24年度では,Blinn-Phong BRDFやCook Torrance BRDFによって表現される光沢反射を考慮した環境照明下における動的シーンの高速レンダリング法の研究を行った.特に,光沢度が非常に高い材質を考慮したレンダリング手法の開発を行った.環境照明下の物体表面の輝度は,環境照明・可視関数・BRDFの積を方向について積分することによって求められる.提案法では,環境照明およびBRDFを球面ガウス関数の線形和で表現する.球面ガウス関数と可視関数の積の積分は,球面ガウス関数のsummed area table(SAT)化により高速に計算できる手法を開発した.さらにSATを方向に関する関数近似を行うことにより,必要となるメモリ量が非常に少なくてすむ手法を開発した.これらの研究成果をまとめ,CG分野において権威のある国際会議Eurographics 2012に投稿し採択された.本年度は,現実世界の複雑な照明下における布のレンダリング手法,および動的シーンを高速にレンダリングするための基盤技術であるレイトレーシング法の研究を行った.高精細な布の質感を表現するためには,布の反射特性および現実世界の複雑な照明を考慮する必要がある.本研究では,布の反射特性として近年注目されているマイクロシリンダーモデルを採用した.マイクロシリンダーモデルは,布を構成する糸を微小な円筒(マイクロシリンダー)として表現する.布の反射特性は,織り込んだ糸をサンプリングし,各サンプリング点での接線と法線を基底とする局所座標系において計算する.布の反射特性は,局所座標系における角度を用いてガウス関数として表現される.本研究では,入射する照明を球面上のガウス関数である球面ガウス関数の線形和で近似する.球面ガウス関数と反射特性を表現するガウス関数の積の積分を効率的に計算する手法を提案した.この研究では,布を固定として計算しており,動的な布に適用することは難しい.そこで,反射特性および入射照明の積に比例した確率密度関数を求める手法を提案し,重要度サンプリングすることで動的な布のレンダリングへ適用させる方法を提案した.反射特性及び入射照明はガウス関数としてよく近似することができる.重要度サンプリングするための確率密度関数の計算において,不定積分の逆関数を求める必要がある.ガウス関数は,不定積分の逆関数を解析的に求めることが難しいため,ガウス関数と似た分布であるコーシー分布で近似する手法を提案した.コーシー分布は不定積分の逆関数が解析的に求めることができる.本研究により,同時間レンダリングにおいて一様サンプリングと比べて少ないノイズの画像を生成することが可能となった.

グラフィクス布の反射特性は,糸の表面での反射および糸内部に光が透過し,内部で散乱して再び糸外部へ透過する光である体積散乱を考慮する必要があるため,複雑な反射特性であることが知らている.本研究では,これらを解決した手法を提案し,成果を論文にまとめ,Eurographics2014に投稿し採択された.従来法ではあらゆる方向に一定に反射する拡散反射か,非常に鈍い光沢反射しかあつかうことができないという欠点があったが,提案法により,非常に鋭い光沢反射を考慮した環境照明下における動的シーンのインタラクティブレンダリングが可能になった.本研究の新規性・有効性は難関国際会議であるEurographics 2012に採択されたことからも伺える.そのため,本研究はおおむね順調に申請していると思われる.現時点での提案法の課題として,布が固定という制限がある.平成26年度は,変形する動的な布の高速レンダリング手法の提案を遂行したい.変形する布の場合,可視関数が毎フレーム変化するため,前計算しておくことができない.効率的な可視関数計算手法の提案・開発を行う予定である.平成25年度は,布のような薄い素材についてのレンダリング手法の開発を試みる.これにより,提案法の扱える形状についての制限がなくなり,より汎用的なレンダリング手法になると思われる.基本的に平成24年度に開発した手法を拡張し,薄い素材による影を考慮する.物体表面を構成する三角形について,球面ガウス関数の軸を鉛直方向とする半球上でラスタライズする.このラスタライズを階層構造を用いて高速に計算する手法の開発を行う.研究成果をまとめて投稿し採択されたEurographics2014が平成26年度初頭(4/7から4/11)に開催のため,旅費として必要だったため.Eurographics2014の旅費として使用する当初の予定に沿って研究費を使用させて頂く.
太陽電池用レアメタルフリー単結晶基板の作製技術の開発と禁制帯幅制御

低毒素・低コスト太陽電池として注目されているCu2ZnSn(S, Se)4のバルク単結晶を最適な温度特性及び錫溶媒量により作製した。S/Se比を増加することにより禁制帯幅が増加し、フェルミレベル付近のキャリアの状態密度も増加した。バンドテイル内における欠陥はCZTSeサンプルの方が少なく、これはCZTSe太陽電池が現状CZTS太陽電池よりも高い変換効率を示す一つの要因であることを明らかにした。低欠陥CZTS単結晶を作製するために、移動ヒーター(THM)法を用いて、融点以下の低温で溶媒を利用した固相反応により、高品質なCZTS単結晶を作製を行った。THM法を用いる理由として、融点以上でカルコパイライト相と異相が混在するため、融点からの成長に適しておらず、融点以下で溶媒から析出成長させる方法が適しているからである。用いている電気炉は、縦型の3ゾーンの電気炉であり、複雑な温度勾配を備えていることが特徴である。複雑な温度勾配を利用して、溶媒が拡散しやすくしている。溶媒の種類や量も重要なパラメーターである。本研究では、スズを用いた。THM法を用いて、CZTS単結晶の作製も成功した。現在、直径10 mm長さ30 mmは世界最大であるが、欠陥密度が大きい。溶媒の種類や量および成長速度を制御することにより、低欠陥密度(10,000 /cm3以下)の単結晶が得られた。さらに、ロッキングカーブ測定において、(112)面に劈開したCZTS単結晶で、半値幅100 arcsecが得られた。単結晶のEPMA組成分析は、結晶成長方向に沿って行った。先端から5 mm間隔でウエハー状にカットし、測定を行った。インゴット全体にわたり組成は均一であったがわずかにCu-poor、Zn-rich組成である。Cu空孔あるいはZnサイトのCuがp型伝導で寄与していると明らかにした。現在、太陽電池開発において特に重要である低コスト・低毒素・高効率を達成し得る可能性を持つ新規材料である化合物半導体Cu2ZnSnS4 (CZTS)、Cu2ZnSnSe4 (CZTSe)、Cu2ZnSn(S, Se)4 (CZTSSe)は、レアメタルを使用しておらず、現在高い変換効率を達成しているCu(In, Ga)Se2 (CIGS)の代替材料として期待されている。これまでに基礎研究であるCZTS、CZTSe単結晶技術を確立し、単結晶を用いて電気伝導メカニズムおよび光生成キャリアの緩和、局在ダイナミクスを中心とした報告を行ってきたCZTSおよびCZTSe結晶は、融点以上でケステライト相と異相が混在するため、混晶のCZTSSeも融点以上でケステライト相と異相が存在すると予想される。そのため、融点からの成長に適しておらず、融点以下で溶媒から析出成長させるTHM(移動ヒーター)法を利用した。縦型の3ゾーンの電気炉であり、急激な温度勾配を備えていることが特徴である。急激な温度勾配を利用して、溶媒が拡散しやすくしている。これまでに、CZTS、CZTSe多結晶を用いて、直径10 mmのCZTS、CZTSe単結晶の作製に成功した。本年度、高品質なCZTTSe多結晶作製し、それを用いて、Sn溶媒量の最適化、組成ごとの電気炉の最適温度プロファイルを突き止めた。このことにより、高品質で直径10 mmのCZTSSe単結晶の作製に成功した。この溶液成長技術を用いて、大型CZTSSe単結晶成長技術を世界で初めて確立した。Cu2ZnSn(SSe)4(CZTTSe)多結晶作製し、組成(S/Se)ごとのSn溶媒量の最適化、組成ごとの電気炉の最適温度プロファイルを突き止めた。このことにより、高品質で直径10mmのCZTSSe単結晶の作製に成功した。現在、太陽電池開発において特に重要である低コスト・低毒素・高効率を達成し得る可能性を持つ新規材料である化合物半導体Cu2ZnSnS4(CZTS)、Cu2ZnSnSe4(CZTSe)、Cu2ZnSn(S, Se)4(CZTSSe)は、レアメタルを使用しておらず、現在高い変換効率を達成しているCuInGaSe2(CIGS)の代替材料として期待されている。これまでに基礎研究としてCZTS、CZTSe単結晶技術を確立し、単結晶を用いて電気伝導メカニズムおよび光生成キャリアの緩和、局在ダイナミックスを中心とした報告を行ってきた。CZTSおよびCZTSe結晶は、融点以上でケステライト相と異相が存在するため、混晶のCZTSSe結晶も融点以上でケステライト相と異相が存在すると予想される。そのため、融点からの成長に適しておらず、融点以下で溶媒から析出成長させるTHM(移動ヒーター法)を利用した。縦型の3ゾーンの電気炉で、急峻な温度勾配を備えていることが特徴である。昨年度までに、高品質なCZTSSe多結晶を作製し、それを用いて、Sn溶媒量の最適化、S/Seの組成比ごとの電気炉の最適温度プロファイルを突き止めた。このことにより、直径10mmのCZTSSe単結晶の作製に成功した。本年度は、その単結晶を用いて、Cu空孔密度を制御することによりp型伝導、SおよびSe空孔密度を制御することによりn型伝導することを突き止めた。CZTSSe結晶において組成比を変化させることにより、電気伝導を制御できることを明らかにした。低毒素・低コスト

太陽電池として注目されているCu2ZnSn(S, Se)4のバルク単結晶を最適な温度特性及び錫溶媒量により作製した。S/Se比を増加することにより禁制帯幅が増加し、フェルミレベル付近のキャリアの状態密度も増加した。バンドテイル内における欠陥はCZTSeサンプルの方が少なく、これはCZTSe太陽電池が現状CZTS太陽電池よりも高い変換効率を示す一つの要因であることを明らかにした。CZTS-Sn擬二元系状態図を作製し、70 mol%のSn溶液、成長温度900°CにおいてTHM法を用いて良質なCZTS単結晶成長に成功した。融液流動解析で得られた結果により、電気炉の温度勾配をコントロールし、その温度勾配を利用して、欠陥密度の低いCZTS単結晶を作製することができた。Cu2ZnSn(SSe)4(CZTTSe)単結晶の伝導型はp型をした。これは太陽電池の吸収層として用いる場合において有効であるが、ホモ接合を目指す場合、n型、すなわちpn制御技術の確立が必要になる。そのため、組成の制御、ドーピングを検討する。同時に、バンドギャップを光吸収測定から求め、太陽電池の吸収層として適する組成比も突き止める。28年度が最終年度であるため、記入しない。半導体工学次年度は、CZTSとCZTSeの混晶(CZTSSe)を作製するために、電気炉を増設し、混晶比を変えての作製をスムーズに行えるように行う。その際、水平方向の温度差を検討しながら行う。随時、融液流動解析で柿本浩一教授(九大)や新たに実験装置・条件で野瀬嘉太郎准教授(京大)に協力していただきながら研究を進める。3月に支払う予定の人件費に差額が生じたため28年度が最終年度であるため、記入しない。実験の消耗品(薬品)に使用する。
生物的進化戦略を利用した化学反応場の最適混合パターンの創出

本研究では、反応装置内のマクロ的な現象はマクロおよび、ミクロな混合を制御することで制御可能であるという観点に立ち、生物的進化戦略である自然淘汰の原理に基づいた遺伝的アルゴリズムを組み込むことにより、最適混合場を設計することを目的とし、ミクロ混合の素反応過程間の相互作用に及ぼす影響とマクロ混合の局所反応の空間相互作用に及ぼす影響を完全混合槽型反応器および、テイラー渦流反応器を用い、非線形化学反応(BZ反応と過酸化水素水とヨウ素を用いた2次反応)により調べた。この非線形化学反応に及ぼす流動・混合効果を明らかにするために、複雑な流動遷移の分岐特性を有するテイラー渦流反応器の不安定性と物質移動・混合に対する履歴現象の影響について観察した。また、反応の非線形性の生産物特性に及ぼす効果も調べる必要が生じ、これについて、酢酸ビニルの連続乳化重合に生じる重合率の自励振動現象と得られるラテックス粒子の粒径分布の変化を観察した。次に、最適混合場の創出のために、情報エントロピーを用いた新しい混合評価法を提案した。さらに、この混合評価法を用いて遺伝的アルゴリズムを用いて混合場の最適化を試みた。また、実際的な反応装置への応用に向けて、撹拌槽内の不均一混合の観察とその評価も行った。本研究により得られた結果は以下の通りである。1.非線形反応系に生じる自励振動現象は、反応活性化因子と反応抑制因子の相互作用により生じ、これを利用することでラテックス粒子の粒子径分布などの生産物特性を制御することが可能であることがわかった。2.反応器内のマクロおよび、ミクロな混合特性は自励振動現象などの化学反応の非線形現象に大きく影響を及ぼすことがわかった。さらに、マクロおよび、ミクロな混合の空間的な不均一さが反応を安定化する場合と不安定化する場合の両方に働くこと、非線形性に応じて反応速度に及ぼす効果が異なることを見出した。3.今回提案した情報エントロピーを用いた混合評価法により混合場の不均一さを定量化することができた。4.この評価法をもとに遺伝的アルゴリズムを組み込むことにより、混合場の最適化を図ることができた。5.実際的な反応装置の例である撹拌槽型の反応器においても、低レイノルズ数で混合を行うとき、撹拌翼上下にトーラス状の孤立混合領域が存在しており、このような不均一混合場においても、今回提案の評価法と最適化の有効性を見出した。本研究では、反応装置内のマクロ的な現象はマクロおよび、ミクロな混合を制御することで制御可能であるという観点に立ち、生物的進化戦略である自然淘汰の原理に基づいた遺伝的アルゴリズムを組み込むことにより、最適混合場を設計することを目的としている。本年度はミクロ混合の素反応過程間の相互作用に及ぼす影響とマクロ混合の局所反応の空間相互作用に及ぼす影響を完全混合槽型反応器および、テイラー渦流反応器を用い、非線形化学反応(BZ反応と過酸化水素水とヨウ素を用いた2次反応)により調べた。この非線形化学反応に及ぼす流動・混合効果を明らかにするために、前段階として複雑な流動遷移の分岐特性を有するテイラー渦流反応器の不安定性と物質移動・混合に対する履歴現象の影響について観察した。また、反応の非線形自体の生産物特性に及ぼす効果も調べる必要が生じ、これについて、酢酸ビニルの連続乳化重合に生じる重合率の自励振動現象とこの時得られるラテックス粒子の粒径分布の変化を観察した。なお、当初の目的であった瞬間反応とこれより反応速度がはるかに遅い反応の2つが同時に起こる並行反応を用いた研究も結果は未整理であるが進行中である。現段階では以下のような成果を得た。1.非線形化学反応系に生じる自励振動現象は、反応を急激に進行させる活性化因子と反応を阻害する抑制因子の相互作用により生じ、これをうまく利用することでラテックス粒子の粒径分布などの生産物特性を制御することが可能である。2.自励振動現象などの化学反応の非線形現象は反応器内のマクロおよび、ミクロな混合特性に大きく影響を及ぼされることが分かった。さらに、マクロおよび、ミクロな混合の空間的な不均一さが反応を安定化する場合と不安定化する場合の両方に働くことを見出した。

1.非線形反応系に生じる自励振動現象は、反応活性化因子と反応抑制因子の相互作用により生じ、これを利用することでラテックス粒子の粒子径分布などの生産物特性を制御することが可能であることがわかった。2.反応器内のマクロおよび、ミクロな混合特性は自励振動現象などの化学反応の非線形現象に大きく影響を及ぼすことがわかった。さらに、マクロおよび、ミクロな混合の空間的な不均一さが反応を安定化する場合と不安定化する場合の両方に働くこと、非線形性に応じて反応速度に及ぼす効果が異なることを見出した。3.今回提案した情報エントロピーを用いた混合評価法により混合場の不均一さを定量化することができた。4.この評価法をもとに遺伝的アルゴリズムを組み込むことにより、混合場の最適化を図ることができた。5.実際的な反応装置の例である撹拌槽型の反応器においても、低レイノルズ数で混合を行うとき、撹拌翼上下にトーラス状の孤立混合領域が存在しており、このような不均一混合場においても、今回提案の評価法と最適化の有効性を見出した。
細胞外基質との相互作用によるアストロサイトの形態形成機構

マウスの大脳基底核原基からニューロスフェアを作製し、このニューロスフェアを分化誘導して突起を形成するアストロサイトを得た。この突起を形成するアストロサイトを用いて、細胞外器質の一つであるラミニンによってコートされた上で分散培養した際の突起形成に関わる分子機構の解明を試みた。今年度は以下の結果を得た。1水チャンネルの一つであるアクアポリン4(AQP4)を配列が異なる2種類のsiRNAを用いてノックダウンして発現を抑制すると、β1インテグリンのタンパク質発現がいずれのsiRNAによってもおよそ40%減少した。2β1インテグリンを配列が異なる2種類のsiRNAを用いてノックダウンして発現を抑制すると、細胞骨格再構築の制御に重要なfocal adhesion kinase(FAK)のTyr397残基のリン酸化がおよそ2050%減少し、突起形成が抑制された。3FAK阻害剤のFAK inhibitor 14(1 μM)によっても、FAKの活性化に重要なTyr397残基のリン酸化がおよそ30%減少し、突起形成が抑制された。4β1インテグリンの活性化への関与が報告されているRap1 GTPaseには、Rap1aとRap1bの2つのアイソフォームがある。そこで、Rap1a siRNAとRap1b siRNAを同時に用いてRap1 GTPaseをノックダウンして発現を抑制すると、突起形成が抑制された。昨年までに、AQP4をsiRNAを用いてノックダウンして発現を抑制すると、FAKのTyr397残基のリン酸化ならびに突起形成が抑制されることを報告してきたが、今年度の結果と合わせて、AQP4はβ1インテグリンを介してFAKのリン酸化・活性化を制御することによって、突起形成を促進していることが明らかになった。脳内では、アストロサイトは外界からのシグナルに応答して、多数の突起を伸長して神経細胞や微小血管とコンタクトし、神経機能を制御している。しかし、従来法による初代培養アストロサイトは突起を形成しないために、突起形成の制御機構には依然不明な点が多い。私どもは、マウスの大脳基底核原基から作製したニューロスフェアを分化誘導して分散培養することによって、突起を形成する培養アストロサイトを得た。この突起形成培養アストロサイトは、初代培養アストロサイトに比べて、アストロサイトのマーカー分子であるGFAPやAQP4が高発現していた。アストロサイトの突起形成は、ポリ-L-オルニチンやコラーゲンのコート上よりも、ラミニンコート上で有意に促進されたが、血管内皮型ラミニンであるラミニン-411、-511とアストロサイト型ラミニンであるラミニン-111、-211との間には、差を認めなかった。siRNAを用いてラミニンの受容体であるジストログリカンをノックダウンしたところ、AQP4の染色シグナルは弱くなり、アストロサイトの突起形成は減弱した。また、AQP4を細胞内で裏打ちしているα-シントロフィンをノックダウンしてもAQP4の染色シグナルは弱くなり、AQP4及びα-シントロフィンをノックダウンしてもアストロサイトの突起形成は減弱した。以上から、アストロサイトの突起形成にはラミニンが重要であり、少なくともジストログリカンは突起形成に関わるラミニンからのシグナルを受容しているものと考えられた。さらに、α-シントロフィンやAQP4も、突起形成を促進していることが明らかになった。当初計画していた1突起形成におけるラミニンの役割、2突起形成におけるジストログリカン、α-シントロフィン、AQP4の役割、3突起形成時のAQP4の局在化におけるジストログリカン、α-シントロフィンの役割については解析が終了した。昨年度は、マウスの大脳基底核原基から作製したニューロスフェアを分化誘導して細胞外器質のラミニンコート上で分散培養することによって得た、突起形成培養アストロサイトを用いて、ラミニン受容体のジストログリカン、水チャンネルのAQP4、AQP4を細胞内で裏打ちしているα-シントロフィンが突起形成を制御していることをsiRNAを用いてノックダウンすることによって明らかにした。今年度は、AQP4の阻害剤によっても、AQP4をノックダウンした場合と同様に突起形成が抑制されること、反対にAQP4を過剰発現した場合には、突起形成が促進されることを見出した。さらに、ジストログリカンあるいはα-シントロフィンをノックダウンすると、mRNAレベル、タンパク質レベルでAQP4の発現が抑制されることも見出した。AQP4をノックダウンすると細胞骨格再構築の制御に重要なfocal adhesion kinase(FAK)のリン酸化が抑制されたことから、AQP4はFAKのリン酸化を調節して突起形成を制御していることが明らかになった。また、ラミニンを含む細胞外マトリックスの分泌に関与していると推測されるRab10をノックダウンすると突起形成が抑制されたことから、アストロサイト内在性のラミニンが突起形成に関与している可能性が示唆された。このように、アストロサイトの突起形成におけるAQP4の役割とその作用機構を明らかにするとともに、内在性のラミニンが突起形成に関与している可能性を示唆する結果を得た。当初計画していた1突起形成におけるラミニン、ジストログリカン、α-シントロフィン、AQP4の役割と作用機構については解析が終了し、2突起形成におけるアストロサイト内在性のラミニンの関与を示唆する結果を得ている。

今年度は以下の結果を得た。1水チャンネルの一つであるアクアポリン4(AQP4)を配列が異なる2種類のsiRNAを用いてノックダウンして発現を抑制すると、β1インテグリンのタンパク質発現がいずれのsiRNAによってもおよそ40%減少した。2β1インテグリンを配列が異なる2種類のsiRNAを用いてノックダウンして発現を抑制すると、細胞骨格再構築の制御に重要なfocal adhesion kinase(FAK)のTyr397残基のリン酸化がおよそ2050%減少し、突起形成が抑制された。3FAK阻害剤のFAK inhibitor 14(1 μM)によっても、FAKの活性化に重要なTyr397残基のリン酸化がおよそ30%減少し、突起形成が抑制された。4β1インテグリンの活性化への関与が報告されているRap1 GTPaseには、Rap1aとRap1bの2つのアイソフォームがある。そこで、Rap1a siRNAとRap1b siRNAを同時に用いてRap1 GTPaseをノックダウンして発現を抑制すると、突起形成が抑制された。昨年までに、AQP4をsiRNAを用いてノックダウンして発現を抑制すると、FAKのTyr397残基のリン酸化ならびに突起形成が抑制されることを報告してきたが、今年度の結果と合わせて、AQP4はβ1インテグリンを介してFAKのリン酸化・活性化を制御することによって、突起形成を促進していることが明らかになった。ラミニン受容体には、ジストログリカン以外にもインテグリンβ1がある。H29年度以降は、突起形成におけインテグリンβ1の役割及びラミニンの分泌機構について解析する。siRNAを用いてインテグリンβ1をノックダウンして分散培養する。免疫染色を行い、突起の長さと分枝数を計測するとともに、AQP4の免疫染色を行い、AQP4の局在を評価する。また、アストロサイトから産生・分泌された内因性ラミニンが突起形成に関与しているか検討するとともに、アストロサイトからのラミニンの分泌機構を解明する。最終年度は、引き続きアストロサイトから産生・分泌された内因性ラミニンが突起形成に関与しているか検討するとともに、アストロサイトからのラミニンの分泌機構を解明する。さらに、突起形成におけるβ1インテグリンの役割と作用機構について解析する。ジストログリカンともう一つのラミニン受容体であるインテグリンはα鎖とβ鎖からなる二量体であり、アストロサイトには主にα1β1、α6β1、α6β4が発現している。β1インテグリンの役割について明らかにするとともに、そのシグナル伝達に関わると予想されるRap1 GTPaseやFAKの関与について検討する。英語論文の校閲費としての「謝金」及び実験用動物飼育管理費としての「その他の経費」として計上していたが、論文の投稿まで至らなかったこと、及び実験用動物飼育管理費は他の予算から計上したことから、使用額が予定よりも少なくなった。平成29年度に英語論文の投稿を予定しており、平成29年度中には使用する見込みである。
豪雨による土砂崩壊の予測に関する研究

豪雨による土砂災害の予測に関して、これまでの結果とあわせて、以下のような本研究の成果が得られた。1.斜面地下水の集中流の機構:降雨時の斜面内の地中水を観測した結果、斜面内部の飽和帯の発生後、基盤上部に集中流が発生すること、集中流の流路のパイプ状孔隙が降雨の繰り返しによって、発生、発達及び消滅すること、降雨前は地中流が鉛直下向きであったのが、斜面全体が飽和状態になったとき側方流が顕著になることが明らかにされた。また、土層を代表する透水係数は、通常の透水試験で得られる値より大きいことがわかった。2.崩壊発生時刻の予測:タンクモデル法及び危険降雨量法によって、まさ土地帯の斜面崩壊発生時刻の予測を試みた結果、土層の透水係数によってその限界値は異なるものの、これらの手法が崩壊発生時刻の予測に適用できることが判明した。さらに、浸透流解析と無限長斜面の安定計算に基づく崩壊発生予測モデルにおいては、斜面方向の透水係数を通常の飽和透水係数より10倍大きくし、かつ不飽和側方流を考慮する必要性を指摘した。3.崩壊発生位置の予測:崩壊発生位置の予測のため、六甲山系でデータベースの構築を行なった。情報としては、50m方格メッシュで、地質、傾斜、標高、集水面積、斜面の3次元形状、土地利用条件などが得られている。これらの資料より、崩壊可能度のランク付けを数値で示すとともに、崩壊の発生周期、崩壊地の回復、新規発生についても検討し、崩壊の消失や新規の崩壊の発生が比較的急激に起こっていることがわかった。4.崩壊規模と危険範囲の予測:崩壊規模や到達距離の実態について検討した結果、到達距離は斜面の高さ程度のものがほとんどで、せいぜい斜面高の2倍程度までである。また、崩壊土砂の流動に関する運動方程式を考察し、エネルギー散逸を評価した抵抗則を導き、崩土の速度分布、濃度分布および堆積形状を明らかにした。
新規骨芽細胞膜受容体の探索および機能解析

我々は軟骨細胞の分化を制御する新規遺伝子の探索を行い、骨芽細胞に発現する1回膜貫通蛋白質のObifと軟骨に高い発現を示すCfm2を同定した。Cfm2の相同遺伝子Cfm1とのCfmダブル欠損マウスを作製した。このCfm欠損マウスでは、椎間板や椎体の軟骨細胞数が著しく減少していた。さらに、Cfm蛋白質とFilamin蛋白質が相互作用することや、Filamin-Smad3複合体の形成にCfmが必要であることを見出した。Filamin Bの遺伝子変異は、様々な先天性骨疾患を引き起こすことが知られている。本研究は将来的に先天性骨系疾患の診断法や治療法の開発の一助となる可能性が期待される。本研究提案では、マウス発生過程の骨芽細胞に強い発現を示す、1回膜貫通膜蛋白質であるObifの受容体蛋白質の同定を試みている。Obifノックアウトマウスは野生型マウスと比較して有意な骨量減少を認めたことから、Obif受容体の同定は、骨粗鬆症に対する有望な新規治療薬の開発につながる重要なステップである。昨年度において申請者は、Obif受容体の1次スクリーニングとして、マウス前骨芽細胞株MC3T3ーE1細胞の分化誘導細胞より経時的にRNAを抽出し、アフィメトリクスおよびアジレント社製のマイクロアレイによる網羅的遺伝子解析を実施した。アノテーション解析によりObifと同様な発現パターンを示す膜蛋白質からObif受容体候補遺伝子の選定を行った。今後、いくつかの発生段階のマウス胚でのin situハイブリダイゼーション法によりObifと空間的・時間的に相似を示す遺伝子を選定する予定である。我々は、軟骨細胞の分化を制御する新規遺伝子の探索を行い、骨芽細胞に発現する1回膜貫通蛋白質のObifと増殖軟骨細胞層および前肥大軟骨細胞層に高い発現を示すCfm2を同定した。マウス前骨芽細胞株MC3T3ーE1細胞の分化誘導細胞より経時的にRNAを抽出し、マイクロアレイによる網羅的遺伝子解析を実施した。Obifと同様な発現パターンを示す蛋白質を選定し、新規骨芽細胞膜受容体の解析を行っている。一方Cfm2のパラログであるCfm1の発現について解析した結果、Cfm2と同様にマウス増殖軟骨細胞層および前肥大軟骨細胞層に高い発現を示すことを見出した。そこで我々は、Cfm1およびCfm2のダブルノックアウト(DKO)マウスを作製した。このDKOマウスは、出生後に側彎症および後彎症を示した。さらにCfm DKOマウスでは野生型マウスと比較して、椎間板の軟骨性細胞数および椎体の成長軟骨の軟骨細胞数が著しく減少していた。次いで、初代軟骨細胞における免疫沈降法により、Cfm蛋白質とFilamin蛋白質が相互作用することだけではなく、Filamin-Smad3複合体の形成にはCfmが必要であることを見出した。さらに我々は、Cfm DKOマウスの初代軟骨細胞では野生型と比較してアクチン線維束の形成が少なくことを見出した。以上の結果から、我々はCfm1とCfm2はFilaminと複合体を形成して軟骨性細胞におけるアクチン細胞骨格に必須の分子であることを示した。主要な骨格蛋白質であるFilamin Bの遺伝子変異は、アテロオステオジェネシスI型とIII型,ラーセン症候群及び脊椎手根骨足根骨癒合症候群などの先天性骨疾患を引き起こすことが知られている。本研究は将来的に先天性骨系疾患の診断法や治療法の開発の一助となる可能性がある。神経発生学昨年度は、マイクロアレイ解析を複数回実施し、Obif受容体候補遺伝子のアノテーション解析を行った。1年目の成果としては順調に進んでいると考えている。昨年度は、Obif受容体探索をマイクロアレイ法で実施した。本年度は、Obif-FLAG融合蛋白質を用いた免疫沈降法およびアフィニティー精製を実施し、LC-MS法によるプロテオミクス解析からObif候補蛋白質の選定を行う予定である。マイクロアレイ法およびプロテオミクス法の解析結果を総合的に勘案して、Obif候補蛋白質の最終選定を行う予定である。ついでこれらの候補蛋白質の骨芽細胞分化誘導能およびObifとの機能解析からObif受容体蛋白質を同定する予定である。