hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
神経細胞における蛋白質リン酸化反応イメージング法の開発

シナプス長期増強や長期抑圧の誘発には入力によるシナプス後部のカルシウム濃度上昇及びそれに続くカルシウム/カルモデュリン依存性蛋白質キナーゼII(CaMキナーゼ)あるいはカルシウム/アルモデュリン依存性蛋白質ホスファターゼIIb(カルシニューリン)の活性化が重要だと考えられている。しかしながら、現在のところ、生きた大脳皮質ニューロンのシナプス後部で蛋白質リン酸化あるいは脱リン酸化反応がどの部位で如何なる動態で生じるのかについての実験的データは全くない。本研究では、皮質ニューロンにおいてこのリン酸化/脱リン酸化反応の動態をオンラインで画像化する技術開発をめざした。結果1)ラット視覚野スライスパッチ標本において、II/III層ニューロンからシナプス電流の測定と同時に樹状突起内カルシウム増加の動態をオンラインで画像化できることが明らかとなった。2)CaMキナーゼのリン酸化反応によって蛍光強度を変えるブローブ(LEAS2)を開発し、それをパツチ電極を通してII/III層ニューロン内に注入したところ、シナプス入力によって蛍光強度に変化が生じることが明らかとなった。この変化は主に樹状突起に生じ、5-10秒間持続する一過性のものであることも明らかとなった。3)この蛍光強度の変化が真にCaMキナーゼのリン酸化によって生じたかどうかを、CaMキナーゼの特異的阻害薬等を使って現在検討中である。シナプス長期増強や長期抑圧の誘発には入力によるシナプス後部のカルシウム濃度上昇及びそれに続くカルシウム/カルモデュリン依存性蛋白質キナーゼII(CaMキナーゼ)あるいはカルシウム/カルモデュリン依存性蛋白質ホスファターゼIIb(カルシニューリン)の活性化が重要だと考えられている。2)CaMキナーゼのリン酸化反応によって蛍光強度を変えるプローブ(LEAS2)を開発し、それをパッチ電極を通してII/III層ニューロン内に注入したところ、長期増強を起こす条件のIV層刺激によって蛍光強度に変化が生じることが明らかとなった。3)カルシニューリンの脱リン酸化反応によって蛍光強度を変えるプローブ(P-ARII)を開発し、上記と同様の方法でII/III層ニューロン内に注入したところ、長期抑圧を起こす条件のIV層刺激によって蛍光強度の変化を起こすことが明らかになった。この変化は約10秒の潜時で主に細胞体及び樹状突起分枝部に生じ2030分間持続した。
分析電子顕微鏡X線分析法の汎用化と材料の微細組織制御への応用

組織制御された材料の微細組織の評価にはX線検出器を備えた空間分離能の高い分析電子(AEM-ESD)がきわめて有力であることが示された.1.分析電子顕微鏡X線分析法の汎用化(1)k因子決定に標準バルク試料を用いる方法は標準薄膜試料を用いる方法よりもS/N比が小さく,k因子の誤差が大きくなることが知られた.(2)試料を傾斜させ薄膜試料中のX線光路長さを変化せることにより,特性X線の吸収補正に用いる外挿法がより汎用化できることを示した.(3)計算機支援と高輝度の電界放射型電子銃を備えたAEM-EDSにより吸収補正に伴う外挿法に要する時間は従来より大幅に短縮させ,測定精度も向上した.2.材料の微細組織制御への応用(1)析出強化型合金の強化量を表す重要なパラメータである分散粒子の体積分率を求めるために電顕観察領域の正確な膜厚の測定が必要であるが,AEM-EDSを利用したX線吸収差法を不規則γ相を含むNi_3(Al,Ti)合金および微細分散炭化物を含むTiAl合金の膜厚測定に適用し,他の方法よりも高い精度で膜厚測定ができることを示した.(2)Ni-Al-Ta系Ni側3元合金におけるγ/γ^'相平衡の研究にAEM-EDMを用いた.2相合金中のγ,γ^'相の化学組成から2相領域のtie-lineおよびγ,γ^'相中へのTaの分配率を決定した.(3)Ni-Al2元系のNi/Ni_3AlおよびNi_3Al/NiAl拡散対を用い,異相界面および接合界面近傍の濃度測定や組織観察を行った.AEM-EDSと電子線マイクロアナライザー(EPMA)で測定した相互拡散系数は同様な値であることから,空間分解能が低いEPMAでは測定不可能な低温度域での拡散係数もAEM-EDSでは測定できることが示された.組織制御された材料の微細組織の評価にはX線検出器を備えた空間分離能の高い分析電子(AEM-ESD)がきわめて有力であることが示された.1.分析電子顕微鏡X線分析法の汎用化(1)k因子決定に標準バルク試料を用いる方法は標準薄膜試料を用いる方法よりもS/N比が小さく,k因子の誤差が大きくなることが知られた.(2)試料を傾斜させ薄膜試料中のX線光路長さを変化せることにより,特性X線の吸収補正に用いる外挿法がより汎用化できることを示した.(3)計算機支援と高輝度の電界放射型電子銃を備えたAEM-EDSにより吸収補正に伴う外挿法に要する時間は従来より大幅に短縮させ,測定精度も向上した.2.材料の微細組織制御への応用(1)析出強化型合金の強化量を表す重要なパラメータである分散粒子の体積分率を求めるために電顕観察領域の正確な膜厚の測定が必要であるが,AEM-EDSを利用したX線吸収差法を不規則γ相を含むNi_3(Al,Ti)合金および微細分散炭化物を含むTiAl合金の膜厚測定に適用し,他の方法よりも高い精度で膜厚測定ができることを示した.(2)Ni-Al-Ta系Ni側3元合金におけるγ/γ^'相平衡の研究にAEM-EDMを用いた.2相合金中のγ,γ^'相の化学組成から2相領域のtie-lineおよびγ,γ^'相中へのTaの分配率を決定した.(3)Ni-Al2元系のNi/Ni_3AlおよびNi_3Al/NiAl拡散対を用い,異相界面および接合界面近傍の濃度測定や組織観察を行った.AEM-EDSと電子線マイクロアナライザー(EPMA)で測定した相互拡散系数は同様な値であることから,空間分解能が低いEPMAでは測定不可能な低温度域での拡散係数もAEM-EDSでは測定できることが示された.金属材料に限らず,半導体,セラミックスなども高性能になるにしたがい内部の微細組織,とくに熱力学に準安定状態,あるいは,比較的低温度域における相平衡の制御が重要となってくる.分析電子顕微鏡X線分析およびALCHEMI法を用いて得られた成果は以下の通りである.1.NiーAlにおける拡散対のAEMによる分析(1)外挿法およびDXA法による吸収補正をパ-ソナルコンピュ-タシステムで処理することによりAlK線が大きく吸収される系においても迅速かつ十分な定量分析が行え,拡散太の濃度プロファイルを決定することができる.(2)1173Kで熱処胤した拡散対において,AEMおよびEPMAで決定した濃度プロファイルと得られた相互拡散係数とは誤差範囲内でよく一致した.(3)NI対Niー8Al合金,Ni対Ni_3Alの拡散対実験により得られたγ相領域での相互拡散係数は互いによく一致し,Alの濃度とともに増加する傾向がある.(4)Ni対Ni_3Al拡散対の濃度ギャップの両端の濃度は従来の平衡状態図中のγ/γ+γ'およびγ+γ'/γ相領域と一致した.2.Ni_3Al金属間化合物に添加した第3元素の格子占有率(1)電子チャンネリング効果を応用したALCHEMI法により規則相中の添加元素の置換挙動を知ることができる.(2)ALCHEMI法における分析電子顕微は使用状況などにより測定デ-タの変動が考えられるが,パ-ソナルコンピュ-タシステムによりリアルタイムに処理を行うことで適切な対応が可能となる.

(3)Ni_3Alに添加したSi,Ta,Tiの置換挙動を調べた結果は,熱力学的方法やX線回折法などにより従来の報告と一致した.(4)ALCHEMI法により従来では困難であった微小領域での添加元素の置換挙動の解析が可能となると予測される.金属材料に限らず、半導体、セラミックスなども高性能になるにしたがい内部の微細組織、とくに熱力学に準安定状態、あるいは、比較的低温度域における相平衡の制御が重要となってくる。分析電子顕微鏡(AEM)を用いて得られた成果は以下の通りである。(1)析出強化型合金の強化量を表す重要なパラメータである分散粒子の体積分率を求めるためには、電顕観察領域の正確な膜厚の測定が必要である。X線吸収差法を不規則γ相を含むNi_3(Al、Ti)合金および微細分散炭化物を含むTiAl合金の膜厚測定に適用し、他の方法よりも高い精度で膜厚測定ができることを示した。(2)微小部X線定量分析に必要な吸収補正の外挿法の汎用化には、より一層の迅速化が望まれる。計算機支援と電子銃をより高輝度のFEGとした分析電顕により測定時間は従来より大幅に短縮され、測定精度も向上した。(3)Ni-Al-Ta系Ni側3元合金におけるγ/γ'相平衡の研究にAEM-EDS法を用いた。Taはγよりもγ'相へ多く配分され、Ta量の増加とともに両者への配分は同程度となる傾向がみられた。化学量論組成近傍のγ'相中のTaはLl_2型構造のAlの位置をとり易いことがALCHEMI法により明らかになった。(4)Ni-Al2元系のNi/Ni_3AlおよびNi_3Al/NiAl拡散対を用い、異相界面および接合界面近傍の濃度測定や組織観察を行った。AEM-EDS法とEPMA法で測定した相互拡散係数は同様な値であることから、空間分解能が低いEPMA法では測定不可能な低温度域での拡散係数もAEM-EDS法では測定できることが示された。
消化器癌に対する抗癌剤含有マイクロスフェアーの局所投与の有用性に関する研究

消化器癌の化学療法において、抗癌剤の副作用を軽減させ転移リンパ節への薬剤到達性を向上させる治療法として、徐放性とリンパ指向性に優れた抗癌剤含有マイクロスフェアーを作成し、局所投与による抗腫瘍効果と転移抑制効果について検討した。1.シスプラチン含有マイクロスフェアー(以下CDDP-MS)の作成に当たり、in vitroでの溶出速度や、Wistar系ラットを用いて縦隔内投与し、血中CDDP濃度およびリンパ節、腎臓、骨髄の組織内CDDP濃度、さらに副作用としての体重変化より、PGLA分子量13,000のCDDP-MSが最も徐放性とリンパ指向性が良好であり、体重減少が軽度であり、以下の実験にしようした。2.CDDP-MSのリンパ系への移行について、蛍光剤含有マイクロスフェアーをWistar系ラットの縦隔内に投与し、リンパ節への移行の程度を形態的に蛍光顕微鏡で確認した。3.CDDP-MSの抗腫瘍効果と副作用の関係について、DAラットの腹壁の皮下腫瘍モデルを用いて検討した。CDDP-MS局所投与群ではCDDP力価5,10,15,20mgと投与量に比例して、腫瘍増殖は抑制され、体重変化では20mg投与においてもコントロール群と同様に体重が増加し、副作用の影響はみられなかった。一方、CDDP水溶液腹腔内投与群はCDDP力価5mg/kgで増殖を抑制したが、10mg/kg投与で7日以内に全匹死亡した。4.転移抑制効果を消化器癌モデルとして家兎VX2胃癌を作成して検討した。CDDP-MS局注群では肝臓およびリンパ節転移はみられず、胃腫瘍の増殖も抑制されていた。5.食道癌症例に術前に内視鏡を用いて局所投与し、手術時に摘出した原発病変とリンパ節のCDDP濃度より、リンパ節への良好な移行が認められた。CDDP-MS局所投与では直接の抗腫瘍効果と転移の抑制効果も認められ、投与方法が非常に簡便であることより臨床応用の有効性が期待される。1各種CDDP含有マイクロスフェアー(CDDP-MS)の作成と組織分布1) CDDP-MSの作成と徐放性の検討平均分子量が19,000、13,000、6,000のPGLAを用い三種のCDDP-MSを調製し、in vitroの徐放では分子量が大きいほど初期バーストは小さいが、その後の溶出速度はほぼ一定であった。2)マイクロスフェアーのリンパ節への移行の検討(Wister系雄性ラットを用いた実験)縦隔内に投与した蛍光剤含有MSは3日後の蛍光顕微鏡にて気管分岐部所属リンパ節内へ移行していることが確認され、一部は蛍光剤含有マMSがマクロファージに取り込まれた後にリンパ節に運ばれ、また一部は溶出された蛍光剤がリンパの流れに乗ってリンパ節に達したと考えられ、マイクロスフェアーのリンパ節への移行が形態的に確認された。3) CDDP-MSの分子量の差による各臓器の組織移行と副作用の検討各分子量のCDDP-MS(CDDP力価5mg/kg)の縦隔内注入群とCDDP静注群で、経時的な血中Pt濃度と、縦隔リンパ節、腎臓、脊髄の各組織内Pt濃度(μg)および体重変化の結果では、CDDP静注群は13匹中9匹が死亡し14日目の体重も75%となったが、分子量13000のMSでは最も体重減少が軽微であった。。組織内Pt濃度では各分子量のMSで差はなく、分子量13000のMS群と静注群の比較では縦隔リンパ節で5日目:3.15±0.25,1.41±0.44,14日目:1.96±0.28,0.51±0.72、腎臓で5日目2.94±0.04,11.9±1.84,14日目:3.79±0.62,8.60±2.55、骨髄5日目:0.16,0.66,14日目:ND,NDとなった。2 CDDP-MSによる抗腫瘍効果の検討(DAラットにFF6腫瘍を移植したモデルによる実験)皮下腫瘍の周囲に局所注入し、腫瘍の増殖速度は投与量に比例して制御され、CDDP20mg/kg投与群では腫瘍は消失したが、一方CDDP静注群では効果は無く、CDDP10mg/kgでは全例死亡した。

CDDP-MS局所投与群ではCDDP力価5,10,15,20mgと投与量に比例して、腫瘍増殖は抑制され、体重変化では20mg投与においてもコントロール群と同様に体重が増加し、副作用の影響はみられなかった。一方、CDDP水溶液腹腔内投与群はCDDP力価5mg/kgで増殖を抑制したが、10mg/kg投与で7日以内に全匹死亡した。4.転移抑制効果を消化器癌モデルとして家兎VX2胃癌を作成して検討した。CDDP-MS局注群では肝臓およびリンパ節転移はみられず、胃腫瘍の増殖も抑制されていた。5.食道癌症例に術前に内視鏡を用いて局所投与し、手術時に摘出した原発病変とリンパ節のCDDP濃度より、リンパ節への良好な移行が認められた。CDDP-MS局所投与では直接の抗腫瘍効果と転移の抑制効果も認められ、投与方法が非常に簡便であることより臨床応用の有効性が期待される。現時点までに、シスプラチン含有マイクロスフェア-(以下CDDP-MS)の作成に当たり、溶出速度、組織移行、副作用について検討し、以下の治療・実験に最適なCDDP-MSを選択した。1.CDDP-MSの抗腫瘍効果について(FF6腫瘍をDAラットの腹壁に移植した皮下腫瘍モデルを作成した2日後に治療し、腫瘍増殖抑制と体重変化について検討した。)(2)副作用の指標として体重の変化ではCDDP水溶液腹腔内投与群ではCDDP力価5mg投与で抗腫瘍効果を認めたが、体重が15%減少した。一方、CDDP-MS局注群ではCDDP力価20mg投与でもコントロール群と同様に体重が増加し副作用はみられなかった。2.CDDP-MSの転移抑制効果について(家兎を開腹下に胃前壁にVX2腫瘍を移植し胃癌モデルを作成し、腫瘍増殖抑制および転移抑制効果について検討する。)(1)組織内CDDP濃度は、CDDP-MS局注群では胃腫瘍と転移リンパ節でCDDP水溶液局注群、CDDP水溶液静注群に比べて高値で、一方、肝臓、腎臓には有意に低値であった。(2)各投与群での転移程度は肝臓で0/5,1/5,3/3、リンパ節で0/5,2/5,3/3とCDDP-MS局注群は転移は無く、CDDP水溶液静注群では転移を抑制できなかった。3.臨床応用として食道癌症例に術前に内視鏡を用いて局所投与し、摘出した原発病変とリンパ節のCDDP濃度より組織移行について検討した。CDDP-MS局所投与では抗腫瘍効果と転移抑制効果も認められ、臨床応用の可能性が示された。
地球深部鉱物の物性とその水の影響

本研究では高温高圧実験という手段を用いて、地球深部鉱物の物性とその水の影響について明らかにした。実験は急冷回収実験とともに、放射光X線その場観察実験により行われた。我々の研究により、olivineの高圧相であるwadsleyiteやringwooditeには2-3wt%もの水が結晶構造中に含まれうることが明らかになっているが、その分配については明らかにされていない。そこで、相転移が起こる圧力下での実験を行うことによって、これらの相間の水の分配を明らかにした。これによりマントル遷移層に極めて卓越的に水が分配されることが明らかになった。これに加えて、これらの含水鉱物hydrous wadsleyite, hydrous ringwooditeの熱弾性的性質を求めるべく、熱膨張測定、及び弾性定数の測定も行った。これらのデータを用いて、410km不連続面の地震波速度ジャンプ量と比較して、マントル遷移層中の含水量を見積もった。このマントル中の含水量を推定する研究はさらに地震学者との共同研究という形で進展した。さらに放射光X線を用いた研究では、高圧含水鉱物の熱弾性的性質やその脱水分解反応を見るために、カプセルに封入した状態でのデータ収集を試みた。これには貴金属でも比較的原子番号の小さいAgPd合金を用い、十分解析に耐えうるスペクトルが得られることを確認し、superhydrous phase Bの実験に適用した。しかしながら、このカプセルでは、まだX線の吸収が大きく、更なる含水系の実験カプセルとして、単結晶ダイヤモンドスリーブと貴金属キャップという複合カプセルを考案し、含水マグマの構造解析の実験に用いるとともに、最近では脱水分解反応の時分割測定にも威力を発揮することを示してきている。本年度は当初の予定通り次の研究を推進した。1)高圧下での超音波音速測定実験。超音波音速測定システムを愛媛大学地球深部研設置のマルチアンビル型高圧発生装置に組み込み、マントル遷移層に相当する圧力領域までの弾性波速度測定に既に成功している。今年度はカンラン石の高圧相ringwooditeの弾性波速度測定を行い、良質なシグナルを得ることに成功した。その結果については現在論文執筆中である。このシステムを使えば、地球内部の高圧相鉱物の高圧下での弾性波速度測定が可能である。今後は高温をにらんだシステムの構築を目指して行く。2)焼結体合成実験。上記の弾性波速度測定を行う場合、良質な焼結体の合成が必要不可欠である。よって、現在MgSiO_3の高圧相majorite,akimotoiteの合成に着手しており、最適な焼結条件を模索している。この実験の場合、セル開発、及びP-T-tパスの最適化が重要である。3)高圧含水鉱物の単結晶合成実験。高圧含水相の良質な焼結体を合成するのは困難を極めることが予想されるので、これらの相については100μm程度の単結晶を合成し、ブリルアン散乱法により弾性定数を求める方法をとっている。カンラン石の含水高圧相、hydrous ringwooditeについては既に合成に成功し、ブリルアン散乱法による測定も終了し、論文投稿済みである。現在、hydrous wadsleyiteの合成に着手している。上記の研究以外にも共同研究としていくつかの研究に携わり、その投稿論文は研究発表欄に示してある。本年度は当初の予定通り、以下のことを行った。1)高圧下での超音波音速測定実験超音波音速測定システムと本研究センターのマルチアンビル型高圧発生装置を使って、メジャライトの弾性波速度測定実験を13GPaまでの圧力下まで行った。結果は体積弾性率、及び剛性率は以前に報告されている多くの値と一致する結果となり、今回の測定が妥当であることを示す結果となった。

一方、これらの圧力微分は今まで報告されている唯一の値(Gwanmesia et al.,1998)ほど大きな値を示さないことが明らかとなり、このことはマントル遷移層の高速度勾配を説明する上で新たな制約を与える結果となった。さらに、上記の装置に放射光X線を組み合わせて、高温高圧下での弾性波速度測定を試みているが、既に、18GPa,1773K程度までの測定に成功した。今後はこの測定システムを改良していくとともに、各種の鉱物の高圧下での熱弾性パラメータを制約していきたい。2)焼結体合成実験上記の測定で利用したメジャライトの良質な焼結体を合成することを目的に、セル、出発物質、加熱速度、保持時間、冷却速度等のパラメータを変え、実験を行った。結果として、良質な焼結体を得るためには出発物質としてはガラスが良く、またクッラクを防ぐためには冷却速度はあまり関係がなく、むしろセルの静水圧性が大きく影響すると言う結果になった。また、当然のことだが、保持時間は粒径に大きく依存し、今回得た結果から粒径を時間によって制御することも可能となった。3)含水鉱物の単結晶合成実験本年度は当初の予定通り、以下のことを行った。1)高圧下での超音波音速測定実験超音波音速測定システムとSPring-8の放射光、及びマルチアンビル型高圧発生装置を用いて、リングウッダイト及びメジャライトの弾性波速度測定実験を20GPa,1400°C付近までの高温高圧下まで行った。このような高温高圧下での弾性波速度測定の成功は世界で始めてである。実測の結果、リングウッダイトの方は今までから推定されてきた値と大きな違いは見られなかったが、メジャライトの体積弾性率、及び剛性率とも以前に報告されている値より有意に小さな値となった。この結果はマントル遷移層の組成を考える上で大きな制約を与えることなる。現在論文執筆中である。2)焼結体合成実験上記の測定で利用したリングウッダイト、及びメジャライトの良質な焼結体を合成することを成功した。最近の系統的な実験の結果、良質な焼結体をえるためには、まず第1に吸着水に大いに気を配らなければならないという結果になっており、特に最近の実験では、可能な限り吸着水を排除した合成実験を試みている。3)含水鉱物の単結晶合成実験、及び鉱物間の含水量分配実験さらにマントル遷移層間の水の分配を明らかにすべく、wadsleyite、ringwooditeとgarnet間の水の分配実験も行った。上記の研究以外にもいくつかの研究に携わり、その研究については発表論文に記載している。本年度は最終年度であり、多くの論文をまとめたとともに、以下の研究を集中的に行った。1)高温高圧下での超音波音速測定実験超音波音速測定システムとSPring-8の放射光、及びマルチアンビル型高圧発生装置を用いて、リングウッダイト及びメジャライトの弾性波速度測定実験を20GPa,1400°C付近までの高温高圧下まで行った。また、リングウッダイトの弾性波速度における鉄の影響を明らかにした。2)鉱物間の含水量分配実験マントル遷移層間の水の分配を明らかにすべく、wadsleyite、ringwooditeとgarnet間の水の分配実験を行った。
細胞内代謝と微小環境の制御による、ヒトES・iPS細胞由来造血幹細胞の維持増幅

ヒトES/iPS細胞から2次元無血清条件で誘導したCD34陽性造血前駆細胞に対し、同じくES/iPS細胞に由来する血管内皮細胞ストロマとの共培養によって造血幹細胞様活性を賦与できることを明らかにした。さらに、低分子化合物の添加によって、NOGマウス体内における長期生着能を維持したままこれらの細胞を増幅できることを示した。H26年度は臍帯血及びヒトES/iPS細胞由来の造血幹前駆細胞においてマトリクスからのシグナルや酸素濃度、化合物の違いがどのような細胞プロファイルの変動をもたらすか解析した。まず、基礎データとして臍帯血CD34陽性細胞を種々の低分子化合物によって刺激し、in vitroのメチルセルロースコロニー形成実験およびin vivoの免疫不全(NOG)マウスへの移植を併用して幹細胞能維持増殖の評価を行った。その結果、サイトカインを用いず、Wnt刺激およびHIF1a活性化を誘導する特定の低分子化合物と特定の組み換えマトリクスを用い、メチルセルロースコロニー形成能で高い造血幹細胞維持増殖を示す組み合わせを見出した。興味深いことに、NOGマウスへの移植実験においても、当該方法で増幅した細胞は他法に比べ早期から高い生着率を示すだけでなく、連続移植実験でも生着を認め、造血幹細胞能を保持していることが示唆された。現在、段階希釈した移植実験によるSRC(Scid-repopulating cell)の頻度測定を進めている。また、本法で確立した組み合わせからどのひとつの化合物を除いても、上記の幹細胞増幅能は失われ分化細胞が増加することが明らかになった。すなわち本法で活性化される複数経路のシグナルネットワークが、生体由来造血幹細胞の維持増幅に重要であることが示された。次に、これらの低分子化合物及びマトリクスからの刺激が、ヒトES/iPS細胞由来の造血幹前駆細胞に対しても同様に維持増幅活性をもたらすか、in vitroとin vivoの両面で測定を開始した。今のところ、同一の刺激では臍帯血由来の造血幹細胞と異なりvitro vivo両面で幹細胞能を示す細胞の有意な増殖を得るには至っておらず、引き続き検討予定である。H27年度は、臍帯血CD34陽性造血幹細胞の増幅に関する前年度の知見をヒトiPS細胞由来造血細胞の培養へ応用し、マトリクスや化合物がヒトiPS細胞からの造血幹前駆細胞誘導能にどのような影響を与えるか検討を行った。【方法】試験管内でヒトiPS細胞にBMP4、VEGFを順次投与し、中胚葉前駆細胞を経てKDR・CD34共陽性の血球血管内皮共通前駆細胞を誘導した。次にSCF、TPOを加えてCD34陽性造血前駆細胞を誘導し、それらを磁気分離してiPS細胞由来血管内皮細胞または数種のマトリクス上に載せ替え、さらに1週間の培養を行った。その際、臍帯血造血幹細胞に対する増幅支持能が確認された低分子化合物CHIR (GSK3阻害剤)、SR1 (AhR阻害剤)も組み合わせて投与した。評価として、培養後のCD34陽性細胞数とともに、継代コロニー形成能、NOGマウスへの移植におけるキメリズム解析を行った。【結果】試験管内でのiPS細胞由来CD34陽性細胞増幅率は、各条件下で有意差を認めなかった。一方、継代コロニー形成能は、血管内皮ストロマ上で培養した場合にのみ、2継代目までのCFU-GM、CFU-M, BFU-Eが観察された。移植実験では、血管内皮ストロマ上で共培養した場合のみ12週以上の長期キメリズム維持が観察された。その割合はhCD45を指標にするとCHIR+SR1非添加条件で0.62 (SD=0.76)%,添加条件で2.13 (SD=1.46)%であった。【結論】以上から、ヒトiPS細胞由来血管内皮細胞を用いることによりiPS細胞由来造血細胞からマウスで生着可能な造血幹前駆細胞を誘導し得ることが示された。ヒト造血幹細胞が含まれる臍帯血CD34陽性細胞をWnt刺激およびHIF1a活性化を誘導する特定の低分子化合物と特定の組み換えマトリクスを用い、既知のサイトカインを用いることなく造血幹細胞維持増殖を示す組み合わせを見出した。本研究を進める上での大きな足がかりが得られた。同じ組み合わせではヒトES/iPS細胞からは造血幹細胞は得られていないことから、更なる組み合わせを用いた検討が必要と考えられる。研究は目的に向かってほぼ予定通り順調に進んでいると自己評価している。医歯薬学H27年度は、引き続き造血幹細胞の維持増幅に関わる細胞内ネットワークを明らかにし、その知見を元にヒト多能性幹細胞からの造血幹細胞誘導・維持増幅法の開発を試みる。H26年度の進捗により明らかとなった、臍帯血造血幹細胞を効率よく維持しつつ増幅可能な培養条件をもとに、マトリクスからのシグナルや酸素濃度、化合物の違いがHIF1、Wnt、mTORなどのシグナル経路にどのような変動をもたらすか、分化ステージごとに詳細に解析し明らかにする。

また、臍帯血造血幹細胞との性質の違いにより、同一の培養条件でもヒトES/iPS細胞由来の造血幹前駆細胞で活性化されるシグナルネットワークが、臍帯血由来造血幹細胞のそれと異なる可能性は十分に考えられる。その場合、そうしたデータを元にシグナル経路の新たな補完を行うことで、ヒトES/iPS細胞由来造血細胞から造血幹細胞を誘導・維持増幅可能な手法を引き続き検証する。
戦後日本における労働力型都市移動と家族変動の実証的研究：親方子方関係に着目して

本研究は、京阪神都市圏に暖簾分けで展開してきた大衆食堂である力餅食堂(以下「力餅」と表記)のモノグラフを通じて、戦後高度成長期における農村人口の都市移動と家族変動のプロセスの実証的な解明を目指すものである。最終年度である平成30年度は目標達成に向けて主に以下の4点を実施した。(1)「力餅」経営主へのインタビュー調査を継続的に実施し、兵庫県但馬地方から京阪神都市自営業層に流入した労働力型移動者のライフヒストリーを収集した。住込み従業員(番頭)として修業を積んだ後、親方のサポートを受けて暖簾分けした「力餅」経営主の多くが、親方や兄弟弟子と家族ぐるみの緊密な相互扶助関係を維持してきたことを明らかにした。(2)「力餅」と類似の同但馬出身者の大衆食堂「千成餅食堂」(京都市内最盛時33店舗)、「かどや」(大阪府堺市中心最盛時10数店舗)の経営主に対してインタビュー調査を実施し、京阪神「餅系」食堂のルーツと展開プロセスを追跡的に調査した。(3)戦後大阪力餅組合の立役者の一人である千林力餅初代経営主A氏に焦点を当て、二代目経営主へのインタビュー調査、但馬におけるA氏の出身集落の神社視察及び村内キーパーソンへのヒアリング調査を行った。故人であるA氏の周辺をめぐるインテンシブな調査から、「成功」した労働力型移動者の移動後の郷里との関わり方や郷里への相反する感情の相克、そしてそれがもたらす出身地社会構造への影響について分析した。(4)平成29年度に実施した「力餅」全店舗経営主を対象とする生活史に関する郵送調査票調査の結果をまとめた調査報告書を作成し、平成30年5月に行われた「力餅」130周年記念総会懇親会にて調査結果のフィードバック(成果報告会)を行った。1)研究体制の整備:3年間の研究計画を確実に実行するため、ノートパソコン等必要物品を購入し、関連する文献情報の整理等を行った。2)「力餅」関係者へのインタビュー調査の実施:平成28年度は特に創業者の京阪神における開業の地である京都において重点的に調査を実施した。具体的には、「力餅」経営主に対してライフヒストリー・インタビューを実施するとともに、「力餅」連合幹部及び京都力餅組合組合長にも組織の概要や動向に関するヒアリング調査を行った。さらに、力餅食堂と類似店で「力餅」と歴史的に関連があるとみられる相生餅食堂組合組合長に対してもインタビュー調査を実施し、「力餅」設立と展開の歴史的プロセスに関して重要な情報を得た。3)関連史料の収集:京都力餅組合が保存してきた「力餅」に関する歴史史料を組合の許可を得たうえで閲覧、撮影を行った。4)北但馬フィールドワークの継続:平成28年度は「力餅」経営主を歴史的に多数輩出した兵庫県北但馬地方において二度のフィールドワークを実施した(2016年9月、2017年3月)。まず一度目は、創業者池口力造氏の出身集落である豊岡市旧奈佐村目坂集落において、住民へのヒアリングと池口氏の寄贈物がある神社等関連施設の視察を行うとともに、豊岡市内に現存する店舗を視察し前経営主に対してヒアリング調査を行った。二度目は、京都「力餅」経営主の出身地を訪問し、郷里にとどまる親戚筋の住民に対してインタビュー調査を実施した。本研究は、但馬地方から京阪神都市飲食系自営業に流入した労働力型都市移動者のライフヒストリーを通じて、戦後高度成長期における農村人口の都市移動と家族変動のプロセスを実証的に解明しようとするものである。そのため、初年度にあたる平成28年度は調査対象である「力餅」の組織概要や歴史的展開プロセスの把握を行う予定であったが、おおむね計画通りに進めることができた。とりわけ、京都力餅組合に閲覧を許可された歴史史料は、京都限定ではあるが歴代「力餅」経営主輩出地を量的に把握することができる貴重な資料と位置づけられる。また、力餅食堂のみならず、歴史的に力餅から分派独立した京都におけるその他「〇〇餅食堂」の存在に目配りしえたことは、「力餅」の展開プロセスを多角的に把握しのれん分けシステムにおける親方子方関係の存在に接近するうえでの重要な契機となると思われる。北但馬でのフィールドワークは、都市自営業流入者の輩出地の戦後の社会変動を構造的に捉え、都市移動者と出身地との関係性を把握するためのものである。今年度は機縁法により力餅経営主の親戚にさかのぼってインタビュー調査を行うことで、労働市場の展開が停滞した戦後の北但馬において、都市飲食系自営業層への連鎖移動のネットワークを有することがいかに意義のあることであったのかがあらためて浮き彫りになった。以上を踏まえ、今年度は調査対象を複眼的に捉えるポイントをつかみえたという意味でも、進捗状況はおおむね順調であったといえる。ただし、「力餅」経営主のライフヒストリー・インタビューの蓄積については、高齢化が進む調査対象者の体調不良等の理由によりキャンセルが相次ぎ、想定していたよりやや遅れ気味であるため、今後重点的に補完したい。本研究は、戦後高度成長期における農村人口の都市移動と家族変動のプロセスを実証的に解明するものである。具体的には、兵庫県但馬地方から京阪神都市飲食系自営業に流入した労働力型都市移動者のライフヒストリーを通じて、農村から都市への連鎖移動と都市定着家庭における親方子方ネットワークの存在とその意義に着目する。平成29年度は、これまで築いてきた大衆食堂「力餅」の連合会との協力関係のもと、「力餅」全店舗経営主の生活史に関する郵送調査票調査を実施した。

この調査は平成30年度に創業130周年を迎える「力餅」の記念事業の一つという形で実施の許可を取り付けたものである。回収率は62.3%(48)と堅調であり、現存する店舗経営主の生活史のおおよそのイメージをつかむことができた。今年度は本調査の結果の一部を用いて、主に力餅経営主の都市転出から住込み修業時代、独立開業までの生活史をまとめた論文を『現代社会研究科論集』第12号に投稿したほか、現在は調査結果の概要を取りまとめた報告書を作成中である。都市自営業層のなかでも、飲食系自営業はその性質上地域に密着し、地域社会の主要な担い手となることが多い。彼らの生活史は戦後京阪神都市社会の伸長と期を一にしたものとして重要であるが、移動と都市定着のプロセスに焦点を当てた飲食系自営業主のライフヒストリー研究は殆ど行われてこなかった。本調査は京阪神都市地域社会の戦後史という点においても貴重なモノグラフとなりうるものと考えられる。平成29年度は研究実績に記した「力餅」経営主へのアンケート調査に加えて、大阪力餅組合、神戸力餅組合それぞれの幹部へのインタビュー調査を通して地域別の特色を把握し、「力餅」ののれん分けシステムの全体像を掴んだ。なかでも現在も店舗数の多い大阪力餅組合の組織の概要や内部の親方子方関係については重要な情報を得ており、大阪組合記録係との直接接触で多数の資料を入手することができたという点でも、進捗状況はおおむね順調であったといえる。ただし、「力餅」経営主へのライフヒストリー・インタビューについては調査対象者との日程調整の都合上、やや遅れ気味であるため、来年度はより高齢化が進む初代経営主に重点的に焦点を当てて進めていきたい。本研究は、京阪神都市圏に暖簾分けで展開してきた大衆食堂である力餅食堂(以下「力餅」と表記)のモノグラフを通じて、戦後高度成長期における農村人口の都市移動と家族変動のプロセスの実証的な解明を目指すものである。最終年度である平成30年度は目標達成に向けて主に以下の4点を実施した。(1)「力餅」経営主へのインタビュー調査を継続的に実施し、兵庫県但馬地方から京阪神都市自営業層に流入した労働力型移動者のライフヒストリーを収集した。住込み従業員(番頭)として修業を積んだ後、親方のサポートを受けて暖簾分けした「力餅」経営主の多くが、親方や兄弟弟子と家族ぐるみの緊密な相互扶助関係を維持してきたことを明らかにした。(2)「力餅」と類似の同但馬出身者の大衆食堂「千成餅食堂」(京都市内最盛時33店舗)、「かどや」(大阪府堺市中心最盛時10数店舗)の経営主に対してインタビュー調査を実施し、京阪神「餅系」食堂のルーツと展開プロセスを追跡的に調査した。(3)戦後大阪力餅組合の立役者の一人である千林力餅初代経営主A氏に焦点を当て、二代目経営主へのインタビュー調査、但馬におけるA氏の出身集落の神社視察及び村内キーパーソンへのヒアリング調査を行った。故人であるA氏の周辺をめぐるインテンシブな調査から、「成功」した労働力型移動者の移動後の郷里との関わり方や郷里への相反する感情の相克、そしてそれがもたらす出身地社会構造への影響について分析した。(4)平成29年度に実施した「力餅」全店舗経営主を対象とする生活史に関する郵送調査票調査の結果をまとめた調査報告書を作成し、平成30年5月に行われた「力餅」130周年記念総会懇親会にて調査結果のフィードバック(成果報告会)を行った。
リン酸化されたシャペロニンの機能解析

本研究は,重要だがほとんど調べられていない熱ショック時におけるシャペロニンのはたらきを解析する。昨年度は好熱菌のシャペロニンがATP存在下でリン酸化されるという現象を詳細に調べた。本年度は、(1)シャペロニンのリン酸化がどの部位で起こっているのか、(2)リン酸化がシャペロニンの機能にどう影響しているのか、を調べた。(1)リン酸化部位の同定-リン酸化シャペロニンを酸加水分解した後にリン酸化アミノ酸を解析した結果,好熱菌シャペロニンでのリン酸化残基はチロシンかスレオニンであることがわかった。さらに種々のプロテアーゼ分解および臭化シアン分解断片の解析から,リン酸化部位は,アミノ酸配列の315-489の中にあることもわかった。さらに詳細を調べている。(2)リン酸化シャペロニンの機能解析-リン酸化シャペロニンを調製し,シャペロニンの機能にどう影響しているのか詳細に調べた。リン酸化の有無によってシャペロニン依存の蛋白質の折れ畳み、変性タンパク質との結合能力などに差があるのか調べたところ、予備的な結果からは両者に差があることがわかった。現在定量的に解析している。まず,本年度は取っ掛かりとして,我々が最近見つけた好熱菌のシャペロニンがATP存在下でリン酸化されるという現象を詳細に調べた。シャペロニンのリン酸化が細胞の熱耐性に影響しているらしいということは以前より示唆されているのだが,研究が最も進んでいる大腸菌のGroELではそのリン酸化の効果を調べることができない。そこで,安定なリン酸化体を調製できる好熱菌を用いて研究を行った。実験は以下のように進めた。1)リン酸化部位の同定ーリン酸化シャペロニンを酸加水分解した後にリン酸化アミノ酸を解析した結果,好熱菌シャペロニンでのリン酸化残基はチロシンかスレオニンであることがわかった。さらに臭化シアン分解断片の解析から,リン酸化部位は,アミノ酸配列の315-489の中にあることもわかった。2)リン酸化シャペロニンの機能解析ーリン酸化シャペロニンを調製し、シャペロニンの機能にどう影響しているのか詳細に調べた。具体的には,ATP加水分解活性,熱変性蛋白質との相互作用,蛋白質の折れ畳みに与える影響などを,リン酸化されていないシャペロニンと比較することで解析した。
極限状態でのクォーク・グルーオン系-超高温・超高密度QCDの国際共同研究

1)RHICで有限温度、有限密度の物質が生成され、その理論的理解、特に格子QCDによる第一原理計算による理解が重要となっている。我々はクォーク・グルーオン・プラズマの粘性係数を、格子QCDの数値シミュレーションにより詳細に解析し、剪断粘性係数が非常に小さく、実験データの解析から示唆されている完全流体に近い状態であることを示した。2)上記の計算を更に進め、体粘性係数が非常に小さいが有限の正の値を持つことを示した。3)閉じ込め相、非閉じ込め相におけるクォークの伝搬関数を数値シミュレーションによって解析し、閉じ込め相の振る舞いでスペクトラムが正定置ではなく、非物理的である兆候を見いだした。クォークの質量は閉じ込め相、非閉じ込め相では大きく異なり、また特に閉じ込め相では通常の形では数値データをフィットできないことが見いだされた。4)高温ではクォークの閉じ込めが破れることが期待されており、低温での閉じ込め機構を理解することが重要である。そのために、物理的なゲージであるクーロンゲージを使用し、Zwanzigerによって定式化されたカラー・クーロンカを数値シミュレーションで求め、閉じ込め力がカラー・クーロンカに起因し、Faddeev-Popov演算子の固有値の振る舞いと密接な関係を持っていることを示した。しかし、この固有値の温度依存性を調べると、予想されていたようなゼロ近傍固有値の急激な減少は観測されず、閉じ込め・非閉じ込め相転移が単純なものではないことが強く示唆された。5)新しいアーキテクチャのCELL計算機に対する格子QCDコードを開発した。有限温度・密度状態の研究が高エネルギー重イオン反応で進んでいる。特に米国RHICでは初めてクォーク・グルーオン非閉じ込め状態が実現したと考えられている。この状態をQCDに基づいて研究するために、輸送係数を数値的に計算した。この計算は、精度が非常に悪く、これまで不可能と考えられてきたが、改良された作用を使い、100万回程度の大規模モンテカルロ統計を収集することによって始めて結果が得られた。その結果、粘性係数とエントロピーの比は非常に小さく、ほとんど完全流体のように振る舞う可能性があることが明らかになった。これは完全流体の流体モデルが実験をよく説明することの基礎付けとなる。また、RHICで実現されている小さな密度状態を調べるために、ハドロンの遮蔽質量をテーラー展開法によって計算した。中間子は、閉じ込め相では重粒子密度の影響をほとんど受けないが、非閉じ込め相では大きな影響がある。アイソベクトル型の場合は、閉じ込め相でもその影響が見られる。今回、中間子に加えて核子まで計算が進み、また軽いクォーク質量までの計算も整い、カイラル極限を取ることにより、より定量的なデータとなってきた。次に、閉じ込め機構を理解するために、瞬間相互作用によるクーロン・ポテンシャルを計算した。また、ファデーエフ・ポポフ演算子の固有値を計算した。このクーロン・ポテンシャルは閉じ込めポテンシャルとなり、また格子サイズを大きくしていくとゼロに近い固有値が優勢になり、グリボフ・ツバンチィガー予想が成り立っていることを強く示唆している。しかし、非閉じ込め相が実現されている温度でも、閉じ込めポテンシャルとなっており、これは、この領域でQCD物質は非常に複雑な機構を示していることを反映していると思われる。クォークとグルーオンは物質の基本構成要素であるが、通常の状態では単体で観測されない「閉じ込め」という特異な性質を持っている。しかし、高温・高密度では非閉じ込め相へ相転移を起こすことが格子QCD計算などから予想されており、米国ブルックヘブン国立研究所のRHICで進められている超高エネルギー重イオン反応の結果は、170180MeV前後の温度で相転移が起こっていることを強く示唆している。これまで、非閉じ込め相はクォーク・グルーオンの自由ガスに近いクォーク・グルーオン・プラズマと呼ばれる状態であると考えられてきたが、近年の実験的・理論的研究の結果は、自由ガスの対局にある理想流体に近い状態である可能性を明らかにしつつある。中村等により格子QCDにより始めて計算されたグルーオン系の粘性係数-

エントロピー比は、水や液体ヘリウムなどより1桁から2桁小さな値を示し、これまでに知られている全ての物質の中で最も完全流体に近い物質である可能性がある。また、理研グループ等のKEKの実験で、有限密度中ではベクトル中間子の質量に異常がある可能性が強く示唆された。このように、実験的には、高温、高密度系の探索が進み、強く相互作用するクォーク・グルーオンのQCD力学を調べる重要性が高まっている。我々は、QCDの閉じ込めに大きな役割を果たすファデーエフ・ポポフ演算子の振る舞いを有限温度相転移前後で調べ、QEDのクーロンポテンシャルの相当する瞬間ポテンシャルの振る舞いとの関連を調べた。まだ、QCDの基本的自由度であるクォークの有限温度での振る舞いを調べ、閉じ込め相では確かにクォークはポールとして存在せず、有限温度ではポールに移行するが、相転移近傍では非常に大きな質量に相当することを見いだした。RHICで有限温度、有限密度の物質が生成され、その理論的理解、特に格子QCDによう第一原理計算による理解が重要となっている。我々はそのせん断粘性係数が非常に小さいことを格子QCDにより示し、実験データの解析から示唆されている粘性係数ゼロの完全流体に近いことを明らかにした。今年度はさらに体積粘性率を格子QCDにより計算し、有限ではあるが、ほぼゼロに近い値であることを見出した。また高温ではクォークの閉じ込めが破れることが期待されており、低温での閉じ込め機構を理解することが重要である。そのために、物理的なゲージであるクーロンゲージを使用し、閉じ込めにおいてその振る舞いが重要な役割をすると考えられているファデーエフ・ポポフ演算子の固有値の温度依存性を調べた。その結果、予想されていたようなゼロ近傍固有値の急激な減少は観測されず、閉じ込め・非閉じ込め相転移が単純なものではないことが強く示唆された。またクォーク自身の直接の振る舞いを調べるために、クォークプロパゲータを測定し、低温の閉じ込め相、高温での非閉じ込め相での振る舞いを調べた。クォークの質量は閉じ込め相、非閉じ込め相では大きく異なり、また特に閉じ込め相では通常の形では数値データをフィットできず、非物理的粒子の振る舞いが見られた。また、擬スカラー中間子のパリティ対称粒子であり、有限温度では同じ質量を持つことが期待されるスカラー中間子のうち、ストレンジを含むカッパ中間子の質量を格子QCDにより計算し、現在実験で見つかっている粒子は質量が大きく異なり、おそらく異なる機構で作られていることを示した。上記の問題に対し、今後、さらに大規模なシミュレーションを行うために、新しいアーキテクチャアであるCELLの上での格子QCDコードの開発を進めた。
医療保障法制と公衆衛生施策の融合現象の解明と統合に向けた研究

疾病構造の変化や高齢社会の進展を背景に、医療保障法制と公衆衛生施策の融合現象といえる事態が生じている。医療保険者による予防事業の実施はその一例である。錯綜した法施策を分析するため、本研究ではいくつかの分析軸を設定した上で、わが国における各種施策の沿革や近年の制度改革を分析し、望ましい制度のあり方を展望する。また上記の作業と並行して英米圏におけるPublic Healthの変容について検討し、わが国の今後の制度のあり方についての示唆を得る。
AlGaN/GaNヘテロ接合界面のバンド構造解析と高品質化

AlGaN/GaNヘテロ構造のGaNバッファ層のMOCVD結晶成長温度が低い程(11201170°C)、炭素取り込み量が多くなり、伝導帯下2.07,2.80,3.23eVに欠陥準位が顕在化する傾向を示す。これらの欠陥準位はGa空孔,Ga空孔-炭素,炭素に帰属するものと思われる。また、2.80eVと3.23eVの欠陥準位は2次元電子ガスのキャリアトラップとして働くことがわかった。ヘテロ接合界面の2次元電子ガスを用いたAlGaN/GaN高移動度トランジスタ(HEMT)は電力損失の大幅な低減と高温動作が期待できる高耐圧・高出力パワーデバイスとして有望であるが、ヘテロ界面近傍に存在する欠陥準位によりスイッチング特性が不安定となる問題(電流コラプス)に直面している。本年度は、単色分光照射による光励起を利用したフォトキャパシタンスの過渡応答特性からAlGaN/GaNヘテロ接合界面近傍の欠陥準位を計測するDeep-Level Optical Spectroscopy(DLOS)計測装置を試作した。また、MOCVD(有機金属気相成長)法の結晶成長温度をパラメータとして電流コラプス量が大きく異なるAlGaN/GaNヘテロ構造を作製し、フォトルミネッセンス(PL)測定,光照射有無の容量-電圧(C-V)測定,DLOS測定から、欠陥準位と電流コラプスの相関を検討した。電流コラプス量が大きいほど、伝導帯下2.07,2.80,3.23eVに位置する3つの欠陥準位密度が大きくなることがわかった。特に、2.80eVの欠陥準位はPL測定で一般的に観察されるイエローバンドに対応し、その起源であるGa空孔と炭素の複合欠陥の量が電流コラプス現象に強く関与していることが示唆された。これらの結果は、窒化物半導体の一般的な成膜法であるMOCVD法では不可避な残留不純物である炭素濃度が多いほど電流コラプスが起こりやすいことを意味している。したがって、AlGaN/GaNヘテロ接合界面の高品質化のためには、残留炭素濃度と電流コラプスの更なる相関検討が必要であり、残留炭素濃度をコントロールする結晶成長指針を抽出することが今後の課題である。ヘテロ接合界面の2次元電子ガスを用いたAIGaNIGaN高移動度トランジスタ(HEMT)は電力損失の大幅な低減と高温動作が期待できる高耐圧・高出力パワーデバイスとして有望であるが、ヘテロ界面近傍に存在する欠陥準位の存在によりスイッチング特性が不安定となる問題(電流コラプス)に直面している。前年度は、MOCVD結晶成長に不可避な残留不純物である炭素量が多いほど、炭素取り込みに関係する欠陥準位密度が多くなり、電流コラプスが起こりやすいことを見出した。本年度は、MOCVD結晶成長条件である成長温度とIII/V比をパラメータとして「GaNバッファ層」に取り込まれる炭素量を変えることで炭素取り込み関連の欠陥準位の生成挙動をフォトルミネッセンス測定,光容量-電圧(photoC-V)測定,Deep-Level Optical Spectroscopy (DLOS)測定から多角的に検討した。GaNバッファ層の成長温度が高いほど、また、III-V比が低いほど、GaNバッファ層での炭素取り込み量は低減し、それに伴い伝導帯下2.07,2.80,3.23eVに位置する3つの炭素取り込み関連の欠陥準位(Ga空孔,Ga空孔-Cアクセプター,Cアクセプター)密度が少なくなることを定量的に明らかにし、電流コラプス現象の低減に対してAlGaN/GaNウエハの高品質化のための結晶成長指針を抽出した。特に、成長温度は残留炭素濃度や関連欠陥準位密度をコントロールするのに有効であることが分かった。AlGaN/GaNヘテロ界面の2次元電子ガスを用いた高移動度トランジスタは省エネルギー型の高周波パワーデバイスとして期待されているが、ヘテロ構造中に存在する欠陥準位の存在によりスイッチング特性が不安定となる電流コラプス問題が残っている。平成22,23年度の研究では、ショットキーダイオードを作製し、GaNバッファ層のMOCVD結晶成長中に不可避な不純物である炭素が残存するほど、炭素取り込みに関係する3種類の欠陥準位密度(伝導帯下2.07, 2.80, 3.23eV)が多くなり、電流コラプス現象が起こりやすいことが分かった。これらの欠陥準位はGa空孔, Ga空孔-炭素,炭素に帰属するものと思われる。平成24年度の研究では、標準スペックのAlGaN/GaNヘテロ構造ウエハのショットキーダイオードを用いて、電流コラプスの簡易的な評価法であるデバイスのオフ状態からのターンオン電流回復特性評価に、これら3種類の欠陥準位エネルギーに対応する光照射を組み合わせることで、デバイスのスイッチング特性に対するそれぞれの欠陥準位の影響を分離した。その結果、伝導帯下2.80eVと3.23eVに存在する欠陥準位が2次元電子ガスのキャリアトラップとして働き、室温でのスイッチング特性を直接的に支配していることが断片的に分かった。

今後は、GaNバッファ層の炭素取り込み状況やデバイス動作温度(高温)に対して、不純物炭素関連の欠陥準位とスイッチング特性の相関を系統的に検討し、スイッチング特性を直接的に支配する欠陥準位の全体像を把握し、デバイス特性の観点から欠陥準位密度の低減に向けたMOCVD結晶成長指針を抽出する予定である。残留炭素濃度をパラメータとしたAlGaN/GaNヘテロ構造の結晶成長が連携研究者のアドバイスにより当初の計画以上に進んだ。したがって、AlGaN/GaN構造における電流コラプスと欠陥準位の相関を、GaNバッファ層の残留炭素濃度の観点から、MOCVD結晶成長の成長温度とIII/V比をパラメータとして系統的に検討し、高品質化のための結晶成長指針をある程度迅速に抽出できた。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は、既に作製・評価したNi/AlGaN/GaNショットキーダイオードを用いて、3つの炭素取り込み関連の欠陥準位(Ga空孔,Ga空孔-Cアクセプター,Cアクセプター)のどの欠陥準位が電流コラプス現象に直接的に影響するのかを調査する予定である。そのためには、3つの欠陥準位を切り分けながら電流コラプス現象を検討する必要があり、現在、具体的な方法を考案中である。仮に、上手くいかなかった場合、研究計画を大きく変えて、長時間の電圧ストレス試験を行い、欠陥準位の挙動を残留炭素濃度の観点から調査する予定である。
人間型ロボットの情緒豊かな行動生成に関する研究

本研究においては、人間型ロポットやcomputer graphics内の人物の情緒豊かな動作を設計する手法の確立を目指して、文楽協会所属のプロの人形遣いが操作した文楽人形の動作を測定し解析している。その演技動作には人間の情緒表現が典型的に表現されていることから、日本古来の伝統芸能である文楽人形の演技動作に注目したものである。情緒表現を伴った動作を解析することで、動作の中に含まれる情緒表現の法則を解明し、情緒表現を伴った動作を設計・生成する指針を得ることを目標としている。測定された人形の動作における情緒表現をより見通しよく捉えるために、動作の主要な部分を表す要素として動作軸を提案している。動作を動作軸とこれに対する相対動作にわけて考え、文楽人形の演技動作に含まれる情緒表現のなかでも、この動作軸に表れている部分に特に注目し解析が行われている。測定した演技動作のうち、情緒表現を伴った動作(情緒動作)と情緒表現を伴わない動作(機能動作)を動作軸を用いて比較した結果、動作の位相(動作の長さ)と振幅(動作の大きさ、質)が変化することで、情緒表現を伴った動作が生成されると考られている。その知見から、情緒表現の要素として、位相要素と振幅要素の2つの要素が提案されている。情緒表現における位相要素を抽出する手法として、ウェーブレット係数を用いて情緒動作と機能動作の対応する状態を決定し、情緒動作から位相変化を取り除く手法が提案されている。また、情緒表現における振幅要素を抽出する手法として、機能を持った動作単位であるフレーズ毎に位置、増幅およびウェーブレット係数を調整することで情緒動作から振幅変化を取り除く手法が提案されている。そして、これらの手法を用いて実際に位相要素、振幅要素が計算されている。また、動作軸に注目した動作生成手法が提案され、情緒表現における位相要素、振幅要素を用いて実際に情緒表現を伴った動作を生成してその有効性を示している。人間型ロボットに情緒豊かな動きをさせたいという人類の願望は、近年アミューズメントロボットやエンターテイメント用のロボットなどの開発によって、少しずつ実現されつつある。しかしながら人間型のロボットの動作生成にあたって、実際の人間の動きをmotion captureなどを用いて観測したデータに基づいて、そのまま同じ動きをさせる手法が、現段階では主流である。そこで本研究では、motion captureのデータそのままではなく、そのデータに基づきながらも、種々の情緒を強調してロボットに新しい動きを積極的に生成させるための基礎的な手法を提案した。具体的には、さまざまな機能と情緒の文楽人形の動作時系列をプロの人形遣いに生成してもらい、その動作時系列を観測した。同じ機能と情緒の動作であったとしても、繰り返し観測される動作時系列は微妙に異なったものとなる。この動作時系列の確率的な揺らぎの統計的性質を、まずKM20-Langevin方程式を用いて同定した。このとき、KM20-Langevin方程式の「初期時刻を変化させながら推定を行なう」ことによって、精度の良い同定結果を得る事を確認した。次に、その同定された揺らぎの統計的性質に基づいて、動作時系列からら確定的な部分を推定し、それを動作の機能を表す部分と情緒を表す部分とにMarkov推定を用いて分解する。その推定された情緒の要素を強調して人間型のロボットの動作をcomputer graphics上に生成させて、動作として適切に形成されることを確認した。