hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
アポリポタンパク質Eの抗ウイルスメカニズムと感染病態機構の解明

アポリポ蛋白質E (ApoE)は脂質代謝に関与する分泌蛋白質で、肝臓、脳、マクロファージで産生される。ApoEがHIV-1のライフサイクルにどのように関与しているのかまだよく分かっていない。本研究では、ApoEのHIV-1ライフサイクルにおける役割について検証を行った。そこで、先ず、ヒトprimary MDMにHIV-1を感染させ、アポリポ蛋白質の遺伝子発現レベルをHIV感染マクロファージと非感染マクロファージとの間でマイクロアレイ法を用いて比較した。その結果、HIV-1感染に伴いApoEのみが特異的に発現誘導されることが判明した。次にsiRNAを用いてApoEをノックダウンさせたprimary MDMにHIV-1を感染させると、コントロール細胞に比べて、ApoEノックダウン細胞ではHIV-1の産生が顕著に増加することを見出した。一方、ApoEが発現していない293T細胞にApoEとHIV-1分子クローンを共発現させると、ApoEが強くHIV-1の産生や感染性を抑制することを見出した。このApoEによる抗HIV効果のメカニズムを解析した結果、(1)ApoEは細胞内HIV-1 Envの発現を抑制すること、(2)ApoEとHIV-1 Env gp160が結合し、細胞内で共局在すること、(4)ApoEはVSV-G Envには影響を及ぼさないことを見出した。興味深いことにApoEが発現しない細胞でHIV分子クローンを発現させると、HIV Envはウイルスの放出がおこる細胞膜周辺に局在していたが、ApoEを共発現させると、HIV-1 Envは初期及び後期エンドソームさらにはライソソームにハイジャックされ、ApoEによりHIV-1 Envが分解されることが判明した。実際、ライソソーム阻害剤で細胞を処理すると、ApoEによるHIV-1 Envの分解が完全にキャンセルされた。アポリポタンパク質E (ApoE)が新たな抗HIV因子であることを突き止め、そのメカニズムとして、ApoEがHIVエンベロープをHIVウイルス放出の場である細胞膜周辺から、タンパク質分解の場であるライソソームにハイジャックし、分解することを見出した。ここまでの研究成果が感染症関連ではハイインパクトのあるPLoSPathogens誌にアクセプトされた。ApoEがHIVの感染複製を抑制することとそのメカニズムの一端は解明できたが、ApoEのウイルスエンベロープに対する特異性(他のエンベロープウイルスのエンベロープに対する効果)やHIV感染による誘導されるApoEがどのようなメカニズムで誘導されるのか不明である。今後、ApoE promoterを用いたレポーターアッセイにより、明らかにする。さらにエンベロープやApoEのどの機能的なドメインが相互作用に必要であるかについても詳細な解析が必要である。一方、もともとコレステロールのトランスポーターであるApoEは脂質代謝に関与していることが知られているが、これまで、脂質代謝との関連でHIV研究を進めていないので、脂質経路の阻害剤など用いてApoEの抗HIV作用と脂質代謝との関連性について検討したい。

ApoEがHIVの感染複製を抑制することとそのメカニズムの一端は解明できたが、ApoEのウイルスエンベロープに対する特異性(他のエンベロープウイルスのエンベロープに対する効果)やHIV感染による誘導されるApoEがどのようなメカニズムで誘導されるのか不明である。今後、ApoE promoterを用いたレポーターアッセイにより、明らかにする。さらにエンベロープやApoEのどの機能的なドメインが相互作用に必要であるかについても詳細な解析が必要である。一方、もともとコレステロールのトランスポーターであるApoEは脂質代謝に関与していることが知られているが、これまで、脂質代謝との関連でHIV研究を進めていないので、脂質経路の阻害剤など用いてApoEの抗HIV作用と脂質代謝との関連性について検討したい。今年度は比較的効率よく結果が導かれ、研究費を有効に使用することが出来た。次年度はフランスニース大学のグループと国際共同研究により研究を進展させる予定なので、実際、ニース大学を訪問して研究を実施するために必要な海外共同研究のための旅費に計上したい。さらに研究成果を国際学会の場で発信するための旅費にも計上したい。また、ApoEのプロモーター解析をはじめ、脂質代謝などに関与する阻害剤や抗体などの試薬の購入にあてたい。
難加工材料における超塑性現象の解明

セラミックスや金属間化合物の多くは硬くて脆く、通常の条件ではほとんど変形することなく破壊してしまう難加工材料である。しかし、これらの材料においても、高温においてはかなりの変形を示すことが確認されている。本研究では、水素吸蔵合金であるLaNi_5の高温変形挙動について調べた。難加工材における超塑性現象を検討する基礎的知見を得ることを目的としている。アーク溶解とゾーンメルトによってLaNi_5試料を作成した。X線回折によって六方晶系のCaCu_5構造であることを確認した。アルゴン雰囲気中で変形温度およびひずみ速度を変えて圧縮変形を行った。圧縮後の試料を薄片化して透過電子顕微鏡によって組織観察した。LaNi_5は650°C以下では塑性が全くみられなかったが、650°Cから850°Cではクラックは発生するものの塑性変形の兆しがみられた。850°Cから980°Cの温度範囲では、60%を越える変形が可能であった。また、ひずみ速度の増加とともに変形応力が増加した。電顕観察において、変形後の試料には孤立した転位や亜粒界が観察された。これらの転位のバーガースベクトルは1/3〈1120〉と[0001]と決定された。ここで用いた試料の結晶粒は10μm以上はあり、単結晶の領域に亜粒界が形成されている。このようなことから、LaNi_5の高温塑性変形は転位機構によるものと推察される。難加工材料でもこのような高温変形が可能であり、結晶粒が微細化した場合に超塑性が発現するかについて興味がもたれる。
構造特性の理解に基づく革新的アルミニウム電解質材料の開拓

アルミニウム金属電池の実用化には安全性とエネルギー密度の向上が求められており、それには酸化耐性が低く腐食性・大気下での反応性の高いAl2Cl7ーをAl3+/Al活性種としたAlCl3系に替わる,新規電解液の開発が求められる。本科研費研究では,電気化学反応に関与するAl(III)化学種の構造特性を理解し、『AlCl3フリー電解質』の設計指針を提案すること、そしてアルミニウム硫黄電池の実現可能性を検証することを目的としている。2018年度は、アニオン性のAl2Cl7-(第一世代)ではなく、[AlCl2(solvent)]+カチオンが電気化学的Al3+/Al活性を示すことが知られているAlCl3-スルホン系電解液(第二世代)に着目し、Al(CF3SO3)3 (Al[TfO]3)やAl[(CF3SO2)2N]3 (Al[TFSA]3)などAl源の異なる種々のアルミニウム電解質について、電気化学特性と構造特性の関係解明に注力した。振動分光や結晶構造解析から得られた構造情報と電気化学活性を詳細に比較し、AlCl3フリー電解液ではAl3+/Al反応における活性種構造および機序がAlCl3系電解液と根本的に異なること、Al-anionおよびAl-ligand間相互作用のバランスが活性発現において重要な因子であることを明らかとした。研究者の先行研究および、今年度の検討により得られたこれらの知見を統合し、AlCl3フリー電解質の設計指針として以下の2点を提案する。(1)電解質中でアルミニウム塩を(完全)解離させること、そして(2)弱配位性溶媒を用いること。この設計指針を基に、2019年度はAlCl3フリー電解質を設計・開発する。本研究では、『AlCl3フリー電解質』の設計指針を提案することを第一の課題として最も重きを置いている。2018年度の検討により、電解液中のカチオン-アニオンの解離状態が類似でも電気化学活性が著しく異なる系を見出した。AlCl3系電解液を構造的に模倣してもAlCl3を含まない電解液系では電気化学活性が発現せず、このことはClアニオンあるいは[AlnCl3n+1]-アニオンが、「一般的なカウンターアニオン」とは一線を画す特異な性質を有することを示唆している。このような特異な電気化学的金属析出溶解反応は、Grignard試薬からのマグネシウム析出溶解反応と多くの点で類似している。マグネシウム電池電解液はこの10年で飛躍的に進展している。特に申請者は、マグネシウム電池電解液の網羅的検討から、カチオン-アニオンおよびカチオン-溶媒の相互作用のバランスが電気化学活性を決定付けることを見出している。金属および電解液特性の類似性から、同様のアプローチによりAlCl3を脱却した新規電解液系が創出可能と考える。上述のように、申請者は本研究の根幹ともいえる「電気化学活性種の構造特性」を見出している。課題としてあげている設計指針も提示するにいたっており、この点において、極めて順調に進展している。電解液について一定の進展がある一方で、硫黄電池に向けた取り組みは進展がないのが現状である。総合して「おおむね順調に進展している」と評価した。2019年度は前述の設計指針に基づき、アニオン-カチオン間相互作用の能動的制御を主軸に、高活性アルミニウム電池電解質の創出に向けて研究を推進する。具体的には以下の3つのアプローチを検討する。(B)ルイス酸-塩基相互作用の協奏による解離促進を利用した電解質創出(C)アニオンレセプター(分子認識)を利用したアニオン捕捉の電解質適用アルミニウム硫黄電池の実現可能性の検証も本科研費研究の課題として挙げていたが、電解液開発の進捗および他の金属硫黄電池の研究動向を鑑み、2019年度も電解質開発を主に検討していく。金属硫黄電池はリチウムやナトリウム、マグネシウム系で精力的に研究されているが、もっとも可能性のあるリチウム硫黄電池すらも研究開発段階にある。アルミニウム硫黄電池への新規電解液適用可能性を検証するためには、硫黄電極の作製・最適化など多くの労力を要する。AlCl3フリーかつ高活性な電解液は未だ一切の報告がなく、これを世界に先駆けて創出することがもっとも重要な課題と考える。振動分光や結晶構造解析から得られた構造情報と電気化学活性を詳細に比較し、AlCl3フリー電解液ではAl3+/Al反応における活性種構造および機序がAlCl

3系電解液と根本的に異なること、Al-anionおよびAl-ligand間相互作用のバランスが活性発現において重要な因子であることを明らかとした。研究者の先行研究および、今年度の検討により得られたこれらの知見を統合し、AlCl3フリー電解質の設計指針として以下の2点を提案する。(1)電解質中でアルミニウム塩を(完全)解離させること、そして(2)弱配位性溶媒を用いること。この設計指針を基に、2019年度はAlCl3フリー電解質を設計・開発する。本研究では、『AlCl3フリー電解質』の設計指針を提案することを第一の課題として最も重きを置いている。2018年度の検討により、電解液中のカチオン-アニオンの解離状態が類似でも電気化学活性が著しく異なる系を見出した。AlCl3系電解液を構造的に模倣してもAlCl3を含まない電解液系では電気化学活性が発現せず、このことはClアニオンあるいは[AlnCl3n+1]-アニオンが、「一般的なカウンターアニオン」とは一線を画す特異な性質を有することを示唆している。このような特異な電気化学的金属析出溶解反応は、Grignard試薬からのマグネシウム析出溶解反応と多くの点で類似している。マグネシウム電池電解液はこの10年で飛躍的に進展している。特に申請者は、マグネシウム電池電解液の網羅的検討から、カチオン-アニオンおよびカチオン-溶媒の相互作用のバランスが電気化学活性を決定付けることを見出している。金属および電解液特性の類似性から、同様のアプローチによりAlCl3を脱却した新規電解液系が創出可能と考える。上述のように、申請者は本研究の根幹ともいえる「電気化学活性種の構造特性」を見出している。課題としてあげている設計指針も提示するにいたっており、この点において、極めて順調に進展している。電解液について一定の進展がある一方で、硫黄電池に向けた取り組みは進展がないのが現状である。総合して「おおむね順調に進展している」と評価した。2019年度は前述の設計指針に基づき、アニオン-カチオン間相互作用の能動的制御を主軸に、高活性アルミニウム電池電解質の創出に向けて研究を推進する。具体的には以下の3つのアプローチを検討する。(B)ルイス酸-塩基相互作用の協奏による解離促進を利用した電解質創出(C)アニオンレセプター(分子認識)を利用したアニオン捕捉の電解質適用アルミニウム硫黄電池の実現可能性の検証も本科研費研究の課題として挙げていたが、電解液開発の進捗および他の金属硫黄電池の研究動向を鑑み、2019年度も電解質開発を主に検討していく。金属硫黄電池はリチウムやナトリウム、マグネシウム系で精力的に研究されているが、もっとも可能性のあるリチウム硫黄電池すらも研究開発段階にある。アルミニウム硫黄電池への新規電解液適用可能性を検証するためには、硫黄電極の作製・最適化など多くの労力を要する。AlCl3フリーかつ高活性な電解液は未だ一切の報告がなく、これを世界に先駆けて創出することがもっとも重要な課題と考える。
TNF及びIL-10の遺伝子多型から見た術後感染症ハイリスク群の検討と術後臓器不全対策

肝胆道系の(肝臓、胆管、膵臓)悪性腫瘍や食道癌に対する外科手術後には感染を伴う合併症の発生頻度が高く、多臓器不全に陥る症例もあり、極めて重要な問題である。外科手術患者を対象とした研究では、TNF及びIL-10遺伝子多型が手術侵襲後の生体反応と合併症に有意な関連が認められ、ハイリスク群の同定の手がかりとなると考えられた。動物実験の検討からは、過大侵襲後の臓器不全発症には炎症細胞のNF-kappaBの活性化が極めて重要であると考えられた。本研究では、外科手術患者を対象にTNF及びIL-10遺伝子多型が手術侵襲後の生体反応と合併症に及ぼす影響を検討し、術後感染症のハイリスク群を明らかにするとともに、STAT4 knock out mouseおよびSTAT6 knockout mouseを用いて重症感染症時の臓器不全発症のメカニズムを明らかにし臓器不全対策を確立したい。初年度の研究では、日本人におけるTNF及びIL-10の遺伝子多型を明らかにするとともに、これが手術侵襲後の生体反応と合併症特に術後感染症に及ぼす影響を検討した。感染症を主体とする術後合併症は、いわゆる過大侵襲後の過剰な生体反応に関連して起こり、その個体差はcytokineの遺伝子多型に起因している可能性が報告されている。本研究では、外科手術患者を対象にTNF及びIL-10遺伝子多型が手術侵襲後の生体反応と合併症に及ぼす影響を検討し、術後感染症のハイリスク群を明らかにするとともに、STAT4 knockout mouseおよびSTAT6 knockout mouseを用いて重症感染症時の臓器不全発症のメカニズムを明らかにし臓器不全対策を確立したい。
2光子励起法を用いた外分泌腺のイオン・水ベクトル輸送機構の解析

2光子励起法は1990年代に神経を中心とした応用が広がっていたが、上皮細胞や内分泌細胞での応用はほとんどなかった。本研究では、これらの細胞での極性のあるイオン輸送や開口放出機構を解明するために、2光子励起法の応用を切り拓く狙いで計画され、次の様な先進的な成果を上げた。1)ケイジドカルシウム試薬の2光子励起によりカルシウム依存性イオンチャネルの機能分布をサブミクロンの解像で測定する手法をはじめて開発した。この方法を膵臓外分泌腺に応用してのカルシウム依存性塩素チャネルの機能分布を測定したところ、腺腔膜と基底膜には存在するが、側壁には存在しないという特有の分布をすることがわかった。側壁部にチャネルがないことにより、腺腔に放出した塩素が細胞間隙で再吸収される過程が減り、より有効な塩素のベクトル輸送が起きるという新しい機構が示唆された。この様な分布は他の上皮細胞でも利用されている可能性がある。また、この塩素チャネルの分布は塩素輸送のPush-Pull機構の存在を強く支持する。2)膵臓外分泌腺組織の逐次開口放出の可視化し、開口放出小胞のアクチン被覆を発見した。このアクチン被覆の破綻が急性膵炎の病因となる可能性を指摘した。また、基底膜にアゴニスト依存性のアクチン被覆が起きる事も見出した。3)鼻腺上皮組織においてカルシウム波動、逐次開口放出と溶液輸送を可視化し、膵臓外分泌腺と異なり溶液輸送が開口放出に先行することを明らかにした。4)膵臓ランゲルハンス島内のインスリン開口放出を可視化する手法を2光子励起法を用いて開発し、融合細孔が脂質で形成されていることを明らかにした。5)ケイジドグルタミン酸の2光子励起法により神経細胞のグルタミン酸受容体を微笑領域で活性化する手法を確立し、樹状突起スパインの形態機能連関を明らかにし、長期増強の形態基盤を解明した。外分泌腺機能の2光子励起とケイジド試薬を用いたマッピング法を行うのに際しての方法論を確立するために、本年度は、主として哺乳動物中枢神経細胞において、2光子励起でケイジドグルタミン酸を破壊し、グルタミン酸感受性をマップするシステムを開発した。ケイジド試薬を細胞外に投与しながら海馬培養細胞をホールセルクランプして電流記録を行い樹状突起部位において超短パルスレーザー照射を行うとシナプス後電流とほとんど同じ速い時間経過で一過性内向き電流が活性化した。このグルタミン酸電流は励起光のパワーの2.2-2.5乗に依存した。これは、励起が2光子過程であること、及び、グルタミン酸の受容体への結合の共同性からよく説明される。この電流の空間分布を測定するために、およそ10ミクロン四方の樹状突起領域を覆う500ピクセルの各点において、グルタミン酸電流を記録するシステムを構築した。こうして記録されたAMPA電流は、FM1-43で標識されるシナプス前終末に接する樹状突起に限局してパッチ状に分布していることが解像した。このパッチの空間分布から、我々のシステムの空間解像はx軸で0.74ミクロン、z軸で1.2ミクロン以下であることが推定されたこのケイジドグルタミン酸誘導体は水溶液中で極めて安定で、微量のグルタミン酸の漏出も起きないので、グルタミン酸に高親和性のNMDA受容体の分布測定も可能であった。実際、AMPA成分とNMDA成分の大きさは樹状突起の部位により異なり、ほぼNMDAにのみ感受性を示す領域も観察された。こうして、2光子励起法を応用した我々のシステムは脳標本においてシナプスの重み分布やその動態、或いは単一シナプスレベルの局所刺激を行うことのできる新しい方法論であることがわかった。このシステムを外分泌腺細胞に応用して、機能マップをとる作業を開始した。

4)膵臓ランゲルハンス島内のインスリン開口放出を可視化する手法を2光子励起法を用いて開発し、融合細孔が脂質で形成されていることを明らかにした。5)ケイジドグルタミン酸の2光子励起法により神経細胞のグルタミン酸受容体を微笑領域で活性化する手法を確立し、樹状突起スパインの形態機能連関を明らかにし、長期増強の形態基盤を解明した。外分泌腺機能の2光子励起とケイジド試薬を用いたマッピング法を行うのに際しての方法論を確立するために、本年度は、主として哺乳動物中枢神経細胞のスライス標本において、2光子励起でケイジドグルタミン酸を破壊し、グルタミン酸感受性をマップするシステムを開発した。ケイジド試薬を細胞外に投与しながら海馬錐体細胞をホールセルクランプして電流記録を行い樹状突起部位において超短パルスレーザー照射を行うとシナプス後電流とほとんど同じ速い時間経過で一過性内向き電流が活性化した。このグルタミン酸電流は励起光のパワーの2.2-2.5乗に依存した。これは、励起が2光子過程であること、及び、グルタミン酸の受容体への結合の共同性からよく説明される。この電流の空間分布を測定するために、およそ一辺10ミクロンの立方体内に樹状突起領域を覆う2000ピクセルの各点において、グルタミン酸電流を記録するシステムを構築した。こうして、樹状突起はスパインごとにグルタミン酸感受性が大幅に異なること、そして、グルタミン酸感受性はスパイン形態と強い相関があることが明らかとなった。また、グルタミン酸感受性はスパインごとに独立に調節されていること、0から約150個の受容体を発現することが明らかとなった。2光子励起法を応用した我々のシステムは脳標本においてシナプスの重み分布やその動態、或いは単一シナプスレベルの局所刺激を行うことのできる新しい方法論であることがわかった。このシステムを外分泌腺細胞に応用して、機能マップをとる作業を開始している。膵臓外分泌線細胞の開口放出に伴うアクチン動態を2光子励起法によって解析した。固定標本でファロイヂン染色によりFアクチンの分布を調べることにより、開口放出を起こした小胞に対してFアクチンによる被覆が速やかにおきることが確認された。この被覆は開口放出した小胞に選択的に、そして、開口放出したすべての小胞に対して起きた。アクチンGFPでアクチンの動きを見ると、アクチンの細胞質から小胞膜への移動が観察され、細胞質のアクチンが小胞膜において重合していることが明らかとなった。この重合はアクチンの重合阻害剤であるlatrunkulinA(LatA)で完全に阻害された。そこで、LatA処理した標本の開口放出を観察したところ、開口放出が早くなり、オメガ構造が不安定でvacuoleの形成が起きることが明らかとなった。従って、Fアクチンによる被覆は開口放出を遅くし、また、vacuoleの形成を阻害阻害することが明らかとなった。この重合は小分子量G蛋白質であるrhoの特異的阻害剤であるボツリヌス毒素のC3フラクションで完全に消失したため、rhoの活性化によることが明らかとなった。F-アクチンは無刺激の時にも腺空を被覆しているが、標本をC3毒素で処理するとこの被覆は消失した。従って、腺空膜にはrhoの構成的刺激分子があり、その側方拡散によってアクチン被覆が開口放出した小胞に選択的に進行すると考えられた。この様な動的な被覆により、分泌小胞の膜は外界のストレスから速やかに保護され、異常な開口放出の進行が防がれ、急性膵炎などの発症が防がれると考えられた。
ミクロスケール・スラリー流れ可視化観察による研磨メカニズムの解明

半導体デバイスの製造に欠かせない化学的機械研磨において、ウェーハと研磨パッド間のミクロなスケールにおけるスラリー流れは未解明である。そこで、流れの相似則を利用して模擬的なスラリー流れを再現し、ミクロなスラリー流れの可視化観察を実施した。その結果、ウェーハと研磨パッド間の微細な凹凸領域に循環流れの存在を確認した。また、循環流れの数が多いほど研磨レートが大きくなる傾向にあることが分かった。本研究で確認されたミクロな循環流れを制御することにより、研磨性能の向上につながる可能性がある。半導体デバイス製造の多くの工程で使用されている化学的機械研磨(CMP)においては、近年、半導体デバイスの更なる高性能化を実現するために、研磨メカニズムを踏まえた効率的な技術開発が重要となっている。これまでに提案されている研磨モデルでは、ウェーハと研磨パッドとの間の微細な隙間のスラリー流れによる砥粒の挙動が重要な要素であり、その解明と制御が研磨性能の向上における重要課題である。報告者らはこれまでに、研磨パッド表面を拡大した透明シリコーン樹脂製の可視化模型を作製し、流れの相似則を利用して模擬的なスラリー流れを発生させ可視化する手法を考案した。本研究では、この微細な隙間のミクロスケール・スラリー流れの可視化観察および流速分布測定手法を確立するとともに、光学的フーリエ変換に基づいて評価された研磨パッド表面についてスラリー流れを詳細に分析する。更に、研磨パッド表面形状およびスラリー流れと研磨速度との関係から、研磨メカニズムの解明に挑む。平成27年度に実施した主な研究内容を以下に示す。(1)可視化用のシート状レーザー光源とディジタルカメラの位置関係を固定したまま3軸方向に位置決め可能なトラバース機構を設計製作した。これにより、複数断面にわたる詳細な可視化観察や流速分布測定が可能になった。(2)ミクロスケール・スラリー流れにおけるパッド摩耗の影響について調査を開始し、孤立したパッド凸部と凹部周辺ではパッド摩耗の影響がほとんどないことを明らかにした。(3)パッド摩耗の影響調査の過程で、ウェーハ近傍(ウェーハ表面から約15μmまで)に比べてパッド凹部の流れが非常に遅いことが明らかとなった。これより、ウェーハ近傍とパッド凹部で時間スケールを変えて可視化観察する必要があることが判明した。可視化観察において位置決め精度を良くするためのトラバース機構を設計し製作した。3軸方向に所望の精度で位置決め可能なトラバース装置が完成したが、当初の予定より時間がかかった。また、パッドの摩耗により研磨速度が小さくなるため、パッド摩耗の影響についての可視化の要望を多く頂いた。したがって、交付申請書に記載していないパッド摩耗の影響についての調査を実施し、孤立したパッド凸部と凹部ではパッド摩耗の影響がほとんどないことを明らかにするとともに、ウェーハ近傍に比べてパッド凹部の流れが非常に遅いことを明らかにした。トラバース機構の設計製作に時間がかかったこととパッド摩耗の影響を調査したことにより進捗がやや遅れ、平成27年度途中から実施する予定であった、連携研究者が光学的フーリエ変換に基づいて評価した数種類のパッド表面形状の模型作製と可視化観察を、平成28年度から実施することにした。平成28年度に実施した主な研究内容を以下に示す。(1)平成27年度に製作したトラバース機構を用いて、従来よりも広い範囲で模擬スラリー流れを詳細に可視化観察した。(2)研磨パッドの起伏の凸部付近に上昇流と下降流が観察され、起伏の谷部では、ウェーハの移動方向と反対方向の遅い流れが観察された。(3)研磨パッドのポアの開口部と、コンディショニングにより形成された起伏の谷部に循環流れの存在を確認した。これらの循環流れが、ウェーハ表面へのスラリー供給を促進していると考えられる。(4)連携研究者が実測した研磨パッド表面形状をもとに5種類の可視化模型を作製し、順次可視化実験を実施中である。可視化模型の材料となる透明シリコーン樹脂が安定して入手できず、連携研究者が実測した研磨パッド表面形状の可視化模型の作製に時間がかかってしまった。これに伴い、平成27年度の遅れを想定よりも取り戻すことができず、進捗がやや遅れている。

これまでに提案されている研磨モデルでは、ウェーハと研磨パッドとの間の微細な隙間のスラリー流れによる砥粒の挙動が重要な要素であり、その解明と制御が研磨性能の向上における重要課題である。報告者らはこれまでに、研磨パッド表面を拡大した透明シリコーン樹脂製の可視化模型を作製し、流れの相似則を利用して模擬的なスラリー流れを発生させ可視化する手法を考案した。本研究では、この微細な隙間のミクロスケール・スラリー流れの可視化観察および流速分布測定手法を確立し、詳細に分析する。更に、研磨パッド表面形状およびスラリー流れと研磨速度との関係から、研磨メカニズムの解明に挑む。平成29年度に実施した主な研究内容と成果は次の通りである。(1)連携研究者が実測した研磨パッド表面形状をもとに作製した5種類の可視化模型を使用してスラリー流れの可視化実験を実施した。その結果、循環流れの数が多いほど研磨速度が大きくなる傾向にあることが明らかとなった。また、研究期間全体を通じた研究の成果は次の通りである。(1)トラバース機構を設計製作するなどし、位置決め精度1mm(実際のCMPに換算すると約3μm)でのミクロスケール・スラリー流れの可視化観察および流速分布測定手法を確立した。(2)研磨パッドのポアの開口部と、コンディショニングにより形成された起伏の谷部に循環流れの存在を確認した。これらの循環流れが、ウェーハ表面へのスラリー供給を促進していると考えられる。今後は、本研究において存在が明らかとなったミクロな循環流れを制御することにより、研磨性能の更なる向上(ブレークスルー)に繋げることを目指す。半導体デバイスの製造に欠かせない化学的機械研磨において、ウェーハと研磨パッド間のミクロなスケールにおけるスラリー流れは未解明である。そこで、流れの相似則を利用して模擬的なスラリー流れを再現し、ミクロなスラリー流れの可視化観察を実施した。その結果、ウェーハと研磨パッド間の微細な凹凸領域に循環流れの存在を確認した。また、循環流れの数が多いほど研磨レートが大きくなる傾向にあることが分かった。本研究で確認されたミクロな循環流れを制御することにより、研磨性能の向上につながる可能性がある。予定よりやや遅れたが、光学的フーリエ変換に基づいて評価した数種類のパッド表面形状の模型作製と可視化観察を平成28年度から実施する。なお、平成27年度の研究により、ウェーハ近傍とパッド凹部で時間スケールを変えた可視化観察が必要であることが分かったため、これまで数十秒であった可視化観察時間を1時間程度まで延長することが新たな課題である。これには、流れ発生装置を改良して長時間運転を可能にするとともに、好適なカメラの撮影時間間隔を探索して対応する予定である。研磨中に砥粒はパッド凹部から供給されると考えられており、ウェーハ表面近傍の流れを把握することに加えてパッド凹部の流れを把握することは、研磨メカニズムの解明に貢献すると考えている。透明シリコーン樹脂については、平成28年度に代替品を検討した。今後は安定的に入手できる代替品を購入して使用する予定である。
局所同位体分析をプローブとした放射性核種の移行挙動に関する素過程の解明

自然界における放射性核種の移行挙動を解明することを目的とし、オクロ鉱床から採取した母岩試料を対象として、局所化学分析ならびに分光分析を行った。電子顕微鏡を用いた詳細な鉱物観察から、ジルコンならびにフローレンサイトが放射性核種を固定していると推定された。高感度高分解能イオンマイクロプローブを用いたジルコンの局所同位体分析の結果、一部のジルコンからはPbが失われていることが明らかになった。ジルコンは物理化学的に安定な鉱物であるが、ジルコンに含まれるウランやトリウムといった放射性核種の壊変により結晶格子が破壊され、結晶学的な安定性が低下すると考えられる。ラマン分光分析計を用いた結晶構造の観察から、Pbの損失を生じているジルコンは結晶度の低下が観測された。結晶度とPbの損失量には明瞭な相関が見られ、結晶度の低下した部位がPb損失の過程において重要な役割を果たしていると推定される。Pbの損失を生じているジルコンは、CaやMn、Fe、Al、希土類元素の含有量が高く、主成分元素であるZrの含有量が低い。CaやMn、Fe、Alといった元素の含有量は、主成分元素であるZrの含有量と相関を持っており、ジルコンが変質作用を受けた際にこれらの元素がZrと置換してジルコン中に取り込まれていると解釈される。またこれらの元素とZrの含有量の相関を詳細に観察すると、ジルコンが変質作用を受けた際に、最初にFeが混入し、Feが飽和した後にCaとMnが混入することが明らかになった。CaやMnの置換に伴い、イオン半径の近い希土類元素も同時にジルコン中に混入する。CaとMnが飽和するとAlがジルコン中に混入する。希土類元素とUは化学的性質が類似しており、希土類元素と同様にUもジルコン中に混入することが考えられる。一部のジルコンはUに富んだ縁部を有しており、これは二次的にUが混入したことを示している。地層内での長期的な放射性元素の移行挙動を観察できるという観点から、大規模なウラン鉱床を対象としたナチュラルアナログ研究は、放射性廃棄物の地層処分に関する有益な情報を提供すると考えられている。ナチュラルアナログ研究のサイトであるガボン共和国のオクロ鉱床の形成年代は、21億年と報告されているが、精度が低いために放射性元素を含む元素の移行挙動の議論を行う上でしばしば問題となっていた。本研究では、オクロ鉱床の上位層である火山堆積物から採取したジルコン(Zr_2SiO_4)のU-Pb年代測定により、ウラン鉱床を含む堆積層が20億8300万年前までに形成されたことが明らかになった。過去の地質学・鉱物学的研究から、この年代はウラン鉱床の形成年代の上限値であることが指摘される。また同鉱床は還元的な環境で堆積した礫岩をウランの供給源とし、酸化的な雰囲気で礫岩からウランが溶出し、鉱床が形成されたと報告されていることから、本研究から得られた年代は初期地球における大気酸素分圧の上昇時期に年代学的な制約をかけると考えられる。本試料中のジルコンの多くはPbを損失しており、U-Pb同位体分析はPb損失の時期が5億年前であることを明らかにした。この時期にウラン鉱床中においてもウラン鉱物からもPbの損失が起きており、オクロ地域広域にわたって変質作用が生じたと考えられる。変質作用によりジルコンからPbが失われると同時に、CaやMn、希土類元素がジルコン中に取り込まれていることが明らかになった。特にEuに関しては、一般的なジルコンは負のEu異常を示すのに対し、本試料中の一部のジルコンは正のEu異常を示す。これは本来ジルコンの結晶構造には不適合な2価のEuが、イオン半径の類似しているCaと共に優先的にジルコン中に取り込まれていることを示している。

CaやMnの置換に伴い、イオン半径の近い希土類元素も同時にジルコン中に混入する。CaとMnが飽和するとAlがジルコン中に混入する。希土類元素とUは化学的性質が類似しており、希土類元素と同様にUもジルコン中に混入することが考えられる。一部のジルコンはUに富んだ縁部を有しており、これは二次的にUが混入したことを示している。
DNAメチル化による難治性統合失調症の原因解明および診断への応用

メタンフェタミン連続投与したマウスおよびコントロールマウス脳部位および血中のゲノムDNAを抽出し、DNAメチル化解析を試みた。また血中メチル化状態と脳部位ごとのメチル化状態の相関性について検討した。Shatiのメチル化について検討したところ、側坐核においては特定のCpGユニットで有意な変化が確認された。また血中のShatiゲノムのメチル化についても興味深いことに側坐核と同様のCpGユニットで有意な変化が確認できた。このことより、血中のメチル化の測定が、脳内のメチル化を反映する可能性が考えられる。さらなる解析が必要であるものの血中DNAメチル化解析による統合失調症診断への応用の可能性が示唆されるメタンフェタミン連続投与したマウスおよびコントロールマウス脳部位および血中のゲノムDNAを抽出し、DNAメチル化解析を試みた。さらなる解析が必要であるものの血中DNAメチル化解析による統合失調症診断への応用の可能性が示唆される統合失調症は人口の1%が罹患する患者数の多い疾患である。しかし、原因が明確になっておらず、切り札となる治療法も存在しない。現在までに、定型および非定型の治療薬が開発されてきているが、いずれの治療薬が患者にとって奏効があるかどうかは服用してみないとわからないというのが現状である。我が国でも昨年、難治性統合失調症患者に対するクロザピンでの治療が開始されたが、患者個々が難治性か否かを見極めるには、1年以上の歳月をかけて複数の薬を試さざるをえず、その期間の患者や家族の苦悩は非常に大きい。そこで本研究では、精神疾患関連遺伝子として見出している3つの新規分子の発現変動がDNAメチル化に起因すると仮定し、その検証とバイオマーカーとしての臨床応用への可能性について検証することを目的としている。まず、メタンフェタミンを連続投与した統合失調症モデルマウスおよびコントロールマウス脳内における3つの遺伝子の発現について、定量的PCRにより部位ごとに検証した。その結果Shati,TMEM168のmRNA発現量は、海馬、前頭前皮質、および側坐核において上昇が確認された。さらに詳細に解析する目的で、それぞれのマウス脳の凍結切片を作成し、in situハイブリダイゼーション法や免疫組織化学染色法を用いて検討を行った。さらにエピジェネティックな解析を試みる目的で各脳部位および血中のゲノムDNAを抽出した。まず、血中ゲノムDNAのShatiおよびTMEM168のプロモーター上のメチル化を解析したところ、メタンフェタミン連続投与したマウスにおいて、メチル化の割合が減少していた。これによりメチル化が解除されている可能性が示唆される。今後は各脳部位のメチル化も解析し、血中のメチル化と比較することにより、臨床応用への適応を目指す。メタンフェタミン連続投与したマウスおよびコントロールマウス脳部位ごとのゲノムDNAを抽出し、各遺伝子におけるメチル化の状態についてエピジェネティックな解析を試みた。さらに、同動物より血液を回収した後、SHATI、PICCOLO、TMEM168の血中におけるメチル化の状態についても検討し、ゲノムのメチル化が、精神疾患においてのバイオマーカーとなり得るかどうかを検討した。昨年度までの研究において、メタンフェタミン繰り返し投与により、海馬、側坐核、前頭前皮質において上記の遺伝子の上昇がin situハイブリダイゼーションおよびリアルタイムPCRにより確認された。また血中メチル化状態に変化がある可能性が認められたため、その変化が脳部位ごとのメチル化状態をも反映するかどうか、脳部位ごとのメチル化解析を行い、血中との相関性について検討した。まず、TMEM168については、目的とした脳部位においてはほとんどメチル化がおこっておらず、メタンフェタミン連投マウスとコントロールマウスにおいて変化は確認されなかった。次に、Shatiのメチル化について検討したところ、側坐核にいてはメタンフェタミン群ではコントロール群と比較して、Shati転写開始点上流であるCpGアイランド1のDNAメチル化率が減少しており、特定のCpGユニットで有意な減少が確認された。また血中のShatiゲノムのメチル化についても確認したところ側坐核と同様に減少が確認され、興味深いことに側坐核と同様のCpGユニットで有意な減少の確認できた。さらなる解析が必要であるものの血中DNAメチル化解析による統合失調症診断への応用の可能性が示唆される。in situハイブリダイゼーションや免疫染色などの手法を新たに立ち上げ、脳内におけるshati、TMEM168の発現局在を確認することができた。また、血中ゲノムのメチル化解析にも着手でき有意義な結果を得ることができた。24年度が最終年度であるため、記入しない。今年度はさらに様々な脳部位におけるメチル化解析を予定しており、可能ならば統合失調症患者の血液を用いた臨床応用に適応していきたいと考えている。そのため現在、臨床委員会への申請をしているところである。
多細胞システムのパターン形成を駆動するシンギュラリティ細胞の同定と操作

1万個の細胞がcAMPパルスを臨界成長させる系では、いち早くcAMPパルスを開始するリーダー細胞(シンギュラリティ細胞)と、その信号を増幅成長させるフォロアー細胞(シンギュラリティ機構)が見出される。集団のわずか1%程のこれらの細胞が、集団全体の信号伝達動態を大きく左右することを検証するには、リーダー細胞とフォロアー細胞、そしてこれらに従属的なシチズン細胞の集団内組成を任意に再構成し、臨界に与える影響をアッセイする社会操作実験を行う必要がある。平成30年度は、リーダー細胞とフォロアー細胞を識別できる光変換型cAMP指示薬の開発を試みた。赤色cAMP指示薬(R-FlincA)の蛍光レポーター部分を光変換型蛍光タンパクに置換するため、mEOS2の円順列変異体15種とR-FlincA(PKA)への挿入部位13種の組み合わせとして合計195種類の候補指示薬を作成した。これらを導入したHEK293細胞をFSK刺激することで、顕著な蛍光強度の減少を示すものを選別した。さらにcAMP存在下で刺激光照射(405nm)すると、緑色蛍光が赤色蛍光に不可逆的に変化する一方、cAMP非存在下では光応答性を持たないものを同定し、GR-FlincA(green to red fluorescent indicator for cAMP)と名付けた。HEK293細胞での機能検証の結果、GR-FlincAはcAMPに対して100%の信号変化率を持つこと、光活性化コントラストがcAMPの有無で2.5倍変化することを明らかにした。また、ゲノム編集を活用して細胞分裂回数のメモリーモジュールの開発を進めた。分子内の異なる3箇所で分断させたsplit型Cas9と、G1/G0期に安定化されるCdt1、S/G2/M期で安定化されるGeminin1との融合タンパク質とを連結させた融合タンパク質発現システムを6組み合わせ作成し、HEK293T細胞で発現させ、細胞分裂と連動してCas9酵素が活性化される候補を同定した。GR-FlincAのプロトタイプの開発に成功し、成果の一部を学会発表した。また、一連の大規模データ解析の技術障壁となっていた一細胞トラッキングについて、機械学習を用いた自動化を進めるなど解決の目処が立っている。また、Split型Cas9と、細胞周期と連動して安定化・不安定化されるタンパク質とを連結させた融合タンパク質発現系、および、Cas9活性を簡易的に評価できるレポーター系の構築が完了している。これらの成果から、研究は「概ね順調に進展している」と判断できる。研究を推進するため、各計画班との連携を強化する。特に、リーダー細胞の検出を容易にするため、永井班と共同でH30年に開発したGR-FlincAの機能向上を図る。また、1細胞ピックアップ技術を有する城口班と共同で、リーダー細胞の回収分析を行いその分子特徴を見いだす。最も容易なケースとしてはスイッチとして機能する遺伝子の発見が想定されるが、最も困難なケースとして分子的な特徴を見出せない可能性も考慮する。例えば細胞の大きさや分裂の回数などのケースである。この対応として、大浪班小松崎班と共同で形態などの画像データからバイアスなしにリーダー細胞の起源としての過去の特徴を見出す方法を検討する。また、細胞分裂回数のメモリーモジュールの開発を堀川班分担の竹本らと継続して行う。竹本班の具体的な方策として、split型Cas9-Cdt1/Geminin1の最適化を進めるとともに、分裂回数のメモリーを実現するための標的人工遺伝子を検討する。併せて、開発するメモリーモジュールを効率的にマウスに組み込むためのゲノム編集マウス作製法を開発する。

GR-FlincAのプロトタイプの開発に成功し、成果の一部を学会発表した。また、一連の大規模データ解析の技術障壁となっていた一細胞トラッキングについて、機械学習を用いた自動化を進めるなど解決の目処が立っている。また、Split型Cas9と、細胞周期と連動して安定化・不安定化されるタンパク質とを連結させた融合タンパク質発現系、および、Cas9活性を簡易的に評価できるレポーター系の構築が完了している。これらの成果から、研究は「概ね順調に進展している」と判断できる。研究を推進するため、各計画班との連携を強化する。特に、リーダー細胞の検出を容易にするため、永井班と共同でH30年に開発したGR-FlincAの機能向上を図る。また、1細胞ピックアップ技術を有する城口班と共同で、リーダー細胞の回収分析を行いその分子特徴を見いだす。最も容易なケースとしてはスイッチとして機能する遺伝子の発見が想定されるが、最も困難なケースとして分子的な特徴を見出せない可能性も考慮する。例えば細胞の大きさや分裂の回数などのケースである。この対応として、大浪班小松崎班と共同で形態などの画像データからバイアスなしにリーダー細胞の起源としての過去の特徴を見出す方法を検討する。また、細胞分裂回数のメモリーモジュールの開発を堀川班分担の竹本らと継続して行う。竹本班の具体的な方策として、split型Cas9-Cdt1/Geminin1の最適化を進めるとともに、分裂回数のメモリーを実現するための標的人工遺伝子を検討する。併せて、開発するメモリーモジュールを効率的にマウスに組み込むためのゲノム編集マウス作製法を開発する。
走査トンネル顕微鏡による高温超伝導体の電子対の対称性と電子対破壊の直接観察

近年発見された銅酸化物の高温超伝導は反強磁性相に隣接して出現することから、反強磁性揺らぎと超伝導をもたらす電子対の形成機構との関連性に大変興味が持たれている。電子対の形成に反強磁性揺らぎが関与するときには、超伝導ギャップに反映される電子対波動関数の対称性は、d波のもので、フォノンを媒介とする従来型の超伝導の対称性(s波)とは異なることが示されている。したがって、銅酸化物における超伝導ギャップの対称性を明らかにすることは、その対形成の機構を解明する上で重要である。本研究で申請者らは、Bi系銅酸化物高温超伝導体(Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ>、略称Bi2212)におけるCu-O面(高温超伝導に本質的な原子面)の鮮明な走査型トンネル顕微鏡(STM)原子像を液体ヘリウム温度の極低温下で観測し、このSTM原子像を観測する過程でトンネル分光(STS)を行うことに成功した。以下に得られた結果を列記する。1)Bi2212におけるトンネル・スペクトルはCu-Oの結合方向に対して45°傾いた方向にノードを持つ超伝導ギャップと合致する。2)STM探針を試料表面に極端に接近させるこのにより、ノードで超伝導ギャップの符号が反転するd波超伝導体で期待される非磁性不純物による電子対破壊が観測された。この結果とノードの方向に関する知見を考え合わせることにより、Bi2212の超伝導ギャップの対称性はd_<x2-y2>であることが明らかにされた。3)電子対形成の相互作用の強さと関係する超伝導ギャップの大きさは、Cu-O面のキャリア濃度が小さくなると共に増大し、反強磁性相関の発達の程度と相関することが明らかにされた。銅酸化物高温超伝導体における超伝導電子対の対称性は、対形成の機構に関する直接的な知見を与えるものと注目されており、現在、多くの測定手段により精力的に調べられている。申請者らは、走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いて、電子対の形成に本質的な働きをしているCu-O面のSTM原子像をビスマス系銅酸化物において観察することに成功した。このSTM原子像は超伝導に関与する伝導電子がO2p_σとCu3d_x^2_<-y>^2軌道に主に存在することを示しており、超伝導の発現機構を考える上で重要となるCu-O面の基本的に電子状態が明らかにされた。また、Cu-O面のSTM原子像を観察する過程で行われたトンネル分光(STS)では、d波の対称性を支持するトンネルスペクトルが得られた。さらに、ビスマス系銅酸化物における電子構造の異方性を考慮してトンネルスペクトルを解析した結果、d_x^2_<-y>^2の対称性と合致することが明らかにされた。以上のように、本年度は電子対の対称性をSTM/STSを用いて精力的に調べてきた。次年度は、電子対の破壊効果も合わせて調べ、電子対形成機構に関する知見を得る。銅酸化物高温超伝導体における超伝導ギャップの対称性は、電子対の形成機構に関する直接的な知見を与えるものと注目されている。そこで、申請者らは、走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いてビスマス系銅酸化物高温超伝導体におけるトンネル分光(STS)を行い、超伝導ギャップの対称性を調べてきた。前年度得られた重要な知見は、ビスマス系の超伝導ギャップがCu-Oの結合方向に対して45°傾いた方向にノードを持つ、ということである。

今年度は、非磁性不純物による電子対の破壊効果から電子対形成機構に関する知見を得ることを目的とし、STMのプローブとなる探針を試料表面に接近させることにより、その超伝導に対する影響を調べた。深針を極端に試料表面に接近させたとき、ノードで超伝導ギャップの符号が反転するd波超伝導体における電子対破壊で期待されるトンネルスペクトルが観測された。この結果は、前年度得られたノードの方向に関する知見も考慮すると、超伝導ギャップがd_x2_y2の対称性を持つことを示している。このことは、銅酸化物の高温超伝導が、フォノンを媒介とする従来型の超伝導(s波)とは異なり、反強磁性スピン揺らぎを媒介とする機構等の新たな超伝導機構に基づくことを意味するものである。このように、本研究で得られた成果は、高温超伝導の機構を解明する上で極めて重要であると考えられる。
氷とアンモニアのメガバール領域での融点計測

天王星と海王星といった氷惑星の磁場は、地球を含めた他の太陽系惑星とは形態が大きく異なっていて、多重極磁場であることが知られている。このような異質な磁場は構成物質の水やアンモニアの対流によって生成されているため、これらの物質の相関係と対流に関わる物性は磁場生成メカニズムと密接に関連している。本研究では、CO2レーザー加熱装置とブリュアン-ラマン散乱分光計測を組み合わせた複合計測システムを開発し、惑星内部環境下におけるアンモニアの弾性波速度計測とラマン分光分析を行った。高温高圧下のアンモニアのブリュアンスペクトル中に出現する、液体に由来する音速ピークの観察を基にして60 GPaまでのアンモニアの融点計測に成功した。約2000 K、40 GPa以上の温度圧力条件で低い音速を持つ新しい相を発見した。ラマン分析からその新しい相は、イオン化していることがわかり、この相が超イオン相に相当することがわかった。超イオン相の縦波速度は液体と同等であることが示されたため、超イオン相は液体と同程度の弾性特性を持っていることがわかった。惑星内部の温度圧力環境にアンモニアの超イオン相が存在することが本研究で決定した融解曲線から明らかになった。したがって、超イオンアンモニアは天王星、海王星内部に存在しているが、この物質が液体と同等の弾性特性を持っていることから、超イオン物質は惑星深部の対流抑制に寄与していないことがわかった。氷惑星のもう一つの主要物質であるメタンは深部で水素とダイヤモンドに分解することがわかっている。この分解生成されたダイヤモンドがマントル深部に沈殿してダイナモ生成を妨げるような安定成層を形成している可能性が考えられる。本研究から、氷惑星の磁場生成メカニズムと関連する、重要な内部構造が明らかになった。氷とアンモニアの融解を生成するためのシステムのセットアップを行なった。また、より明確に融解を判断するために高温高圧下の化合物試料のラマン散乱を使った構造解析に加えて、ブリルアン散乱を使った弾性波速度計測が可能なシステムのセットアップを行なった。以下でその詳細を説明する。アンモニアを極低温の液体窒素で冷却して液化させ、ダイヤモンドアンビルセル(DAC)内に導入して充填するシステムの構築に成功した。このシステムの使用により、高純度の液体試料を準備することが可能となり、DAC内の試料の圧力も制御できるようになった。試料の分解及び融解挙動の分析として、ラマン散乱とブリルアン散乱計測を採用した。ラマン分析は試料の分子構造の決定に必要不可欠であるが、水素が無秩序になることが予想される超イオン相の構造は、液体と区別がつかないことが最近の研究によって指摘された。したがって、本研究では構造のみならず弾性特性の変化にも着目して、新たにブリルアン散乱計測の導入を試みた。このように、分子構造と弾性特性の両方の変化を同時に追うことで、融解及び分解挙動を多角的に判断できるようになった。従来からレーザー照射によって加熱された試料の温度は熱輻射スペクトル解析に基づいて算出されてきた。しかしながら、熱輻射強度は温度が低くなると極端に弱くなるため、1000 K以下の温度を決定することが困難であった。軽元素化合物の融点は鉱物と比較して低く、1000K以下の温度決定は本研究における重要課題であった。本研究では、熱輻射計測に加えて、ラマンのストークス-アンチストークス強度比の関係を用いた温度計測法を取り入れた。この手法の導入によって室温から温度算出が可能となり、加熱された試料の熱力学経路(温度圧力条件)の詳細を正確に決定できるようになった。当初の研究計画ではアンモニアを充填するシステムと、高圧融解を生成するCO2レーザー加熱装置とラマン分析を組み合わせたシステムの構築が予定されていた。現在ではさらに、融解を明確に観察できるブリルアン散乱計測が加わり、室温から温度決定が可能なラマンのストークス、アンチストークスの強度比を使った温度測定システムも構築できた。この環境整備により、さらにスムーズに研究を遂行できる確信が得られたため、計画以上に進展していると考えられる。アンモニアの高圧力下における融解曲線を含めた相図の実験的調査を行った。昨年度構築したブリュアン散乱及びラマン散乱分光計測とCO2レーザー加熱を組み合わせた複合システムを用いて、アンモニアの超イオン相の相探索及び安定性、さらに融点の実験的決定を目指した研究を行った。CO2レーザーで加熱された35 GPaのアンモニア試料のブリュアンスペクトルにおいて、2100 Kで液体由来の縦波音速(Vp)ピークが出現した。この液体由来の速度ピークの出現に基づいて融解を判断し、融点を決定した。さらに、81 GPaの固体アンモニアのVpは800 Kで急激な減少を示した。同時に、この時のVpピークの半値幅に大きな上昇が見られた。これらの音速データの急激な変化は、アンモニアのプロトンの拡散に起因しており、この挙動は超イオン相への相転移を示唆している。これらの結果からブリュアン散乱分光計測実験によって、アンモニアの60 GPaまでの融点と超イオン相の相転移境界の決定に成功した。40 GPaで観察された融点の急上昇は、アンモニアの融解曲線と天王星及び海王星の内部圧力温度曲線との交差をもたらし、これはアンモニアの超イオン相が氷惑星内部で安定であることを示唆している。