hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
偏光レーザを用いた接着接合界面の三次元残留応力計測

平成5年度および平成6年度の研究により、高精度複屈折装置を試作し、さらに、これに1/4波長板,ロックインアンプを加えることで、透過光の変調周波数成分とその倍の高調波成分を測れるように改良した。これにより主応力差と主応力方向を同時に計測できるようになった。また、装置の計測制御をかなりの部分をコンピュータにより自動化した。これにより、多数の点の応力を正確に求めることができるようになった。また、この装置と方法により、従来は不可能であった接着層内の残留応力の三次元的構造の二次元投影分布を実験的に求めることができた。しかし、当初予定した三次元応力場の実験解析的解法は困難なことがわかった。これは、接着層内で小さい値である厚さ方向の応力が無視できない(正確には微分値が無視できない)ことが判明したためである。しかし、エポキシ樹脂で接着されたガラス板の接着層内の残留応力(三次元応力の二次元投影)を0.1mmの空間分解能で測定できるようになり、実験装置や測定方法では十分な進歩がみられた。また、三次元応力解析についても有限要素法を利用した逆問題解析の可能性があり、今後はこの方法について研究を進めていく方針である。平成6年度においては、せん断応力差積分法による応力解析を実験結果に適用した。また、三次元有限要素法によるモデル応力解析コードを試作した。具体的には、負荷を受ける円孔および切り欠きを有する板について有限要素法による三次元モデル解析を行い、本研究による計測結果をもとにした実験応力解析により得られた二次元応力分布と比較した結果、非常によい一致がみられた。平成5年度までに、光弾性変調器と高周波変調法による応力分布計測法を確立し、ガラス板をエポキシ系接着剤で接合したときに、接着剤の硬化収縮および熱ひずみのよって発生したと考えられる接着層内の残留応力分布を測定した。その結果、接着層の面内応力の主応力差は周辺部で大きく、内部では、二軸引張状態にあることが判明した。また、その残留応力が、接着層と被着体(ガラス)の界面のせん断力によって引き起こされることがわかった。当初、薄い接着層の三次元応力状態においては、板厚方向の垂直応力は十分に小さく無視できると考えていた。事実、この応力の絶対値は他にくらべ十分小さい。しかし、その後の研究により、この応力の板厚方向微分値が、釣合方程式を解く上で無視できないことがわかってきた。(日本機械学会講演会で発表)このため、三次元応力を二次元主応力差・主応力方向分布から実験力学的に求めるには有限要素法を用いた逆問題解析を行う必要があることがわかった。今後はこの逆問題解析の方向で研究を進める予定である。現在、三次元応力解析が可能な有限要素法プログラムについて研究を進めている。また、平成6年度は、三次元応力場の複数の二次元投影から、三次元応力場を有限要素法などを援用して合成可能かどうかを検討する。これは、三次元テンソル場のCT計測に相当するものであり、従来のスカラー場のCT計測に較べ、情報量が多く、将来への発展性が期待できる。光弾性変調器、偏光板、回転試料台、He-Neレーザ、ロックインアンプで構成される高精度複屈折装置を試作した。さらに、これに1/4波長板,もう1台のロックインアンプを加えることにより、透過光の変調周波数成分とその倍の高調波成分を測れるように改良した。この成果は、1994年11月の国際会議(米国・シカゴ)で発表した。また、機械学会論文集に投稿する予定である。また、この装置と方法により、従来は不可能であった接着層内の残留応力の二次元的構造を実験的に求めることができた。

当初予定した三次元応力場の実験解析的解法は困難なことが実験応力解析の結果わかったことは残念である。これは、接着層内で小さい値である厚さ方向の応力が無視できない(正確には微分値が無視できない)ことが判明したためである。しかし、エポキシ樹脂で接着されたガラス板の接着層内の残留応力(三次元応力の二次元投影)を0.1mmの空間分解能で測定できるようになり、実験装置や測定方法では十分な進歩がみられた。また、三次元応力解析についても有限要素法を利用した逆問題解析の可能性があり、今後はこの方法について研究を進めていく方針である。解析については、平成6年度に三次元有限要素モデル解析とせん断応力差積分法による二次元応力分布の実験応力解析結果との比較を行い、実験応力解析の妥当性の検証およびその精度を調べた。
ゴルジ体膜内分解制御機構の解明

本研究ではI-CLiPの中でも特にゴルジ体に局在することが明らかになっているS2PとRhomboidファミリーのRHBDL1とRHBDL2、またS2Pと協調して機能しているS1Pに注目して、これらの解析を行った。昨年度に引き続いてHeLa細胞cDNAライブラリ、ヒト神経芽腫細胞株であるSH-SY5Y cDNAライブラリなどを用いてRHBDL1のクローニングの試みを続けたが、相当のクローンを得ることができなかった。従って、RHBDL1のクローニングには、他の適当なライブラリを探索する必要がある事が明らかとなった。昨年度、cDNAを取得できたS1P,S2P,RHBDL2について、酵母ツーハイブリッドシステムを用いたスクリーニングを行ったが、バックグラウンドが高く、擬陽性の候補が多数得られたため、残念ながら特異的なシグナルを得る候補遺伝子の特定に至ることはできなかった。ゴルジ体と小胞体に局在する機能未知の5回膜貫通タンパク質であり、I-CLipと特異的相互作用が期待されるYIPFファミリーとの複合体形成の解析を行った。S1P,S2P発現細胞の細胞溶解液をネイティブPAGE法、および免疫プルダウン法で解析したところ、YIPFとS1P,S2Pは、ネイティブPAGE法で別の分子量の複合体として検出され、また、プルダウン法で両者の共分離を検出することはできず、残念ながら有意な相互作用を示唆する実験結果を得る事ができなかった。本研究ではI-CLiPの中でも特にゴルジ体に局在することが明らかになっており研究の進んでいるS2PとRhomboidファミリーのRHBDL1とRHBDL2、またS2Pと協調して機能しているS1Pに注目して、これらの解析を行った。まず、HeLa細胞より調整したcDNAライブラリを鋳型として用い、RT-PCR法によって、S1P, S2P, RHBDL1, RHBDL2のクローニングを試みた。データベースより得た塩基配列を元に設計した適当なプライマーを用いたところ、S1P, S2P, RHBDL2のクローンの取得に成功した。RHBDL1については適当なPCR産物を得ることができなかった。RHBDL1は、神経細胞で強い発現が見られるとの報告があるため、ヒト神経芽腫細胞株であるSH-SY5YからcDNAライブラリを調整し、再度クローニングを試みたが、やはり、相当のクローンを得ることができなかった。従って、その後の解析は、S1P, S2PとRHBDL2についてのみ行うこととした。S1P, S2PとRHBDL2のN末端にHAタグを付加し、ほ乳類動物細胞発現ベクターpcDNA3に組み込んでHeLa細胞にトランスフェクションして発現させた。免疫蛍光染色法で解析したところ、S1PとS2Pは、ゴルジ体に集積することが確認された。RHBDL2は、小胞体及び細胞膜周辺への蓄積が観察された。一方、大腸菌発現ベクターpET28aに組み込んでHisタグ付加タンパク質として発現させ、抗ヒスタグ抗体を用いてウェスタンブロッティングで解析したところ、それぞれのタンパク質の予想分子量付近にバンドを検出した。従って、それぞれの目的産物が適切に発現していることが確認された。来年度は、これらのツールを用いて研究目的の遂行する予定である。
肺癌個別化医療に向けたリンパ節転移予測診断システムの構築

100例の肺癌患者からの手術後摘出検体より腫瘍組織検体と正常肺組織検体を採取し、個々の検体を匿名化した状態で、oligoDNAマイクロアレイ解析を行った。対象としたDNAは既知の機能を有した10000遺伝子とし、その発現解析を行い、リンパ節転移予測遺伝子として15遺伝子、早期再発予測遺伝子として40遺伝子を抽出した。数遺伝子に関して、マイクロアレイ解析と定量PCRの結果が相関することを確認した。本研究は当施設の生命倫理委員会において受理されたため,インフォームドコンセントの得られた100例の肺癌患者からの手術後摘出検体より腫瘍組織検体と正常肺組織検体を採取し,個々の検体を匿名化した状態で,oligoDNAマイクロアレイ解析を行った。対象としたDNAは既知の機能を有した10000遺伝子とし,その発現解析を行い,リンパ節転移予測遺伝子として15遺伝子,早期再発予測遺伝子として40遺伝子を抽出した。これら遺伝子について個々にprobeを設定し,定量PCRベースの診断システムに移行する試みを行っている。各遺伝子の正常肺組織を用いてカットオフ値の設定を行いアレイ解析のデータとの比較検討を行っている。一部を現在投稿中であり,結果待ちの状態である。また,対象検体に対して,FISH法によるEpidermal Growth Factor Receptorのoverexpressionを解析中で,腺癌におけるリンパ節転移の有無との相関などを検討する予定である。その結果は、Prediction of lymph nodeacknowledgementsに本補助金によるサポートを受けた主旨を記載した。
音節明瞭度・文章了解度と外来雑音に対する心理的評価値との関係

単音節音声および2音節・3音節単語音声を聴取している時の外来雑音に対する"うるささ"の心理的印象、音声信号に対する"聴き取りやすさ"の心理的印象および音声信号をどの程度正確に聞き取れるかの"聴取成績"の3つの側面を同時に説明できる指標の選定に関する問題を考察した。そのために様々な音声信号および中心周波数の異なるオクターブ帯域制限白色雑音・広帯域制限白色雑音・疑似音声無意味雑音など種々の雑音を用いて音声聴取心理実験を行った。そして信号対雑音比・明瞭度指数・信号対妨害雑音比・荷重平均スペクトル距離等の8種類の指標を導入して、これらの指標と上記の3つの事項との対応関係を実測データに基づいて詳細に検討した。その結果、次のような新たな知見が得られた。1.A特性音圧レベル値による信号対雑音比は、雑音の"うるささ"を説明するには概ね適しているが、音声信号の"聴き取りやすさ"や"聴取成績"を説明するにはあまり適していない。2.信号対妨害雑音比を用いる場合、上記の3つの事項との対応関係が概ね良好なのは単音節音声の場合のみで、2音節・3音節単語音声の場合はあまり良くない。3.導入した全ての指標の中で、"うるささ""聴き取りやすさ""聴取成績"の3つを共通して最も良く説明できるものは荷重平均スペクトル距離である。4.上記の荷重平均スペクトル距離を用いて"うるささ""聴き取りやすさ""聴取成績"を予測し、それらの値と新たに行った音声聴取心理実験による実測値との比較を行った。その結果、予測値と実測値とのほぼ良い一致が見られた。1.音声聴取時の外来雑音に対し聴衆が感じる"うるささ"の心理的評価値を説明するにはどのような評価指数を用いれば最も有効かを検討する。そのためのデータを採取する目的で、先ず、様々な音声信号及び中心周波数の異なるオクターブ帯域制限白色雑音・疑似音声無意味雑音・実際の音声雑音など種々の外来雑音を用いて音響心理実験を行なった。(1)信号対雑音比(SN比)が良好な場合は、音声信号を同程度に聞き取れるとしても外来雑音がもつ周波数スペクトル形状の差によって雑音に対する"うるささ"の心理的印象がかなり異なってくる。(2)雑音の周波数成分が12kHz付近に集中している場合には、SN比が低下するにしたがって、雑音がうるさく感じる度合いが増すと同時に音声聴取成績も低下する。(3)音声聴取成績は音場が固有にもつ残響時間に大きく依存するのに対して、雑音に対する"うるささ"の心理的印象の方は残響時間にはさほど影響されない。2.上記の音響心理実験で得られたデータをもとに、信号対妨害雑音比・スペクトル距離・明瞭度指数等の各種評価指数を採り上げ、これらの評価指数と雑音に対する"うるささ"の心理的印象との関連性を調べた。その結果、雑音に対する"うるささ"を議論するための評価指数としてはスペクトル距離が最も適しているとの見通しが得られた。最も基本的な単音節および2音節音声信号を聴取している時の外来雑音に対する"うるささ"の心理的印象、音声信号に対する"明瞭性"の心理的印象および音声信号をどの程度正確に聞き取れるかの尺度である"音節明瞭度"の3つの側面を同時に説明できる指標の選定について検討する。そのために様々な単音節音声信号及び中心周波数の異なるオクターブ帯域制限白色雑音・広帯域制限白色雑音・疑似音声無意味雑音など種々の雑音を用いて音声聴取心理実験を行った。

そして信号対雑音比・明瞭度指数・会話妨害レベル・スペクトル距離等の各種指数を導入し、これらの指数と上記の3つの側面との対応関係について実測データに基づいて詳細に検討した。その結果、次のような新たな知見が得られた。(1)明瞭度指数は、もともと"明瞭度"を説明するために考案された指標であることから、"音節明瞭度"を説明するには概ね適しているが、雑音の"うるささ"や信号の"明瞭性"との対応関係はさほど良くない。(2)騒音計のFLAT特性を用いて算定した信号対雑音比は、"音節明瞭度""うるささ""明瞭性"との対応関係が3者共あまり良くない。(3)導入した全ての指標の中で"音節明瞭度""うるささ""明瞭性"の3つを共通して最も良く説明できるものはスペクトル距離である。この事実は、雑音の"うるささ"と最も良い対応関係にある指標はスペクトル距離であるとの昨年度の結果を裏付けるものとなっている。(4)上記のスペクトル距離を用いて"音節明瞭度""うるささ""明瞭性"を予測し、それらの値と新たに行った音声聴取実験による実測値との比較を行った。その結果、予測値と実測値とのほぼ良い一致が見られた。単音節音声、2音節・3音節単語音声および短文音声を聴取している時の外来雑音に対する"うるささ"の心理的印象、音声信号に対する"明瞭性"の心理的印象および音声信号をどの程度正確に聞き取れるかの"音節明瞭度"や"文章了解度"の3つの側面を同時に説明できる指標の選定に関する問題を考察する。そのために様々な音声信号および中心周波数の異なるオクターブ帯域制限白色雑音・広帯域制限白色雑音・疑似音声無意味雑音など種々の雑音を用いて音声聴取心理実験を行った。そして信号対雑音比・明瞭度指数・信号対妨害雑音比・スペクトル距離等の8種類の指標を導入して、これらの指標と上記の3つの事項との対応関係を実測データに基づいて詳細に検討した。(1)A特性音圧レベル値による信号対雑音比は、雑音の"うるささ"や信号の"明瞭性"を説明するには概ね適しているが、"音節明瞭度"を説明するにはあまり適していない。(2)信号対妨害雑音比を用いる場合、上記の3つの事項との対応関係が概ね良好なのは単音節音声の場合のみで、2音節・3音節単語音声の場合はあまり良くない。(3)導入した全ての指標の中で、"うるささ""明瞭性""音節明瞭度"の3つを共通して最も良く説明できるものはスペクトル距離である。この事実は、過去2年間に得た結果を更に強固に裏付けるものとなっている。(4)上記のスペクトル距離を用いて"うるささ""明瞭性""音節明瞭度"を予測し、それらの値と新たに行った音声聴取心理実験による実測値との比較を行った。しかし、"文章了解度"については、多くの実測データを収集することとこれを数値化することが極めて困難であったため信頼性の高い結果は得られなかった。
微視的保温領域に付着した生物膜による低温汚濁水処理に関する研究

低温水と接する加温担体表面近傍の温度分布を求めるために、円管内層流熱伝達理論を用いた。円管内層流熱伝達については、形式的には非定常1次元熱伝導問題と類似した方法で解くことができることになっており、クランク-ニコルソンによる差分法を用いて計算を行った。その結果、担体表面から100mum離れたところでは、表面温度からの温度低下がごくわずかであることがわかった。一般に、バクテリアの大きさが数mumであり、これらが集積したとしても、低濃度系における生物膜の厚さが数10mum程度であることを考慮すれば、生物膜が存在する部分の温度は担体表面と殆ど温度が変わらないと考えて良く、担体表面近傍には微視的な保温領域が存在ることが示された。この微視的保温領域における微生物の付着増殖について実験を行った。実験では、加温した内径6mmの円管内を3°Cの低温基質を通過させることによって、壁面への微生物の付着を試み、その後円管の断面を走査型電子顕微鏡で観察をした。その結果、円管内壁面から数10mum程度のところまで、バクテリアが密集している状態での付着していることが観察され、低温水と接する微視的保温領域でバクテリアの付着増殖が起こることが確認された。これらのことから、低温水と接する加温担体表面には、微視的保温領域が存在し、ここにおいては微生物の付着増殖が可能であることが示された。以上の結果は、低温汚濁水の処理の可能性を示唆するものである。
固有ジョセフソン接合とそのテラヘルツ機能性

酸化物高温超伝導体の結晶は,超伝導性の格子面と絶縁的な格子面が交互に積層することによって極めて強い異方性を有し,特に,これらの格子面に垂直な方向での電流輸送特性は超伝導面同士のジョセブソン弱接合によって支配された固有ジョセフソン効果と呼ばれる現象が発現する。固有ジョセフソン効果を利用した接合デバイスを固有ジョセフソン接合と呼び,高温超伝導体の持つ大きなエネルギーギャップを利用してテラヘルツ帯でも動作可能な高速デバイスとして注目される。本研究では,テラヘルツ波の検出や発振が可能な新しい固体デバイスの開発に必要な高周波特性を明らかにする事を目的として,Bi_2Sr_2CaCu_2O_8及びLa_<2-x>Sr_xCuO_4高温超伝導体単結晶から作製した固有ジョセフソン接合に関して,(1)接合特性の制御方法(2)固有ジョセフソン接合中の集団的ジョセフソン・ボルテクス運動に与える高周波電磁場の影響を明らかにすると共にそのテラヘルツ機能性を探った。その結果,(1)に関しては,酸素親和力の大きな不純物元素をイオン注入することにより接合特性を精密に制御する方法を開発した。(2)に関しては,本研究により開発した永久磁石と小型冷凍機を用いた測定システムを利用してボルテクス流状態を再現性良く制御し,高周波応答を観測することに成功した。これにより,印加した高周波とジョセフソンボルテックスが位相ロックする現象を見出し,印加高周波の周波数とジョセフソン関係式を満たす電圧に明瞭なゼロ交差ステップを得ることに成功した。これは,固有ジョセフソン接合内を伝播する高周波が,運動するジョセフソンボルテックスによって増幅されていることを意味しており,テラヘルツ波の増幅・発振につながる極めて重要な知見である。さらに,ジョセフソンボルテックスの運動方向に沿って周期的なピンニングポテンシャルを導入することで多数のジョセフソン接合にわたってボルテックスが同相同期して運動することを明らかにした。これもまた,固有ジョセフソン接合内のボルテックス運動を利用して電磁波を効率よく発生させる上で極めて重要な成果である。酸化物高温超伝導体の結晶は、超伝導性の格子面と絶縁的な格子面が交互に積層することによって極めて強い異方性を有し、特に、これらの格子面に垂直な方向での電流輸送特性は超伝導面同士のジョセフソン弱接合によって支配された固有ジョセフソン効果と呼ばれる現象が発現する。固有ジョセフソン効果を利用した接合デバイスを固有ジョセフソン接合と呼び、高温超伝導体の持つ大きなエネルギーギャップを利用してテラヘルツ帯でも動作可能な高速デバイスとして注目される。本研究では、テラヘルツ波の検出や発振が可能な新しい固体デバイスの開発に必要な高周波特性を明らかにする事を目的として、今年度は、固有ジョセフソン効果の顕著なBi_2Sr_2CaCu_2O_8高温超伝導体の単結晶を微細加工して固有ジョセフソン接合を作製し、1.接合特性の制御方法、2.固有ジョセフソン接合中のジョセフソン・ボルテクス運動、3.ジョセフソン・ボルテクス格子の集団的運動に与える高周波電磁場の影響、について検討した。(1)については、酸素親和力の大きな不純物元素をイオン注入することにより接合特性を制御できることを明らかし、(2)については小型冷凍機によって冷却した接合に永久磁石による外部磁場を印加することでボルテクス流状態を作り出すことに成功した。(3)については、(2)で製作した測定システムを用いた実験によりボルテクス流状態での高周波応答の観測に成功しており、高周波放射につながる成果として、現在、詳しい検討を行っている。

ビスマス系やタリウム系の銅酸化物高温超伝導体は、超伝導性の格子面と絶縁的な格子面が交互に積層した結晶構造を持っているため極めて強い異方性を有し、また、これらの積層格子面に垂直な方向の電流輸送特性は超伝導面同士のジョセフソン弱接合によって支配されるため固有ジョセフソン効果と呼ばれる現象が発現する。固有ジョセフソン効果を利用した単結晶接合デバイスは、高温超伝導体の持つ大きなエネルギーギャップを有効に利用できることから、テラヘルツ帯でも動作が可能な高速デバイスへの応用が期待される。15年度は、段差基板上にLPE成長させたBi2Sr2CaCu208単結晶薄膜を用いて固有ジョセフソン接合フラックスフロー素子(IJJFFD)を作製し、常伝導金属電極の影響を排除した接合特性や磁束フロー特性の測定を可能とした。15年度は磁束フロー状態にあるIJJFFDにミリ波を照射したときの高周波応答特性に注目して、接合内を運動するジョセフソンボルテックスの運動に与える高周波の影響を詳細に検討した。その結果、(1)高周波照射によるジョセフソンボルテックスの位相ロック現象を確認し、(2)印加した高周波の周波数とジョセフソン関係式を満たす電圧に明瞭なゼロ交差ステップを得ることに成功した。これらは固有ジョセフソン接合においては、初めての観測例であり、固有接合の高周波特性、磁束セフロー特性の解明に役立つだけでなく、応用面でも極めて重要な知見である。特に、(2)ゼロ交差ステップの発生は、固有ジョゼフソン接合内を伝播する高周波が、運動するジョセフソンボルテックスによって増幅されていることを意味しており、テラヘルツ波の増幅。発振につながることが期待される。ビスマス系やタリウム系に代表される異方性の強い銅酸化物高温超伝導体は、超伝導性のCuO_2格子面と絶縁的なBiO格子面が交互に積層した結晶構造を持っており,これらの積層格子面に垂直な方向の電流輸送特性が超伝導CuO_2面同士のジョセフソン弱接合によって支配される固有ジョセフソン効果と呼ばれる現象が発現する。16年度は,LPE成長させたBi_2Sr_2CaCu_2O_8単結晶薄膜上に作製した固有ジョセフソン接合(IJJ)素子におけるジョセフソン・ボルテクスとマイクロ波・ミリ波との相互作用に着目しながら接合特性を精密に測定するとともに,結合サイン・ゴルドン方程式を用いた数値計算と接合特性とを比較して,高周波応答特性を詳細に評価した結果、次のような知見を得た。(1)高周波磁場によって周期的に導入されたジョセフソンボルテックスが接合内を高周波に同期して伝播するためには高周波が接合内を伝播する必要があり,それが実現したときにジョセフソン関係式を満たす電圧に明瞭なゼロ交差電流ステップが得られる。(2)ジョセフソンボルテックスの運動方向に沿って周期的に導入したピンニングポテンシャルが多数のジョセフソン接合にわたってボルテックスを同期させる効果がある。
半導体界面の2次元電子系における磁性と金属・絶縁体転移

Si-MOSFETやSi/SiGeヘテロ構造の界面では、強相関2次元電子系が実現されている.本研究では、磁気抵抗効果を中心とした測定から、これらのシリコン2次元電子系における電子状態やスピン状態の研究を行った.1)シュブニコフ-ド・ハース振動の測定から、スピン帯磁率を電子相関パラメータrsの関数として求めた.スピン帯磁率はrsの増加とともに、ほぼ直線的に増加する.2)平行磁場中での磁気抵抗は、スピン偏極によるものが支配的であることがわかった.3)スピンを完全偏極させると、Si-MOSFETにおいては金属相は消失することが知られていたが、電子移動度が非常に高いSi/SiGeヘテロ接合試料においては、高磁場中でも金属相が生き残った.4)磁場の強さを固定して試料を回転させることにより、2次元面に対して垂直な磁場の効果を調べた.磁場の垂直成分の関数として対角抵抗率の振動が現れるが、全電子濃度を反映した通常のシュブニコフ-ド・ハース振動とは異なり、上向きスピン電子の密度だけを反映した振動が観測された.5)Si-MOSFET以外の2次元系に対しても、金属・絶縁体転移の実験を行えるようにするために、FET(電界効果型トランジスター)試料を自作するプロセスを確立した.6)GaAs/AlGaAsヘテロ接合電子系のFETを作製して、絶縁体相における磁気輸送現象の測定を行った.電子相関の小さなこの系での実験結果とSi-MOSFETに対してこれまで得られた結果を対比することにより、シリコン2次元系の絶縁体相が強相関系に特有な状態であることが確認できた.このことは研究代表者らが以前より提唱してきたウィグナー固体の磁性モデルを支持する.Si-MOSFETやSi/SiGeヘテロ構造の界面では、強相関2次元電子系が実現されている.本研究では、磁気抵抗効果を中心とした測定から、これらのシリコン2次元電子系における電子状態やスピン状態の研究を行った.1)シュブニコフ-ド・ハース振動の測定から、スピン帯磁率を電子相関パラメータrsの関数として求めた.スピン帯磁率はrsの増加とともに、ほぼ直線的に増加する.2)平行磁場中での磁気抵抗は、スピン偏極によるものが支配的であることがわかった.3)スピンを完全偏極させると、Si-MOSFETにおいては金属相は消失することが知られていたが、電子移動度が非常に高いSi/SiGeヘテロ接合試料においては、高磁場中でも金属相が生き残った.4)磁場の強さを固定して試料を回転させることにより、2次元面に対して垂直な磁場の効果を調べた.磁場の垂直成分の関数として対角抵抗率の振動が現れるが、全電子濃度を反映した通常のシュブニコフ-ド・ハース振動とは異なり、上向きスピン電子の密度だけを反映した振動が観測された.5)Si-MOSFET以外の2次元系に対しても、金属・絶縁体転移の実験を行えるようにするために、FET(電界効果型トランジスター)試料を自作するプロセスを確立した.6)GaAs/AlGaAsヘテロ接合電子系のFETを作製して、絶縁体相における磁気輸送現象の測定を行った.電子相関の小さなこの系での実験結果とSi-MOSFETに対してこれまで得られた結果を対比することにより、シリコン2次元系の絶縁体相が強相関系に特有な状態であることが確認できた.このことは研究代表者らが以前より提唱してきたウィグナー固体の磁性モデルを支持する.1.現有の設備を用いて、高移動度シリコン2次元電子系の金属領域での測定を行った.すでに、いくつかの重要な知見が得られている(投稿中および投稿準備中).列挙すると、(1)シュブニコフ・ドハース振動から得られたスピン帯磁率は、ヘリウム3の系と同様に、粒子同士の相関が大きくなるとともに増大する.(2)平行磁場下での正の磁気抵抗は、2次元電子のスピン偏極率の関数として表すことができる.(3)2次元面を貫く磁束に対する振動は、上向きスピンを持つ電子の密度に支配されている.(4)金属・絶縁体転移点の近傍の領域において、磁気抵抗効果の振る舞いが急激に変化することはなく、電子濃度の変化に対して滑らかである.(5)金属相における温度低下に伴う抵抗減少は、電子相関が強ければ、2次元系の抵抗が臨界抵抗と比べて2桁近く小さくても見られる、などである.現在、絶縁体相および金属相での磁気抵抗の振る舞いを統一的に理解するためのモデルを探索しているが、スピンに代表される2次元電子の内部自由度が本質的であると考えている.2.一方、本年度の設備備品で購入した主なものは、9テスラ超伝導マグネットシステム、半導体試料作製に用いる蒸着装置である.超伝導マグネットシステムは、平成11年1月に、蒸着装置は2月に納入済みであり、セットアップ、試運転を行い、来年度以降(平成12年度)の研究に用いる.様々な半導体2次元試料を作製し、磁気抵抗の測定を行う予定である.1.昨年度のSi-MOSFET(シリコン電界効果型トランジスター)の金属・絶縁体転移に関する測定(平成10年度研究実績報告書参照)を詳細に解析して、雑誌論文として研究発表(Phys. Rev. Lett. 82(1999)3875)を行った.2.昨年度末に納入された9テスラ超伝導マグネットシステムおよび真空蒸着装置のセットアップを行い、すでに運転を始めた.

3.これまで、磁気抵抗効果の測定は、主として、2次元面と磁場との角度に着目して行われてきたが、今回、2次元面内での磁場方向依存性を調べた. Si-MOSFET試料における磁気抵抗効果の測定では、2次元面に平行に印加された磁場と測定電流との角度に対する依存性は全く見られなかった.このことは、平行磁場に対する抵抗率の変化をスピン効果に帰着させた、これまで行ってきた解析の妥当性を裏付けるものである(他の研究成果と併せて雑誌論文に投稿準備中).4. Si-MOSFET以外の2次元系に対しても、金属・絶縁体転移の実験を行えるようにするために、FET試料を自作するプロセスを確立した.これまで、行っていたショットキー障壁を用いる方法では、わずかではあるがリーク電流が生じるケースが頻繁にあったので、絶縁体(酸化シリコン)をゲート電極と半導体表面との間に挟むことによって、貴重なウェハーを無駄にすることなしに100%に近い碓率でFET試料を作ることができるようになった.これまで、n型GaAs/AlGaAs試料、p型GaAs/ALGaAs試料、n型Si/SiGe試料に対してFETを製作した.磁場中での金属・絶縁体転移の測定は、平成12年度に行う.平成12年5月の研究代表者の異動(学習院大学理学部より東京大学大学院理学系研究科)に伴い、平成11年度以前に購入した9T超電導磁石の移管、設置、およびヘリウム3冷凍機の製作などを行い、また以下の研究活動を行った.1.平成10年度、平成11年度に得られた研究成果を、平成12年9月に理化学研究所で行われた日本-イスラエル国際シンポジウム、同年同月に大阪国際会議場で行われた第25回半導体物理国際会議で報告した.2.GaAs/AlGaAsヘテロ接合界面に形成された2次元電子系試料の上に絶縁膜である酸化シリコンをはさんでゲート電極をつけることにより電子濃度を制御した測定を行った.平成11年度まで行っていた、シリコン2次元電子系と比較して、GaAsの2次元電子系においては、電子相関の効果が小さいことがわかっている.電子濃度を下げることにより、2次元電子系は絶縁化するが、高抵抗領域での抵抗の温度依存性は、シリコン2次元電子系で見られていた活性化型の温度依存性よりも緩やがであり、磁場に対する大きな抵抗の増減も観測されなかった.これらの結果は、シリコン2次元系における絶縁体状態が、GaAs電子系に対して考えられている個々の電子が独立に局在した状態とは大きく異なり、強い電子相関を反映した状態であること示唆しており、研究代表者らが以前より提唱してきたウィグナー固体の磁性モデルを支持する.この結果に関しては、現在、投稿準備中である.
金属-有機薄膜界面における電子特性とキャリア移動特性の研究

昨年度に引き続き、有機エレクトロニクスの分野で重要な有機半導体薄膜と金属基板の界面における電荷キャリアと周辺環境との相互作用を理解し、界面を通したミクロなキャリア輸送との関係を明らかにするために、角度分解紫外光電子分光による電子状態解析と反射高速電子線回折による構造解析を行った。1)Cu(110)及びBi(0001)上に成長したアントラセン多層膜のバンド構造反射高速電子線回折による結晶構造の解析から、アントラセン多層膜のバンド分散が異なる基板上に成長した異なるアントラセン結晶格子に由来することが明らかとなった。2)有機/金属界面における電子構造:アデニン/Cu(110)界面Cu(110)上に室温で形成されたアデニン超薄膜について電子構造の被覆率依存性を調べた。界面準位は分子の配向に強く依存した。3)グラファイト上のアデニンとグアニンネットワークと水との選択的相互作用水分子と水素結合したDNA塩基超薄膜の反応の選択性を調べた結果、水分子は窒素原子間のある水素結合を選択的に破壊することが明らかになった。しかしながらDNA塩基のネットワークそのものは大気に曝しても変化することはなく、高い安定性を示した。水分子は薄膜/基板界面の双極子を変化させることにより、電子準位接続を変化させた。初年度は、本研究で提案した有機薄膜と金属基板の界面における陽電荷キャリアと周辺環境との相互作用を理解し、界面を通したミクロなキャリア輸送との関係を明らかにするための実験を行うために必要な現有の高分解能紫外光電子分光装置の改造を行った。具体的には、超高真空中での有機分子薄膜の成長のモニタリングを可能とする水晶振動子膜厚計の設置や、単結晶金属基板の清浄化を可能にするアトムビームソースの設置などである。この装置を試験するために、単結晶グラファイト、及び、二硫化モリブデン上に芳香族有機分子薄膜を成長させる予備実験を行らた結果、成功した。スウェーデンのルンドにある放射光施設、MAX-Labにおける三週間にわたる実験では、以下の様な成果が得られた。1.)グラファイト上のテトラセン単分子層に対して共鳴光電子分光を行った。その結果、150K以下で得られる低温相では、5fsという超高速の分子から基板への単電子ホッピングが観測され、紫外光電子スペクトルの固有の形状と関連づけることに成功した。2.)二硫化モリブデン上に、配向性の高い、新しい低温相のヘキサペリヘキサベンゾコロネン分子結晶膜の形成に成功し、その角度分解紫外光電子分光を行った。この低温相の特徴的な点として、高温相よりも格段に広い約0.7eVのバンド幅を持つ分子間バンド分散が挙げられる。このことは薄膜中に柱状ナノ構造が存在することを示唆している。昨年度に引き続き、有機エレクトロニクスの分野で重要な有機半導体薄膜と金属基板の界面における陽電荷キャリアと周辺環境との相互作用を理解し、界面を通したミクロなキャリア輸送との関係を明らかにするために高分解能紫外光電子分光を行った。1)高配向性グラファイト上に成長したアントラセン多層膜、単分子膜の電子特性140Kの低温に保たれたグラファイト基板上にアントラセン多層膜を成長し、その電子構造の基板温度依存性を調べた。その結果、基板温度に依存して分子の配向、分子結晶構造が変化し、それに伴う電子特性の変化が観測された。2)Cu(110)上に成長したアントラセン多層膜のバンド構造Cu(110)上に成長したアントラセン多層膜のバンド分散の均一性が反射高速電子線回折によるアントラセン多層膜の結晶構造の解析から、その正方に近い格子に由来することが明らかとなった。3)有機/金属界面における電子構造アントラセン/Cu(110)界面Cu(110)上に室温で形成されたアントラセン単分子層について、有機分子と金属間の強い相互作用に起因する界面準位が測定された。この界面準位の内フェルミ準位近傍のものは、金属から有機分子の欠乏準位への電荷移送に起因すると考えられる。4)極薄カルシウム/グラファイト層間化合物の電子構造天然グラファイトへのカルシウムの挿入が、その電子構造にどのような変化をもたらすかを、放射光を光源とした高分解能光電子分光により調べた。カルシウムの堆積とその後の熱処理による挿入が電子構造を大きく変化させる様子が測定され、CaC_6における比較的高い温度での超伝導の発現を説明する一助になると思われる。

3)グラファイト上のアデニンとグアニンネットワークと水との選択的相互作用水分子と水素結合したDNA塩基超薄膜の反応の選択性を調べた結果、水分子は窒素原子間のある水素結合を選択的に破壊することが明らかになった。しかしながらDNA塩基のネットワークそのものは大気に曝しても変化することはなく、高い安定性を示した。水分子は薄膜/基板界面の双極子を変化させることにより、電子準位接続を変化させた。
秩序無秩序相制御による室温強磁性酸化物半導体の開発とスピントロニクスへの展開

本研究では、酸化物磁性半導体のスピントロニクス材料としての可能性を示すことを目的として、電気伝導を示す磁性体としてFeTiO3-Fe2O3固溶体に注目している。FeTiO3-Fe2O3固溶体はコランダムベースの結晶構造を有し、秩序相(c軸方向にFeとFe+Ti層が交互に積層)と無秩序相(FeとTiがランダムに分布)が存在する。固溶体の磁気的性質はカチオン配列を含めた微構造に大きく依存し、秩序相のみがフェリ磁性を示す半導体となることが知られている。これまでにパルスレーザー堆積法を用いて、室温以上でフェリ磁性を示す固溶体秩序相薄膜の作製に成功し、その電気的および磁気的性質について報告してきた。今年度はこれら固溶体薄膜について、(走査)透過型電子顕微鏡((S)TEM)を用いて微構造を観察し、磁気的性質との関係を調べた。X線回折(XRD)測定から秩序相であることが確認されたxFeTiO3-(1-x)Fe2O3(モル比:x=0.6,0.8)について、高角度環状暗視野(HAADF)観察を行ったところ、c軸方向にシグナルの振動が見られ、秩序構造を直接観察することが可能であることが示された。一方で、XRD測定では無秩序相と思われた薄膜も、磁化の値は小さいながらもフェリ磁性的挙動を示すことが知られていたが、その微細構造は明らかにはされていなかった。そのため、その試料についてもTEM観察を行った。まず、暗視野TEM観察の結果から、その試料は10nm程度の秩序相粒が無秩序相マトリックス中に分散した構造であることが確認された。その秩序相粒についてHAADF観察をおこなったところ、その秩序度合は、秩序相薄膜における秩序度合と同程度であることが確認された。さらに、秩序の周期が入れ替わっている逆位相粒の存在も確認され、その逆位相境界の位置、および逆位相境界におけるカチオン配列を原子レベルで決定することが可能であることも示された。本研究では、酸化物磁性半導体のスピントロニクス材料としての可能性を探索するために、FeTio_3-Fe_2O_3固溶体に注目し、その高品質な固溶体薄膜の作製方法を確立すると共に、pn接合、磁気トンネル接合などのスピントロニクス素子を作製し、その諸物性の評価を行うことを目的としている。また、固溶体の諸物性の更なる高品質化を行うための材料設計指針を得ることを目指して、固溶体薄膜の電子構造および磁気構造を詳細に調査することを、もう一つの目的としている。一つめの目的については、スピントロニクス素子作製に先立ち、原子層レベルで平坦な表面を有する固溶体秩序層薄膜の作製を試みた。パルスレーザー蒸着法を用いて固溶体薄膜を作製する際のレーザーエネルギーおよびエネルギー密度を最適化することで、ステップとテラスを有した原子層レベルで平坦な固溶体薄膜の作製に成功した。二つ目の目的については、放射光を用いてFeおよびTiのL吸収端におけるX線吸収端近傍構造(XANES)および磁気円二色性(XMCD)スペクトルの測定を行い、第一原理計算:による理論スペクトルと比較することで、固溶体薄膜の電子構造の評価を試みた。XANESの結果から、秩序相薄膜中のFeの価数は2価と3価の混合状態であり、Tiの価数は主に4価であることを確認した。これに対しXMCDの結果から、秩序相薄膜中のTiは3d軌道に電子が存在することで、一部3価の性質を有し、その電子が磁気的に分極していることを明らかにした。

その秩序相粒についてHAADF観察をおこなったところ、その秩序度合は、秩序相薄膜における秩序度合と同程度であることが確認された。さらに、秩序の周期が入れ替わっている逆位相粒の存在も確認され、その逆位相境界の位置、および逆位相境界におけるカチオン配列を原子レベルで決定することが可能であることも示された。
気道上皮細胞特異的なインフルエンザ感染に対する炎症応答

本研究の目的は、インフルエンザウイルス感染に応答した気道上皮細胞での(1)インフラマソームによるILー1betaの発現制御機構、及び(2)NS1による炎症性サイトカインmRNAの転写後制御機構を明らかにすることである。平成30年度では、これまでに同定した気道上皮細胞特異的なインフラマソームレセプター(Epithelium specific inflammasome receptor;ESIR)の遺伝子改変マウスを用いた解析を進め、ESIRが発現することによって、インフルエンザウイルス感染に対してマウスが抵抗性を獲得することを明らかにした。また、in vivoでもESIRはウイルス感染特異的に気道上皮組織に発現誘導されることが明らかになり、マクロファージ由来のNLRP3を介した炎症応答と比較しても、遜色のないILー1beta産生能を持つことが明らかになった。一方、平成29年度までの研究成果より、NS1に結合する気道上皮細胞特異的な宿主因子(Epithelium specific NS1 binding protein;ESNBPー1)を同定している。ESNBP-1のノックダウン細胞の次世代シーケンスの解析結果より、ESNBPー1はヘテロクロマチン領域の維持に関与することが示唆された。よって、NS1はESNBP-1と結合することで、抑制されたクロマチン状態を維持することによって、炎症性サイトカインmRNAの転写を抑制していると推測される。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、インフルエンザウイルス感染に応答した気道上皮細胞での(1)インフラマソームによるIL-1betaの発現制御機構、および(2)NS1による炎症性サイトカインmRNAの転写後制御機構を明らかにすることである。平成28年度では、LC-MSを用いたプロテオミクス解析とshRNAレンチウイルスライブラリーを用いたハイコンテントスクリーニングよる網羅的な解析により、気道上皮細胞特異的なインフラマソームのレセプター(Epithelium specific inflammasome receptor;ESIR)の同定に成功した。現在、変異体を用いた細胞生物学的な解析と、ノックアウトマウスの作出を進めているところである。一方、NS1に結合する気道上皮細胞に特異的な宿主因子として新規に核膜孔タンパク質(Epithelium specific NS1 binding protein;ESNBP-1)を同定し、ESNBP-1依存的にNS1がTNF-alpha mRNA量を制御することを明らかにした。ESNBP-1の結合分子として、複数の分子を同定し、そのうちの一つがTNF-alpha mRNAのネガティブフィードバック制御に関わる分子であることを明らかにした。従って、NS1はESNBP-1と結合することで、ネガティブフィードバック制御機構を強制的に活性化し、TNF-alpha mRNA量を抑制していると考えられる。我々が独自に同定した宿主因子とウイルス因子の相互作用機構の解析を進め、順調な結果が得られている。また、ESIR遺伝子改変マウスも構築でき、平成29年度中にはin vivoでの機能解析にも進む予定である。平成29年度では、これまでに同定した気道上皮細胞特異的なインフラマソームレセプター(Epithelium specific inflammasome receptor;ESIR)の細胞生物学的な機能解析を進め、ESIRが気道上皮細胞特異的にウイルス感染を認識し、インフラマソームを活性化することを明らかにした。ESIRはインフラマソームのアダプター分子であるASCと結合し、ASCの自己重合能を制御することを見出した。一方、NS1に結合する気道上皮細胞特異的な宿主因子(Epithelium specific NS1 binding protein;ESNBPー1)を同定し、ESNBP-1のノックダウン処理によって転写抑制性のヒストンメチル化修飾が除去されることを見出した。従って、ESNBP-1はヒストン脱メチル化酵素の抑制因子であることが示唆された。通常、炎症性サイトカインmRNAの転写は、ヒストン修飾によって抑制され、刺激に応答して、転写因子やヒストンアセチル化酵素が活性化されることで、転写が誘導される。よって、NS1はESNBP-1と結合することで、抑制性のヒストン修飾を維持することで炎症性サイトカインmRNAの転写を抑制していると推測される。また、in vivoでの解析も進行中であり、本研究計画内で顕著な研究成果が期待できる。

一方、平成29年度までの研究成果より、NS1に結合する気道上皮細胞特異的な宿主因子(Epithelium specific NS1 binding protein;ESNBPー1)を同定している。ESNBP-1のノックダウン細胞の次世代シーケンスの解析結果より、ESNBPー1はヘテロクロマチン領域の維持に関与することが示唆された。よって、NS1はESNBP-1と結合することで、抑制されたクロマチン状態を維持することによって、炎症性サイトカインmRNAの転写を抑制していると推測される。遺伝子改変マウスもしくはウイルス変異株を用いて、in vivoでの感染実験を進め、培養細胞系で得られた結果を個体レベルで証明する予定である。ESIRの遺伝子改変マウスを用いたin vivoでの解析を進め、培養細胞系で得られた結果を個体レベルで証明する予定である。また、ESNBP-1とNS1の複合体構造解析も進める予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
母体胎児間マイクロキメリズムを応用した胎児免疫寛容誘導の開発

従来根治療法のなかった疾患に対し、間葉系幹細胞移植治療の有効性が示されるようになってきた。しかし、幹細胞移植療法の最大の問題点は、移植細胞あるいはその細胞が産生する新生蛋白に対する免疫反応により、免疫学的拒絶反応が起こり、治療効果が時間経過とともに消失することである。本研究の目的は、出生後の細胞・臓器移植治療を効果的に行うため、免疫システム確立前の胎児に、母親の間葉系幹細胞を暴露させることで、それらに対する免疫寛容を効率的に誘導する方法を開発することである。初年度は、1「妊娠による母体血中間葉系幹細胞数の生理的変化と妊娠中間葉系幹細胞動員因子HMGB1投与による母体および胎児への影響を調べる。」ことを主に行う計画としていた。1を研究するに際して、まずマウス胎生期末梢血に循環するMSCの実態を調査した。胎生期から出生後までの末梢血MSCの量的・質的な経時的変化を明らかにした。胎生18.5日では末梢血中の有核細胞におけるMSCは0.28%であったのに比べて、3週令では0.018%であった。さらに胎生18.5日目から5週令までの解析も行ったところ、生後1週令から2週令にかけて速やかに減少することが明らかになった(p<0.01)。さらに、胎生18.5日の胎仔末梢血MSCのsingle cellレベルのトランスクリプトーム解析を行ったところ、胎仔末梢血MSCには3つの機能的亜集団が存在することが分かった。本研究において、胎仔末梢血には成体より多くのMSCが存在し、さらに胎仔末梢血MSCには遺伝子発現の異なる亜集団が存在することがわかった。この結果を論文として投稿し、受理された。次いで、1について検討した。妊娠中に特に末梢血中MSCの数の変化は認めなかった。さらに間葉系幹細胞動員因子HMGB1投与によって明らかな末梢血中MSCの増加は認めなかった。1胎児期には成人期よりも末梢血中MSCの数が多いことが示された。2胎児期と成人期での末梢血中MSCの減少は、出生後直後(12週間の間)に起こることが示された。3妊娠中に末梢血中MSCの数は、大きく変化しないことが示された。4妊娠マウスに間葉系幹細胞動員因子HMGB1を静脈内投与したが、胎仔マウスへの明らかな影響は認めなかった。5胎児期の末梢血中MSCは、3つのサブタイプに分かれることが示された。平成30年度の研究進捗状況を踏まえ、2「妊娠中間葉系幹細胞動員因子HMGB1投与により、母体の非遺伝母由来抗原NIMAに対する免疫寛容の誘導効率が上がるかどうかを調べる。」ことを進めていく。」ことを進めていく。
細胞内情報伝達網に於けるホスホリパーゼDとプロテイン・キナーゼCの共役機構の解析

初年度はホスホリパーゼDの無細胞系での活性測定方法を確立することに焦点を絞り研究を進めた。哺乳類のホスホリパーゼDは抽出した状態では活性が強く抑制されており、生化学的研究を行う際の大きな妨げとなっていた。我々は抽出した状態のホスホリパーゼDに高濃度(1.6M)の硫酸アンモニウムを加えると、ホスホリパーゼDの活性が数百倍上昇することを見い出し、この現象を応用し哺乳類におけるホスホリパーゼDの活性測定法を確立した。ホスホリパーゼDを動物組織より抽出し、その活性を測定したところ、脾臓、腎臓に最も高い酵素活性が見い出され、用いる酵素活性測定条件により、今までの報告とは全く異なった分布結果が得られることを明らかにした。一方、腎臓ホスホリパーゼDはその活性にGTP-γ-Sが必須であり、GTP-γ-S存在下にプロテイン・キナーゼC、及びチロシンキナーゼによる燐酸化反応が、酵素反応を更に活性化することを明らかにした。最終年度は、我々が確立したホスホリパーゼDの活性測定法を用いて、酵素活性に影響を及ぼす因子の同定、並びにこれらの因子存在下でのホスホリパーゼDの活性調節機構を酵素学的に解析した。ホスホリパーゼDは細胞膜結合型蛋白質であり、その酵素活性発現には、細胞質の可溶性画分に存在するG蛋白質、更にG蛋白質以外の蛋白質が酵素の活性化に関与することを示す実験的根拠を得た。この因子は分子量36kの熱安定性を示す蛋白質であり、組織分布が酵素のそれと一致することから、ホスホリパーゼDの生理的な活性化因子である可能性が強く示唆された。また、エタノールアミン燐脂質がホスホリパーゼDの活性発現に必須であることを証明し、ホスホリパーゼDの活性化に蛋白質因子のみならず燐脂質を含む大きな構造体が関与することを明らかにした。燐酸化を介した活性調節機構、細胞骨格系とホスホリパーゼDの関連など未解決の問題があるものの、分子レベルでのホスホリパーゼD活性調節のメカニズム解明に大きく前進したと言えよう。本研究では、受容体刺激に連動するコリン燐脂質加水分解とPKC活性化の共役機構を分子レベルで解析する目的で、コリン燐脂質加水分解反応の主要酵素であるホスホリパーゼD(PLD)の活性調節機構解明に焦点を絞り解析を行った結果、以下の研究成果を得た。哺乳類のPLD活性は通常強く抑制されており、この抑制の解除には高濃度の硫酸アンモニウムを加えることが有効であることを見い出した。この原理を応用して、ホスホリパーゼDの新たな活性測定法を開発した。この方法は従来のものに比べ約100倍感度が高く、微量の酵素源でも活性測定可能である。そしてこの方法を用いてラットの各臓器の酵素活性を測定したところ、腎臓、脾臓で最も活性が高かった。今までの報告では、脳、肺などの組織にPLD活性が高いと考えられており、多くの研究者はこれらの臓器を用い研究を行ってきた。我々の開発した活性測定法によると、腎臓のPLD活性は脳の酵素より数十倍活性が強く、PLDの活性調節機構などを解析する目的には腎臓が適切な臓器であることを明らかにした。腎臓のPLDは膜結合型であり、その活性化にはGTP-γ-S、並びに可溶性画分に存在する複数の蛋白質の因子が必須であることを明らかにした。

また、膜を可溶化しPLDを精製して行く際に、活性発現に重要な熱安定性の因子として、エタノールアミン燐脂質を同定した。今後、これらの酵素、並びに活性調節因子を精製し、再構成実験を行うことにより、刺激に応答したPLD活性化の仕組みを分子レベルで明らかにしてゆきたい。本研究では、コリン燐脂質代謝とプロテイン・キナーゼC活性化の共役機構を解析する目的で、コリン燐脂質代謝において中心的役割を演ずる酵素であるホスホリパーゼDの活性調節機構の解析に焦点を絞り研究を行った。前年度は無細胞系に於ける哺乳類のホスホリパーゼDの活性測定法を確率したが、平成8年度は科学研究費補助金による最終年度であることを鑑み、我々が確率したホスホリパーゼDの活性測定法を用いて、酵素活性に影響を及ぼす因子の同定、並びにこれらの因子存在下でのホスホリパーゼDの活性調節機構を酵素学的に解析した。ホスホリパーゼDは細胞膜結合型蛋白質であり、その酵素活性発現には、細胞質の可溶性画分に存在するG蛋白質、更にG蛋白質以外の蛋白質が酵素の活性化に関与することを示す実験的根拠を得た。この因子は分子量36kの熱安定性を示す蛋白質であり、組織分布が酵素のそれと一致することから、ホスホリパーゼDの生理的な活性化因子である可能性が強く示唆された。また、エタノールアミン燐脂質がホスホリパーゼDの活性発現に必須であることを証明し、ホスホリパーゼDの活性化蛋白質因子のみならず燐脂質を含む大きな構造体が関与することを明らかにした。燐酸化を介した箔性調節機構,細胞骨格系とホスホリパーゼDの関連など未解決の問題があるものの、分子レベルでのホスホリパーゼD活性調節のメカニズム解明に大きく前進したと言えよう。