hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
脂肪細胞分化の新たな制御因子・ＰＤＺＲＮ３の機能解析と糖尿病治療への応用

PDZRN3は我々が見出した新たな分化制御因子であり、間葉系前駆細胞の筋分化には促進的に、骨分化には抑制的に働く。今回、PDZRN3はSTAT5bの発現抑制を介して脂肪細胞分化を負に制御することを明らかにした。また、PDZRN3欠損マウスを陰性対照として野生型マウス胎児組織からPDZRN3の結合蛋白質を抽出し、ショットガン質量分析による網羅的解析にてそれら結合蛋白質を同定することに成功した。本研究では、PDZRN3による脂肪細胞分化制御機構の解明を目標とする。前年度にPDZRN3結合蛋白質候補として数種を同定し、平成25年度にその検証を進めた。免疫沈降やプルダウンアッセイ、免疫染色等にて解析した結果、それらがPDZRN3の生理的な相互作用相手ではない可能性が生じたため、急遽探索を再開した。抗体の結合部位やPDZRN3/相手蛋白質間の結合特性に、PDZRN3/相手蛋白質複合体抽出の成否が左右されることと、抗体の精度(検出時ノイズによる偽陽性)に問題があると思われた。そこで複合体を化学架橋する手法と免疫沈降を組み合わせ、より確実にPDZRN3結合蛋白質を抽出する系を立ち上げた。架橋分子の濃度、処理時間、鎖長など条件最適化を行い、78 kDa glucose-regulated protein(GRP78)を同定することができた。また、抗体の精度を高めるためにモノクローナル抗体を新規作製してその精度の高さを確認すると共に、ビーズに固相化した分子ツールを作製した。これを用いて、GRP78解析と同時並行で、PDZRN3の結合蛋白質探索を続ける。PDZRN3ノックアウトマウスによるin vivo解析では、現在までにノックアウトによる明瞭な影響を見出せていないため、新たな系にシフトする。また、解析を進めていた「STAT5bを介したPDZRN3による脂肪細胞分化の制御機構」については論文にまとめ、受理された。さらに、脂肪分化能を有する別の細胞系列(C2C12)での解析過程で、PDZRN3がWntシグナルを介してId2発現を抑制することを見出した。Id2はPPARγ発現を促進して脂肪分化を進める因子として近年明らかにされた蛋白質である。このことは、3T3-L1細胞にてPDZRN3が脂肪分化を抑制する機序における新たな経路に繋がる可能性がある。本研究では、PDZRN3が脂肪細胞分化を制御する分子機構を解明することを大きな目標とする。平成24年度では、PDZRN3結合蛋白質を探索しており、その候補として数種のPDZRN3共沈蛋白質の同定に成功している。現在、それらのPDZRN3結合蛋白質であるかの検証を行っている。また、その候補蛋白質が実際にPDZRN3と共同して脂肪分化制御に関与するかを検証するための情報を得るために、脂肪分化で働くシグナル制御システムに対してPDZRN3がどのような影響を持つのか、もしくはPDZRN3により影響を受けるシグナル経路などについて探索、解析を行った。脂肪分化において、PPARγはマスターレギュレーターとして働く転写因子であり、さらにPPARγ発現の促進を上流にて制御する因子として、STAT5AやSTAT5B及びC/EBPβが報告されている。当該年度における解析から、PDZRN3がSTAT5Bもしくはその上流に作用することでSTAT5Bの転写レベルを抑制し、STAT5Bによる転写機能レベルを減弱させ、その結果として、PPARγの発現量が低下し、脂肪細胞分化は抑制されることが明らかとなった。即ち、PDZRN3は脂肪細胞分化を負に制御する因子であることが示唆された。ここで興味深い知見は、STAT5AおよびSTAT5Bは極めて類似したサブタイプであるにも関わらず、PDZRN3はSTAT5Bにのみ作用するという点である。脂肪分化におけるSTAT5AとSTAT5Bの機能分担についてはこれまでほとんど報告がなく、今回の結果から、脂肪細胞分化においてPDZRN3を介したユニークな分化制御機構の存在が示唆された。本研究では、PDZRN3による脂肪細胞分化制御機構の解明を目指しており、PDZRN3が脂肪細胞分化の新たな制御因子として、どのような機能を持つのかを解析する。特に分化制御に関わるPDZRN3結合蛋白質を探し出し、その分化制御における分子メカニズムを解明する。そこで得られた知見を元に、PDZRN3の機能をコントロールする手段を検討し、肥満、糖尿病など生活習慣病に対する新たな薬理学的治療法の開発に向けた分子基盤を確立する。本研究において、PDZRN3は脂肪細胞分化に対して抑制的に働くことが分かった。PPARγは脂肪細胞分化を強力に促進する転写因子であり、そのPPARγの発現レベルを調節する因子の一つにSTAT5bがある。PDZRN3はこのSTAT5bの遺伝子発現を抑制することで分化を負に制御していることを見出した。次にPDZRN3が機能を発現する相手蛋白質の同定を試みた。免疫沈降にてPDZRN3を抽出し、共に沈降する蛋白質を同定する戦略だが、最終年度では、マウス胎児の体幹組織を用いることで、より効率的かつ抽出量の増大に成功した。

またPDZRN3を発現できないマウスの組織を陰性対照にしてPDZRN3抗体のみを使用することで、陰性対照抗体由来のノイズを排除した系を構築した。以前の解析から、PDZRN3の結合相手はかなり微量で従来法では検出が困難であることが予想されたため、共沈蛋白質群を電気泳動せず、そのまま網羅的かつ定量的に検出するiTRAQ標識ショットガン質量分析法を実施した。その結果、従来法では検出できなかった候補蛋白質を十数種同定できた。我々の過去の研究からPDZRN3はWntシグナル経路制御因子として働くことが分かっているが、その候補蛋白質群の中にもWnt制御因子の可能性を示すものがあり、PDZRN3との機能的な繋がりの面から、大変興味深い蛋白質を同定することができた。薬理学当初の25年度計画では、PDZRN3の相互作用相手蛋白質を軸にしてPDZRN3による脂肪分化のシグナル解析を行う予定であった。しかしながら、昨年度同定した蛋白質候補について精査した結果、真に目的とするものではなかったため、現時点で目標に達していない。ただし、25年度にはPDZRN3との相互作用蛋白質の新規な探索法として化学架橋免疫沈降法を確立し、結合蛋白質候補としてGRP78が浮かび上がってきたため、これを軸にしたシグナル解析を急ぎ行う予定である。現在、PDZRN3結合蛋白質候補として数種のPDZRN3共沈蛋白質の同定に成功しているが、実際にPDZRN3結合蛋白質であるかの確証が現時点で得られていない。また、非特異的な結合によって検出される蛋白質がかなり多く(検出時のノイズが大きく)、真の結合蛋白質であるかどうかの判断、および抽出効率を困難にしている。その理由として、抗体の質(抗原PDZRN3に対する結合親和性と特異性)に問題があり、これまで自作、業者委託含めてPDZRN3の5種類の領域に対して新たに抗体を作製したが、これまで良好な抗体は得られておらず、対策が必要である。PDZRN3の結合蛋白質候補であるGRP78が、PDZRN3の生理的相互作用相手、即ちPDZRN3が脂肪細胞分化を制御する際にその機能を発揮する相互作用相手であることを解析していく予定である。また解析が済むまではGRP78が目的の蛋白質でない危険性も否めないため、同時並行でPDZRN3の結合蛋白質の探索を続ける。その際、より精度の高いことが期待されるPDZRN3モノクローナル抗体ビーズを用いて探索を試みる。同定した標的の蛋白質を軸としたシグナル解析を行い、PDZRN3による脂肪分化制御の分子機構を明らかにしていく。また、先述したId2を介したPDZRN3による脂肪分化調節経路も新しい知見であり興味深いため、これらの知見も踏まえて解析を行っていく。PDZRN3ノックアウトマウスを用いたin vivo解析では、野生型との差異が生じれば生化学的な分析を行う予定であるが、現時点では明瞭な差はなく、申請書に記載したように一固体の全細胞をフルにノックアウトしたものではなく、conditionalなノックアウトシステムに移行する。
認知制御における抑制機能と感情処理

事象関連電位を指標とした研究により,認知制御における抑制機能に感情処理が影響することがわかっているが,その影響の現れ方は研究間で一貫しない。本研究では,その原因について調べた。その結果,課題とは無関連な妨害刺激の存在が,抑制機能の働きを抑えたり,抑制機能に対する感情処理の影響を発現しにくくしたりする可能性のあることが示された。また,抑制機能には報酬系に起因する個人差があり,新規な刺激や報酬刺激に対して衝動的に思いつきで接近しやすい傾向の高い人ほど,認知制御に基づく競合適応効果(情報間の競合の検出により後続する刺激の処理がバイアスを受け,パフォーマンスが変化する現象)が生じやすいことがわかった。抑制機能に及ぼす感情処理の効果を複数の課題で比較するために,同じ感情刺激を用いてGo/NoGo課題(実験1)とフランカー課題(実験2)を実施した。実験1では,健常成人10名を対象として,笑顔と真顔を組み合わせたフランカー刺激(横一列に並んだ5つの表情の中央がターゲット刺激,その左右が病害刺激)を用いてGo/No課題を行った。課題遂行中の脳波を記録し,ターゲットが笑顔か真顔か,および刺激が一致刺激か不一致刺激かによってNoGo電位の現れ方に違いが生じるかどうかを調べた。刺激提示後200-400ms区間のERP平均電位を調べた結果,先行研究で得られた,笑顔に対するNoGo電位が真顔に対するものよりも低振幅であるという表情の効果が出現せず,妨害刺激の存在が感情刺激に対する抑制機能に影響を及ぼす可能性が示唆された。実験2では,実験1と同じ刺激を用いてフランカー課題を行い,抑制機能を反映する2つのERP成分の現れ方を検討した。N2潜時帯(220-320ms)のERP振幅はターゲットの表情により異なり,笑顔に対するN2が真顔に対するものより低振幅となった。行動測度では,不一致刺激に対するよりも一致刺激に対する反応時間が短いという一致性効果が得られたが,刺激の一致性によるN2振幅の違いはなかった。刺激同期LRPおよび反応同期LRPを分析したところ,両者ともに,不一致刺激に対する誤反応準備を反映する陽性シフトが観察されなかった。実験2の結果は,非感情刺激を用いた従来の研究報告とは異なるものであり,刺激として感情を表す表情刺激を用いたことが原因かどうか,今後検討する必要がある。前年度までに実施した研究の結果,No-Go電位に反映される感情処理が抑制機能に及ぼす影響が,実験間で一貫しない場合があることがわかった。その原因を探るため,個人特性が抑制機能に影響を及ぼす可能性について,行動指標を用いて検討した。具体的には,ストループ課題における行動抑制を反映すると考えられる競合適応効果(情報間の競合の検出により後続する刺激の処理がバイアスを受け,パフォーマンスが変化する現象,Botvinick et al., 2001)が,報酬接近傾向および罰回避傾向(BIS/BAS尺度で測定)と関連するかどうかを検討した。成人19名(うち女性10名,平均22.1歳)が実験に参加した。灰色の画面中央に赤,青,黄,緑のいずれかの色で描画された色名を示す文字(あか,あお,きいろ,みどり)を呈示した。参加者は,刺激の描画色について,対応する4つのボタンを左右の人差し指と中指で押し分けて反応した。描画色と文字の意味が一致(例:赤い色で書かれた“あか")か不一致(例:赤い色で書かれた“あお")かによって適合性を操作した。前試行が一致試行である時のストループ効果(不一致条件の反応時間から一致条件の反応時間を引いた値)から前試行が不一致試行のときのストループ効果を引いた値を競合適応効果の指標とした。その結果,競合適応効果の程度には個人差が存在すること,BIS/BASの下位尺度である「刺激探究」尺度と正の相関があることがわかった。抑制機能には報酬系に起因する個人差があり,新規な刺激や報酬刺激に対して衝動的に思いつきで接近しやすい傾向の高い人ほど,競合適応効果が生じやすい可能性があることが示された。平成26年度に引き続き,認知制御における抑制機能の個人差をもたらす要因について,競合適応効果(CAE,ある試行で競合を経験すると,次の試行で競合の効果が小さくなること)の観点から検討した。ストループ課題の修正版(文字の描画色ー赤,青,黄,緑の4色ーと一致する反応ボタンを左右の人差し指と中指を使って押し分ける)を遂行中の成人19名から脳波を記録し,当該試行の競合の有無とその試行の直前の試行における競合の有無を組み合わせた4条件別に,片側性運動準備電位(LRP,刺激同期と反応同期の2種類)を算出した。行動測度上,有意なストループ競合効果が得られたが,CAEは観察されなかった。しかし,参加者別のCAE量とLRPの潜時および振幅との関連を調べたところ,刺激同期LRPとCAEの相関が有意であり,一致試行で正反応への運動準備電位が大きく出現した参加者ほど,前試行の競合の影響による反応遅延の程度が大きかった。

また,抑制機能には報酬系に起因する個人差があり,新規な刺激や報酬刺激に対して衝動的に思いつきで接近しやすい傾向の高い人ほど,認知制御に基づく競合適応効果(情報間の競合の検出により後続する刺激の処理がバイアスを受け,パフォーマンスが変化する現象)が生じやすいことがわかった。No-Go電位に反映される感情処理が抑制機能に及ぼす影響が,実験間で一貫しない場合があることがわかったため,その原因を調べるための実験を優先して実施し,本研究で事前に予定していた実験(複数の抑制検討課題,複数のERP指標による抑制機能の異同の検討)が年度内に完了しなかった点がマイナスである。その一方で,認知制御における抑制機能について,従来の研究で指摘されていたワーキングメモリ容量以外にも,生理学的基盤が明確な報酬系に基づく個人差が存在することが示され,今後の研究方向に関する示唆が得られた点はプラスである。認知心理学前年度の研究成果のうち,感情刺激を用いたフランカー課題で得られた2つの結果(1ターゲットとフランカー刺激の一致性の効果がN2に出現しなかった,2LRPにおいて不一致刺激に対するご反応の抑制を反映する陽性シフトが出現しなかった,これらは文字等の刺激を用いた課題でロバストに観察される現象とは異なる)が,感情刺激を用いたことによる再現性のある結果なのか,他の何らかの原因による偶然の結果なのかを確かめる。その結果を踏まえて,抑制機能を検討する複数の課題(Go/Nogo課題,フランカー課題等)で複数のERP成分(Nogo電位,N2,LRP等)を記録し,それぞれの成分に反映される感情刺激の効果を比較するための実験を実施する。フランカー刺激を用いたGo/NoGo課題に関して,感情刺激を用いた検討は実施し,単独刺激を用いたGo/No課題とは異なる感情効果が出現する可能性を確認できたが,非感情刺激を用いた検討が未実施である点が,ややマイナスである。一方,平成26年度に実施する予定であったフランカー課題(2肢選択課題)を前倒しで実施した結果,抑制機能を反映するERP成分に関して,非感情的課題を用いた先行研究とは異なる現象を複数観察し,今後の研究の展開を促すデータを得たことは,プラスであったと評価できる。フランカー刺激を構成する妨害刺激がNoGo電位に及ぼす影響が,刺激の感情価によって異なるかどうかを調べる必要があり,そのための実験を早急に実施する。また,フランカー課題を用いた従来の研究で報告されてきた不一致効果とは異なる現象が,平成25年度に実施した実験で観察された原因を明確にすることが,認知制御に及ぼす感情処理の影響を調べるという本研究の目的を達成するのに重要であると考えられるので,当初予定していた時間的切迫感の影響を調べるための実験に先行して,感情刺激を用いたフランカー課題と非感情刺激を用いた課題とで抑制機能を反映するERP成分を比較するための実験を実施する。平成26年度に実施予定であった実験を平成25年度内に追加して実施することにしたため,必要な経費を前倒し請求したものの残額である。データの記録と分析,および成果発表のために使用した消耗品費が必要見込み額に比べて小額であったため,次年度使用額が生じた。平成26年度に実施する実験(フランカー刺激を構成する妨害刺激がNoGo電位に及ぼす影響が刺激の感情価によって異なるかどうかを調べるための実験,およびフランカー課題を用いた従来の研究で報告されてきた不一致効果とは異なる現象が観察された原因を調べるための実験等)で使用する消耗品および成果発表のための旅費として使用する。
宇宙測地技術の高精度化に関する研究

超長基線電波干渉計(VLBI)に代表される宇宙測地技術は、観測地点の位置を数mmレベルの正確さで測定することができ、地球基準座標系の高精度な実現や地球回転の精密な測定、およびプレートテクトニクスなどの地球物理学研究に大きな役割を果たしている。ところが、現在の宇宙測地技術の計測精度は、大気や電離層による伝播遅延モデルの誤差が大きな誤差要因となっている。これらの誤差を低減して、宇宙測地技術における計測精度を向上させることが本研究の目的である。平成20年度には、大気による伝搬遅延を、気象庁の数値予報モデルを用いて高速にかつ高精度に計算する手法の開発を進め、国内の任意の地点における補正値を、実用的な速度で計算することができるプログラムの開発に成功した。このプログラムを適用することにより、従来は観測データを用いて推定するしかなかった大気遅延補正量を、客観的な気象モデルから計算することができるようになり、本研究課題の目標であった宇宙測地技術における精度向上を実現した。この結果については、国内と国外の研究会でそれぞれ口頭成果発表するとともに、査読つき論文(J.Geophys.Res.)に投稿し、出版された。そのほか、VLBI観測データを解析するためのプログラム開発にもとりくみ、その結果を査読付き論文誌に2件投稿して、うち1件は発行済み、残り1件も受理の連絡を受けるなど、顕著な成果を達成した。そのため、まずVLBI観測データの解析により、電離層の短時間変動についての研究を進め、電離層擾乱の伝播現象を検出することに成功した。この結果は、国内の研究会(2006年度VLBIシンポジウム)で発表するとともに、国際学術誌(Journal of Geodesy)に投稿し、受理された。論文は、近日中に印刷され、発行される予定である。また、GPSおよび低軌道衛星のデータを用いて効率的に電離層の三次元構造を推定するトモグラフィ推定手法を開発し、その性能の評価を行った。この成果は、論文成果としてとりまとめ、国際学術誌(Geophysical Research Letters)に投稿し、現在査読を受けている段階である。つぎに、高精度な大気遅延補正法を開発するため、数値気象データを用いて、波線追跡法を適用して任意の位置における任意の方向への大気遅延を高精度に推定するレイトレーシングプログラムの高速化に取り組んだ。あらかじめ、規則的なグリッドのデータを数値気象データから再構築することで、計算速度を大幅に向上することに成功し、国内における電子基準点の観測データをリアルタイムに補正することができる見通しを得た。この成果については、国内および国際学会に講演発表を申し込むとともに、論文の執筆を進めている。そのため、まずVLBI観測データの解析により、電離層の短時間変動についての研究を進め、電離層擾乱の伝播現象の検出について国際学術誌(Journal of Geodesy)にて論文を出版した。また、電離層モデルを推定するとき、従来地球が完全な球であるとして計算している揚合の誤差が無視できないことを指摘し、地球が回転楕円体であることを正確に反映する手法を開発して成果を国際学術誌(Geophysical Letters)から論文として出版した。GPSおよび低軌道衛星のデータを用いて効率的に電離層の三次元構造を推定するトモグラフィ推定手法を開発し、その性能の評価を行った論文を国際学術誌(Gephysical Research Letters)に投稿し、受理された。つぎに、高精度な大気遅延補正法を開発するため、数値気象データを用いて、波線追跡法を適用して任意の位置における任意の方向への大気遅延を高精度に推定する高速なレイトレーシングプログラムの開発を行った。この成果について、国際学術誌(Earth, Planets, and Space)から電子レター論文として出版した。

このプログラムを適用することにより、従来は観測データを用いて推定するしかなかった大気遅延補正量を、客観的な気象モデルから計算することができるようになり、本研究課題の目標であった宇宙測地技術における精度向上を実現した。この結果については、国内と国外の研究会でそれぞれ口頭成果発表するとともに、査読つき論文(J.Geophys.Res.)に投稿し、出版された。そのほか、VLBI観測データを解析するためのプログラム開発にもとりくみ、その結果を査読付き論文誌に2件投稿して、うち1件は発行済み、残り1件も受理の連絡を受けるなど、顕著な成果を達成した。
機械加工面用オンマシンナノプロファイラデバイスの開発

本研究は機械加工された精密平面のうねりを加工機上で測定するためのMEMS計測デバイスを開発し,さらにそれを用いた計測手法の開発を目指すものである.加工機のステージを用いた走査形状測定ではテーブルの運動誤差が計測誤差の原因となるため,複数のセンサを同一のテーブル上に搭載して走査し,その出力から演算により運動誤差を除去する多点法が用いられる.この手法による狭ピッチかつ高精度な多点法形状計測を実現するため,5ないし10のカンチレバー式変位計をシリコンウエハ上に一体構造として作りこんだMEMSデバイスを開発している.今年度は従来の製作プロセスで問題となっていた,探針製作時や外形打ち抜き時の配線及び素子損傷の問題に対処した.目標とするデバイス仕様では探針高さが250μmあり,その製作に長時間の結晶異方性エッチングを要する.この際,先に製作した配線やピエゾ抵抗体が損傷する問題に対し,配線に用いる金属を薬剤耐性の高い金/クロム配線に変更するとともに,ピエゾ抵抗体部にシリコン窒化膜を用いた保護マスクを積むプロセスで対応し,問題を解決した.SOIウエハを導入し,計測デバイスとして重要となる寸法精度の改善も試みた.中間層厚さ0.7μmのSOIウエハを用いたところエッチング停止深さをコントロールでき,探針高さのばらつきを低減できることを確認した.また,さらなる高感度化のための予備実験として,カンチレバー根本のひずみ検出部に圧電材料を用いるための基礎実験を行った.電極配置が圧電材料を上下から挟む必要があるため,新規のプロセス設計,基礎実験のためのマスク製作・チタン酸バリウムを採用しての基礎積層実験を行った.その他,10点法デバイスの製作を開始した他,並行して「正方配置4点法平面形状測定における対角角度測定の導入によるゼロ点誤差低減法」の数値シミュレーションによる検討を行い,その有効性を確認した.これまで製作してきたピエゾ抵抗体を用いたデバイスについては,利用設備の拡充をはかり,配線材料を変更した後の条件出しを完了した.ひずみ検出部の損傷への対処は,当初の予定のシリコン酸化膜での対応では改善はみられるものの一部に損傷が残ったが,その後シリコン窒化膜の導入により対処可能であることも確認でき,おおよそ順調である.昨年度の納品遅れから今年度に計画を繰り延べたSOIウエハ導入による寸法精度改善については初期に設定した中間層厚さがエッチング停止に対して有効であることと,寸法精度の改善が確認された点は順調な進捗状況である.一方,最終的な打ち抜きの際に中間層が残留する問題も生じ,この点では対処が必要で引き続き対応を行う.昨年度よりデバイスを用いた計測法のシミュレーションや構造設計に先行着手した10点法デバイスは早期に製作に着手できており,SOIウエハ導入の遅れをカバーしている.形状変更に伴うプロセスの条件出しや,製作時の固定方法等,課題を明らかにできたので今後対応を進める.圧電材料であるチタン酸バリウムを用いたひずみ検出感度の改善については,利用設備の不具合からスパッタリングターゲットが過熱により損傷し,再製作となったことから基礎実験に多少の遅れが生じている.多点法デバイスの利用法に関するシミュレーションは10点法,対角4点法ともに順調である.一部に遅れはあるものの,先行している部分もあり総合的にはおおむね順調である.5点法デバイスについては,SOIウエハを用いた際の最終の外形打ち抜の際に中間層がわずかに残留する問題が残っており,深堀エッチングの際の条件出しを進めることで,問題なくデバイスが製作できるプロセスの確立を目指す.さらに,SOIウエハ導入でエッチング深さと探針先端サイズが独立して制御できると予想されるため,その実証実験を行う.10点法デバイスについても深堀エッチングの際の固定テープの張り付きの問題があり,さらに探針が細くこれまで製作してきたデバイスに比べて折れやすい問題に対応した製作法を検討する.チタン酸バリウムを用いた高感度デバイスについては,引き続き大阪大学ナノテクノロジー設備供用拠点の協力を仰ぎながら製作を進める.テスト用に検出部サイズを様々に変化させたマスクをすでに製作済みであるので,これを用いてひずみ検出実験を行い,それをもとに5点法デバイスへの導入を図る.こちらはマスクの製作とプロセスの大幅な変更が見込まれるので優先的に時間を充てる.デバイスの製作にあわせ,それらを利用して計測実験をおこなうための外部配線基板や固定冶具,実験装置の設計・製作を行う.並行して,30年度に計算機シミュレーションにより確認した,角度センサ導入による対角4点法平面形状測定法でのゼロ点誤差除去手法を実証するための実験装置の構築を行う.機械の運動ガイド等に使用される精密平面は,加工中に形状を計測し,その結果を修正加工にフィードバックして製作される.すなわち,加工精度を高めるためには形状計測の精度の改善が不可欠であり,さらに加工機上(オンマシン)での測定が有効である.本研究は機械加工平面のプロファイル,特に長波長のうねりを10nmオーダーでオンマシン測定可能なMEMS計測デバイスの開発と,それを用いた計測手法の開発を目指すものである.今年度は,従前より提案している平面上の5点の変位を同時計測可能なマルチカンチレバー式変位計デバイスを有限要素法シミュレーションの結果に基づき再設計し,高感度化をはかったデバイスを試作した.カンチレバー根元部近傍に矩形の切り抜きを設け,応力集中を発生させた位置に歪検出系を配置する構造のマスクを起こし,構造変更にあわせたプロセス条件出しを行った.さらに,多数の繰り返し構造を作りこむことが容易なMEMSデバイスの特性を利用し,10点同時計測デバイスの実現可能性とそのデータ処理についての検討を行った.

このデバイスの有効性を検証するため,1次元断面形状プロファイルの長ピッチ短ピッチ複合計測法についてシミュレーションを行った.この手法ではプローブ間隔ごとにデータを取得する走査形状測定を行って得た10点の同時変位計測結果のうち,両端プローブでのデータを長ピッチ2点法データとして扱い,測定領域全体の形状を少ないデータ接続数で表現する.続いて,同じデータセットに含まれる10点のプローブ全てでの同時計測結果を,9組の隣接する短ピッチ2点法データ群として扱い,冗長度を利用して平均化したものを短ピッチデータとする.この短ピッチデータを長ピッチデータで拘束することにより,1回の走査測定で,高い横分解能と,偶然誤差の累積の影響を低減した全体形状測定を同時に実現しうることを明らかにした.応力集中構造を組み込んだ5点法マルチカンチレバー変位計デバイスの製作についてはおおむね順調に進んでいる.形状変更に伴うプロセス条件出しは後述のウエハサイズ変更に伴う問題を除き順調に進行した.従来は4インチウエハを用いてデバイス作成を行っていたが,利用設備の機器の更新により昨年より2インチウエハに切り替えている.この変更に伴い,最終段階の深掘りエッチングによる外形形状切り出し過程において冷却に寄与する接触面積が減少し,レジスト劣化が著しくなる問題が生じた.この対策のため,実験手順変更による冷却の改善を試み,試作は完了したものの成功率は高くなく,より安定的なプロセスを開発する必要がある.レジストをハードマスクに切り替える等の対策も検討中である.SOIウエハの導入については,製造元の設備故障があり納品が遅れたため,スケジュールの都合上今年度はこれを用いたデバイス製作には着手せず.H31年度に予定していた10点デバイスに関する検討を先行させた.数値シミュレーションを行い,10点同時計測デバイスを用いることでデータの冗長度を高め,長短ピッチ複合計測法の有効性をより高められることを確認した.計画の実施准の入れ替えにより納品遅れにともなう計画全体への影響はわずかにとどまった.本研究は機械加工された精密平面のうねりを加工機上で測定するためのMEMS計測デバイスを開発し,さらにそれを用いた計測手法の開発を目指すものである.加工機のステージを用いた走査形状測定ではテーブルの運動誤差が計測誤差の原因となるため,複数のセンサを同一のテーブル上に搭載して走査し,その出力から演算により運動誤差を除去する多点法が用いられる.この手法による狭ピッチかつ高精度な多点法形状計測を実現するため,5ないし10のカンチレバー式変位計をシリコンウエハ上に一体構造として作りこんだMEMSデバイスを開発している.今年度は従来の製作プロセスで問題となっていた,探針製作時や外形打ち抜き時の配線及び素子損傷の問題に対処した.目標とするデバイス仕様では探針高さが250μmあり,その製作に長時間の結晶異方性エッチングを要する.この際,先に製作した配線やピエゾ抵抗体が損傷する問題に対し,配線に用いる金属を薬剤耐性の高い金/クロム配線に変更するとともに,ピエゾ抵抗体部にシリコン窒化膜を用いた保護マスクを積むプロセスで対応し,問題を解決した.SOIウエハを導入し,計測デバイスとして重要となる寸法精度の改善も試みた.
進化のゆらぎ応答理論の確立と多階層・発生過程への展開

(1)表現型進化の方向性と拘束のシミュレーションとポテンシャル理論:表現型が低次元に拘束されるシミュレーションおよび理論の普遍性を求めた。まず、触媒反応系と遺伝子制御ネットワークの進化シミュレーションで遅いモードが分離してくることを確認し、その理論を考察した。さらに統計力学のスピングラスモデルを用いてターゲット配置を持つように進化させると、外場および相互作用行列への変異に対して相関したスピン応答が生じる、つまり低次元拘束が生じることを確認し、これを統計力学の相転移として理解した。ついでタンパクのダイナミクスのモデルを用い可塑性と変異に対する頑健性の両立からダイナミクス(ヤコビ行列)の固有値分布を求め実験データと対応することを確認した。(2)階層性進化:分子と細胞の間の階層については両者の複製の整合性から分子が遺伝情報を担う側と触媒機能を担う側へ役割分化することを対称性の自発的破れとして示した。これを統計力学と階層的Price方程式に基づいて説明し、分化のための変異率と分子数の条件を求めた。ついで細胞とその集団の階層に関しては、ホストとパラサイトと間の相互作用により揺らぎを増加させる進化が生じ、それが可塑性をうむことを示した。また細胞と細胞集団の階層では細胞が有用成分をもらすことで多種共生が生じることを示した。(3)進化発生対応の理論:細胞から多細胞組織さらには器官にいたる階層の形態や配置に注目し、幾何学的な性質の揺らぎと拘束を調べた。植物幹細胞の分裂面においては、3次元形状の揺らぎを制御する幾何学的仕組みを見いだしつつある。動物上皮組織においては、細胞の幾何形状の揺らぎが変異細胞と正常細胞の競合に寄与することを解明した。また、ミズクラゲのポリプ期においては、器官配置過程をライブ観察する系を構築し、器官配置順序に個体差を見出しつつある。(1)表現型進化の方向性と拘束のシミュレーションとポテンシャル理論:昨年度に進めた、表現型の環境や進化による変化が低次元の状態空間に拘束されるという結果をまとめて出版した。またこれらをまとめた総説をAnnualReview of Biophys.および物理学会誌に発表した。これらの結果として、各形質のノイズによる揺らぎと遺伝子変異による揺らぎが相関していることが導かれたのは進化の方向性と拘束を定量的に表現する結果として本新学術の基本となる結果である。また触媒反応ネットワークモデルに加えて遺伝子制御ネットワークそして統計力学のスピングラスモデルで低次元拘束の普遍性が見出されつつあるのは今後の基盤となる重要な一歩である。さらに2倍体有性生殖の場合で表現型の安定性とメンデル遺伝の関係が見出されつつあるのは新しい方向の成果である。(2)階層性進化:細胞内分子数がある程度以上になると遺伝と機能を担う分子の役割が対称性の破れで生じ、その条件を突然変異率と細胞内の分子数との関係で表せたのは、実験的検証に耐える成果であり、今後、その検討を始める。細胞と細胞集団の階層では細胞が有用成分をもらすことで多種共生が生じることが見出されており、これは共生が広く生じることの理解につながる。また種間相互作用を含むモデルで揺らぎの増加により可塑性がますことが見出されたのは、揺らぎー可塑性ー多様化を結びつけるための一歩として意義がある。(3)進化発生対応の理論:細胞形状の揺らぎを制御する幾何学的仕組みの解析が植物幹細胞と動物上皮細胞で着実に進んだ。また、クラゲ器官の配置過程の解析系構築が予想以上に進んだ。これにより、形態の揺らぎの制約を、動植物双方において、細胞レベルと器官配置レベルで解析できるようになった。(1)表現型進化の方向性と拘束のシミュレーションとポテンシャル理論:表現型進化の方向性と拘束の理論:タンパクのデータとの対応、またこのような低次元構造の形成の理論を進め進化の方向性を理論的に表現し、これらを表現型のロバストネスと可塑性と結びつける。さらに公募班の実験との比較も進める。大自由度の表現型空間からいかに自由度の削減が生じた時にこれをマクロなポテンシャル地形であらわす理論を定式化する。さらには単なる突然変異だけでなく水平的遺伝子伝播や有性生殖に対して理論を拡張する。(2)階層進化理論:分子ー細胞ー細胞集団の階層をまたがる進化の理論を展開する。細胞と細胞集団の階層では有用成分をもらすことで生じる多種共生をまとめて出版する。さらに多様化と可塑性の関係を明らかにする。最後に個体ー社会の階層に対してはゲーム理論による搾取構造の形成、さらには階層的進化による婚姻構造の形成のシミュレーションを進める。(3)進化発生対応の理論:発生過程を模した力学系モデルにより発生過程と進化過程の対応関係の研究を続け、入江班が見出している、発生砂時計仮説の生じる条件を求め、遅く変化する遺伝子発現の意義を求める。またエピジェネティック過程を考慮した発生、進化モデルの研究を推進する。藤本グループでは、器官数と配置の対称性に関する進化発生対応の研究を進める。植物では花器官の数と左右対称な配置について、各系統の多様性を生み出す発生の特性を明らかにする。動物では、ライブ観察系を用い、クラゲの器官配置に現れる揺らぎを定量的に解析し、制約の有無を明らかにし、一方で左右対称な器官配置を示すイソギンチャクの計測系を立ち上げる。同時に、花器官配置の数理モデルを改良し、動物の器官配置モデルの構築も始める。さらに、各グループとの共同研究を継続し、進化発生対応の研究を細胞から器官配置に至る様々なレベルで進める。(1)表現型進化の方向性と拘束のシミュレーションとポテンシャル

理論:表現型が低次元に拘束されるシミュレーションおよび理論の普遍性を求めた。まず、触媒反応系と遺伝子制御ネットワークの進化シミュレーションで遅いモードが分離してくることを確認し、その理論を考察した。さらに統計力学のスピングラスモデルを用いてターゲット配置を持つように進化させると、外場および相互作用行列への変異に対して相関したスピン応答が生じる、つまり低次元拘束が生じることを確認し、これを統計力学の相転移として理解した。ついでタンパクのダイナミクスのモデルを用い可塑性と変異に対する頑健性の両立からダイナミクス(ヤコビ行列)の固有値分布を求め実験データと対応することを確認した。(2)階層性進化:分子と細胞の間の階層については両者の複製の整合性から分子が遺伝情報を担う側と触媒機能を担う側へ役割分化することを対称性の自発的破れとして示した。これを統計力学と階層的Price方程式に基づいて説明し、分化のための変異率と分子数の条件を求めた。ついで細胞とその集団の階層に関しては、ホストとパラサイトと間の相互作用により揺らぎを増加させる進化が生じ、それが可塑性をうむことを示した。また細胞と細胞集団の階層では細胞が有用成分をもらすことで多種共生が生じることを示した。(3)進化発生対応の理論:細胞から多細胞組織さらには器官にいたる階層の形態や配置に注目し、幾何学的な性質の揺らぎと拘束を調べた。植物幹細胞の分裂面においては、3次元形状の揺らぎを制御する幾何学的仕組みを見いだしつつある。動物上皮組織においては、細胞の幾何形状の揺らぎが変異細胞と正常細胞の競合に寄与することを解明した。また、ミズクラゲのポリプ期においては、器官配置過程をライブ観察する系を構築し、器官配置順序に個体差を見出しつつある。(1)表現型進化の方向性と拘束のシミュレーションとポテンシャル理論:昨年度に進めた、表現型の環境や進化による変化が低次元の状態空間に拘束されるという結果をまとめて出版した。またこれらをまとめた総説をAnnualReview of Biophys.および物理学会誌に発表した。これらの結果として、各形質のノイズによる揺らぎと遺伝子変異による揺らぎが相関していることが導かれたのは進化の方向性と拘束を定量的に表現する結果として本新学術の基本となる結果である。また触媒反応ネットワークモデルに加えて遺伝子制御ネットワークそして統計力学のスピングラスモデルで低次元拘束の普遍性が見出されつつあるのは今後の基盤となる重要な一歩である。さらに2倍体有性生殖の場合で表現型の安定性とメンデル遺伝の関係が見出されつつあるのは新しい方向の成果である。(2)階層性進化:細胞内分子数がある程度以上になると遺伝と機能を担う分子の役割が対称性の破れで生じ、その条件を突然変異率と細胞内の分子数との関係で表せたのは、実験的検証に耐える成果であり、今後、その検討を始める。細胞と細胞集団の階層では細胞が有用成分をもらすことで多種共生が生じることが見出されており、これは共生が広く生じることの理解につながる。
マイクロアロイング結晶制御による高性能交換スプリング磁石の開発

本研究の目的は交換スプリング磁石の結晶粒微細化のために添加される微量元素の役割を明らかにして,高性能強磁性体の開発指針を得ることである.今回の研究に於いては特にNd_2Fe_<14>B系磁石(Nd_<13.6>Fe_<68.2>Co_<10.8>Ga_<1.0>Zr_<0.12>B_<6.9>)のHDDR処理におけるGa(1at%)とZr(0.1at%)添加の役割を明らかにすることを目的とした.本合金系においてGaとZrの添加は水素化により分解したNd2Fe14Bが脱水素により再び再結合する際にを水素化前の結晶方位を記憶して方位を揃え磁気異方性を高める効果を持つ.本研究では放射光を用いた蛍光XAFS法にて水素前と水素化後とのGaとZrの原子位置の変化を調べた.その結果Gaは水素化前はNd_2Fe_<14>B中に含まれること,水素化後はα-Fe中に存在することが明らかとなった.またZrは水素化により選択的に水素と結合し水素化物を形成することが明らかとなった.本研究の目的は交換スプリング磁石の結晶粒微細化のために添加される微量元素の役割を明らかにして,高性能強磁性体の開発指針を得ることである.今回の研究に於いては特にNd_2Fe_<14>B系磁石(Nd_<13.6>Fe_<68.2>Co_<10.8>Ga_<1.0>Zr_<0.12>B_<6.9>)のHDDR処理におけるGa(1at%)とZr(0.1at%)添加の役割を明らかにすることを目的とした.本合金系においてGaとZrの添加は水素化により分解したNd2Fe14Bが脱水素により再び再結合する際にを水素化前の結晶方位を記憶して方位を揃え磁気異方性を高める効果を持つ.本研究では放射光を用いた蛍光XAFS法にて水素前と水素化後とのGaとZrの原子位置の変化を調べた.その結果Gaは水素化前はNd_2Fe_<14>B中に含まれること,水素化後はα-Fe中に存在することが明らかとなった.またZrは水素化により選択的に水素と結合し水素化物を形成することが明らかとなった.二ケ年の研究期間の初年度である本年度の研究目標は小型真空アーク溶解装置を設置し、母合金の作製→液体急冷薄帯試料の作製→作製試料のX線構造解析と、試料作製から構造解析の一連のプロセスを研究室で確立することであった.この当初の目標は現段階でほぼ100%達成することができた.また当初の予定には無かったが水素化による結晶粒微細化(HDDR)法にも取組み、この方法による結晶粒微細化の方法も確立することができた.また本研究の中心テーマであるマイクロアロイング法による結晶粒制御についてはNd_<4.5>Fe_<73.5>Ga_1Co_3やLa_<1-x>Fe_x等についてGaやFe等の微量添加元素の役割について主にEXAFS法を用いて検討を進めた.その結果Gaの微量添加は析出物の表面張力を引き下げ、析出開始温度を下げ、結晶核の発生確率を高めることが明らかとなった.これらの成果に基づき来年度はNdFeB系合金に対する種々の微量添加元素の結晶粒微細化に対する影響を系統的に調べ最適添加元素と熱処理条件を決定したい。本研究の目的は交換スプリング磁石の結晶粒微細化のために添加される微元素の役割を明らかにして,高性能強磁性体の開発指針を得ることである.今回の研究に於いては特にNd_2Fe_<14>B系磁石(Nd_<13.6>Fe_<68.2>Co_<1.0>Ga_<1.0>Zr_<0.1>B_<6.9>)のHDDR処理におけるGa(1at%)とZr(0.1at%)添加の役割を明らかにすることを目的とした.本合金系においてGaとZrの添加は水素化により分解したNd2Fe14Bが脱水素により再び再結合する際にを水素化前の結晶方位を記憶して方位を揃え磁気異方性を高める効果を持つ.本研究では放射光を用いた蛍光XAFS法につ水素前と水素化後のGaとZrの原子位置の変化を調べた.その結果Gaは水素化前はNd_2Fe_<14>B中に含まれること,水素化後はα-Fe中に存在することが明らかとなった.またZrは水素化により選択的に水素と結合し水素化物を形成することが明らかとなった.
高精度体内線量測定のための画期的線量計一体型アプリケータの開発

高精度体内線量測定のため画期的線量計一体型アプリケータの開発を行った。アプリケータを付属しない光ファイバとプラスチックシンチレータからなる単体線量計及び評価用ファントムを開発し、精度評価を行った。既存のアプリケータに脱着する方式の線量計一体型アプリケータを開発した。ファントムによる評価実験でリアルタイムに放射線治療計画装置と同等の計測精度を得たことから、水等価であるプラスチックシンチレータ線量計の有用性を検証できた。一体にしたことでreal time線量測定が可能となり、かつ簡便に評価することが可能になった。今後の合理的な線量評価への道のりを示す良好な結果を得ることができた。近年、子宮頸がんや前立腺がんに対する密封小線源治療に3次元画像が使用されるようになり、その治療技術は飛躍的に向上した。しかし、治療の安全性や精度を保証する線量測定技術は治療技術の進歩に後れを取っているのが現状である。既存の線量計は子宮や前立腺といった治療臓器と離れた直腸や尿道に線量計を設置するものであり、その侵襲性、線量測定精度の問題から広く普及するに至っていない。IAEA(国際原子力機関)の報告や最近我が国で発生した子宮頸癌腔内照射における線源位置の誤入力による100人の患者に対する過誤照射による有害事象の報告に関する事故を鑑み、密封小線源治療における線量測定技術、とりわけ生体内をリアルタイムに測定し、線源位置を同定する技術を開発する意義は極めて大きく、国際的にもその重要性は認識されつつある。本研究では、密封小線源治療時に線源移送のため治療臓器に挿入するアプリケータに着目した。このアプリケータと線量計を一体にすれば、リアルタイムに非侵襲で正確な線量測定が可能となり、治療の安全性、精度を高めることにつながる。しかしながら、このようなアプリケータ一体型線量計の利用には、無視できない課題がある。それは治療精度を高める目的のアプリケータ一体型線量計によって、密封小線源の放射線分布が変化し、放射線治療の質を低下させる懸念があることである。そこで今回我々は、組成が水等価で放射線場の擾乱が無い(放射線分布に影響が少ない)ことで知られる、プラスチックシンチレータを使用することとした。平成28年度は、密封小線源に対するプラスチックシンチレータの応答が非常に高感度であり、線量計として実用化するには小型化が必要であること、光電変換素子としては光電子増倍管が最適であることを、検証実験により明らかにした。平成28年度に予定していた項目と、その研究結果は以下の4つである。(1)線量計一体型アプリケータの設計:計画の段階では、プラスチックシンチレータのみで線量計とアプリケータを形成することを想定していた。密封小線源治療に使用する192-Irに対するプラスチックシンチレータの発光と光電変換後の電荷量の応答特性を実験で検証したところ、192-Irの線源強度が非常に強いため、専用の電子回路の製作、プラスチックシンチレータの小型化等が必要であることが判明した。そこで、プラスチックシンチレータ線量計とアプリケータを別々に開発し、最終的に統合する方針に変更し、線量計単体の開発、評価実験を行った。また、光電変換部品としては当初想定していたMPPC (Multi-Pixel Photon Counter)より光電子増倍管と光ファイバの組み合わせが適していることも検証実験で明らかになった。線量計を実用化するにあたり、最重要且つ高精度が要求される物理特性である線量直線性を測定し、相関係数=1.0という良好な結果を得た。(2)線量計一体型アプリケータの妥当性のシミュレーション:(1)により、アプリケータの設計開発の前段階としてプラスチックシンチレータ単体による線量計の開発、評価が優先であることから、次年度に行うこととした。(3)線量計一体型アプリケータの試作:当初はプラスチックシンチレータを用いて樹脂用3Dプリンタで製作予定であったが、(1)により、プラスチックシンチレータ線量計と統合が容易なアプリケータが必要になり、追加加工が容易シリコンと安価な樹脂製のフレキシブルなチューブを使用して試作を行った。(4)線量検証用ファントムの作成:単体線量計専用の線量校正、方向依存性、距離依存性計測用ファントムを製作した。子宮頸がんや前立腺がんに対する密封小線源治療に3次元画像が使用されるようになり、治療技術は飛躍的に向上した。密封小線源治療における線量測定技術、とりわけ生体内をリアルタイムに測定し、線源位置を同定する技術を開発する意義は極めて大きい。アプリケータと線量計を一体にすれば、リアルタイムに非侵襲で正確な線量測定が可能となり、治療の安全性、精度を高めることにつながる。無視できない課題として、治療精度を高める目的のアプリケータ一体型線量計によって、密封小線源の放射線分布が変化し、放射線治療の質を低下させる懸念があった。

始めに、アプリケータを付属しない光ファイバとプラスチックシンチレータからなる単体線量計及び評価用ファントムを開発し、精度評価を行った。シンチレータの小型化及び掘削による形状加工、電子回路の試行錯誤を経て、線量依存性、方向依存性、エネルギー依存性、温度依存性については臨床使用可能な精度を得た。続いて、経済性及び実用性を重視して、新規のアプリケータ購入が不要な既存のアプリケータに脱着する方式の線量計一体型アプリケータを開発した。ファントムによる評価実験でリアルタイムに放射線治療計画装置と同等の計測精度を得たことから、水等価であるプラスチックシンチレータ線量計の有用性を検証することができた。高精度体内線量測定のため画期的線量計一体型アプリケータの開発を行った。アプリケータを付属しない光ファイバとプラスチックシンチレータからなる単体線量計及び評価用ファントムを開発し、精度評価を行った。既存のアプリケータに脱着する方式の線量計一体型アプリケータを開発した。ファントムによる評価実験でリアルタイムに放射線治療計画装置と同等の計測精度を得たことから、水等価であるプラスチックシンチレータ線量計の有用性を検証できた。一体にしたことでreal time線量測定が可能となり、かつ簡便に評価することが可能になった。今後の合理的な線量評価への道のりを示す良好な結果を得ることができた。(1)線量計一体型アプリケータの試作及び妥当性のシミュレーション:昨年度に引き続き、アプリケータの試作を行う。(2)単体線量計の物理特性評価実験:昨年度開発した線量検証用ファントムを使用して、単体線量計専用の線量校正、方向依存性、距離依存性、温度依存性を測定し、線量計としての精度、不確かさを検証する。(3)線量計一体型アプリケータの評価実験:患者を模擬したファントムに線量計一体型アプリケータを設置、CT撮影後線量計画を行い、臨床治療と同等の放射線量を曝射する。計画値と線量計の実測値を比較することにより、その実用を検証するとともに、臨床応用に向けた問題点を明らかにする。(4)臨床使用を想定したソフトウェアの開発:(3)でその実用性が明らかにされれば、将来の臨床使用を想定したGUIベースのソフトウェアも開発する。線量計測機能に付加して、線源位置の同定システムも搭載する。以上により得た成果を、画期的な密封小線源治療用リアルタイムin vivo dosimetryシステムとして、国内外の学会、論文投稿を通じて発表し、高精度小線源治療の品質保証、医療安全の発展に寄与したい。放射線腫瘍学平成28年度は本研究で開発する線量計一体型アプリケータの前段階として、アプリケータを付属しない光ファイバのみの単体線量計を製作した。過去に例のない線量計である故に、その製造委託する業者の選定にあたり、数社と交渉した。具体的には、0.5mm厚のプラスチックシンチレータを製作する工程、プラスチックシンチレータをレーザーカッターで0.5mm四方に切断する工程、プラスチックシンチレータ光ファイバに接着する工程と各々高い技術力を必要とする企業をサンゴバン(株)の協力を得ながら探し、発注にこぎつけた。これらの発注での努力から、当初予算からは若干安価に購入できた。
低炭素社会をもたらす単層カーボンナノチューブを利用した平面発光デバイスの開発

電界電子放出(FE)素子を応用した省エネルギー型平面発光デバイスの基礎構造を構築するべく、1.高結晶性SWCNTを電子源に用いた湿式型薄膜のFE特性の改良・2.線順次駆動型FE電子源の基礎構造構築・3.酸化ケイ素膜被覆による蛍光体発光寿命の改善基礎効果確認について開発を推進してきた。1.高結晶性SWCNTを電子源に用いた湿式型薄膜のFE特性の改良:SWCNTの高結晶化と均一分散制御性はトレードオフの関係にあり、如何にSWCNTの高結晶性を保持したままFE電子源薄膜を構築するか、その手法がFE寿命特性改良の鍵になる。そこで高結晶性SWCNTの内製化プロセスを確立し、ジェットミルでSWCNTを均一分散した薄膜の作製に成功した。当該薄膜を用い、低電圧で電子放出を可能にしつつ1000時間超の長時間電子放出に成功した。2.線順次駆動型FE電子源の基礎構造構築:SWCNTを応用したFE電子源を用い、線順次走査で駆動する平面型発光パネルの基本構造構築を試みた。電子放出オンオフ制御電極(ゲート)/SWCNTを含む電子源層(カソード)/電子照射で蛍光体層(アノード)の3つの電極から構成され、カソードの直下にゲート電極を敷設する構造を全て湿式で作製し、かつ発光評価に成功している。平面型発光パネルとして全ての構造を湿式プロセスで構築した、SWCNTを用いたFE電子源として世界初の成果である。3.酸化ケイ素膜被覆による蛍光体発光寿命の改善基礎効果確認:可視光を発する硫化亜鉛蛍光体の表面に酸化チタン膜を湿式プロセスで被覆し、数ミクロン径の蛍光体に50100nm程度の薄膜を被覆することに成功した。約70%以上の被覆率で発光寿命を約1.8倍長寿命化を達成している。以上の結果より、簡便な湿式プロセスで高結晶性SWCNTを電子源とした省エネ型平面型発光デバイスの基礎構築に成功した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。電界放出電子源について、高真空内に封止して作動させるため、電子源デバイスからの脱ガスは真空を悪くし、電界電子放出特性を低下させる要因となる。今年度は、韓国製チューブを用いた電界放出電子源からの脱ガス特性を調べた。使用した韓国製チューブは、UV-Vis-NIR測定により15%の金属性SWCNTs、85%の半導体性SWCNTsで構成されていた。このSWCNTsを使用して界面活性剤(Tween)・セルロース・ITO分散剤を用いてSiウェハ上に電界放出電子源を作製した。電子源は真空中、450°C、30分間熱処理した(サンプル1)。さらに、サンプル1を大気中、450°C、30分間熱処理した(サンプル2)ものを作成しTG-Mass測定装置によって、サンプルから脱離するガスについて調べた。TG-Mass測定の結果から、サンプルは真空中、500°C以上で熱処理し、その後大気中、450°Cで熱処理することでセルロース・界面活性剤の分解を促進させ、脱ガスを抑制することが可能であることがわかった。また発光面について、1.多層型量子井戸構造(MQW)の形成による紫外域短波長発光デバイスの基礎構造構築、2.可視域型蛍光体の長残光化による輝度増幅メカニズムの確立、に関する基礎検討を行った。1.について、発光の高出力化にはMQWの厚さ方向の組成傾斜が有効であることが判明した。さらにAlNテンプレート起因の欠陥発光バンドの組み合わせで、紫外2波長(UV-C,UV-A)の発光制御に成功した。さらに2.について、蛍光体の組成としてマンガン系酸化物(Zn2SiO4;Mn+)組成が発光の長残光化に有効であり、かつ電子線オンオフ制御のパルス駆動化と蛍光発光の長残光化の組み合わせにより、輝度が増幅するメカニズムの基礎確立に成功した。電界電子放出素子を応用した省エネルギー型平面発光デバイスを基礎構築するべく、H27年度は1.電子源となる単層カーボンナノチューブ(SWCNT)の導電特性のFE特性への影響評価、2.高結晶性SWCNTを用いた湿式プロセス対応型均一分散制御技術の確立、3.高結晶性SWCNTのFE特性信頼性評価、4.残光特性制御蛍光面の基礎設計構築について集中的に実施した。これらの4項目の詳細は次の通りである。1.金属型/半導体型SWCNTの高結晶化及びFE特性評価。・SWCNTの高純度高結晶化処理のためにアーク放電で生成したSWCNTを使用しているが、金属型と半導体型導電性を有するCNTが混在する。各々の導電性を有するSWCNTをTG-MSなどによりモニターしながら高結晶化し、FE特性を評価することに成功した。その結果FE特性において導電性に有意差が見られないためSWCNTを分離する必要性が無いことを見出した。2.高結晶性SWCNTの均一分散技術確立。・均一な湿式分散が困難な高結晶性SWCNTをホモジナイザー、ジェットミル技術の併用及び段階分散の導入により均一に湿式分散する技術を確立した。数10本程度のSWCNTが凝集した小バンドルでの均一分散に成功しており、SWCNT分散塗料のポットライフ(再凝集による二次凝集物の沈降)も良好である。3.高結晶性SWCNT信頼性評価。