hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
糖尿病が胎児奇形に及ぼす影響に関する実験病理学的及び細胞遺伝学的検討

1.研究の目的:自然発症系のインスリン非依存型モデル動物を用いて比較的自然な条件下の糖尿病及び高血糖という胎児環境を作り、胎児肝における造血幹細胞の姉妹染色分体交換(SCE)を測定し、奇形合併頻度の少ないインスリン非依存型糖尿病モデルにおける母体血糖値の胎児奇形に対する危険性を明らかにする。2.方法:10週齢C57BL/Ksj、KKマウスを各々交配し妊娠第3日目に帝王切開し、その胎仔肝の造血幹細胞及び、5週齢C57BL/Ksj10匹とコントロールとしてC57BL/6j10匹の大腿骨骨髄幹細胞を検査に供した。以上の造血幹細胞をBrdUを添加した10%胎仔牛血清加RPM11640培地で胎仔肝造血幹細胞は27時間、骨髄幹細胞は30時間遮光下に5%CO_237°Cで培養し、染色体標本を作製した。その後Hoechst33258を用いたFPG法にて染色を行い、第2回分裂中期像を50個観察しSCEを測定した。3.結果:(1)C57BL/Ksjについては15匹に対して交配を試みたが妊娠の確認は1匹もできなかった。そのためSCEの測定もできなかった。(2)KKマウスについては、若年メスでは糖尿病発症頻度が低いため、5週齢より固形餌飼育、粉末餌飼育、ブドウ糖の飲水負荷を行い血糖値の上昇を誘発した。14匹について交配を試み、9匹が妊娠したが、そのうち2匹は流産した。残り7匹についてSCEを測定した。解剖時の随時血糖値は137217mg/dl、細胞1個あたりのSCEの平均は6.310.4、母親一匹あたりの胎仔数は810匹であった。随時血糖とSCEの分布には一定の傾向は認められず、胎仔数が多くなる傾向がみられた。(3)5週齢C57BL/KsjとC57BL/6jの骨髄幹細胞SCEは平均3.5と3.23で両者に明らかな差は認められなかった。4.まとめ:KKマウスについては随時血糖137-217mg/dlの高血糖条件下では血糖値は染色体組み換え異常には影響を及ぼない可能性が示唆された。
血液透析におけるNO・酸化ストレスの動態評価と制御

【13年度】酸化ストレスマーカーとして血中の酸化LDLとADMA(内因性NO合成酵素阻害物質)の計測を行った。血中酸化LDL濃度は、健常者に比較して透析患者において有意に高値で、透析中経時的にさらに上昇した。ADMA濃度は、健常者に対して透析前時点では高値を示し、透析開始とともに減少傾向を示した。【14年度】高血圧、糖尿病のラットにおけるNO合成阻害因子の動態を評価した。いずれの群においても、血中BH_4濃度の低下、血中ADMA濃度の上昇、心筋組織中DDAH(ADMA加水分解酵素)活性の低下が見られた。よって、こうした病態モデルにおけるNO合成障害に内因性NO合成阻害因子として酸化ストレスが関与することが窺われた。一方、コントロール(正常血圧)ラットでは、心臓、腎臓、肝臓の間では組織重量あたりのスーパーオキサイド産生量に差はなかったが、高血圧症ラットではいずれの臓器でも増加していたことから、透析患者に頻繁に見られる高血圧の病態形成にスーパーオキサイドが重要な役割を果たしていることが示唆された。【15年度】透析患者の血中NO合成系関連因子と酸化ストレスマーカーの計測結果から、透析中のNO産生速度とこれらの因子との関連を評価した。硝酸イオン(NO酸化生成物)の血中濃度は、透析進行に伴い漸減した。この経時変化から透析中NO産生速度を推算した結果、透析と透析の間のNO産生速度に比較して、一桁上の産生速度が推測された。さらに、L-arginine/ADMA、BH_4/BH_2の2つパラメータがNO産生速度との間に正の相関を示した。臨床的には、これら因子の値の透析中の変化が、NO産生速度変化に大きく影響すると考えられることから、これら因子の適正なレベルを明らかにして、サプリメンテーションなども含めてコントロールを検討する必要があるものと考えられた。本年度は、酸化ストレスマーカーとして血中酸化LDLおよび血中ADMA(内因性NO合成酵素阻害物質)の計測を行い、in vivo計測を目指したNOおよびsuperoxideセンサーの開発・基礎特性の検討を行った。血中酸化LDL:血漿中酸化LDL濃度は、健常者に比較して透析患者において有意に高値で、透析中にさらに上昇することが明らかとなった(健常者の酸化LDL濃度:0.6±0.1ng/μg-LDL protein;透析患者、透析前:2.5±0.2、透析30分後:3.5±0.3、透析4時間後:4.0±0.2(p<0.05vs健常者))。血中ADMA:血漿中ADMA濃度は、健常者の1.8±0.1μMに対して、透析前時点で、4.8±0.8μMという高い値を示し、透析開始とともに、減少傾向にあった(30分後、4.7±0.9μM;4時間後、3.5±0.6μM, p<0.05vs透析前)。NOセンサー:基礎特性の検討に使用したNOセンサーは、NOガス飽和水溶液による校正で約580pA/nM-NOの高感度を示した(検出限界は、0.08nM NO)。NO関連試薬や溶存酸素のベースライン電流値への影響も評価し、NOへの高い選択性を有していた。In vivo計測への応用性の検討として、ラット腹部大動脈内にセンサーを留置し、nitroglycerin動注による血中NO濃度変化を計測し、約2nMの濃度上昇を認めた。Superoxideセンサー:Superoxide dismutase (SOD)を固定化したsuperoxideバイオセンサーを作製し、ヒポキサンチン・キサンチンオキシダーゼ系による生成したsuperoxideを計測したところ、基質濃度と計測電流値との間に良好なリニアな関係を得た。

本年度は、血液透析患者の透析治療に至る主な原因である糖尿病、また合併症としての高血圧症を含む様々な病態におけるNO合成系、酸化ストレスマーカー、スーパーオキサイドの計測を行った。高血圧、糖尿病、インスリン抵抗ラットにおけるNO合成阻害因子(ADMA、DDAH、BH_1、尿中8-OHdG)の挙動の評価およびインスリン抵抗ラットにおける抗高脂血症薬投与前後の治療効果について評価した。ADMAは、内因性のNO合成酵素阻害因子、DDAHは、ADMAの加水分解酵素で様々な病態においてこの酵素の活性低下が示唆されており血中ADMA濃度が上昇することによりNO合成が阻害されると考えられている。BH_1は、NO合成酵素の補酵素であり、BH_1の濃度低下によりNO合成が阻害されると考えられている。尿中8-OhdGは、酸化ストレスのマーカーとして使用されている。高血圧、糖尿病ラットのいずれにおいても、血漿中BH_1濃度の低下、血漿中ADMA濃度の上昇、心筋組織中DDAH活性の低下が見られた。そして、こうした病態モデルにおけるNO合成障害に内因性NO合成阻害因子として酸化ストレスが関与することが窺われた。また、インスリン抵抗ラットにおけるNO合成障害に対して、抗酸化作用をもつ抗高脂血症薬(fluvastatin)剤の有効性が示唆された。一方、高血圧ラット(Dahl食塩感受性ラット)の摘出組織を対象として代表的な活性酸素種であるスーパーオキサイドを化学発光法により計測した。コントロールラット摘出臓器では、心臓、腎臓、肝臓でそれぞれ517±5、509±2、567±10pmol/10min/mg tissueとなりスーパーオキサイド産生量に差はなかった。高血圧症ラット摘出臓器ではそれぞれ1331±482、5910±1094、5627±1122pmol/10min/mg tissueとなり、いずれの臓器でもスーパーオキサイド産生量は多かった。以上、高血圧ラットでスーパーオキサイド産生量が顕著に増加していて、透析患者に頻繁に見られる高血圧の病態形成にスーパーオキサイドが重要な役割を果たしていることが示唆された。本年度は、最終年度のまとめとして、血液透析患者のNO合成系関連因子と酸化ストレスマーカーの計測結果から、今回考案したNO産生速度の推算方法を基にして求めた透析中のNO産生速度とこれらの因子との関連を評価した。NO酸化生成物である硝酸イオン(NO_3^-_)の血中濃度は、透析進行に伴い次第に減少して行った。この経時変化にシングル・コンパートメント・モデルをフィッティングさせることで、透析中のNO産生速度を推算した。その結果、透析と透析の間のNO産生速度に比較して、一桁上の産生速度が推測された。次にNO産生速度とNO関連因子との相関を検討したところ、L-arginine/ADMA (L-arginine:NO合成酵素の基質、ADMA:NO合成酵素の阻害物質)、BH_4/BH_2 (BH_4:NO合成酵素の補酵素、BH_2:BH_4の酸化されたもの、補酵素としての活性はない)の2つのパラメータとの間に正の相関を認めた。すなわち、L-arginineとBH_4のbioavailabilityが透析中のNO産生増加に強く影響していることが示唆された。
肝亜区域分類とドレナージ静脈の走行

197例の解剖実習用屍体肝を用い、剖出法にて肝内門脈枝と肝静脈根を同定した。理想的には、肝区域は肝内の血管構築によって決められるべきである。すなわち、各肝区域・亜区域には1本の区域・亜区域門脈枝が分布し、一方では区域・亜区域境界には肝静脈根が存在すると考えられている。本研究の第1の目的(論文1)は、理想的な血管構築が本当に存在するか否かを検証した。結果は、門脈分岐形態から解剖学的に肝後区域の上下亜区域の同定が可能であった例は、上下亜区域枝を各々1本認めた(後区域枝幹を有する場合は明瞭に2分岐)例で全体の51.7%であった。そして、亜区域境界の指標として静脈根は疑問で、解剖学的には上下亜区域の同定は3040%の例で不可能であった。区域・亜区域境界に必ずしも肝静脈根が存在しないことが示唆されたが、肝右葉はいかなる原則に基づいてドレナージされているのだろうか。過去のあらゆる研究では、肝区域をいかに同定したかを明示することなく、肝静脈根の形態を記載してきた。本研究の第2の目的は、門脈分枝によって区域同定ができる標本だけを選んで、肝右葉のドレナージ様式を整理することである。結果は、肝右葉下部では、右肝静脈・短肝静脈・中肝静脈の相補的関係が認められたが、短肝静脈には右葉後面を独占的に還流する役割を期待された。また、短肝静脈以外で肝右葉の上部をドレナージし、右肝静脈ないし中肝静脈ないし下大静脈に流入する静脈を門脈枝との位置的関係から、5群に分類することができた。これら静脈根を右上静脈根(SRS)と定義した。そして、肝右葉上部のドレナージは、短肝静脈と5群のRSR等に分散していると考えられた。本研究では剖出法により、肝後区域を中心とした右葉上部の静脈を、肝内門脈枝との位置的関係から分類を試みた。また、分類の妥当性を導くため、血管径計測から統計処理によって各静脈の相互関係も検討した。<方法と材料>肝剖出標本から門脈後上枝(P7)と門脈前上枝(P8)が明瞭な53例について血管径計測を行い、特定血管の果たす生理的役割(血流量)をハーゲン-ポアズイユの法則から、半径の4乗値について連続した変数の相関係数をpearsonの式に従って求めた。特に後区域のドレナージに重要と思われる短肝静脈(IRHV,MRHV以下SHV)について、P7と門脈後下枝(P6)が明瞭にな85例について同様に検討した。<結果>右葉上部の静脈は以下の6群に定義できた。a(SHV):P7の背側を走行(SHV7:後上区域(S7)のみドレナージ、SHV6:後下区域(S6)のみドレナージ、SHV6/7:S6とS7をドレナージ)。b:P7の腹側を走行。c(RHV):P7とP8末梢間を走行、根部をRHV root、bやdの各静脈根流入部より末梢をProper RHVと定義。d: P8の背側を走行。e:P8腹側枝と背側枝間を走行、f:P8腹側枝の腹側を走行。aは全て下大静脈(IVC)に流入し、90%以上がS7のドレナージに関与し、SHV6/7のみRHV rootの直径と負の相関にあった。

bは88%に存在しaと負の相関にあった。dは90%に存在し、bと同時に発達する傾向にあった。b、dともに全てRHVに流入した。eは89%に存在しP8やdと正の相関にあり,流入部位はIVC、RHV、中肝静脈(MHV)と様々であった。fは38%に認めるのみで全て中肝静脈に流入し、eと負の相関にあった。<結語>右葉上部の静脈を門脈枝との位置的関係で6群に定義できた。また,SHVはS7を主体にレナージしていた。本研究では、Dissection法を用い門脈分岐形態によって後区域を上下亜区域(S6、S7)に同定する試みと、門脈分岐形態から同定不能例に関し肝内静脈がその指標となり得るかどうかも検討した。<材料と方法>正常肝剖出標本197例を使用し、後区域門脈分岐形態に基づいて弓状型(A)、2分岐型(B)、3分岐型(C)、前区域枝一体型(D:後区域枝幹を形成しない例)に分類した。また、AとBに関して、肝静脈が亜区域分類の指標となりえるかについても検討を加えた。<結果>A type 32.0%、B type 27.9%、C type 6.6%、D type 33.5%であった。A typeは後下亜区域枝(P6)を複数もち分岐角度も下方上背側方向へと段階的に変化するため、どの分枝から後上亜区域枝(P7)とすべきかの判断は困難であった。B typeは後区域幹がP6とP7に明らかに2分岐するのでS6、S7は明瞭であった。C typeは横走する中間分枝が太く発達した例のみ、P6は下方、P7は下方に明らかに分枝するのでS6、S7境界の同定可能であった。D typeは後区域枝幹を有しないため、時に前区域との境界が不明瞭となるが、B type類似型、中間枝の発達したC type類似型ではS6、S7境界は同定可能であった。亜区域分類の指標としての静脈に関しては、亜区域枝と3次元的に噛み合う直径3mm以上の静脈を有する例をA typeで36.5%、B typeで46%に認めた。しかし、必ずしもS6、S7境界指標にはなっていなかった。<結語>後上下亜区域の同定は、門脈分岐形態や静脈の走行からは、解剖学的に3040%の例で不可能であった。
ポリマーゲル機能の制御を鍵とした酸化反応システムの開発

機能高分子により形成されるポリマーゲル媒体を有機反応場として活用する酸化反応システムの開発を試みた。直鎖状イオン性ポリアクリルアミドがハロゲン系溶媒中で形成するポリマー系媒体を反応場とする反応では、安定有機ニトロキシルラジカルを酸化反応触媒として用いる酸化反応が効率良く進行した。架橋状イオン性ポリアクリルアミドを用いると水中におけるポリマーゲルを活用する酸化反応への適用が可能になった。安定有機ニトロキシルラジカル(TEMPO:2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl)を高分子に担持することにより、再利用可能な触媒として利用できることも明らかにした。医薬品合成研究において酸化反応は最も重要な反応の一つである。最近の研究においては、優れた酸化反応を開発することと同時に、その酸化反応を有効に活用するための手段の開発も重要課題となりつつある。本研究の主目的は、機能性ポリマーゲルの合成とその特性を活かした酸化反応システムの開発研究の実施である。研究初年度にあたる平成25年度の主要な研究内容は、ポリマーゲル機能の制御を鍵とした酸化反応法を確立するための基盤研究として(1)酸化触媒種の導入に適したポリマーゲルの設計と(2)機能性ポリマーゲル中における触媒活性の評価・解析の実施であり、以下にその成果概要を示す。(1)有機分子型酸化触媒は、金属触媒や酵素触媒と比べると触媒分子の多様な構造チューニングによる物性制御が可能であり、ポリマーゲル機能を活かした反応を行う上では重要度の高い触媒種である。有機分子型酸化触媒であるTEMPO(2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl)を効率良く吸収できるポリマーゲルの設計を試みたところ、ポリマー主鎖としてはアクリルアミド系が適しており、ポリマー側鎖中に4級アンモニウム塩部位(イオン性環境)をもつ必要があることがわかった。さらに、高分子鎖中に架橋構造を組み込むと、水中で有機物を吸収して安定性なポリマーゲルを形成できることも明らかにした。また、ポリマーゲルに導入しうる新たな触媒種として、フルオラス分子で修飾型試薬の調製と物性評価も行った。(2)TEMPO導入型ポリマーゲルについて、アルコールの酸化反応における触媒活性の評価を行った。その結果、ヨードベンゼンジアセテートや次亜塩素酸ナトリウムを共酸化剤として用いた場合に市販のTEMPOよりも高い活性を示すことを見出した。さらに、反応終了後、TEMPO担持型ポリマーゲルは容易に回収することができ、再利用も可能であった。本研究の主目的は、機能性ポリマーゲルの合成とポリマーゲル特性を活かした酸化反応システムの開発研究の実施である。昨年度の研究では、酸化反応に有効な有機反応場を与えることができる機能性ポリマーゲルの設計を行い、陽イオン性環境を持つポリアクリルアミド(陽イオン性ポリマーゲル)を見出した。平成26年度の主要な研究内容は、(1)陽イオン性ポリマーゲルを用いる酸化反応系の設計と(2)新規ポリマーゲルの創出と反応場としての評価・解析の実施であり、以下にその成果概要を示す。(1)酸化反応触媒として有機ニトロキシルラジカルであるTEMPO(2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl)を選択し、陽イオン性ポリマーゲルを用いるアルコール類の酸化反応系の開発を試みた。イオン性ポリマーゲル中にアニオン部位を持つTEMPOを導入したところ、有機溶媒中や水中で有機反応場を与えることができ、共酸化剤としてヨードベンゼンジアセテートや次亜塩素酸ナトリウムが使用可能な固相触媒として働いた。反応後は容易に生成物から分離でき、再利用可能であった。また、酸素を共酸化剤とする酸化反応系の開発を試み、亜硝酸塩や酸化酵素であるLaccaseを助触媒として添加する反応系を見出した。さらに、TEMPOの代わりにNHPI(N-hydroxyphthalimide)も使用可能であり、Xanthene等のベンジル位の酸素酸化反応への適用に成功した。(2)陽イオン性ポリマーゲルは触媒として使用できる触媒種がアニオン性に限られていた。本法に適用可能な触媒種の選択肢を拡張するため、アニオン性・両性部位を持つポリマーゲル合成と反応場評価を行った。その結果、スルホン酸塩部位を有する陰イオン性ポリアクリルアミドゲルが銅塩等のカチオン性触媒種を安定化することを見出し、芳香族酸化的ハロゲン化反応系への適用に成功した。本研究の主目的は、機能性ポリマーゲルの合成とポリマーゲル特性を活かした酸化反応システムの構築をおこない、本システムの活用により酸化反応触媒の高活性化・触媒の効果的な回収と再利用を可能にすることである。昨年度までの研究では、酸化触媒安定化能をもつ高分子ゲルの合成に成功し、有機ニトロキシルラジカルであるTEMPO(2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl)触媒反応が効率良く進行することを見出した。平成27年度の研究内容は(1)TEMPO-超原子価ヨウ素ハイブリッド触媒系の開発と(2)相間移動型酸化触媒反応系の開発である。その成果概要を以下に示す。(1)機能性ゲルとしてTEMPOを組み込んだイオン性高分子(IP-TEMPO)を用いる酸化反応系において、超原子価ヨウ素試薬(PhI(OAc)2)を共酸化剤として用いた場合に市販のTEMPOより高い活性を示したが、反応後等量のヨードベンゼン(PhI)が副生した。超原子価ヨウ素試薬の触媒的利用を可能にするために、イオン部位を持つヨウ素試薬をIP-TEMPOに組み込んだハイブリッド型高分子の調製を行った。

本高分子を用いると、生成物から容易に除去できる水溶性共酸化剤(オキソンや次亜塩素酸ナトリウム)を用いる酸化反応が効率良く進行することを明らかにした。(2)臭化テトラブチルアンモニウム(TBAB)等の界面活性剤を用いると水溶性酸化剤を使用する酸化反応が可能になるが、反応後の生成物の分離やTBABの除去が問題となる。(1)の結果より、イオン性高分子(IP)が固体型界面活性剤としてはたらくことが示唆されたので、水溶性酸化剤を使用する酸化反応におけるIPの利用について検討した。その結果、IPは水溶性酸化剤を使用するカルコンのエポキシ化、ナフトールのカップリング反応において固体型界面活性剤としてはたらき、反応後、容易に生成物と分離・回収し、再利用できた。機能高分子により形成されるポリマーゲル媒体を有機反応場として活用する酸化反応システムの開発を試みた。直鎖状イオン性ポリアクリルアミドがハロゲン系溶媒中で形成するポリマー系媒体を反応場とする反応では、安定有機ニトロキシルラジカルを酸化反応触媒として用いる酸化反応が効率良く進行した。架橋状イオン性ポリアクリルアミドを用いると水中におけるポリマーゲルを活用する酸化反応への適用が可能になった。安定有機ニトロキシルラジカル(TEMPO:2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl)を高分子に担持することにより、再利用可能な触媒として利用できることも明らかにした。平成26年度の研究計画内容は、平成25年度で見出したポリマーゲルを反応場とした酸化反応システムの構築であった。当初の計画通り、市販のTEMPO触媒を使用した場合よりも高反応活性を発揮する酸化反応システムの構築に成功し、酸素を用いる反応系やリサイクル型反応系に適用できることを明らかにした。さらに、有機溶媒中の反応に適したポリマーゲル(主鎖=直鎖状アクリルアミド)と水中の反応に適したポリマーゲル(主査架橋状アクリルアミド)も導出した。また、複数の触媒(助触媒との組み合わせ)を用いるハイブリッド型反応系への展開できることも明らかになり、新たな機能性ポリマーゲルの候補として陰イオン性ポリマーゲルを見出し、次年度計画しているポリマーゲルを用いる酸化反応の応用研究(複数の触媒や複数のポリマーゲルを組み合わせて使用する反応系の創出)を展開するための必要な基礎的研究成果が得られた。以上より、おおむね順調に進展していると判断した。化学系薬学次年度の計画している研究内容は、(1)複数の触媒種を組み合わせて活用するハイブリッド型酸化反応システムの創生、(2)複数のポリマーゲルを用いる多機能性の反応場設計と酸化反応系への適用、(3)本酸化反応システムの実用性の評価研究の実施である。(1)では、各触媒種として、有機分子触媒(有機ニトロ基シルラジカル,超原子価ヨウ素試薬等)、金属触媒(銅塩,金属酸化物塩等)、酵素触媒(Laccase, Lipase, SanCat-R等)を選択し、これらを組み合わせたハイブリッド型酸化反応系の創生を目指す。
咀嚼力の衰えた高齢者の栄養改善に向けた食べやすいソフトスチーム加工食肉の調整

ソフトスチーム加工技術は常圧で4095°Cの湿り飽和空気を利用する食品加熱技術である。処理温度や時間を変えることで食品の物性を調製することも可能なため、咀嚼力が衰えた高齢者向けの食品も調整できると考えられた。本研究では鶏ムネ肉を使用した。まず、形があり軟らかい肉を調製するのに必要な加熱温度や時間を、物性検査の結果から決定し、その条件で加工した肉を、異なる年齢層の健常者に試食・評価させた。その結果、ソフトスチーム加工肉は、通常に蒸した肉より有意に「軟らかい」「飲み込みやすい」などの咀嚼嚥下特性を持つと評価された。本加工食材は酵素類や結着剤を使用しておらず、安全で食べやすいという特性を持つ。1、試料の作成:塊状で200グラム程度の豚ヒレ肉と鶏ムネ肉を、カットせずに丸のまま用い、ソフトスチーム加工の原料とした。豚ヒレ肉と鶏ムネ肉を試作段階(種々の加工温度、加工時間で試作した)で食べてみたところ、豚ヒレ肉は加工温度や時間を工夫しても、硬さや食味の点などで通常調理のものとあまり違いが見られなかったので、今回の研究対象は、鶏ムネ肉に絞ることにした。原料の鶏ムネ肉を、次項で示すような条件でソフトスチーム加工し物性検査の対象とした。2、ソフトスチーム加工条件の設定:鶏ムネ肉の加工条件(処理温度、時間)は以下の通りである。温度:60°C、65°C、70°C、時間:5分、10分、15分、1時間、2時間、5時間、10時間とし、温度と時間の組み合わせにより処理を行った。3、物性検査の結果:保存・流通を考え、加工後に冷蔵保存したものと冷凍保存したものの両方を作成し物性検査を行った。冷凍保存したものは解凍し、測定時の試料の温度は冷蔵肉・冷凍肉とも20°Cとした。各条件5回ずつ測定を行い、最大値と最小値を除いた平均値を測定値とした。冷蔵肉では70°C10時間処理で日本介護食品協議会のUDF表示区分13に該当したが、冷凍肉はいずれにも該当しなかった。同じ加工条件で作成しても冷凍保存すると、解凍しても肉質が硬くなった。また、冷蔵保存の場合も、使用する生肉についての個体差等についても今後調査し、常に一定の品質を保てるようにする必要がある。4、二次調理による物性の変化:加工した鶏ムネ肉を炒めるなどの二次調理を行うと、肉質が硬くなり、基準値からはずれてしまった。加工後は、加熱などせずにそのまま利用する必要がある。以上の結果を鑑み、「70°C10時間処理鶏ムネ肉、加工後は冷蔵保存」を次年度以降に用いる試料の条件として決定した。平成27年度の研究実績の概要は以下の通りである。1、試料作成条件の変更と再物性検査:平成26年度の研究により「70°C10時間処理鶏ムネ肉、加工後は冷蔵保存」を試料の条件として決定した。しかし、鶏肉はカンピロバクター汚染の危険があり75°C以上の加熱が推奨されていることから、「75°C10時間処理鶏ムネ肉」に変更した。また流通時の品質劣化防止のためには冷凍保存でも良好な物性を保つことが望まれた。平成26年度は塊状の肉を使用したが、平成27年度はひと口大にカットした肉を使用し、冷蔵と冷凍(解凍後)で物性検査値を再比較した。すると、両者の値の差が小さくなり、冷凍の場合でもUDF表示区分1に入った。2、水分検査と鮮度検査:水分計を用いソフトスチーム加工後、冷蔵保存した肉と冷凍保存後解凍した肉で水分値を比較したところ、前者で28.8、後者で27.5であった。鮮度チェッカーを用い冷蔵保存肉を調べたところ、加工後1週間はK値の増加率が10 %弱だった。しかし試料表面の若干の性状変化がみられたため、冷蔵保存は1週間程度と考えられた。3、健常成人による試食:ソフトスチーム鶏ムネ肉と普段食べている鶏肉とを比較するアンケートを実施した。若年者17人(平均18歳)、中年者23人(平均48歳)の2集団で試食を行った。「軟らかい」「ぱさつかない」「飲み込みやすい」などの項目で、ソフトスチーム鶏ムネ肉の方が良い評価が得られた。4、健常高齢者による官能検査:官能検査は2点嗜好法とし、ソフトスチーム鶏ムネ肉とシリコンスチーマーに入れ電子レンジで加熱した鶏肉とを比較した。パネルは高齢者33人(平均78歳)とし、16人と17人の2集団に分けて2つの試料の食べる順序を逆にした。「軟らかい」の項目で、ソフトスチーム鶏ムネ肉の方が良い評価が得られたが、他の評価についてはシリコンスチーマー派とソフトスチーム派に分かれた。現在までの達成度は、下記の理由でおおむね計画通りに進んでいると考えられる。平成26年度は研究実施計画に基づいて「試料の作成と物性検査」を実施した。すなわち、検査対象食肉を選定し、各種温度、時間でソフトスチーム加工(委託作成)し、物性検査用試料を準備した。

次に、準備した試料に高齢者向けの食べやすい食品として必要な物性が備わっているかを調べるため、硬さ、付着性、凝集性等についてクリープメーターを用いて検査し、専用のソフトで解析を行った。物性検査の結果は、介護食に関する複数の基準と照らし合わせながら、試料作成方法にフィードバックして試作改良を続けた。このようにして、平成26年度の目的であった、「高齢者向けの食べやすい食肉としての調整条件(処理温度、時間)の決定」を行った。平成27年度は、試料作成時の条件変更や再物性検査を必要としたものの、他については、研究実施計画に基づいて「水分検査と鮮度検査」「健常成人による試食」「健常高齢者による官能検査」を実施した。若年者のみならず実際に本食品を利用する可能性のある高齢者にも協力いただいてデータを採取することができたことは意義がある。若年者と味覚や嗜好性の異なる高齢者では、結果的に評価や好みが分かれたものの、軟らかさについては、どの年代でも高評価が得られた。したがって、平成28年度の介護現場での試食にもスムーズに導入できることが期待される。以上のように、当該年度の研究目的はおおむね達成され、次年度の研究に向けての準備も順調に行われていると点検評価することができる。1,最終年度の研究実績概要ソフトスチーム加工鶏ムネ肉の提供に適した対象者をより明確にするため、嚥下機能は正常であるが咀嚼機能が異なる高齢者を対象として、試食と摂食評価を行い比較検討した。事前に反復唾液嚥下テストや質問紙調査を実施し、嚥下機能に問題の見られない高齢者7名(平均年齢78歳)を抽出した。さらに、咬合力や舌圧などの咀嚼機能検査を実施した。対象者には、「通常調理で蒸した鶏肉」と「昨年度からさらに改良を重ねて調製したソフトスチーム加工鶏肉」を試食させ、おいしさや軟らかさ、食べやすさ等の10項目の評価をさせ比較検討した。その結果、咀嚼機能の高い低いに関わらず、本研究の成果である鶏ムネ肉の評価は良好であった。さらに、近隣の特別養護老人ホーム、介護老人保健施設計20施設に対し、入所者の食事に関するアンケートを実施し、11施設から回答を得ることができた。結果から、現場での細かい要望を知ることができたので、今後のさらなる商品開発に繋げていきたい。2,研究期間全体を通じた研究実績概要平成26年度は検査対象食肉を選定し、各種温度、時間でソフトスチーム加工し、物性検査用試料を準備した。次に、準備した試料に高齢者向けの食べやすい食品として必要な物性が備わっているかを調べるため、硬さ、付着性、凝集性等について検査を行った。介護食に関する複数の基準と照らし合わせながら、試作改良を続け、「高齢者向けの食べやすい食肉としての調整条件(処理温度、時間)の決定」を行った。平成27年度は、「水分検査と鮮度検査」「健常成人や高齢者による試食・摂食評価」を実施した。高齢者では、評価や好みが分かれたものもあったが、軟らかさについては、どの年代でも高い評価が得られた。平成28年度はさらに改良を重ねて試料を作成し、上述した最終年度の研究実績概要の通りの成果を得ることができた。ソフトスチーム加工技術は常圧で4095°Cの湿り飽和空気を利用する食品加熱技術である。処理温度や時間を変えることで食品の物性を調製することも可能なため、咀嚼力が衰えた高齢者向けの食品も調整できると考えられた。本研究では鶏ムネ肉を使用した。まず、形があり軟らかい肉を調製するのに必要な加熱温度や時間を、物性検査の結果から決定し、その条件で加工した肉を、異なる年齢層の健常者に試食・評価させた。その結果、ソフトスチーム加工肉は、通常に蒸した肉より有意に「軟らかい」「飲み込みやすい」などの咀嚼嚥下特性を持つと評価された。本加工食材は酵素類や結着剤を使用しておらず、安全で食べやすいという特性を持つ。
がんの神経浸潤による痛みの基礎研究

がんによる末梢神経浸潤により惹起される神経障害性疼痛の動物モデルを作成し、その疼痛の特性および薬物に対する反応を検討しモデルとしての有用性を検証した。マウスの坐骨神経近傍にがん細胞を接種し、神経上膜に微細な切開を入れることにより神経内への浸潤を促進させた。担がんマウスではがん腫の発育に伴い自発痛によると考えられる下肢挙上行動がみられ、これは患者における癌浸潤の痛みと同様にオピオイドや消炎鎮痛薬などに抵抗性であった。本モデルは患者の病態を反映させるモデルとして有用と考えられた。MethA sarcomaを用いたがん性神経障害モデルでは、神経障害はがん発育による圧迫障害が主体であると考えられたが、一部の動物(約2%)では突発的に非常に強い自発痛が現れ、がん患者におけるいわゆる"breakthrough pain"によく似ており、がん細胞による神経鞘破壊、もしくはがん性細胞の神経内浸潤との関連が強く疑われた。そこで、今回の研究ではこのようながん細胞の神経浸潤による神経障害性疼痛の疼痛機序を検討する。その第1段階として本年度はより高率に神経浸潤をおこすがんモデルの作成を目標とした。方法として、より浸潤性が高いと考えられるがん細胞の利用と、神経上膜の人工的破綻による浸潤性の増大の2本立てで行った。より浸潤性の高い可能性のあるがん細胞として、NCTC2472 cellsおよびSarcoma I/N variant cellsを用いて検討した。NCTC2472細胞は、MethA sarcomaと類似の症候を惹起し、神経浸潤はみられなかった。また、Sarcoma I/N variant cellsは約10%の動物で"breakthrough pain"様症候を呈したが、モデルとしては効率か低いと考えられた。現在K-BALB (K-234)cellsについて検討中である。また、神経上膜の人工的破綻による浸潤性の増大の方法として、顕微鏡下の神経上膜の剥離(物理的破綻)とコラゲナーゼによる科学的破綻の2つの方法がある。いずれも、それ自体で神経障害性疼痛を惹起する可能性があり、コントロールスタディを行ったが、2週間の検討で疼痛症状は呈さなかった。神経上膜の物理的破綻後MethA sarcomaを移植した動物では、神経浸潤の確率が上昇するという初期結果が出ている。がん細胞の末梢神経浸潤による神経障害性疼痛のマウスモデルとして、物理的神経鞘破綻によりがん細胞の浸潤性を増大させるモデルを作成した。物理的神経鞘破綻はがん細胞移植直前に顕微鏡下に坐骨神経の神経上膜の剥離させることにより行った。神経鞘破綻のみを行った動物では疼痛症状は発現せず、光学顕微鏡による観察でも神経線維に影響はみられなかった。物理的神経鞘破綻後にがん細胞を移植したマウスでは、神経内にがん細胞の浸潤と神経線維の障害がみられ、行動学的には下肢の挙上など自発性疼痛行動がみられた。また、同側の脊髄後角表層細胞にc-fosの発現がみられた。下肢挙上時間を自発痛の指標とし、自発痛に対する薬物の効果を検討した。モルヒネ、オキシコドンはいずれも急性疼痛に有効な低容量では効果がみられなかったが、高容量では下肢挙上が抑制された。非ステロイド性消炎鎮痛薬の効果はみられなかった。現在、ギャバペンチンなどの抗けいれん薬の効果を検討中である。がんの末梢神経浸潤による神経障害性疼痛の動物モデルを作成し、惹起される自発痛に対する各種薬物の効果を検討した。がん細胞はMethA sarcoma細胞を使用し、マウスの鎖骨神経近傍に接種した。がんの末梢神経浸潤は細胞接種時に神経鞘膜に微細な切開を入れることにより誘発した。接種後2週間では、腫瘍塊の発育に伴い、病理組織学的にがん細胞の神経内浸潤が認められ、下肢挙上で示される自発痛がみられた。薬物の効果は、確立した疼痛に対する鎮痛効果の他に疼痛が出現する以前から投与し、疼痛出現の予防効果を検討した。抗けいれん薬のギャバペンチン、クロナゼパム、中枢神経性筋弛緩薬のバクロフェン、抗うつ薬のアミトリプチリン、NMDA受容体拮抗薬のケタミンは鎮痛効果を示したが、行動量減少などの副作用の出ない投与量では疼痛行動を完全にブロックできなかった。また、検討した薬剤のなかでケタミンのみ疼痛出現に対する予防的効果を示した。前年度の結果ではオピオイド性鎮痛薬のモルヒネは通常量では鎮痛効果が見られなかったものの、高容量では不完全ながら鎮痛効果がみられた。以上の結果から、本モデルにおける自発痛は臨床でがん性疼痛に用いられる鎮痛薬および鎮痛補助薬では鎮痛効果は不十分であり、臨床で見られるがん浸潤による神経障害性疼痛を反映していると考えられた。
第15回国際植物科学会議に向けての植物科学の現状分析と総合化

1993年8月-9月に開催された国際植物科学会議は,総参加者数4143名(内訳:正会員2829名、学生会員578名、非出席会員17名、1日会員566名、同伴会員153名)となり、大成功のうちに幕を閉じた。本研究では、この会議の準備、会議後の関連諸分野の統合化に関する情報の収集、会議の報告書の作成など次のように行った。1国際植物科学会議では300に近い数のシンポジウムやワークショップなどが企画された.分担者は会議中およびその後において,植物科学の関連各分野における今日的な研究課題と将来ヘの課題を,より広い視点において調査し,研究の現状を分析,総括し,未来への展望を構築するにふさわしい研究課題について検討した.2基礎植物科学,農学関連植物科学,薬学関連植物科学の各分野について,研究の現状分析を行い,総合化を考えた.今日では,基礎植物科学と農学,薬学との境界があいまいになっているため,基礎植物科学ワーキンググループに対しては農学,薬学分野の基礎植物科学に関連する研究を行なっているメンバーを,逆に農学や薬学のワーキンググループには理学分野のメンバーを加え,日本の既存の学会の枠をこえた研究の発展のための学際的総合化の可能性を検討した.3研究の現状と動向に関する分析結果は,全体会議などを通じて総合化され,報告書にまとめられている。この調査結果は,今後の国際植物科学会議の企画に活用されると同時に,今後我が国で開催される大型の国際会議の資料となろう。また日本におけるIABMSとの対応の為にも,有効に利用出来るようにしたい。4総ての調査は、幾つかのワーキンググループによって近傍領域の総合化を行うことから始まり、最終的に全体会議でまとめられ,報告書とすることにした.1993年8月-9月に開催された国際植物科学会議は,総参加者数4143名(内訳:正会員2829名、学生会員578名、非出席会員17名、1日会員566名、同伴会員153名)となり、大成功のうちに幕を閉じた。4総ての調査は、幾つかのワーキンググループによって近傍領域の総合化を行うことから始まり、最終的に全体会議でまとめられ,報告書とすることにした.
ニホンザルにおけるスギ花粉症の自然発症に関する研究

本研究では、ニホンザルにおけるスギ花粉アレルギ-(以下、花粉症)の自然発症を明かにする目的で以下の研究計画を進めた。1.これまでのアンケ-トや予備調査で自然発症個体が見いだされた野猿公苑及び動物園のニホンザル群を対象に、血中スギ花粉特異的IgE抗体価及びスギ花粉抗原に対する皮内アレルギ-反応を指標とした大規模なフィ-ルド調査を実施した。2.1.の結果を基に、ニホンザルにおける花粉症感受性遺伝子の遺伝様式や発現頻度等に関する遺伝学的解析を行なった。3.更に、自然発症の見い出された特定の群については自然感作の経年変化や季節変動等についても調査し、ヒトのそれらとの比較検討も試みた。これらの研究を通じて、下記の結果が得られた。1)ニホンザルのスキ花粉による自然感作は東北地方から九州に至る多数の群において認められ、ヒトと同様に国内に広く自然感作個体が分布していることが明かとなった。2)スギ花粉抗原に対して自然感作を受けやすい高感受性群が存在し、その感作感受性は劣性の遺伝形質である可能性が示唆された。3)既に霊長類研究所に保存されていた過去のサンプルとの比較を行なったが、ニホンザルでのスギIgE抗体保有率は20年前と現在も同レベルの約10%であり、ヒトに見られるような、ここ1020年間における著しい増加現象は認められなかった。4)また、花粉症高感受性遺伝子を保有する飼育下群についてスギ特異的IgE抗体価の季節動態を追跡しているが、この抗体価の上昇、下降は必ずしもスギ花粉飛散量とは一致していなかった。
ペロブスカイト系複合酸化物薄膜を用いたアンモニア脱離型反応の計測システム

本年度は、ペロブスカイト系複合酸化物薄膜電極のアンモニア類似分子、低分子アミン類に対する選択性を昨年度につづいて検討し、高濃度のアミンが共存しない限り選択性が保たれることが再確認された。また、NAD(H)あるいはNADP(H)を消費もしくは生成する酵素反応と電極を組み合わせた検出系を構築し、測定可能であることも確認した。計測システムの計測精度を向上させるためには、電極の形状や大きさ、チタン酸バリウム以外のペロブスカイト系薄膜の探索、セルの形状や容量の検討などが不可欠の研究課題であるが、無視できない重要な要素と考えられるのは、システム作動液成分の挙動である。そこで、電極のアンモニア濃度に対する応答として観測される増加過渡電流値の大きさとシステム作動液の緩衝剤成分(18種)との関係を詳細に検討した。その結果、1)双イオン性分子であるグッド緩衝剤を用いたバッファーが極めて良好な電極応答性を示すこと。2)同じグッドバッファーでも緩衝作用を示す許容PH範囲内で、できるだけ手低いpHに調整したバッファーが増加過渡電流値を大きくすること。例えば、HEPESバッファーではpH6.88.2が許容pH範囲であるが、pH6.8に調整したHEPESブッファーを用いることが、高精度の測定を可能にすることが判った。このことは、薄膜電極と作動液の関係であり、システムには固定化酵素も組み込まれているので、バッファーのpH値の選択は酵素の至適pH値をも考慮して決定すべきであることは当然である。
河川が周辺大気環境に及ぼす影響に関する研究

本研究は現地観測とその結果に基づく実用的シミュレーションモデルの開発という2本の柱からなる。現地観測は川幅300m程度の渡良瀬川と、川幅6080mの支川桐生川で行い、左右岸からそれぞれ200500mまでの間で気温、湿度、風速を計測した。得られた結果は次のようである。(1)夏期の日中では河川部と市街地の間で23°Cの差がある。冬期の夜間には河川部の方が市街地よりも1°C程度高くなり、明らかに河川の気候緩和効果が認められる。(2)気温低下の影響の及ぶ範囲は側方200m300mに及び、従来の知見と同じ程度である。ただし、風向によって異なり、川筋に平行な風の場合の方が影響の及ぶ範囲が広い。川筋に直角方向の風の場合には気温低下量が少なく、従って影響範囲も狭くなる。(3)曇天の場合には河川区間内外での気温差はあまりない。(4)風については常に河川部の方が強い。卓越風向は川筋方向で日中は南、夜間は北に変わる。これは山谷風に相当する。(5)水蒸気量については、当然河川区間内の方が高くなるが、その差が大きくなるのは、湿度が低く日射がある場合である。これは河川区間内の水面からの蒸発と植生による蒸散によるものである。以上は現地観測による成果であるが、つぎに現象のより基本的な構造を知るために、風洞を用いた実験も行った。幅約12cm、高さ8cm、長さ4mの金属四角パイプの中にドライアイスを詰めて、これを河道部とみなし、その両側に幅30cmの人工芝を敷いた発泡スチロールを置いて堤外地とみなした。冷却した場合としない場合を比較し、乱れの構造の変化を検討した。その結果、横断方向のレイノルズ応力は冷却によって顕著に抑制されることがわかった。以上の成果をもとに数値シミュレーションを行った。基礎式は二次元N-S式とエネルギー式で、乱流モデルとして最も簡単な混合距離モデルを用いた。水面幅による気温低下量の変化をシミュレートし、現地観測の結果を確かめた。渡良瀬川、桐生川、桐生川ダムにおいて、6月に1回、7月に2回、8月に1回、10月に1回、11月に2回、12月に1回の観測を行った。観測は当科研費で講入した熱線風速計と従来より使用している同一機種を用いて、3高度での同時計測を行った。観測項目は風速、気温、湿度である。観測の結果、風速についてはほぼ対数則分布が成立し、とくに夏期においては大気が不安定な状態に対応する風速分布となっていることが確認された。気温については夏期には河川区間内では、市街地と比較して23°C低温で、冬期には12°C程度低温である。水蒸気量については夏期には河川を含む区間で顕著な増加となるが、冬期には水蒸気量そのものが夏期の1/3程度となり、河川横断方向の変化も夏期ほど顕著ではなく、ほぼ一定と考えてもよい。また、影響範囲については市街地の構造や地形等の変化で明確には言えないが、河川の片側方向で200300m程度と考えられる。以上の観測結果を踏まえて、気温場に関するシミュレーションを行った。

基礎式は2次元に連続式、NS式、エネルギー式であり、これを平均量からの差で書き表して無次元化し、差分式によって解いた。渦動粘性係数には混合距離モデルを用いた。この計算によって河川横断方向に風が吹く場合の河川の影響を見ることができたが、河川が10°C低温の場合にでも河川区間をはずれると気温低下量は0.5°C以下で、観測結果ほどの気温低下量は得られない。これは横断2次元モデルのため、河川の影響が少ないためであり、今後3次元シミュレーションを行う。また、桐生川の場合にように河川と平行に山がある場合には、河川堤防と山の間の空間では特異な大気状態となっていることが推定された。おそらく山林からの下降流の影響によるものと考えられ、次年度にはさらに詳細な観測を行う計画である。本研究は現地観測とその結果に基づく実用的シミュレーションモデルの開発という2本の柱からなる。現地観測は川幅300m程度の渡良瀬川と、川幅6080mの支川桐生川で行い、左右岸からそれぞれ200m500mまでの間で気温、湿度、風速を計測した。得られた結果は次のようである。(1)夏期の日中では河川部と市街地の間で23°Cの差がある。冬期の夜間には河川部の方が市街地よりも1°C程度高くなり、明らかに河川の気候緩和効果が認められる。(2)気温低下の影響の及ぶ範囲は側方200m300mに及び、従来の知見と同じ程度である。ただし、風向によって異なり、川筋に平行な風の場合の方が影響の及ぶ範囲が広い。川筋に直角方向の風の場合には気温低下量が少なく、従って影響範囲も狭くなる。(3)曇天の場合には河川区間内外での気温差はあまりない。(4)風については常に河川部の方が強い。卓越風向は川筋方向で日中は南、夜間は北に変わる。これは山谷風に相当する。(5)水蒸気量については、当然河川区間内の方が高くなるが、その差が大きくなるのは、湿度が低く日射がある場合である。これは河川区間内の水面からの蒸発と植生による蒸散によるものである。以上は現地観測による成果であるが、つぎに現象のより基本的な構造を知るために、風洞を用いた実験も行った。幅約12cm、高さ8cm、長さ4mの金属四角パイプの中にドライアイスを詰めて、これを河道部とみなし、その両側に幅30cmの人工芝を敷いた発泡スチロールを置いて堤外地とみなした。冷却した場合としない場合を比較し、乱れの構造の変化を検討した。その結果、横断方向のレイノルズ応力は冷却によって顕著に抑制されることがわかった。以上の成果をもとに数値シミュレーションを行った。基礎式は二次元N-S式とエネルギー式で、乱流モデルとして最も簡単な混合距離モデルを用いた。水面幅による気温低下量の変化をシミュレートし、現地観測の結果を確かめた。
楕円軸を利用した超小型圧電モータの開発

昨年度は、楕円形状の回転子を高精度にラップ仕上し、マイクロメータヘッドを用いて駆動しようとしたが巧く行かなかった。原因として圧電素子を用いて微動移動させようとする場合の接触部および回転軸の摩擦の影響が大きい。摩擦の少ない超小型軸受を工夫するのは難しい。本年度は、動作原理を根本的に考え直した。軸受は使用せずアクチュエータとして圧電素子の衝撃力を用いることとした。インパクト駆動機構は(1)摺動面上に摩擦力で保持されている移動体(2)慣性力を発生させる質量(3)移動体と質量を繋げている圧電素子で構成される。この圧電素子をゆっくり伸ばした後急激に縮めると慣性力と摩擦力の大小により圧電素子伸縮方向に微少量だけ移動する。急激に伸ばした後ゆっくり縮めると逆方向に移動する。ここでは、4つのインパクト駆動機構を一体にまとめることで平面3自由度(XYΓ)インパクト駆動機構を開発した。圧電素子の駆動波形を適宜制御することにより、位置決め分解能X方向:0.05μmを得た。さらに運動誤差の減少を試み、X方向の直動±25μmi対する運動誤差を得た。1、回転子の寸法・形状を決定し、NCフライス盤で楕円形状の回転子を加工し、熱処理後研削しさらに高精度にラップ仕上し、マイクロメータヘッド(現有)を用いて駆動しようとした。回転子は動かず巧く行かない。心振れが無く摩擦がほとんど無い軸受けを開発する必要がある。回転子の角度をロータリエンコーダおよびユニバーサルカウンタで測定するシステムは完成した。2.電歪素子駆動用電源で圧電素子(現有)に電圧を加え、変位および周波数応答を測定した。圧電素子にはヒステリシス及び位相遅れが存在するので、圧電素子先端が適当なしめしろを持って回転子外面を包絡するように印加電流値を制御した。圧電素子にはヒステリシス及び位相遅れが存在する。位相後れが無視できる程度の低速でヒステリシス曲線を4次式で近似し、電圧の履歴を考慮して印加電流を制御することにより、ヒステリシス曲線を直線近似する場合に比べ誤差を1/3以下にできた。さらに2本のヒステリシス曲線内部における印加電流の新しい制御方式を試み誤差の減少を図っている。3、上記に基づきプログラミングされた印加電圧を用いて、圧電モータの運転を試みた。ユニバーサルカウンタ等を用いて性能試験(回転数・回転むら・駆動トルク・停止時のロック力・位置決め精度)の準備を行った。この圧電素子をゆっくり伸ばした後急激に縮めると慣性力と摩擦力の大小により圧電素子伸縮方向に微小量だけ移動する。圧電素子の駆動波形を適宜制御することにより、位置決め分解能Y方向:0.05μmを得た。さらに運動誤差の減少を試み、X方向の直動±25μmに対する運動誤差を得た。
低温成長技術によるシリコン(111)上への窒化物系発光素子集積と光MEMS応用

本研究では、窒化物系発光素子(LED)とシリコン(Si)系マイクロ電気機械システム(MEMS)を融合するために、Si(111)基板上への窒化物系LEDの低温作製技術の開発を行った。Si基板上へのGaN低温エピタキシャル成長において、AlN層の導入によってGaN/Si界面の反応抑制と、GaN薄膜の極性制御が可能であることを見出した。パターンドSi基板上においてもGaN低温エピタキシャル成長が可能であった。これらの低温プロセスを基に、PSD法を用いてSi基板上にLED構造を作製したところ、明瞭な電流注入発光が観測され、本手法がSi系MEMSとGaN発光素子の集積化に有望であることが明らかになった。Siの微細加工によって作製されるMEMSは情報通信や医療・バイオ、自動車など多岐にわたる分野で応用が進められているが、光応用においては光源の集積化が困難であったため、素子の小型化や高機能化が滞っていた。本研究では、Si系MEMSと窒化物系LEDを集積した新構造MEMSを実現するために、Si(111)基板上に窒化物系発光素子(LED)を低温で作製する技術を開発する。本年度(平成26年度)は、パルススパッタ法によるSi基板上への高品質GaNエピタキシャル成長技術の確立に努めた。エピタキシャル成長の成功には、薄膜/基板間の界面が急峻性に優れることが不可欠である。Si上への成長ではメルトバックエッチングと呼ばれるGaとSiの反応が起こることが知られており、これを抑制するためにAlN界面バリア層を挿入した。界面バリア層が無い場合にはGaN/Si間の界面において反応が生じ、良質なGaN結晶を得ることは困難であったが、AlN層を導入することによって界面反応が抑制されることが明らかになった。また、AlNバリア層の堆積条件をコントロールすることでその上に積層するGaN薄膜の極性を制御できることが明らかになり、発光素子や電子素子の応用に適した構造設計が可能となった。また、我々はこれまでの研究において、高品質GaN薄膜の低温成長には、Ga/N原料供給比が極めて重要であることを見出している。そこで、低温成長において、原料供給比や温度を精密に制御したところ、化学量論性を満たす表面組成において表面平坦性の高いGaN薄膜が得られることが分かった。半導体微細加工技術を用いたマイクロ電気機械システム(MEMS)は、情報通信や医療、バイオ、環境分析、自動車など多岐に渡る分野において応用が進められているが、光応用においては高輝度光源の集積が困難であったため素子の小型化や高機能化が滞っていた。本研究では、Si系MEMSと窒化物系LEDを集積した新構造MEMSを実現するための基盤技術として、Si(111)基板上に窒化物系発光素子を低温作製する技術の開発を行った。前年度において、低温パルススパッタ法によるSi基板上へのGaN薄膜成長のための、界面反応バリア層やGaN極性制御プロセスを開発した。本年度は、前年度までに開発した技術を用いて、LED作製プロセスの構築を行った。まず、高輝度LEDの作製に不可欠なInGaN多重量子井戸構造の作製技術を開発した。Ga極性GaN/AlN/Siの上に、5周期の[InGaN/GaN]量子井戸構造(MQW)を形成した。反射高速電子線回折像においてシャープなストリークパターンが観測され、MQW構造が高い平坦性を有している事が分かった。また、高分解能X線回折測定を行ったところ、GaNとAlNの0002回折と共に、MQW構造に由来するサテライトピークが明瞭に観測された。これは、MQW構造内のInGaN/GaN界面が急峻かつ平坦であることを示唆する。続いてp型GaN層を積層した後に、パターニングと電極形成を行い、LEDを作製した。電流注入を行ったところ、明瞭な発光が観測され、低温スパッタ法によって作製したSi基板上のLEDが正常に動作することを確認した。また、パターニングされたSi基板上においても、低温スパッタ法によってGaN薄膜のエピタキシャル成長が可能であることを見出した。これらの結果から、低温スパッタ法はSi系MEMSとGaN系LEDの集積に極めて有望な技術である事が明らかになった。本年度は、パルススパッタ法によるSi(111)基板上へのGaN薄膜低温成長技術を開発することを目的としている。この目的を達成するため、窒化物薄膜/Si基板の急峻な界面の実現、薄膜成長条件の最適化を行った。AlNがバリア層として有効でありメルトバックエッチが大幅に抑制できること、低温成長では原料供給比の制御が重要であることを見出した。このように、本年度の進捗状況は、ほぼ計画通りに順調に進展している。

半導体結晶成長今後の研究では、LED作製のための要素技術開発を引き続き行うとともに、LEDの試作に取り組む。使用しているプロセス関連装置の一部に故障が発生し、その修理に時間を要した。そのため、今年度使用予定であった消耗品費の一部を次年度使用額とした。復旧した装置を使用した実験を行う。また、それ以外は当初計画通りに進める予定である。