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RNAiが簡便なカメムシ培養細胞株の樹立と分散型動原体の研究

動原体は、真核生物の染色体に必須な構造の一つであり、細胞分裂の際、複製した染色体を娘細胞に引っ張る紡錘糸が結合するタンパク質複合体である。多くの真核生物は、動原体が染色体の一か所にある局在型動原体を持つが、一部の真核生物は、動原体が染色体に全体にわたって形成される『分散型動原体』を持つ。分散型動原体をもつ染色体は切断されても維持されやすく、近縁種間での染色体数の多様化にも影響していると考えられている。分散型動原体は、一部の植物や昆虫、線虫に存在するものの、その分子機構は線虫以外の生物では未解明な点が多く残されている。本研究では、分散型動原体の研究材料としてホソヘリカメムシ(カメムシ目昆虫)に着目した。ホソヘリカメムシは、二本鎖RNAを体腔中に注入するだけで全身の細胞で遺伝子機能が抑制される「全身性RNAi」応答が引き起こされるという実験生物として極めて有利な性質をもつため、分散型動原体遺伝子の機能解析の材料として適している。ホソヘリカメムシから培養細胞株を樹立できれば、トランスフェクション試薬なしにRNAiを誘導出来る可能性が高い。そこで、本研究は、RNAiが簡便に効くと予想され、広範な用途が期待されるホソヘリカメムシの培養細胞株を樹立し、RNAiを用いて分散型動原体構築に寄与する遺伝子を解明することを目的とする。昨年度までに、ホソヘリカメムシ胚の細胞の培養により、細胞塊からの移動または分裂に由来する繊維芽細胞状の細胞が観察されている。今年度は胚の孵化率を改善するために飼育条件の変更を行った。また、他の生物種の動原体遺伝子と相同性の高いホソヘリカメムシの遺伝子を単離した。並行して、ホソヘリカメムシとは分散型動原体獲得の起源が異なるカイコについて、比較対象とするために培養細胞を用いて動原体遺伝子の機能解析を行い、個体の細胞分裂の観察に適した組織と時期を絞り込んだ。一昨年度ホソヘリカメムシ胚のふ化率の悪い時期があったため、細胞培養の条件検討及び個体実験の条件検討が遅れた。飼育条件を変えたところ、卵の孵化率や成長スピードを改善できた。また、ホソヘリカメムシの動原体遺伝子候補の配列の単離は済ませており、比較解析のため、カイコの動原体遺伝子の機能解析と個体の細胞分裂の観察に適した組織と時期を絞り込んているので、このデータを参考に、ホソヘリカメムシの胚由来の細胞を用いたRNAi実験および、個体の組織での細胞分裂や染色体の観察を行う予定である。体色の変化で判定できるlaccase 2遺伝子で個体で全身性RNAiが働くことを追試した後、動原体遺伝子のRNAiが引き起こす表現型を観察する。また、parental RNAiの条件検討を行い、胚における動原体遺伝子の機能解析を目指す。動原体は、真核生物の染色体に欠かせない重要な構造の一つであり、細胞分裂の際、複製した染色体を娘細胞に引っ張る紡錘糸が結合するタンパク質複合体である。多くの真核生物は、動原体が染色体の一か所にある局在型動原体を持つが、一部の真核生物は、動原体が染色体中に散らばっている『分散型動原体』を持つ。分散型動原体をもつ染色体は切断されても世代を超えて維持される場合があるなど興味深い性質がみられる。分散型動原体は真核生物の進化の過程で10回以上独立に出現しているものの、その分子機構は線虫以外の生物では未解明な点が多い。ホソヘリカメムシでは、実験生物として極めて有利な性質である二本鎖RNAを体腔中に注入するだけで全身の細胞で遺伝子機能が抑制される「全身性RNAi」応答が引き起こされ、ホソヘリカメムシは分散型動原体遺伝子の研究に良い材料であるといえる。また、「全身性RNAi」応答が引き起こされる甲虫コクヌストモドキから作出した培養細胞はその性質を受け継ぐことが報告されているため、ホソヘリカメムシから培養細胞株を樹立できれば、トランスフェクション試薬なしにRNAiを引き起こすことが出来る可能性が高い。そこで、本研究は、RNAiが簡便に効くと予想され、広範な用途が期待されるホソヘリカメムシの培養細胞株を樹立し、培養細胞と個体を併用して、RNAiを用いた分散型動原体の染色体分配に寄与する遺伝子の機能解析を行うことを目的とする。これまでに、ホソヘリカメムシの組織を培養したところ、組織からの細胞の移動または分裂に由来する細胞が見られたので、現在継代条件を検討中である。ホソヘリカメムシ胚の孵化率が悪い時期があったため、細胞培養の条件検討及び個体実験の条件検討が遅れている。

分散型動原体は、一部の植物や昆虫、線虫に存在するものの、その分子機構は線虫以外の生物では未解明な点が多く残されている。本研究では、分散型動原体の研究材料としてホソヘリカメムシ(カメムシ目昆虫)に着目した。ホソヘリカメムシは、二本鎖RNAを体腔中に注入するだけで全身の細胞で遺伝子機能が抑制される「全身性RNAi」応答が引き起こされるという実験生物として極めて有利な性質をもつため、分散型動原体遺伝子の機能解析の材料として適している。ホソヘリカメムシから培養細胞株を樹立できれば、トランスフェクション試薬なしにRNAiを誘導出来る可能性が高い。そこで、本研究は、RNAiが簡便に効くと予想され、広範な用途が期待されるホソヘリカメムシの培養細胞株を樹立し、RNAiを用いて分散型動原体構築に寄与する遺伝子を解明することを目的とする。昨年度までに、ホソヘリカメムシ胚の細胞の培養により、細胞塊からの移動または分裂に由来する繊維芽細胞状の細胞が観察されている。今年度は胚の孵化率を改善するために飼育条件の変更を行った。また、他の生物種の動原体遺伝子と相同性の高いホソヘリカメムシの遺伝子を単離した。並行して、ホソヘリカメムシとは分散型動原体獲得の起源が異なるカイコについて、比較対象とするために培養細胞を用いて動原体遺伝子の機能解析を行い、個体の細胞分裂の観察に適した組織と時期を絞り込んだ。一昨年度ホソヘリカメムシ胚のふ化率の悪い時期があったため、細胞培養の条件検討及び個体実験の条件検討が遅れた。ホソヘリカメムシ胚の孵化率が回復したため、細胞培養に最適な条件の検討と、個体の組織での細胞分裂や染色体の観察方法を検討し、体色の変化で判定できるlaccase 2遺伝子でRNAiが働くことを追試した後、動原体遺伝子のRNAi処理を行い、表現型を観察する。また、卵の孵化率の悪化を回避する餌や飼育条件を検討する。飼育条件を変えたところ、卵の孵化率や成長スピードを改善できた。また、ホソヘリカメムシの動原体遺伝子候補の配列の単離は済ませており、比較解析のため、カイコの動原体遺伝子の機能解析と個体の細胞分裂の観察に適した組織と時期を絞り込んているので、このデータを参考に、ホソヘリカメムシの胚由来の細胞を用いたRNAi実験および、個体の組織での細胞分裂や染色体の観察を行う予定である。体色の変化で判定できるlaccase 2遺伝子で個体で全身性RNAiが働くことを追試した後、動原体遺伝子のRNAiが引き起こす表現型を観察する。また、parental RNAiの条件検討を行い、胚における動原体遺伝子の機能解析を目指す。卵の孵化率が悪い時期があったため、インジェクション装置の購入を延期した。手動のインジェクション装置を利用しているため、電動インジェクター購入を延期した。カメムシの飼育量に必要な消耗品やエサ、免疫染色用の抗体作製等に充当する予定である。
インターネットで送受信する頭部三次元形態画像と顎運動の遠隔分析・診断システム

本研究成果の具体的な内容については、正・側面頭部工ックス線規格写真(セファロ)から立体構築した顎顔面形態の3D画像(3D-Cephalo)を、6自由度顎運動測定装置で計測した下顎運動に基づいて駆動させる4次元表示システムを構築したことである。さらに、インターネットを通して送信されてきたセファロトレース画像上の解剖学的特徴点を自動認識して3D-Cephaloを立ち上げるプログラムを開発した。そして患者の頭部立体画像を用いた三次元形態分析結果および患者の下顎運動をパソコン画面上で可視化できるように再構成して、ユーザーである臨床医に同じくインターネットを介して返送する遠隔診断システムを構築した。近年,医療分野において著しく発達しているITを利用することにより,一般開業医より送られてきた患者の形態画像と顎運動計測データをもとに種々の分析を行い、得られた結果を三次元画像と一緒にネットワークを介して臨床医に送信ができる。これは歯科一般臨床医や矯正・小児歯科専門医に遠隔診断支援として役立つだけでなく、患者にとってもよりリアリティーのある分かり易いコミュニケーションツールとなると思われた。また、歯科矯正領域における二次元の形態分析では標準偏差図表が頻繁に用いられていて臨床医にはなじみが深い。そこで同じく、本システムを発展させて三次元標準偏差図表を新たに作製し、患者の値を当てはめることで異常部位の特定とその程度を定量的に評価する方法を開発した。このように本システムは日常臨床への利用が可能になることが示唆され、社会的にも意義ある研究だと考えている。本研究の目的は、一般臨床医から送信してきた正・側面頭部X線規格写真(セファロ)や顔面写真の二次元画像上の計測点マーカーを自動認識して顎顔面形態の3D画像を構築し、それを下顎運動や顔表面の動きの測定データに基づいて駆動させる機能を付与して再び一般臨床医へ返送する、インターネットを用いた遠隔分析・診断システムを構築することである。当初、測定データの採得には、より簡便なビデオ映像を解析する方法を採用する計画であったが、予備実験の結果、顎運動測定には不向きであることが分かり従来のレーザー光による8自由度計測法を用いることにした。患者の骨格3D画像(3Dセファロ)をこの測定法に基づいて動かすシステムの詳細と臨床応用については、2007年に第63回日本顎口腔機能学会(東京・受賞講演)、第17回MEAW研究会(高松)、2007、2008年メディア工学研究会(横浜)に口演発表し、Orthodontic Waves 66、2007に論文発表した。一方、顔表面の動作解析には3台の高速度カメラ画像上の多計測点をモーションキャプチャリング法にて自動追尾し解析するシステムを開発した。そして手術を必要とする下顎前突患者を対象にこの解析法を用いたスマイル動作に関する研究結果をOrthodontic Waves-JPN Ed、2、1977に論文発表した。続いてガム咀嚼時の顔表面の動きについて、第66回日本矯正歯科学会(大阪)にて発表した。インターネットを通してこれら機能解析結果を送信するにはデータの容量に制限がある。現在は三次元画像として3Dセファロを用いているが、将来は3D-CTの容量を削減して送受信することも視野に入れてCTを用いた機能解析についても研究を開始した。その一部を第66回日本矯正歯科学会(大阪)、第3回九州矯正歯科学会(長崎)に発表した。
先取り鎮痛のシナップス、細胞内レベルでの作用機序解明と麻酔法への応用

手術侵襲などにより生じた、落痛、侵害刺激は一次感覚ニューロンにより脊髄後角に伝えられ、その後二次、三次とニューロンを代え刺激が大脳皮質の中心後回にある感覚野に投射するとはじめて疼痛感覚を認識する。侵害刺激が伝達される課程においてシナップスレベルで様々な調整を受けることが知られている。ここに作用するネオスチグミン、アデノシン、クロニジンなど今まで全く疼痛痛管理とは関係ないとされている薬物が強い鎮痛作用を認め、脊髄後角レベルにおいて興奮性を制御している可能性が示唆されている。そこで、それらの薬物を使用しプレエンティブアナルゲジアモデルからMAPKファミリーの活性を測定した。今までに、ラットの下部脳幹スライスにおいてプレエンティブアナルゲジア状態を作成し、MAPKファミリーの中で現在痛みに関わっているといわれているERK、JNK、p38の活性を測定し、現在までERK, JNKは活性化することが明らかとなってきた。しかしながら、これまで、疼痛反応と最も関連するといわれていたp38は活性化されなかった。プレエンティブアナルゲジアモデルの様々なタイプを作成することによってプレエンティブアナルゲジアの本体を解明し、局所麻酔薬・ネオスチグミン・アデノシン・クロニジン・ケタミンなどを単独あるいは組み合わせて使用し、どの鎮痛薬が優れているか臨床研究に応用し優れた鎮痛法を探索している。現在このような研究は国内外ともに行われていない。幼若ラットを用い、侵害刺激の受容、統合、投射のメカニズムを解析できる三叉神経脊髄核を含んだ下部脳幹水平スライスを作成した。三叉神経管脊髄路核は顔面からの1次求心性ニューロンが終末する部位で、脊髄後角と同様の役割を果たしている。このスライスで2次求心性ニューロンの興奮性、抑制性シナプス入力をパッチクランプ法を用いて測定記録した。ピクロトキシン、ストリキニーネ存在下で、コントロール(C)群として三叉神経に電気刺激を加えた後局所麻酔を投与した群と、先取り鎮痛(P)群として局所麻酔薬を投与した後電気刺激を加えた群とをそれぞれ分けて、興奮性シナプス入力がいかに変化するかを測定した。しかし両群間に有意な差がみられなかった。これについての考察として、ピクロトキシン、ストリキニーネ存在下に測定した興奮性の神経活動は局所麻酔薬により活動電位依存性の神経活動が喪失してしまうために、コントロール(C)群、先取り鎮痛(P)群では、両群間の差を捕らえることができなかったと考えられる。今後は、発痛物質として電気刺激以外のサブスタンスPやカプサイシンなどを使用するか、先取り鎮痛を作る薬剤を局所麻酔薬以外のもの、例えばネオスチグミンやアデノシンで作り出すか、活動電位依存性ではない興奮性神経活動をみるか、もしくは抑制性の神経活動を見るかを検討中である。その結果をふまえて、三叉神経脊髄核を含む下部脳幹スライスを同様の条件下にてインキュベイションした後、凍結してMAPK活性、cGMP産生を測定して、先取り鎮痛の細胞内作用機序を解明したい。
大腸内視鏡の生検検体を用いたChIPSeq法の開発ーH3K27me3の網羅的解析

まず初めに、大腸内視鏡の生検検体を用いてChIPSeqを行うための標準プロトコールを確立するべく、検体からの細胞分離の方法並びに次世代シークエンサー(SOLiD4)を用いたChIPSeq法のプロトコールの各段階を詳細に検討し、最適化を行った。検体からの細胞分離の方法としては、腺管分離法により直接上皮細胞成分のみを分離する方法を採用した。この改良したプロトコールを用いることで、微量な内視鏡生検検体、1x10^5個の細胞、1ng程度のChIP-DNAのサンプルからでもChIPSeq法を施行することが可能となり、十分に質の高い再現性のあるデータを得ることができた。次に実際に複数の内視鏡検体を用いてヒストン修飾K27me3に対するChIPSe像実験を施行した。バーコード技術を用いて一度に複数のChIPSeqサンプルをシークエンスすることにより、コストと時間を大幅に削減することができた。ほとんどのサンプルで質の高いデータを得ることができた。現在これらのChIPSeqデータをより詳細に解析中であり、今後更に検体数を増やしてヒストンH3K27me3に対するChIPSeqを施行し、果たしてこれが臨床的に有用な分子マーカーとなりうるかどうかの検証を行う予定である。本年度は、大腸内視鏡の生検検体を用いてChIPSeqを行うための標準プロトコールを確立することができた。本研究で確立されたプロトコールは、H3K27me3以外にも様々なヒストン修飾並びに転写因子に関して広汎に応用可能であり、大腸癌の臨床検体を用いた研究に大変有用なツールとなることが期待される。
先史社会における定住と交易の意義-先史時代西アジアのビーズを素材として-

今年度はハッサンケイフ・ホユック遺跡から見つかった埋葬人骨資料とそれに伴う装身具などの副葬品の意味について主に研究を行い、国際シンポジウムにて口頭発表を行った。今年度も継続してトルコ共和国バットマン県ハッサンケイフ・ホユック遺跡での発掘調査に参加した。ここでは約1.1万年前の集落の痕跡が確認されており、初期の定住狩猟採集民がここに居住していたと考えられている。今年度の調査でも埋葬人骨が多く見つかり、これまで見つかった人骨は総計100体を数えるまでになった。埋葬人骨は当時の定住の度合いの高さを示すだけでなく、人々の死生観や儀礼のあり方を示唆する重要な資料である。今年度の調査で得られた成果を元に、第二回国際ウルスダム考古学シンポジウムにて口頭発表を行った。シンポジウムでは周辺の諸遺跡の最新の動向を知ることができ、研究上とても有意義なものであった。今回発表した研究では、新石器時代の人々の副葬行為のあり方に焦点をあてた。埋葬の方法は人々の象徴的思考能力を考えるうえで重要な要素であるが、これが遺跡ごとに大きく違っていることを指摘した。石器の製作技術や住居の構造といった従来の研究では社会間の同質性が強調されることが多かったが、今回の最新のデータを元にした研究によって、むしろ儀礼などの分野では個々の社会が独自の発展を遂げていたと考えるべきだとの結論を得た。現在はこの研究を論文にするための作業を行っている。また遺跡の発掘調査の報告書作成作業も並行して行っている。(抄録なし)平成23年度に申請者はまず西アジアの新石器時代における装身具利用の全体像を把握する必要があると考え、装身具の製作技術・素材・利用形態という3つの属性から装身具のあり方を概観することをまずはじめに行った。その大きな装身具利用展開の流れの中に、自身が発掘調査に参加した遺跡であるテル・エル・ケルク遺跡出土資料の資料の位置付けを行ったのが、日本西アジア考古学会で発表した論考である。このような巨視的な視座から装身具のあり方をまとめた研究はこれまでに類を見ない。分析の結果、社会の経済状況の変化を反映するかのように装身具利用のあり方にも変化が生じていることが分かった。すなわち、生業が不安定な時期には利用者を生者に限定していた装身具が、生業が安定してくるにしたがって死者をディスプレイするためにも利用されるようになったことが明らかになったのである。この成果は装身具という定点から長い時間幅をとって対象を観察したからこそ得られたものであると考えている。そのあとも、装身具利用のあり方が社会の構造変動とともに移り変わることをいくつかの事例で確認した申請者は、続く論文では埋葬人骨の遺跡内分布と装身具を併せて分析することによって、社会ごとに生者と死者の距離が著しく異なっていたことを明らかにした。夏期には、研究実施計画ではシリアに赴いて発掘調査に従事する予定を立てていたが情勢不安により調査が中止になったため、この機会を利用する形でトルコ共和国南東部に位置するハサンケイフ遺跡の発掘調査に参加した。この遺跡は定住がはじまって間もない新石器時代初頭に利用されていた遺跡であり、多くの装身具のほかに十数体の埋葬人骨が出土している。この遺跡を対象とした分析は端緒についたばかりであるが、社会の複雑な展開のなかに装身具利用を位置づけるうえで重要な情報を提供するものと期待できる。24年度は大学内のプロジェクトの関係でトルコ共和国のイスタンブル大学におよそ1年間滞在することができた。イスタンブルでは資料調査を中心とした研究活動を行い、自身が研究対象としている新石器時代の諸遺跡から出土した資料を実見する機会を得ることができた。ここには様々な国から様々な領域の専門家が訪れ、彼らとの意見交換は自身の研究にとって大きな刺激となった。もちろん大学の教授陣や学生たちとも議論をすることにより、研究を進めるうえで多様な視点があり得ることを知ることができ、非常に良い経験をすることができた。夏期には23年度から継続しているバットマン県のハッサンケイフ・ホユック遺跡の調査に参加した。23年度は初年度ということもあり全体像を確認するにとどまった部分が大きかったが、24年度の調査では1.1万年前の集落がどのように構成されていたのかという具体的な部分まで知ることができた。定住を始めたばかりの彼らは住居を非常に重要なものとして捉えており、多くの遺体が住居の床下に埋められていた。とある大型円形住居からは7体の遺体が壁に沿って円形に配置されており、そのうち2体には2000点を超えるビーズなど非常に豪奢な副葬品が伴っていた。この事例は住居が彼らの社会生活のなかで重要な役割を演じていることを示唆しており、多様な産地からもたらされた副葬品によって特定の死者が飾られていたことは当時の社会のあり方を特徴付けている。またトルコに身を置いていることを利用してトルコ国内各地へ積極的にフィールドワークにもでかけ、交易活動の証拠となる遠隔地の貝や岩石を拾い集めることも併行して行った。また人類史のなかでもさらに巨視的な視点にたった考察も、定住や交易といった出来事を理解するうえでは重要である。そこで24年度には様々な遺跡から得られたデータと自身で発掘している遺跡の資料をあわせて整理し、現生人類とネアンデルタール人の比較も視野に入れたうえでの考察を行った。その結果、社会における象徴的思考のあり方が時間軸にそって大きく変遷している様子を描くことができた。

そういう意味では未だに社会の経済的側面が重要視されることが多いものの、より象徴的側面などにも目を向けるべきだという指摘を行うことができた。今年度はハッサンケイフ・ホユック遺跡から見つかった埋葬人骨資料とそれに伴う装身具などの副葬品の意味について主に研究を行い、国際シンポジウムにて口頭発表を行った。今年度も継続してトルコ共和国バットマン県ハッサンケイフ・ホユック遺跡での発掘調査に参加した。ここでは約1.1万年前の集落の痕跡が確認されており、初期の定住狩猟採集民がここに居住していたと考えられている。今年度の調査でも埋葬人骨が多く見つかり、これまで見つかった人骨は総計100体を数えるまでになった。埋葬人骨は当時の定住の度合いの高さを示すだけでなく、人々の死生観や儀礼のあり方を示唆する重要な資料である。今年度の調査で得られた成果を元に、第二回国際ウルスダム考古学シンポジウムにて口頭発表を行った。シンポジウムでは周辺の諸遺跡の最新の動向を知ることができ、研究上とても有意義なものであった。今回発表した研究では、新石器時代の人々の副葬行為のあり方に焦点をあてた。埋葬の方法は人々の象徴的思考能力を考えるうえで重要な要素であるが、これが遺跡ごとに大きく違っていることを指摘した。石器の製作技術や住居の構造といった従来の研究では社会間の同質性が強調されることが多かったが、今回の最新のデータを元にした研究によって、むしろ儀礼などの分野では個々の社会が独自の発展を遂げていたと考えるべきだとの結論を得た。現在はこの研究を論文にするための作業を行っている。また遺跡の発掘調査の報告書作成作業も並行して行っている。平成23年度には学会発表1本のほかに論文を2本発表したものの、それらは本来の定住性と交易というテーマに直接迫るものではなく、これから研究を進めていくうえでの基盤を構築するためのものであった。フィールドワークや資料渉猟を通して装身具研究のもつ射程の広さを再確認でき、自身の研究の方向性が見えてきたので、その経験を活かして今後の研究に繋げること企図している。私の研究の目的は、人類史における定住と交易のインパクトを考察することである。定住活動についてはその初現の様子をよく示している遺跡を調査する機会に恵まれて研究が進展している。一方で交易活動に関しては、当時のその活動のあり方を示唆する資料が欠落していたり、資料の解釈に困難な部分が多いためにいささか難航している。交易活動の実態を捉える方法論の構築が急務となる。平成23年度の研究活動によって、日本国内で行うことのできる資料渉猟はほぼ完了した。したがって24年度はこれまで培った視点や考え方を基盤とし、実際の資料や現場に触れるべき期間であると捉えている。申請者はこのような考えのもとに1年間の海外調査を計画している。調査先は西アジア新石器時代研究が非常に盛んなイスタンブル大学である。ここは多くの情報や人材や資料が集まる場であり、イスタンブルには欧州諸国の研究機関もあることから、ここで経験を積むことで今後の研究がさらに加速することが大いに期待される。アナトリア産の石材に関する情報も多大な蓄積があり、装身具の原産地といった視点からも分析が可能となり、当時の交易の実態にも迫ることができるようになるであろう。
パーソナリティの力動的構成要素としての「テーマ」の特質に関する検討

本研究では、「個人がさまざまな状況で示す首尾一貫した行動パターンをもたらす原因のひとつとなる目標の総合体に個人によって与えられたラベル」としての「パーソナル・テーマ」に焦点をあわせ、大学生340名および20代から60代の成人1000名を対象とする調査を行った。結果からテーマ内容の分類と世代別の比較を行ったところ、学生では個人志向的・向上的なテーマを重視する傾向が強いのに対し、2030代では愛情や人間関係志向が強くなり、40代以降になると目標追求志向が増加する一方で平穏さを求める傾向も高まることなどが示された。またテーマ特質に関する分析から、テーマの実現可能性や周囲からの支援の認知などにも、テーマ内容による相違や世代差が認められることが明らかになった。さらにパーソナリティのプロセス・モデル(堀毛、1994)に基づいて、人生充実感(we-being)や将来への期待を主要な目的変数にとり、テーマ内容や特質を中心に、パーソナリティ特性(Big Five)、行動調整方略、問題解決戦略、社会的スキルなど相互関連性をパス解析により分析し、モデルの予測的妥当性の検討を行った。その結果、充実感や満足感については、外向性、誠実性、テーマの実現可能性、印象管理方略、主張戦略、表出スキルなどが主要な規定因となり、期待感については同調性、開放性、テーマへのこだわり、自己帰属性、強調戦略などが規定因となることが明らかになった。こうした結果は、行動の個人差を理解する上で、これらの諸変数を用いた予測が有効な手だてとなり得ることを示すものと解釈された。最後に大学生被験者20名に、テーマ等の自分に関する分析結果を参照させながら過去から将来までの自分の人生について自己物語(self narrative)を行わせ、テーマと諸変数の関連について日常語で語られたデータや画像資料を収集し、画像データベース処理システムによりモデルをサポートする資料作りを行い成果を得た。
ミトコンドリアのｆｉｓｓｏｎ・ｆｕｓｉｏｎが神経障害性疼痛に及ぼす影響の検討

ミトコンドリアの分裂は神経細胞の構造と機能の維持に重要である。HIVに関連した神経障害性疼痛のメカニズムは、ほとんど解明されていない。今回の研究によりHIVに関連した神経障害性疼痛の病態発生にミトコンドリアの分裂が重要な役割を担っていることを示した。本研究のデータより、HIV蛋白のgp120によって引き起こされた神経障害性疼痛においてミトコンドリアの分裂を抑制することで疼痛が軽減されることが明らかとなった。このことは、HIV患者の慢性疼痛を治療する新しいアプローチの確証となる。本研究では広く神経障害性疼痛の研究分野で用いられている絞扼性神経損傷モデルを用いることとしていたが、機械刺激性アロディニアと温熱性痛覚過敏反応のデータが安定しない為、HIV関連神経障害性疼痛モデルを用いる事とした。Von Freyフィラメントを用いた疼痛閾値評価では疼痛群で機械的閾値が有意に上昇し、コントロール群で有意に減少した。ミトコンドリアのFissionを触媒するタンパクであるDrp-1の発現を脊髄後角を検体として調査した。Drp-1を発現させる為に必要なmーRNAに相補的に結合してmーRNAの作用を無力化するアンチセンスオリゴヌクレオチドを脊髄くも膜下から挿入したカテーテルから投与し、ウエスタンブロット法によりDrp-1の発現を定量評価した。疼痛群ではDrp-1は減少し治療群(アンチセンス投与群)ではDrp-1の発現は有意に増加した。これらの知見は、極めて興味深いものである。これらの知見を米国麻酔科学会で報告し、有意義な質疑応答をする事が出来た。現在、免疫染色法による予備実験を施行中である。また、ウエスタンブロット法を用いて、疼痛関連物質の発現を評価しそれらのpathwayを解明することが今後の課題である。当初は初年度に免疫染色の予備実験を行う予定であったが、実験施設の新装に伴いウエスタンブロット法を先に行うこととしたが、全体としては概ね順調に進展していると考えられる。神経障害性疼痛は、難治性の疼痛であり様々な治療が試みられているが有効な方法は確立されていない。本疾患のメカニズムを分子生物学的に解明し有効な治療法を究明することが求められる。ミトコンドリアが抗レトロウイルス薬により発症する神経障害性疼痛に関与するとの報告を受け、脊髄後角における2次ニューロンの細胞内メカニズムのひとつであるミトコンドリアのFission(分裂)に着目した。ミトコンドリアがFissionを繰り返しその個体数を増加し活性酸素の産生を増大させることで神経障害性疼痛が生じると考えられている。本研究の目的は、Fissionを触媒するタンパクであるDrp1(dynamin-related protein 1)をアンチセンス法にて抑制し、機械的疼痛域値、脊髄後角のDrp1活性、活性酸素の産生を調査することである。HIVのエンベロープタンパクであるgp120(glycoprotein 120)をラット坐骨神経に導入し、疼痛モデル標本を作製した。機械的疼痛域値はVon Freyフィラメントを用いたup-and-down法、Drp1活性はウエスタンブロット法、活性酸素の陽性細胞数は特異的マーカーであるMitoSOX redを用いた免疫染色法で調査した。gp120疼痛モデル群では、機械的疼痛域値の低下、Drp1活性と活性酸素の増加が認められたが、アンチセンス法を用いた治療群では、疼痛域値は上昇し、Drp1と活性酸素は減少した。結論として、gp120を用いた疼痛モデルラットにおいてDrp1を抑制するアンチセン法を用いた遺伝子導入により、脊髄後角ミトコンドリアのFissionが抑制され、HIV関連神経障害性疼痛が減弱することを示した。アンチセンスDrp1をクモ膜下に投与する遺伝子治療は、HIV患者の神経障害性疼痛の治療に有用である可能性が示唆された。免疫染色法の方の予備実験を行い、神経の可塑性に関与すると考えられているpC/EBPβやpCREBの脊髄後角における発現を調査していくこととする。麻酔科・疼痛管理当初の計画より本研究は2年間で行うことを予定している。初年度は、概ね予定通りの成果を得ることができた。研究機器等の新たな購入の必要がないが、消耗品、学会発表、論文作成に必要な経費は次年度も必要な経費である。抗体、ピペット等の消耗品、ラットの購入、学会への渡航費、英文校正料。
日本の学部・大学院教育における新たな司法看護教育体系の創造

海外の司法看護教育の歴史は浅く、卒後教育で、性被害者支援、暴力、児童虐待、矯正看護教育が行われている。日本の看護教員、刑務所の刑務官、看護師への調査から、看護学生への教育の必要性が示された。司法看護教育は一般の看護師になる基礎看護教育、特に学部教育レベルで行う必要がある。司法看護の対象は患者(被害者・加害者)、被害者及び加害者の家族となり、暴力や虐待の存在する場所で必要とされる。暴力や虐待のない環境は特殊な環境であり、ジェネラリストを目指す一般の看護師、看護学生は司法看護の基本を学んでおく必要がある。司法看護教育のカリキュラムを作成するにあたって、学部、大学院教育の試案を作成した。本研究の目的は、1.日本の司法看護教育の実態を明らかにし、2.海外の司法看護教育を調査し、日本での司法看護教育の位置づけの検討を行い、3.刑務所での調査と伴わせて、学部教育、大学院教育での新たな司法看護教育体系を構築することである。平成25年度は、日本の看護系大学・大学院で司法看護教育の実態調査を行う計画であったが、看護教員へのグループインタビューならびに病院看護師の実態調査に計画を変更し、平成26年度に実施することになった。本年度は、司法看護ならび司法看護教育の定義の明確化を図った。平成25年10月21日10月25日、アメリカのカリフォルニア州で開催された国際司法看護学会に参加し、Duquesne University等のパンフレットや最新の司法看護の教科書を入手した。学会でアメリカ、イギリスなど海外で行われている司法看護教育の実状について情報を収集し、アメリカの司法看護教育は学部と博士課程(Ph.D)では発展途上であること、イギリスでは矯正看護教育は行われているが、司法看護教育は十分実施されていないことが分かった。しかし、アメリカを中心に病院の司法看護師やSANE(性暴力被害者支援看護職)の活動実績は積み重ねられており、被害者の危険をアセスメントするツールや証拠採取方法について学会見聞録としてまとめ、雑誌に掲載された。刑務所を訪問し、刑務官に実施したヒアリング調査結果から、看護師に対する矯正看護の教育が十分でないことが分かった。平成26年度は、目的の2のために、司法看護教育に関する海外の動向を調査するため、海外の文献調査を行い、司法看護教育の歴史的変遷と共に、海外においても十分な司法看護教育がなされるようになってきたのは最近のことであり、学部教育は途上にあり、卒後教育を中心とした教育がなされ、内容的には性被害者支援はもちろんのこと、暴力、児童虐待、矯正看護などの教育の必要性が明らかになり、日本における司法看護教育の必要性が再確認できた。なお、平成25年度の海外調査活動の報告を学術誌アディクション看護に投稿し、掲載された。目的1のために、日本の看護系大学・大学院の看護教員へのグループインタビューを3か所で行い、20名のインタビュー結果を分析し、投稿準備中である。また、「司法看護にとっての加害者とは」というテーマ討論会を開催し、収録データをまとめ、アディクション看護に投稿した。医学書院の看護教育に「フォレンジック看護学(Forensic Nursing)への期待と展望」が掲載された。目的3のために刑務所を訪問し、勤務する看護師に実施したヒアリング調査結果から、看護師に対する矯正看護の教育が十分でなく、看護学生への教育の必要性があることが分かった。平成26年11月29日、日本看護科学学会で「米国・日本における司法看護教育の実践ー日本の大学・大学院での司法看護教育を考える」という内容での交流集会を開催し、参加した看護教員と討論を行った。目的は、1.日本の司法看護教育の実態を明らかにし、2.海外の司法看護教育を調査し、日本での司法看護教育の位置づけの検討を行い、3.刑務所での調査と伴わせて、学部教育、大学院教育での新たな司法看護教育体系を構築することである。平成25年度に、司法看護ならび司法看護教育の定義の明確化を図った。国際司法看護学会に参加し、海外の司法看護教育の情報を収集し、学術誌に投稿した。刑務所で刑務官の調査を行い、矯正看護教育が不十分で、看護の視点が持ちにくい現状が分かった。平成26年度は海外の文献調査を行い、海外でも司法看護教育が行われたのは最近のことであり、卒後教育が中心であり、性被害者支援、暴力、児童虐待、矯正看護などの教育の必要性が明らかになり、日本における司法看護教育の必要性が再確認できた。日本の看護系大学・大学院の看護教員へのグループインタビューを行った。「司法看護にとっての加害者とは」のテーマ討論会を開催し、収録データをまとめた。刑務所で、勤務看護師にヒアリング調査をし、矯正看護の教育が十分でなく、看護学生への教育の必要性が示された。日本看護科学学会で交流集会を開催し、参加した看護教員と討論を行った。平成27年度は、研究代表者は、司法看護教育に関する海外の文献調査により、司法看護、司法看護教育に関する学会報告を日本看護学教育学会第25回学術集会で行った。その結果を基にした、総説論文は投稿準備中である。刑務所に勤務する看護師、刑務官等からのインタビューは2カ所の刑務所で行い、その結果については分析途中であり、平成28年度に発表を予定している。

研究分担者3名は質的研究の分析により、日本の司法看護教育の実態を明らかし、「日本の学部・大学院教育でフォレンジック看護をどう教えるか」というテーマで、司法看護教育担当経験者を中心とした討論会を行い、日本の司法看護教育の方向性を示した。海外の司法看護教育の歴史は浅く、卒後教育で、性被害者支援、暴力、児童虐待、矯正看護教育が行われている。日本の看護教員、刑務所の刑務官、看護師への調査から、看護学生への教育の必要性が示された。司法看護教育は一般の看護師になる基礎看護教育、特に学部教育レベルで行う必要がある。司法看護の対象は患者(被害者・加害者)、被害者及び加害者の家族となり、暴力や虐待の存在する場所で必要とされる。暴力や虐待のない環境は特殊な環境であり、ジェネラリストを目指す一般の看護師、看護学生は司法看護の基本を学んでおく必要がある。司法看護教育のカリキュラムを作成するにあたって、学部、大学院教育の試案を作成した。現在、グループインタビュー結果を分析中ではあるが、看護教育の雑誌にフォレンジック看護教育に関する論文が掲載され、看護系学術誌に投稿中である(目的1)。司法看護教育に関する海外の文献調査により、海外においても近年まで十分な司法看護教育がなされず、卒後教育を中心とした教育がなされ、性被害者支援、暴力、児童虐待、矯正看護などの教育の必要性が明らかになり、日本における司法看護教育の必要性を再確認できた。また、平成25年度に参加した国際司法看護学会での海外の司法看護教育の実状を把握した内容の一部が看護学会誌に掲載された(目的2)。また、刑務所勤務の看護師からのインタビュー調査により、看護師に対する矯正看護の教育が十分でなく、看護学生への教育の必要性があることが分かった(目的3)。以上より、平成26年度は目的1と目的2、目的3はある程度達成できたといえるため、おおむね順調に進展しているとした。精神看護学、家族看護学平成27年度は、研究代表者は、司法看護教育に関する海外の文献調査により、司法看護、司法看護教育に関する学会報告を日本看護学教育学会第25回学術集会で行うと共に、総説論文をまとめ、刑務所に勤務する看護師等からのインタビューを行い、矯正看護に関する看護教育のあり方を検討する。研究分担者3名は、日本で求められる司法看護教育のあり方を明確にするため、行った質的研究の分析を行うことにより、日本の司法看護教育の実態を明らかにすると共に、「日本の学部・大学院教育でフォレンジック看護をどう教えるか」というテーマで研究代表者も含め、司法看護教育担当経験者を中心とした討論会を行い、日本の司法看護教育の方向性を明らかにする。研究代表者と研究分担者の調査結果と併せて、最終目標である学部教育、大学院教育での新たな司法看護教育体系に基づく、カリキュラム案も含む看護教育内容をまとめ、ホームページ等で成果を発信する。平成25年度は、国際司法看護学会に参加し、海外の司法看護教育の実状を把握した内容の一部が雑誌に掲載された(目的2)。また、刑務官へのヒアリング調査を行い、矯正看護教育が十分でなく看護の視点が持ちにくい現状が分かった(目的3)。
体細胞系列の選択的な発生をもたらすエピブラストの領域化と転写制御ネットワーク

胚のエピブラストの領域化が、多様な体細胞系列が発生する最初のステップである。次の4つの課題を中心として、胚の領域化とそれに依存した体細胞前駆体の発生の制御について研究した。【課題1】エピブラストに領域性を与える制御機構。この研究課題の一環として、頭部領域の決定に主要な役割を果たすOTX2の作用について研究した。ニワトリ胚全体でOTX2を発現すると、神経系や沿軸中胚葉の後部伸長が抑制された。これらの組織の後部伸長の前段階として、エピブラスト細胞の後部に向かっての移動がおきるが、OTX2はその後部移動を阻害している(それによって頭部組織の前駆体を確保している)可能性が示された。エピブラストから神経系前駆体が生み出された時点ですでに領域性を獲得する機構についても研究を進めた。【課題2】転写因子SOX2の発現制御とSOX2の作用。Sox2遺伝子を、神経系原基全体で発現させる機能を持つD1エンハンサーの制御について研究した。その結果、D1エンハンサーの活性化には、SOX2とZIC2の共同的な作用が関与することが予想された。これは課題3にも関係する重要な研究成果である。【課題3】ZIC転写因子群の、エピブラストの領域化ならびに体細胞系列決定への関与。マウス胚を用いた発生ステージを限定したZIC1/2/3の3因子のノックアウト、ニワトリ胚における遺伝子操作を用いて研究を進めたが、課題4との関わりもあり、エピブラスト幹細胞をこの研究課題にも活用するのが良いと判断した。【課題4】Nodeと原条がエピブラストの中で形成される機構。前年度の研究を発展させて、エピブラスト幹細胞の集塊を、Wntシグナルを阻害した条件下でMatrigelのなかで培養すると、Nodeや中内胚葉の性質を持った細胞群が出現することを確認した。またその条件下では、細胞集団のなかでのZIC3の発現が低下することを見出した。ニワトリ胚の操作による神経系形成の研究と、エピブラスト幹細胞由来の神経幹細胞株を用いた研究結果を統合すると、次のような結論が得られつつある。エピブラストから直接に生ずる神経系の前駆体が、最初から領域性を伴っているのは、エピブラストの中にあらかじめ生じているWntシグナルの強度に依存した領域性の反映であろう。また、マウス胚の遺伝子操作、ニワトリ胚の遺伝子操作、エピブラスト幹細胞の培養遺伝子の操作などの異なったアプローチをもとにした研究を統合すると、ZIC転写因子が「神経系か非神経系か」という細胞運命の制御に大きく関わっていること、Wntシグナルが低い条件下で、さらにZIC因子が下がることがNodeや原腸陥入に依存した中内胚葉形成の条件となっていることなどが強く示唆されている。このように、多様な実験的なアプローチを統合することによって、エピブラスト段階の領域化と、次の段階の体細胞前駆体の発生の制御の各々について、最も基盤となる機構が明らかになろうとしている。本研究の後半の2年間は、かなり的を絞って研究を推進することができる状況にある。これからは、まず、エピブラスト幹細胞や、それから派生した体細胞の前駆体を活用して、遺伝子操作と培養操作(細胞間相互作用とシグナルの操作)等を組み合わせた研究をすすめる。そして、遺伝子発現プロファイル等の詳細な解析を行う。そのうえで、それらの解析からもたらされる結論(モデル)を、マウス胚やニワトリ胚を用いて検証してゆく方針である。次の課題を中心として研究した:【課題1】体の頭部、頸部、体幹部の3領域の成立機構。【課題2】転写因子Sox2の制御制御と作用。【課題3】Zic転写因子群の作用。【課題4】Nodeと原条を形成するプロセスの解析。次の研究実績を得た:【課題1】mCherry標識ウズラ胚NodeをGFP標識したニワトリ胚に異所移植し、二次的な胚構造が発生するまでのプロセスを追跡した。Nodeを前部エピブラスト領域に移植した場合に限って、二次的な頭部構造が発生した。その際には、Nodeが直接的に作用するのではなく、Nodeから発生したAME (anterior mesendoderm)が、ニワトリ(宿主)胚のAMEと分け合う形で、ニワトリ胚エピブラストの頭部前駆体をその周りに集めて2箇所に頭部構造を作らせることがわかった。【課題2】中枢神経系を成立させる転写因子Sox2の遺伝子のエンハンサーの中で、D1は例外的に広い領域特性をもつ。D1エンハンサーのDNA配列のなかで、Sox因子とPou因子の結合配列を持つコア領域がD1エンハンサーの特異性を決めていた。一方、感覚プラコードのSox2エンハンサーは、Sox-Sall4の転写因子ペアで活性化されていた。Sox2は内胚葉の領域化にもかかわり、内胚葉でSox2遺伝子を失活させたマウス胚では、食道の上皮・間充織のいずれもが、気管に変化した。【課題3】Zic転写因子群は、転写因子Gata4などを介して、心臓の前駆体の成立を制御していた。Zic因子の異所発現によって心臓の形成が抑制された。【課題4】初期胚ではNodeと原条は転写因子FoxA2の発現で特徴付けられる。FoxA2とともにGFPを発現するエピブラスト幹細胞株を3次元培養するとともにシグナル因子を操作して、GFPを発現する(Nodeあるいは原条の)細胞集団を得ることができるようになった。

4つの研究課題のそれぞれについて、研究が着実に進捗した。特に【課題1】の研究成果は大きい。【課題1】の研究成果によって、これまで古典的なオーガナイザーと見なされてきたNodeの発生過程への関与の仕方についての見解に大きな修正を求めることになった。Nodeの移植位置によって効果が大きく異なること、NodeそのものではなくAMEが作用のもとであること、NodeやAMEが頭部前駆体を新たに生成させているのではなく、それらの異所移植は単に新たな細胞集合場所を作っているに過ぎないことが明らかになった。【課題2】については、内胚葉の領域化にSox2が重要で、Sox2が内胚葉に「食道」という性質を与えていることが明らかになった。さらにSox2の活性を失った食道の上皮が気管化するだけでなく、上皮とともにそれを取り巻く間充織もまた気管の性質に変わることが示された。このこともまた、「上皮の性質は周囲の間充織が決める」という一般的な見解に修正を求めるものである。神経系の成立のプロセスでは、最初頭部(N2エンハンサーによる)と体幹部(N1エンハンサーによる)に分けてSox2遺伝子が活性化されるが、それに続いてエンハンサーD1が活性化される。D1がSoxとPou因子を結合して活性化されると考えられることから、両因子の相互作用が中枢神経系前駆体細胞の一般的な性質の基盤となっていると予想される。【課題3】の研究から、Zic因子がもつ心臓前駆外の抑制機能が明らかになった。Zic因子群の作用については、条件的ノックアウトマウス胚の活用も準備しているが、遺伝子間の機能重複を克服する3重変異体を作製するまでには交配のステップが多く、ようやく多重ノックアウト胚が得られるようになった。【課題4】の研究成果によって、培養条件下で、Nodeや原条の細胞をエピブラスト幹細胞から発生させることができるようになった。胚のエピブラストの領域化が、多様な体細胞系列が発生する最初のステップである。次の4つの課題を中心として、胚の領域化とそれに依存した体細胞前駆体の発生の制御について研究した。【課題1】エピブラストに領域性を与える制御機構。この研究課題の一環として、頭部領域の決定に主要な役割を果たすOTX2の作用について研究した。ニワトリ胚全体でOTX2を発現すると、神経系や沿軸中胚葉の後部伸長が抑制された。これらの組織の後部伸長の前段階として、エピブラスト細胞の後部に向かっての移動がおきるが、OTX2はその後部移動を阻害している(それによって頭部組織の前駆体を確保している)可能性が示された。エピブラストから神経系前駆体が生み出された時点ですでに領域性を獲得する機構についても研究を進めた。【課題2】転写因子SOX2の発現制御とSOX2の作用。Sox2遺伝子を、神経系原基全体で発現させる機能を持つD1エンハンサーの制御について研究した。その結果、D1エンハンサーの活性化には、SOX2とZIC2の共同的な作用が関与することが予想された。これは課題3にも関係する重要な研究成果である。【課題3】ZIC転写因子群の、エピブラストの領域化ならびに体細胞系列決定への関与。
植物二次代謝におけるナフタレン骨格形成の分子機構

植物二次代謝産物のナフタレン環形成機構を解明することを目標として、ナフトキノン系二次代謝産物であるシコニン誘導体を生産するムラサキ細胞培養系をモデルとし、ナフトキノン骨格形成に関すると思われる生合成酵素遺伝子の有力候補をカタログ化する研究アプローチをとった。シコニン生産が暗黒下に特異的である性質を利用してPCRセレクト・サブトラクション法を行い、暗黒下特異的に発現している約240クローンのリストを得た。その中からナフタレン骨格形成に関与する可能性の高い候補クローンを数種選び出し、発現の高いものから逐次全長cDNAを単離、異種間発現系を用いて組み換えタンパク質の作製を行った。それら組み換えタンパク質をシコニンのナフタレン環形成予想中間体と反応させ基質とするかどうかを網羅的に調べ、反応経路を決定することを試みた。候補遺伝子の中で本年度は、その発現パターンが最もシコニン生産とリンクしていたpolyphenoloxidase(PPO)のcDNA、LePPO1に関して優先的に進め、まずは大腸菌発現系を用いて組み換えタンパク質を発現させた。一般的にPPOの基質とされる数種の化合物を用いて酵素活性を測定したところ、hydroquinoneを基質とする可能性が示唆された。しかしながらタンパク質の発現量は十分とは言えず、今後シコニンの予想中間体と反応させるにはむしろバキュロウイルスの系に移すのが適当と考え、昆虫細胞Sf9を用いて発現を試みた。その結果、組み換えLePPO1タンパク質の大量発現に成功した。また別の候補遺伝子であるberberine bridge enzyme様遺伝子であるLeFLO1、P450であるgeraniol 10-hydroxylaseと類似したLeG10H1の全長cDNAの単離に成功し、それぞれ昆虫細胞発現系を用いて、いずれの組換えタンパク質も十分に発現させることができた。以上のように、シコニン生合成経路と生産調節に関する知見を総合し、ナフタレン環形成に関与すると考えられる最有力候補、3種類の全タンパク質の発現に成功し、ナフタレン環形成経路を決定するための基盤固めの研究を行った。
ナノブロック輸送・配置の学術・技術基盤構築

本研究では、ナノブロックの輸送と配置についての科学・技術基盤確立のため、ナノ粒子の輸送、基板配置、堆積について研究を行い以下の成果を得た。(1)局所電位構造を用いて、ナノ粒子を自由に配置できることを明らかにした。(2)世界で初めてナノ粒子成長初期を2次元で評価可能にした。(3)超低誘電率層間絶縁膜実現にブレークスルーとなるナノ粒子堆積膜を振幅変調パルス放電で実現した。(4)基板バイアス印加によるナノ粒子堆積制御を実現した(5)微細構造へのナノ粒子堆積形状制御の実現に振幅変調パルス放電が有効である事を明らかにした。本研究では,プラズマを用いてナノブロックの3次元構造体の作製と配置を実現する工場を構築するため,その要素技術であるナノブロックの輸送と配置についての科学・技術基盤を確立することを目的としている。具体的には,ナノブロックとしてナノ粒子を用い,ナノ粒子がプラズマ中で帯電することを利用して,その収束ビームとビーム走査を実現するとともに,プラズマ異方性製膜を応用し,ナノ粒子の大量輸送と基板平面上の微細構造への自由な配置を実現する。今年度は,ナノ粒子配置制御について,局所的な電位構造を形成して3次元輸送を試みた。実験では,容量結合高周波放電装置を用いた。接地電極に長さの異なる2つの突起物を設置して,局所的な電位構造を形成した。振幅変調パルス放電では,変調中に最も長い突起物へ集中する方向へとナノクラスターが3次元的に高速輸送されるのに対して,無変調パルス放電では突起物の有無によらず接地電極方向へ低速で輸送された。また,2つの突起物が同じ長さの場合,中心より遠い位置に設置した突起物ヘナノ粒子が高速輸送された。これらの結果は,振幅変調パルス放電と電極形状の工夫を組み合わせることにより,プラズマ中で発生したナノ粒子を任意の場所に輸送して自由な配置を実現することが可能であることを示している。また,ナノ粒子輸送に対する放電電極サイズの効果をしらべた。前述した直径10mmの場合に比べて,直径20mmの場合,ナノ粒子の高速輸送は観測されなかった。この結果から,ナノ粒子の高速輸送はイオン効力が重要なパラメータであることを示しており,パルス変調放電によるイオン抗力はナノクラスターの3次元輸送を高速でON,OFFできることから,ナノクラスターの輸送制御に有効であることを明らかにした。本研究では、プラズマを用いてナノブロックの3次元構造体の作製と配置を実現する工場を構築するため、その要素技術であるナノブロックの輸送と配置についての科学・技術基盤を確立することを目的としている。具体的には、ナノブロックとしてナノ粒子を用い、ナノ粒子がプラズマ中で帯電することを利用して、その収束ビームとビーム走査を実現するとともに、プラズマ異方性製膜を応用し、ナノ粒子の大量輸送と基板平面上の微細構造への自由な配置を実現する。今年度は、ナノ粒子輸送について、2次元フォトンカウンティングレーザー散乱法を用いてして、ナノ粒子の2次元その場計測法を開発した。また、ナノ粒子の配置制御について、イオン抗力を利用してナノ粒子を基板上に輸送して、膜堆積し、空孔率と機械的強度について計測した。実験では、容量結合型高周波放電装置を用いた。2次元フォトンカウンティングレーザー散乱法では、電極に平行にシート状レーザーを導入して90度散乱光を2次元光電子増倍管で計測した。パルス放電でサイズが数nmのナノ粒子を生成して、放電後、放電電極から接地電極に向けてナノ粒子が輸送していることを計測することに成功した。次に、振幅変調パルス放電を用いて、接地電極に配置した基板ヘナノ粒子を高速輸送することで、輸送中のナノ粒子成長を抑制してナノ粒子含有膜を作製し、空孔率を4%から60%まで制御することに成功した。また作製した膜はヤング率10Gの高い機械的強度を有しながら比誘電率2以下の超低誘電率を示した。今年度は、ナノ粒子の輸送と基板への配置の制御について研究を行った。まず、水素プラズマとカーボン壁の相互作用で発生した1ミクロン以下のナノ粒子を5つの基板へ同時に-80Vから+20Vの範囲で違うバイアス電圧を印加して、粒子の基板へのフラックス量を測定したところ、4x10^4m^<-2>s^<-1>から4x10^6m^<-2>s^<-1>へ増加した。

この結果は基板への局所的なバイアスにより、ナノ粒子の輸送を局所的に制御できることを示している。次に、ナノ粒子の基板表面での付着確率を明らかにするため、振幅変調放電を用いて、ナノ粒子をトレンチ基板へと高速輸送し、堆積形状を測定した。振幅変調あり・なしの場合のトレンチ上面と底面の膜圧費のアスペクト比依存性を計測した。振幅変調なしと比べると振幅変調ありが、膜厚比が大きい。膜厚比から推定した付着確率は振幅変調ありの場合の付着確率が変調なしに比べて大きく、かつアスペクト比の増加とともに、付着確率が減少する傾向にあった。本来付着係数はアスペクト比に依存しない。ナノ粒子が電場やイオン抗力の影響を受けたためにみかけの付着係数が影響をけたことが考えられる。この結果は、振幅変調を用いることで、微細構造へのナノ粒子の輸送制御が可能であることを示唆している。