hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
人工媒質を用いた小型平面アンテナの最適設計に関する研究

携帯電話及び無線LANに代表される無線通信の利用では,需要の増加に伴い,通信速度の高速化及び伝送量の大容量化が求められている.通信におけるアンテナの役割は大きく,さらなる広帯域化,小型化及び軽量化に対する研究が盛んに行われている.近年,独創的な発想と微細加工技術の進歩により,自然界に存在しない電磁気的特性を持つ媒質を作製できるようになった.本研究では,平面アンテナの特性に大きな影響を与える基板材料に,人工媒質の1つである負屈折率媒質(Negative refractive index material)を導入し,アンテナの小型化かつ高性能化を目指してこのアンテナの特性の解析及び最適設計問題について検討を行った.具体的には,以下の項目について解析・検討を行った.1.負屈折率媒質を用いた場合に電磁波用デバイスに与える影響を検討するために,人工媒質の1つであるキラル媒質と組み合わせた偏波変換フィルタの設計を行い,その結果を国際会議で発表すると共に,その成果を電子情報通信学会に投稿中である.2.FDTD法(Finite-Difference Time-Domain method)に基づく3次元シミュレーションプログラムを作成し,負屈折率媒質を基板に用いたマイクロストリップアンテナの各種放射特性を計算した.その結果,・基板として利用するのに十分な特性が得られた.・通常の誘電体基板を用いたアンテナと比較した結果,従来のアンテナとは異なり,共振周波数をほぼ変化させることなく,小型化が可能であることが示された.これらの結果は,国際会議,国内での会議及び研究会にて発表された.3.アンテナの形状及び大きさの構造,負屈折率媒質の媒質定数を変化させて数値的検討を行い,構造や媒質定数とアンテナの放射特性を関係づける実験式の導出を試みた.これを利用し,「2.」に挙げた研究成果につながる数値結果が得られた.人工媒質を用いた新しいアンテナの最適設計に関する研究を行う前段階として.解析手法の確立及び人工媒質が電磁波に与える影響を中心に研究を行い,成果をあげることができた.また,人工媒質を組み合わせたアンテナの解析では,この媒質を用いた際の基本的な特性が明らかになった.最初に,負屈折率媒質(negative refractive index of material)及びキラル媒質(chiral media)と電磁波との相互作用について,偏波変換フィルタの設計問題を通じて検討した.遺伝的アルゴリズム(Genetic Algorithm)を適用し,これらの媒質を組み合わせた偏波変換フィルタの最適設計問題を行った.その結果,これらの媒質を組み合わせることによって,偏波変換フィルタが実現できることが明らかになった.また,負屈折率媒質を用いることによって,フィルタの透過及び反射特性を制御できることがわかった.次に,2次元負屈折率媒質の時間領域での解析をFDTD(Finite-Difference Time-Domain)法を適用して行い,均質な負屈折率媒質に電磁波を入射した際の影響について研究を進めた.任意の断面形状を持つ2次元負屈折率スラブを例に取り,これらに線波源から電磁波を入射した場合の電磁波の透過及び散乱問題について数値的検討を行った.その結果,一定の条件を満たせば,これらのスラブは断面形状に関わらず,電磁波用レンズとして動作することが明らかになった.更に,負屈折率媒質を組み合わせたマイクロストリップアンテナについて検討を行った.人工媒質に対応可能な3次元FDTD法を新たに開発し,この媒質を基板材料に持つアンテナの数値計算を行った結果,従来の誘電体基板を持つアンテナに比較して,より広帯域で利用可能であることがわかった.また,放射特性も,無指向性に近いことが明らかになった.携帯電話及び無線LANに代表される無線通信の利用では,需要の増加に伴い,通信速度の高速化及び伝送量の大容量化が求められている.通信におけるアンテナの役割は大きく,さらなる広帯域化,小型化及び軽量化に対する研究が盛んに行われている.近年,独創的な発想と微細加工技術の進歩により,自然界に存在しない電磁気的特性を持つ媒質を作製できるようになった.本研究では,平面アンテナの特性に大きな影響を与える基板材料に,人工媒質の1つである負屈折率媒質(Negative refractive index material)を導入し,アンテナの小型化かつ高性能化を目指してこのアンテナの特性の解析及び最適設計問題について検討を行った.具体的には,以下の項目について解析・検討を行った.1.負屈折率媒質を用いた場合に電磁波用デバイスに与える影響を検討するために,人工媒質の1つであるキラル媒質と組み合わせた偏波変換フィルタの設計を行い,その結果を国際会議で発表すると共に,その成果を電子情報通信学会に投稿中である.2.FDTD法(Finite-Difference Time-Domain method)に基づく3次元シミュレーションプログラムを作成し,負屈折率媒質を基板に用いたマイクロストリップアンテナの各種放射特性を計算した.その結果,・基板として利用するのに十分な特性が得られた.・通常の誘電体基板を用いたアンテナと比較した結果,従来のアンテナとは異なり,共振周波数をほぼ変化させることなく,小型化が可能であることが示された.これらの結果は,国際会議,国内での会議及び研究会にて発表された.3.アンテナの形状及び大きさの構造,負屈折率媒質の媒質定数を変化させて数値的検討を行い,構造や媒質定数とアンテナの放射特性を関係づける実験式の導出を試みた.これを利用し,「2.」に挙げた研究成果につながる数値結果が得られた.
トポロジカル超伝導体・超流動体のエッジ状態についての解析的理論研究

Eilenberger方程式を解くことで、トポロジカル超伝導体・超流動体のエッジ状態を明らかにした。トポロジカル超流動体である超流動ヘリウム3-A相のエッジ流が境界条件に強く依存することを明らかにし、クーパー対による角運動量とエッジ流に直接的な関係がないことを示した。また、トポロジカル超伝導体であるUPt3とPrOs4Sb12のエッジ状態において、ポイントノードに起因するフェルミアークが形成されることを明らかにした。微視的理論に基づくGor'kov方程式に準古典近似を行うことで得られる準古典グリーン関数の従うEilenberger方程式を解くことで、トポロジカル超伝導体・超流動体のエッジ状態を明らかにした。超流動ヘリウム3B相のエッジ状態について、Mathematicaを用いて解析的な理論計算を行い、エッジに束縛された準粒子が形成するマヨラナコーンの性質とマヨラナフェルミオンによって運ばれるエッジスピンカレントの性質を明らかにした。トポロジカルな性質の異なる超流動ヘリウム3A相とA相、B相とB相、A相とB相の界面におけるエッジ状態についても、解析計算と数値計算を組み合わせた研究を行った。その結果、特にA相とA相の界面ではクーパー対による巨視的角運動量とは逆向きにエッジマスカレントが流れることを明らかにし、巨視的角運動量とエッジカレントが独立であることを示した。また、A相とB相の界面でトポロジカルフェルミアークが形成されることも明らかにした。しかし、A相とB相の界面はエネルギー的に安定ではないので、次年度はA相とB相の境界が安定に存在するB相の量子渦についての研究へと発展させる予定である。サイクリックd波超伝導が実現している可能性のあるPrOs4Sb12を念頭におき、サイクリックd波のエッジ状態についての数値計算による研究を行った。その結果、エッジ状態にトポロジカルフェルミアークが存在し、エッジカレントの流れるトポロジカル超伝導体であることが明らかになった。1.重い電子系超伝導体UPt3のB相がトポロジカル超伝導体としての性質を示すことを明らかにした。エッジ状態に束縛された準粒子の分散関係を解析計算により導出することで、束縛された準粒子がマヨラナフェルミオンでありフェルミエネルギーを横切る線形分散を持つことを示した。このため、エッジでのみ超伝導ギャップ内にトポロジカルフェルミアークとして有限な準粒子状態密度が現れる。マヨラナフェルミオンの性質から、このトポロジカルフェルミアークは特定方向の磁場に対してのみ消失する異方的な磁場応答を示すので、磁場中のトンネル分光でのゼロバイアス伝導率の現象としてマヨラナフェルミオンを観測可能であることを提案した。2.トポロジカルなカイラル超流動体である超流動ヘリウム3-A相のカイラルドメインにおける質量流の向きが、クーパー対の角運動量から期待される向きとは逆向きになる昨年度明らかにした現象について詳細な解析を行った。その結果、カイラルドメインウォールに束縛された準粒子が有限な運動量を持つときにフェルミエネルギーを横切るため、エッジ状態によって運動量が運ばれるスペクトラルフローと呼ばれる現象が、質量流の向きの逆転の原因であることが明らかとなった。3.超流動ヘリウム3-A相のカイラリティが不純物による準粒子散乱の異方性として観測されることを示した。実際に超流動ヘリウム3-A相中に入射した電子が異方的な散乱を受けることが観測され、カイラリティが初めて直接観測されたと言える。カイラリティの存在はトポロジカル超流動体であることの決定的な証拠となる。計画当初は念頭になかった超伝導体PrOs4Sb12のエッジ状態を研究し、トポロジカル超伝導体である可能性を指摘できたことは計画以上の進展であると言える。25年度が最終年度であるため、記入しない。トポロジカルに性質の異なる超流動ヘリウム3のA相とB相の界面におけるエッジ状態に関して、今年度は単純なドメインウォールについての研究を行った。しかし、A相とB相は安定となる温度、圧力が異なるため、ドメインウォールは安定な構造ではなく、実験により制御するのは難しい。そこで、A相とB相の界面が安定に存在するB相の量子渦に注目する。高温、高圧下のB相の量子渦では渦芯がA相成分で埋められる渦が実現しており、量子渦まわりに安定なA相とB相の界面が存在する。この界面におけるエッジ状態を明らかにする。重い電子系超伝導体UPt3がトポロジカル超伝導体である可能性についても研究を進める。UPt3で有力視されているギャップ関数のスピン状態はヘリカル構造であり超流動ヘリウム3のB相と同じである。一方でフェルミ面の北極と南極にポイントノードが存在することはA相と同じである。

そのため、A相とB相の特徴を併せ持ったエッジ状態が実現することが期待できる。超流動ヘリウム3のエッジ状態に存在していることが知られているマヨラナフェルミオン、トポロジカルフェルミアークに注目して研究を進める。25年度が最終年度であるため、記入しない。
固体高分子膜におけるwater transportの基礎的研究

2年間の研究期間のうち、H13年度は(1)加湿条件と単セルの特性との関係(2)単セルへの加湿水蒸気の精密測定法の確立を行い、H14年度は(1)Electroosmosis効果の文献調査(2)Water transport実験とその解析を行った.H13年度の成果としては両極のうち片方あるいは両方を無加湿とした場合のセル特性の安定限界を理論的予測と比較して良い一致を見たことと凝縮法による水蒸気量の精密測定法を確立したことである.H14年度は前年度の成果を受けて本格的に水の移動問題に取り組み、以下の成果を得た.(l)electroosmosis現象およびそのelectroosmosis coefficientの評価についてはすでにZawodzinskiらによって研究されている。彼らは水に浸漬した状態での測定からプロトン1個あたりの水分子の数を14と評価するとともに水の蒸気にさらした場合には2.5という数値を得ている。しかしこれらの値は実際のPEFCの動作条件とは異なっており、現実の動作環境のもとでの評価が重要と考えられる。また、上記の著者らによる実験データをベースにした表式が作られそれが広く用いられていることから、より正確な評価が必要である。(2)高性能加湿器を用いてPEFCの単セルを用いてDC電源を印加した場合としない場合、さらにカソード側にドライ窒素ガスを入れる場合、加湿窒素ガスを入れる場合、など条件を変えて測定した。実験の過程において水の収支が大きくズレルことなどの問題に遭遇したりもしたが実験装置の改良で改善することができた。実験結果の数値を用いた計算によればnetのelectroosmosis coefficientは0.21(セル温度80°C、加湿温度70°C、電流密度0.5A/cm2,)が得られた。現在、さらに解析を進めてnetの水の移動量からelectroosmosis coefficientとback diffusionの大きさを分離すること、さらに実際の動作条件下でこれらの物性がどのように変わるかについて解析を進めている。これらの結果によって実用化が進められているPEFCの特性シミュレーションに貴重な知見を提供できる。成果については研究期間内には学術雑誌に投稿するにはいたらなかったが上記解析を進めて早急に投稿する予定である。H13年度はつぎの2項目の研究を行った.(1)加湿条件と単セルの特性との関係(2)単セルへの加湿水蒸気量の精密定量測定法の確立、(1)については実用上、加湿に係わるシステムの煩雑さ,消費エネルギー量の削減といった要求を考慮し,(A)アノード、カソード共に加湿を行なわない場合、(B)アノードのみ加湿する場合、(C)カソードのみ加湿する場合、の3つのケースについてセル温度及び加湿温度を変えて特性の変化を調べた.その結果、(A),(B),(C)のそれぞれの条件で運転可能なセル温度及び加湿温度条件を明らかにすることが出来た.さらに単セルへの水分のin/out及びセル内の反応生成水を考慮した水の収支を考え,安定な運転可能な条件領域を明らかにし、実験結果がほぼ安定領域の閾値にあることを示すことが出来た.(2)については単セルの流入,流出するガス中の水分の測定は湿度計,露点計が用いられてきた.

従来のこれらの計器は便利ではあるがガス流量や長時間安定性,較正のどの点で問題があった.そこで本研究ではまず加湿方式全般について見直し,一般的に用いられている加湿器の構造及び凝縮方式による水分定量分析を試みた.通常の加湿器構造では気相空間での温度のふらつきと凝縮が起こっていることを見出し,その改良方式を考案した.さらに凝縮については広範なガス流量範囲に対して凝縮水量を連続的に精密秤量できる装置を製作し,その基本性能を確認した.現在、これらの改良加湿器及び凝縮システムを単セルに適用してelectro-osmosisの測定を行いつつある.H14年度はつぎの2項目の研究を行った.(1)Electroosmosis効果の文献調査(1)electroosmosis現象およびそのelectroosmosis coefficientの評価についてはすでにZawodzinskiらによって研究されている。彼らは水に浸漬した状態での測定からプロトン1個あたりの水分子の数を14と評価するとともにが一定水蒸気圧にさらした場合には0.2という数値を得ている。しかしこれらの値は実際のPEFCの動作条件とは異なっており、現実の動作環境のもとでの評価が重要と考えられる。また、上記の著者らによる実験データをベースにした表式が作られそれが広く用いられていることから、より正確な評価が重要である。(2)前年度の結果を受けて高性能加湿器を用いてPEFCの単セルを用いてDC電源を印加した場合としない場合、さらにカソード側にドライ窒素ガスを入れる場合、加湿窒素ガスを入れる場合、など条件を変えて測定した。実験の過程において水のバランスが大きくズレルことなどの問題に遭遇したりもしたが実験装置の改良で改善することができた。実験結果の数値を用いた計算によればnetのelectroosmosis coefficientは0,21(セル温度80°C、加湿温度70°C、電流密度0.5A/cm2,)が得られた。現在、さらに解析を進めてnetのelectroosmosis coefficientからelectroosmosis coefficientとback difuusionの大きさを分離すること、さらに実際の動作条件下でこれらの物性がどのように変わるかについて解析を進めている。成果については研究期間内には学術雑誌に投稿するにはいたらなかったが上記解析を進めて早急に投稿する予定である。
Cdc7キナーゼの減数分裂過程における機能の解析

出芽酵母Cdc7キナーゼのホモログである分裂酵母Hsk1タンパク質は、体細胞増殖においてS期の開始と進行に必須なタンパク質であり、そのキナーゼ活性は制御サブユニットであるDfp1/Him1タンパク質により制御されている。hsk1温度感受性変異株(hsk1-89)二倍体株を窒素源飢餓により減数分裂過程へ誘導したところ、一核のままで停止していた。さらに詳細な解析を行うためpat1(ts)の株において温度シフトにより誘導される減数分裂過程を、hsk1-89変異株で検討したところ、野生型に比べて、減数分裂前DNA複製の開始と進行に遅れが生じ、一核のまま停止していた。また、減数分裂期組み換えに先立って形成されるDNA二重鎖切断(DSB)が観察されなかった。組み換えhotspotであるade6-M26部位におけるDNA二重鎖切断も観察されなかった。DSBは遅延したDNA複製が完了した後も観察されないので、複製との共役とは独立にDSB形成が,Hsk1により制御される可能性が示唆された。通常、減数分裂前DNA複製の間にリン酸化され、第一減数分裂期に消失するCdc2のTyr15のリン酸化は、hsk1-89では消失せず維持されたままであった。減数分裂期におけるhsk1-89のこれらの欠損は、チェックポイント関連遺伝子であるcds1およびchk1遺伝子を不活性化しても相補されず、唯一、hsk1^+cDNAを増産した時のみ相補された。一方、減数分裂期特異的に誘導される組み換え遺伝子rec6,7,8,12の発現およびhorsetail movementに関しては正常であった。さらに、ade6-M26部位においてDNA二重鎖切断に先立って起こるクロマチンの構造変換がhsk1-89では誘導されなかった。以上の結果は、Hsk1キナーゼが、減数分裂期DNA複製のみならず、減数分裂期組み換え過程にクロマチンリモデリングの制御を介して関与する可能性を示唆する。Hsk1-Him1の機能を遺伝学的に解析するためにhsk1の温度感受性変異株(hsk1-89)を単離し解析した結果、Hsk1タンパク質はS期の開始に必須な機能を担うと共に複製チェックポイント経路を制御すること、S期における姉妹染色分体の接着を制御することを見い出した。さらにhsk1温度感受性変異株の二倍体株を減数分裂に誘導したところ胞子形成の異常が生じ、その活性制御サブユニットであるhim1の変異株においても同様の胞子形成異常を示した。そこで、体細胞分裂と同様にDNA複製を経て進行する減数分裂過程におけるHsk1タンパク質の機能を明らかにするために、一倍体で同調的に減数分裂過程への誘導が可能なpat1(ts)変異株との二重変異株、pat1(ts)hsk1-89(ts)を作製した。この変異株を窒素源枯渇の後、32°Cへの温度シフトにより減数分裂過程へ誘導したところ、減数分裂前DNA複製に遅れが生じた。さらに、減数分裂前DNA複製に続いて行われる遺伝子組み換えの開始のDNA二重鎖切断(DSBs)が形成されず、一核のまま胞子形成がみられなかった。減数分裂前DNA複製の間にリン酸化され、減数分裂の開始とともに脱リン酸化されるCdc2のTyr-15のリン酸化はpat1(ts) hsk1-98(ts)株ではずっと維持されたままであった。(これらのdefectは、hsk1遺伝子をプラスミドで導入し、大量発現することにより全て相補することができ、胞子形成能も回復した。)以上の結果は、Hsk1キナーゼの機能が減数分裂前DNA複製および組み換えに重要な役割を果たすことを示すと同時にHsk1キナーゼの活性低下による複製阻害がチェックポイント制御機構を誘導し、Cdc2の不活性化を通じて細胞分裂を停止する可能性を示唆する。現在、Hsk1キナーゼが組み換え過程を直接制御するのか、hsk1変異体において組み換えは複製阻害の結果もたらされるチェックポイント機構の一環として阻害されているのかについて検討している。

通常、減数分裂前DNA複製の間にリン酸化され、第一減数分裂期に消失するCdc2のTyr15のリン酸化は、hsk1-89では消失せず維持されたままであった。減数分裂期におけるhsk1-89のこれらの欠損は、チェックポイント関連遺伝子であるcds1およびchk1遺伝子を不活性化しても相補されず、唯一、hsk1^+cDNAを増産した時のみ相補された。一方、減数分裂期特異的に誘導される組み換え遺伝子rec6,7,8,12の発現およびhorsetail movementに関しては正常であった。さらに、ade6-M26部位においてDNA二重鎖切断に先立って起こるクロマチンの構造変換がhsk1-89では誘導されなかった。以上の結果は、Hsk1キナーゼが、減数分裂期DNA複製のみならず、減数分裂期組み換え過程にクロマチンリモデリングの制御を介して関与する可能性を示唆する。
極微紫外光検出用ＺｎＯアバランシェフォトダイオードの開発

本研究では微弱な紫外線(UV)検出が可能なUV検出器の実用化を目指し、ZnO系酸化物半導体を受光部としたアバランシェフォトダイオード開発を行った。ラジカルソース分子線エピタキシー装置でMgxZn1-xO薄膜をZnO基板のZn面上に成膜し、MgとZnの組成比制御を行うことでバンドギャップを3.8 eV4.5 eVの範囲で制御した。また、これらのMgxZn1-xO薄膜を使用してショットキーフォトダイオードを作製した結果、逆バイアス電圧を印加することでアバランシェ増倍動作により波長280nm以下での感度向上を確認した。本研究では微弱な紫外線を検出可能なアバランシェフォトダイオード開発を目標とし、Pt/MgZnOショットキーフォトダイオードの研究を進めている。平成25年度はアバランシェ増幅動作の確認を最優先事項とするため、ZnO基板にPt薄膜をショットキー電極として直接形成したPt/n-ZnOショットキーフォトダイオードにおける逆方向電流電圧特性の改善実験を重点的に実施した。実験では、これまで問題となっていた逆方向のソフトブレークダウンを抑制するために、SiO2薄膜をフィールド酸化膜として使用したフィールドプレート構造素子の作製プロセスを開発し、素子を試作するとともに特性を評価した。その結果、ショットキー電極端への電界集中が抑制されたことでソフトブレークダウンが低減し、逆方向耐圧が-200 V以上で明瞭なブレークダウン特性を持つ素子の作製に成功した。次に、ラジカルソース分子線エピタキシー(RS-MBE)装置により、MgZnO薄膜のバンドギャップ制御実験を行った結果、バンドギャップが3.4 eVから5.0 eVのMgZnO薄膜を成膜することが出来た。しかしMgの組成比再現性が悪く、素子作製に使用したMgZnO薄膜はバンドギャップが大きすぎたためか絶縁膜となってしまい、Pt薄膜を成膜しても整流特性が得られなかった。今後、Mg組成比再現性を改善するためRS-MBE装置を改良して成膜条件の最適化実験を行うとともに、Pt/MgZnOショットキーフォトダイオード試作を行い、アバランシェ増幅特性を評価する予定である。木材や石油などが燃焼した際に発生する火炎からは、紫外線から赤外線まで様々な波長の電磁波が放射される。この中でも特に紫外線を検出することで、太陽光や照明などの背景光に誤動作せずに、炎を検出可能であることが知られている。しかし、一般に炎から発生する紫外線は微弱で背景光は強いため、光センサで光学的に炎を検出するためには、紫外線感度が高く可視光や赤外線に対する感度が低いことが求められる。本研究では、ラジカルソース分子線エピタキシー(RS-MBE)装置によりバンドギャップ制御したMgZnO薄膜をZnO単結晶基板上に成膜し、半透明Ptショットキー電極を形成することで、感度波長範囲の制御が可能で、微弱な紫外線を検出可能な半導体式紫外線センサの開発を目標としている。平成24年度は、RS-MBE装置によるZnO薄膜のホモエピタキシャル成長技術開発と、ZnO薄膜を使用したショットキーフォトダイオードの試作と特性評価を実施した。その結果、成膜用基板としてc面にオフ角を有するZnO基板を使用し、成膜時の基板温度を900°Cとすることで、表面粗さ(Rms)が1.2 nmと平坦で、フォトルミネッセンス特性も良好なZnO薄膜の成膜に成功した。しかし、このZnO薄膜を使用して作製したPt/ZnOショットキーフォトダイオードは、整流特性はあるが逆方向電流が大きく、電流感度も0.05 A/Wと低感度であった。原因として、ZnO薄膜の成膜技術が不十分で結晶欠陥が多いことがあげられ、ホモエピタキシャルZnO薄膜とZnO基板の界面での再結合も懸念されるため、今後、ZnO基板の表面処理を再検討し、成膜条件の最適化実験と、ショットキーフォトダイオード作製プロセスの見直しを行う予定である。本研究では、ラジカルソース分子線エピタキシー(RS-MBE)装置でMgxZn1-xO薄膜のバンドギャップ制御と結晶性改善のための成膜条件を探索するとともに、極微弱紫外光検出を目指してPt/MgxZn1-xO/n-ZnOショットキーフォトダイオードを試作し、アバランシェ増倍特性を評価した。RS-MBEによるMgxZn1-xO成膜実験では、基板としてc-ZnO基板を使用し、MgとZnのKセル温度と基板温度を主なパラメータとし、分光光度計による反射スペクトルとカソードルミネッセンス装置による励起子発光スペクトルを測定することでバンドギャップ評価を行った。

その結果、3.8 eVから4.5 eVの範囲でバンドギャップを制御することが出来た。また結晶性についてはX線回折装置を使用して評価し、MgxZn1-xO薄膜の(0002)ロッキングカーブの半値幅が30 arcsec程度の薄膜を成膜することが可能となった。Pt/MgxZn1-xO/n-ZnOショットキーフォトダイオード試作においては、n+-ZnO基板の+c面上にバンドギャップ4.5 eVのMgxZn1-xO薄膜を成膜し、さらに逆バイアス時のソフトブレークダウンを抑制するためSiO2薄膜を使用したフィールドプレート構造を適用して素子を試作した。その結果、本研究においてこれまでMgxZn1-xO薄膜をスパッタ法で成膜して試作した素子は、結晶欠陥が多く逆バイアス電圧も印加できなかったため電流感度は最大で0.015 A/W (波長220 nm)だったのに対し、RS-MBE装置でMgxZn1-xO薄膜を成膜して作製した素子は、逆バイアス電圧-20 Vを印加することでアバランシェ増倍が発生し電流感度は0.72 A/W (波長280 nm)となり、従来に比較し約50倍の高感度化を達成した。半導体デバイス(1)フィールドプレート構造を適用したPt/n-ZnO-subショットキーフォトダイオード試作一般にショットキーダイオードでは、電極端への電界集中によるリーク電流を抑制するため、SiO2を絶縁膜としたフィールドプレート構造を適用する。通常、SiO2はバッファードHF(BHF)でエッチングするが、ZnOはBHFに溶解する為パターニングが困難である。またドライエッチングでは、プラズマ照射を受けたZnOに欠陥が発生し低抵抗化してしまう問題がある。本研究ではBHFによるエッチング条件探索を行うと共に、エッチピットの少ないZnO基板を使用することでこの問題を回避した。その結果、ソフトブレークダウンが抑制され逆方向耐圧が最大で約-200Vと高い素子の作製に成功した。また、これらの素子のアバランシェ特性を評価した結果、得られた増倍率は200から300であった。本研究で使用しているRS-MBE装置にはフラックスモニタが装備されているが、背景真空度が10-7Pa台とあまり高くない上Mgのフラックス量が少ない為、Mgのフラックス量を正確に測定・制御することが困難である。よって本実験では各原料のフラックス量をKセル温度のみで制御したが、組成比再現性が悪く時として数十%以上ばらつくケースがあった。このような問題があったためMgZnO薄膜を使用した素子作製を数多く行うことが出来ず、素子特性が得られなかった。以上のことから、Pt/ZnO構造素子によるアバランシェ増幅動作の確認は出来たが、MgZnO薄膜を使用したショットキーフォトダイオード作製ができなかったため、区分(3)とした。エピタキシャル成長用ZnO単結晶基板を使用し、ZnO薄膜の成膜実験を行った。また、同バッチでサファイア基板上にも成膜することで、成膜パラメータに対する特性変化の傾向を評価した。成膜パラメータは、ZnのKセル温度と基板温度を主なパラメータとした。その結果、ホール移動度が高く、表面粗さが平坦で結晶性が良い薄膜が成膜できる条件では、抵抗率が0.1Ω・cm台の低い薄膜となることが判明した。XPSで組成分析を行ったところ、AlやCなど、XPSレベルで分かる程度の多量の不純物は検出されなかった。よって、微量の不純物混入や、酸素欠損や格子間亜鉛などに起因するドナー性欠陥が原因であると推定した。
医療的ケアを必要とする小児に対する熟練訪問看護師の技

本研究の目的は、医療的ケア児に対する訪問看護師の日常の看護について、日々の経験の中で得られた実践知を明らかにすることである。小児の訪問看護経験が豊かな熟練訪問看護師を対象に、面接調査と同行訪問による調査を実施した。その結果、病態生理の知識を基に自分の五感を通して、子どもが表現している身体状況を、ケアを通じて得ていた。また、ケアで得られる効果の評価を繰り返しながら身体機能の安定を図っていた。家族が楽しみにしている子どもの反応を大切に見守りながら、必要なケアのタイミングを図るなど、子どもや家族との相互作用の中で、感覚を通して得られた情報をケアに生かし、家族の思いを重視した実践知があった。医療的ケアを必要とする小児と家族が安心して地域で生活するためには、一人ひとりに応じた日常生活を支えることが必要である。特に小児は、日々成長・発達を遂げているので、その小児にとって生活の一部である医療的ケアを適切に実施し、子どもの体調を整えながら成長・発達を促すことが小児の訪問看護において重要である。しかし、健康状態や日常生活は個々によって違い個別性が高いため、日々の訪問看護の中で経験を積み重ねながら適した看護を実践していることが考えられる。そこで本研究の目的は、医療的ケアを必要とする小児に対し、熟練訪問看護師の経験に裏付けされた日常の看護について、主観的・客観的データを統合して明らかにするものである。初年度は研究着手のための準備として、小児訪問看護や経験知に関する文献及び医療的ケアを必要とする小児の看護について資料を集め内容を検討した。文献をもとにインタビューガイドを作成し、研究者が所属する大学の倫理審査委員会に研究計画書を提出し承認を得た。また、関連する学会や研修会に参加し、小児の在宅ケアに関わっている職種(看護師・医師・理学療法士・介護士・相談支援専門員等)と情報交換を行い、訪問看護を受けている子どもと家族の状況とケアの実際についての理解や関係者とのつながりを深めた。医療的ケアを必要とする小児の訪問看護を数年間実施している訪問看護ステーションの責任者に、研究について説明し研究協力に関して現在調整中である。本研究の目的は、医療的ケアを必要とする小児に対し、在宅生活を支える訪問看護師の日常の看護について、日々の経験の積み重ねの中で得られたコツや知恵・工夫などの実践知を明らかにすることである。小児の訪問看護経験が豊かな熟練訪問看護師を対象に、面接調査と同行訪問実施による調査によって得られたデータを統合し明らかにする。平成27年度は、訪問看護師の看護実践を調査するにあたり、活動の背景となる障害者総合支援法や児童福祉法などによる、医療的ケアを必要とする小児の地域生活を支える支援体制や実際のサービスの流れについて知るために関連する学会や研修会に参加し、関連職種(小児科医、訪問看護師、病院看護師、理学療法士、介護士、相談支援専門員、養護教諭)と情報交換を行い、小児と家族の現状について理解を深めた。また予備調査として、小児の訪問看護を実践している訪問看護ステーションの管理者から具体的な看護内容について情報を得るとともに、面接調査や同行調査に関する方法や内容について意見を得、面接調査におけるインタビューガイドの内容を修正し、同行訪問実施による調査内容とあわせて、共同研究者間で確認した。医療的ケアを必要とする小児の訪問看護を実施している訪問看護ステーションに研究について説明し研究協力を得た。また研究対象者を増やすためフィールドの開拓を行い、複数の訪問看護ステーションから研究協力についての承諾を得た。平成27年度の研究実施計画の具体的内容は、1)小児の訪問看護を実施している訪問看護ステーションに研究協力の依頼をし承諾を得ること、2)施設責任者より推薦された熟練訪問看護師を対象に面接調査及び訪問看護に同行し参加観察調査を実施することを計画していた。実際には、訪問看護ステーションから研究に関する承諾を得ることができ、研究対象者となる熟練訪問看護師を推薦していただいた。しかし、研究対象者を増やすためにフィールドの開拓に時間を要したことと、対象者との日程調整がつかなかったことにより、遅れが生じてしまった。本研究の目的は、医療的ケア児に対し在宅生活を支える訪問看護師の日常の看護について、日々の経験の中で得られたコツや知恵・工夫などの実践知を明らかにすることである。小児の訪問看護経験が豊かな熟練訪問看護師を対象に面接調査と同行訪問による調査を実施した。その結果、面接調査による対象者は9名で、小児看護の平均経験年数は16.4年、小児訪問看護の平均経験年数は10.1年であった。同行訪問調査による対象者は8名で、小児看護の平均経験年数は12.7年、小児訪問看護の平均経験年数は7.0年であった。訪問看護同行による訪問先の協力者となった子どものうち、医療的ケアを必要とする子どもは10名であった。気管切開、人工呼吸器、酸素療法、吸引、経管栄養などを必要としていた。熟練訪問看護師の日常のケアによる実践知として、呼吸状態を触診で確かめながらケアを調整し呼吸の安定を図るなど、病態生理の知識を基にし自分の五感を通して、子どもが表現している身体状況をケアを通じて得ていた。さらに、家族が嬉しいと感じる子どもの反応に対する思いを大切に見守り、日常の活動状況や子どもが過ごしたいように過ごせているかという、身体状況と生活のバランスを重視していた。子どもの体調が変化した時は、母親の見方や気づきに敬意を払い見守るとともに、子どもの体調と母親の不安に対する早期解消に向けた対処が行われていた。

医療的ケア児に対する熟練訪問看護師の日常のケアには、子どもや家族との相互作用の中で、感覚を通して得られた情報をケアに生かし、家族の思いを重視した看護の積み重ねにより得られた実践知があった。本研究の目的は、医療的ケア児に対する訪問看護師の日常の看護について、日々の経験の中で得られた実践知を明らかにすることである。小児の訪問看護経験が豊かな熟練訪問看護師を対象に、面接調査と同行訪問による調査を実施した。その結果、病態生理の知識を基に自分の五感を通して、子どもが表現している身体状況を、ケアを通じて得ていた。また、ケアで得られる効果の評価を繰り返しながら身体機能の安定を図っていた。家族が楽しみにしている子どもの反応を大切に見守りながら、必要なケアのタイミングを図るなど、子どもや家族との相互作用の中で、感覚を通して得られた情報をケアに生かし、家族の思いを重視した実践知があった。初年度は研究準備のための文献や情報収集を主として行い、研究計画も倫理審査委員会の承認を得ることができ、ほぼ予定通りではある。しかし県内の訪問看護師を対象に調査を開始する予定だったが、訪問看護ステーションと調整中であり、調査開始に至っていない。今後は、研究協力施設責任者より推薦された熟練訪問看護師を対象に面接調査を実施する。また同行訪問による参加観察調査を行い、看護師と振り返りながら経験を言語化していく。データ収集とともに、研究協力者間でのデータ分析も並行して進め、実践知について明らかにしていく。小児看護学研究目的は、医療的ケアを必要とする小児に対し、熟練訪問看護師の経験に裏付けされた日常の看護について明らかにすることであり、「医療的ケア」「小児の生活」「小児の成長・発達」の3つの側面について調査を行う。小児の訪問看護を実施している訪問看護ステーションに研究協力の依頼をし承諾を得る。施設責任者より推薦された熟練訪問看護師を対象に、面接調査を実施する。また、訪問看護の実践の場に同席する参加観察を行い、面接調査では言語化されなかった看護の実際を顕在化し、看護師とともに振返りながら経験を言語化していく。平成27年度に面接調査及び参加観察調査を計画していたが、新規研究協力施設の開拓に時間を要したことと、研究対象者と調査日程の調整がつかなかったことから、調査のための旅費及び研究対象者への謝金が残金として生じた。平成26年度に面接調査及び参加観察調査を計画していたが実施に至らなかったため、研究対象者や協力者に対する謝金や調査に関連した残金である。調査のための旅費と研究対象者への謝金、ICレコーダーのデータの文字化、研究会議の国内旅費、データ整理のための文具や書籍の購入を予定している。平成26年度に生じた残金と次年度請求研究費と合わせて、調査や打ち合わせのための旅費、研究対象者と協力者への謝金、データ入力や処理のための費用、データ保存や通信のための費用等として使用する。
MRIによる核整列固体ヘリウム3の磁区構造と磁区成長ダイナミクスの研究

超低温度核磁気共鳴映像法(ULT-MRI)を行うことのできる実験装置として、冷凍設備およびMRIシステムを、昨年度に引き続き改良を進めた。本年度はファセット面が出ている固液共存状態の固体ヘリウム3の単結晶を加圧し、融解圧より高い圧力下で結晶成長させた際の、ファセット面の成長速度に関する実験を行った。一昨年度より行ってきた、固体ヘリウム3のU2D2相とCNAF相の2相間の一次相転移に関する実験は以下のような結論を得た。磁場を急激に変化させることで準安定状態を作り出し,その後安定相に転移していく時間発展は2段階からなる。1段階目は準安定相の体積比が指数関数的に減衰するが,これは核生成過程が支配していることを示唆している.さらに,核生成で発生した安定相の塊がある大きさまで限定された成長をすると考えることにより,1段階目で転移する安定相の体積比の測定結果を説明できた.準安定相の体積比の減衰するレートを解析することにより,この核生成がMQTによるものであり,核生成サイトはヘテロジニアスなものであることが分かった.サイトの空間分布については,開発した超低温MRIにより測定し,結晶全体に渉って存在していることが分かった.また,核生成レートが転移の向きによらず同程度の大きさであることから,どちら向きの転移でも同じように働くサイトであることがいえる.以上の条件を満たす核生成サイトの可能性として,結晶中に多数存在する線状欠陥に結びついた磁気的面欠陥を考えている,なぜなら,このような磁気的面欠陥はある相にとっては磁気秩序構造を乱すのだが,もう一方の相の磁気秩序構造に類似している為,核生成サイトとして働くからである.2段階目については,MRI画像による安定相の空間分布の時間発展を測定した結果,固液界面を通して液体へ熱を放出(吸収)している固体内の熱輸送過程が支配的であることが得られた.超低温度核磁気共鳴映像法(MRI)を行うことのできる実験装置として、冷凍設備およびMRIシステムを完成させた。測定の安定度の向上、高速化、高解像度化という点で以前の実験装置よりも大きく進歩した。また、NMRの共鳴周波数を広範囲に変化させることも可能にしたため、任意の磁場でのU2D2相の測定を行うことができるようになった。これにより、核整列固体ヘリウム3の磁気秩序相であるU2D2相における多磁区構造の起源、およびそこからの磁区成長のダイナミクスを解明するという目的にむけての実験装置が準備できた。このような実験装置の進歩により、U2D2相と擬強磁性をしめす高磁場相(HFP)との2相間で磁場を行き来させたときの1次相転移における安定相の時間発展を測定することができた。この時間発展は指数関数型の発展を示しており、核生成過程に支配されている過程を測定していると示唆される。またMRIによると、核生成された安定相は結晶内部のうち、結晶と共存している液体ヘリウム3との界面側に偏在しており、時間経過により内部に向かって安定相が成長している様子がわかった。また、このとき有為な温度勾配が結晶内部に存在することが測定された。これは相転移に伴う潜熱の影響であると考えられ、このような結晶内部の熱の流れも考慮してデータ解析している段階である。本年度は特に測定の高速化、測定データの複数の1次元投影像から3次元画像を得るための画像再構成計算処理、MRIに用いる超伝導磁石を室温部側から回転させる機構に改善を加えた。これらの改善により、固体ヘリウム3U2D2相の磁区ごとの3次元分布および各磁区の異方軸の向きの測定に成功した。ring-exchangeモデルに基づく計算では[110]面がもっとも安定な磁壁だとされているが、実験結果はこれと一致した。さらに、昨年度測定した、融解圧上の固体ヘリウム3の結晶において、反強磁性を示すU2D2相と擬強磁性をしめすCNAF相との2相間で外部磁場を動かすことで生じる1次相転移における、安定相の時間空間発展に関する研究を進めることができた。安定相の時間発展は2段階に分かれている。1段階目では準安定相の割合が指数関数的に減少していることから、まず核生成過程に支配される機構により安定相の種が結晶内の至る所に発生する。この種は成長するが、1次相転移に伴い種の周りの温度が変化する。この温度変化の向きは相転移の駆動力を打ち消す向きであるため、駆動力を失ったところで成長が止まってしまう。ここで1段階目が終了し、結晶全体に粒状に安定相が存在している。2段階目では、この温度変化を固液界面における共存する超流動B相への熱輸送で解消するため、固液界面側から安定相が成長するということが、MRIによるU2D2相の分布の時間発展の測定結果から分かった。現在は1段階目での核生成過程が何に起因するものかを調べるべく研究を進めている段階である。

一昨年度より行ってきた、固体ヘリウム3のU2D2相とCNAF相の2相間の一次相転移に関する実験は以下のような結論を得た。磁場を急激に変化させることで準安定状態を作り出し,その後安定相に転移していく時間発展は2段階からなる。1段階目は準安定相の体積比が指数関数的に減衰するが,これは核生成過程が支配していることを示唆している.さらに,核生成で発生した安定相の塊がある大きさまで限定された成長をすると考えることにより,1段階目で転移する安定相の体積比の測定結果を説明できた.準安定相の体積比の減衰するレートを解析することにより,この核生成がMQTによるものであり,核生成サイトはヘテロジニアスなものであることが分かった.サイトの空間分布については,開発した超低温MRIにより測定し,結晶全体に渉って存在していることが分かった.また,核生成レートが転移の向きによらず同程度の大きさであることから,どちら向きの転移でも同じように働くサイトであることがいえる.以上の条件を満たす核生成サイトの可能性として,結晶中に多数存在する線状欠陥に結びついた磁気的面欠陥を考えている,なぜなら,このような磁気的面欠陥はある相にとっては磁気秩序構造を乱すのだが,もう一方の相の磁気秩序構造に類似している為,核生成サイトとして働くからである.2段階目については,MRI画像による安定相の空間分布の時間発展を測定した結果,固液界面を通して液体へ熱を放出(吸収)している固体内の熱輸送過程が支配的であることが得られた.
SNARE仮説によるインスリンの分泌の分子機構の解明

膵ランゲルハンス氏島β細胞からのインスリン分泌過程は、他の多くの分泌細胞とは明らかに違った特徴、つまり膵β細胞では、栄養素、特にブドウ糖が、インスリン分泌の最大刺激因子であるという特徴を有している。一方、膵β細胞においても細胞内Ca^2の上昇が分泌の引き金として働くことから、基本的には、他の分泌細胞と同様な分泌分子機構を有していると考えられる。従って、本研究においては、膵β細胞の特殊性を解明し、インスリン分泌機構を明らかにすることに焦点を当て、その分子機構の解明を進めた。次に、私達はこの研究成果をふまえ、糖尿病の発症、進展機構、特にNIDDMの主因であるインスリン分泌不全機構の解明にも力を注いだ。以下に今回の研究成果の要点を箇条書きにして記す。1 Recombinant adenovirusを用い、intactisletsにおけるgene transduction系を確立した。2 Syntaxin 1A、SNAP-25の膵β細胞における発現、局在、ブドウ糖による合成制御構、インスリン分泌過程における機能を明らかにした。3 α-SNAPのグルコース刺激インスリン分泌過程における機能を明らかにし、更に、未成熟.、及び成熟インスリン分泌顆粒における機能をも解明した。4 t-SNAREsの発現が糖尿病動物膵β細胞において低下していることを見出し、これをrecombinant adenovirusを用いて正常レベルに回復させたところ、インスリン分泌不全の改善がみられた。膵β細胞からのインスリン分泌機構を分子レベルから理解することは細胞生物学的側面のみならず、糖尿病の成因解明のための医学的側面からも、極めて重要な課題であると考えられる。しかしながら極最近までそのほとんどの研究が、昔ながらの生理学的、薬理学的手法を用いたものであり、具体的なインスリン分泌分子機構に関してその詳細は明らかにされてはいなかった。遺伝子工学技術の急速な進歩は、膵β細胞のグルコースセンサーと考えられるGLUT2、Glucokinase等の遺伝子構造を明らかにすると共に、インスリン分泌と密接に関連しているイオンチャンネルとの連関をも明らかにするなど、インスリン分泌の分子機構も徐々にではあるが、その解明の糸口が見えてくるようになってきた。一方、近年、神経伝達物質の開口放出の分子機構の解明が急速に進み、特にシナプス小胞の細胞膜へのdocking、fusionを制御する種々の蛋白質が単離され、その機能が解明されてきた。神経細胞からのexocytosisと、内分泌細胞からのそれとを同一次元で論ずる事は出来ないが、両者の間には共通した分泌機構が存在すると考えられ、私達は神経細胞で単離された分子を指標として、膵β細胞におけるインスリン分泌顆粒の細胞膜への移送、及び細胞膜とのdocking/fusuin機構を、特にグルコース制御機構との関連から解明することを目的として研究を行った。本年度は、docking/fusionに関わる蛋白質として、α-SNAP、Syntaxin 1A/hpc-1に焦点をあて、これら蛋白質の膵β細胞における発現、及びその機能を解析した。特にこれら蛋白質のin vivoでの機能解析において、私達はadenovirusを用いた外来遺伝子の動物細胞への発現系を確立し、この方法により膵ラ氏島へ効率的に遺伝子を導入することが可能となり、その結果、正常膵β細胞における蛋白質機能解析が可能となった。α-SNAPは、膵β細胞からのインスリン分泌制御機構において促進因子として機能していた。更に、α-SNAPのmutant蛋白質を用いた検討から、α-SNAPの作用は主にSyntaxin 1Aとの結合を介して行われていることが明かとなった。一方、Syntaxin 1Aは、インスリン分泌制御機構において抑制的に働いており、又、Sucrose gradient法を用いた検討により、この蛋白質は、膵β細胞の形質膜のみならず、インスリン分泌顆粒にも存在し、機能していることが示唆された。α-SNAP(soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor attachment protein)は、小胞を介した細胞内蛋白質輸送機構において重要な役割を果たしている。

Rothmanらが提唱したSNARE仮説ではvesicle側のv-SNAREとtarget membrane側のt-SNAREとが結合することにより、docking/fusionの一連の反応が起こり、このSNARE複合体は、細胞質蛋白質であるα-SNAPtoNSFが結合することにより、最終的なfusionが引き起こされると考えられている。しかしながら、最近のyeastを用いたdataからは、α-SNAPやNSFは、vesicleのrecyclingにおいて必要であり、fusionには必須ではないとも言われており、SNARE関連蛋白質のdocking-fusion機構における機能は未だ明確ではない。本年度は、まずα-SNAPの膵β細胞からのインスリン開口放出における機能を明らかにし、更にSNARE蛋白質の発現・機能と、NIDDMにおけるインスリン分泌不全機構との関連について動物NIDDMモデルGK(Goto-Kakizaki)ラットを用いて検討した。α-SNAPをrecombinant adenovirusに組み込んだAdex CA α-SNAPを作製し、これを単離膵ラ氏島に感染させたところ、約0倍に蛋白質の発現が亢進しインスリン分泌もcontrolの約3050%増加した。一方、C末端欠失mutant α-SNAP( -285)を大量に発現させることにより、α-SNAPのdominant-negative効果を検討したところ、グルコース刺激インスリン分泌はcontrolの約半分以下に抑制され、α-SNAPがインスリン分泌顆粒のprimingにおいて重要な役割を果たしていることが示唆された。次に、私達は、NIDDMにおけるインスリン分泌不全とt-SNARE蛋白質、Syntaxin A、SNAP-25との関連を検討するため、GKラットにおけるこれら蛋白質の発現、機能について検討した。2週令GKラットの血糖値は約200mg/dl、単離膵ラ氏島からのインスリン分泌も正常ラットの約/3以下にまで低下していた。immunoblot、及びimmunohistochemistryを用いたstudyにてSyntaxin A、SNAP-25蛋白質の明かな発現低下が認められたが、α-SNAPの発現には変化がみられなかった。SNARE蛋白質の発現低下とインスリン分泌不全との関連を明らかにするためにrecombinant adenovirus Adex CA Synaxin A、及びAdex CA SNAP-25を作製し、これをGKラットより単離したラ氏島に感染させ、これら蛋白質レベルを正常域まで回復させ、インスリン分泌能を検討したところ、Syntaxin Aの回復では約30%、SNAP-25では、約200%インスリン分泌能が改善された。以上のことより、NIDDMno発症にはt-SNARE蛋白質の量的、質的変化が関与していることが示唆された。
糖質応答転写因子ChREBPをターゲットとした糖尿病性腎症の新規治療法の開発

1)ChREBP欠損糖尿病性腎症モデルマウスの作成・病態解析:CRISPR/Cas9システムにて新規ChREBP欠損マウスを作成した。2)ChoREルシフェラーゼレポータープラスミドのMES13細胞安定発現株の作成・HTS化:MES13 ChoRE-Luc細胞を作成し、同細胞株の高血糖刺激時のZ値が0.5を超え、HTS化に成功した。3)化合物ライブラリーのスクリーニング・構造最適化:上記細胞株を用いて東北大学化合物ライブラリーのHTSを施行したところ、13個のヒット化合物が得られた。4)リード化合物のIns-iNOS-TGマウスへの投与:現在、化合物の投与実験を遂行中である。本邦における糖尿病性腎症患者数は著増しているが、その有効な治療薬はARBのみと言っても過言ではなく、その新規創薬・治療法の開発は、国民の健康福利・医療経済の両面から喫緊の課題である。我々は糖尿病性腎症の創薬ターゲットとして糖質応答転写因子ChREBPに着目し、以下の検討を進めている。まず、新規ChREBP欠損マウスをCRISPR/Cas9システムにて作成し、徳島大学から東北大学に移送した。現在、交配のための戻し交配を行っており、それが終了した後に糖尿病性腎症モデルマウスであるRAGE/iNOSダブルトランスジェニック(TG)マウスとの交配を行い、糖尿病性腎症におけるChREBPの関与を明らかにすることを予定している。一方、新規創薬プロジェクトに関しては、ChoREルシフェラーゼレポータープラスミドのMES13細胞安定発現株の作成ならびに同細胞株を用いてのハイスループットスクリーニング(HTS)系の作成は終了した。さらに、来年度に予定していた東北大学化合物ライブラリー(5,861化合物)を用いてのHTSも完了した。現在、得られたヒット化合物に関して、東北大学薬学部と協議を行っているが、リード化合物への合成展開の後に同化合物を糖尿病性腎症モデルマウスであるRAGE/iNOSダブルTGマウスに投与して尿中アルブミン量ならびに腎病理組織像の検討を行うことにより、同化合物のin vivoでの薬効を確認する予定である。新規ChREBP欠損マウスの解析は途上ではあるが、新規創薬プロジェクトに関しては、平成28年度に予定していたChoREルシフェラーゼレポータープラスミドのMES13細胞安定発現株の作成・HTS化は既に終了し、平成29年度に計画していた化合物ライブラリーのスクリーニングまで完了していることから、全体としては当初の計画以上に進展していると考えられる。糖尿病性腎症は、本邦の透析導入患者数の第一位を占めており、その新規創薬・治療法の開発は喫緊の課題である。糖質応答転写因子Carbohydrate-responsive element binding protein(ChREBP)はグルコースに応答して炭水化物応答配列(ChoRE)に結合し、解糖系や脂質合成系の代謝酵素の遺伝子発現を調節する転写因子であるが、同因子が糖尿病性腎症の発症・増悪に関与している可能性が近年示唆されている。そこで我々は、ChREBPの活性を制御する化合物を得ることにより糖尿病性腎症の新規創薬を目指すことを着想するに至った。今回我々は、ChoREルシフェラーゼ(Luc)リポータープラスミドをMES13細胞にトランスフェクションした後に抗生物質であるハイグロマイシンでスクリーニングすることにより、ChoRE-Luc安定発現株を得た。同細胞株を用いてハイスループットスクリーニング(HTS)系を確立した後、同系を用いて東北大学化合物ライブラリーのHTSを施行した結果、2個のヒット化合物が得られた。これらの化合物を14週間にわたって糖尿病性腎症モデルマウスであるiNOSトランスジェニックマウスに投与したところ、著明な尿中アルブミンの減少効果が認められた。今後、本化合物の合成展開・構造最適化を進めることにより、糖尿病性腎症の新規創薬を進めていく。本研究の遂行により、糖尿病性腎症の新規治療法の確立を目指す。現在、並行してCRISPR/Cas9システムを用いてChREBPホモノックアウト(ChREBP-/-)マウスの解析も進めている。今後は、早急にCRISPR/Cas9システムにて作成した新規ChREBP欠損マウスと糖尿病性腎症モデルマウスであるRAGE/iNOSダブルTGマウスとの間の交配を進めて、糖尿病性腎症におけるChREBPの役割を明らかにするとともに、化合物ライブラリーのHTSにより得られたヒット化合物の合成展開を行い、得られたリード化合物を糖尿病性腎症モデルマウスに投与して、その薬効を検証する。内分泌代謝学