hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新規アレルギー誘発・増悪物質の探索のための腸管機能模倣型インビトロシステムの開発

生体バリアが破綻すると、アレルギー等の免疫疾患を誘発する可能性が指摘されている。本研究では、環境汚染物質が有するバリア機能及び免疫賦活化能を同時に評価可能なハイブリッド式検出法の開発のための基礎的情報の検討を行った。その結果、種々の環境汚染物質がバリア機能を破綻させ、また免疫応答を攪乱することを観察した。従って、この観察は、バリア機能及び免疫賦活化能を同時に評価可能なハイブリッド式検出法の開発の可能性を示唆するものである。本研究は、食事を介して非意図的に摂取した化学物質の第一次汚染部位である腸管粘膜において、そのバリア機能破綻能を有し、尚且つアレルギーの誘発あるいは増悪作用をも有する化学物質の探索に極めて有用な、簡便・迅速且つ高精度な腸管機能模倣型in vitroシステムを開発することを目的としている。平成25年度においては、マウスTリンパ腫細胞株に卵白アルブミン(OVA)を発現させたE.G7-OVA細胞を、OVAもしくはOVAを免疫したマウスの抗血清で刺激すると、IL-4の発現量が上昇することを観察した。次に、当初の本インビトロシステムでは、Transwellプレートの上層側に、腸管膜モデルとしてのCaco-2細胞を、そして、下層には、マウスTリンパ腫細胞株を用いていた。しかし、ヒトを対象とする検出システムであることから、ヒト由来のT細胞株を用いることとした。そこで、ヒトT細胞株のHPB-ALL細胞とJurkat細胞を検討対象として、上記の3種の細胞を培養し、それらの増殖能やサイトカイン産生能等について、比較検討を試みた。その結果、増殖能及びサイトカイン産生量に関して、HPB-ALL細胞が最も良好な結果を示し、とりわけ、INF-γやIL-13が大量に産生されていた。また、更なる高感度化を目指して、モデル抗原であるOVAに着目し、現行で用いているOVA (45 kDa)より小さく、マウス抗OVA抗体の可変領域(抗原認識部位)をフレキシブルなペプチドリンカーで結合させた単鎖可変領域フラグメントであるscFv-OVA (30 kDa)を作製を試みたところ、その作製に成功している。本研究では、食物アレルギーを誘発もしくは増悪しうる化学物質を簡便にスクリーニングできるin vitro検出法の構築を目的として、腸管上皮粘膜組織の生体防御システムに着目し、簡易且つ高精度なin vitro検出法の開発を試みた。まず、膜電気抵抗値(TER)を指標として、Caco-2単層膜に被検物質をapical側から添加し、TER値を測定し、バリア機能の破綻能の有無を評価した。TER値と細胞層のバリア機能とには強い相関関係があり、TER値の低下は細胞間に隙間で出来ていることを示す。ダイオキシン類やPAHsを添加すると、添加時間依存的なTER値の低下が観察された。次に、in situループ法を用いたバリア機能評価についても試みた。具体的には、マウスの腸管ループ内にFD-4 (1 mg)と被検物質との混合液を投与したときの血中デキストラン量を測定した結果、1時間目においてvehicle投与(DMSO;対照)では2.3 μg/mLであったのに対して、TCDD投与では4.4μg/mL、またB(a)P投与では2.9 μg/mLであった。さらには、モデル抗原を用いたTh1及びTh2応答性に関して、E.G7-OVA細胞をOVAで刺激すると、IL-4のmRNA量が増加したものの、その増加率は僅かなものであったのに対して、ヒトT細胞由来細胞株であるHPB-ALL細胞を用いた検討では、OVA刺激によりIL-4及びIFNγのmRNA量の著しい増加が観察された。さらに、OVA存在下でHPB-ALL細胞をダイオキシン類で刺激した時に、OVAにより増加したIL-4のmRNA量が飛躍的に増加するのに対して、IFN-γのmRNA量は減少することを観察した。従って、本研究成果は、バリア機能及び免疫賦活化能を同時に評価可能なハイブリッド式検出法の構築のための基礎的知見となり、今後さらなる改良を加えることで、in vitro検出法の開発に繋がるものと確信された。環境保健学ヒトの細胞系にも着目し、その培養及びサイトカイン産生の最適条件に関する検討も加えたことにより、当初の予定よりは若干遅れてはいるが、概ね順調に進行している。平成26年度では、種々の健康有害物質を用いて、上記の腸管機能模倣型in vitroシステムに供し、各物質のアルルギー誘発・増悪に関する評価を行う。また、その評価において、有毒性が高い化合物を対象に、マウスを用いたin vivoによる検討を試みる。具体的には、OVAを主なアレルゲンとする他、新たな試みとしてのダニアレルゲンを投与したアレルギー誘発モデルマウス(雌性BALB/cマウス、C57BL/6マウス及びNC/Ngaマウス)を用いて、アレルギー誘発・増悪物質を経口投与し、血清並びに各種洗浄液(鼻腔粘膜、膣粘膜、腸管粘膜等)中の抗原特異的な抗体価(IgG、IgA、IgE)をELISA法によりモニタリングする。

なお、予めモデル抗原を投与し、アレルギーを発症させた後に、探索物質を投与した場合や、探索物質を投与した後にモデル抗原を投与する等の、適宜、免疫条件を変更しながら、種々の検討を試みる。
リゾリン脂質アシルトランスフェラーゼの新規機能の解明

リゾリン脂質アシルトランスフェラーゼは小胞体などの膜画分に存在しており、アシルCoAの脂肪酸をリゾリン脂質へ転移し、リン脂質を合成する酵素(系)である。1-アシルリゾリン脂質を基質とした場合、アラキドン酸などの不飽和脂肪酸のCoAに特異性が高いことから、元来、リン脂質に不飽和脂肪酸を導入する役割の酵素系とされてきた。しかし、研究の過程で、リゾリン脂質アシルトランスフェラーゼ系酵素が逆反応を効率よく触媒することを発見した。本研究は、リゾリン脂質アシルトランスフェラーゼ系酵素の逆反応の性状とその生理的な意義について研究した。1)セミインタクト細胞を用いた実験系の導入ジギトニンで細胞膜を透過性にしたセミインタクト細胞に、CoAを添加することでアシルCoAが生成することを見いだした。アシルCoA合成酵素の阻害剤であるトリアクシンCで阻害されないことより、膜画分を用いたリゾリン脂質アシルトランスフェラーゼの逆反応が細胞レベルでも再現された。2)リゾリン脂質アシルトランスフェラーゼの阻害剤の影響リゾリン脂質アシルトランスフェラーゼの阻害剤として知られるCI-976が、CoAを加えた場合と同様にゴルジ体の崩壊現象を引き起こし、ばらばらになったゴルジ体は最終的に小胞体へ輸送された。CoAの作用が、リゾリン脂質アシルトランスフェラーゼの逆反応を介していることを強く示唆する結果である。3)ゴルジ膜に子在するリゾリン脂質アシルトランスフェラーゼの性状を生化学的、酵素学的な解析ラット肝臓からゴルジ体を精製し、リゾリン脂質アシルトランスフェラーゼ活性を検討した。リゾホスファチジルコリン、リゾホスファチジルイノシトール、リゾホスファチジン酸など、様々なリゾリン脂質に対するアシルトランスファラーゼ活性が監査値された。また、脂質を吸着することができるアルブミンを添加すると逆反応が観察された。FABPなど脂質結合タンパク質が、逆反応を調節する因子となりうることが考察された。4)アシルトランスフェラーゼの遺伝子の同定アシルトランスフェラーゼ候補蛋白質の遺伝子を数種類クローニングし、哺乳動物での発現系を構築した。現在、生化学的な性状を検討中である。リゾリン脂質アシルトランスフェラーゼは小胞体などの膜画分に存在しており、アシルCoAの脂肪酸をリゾリン脂質へ転移し、ジラジルリン脂質を合成する酵素(系)である。(1)リゾリン脂質アシルトランスフェラーゼのゴルジ体への存在ラット肝臓よりゴルジ体膜を調製した。様々なリゾリン脂質を基質とするアシルトランスフェラーゼ活性が、ミクロソーム画分とほぼ同じレベルでゴルジ体膜に存在することが示された(山下)。

(2)リゾリン脂質アシルトランスフェラーゼの逆反応ラット肝ゴルジ体膜をCoAとインキュベートすると、大量のアシルCoAが生成した。同時に、リゾボスファチジルコリンとリゾホスファチジルイノシトールも産生した(山下)。アシルCoAとリゾリン脂質の生成には、アルブミンの添加が必須であることから、この反応にリゾリン脂質アシルトランスフェラーゼの逆反応が関わることが考えられた。すなわち、CoAの添加は、リゾリン脂質アシルトランスフェラーゼの逆反応を誘導し、膜リン脂質を分解して、リゾリン脂質とアシルCoAを生成する。また、正反応により、リゾリン脂質とアシルCoAは、もとのリン脂質を再合成することが考えられた(山下)。(3)CoAによるゴルジ体の観察ゴルジ体糖転移酵素をGreen fluorescent protein (GFP)で標識したものを、HeLa細胞に導入して、ゴルジ体の顕微鏡下、可視化することに成功した(山下、和田)。細胞にCoAを導入すると、ゴルジ体の崩壊現象が観察された。CoAのSH基を不活性化したものを導入した場合は、ゴルジ体の崩壊現象は観察されないことから、この現象はCoAに特異的なものであることが確かめられた。また、時間経過とともに、小胞体が徐々にGFPで染色され、ばらばらになったゴルジ体が小胞体に輸送されることが示唆された。(4)考察CoAの添加がリゾリン脂質アシルトランスフェラーゼの逆反応を誘導し、膜リン脂質を分解して、リゾリン脂質とアシルCoAを生成する。ゴルジ膜リン脂質の一過的、可逆的な分解、あるいはアシルCoAなの産生が、ゴルジ体の崩壊現象をひきおこすことが考えられた。リゾリン脂質アシルトランスフェラーゼは小胞体などの膜画分に存在しており、アシルCoAの脂肪酸をリゾリン脂質へ転移し、リン脂質を合成する酵素(系)である。1-アシルリゾリン脂質を基質とした場合、アラキドン酸などの不飽和脂肪酸のCoAに特異性が高いことから、元来、リン脂質に不飽和脂肪酸を導入する役割の酵素系とされてきた。しかし、研究の過程で、リゾリン脂質アシルトランスフェラーゼ系酵素が逆反応を効率よく触媒することを発見した。本研究は、リゾリン脂質アシルトランスフェラーゼ系酵素の逆反応の性状とその生理的な意義について研究した。1)セミインタクト細胞を用いた実験系の導入ジギトニンで細胞膜を透過性にしたセミインタクト細胞に、CoAを添加することでアシルCoAが生成することを見いだした。アシルCoA合成酵素の阻害剤であるトリアクシンCで阻害されないことより、膜画分を用いたリゾリン脂質アシルトランスフェラーゼの逆反応が細胞レベルでも再現された。2)リゾリン脂質アシルトランスフェラーゼの阻害剤の影響リゾリン脂質アシルトランスフェラーゼの阻害剤として知られるCI-976が、CoAを加えた場合と同様にゴルジ体の崩壊現象を引き起こし、ばらばらになったゴルジ体は最終的に小胞体へ輸送された。CoAの作用が、リゾリン脂質アシルトランスフェラーゼの逆反応を介していることを強く示唆する結果である。3)ゴルジ膜に存在するリゾリン脂アシルトランスフェラーゼの性状を生化学的、酵素学的な解析ラット肝臓からゴルジ体を精製し、リゾリン脂質アシルトランスフェラーゼ活性を検討した。
高悪性度口腔癌に対する化学シャペロン治療の応用に関する基礎的研究

(目的)グリセロールは変異型p53蛋白質に正常型p53蛋白質の機能を回復させる分子シャペロンとして働くことが明らかにされている。今回、グリセロール処理することにより、変異型p53を持つヒト口腔扁平上皮癌細胞Ca9-22に対し、X線照射後のアポトーシスを誘導させ、放射線感受性が高められるかを検討し、効率のよい放射線による癌治療の開発を目指した。(方法)グリセロール処理を施したCa9-22細胞(codon248,Arg→Trp)のX線感受性をコロニー形成法、アポトーシス関連タンパク質の定量をWestern Blot法、アポトーシス誘導をDNAラダー検出法、ヘキスト染色法、Gel Shift Assayおよびアポトーシス関連タンパク質発現をプロテインチップにて解析した。(結果・考察)1.グリセロール処理によりX線感受性が増感された。2.グリセロール処理によりX線によるBaxの蓄積誘導が見られるようになった。3.X線単独照射の場合、DNAラダーは見られないがグリセロール処理を併用した場合、DNAラダーが認められた。4.X線のみあるいはグリセロールのみではp53のDNA結合量に変化はなかったがX線とグリセロールの併用によりp53のDNA結合量が明らかに増加していることが認められた。以上の結果より変異型p53保有の口腔扁平上皮癌細胞にあらかじめグリセロール処理を施すことにより放射線感受性が高まり、p53が活性化され、Baxを介したアポトーシスが増強されることが示唆された。【目的】変性した蛋白質構造から正常な蛋白質構造に戻す働きがあるとされる分子シャペロン(グリセロール)を用い、変異型p53蛋白質に正常型p53蛋白質の正常機能を回復させることにより、効率のよい放射線による癌治療の開発を目指した。【方法】変異型p53を持つヒト口腔扁平上皮癌細胞株Ca9-22(codon 248,Arg→Trp)を用いた。グリセロール処理は放射線および温熱処理の2日前に培地に添加した(最終濃度0.6M)。コロニー形成法でX線感受性を測定し、アポトーシス関連タンパク質の定量をWestern Blot法にて、アポトーシス誘導をヘキスト染色法及びDNA ladder検出法にて、p53のDNA結合量をゲルシフトアッセイにて解析した。【結果】1.グリセロールによりCa9-22細胞のX線感受性が増感を示すようになった。2.X線単独照射の場合、Baxの蓄積誘導はほとんど見られなかった。3.グリセロール処理によりX線によるBaxの蓄積誘導が見られるようになった。4.X線単独照射の場合、DNAラダーは見られないがグリセロール処理を併用した場合、DNAラダーが認められた。温熱の場合はグリセロールによる感受性の増強効果は見られなかった。5.グリセロールとX線の併用により、P53のDNA結合量が見られた。【考察/結論】グリセロールを介した変異型p53蛋白質の活性回復により、X線処理後にBaxを介したアポトーシスが誘導され、感受性が増強されることが示唆された。変異型p53を保有する癌患者に対しては分子シャペロン治療を併用した放射線治療が有効であることが培養細胞系で示唆された。
NGOネットワークの政策形成過程への関与:グローバルイシュー間の比較分析

本研究では、NGOをグローバル・ガバナンスの構築に積極的に関わっていく意図と能力をもつ主体として位置づけ、構成主義の立場から、NGOのトランスナショナル・ネットワークの政策形成過程への関与・影響力を明らかにすることを目的とした。そのために海外調査、専門家からのヒアリング、資料収集、文献調査等を行った。そして、NGOを規範構築者として捉え、安全保障イシューでは対人地雷の全面禁止を求めるネットワークを、貿易イシューでは債務の帳消しを求めるネットワークを、人権イシューではHIV/エイズ治療薬へのアクセスを求めるネットワークを取り上げ、比較検討した。その結果、NGOによる規範構築は、個別のイシューを交錯し、融合したものとなっていることが明らかになった。また、NGOのトランスナショナル・ネットワークについても、イシュー間の融合に伴い、NGOと同じ志をもつ国家や国際機関など、多様な主体との横断的な連携が深化していることが明らかになった。(詳細は、「NGO発の平和-環境・経済・社会の融合を求めて-」小柏葉子他編『アクター発の平和学』法律文化社、を参照)。本年度(平成15年度)は、NGOネットワークの政策形成過程への関与について、主に環境と貿易問題のクロス・イシューを中心に調査を行った。具体的には、海外調査として計画していた第5回世界貿易機関(WTO)閣僚会議(メキシコ・カンクン、9月413日)に参加し、NGOであるIUCNやICTSD等が主催した平行会議「第18回生物多様性フォーラム」やグローバリゼーション国際フォーラム(IFG)主催のシンポジウム「グローバリゼーションとWTOへのオルタナティブ」において、情報収集やインタビューを行った。同会議参加による研究成果は、国際協力研究会(代表・功刀達朗国際基督教大学教授)のワークショップにおいて「生物多様性フォーラムとWTOカンクン閣僚会議」として報告発表を行った(10月3日)。また、貿易と環境の法的側面については、国内調査として、香川大学国際環境法遵守調査研究センターが開催した国際シンポジウム「多様化する国際環境紛争への法的対応」(12月1214日)に参加し、専門家による議論の中から深い知見を得ることができた。この他、日本国内のNGOスタッフ4名から、開発、人権、地雷、情報とNGOなどのクロス・イシューについて聞き取り調査を行った。平成15年度は、これらの研究を「NGO発の平和-環境・経済・社会の融合を求めて」(小柏葉子・松尾雅嗣編『アクター発の平和学-誰が平和をつくるのか?』法律文化社、2004年2月、17-38ページ)としてまとめ、刊行した。本年度は、NGOネットワークの政策形成過程への関与について、主に安全保障と人権問題のグロス・イシューを中心に研究を行った。子どもの人権や平和構築の分野で活動するNGOスタッフ、およびNGOと連携をすすめる国連機関のスタッフに対し、インタビューを実施するとともに、イギリス国際関係学会(BISA)の年次会議に参加し、資料収集を行った。シングル・イシューごとのトランスナショナル・ネットワークについては、NGOだけでなく、インフォーマルな社会運動体、さらには志を同じくする国家や国際機関とも連携が深まり、より重層的なネットワークが構築されていることが明らかになった。とくに、グローバリゼーションが進展する中において、貿易と人権、安全保障と環境など、イシュー間の結びつきも深まっている。特に、企業の社会的責任を求めるトランスナショナルな運動は、新たな対象領域として考察を行った。また、NGOと社会運動体の融合は、世界社会フォーラムにおいて顕在化していることが明らかになった。これらの成果を中間報告としてまとめた論稿「市民社会によるグローバルな公共秩序の構築」は、日本国際政治学会編『国際政治』第137号に掲載された。また、2年にわたる研究総括として、"Constructing Global Order : Civil Society and a New Public Sphere"をまとめ、Association of the International Studies (ISA :国際関係学会)主催の第46回年次会議において、成果発表を行った(平成17年3月4日)。さらに、国際協力研究会(代表・功刀達朗国際基督教大学COE客員教授)主催のシンポジウム「安全保障と貧困削減」において、「市民社会組織による企業の社会的責任を求める運動」というテーマで報告発表を行った(平成17年3月24日)。
茎のサイトカイニン生合成を制御するオーキシン作用の研究

頂芽が切除されたエンドウの茎で発現しているIPT2遺伝子をエンドウのゲノムライブラリーから単離した。PsIPT2は5'上流域2kbの中に、AuRE配列と完全に一致する配列は存在しなかったが、PS-IAA4/5、GH3、SAURのようなオーキシンで誘導される遺伝子のプロモーター領域に保存されているT/GGTCCCAT配列が、-93から-86に存在していた。これら配列を含む5'領域を用いてプロモーター/GUS融合遺伝子を構築し、シロイヌナズナに導入した。pPsIPT2::GUSを導入したシロイヌナズナを染色すると、子葉、ロゼット葉、主根、側根が染色されたが、根端は全く染色されない。このことは、pPsIPT2::GUSに関してはオーキシン含量が高いと考えられる組織での発現が抑制されていることを示唆している。この形質転換体の芽生えを0.1μM 2,4-Dを含む培地で3日間以上生育させると根のGUS染色は消失し、2,4-Dを含まない培地に戻すと再びGUS染色された。そこで、この形質転換体を10μMのIAAで処理し、GUS mRNAの変動を解析すると、エンドウ切片におけるPsIPT2 mRNAと同様に時間と共にGUS mRNAが減少していくことが明らかになった。このことは導入したPsIPT2プロモーターはオーキシンに応答して転写が抑制されることを意味している。しかし、先に指摘したT/GGTCCCAT配列を欠失させたプロモーターを用いた場合も、基本的な染色パターンは変化がなかった。このことはこの配列がオーキシン抑制のシス配列として機能していない可能性が高い。頂芽優勢は頂芽が腋芽の成長を抑制し、優先的に成長する相関現象である。オーキシンにより腋芽の成長が抑制され、サイトカイニンにより腋芽の成長が促進されると考えられてきたが、その分子機構が明らかにされていない。これまでの我々の研究により、オーキシンが茎におけるサイトカイニン生合成の律速酵素IPTの発現を抑制することにより、腋芽の成長が抑制されていることが明らかにされた。このことを分子レベルで明らかにするために、PsIPT1とPsIPT2の遺伝子をエンドウのゲノムライブラリーから単離した。PsIPT1にはオーキシン応答配列AuREと一致するTGTCTC配列が存在した。PsIPT2にはイントロンの中にAuREと一致する配列が存在するが、いわゆるプロモーターと推定される5'上流域2kbの中に、AuRE配列と完全に一致する配列は存在しなかった。しかし、PS-IAA4/5、GH3、SAURのようなオーキシンで誘導される遺伝子のプロモーター領域に保存されているT/GGTCCCAT配列が、存在することが明らかになった。これらの遺伝子のプロモーター領域約2kbpの下流にレポーター遺伝子GUSを融合させ、この遺伝子でシロイヌナズナを形質転換した。pPsIPT1::GUSを導入した形質転換体をGUS染色すると、根端や側根が染色された。一方、pPsIPT2::GUSを導入した場合は、植物体全体が染色されたが、根端だけ染色されなかった。根端はオーキシン含量が高いことが知られているので、オーキシンによってpPsIPT2::GUSの発現が抑制されている可能性が示唆された。しかし、これらの形質転換体をオーキシンで処理しても染色パターンは変化しなかった。おそらくGUSタンパク質は安定なため、オーキシンによってmRNAの発現が減少してもGUSタンパク質は減少しなかったためと推測できる。このことを明らかにするためにはGUS mRNAレベルを解析する必要があるが、それは今後の課題である。
糖尿病病態におけるプロテインホスファターゼ(ホスファターゼIV)の変化と意義

われわれは糖尿病の病態把握と対策の確立を究極の目標として、同病における広範な糖・脂質代謝異常の"primary locus"であるプロテインホスファターゼを研究してきた。糖尿病時の異常を見ると、同じくプロテインホスファターゼの作用を受ける酵素であってもグリコゲン合成酵素のように異常の強いものと、弱いものとがあり、これは細胞内に複数種存在するプロテインホスファターゼの中で特定の分子種が、とりわけ強いインスリン支配下にある証拠と考えられた。それゆえわれわれはこのようなプロテインホスファターゼの特定と性状解明を、グリコゲン合成酵素を基質に用いて意図してきたが、本研究においては特に、ラット肝の顆粒画分に局在するホスファターゼ【IV】の糖製・性状解明と、先に肝細胞質の強力なグリコゲン合成ホスファターゼと同定したホスファターゼIAの特異な基質特異性解明に力を注いだ。まずホスファターゼ【IV】は肝のグリコゲン合成酵素をよく活性化し、顆粒画分のこの活性のほとんど全部を占める一方、ホスホリラーゼは脱リン酸しない。その活性は絶食で著減、再摂食で回復、糖尿病によっても大きく影響されるので、われわれが求める分子種と思われた。非SDSゲル電気泳動で単一蛋白バンドとして行動した精製標品は、粗酵素と同じくグリコゲン,ホスホリラーゼ【a!_】のフィードバック阻害を受け、またSDSゲル電気泳動から分子量約7万のモノマーと推定された。次に細胞質のホスファターゼIAについては、この酵素が天然の肝の合成酵素Dを速やかに活性化するにもかかわらず、天然の骨格筋の合成酵素Dをまったく活性化できないことが新たにわかり、このことから食餌性変動やフィードバック阻害こそないが、ホスファターゼIAも肝のグリコゲン代謝に大きな役割を演じていることが一層明らかとなった。なお骨格筋の合成酵素Dを活性化できたのは、これまでのところホスファターゼ【IV】のみであった。
筋代謝産物を生体内で観察するバイオイメージング技術

本研究は,生体内における筋細胞内pH(pHi)制御機構を明らかにすることを目的として,invivo環境下における動物モデルを考案し,筋線維への異なるpH溶液のインジェクションによるpHi動態を観察した.Wistar系雄性ラットを対象として,麻酔下で外科的に露出した脊柱僧帽筋にpH感受性蛍光指示薬であるBCECF-AMを負荷した.低pH溶液を筋線維に直接注入し,その動態を評価した.その結果,invivo環境下で単一筋線維レベルのpHi動態を観察することに成功し,低pH溶液に対する動態を明らかにした筋細胞内pH (pHi)の恒常性は,筋機能の維持に重要な因子となる.これまで運動時におけるpHiの影響や動態を検討した研究は数多く存在するが,それらは単離筋などの生体外(in vitro)環境下での研究手法を用いたものがほとんどであった.本研究では,生体内におけるpH制御機構を明らかにすることを目的として,in vivo環境下における動物モデルを考案し,筋線維への高低pH溶液のインジェクションによるpHi動態の観察(課題1),および連続的な等尺性(ISO)収縮負荷による発揮張力とpHiの関連性(課題2)について検討した.本研究では,Wistar系雄性ラットを対象とし,麻酔下で外科的に露出した脊柱僧帽筋にpH感受性蛍光指示薬であるBCECF-AMを負荷した.課題1では,pH 6.5溶液もしくはpH12.0溶液を35 psiにて1-3秒間筋線維に直接注入し,その動態を評価した.課題2では,電気刺激による連続的な筋収縮を10セット(50回/set)負荷し,緩衝液(Cont)およびH+交換やH+輸送に関連する機能阻害(NHE,MCT)の条件下でpH i動態を比較した.課題1において,in vivo環境下で単一筋線維レベルのpHi動態を観察することに成功し,低pH溶液に対する動態を明らかにした.その結果,60秒間までに急速なpH回復が見られることが示された.課題2では,ISO収縮負荷中の張力とpHiの関連性について評価し,50%程度までの張力低下がpHiに依存しない一方で,50-60%までの張力低下とpHiには直線的な関連性を認めた.また,本研究のH+交換(NHE)やH+輸送(MCT)を阻害した環境下では,筋収縮時のpHi低下が抑制される傾向が示された.以上のように,筋線維毎にpHiを評価する生体内モデルを確立すること成功した.本研究は,生体内における筋細胞内pH(pHi)制御機構を明らかにすることを目的として,invivo環境下における動物モデルを考案し,筋線維への異なるpH溶液のインジェクションによるpHi動態を観察した.Wistar系雄性ラットを対象として,麻酔下で外科的に露出した脊柱僧帽筋にpH感受性蛍光指示薬であるBCECF-AMを負荷した.低pH溶液を筋線維に直接注入し,その動態を評価した.その結果,invivo環境下で単一筋線維レベルのpHi動態を観察することに成功し,低pH溶液に対する動態を明らかにした研究の背景:細胞内pH [pHi]の恒常性は細胞の機能を維持するために重要である.運動時にはpHiが変動するものの,膜輸送システムや筋細胞内ミトコンドリア代謝などによって恒常性が維持されていると考えられている.しかしながら,筋収縮にともなうH+が,いつ,どこで産生され,筋細胞に蓄積し,細胞外や血液中に運搬されるのかについて,in vivo環境下での直接的な証明はなされていない.目的:本研究は, 1) in vivo環境下において,特定の筋線維に低pH溶液を負荷し,バイオイメージングより単一筋線維レベルでのpH動態を観察する技法を確立すること, 2)筋収縮負荷時のpHi動態を単一筋線維レベルで評価することを目的とした.実験手法:Wistar系雄性ラットの脊柱僧帽筋を麻酔下で露出させ,pH感受性蛍光指示薬であるBCECFを負荷し,pH6.5溶液をマイクロインジェクションによって注入し,その際の[pHi]動態を観察した.また,電気刺激(100 Hz, 0.7秒間/3秒間隔,電圧5-7 V)による連続的な筋収縮後の[pHi]動態を筋線維毎に評価した.研究成果:低pH溶液を注入した筋線維では,注入直後から[pHi]低下が観察され,15分後には注入前値から30%まで持続的に低下し,隣接する筋線維においても15%程度の低下が見られた.筋収縮を負荷した場合において,発揮張力の低下は[pHi]の変化をともなわないことが示された.このような単一筋線維レベルでのin vivo pHイメージングは,これまでの代謝研究では行われておらず,pH代謝機構の解明に寄与する重要なモデルであると考えられる.本年度の研究実施計画では,大きく2つの実験を予定していた.1つは,筋収縮中の筋細胞内のpH動態の評価法を確立することである.この課題に対しては,筋収縮直後に単一筋線維レベルで評価できる観察方法を確立し,実験は予定通り進行したと考えられる.その一方,実施計画に示したもう1つの課題である「ミトコンドリアの局在を同定し,筋線維毎のミトコンドリア量(筋線維タイプの推定)とpH動態との関係を明らかにすること」については,現段階で実験条件のセットアップ中である.ミトコンドリアイメージングについては,以下の方法で実験することを予定している.ミトコンドリア特異的蛍光染色によって,筋線維毎のミトコンドリア局在を明らかにする.ミトコンドリアは筋線維タイプを推定するための重要な形態情報である.

蛍光指示薬は,Mito TrackerあるいはMito Redなどを用いる.本研究では筋線維内のミトコンドリア観察に最適な負荷方法(濃度,負荷時間など)を検討し,また,pHイメージングとの同時観察が可能かどうか検討する.バイオイメージングのための実験機材は昨年度までにセットアップを完了した.そこで,平成24年度はミトコンドリアイメージングに必要な蛍光試薬の購入を中心に研究費を使用する予定である.
キャビティ法と変調法を組み合わせた超高感度レーザー吸収分光法の開発

禁則遷移OI636nmを用いて酸素原子数密度を測定するために高感度レーザー吸収分光法を開発した。まず、禁則遷移での吸収が可能かを集積共振器出力分光法(ICOS)による高感度化により確かめた。その結果、従来のレーザー吸収分光法に比べ感度を822倍に増幅することで酸素原子数密度の測定に成功し、その測定下限は1.2x1021m3であった。次に波長変調法(WMS)を組み合わせることでさらなる高感度化を試みた。その結果、測定条件を最適化することでWM-ICOSの感度はICOSよりさらに26倍向上した。この結果、本システムは吸収長10mm、酸素原子分圧250Pa以上での測定が可能となることがわかった。本年度はまず波長変調分光法(WFM)システムを構築し,二次高調波信号を用いたアルゴングロー放電管中の原子数密度測定を行い,測定感度を検証した.その結果,従来のレーザー吸収分光法に比べて感度が40倍向上したことがわかった.次にマイクロ波放電プラズマを対象としたキャビティ法による感度向上システム(集積共振器出力分光法:ICOS)を構築した.本システムは放電管両端をブリュースター窓にすることでレーザー光の透過損失を激的に抑えることができ,キャビティ内に放電管を設置してもその透過損失を無視することができる.リングダウンタイムから感度を検証した結果,本システムにより感度が60倍向上したことがわかった.以上,2つの測定法を組み合わせたWFM-ICOS法において感度性能を検証したところ,予想(40×60=2400倍)より一桁低い240倍の感度向上にとどまった.この原因を探るため,数値計算によりキャビティの共振周波数と変調周波数,掃引周波数による感度向上への影響を検証した.その結果,変調周波数が大きくなり,共振周波数を発振する時間がリングダウンタイムに相当する共振条件を満たす時間より短くなると実行光路長が低下し,感度が下がることがわかった.この現象はミラーの反射率が高ければ高いほど顕著に現れ,99.9%のミラー(ICOSによる感度向上:1000倍相当)では変調周波数が10Hzを超えると感度が急激に低下することがわかった.WFMは一般に変調周波数が高いほどSN比が上がり感度が向上するため,WM-ICO法では変調周波数に最適値があると考えられる.本年度は集積共振器出力分光法(ICOS)によりマイクロ波放電プラズマ中の酸素原子数密度測定を行い,実効光路長を822倍増幅することで吸収信号を取得することに成功し,プラズマ長40cm,酸素原子数密度1.2×10^21m-3以上での酸素原子数密度の測定が可能であることがわかった.これはプラズマ長10mm,圧力6.4kPa以上衝撃波層の測定が可能であることを示しており,さらに一桁以上の感度向上が必要である.そこで過去の研究からSN比を40倍向上させることができる波長変調分光法(WMS)と組み合わせることでさらなる感度向上を試みたが期待以上に感度は向上しなかった.数値計算によりこの原因を探ったところ,ICOSの共振条件を満たすのに必要な時間に比べ波長変調の速度が速過ぎると共振が起きず実効光路長が下がることがわかった.一方で変調周波数を下げるとWMSのSN比が下がり感度が向上しないこともわかった.そこで変調周波数,掃引周波数,カットオフ周波数をパラメータとして感度向上が最適になる条件を実験的に検証したところ,ICOSの実効光路長を維持したままさらにSN比を32倍向上させることに成功した.この値はプラズマ長10mmに対し,250Pa以上の酸素原子分圧の測定が可能であることを示している.これはプラズマ風洞を用いた耐熱材料試験模型全面に形成された衝撃波層内の酸素原子数密度測定が可能であることを示しており,本研究の目的を達成したといえる.一方で,現状ではICOSのアライメント精度により直径8mm程度が下限であるため,今後は空間分解能の高精度化が課題となる.航空宇宙工学波長変調法(WFM),キャビティ法(集積共振器出力分光法:ICOS)それぞれのシステムを構築し,感度向上の検証に成功した.この2つを組み合わせたWFM-ICOSに実験を行い,その性能評価及び期待値より性能が低いことが実証されたが,数値計算によりその原因を突き止め,最適値があること,改善法の指針が示唆された.

今後は数値計算で予測された傾向を定量的に実験で検証し,感度の最適値を求める.また,計算により感度低下の原因となった共振条件と変調周波数の制約に関して共振長をピエーゾ素子で変調することで変調周波数の上限を緩和し,感度向上を試みる.以上により感度を10,000倍以上に向上させることで禁則線遷移を用いた酸素原子数密度測定を実証する.
三高保存実験機器のデータベース構築に関する研究

(1)画像を含む機器データベースの作成:歴史的実験機器は多様な形態をとっており、機器名だけで整理することは不可能である。そこで、本研究費で購入したデジタルカメラで実験機器の撮影を行い、その画像データを機器データベースに組み込んだ。データベースソフトAccessで、機器の購入年、購入金額等のデータとともに入力し、今後の実験機器調査の基礎資料に仕あげた。(2)科学機器史書の翻訳:三高コレクション中には、19世紀後半の欧米から輸入された機器が数多く存在する。その時代の科学機器の開発は国家的重要性を帯びるが、その歴史的分析を行ったりマリ・ウイリアムズの書物を翻訳し、当時の科学機器製造をめぐる欧米の状況を紹介した。(3)三高教授・玉名程三のノート:三高実験機器を整理している中で、玉名程三の東京大学仏語物理学科時代の受講ノート31冊が発見された。これは、明治10年前後の物理教育、実験教育の状況を伝える貴重な資料であり、1年生担当の初歩物理学の講義ノートを翻刻し、大阪経済法科大学論集に発表した。(4)実験機器カタログ:三高コレクションの調査に必要な19世紀末から20世紀初頭にかけての実験機器カタログの収集に努めた。特にイギリス、フランス、ドイツ、アメリカの機器カタログ等を、国立国会図書館、東京大学図書館等で集め、コピーした。(1)従来に引き続き、旧三高物理実験機器の電子カメラによる撮影を行い、パソコンへの取り込み作業を行った。一通り入力を終わった段階で、データベース化した画像をみると、従来から手持ちのカメラ(カシオQV-11)では画素数、明るさが十分でなく、実験機器の細部のわたる画像の再現が必ずしもよいとはいえないので、カメラをカラリオ・フォトCP-500(エプソン)に換え、再度撮影を行い、入力し直している。近くデータベースを完成予定である。(2)データベースに必要な、過去に使用された物理実験機器に関する内外の実験カタログ、商品カタログ等を収集するため、国立国会図書館、東大図書館、金沢大学(旧4高物理実験機器を所蔵)、神戸大学(旧姫路高物理実験機器を所蔵)等に出張し、資料の収集を行った。(3)科学機器メーカーの発達研究のため、永平が2月から3月にかけてヨーロッパ各地の博物館等を回り、資料の収集を行った。(4)3高物理実験機器の整理を行っている間に、京大人間学部倉庫の中から、物理、数学に関するフランス語のノート31冊が発見された。調査の結果、これは明治33年から44年まで、第3高校物理学教授を務めた玉名程三の東大フランス語物理学科時代の受講ノートであることがわかった、玉名は明治10年東大入学、13年に東大仏語物理学科最後の卒業生となったもので、これらのノートは、明治初期にフランス語を用いて物理学の教育を行ったという仏語物理学科の教育がどんなものであったかを知り、また、我が国がどのような形で先進諸国の科学や学問を受け入れたかを知る重要な資料となるものである。これらの資料の分析の結果は、4月の物理学会、5月の科学史学会の年会において発表した。(5)整理された物理実験機器の1部を、京大100周年を記念する展覧会「京都大学の100年の歩み」に他の資料とともに陳列展示した。(1)画像入力:従来に引き続き、旧三高実験機器をデジタルカメラで撮影し、パソコンのデータベースAccessへの取り込みを行った。取り込んだ画像は、機器データ(購入年や購入金額等のデータ)とともに一つの機器ファイルとしてまとめた。それらを基本ファイルとして全機器のデータベースを完成させた。今後、データ項目を整理して、CD-ROM化する予定である。(2)翻訳:欧米における科学機器メーカーの発達史を記述した書物を翻訳し、発刊した。これは三高実験機器の購入先である欧米においても科学機器が産業史とくに軍事技術史上重要な意義を持ち、やがては精密機器メーカーとして成長していったことを如実に示す文献である。(3)玉名程三ノート:京都大学総合人間学部で実験機器とともに保管されていた玉名程三(三高教授)の東京大学仏語物理学時代のノートは、明治10年前後の物理教育の状況を伝える貴重な資料であることが判明した。判読困難な筆記体で書かれたノートを一部分、翻刻し、資料として論集に発表した。

これは物理教育史研究の基本資料として今後有益となるであろう。(4)実験機器カタログ:引き続き19世紀末から20世紀初頭にかけての実験機器カタログの収集に努め、Max Kohl社、Leybold社のカタログ等を、国立国会図書館、東京大学図書館等で集め、コピーした。(1)画像を含む機器データベースの作成:歴史的実験機器は多様な形態をとっており、機器名だけで整理することは不可能である。そこで、本研究費で購入したデジタルカメラで実験機器の撮影を行い、その画像データを機器データベースに組み込んだ。データベースソフトAccessで、機器の購入年、購入金額等のデータとともに入力し、今後の実験機器調査の基礎資料に仕上げあげた。(2)科学機器史書の翻訳:三高コレクション中には、19世紀後半の欧米から輸入された機器が数多く存在する。その時代の科学機器の開発は国家的重要性を帯びるが、その歴史的分析を行ったマリ・ウイリアムズの書物を翻訳し、当時の科学機器製造をめぐる欧米の状況を紹介した。(3)三高教授・玉名程三のノート:三島実験機器を整理している中で、玉名程三の東京大学仏語物理学科時代の受講ノート31冊が発見された。これは、明治10年前後の物理教育、実験教育の状況を伝える貴重な資料であり、1年生相当の初歩物理学の講義ノートを翻刻し、大阪経済法科大学論集に発表した。(4)実験機器カタログ:三高コレクションの調査に必要な19世紀末から20世紀初頭にかけての実験機器カタログの収集に努めた。特にイギリス、フランス、ドイツ、アメリカの機器カタログ等を、国立国会図書館、東京大学図書館等で集め、コピーした。
脳形成における領域の違いをもたらす機構の解明

本研究は、領域性獲得の機構解明を念頭に、神経幹細胞の増殖と分化のバランス制御の解明を目的とする。幼若ニューロンの突起が周囲の神経幹細胞と接着帯を形成する突起は、最終分裂後しばらくは保持されており、この突起の保持時間が神経幹細胞の増殖と分化のバランス調節に重要であることを明らかにした。突起の脱着で分化調節が成されているというのは、脳の領域性形成の1つの機構になり得る全く新しい概念である。本研究は、領域性獲得の機構解明を念頭に、時間軸や領域性によるニューロン産生のダイナミクス、脳組織構造の違いをもたらす機構、さらに脳の形作りの機構の解明を目的とする。本年は、誕生直後のニューロンの振る舞いを明らかにするためにGFPなどを用いて可視化しtime lapsによる観察を行なった。まず、マウス胎令13日目の大脳皮質で観察し、少なくとも一部のニューロンでは、最終分裂後、皮質に移動する間平均約12時間は周囲の神経幹細胞と接着帯を保ったままであること存明らかにした。さらに、マウス胎令13日目の大脳皮質に相当するニワトリ胚の大脳を観察したところ、細胞の振る舞いがマウスとは異なっていることがわかった。この点については現在さらに解析中であるが、細胞の振る舞いの違いは層構造を作るか核構造を作るか、構造の違いに反映される可能性がある。また、境界細胞の誘導実験にもとりかかっており、境界細胞の形成に関わっているHes1を局所に導入する方法を確立した。今後、Hes1を局所に発現させた胚において、境界細胞様の細胞郡ができているのか、できているときには細胞の動きや形態形成にどのような影響があるのか検討していく。21年度は、本研究を遂行するにあたり、主に実験や解析系の確立を行なった。系の準備はほぼ予定通りに進んでおり、22年度の研究解析が進み、脳の領域に応じた組織構造の獲得の機構が解明されることが期待される.この研究成果は、ほ乳類が層構造をもった大脳皮質を獲得した遺伝的背景の解明や、再生医療への応用に貢献できる。本年は、cadherinの変異体を用いることで生まれたばかりのニューロンが神経幹細胞と接着帯を保持する時間を変化させたときの神経分化に対する影響を解析した。マウス大脳皮質をモデルに用いた所、保持する時間が短くなると、神経分化が促進され、早生まれの深層のニューロンが増えた。これは、Notchシグナルによる神経幹細胞の維持が脆弱になったことが原因と考えられる。反対に、保持する時間を長くすると、神経分化が抑制され、遅生まれの浅層ニューロンが増えた。この場合は、Notchシグナルの活性が通常より長く持続したいことが原因と考えられる。この結果は、新生ニューロンが神経幹細胞と接着帯を保持する時間が、神経幹細胞の増殖と分化のバランスを制御していることを強く示唆する。接着帯を保持する時間が異なることで、領域によって異なった増殖と分化のバランスをコントロールできる。その結果、領域による組織構造の違いがうみ出されるのかもしれない。この研究成果は、ほ乳類が層構造をもった大脳皮質を獲得した遺伝的背景の解明や、再生医療への応用に貢献できる。同一神経幹細胞由来の細胞群を複数、異なる色で識別できるマウスについては、共同研究先の事情で解析するにまで至らなかったが、本研究目的に対して新生ニューロンの振る舞いとその意義の観点から成果をあげることができ、現在論文投稿中である。
GISを活用した地すべり災害予測とハザードマップ作成手法の研究

本研究「GISを活用した地すべり災害予測とハザードマップ作成手法の研究」(課題番号:1651035)は16年度から開始されたが、18年度の結果の概要は以下のとおり。1)GISを使用して、角田山・弥彦山地、津川地域、小佐渡の地形・地質、道路などの条件について、AFP法など統計的な方法で斜面災害の可能性マップ(ハザードマップの前段階)を提案した。2)2004年7.13豪雨と同年10.23の地震による異なったトリガーによる同時多発災害が発生したため、本研究としては、これらの発生データを収集して、今後の災害ハザードマップのための地形・地質要素をGIS技術で明らかにすることになった。3)2004年7.13豪雨の斜面災害は3000箇所以上が判読され、そのデータベース化により、堆積岩地域の地形・地質特性と崩壊データとの関連をGISで把握した。4)2004年10.23地震による斜面災害は4000箇所以上が確認され、画像データなどの解析により、地形・地質との関連をGISで明らかにできた。5)上記二つの斜面災害について、その崩壊率(崩壊密度)と地質岩相と地形傾斜や曲率との関係を明らかにすることにより、斜面災害発生確率予想のための基準を決めることができた。新潟地域で最近発生している地すべり・崩壊(佐渡片野尾地すべり、同椎泊地すべり、三川村戸沢川崩壊)について、フロー、スライド、スランプなどのタイプ分類、時系列的な変遷などについて空中写真や現地調査などにより明らかにした。また、最近発生した7.13新潟豪雨災害や10.23中越地震による地すべり・崩壊についても崩壊調査票などによるデータを収集中である。これらの斜面災害はほぼ同一の地形・地質条件で発生し、トリガーが異なるだけであることから、今後の本研究にとって好材料である。とくに、大雨による崩壊については、北海道、新潟、徳島などで典型的なものが発生していて、これらの比較も検討中である。また、GIS技術を活用して、既存の地すべり周辺の地形・地質構造と関連させる統計的解析を行ってゾーンとしてとらえ、個々の地すべりとしての活動度履歴を検討した。その際には、自然条件図、土地条件図、国土保全条件図など、地形・地質学的および地理学観点からの要因と、気象条件や地震などのトリガー要因を関連させて、発生危険度の判定基準を確立するために地すべり発生予測条件を明らかにしつつある。そのモデル地域として、"津川"地域をとりあげて、Susceptibility mapを作成した。このマップでは、パラメーターとして、地質岩相、標高、傾斜方向アスペクト比・傾斜度、既存の地すべり・崩壊地、道路網を使用して、統計的手法を加味した。その結果、ハザードマップの前段であるSusceptibility mapのモデルができ、今後のハザードマップ作成と最近施行された土砂新法への対応についての足がかりができた。最近発生した2000年1月戸沢川大崩壊の調査を始め,2004年7.13新潟豪雨や10.23中越地震による地すべり・崩壊についても崩壊調査票などによるデータ収集し解析した。特に2004年の斜面災害は新第三紀-第四紀の堆積岩という同一の地形・地質条件で発生し、トリガーが異なるだけであることから、両者の比較が重要であった。したがって、H17年度では、従来の火山岩地域のデータを参考にして、堆積岩地域の崩壊・地すべり分布図やデータベースをGISシステムに載せて各種レーヤを構築し、地形・地質データとの関連を解析し統計処理を行った。H17年度の調査では、中越地域北部で発生した7.13新潟豪雨による斜面崩壊は3600箇所に達し、同地域南部で発生した10.23中越地震による地すべり・崩壊は1500箇所に上ることが、明らかになった。また、特に7.13斜面災害については崩壊調査票などにより、急傾斜地では平滑型表層崩壊が、緩傾斜地では深層崩壊が発生する傾向があることがわかった。また、崩壊パターン、崩壊規模(深度、幅、長さ)、堆積規模、地形・地質データを収集した。

データの中間解析によると、深度は10m以下で、幅は60m以下、長さは100m以下で、幅と長さの関係は相関があるように見えた。また、10.23中越地震による斜面崩壊は、1)深度の大きい岩盤すべり、2)流動型地すべり、3)表層崩壊に区分された。また、GIS技術を活用して、これらの二つの同時多発型斜面災害について、発生前後の空中写真や衛星画像の比較により、どのような斜面で発生したかを解明した。その結果、7.13新潟豪雨災害は、地質条件として泥岩部分に多く、また、10.23中越地震による地すべり・崩壊は全体として地層傾斜の緩い斜面で、しかも砂岩地域で発生していることが明らかになった。これらにより、地すべり災害、とくに突発型斜面災害の予測(ハザードマップ)手法についての一定程度手がかりを得ることができた。H18年度については、2004年7.13豪雨による斜面災害と10.23地震による斜面災害について、とくに数値地質図や地すべり地形分布図、10mメッシュのDEMなどをGISを活用して編集して、解析を行った。また、2004年の豪雨斜面災害については、300箇所の崩壊データベースを作成し、地形と地質との関連を解明した。さらに、とくに出雲崎地域については、1961年と1980年にも同時多発災害が発生して類似した崩壊が多発した。したがって、それらとの分布を比較することにより、今後崩壊発生域を推定できる手がかりが得られた。また、中越地震による斜面災害については、DMC画像をGIS上で解析し、棚田や池などの土地利用と亀裂発生などの影響調査を実施した。以上の二つの異なったトリガーによる同時多発型斜面災害について、地形・地質条件に関する発生用件の比較を行い、それぞれの類似点や相違点を明らかにできた。あわせて、3年間の総括を行い以下のようにまとめた。1)GISを使用して、角田山・弥彦山地、津川地域、小佐渡の地形・地質、道路などの条件について、AFP法など統計的な方法で斜面災害の可能性マップ(ハザードマップの前段階)を提案した。2)2004年7.13豪雨と同年10.23の地震による異なったトリガーによる同時多発災害が発生したため、本研究としては、これらの発生データを収集して、今後の災害ハザードマップのための地形・地質要素をGIS技術で明らかにすることになった。3)2004年7.13豪雨の斜面災害は3000箇所以上が判読され、そのデータベース化により、堆積岩地域の地形・地質特性と崩壊データとの関連をGISで解析・把握した。4)2004年10.23地震による斜面災害は4000箇所以上が確認され、画像データなどの解析により、地形・地質との関連をGISで明らかにできた。5)上記二つの斜面災害について、その崩壊率(崩壊密度)と地質岩相と地形傾斜や曲率との関係を明らかにすることにより、今後の地震と豪雨による同時多発型斜面災害の発生確率予想のために必要な要素や判断基準を決めることができた。
ワイドギャップ窒化物半導体による放射線耐性に優れた検出器の開発研究

本研究では、将来の素粒子実験分野での実用の観点から、放射線損傷に対して高い耐性を持つと考えられているワイドギャップ窒化物半導体を用いた放射線検出器開発を行った。代表的な窒化物半導体であるGaN、AlGaNおよびInGaN材料を用いて、検出器の基本素子となるダイオードを作製し、その性能を評価した。その結果、ワイドギャップ半導体の特徴である高温での安定動作が確認された。さらにGaNダイオードにおいて重荷電粒子の検出に成功した。また、素子に陽子線を入射して放射線耐性を調査したところ、10^16p/cm^2程度の高フルエンスに対しても、極端な性能劣化は見られず、同材料の高放射線耐性が実証された。本研究では、高放射線耐性を持つと考えられているワイドギャップ半導体を用いて、特に素粒子実験分野での実用を見据えた次世代粒子検出器の開発を行っている。まず、窒化物半導体の中でも、近年その基板製作技術が急激に進歩しているGaN半導体を用いて、検出器の基本素子となるショットキーダイオードを作製した。ここでは、検出器としての汎用性を持たせるため、従来のGaNエピ基板の標準構造として用いられていたサファイヤ上に成膜したGaN基板ではなく、導電性を持つn型SiC基板上に成膜した高抵抗GaN基板(膜厚1800nm)を用いた。作製した素子に対して各種特性を調べた。電流-電圧特性においては、低暗電流(数10nA/cm^2)で60V程度の逆電圧耐性をもつことがわかった。紫外光入射に対する分光感度特性では、高感度光応答性とともにGaNバンドギャップに対応する波長カットオフが確認され、使用したGaN基板の高品質性が実証された。温度依存性の試験では、環境温度が40°C程度までの範囲では暗電流の極端な増加は観られず、ワイドギャップ半導体の優位性が裏付けられた。α線入射に対する電荷収集効率をSi検出器と比較して評価したところ、対Si比90%程度と高い値が得られた。このGaNダイオードに、20MeVの陽子線を入射し放射線耐性を評価した。10^<12>10^<16>p/cm^2の照射量に対して、照射前後の電気特性の変化を調べた。その結果、最大照射量(10^<16>p/cm^2)で雑音特性のわずかな劣化(暗電流の増加が1桁以下)が観られたが、従来Si材料で問題となっていたような極端な劣化はなかった。放射線耐性については、今後、照射の際の条件を変えるなどして、多角的かつ系統的に継続して調べていく。本研究では、放射線損傷に対して高い耐性を持つと考えられているワイドギャップ窒化物半導体を用いて、素粒子実験分野での実用を見据えた次世代粒子検出器の開発を行った。ここでは、前年度から継続して開発を続けてきたGaN検出器に対しそ、基板品質の評価を含め、特性を詳細に検証した。その中で、本研究で使用したGaN基板の不純物濃度が10^<17>-10^<18>程度と見積もられたことより、放射線に対する感度向上のためには、基板の厚膜化とともに高抵抗化が今後の課題であることがわかった。一方、今年度は他のIII族窒化物半導体について、検出器材料としての可能性を検証した。ここでは、AlGaN(厚さ0.5μm)およびInGaN(厚さ0.08μm)基板による素子を作製し、各種特性を評価した。AlGaNはGaNに比ベバンドギャップがさらに大きく、またInGaNは平均原子番号が大きいことから、温度特性や放射線に対する感度において、特徴的な性質を示すことが期待される。本研究で用いたAlGaNおよびInGaN基板については、膜厚が充分でなかったため、作製した素子の評価は基本特性(電気特性・光学特性)にとどまった。その結果、逆バイアス耐圧が5V程度で暗電流が数μA/cm^2であることがわかった。放射線耐性の検証では、GaN、AlGaN素子にエネルギー70MeVの陽子線を入射し、暗電流値の変化から性能劣化を評価した。その結果、10^<15>/cm^2程度の照射量に対して、GaN素子で暗電流の増加が10100倍程度で、実用素子として極端な性能劣化をもたらす大きさではなかった。またAIGaN素子では有意な暗電流の増加は観られなかった。これらの結果は窒化物半導体の放射線損傷耐性の高さを裏付けるものであった。本研究成果から、III族窒化物半導体による放射線検出器開発の可能性が実証され、実用化へ向けた今後の研究開発の方向性が示された。