hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
レーザー照射活性場を援用した回転CVDによるナノ構造制御触媒材料の開発

このように、レーザーCVDと回転CVDを組み合わせることでナノミクロンサイズの担体上に触媒ナノ粒子を高分散に担持した高活性な触媒の合成プロセスを示した。本研究は、レーザーCVD法と回転CVD法を用いることで、担体および触媒粒子の双方のナノ構造を制御し、高活性なNi系触媒を創出することを目的とした。レーザーCVDによりAl2O3(ガンマ相)担体膜を合成し、サブミクロン以下の微細なカリフラワー組織が高い成膜速度で形成した。Niナノ触媒粒子は回転CVD法により合成し、8 nm程度のNiナノ粒子を粒子径が80 nmの微細なAl2O3粉末やメソポーラスシリカに担持することに成功した。これら回転CVD法で作製したNi-Al2O3およびNi-メソポーラスシリカ触媒は、メタノール・水蒸気改質反応で従来よりも2-3倍高いH2ガス生成量を示した。平成26年度までに、回転CVDにより触媒ナノ粒子を各種セラミックス担体粉末上に担持し、凝集することなく、高分散化することを実証してきた。特に、サブミクロン-ナノレベルの構造体上にもナノ粒子を担持できることを示し、高い触媒性能のナノ粒子-ナノ構造担体システムを構築する指針を得た。また、担体材料の表面組織は、レーザーCVDを用いることで、特異なナノ組織を発現することを見出してきた。このように、触媒粒子および担体材料の双方のナノ構造をCVDプロセスで発現した点は、当初の計画通りであり、最終年度にこれらの知見を統合することで高活性触媒機構を創製できるものと考える。27年度が最終年度であるため、記入しない。無機材料・物性最終年度となる平成27年度は、回転およびレーザー照射場でのCVDにより発現する触媒粒子および担体材料の双方のナノ構造を利用した、高活性な触媒機構を創出する。レーザーCVDによりナノ組織を形成したシリカ、SiC、TiO2、ZrO2やアルミナの各種担体上に、回転CVDによるNi,CuやRhナノ粒子を高分散に合成する。各種CVD合成条件が担体の表面組織や触媒ナノ粒子の構造・分散状態に及ぼす影響を調べ、これらと触媒性能との関係を明らかにすることで、触媒ナノ粒子-担体ナノ組織の高活性システムを創製する。平成25年度は、まず、回転CVDによるNiナノ粒子の合成および高分散担持することに焦点を絞り、最終的な目標のレーザー照射場における回転CVDプロセスの開発及びそれを用いた高機能触媒の創製を行うための基盤となる知見と技術を構築できた点は当初の計画通りといえる。既にレーザー照射場を導入する準備が整っており、予備実験のなかで特異なナノ組織を合成できることを確認出来ている点は、平成26年度で主眼となる触媒および担体のナノ組織制御に向けての視界は開けていると考える。研究の進捗は当初の予定通りであるが、装置やCVD原料に関わる経費が計画よりも抑えられたことにある。真空排気系や配管部品の交換時期は不定期であり、特に、細目にオイル交換を行うことで、真空ポンプの交換を回避した点が主な理由である。平成26年度は、担体粒子のナノ組織制御に重点を置き、回転CVDにレーザー照射場を導入することで、本課題の進行を加速させる。既に、レーザーCVDによりAl2O3やSiO2を合成し、これらが羽毛状組織や樹枝状組織などの特異なナノ組織を示すことを見出している。基本的には、この技術を担体粒子表面に応用するものであるので、これまで得てきた経験を生かしてスムースに進めることができると期待している。
MRI-ASL法による非侵襲的脳血流画像-小児発達脳とモヤモヤ病における評価-

1.MRI-ASL(FAIR)法による脳血流定量画像とその測定精度の評価【スライス1枚撮りでの解析】定量化を考える第一段階として、一枚撮りでTlを変えて撮像し、モデルと比較した。結果:Gd, SPIO群のΔR2*maxの平均値から計算されたその95%信頼区間の下限値は,限界値-Δより大きかった。結論:SPIOを用いたMRI潅流画像はGdを用いたMRI潅流画像と臨床的に同等であることが示された結論FAIRによる血流画像はGdを用いた灌流画像から得られる局所脳血流画像と良い相関が得られ、臨床的に有用である可能性が示唆された。対象:MRI-ASL法灌流画像が施行された生後3ヶ月未満の患者20例中,一歳時の発達が正常と判断された12例方法:生後3ヶ月未満に得られた脳血流画像を後ろ向きに検討する結果:12例中8例では新生児期には肉眼的に中心溝付近,後頭葉,視床の局所血流が高い傾向が認められられた.5.スライス撮影されていたが、上下のスライスで信号に全体的な差があり、定量的評価困難であった。結論:EAIR法により得られた新生児から乳児期における局所脳血流画像は従来報告されているPETによる脳血流画像と比較的近似していた。FAIR法による局所脳血流の評価が生後早期における脳血流スクリーニングに有用である可能性が示唆された.1.MRI-ASL(FAIR)法による脳血流定量画像とその測定精度の評価【スライス1枚撮りでの解析】定量化を考える第一段階として、一枚撮りでTlを変えて撮像し、モデルと比較した。FAIR法による局所脳血流の評価が生後早期における脳血流スクリーニングに有用である可能性が示唆された.目的:MRI-ASL法の1つであるFAIR(Fluid attenuated inversion recovery)を用いて脳血流量を測定する。方法:1-compartment modelを用いた。脳組織内の微少体積に単位時間あたり単位質量あたり流入する血液の体積をf、流入する動脈血中の水プロトンの単位体積あたり縦磁化をMa、組織の単位質量あたりの縦磁化をM、熱平衡状態にあるときMO、水の脳/血液分配係数をλ、組織のプロトンの縦緩和率をR1、血液の縦緩和率をR1aとする。dM/dt=fMa+(MO-M)R1-(f/λ)M=fMa+MOR1-(R1+f/λ)Mとなる。スライス選択的反転パルス照射後、ある時間(τa)から、パルスを浴びない熱平衡状態の血液が流入する。スライス非選択的反転パルス照射後も、τbから、コイル外にあったパルスを浴びない熱平衡状態の血液が流入する。Rlapp=(R1+f/λ)と定義すると、ΔM/MOとRlappを測定することによりfを計算できる。Rlappの測定:EPI、Saturation Recovery法を用いた。結果:一枚撮りでTIを変えて撮像し、モデルと比較した。TR=3sec, TI=100,200,500,900,1400,2000,2750.灰白質τa=0.44±0.03,τb=2.03±0.15sec、白質τa=0.65±0.11,τb=2.43±0.31sec、TI=1400,2000,2750では脳血流量は灰白質40-50、白質20-25(ml/min/100g)と比較的よい値が得られた。間題点:本法による脳血流量測定の問題点は、τa、τbが対象者により、かつ脳組織の部位により異なることであると思われる。特に虚血などがあるときに、病巣のτa、τbが大きいと考えられる。今後、モヤモヤ病患者を対象に検証、検討を加えていく予定である。目的:研究1:成人脳腫瘍患者を対象にFAIR法を用いた脳血流画像とGd造影剤,新しい造影剤であるSPIO製剤を用いた脳血流画像を比較検討し,その精度を検討する。方法:研究1:4例の脳腫瘍患者に施行された.対象は2例が転移性脳腫瘍,2例は原発性脳腫瘍(悪性グリオーマ)であった.

研究2:2歳未満の発達期小児12例にFAIRを用いた脳灌流画像が施行された.対象はてんかん4例,出産時時期に仮死の既往があった児3例,発達のスクリーニング目的例5例であった.結果:研究1:FAIR法では4例中3例では腫瘍部分の血流は対側と比べ高血流であった.GdとSPIO造影剤を用いた血流画像はほぼ同様の画像が得られた。研究2:12例うち10例では患者の動きによる影響がなく,比較的良好な画像が得られた.考察:FAIR法による血流画像はGdやSPIOを用いた血流画像に比べ分解能の点など不十分な点はあるが,ある程度の相関が得られることが期待される.小児においては造影剤を用いないFAIR法による血流画像はまだ正常例のデータの蓄積は不十分であるもののその簡便性,非侵襲性から臨床において利用が可能であることが示唆された.対象:成人脳腫瘍患者10人方法:二重盲検被験者内クロスオーバーデザイン評価項目,評価方法:SPIO(リゾビスト【○!R】),Gd(マグネビスト【○!R】)による脳MRI潅流画像によって得られる2つの時間信号曲線,脳血液量画像について以下の主要評価項目,副次的評価項目に関し検討した.1)主要評価項目:造影剤の初回脳循環を反映する時間-信号曲線から得られる最大信号低下値(ΔR2*max)個々の患者に関してSPIO, Gd造影剤を用いた脳灌流画像を施行し,得られた造影剤初回循環時の信号-時間曲線から最大信号低下ΔR2*maxをそれぞれ求め,Gd, SPIO群においてΔR2*maxに差があるか検定した.非劣性検定,有意水準は両側5%で検定を行った.2)副次的評価項目SPIOによる脳血流量画像における腫瘍/健常部比.とGdによる脳血液画像における腫瘍/健常部比の比較(脳血流量画像上,関心領域をおいた定量的評価)結果:Gd,SPIO群のΔR2*maxの平均値から計算されたその95%信頼区間の下限値は,限界値-Δより大きかった.限界値ΔはSPIOとGdの予想されるΔR2*max差90の1/5:18と推定した.結論:SPIOを用いたMRI潅流画像はGdを用いたMRI潅流画像と臨床的に同等であることが示された課題2正常発達小児を対象としたMRI-ASL法灌流画像による脳血流マップデーターベースの作成.対象:MRI-ASL法灌流画像が施行された生後3ヶ月未満の患者20例中,一歳時の発達が正常と判断された12例方法:生後3ヶ月未満に得られた脳血流画像を後ろ向きに検討する結果:中心溝付近,後頭葉,視床の局所血流が高い傾向が認められられた.結論:FAIR法により得られた新生児から乳児期における局所脳血流画像は従来報告されているPETによる脳血流画像と近似しており,FAIR法による局所脳血流の評価が生後早期における脳血流スクリーニングに有用である可能性が示唆された.
救急看護師に必要な能力の確認とその教育方略の開発

救急医療の発展に伴って、専門性を有する救急看護師の必要性については早くから認識されてきたが、救急看護師に必要な能力、期待される役割について明確にされていないのが現状である。本研究では文献検討およびに救急看護領域の専門家に対する調査から導き出された救急看護師に必要な能力と期待される役割に関する質問紙(16下位尺度、96項目)を作成し、救急領域の看護師(84施設,2,848名)を対象とした調査を実施した。因子分析の結果、救急看護師の能力と役割として「患者中心の看護」「救急看護特有の知識・技術」「プレホスピタルケア」「教育・研究」「専門性の育成」の5因子が抽出できた。さらに、各施設を救急医療施設の機能的なレベルに合わせ「三次施設」、「二次施設」、「全次型施設」に分類し、その特徴を明らかにした。各々の回答結果について比較したところ、三次施設が高い値を示したのは、患者や家族のケアや心理的サポートに関する項目であり、全次施設では、救急患者受け入れ場面での調整役割に関する項目で他施設よりも高い結果であった。また、救急看護師に求められる能力と役割として抽出された5因子の因子得点を用いた比較では、「プレホスピタルケア」で全次の得点が最も高く、「教育・研究」では、三次が二次よりも有意に得点が高い結果であった。救急看護に必要とされる基礎的な知識や技術の習得についてはどの施設であっても必要なことと言えるが、これらの因子は、相互に関連しあいながら一人の看護師の成長に合わせて発展していくと考えられる。そのため、対象看護師個人の経験や働く場の特性である施設の救急医療レベルなどを考慮した教育戦略が必要になる。救急看護師の役割、専門性、必要な能力に関しては、救急看護学会においても明らかに定義されていない。また、救急看護教育を看護基礎教育において実施している学校は少ないため、救急看護師の卒業後は殆ど施設独自に行われているため、その目標や方略にも統一されたものはない。このような現状を受けて、救急看護師の役割に関する概念を先行研究から導き出した。それと平行して、救急看護の専門家として活躍している(1)看護教育者、(2)臨床管理者、(3)救急看護認定看護師、各10名から半構成的質問によって役割に関する概念を調査し、先行研究と照合した。その結果得られた概念には、一般看護師にも共通する「意欲・態度・姿勢」、「患者中心の普遍的看護」、「看護過程」、などがあり、共通しているが救急看護の独自性が必要な概念として「フィジカルアセスメント」、「診療の補助」、「精神的看護」、「家族援助」、などがあった。また、きわめて独自性の高い役割としての概念には「救命技術」、「災害急性期の看護」、「プレホスピタルケア」、があり、それ以外に救急看護において特に重要な概念として「調整」、「教育・指導」、「研究」、「専門性の追求」、「倫理的判断」などがあった。これらの概念を30名の専門家に再度依頼して内容分析を行い、その結果を受けて質問紙を作成中である。救急看護師の役割・能力に関して先行研究から、4つの側面;(1)一般看護師と共通する役割・能力、(2)リーダー役割・能力、(3)救急看護師特有の役割・能力、(4)救急リーダー役割・能力、と189の下位項目が明らかになった。抽出した項目を精選して16の下位概念と177の項目に絞った上で、2003年3月に救急を専門とする看護師30名に依頼して内容分析を行った(32名中25名回答)結果、16下位概念、98項目に絞ることができた。これを質問紙としてプレテストを行った(救急看護セミナー受講者122名、回答114名)。

プレテストからは役割・能力に関する4つのクラスターが明らかになった。そこから見えてきた救急看護師の役割・能力は、「救急看護に必須の知識・技術」、「普遍的なケア」が並列しており、その上位に「救急看護の専門性」が育成されるものであり、さらに上位に「キャリアアップと教育・研究」のクラスターが位置するという、階層構造を示していた。そこで、これを質問紙として全国の157救急施設に調査を依頼し、84施設、2848名の看護師から協力を得て収集したデータを分析中である。救急医療の発展に伴って、専門性を有する救急看護師の必要性については早くから認識されてきたが、救急看護師に必要な能力、期待される役割について明確にされていないのが現状である。本研究では文献検討およびに救急看護領域の専門家に対する調査から導き出された救急看護師に必要な能力と期待される役割に関する質問紙(16下位尺度、96項目)を作成し、救急領域の看護師(84施設,2,848名)を対象とした調査を実施した。因子分析の結果、救急看護師の能力と役割として「患者中心の看護」「救急看護特有の知識・技術」「プレホスピタルケア」「教育・研究」「専門性の育成」の5因子が抽出できた。さらに、各施設を救急医療施設の機能的なレベルに合わせ「三次施設」、「二次施設」、「全次型施設」に分類し、その特徴を明らかにした。各々の回答結果について比較したところ、三次施設が高い値を示したのは、患者や家族のケアや心理的サポートに関する項目であり、全次施設では、救急患者受け入れ場面での調整役割に関する項目で他施設よりも高い結果であった。また、救急看護師に求められる能力と役割として抽出された5因子の因子得点を用いた比較では、「プレホスピタルケア」で全次の得点が最も高く、「教育・研究」では、三次が二次よりも有意に得点が高い結果であった。救急看護に必要とされる基礎的な知識や技術の習得についてはどの施設であっても必要なことと言えるが、これらの因子は、相互に関連しあいながら一人の看護師の成長に合わせて発展していくと考えられる。そのため、対象看護師個人の経験や働く場の特性である施設の救急医療レベルなどを考慮した教育戦略が必要になる。
振動子群の相互衝突を利用したダンパの開発

先端に質量を持つ片持ちはり状の振動子の集まり(振動子群)を構造物上に設置し、振動子相互の質量の衝突によって振動エネルギーを吸収するダンパを開発した。振動子が2個の基本的な場合について、振動子間の距離、反発係数、固有振動数がダンパ性能に及ぼす影響を明らかにし、直線的に配置した振動子3個の場合にもほぼ同様であることを示した。次にx-y二方向に振動する振動子を平面的に設置して面内で振動する構造物の制振を試み、本ダンパが効果的に作用することを実証した。制振対称の主系構造物に対し先端に質量を持つ片持ちはり状の振動子の集まり(振動子群)を設置し、振動子相互の質量の衝突によって主系の振動エネルギーを吸収する仕組みのダンパを製作、実験とシミュレーションによってその効果を確かめている。実験では固有振動数が約10Hzの主系に対し固有振動数が5Hz15Hzの振動子から選ばれた3個を設置し、主系に衝撃を与えたときの振動の収束状況について調べている。3個の振動子と主系の振動応答を高速度カメラで撮影し、画像処理による追尾結果から振動子と主系の応答変位を測定している。振動子の組み合わせを変えて4種類の組み合わせの振動子群による主系の制振効果を調べた結果、単位時間における振動子相互の衝突回数が多い方が制振効果は大きくなることを明らかにし、この種のダンパが過渡振動の抑制に有効であることを示している。質量の反発係数が主系の制振効果に及ぼす影響については、反発係数の極端に異なる材料を準備できなかったため、実験では明らかにすることができなかった。一方、振動応答のシミュレーションにおいては運動方程式をニューマークのβ法で数値積分している。振動子の衝突のたびに運動量保存則と反発係数の関係から衝突直後の振動子速度を求め、再びニューマークのβ法を実行するという手法を試みている。実験結果との比較において、衝突回数が多くなるほど実験とシミュレーション結果が異なっており、シミュレーションでは衝突における接触時間を考慮していないことが原因していると考えている。シミュレーションの精度を上げるためにはこの衝突のモデル化を正確に行うことが必要であり、制振効果を最大にする振動子群の条件をシミュレーションによって見いだすことができるようにする予定である。先端に質量を持つ片持ちはり状の振動子の集まり(振動子群)を制振対称の構造物(主系)に設置し、振動子相互の衝突によって系全体の振動エネルギーを吸収する仕組みのダンパを開発することを目的にしている。平成22年度は制振の基本的原理を明らかにするため、振動子を2個とした場合について主系が衝撃を受けるときの制振実験とシミュレーションを行った。振動子パラメータが制振効果に及ぼす影響を調べるため、運動方程式を無次元化し、主系と振動子の質量比、振動子と主系の固有振動数比、振動子の間隔、振動子の反発係数にパラメータを絞った。制振効果の指標として系全体のエネルギーの減少率を使用することにした。その結果、振動子と主系の固有振動数比が大きく影響し、振動子の固有振動数が主系に比べ一方が小さく他方が大きいときに制振効果が現れること、特に2つの振動子における固有振動数比が0.6と1.3の場合に制振効果が最もよいこと、が明らかになった。振動子の間隔や振動子の反発係数が制振効果に及ぼす影響については、それらが制振効果に大きく影響しないことをシミュレーションから得た。振動子の固有振動数比の組合せを様々に変えた実験を行ったが、シミュレーションで予想した通りの主系と振動子の振動挙動及び制振効果が得られ、シミュレーションによって振動子の衝突現象を正確に予想可能にしたことには意義がある。制振効果が大きいときの振動子の挙動を調べた結果、主系の振動に同期して振動子の衝突が起きていることがわかったことは重要である。今後はこの同期した衝突の発生条件を見いだすこと、振動子の個数を増やしたときの制振の最適条件を決定するための方法について検討する。本研究では、先端に質量を持つ片持ちはり状の振動子の集まり(振動子群)を制振対称の構造物(主系)に設置し、振動子相互の衝突によって系全体の振動エネルギーを吸収する仕組みのダンパを開発することを目的にしている。振動子の基本的な挙動を調べるため、振動子を2個とした場合について主系が衝撃を受けるときの制振実験とシミュレーションを行った結果、振動子同士の衝突が主系の振動と同期して生じる場合に制振効果が最も大きいこと、このときの振動子の条件として一方の振動子の固有振動数が主系固有振動数より大きくかつ他方は小さく、さらに2つの振動子の固有振動数比が特定の場合に同期した衝突現象が現れることを明らかにした。この結果を元に、主系がx-yの2方向に振動する場合に振動子を2次元的に配置することによって2方向の振動を制振することを試みた。

振動子の2次元的な衝突振動の基本的挙動を調べるため、最も簡単な振動子の2次元配置として、正三角形の頂点に振動子を3個配置した場合を考えた。まず実験により制振効果を確認するため、x-yの2方向に振動する主系上に前述の状態で振動子を設置し、3個の振動子の固有振動数の組合せを変え、かつ主系のx-y面内の振動方向も変えて制振実験を行った。この結果、振動子の特定の組合せのときに制振効果が大きく現れることを得た。つぎにシミュレーションによって制振効果を大きくする振動子の組合せを考えるため、3個の振動子の固有振動数を様々に変えて制振効果を求めてみた。衝突のたびに衝突の法線方向について運動量保存則と反発係数の関係式を使って衝突後の速度を算出し、x方向とy方向の振動子および主系の応答を数値積分によって計算した。その結果、3個の振動子のうち、1個は主系固有振動数より大きく、他の1個は小さく、残りの1個は主系固有振動数付近にしたときに制振効果が最も大きくなることを明らかにし、2次元振動の制振方法に新たな知見を示した。
カスミサンショウウオの孤立集団における生態学的・遺伝学的特性

本年度も、福岡県北九州市内及びその周辺の地域に点在するカスミサンショウウオ(Hynobius nebulosus)の生息地を捜索し、産卵期である1月3月の期間に各産卵地において、卵対からの卵および胚の採集、成体の尾の一部の採集など、遺伝子試料の収集を行った。特に産卵場所に集まった成体については、身体のコンディションや個体の質の評価の指標として、全長、体積、体重などの計測を行った。本年度は、新たな4つの孤立集団も含めて、20集団から約250個体分の遺伝子試料の採集を行った。胚や成体の尾の一部の資料からのDNAを抽出は、簡易遺伝子抽出キットを用いて行い、平成15年度および16年度に採集した資料を中心に、約200個体分のDNAの抽出を行った。精製されたDNAサンプルの一部について、ミトコンドリア遺伝子のD-loop領域の約400bpを特異的なプライマーで増幅させ、DNAシーケンサーを用いて、塩基配列の決定を試みた。この領域のDNAは立体構造をとっていることが知られており、結果の塩基配列の途中にノイズが入ることもあり、精密な比較は今の段階ではできないが、ラフな評価では、同一集団内では、ハプロタイプの多型が少なく、固定していると思われる集団もあった。集団間では、多少の差異も認められるが、集団間の距離等で相関をとれるほどまだ解析は進んでいない。マイクロサテライト遺伝子による、各集団の多様性の評価については、カスミサンショウウオで使えそうな遺伝子座を、近縁種のプライマーで試してみたが、いくつかの遺伝子座は増幅されるが、多くの多型が検出されたものは少なかった。今後は、ノイズの少ないプライマーを設計するのと同時に、残りの遺伝子サンプルについての塩基配列の決定を行う。また、近縁種のプライマーを用いて、多様性評価が可能なマイクロサテライト遺伝子座の開発および評価もおこなってゆく。カスミサンショウウオ(Hynobius nebulosus)の遺伝子解析用のサンプル収集は、福岡県北九州市若松区内の20集団において行った。すべての集団をあわせて合計約200卵塊を発見したが、集団へのインパクトを最小限にするために、各卵塊から36卵(卵塊内の全卵の数パーセントにあたる)を切り取り、残りは、現地にそのまま残した。切除処理をした卵塊の切り口から、未発達の胚が卵塊から離脱するのを防止するために、切り口を絹や木綿等の糸で縛るなど、細心の注意を払いながら、サンプリングを行っている。また、成体も合計20個体発見したが、尾の先を数ミリ切除し、遺伝子解析用のサンプルとした。遺伝子マーカーの開発については、ミトコンドリアDNAおよびマイクロサテライトDNAについて行っている。ミトコンドリアDNAについては、遺伝子データベースDDBJから、すでに発表されているチュウゴクオオサンショウウオおよびセイホウサンショウウオの全塩基配列をダウンロードし、その情報をもとに、カスミサンショウウオのD-loop領域を特異的に増幅させるプライマーの設計を行った。その結果、同領域の910塩基対を特異的に増幅させるプライマーの設計に成功した。また、マイクロサテライトDNAマーカーの開発については、現在までにDDBJで公開されている北米産の小型サンショウウオのマイクロサテライト領域について、30遺伝子座のプライマーを合成し、カスミサンショウウオに利用可能かチエックした。その結果、いくつかの遺伝子座について、増幅され、かつ多型があることがわかった。平成16年度は、平成15年度末に採集した約600個体の遺伝子解析用サンプルのうち、約200サンプルから遺伝子精製キットをもちいて、DNAの抽出を行い、さらには、その一部のDNAサンプルについて遺伝子解析を行った。また、昨年度に引き続き、新しい解析サンプルの採集も行った。カスミサンショウウオのミトコンドリア遺伝子のD-loop領域の塩基配列を解読し、各カスミサンショウウオ集団の遺伝的系統関係や遺伝的多様性を評価する為に、PCR法によってD-loop領域を特異的に増幅させるプライマーの設計を試みた。D-loopを挟むミトコンドリア遺伝子の領域に何セットかのプライマーを設計し、そのなかでも増幅効率がよく、かつ非特異的な増幅が少ないプライマーを選んだ。さらに、塩基配列解読時のエラーや間違いが極力少なくなるように、D-loop領域の内部にも何種類かのプライマーを設計し、同様に増幅効率が良く、非特異性の少ないもの選んだ。これらのプライマーを用いて、約10固体のカスミサンショウウオの塩基配列を解析した結果、D-loop領域の何ヶ所かに、集団間あるいは固体間で差のある部位があることが明らかになった。新しい集団からの遺伝子解析資料の採集については、平成15年度に採集した集団から距離的に離れた、あるいは地理的な分断がある集団からの採集をこころがけ、平成16年末から年度末にかけて、約10集団から、100サンプル前後の幼生および成体の尾の先頭の採集を行った。

胚や成体の尾の一部の資料からのDNAを抽出は、簡易遺伝子抽出キットを用いて行い、平成15年度および16年度に採集した資料を中心に、約200個体分のDNAの抽出を行った。精製されたDNAサンプルの一部について、ミトコンドリア遺伝子のD-loop領域の約400bpを特異的なプライマーで増幅させ、DNAシーケンサーを用いて、塩基配列の決定を試みた。この領域のDNAは立体構造をとっていることが知られており、結果の塩基配列の途中にノイズが入ることもあり、精密な比較は今の段階ではできないが、ラフな評価では、同一集団内では、ハプロタイプの多型が少なく、固定していると思われる集団もあった。集団間では、多少の差異も認められるが、集団間の距離等で相関をとれるほどまだ解析は進んでいない。マイクロサテライト遺伝子による、各集団の多様性の評価については、カスミサンショウウオで使えそうな遺伝子座を、近縁種のプライマーで試してみたが、いくつかの遺伝子座は増幅されるが、多くの多型が検出されたものは少なかった。今後は、ノイズの少ないプライマーを設計するのと同時に、残りの遺伝子サンプルについての塩基配列の決定を行う。また、近縁種のプライマーを用いて、多様性評価が可能なマイクロサテライト遺伝子座の開発および評価もおこなってゆく。
ギャップ結合の微細構築にかんする分子形態学的研究

1.ギャップ結合の構成分子コネキシン(Cx)には、一群のCx蛋白ファミリーが存在する。本研究計画では、この多様性を各々のCxに特異的なペプチド配列にたいするウサギ抗血清などを分別標識にもちいて(1)ギャップ結合斑の分子構成および、(2)組織分布と機能発現の対応の両面から、分子構築学的解明を試みた。2.ギャップ結合単位粒子の分子構成:肝臓から分離精製したギャップ結合膜を、界面活性剤処理して、ネガチブ染色・急速凍結ディープエッチレプリカで観察し、単離された構成単位粒子は中央陥凹をもつド-ナツ状粒子構造を示すことを確認した。さらに高速液体クロマトグラフィーで精製した六量体をCx26とCx32の親和性カラムで分離後、それぞれが混在せず個別の免疫ブロット像を示すことから、単位粒子はCx26かCx32かどちらかの単一蛋白のみで構成されていることが示唆された。3.各種組織における共存状態:(1)脂質分泌線であるハーダー腺の腺房間には、唾液腺とは異なりCx32は発現されずCx26のみが分布した。また筋上皮間にはCx43が分布し、分泌物の産生と排出のための収縮という二つの異なる細胞機能集団では別種のギャップ結合蛋白が発現し、個別の独立した細胞群を構成していると考えられた。(2)一方乳腺腺房の妊娠・分娩・授乳・離乳に伴う変動では、Cx26、Cx32、Cx43のそれぞれが、RNA転写レベル・蛋白質発現レベル・さらにリン酸化状態で個別に特徴的な調節をうけることが判明し、細胞機能状態と連関した動的な発現と分子構築をとることが示唆された。4.今回の研究結果から、細胞間交流を担うギャップ結合の構成蛋白は、組織の種類と活動状態に応じて多様な発現を呈し、細胞機能の調節に密接に関連することが示された。今後さらに個別のCx蛋白について遺伝子転写調節因子と蛋白機能活性発現の分子レベルでの調節機構の解明を進めていきたい。肝臓ギャップ結合構成単位粒子(コネクソン)の形態分析:ラットおよびモルモット肝臓より分離精製したギャップ結合膜を界面活性剤(ドデシルマルトシド)処理することにより、その構成単位、すなわち構成蛋白コネキシンの六量体であるコネクソン粒子を単離することができた。ネガティブ染色による電顕観察では、直径約8ナノメートルの円形を呈する均一な粒子状の構造として観察され、その中央には電子密度の高い親水性チャネルに相当すると考えられる領域が確認された。さらにマイカ細片上に吸着させた試料の急速凍結ディーブエッチレプリカ法では、単一粒子はやはり円形粒子として観察され、さらにその中央には細胞外側面のチャネル部分のふくらみに対応すると考えられる窪み状の構造が認められた。またCx32が非常に優位を占めるラットと逆にCx26が優位なモルモットのコネクソン粒子の形態会析による比較では特に両者の間に差異は認められず、Cx32とCx26が混ざり合って構成されるheterohexamerの有無について、形態学的に言及することはできなかった。しかしこの結果はアミノ酸配列から推測されているCx32とCx26のトポロジーモデルにおいて、これらの膜貫通領域と細胞外側の領域が非常に近似しているという説を支持するものであり、コネクソン粒子の細胞質側表面の観察がheterohexamerの有無の解明につながることが示唆された。現在、この細胞質側表面観察の試みと同時に、単一コネクソン粒子の蛋白構成を生化学的手法により検討中である。ギャップ結合の構成

分子コネキシン(Cx)には、一群のCx蛋白ファミリーが存在する。本研究ではギャップ結合蛋白ファミリーの各種細胞での発現様態を調べるために、特異的な抗体を作成してその分布局在を明かにし、細胞間連絡構造の機能を微細構築の面から解析した。◎方法:cDNAより得られたアミノ酸配列から、各々に特異的なペプチド配列にたいするウサギ抗血清を作成し、ラットの心臓・卵巣・唾液腺・乳腺・ハーダー腺・水晶体・歯エナメル芽細胞などを凍結切片の免疫蛍光染色と免疫ブロット、さらにRNAブロットなどによって発現を解析した。◎結果:エナメル芽細胞の各分化段階に分化期では、Cx43が側面膜に点状の反応を示し、形成期では核上部に集積し、成熟期では、強い発現を呈するようになり、細胞間連絡の完成により一つの機能単位として、安定化されると考えられた。一方脂質分泌腺であるハーダー腺の腺房間にはラット唾液腺とは異なり、Cx32は発現されず、Cx26のみであった。また、筋上皮間細胞間には、Cx43が分布し分泌物の産生と収縮による排出という二つの異なる細胞機能集団では別種のギャップ結合蛋白が発現し、おそらく個別の独立した群を構成していると考えられた。さらに妊娠・出産・授乳・離乳に伴って、大変動をおこす乳腺では、Cx26、CX32、CX43のそれぞれが、RNA転写レベル・蛋白質発現レベル・さらにリン酸化状態について個別に特徴的な調節をうけていることも判明して、細胞機能状態と連関した分子構築をとることが示唆された。今回の研究結果から、細胞間交流を担うギャップ結合の構成蛋白は、多様な発現を呈し、組織の種類と活動状態に応じて、細胞機能の調節に密接に関連することが示され、今後さらにこの調節機構の分子レベルでの解明を進めていきたい。
非線形時間依存予後因子を考慮するセミパラ生存時間データ解析法の開発と応用

1.(1)比例ハザード性が成り立たない,(2)予後因子が時間依存,(3)予後因子と生存時間との関連性が非線形,の3つの要求を満たす生存時間データの解析法を,次のようなアイディアに基づいて開発した.すなわちi)予後因子の影響を1次スプライン関数でとらえる,ii)複数の予後因子間の交互作用も評価できるようにスプライン関数のテンソル積の項を導入する,(iii)どの予後因子と,どの因子の交互作用が真に効き,どの予後因子と,どの因子の交互作用が無視できるかの,いわゆる交互作用項選択問題をモデル選択の枠内で定式化する,iv)同様にモデル選択の考え方を導入してノットの選択を行う.これらの各問題に関して研究代表者,および分担者で手分けして理論的研究,及びアルゴリズム開発研究を行い,多くの理論的結果をえた(添付雑誌論文参照).2.開発した理論,及びアルゴリズムに基づいて,コンピュータプログラムを作成した.開発した方法を久山町コホートデータに適用し,その理論・解析法の有効性を検証し,結果を国際会議で発表した.また,Statistics in Medicine誌に投稿し,掲載が決定した.3.開発した方法を,中学生の視力低下データの解析に適用し,開発した方法が生存時間データ以外の解析方法としても有力であることを立証し学会で発表するとともに,学術雑誌に投稿した.4.国際会議を開催し,以上の成果を世界に向けて広く情報発信した.1.(1)比例ハザード性が成り立たない,(2)予後因子が時間依存,(3)予後因子と生存時間との関連性が非線形,の3つの要求を満たす生存時間データの解析法を,次のようなアイディアに基づいて開発した.すなわちi)予後因子の影響を1次スプライン関数でとらえる,ii)複数の予後因子間の交互作用も評価できるようにスプライン関数のテンソル積の項を導入する,(iii)どの予後因子と,どの因子の交互作用が真に効き,どの予後因子と,どの因子の交互作用が無視できるかの,いわゆる交互作用項選択問題をモデル選択の枠内で定式化する,iv)同様にモデル選択の考え方を導入してノットの選択を行う.これらの各問題に関して研究代表者,および分担者で手分けして理論的研究,及びアルゴリズム開発研究を行い,多くの理論的結果をえた(添付雑誌論文参照).2.開発した理論,及びアルゴリズムに基づいて,コンピュータプログラムを作成した.開発した方法を久山町コホートデータに適用し,その理論・解析法の有効性を検証し,結果を国際会議で発表した.また,Statistics in Medicine誌に投稿し,掲載が決定した.3.開発した方法を,中学生の視力低下データの解析に適用し,開発した方法が生存時間データ以外の解析方法としても有力であることを立証し学会で発表するとともに,学術雑誌に投稿した.4.国際会議を開催し,以上の成果を世界に向けて広く情報発信した.〓非線形時間依存予後因子を考慮する生存時間解析,およびその関連分野に関して以下のような理論的成果をえた.・グラフィカルモデリング法によって交絡因子を見分ける方法を開発した.・罰則付き局所的尤度法によるセミパラメトリック非線形モデリング技法を開発した.・回帰係数が時間に依存する繰り返しデータの解析法を開発し,その数学的性質を調べた.・繰り返し測定データのセミパラメトリック解析における平均関数の推定法を開発した.・スパースデータに対するMantel-Haenszel射影推定法の有効な適用法を開発した.・Cox型生存時間解析を,ランダムノットをもつスプライン関数によるセミパラメトリックモデルで行うとき,パラメータ推定量の漸近的一致性,収束の速度について研究を行った.〓脳卒中をエンドポイントとして選択し,約5年ごとに実施された住民検診データから,脳卒中に関連する可能性がある医学的要因,交絡因子の候補についてデータを収集・整理した.久山町コホートスタディデータとリンクさせ解析のためのデータベースを作成した.〓解析モデルの構築をおこない,解析方法のコンピュータプログラムを開発した.モデルの詳細は以下のようである.・1次スプライン関数でモデル化,かつノットは各変数の分布の4分位点の中から選択することにして,基底関数の個数およびノットの選択をAICを利用しておこなう方法を開発した.なお,交互作用項は,考慮しなかった.〓開発したセミパラメトリック生存時間解析法を久山町コホートデータに適用して,脳卒中のリスクファクターを同定するとともにリスク評価をおこなった.共変量調整をベースラインでしかおこなっていなかった従来の解析法と比べて極めて有意義な結果が得られた.〓国際会議を開催し,以上の成果を世界に向けて情報発信した.*昨年度開発した時間依存共変量を用いたスプライン比例ハザードモデルを交互作用項を考慮できるように拡張し、その手法を久山町研究で蓄積された疫学データに適用し有用性を確認した。*生存時間解析を生死という二つのstateだけではなく有限複数個のsateを取りえる場合に拡張した。これによって、疾病の進行度,一つのstateから他のstateへ悪化(改善)までの時間と予後因子との関連性を評価することが可能となった。Montrealで開催された国際会議で発表した。*再発事象に対するセミパラメトリック推測に関する研究を実施した。再発事象の間の時間(gap time)の解析にはある種の独立でない打ち切りを考慮する必要がある。Gap timeに対する比例ハザード性を満たさないセミパラメトリックモデルの推測法を開発し、統計関連学会連合大会において発表した。*久山町コホートスタディデータとリンクさせ解析のためのデータベースを充実化した.

*PCB類・ダイオキシン類などの微量データの解析では,似た化学物質群において,和をとって解析することが多い.測定限界値以下が多く,欠測も多く存在する.そのような問題に対し,ノンパラメトリックな手法を用いて,複数の変数の和を独立変数として取り扱う場合における,各変数の打ち切りや欠測を考慮した解析手法を開発した.*経時的に観測された繰り返し測定データに対して,セミパラメトリックな解析法の1つとしてB-スプライン基底関数に基づく非線形混合効果モデルについて研究した.混合効果モデルに含まれるパラメータを罰則付き最尤法に基づいて推定し,基底関数の個数と平滑化パラメータの選択法として情報量規準を導出した.*ダイナミックノイズを持つカオス時系列データに対するリヤプノフ指数推定法を提案し、その一致性を証明した。◇比例ハザード性が成り立たない場合の時間依存予後因子を考慮するセミパラ生存時間データ解析法を開発するとともに,その計算アルゴリズムを開発し,コンピュータプログラムを作成した。開発した方法を久山町コホートデータに適用し,その理論、解析法、結果を国際会議で発表した。また,Statistics in Medicine誌に投稿し,掲載が決定した。開発した方法を,中学生の視力低下データの解析に適用し,開発した方法が生存時間データ以外の解析方法としても有力であることを立証し学会で発表するとともに,学術雑誌に投稿した。◇相関のある生存時間データに対するセミパラメトリック変換モデルに対する回帰診断法を開発し,Lifetime Data Analysis誌から出版した。また乳癌患者における分子標的マーカー間の関連(pathway)と生存の関係を,主成分分析等により解析し,Cancer Research誌から出版した。◇基底関数展開法に基づく非線形混合効果モデルについて研究した。モデルを構築するときの問題として基底関数の個数の選択があり,その選択法の1つとしてベイズアプローチに基づくモデル評価基準を提案した。提案した手法の有効性を数値実験等で検証し,その成果を国際会議や日本数学会等で発表した。◇国際会議を開催し,以上の成果を世界に向けて情報発信した。
クラスター分析による慢性閉塞性肺疾患のフェノタイプと特異バイオマーカーの同定

当大学付属呼吸ケアクリニック通院した慢性閉塞性肺疾患(COPD)患者を対象とした.慢性心不全,糖尿病など多岐にわたる合併症を,Viscoveryソフトを用いてクラスター解析を行い,サブグループを同定した.サブグループ間で呼吸機能や増悪頻度の差異を確認.そのうえで,CCL2,CCL3,CCL4,CL5などのchemokineやEotaxin,IL-8, IP-10などのcytekine,またホモシステインやペリオスチンの測定を行い,サブグループを規定するバイオマーカーの検出を試みたが,サブグループ特異的なバイオマーカーとして証明しえなかった.1日本医科大学呼吸ケアクリニックに通院したCOPD患者名の第一母集団284例を対象に合併症として慢性心不全、糖尿病、脂質異常症、慢性腎不全、貧血、間質性肺炎(軽度の間質性変化、を挙げ、それぞれ心臓超音波検査、血清HbA1c・総コレステロール・中性脂肪・クレアチニンクリアランス、Hb、KL-6、胸部CTを用いて、存在の有無を確認した。2ヨーロッパでは医療分野およびバイオ関連で高い評価を受けているViscoveryソフトを購入。合併症有を1,無を0、また定量的数値(HbA1cなど)を含めてクラスター解析を行い、サブグループを同定。3各症例の血清で、サブグループ特異的バイオマーカーの検出を予定している。ELISA, multiplexなどいくつかの手法のうち適切なものを用いて、サブグループを規定するバイオマーカーを探索する。FGF23を含めて測定候補を現在検討中である。1日本医科大学呼吸ケアクリニックに通院したCOPD患者(現在も継続して収集)を対象に、合併症として慢性心不全、糖尿病、脂質異常症、慢性腎不全、貧血、間質性肺炎(間質性変化)を挙げ、それぞれ心臓超音波、血清HbA1c、総コレステロール・中性脂肪、クレアチニンクリアランス、ヘモグロビン、KL-6、胸部CT、呼吸機能検査、6分間歩行距離を用いて多角的に評価を行った。同ソフトは視覚的にサブグループを認識できるものである。このソフトを用いて合併症の有無、定量的評価(HbA1c、KL-6、胸部CTデータなど)を含めてクラスター解析を行い、サブグループを同定。3各症例の血清で、サブグループ特異的バイオマーカーの検索を行っている。当該年度には血清ホモシステインの測定を行った。ホモシステインは動脈硬化や血栓形成のリスクとされ、心血管疾患の危険因子となりうることが報告されている。血清ホモシステインと上記2で同定したサブグループとの関連性を調べたが、サブグループを規定する因子とはなりえなかった。1日本医科大学呼吸ケアクリニックに通院した慢性閉塞性(COPD)患者の第一母集団284例を対象に合併症として慢性心不全,糖尿病,脂質異常症,慢性腎不全,貧血,間質性肺炎を挙げ,それぞれ心臓超音波検査,血清HbA1c,総コレステロール・中性脂肪,クレアチニンクリアランス,Hb,KL-6・胸部HRCTを用いて,存在の有無を確認した.2ヨーロッパでは医療分野およびバイオ関連で高い評価を受けているViscoveryソフトを購入,合併症ありを1,無しを0とし,また定量的数値を用いてクラスター解析を行い,サブグループを同定.当大学付属呼吸ケアクリニック通院した慢性閉塞性肺疾患(COPD)患者を対象とした.慢性心不全,糖尿病など多岐にわたる合併症を,Viscoveryソフトを用いてクラスター解析を行い,サブグループを同定した.サブグループ間で呼吸機能や増悪頻度の差異を確認.そのうえで,CCL2,CCL3,CCL4,CL5などのchemokineやEotaxin,IL-8, IP-10などのcytekine,またホモシステインやペリオスチンの測定を行い,サブグループを規定するバイオマーカーの検出を試みたが,サブグループ特異的なバイオマーカーとして証明しえなかった.合併書や各パラメーターを基にViscoveryソフトを用いてサブグループを同定。動脈血栓症や動脈硬化の病態に関与がいわれているホモシステイン値では、今回のCOPDにおけるサブグループと関連する結果は得られなかった。その上で現在は、血管拡張作用を有するペプチドであるadrenomedullin、、白血球などの遊走を引き起こし、COPDにおける慢性炎症を起こしていると推測されるケモカインを複数測定する予定である。その準備は整っており、研究期間内に遂行できる状況である。呼吸器内科ホモシステインに加えて、COPDとの関連が予測される複数の蛋白(TNF-α, IL-6, TNFRSF9, FGF23など)についてELISAなどにより血清濃度を測定、またCOPDにおける慢性気道炎症に寄与している可能性があるケモカインを網羅的に検討する予定である。これら複数のマーカーにより、サブグループを規定し、また呼吸機能、重症度やQOL・増悪頻度とったアウトカムを予測しうるか検討を行う。現状では、COPDの診断・治療は呼吸機能の結果に基づいて、画一的な治療が行われる傾向にあるが、今回の研究で、病態に特化したバイオマーカーを特定し得れば、同バイオマーカーに基づいた治療が為し得る可能性があると考えている。Viscoveryソフトの習熟に時間を要したが、サンプルは収集できており、ソフトによるサブグループ分けも出来ている。サブグループを規定するバイオマーカーの検索中であるが、十分研究期間内に研究遂行できる状況にあるホモシステインに加えて、COPDとの関連が予測される複数の蛋白(TNF-α, IL-6, TNFRSF

9, FGF23など)についてELISAなどにより血清濃度を測定、またCOPDにおける慢性気道炎症に寄与している可能性があるケモカインを網羅的に検討する予定であったが、十分な症例数の確保のために次年度測定するほうが必要な情報が得られると判断したため。FGF23を中心としたマーカーの測定、各クラスターを区別するマーカーの同定・閾値の決定を行う。また、validationサンプルのデータ収集を併行して行う。サブグループの同定には至っており、上記の如く、各サブグループを規定し、また病勢を反映しうる複数のケモカイン(CCL2、CCL3、CCL4、等)、蛋白(TNF-α, IL-6, TNFRSF9, FGF23など)を測定する予定である。測定する血清マーカーが未決定であったためFGF23を含めた血清マーカー測定キットの購入に用いる予定
ECRプラズマ法によるダイヤモンドの超微細加工

ダイヤモンド薄膜電子デバイスの技術課題の一つである微細加工技術に注目し、ダイヤモンドに対して活性な酸素ガスを用いてCVDダイヤモンド薄膜の電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマ加工の加工特性(加工速度のマイクロ波パワー、ガス流量、負バイアス電圧依存性)について検討し、最適加工条件を見出した。実験試料には単結晶シリコン基板[10×10×5mm^3]上に熱フィラメントCVD法で合成し、表面を機械研摩により鏡面仕上げしたダイヤモンド薄膜[膜厚12μm、表面粗さRa10nm]を用いた。その加工は、ECR型プラズマ加工装置で行った。加工前後の表面粗さの測定には、原子間力顕微鏡(AFM)を用い、結晶構造の評価には、顕微レーザラマン分光法を用いた。また、電子ビームリソグラフィ技術を利用したCVD(化学気相合成)ダイヤモンド薄膜の超微細ラインパターン形成についても検討した。電子ビームリソグラフィで微細パターンを形成するのに最も重要なものがマスクレジストであるが、本研究では、酸素プラズマに対して耐性のあるナフテン酸金属塩をマスク材料として用いた。そのために、ナフテン酸金属塩の露光特性およびECR酸素プラズマ加工特性について検討し、最適露光条件で描画を行い、また得られた高選択比で加工を行い超微細ラインパターンを形成した。その結果、加工速度はガス流量の増加とともに増し、3sccmで最大となり、その後ガス流量の増加とともに減少した。これは3sccmまでの低ガス流領域では反応ガスが不足し、3sccm以上の高ガス流領域では活性種の排気によって制限されるため加工速度が減少すると考えられる。負のバイアス電圧-200Vまでは化学的作用により表面粗さは増加するが、それ以上では、化学的作用に物理的なスパッタリングの作用が相乗され表面粗さは減少した。バイアス電圧を印加しない場合、5hr加工後においても結晶構造に変化はなかったが、バイアス電圧-200Vを印加した場合、加工時間1hrまではダイヤモンドを示す1333cm^<-1>のピーク(sp^3軌道)と基板のシリコンを示すピーク(520cm^<-1>)のみであったが、2hr以上ではそれらに加えて無定形炭素を示す1500cm^<-1>付近にブロードなピークが現われ、5hrになるとグラファイトを示す1580cm^<-1>(sp^2軌道)のピークが現われ、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)膜に変化した。ECR酸素プラズマ条件:マイクロ波パワー300W、ガス流量3sccmで、基板バイアス電圧0V、-100V、-200Vにおいて選択比は、それぞれ約10、12、14が得られた。これらの条件で1時間加工後の線幅1、0.5μmのラインパターンの高さは、(a)V_b=0Vで約1μm、(b)Vb=-100Vで約2μm、(c)Vb=-200Vで約3μmと負のバイアス電圧が増すことで、化学的作用にスパッタリングによる物理的作用が相乗され、高さは得られたものの、スパッタされたマスクが表面に付着する残渣の影響で、表面性状が悪化することが分かった。また、顕微レーザラマン分光法を用いて、作製したパターンの結晶構造を評価した結果、作製前と同じラマンピークを示し、結晶構造に変化はなかった。電子サイクロトロン共鳴(Electron Cyclotron Resonance:ECR)酸素プラズマによるダイヤモンドの最適加工条件を見出すため,Ib型の人工合成単結晶ダイヤモンド(100)面(2.0×2.0×1.0mm)と,Si基板(10×10×5.0mm)上に熱フィラメント化学気相合成(Chemical Vapor Deposition:CVD)法により合成したIIa型の多結晶ダイヤモンド薄膜の加工速度のマイクロ波パワー依存性,加工速度のガス流量依存性,加工速度のバイアス電圧依存性について検討した。その結果,単結晶ダイヤモンドとCVDダイヤモンド薄膜の加工特性は加工速度に違いがあるもののほぼ類似していた。また,加工前後の表面粗さと構造解析には,それぞれ原子間力顕微鏡(AFM)と顕微レーザラマン分光分析装置を用いた。マイクロ波パワ-0300Wまでの範囲で,加工速度はマイクロ波パワーの増加にともなって線形的に増加した。CVDダイヤモンド薄膜の加工速度は単結晶ダイヤモンドのそれと比べ約5倍になった。マイクロ波パワー100W,200W,300Wにおいて,ガス流量10sccmまでの範囲で加工速度はガス流量が3sccmまでは線形的に増加し,その後ガス流量が増加するにしたがって減少した。これは,ガス流量が3sccmまでは酸素ラジカルがほとんど反応に寄与するが,さらに流量を増すと排気速度も付随して増加するので,活性種が反応する前に排気されているためと考えられる。加工速度は負のバイアス電圧0-600Vの範囲において,線形的に増加した。これは基板に負のバイアス電圧が印加されることで酸素イオンによるスパッタエッチングが進行したためと考えられる。加工後の表面粗さを測定した結果,単結晶ダイヤモンド,CVDダイヤモンド薄膜とも加工前に比べ,中性酸素ラジカルによる等方的加工のため表面が粗れた。単結晶ダイヤモンドではマイクロ波パワーが小さいとき,加工面に六面体面が現われたが,マイクロ波パワー300Wと大きくなるとこの六面体面が形を変え角が取れたようになり表面粗さRa(中心線平均粗さ)が減少した。また負の印加バイアスを大きくすることによりスパッタリングの作用が相乗され表面粗さRaは減少した。

加工後のラマンスペクトルの結果,単結晶ダイヤモンドにおいて,1333cm^<-1>(sp^3軌動)のダイヤモンドのラマンピークしか現われず,マイクロ波パワーや加工時間によって表面構造が変化しないことが分かった。CVDダイヤモンド薄膜では,ダイヤモンドを示すピーク(1333cm^<-1>)と基板のシリコンを示すピーク(525cm^<-1>)が現われた。しかし1時間加工後には,それに加えて無定形炭素(黒鉛)を示す1500cm^<-1>(sp^2軌道)付近にブロードなピークが現われた。このピークは,加工時間の増加とともに現われなくなった。ダイヤモンド薄膜電子デバイスの技術課題の一つである微細加工技術に注目し、ダイヤモンドに対して活性な酸素ガスを用いてCVDダイヤモンド薄膜の電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマ加工の加工特性(加工速度のマイクロ波パワー、ガス流量、負バイアス電圧依存性)について検討し、最適加工条件を見出した。実験試料には単結晶シリコン基板[10×10×5mm^3]上に熱フィラメントCVD法で合成し、表面を機械研摩により鏡面仕上げしたダイヤモンド薄膜[膜厚12μm、表面粗さRa10nm]を用いた。その加工は、ECR型プラズマ加工装置で行った。加工前後の表面粗さの測定には、原子間力顕微鏡(AFM)を用い、結晶構造の評価には、顕微レーザラマン分光法を用いた。また、電子ビームリソグラフィ技術を利用したCVD(化学気相合成)ダイヤモンド薄膜の超微細ラインパターン形成についても検討した。電子ビームリソグラフィで微細パターンを形成するのに最も重要なものがマスクレジストであるが、本研究では、酸素プラズマに対して耐性のあるナフテン酸金属塩をマスク材料として用いた。そのために、ナフテン酸金属塩の露光特性およびECR酸素プラズマ加工特性について検討し、最適露光条件で描画を行い、また得られた高選択比で加工を行い超微細ラインパターンを形成した。その結果、加工速度はガス流量の増加とともに増し、3sccmで最大となり、その後ガス流量の増加とともに減少した。これは3sccmまでの低ガス流領域では反応ガスが不足し、3sccm以上の高ガス流領域では活性種の排気によって制限されるため加工速度が減少すると考えられる。負のバイアス電圧-200Vまでは化学的作用により表面粗さは増加するが、それ以上では、化学的作用に物理的なスパッタリングの作用が相乗され表面粗さは減少した。バイアス電圧を印加しない場合、5hr加工後においても結晶構造に変化はなかったが、バイアス電圧-200Vを印加した場合、加工時間1hrまではダイヤモンドを示す1333cm^<-1>のピーク(sp^3軌道)と基板のシリコンを示すピーク(520cm^<-1>)のみであったが、2hr以上ではそれらに加えて無定形炭素を示す1500cm^<-1>付近にブロードなピークが現われ、5hrになるとグラファイトを示す1580cm^<-1>(sp^2軌道)のピークが現われ、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)膜に変化した。ECR酸素プラズマ条件:マイクロ波パワー300W、ガス流量3sccmで、基板バイアス電圧0V、-100V、-200Vにおいて選択比は、それぞれ約10、12、14が得られた。これらの条件で1時間加工後の線幅