hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
情報ネットワークを用いた並列計算モデルに基づく制御系CAIシステムの開発

近年,複数のCPUを搭載したコンピュータが安価に入手できるようになったが,多くの制御系CAIソフトウェアは,単一CPUを搭載した一台のコンピュータで使用することを仮定して開発されているので,マルチCPUが搭載されていても,1個のCPUしか利用できない,複数台のコンピュータを所有していても,一台のコンピュータしか利用できない。本研究では,マルチCPUを活用する並列処理,およびネットワークに接続されたコンピュータを活用する分散処理を実現することにより,制御系の解析,設計,シミュレーションを効率的に学習できるCAIシステムを開発した。具体的には,(1)階層型並列処理フレームワークの開発:スレッド,分散オブジェクト,クラスタリングなどの並列処理手法を実行環境に応じて選択できる並列処理システムの開発を支援するフレームワークを開発した。(2)制御系設計並列処理エンジンの開発:並列計算モデルの4階層のうち,数値計算処理と制御系設計処理を並列化し,並列処理フレームワークを用いて並列処理エンジンを開発した。(3)リアルタイム制御実験:申請しているパーソナルコンピュータに入出力ボード(入手済み)を組み込み,電子部品,機械部品を用いて倒立振子装置(入手済み)と接続し,実験システムを構築した。MaTXのリアルタイム処理機能を利用して,CAIシステムでリアルタイム制御実験を学習できるようにした。(4)開発したシステムの評価:開発した制御系CAIシステムを教育プロジェクトで使用し,従来のCAIソフトウェアと比較し,その有効性を確認した。今後,インターネットを介してシステムを公表し,より多くの人から評価を収集する予定である。近年,複数のCPUを搭載したコンピュータが安価に入手できるようになったが,多くの制御系CAIソフトウェアは,単一CPUを搭載したコンピュータで使用することを仮定して開発されているので,マルチCPUが搭載されていても,1個のCPUしか利用できない。本研究では,マルチCPUを活用する並列処理,およびネットワークに接続されたコンピュータを活用する分散処理を実現することにより,制御系の解析,設計,シミュレーションを効率的に学習できるCAIシステムを開発することを目的とする。並列処理に伴うオーバーヘッドを見積もり,並列化する処理を決定するため、実際にシステムを構築し,並列化による効率を調べ,並列計算モデルについて検討した。具体的には,(1)マルチCPU環境の構築:申請したDual CPUパーソナルコンピュータとノート型コンピュータに無線LANアダプタを取り付け,無線LANアクセスポイントを介してネットワーク接続し,マルチCPU環境を構築した。学習者がネットワークを介して,CAIシステムを利用できるプロトタイプ環境を実現した。(2)制御系並列計算モデルの設計:制御系設計に必要な計算処理を,ユーザプログラム処理,制御系設計処理,数値計算処理,基本型計算処理等に分類し,多階層からなる制御系設計並列計算モデルを検討した。(3)基本型並列計算エンジンの開発:申請者が開発した科学技術計算ソフトウェア(Ma TX)を申請した開発ソフトウェアを用い,申請したパーソナルコンピュータ上で稼働するOSに移植した。そして,行列演算など基本型計算を実行する並列化ルーチンを開発した。
コラーゲンビーズカラムによるvWFマルチマースクリーニング法の開発

1.コラーゲンビーズの作成WF活性のスクリーニングに最適なコラーゲンビーズカラムの作成を試みた。種々の大きさのビーズを試し、その結果小径のビーズ(0.1250.2mm)を用いるとカラム内で高ずり応力が発生し、VWFとコラーゲンの反応に引き続き、VWFと血小板GPIbが反応するというずり応力下における生理的な血小板活性化が再現できることを確認した。一方、ISK社製のインジェクションポンプを用いて、1.5mlの血液を40秒でカラム中に流し込むことにより、GPIbのみでなく、GPIIb/IIIaの関与する血小板活性化をも評価できることを確認した。2.VWF活性とコラーゲンビーズカラムによる血小板停滞率の相関VWF抗原、VWFマルチマーサイズ、リストセチンコファクターはそれぞれVWF活性を評価するファクターであるが、異なった意味合いを持つ。平成16年度、17年度の検討により、VWF活性、VWFマルチマーサイズ、リストセチンコファクターのそれぞれが小径コラーゲンビーズカラムによる血小板停滞率と相関することが示されたが、中でもvWFマルチマーサイズとリストセチンコファクターの相関が非常に良かった。コラーゲンビーズカラム法を用いて、vWFマルチマーサイズの推定ができることが示唆された。VWF活性とコラーゲンビーズカラム法によりVWFマルチマーが増加していることが示唆される症例について電気泳動、ウェスタンブロットを行い、マルチマーサイズの変化を評価した。また健常人の血漿の希釈列についても同様の測定を行い、標準曲線を求めることにより患者のADMTS-13活性の推定をした。コラーゲンビーズカラム法でVWFマルチマーのサイズ推定がができることが示され、ADAMTS-13低下例のスクリーニングに十分応用可能なことが示された。これから症例数を増加するつもりである。4.コラーゲンビーズを用いた血小板停滞率測定はカラムを通す前後の血液の血小板数を比較することにより行う。非常に簡便な方法であり、どの施設でもベッドサイドで測定可能な系である。この方法はVWF活性、vWFマルチマーの推定に簡便かつ有用な測定法であることが示唆された。1.VWF活性のスクリーニングに最適なコラーゲンビーズカラムの作成を試み、種々の条件設定を行った。ビーズの径についての検討では従来の径のビーズ(0.40.6mm)では流速を速めても高ずり応力は生まれず、VWF活性の判定には不適当であった。一方、小径のビーズ(0.1250.2mm)を用いる十分な高ずり応力が発生し、VWFと血小板GPIbの反応が評価できる。しかし、この径のビーズではポンプのインジェクション圧が高すぎ、時にカラムよりの血液漏れ、溶血が起きることがあった。今回の研究により0.3mmの径のビーズも用いたが、この径では十分なずり応力を発生させることが出来ないことを確認した。小径のビーズをこれからも使用することとした。2.VWF活性とコラーゲンビーズカラムによる血小板停滞率の相関

VWF抗原、VWFマルチマーサイズ、リストセチンコファクターはそれぞれVWF活性を評価するファクターであるが、異なった意味合いを持つ。予備実験ではそれぞれが小径コラーゲンビーズカラムによる血小板停滞率と相関することが示されているが、今年度は100例の検体数で評価したところ、健常人ではVWF抗原量とVWFマルチマーサイズはほとんど同様な相関を示した。これは、健常人ではマルチマーサイズが大きく異なる場合がほとんど無く、VWF抗原量が血小板停滞率を規定するためと思われた。次年度はTTP等の疾患の検体で評価をしたい。VWF活性とコラーゲンビーズカラム法によりVWFマルチマーが増加していることが示唆される症例については、患者血漿と健常人より採取したVWFをインキュベートした後に電気泳動、ウェスタンブロットを行い、マルチマーサイズの変化を評価した。患者のADMTS-13活性の測定は十分にこの方法で可能なことが確認された。1.WF活性のスクリーニングに最適なコラーゲンビーズカラムの作成を試み:小径のビーズ(0.1250.2mm)を用いるとカラム内で高ずり応力が発生し、VWFとコラーゲンの反応に引き続き、VWFと血小板GPIbが反応するというずり応力下における生理的な血小板活性化が再現できることを確認した。ISK社製のインジェクションポンプを用いて、1.5mlの血液を40秒でカラム中に流し込むことにより、再現性良くGPIb及びGPIIb/IIIaの関与する血小板活性化を評価できる。2.VWF活性とコラーゲンビーズカラムによる血小板停滞率の相関:VWF抗原、VWFマルチマーサイズ、リストセチンコファクターはそれぞれVWF活性を評価するファクターであるが、異なった意味合いを持つ。今回の検討によりVWF活性、VWFマルチマーサイズ、リストセチンコファクターのそれぞれが小径コラーゲンビーズカラムによる血小板停滞率と相関することが示されたが、中でもvWFマルチマーサイズとリストセチンコファクターの相関が非常に良かった。コラーゲンビーズカラム法を用いて、vWFマルチマーサイズの推定ができることが示唆された。3.ADAMTS-13活性の測定:VWF活性とコラーゲンビーズカラム法によりVWFマルチマーが増加していることが示唆される症例について電気泳動、ウェスタンブロットを行い、マルチマーサイズの変化を評価した。また健常人の血漿の希釈列についても同様の測定を行い、標準曲線を求めることにより患者のADMTS-13活性の推定をした。コラーゲンビーズカラム法でVWFマルチマーのサイズ推定がができることが示され、ADAMTS-13低下例のスクリーニングに十分応用化のなことが示された。4.コラーゲンビーズを用いた血小板停滞率測定はカラムを通す前後の血液の血小板数を比較することにより行う。非常に簡便な方法であり、どの施設でもベッドサイドで測定可能な系である。この方法はVWF活性、vWFマルチマーの推定に有用であることが示唆された。
小児固形腫瘍の浸潤・転移桟序に影響を及ぼす因子に関する研究

臍帯静脈より単離した血管内皮細胞と、膀胱原発の横紋筋肉腫より樹立した細胞株を用い、血管内皮細胞をシャーレ上に、横紋筋肉腫をカバーグラス上に添加することによって、共培養し、血管内細胞単独で培養を続けたときと比較した。培養5日目で増殖細胞数を比較したところ、約1.4倍の増加が認められた。また、同様に、横紋筋肉腫単独培養したときの増殖細胞を比較したところ、細胞数においては変化が認められなかったが、培養液をインシュリン添加の分化促進培養液を用いたところ、分化の抑制が認められた。これは、筋芽細胞の分化培養が血小板由来増殖因子であるPDGF-BBを添加することにより、抑制されることと関連があるかもしれない。筋芽細胞の分化度は、筋特異性の免疫染色により、確認することが可能であるが、横紋筋肉腫細胞においても同様の観察を行って、血管内皮細胞と、分化度の変化の関連性をみたい。血管内皮細胞のカバーグラス上に添加して、Ph1白血病より樹立した細胞株と共培養し、培養5日目でカバーグラスを固定、ヘマトキシリン染色により、血管内皮細胞を観察したところ細胞数においては、変化が認められなかったが、白血病細胞の付着が多数認められた。白血球、マクロファージの血管への付着は、血管障害の原因となることが考えられており、固形腫瘍の増殖においてはin vitroの実験系で確認するのは、難しいが、血管系により、転移をきたしたとき、および骨髄転移をした場合には、同様のことが起こる可能性があると思われた。
低吸着ポテンシャル下の2次元超流動ヘリウムの研究

我々は、吸着基盤として固体水素とポリエステルフィルムを用い、振動基盤上の^4He薄膜の超流動密度の温度変化を測定した。測定装置には、異なる共鳴周波数(530Hz、2009Hz)の2つのねじれ振り子を用いた。水素基盤としてポリエステルフィルムに吸着させた5層ないし20層の固体水素を用いた。超流動onset温度は、どちらの基盤とも周波数の高い方が高い。また相転移に伴う振り子の吸収のピークの温度T_<peek>も同様である。2つの周波数のT_<peek>の差ΔT_<peek>は、例えば水素基盤の場合、超流動onset温度が1.2Kの時で3mKである。膜厚を厚くすると超流動onset温度は高くなる。膜厚を変化させたときのΔT_<peek>をT_<peek>の関数として、2種類の基盤について比較した。T_<peek>が1.2Kの時はどちらの基盤もΔT_<peek>=3mKで一致するが、0.95Kではポリエステル基盤のΔT_<peek>が7mKに対し水素基盤が3mKで、ポリエステル基盤の方が大きい。Ambegaokarらのdynamic Kosterlitz-Thouless transitiontheoryによれば、ΔT_<peek>/T_<peek>はD/r_0^2の関数として現され、D/r_0^2が大きいほどΔT_<peek>/T_<peek>は小さい。ここで、Dは2次元超流動渦の拡散係数、r_0は渦芯の半径で、Dは基盤のポテンシャルの空間変化に、r_0は膜厚に依存すると考えられる。またT_<peek>は膜厚に依存し、T_<peek>の等しい^4He薄膜は基盤によらず同じ膜厚と考えられる。これらのことから、我々の0.95Kの結果は、水素基盤上^4He薄膜の超流動渦の拡散係数が、ポリエステル基盤に比べて大きいことを示唆している。
生体内環境を構築したリアルタイムin vitro血管透過性評価法の開発と応用

生体の組織界面には強固な細胞間結合に基づくバリアが形成されており、生体の恒常性維持に重要な役割を果たしている。そのため、バリアを形成する細胞間結合の状態、機能、薬物に対する影響を解明・評価することは臨床的に極めて重要な課題である。血管の内壁は血管内皮細胞が互いに結合してバリア構造を形成することにより、通常、細胞・血漿タンパク質等の物質は通過できない。しかし、血管内外での炎症、腫瘍血管等の病的な状態では、血管外に血漿成分、免疫担当細胞が漏出し浮腫・膨疹(蕁麻疹)の形成、炎症の増悪に繋がる。血管透過性の亢進は血管内皮細胞の収縮に伴う細胞間隙の増加が原因であり、血管透過性を亢進する物質としてはヒスタミン、ブラジキニン等が知られているが、未解明の血管透過性亢進機序が多く存在する。そのため、血管内外の細胞、血漿等の液性因子を含む生体内環境下で血管透過性変化の過程をin vitroで評価することができれば、血管内皮細胞に直接作用する物質の反応のみならず、長時間にわたり血管内・組織内の細胞・タンパク質の反応を複数回介する複雑な血管透過性亢進メカニズムの解明、さらに効果的な治療薬の探索に応用できる。そこで本研究において2018年度は、インピーダンスセンサによる血管透過性モニタリング法の開発と複数の物理パラメータを同時に解析可能な表面プラズモン共鳴イメージング(SPRI)-インピーダンス(IMP)センサの開発を行った。その結果、インピーダンスセンサを利用して、ヒスタミンやVEGF等によって誘導される血管透過性変化をリアルタイムにモニタリング可能な手法を確立した。さらに、1枚のセンサチップ上でインピーダンスと屈折率の変化を同時に解析可能なSPRI-IMPセンサを開発した。インピーダンスセンサを利用した血管透過性亢進評価法を確立した。さらに。一枚のチップ上でインピーダンスと屈折率を同時に測定可能なSPRI-IMPセンサを開発した。センサチップ上に生体内環境を模擬したin vitro血管透過性評価モデルの開発と、センサ上に慢性蕁麻疹モデルを構築してそれを使用た効果的な治療薬探索を進める。さらに。
皮膚表皮細胞内の架橋化反応を制御するカルシウム依存性機能蛋白質に関する研究

皮膚表皮では、深層の未分化な基底細胞が表層に向かって分化を行う過程で、細胞内で様々な変化が生じる。即ち、外部からの物理化学的な刺激に対応するため、cornified envelopという細胞内構造蛋白質が架橋重合された分子群が分化に伴い生成し、細胞膜を裏打ちして強固にする。このため蛋白質架橋化反応は表皮の成熟に必須で、反応はトランスグルタミナーゼ(TGase)というカルシウム依存性の酵素が担っている。本研究では、表皮組織で特異的に存在するTGase(TGase 3)の活性化機構、基質や相互作用因子としてのカルシウム結合蛋白質を対象に、表皮細胞およびモデル生物としての真正粘菌を用いて解析した。TGase 3については、組換えタンパク質を用いてこれまでに生化学的な性質を明らかにしたが、本研究では特異的な認識をするモノクローナル抗体を作成して、表皮細胞分化に伴う発現分布、分化した表皮細胞での細胞内局在(細胞質に分布)を明らかにした。TGase 3が限定分解されて初めて活性化されるため、限定分解断片に特異的に結合する抗体を作成して、活性化したTGase3のみを検出するシステムを確立した。一方で、表層でのタンパク質架橋化反応の役割を検討するモデル生物として、真正粘菌を対象とした。特に表層での傷害修復におけるTGase(P_PTGase)の働きに着目した。この酵素は、我々により遺伝子クローニングを初めて行ない、哺乳類のTGaseと極めて構造が類似していることを明らかにしている。基質となる、カルシウム結合タンパク質(CBP40)の組換えタンパク質を用いた解析で、二量体、多量体の形成を確認した。また、反応部位となる領域についても解析を行った。皮膚表皮は外界からの物理化学的な攻撃に対処するために、上層の細胞を角質化させており、これは細胞内の構造蛋白質が架橋重合されることにより達成される。この架橋重合反応を担うのがトランスグルタミナーゼ(TGase)と呼ばれるカルシウム依存性の酵素である。当然ながら本酵素の発現・活性化は表皮下層では行われず、表皮細胞の分化に伴って生じる。本年度は活性化機構の解明のため、表皮構造蛋白質の架橋化に貢献する2種類のTGase(TGase1,TGase3)のうち、TGase3を中心に活性化機構を解析した。これは未同定のプロテアーゼにより限定分解されてはじめて活性化を受ける。そのプロテアーゼ検索のため、切断部位のアミノ酸配列の決定を行った。ヒトおよびマウスの組換え蛋白質を、in vitroで活性化をすることが知られている、ディスパーゼで切断して配列決定した。この断片生成がin vivoでの限定分解と一致することを、断片特異的なポリクローナル抗体を作製し、反応性を検討した。その結果、皮膚では明確な結果が得られなかったが、同じ角質化が生じているマウス前胃において、明確な反応を示すことができた。現在皮膚での反応性と、組織での免疫染色を検討中である。断片配列からは既知のプロテアーゼは予測されなかった。一方、これらの研究に平行して、動物タイプのTGaseを持ちかつ障害時に活性増加をする真正粘菌(physarum)を対象にして、そのTGaseの機能解析を行った。具体的には、活性を有する組換え蛋白質の作製、モノクローナル抗体の作製、遺伝子破壊株作製のための系の確立などである。その結果、局在の異なるアイソザイムの発見、免疫染色による発現パターンの解析が行えた。現在、動物の表皮での傷害を模した状況での発現パターンの解析を行っている。

このため蛋白質架橋化反応は、表皮の成熟に必須であり、この反応はトランスグルタミナーゼ(TGase)というカルシウム依存性の酵素が担っている。本研究では、表皮に特異的に存在するTGase (TGase 3)の活性化機構、基質や相互作用因子としてのカルシウム結合蛋白質を対象に、表皮細胞およびモデル生物としての真正粘菌を用いて解析した。TGase 3については、組換えタンパク質を用いてこれまでに生化学的な性質を明らかにしたが、本研究では特異的な認識をするモノクローナル抗体を作成して、表皮細胞分化に伴う発現分布、分化した表皮細胞での細胞内局在(細胞質に分布)を明らかにした。TGase 3が限定分解されて初めて活性化されるため、限定分解断片に特異的に結合する抗体を作成して、活性化したTGase 3のみを検出するシステムを確立した。一方で、表層でのタンパク質架橋化反応の役割を検討するモデル生物として、真正粘菌を対象とした。特に表層での傷害修復におけるTGase (PpTGase)の働きに着日した。この酵素は、我々により遺伝子クローニングを初めて行ない、哺乳類のTGaseと極めて構造が類似していることを明らかにしている。基質となる、カルシウム結合タンパク質(CBP40)の組換えタンパク質を用いた解析で、二量体、多量体の形成を確認した。また、反応部位となる領域についても解析を行った。
生体分子の酸化修飾を捉える蛍光プローブの創製

過酸化水素は、活性酸素種の一種であり、近年では、生体内において細胞シグナル伝達に関与していると考えられる生体において重要な分子のひとつである。過酸化水素を検出するための蛍光プローブを開発することができれば、活性酸素の生物学における強力なツールを提供できる。そこで私は、Benzil(a-dibenzoyl)と過酸化水素との特徴的な反応性に基づく分子デザイン法により、昨年度までに、化学的な実験系において過酸化水素と良好な反応速度で反応し、高いシグナルノイズ比を示す誘導体NBzFの開発に成功した。NBzFは生細胞イメージングに応用可能なほどの高い感度を有するが、研究の過程で問題点も明らかとなってきた。すなわち、NBzFは生細胞内での滞留性がそれほど高くないため、長時間の経時的イメージングに応用しようとすると細胞からの色素の流出が起こり、高感度な検出が難しいことが判明したのである。本年度、私はこの問題点を解決するため、細胞内滞留性の高い過酸化水素検出蛍光プローブの開発を行った。優れた細胞内滞留性を有する蛍光団として知られるcalcein骨格に基づいて蛍光プローブを設計することで、高い細胞内滞留性を有する過酸化水素検出蛍光プローブであるBzCaを開発した。BzCaはNBzFと同等の優れた過酸化水素応答性を示す蛍光プローブであることが示され、生細胞イメージングにおいては、BzCaはNBzFに比べて大幅に改善された細胞内滞留性を有し、A431細胞からEGF刺激依存的に産生される過酸化水素の経時的イメージングに成功した。私は本年度、生体内での重要な酸化活性分子である過酸化水素に対する蛍光プローブの開発研究を行った。過酸化水素は生体内において、生体分子の酸化反応を介するシグナル伝達に関与することが知られており、これを生きた細胞の中で捉えることはレドックスシグナル伝達系の解明のための強力な手法となり得る。私は、過酸化水素に対するプローブのデザインとして、反応部位にBenzil構造を用い、分子内光誘起電子移動(Photoinduced electron Transfer, PeT)による蛍光制御を利用することとした。この考えに基づき、蛍光色素であるfluoresceinとBenzilを結合させた5-Benzoylcarbonylfluorescein誘導体の合成を行った。そのうち、Benzil構造上にシアノ基をもつ誘導体が過酸化水素と良好な反応速度で反応し、さまざまな活性酸素種の中でも過酸化水素を含むヒドロペルオキシド類に選択性を示すことを見出していた。しかしながら改善の余地として、反応速度がまだ遅いことや、バックグラウンド蛍光がやや高いことがあった。この点を改善するために私は、光誘起電子移動過程に関する知見より、Bonzil構造にニトロ基を導入することによって蛍光消光過程の最適化が達成されるものと予想した。そこで、ニトロ誘導体の合成を行い、その特性について精査した。その結果、ニトロ誘導体は、バックグラウンド蛍光がシアノ誘導体の10分の1以下に減少しており、これを用いることで高いS/N比での過酸化水素の検出が可能になると期待された。また、反応速度についてもシアノ誘導体を上回っており、この点でも好ましい性質を有していることが明らかとなった。本プローブを用いることで、検出感度の向上が期待できる。昨年度までに、私は過酸化水素を高感度に検出することが可能な蛍光プローブNBzFの開発に成功した。そこで今年度は、その生物学応用における実用性を実証するため、生細胞から産生される過酸化水素を蛍光顕微鏡下でのイメージングによって検出できるか実験を行った。実際には、細胞材料としてRAW264.7マクロファージおよびA431ヒト類表皮がん細胞を用いた。NBzFによって染色したRAW264.7マクロファージをホルボールエステルの一種であるPMAで刺激したところ、細胞内にエンドソームの形成がみられ、その内部で蛍光シグナルが上昇する様子をイメージングすることができた。この蛍光シグナル上昇は、過酸化水素の発生源であるNADPHoxidaseの阻害剤Apocyninや過酸化水素の消去剤Ebselenで処理することで抑制されることから、過酸化水素を検出していることが確認された。A431細胞を用いた実験系は、NBzFで染色した細胞を増殖因子の一種であるEGFで刺激した。刺激を行った細胞では、細胞内の蛍光シグナルが刺激開始から20分以内に急速に増大し、過酸化水素が産生される様子がイメージングされた。以上の結果から、NBzFは複数の細胞系で問題なく機能することが示され、実用上の有用性が実証された。特にA431細胞の実験系は、過酸化水素がシグナル伝達因子として働いていると考えられている系であり、NBzFが細胞内シグナル伝達研究においても有用なツールとなることを示唆する結果である。

すなわち、NBzFは生細胞内での滞留性がそれほど高くないため、長時間の経時的イメージングに応用しようとすると細胞からの色素の流出が起こり、高感度な検出が難しいことが判明したのである。本年度、私はこの問題点を解決するため、細胞内滞留性の高い過酸化水素検出蛍光プローブの開発を行った。優れた細胞内滞留性を有する蛍光団として知られるcalcein骨格に基づいて蛍光プローブを設計することで、高い細胞内滞留性を有する過酸化水素検出蛍光プローブであるBzCaを開発した。BzCaはNBzFと同等の優れた過酸化水素応答性を示す蛍光プローブであることが示され、生細胞イメージングにおいては、BzCaはNBzFに比べて大幅に改善された細胞内滞留性を有し、A431細胞からEGF刺激依存的に産生される過酸化水素の経時的イメージングに成功した。
歯周病細菌外膜ヴェシクルの免疫病理と異菌種外膜ヴェシクル間相互作用に関する研究

歯周病細菌Porphyromonas gingivalis(Pg)は、外膜ヴェシクル(OMV)を菌体外に放出し、生体と相互作用する。本研究では、PgのOMVの二次元電気泳動とウエスタンブロットを併用したイムノプロテオーム解析を行い、OMVで免疫したマウス血清抗体におけるイムノドミナント抗原を同定した。また、ある表面活性化磁性ビーズとPgOMVの特的な結合を見出し、新たなPgOMVの精製方法を確立した。グラム陰性菌は直径20-200nm程度の小胞を菌体外に産生する。これを外膜ヴェシクルとよぶ。歯周病細菌Porphyromonas gingivalisの外膜ヴェシクルを二次元電気泳動で展開し二次元マップ上の53スポットをLC-MS/MS解析にて同定した。さらに二次元展開した抗原をPVDF膜上に転写し、外膜ヴェシクルにより経鼻免疫したマウス血清を当てたところ、LPSおよびジンジパインをはじめとするA-LPS修飾タンパク等、幾つかのイムノドミナント抗原を同定することができた。また、P. gingivalis、大腸菌、髄膜炎菌の外膜ヴェシクルに対するマウスの粘膜免疫応答を調べた。いずれの種由来外膜ヴェシクルとも、TLR3アゴニストとの同時投与により、血中および唾液中に多くの菌特異的イムノグロブリンの産生を誘導することが可能であった。また、血清中はIgGが主体であるが、そのサブタイプは同じ外膜ヴェシクルであっても、PgはIgG1、大腸菌と髄膜炎菌はIgG2aが豊富であった。以上より、ヴェシクルの誘導する免疫型は、種によって異なることが明らかとなった。細菌は生育過程でヴェシクルを産生する。大腸菌、髄膜炎菌、ジンジバリス菌が産生するヴェシクルに対する宿主の免疫応答について、経鼻ワクチンマウスモデルを用いて比較、検討を行った。TLR3のリガンドであるPoly(I:C)アジュバントとともに、精製された各ヴェシクルを3週間間隔で2回、マウスの鼻腔へ投与した。2回目の投与してから2週間目に、血液、鼻腔洗浄液、および唾液を回収し、それらに含まれる菌特異的抗体をwhole-cell ELISAで調べた。すべての病原体ヴェシクルの経鼻投与において、血中の菌特異的IgGのみならず、鼻腔洗浄液と唾液中にSIgAが誘導された。また、血清IgGのサブクラス解析により、ジンジバリス菌はIgG1が、大腸菌、髄膜炎菌ではIgG2aが優勢であった。以上、外膜ヴェシクルとPoly(I:C)のコンビネーションによるワクチン法を用いると、菌種に無関係に、全身および粘膜面での抗体を誘導できたことから、本法が将来的にワクチン手法として一般化できる可能性が示唆された。一方で、ジンジバリス菌の外膜ヴェシクルが、大腸菌や髄膜炎菌よりも、2型の免疫応答を誘導する傾向があったので、本法で誘導される免疫型は菌種により異なることが示された。また、ジンジバリス菌がある抗菌薬で処理された後の菌体表層の形態変化を、高速原子間力顕微鏡で観察した。結果、ジンジバリス菌の菌体表層でヴェシクルの過剰形成が起こり、さらにヴェシクル同士が融合し大きなヴェシクルを形成するという現象が見出された。外膜ヴェシクルとPoly(I:C)のコンビネーションによるワクチンモデルが、将来的にワクチン手法として一般化できる可能性が示唆されたため。また一方で、誘導される免疫型は菌種により異なることが示されたため。高速原子間力顕微鏡を用いて、ジンジバリスの菌体表層でヴェシクルの過剰形成とヴェシクルフュージョンという現象を観察することに成功したため。これまで我々は、歯周病細菌Porphyromonas gingivalis(Pg)が直径数十nmの外膜ヴェシクル(OMV)を産生し、そのOMVには様々な病原因子や抗原が豊富に含まれることを報告してきた。本年度は、PgのOMVの歯周病ワクチン抗原としての特性を理解するべく、OMVの安定性、免疫原性、ワクチン効果、安全性を含めた体系的な検討を行った。OMVはタンパク分解酵素に対して極めて安定であり、長期にわたりその形態、タンパク組成、免疫原性が保持されることが明らかとなった。また、OMVをPoly(I:C)アジュバント(OMV+Poly[I:C])と共にマウスへ経鼻免疫すると、OMVの投与量に依存して血中、および唾液中に、それぞれ菌特異的IgG、およびSIgAが誘導された。一方で、OMVをTiterMax Goldと共に皮下免疫すると、血清IgGを誘導できるが、唾液SIgAを誘導できなかった。OMV+Poly(I:C)の経鼻投与によりマウスの菌特異的血清IgGは免疫後28週以上、唾液SIgAは18週以上、高い抗体価を維持した。採取された唾液は菌体を凝集させ、血清はジンジパインの機能と菌の生育を阻害した。

この唾液による菌の凝集活性と血清によるジンジパイン阻害活性は、ワクチン株のみならず異なる菌株に対しても作用(交叉反応)を示した。さらに、マウスの口腔へPgをチャレンジした後、本菌に対する排除効果を調べたところ、OMV+Poly(I:C)を経鼻免疫したマウスの口腔内Pg菌数は、コントロールマウスに比べて有意に減少した。OMVの安全性については、経鼻投与されたOMVの近傍組織での蓄積量を調べる実験、およびOMVを直接脳内へ接種する実験を行い、マウス中枢神経系や呼吸器系へのOMVの蓄積は微量であり、特にOMV経鼻投与による中枢神経毒性は極めて低いことが明らかとなった。歯周病細菌等の外膜ヴェシクルの免疫学的な役割が明らかになってきているため。各種外膜ヴェシクルによる、TLRs、インフラマソームの活性化やサイトカイン産生をしらべることで、ヴェシクルによる宿主免疫応答の詳細を明らかにしていく。また、高速原子間力顕微鏡を用いて、生きた細菌からのヴェシクル産生のイメージングを成功させる。細菌学、分子生物学外膜ヴェシクルの免疫原性、免疫病理、免疫型などを明らかにし、外膜ヴェシクルと疾患形成とのかかわりを明らかにする。また外膜ヴェシクルの予防・治療的応用の可能性について検討する。年度末納品等にかかる支払いが平成28年4月1日以降となったため、当該支出分については次年度の実支出額に計上予定。平成27年度分についてはほぼ使用済みである。2015年3月末から4月頭にかけ、国際学会に出張したが、この経費は来年度の研究費で支払いをする予定であるため。上記のとおり3月4月の国際学会(Keystone Symposia, Tahoe, CA)発表旅費として約40万円を計上する予定。それ以外は当初予定と変わりない。
医療経済効果に配慮した、高額医療機器を用いない高精度心臓核医学診断技法の開発

平成30年度は、1)平成29年度に引き続き過去症例後ろ向きデータ解析を行った。昨年行った70例の位相解析を用いた検討については、雑誌投稿を行い、掲載に至った。本年度はこれに追加して、138例の虚血性心疾患患者において、画像評価に人工知能を応用することで、診断精度の向上が得られるか、また初心者においても熟練読影者の読影に近づくことができるかを検討した。このため、人工知能を用いない読影と人工知能を用いた読影を、それぞれ初心者、熟練者において行い比較した。結論として、人工知能を用いることで、初心者において読影能力の向上がえられ、熟練者の読影に近づくことが判明した。一方、熟練者においても、初心者に比べて小さな変動であるが、人工知能を用いることで読影の過大評価が少なくなることが判明した。この結果は、人工知能の応用が熟練者の読影精度を向上させるのみでなく、初心者の読影能力を向上させることで、教育効果および熟練者の労力の削減につながることを示した。特別な高額な装置を用いることなく、診断精度の向上と医師の労働時間の短縮につながると考えられた。2)平成29年度に行った、シメチジン投与による心筋血流シンチグラフィの画質改善を検証するラットによる動物実験は本年度例数を追加し、論文化した。現在投稿準備中である。3)前向き検討としての心筋血流定量撮影については、一例撮影を行ったが、撮影技法と病院検査上の運用として克服しなければならない問題が判明したため、2例目については、現在検討中である。後ろ向き研究の部分については、技術補佐員の雇用による人的サポートの充実の効果が有、論文への第一報の投稿に至ることができた。また本年度は人工知能を用いた診断精度の向上についての研究を開始しており、これについても令和1年度初頭に国際学会への報告が予定されている。動物実験についても継続されており、論文投稿準備中であり、昨年度同様、研究の範囲は予定より広くなっている。以上、後向き研究と、動物を用いた基礎研究については、予定より大幅に進んでいると考える。一方、前向き検討については、一例の定量測定を行ったが、克服しなければならない問題が判明したため、第二例を行うことが出来ておらず、遅れている。後ろ向き研究の状態と前向き研究の状態を総合すると、やや遅れている状態と判断される。昨年度問題となった、人的サポートの追加については、今年度1名の技術補佐員の雇用を行い、このことが後向き研究の大きな進展につながったため、今年度も引き続き同様の人的サポートの雇用を試みる。大学院生を技術補佐員として雇用したことにより、本年度の後向き研究については予定よりも大幅に進展させることが出来、平成30年度中盤に第一報の論文投稿に至ることが出来た。技術補佐員の人的サポートの効果は絶大であったと考えられる。この実績を踏まえて、今年度も大学院生を技術補佐員として雇用し、研究体制を充実させることによって、研究の発展を図る予定とする。また、昨年度は人的サポートは臨床的な面のみに限定されていたが、基礎実験への研究内容の拡大が見られるため、基礎方面でも同様の人的サポートを試みることで、研究推進を図る。2019年度は過去症例後ろ向きデータ解析を行った。70例の薬物負荷心筋血流シンチグラフィ症例に対して通常の画像診断に加えて、位相解析を用いた検討を行った。位相解析のパラメーターのうち、BandwidthとPhase SDが虚血例と非虚血例の間に有意差を持って異なっていることが明らかとなった。一方、位相解析パラメーターのうちEntropyについては期待に反して有意差を見いだすことが出来なかった。これらの結果から、位相解析によるBandwidthおよびPhase SDの情報を通常の心筋血流シンチグラフィに追加することによって、診断精度の向上が期待できることが判明した。この結果は、特別な高額な装置を用いることなく達成可能であり、特に患者に追加の身体的・経済的負担を負わせることなく実施可能である。医療経済的影響を最小に抑えて、診断精度を向上させることに寄与できると考えられた。Entropyが有意差を示さなかったことについては、今回の症例が虚血の軽症例ばかりであったことが一因と考えられたため、今後の前向き症例追加で重症虚血例の追加を試みる。また、心筋血流シンチグラフィに利用されるテクネシウム系心筋血流製剤の定量を妨げる心筋以外の集積に関して、これを改善するためのラットによる動物実験を行った。シメチジンを検査前に投与することによって、画質の低下の大きな原因である肝臓へのRI集積が有意に低下することが明らかとなった。動物実験ではあるが、シメチジンの検査前投与が、臨床の心臓核医学検査の精度向上に寄与できる可能性が示唆された。シメチジンは極めて安価な薬剤であることから、こちらも医療経済的な負担の増大無く診断精度の向上に寄与できると考えられた。後ろ向き間接研究の部分については症例の解析が順調に進んでおり、一部についてはすでに論文投稿の準備中であり、計画よりも進んでいると考える。また、検査の定量精度の向上のために、動物実験を追加したため、予定よりも研究の範囲も広がっている。一方、前向き検討については、研究計画の段階で実行段階に至っておらず遅れていると考える。これについては、前向き検討であることに伴う倫理審査等の要素が大きい。後ろ向き研究については、今後も同様に進めていくが、前向き研究を実行するために、研究協力者を追加することで、人的なサポートの増加を図ることを考える。

現在、大学院生の募集中であり、これによって体制を整える予定である。平成30年度は、1)平成29年度に引き続き過去症例後ろ向きデータ解析を行った。昨年行った70例の位相解析を用いた検討については、雑誌投稿を行い、掲載に至った。本年度はこれに追加して、138例の虚血性心疾患患者において、画像評価に人工知能を応用することで、診断精度の向上が得られるか、また初心者においても熟練読影者の読影に近づくことができるかを検討した。このため、人工知能を用いない読影と人工知能を用いた読影を、それぞれ初心者、熟練者において行い比較した。結論として、人工知能を用いることで、初心者において読影能力の向上がえられ、熟練者の読影に近づくことが判明した。一方、熟練者においても、初心者に比べて小さな変動であるが、人工知能を用いることで読影の過大評価が少なくなることが判明した。この結果は、人工知能の応用が熟練者の読影精度を向上させるのみでなく、初心者の読影能力を向上させることで、教育効果および熟練者の労力の削減につながることを示した。特別な高額な装置を用いることなく、診断精度の向上と医師の労働時間の短縮につながると考えられた。2)平成29年度に行った、シメチジン投与による心筋血流シンチグラフィの画質改善を検証するラットによる動物実験は本年度例数を追加し、論文化した。現在投稿準備中である。3)前向き検討としての心筋血流定量撮影については、一例撮影を行ったが、撮影技法と病院検査上の運用として克服しなければならない問題が判明したため、2例目については、現在検討中である。後ろ向き研究の部分については、技術補佐員の雇用による人的サポートの充実の効果が有、論文への第一報の投稿に至ることができた。また本年度は人工知能を用いた診断精度の向上についての研究を開始しており、これについても令和1年度初頭に国際学会への報告が予定されている。動物実験についても継続されており、論文投稿準備中であり、昨年度同様、研究の範囲は予定より広くなっている。以上、後向き研究と、動物を用いた基礎研究については、予定より大幅に進んでいると考える。一方、前向き検討については、一例の定量測定を行ったが、克服しなければならない問題が判明したため、第二例を行うことが出来ておらず、遅れている。後ろ向き研究の状態と前向き研究の状態を総合すると、やや遅れている状態と判断される。昨年度問題となった、人的サポートの追加については、今年度1名の技術補佐員の雇用を行い、このことが後向き研究の大きな進展につながったため、今年度も引き続き同様の人的サポートの雇用を試みる。後ろ向き研究については、今後も同様に進めていくが、前向き研究を実行するために、研究協力者を追加することで、人的なサポートの増加を図ることを考える。現在、大学院生の募集中であり、これによって、研究速度を上げることが出来ると考える。前向き研究については進行が遅れているが、これについては本年度中に倫理審査を通すことによって、実施につなげていくことを目的とする。また、予備的に行った動物実験が、臨床応用の期待できる結果を示したため、これを臨床に応用するための臨床研究計画の立案を追加で行うこととする。
日本の大学における国際交流担当職員の専門性に関する研究

日本の大学の国際交流関係部署で従事する正規大学事務職員の多くは、大学職員として採用されるため、国際交流の専門職としては入職しないが、現場で業務を遂行しながら、専門性を身につけたり、自己研鑽を行い、スペシャリストになる者、キャリアアップを行う者もいる。一方、職場の環境や周囲の理解によっては専門性を活かしきれない者もおり、ストレスを感じたり、転職を考えたりする者もいる。大学の経営を考える上では、職員の職能開発のみならず、キャリアアップを下支えする体制が必要である。本研究の目的は、日本の大学における国際交流関係業務を職掌する正規(専任)職員が、業務上あるいは業務以外での体験をとおして、どのような過程を経て専門性(知識やスキル)が身についていくのか、彼らのもつ専門性がいかにして日常業務に活かされて、大学の国際化推進に貢献できているのか、あるいはできていないとすれば、何が障壁となっているのか、について彼らへの調査をもとに明らかにすることである。25年度は、第一に、国内及び海外の大学職員の専門職に関する先行研究の整理を行なった。関係する文献の収集を行い、研究を進めるための資料整理を行なった。第二に、国内の大学国際交流担当職員への聞き取り調査を行なった。調査対象者へインタビューを行ない、許可が出たものについては録音を行ない、書き起しをし、スクリプトを作成した。収集したデータは、「大学職員や国際交流担当になったきっかけや動機」「業務内容」「教員との役割分担。教職協働」「業務取り組みの課題とその要因や背景」「専門性の習得のための自己研鑽や研修への参画」「将来のビジョンやキャリアパス」などである。収集したデータを整理し、いくつかのデータを用い、論文を作成、学会に投稿した。また、海外における国際交流担当者が集まる会議(EAIE:European Association for international Education)に出席し、資料収集、文献収集を行なった。参加者のなかからインタビュー調査が可能な方に対し、依頼を行なった。また、26年度の調査計画である量的調査に向け、資料収集を行い、質問項目の検討を行なった。25年度で実施した日本の大学における国際交流担当職員へのインタビューデータを整理し、大学行政管理学会(9月7日)にて研究成果発表を行った。関係者から様々な助言、フィードバックをいただき、研究遂行の方向性を確認することができた。日本比較教育学会のラウンドテーブルにて「国際教育担当のキャリア形成」のテーマのもと、各担当者から発表を行い、意見交換を行った。また、『大学マネジメント6月号』において、「国際教育交流担当者の専門性とキャリア形成現状と課題」と題する論文を掲載した。神戸大学教育学会『研究論叢第20号』において、「日本の大学における国際交流担当事務職員の職能成長プロセスーいかにして能力、専門性が養成され、活かされるのかー」と題する論文を投稿し、掲載された。研究の実践として、JAFSA(国際教育交流協議会)において、国際教育交流担当初任者向け研修の講師を担当し、国際交流の専門性について講義を行った。さらに、学内において、国際教育交流関係のFD、SDを全5回(第1回:「学生の海外派遣と人材育成」、第2回:「国際教育交流の基礎」、第3回:「本学同窓生(元留学生)による講演会」、第4回:「留学生アドバイジングとプログラミング受入れ留学生を対象に」、第5回:「グローバル化する大学の職員像」)企画、実施した。国際教育交流担当者向け質問紙を作成し、予備的調査を行った。質問項目として、国際教育交流担当者に必要な専門性、資質、知識、スキルなどについて取り上げ、どのような項目が担当者自身重要と考えるのか、データを収集し、分析を行った。予備調査をもとに本調査を行うべく準備を進めている。25年度に引き続き、国際教育交流担当者数名へのインタビュー調査を行い、データを収集した。本研究では、日本の大学における国際教育交流部署に従事する職員の専門性について、どのように専門性が身についているか、専門性が職場で生かされているかを明らかにすることである。研究方法としては、担当職員へのインタビューとその内容分析であった。過去3年で約50名へインタビューを行った。研究を進めるにつれ、幾つかの点が明らかになった。1点目は、国際教育交流部署には、職員という立場以外にも教員として関わっている者もいることである。大まかに分けると、私立大学では職員が、国立大学では教員が中心となり、国際教育交流について企画・運営を行っている実情がある。2点目は、の近年の競争的資金制度の拡充に伴い、有期雇用教職員が増加しており、様々な雇用形態のスタッフが国際教育交流に関わっていることが明らかとなった。これらのスタッフを6つの型に分類した。すなわち、従来タイプである正規教職員「ジェネラリスト型」、「ハイブリッド型」、「プロフェッショナル型」と、近年の外部資金等による有期雇用での中途採用などの教職員「経験・能力既存型」、「コミットメント型」、「ステップアップ型」である。それぞれについて特徴、利点、課題などをまとめた。現在の状況は、大学にとってメリットもあるが、デメリットも多く生じており、大学経営として考えていかなければならないことが指摘できた。従って、これまで大学職員論で論じられてきた「正規職員の職能開発、キャリア支援」という枠組みでは、捉えることは困難である。

将来的に、海外の大学のように教員でもない職員でもない新しい職種が国際教育交流分野には必要であるのか、また職種を作るとしたらどのようなものであるのかを、国際教育交流部署の業務内容や必要とされる人材の特殊性を考慮しながら検討していく必要がある。本研究は、大学職員を対象とし、インタビューを行い、その内容から研究目的を明らかにすることであった。データを収集するなかで、当初想定していた正規職員以外の、教員や有期雇用の職員についてもデータ収集する必要があると考えた。インタビュー依頼であるが、直接研究者の知り合いに依頼する場合もあれば、知り合いを通じて第三者に依頼するケースもあったが、後者では、個人的な内容を含むため断られることが何度かあった。依頼にあたっては、研究内容や目的を明確にし、データの扱いについても個人に被害が被ることがないよう慎重に行ってきたが、理解を得られないこともあり、この点については、今後の課題となった。さらに、収集したデータについて、スクリプトにし、インタビューを実施した個人に見ていただき、データとして使用できる箇所を伺ったこともあるが、非公開希望の部分が多く、データとして使用できないケースもあった。しかしながら、インタビューに快く応じていただくことも多々あり、非常に貴重なデータとなった事例もあった。利用できるデータをもとに、学会発表や論文にすることができ、関係者からコメントや重要な情報などフィードバックをいただくこともできた。29年度も引き続きデータ収集を行い、より多くの事例を集め、研究の成果となるようにしたい。本研究では、日本の大学における国際教育交流部署(留学生課、国際交流課等)に勤務する事務職員の専門性について、どのような過程を経て専門性を身につけているか、身についているか、また、どのようにして専門性を業務に活かしているか、を明らかにすることを目的としている。研究データは、直接、事務職員にインタビューを行ったものを使用した。最終年度は、数名の職員に対しインタビューを行い、データとして記録した。これまでの研究また、研究結果を公表した際に他の研究者からいただいたコメントを総括すると、以下のことも研究遂行するうえで、重要な要素であることが分かった。国際教育交流部署には、事務職員だけでなく、教員の立場の者も担当として関わっていること、国立大学法人化、競争的資金制度の拡充により、有期雇用の教職員が増加していることである。最終年度では、これらを踏まえ、無期雇用の正規職員のほか、教員の立場の職員、有期雇用の職員等、様々なタイプの職員に対し、調査をおこない、これまでの研究結果と照らし合わせる材料とすることとした。これまでの研究から職員を以下の6つの型に分類した。従来タイプである正規教職員「ジェネラリスト型」「ハイブリッド型」「プロフェッショナル型」、新しいタイプともいえる、近年の大学経営、予算事情から生み出された有期雇用、中途採用等の「経験・能力既存型」「コミットメント型」「ステップアップ型」である。それぞれについて特徴、利点、課題などをまとめたが、今後さらにデータを収集し型の精査を行い、名称についても再検討する必要があると考える。本研究は、近年の大学経営上のなかでも、人材活用、人材育成など避けて通れない課題であると考える。今後も継続して研究を遂行していきたい。
エピタクシャル成長のメカニズムとコヒーレント超薄膜の物性

この研究プログラムで今年度次のような成果が得られた。1)Au吸着誘起Si表面の構造相転移を観察し、表面構造中のSi原子密度を測定すると同時にSi(111)微斜面においてファセット形成を見出した。2)上記の発展として、[110]晶帯でのAu吸着誘起ファセット形成とその相転移、吸着量、熱処理温度依存性等を見出した。4)表面エレクトロマイグレーションによるステップバンチングの過程におけるAu吸着の効果を調べ、Au吸着がSiアドアトムの有効電荷を反転させることを明らかにした。5)Si(111)√3x√3-Ag表面上に貴金属(Au、Ag、Cu)、アルカリ金属などを微量吸着させると共通して√21x√21が形成されることを見出した。7)Si(111)表面にPbを吸着させて形成される不整合吸着構造は200Kで7x√3整合構造に相転移することを見出した。8)Si(111)急冷表面のアドアトムは230°Cでc2x8と“1x1"にGeと同様な相転移があることを見出した。9)金属吸着Si表面にC60フラーレンヲ吸着させると超格子構造に依存してエピタクシー変化することが分かった。10)SPA-LEEDの解析により種々の吸着系で多様な成長欠陥が形成されることを明瞭にかつ系統的に調べCaF2のエピタクシーの詳細もSTM、LEEDで明らかにした。11)Si(111)Ag系で4Kでの伝導測定から2原子層以下の吸着量で金属-絶縁体相転移を見出した。この研究プログラムで以下のような成果が得られた。1.Si(111)7×7表面上のAgの電気伝導が4Kから100Kの範囲で1桁以上変化することを見いだした。2.Si(001)表面上のAgの成長についても研究を行い、Agは(111)方位で成長することが明らかとなった。3.Si(111)面上の金属に水素を吸着させ、トンネル電流密度の高い条件で探針を表面上で走査し、水素の脱離による金属薄膜の構造変化をSTMを用いて調べた。その結果、探針の走査した線に沿って水素が脱離する事がわかった。4.Si(111)面上にInを吸着させた表面上と清浄表面上で、Geの成長の様子の違いをTEM法を用いたその場観察を行って調べた。その結果、界面の不一致転位の生成がInの存在によって促進され、その結果Geの三次元島成長がIn吸着表面上では抑制されること明らかとなった。5.また、相互交流による成果として、東大・長尾助手がハノーバー大学に出張し、ヘンツラ-教授のもとで、SPA-LEED装置を使った実験研究を行った。高温のSi(111)表面上に1原子層程度のAu原子を吸着させると形成される√3×√3表面超構造が、800°C程度で1×1構造に相転移するメカニズム解明のため、LEEDスポットの強度とプロフアイルの温度変化を詳細に測定・解析した結果、単純な格子ガスモデルで記述される秩序・無秩序相転移ではないことが明らかとなった。さらに、Auの吸着量の変化にともなうLEEDの超格子反射点の形状の変化も測定した。この結果を、日本で前もって行ったSTM観察の結果と照らし合わせて検討した結果、超構造の分域境界の特徴的な変化が構造相転移に密接に関連していることが明らかとなった。このように、日独の実験手法が相補的な情報をもたらし、共同で同じ現象を追求することによって格段の研究成果が上がった。各研究グループ独自の薄膜形成、吸着構造形成、物性測定等の成果、および相互訪問による共同研究の成果について述べる。東工大独自の研究成果

1)サーファクタント媒介エピタクシーのその場REM,TEM観察により、Si(111)-In系におけるGeの成長に及ぼすInの役割を明らかにした。すなわちInは(111)面の表面エネルギーを下げるために、Ge/SiにおけるSK成長の3次元核形成を抑制すること、それが界面不一致転移の形成過程と密接に結びついていることなどである。2)Si(111)面に780°CでAuを吸着させるとSi(111)1×1-Auの構造が形成されるが、REM法により1×1構造を形成しているSi原子数を1.3-1.7と見積もることが出来た。3)Si(111)微斜面におけるAu吸着の際に335ファセットの形成があることを明らかにした。ファセット面は780°CでAuを吸着させ、5x2構造が形成されているときに形成され始めるが、さらに1×1構造に吸着誘起相転移を起こしても形成される。ファセット面の(111)テラス幅は5×2構造の5倍周期より短いので、5×2構造の形成が335ファセットを安定化させるものではないことを明らかにした。東大独自の研究成果1)Si(111)√3×√3-Ag表面に室温でAgを吸着させると電気抵抗が下がるが吸着量が0.03MLまでは吸着を停止しても抵抗が下がったままであるが、それ以上のときは抵抗は回復する。これはバンド曲がりが減少するにも関わらず抵抗が下がることから、孤立Ag原子からの表面準位へのキャリアードービングに伴う、表面準位伝導が起こっているためであることがわかった。2)Si(111)√21×√21-(Au,Ag)表面の以上に高い電気伝導が表面準位バンドに起因することを明らかにした。3)Si(111)表面上のCa、Srの吸着表面構造をRHEED-STMで観察し、n×1(n=1,2,3,5,7)の相図を完成させた。ハノーバー大学での独自の成果1)Si(111)7×7上に低温で1-10原子層成長させ、その磁気伝導を測定した。低温のために、弱い局在化と弱い非局在化が観察された。2)吸着誘起ファセットの観察をSP-LEEDでSi(111)面および(001)面-Ag系で行い、いくつかのファセット面を見いだした。相互訪問による研究成果1)昨年度の訪独実験のデーターを解析し、Si(111)√3×√3-Auの1×1構造への相移転をSPA-LEEDで観察した。SPA-LEED強度の詳細な温度依存性の測定から、相移転の臨界指数が3-state Pottsと整合することがわかった。2)Si(001)-AgおよびSi(111)-Au系の吸着過程のREMその場観察を来日して行い、吸着誘起ファセットの形成過程を解析した。3)訪独してSPA-LEED法でSi(001)Au過程のファセット形成過程を観察した。その結果、4°オフの試料で、(911)、(711)のファセット形成過程が明確に観察された。データの解析は現在実行中である。この研究プログラムで今年度次のような成果が得られた。1)Au吸着誘起Si表面の構造相転移を観察し、表面構造中のSi原子密度を測定すると同時にSi(111)微斜面においてファセト形式を見出した。2)上記の発展として、[110]晶帯でのAu吸着誘起ファセット形成とその相転移、吸着量、熱処理温度依存性等を見出した。4)表面エレクトロマイグレーションによるステップバンチングの過程におけるAu吸着の効果を調べ、Au吸着がSiアドアトムの有効電荷を反転させることを明らかにした。5)Si(111)√3x√3-Ag表面上に貴金属(Au、Ag、Cu)、アルカリ金属などを微量吸着させると共通して√21X√21が形成されることを見出した。