hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
レボドパによって特異的に発現誘導される脳内遺伝子の探索とその機能解析

2.ドパミン神経細胞のアポトーシスにおけるPAG608の関与ドパミン神経細胞のアポトーシスにおけるPAG608の関与について明らかにするために,カテコールアミン産生神経様培養細胞PC12に神経毒6-hydroxydopamine(6-OHDA)を添加し,PAG608およびP53の蛋白発現の変化を検討した.6-OHDA添加によりPC12細胞でアポトーシスが惹起される際に,P53の発現誘導は認められたが,PAG608の発現は変化しなかった.さらに,PAG608の発現制御によるドパミン神経細胞のアポトーシスの変化をみるために,PAG608cDNAおよびアンチセンスcDNAをPC12細胞あるいはカテコールアミン系B65細胞に一過性に遺伝子導入し,6-OHDA添加によって惹起されるアポトーシスへの影響について検討した.PAG608アンチセンスcDNAの導入により,6-OHDAによる細胞死が抑制され,PAG608cDNAの導入によりp53発現が増加することを明らかにできた.これらの結果より,PAG608はその遺伝子転写レベルにおいてではなく,何らかの翻訳後修飾あるいは蛋白間の相互作用によってアポトーシス発現を調節・修飾していると考えられ,さらにP53によって発現誘導されるPAG608は逆にP53発現を誘導しうると考えられる.1.ドパミン神経細胞死におけるPAG608の作用機構に関する検討昨年度までに,片側パーキンソン病モデルラットにレボドパを投与し,傷害側線条体において発現が誘導されるDOPA-induced parkinsonism遺伝子としてp53-activated gene 608 (PAG608)を同定し,PAG608が翻訳後修飾あるいは蛋白間の相互作用によってアポトーシス発現を調節・修飾しており,さらにp53によって発現誘導されるPAG608は逆にp53発現を誘導しうることを明らかにした.本年度は,PAG608のドパミン神経細胞死における作用機構をさらに詳細に明らかにするための検討を行った.を樹立した.(1)6-OHDAあるいはH2O2暴露によるPC12細胞の細胞生存率の低下が,PAG608アンチセンスcDNAを恒常的に過剰発現しているPAG608発現抑制PC12細胞株(PC12/PAG608AS)では,ほぼ完全に抑制されていた.しかし,p53を介さないMPP^+暴露による細胞死に対してはPC12/PAG608AS細胞による抑制はみられなかった.(2)6-OHDA添加により空ベクター導入PC12(PC12/CTL)細胞では,カスパーゼ-3の活性化とTUNEL法によるDNAの断片化の増加,ミトコンドリアの膜電位の低下,さらにp53蛋白質またはBax蛋白質の発現増加が認められたが,6-OHDAを添加されたPC12/PAG608AS細胞ではそれらの有意な変化はみられなかった.(3)空ベクターを遺伝子導入したGFP陽性PC12細胞数は6-OHDA添加によって減少したが,N末端の第一ジンクフィンガードメインを欠失させたHis-ΔN522発現ベクターを導入したGFP陽性細胞では6-OHDAによる細胞数の減少が抑制され,PAG608の核への局在が阻害されていた.
血管平滑筋細胞の脱分化に伴い異常発現するマイクロＲＮＡから動脈硬化症の原因を探る

我々は網羅的遺伝子発現解析の結果からニコチンの暴露がヒト血管平滑筋細胞(HSMCs)の表現型を収縮型から合成型に変化させたことを示しました。HSMCsが合成型に脱分化するに伴い、MAPKシグナル経路が活性化された結果、細胞遊走能が上昇した可能性が示唆された。私たちは、ニコチンが直接、HSMCの血管の中膜から粥状プラークへの細胞遊走を促進している可能性を明らかにした。そして、そのHSMCの脱分化に伴い変動するマイクロRNAを同定した。動脈硬化症疾患の患者の血管内部では血管平滑筋細胞が脱分化により遊走型に形質転換し傷害部位に蓄積し、肥厚形成により動脈硬化疾患の一因となっている。どのようにして血管平滑筋細胞が脱分化するのか?は未だによく分かっていない。本研究では最近注目されている細胞が放出するエキソーム中に含まれるマイクロRNA(miRNA)に着目してこの脱分化機構を解明することに主眼を置いている。血管平滑筋細胞の脱分化に伴い細胞内に放出されるエキソームを単離精製し、エキソーム中に含まれるマイクロRNAをマイクロアレイ法により細胞遊走を促進するmRNAを検出した。現在、それらのエキソームに含まれるマイクロRNAの個々の量比変化などを幾つかの血管平滑筋細胞株で詳細に検討している。また、脱分化により細胞遊走能を上昇させた4つのmiRNAが細胞内でどのような遺伝子を標的にしているのかをマンチェスター大学のmiRBaseおよびmiRandaなどのデータベースを用いてバイオインフォマティクス的手法により標的遺伝子を検索したところ、細胞遊走や収縮に関わる遺伝子が候補としてあげられた。現在、そのmiRNAを遺伝子導入して発現を調べている。本研究を遂行している中でニコチンが血管平滑筋を脱分化させることが明らかになり、血管平滑筋細胞にニコチンを投与した際に培地中に放出されるエキソームに関しても単離精製して、その中に含まれているマイクロRNAに関しても詳細に調べている。本研究において動脈硬化性疾患では血管平滑筋細胞が何らかのシグナルの入力により、中膜の構成要素である分化した収縮型の血管平滑筋細胞から脱分化した増殖・遊走型の細胞へとリモデリングが提唱されている。このリモデリングには多くの遺伝子の変動が我々の研究で明らかとなっている。とりわけ、世界的に注目されているのがマイクロRNAによる遺伝子発現のファインチューニングである。本研究ではヒト初代正常血管平滑筋細胞(HSMCs)に脱分化を起こさせる血小板由来成長因子(PDGF)やニコチンを投与すると、マイクロRNAが培養液中にエキソソームに包埋された状態で放出されていることをマイクロアレイ解析により明らかにした。PDGFとニコチンを暴露した際の放出されるマイクロRNAには共通したものもが多く含まれている。現在、このエキソーム中に含まれるマイクロRNAがどの様な標的遺伝子をファインチューニングしているかを個々のマイクロRNAの機能に関して検討を加えている。また、本研究ではタバコが動脈硬化性疾患の危険因子であることから、その煙に含まれる主成分のニコチンに関して、収縮型から増殖・遊走型の細胞へとHSMCsのリモデリングについて検討した。その結果、ニコチンはHSMCsに発現しているニコチン性アセチルコリン受容体および三量体G蛋白質共役型受容体である嗅覚受容体のホモログを介して、細胞内の遺伝子構成を収縮型から増殖・遊走型へとスイッチングさせている事がわかった。このことからニコチン自体が動脈硬化性疾患へ危険因子となっている可能性が明らかとなった。本研究の結果は、現在、禁煙治療のために利用されているニコチンガムやニコチンパッチ自体に動脈硬化性疾患を惹起あるいは促進させる危険性がありさらなるメカニズムの検討が示唆された。動脈硬化疾患患者では血管を構成している血管平滑筋細胞が何らかの原因で脱分化し、細胞遊走により血管内で肥厚を形成し、その結果、血管を狭窄させる。本研究では研究代表者が発見した血管平滑筋細胞の脱分化に関与するマイクロRNA(miRNA)を基にその脱分化機構を解明することに主眼を置き、基礎から臨床への架け橋となる研究を目指して下記の研究を遂行する。23年度は「動脈硬化疾患での血管平滑筋細胞と血管内皮細胞の連携によるmiRNAの遺伝子解析」「脱分化細胞から放出されるエキソーム解析」に重点を置いて研究を遂行した。ヒト血管平滑筋細胞の脱分化で変動するmiRNAと発現遺伝子プロファイル解析より遺伝子発現カタログを作成し、バイオインフォマティクスの手法により解析を行いデータベースの構築を行った。発現遺伝子とmiRNAの変動を同時に検出する事によりmiRNAの変動にリンクして変動する遺伝子も同時に検出する点において、単にmiRNAの変動を見る従来の手法より多くの情報が得られる。このデータベースより脱分化に伴い変動する遺伝子発現ネットワーク制御機構に関わる5つの分子の解析を進めている。また、ウサギ血清やヒト大動脈血管平滑筋細胞より培地中に放出されるエキソソームの遺伝子ライブラリーの作成も行い、その解析を進めている。

ヒト正常血管平滑筋細胞の培地中に放出されるエキソソーム中に特別な分子が同定できれば新規のバイオマーカーの開発や遺伝子治療に向けての新しい途が開かれると期待される。動脈硬化症の要因として、脂肪代謝の異常に伴う血管平滑筋の形質転換が注目されている。血管平滑筋は血管の中膜を形成し、通常は血管収縮や弾力性などの機能を果たしてが、この収縮型の血管平滑筋が形質転換により、収縮能のない合成型細胞に変化し、活発に増殖を繰り返しながら中膜から内膜へと遊走する。遊走した平滑筋細胞は、最終的には動脈内膜に肥厚を形成し、その患部は動脈硬化症により狭窄そして閉塞する。ところが、この動脈硬化症を引き起こす血管平滑筋細胞の形質転換の分子メカニズムに関してはいまだに良くわかっていない。タバコ煙に含まれるニコチンがプラークへの血管平滑筋細胞の遊走を促進する事から、我々はニコチンが血管平滑筋細胞の細胞遊走能をどの様な作用機序で促進させるかに関して調べる為に、ニコチンに暴露した血管平滑筋細胞の網羅的遺伝子発現プロファイルをDNAマイクロアレイおよびリアルタイムPCRで、また培地中に放出されるエクソソームに含まれるマイクロRNAをマイクロRNAアレイにより解析をした。さらにウェスタンブロットによりタンパク質レベルでマーカータンパク質の発現とリン酸化レベルを解析した。さらに質量分析計を用いたリン酸化プロテオーム解析により特異的にリン酸化される蛋白質の解析を行った。その結果、全遺伝子発現解析とリアルタイムPCRの結果では平滑筋の分化マーカー遺伝子の発現がニコチン暴露により変化していた。そして、形質転換により変動するマイクロRNAを特定した。同時に形質転換により特異的にリン酸化する蛋白質を同定した。培地に放出されるエキソーム中のマイクロRNAの検出が安定せず、その方法の樹立に手間取った。講座の主任教授が替わり、それに伴い循環器系の薬理学の系から外科系の腫瘍治療学へと改組となった。研究室の大幅な改築と研究環境が変わったために本研究は遅れている。しかしながら、本年度から再び研究を推進出来る環境になったので研究の遅れを取り戻している。昨年度は東日本大震災に伴う東電の計画停電で2台の超低温フリーザーが故障し、貴重な多数のサンプルや細胞を失った。その為に秋までは研究もなかなか着手出来ない状況が続いたが、なんとかヒト大動脈血管平滑筋細胞の脱分化に伴う発現プロフィールの作成が完了した。また、ウサギ血清やヒト大動脈血管平滑筋細胞より培地中に放出されるエキソソームの遺伝子ライブラリーの作成も順調に進んでいる。将来的には動脈硬化疾患モデルマウスの血漿中に特異的に含まれる新規miRNAを探索し、血管平滑筋培養細胞で得られたエキソーム中で見つかったものと比較し、それらが血管平滑筋細胞の脱分化に関わるか否かを検証する。昨年度に達成できなかった脱分化を促進させる候補miRNAあるいはそのanti-miRNAを細胞に導入して、東レ3D-Gene Human DNA chip等を用いて対照群の細胞と比較して変動遺伝子を特定する。
AT(アタキシア・テランジェクタシア)の原因遺伝子の特性解析とその単離

リンパ網内系の悪性腫瘍の好発を特徴とするヒト劣性遺伝病のアタキシア・テランジェクタシア(AT)の原因遺伝子の単離を目的とし、AT遺伝子座近傍の染色体領域の解析とこの領域からのDNAの分離とクローン化を試み、以下の成果が得られた1.AT患者由来の永代細胞株AT2KYSVを受容細胞とした染色体移入実験から、AT遺伝子座位を11q23領域に同定した。染色体移入実験の過程で、AT座位を消失すると同時に11q23領域に微小欠失をもつヒト細胞クローン2859/4-1を得、2859/4-1からマウスA9細胞への微小核融合を行ない、欠失X/11を転座染色体を単一に保有する1クローンA9(2859/4/1/2)-1を得た。2.AT遺伝子座位近傍に転座点をもつヒトX/11転座染色体を有するヒト/マウス雑種細胞クローンA9(3552)-2に高線量のX線(30Gy120Gy)照射をして染色体を断片化した後マウス細胞に移入し、AT遺伝子座位近傍の微小な染色体断片をもつ放射線ハイブリドを作成した。3.マウス細胞内でのヒト染色体のDNAを調べるためAlu-PCRによる解析を行なった。AluプライマーTC65と517を用い、第11番染色体、X染色体、X/11転座染色体を保有するA9細胞、今回作成したA9(2859/4/1/2)-1、放射線ハイブリド、および親株A9細胞のDNA間で比較した。DNA増幅はヒト染色体に特異的で、各染色体に特有のPCR産物が認められた。PCR産物相互のサザン解析からA9(2859/4/1/2)-1で消失し、特定の放射線ハイブリドに含まれるPCR産物がいくつか確認された。これらDNAマーカーを手がかりにAT遺伝子座位傍をさらに詳細に解析中である。
酸化物超電導薄膜の機械的特性及び電気的特性の評価

本研究は,マグネトロンスパッタ法によりYBCO酸化物超電導体膜を結晶配向を制御して銀膜上に形成し,さらにその結晶組織を制御することにより,液体窒素温度で臨界電流密度Jc=10^8A/m^2程度の性能を持つ酸化物超電導線を作製し,合成条件,圧延条件が電気的特性にどの様な影響を及ぼすかを明らかにし,酸化物超電導導体の作製法の指針を得ようというものである.まず,(111)に高配向した銀膜上にYBaCuO膜を配向させて合成するための条件を検討した.その結果,Y:Ba:Cuの比を1:2:3.5としたターゲットを用い,基板温度620°C,酸素分圧1.0×10^<-3>Torrの条件で基板をoffaxisに設置することにより,(001)に配向したYBaCuO膜を合成できることがわかった.さらに,この膜の極点X線分析結果より,a,b軸も面内の特定の3方向に揃っていることがわかり,本方法により銀膜上に高配向のYBCO膜が合成できることがわかった.この時のYBCOの面内配向はFWHMで2°程度であり,臨界電流は,磁界なしの場合にJc=1.4×10^8A/m^2であった.さらに,このYBCO膜の機械的特性と超電導特性との関係について調べ,YBCOに圧縮ひずみを加えたときは,ひずみが4×10^<-3>程度までの場合には臨界電流は増加し,それよりひずみを大きくするとクラックの生成により臨界電流が急激に低下すること,引っ張りひずみに対しては1×10^<-2>程度まで臨界電流は変化しないことを明らかにした.さらに,この導体について液体窒素への繰り返し入浴試験を行い,繰り返し液体窒素に浸しても超電導特性に低下のないことを明らかにした.また,電流電圧特性を詳細に調べることにより,この導体は,超電導状態が破れても銀に電流がパスされるために超電導薄膜が破壊されることがない,安定化導体であることが明らかになり,本方法による導体化プロセスの有効性が示された.本研究は,マグネトロンスパッタ法によりYBCO酸化物超電導体膜を結晶配向を制御して銀膜上に形成し,さらにその結晶組織を制御することにより,液体窒素温度で臨界電流密度Jc=10^8A/m^2程度の性能を持つ酸化物超電導線を作製し,合成条件,圧延条件が電気的特性にどの様な影響を及ぼすかを明らかにし,酸化物超電導導体の作製法の指針を得ようというものである.まず,(111)に高配向した銀膜上にYBaCuO膜を配向させて合成するための条件を検討した.その結果,Y:Ba:Cuの比を1:2:3.5としたターゲットを用い,基板温度620°C,酸素分圧1.0×10^<-3>Torrの条件で基板をoffaxisに設置することにより,(001)に配向したYBaCuO膜を合成できることがわかった.さらに,この膜の極点X線分析結果より,a,b軸も面内の特定の3方向に揃っていることがわかり,本方法により銀膜上に高配向のYBCO膜が合成できることがわかった.この時のYBCOの面内配向はFWHMで2°程度であり,臨界電流は,磁界なしの場合にJc=1.4×10^8A/m^2であった.さらに,このYBCO膜の機械的特性と超電導特性との関係について調べ,YBCOに圧縮ひずみを加えたときは,ひずみが4×10^<-3>程度までの場合には臨界電流は増加し,それよりひずみを大きくするとクラックの生成により臨界電流が急激に低下すること,引っ張りひずみに対しては1×10^<-2>程度まで臨界電流は変化しないことを明らかにした.さらに,この導体について液体窒素への繰り返し入浴試験を行い,繰り返し液体窒素に浸しても超電導特性に低下のないことを明らかにした.また,電流電圧特性を詳細に調べることにより,この導体は,超電導状態が破れても銀に電流がパスされるために超電導薄膜が破壊されることがない,安定化導体であることが明らかになり,本方法による導体化プロセスの有効性が示された.本研究は,気相成長法により酸化物超電導体膜を結晶配向を制御して形成し,異周速圧延によってその結晶組織を制御することにより,液体窒素温度で臨界電流密度Jc=10000A/cm2程度の性能を持つ酸化物超電導線を作製し,合成条件,圧延条件が電気的特性にどの様な影響を及ぼすかを明らかにするものである.さらに,ローレンツ力に相当する力を作用させて強度を調べることにより,この超電導導体の機械的特性が合成条件および圧延条件によりどの様に変化するかを明らかにし,酸化物超電導導体の作製法の指針を得ようというものである.まず,自作の高周波マグネトロンスパッタ装置を用いてY-Ba-Cu-O薄膜と銀およびマイカの積層膜の合成条件の検討を行った.そして,放電出力40WでAr雰囲気中で合成することにより(111)に高配向した膜が得られることをX線分析により確認した.次に,この銀膜上にYBaCuO膜を配向させて合成するための条件を検討した.

その結果,Y: Ba: Cuの比を1:2:3:5としたターゲットを用い,基板温度650°C,圧力1.0×10^<-2>Torr.酸素分圧6.5×10^<-3>Torrの条件で基板をoff-axisに設置することにより,(001)に配向したYBaCuO膜を合成できることがわかった.さらに,この膜の極点X線分析結果より,a, b軸も面内の特定の3方向に揃っていることがわかり,本方法により銀膜上に高配向のYBaCuO膜が合成できることがわかった.さらに,この積層膜上に再度銀膜及びYBaCuO膜を積層させることを試み,若干の配向度の低下はあるものの,安定して多層積層させることのできることを明らかにした.本研究は,マグネトロンスパッタ法によりYBCO酸化物超電導体膜を結晶配向を制御して銀膜上に形成し,さらにその結晶組織を制御することにより,液体窒素温度で臨界電流密度Jc=10^8A/m^2程度の性能を持つ酸化物超電導線を作製し,合成条件,圧延条件が電気的特性にどの様な影響を及ぼすかを明らかにし,酸化物超電導導体の作製法の指針を得ようというものである.まず,(111)に高配向した銀膜上にYBaCuO膜を配向させて合成するための条件を検討した.その結果,Y:Ba:Cuの比を1:2:3:5としたターゲットを用い,基板温度620°C,酸素分圧1.0×10^<-3>Torrの条件で基板をoffaxisに設置することにより,(001)に配向したYBaCuO膜を合成できることがわかった.さらに,この膜の極点X線分析結果より,a,b軸も面内の特定の3方向に揃っていることがわかり,本方法により銀膜上に高配向のYBCO膜が合成できることがわかった.この時のYBCOの面内配向はFWHMで2°程度であり,臨界電流は,磁界なしの場合にJc=1.4×10^8A/m^2であった.さらに,このYBCO膜の機械的特性と超電導特性との関係について調べ,YBCOに圧縮ひずみを加えたときは,ひずみが4×10^<-3>程度までの場合には臨界電流は増加し,それよりひずみを大きくするとクラックの生成により臨界電流が急激に低下すること,引っ張りひずみに対しては1×10^<-2>程度まで臨界電流は変化しないことを明らかにした.さらに,この導体について液体窒素への繰り返し入浴試験を行い,繰り返し液体窒素に浸しても超電導特性に低下のないことを明らかにした.また,電流電圧特性を詳細に調べることにより,この導体は,超電導状態が破れても銀に電流がパスされるために超電導薄膜が破壊されることがない,安定化導体であることが明らかになり,本方法による導体化プロセスの有効性が示された.
チンパンジーの母子相互作用と社会性の発達-動物園飼育下における事例研究

本研究の目的は、多摩動物公園のチンパンジーの観察データをもとに、母親の養育態度と子どもの発達について検討することである。飼育下の動物の行動は当然野生とは異なるが、個体に関する情報が豊富で、定期的に間近で観察が可能なため、野生データ及び実験室データを補完するものとして有用である。ここでは、7組の母子の観察データを基に子どもの社会性及び道具使用の発達と母親の養育態度、その延長として、子ども世代の養育態度について検討した。データの収集は多摩動物公園のチンパンジーを対象に行った。また個体の情報に関してはGAINのデータベースを利用した。初年度である平成17年度は、平成12年より構築してきたビデオデータ及び新たな観察データをもとに、チンパンジーの母親の養育態度と幼児の探索活動の発達に焦点をあてた。18年度は、子どもの初期の探索活動と道具使用の獲得について観察結果をまとめた。また、メスが群れを移動する野生では観察が困難な養育態度の世代間伝達の検討を行った。19年度は道具使用と利き手の関係についての検討と、GAINのデータをもとに日本で飼育されているチンパンジーの出産、子育て困難について分析し、多摩動物公園の事例研究とあわせて子育て困難の要因の検討を行った。チンパンジーの行動の基礎となる社会性、道具使用、養育態度の獲得において母子相互作用が重要な部分を占めていることが示唆された。本研究の目的は、動物園飼育下にあるチンパンジーの子どもの発達と母親の養育態度を対象に調べることで、母子相互作用が子どもの発達に及ぼす働きについて考察することである。従来、チンパンジーの母子関係の研究は、野生の個体を対象にしたものか、実験を目的に飼育された個体を対象にしたものであった。野生を対象にした場合、個体に関するデータの収集や、継続的な観察が困難である。一方実験動物として飼育されている場合、人との関係が多くなり、集団における相互作用に焦点をあてることが難しかった。本研究は個体に関するデータが揃い、またチンパンジー同士の関わりが実験室よりは多い動物園飼育の個体を対象に検討するものである。平成12年度より多摩動物公園にて観察を開始。定期的に放飼場の母子の様子をビデオに記録。3組の母子を対象に成果を発表してきた。その結果、子どもの探索活動には個体差がみられ、母親の養育態度との関連が伺えた。本年度は新たに出産した母親を中心に月一回の観察を実施するとともに、過去のデータとあわせて分析した。母子相互作用の研究を行うにあたり、動物園という人工的環境が行動に及ぼす影響を念頭におく必要がある。野生チンパンジーの観察は容易ではないため、野生のニホンザル母子の観察を一回実施した。今年度は乳児期の探索活動と母親の養育態度との関連を検討した。母親の1)子どもの活動のモニター状況,2)子どもへの応答性,3)母の社会的適応度と3、10、18ヶ月時の子どもの探索活動レベルとの関連を検討した。その結果18ヶ月時に活動レベルの高かった個体の母親は子の状況に適した保護・監督行動が見られ,子どもへの応答性・社会的適応度が高い傾向にあった。一方子どもの活動が活発でない個体の場合,母親が子どもの行動を制限する傾向があり,母親の適応度が低い傾向にあった。これらの成果については、第65回日本動物心理学会で発表した。多摩動物公園における過去7年のデータから、母親の養育態度、子どもの道具使用についてまとめた。多摩動物公園における月1回の観察を継続した。多摩動物公園以外で生活するチンパンジーの子育ての観察も実施した。1)多摩から転出し、子育てをしている個体(秋田大森山)、子育て放棄をした個体(秋田大森山)、2)人工哺育のため転出した個体(伊豆シャボテン公園)、3)数は少ないが3頭がすべて子育てに成功している園(静岡日本平動物園)の母子の観察も実施。子育ての世代間伝達のパターンの検討資料とした。

研究成果発表は以下にまとめるI.子育てスタイルの世代間伝達:3頭の母親の養育態度の比較より、1)群の周辺部で静かに行う、2)群の中心部でのんびりと育てる、3)子どもへの応答性が高い、4)応答性が低い、などの要素が見られた。多摩動物公園で生まれ、そこで子育てをしている個体の子育ては、母親と共通する部分と、他個体と共通するものが含まれていた。II.4組の母子の比較を通して、1)母親の活動レベル、2)子の探索活動の範囲、3)道具使用(棒を用いたジュースなめ)技術の獲得時期について分析。母親の活動レベルが高い個体は、10ヶ月時、18ヶ月時の探索活動範囲が広く、内容も多岐にわたっていた。また、棒をジュースなめの場所に差し込むなど、20ヶ月頃から道具使用に感心を示した。しかし、ジュースなめ技術は30ヶ月前後まで獲得しなかった。一方、母親の活動レベルが低い個体は、探索活動も限定されていた。棒の使用はジュースなめ技術獲得直前に始まった。いずれの個体も実際に技術を獲得したのは30ヶ月前後であった。新たに誕生した個体のデータを加え、上記の2点ついて今後も検討を重ねる。今年度は観察データをもとに1)チンパンジーの道具使用の発達及び、2)GAINデータベースを参考に、日本の飼育下チンパンジーの出産状況、育児困難、人工哺育の関連について検討を行った。多摩動物公園のチンパンジーを対象に道具使用の発達について検討をかさねた。特に探索活動レベルとの関係及び、利き手との関連に焦点をあてた。探索活動レベルは子どもの道具使用の開始期時期を早めていたが、実際の技術獲得時期には影響を及ぼしていなかった。道具使用開始時期と利き手の関連では、右手で道具を操作する個体に早い傾向が見られた。ヒトの場合、右利きが多く、この比率は道具使用と関連があると指摘されている。チンパンジーの場合は多少右利きが多いとされているが、これまで道具使用との関連についての報告はない。事例数が限られているため、今後は他施設を含めて検証を行う必要がある。飼育下チンパンジーの育児困難についてはこれまでのも指摘され、その要因として早期母子分離、社会的隔離などがあげられていた。国内で飼育されている個体の出産状況を見ると、アフリカ由来(一般的に早期離乳及び社会的隔離を経験している)個体と国内由来(比較的安定した子ども期を過ごしている)では、育児の成功率に差は見られなかった。飼育者の介添え、補助などによりいったんは子育てを放棄した個体が授乳に成功する例がある一方で、乳汁分泌不足で人工哺育に至る例など、複数の要因が背景にあるようだ。多摩動物公園の事例からは、出産間隔の短さも子どもの子育て困難と関連している可能性も伺えた。子育て困難の背景には、早期母子分離、社会的隔離以外の要因があると考えられ、その結果ホルモンバランスにまで影響が出ている可能性も否定できない。今後は実験動物を用いた研究も含めて子育て困難について検討を重ね,絶滅危惧種であるチンパンジーのより安定した繁殖環境を確保する事が望まれる。
電荷分離促進ヘテロ接合硫化物半導体ナノ粒子の合成と可視光水素発生への応用

波長制御可能な表面プラズモン共鳴(SPR)は伝導電子を有する無機ナノ粒子の代表的な特徴であり、非線形光学効果およびナノ粒子近傍に生じる光電場増強場の利用等の研究が進められている。我々は新規プラズモニックナノ粒子の開発をめざし、ナノ粒子中の伝導電子密度の制御というこれまでに無いアプローチを検討した。本研究では組成に応じた自由電子密度を有している導電性酸化物に着目し、代表的な導電性酸化物である酸化インジウムスズ(ITO)ナノ粒子をターゲット化合物としSPR波長制御を試みた。異なる化学種が異方的に相分離したヘテロ構造ナノ粒子は、組み合わせ次第で様々な新規特性を発現できる可能性を秘めており、近年注目を集めている。特に、半導体/金属ヘテロ構造ナノ粒子では、半導体で生成した励起電子を金属に移動させることにより、長寿命電荷分離状態を実現できる可能性がある。本研究では、伝導体(半導体)-フェルミエネルギー(金属)ギャップの広いZnS/Auヘテロ構造ナノ粒子に着目し、その合成と光学特性についての検討を行った。酢酸亜鉛とポリエチレングリコールを溶媒兼配位子のオレイルアミンに溶解させ、窒素雰囲気下、170°Cで1時間加熱した。硫黄粉末(192mg,6.0mmol)のオレイルアミン溶液(3mL)をすばやく加え、290°Cで1時間保持し、エタノールで精製することにより、粒径8.7±0.6nmと単分散ZnSナノ粒子を合成した。また、塩化亜鉛、オレイルアミン、オレイン酸をn-オクチルエーテルに溶解させ、窒素雰囲気下、290°Cで20分間加熱した後、エタノールで精製することにより、粒径5.4±0.9nmのZnSナノ粒子を合成した。続いて、8.4±0.6nmのZnS NPsと塩化金酸・4水和物、配位子オレイルアミンをトルエンに溶解させ、窒素雰囲気下、100°Cで10分間加熱することで、ZnS上に約1.6nmのAu相を成長させることに成功した。また、5.4±0.9nmのZnSナノ粒子を種に同様にして得られたZnS/Auナノ粒子では、ZnS相からの発光が消光された。この原因として、Auへのエネルギー移動による消光と、励起電子のAu相への移動による励起子の再結合抑制が考えられる。これまで、SPRを有するナノ粒子として主に金や銀等の貴金属ナノ粒子が用いられてきた。しかしながら、貴金属は高価であり、さらに酸化に対する化学的耐久性が乏しい問題点を有している。電磁波によって誘起されるSPRは伝導電子を有するすべての物質が有する性質であり、その共鳴波長は伝導電子密度に依存する。ITOナノ粒子は金属前体にインジウム(III)アセチルアセトナト、2-エチルヘキサン酸スズ(II)を用い、スズ前駆対比を0-40mol%の範囲で制御することにより、スズドープ量を0-30%の範囲で制御可能な比較的単分散なITOナノ粒子の合成に成功した。得られたITOナノ粒子は、近赤外領域にスズドープ量に応じたSPR吸収を示し、ドープ量を3%から10%まで増加させるにしたがいSPRピークは2200nm超から1618nmまで短波長シフトした。これを超えるドープ量領域ではドープ量の増加にともないSPRピークは長波長シフトした。これはITOナノ粒子のSPR波長が電子密度によって制御可能であることを示し、貴金属以外のナノ構造においてSPR波長を制御した初めての例である。
第3回国際比較生理生化学会議におけるシンポジウム等の企画

第3回国際比較生理生化学会議は、IUBS-CPB加盟団体である日本動物生理学会が中心となり、関連する諸学会ならびに日本学術会議の協力を得て開催したい意向である。会期は、1991年8月25日31日、会場は東京都立大学新キャンパス(八王子市)が予定されている。第3回国際会議のメインテーマは、1.膜を介する輸送・イオン調節・浸透圧調節、2.ガス交換・呼吸ー循環系、3.代謝適応、4.神経生物学、5.運動系と運動、の5つとすることが8月の第2回国際会議で決定した。11月には、本研究班の全体会議を東京で開き、シンポジウムの企画をするための調査計画の基本方針を確認した。その結果、会期・会場の室数等を考慮し、シンポジウムは各メインテーマについて5つ、合計25テーマを企画することとなった。実際には、IUBS-CPB加盟の6団体からテーマを5つずつ募り、最終的に25テーマにしぼることになるが、本研究班ではこの25テーマを試験的に組む作業を進めた。作業は、全体会議、分科会、通信によって進めた。1月には分科会(東京)を開き、5つのメインテーマについて主に企画を担当する班員と研究協力者を決めた。過去2回の国際会議およびこれと関連のある国際会議のシンポジウムの演題についての調査、各班員からの企画案等に基づいて、2月5日の分科会(広島)で、25テーマの試案を準備した。また引き続いて東京で開かれた分科会では、25テーマの内容をもとに、5日間の会期の日程を組むと共に、招待者講演の候補となりうる著名な参加者について検討を行った。
皮膚三次元培養創傷治癒モデルによるケロイドの解析

1.耳垂ケロイドから線維芽細胞を採取し、真皮モデル(収縮コラーゲンゲル)を作成し、その収縮の経過、硬さ(共振動によるインピーダンス)を測定するモデルを作成した。ケロイド真皮モデルは、正常皮膚由来線維芽細胞によるモデルに比べて収縮過程が早く起こり、またより硬く収縮する性質を示した。またケロイドの治療薬であるトリアムシノロンの培地への添加により、その収縮過程と硬度が抑制された(正常線維芽細胞では、硬度は不変)。ケロイド真皮モデル作成を作成する初期段階で、培地にトリアムシノロンを添加することにより作成した真皮モデルの硬度は、正常真皮モデルに対して、有意な差はなかった。また培養5日目以降の培地に、トリアムシノロンをすることにより、培養10日目の硬度に、有意な差を認めなかった。これらより、トリアムシノロンには、コラーゲンゲルが収縮する過程ならびに、収縮したコラーゲンの硬度を抑制する働きがあることを証明した。2.ケロイド真皮モデルを用いて、創傷治癒モデルを作成した。ケロイド創傷治癒モデルは、正常創傷治癒モデルと同様の、表皮層の再形成が見られた。免疫染色では、一般的な分化マーカーの発現に、大きな差異は認めなかった。また、真皮組織から線維芽細胞を取り除いた無細胞真皮(アロダーム)を用いた皮膚モデルを作成した。無細胞真皮による創傷治癒モデルでは、元となる表皮層の形成が不十分であり、同様に表皮層の再形成が不十分であり、基底層・基底上層の形成が悪く、角化層への分化が特徴的であった。表皮形成に対して、線維芽細胞の性状より、線維芽細胞の有無が大きいことが示唆された。3.神経線維腫のカフェオレ斑から採取した線維芽細胞による皮膚モデルで、正常皮膚由来の線維芽細胞による皮膚モデルより、著名に色素濃度が上昇した。皮膚モデルが、表皮と真皮の細胞間相互的影響を検討するためのモデルとして有用であった。1.ケロイド由来の線維芽細胞により、真皮モデル(収縮コラーゲンゲル)を作成し、その収縮の経過、硬さ(共振動によるインピーダンス)を測定した。ケロイド由来線維芽細胞による真皮モデルは、正常皮膚由来線維芽細胞によるモデルに比べて収縮過程が早く起こり、またより硬く収縮する性質を示した。またケロイドの治療薬であるトリアムシノロンの培地への添加により、その収縮過程と硬度が抑制されることを認めた(正常皮膚由来線維芽細胞では、硬度は不変)。ケロイド由来の線維芽細胞そのものが、正常皮膚の線維芽細胞と異なる性質を示し、また皮膚モデルで、臨床症状に即した性質を再現できると思われる結果を得た。2.比較対象として、真皮組織かち線維芽細胞を取り除いた無細胞真皮(アロダーム)を用い、皮膚モデルの作成を試みた。このモデルでは、通常の皮膚モデルと比較して、表皮角化細胞層の重層化が不十分となった。表皮角化細胞の単層培養による創傷治癒モデルでは、三次元培養による創傷治癒モデルと比較して表皮層の再形成が遅くなる。今後、ケロイド由来線維芽細胞を用いた真皮モデル、正常線維芽細胞による真皮モデルおよび無細胞真皮を用いた創傷治癒モデルを作成し、ケロイド由来線維芽細胞による創傷治癒過程(再上皮化過程)を他のモデルと比較検討する。3.神経線維腫のカフェオレ斑から採取した線維芽細胞による皮膚モデルで、正常皮膚由来の線維芽細胞による皮膚モデルより著名に色素濃度が上がることを、見出して報告した。

皮膚モデルが表皮と真皮の細胞間相互的影響を検討するためのモデルとして有用であることを再確認した。平成18年度は、ケロイド由来の細胞を用いた創傷治癒モデルの作成、および主としてin situ hybridazation法を用いて、表皮層の再形成過程における遺伝子発現に関する解析を進める。1.平成17年度、耳垂ケロイド由来の線維芽細胞を用いて、収縮の経過、硬さを測定する真皮モデルを作成した。ケロイド由来の線維芽細胞そのものが、真皮モデルで、臨床症状に即した性質を再現できると思われる結果を得た。今年度は、このケロイド由来線維芽細胞真皮モデルで、トリアムシノロンを培地へ添加することにより、収縮過程と硬度が抑制される時期を、詳細に検討した。真皮モデル作成を作成する初期段階で、培地にトリアムシノロンを添加することにより作成したケロイド由来真皮モデルの硬度は、トリアムシノロンを添加しない正常線維芽細胞真皮モデルの硬度と比較し、有意な差を生じなかった。またトリアムシノロンを、ケロイド由来真皮モデル培養5日目以降に添加すると、培養10日目の硬度は、トリアムシノロンを添加しない正常線維芽細胞真皮モデルの硬度と、有意な差を生じなかった。これらより、トリアムシノロンには、コラーゲンゲルが収縮する過程ならびに、収縮したコラーゲンの硬度を抑制する働きがあることを、実験的に見出した。2.ケロイド由来線維芽細胞真皮モデル、正常皮膚由来線維芽細胞真皮モデルおよび無細胞真皮を用いた創傷治癒モデルを作成し、ケロイド由来線維芽細胞の創傷治癒過程(再上皮化過程)を、他のモデルと比較検討した。ケロイド由来線維芽細胞の創傷治癒モデルで、正常皮膚由来線維芽細胞創傷治癒モデルと同様の、表皮層の再形成が見られた。一般的な免疫染色では、分化マーカーの発現に、大きな差異は認めなかった。一方、無細胞真皮による創傷治癒モデルでは、元となる表皮層の形成が不十分であった。また同様に表皮層の再形成も不十分であったが、特に基底層ならびに基底上層の形成が悪く、角化層への分化が特徴的であった。表皮層の再形成において、線維芽細胞の由来組織による質的な違いより、線維芽細胞の有無による影響が大きいことが示唆された。
ルーメン細菌の遺伝子組換え操作とその畜産学的応用に関する研究

われわれはルーメン微生物の機能開発を目的とした幾多の研究を推進し、すでにいくつかの成果を得ている。そのスケジュールのなかで、今回は、ルーメン細菌の組換えDNAに関する研究をおこない、以下のような成果をえた。すなわち、ルーメン内における微生物機能として知られる飼料分解能および宿主栄養素である有機酸類を生成する細菌、たとえばデンプン分解性で、かつ乳酸生成性菌であるstreptococcusbov's Selonomonus ruminontium、またセルロース分解性、有機酸生成菌種、Fibrinobacter Succinogenes、Butysivibno fibnsolvensなど主要ルーメン細菌からプラスミド分離、スクリーニング、またベクターとして用いるバクテリオフアージの分離した。すなわち、岩手県下で飼育中のルーメン内容物、マレーシア農料大学で飼育中の水牛および原産牛KK種のルーメン内容物からルーメンバクテリアを分離した。すなわちRuminibacter amylophylus、Butyrivibrio fibrisolvense、Selenomonasmininantitumなどの典型的なルーメン細菌を得、これらについてプラスミドおよびバクテリオファージについて検索した。いずれの菌株もプラスミドを保有したいることが認められ、その結果、26、o、2.3、1.7メガダルトンの範囲であり、また、発現様式であるキシロース発酵能との関連が認められた。とくにButyrivibrio fiorisolvensにはプラスミド2.3メガダルトン部分がキシロース発酵能との関連性が確認された。さらに脂肪分解性との関連についても検索したが、その関連性は明確にされなかった。これまで私共はルーメン微生物機能の開発を目的とした数多くの研究を行って来たが,その一端としてルーメン細菌の組換えDNAに関する研究を行ってきた.すなわち乳酸生菌Stvptococcus bows,およびセルロース分解菌Ruminococausflavetaccens,Ruminococcus Vbus, Butyuivibuio fibuisolvens,デンプン分解菌Selenemonasuminantiumなど主要ルーメン細菌からのプラスミドのスクリーニング,およびバクテリオファージの分離などを継続している.本研究は,これまでのルーメン微生物に関する研究展開の一方向として,ルーメン細菌の遺伝子組換え操作の畜産〓的応用を目的としてルーメン内微生物の組み換えDNAによる改良をおこない,牛の飼料効率を高める飼養技術を確立することを目的としている.今年度はとくに,東北地方における乳牛ルーメンからの野外ルーメン菌遺伝子採取をおこなうための作業から開始した.その結果,岩手県下乳牛ルーロンから菌分離を行った.その結果, 39株の菌を採取した.Bactenoides amylophylus2株, Butyuivbuiofibuisoluens 15株, Selenomonas unnatium 4株などであった.これらの菌類のプラスミドを検索したところ,いずれの菌株も,その保有プラスミドは26.0, 2.3, 1.7メガダルトンの範囲であった.これらのプラスミドとルーメン細菌の発現形式,とくにルーメン内醗酵における行動の発現様式の1つと考えられる各種生化学性状との関連について検索したところ,岩手県下で採取されたButyuivibuio fibuisovensの12株はキシロース醗酵能との関連が認められた.すなわち, Buityuivibuio由来プラスミド2.3メガダルトン部分はキシロースと関連した.本研究は、いわゆるバイオテクノロジーの研究の一端を担う遺伝子操作技術をルーメン微生物の機能改良に導入して、この成果を畜産学的に応用する目的で遂行された。すなわち、ルーメン内で乳酸を産生し、澱粉性飼料を給与するさいに増殖するStreptococous bovis,揮発性有機酸を生成し、繊維性飼料を給与するさいに増殖するRuminococcus albus,Ruminococcus flavefacience,Butyrivibrio fibrisolvens,などの菌について、これらの菌のプラスミドのスクリーニング、およびバクテリオファジーの分離などを継続している。

また、本研究は、これまでのルーメン微生物に関する研究展開の一方向として、ルーメン菌株の組み換えDNAによる改良をおこない、ウシの飼料効率を高める飼養技術を確立することを目的としている。昨年度は東北地方における乳牛ルーメンからの野外ルーメン菌株の遺伝子採取をおこない、その結果、岩手県下の乳牛ルーメンから39株の菌を分離した。すなわちBactenoides amylophylus2株、Butyrivibrio fibrisolvens15株、Selenomonas ruminantium4株などでのプラスミドを検索した。その結果、いずれの菌株も、その保有プラスミドは26.0、2.3、1.7メガタルトンの範囲で、発現様式の1つである生化学性状についてはButyrivibrio12株にキシロース発酵能との関連かみとめられた。すなわちButyrivibrioにはプラスミド2.3メガダルトン部分がキシロース発酵能との関連性が確認された。本年度は、これらの成果をもとに、さらにマレーシアにおいて採取した水牛ルーメンおよび原産牛Kに種ルーメンから内容物を採取して細菌分離をおこない、すでに53株のルーメン菌株を得た。これらの菌について本年度の重点目標である脂肪分解性との関連について検討を進め、プラスミドと脂肪分解能との関連について検索中である。
ベルグマン核の不変式論と複素領域の指数定理

ベルグマン核の不変式論を用いて領域の局所的不変量と大域的不変量を関係付けることを目標として研究を進め,次の二つの方向の成果を得た.1)グラウエルト柱状近傍領域でのベルグマン核とリーマン・ロッホの定理の関係.射影多様体上のアンプル線束Lのm冪の正則断面はmに応じて増加し,その次元はヒルベルト多項式と呼ばれるmの多項式P(m)で与えられる(これはLの大域的不変量である).この多項式をベルグマン核の漸近展開に含まれる局所不変量を用て表示した.ここでベルグマン核はLの双対束に含まれるグラウエルト柱状近傍領域の上で考える.この表示はラプラス変換を用いて具体的に与えられ,とくにベルグマン核の展開の係数とLの特性類の関係式を与える.この結果はベルグマン核と指数定理の関連を示唆している.2)ソボレフ・ベルグマン核の指数に関する解析接続.ベルグマン核の不変式論のソボレフ・ベルグマン核への一般化を行った.これにより,より多くの局所不変量を取り出すことが可能となる.まずソボレフ・ベルグマン核を大域的な双正則不変量となるように定義し,その漸近展開の局所不変量を用いた表示を与えた.さらにこの展開はソボレフ指数に関する解析接続が可能であることを示し,とくに展開の係数として現れる普遍定数がソボレフ指数に関する多項式になることを証明した.これは核関数の解析接続の具体的な計算を可能とする重要な事実である.ベルグマン核の不変式論を用いて領域の局所的不変量と大域的不変量を関係付けることを目標として研究を進め,次の二つの方向の成果を得た.1)グラウエルト柱状近傍領域でのベルグマン核とリーマン・ロッホの定理の関係.射影多様体上のアンプル線束Lのm冪の正則断面はmに応じて増加し,その次元はヒルベルト多項式と呼ばれるmの多項式P(m)で与えられる(これはLの大域的不変量である).この多項式をベルグマン核の漸近展開に含まれる局所不変量を用て表示した.ここでベルグマン核はLの双対束に含まれるグラウエルト柱状近傍領域の上で考える.この表示はラプラス変換を用いて具体的に与えられ,とくにベルグマン核の展開の係数とLの特性類の関係式を与える.この結果はベルグマン核と指数定理の関連を示唆している.2)ソボレフ・ベルグマン核の指数に関する解析接続.ベルグマン核の不変式論のソボレフ・ベルグマン核への一般化を行った.これにより,より多くの局所不変量を取り出すことが可能となる.まずソボレフ・ベルグマン核を大域的な双正則不変量となるように定義し,その漸近展開の局所不変量を用いた表示を与えた.さらにこの展開はソボレフ指数に関する解析接続が可能であることを示し,とくに展開の係数として現れる普遍定数がソボレフ指数に関する多項式になることを証明した.これは核関数の解析接続の具体的な計算を可能とする重要な事実である.本年度の研究では射影多様体のアンプル線束の零断面の近傍として与えられるグラウエルト柱状近傍領域のでのベルグマン核およびセゲー核の具体的な計算を行った。これらの核関数は線束に対するリーマン・ロッホ定理とつぎのように密接に関係していることがわかってきた。線束のn冪の断面に対する(多様体上の)ベルグマン核はグラウエルト柱状近傍領域のセゲー核のファイバー方向のn次フーリエ係数と一致する;線束のベルグマン核の多様体上での積分は線束の断面全体の空間の次元を与えるため、線束のベルグマン核の具体的な表示は局所リーマン・ロッホ定理を与えるといえる。当初はグラウエルト柱状近傍領域のでの核関数の計算にこれまで用いてきたCR不変式論を応用することを試みたが、実際にはこれらの核関数の持つ双正則不変性が限られているためこの手法は困難であった。そのため、領域のCR不変量ではなく、底多様体のケーラー曲率をもちいて核関数の境界での漸近展開を計算した。ここで用いたのはBoutet de Monvelによる無限階ミクロ微分作用素の理論である。その結果としてセゲー核を表現するミクロ微分作用素のシンボルとセゲー核のフーリエ級数の間の簡単な関係式を得た。この関係式はフーリエ係数をケーラー曲率の不変式として書き下す代数的なアルゴリズムを与えている。古典的なリーマン・ロッホ定理によればこの係数は発散項を除けば特性類を用いて記述されることがわかる。シンボルと特性類との具体的な関連を与えるのが今後の課題である。ベルグマン核の不変式論を用いて領域の局所的不変量と大域的不変量を関係付けることを目標として次のような研究を行った。1)グラウエルト柱状近傍領域でのベルグマン核の一次変分の計算前年度の研究により射影多様体上のアンプル線束の不変量(例えばヒルベルト多項式)はその双対束の中で与えられたグラウエルト柱状近傍領域でのベルグマン核の漸近展開を用いて記述できることが示された。今年度はこの漸近展開の代数解析の手法を用いた計算を試みた。とくにその一次変分については具体的な公式を導くことができた。これはベグルマン核と線束の曲率の具体的な関係を与えている。2)ソボレフ・ベルグマン核の指数に関する解析接続.領域の不変量を取り出すにはベルグマン核だけでなく様々な双正則不変な核関数を用いることができる。そこで、A)双正則不変性をもつソボレフ・ベルグマン核を分類しB)

その漸近展開に現れる不変量を具体的に計算した。その結果としてソボレフ・ベルグマン核の漸近展開はソボレフ指数に関して解析接続可能であり複素平面全体での有理型関数をあたえることをわかった。さらにその中に現れる普遍定数はソボレフ指数の多項式として表されることを証明した。これはこの解析接続の計算を可能とする重要な結果であり、これまで予想していなかった事実である。またこの解析接続の応用としてセゲー核とベルグマン核を解析接続により繋ぐことが可能となり、これは今まで独立して考えられていた漸近展開の間の関係を研究する新しい道具となる。この方向の研究は今後の課題である。
ナノ領域の同位体分析を目指した質量分析法の開発

最近の急速な分析法の進歩により,微小な鉱物間および鉱物内の地球科学的・年代学的情報を引き出すことが可能になりつつある。それにより太陽系形成や惑星形成初期の物質科学的な進化過程が明らかになりつつある。特に,固体地球試料のミクロンサイズの局所表面分析から精密同位体情報を引き出す分析法の実用化により,鉱物の形成・進化過程についての詳細な環境情報並びに時間情報が同時に得られるようになり,従来の地球科学観はまさに一変されつつあるといっても過言ではない(圦本尚義科学67,1997)。これらの局所・表面同位体分析に対して,二次イオン質量分析法(SIMS)は主導的役割を担っている。しかしながら,太陽系形成時を遡り,太陽系を構成する原子が星間雲であった時代を読み取るためには,隕石等の地球外物質中のサブミクロンサイズの結晶から同位体情報を得る必要がある。また,地球深部を探る超高圧実験も下部マントル以深の条件では合成された結晶の大きさはミクロンサイズを下回る。この様に地球惑星科学のフロンティア領域では素部ミクロンからナノ領域における新しい分析法の確立が要請されている。本研究は,以上の学術的要請に応えるために,我々が独自に開発してきたミクロン領域のSIMS法を発展させ,ナノ領域まで分析可能な質量分析装置(同位体ナノスコープ)の開発と実用化を目的とした。この実現のために,我々の開発した二次元半導体荷電粒子検出素子の能力を大幅に向上させ,Stacked-CMOS active sensor (SCAPS)を完成させた。今回完成した同位体ナノスコープは高分解能SIMSとSCAPSが組み合わしたシステムである。本同位体ナノスコープにより隕石中の酸素同位体分布を測定しその性能を検証した。本研究で達成した性能は100ミクロンの試料領域上で空間分解能1ミクロン,同位体精度0.1%の分解能を持つ同位体比の定量イメージを世界で初めて得ることができた最近の急速な分析法の進歩により,微小な鉱物間および鉱物内の地球科学的・年代学的情報を引き出すことが可能になりつつある。本研究で達成した性能は100ミクロンの試料領域上で空間分解能1ミクロン,同位体精度0.1%の分解能を持つ同位体比の定量イメージを世界で初めて得ることができた地球惑星科学のフロンティア領域では、ナノ領域の新しい同位体分析が要請されている。本研究は申請者たちが開発してきたマイクロ領域のSIMS法をさらに発展させ、ナノ領域の分析可能な質量分析装置(同位体ナノスコープ)の開発と実用化を目的とする。本年度は申請者達により考案された、二次元半導体荷電粒子検出素子を発展させた。その内容は(1)画像処理に適するよう正方画素にする、(2)周辺回路をCMOS化し、素子駆動の低ノイズ化と安定化を図る、(3)非破壊読み出しを実現する、ということである。これらの要素を組み込んだ素子を新規に設計し、製作、実装した。製作した素子はテストベンチに読み込み、2次イオン質量分析装置に装着し、イオン照射実験に供された。その結果素子の出力ダイナミックレンジは約5ケタあることが判明した。CMOS化によりピクセル間の感度差が従来の1/5になった。また非破壊読み出しのランダム雑音成分を1/10に軽減できることも判明した。しかしながら、蓄積信号のリーク等製造プロセスに不備があったことも判明した。次年度はこれらの不備を徹底的に洗い直し、回路設計を修正し、新しく素子を製作する。その後SIMSにより性能検査を行い、分析システムの調整へと移行する。本研究は、申請者たちが開発してきたマイクロ領域のSIMS法とLA-ICPMS法をさらに発展させ、ナノ領域の分析可能な質量分析装置(同位体ナノスコープ)の開発と実用化を目的としている。

その実現のために、申請者たちが進歩させてきた二次元半導体荷電粒子検出素子をデジタル化することにより上記の質量分析装置の空間分解能と分析感度の向上を目指している。本年度は前年度製作した二次元半導体荷電粒子検出素子の評価をふまえ、その改良版の設計、製作および評価を以下の手順で行った。1.前年度の雑音特性評価の結果をふまえ素子の基盤をn-MOSからp-MOSに変更し、素子を設計した。2.蓄積信号のリーク率における電圧印加特性評価を行い、リークの原因を解明し、製作プロセスにフィードバックした。3.以上の結果より二次元半導体荷電粒子検出素子の改良版を新しく製作し、実装した。4.昨年度確立した評価プロセスを実施し改良版素子の評価を行った。5.以上と平行して、検出素子の駆動方式を最適化した。6.多目的微細組織評価システムにより素子の構造を分析し、素子の性能向上に役立てた。7.現有の質量分析装置に開発中の素子を装着し、ナノ領域の同位体比分析法の開発を開始した。本申請は、申請者たちが開発してきたマイクロ領域のSIMS法とLA-ICPMS法をさらに発展させ、ナノ領域の分析可能な質量分析装置(同位体ナノスコープ)の開発と実用化を目的とした.その実現のために、申請者たちが進歩させてきた二次元半導体荷電粒子検出素子をデジタル化することにより上記の質量分析装置の空間分解能と分析感度の向上を図った.そして、本研究期間内に、ナノスケール質量分析システムを実用化し、始源隕石中のマトリックス領域からナノスケールの星間物質を検出するデジタルメテオライトサーベイに発展させる準備を整えた.本年度は前年度までに設計・製作・改良した二次元半導体荷電粒子検出素子を二次イオン質量分析装置に装着し、同位体ナノスコープの実用化を以下の手順で行った.1.二次イオン質量分析法により発生した二次イオン強度比を同位体比に補正する方法を開発した.2.二次イオン質量分析法により投影された二次元像内の同位体比分別分布の補正法を開発した.3.2で補正された二次元同位体像の空間解像度の評価を行った.4.以上の補正法の評価を総合して同位体ナノスコープのコントロールシステムで最適化した.5.隕石中の同位対比サーベイにより、ナノサイズの星間物質のサーベイとその分布解析を行うことにより実用化の評価を開始した.