hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
個々の要素分子の動態を同時計測して生体分子システムの動作原理を探る

ナノスケールで近接する複数の単分子の相互作用や協働性を研究するためのツールとして、複数分子を同時にナノトラッキングする手法を開発した。多色標識とイメージング分光によってこれを実現した。蛍光プローブとして量子ドットを用いた。原理検証実験によって、30ms以下の時間分解能において数ナノメートルの位置推定精度を達成できることを示した。並進モータタンパクであるミオシンがアクチン上で1次元的に動作する様子をナノメートル精度で追跡することに成功した。また、装置を拡張して、2次元的なナノトラッキングも実現し、複数の分子がナノメートルスケール内で交差する様子の観察にも成功し、本手法の威力を示すに至った。タンパク質ナノマシンの個々の部品の動態を同時観察することを目指して、波長分離型の超解像顕微鏡システムの構築に取り組んだ。並進モータータンパク質であるミオシン5およびミオシン6のモデル試料を用いて、動態計測を行った結果、アクチンフィラメント上のナノメートルスケール内で複数のミオシンが移動する様子を観察することができた。同時に4つのミオシンを計測することにも成功している。また、本手法で達成しうる位置推定精度を実験的に評価した。この結果、現状の装置システムにおいて、10msの時間分解能で最高で4nm、30msの時間分解能で3nm程度の位置推定精度(標準偏差)での一分子動態計測が可能であることを示した。これは、通常の一分子計測の精度とほぼ同程度であり、従来の位置推定精度を持って、複数の分子を同時に動態計測できる。実験と並行して、蛍光スポットの中心位置推定アルゴリズムについても検討した。現在のところ、楕円ガウス関数のフィッティングにより位置推定を行っているが、スペクトル波形がガウス形状でないため、スポット形状は厳密には楕円にならない。スポット形状が楕円でない場合に、達成しうる位置推定精度を数値シミュレーションにより調べ、楕円ガウスフィッティングの適用範囲を議論している。この結果、比較的短波長の量子ドットプローブでは、楕円ガウスフィットで問題ないが、長波長の量子ドットプローブではスペクトル形状がガウス形状からかけ離れるので、スポット位置推定もスペクトル形状を考慮した関数を用意する必要があることがわかった。また、分光計測における蛍光スポットの結像特性について議論するなど、理論体系の構築にも取り組んだ。前年度までに構築した波長分離型の超解像顕微鏡システムを利用して、筋肉を構成するミオシンフィラメント(ミオシン2)の複数のヘッドの動態計測に取り組んだ。ミオシンフィラメントはミオシンの自己組織化によって作製した。この際、ヘッドの個数を数個のオーダーに制御するために、ヘッドの無いミオシンフィラメント(ミオシンロッド)を一定の比率で混在させた。また、蛍光プローブとして7色の量子ドットを用い、自己組織化する前のヘッドに対してビオチンアビジン結合を介して標識した。顕微鏡で観察した結果、同一フィラメント上で動作する複数のミオシンヘッドを観察することができた。また、上記の計測では1次元方向の座標の変位を検出していたが、将来の応用のために2次元計測を可能とする光学系を設計、試作した。この方法では、蛍光像の信号を2光路に分岐し、一方の光路で画像を回転し、両方の光路を分光器に導いた。それぞれの画像でxおよびy座標を推定することができる。ここで、同じ量子ドット由来の2つの蛍光輝点をペアリングするために、各輝点の強度揺らぎの時間プロファイルの間の相関係数を用いることを提案し、方法論を構築した。統計的有意な相関係数とフレーム数の関係を実験とシミュレーションにより明らかにした。この方法を用いて、実際に1本のアクチンフィラメント上の複数のミオシン5の運動を、2次元的にトラッキングすることに成功した。これらの研究成果をまとめた論文を執筆し、研究期間終了時までに科学専門誌に投稿した。当初の計画どおり、初年度は装置システムの構築、ミオシンを用いたデモンストレーション実験、および位置推定精度の実験的評価に取り組んだ。数値目標は完全には達成していないが、今後の装置の最適化により十分達成可能であると言える。さらに、二年目に計画していた複数分子の同時計測にも取り組み、可能であることを示すに至った。分光計測、バイオイメージング本手法を用いた応用研究を推進する。計画書に記載した通り、筋肉ミオシンであるミオシン2をターゲットとして、ミオシンフィラメント内でのミオシンヘッドの協同的動作を調べる。さらに、力計測機構を導入し、フィラメント全体で発生する力を計測をしながら、個々の分子の動態を調べる予定である。次年度に、力計測機構のためのガルバノスキャナーを購入するための金額を残したかったため。備品としては、上記ガルバノスキャナー(およそ50万円)を購入予定。
血管内超音波カテーテルの胆道系の応用

胆管内超音波検査は現在まで2症例計3回施行している。2症例は共に総胆管癌の放射線腔内照射を目的とした患者であり,いずれも黄疸の症状を軽減させるため経皮胆管ドレナージがすでに行われている症例で,このルートを用いて検査自体は安全に施行可能で,特に合併症も認めなかった。1症例目は総胆管癌の放射線療法の術前・術中の経過観察に用いた。CT・USで困難な腫瘍の直接描出が可能であり,また総胆管周囲の門脈・十二指腸・膵臓・肝動脈といった微細構造も良好に描出された。残念ながらこの症例は放射線療法途中で全身状態が悪化したため病理組織との対応や他の画像との対比ができなかった。2症例目は現在放射線治療中の患者で,術前に本法を施行したが,1症例目と同様に腫瘍や総胆管周囲の微細構造の描出は良好であり,放射線治療計画にも利用している。治療終了後,腫瘍の経過観察に再度本法を用いる予定である。当初の予想通り血管内超音波カテーテルの胆管への応用は患者への侵襲性は少なく安全に施行可能であり,また腫瘍の描出や胆管周囲の微細構造の描出は良好であった。放射線治療の経過観察や治療計画への応用に関しては有望と考えられ,さらに症例を重ねていきたい。
新規チオラート架橋金属錯体ポリマーの合成とその物性研究

金属錯体集積体は磁性や伝導性が絡んだ多種機能の設計が行えることから、新規機能性物質を与える系として高く期待されている物質群である。特に、チオラートなどの含硫黄架橋配位子を用いた配位高分子はこれまでに無い新しい構造や物性を持つ配位高分子を生成することが期待される。これまで、1,2,4,5-ベンゼンテトラチオラートを架橋配位子に用いた配位高分子の合成が報告さているが、実際に生成する錯体はアモルファスであり、その構造研究は非常に困難であった。そこで、本研究ではこの配位子の硫黄原子にアルキル基を導入したテトライソプロピルチオベンゼン(TPTB)とテトラメチルチオベンゼン(TMTB)を合成し、これらの配位子を用いて新規配位高分子{[Cu(TMTB or TPTB)](ClO4)}nの合成とその構造決定を行った。生成した配位高分子は一次元構造を有し、キレート架橋された1価の銅は四面体構造を取ることが明らかとなった。さらに、これらの配位子が架橋した金属の酸化数に与える効果を検討するために、エテンジチオラートを配位子に用いた単核金属錯体の合成を行った。前周期金属のバナジウムと、後周期金属のニッケル、銅に関して錯体を合成した結果バナジウム錯体では従来無い、ほぼ完全はトリゴナルプリズム構造を持つ錯体が生成することが明らかとなった。また、ニッケル、銅錯体ではこれまで多用されてきたO,Nドナー配位子では合成出来なかった3価の錯体が安定に生成することを見出した。これらの結果からチオラート架橋配位高分子は高原子価の金属が安定化され、かつ一次元構造を取っていることが明らかになった。
核被災地域住民の被曝線量評価:旧ソ連核実験場周辺住民の内部被曝線量の構築

旧ソ連の核実験場セミパラチンスク周辺の住民被曝の特徴は、外部被曝(30-250cSv:1949-1992年間の民住民の総被爆線量)に加えてかなりの内部被曝(40-300cSv)を受けていることである。この内部被曝線量は、数学的モデルで推定されたもので検証が必須である。現在唯一、検証が可能と思われるのは、人体組織の骨中^<90>Sr測定以外ないのではないかと考えている。2001年から、内部被曝線量評価の一環として、核実験場周辺で亡くなられた方々の骨試料を提供していただき骨中のU, Pu,^<90>Srの測定を開始してきた。核実験場近傍の集落で被曝し亡くなられた方の人体試料について出来るだけ多くの試料を収集しデーターの蓄積を計ることが最重要である。本研究において、クルチャトフ研究所及びセミパラチンスク市内の大学病院との連携で、人骨試料(主に脊椎)約100試料を収集し分析した。Nこれまでに採取した試料を用いてPu, Uの逐次分析法を開発し、これまでに約50試料の分析を実施した。Pu-239,240及びU-238濃度は、灰化試料1g当たり0.005-0.23Bq/g,0.09-0.49mBq/gの範囲であった。分析した試料の大部分は、セミパラチンスク市内が多く、これらの値はこれまでに報告されているデーターとくらべて同レベルであった。しかし、核実験場近傍の試料で高い値を持つケースもいくつか見いだされた。Sr-90については0.05-0.13mBq/g-ashの値が検出された。↑標準人(70kg)、平均Pu-239,240濃度0.03mBq/g-ashを用いて50年間に受ける実効線量当量を試算すると、全て吸入摂取の場合には、12.3(難溶性Pu)42.7(可溶性Pu)μSv,全て経口摂取の場合に13.5-28.6μSvとなる。→現在、核実験場近傍の集落、モスチーク、ドロン、ズナーメンカ、サルジャールで長年住んでいて亡くなられた方の人体組織を分析しており、さらにデータの蓄積を積み重ねている。↓最終的に、実際のSr-90データとモデルから予想されるデータとの比較を行い、モデルの妥当性を検討する。モデルとの合致が得られない時には、その原因を解析し、新たなモデルを提示する。19491989年までの40年間に約450回以上の核実験を実施した旧ソ連セミパラチンスクでは大量の放射性物質が大気中に放出され、それによって数十万とも言われる周辺住民が長期にわたるレベルを異にする外部及び内部被曝を受けた。外部被曝と内部被曝はほぼ同程度であると報告されているが不明な点が多い。

ここでは、評価の困難な内部被曝線量評価を中心に、今年度は以下のことを実施した。1)現在測定が可能な放射性核種はストロンチウム-90(Sr-90)であり、この核種の人体組織中濃度測定を中心に測定を展開する。白石が分析法を検討し、これまでに収集した骨試料の幾つかを測定した。レベルは、日本人と同等かやや高濃度であった。現在、より核実験場に近い集落で収集した試料の分析を進めている。2)α線を放出するプルトニウムやウランの分析法も検討し、充分適応可能な方法を組み立て、幾つかの試料に適用した。現在、より核実験場に近い集落で収集した試料の分析を進めている(山本)。3)内部被曝評価のモデル計算を進めている(星)4)2002年10月に2週間、カザフスタン(山本、星、学生)に赴き、研究打ち合わせと人体組織試料を譲受(8人分:骨、腎臓、肝臓、肺など合計40試料)してきた。旧ソ連の核実験場セミパラチンスク周辺の住民被曝の特徴は、外部被曝(30-250cSv:1949-1992年間の民住民の総被爆線量)に加えてかなりの内部被曝(40-300cSv)を受けていることである。この内部被曝線量は、数学的モデルで推定されたもので検証が必須である。現在唯一、検証が可能と思われるのは、人体組織の骨中^<90>Sr測定以外ないのではないかと考えている。2001年から、内部被曝線量評価の一環として、核実験場周辺で亡くなられた方の骨試料を提供していただき骨中のU,Pu,^<90>Srの測定を開始してきた。核実験場近傍の集落で被曝し亡くなられた方の人体試料について出来るだけ多くの試料を収集しデーターの蓄積を計ることが最重要である。本研究において、クルチャトフ研究所及びセミパラチンスク市内の大学病院との連携で、核実験場近傍の集落、モスチーク、ドロン、ズナーメンカ、サルジャールで長年住んでいて亡くなられた方の人体組織を(主に脊椎)約150試料以上収集した。その結果以下のことを明らかにした。これまでに採取した試料を用いてPu,Uの逐次分析法を開発し、これまでに約50試料の分析を実施した。Pu-239,240及びU-238濃度は、灰化試料1g当たり0.005-0.23Bq/g,0.09-0.49mBq/gの範囲であった。分析した試料の大部分は、セミパラチンスク市内が多く、これらの値はこれまでに報告されているデーターとくらべて同レベルであった。しかし、核実験場近傍の試料で高い値を持つケースもいくつか見いだされた。Sr-90については0.05-0.13mBq/g-ashの値が検出された。↑標準人(70kg)、平均Pu-239,240濃度0.03mBq/g-ashを用いて50年間に受ける実効線量当量を試算すると、全て吸入摂取の場合には、12.3(難溶性Pu)42.7(可溶性Pu)μSv,全て経口摂取の場合に13.5-28.6μSvとなった。→Sr-90について、モデルから予想される内部被曝との一次比較を行った結果、10倍程度の違いが明らかになり、さらなる実測データの蓄積とモデル計算のパラメーターの改良が必要であることが解った。
脳内成長因子の生理作用と病態に関する研究

本研究は脳内における神経細胞の増殖、分化、細胞死等の制御に関わるプログラニュリン等の成長因子の生理作用に関する基礎的研究と、その遺伝子変異による神経変性疾患に関する神経病理学的な研究を融合させ、神経細胞の生存と変性を制御する成長因子の作用の分子機構を明らかにするとともに、病態発現機構の解明に資することを目的としている。本研究により脳障害や神経細胞に対するストレスによりプログラニュリンの発現が増加してリソソームに局在し、過剰なリソソーム生合成や神経炎症を抑制すること、プログラニュリンの欠如によって加齢に伴うリソソームの機能不全が亢進して異常タンパク質が蓄積し、神経変性に至ることが示された。本研究は、脳内における神経細胞の増殖、分化、細胞死等の制御に関わるプログラニュリン等の成長因子の生理作用に関する基礎的研究と、その遺伝子変異による神経変性疾患等の発現に関する神経病理学的な研究を融合させ、神経細胞の生存と変性を制御する成長因子の作用の分子機構を明らかにするとともに、病態発現機構の解明に資することを目的としている。外傷性脳傷害モデルを用いた解析により、脳に傷害が起こったときに傷害部位に集積するCD68陽性の活性化ミクログリアでプログラニュリンが産生され、このプログラニュリンがミクログリア自身の過剰な活性化やTGFβ1シグナルを抑制することにより、酸化ストレスや血管のリモデリング、アストログリオーシス等の炎症反応を制御していることが示された。また、成熟動物の海馬歯状回における走行運動による神経新生の促進は、プログラニュリンを介していることが示唆された。一方、臨床病理型が異なる前頭側頭葉変性症の患者脳脊髄内のTDP-43の解析を多数例について行い、蓄積するTDPー43の生化学的違いを検討するとともに、新しい凝集核依存的な細胞内TDP-43蓄積モデルを構築した。このモデルにおいて、細胞内に導入した不溶化TDP-43を凝集核として野生型の全長TDP-43が細胞内で蓄積することにより細胞死が引き起こされることが示唆された。さらに、培養神経前駆細胞を用いて神経細胞の増殖、分化、細胞死に対するプログラニュリンの作用の解明を試みた結果、プログラニュリンはGSK3βの不活性化を介して神経前駆細胞の増殖を促進するという生理活性を持つことが示された。プログラニュリンは以上のような神経炎症抑制作用や神経新生促進作用を介して神経保護作用を発揮していることが示され、プログラニュリンのこのような神経保護作用が神経変性疾患を抑制する一つの機序となっていることが考えられた。プログラニュリンは活性化ミクログリアで産生されてリソソームの過剰な生合成を抑制して神経炎症を抑制することが示唆されたため、リソソームの制御におけるPGRNの役割に着目した検討を行なった。その結果、PGRNはリソソームに局在してmTORC1を活性化し、転写因子TFEBをリン酸化してその核移行を抑制することによりリソソーム生合成を抑制することが示唆された。さらに、PGRNの欠如によって加齢に伴うリソソームの機能不全が亢進し、神経炎症の増悪、神経細胞におけるTDP-43凝集物の形成が起こることが示唆された。一方、前頭側頭葉変性症患者脳に蓄積するTDP-43を培養細胞に導入すると、それと同様の構造を有するTDP-43凝集体が培養細胞内で形成されること、また、この異常TDP-43は細胞間を移動して伝わることが示唆された。これらの結果から、患者脳に蓄積する異常TDP-43にはプリオン病における異常プリオンのように、自らを鋳型として同じ構造の異常型のコピーを作り出す能力を有することが示唆された。また、培養神経細胞を用いた実験から、PGRN産生は酸化ストレスやグルコース枯渇ストレスにより増強されることを見出した。PGRNは神経細胞において広範なストレスに応答して発現制御される因子であり、神経前駆細胞の増殖や細胞死の抑制を介して神経保護作用を発揮し、このようなストレス応答システムの異常が神経疾患にも関与していることが示唆された。外傷性脳傷害モデルを用いた解析により、プログラニュリンはCD68陽性の活性化ミクログリアで産生されてリソソーム関連タンパク質の過剰な生合成を抑制すること、またプログラニュリン遺伝子欠損マウスでは変性神経細胞数の数が増加していることが明らかとなり、プログラニュリンの神経保護作用にリソソームが関与していることが示唆された。また、網羅的遺伝子解析により、Msi2、C1qc、Dcd等の遺伝子がプログラニュリンの作用発現に関与していることが示唆された。さらに、プログラニュリン遺伝子欠損マウスとTDP-43遺伝子導入マウスあるいはアミロイド前駆体タンパク質(APP)遺伝子導入マウスとのハイブリッド個体など新しい動物モデルを作出した。

また、筋前駆細胞においてもプログラニュリンが発現し、その分化能に影響を与えていることを見出した。一方、病理型が異なる前頭側頭葉変性症の患者脳脊髄では蓄積するTDP-43のC末端断片のバンドパターンが病理型に一致して異なること、また1つの細胞で生じた異常TDP-43がプリオンと同様に他の細胞に広がることで脳脊髄内に伝播することが示唆された。また、培養神経前駆細胞を用いた解析により、プログラニュリン遺伝子欠損マウス由来の細胞ではSIRT1の発現が上昇していること、マウス海馬由来神経細胞HT22細胞を用いた解析により酸化ストレスによりプログラニュリンの発現が上昇し、Erk1/2の活性化を介して神経保護作用を発揮していることが示唆された。本研究は、脳内における神経細胞の増殖、分化、細胞死等の制御に関わるプログラニュリン(PGRN)等の成長因子の生理作用に関する基礎的研究と、その遺伝子変異による神経変性疾患等の発現に関する神経病理学的な研究を融合させ、神経細胞の生存と変性を制御する成長因子の作用の分子機構を明らかにするとともに、病態発現機構の解明に資することを目的としている。我々の研究によりPGRNは活性化ミクログリアで産生されてリソソームの過剰な生合成を抑制して神経炎症を抑制することが示唆されたため、今年度は特に加齢時のリソソームの制御におけるPGRNの役割に着目した検討を行なった。その結果、加齢に伴うリソソーム生合成とグリオーシスがPGRN欠如によって亢進した。また、老齢PGRN欠損マウスではオートファジー・リソソーム経路で選択的に分解されるp62の蓄積や、TDP-43の細胞質内凝集物が認められた。これらの結果はPGRNの欠如によって加齢に伴うリソソーム機能不全が亢進して異常タンパク質が蓄積し、神経変性に至るというカスケードの存在を示唆している。一方、培養細胞モデルを用いて、全長TDP-43とTDP-43のC末端断片が別の機序により神経毒性を発揮することを明らかにした。すなわち、全長TDP-43は過剰発現すると核に局在したが、カスパーゼの活性化、G2/M期の停止を伴う強い細胞死を誘導した。一方、C末端断片を発現した細胞においてはTDP-43断片は凝集したが、全長TDP-43の場合のような細胞死は確認できなかった。また、PGRN欠損神経前駆細胞ではSIRT1の発現上昇を介して細胞増殖促進およびニューロンやオリゴデンドロサイトへの分化促進が生じ、PGRN欠損神経前駆細胞の脆弱性を補填している可能性が示された。本研究は、脳内における神経細胞の増殖、分化、細胞死等の制御に関わるプログラニュリン(PGRN)等の成長因子の生理作用に関する基礎的研究と、その遺伝子変異による神経変性疾患等の発現に関する病理学的な研究を融合させ、神経細胞の生存と変性を制御する成長因子の作用機構を解明することを目的としている。我々の研究によりPGRNは活性化ミクログリアで産生されてリソソームの過剰な生合成を抑制して神経炎症を抑制することが示唆されたため、今年度は特にリソソームの機能制御におけるPGRNの役割に着目した検討を行なった。その結果、PGRNはソルチリンやマンノース6リン酸受容体によりリソソームへ運搬され、リソソームの酸性化を促進することが明らかとなった。また、リポ多糖投与による感染ストレスモデルを用いて、リポ多糖により海馬におけるPGRNの発現が上昇し、神経新生を維持することが示された。
固相変態における異相界面構造と変態機構に関する研究

〈析出物界面の原子構造〉Ti-7mass%Cr合金のbccβ母相からのhcpα相析出において,高分解能電顕を用いて析出物界面の原子構造を観察した結果,1)母相/析出相界面は半整合であり,変態に際して格子位置の対応が存在する.成長界面には変態転位と同様の性質を持つ原子レベルでのステップが配列していること,2)変態歪の体積成分はsessileなミスフィット転位によって,せん断成分はglissileな界面転位によって緩和されていること,が明らかとなった.また,同一合金の粒界α相析出についても隣接する両側のβ母相に対して半整合界面が形成され,表面起伏も発現することが明らかとなった.一方,Al-15Ag(mass%)合金のfccα相からのhcpγ'相析出においても,母相/析出界面はやはり半整合であり格子位置の対応が存在するが,変態に際して生じるせん断歪は異なる種類の変態転位が活動する自己緩和機構によって緩和されていることがわかった.〈マルテンサイトおよびベイナイト変態における界面構造〉二種類のマルテンサイト変態(Ti-5mass%Crのbccβ→hcpα'およびFe-23Ni-4Mn(mass%)合金のfccγ→bccα'変態)において,母相/生成相界面の電顕観察を行った結果,1)マルテンサイトの界面は半整合であり,変態には拡散を伴わないため母相/生成相間で原子そのものの対応が存在すること,2)変態歪はマルテンサイトの格子不変変形および母相の塑性変形によって緩和され,界面構造は完全にglissileであること,が明らかとなった.さらに,鉄鋼のベイナイト変態は,侵入型溶質原子である炭素の拡散は伴うが,置換型原子は拡散せずにマルテンサイト変態と同様に剪断的な格子変化が起こる変態であり,その界面はミスフィット転位を含まないglissileな構造を持つことを提唱した.〈析出物界面の原子構造〉Ti-7mass%Cr合金のbccβ母相からのhcpα相析出において,高分解能電顕を用いて析出物界面の原子構造を観察した結果,1)母相/析出相界面は半整合であり,変態に際して格子位置の対応が存在する.成長界面には変態転位と同様の性質を持つ原子レベルでのステップが配列していること,2)変態歪の体積成分はsessileなミスフィット転位によって,せん断成分はglissileな界面転位によって緩和されていること,が明らかとなった.また,同一合金の粒界α相析出についても隣接する両側のβ母相に対して半整合界面が形成され,表面起伏も発現することが明らかとなった.一方,Al-15Ag(mass%)合金のfccα相からのhcpγ'相析出においても,母相/析出界面はやはり半整合であり格子位置の対応が存在するが,変態に際して生じるせん断歪は異なる種類の変態転位が活動する自己緩和機構によって緩和されていることがわかった.〈マルテンサイトおよびベイナイト変態における界面構造〉二種類のマルテンサイト変態(Ti-5mass%Crのbccβ→hcpα'およびFe-23Ni-4Mn(mass%)合金のfccγ→bccα'変態)において,母相/生成相界面の電顕観察を行った結果,1)マルテンサイトの界面は半整合であり,変態には拡散を伴わないため母相/生成相間で原子そのものの対応が存在すること,2)変態歪はマルテンサイトの格子不変変形および母相の塑性変形によって緩和され,界面構造は完全にglissileであること,が明らかとなった.さらに,鉄鋼のベイナイト変態は,侵入型溶質原子である炭素の拡散は伴うが,置換型原子は拡散せずにマルテンサイト変態と同様に剪断的な格子変化が起こる変態であり,その界面はミスフィット転位を含まないglissileな構造を持つことを提唱した.fcc母相からbcc析出相が生成するNi-45Cr(mass%)合金を用いて,通常電顕および高分解能電顕を用いて析出物界面の原子構造を観察した結果,以下のことが明らかとなった.1)析出物はラス状形態を持ち,レッジ機構によって成長する.2)析出物界面は整合もしくは半整合であり,変態に際して格子位置の対応(Atomic site correspondence)が存在する.成長界面は変態転位と同様の性質を持つ原子レベルでのステップ(構造レッジ)が規則的に配列している.3)変態に際して生じる歪みのうち,体積成分はsessileなミスフィット転位によって,せん断成分はglissileな界面転位によって緩和されている.4)析出物の成長には,変態の駆動力を生じるための溶質原子の分配およびsessileな転位の上昇運動のために置換型原子の拡散が必要である.さらに,同様の観察をbccβ母相からhcpα析出相が生成するTi-7Cr(mass%)合金についても行った結果,Ni-45Crの場合と同様の結論が得られた.一方、マルテンサイト変態における界面の原子構造を,室温に冷却するとマルテンサイトが生成し,母相も準安定に残留するTi-5Cr(mass%)合金を用いて,bccβ母相からのhcpα′マルテンサイト変態について観察した結果,以下のことが明らかとなった.1)マルテンサイトの界面はやはり整合もしくは半整合である.変態は拡散を伴わないため原子そのものの対応(Atomic correspondence)が存在する.2)変態歪みはマルテンサイトの双晶による格子不変変形によって緩和される.界面にはsessileなミスフィット転位は存在せず.その構造は完全にglissileである.<析出物界面の原子構造>Ti-7mass%

Cr合金のbccβ母相からのhcpα相析出において,高分解能電顕を用いて析出物界面の原子構造を観察した結果,1)母相/析出相界面は半整合であり,変態に際して格子位置の対応が存在する.成長界面には変態転位と同様の性質を持つ原子レベルでのステップが配列していること,2)変態歪の体積成分はsessileなミスフィット転位によって,せん断成分はglissileな界面転位によって緩和されていること,が明らかとなった.また,同一合金の粒界α相析出についても隣接する両側のβ母相に対して半整合界面が形成され,表面起伏も発現することが明らかとなった.一方,Al-15Ag(mass%)合金のfccα相からのhcpγ′相析出においても,母相/析出相界面はやはり半整合であり格子位置の対応が存在するが,変態に際して生じるせん断歪は異なる種類の変態転位が活動する自己緩和機構によって緩和されていることがわかった.<マルテンサイトおよびベイナイト変態における界面構造>二種類のマルテンサイト変態(Ti-5mass%Crのbccβ→hcpα′およびFe-23Ni-4Mn(mass%)合金のFccγ→bccα′変態)において,母相/生成相界面の電顕観察を行った結果,1)マルテンサイトの界面は半整合であり,変態には拡散を伴わないため母相/生成相間で原子そのものの対応が存在すること,2)変態歪はマルテンサイトの格子不変変形および母相の塑性変形によって緩和され,界面構造は完全にglissileであること,が明らかとなった.さらに,鉄鋼のベイナイト変態は,侵入型溶質原子である炭素の拡散は伴うが,置換型原子は拡散せずにマルテンサイト変態と同様に剪断的な格子変化が起こる変態であり,その界面はミスフィット転位を含まないglissileな構造を持つことを提唱した.
ナノ高強度散乱近接場光プロセスによる表面機能光学素子の開発

微小構造からの散乱近接場光は局在し、フェムト秒レーザー励起光強度より増強近接場強度となり、ナノプロセシングが可能となる。本研究は、照射方式、散乱体構造・サイズ、プロセス基板の種類から、近接場特性とアブレーション特性を明らかにした。プラズモニック散乱とMie散乱近接場の特徴を明確にした。散乱増強近接場光とともに、散乱遠方場光を使った表面微細周期構造の作製とその作製メカニズムを解明した。表面機能光学素子開発に資するために、半導体と金属基板上において空問制御性の高い周期構造作製を目指し、表面プラズモンとMie散乱場を制御する実験および理論計算結果を報告した。具体的には、(1)金ナノ粒子をフェムト秒レーザ照射すると表面プラズモン場が発生し、それ由来の場と入射レーザ場の干渉で、シリコン基板表面に周期構造が形成されることを初めて実験で実証した。表面プラズモン構造を事前に配置することで、任意の周期構造を作製できた。ナノリッジ構造や溝構造によるMie散乱場でも表面周期構造は制御できることをFDTD計算で明らかにした。(2)高速・大面積への周期パターニングには周期的な微粒子配列が必要である。そこで本研究で自己組織化による2次元配列微粒子系においても高強度近接場光を加工基板表面に発生できる手法を確立した。従来は垂直入射系が主であったが、Si微粒子に対してレーザを斜入射する時の孤立粒子と2次元配列粒子近傍の近接場光分布を解析した結果、s偏光入射する時に2次元配列系においてナノアブレーションに必要な高強度近接場光が発生できることを明らかにした。Poyntingvector解析により光エネルギーの流れ考察し、最適な入射角と偏光の組み合わせで高強度近接場光が発生できた。(3)回折限界以下の周期および径を有するナノホールアレーを用いてナノ突起アレー構造が作製できれば、ナノホールのパターンを任意に制御することで回折限界以下の周期かつ任意のパターンのナノ突起アレー構造の一括作製技術が実現し、新規表面機能光学素子が開発できる。そこで、本研究でプラズモニック・ナノホールテンプレートを用いることで超回折限界の径および周期を有するナノ突起アレー構造を大面積一括作製した。以上の成果を含め多数の成果を英文論文誌並びに著名な国際会議で報告した。フェムト秒レーザ励起による散乱近接場・遠方場と照射レーザとの結合制御によって、ナノ表面構造作製過程の基礎物理を解明すると共に、周期ナノ構造作製技術を開発することを目的にして、下記の成果を得た。(1)フェムト秒レーザ(800 nm)照射光強度を変化すると、半導体基板はレーザ励起による伝導体電子数密度が増加し、誘電体によるミー散乱から金属様ナノ構造によるプラズモン散乱へと遷移することを明らかにした。この成果は、Applied Physics Aに招待論文として公刊した。(2)(1)の知見から、高強度レーザ照射では、プラズモン散乱遠方場と照射レーザとの干渉場由来の低空間周波数のリップル構造が作製できた。その照射閾値光強度より低い領域では、高空間周波数のリップル構造が作製できた。(3)(2)の実験結果は、照射材料の誘電関数の変化を導入した3D-FDTD法による電磁界解析で説明できた。従来、高空間周波数のリップル構造作製メカニズムは説明できていなかったが、本研究で初めて説明できた。この成果は、Optics Expressに論文として公刊した。(4)非線形光学材料基板に作製できるリップルの初期生成メカニズムを実験的・理論的に明らかにし、Applied Physics Expressに論文として公刊した。(5)以上から、表面周期構造の作製技術ならびに制御が理論的にできることを実証した。(6)研究の国際連携では、研究協力者のProf. E. Mazur (Harvard, USA)と、共同研究を実施し、共著の雑誌論文を3編を公刊、国際会議論文を1編発表した。表面機能光学素子開発に資するために、材料基板上で空間制御性の高い周期構造作製を目指し、表面プラズモンとMie散乱場を制御する成果を報告する。1.ナノプラズモニック構造由来の増強電磁場で形成されるナノ構造が、long-rangeポラリトンの関与、基板の非線形光学相互作用、並びにプラズモンと基板表面鏡像電荷の結合等に起因することを実験的・理論的に明らかにした。非線形相互作用では、基板材料としてLiTiO3非線形結晶による微細周期構造作製を実験的に明らかにした。2.縞状の散乱テンプレート配置からの散乱場が誘導する周期構造場の形成を明らかにした。基板材料は、相転移材料として期待されるGeTe(結晶、非晶質)を採用し、周期構造を作製した。理論的に、縞状の散乱場発生構造を配置すると周期構造が制御できることが明らかにした。3.周期ナノ構造作製技術を各種材料基板へ展開した。すなわち、非線形光学材料、相転移材料、半導体基板上にナノ周期構造を作製し、その相互作用の特長を明らかにした。

4.ナノプラズモニクス(表面プラズモンポラリトン)と誘電体微粒子のMie散乱由来の散乱場がナノ周期構造を作製するテンプレートとしての基礎を形成した。すなわち、相転移材料では、基板はプロセス中半導体のままで、Mie散乱由来の遠方場と入射波の干渉で周期構造が作製される。GeTe基板では、プラズモン波は発生せず、熱過程で周期構造が作製できる仮説を提案した。Si基板では、フェムト秒レーザー照射中に、Si基板が半導体から金属化しプラズモン波が発生し、ナノ周期構造作製に関与している。研究実施初年度にして、かなりの成果が得られている。計画以上の成果としては、新規なレーザ照射方式で高強度近接場を2次元配列系で発生する手法を確立したこと。さらにプラズモニック・ナノホールテンプレートを開発し、金ナノ突起を回折限界以下のナノ突起構造の密度で2次元配列できたことである。研究協力者のProfE.Mazur(Harvard)と連名の国際会議論文、並びにDr.N.Nedyalkov(Bulgaria Academy)と連名の論文を公刊した。当該研究に携わった2名の博士課程学生が、平成24年3月に博士(工学)の学位を取得した。SPIE News Roomで代表者らの成果が取り上げられた。さらに、権威あるProgress in Quantum Electronics誌(review paper)に当該成果を投稿し掲載決定した。25年度が最終年度であるため、記入しない。研究実施2年度目の成果としては、各種材料に対して、プラズモン遠方場と入射波との干渉でナノリップル形成の基礎物理を明らかにした。国際会議での招待講演が2回あり、当該成果が国際的に評価されている証しである。国際連携では、研究協力者のProf. E. Mazur (Harvard, USA)と共著の論文を国際会議で4編発表した。Dr. N. Nedyalkov (Bulgarian Academy of Sciences)と共著の論文を論文誌に2編公刊した。平成24年度は、2次元アレー金属微粒子(任意形状)の表面プラズモンをフェムト秒レーザで励起制御し、基板への周期ナノ構造体作製の基礎過程を解明し、ナノ構造表面作製技術の制御法を確立し、新規表面光学素子の開発を実施。具体的には、(1)2次元アレー金属微粒子による局在した増強電磁場によって形成されるナノ構造が、プラズモンと基板表面鏡像電荷の結合等に起因することを検証。(2)各種材料基板表面に周期ナノ構造を作製する技術を開発し、ナノ表面物質制御技術の基盤を確立。その表面光学素子としては、メタマテリアル、プラズモニック基版による遠方場制御、プラズモニック高感度センサー、高機能光デバイス等への革新的展開を実施。(3)現在別個に論じられているナノプラズモニクスと誘電体微粒子Mie散乱を、一般化Mie散乱理論で2つの過程を体系化。平成25年度は最終年度であるので、ナノプラズモニック散乱と誘電体微粒子Mie散乱をナノ周期表面構造作製の観点から得失を明らかにし、成果を取りまとめる。
ポリイオンコンプレックスナノ構造を中心とする融合マテリアル創出法の開発

本研究では、水中で簡便に調製可能なブロック共重合体型ポリイオンコンプレックス(PIC)ナノ構造体を基盤材料とし、水系で簡便かつ効率的な融合マテリアル作製手法の開発に挑戦した。このような技術の開発は、低環境負荷で高度な材料を開発する手法を提供するだけでなく、水系で起こる生命現象に代表される動的機能を組み込んだ素材開発を可能にする点で大変重要な技術となる。これまでにPICベシクルをはじめとするPICナノ構造体の作製技術を独自に開発してきたが、当該年度ではナノスケールでの相分離構造を活用した新規融合マテリアルの創製を行った。まず、ポリエチレングリコール(PEG)からなる水溶性非荷電ブロックとポリアミノ酸由来の荷電性ブロックからなるdouble hydrophilicブロック共重合体を基盤とし、PEGと荷電連鎖の割合を詳細にチューニングすることで、いわゆるブロック共重合体のミクロ相分離構造発現のメカニズムに従って多彩なナノ構造を制御できることを見出した。また、温度に応答したPEGの脱水和・凝着力上昇などに連動して、加熱/冷却に対して可逆的に微細構造を変化させられることを見出した。さらに、一連のナノ構造体がコアセルベート(濃縮液相)となりうることを突き止め、その濃縮力を応用した融合マテリアルの開発を進めた。市販の酸化鉄ナノ粒子を水溶液中に均一分散させ、PICコアセルベートと混合したところ、酸化鉄ナノ粒子を高効率でPICコアセルベート相へと回収することができた。この時、仕込みの酸化鉄ナノ粒子濃度に応じて得られるPICの性状が変化し、ある程度の濃度まで流動性を保持していた。また、流動性を示すサンプルについて、超薄切片のTEM観察により構造解析を行ったところ、ミクロ相分離構造のPICドメイン選択的に酸化鉄ナノ粒子が捕捉されることがわかった。これらの知見は、新規ハイブリッド流体材料作製の上で非常に重要な技術であると考えられる。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、PICナノ構造体をプラットフォームとして主に3種の融合マテリアルの創製に挑戦し、(1)ポリマー-無機物質融合材料の創製、(2)バイオナノリアクターを基盤とした材料合成、(3)PICコンパートメント内部を利用した材料合成、を実施している。平成25年度は、(1)に関して、低分子物質の保持が得意でないPICsomeの弱点克服に向けて、吸着剤として期待できるメソポーラスシリカナノ粒子(MSN)をテンプレートとするPICsome形成と内部への物質封入とその応用を試みた。具体的には、粒径約60 nmのMSNを用いて、その利用率85%にてPICsome内に封入することに成功した。また、PICsome封入後にMSNの表面改質を行うことで薬物汎用性の見込める薬物担体とすることができた。次に、水溶性低分子の制がん剤として知られるゲムシタビンをターゲットしてMSN表面にスルホン酸基を導入したところ、制がん剤として知られるゲムシタビン(GEM)を吸着させることができ、擬似体液条件下で徐放可能であったた。このGEM吸着MSN@PICsomeは、A549などの培養がん細胞に対してGEM単剤と同等の殺細胞効果を示した。さらに、MSN@PICsomeのマウス尾静脈投与後の血中循環について検討したところ、十分な血中循環が確認できたため、担がんマウスを用いての抗腫瘍効果の評価を行った。その結果、GEM単剤に比べて優れた腫瘍成長抑制効果が得られた。PICナノ多孔体への無機ナノ粒子の配置については、ポアサイズよりやや大きい酸化鉄微粒子を共存させ、コアセルベーションを起こすことでその空隙内へ格納可能であることが明らかとなった。(2) , (3)に関して、PICsomeに封入したβ-galactosidase (β-gal)に対して、その基質であるX-galを用いて酵素反応を行ったところ、生成物が水に難溶であることからPICsome内での固体生成が確認されたが、内水相のみならず、PIC膜に付着して集積する場合があることが明らかとなった。

また、流動性を示すサンプルについて、超薄切片のTEM観察により構造解析を行ったところ、ミクロ相分離構造のPICドメイン選択的に酸化鉄ナノ粒子が捕捉されることがわかった。これらの知見は、新規ハイブリッド流体材料作製の上で非常に重要な技術であると考えられる。26年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、ポリイオンコンプレックスの特徴を生かした水系での融合材料開発に挑戦している。中でも、ナノスケールの空隙を有するベシクル構造(PICsome)、PIC多孔体構造、及びマルチコンパートメント構造PIC-foamの活用を検討しており、特に(1)ポリマー-無機物質融合材料の創製、(2)バイオナノリアクターを基盤とした材料合成、(3)PIC孤立空間内部を利用した材料合成、を狙っている。平成25年度は、(1)について、表面積が大きく吸着能力が期待できるメソポーラスシリカナノ粒子を活用した融合材料開発を進めた。その結果、当初計画ではPICsome内部にMSNを封入し、薬物の担持と徐放挙動を実施するところまでが目標であったが、首尾よく検討が進んだために、これを大きく越える成果を得るに至った。具体的には、生物評価を行うところまで研究が進行し、培養細胞や腫瘍移植マウスを用いた実験においても、有意な治療効果を得ることができた。また(2),(3)についても基礎的な評価を進めることができたため、次年度以降、研究計画に従っての事業の遂行が実施できるものと判断している。以上より、本研究課題は、当初の計画以上に進展していると結論できる。本年度の成果から、PICsomeサイズに見合った無機ナノ粒子との複合材料形成が可能であることが示された。今後は、前述の(1)について新しいアプローチに取り組み、特にPICsomeについては、その内部空間での無機材料合成や有機-無機ハイブリッド材料合成、あるいは、PIC膜そのものを有機-無機ハイブリッド材料とすることで安定性や強度、徐放能などの物性を改良する手法の開発に取り組むことで、研究のさらなる推進をはかる。一方で、PICナノ多孔体を生かす方法論として、無機微粒子との複合化について詳細な条件検討を行うことで、コアセルベーションを利用したナノ構造形成と、無機微粒子のナノスケールでの空間配置の制御を可能にするための研究を推進する。目的の(2), (3)に示した内容に関しては、特に酵素を封入したリアクターについて中心的に進めることで、PICコンパートメントの特徴を生かした融合材料の創製を行うための研究を推進する。以上の通り研究を推進することで、研究計画が十分に遂行されるものと考える。
超臨界乾燥法による遺跡出土木材の保存処理に関する研究

本研究は、超臨界乾燥法の保存処理への応用に関する研究と、現在の代表的な保存処理法であるポリエチレングリコール(PEG)含浸法に対する化学工学的研究の二テーマから成っている。PEG含浸法:著者らは、既に拡散モデルに準拠してPEG含浸法の解析を行ない、処理時間の推算が可能なことを示している。本研究では、さらに詳細に検討し、種々の因子(樹種、劣化度、木目、含浸条件など)の有効拡散係数に及ぼす影響を明らかにした。また、PEG含浸処理した出土木材の収縮・変形について検討し、PEGの重量百分率が74%以上であれば、体積収縮率は5%以下になる事を見い出した。超臨界乾燥法:超臨界流体には二酸化炭素を用いた。二酸化炭素と水は相互溶解度が小さいので、前処理(試料内の水をエタノールで置換し、次いでエタノールを酢酸イソアミルで置換する)が必要である。本研究では、前処理における薬液(エタノール、酢酸イソアミル、超臨界流体)の含浸速度と所要含浸時間の推算、並びに超臨界乾燥による収縮率について検討した。薬液の含浸速度は拡散モデルに準拠して解析できたので、有効拡散係数を求めた。エタノールの有効拡散係数は分子拡散係数の約44%であった。酢酸イソアミルの有効拡散係数はエタノールのそれと同程度と見なせ、温度25°Cにおける有効拡散係数は両者とも樹種に無関係に0.3cm_2/dayであることが分かった。超臨界流体中の酢酸イソアミルの有効拡散係数は、エタノール含浸系の場合と同様に分子拡散係数の推算値11.5cm_2/dayの44%と考えて、5.06cm_2/dayとした。上述の結果を用いてPEG含浸法と超臨界乾燥法の所要時間を比較したところ、超臨界乾燥法によると、処理時間はPEG含浸法の約1/4に短縮できることが分かった。超臨界乾燥後の収縮率は、絶乾状態でも体積収縮率で20%(等方性を仮定すると辺長の収縮率は7%)以下であった。元興寺文化財研究所から提供された出土木材から試料を作成した。木材組織の顕微鏡観察から、出土木材は広葉樹の一種であるシラカシと同定できた。この出土木材から約25mm角の立方体試料を作成した。実験に用いた臨界点乾燥器は、日立製作所製HCP-2形である。炭酸ガスの超臨界流体を用いる臨界点乾燥では、まず試料内の水をエタノールで、次いで酢酸イソアミルで置換する必要がある。本年度は、次の5種類の実験を行った:(1)まず、上述の前処理した試料を超臨界流体に1時間浸した後、減圧し、回収した。(2)超臨界流体への浸漬操作を連続して2回繰り返した後、回収した。(3)浸漬操作を3回繰り返した後、回収した。(4)試料をエタノールで置換した後、そのまま超臨界流体に1時間浸し、減圧して回収した。(5)前処理を全く行わず、水を含んだままの試料を超臨界流体に1時間浸し、減圧して回収した。試料内の残留溶媒(酢酸イソアミルなど)の脱離速度を測定するため、回収後、恒温箱の中で試料の重量変化を連続的に測定した。また、変形に関するデータを得るため、乾燥前後の直方体の各辺長を測定した。

その結果、エタノールと酢酸イソアミルで前処理した試料は、超臨界乾燥した後にもほとんど収縮・変形を起こさないことが分かった。実験(2)、(3)の結果から、浸漬回数は収縮・変形にはほとんど影響しないことが分かった。前処理を全くしなかった実験(5)の試料の収縮・変形は自然乾燥の結果とほとんど同じで、臨界点乾燥の効果はなかった。エタノールのみで処理した実験(4)の試料は、変形に関しては自然乾燥と超臨界乾燥の場合の中間の変形度を示した。以上の結果は第11回日本文化財科学会にて発表予定である(申込済み)。超臨界流体として安全性の高い二酸化炭素を用いた。二酸化炭素と水は相互溶解度が小さいので、まず試料内の水をエタノールで置換し、次いでエタノールと二酸化炭素の双方に可溶な酢酸イソアミルで置換する前処理が必要となる。この前処理の簡略化について検討したが、この前処理は不可欠であることが確認された。本研究では、前処理における薬剤(エタノールと酢酸イソアミル)の含浸速度、超臨界流体の試料木材への含浸速度について検討した。さらに、収縮率を測定し、自然乾燥の場合と比較、検討した。薬液の含浸はいずれも拡散モデルに従うことが分かったので、有効拡散係数を求めた。エタノール含浸系の場合、有効拡散係数は分子拡散係数の44%であった。酢酸イソアミルの場合の有効拡散係数はエタノール系の場合とほぼ同程度であった。従って、25°Cでは、両者の有効拡散係数は0.30cm^2/dayとなる。超臨界二酸化炭素中の酢酸イソアルミの分子拡散係数の推算値は11.5cm^2/day(25°C)であったので、エタノール系の場合と同様に、有効拡散係数は分子拡散係数の44%として5.06cm^2/dayとした。以上の結果を用いて処理時間を推算しPEG含浸法の処理時間と比較したところ、本法の所要時間はPEG含浸法の約1/4であることが分かった。収縮率は体積収縮率にして最大で約20%であった。従って、等方性を仮定すると、長さの収縮率は7%以下になり、これは自然乾燥の場合の1/4以下である。また、自然乾燥に比べると木肌の明度も明るくなり、自然な質感が得られた。
アモルファスS:C薄膜注入型発光表示素子の開発

a-SiCLEDは透明電極層付きガラス基板上にシラン(Si.H_4)、(メタンClt_4)などの炭素源ガスと不純物ガス(B_2,PH_3)の混合ガスをグロー放電分解によって、p-i-n各層を順次成長し、裏面電極としてAlを真空蒸着法によって付けることによって製作される。本研究では、注入層の構造、材料面での改善および発光層の作製条件最適化を通して、高輝度a-SiCLED実現への試みを行なった。具体的な手法と成果は以下のようである。1.トンネル注入層を用いた注入効率の改善。p/iおよびi/n界面に、禁止帯幅の大きなトンネル障壁層をはさみ込む形のトンネル注入層の最適化を行なった。最適化によって、発光スペクトルの短波長化と発光強度の増大が得られた。2.微結晶SiC注入層を用いた注入効率の改善。ECR-CVD法を導入して、広禁止帯幅で低抵抗な微結晶n,p型SiC膜を形成することに成功した。この材料を、キャリア注入層に用いることによって、発光スペクトルおよび発光強度の大幅な改善が得られた。3.発光層a-SiCの改善。成長時の基板温度や投入高周波電力を広い範囲で変化させることによって、発光層の発光特性の改善を行なった。これにより、従来可視発光の不可能であった禁止帯幅2.3ev付近の材料においても、黄橙色の発光を得ることができるようになった。以上の成果を総合することによって、黄色発光LEDにおいて、駆動電圧510Vで、発光輝度20cd/m^2を達成することができた。また、研究のまとめとして、2×2cm程度のa-Si薄膜LEDパターンを試作し、良好な結果を得ている。本年度は、前年度に開発したキャリア注入層をベースとして、より高い発光特性を実現するために、発光層であるi層の特性改善を重点的に試みた。従来、可視発光を得るには、発光層の禁止帯幅は少なくとも2.5eV以上が必要であった。これが、キャリアの注入効率、そして発光性能を制限している重要な因子の一つである。従って、例えばより狭い禁止帯幅で可視発光特性を有する材料が作製されれば、結晶LEDで採用されているダブルヘテロ構成を形成することが可能となり、発光特性の大はばな改善が期待できる。具体的には、これまで固定していた基板温度や投入高周波電力等の作製条件を、広い範囲で変化させてaーSiCi層を形成し、フォトルミネッセンスを初めとする種々の光学的評価に基づいて、発光層としての最適化を行なった。その結果、低基板温度100°C(従来は約200°C)および高投入電力200300W(従来は約50W)の条件下で、禁止帯幅が2.3eV近くで可視発光を示す(aーSiCを作製することに成功した。この材料をLEDのi層に用いて、5V程度と低い直流電圧下で、10cd/m^2を超える黄橙発光を達成することができた。また、開発されたLEDは、数KHzまでのパルス電圧駆動も可能であることが確認されている。さらに、フォトリングラフィー技術を用いて数cm角の発光ディスプレイ・パターンの試作も試み、良好な結果を得ている。
呼吸機能検査に用いる新しい放射性医薬品の開発に関する研究

^<99m>Tc-テクネガスは、換気分布を詳細に検討できるが、定量化に乏しいという欠点があった。そこで、テクネガス発生装置を利用して^<99m>Tc-テクネガスと異なった性状、すなわち肺上皮の損傷を定量化しうる性状をもった吸入製剤を作製できないかという観点から、今回の研究課題である^<99m>Tc-パーテクネテートと^<99m>Tc-DTPA超微細粒子の開発という着想に至った。現有のテクネガス発生装置内の100%Ar環境を97%Arと3%O_2の混合ガスで置換することにより^<99m>Tc-パーテクネガス(P-gas)を産生した。P-gasをミリポアフィルタに採取し生食水への移行率を測定した結果、水溶性であった。また、ラジオクロマトグラフィで計測した結果、^<99m>TcO_4^-と同様の挙動を示した。更にP-gas含有液をラット内に静注した場合の分布も^<99m>TcO_4^-と同様、甲状腺、胃、腎などが抽出された。^<99m>Tc-DTPAを「るつぼ」内に入れて産生したD-gasも同様の操作で検討した結果、^<99m>TcO_4^-と同じ挙動を示した。この結果、D-gasは^<99m>Tc-DTPAが、2500°Cで燃焼した際に^<99m>TcとDTPAが遊離したものと考えられる。Pgasを吸入させた場合の分布は、^<99m>Tc-エロゾルに比較してより均等な分布を示し、^<81m>Krガス分布に近かった。また、肺からのクリアランスは正常人非喫煙者で12分前後であり、喫煙者では促進していた。間質性肺炎例では一般に促進していたが、急性憎悪期にはむしろ遅延していた。これは^<99m>TcO_4^-が、間質にトラップされるためと考えられた。肺塞栓症例では塞栓部におけるP-gasのクリアランスが促進しており、塞栓症における肺上皮の損傷を示唆する興味ある所見であった。P-gasは、^<99m>TcO_4^-を超微粒子化した形態をしており、肺換気分布、肺上皮透過性の評価に応用可能と考えられた。テクネガス発生装置を用いて、2種の新しい放射性医薬品の試作を行った。テクネガス発生装置内の「るつぼ」に^<99m>Tc-DTPAを入れ、焼却することにより、^<99m>Tc-DTPA微細粒子の作成を試みた。本薬剤を、マウスに静注し、体内分布をシンチカメラで撮像したところ^<99m>Tc-DTPAであれば、腎が描出されるべきであるが^<99m>Tcパーテクネテートと同じ分布を示し、甲状腺や胃粘膜も描出された。また、