hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
サケ科魚類の成長を司るインスリン様成長因子結合蛋白の測定系の確立

本研究では、魚類の成長に重要なインスリン様成長因子-I(IGF-I)およびその活性を調節しているIGF結合蛋白(IGFBP)の蛋白および遺伝子測定系を確立し、成長との関係を解析した。個体標識したサクラマスを用いた飼育実験から、IGF-I量は個体の成長率と正の相関を、IGFBP-1bは負の相関を示すことが見出された。本研究により、魚類における成長の正および負の指標の確立が期待できる。本研究は、魚類の成長に重要なインスリン様成長因子-I(IGF-I)とその生物活性を「促進」または「阻害」すると考えられる2つのIGF結合蛋白(IGFBP)の測定系を確立し、魚類の成長を正確に評価することを目指している。本年度は、IGF-IおよびIGF-I活性の「阻害型」と考えられるIGFBP-1のリアルタイム定量PCR法による遺伝子測定系を確立した。まず、大西洋サケで報告されているIGF-IとIGFBP-1のプライマーが、サクラマスに用いることができるか否かを検討した。サクラマス肝臓より調製したcDNAを上のプライマーを用いたリアルタイム定量PCRに供した。融解曲線から、単一の産物が増幅されていることが確認された。さらにプライマーの濃度を検討したところ、良好な増幅効率とスタンダードの相関係数が得られた。これらの結果から、大西洋サケのプライマーを用いてサクラマスのIGF-IとIGFBP-1のmRNA量の相対値が測定できることが確認された。次にサクラマス1歳魚を用いて絶食実験を行った。実験には5週間給餌した群、同期間絶食した群、および4週間絶食した後に1週間再給餌した群の3つを設けた。肝臓IGF-Iの発現量は5週間の絶食により有意に低い値となった。また、再給餌により回復傾向が見られた。IGFBP-1は絶食により増加し、再給餌により減少する傾向を示してIGF-Iと逆であった。また、成長の指標として広く用いられているRNA/DNA比も解析したところ、IGF-Iとは異なり、絶食よりも再給餌に良く反応した。このことは、指標によって感度が異なる可能性を示しており、魚類の成長を正確に評価する上で重要であると考えられる。本研究は、魚類の成長に重要なインスリン様成長因子-1(IGF-I)、およびその生物活性を「促進」または「阻害」すると考えられる2つのIGF結合蛋白(IGFBP)の測定系を確立し、魚類の成長を正確に評価することを目指している。本年度は、IGF-I発現量と個体の成長率との関係を調べるとともに、組換えIGFBP-1の作製を行った。PITタグにより個体標識したサクラマス当歳魚を用い、絶食・再給餌実験を行った。実験魚を給餌群、絶食群および再給餌群の3群に分けて飼育した。経時的に肝臓サンプルを採取しリアルタイム定量PCR法によりIGF-Iの発現量を解析した。肝臓におけるIGF-Iの発現は4週間の絶食により減少した。個体の成長率との相関を調べたところ、給餌群において体重の増加率と正の相関があった。一方、絶食群や再給餌群では認められなかった。また、体長とはいずれの群でも相関が見られなかった。このことから、IGF-Iの発現はある程度は個体の成長率を反映するが、IGFBPといった他の指標との併用が望ましいと考えられた。しかし、本実験では当歳魚が標識によりストレスを受けていた可能性もあり、その影響を検討する必要がある。次に、サクラマスのIGFBP-1の組換え蛋白を、大腸菌を用いて発現させた。まず本種IGFBP-1のcDNAをクローニングし、その配列を元にpET-32aを用いた発現ベクターを構築した。それを大腸菌株Rosetta-gami^<TM>Bに形質転換させ、チオレドキシン・ヒスチジンタグ融合組換えIGFBP-1(Trx.His.IGFBP-1)を発現させた。Trx.His.IGFBP-1は電気泳動において予想される分子量に検出された。さらに、IGFBP-1に対する特異抗体に反応した。このことから、本蛋白の免疫測定系におけるスタンダードとして用いることができると考えられた。本研究は、魚類の成長に重要なインスリン様成長因子-I(IGF-I)およびその生物活性を「促進」または「阻害」すると考えられるIGF結合蛋白(IGFBP)の測定系を確立し、魚類の成長を正確に評価することを目指している。本年度は、IGFBPおよびIGF-Iの蛋白測定系の確立を行い、成長との関係を解析した。まず、「阻害型」と考えられるIGFBP-1b(BP-1b)の時間分解蛍光免疫測定系(TR-FIA)の確立を試みた。すなわち、ヤギ抗ウサギIgGをコーティングした96穴プレートに抗BP-1b抗血清を添加した。続いてビオチン標識したBP-1bを精製品スタンダードと共に加えた。

さらにユーロピウム(Eu)標識したアビジンを添加し、洗浄後、時間分解蛍光を測定した。結果、良好なスタンダードカーブを得ることができ、TR-FIAによる魚類BP-1bの定量が初めて可能となった。また、IGF-IのTR-FIAはEu標識したIGF-Iを用いることにより、サクラマス血清中のIGF-Iの測定が可能になった。「促進型」と考えられるBP-2bに関してはIGFによる干渉が考えられるため、BP-2bとIGF-Iの複合体に対して架橋とビオチン標識を同時に行い、現在その特性を解析中である。サクラマスを用い、絶食・再給餌実験を行った。まずサクラマス当歳魚をPITタグにて個体標識し、給餌群、絶食群および再給餌群の3群に分けて飼育した。経時的に血液を採取し、先に確立したIGFBPとIGF-IのTR-FIAにより解析した。血中IGF-I量は絶食により減少し、再給餌により回復した。一方、BP-1bは絶食により増加し、再給餌により減少するというIGF-Iとは逆の反応を見せた。さらに個体の成長率とも負の相関を見せたことから、サクラマスにおいてもBP-1bはIGF-I活性の「阻害型」であることが考えられた。
大気及び道路面からの多環芳香族化合物の雨天時流出汚濁負荷量の評価手法

近年、大気系負荷、降雨含有負荷、路面・屋根などへの堆積負荷由来の微量汚染物質によるディフューズポリューションが、公共用水域の水質汚染や水域生態系への影響として相対的に大きくなっている。これらノンポイント汚染負荷の晴天時堆積及び雨天時流出の挙動は、降雨強度、晴天時継続日数、土地利用、地表面タイプなど様々な要因に支配されるため、その定量化は非常に難しい。現在、地表面の水文学的モデル及び下水管内水理モデルを組み合わせることによりノンポイントの雨天時汚濁負荷を定量的に評価可能な分布型モデルが開発されてきており、従来の集中型モデルに比べより詳細な解析が可能となっている。そこで、本研究ではこの分布型モデルとGISとを組み合わせ、交通量と関連づけながら大気や路面由来の多環芳香族化合物(PAH)の雨天時流出負荷量を評価する手法を、市街地下水道ネットワークにおける汚濁負荷解析システムの構築を通じて達成する研究を進めている。具体的には、流域面積67ha、分流式下水道を有する茨城県牛久市刈谷排水区を対象流域とし、二つの観測施設を設置し、降雨、水位、濁度の連続測定、及び連続降雨を対象としたSSデータの測定を行った。そして、観測データに基づく雨水流出モデル及び汚濁負荷モデルの検証では、工種毎に異なる懸濁物の流出パターンを定義することにより、再現性が向上することが明らかになった。一方、大気や路面由来のPAH調査に関しては、大気粒子状物質、路面への降下物質と堆積物質などを対象として、PAHの抽出・分析条件及びサンプリング方法を検討した。その結果、超音波処理を伴う抽出回数を最低2回行うことが必要であること、フィルターにシリコングリスを塗ったPAH降下量サンプリング方法では大きな誤差が生じやすいことが明らかとなった。また、路面サンプルの測定値のばらつきを検討して、適正なサンプリング面積を決定した。
配偶核形成にて発見した新奇なゲノム切断（DSB）が誘発するクロマチン再構築の研究

繊毛虫テトラヒメナは,大核と小核という機能的かつ構造的に分化した2つの核を1つの細胞内にもつ.大核は多倍数体化したゲノムをもち,遺伝子発現へ特化することで細胞の増殖と維持を担う体細胞系列として働く.対して小核は転写活性をもたず,有性生殖を経て繊毛虫の全ゲノム情報を子孫へ伝える生殖系列に相当する.接合が始まると小核は減数分裂を行い,4つの半数体小核が作られる.その直後,減数分裂における相同染色体組換えとは異なるタイプのDNA二重鎖切断(Post-meiotic DNA double-strand breaks: PM-DSBs)が全ての半数体小核へ導入される.やがて選択された1つの半数体小核:選択核のみへDNA修復因子が特異的にリクルートされる.この核が配偶核へと発達する.PM-DSBs導入を抑制すると全ての半数体小核が分解されることから,PM-DSBs導入はテトラヒメナの配偶核形成において重要な役割を担うらしい.ヒストンシャペロンやヒストン修飾を変化から,PM-DSBsはDDR (DNA Damage Response)を介したクロマチン再構成の誘発であるという仮説が立てられた.これまでクロマチン再構成複合体に注目して,それらが配偶核形成に関与するか調べた.解析の結果,テトラヒメナのSNF2 14遺伝子のうち,ヌクレオソームのスライド能をもつ1分子が配偶核形成に重要であることが明らかになった.このSNF2はDDR初期に機能しており,初期応答でのクロマチン弛緩が配偶核形成の1ステップとして重要であることがわかった.また複数のDNA再結合系がPM-DSBに応答したDDRでパラレルに動くことも示唆された.選択核のヒストン修飾についても再検証すると,リジン残基の一過的な脱アセチルと再アセチル化という変化も捉えられた.2018年度は配偶核形成に不可欠であると示唆されたクロマチン再構築実行因子のうち,とくにSNF2ファミリーに注目して解析を進めた.テトラヒメナのゲノムはSNF2コア14遺伝子をコードしている.これらの蛍光タグ融合タンパク質発現株を作製して局在解析を進め,うち4分子が選択核に局在することを明らかにした,選択核へ局在したSNF2が配偶核形成に関与しているのかを明らかにするため,それぞれのKO/KD株を作出して機能解析を進めた.この解析から,ヌクレオソームをスライドさせるSNF2がPM-DSB導入に対する選択核でのDDRで機能すること,そしてDDRが配偶核の形成に不可欠であることが明らかになった.続いてDDRに注目して解析を進め,DNA修復メカニズムの主要なパスウェイおよびDNA再結合複合体の候補遺伝子を同定した.ヒストンH3/H4リジン残基アセチル化について,抗体特異性を検証しつつIFを進めた.これによりPM-DSB導入による一過的な脱アセチル化が起こり,そして選択核のDDRで特定のリジン残基が再びアセチル化されるというヒストン修飾の一連の変化が捉えられた.配偶核形成に不可欠なクロマチン再構成について,その分子機構の一端を明らかにした.とくにSNF2コアの知見は,PM-DSB導入に応答したDDR中にクロマチン再構成が起こるタイミング示唆するものであった.そこで2019年度はDDRのDNA再結合メカニズムに注目して解析を進めることとする.複数のDDR関連分子がPM-DSB応答が起きる選択核へ局在する.これらの分子を足がかりに前述のメカニズム解析を進め,さらにDNA再結合と相互に作用するクロマチン再構成因子を調べる.またテトラヒメナの全SNF2について行った局在解析の結果,新たなSNF2の機能を示唆する結果が得られているので,これについても解析を試みる.選択核のDDRから観察されたリジン残基の脱アセチル化およびアセチル化は,PM-DSBが不全になった細胞では観察されない.このことはPM-DSB導入から続くDDRでのヒストンリジン残基アセチル化修飾の変化が,配偶核形成と関連することを改めて強く示唆している.DDRでアセチル化されるゲノム上の領域をChip-seqで同定したいが,そのためには配偶核もしくは選択核を単離する技術が不可欠である.海外研究協力者の研究進展から,選択核の周辺のみに局在する分子が同定されている.これを手がかりとして,まず選択核を特異的に単離・収集する実験技術の確率を進める.繊毛虫テトラヒメナは,大核と小核という機能的かつ構造的に分化した2つの核を1つの細胞内にもつ.大核は多倍数体化したゲノムをもち,遺伝子発現へ特化することで細胞の増殖と維持を担う体細胞系列として働く.対して小核は転写活性をもたず,有性生殖を経て繊毛虫の全ゲノム情報を子孫へ伝える生殖系列に相当する.接合が始まると小核は減数分裂を行い,4つの半数体小核が作られる.その直後,減数分裂における相同染色体組換えとは異なるタイプのDNA二重鎖切断(Post-meiotic DNA double-strand breaks: PM-DSBs)が全ての半数体小核へ導入される.やがて選択された1つの半数体小核:選択核のみへDNA修復因子が特異的にリクルートされる.この核が配偶核へと発達する.PM-DSBs導入を抑制すると全ての半数体小核が分解されることから,PM-DSBs導入はテトラヒメナの配偶核形成において重要な役割を担うらしい.ヒストンシャペロンやヒストン修飾を変化から,PM-DSBsはDDR (DNA Damage Response)を介したクロマチン再構成の誘発であるという仮説が立てられた.

これまでクロマチン再構成複合体に注目して,それらが配偶核形成に関与するか調べた.解析の結果,テトラヒメナのSNF2 14遺伝子のうち,ヌクレオソームのスライド能をもつ1分子が配偶核形成に重要であることが明らかになった.このSNF2はDDR初期に機能しており,初期応答でのクロマチン弛緩が配偶核形成の1ステップとして重要であることがわかった.また複数のDNA再結合系がPM-DSBに応答したDDRでパラレルに動くことも示唆された.選択核のヒストン修飾についても再検証すると,リジン残基の一過的な脱アセチルと再アセチル化という変化も捉えられた.2018年度は配偶核形成に不可欠であると示唆されたクロマチン再構築実行因子のうち,とくにSNF2ファミリーに注目して解析を進めた.テトラヒメナのゲノムはSNF2コア14遺伝子をコードしている.これらの蛍光タグ融合タンパク質発現株を作製して局在解析を進め,うち4分子が選択核に局在することを明らかにした,選択核へ局在したSNF2が配偶核形成に関与しているのかを明らかにするため,それぞれのKO/KD株を作出して機能解析を進めた.この解析から,ヌクレオソームをスライドさせるSNF2がPM-DSB導入に対する選択核でのDDRで機能すること,そしてDDRが配偶核の形成に不可欠であることが明らかになった.続いてDDRに注目して解析を進め,DNA修復メカニズムの主要なパスウェイおよびDNA再結合複合体の候補遺伝子を同定した.ヒストンH3/H4リジン残基アセチル化について,抗体特異性を検証しつつIFを進めた.これによりPM-DSB導入による一過的な脱アセチル化が起こり,そして選択核のDDRで特定のリジン残基が再びアセチル化されるというヒストン修飾の一連の変化が捉えられた.配偶核形成に不可欠なクロマチン再構成について,その分子機構の一端を明らかにした.とくにSNF2コアの知見は,PM-DSB導入に応答したDDR中にクロマチン再構成が起こるタイミング示唆するものであった.そこで2019年度はDDRのDNA再結合メカニズムに注目して解析を進めることとする.複数のDDR関連分子がPM-DSB応答が起きる選択核へ局在する.これらの分子を足がかりに前述のメカニズム解析を進め,さらにDNA再結合と相互に作用するクロマチン再構成因子を調べる.またテトラヒメナの全SNF2について行った局在解析の結果,新たなSNF2の機能を示唆する結果が得られているので,これについても解析を試みる.選択核のDDRから観察されたリジン残基の脱アセチル化およびアセチル化は,PM-DSBが不全になった細胞では観察されない.このことはPM-DSB導入から続くDDRでのヒストンリジン残基アセチル化修飾の変化が,配偶核形成と関連することを改めて強く示唆している.DDRでアセチル化されるゲノム上の領域をChip-seqで同定したいが,そのためには配偶核もしくは選択核を単離する技術が不可欠である.海外研究協力者の研究進展から,選択核の周辺のみに局在する分子が同定されている.これを手がかりとして,まず選択核を特異的に単離・収集する実験技術の確率を進める.実験解析が順調に進み,高額な酵素や抗体などの購入回数が当初の見積もりよりも少なくすんだ.この差額については,次年度で新たなカスタム抗体の作製,もしくは受託解析などの費用に充てて,研究の発展へ活用する予定である.
医療的ケアが必要な重症心身障害児(者)を介護する親の「外傷後ストレス障害」へのケア開発

2004年から2007年度にかけて、医療的ケアを受けた重症心身障害児(者)(以下重症児)をもつ母親の「外傷後ストレス障害(以下PTSD)」に関する体験と、そのケア開発の研究を行った。本研究の第一段階では、治療や診断による親のPTSDを明らかにするための文献検討を行った。その結果、治療によるPTSD/PTSS/Traumaは母親に現れることが明らかにされていた。第二段階では、文献検討をもとに、医療的ケアを受けた重症児の母親の治療による「外傷後ストレス障害」を明らかにするために、ライフストーリー法を用いて、母親を対象とした質的研究を行った。その結果、母親は、心的外傷を医療的ケアの必要性の告知により体験していた。また「医療的ケア決断の時」「医療的ケアの評価」医療的ケア導入後の介護」の場面において、心的外傷体験の影響である「無力感」「加害意識」「罪悪感」「孤立無援感」が現れていたことが明らかになった。心的外傷予防と影響からの回復へのケア開発のために、医療的ケアを体験した母親にフォーカスインタビューを行い、「準備性をもつ」「安全感を得る」「承認をうける」に関するケアが必要であることを抽出した。これらをもとに、医療的ケアが必要な重症児を介護する親の「外傷後ストレス障害」へのケアを開発した。平成17年度は、親あるいは子どもに起こる外傷後ストレス(PTSD)、トラウマ、回復へのケア、医療的ケアの必要な子どもの介護などに関する国内外の文献検索を過去10年間から行い、国内257、国外50文献から文献検討を行った。文献検討の結果、(1)子どもと親におこるPTSDに関する研究の動向と今後の課題、(2)医療的ケアを決断した親に起こるPTSDの実態に関する研究の動向、(3)子どもと親のPTSDに対するケア、について明らかにされた。これらの文献検討を基に、子ども在宅訪問看護師らを対象に事例検討会を行い、医療的ケアをうけた子どもを介護する親のPTSDに関する実態を確認し、ケアを行ううえでの問題などを検討した。さらに、PTSDの実態を明らかにするためのツールとして、米国で開発された「PTSD臨床診断構造化面接尺度」を用いる事を検討するために、インタビューガイドに関する勉強会に参加し、日本語版ガイドを開発した専門家よりトレーニングを受けた。来年度は、医療的ケアをうけた子どもを介護する親のPTSDの実態を明らかにするために、以下のような研究計画を検討した。(1)研究デザイン:質的記述的デザイン、(2)研究参加者:医療的ケアをうけた子どもを介護する親、(3)データ収集方法:参加観察およびインタビュー、(4)分析方法:得られたデータについて、実態を質的に分析し、カテゴリー化する。1.インタビュー内容・方法の妥当性の検討平成18年度は、研究協力の得られる施設で勤務する中堅以上の看護師・大学院修了生、精神看護学を専門とする大学院生と、治療や医療的ケア決断後のPTSDおよびトラウマに関する事例検討会を数回実施し、インタビュー方法の妥当性について検討した。また、インタビューによる外傷体験も考えられるため、調査前にPTSD支援専門研修を受講した。2.医療的ケアによる「外傷後ストレス障害」と関連要因の調査本研究はライフストーリー法の手法を用いた調査および分析を行うため、研究者と研究協力者のための学習会を開催し、インタビューを行った。調査から得られたデータは、研究者・研究協力者・大学院レベルの小児看護専門家・精神看護学専門家・保育士と共に、「医療的ケアを決断するまで」「医療的ケアに踏み切るとき」「医療的ケアを受けた後の思い」に着目して、質的に分析した。現在までの分析では、医療的ケアを受けた後の親の思いは、「子どもの障害をどのように受容したか」、「導入後のサポート状況」、に関連する事が明らかにされている。今後、次年度に向けさらに分析を深め、「外傷後ストレス障害」と関連する事柄を明らかにし、検討会を実施して医療的ケア決断後の外傷後ストレス障害へのケアモデルを作成する予定である。

平成19年度は、医療的ケアが必要な重症心身障害児(者)の母親のインタビューから「外傷後ストレス障害」に関する分析を行い、ケアモデルを検討する事を目的に、次のように研究を進めた。まず、医療的ケアに関する母親の心的外傷体験を検討するために、小児・精神看護の専門家、在宅支援に携る看護師、米国の在宅支援専門家を交え、インタビュー分析結果を検討し、医療的ケアを必要とする重症心身障害児の母親に確認した。その結果、心的外傷の体験と思われる状況や出来事は、「医療的ケアの決断」「医療的ケアの決断の評価」「医療的ケアの生活影響」に関する場面にみられ、それぞれの場面は関連しながら心的外傷の体験を構成していることが明かになった。次に、インタビュー結果、重症心身障害児親の会、小児看護・在宅看護・精神看護専門家の討議から、心的外傷の体験を予防するためのケアモデルを構築した。これまで医療職の判断に基づくケアマニュアルは開発されていたが、母親のナラティブをもとに開発したケアモデルは無いため、医療的ケアの決断に関連した母親の心的外傷を予防する支援として、新たな視点となりうると考える。研究成果は報告書にまとめ、協力を得た施設、検討会に出席した看護師、重症心身障害児親の会、全国の障害児医療専門病院、看護大学などに贈呈し、研究成果の波及を図った。
脈波波形解析による新しい血管機能評価法の開発

本研究は、指先皮膚血流量、指先容積脈波に着目し、圧迫負荷を用いることで、手指の血管機能(柔軟性および反応性)を評価する新しい指標を開発し、検証することを目的として実施した。その結果、圧迫負荷時の脈波波形および加速度脈波指標を用いることで末梢部の血液貯留能力・静脈系血管機能を評価できる可能性が示唆された。また、手首圧迫前後の手指血流量変化動態から手指部の血管反応性を評価できる可能性が示唆された。H24年度に得られた結果をより詳細に分析したところ、60mmHg圧迫条件ではすべての対象者で圧迫時の脈波振幅及び加速度脈波指標で無負荷との差が見られ、圧負荷による血管機能変化を評価できたが、20,40mmHg条件では変化がみられない者も確認された。圧迫負荷時の末梢部血液貯留や循環動態から静脈系血管機能を検討する際には、一定以上のカフ圧が必要があることが考えられた。手指末梢部における血管反応性の評価手法を検討するために、健康な成人男性8名を対象に手首部圧迫負荷実験を実施した。圧迫負荷実験において、上腕部または手首部を圧迫用カフを用いて200mmHg負荷圧で5分間圧迫し、その前後の前腕部(上腕圧迫条件)または手指部血流量(手首圧迫条件)を測定した。血流量において、負荷前の値、圧迫解放直後の値、圧迫負荷前から解放直後への変化率、圧迫解放後1分間の平均値から、血管反応性を評価した。すでに確立されている上腕圧迫条件での前腕血流量の各指標と比較し、手首圧迫時の手指部血流量の変化動態が類似していたことから手首圧迫前後の手指血流量変化動態から手指部の血管反応性および柔軟性を評価できる可能性が示唆された。圧迫時の加速度脈波各指標の有用性を検証するために、健康な成人男性11名を対象に、手指を冷水に浸漬する局所寒冷曝露実験を実施し、冷水浸漬時の指皮膚温変化と圧迫を利用した血管機能指標の関連性を検討した。その結果、圧迫負荷中の加速度脈波のd/aと寒冷誘発血管拡張反応発現時間との間に有意な負の相関が、圧負荷時のc/aと冷水浸漬時の最低指皮膚温の間に正相関が得られた。以上のことから、圧迫負荷を用いることによって末梢部の血管柔軟性および血管反応性が評価でき、ヒトの環境適応能評価に用いることができる可能性が示唆された。本研究は、指先皮膚血流量、指先容積脈波に着目し、圧迫負荷を用いることで、手指の血管機能(柔軟性および反応性)を評価する新しい指標を開発し、検証することを目的とした。本年度は、圧迫負荷による末梢循環反応について把握するため、圧迫圧を変化させた際の脈波波形解析を行い、既存の血管機能評価指標との関連性について検討した。健康な成人男性8名を対象に、圧迫負荷試験および血管機能検査を実施した。圧迫負荷試験は、35分間の仰臥位安静後、カフで右上腕を圧迫し、プラトー状態に達した時点で開放した。圧迫圧は20, 40, 60mmHgの3条件とし、各条件2回実施した。圧迫前から圧迫終了後まで、指尖容積脈波、前腕容積変化率、皮膚血流量4部位(前腕、手背、手指基節、手指末節)、末梢血管径、心電図を連続的に、血圧を圧迫開始直前に、加速度脈波を圧迫開始直前と開放直前に測定した。圧迫負荷時の末梢血管径は、カフ圧が上昇するに従い増加し、無負荷時と比較した結果、40, 60mmHg圧迫時にて有意に高値を示した。圧迫負荷時の脈波振幅は、カフ圧の上昇に伴い低下し、無負荷時と比較した結果、40,60mmHg圧迫時にて有意に低値を示した。圧迫負荷時の加速度脈波各指標を圧迫条件間で比較した結果、60mmHg圧迫時のc/aが0, 20, 40mmHg圧迫時に対して有意に低値を示した。各圧迫条件において、圧迫時の加速度脈波評価指標と血管径変化率の関連を検討したところ、60mmHg圧迫時のc/aと血管径変化率の間に正相関がみられた。以上のことから、圧迫負荷の脈波波形および脈波波形解析によって得られる指標を用いることで末梢部の血液貯留能力を判定できる可能性が示唆された。末梢部位の血管柔軟性の評価指標に関して、圧迫負荷時の指先脈波および指先皮膚血流量からの検討が当初予定より進展している。しかし、血管反応性の評価指標の検討が当初予定よりも遅延している。以上のことから総合的に見ておおむね順調に進展していると判断できる。血管反応性の指標の検討を行う。局所または全身の寒冷刺激によって血管収縮状態を惹起し、模擬的血管硬化状態とし、このときの血管柔軟性・反応性の各指標と冷刺激なし状態での各指標を比較検討することで、各指標の有効性を確認する。

また、血管柔軟性・反応性の同時測定評価システムの検討・開発を目指す。以上のことから、ヒトの指部血管柔軟性・反応性を評価する新しい方法を確立する。24年度に計画していた血管反応性の評価指標の検討が当初予定より遅延したため、予定していた予算に未使用額が発生した。次年度ではこの遅延した計画を遂行すべく、対象者に対する被験者謝金および、実験に際して必要な、血流プローブ、サージカルテープ、消毒アルコール、記録用紙などの消耗品の購入費としての使用を計画している。また、当初予定より進展した血管柔軟性評価に関する研究論文の投稿料・別刷り、英文校正のための謝金として使用する予定である。
自分の郷土に愛情と誇りをもち,復興に資する人間を育てる災害復興教育の構想

本研究は,被災地における災害復興教育の先行事例や地域の復興の取組等について調査研究することを通して小学校段階において自分に対し愛情と誇りをもって復興に資する人間を育てていくための教育活動のあり方を実践的に明らかにすることを目的に取り組んだものである。研究の主な内容は次の通りである。1東日本大震災の被災地(岩手県陸前高田市・山田町・宮古市・釜石市)における復興状況の視察及び行政担当者(復興推進課等)への聞き取り調査。2災害被災地(北海道洞爺湖町)での復興状況の視察及び行政担当者(旧虻田町の元町長・現洞爺湖町総務課担当者・ジオパーク推進協議会担当者)・住民代表者・防災専門家(元大学教授)等への聞き取り調査。この研究を通して,小学校6年生の社会科単元「身近な暮らしと政治災害からの復興」を開発し,授業公開ならびに授業研究会を行い研究の成果を発信するとともに,多くの教育関係者及び復興担当者よりご意見をいただいた。この実践では,平成12年に発生した有珠山噴火の被害を受けた旧虻田町の復興に携わった人々の取組の状況を具体的に調べ,その意義を子どもたちに考えさせた。子どもたちは,住民が主体となってまちづくりに取り組んだことやジオパーク構想を通して地域の特長を生かし産業復興に取り組んでいる人々の姿に触れることで,自分たちの住む地域の復興を進めていくためには住民同士が話し合い協力したり,地域を知りそのよさを生かしたりしていくことが必要であるという意識をもった。このように,小学校段階においては社会科等の教科あるいは総合的な学習の時間の中で災害復興に取り組んだ人々の努力を学びその意義を考えさせることを通して郷土の復興に資するための資質を育てることができるということが明らかになったことが本研究での成果と言える。
抗酸菌の細胞内寄生に関与するファゴゾーム分子(TACO)の機能解析

後進国のみならず、本邦でも結核患者の増加が社会問題になり、菌の耐性獲得による抗結核剤の効果の低下が指摘されている。結核菌はマクロファージを主なターゲットとした細胞内寄生菌であり、細胞内でライソゾームによる殺菌からのがれる機構を有している。しかしながら、このエスケープ機構についてはほとんど解明されていない。最近、われわれはバーゼル研究所との共同研究でファゴゾーム裏打ち蛋白を見いだし、クローニングに成功した(Cell 97:435-447,1999)。この蛋白はBCG生菌を取り込んだマクロファージのファゴゾームに発現し、BCG死菌を含むファゴゾームには発現しない。この蛋白は特徴的なWD repeatを有し、TACO(tryptophane aspartate-containing coat protein)と命名された。この蛋白を強制発現させると、菌はライソゾームに移行せず、生存、増殖したことから、抗酸菌感染での生体防御に極めて重要な分子と考えられた。申請者らは初年度にListeria monocytogenes感染モデルの検討を試みた。BCGと同様、マウスのマクロファージにTACOの発現が誘導され、TACOがBCGのみならず、他の細胞内寄生菌感染にも関与することが強く示唆された。しかし、その後の検討で、インターフェロンγがTACOの発現を増強することが判明したため、これは2次的現象の可能性も示唆され、本研究ではBCGに焦点を絞った。最近バーゼルで樹立されたTACOトランスジェニックマウスを用いてin vivoの検討を行った。これまでの成績からはTACOの強発現は菌のファゴゾームとの融合を阻止し、感染に不利になることが予想されたが、意外なことに、トランスジェニックマウスは野生型マウスに比較して肝肉芽腫の形成が少なく、感染に抵抗性であった。この原因については現在検討中であるが、TACOはファゴゾームの膜の裏打ち蛋白で、アクチンとも密接に関連することから、ファゴゾームの運動のみならず、菌の取り込み機能にも関与する可能性が考慮される。今後この点をさらに追求する。近年、結核患者の増加が社会問題になり、菌の耐性獲得による抗結核剤の効果の低下が指摘されている。最近、われわれはバーゼル研究所との共同研究でファゴゾーム裏打ち蛋白を見いだし、クローニングに成功した(Cell97 :435-447, 1999)。本研究では初年度にListeria monocytogenes感染モデルの検討を試みた。

最近バーゼルで樹立されたTACOトラソスジェニックマウスの繁殖にとりかかった。繁殖能が弱いため、back crossを行い、ようやく繁殖体勢が確立された。次年度はこのマウスを用いてin vivo、in vitroの検討を行うことが可能な状態となり、大きな成果が期待される。後進国のみならず、本邦でも結核患者の増加が杜会問題になり、菌の耐性獲得による抗結核剤の効果の低下が指摘されている。結核菌はマクロファージを主なターゲットとした細胞内寄生菌であり、細胞内でライソゾームによる殺菌からのがれる機構を有している。しかしながら、このエスケープ機構についてはほとんど解明されていない。最近、われわれはバーゼル研究所との共同研究でファゴゾーム裏打ち蛋白を見いだし、クローニングに成功した(Cell 97:435-447,1999)。この蛋白はBCG生菌を取り込んだマクロファージのファゴゾームに発現し、BCG死菌を含むファゴゾームには発現しない。この蛋白は特徴的なWD repeatを有し、TACO(tryptophane aspartate-containing coat protein)と命名された。この蛋白を強制発現させると、菌はライソゾームに移行せず、生存、増殖したことから、抗酸菌感染での生体防御に極めて重要な分子と考えられた。申請者らは初年度にListeria monocytogenes感染モデルの検討を試みた。BCGと同様、マウスのマクロファージにTACOの発現が誘導され、TACOがBCGのみならず、他の細胞内寄生菌感染にも関与することが強く示唆された。しかし、その後の検討で、インターフェロンγがTACOの発現を増強することが判明したため、2次的現象の可能性も示唆され、本研究ではBCGに焦点を絞った。本年度はバーゼルで樹立されたTACOトランスジェニックマウスを用いてin vivoの検討を行った。これまでの成績からはTACOの強発現は菌のファゴゾームとの融合を阻止し、感染に不利になることが予想されたが、意外なことに、トランスジェニックマウスは野生型マウスに比較して肝肉芽腫の形成が少なく、感染に抵抗性であった。この原因については現在検討中であるが、TACOはファゴゾームの膜の裏打ち蛋白で、アクチンとも密接に関連することから、ファゴゾームの運動のみならず、菌の取り込み機能にも関与する可能性が考慮される。今後この点をさらに追求する。
肝細胞癌の浸潤転移に対する新規分子標的治療法の開発

肝細胞癌の浸潤能・運動能を制御する分子を標的として,癌の浸潤や転移を阻止する方法を確立することが本研究の目的である.肝細胞癌においてh-pruneタンパク発現の臨床的意義が見いだせなかったが,甲状腺癌においてh-pruneが高発現し, h-pruneが甲状腺未分化癌の浸潤転移機構において重要な役割を有することが明らかとなった.現在h-pruneを標的とした甲状腺未分化癌の分子標的治療の開発に取り組んでいる.肝細胞癌の浸潤能・運動能を制御する分子を標的として,癌の浸潤や転移を阻止する方法を確立することが本研究の目的である.肝細胞癌においてh-pruneタンパク発現の臨床的意義が見いだせなかったが,甲状腺癌においてh-pruneが高発現し, h-pruneが甲状腺未分化癌の浸潤転移機構において重要な役割を有することが明らかとなった.現在h-pruneを標的とした甲状腺未分化癌の分子標的治療の開発に取り組んでいる.肝細胞癌は高率に脈管に浸潤を来たし,脈管侵襲は強力な予後不良因子である.進行肝細胞癌における癌細胞浸潤・転移のメカニズムを明らかにし,その対策を講ずることが肝細胞癌による死亡を減少させるのに合理的であるが,肝細胞癌に対する分子標的治療法として確立されたものはない.肝細胞癌の浸潤能・運動能を制御する分子を同定し,その分子を標的として特異的に癌の浸潤や転移を阻止する方法を確立することが本研究の目的である.これまでに我々はh-pruneとGSK-3が大腸癌細胞の運動能に必要であることや転移と相関することを報告しているが,最近胃癌や食道癌症例においてもh-pruneの発現が浸潤転移と相関し予後不良因子であることが報告された.従ってh-pruneは複数の癌で浸潤転移能に深く関わっていると考えられ, h-prune・GSK-3複合体が肝細胞癌の浸潤・転移機構にどのように関与しているのかを明らかにすることは,新規分子標的治療法の開発につながると考えられる.現在肝細胞癌の臨床検体及び肝癌細胞株を用いて,h-prune及び活性型GSK-3,活性型FAKの発現を免疫組織染色により評価中であり,分化度,脈管侵襲,臨床病期や転移再発との関連を検討する予定である.また,肝細胞癌株細胞を用いてRNA interferenceを確認し,現在細胞運動能を評価中である.h-prune・GSK-3が細胞運動や浸潤,接着斑形成に必要かどうか,RacやFAKの活性化に必要かどうかについて分子生物学的手法を用いて評価する予定である.さらにラット肝癌モデルを用いて,h-pruneに対するPhosphodiesterase (PDE)阻害剤,またはGSK-3阻害剤を腹腔内投与し,肝癌の増殖,脈管侵襲,肝内転移,肺転移を抑制できるかどうか,生存率に影響するかどうかを評価する.肝細胞癌の浸潤能・運動能を制御する分子を同定し、その分子を標的として特異的に癌の浸潤や転移を阻止する方法を確立することが本研究の目的である。これまでに私たちはh-pruneとGSK-3が大腸癌細胞の運動能に必要であることや転移と相関することを報告した。h-pruneは複数の癌で浸潤転移能に深く関わっていると考えられ、h-prune・GSK-3複合体が肝細胞癌の浸潤・転移機構にどのように関与しているのかを明らかにすることは、新規分子標的治療法の開発につながると考えられる。本年度は、肝癌細胞株における細胞運動能を評価し、h-pruneのphosphodiesterase (PDE)阻害剤は細胞運動を抑制することを明らかにした。また肝内胆管癌の臨床検体におけるh-pruneの発現は既知の腫瘍マーカーであるCEAやCA19-9と相関し、予後に影響する傾向があった。引き続き、肝癌細胞の浸潤能、運動能におけるh-prune・GSK-3の役割を分子生物学的手法により評価している。またラット肝癌モデルを作成し、h-pruneに対するPDE阻害剤、またはGSK-3阻害剤を腹腔内投与することにより、肝癌の増殖、脈管侵襲、肝内転移、肺転移を抑制できるかどうか、生存率に影響するかどうかを評価する予定である。一方、h-pruneが甲状腺癌に特異的に発現していることを見出した。そこで甲状腺未分化癌細胞株で検討を進めた結果、h-pruneに対するsiRNAやPDE阻害剤は甲状腺未分化癌細胞の運動能、浸潤能を有意に抑制する結果が得られた。したがって、h-pruneは甲状腺癌の浸潤転移に重要な役割を有する可能性があるため、マウス甲状腺未分化癌モデルを作成し、甲状腺癌の浸潤転移におけるh-pruneの役割を検討する予定である。肝細胞癌の浸潤能・運動能を制御する分子を標的として癌の浸潤や転移を阻止する方法を確立することが本研究の目的である。これまでに私たちがGSK-3結合蛋白として同定したh-pruneは複数の癌種で浸潤転移能に深く関わっていることが報告されており、癌浸潤転移におけるh-pruneの役割について検討を進めた。(1)h-pruneのphosphodiesterase阻害剤(dipyridamole)は肝癌細胞株の細胞運動を抑制した。しかし肝細胞癌の臨床検体における免疫染色においてh-pruneの発現は不均一で、進行度や予後と相関を見出せなかった。また肝内胆管癌の臨床検体におけるh-pruneの発現はCEAやCA19-9と相関がみられたが、予後との相関を見出せなかった。肝癌臨床検体の凍結切片を用いたPCR法によりmRNAとの相関を検討している。

(2)一方、h-pruneが甲状腺癌に特異的に発現していることを明らかにした。甲状腺非癌部及び腺腫様甲状腺腫におけるh-pruneの発現(4.4%、12.4%)に対して乳頭癌、低分化癌、未分化癌いずれにおいても全例にh-pruneの高発現がみられた。また転移リンパ節組織においても全例にh-pruneが発現しており、h-pruneが甲状腺癌の伸展に重要な役割を担っていることが強く示唆された。そこで甲状腺癌細胞株による検討を行った結果、h-prune高発現株は細胞運動能が高く、h-pruneの発現と細胞運動能に相関がみられた。甲状腺未分化癌細胞株(8505C、KTC-3)において、h-pruneに対するsiRNAやdipyridamoleは細胞運動能、浸潤能を有意に抑制したが、増殖能には影響を与えなかった。したがってh-pruneが甲状腺癌の浸潤転移に重要な役割を有することが示唆された。免疫不全マウスの甲状腺に未分化癌細胞株を同所性移植した甲状腺癌転移モデルを作成した。このモデルに対してdipyridamoleの腹腔内投与は気管浸潤や生存率を改善できなかった。h-pruneに対するshRNAをKTC-3細胞に導入し、h-pruneノックダウン細胞を樹立したため、甲状腺癌転移モデルにおける気管浸潤や肺転移を抑制できるかを評価予定である。
医療をめぐる人々-病者、医師、医療関係職種-の関係性についての視座

本年度は、昨年度までの医療従事者や患者へのフィールドワークで得られたデータを基に、人が病むことと病んだ人を支えることについて、病む本人に焦点をあてつつ社会学的考察を試みた。その際、「チーム医療」や「病いの経験」といった従来からのテーマを引き継ぎ、病むということを当事者の視点からテーマ化することを試みた。その際、健康と病いの社会学において先駆的な研究のあるアメリカに赴き、最新の研究手法を会得すると共に当地の研究者と議論を重ねた。それらの成果は雑誌論文として発表する。これまでのフィールドワークでは、40代から60代のいわゆる働き盛りにあると自他共に認識されている中年期というライフステージにおいて、脳卒中を発症し片麻痺や失語症などの障害を持つようになった人々に、病気になってからの経験を聞き取ってきた。それらをデータとして取り扱い、本年度の研究としては、人生の途中で障害を持つようになった、いわゆる中途障害者と呼ばれる人々が、その後の生を生き抜くという経験を、医療従事者や家族や同病者などの他者との相互行為(=「出会い」と概念化)による主体の変容という観点から描き出した。病いを得て、障害を持つようになることは、身体や生命を脅かす出来事というだけでなく、社会的地位や役割などその人の生活を成り立たしめるものや、その人がその人であると確信(=アイデンティティ)を失わせるようなものであり、本研究ではそれを「自明な世界の崩壊」と概念付けた。そして、自明性の崩壊した危機的な状況の後、いかなる世界を作り上げて行くかというプロセスを検証した。その際、病いや障害という突然身体に降りかかる危機的な状況を、当事者である主体の変容の契機と捉え、その状況の中での主体の立ち上がり方、さらにそこでの相互行為過程が個人としての主体だけでなく他者(社会)の変容へと接続される可能性を示唆した。本研究は、医療をめぐる人々の相互作用場面における関係性のあり様を、実証的に描き出すことを目的としている。そのためのデータは、主にフィールドワークによって収集している。主なフィールドは、脳卒中と生体肝移植と新生児医療である。今年度は、病院やリハビリテーションセンターや診療所、患者会などで参与観察をし、患者本人や家族、医師や看護師や理学療法士など医療従事者にヒアリングをしてきた。これらのフィールドワークで明らかになってきたのは、「病むこと」と「医療」との間には緊張関係と相補関係があること、そして「病いは人生を変える」と人々が思っているということである。病いになるとほとんどの場合、医療と関わりを持つことになるが、医療が必ずしも病いを持つということに対して効果的に作用するとは限らない。逆に、医療が高い効果をあげることもある。また、病いは人生を変え、それまで関わってきた人々との関わり方も変え、そしてまた、病いによって新しい人々とも関わるようになると考えられているが、同じ病いを得たとしても、病いを得た当事者の周囲にいる人々の働きかけの在りようによって、病いの経験はいかようにも変化する。すなわち、病いを得て、生きる希望を失い自殺に向かう人もいれば、病いを得てかえって人生が豊かになったと考えるようになる人もいる。以上のことから、病いを得た人の周囲の人々の態度が決定的に重要である事が分かる。本年度の成果としては、病いを得た人の周囲にいる人の代表として医療従事者に焦点を当て、かれらの理念、行為、規範、職業意識について、フィールドワークによって得られたデータを基に論考し、いくつかの論文を発表してきた。本年度は、昨年度からの医療従事者や患者へのフィールドワークを継続しつつ、「チーム医療」や「病いの経験」といったテーマに沿ってデータ分析を進め、その成果を雑誌論文や書籍として発表してきた。まず、「チーム医療」というテーマについては、これを医療従事者同士の関係性を示す言葉として捉え、医療現場の実践においてどのように作用しているのかを検証した。「チーム医療」に関する諸言説をもとに、「チーム医療」の概念を構成する諸要素を抽出し、「専門性志向」、「患者志向」、「職種構成志向」、「協働志向」と名づけ、それら要素同士の関係性を考察することで、4つの要素が互いに緊張関係にあることを示し、「チーム医療」の構成要素そのものが「チーム医療」を困難にしているという逆説を、当事者の諸実践から解明した。そして、「チーム医療」への期待とその必要性を、医療従事者と患者の視点から指摘し、実際の「チーム医療」の諸実践を紹介しながら、実現のための条件を提示した。また、医療に対する患者の視座を検証する「病いの経験」というテーマでは、40代から60代のいわゆる働き盛りにあると自他共に認識されている中年期というライフステージにおいて、脳卒中を発症し片麻痺や失語症などの障害を持つようになった人々が、その後の生を生き抜くという経験を、医療従事者や家族や同病者などの他者との相互行為(=「出会い」と概念化)による主体の変容という観点から描き出した。病いや障害という突然身体に降りかかる危機的な状況を、当事者である主体の変容の契機と捉え、その状況の中での主体の立ち上がり方、さらにそこでの相互行為過程が個人としての主体だけでなく他者(社会)の変容へと接続される可能性を示唆することを議論の射程とした。

その際、「チーム医療」や「病いの経験」といった従来からのテーマを引き継ぎ、病むということを当事者の視点からテーマ化することを試みた。その際、健康と病いの社会学において先駆的な研究のあるアメリカに赴き、最新の研究手法を会得すると共に当地の研究者と議論を重ねた。それらの成果は雑誌論文として発表する。これまでのフィールドワークでは、40代から60代のいわゆる働き盛りにあると自他共に認識されている中年期というライフステージにおいて、脳卒中を発症し片麻痺や失語症などの障害を持つようになった人々に、病気になってからの経験を聞き取ってきた。それらをデータとして取り扱い、本年度の研究としては、人生の途中で障害を持つようになった、いわゆる中途障害者と呼ばれる人々が、その後の生を生き抜くという経験を、医療従事者や家族や同病者などの他者との相互行為(=「出会い」と概念化)による主体の変容という観点から描き出した。病いを得て、障害を持つようになることは、身体や生命を脅かす出来事というだけでなく、社会的地位や役割などその人の生活を成り立たしめるものや、その人がその人であると確信(=アイデンティティ)を失わせるようなものであり、本研究ではそれを「自明な世界の崩壊」と概念付けた。そして、自明性の崩壊した危機的な状況の後、いかなる世界を作り上げて行くかというプロセスを検証した。その際、病いや障害という突然身体に降りかかる危機的な状況を、当事者である主体の変容の契機と捉え、その状況の中での主体の立ち上がり方、さらにそこでの相互行為過程が個人としての主体だけでなく他者(社会)の変容へと接続される可能性を示唆した。
ゲート誘起キャリアを利用した単一カーボンナノチューブの光物性制御と光電変換

2017年度は主としてゲート誘起キャリアを利用した励起子生成とバンドギャップ収縮のゲート制御に取り組んだ。ゲート誘起キャリアを利用した励起子生成では、分割ゲート式ダイオード構造に架橋カーボンナノチューブを組み込んだデバイスにおける電界発光の効率向上を目指してデバイスを試作したほか、ゲート電圧を利用したキャリアの保持および再結合を調査するために時間分解測定系を立ち上げた。シリコン・オン・インシュレーター基板のトップシリコン層を熱酸化することにより分割ゲートとした架橋カーボンナノチューブトランジスターにおいて、分割ゲートに正負の電圧を加えてp領域とn領域を作ることでpn接合ダイオードを形成しているが、架橋幅・ゲート長・触媒種類および配置などの最適化を進めるための試作デバイスを設計し作製した。バンドギャップ収縮のゲート制御については、架橋カーボンナノチューブ電界効果トランジスターを用いた光伝導度測定を進める過程で、大気分子の吸着がバンドギャップ収縮および励起子束縛エネルギーに大きく影響を与えることが分かった。励起波長や強度依存性を調査したところ、励起レーザーの強度を上げることで架橋カーボンナノチューブの温度が上がって分子が脱離し、その結果として発光および吸収特性が変化する現象が観測された。特に、高次の励起子の共鳴エネルギーが大きく変わることで、励起波長によっては光双安定性が生じるということが明らかになった。さらに、時間分解測定により分子の吸着および脱離のダイナミクスに関する知見を得た。また、ゲート誘起トリオンへの吸着分子の影響も観測されている。本研究では、単一の架橋カーボンナノチューブを組み込んだデバイスにおいて、ゲート誘起キャリアを利用した光物性制御と光電変換の手法実証に取り組み、顕微分光によりフォトルミネッセンスや光伝導度、電界発光測定を行うことにより、キャリアが引き起こす諸現象とその機構を明らかにすることを目的としている。今年度は、分割ゲート式ダイオード構造の設計最適化が進んだほか、ゲート電圧を利用したキャリアの保持および再結合を調査するための時間分解測定系を立ち上げている。また、分子吸着がバンドギャップ収縮に大きな影響を与え、光双安定性を誘起することを明らかにしているため、おおむね順調に研究が進んでいると考えられる。今後も引き続きゲート誘起キャリアを利用した励起子生成とバンドギャップ収縮のゲート制御に取り組むほか、ゲート誘起トリオンへの吸着分子の遮蔽効果について調査する。ゲート誘起キャリアを利用した励起子生成では、引き続き分割ゲート式ダイオードにおける電界発光の効率向上に取り組むほか、新たな方式として動的な拡散電流による励起子生成の実現可能性について検討する。シリコン・オン・インシュレーター基板のトップシリコン層を熱酸化することにより分割ゲートとした架橋カーボンナノチューブトランジスターにおいて、分割ゲートに交流電圧を印加することで、p領域とn領域に蓄積された正孔と電子を拡散させることで励起子生成をねらう。バンドギャップ収縮のゲート制御については、分子吸着を利用した光伝導度測定を実施する。分子吸着状態と脱離状態の双方に対する光伝導度測定結果の比較により、ゲート誘起キャリアによるバンドギャップ収縮効果について分子吸着状態の影響も含めた詳しい知見を得ることを目指す。光伝導度測定では、自由キャリアを生成する連続準位由来の光伝導度ピークにより、バンドギャップエネルギーの直接計測が可能となっており、ゲート電圧により電荷を蓄積して、このピークのシフト量を調査する。ゲート誘起トリオンへの吸着分子の遮蔽効果については、その発光エネルギーを分子吸着前後に測定することで評価する。架橋カーボンナノチューブ電界効果トランジスターを用いて、ゲート電圧を印加することによりキャリアを蓄積させ、トリオン状態からの発光を分光する。分子の吸着および脱離を制御する手法を確立し、分子吸着状態と脱離状態における発光エネルギーの変化を測定する。これまでの研究により大気分子の吸着に由来するバンドギャップ収縮および励起子束縛エネルギーの変化が明らかになっているため、トリオンのエネルギーへの影響と定量的に比較する。2016年度は主としてゲート誘起キャリアを利用した励起子生成に取り組んだ。また、平行してバンドギャップ収縮のゲート制御にも着手した。ゲート誘起キャリアを利用した励起子生成では、分割ゲート式ダイオード構造に架橋カーボンナノチューブを組み込んだデバイスにおける電界発光のデータ収集および解析を進めた。シリコン・オン・インシュレーター基板のトップシリコン層を熱酸化することにより分割ゲートとした架橋カーボンナノチューブトランジスターにおいて、分割ゲートに正負の電圧を加えてp領域とn領域を作ることでpn接合ダイオードを形成し、電界を加えて発光スペクトルを計測した。発光強度のゲート電圧およびバイアス電圧依存性についても調査した。その結果、フォトルミネッセンスと同等の線幅の電界発光スペクトルが得られ、加熱や電界の影響がほぼ無視できる状況でも電界発光を起こせることが明らかになった。また、ゲート電圧により静電的に形成したpn接合由来の発光であることが確認できたほか、分割ゲート電圧によるデバイスの再構成が可能であることを実証した。バンドギャップ収縮のゲート制御については、架橋ナノチューブ電界効果トランジスターを用いた光伝導度測定によるバンドギャップ収縮の調査に着手した。これまでに自由キャリアに対応する連続準位による光伝導度ピークが観測されており、バンドギャップエネルギーの直接測定が可能となっているため、ゲート電圧により電荷を蓄積した際のバンドギャップ収縮の直接測定を試みた。その過程で、水分子によるゲート電圧の遮蔽について検討したところ、分子の吸着がバンドギャップ収縮および励起子束縛エネルギーに与える影響が明らかになってきた。励起レーザーの強度を上げることで架橋カーボンナノチューブの温度が上がって分子が脱離し、その結果として発光および吸収特性が変化する現象が観測されている。

本研究では、単一の架橋カーボンナノチューブを組み込んだデバイスにおいて、ゲート誘起キャリアを利用した光物性制御と光電変換の手法実証に取り組み、顕微分光によりフォトルミネッセンスや光伝導度、電界発光測定を行うことにより、キャリアが引き起こす諸現象とその機構を明らかにすることを目的としている。今年度は、分割ゲート式ダイオード構造を用いてゲート電圧によりpn接合を静電的に形成し、フォトルミネッセンスとほぼ同じ線幅の電界発光スペクトルを得ることに成功している。また、ゲート電圧を反転させることで誘起キャリアの種類を変更してデバイスの再構成が可能であることを示している。さらに、分子吸着がバンドギャップ収縮に与える影響についても知見を得ており、おおむね順調に研究が進んでいると考えられる。2017年度は主としてゲート誘起キャリアを利用した励起子生成とバンドギャップ収縮のゲート制御に取り組んだ。ゲート誘起キャリアを利用した励起子生成では、分割ゲート式ダイオード構造に架橋カーボンナノチューブを組み込んだデバイスにおける電界発光の効率向上を目指してデバイスを試作したほか、ゲート電圧を利用したキャリアの保持および再結合を調査するために時間分解測定系を立ち上げた。シリコン・オン・インシュレーター基板のトップシリコン層を熱酸化することにより分割ゲートとした架橋カーボンナノチューブトランジスターにおいて、分割ゲートに正負の電圧を加えてp領域とn領域を作ることでpn接合ダイオードを形成しているが、架橋幅・ゲート長・触媒種類および配置などの最適化を進めるための試作デバイスを設計し作製した。バンドギャップ収縮のゲート制御については、架橋カーボンナノチューブ電界効果トランジスターを用いた光伝導度測定を進める過程で、大気分子の吸着がバンドギャップ収縮および励起子束縛エネルギーに大きく影響を与えることが分かった。励起波長や強度依存性を調査したところ、励起レーザーの強度を上げることで架橋カーボンナノチューブの温度が上がって分子が脱離し、その結果として発光および吸収特性が変化する現象が観測された。特に、高次の励起子の共鳴エネルギーが大きく変わることで、励起波長によっては光双安定性が生じるということが明らかになった。さらに、時間分解測定により分子の吸着および脱離のダイナミクスに関する知見を得た。また、ゲート誘起トリオンへの吸着分子の影響も観測されている。