hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
バイオオルガノメタリクス戦略に基づく血管内皮細胞パールカン合成の分子機構解析

バイオオルガノメタリクスは有機-無機ハイブリッド分子を生体機能解析のツールに活用する研究戦略である。この戦略に基づき,ライブラリーから血管内皮細胞のプロテオグリカン合成を制御するハイブリッド分子(o-Phen,Zn-Phen,Rh-Phen)を見出した。これらを用いて,PHD2が阻害されたとき,HIF-1α/β経路が活性化され,それによってへパラン硫酸プロテオグリカンの小型分子種シンデカン-4の発現が誘導されることが明らかになった。有機アンチモン化合物PMTASが血管に皮細胞においてパールカンの合成を選択的に誘導するというこれまでの知見をもとに,PMTAS誘導体だけでなく,中心金属置換体ならびに全く新たな分子構造を持った化合物やこれまで検討していなかった金属を含む化合物加えライブラリーの再構築をおこなった。検討した化合物の中で,同じ分子構造を持つ亜鉛とロジウムを含む化合物が血管内皮細胞のプロテオグリカン合成を抑制することを見出した。導入される金属の違いによってパールカンの発現抑制の強さにも違いがあることを明らかにした。計画通りライブラリーの再構築と新たにパールカン合成を抑制する化合物を見出した。分子標的についてはいくつかのタンパク質の候補を明らかにしている。研究代表者らは有機ー無機ハイブリッド分子のバイオロジーをバイオオルガノメタリクスと名付け,研究を展開している。血管内皮細胞が産生するヘパラン硫酸プロテオグリカンの大型分子種であるパールカンは内皮細胞の増殖や抗血栓性に重要であり,重金属毒性の標的にもなっている。血管内皮細胞において有機アンチモン化合物PMTASがパールカン選択的に誘導するというこれまでの知見をもとに,新たにPMTASとは異なる分子構造をもつ亜鉛とロジウムを含む化合物がパールカンの発現を抑制することを明らかにした。血管内皮細胞において,パールカンはcyclic AMPおよびPKCにより発現が抑制されることが報告されているが,このロジウム化合物(Ph-Phen)によるパールカンの発現抑制には,これらの既知の発現抑制メカニズムに依存しないことが示された。さらに,内皮細胞の増殖・生存に関わるシグナル経路であるMAPKs,Aktおよび転写因子NF-κBの関与についても検討したがPh-Phenによるパールカン発現抑制には影響しなかった。従って血管内皮細胞におけるPh-Phenが新規のパールカン発現調節機構によってその産生を抑制することが示唆された。ライブラリーの中から新たに見出したPh-Phenのパールカン発現抑制メカニズムについて検討したが,既知の制御機構には依存せず,新規のパールカン発現調節機構が示唆された。アフィニティークロマトグラフィーの確立については難航しているが,パールカンの発現ベクターの作成等,実験系の変更についても検討を行った。我々はこれまでに,バイオオルガノメタリクス研究に取り組む中で,抗酸化作用と線溶活性を示す銅錯体(Cu10)を見出している。そこでこのCu10が血管内皮細胞のプロテオグリカン合成に影響を与える可能性について検討した。血管内皮細胞に発言しているプロテオグリカン分子種のうちCu10は細胞膜貫通型のへパラン硫酸プロテオグリカン分子種のシンデカン-4の発現を濃度依存的かつ時間依存的に誘導することを明らかにした。その他の分子種の発現についてはビグリカンとシンデカン-2に増加傾向が観察されたが,シンデカン-4の発現上昇に比べるとその程度はわずかであった。一方,シンデカン-1の発現については逆に減少傾向が認められた。この活性は,Cu10の構造を維持していることが重要であり,無機金属である硫酸銅(CuSO4)や配位子であるジエチルジチオカルバメート(EDTC)ではシンデカン-4の発現誘導活性は認められなかった。さらに,Cu10の配位する金属を銅から亜鉛,ニッケル,鉄に置換してもCu10のようなシンデカン-4誘導活性は認められなかった。また,配位子をEDTC以外の構造にした銅錯体では活性は認められなかった。従って,この血管内皮細胞におけるシンデカン-4誘導はCu10に特異的な活性であることが示された。このメカニズムについて検討を行ったところ,シンデカン-4の誘導はp38MAPKの活性化に依存したが,Smad2/3,Nrf2,およびEGFRの活性化には依存しなかった。この研究で得られたデータは,p38 MAPKが血管内皮細胞におけるCu10によるsyndecan-4の発現を誘導する重要な分子であることが示された。これまでに見出したパールカン合成を制御する化合物について,計画に従って標的分子の特定と細胞内シグナルの解析をおこなう予定である。すなわち,1.パールカン合成に関わる細胞内標的分子の解明,2.標的分子の同定,3.パールカン合成に関わるシグナル伝達と内皮機能調節因子との関連について検討をおこなう。パールカン選択的に誘導するPMTASだけでなく,パールカンの発現を抑制するPh-Phenを見出した。この2つの化合物を活用し,パールカンの新規発現調節機構について検討を行う。

さらには,内皮細胞機能調節因子であるサイトカイン/増殖因子等との関連についても検討を加える予定である。研究計画最終年度である29年度では,バイオオルガノメタリクスの研究戦略により血管内皮細胞パールカン合成を担う生体分子を明らかにし,内皮細胞おけるパールカンの合成調節の分子機構解明について総括する予定である。衛生薬学輸入品の高額な試薬の購入が年度末になったため,納品価格が明らかになったのが遅かったため使用出来なかった。アフィニティークロマトグラフの確立に難航したため,この系による実験が進まなかったためである。そのため次年度研究予定であったreal-time PCRによるパールカンの遺伝子発現に関する実験系で阻害剤等を用い細胞内シグナル伝達系の研究を遂行した。必要な試薬等の見積・購入を年内におこなうようにする。今年度は研究計画最終年度であるので,計画的に使用し年度内での使用を行う。
ＡＴＰを中間体とする概日時計蛋白質ＫａｉＣの新規自己脱リン酸化機構とその意義

概日時計は細胞内に存在する約24時間周期の振動体であり、様々な生理活性に概日リズムをもたらす。シアノバクテリアの概日時計はin vitro再構成が可能である。概日時計蛋白質KaiA、KaiB、KaiCとATPを混合することにより、KaiCのリン酸化状態が概日リズムを示す。KaiCは6量体型のP-loop ATPaseであり、自己リン酸化活性と自己脱リン酸化活性を併せ持つ。平成23年度は、KaiCの自己脱リン酸化反応機構の解明を行った。KaiCの自己脱リン酸化は、プロテインホスファターゼのようにリン酸化アミノ酸の加水分解によるのではなく、自己脱リン酸化の逆反応を介して起こっていることを明らかにした。この反応機構からKaiCリン酸化リズムは、自己リン酸化の正逆両反応が繰り返されることによって生じると考えられる。そこで、KaiA、KaiBがいかにして反応の進行方向を制御しているかについて研究を進めた。自己リン酸化の正反応はATPを、逆反応はADPを要求するため、平成24年度はKaiA、KaiBがKaiC結合ヌクレオチドを制御している可能性を検討した。KaiC6量体にはATP及びADPが結合しているが、KaiAはKaiC6量体からのADPの放出と6量体外部からのATPの取り込みを促進することにより、全結合ヌクレオチドに対するATPの割合を上昇させていることを明らかにした。またKaiBはKaiAの効果を阻害しており、KaiA、KaiB共存下ではKaiCのヌクレオチド結合状態は概日リズムを示した。結合ATPの割合はリン酸化型KaiCの蓄積より約4時間早くピークを迎えていた。これらの結果より、KaiAはKaiCに正反応の基質であるATPを供給し、KaiBは逆反応の基質であるADPをKaiC上に保持することで、自己リン酸化反応の進行方向が制御されリン酸化リズムが生じるものと考えられる。24年度が最終年度であるため、記入しない。シアノバクテリア概日時計は試験管内再構成が可能な唯一の例である。KaiA、KaiB、KaiCをATPと混合することにより、KaiCのリン酸化リズムが生じる。KaiCは6量体型のP-loop ATPaseであり、ATPase活性、自己リン酸化活性、自己脱リン酸化活性を併せ持つ。KaiCはプロテインホスファターゼとは全く起源が異なるにもかかわらず、いかにして自己脱リン酸化を行うのかは不明であった。平成23年度は、KaiCの自己脱リン酸化機構を明らかにした。KaiCの自己脱リン酸化反応を追跡するため、まずKaiCを[γ^<-32>P]ATP存在下で自己リン酸化し、^<32>Pで放射性ラベルされたリン酸化型KaiC(^<32>P-KaiC)を得た。次に6量体のサブユニット境界に結合している[γ^<-32>P]ATP由来のシグナルを除くため、KaiCをATP非存在下において氷上で24時間放置することによってKaiCを単量体化した後、非放射性のATPを加えることによって再6量体化した。この操作により残存する放射性ATPが除去できた。30°Cで自己脱リン酸化反応を追跡したところ、反応初期に最終産物である無機リン酸(^<32>Pi)の増加に先だって、一過的に[^<32>P]ATPが増加することが観察された。この結果に基づいて速度論的解析を行ったところ、KaiCの自己脱リン酸化は2段階の連続反応であることが明らかとなった。1段階目は自己リン酸化の逆反応であり、反応中間体としてATPが生成する。2段階目は中間体ATPの加水分解反応である。この機構は一般的なプロテインホスファターゼのものとは異なる新規の機構である。リン酸化の逆反応はADP要求性であるが、これまでKaiCへのADPの結合は報告されていなかったため、30°CでKaiC結合ヌクレオチドの経時変化を観察した。KaiCには6量体あたり12個のヌクレオチドが結合しており、反応前にはその約90%がATPであったが、徐々にADPの割合が増加し、約4時間で約70%をADPが占めるようになったことから、KaiCには実際にADPが結合していることが確認できた。以上をまとめて論文として報告した。

KaiC6量体にはATP及びADPが結合しているが、KaiAはKaiC6量体からのADPの放出と6量体外部からのATPの取り込みを促進することにより、全結合ヌクレオチドに対するATPの割合を上昇させていることを明らかにした。またKaiBはKaiAの効果を阻害しており、KaiA、KaiB共存下ではKaiCのヌクレオチド結合状態は概日リズムを示した。結合ATPの割合はリン酸化型KaiCの蓄積より約4時間早くピークを迎えていた。これらの結果より、KaiAはKaiCに正反応の基質であるATPを供給し、KaiBは逆反応の基質であるADPをKaiC上に保持することで、自己リン酸化反応の進行方向が制御されリン酸化リズムが生じるものと考えられる。24年度が最終年度であるため、記入しない。本課題の目標の1つである、KaiCの自己脱リン酸化機構の解明は達成でき、一般的なプロテインホスファターゼとは異なる新規の機構であることを証明できた。もうひとつの目標である、概日リズム発振におけるこの反応機構の意義の解明についても、KaiA、KaiBによるKaiC結合ヌクレオチドの制御に関して、予備的な結果が得られつつある。しかしながら、生化学的な手法以外の方法を取り入れて、多面的なアプローチを行うには至らなかった。今後は、代表者がこれまでに作成したリン酸化部位や、ATPase活性部位等に変異を導入したKaiC蛋白質を用いて、リン酸化リズムのリン酸化フェーズと脱リン酸化フェーズ間の切り替えにおいて、この反応機構がどのように機能しているかを明らかにしたい。また研究をさらに発展させるためには、KaiC6量体上の活性部位や制御部位の位置に関するデータが必須であるため、領域会議や学会などの場を利用して情報収集につとめ、新たな手法を取り入れていきたい。
海上における電子タグの有効利用に関する研究

海上活動における電子タグ(RFIDタグ)の有効利用を目的として、波浪などの影響を受けやすい海上において汎用の電子タグシステムが利用可能であるかについて調査し、携帯型の小型受信機であっても20メートル程度まで通信ができることを明らかにした。さらに、実運用に向けたプロトタイプとして、船舶検査証書を例とした情報管理システムを設計・実装し、海上における船舶間の移乗などにおける危険性を低減するとともに、海上における同システムの利用可能性を示した。海洋上におけるブイや筏の一般的な漁具や海洋浮遊物、小型船舶などを遠隔識別するために、RFIDシステムを利用・応用した物標識別システムの構築および実運用に向けた基礎的な検討を行った。(27-1)基本的なRFIDシステム一式を購入し、陸上および海上で使用できるように環境設定を実施した。まず陸上において距離に対する電波強度の測定実験を実施し、導入したRFIDシステムの実測性能を調査した。さらに、海上における同様の測定実験として、本学所有の小型船舶2隻および海洋浮遊物に見立てたブイを複数用意し、RFIDタグを船舶またはブイに貼付した。船舶間および船舶ブイ間の距離を変化させてRFIDタグからの電波を受信できる距離とその強度を測定し、海上におけるRFIDシステムの性能評価を実施した。天候は晴、波高0.5mの環境下の海洋上では、パッシブ型タグで約14m、アクティブ型タグで約120mまで通信が可能であることが明らかになった。(27-2)悪天候時の測定実験が実施できていないため、RFIDシステムにおける通信の阻害要因についての詳細な分析はできていないが、好天時の測定実験からパッシブ型タグの場合は波による電波面の変動や海水の付着による電波受信不良などによる影響が大きいことが経験的に明らかになった。(27-3)小型船舶間や海洋浮遊物の識別など、海上行動における危険性の除去を目的としたRFIDシステムの具体的な応用について検討した。今年度は、船舶検査証書を船舶間での移乗をせずに確認できるようにRFIDシステムによる確認・識別ができるシステムについて提案し、データベース化した船舶検査証書の内容を海上業務従事者の携帯端末(Android機)によって確認できるシステムを構築した。これまでの研究から、RFIDアンテナと小型船舶や浮遊物票に取り付けたRFIDタグとの間の通信性能についての測定実験の結果を国際会議ICSNC2015と電子情報通信学会総合大会にて公表した。また、好天時の測定実験を実施し、パッシブ型タグの場合は波による電波面の変動や海水の付着による電波受信不良などによる影響が大きいことが経験的に明らかになった。よって、RFIDシステムにおける通信の阻害要因についての詳細な分析を行うために、悪天候時の測定実験の実施により予定した海上実験が全て終了する。海洋上におけるブイや筏などの一般的な漁具や海洋浮遊物、小型船舶などを遠隔識別するためにRFIDシステムを利用した物票識別システムの構築と実運用に向けた基礎的な検討を行った。ブイなどの浮遊物票にRFIDタグを貼付して、RFIDシステムを利用して一度に多数の浮遊物票を把握・管理することを目指した。これまで浮遊物票には所有者情報などのラベルが貼付されており、危険を伴う海洋上で目視により確認することが海難事故が発生する大きな要因となっていた。本研究は、海難事故の危険を低減させ、海洋流出物の識別にも応用できる。平成27年度は汎用的なRFIDシステムの海上受信性能の測定実験により、波浪や海面反射波などの影響で、陸上と比較して約30%程度の劣化があった。また、その実用例として船舶検査証書をデータベース化し、RFIDタグによる情報取得・識別ができるシステムのプロトタイプを作成した。平成28年度は晴天時と雨天時におけるRFIDタグからの電波伝搬特性の測定と、計算機シミュレーションによる解析を実施した。測定結果とシミュレーションの解析結果は晴天雨天に関らず良く一致しており、雨天時では受信電力に若干の変動が見られることがわかった。受信電力にばらつきがある雨天時であっても、30メートル程度の距離まで通信が可能であることから、RFIDシステムを屋外で利用することは十分可能であることがわかった。また、RFIDシステムを利用した船舶検査証書の情報管理システムを提案、実装した。本システムは船舶に貼付されたRFIDタグのIDを当該船舶に接舷せずに読み取り、データベースから対応する船舶検査証書の内容を表示するものである。コストを考慮し、携帯端末を使用して必要な情報を表示させる。データベースの構造は容易に改変できるので、対象に合わせて修正することで他の物票への応用も可能である。RFIDシステムの海上利用を本格化させるべく、下記の3項目に従って研究を進める。(28-1)これまで検討したRFIDシステムの品質劣化要因を検討した結果、アクティブ型タグでは、無指向性アンテナの使用で波の影響には強いことが予想されるが、バッテリー電圧の低下で十分な通信距離が得られないことも予想されるため、RSSIなどの電波の受信信号強度を測定して設置位置や角度、波の影響等を調査する必要がある。スペクトルアナライザを用いてRFID信号の受信特性を測定し、タグとアンテナの設置位置や波高などの周囲の環境の変化がRFID

システムの通信性能に与える影響を明らかにする予定である。(28-2)これまでの通信測定実験の結果をもとに季節や気温、湿度が性能に与える影響を調べ、より最適なRFIDシステムの探索を行う。異なる周波数帯や異なるタイプのRFIDタグを使用して、劣化要因の影響の低減を目指す。特に、RFIDシステムの利用形態に応じたアンテナ指向性特性の検討や低い周波数帯の適用は海上特有の電波減衰を補償する有効な方策と考えられる。こうした点の検討から、海上RFIDシステムの品質向上と運用の安定化を目指す。(28-3)提案したRFIDシステムで利用する船舶検査証書は自動車検査証のようなものであり、各船舶の所有者情報や諸元などが記載の書面である。これまで船舶検査証書を含むデータベース自体は携帯端末内に実装しているが、その他の海上行動や情報に対応するため、外部データベースとの連携の必要がある。利用者に実際にシステムを利用してもらうことを目指し、一般に普及している汎用電子機器類でシステムの利用を可能とするインターフェースの開発・実装を行い、シミュレーションや実機によって評価する。さらに、研究の成果を国際学会における研究発表や英文論文誌へ投稿し、研究結果を国内外にアピール・報告する。計算科学小型漁船と同程度の大きさと性能を有する小型船舶を実験に使用するにあたり、測定を容易にするために当初購入予定のスペクトルアナライザを可搬型の安価な製品に変更したため。測定環境を整備し、当初購入予定であったスペクトルアナライザと同程度の製品の購入に充当する。
絶対輻射量子効率測定に基づいた窒化ガリウムの点欠陥定量計測

本研究は、発光量子効率測定に基づいた、窒化ガリウム(GaN)結晶の点欠陥定量計測法を確立することを目標としている。紫外可視波長領域にて動作する発光素子の構成材料として注目を集めているGaNは、パワー素子の構成材料としても魅力的である。GaNの室温における物性は、貫通転位密度が低減されつつある現在、少数キャリア捕獲中心ないしは非輻射再結合中心として振舞う「点欠陥」により支配されている状況にあると言える。特に、一立方センチメートル当たり10の16乗個を下回るような低い点欠陥濃度であっても、その影響が無視できないことが分かってきた。したがって、GaN単結晶の更なる品質向上のためには、点欠陥の濃度と種別を高感度計測できる手法の開発が急務である。本研究提案ではこの要求に応えるべく、室温環境下における発光量子効率測定に基づいた、高感度・電極フリー・非破壊・非接触を特徴とする点欠陥定量計測方法を確立する。本年度は、主に実験結果の解析手法を確立することに主として取り組んだ。発光量子効率の励起光強度依存性から、点欠陥の濃度と捕獲係数とを抽出する分析方法を確立することを最終到達地点に設定し、まず、系が比較的取り扱いやすい弱励起条件下におけるモデル解析に注力した。電子および正孔の拡散方程式、空間電荷を考慮するためのポアソン方程式の双方を自己無撞着に解くことで、余剰キャリアの空間分布を求める方法をとり、解析解の導出についても成功した。本研究にて提案した実験手法(ODPL)の実験装置が実際に立ち上がり、GaNのみならず、酸化亜鉛(ZnO)やペロブスカイト材料など、様々な材料系において検証実験に取り組んだ。検証に用いたすべての直接遷移型半導体発光材料において、想定通り、通常のPLスペクトルとは異なる形状(ダブルピーク構造)を持つ発光スペクトルが得られ、ODPL法における「直接脱出にかかる外部量子効率」の定量法の正しさが裏打ちされたと言える。また、本研究を推進する中で、数理モデル解析においても外部研究機関(産総研)と連携を行うことで、当初想定していた規模よりも大きく、かつユニバーサルな光物性シミュレータの開発につながりつつあることも特筆すべきと考えている。既存の半導体デバイスシミュレータは主に電子デバイスのシミュレータを指向したものであるが、本研究で得られた絶対効率や絶対吸収量といった光学的な絶対測定値を再現するように、光物性を三次元的にシミュレートできるようになれば、基礎研究から応用研究まで、幅広く活用が見込める。今後は、これまで得られた成果、すなわち高精度な効率評価法と数値解析技術とを駆使して、GaNのより深い物性評価を推進しつつ、他の材料系との比較についても推し進めていきたいと考えている。また、当初予定であった試料の冷却について試みる予定である。ODPL法においては、試料を積分球内に設置することで、その発光効率を評価できるようにしている。このコンセプトを継承しつつ、試料を液体ヘリウム程度の極低温まで冷却できるような工夫を施した、新たな実験装置の構築に取り組む。これによって、極低温から室温までの発光スペクトルや効率の変化を直接観測できるようになり、GaNの光物性理解に関して、より一層の進展を目指す。窒化物半導体は、InN、GaN、AlN、BNおよびそれらの混晶から成る半導体材料の総称であり、発光ダイオードや高周波トランジスタ等の構成材料として、我々の身の回りで利用されている。特に近年、パワー素子向け基板としてGaN単結晶育成技術の発達が著しく、貫通転位や積層欠陥といった構造的結晶欠陥が極めて抑制されつつある。このような高品質結晶においては、深い準位(DL)を形成する点欠陥が物性を支配するため、低濃度点欠陥を精度よく定量する計測法の確立が急務である。本研究では、全方位フォトルミネセンス(ODPL)法を用いたバンド端発光の内部量子効率(IQE)を計測する方法を提案し、GaN単結晶の定量的品質評価手法の技術深化を目指す。半導体単結晶は空気より屈折率が大きく、表面にて全反射が生じるため光取り出し効率(LEE)が低い。このうち、吸収端エネルギーEabsより高いエネルギーを持つ光子は、エスケープコーン内のものしか外部へ取り出されないのでLEEが容易に計算できる。一方、Eabsより低いエネルギーを持つ光子は自己吸収されず試料内を周回して外部へ出る可能性があることから、LEEは光子エネルギー(波長)や試料形状に強い依存性を持つので容易に推定できない(蛍光体や有機物質の量子収率計測と事情が異なる)。申請者は、エスケープコーンにLEEが支配されるPL測定と、外部量子効率(EQE)が計測できるODPL測定を組み合わせ、簡便にEQEからIQEが分かることを利用して、点欠陥の濃度と捕獲断面積とを評価する手法の確立を進める。本年度は主に、EQEの検出下限値を改善することと、IQEと点欠陥の濃度や捕獲断面積の関係性を理論面から明らかにすることを目標としていた。EQEの計測精度は主に、(a)光検出器の暗電流と(b)測定系の波長感度補正とによって決定される。このうち、(a)は暗電流の少ない高性能CCD光検出器を採用することで改善させる。(b)については、励起光波長帯の透過率が低く、試料の発光波長帯にて透過率の高い、いわゆる「短波長カットフィルタ」を用いる。ただし、急峻な透過率特性を持つ誘電体多層膜で構成されたフィルタは、励起光の吸収率の誤差を大きくするため不適と考えられる。したがって、波長特性の緩やかなガラスフィルタを中心に、最適なフィルタを設計・自作も含め検討した。

加えて、本フィルタを装着したうえでAQE測定系全体の感度補正を行う必要があるため、要求を満たすAQE測定系を、これまで蓄積した経験を活かして新たに構築した。この結果、EQE測定限界値は従前の0.05%から0.01%以下へ大きく改善することができた。理論面については、EQEの励起光強度依存性から、点欠陥の濃度Nと捕獲係数Cと抽出する分析方法の確立を目指した。電子および正孔の拡散方程式、空間電荷を考慮するためのポアソン方程式の双方を自己無撞着に解くことで、余剰キャリアの空間分布を求める方式にて光物性シミュレータの構築に取り組み、弱励起極限における解析解を得るなど、当初の想定以上の結果を得つつある状況にある。本研究は、発光量子効率測定に基づいた、窒化ガリウム(GaN)結晶の点欠陥定量計測法を確立することを目標としている。紫外可視波長領域にて動作する発光素子の構成材料として注目を集めているGaNは、パワー素子の構成材料としても魅力的である。GaNの室温における物性は、貫通転位密度が低減されつつある現在、少数キャリア捕獲中心ないしは非輻射再結合中心として振舞う「点欠陥」により支配されている状況にあると言える。特に、一立方センチメートル当たり10の16乗個を下回るような低い点欠陥濃度であっても、その影響が無視できないことが分かってきた。したがって、GaN単結晶の更なる品質向上のためには、点欠陥の濃度と種別を高感度計測できる手法の開発が急務である。本研究提案ではこの要求に応えるべく、室温環境下における発光量子効率測定に基づいた、高感度・電極フリー・非破壊・非接触を特徴とする点欠陥定量計測方法を確立する。本年度は、主に実験結果の解析手法を確立することに主として取り組んだ。発光量子効率の励起光強度依存性から、点欠陥の濃度と捕獲係数とを抽出する分析方法を確立することを最終到達地点に設定し、まず、系が比較的取り扱いやすい弱励起条件下におけるモデル解析に注力した。電子および正孔の拡散方程式、空間電荷を考慮するためのポアソン方程式の双方を自己無撞着に解くことで、余剰キャリアの空間分布を求める方法をとり、解析解の導出についても成功した。本研究にて提案した実験手法(ODPL)の実験装置が実際に立ち上がり、GaNのみならず、酸化亜鉛(ZnO)やペロブスカイト材料など、様々な材料系において検証実験に取り組んだ。検証に用いたすべての直接遷移型半導体発光材料において、想定通り、通常のPLスペクトルとは異なる形状(ダブルピーク構造)を持つ発光スペクトルが得られ、ODPL法における「直接脱出にかかる外部量子効率」の定量法の正しさが裏打ちされたと言える。また、本研究を推進する中で、数理モデル解析においても外部研究機関(産総研)と連携を行うことで、当初想定していた規模よりも大きく、かつユニバーサルな光物性シミュレータの開発につながりつつあることも特筆すべきと考えている。既存の半導体デバイスシミュレータは主に電子デバイスのシミュレータを指向したものであるが、本研究で得られた絶対効率や絶対吸収量といった光学的な絶対測定値を再現するように、光物性を三次元的にシミュレートできるようになれば、基礎研究から応用研究まで、幅広く活用が見込める。
母子親和行動中枢の発達における脂質栄養素の役割の解析

絆の深まりや愛情や信頼の感情の育みが、生涯を通じて健全な食生活を送るための本質的な基盤となる。視床下部の養育・愛着行動中枢、不安情動制御に関わると考えられる脳領域に注目し、神経発生や発達、機能の発揮に際して、脂質栄養素がおよぼす影響について研究を進めた。エストロゲンβシグナリングに対する脂溶性ビタミンEのトコトリエノールの作用に注目し、バイオイメージング法で細胞生物学的な解析を行い、ニューロン分化への影響について脳スライス培養系での検討を進めた。母子の絆の深まり、愛情や信頼の感情の育みが、生涯を通じて健全な食生活を送るための本質的な基盤になると考えられる。間脳視床下部の養育行動中枢や愛着行動中枢、不安情動制御の神経回路に注目して、その発生や発達、機能の発揮に際して、脂質栄養素が及ぼす影響を研究している。ビタミンE欠乏食の摂取や、脳内ビタミンE濃度の低下によって、動物に不安行動を誘発できるとされている機構の一端として、ビタミンEがエストロゲン受容体のリガンドとして作用する可能性を検討した。免疫組織細胞化学的手法、緑色蛍光タンパク質標識受容体の発現系を用いて、細胞内、あるいは細胞核内におけるエストロゲン受容体の挙動解析を進めてきたが、既報に基づく我々の仮説に沿わない結果がこれまでのところ得られており、実験系や解析手法の再検討を含めて細胞レベルでの追究を継続する。また、多価不飽和脂肪酸などの脂質栄養素の摂取と脳の発生や機能の発達をつなぐ分子として脂肪酸結合タンパク質(Fabp)ファミリーに注目した。間脳視床下部領域の神経発生への関与を知るため、in situハイブリダイゼーションによって、胎仔期のマウスにおける時空間的な発現動態を遺伝子レベルで検討している。あらためて、Fabpファミリーメンバーの各々について特異性の高いcRNAプローブを設計した。ジゴキシゲニン標識ならびにフルオレセイン標識プローブによる多重染色によって、関連が期待される核内受容体遺伝子や領域マーカー遺伝子との発現の重複性の検討を進めた。養育行動中枢や愛着行動中枢、不安情動制御の神経回路に注目し、その発生や発達、機能の発揮に際して、脂溶性ビタミンや多価不飽和脂肪酸等の脂質栄養素が及ぼす影響を研究している。ビタミンE欠乏食の摂取、脳内ビタミンE濃度の低下によって動物に不安行動を誘発できるとされる機構の一端として、ビタミンEが乳がん細胞株でエストロゲン受容体β(ERβ)のリガンドとして作用するという報告に基づき、脳内でもビタミンEがERβシグナリングに関わる可能性を検討してきた。緑色蛍光タンパク質標識ERβの発現系を用いて、細胞内あるいは細胞核内でのERβの挙動を解析したが、これまでのところビタミンEがリガンドとなるとする我々の仮説に沿わない結果となっている。ERβの免疫組織細胞化学的解析においては抗体の特異性についての慎重な検討が必要であった。今後、ビタミンE添加後の遺伝子発現や細胞形態の変化を、初代培養系に加えて脳スライス培養系も用いて解析を進める。神経発生への関与を知るため、胎仔期のマウス脳における遺伝子発現をin situハイブリダイゼーションによって検討した。標識の異なる複数のプローブを併用する多重染色法によって、脳の領域マーカー遺伝子をランドマークとして発生途上の視床下部におけるFabp遺伝子ファミリーの時空間的発現動態を解析している。母子の絆の深まりや、愛情や信頼の感情の育みが、生涯を通じて健全な食生活を送るための本質的な基盤になると考えられる。間脳視床下部に存在する養育行動中枢、愛着行動中枢や、不安情動制御の神経回路に注目して、その発達や機能の発揮に際して脂質栄養素が影響を及ぼす可能性の研究に着手した。多価不飽和脂肪酸などの脂質栄養素の摂取と脳機能の発達をつなぐ分子として脂肪酸結合タンパク質(Fabp)ファミリーに注目した。神経発生への関与を知る目的で、マウス胎生期での間脳視床下部領域における時空間的な発現動態を、心臓型(Fabp3)、脳型(Fabp7)、表皮型(Fabp5)の3種類の脂肪酸結合タンパク質について、タンパク質レベル(免疫組織化学染色)、遺伝子レベル(in situハイブリダイゼーション)で検討を進めた。さらに視床下部領域のニューロンが産生する、オキシトシン、バゾプレッシン、プロラクチン等の神経ペプチドとの関連性を調べる目的で、脂肪酸結合タンパク質やエストロゲン受容体との発現の重複性や相補性を、蛍光多重染色を施して共焦点顕微鏡観察することで解析中である。脂溶性であるビタミンEの脳内での濃度を低下させたり、ビタミンE欠乏食を摂取させることで、動物に不安行動を誘発できるとされている。その機構の一端として、エストロゲン受容体シグナリングを介しての抗不安や情動制御に対する影響を想定し、エストロゲン受容体の細胞内動態に着目した。

ビタミンE添加が、エストロゲン受容体の細胞内や核内での動態におよぼす影響を、培養細胞での蛍光タンパク質イメージング解析によって検討を進めている。母子の絆の深まりや、愛情や信頼の感情の育みが、生涯を通じて健全な食生活を送るための本質的な基盤となる。そこで、間脳の視床下部の養育行動中枢や愛着行動中枢、不安情動制御に関わると考えられる脳領域に注目して、神経発生や発達、機能の発揮に際して、脂質栄養素がおよぼす影響について研究を進めてきた。ヒト乳がん細胞株に対して、脂溶性ビタミンEのなかでもトコトリエノール(T3)が、エストロゲン受容体β(ERβ)のリガンドとして核移行を促して作用するという報告に基づいて、脳内においても同様のシグナリングに関わる可能性を検討した。いわゆる核内受容体として機能するERβについて、緑色蛍光タンパク質標識した受容体の発現系を用いて、リガンド添加後の細胞内、細胞核内での挙動を解析したが、用いたγおよびδT3がリガンドとして作用することを示唆する結果はこれまでのところ得られていない。ERβの組織細胞化学的解析においては入手可能な市販抗体の特異性が問題であった。ERβに対する特異的なcRNAプローブを設計して、in situハイブリダイゼーションによるmRNAレベルの検出を併用して検討を進めた。脳スライス培養系を用いたT3添加後の細胞の形態変化を、ERβ発現ニューロンが豊富な脳領域である小脳、視床下部、中脳背側縫線核を対象として解析をはじめた。出生直後のマウス小脳矢状断スライスを用いた培養系において、ERβ発現プルキンエ細胞の樹状突起形成に対するT3の濃度依存的な影響を、抗カルビンディン抗体による免疫染色像の画像解析によって検討中である。神経発生学本研究の目的は、1)多価不飽和脂肪酸による脂肪酸結合タンパク質(Fabp)を介した間脳視床下部領域の神経発生の制御、2)脂溶性ビタミンEのエストロゲン受容体βシグナリングへの関与による情動行動の調節、を切り口として、脂質栄養素が母子親和行動や不安情動制御の脳中枢の発生と発達に影響を及ぼす可能性について追究することである。マウスをモデル動物とする、胎生期の視床下部における脂肪酸結合タンパク質の発現の分子形態学的な解析については、プローブの特異性の問題から、Fabpファミリーメンバーの各々についてあらためてcRNAプローブを設計して調製することとなった。ジゴキシゲニン標識およびフルオレセイン標識したプローブを併用する多重染色in situハイブリダイゼーションによって、Fabpならびに、関連が期待される核内受容体、領域マーカーとの発現の重複性の解析を進めた。ビタミンEがエストロゲン受容体のリガンドあるいはモデュレーターとして作用する可能性については、免疫組織化学的解析に加えて、緑色蛍光タンパク質との融合受容体を用いたイメージング解析を進めた。エストロゲン受容体リガンド、各種ビタミンEを添加後の、エストロゲン受容体の核内移行の挙動や細胞核内における分布を検討したが、これまでのところ、既報に基づいた我々の仮説に沿わない結果となっている。実験系や解析手法の再検討を含めて細胞レベルでの追究を継続する必要がある。
都市と離島におけるCAVIを用いた動脈硬化性疾患に寄与する危険因子の研究

脳・心血管疾患の発症率には地域差があることが知られているが、主要な原因である動脈硬化所見やその進展要因の地域差についてはあまり明らかにされておらず、その解明は公衆衛生上の課題である。潜在的な動脈硬化を非侵襲的に把握する手法として脈波伝播速度を用いる方法が普及しているが、その中でもCardio-Ankle Vascular Index (CAVI)は、気温や心理的なストレスによって大きく変動する計測時の血圧値の影響を受けない指標である。本研究は、1)生活習慣の異なる都市部(神戸)と離島(鹿児島)のCAVIを比較して、その規定要因としての想定される様々な危険因子の影響が異なるかどうかを比較・検証する、2)大規模な健診受診者集団においてCAVIの推移を経年的に調査しその上昇に寄与する危険因子を明らかにする、の二つの研究で構成されている。2018年度は、研究2)に関して、全国職域健診における喫煙のCAVI9.0以上の発症に対する相対リスクを推定し、集団に対する影響を人口寄与危険割合(Population attributable fraction: PAF)を用いて検討した。全体の追跡期間の中央値は4.9年、ベースライン時点における平均年齢は47.2歳±8.6歳(男性45.4歳、女性47.9歳)、CAVI9.0以上は698例発症した。ハザード比は女性の喫煙群1.56 (95% confidence interval (CI): 1.11-2.21)、男女計の喫煙群1.27 (1.01-1.60)であった。新規CAVI9.0以上の発症におけるPAFの推定は、女性の喫煙群2.82%。男女計の喫煙群で3.69%であった。男性はハザード比に有意差を認めなかった。職域健診受診者において特に女性の喫煙集団では、動脈硬化性疾患の指標であるCAVI9.0以上のPAFが約3%高いことが示唆された。また縦断的に動脈硬化の進展と関連する要因を一般集団で明らかにした報告も少ない。本研究は、研究1)生活習慣の異なる都市部(神戸)と離島(鹿児島)のCAVIを比較して、その規定要因としての想定される様々な危険因子の影響が異なるかどうかを比較・検証する、研究2)大規模な健診受診者集団においてCAVIの推移を経年的に調査しその上昇に寄与する危険因子を明らかにする、の二つの研究で構成されている。研究初年度は、CAVIに関する文献レビューに加えて、研究1)の本解析に先立ち神戸と鹿児島のデータから、それぞれの動脈硬化性疾患のリスクが高いと予想されるCAVI9.0以上とそれ未満の群における対象者の背景を解析した。これにより、神戸と鹿児島の研究対象者の背景が異なる可能性が示唆された。研究2では(財)日本健康増進財団が実施した健診受診者の長期追跡データを用いて、HbA1c、ついで高血圧、年齢がCAVIの増悪に影響を与えることを明らかにした。引き続き2017年度は対象者の背景要因をマッチングさせたデータセットの作成により、研究1)の本解析を実施する予定である。2016年度は、CAVIやその規定要因に関する文献レビューに加え、都市部のデータは神戸市のコホートデータ(神戸研究厚生労働省科学研究:循環器疾患における集団間の健康格差の実態把握とその対策を目的とした大規模コホート共同研究:研究代表者岡村智教」)と離島のデータは鹿児島県のコホートデータ(Japan Multi-Institutional Collaborative Cohort Study; J-MICC Study鹿児島サイト文部科学省科学研究「分子疫学コホート研究の支援に関する研究:研究代表者浜島信之、鹿児島コホート研究分担者:嶽崎俊郎」)の既存の匿名化データを用い、まず各コホートにおける集団の特性を把握するため、動脈硬化性疾患のリスクが高いと予想されるCAVI9.0以上とそれ未満の群における対象者の背景を解析した。その結果、平均年齢は神戸vs.鹿児島で男性58.6歳vs.53.6歳、女性59.2歳vs.53.8歳、BMI、収縮期血圧、拡張期血圧、空腹時血糖値は有意に離島が高く、HDLコレステロール及びLDLコレステロールは都市部が高い値を示した。CAVI値の平均は男女とも都市部で平均年齢が高いにもかかわらず、両地域で同程度を示した(神戸vs.奄美:男性7.9 vs.7.9 (p=0.39)、女性7.6 vs.7.6 (p=0.16))。また(財)日本健康増進財団における健診受診者13,252人の平均4.9年間の追跡では、CAVI9.0以上は517例発症した。本研究では、男女計における動脈硬化リスクファクターのうち最もインパクトがあるのは、HbA1c、ついで高血圧、年齢の順であるという結果が得られた。いずれの研究も研究分担者・連携研究者・研究協力者の協力を得て協力を得て、研究目的の達成に向かって順調に進展している。

脳・心血管疾患の発症率には地域差があることが知られているが、主要な原因である動脈硬化所見やその進展要因の地域差についてはあまり明らかにされておらず、その解明は公衆衛生上の課題である。また縦断的に動脈硬化の進展と関連する要因を一般集団で明らかにした報告も少ない。潜在的な動脈硬化を非侵襲的に把握する手法として脈波伝播速度を用いる方法が普及しているが、その中でもCardio-Ankle Vascular Index (CAVI)は、気温や心理的なストレスによって大きく変動する計測時の血圧値の影響を受けない指標である。本研究は、研究1)生活習慣の異なる都市部(神戸)と離島(鹿児島)のCAVIを比較して、その規定要因としての想定される様々な危険因子の影響が異なるかどうかを比較・検証する、研究2)大規模な健診受診者集団においてCAVIの推移を経年的に調査しその上昇に寄与する危険因子を明らかにする、の二つの研究で構成されている。研究1)では、すでに本解析に先立ち神戸と鹿児島のデータから、それぞれの動脈硬化性疾患のリスクが高いと予想されるCAVI 9.0以上とそれ未満の群における対象者の背景を解析し神戸と鹿児島の研究対象者の背景が異なる可能性を報告した。研究2)について研究2年目は、(財)日本健康増進財団が実施した健診受診者の長期追跡データを用いて喫煙習慣およびメタボリックシンドローム(MetS)を曝露要因、動脈硬化性疾患の指標としてCAVI9.0以上の発症をアウトカムとして両者の関連を検討した。2018年度は、研究1)の本解析及び研究2)職域におけるCAVI9.0以上の発症に関連する要因の探索的な解析を実施し、研究成果を公表する。2017年度は、CAVIの規定要因に関する解析で(財)日本健康増進財団が実施した健診受診者の長期追跡データを用いて、喫煙及びMetSと動脈硬化の曝露要因としてCAVI9.0以上の発症に対するハザード比を、男女別・男女計(性別調整)の場合をそれぞれ検討した。女性と男女計の解析において、喫煙は動脈硬化性疾患の指標であるCAVI9.0以上の発症リスクが高いことが示唆された。追跡期間の中央値4.9年で、女性では非喫煙に対する喫煙のハザード比は1.56 (95% confidence interval, 95% CI:1.11-2.21)、喫煙本数でみると1日の喫煙を中央値で2群にわけた喫煙本数低群(男性20本未満・女性10本未満)では、1.88 (1.21-2.94)であった。男女計の解析では、非喫煙に対して禁煙:1.08 (0.84-1.39)、喫煙:1.27 (1.01-1.60)、喫煙本数でみると、禁煙: 1.08 (0.84-1.38)、喫煙本数低群で1.08 (0.81-1.44)、喫煙本数高群(男性20本以上・女性10本以上)で1.56 (1.16-2.10)であった。MetSの解析でもCAVI9.0以上の発症リスクが高いことが示され、男女計の解析におけるMetS群の非MetS群に対するハザード比は、モデル1(年齢調整): 1.69 (95% CI: 1.08-2.63)、モデル2(年齢、喫煙習慣): 1.74 (1.11-2.73)、モデル3(モデル2+飲酒頻度): 1.75 (1.11-2.76)であった。男女別に解析しても同様の傾向であったが、イベント数が少なく有意差は消失した。研究全体については、研究分担者・連携研究者・研究協力者の協力を得て協力を得て、研究目的の達成に向かって順調に進展している。
SMN2 遺伝子転写制御を中核技術とする脊髄性筋萎縮症治療法の開発研究

脊髄筋萎縮症(SMA)患者の95%以上に、SMN1遺伝子のホモ接合性欠失が認められる。このようなSMA患者では、SMN1遺伝子とつよい相同性を有するSMN2遺伝子が残存していて、かなりの程度SMN1遺伝子の欠失を補償しているものと考えられている。実際、SMN2遺伝子のコピー数は、SMAの臨床的重症度と逆相関の関係が認められている。SMN1遺伝子とSMN2遺伝子のプロモーター領域の塩基配列はほとんど同一であると報告されているが、c.-318 GCC挿入多型はSMN1遺伝子プロモーター領域に特有のものであると考えられてきた。今回の研究プロジェクトにおいて、私たちは、SMN2遺伝子のコピー数が少ないことから重症であると予想されたのにもかかわらず、意外にも軽症であったSMN1遺伝子欠失患者のSMN2遺伝子プロモーター領域を解析し、c.-318 GCC挿入多型を見いだした。私たちは、この多型のSMN2遺伝子転写に与える影響を解析し、脊髄性筋萎縮症治療法の開発を目指した。しかし、このc.-318 GCC挿入多型はSMN2遺伝子プロモーターの転写活性を上昇させず、白血球中のSMN2遺伝子転写産物は他の5人のSMN1遺伝子欠失患者より少なかった。c.-318 GCC挿入多型を有するプラスミドを使ったレポーター遺伝子アッセイでも、この多型が転写効率に対してわずかではあるが負の効果を持っていることが明らかになった。結論として、SMN2遺伝子プロモーターのc.-318 GCC挿入多型は、意外にも軽症であった臨床像には関係がなかったものと思われる。また、このことは、非SMN2遺伝子関連症状修飾因子がSMAの重症度に関わっていることを示唆している。また、c.-318 GCC挿入多型はSMN2遺伝子の転写活性を低下させることが明らかになった。このことは、SMA治療の際には、SMN2遺伝子の転写活性にかかわる薬剤の種類や量を、c.-318 GCC挿入多型の有無によって変える必要があることを示唆している。(1)はじめに:脊髄性筋萎縮症(SMA)患者の症状は、SMN2遺伝子発現の程度によって修飾されていると考えられている。SMN2遺伝子のプロモーターには少なくとも2種類のタイプ、すなわちPAC 125D9タイプ(1型プロモーターと略す)とPAC 215P-15タイプ(2型プロモーターと略す)が存在する。そこで、研究者らは、SMN2遺伝子発現機構を解析するために、SMA患者における1型および2型プロモーターの頻度を調査し、さらにそれらの転写活性を解析した。(2)SMA患者における1型および2型プロモーターの頻度:DHPLC法および塩基配列決定法を用いて、SMA患者52例における1型および2型プロモーターの頻度を調査したところ、51例の患者のSMN2遺伝子は、2型プロモーターのみ存在し、1型プロモーターは存在しないことが判明した。しかし、1例の患者(歩行可能な軽症型)では、1型プロモーターおよび2型プロモーターを有するSMN2遺伝子が存在した。本症例では、SMN2遺伝子発現の高いことが予想された。(3)1型および2型プロモーターの転写活性:1型プロモーター特異的塩基配列、2型プロモーター特異的塩基配列を蛍光蛋白リポーター(ルシフェラーゼ)・ベクターに挿入したコンストラクトを作成し、それぞれのベクターを培養神経芽細胞に導入し、ルシフェラーゼ発現による蛍光強度を比較した。

その結果、1型プロモーター特異的塩基配列ベクターではルシフェラーゼ発現が認められたのに対し、2型プロモーター特異的塩基配列ベクターではルシフェラーゼ発現は認められなかった。培養液にBt2cAMPを添加しても、この傾向は変わらなかった。この実験より、2型プロモーター特異的塩基配列には転写抑制因子が存在することが予想された。(4)結論:1型および2型プロモーターの差異がSMN2遺伝子発現に影響を与えている可能性が高い。(1)はじめに:脊髄性筋萎縮症(SMA)患者の症状は、SMN2遺伝子発現の程度によって修飾されていると考えられている。SMN2遺伝子のプロモーターには少なくとも2種類のタイプ、すなわちPAC 125D9タイプ(1型プロモーターと略す)とPAC 215P-15タイプ(2型プロモーターと略す)が存在する。そこで、研究者らは、SMN2遺伝子発現機構を解析するために、SMA患者における1型および2型プロモーターの頻度を調査し、さらにそれらの転写活性を解析した。(2)白血球中のSMN2mRNA解析:SMN1遺伝子を完全に欠失し、1型プロモーターを有するSMN2遺伝子1コピーおよび2型プロモーターを有するSMN2遺伝子1コピーを有していた患者は、支えるものがあれば歩行が可能な軽症型であった。白血球中のSMN2mRNAは、他のSMA患者よりも少ない傾向があった。(3)1型および2型プロモーターの転写活性解析:平成23年度も、前年度に引き続き、1型プロモーター特異的塩基配列、2型プロモーター特異的塩基配列を蛍光蛋白リポーター(ルシフェラーゼ)・ベクターに挿入したコンストラクトを作成し、それぞれのベクターを培養神経芽細胞に導入し、ルシフェラーゼ発現による蛍光強度を比較する実験を繰り返した。その結果、1型プロモーター特異的塩基配列ベクターよりも、2型プロモーター特異的塩基配列ベクターではルシフェラーゼ発現は高くなる傾向が認められた。Bt2cAMP、フォルスコリンを添加しても、この傾向は変わらなかった。(4)結論:白血球中のSMN2mRNA解析およびプロモーターの転写活性解析より、1型プロモーターの存在がSMN2遺伝子発現を活性化する可能性は否定的となった。(1)はじめに:脊髄性筋萎縮症(SMA)患者に残存しているSMN2遺伝子の発現の程度が病気の重症度を決定すると考えられている。SMN2遺伝子のプロモーターには少なくとも2種類のプロモーターが存在する。本研究は、それぞれのプロモーターの特徴を明らかにし、新しい治療法の開発を目指すものである。(2)塩基配列の差異:SMN2遺伝子のプロモーターには、c.-318 GCC挿入多型を有するタイプ(PAC125D9タイプ)と、c.-318 GCC欠失多型を有するタイプ(PAC125D15タイプ)が存在する。この多型領域にはCREBサイトが存在することから、cAMPに対する反応性の検討が重要であると考えられた。(3)転写活性解析:PAC125D9タイプ特異的塩基配列、PAC125D15タイプ
新規熱電変換材料創製に資する無機材料合成技術の開発

本研究では、ナノ構造の形状、配列を精密に制御した金属酸化物を作製し、その性能を評価することでナノ構造と熱電性能の相関を解明し、熱電材料設計に資する基礎的指針を獲得する。作製にはよく定義されたナノ粒子・ナノシートなどを規則的に集積したナノ空間材料を鋳型に用い、金属酸化物を鋳型内部で析出後、組成・結晶構造を制御する。従来熱電材料研究者には関心の低かった精密無機材料合成の観点から、熱電変換材料創製にアプローチするもので、精密ナノ構造制御により現在の金属酸化物系熱電変換材料の限界を突破する。本研究は、ナノ構造化による熱電変換材料の性能向上に必要な、ナノ構造の大きさ、形状、配列と熱電変換性能の関係を研究する。ナノ粒子、ナノシートなどを規則的に集積したナノ空間材料を鋳型とし、鋳型内部で金属酸化物を析出することで、ナノ構造を制御した熱電材料を作製し、ナノ構造と熱電変換性能の関係を明らかにするとともに、精密ナノ構造制御により従来の熱電変換性能の限界の突破を目指す。熱電変換材料は低炭素化に資する技術であり、その高性能化は社会的要求が高い。本研究は従来からトレードオフの関係にある、ゼーベック係数、熱伝導率、電気伝導率を、それぞれ独立して制御することを目指すものであり、成功した場合の学術的、技術的波及効果は大きい。ナノ構造と熱電性能の相関を材料合成技術の高度化で明らかにする本研究の取り組みは、材料合成プロセスにおける進歩が期待できる。