hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
蛍光ナノマルチプレクサを利用した多重分子イメージング

本研究では、生体分子を入力、蛍光を出力、波長符号化光を制御信号とする蛍光ナノマルチプレクサを利用した多重分子イメージング技術の開発をめざしている。蛍光ナノマルチプレクサは、DNAの自己組織化により蛍光分子をnmオーダーの精度で配置したナノ光論理回路に基づき作製する。昨年度までに、回路の基本構成要素となる蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)スイッチを作製した。本手法は、出力をドナー蛍光分子としており、多段階のFRETが不要なため、蛍光ナノマルチプレクサにおける変数の拡張を容易に行えるが、ON/OFF比が不足していた。今年度はまず、FRETスイッチの構成を再検討し、性能向上をはかった。ON/OFF比が低い原因を調査したところ、アクセプタ分子とアクティベータ分子の位置関係にあることがわかった。そこで、両分子をDNA構造の端部に配置した形で再設計した。波長532nmと589nmを入力とするFRETスイッチで実験したところ,ON/OFF比をYESスイッチで最大1.29,NOTスイッチで1.18まで上昇させることができた。また、ONとOFFの連続切り替えに対する応答を検証し、少なくとも3回は大きな性能低下がなく動作することがわかった。次に、これらを組み合わせたナノ光論理回路を構築した。例として、波長532nmと589nmを入力とするYESスイッチを同時に用いる2入力1出力のOR演算について検証した。出力として得られる蛍光信号に対し,適切に閾値を設定することで正しい演算結果が得られた。また、時系列に変化させた入力を用いると、それに追随して演算結果も変化することが確認できた。これらを利用すれば、複数の対象分子に対する多様な出力設定が可能となる。FRETスイッチのON/OFF比が低くなる要因を改めることで、性能が向上した。また、ナノ光論理演算を繰り返し行えることや時系列入力に対して、期待した動作が実行されることを示すことができた。これにより、複数の対象分子に対する多様な出力設定を行う蛍光ナノマルチプレクサに適用する目処がたった。このようにバルク系での実証が進む一方で、目標としている顕微鏡を用いたイメージング実験を開始するに至っていない。以上のことを勘案し、やや遅れていると判断した。蛍光ナノマルチプレクサの基本構成要素となるナノ光論理演算素子を複数組み合わせ、マルチプレクサの実装を進める。情報の入力効率やクロストークなどの観点から評価実験を行う。また、蛍光顕微鏡をベースとしたイメージング実験システムを作製する。空間的な動作制御を実行するために空間光変調器(SLM)を導入し、イメージング実験を実施することで、本手法の能力を示す。本研究では、生体分子を入力、蛍光を出力、波長符号化光を制御信号とする蛍光ナノマルチプレクサを利用した多重分子イメージング技術を開発することを目的とする。今年度は、蛍光ナノマルチプレクサの技術基盤を整備した。1.ナノ光論理回路の設計ナノ光論理回路は、光を入出力としナノスケールで論理演算を実行する機構である.その構成要素として、光によって蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)効率を切り換えるFRETスイッチ(YESスイッチとNOTスイッチ)を設計した。切り換えは光活性化蛍光を導入することで行う。吸収・発光スペクトルや蛍光間距離を考慮し、波長532nmと589nmの光で動作する2組のFRETスイッチを設計した。計算により見積もったFRET効率は77%以上であった。2.FRETスイッチの実証設計したFRETスイッチを作製し、バルク系において動作を検証した。光入力に依存して出力蛍光が増加/減少することを確認した。ON/OFF比はYESスイッチが1.07,NOTスイッチが1.05であった。また、繰り返し入力に対してもFRETスイッチが応答することを確認した。3.ナノ光論理回路の検証と評価FRETスイッチを組み合わせて、2入力1出力のさまざまな演算を検証した。例えば、蛍光ナノマルチプレクサの実装に必要な、I1 AND (NOT I2)の論理回路を実行した。入力の組み合わせに対する出力蛍光強度を測定したところ、入力(1,0)の時には0.88と高くなり、その他の入力では平均0.57と低くなった。これは設定した演算が正しく行われていることを示している。別の複数の論理回路でも同様の結果が得られており、提案手法の正当性が示された。蛍光ナノマルチプレクサに必要なFRETスイッチを設計し、実験により制御光の強度や照射時間と特性の関係を明らかにした。また、それらの組み合わせで様々なナノ光論理回路を実装し、2入力1出力の論理演算が行えることを確認している。これらのことから、蛍光ナノマルチプレクサ実装のコアとなる機構の原理が実証できており、おおむね順調に進展していると考えている。

そこで、両分子をDNA構造の端部に配置した形で再設計した。波長532nmと589nmを入力とするFRETスイッチで実験したところ,ON/OFF比をYESスイッチで最大1.29,NOTスイッチで1.18まで上昇させることができた。また、ONとOFFの連続切り替えに対する応答を検証し、少なくとも3回は大きな性能低下がなく動作することがわかった。次に、これらを組み合わせたナノ光論理回路を構築した。例として、波長532nmと589nmを入力とするYESスイッチを同時に用いる2入力1出力のOR演算について検証した。出力として得られる蛍光信号に対し,適切に閾値を設定することで正しい演算結果が得られた。また、時系列に変化させた入力を用いると、それに追随して演算結果も変化することが確認できた。これらを利用すれば、複数の対象分子に対する多様な出力設定が可能となる。FRETスイッチのON/OFF比が低くなる要因を改めることで、性能が向上した。また、ナノ光論理演算を繰り返し行えることや時系列入力に対して、期待した動作が実行されることを示すことができた。これにより、複数の対象分子に対する多様な出力設定を行う蛍光ナノマルチプレクサに適用する目処がたった。このようにバルク系での実証が進む一方で、目標としている顕微鏡を用いたイメージング実験を開始するに至っていない。以上のことを勘案し、やや遅れていると判断した。光入出力ナノ論理回路の原理としては確認しているが、現時点ではON/OFF比が十分ではなく、それがイメージング対象分子数の制限となる可能性がある。そこで、これまでの知見を元にスイッチの設計や蛍光分子に改良、変更を加え改善をめざす。また、蛍光ナノマルチプレクサの実装には、入力分子に応じて蛍光分子を配置する機構が必要である。この機構をナノ光論理回路に組み合わせ、その動作検証を進める。バルク系で特性評価が完了すれば、顕微鏡下でのイメージング実験を実施する。蛍光ナノマルチプレクサの基本構成要素となるナノ光論理演算素子を複数組み合わせ、マルチプレクサの実装を進める。情報の入力効率やクロストークなどの観点から評価実験を行う。また、蛍光顕微鏡をベースとしたイメージング実験システムを作製する。空間的な動作制御を実行するために空間光変調器(SLM)を導入し、イメージング実験を実施することで、本手法の能力を示す。
超短パルスレーザーと磁化プラズマとの相互作用による短パルステラヘルツ電磁波の発生

周期的に変化する電流は,周辺に電磁波を放射することができる.プラズマ中で伝搬する電子プラズマ波は,プラズマ密度nの平方根に比例したプラズマ周波数ω_pで振動しているので,その周波数の電磁波を放射することが可能である.しかし,その電磁波はプラズマの外,つまり実験室では観測できない.なぜなら,放射された電磁波の周波数ω_pがプラズマ中の電磁波のカットオフ周波数となっているため,プラズマ中で強く減衰されるからである.高密度プラズマでは,プラズマ波の電場も大きく,周波数も高いので,この電磁波が外部に取り出されれば,高出力・高周波の電磁波となりうる.このような状況の中,今回垂直静磁場をレーザーの伝搬方向に印加し,実験を行った.集光したレーザーによりプラズマは瞬時に形成され,長手方向に1.52mm程度の長さに形成された.磁場は,最大7kGであった.放射電磁波は,クリスタル検波器によって計測された.時間分解能は,オシロスコープの時間分解能で決まり,約100psである.放射電磁波の周波数は,用いた導波管の群速度分散を用いた飛行時間法(time of flight)を適用した.これらの計測により,周波数が55GHz程度の短パルス電磁波(パルス幅約200ps)が観測された.また,他の低周波成分も観測された.これらの電磁波の発生機構をイオンのつくる電場を感じた電子の運動によるものと考え,その計算モデルを構築し,それが妥当であることを示した.周期的に変化する電流は,周辺に電磁波を放射することができる.プラズマ中で伝搬する電子プラズマ波は,プラズマ密度nの平方根に比例したプラズマ周波数ω_pで振動しているので,その周波数の電磁波を放射することが可能である.しかし,その電磁波はプラズマの外,つまり実験室では観測できない.なぜなら,放射された電磁波の周波数ω_pがプラズマ中の電磁波のカットオフ周波数となっているため,プラズマ中で強く減衰されるからである.高密度プラズマでは,プラズマ波の電場も大きく,周波数も高いので,この電磁波が外部に取り出されれば,高出力・高周波の電磁波となりうる.このような状況の中,今回垂直静磁場をレーザーの伝搬方向に印加し,実験を行った.集光したレーザーによりプラズマは瞬時に形成され,長手方向に1.52mm程度の長さに形成された.磁場は,最大7kGであった.放射電磁波は,クリスタル検波器によって計測された.時間分解能は,オシロスコープの時間分解能で決まり,約100psである.放射電磁波の周波数は,用いた導波管の群速度分散を用いた飛行時間法(time of flight)を適用した.これらの計測により,周波数が55GHz程度の短パルス電磁波(パルス幅約200ps)が観測された.また,他の低周波成分も観測された.これらの電磁波の発生機構をイオンのつくる電場を感じた電子の運動によるものと考え,その計算モデルを構築し,それが妥当であることを示した.周期的に変化する電流は,周辺に電磁波を放射することができる.プラズマ中で伝搬する電子プラズマ波は,プラズマ密度nの平方根に比例したプラズマ周波数ω_pで振動しているので,その周波数の電磁波を放射することが可能である.しかし,その電磁波はプラズマの外,つまり実験室では観測できない.なぜなら,放射された電磁波の周波数ω_pがプラズマ中の電磁波のカットオフ周波数となっているため,プラズマ中で強く減衰されるからである.高密度プラズマでは,プラズマ波の電場も大きく,周波数も高いので,この電磁波が外部に取り出されれば,高出力・高周波の電磁波となりうる.このような状況の中,今回垂直静磁場をレーザーの伝搬方向に印加し,実験を行った.集光したレーザーによりプラズマは瞬時に形成され,長手方向に1.52mm程度の長さに形成された.磁場は,最大7kGであった.放射電磁波は,クリスタル検波器によって計測された.時間分解能は,オシロスコープの時間分解能で決まり,約100psである.放射電磁波の周波数は,用いた導波管の群速度分散を用いた飛行時間法(time of flight)を適用した.これらの計測により,最大周波数5070GHzの短パルス電磁波(パルス幅約200ps)が観測された.発生電磁波の周波数には,高周波源の成分と低周波の成分の二つが観測され,高周波源の成分は,磁場に対して平行な電場成分が主であり,低周波の成分は,磁場に対して垂直方向の電場成分が観測された.このことは,電磁波の生成過程に二種類があることを示唆している.この実験結果より,磁場に対して平行な成分は,プラズマ電子がイオンによって発生する電場を感じて周期運動することによって発生していることが考えられ,また,垂直な成分では電子バーンシュタイン波に関係する電磁波の発生過程が考えられる.この仮説を今後研究をすすめることによって,明らかにしていく予定である.周期的に変化する電流は,周辺に電磁波を放射することができる.プラズマ中で伝搬する電子プラズマ波は,プラズマ密度nの平方根に比例したプラズマ周波数ω_pで振動しているので,その周波数の電磁波を放射することが可能である.しかし,その電磁波はプラズマの外,つまり実験室では観測できない.なぜなら,放射された電磁波の周波数ω_pがプラズマ中の電磁波のカットオフ周波数となっているため,プラズマ中で強く減衰されるからである.高密度プラズマでは,プラズマ波の電場も大きく,周波数も高いので,この電磁波が外部に取り出されれば,高出力・高周波の電磁波となりうる.このような状況の中,今回垂直静磁場をレーザーの伝搬方向に印加し,実験を行った.

集光したレーザーによりプラズマは瞬時に形成され,長手方向に1.52mm程度の長さに形成された.磁場は,最大7kGであった.放射電磁波は,クリスタル検波器によって計測された.時間分解能は,オシロスコープの時間分解能で決まり,約100psである.放射電磁波の周波数は,用いた導波管の群速度分散を用いた飛行時間法(time of flight)を適用した.これらの計測により,周波数が55GHz程度の短パルス電磁波(パルス幅約200ps)が観測された.また,他の低周波成分も観測された.これらの電磁波の発生機構をイオンのつくる電場を感じた電子の運動によるものと考え,その計算モデルを構築し,それが妥当であることを示した.
日本周辺の巨大地震スーパーサイクルの解明と津波予測

2011年東北地方太平沖地震は,プレート境界深部と海溝軸付近の両方がほぼ同時に破壊した.この新知見に基づいて,日本海溝で発生した869年貞観地震と千島海溝で17世紀に発生し北海道東部に津波堆積物をもたらした巨大地震の規模を再検討すると,ともにM8.8以上となった.北海道・岩手県・福島県では,さらに古い巨大地震による津波堆積物を発見した.日本海溝・千島海溝において,数十年間隔で繰り返し発生するM8クラスの地震の他に,約400600年間隔でM9クラスの巨大地震が発生したこと,すなわち,スーパーサイクルモデルが成り立つことが分かった.M9クラスの地震についての即時的な津波浸水予測方法も考案した.869年貞観地震については、津波堆積物の分布とシミュレーションによる浸水域が一致するという仮定に基づき、Mw 8.4程度とされていた。2011年東北地方太平洋沖地震の津波浸水域は、津波堆積物よりもさらに内陸まで広がっていたことから、昨年度求めた波源モデルから仙台平野における津波の遡上シミュレーションを行ったところ、海岸から最も遠い津波堆積物での浸水深は1m程度であることが分かった。この値を用いて貞観地震の規模を再度推定したところ、最低でもMw 8.6で、2011年のすべり量分布を用いると8.8以上となった。三陸海岸はリアス式海岸であり、津波高さは地形による影響を大きく受ける。津波の調査地点がよくわかっているデータのみを選択して比較したところ、2011年津波の高さは、平均すると1896年明治三陸津波の1.5倍、1933年昭和三陸津波の3倍であった。北海道根室海峡沿岸での津波堆積物調査により、17世紀に発生した超巨大地震による津波により別海まで堆積物を残していたことが明らかになった。津波遡上数値シミュレーションを実施し、断層モデルを推定したところ、Ioki(2013)で得られた海溝側に25mのすべりを加えた断層モデルで説明できることが分かり、震源域の東側の広がりを特定することができた。日本海溝北部の青森県太平洋沿岸で津波堆積物調査を実施したところ、2011年津波による堆積物調査がされている地点では貞観地震による堆積物が見つからなかった。20世紀以降に発生した7つのM9クラス巨大地震のすべり量分布は似たような分布をしめす。平均すべり量の1.5倍以上の領域をアスペリティと定義すると、地震モーメント・断層面積・平均すべり量・アスペリティの面積の間の関係は、日本付近のM78クラスの海溝型地震のスケーリング則と一致する。2011年東北地方太平沖地震については数多くの震源断層モデルが提案されており、宮城県沖の震央付近で数十m以上という大きなすべりが生じたことが明らかになっている。ところが、津波の高さは震央から約100 kmも北の岩手県沿岸で最大となっており、この原因は不明であった。日本沿岸や沖合の水位計・水圧計・GPS波浪計に記録された津波波形のインバージョンにより、震源断層上のすべり分布の時空間分布を推定したところ、破壊開始の約2分後にプレート境界のやや深部で25 m以上の大きなすべりが、さらにその1分後以降に海溝軸付近で巨大なすべり(約70 m)が発生したことがわかった。岩手県沿岸で津波が大きかった原因は、海溝軸付近で遅れて発生した大きなすべりであった。このすべりは,津波地震として知られている1896年明治三陸津波地震と同じような場所で発生したが、2011年の方が大きかった。いっぽう、仙台平野への津波の浸水は、869年貞観地震のモデルとして提出されていたものと同様のプレート境界深部のすべりが主な原因であった。すなわち、東北地方太平洋沖地震は、869年貞観地震のようなプレート境界深部のすべりと、1896年明治三陸地震のような海溝軸付近のすべりがほぼ同時に発生したものであることがわかった。千島海溝沿いの超巨大地震の震源域の東側がどこまで破壊したかを推定するには、北海道の根室海峡沿岸の津波堆積物調査を実施することが必要となる。別海町から標津町の臨界低地において津波堆積物調査をおこなった結果、古津波堆積物の可能性の高い砂層2層を検出した。これに加えて今までの津波堆積物調査結果を総合的に判断すると、2500年前から350年前の間には,北海道東部の太平洋沿岸を襲う大規模な津波が4回発生したと考えられる。また,そのうちの2回は,根室海峡沿岸に到達した可能性がある。17世紀の千島海溝の地震について,北海道東部沿岸の津波堆積物調査により,標津では17世紀津波の痕跡が確認することができず,津波堆積物が砂層として確認できるのは別海から日高沿岸の門別までであることが分かった.岩手県宮古市の沿岸で15世紀以降に堆積した砂層を6層発見した.堆積構造,微化石分析,放射性炭素・鉛・セシウムを用いた年代測定から,これらは2011年東北地方太平洋沖地震,1960年チリ地震,1933年昭和三陸地震,1896年明治三陸地震,1611年慶長地震による津波堆積物であると推定された.2011年3月11日に発生した東北地方太平洋沖地震による津波高調査の結果を整理し,1896年明治三陸地震,1933年昭和三陸地震,1960年ならびに2010年チリ地震による津波高と比較することで,東北地方から関東地方に至る太平洋沿岸域において津波高を支配する要因を明らかにした.

また,環太平洋で記録された津波波形を解析し,太平洋全体の振動よりも波源や大陸棚での振動が卓越していることを明らかにした.2011年東北地方太平洋沖地震や2010年チリ地震による津波は,太平洋を横断すると,線形長波から計算されるよりも津波の到達が遅れ,初動が反転することについて,弾性変形する海洋底の弾性,海水の圧縮性,質量移動に伴う重力場の変化の影響が原因であることを明らかにした.また,これらの影響を考慮する手法を開発し,観測と計算波形の伝播時間差を解消し,初期反転位相を含む津波波形も再現することができた.2014年チリイキケ沖地震について,遠地地震波と津波・GPSデータから断層面上のすべり分布と破壊伝播速度の推定を行った.地震波からは震源時間関数が,津波・GPSデータからはすべりの空間分布が安定して推定できることがわかった三陸海岸で津波堆積物の調査を行い,沿岸の後背湿地において9層の砂質堆積物を発見した.放射性炭素・セシウム・鉛の同位体分析から,堆積年代を推定したところ,すべて15世紀以降の堆積物であることが分かり,歴史記録に残る津波及び高潮と対比した.これらのには,2011年東北地方太平洋沖地震,1933年・1896年三陸地震,1611年慶長地震などの津波が含まれる.17世紀に北海道東岸に津波堆積物を残した地震について,これまでのモデルに加えて,2011年東北沖地震を参照して,海溝軸付近で25mのすべりを加えたところ,沿岸湿地における津波堆積物の分布ならびに海岸段丘における津波堆積物の標高(最大18m)も再現することができた.新しいモデルのMwは8.8であり,千島海溝においてもM9クラスの巨大地震が発生していたことが明らかになった.20世紀に千島海溝で発生した地震によって発生した津波の波形を解析し,震源域の関係を調べた.その結果,1969年と1973年の地震は千島海溝沿いで隣り合う領域で発生し,大きなすべりの領域は重ならないこと,さらに1975年の地震は,1969年よりも海溝軸よりのプレート境界浅部で発生したことが分かった.これらの結果に基づき,日本周辺の巨大地震の発生履歴についてまとめた.千島海溝ではこれまで考えられてきた100年以下の繰り返し間隔で発生するM8クラスの地震の他に,約400年間隔でM9クラスの巨大地震が発生している.日本海溝でも,M8以下の地震の発生間隔は数十年だが,2011年東北沖地震クラスの巨大地震は約600年間隔で発生している.相模トラフでは大正型と元禄型の関東地震以外のタイプ・繰り返し間隔を持つものがありそうなこと,南海トラフでも歴史記録から明らかにされている大地震の規模はすべて同じではないことが分かってきた.これらはスーパーサイクルモデルを支持している.2011年東北地方太平沖地震は,プレート境界深部と海溝軸付近の両方がほぼ同時に破壊した.この新知見に基づいて,日本海溝で発生した869年貞観地震と千島海溝で17世紀に発生し北海道東部に津波堆積物をもたらした巨大地震の規模を再検討すると,ともにM8.8以上となった.北海道・岩手県・福島県では,さらに古い巨大地震による津波堆積物を発見した.日本海溝・千島海溝において,数十年間隔で繰り返し発生するM8クラスの地震の他に,約400600年間隔でM9クラスの巨大地震が発生したこと,すなわち,スーパーサイクルモデルが成り立つことが分かった.M9クラスの地震についての即時的な津波浸水予測方法も考案した.平成27年度予算を一部前倒しで執行したため,試料分析は予定よりも早く進んでいる.27年度が最終年度であるため、記入しない。
メロン交雑集団を用いた棚持ち性関連遺伝子座の特定

果実として非常に人気の高いメロンであるが,日本人が好むメルティング質でジューシーな果肉の品種の棚持ち性は良いとは言いがたい.メロン品種は様々な変異に富んでおり,果肉軟化が非常に緩慢で棚持ち性の高い品種が存在する.本申請では,棚持ち性の良い品種を親とした分離集団を利用して,GWAS解析などの遺伝解析を通じて,原因遺伝子座の特定を行う.マーカー作出に加え,最終的には遺伝子組換えなどで原因遺伝子の特定に繋げたい.果実として非常に人気の高いメロンであるが,日本人が好むメルティング質でジューシーな果肉の品種の棚持ち性は良いとは言いがたい.メロン品種は様々な変異に富んでおり,果肉軟化が非常に緩慢で棚持ち性の高い品種が存在する.本申請では,棚持ち性の良い品種を親とした分離集団を利用して,GWAS解析などの遺伝解析を通じて,原因遺伝子座の特定を行う.マーカー作出に加え,最終的には遺伝子組換えなどで原因遺伝子の特定に繋げたい.
Wntによるシグナルネットワーク制御と細胞応答制御の分子機構

Wntシグナルの制御機構とその異常による病態との関連を明らかにすることを目的とした解析を行い、次の点が明らかになった。(1) Wntシグナル経路の選択的活性化機構には受容体のエンドサイトーシスが重要であった。(2) Wnt5aによる細胞運動の制御はDvlとAPCの結合を介する微小管制御に基づいた。(3) Wnt5aの過剰発現はラミニンγ2の発現を誘導して、これが胃癌の悪性化を促進した。(4)抗Wnt5a抗体はin vivoで胃癌細胞の転移を抑制した。(5) Dvlは細胞分裂期に紡錘糸のキネトコアへの結合とチェックポイントの制御に関与した。本年度は、計画の初年度であり、Wntシグナル制御に重要な二つのリガント、Wnt5aとDickkopfl(Dkkl)に重点を置いて解析を行った。これまでに、Wnt5aが接着斑のターンオーバーを促進することを明らかにしていたが、その作用機構として、Wnt5a受容体Frizzled2がDvlを介してAPCと複合体を形成し、さらに、DvlとAPCが細胞接着斑のFAKやパキシリンと結合し活性化することを明らかにした。また、Frizzled2がインテグリンと隣接して局在することも見いだした。これは、Wnt5aがインテグリンシグナルと共に、細胞の接着や運動を制御する可能性を示唆した。Wnt5aはWnt3a依存性のβ-カテニンシグナルを抑制することも知られており、核内でβ-カテニンと転写因子Tcf4の結合を阻害されると考えられていた。しかし、Wnt5aはWnt3aが作用する受容体Frizzled2に競合して結合する結果、β-カテニン経路を抑制することが判明した。したがって、β-カテニン経路を抑制するための複数の経路が存在することが明らかになった。一方、Dkklはβ-カテニン経路を抑制する分子であるが、その阻害機構は解明されていなかった。今回、DkklはLRP6を細胞膜上の脂質ラフト画分から非脂質ラフト画分に移動させ、クラスリン依存性にインタナリーゼーションさせることにより、β-カテニン経路を抑制することが明らかになった。さらに、Dkklは低分子量Gタンパク質Rab5を介してLRP6を早期エンドソームに移行し、Rabllを介して細胞膜にリサイクリングさせた。しかも、リサイクリングしたLRP6は再びWnt3aとDkklに応答することが判明した。本年度はWntシグナルと癌との関連について下記のような結果を得た。癌は細胞周の異常に伴って生じることが知られている。Wntシグナル構成蛋白質のDvlの分裂期における局在を検討した。Dvlは主として、紡錘糸と中心体に局在した。また、ノコダゾールで紡錘糸を破壊すると、Dvlは染色体中央部に存在するキネトコアに局在した。Dvlをノックダウンすると、紡錘糸の軸が野生型に比して傾き、分裂した細胞の一つが接着面から離れる傾向にあった。また、Dvlは紡錘糸(+)端のキネトコアへの結合に関与した。すなわち、Dvlは微小管と細胞皮質およびキネトコアへの結合を促進することにより、細胞分裂極性を保つことが示唆された。さらに、Dvlは分裂期チェックポイントの制御に関する蛋白質のキネトコアへのリクルートに関与することが明らかになった。'これらの結果に一致して、Dvlをノックダウンすると、分裂期チェックポイントが働かなくなり、細胞周期制御が破綻した。このために、Dvlに異常があると、分裂期における染色体の分配が正常に行われなくても、細胞分裂が進行することが明らかになった。したがって、Dvlは他のWntシグナル分子と共に、異常が生じると癌化に結び付く可能性が示唆された。さらに、昨年明らかにしたWnt5aと胃癌との関連に加えて、本年度はWnt5aと前立腺癌の関連について解析を行った。前立腺癌においてWnt5aと悪性化との関連を解析したところ、98例中30例(約30%)に高発現していた。Wnt5aはGleason scoreの高い症例ならびに血清PSA値の高い症例に有意に発現していた。また、Wnt5aが高発現している症例では、術後再発する確率が高いことが明らかになった。さらに、前立腺癌細胞株からWnt5aを除去すると、その細胞運動能と浸潤能が減弱した。Wnt5aは前立腺癌細胞において受容体Fz2を介して、PKCを活性化し、matrix metalloproteinase l (MMP1)の発現を促進した。したがって、昨年度報告した胃癌と同様に、Wnt5aは前立腺癌においても進行度や予後判定のマーカーになると考えられた。

来年度は本研究の最終年度であるので、Wntシグナルによる細胞応答制御を総合的に解析したい。本年度は最終年度であり、Wntとヘパラン硫酸プロテオグリカンの関連、Wnt5a抗体を用いた癌細胞の機能抑制に関する解析を行った。プロテオグリカンは様々な成長因子と結合して、その空間的配置や機能を制御することによって多様な細胞機能に関与すると考えられている。プロテオグリカンの一つであるGlypican (GPC)はGPIアンカーによって細胞表面に結合しており、Wntシグナルに関与することが報告されている。私共はこれまでにWntβ-カテニン経路の活性化時に起きる受容体LRP6のリン酸化やカベオリン依存性エンドサイトーシスは、脂質ラフトと呼ばれるシグナル伝達の足場となるマイクロドメインで起きることを明らかにしてきた。GPC4は脂質ラフトに局在し、Wntと結合し、受容体のエンドサイトーシスを促進することにより、β-カテニン経路を活性化した。これらの結果はGPC4が脂質ラフトにWntを集積することによりβ-カテニン経路がより活性化しやすい環境を作り出していることを示唆した。また、GPC4は非脂質ラフトにも局在し、このGPC4はβ行カテニン非依存性経路を活性化した。GlypicanはGPIアンカーの部分がリパーゼによって切断されることで、細胞膜から解離することが知られている。細胞膜から解離したGPC4 ectodomainはWntと結合する性質は維持されていたが、細胞膜上のGPC4と異なり、β-カテニン経路とβ-カテニン非依存性経路を抑制した。細胞膜から解離したGPC4 ectodomainはWnt3aやWnt5aとそれらの受容体との結合を阻害した。このようにGlypicanがWntシグナルを制御するには脂質ラフトと非脂質ラフトに局在すること、また、細胞膜にアンカーしているか、あるいは細胞膜から解離しているか等の性質が重要であり、Glypicanのこれらの性質がどのようにコントロールされているのかを解析することが今後重要になってくると考えられた。
暑熱環境下の体温上昇を抑制する中枢制御機構の解明

暑熱環境下における体温調節機構を理解することが、“より良い暑熱対策を見出す"ためには必要である。本研究は、暑熱環境下のニワトリ中枢性神経ペプチドY(NPY)について、(1)体温降下作用と暑熱ストレス緩和作用、(2)標的細胞内におけるシグナリング・カスケード、(3)関連する生理活性物質の役割を明らかにすることで、暑熱環境下におけるニワトリ体温調節機構の解明を目指すものである。
溶媒抽出系における界面反応の速度論理的研究

キレート抽出系、イオン会合抽出系及び協同抽出系における界面反応の寄与を見い出し、さらに、抽出速度におけるその割合について検討した。1)キケ-ト抽出系:フォトダイオードアレイ分光光度計を検出器とする高速撹拌装置を用いて、5-ノニルサリチルアルデヒド(p50)によるニッケル(II)の抽出速度とp50の界面吸着量との関係を検討し、界面での1:1錯体の生成反応が抽出速度の律速過程であることを明らかにした。界面での錯体成反応はは、Eigen機構により説明された。一方、ピリジルアゾ化合物の一つである5-Br-PADAPによるニッケル(II)の抽出速度においては、抽出系での錯生成速度が遅く、かつ、生成錯体が界面吸着性を示す点で、2-ヒドロキシオキシムとは異なる様相を示した。界面での錯生成反応はEigen機構ではなく、配位子の閉環反応が律速となっている可能性が示唆された。2)イオン会合抽出系:テトラフェニルポルフィリン(TPP)のトルエン溶液により、塩酸、過塩素酸及びトリクロロ酢酸が抽出されることを見い出した。この機構は、TPPのプロトン付加体と陰イオンとのイオン会合抽出であることを明らかにし、抽出定数を決定した。このとき界面にイオン対が吸着することを速度撹拌法により測定し、吸着定数を決定した。この界面反応は、撹拌光学セル法、テフロンキャピラリー法、及びメンブランフィルター法により直接的に実証された。また、水溶性のイオン性ポルフィリンは、イオン性界面活性剤と共に界面イオン会合吸着を示すことを、全内部反射蛍光光度法により測定した。界面イオン会合吸着は、外部電場により影響を受けた。3)協同抽出系:高速撹拌法によりブチルジチゾンと1,10-フェナントロリンによるニッケル(II)の抽出速度を測定し、抽出反応の中間体として、界面吸着化学種の存在を明らかにした。金属イオンの溶媒抽出速度における液液界面の役割を明かにすることを目的として本研究を行ない、平成5年度は以下のような知見を得た。1.フォトダイオードアレイ分光光度計を検出器とする高速撹拌法により、5-ノニルサリチルアルデヒドによるニッケル(II)の抽出速度と試薬の界面吸着量の同時測定を行なった。抽出初速度のニッケル(II)イオン濃度、水素イオン濃度、および試薬の界面吸着量への依存性により、界面における1:1錯体の生成過程が律速段階であることを明らかにした。2.また、同法により、ブチルジチゾンと1,10-フェナントロリンによるニッケル(II)の協同抽出速度の測定を行ない、抽出反応の中間体としての界面吸着化学種の存在を明らかにした。そして、その生成速度と消失速度を解析し、速度定数を決定した。3.界面反応の直接吸光光度測定法として、撹拌光学セル法とテフロンキャピラリープレート法を開発した。前者は、撹拌分散状態の二相を薄型セル内に連続循環した状態で、後者では、テフロンプレートのキャピラリー中に有機相を保持させ、水相内に固定した状態で、ともに界面および有機相の透過吸収スペクトルを測定するものである。これらの方法により、界面におけるテトラフェニルポルフィリン(TPP)のプロトン付加反応が測定された。4.テフロンメンブランフィルターに有機相を含浸させ、酸水溶液と塩化カリウム水溶液で挟み、両側に直流電場を印加すると、酸水溶液側で起こるTPPのプロトン付加反応が制御できることを見出した。この現象は、新しい界面反応の制御法として展開できるものと考えられる。キレート抽出系およびイオン会合抽出系について、界面反応の平衡と速度を検討した。

1.テトラフェニルポルフィリンのトルエン溶液による塩酸、過塩素酸、トリクロロ酢酸のイオン会合抽出における吸着定数を,高速撹拌法により決定した。そして、抽出定数と吸着定数における逆比例関係を明らかにした。2.さらに、上記の抽出系における抽出速度を、ストップフロー法により検討した結果、ニプロトン付加体の吸着速度は、有機相中におけるポルフィリンの拡散速度により支配されていることが明らかとなった。3.水溶性ポルフィリンのイオン性界面活性剤との界面イオン会合吸着現象を、全内部反射蛍光光度法により見い出した。4.ピリジルアゾ化合物によるニッケル(II)のキレート抽出過程における界面錯生成反応速度を測定した。ヘプタンを溶媒としたときは、錯体は抽出されずに完全に吸着したが、トルエンの場合は抽出と吸着が同時に進行した。以上の結果を、平成5年度の結果と合わせて総括した。
日常視を反映した新規緑内障機能評価指標の開発

本研究の目的は「日常視に近い条件(両眼開放下)での視野検査を利用した早期緑内障機能異常プログラムの開発と、日常視に近い視機能評価指標の臨床応用を目指すこと」である。近年モニタディスプレイ型で両眼開放しながらそれぞれの眼の感度測定可能な視野検査計が登場した。従来視野検査は片眼毎遮蔽し、それぞれの眼の感度を計測していたが、この環境は日常視状態とは全く異なる。本研究では新しい検査プログラムを開発する。
ヒト歯根膜細胞による破骨細胞抑制因子(OPG)の発現量を増大させる物質は何か?

(1)レポーターベクターの作製ヒト骨芽細胞株SaOs2のDNAを抽出し、過去に活性が高いことで報告されているOPGのプロモーター領域(2kbp)(Thirunavukkarasu et al. J Biol Chem 276:39,36241,2001)をPCRにて増幅し、その後Renillaルシフェラーゼベクターとライゲーションを行いOPGのレポーターベクターの作製に成功した。またRANKLについては、Reddy博士(サウスカロライナ医科大学)よりFirenyルシフェラーゼベクターにプロモーター領域(2kbp)をライゲーションしたベクターの供与を受けた。(2)歯根膜細胞への遺伝子導入抜去した歯牙より得られた歯根膜から培養皿上へ遊離してきた細胞に、OPGまたはRANKLのレポーターベクターをコントロールベクターと共に同時に遺伝子導入する。その際、プライマリーの細胞の核に高い導入効率を有し、さらに導入の際に生じる死細胞の数が圧倒的に少ないという実績を持つ遺伝子導入装置(AMAXA)を用いた。(3)レポーターアッセイ遺伝子導入したヒト歯根膜細胞にLypopolysaccharide(LPS)を添加し、OPGおよびRANKLの発現について今回購入したルミノメーターを用いてアッセイを行ったところ、OPG, RANKLともに発現が誘導されるが、OPGの方がより多く合成されていることが明らかになった。今後さらに、これらのプロモーターに結合する転写因子について解析し、歯根膜細胞に働くLPSの情報伝達機構について解明することで、細菌感染による炎症の拡大を防ぐことができる新薬の開発につなげていこうと考えている。またこのような作用を持つ物質を歯科材料に配合することで、逆根管充填剤への応用についても検討している。(今回の研究は九州大学歯学研究院の生命倫理委員会にて認可されている)(1)レポーターベクターの作製ヒト骨芽細胞株SaOs2のDNAを抽出し、過去に活性が高いことで報告されているOPGのプロモーター領域(2kbp)(Thirunavukkarasu et al. J Biol Chem 276:39,36241,2001)をPCRにて増幅し、その後Renillaルシフェラーゼベクターとライゲーションを行いOPGのレポーターベクターの作製に成功した。(今回の研究は九州大学歯学研究院の生命倫理委員会にて認可されている)
特異量子磁性を示した新奇d電子系物質M2(OH)3Xの単結晶成長と磁気構造決定

磁気的相互作用が均一でも幾何学的空間配置に起因してフラストレーションが生じ得る。最近、これら構造の新奇磁性が注目されている。Harrisらによって4面体スピン配置をもつ希土類強磁性体パイロクロアHo_2Ti_2O_7においてスピンアイスという従来予想外の状態が報告され、また同物質系の反強磁性体では量子液体状態の可能性が示唆され、これら均一結晶系での新しい量子相の性質が強い関心を集め、磁性研究のもっとも活発なトピックの一つになっている。申請者は近年量子スピン系Cu2(OH)3Cl,Co2(OH)3Cl,Co2(OH)3Br,Ni2(OR)3Cl等における特異フラストレーション磁性を発見した。Cu2(OH)3Clは初めてのS=1/2量子スピンのパイロクロア構造で、且つ部分スピン液体状態の可能性が高いという評価を得ている。Co2(OH)3Clでは揺らぎを伴った強磁性相の存在、Co2(OH)3BrではCo2(OH)3Clと同じ結晶構造と磁気イオンにも関わらず複雑な逐次相転移と磁場誘起相転移の存在、Ni2(OH)3Clでは既存理論で説明できない新奇なダイナミック反強磁性磁気秩序、等の新奇量子磁性状態を観測した。本応募研究課題は2年間の期間中、特に興味高い量子磁性を示した物質に絞って純良単結晶の作製とこれらに基づく磁気構造の決定を目指した。これらによって、スピン揺らぎと秩序の共存と相転移の条件、及び新奇秩序がもたらす物理を明らかにすることを目標とした。本研究によって多くの新規物質の合成を行い、磁化、比熱、中性子散乱、μSR測定により基本物性の把握を完了した。特に人工カゴメ物質の創製に成功し、新奇磁性を観察し、論文公表を行った。平成23年度以降はPhysical Review B論文1編を含め、論文多数を公表した。目的はほぼ達成し、多数の論文公表を行った。今後は水酸塩化物で磁気・格子の相関に起因する他の特性を調査し、マルチフェロ等への応用を試みる。申請者は近年量子スピン系Cu2(OH)3Cl,Co2(OH)3Cl,Co2(OH)3Br,Ni2(OH)3Cl等における特異フラストレーション磁性を発見した。れによって、スピン揺らぎと秩序の共存と相転移の条件、及び新奇秩序がもたらす物理を明らかにする。粉末多結晶合成がすでに完了し、磁化、比熱、中性子散乱、μSR測定により基本物性の把握をほぼ完成している。また、一部物質に関しては0.1mm-1mm程度の単結晶化に成功している。22年度は特にFe2(OH)3ClとCo2(OH)3Brという二つの物質において磁気相転移及び磁気構造の解明を含む磁性解明に成功し、二つの物質における特異フラストレーション磁性を明らかにした。特にCo2(OH)3Brにおける複雑な逐次相転移と磁場誘起複数相転移の存在を初めて発見した。

本応募研究課題は2年間の期間中、特に興味高い量子磁性を示した物質に絞って純良単結晶の作製とこれらに基づく磁気構造の決定を目指した。これらによって、スピン揺らぎと秩序の共存と相転移の条件、及び新奇秩序がもたらす物理を明らかにすることを目標とした。本研究によって多くの新規物質の合成を行い、磁化、比熱、中性子散乱、μSR測定により基本物性の把握を完了した。特に人工カゴメ物質の創製に成功し、新奇磁性を観察し、論文公表を行った。平成23年度以降はPhysical Review B論文1編を含め、論文多数を公表した。目的はほぼ達成し、多数の論文公表を行った。今後は水酸塩化物で磁気・格子の相関に起因する他の特性を調査し、マルチフェロ等への応用を試みる。
下大静脈留置ハイブリッド化人工血管の開発

流血中の骨髄由来血管内皮前駆細胞により内皮化を生じた小口径人工血管の開発を目的として実験を行った。末梢血液を採取し、In vitroで血管内皮前駆細胞を分離後に血管内皮細胞へ分化させ人工血管に播種する試みも行われているが、設備と時間を要するため、実用化されたとしても一般病院での臨床使用は困難である。このため設備を用いずに簡便に短時間に血管内皮前駆細胞の人工血管への播種が可能な手技開発を目的に実験を行った。1.ポリウレタンカテーテルへのCD34抗体固相化ポリウレタンカテーテル表面にポリスチレンビーズを用いて表面のポリスチレン加工を施行した。次にCD34抗体溶液にovernightで浸漬し、ポリスチレンビーズ表面へのCD34抗体固相化を行った。これによって、カテーテルの一部にCD34抗体固相化ポリスチレンビーズ付着させたカテーテルを作成した。2.CD34抗体固相化ポリウレタンカテーテルへの移植実験イヌ外頸静脈よりCD34抗体を部分的にポリスチレンビーズを介して固相化させた、ポリウレタンカテーテルを挿入移植した。1週間後に摘出し、CD34抗体固相化ポリウレタンカテーテルとCD34抗体非固相化ポリウレタンカテーテルとの比較検討を行った。その結果、CD34抗体非固相化ポリウレタンカテーテルに較べCD34抗体固相化ポリウレタンカテーテルでは血栓の付着が軽度であった。流血中に存在する血管内皮前駆細胞がCD34抗体固相化ポリウレタンカテーテル表面において、CD34抗体と抗原抗体反応により接着し、同部位において血管内皮前駆細胞から血管内皮細胞への分化が生じ抗血栓性を獲得したことにより、血栓付着が抑制されたものと考えられた。2.CD34抗体固相化ポリウレタンカテーテルへの移植実験イヌ外頸静脈よりCD34抗体固相化ポリウレタンカテーテルを挿入移植した。その結果、CD34抗体非固相化ポリウレタンカテーテルに較べCD34抗体固相化ポリウレタンカテーテルでは血栓の付着が軽度であり、CD34抗体と反応した血管内皮前駆細胞の関与の可能性が考えられた。1、ポリウレタンカテーテルへのCD34抗体固相化ポリウレタンカテーテル表面ポリスチレンビーズを用いて表面のポリスチレン加工を施行した。
マメ科植物の根粒形成関与遺伝子のトランスポゾンタギングによる分離

本研究では、第一にマメ科植物でトランスポゾンタギングを行うモデル植物を選択するため、ミヤコグサ(L japonicus Gifu strain)とMedicago trancaturaを用いて実験を行った。ミヤコグサではDs導入株1株を得たが、形質転換される率は大変低いものであった。M truncatulaではさまざまな培地組成を検討したにもかかわらず形質転換株は得られていない。一般にマメ科植物は形質転換が困難であると言われている。そこで、ミヤコグサを用いて無菌植物の芽生えに直接Agrobacteriumを感染させる方法およびパーティクルガンを用いた方法でAc,Dsの導入を試みた。具体的データは得られていないが、予備的実験の結果、ミヤコグサでは、Agrobacteriumを感染させない状態でのカルスからのシュート形成率は19.4%であった。この値は、他のマメ科植物と比較して著しく高い値であり、ミヤコグサにおいてAc,Dsの導入効率の低さはAgrobacteriumの感染の低さに起因していることを明らかとした。次に、ダイズのいわゆるスーパーノジュレーション変異(nts382)を用いて、ディファレンシャルディスプレイ法でnts遺伝子を選び出すことを試みた。結果、ディスプレイにおいて、発現に違いが見られた5クローンを配列解読後、ノーザン解析を試みたが、親株と変異株に発現の差は見られず、目的の遺伝子は得られなかった。第三に、根粒形成の初期に発現が調節されている遺伝子について、根粒形成場所が特定できる植物であるセスバニアを用いてディスプレイ法で遺伝子をスクリーニングした。結果、8個の候補遺伝子をクローニングし、塩基配列を解読した。これらの発現については分析中である。本年度は、ミヤコグサおよびアルファルファを用いてトランスポゾンタギングを行うため、ミヤコグサ(Gifu strain)およびアルファルファ(ランジェランダダ-)を用いてトウモロコシのトランスポゾンの系(AcおよびDs)を導入することを試みた。ミヤコグサではグリーンカルスの形成率は高いが、最終的にシュート形成し、形質転換植物になるものはなかった。アルファルファではシュート形成の率が高く、最終的にDs導入では3つの個体を得、Ac導入では個体は得られていない。アルファルファについては、当初試行錯誤を繰り返していたが、一定の条件で形質転換植物を得る方法が確立された。この研究では、マメ科植物の共生的窒素固定に係わる遺伝子群を植物と根粒菌(茎粒菌も含む)の双方で分離および構造解析を行い、最終的には非マメ科栽培植物に根粒形成能を付与し、窒素固定能を付けさせることが目的である。本年度はマネ科植物のタギングについて以下の実験を行うと同時にジャケツイバラ科の根粒形成能についても検討した。ミヤコグサおやよびアルファルファを用いてトランスポゾンタギングを行うため、ミヤコグサ(Gifu strain)およびアルファルファ(Medicago truncatula)を用いてトウモロコシのトランスポゾンの系(AcおよびDs)を導入することを試みた。アルファルファでは昨年度行ったランジェランダーという品種では形質転換の効率は高かったが、M.truncatulaではさまざまな培地組成を検討したにもかかわらず形質転換株は得られていない。アルファルファのランジェランダーは形質転換の容易なものとされているが、4倍体であるためタギングには使用できない。L.japonicusやM.truncatulaでタグングの系を作らなければならないが、より形質転換の容易な植物の検索も必要となろう。ジャケツイバラ科はほとんど種で根粒形成しないが、ごく一部の種で根粒形成が観察されている。

ジャケツイバラ科の根粒形成の有無がどのように決定されるのかを解明することは、栽培作物に窒素固定力を付与するためのヒントを与える可能性がある。そこで、ジャケツシバラ科の根粒形成種カワラケツメイと非形成種エビスグサの性状を比較した。結果、非形成種では抗菌物質として機能するフラボノイド様化合物の分泌が形成種と比較して著しく多いことが分かった。そこで、エビスグサを大量の水耕液で栽培し、土壌を添加したところ根粒様構造が形成された。この根粒様構造よりmRNAを抽出し、RT-PCRをおこなっても初期ノジュリンの発現は見られなかった。いずれにせよ、ジャケツイバラ科の根粒非形成種も根粒形成能を有する可能性が示唆された。本研究では、第一にマメ科植物でトランスポゾンタギングを行うモデル植物を選択するため、ミヤコグサ(L japonicus Gifu strain)とMedicago trancaturaを用いて実験を行った。ミヤコグサではDs導入株1株を得たが、形質転換される率は大変低いものであった。M truncatulaではさまざまな培地組成を検討したにもかかわらず形質転換株は得られていない。一般にマメ科植物は形質転換が困難であると言われている。そこで、ミヤコグサを用いて無菌植物の芽生えに直接Agrobacteriumを感染させる方法およびパーティクルガンを用いた方法でAc,Dsの導入を試みた。具体的データは得られていないが、予備的実験の結果、ミヤコグサでは、Agrobacteriumを感染させない状態でのカルスからのシュート形成率は19.4%であった。この値は、他のマメ科植物と比較して著しく高い値であり、ミヤコグサにおいてAc,Dsの導入効率の低さはAgrobacteriumの感染の低さに起因していることを明らかとした。次に、ダイズのいわゆるスーパーノジュレーション変異(nts382)を用いて、ディファレンシャルディスプレイ法でnts遺伝子を選び出すことを試みた。結果、ディスプレイにおいて、発現に違いが見られた5クローンを配列解読後、ノーザン解析を試みたが、親株と変異株に発現の差は見られず、目的の遺伝子は得られなかった。第三に、根粒形成の初期に発現が調節されている遺伝子について、根粒形成場所が特定できる植物であるセスバニアを用いてディスプレイ法で遺伝子をスクリーニングした。結果、8個の候補遺伝子をクローニングし、塩基配列を解読した。これらの発現については分析中である。
シリコン融液表面の放射冷却による薄板状結晶成長とガスフロートへの挑戦

本研究では、太陽電池用シリコン基板のコスト低減のため、融液から直接薄板状結晶を成長させる手法を提案した。従来手法では大型インゴットを切断、スライスすることにより薄板状基板を作製しているが、このスライス工程で切削屑により歩留まりが50%となっていた。本研究は、放射冷却を制御することにより融液表面で薄板状結晶を成長させることを目的とした。その結果、融液上面に設置した冷却プレートの位置の変化により、過冷却度を5°C変化できることを計算により示した。また、結晶成長の結果より基板と同じ方位の薄板結晶が得られることが分かった。したがって、本手法を用いることで高品質な薄板結晶を成長できることが示唆された。本研究では、シリコン融液の放射冷却により太陽電池基板として利用可能な薄板状結晶を連続的に製造するアイディアの実証を試みている。具体的には、シリコン融液の表面を上部空間から放射冷却を行うことで、熱のマネジメントを行い、融液表面に薄板状の結晶を成長させる基礎検討を行う。さらに、成長した薄板状結晶を、気体を均質に噴出させた多孔質材(ガスベット)上に引き出し、浮上保持させる。本年度は、放射冷却による薄板状シリコン結晶成長装置と、ガスフロート法による薄板状シリコンの保持を実証する装置の整備を主たる目的とし、成長装置の問題点の把握とその対策を行うとともに、薄板状シリコン結晶成長の制御因子を解明するための基礎研究を開始した。結晶成長装置は、1450°Cまでの昇温が可能であり、シリコンを溶融する熱環境が安定して実現できることを確認した。しかし、シリコンの溶融を行う予備実験の過程において、ルツボ内のシリコン融液表面に不均一核形成の原因となる粉状の物質が浮遊することが問題となった。粉状の物質の成分分析の結果、断熱材起因であることが明らかとなり、その表面状態を改善するとともに、ルツボに汚染防止機構を導入することで対応することとした。また、当初試作したガスベッドの流路抵抗が、高温環境では増大し、ガスの流れが十分でないという問題が生じた。この問題に対しては、いくつかの部材に対して実際に流路抵抗特性を実測し、高温耐性があり、かつ抵抗値の低い部材を選定した。本研究は太陽電池用シリコン基板のコストを低減させるため、シリコン融液表面から直接薄板状結晶を成長させる手法を提案した。従来の基板作製プロセスでは大型インゴットを切断、スライスすることにより薄板状基板を作製している。しかし、このスライス工程において基板と同程度の切削屑が発生し歩留まりが低下してしまう。そこで本研究は、シリコン融液直上に冷却プレートを配置し、放射冷却を制御することにより融液表面で薄板状結晶を成長させることを目的とした。目的とする基板を得るためには、融液表面で薄く均一で正方形の結晶が必要であり、これには精密な炉内温度のマネジメントが不可欠である。そこで、本研究で独自に開発した結晶成長炉に対して熱輸送計算により温度分布のシミュレーションを実施した。その結果、シリコン融液の上面に設置した冷却プレートの位置を変えることにより、融液内部の温度分布が大きく変化することを確認した。また、具体的に融液表面の中心部の温度を5°Cの範囲で制御できることを計算により示した。これらの知見を利用することで、結晶品質の向上や成長した結晶の外形制御が可能と考える。次に、上記の結晶育成炉を用い成長実験を行った。その結果、種結晶と同じ方位の薄板状結晶が作製できることを確認した。これらの実験は本手法の有用性を十分に示した結果と考える。また、本研究の知見を用いることでより高品質な薄板状シリコン結晶を成長できる可能性も示すことが出来た。材料工学放射冷却による薄板状シリコン結晶成長装置と、ガスフロート法による薄板状シリコンの保持を実証する装置の整備を行うという初年度計画については、おおむね順調に実施できたため。放射冷却による薄板状シリコン結晶成長の成長実験を継続して行うとともに、ガスフロート法による薄板状シリコン結晶の保持の実証と、成長した薄板状シリコン結晶の太陽電池用基板としての特性評価を行う。研究代表者の異動による研究設備移設などの影響で、研究が実施できない期間が生じたため。結晶成長実験の部材、雰囲気ガス、化学薬品、原料などの消耗品を中心に支出する予定である。