hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
パーティクルガンによるトランスジェニック木本植物の育成

2年間で達成した成果は以下のとおりである。1)組織片からの木本性植物体再生:ヒノキ葉片とポプラシュート組織片からの個体再生条件を検討した。前者では3-5鱗片葉/1再分化シュート、後者では2-5再分化シュート/2mm厚切片の割合で再分化シュートが再生した。培地を交換することによって、発根するが、定量化していない。2)一年を通じて無菌的に組織片を培養するためには、若い萌芽枝から無菌苗を作ることが必須であった。無菌的シュート培養することによって、季節によらずに実験できるようになった。3)両刃剃刀を2mm厚にならべることによって、多数のシュート木口切片(500-1000枚)を数分で得ることが可能になった。これによって、ポプラ切片からの個体再生数を飛躍的に増加させることができる。これとは別に自作した切片作成器によって、遺伝子導入のための薄切片(0.5mm厚)を無菌的に調製した。4)薄切したポプラ組織を用いて、金粒子上にpBI122(35SプロモーターとGUSのキメラ遺伝子)をコーティングし、森川の開発した圧縮空気圧式パーティクルガンでこの遺伝子を打ち込んだ。1)前処理をしないポプラ切片の遺伝子発現効率(GUSによる一過性発現)は、形質転換植物個体を得るには1-40スポット/プレートと低かった。2)同様の実験を前処理をしたポプラ切片で行なったところGUSの遺伝子発現効率が200-500スポット/プレートと飛躍的に増加し、形質転換個体を得ることのできる水準に達した。5)ポプラに関しては形質転換個体を得る目処がついたので、当研究室で遺伝子導入を行なうために、装置の自作を行った。いくつかの方式を検討した結果、ラプチャーディスク方式を採用した。2度にわたる装置の改良で、性能・操作性が向上した。実際に、この装置によって一過性の遺伝子発現を検討したが、その発現レベルは4)-1)程度であった。現在、遺伝子発現のレベルを高める条件をさらに検討している。これらから発根はするが、定量化には至っていない。無菌的シュート培養することによって、季節によらず実験できるようになった。3)両刃剃刃を2mm厚にならべることによって、多数のシュート木口切片(500-1000枚)を数分で得ることが可能になった。4)薄切したポプラ組織を用いて、金粒子上にpBI122(35SプロモーターとGUSのキメラ遺伝子)をコーティングし、圧縮空気圧式パーティクルガンでこの遺伝子を打ち込んだ。

1)前処理をしないポプラ切片の遺伝子発現効率(GUSによる一過性発現)は、形質転換植物個体を得るには1-40スポット/プレートと低かった。2)同様の実験を前処理をしたポプラ切片で行なったところGUSの遺伝子発現効率が200-500スポット/プレートと飛躍的に増加し、形質転換個体を得ることのできる水準に達した。現在、この現象の再現性と原因を確認するために研究を継続中である。2年間で達成した成果は以下のとおりである。1)組織片から木本性植物体再生:ヒノキ葉片とポプラシュート組織片からの個体再生条件を検討した。前者では3-5鱗片葉/1再分化シュート、後者では2-5再分化シュート/2mm厚切片の割合で再分化シュートが再生した。培地を交換することによって、発根するが、定量化していない。2)一年を通じて無菌的に組織片を培養するためには、若い萌芽枝から無菌苗を作ることが必須であった。無菌的シュート培養することによって、季節によらずに実験できるようになった。3)両刃剃刀を2mm厚にならべることによって、多数のシュート木口切片(500-1000枚)を数分で得ることが可能になった。これによって、ポプラ切片からの個体再生数を飛躍的に増加させることができる。これとは別に自作した切片作成器によって、遺伝子導入のための薄切片(0.5mm厚)を無菌的に調製した。4)薄切したポプラ組織を用いて、金粒子上にpBI122(35SプロモーターとGUSのキメラ遺伝子)をコーティングし、森川の開発した圧縮空気圧式パーティクルガンでこの遺伝子を打ち込んだ。5)ポプラに関しては形質転換個体を得る目処がついたので、当研究室で遺伝子導入を行なうために、装置の自作を行った。いくつかの方式を検討した結果、ラプチャーディスク方式を採用した。2度にわたる装置の改良で、性能・操作性が向上した。実際に、この装置によって一過性の遺伝子発現を検討したが、その発現レベルは4)-1)程度であった。現在、遺伝子発現のレベルを高める条件をさらに検討している。
耐性ウイルスに有効な抗HIV薬及びコレセプターを基礎にしたワクチンの開発

HIV固有の産物に直接作用する阻害剤等はウイルスの持つ易変異原性のため,耐性ウイルスの出現を容易にし,人類のエイズ制圧の夢を打ち砕いている.申請者等は細胞性因子に一次的に作用し,その結果,bystander効果的にHIV-1を不活性化する生化学的反応を考え,タンパク質のN-ミリストイル(N-Myr)化反応に着目し,次の研究成果を得た.HIV-1におけるgagタンパク質のN-Myr基は,ウイルスの組み立て,感染性を獲得するために必須で,特にN-Myr化が阻害されると,precursor gagタンパク質はprocessされず,しかもgagとenvは小胞体上で会合せず,感染性を消失する.また,precursor gagタンパク質の大量蓄積はenv mRNAからの翻訳を阻害することを明らかにし,本研究の所期の目的を達成することができた.なお,本研究結果を非Myr化変異株を作製し確認した.次に申請者らは,エイズウイルスの爆発的な転写は,細胞の転写活性化タンパク質nuclear factor kB(NF-kB)及びHIV-1 transactivator(Tat)によって営まれ,この爆発的転写を抑えるために,申請者らが取組んできた方法に加え,細胞性因子とウイルス因子を同時に抑える手段を考え,NF-kBとTatの活性チオール基に注目した.NF-kBのチオール基はNF-kBの活性化,核酸への結合に必須であり,Tatのチオール基はZn-フィンガー形成に必須である.1剤で両活性を阻害できれば,HIVの爆発的増殖を抑制することができる.チオール基との反応は,-S-S-形成反応,-S-S-交換反応が最も効果的であるので,生体内・天然に存在するジスルフィド化合物を調べ,チアミンの前駆体として化学合成されたチアミンジスルフィドのジミリストイル化合物が高い抗HIV活性を有することを発見した.本剤は,チアミンジスルフィドの2水酸基に2ミリストイル基を導入し,脂質移行性及び-S-S-の反応性を高めた化合物で,培養細胞に対する細胞毒性は著しく低い.マウスに対する急性毒性(LD_<50>)は,630mg/kgで,サルエイズに対してはLD_<50>の1/20量で十分に有効で,エイズ発症サルに対し,投与開始2週間後からCD4陽性細胞の著しい上昇とCD8陽性細胞増加が認められ,血液中からSIVが検出限界以下に低下し,その作用は約6ヶ月間続いた.ヒトに対しては,100200mg/day12回腸溶カプセル投与により,有効であることが推定できる.製剤化についで現在検討中である.HIV-1感染を防止するワクチンの開発はHIV-1ウイルスに基礎を置くワクチンが研究されたが,HIV-1感染防止することのできるワクチンの開発までには至らず,ことごとく失敗している.このような現状で,申請者等はHIV-1の両第2受容体に注目し,その分子中,CXCR4及びCCR5の第2ループの小ループに注目し,各5残基からなるキメラ環状ドデカペプチドを合成し,単クローン抗体を調製した.この抗体はHIV-1の感染を劇的に防止し,極めて有効であることがわかった.HIV固有の産物に直接作用する阻害剤等はウイルスの持つ易変異原性のため,耐性ウイルスの出現を容易にし,人類のエイズ制圧の夢を打ち砕いている.申請者等は細胞性因子に一次的に作用し,その結果,bystander効果的にHIV-1を不活性化する生化学的反応を考え,タンパク質のN-ミリストイル(N-Myr)化反応に着目し,次の研究成果を得た.HIV-1におけるgagタンパク質のN-Myr基は,ウイルスの組み立て,感染性を獲得するために必須で,特にN-Myr化が阻害されると,precursor gagタンパク質はprocessされず,しかもgagとenvは小胞体上で会合せず,感染性を消失する.また,precursor gagタンパク質の大量蓄積はenv mRNAからの翻訳を阻害することを明らかにし,本研究の所期の目的を達成することができた.なお,本研究結果を非Myr化変異株を作製し確認した.次に申請者らは,エイズウイルスの爆発的な転写は,細胞の転写活性化タンパク質nuclear factor kB(NF-kB)及びHIV-1 transactivator(Tat)によって営まれ,この爆発的転写を抑えるために,申請者らが取組んできた方法に加え,細胞性因子とウイルス因子を同時に抑える手段を考え,NF-kBとTatの活性チオール基に注目した.NF-kBのチオール基はNF-kBの活性化,核酸への結合に必須であり,Tatのチオール基はZn-フィンガー形成に必須である.1剤で両活性を阻害できれば,HIVの爆発的増殖を抑制することができる.チオール基との反応は,-S-S-形成反応,-S-S-交換反応が最も効果的であるので,生体内・天然に存在するジスルフィド化合物を調べ,チアミンの前駆体として化学合成されたチアミンジスルフィドのジミリストイル化合物が高い抗HIV活性を有することを発見した.本剤は,チアミンジスルフィドの2水酸基に2ミリストイル基を導入し,脂質移行性及び-S-S-の反応性を高めた化合物で,培養細胞に対する細胞毒性は著しく低い.マウスに対する急性毒性(LD_<50>)は,630mg/kgで,サルエイズに対してはLD_<50>の1/20量で十分に有効で,エイズ発症サルに対し,投与開始

2週間後からCD4陽性細胞の著しい上昇とCD8陽性細胞増加が認められ,血液中からSIVが検出限界以下に低下し,その作用は約6ヶ月間続いた.ヒトに対しては,100200mg/day12回腸溶カプセル投与により,有効であることが推定できる.製剤化についで現在検討中である.HIV-1感染を防止するワクチンの開発はHIV-1ウイルスに基礎を置くワクチンが研究されたが,HIV-1感染防止することのできるワクチンの開発までには至らず,ことごとく失敗している.このような現状で,申請者等はHIV-1の両第2受容体に注目し,その分子中,CXCR4及びCCR5の第2ループの小ループに注目し,各5残基からなるキメラ環状ドデカペプチドを合成し,単クローン抗体を調製した.この抗体はHIV-1の感染を劇的に防止し,極めて有効であることがわかった.
肝移植における常温酸素化灌流のグラフト肝保存効果の研究

実験計画に従い、2018年年度では2回のブタ肝灌流実験を行った。いずれの実験も細胞外液型電解質組成、糖濃度、アミノ酸濃度を調整した灌流液に抗凝固薬としてヘパリンを混注した灌流液に、1回目は酸素運搬体としてブタ血液を10%配合した灌流液を用いて12時間の常温酸素化灌流保存実験を行い、2回目はブタ血液を30%配合した灌流液を用いて12時間の常温酸素化灌流保存実験を行った。いずれの実験も12時間の常温酸素化保存観察においてトラブルなく終了した。1回目の酸素運搬体としてブタ血液を10%配合した実験では灌流前肝重量765gが灌流後肝重量971gと26.9%の重量増であり、2回目の酸素運搬体としてブタ血液を30%配合した実験では灌流前肝重量781gが灌流後肝重量993gと27.1%の重量増であった。常温酸素化灌流においては、血栓の出現による灌流不全のリスクがあるが、今回の実験においては常温酸素化灌流中、ヘパリンを混注した灌流液を用いることにより血栓の出現は防ぐことができ、灌流圧の上昇は認めなかった。また常温酸素化灌流装置には人工心肺用の人工肺を酸素化装置として用いているが、酸素流量をコントロールすることにより、灌流中の灌流液酸素分圧は300-700mmHg程度と良好な酸素化が得られた。一方で灌流液中のカリウム濃度が徐々に上昇していく現象がみられ、肝細胞の破壊を反映している可能性があると考えられる。ブタ血液の配合濃度を変えて実験を続けていく。当初の計画では1年次にブタ血液配合濃度を変えた実験を終了し、2年次以降生存実験を行う予定であったが、まだブタ血液配合濃度を変えた実験が終了していない。しかし、ブタ血液配合濃度を変えた実験が終了しないと生存実験へは進めないので順に実験を施行していく。また、脳死肝移植、死体肝移植についての海外でのハンズオンセミナー(ELITA split liver course,ベルギー)に参加し、脳死肝移植、死体肝移植におけるグラフト肝の扱い方や処理方法を確認し、常温酸素化灌流装置の改造に役立てた。当初の実験計画からは遅れているが、予定に沿って実験を進めていき、常温酸素化灌流における適切な酸素運搬体濃度を求めたのちに肝移植生存実験を行う方針である。1年次においては、予定されていた常温酸素化灌流保存実験をすべて終了することができなかったため、次年度への繰り越しが生じた。2年次においても実験を継続していくため、実験を行うための三元ブタおよび灌流液、灌流液調整薬品、一部ディスポーサブルの灌流装置部品を購入していく。また実験における外注検査および実験データ解析のためパソコンを購入する予定である。本実験は将来的に脳死肝移植、死体肝移植への応用を検討しており、本邦では少ない脳死肝移植、死体肝移植の技術研修の機会があれば参加して実際の脳死肝移植、死体肝移植の手順にそって常温酸素化灌流装置を利用できるように装置の改良を進めていく。
ディジタルX線映像法に基づく高精度胸部X線像の計算機診断の基礎的研究

(1)これまでに本研究代表者らが開発してきた胸部X線像自動スクリーニングシステムAISCRーV3を出発点として、普通のディジタルX線映像法でとられたX線像の精度に見合うように精度向上を計った。まず、このシステムの対象を300×300画素から600×600画素の画像まで扱えるようにし、さらに、位置可変コントラストフィルタによる血管影識別の新しい手順の開発とそれに基づく異常陰影検出能力の向上、及び、肺野病巣陰影抽出に於ける局所処理の精細化、を実現した。(2)塵肺の計量診断のために、塵肺小円形陰影を識別するフィルタを新たに考案して各小円形陰影の識別とそれに基づく塵肺陰影の密度の自動計測を可能にした。さらに、これとパターン分類の組合せに依って塵肺症の密度分類が自動的に行えるようになった。ついで、このフィルタの大きさ(マスクサイズ)の大きさを調整した可変サイズフィルタの組合せに依って、塵肺症の密度分類、及び、サイズ分類を同時に自動的に行う手順を導いた。これらは、ILO国際標準フィルムに対して適用され、良好な結果を得た。また、CT像を診断に併用する実験を初めて行い、断層像に於ける塵肺小円形陰影が上記のフィルタに依ってある程度識別できることを確かめた。(3)画像間演算の活用の一例として、エネルギー差分画像に於ける肺癌病巣検出の実験を行い、計算機診断に於けるエネルギー差分画像の特質とその計算機処理の可能性を明らかにした。また、他の例として、胸部X線像に基づく病勢の経時変化の検出と自動計測の検討を行い、アフィン変換による位置合わせと局所相関係数画像による一手法を開発して肺癌の病変部の変化の検出の基礎実験を行った。1.胸部X線像:本年度は成分図識別法の向上,および,従来のソフトウェアの性能評価に重点をおいた.まず,血管影抽出については,新しいフィルタの特性を場所によって変える位置可変処理の導入によってかなり改善された.つぎに,異常陰影については,じん肺症の肺野に特有の粒状影の抽出手順を開発した.従来のじん肺計算機診断はテクスチュア特徴のみを利用していたのに対して,この結果を用いて粒状影密度を直接に計測できる可能性が生まれ,新しい特徴量としての利用が期待される.一方,画質の異なる新しい画像としてエネルギー差分画像に注目し,骨構造画像からの肋骨像の識別,軟部組織像からの血管影および限局性異常陰影抽出手順を開発した.エネルギー差分像の本格的なパターン処理は初めてであり,貴重な知見を得た.従来のソフトウェアシステムAISCRーV3の能力評価については,確定診断つきの胸部X線像40例について,4種類の画像強調処理を施したものを作成し,専門医,医学生,および,上記システムの診断結果を克明に比較して現在の計算機診断の能力と限界を明らかにした.この種の組織的実験も初めてのものであり,今後のシステム開発に有用な基礎データが蓄積された.2.胃X線像:胃X線二重造影像に対して,胃壁ひだ集中パターン,および,バリウム貯留域を検出する手順を開発し,十数例の試料画像に対して良好な結果を得た.これは胃X線二重造影像の計算機診断における最初の実験的成果である.3.データベース:上記実験に用いる胸部X線像の画像データベースに対して,画像キーを入力とするパターン検索などの一手法を示し,実験結果と合わせて知的画像データベースの一つの可能性を提示した.本年度は、主として実際の胸部X線像の処理手順に関する実験的検討を行い、これまでの基礎的方法論の成果の検証を行った。(1)血管影の識別に於て、まず肺門部を検出したのち、それを中心とする楕円弧に依って肺領域を4つの領域に分割して、各領域毎にフィルタパラメータを変えた可変

パラメータコントラストフィルタを適用することにより、従来と比べてはるかに細かい血管影まで抽出することができるようになった。(2)これまでに開発した胸部X線像の自動スクリーニングシステムAISCRーV3が300×300画素の画像を対象としていたのに対して、これを600×600画素の画像まで扱えるように改造し、直接撮影像をディジタル化したものに適用して、機能を確認した。(3)塵肺の計量診断のために、塵肺小円形陰影を識別するフィルタを新たに考案して、各小円形陰影を識別できるようにした。この結果に基づいて塵肺陰影の密度を自動計測することができるようになり、さらにこれとパターン分類の組合せに依って塵肺症の密度分類が自動的に行えるようになった。ついで、このフィルタの大きさ(マスクサイズ)の大きさを調整した可変サイズフィルタの組合せに依って、塵肺症の密度分類、及び、サイズ分類を同時に自動的に行う手順を導いた。これらは、ILO国際標準フィルムに対して適用され、良好な結果を得た。(4)同じく塵肺の計算機診断に於て、CT像を用いる実験を初めて行い、断層像に於ける塵肺小円形陰影が上記のフィルタに依ってある程度識別できることを確かめた。断層像においては個々の小円形陰影が分離して見える利点があるため、今後は、通常の単純撮影像との組合せ利用が期待される。
双晶制御による多結晶シリコン太陽電池の高効率化

多結晶シリコン太陽電池の発電効率並びに生産性・経済性を高めるために,多結晶インゴットを構成する柱状晶の均質性,結晶方位,結晶粒径に寄与する双晶の影響を調査した.内径20mm,長さ100140mmの石英製るつぼを用い,Bridgman型炉によりAr雰囲気で温度勾配1020K/cm,凝固速度0.0759.6mm/minで11Nの高純度Si結晶を一方向凝固させた.1.2mm/min程度以下の低速で凝固させると,結晶は熱流方向に沿って柱状に成長し,低速ほど粗大化した.粗大な結晶内部ではΣ3双晶(双晶面{111})が熱流方向に平行に配列していた.そこで,下部に<111>、<101>および双晶を有する<211>方位の種結晶を配置して成長過冷度を測定したところ,<111>方位試料が2.55.5Kと最も大きな値を有し,続いてく101>試料、そして双晶を含むく211>方位試料が0.53.5Kと最も小さな値を示した。固液界面における双晶がキンクサイトとなり結贔成長を助長すると考えられ,分子動力学シミュレーションにより原子の挙動を解析したところ,双晶を含む<211>がファセット成長中では比較的早く成長する結果が得られた.一方,試料底部には試料内部より粗大でるつぼ底面に<101>及び<211>方位を有する結晶が見られた.そこで,初期凝固で得られた粗大結晶を中・後期凝固部でも保持することを目的として,初期凝固速度と後期速度を系統的に変化させたところ,初期凝固部で粗大結晶を得るには,0.62.4mm/minの凝固速度に相当する過冷度が必要であるが,中・後期凝固部でも結晶を保持するためには,0.120.3mm/minまで凝固速度を低下させる必要があることが明らかとなった.多結晶シリコン太陽電池の発電効率並びに生産性・経済性を高めるために,多結晶インゴットを構成する柱状晶の均質性,結晶方位,結晶粒径に寄与する双晶の影響を調査した.内径20mm,長さ100140mmの石英製るつぼを用い,Bridgman型炉によりAr雰囲気で温度勾配1020K/cm,凝固速度0.0759.6mm/minで11Nの高純度Si結晶を一方向凝固させた.1.2mm/min程度以下の低速で凝固させると,結晶は熱流方向に沿って柱状に成長し,低速ほど粗大化した.粗大な結晶内部ではΣ3双晶(双晶面{111})が熱流方向に平行に配列していた.そこで,下部に<111>、<101>および双晶を有する<211>方位の種結晶を配置して成長過冷度を測定したところ,<111>方位試料が2.55.5Kと最も大きな値を有し,続いてく101>試料、そして双晶を含むく211>方位試料が0.53.5Kと最も小さな値を示した。固液界面における双晶がキンクサイトとなり結贔成長を助長すると考えられ,分子動力学シミュレーションにより原子の挙動を解析したところ,双晶を含む<211>がファセット成長中では比較的早く成長する結果が得られた.一方,試料底部には試料内部より粗大でるつぼ底面に<101>及び<211>方位を有する結晶が見られた.そこで,初期凝固で得られた粗大結晶を中・後期凝固部でも保持することを目的として,初期凝固速度と後期速度を系統的に変化させたところ,初期凝固部で粗大結晶を得るには,0.62.4mm/minの凝固速度に相当する過冷度が必要であるが,中・後期凝固部でも結晶を保持するためには,0.120.3mm/minまで凝固速度を低下させる必要があることが明らかとなった.多結晶シリコン太陽電池の発電効率並びに生産性・経済性を高めるために,多結晶インゴットを構成する柱状晶の均質化と粗大化に寄与する双晶の影響を調査した.まず,内径20,長さ100mmのるつぼを用い,Bridgman型炉により温度勾配1020K/cm,凝固速度0.0759.6mm/minで9N(99.9999999%)の高純度Si結晶を一方向凝固させ,核生成及び結晶成長に要する過冷度,結晶粒径,柱状晶の結晶方位等を調査した.1.2mm/min程度以下の低速で凝固させると,結晶は熱流方向に沿って柱状に成長し,低凝固速度ほど粗大化した.このとき粗大な結晶内部では,Σ3双晶(双晶面{111})が熱流方向に平行に配列し,かつ<111>,<101>並びに<211>方位が熱流方向と平行となっていた.従って,結晶粗大化のためには成長速度のみならず,双晶面の方向も重要と考えられた.一方,試料底部を詳細に観察したところ,試料内部よりも大きな結晶が見られた.粗大結晶は,るつぼ底面の垂直方向に<101>及び<211>方位を有するものであり,また,凝固速度の増加すなわちるつぼ底部における過冷度の増加により粗大化する傾向が見られた.

るつぼ底面と初期凝固部の結晶方位の関係に規則性が見られたため,底面が19.535.3°傾斜させたルツボを用い,2.4mm/minの速度で自由成長させたところ,設定したるつぼ角度に依存して,熱流方向に<100>または<211>に近い方位を有する結晶を得ることができた.さらに,Langevin Equationsを用いて平衡状態の固液界面における原子安定性をシミュレートしたところ,{111}面に70.5°の双晶が存在すると双晶近傍の液相内に-3.5eV以下の安定なポテンシャル領域が生ずることが明らかとなり,双晶は結晶成長を助長していると考えられた.現在、高い生産量を有する多結晶シリコン太陽電池について、発電効率を一層向上させるために、多結晶インゴットを構成する柱状晶の結晶粒界低減化に寄与する双晶の影響を調査した。まず、内径80mm高さ35mmの石英製るつぼを用い、Ar雰囲気、温度勾配1020K/cm、凝固速度0.39.6mm/minで9N(99.9999999%)の高純度Si結晶を一方向凝固させ、試料底部の結晶粒大きさ及び優先成長方位等を調査した。試料最底部における結晶の大きさは、試料の引き下げ速度の上昇と共に細長いが粗大な結晶が多く観察された。このとき結晶内部では結晶中心線を通るように、またるつぼ底面に対して<101>または<211>方位へ成長する複数のΣ3双晶(双晶面{111})が観察された。よって粒界低減のためには成長速度のみならず,双晶の成長方向も重要と考えられた.続いて、内径20mm長さ150mmのるつぼを用い、下部に<111>、<101>及び双晶を有する<211>方位の種結晶を配置して小型のBridgman型炉により同様の凝固条件で結晶を育成させ、成長の駆動力すなわち成長過冷度に及ぼす双晶及び結晶方位異方性を調査した。温度履歴から得られた成長過冷度は、<111>方位成長試料が2.55.5Kと最も大きな値を有し,続いて<101>試料、そして双晶を含むく211>方位試料が13.5Kと最も小さかった。固液界面に双晶が含まれると双晶がキンクサイトとなり結晶成長を助長すると考えられた.以上、試料引き下げ速度を増加させ、結晶中心線に複数のΣ3双晶(双晶面{111})を有する双晶を多く成長させた後、双晶を利用しながらインゴットの高さ方向へ結晶を育成することにより、インゴット全体の粒界を低下しうることを見いだした。
芸術に基盤を求める創造性志向型意識理論の構築

本研究の目的は、計算機や人工知能をメタファーとする意識モデルの転倒に対抗し、創造性に基礎付けられた意識モデルを構築することにあった。それは、人工知能によってアートを実現しようとする風潮や、科学によって現代芸術を再解釈しよいうという近年の傾向に反し、むしろ藝術に基礎付けられた科学を指向することであった。この目的は、第一に、知覚できる情報を評価し自らを拡張する人工知能に対する概念として、天然知能を打ち出すことで実現され、講談社から「天然知能」として2019年書籍化された。本書において天然知能とは「知覚できない外部を待つ」知性と定義され、外部を待ち、外部を召喚する技術が様々な事例で示された。本書の評判は高く、毎日、朝日、読売、日本経済新聞の各紙が書評を掲載した他、朝日や産経では文芸時評でも紹介され、群像、ケトル、週刊朝日などの雑誌でも取り上げられた。天然知能の意識に関するモデルはfoundations of Scienceなどの国際誌で発表された他、外部を召喚するための群やネッワークのモデルも構築され、これらも国際誌で発表された。第二に、藝術に基礎付けられた科学や意識モデル、創造性について、共同研究者である中村恭子とともに、水声社から「TANKURI:創造性を撃つ」を共著で2018年刊行した。本書は中村の日本画と郡司および中村の論考で構成され、日本画の構想段階から作品に至る経緯を題材としながら、創造とは何かについて論じたもので、天然知能の藝術における実装を示したものになっている。本書も読売新聞で書評が掲載された他、刊行記念として京橋のギャラリーaskで中村の絵画や郡司の解説の展示会が催された。さらに創造性に関する議論はBrusselの国際会議でも発表され、その際中村の作品が展示された。本書は早稲田大学からの助成金によって英語に翻訳され、現在出版社と刊行に向けた準備が進んでいる。天然知能の継続・発展と、藝術に関する継続・発展の両輪を現在進めている。第一に天然知能の継続・発展であるが、天然知能(2019)の第7章では、自由意志・決定論・局所性がトリレンマを成していることを示し、量子力学と無関係にマクロな認知過程で非局所性が成立し、その上で一見矛盾すると考えられる自由意志と決定論が両立することを示した。現在、認知過程を外部世界の対象と脳内世界の表象・属性の間の二項関係で表すモデルを構築し、二項関係からラフ集合を用いて束という代数構造を得るとき、自由意志・決定論・局所性のどれを放棄するかによって三つの意識が得られ、各々が三つの代数構造として得られる理論を進めている。各々は、ブール束、オーソモジュラー束、チャイニーズランタンの直積で表される束になる。これについていくつかの論文を準備している。第二に藝術に関する継続・発展であるが、天然知能の第3章やTANKURI第11章で取り上げた、「奥行き知覚の向こう側」に対するモデルと藝術的実装の深化を進めている。人間の視覚にあって左右網膜像の差異を解消するべく奥行きが脳内で計算され、3次元的視界が形成されると考えられる。しかし我々が問題にしたのは、視界のその外部であり、見えない外部はわからないにも関わらず、やってくるものを待つしかない、という視界の向こう側である。TANKURIではこの向こう側を召喚する技法こそが、琳派の用いる書き割りのような山ではないかと示した。ここではその実装として中村が「書き割り少女」なる作品を準備中で、軽薄であるからこそ、実は自らを外部召喚の装置とする少女の存在様式を作品化している。郡司は、知覚できない向こう側を感じながら実施される、ベイズ・逆ベイズ推論モデルの天然知能版として準備中である。第一に、天然知能の深化として以下を準備中である。認知言語現象では、論理積の誤謬、ボーダーラインパラドクス、グッピー効果、論理演算の順序効果など、古典的確率論では説明できない認知論理現象が知られている。近年、これらを説明するために量子力学の導入が進められ、かなりの成果が得られている。しかし量子論の物理的実態はなく、量子力学の構造を全て用いる意味が疑問視されている。天然知能の議論を基礎に、束上で確率を定義する時、これらの認知言語現象が全て説明できる可能性がある。すでに束上の確率は定義され、単調性などは証明され、論理演算によって確率空間自体が変化する理論も完成している。このモデルでは知覚できない部分についても影響を与える非局所性が重要な役割を果たしている。第二に、向こう側を垣間見る装置として、中村の出身地であるの下諏訪、諏訪大社の御柱際をテーマに日本画と、現代藝術作品の実装を実現する予定である。御柱は、世界の知覚できない向こう側に対する探索針である。特に中村は、図と地の双対的関係を無効にする絵画様式を考案し、御柱の四幅屏風絵を予定している。郡司は数千&#12316;数万におよぶ個体で群れを形成するミナミコメツキガニが反応する御柱を構築し、現実のカニを用いたバイオアートを展開する予定である。そこでは、非同期的に運動するカニを模したロボットが配置され、現実のカニと御柱の相互作用を誘発する。また御柱と群れとの相互作用は、進捗状況でも述べた、ベイズ・逆ベイズ推論モデルの天然知能版によってモデル化されシミュレーションとしても実現される予定だ。「TANKURI:創造性を撃つ」同様、日本画とカニの群れを用いたんバイオアートのコラボレーションも、日本語の書籍や英語版の刊行を実現する予定である。

これらは、科学が素朴な意味で席巻する現代藝術に、その反対勢力としてかなりの影響力を持つと、期待される。創造性を実装した意識のモデルという意味で、与えられた条件の内部で最適化を行いながらその外部に逸脱する意識のモデルを3つの形式でモデル化し、その芸術における実装と展開を構想した。第1のモデルは、条件の内側をベイズ推論、外側への逸脱を逆ベイズ推論で実装したモデルであり、兵隊ガニのような現実の動物がこの推論に従っていることを示せた。これについてはBioSystemsで論文が刊行された他、Philosophical Transactionから論文を招待された。また郡司はこれに関して2017年9月13日、国際シンポジウムCurrent status and futuredirections of Levy walk research, Wiston House, West Sussex, UKで招待講演を行い旅費の全てが支給された。同じく10月2日国際学会SWARM 2017, Kyoto University, Kyotoでも招待講演を行っている。第2のモデルは決定論・局所性・自由意志のトリレンマから導かれる意識のモデルで、これを外部世界の対象と脳内世界の表象の二項関係として実装することで、統合失調症、自閉症、定型者の意識を表し得るような3つの論理構造が得られることが示された。特に定型者のモデルは、部分系がエンタングルした論理構造を持っており、ここから「他者の能動性を略奪する受動的私」という創造性の原器が得られた。これについては12月9日、第1回共創学会・早稲田大学理工学術院にて基調講演を行なっている他、中村との共著論文が現在国際誌Foundation of Scienceに投稿中である。中村は、エンタングルした論理構造を時間の中で表現する日本画「風景を漁る者」を完成させ、招待されたシンビズム展(2018.2.24-3.18,諏訪市美術館、長野県)で展示を行った。第一に、研究実績の項で述べた二つのモデルに加え、第3のモデルを実装し、その予察的論文を完成させた。これは国際誌Entropyの招待論文として既に投稿してある。以上3つのモデルは、どれも共通の論理構造を帰結する。或る条件内部では全ての要素が互いに区別され、還元主義的な計算を実現するが、全ての要素が条件外部の全ての要素と繋がっているといった構造であり、内と外がもつれ合った関係(エンタングルメント;ETG)を示すものである。本研究ではこのETGを、芸術作品の担う創造性と捉え、ETGと創造性、そこから構想される時間、生命、社会などについて研究者二人の対話を通じて論じている。この論考は、芸術的実装である中村の日本画作品と合わせた画文集として刊行される予定であり、現在出版二社の間で条件を詰めている他、英訳版の出版も予定している。ETGは主体と他者(外部)との間の受動・能動関係の非分離性を表す。ETGを一方の立場(内)から眺める時、外部は窺い知れないものの、内との相関を持つ何かとなる。我々はここから、自由意志を有する主体を、内にいる受動的主体が、間接的に知覚される外部の能動性を略奪することで構成可能と考え、主体の起源を説明し得たのである。受動と能動の不断の転倒・混同へ言及する議論は存在するが、これを何らかの形で実装・表現する理論は見当たらない。
微生物および植物のフルクトシルアミノ酸代謝関連酵素に関する研究

本年度は糖尿病臨床診断に有用な糸状菌由来の酵素、フルクトシルアミノ酸オキシダーゼ(FAOD)の生理学的意義を解明することを目的とし、(1)カビ菌糸体内に存在するフルクトシルアミノ酸の解析、(2)麹菌(Aspergillus oryzae)におけるFAODアイソザイムの遺伝子発現解析、の2つを課題とし、以下のような結果を得た。(1)カビ菌糸体内に存在するフルクトシルアミノ酸の解析FAODは誘導酵素であり、生産菌を誘導基質であるフルクトシルアミノ酸を培地中に加えて培養すると、その菌糸体内に活性が見られる。しかしながら、フルクトシルアミノ酸を加えない無機最少培地においても、長時間(2-4日間)の培養によってFAOD活性が検出されることを見いだした。長時間の培養によってカビの菌糸体内にフルクトシルアミノ酸が生産され、結果としてFAODが誘導されるのではないかと考え、カビの菌糸体内に存在するフルクトシルアミノ酸の解析を試みた。最少培地で生育させたカビ菌糸体の抽出物からFAODの基質となるような画分を、クロマトグラフィーなどを用いて精製した。精製物のTOF-MS解析などの結果より、フルクトシルリジンとフルクトシルアルギニンが同定できた。これらの結果より、生理学的にフルクトシルアミノ酸が生成することを明らかにした。(2)麹菌におけるFAODアイソザイムの遺伝子発現解析麹菌は2つのFAODアイソザイム(AoFao1およびAoFao2)を持つが、ノーザン解析によりこれらの遺伝子発現について解析した。AoFAO2についてはFAODの誘導基質であるフルクトシルアミノ酸により顕著な発現が確認できたが、AoFAO1についてはフルクトシルアミノ酸による誘導効果が低いことが分かった。また、AoFAO2遺伝子破壊株では、AoFAO2ばかりでなくAoFAO1の発現も認められなかった。これらの結果より、AoFAO2の酵素反応生成物がAoFAO1を誘導するのではないかと考え、FAODの反応生成物である、アミノ酸、グルコソン、過酸化水素を用いて検討した結果、グルコソンによって両FAODアイソザイム遺伝子が発現することを見いだした。また、フルクトシルアミノ酸は硝酸還元酵素遺伝子の発現を抑制することを明らかにし、麹菌におけるフルクトシルアミノ酸の窒素源としての役割を考察した。本研究は糖尿病臨床診断に有用な糸状菌由来の酵素、フルクトシルアミノ酸オキシダーゼ(FAOD)の生理学的意義を解明することを目的とし、(1)麹菌(Aspergillus oryzae)に見いだされた11種類のFAODホモログ遺伝子の解析、(2)他の生物由来(植物など)のフルクトシルアミノ酸代謝関連酵素の検索、の2つを課題とした。本年度は主に上記(1)について検討し、以下のような結果を得た。(1)麹菌のFAODホモログ遺伝子の解析麹菌の11種類のFAODホモログ遺伝子(FAO1FAO11)のcDNAをRT-PCRにより増幅し、大腸菌を用いた発現系を構築した。そのうち、4つのホモログについてはその酵素活性を検出することができ、Fao1はピペコリン酸オキシダーゼ、Fao2はサルコシンオキシダーゼ、Fao5は特異性の高いサルコシンオキシダーゼ、およびFao9がFAODであることを明らかにした。また、麹菌は2種のFAODアイソザイムを持つが、一次構造上からFao4がもう一つのFAODアイソザイムであることを予想した。さらに、FAO9遺伝子の破壊株の取得に成功し、破壊株の表現系から本遺伝子は麹菌がフルクトシルバリンを単一の炭素源および窒素源として生育する際に必須であることを明らかにした。(2)分裂酵母のFAODホモログ遺伝子の解析分裂酵母(Schizosaccharomyces pombe)も2種のFAODホモログ遺伝子(FAP1,FAP2)を持つことがゲノムプロジェクトで明らかになったので、大腸菌の発現系を利用し、両遺伝子産物の解析を行った。その結果、いずれもFAOD活性は検出できなかったが、それぞれピペコリン酸オキシダーゼおよびサッカロピンオキシダーゼであることを明らかにした。以上(1)(2)の結果から、これまでFAODホモログと予想されている種々の生物由来のタンパク質について、その一次構造上からその機能を類推することができるようになった。

これらの結果より、生理学的にフルクトシルアミノ酸が生成することを明らかにした。(2)麹菌におけるFAODアイソザイムの遺伝子発現解析麹菌は2つのFAODアイソザイム(AoFao1およびAoFao2)を持つが、ノーザン解析によりこれらの遺伝子発現について解析した。AoFAO2についてはFAODの誘導基質であるフルクトシルアミノ酸により顕著な発現が確認できたが、AoFAO1についてはフルクトシルアミノ酸による誘導効果が低いことが分かった。また、AoFAO2遺伝子破壊株では、AoFAO2ばかりでなくAoFAO1の発現も認められなかった。これらの結果より、AoFAO2の酵素反応生成物がAoFAO1を誘導するのではないかと考え、FAODの反応生成物である、アミノ酸、グルコソン、過酸化水素を用いて検討した結果、グルコソンによって両FAODアイソザイム遺伝子が発現することを見いだした。また、フルクトシルアミノ酸は硝酸還元酵素遺伝子の発現を抑制することを明らかにし、麹菌におけるフルクトシルアミノ酸の窒素源としての役割を考察した。
鳥類のミュラー管抑制物質およびその受容体の遺伝子のクローニングと構造解析

哺乳類と鳥類の雄胚で観察されるミュラー管の退縮は、精巣のセルトリ細胞より分泌されるミュラー管抑制物質(MIS)により誘導される。本研究では、鳥類MISの生理作用及びその作用機構などに関する分子レベルでの研究を進めるための基礎として、MIS及びその受容体の遺伝子のクローニングと構造解析に関する研究を試みた。ミュラー管の退縮が観察されるウズラ6,7,8日胚の生殖腺からRNAを抽出した後、cDNAを調整した。プライマーはニワトリMIS遺伝子を参考に合成を行った。これらを用いてRT-PCRを行った結果、約460bpの断片が得られた。この断片の塩基配列の分析を行った結果、ニワトリ及びマウスMISと塩基レベルでそれぞれ92.8%、53.9%、アミノ酸レベルで88.9%、32.3%の相同性が観察された。またこれは胚のミュラー管退縮時の生殖腺ばかりでなく、5週齢の成体の精巣さらに卵巣においても観察され、鳥類のMISはミュラー管の退縮に関与しているだけでなく、生体においても何らかの生理作用を有している可能性が示唆された。現在、5週齢の精巣を用いて作製したcDNAライブラリーよりMIS遺伝子のクローニングを進めている。加えて、この断片より得られた配列をもとにビチオン標識したオリゴプローブを合成し、ノーザンおよびin situハイブリダイゼーションによりMIS遺伝子の発現部位等について検討中である。一方、鳥類のMIS受容体に関しては、哺乳類(ラット、ウサギ)MIS受容体遺伝子の構造を参考にプローブを作製し、ミュラー管の退縮が観察される8日胚ミュラー管を用いてRT-PCRを行ったところ、約500bpの断片が得られた。しかしながら、発現量がきわめて少ないため配列の分析までには至っていない。今後、早急にこの断片の配列の分析を進めていく予定である。
三次元脳神経組織体を用いたミニブレインデバイスの創成

本課題では、神経様細胞による3D組織を構築するデバイスを創成することを目的とした。開発した細胞パターニングデバイスは、細胞組織体の均一・大量生産が可能であり、一度に多くの培養条件を評価することができた。特に、様々な細胞(初代細胞、組織由来幹細胞、iPS細胞など)に対して、細胞組織体の大きさを制御でき、薬剤応答およびタンパク質レベルでの機能発現が確認できた。また、2D培養による神経回路の構築、及び電気刺激による周期内での応答率の変化も確認できている。本研究課題では、人工的に、三次元脳神経組織体を構築し、ミニブレインとなりうるマイクロチップを創成することを目的とする。具体的には、1)セルティッシュエンジニアリング技術を用いた三次元脳神経組織体を構築する。2)得られた三次元脳神経組織体から神経細胞活動を電気信号として取り出せるマイクロデバイスを創成する。本年度は、1)細胞パターニングデバイスの開発(池内真志ら)、2)細胞パターニングデバイスを用いた三次元細胞組織体の構築および機能評価を行った。本デバイスの特徴は、一度の操作で、複数条件の分布形状と密度下でのクラスター培養を行うことが可能である。本実験では、8mm四方の基板上に、256 wells(1wellあたり、500x500μmの正方形、直径300μmの貫通孔を有する)を密に配置したデバイスを用いた。細胞非接着性培養皿上に親水化処理済みのパターニングデバイスを設置し、様々な細胞を用いて三次元組織体の構築とその機能を評価した。結果、デバイス内で、初代細胞および株化細胞ともに、サイズを制御した細胞組織体を形成することができた。また、得られた細胞組織体は、その形態も良好で、薬剤応答およびタンパク質レベルでの機能評価も行うことができた。本デバイスは、様々な細胞で利用可能、すなわち、非常に汎用性の高いことから、次年度以降、脳神経細胞を用いた三次元脳神経組織体の構築および機能評価を行い、分担研究者と相互に協力連携しながら、本課題を進める。実験動物を用いる研究については、各機関の動物実験指針に準拠して研究を実施する。特に、動物愛護と動物福祉の観点から実験動物使用は、目的に合致した最小限にとどめる。またその際、麻酔等手段により苦痛を与えない等の倫理的配慮をおこなう。実験者は、管理者と相互協力のもと適切な環境のもと飼育管理を行う。本年度は、昨年度に引き続き、1)細胞パターニングデバイスの開発(池内真志ほか)、2)本デバイスを用いた三次元細胞組織体の構築と機能評価を行った(池内真志、加地範匡、宮本義孝ほか)。さらに、3)電気刺激による神経細胞の応答について検討した(八木透ほか)。1,2)三次元微細加工技術を利用し、一度の細胞播種操作で、均一かつ大量のクラスタを形成できる、新規培養デバイス"TASCL"を開発した。本デバイスの設計は、PDMSシート上に所定形状の貫通孔を多数配置し、貫通孔の壁面は上部から下部に向かうテーパーとしている。デバイス裏面はPDMS素材であるため,任意の培養基材上に接着剤を用いることなく、貼付して用いることができる。実際に本デバイスを用いて、マウス膵幹由来幹細胞、マウス脂肪由来幹細胞、及びiPS細胞の培養を行い、幹細胞クラスタの均一・大量生産が可能であること、クラスタ培養条件のコンビナトリアル解析が可能であることを実証した。3)ラット胎児の大脳皮質組織片から分離した神経細胞を用いて、神経回路の構築、及び電気刺激による周期内での応答率の変化を確認した。実験者は、「管理者と相互協力のもと適切な環境のもと飼育管理を行う。
新奇スピン軌道トルクを用いた無磁場下での高効率垂直磁化反転の実証

本研究では、スピン軌道トルクを用いた磁化反転技術において磁気メモリ実用化への障壁となっている磁場アシストフリーでの垂直磁化反転の実証を目指す。異常ホール効果や界面誘起スピン流による新奇スピン軌道トルクの生成機構や磁気交換結合等に着目し、スピン軌道トルクの機構解明を通した構造最適化を行い高効率な垂直磁化反転の実現および磁気メモリの素子構造である磁気トンネル接合素子への実装を目指す。
次世代高移動度チャネル材料向け全窒化膜ゲートスタック技術の研究

単一金属Hfターゲットを用いた反応性DCマグネトロンスパッタリング法にて、Ar/N2流量比のみの変化で、金属性HfN(抵抗率349uΩcm)/絶縁性HfNx(Eg=2.9eV)/Ge-MIS構造を作製した。さらに、絶縁性HfNxは、比誘電率が20以上のHigh-k材料であり、Geと良好な界面(界面準位密度Dit= 4E12cm-2eV-1)を形成することを明らかにした。また、製作したGe-MIS構造は、酸素の混入が無く、500°Cまで熱的に安定であることがわかった。その結果、窒素組成比の制御のみで、シンプルに、耐熱性の高い全窒化膜Ge-MIS構造を製作できることがわかった。本研究の目的は、次世代チャネル材料として有望視されているGeのMOS構造作成技術において、金属性と絶縁性を兼ね備えたHfNxという窒化膜に着目し、“金属性HfN/絶縁性HfNx/Ge-MIS構造"というシンプルなゲートスタック構造の実現とその電気的なポテンシャルを検証することである。HfNxは、組成比1:1の金属性HfNと組成比3:4の絶縁性Hf3N4が知られており、窒素の組成の増加と共に金属性から絶縁性まで物性が変化するというユニークな電子物性を持っている。つまり、同一材料の窒素組成制御によりゲート電極/絶縁膜構造を一括して形成できる可能性がある。これまでHfNxの堆積条件の探索と最適化を行い、窒素流量比が増加するにつれて、抵抗率が指数関数的に増大し、数百マイクロオームの金属から、半導体さらには絶縁体に窒素流量のみで制御できる事を見出した。そして実際に金属性HfN/絶縁性HfNx/Ge-MIS構造MOS構造を作成し、電気的な評価に取り組んだ結果、絶縁性HfNxは、比誘電率が20以上のHigh-k材料であり、Geと良好な界面(界面準位密度Dit=mid×1012cm-2eV-1)を形成することを判明した。また、製作したGe-MIS構造は、酸素の混入が無く、500°Cまで熱的に安定であることが判明し、その結果、窒素組成比の制御のみで、シンプルに、耐熱性の高い全窒化膜Ge-MIS構造を製作できることがわかった。得られた成果は、ヨーロッパ材料科学会議や応用物理学会等で速やかに外部発表を行い、高移動度チャネル材料向けの新しいコンセプトのゲート構造ということで注目されている。本研究では、高移動度チャネル材料向けゲートスタック材料として、HfNxを選択し、そのユニークな電子物性を明らかにする事、そしてHfN金属/HfNx絶縁体/高移動度チャネルという「全窒化膜ゲートスタック構造」を提案し、その有用性を実証する事を目的としている。このゲートスタック構造は、酸化雰囲気を嫌う高移動度チャネル材料に非酸化環境を提供するとともに、化学組成の観点からも最もシンプルなゲートスタック構造であるという特徴を有する。本年度はHfNxの堆積条件の探索と最適化を行った。成膜には、非酸化雰囲気を実現するため、Hf金属をターゲットにした高真空反応性マグネトロンスパッタリング法を用い、今年度は新規設備としてHfNx専用のスパッタ源を超高真空装置に取り付け、成膜できる環境を整えた。窒化膜形成には、堆積時に窒素を導入しプラズマ化された活性窒素中でHf金属を窒化させることから、窒素流量やチャンバー圧力などの堆積時の条件は、形成される窒化膜の電気的特性を大きく左右する。したがって、作製された膜の物理化学分析、電気測定を系統的に評価し、その結果をもとにゲートスタック構造に適した堆積条件の最適化を図った。その結果、窒素流量比が増加するにつれて、抵抗率が指数関数的に増大し、数百マイクロオームの金属から、半導体さらには絶縁体に窒素流量のみで制御できる事を見出した。得られた成果は、応用物理学会等で速やかに外部発表を行い、高移動度チャネル材料向けの新しいコンセプトのゲート構造ということで注目を浴びている。本研究の目的は、次世代Geチャネル材料のMOS構造として、金属性と絶縁性を兼ね備えたHfNxという窒化膜に着目し、“金属性HfN/絶縁性HfNx/Ge-MIS構造"という非酸化膜ゲートスタック構造の電気的なポテンシャルを検証することである。

研究の結果、単一金属Hfターゲットを用いた反応性DCマグネトロンスパッタリング法においてアルゴン/窒素流量比のみの変化で、金属性HfN(抵抗率349uΩ・cm)から絶縁性HfNx(Eg=2.9eV)が作製できることが明らかになった。薄膜での結果をベースにして、HfN金属/ HfN絶縁体/Geチャネル材料のゲートスタック構造を大気に暴露する事無く同一スパッタリング装置内で連続して作成し、想定していた酸化膜フリーの全窒化膜ゲートスタックを実現した。さらに、絶縁性HfNxは、Si基板とGe基板両方の基板を用いたMOS構造において比誘電率が20以上のHigh-k材料である事が始めてわかった。また、Ge基板上の絶縁膜では界面準位密度低い良好な界面を形成することから、目的とした高品質なゲートスタック構造が実現できることがわかった。このGe-MIS構造は、500°Cまで電気的な性能が劣化することなく、熱的に安定であることも明らかとなった。得られた成果は、応用物理学会等で速やかに外部発表を行い、高移動度チャネル材料向けの新しいコンセプトのゲート構造ということで注目を浴びている。半導体昨年度は、主に金属性及び絶縁性のHfN膜の形成条件の探索を行ったが、今年度はデバイス化プロセスの開発と、その評価を重点的に行った。その結果、単一金属Hfターゲットを用いた反応性DCマグネトロンスパッタリング法においてAr/N2流量比のみの変化で、今年度の目標としている金属性HfN(抵抗率349uΩ・cm)/絶縁性HfNx(Eg=2.9eV)/Ge-MIS構造を作製できることが明らかになった。このことから、現在までの達成度としては、概ね順調であると言える。さらに、絶縁性HfNxは、Si基板とGe基板両方の基板を用いたMOS構造において比誘電率が20以上のHigh-k材料である事も初めて明らかになった。また、Ge基板上の絶縁膜では界面準位密度Dit=mid×1012cm-2eV-1と極めて良好な界面を形成することから、目的としたゲートスタック構造が概ね実現できることがわかった。全体的には、当初計画よりも素子作製において大きく進展もあり、素子の電気的特性の評価の重要性が増したことから、電気的評価の高速性を高めるためのスイッチマトリクス装置を導入(前倒し支払い請求制度を利用)することより、研究のさらなる加速を行うことができた。現在までのところ、研究はおおむね順調に進展している。スパッタリングプロセスにおける条件パラメーターとしては、アルゴンおよび窒素ガス流量、チャンバー圧力、DC入力パワー、ターゲット-基板間距離、基板温度等多岐にわたる。今年度、新規材料に取り組むにあたり、それぞれのパラメーター精密に制御して、求める物性が得られる様に最適化におおむね成功した。まず、堆積速度にほぼ比例するDC入力パワーは固定し、窒素を導入しないHfのみの成膜にて、Hf膜の膜厚均一性から、チャンバー圧力とターゲット-基板間距離の最適値を求めた。その結果、チャンバー圧力1E-3Torr基板高さ55mmで、膜厚の最も均一性の良い膜が得られる事が明らかになった。次に、HfNx膜の堆積のために、アルゴン/窒素流量比を変化させながら、成膜されたHfNx膜の物性を評価した。断面SEM観察から膜厚及び堆積速度を算出し、シート抵抗測定から薄膜の抵抗率を導出した。また、絶縁性の評価には分光エリプソメトリーにて、膜厚と光学的なバンドギャップを観察した。また、一部ゲート絶縁膜向けの50nm以下の薄膜に関しては、TEMにて膜厚とその結晶性を、また組成分析を試験的にEELSにて評価した。