hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高齢患者の簡易的聴覚機能評価の開発と効果的な言語的コミュニケーション方法の解明

対象者26名は、機縁法で抽出し純音聴力検査(500Hz、1000Hz、2000Hzの4分法)を実施。中村(2010)の難聴の程度分類により、正常(30dB未満)10名、軽度難)聴(3039dB)3名、中等度難聴(4069dB)12名、高度難聴(7099dB)1名とした。正面から指こすり音を提示後、被験者の背後より耳元約5cm、約30cm、約60 cmの位置で指こすり音・タップ音をを鳴らし、挙手にて反応を得た。データを正常(30dB未満)と軽度難聴以上(3099dB)、または軽度難聴以下(39dB未満)と中等度難聴以上(4099dB)の2群に分割し、音の認識可否の割合についてフィッシャーの正確確率検定をおこなった【結果】正常群と軽度難聴以上群では、5cm、30cm、60cmの指こすり音、30cm、60cmのタップ音で軽度難聴以上群の方が有意に音を認識していなかった(p<0.05)。軽度難聴以下群と中等度難聴以上群では、5cm, 30cmの指こすり音、30cmのタップ音で中等度難聴以上群の方が有意に音を認識していなかった(p<0.05)。【考察】軽度難聴以上群では正常群よりも5cm、30cm、60cmの指こすり音、30cm、60cmのタップ音を認識しにくく、中等度難聴以上群では軽度難聴以下群よりも5cm、30cmの指こすり音、30cmのタップ音を認識しにくいことが示され、指こすり音・タップ音は高齢者のフィジカルアセスメント(聴覚スクリーニング検査)として導入が可能であることが示唆された。65歳以上の入院患者にインタビューを行い,正常群(30dB以下)と中等度難聴群(4069dB )の看護師に期待するコミュニケーションの特性を考察した.KJ法の図解から,中等度難聴群は,聴力に応じた【こちら目線のきめ細やかな対応を望む】ことから,高齢者の聴力を判断する必要性が示された.高齢入院患者に,指こすり音,指タップ音検査を実施し,中等度難聴群(40 dB以上)は,軽度難聴群(39dB以下)よりも,5cm,30cmの指こすり音,30cmの指タップ音を有意に認識していないことが示され,指こすり音・指タップ音は,高齢者の聴覚スクリーニング検査として有用である可能性を証明した.研究対象者への倫理的配慮から、データ収集予定であった調査対象病院・研究対象者の不足が原因である。調査に協力頂ける新規病院・病棟の開拓を3病院を対象に平成27年度実施したが、調査の受け入れの了承を得ることができなかった。更に調査対象エリアを拡大し新規開拓を行い、当初の調査対象者100名を確保することは難しい状況にあるが、研究対象者50名は確保したい。研究対象者50名を確保するためには、今年度も調査を継続する。調査にかかる人件費・謝金・交通費を研究費して使用する。研究をまとめるために、「補助事業期間の延長」申請手続きを行う。課題1のージオメーター・FRテストの研究対象者が26名であり、当初予定していた対象者50名を確保できるように、引き続き研究を継続する予定である。高齢者看護100名の高齢入院患者を調査予定であったが、データ収集が予測よりも困難な状況にあることから、今後も調査を継続すること、または調査に協力して頂ける病院を新たに開拓することも視野に入れ再考したい。データ収集に掛かる交通費を経費として計上していたことから、この経費を平成27・28年度に繰り越し調査継続を行う予定とする。
フィンゴリモドを活用した関節リウマチに対する効果的な免疫寛容誘導方法の構築

FTY720と病因抗原の併用療法による免疫寛容誘導機構の解明を目的に、本併用治療で増加する抑制系細胞のIL-10高産生性T細胞および骨髄由来免疫抑制細胞(myeloid-derived suppressor cells; MDSC)を特徴付ける分子を同定し、それら細胞の機能解析および病因T細胞との相互作用を明らかとする。また、FTY720と病因抗原の併用治療による免疫寛容誘導の一般性について、他の自己免疫疾患のモデル動物を用いて明らかとする。
抗血栓性評価の新展開

抗凝固剤の種類,抗凝固剤の投与量,血液接触材料の組み合わせの違いが抗血栓性に及ぼす影響を臨床で1人のヒトで調べることはできず,またin vitro実験系でも報告はほとんどない.本研究では同一個体から採取した鮮血を用い,各々2種類の抗凝固剤,薬剤投与量,材料を組み合わせた計8条件下での抗血栓性を同時にin vitroで定量比較評価することを目的とした.研究は倫理委員会の承認を得た.1人の健常ボランティアから採取した血液に抗凝固剤のヘパリン,アルガトロバンを活性化凝固時間(ACT)が各々約200秒,500秒になるように予め定めた量を加え,抗凝固剤,投与量2種類ずつの組み合わせから4種の血液を用意した.採血後直ちに4種の血液を臨床使用されている内径12.7mmの2種類の体外循環用チューブ,polyvinyl chloride (PVC)チューブ(チューブA),poly(2-methoxyethyl acrylate)でコーティングしたPVCチューブ(チューブB)に入れ,空気を完全に排除した.チューブを183rpmの一定速度,37°Cで10分間回転させた.計6人の血液を用い、全て清潔操作で行った.血液側の評価として回転前後の血液の凝固能,血小板活性,材料側の評価としてチューブ回転後にチューブ表面に吸着した血漿総タンパク量を定量,チューブ表面に吸着した血球成分を走査型電子顕微鏡で観察した.血小板活性を示すplateletfactor 4,beta-thromboglobulinの回転前後の変化は抗凝固剤,ACT,材料の組み合わせにより異なった.材料表面に吸着したタンパク量は,同じ抗凝固剤と同じACTでの比較ではチューブAがBより多かった.以上より,本試験法で抗凝固剤,投与量,材料の異なる組み合わせが抗血栓性に及ぼす影響を,同一の血液を用い,同時にin vitroで定量比較評価できた.抗凝固剤の種類,抗凝固剤の投与量,血液接触材料の組み合わせの違いが抗血栓性に及ぼす影響を臨床で1人のヒトで調べることはできず,またin vitro実験系でも報告はほとんどない.本研究では同一個体から採取した鮮血を用い,各々2種類の抗凝固剤,薬剤投与量,材料を組み合わせた計8条件下での抗血栓性を同時にin vitroで定量比較評価することを目的とした.研究は倫理委員会の承認を得た.1人の健常ボランティアから採取した血液に抗凝固剤のヘパリン,アルガトロバンを活性化凝固時間(ACT)が各々約200秒,500秒になるように予め定めた量を加え,抗凝固剤,投与量2種類ずつの組み合わせから4種の血液を用意した.採血後直ちに4種の血液を臨床使用されている内径12.7mmの2種類の体外循環用チューブ,polyvinyl chloride (PVC)チューブ(チューブA),poly(2-methoxyethyl acrylate)でコーティングしたPVCチューブ(チューブB)に入れ,空気を完全に排除した.チューブを183rpmの一定速度,37°Cで10分間回転させた.計6人の血液を用い、全て清潔操作で行った.血液側の評価として回転前後の血液の凝固能,血小板活性,材料側の評価としてチューブ回転後にチューブ表面に吸着した血漿総タンパク量を定量,チューブ表面に吸着した血球成分を走査型電子顕微鏡で観察した.血小板活性を示すplateletfactor 4,beta-thromboglobulinの回転前後の変化は抗凝固剤,ACT,材料の組み合わせにより異なった.材料表面に吸着したタンパク量は,同じ抗凝固剤と同じACTでの比較ではチューブAがBより多かった.以上より,本試験法で抗凝固剤,投与量,材料の異なる組み合わせが抗血栓性に及ぼす影響を,同一の血液を用い,同時にin vitroで定量比較評価できた.
同期誤りを訂正する情報符号化法の開発

次世代の高密度磁気記憶媒体であるBit Patterned Media (BPM)では,スピンドルモータの回転数変動,ヘッド及びメディアの振動,ビットアイランドの位置及びサイズの誤差,書き込み信号のジッタ等を原因として,データの書き込み時にビットの削除と挿入からなる同期誤りが生じる.BPMの高信頼化のためには,ランダム誤りに加えて同期誤りを訂正するな符号化技術が求められている.平成29年度以降に行う予定であった研究に関する目的は以下の通りであった。研究目的A同期誤り通信路の達成可能情報レートの解明:対称情報レートの厳密値を用いて,上記で開発したLow-Density Parity-Check符号が達成することの証明を行う。対称情報レートの近似計算結果から得られた知見と密度発展法による通信路状態の定常分布を求めることにより,厳密な対称情報レートの導出を行いIEEE ISIT 2018とIEICE英文論文誌に論文として発表した。研究目的B代数的同期誤り訂正符号の開発:低計算量の符号化・復号アルゴリズムの開発を行う。研究目的Aに関しては、密度発展を導出し、提案符号が対称情報レートに接近することの証明を与えた。この研究結果をIEICE SITA2017にて論文として発表した。研究目的Bに関しては、削除誤りを訂正する完全性を伴った符号を構成しその性質を調べた。この研究結果をIEICE SITA2017とIEEE ISIT2017にて論文として発表した。次世代の高密度磁気記憶媒体であるBit Patterned Media (BPM)では,スピンドルモータの回転数変動,ヘッド及びメディアの振動,ビットアイランドの位置及びサイズの誤差,書き込み信号のジッタ,等を原因として,データの書き込み時にビットの削除と挿入からなる同期誤りが生じる.BPMの高信頼化のためには,ランダム誤りに加えて同期誤りを訂正するな符号化技術が求められている.平成28年度に行う予定であった研究に関する目的は以下の通りであった。研究目的A同期誤り通信路の達成可能情報レートの解明:信頼できる通信を行うための同期誤り発生確率および符号化率の上限を明らかにする.具体的には,相互情報量の解析を行い,同期誤り通信路に対して信頼できる通信を行うための通信路パラメータの限界値を明らかにする.研究目的B代数的同期誤り訂正符号の開発:任意の符号長と符号化率と同期誤り訂正数を有する符号を構成する.高速に計算可能な符号化・復号アルゴリズムを開発する.研究目的Aに関しては、有限状態通信路に対してシミュレーションによるSIRの近似計算法が提案されているが、この方法を直接,同期誤り通信路に適用することはできなかったので,シミュレーション中の通信路状態の推定を同期誤りの推定に拡張することで,同期誤り通信路のSIRを計算した。この研究結果をIEEE ISIT2016にて国際会議論文として発表した。研究目的Bに関しては、反転誤りに対してハミング距離で誤りの計量を与えたように、同期誤りではKendall tau距離が同期誤りの計量を与える。この距離に関する置換符号に対して線形計画法で効率的に復号が可能になるための符号空間に関する必要十分条件を与えた。この研究結果をIEEE ISIT2016にて国際会議論文と国際論文誌のDesigns, Codes and Cryptographyに雑誌論文として発表した。研究実績の概要で書いた通り研究内容は、研究計画にそって順調に計画が進捗している。成果の発表状況としては、平成28年度には予定していなかった国際会議論文と雑誌論文の計3つの査読付き論文を出版することができた。次世代の高密度磁気記憶媒体であるBit Patterned Media (BPM)では,スピンドルモータの回転数変動,ヘッド及びメディアの振動,ビットアイランドの位置及びサイズの誤差,書き込み信号のジッタ,等を原因として,データの書き込み時にビットの削除と挿入からなる同期誤りが生じる.BPMの高信頼化のためには,ランダム誤りに加えて同期誤りを訂正するな符号化技術が求められている.平成29年度以降に行う予定であった研究に関する目的は以下の通りであった。研究目的A同期誤り通信路の達成可能情報レートの解明:SIRの厳密値を用いて,上記で開発したLDPC符号が達成することの証明を行う。SIRの近似計算結果から得られた知見と密度発展法による通信路状態の定常分布を求めることにより,厳密なSIRの導出を行う.研究目的B代数的同期誤り訂正符号の開発:低計算量の符号化・復号アルゴリズムの開発を行う。研究目的Aに関しては、密度発展を導出し、提案符号がSIRに接近することの証明を与えた。研究実績の概要に書いた通り研究内容は、研究計画にそって順調に計画が進捗している。成果の発表状況としては、平成29年度には当初予定していなかった国際会議論文の計2つの査読付き論文を出版することができた。

対称情報レートの近似計算結果から得られた知見と密度発展法による通信路状態の定常分布を求めることにより,厳密な対称情報レートの導出を行いIEEE ISIT 2018とIEICE英文論文誌に論文として発表した。研究目的B代数的同期誤り訂正符号の開発:低計算量の符号化・復号アルゴリズムの開発を行う。研究目的Aに関しては、密度発展を導出し、提案符号が対称情報レートに接近することの証明を与えた。この研究結果をIEICE SITA2017にて論文として発表した。研究目的Bに関しては、削除誤りを訂正する完全性を伴った符号を構成しその性質を調べた。この研究結果をIEICE SITA2017とIEEE ISIT2017にて論文として発表した。平成29年度以降は、SIRの近似計算結果から得られた知見と密度発展法による通信路状態の定常分布を求めることにより,厳密なSIRの導出を行う。代表者は,復号問題を表現するファクタグラフの構造を同期誤りの推定に適するように変形することで,マーカを用いずに十数%の同期誤りを訂正することに成功している.また、代表者らは消失通信路を一般化した有記憶通信路に対して空間結合符号がSIRを達成することを証明した.この論文で用いられている,パンクチャビットを導入した符号化法を提案符号化法に適用し,計算される予定のSIRに接近するLDPC符号を開発する予定である.これを平成28年までに終わらせる.平成29年以降は,SIRの厳密値を用いて,上記で開発したLDPC符号が達成することの証明を行う予定である.研究分担者は,これまでに提案されていた多重同期誤り訂正符号の構成法を,順序集合論の始点から一般化し多様な符号長と符号化率と誤り訂正数を有する,順序を有する代数系上の符号構成法を提案したこの符号は代数的な構造に加えて,順序関係が導入されている.この構造を利用して,高い符号化率と大きな誤り訂正能力を同時に有する符号の構成法の開発する.平成29年度以降は,低計算量の符号化・復号アルゴリズムの開発を行う予定である.30年度は、これまでの成果を雑誌論文にまとめて、投稿する予定である。予定していた打ち合わせをテレビ会議に変更したため、出張費を使用しなかった。来年度に開催される国際会議の参加費とする。打ち合わせなどの出張費に使用する予定である。
正常およびがん化細胞の増殖におけるGTP結合蛋白質の役割

本研究の目的は,細胞の増殖刺激の情報伝達系におけるGTP結合蛋白質(G蛋白質)の関与を検討し,がん化におけるG蛋白質の役割を明らかにすることにある.この目的のためにG蛋白質特異的修飾試薬である百日咳毒素(IAP)を用いてG蛋白質の関与する増殖刺激系を明らかにするとともにその関与する部位を明確にするために, IAP非感受性細胞株や,増殖因子に対する要求性の異なる種々の変異株の分離を試みた.1.種々の増殖因子による増殖刺激のIAPに対する感受性の検討:種々の増殖因子を組み合わせ, Swiss3T3細胞にDNA合成を誘導した.TPAを含む組み合わせではIAPに非感受性であったが,他の組み合わせでは, IAPに感受性であった.この感受性は増殖刺激後6時間でも観察され,情報伝達系の比較的後期のG蛋白質の関与する部位があることが示唆された.2.IAP非感受性細胞の分離:Swiss3T3細胞をクローニングし, IAP感受性細胞株と非感受性株を分離した.3.増殖因子に対する要求性の異なる変異株の分離:Swiss3T3細胞に変異源を作用させ0.2%血清存在下で,インスリンのみで増殖可能な変異株とホルボールジブチレート(PDBu)のみで増殖可能な変異株を分離した.4.増殖因子に対する要求性の異なる変異株の解析:インスリン単独で増殖可能な変異株では血清非存在下に, EGF単独でDNA合成が誘導でき,この誘導はIAPに感受性であった.またPDBuでもこの誘導は阻害され,この系ではCキナーゼが阻害的に働くことが示唆された.一方PDBu単独で増殖する変異株ではこのような現象は観察されなかった.今後これらの細胞株を用いてG蛋白質の関与する部位を同定するとともにこれらの細胞にrasなどのがん遺伝子を導入し増殖刺激における情報伝達系がどのように修飾されるかを検討する.本研究の目的は,細胞の増殖刺激の情報伝達系におけるGTP結合蛋白質(G蛋白質)の関与を検討し,がん化におけるG蛋白質の役割を明らかにすることにある.この目的のためにG蛋白質特異的修飾試薬である百日咳毒素(IAP)を用いてG蛋白質の関与する増殖刺激系を明らかにするとともにその関与する部位を明確にするために, IAP非感受性細胞株や,増殖因子に対する要求性の異なる種々の変異株の分離を試みた.1.種々の増殖因子による増殖刺激のIAPに対する感受性の検討:種々の増殖因子を組み合わせ, Swiss3T3細胞にDNA合成を誘導した.TPAを含む組み合わせではIAPに非感受性であったが,他の組み合わせでは, IAPに感受性であった.この感受性は増殖刺激後6時間でも観察され,情報伝達系の比較的後期のG蛋白質の関与する部位があることが示唆された.2.IAP非感受性細胞の分離:Swiss3T3細胞をクローニングし, IAP感受性細胞株と非感受性株を分離した.3.増殖因子に対する要求性の異なる変異株の分離:Swiss3T3細胞に変異源を作用させ0.2%血清存在下で,インスリンのみで増殖可能な変異株とホルボールジブチレート(PDBu)のみで増殖可能な変異株を分離した.4.増殖因子に対する要求性の異なる変異株の解析:インスリン単独で増殖可能な変異株では血清非存在下に, EGF単独でDNA合成が誘導でき,この誘導はIAPに感受性であった.またPDBuでもこの誘導は阻害され,この系ではCキナーゼが阻害的に働くことが示唆された.一方PDBu単独で増殖する変異株ではこのような現象は観察されなかった.今後これらの細胞株を用いてG蛋白質の関与する部位を同定するとともにこれらの細胞にrasなどのがん遺伝子を導入し増殖刺激における情報伝達系がどのように修飾されるかを検討する.
肉用鶏の浅胸筋肥大の特異性をモデルとしたオートファジー系タンパク質分解制御の解明

本研究では、肉用鶏の浅胸筋の特異的増大をモデルに用い、オートファジー系のタンパク質分解機構を明らかにするため、肉用鶏と卵用鶏の浅胸筋におけるオートファジーに対する違いを比較した。肉用鶏は卵用鶏と比較して成長が2倍以上速く、浅胸筋重量3倍以上も大きい。これまで、この骨格筋量の違いはタンパク質代謝回転速度の違いが寄与することが明らかにされている。そこで、肉用鶏と卵用鶏の浅胸筋を用い、オートファジー系タンパク質分解制御機構を遺伝子発現レベルならびに翻訳後修飾レベルで検討した。さらに、ユビキチンープロテアソーム系の律速酵素であるアトロジン-1の発現に対する影響についても検討した。卵用鶏(レイヤー)ならびに肉用鶏(ブロイラー)の浅胸筋におけるLC3-II/total LC3比(LC3タンパク質の翻訳後修飾)に有意な差は見られなかった。肉用鶏ならびに卵用鶏の浅胸筋におけるオートファジー関連遺伝子LC3Bの発現量は、卵用鶏に比べ、肉用鶏で高くなる傾向が見られた。また、オートファジー関連遺伝子のGABARAPL1ならびにATG12の遺伝子発現は、卵用鶏に比べ、肉用鶏で有意に高くなった。ユビキチンープロテアソーム系の律速酵素であるアトロジンー1遺伝子発現量は、卵用鶏に比べ、肉用鶏で有意に低くなった。これらの結果から、オートファジー関連遺伝子の発現は、卵用鶏に比べ、肉用鶏で有意に高いにもかかわらず、翻訳後修飾レベルではオートファジー活性には差がないことが明らかになった。また、肉用鶏と卵用鶏の浅胸筋重量の差は、ユビキチンープロテアソーム系のタンパク質分解が関与している可能性が高いことが示唆された。肉用鶏と卵用鶏の浅胸筋におけるオートファジーに対する違いを、ユビキチンープロテアソーム系のアトロジンー1発現の違いと比較した。その結果、肉用鶏と卵用鶏の浅胸筋におけるオートファジー系とユビキチンープロテアソーム系の制御は両品種間で異なること、特に、肉用鶏と卵用鶏の浅胸筋のオートファジー活性には差がなく、ユビキチンープロテアソーム系には差がみられることを明らかにしたことは、重要な知見である。肉用鶏と卵用鶏の浅胸筋のオートファジー系とユビキチンープロテアソーム系の応答が異なること、特に、肉用鶏の浅胸筋において、卵用鶏に比較し、ユビキチンープロテアソーム系のタンパク質分解活性は低いにも関わらず、オートファジー系には差がないことが明らかにしたことにより、鶏骨格筋特異的タンパク質分解制御機構が存在する可能性を見出した。また、肉用鶏の骨格筋においてオートファジー系のタンパク質分解制御は、オートファジー関連遺伝子発現で増加するにもかかわらず、LC3タンパク質の脂質修飾で示される翻訳後修飾レベルでは差がないことを明らかにしたことにより、鶏骨格筋におけるオートファジーの制御は翻訳後修飾レベルで可能であることを示している。これらの結果から、肉用鶏の骨格筋において、ユビキチンープロテアソーム系とオートファジー系は異なった遺伝子発現ならびに翻訳後修飾レベルの制御機構が存在する可能性が示唆され、研究目的を概ね順調に達成していると思われる。鶏培養骨格筋細胞を用いて、オートファジー系タンパク質分解に対する影響と制御機構の詳細に検討する。オートファジーは、細胞質成分(多量の細胞内タンパク質やオルガネラ)をオートファゴソームが取り込み、その後、リソソームと融合し、リソソームに存在する加水分解酵素群の消化によるバルクなタンパク質分解機構である。そこで、オートファジー系タンパク質分解制御機構を明らかにするため、まず、オートファゴソームの形成の阻害剤である3ーメチルアデニン、クロロキンならびにバフィロマイシンA1を培地に添加し、鶏骨格筋細胞を培養する。また、リソソーム融合の際に必須なmechanistic Target of Rapamycin (mTOR)の阻害剤を培地に添加する。オートファジー関連遺伝子の発現を調節しているフォークヘッド転写因子(FOXO)阻害剤を添加し、同様に鶏骨格筋細胞を培養する。それぞれの処理後、オートファジー関連遺伝子ならびにアトロジンー1の発現を調べる。また、LC3タンパク質の翻訳後修飾についても調べる。これらの実験から、鶏骨格筋細胞における主要なオートファジー系の制御因子の同定ならびに制御機構が明らかになり、また、アトロジンー1遺伝子発現と比較することにより、ユビキチンープロテアソーム系との関係も明らかにする。今年度の研究から、鶏骨格筋におけるオートファジーに関与する制御機構(オートファゴソーム形成過程、シグナル伝達、転写因子等)を明らかにすることが可能である。また、鶏骨格筋において、オートファジー系のタンパク質分解が、遺伝子発現または翻訳後修飾のどちらにより制御されているのかが明らかになる。ユビキチンープロテアソーム系の律速酵素であるアトロジンー1の発現と比較することにより、鶏骨格筋タンパク質分解におけるオートファジーの寄与率が明らかになる。本研究では、肉用鶏の浅胸筋の特異的増大をモデルに用い、オートファジー系のタンパク質分解に対する絶食の影響を骨格筋間で比較した。絶食によるタンパク質分解速度は、赤筋に比べ、白筋が速いことが知られている。本研究では、肉用鶏の骨格肉間(浅胸筋、大腿二頭筋、腓腹筋、ヒラメ筋)におけるオートファジー系タンパク質分解制御について検討した。さらに、ユビキチンープロテアソーム系のアトロジン-1の発現に対する影響についても検討した。

肉用鶏の浅胸筋は、他の骨格筋に比べ、オートファジーの指標であるLC3-II/ LC3-I比が高かった。これは、摂食時において、浅胸筋は、他の骨格筋に比べ、オートファジー活性が高いことを示している。LC3-II/ LC3-I比は絶食により、浅胸筋、大腿二頭筋、腓腹筋、ヒラメ筋において増加した。これは、鶏骨格筋は、絶食によりオートファジーが促進されることを示している。絶食によりオートファジー関連遺伝子発現量(LC3B)は、ヒラメ筋のみ増加した。これらの結果から、鶏骨格筋において、絶食によるオートファジーの促進は、転写レベルより、翻訳後の修飾レベルで制御されていると考えられた。ユビキチンープロテアソーム系のアトロジン-1の発現は、ヒラメ筋>腓腹筋>大腿二頭筋>浅胸筋の順で高かった。また、絶食により各骨格筋のアトロジン-1遺伝子の発現は増加し、大腿二頭筋>腓腹筋>ヒラメ筋>浅胸筋の順で高くなった。これらの結果から、肉用鶏の骨格筋において、ユビキチンープロテアソーム系とオートファジー系は異なった制御機構が存在する可能性が示唆された。肉用鶏を用い、骨格筋間(浅胸筋、大腿二頭筋、腓腹筋、ヒラメ筋)のオートファジー系タンパク質分解制御の違いを、ユビキチンープロテアソーム系のアトロジンー1発現と比較した。その結果、肉用鶏の浅胸筋におけるオートファジー系とユビキチンープロテアソーム系の制御は他骨格筋と異なること、特に、肉用鶏の浅胸筋のオートファジー活性は、他の骨格筋に比較して高いことを明らかにしたことは、重要な知見である。また、絶食に対する各骨格筋のオートファジー系とユビキチンープロテアソーム系の応答が異なること、特に、浅胸筋において、他の骨格筋に比較し、ユビキチンープロテアソーム系のタンパク質分解活性は低いにも関わらず、オートファジー系には差がないことが明らかにしたとにより、鶏骨格筋特異的タンパク質分解制御機構が存在する可能性を見出した。また、肉用鶏の骨格筋においてオートファジー系のタンパク質分解制御は、オートファジー関連遺伝子発現で示される転写レベルとLC3タンパク質の脂質修飾で示される翻訳後修飾レベルに対し異なることを明らかにしたことは、鶏骨格筋におけるオートファジーの栄養生理学的制御が可能であることを示している。これらの結果から、肉用鶏の骨格筋において、ユビキチンープロテアソーム系とオートファジー系は異なった制御機構が存在する可能性を明らかにし、研究目的を概ね順調に達成していると思われる。本研究では、肉用鶏の浅胸筋の特異的増大をモデルに用い、オートファジー系のタンパク質分解機構を明らかにするため、肉用鶏と卵用鶏の浅胸筋におけるオートファジーに対する違いを比較した。肉用鶏は卵用鶏と比較して成長が2倍以上速く、浅胸筋重量3倍以上も大きい。これまで、この骨格筋量の違いはタンパク質代謝回転速度の違いが寄与することが明らかにされている。そこで、肉用鶏と卵用鶏の浅胸筋を用い、オートファジー系タンパク質分解制御機構を遺伝子発現レベルならびに翻訳後修飾レベルで検討した。さらに、ユビキチンープロテアソーム系の律速酵素であるアトロジン-1の発現に対する影響についても検討した。卵用鶏(レイヤー)
原子間力顕微鏡と分子動力学計算法を用いた窒化ケイ素表面力学特性の実験的理論的研究

1.窒化ケイ素表面に微小硬度計にて10から200gfまでの圧痕をつけ,原子間力顕微鏡にて観測を行なった.その際,20gf以下の比較的小さい荷重においては,圧痕縁よりのき裂がほとんど発生せず,延性的挙動を示していることが推測された.2. 20gf以下の荷重では,1つの結晶粒内で圧痕が閉じていたことから,以上の延性的挙動が結晶粒内のすべりに起因しているものと考え,以下のように,分子動力学計算にて結晶粒内のすべりについて詳細に検討した.また同時に,き裂進展挙動についても検討を加えた.(a)窒化ケイ素に対して第一原理分子動力学計算を適用し,格子定数,弾性定数,内部座標を評価し,現在までに報告されている結果と比較し,矛盾のない結果であることを示した,また,すでに中野らによって提案されている窒化ケイ素についての原子間ポテンシャルの関数形が,この第一原理計算の結果を比較的良く表現する良好なポテンシャルであることを示した.(b)この中野らのポテンシャルを用いて,実験にて報告されているすべり方位にせん断変形を加えていき,すべり変形を生じさせた.i. α型結晶では報告されている方位はすべてすべりやすいものの,方位によってすべりの領域の幅に差があった.特に,幅の広いすべり帯が生じた変形では,すべり帯内部がアモルファス的になっていることが分かった.ii. β型結晶においてはすべりは1から2原子層程度の狭い領域内で起こることが分かった.また,この変形で結晶構造は乱れず,転位の運動のようなものが確認できた.3. β型結晶にき裂を導入し,き裂進展時の応力拡大係数を評価した.シミュレーションにて得られた結果は0.7MPa√mと実験的に調べられている値23MPa√mに比べ小さくなったが,線形弾性論に基づく結果0.88MPa√mと良くあい,分子動力学シミュレーションの破壊現象への有効性を示した.1.原子間相互作用の厳密な評価のための第一原理分子動力学計算プログラムの開発密度汎関数法に基づく擬ポテンシャルを用いた第一原理分子動力学プログラムを開発し,窒化ケイ素,窒化アルミニウムを始めとする物質に対して有効であることを示した。2.窒化ケイ素に対する原子間ポテンシャルの評価古典分子動力学法により窒化ケイ素を扱うための3体原子間ポテンシャルの評価を行った.その結果弾性定数,格子定数などをよく表現することが分かった.3.AFM測定をシミュレートするための古典分子動力学プログラムの開発評価した3体ポテンシャルを用いた古典分子動力学プログラムを作成し,基本的な動作を確認した.4.圧子による打ち込みを受けた窒化ケイ素表面形状の原子間力顕微鏡による観測20gfから200gfまでの圧子打ち込み力によって窒化ケイ素表面に付けられた圧痕付近をAFM(原子間力顕微鏡)を用いて詳細に観測することにより,原子間力顕微鏡のカンチレバ-と表面との相互作用に関する基礎的なデーターの収集を行った.今後は,開発を行った分子動力学プログラムを用いて,カンチレバ-と表面の力学的相互作用について検討を行う予定である.1.窒化ケイ素表面に微小硬度計にて10から200gfまでの圧痕をつけ,原子間力顕微鏡にて観測を行なった.その際,20gf以下の比較的小さい荷重においては,圧痕縁よりのき裂がほとんど発生せず,延性的挙動を示していることが推測された.2. 20gf以下の荷重では,1つの結晶粒内で圧痕が閉じていたことから,以上の延性的挙動が結晶粒内のすべりに起因しているものと考え,以下のように,分子動力学計算にて結晶粒内のすべりについて詳細に検討した.また同時に,き裂進展挙動についても検討を加えた.(a)窒化ケイ素に対して第一原理分子動力学計算を適用し,格子定数,弾性定数,内部座標を評価し,現在までに報告されている結果と比較し,矛盾のない結果であることを示した,また,すでに中野らによって提案されている窒化ケイ素についての原子間ポテンシャルの関数形が,この第一原理計算の結果を比較的良く表現する良好なポテンシャルであることを示した.(b)この中野らのポテンシャルを用いて,実験にて報告されているすべり方位にせん断変形を加えていき,すべり変形を生じさせた.i. α型結晶では報告されている方位はすべてすべりやすいものの,方位によってすべりの領域の幅に差があった.特に,幅の広いすべり帯が生じた変形では,すべり帯内部がアモルファス的になっていることが分かった.ii. β型結晶においてはすべりは1から2原子層程度の狭い領域内で起こることが分かった.また,この変形で結晶構造は乱れず,転位の運動のようなものが確認できた.3. β型結晶にき裂を導入し,き裂進展時の応力拡大係数を評価した.シミュレーションにて得られた結果は0.7MPa√mと実験的に調べられている値23MPa√mに比べ小さくなったが,線形弾性論に基づく結果0.88MPa√mと良くあい,分子動力学シミュレーションの破壊現象への有効性を示した.
歯髄由来細胞含有コラーゲンゲルで被包した意図的再植歯周囲の硬組織再生に関する研究

外傷などにより過度な外傷を受け脱臼した歯は、脱落後の経過時間が長く、歯根膜に障害が及んだ場合などで保存不可能な場合、壊死歯根膜組織を除去した後再植術が行われる。その場合、術後に外部吸収や骨性癒着が生じやすくなるため、その防止には歯根膜様組織の介在が必要となる。本研究の目的は、脱臼歯を歯髄由来細胞含有コラーゲンゲルで被包し、その後の治癒形態について病理組織学的に検索することである。今年度は初年度で得られた歯髄由来細胞(34代)を用いて細胞含有コラーゲンゲルを作製した。8週齢のWistar系雄性ラットの上顎第一臼歯(M1)を被験歯としスプーンエキスカベーターで脱臼、根管充填用ピンセットで抜去後、スケーラーで可及的に歯根膜組織を除去した。根管が最も太い近心根管には、逆根管充填用の窩洞を形成し、MTAを充填した。抜歯窩を生理食塩液で洗浄、乾燥した後、歯髄由来細胞含有コラーゲンゲルを併用した群とコラーゲンゲルのみの群の2群に分けて意図的再植術を施した。実験期間を2週と4週とし、実験期間終了後に4%パラホルムアルデヒド溶液に浸漬固定した。EDTA溶液で脱灰後、通法に従ってパラフィン包埋を行いHE染色およびAZAN染色を行い、光学顕微鏡下で観察した。全ての被験歯で脱落および動揺はみられなかった。歯頚部付近では歯根膜様組織からセメント質に埋入するシャーピー線維様のコラーゲン線維が観察され、根尖部付近では新生された骨様組織が観察された。血管新生がわずかに観察された一方、炎症性細胞浸潤が観察された部位では歯根の吸収がみられた。また今年度は前年度で行ったヌードマウスへの移植の追加実験を行い、通法に従って厚さ5μmのパラフィン切片を作製して組織学的および免疫組織学的観察を行った。5週齢のWistar系雄性幼若ラットを入手した。まず一週間程度実験環境に慣らし、環境に慣れた6週齢の雄性ラットを実験に用いた。全身麻酔を施した後、手術台に固定し、希ヨードチンキと過酸化水素水で消毒した上顎および下顎の切歯計4本を抜歯した。抜歯後、乾燥しないよう留意しながら歯をメスで半切し、歯冠側および根尖側を除く歯髄組織を摘出した。残った切歯は、2×2mmの大きさに切断し象牙質片を作製した。その後、象牙質片は移植実験に供するため歯の保存液に浸漬して4°C冷蔵保存した。摘出した歯髄組織をout growth法で初代培養を行うため、実体顕微鏡下で細切し、タイプIコラーゲンコートの100mmディッシュ(コラーゲンコートBio-Coat)に播種した。培養液には10%FBSを添加したDMEMを自家調整したDMEM-FBSを用いて初代培養を開始した。初代培養後約20日で細胞の外生がみられ、継代を行った。外傷により過度の外力を受けて脱臼した歯は、脱落後の経過時間が長く、歯根膜に障害が及んだ場合など、歯根膜が保存不可能な場合、壊死歯根膜組織を除去した後に再植術が施される。その場合はセメント質が露出した状態になり、術後に外部吸収や骨性癒着が生じやすくなるため、歯根膜様組織の介在が必要となる。本研究は、歯髄由来細胞を含有するコラーゲンゲルで被包した象牙質片周囲の治癒形態について組織学的に検索するため、象牙質片をヌードマウスの背部皮下に埋入し、周囲組織の治癒について病理組織学的に検索を行い、その後実際にラットの抜歯窩に歯髄由来細胞含有コラーゲンゲルを併用して再植を行う処置の歯根膜再生の補助作用について検索するものである。抜去したラット上下顎切歯から得られた歯髄組織からout growth法で初代培養を行い、継代を行っていたが、CO2インキュベーターの不調やコンタミネーションの発生などが起こり、細胞の増殖が不十分になり、十分な細胞数が得られなかったため、本年度中に移植実験へ移行することが出来なかった。外傷などにより過度な外力を受け脱臼した歯は、脱落後の経過時間が長く、歯根膜に障害が及んだ場合などで保存不可能な場合、壊死歯根膜組織を除去した後再植術が行われる。本研究の目的は、脱臼歯を歯髄由来細胞含有コラーゲンゲルで被包し、その後の治癒形態について病理組織学的に検討することである。初年度ではヌードマウスへの移植実験に十分必要な細胞数が得られなかったため、再度初代培養を行った。すなわち、5週齢のWistar系雄性ラットを入手し、上顎および下顎の切歯計4本を抜去し、歯をメスで半切後、歯根中央1/3と根尖1/3の歯髄組織を摘出した。摘出した歯髄組織は細切し、タイプIVコラーゲンコート100mmディッシュに静置し、5% CO2 37°C環境下で自家調整した10% FBS添加DMEM培養液を用いてout growth法で初代培養を行った。残った象牙質で2×2mmの象牙質片を作製し4°Cリン酸緩衝液中に保管した。

当初予定していた根中央1/3から十分な細胞数が得られなかった為、根尖1/3から得た歯髄由来細胞を用いて実験を行った。1×105個/mlに調整した歯髄由来細胞(4代継代)を3mg/mlの濃度に調整されたコラーゲンゲルと混和し、作製した歯髄由来細胞含有コラーゲンゲルの内部に象牙質片を入れ、被包体を作製した。つぎに5週齢の雄性ヌードマウスを入手し、全身麻酔を施した後背部皮膚に切開を加え、作製した被包体を筋膜上に置き、閉鎖した。6週間後、移植片および周囲の組織を一塊として摘出し4%パラホルムアルデヒドに浸漬固定した。10%EDTA溶液で脱灰後、通法に従いパラフィン包埋を行い、連続切片を作製後、HE染色およびDMP-1、nestinを用いた免疫染色を行い組織学的および免疫組織学的検討を行った。本年度の当初の予定はラットの歯髄から得た歯髄由来細胞を用いてラットの上顎第一臼歯(M1)に対し意図的再植術を施し、組織学的および免疫組織学的観察を行う予定であったが、前年度にラットの上下顎切歯4本を抜去し、歯髄組織を摘出後歯根中央1/3の歯髄組織を細切しout growth法で初代培養を行ったが、CO2インキュベーターの不調やコンタミネーションの発生など起こったため細胞の増殖が不十分になり、十分な細胞数が得られず、ヌードマウスへの移植実験を行うことが出来なかった。そのため本年度は再度初代培養を行い、実験に使用する細胞を確保することにした。細胞培養の初期は細胞の状態が安定せず、細胞が外生し増殖がみられても緩やかであったため実験に必要な数に達するまでに時間を要した。そのため、当初予定していたラットの意図的再植まで行うことが出来ず、ヌードマウスの背部皮下組織に歯髄由来細胞を移植するまでとなった。外傷などにより過度な外傷を受け脱臼した歯は、脱落後の経過時間が長く、歯根膜に障害が及んだ場合などで保存不可能な場合、壊死歯根膜組織を除去した後再植術が行われる。その場合、術後に外部吸収や骨性癒着が生じやすくなるため、その防止には歯根膜様組織の介在が必要となる。本研究の目的は、脱臼歯を歯髄由来細胞含有コラーゲンゲルで被包し、その後の治癒形態について病理組織学的に検索することである。今年度は初年度で得られた歯髄由来細胞(34代)を用いて細胞含有コラーゲンゲルを作製した。8週齢のWistar系雄性ラットの上顎第一臼歯(M1)を被験歯としスプーンエキスカベーターで脱臼、根管充填用ピンセットで抜去後、スケーラーで可及的に歯根膜組織を除去した。根管が最も太い近心根管には、逆根管充填用の窩洞を形成し、MTAを充填した。抜歯窩を生理食塩液で洗浄、乾燥した後、歯髄由来細胞含有コラーゲンゲルを併用した群とコラーゲンゲルのみの群の2群に分けて意図的再植術を施した。実験期間を2週と4週とし、実験期間終了後に4%パラホルムアルデヒド溶液に浸漬固定した。EDTA溶液で脱灰後、通法に従ってパラフィン包埋を行いHE染色およびAZAN染色を行い、光学顕微鏡下で観察した。全ての被験歯で脱落および動揺はみられなかった。歯頚部付近では歯根膜様組織からセメント質に埋入するシャーピー線維様のコラーゲン線維が観察され、根尖部付近では新生された骨様組織が観察された。血管新生がわずかに観察された一方、炎症性細胞浸潤が観察された部位では歯根の吸収がみられた。また今年度は前年度で行ったヌードマウスへの移植の追加実験を行い、通法に従って厚さ5μmのパラフィン切片を作製して組織学的および免疫組織学的観察を行った。培養している歯髄由来の線維芽細胞が移植可能な数に達したら、線維芽細胞含有のコラーゲンゲルを作製し、冷蔵保存している象牙質片を包皮させてヌードマウスの背部皮下に移植する。
遷移金属を含む多重項ラジカルのマイクロ波分光法による研究

本研究の目的は、不揮発性の遷移金属を含む多重項ラジカルのマイクロ波分光法を用いた検出法の確立、およびそれらの分子種の構造、結合性、電子分布等の性質の究明である。そこでまず第4周期の遷移金属(Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Zn)の化合物、とくに酸化物とハロゲン化物についての研究を行った。遷移金属を含む多重項ラジカルの生成のために、次の3種の生成法の開発を行った。1、電極からの金属原子のスパッタリング:この方法の有効性については、先のCrClラジカルの生成である程度証明されていたが、わずか一年余りの間にさらにFeCl、CrFラジカルのマイクロ波スペクトルを初めて検出することができた。Cr、Feの供給源としてはステンレス電極を用いた。ステンレスはおよそFe:Cr:Ni=7:2:1の組成を持つ合金であるがFeだけでなくCrの供給源としても有効であった。またCrClの電子基底状態の性質は、同じハロゲン化物であるCrFとはやや異なっておりむしろ水素化物であるCrHと近い事が分かった。これは、フッ素原子の大きな電気陰性度がクロム原子の配位子場に対して強く作用しているためではないかと考えている。以上の様に電極からの金属原子のスパッタリングは、マイクロ波分光法において予想以上に有効であることが分かった。2、揮発性金属化合物の利用:上記の方法とは逆に、この方法は現在のところ有効ではない結果のみが得られている。数々の揮発性金属化合物を用いて多重項ラジカルの生成を試みたが、まだ検出にはいたっていない。これはラジカルは気相反応では生成せず、電極表面での反応により生成していることを示唆しているのではないかと考えている。これについては、今後さらに解明してゆくつもりである。3、高温セルの利用:時間的に完成させることができなかったが、今後主力の方法として開発を進めてゆく。
肺癌微小転移形成に関わる遺伝子の同定とその分子標的制御

肺癌細胞は遠隔臓器への転移を高頻度に生じやすく、癌転移は肺癌患者の予後、QOLを悪化させる主な要因である。特にいったん形成された転移巣に対する治療は困難であるため癌転移巣形成初期の分子機構の解明とそれに基づいた癌転移の予防、および治療法の開発は重要かつ危急の課題である。当研究室ではNatural Killer(NK)細胞除去重症免疫不全マウスを用いて、臨床における転移様式を反映した再現性の高いヒト肺癌の多臓器転移モデルを確立し、このモデルと1aser microdissection法、およびcDNA microarrayを用いて長径1mm未満の微小転移巣の網羅的遺伝子発現プロファイルを取得した(Mol Cancer Res,2003)。この検討により微小転移形成への関与が示唆される69遺伝子を同定した。本研究では、これらの遺伝子の中から真に転移形成初期に関与する分子を同定し、癌転移予防および治療を目的としたトランスレーショナルリサーチへの応用を目指す。17,18年度において、多臓器転移モデルにおいて転移能の異なる複数の肺癌細胞株に遺伝子導入を行い、3遺伝子について安定高発現株を樹立、2遺伝子についてレトロウイルスを用いてshRNAを導入することにより安定発現低下株を作成した。本年度はこれらの株をNK細胞除去重症免疫不全マウスに接種、微小転移形成能の評価を行った。上記のうち、UPA(urokinase-type plasminogen activatorinhibitor)発現株において癌性胸水の増加を、UPA発現抑制株において癌性胸水の減少を認めたが、微小転移形成においては有意な差を認めなかった。今後も引き続き、他の遺伝子についても安定高発現株、安定発現低下株を作成するとともに、これらの株の微小転移形成能をin vivoで評価し、親株と比し転移能が亢進または抑制される株を同定することにより、微小転移形成に関わる分子をスクリーニングする。当研究室ではNatural Killer(NK)細胞除去重症免疫不全マウスを用いて、臨床における転移様式を反映した再現性の高いヒト肺癌の多臓器転移モデルを確立し、このモデルとlaser microdissection法、およびcDNA microarrayを用いて長径1mm未満の微小転移巣の網羅的遺伝子発現プロファイルを取得した(Mol Cancer Res,2003)。本年度は、本多臓器転移モデルにおいて転移能の異なる複数の肺癌細胞株に遺伝子導入を行い、3遺伝子について安定高発現株を樹立、1遺伝子についてレトロウイルスを用いてshRNAを導入することにより安定発現低下株を作成した。今後、他の遺伝子についても安定高発現株、安定発現低下株を作成するとともに、これらの株をNK細胞除去重症免疫不全マウスに接種、微小転移形成能の評価を行い、親株と比し転移能が亢進または抑制される株を同定することにより、微小転移形成に関わる分子をスクリーニングする。昨年度から本年度にかけて、多臓器転移モデルにおいて転移能の異なる複数の肺癌細胞株に遺伝子導入を行い、3遺伝子について安定高発現株を樹立、2遺伝子についてレトロウイルスを用いてshRNAを導入することにより安定発現低下株を作成した。さらに本年度、これらの株をNK細胞除去重症免疫不全マウスに接種、微小転移形成能の評価を開始している。今後、他の遺伝子についても安定高発現株、安定発現低下株を作成するとともに、これらの株の微小転移形成能をin vivoで評価し、親株と比し転移能が亢進または抑制される株を同定することにより、微小転移形成に関わる分子をスクリーニングする。

当研究室ではNatural Killer(NK)細胞除去重症免疫不全マウスを用いて、臨床における転移様式を反映した再現性の高いヒト肺癌の多臓器転移モデルを確立し、このモデルと1aser microdissection法、およびcDNA microarrayを用いて長径1mm未満の微小転移巣の網羅的遺伝子発現プロファイルを取得した(Mol Cancer Res,2003)。この検討により微小転移形成への関与が示唆される69遺伝子を同定した。本研究では、これらの遺伝子の中から真に転移形成初期に関与する分子を同定し、癌転移予防および治療を目的としたトランスレーショナルリサーチへの応用を目指す。17,18年度において、多臓器転移モデルにおいて転移能の異なる複数の肺癌細胞株に遺伝子導入を行い、3遺伝子について安定高発現株を樹立、2遺伝子についてレトロウイルスを用いてshRNAを導入することにより安定発現低下株を作成した。本年度はこれらの株をNK細胞除去重症免疫不全マウスに接種、微小転移形成能の評価を行った。上記のうち、UPA(urokinase-type plasminogen activatorinhibitor)発現株において癌性胸水の増加を、UPA発現抑制株において癌性胸水の減少を認めたが、微小転移形成においては有意な差を認めなかった。今後も引き続き、他の遺伝子についても安定高発現株、安定発現低下株を作成するとともに、これらの株の微小転移形成能をin vivoで評価し、親株と比し転移能が亢進または抑制される株を同定することにより、微小転移形成に関わる分子をスクリーニングする。
自己停止酸化機構を利用した窒化物半導体低損傷加工プロセスの開発とトランジスタ応用

AlGaN/GaNヘテロ構造に対する光電気化学(PEC)エッチング機構をバンド計算によりモデル化するとともに、本プロセスの低損傷加工特性を実証した。ポアソン方程式に基づく計算機シミュレーションにより、電解液とAlGaN/GaNヘテロ構造界面近傍のポテンシャル分布計算を実施した。PECエッチング前は、AlGaN/GaN界面には分極により二次元電子ガス(2DEG)が生成しており、光照射により生成した電子が外部回路へ到達するためのチャネルとなっている。この電子の移動により電気化学酸化電流が流れるためAlGaN表面がエッチングされる。さらに、エッチングが進行してAlGaN層が薄くなった状態を計算すると、AlGaN層厚の減少とともに2DEG密度も現象しやがて電子のチャネルが消失し、この時エッチングが自己停止することが明らかとなった。自己停止するAlGaN層の厚さおよびエッチングレートは、入射光強度(フォトン数)に強く依存し、実験結果を定性的に説明することができた。また、PECエッチング面に形成したSBDの電流ー電圧(IーV)特性は、ドライエッチング面と比べてリーク電流が少なく、得られるショットキー障壁高さもエッチング前と比べて変化なかった。さらに、種々のプロセスを施したGaN面にMISキャパシタを作製し、容量ー電圧(CーV)特性を比較した。ドライエッチング面では大きなヒステリシス特性を示したのに対し、PEC面ではヒステリシスの無い理想曲線にCーV特性が得られた。また、ドライエッチング面に対して重畳してPECエッチングを施したところ、ドライエッチングによるダメージ層が除去され、理想的CーV特性を示すことがわかった。ターマン法から界面準位密度分布を計算したところ、PEC面ではドライエッチング面の約1桁低い値を示した。これにより、光電気化学法の低損傷性が実証された。理論および実験の両面からのアプローチにより、AlGaN/GaNの光電気化学エッチングの機構を説明することができた。さらに、自己停止機構によるナノメートルオーダーでのエッチング深さ制御を達成し、エッチング面のダメージ評価についても、定量的に評価することができた。よって、今年度目標としていた全ての項目について、当初の計画通りに順調に研究が進展したと言える。光電気化学エッチング法をAlGaN/GaN HEMTへ適用し、その優位性を明らかにするとともに、本手法を軸とした高信頼性ノーマリーオフ型パワートランジスタの実現に向けたデバイス作製プロセスを確立する。(1) AlGaN/GaN構造に光電気化学エッチングを適用し、リセスゲートHEMTを完成させる。作製プロセスとして、最初にゲート部分をエッチングしリセス加工を施した後、素子分離用のドライエッチングとソース・ドレイン電極の形成を行い、最後にショットキーゲート電極を形成する。しきい値電圧とリセス深さとの相関を明らかにするとともに、リーク電流の電圧依存性、サブスレッショルド・スロープ(SS値)を評価する。(2) AlGaN/GaN HEMTのリセスゲート部に絶縁膜を適用した絶縁ゲートHEMTを試作する。ゲート絶縁膜には、原子層堆積(ALD)法で形成される酸化アルミニウム(Al2O3)を用い、堆積後のアニールの有無やアニール温度の違いにより、素子の特性変化を評価する。ゲート絶縁破壊電圧やエミッション顕微鏡を用いたリーク電流部の可視化等を、上の(1)に加えて評価する。(3) AlGaN/GaN HEMTより大きな耐圧が期待される、AlGaInN/AlGaN HEMTのリセスゲート加工に取り組む。はじめに、AlGaN/GaN構造で開発したエッチングストップ現象をAlGaInN/AlGaN構造でも利用可能か、電気化学的基礎特性の評価により見極める。エッチング面のラフネスを原子間力顕微鏡(AFM)により評価し、AlGaN/GaN構造の結果と比較しながら、条件を最適化する。これにより、様々な窒化物ヘテロ構造へ適用可能とする光電気化学エッチング法を確立する。(1)AlGaNと電解液界面の電気化学基礎特性を、電解液中の光電流ー電圧(光IーV)測定法および容量ー電圧(CーV)測定法により明らかにした。暗中で測定したI-V特性は整流性を示し、AlGaNから電解液側に流れる正電流(陽極電流)は観測されなかった。一方、AlGaN層でバンド端吸収される波長300nmの照射光のもとでは、正の陽極電流が観測された。これは、AlGaNと電解液界面に電位障壁が形成され、ちょうどn型ショットキー界面のように、AlGaNと電解液の接触面から電子がAlGaN内部へ遠ざかる方向にバンドが曲がっていることを示している。陽極電流の立ち上がり電圧とC-V特性の結果から、AlGaN/電解液界面の電位障壁はおよそ1.0eV程度と見積もることができた。(2)AlGaN/GaNヘテロ構造基板と電解液界面の光I-V特性を、照射光波長や強度を変えて測定し、その時観測される正の陽極電流の時間変化とAlGaN表面の陽極酸化状態を明らかにした。AlGaN層で吸収される波長300nmの光照射のもとでは、測定後も比較的平坦な表面を保っていたのに対し、下地のGaN層で吸収される(AlGaN層は透過する)波長360nmの光照射下では、測定後に直径20nm深さ250nmの孔が無数に形成されることが分かった。

これはGaN層で生成された光キャリア(正孔)が、AlGaN層を超えて電解液へ供給される際に、電界が集中しやすい箇所へ選択的に輸送され、局所的なエッチング反応が起こったためだと考えられる。また、測定後に比較的平坦な表面が得られた波長300nmの照射条件においては、時間経過とともに正の陽極電流は徐々に減少する振る舞いを見せた。基板表面の電気抵抗が高くなったことが1つの要因と考えられ、本課題で目標とする電気化学エッチングの自己停止機構につながる基礎的現象を観測することができた。今年度の目標としていた「GaNおよびAlGaNの電気化学的基礎特性の評価」「AlGaN/GaNヘテロ構造の光電気化学酸化」については、当初の予定通り順調に進展した。また、「電気化学エッチングの自己停止機構」につながる基礎的現象を観測できた点においては、当初の計画以上に進展したといえる。一方、「電解液/AlGaN/GaN界面構造におけるバンド解析と光吸収特性」の調査については、実験系の構築に時間がかかり当初予定よりやや遅れているため、次年度に引き継ぎ進めていく。総合して判断すると、おおむね順調に進展しているといえる。AlGaN/GaNヘテロ構造に対する光電気化学(PEC)エッチング機構をバンド計算によりモデル化するとともに、本プロセスの低損傷加工特性を実証した。ポアソン方程式に基づく計算機シミュレーションにより、電解液とAlGaN/GaNヘテロ構造界面近傍のポテンシャル分布計算を実施した。PECエッチング前は、AlGaN/GaN界面には分極により二次元電子ガス(2DEG)が生成しており、光照射により生成した電子が外部回路へ到達するためのチャネルとなっている。この電子の移動により電気化学酸化電流が流れるためAlGaN表面がエッチングされる。さらに、エッチングが進行してAlGaN層が薄くなった状態を計算すると、AlGaN層厚の減少とともに2DEG密度も現象しやがて電子のチャネルが消失し、この時エッチングが自己停止することが明らかとなった。自己停止するAlGaN層の厚さおよびエッチングレートは、入射光強度(フォトン数)に強く依存し、実験結果を定性的に説明することができた。また、PECエッチング面に形成したSBDの電流ー電圧(IーV)特性は、ドライエッチング面と比べてリーク電流が少なく、得られるショットキー障壁高さもエッチング前と比べて変化なかった。さらに、種々のプロセスを施したGaN面にMISキャパシタを作製し、容量ー電圧(CーV)特性を比較した。ドライエッチング面では大きなヒステリシス特性を示したのに対し、PEC面ではヒステリシスの無い理想曲線にCーV特性が得られた。また、ドライエッチング面に対して重畳してPECエッチングを施したところ、ドライエッチングによるダメージ層が除去され、理想的CーV特性を示すことがわかった。ターマン法から界面準位密度分布を計算したところ、PEC面ではドライエッチング面の約1桁低い値を示した。これにより、光電気化学法の低損傷性が実証された。理論および実験の両面からのアプローチにより、AlGaN/GaNの光電気化学エッチングの機構を説明することができた。