hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
思春期発来の機序について

[目的]我々は生仔期雌ラットにdanazolを単回皮下投与すると真性早発思春期が誘起されることをすでに明らかにしたが、真性早発思春期ラットを正常ラットとの間で発育段階において視床下部神経諸核の成長にどの様な差異があるかを検討して、真性早発思春期に関与している視床下部神経核、すなわち思春期発来に関与している視床下部神経核を明らかにする。[方法]5日齢にdanazolを単回皮下投与された雌ラット(真性早発思春期ラット)および正常雌ラットの視床下部神経諸核の神経細胞核の成長過程を比較検討した。[成績]正常雌ラットでの新生仔期、乳仔期の視床下部神経諸核の成長は次の3つのパターンに大別される。(1)10日齢ですでに成長を終えている(内側視索前核、前側視床下核、内側腹内側核)。(2)15日齢でほぼ成長を終えている。(視交叉上核、背内側核)。(3)20日齢まで成長を続ける。(視索前核視交叉上核、視索前核脳室周囲部、視索上核、室旁核、弓状核、後側腹内側核)。一方、真性早発思春期ラットでは内側視索前核、前側視床下核、内側腹内側核、視交叉上核、背内側核、視索上核、室旁核、弓状核、後側腹内側核は正常ラットと同じ成長パターンを示したが、視索前核視交叉上核、視索前核脳室周囲部のみは正常ラットよりも早期に成長し、10日齢で正常ラットの15日齢と、15日齢で正常ラットの20日齢と同じ大きさに成長し、20日齢では15日齢と同じであった。[結論]視床下部神経諸核のなかで視索前核視交叉上核、視索前核脳室周囲部のみが真性早発思春期ラットでは早期に成長を終えることより、これらの神経核が真性早発思春期の病因に関与していることがつよく考えられ、さらに、これらの神経核が思春期発来に関与している可能性が示唆された。我々は新正仔期雌ラットにdanazolを単回皮下投与すると真性早発思春期が誘起されることを明らかにしたが,正常雌ラットと真性早発思春期雌ラットとの間で発育段階で視床下部神経諸核の成長にどの様な差異があるかを下記の2点について検討し,真性早発思春期,すなわち思春期発来に関与している視床下部神経諸核を明らかにしようと試みた。1.正常雌ラットおよび真性早発思春期雌ラットにおける視床下部神経諸核の成長に関する研究(1)正常雌ラット:内側視索前核,前側視床下核の神経細胞は生後10日目で,思春期発来時(生後38日目)と同じ大きさに達した。視索前核視交叉上部,視索前核脳室周囲部,視交叉上核,後側腹内側核,弓状核,背内側核の神経細胞は生後20日目で思春期発来時と同じ大きさを示した。視索上核,室旁核の神経細胞は思春期発来時まで増大した。(2)真性早発思春期雌

ラット:視索前核視交叉上部,視索前核脳室周囲部の神経細胞の成長には早期成熟化が認められ,生後15日目で正常雌ラットの20日目の大きさに達していた。他の視床下部神経諸核は正常雌ラットとほぼ長じ成長を示した。以上の所見より,視索前核視交叉上部,視索前核脳室周囲部が思春期発来に関与している可能性が指摘された。2.正常雌ラットおよび真性早発思春期雌ラットにおける視床下部神経諸核の^3H-estradiolの取り込みに関する研究正常雌ラット,真性早発思春期雌ラットとも視索前核視交叉上部,視索前核脳室周囲部,内側視索前核,前側視床下核,後側腹内側核,弓状核の神経細胞の^3H-estradiolの取り込みは他の部位と比較して有意に多かった。しかしautoradiographyでは標本を-20°Cで6ケ月間露出することが必要であり,現在露出中である。[目的]我々は新生仔期雌ラットにdanazolを単回皮下投与すると真性早発思春期が誘起されることをすでに明らかにしたが,真性早発思春期ラットと正常ラットとの間で発育段階において視床下部神経諸核の成長にどの様な差異があるかを検討して、真性早発思春期に関与している視床下部神経核、すなわち思春期発来に関与している視床下部神経核を明らかにする。[方法]5日齢にdanazolを単回皮下投与された雌ラット(真性早発思春期ラット)および正常雌ラットの視床下部神経諸核の神経細胞核の成長過程を比較検討した。[成績]正常雌ラットでの新生仔期、乳仔期の視床下部神経諸核の成長は次の3つのパターンに大別される。(1)10日齢ですでに成長を終えている(内側視索前核、前側視床下核、内側腹内側核)。(2)15日齢でほぼ成長を終えている(視交叉上核、背内側核)。(3)20日齢まで成長を続ける(視索前核視交叉上核、視索前核脳室周囲部、視索上核、室旁核、弓状核、後側腹内側核)。一方、真性早発思春期ラットでは内側視索前核、前側視床下核、内側腹内側核、視交叉上核、背内側核、視索上核、室旁核、弓状核、後側腹内側核は正常ラットと同じ成長パターンを示したが、視索前核視交叉上核、視索前核脳室周囲部のみは正常ラットよりも早期に成長し、10日齢で正常ラットの15日齢と、15日齢で正常ラットの20日齢と同じ大きさに成長し、20日齢では15日齢と同じであった。[結論]視床下部神経諸核のなかで視索前核視交叉上核、視索前核脳室周囲部のみが真性早発思春期ラットでは早期に成長を終えることより、これらの神経核が真性早発思春期の病因に関与していることがつよく考えられ、さらに、これらの神経核が思春期発来に関与している可能性が示唆された。
赤色球ポリアミンの生活習慣病予測因子としての意義と酸化ストレス指標としての有用性

本研究では職域と地域の2つの成人コホート集団を対象に血中ポリアミン値とメタボリック危険因子(MRF)との関連性を解析することで、健常人でのポリアミンの生活習慣病予測因子としての意義を明らかにすることを目的とした。MRFのうち、男性では中性脂肪値と正の有意な関連性が認められたことから、血中ポリアミンは中性脂肪の合成促進や分解抑制に関与している可能性が示唆された。また男女ともHbAlcとは負の関連性を認めたことから、血中ポリアミンは糖化抑制に関与している可能性が示唆された。次いでポリアミン合成経路の律速酵素であるオルニチン脱炭酸酵素(ODC)にはG→A一塩基配列多型遺伝的多型が存在することから、血中ポリアミン値とODC遺伝型との関連性を分析したが、男性ではAA型でGG型やGA型に比べて有意にポリアミン値が高値であったことから、ODCのAA型では糖化抑制機序を介して生活習慣病発生リスクが他の遺伝型に比し低下している可能性が示唆された。この点に関しては、追跡調査により生活習慣病発症を把握しエピデンスを集積することが不可欠である。また、酸化ストレスは生活習慣病進展に深く関与していることが以前から明かにされているため、酸化ストレス曝露の指標として8-isoprostane(8-iso-PGF2α)の分析を行い、血中ポリアミン値との関連性を検討したが、有意な関連性は認められなかった。この点に関しても、追跡調査での発症把握による関連性の検討が不可欠である。Ornithine decarboxylase(ODC)はポリアミンの生体内合成過程での律速段階となる主要酵素であり、強い酸化抑制や糖化抑制機能を持つことが確認されている。今回の研究では、ODCの遺伝的多型と循環血液中のポリアミン濃度との関連性について分析を行った。対象となったのは喫煙習慣のない健常な30名の男性と30名の女性で、ODC遺伝子の遺伝型のAA、GA、GGがそれぞれ男女とも10名づつとなるよう、607人の健康診査受診者から無作為に抽出した。全血中の血中ポリアミンは、spermidineとspermineを高速液体クロマトグラフィーで測定し、ヘマトクリット値で除して補正した。調整ポリアミン値とODC遺伝型との関連性は共分散分析方を用いて統計学的解析を実施した。その結果、女性ではspermidineと遺伝型との有意な関連性が示され、AA型ではGA型やGG型に比べて有意にspermidineが高値であった。しかしspermineではそのような関連性は見られなかった。また男性ではODCの遺伝型と血中ポリアミン値との関連性は見られなかった。閉経以後の女性では、女性ホルモンにかわる酸化ストレスに対する防御機能として血中ポリアミンが役割を果たしていると考えられるが、ODC遺伝子AA型では血中spermidineが高値に保たれ、生活習慣病発症リスクへの暴露に対してより抗酸化作用が強いspermineへ代謝が促進されることで生活習慣病リスクとなる酸化ストレスを中和すると推察された。健常成人集団を対象にした疫学的解析手法により、メタボリック症候群に関連する危険因子(MRF)の生化学データと血中ポリアミン値(スペルミジン;Spd、スペルミン;Spm)との関連性を明らかにする目的で断面的研究を行った。対象者は北海道Y町で2005年8月に実施された住民健診受診者のうち、インフォームドコンセントが得られた男性(40歳以上)の90名、閉経後女性(50歳以上)の136名である。検体は-85°Cで凍結保存された全血で、融解後、麦由来のポリアミン酸化酵素(OSPOおよびBSPO)を利用して既報に従い比色定量分で析法し、ヘマトクリット値で補正した。

次いで統計解析により、4分位化された血中ポリアミン値(Spd+Spm値、Spm値)とMRF(総コレステロール、HDLコレステロール、中性脂肪、空腹時血糖、HbAlc)との関連性を、共分散分析モデルにあてはめ解析した。その結果、ポリアミン値は男女ともHbAlcの上昇と負の関連性を示した。従来から実験的研究では、ポリアミンがアミノ酸の最終糖化産物の生成を抑制すると報告されているが、健常者の生体内での生理的な濃度範囲でもポリアミンによるアミノ基の糖化抑制が起きていると推測された。また男性ではポリアミン値と中性脂肪値との間に有意な正相関が見られたが、他の血清脂質との間には有意な関連性が見られなかった。この関連性を説明する詳細な機序は不明であるが、ポリアミンがZuckerラット脂肪組織で脂肪分解を抑制し脂肪合成を促進するという報告から、健常男性での中性脂肪代謝に対しても同様な機序が関与していると推測される。
進化ハードウェアを用いた遺伝情報規則推論システム

遺伝情報規則の抽出・発見に関して,既に従来のAIをベースとした様々なアプローチが試みられている.このような背景の中で本研究の目的は,パターン認識の考え方に基づく規則の抽出・発見(推論)を行う新たな規則推論手法(抽出・発見)を提案し,その有効性を示すことである.さらに,提案手法の高速化を目的としたハードウェアを提案し,その有効性を示すことである.この目的に対して本研究では,パターン認識手法の一つであるカーネルベース法を記号列に発展させた記号カーネルベース法(カーネルと呼ばれる規則の要素を"重ね合わせる"ことで全体の規則を形成する手法)を提案した.提案手法を困難な記号推論問題の一つとされている英単語の発音記号推論に適用し,その基本的有効性を確認した.さらに,ヒト遺伝子のイントロンとエクソン境界(スプライス部位)の高次規則推論に適用し,微弱な規則の抽出実験を行った.この結果,11,000個の事例(GT境界とその近傍)に対して92%以上の認識精度を得ることができた.また,専用ハードウェアである進化ハードウェアシステムの回路設計が終了し,1μ秒以下の処理速度で1つの記号列に対する認識処理ができる見通しを得た.本提案手法(記号カーネルベース法)は,記号列の認識とその規則推論に有効であることがわかった.しかしながら,対象とした問題(スプライス部位の認識と推論)は有効な既存手法が多く,本手法の有意性がまだ示せていない.本手法によってはじめて高い認識精度と規則の抽出が可能となる対象問題を探索し,具体的評価をする必要がある.さらに,設計が完了したハードウェアの有効性,有意性を示すことができる対象問題の探索も不可欠である.遺伝情報規則の抽出・発見に関して,既に従来のAIをベースとした様々なアプローチが試みられている.このような背景の中で本研究の目的は,パターン認識の考え方に基づく規則の抽出・発見(推論)を行う新たな規則推論手法(抽出・発見)を提案し,その有効性を示すことである.さらに,提案手法の高速化を目的としたハードウェアを提案し,その有効性を示すことである.この目的に対して本研究では,パターン認識手法の一つであるカーネルベース法を記号列に発展させた記号カーネルベース法(カーネルと呼ばれる規則の要素を"重ね合わせる"ことで全体の規則を形成する手法)を提案した.提案手法を困難な記号推論問題の一つとされている英単語の発音記号推論に適用し,その基本的有効性を確認した.さらに,ヒト遺伝子のイントロンとエクソン境界(スプライス部位)の高次規則推論に適用し,微弱な規則の抽出実験を行った.この結果,11,000個の事例(GT境界とその近傍)に対して92%以上の認識精度を得ることができた.また,専用ハードウェアである進化ハードウェアシステムの回路設計が終了し,1μ秒以下の処理速度で1つの記号列に対する認識処理ができる見通しを得た.本提案手法(記号カーネルベース法)は,記号列の認識とその規則推論に有効であることがわかった.しかしながら,対象とした問題(スプライス部位の認識と推論)は有効な既存手法が多く,本手法の有意性がまだ示せていない.本手法によってはじめて高い認識精度と規則の抽出が可能となる対象問題を探索し,具体的評価をする必要がある.さらに,設計が完了したハードウェアの有効性,有意性を示すことができる対象問題の探索も不可欠である.
視線速度および測光観測に基づく中質量星の惑星系の研究

中質量星における惑星系の特徴を明らかにするため、国内外の望遠鏡を用いて中質量G型巨星の視線速度観測による系外惑星探索を行った。この中で、新たな惑星及び褐色矮星を複数発見し、中質量星における惑星形成過程に対する知見を得た。また、巨星では中心星に飲み込まれてしまって見つけることのできない短周期惑星を検出するため、中質量A型主系列星におけるトランジット現象の検出可能性を小口径望遠鏡による測光モニター観測によって調査し、相対測光精度約0.2%以下が達成可能なことを示した。本研究では、中質量星における惑星系の特徴を明らかにし、統一的な惑星形成理論の構築に寄与することを目的として、中質量G型巨星の視線速度精密観測による系外惑星探索を行う。また、巨星段階では中心星に飲み込まれてしまって検出できない短周期惑星を検出するため、進化前の中質量A型綾星におけるトランジット(惑星による掩蔽)現象の検出可能性を小口径望遠鏡による測光観測によって調査する。平成20年度は、前者の目的のために中国興隆観測所に赴き観測を遂行し、後者の目的のために東京工業大学にて望遠鏡及びCCDカメラの設置作業を行った。望遠鏡関連作業は現在も引き続き行っており、具体的な観測が始まるのは平成21年度以降となる予定である。中国興隆観測所におけるG型巨星の惑星探索観測からは、新たに一つの系外惑星の発見に成功した。これで我々のグループによる巨星を周回する惑星の発見数は合計11個となり、この分野では世界をリードしている。今回見つかった惑星は木星の約3倍の質量をもち、軌道長半径約1天文単位を周回する巨大惑星である。中心星の金属量は太陽に比べてやや欠乏している。これらの性質は、これまでに知られている他の巨星を周回する惑星の性質と合致しており、巨星の周りの惑星は太陽類似星の惑星とは性質が異なるという最近の観測結果を支持するものとなった。また、巨星段階では中心星に飲み込まれてしまって検出できない短周期惑星を検出するため、進化前の中質量A型矮星におけるトランジット(惑星による掩蔽)現象の検出可能性を小口径望遠鏡による測光観測によって調査する。平成21年度は、前者の目的のために中国興隆観測所の研究者に協力を依頼して年間約40晩程度の観測を行い、後者の目的のために東京工業大学に平成20年度に設置した望遠鏡及びCCDカメラを用いて試験観測をおこなった。中国興隆観測所におけるG型巨星の惑星探索観測では、新たな系外惑星をもつ可能性のある天体を複数同定し、国立天文台岡山観測所やハワイ観測所の望遠鏡なども駆使しながら現在精力的に追観測を続けている。A型矮星の測光観測については、試験観測の結果、東工大付近の明るい空の下でも相対測光精度約0.3%を達成できることが判明した。これはA型矮星を周回する惑星によるトランジット現象をとらえるのに十分な精度である。これを受けて、平成22年度には本観測を開始する。本研究では、中質量星の周りに存在する惑星系の特徴を明らかにし、惑星形成及び進化過程の統一的な理解に寄与することを目的として、中質量G型巨星の視線速度精密観測による系外惑星探索を行う。また、巨星段階では進化によって膨張した中心星に飲み込まれてしまい検出が不可能な短周期惑星を検出するため、進化前の中質量A型主系列星におけるトランジット(惑星による掩蔽)現象の検出可能性を小口径望遠鏡による測光観測によって調査する。平成22年度は、前者の目的のために中国興隆観測所の研究者に協力を依頼して昨年度同様年間約40晩程度の観測を行った。また、後者の目的のためには東京工業大学に平成20年度に設置した望遠鏡及びCCDカメラを用いてA型主系列星の観測を行った。中国興隆観測所における惑星探索観測では、昨年度同定した新たな系外惑星をもつ可能性のある天体を引き続きモニター観測した結果、この天体は2つの惑星をもつ多重惑星系であることが分かった。このような天体はG型巨星の周りでは発見例が少なく、惑星系の軌道進化を考える上で貴重なサンプルとなった。A型主系列星の測光観測については、観測手法と解析手法に改良を加えた結果測光精度が約30%向上し、相対測光精度約0.2%以下を達成した。これは、A型主系列星を周回する土星サイズの惑星の検出が可能な精度である。また、観測システムの自動化も進んでおり、今後も観測を継続していく。
皮膚感染症における黄色ブドウ球菌による皮膚バリア突破機構の解明

ブドウ球菌が皮膚において感染を成立するためには、角質層と顆粒層のバリアを突破しなくてはならない。まず角質層バリアにおけるブドウ球菌の侵入機序を検討するために、スフィンゴ脂質合成酵素遺伝子を欠損したコンディショナルノックアウトマウス(Sptlc2 CKO)を作製した。野生型マウスに黄色ブドウ球菌を塗布しても、菌体の表皮内侵入像は認められなかった。一方で、作製したSptlc2 CKOマウスの(細胞間脂質の構成に異常を持った)角質層表層に黄色ブドウ球菌野生株を塗布し反応させると、表皮内に付着した菌体はマウス表皮内へと侵入した。このことから、ブドウ球菌の角質層通過には角質細胞間の構成成分が関与している可能性が示唆された。またブドウ球菌は表皮内の顆粒層バリアを突破する前に、表皮内に好中球浸潤を誘導する。この表皮内への好中球浸潤を誘導する菌体成分を同定するために、菌体表層分子に関わる遺伝子欠損黄色ブドウ球菌株をマウス耳介表皮へ塗布し6時間反応時における耳介の腫脹と表皮内への好中球浸潤を確認できた切片頻度を目安としてスクリーニングを行った。ペプチドグリカン加水分解酵素を欠損した株において、細胞壁タイコ酸欠損株と同程度の炎症抑制効果が認められた。そのため細胞壁タイコ酸以外にペプチドグリカンの三次元構造も好中球誘導に関与している可能性が考えられた。今後、今回示唆された可能性を更に検討する事が望まれる。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は遺伝子改変マウスの作成や遺伝子改変ブドウ球菌の入手に日数を要した。そこで今後解析に用いるツールの作成に注力することにした。表皮剥脱毒素(ETA)を6xHisとHAで標識した組換えタンパク質を作成するために、組み換えプラスミドを大腸菌M15株に導入した。また、スフィンゴ脂質合成酵素遺伝子を欠損したコンディショナルノックアウトマウス(Sptlc2 CKO)を作出し、蛍光免疫染色により本マウスの表皮基底細胞ではSptlc2の発現が低下していることを確認した。膿痂疹モデルマウス(Imanishi I et al. Vet Dermatol 2016)では、顆粒層に付着した黄色ブドウ球菌は表皮内浸潤した好中球を利用して皮内へ侵入することが知られている。そこで本年度は、菌体による好中球を誘導する分子機序を解析も併せて行った。好中球誘導に関わる菌体因子を明らかにするために、共同研究者である黒川健児准教授(長崎国際大学薬学部)から譲渡された菌の表面分子の欠損株を、一部角質層が除去された表皮へ塗布した。表皮内への好中球浸潤を確認できた切片数を野生株(RN4220)と比較した結果、Protein A欠損株(M0107)間と野生株で差は認められなかった(RN4220:53.3±9.3%, M0107:56.5±13.1%)。一方で、細胞壁タイコ酸欠損株(T174)やProtein Aと細胞壁タイコ酸に修飾している糖鎖の欠損株(T807)では、好中球浸潤を確認できた切片数が野生株よりも減少した(T174:19.7±9.6%, p≦0.05, T807:17.0±13.1%, p≦0.05)。これらのことから、黄色ブドウ球菌が顆粒層に付着した際、細胞壁タイコ酸内の糖鎖が表皮内へ好中球を誘導している可能性を示唆することが出来た。遺伝子改変マウスや遺伝子改変ブドウ球菌の入手に日数を要したため、いずれの研究でも十分な結果を得ることはできなかった。しかしながら次年度の解析に必要な材料や手技を概ね確立することが出来たため、今後研究を加速することが出来ると考えている。

次年度はSptlc2 CKOマウスのセラミド発現量低下を薄層クロマトグラフィー法を用いて検証する。セラミド発現量の低下を確認できた後に、角層上にETA産生黄色ブドウ球菌やETA遺伝子欠損黄色ブドウ球菌、組換え表皮剥脱毒素(ETA)を塗布することで、セラミド減少時にETが角化層の細胞間接着を破壊するか解析を進める。また前年度に黄色ブドウ球菌が顆粒層に付着した際、細胞壁タイコ酸内の糖鎖が表皮内へ好中球を誘導している可能性を示した。しかしながら他の菌体成分が、表皮内への好中球誘導を引き起こしている可能性は否定できていない。そこで譲渡された別の遺伝子改変ブドウ球菌株をマウス皮表に塗布し、好中球の表皮内浸潤の程度を解析することで、好中球誘導をひきおこす菌体因子の候補物質を選定する。それらの候補物質を黄色ブドウ球菌からそれぞれ精製し、培養角化細胞やマウス皮膚に塗布し表皮内への好中球誘導能を解析する。表皮内への好中球誘導に関わる菌体因子を同定し、さらには菌体因子と結合する細胞受容体とそれを発現している表皮の細胞を特定する予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
自閉症スペクトラム障害におけるメタボローム解析

本研究では,これまで発見されていない自閉症特有の物質変化(代謝異常,酵素欠損等)を想定し,ASD(自閉症スペクトラム障害)のバイオマーカーを探索すべく,精密質量分析法を用いるメタボローム解析を行った。実験では,定型発達群と自閉症群の唾液に含まれるアミノ酸等低分子極性物質の質量分析を行い,2群間比較のためにSIEVE(多変量解析ソフト)による解析を行ったところ,有意差が0.001以下で自閉症群での存在量の多い低分子極性物質12種類が検索され,その中からセリンを特定することができた。発達障害を生体内物質の観点から見れば,定型発達児群と比較すると,自閉症児群では必須ミネラル・有害ミネラル共に有意に低値である傾向が示されたり,血漿中のオキシトシン濃度が有意に低値であったりすること等が知られてきた。このことは,個々の生体内物質レベルにおいて,発達障害群と定型発達群との間に明確な「差異」が存在することを示しており,生体内物質の網羅的解析によって,発達障害の診断マーカーが発見される可能性が大きいと考えられる。本研究は,自閉症発症に関わる脳の機能障害を生化学的視点から解明し,自閉症の早期診断・発見に貢献すると共に,生活環境や栄養摂取の観点から教育支援環境の構築をめざすことを目的とした。そのために,精密質量分析法を用いる自閉症スペクトラム障害のメタボローム解析法を確立し,定型発達群と自閉症群の生体試料の網羅的解析によって,診断の根拠となり得る自閉症の生化学的性質を明らかにすることとした。定型発達者との比較において,その体内に普遍的に存在する物質に対して,自閉症者に生ずる或いは自閉症者が獲得した特有の「違い」が,物質量の「差異」となって現れると考えられる。本研究のねらいであるその物質量の変化・差異を明らかにすることによって,自閉症の診断・進行状況を客観的な数値によって判断することが可能となると考えられる。26年度は,前年度までに本学附属特別支援学校並びに公立小学校の協力を得て,生体内物質情報を最大かつ精密に引出すことのできる精密質量分析法を導入することよって,自閉症者の生体成分(=生体内代謝物質)の網羅的解析,すなわちメタボローム解析によって得られたデータを基に統計的再解析を行った。すなわち解析の前提となる『定型発達者マススペクトルプロファイル』を基礎データとして収集し,併せて『自閉症者マススペクトルプロファイル』を作成し,多変量解析に基づく「差異」を見出した。今日,自閉症スペクトラム障害(以下ASD)の有病率は急増しているが,ASD研究において,病因が未解明であること,更にASDの化学的診断が確立できていないことが問題点としてあげられている。ASDにおける早期療育は効果が高いことが分かっているため,我々は,ASDの早期診断のためのバイオマーカーの検索について研究を開始した。分析に用いる試料は,対象者に対し非侵襲的でありかつ簡便に採取できる唾液とした。本研究では, LC/MS法により唾液試料中の化学的成分を分析し,分析結果から差異解析ソフトを用いる自閉症群と定型発達群の比較分析を行うことによって,自閉症特有のバイオマーカーを見出すことを目的としている。26年度で得られている分析結果を基に,27年度は差異解析の設定を変えることで,特定化される物質の再検索を行った。先行研究データを用いて,統計解析ソフトSIEVE(Thermo Fisher社製)により,自閉症群12検体と定型発達群24検体の比較解析を行った。定型発達群は,全50検体のうちからランダムに24検体を選び,3パターンを設定すると共に,2群間の差異を統計的有意差と相対比によって表し,得られた測定精密質量(m/z)からデータベース検索を行った。各パターンの解析結果を有意差0.001以下で,保持時間の短い低分子物質に的をしぼると,幾つかのm/z値を示す物質が推測された。更に3パターンで同じm/z値であったものをまとめると,12種類に収束され,m/z値からデータベース検索により得られた物質をASDのバイオマーカー候補物質とした。一方,検索する分析対象を低分子極性物質と限定して,専用の分離カラムSS-C18(Imtakt社製)を用いて,同様に自閉症者と定型発達者の唾液サンプルを採取後,前処理を施すことで,分析に供した。低分子極性物質として,カテコールアミン類やアミノ酸など15成分を分析の対象とし,一斉分析が可能となる移動相の条件を検討した。27年度は,同一試料を用いて26年度から継続した唾液試料分析の再現性を確認し,その解析条件の検討結果より,12種類のm/z値を示すASDのバイオマーカーとして有力な候補物質が推測された。26年度の成果以上の成果が得られ,ASDの診断を客観的な数値によって判断することの可能性を見出すことができた。更にそれらのバイオマーカーとしての候補物質を特定するために,それらが内因性物質であるかを判断する必要があり,推測された各物質の標準試料を入手して分析し,候補物質との保持時間の挙動を検討する必要がある。一方,27年度に予定していた社会性欠如モデルマウスの生体試料を用いるメタボローム解析は,試料提供を受けることが難しくなり実施できなかったので,28年度に実施することになったことから,達成度を3とした。自閉症スペクトラム障害(ASD)の診断は,行動から症状を判断する診断が行われているが,早期診断は難しい。近年,ASDと関連があるとされる遺伝子が報告されているが,診断マーカーとしての利用は未だされていない。

28年度は,27年度のデータ収集の進度に応じて,自閉症者と定型発達者の唾液成分の比較を行う観点から,同一試料を用いて再現性確認のための繰返し実験を行った。一方,研究協力者との検討の結果より,セリンプロテアーゼ(motopsin)が欠損した発達障害モデルマウスを用いて,それらの血清成分の比較から,血清成分の「差異」がメタボローム解析的に見出されるかどうかの評価を行った。即ち,motopsin欠損(KO)マウスと対照としてのヘテロ(Het)マウスを分析の対象として,それらの血清中のアミノ酸を中心とした化学成分の詳細な検討を行うことで,発達障害の診断について知見を得る研究を行った。1)マウス血清成分を,LC/MSの分析グラジエント条件を検討して改めて測定した。2)内部標準法により,カテコールアミン類を含む17成分又はたんぱく質構成アミノ酸20成分について,それぞれ血中濃度を算出した。3)得られた濃度について,二元配置の分散分析により有意差のある物質を明らかにした。統計解析の結果,KOマウスとHetマウスでアラニンに有意差が認められた。このことから,motopsin欠損とアラニン濃度に関係があることが示唆された。また,メチオニンなどの7種類のアミノ酸についても有意差が認められた。有意差の見られたアミノ酸の中には,神経伝達系と関係するグリシンやトリプトファンも含まれていた。KOマウスとHetマウスでの血清成分の比較では,遺伝子型の違いに基づく差が観察されたことに加え,雌雄の違いによる差も観察されたことから,更に雌雄を考慮した解析を行っていく必要性があると考えられた。本研究では,これまで発見されていない自閉症特有の物質変化(代謝異常,酵素欠損等)を想定し,ASD(自閉症スペクトラム障害)のバイオマーカーを探索すべく,精密質量分析法を用いるメタボローム解析を行った。実験では,定型発達群と自閉症群の唾液に含まれるアミノ酸等低分子極性物質の質量分析を行い,2群間比較のためにSIEVE(多変量解析ソフト)による解析を行ったところ,有意差が0.001以下で自閉症群での存在量の多い低分子極性物質12種類が検索され,その中からセリンを特定することができた。ヒトの唾液試料を分析試料として,高性能液体クロマトグラフィー精密質量分析計(LC/MS)を用いる生体内代謝物質の網羅的解析が可能となり,測定精密質量と呼ばれる高精度の測定データによる統計的多変量解析の結果から,定型発達群と自閉症群との比較において,唾液中に含まれる物質量の「差異」となって現れることを観察した。本研究のねらいであるその物質量の変化・差異を明らかにすることによって,自閉症の診断・進行状況を客観的な数値によって判断することの可能性を見出すことができ,27年度から本格的に実施する見通しが立った。しかしながら,統計的解析の結果から「差異」が明確になったものは1代謝物のみに限られた点において,統計解析の客観的な評価に課題が残されたため,達成度を(2)とした。最終年度の課題として,分離条件の検討と共に極性低分子物質に絞ったASDのバイオマーカーとしての候補物質を特定するために,推測された各物質の標準試料を入手して分析し,推測された候補物質との保持時間の挙動を検討する必要がある。更にサンプル数を増やしていくことで,分析結果の実証性を得ていく。
唾液レベルのフッ素、飽和度を持つ環境液が永久歯と乳歯の脱灰と再石灰化に与える影響

歯の脱灰抑制,再石灰化促進には口腔内環境である唾液,歯垢中に微量のフッ素が常に存在することが重要である。これまでの研究により水道水フッ素化された地域の住民の唾液中フッ素濃度は0.020.05ppmであることが報告されており,このレベルのフッ素濃度は再石灰化促進よりも,脱灰抑制により効果的であることが報告されている。しかしながらこれらの研究は永久歯を対象としており,乳歯と比較したものはない。そこで,唾液レベルのフッ素が乳歯および永久歯の脱灰抑制,再石灰化促進に及ぼす影響を明らかにすることを目的に本研究を行った。研究材料にはヒト乳歯,永久歯を用い,研究方法はC.Robinsonらの方法に準じて行った。実験の結果,総ミネラル喪失率においては永久歯,乳歯ともにフッ素含有群では非含有群に比して低く,有意に脱灰が抑制されていたのに対し,総ミネラル獲得率ではフッ素非含有群,含有群間に有意差は認められなかった。また,フッ素含有群におけるミネラル喪失率は乳歯,永久歯間に有意差は認められなかった。今回の研究により,0.05ppmという極低濃度であってもフッ素を含有することにより,有意に脱灰を抑制することが理解された。また,この脱灰抑制効果は永久歯,乳歯に同等に認められた。しかしながら,再石灰化の促進に関してはフッ素非含有群との間に有意差を認めず,0.05ppmのフッ素濃度は脱灰抑制に対し,より効果的であることが理解された。唾液レベルのフッ素がエナメル質の脱灰抑制-再石灰化促進に及ぼす影響を明らかにすることを目的に,ヒトエナメル質切片をフッ素非含有およびフッ素含有脱灰-再石灰化液に浸漬し,その後に溶出するリン濃度を指標として,エナメル質中ミネラルの喪失および獲得率を計測し,両者で比較検討することとした。実験手法を以下のように規格した。前準備として歯を頬舌的に切断し,厚さを各150μmに調整後,エナメル質以外をネイルバニッシュにて被覆する。その後,各切片のエナメル質の面積を画像解析装置にて計測し,この面積と切片の厚さより浸漬されるエナメル質の総体積を求める。次にエナメル質切片12枚を1組としてプラスチックバスケット上に並べ,サンプリング前に1時間蒸留水に浸漬する。脱灰液はCa(NO_3)_2 2.0mM,KH_2PO_4 1.2mM,acetic acid 50mM,10M NaOHにてpH4.8に,再石灰化液はCa(NO_3)_2 2.0mM,KH_2PO_4 1.2mM,KCL 130mM,Tris/HCl 60mM,10M NaOHにてpH7.0に調整する。それぞれの溶液はフッ素非含有と0.05ppmフッ素含有のものを用意し,これら溶液をバイアル中に10ml入れ,pHサイクリング装置を用いて22時間中に1時間×3回の脱灰を繰り返し,脱灰以外の時間には再石灰化液中に浸漬する。サンプリングは脱灰,再石灰化の各工程で行う。得られたサンプルのリンの定量にはChenらの比色法に従って行い,すべてのミネラルはハイドロキシアパタイト中に存在すると想定し,ミネラルの喪失率と獲得率を得られたリン量と溶液に浸されたエナメル質の体積より算出する。この実験手法を用いたこれまでの永久歯での研究結果より,0.05ppmという極低濃度であってもフッ素を含有することにより,有意に脱灰を抑制し,再石灰化を促進することが確認された。今後乳歯についても同様に行い,両者の反応性の違いを比較する予定である。
神経栄養因子アンチセンスRNAの脊髄内投与による難治性疼痛治療の開発

平行して実施された炎症性疼痛としてのホルマリンモデルの実験を通じ、神経栄養因子群をはじめとするmRNAの量的変化を脊髄レベルで検出するためのreal-time PCR法の確立を目指した。その結果、極少量の検体より神経栄養因子群(NGF、BDNF、GDNF、NT3)の測定が可能となった。その他、疼痛関連遺伝子、例えばCOX、IL-1βなどの物質も一個の後根神経節より測定可能なまでに技術を改善し、正確に疼痛による量的変化を捉えられるレベルに達した。また、in situ hybridization法を確立し、変化の局在を検討することも可能となった。同時に最終目的とした難治性疼痛モデルとして脊髄神経結紮モデルを確実に作成することが可能となり、行動学的評価が確立された。ラットのくも膜下に薬剤を投与するためのクモ膜下カテーテル挿入技術も修得でき、微少ポンプによる持続注入も可能となった。神経栄養因子群の中でBDNFが特に難治性疼痛では重要な働きをすることが明らかとなってきているが、坐骨神経結紮モデルに炎症痛が生じた場合どのような変化を生ずるかを我々は検討し、その結果を3月に国際学会(2005 International Anesthesia Research Society)で報告した。BDNFの抗体、アンチセンスRNA、siRNAを作成し、脊髄神経結紮モデルにアンチセンスRNAを投与することが可能となった。3年計画の本研究の初年度として、術後痛モデルを作成し疼痛評価ならびに脊髄レベルでのc-Fos蛋白出現の時間的変化および局在部位を観察し、神経栄養因子アンチセンス投与の前段階実験を実施した。加えて、局所麻酔薬の前投与が疼痛行動ならびにc-Fos蛋白出現にいかなる影響を与えるかを検討した。麻酔下のラットにブピバカイン、リドカイン、あるいは生食を後肢足底に切開を加える前に投与し、麻酔覚醒後切開部に機械刺激を与えることで逃避行動を時問経過で観察するとともに、脊髄を取り出し脊髄レベルでのc-Fos蛋白の出現を観察した。その結果、生食群でみられた1時間後よりの疼痛閾値の低下は、リドカインでは3時間、ブピバカインでは6時間まで抑制された。c-Fos蛋白発現はリドカイン群では3時間まで脊髄全層で抑制されたがその後は、生食群と同様であった。ブピバカイン群では全層ならびにI-II層では3時間まで抑制し、さらにIII-IV層では6時間、V-VI層では24時間まで抑制した。これらより、術後痛に対してpreemptiveanalgesiaが臨床上ほとんど効果を示さない根拠が、主に痛覚刺激に反応するI-II層でのc-Fos蛋白出現の抑制が局所麻酔薬の作用時間しか見られなかったことが一因であることが示唆された。しかし、より深層での長時問での抑制は神経因性疼痛の形成に影響を及ぼす可能性を示している。現在、神経因性疼痛モデルの作成および脊髄内薬剤投与のカテーテル留置が完成し、アンチセンスの作成にとりかかっている。また、脊髄内落痛関連遺伝子発現を詳しく検索するため、PCR法を応用中である。難治性疼痛の成因に神経栄養因子が関与していることが報告されているが、その機序は完全には明されていない。本研究はNGF、BDNF、GDNFなどの神経栄養因子がいかなる機序で脊髄レベルで難治性疼痛を発生するかを明らかにするとともに、それらのアンチセンスを脊髄内に投与することでの効果を検討することを目的としている。3年計画の2年目の本年度は、難治性疼痛のモデルとしてラットで絞扼性神経損傷モデルおよび脊髄神経結紮モデルを作成し、経時的な行動観察を施行した。その結果、脊髄神経結紮モデルの方がより確実に機械刺激に対して神経因性疼痛をきたすことが観察され、本実験にはこのモデルを採用することを決定した。併せて、昨年度基礎段階の実験として作成した術後痛モデルもさらに詳しく行動観および脊髄レベルでのc-Fos蛋白の発現を観察した。一方、神経栄養因子の発現を明らかとするため、PCR法にてプローベを作成した。

脊髄神経結紮モデルラットの脊髄レベルでの神経栄養因子の発現をin situ hybridizationの手法を用いて観察し、経時的に疼痛行動との比較を実施した。同様に術後痛モデルにおける神経栄養因子の発現が慢性疼痛といかに異なるかも検討中である。アンチセンスの作成は現在進行中であり、前段階としてそれぞれの神経栄養因子の抗体を投与する準備に入った。アンチセンス脊髄内投与のためのカテーテル挿入と微量注入用のosmo-pumpの装着はほぼ完成し、抗体投与の結果を見て最終段階のアンチセンス投与に移る予定である。平行して実施された炎症性疼痛としてのホルマリンモデルの実験を通じ、神経栄養因子群をはじめとするmRNAの量的変化を脊髄レベルで検出するためのreal-time PCR法の確立を目指した。その結果、極少量の検体より神経栄養因子群(NGF、BDNF、GDNF、NT3)の測定が可能となった。その他、疼痛関連遺伝子、例えばCOX、IL-1βなどの物質も一個の後根神経節より測定可能なまでに技術を改善し、正確に疼痛による量的変化を捉えられるレベルに達した。また、in situ hybridization法を確立し、変化の局在を検討することも可能となった。同時に最終目的とした難治性疼痛モデルとして脊髄神経結紮モデルを確実に作成することが可能となり、行動学的評価が確立された。ラットのくも膜下に薬剤を投与するためのクモ膜下カテーテル挿入技術も修得でき、微少ポンプによる持続注入も可能となった。神経栄養因子群の中でBDNFが特に難治性疼痛では重要な働きをすることが明らかとなってきているが、坐骨神経結紮モデルに炎症痛が生じた場合どのような変化を生ずるかを我々は検討し、その結果を3月に国際学会(2005 International Anesthesia Research Society)で報告する。BDNFの抗体、アンチセンスRNA、siRNAを作成し、脊髄神経結紮モデルにアンチセンスRNAを投与することが可能となった。
４次元空間形内の共形平坦な超曲面の研究

共形平坦な超曲面の研究を行い分類問題に向けての大きな成果を上げた。それは、1つの超曲面から共形同値でないような多くの超曲面を作り出す方法を見つけたことである。この事は、我々の共形平坦な超曲面の研究が高次元部分多様体論としての幾何学的可積分系の理論にまで進化した事を表している。この研究を進めて、微分幾何学の発展ために更に努力したい。主な結果を記す:各超曲面は1変数の随伴族を持つ。各超曲面は双対超曲面を持つ。双対超曲面の元の超曲面による積分公式を与えた。一般的には、この双対超曲面は元の超曲面の幾何学的性質を保存しない、また、超曲面の双対とその超曲面の共形変形から得た超曲面の双対は共形的に異なる。本年度の研究で、研究代表者はU.Hertrich-Jeromin氏(Bath Univ.イギリス)との共同研究で、(Guichard netを持つ)genericで共形平坦な超曲面の3次元計量を定める新しい関数族に対し、この共形平坦計量の持つ内在的性質を研究し、現在この結果を下記の論文にまとめて投稿している:ここでの結果は次のような定理である:この新しい関数族から決まる3次元計量の定断面曲率となるような共形類の中には、Guichardnetに関する全ての座標曲面のGauss曲率が定数となるような計量が存在する。逆に、定断面曲率の計量でGuichard netに関する全ての座標曲面のGauss曲率が定数となるような計量は、この関数族から決まる共形平坦計量に限る。22年度は、これらの超曲面の外在的性質を調べ、超曲面を4次元球面の中に実現する研究を行う。共形平坦な超曲面研究の意義と重要性は、この研究を行うことにより、現在幾何学の中で盛んに研究されている、可積分系理論と呼ばれる微分方程式系の理論と密接に関係した曲面論研究を、高次元多様体の可積分系理論にまで拡張することである。4次元空間形内のgenericで共形平坦な超曲面の研究を行った。1つの共形平坦な超曲面に対し、この超曲面と計量は共形的であるが外の空間の共形変換では合同にならない超曲面が1変数族で存在する事を発見した。このような随伴族の存在は曲面論(例えば、極小曲面の理論等)では良くある事であるが、高次元部分多様体に関してのこのような1変数族の存在の発見は全く新しい結果であり、高次元部分多様体論研究の発展に寄与できるものと期待している。また、共形平坦な超曲面の内的性質の研究を行い新しい超曲面を発見した:超曲面の計量と共形的となるある3次元定曲率計量を取れば、その座標曲面族の全ての曲面が定曲率となるような超曲面が存在する。このような性質を持つ超曲面をBianchi-type Guichard netを持つ共形平坦な超曲面と名付け、Bianchi-type Guichard net持つ超曲面の計量についての決定関数を完全に特徴付けた。これらの結果は、Bath univ.(United Kingdom)のU.Hertrich-Jeromin氏との共同研究で得られたものであり、論文にまとめて現在投稿中である。(2)共形平坦な超曲面の双対共形平坦超曲面の存在とその性質の研究。4次元ユークリッド空間内の1つの共形平坦な超曲面から、この超曲面と計量が共形的でない(従って、ユークリッド空間の共形変換でも合同でない)共形平坦な超曲面が少なくとも1変数族で存在する事を発見した。これらの超曲面は(1)で述べた随伴族とは別の系統に属する超曲面であり、初めの超曲面の双対超曲面と呼ぶにふさわしい性質を持っている。この双対超曲面の研究は現在、U.Hertrich-Jeromin氏、東工大の梅原雅顕氏、山田光太郎氏と継続中である。4次元空間形内のgenericで共形平坦な超曲面について次の研究を行った。1つの共形平坦な超曲面に対し、この超曲面と共形同値な計量を持つが外の空間形の共形変換では合同にならないような超曲面が1変数族で存在することを発見し、その構成法を与えた。高次元部分多様体に関してこのような随伴族の発見は全く新しい結果であり、今後の高次元部分多様体論研究の発展に寄与するものと期待している。また、共形平坦な超曲面の内的性質の研究を行い新しい超曲面の族を発見し、この超曲面族をBianchi-type Guichard netを持つ共形平坦な超曲面と名付けた。

これらの超曲面では、その計量と共形的なある3次元定曲率計量を取れば、その座標曲面族の全てが定曲率曲面となる。(2)共形平坦な超曲面の双対共形平坦超曲面の存在とその応用の研究。共形平坦な超曲面の双対共形平坦計量を持つ多様体が、また4次元ユークリッド空間内に超曲面として実現できる事を発見した。また、この時の双対超曲面の各点での接空間は、最初の超曲面の接空間と対応する点で平行になるように実現できる事や双対超曲面の(最初の超曲面の情報による)積分表示等の結果を得た。更に、1つの共形平坦な超曲面から、この超曲面と計量も共形的でない共形平坦な超曲面が少なくとも1変数族で構成できる事が分かった。特に、これらの超曲面は(1)で述べた随伴族とは別の系統に属する超曲面である。この双対超曲面の研究は現在継続中である。4次元空間形内の共形平坦な超曲面について研究し次の結果を得た。Guichard netに対応して共形平坦な超曲面が存在する事は知られていたが、実際に超曲面を空間形内に実現する方法は分かっていなかった。この事に関連して、与えられたGuichard netに対して、超曲面をユークリッド空間に具体的に構成する方法を与えた。この時、このGuichard netから定まる超曲面の全ての随伴族も同時に構成できる。本研究において、特にこの23年は顕著な進展があり、共同研究者のUdo Hertrich-Jeromin(ウイーン工科大学)、梅原雅顕・山田光太郎(東工大)と共に論文に纏め、この2月に投稿した。その内容は次の通り:1.ユークリッド空間内の共形平坦な超曲面の双対共形平坦計量を持つ多様体が、またユークリッド空間内の超曲面として実現できる事を証明した。2.双対超曲面の(最初の超曲面の情報による)積分表示を得た。3. 1つの共形平坦な超曲面から5次元のパラメータを持って(共形的に異なる)共形平坦な超曲面族が構成できる事を証明した。4.共形平坦な超曲面から5次元のパラメータを持って出来る共形平坦な超曲面族に対応して、1つの共形平坦な超曲面のGuichard netから5次元のパラメータを持ってGuichard netのRibaucour pairsが構成できる事を示した。5.共形平坦な超曲面を6次元ミンコフスキー空間内で考えた時、その随伴族よる連続変形の中に、双対超曲面やRibaucour pairが存在する事を証明した。これらの成果は、高次元部分多様体の理論として全く新しいものであり、幾何学の可積分系理論の発展に大きく寄与するものと信じる。双対共形平坦な超曲面の存在は当初は予想していなかった。この双対性の利用により、1つの共形平坦な超曲面から無限系列の共形平坦な超曲面を構成できることがわかった。本年度の研究により、共形平坦な超曲面の研究は新たな段階に入ることが出来た。25年度が最終年度であるため、記入しない。当初計画した時には、共形平坦な超曲面の双対計量を持つ多様体がまた超曲面として実現できる事は予想していなかった。この双対超曲面が存在するという結果を得た事により新しい研究課題が次々に生じ、本研究は高次元の幾何学的可積分系理論として新たな研究の局面に入る事が出来た。1.双対超曲面に関し更に研究を進め、これと関連するGuichard曲面についても研究を行う。2.4次元ユークリッド空間に超曲面として実現できる3次元共形平坦計量について更に研究を進め、また、この計量から超曲面として実現するための構成関数の研究を行う。3.これらの研究の物理学や力学への応用を考える。
Si/SiGe系多重障壁共鳴トンネルダイオードと集積化技術

研究代表者は、理論的予測から電子トンネルと多重量子井戸の組み合わせを初めて適用して、1998年に性能指数の1つである電流の山対谷比(PVCR)が7.6以上の高い静特性を示すSi/SiGe系共鳴トンネルダイオード(RTD)の試作に成功した。さらに、電子トンネル型Si/SiGe系RTDの中核技術として、薄化2層構造歪緩和バッファーを提案し、RTDの結晶性を高めてPVCRを180まで高めることに成功した。本研究では、Si系量子効果超高速デバイスの実現を図るため、これらの成果に立脚して、電子トンネル型Si/SiGe系RTDの構成技術の確立を図り、集積化のための要素技術を検討した。始めに薄化2層構造バッファーについて、歪緩和機構と作製条件を明確にした。1層目が完全歪で成長するが、Ge濃度の高い2層目を10nm積層しただけで、1層目が緩和し、貫通転位密度は10^5cm^<-2>台と低いままであった。即ち、2層目が1層目の緩和を起こし、且つ転位の表出を抑制していることを明らかにした。この結果を基に、転位の発生位置の制御性の高い薄化3層構造バッファーをさらに提案し、その作成原理と作製条件を明確にして、結晶性と緩和率の高いバッファーを得た。この薄化3層構造バッファーを用いて、室温下で、PVCRが数百を超える、III-V系RTDをはるかに凌ぐI-V静特性を得、SiGe系RTDが、デバイスレベルで有望であることを示した。さらに、集積化の要素技術として、電流密度の制御法および、微細化のため基本技術を得た。以上、新しいバッファーの形成法の提案と原理の明確化を通じて電子トンネル型Si/SiGe系RTDの構成技術を明らかにし、デバイスレベルでその有効性を示した。また、集積化のための重要な基本要素技術を検討した。今後のSi/SiGe系RTD技術展開の基盤を示したと言える。SiGe系共鳴トンネルダイオード(RTD)の性能指数の1つである負性抵抗領域の電流の山対谷比(PVCR)は、1988年の最初の発表以来2.2以下であったが、研究代表者は、1998年に、理論的予測からSiGe系RTDに初めて電子トンネルと3重障壁を適用し、PVCRを従来比4倍のおよそ7.6に高めた。その後、RTDの中核技術であるバッファー層の作成法を検討し、アニールした薄化2層バッファーを提案して結晶性の改善を図った。その結果、PVCRを室温下で180と従来のおよそ90倍に高めることに成功した。この値は先行するIII-V系RTDの性能に匹敵する。本研究では、これらの成果に立脚し、再現性の良いSiGe系RTDの現実を図るため、作製プロセスの制御に注力し、先の多重障壁電子トンネル型のRTDを基本構造として、RTD作製の中核技術であり当研究室で提案してきた薄化2層構造(Si_<1-x>Ge_x/Si/<1-y>Ge_y)バッファーの作製原理の導出とその構造制御技術を検討した。詳細に検討した結果、高い障壁を得る観点から好ましいx=0.3以上では、Si_<0.7>Ge_<0.3)(600Å)/Si_<0.79>Ge_<0.21>(1200Å)近傍の組み合わせの薄化

2層にSiのキャプ層を成膜した後アニールする、構造と方法を用いることで、主に基板とバッファー層の一層目との界面(下方界面)に不整合欠陥を集中でき、バッファー層表面への欠陥の表出を抑制できることが分かった。すなわち、低欠陥でコヒーレントに成長した薄化2層とSiのキャプ層を組み合わせることで、上方界面より下方界面の応力が大きくなるように応力バランスを制御し、アニールによって、下方界面に不整合欠陥を集中させるという、2層構造バッファーの形成原理を明確にし、その作製条件の最適化を達成した。さらに、作成法とRTDの性能との相関を調べ、上記の最適化したバッファーを用いることで、最も高い負性抵抗効果の得られることを示した。以上、室温下で高い性能を得るためのRTDの基本構造を明らかにし、さらに作製プロセス制御機構を明確にした。SiGe系共鳴トンネルダイオード(RTD)の性能指数の1つである負性抵抗領域の電流の山対谷比(PVCR)は、1988年の最初の発表以来2.2以下であったが、研究代表者は、1998年に、理論的予測からSiGe系RTDに初めて電子トンネルと3重障壁を適用し、PVCRをおよそ7.6に高めた。その後、RTDの中核技術であるバッファー層について、アニールした薄化2層構造バッファーを提案して結晶性の改善を図り、PVCRを室温下で180に高めることに成功した。この値は先行するIII-V系RTDの性能に匹敵する。本研究では、これらの成果に立脚し、再現性の良いSiGe系RTDの実現を図るため、作製プロセスの制御に注力し、先の多重障壁電子トンネル型のRTDを基本構造として、RTD作製の中核技術である歪緩和バッファーの作製法とその構造制御技術について検討した。歪緩和バッファーとして、薄化2層構造バッファーについて解析し、上方界面より下方界面の応力が大きくなるように応力バランスを制御して成長することで、下方界面に不整合欠陥を集中し、貫通転位の表出を抑制した結晶性の高いバッファー層が得られることを明らかにし、その作製原理を明確にした。また、このバッファー層の表面にSi極薄膜を設けアニールすることで、結晶性を保ったまま緩和率を向上できることを示した。さらに、極薄の高濃度層を前記薄化2層構造バッファーと基板との間に挿入する3層構造バッファーを提案し、転移導入位置制御を図った。この結果、3層構造バッファーを用いることでも下方界面に多くの不整合欠陥を導入できた。この3層構造バッファーを用いたRTDは高い負性抵抗効果を示し、非弾性散乱の少ない高い結晶性を有することを示した。以上、室温下で高い性能を得るための電子トンネル型RTDの基本構造として重要なバッファーの構成と作成法の指針をを明らかにし、SiGe RTDの基盤技術を与えた。Si系の高速デバイスとして期待されるSiGe系共鳴トンネルダイオード(RTD)の性能指数の1つである電流の山対谷比(PVCR)は、2.2以下であったが、研究代表者は、1998年に、理論的予測からSiGe系RTDに初めて電子トンネルと3重障壁を適用し、PVCRを7.6に高めた。その後、RTDの中核技術であり、歪緩和バッファー層について、2層構造バッファーを提案してPVCRを室温下で180に高めることに成功した。さらに、極薄の高濃度層を前記2層構造バッファーと基板との問に挿入する3層構造バッファーを提案した。本年度は、基本特性の再現性を高めるために、バッファー層の形成原理を詳細に実験的に調べた。その結果、2層構造バッファーでは、1層目が完全歪で成長するが、1層目よりGe濃度の高い2層目を10nm積層しただけで、1層目が緩和することが判った。