hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
微生物の他殺因子と自殺誘引因子による増殖環境の浄化のための分子生態学的研究

本研究では日本の沿岸海域でしばしば赤潮を発生するラフィド藻Heterosigma akashiwoと渦鞭毛藻Gymnodiniummikimotoiに対して殺藻作用を有する海洋細菌とウイルスの分離と検索を広島湾ならびに大阪湾を対象海域としておこなった。夏季に広島湾で発生したH.akashiwa赤潮において、その消滅期に本藻を劇的に殺滅する活性をもった細菌が増加することを確認した。同様に、平成9年6月に大阪湾東部海域で発生したH.akashiwa赤潮についても広島湾と同様の実験をおこない赤潮消滅期にH.akashiwoを攻撃する能力をもった細菌群が増加することを確認した。このように赤潮原因藻類を攻撃する細菌を多数分離してその16SrDNAをPCR増幅するとともにそのRFLP解析(制限酵素断片長多型解析)や塩基配列を決定することにより、それらが数個のグループとして分類分けできることを明確にした。さらに、この遺伝子の特異的な部分をプローブとして使用することにより現場での細菌を検出することができた。一方、田辺湾からはG.mikimotoiを殺藻する能力をもった細菌が得られているが、これらの細菌は菌体外に殺藻物質を分泌していること、その物質はタンパク質であることを確認した。これらの物質は、単離すると種々の赤潮原因微細藻類を溶藻とする活性があることも明らかにした。日本海側の小浜湾における藻場海水中には赤潮ラフィド藻類に特異的に作用する殺藻細菌が多数また多様に存在しているとも明らかにした。H.akashowo赤潮の消滅期に、その細胞内にフィルス状の粒子が存在することは以前から観察してきたが、今回この粒子が感染能力をもっていること、その宿主特異性は多様であることを明らかにした。異なった海域から分離したG.mikimotoiを16SrDNA遺伝子内のD1/D2領域の塩基配列を用いることにより他の渦鞭毛藻類と区別できることを明らかにし、それら特異的な塩基配列を用いたプローブを作成することにより特異的にG.mikimotoi細胞を試験官内では検出可能であることを証明した。平成7年度は日本近海でしばしば赤潮を発生するラフィド藻Heterosigma akashiwoと渦鞭毛藻Gymnodiniummikimotoiに対して殺藻作用を示す海洋細菌のおよびウィルスの検索を重点的に行った.まず6月下旬から7月初旬にかけて広島湾で発生したH. akashiwo赤潮に際して,本藻を殺滅する細菌が海水中で劇的に増加し,それに伴って赤潮が消滅する現象が観察された.これは過去二年間観察されており,この海域の赤潮消滅に殺藻細菌が関与している事が強く示唆された.この時分離した約百株の殺藻細菌について,16SリボゾームRNA遺伝子をPCR増幅し,いくつかの制限酵素によるRFLP(制限酵素断片長多型)を解析したところ,赤潮殺藻細菌には複数種存在するものの,実際に赤潮の消滅に深く関与しているのは平成6年度の赤潮に際しても優勢であった二群の細菌である事が明らかになった.現在この二群の殺藻殺菌のリボゾームRNAをそれぞれ認識するDNAプローブを開発中である.さらに田辺湾海水中からG. mikimotoi殺藻細菌も得られたが,これらの細菌はいずれも殺藻物質を菌体外に分泌して赤潮藻を殺滅する細菌であった.しかし,その殺滅物質は互いに異なるものであろうと思われた.

今回得られた殺藻細菌はいずれも宿主特異性が低く,ラフィド藻,渦鞭毛藻そして珪藻を殺滅することができたが,その殺滅作用の発現には宿主となる赤潮藻が分泌する物質がスイッチとなっている事を示唆する予備的な知見を得られた.一方,上記のH. akashiwo赤潮の消滅期に,H. akashiwo細胞内にウィルス状の粒子を観察できたが,分離することはできなかった.さらに,渦鞭毛藻Alexandrium tamarenseやG. catenatumによって産生され,人間の中毒を引き起こす麻痺性貝毒(サキシトキシンなど)を分解する海洋細菌をあらたに分離することができた.平成8年度は日本海でしばしば赤潮を発生するラフィド藻Heterosigma akashiwoと渦鞭毛藻Gymnodiniummikimotoiに対して殺藻作用を有する海洋細菌とウイルスの分離と検索をおこなった。夏季に広島湾で発生したH.akashiwo赤潮において、その消滅期に本藻を劇的に殺滅する活性をもった細菌が増加することを確認した。この細菌を分離してその16SrDNAをPCR増幅するとともにそのRFLP解析(制限酵素断片長多型解析)や塩基配列を決定することにより、それらが数個のグループとして分類分けできることを確認した。さらに、この遺伝子の特異的な部分をプローブとすることにより現場での細菌を検出する可能性を示した。また、田辺湾からはG.mikimotoiを殺藻する能力をもった細菌が得られているが、これらの細菌は菌体外に殺藻物質を分泌していること、その物質はタンパク質であることを確認した。これらの物質は、単離すると種々の赤潮原因微細藻類を溶藻する活性があることも明らかにした。H.akashiwo赤潮の消滅期に、その細胞内にフィルス状の粒子が存在することは以前から観察してきたが、今回この粒子が感染能力をもっていることをはじめて明らかにした。渦鞭毛藻AlexandriumtamarenseやG.mikimotoiによって産生され麻痺性貝毒(サキシトキシンなど)を分解する活性を有した細菌を数株分離することができた。平成9年度は日本の沿岸海域でしばしば赤潮を発生するラフィド藻Heterosigma akashiwaと渦鞭毛藻Gymnodiniummikimotoiに対して殺藻作用を有する海洋細菌とウイルスの分離と検索をおこなった。夏季に広島湾で発生したH.akashiwa赤潮において、その消滅期に本藻を劇的に殺滅する活性をもった細菌を増加することを確認した。同様に、平成9年6月に大阪湾東部海域で発生したH.akashiwa赤潮についても広島湾と同様の実験をおこない赤潮消滅期にH.akashiwaを攻撃する能力をもった細菌群が増加することを確認した。このように赤潮原因藻類を攻撃する細菌を多数分離してその16SrDNAをPCR増幅するとともにそのRFLP解析(制限酵素断片長多型解析)や塩基配列を決定することにより、それらが数個のグループとして分類分けできることを確認した。
低酸素誘導因子を阻害する特殊ペプチドの創出

Jongkees博士は、まず3,5-dihydrophenylalanineをフレキシザイム(菅研が開発した人工RNA酵素)でtRNAの3'末端にチャージし、さらにFITシステムによって効率よくペプチド鎖に取り込まれることを確認した。その上で、開始tRNAにN-chloroacetyl-L-Tyrosine(N-ClAc-L-Tyr)をフレキシザイムでチャージして翻訳を開始することで、下流のシスティン残基側鎖と反応しチオエーテル結合で架橋された大環状ペプチドライブラリーを構築に成功した。また、Jongkees博士はT. cruzi由来のHisタグ化されたtrans-sialidaseに対して大環状特殊ペプチドのリガンド探索を進めた。このタンパク質は市販されていないが、Jongkees博士のPh.D.スーパーバイザーであり且つ共同研究者であるSteve Withers教授(ブリティッシュコロンビア大)から提供を受けた。この標的を磁気ビーズに固定化する条件を最適化後、2種類のライブラリーを用いてセレクションを進めた。ひとつは、通常の大環状特殊ペプチドライブラリーで、確実なリガンドを獲得することを目的とした。もうひとつは、Pancreatic α-amylaseで試みた上記の3,5-dihydrophenylalanine含有大環状ペプチドライブラリーを用いて、セレクションを試みた。前者は、非常に良好なセレクションのプロファイルが得られ、ペプチドリガンドの獲得に成功した。この特殊ペプチド数種類を共同研究者に送付し、その阻害活性の評価を行った結果、阻害活性をもつ特殊ペプチドがみつかり、現在その詳細な機能解析と結晶線解析をおこなっている。一方、後者のライブラリーでは、標的に対する特異的な特殊ペプチド群の濃縮がなかなか高くならず、現状では満足いく結果になっていない。現在、条件の再検討を行い、再度活性種の濃縮に挑んでいるところである。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究計画では、2つの研究目的を最初に立てた。1低酸素誘導因子を阻害する特殊ペプチドの創出を目的として、菅研のもつRaPIDシステムを駆使し、活性物質を発見することを目的とした。また、2糖転移あるいは糖鎖分解酵素活性を有する環状ペプチドの発見を目標とした。前者の研究に関しては、当初、共同研究者から入手し進める予定であったが、入手したタンパク質の挙動が悪く、会合して沈殿物が生成してしまうことがわかった。さらに様々な可溶化の試みを行ったが、残念ながら満足のいくタンパク質の固定化ができず、今回はこのプロジェクトを断念することとした。そこで、平成25年度半ばから、研究の方針を2に集中することにした。まずは、2の研究遂行に必要な糖分子の化学合成を進めた。その結果、目的とした6-アミドビオチン化グルコースの合成を達成した。現在は、その保護体を用いて、UDP(ウラシル2リン酸)と、グルコース1位との縮合体の合成に注力をしているところである。目的とするUDPグルコースビオチン化体の合成が達成したのち、それを用いた糖転移酵素活性をもつ短鎖環状ペプチド触媒のRaPID探索を進める予定である。この計画では、当初の1環状特殊ペプチドライブラリーに加え、より複雑な3次元構造をもちうる2環状特殊ペプチドライブラリーを構築し、探索に用いることとした。このライブラリーについては、既に当研究室で方法論は確立されており、それに従ってライブラリーの構築に成功した。3と判断した主な理由は、合成過程に想定よりも若干時間を要し、まだセレクションが開始できていない点からそのように判断した。既に9で記載したように、2つの目標のうち、タイトルになっている目標は現時点では標的タンパク質が入手困難なことから、凍結した。後者の目標に今後全力を注ぐ。
学校種や教科科目の枠組みを越えたオリエンテーリング実習の可能性と効果についての研究

○研究目的...現代社会は複雑化しており、従前の教科・科目という枠組みでは解決できないような課題が多く存在する。オリエンテーリング実習は地図を使うことから地理、走るということから体育、3次元空間の理解ということから数学、実習後の参加者同士の語らいから言語的活動といったいろいろな教科・科目に関係する多様な性質を持っている。オリエンテーリングを題材として扱うことによって、地図の学習は一層実用的なものとなり、日常的な地図利用のほか、変災時への対応を迫られたときに、こうした学習の経験が成果として現れるのである。地理教育の側からも地理の学習でうたわれている野外調査において、地図と現地との照合という部分についてフォーカスするような視点は不足している。○研究方法...県内の地理教育の研究会にてオリエンテーリング研修会を開催し、指導方法についての検討を行う。また、体育は情報といった他教科・科目で実施する。その際、生徒に小型カメラを装着させて実習を行う。小型カメラによって記録された映像は生徒の視線を示すので、これらを示すことは生徒自身へのフィードバックとなると同時に貴重な分析データとなる。○研究成果...地理教員向けの研修会では授業公開を行い、実際に体験をしてもらった。研修会には国内のジュニアのトップ選手を招いてデモンストレーションも行い、授業生徒との交流も行った。教科「情報」においてデータ解析と情報機材の活用という点からオリエンテーリング実習を行った。現在のスポーツではデータと計時計測機器が重要視されている。こうした観点からも教科間の連携は可能となる。さらに、体育の授業での長距離走の実施時期と合わせて地理の授業では実施したので相乗効果が見られた。小型カメラによって得たビデオ画像はナヴィゲーションが実際にどのように行われているかを知る効果的な方法であることがわかった。
量子力学的光・テラヘルツ波受信回路の非線形確率微分方程式による記述とモデリング

光・テラヘルツ波通信のための量子力学的現象を基にした受信回路を例示し,回路シミュレータモデルを作成するために量子力学的受信回路の検波・弁別部を古典力学的確率常微分方程式で記述した.これにより,検波・弁別部における電子の振るまいを波動の伝搬ではなく,単電子トンネリングデバイスからなる復号部と同様に粒子の不規則な動きとして表現でき,受信回路全体を統一的にシミュレーションするための回路モデルを構築できた.周波数変調とスペクトル拡散を組み合わせたテラヘルツ通信の品質を事前評価することを想定し,回路モデルを用いたシミュレーションを行った.これにより回路モデルの有用性を確認できた.光・テラヘルツ波を用いた通信・センシングシステムを構成するブロックの多くに量子力学的現象を応用すると,システムの高性能化を達成できる.受信部において,検波器等の内部電子の状態は波動方程式を用いて記述されるのに対して,単電子トンネリングデバイスを応用する復調・復号回路の内部電子は粒子として表現される.本研究の目的は,1.検波器等の内部電子を復調・復号回路に合わせて古典粒子と見なし,電子間相互作用を考慮して電子の運動を記述する非線形確率常微分方程式を導出すること,すなわち確率過程量子化を確立すること,2.確立した確率過程量子化を用いて導出した方程式から検波器等の回路シミュレータ用モデルを作成し,復調・復号回路ブロックと統合した受信器のシミュレータを制作することである.平成27年度は上記1を達成するために,1ー(1)検波器と周波数弁別フィルタの物理構造の確定,1ー(2)検波器内電子の波動関数の導出とその評価,1ー(3)相互作用のある複数粒子から成る量子系に対して確率過程量子化の理論を確立することを計画した.1ー(1)に関しては,検波器と周波数弁別フィルタを階段型静的ポテンシャルにより近似し,現実的かつ1ー(2)および平成28年度に計画している項目の実行が容易な構造を決定した.1ー(2)に関しては,購入した数式処理ソフトウエアを用いて実施した.1ー(3)は年度当初にほぼ確立でき,理論の確かさを計算機実験により確認した.1ー(2),1ー(3),および,平成28年度に計画している項目との成果を統合し,受信機内部ブロックの確率過程量子化を行うことが平成28年度に計画している主な実施項目である.研究実績の概要に述べたように,1ー(1),(2),および(3)を実施した.1ー(1)は1ー(2)および平成28年度計画項目の対象となるモデルである.1ー(2)については,1ー(1)の成果を対象として,数式処理ソフトウエアを援用し解析的に波動関数を得ることができた.解析的救解の道筋を理論的に検証し,成果の正当性を確認した.1ー(2)の成果は研究実績の概要に述べた目的2を達成するための中間成果物であるので学会発表は行わない.1ー(3)では,結果が解析的に予測できるモデルに確立した理論を適用し,予測と適用結果がほぼ一致することを確認した.1ー(3)において確立した確率過程量子化とその適用結果を査読付きワークショップに投稿・発表し,第三者である査読者および聴講者による精査を通過することができた.以上により,平成27年度の実施項目はほぼ計画通り進展したと言える.光・テラヘルツ波を用いた通信・センシングを行うシステムを構成するブロックの多くに量子力学的現象を応用すると,システムの高性能化を達成できる.受信部において,検波器等は内部電子の状態を波動方程式を用いて記述されるのに対して,単電子トンネリングデバイスを応用する復調・復号回路は内部電子を粒子として表現される.本研究の目的は,1.検波器等の内部電子を復調・復号回路に合わせて古典粒子と見なし,電子の運動を記述する電子間相互作用を考慮した非線形確率常微分方程式を導出すること,すなわち確率過程量子化を行うこと,2.導出した方程式から検波器と周波数弁別フィルタの回路シミュレータ用モデルを作成し,復調・復号回路ブロックと統合した受信器のシミュレータを制作することである.平成27年度は,1-(1)検波器と周波数弁別フィルタの物理構造の決定,1-(2)検波器内電子の波動関数の導出,1-(3)相互作用のある複数粒子量子系の確率過程量子化の理論の確立を予定し,計画どおり実施できた.平成28年度は,2-(1)周波数弁別フィルタ内複数電子の波動関数の導出,確立した上記の確率過程量子化を2-(2)検波器と2-(3)周波数弁別フィルタに適用して回路シミュレータ用モデルを作成することを予定し,2-(1),(2)は計画どおり実施した.シリコン系半導体以外に2-(4)グラフェンやカーボンナノチューブを材料に用いた場合も検討したので2-(3)は少し遅れている.しかし,平成29年度に予定している3-(1)復号回路の設計とシミュレーションを今年度に先行して着手できたので,全般的には研究は順調に進行している.研究実績の概要に述べたように,2-(1), (2),および(3)を実施した.2-(1)については数式処理ソフトウエアを援用し解析的に波動関数を得ることができた.2-(1)および平成27年度の1-(3)から2-(2),すなわちテラヘルツ検波単電子トランジスタの回路シミュレータ用モデルを作成した.

モデルを動作させたところ複数電子間の相互作用による検波周波数の変動等を確認でき,モデルは現実的であることを確認した.このモデルの基本部分は査読付き国内会議に採択され,第三者である査読者による精査を通過することができた.近年,グラフェンやカーボンナノチューブなどのナノカーボン材料が能動電子デバイスの高性能化に寄与している.本研究でも2-(4)グラフェン上の単一電子に対する確率過程量子化法とグラフェンを用いた周波数弁別器を考案した.これに時間を割いたため,2-(3)電子間相互作用を考慮した周波数弁別フィルタのモデル化は若干遅れているが,2-(2)の経験を基に平成29年度に障害なくモデルを作成できる見通しである.2-(4)の成果は国内研究会や査読付き国際会議にて発表し,第三者である査読者および聴講者による精査を通過できた.さらに,来年度に計画していた項目の一つ,3-(1)周波数弁別フィルタを通り抜けた電子を入力とする復号回路を単電子トランジスタを用いて設計し,コンピュータシミュレーションにより回路の復号機能を確認することを今年度に先行して実施した.この成果は国内研究会や査読付き国際会議にて発表し,第三者である査読者および聴講者による精査を通過できた.来年度は国際会議にて受けたコメントを基に,この復号回路に若干の改良を加える予定である.以上により,平成28年度の研究はほぼ計画通り進展したと言える.光・テラヘルツ波を用いた通信・センシングを行うシステムを構成するブロックの多くに量子力学的現象を応用すると,システムの高性能化を達成できる.受信部において検波器等は内部電子の状態を波動方程式を用いて記述されるのに対して,単電子トンネリングデバイスを応用する復調・復号回路は内部電子を粒子として表現される.本研究の目的は,1.検波器等の内部電子を復調・復号回路に合わせて古典粒子と見なし,電子の運動を記述する電子間相互作用を考慮した非線形確率常微分方程式を導出すること,すなわち確率過程量子化を行うこと,2.導出した方程式から検波器と周波数弁別フィルタの回路シミュレータ用モデルを作成し,復調・復号回路ブロックと統合した受信器のシミュレータを制作することである.平成27年度は,1-(1)検波器と周波数弁別フィルタの物理構造の決定,1-(2)検波器内電子の波動関数の導出,1-(3)相互作用のある複数粒子量子系の確率過程量子化の理論の確立を計画どおり実施した.平成28年度は主として,2-(1)周波数弁別フィルタ内複数電子の波動関数の導出,確立した上記の確率過程量子化を2-(2)検波器と2-(3)周波数弁別フィルタに適用して回路シミュレータ用モデルを作成することをほぼ計画どおり実施した.シリコン系半導体以外にグラフェンやカーボンナノチューブを材料に用いた場合も検討した.平成29年度は主として,3-(1) 2種類の符号方式を仮定した復号回路の単電子回路シミュレータSIMONを用いた設計,シミュレーション,3-(2)検波器と電子波フィルタのSimulinkスケマティックダイアグラムへの実装を実施した.最後に3-(1)(2)を統合したシミュレーションにより受信回路全体の品質を評価した.光・テラヘルツ波通信のための量子力学的現象を基にした受信回路を例示し,回路シミュレータモデルを作成するために量子力学的受信回路の検波・弁別部を古典力学的確率常微分方程式で記述した.
慢性肝疾患の生体から獲得される脂肪組織由来間葉系幹細胞の肝修復再生能解析

慢性肝疾患には、B型・C型ウイルス性肝炎による慢性肝炎、原発性胆汁性胆管炎、自己免疫性肝炎、アルコール性肝炎、非アルコール施肥脂肪性肝炎がある。これら慢性肝疾患は、その原因が除去あるいはコントロールされないと、重篤な合併症を伴う肝硬変状態に至る。特に、非アルコール性脂肪性肝炎・肝硬変は、近年増加し続けて重要な課題となってきている。これまでに我々は、多分化能および免疫修飾機能を有する間葉系幹細胞について、その投与による肝炎、肝硬変に対する治療の可能性を示してきた。また、医師主導治験として、「肝硬変に対する自己皮下脂肪組織由来再生(幹)細胞の経肝動脈投与による肝再生療法の有効性および安全性を検討する多施設共同非盲検非対照試験」を実施している。治験は自己由来の細胞を投与することから、本研究では、肝疾患状態にある成体の脂肪組織由来間葉系幹細胞、間質細胞の特性を解析することを目的に、動脈硬化高脂肪食(AT-HF)給餌による非アルコール性脂肪性肝炎(NASH)・肝硬変マウスモデル、およびHFD-60給餌による単純性脂肪肝(SS)マウスモデル(給餌後4週、12週後)より脂肪組織由来間質細胞群を経時的に採取し、非培養の細胞の幹細胞関連の抗原等をFlow cytometryにて解析した。Flow cytometryでは、FSC/SSC small(Fraction 1)、FSC/SSC middle (Fraction 2)、FSC/SSC large(Fraction 3)の、3つの亜分画について解析した。Fraction 1とFraction 3では、CD29抗原陽性細胞を各マウス間に差がなく高く発現していた。CD44の発現はFraction 2においてCD45およびCD44抗原に、NASHおよびSSマウスで経時的変化を認めた。現在、その変化の生物学的特性の解析を進めていく予定である。非アルコール性脂肪性肝炎・肝硬変マウスモデル、および単純性脂肪肝マウスモデルを作成し、各モデルから脂肪組織を採取し間葉系幹細胞を含む間葉系幹細胞を採取し、細胞表面抗原の解析を行い、各モデルの経時的ポイントによる解析を、3つの亜分画において詳細に解析を実施した。今後、RNA採取、遺伝子発現解析を行う準備が整い、疾病状態における脂肪組織由来間質細胞・間葉系幹細胞の特徴を明らかにする検討を行う予定である。非アルコール性脂肪性肝炎マウスモデルを用いて、脂肪組織由来間質細胞の遺伝子発現解析をDNAマイクロアレイを用いて実施し、炎症修飾効果に関連する遺伝子発現プロファイルの特徴の解析を進めていく。サイトカイン等炎症性メディエーターの発現の変化の有無を解析する。脂肪組織由来間質細胞に含まれる間葉系幹細胞についての、慢性肝疾患進展に伴う細胞特性の変化について、解析を実施する。疾病マウスに対する、非アルコール性脂肪性肝炎マウス由来の脂肪組織由来間質細胞の修復再生効果に関するin vivoにおける基礎的検討を実施する。肝臓は、生体で代謝機能を担い、生命活動の維持に極めて重要な役割を担う臓器である。慢性肝疾患には、ウイルス性肝炎、非アルコール性脂肪性肝炎、自己免疫性肝炎、原発性胆汁性胆管炎等がある。これらにおいて、原因を除去できない、あるいは肝炎を有効に抑制できない場合、肝硬変状態へ進展し、様々な合併症が生じ、生活の質の低下、生命予後不良となる。生体には、さまざまな細胞へ分化する能力を有し、かつ、炎症修飾効果を有する間葉系幹細胞が存在する。脂肪組織の間質細胞には、間葉系幹細胞が豊富に含まれており、かつ比較的アクセスが容易である。そのため、間葉系幹細胞を豊富に含む脂肪組織由来間質細胞を用いる臓器再生修復治療の開発研究がさかんに行われている。これまでに、肝硬変マウスモデル、急性肝炎マウスモデルを用いて、健常マウスの死亡し組織由来間葉系幹細胞投与による肝再生修復効果を確認、報告してきた。本研究では、慢性肝疾患を有する生体から獲得される脂肪組織由来間質細胞、間葉系幹細胞の特性を解析し、幹細胞を用いる再生療法開発の基盤的知見を得ることを目的とした研究計画を立案、実施している。慢性肝疾患マウスとして、非アルコール性脂肪性肝炎マウスを作成し、経時的に、鼠径部脂肪組織間質細胞、骨髄細胞、脾細胞、および肝組織等を採取した。間葉系幹細胞抗原を含む細胞表面抗原に関する遺伝子発現を解析した。肝組織肉眼所見で、2週目より脂肪沈着の白褐色様変化を認め、12週目には線維化を示す硬化が確認された。骨髄細胞および脂肪組織由来間質細胞において、CD133は、野生型マウスと比較して、同等あるいはより亢進した発現を示した。また、脂肪組織由来間質細胞において、CD105、CD90の間葉系幹細胞抗原も同等あるいはより亢進した発現を、また、CD31抗原は、発現亢進を示した。非アルコール性脂肪性肝炎マウスモデルを作成し、経時的に脂肪組織由来間質細胞を採取、野生型マウスの脂肪組織由来間質細胞と比較して、間葉系幹細胞に関連する抗原を含む遺伝子についての発現を解析し、慢性肝疾患進展状態との関連に関する基礎的所見を獲得できた。また、骨髄細胞とも類似の結果を得られたが、CD105、CD90の発現については、脂肪組織由来間質細胞と骨髄細胞との間に発現に関する差異がある可能性が示唆された。

慢性肝疾患には、B型・C型ウイルス性肝炎による慢性肝炎、原発性胆汁性胆管炎、自己免疫性肝炎、アルコール性肝炎、非アルコール施肥脂肪性肝炎がある。これら慢性肝疾患は、その原因が除去あるいはコントロールされないと、重篤な合併症を伴う肝硬変状態に至る。特に、非アルコール性脂肪性肝炎・肝硬変は、近年増加し続けて重要な課題となってきている。これまでに我々は、多分化能および免疫修飾機能を有する間葉系幹細胞について、その投与による肝炎、肝硬変に対する治療の可能性を示してきた。また、医師主導治験として、「肝硬変に対する自己皮下脂肪組織由来再生(幹)細胞の経肝動脈投与による肝再生療法の有効性および安全性を検討する多施設共同非盲検非対照試験」を実施している。治験は自己由来の細胞を投与することから、本研究では、肝疾患状態にある成体の脂肪組織由来間葉系幹細胞、間質細胞の特性を解析することを目的に、動脈硬化高脂肪食(AT-HF)給餌による非アルコール性脂肪性肝炎(NASH)・肝硬変マウスモデル、およびHFD-60給餌による単純性脂肪肝(SS)マウスモデル(給餌後4週、12週後)より脂肪組織由来間質細胞群を経時的に採取し、非培養の細胞の幹細胞関連の抗原等をFlow cytometryにて解析した。Flow cytometryでは、FSC/SSC small(Fraction 1)、FSC/SSC middle (Fraction 2)、FSC/SSC large(Fraction 3)の、3つの亜分画について解析した。Fraction 1とFraction 3では、CD29抗原陽性細胞を各マウス間に差がなく高く発現していた。CD44の発現はFraction 2においてCD45およびCD44抗原に、NASHおよびSSマウスで経時的変化を認めた。現在、その変化の生物学的特性の解析を進めていく予定である。非アルコール性脂肪性肝炎・肝硬変マウスモデル、および単純性脂肪肝マウスモデルを作成し、各モデルから脂肪組織を採取し間葉系幹細胞を含む間葉系幹細胞を採取し、細胞表面抗原の解析を行い、各モデルの経時的ポイントによる解析を、3つの亜分画において詳細に解析を実施した。今後、RNA採取、遺伝子発現解析を行う準備が整い、疾病状態における脂肪組織由来間質細胞・間葉系幹細胞の特徴を明らかにする検討を行う予定である。非アルコール性脂肪性肝炎マウスモデルを用いて、疾病の進展に伴う、脂肪組織由来間質細胞の、サイトカイン等炎症性メディエーターの発現の変化の有無を解析する。脂肪組織由来間質細胞に含まれる間葉系幹細胞についての、慢性肝疾患進展に伴う細胞特性の変化について、解析を実施する。疾病マウスに対する、非アルコール性脂肪性肝炎マウス由来の脂肪組織由来間質細胞の修復再生効果に関するin vivoにおける基礎的検討を実施する。非アルコール性脂肪性肝炎マウスモデルを用いて、脂肪組織由来間質細胞の遺伝子発現解析をDNAマイクロアレイを用いて実施し、炎症修飾効果に関連する遺伝子発現プロファイルの特徴の解析を進めていく。サイトカイン等炎症性メディエーターの発現の変化の有無を解析する。疾病マウスに対する、非アルコール性脂肪性肝炎マウス由来の脂肪組織
食物繊維摂取による小腸内ムチン分泌促進作用と食事成分の腸管吸収制御機構の研究

ムチンは、杯細胞から分泌される消化管粘膜を覆う粘液の主成分であり、消化粥からの物理的侵襲や細菌の侵入に対する防御、栄養素の吸収速度の制御など多彩な生理作用を持つと考えられる。本研究では、DF摂取によるムチン分泌促進のメカニズムと栄養生理機能を明らかにするため検討を行い、以下の結果を得た。1.小腸および結腸のムチンは食事性難消化成分SV(嵩の効果を数値化するもの)値に比例する。2.IDFの摂取によるムチン分泌促進作用は、IDFの摂取開始から5日目に最大に達し、摂取中止から5日目には完全に消失するこの事実は、本作用が上皮細胞のturn-overと連動することを示している。3.ムチンマーカーとして用いたo-SCの測定値は、新規に確立したELISAによるムチンの直接定量値と高い相関を示した。4.IDF摂取により小腸内ムチン量は著しく増加するが、ムチン量の増加自体がGlu吸収速度を制御することはありえないと断定された。食物繊維は、構成糖や分子量の違いによる多様な化学構造に従い、異なる物理化学的性質(保水性、嵩、粘性、吸着性、発酵性)を示すが、これらの諸性質と生理機能との関連性を明らかにする場合、モデル素材の利用が時として有効である。著者らは、食物繊維の嵩形成能と消化管の相互作用を検索するツールとして発泡スチロール(Polystyrene foam : PSF)に着目した。PSFの示す物理化学的性質は、嵩形成能に限られ、PSF粉末(通常30-50メッシュで使用)のSVは、原料であるポリスチレンの発泡度を調節することで自在に制御できるからである。発泡度30、60および90のPSF粉末(SVは、それぞれ8.0、15.0および22.0mL/g)をそれぞれ1%添加した飼料を調製し、10日間、ラットに摂取させたときの小腸内容物中ムチン量を測定した。ムチン量は、小腸内容物のエタノール沈殿画分について、SDS/PAGE上でのPAS染色(糖鎖染色)強度として、または、この画分中のシアル酸量およびO-結合性糖鎖当量として測定した。小腸内容物中ムチン量は、摂取したPSFのSVに比例して増加することが明らかとなった。この関係は、セルロース(SV=3.5)、コーンハスク(SV=5.0)、ビート繊維(SV=7.0)、小麦フスマ(SV=8.0)等の天然のIDFでも概ね成立することを確認した。ムチンは腸上皮の杯細胞から分泌されるが、食物繊維の摂取はvillus当たりの杯細胞数を増加させた。この増加は、空腸にくらべ、食物繊維が滞留する回腸で顕著であった。本作用の発現には食物繊維の摂取開始から3-5日間を要するが、摂取中止から作用消失までの期間もほぼ同じであることを明らかにした。したがって、食物繊維によるムチン分泌促進作用は、腸上皮細胞のturn overと連動していると考えられる。しかし、SVの高い食物繊維が腸上皮とどのような相互作用を通じて杯細胞を増加(基礎分泌の増加を招く)させるのか、また高SVによる上皮組織への物理的刺激自体が個々の杯細胞からのムチン分泌を促進するのか、現在のところ明らかでない。いずれにせよ、小腸や結腸といった内容物の移動が蠕動運動に基づき進行する組織では、摂取する食物繊維の嵩が分泌促進の要因となることを明らかにした。ムチンは腸上皮細胞を覆う不拡散水層の主要構成物であるため,1980年当時から今日まで,この分泌促進は栄養素吸収速度の制御に役立つと考えられてきた。これを説明する現象として,「DFを長期にわたり摂取し続けたとき,絶食後の耐糖能が改善される」事実が知られている。この作用機序には,「小腸内ムチン分泌量の増大による不拡散水層の肥厚化」が関与すると信じられてきた。申請者は,次にこの仮説の証明に取り組み,長期間,維持可能な門脈カテーテル留置ラットの術式を完成し,上述のPSFを含む飼料を小腸内ムチン分泌が最高に達する5日以上,実際には14日間摂取させ,12時間の絶食後,無麻酔、無拘束下でグルコースおよび卵白アルブミン(OVA)を強制的に胃内投与し,5-120分間に渡り門脈血中グルコースおよびOVA濃度を追跡した。

OVAの一部は未消化で吸収されるが,その分子量は45,000でグルコースの250倍であることから,ムチン分泌促進による不拡散水層の肥厚化は,グルコース以上にOVAの吸収速度を強力に抑制すると予測される。しかし実際には,OVAの吸収ピーク自体(45分)はグルコース(10分)にくらべ遅れるものの,対照飼料とPSF飼料を摂取したラット間ではOVAですら吸収速度に全く差がないことが判明した。これらの知見は,従来の仮説を完全に否定するもので,DFの長期摂取は耐糖能を改善するが,この現象は小腸内ムチン分泌量の増大によるものではないことが明らかにされた。
韓国のＦＴＡ対応としての農業補完対策に関する実証研究

韓国はアメリカと高水準のFTAを締結した。アメリカからの農産物輸入は,FTAによる要因だけではなく,アメリカ国内の生産状況や為替レートなど様々な要件に左右される。しかし,影響が懸念された特定品目の輸入の変化を5中3の平均でみると,確実に輸入が増加していた。これに対し,韓国はFTA農業対策を打ち出したがその中心は競争力強化にあり,直接的な被害対応はFTA被害補填直接支払いと廃業支援のみであった。しかし前者は,輸入寄与度による被害の限定,10年間の限定,低い補填水準という問題を,後者は急激に国内生産を調整する機能を果たしたことで,かえって国内生産が逼迫する状況をもたらすという問題を抱えていた。当初WTO体制を中心とした多国間交渉にもとづく自由貿易の推進を方針としていた韓国政府は,2000年代に入ると二国間交渉によるFTAの推進に方向転換した。最初のFTA締結国であるチリを皮切りに,経済大国かつ農産物輸出大国でもあるアメリカやEUとのFTAにも踏み切った。その後もオーストラリアや中国といった農産物輸出国とのFTAを締結する一方で,国内農業への影響緩和策としてFTA農業対策を打ち出した。その主な内容がFTA被害補填直接支払いと廃業支援金であった。さらに2015年1月には,WTOの関税化猶予期間が終了する米も関税化に踏み切るとともに,米関税化対策として米産業発展対策を打ち出した。米産業発展対策は1)農家所得の安定強化,2)米産業の体質改善,3)米の消費・輸出の拡大・促進,の3つを柱とするものである。1)では,1米所得等補填直接支払いの固定支払いの引き上げ,2畑農業直接支払制度の改編,3水田二毛作の拡大・推進,4零細及び高齢農家のセーフティーネットの拡大(経営移譲直接支払い及び農地年金の要件緩和),5有機栽培による輸入米との差別化,を掲げている。2)は,主に規模拡大による競争力強化を指し,経営規模6ha以上の米専業農家3万戸に米生産面積の40%を集積すること,トゥルニョク経営体といわれる50ha以上の集団化した範域の水田を共同生産・管理する経営体を育成すること,である。3)では,減少している1人当たり米の消費量(2013年67.2kg)を57kgで維持するために,米の消費拡大に向けた広報活動や米の自助金制度の導入などを講じることで,米消費量の減少を鈍化させるとともに,レトルトご飯など米の加工産業の育成や輸出の拡大等新たな販路の開拓に力を入れるとしている。韓国は,アメリカやEU,中国,オーストラリア,NZなど農産物輸出大国とのFTAを立て続けに締結しており,こうしたFTA戦略が国内農業にどのようなインパクトを与えているのかに注目し,今年度は調査をおこなった。調査地域は全羅北道完州郡であり,米,園芸,韓牛,韓豚といった多様な品目を生産する農家からヒアリングをおこなった。米については,規模の拡大が進んでいることに加え,米所得等補填直接支払いが全階層のコストをカバーする基準価格を設定していることから,一定レベルの農家では大きな影響が必ずしも生じていたわけではなかった。もちろん,FTAにおいて米は例外品目扱いとしていることもあるが,他方WTOでは関税化へ移行したこが今後どのように作用するのかに注目する必要がある。園芸等については,パプリカやイチゴなど,韓国でも比較的所得となる品目への集中が進むとともに,直売所による地産地消や加工場に取り組むといった6次産業化が韓国においても注目されていた。韓牛・豚では,調査した農家は規模が大きく,等級の高い高品質を供給する農家ということもあり,生産費統計以上の所得をあげていた。特に近年,政府による廃業支援の影響もあり,飼養頭数が大きく減少したため,かえって国内価格が上昇していること,輸入増が懸念されたアメリカでもBSEの発生や異常気象による飼料穀物の生産減,飼料価格の高騰と米国内生産の縮小といった事態も生じたことが,輸入価格の上昇につながるなど,現段階では国内の韓牛・豚農家が混乱に陥るような状況にはなかった。韓国農村経済研究院での韓国農政・農業の実態・展望等についてのヒアリング調査や資料収集をおこなうとともに,全羅北道完州郡での農家調査をおこなうことで一定の成果を得られたことが,「概ね順調」と評価した根拠である。韓国は,アメリカやEU,中国,オーストラリア,ニュージーランドなど農産物輸出大国とのFTAを立て続けに締結しており,こうしたFTA戦略が国内農業にどのようなインパクトを与えているのかに注目し,今年度も調査をおこなった。調査地域は,全羅北道完州郡,全羅南道羅州市,同固城郡の3地域において,米,畜産(韓牛,韓豚)といった多様な品目を生産する農家からヒアリングをおこなった。米については,個別農家では規模の拡大が進んでいることに加え,政府の米産業発展対策に呼応する形でトゥルニョク経営体といわれる組織化対応もみられた。そこでは,作業受委託による個別農家支援がメインであったが,大規模農家との連携や農地の団地化等をはかるなど,新たな動きが確認できた。こうした動きが,韓国全体に波及する可能性があるのか,そのための条件や課題はどのようなものであるのかといった点が,今後の研究課題としてあげられる。畜産では,FTAによる安価な輸入農産物への対抗として,規模拡大による競争力強化が米以上に進んでおり,かなりのスピードで構造改善がみられた。その一方で,離農した農家が地域においてどのような位置にあるのか,といった側面からの調査・フォローが今後の研究課題として浮き彫りとなった。

また,FTAによる国内農業への影響を緩和するために打ち出したFTA被害補填直接支払いの発動実績を考察すると,当初被害が想定された品目には3つの条件(輸入量全体の増大,FTA締結国からの輸入量の増大,国内価格の下落幅)をクリアしていないため発動されておらず,逆に被害が予想されていなかった品目で発動するなど,国内生産への影響を予測することの難しさが明らかとなった。韓国はアメリカと高水準のFTAを締結した。アメリカからの農産物輸入は,FTAによる要因だけではなく,アメリカ国内の生産状況や為替レートなど様々な要件に左右される。しかし,影響が懸念された特定品目の輸入の変化を5中3の平均でみると,確実に輸入が増加していた。これに対し,韓国はFTA農業対策を打ち出したがその中心は競争力強化にあり,直接的な被害対応はFTA被害補填直接支払いと廃業支援のみであった。しかし前者は,輸入寄与度による被害の限定,10年間の限定,低い補填水準という問題を,後者は急激に国内生産を調整する機能を果たしたことで,かえって国内生産が逼迫する状況をもたらすという問題を抱えていた。国策研究機関である韓国農村経済研究院での韓国農政・農業の実態・展望塔についてのヒアリング調査や資料収集をおこなうとともに,関係機関である韓国農漁村公社や全羅北道群山市での農家及び法人調査をおこなうことで一定の成果を得られたことが,「おおむね順調に進展している」と評価した根拠である。FTA締結国からの主な品目の輸入量の確認と,それが国内農業にどのような影響を及ぼしているのかの検証,FTA被害補填直接支払いや廃業支援の発動実態,現場での構造改善や離農等による後退といった現場での影響・実態について調査,検証,考察をおこなう。農業政策近年締結及び発効したオーストラリアや中国の締結・発効内容の確認と,それが国内農業にどのような影響を及ぼすのかの検証,FTA被害補填直接支払いの発動実態,米の関税化対応の検証・考察をおこなう。農林水産省「平成27年度海外農業・貿易事情調査分析事業(農業所得構造分析)」において,韓国での現地調査の研究費用があてがわれ,本年度はそれを用いて調査を遂行することができたため,当初予定よりも少ない支出で済んだ。数回の訪韓については,他の科研を用いたため,当初予定よりも残額が生じた。今年度は最終年度のため,韓国での資料収集及び現地調査,日本国内での資料収集,特にアジアの資料がそろっているアジア経済研究所や農林水産政策研究所への訪問等で適切な使用を図る。中間年であり,初年よりも問題意識等が深まったこともあり,初年よりも訪韓による調査回数が増えるものと予想され,それに充当する。
塩害とASRによる複合劣化を受けるRC構造物への電気防食工法の適用性に関する研究

鉄筋コンクリートへの通電がアルカリ含有量分布およびASR膨張に与える影響について検討を行い,以下の結果が得られた。(1)供試体に供給する電流密度の増大とともに鉄筋周辺に集積するアルカリ金属イオン量が増大し,その移動量は積算電流密度の大きさに依存していると考えられた。(2)通電によりASR膨張は助長される。また,電流密度に関するペシマム値の存在が確認された。(3)現時点では,5mA/m2程度の電流密度であればASR膨張は大きく助長されることはなかった。(4)ASRによる膨張率を電流密度と通電期間の関数として表すことができた。(5)電気防食工法適用前に大きな電流密度(1A/m2,2A/m2)を供給することにより,電気防食工法適用中のASR膨張を抑制できた。本年度の研究では,鉄筋コンクリートへの通電がコンクリート中のアルカリ金属イオン分布およびASRによって生ずるコンクリートの膨張(ASR膨張)挙動に与える影響を明らかにするために,鉄筋コンクリート供試体(以下,供試体と略述する)を作製して以下の検討を行った。供試体は100×100×30mmの角柱供試体とし,供試体断面(100×100mm)中央にφ13mmの丸鋼を1本配置した。電気防食の陽極材としてチタンメッシュを供試体の打設面(100×300mm)に設置した。この供試体に対して,所定の電流密度となるように直流電流を供給した。なお,コンクリートの水セメント比を60%とし,アルカリ総量が8kg/m^3となるようにNaClを添加して調整した。また,供試体を保存する環境を,温度40°C,相対湿度100%とした。1.通電が鉄筋近傍へのアルカリ金属イオン(Na^+,K^+)集積量に与える影響供試体に供給する電流密度(0100mA/m^2)と通電期間(今年度は24週まで計測した)を実験要因として選定して,それら要因が鉄筋近傍におけるアルカリ金属イオン集積量に与える影響について検討を行った。その結果,通電期間24週までの結果ではあるが,供試体に供給する電流密度の増大とともに,陰極である鉄筋近傍に集積するアルカリ金属イオン量は増加することが明らかとなった。2.通電がコンクリートのASR膨張挙動に与える影響供試体に供給する電流密度(0100mA/m^2)を実験要因として選定して,通電がコンクリートのASR膨張に与える影響について検討を行った。その結果,通電期間24週までの結果ではあるが,供試体に供給する電流密度の増大とともにASR膨張は大きくなる傾向を示した。しかし,電流密度をある値(本年度の実験では30mA/m^2)以上とすると,電流密度の増大とともにASR膨張は小さくなることが明らかとなった。供試体断面(100×100mm)中央に,φ13mmの黒皮付き鉄筋あるいはステンレス鉄筋を配置した鉄筋コンクリート供試体(100×100×300mmの角柱供試体で,以下,供試体と略述する)に通電を行い,通電が鉄筋近傍へのアルカリ金属イオン集積量および供試体のASRによる膨張(ASR膨張)に与える影響について検討を行った。以下に,得られた結果を示す。1.通電が鉄筋近傍へのアルカリ金属イオン(Na^+,K^+)集積量に与える影響水セメント比(W/C=45および60%)および総アルカリ量(R_2O=6および8kg/m^3)が異なる供試体に通電(電流密度0100mA/m^2)を行い,W/C,R_2Oおよび電流密度の違いが鉄筋近傍におけるアルカリ金属イオン集積量に与える影響について検討を行った。その結果,いずれのW/CおよびR_2Oの供試体についても,通電を行なうことにより鉄筋近傍へアルカリ金属イオンが移動し,供給する電流密度が大きいものほど鉄筋近傍におけるアルカリ金属イオン濃度が高くなる傾向にあることが確認された。2.通電がコンクリートのASR膨張に与える影響水セメント比(W/C=45および60%)および総アルカリ量(R_2O=6および8kg/m^3)が異なる供試体に通電(電流密度0100mA/m^2)を行い,W/C,R_2Oおよび電流密度の違いがコンクリートのASR膨張に与える影響について検討を行った。その結果,いずれのW/CおよびR_2Oの供試体についても,通電を行なうことによりASR膨張が増大する傾向にあることが認められた。

また,電流密度に関してASR膨張を最大にするペシマム値が存在する可能性が示された。ただし,これらの現象については,長期的な計測に基づき評価する必要があるため,平成24年度にも継続して膨張率の計測を実施する予定である。今年度は,電気防食工法適用前に通常の電気防食工法で採用される電流密度よりも大きな電流密度を一定期間供給することにより,電気防食工法によってアルカリシリカ反応による膨張(ASR膨張)が助長されるのを抑制する方法について検討した。電気防食工法適用前に供給する電流密度は,1および2A/m2の2水準とし,これらの供給期間は,1A/m2の場合には8週間,2A/m2の場合には4および8週間とした。これらの大きな電流密度を供給した供試体に対して,その後に30mA/m2の電流密度で通電を継続して行なった場合(電気防食工法の適用)と無通電とした場合において膨張率の経時変化を測定した。また,比較用として大きな電流密度を事前に供給しないで電気防食工法を適用した供試体についても膨張率の経時変化を測定した。本実験の範囲内で得られた結果を以下に示す。1.電気防食工法適用前に大きな電流密度を供給した供試体について,W/Cが小さな供試体(W/C=45%)と比較して,W/Cが大きな供試体(W/C=60%)の方が通電の影響を受けて膨張の開始時期が早く,膨張率は大きくなった。2.電気防食工法適用前に供給する大きな電流密度について,いずれの電流密度とした場合においても,事前に大きな電流密度を供給しない供試体と比較してASR膨張を抑制できた。3.電気防食工法適用前に供給する大きな電流密度とその供給期間の組合せについて,2A/m2の電流密度を8週間供給した場合にASR膨張の抑制効果が高い結果となった。本実験で採用した方法によりASR膨張が助長されるのを抑制できる可能性のあることが確認され,この結果から,ASRにより劣化したコンクリート構造物への電気防食工法の適用範囲の拡大が期待できる。ただし,ASR膨張は長期にわたって継続するので,さらに長期にわたるASR膨張抑制効果について確認することが重要と考える。現在までのところ,交付申請書に記載した研究実施計画どおりに実験が進行しており,研究はおおむね順調に進展していると評価できる。24年度が最終年度であるため、記入しない。現在までのところ,研究の実施について大きな問題点はなく,今後も研究計画どおりに研究を推進していく予定である。
シリコン基板上ガリウム砒素中の転位の不活性化

シリコン基板上に結晶成長したガリウム砒素には格子不整合により多くの転位が発生し、デバイス性能を劣化させる。これまで転位密度を低減する方法が提案されてきたが、十分に低い転位密度のガリウム砒素は得られていない。本研究ではガリウム砒素中に存在する転位を電気的・光学的に不活性にすることにより、結晶品質の改善を試みた。Si基板上に結晶成長したガリウム砒素に対してH_2プラズマとH_2+PH_3プラズマを照射したところ、少数キャリア寿命が、未処理では3.2nsであったのがH_2プラズマに関しては3.8nsに、H_2+PH_3プラズマでは4.1nsに向上した。一方、EBIC法から測定される暗点欠陥密度はそれぞれ、2.7×10^7cm^2、1.5×10^7cm^2、8.1×10^6cm^2であり、転位密度の低減効果も確認された。プラズマ処理温度が250°Cであることを考えると熱処理による転位の低減効果は小さく、また、キャリア密度もほとんど同じであるから転位の不活性化の効果によるものと確認された。H_2プラズマではプラズマによるダメージにより結晶品質が十分改善されなかったのに対し、PH_3を添加すると点欠陥中に燐原子が入ることにより、ダメージが抑えられたためだと考えられる。また、AIGaAslGaAs界面再結合速度はH/_2プラズマ処理の試料においては3.5×10^3cm/sと未処理の値(3.6×10^3cm/s)とほとんど同じであったが、H_2+PH_3プラズマ処理の試料においては2.7×10^3cm/sと大幅に低減することができた。H_2+PH_3プラズマ処理した試料の電流-電圧特性の暗電流は最も低く、電気的にも優れた特性を示した。実際に作製したSi基板GaAs太陽電池においてもH_2+PH_3プラズマ処理試料においては18.6%と未処理の試料(15.9%)に比べて高い変換効率を示した。また、H_2プラズマ処理はSi基板上GaAs/AlGaAs多重量子井戸のフォトルミネセンス強度増大にも効果があった。本技術をSi基板上InGaPの欠陥不活性にも適用し、H_2+PH_3プラズマを照射によって深い不純物密度の低減とフォトルミネセンス強度の増大ができることが可能となった。さらに、多結晶Si基板上ガリウム砒素の粒界の不活性化にも効果があった。シリコン基板上に結晶成長したガリウム砒素には格子不整合により多くの転位が発生し、デバイス特性を劣化させる。転位密度を低減させるためにこれまで多くの研究がなされたが、十分に低い転位密度のガリウム砒素結晶は得られていない。本研究では転位を電気的・光学的に不活性にする技術を確立し、デバイス特性を向上させることを目的としている。転位を不活性にするために、シリコン基板上に結晶成長したガリウム砒素を水素(H_2)プラズマ、水素とフォスフィン(H_2+PH_3)プラズマで処理をおこなった。

未処理のガリウム砒素結晶の小数キャリア寿命は2.08nsであるが、H_2プラズマ処理により2.45nsに改善され、H_2+PH_3プラズマでは2.74nsまで改善されている。キャリア密度はほとんど同じであることから、この改善は転位が不活性化され、結晶品質が改善されたためである。また、PH_3を添加することにより、さらなる改善がなされている。これはH_2プラズマではプラズマによるダメージにより、結晶の品質が十分改善されなかったのに対し、H_2+PH_3プラズマではプラズマによってできた砒素の空孔に燐原子が入ることにより、ダメージの発生が抑えられたためである。XPS測定からもH_2+PH_3プラズマで処理したガリウム砒素からはガリウム燐の形成が確認された。これらのプラズマ処理を行ってシリコン基板上にガリウム砒素太陽電池を作製した。H_2+PH_3プラズマ処理によりpn接合の逆方向飽和電流は約一桁以上の改善がなされた。太陽電池の開放電圧も0.85V(未処理)から0.93Vに改善され、太陽電池の変換効率も15.9%から18.6%に向上した。シリコン基板上に結晶成長したガリウム砒素には格子不整合により多くの転位が発生し、デバイス性能を劣化させる。これまで転位密度を低減する方法が提案されてきたが、十分に低い転位密度のガリウム砒素は得られていない。本研究ではガリウム砒素中に存在する転位を電気的・光学的に不活性にすることにより、結晶品質の改善を試みた。Si基板上に結晶成長したガリウム砒素に対してH_2プラズマとH_2+PH_3プラズマを照射したところ、少数キャリア寿命が、未処理では3.2nsであったのがH_2プラズマに関しては3.8nsに、H_2+PH_3プラズマでは4.1nsに向上した。一方、EBIC法から測定される暗点欠陥密度はそれぞれ、2.7×10^7cm^<-2>、1.5×10^7cm^<-2>、8.1×10^6cm^<-2>であり、転位密度の低減効果も確認された。プラズマ処理温度が250°Cであることを考えると熱処理による転位の低減効果は小さいく、転位の不活性化の効果によるものと確認された。また、AlGaAs/GaAs界面再結合速度はH_2プラズマ処理の試料においては3.5×10^3cm/sと未処理の値(3.6×10^3cm/s)とほとんど同じであったが、H_2+PH_3プラズマ処理の試料においては2.7×10^3cm/sと大幅に低減することができた。H_2+PH_3プラズマ処理した試料の電流-電圧特性の暗電流は最も低く、電気的にも優れた特性を示した。実際に作製したSi基板上GaAs太陽電池においてもH_2+PH_3プラズマ処理試料においては18.6%と未処理の試料(15.9%)に比べて高い変換効率を示した。また、H_2プラズマ処理はSi基板上GaAs/AlGaAs多重量子井戸のフォトルミネセンス強度増大にも効果があった。本技術をSi基板上InGaPの欠陥不活性にも適用し、H_2+PH_3プラズマを照射によって深い不純物密度の低減とフォトルミネセンス強度の増大ができることが可能となった。さらに、多結晶Si基板上ガリウム砒素の粒界の不活性化にも効果があった。