hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
結晶構造をもとにしたチトクロム酸化酵素の共鳴ラマン分光学

チトクロムc酸化酵素(CcO)はミトコンドリアの電子伝達系にあり,分子状酸素を活性化してこれを水にまで還元する.この反応に共役して水素イオンが能動輸送される.最近X線結晶構造解析により,原子レベルの分解能の立体構造が明らかにされ,反応機構を分子科学的に解明する基礎が築かれた.休止酸化型と完全還元型の結晶構造を比べると,アスパラギン酸51(D51)の位置が異なる点が目立つ.すなわち,酸化型でサブユニットIの分子表面より内部に埋もれているD51が還元型では分子表面に移動しており,これが水素イオン能動輸送に深く関わっている可能性が指摘されている.伝達される電子の数と輸送される水素イオンの数の比(H^+/e^-比)はおよそ1であり,これは金属中心の酸化還元に伴うわずかな構造変化がタンパク構造の変化を引き起こし,それが引き金になって水素イオンが輸送されることを意味するが,その実体は不明である.一方,酸素分子の還元反応についてはおもに共鳴ラマン分光法により詳しく調べられてきた.つぎに各反応中間体におけるヘムおよびその近傍の構造を詳しく調べ,どのような構造変化がポンプの引き金になるかをはっきりさせることが重要である.その第一歩として,2つのヘムのラマン線を完全に分離して観測することが大切である.そこで,本研究では偏光共鳴ラマンスペクトルを測定し,2つのヘムの振動モードの分離を試みた.まず,顕微ラマン測定の光学系を組み立てた.結晶の大きさは0.3×0.3×0.05mm程度であり,これに対して励起レーザー光を直径約20μmに集光した.励起波長を457.9nmとし励起光の偏光方向を45度ずつ変えて共鳴ラマンスペクトルを測定した.ヘムの配位数を敏感に反映する振動モード(ν_3)の強度は偏光方向依存性を示した.5配位のヘムと6配位のヘムの振動モードを分離して観測できる見通しが着いた.X線構造解析と酸化還元滴定に基づいて、休止酸化型チトクロム酸化酵素のFe_<a3>-Cu_B間にはパーオキサイドが架橋していると提案されている。このことを共鳴ラマン分光法を用いて証明するため、まず^<18>O_2で標識した休止酸化型酵素の調製法を確立した。すなわち、まず嫌気条件下でアスコルビン酸とチトクロムcで完全に還元する。次に^<18>O_2により再酸化し、遠心式メンブレンフィルターを使って、アスコルビン酸とチトクロムσを完全に洗い落とす。この遠心は^<18>O_2雰囲気で行う。共鳴ラマンスペクトルの測定は^<16>O_2酵素と^<18>O_2酵素について行い比較した。その結果、励起波長423nmおよび590nmのとき、^<16>O_2で685cm^<-1>に現れるラマン線が^<18>O_2では673cm^<-1>に低波数シフトすることを見出した。この振動数は、普通のパーオキサイドの860cm^<-1>に比べてかなり低いが、X線結晶構造解析によると0-0距離は過酸化水素より長いので矛盾しない。685cm^<-1>のラマン線はFe_<a3>-Cu_B間に存在するパーオキサイドに帰属できる。もし、O-O伸縮振動の寄与が大きいモードだとすると^<18>O_2にしたときのシフト幅が小さすぎる(純粋なO-O伸縮振動のとき、^<18>0-^<18>Oに変えるとこのラマン線は685x(16/18)^<1/2>=645cm^<-1>に現れることが期待される)。これはこのモードが変角振動をかなり含んでいるか、あるいは2原子の酸素のうち一方が溶媒の水の^<16>Oと交換して、^<16>O-^<18>Oとなっていると考えれば説明できる。今後、H_2^<18>O中や^2H_2O中での測定、pHを変化させての測定を行い、架橋するパーオキサイドの性質を詳しく調べることが重要である。チトクロムc酸化酵素(CcO)はミトコンドリアの電子伝達系にあり,分子状酸素を活性化してこれを水にまで還元する.この反応に共役して水素イオンが能動輸送される.最近X線結晶構造解析により,原子レベルの分解能の立体構造が明らかにされ,反応機構を分子科学的に解明する基礎が築かれた.休止酸化型と完全還元型の結晶構造を比べると,アスパラギン酸51(D51)の位置が異なる点が目立つ.すなわち,酸化型でサブユニットIの分子表面より内部に埋もれているD51が還元型では分子表面に移動しており,これが水素イオン能動輸送に深く関わっている可能性が指摘されている.伝達される電子の数と輸送される水素イオンの数の比(H^+/e^-比)はおよそ1であり,これは金属中心の酸化還元に伴うわずかな構造変化がタンパク構造の変化を引き起こし,それが引き金になって水素イオンが輸送されることを意味するが,その実体は不明である.一方,酸素分子の還元反応についてはおもに共鳴ラマン分光法により詳しく調べられてきた.つぎに各反応中間体におけるヘムおよびその近傍の構造を詳しく調べ,どのような構造変化がポンプの引き金になるかをはっきりさせることが重要である.その第一歩として,2つのヘムのラマン線を完全に分離して観測することが大切である.

そこで,本研究では偏光共鳴ラマンスペクトルを測定し,2つのヘムの振動モードの分離を試みた.まず,顕微ラマン測定の光学系を組み立てた.結晶の大きさは0.3×0.3×0.05mm程度であり,これに対して励起レーザー光を直径約20μmに集光した.励起波長を457.9nmとし励起光の偏光方向を45度ずつ変えて共鳴ラマンスペクトルを測定した.ヘムの配位数を敏感に反映する振動モード(ν_3)の強度は偏光方向依存性を示した.5配位のヘムと6配位のヘムの振動モードを分離して観測できる見通しが着いた.
膵癌細胞-膵星細胞間相互作用に基づく新たな膵癌治療法の開発

本研究では、ポリフェノールなどによる膵星細胞活性化抑制能の検討を行うとともに、desmoplastic reactionにおけるgalectin-1発現意義を明らかにするためにヒト組み換えgalecin-1による膵星細胞の細胞機能調節について検討した。1.膵星細胞をcurcumin、ellagic acid、epigallocatechin-3-gallate(EGCG)の3種のポリフェノールで処理し、(1)細胞増殖、(2)ケモカイン産生、(3)コラーゲン産生、(4)分離した静止期にある細胞の活性化に与える影響を検討した。検討したポリフェノールは、いずれの膵星細胞活性化指標を濃度依存性に抑制した。さらにellagic acidはラットモデルにおいて膵線維化形成を抑制したことから、膵星細胞活性化抑制による膵線維化抑制の可能性が示唆された。2.ラットより分離された膵星細胞において、分離翌日ではgalectin-1の発現が認められなかったが、2週間後の活性化した細胞では強い発現が認められた。組み替えgalectin-1の投与により膵星細胞の増殖、MCP-1とCINC-1の産生、コラーゲン産生の誘導が濃度依存性に認められた。Galectin-1は細胞内シグナル伝達経路であるMEK-ERK系、NF-κB、JNK系を活性化した。特異的阻害剤を用いた検討により、Galetin-1による細胞増殖誘導は、主にMEK-ERK系の活性化を、ケモカイン産生誘導は主にNF-κB、一部MEK-ERK系とJNK系の活性化を介することが明らかになった。膵星細胞から産生、分泌されたgalectin-1がautocrineあるいはparacrineの機序により膵星細胞ならびに膵癌細胞の細胞機能を調節し、膵癌の進展に関与している可能性が考えられた。平成16年度は、膵星細胞と膵癌細胞の共培養系を確立するとともに、膵星細胞の活性化機構や細胞機能を検討し、膵星細胞をターゲットとした治療法の基礎的検討を行った。急性膵炎の本体は活性化されたトリプシンなどの膵酵素による膵の自己消化が本態であると考えられているが、トリプシンの受容体であるprotease-activated receptor(PAR)-2に注目し、トリプシンやPAR-2活性化ペプチドが活性化膵星細胞の増殖やコラーゲン産生を刺激することを見いだした。この知見は、急性膵炎の反復が慢性膵炎につながるという概念の実験的裏付けの一助になると考えられる重要なものである。膵星細胞を血管収縮因子であるendothelin-1で刺激すると、増殖は影響されないが、収縮や遊走が誘導されること、またその誘導にはRho-Rho kinaseの活性化が重要であることを明らかにした。さらに、膵星細胞の活性化制御という観点から、MAP kinasesの1種であるc-Jun N-terminal kinase阻害剤であるSP600125が、膵星細胞の増殖や、コラーゲン産生、ケモカイン産生などを抑制する事を明らかにした。この知見は静止期にある膵星細胞の筋線維芽細胞への形質変換におけるc-Jun N-terminal kinase系の位置づけを明らかにするものでもある。さらに膵星細胞活性化抑制物質としてカテキン類などのポリプェノールに着目し、緑茶に含まれるepigallocatechin-3-gallateが、血小板由来増殖因子(PDGF)のシグナル伝達を阻害する事により、膵星細胞の増殖や遊走を抑制することを明らかにした。平成17年度はポリフェノールなどによる膵星細胞活性化抑制能の検討を行うとともに、desmoplastic reactionにおけるgalectin-1発現意義を明らかにするためにヒト組み換えgalecin-1による膵星細胞の細胞機能調節について検討した。

1.膵星細胞をcurcumin、ellagic acid、epigallocatechin-3-gallate(EGCG)の3種のポリフェノールで処理し、(1)細胞増殖、(2)ケモカイン産生、(3)コラーゲン産生、(4)分離した静止期にある細胞の活性化に与える影響を検討した。検討したポリフェノールは、いずれの膵星細胞活性化指標を濃度依存性に抑制した。さらにellagic acidはラットモデルにおいて膵線維化形成を抑制したことから、膵星細胞活性化抑制による膵線維化抑制の可能性が示唆された。2.ラットより分離された膵星細胞において、分離翌日ではgalectin-1の発現が認められなかったが、2週間後の活性化した細胞では強い発現が認められた。組み替えgalectin-1の投与により膵星細胞の増殖、MCP-1とCINC-1の産生、コラーゲン産生の誘導が濃度依存性に認められた。Galectin-1は細胞内シグナル伝達経路であるMEK-ERK系、NF-κB、JNK系を活性化した。特異的阻害剤を用いた検討により、Galetin-1による細胞増殖誘導は、主にMEK-ERK系の活性化を、ケモカイン産生誘導は主にNF-κB、一部MEK-ERK系とJNK系の活性化を介することが明らかになった。膵星細胞から産生、分泌されたgalectin-1がautocrineあるいはparacrineの機序により膵星細胞ならびに膵癌細胞の細胞機能を調節し、膵癌の進展に関与している可能性が考えられた。
学生時と妊娠時および授乳時における女性の骨密度と食生活

科学研究費補助金を平成9年度から11年度にかけて受けて、我々は、以下の成果をあげ、裏面に記載したとおり論文発表あるいは学会発表を行った。また、これらの成果は別に研究成果報告書としてまとめた。踵骨骨量は超音波測定装置で、体脂肪率はインピーダンス脂肪計で測定した。3日間の栄養摂取量は留め置き法、料理選択能力はカラー写真、その他運動を含む生活状況は質問票により、その都度調査した。日常行動は、歩数計と心拍計によって測定した。1.女子大生の踵骨骨量と生活要因の関連a.「踵骨骨量と生活要因の関わり」508名の平均踵骨骨量は、90.3であった。骨量の上位・下位群間の比較によると体格、運動、食事(習慣・栄養摂取量)に関連した多くの項目の平均値に差が認められた。主成分分析の結果、運動と栄養の因子得点が共に正の者は90%以上の確率で上位群であった。重回帰式に寄与する因子は運動と日常行動が主であった。b.「踵骨骨量と日常行動量等との関連」69名での測定の結果、活動量や活動指数が骨量の上位群で高く、心拍数(覚醒時/睡眠時)も高かった。骨量は過去の生活習慣の影響が大きく、単純な比較では現在の習慣との関連を把握しにくい。c.「踵骨骨量およびその1年間の変化と料理選択能力および運動期間との関連」現在の料理選択能力及び大学での運動期間と踵骨骨量およびその1年間の変化との間に相関があり、単純な群間比較でも上位群の料理選択能力が有意に高いことが判明した。d.「踵骨骨量の年変化の判別分析」調査項目を8大項目に集約した場合と因子分析によって8項目に集約した場合とについて骨量の上昇群・下降群間での比較と判別分析を行った。現在の生活習慣の主要なもの(栄養素摂取量、食品摂取頻度、歩行、クラブでの運動等)が明確に両群の差に寄与した。2.妊娠期の踵骨骨量の変化とそれに及ぼす生活要因a.「妊娠期における踵骨骨量と食生活」骨量は87.1から83.4へと低下した。食に対する意識も妊娠3期でよく変動した。この意識の変動は実際の栄養素摂取量に反映されていた。また、食習慣の改善等の骨量低下の軽減に対する効果も明確に把握できた。b.「妊娠期の踵骨骨量の変化と生活要因との関連」妊娠期中の骨量の変化を基に上昇群・下降群に分類して比較したところ、妊娠初期では、現在の食意識・現在の食行動・過去の習慣・血液性状において、妊娠後期では、現在の食行動に加えて栄養摂取量において差が認められた。

1.妊産婦について:奈良県立三室病院受診の100名の妊婦について、踵骨密度の超音波測定(stiffness)と血漿Ca濃度等の血液検査ならびに食を含む生活調査を、妊娠初期・中期・後期にそれぞれ実施した。妊娠の進行に伴って骨密度は、87.1から83.4へと低下し、血漿中のCaやたんぱく質量・比もやや低下した。初期には、つわりなどにより低下した食事の質・量や食事に対する意識・行動が中期以降改善された様子を把握できた。それでも、ビタミン類を除いて栄養所要量を平均としては充足していなかった。妊娠中に骨密度が上昇した群と下降した群の間について生活調査結果を比較したところ上昇群の特徴として次のような結果を得た。(1)過去の牛乳摂取と運動経験が多い。(2)以前からの食事に対する関心度(Caの摂取に気をつける、食品数をできるだけ多くする、規則正しく食事をとる、料理が嫌にならない、欠食が増えないなど)が高い。(3)中期におけるCaをはじめとする栄養素摂取量が多い。初期はつわりなどのため、また、後期は、全般的な食欲上昇のため、下降群と違いが不鮮明であった。2.女子大生について:500名を越える学生について、経年的に妊婦と同様な測定と調査を継続中である。高齢化が進んでいるわが国において、特に女性において骨粗髭症が問題となっている。それに対する対策の一つとして運動や食生活の改善を通して若年女性の骨密度を高めておくことが推奨されている。本研究は、女子学生508名を対象に踵骨の骨密度を超音波によって測定し、骨密度とアンケート調査によって調べた食生活や運動などの生活要因との関連を統計的に調べた。本研究では、調査項目をカテゴリーと数量別にして、それぞれ単純集計・t検定・多変量解析を骨密度との関連で行った。対象者の平均骨密度は、90.3で日本人の20歳の女性の平均をやや下回った。カテゴリー項目では、、乳幼児期に母乳で育った者や牛乳等の摂取頻度が高い者や運動経験がある者などの骨密度が有意に高いなどほとんどの項目で満足できるデータを得た。そこで、これらの項目を生活、食事、運動、体格などの8大項目に集約した結果、全ての大項目で上位群が高く、特に、食事と運動の効果が明白となった。主成分分析でも同様な結果を得ている。数量項目では、除脂肪体重の重い者やエネルギー摂取量の多い者や運動時間の長い者などの骨密度が有意に高いという満足できる結果を得た。主成分分析の結果は、カテゴリー項目での結果ほど明白ではなかったが、これは、骨にとって好ましくない生活状況にある類似した者同志を比較したためと推定された。最後に、林の数量化I類法を用いて類似の生活状態にある女子大生の骨密度の予測式を求め、平均誤差1%程度でかつ相関の高い予測式を得た。骨粗鬆症の予防は、若年期から骨のピークマスを高めておくことが重要であると言われている。本研究の最終年度である本年度は、1997年から1999年にかけて骨強度を測定した女子大生を対象に1年間の骨強度の変化とそれに関わると思われる生活要因を調べ、関連する国内外の学会で口頭発表した。また、これまでの成果を順に学術論文として発表する予定である(一部掲載決定済)。本年度は、奈良女子大生250名について、超音波骨密度測定装置による踵骨の骨強度と体脂肪率の測定を行い、3日間の食事調査、運動を含む過去及び現在の生活状況調査、カラー写真を用いた料理選択能力(イメージ能力)、3日間の歩行数測定を行った。
学術用超高速インターネットを利用した遠隔医療ネットワークの世界展開

インターネットを活用した国際遠隔医療教育は、技術の進歩と共に、地理的にもまたプログラムの内容についてもこの5年間に大きな進展がみられた。開発途上国や都市部から離れた医療施設などからも参加可能となり、平成27年度末時点で、世界57カ国、441施設と共に600を超えるテレカンファレンスやライブデモンストレーションを施行した。今後は新たな医療分野への展開と遠隔医療に特化した若手技術者の養成にもさらに注力し、各国での自律的な発展を可能にする体制作りを推進する。1.世界各地域における医療交流のニーズと通信環境の調査本年度は研究初年度であるにも関わらず、韓国、中国、タイなどのアジア地域に留まらず、南アフリカおよびラテンアメリカ諸国(チリ、アルゼンチン、ブラジル)を訪問し、延世大学病院、復旦大学中山病院、チェンマイ大学病院、ヴィッツ大学病院、アレマナ病院、ラプラタ大学病院、サンパウロ大学病院など各施設の現有ネットワークおよび通信機器の状況を調査した。また内視鏡手術や消化器疾患を初め、保健衛生分野や心臓疾患および胎児治療などに関して、今後の接続テストの具体的な日程や継続的遠隔教育に関する共同研究の進め方について協議した。セキュリティーについても、市販遠隔会議システムに導入されている現状について調査した。2.海外の研究体制12月には九州大学創立100周年記念シンポジウムの一環として第5回アジア遠隔医療シンポジウムを開催し、17か国から127名の出席者を得た。アジア各地より医師やエンジニアが参加し、本年度の活動の報告と来年度の活動計画について話し合った。また2月にタイで開催された第33回アジア先端ネットワーク会議では、医療セッションにおいて、消化器内視鏡や心臓カテーテルのライブデモンストレーション、また外科やハイビジョン映像配信を含めた新しい遠隔医療技術を使用したテレカンファレンスを施行した。韓国や台湾などからの招聘に加え、スペイン・バルセロナや南アフリカ・ケープタウンからもエンジニアを招聰してそれぞれの施設における現状の報告をお願いした。さらに台湾・タイ・シンガポールなどのアジア諸国に加え、ブラジル、チリ、コロンビア、ボリビアから若手医師・研究者を招聘して日本の進んだ医療を研修すると共に、今後の遠隔教育を開始するためのプログラムや技術的な準備について協議した。1.世界各国における高速医療ネットワークの進展と臨床応用の拡大:(1)基幹病院ネットワークの世界的接続:今年度は主に中南米と中央アジアへの展開が大きかった。メキシコ、コスタリカ、コロンビア、チリ、ブラジルの大学病院やネットワーク施設を中心に、新たなハイビジョンシステムを接続して、8月にテレカンファレンスを施行し、3月にはドミニカ共和国もこれに参加した。さらにチリにデジタルビデオ伝送システムの多地点接続装置を設置し、メキシコ、コスタリカ、チリの間で30Mbpsの伝送に成功した。一方中央アジアとも学術ネットワークを使用した多地点のテレカンファレンスを初めて開催し、カザフスタンを初め、キルギスタン、タジキスタン、トルクメニスタンなどが参加した。(2)各地域・国内における医療ネットワークの拡大:今年度の新規接続施設は12か国、82施設に及び、医療ネットワークは急速に拡大している。2.医療コンテンツの充実と遠隔診療システムの構築:今年度は計80回のプログラムが開催された。新しい分野への取り組みとしては、耳鼻科(8月)、歯科(1月)、神経内科(1月)などが挙げられる。3.アジア太平洋先端ネットワーク会議における活動:8月の韓国、1月のインドネシアの会議において、計21の医療セッションを組織した。中でも国内外12施設を接続した肝臓のライブ手術や世界的な広がりをみせるデング熱のセッションは注目に値する企画であった。4.国際医療交流の推進:12月にバンコクで開催された第7回アジア遠隔医療シンポジウムには25カ国から合計75名の参加があり、13ヵ国24施設の約200名が遠隔配信にて傍聴した。日本からも17名が参加し国際交流を深めた。また13か国から計19名の海外研究者の受け入れがあった。5.ハイビジョン動画像のインターネット配信:ハイビジョンシステム使用の急増に伴い、従来法との比較を検証した。1.世界各国における高速医療ネットワークの進展と臨床応用の拡大:本年度は、韓国、中国、タイ、シンガポール、インド、スリランカ、ネパール、モンゴル、フィジーなどのアジア太平洋地域に加え、アメリカ、メキシコ、ブラジル、ドイツ、トルコなど世界各地に新たにシステムを構築し、遠隔教育プログラムへの参加を得た。また日本国内にも国立がんセンターを初め、順天堂大学病院、近畿大学病院など新たな接続先が加わり、今後海外との接続において日本からの情報発信の拠点となることが期待される。特にメキシコに関しては、超高速学術回線が全国主要医療機関へ接続されることが決定され、今後の発展が大いに期待される。2.医療コンテンツの充実と国際的医療交流の推進:12月には活動10周年を記念して第6回アジア遠隔医療シンポジウムを開催し、18か国から121名の出席者を得た。また1月にアメリカInternet2との合同で開催された第35回アジア先端ネットワーク(APAN)会議では、ブラジル、チリ、メキシコなどの中南米を接続した消化器内視鏡のセッションや、スタンフォード大学と大阪大学を接続した心臓カテーテルのライブデモンストレーションを施行した。さらにアジア諸国のみならず、フィジー、ブラジルなど9つの国や地域から計24名の若手医師・研究者を招聘して日本の進んだ医療を研修すると共に、今後の遠隔教育を開始するためのプログラムや技術的な準備について協議した。3.ハイビジョン動画像の配信および継続的なシステムの改良:8月のスリランカで開催されたAPAN会議においてハイビジョン映像配信を用いた新しい遠隔医療技術を使用したテレカンファレンスを施行した。その後、高速回線の利用できない施設においても使用を拡大し、モバイル機器においてもその応用を試みた。

また1月のAPAN会議ではDVTSによる14地点を接続し、新たな技術の導入にも成功した。平成26年度は各種学会や研究会との協力によるプログラムが多く企画された。第87回日本消化器内視鏡学会(福岡)、第55回日本神経学会(福岡)、第45回日本膵臓学会(北九州)、第27回日本内視鏡外科学会(盛岡)第4回アジア周術期看護学会(福岡)、メキシコ消化器病学会(カンクン)などがその主なもので、いずれも大成功で大きな反響を呼んだ。また8月と3月のアジア太平洋先端ネットワーク会議においても、多くのセッションの中で新たな試みやこれまでの技術的な問題点の解決を図ることが出来た。地域医療に貢献する形での国内のプログラムも拡大しつつある。九州沖縄小児がん拠点事業を初め、佐賀大学手術カンファレンスや胎児心臓エコーアドバンス講座などがその代表である。新たな分野としては整形外科が参加した。さらに国立大学病院長会議との共催で第8回アジア遠隔医療シンポジウムを福岡で開催し、18カ国から合計200名の参加があった他、15ヵ国24施設が遠隔配信にて傍聴した。また海外研究者として、14か国から20名の医師や研究者を受け入れた他、院内から10名の医療スタッフや技術担当者がシンガポールの4医療施設を訪問して今後の共同研究の進め方について協議した。本年度もこれまで最高の年間85回のプログラムが施行され、年間の記録を更新した。ハイビジョン伝送システムの利用もさらに増え続けている他、さらに高解像度の4Kによる手術映像の配信をチェコと台湾の間で施行した。日本国内での活動は国立大学病院がリードする形で国際活動の情報交換が積極的に行われ、技術的にいつでも接続ができる体制が整った他、地域への活動も活発である。海外ではアジアの枠を越え、南米やアフリカとのプロジェクトも順調に動きつつある。計画された新旧2つの技術的比較に関する論文も、予定通り発表された。1.世界各国における医療ネットワークの進展と臨床応用の組織的拡大:本年度は23か国60施設へ新たな接続が確立した。国別では日本で19施設で新規に接続した他、ブラジル、メキシコ(各4施設)、中国、タイ、オーストラリア、コロンビア(各3施設)などが続いた。また学術用高速回線が利用できない市中病院や地域医療施設への展開を国内外において推進した。さらに全国国立大学病院長会議と連携する形で、遠隔医療教育をサポートする技術担当者の育成のための技術者マニュアルを作成し、近く発刊の予定である。2.医療コンテンツの充実と遠隔診療システムの構築:本年度は計90のプログラムを実施した。外科や内視鏡分野が中心となる中、胎児、小児科、眼科、耳鼻科、神経内科、感染症、歯科、看護師など様々な臨床テーマが取り上げられた。
カチオンポンプ

本班は真核細胞オルガネラ膜のプロトンノカチオンポンプ(イオン輸送性ATPases)の生化学的反応機構、分子構築、遺伝子発現機構の研究を推進し、下記の新知見を得た。安楽班員は非定常状態酵素反応解析、^<60>Co放射実験、単クローン抗体を用いるトポロジー解析により、酵母液胞膜H^+ATPaseが活性中心〓サブユニット(64KDa)の3量体を含む分子量540KDaの巨大分子を構築すること、プロトンポンプ活性の発現のためには活性中心同志の正の協同反応が必須であることを示し、本酵素の反応機構モデルを提出した。旭班員および大熊班員はケツルアズキ液胞およびラット肝リソゾームのプロトンポンプの構造と機能に関する詳細な研究を行い、ポンプ本体の分子構築とサブユニットに関する新知見を得た。中尾班員はラットNa^+/K^+-ATPaseのαサブユニット遺伝子のα3サブセットの発現を実証するため、α3cDNAをBalb/C3T3細胞に導入し、α3mRNAを検出する実験系を開発した。この新しいスクリーンニング法によりR6^+をとりこむポジティブクロンを得、この細胞中でα3由来のウワバイン高親和性αサブユニットの発現を実証した。松井班員はラット胚大脳由来の初代培養ニューロンを用い、細胞成熟にともなうNa^+ポンプ活性の増加とNa^+/K^+ATPaseアイソザイムの検索を行った。ニューロンのNa^+ポンプ活性は細胞の成熟にともなうジギタリス高感受性ATPaseの出現と対応して増加することを認めた。金沢班員は筋小胞体のCa┣D12+LATPaseが蛍光プローブAEDANSによって特異的に標識されることを示し、この蛍光の強度および異方性変化がCa┣D12+┫D1結合と酵素の活性化、ATP結合とリン酸化、EP中間体の分解の各過程とどのように対応するかを詳細に解析した。川喜田班員は筋小胞体Cd┣D12+┫D1ATPaseがAP3PLによって特異的に失活することに着目し、Ca┣D12+┫D1結合にともなう分子内機能性リジンの近接性変化と活性発現の相関性を明きらかにした。
尿細管・糸球体フィードバック活性の調節による新たな腎不全治療法の開発

腎臓には、尿細管・糸球体フィードバック(Tubuloglomerular feedback : TGF)機構を含む腎固有の自己調節機構が存在し、これにより腎機能の恒常性を維持している。この恒常性維持機構の破綻が各種腎症および高血圧の発症・進展に繋がる。本研究目的は、TGF機構の刺激伝達メカニズムの全容を解明して、TGF機構の破綻が各種腎症の発症・進展に如何に関与するかを明らかにし、次いで刺激伝達物質に焦点を当てた新たなる腎障害の治療法を開発することである。TGF活性は、高感度ペンシル型CCDカメラを使用するin vivo dynamic analysis法で糸球体輸入細動脈径の動態で評価した。伝達物質の特定には、当研究室で開発した実質臓器用ミクロダイアリシスプローベを用い腎間質中の物質を評価した。TGF機構の伝達物質はATPであることを明らかにした。腎障害を生じるモデル動物であるDahl食塩感受性高血圧ラット(Dahl-Sラット)では、TGF活性が異常に亢進していることが分かった。そこで、腎障害モデル動物で認められたTGF活性の異常を、伝達物質の阻害薬を外因性に投与することで、TGF機構が正常化出来るかそして腎障害の発症を阻止出来るかについて検討した。1.Dahl-Sラットに伝達物質であるATPの受容体(P2)拮抗薬であるスラミンを投与し、TGF反応を観察した。高食塩食で飼育したDahl-Sラットの輸入細動脈径は、低食塩食ラットのそれに比べて有意に小、即ち収縮していた。スラミン投与の高食塩食ラットの輸入細動脈は、有意に大で低食塩ラットに近似していた。スラミンは、TGF活性の異常亢進を是正したと言える。2.スラミンの血圧への影響:Dahl-Sラットを4週間高食塩食で飼育すると、血圧は著明に上昇し高血圧状態を来す。しかしながら、スラミン投与ラットを高食塩食で飼育しても血圧上昇が認められなかった。3.スラミンの尿中蛋白排泄への影響:高食塩食ラットでは、顕著な蛋白尿が観察されるが、スラミン投与群では正常レベルに留まった。以上、Dahl-SラットではTGF活性が異常に亢進しており、伝達物質であるATPの作用を受容体遮断薬、スラミンで阻害すると、TGF活性の正常化とともに高血圧の発症および腎障害も予防出来た。これらの結果は、TGF活性の是正は腎不全の治療に繋がることを示すものである。腎臓には、尿細管・糸球体フィードバック(Tubuloglomerular feedback:TGF)機構を含む腎固有の自己調節機構が存在し、これにより腎機能の恒常性を維持している。この恒常性維持機構の破綻は各種腎症および高血圧の発症・進展に繋がる。そのため本年度では、以下の実験を実施した。

1.腎障害モデル動物であるDahl食塩感受性高血圧ラット(Dahl-Sラット)のTGF活性の評価:CCDカメラで計測した糸球体体輸入細動脈の径は、対照ラットに比べ有意に小であった。マクラデンサ細胞へのNaCl負荷量をアセタゾラミド投与により増加させると、対照ラットでは収縮が認められるが、Dahl-Sラットではそれ以上の収縮は観察されなかった。フロセミド投与は、両動物の輸入細動脈を拡張させた。Dahl-Sラットでは、TGF活性が異常に亢進していることが分かった。2.TGF機構における伝達候補物質の腎間質内動態と腎灌流圧の関係を調べると、ATPが良く相関した。ATPがTGF機構の伝達物質である可能性が高い。3.ATP受容体(P2)遮断薬の前処置によりDahl-Sラットの輸入細動脈の径は正常値に復した。また、アセタゾルアミドへの反応性を回復し収縮した。TGF活性の正常化が認められた。以上、TGF機構の伝達物質の候補としてATPを選定することが出来た。Dahl-SラットではTGF活性が異常に亢進しており、伝達物質であるATPの作用を受容体遮断薬で阻害すると、TGF活性の正常化とともに高血圧の発症も予防出来た。これらの結果は、TGF活性の是正は腎不全の治療に繋がることを示すものである。腎臓には、尿細管・糸球体フィードバック(Tubuloglomerular feedback:TGF)機構を含む腎固有の自己調節機構が存在し、これにより腎機能の恒常性を維持している。この恒常性維持機構の破綻が各種腎症および高血圧の発症・進展に繋がる。本研究目的は、TGF機構の刺激伝達メカニズムの全容を解明して、TGF機構の破綻が各種腎症の発症・進展に如何に関与するかを明らかにし、次いで刺激伝達物質に焦点を当てた新たなる腎障害の治療法を開発することである。前年度の研究により、腎障害を生じるモデル動物であるDahl食塩感受性高血圧ラット(Dahl-Sラット)では、TGF活性が異常に亢進していること、また伝達物質としてATPが働いていることを正常血圧ラットで証明した。そこで、本年度では、腎障害モデル動物で認められたTGF活性の異常を、伝達物質の阻害薬を外因性に投与することで、TGF機構が正常化出来るかそして腎障害の発症を阻止出来るかについて検討した。1.TGF活性異常の正常化:Dahl-SラットにATP受容体(P2)拮抗薬であるスラミンを投与し、TGF反応を観察した。高食塩食で飼育したDahl-Sラットの輸入細動脈径は、低食塩食ラットのそれに比べて有意に小、即ち収縮していた。スラミン投与の高食塩食ラットの輸入細動脈は、有意に大で低食塩ラットに近似していた。スラミンは、TGF活性の異常亢進を是正したと言える。2.スラミンの血圧への影響:Dahl-Sラットを4週間高食塩食で飼育すると、血圧は著明に上昇し高血圧状態を来す。しかしながら、スラミン投与ラットを高食塩食で飼育しても血圧上昇が認められなかった。3.スラミンの尿中蛋白排泄への影響:高食塩食ラットでは、顕著な蛋白尿が観察されるが、スラミン投与群では正常レベルに留まった。
欠陥集団場のダイナミクスが導くマルチスケールモデリングのための内部構造発展の研究

本研究は,ナノスケールで生じる力学応答場の局所的な不安定化の連続が,マクロな力学応答場へとスケールアップしていく過程において,欠陥集団場のダイナミクスを支配する原理を見いだし,その力学現象を記述できる方法論の確立をめざしたものである.まず,その現象を定量的にとらえるために,ナノオーダーの力学挙動を精度良く制御しつつ計測可能なナノ・インデンテーションを取り上げた.従来のシステムでは押込み荷重制御方式よる押し込みが実施されるが,制御方式を含むシステムの変更により押込み変位制御による実験が可能になった.そして,両者の相違点から,ナノスケールでの集団化不安定性(変位バースト)について検討し,不安定化を引き起こす因子について考察を加えた.試料として用いた単結晶アルミニウムの結晶方位が変位バーストに与える影響について実験的に整理した結果,新たに見いだした第一変位バーストの荷重とバースト幅の線形性に,すべり系に対する有意な依存性を見いだした.ナノインデンテーションの内部構造発展の理解のために,大規模分子動力学シミュレーションを実施し,現象の基礎的特性評価(例えば,転位射出の臨界せん断応力等)を行い,インデンテーション下での欠陥集団場発展挙動のメカニズムを明らかにした.プリズマティック転位ループの生成メカニズムが明確になり,そのループの拡がりとマクロな塑性論との比較検討を行い,ナノ塑性おける降伏現象について考察した.また,実験的に生成されたナノ塑性場を非破壊的に観察する手段として,従来より開発されてきた電子線誘起超音波顕微システム(SEAM)の集団的欠陥場観察への適用を試みた結果,転位の集団場をとらえるほどの分解能に至っていないことがわかった.さらなる分解能向上のためには,断続周波数の高周波数化と,それに追従できるチャージアンプの開発が必要であることがわかった.本研究は,ナノスケールで生じる力学応答場の局所的な不安定化の連続が,マクロな力学応答場へとスケールアップしていく過程において,欠陥集団場のダイナミクスを支配する原理を見いだし,その力学現象を記述できる方法論の確立をめざしたものである.まず,その現象を定量的にとらえるために,ナノオーダーの力学挙動を精度良く制御しつつ計測可能なナノ・インデンテーションを取り上げた.従来のシステムでは押込み荷重制御方式よる押し込みが実施されるが,制御方式を含むシステムの変更により押込み変位制御による実験が可能になった.そして,両者の相違点から,ナノスケールでの集団化不安定性(変位バースト)について検討し,不安定化を引き起こす因子について考察を加えた.試料として用いた単結晶アルミニウムの結晶方位が変位バーストに与える影響について実験的に整理した結果,新たに見いだした第一変位バーストの荷重とバースト幅の線形性に,すべり系に対する有意な依存性を見いだした.ナノインデンテーションの内部構造発展の理解のために,大規模分子動力学シミュレーションを実施し,現象の基礎的特性評価(例えば,転位射出の臨界せん断応力等)を行い,インデンテーション下での欠陥集団場発展挙動のメカニズムを明らかにした.プリズマティック転位ループの生成メカニズムが明確になり,そのループの拡がりとマクロな塑性論との比較検討を行い,ナノ塑性おける降伏現象について考察した.また,実験的に生成されたナノ塑性場を非破壊的に観察する手段として,従来より開発されてきた電子線誘起超音波顕微システム(SEAM)の集団的欠陥場観察への適用を試みた結果,転位の集団場をとらえるほどの分解能に至っていないことがわかった.さらなる分解能向上のためには,断続周波数の高周波数化と,それに追従できるチャージアンプの開発が必要であることがわかった.本研究は,ナノスケールで生じる力学応答場の局所的な不安定化の連続が,マクロな力学応答場へとスケールアップしていく過程において,欠陥集団場のダイナミクスを支配する原理を見いだし,その力学現象を記述できる方法論の確立をめざしたものである.そのために,作用応力状態にかかわらず,内部構造の発展挙動を物理的に捕らえる探索システムの構築を行うことが主たる目的である.その現象を定量的にとらえるために,ナノオーダーの力学挙動を精度良く制御しつつ計測可能なナノ・インデンテーションを,ここでは取り上げた.当初計画では,ナノインデンテーションの現象の理解とそれを非破壊的に観察する検索システムとして電子線誘起超音波顕微システム(SEAM)の適用を考えた.後者については,大幅なノイズリダクションに成功し,現在観察データの取得を行っている.前者の一連の研究成果から,ナノスケールでの押込み荷重-押込み深さの関係では特異な挙動を示し,スケールアップとともにその力学的応答の変化することを見いだした.すなわち,局所的な不安定力学挙動の連続が,マクロ現象と集団化していく結果,やがて連続近似の成立するなめらかな応答へと統計平均化,巨視化していく一連の実験的根拠を得た.また,力学現象が平均化されないナノスケールで見られる「変位バースト」という現象について,その限界押込み荷重とバースト幅に線形関係があることを,種々の表面粗さを持つサンプルの実験から見いだし,その成果を出版した(11.研究発表の欄参照).その線形関係は,供試材である単結晶アルミニウムの表面結晶方位に依存して傾きがかわること,バースト前後のエネルギーバランスから推定した関係式で,その方位依存性の傾きの比がおよそ説明できることを新たに示した.本研究は,ナノスケールで生じる力学応答場の局所的な不安定化の連続が,マクロな力学応答場へとスケールアップしていく過程において,欠陥集団場のダイナミクスを支配する原理を見いだし,その力学現象を記述できる方法論の確立をめざしたものである.まず,その現象を定量的にとらえるために,ナノオーダーの力学現象を創成し,その挙動を精度良く制御しつつ計測可能なナノ・インデンテーションを取り上げた.

従来のシステムでは押込み荷重制御方式よる押し込みが実施されるが,制御方式を含むシステムの変更により押込み変位制御による実験が可能になった.そして,両者の相違点から,ナノスケールでの集団化不安定性について検討し,不安定化を引き起こす因子について考察を加えた.加えて,試料として用いた単結晶アルミニウムの結晶方位が変位バーストに与える影響について実験的に整理した結果,すべり系に対する有意な依存性を見いだした.また,ナノインデンテーションの内部構造発展の理解のために,境界要素法(BEM)と離散転位法(DDM)を連結させたマルチスケールモデリングを提案し,現象の基礎的特性評価(例えば,転位射出の臨界せん断応力等)を行った大規模分子動力学法との併用により,インデンテーション下での欠陥集団場発展挙動のメカニズムを明らかにした.プリズマティック転位ループの生成メカニズムが明確になり,そのループの拡がりとマクロな塑性論との比較検討を行い,ナノ塑性おける降伏現象について考察した.実験的に生成されたナノ塑性場を非破壊的に観察する手段として,従来より開発されてきた電子線誘起超音波顕微システム(SEAM)を用いて,集団的欠陥場観察への適用を試みた結果,転位の集団場をとらえるほどの分解能に至っていないことがわかった.
特発性間質性肺炎における転写因子foxF1とMMP/TIMPの検討

A.研究目的:転写因子Foxf1は、肺の間質細胞で産生され、Target geneには成長因子であるHGFや、MMP-1,3などが確認されている。予後不良なUIPでは、線維化の吸収が不良であることが、病理形態学的な特徴である。B.研究方法:16-17年度はFoxf1のm-RNAレベルでの発現、Foxf1抗体による、組織での分布を確認した。18年度においては、同実験の再検討と、線維化を吸収するプロテアーゼであるMMP1,2とそのinhibitorであるTIMP2のm-RNAレベルでの発現、免疫染色を施行した。C.研究結果:(1)免疫組織化学結果:MMP1,2は、いずれも予後良好のCOPの早期線維化巣の線維芽細胞に強い陽性像を示した。UIPではこれらの染色性は弱かった。TIMPはCOPでは弱く、UIPでは強い染色性を示した。(2)Real time PCR結果:前年度と同様にFoxf1のみUIPに有意に低発現であった。また、免疫染色結果とは反対に、有意差はなかったがTIMPはUIPで高い傾向であった。D.考察:Real time PCRでの再現性よりUIPでのFoxf1の低発現は、肺胞再生不良を反映している可能性が考えられる。Foxf1のターゲット遺伝子としてMMP-1があるが、今回のReal time PCRで有意差は出なかったが、免疫染色ではUIPで有意に弱いことより、線維化を吸収するMMPを制御するFoxf1のUIPにおける低発現の傾向は、線維化の吸収不全に関連することが予想される。A.研究目的:転写因子Foxf1は、肺の間質細胞で産生され、その欠損マウスは発生段階において肺形成が阻害される。Target geneには成長因子であるHGFや、MMP-1,3などが確認されている。予後が不良な間質性肺炎であるUIPでは、線維化が吸収されないことのみならず、修復する上での上皮再生が不良であることが、UIPの病理形態学的な特徴である事が示されている。本研究では肺の形成に不可欠であり、間質性肺炎の発生機序に関連した多くのgeneを転写のtargetとするFoxf1に特に着目し、予後不良なUIPと予後良好なCOP肺組織の病変部における、m-RNAレベルでの発現、およびペプチド抗体を作成し、組織での分布を確認し、疾患特異性と病態の関連について検討した。B.研究方法:外科的肺生検検体8例(UIP 4例、COP 4例)を対象とした。Foxf1の局在は、パラフィン包埋標本において、抗Foxf1ペプチド抗体を用いた免疫組織化学を行なった。また、凍結標本よりmicrodissection法を用いて、早期線維化巣を切り出し、各因子のmRNAの発現をRealtime PCR法にて測定した。C.研究結果:(1)免疫組織化学結果:Foxf1は、早期線維化巣の線維芽細胞に陽性像を示した。COPではUIPに比較して強い染色性を示した。(2)RealtimePCR結果:Foxf1はUIPに有意に低発現であった。MMP-1はほぼ差異が見られなかったが、MMP-7はUIPで高発現の傾向であった。D.考察:UIPでのFoxf1の低発現は、肺胞再生不良を反映している可能性が考えられる。予後不良のUIPでは維化巣における上皮の再生が不良であることが、線維化の吸収不良の一因と考えられている。Foxf1のtarget遺伝子には、HGF、MMP-1,3といった間質性肺炎の形成機序に関連する因子が含まれる。線維化を吸収するMMPを制御するFoxf1のUIPにおける低発現の傾向は、線維化の吸収不全に関連することが予想されるE.結論:間質性肺炎におけるFoxf1の関与が示唆される。UIPでのFoxf1の有意な低発現は、血管形成不全、肺胞上皮再生不良、細胞外基質吸収の阻害を反映している可能性が考えられる。F.研究発表:本研究内容は、16年12月の厚生労働省びまん性肺疾患調査研究班第二回班会議で報告した。昨年度はFoxf1のm-RNAレベルでの発現、Foxf1抗体による、組織での分布を確認した。本年度においては、同実験の再検討と、線維化を吸収するプロテアーゼであるMMP1,2,とそのinhibitorであるTIMP2の免疫染色を施行した。B.研究方法:外科的肺生検検体8例(UIP4例、COP 4例)を対象とした。パラフィン包埋標本において、抗MMP1,2,TIMP2抗体を用いた免疫組織化学を行なった。また、凍結標本よりmicrodissection法を用いて、早期線維化巣を切り出し、再度各因子のmRNAの発現をReal time PCR法にて測定した。(2)Real time PCR

結果:前年度と同様にFoxf1のみUIPに有意に低発現であった。また、免疫染色結果とは反対に、有意差はなかったがTIMPはUIPで高い傾向であった。D.考察Real time PCRでの再現性よりUIPでのFoxf1の低発現は、肺胞再生不良を反映している可能性が考えられる。Foxf1のターゲット遺伝子としてMMP-1があるが、今回のReal time PCRで有意差は出なかったが、免疫染色ではUIPで有意に弱いことより、線維化を吸収するMMPを制御するFoxf1のUIPにおける低発現の傾向は、線維化の吸収不全に関連することが予想される。A.研究目的:転写因子Foxf1は、肺の間質細胞で産生され、Target geneには成長因子であるHGFや、MMP-1,3などが確認されている。予後不良なUIPでは、線維化の吸収が不良であることが、病理形態学的な特徴である。B.研究方法:16-17年度はFoxf1のm-RNAレベルでの発現、Foxf1抗体による、組織での分布を確認した。18年度においては、同実験の再検討と、線維化を吸収するプロテアーゼであるMMP1,2とそのinhibitorであるTIMP2のm-RNAレベルでの発現、免疫染色を施行した。C.研究結果:(1)免疫組織化学結果:MMP1,2は、いずれも予後良好のCOPの早期線維化巣の線維芽細胞に強い陽性像を示した。UIPではこれらの染色性は弱かった。TIMPはCOPでは弱く、UIPでは強い染色性を示した。(2)Real time PCR結果:前年度と同様にFoxf1のみUIPに有意に低発現であった。D.考察:Real time PCRでの再現性よりUIPでのFoxf1の低発現は、肺胞再生不良を反映している可能性が考えられる。
高速中性子ラジオグラフィ用イメージングプレートの開発

研究目的日本で唯一の平均1MeVの高速中性子を発生する東京大学高速中性子源炉「弥生」を利用し、高速中性子ラジオグラフィ撮影技術高度化のための研究を進めている。本研究の目的は、高速中性子用イメージングプレートを開発することである。イメージングプレートによる撮影の長所は、その解像度が50μm以下であり、測定量のダイナミックレンジが広いため、低照射量でも十分な撮影ができ、短時間照射で解像度の高い撮影が可能となる。本研究において、高速中性子とイメージングプレートとの相互作用のモデリングを検討し、そのモデルを検証する形で、高速中性子ラジオグラフィ用イメージングプレートの試作開発を進める。研究方法高速中性子用イメージングプレート(IP)の開発にあたり、まず高速中性子によりどのようなメカニズムで、IP内において輝尽性蛍光となるカラーセンターが生成するかというモデルを検討する。そのモデルを基にIPの試作を行う。その特性測定は「弥生」の高速中性子ラジオグラフィ場で、照射量をパラメーターとして照射し、照射済みIPの読みとりは日本原子力研究所の装置を利用して行う。研究結果高速中性子用IPの感光のモデルとして、反跳陽子による反応と2MeV以上の中性子のみにより起こる^7Li(n,n′,α)Tが有望と考え、中性子反応断面積、中性子スペクトル、およびIPに付与するエネルギーを考慮に入れてモデル計算した。その結果、弥生の中性子スペクトルでは、ほぼ同程度の感光量になると推定された。よりエネルギーの高い中性子に対しては^7Li含有IPの方が感度が高くなることが推定された。また、X線用のIPの表面にポリエチレンシートを張り照射したところ、増感作用があることが分かった。このモデルをもとに、通常のX線用IPの構成元素量に^7Liの量を追加したIPのサンプル、および水素含有量を増加させたIPサンプルを試作した。なお、試作する前の調整時間がかなり必要であり、試作サンプルができたのが平成9年1月になってからであり、また、原子炉のマシンタイムが2月しか取れなかったので、現在、実験中であり、十分な結果が得られていない。今後の予定として、実験結果を考慮し、それに基づき改良したIPの試作を繰り返し、実用的な高速中性子ラジオグラフィ用イメージングプレートを開発する。
コランダム構造をもつ超ワイドバンドギャップp型酸化物半導体に関する研究

本研究では、申請者が世界で初めて薄膜の作製に成功した新しいp型伝導を示す半導体、酸化イリジウム(α-Ir2O3)の未知の物性の解明と、酸化イリジウムを基にする新しいp型酸化物の混晶を作製して、これまで実現出来なかった大きなバンドギャップ(超ワイドギャップ)をもつp型酸化物を用いたバイポーラデバイスの作製を行い、SiCやGaNを凌駕する低消費電力でクリーンな電子デバイスの実現を目指し、超低消費電力社会の実現に貢献する事を目的とする。これまでの研究では酸化イリジウムの作製は非常に難しく、また結晶の成長条件も大変シビアであり、きれいな薄膜を安定的に成長させる事は困難であった。しかし、今年度の本研究では、酸化イリジウム薄膜の安定的な成長は概ね達成する事は出来た。これは、結晶構造が同じで、結晶の格子長もほとんど同じである酸化ガリウムをバッファー層に用いる事で酸化ガリウムを安定的に成長させ、表面平坦性を大きく向上させる事で、従来の課題であった低い表面平坦性を克服する事が出来た。これはH30年度に本研究で購入した新型ミストCVD装置により安定的な結晶成長環境を得る事が出来た事が、大きな役割を果たしている。きれいな結晶を作る技術は電子デバイスを作製するうえで必須の技術であり、本成果は超ワイドギャップのバイポーラデバイス実現に向けた大きな一歩である。一方で、酸化イリジウムは依然として3次元成長をメインとした粒成長をしており、改善は必須であり、この粒成長を抑制し、きれいな2次元成長を促して膜質を向上させる事が今後の研究における大きな課題となる。上述のように、作製が困難であった酸化イリジウムの膜質改善の方法として酸化ガリウムバッファー層を導入する事で、その改善を達成できた。これまでの酸化ガリウム薄膜と比較しても、走査型電子顕微鏡による観察では膜表面に異常粒等の構造物が確認されず。薄膜の表明平坦性は劇的に改善された。しかしながら、透過型電子顕微鏡による断面図の観察では、3次元成長に由来する構造が確認された。この3次元構造は酸化イリジウムの正孔移動度の低下やバイポーラデバイスにおけるリーク電流増加や耐圧の低下につながる可能性があるため、発生を抑制する必要がある。そのためには成長条件を工夫して、薄膜の成長モードを3次元から2次元に変化させ、結晶が横方向にも大きく成長させる必要がある。これらの点から、研究計画上概ね順調ではあるが、まだ解決しなければいけない課題がある。今後の研究として、上述のように酸化イリジウム薄膜の成長モードを3次元から2次元に変化させ、結晶が横方向にも大きく成長させる必要がある。そのためには、新しい前駆体溶液の探索や溶液の溶解度の改善等、化学的視点から研究を推進する必要がある。これまでは物理的な薄膜成長の観点から膜質の向上を目指してきたが、溶液や前駆体等の化学反応まで考察し、結晶成長の改善を行う。また、膜質の向上が達せられた後は混晶の作製によりバンドギャップの変調を行い、超ワイドギャップのバイポーラデバイス実現に向けて推進する所存である。

これらの点から、研究計画上概ね順調ではあるが、まだ解決しなければいけない課題がある。今後の研究として、上述のように酸化イリジウム薄膜の成長モードを3次元から2次元に変化させ、結晶が横方向にも大きく成長させる必要がある。そのためには、新しい前駆体溶液の探索や溶液の溶解度の改善等、化学的視点から研究を推進する必要がある。これまでは物理的な薄膜成長の観点から膜質の向上を目指してきたが、溶液や前駆体等の化学反応まで考察し、結晶成長の改善を行う。また、膜質の向上が達せられた後は混晶の作製によりバンドギャップの変調を行い、超ワイドギャップのバイポーラデバイス実現に向けて推進する所存である。