hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新規な長鎖8-キノリノールによる重金属の速度論的分離とその環境分析への応用

このようにHO_8QとHMO_8Qとでは抽出される鎖体の組成が異なるのは,ガリウム(III)のイオン半径が比較的小さいため,HMO_8Qの場合にメチル基同志の立体障害により3分子配位できないためと推察される。ガリウム(III)のHO_8Qによる抽出速度は溶媒によって異なり,クロロホルムよりヘプタンの方が著しく大きいことがわかった。モリブデン(VI)はHO_8Q及びHM_8Qにより強酸性溶液及び弱アルカリ性溶液からクロロホルムにM_0O_2(O_8Q)_2及びM_0O_2(MO_8Q)_2として抽出され,他の金属からの選択的分離が可能であることも明らかにした。M_0O_2(O_8Q)よりもM_0O_2(MO_8)_2はアンモニア水で逆抽出されやすく,逆抽出のされやすさにHMO_8Qのメチル基の立体害が関係しているものと推察、詳細は検討中である。1.Ga(III)は5-オクチルオキシメチル-8-キノリノール(HO_8Q)によりCl^-の存否に無関係に弱酸性溶液からヘプタンにGa(0_8Q)_3として抽出(抽出定数K_<ex>=10^<3.2>)。一方、2-メチル-5-オクチルオキシメチル-8-キノリノール(HMO_8Q)ではCl^-存在下でGa(OH)(MO_8Q)_2(K_<ex>=10^<-4.2>)として、Cl^-存在下ではGa(Cl)(MO_8Q)_2として抽出される。HMO_8Qによる抽出では、1,5-ジクロロフェノールのような疎水性の陰イオンが存在すると抽出率が増大する。2.Ga(III)のHO_8Qによる弱酸性溶液からのヘプタンへの抽出の律速段階は水相中でのHO_8QとGa^<3+>およびGa(OH)^<2+>との競争反応と考えられる。抽出速度は溶媒によって著しく異なり、ヘプタン>クロロホルムとなる。4.Pd(II)は塩酸酸性溶液から、HMO_8QによりPd(MO_8Q)_2(K_<ex>=10^<14.7>)として抽出され、抽出速度はクロロホルムよりヘプタンの方が大きい。抽出錯体はpH3で0.3M SCN^-により逆抽出される。抽出速度、逆抽出等を巧みに利用し、Pd(II)を他の金属イオンから選択的に分離できる。5.Kelex100に4-ニトロフェニルアゾ基を導入した5-(4-ニトロフェニルアゾ)-7-(4-エチル-1-メチルオクチル)-8-キノリノールによるZn(II)の自己付加錯体生成を種々の溶媒を用いて検討するとともに、Zn(II)のCd(II)からの分離の可能性を明らかにした。以上の成果をもとに、金属イオンの環境分析への応用が期待される。
反ニュートリノの方向測定に向けたリチウム含有液体シンチレータの開発

<研究目的>低エネルギー反ニュートリノの到来方向を測定出来る検出器の開発を目指す。<研究実績>液体シンチレータによる反ニュートリノ検出は低エネルギーに感度を持つ反面、到来方向の情報を失ってしまう。本研究では^6Liを液体シンチレータに溶かし込むことで中性子捕獲点の決定精度を大幅に向上させることを考えた。更にその反応を位置分解能1cm以上での測定を実現するため、光学レンズと位置検出素子を組み合わせたイメージング検出器を開発する。^6Li含有液体シンチレータについては前年度までにほぼ開発を終えることができ、200Lサイズの小型検出器に十分な4.5kgの濃縮^6Li化合物も入手済みである。本年度は開発した液体シンチレータを用いてイメージング検出器の基礎実験を行った。入射窓表面での光のロスが少なく、信号の増幅率も大きい、本研究の使用目的に合った新たなイメージインテンシファイアを購入し基礎実験を行った。開発した^6Li含有液体シンチレータを用い、^<60>Coのγ線を当てて発光位置を再構成したところ目標の位置分解能1.0cmを達成したことを確認出来た。また、本年度は博士論文の研究テーマであった反ニュートリノ信号の研究の為、KamLANDで取得されたデータの解析を行った。原子炉・地球・宇宙起源の各反ニュートリノに対して新たな知見を示し、最終的に3編の論文にまとめて発表した。特に地球反ニュートリノについては地球の放射性物質起源の熱が地熱の約半分程度であるという結果を得る事ができ、ニュートリノを用いた検証という全く新しい方法を確立した。更なる高精度での地球モデルに対する制限を実現する上でも、本研究の方向に感度を持つ検出器の開発は不可欠である。<研究目的>様々な観測意義を持つ低エネルギー反ニュートリノの到来方向を測定する事が出来る検出器の開発を目指す。<研究実績>液体シンチレータにニュートリノ事象の到来方向の感度を持たせる為に、^6Liを液体シンチレータに導入することで中性子捕獲点の決定精度を大幅に向上させ、位置分解能1cm以上での測定を実現する為、光学レンズと位置検出素子を組み合わせたイメージング検出器の開発を行う。●^6Li含有液体シンチレータ1.濃縮^6Liを用いた液体シンチレータの作成と性能評価濃縮^6Liを用いと仮定した場合の性能評価を行ったところ、濃度、減衰長、発光量、長期安定性の全てにおいて目標性能を達成し、過去に製品化されたものを遥かに上回る性能を有する^6Li含有液体シンチレータの作成に成功した。2.中性子線源を用いた反応の測定^6Li含有液体シンチレータ(^6Li濃度0.08wt%)2.0Lを用い、^<252>Cfを中性子線源とし飛行時間法による測定を行った。中性子が^6Liに捕獲された時に放出されるα線と^3Hのイベントは、^6Li含有液体シンチレータ中ではクエンチ効果により約600keVになることが観測された(Q値4.9MeV)。また中性子の捕獲時間は51μsecであり現存液体シンチレータの220μsecを大幅に短縮に出来る事が証明され、シミュレーションの結果とも一致した。3.パルス波形分別(PSD)によるα+^3Hイベントとγ線の粒子識別可能性を確認した。・イメージング検出器1.位置分解能の測定鉛で1cm角にコリメートした^<60>Coγ線の発光位置をイメージング検出器を用いて再構成したところ位置分解能は2cmであった。以上の結果を2回国際学会で発表したところ、ニュートリノの新しい測定方法を開発している事に高い評価を受けることが出来た。また平行してニュートリノ振動解析やニュートリノレス二重β崩壊探索の為のシミュレーションも行い、研究会で発表した。〈研究目的〉低エネルギー反ニュートリノの到来方向を測定出来る検出器の開発を目指す。〈研究実績〉液体シンチレータにニュートリノ事象の到来方向の感度を持たせる為に、^6Liを液体シンチレータに導入し中性子捕獲点の決定精度を大幅に向上させる。更に位置分解能1cm以上での測定を実現する為、光学レンズと位置検出素子を組み合わせたイメージング検出器の開発を行う。●^6Li含有液体シンチレータ1.濃縮^6Li化合物入手できた炭酸^6Liを本研究で用いる臭化^6Liに転換する作業を業者に委託し、200Lサイズ検出器に十分な4.5kgの濃縮^6Li化合物を保有出来た。2.大型化に向けた改良非常に稀な事象の地球ニュートリノを対象にした場合、1000tクラスの大型検出器が必要である。本研究で独自に開発したリチウム含有液体シンチレータを更に改良し、大型化を視野に透過率や発行量の改善を行った。有機溶媒の最適化、水分の脱水の効果をガスクロマトグラフィーを用いた成分分析で定量的に見積もった。●イメージング検出器1.新イメージインテンシファイア(I.I.)の動作確認前年度に使用していたI.I.は大口径という利点があったが、入射窓表面での光のロスが大きく増幅率が不十分という難点があった為、本年度は目的に合ったI.I.を購入し実験を重ねた。^<60>Coをγ線源とし鉛でコリメートして位置分解能を測定したところ1cmを達成し、目標分解能を得ることが出来た。2.レンズアレイの設計新I.I.は口径が2.5cmと小さいので、より大きな領域の像をI.I.表面に集光するレンズアレイの設計を行った。

一度集光した光を再びレンズに通し集光領域を稼ぐ方法を取り3cm角の領域にピントを合わせて信号を取得出来た。前年度に行った国際学会での発表をきっかけに本年度は国際学会での招待講演を行った。平行してKamLANDのデータを用いた原子炉ニュートリノ振動解析の結果を論文にまとめ、PRDに受理された。更に来年度中に開始する二重ベータ崩壊実験のバックグラウンドと検出感度の見積もりを行い、世界最高レベルの検出感度をもつ検出器のデザインを決定した。<研究目的>低エネルギー反ニュートリノの到来方向を測定出来る検出器の開発を目指す。<研究実績>液体シンチレータによる反ニュートリノ検出は低エネルギーに感度を持つ反面、到来方向の情報を失ってしまう。本研究では^6Liを液体シンチレータに溶かし込むことで中性子捕獲点の決定精度を大幅に向上させることを考えた。更にその反応を位置分解能1cm以上での測定を実現するため、光学レンズと位置検出素子を組み合わせたイメージング検出器を開発する。^6Li含有液体シンチレータについては前年度までにほぼ開発を終えることができ、200Lサイズの小型検出器に十分な4.5kgの濃縮^6Li化合物も入手済みである。本年度は開発した液体シンチレータを用いてイメージング検出器の基礎実験を行った。入射窓表面での光のロスが少なく、信号の増幅率も大きい、本研究の使用目的に合った新たなイメージインテンシファイアを購入し基礎実験を行った。開発した^6Li含有液体シンチレータを用い、^<60>Coのγ線を当てて発光位置を再構成したところ目標の位置分解能1.0cmを達成したことを確認出来た。また、本年度は博士論文の研究テーマであった反ニュートリノ信号の研究の為、KamLANDで取得されたデータの解析を行った。原子炉・地球・宇宙起源の各反ニュートリノに対して新たな知見を示し、最終的に3編の論文にまとめて発表した。特に地球反ニュートリノについては地球の放射性物質起源の熱が地熱の約半分程度であるという結果を得る事ができ、ニュートリノを用いた検証という全く新しい方法を確立した。更なる高精度での地球モデルに対する制限を実現する上でも、本研究の方向に感度を持つ検出器の開発は不可欠である。
メラノーマ自然発症マウスを用いたプロテオミクス解析による新規疾患関連分子の探索

本研究は悪性黒色腫を自然発症するモデルマウス、RET-トランスジェニックマウスを用い、主にプロテオミクス解析を行い、新規腫瘍関連バイオマーカーを見出すことを目的として行った。マウス血清プロテオミクス解析のほか、RET-Tgマウス腫瘍由来細胞株を用いたDNAチップ解析、マウスメラノーマ細胞株の2G-DIGE解析により、従来知られていなかった新たな腫瘍発症・転移関連分子候補を複数見出すことに成功した。本研究は、メラノーマ自然発症モデルマウス(RETトランスジェニックマウス)を用い、腫瘍関連の新規バイオマーカーを見出すことを目的としている。本年、RETトランスジェニックマウス及びEdnrB(+/-)/RETトランスジェニックマウスのうち、RETトランスジェニックマウスの準備を行った。10カ月齢の本マウスでは、尾、背部等に直径10mm以上の腫瘍が自然発症しており、外見的に明らかな転移が見られた。これらのマウスでは血清中に転移に関わり有用な転移関連バイオマーカーとなりうる因子が含まれることが期待される。そこでこれらのマウスの顎骨後静脈より血液を採取し、血清プロテオームの解析を試みた。血清プロテオームを用いたバイオマーカー探索では、アルブミンやイムノグロブリンの除去が重要となる。そこで市販キットを用いてこれら血清の大部分を占める蛋白分子を除去し、解析に用いた。二次元電気泳動によるスポット解析を行い、腫瘍マウスで増減がみられる複数の分子を解析した(分子同定作業中)。一方、TNF-alphaは腫瘍の増悪に関与することが報告されている、そこで、Retトランスジェニックマウスより独自に樹立した腫瘍細胞を用いて、TNF-alphaによるインベージョンアッセイを試みたところ、有意な細胞浸潤能の増強が見られることが確認できた。炎症・ストレス関連のフォーカストDNAアレイによる遺伝子発現の差異を検討したところ、増加遺伝子11(接着分子、炎症性サイトカイン、C-X-CケモカインC-Cケモカイン)、低下遺伝子2(抗アポトーシスタンパク、リン酸転移酵素)を見出した。今後、これらの分子に着目し、有用なバイオマーカーとなりうるかどうか検討する。メラノーマを発症したマウスの血清プロテオーム(アルブミンおよびグロブリンを除去)を二次元電気泳動で展開し、対照マウスサンプルとの差異を比較したところ、腫瘍マウスで発現が高い分子として本年新たに、Apolipoprotein-1を同定した。一方、炎症性サイトカイン発現プロファイルの解析からバイオマーカーとなりうる分子の探索を試みた。悪性腫瘍を発症したRETトランスジェニックマウス(10カ月齢)と同腹同齢マウスそれぞれの血清を採取し、炎症に関与する62種類のサイトカインについて抗体アレイ解析を行った。その結果、RETトランスジェニックマウスで有意な発現低下が認められたサイトカインは見られなかったが、複数の発現上昇が認められた遺伝子(insulin-like growthfactor-binding protein(IGFBP)family(3,5,6)およびMacrophage Inflammatory Protein 2(MIP-2))に高い発現上昇が認められた。これらは昨年度本研究で見出した、TNF-αにより発現上昇が認められるRETトランスジェニックマウス腫瘍由来細胞が産生するサイトカインリストにはない分子である。新たなバイオマーカー分子の候補となりうるかどうか、今後、当マウスの血清を腫瘍発症までの間定期的に採取し、これまで見出された分子に絞り、腫瘍の転移・悪性化と相関しているかどうか、in vivoタンパク質レベルで検証を行う本研究は、メラノーマ自然発症モデルマウス(RETトランスジェニックマウス)を用い、腫瘍関連の新規バイオマーカーを見出すことを目的としている。本年、悪性腫瘍を発症したRETトランスジェニックマウス(12カ月齢)と同腹同齢マウスそれぞれの血清を採取し、アルブミンおよびIgGを除去後、二次元電気泳動を行い、銀染色像を比較した。その結果、腫瘍を発症したRETトランスジェニックマウスの血清で顕著な発現上昇が見られるタンパク質スポットが複数見られ、一例として質量分析によりApolipoprotein A1(APOA1)が同定された。メラノーマではApolipoprotein D(APOD)の発現を報告した論文があるが、両者の相同性は低く、メラノーマモデルにおいて新規マーカーとなりうる有効な分子候補として考えられた。一方、メラノーマの転移、浸潤にTNF-alphaが増強因子として働くことが知られる。そこで、RETトランスジェニックマウスの腫瘍から樹立された細胞株、Mel-retを用い、TNF-alpha応答性因子の探索をさらに行った。今回の精査により、TNF-alphaにより強く抑制される分子として、PGC-1alpha、UCP2、Cyp4a12aを見出した。APOA1やこれまで腫瘍やTNF-alphaにより発現上昇が見られた分子を複数見出したが、発現減少する分子の情報を組み合わせることで、より精密な腫瘍の動態を予測するバイオマーカーになり得る。

今後、これらの分子に着目し、メラノーマモデルマウスの腫瘍の発症ステージにおける発現量変化や増減する分子の相関について、精査する必要があると考えられる。腫瘍を発症したマウス血清成分のプロテオミクス解析、DNAチップ解析から、複数の差異ある分子を同定してきたが、同一個体由来の腫瘍組織片の病変部位と正常部位を顕微鏡下で確認しながらそれぞれレーザーマイクロダイセクション切り出し、比較解析する検討が遅れているため。24年度が最終年度であるため、記入しない。バイオマーカー分子候補の探索を行う上で、マウス個体差について慎重に検討しなくてはならない。今後、可能な限り多くの個体サンプルを、腫瘍未発症期、良性期、悪性期それぞれの時期ごとに確保することが肝要であり、これまで見出したバイオマーカー候補分子が、腫瘍発症、悪性化の予知に利用できるか、精査・検証する。ネガティブな結果も予想されるため、メタボローム解析手法を取り入れ、脂質代謝物を探索対象に組み入れ、成果のバックアップを図る。
確率モデルによるリアルタイム冗長ソフトウェアシステムの性能評価法に関する研究

本研究では,ソフトウェアシステムの高信頼化技術としてよく知られている,Nバージョンプログラミングシステムとリカバリブロックシステムに着目し,従来の結果である,各ソフトウェアモジュールの信頼度が等しく,後者のシステムにおける受け入れテストモジュールの信頼度が十分高い場合は,この方式の方がシステム全体の信頼度の向上に寄与することが,新たにリアルタイム(実時間)性を導入した場合についても成立するか否かについて考察した.特に,各モジュールの処理時間に確率分布を与えることによりリアルタイム性を導入するアイデアはこれまでの文献には見あたらず,本研究のユニークな点であるといえる.本研究で得られた知見の一つとして興味深い点は,処理時間制約と各モジュールの処理速度の関係によっては,信頼度の観点からは優れた方式として知られる,リカバリブロックシステムの方がNバージョンプログラミングシステムよりも信頼度が劣る場合があり,その転換点を数式として導出することができた点である.また,本研究の応用として,上記の2つの冗長方式を発展させたNSCP(N self-checking programming)システムにおいても本研究のアプローチによる性能評価を行い,信頼度と処理時間制約との間のいくつかの関係を明らかにした.本研究で用いた確率モデルによる評価手法では,各モジュールの処理速度パラメータを如何に与えるか,あるいはまた,モジュール数が増加するにつれて,解析の困難さが増すといった点が主な問題点となる.前者については,各モジュールにおける処理アルゴリズムの計算量から推定することを考えていたが,具体的な推定方式を開発することまではできなかった.また,後者の問題点については,モジュール数が10を越えるような場合のシステムの信頼度を解析的に導出するのは実用的ではないが,実際問題として,このような冗長システムでは,高々数個のソフトウェアモジュールから構成されることが多いという事実を鑑み,近似的な評価式を導出することなく,シミュレーションによる評価を行い一定の成果を得た.したがって,今後の課題としては,先に述べた各ソフトウェアモジュールの処理速度パラメータを合理的に与える手法の開発が挙げられよう.一般に,冗長化の方式には大別して空間冗長と時間冗長とがあり,冗長化ソフトウェアシステムにおける前者の例としてはNバ-ジョンプログラミングが挙げられる.このシステムはN個のソフトウェアモジュールを同時に実行しなければならないことから,独立に動作するN組のハードウェアとそれらを制御する仕組みが必要となる.一方,後者の時間冗長方式の例としては,リカバリブロックがよく知られている.これは一つのモジュールによって得られた出力結果を,受け入れテスト用モジュールに入力し,出力結果が予め規定された条件を満たすものであるか否かを判定する.もし,判定の結果が不適である場合,次のソフトウェアモジュールに同一の入力がなされ,一連の処理作業が繰り返される.これは逐次的に複数のソフトウェアモジュールを動作させるため,ハードウェアにかかるコストは少なくてすむが,受け入れテスト用モジュールの設計と実装を高信頼化することが必要不可欠である.よく知られた結果として,これら2つの冗長ソフトウェアシステムにおいて,ソフトウェアモジュールの数とそれぞれのモジュールの信頼度が同じである場合,リカバリブロックの方が信頼度は高くなる(ただし,受け入れテストモジュールの信頼度が1に近い場合).本研究では,これらの冗長ソフトウェアシステムの動作規則に対して処理制限時間を設けることによりリアルタイム性を導入して,それぞれのシステムの信頼性・処理性への影響を確率モデルの構築により調べた.結果として,処理時間の制限が厳しいときはNバ-ジョンプログラミングの信頼性がリカバリブロックより優れ,処理制限時間がある値を超えると,これらの関係が逆転することが示され,そのときの制限時間を定量的に見積ることができた.また,システムの平均処理時間などの従来の研究では得られなかった定量的性能評価尺度の導出も行うことができた.本研究では,ソフトウェアシステムの高信頼化技術としてよく知られている,Nバージョンプログラミングシステムとリカバリブロックシステムに着目し,従来の結果である,各ソフトウェアモジュールの信頼度が等しく,後者のシステムにおける受け入れテストモジュールの信頼度が十分高い場合は,この方式の方がシステム全体の信頼度の向上に寄与することが,新たにリアルタイム(実時間)性を導入した場合についても成立するか否かについて考察した.特に,各モジュールの処理時間に確率分布を与えることによりリアルタイム性を導入するアイデアはこれまでの文献には見あたらず,本研究のユニークな点であるといえる.本研究で得られた知見の一つとして興味深い点は,処理時間制約と各モジュールの処理速度の関係によっては,信頼度の観点からは優れた方式として知られる,リカバリブロックシステムの方がNバージョンプログラミングシステムよりも信頼度が劣る場合があり,その転換点を数式として導出することができた点である.また,本研究の応用として,上記の2つの冗長方式を発展させたNSCP(N self-checking programming)システムにおいても本研究のアプローチによる性能評価を行い,信頼度と処理時間制約との間のいくつかの関係を明らかにした.本研究で用いた確率モデルによる評価手法では,各モジュールの処理速度パラメータを如何に与えるか,あるいはまた,モジュール数が増加するにつれて,解析の困難さが増すといった点が主な問題点となる.前者については,各モジュールにおける処理アルゴリズムの計算量から推定することを考えていたが,具体的な推定方式を開発することまではできなかった.また,後者の問題点については,モジュール数が10を越えるような場合のシステムの信頼度を解析的に導出するのは実用的ではないが,実際問題として,このような冗長システムでは,高々数個のソフトウェアモジュールから構成されることが多いという事実を鑑み,近似的な評価式を導出することなく,シミュレーションによる評価を行い一定の成果を得た.したがって,今後の課題としては,先に述べた各ソフトウェアモジュールの処理速度パラメータを合理的に与える手法の開発が挙げられよう.
包括的機能研究のためのノックイン胚性幹細胞作製の迅速化と解析

ノックインマウスはマウス個体レベルで蛋白質の機能を解析するために極めて有用な手法である。大腸菌内での相同組み換え反応により自由にDNAが改変できるRed/ET組み換えの手法を用いることで、ノックイン作製用のベクターを包括的に迅速に作製するシステムとノックインを行なう目的の蛋白質のC末端部分に交換可能なタグを導入するシステムを構築した。また、ES細胞のゲノムを複雑で緻密に改変することができるように新しい2種類の部位特異的組み換え酵素システムを開発した。また、胚性幹(ES)細胞は様々な細胞にIn vitroで分化させることができることから、ノックインマウスを作製するために用いられるだけでなくノックインES細胞自身も有用なバイオリソースとして様々な研究に使用することが可能である。大腸菌内での相同組み換え反応により自由にDNAが改変できるRed/ET組み換えの手法を用いることで蛋白質のC末端部分にタグを付加する形のノックイン作製用のベクターを包括的に迅速に作製するシステムの構築を目指している。更に一度作製したノックインES細胞のタグを別の種類のタグに入れ換える手法の開発も行っている。本年度はノックインベクター構築をRed組み換え反応を用いて迅速に行うために必要なneoカセットとDTAカセットを作製し、2回のRed組み換えでノックインベクターを作製する迅速な方法を確立することができた。また、ノックイン用のタグが自由に変えることの出来るシステムを開発するために、従来は特定の場所にcDNA等の発現ユニットを挿入する方法として開発されたRMCE(Recombinase-Mediated Cassette Exc hange)法をノックインES細胞のタグの入れ換えの手法として用いた。ノックインを行なう蛋白質のC末端部分に交換可能なタグを導入するために、FRTサイトと変異型FRTサイトであるF3サイトを含むノックイン用プラスミドを作製した後、ES細胞に導入し、EGFPタグで検出することができるノックインES細胞を作製した。更にFlp酵素依存的に2種類のDNAの中身を入れ換えることにより、交換効率は低いながらも一度作製したノックインES細胞のタグを正しいフレームで入れ換えることが可能であることを示すことができた。また、胚性幹(ES)細胞は様々な細胞にIn vitroで分化させることができることから、マウスを作製するために用いられるだけでなくノックインES細胞自身も有用なバイオリソースとして様々な研究に使用することが可能である。大腸菌内での相同組み換え反応により自由にDNAが改変できるRed/ET組み換えの手法を用いることで蛋白質のC末端部分にタグを付加する形のノックイン作製用のベクターを包括的に迅速に作製するシステムを構築した。蛋白質の検出用や様々な用途の実験のために色々なタグが現在広く使用されているが、ノックインES細胞を多目的に使用するためには、ノックインES細胞を作製した後にノックイン用のタグを自由に変えることの出来るシステムを開発することが必要である。このために従来は特定の場所にcDNA等の発現ユニットを挿入する方法として開発されたRMCE(Recombinase-Mediated Cassette Exchange)法をノックインES細胞のタグの入れ換えの手法として用い、ノックインを行なう目的の蛋白質のC末端部分に交換可能なタグを導入するシステムを構築した。FRTサイトと変異型FRTサイトの組み合わせとloxPサイトと変異loxPサイトの組み合わせを比較した結果、タグの交換効率が最適なシステムを構築することができた。Lin28はlet-7前駆体が成熟miRNAにプロセシングされることを妨げる負の制御因子として働くRNA結合蛋白質であるが、Lin28遺伝子を例に上記のRMCEのシステムを用いてCre酵素依存的にEGFPからDsRedタグに入れ換えることにより、一度作製したノックインES細胞のタグを正しいフレームで入れ換えることが可能であることを示すことができた。このために従来は特定の場所にcDNA等の発現ユニットを挿入する方法として開発されたRMCE (Recombinase-Mediated Cassette Exchange)法をノックインES細胞のタグの入れ換えの手法として用い、ノックインを行なう目的の蛋白質のC末端部分に交換可能なタグを導入するシステムを構築した。ES細胞のゲノムをより複雑で緻密に改変することができるようにCre/loxPやFlp/FRTと認識サイトが異なり、これらのシステムと併用できる新しい2種類の部位

特異的組み換え酵素システムを開発し、VCre/VloxPとSCre/SloxPと名付けた。これらの新規組み換え酵素は、Cre蛋白質と30%程度の低い相同性しか示さず、部位特異的な認識サイトも異なる。各認識サイトを含むプラスミドを導入し組み換え反応を起こさせたところ、Cre/loxP系とほぼ同じ効率で組み換え反応を起こすことができた。これらの組み換え酵素と認識サイトは特異性が極めて高く、相互にクロス反応は起こさないことが明らかになった。また、マウスES細胞でもVCre蛋白質発現依存的にVloxPで挟んだエクソンを欠損させることができた。
学校における喫煙・飲酒・薬物乱用防止教育とそのモニタリングに関する国際比較研究

本研究の目的は,我が国と世界各国の学校における薬物乱用防止教育プログラムの構成,内容,方法を総合的に比較分析して検証し,学校において薬物乱用防止教育をどのように位置づけるかを明らかにするとともに,国際比較が可能な科学的評価システム(モニタリングシステム)を導入して,学校における薬物乱用防止教育の有効性を明らかにし,科学的根拠に基づく薬物乱用防止プログラム(Evidence-based Drug Abuse Prevention Program)を構築することである.4年間の研究成果は下記のようである.(1)我が国の青少年の喫煙・飲酒・薬物乱用実態を全国調査により明らかにし,諸外国と比較した.喫煙の生涯経験率は男子,女子ともに中学校1年生の男子9.9%,女子7.4%から高校3年生の男子39.1%,女子22.2%と年齢にともなって増加している.米国の結果と比べると,我が国の中学生,高校生の喫煙率は米国の生徒より低い.我が国の青少年の飲酒の生涯経験率は高く,中学校1年生でも男子51.4%,女子48.8%が飲酒を経験しており,高等学校3年生では男子の81.1%,女子の79.7%,全体として8割の生徒が飲酒を経験している.我が国の中学生および高校生の飲酒経験率は米国より高い.我が国の中学生,高校生の薬物乱用生涯経験率は2%未満であり,欧米の同年齢の青少年の薬物乱用経験率に比べて著しく低い.この結果は,我が国社会の違法薬物乱用に対する厳しい姿勢を反映するものであるとともに,学校における薬物乱用防止教育の成果でもある.(2)4年間に収集した世界の学校における喫煙・飲酒・薬物乱用防止教育プログラムに関するデータベースを作成した.上記を総括し,研究班内で討論を重ねて,報告書を作成した.また,研究成果を国内及び国際学会で発表するとともに,論文及び著書として出版した.本研究の目的は,我が国と世界各国の学校における薬物乱用防止教育プログラムの構成,内容,方法を総合的に比較分析して検証し,学校において薬物乱用防止教育をどのように位置づけるかを明らかにするとともに,国際比較が可能な科学的評価システム(モニタリングシステム)を導入して,学校における薬物乱用防止教育の有効性を明らかにし,科学的根拠に基づく薬物乱用防止プログラム(Evidence-based Drug Abuse Prevention Program)を構築することである.4年間の研究成果は下記のようである.(1)我が国の青少年の喫煙・飲酒・薬物乱用実態を全国調査により明らかにし,諸外国と比較した.喫煙の生涯経験率は男子,女子ともに中学校1年生の男子9.9%,女子7.4%から高校3年生の男子39.1%,女子22.2%と年齢にともなって増加している.米国の結果と比べると,我が国の中学生,高校生の喫煙率は米国の生徒より低い.我が国の青少年の飲酒の生涯経験率は高く,中学校1年生でも男子51.4%,女子48.8%が飲酒を経験しており,高等学校3年生では男子の81.1%,女子の79.7%,全体として8割の生徒が飲酒を経験している.我が国の中学生および高校生の飲酒経験率は米国より高い.我が国の中学生,高校生の薬物乱用生涯経験率は2%未満であり,欧米の同年齢の青少年の薬物乱用経験率に比べて著しく低い.この結果は,我が国社会の違法薬物乱用に対する厳しい姿勢を反映するものであるとともに,学校における薬物乱用防止教育の成果でもある.(2)4年間に収集した世界の学校における喫煙・飲酒・薬物乱用防止教育プログラムに関するデータベースを作成した.上記を総括し,研究班内で討論を重ねて,報告書を作成した.また,研究成果を国内及び国際学会で発表するとともに,論文及び著書として出版した.本研究の目的は,我が国と世界各国の学校における薬物乱用防止教育プログラムの構成内容方法を総合的に比較分析して検証し,学校において薬物乱用防止教育をどのように位置づけるかを明らかにするとともに,国際比較が可能な科学的評価システム(モニタリングシステム)を導入して学校における薬物乱用防止教育の有効性を明らかにし,科学的根拠に基づく薬物乱用防止プログラム(Evidence-based Drug Abuse Prevention Program)を構築することである.初年度である本年は我が国の青少年の喫煙・飲酒・薬物乱用の実態を把握して国際比較を行うための謂査手法に関する基礎調査と内外の予防教育プログラムの比較分析を中心に研究し,内外の以下の成果を得た.2.上記のレビューをもとに,質問項目,調査対象者のプライバシーの保護などを詳細に比較分析し,質問紙原案作成した.次年度,質間紙を英訳し,海外共同研究者と意見交換して国際比較に耐えうる内容とする.3.海外の共同研究者も含めた研究班員相互のコンピュータネットワークシステムを構築した.4.収集した世界各国の喫煙・飲酒を含む薬物乱用防止教育プログラムを整理して,その理論,戦略,評価法を分析し,これまでに蓄積したデータベースに新規のものを追加した.本研究の目的は、我が国と世界各国の学校における薬物乱用防止教育プログラムの構成、内容、方法を総合的に比較分析して検証し、学校において薬物乱用防止教育をどのように位置づけるかを明らかにするとともに、国際比較が可能な科学的評価システム(モニタリングシステム)を導入して、学校における薬物乱用防止教育の有効性を明らかにし、科学的根拠に基づく薬物乱用防止プログラム(Evidence-based Drug Abuse Prevention Program)を構築することである。第2年度である本年は、喫煙・飲酒・薬物乱用防止教育のモニタリングの一環として来年度実施する我が国の高校生を対象とした喫煙・飲酒・薬物乱用の実態とその要因に関する全国調査のStudy Designを策定した。具体的には:(1)対象の選定、(2)サンプリング法、(3)質問紙の構成と内容、(4)その欧米の調査用紙との比較検討、(5)レイアウト、(6)集計方法を決定した。

(1)では、対象は高校生とすること、(2)では、全国平均レベルを求めることができるよう、無作為層別1段集落抽出法を用いること、及び都市化、人口の流動性、産業分布など地域社会的要因と高校生の喫煙・飲酒・薬物乱用戸の関連を分析するための特定地域の選定を行った。(3)では、すでに4度の全国調査が実施されている厚生労働省研究班の中学生調査の質問紙を基礎として高校生用の質問紙の原案を作成した。(4)では、それを英訳するとともに、米国などの先行研究における調査用紙を翻訳して、相互比較し、国際比較に耐えるかどうかを検討した。(5)(6)では、OCR読みとりによる集計のための用紙デザインを策定し、基礎集計の方法を決定した。本研究の目的は、我が国と世界各国の学校における薬物乱用防止教育プログラムの構成、内容、方法を総合的に比較分析して検証し、学校において薬物乱用防止教育をどのように位置づけるかを明らかにするとともに、国際比較が可能な科学的評価システム(モニタリングシステム)を導入して、学校における薬物乱用防止教育の有効性を明らかにし、科学的根拠に基づく薬物乱用防止プログラム(Evidence-based Drug Abuse Prevention Program)を構築することである。第3年度である本年は、我が国の高校生を対象とした喫煙・飲酒・薬物乱用の実態とその要因に関する全国調査を実施した。1.対象高校の抽出:抽出は無作為層別1段階集落抽出法により、全国の高等学校(6201校)から102校を抽出した。各学校には全学年・全クラスの生徒の調査を依頼した。総対象生徒数は約95000名である。2.調査票:調査用紙は無記名、喫煙,飲酒,薬物乱用(シンナー,大麻,覚せい剤,エクスタシー)の経験の有無,それに対する意識・態度,薬物の入手のしやすさに関する項目,背景要因として生活習慣,家族・友人関係などに関する項目,計102項目である。これらの項目は国際比較を行うため,米国Michigan大学社会学研究所のThe Monitoring the Future StudyおよびEUのEuropean Monitoring Centre for Drugs and Drug Addiction(EMCDDA)の国際調査の調査内容に対応している。3.調査票の回収:調査用紙は教師によって生徒に配布され,記載の終わった調査用紙は,クラス毎の回収用封筒に回収した。回収校率は72%。現在データ入力・集計を行っている。
対人ストレスイベント処理過程に関する検討

本研究では,人間関係に起因するストレス(以下,対人ストレス)を経験した際に,どのような対処(以下,コーピング)を行い,他者からどのようなサポートを受領することで精神的健康を維持しているのかを明らかにすることを目的とした。上記の目的に対して,平成26年度では,平成25年度までに実施した研究の論文化作業に着手した。まず,第一に,コーピングと精神的健康との関連をストレッサーの解決状況に関する認知が媒介する可能性を横断的調査によって検討した研究の論文化の作業に着手した。上記の研究では,積極的行動が解決認知を媒介した精神的不健康への負の間接効果を示し,主観的幸福感への正の直接効果も示した。また,回避型行動は,精神的不健康への解決認知を媒介した正の間接的効果と直接効果が見られ,問題焦点型対処と情動焦点型対処は精神的健康に対して異なる効果を有することが明らかにされた。この研究について,「筑波大学心理学研究」に投稿し, 48巻において論文化された。続いて,コーピングを行使することが個人の日々の感情に及ぼす影響を, 1日1回, 2週間にわたって回答を求める日誌法によって検討した研究について,論文化の作業に着手した。上記の研究では,階層線形モデルによる分析を行った結果,個人内水準において,積極的行動と回避的思考の行使は適応的な方略であり,対人接近型行動と回避型行動,肯定的解釈は個人にとって不適応的な方略であることが明らかとなった。この研究について,「心理学研究」に投稿し, 86巻1号において公刊予定となった。本研究課題は平成26年度が最終年度のため,記入しない。本研究では,人間関係に起因するストレス(以下,対人ストレス)を経験した際に,どのような対処(以下,コーピング)を行い,他者からどのようなサボートを受領することで精神的健康を維持しているのかを明らかにすることを目的とした。上記の目的に対して,平成25年度には,二つの研究を実施した。第1の研究は, Webパネル調査を利用して1ヵ月を調査間隔とした3時点の縦断的調査である。Webパネル調査を行うことで,より広範な対象者を調査対象者にすることが可能であった。調査の結果,他者からどの程度サポートしてもらえるかという期待の高さによって,対人ストレスを脅威であると評価することとコーピングの行使との間の関連が異なることが確認された。また,他者からサポートを受領することは,対人ストレスの経験することで行使されるコーピングと正の関連をもつことも確認された。第2の研究は, 1日1回, 2週間にわたってその日に経験した対人ストレスとコーピング,感情状態などを測定する日誌法調査である。日誌法を用いた調査はより正確な測定を可能にし,かつコーピングを行使することが個人の感情にどのような影響を及ぼすのかを検討することが可能である。調査の結果, 1.他者に話を聞いてもらう行動, 2.他者を避けるような行動, 3.対人ストレスをポジティブに捉えようとするコーピングは翌日の感情状態を低めていた。また, 2と3のコーピングは, 34日後の精神的健康をも低めていた。一方, 4.あまり考えないようにするコーピングは翌日の感情状態を高めていた。また, 4のコーピングと5.対人ストレスを解決しようとする積極的な行動は, 34日後の精神的健康を高めていた。他方,他者からサポートを受領することは, 34日後の精神的健康とは関連しないことが明らかになった。申請時に予定していた二つの研究は,すでに実施が終了している。また,そのうちの一つの研究については,すでに論文化作業が終了し,心理学研究(日本心理学会)に投稿・審査中である。

以上のことからも,当初の計画以上に進展していると考えられる。近年,本研究領域では,日誌形式による日常的な測定に基づいた測定を行い,対処行動と感情や精神的健康との関連について検討することの重要性が指摘されている。また,その測定の際には,紙媒体を用いるのではなく, Webを介した測定を行うことの利点も併せて指摘されている。紙媒体を用いた研究は実施済みであることから,今後は, Webを介した研究を実施することで,さらなる研究知見を得ることが推測される。
シクロプロパン開裂を鍵とする高選択的有機合成反応の開発

1)中心不斉から軸不斉への不斉変換反応を鍵反応とする軸不斉リグナンの全合成を検討し、軸不斉リグナンラクトンの全合成を行い、軸不斉アリールナフタレン中間体の合成を達成した。2)光学活性1-アリールジヒドロナフタレン合成:不斉転写環拡大反応を鍵反応として、ジヒドロナフタレン天然物の全合成を達成した。この鍵反応は、1)とは異なって、中心不斉から中心不斉への不斉転写反応である。この他、ホモエノラートによるホモマイケル付加も検討した。この際、シロキシエトキシシクロプロパンから生じるホモエノラートはその異性体であるシクロプロパノールの形でホモマイケル付加することが分かった。1)中心不斉から軸不斉への不斉変換反応を鍵反応とする軸不斉リグナンの全合成2)光学活性1ーアリールジヒドロナフタレン合成:不斉伝搬環拡大反応ジクロロシクロプロパンの二つのC-Cl結合を効率的にC-C結合に変換する反応(Org. Lett. 2008, 10, 5453)により合成できるヒドロキシメチルシクロプロパンカルボン酸エステルに、Sc(OTf)3を作用させると1-フェニル-1,2-ジヒドロナフタレンを与える環拡大反応(Chem. Lett. 2010, 39, 194.)を見いだした。これらの反応を活用して、1-フェニル-2-アルキル-1,2-ジヒドロナフタレンの合成を検討し、ジアステレオ選択性については、1-位と2-位の置換基はトランス位になることを新たに確認した。更なる展開として、ジヒドロナフタレン天然物(±)-Cyclogalgravinおよびその類縁体の全合成を達成した。また、Trilobatin AおよびBの全合成へ向けたジヒドロナフタレンセグメントの合成ができた。一方、光学活性体の合成を目的として、ジクロロシクロプロパンを出発物質とせず、金属触媒および有機分子触媒を用いいる多置換シクロプロパンの不斉合成を検討し、高光学純度(98% ee )の環拡大反応前駆体シクロプロパンを合成できた。続いて、鍵反応となる環拡大反応を行ったところ、優れた転写率で不斉転写(98% ee →98% ee)が進行することを見いだした。分子内不斉シクロプロパン化を鍵反応して、Podophyllic aldehydeの全合成も達成した。我々は、既にα-クロロシクロプロパンカルボン酸エステルのサマリウム(II)ヨージドによるReformatsky型反応、およびClaisen縮合型反応を報告している。α-ブロモシクロプロパンカルボン酸エステルの場合には、サマリウム(II)ヨージドよりもZnの方が収率良くReformatsky反応が進行する(61-96%, trans-add/cis-add > 99/1)ことを見い出した。また、シクロプロパンカルボン酸エステルのZn-エノラートとArIの高選択的カップリング反応が進行することも見い出した。また、1-アリール-1,2-ジヒドロナフタレン化合物の中でポドフィリックアルデヒドは強力な生物活性を有することが知られている。一方、我々はシクロプロパンの環拡大反応によるジヒドロナフタレン合成を報告している(Chem. Lett. 2010, 39, 194.)。そこで、この環拡大反応を鍵反応として、ジヒドロナフタレン天然物の中で、シクロガルグラビン、トリロバチン、およびポドフィリックアルデヒドの全合成を検討し、シクロガルグラビンの全合成を達成した(Chem. Lett. 2014, 43, 610.)。次に、不斉全合成については、プロリン系有機分子触媒を用いる高エナンチオ選択的シクロプロパン化により望むシクロプロパン化合物(71% yield, 86% ee)を合成し、得られたシクロプロピルケトンを還元してアルコールに変換し、ルイス酸を作用させ、ほぼ完全な不斉転写率でジヒドロナフタレンを得た(86% ee →86% ee)。このジヒドロナフタレン化合物のエステル部位を還元し、低収率ではあるものの、ジヒドロナフタレン天然物の不斉全合成を達成した。我々は、1)シクロプロパンの開裂を伴う高ジアスレテオ選択的環拡大反応を鍵反応とするcyclogalgravinのジアステレオ選択的全合成を達成した。すなわち、trans-1-アリール-2-メチル-1,2-ジヒドロナフタレンが高選択的に合成できること反応を見いだし、これを天然物全合成に応用した。次に、trilobatin A, Bの全合成を目指したジヒドロナフタレンセグメントも高ジアステレオ選択的に合成することができた。

さらに、エナンチオ選択的な合成を行うために、ジハロシクロプロパンを出発物質とするのではなく、ジアゾ化合物の不斉配位子-金属触媒を用いる分子内不斉シクロプロパン化により光学活性シクロプロパン(80 % ee)を合成した。続いて不斉転写を含む環拡大反応による光学活性1-アリールジヒドロナフタレン(80 % ee:不斉転写率100% )の合成を達成した。2)ホモエノラートを用いるマイケル付加反応や、エノラートを用いるホモマイケル付加反応は知られているが、ホモエノラートを用いるホモマイケル付加反応は報告されていない。そこで、我々はシロキシシクロプロパン類(ホモエノラート等価体)を用いたシクロプロパンジカルボン酸ジエステルへのホモマイケル付加反応を検討した。ルイス酸存在下、シロキシシクロプロパン類とシクロプロパンジカルボン酸ジエステルを反応させたところ、シクロプロピルアルコールのホモマイケル付加体(C-O結合形成)が主生成物として得られ、ホモエノラートのホモマイケル付加体(C-C結合形成)は全く得られなかった。これらの知見をもとに、α-ヒドロキシエステルやα-チオヒドロキシエステルなどのエステル類を用いる同様のホモマイケル付加反応を検討したところ、マイケル付加生成物を収率良く得ることができた。1)中心不斉から軸不斉への不斉変換反応を鍵反応とする軸不斉リグナンの全合成(不斉変換)2)光学活性1-アリールジヒドロナフタレン合成:不斉伝搬環拡大反応(不斉記憶)3)1,1-シクロプロパンジカルボン酸ジエステルへの不斉ホモマイケル付加反応(不斉誘起)4)1-シロキシ-1-アルコキシシクロプロパンの不斉付加反応(不斉誘起)5)シクロプロパン開裂を利用するホモクライゼン転位反応(不斉誘起/不斉転写)計画作成時にあげた5項目の目標の中で、これまで、1)5)の検討を行い、1)および2)については研究実績の概要に示したように順調な進展が認められる。1)は光学純度の問題点があるが、特に2)は高エナンチオ選択的な不斉シクロプロパン化の検討により、予想以上に展開し、多くの強い生物活性化合物の合成が可能になってきた。今後も2)の課題を大きく発展させていく。一方、3)および4)の検討は23年度にラセミ体合成を検討したが、24年度は光学活性体の合成を検討したところ、低い光学純度(30 % ee)で進行する結果を得た。現在、配位子の探索を行っている。5)については平成25年度に検討する予定である。1)中心不斉から軸不斉への不斉変換反応を鍵反応とする軸不斉リグナンの全合成(不斉変換)、2)光学活性1-アリールジヒドロナフタレン合成:不斉伝搬環拡大反応(不斉記憶)、3)1,1-シクロプロパンジカルボン酸ジエステルへの不斉ホモマイケル付加反応(不斉誘起)、4)1-シロキシ-1-アルコキシシクロプロパンの不斉付加反応(不斉誘起)、5)シクロプロパン開裂を利用するホモクライゼン転位反応(不斉誘起/不斉転写)計画作成時に挙げた5項目の上記目標にうち、平成23年度には、1)4)の検討を行い、1)および2)については、研究実績の概要に示した通り順調な進展が認められる。3)および4)についてはラセミ合成反応を検討し、研究実績の概要に示した通りの予想とは異なるC-O結合系反応が優先するホモマイケル付加が進行することが分かった。しかし、今後、不斉合成反応への展開に期待できる結果を得た。
放線菌分子育種の試み-潜在機能の開発を目指して-

本研究では、抗生物質生産放線菌の分子育種を目指して、放線菌遺伝子の発現調節に関する基礎的な解析を行った。Streptomycesgriseusよりプロモータースクリーニングベクターを用いて取得したプロモーターの一次構造を決定し、その発現の時間的・空間的発現様式を調べてプロモーターの分類を行った。その結果、それらのプロモーターが増殖のどの時期に発現するかを明らかにした。また、固体培養と液体培養で、発現量や発現時期などが著しく異なるプロモーターを明らかにした。このプロモーターがどのような遺伝子のものかは現在解析中である。それらと相互作用する因子について、精製RNAポリメラーゼ及び大腸菌発現にて大量調製したシグマ因子を用いてin vitro転写系で解析した。また、S.griseusにおける新たなシグマ因子遺伝子を2つ取得して、その1次構造を明らかにした。(論文1,2)さらに本研究では、種々の転写因子(σ因子等)遺伝子を多コピーで様々な放線菌に導入して抗生物質生産性の向上及び新たな機能を引き出すことを目指している。そのためには、それぞれの放線菌における遺伝子交換系を開発する必要がある。一般的に放線菌の形質転換にはプロトプラスト法が用いられているが、多くの実用抗生物質生産菌ではプロトプラストの再生頻度が低いためにプラスミドを用いた形質転換がうまく行えないという問題があった。そこで、プロトプラスト再生培地を改良し、S.griseusの形質転換効率を飛躍的に向上させることに成功した。この再生培地R1Mを用いると、幾つかの実用抗生物質生産放線菌の再生率が向上し、形質転換可能になった。(論文3)現在までに取得しているシグマ因子等の種々の転写因子遺伝子及びコア酵素の各サブユニット遺伝子を多コピーベクターに連結したものを作成したので、上記形質転換系を用いてて様々な放線菌に導入して抗菌スペクトルの差異や形態の変化及び資化性の変化等を調べる予定である。
ヒトiPS細胞を用いた成熟心室筋及び心房筋を誘導する高効率次世代分化誘導技術開発

生体の心臓を構成する心筋細胞には、心室筋、心房筋、ペースメーカー細胞などの様々なサブタイプが存在している。しかし現状のヒトES/iPS細胞からの心筋細胞分化誘導技術は、心室筋、心房筋、ペースメーカー細胞などの全ての心筋細胞のサブタイプが混在している。またヒトES/iPS細胞由来心筋細胞は、胎児期の心筋細胞に近い性質を有しており、成人の心筋細胞に比べ、未成熟であることが示唆されている。申請者は、これまでUosaki, PLoS One, 2011で報告した方法をもとに改良し、長期間高純度の心筋細胞を維持できる新しい心筋分化誘導法(高純度心筋分化誘導法)を開発した。本研究では、この高純度心筋分化誘導法をさらに改良し、ヒト成人心臓に近い成熟した心室筋及び心房筋細胞を、それぞれ単独に分化誘導・成熟化できる技術を開発することを目的とする。先行研究において、高純度心筋分化誘導法により作製した心筋細胞は長期培養が可能であり、電気生理学的解析から一定の成熟度を示すことがわかった。本年度は、活動電位以外の成熟度の指標となる細胞内構造、形態、代謝などの解析を検討している。また心室筋細胞または心房筋細胞への分化に関与する因子および培養環境の探索を検討しており、より心房筋様細胞への分化に傾ける培養環境の予備的結果を見出した。しかし、電気生理学的解析までは行えておらず、今後さらなる詳細な解析と確認を必要としている。
高周波スパッタ蒸着法による多結晶半導体およびダイヤモンド薄膜の低温成膜

本研究は、簡便な成膜法として普及している反応性高周波スパッタ蒸着法においてプラズマ中の中性ラジカルを積極的に利用し、本来非晶質半導体薄膜しか成長しないような低温基板上に多結晶半導体薄膜を成長させようとするものである。中性ラジカルのエネルギーは、基板表面での薄膜材料原子のマイグレーションを促進、核形成、結晶成長に大きく寄与すると考えられる。しかし、プラズマ中のイオンが基板に入射すると、核形成や結晶成長等に悪影響を及ぼすため、基板に阻止電位を印加すること、および、プラズマが直接基板に接触しないようにア-ス電位の金属メッシュで基板をプラズマから隔離することによって、基板へのイオンの入射の抑止を試みてきた。本年度は昨年度に引き続き、Si薄膜を作製し、成長させた膜の断面を透過電子顕微鏡により観察するとともに、水素ラジカルが結晶粒の成長に及ぼす影響について検討した。また、赤外線吸収測定により、作製したSi薄膜中の水素量および水素の結合状態を評価した。その結果得られた研究実績の概要を以下に列挙する。1.得られた多結晶Si薄膜の結晶粒は、(110)面に配向して成長していることが分かった。この傾向は、成膜プラズマ中の水素量が多いほど顕著であった。2.成膜プラズマ中の水素量が多いほど、多結晶Si膜中の含有水素量は多くなるが、増加分は膜中のダングリングボンドを効率よく終端し、膜の電気特性が向上することが分かった。3.昨年度および本年度の研究結果から、低基板温度における多結晶Si薄膜の成長過程において、水素ラジカルは、成長表面を適度に被覆することによるSi原子のマイグレーションの促進、結合および離脱の繰り返しによる構造緩和エネルギーの供給などの効果を持つことが明らかとなった。本研究は、簡便な成膜法として普及している反応性高周波スパッタ蒸着法においてプラズマ中の中性ラジカルを積極的に利用し、本来非晶質Si薄膜しか成長しない低温基板上に多結晶Si薄膜を成長させようとするものである。中性ラジカルのエネルギーは、基板表面でのSi原子のマイグレーションの促進、核形成、結晶成長に大きく寄与すると考えられる。しかし、プラズマ中のイオンが基板に入射すると、核形成や結晶成長等に悪影響を及ぼすため、基板に阻止電位を印加すること、および、プラズマが直接基板に接触しないようにア-ス電位の金属メッシュで基板をプラズマから隔離することによって、基板へのイオンの入射の抑止を試みた。また、種々の成膜条件下でSi薄膜の成膜実験を行い、成膜パラメータがSi薄膜の構造に及ぼす影響について検討した。本年度の研究実績の概要を以下に列挙する。1.プラズマ発光分光により、様々な成膜条件(投入電力、ガス圧力等)におけるプラズマ中の中性ラジカル(アルゴンラジカル、水素ラジカル)量の変化を計測した。その結果、投入電力を増加するほど中性ラジカル量は増大することがわかった。また、プラズマ中に水素を混入すると、アルゴンラジカルの発光強度が急激に減少し、原子状水素ラジカルが効率よく生成されることがわかった。2.プローブ法によって、種々の成膜条件におけるプラズマポテンシャルの測定を行った。また、測定されたプラズマポテンシャルをもとに、基板に印加する阻止電位の設定を行い、基板に流れこむ電流を測定した。その結果、電子電流しか観察されなかったことから、基板には高エネルギーのイオンは入射していないことがわかった。3.以上の計測・分析結果をふまえて実際にSi薄膜の作製実験を行った。その結果、アルゴンプラズマで成膜を行えば、(100)Siウエハ基板上に300°Cという低温下でSiのエピタキシャル成長が可能であることがわかった。また、プラズマ中に水素を混入すると、基板の材質によらず、微結晶Si薄膜(粒径1030nm)が得られることがわかった。