hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非計量多次元尺度構成法による生体生命情報解析

近年、遺伝子に関する網羅的な実験結果が広く公開される様になってきた。本研究では数千個の遺伝子に対して行われた遺伝子発現、蛋白質発現、塩基配列、アミノ酸配列などのデータを非計量多次元尺度構成法を用いて解析して、遺伝子の機能などを解明する研究を行った。この結果、この様な様々なデータに対して、非計量多次元尺度構成法を用いた研究が非常に有効であることを確認した。非計量多次元尺度法を用いて様々な生体生命情報を解析した。非計量多次元尺度構成法は対象要素間の非類似度を順序尺度に変換した後、その順序尺度を満たすように計量空間に対象物を付置する手法である。順序尺度のみを用いるために、要素間の非類似度に内在がちのエラーの影響を最低限に抑える能力がある。このため、要素の数が多い、高次元のデータの可視化、特徴抽出に大きな機能を発揮することが期待される。本年度はこの手法を以下のような諸対象に対して適用して結果を得た。シアノバクテリアのレポーター遺伝子を用いた遺伝子発現度の解析においては、全ゲノムのデータが出揃い、夜間の一斉シャットダウンと昼間の遺伝子ごとの振動で発現度の理解が可能であることを確認した。分裂酵母の細胞分裂周期のマイクロアレイデータの解析では、細胞周期遺伝子の特定を正弦回帰を用いずに行うことに成功した。マイクロアレイとプロテオミクスの比較により、六種類の臓器における発現パターンの比較を行い、特定臓器で発現している遺伝子を特定できた。遺伝子のコピー数異常の解析では、コピー数異常を起こしている遺伝子の特定を行うことに成功した。また、遺伝子発現プロファイルからがん細胞と正常細胞の弁別を行うことができることがわかった。さらに、Barcode of Lifeを用いた種同定の解析では、高次分類群の同定に、順位尺度が有利であること、従って、非計量多次元尺度構成法を用いるのが適当であることを確認した。非計量多次元尺度構成法は、要素間の非類似度を順序尺度に変換した後でユークリッド空間に埋め込む可視化手法である。本研究ではこれを以下のテーマに応用した。1.がん細胞のマイクロアレイによる判別、良性と悪性(転移)の腫瘍の判別は難しく、これをマイクロアレイの結果を用いて行おうという研究がなされている。我々は、マイクロアレイによる遺伝子発現プロファイルを非計量多次元尺度構成法で解析してから判別分析を行うことで、従来の遺伝子選択を伴う方法と同等以上の成果を上げることができることを示した。2.プロテオミクスとマイクロアレイのメタ解析、プロテオミクスとマイクロアレイは、共にコーディングRNAの発現レベルを解析する実験手段であるが、転写と翻訳レベルでの観測であるため、必ずしも一致しない。我々は非計量多次元尺度構成法を用いてからメタ解析を行うことで両者の共通部分を抽出することに成功した。DNA copy number異状は、重要な原因である。本研究ではマイクロアレイのデータから、コピー数異状を起こしている遺伝子を同定することに成功した。Copy number異状を起こしている遺伝子は、染色体ごとに自動的に非計量多次元尺度構成法による埋め込み空間内でクラスター化した。4.シアノバクテリアの概日周期シアノバクテリアは、概日周期をもつ、唯一の原核生物である。ルシフェラーゼを用いた遺伝子発現変異体を網羅的に作成した発光実験の結果を非計量多次元尺度構成法で解析し、振動が日周期夜間の抑制によることを見出した。
フェニルプロパノイド類の調理加工における変化と生体内変化

フェニルプロパノイド類は植物の二次代謝産物であるが、食品の色・味といった嗜好性に大きく関与しているだけでなく、抗酸化作用を有していることから、機能性成分としても大いに期待されている。昨年度はコーヒー豆に多く含まれるクロロゲン酸につき、ラットとモルモットの肝臓と小腸によるin vitro代謝および加熱による変化について検討した。その結果、(1)加水分解産物であるカフェ酸の生成量に種差があること、(2)このような動物組織による変化と加熱による変化が質的にも量的にもかなり異なることが明らかとなった。そこで本年度もクロロゲン酸を中心とし、in vivo代謝、特に、血中代謝物の検索を行った。ラットにクロログン酸を300mg/kg体重の用量での経口投与した後、投与後30分間、1時間、2時間および4時間にラット頸動脈より採血し、血漿中のクロロゲン酸および代謝物をHPLCにより調べた。その結果,未変化体のクロロゲン酸および加水分解産物であるカフェ酸をはじめ、代謝物と思われるピークは全く検出されなかった。しかしながら、吸収されたクロロゲン酸や代謝物は小腸で直ちにグルクロン酸抱合体や硫酸抱合体に変換されている可能性があるため、β-グルコシダーゼやスルファターゼによる抱合体の加水分解を試みた。しかしながら、クロロゲン酸や代謝物のピークは検出されるに至らなかった。以上の結果から、クロロゲン酸は小腸からほとんど吸収されていないことが示唆された。さらに、代謝機構を明らかにするため、市販品のエステラーゼ(ブタ肝臓由来)および市販品のクロロゲン酸エステラーゼ5%含有酵素剤(Aspergillus japonicus由来:Kikkoman社製)によるクロロゲン酸のin vitro代謝を調べた。まず、ブタ肝エステラーゼを202000units用いて37°C、60分間反応を行ったところ、加水分解活性は非常に弱いものの、いずれの濃度においてもごくわずかのカフェ酸が生成された。一方、クロロゲン酸エステラーゼ含有酵素剤は強い加水分解活性を示した。代謝物としてはカフェ酸のピークのみが検出された。以上の結果から、ラット、モルモットおよびブタ肝のエステラーゼは、カフェ酸の生成活性が比較的低いこと、カフェ酸以外の代謝物も生成されることがよく類似していた。ところが、麹カビ由来のエステラーゼではカフェ酸の生成活性が非常に強いだけではなくカフエ酸のみを生成するといった相違点が観察された。このような代謝の違いが何によるのかは今後の課題であろう。植物性機能成分の1つであるフェニルプロパノイド類関連物質クロロゲン酸のin vitro代謝を行い、特に加水分解反応で生成されるカフェ酸量をラットおよびモルモットの小腸9,000xg上清もしくは肝Msを用いて検討した。なお、薬物(フェノバルビタール、3-メチルコラントレン)の影響についても併せて検討した。その結果、HPLC分析により両動物のいずれの組織を用いた場合にも5種類の代謝物(M1からM5)が生成され、その生成比はラット肝ではM1:M2:M3:M4:M5=3.6:1.1:1:0.8:0.5、モルモット肝ではM1:M2:M3:M4:M5=0.8:5.4:1:1.2:0.2であった。このうちM3は、カフェ酸との保持時間が一致した。未処理ラットおよびモルモットではいずれの組織においてもカフェ酸生成活性の強さは同程度であったが、フェノバルビタール前処理の結果、ラット肝Msで未処理の6.1倍に、一方、3-メチルコラントレン前処理により、モルモット肝で3.1倍、モルモット小腸で1.7倍に有意に増加していた。以上の結果から、モルモットの小腸と肝では3-メチルコラントレン誘導性の、一方ラット肝ではフェノバルビタール誘導性の加水分解酵素が重要であることが示唆された。次に、クロロゲン酸の安定性につき、加熱時のpHの影響を調べた。なお、pHは6.6から8.0まで変えて行った。その結果、5種類の加熱生成物(P1からP5)が生成されたが、これらはin vitro代謝における代謝物(M1からM5)とのHPLCによる保持時間が全て一致していた。また、P3はカフェ酸の保持時間と一致していた。一方、クロロゲン酸は加熱条件下、酸性からアルカリ性になるにつれて減少し、pH8.0では約51%と激減した。それに対してP1およびP5は増加した。しかしながら、加水分解により生成されるカフェ酸(P3)は全く増加しなかった。以上の結果より、動物組織による変化と加熱による変化が異なる機構で起こることが示唆された。

その結果,未変化体のクロロゲン酸および加水分解産物であるカフェ酸をはじめ、代謝物と思われるピークは全く検出されなかった。しかしながら、吸収されたクロロゲン酸や代謝物は小腸で直ちにグルクロン酸抱合体や硫酸抱合体に変換されている可能性があるため、β-グルコシダーゼやスルファターゼによる抱合体の加水分解を試みた。しかしながら、クロロゲン酸や代謝物のピークは検出されるに至らなかった。以上の結果から、クロロゲン酸は小腸からほとんど吸収されていないことが示唆された。さらに、代謝機構を明らかにするため、市販品のエステラーゼ(ブタ肝臓由来)および市販品のクロロゲン酸エステラーゼ5%含有酵素剤(Aspergillus japonicus由来:Kikkoman社製)によるクロロゲン酸のin vitro代謝を調べた。まず、ブタ肝エステラーゼを202000units用いて37°C、60分間反応を行ったところ、加水分解活性は非常に弱いものの、いずれの濃度においてもごくわずかのカフェ酸が生成された。一方、クロロゲン酸エステラーゼ含有酵素剤は強い加水分解活性を示した。代謝物としてはカフェ酸のピークのみが検出された。以上の結果から、ラット、モルモットおよびブタ肝のエステラーゼは、カフェ酸の生成活性が比較的低いこと、カフェ酸以外の代謝物も生成されることがよく類似していた。ところが、麹カビ由来のエステラーゼではカフェ酸の生成活性が非常に強いだけではなくカフエ酸のみを生成するといった相違点が観察された。このような代謝の違いが何によるのかは今後の課題であろう。
クレイの磁場配向による異方性ナノコンポジットゲルの創製

本研究ではモンモリロナイトをクレイとして用いることで異方性NCゲルの創成に成功した.しかしながら,得られたNCゲルはラポナイトで作製されたNCゲルに比べると非常に脆弱であった.これは架橋密度が小さいためであり,架橋点効果の高いラポナイトを混合する混合クレイ型NCゲルも調整した.混合クレイ型NCゲル内ではラポナイトは配向したモンモリロナイトの影響を受けて配向が誘起されていることが示唆された.磁場内でナノコンポジット(NC)ゲルを作製した.ラポナイトやサポナイト等のクレイを用いた場合では得られたNCゲルに光学的異方性は確認されなかったが,モンモリロナイトを用いた場合に光学的異方性を有するNCゲルの作製に成功した.ラポナイトやサポナイトは反磁性でかつ粒子が小さいため配向するための磁気異方性エネルギーが得られなかったが,モンモリロナイトは常磁性イオンを含んでいるため異方性磁気エネルギーが大きかったことがこの違いを生じさせたと考えている.異方性を有するNCゲルは力学的な特性において異方性を示すことを見出した.しかしながら,配向様式がナノエキスパンダー構造になっていないため,予想したものよりはその異方性が小さかった.光学的異方性を有するNCゲルの作製に成功し,弾性率や膨潤収縮挙動の異方性についても順調に研究が進んでいる.回転磁場機構付重合セルも予定通り完成し順調にテストが進んでいる.次年度から運用を開始する.ラポナイト等の合成クレイを用いた場合はクレイが磁場配向しなかったためにクレイを含むナノコンポジットゲル(NCゲル)に異方性が確認されなかった.一方,天然クレイであるモンモリロナイトを用いたNCゲルでは磁場中で調整することで負の複屈折を発現することを見出した.これは数%含まれている常磁性イオンが大きく影響してモンモリロナイトが磁場配向したためであると考えられる.ラポナイトを使用したNCゲルでは磁場配向は確認されなかったが,磁場配向するモンモリロナイトを混合することでラポナイトが配向している可能性を示すデータが得られた.配向したモンモリロナイト間の制限された空間がラポナイトの配向を促進したと考えられる.液晶相を示すフルオロヘクトライトを用いて異方性NCゲルの作成も試みたが明瞭な異方性を確認するには至らなかった.クレイ自体の磁気的異方性が小さいことが原因であると考えられる.しかしながらラポナイトと同様にモンモリロナイトを混合させることで磁場配向が可能であることが示された.異なるクレイの混合によっても液晶相は維持されていたことから,磁場配向可能なモンモリロナイトの添加は異方性を制御する新たな手法だといえる.得られた異方性ゲルは膨潤・収縮挙動やヤング率等に異方性も発現した.アクチュエーター等に応用するにはまだ物足りない物性であるがクレイ濃度やクレイの混合比などの検討でさらなる改善が期待できる.本研究ではモンモリロナイトをクレイとして用いることで異方性NCゲルの創成に成功した.しかしながら,得られたNCゲルはラポナイトで作製されたNCゲルに比べると非常に脆弱であった.これは架橋密度が小さいためであり,架橋点効果の高いラポナイトを混合する混合クレイ型NCゲルも調整した.混合クレイ型NCゲル内ではラポナイトは配向したモンモリロナイトの影響を受けて配向が誘起されていることが示唆された.回転磁場機構付重合セルを用いて静磁場とは異なる配向様式を付与したNCゲルを作製し,力学的な異方性への影響について検討を行う.またクレイ分散液晶系を利用してネマチック構造を有する異方性NCゲルを作製し,液晶性をを示さないクレイを用いたNCゲルとの違いについて検討を行い,NCゲルの構造と物性の相関について検討する.高分子構造・物性
小腸移植におけるhigh endothelial venuleの役割に関する研究

[目的]接着分子MAdCAM-1は腸管粘膜組織の高内皮細静脈(HEV)に発現分布を示し、リンパ球homingにかかわる免疫応答に重要な役割を果たすとされる。小腸移植拒絶反応におけるMAdCAM-1の発現の変化について免疫組織学的に検討し、homing現象とのかかわりについてもin vitroのassayにて検討した。[方法]donorにBNラット、recipientにLEWラットを用い、同所性全小腸移植(免疫抑制剤非投与)を施行し、3,4,5,6,7日目に犠牲死させ、graftを採取し凍結標本を作成した。抗MAdCAM-1抗体(OST12)を用いて免疫組織染色を行った。MAdCAM-1が発現とこれに関与するリンパ球の分画を同定するために、抗MAdCAM-1抗体とともに抗B細胞抗体(HIS24)、抗T細胞抗体(OX19)を用いて、二重染色を行った。移植腸管におけるHoming現象を確認するために、in vitrolymphcyte/HEV binding assayを行った。[結果]正常小腸ではパイエル板のHEVにMAdCAM-1の強い発現がみられたが、絨毛や腸管壁の血管にはほとんど発現しなかった。(同系移植のgraftも同様。異系移植群では、絨毛底部の小血管に術後4日目よりMAdCAM-1の発現が増強し、絨毛先端部の小血管においても術後6日目よりMAdCAM-1発現の増強がみられた。パイエル板のHEVに相当する部位のMAdCAM-1発現は同様であった。この血管内腔に認めるリンパ球はT細胞が主体であった。移植腸管Peyer板のHEVに対しては正常腸管と同様にリンパ球のbindingを認めた。[結語]移植腸管Peyer板のHEVに対してはT細胞を主体とするhomingが起こっており、移植腸管の絨毛の小血管もMAdCAM-1の発現がみられhomingへの関与が示唆された。[方法](1)液性拒絶モデル:donor全血(1ml,術前7日目)の輸注により前感作されたラットに全小腸移植(PVG→ACI,n=6)を行い、血流再開後30分後にgraftを採取し凍結保存した。蛍光抗体法(IgM,IgG)にて抗体沈着の局在を検討した。(2)細胞性拒絶モデル:免疫抑制剤非投与にて全小腸移植(BN→LEW)を施行し、3,4,5,7日目に犠牲死させ(各n=3)、graftを採取し凍結保存した。細胞接着分子であるCD44(homing receptor),LFA-1,ICAM-1,VLA-4,Fibronectin(FN),Laminin(LM)に対する抗体を用いて免疫組織化学にて染色を施行した。[結果](1)絨毛の脱落、リンパ節・パイエル板、絨毛底部における小血管の著明なうっ血、内皮細胞の軽度の肥大を伴った小血管における好中球浸潤等の液性拒絶反応を示唆する病理組織所見がみられた。蛍光抗体法では、絨毛底部の血管に強度のIgM>IgGの沈着を認めたが、絨毛先端部の血管には、IgM,IgGの沈着は軽度であった。(2)CD44発現の変化は上皮において著明だった(陰窩から絨毛先端に向かい上昇)。LFA-1,ICAM-1,VLA-4の局在の変化には特徴的なものはなかった。絨毛底部の小血管の内皮におけるFNの発現が増強がみられた。[結語]小腸移植の拒絶反応において、リンパ節・パイエル板等のリンパ装置の小血管とともに、絨毛底部の小血管が重要な役割を演じ、HEVやリンパ球homingの関与が考えられた。加えて、上皮細胞はhomingに関与するシグナル伝達(CD44の発現)に重要な役割を演じる可能性が示唆された。

この血管内腔に認めるリンパ球はT細胞が主体であった。移植腸管Peyer板のHEVに対しては正常腸管と同様にリンパ球のbindingを認めた。[結語]移植腸管Peyer板のHEVに対してはT細胞を主体とするhomingが起こっており、移植腸管の絨毛の小血管もMAdCAM-1の発現がみられhomingへの関与が示唆された。
強磁性半導体を用いた半導体スピンデバイスの研究開発

本研究では、半導体スピンデバイスの作製に必要なp型強磁性半導体(Ga,Fe)Sbおよびn型強磁性半導体(In,Fe)Sbの開発に成功した。また、これらの強磁性半導体において、室温強磁性を実現した。次に、鉄系強磁性半導体からなるスピンダイオード構造やスピン電界効果トランジスタ構造を作製し、そのスピン依存伝導特性の評価を行った。n-(In,Fe)As/p-InAsの江崎ダイオード構造においては、トンネル分光法を使って(In,Fe)Asの自発バンドスピン分裂を観測した。また、(In,Fe)As量子井戸のチャンネルを有するスピン電界効果トランジスタ構造を作製し、波動関数制御による強磁性変調を行った。(1)高キュリー温度強磁性半導体(Ga,Fe)Sbの実現:p型強磁性半導体(Ga,Fe)Sbの高キュリー温度化に向けて、結晶成長の工夫を行った。薄膜化などの結晶成長を工夫することによって、Fe濃度を25%まで高めて、世界で初めて室温を超えたキュリー温度340 Kを実現した。(2)高キュリー温度強磁性半導体(In,Fe)Asの実現:n型強磁性半導体(In,Fe)Asのキュリー温度の改善に取り組んだ。高いキュリー温度を得るために、オフ半導体基板の上に(In,Fe)Asの結晶成長を行った。その結果、オフ角の増加につれてヒステリシスループの拡大が観測された。一方、MCDスペクトルのピークは、5 Kと300 Kいずれにおいても従来報告されてきた(In,Fe)Asのピークと一致しており、観測した室温強磁性は真性である可能性が高いことを示唆している。(3)スピンダイオードの作製とと超巨大磁気抵抗効果の観測:p型に(Ga,Fe)Sbを、n型に(In,Fe)Asを用いた、共に強磁性半導体であるpn接合の構造をもつスピンダイオードを作成し、そのスピン依存伝導特性の評価を行った。その結果、20%程度の負の磁気抵抗効果と、500%を超える超巨大な磁気抵抗効果が得られた。20%程度の磁気抵抗効果は単純なスピンバルブ効果で説明できた。それに対して、500%を超える超巨大な磁気抵抗効果は、+8kGから-8kGまでの外部磁場の変化に対し2つの鋭いピークをもつ新現象であった。(4)スピン電界効果トランジスタ構造の作製と波動関数制御による強磁性変調:波動性の強い(In,Fe)As量子井戸を含む電界効果トランジスタ構造を作製し、世界で初めて波動関数制御による強磁性変調に成功した。本実証によって、従来に磁性変調に必要とする面キャリア密度の変調量を2桁と大幅に削減し、超高速と超低消費電力の磁化スイッチング技術に応用できると期待している。n型強磁性半導体およびp型強磁性半導体共に室温以上のキュリー温度を実現した。さらに、強磁性p-n接合を作成し、非常に巨大なスピンバルブ効果(>500%)を達成した。この巨大スピンバルブ効果は金属磁性体をベースとしたトンネル接合の性能と並び、半導体スピンデバイスの実現に大きく前進させた成果である。(1)高キュリー温度n型(In,Fe)Sbの実現:Fe濃度16%をInSbに添加したところ、キュリー温度が335Kと非常に高いn型強磁性半導体(In,Fe)Sbの結晶成長に成功した。また、同じFe濃度では(In,Fe)Sbが(Ga,Fe)Sbの約2倍の高いキュリー温度を示し、従来のMn系強磁性半導体の平均場Zenerモデルではまったく説明できないことが分かった。これらの結果から、バンドギャップが狭い方が鉄系強磁性半導体の強磁性が強くなるという独自な設計論を提言した。また、室温強磁性(In,Fe)Sb薄膜において、異常ホール効果を評価したところ、実用化されているInSbの高感度ホール効果磁気センサーよりも高い感度係数を示すことが分かった。これらの結果から、ナローギャップ鉄系強磁性半導体はホール効果磁気センサーとしては非常に優れることを実証した。(3)スピンダイオードの超巨大磁気抵抗効果のメカニズムの解明:(Ga,Fe)Sb/(In,Fe)Asスピンダイオード構造において観測した超巨大磁気抵抗効果のバイアス依存性、温度依存性を系統的に調べ、超巨大磁気抵抗効果はスピンバルブ効果とスピン分裂効果の組み合わせによって説明できることを根拠づけた。本研究計画の研究目標としたスピンダイオード、スピンバイポーラトランジスタ、スピン電界効果トランジスタはすべて作成に成功した。また、スピンダイオードとスピンバイポーラトランジスタ構造において数100%と超巨大な磁気抵抗効果を観測できた。また、すべての鉄系強磁性半導体において、室温強磁性を実証した。(1) (In,Fe)As/p-InAs江崎ダイオード構造において、磁気コンダクタンスのバイアス依存性を評価した。その結果、バイアスが小さい時(トンネル伝導が支配的な領域)、通常の正の磁気コンダクタンス効果に対して、バイアスが大きい時(拡散伝導が支配的な領域)、負の磁気コンダクタンス効果が見られた。この現象は(In,Fe)Asのバンドギャップ中にあるFeの不純物バンドの電子がp-InAsの伝導帯側に拡散するモデルで説明が出来ることを示した。以上の研究成果により、(In,Fe)As強磁性半導体のスピン状態とバンド構造を解明できただけでなく、バイアス電圧によって、(In,Fe)Asの伝導帯あるいは不純物バンド帯からのスピン注入を選択できることを示した。

(2) (In,Fe)Sbの電界効果トランジスタ構造を作製し、電界効果による強磁性の変調を行った。その結果、非常に小さい電子濃度の変化(Δn2.2×10^17 cm^-3)だけで、キュリー温度が209 K -> 216 Kと約7Kの変調に成功した。また、従来のMn系強磁性半導体のキュリー温度変調実験が数十Kと低温でしか出来なかったに対して、本研究の強磁性変調が200 K以上と高い温度領域で達成できた。しかし、キュリー温度の変調量が従来の平均場Zenerモデルだけでは説明できないことも分かった。本研究成果により、(In,Fe)Sbが高キュリー温度の真性な強磁性半導体であり、その強磁性発現機構が伝導電子に依存する電子誘起強磁性の機構だけでなく、別の機構も存在することが分かった。本研究では、半導体スピンデバイスの作製に必要なp型強磁性半導体(Ga,Fe)Sbおよびn型強磁性半導体(In,Fe)Sbの開発に成功した。また、これらの強磁性半導体において、室温強磁性を実現した。次に、鉄系強磁性半導体からなるスピンダイオード構造やスピン電界効果トランジスタ構造を作製し、そのスピン依存伝導特性の評価を行った。n-(In,Fe)As/p-InAsの江崎ダイオード構造においては、トンネル分光法を使って(In,Fe)Asの自発バンドスピン分裂を観測した。また、(In,Fe)As量子井戸のチャンネルを有するスピン電界効果トランジスタ構造を作製し、波動関数制御による強磁性変調を行った。(1)n型およびp型強磁性半導体の高温強磁性特性の最適化去年度に達成した室温強磁性をさらに強化するために、結晶性成長の工夫を行う。n型強磁性半導体に関しては、オフ基板上のδドーピング技術を使って、高キュリー温度かつ高品質の膜を作成する。(2)スピンダイオードにおける超巨大磁気抵抗効果の起源の解明去年度に観測した超巨磁気抵抗効果(>500%)の起源を解明するために、温度依存性、バイアス依存性、印加磁場向き依存性など、系統的にスピン依存伝導特性の評価を行い、どのような条件下で巨大磁気抵抗効果が出現しているかを明らかにする。最終的に、巨大磁気抵抗効果の物理的な起源を解明して、デバイスの設計に応用する。(3)スピンバイポーラトランジスタの作製とスピン依存伝導特性の評価鉄系強磁性半導体ベースのn-p-nおよびp-n-p接合の結晶成長および半導体プロセスを用いて、縦型スピンバイポーラトランジスタの作製を行い、スピン依存伝導特性を評価する。磁化向きの書き換えによる電流駆動力の変調を行い、超高速不揮発性メモリ、ノーマルオフ論理回路、再構成可能な論理回路の基盤技術を確立する。(2)(In,Fe)Sbにおける異常ホール効果を用いるスーパー高感度磁気センサーの開発:Fe添加量を増やして、(In,Fe)Sbのキュリー温度および異常ホール係数の増加を目指す。また、(In,Fe)(Sb,Bi)の混晶を作製し、バンドギャップを減らすとともに、スピン軌道相互作用を増大させて、内因的な異常ホール効果と外因的な異常ホール効果を劇的き改善する。最終的には、ホールセンサー感度係数を従来のInSbホールセンサーよりも一桁高い10mV/mT/Vの感度係数を実証し、実用化を目指す。29年度が最終年度であるため、記入しない。
大学モデルの伝播に関する比較史的研究-植民地遺制とアジアの大学を中心に

本研究は、ウェスタン・インパクトにより開始されたアジア諸国の近代化過程において、大学がいかにして設立(移植)されたかを比較大学史の観点から明らかにすることを目的とした。そこで、アジア各国の大学史を検討すると同時に、アシュビーの研究に依拠しながら、全世界的な大学モデルの伝播パターンのなかにアジアの大学のそれを位置づける作業を試みた。それは、大学モデルの類型の析出と大学モデルの伝播メカニズムの解明の両面から行なわれた。大学モデルはすべて中性大学にさかのぼるが、アジアの大学に影響を与えたいわゆる近代大学モデルは、(1)エリート主義的なイギリスモデル、(2)研究機能重視のドイツモデル、(3)大衆のための大学教育と高度専門人材養成の大学院を兼ね備えたアメリカモデル、に大別できる。これらの大学モデルは、四つの移植(伝播)パターンによって、さまざまなバリエーションが生じた。第一は15世紀に中世大学モデルがヨーロッパ各地に波及したパターン、第二はイギリスモデルが1617世紀に新大陸(アメリカ)に渡ったパターン、第三は19世紀にアジア諸国を含む非キリスト教社会に大学が伝播したパターン、第四は20世紀後半における大学の世界化傾向のなかで起こっている現象である。19世紀末から20世紀前半のアジアの大学は、その多くが西洋諸国の植民地下において設立されたため、(1)(3)のモデルのいずれかの影響を強く受けて設立されてきた。一方、20世紀後半におけるアジアの大学の設立は植民地遺制に制約されながら、アメリカ大学モデルに強い影響を受けていることが明らかにされた。本研究は、「大学モデル」の先行研究(特に理論研究)をレビューすると同時に、アジア各国の近代(現代)大学の形成にきわめて大きな影響を与えたと考えられる「欧・米大学モデル」が、いかなる時期に、どのような経緯で、どのような内容が、各国に移植されたかを究明することを目的としている。本年度は、初年度であるため、まずは本テーマに関する代表的な理論書であるエリック・アッシュビーおよびフィリップ・アルトバックらの業績を精読すると同時に、これらの理論のアジアの大学への適用可能性について検討した。同時に、「大学モデル」論に関する内外の文献収集のため、大学関係資料を収蔵している国内の代表的図書館(広島大学大学教育研究センター、国立教育研究所、東京大学教育学部、京都大学教育学部、東北大学教育学部等)を訪問調査し、関係文献の収集を行い成果を上げることができた。次年度(最終年度)には、上記の成果を総合的に検討して、最終報告書を作成する予定である。大学モデルはすべて中世大学にさかのぼるが、アジアの大学に影響を与えたいわゆる近代大学モデルは、(1)エリート主義的なイギリスモデル、(2)研究機能重視のドイツモデル、(3)大衆のための大学教育と高度専門人材養成の大学院を兼ね備えたアメリカモデル、に大別できる。
運動の糖代謝改善効果発現における骨格筋AMPキナーゼの意義に関する研究

1.運動による骨格筋糖代謝活性化における5'AMP-activated protein kinase (AMPK)の役割:ラット骨格筋が収縮すると、AMPKは急性に活性化を受け、それに相関してインスリン非依存性糖輸送が惹起された。AICARを用いて薬理的にAMPKを活性化しても同様に糖輸送が促進された。またAMPKの薬理的阻害により糖輸送が抑制された。中等強度の筋収縮ではAMPKα2が、高強度の筋収縮ではAMPKα1・α2の両者が活性化され、糖輸送活性はα2活性とよく相関した。ヒトにおいても、糖輸送が活性化される70%VO2maxの自転車運動においてAMPKα2が活性化された。一方、筋収縮によりグリコーゲン合成系・分解系がともに活性化されたが、AICARによる薬理的活性化では分解系・合成系ともに活性化されず、逆にAICARはグリコーゲン合成酵素を抑制した。以上からAMPKは運動による骨格筋糖輸送促進には関与する一方で、運動時のグリコーゲン代謝を規定する積極的な役割を持たないことが示唆された。2.運動によるAMPKα2活性化の意義:マウスにAICARを皮下あるいは腹腔内に至適量を投与することにより、中等強度運動時と同程度の選択的AMPKα2活性化を誘導すると、骨格筋糖輸送の活性化と糖輸送担体GLUT4の増加が得られた。このことからAMPKα2が運動による糖輸送亢進やGLUT4発現に重要であることが示唆された。3.抗糖尿病薬(チアゾリジン誘導体)によるAMPKと糖輸送の活性化:単離したラット骨格筋を緩衝液中にてチアゾリジンを作用させると、AMPKα2が活性化されインスリン非依存性糖輸送が促進された。従来知られているインスリン感受性改善効果に加え、チアゾリジンの作用機序に、運動と類似した作用、すなわちAMPK活性化を介した糖輸送促進効果があることが示唆された。1.運動の糖代謝活性化効果発現における5'AMP-activated protein kinase(AMPK)の役割の検証:ラット単離骨格筋を電気刺激にて収縮させると、AMPKは活性化を受けると同時にインスリン非依存性糖輸送が活性化され、さらにグリコーゲン合成系(グリコーゲン合成酵素)・グリコーゲン分解系(グリコーゲンホスホリラーゼ)の両者が活性化を受けた。しかし、AMPKをAICARを用いて薬理的に活性化させると、インスリン非依存性糖輸送が活性化される一方、グリコーゲン合成酵素は抑制を受け、グリコーゲンホスホリラーゼは変化しなかった。このことから、AMPKは運動による骨格筋糖輸送促進には関与するが、運動によるグリコーゲン代謝の活性化における重要な役割を持たないものと考えられた。2.運動の糖輸送活性化と糖輸送担体(GLUT4)発現におけるアイソフォーム特異的AMPK活性の役割:持久運動は骨格筋糖取り込みを促進するとともに、骨格筋糖輸送に重要な役割を担うGLUT4の発現を亢進させる。一方、持久運動は骨格筋AMPKのα1・α2アイソフォームのうちα2のみを選択的に活性化する。マウスにAICARを皮下あるいは腹腔内に至適量を投与することによってAMPKα2の選択的活性化を実現したところ、持久運動と同様に骨格筋糖輸送の活性化と糖輸送担体GLUT4の発現亢進が得られた。このことからAMPKα2が持久運動の効果発現に重要なアイソフォームであることが示唆された。

3.抗糖尿病薬(チアゾリジン誘導体)によるAMPKと糖輸送の活性化:ラット単離骨格筋にチアゾリジンを作用させるとAMPKが活性化されるとともにインスリン非依存性糖輸送に促進された。従来より知られているインスリン感受性改善効果に加え、チアゾリジンの作用機序の一つにAMPK活性化を介した糖輸送促進効果があることが示唆された。1.運動による骨格筋糖代謝活性化における5'AMP-activated protein kinase(AMPK)の役割の検証:ラツト骨格筋が収縮すると、AMPKは急性に活性化を受け、それに相関してインスリン非依存性糖輸送が活性化された。AICARを用いて薬理的にAMPKを活性化すると収縮時と同様に糖輸送が促進された。またAMPKの薬理的阻害により糖輸送が抑制された。中等強度の筋収縮ではAMPKα2アイソフォームが、高強度の筋収縮ではAMPKα1・α2アイソフォームの両者が活性化され、糖輸送はα2活性とよく相関した。一方、筋収縮によりグリコーゲン分解系・合成系がともに活性化されたが、AICARによる薬理的活性化では分解系・合成系ともに活性化されなかった。このことから、AMPKは運動による骨格筋糖輸送促進には関与するが、運動によるグリコーゲン代謝における重要な役割を持たないことが示唆された。2.運動によるAMPKα2活性化の意義:マウスにAICARを皮下あるいは腹腔内に至適量を投与することによって、中等強度運動時と同様のAMPK活性化(α2のみが選択的に活性化されα1が活性化されない)を惹起すると、骨格筋糖輸送の活性化と糖輸送担体GLUT4の増加が得られた。このことからα2が運動による糖輸送亢進やGLUT4発現に重要なアイソフォームであることが示唆された。3.抗糖尿病薬(チアゾリジン誘導体)によるAMPKと糖輸送の活性化:単離したラット骨格筋を緩衝液中にてチアゾリジンを作用させると、中等度運動時と同様にAMPKα2が活性化されるとともにインスリン非依存性糖輸送が促進された。筋エネルギー状態も運動時と同様低下した。従来知られているインスリン感受性改善効果に加え、チアゾリジンの作用機序にAMPK活性化を介した糖輸送促進効果があることが示唆された。
環境化学物質の高次機能毒性評価における感受性マウス系統の有用性解析

揮発性有機化合物の曝露研究で開発した動物モデルの有用性についてこれまでとは異なる化学物質の曝露による高次機能における炎症反応の誘導を比較することで、過敏症の解明にとっての有用性を検証し、新たなバイオマーカーを探索することを目的とした。その結果、トルエン曝露の結果と同様に、乳仔期の低濃度ダイアジノン曝露は成長後の神経機能や免疫機能に影響を与えることが明らかとなった。さらに、ダイアジノン乳仔期曝露では、高次機能により影響出現時期に違いがみられるという新たな知見が得られた。本研究では、揮発性有機化合物(VOCs)のトルエンやホルムアルデヒドの曝露に高感受性を示した動物モデルを用いて異なる化学物質の曝露をおこない、高次機能への影響をトルエンなどと比較することで、低濃度有害化学物質の影響解明における有用性を検証し、新たなバイオマーカーを探索することを目的としている。具体的には、高次機能として免疫機能と脳内海馬の記憶・学習機能に焦点をあて、室内汚染物質として殺虫剤などに用いられている農薬を用いて脳・神経-免疫軸で神経性炎症反応およびアレルギー性炎症反応の変動を探索し、これまでのVOCの結果と感受性の観点から比較検討する。さらに、低濃度のVOC、農薬の曝露により発現の亢進や増強が見られた感受性指標についてその影響機構の解明、ヒト集団へのバイオマーカーとしての有用性・応用について検討する。本年度は、VOCの研究で高い感受性を示した雄C3H/HeNマウスを用い、低濃度のダイアジノン投与を行い、神経-免疫軸での炎症反応の誘導について検討した。その結果、海馬における記憶情報の伝達系や神経栄養因子の関連する情報伝達系ではダイアジノン投与の影響はみられなかった。肺における炎症反応の誘導も認めなかった。しかしながら、脾臓においてTh1/Th2バランスに重要な転写因子のうちFoxp3とGATA3などの転写因子の発現抑制がダイアジノン投与群で認められた。トール様受容体TLR4の発現が正常なC3H/HeNマウスと異なり、TLR4欠陥を示すC3H/HeJマウスでは、トルエンに対する転写因子発現の応答性が低いことが明らかとなった。現在、C3H/HeJマウスにダイアジノンを投与して高次機能への影響を検索している。本研究では、揮発性有機化合物(VOCs)のトルエンやホルムアルデヒドの曝露に高感受性を示した動物モデルを用いて異なる化学物質の曝露をおこない、高次機能への影響をトルエンなどの影響と比較することで、低濃度有害化学物質の影響解明における有用性を検証し、新たなバイオマーカーを探索することを目的としている。具体的には、免疫機能と脳内海馬の記憶・学習機能に焦点をあて、室内で殺虫剤などに含まれている農薬を用いて神経性炎症反応およびアレルギー性炎症反応の変動を探索し、これまでのVOCの結果と感受性の観点から比較検討する。本年度は、VOCの研究で高い感受性を示した雄C3H/HeNマウスを用い、発達期に低濃度のダイアジノン投与を行い、成長期に神経、免疫機能について検討した。その結果、8週齢時に行った海馬機能に関連する新オブジェクト認知テストでは、ダイアジノン曝露群で対照群に比べ新規認知機能の低下が認められた。移動速度には差は見られなかった。NMDA受容体のmRNA発現では有意な差はみられていない。一方、脾臓における炎症反応の誘導では、3週齢時に、脾臓、胸腺重量に変化はみられなかったが、サイトカイン産生では、IL-4, TNF-α, GM-CSFで有意な抑制が認められた。ところが、8週齢時になると、脾臓、及び胸腺重量の増加が認められ、転写因子のGATA3の発現増加がダイァジノン投与群で認められた。肺におけるTNF-αやIL-1βなどの炎症性サイトカインでは差はみられなかった。これらの結果は、発達期の特定の短い時期でのダイアジノン曝露が、成長後の神経、免疫系機能に何らかの障害作用を生じていることを示している。本研究では、トルエンなどの揮発性有機化合物(VOCs)の曝露に対して高感受性を示した動物モデルを用いて揮発性を有するダイアジノンの曝露をおこない、神経・免疫などの高次機能への影響をこれまでのVOCの影響と比較することで、低濃度有害化学物質の影響解明における動物モデルとしての有用性を検証し、同時に新たなバイオマーカーを探索することを目的としている。本年度は、ダイアジノンを感受性が高い乳仔期の仔マウスに投与後、昨年度よりより成長した12週齢における海馬機能への影響について新奇オブジェクト認知(NOR)テストを用いて学習行動への影響および関連する遺伝子レベルでの影響を解析した。その結果、乳仔期曝露後、12週齢の時期においてもNORテストによる認知能力の低下が認められた。遺伝子レベルの検索では、8週齢時にはCaMKIV,CREB

1、神経栄養因子NGFの低下が認められていたが、12週齢時にはNGF以外では回復がみられた。免疫系の解析では、ダイアジノン投与後、12週齢時には脾臓重量、GATA3mRNA,及びTIgG1の有意な増加が認められた。肺においても炎症にかかわるTNFα,TGFβなどのサイトカイン遺伝子の増加が認められた。以上、トルエン曝露の結果同様に、乳仔期のダイアジノン曝露は成長後の神経機能や免疫機能に影響を与えることが明らかとなり、低濃度化学物質の曝露に対する感受性期を考慮するときに、本動物モデルでの乳仔期は感受性の鋭敏な時期と考えられる。昨年の結果と合わせて考えると、ダイアジノン乳仔期曝露では、神経系への影響は8週齢時に強い反応を示したが、免疫機能では12週齢時の方がより強い影響を示し、高次機能により影響出現時期に違いがみられるという新たな知見が得られた。神経系バイオマーカー候補としては、海馬における情報伝達系の因子、神経栄養因子が挙げられ、免疫系ではIgG1抗体、Th2タイプの転写因子が挙げられる。
窒素極性面AlNの接触抵抗低減と分極効果トランジスタの実現

次世代の高周波パワーデバイス応用を目指し、窒化アルミニウム(AlN)層を基礎としたトランジスタの作製とAlN層の接触抵抗低減に関する研究を行った。得られた結果は以下の通りである。(1)有機金属気相成長法を用いた窒素極性面AlNの高品質結晶成長((002)対称面XRC半値幅:203",(102)非対称面XRC半値幅:389")に成功した。高温かつ高V/III比で結晶成長することで、結晶品質が向上することが分かった。一方で、1100度以上の高温成長時、不純物Siが意図せずに混入し、AlN層が導電性を示した。SiC基板のオフ角度を低く抑えることで、ステップバンチングを抑制し、表面荒れが小さくなった。(2)高Al組成AlGaN分極効果トランジスタに世界で初めて成功した。AlN層のエッチング条件を最適化し、286 nm/minのエッチング速度が得られた。ソース/ドレイン電極下をエッチングすることで接触抵抗を低下させ、100 mA/mmを超えるドレイン電流を得た。これは高Al組成AlGaNトランジスタの動作電流として世界最高値である。(3)AlNチャネル素子の比較のため、酸化物半導体(AlGa)2O3をチャネルとした電界効果トランジスタを作製し、世界初動作に成功した。Al組成15%(AlGa)2O3チャネル層を用いた場合、絶縁破壊電圧は900 Vであった。これはAlNトランジスタと比較するとやや小さい。更なる高耐圧化には、結晶性の改善およびAl組成の向上が求められる。本研究では、窒化アルミニウム(AlN)を基盤とした高出力デバイスの実現を目指す研究を行った。以下に本年度に得られた成果をまとめる。(1)AlNへのイオン注入と高温アニール処理:AlN層にSiイオンを高ドーズ(5e14cm<-2>)で注入し、窒素雰囲気で30分間の高温熱処理を行った。熱処理後の表面モフォロジを原子間力顕微鏡により観察し、不純物の拡散分布を二次イオン質量分析法により調べた。1400度の熱処理でもSiは殆ど拡散せず、1nm以下のRMS表面ラフネスが得られた。1600度以上の熱処理でSiが内部に拡散し始め、1800度で熱処理したときはAlNの分解が見られた。(2)AlNの電気的特性評価:Siイオン注入及び1230度の高温熱処理を行ったAlN試料の電気的特性評価を行った。オーミック性接触は得られなかったが、室温で数uAの電流が流れることを確認した。電流は測定温度の上昇と共に急激に増大した。非常に高い接触抵抗が、AlN層の電流を制限していると考えられる。(3)AlNをチャネル層としたトランジスタの初動作:イオン注入したAlN層をキャリア輸送層とし、電界効果トランジスタ(MESFET)を作製した。動作電流は数uA/mm程度であるが、ゲート電圧で電流を制御することができ、トランジスタ動作が確認された。また、250度の測定温度でも安定にトランジスタ動作した。高電圧の逆バイアスをかけたところ、2kV以上の高耐圧特性が得られた。以上より、高温・高耐圧デバイス用材料としてAlNが非常に有用であることが示された。(4)窒素極性面AlNの高品質結晶成長:有機金属気相成長(MOCVD)法により、炭素面の炭化ケイ素(SiC)基板上にAlNを結晶成長した。V/III比と結晶成長温度、基板のオフ角度を制御することで、デバイス作製に十分な結晶品質を有する窒素極性面AlNを成長することに成功した。当初の予定通り、イオン注入法を用いて電気伝導性を有するAlN層を実現するとともに、AlNトランジスタ動作にも成功した。また、窒素極性面AlNの高品質結晶成長にも成功しており、これらの点では非常に順調に進展しているといえる。一方で、AlN中でのSiのイオン化エネルギが非常に大きく、オーミック性接触が得られていない。MOCVD法により成長したn型高Al組成AlGaN層の電気的特性を調べたが、それでもオーミック性接触が得られなかった。そのため、ホール効果測定や伝送線モデル測定ができず、n型AlN層の電気的特性を正確に評価できていない。また、分子線エピタキシ法を用いてAlGaNコンタクト層の再成長を行う予定であったが、どの共同研究者らも提案内容に大変興味を持って頂いたものの多忙であったため、遂行まで至らなかったことは至極残念である。高Al組成AlGaN層の電気的特性評価は今後の課題である。全体を通してみれば、AlNトランジスタの世界初動作に成功し、高温・高耐圧特性に優れていることを初めて示すことができた。このように、パワーデバイスや高温デバイス分野で世界水準の成果を挙げつつおり、研究は順調に進展している。

高温かつ高V/III比で結晶成長することで、結晶品質が向上することが分かった。一方で、1100度以上の高温成長時、不純物Siが意図せずに混入し、AlN層が導電性を示した。SiC基板のオフ角度を低く抑えることで、ステップバンチングを抑制し、表面荒れが小さくなった。(2)高Al組成AlGaN分極効果トランジスタに世界で初めて成功した。AlN層のエッチング条件を最適化し、286 nm/minのエッチング速度が得られた。ソース/ドレイン電極下をエッチングすることで接触抵抗を低下させ、100 mA/mmを超えるドレイン電流を得た。これは高Al組成AlGaNトランジスタの動作電流として世界最高値である。(3)AlNチャネル素子の比較のため、酸化物半導体(AlGa)2O3をチャネルとした電界効果トランジスタを作製し、世界初動作に成功した。Al組成15%(AlGa)2O3チャネル層を用いた場合、絶縁破壊電圧は900 Vであった。これはAlNトランジスタと比較するとやや小さい。更なる高耐圧化には、結晶性の改善およびAl組成の向上が求められる。今後は、当初の計画通り、窒素極性面AlN層を基盤としたパワーデバイスの作製と、今回達成できなかったAlN層の接触抵抗低減を行う。AlNをチャネル層としたデバイスは、高い接触抵抗と低い移動度が課題であった。窒素極性面高Al組成AlGaN層を有する高電子移動度トランジスタ(HEMT)構造を用いることで、移動度の向上と接触抵抗の低減が期待できる。同程度の耐圧を維持しながら高い動作電流が得られれば、AlN系トランジスタの普及に繋がる。今回得られた窒素極性面AlN層上に高Al組成AlGaN層を結晶成長し、HEMTの試作と高耐圧特性評価を行う。また、後者のAlNの電気的特性に関する知見は、パワーデバイスだけでなく、深紫外発光素子にも重要である。方法としては、イオン注入および高温アニール条件とともに、オーミック性接触電極構造の最適化を行う。研究計画の変更は予定していない。
冠動脈硬化と冠血管機能におけるプロスタグランジンD合成酵素の意義

血管拡張や血小板凝集抑制などの作用を有するプロスタグランジンD2を合成するリポカリン型プロスタグランジンD合成酵素(L-PGDS)は冠動脈硬化巣において産生される。そこで、冠血管機能におけるPGD2/L-PGDS系の役割と血清L-PGDS濃度の意義について検討した。心臓カテーテル検査を施行した患者を対象に、血清L-PGDS濃度の測定し、冠血管機能の検討を行なった。冠動脈造影検査上、有意狭窄を認めない狭心症患者96名にアセチルコリン負荷試験を行ない、定量的冠動脈造影法とドプラーガイドワイヤーによる冠血流速度の測定から冠血管機能を評価した。血清L-PGDS濃度は非冠攣縮群(63.9±2.5μg/dL)に較べて冠攣縮群(77.1±4.4μg/dL)において有意に高値であった。血清L-PGDS濃度の規定因子は冠攣縮と喫煙の有無であった。喫煙による補正を行なっても、血清L-PGDS濃度は冠攣縮と関連した。血清L-PGDS濃度はアセチルコリン(3,10,30μg)の冠血管収縮作用と有意に相関したが、内皮非依存性血管拡張剤であるニトログリセリンの冠拡張作用とは相関しなかった。血清L-PGDS濃度はアセチルコリンやパパベリンの冠血流増加作用とは相関を認めなかった。従って、L-PGDSは冠動脈攣縮に関連し、血清L-PGDS濃度は冠攣縮性狭心症の活動性を反映する指標として有用である可能性が示唆された。そこで、冠動脈疾患の血管機能におけるPGD2/L-PGDS系の意義と血清L-PGDS濃度測定の有用性について検討した。心臓カテーテル検査施行の患者を対象に、血清L-PGDS濃度の測定し、冠血管機能の検討を行なった。血清L-PGDS濃度は非冠攣縮群(63.9±2.5μg/dL)に較べて冠攣縮群(77.1±4.4μg/dL)において有意に高値であった(p<0.01)。冠攣縮群において血清L-PGDS濃度はアセチルコリン(3,10,30μg)の冠血管収縮作用と有意に相関したが(各p<0.01)、内皮非依存性血管拡張剤であるニトログリセリンの血管作用とは相関しなかった。血清L-PGDS濃度はアセチルコリンやパパベリンの冠血流増加作用とも相関を認めなかった。従って、L-PGDSは太い冠動脈の攣縮に重要な役割を果たし、血清L-PGDS濃度は冠攣縮性狭心症の診断や疾患の活動性の指標として有用である可能性が示唆された。
粒子検出器のための半導体光検出器の低雑音化・大面積化の研究

新型半導体MPPCを多くの高エネルギー実験で使用できるようにすることを目的として、ネックなっている熱雑音ノイズの低減を目指した研究をおこなった。多くの高エネルギー実験は放射線環境下(特にγ線と中性子線)で行われるが、2007年6月に行われた国際研究会にて放射線損傷により熱雑音を増加させてしまうことが報告された。多くの加速器実験で問題となる中性子被爆による熱雑音の増加を定量的に評価することが、実験での使用の可否を判断する上で重要になった。そのため、2007年11月にMPPCに中性子を照射する試験を行って熱雑音の増加を評価した。その結果として、中性子照射量が3×10^<10>[n/cm^2]の場合には熱雑音が約50倍になってしまうことが分かった。同時に、3×10^<10>[n/cm^2]までの中性子照射量では熱雑音以外の基礎特性は大きく変化せずに一光子検出能力をもつことが確認できた。これにより、冷却によって熱雑音を十分に減らすことができれば3×10^<10>[n/cm^2]までの中性子被爆量の高エネルギー実験でMPPCを使用することが可能であるとわかった。実際の高エネルギー実験での使用を想定した冷却方法の検討と試作を行った。多くの場合MPPCはシンチレーション検出器からの光ファイバーを通して検出する。その場合には光ファイバーと接続するコネクターの内部にMPPCが挿入されることとなる。そのため実用性を考慮して、MPPCをコネクターごと冷却する冷却モジュールを設計した。さらにT2Kニュートリノ実験で使われているコネクターに合わせて熱伝導のよい銅を用いた伝熱部品を設計・製作し、それを通じてペルチェ素子によりMPPCから吸熱する冷却モジュールを試作した。
Core Interthreshold Zoneの日内変化と性差に関する研究

男女を対象に,皮膚温を一定にした時の発汗とふるえの発現する体温の差(CIZと呼ぶ)を朝,昼,夕方に測定した。また,表面の温度が変化するプローブを皮膚に付け,温かい或いは冷たいと感じた時の皮膚温の差(温冷覚閾値と呼ぶ)を測定した結果,男女群共に温冷覚閾値差もCIZも日内変動は見られなかった。さらに1日1回の実験を実施した結果,男性では温冷覚閾値差と測定前皮膚温が反比例し,CIZが実験前の体温に比例すること,女性では温冷覚閾値差と測定前皮膚温が比例し,CIZが実験前の体温に反比例することを確かめた。従って,CIZは体温の日内リズムの影響を受けないが,体温とCIZの関係には性差があることを確かめた。CIZの性差と日内変動に関する仮説を検証するため,20歳代前半の男性10名,女性10名を対象に,朝・昼・夕方にCIZを求める実験を行った.但し,最初に温冷感覚閾値を測定した.前腕,上腕,大腿にプローブを密着させ,温度を上昇または下降させ,温度変化を感じる閾値を測定した.続いてCIZを測定した.被験者に短パンのみで入室してもらい,測定用のセンサーを装着後,冷却循環スーツを着衣してもらった.冷却スーツ内を循環する水温は供給側を20°Cにコントロールした.被験者に平均皮膚温が28°C30°Cになるまで20分程度安静にしてもらい,その後,被験者の最大運動負荷の50%負荷(W)でエルゴメータ作業をしてもらった.その間の前額の局所発汗を測定し,発汗が開始するまで運動を継続させた.発汗を確認した時点で運動を中止し,安静にしてもらい,酸素摂取量が亢進するまで体冷却を継続した.実験中の皮膚温,直腸温,発汗量,酸素摂取量を連続測定した.温冷感閾値の日内変動の結果から,男性の場合,温覚の日内変動はほとんどなく,冷覚は朝が低く,昼と夕方で高く,朝と昼で大きくなった.よって,温冷感覚閾値差は朝が高く,昼,夕方につれて小さくなる傾向となった.女性の場合,日内変動は見られなかったが,全体として小さくなる傾向が見られた.冷覚閾値は朝から昼にかけ有意(p<0.05)に高くなった.CIZの日内変動の結果から,男性の場合,実験時での常時直腸温は朝から夕方にかけ低くなった.発汗閾値は朝が他の時間帯よりわずかに低く,昼に最も高く,夕方でわずかに下がった.代謝閾値では朝から夕方にかけて上昇する傾向が見られた.これらの閾値差であるCIZは朝から夕方にかけて小さくなる傾向となった.女性の場合,直腸温は朝から夕方にかけて低くなった.日内変動が小さくなる傾向を示したものの,時刻間の有意差はみられなかった.平成26年に男女2群を対象に被験者実験を行った.男性被験者10名を対象に,一人の被験者に対して,朝,昼,夕方の3回連続して実験を行った.温冷感覚閾値の測定は,前腕内側中央,上腕内側中央,大腿前面中央の皮膚温から徐々に表面温度を一定の変化率で変化させられるプローブを皮膚面に密着させ,温度を上昇または下降させ,温度変化を感じることが出来る閾値を測定した.発汗とふるえが発現する時の体温差(CIZ)の測定は,被験者に冷却循環スーツを着衣してもらい,最大運動負荷の50%負荷(W)でエルゴメータ作業をさせ,前額での発汗が開始するまで運動を継続させた.その後安静にしてもらい,酸素摂取量が亢進するまで体冷却を継続した.その結果,温覚の日内変動はほとんどなく,冷覚は朝が低く,昼と夕方で高く,朝と昼で大きくなったことから,温冷感覚閾値差は朝が高く,昼,夕方につれて小さくなることを確かめた.また,CIZは朝から夕方にかけて小さくなる傾向を確かめた.女性被験者を対象とした実験では女性被験者10名を対象実験を行った.実験内容及び方法は男性被験者を対象とした実験と同様であるので,結果のみを記述する.温冷感覚閾値の日内変動に関しては,有意差は見られなかったが,全体として小さくなる傾向が見られた.冷覚閾値は,朝から昼にかけ有意(p<0.05)に高くなった.また,CIZの日内変動に関しては,実験時の常時直腸温は朝から夕方にかけて低くなった.日内変動が小さくなる傾向を示したものの,標準偏差が大きかったため,時刻条件間の有意差はみられなかった.以上の結果から,CIZには日内変動が認められ,性差も確認された.しかし,体温のリズムがない場合の結果であり,ある場合の結果と比較することで,そのメカニズムの解明が進むと考えている。平成27年度は,男性被験者8名に対して,体温の日内リズムを確保した条件で実験を再現した。現在,データ分析中である。午前中のCIZ(発汗発現時の体温とふるえ発現時の体温の差)は,発汗の閾値が低くなるがふるえの閾値が有意に低くなることが予想され,CIZが大きくなることを予測した。