hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
肺癌神経内分泌分化の調節機構:翻訳語修飾プロテオミクス解析による試み

研究目的:小細胞肺癌や大細胞神経内分泌癌は、神経内分泌分化した肺癌である。私は、神経内分泌分化を促進する転写因子hASH1(human achaete-scute homologue 1)を肺腺癌培養細胞株A549に遺伝子導入した細胞株を樹立した。このhASH1遺伝子導入A549細胞は、対照培養mock A549細胞に比較して接着性から浮遊性へと表現型を大きく変化させた。本研究は、このhASH1遺伝子導入細胞株を用いた核蛋白質の翻訳後修飾プロテオミクス解析及びhASH1結合蛋白質解析を行い、hASH1同様に肺癌細胞の神経内分泌分化に関わる機能蛋白質を明らかし、さらに新規肺癌マーカー(特に小細胞癌)の同定を目的して行われた。研究方法:試料には、hASH1遺伝子導入A549細胞と対照培養mock A549細胞を用意した。はじめに、これらの両細胞株を用いてこのhASH1遺伝子導入細胞株が、神経内分泌分化を示すことを確認するため神経内分泌分化マーカーであるchromograninA,synaptophysin,calcitonin-gene related peptideなどの発現をRT-PCR,Western blotting,免疫細胞化学染色法で確認した。今回、両細胞株の総蛋白抽出物及び核蛋白抽出物を用いてhASH1結合蛋白の同定を試みた。研究成果:総蛋白抽出物及び核蛋白抽出物をポリアクリルアミドゲルにて電気泳動し、銀染色で両細胞株間の蛋白バンドの差をみた。その結果、総蛋白抽出物でhASH1遺伝子導入により発現が亢進した蛋白バンドが3ヶ所、発現が抑制された蛋白バンドが15ヶ所検出された。核蛋白抽出物ではhASH1遺伝子導入により発現が亢進した蛋白バンドが11ヶ所、発現が抑制された蛋白バンドが5ヶ所、リン酸化と推定される電気泳動上の差異(バンドシフト)が1ヶ所検出された。
患者の情報プライバシー上のニーズを電子カルテ画面に反映する方法の開発

本研究の目的は、患者のプライバシー上のニーズに基づく電子カルテ画面の一部非表示化を実現するために、患者のニーズを把握できる具体的な方法を明らかにすることである。H30年度は、患者の情報プライバシー上のニーズを適切に把握する方法を明らかにするために、タブレット上に示された電子カルテの模擬的なテンプレート画面を実際に操作してもらうことによって、患者の情報プライバシーに対する意向を聴取する方法に関する意見を得たいと考え、看護師を対象としたグループインタビュー調査を計画し、実施した。調査対象は、東海・甲信越地方にある10の医療機関に勤務する看護師30名である。インタビューは、インタビューガイドに沿って、基本属性(年齢、経験年数、所属病棟、電子カルテの利用年数など)、および模擬的なテンプレート画面のデザインの評価、タブレッドを用いた患者の情報プライバシーへの意向の聴取方法とそのタイミングなどを聴取した。調査期間は、平成31年13月である。分析手順は、インタビュー内容を逐語録として作成し、インタビュー項目ごとに内容を整理し、内容分析を実施する。分析過程は看護情報学に精通した研究者の指導により、信頼性と妥当性を確保するように努めている。また、先行研究成果の一部を国際看護情報学会NI2018(メキシコ)での演題発表を通じて参加者から有用な意見を得ると共に、諸外国の電子カルテ導入に関わる課題などについて情報収集を行った。さらに、関連研究として、国際医療情報学会Medinfo2019(フランス)での演題登録を行うことができた。情報プライバシーへの意向を患者が直接タブレットへ入力できる調査用の電子カルテの模擬画面(テンプレート画面)の完成が遅れたため、それに伴って患者を対象としたインタビュー調査が実施できなかった。令和元年度は、看護師を対象としたグループインタビューデータの整理、解析を進め、模擬的なテンプレート画面の改善点が明らかになり次第、模擬的なテンプレート画面改良版の作成を行う。次に、模擬的なテンプレート画面改良版を用いて患者を対象としたインタビュー調査を実施する。併せて、国内学会において看護師を対象とした調査に関する成果発表を行う予定である。本研究の目的は、患者のプライバシー上のニーズに基づく電子カルテ画面の一部非表示化を実現するために、患者のニーズを把握できる具体的な方法を開発することである。情報プライバシー上のニーズを患者から聴取するタイミングやその詳細さ、タブレット型PCを使用し回答を得る方法などについて看護師および患者から意見を得ることにより、患者の情報プライバシー上のニーズを的確に把握する方法を明らかにすることを目指している。平成29年度は、先行研究の結果から患者に提示する情報項目を再検討し、情報プライバシーに配慮した電子カルテの模擬画面を基盤に、情報プライバシーへの意向を患者が直接入力できるテンプレート画面を作成することを目標とした。このため、これまでの研究成果および関連文献からの成果を確認、見直し、情報プライバシー項目の絞り込みを行い、調査用の電子カルテ模擬画面を作成委託できるように準備した。同時に、医療情報学会などの学術集会で開催されている企業展示において、電子カルテ開発に携わる企業を中心とした情報収集を行い、電子カルテの模擬画面作成に協力可能な企業の検討を実施した。また、先行研究成果の一部を国際看護師協会ICN2017(スペイン)および医療情報学連合大会において演題発表し、調査研究を進める上での意見を得ることができた。さらに、国際看護情報学会NI2018(メキシコ)に向けて演題登録を進めることができた。情報プライバシーへの意向を患者が直接入力できる電子カルテの模擬画面(テンプレート画面)の作成と、患者が回答した結果を電子カルテの画面表示に連動させるシステムの作成に協力してもらえる企業が見つかっていないため、調査準備を進めることができていない。現在、倫理審査のための準備を進めており、電子カルテの模擬画面の作成に協力してもらえる企業が見つかれば、すみやかに模擬画面作成を依頼し、調査の実現のための調整などを行う予定である。令和元年度は、看護師を対象としたグループインタビューデータの整理、解析を進め、模擬的なテンプレート画面の改善点が明らかになり次第、模擬的なテンプレート画面

改良版の作成を行う。次に、模擬的なテンプレート画面改良版を用いて患者を対象としたインタビュー調査を実施する。併せて、国内学会において看護師を対象とした調査に関する成果発表を行う予定である。電子カルテの模擬画面作成の委託が遅れたため、本年度に計上していた物品費、調査協力への謝金などの予算を平成30年度に使用する。また、平成30年6月に開催される国際看護情報学会での情報収集、看護情報学専門家との意見交換によって今後の調査研究のための貴重な示唆が得られると考え、次年度使用額の一部を旅費に充てる。(1)模擬的なテンプレート画面の作成を専門業者に委託したが、想定していた経費よりも低かったこと、(2)模擬的なテンプレート画面を用いた調査研究の準備に遅れが生じたため、模擬的なテンプレート画面改良版の検討および患者を対象としたインタビュー調査が実施できなかったことにより、次年度使用額が生じた。患者対象のインタビュー調査が開始できなかったため、本年度に計上していた物品費、国内旅費、調査協力への謝礼などの費用を最終年度に使用する。また、令和元年8月に開催されるMedinfo2019での情報収集、医療情報学専門家との意見交換によって今後の研究推進のための貴重な知見が得られると考え、学会参加費および旅費に充てる。
微量mRNA定量法を用いたヒト甲状腺癌細胞のサイログロブリン遺伝子の発現解析

当初HPLCを用いて競合的RT-PCRにより細胞内Thyroglobulin mRNAの定量を試みた.しかしこの方法は労力,コストがかかり,また再現性が悪いことが判明したため,PCR産物を制限酵素で切断後ゲル電気泳動を行い,Sybr Green Iで染色して蛍光イメージアナライザーで蛍光量を定量する系に切り替えた.まずこの新しい系での測定感度を甲状腺培養細胞FRTL-5を用いて確認した.ヒト甲状腺より抽出したtotal RNAを用いた競合的RT-PCR法ではThyroglobulin mRNAの量が1.5倍程度異なっていれば明らかに検出できることが確認できた.またTSH刺激後のFRTL-5内のThyroglobulin mRNAの上昇も確認できた.この方法は微量細胞内のmRNAの簡便な定量に有用であると考えられた(投稿準備中).正常ヒト甲状腺組織,甲状腺癌組織から初代培養を作成し,Dishに付着させた後,無血清培養液で24時間培養し,TSH,IGE-I,EGF等各種リガンドを添加してThyroglobulin mRNAの増減が確認できるか検討した.しかしFRTL-5を用いたときと異なり,データのばらつきが大きく,明らかな増減は確認不可能であった.この原因としては,1)甲状腺初代培養は技術的に困難を伴うことが多く,組織処理の過程でのダメ-ジや培養液の組成が大きな影響を与えた可能性.2)甲状腺細胞,癌細部自体がThyroglobulin mRNAを1.5倍以上にに増減させる程各種リガンドに反応しなかったこと等が考えられた当初HPLCを用いて競合的RT-PCRにより細胞内Thyroglobulin mRNAの定量を試みた.しかしこの方法は労力,コストがかかり,また再現性が悪いことが判明したため,PCR産物を制限酵素で切断後ゲル電気泳動を行い,Sybr Green Iで染色して蛍光イメージアナライザーで蛍光量を定量する系に切り替えた.まずこの新しい系での測定感度を甲状腺培養細胞FRTL-5を用いて確認した.ヒト甲状腺より抽出したtotal RNAを用いた競合的RT-PCR法ではThyroglobulin mRNAの量が1.5倍程度異なっていれば明らかに検出できることが確認できた.またTSH刺激後のFRTL-5内のThyroglobulin mRNAの上昇も確認できた.この方法は微量細胞内のmRNAの簡便な定量に有用であると考えられた(投稿準備中).正常ヒト甲状腺組織,甲状腺癌組織から初代培養を作成し,Dishに付着させた後,無血清培養液で24時間培養し,TSH,IGE-I,EGF等各種リガンドを添加してThyroglobulin mRNAの増減が確認できるか検討した.しかしFRTL-5を用いたときと異なり,データのばらつきが大きく,明らかな増減は確認不可能であった.この原因としては,1)甲状腺初代培養は技術的に困難を伴うことが多く,組織処理の過程でのダメ-ジや培養液の組成が大きな影響を与えた可能性.2)甲状腺細胞,癌細部自体がThyroglobulin mRNAを1.5倍以上にに増減させる程各種リガンドに反応しなかったこと等が考えられた
Laminin染色で検討した直腸癌神経浸潤の意義

我々は以前よりlaminin染色を用いて大腸癌の浸潤・転移に関する検討を行ってきた。基底膜構成成分であるLamininは神経周膜および神経線維束を明瞭に染色できることから、直腸癌神経浸潤の判定に有用ではないかと考えた。そこで直腸癌切除標本についてlaminin染色とS-100染色、鍍銀染色、HE染色それぞれ比較検討した。神経浸潤陽性率はlaminin染色、S-100染色、鍍銀染色、HE染色においてそれぞれ47.8%、58.3%、19.4%、25.0%となった。S-100染色では神経線維束は明瞭に染色されるが神経周膜は染色されないため、小さな神経周囲の癌細胞を神経浸潤と判定し、神経浸潤が最も高率になったものと考えられる。鍍銀染色では神経周膜の染色性は良好であるが、問質の結合織の細網線維も染色され、神経周膜との区別が困難な場合があり、神経浸潤が最も低率になったものと考えられる。HE染色では小さな神経の同定が困難な場合があった。Laminin染色では神経周膜および神経線維束が明瞭に染色されることから、小さな神経組織の同定も容易であった。以上のことから、直腸癌神経浸潤の判定には、検討した染色法の中でlaminin染色が最も有用であった。さらに、laminin染色により神経浸潤形式は神経線維束型(10.7%)、神経周囲間隙型(52.0%)、これら両者のみられる混在型(37.3%)の3つに分類でき、神経周囲間隙型が神経浸潤形式として重要であると考えられた。他の病理学的諸因子との関係をみると、神経浸潤は壁深達度、静脈侵襲およびリンパ節転移と有意な相関を認めた。さらに全体の局所再発率は16.6%、神経浸潤陽性例では26.7%あり、神経浸潤陰性例では7.3%で、神経浸潤と局所再発との間に有意な相関が認められた。累積7年生存率は神経浸潤陽性39%、陰性77%であり、両者に有意差が認められた。神経浸潤は直腸癌の局所再発および予後因子であり、このことは治療方針をたてる上でも重要であると考えられた。直腸癌の神経浸潤の機序解明のため、さらなる検討を加えていきたい。直腸癌の神経浸潤の予後に及ぼす影響の評価は十分にされていない.その理由は組織染色法,神経浸潤の判定,神経浸潤形式の分類などに差があるためで神経浸潤研究の障害となっている.そこで基底膜構成成分であるlamininの免疫染色により神経浸潤の検討を行った.神経浸潤をlaminin染色で検討することの意義,さらに神経浸潤形式の分類と局所再発との関連性,予後に及ぼす影響について検討した.直腸進行癌157例を対象とした.標本はホルマリン固定パラフィン包埋後,腫瘍の最深部腸管軸方向で厚さ6μmの連続切片を4枚作製した.

この4枚の連続切片にHE染色,鍍銀染色,S-100蛋白染色およびlaminin染色を行い,それぞれの染色性を比較した.さらにlaminin染色による神経浸潤と局所再発,予後について検討した.Laminin染色は神経線維束や神経周膜が明瞭に染色でき,従来の染色法では観察が不可能であった微小な神経浸潤が判定できた.さらにlaminin染色によると神経線維束,神経周膜の両者が明瞭に染色されることから神経浸潤の浸潤形式の検討も可能であり,他の染色法に比べlaminin染色が神経浸潤の判定に最も適切であると考えられた.神経浸潤陽性率は47.8%であり,神経浸潤の浸潤形式の検討では,神経周囲間隙型と混在型が大部分(89.3%)であった.さらに神経浸潤は癌の壁深達度,静脈侵襲およびリンパ節転移と強い関係を認めた.局所再発は16.6%に認められ,神経浸潤陽性では26.7%であり,陰性では7.3%で神経浸潤は局所再発と密接な関係が認められた.7年生存は神経浸潤陽性39%,陰性77%であり有意差を認めた.さらに神経浸潤の有無をDukes分類別に検討した結果,神経浸潤は予後からみるとリンパ節転移と同程度に重みのある重要な予後因子であると考えられた.Laminin染色は,従来の染色法と比較して神経線維束および神経周膜が明瞭に染色され,神経組織の同定と神経線維束近傍に存在する癌細胞の神経浸潤の検討に最も有用であることが示された.さらに直腸癌の神経浸潤は局所再発やリンパ節転移に密接に関与し,予後を左右する重要な因子であるばかりでなく,結果として自律神経温存手術の成績を左右する重要な因子である可能性が高いことが明らかになった.本研究は直腸癌における神経浸潤の意義をlaminin染色により明らかにすることができ,術前術後の補助療法や自律神経温存手術の適応を決定するうえで意義があると考えられた.我々は以前よりlamininの組織化学を用いて様々な検討を行ってきた。Lamininは神経周膜および神経線維束を明瞭に染色出来ることから、直腸癌神経浸潤の検討に有用ではないかと考えた。そこでlaminin染色とS-100染色、鍍銀染色、HE染色の比較を連続切片で行ったところ神経浸潤陽性率はそれぞれ47.8%、58.3%、19.4%、25.0%となった。HE染色は染色が容易であるが小さい神経組織の同定が困難なことがある。鍍銀染色は神経周膜の染色性は良好であるが間質の結合織の細網線維が染色され神経周膜との区別のつきにくいことがある。S-100染色は神経線維束は明瞭に染色されるが神経周膜は染色されないため神経線維周囲への癌浸潤の判定が困難なことがある。Laminin染色は神経周膜と神経線維束が明瞭に染色され、小さな神経組織の同定が容易であり、神経浸潤の判定に最も有用であると考えられた。Laminin染色を用いると神経浸潤形式は神経線維束型(10.7%)、神経周囲間隙型(52.0%)および両者の混在型(37.3%)の3つに分類でき、神経周囲間隙型が神経浸潤形式として重要であると考えられた。今後さらに検討を続け、他の免疫組織染色と組み合わせ、直腸癌神経浸潤のメカニズムや局所再発との関係を解明したい。我々は以前より1aminin染色を用いて大腸癌の浸潤・転移に関する検討を行ってきた。基底膜構成成分であるLamininは神経周膜および神経線維束を明瞭に染色できることから、直腸癌神経浸潤の判定に有用ではないかと考えた。そこで直腸癌切除標本についてlaminin染色とS-100染色、鍍銀染色、HE染色それぞれ比較検討した。神経浸潤陽性率はlaminin染色、S-100染色、鍍銀染色、HE染色においてそれぞれ47.8%、58.3%、19.4%、25.0%となった。S-100染色では神経線維束は明瞭に染色されるが神経周膜は染色されないため、小さな神経周囲の癌細胞を神経浸潤と判定し、神経浸潤が最も高率になったものと考えられる。
海馬における時間情報をコードするニューロン集団の形成

1.入力信号の時間的順序関係をコードする海馬CA1ニューロン集団の形成本研究では、海馬CA3-CA1神経回路網モデルを構築し、CA3層に入力される信号の時間的順序関係を学習したニューロンがCA1層に形成されることを明らかにした。CA3とCA1層それぞれの4つの局所領域にθバースト信号を20msずつずらして入力した。その結果、スパイクタイミングに依存して可塑的に変化する反回性興奮シナプスを持つCA3層では、それぞれの入力部位からニューロン活動の放射状伝搬が生じ、次に、CA3層とCA1層をつなぐシャファー側枝シナプスの一部が強化された。これらの強化されたシナプスで結合されたCA1ニューロンは、学習した時と同じ順序で信号をCA3層に入力したとき、最もよく応じるようになった。これは、CA1ニューロンが、信号の時間的順序関係をコードしたことを示している。2.歯状回神経回路モデルのバンドパスフィルタ特性これまでの研究で、歯状回基本神経回路を用い、θ周波数領域の信号を通すバンドパスフィルタ特性を再現した。本研究では、歯状回神経回路モデルの規模を大きくし、バンドパスフィルタ特性が顆粒細胞への入力信号の同期の程度やランダム入力の強さに依存することを明らかにした。入力信号が同期するほどバンドパスフィルタ特性は顕著になるが、同期が崩れるとバンドパスフィルタ特性は失われ、θバースト信号も通りにくくなる。すなわち、歯状回は、単にθ周波数領域の信号を通すのではなく、同期した信号であることも要求することが明らかになった。
多数のチオストレプトン系大環状ペプチド抗生物質の初めての全合成と構造-活性相関

最近、種々の菌類の二次代謝産物の中から大環状チオストレプトン系抗生物質やその類縁体が次々と発見され、単離・構造決定されている。それらはいずれも種々複素環や異常アミノ酸から構成され、それらの生成が生合成過程で蛋白質が環化し、高度に酸化され代謝されたものと考えられる。また、そのほとんどが興味ある生理活性を示すごとが知られている。我々はこの一連の抗生物質群の全合成および構造活性相関に興味をもち全合成を行い、この種の天然物としては初めて先導的にミクロコッシンPおよびP1の全合成やGE2270Aの形式全合成に成功した。この2年間で上記の知見をもとに生合成過程を化学的に検証する意味からもペプチドの酸化体,であるデヒドロペプチドからチアゾールアミノ酸やオキサゾールアミノ酸の重要な合成法を確立した。それらの合成方法を基に、未だ合成例のないThiocillineIの全合成に初めて成功した。さらにsulfomycin類の異常アミノ酸由来の重要フラグメントを合成し、それらのフラグメント縮合も行った。また、シクロチアゾマイシンについては最も合成が困難と考えられたα-S架橋を含むFragment Eおよびオキサゾリンーチアゾリン変換法を利用してFragment Dを合成し、Fragment A-E-Dの縮合にも成功した。次にSulfomycin類やペルニナマイシン類に含まれる2位にオキサゾールが置換した三置換ピリジン骨格の新規合成法を開発した。一方、最近、単離構造決定され抗癌剤として期待されているピストラタミド類も我々が新たに開発した方法で容易に全合成ができた。これらの知見は一連のチオストレプトン系抗生物質やその類縁体の全合成に役立つと確信している。それらはいずれも複素環や異常アミノ酸から構成された特異な構造をしている。また、そのほとんどが興味ある生理活性を示すことが知られている。我々はこの一連の抗生物質群の全合成および構造活性相関に興味をもち全合成を行い、この種の天然物としては先導的に初めてミクロコッシンPおよびP_1の全合成やGE2270Aの形式全合成に成功した。この1年間で上記の知見をもとにデヒドロペプチドからチアゾールアミノ酸やオキサゾールアミノ酸の重要な合成法を確立した。それらの合成方法を基に、未だ合成例のないThiocillineに含まれるヒドロキシバリン由来のチアゾールアミノ酸を合成し、他のフラグメントとの縮合も行った。さらにSulfomycin類の異常アミノ酸由来の重要フラグメントの合成にも初めて成功した。また、シクロチアゾマイシンについては最も合成が困難と考えられたα-S架橋の合成も行った。さらに、それぞれのFragmentA、B、Cの縮合およびオキサゾリン-チアゾリン変換法を利用してFragmentADの合成にも成功した。次にSulfomycin類やベルニナマイシン類に含まれる2位にオキサゾールが置換した三置換ピリジン骨格の新規合成法を開発した。また、最近、単離構造決定され新たな抗癌剤として期待されているテロメスタチンも我々が開発した方法で連続オキサゾールを容易に合成し、全合成も間近である。

我々はこの一連の抗生物質群の全合成および構造活性相関に興味をもち全合成を行い、この種の天然物としては先導的に初めてミクロコッシンPおよびP_1の全合成やGE2270Aの形式全合成に成功した。この1年間で上記の知見をもとにデヒドロペプチドからチアゾールアミノ酸やオキサゾールアミノ酸の重要な合成法を確立した。それらの合成方法を基に、未だ合成例のないThiocillineIの全合成に初めて成功した。さらにSulfomycin類の異常アミノ酸由来の重要フラグメントを合成しそれらのフラグメント縮合も行った。また、シクロチアゾマイシンについては最も合成が困難と考えられたα-S架橋を含むFragmentEおよびオキサゾリン-チアゾリン変換法を利用してFragmentDを合成し、FragmentA-E-Dの縮合にも成功した。次にSulfomycin類やベルニナマイシン類に含まれる2位にオキサゾールが置換した三置換ピリジン骨格の新規合成法を開発した。一方、最近、単離構造決定され抗癌剤として期待されているビストラタミド類も我々が新たに開発した方法で容易に全合成ができた。これらの知見は一連のチオストレプトン系抗生物質やその類縁体の全合成に役立つと確信している。
大腸菌のストレス応答におけるシグマE因子の機能とその食品殺菌における意義

本研究では、大腸菌をモデル微生物として食品の低温加熱殺菌(パスツリゼーション)処理後の生存や殺菌処理耐性に強く関わるとみられる細胞のストレス応答システムについて、その細胞表層の損傷の再生・修復のために作動するRpoE(σ^E)制御系の機能を解析して細胞の熱耐性、熱抵抗性への寄与を明らかにするとともに、微生物の熱耐性の変動要因を解明することを目的としている。まず、シグマE因子活性をβガラクトシダーゼ活性によって測定できるよう、rpoE遺伝子からプロモーターとrbs遺伝子を除去し、lacZと融合したRpoE::lacZ融合プラスミドを構築した。さらに、大腸菌のrpoE欠損株におけるシグマE因子発現活性を追跡するため、pdegP-lacZオペロン融合をレポーター遺伝子として構築した。これらのプラスミドで大腸菌MC4100rpoE::frt Km^r株を形質転換し、その後の実験に用いた。シグマE因子発現促進の効果は、一般に病原菌を制御するために利用される抗菌性薬剤に対する感受性化の程度を決定することによって調べた。その結果、シグマE因子高発現によって陽イオン性界面活性剤よりも陰イオン性界面活性剤の方に効果がみられ、SDS(ドデシル硫酸ナトリウム)に対するMIC(最小発育阻止濃度)は対象のそれと比較して400倍高かった。rpoE欠失は陰イオン界面活性剤に対する抵抗性が低下した。これらの差は、rpoEに依存する何らかの遺伝子が抗菌剤に対する細胞の完全防御機能に必要であることを示唆するものである。RpoEに対する必要性の特徴のために、rpoE遺伝子欠失株は生育にその何らかの抑圧が必要と推察され、rpoE制御下のいくつかの必須遺伝子が知られているが、抑圧変異はまだ見出せていない。rpoE遺伝子のホモログは、グラム陰性細菌のほとんどの種で熱ショック応答だけでなく、様々なストレス下での遺伝子発現制御に関与することが知られており、衛生面における殺菌工程などの微生物制御においても重要であると考えられる。そこで我々は、細胞の活性に主要な役割を担うRpoEタンパク質の機能領域を明らかにするため、部位特異的変異法を用いた機能解析を試みた。大腸菌のプロモーターとリボソーム結合領域を除いたrpoE遺伝子の600bpの断片を、特異的プライマー(上流プライマー5'-GATGAGCGAGAATTCAACGGACCA-3',下流プライマー5'-CCCTTATCCAGGATCCCGCTAT-3')を用いたPCRにて増幅し、EcoRI-BamHI処理後、高コピー数プラスミドpUC18と低コピー数プラスミドpMW118にそれぞれ連結した。これらのプラスミドは後の実験の部位特異的変異のための鋳型として用いる予定である。さらにモデル生物である大腸菌においてrpoE遺伝子制御下の転写活性を測定するため、rpoEレギュロンの一つであるペリプラズム局在プロテアーゼ遺伝子degPのプロモーター領域を取得するため、大腸菌染色体を鋳型とし、次のプライマー(上流プライマー5'-GATGGCCGAGATCTGATGGCCG-3',下流プライマー5'-CAGTCTCGATTTCTAGATAACGCAAAA-3')を用いたPCRにより150bpの領域を増幅し、pET-21aプラスミドのBg/II-XbaIサイトに連結後、さらにその下流にlacZ遺伝子を連結した。このプラスミドをレポーターとして用いる予定である。
数学の哲学の新たな展開

現代の数学の哲学には(1)数学の算術および集合論への還元,(2)一階論理上での集合論の公理化,(3)一階論理による証明概念の形式化,(4)チューリング機械による計算可能性の特徴付けという[四つの原理]がある.本研究はこの[四つの原理]と現代の[標準的数学観]の関係,[四つの原理]とそれらの相互の関係をに検討することで,数学の哲学の新たな展開と,計算・推論・情報の概念の哲学的解明を目指すものである.2018年度中には以下の活動を行った.(1) 2018年9月3日から9月6日まで神戸大学六甲台第二キャンパス内工学研究科において「数学基礎論サマースクール(テーマ:証明論,特に算術の無矛盾性証明)」を開催した.(2) 2018年9月18日から20日まで神戸大学瀧川記念会館において「Symposium on Advances in Mathematical Logic 2018(竹内外史追悼シンポジウム)」を会した.(3)日本科学哲学会2018年度大会においてワークショップ「計算の哲学:推論および物理的現象との関係の再考に向けて」を開催した.(4)共立数学文献を読む会において講演「幾何学の基礎に関するフレーゲ・ヒルベルト論争について」を菊池誠が行なった.これらの活動の結果として,以下の成果を得た.(1)竹内の証明論と集合論の哲学の特徴について分析を行い20世紀の数学基礎論についての議論の枠組みの詳細を定めた.(2)フレーゲ以前の論理学,フレーゲ,ヒルベルトの量化と含意についての考え方の共通点と相違点の分析の重要性を明らかにした..(4)量子論理の基本的な性質についての議論を進めた.(5)不完全性定理と有限の立場についての分析を行なった.本研究は数学および哲学の両面から数学の哲学の[四つの原理]と現代の[標準的数学観]を再検討し,さらに,[四つの原理]の分析と改訂を目指すものである.前者は中長期的な研究で,単年度で成果を求めるものではなく,本研究の研究期間全体を通して成果を挙げることを目指すものである.後者はより短期的な研究である.2018年度中は,前者については特に,Buss,Sieg, Girard,八杉満利子,難波完爾,小澤正直を招待講演者として国際シンポジウムを開催した.そのProceedingsは2019年度中に出版の予定である.ただし,2018年度中に開催の予定であった数学の哲学ウィンタースクールは内容を検討することに時間がかかり開催時期を2019年夏に延期している.後者については「数学基礎論サマースクール」を開催して算術の無矛盾性証明を現代的な視点から分析したが,2018年度中に出版の予定であった算術の無矛盾性証明についての共著の研究書は執筆が遅れている.また,フレーゲとヒルベルトの論争の概要を明らかにし,さらに量子論理の基本的な性質についての議論を進めたが,いずれも研究成果としてまとめるまでには至っていない.以上のことから全体としてはやや遅れていると判断される.2019年度中には「数学の哲学セミナー」を複数回実施し,計算の哲学に関するワークショップを開催する予定である.また,2019年8月に「数学の哲学サマースクール」を, 2019年9月には集合論,特に選択公理と連続体仮説について「数学基礎論サマースクール」を開催の予定である.これらの活動を通して,数学の哲学の[四つの原理]と現代の[標準的数学観]の再検討については前年度の研究成果に基づき詳細の検討を継続する.[四つの原理]の分析と改訂については特にゲーデルとクライゼルの哲学,量子論理,型理論,圏論,証明論,集合論,算術および実数論の研究を重点的に進める.現代の数学の哲学には(1)数学の算術および集合論への還元,(2)一階論理上での集合論の公理化,(3)一階論理による証明概念の形式化,(4)チューリング機械による計算可能性の特徴付けという[四つの原理]がある.本研究はこの[四つの原理]と現代の[標準的数学観]の関係,[四つの原理]とそれらの相互の関係をに検討することで,数学の哲学の新たな展開と,計算・推論・情報の概念の哲学的解明を目指すものである.平成29年度中には以下の活動を行った.(1)平成29年6月5日に京都産業大学むすびわざ館において,平成29年12月5日に首都大学東京秋葉原サテライトキャンパスにおいて「数学の哲学セミナー」を開催した.(2)日本科学哲学会2017年度大会においてワークショップを開催した.(3)平成30年1月7日および8日に京都産業大学サギタリウス館において「数学の哲学ウィンタースクール」を開催した.これらの活動の結果として,以下の成果を得た.(1)竹内の証明論を中心に20世紀の数学の哲学を振り返るための議論の枠組みを構築し,今後3年間の研究活動の目標を明確なものとした.(2)現代の論理学に対するカントやデカルトの哲学の影響について議論し,現代の論理学の理解における古典から中世の論理学の分析の重要性を明らかにして,今後3年間の研究活動の目標を定めた.(3)ダメットの哲学と無際限に拡張可能な数学観の基礎ならびに複数論理について議論した.(4)様相論理や直観論理,量子論理の基本的な性質を明らかにして,それらについていくつかの予想を得た.(5)ユニヴァレントな数学の基礎について型理論とそれを内部言語に持つ弱高次元圏整備について研究した.(6)証明論の図的・グラフィク表示の仕方の違いが判断や意思決定に及ぼす影響を調べた.

本研究は数学および哲学の両面から数学の哲学の[四つの原理]と現代の[標準的数学観]を再検討し,さらに,[四つの原理]の分析と改訂を目指すものである.前者は中長期的な研究で,単年度で成果を求めるものではなく,本研究の研究期間全体を通して成果を挙げることを目指すものである.後者はより短期的な研究である.平成29年度中は,前者については,Buss,Sieg,Krajicek,新井敏康という数学の哲学および数理論理学を代表する研究者と共同で竹内の証明論について議論するための枠組みを構築し,さらに古典および中世の論理学の再検討,ライプニッツ,デカルト,カントの哲学が現代の哲学に与えた影響の分析,フレーゲ,フッサール,ウィトゲンシュタイン,クワイン,ダメットの哲学の再検討,集合論,圏論,計算論の関係を軸とした現代の数学の分析を行うための枠組みを構築した.また,後者については,特に様相論理,直観論理,量子論理や,型理論と圏論,図的推論の研究などにおいて一定の研究成果を挙げることができた.これらはいずれも当初の目標を達成するものであり,当初予期していないことは起きていない.従って,全体としては概ね順調に進展していると判断される.現代の数学の哲学には(1)数学の算術および集合論への還元,(2)一階論理上での集合論の公理化,(3)一階論理による証明概念の形式化,(4)チューリング機械による計算可能性の特徴付けという[四つの原理]がある.本研究はこの[四つの原理]と現代の[標準的数学観]の関係,[四つの原理]とそれらの相互の関係をに検討することで,数学の哲学の新たな展開と,計算・推論・情報の概念の哲学的解明を目指すものである.2018年度中には以下の活動を行った.(1) 2018年9月3日から9月6日まで神戸大学六甲台第二キャンパス内工学研究科において「数学基礎論サマースクール(テーマ:証明論,特に算術の無矛盾性証明)」を開催した.(2) 2018年9月18日から20日まで神戸大学瀧川記念会館において「Symposium on Advances in Mathematical Logic 2018(竹内外史追悼シンポジウム)」を会した.(3)日本科学哲学会2018年度大会においてワークショップ「計算の哲学:推論および物理的現象との関係の再考に向けて」を開催した.(4)共立数学文献を読む会において講演「幾何学の基礎に関するフレーゲ・ヒルベルト論争について」を菊池誠が行なった.これらの活動の結果として,以下の成果を得た.(1)竹内の証明論と集合論の哲学の特徴について分析を行い20世紀の数学基礎論についての議論の枠組みの詳細を定めた.(2)フレーゲ以前の論理学,フレーゲ,ヒルベルトの量化と含意についての考え方の共通点と相違点の分析の重要性を明らかにした..(4)量子論理の基本的な性質についての議論を進めた.(5)不完全性定理と有限の立場についての分析を行なった.本研究は数学および哲学の両面から数学の哲学の[四つの原理]と現代の[標準的数学観]を再検討し,さらに,[四つの原理]の分析と改訂を目指すものである.前者は中長期的な研究で,単年度で成果を求めるものではなく,本研究の研究期間全体を通して成果を挙げることを目指すものである.後者はより短期的な研究である.
メタン酸化酵素遺伝子を有する未培養微生物の網羅的系統分類とrRNAアプローチ

原核微生物の生理学的機能と分子系統分類は基本的かつ重要な情報であるにも関わらず,分離培養やゲノム解析などを介さないと、その両者を関連付けて把握することはできない。中でもメタン酸化細菌はメタン酸化酵素遺伝子(pmoA遺伝子)を持っている種が多く報告されているものの、その系統が明らかでない種が多く存在する。申請者はこれまでの研究で、生理学的機能と分子系統分類を簡単かつ網羅的に解析するために、機能遺伝子と系統(16S rRNA遺伝子)を結びつけるアイディアの創成を行ってきた。そこで本研究では、本技術を未培養のメタン酸化細菌に適用し、その系統および生態を明らかにすることを目的とした。今年度は、これまでの研究の不十分なところの検証を行い、行き続き技術開発に取り組むために下記の実験を実施した。1)微生物をシングルセルで解析するためにエマルジョン作成の検討を実施した。いくつかの参考文献を元にエマルジョンを作成したが、昇温すると形成したエマルジョンが崩壊してしまった。そこで、関連する他の試薬をいくつか試したところ、複数の試薬において安定したエマルジョンの形成が確認できた。2)次にメタン酸化細菌から抽出したDNAをエマルジョンに包埋し16S rRNA遺伝子とメタン酸化酵素遺伝子のPCRを実施した。その結果、双方の遺伝子断片を電気泳動から確認できた。一方で、PCR産物量が少ないことから、PCRの阻害やエマルジョンからのPCR産物の回収ロスなどが若干課題として残った。一定の研究成果はあったものの、安定したエマルジョン形成の条件を見出すのに時間を有した。また、エマルジョン内でのPCRにも若干の課題を残しているため。次年度早々に今年度予定していたエマルジョン内で遺伝子結合PCRを実施する。学生を配置するなどして加速して研究を進め、当初の研究計画通りに進める。今年度は、様々な技術的課題が存在することが判明し、それらの課題を回避するための新たなアイデアの検討や技術開発を実施する必要があった。そのため、当初の計画通りに予算執行が進めることができなかった。次年度は加速して研究を進め、今年度実施できなかったシークエンシングに関する試薬等に充てる予定である。
国語史資料としての密教関係伝授聞書類の発掘と資料的性格についての研究

国語史資料として利用し得る新たな密教関係伝授聞書類を発掘すべく関西を中心とする古社寺、各所蔵機関の実地調査を行い、書誌調書の作成、写真撮影、本文転写を行って、資料の成立背景についての基礎的な分析を行い、国語史資料としての性格を考察した。主な調査機関は、東大寺図書館、仁和寺、神奈川県立金沢文庫、随心院、高山寺である。密教関係伝授聞書類は、密教の師資相承の中で成立するものなので、この観点から成立背景を確認することは不可欠の作業となる。特に、高山寺、仁和寺については、これまで相当に研究が進められてきており、その成果を参照しつつ個々の調査資料をその中に位置付けていくことを並行させつつ考察を進めた。この為には同一の教学環境で成立する関連諸資料との関係を確認することが必要であって、「金剛界念誦次第」「胎蔵界念誦次第」等の「次第」類や、諸尊法の類の加点本も併せて調査した。この過程でいくつかの重要資料を発掘することができたが、中でも仁和寺蔵「金剛界注」鎌倉時代初期写本は金剛界念誦次第の注釈書であって、仁和寺中興の祖である守覚法親王の自筆になるものであり、特に注目される。注釈には片仮名交り文も使用され、非常に詳細な墨点(仮名、ヲコト点(円堂点)、返点、声点、合符)が加えられている。一般に密教事相関係書で字句の訓詁注釈を行うものは極めて稀であるが、本資料によって従来確認の困難であった事相上の術語の鎌倉時代初期における確実な訓法が初めて確認される場合も多く、又、片仮名交り文の中には「ドコ」「デ(格助詞)」等、平安時代には一般に稀な新語の使用も認められる。本資料については、『訓点語と訓点資料』第99輯(平成8年3月発行)に全文の影印、翻字及び解題を掲載した。
燃料電池カソード極の高性能化のための逆ミセル法による合金系触媒担持カーボンの合成

逆ミセルが形成するナノサイズの水相を反応場として、鉄(Fe)およびCuを用いてPt-Fe系およびPt-Cu系合金担持カーボンの調製を行い、電気化学的酸素還元活性を評価するとともに、膜電極接合体(MEA)を作製し燃料電池の特性を調べた。どちらの系でも酸素還元活性を向上でき、Pt量の低減が可能であることが示唆された。得られた試料をカソード材料に用いてMEAを作製し発電特性を調べたところ比較的高い値を示し、Pt量の低減に有効な触媒系が構築できることがわかった。固体高分子型燃料電池(PEFC)は、アノード極の水素の酸化反応およびカソード(空気極)で起こる酸素の4電子還元反応を利用している。このうち、酸素の4電子還元反応に対する活性化過電圧が大きいため、燃料電池の発電特性が大きく低下する。すなわち、民生用として広く燃料電池が普及するには、カソードに用いられる白金量を大幅に低減できる高性能な触媒の開発が必要である。ただし、強酸性条件下で高い酸素還元活性を維持できる元素は白金以外には見出されていない。本研究では、逆ミセル法を用いて、Pt-Fe系およびPt-Cu系触媒担持カーボンを合成し、その構造や酸素還元活性を明らかにすることともに、MEAを作製して燃料電池の発電特性を評価する。本年度は、逆ミセル法による、Pt-Fe系およびPt-Cu系触媒担持カーボンの合成条件を確立した。すなわち、有機相としてはデカンとシクロヘキサンが適していること、界面活性剤としては最も一般的なAOTが利用できることを明らかにした。さらに、調製温度や最適Rw値を決定した。XRD測定の結果、逆ミセル法で調製した試料はいずれも合金化しており、比較的高分散に担持されていることがわかった。一般的な電気化学特性評価および回転ディスク電極による酸素還元活性について評価を行ったところ、市販の電極触媒よりも高い酸素還元活性を示すことがわかった。そこで、パルススプレー式触媒塗布装置を用いて膜電極接合体(MEA)を作製し、燃料電池特性を評価したところ、白金触媒量を大幅に低減しても比較的高い出力特性が得られることがわかった。ただし、Fe系およびCu系触媒いずれの場合にも、強酸性条件下で触媒が安定作動するかを評価する必要がある。本年度は、逆ミセルが形成するナノサイズの水相を反応場として、主にPt-Cu合金担持カーボン(Pt-Cu/C)の調製を行い、電気化学的酸素還元活性を評価した。逆ミセル形成用の界面活性剤としてアニオン性のジ-2-エチルヘキシルスルホコハク酸ナトリウム(AOT)が利用できることを明らかにした昨年度の結果をもとに、油相としてデカンを用いAOTが形成する逆ミセルを反応場としてPt-Cu/C試料を調製した。得られたPt-Cu/C試料は室温合成にもかかわらず合金化することが示唆され、さらに、+0.75V (vs.Ag/AgCl)における電流密度が市販の電極触媒に比較して高い値を示し、より高い酸素還元活性を示すことがわかった。ただし、Pt-Cu担持カーボンは酸素還元反応に対する初期活性は高いものの、CV測定を繰り返し行うと酸素還元活性が低下する傾向を示した。また、Pt-Cu/Cを用いて膜電極接合体(MEA)を作製した場合、開回路電圧は高いものの電圧が急激に低下する現象がみられ、合金中に含まれるCuが電解質膜中に溶出した可能性が高いことが示唆された。そこで、Pt-Cu/Cの安定性の向上を目的としてイリジウム(Ir)を加えた三元系触媒、またはその三元系触媒から硫酸処理によりCuを溶出させた触媒を調製し特性を評価した。そ1の結果、Pt-Cu-Ir/Cは市販試料と比較して高い活性を示し、Cuを溶出させることでより酸素還元電流値が高くなることを見出した。また、Pt-Cu-Ir/Cをカソードに用いてMEAを作製したところ、市販試料よりは劣るものの、逆ミセル法で調製したPt-Cu/Cをカソードに用いて作製したMEAと比較して高い発電特性が得られた。従って、Pt-Cu/CにIrを加えることで、安定性を向上でき、高活性なカソード用電極触媒として利用できると考えられる。逆ミセルが形成するナノサイズの水相を反応場として種々の比率(Pt:Cu)でPt-Cu/Cを調製した結果、いずれの系でも合金化していることが示唆された。Pt-Cu/C(Pt:Cu=9:1,8:2)の酸素還元活性は市販試料と比較して初期特性は高いものの、測定を繰り返すと酸素還元活性が低下することが分かった。また、硫酸でCuを溶出させた試料は、硫酸処理前のPt-Cu/Cより酸素還元活性が低下した。また、硫酸処理前のPt-Cu/Cを用いたMEAは、高い開回路電圧が得られたが、電流値を上昇させると急激に電圧が低下する結果となった。

これはCuが酸性雰囲気下において2価のイオンとして溶出したためと考えられ、前年度の検討で得られたCV測定の繰り返しによる酸素還元活性の低下と合致する結果を示した。一方、Irを加えたPt-Cu-Ir/Cでは、硫酸処理後の試料は硫酸処理前の試料と比較して、有効白金表面積が増加する傾向が見られた。これはCuを溶出させたことで表面積が大きくなったためと考えられる。また、Pt-Cu-Ir/C(Pt:Cu:Ir=8:1:1,7:2:1)は市販試料と比較して高い酸素還元活性を示し、硫酸処理によりCuを溶出させることでPt-Cu/C系の場合とは逆に酸素還元電流値が高くなることがわかった。RDE測定からも、同様に高い酸素還元活性を示す結果が得られた。硫酸処理前後のPt-Cu-Ir/C(Pt:Cu:Ir=7:2:1)を用いてMEAを作製し、その発電特性を調べたところ、逆ミセル法で調製したPt-Cu/Cと比較して安定な発電特性が得られた。すなわち、Irを加え三元系触媒にすることで触媒の安定性を向上できることを明らかにした。また、本年度は、一部の酸化物と白金とを組み合わせたこれまでほとんど検討されてこなかった触媒系が、非常に高い酸素還元活性を示すことを新たに見出した。
鼻茸に対するアポトーシス誘導遺伝子療法の研究

アレルギー性鼻炎および非アレルギー性鼻炎に合併した鼻茸由来の線維芽細胞を使用した。鼻茸由来の線維芽細胞においてCCR3の発現の報告がなかったことから、PR-PCR、Western blotsにより検討した。さらにRANTES、IL-8の細胞外放出をELISAで測定した。さらに、アポトーシスの発現とこれら因子間の関連を線維芽細胞上でのBax、CAD蛋白発現を免疫組織染色で検討し、さらにアポトーシスの発現をTunel法を用い検討した。結果、鼻茸線維芽細胞でのCCR3発現を確認した。アレルギー合併症例ではRANTES刺激によりIL-8発現は増加したが、非アレルギー症例ではIL-8発現は増加しなかった。また、IL-8による刺激では、アレルギー症例でRANTES発現は増加したが、非アレルギー症例では増加しなかった。RANTESを添付すると鼻茸線維芽細胞はアレルギー症例で有意に増殖を示したが、非アレルギー症例では増殖は認めなかった。また、アポトーシスとの関連を検討した。免疫染色の検討では、鼻茸線維芽細胞上にはBax、CADの発現は認めるものの、アレルギー性鼻炎合併群と非アレルギー群の間には差は認めなかった。さらに、鼻線維芽細胞上でのアポトーシスの発現をそれぞれ検討したが、アポトーシス細胞の発現率に有意な差を認めることは出来なかった。以上よりアレルギー合併では線維芽細胞自体にCCR3を介したIL-8とRANTESのオートクライン効果、相乗効果が存在すると考えられ、それにより鼻茸形成などのアレルギー炎症の遷延化、難治性鼻茸症例の一因となっていると考えられる。さらに、難治性鼻茸を積極的に制御するために、Bax、CADを遺伝子導入しアポトーシス誘導を検討したい。アレルギー疾患の局所においては、好酸球を主体とした浸潤細胞が認められ、局所に動員されたこれらの細胞は、メディエーター遊離を通じてアレルギー炎症の病態を形成している。鼻アレルギーにおける炎症細胞浸潤にはケモカインが深く関与しており1)、好酸球の遊走はエオタキシン、RANTESなどに誘導されることが明らかになっている2)。これらケモカインの受容体がCCR3である3)。CCR3は好酸球、好塩基球やTh2細胞に発現しているが、鼻茸由来線維芽細胞でのCCR3の発現の報告はない。今回われわれは、まずアレルギー性鼻炎患者と非アレルギー性鼻炎患者の鼻茸を細切して単離した線維芽細胞に、CCR3の発現を検討した。その結果、鼻茸由来線維芽細胞にもCCR3の発現がみられることが確認された。そこで線維芽細胞自体が、CCR3を介しケモカイン産生を促進し、鼻茸形成などのアレルギー炎症の遷延化の一因となっている可能性を考え、RANTESなどのケモカインによる刺激でのサイトカイン産生の検討を行った。対象と方法(1)手術時に得られた鼻茸細切片より線維芽細胞を分離し、4継体以上で使用した。(2)RT-PCR、Western blotsによりCCR3発現を観察した。(3)RANTES、IL-8で線維芽細胞を72時間刺激し上清を回収、細胞外に産生放出されたIL-8量、RANTES量をELISA法にて測定した。(4)RANTESで線維芽細胞を刺激し、1週間後にMTTアッセイにて細胞の増殖を観察した。結果(1)鼻茸由来線維芽細胞にCCR3のmRNAの発現が確認できた。またウェスタンブロットによって、CCR3蛋白発現が41kDのバンドとして認められた。(2)アレルギー症例(9例)ではIL-1β(1μg/μl)存在下において、IL-8:5ng/ml、50ng/mlの刺激によりRANTES産生は有意に亢進したが、非アレルギー症例(9例)ではIL-8の刺激によりRANTES産生には影響を与えなかった。(3)アレルギー症例(7例)ではIL-1β(1μg/μl)存在下において、RANTES 10ng/mlの刺激によりIL-8の産生は有意に亢進したが、非アレルギー症例(5例)ではRANTES 10ng/mlの刺激によりIL-8産生には影響を与えなかった。IL-1β非存在下ではIL-8の産生はおこらない症例も存在した。(4)アレルギー症例(7例)ではRANTES添加により細胞増殖は亢進し、100pg/mlの濃度において有意に細胞増殖が亢進した。しかしながら、非アレルギー症例(5例)ではRANTES添加によっても細胞増殖には有意な影響は認められなかった。

また、アポトーシスとの関連を検討した。免疫染色の検討では、鼻茸線維芽細胞上にはBax、CADの発現は認めるものの、アレルギー性鼻炎合併群と非アレルギー群の間には差は認めなかった。さらに、鼻線維芽細胞上でのアポトーシスの発現をそれぞれ検討したが、アポトーシス細胞の発現率に有意な差を認めることは出来なかった。以上よりアレルギー合併では線維芽細胞自体にCCR3を介したIL-8とRANTESのオートクライン効果、相乗効果が存在すると考えられ、それにより鼻茸形成などのアレルギー炎症の遷延化、難治性鼻茸症例の一因となっていると考えられる。さらに、難治性鼻茸を積極的に制御するために、Bax、CADを遺伝子導入しアポトーシス誘導を検討したい。
2軸方向磁場測定用マイクロスケールホール素子アレイおよび磁場可視化システムの開発

本研究は、2軸方向の磁場成分(Bz,Bx)が同時に測定可能で、その空間分解能は1μm以下、そして1ガウス以下の微弱磁場が測定可能なホール素子を1次元的に集積するマイクロスケールのホール素子アレイの開発と、ホール素子またはホール素子アレイからの微弱な電圧成分をリアルタイムで可視化できる磁場分布可視化装置の開発を目的として行った研究であり、本研究による成果は下記のようになる。1.2軸方向磁場成分測定用ホール素子の開発最初の基礎検討として極低温でも測定精度が高いGaAs薄膜を用いて単一ホール素子を作製した、その後に電圧と電流端子を考慮した多層構造のGaAs薄膜によるホール素子アレイの開発を行った。しかし、低温での感度が予想より低かったため、InGaAs薄膜を用いるホール素子開発について検討を行った。ホール素子の作製方法としては、主にエピタキシャルリフトオフ(ELO)法を用いて、GaAsとInGaAs単結晶基板上に犠牲膜層をはじめ、電極用層、センサー層などを成長させた膜を準備した。そして、リソグラフィー法によりホール素子およびホール素子アレイを作製し、ワイヤボンディング法を用いて電圧および電流端子を接続した。開発したGaAs薄膜およびInGaAs薄膜によるホール素子およびホール素子アレイについて極低温での精度特性について実験的に検討し、測定精度はまだ不十分であるものの非常に効果的な作製方法であることを示した。2.磁場可視化装置の開発単一のホール素子の場合は、高精度の電圧計と定電流源が各1台あれば計測可能である。しかしながら、100個以上のホール素子をアレイする本研究の場合、ホール素子の数だけの電圧計を使用するのは不可能である。そこで、一つの電圧計で測定ができるようにスイッチング素子と電子回路を用いて順次に各ホール素子の微弱電圧が測定できる回路を開発した。開発したスイッチング電子回路を用いてリアルタイムではないものの100ms間隔で各ホール素子からの電圧を測定することが可能となった。また、1μm以下の空間分解能を有するホール素子をスキャンさせるためのx-yステージの開発を行い、作製したステージの駆動精度は1μmであった。本研究では、2軸方向の磁場成分(Bz, Bx)が同時に測定可能で、その空間分解能は1μm以下、そして1ガウス以下の微弱磁場が測定可能なホール素子を1次元的に集積するマイクロスケールのホール素子アレイの開発と、作製したマイクロスケールホール素子アレイの極低温応用として、酸化物超伝導薄膜の臨界電流密度分布を非接触で評価することが可能で、その空間分可能が酸化物超伝導体のグレインサイズの欠陥まで検出可能な測定システムの開発を目標として行っている。本年度の研究実績は下記のようになる。1.2軸方向磁場成分測定用ホール素子の開発研究初年度である本年度においては、まず低温での測定実績があるGaAs薄膜によるホール素子の開発を行った。垂直磁場成分(Bz)測定用の素子製作用薄膜基板として、GaAs単結晶基盤上に犠牲膜を成長させ、その上に測定層としてn+GaAs(50nm)/n-GaAs(2000nm)膜を作製し、リソグラフィー法を用いてホール素子およびホール素子アレイを作製した。また、水平磁場成分(Bx)測定のためのホール素子は、同じくGaAs単結晶基板と犠牲膜の上にn+GaAs(50nm)/n-GaAs(2000nm)/n+GaAs(50nm)層を作製し、計測感度および空間分解能について検討した。