hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
腫瘍発生における多様なゲノム構造異常およびキメラ遺伝子形成の分子機構の解明

血液腫瘍において、conjoined geneの形成と、キメラ転写産物形成の際のイントロンのエクソン化について明らかにした。Conjoined geneとは、隣り合った遺伝子間での融合遺伝子の形成であるが、我々は新規のconjoined geneを11種同定した。ゲノムアレイ解析ではconjoined geneの形成に伴うゲノムコピー数の変化は検出されず、転写レベルの現象であると考えられた。一方、染色体転座に伴うキメラ転写産物では、通常はイントロンとして除去される配列がしばしば転写産物の中に挿入されている。転座による遺伝子再構成の結果、イントロンのエクソン化が生じていると考えられた。1.昨年度までに行った次世代シーケンサーによるRNAシーケンスのデータ解析から、びまん性大細胞型リンパ腫細胞株KPUM-UH1において隣り合った遺伝子間での融合遺伝子(conjoined gene)を17種同定した。このうち11種は新規のものであり、6種はin-frameでの融合であった。また、12種は他の臨床検体でも検出することができた。Conjoined geneは近年注目されている新しいタイプの融合遺伝子であるが、現在そのゲノム構造異常との関係およびリンパ腫発症における役割について検討している。2.白血病検体を用いてのRNAシーケンスでは、これまで染色体異常から予想されたキメラ転写産物の同定には至らなかった。もともとキメラ遺伝子を形成しないタイプの染色体異常であった可能性も考えられ、今年度はMLLやNUP98などの関与が明らかになっている新たな6検体の解析を計画した。しかし、いずれもRNAの質が非常に悪いことが判明したため、質の悪い検体におけるRNAシーケンスの検出感度を確認するために、検体の半分の3検体をキメラ遺伝子が判明している検体とし、それらを陽性コントロールに位置づけて他の3検体の新規のキメラ遺伝子の同定を試みた。その結果、RIN値7.0の検体および3.4の検体では、それぞれ既知のNUP98-HOXA9およびMLL-ENLを同定でき、非常に質の悪い検体でも十分RNAシーケンスによるキメラ転写産物の同定が可能であることが明らかになった。しかし、同じくNUP98-HOXA9が判明しているRIN値2.9の検体では、キメラ転写産物を同定することはできなかった。その他の未知の検体のRIN値は6.6、5.1、4.8であったが、染色体異常に合致するキメラ遺伝子は同定されず、現在さらに詳細な解析を続けている。今年度の当初の計画のうち、各種腫瘍におけるPVT1、NSMCE2、RN28S1再構成の解析は十分進めることができなかったが、一方で、当初予想していなかったconjoined geneについての興味深いデータが得られた。また、RNAシーケンスによる新規のキメラ遺伝子の同定については、質の悪い検体を用いての次世代シーケンス解析を行う条件についての手がかりが得られつつあり、全体として概ね順調に研究が進んでいると考えている。昨年度同定したconjoined geneと、既知のキメラ遺伝子における多様なキメラ転写産物についてさらに詳細に解析した。びまん性大細胞型B細胞リンパ腫細胞株(KPUM-UH1)から同定した17個のconjoined geneのゲノム領域について、Affymetrix社のCytoScan HDアレイを用いてゲノムの欠失の有無を確認したが、いずれの領域にもコピー数の変化は認めず、conjoined geneの形成はゲノムレベルではなく転写レベルで生じていることが確認できた。KPUM-UH1では、conjoined gene以外にもタンパクコード領域での融合が7個同定されており、現在これらについても解析を進めている。一方、染色体異常から予想されるキメラ遺伝子のRT-PCRによる検出からは、既知の遺伝子によるキメラ遺伝子でありながらこれまで報告がない新しいタイプのキメラ転写産物を複数同定した。そのうちの1例のt(11;17)(q23;q25)を有する成人AMLからは、予想されたMLL-SEPT9(AF17q25)を同定したが、MLLの切断点はエクソン10の途中であり、融合したSEPT9のイントロン1の24塩基がキメラ転写産物内に挿入され、エクソン2からのSEPT9につながっていた。この融合では、挿入されたイントロン1の3'端にスプライシングのコンセンサス配列が存在し、5'側に融合したMLLのエクソン10のスプライシングコンセンサス配列といっしょに、この部分をエクソンと認識する結果となったと考えられた。転座によって新たに生じたゲノム構造によって、本来はスプライシングによって除去されてしまう領域がキメラ転写産物内に残るこのような現象の詳細な解析が、スプライシングに影響するゲノム構造の解明にもつながると考えている。昨年度からのconjoined geneの解析に加えて、新しいタイプのキメラ転写産物の検出などによって新たな展開がどんどん生じており、当初の研究計画と一部異なる部分もあるが、全体として研究目的に向かって順調に進んでいる。造血器腫瘍を中心に、SNPアレイによるゲノム増幅を中心とするゲノム再構成の解析や、新規キメラ転写産物の同定を目指して行ったRNAシーケンスのデータから見出した結果を基に、複数の解析を行ってきた。びまん性大細胞型リンパ腫細胞株KPUM-UH1のRNAシーケンスのデータから17種の隣り合った遺伝子間での融合遺伝子(conjoined gene)を同定した。そのうちの12種は臨床検体でも検出することができ、腫瘍発生に何らかの役割を果たしていると考えられた。

SNPアレイを用いて行ったゲノムコピー数解析では、17種のいずれの領域でもlossを含めたコピー数の変化は確認できず、これらの融合遺伝子の形成は転写レベルで生じていると考えられた。現在複数の白血病検体のRNAシーケンスデータを用いて同様の解析を行っている。昨年度に同定した、キメラ転写産物形成の際に生じるイントロンのエクソン化については、過去の解析データを確認したところ他の複数のキメラ転写産物でも同様のイントロンのエクソン化が確認できた。それらについてもゲノム融合点との関係を解析することにより、ゲノム配列の中からエクソンとして認識されるための配列の条件を明らかにしていく。今年度は新たに、同一遺伝子内でのエクソンの順番が前後する遺伝子再構成を10種以上の遺伝子で同定した。これらの遺伝子再構成は主として遺伝子増幅部位から同定したが、欠失部位での形成も確認している。今後このような遺伝子再構成を形成しているゲノムの正確な構造を決定することにより、ゲノム再構成のメカニズムを解明していく。以上のように、研究開始当初には予想できなかったような新しいタイプの異常が、膨大なシーケンスデータや新規症例の解析から次々と見出されており、引き続きデータを詳細に解析することにより、ゲノム異常形成の正確なメカニズムを明らかにしていきたい。血液腫瘍において、conjoined geneの形成と、キメラ転写産物形成の際のイントロンのエクソン化について明らかにした。Conjoined geneとは、隣り合った遺伝子間での融合遺伝子の形成であるが、我々は新規のconjoined geneを11種同定した。ゲノムアレイ解析ではconjoined geneの形成に伴うゲノムコピー数の変化は検出されず、転写レベルの現象であると考えられた。一方、染色体転座に伴うキメラ転写産物では、通常はイントロンとして除去される配列がしばしば転写産物の中に挿入されている。転座による遺伝子再構成の結果、イントロンのエクソン化が生じていると考えられた。ゲノム高度増幅領域内で形成されるキメラ遺伝子の同定については今年度に引き続き1)ゲノムアレイ法によるゲノム高度増幅領域の探索、2)RNAシーケンスによる未知のキメラ転写産物の同定、3)同定したキメラ転写産物を手がかりとしたゲノムレベルでの融合点の同定を行う。それに加えて、4)高度ゲノム増幅形成に関与するゲノム構造異常の階層性および進展の仕組みの解析を行う。これらに際しては、今年度同定したconjoined geneのようなユニークな構造の未知のキメラ遺伝子が他にも存在する可能性を考慮して、RNAシーケンスのデータをより詳細に検討し、それぞれのキメラ遺伝子の正確なゲノム構造を明らかにする。RNAシーケンスによって得られたキメラ遺伝子について、染色体情報、ゲノムアレイによるコピー数情報などを合わせて解析することにより、腫瘍におけるゲノム構造異常がどのように形成されるのかを引き続き検討する。また、既知のキメラ遺伝子については、多様な転写産物の同定も可能で、かつ簡便な検出方法について検討する。血液・腫瘍学、分子遺伝学試薬の購入計画に変更が生じたため消耗品の購入計画に変更が生じたため残額の6,615円は消耗品代として使用する。
動物体内における各種微量元素の挙動とその生理的意義と選択特性の解明

理研リングサイクロトロンで製造されるマルチトレーサーの特徴を生かし、動物や植物体内への種々の元素の取り込みとその代謝過程,体内分布、生理化学的機能について研究してきた。現在、亜鉛欠乏症、糖尿病、急性アルコール症、Wilson病などの疾病モデル動物やビタミン、金属などの各種の化学物質を投与した動物の生体内における各種元素の様々な挙動や機能を同時に追跡してきた。さらにシダ植物における希土類元素の特異的濃縮機構についても研究を進めつつある。今年度の研究により、亜鉛欠乏症ラットにおけるPtとIrなどの白金族に対する特異的結合蛋白質の単離精製を行ない、この蛋白質の生理的機能について検討した。また、肝臓障害を起こしているような疾病モデル動物における、希土類元素集積性とイオン半径との系統的な相関性を病理学、生化学、電気生理学的に解明できた。さらに、シダ植物群の希土類元素の特異的濃縮部位の特定と結合蛋白質の単離精製を試みた。本年度の研究は、マルチトレーサー法の有用性と限界を確認し、生化学、生理学、生物学の観点から実験を併せて行ない、生物無機化学分野のマルチトレーサー法の研究展開について革新的寄与ができた。来年度から、マルチトレーサー法の新展開として宇宙などの極限環境中における生体微量元素のダイナミクスについて研究をスタートさせる。
脳動脈瘤破裂の分子機構と薬物制御

我々の開発した動物モデルにメチオニンを負荷することにより、動脈瘤の破裂時期が早まることや、特に前交通動脈(AcomA)や後交通動脈(P-comA)の血管壁が影響を受けやすくなることを見出した。本研究については葉酸投与により破裂が抑制されることを示し、そのメカニズムとして抗酸化作用や、細胞外マトリックスの崩壊抑制作用を見出し、論文化に向けて準備を進めている。脳動脈瘤は破裂するとくも膜下出血を発症し、致死的な状態を引き起こす。現在、未破裂脳動脈瘤が発見された場合の破裂予防策としては外科的処置しかなく、有効な薬物治療は開発されていない。現在、生理的な条件下での脳脈瘤破裂モデルは確立されておらず、脳動脈瘤増大・破裂の発生部位や病態の詳細な解析は行われていない。そこで、新たに破裂モデル動物を確立し、薬物を用いて破裂予防効果の評価を行い、治療のターゲットを明らかにする必要があると考え、本研究を行っている。卵巣摘出の雌性ラットにおいては塩分負荷によって、血圧に影響なく、動脈瘤形成頻度が上昇することを新たに見出した。また動脈瘤形成に関与するメカニズムとしてエストロゲン欠乏状態では水分とは独立して体内に貯留されるwater-free Naの蓄積が関係することを明らかにし、論文をHypertensionに投稿、受理されている(Hypertension. 2012 ; 60 : 1309-15)。この脳動脈瘤モデルを改良し、脳動脈瘤の増大および破裂率の増加を確認している。現在、高率に破裂する動脈瘤の発生部位であるA-comやP-comの血管壁の経時的な分子機構の変化を解析し、破裂のメカニズムを明らかにするための検討を行っている。さらに改良を加えて、動脈瘤の破裂頻度を再現性良く上げるために、血流動態変化や薬剤による血管壁の刺激による検討を行っている。一方、脳動脈瘤の形成効果を評価し、これまでに有効性が認められた降圧剤を用いて未破裂脳動脈瘤を有する患者への臨床応用の可能性を検討するため、高血圧症例の脳動脈瘤患者に対してこの降圧剤での有効性を解析中である。また本年度より学術振興財団より国際共同研究に対する助成を得ており、米国カリフォルニア大学サンフランシスコ校(UCSF)脳血管研究センターやトロント大学キーナン研究所との共同研究を行っている。病態が異なるモデルを用いた多角的なアプローチで薬物治療の臨床応用への可能性を探求中である。新たに破裂モデル動物を確立し、薬物を用いて破裂予防効果の評価を行い、治療のターゲットを明らかにする必要があると考え、本研究を行っている。卵巣摘出の雌性ラットにおいては塩分負荷によって、血圧に影響なく、動脈瘤形成頻度が上昇しており、このメカニズムとして体内に貯留されるwater-freeNaの蓄積が関係することを明らかにし、論文をHypertensionに投稿、受理されている(Hypertension. 2012;60:1309-15)。この脳動脈瘤モデルに高血圧を誘導すると、動物においてもヒトの脳動脈瘤の好発部位である前交通動脈や後交通動脈領域の血管壁で脳動脈瘤の増大および破裂が見られることを確認している。これらの血管壁において、細胞外マトリックスの崩壊が進行しており、アポトーシスの誘導が促進されていることを新たに見出し、論文化、投稿中である。またこのモデルにメチオニンを負荷することにより、動脈瘤の破裂時期が早まることや、特にAcomAの血管壁が影響を受けやすくなることを見出し、論文化、投稿中である。さらに改良を加えて、動脈瘤の破裂頻度と再現性を上げるために、血流動態変化や薬剤による血管壁の刺激による検討を行っており、モデル動物が完成した時点で薬効評価を開始する予定で検討を進めている。一方、これまでの評価で脳動脈瘤形成抑制効果が最も強い降圧剤を用いて未破裂脳動脈瘤を有する患者への臨床応用の可能性を検討するため、高血圧症例の未破裂脳動脈瘤患者に対しての有効性を解析中である。米国カリフォルニア大学サンフランシスコ校(UCSF)脳血管研究センターと実験的モデルマウスを用いた共同研究を行い、脳動脈瘤破裂予防に血圧の制御や血管壁のRAS活性化の抑制が有効であることを明らかにし、Stroke誌に受理されている。これらの結果は我々の臨床試験の方向性と一致しており、薬物制御の可能性を示唆している。平成26年度の主な実施計画は、1.卵巣摘出ラット脳動脈瘤モデルにおいて、血液動態変化を更に負荷することで破裂頻度を増加させることが可能か検討を行う。

2.これまでの知見から脳動脈瘤壁では血管壁へのマクロファージの浸潤を増加していることを明かにしており、この現象を増強するために大腸菌LPSおよび歯周病菌LPSを用いた。3.MRAや超音波での脳動脈瘤検出を試みたが、現時点では検出不可能であった。超音波や他の手段を検討し、脳動脈瘤破裂を予測できるか検討する。さらに、4.脳動脈瘤破裂モデルが確立された場合は、脳動脈瘤形成抑制作用が認められたMineralocorticoid受容体拮抗薬であるeplerenone、phosphodiestrase阻害剤、ARB、エストロゲン受容体刺激薬Bazedoxifene acetateによる破裂抑制効果を検証することとした。26年度が最終年度であるため、記入しない。脳神経外科学26年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度の主な目的は、脳動脈瘤破裂モデルの確立および病態解明であったが、脳動脈瘤破裂モデルはほぼ確立、脳動脈瘤の形成効果を評価し、これまでに有効性が認められた降圧剤を用いて未破裂脳動脈瘤を有する患者への臨床応用の可能性を検討するため、高血圧症例の脳動脈瘤患者に対してこの降圧剤での有効性を解析中であり、ほぼ順調に進展していると言える。平成25年度の主な目的は、脳動脈瘤破裂モデルの確立である、脳血管壁への血液動態変化の誘導や脳血管壁への炎症や血管壁を脆弱化する薬剤を投与し、さらに脳動脈瘤破裂が高率に生じるかを検討中である。モデル確立後には病態の解明および薬物投与を行い、臨床応用が可能かを検証する。米国カリフォルニア大学サンフランシスコ校(UCSF)脳血管研究センターやトロント大学キーナン研究所との共同研究を行っており、病態が異なるモデルを用いた多角的なアプローチで薬物治療の臨床応用への可能性をさらに探求していく。下記の計画を実施し、脳動脈瘤破裂の誘導および分子機構の解明を行う。卵巣摘出ラット脳動脈瘤モデルにおいて、更に血液動態変化を負荷することで破裂頻度を増加させることが可能か検討する。これまでの知見から脳動脈瘤壁では血管壁へのマクロファージの浸潤を増加しており、さらにこの現象を増加させるため、LPSあるいはエラスチンの架橋結合阻害剤のbeta-aminopropionitrile (BAPN)を皮下投与(300mg/kg/day)する。脳動脈瘤破裂モデルが確立された場合は、脳動脈瘤形成抑制作用が認められたMineralocorticoid受容体拮抗薬であるeplerenone、phosphodiestrase阻害剤、ARB、エストロゲン受容体刺激薬Bazedoxifene acetateによる破裂抑制効果を検証する26年度が最終年度であるため、記入しない。
学童期の親と子を対象とした造形教育による子育て支援プログラム

「学童期の親と子を対象とした造形教育による子育て支援プログラム」をテーマに,主に次の研究を行った。1.子育て支援施設でものづくり講座の実施大阪市子ども子育てプラザにおいて,親と子を対象とした無料のものづくり講座を実施した。2007年4月から2008年3月にかけて,全15回行ない約300人の親子が参加した。職員と連携をとりながら,広報やポスター制作,チラシ作成などデザイン面での支援も行なった。また,講座実施後に参加者からものづくりに関するアンケート調査を実施した。2.ものづくりワークシートの作成ものづくり講座の実施にあたり,ものづくりの手順,用具と材料,制作のポイントをイラストでまとめた,親子でものづくりを楽しむものづくり教材資料(ワークシート)を作成した。3.学校教育におけるものづくりの調査小学校におけるものづくり教育の内容を把握するために,図画工作における用具と材料について調査し,その結果を論文にまとめて発表した。今後は,作成したワークシートを他の児童館や子育て支援施設と共有・活用し,継続して無料のものづくり講座を実施する。また,1年間実施したものづくり講座の実施報告とアンケート調査の結果を論文等で発表する。「学童期の親と子を対象とした造形教育による子育て支援プログラム」をテーマとし,基礎研究として次の2項目の研究を並行して進めた。1.造形教育による子育て支援の実態調査・児童館における親と子を対象とした事業内容について,大阪市の公立児童館を調査対象に事業内容について調査を行った。多くの児童館では,親と子を対象とし事業はあまり行われておらず,調理やものづくりなど技術的な支援が必要な一部の講座において実施されていた。また,児童館事業は,児童館間で格差がみられたが,全体的な傾向として子育て支援や室内遊び,スポーツなどが積極的に行われていることが明らかになった。・大阪市の全公立小学校で実施されている「児童いきいき放課後活動」の活動内容について,文献調査を行ない,造形に関わる教材について調査を実施した。2.工芸の変遷調査・工芸の実地調査では,版画,染色,織物を中心に資料収集を行なった。また,身近な素材を使った手軽な織機の制作,親と子が取り組める造形教材の試作を行った。基礎研究からも,ものづくりにおいては,職員の試行錯誤や経験に依存していることがあり,専門的な技術支援の必要性を感じた。次年度は,児童館や子育て支援を実施している施設においてものづくり講座を実施する。また,造形教育による子育て支援プログラムの試案作成,教材開発,指導法の研究等を行う予定である。「学童期の親と子を対象とした造形教育による子育て支援プログラム」をテーマとし,次の2項目の研究を進めた。1.児童館の造形活動についての調査大型児童館における児童館運営と造形プログラムについて調査を行った。大型児童館は地域に密着した小型児童館とは違い、造形活動のスペースが常設されており、子どもたちにとって、いろいろなあそびやものづくりが楽しめる魅力的な場所となっている。しかし設置数が少なく、子ども一人で気軽に利用することが難しく、大型児童館は日常的な子どもの居場所や放課後活動の場としては適していないことが明らかになった。また、大阪市の公立児童館(小型児童館)で実施されたものづくり事業について調査し、ものづくりの教材と具体的な活動内容について考察した。ものづくりは、身近なリサイクル素材による玩具から文房具、季節グッズなど手作りを重視した幅広い内容で行われていたことが確認できた。2.ものづくりプレ講座の実施と造形教育による子育て支援プログラム試案作成子育て支援センターにおいて、学童期の親と子を対象としたものづくりプレ講座を実施した。親と子のコミュニケーションを目的とし、いろいろな素材体験や身近なものがどのように作られているかをものづくりを通して体験できる講座内容とし、参加者を対象としたアンケート調査も行った。また、少人数の指導員で実施できるものづくりの教材研究と資料の作成、教材開発について研究し、親と子が共に取り組める造形教育による子育て支援プログラムの試案を作成し、大阪教育大学島影和夫教授より指導・助言を受けた。親と子のコミュニケーションを目的とした、学童期の子育て支援の必要性は強く、経験の少ない子どもたちにとって、指導者の力量が子どもたちに与える影響は大きい。今後は、子育て支援センター等でのものづくり講座の実施と、造形教育による子育て支援プログラムを作成する。
EFHC1変異による小胞体カルシウム貯蔵量の調節を介したてんかん発症機序の解明

本研究では、細胞内Ca^<2+>調節機構でmyoclonin1が果たす役割を解析する事で、EFHC1変異が引き起こすてんかん発症メカニズムの解明することを目的とした。myoclonin1がIP_3R1との結合を介して細胞内Ca^<2+>動態に影響を及ぼすことを見いだした。これらの結果は、EFHC1遺伝子変異により誘発される細胞内Ca^<2+>動態の異常がてんかんの分子基盤である可能性を示唆する。若年性ミオクロニーてんかん(JME)は、思春期(820歳)に発症し、ミオクロニー発作、強直間代発作などを特徴とする最も頻度の高い特発性てんかんの一つである。申請者らは、遺伝的連鎖解析、ポジショナルクローニングにより、第6番染色体短腕6p12から原因遺伝子の一つとして新規の遺伝子EFHC1の同定に成功した。この遺伝子から家系内で連鎖を示す5種類のミスセンス変異をメキシコのJME6家系から発見した(Suzuki et al.Nature Genetics,2004)。さらに、申請者を含む研究チームは、新たな4種類のJME疾患変異を発見し報告した。また、EFHC1の疾患変異は、複数のグループより報告が続いていおり、それらの疾患変異は、ヨーロッパ人のJME家系、イタリア人のJME家系、白人の若年性欠神てんかん、潜因性の側頭葉てんかん、さらに非分類型の特発性全般てんかんから見つかっている。このことより、EFHC1はJME発症に関与しているだけでなく、特発性全般てんかんの痙攣誘発に広く関与している可能性もでてきている。有効な治療法の開発のためには、疾患成立機序を解明する事が必要であることから、本研究では、細胞内Ca^<2+>調節機構でmyoclonin1が果たす役割を詳細に解析する事で、EFHC1変異が引き起こすてんかん発症メカニズムの解明を目的としている。本年度は、EFHC1遺伝子のコードするタンパクmyoclonin1がIP_3R1に結合する領域を詳細に決定するために、IP_3R1の部分欠損変異タンパクを用いた免疫沈降法により検討した。また、myoclonin1上のIP_3R1結合部位の決定も同様の方法を用いて行った。IP_3R1上のmyoclonin1結合領域に関しては、どのアミノ酸が結合に重要なのかを決定するために、複数のアミノ酸置換変異タンパクを作成し、検討を行った。若年性ミオクロニーてんかん(JME)、は、思春期(8-20歳)に発症し、ミオクロニー発作、強直間代発作などを特徴とする最も頻度の高い特発性てんかんの一つである。申請者らは、遺伝的連鎖解析、ポジショナルクローニングにより、第6番染色体短腕6p12から原因遺伝子の一つとして新規の遺伝子EFHC1の同定に成功した(Suzuki et al. Nature Genetics,2004)。さらに、申請者を含む研究チームは、新たな4種類の疾患変異を発見し報告した。また、EFHC1の疾患変異は、JMEのみならず、若年性欠神てんかん、潜因性の側頭葉てんかん、さらに非分類型の特発性全般てんかんからも見つかっている。23年度は、Efhc1ノックアウトマウス由来の細胞と野生型マウス由来の細胞を用い、細胞内Ca^<2+>動態の変化をCa^<2+>イメージングで比較した。また、細胞内でEFHC1遺伝子のコードするタンパクmyoclonin1とIP_3R1の結合阻害を起こした時、細胞内Ca^<2+>動態に影響するのかをCa^<2+>イメージングで検討した。さらに、IP_3R1結合部位におけるmyoclonn1との結合に必要なアミノ酸のアラニン変異タンパクを用いて検討する事で、Ca^<2+>イメージングで得られた細胞内Ca^<2+>の変化が、myoclonin1とIP_3R1の結合阻害によるものであるとさらに確認した。
エナメル基質の形成と石灰化における糖鎮の役割について

本研究期間内において2つの研究を行った。1:酵素組織化学実験、2:レクチン組織化学実験1、エナメル芽細胞の細胞分化とGolgi stack内での各compartmentの確立との関係を、OsO_4染色性の変化とNAD Pase,TPPase,ACPase活性の分布変化を観察することにより調べた。NADPase,TPPase,ACPase活性は、細胞極性の転換がまだ起きていない内エナメル上皮細胞や分泌前期エナメル芽細胞で見られる発達期のGolgi stackにおいてすでに存在していた。しかし、OsO_4に染色性を示すGolgi cisternaが出現するのは、極性の転換が起こり、Golgi装置が核の遠位側に位置するようになってからであった。これらの結果から、エナメル芽細胞の細胞分化にともなうGolgi装置の発達において、cis側のcompartmentの確立が他のcompartmentに比較して時期的に遅くなることを示しており、Golgi装置の各compartmentの確立は細胞極性の転換後に行われることがわかった。2、内エナメル上皮細胞や分泌前期エナメル芽細胞において様々な大きさのGolgi stackが、核の近位側や側方に位置して見られた。これら発達期にあるGolgi装置は、用いたCon A,GSーI,SBA,UEAーI,WGA,PNAに対してGolgistack間でいくらかの多様性を示すものの、stackを構成する全てのcisternaで反応産物の沈着を認めるものが多く見られた。一方、分泌期エナメル芽細胞では、個々のレクチンの反応産物はGolgi stack内での分布に限局性を示した。これらのことは、発達期にあるGolgi stackのcisterna内には様々な糖付加酵素が共存している可能性を示し、この時期のGolgi stackはまだ十分にはcompartmentの区分を確立していないことを示していた。また、分泌期の所見は、エナメル基質内の糖鎖にはNーlinkedだけでなくOーlinkedの糖鎖も含まれていることを示すとともに、galactosyltransferaseが免疫組織化学的に示されているtrans側のcisterna内に分布しているだけでなく、cis側のcisternaにも分布していることを示していた。エナメル芽細胞の分化にともなう、Golgi装置の組織化学的性状の変化に関して、TPPase,NADPase,Acpaseの酵素活性は、内エナメル上皮細胞においてすでに存在し、細胞分化にともないよりGolgi装置の各compartmentに一致した分布を示した。一方、OsO_4 impregnationでは、通常cis側で認められるOsO_4陽性を示すcisternaが、内エナメル上皮細胞では認められなかった。このOsO_4陽性を示すcisternaが最初に出現するのは、Golgi装置が細胞の遠位部に移動してからであった。このことは、Golgi装置の各compartmentでcis側のcompartmentの確立が最もおくれて起こることを示していると考えられる。分化期エナメル芽細胞(内エナメル上皮細胞を含めて)と分泌期のものとで、糖の付加活性をHRP標識lectin(Con A,GS I,SBA,UEA I,WGA,PNA)を用いて比較した。用いたlectinの内PNAを除いたものでは、細胞分化の全ての時期を通じて(内エナメル上皮細胞から分泌期エナメル芽細胞まで)、分布や強度的な変化を認めるものの、反応産物の沈着をGolgi装置のcisternae内で認めた。

これらの反応は、UEA Iを除き、細胞分化が進み分泌活性の増加にともないより強くなっていた。PNAでは細胞が未分化な時期や分化期では、ほとんど反応産物は認められず、反応産物は、より分化の進んだ細胞で、細胞内の遠位部に移動したGolgi装置において初めて認められた。これらのことは、細胞が分化し分泌活性が高まるとともに、gal NAc,glcーβーgal NAcなどの糖鎖の付加活性が増加していることを示していると考えられる。一方、HRP標識lectinでは、エナメル質や分泌顆粒上での反応が不明瞭なので、より明瞭な結果を得るためにGold標識lectinを用いて実験を行ったが、市販の標識lectinでは良好な結果が得られず、自家製の標識lectinの作成や、間接法を用いての反応を試みている。エナメル芽細胞の細胞分化にともない、発達期にあるゴルジ装置がそれぞれの時期で、どのような糖付加活性を示すかを、6種類のHRP標識レクチン(Con A,GSーI,UEAーI,WGA,PNA)と6種類のGold標識レクチン(Con A,RCAーI,SBA,UEAーI,WGA,LFA)を用いて調べた。分泌期エナメル芽細胞のゴルジ装置では、用いた全てのHRP標識レクチンで明瞭な反応性が見られ、個々のレクチンによる反応産物はGolgi stack内での分布にそれぞれ限局性を示した。一方、分化期のエナメル芽細胞では、様々な大きさの発達期にあるGolgi stackが核の近位側や側方に位置して見られた。これらのGolgi stackは、それぞれのレクチンに対して多様な反応性を示した。中には、構成する全てのcisternaで、それぞれのレクチンに関して、反応産物の沈着を認めるものもあった。これらのことから、発達期にあるGolgi stackのcisterna内には、様々な糖付加酵素が共存している可能性を示し、分化期エナメル芽細胞のGolgi stackはまだ十分にはsubcompartmentの区分を確立していないものと考えられた。分泌期エナメル芽細胞のGolgi stackにおいてGa1NAcに特異性を示すSBAがcis側のcisternaで、Ga1ーβ(1ー3)ーGa1NAcに特異性を示すPNAがtrans側のcisternaで染色性をそれぞれに示していた。この事は、エナメル基質内の糖鎖にはNーlinkedだけでなくOーlinkedの糖鎖も含まれていることを示唆するものであった。αーGalに特異性を示すGSーIがcis側のcisternaに対して染色性を示したが、この分布は免疫組織化学的に示されたGalの付加酵素の分布と異なることから、分泌期エナメル芽細胞のゴルジ装置内には2つの異なるGal付加酵素が存在している可能性が考えられた。一方、エナメル基質および分泌顆粒上での糖鎖の分布はHRP標識レクチンでは明瞭には判別できず、Gold標識レクチンの使用を必要とした。
Divided attentionの障害に対する評価法の開発

Divided attention(以下,分配性注意)は複数課題を同時処理する高次の注意機能である。本研究では聴覚的課題と視覚課題を同時に行う2重課題を考案しその診断特性を検討した。両者の課題成績を加味した判定基準を設けると感度89%,特異度88%と良好な結果が得られた。標準注意検査法(CAT)(日本高次脳機能障害学会,興医学出版)の感度より概して高かったが,両者の成績が乖離する場合もあった。本2重課題は分配性注意の評価という観点からCATとは相補的に診断価値を有する可能性が示唆され,感度も高いことからその臨床有用性が示された。脳損傷後によって生じる注意障害には、持続性、選択性、容量性(分配性)など,いくつかのサブコンポーネントが報告されている。複数課題を同時処理するdivided attention(以下DA)はもっとも高次の機能であり,ごく軽微な脳損傷でもその障害が生じ得る。しかしながらそのための検査法はなく,注意障害軽症例に標準的検査を実施してもDAの障害を見逃す可能性がある。本研究はDA障害に特化した新たな検査法を開発するものである。本年度は,主に健常者を対象に机上課題の吟味を行った。健常者38名(平均年齢30歳)を対象に新しく考案したDA検査を実施した。本検査は聴覚的課題として数字の抹消課題(正答数は20),視覚的課題として4桁の加算(筆算)を同時施行するものである。なお,他の注意検査としてpaced auditory serial addition task(PASAT)(2秒)も行い,先のDA検査成績と比較した。聴覚課題の正答率,計算問題の正解数はそれぞれ90100(平均99)%,1737(平均26)題であった。いずれも教育年数,PASATの正答率とは相関しなかった。聴覚課題がほとんど全例で全問正答なため,計算問題の正解数を評価指標とするのが妥当と考えられた。これらの知見をDAの障害が疑われ,復職に失敗した脳外傷例(31歳)の成績と比較した。本例では,標準注意検査法(新興医学出版)では明らかな異常を認めなかった。しかしDA検査上,抹消課題は全問正答したが,計算問題は明らかに低成績であった。以上より,注意検査法として新たに考案したDA検査の有用性が示唆された。今後はさらに健常対照者数を増やし,より広い年齢範囲での基準値を設定する。加えて脳障害者の成績とも比較したうえで本検査法の意義,限界を検討する予定である。複数課題を同時処理するdivided attention(以下DA)は高次の注意機能であり,軽症例でもその障害が生じ得る。しかし標準的な検査がないため臨床的に見逃される危険がある。本研究では聴覚的課題と視覚課題を同時に行うdual task(以下DT)を考案しその特性を検討した。<1>対象は健常者110名で2050歳代までの4年代群別にそれぞれ35, 28, 25, 22名となった。全員にDTを実施したが,本課題は聴覚的末梢課題(1から19までの数字のうち8のみに応答)と筆算(4桁の加算)を同時に施行するものである。聴覚課題の正答率,的中率は年代群間で差を認めなかった。視覚課題の実施数も加齢変化を認めなかったが,正答数,正答率には年齢の影響を認めた。すべてのパラメーターに対して年齢,教育年数の影響を重回帰分析で検討したが,いずれも教育年数の影響は明らかでなかった。計算課題の正解数,正答率については2030歳代と4050歳代に分けた基準値の設定が必要と思われた。〈2〉Single task(以下ST)として施行した成績との比較からDAに関する加齢の影響を分析した。健常者52名(10歳ごと2050歳代の4群にそれぞれ13名ずつ)を対象とした。先の演題と同じDTに加え,日を変えて計算課題のみをSTとして施行した。計算課題成績の全対象者平均値をST→DTで示すと,実施数34.7→27.3,正解数31.8→24.1,正答率91.4→88.2といずれも有意に低下した。実施数,正解数はSTとDTで高い相関(r=0.804,0.785)を認めた。4年代群で分けて検討しても上記と全く同様の知見が得られた。DTによる成績の低下に年齢の影響があるかを検討するために,実施数,正解数,正答率ともDT/ST比を求めて分析したが,いずれも年代群間に有意差を認めなかった。以上より,今回の年代の範囲では,DTによる成績の低下に加齢変化を認めなかった。

複数課題を同時処理する分配性注意は高次の注意機能であり,本研究では聴覚的課題と視覚課題を同時に行う2重課題を考案しその特性を検討した。本年度は健常者(20歳代50歳代の4年代群で合計110名)および脳障害者(歩行,ADLの自立している脳外傷,くも膜下出血例)に施行した成績から以下の知見を得た。(1)聴覚課題における健常者の正答率,的中率,視覚課題の実施数には加齢変化を認めなかった。しかし計算課題の正解数,正答率については年齢に配慮した基準値の設定が必要と思われた。(2)健常者において各課題を単独で実施した成績と2重課題の成績を比較した。計算課題成績の全対象者の平均値(単一課題→2重課題)は実施数34.7→27.3,正解数31.8→24.1,正答率91.4→88.2となった。前2者はいずれも2重課題で有意に低下した。各年代に共通して2重課題負荷時には,取り組む数を減じて(処理速度の低下)正答率を維持する機序が示唆された。(3)患者群,健常群のデータを分析したところ,聴覚課題の正答率,視覚課題(筆算)の正解数は患者群で低成績だったが,聴覚課題の的中率は差を認めなかった。ほぼ90%の特異度を目安に各パラメーターで基準値を設定したところ,筆算正答数の感度が78%と最も高かった。しかし,これが正常範囲でも聴覚正答率が低い者がみられた。そこで両者を合わせた判定基準を設けると感度89%,特異度88%と良好な結果が得られた。(4)(3)で得られた2重課題の感度,特異度を標準注意検査法(CAT)(日本高次脳機能障害学会,興医学出版)のそれと比較した。CAT下位検査の感度は概して低く1975%を示した。本2重課題は分配性注意の評価という観点からCATとは相補的に診断価値を有する可能性が示唆され,感度も高いことからその臨床有用性が示された。
EDDPOを用いる新しい硬組織時刻描記法の作用機序に関する研究

昨年度からの本研究の継続実験として、EDDPOを用いる硬組織時刻描記法を確立するために検討されるべき基礎的条件、すなわち、時刻描記するための適正な投与用量、投与経路、組織標本作製上の問題点を検討する実験をおこなった。これには、ラットの切歯を対象としてEDDPOを32,8,14,20,26,32mg/kgの順で背部皮下注射、あるいは腹腔内注射の2経路で投与し、最終投与の翌日にホルムアルデヒド、グルタ-ルアルデヒド、あるいはKarnovskyの3種類の固定液で灌流固定した後、同固定液に3日間、1、2、3、5、あるいは8週間の6段階で浸漬固定した。切歯を含む下顎骨の試料について、急速脱灰液、あるいは蟻酸の2種類の脱灰液で脱灰した後に常法にしたがってパラフィンに包埋した。以上72種の組合せのブロックを作製して6μmの薄切切片を作製した。ヘマトキシリン染色はCarrazi,Delafield,Gill ♯2,Harris,Mayer,Weigertの6種類の染色液で染色した。以上の処置で得た計432種類の標本についてEDDPOの時刻描記線を比較観察した。結果を要約すると、本法の適正条件は投与経路は皮下、腹腔内投与のいずれでも結果は変わらず、鮮明な時刻描記線が得られるEDDPOの用量は1432mg/kgであった。固定液は中性ホルマリン、固定期間は5週間以上、脱灰液は急速脱灰液、ヘマトキシリン染色液はWeigertまたはCarraziが鮮明な描記線を得るのに適当であることが認められた。なお、本実験に並行しておこなったEDDPOの毒性実験では、描記剤として用いる上記の適正用量ではEDDPOの毒性は現れないことを認めた。以上の実験結果の詳細については論文にまとめて投稿中である。なお、EDDPOによりヘマトキシリンに濃染した時刻描記線が出現する機序についての実験は、ラベルした〔^<14>C〕ーEDDPOの合成(特別注文)に手間取ったため、現在実験をおこなっており、近々報告できる予定である。
熱耐久および感温機能を示す強発光性の希土類配位高分子

発光性温度センシング材料は高感度かつ非接触であり、バイオイメージングや工業産業への応用が期待されている。中でも希土類配位高分子を利用した材料は温度に依存して発光色が変化し、熱耐久性も高い。本研究では発光性温度センシング材料のさらなる高機能化を目的として、感度や色変化の温度範囲が容易にコントール可能な強発光希土類配位高分子を設計する。さらに実際に分子を合成し、温度センシング機能の評価を行う。
ナノ空間局所電気めっきによる磁性金属クラスター内包新規パターンドメディアの創製

ゼオライトが持つミクロ細孔を利用して、新規なパターンドメディアを創製することを終局目的とする本研究では、その終局目的の達成には至らなかったが、以下に示す幾つかの知見を得た。MFI型ゼオライトの巨大結晶を合成し、そのミクロ細孔内に存在する構造指向材の除去挙動は、処理雰囲気の酸素分圧に依存し、試料強度の低下を抑制しながら構造指向材除去を可能とするプロセスを見出した。また、バルク状原料を用いて多孔質基板上に製膜された膜は非晶質で、XRDで観測されたピークは膜上に堆積した粒子によることが明らかになった。本年度は、主に作製されたMFI型ゼオライト配向膜の微細構造評価、ゼオライト細孔規則配列体の微細構造評価とナノ空間局所めっきへの展開について取り組んだ。以下に、研究成果の概要を記す。(1)比較的粗大な石英ガラスを出発材としてMFI型ゼオライト膜の作製を行い、得られた膜の微細構造を詳細に検討してきた結果、XRDパターンからは膜のb軸配向性が示唆されていたものの、そのXRDパターンは膜上に堆積した結晶からの回折を反映し、膜は非晶質であることが明らかになった。(2)Shimizuらによって報告された合成法に基づき、パターンドメディア用基材への展開が期待できるゼオライト細孔規則配列体となるミリメートル級のMFI型ゼオライト巨大結晶を作製し、細孔からの構造指向剤除去を検討した。その結果、合成時に添加した構造指向剤を除去するために、各種雰囲気での熱処理や紫外光照射実験を行った結果、構造指向剤が除去されると同時に、巨大結晶の強度が著しく低下し、めっき実験に供することができる試料を得るには至らなかった。この結果を受け、構造指向剤を要しない合成法で、MFI型より細孔径が小さいものの同程度の大きさのミリメートル級のアナルサイムゼオライトを得ることに成功した。得られたアナルサイム巨大結晶を用いて電気めっき実験を行ったが、細孔空間内でのゲスト種堆積は観測されなかった。これはホストの電気抵抗があまりに高いため、電場が効果的にゲスト種に作用しなかったためと推察された。平成25年度は、前年度までの検討結果を受け、パターンドメディアの基材としての展開が期待できるサブナノ細孔が規則的に配列したMFI型ゼオライトとアナルサイムを対象として検討を進め、ナノ空間局所電気めっきプロセスへの展開性を考察した。以下に研究成果の概要を記す。なお評価対象とした試料は、Shimizuらによって提案されたバルク状原料を出発材としたバルク溶解法にて作製された。前年度までの検討結果を受け、MFI型ゼオライトからの構造指向剤除去をより詳細に検討したところ、構造指向剤の除去挙動は処理雰囲気の酸素分圧依存性があることを見出し、試料強度の低下を抑制しながら構造指向剤除去を可能とするプロセスを提示した。一方、電気めっきを行う上で重要となる基材の電気特性を測定したところ、構造指向剤除去後でもいまだ極めて高い電気抵抗値を得た。電気抵抗低減のために試料の薄片化を試みたが、試料強度の問題から薄片化には成功しなかった。構造指向剤を含まないアナルサイムにおいても、電気抵抗が極めて高く、薄片化を試みたが、試料サイズの関係で薄片化には成功しなかった。一方、電気特性評価と構造評価を進める中、評価対象試料は単結晶で、極めて高いイオン伝導物性を発現することを見出した。パターンドメディアへの展開として、イオン交換によるサブナノ細孔空間内元素の制御を試みたが、上記のMFI型ゼオライトとは違って、アナルサイムの細孔口が小さく、同プロセスでは元素制御は容易でないことがわかった。研究課題初年度となる本年は、主に試料作製に注力した。具体的には、導電性基板上に配向性を有するゼオライトの緻密膜やゼオライトの巨大結晶の作製に取り組んだ。・比較的粗大な石英ガラス粉末を出発材として、b軸方向に10員環(0.56 ×0.53 nm)で直線状の細孔を持ち、a軸方向にも10員環(0.55 ×0.51 nm)でジグザグな細孔を有するMFI型ゼオライトの薄膜作製を、ステンレス(SUS304)基板ならびに金で表面コーティングされたジルコニア基板を用いて、適当な反応溶液中で実施した。その結果、XRD回折よりb軸配向性を示すMFI型ゼオライトの形成が示され、また微細構造観察を行ったところ、基板表面に薄膜が観察された。当初、その膜はb軸配向性MFI型ゼオライトであると判断されたが、検討を進める中、膜は非晶質で、b軸配向性は膜表面に見られた析出粒子によるものではないかと考えられた。

現時点では、b軸配向性の由来は明らかでなく、更なる検討を要する。・ゼオライトの巨大結晶の作製に関しては、Shimizuらによって報告された合成法に基づいて行われた。その結果、1 mmを超える大きなMFI型ゼオライト結晶が合成された。微小部X線による検討から、得られた結晶は単結晶であることが強く示唆された。また、その大きさは、反応溶液に導入するHF量によって変化すること、出発材であるガラス管の配置方法によって異なることが明らかになった。本研究着手時には、本年度中に電気めっきによるゼオライト細孔へのクラスター包蔵を計画していたが、良質な試料を得るための条件がなかなか見出すことができず、電気めっきに関しては、本年度は予備的な実験を行うにとどまった。なお、ゼオライトの磁気特性を予備的に調べたところ、反磁性体であることがわかった。本研究を開始して2年目となる本年度は、作製試料を用いた電気めっきによるゼオライト細孔へのクラスターの包蔵と得られた試料の微細構造および磁気特性を検討する予定であったが、前記のように、実験に供することができるゼオライト構造が配向した薄膜を得ることができず、また他法でゼオライト巨大結晶を作製したが、細孔内に存在する構造指向剤の除去に至らず、当初の計画通りの検討を行うことができなかった。それ故、現在までの達成度は遅れていると判断した。本年度は、試料合成に続いて、電気めっきによるゼオライト細孔へのクラスターの包蔵ならびに得られた試料の微細構造の検討と磁気特性の評価を行う予定であったが、検討に用いる試料の内、所望の組織からなる膜の作製に至らず、電気めっき以降の検討を十分に行うことができなかった。今後は、細孔内に構造指向剤を持たないアナルサイム結晶を用いて検討を行う。電気特性評価結果を基に、電気抵抗を下げる目的で、試料の薄片状加工なども検討するとともに、気相法によるクラスター包蔵も視野に入れパターンドメディアへの展開性を検討したいと考えている。今後は、得られたゼオライト巨大結晶内へのクラスター包蔵を検討するとともに、所望の組織を有する膜試料の作製を今一度検討する予定である。なお、包蔵実験に関しては交付申請書に記載した検討項目に従い、研究を進める予定である。また、巨大結晶ではその形状上、厚さ方向に対する電気抵抗は膜試料と異なることが予想されるため、電気特性評価も行う予定である。本年度は、前記のように、当初の計画通りの検討が十分に行うことができなかった。次年度の研究費は、本年度にその作製に成功したミリメートル級のアナルサイムゼオライトに対するクラスター包蔵実験用部材の購入に充てたいと考えている。本年度は交付申請書に記載した検討項目の内、クラスターの包蔵とその内包クラスターの状態評価ならびに得られた試料の磁気特性に関する検討が十分にできなかった。そのため、当初予定していた物品の購入が必要にならなかった。次年度にはそれらの検討を含めて研究を進める計画であり、本年度当初に購入を予定していた物品は次年度に購入予定である。
ナノSiおよびGe材料を用いたバルクヘテロジャンクション構造形成と光電変換機能

近年,エネルギー環境問題の顕在化から太陽電池の普及が希求されている。そのため,生産性が高く従来のプロセスに比べてエネルギー消費の少ない新しい製造プロセスが求められている。近年の機能性ナノ材料の発展により,ウェットプロセスによる新しい電子デバイス製造プロセスが期待される。本研究では,有機ゲルマニウムナノクラスターと無機シリコン材料とのハイブリッド化とレーザープロセッシングにより半導体薄膜を形成し,ヘテロ接合型デバイスの光電変換特性についての検討を行った。近年,エネルギー環境問題の顕在化から太陽電池の普及が希求されているが,それに伴い結晶系の太陽電池においては、シリコン基板材料の需要供給の関係からの価格や資源の問題,また,薄膜系の太陽電池においては、気相のガスからの薄膜形成に由来する製膜速度や装置コストの問題が起こっている。そのため,ウェットプロセスにより作ることのできる有機色素増感太陽電池や有機バルクヘテロジャンク型薄膜太陽電池などの研究が精力的に展開されている。しかし,資源量,低毒性、環境負荷を考えた場合,シリコン系の薄膜太陽電池がウェットプロセスによって製造できることの意義は大きい。このため,塗布型のシリコン系太陽電池の開拓に対する機運が高まってきている。本研究では,ウェットプロセスによる無機バルクヘテロジャンクション型シリコン系太陽電池を目指して,Si微粒子,ゲルマニウムナノクラスターおよび酸化物半導体を用いた検討を行った。Si微粒子からなる太陽電池として,n-Si(0.1Ωcm)微粒子/Auシュットキーダイオード型太陽電池を作成し,その特性の検討を行ったところ,その変換効率は0.77%であった。光電流および光起電力のon-offサイクルにおいては良好な再現性が確認された。さらに,Si微粒子/酸化チタンナノ粒子からなるヘテロジャンクション型太陽電池においては1%をこえる変換効率が観測され,その変換効率にはSiのフェルミ準位の影響が顕著に現われた。このようなSi微粒子からなる太陽電池における膜質の向上を目的として,レーザーシンタリングの検討を行った。レーザーシンタリングでよるSi膜の結晶性においては,照射レーザー光波長の影響が顕著に観測され,より長波長のレーザー光照射においてより歪の少ない結晶形成が起こることが示された。これはシリコン中のレーザー光の侵入長によって説明された。近年,エネルギー環境問題の顕在化から太陽電池の普及が希求されており,資源量,低毒性,環境負荷を考えた場合,シリコン系の薄膜太陽電池がウェットプロセスによって製造できることの意義は大きい。本研究では,溶媒可溶性や分散性を有するナノ構造からなるシリコンおよびゲルマニウム半導体材料のインクを用いることにより,ナノサイズの接合界面が高密度に薄膜中に形成された無機半導体系バルクヘテロジャンクション型光電変換素子を形成し,そのナノ接合界面形成のための材料および手法,構造と物性の関係を明らかにすることを目的とした検討を行った。今年度は, Siナノ粒子分散有機SiおよびGeナノクラスター薄膜のレーザーアニーリングによるSiおよびSiGe合金薄膜の形成についての検討を行った。溶剤存在下SiおよびGeナノクラスター存在下でn型Siあるいはp型Si結晶をボールミル法で微細化した分散液を用いて薄膜形成を行った。紫外域から赤外域までの種々波長のレーザー光を用いてレーザーアニーリングを行い形成した薄膜の構造解析と物性測定をレーザー共焦点顕微鏡観察,顕微ラマン分光測定,およびI-V測定によって行った。粉砕によって形成した直後のSi微粒子はSi格子の歪を有していおり,単結晶Siに比べて低波数シフトしたラマンスペクトルが観測された。レーザーアニーリングにより形成した薄膜のラマンスペクトルの測定から,レーザー照射によりこの歪が解消され単結晶Siに近いラマンバンドとなることが示された。また,その効果は1064nmのレーザー光のような赤外域のレーザーほ顕著であった。Si内へのレーザー光の侵入深さがより長い赤外域の波長のレーザーのほど,より均一にSi薄膜のアニーリングを行えることが示された。レーザー波長の影響は,ショットキーダイオード型太陽電池素子を作成して測定したI-V特性における整流性においても確認された。本年度の研究実施計画は,(1) Siナノ粒子分散有機Geナノクラスター薄膜のレーザーアニーリングによるSiおよびSiGe合金薄膜の形成,および2)レーザーアニーリング膜の構造解析と物性測定ということであった。研究実績の概要で述べたように, Siナノ粒子分散有機SiおよびGeナノクラスター薄膜を形成し,レーザーアニーリングを行い,SiおよびSiGe合金薄膜の形成を既に行っている。また,構造解析と物性測定に関しては,レーザー共焦点顕微鏡観察,顕微ラマン分光測定,およびI-V測定を行い,レーザーアニール条件が膜構造や光電気物性に及ぼす影響の検討を行っている。それによって,レーザーアニーリングにおいては,レーザー光の侵入深さが非常に重要であり,より波長の長い赤外域のレーザー光を用いることによって,良好な結晶性のSi薄膜を得ることができることを明らかにしている。また,ショットキーダイオード型光電変換素子の作成もできており,それによって,レーザーシンタリング条件の影響を明らかにできている。

以上のべたように,本研究は当初の研究実施計画に沿って,おおむね順調に進展している。次年度においては以下の研究実施計画によって,目的とする無機半導体系バルクヘテロジャンクション型光電変換素子実現に向けた研究を進めて行く。・Siナノ粒子薄膜へのレーザードーピングの適用と光電気物性制御:n-Si / SiGe / p-Siナノ接合界面からなる無機バルクへテロジャンクション型薄膜太陽電池を形成するために,ホウ素化合物やりん化合物を反応させたポリマーをドーピング減としたレーザードーピングについての検討行う。・Siナノ粒子及びSiナノ粒子ー有機Geナノクラスターハイブリッド薄膜の積層化による無機バルクへテロジャンクション型構造の形成と光電変換特性の検討: p-ドープSiナノ粒子多孔質膜へ,Siナノ粒子分散Geポリマー層とSiナノ粒子分散りん含有ポリマー層の形成を行い,レーザーアニーリングによって,n-Si/SiGe合金/p-Siバルクヘテロジャンクション型ナノ接合界面の形成を行う。SEMや顕微ラマンスペクトルによる構造解析や,光電変換特性の検討から,バルクヘテロジャンクション型構造を形成するための最適なプロセスや材料の設計の指針を明らかにする。それら基礎データに基づき,新規な無機シリコン系バルクヘテロジャンクション型薄膜太陽電池実現のための道筋を探り,得られた結果を取りまとめ,成果発表を行う。次年度使用額は,今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額であり,平成24年度請求額とあわせ,次年度に計画している研究の遂行に使用する予定である。今後は本年度の知見を活かして種々の材料を組み合わせて実際の光電変換素子を作成し,それら特性評価を行う計画であり,そのための材料費や物性計測のための費用としての研究費の使用計画を考えている。物品費としては消耗品費として,合成試薬・溶剤,光学部品,基板材料,およびシリコン半導体材料を購入するための費用を計画している。旅費しては,国際学会や国内学会での成果発表計算機使用料のための費用を計画している。その他の費用としては,研究成果投稿料や計算機使用料を計画している。