hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
閉塞性無精子症に対する人口精液瘤の検討と回収精子の妊孕能に関する研究

精路閉塞のうちで吻合不可能な症例や、精管欠損症のような閉塞性無精子症に対する治療には精巣上体に人工精液瘤を造設する方法がある。我々は精巣上体に人工精液瘤を造設する方法にて精子を回収する方法についてはほぼ確立したが、平成5年までに人工授精を行い35例中2例に妊娠をみた。平成6年度は更に13例の症例を追加したが妊娠はなく、合計48例中2例という低い妊娠率であった。このため回収した精子がどのような妊孕能を有するかを検討した。妊孕能の判定法にはhypoosmotic swelling(HOS)test、共焦点レーザー走査顕微鏡観察とフローサイメトリー法、ハムスターテストを行った。HOS testの膨化率は、平均47.6±16.1%で正常群や閉塞症例を除く男性不妊症群に比し有意の差をもって低下していた。共焦点レーザー走査顕微鏡では生存・死滅精子や、生存あるいは死滅した先体反応完了精子の状態を、PIとFITC・PSA染色や、PIとFITC-Con A染色で示した。またこのような精子をフローサイメトリーでの百分率による各エリアの精子分布により妊孕能が判定でき、回収した精子の妊孕能の判定に有用な方法であった。ハムスターテストでは受精率は、平均8.2±10.0%と正常群とは有意の差をもって低下がみられたが不妊症群とは有意差はなかった。以上より本法にて回収した精巣上体精子の妊孕能は低く、現在、回収精子の顕微授精や体外受精を試みて課題であるが、現在では人工精液瘤の材質の改善や造設方法に顕微鏡手術を用いることで回収の改善が行われた。また将来の展望としてはフローサイトメトリーの応用により生存精子に無毒な蛍光色素を用い生存している先体反応完了精子を選択的に回収することにより妊孕能の高い精巣上体精子の回収も可能になると思われた。精路閉塞症のうちで吻合不可能な症例や、精管欠損の治療には精巣上体に人工精液瘤を造設する方法がある。すでに我々は本法にて精子を回収し、人工授精を行い35例中2例に妊娠をみたが低率であったため、今回は再度精巣上体の尾部に造設した人工精液瘤に貯留している精巣上体精子を回収し、その妊孕能を検討してみた。妊孕能の判定法にはhypoosmotic swelling(HOS) test、共焦点レーザー走査顕微鏡観察とフローサイメトリー法、ハムスターテストを行った。HOS testの膨化率は15.083.3%、平均47.6±16.1%で正常群や閉塞症例を除く男性不妊症群に比し有意の差をもって低下していた。共焦点レーザー走査顕微鏡では生存・死滅精子や、生存あるいは死滅した生体反応完了精子の状態を、PIとFITC-PSA染色や、PIとFITC-Con A染色で示した。またフローサイメトリーでの百分率による各エリアの精子分布により妊孕能が判定できた。このうち、以前に本法にて妊娠した症例では妊孕能のあるエリアに精子分布が多く、また妊娠不成功例では妊孕能のないエリアに精子分布がみられ、妊孕能の判定に有用な方法であった。ハムスターテストでは受精率は025%、平均8.2±10.0%と正常群とは有意の差をもって低下がみられたが不妊症群とは有意差はなかった。

妊孕能テストに用いた精巣上体精子のHOS testと、ハムスターテストの両方法の結果では、各々正常群との間に有意差を示し低い妊孕能が認められたが、男性不妊症群の成績とは、ハムスターテストでは有意差は認められなかった。しかしHOS testでは、正常群、男性不妊症群の両群より妊孕能が低下している結果であった。これらの成績よ判断してHOS testや、ハムスターテストに用いた人工精液瘤より回収した精巣上体の尾部の精子は男性不妊症群よりさらに妊孕能が低下していると考えられた。実際に回収された精巣上体精子の妊娠率の低迷から判断しても精巣上体精子の妊孕能が低下していることは明らかで、これらの実験方法は妊孕能を調べる上で大変有益な検査法であることが判かった。精路の吻合不可能な症例や、精管欠損症のような閉塞性無精子症に対する治療には精巣上体より精子を回収し、ARTを試みる方法しか望みはない。我々は精巣上体に人工精液瘤を造設し精巣上体精子を回収する方法についてはほぼ確立したが、平成5年までに人工授精を行い35例中2例を妊娠出産をみた。平成6年度は更に13例の症例を追加したが妊娠はなく、合計48例中2例という低い妊娠率であった。このため回収した精子がどのような妊孕能を有するかを検討し、すでに平成5年度までに人工精液瘤より回収した精巣上体精子の妊孕能の判定法にはhypoosmotic swelling(HOS)test、共焦点レーザー走査顕微鏡観察とフローサイメトリー法、ハムスターテストを行い、HOS testの膨化率は平均47.6±16.1%で正常群や閉塞症例を除く男性不妊症群に比し有意に低下していた。共焦点レーザー走査顕微鏡では生存・死滅精子や、生存あるいは死滅した先体反応完了精子の状態を、PIとFITC・PSA染色や、PIとFITC・Con A染色で示すことができた。またこのような精子をフローサイメトリーでの百分率による各エリアの精子分布により妊孕能が判定でき、回収した精子の妊孕能の判定に有用な方法であることが確立された。また、ハムスターテストでは受精率は平均8.2±10.0%と正常群とは有意の差をもって低下がみられたが不妊症群とは有意差はない。以上より本法にて回収した精巣上体精子の妊孕能は低く、現在回収精子の顕微授精や体外受精を試みているが5例に受精に成功しているが着床にはいたっていない。この研究は今後の課題であるが、現在では人工精液瘤の材質の改善や造設方法に顕微鏡手術を用いることで回収の改善が行われてきた。また将来の展望としてはフローサイトメトリーの応用により滅菌された状態で生存している先体反応完了精子を選択的に回収することにより妊孕能の高い精巣上体精子の回収も可能になると考えられる。
小児糖尿病患者用災害対応マニュアルの開発とその有用性の評価

小児糖尿病患者の災害対応マニュアルの開発について、本研究では、小児糖尿病の患者自身が災害に対する知識を増やし、子供の自身が自らの命を守るために、安全確保できるための災害対応マニュアルを開発し、その有用性を評価することを目的とする。開発する小児糖尿病災害対応マニュアルの内容は、全国の小児糖尿病患者の診療や療養指導を行なっている有識者を対象にデルファイ法を用いた調査を行い、小児糖尿病患者の災害対応マニュアルに必要な項目を抽出する。デルファイ法による調査で使用する質問紙は、糖尿病に関する既存のマニュアルや先行研究を参考に作成した。また、糖尿病や災害時糖尿病や災害時の対応に関する、具体的な知識だけでなく、自宅や学校生活、学習塾、習い事などの課外活動時に災害に遭遇した場合を想定した備えや、実際に様々な場所・状況で被災した時の対処についても、学校保健の分野の先行研究などを参考に質問紙の内容に記載した。質問紙の各項目の重要度の評価は「非常に重要:5」「やや重要:4」「どちらでもない:3」「あまり重要でない:2」「全く重要でない:1」の5件法とする。抽出する項目は、1災害に備える時期、2災害発生から72時間までの超急性期とした。デルファイ法による調査で使用する質問紙の内容を精査し、調査対象者の負担軽減を考慮しつつ、調査の実施の実施依頼時期の検討を行い、調査・集計結果から実際の小児糖尿病患者用災害対応マニュアルを作成する。平成29年度が最終年度であるため、記入しない。小児糖尿病患者の災害対応マニュアルの開発について、本研究は、小児糖尿病患者自身が、災害に対する知識を増やし、子ども自身が安全を確保し自ら命を守るための災害対応マニュアルを開発し、その有用性を検証することを目的としている。開発する小児糖尿病患者用災害対応マニュアルの内容は、全国の小児糖尿病患者の診療や療養指導などを行っている有識者を対象に、デルファイ法を用いた調査を行い、小児糖尿病患者の災害対応マニュアルに必要な項目を抽出する。デルファイ法に使用する質問紙は糖尿病に関する既存のマニュアルや先行研究を参考に作成した。また、糖尿病や災害時の対応に関する、具体的な知識だけでなく、自宅や学校生活、塾などの課外活動時に災害が発生した時を想定した備えや、実際に様々な場所・状況で被災した時の対処についても、学校保健の分野の先行研究などを参考に質問紙の内容に記載した。抽出する項目は、1災害に備える時期、2災害発生から72時間までの超急性期に限定した。今後は、調査の継続実施と結果集計から、実際の小児糖尿病患者用災害対応マニュアルを作成する。また、作成した災害対応マニュアルを使用した災害教育を、実際の小児糖尿病サマーキャンプ内で行い、使用した小児を対象とした調査から小児糖尿病患者用災害対応マニュアルの有用性の評価を行う。小児糖尿病患者用災害対応マニュアルを作成するにあたり、全国の小児糖尿病にかかわる有識者の意見を抽出するが、調査を実施するための質問紙作成について、既存のマニュアルや災害・糖尿病に関する先行研究、さらに、学校保健分野の先行研究などをもとに精査を行って作成した。実際の質問紙作成までに、当初の予定よりも時間が掛かってしまったため、計画よりも遅れが生じている。今後は小児糖尿病にかかわる有識者を対象にしたデルファイ法による調査を早期に実施する。また、調査期間の見直しや、結果集計からのマニュアル作成などのスケジュールについても期間・手順の見直しを図る。
アフリカツメガエル中枢神経系の免疫グロブリンスーパーファミリー分子XF3の研究

コンタクチンは哺乳類ならびに鳥類の中枢神経系で発現が報告されている免疫グロブリンスーパーファミリー神経接着分子で、神経系の形態形成に重要な役割を果たすものと推測されている。本研究ではまず、アフリカツメガエルのコンタクチンの非対立遺伝子性の2つのアイソフォームのcDNAを単離するとともに、特異的な抗体作製した。成体におけるコンタクチンの発現パターンは他の動物と同様で、中枢神経系に特有である。in situハイブリダイゼーションならびに免疫染色によると、発生の過程でコンタクチンは神経胚から尾芽胚にかけての特定の神経細胞で発現を開始する。コタクチンならびにその情報伝達に関わると推測されているFynチロシンキナーゼのcDNAを改変して正常な、あるいは様々な変異体mRNAやアンチセンス発現ベクターをin vitroで合成し,2細胞期の片側の割球に注入することにより、神経形成におけるコンタクチンの役割を調べた。これらの実験の結果から、少なくとの一部の神経系の形成には、正常なコンタクチンの機能が不可欠であることが明らかとなった。本研究により、生体内でのコンタクチンの機能の一端が明らかになったとともに、アフリカツメガエルのマイクロインジェクションの実験系が、神経形成の分子機構を解明する有力なモデルとなり得ることが示された。本研究は、アフリカツメガエルを実験モデルとして、神経系の形成における免疫グロブリンスーパーファミリー糖蛋白質、コンタクチン(F3/F11)の役割を解明することを目的とする。本年度の研究においては、まずコンタクチンのホモログのcDNAを単離し、その構造を明らかにした。その結果、アフリカツメガエルのコンタクチンは全体的な構造ならびにアミノ酸配列において、他の動物のものと高い相同性を持ち、成体の中枢神経系で幅広い部域に発現していることが分かった(Nagata et al.,Zool.Sci.,13,813,1996)。また、in situハイブリダイゼーションならびに免疫細胞化学的手法により、この分子が個体発生のかなり早い時期に特定の部域に発現していることが確かめられた。とくに、視神経が視覚中枢である視蓋に向かって伸長するのに先立って、そのルートに沿ってコンタクチンの発現が見られることから、視神経による伸長経路の選択との関連が注目される。免疫グロブリンスーパーファミリーの中で、コンタクチンに類似した構造を持つもの(コンタクチンサブファミリー)がいくつか知られており、中枢神経系の形態形成に特有の役割を果たすと考えられる。そこで新たなコンタクチン様神経接着分子を、ディジェネレートPCR法によりラットの脳において検索した。その結果、新たに2種類のcDNAが単離され、各々NB2、NB3と名付けた(Neurosci.Lett.,218,173,1996)。これらの分子はコンタクチンサブファミリーの他の分子と40%60%のホモロジーをもち、ともに中枢神経系に特異的に発現する。しかし、その発現部域には両者の間で明瞭な違いがあり、機能の上での違いを反映しているものと考えられる。神経系の形態形成においてコンタクチン、ならびにFynチロシンキナーゼが果たす役割を明らかにするために、アフリカツメガエルを用いた分子生物学的な解析を行った。RT-PCRならびにホールマウントin situハイブリダイゼーションにより、発生に伴うFynとコンタクチンのmRNAの発現変化について調べ、神経系の形態形成にともなうそれぞれの発現パターンを比較検討した。その結果、両者のmRNAは中枢神経系に集中して発現するが、発現場所と発現開始時期に部分的な不一致が見られることなどがわかった。特に、幼生初期に脊髄背側に出現する感覚神経細胞、Rohon-Beard細胞はコンタクチンmRNAを強く発現しているが、Fyn mRNAの発現は認められなかった。特異的抗体を用いたウエスタンブロッティング、ならびにホールマウント免疫染色により、各タンパク質の検出を行い、mRNAの発現パターンとの相関を明らかにした。FynとコンタクチンのcDNAを改変することにより正常な、あるいは様々な変異体mRNAをin vitroで合成し、2細胞期の片側の割球に注入した。一定の発生段階に達した胚を、各種の抗体を用いてホールマウント免疫染色し、神経系の形成に対する影響を調べた。その結果、Fynのドミナントネガティブ変異体の過剰発現を行った時にのみ、コンタクチン陽性のRohon-Beard細胞の形成が抑制されることがわかった。

以上の結果は、少なくとも一部のコンタクチン陽性の神経細胞を含む神経系の形成には、Fynの機能が不可欠であることを示している。しかし、今回見たRohon-Beard細胞では、Fynとコンタクチンが同時に発現していないと思われることから、従来考えられていたコンタクチンの認識情報をその細胞内で伝達する機能に加えて、Fynは細胞間相互作用を含む間接的な作用によって神経形成に関与している可能性が考えられる。
がんと間質との相互依存性シグナルの包括的理解

がん細胞はそれ単独での生存は難しく、生体内では常に周囲の間質細胞からの支持シグナルを受け、また逆にがん細胞自身がシグナルを出して生存に適した間質細胞を誘導している。申請者はこれまでにマウスに移植したヒトがん細胞のトランスクリプトームシーケンスから、マウス・ヒト由来の配列の分離によりがん細胞・間質各細胞由来のシグナルとその相互作用のプロファイルを行う技術を確立してきた。本申請では多様ながん種について患者がん組織から直接樹立したPDX(Patient-Derived Xenograft)等のがんのvivoのモデル系を体系的に解析し、がん細胞と間質細胞との相互作用の全体像とその多様性をゲノムレベルでの解明を目的とする。平成30年度においては間質側は線維芽細胞、血管内皮、血球細胞など組成がヘテロであるため、それぞれの組成のプロファイルを個別に取得して、トランスクリプトームプロファイルから間質側の細胞組成を推定するアルゴリズム開発の開発をパイロット的に行なった。またスキルス胃がんは強い間質反応と浸潤性が特徴的であり、がん-間質相互作用がそのメカニズムとして重要であると考えられている。スキルス胃がんに特徴的な変異型RHOAを持つ胃がん細胞株の胃粘膜下におけるorthotopic xenograftにより間質の豊富な組織を再現した。この系に対しがん-間質インターラクトームプロファイルのプロファイルを行い、いくつかの重要ながん-間質相互作用を同定することに成功した。研究実績の概要に記載の通り順調に進呈している。本年度はこれまで進めてきたXenograftにおけるマウス・ヒト由来の配列の分離によりがん細胞・間質各細胞間の相互作用のプロファイルを行う技術をより発展的に進め、シングルセルのトランスクリプトームプロファイルにより多くの細胞種間における相互作用を体系的に解析する技術を開発する予定である。間質の多い腫瘍組織よりシングルセルを安定して分離して調整する技術の確立を行ないパイロットデータをいくつか取得する予定である。またこれらのデータからクラスタリング等により細胞腫を特定する技術を開発する他、腫瘍内の多細胞間インターラクションを理解しやすいように適切に次元を圧縮して表示させる技術の開発も試みる予定である。研究代表者はこれまでにマウスに移植したヒトがん細胞のトランスクリプトームシーケンスから、マウス・ヒト由来の配列の分離によりがん細胞・間質各細胞由来のシグナルとその相互作用のプロファイルを行う技術を確立してきた。本研究では多様ながん種について患者がん組織から直接樹立したPDX(Patient-Derived Xenograft)を体系的に解析し、がん細胞と間質細胞との相互作用の全体像とその多様性をゲノムレベルでの解明を目的とする。研究代表者らが開発した細胞間相互作用は現状のデータベースにおいては、異なる複数のデータベースで再現された信頼性の高い相互作用が用いられているため、当該データベースを最新のものにアップデートするとともによりターゲットディスカバリーに適した報告例の少ないものを含めた相互作用に拡張した。患者がん組織からマウス内に直接移植されたPDX(Patient-Derived Xenograft)は通常の培養細胞株と異なりフラスコなどの環境下では生育できず間質環境が重要と考えら、またその病理組織学的所見も原発腫瘍と類似し、その生物悪的性質が良く保たれていると考えられている。様々ながん種のPDXインターラクトームプロファイルを体系的に解析し、がん種間及び同じがん種でも個体間のがん-間質相互作用の取り得る生物学的レンジを把握し、個別の症例に特徴的な相互作用の解析を行った。研究実績の概要に記載のとおり概ね順調に進展している。本申請では多様ながん種について患者がん組織から直接樹立したPDX(Patient-Derived Xenograft)を体系的に解析し、がん細胞と間質細胞との相互作用の全体像とその多様性をゲノムレベルでの解明を目的とする。平成29年度は、前年度に引き続きデータベースのアップデートをはかると共に様々ながん種のPDXのインターラクトームプロファイルを体型的に解析し、がん種間及び同じかん種でも個体間のがん-間質相互作用の取り得る生物学的レンジを把握し、個別の症例に特徴的かる重要な相互作用の同定を行なった。特定のがん腫で他のがん腫と大きくことなる、がん-間質相互作用が見つかり、治療につながる可能性のあるものも見つかった。またマウス間質側は線維芽細胞、血管内皮、血球細胞など組成がヘテロであるため、それぞれの組成のプロファイルを個別に取得して、トランスクリプトームプロファイルから間質側の細胞組成を推定するアルゴリズム開発を行なった。

本申請では多様ながん種について患者がん組織から直接樹立したPDX(Patient-Derived Xenograft)等のがんのvivoのモデル系を体系的に解析し、がん細胞と間質細胞との相互作用の全体像とその多様性をゲノムレベルでの解明を目的とする。平成30年度においては間質側は線維芽細胞、血管内皮、血球細胞など組成がヘテロであるため、それぞれの組成のプロファイルを個別に取得して、トランスクリプトームプロファイルから間質側の細胞組成を推定するアルゴリズム開発の開発をパイロット的に行なった。またスキルス胃がんは強い間質反応と浸潤性が特徴的であり、がん-間質相互作用がそのメカニズムとして重要であると考えられている。スキルス胃がんに特徴的な変異型RHOAを持つ胃がん細胞株の胃粘膜下におけるorthotopic xenograftにより間質の豊富な組織を再現した。この系に対しがん-間質インターラクトームプロファイルのプロファイルを行い、いくつかの重要ながん-間質相互作用を同定することに成功した。研究実績の概要に記載の通り順調に進呈している。前年度に引き続いてデータベースのアップデートをはかると共に、様々ながん種のPDXのインターラクトームプロファイルを体系的に解析し、がん種間及び同じがん種でも個体間のがん-間質相互作用の取り得る生物学的レンジを把握し、個別の症例に特徴的かつ重要な相互作用の同定を行う。またマウス間質側は線維芽細胞、血管細胞、血球細胞など組成がヘテロであるため、どれぞれの組成のプロファイルを個別に取得してトランスクリプトームプロファイルからがん間質側の細胞組成を推定するアルゴリズムの開発を行う。同時に抗腫瘍薬をXenograftに投与し耐性状態におけるがん-間質細胞間インターラクトームのダイナミックな経時的変化を解析し、耐性・適応獲得に重要ながん-間質層度作用シグナル及び、その相互作用を担うタンパクを同定することを目的とする。前年度に引き続き、マウス間質側は線維芽細胞、血管内皮、血球細胞など組成がヘテロであるため、それぞれの組成のプロファイルを個別に取得して、トランスクリプトームプロファイルから間質側の細胞組成を推定するアルゴリズム開発の開発を続ける。本研究提案では我々が同定したスキルス胃がんに特徴的なRHOAシグナルと豊富な間質との関係性・因果関係を解明することを目的とし、変異型RHOAを持つ胃がん細胞株を線維芽細胞との共移植や、胃粘膜下のorthotopic xenograft等により間質の豊富な組織を再現する。これらの系に対しがん-間質インターラクトームプロファイルのプロファイルを行う予定である。
完全線形符号に基づくＤＮＡの符号化によるゲノムマッピングの高速化

高速なDNAシーケンサー技術の発展により,生物のゲノム,遺伝子のDNA断片の読み取りを大量,かつ安価に取得する事が可能となった.読み取り速度の向上に伴うデータ産生速度は,計算機の計算速度向上度を大幅に上回っており,新たな解析アルゴリズムを必要としている.本研究は4元完全線形符号が有効である事を明らかにする事を目的とした.4元完全線形符号によって類似塩基配列を探索する際の解空間が大幅に削減される事を明らかにし,ゲノムマッピング,メタゲノム解析に有効である事を示した.研究計画の2年目である平成25年度は,1年目に構築した理論が実用上でも有効である事を実証する事を目的とし,ゲノムマッピングアルゴリズムの実装を行った.現在,高速なゲノムマピングソフトウェアは全て圧縮データ構造の一種であるBurrows-Wheeler変換を用いている.これを用いても理論上の計算量は等しいが,多くのDNA配列に特化した最適化手法及び,ヒューリスティクスを取り入れる事により,ゲノムサイズとキャッシュまたはメインメモリサイズが同等程度の場合に実計算時間を大幅に短縮する事を可能とする.これらの知見を短時間で有効活用するため,各種最適化手法を自ら実装するのではなく,既存のゲノムマッピングソフトウェアに対するラッパーを作成する事で実現した.具体的には,完全線形符号の符号語集合を直接アルファベットとみなすのではなく,擬似的にDNA配列として表現する.これにより完全線形符号を用いたゲノムマッピングに必ずしも適しては居ない物の,多数のヒューリスティクスを擬似的に取り込む事が可能となる.そしてこの実装が本研究における計算時間の下限となるため,提案手法の有効性を評価する手法として望ましい性質を持っているといえる.既存ソフトウェアとしてBowtieを用いた結果は次の通りであった.大腸菌及びヒトゲノムを対象とする提案手法のマッピング計算時間がBowtieとほぼ同程度であり,かつより類似性の低いアライメントを発見する事ができた.以上の結果を受け,現在独自実装のマッピングソフトを構築中である.本年度の研究達成目標は、完全線形符号を用いる事で既存アルゴリズムよりも高速にゲノムマッピングが可能である事を論理的に示す事であった。完全線形符号を用いたDNAアライメントに関する理論構築を行った。特に、不文字列に不一致が存在した場合に必要な探索空間量について検討を行い、式を立てた。4元(5,3)完全線形符号を用いた場合、与えられた5merのDNA配列の部分文字列の探索空間を16から6.625に、n-merのDNA配列が与えられた場合、1+3nから22.2+0.00879nと削減できる事を明らかにした。また、完全線形符号の組合せによる符号化するDNA配列長の制限の緩和法についての理論構築にも取り組んだ。その成果として、上記段落のn-merの場合の探索空間量を明らかにした事が挙げられる。研究計画の3年目である平成26年度は,2年目に設計,実装したアルゴリズム,ソフトウェアの並列化を行った.昨年度の実装では,圧縮データ構造の一種であるBurrows-Wheeler変換を用いたが,既存ソフトウェアであるBowtieからの有意性を示す事ができなかった.あるDNA配列のゲノムアライメント結果は,他のDNA配列のアライメント結果とは独立である.そして入力として与えられるDNA配列数は膨大であるため,ゲノムアライメントの実装には並列化が有効であると考えた.そこでMPI,CUDA,Hadoop, OpenMP等の各種並列化技法を用いた実装の検討を行った.本研究では,規模の小さい演算である完全線形符号の誤り訂正を大量に実行する必要があるため,CUDAが有効であると考えていたが,圧縮データ構造で変換するデータが規模の大きなゲノム配列である事から,データ転送速度の問題が生じたCUDAを除外した.そこで,本年度の研究で必要な並列化は,単純なタスク並列化のため,Map&Reduceの使えるHadoop及びOpenMPを用いた.しかし想定していた程の効率性,すなわち他手法を大幅に超える性能を得る事ができなかった.そして,本項目に予想以上の時間を要してしまったため,他の配列解析手法への応用部分の研究に遅延を生じてしまった.そこで,最終年度を一年延長する事とした.本研究は,DNA配列を4種類の塩基をアルファベットとする4元完全線形符号列として表現する事と有効性の追求を課題としている.4種類の塩基をガロア拡大体GF(4)上の元として表す.そして塩基配列を塩基そのものの文字列として表現する代わりに,完全線形符号の情報ビットの文字列として表現する.情報ビットで表現する事により5塩基あたり10bit必要だったデータ量を6bitへと削減する事ができる.線形符号の性質である1文字のエラー訂正機能を利用する事により符号語に一対一対応する塩基配列と1塩基置換の関係にある3N個(Nは完全線形符号語長)を同一の符号として表現可能となる.平成26年度までにこのアイデアを検証し,高速なゲノムマピングソフトウェアは全て圧縮データ構造の一種であるBurrows-Wheeler変換を用いたマッピングソフトウェアの独自実装を行ってきた.本年度はこのアイデアをメタゲノム解析への応用法の研究を行った.メタゲノムとは,複数の微生物が含まれる環境由来の資料から,培養を経る事なくゲノムDNAを抽出し,そのDNA断片をDNAシーケンサーで読み取りを行ったデータ群である.

このデータ群のリードの由来微生物を機械学習により推定する事により,環境に生息する微生物の状況を計測する事が可能になる.本研究では,このメタゲノム由来リード配列の生物種分類へ4元完全せ系符号を応用する研究を行った.分類を可能とする機械学習手法には,長さkの部分塩基配列に基づくNaive Bayes法を採用し,その成果を学会にて発表した.また近年着目を浴びている自然言語処理分野の文字列処理法であるWord2Vec, GloVe(Global Vectors for Word Representation)によってk-merの各部分配列を処理し,写像後のベクトル空間に基づくNaive Bayes法の提案を行った.高速なDNAシーケンサー技術の発展により,生物のゲノム,遺伝子のDNA断片の読み取りを大量,かつ安価に取得する事が可能となった.読み取り速度の向上に伴うデータ産生速度は,計算機の計算速度向上度を大幅に上回っており,新たな解析アルゴリズムを必要としている.本研究は4元完全線形符号が有効である事を明らかにする事を目的とした.4元完全線形符号によって類似塩基配列を探索する際の解空間が大幅に削減される事を明らかにし,ゲノムマッピング,メタゲノム解析に有効である事を示した.昨年度までに実装した圧縮データ構造の一種であるBurrows-Wheeler変換を用いたゲノムマッピングソフトの並列化を行った.対象とした並列化技法は,MPI,CUDA,Hadoop, OpenMPである.昨年度の実績書に示した通り,並列化前の段階で提案手法は既存手法より優れているとは言い難かった事も影響し,並列化後にも研究計画において事前に想定していた程の効率性,性能を得る事ができなかった.また,想定する効率性,性能を得るための試みに時間を要したため,他のDNAゲノムアライメント配列への応用に遅延を来している.ただし,特にメタゲノム分野への応用において一定の成果を上げる事ができた.以上により,(3)やや遅れているを選択するとともに,研究計画の一年延長を申請した.生物情報学来年度は,生物情報科学分野においてDNA配列を扱うゲノムアライメント以外のアルゴリズムへの応用研究を中心に実施する.アライメントは生物情報学の基本アルゴリズムである.そのため他のDNA解析に関する多くの研究に関係している.そこで,これらのDNA配列を扱う研究において,完全線形符号が応用できないかの研究を昨年度に引き続き実施していく.すなわち,来年度は本年度の研究計画が遅延した部分を中心に実施する事となる.現在想定している応用分野は,ゲノムアセンブル,メタゲノム分類,メタゲノムアセンブル,そしてDNAのk-mer countingへの応用である.以上の分野を中心に,適用による有利不利を勘案しつつ優先順位をつけて順次実施していく.従来の計画では,平成25年度中に,独自実装のマッピングツールの実装を終える事となっていた.しかし,現状の実装では計算時間等の性能における明らかな優位性が伺えない.そのため,現在も高速化を図るべく,提案手法の実装を継続している.上記の部分については,研究計画より少々遅延しているものの,平成26年度に予定していた並列化部分についての予備実験を終了している事より,全体の計画としてはおおむね順調に進展していると判断している.平成24年度の研究実施計画に記載した2項目の研究課題を、順調にこなしているため、(2)おおむね順調に進展しているを選択した。研究計画に遅延が生じたため,1年の計画延長を行った.
様々な応力条件下においてサクションが土の強度変化特性に与えるメカニズムの解明

複雑な三次元応力状態を再現できる実験装置の開発とその装置を用いて不飽和土の強度変形特性を研究するための予備実験として飽和粘性士で以下の2種類の実験を行った.実験1.平均有効主応力p′および中間主応力係数bを一定に保ったまま,任意の主応力方向αで履歴(せん断)を与えた供試体の排水せん断試験.実験2. p′およびα一定に保ったまま,任意のbで履歴を与えた供試体の排水せん断試験.本研究で得られた成果は以下の通りである.1.履歴時のαとbは強度(破壊)には影響を与えず,残留状態は等しくなる.2.弾性領域は履歴時のαの影響を受けて変化し,土の変形挙動に影響を及ぼす.弾性領域の変化の割合は,履歴時とせん断時のαが一致しているときが最も大きく,履歴方向と90度ずれた方向では弾性領域は進展しない.3.弾性領域は履歴時のbの影響を受けて変化し,土の変形挙動に影響を及ぼす.弾性領域の変化の割合は,履歴時とせん断時のbが一致しているときが最も大きく,両者の差に比例して弾性領域は縮小し,最大2割程度の降伏点(弾性域)の低下を示す.4.修正カムクレイ・モデルの弾性領域の進展に対して履歴時のαとbの影響を表現できる新しい構成則を確立し,実験結果をシミュレートした。実験結果と解析結果はほぼ類似した傾向を得ることができ,このモデルの有用性が示された.本年度は不飽和土の三次元応力状態における強度特性と研究するための実験装置の開発とその装置を用いて、せん断履歴を有した飽和粘性土の実験を行った。平均有効主応力p′および中間主応力係数bを一定条件に保ったまま、任意の主応力方向αでせん断履歴を載荷し、誘導異方性を与える。その後、等方応力状態で中空ねじり排水せん断試験を実施し、せん断履歴時の最大主応力方向αが粘性土のせん断特性に与える影響について実験的に検討を行った。また、粘性土の弾塑性構成モデルの一つ、修正カムクレイ・モデルの降伏曲面に誘導異方性を表現できる新しい構成則の確立を行った。本研究で得られた成果は以下の通りである。1.誘導異方性は弾性領域を変化させ、土の変形挙動に影響を及ぼす。弾性領域の変化の割合は、せん断方向が異方圧密時の最大主応力方向αと一致しているときが最も大きく、せん断方向がαから90度回転した方向のときは弾性領域は等方圧密時と変化しない。2.誘導異方性は強度(破壊)には影響を与えず、残留状態は等しくなる。3.せん断履歴時の最大主応力方向αによって、せん断時の体積変化挙動は異なる。体積変化はせん断方向がαと一致しているとき最も小さく、せん断方向がαから90度回転した方向のときが最も大きくなる。4.修正カムクレイ・モデルに誘導異方性を表現できる新しい構成則を確立し、誘導異方性による弾性領域の変化、せん断時の体積変化挙動をシミュレートした。実験結果と解析結果を比較検討することにより、ほぼ類似した結果を得ることができた。実験結果と解析結果はほぼ類似した傾向を得ることができ,このモデルの有用性が示された.
アクチノリザル共生シグナル物質である環状ジアリールヘプタノイドの生合成と作用機作

申請者らは、オオバヤシャブシのジアリールヘプタノイド生合成に関与する酵素系に関する研究を行っている。まず、ジアリールヘプタノイド骨格合成に関与すると考えられる植物III型ポリケチドシンターゼのファミリーに属する酵素遺伝子を次世代シーケンス解析によって特定し、大腸菌で異種タンパク質発現した。ジアリールヘプタノイド骨格縮合反応は、ジヒドロクマロイルCoAから2段階で進むことが推定されているが、昨年度までに本発現酵素が二段階の反応を触媒できないことを明らかとしている。そこで、本年度は、基質として有機合成することが困難である中間体ジヒドロ-p-クマロイルジケチドCoAの類縁体として、ジヒドロ-p-クマル酸のN-アセチルシステアミンチオエステル(SNAC)誘導体を6段階(総収率22%)で合成することに成功した。しかしながら、このSNAC体基質を用いたジヒドロクマロイルCoAとの縮合反応は、単離された酵素では触媒できないことが明らかとなった。一方、昨年度までの次世代シーケンス解析で、その存在が推定された上記反応の前段階であるp-クマル酸の二重結合還元酵素をコードしていると考えられる遺伝子を、常法に従いタンパク質発現することに成功した。取得した酵素をp-クマル酸と反応させたところ、基質であるp-クマル酸の還元は触媒されず、酵素条件の再検討が必要であると結論した。さらに、p-クマロイルCoAなどエステル類や桂皮アルデヒド類を基質とする可能性もあるため今後はこれら基質を有機化学的・酵素科学的に調製し、反応機構並びに作用機作を解析することが必要であると考えた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。申請者らはオオバヤシャブシのジアリールヘプタノイド骨格形成に関する縮合酵素が、フラボノイドやスチルベノイドの縮合酵素同様、植物III型ポリケチドに属すると仮定し、次世代シーケンスデータのトランスクリプトーム解析によって候補遺伝子を単離し大腸菌発現を試みている。今年度は、大腸菌発現したPKSIII型の本酵素を用いて、3-(4-ヒドロキシフェニル)プロパン酸CoAとマロニルCoAを基質として縮合反応を行った。その結果、目的とするジアリールヘプタノイド骨格を有する生成物まで反応が進行せず、反応途中の中間体トリケチドピロン体までしか生合成しないことが明らかとなった。従って、本骨格形成反応は複数の酵素が関与している可能性が強く示唆された。そこで、再度次世代シーケンス解析を試みる目的で、窒素制限あり、なしの、それぞれのオオバヤシャブシ実生およびその根部からmRNAを抽出し、Miseqによって高感度のシーケンス解析を行った(繰越分)。次年度は、このシーケンスデータをもとに縮合遺伝子の単離を試みるとともに、その他の反応を触媒する還元酵素やカップリング酵素遺伝子の探索と発現を試みる予定である。一方、芳香環同士の分子内環化反応については、有機合成した直鎖型ジアリールヘプタノイドを過酸化水素存在下ペルオキシダーゼによるラジカルカップリングの可能性を試みた。しかしながら、環化生成物は得られず単純なラジカルカップリングでは生成物を与えない可能性が予想された。今後はアルカロイドで提案されているP450型の位置選択的な酸化カップリングの可能性も視野に入れ、候補遺伝子のマイニングを試みる予定である。ジアリールヘプタノイド骨格形成反応の基質の準備や反応条件の検討に手間取った。また、酵素反応が予想通りには進まず、新規次世代シーケンス解析の着手が遅れ、次年度に解析を繰り越す必要があった。直鎖型ジアリールヘプタノイドの合成は順調に進み、ペルオキシダーゼによる反応解析は行うことができた。しかしながら、予想通り、単純なラジカル反応でない可能性が強く示唆された。今年度は、オオバヤシャブシのジアリールヘプタノイド骨格形成に関与する植物III型ポリケチドシンターゼ遺伝子を再解析する目的で、Hiseqを用いておよそ100倍の感度で次世代シーケンスを再解析を行った。解析データをもとに植物III型ポリケチドシンターゼ遺伝子を検索した結果、前回クローン化した遺伝子以外、ジアリールヘプタノイド骨格形成に関与すると考えられる遺伝子は存在しない可能性が示唆された。タンパク質のドメイン検索も行ない広範囲な遺伝子検索も行ったが、ポリケチドシンターゼと考えられる新たな遺伝子を見出すことはできなかった。したがって、酵素反応条件の再検討あるいは発現系を酵母に変更することによって、ジアリールヘプタノイド骨格の二段階の生合成が、イネのクルクミンシンターゼで見られたような一つの酵素のみで進行するかどうか確認する必要があると結論した。また、今年度、酵素反応の二段階目の中間体類縁体の調製がようやく完了したので、その反応と生成物についても確認することでより詳細な酵素反応が解析出るとか結論した。一方、今回のシーケンスデータから、p-ヒドロキシケイ皮酸誘導体の二重結合還元酵素と予想される候補遺伝子が二種類見出された。こちらに関しては、常法に従いタンパク質の発現を行う予定である。また、P450型の酸化酵素に該当する酵素遺伝子も多数検出されたので、アルカロイドで詳細に検討されている炭素-炭素カップリングによるビフェニル骨格形成を触媒するP450型酵素を鋳型に酵素遺伝子の検出を行う必要があると結論した。今年度は、昨年度より繰越した次世代シーケンスデータを解析した。

その結果予想とは異なり、新たなジアリールヘプタノイドシンターゼ候補遺伝子を検出することができなかった。このことは、イネの遺伝子同様一酵素で二段階反応を触媒していることを示しており、今後の検討課題があぶり出された。また、p-桂皮酸の不飽和二重結合還元酵素については候補遺伝子が検出され、次年度の課題として継続する予定である。2つの芳香環のカップリングに関する遺伝子は不明であるが、多くのP450型の遺伝子が検出されておりこちらも、アルカロイドで証明されている遺伝子配列を参考に検出を試みる。申請者らは、オオバヤシャブシのジアリールヘプタノイド生合成に関与する酵素系に関する研究を行っている。まず、ジアリールヘプタノイド骨格合成に関与すると考えられる植物III型ポリケチドシンターゼのファミリーに属する酵素遺伝子を次世代シーケンス解析によって特定し、大腸菌で異種タンパク質発現した。ジアリールヘプタノイド骨格縮合反応は、ジヒドロクマロイルCoAから2段階で進むことが推定されているが、昨年度までに本発現酵素が二段階の反応を触媒できないことを明らかとしている。そこで、本年度は、基質として有機合成することが困難である中間体ジヒドロ-p-クマロイルジケチドCoAの類縁体として、ジヒドロ-p-クマル酸のN-アセチルシステアミンチオエステル(SNAC)誘導体を6段階(総収率22%)で合成することに成功した。しかしながら、このSNAC体基質を用いたジヒドロクマロイルCoAとの縮合反応は、単離された酵素では触媒できないことが明らかとなった。一方、昨年度までの次世代シーケンス解析で、その存在が推定された上記反応の前段階であるp-クマル酸の二重結合還元酵素をコードしていると考えられる遺伝子を、常法に従いタンパク質発現することに成功した。取得した酵素をp-クマル酸と反応させたところ、基質であるp-クマル酸の還元は触媒されず、酵素条件の再検討が必要であると結論した。さらに、p-クマロイルCoAなどエステル類や桂皮アルデヒド類を基質とする可能性もあるため今後はこれら基質を有機化学的・酵素科学的に調製し、反応機構並びに作用機作を解析することが必要であると考えた。次世代シーケンス解析によって、オオバヤシャブシのジアリールヘプタノイド骨格形成に関与する植物III型ポリケチドシンターゼ遺伝子を100倍の感度で再度検索する。今後は、前回クローン化した遺伝子以外のジアリールヘプタノイド骨格形成に関与すると考えられる遺伝子を徹底的に探索する。また、今回のシーケンスデータには、p-ヒドロキシケイ皮酸誘導体の二重結合を還元する酵素遺伝子や、P450型の酸化酵素に該当する酵素遺伝子の断片となりうるデータの存在も確認されたため、これら遺伝子の単離と発現を試みる予定である。オオバヤシャブシのジアリールヘプタノイド骨格形成に関与する植物III型ポリケチドシンターゼ遺伝子をHiseqを用いて次世代シーケンスを再解析を行った結果、前回クローン化した遺伝子以外、ジアリールヘプタノイド骨格形成に関与すると考えられる遺伝子は存在しない可能性が示唆された。そこで今年度は、酵素反応条件を再検討し、ジアリールヘプタノイド骨格の二段階の生合成がこの酵素のみで進行するかどうか確認する。また、今年度、酵素反応の二段階目の中間体類縁体の調製がようやく完了したので、その反応と生成物についても確認する必要があると考えた。
MEMS用シリコンを強靭化するSPMを用いたナノ加工技術の開発

原子間力顕微鏡(AFM)を用いて、ダイヤモンド探針に微小荷重を作用させてシリコン単結晶表面を走査することにより面状に引掻き加工を行い、それに伴う微構造と機械的性質(硬さ)の変化を調べた。その結果、加工の進行に伴い、表面に発生したアモルファスSi相は剥離して減少し、その直下に生じた転位はサイズが大きくなった。加工により表面の硬度は上がり、一種の加工硬化現象を示した。医療分野をはじめ様々な分野で、マイクロシステムやナノデバイス(MEMS/NEMS)といった、これまでにない高精細な機器の開発が期待されている。それらの実現には、サイズダウンに伴って、ナノスケール微細加工技術や微小構造部材の機械的性質などの材料技術が重要になる。そこで本研究では、MEMS/NEMS部品に用いるシリコン結晶を試料として、その表面を強靭化するナノスケールの超微細加工技術の開発に取り組んでいる。平成22年度は、走査プローブ顕微鏡(SPM)の原子間力顕微鏡(AFM)の機能を用いて、ダイヤモンド探針に200μNの微小荷重を加えながら、シリコン表面を走査ライン数1024ラインで走査させて、20μm×20μmの領域を面状に微細加工を行った。そして、その加工に伴う表面の硬度や弾性率の変化を調べるために、微小加工領域にナノインデンターを用いて0.11mNの微小荷重を作用させてフォースカーブを測定するとともに、生じた圧痕を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。その結果、機械的な微細加工を施したシリコン結晶の表面は未加工面に比べてわずかに硬化する傾向が見られた。さらにその加工断面を透過型電子顕微鏡(TEM)で観察した結果、表面近傍に塑性変形を示す転位の発生と弾性歪みを観察することができた。MEMS/NEMSを構成するシリコン結晶部材の強靭化、疲労強度の向上、耐摩耗性の向上を実現するために、走査プローブ顕微鏡(SPM)を用いた超微細加工技術を発展させて、シリコン表面を高強靭化する新たなナノスケール加工技術を開発することが本研究の目的である。今年度は、SPMの原子間力顕微鏡(AFM)モードを利用して微小荷重で引掻き加工を行なったシリコン単結晶の表面に、ナノインデンテーションを行い、加工に伴う表面付近のナノスケールの機械的性質の変化を調べた。さらに加工環境を変化させてナノスケールの機械加工や電圧印加加工を実施した。またそれらと並行して水素イオン注入によるシリコン単結晶表面の強靭化についても調べた。得られた結果を以下に示す。(1)SPMのAFMの機能を用いて、微小荷重200μNを加えながらシリコン表面を微細加工した。面状に加工したシリコン表面の微小領域の機械的性質をナノインデンターで測定した結果、硬度が上昇して加工硬化と思われる傾向が見られた。また、加工断面をTEMで観察して構造変化を調べた結果、転位の発生が観察された。(2)加工環境を変えて大気中だけではなく水中および真空中や500°Cの加熱下でAFMにより電圧印加加工を行った結果、点状および線状の加工ができた。その断面をTEM観察した結果、加工部周辺に歪みや格子欠陥が見られた。(3)種々の注入エネルギーで水素を注入したシリコン単結晶を試料として、ナノインデンターを用い硬度や弾性率の測定を行って水素イオン注入量と機械的性質との相関を調べた結果、シリコン単結晶の硬度が上昇する傾向が見られた。その断面をTEMで観察して構造変化を調べた結果、水素イオン注入で生じた格子欠陥層が変形の障壁となっている様子が観察された。原子間力顕微鏡(AFM)を用いて、ダイヤモンド探針に微小荷重を作用させてシリコン単結晶表面を走査することにより面状に引掻き加工を行い、それに伴う微構造と機械的性質(硬さ)の変化を調べることを試みた。具体的には、引掻き加工により生じた微細な加工面の断面や加工粉を透過型電子顕微鏡(TEM)で観察して、加工に伴う微構造変化を詳細に調べることにより、加工過程を推測した。その結果、加工に伴い、表面にはシリコン単結晶が非晶質化したアモルファスSi相が発生し、その直下には転位や歪みが導入された。さらに加工が進行するにつれて、アモルファスSi相は剥離して加工粉となって減少し、その直下に生じた転位はサイズが大きくなり、歪みはほぼ消滅した。AFMによる引掻き加工に伴う機械的性質の変化を調べるために、微小な加工面の表面近傍のみの機械的性質を精密に測定可能な、ナノインデンテーションを行った。その方法により、加工が進行してアモルファスSi相がほとんどなくなり転位のみとなった加工部のフォースカーブを測定し、未加工部と比較した。その結果、加工部のフォースカーブは、未加工部に比べて同一荷重において押込み深さが小さくなった。これをもとに硬さを求めた結果、この加工部は未加工部に比べて硬さが増大していることがわかった。これは一種の加工硬化であると考えられる。

以上のように、AFMによる引掻き加工に伴うシリコン単結晶の微構造と機械的性質の変化を解明することができ、こうしたナノ加工によりシリコン単結晶表面を強化できることを明らかにした。本研究の主目的である、走査プローブ顕微鏡(SPM)を用いた超微細加工技術によるシリコン単結晶の強靭化を、微小荷重で引掻き加工を行なうとシリコン単結晶の表面が硬化する傾向を、ナノインデンターを用いて明らかにしたことでほぼ達成できたため。24年度が最終年度であるため、記入しない。走査プローブ顕微鏡(SPM)を用いて超微細加工を行う際の加工条件(荷重、電圧等)や加工環境(温度、雰囲気など)をさらに細かく変化させて、それに伴う加工形状や組織・構造の変化、機械的性質の変化を詳細に明らかにしていく。それらの結果をもとに、加工メカニズムの推定を行い、現象の普遍性や物理的意味を明確にしていく。
海馬のシナプス伝達長期増強の維持相における遺伝子発現

シナプス伝達の長期増強(LTP)はグルタミン酸受容体依存性に誘発され数日間維持される。本研究は、LTP維持に関与する蛋白質の遺伝子発現調節を解明することを目的とした。LTPが誘発維持される過程でカルシウム/カルモデュリン依存性蛋白質リン酸化酵素(CaMキナーゼ)が持続的に活性化されることから、特に、CaMキナーゼIVの転写調節機能とLTPに伴い海馬で発現する脳由来神経栄養因子BDNFとの関連をまず神経細胞モデルPC12細胞で検討した。1.活性を維持したCaMキナーゼIVを哺乳類細胞で発現させることに成功した。ラットCaMキナーゼIV cDNAをRT-PCR法でクローニングできた。PCR産物を哺乳動物発現ベクターpCAGGSneoに挿入し、COS細胞にDEAE-dextran法で発現させた。カルシウム/カルモデュリン依存性リン酸化活性を測定したところ有意な活性上昇が検出され、電気泳動染色による発現蛋白質の確認とともにCaMキナーゼIVの発現を確認した。2.CaMキナーゼIV挿入ベクター、対照としてCaMキナーゼII挿入ベクターおよびベクター単体をエレクトロポレーション法を用いてPC12細胞に導入発現させた。これらのPC12細胞を神経栄養因子NGFまたはグルタミン酸で処理した後mRNAを調整することができた。3.BDNF発現をノーザンブロット法で調べた。BDNF遺伝子約400塩基をRT-PCRで増幅後、ランダムプライム法で放射性ラベルしプローブとして用いた。現在明確な結果が得られておらず、鋭意検討中である。今後、この解析を継続する。
弾性表面波を用いた新成膜技術による面内周期変調構造を有する薄膜の作製

本研究の目的は、報告者らがこれまでに明らかにした、弾性表面波で基板を励振することで金属薄膜の微細構造を制御する成膜技術を用い、面内に定在波を誘起した弾性表面波励振基板を新たに作製し、面内に周期変調構造を有する薄膜の作製を試みることである。これに従って、先ず、進行波用の弾性表面波励振基板(ニオブ酸リチウム単結晶基板)表面の両端に、フォトリソグラフの手法を用いてスパッタリング法でAI反射格子電極を設けた。10mm×16mmの基板上に、有効励振幅6mm、金属薄膜成膜領域幅6.5mmを中央部に確保し、その両端に2.5対のすだれ状励振電極、さらにその外側に格子数100本からなる反射電極を設けた構造の弾性表面波共振子を設計し、シミュレーションにより共振子の周波数特性(通過特性)を確認した。計測器等の問題からインピーダンス50Ω、共振周波数は45MHzとした。次に、この共振子基板上に真空蒸着法を用いて作製した金属薄膜の膜面内周期変調構造を確認するための準備実験として、成膜中の薄膜抵抗のin-situ測定を試みた。パーソナルコンピュタ-で測定制御されたデジタルマルチメータを用いて、直流四端子法で成膜中のAg薄膜の抵抗値の変化を測定するシステムを構築した。成膜開始直後の薄膜のシート抵抗値は200MΩ以上であるが、膜厚およそ80Åから測定可能な200MΩ以下となり、膜厚に対して指数関数的に減少するが、膜厚およそ90Å付近で1MΩから10kΩへの急激な減少が観測され、島状から連続状への薄膜の微細構造の変化が薄膜の抵抗値測定で観測し得ることを明らかにした。今後は、本手法を用いて、定在波による変調方向と、これに対して垂直な方向の薄膜の抵抗値を膜厚の関数として測定し、金属薄膜の膜面内周期変調構造を確認する。
ペロブスカイト型ビスマス酸化物における電荷秩序と超伝導と次元性の研究

三次元的ペロブスヵイトBaBiO_3の結晶系は、Ba-O面よりBi-O面が大きいというミスマッチのため、BiO_6八面体が回転した単斜晶である。また、Bi^<3+>とBi^<5+>が交互に並んでCDWを形成する絶縁体である。Ba_<1-x>K_xBiO_3では、立方晶でCDWは抑制され、超伝導は出現する。そこで、K^+よりイオン半径の大きいRb^+で置換したBa_<1-x>Rb_xBiO_3に注目し、Tcと低温での結晶構造の関係を調べた。その結果、この系における超伝導出現には、立方晶で、格子定数が小さいことが好ましいことがわかった。これはBiの6s軌道とOの2p軌道の重なりが大きくなると、トランスファーエネルギーが大きくなり、Bi^<3+>とBi^<5+>になって局在しているよりも、Bi^<4+>となって伝導した方がエネルギーの得が大きいからであろう。BaBiO_3に高圧をかけることによって、単斜晶から立方晶に変化すれば、CDWが抑えられ、Ba_<0.6>K_<0.4>BiO_3の場合より状態密度が高くなり、Tcは30Kから上昇する可能性がある。そこで、半導体Ba_<1-x>K_xBiO_3に対して、8GPaまでの高圧下で電気抵抗を測定したが、超伝導転移は観測できなかった。その原因として、高圧下では、BiO_6八面体の歪みは増長し、立方晶にならないため電荷秩序が抑制されないためであろう。また、BaBiO_3系での電子ドープ型の超伝導体を探索するため、Ba^<2+>_<0.6>Bi^<3+>_<0.4>BiO_3の作成を試み、合成に成功した。しかし、この試料は擬立方晶にもかかわらず、依然として半導体で、超伝導転移を示さなかった。その理由の一つは、酸素欠損のためであろう。もう一つの理由として、BiO_6八面体の傾きのため、short rangeでのCDWは依然として存在しているためであろう。BaBiO_3はペロブスカイト構造をとり、Bi-Oの三次元的ネットワークを有する。その結晶系は、Ba-O面よりBi-O面が大きいというミスマッチのため、BiO_6八面体が回転した単斜晶である。Ba^<2+>をK^+で置換してホールドープしたBa_<1-x>K_xBiO_3では、xの増加とともに、Biの平均価数は増加し、Bi-O面が縮まるためにミスマッチは緩和され、10Kではx>0.35で立方晶になる。また、xの増加とともに、CDWは抑制され、0.37≦x≦0.5で超伝導(T_c^<max>30K)が出現する。すなわち、立方晶で超伝導は出現することが知られている。そこで、K^+よりイオン半径の大きいRb^+で置換したBa_<1-x>Rb_xBiO_3に注目した。この系では、Ba_<1-x>