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光合成細菌の系統進化学的研究

光合成細菌の系統進化を明かにするために、Proteobacteria αグループに属する紅色非硫黄光合成細菌に着目し、自然界より光合成細菌を分離し、光合成細菌以外の細菌も含め、16SrDNA塩基配列を用いて系統関係を調べた。その結果、光合成相金はPtoteobacteriaに広く分布し系統学的にも、形態学的にも多様であり、非光合成細菌と混在していることがわかった。Proteobacteria α-1サブグループには、ビブリオ状から螺旋状をした光合成細菌と非光合成細菌(Phodospirillum,Phodocista,Aquaspirillum,Oceanospirillum,Azospirillum,and Magnetospirillum)が混在していた。本サブグループには7つのクラスターが存在し、分類学的には属レベルのクラスターであると考えられた。また、磁粒子形成や光合成能は分子系統学的には大きな相違ではないことが示唆された。タイより分離した光合成細菌の中で、Rhodopseudomonas sulfoviridisに近縁な株が分離された本分離株はバクテリオクロロフィルbを有しており、バクテリオクロロフィルbを有する光合成細菌で単系統を形成した。バクテリオクロロフィルの相違は、光エネルギー獲得系の相違であり、これらは光エネルギー獲得系の相違が起こった後で分岐した光合成細菌であると考えられた。Proteobacteria α-3サブグループには2属が報告されている。淡水・陸地に生息するRhodobacter属と、海水環境・塩分を含む環境に生息するRhodovulum属である。Rhodovulum属細菌のほとんどはその生息環境の相違からRhodobacter属から移された種である。本研究では、自然界特に海水や活性汚泥より食塩含有培地を用いRhodobacter-Rhodovulum属細菌を分離し、その帰属を調べたところ、食塩を要求する光合成細菌でありながら、分子系統学的には食塩を要求しない淡水性光合成細菌Rhodoobacter属に近縁であった。よってこのことより、Proteobactera α-3サブグループにおいては、食塩要求性は属の分類指標には成らないことを明らかにした。本研究の結果、Proteobacteria αグループ属光合成細菌の新しい分類体系を示すことができた。自然界より光合成細菌の新種が幾つか分離された。また非光合成細菌との近縁な系統関係を、螺旋状細菌において明らかにした。自然界に生息する未知光合成細菌をさらに分離し、非光合成細菌を含めてProteobacteriaの系統進化を更に明らかし、系統進化を反映したこの新分類体系の命名がなされると考える。光合成細菌と非光合成細菌の系統進化を明らかにするために、系統学的に非光合成細菌(Paracoccus属)と近縁であるRhodobacter属に属する分離株に着目した。Rhodobacter属は淡水から分離された種と塩濃度の高い環境から分離された種が混在しており、これらについての進化的意味付けがなされていない。よって、光合成細菌内の系統進化を明らかにするために、塩濃度の高い環境(海水・塩田・活性汚泥)から分離された株(11株)について16SrRNA遺伝子の塩基配列を決定し、光合成細菌の系統進化を明らかにしようと試みた。

16SrRNA遺伝子に基づく系統解析の結果、光合成細菌(Rhodobacter属種、並びに分離株)は、非光合成細菌Paracoccus属とは異なる系統枝を形成したが、淡水より分離された株と、塩濃度の高い環境から分離された株との間には、確固たる系統的隔たりはないことが明らかとなった。高塩濃度環境から分離されているRhodobacter属種、分離株について、塩要求性を調べたところ、塩耐性株、塩要求性株に分けられ、Rhodobacter属関連菌(Proteobcteriaα-3サブグループ)は、新系統枝2を含む11の系統枝を形成することがわかった。また、脂肪酸分析の結果、3-OH脂肪酸に相違が見られたが、系統枝を特徴づける程の違いはなかった。これまでのデータから、Rhodobacter属関連光合成細菌は、系統発生学的にまとまった系統群ではあるが、生態学的相違と系統進化的位置との間に相関関係は明確ではない。今後さらに、Riburose 1,5-Bisphosphate Carboxylase-OxygenaseのLargeサブユニットの遺伝子の解析を行い、これらについて明らかにしていく予定である。Proteobacteriaαグループに属する光合成細菌の系統進化を探る上で、まずα-3サブグループについて、生息環境と系統進化の関係について調べた。α-3サブグループには、Rhodobacter属とRhodovulum属が属し、これらは生息地が陸性あるいは淡水性か、海水性ということで区別されている。しかしα-3サブグループに属する光合成細菌について16SrRNA/DNAの塩基配列を決定し系統解析を行ったところ、食塩要求性の菌株で、Rhodovulum属に属さないものが見つかった。このことより、進化的に海水に生息していたものから陸場に上がってきたと考えられる。また分離株について科学分類学的性質;DNAのGC含量、キノン系、脂肪酸組成、バクテリオクロロフィル分析、カロチノイド分析を行った。その結果、大きな違いは見られなかったが、α-3に属することは明らかであり、異なる食塩濃度に対する生育試験の結果、3株とも新種であることが明らかとなった。また、光合成色素(バクテリオクロロフィル、カロチノイド)分析は、アセトン抽出し、HPLCを用い、分析したが、この方法は、簡便で色素の量比もわかることから、自然環境から分離した光合成細菌のスクリーニングに有効であることもわかった。
蛍光プローブライブラリーを用いた感染症迅速検出蛍光プローブの開発と創薬への展開

現在感染症治療の現場において原因菌の特定には数日を要する為、救急医は迅速な治療法の選択を行う事が難しい。本研究では、特定の酵素活性を光らせる事により検出する「蛍光プローブ」と呼ばれる試薬群の開発を行い、これを利用して細菌種特異的な酵素の活性を探索すると共に、特定の急がれる菌種を数分以内に検出、識別できる蛍光プローブを見出す事を目指す。また治療としての抗菌剤へも着目し、見出された特異的な酵素活性を利用する事で、特定の細菌種だけに薬効を示す副作用の少ない新規抗菌剤の開発を併せて達成する。開発した蛍光プローブ群は癌などのその他の疾患に関係する酵素活性、治療標的の探索へも応用し医療への貢献を目指す。
生体分子水溶液ジェットを用いた重粒子線グラッグピーク領域での放射線照射効果の解明

本研究は、生体分子水溶液とアミノ酸分子標的等に対するMeVエネルギオンビーム照射効果を原子レベルで解明することを目的とした世界初の画期的なもので、世界のリーディング研究拠点としての地位を確立することができた。研究成果は査読論文19編、国際会議発表11件を数える。特に液体のエネルギ阻止能データは放射線科学分野のデータベースとしてオーストリア・リンツ大学から世界に公開されている。平成19年度に実施した研究内容は、(A)可動式μイオンビーム(パルスビーム)の導入、(B)二次イオンの質量分布・二次電子のエネルギ分布の測定、(C)MeV領域での阻止能測定、等である。これらの実験は年10回(約10週間)の加速器ビームタイムを用いて行った。(A)液体ジェット標的は数十ミクロンの直径のため、液柱だけとの衝突だけにするためには入射イオンビームの径も絞ることが不可欠である(バックグラウンド信号を無くすため)。最も簡便な方法として既に確立されている「ガラスキャピラリ方式」を採用することにした。また、正確に液柱に照射するためのXYZθ駆動ステージ、および低エネルギ二次電子測定のための磁気遮蔽チャンバーを新たに製作した(評価は次年度予定)。一方、現状の装置による実験を同時に実施した。(B)液柱からの二次イオン測定を既存の飛行時間スペクトロメータを用いて行った。測定技術そのものは既に当研究室で確立されており多くの新しい実験データを取得した。電子測定も既存の分光器で行った。特に、アミノ酸気体標的に対して繰り返し測定を行った。(C)粒子線がん治療の重要な基礎データである水のエネルギ阻止能(MeVエネルギー領域)測定を行った。液体ジェットの噴出孔からの距離に応じて液体の温度が連続的に変化するため様々な密度に対するデータを得ることができる方法であるため、その測定技術の確立を行った。関連する気体標的実験結果とも合わせ、以上の研究成果を国内外の諸学会と国際会議等で発表した。平成20年度実施内容(A)可動式μイオンビーム(パルスビーム)の評価「ガラスキャピラリ方式」を導入し、XYZθ駆動ステージによる制御、低エネルギ二次電子の精密測定用の磁気遮蔽型チャンバーを製作した。水素イオンビーム等の最も単純な粒子線を用いて、液柱透過後のエネルギ分布を半導体検出器で測定し、イオンビームの位置精度の確認とビーム集束性の評価を行った。(B)二次イオンの質量分布・二次電子のエネルギ分布の測定液柱からの二次イオンを飛行時間スペクトロメータを用いて行った。特に、アルゴン気体標的を用いて電離断面積理論値と良い一致する精度の高い絶対値測定を行った。更に、アミノ酸の代表としてグリシン分子からの二次電子データを系統的に得ることができた。応用上最も重要な水素イオンとヘリウムイオンに対して測定を実施した。本実験方法の特色を活かし、液体ジェットの噴出孔からの距離に応じて液体の温度が連続的に変化することが本実験方法の他に類の無い特色であるため、系統的測定を行い液体温度に対する基礎データをある程度取得した。これらの研究成果は原子力学会・物理学会などの国内諸学会並びに国際会議等で発表した。本研究は、生体分子水溶認液標的に対するイオンビーム照射効果を探求し、その研究成果を放射線治療を始めとする生命・生物系での新展開を支える基礎データの提供を目的としており、21年度は主として下記3課題について実施した。(A)可動式μイオンビームの形成技術の確立、(B)二次イオンの質量分布・二次電子のエネルギ分布の測定、(C)MeV領域での阻止能測定。A)に関する実績直径数十ミクロンの液体ジェット標的に効率よくイオンビームを照射するため、最も簡便な方法として「ガラスキャピラリ方式」によるμビーム化を行った。水素炭素イオンビームを用いて液柱透過後のイオンビームの諸特性を詳細に調べた。エネルギ分布およびビームスポットサイズを実測し、最適条件を決定することができた。B)に関する実績濃度の異なるNaCl水溶液からの二次イオンを世界初の実験データとして論文にまとめることができた。更に、アミノ酸分子を気体標的とした電離断面積積を測定し、国際会議等での発表を行うと共に論文として作成中である。C)に関する実績応用上最も重要な水素イオンとヘリウムイオンに対する阻止能データを測定することができた。測定値は基本的なデータベースとして世界的に認められ、これまでの簡便な計算コードの修正をせまるまでの高い評価を得ている。総括として、本手法により、固体・気体標的を用いた従来型研究からは不可能であった多くの新しい研究を切り開くことができ、今後の液体物性研究の新展開への大きなステップを構築することができた。
次世代画像誘導下手術・治療・支援システムのための画像間位置合わせ手法の開発

本研究では、画像を利用した手術・治療を支援する次世代型システムの実現において核となる新しい画像レジストレーション手法の開発を目的とする。ここでは、臓器の形状・位置の変動を考慮した画像レジストレーション方法を開発する。研究の結果、臓器の変形移動を考慮した画像レジストレーション実現のための基礎データ収集とそれを利用した画像セグメンテーション手法実現、ならびに、画像誘導下手術・治療支援システムへの応用が可能となった。(a)データ解析これまでに名古屋大学にて構築した300例程度の胸部・腹部CT像を画像レジストレーション研究において利用できるようデータ解析を行った。同一被検者の異なる時刻において撮影された画像ならびに異なる被検者の画像同士の濃度値に基づくpair-wiseレジストレーションを実行し、臓器移動モデル、臓器変形モデル、臓器相互モデル検討で必要なデータを得た。(b)臓器移動変形解析データ解析によって得られた臓器移動に関する基礎的解析法の検討を行った。具体的には、臓器の重心位置、呼吸動・心拍動などに伴う臓器動きの解析を画像間のレジストレーションによって求める方法を検討した。また、臓器形状だけではなく、多発性の肺結節といった病変が時間を経るに従ってどのように移動変形するかについても定量化する手法の検討を行った。(c)臓器変形移動モデル検討腹部臓器解剖学的構造の解析結果を基に、被験者間でどのように臓器の相互位置関係が異なるかを統計学的に解析した。臓器相互重心位置や臓器境界がどのように変化しているかの検討をおこなった。画像ベースに基づく、臓器変形移動モデルについての検討を重点的に行った。また、この変形移動モデルを内視鏡ナビゲーションに利用する手法についても検討を行った。たとえば、気管支が呼吸によって変形移動するような場合、内視鏡ナビゲーションにおいて用いるモデルとセンサ等から得られる情報をどのように対応付ければよいかについて検討を進めた。(a)データ解析これまでに名古屋大学にて収集した1000例程度の胸部・腹部CT像を画像レジストレーション研究において利用できるようデータ解析を行った。同一被検者の異なる時刻において撮影された画像ならびに異なる被検者の画像同士の濃度値に基づくpair-wiseレジストレーションを実行し、臓器移動モデル、臓器変形モデル、臓器相互モデル検討で必要なデニタを増強した。(b)臓器変形移動モデル検討腹部臓器解剖学的構造の解析結果を基に、被験者間でどのように臓器の相互位置関係が異なるかを統計学的に解析した。(c)臓器相互作用モデル検討臓器の変形が隣接する臓器にどのような影響を与えるかを定める数理的モデルについて検討した。たとえば、似通った形状を持つ臓器(例えば肝臓など)が異なる被験者間で存在する場合に、周辺臓器(例えば膵臓)などがどのような形状を示すかを調査した。また、得られた知見を臓器セグメンテーションへと利用した。(d)画像レジストレーションにおける移動・変形・相互作用モデルの利用の検討臓器変形移動ならびに臓器相互作用を考慮した画像レジストレーション法とそれを利用したセグメンテーション法について検討した。本研究では、画像を利用した手術・治療を支援する次世代型システムの実現で必要となる画像レジストレーション手法の開発を行う。平成24年度は、以下の研究を行った。【複数臓器の変形移動を考慮した画像レジストレーション手法の開発】ある臓器の存在位置情報から他の臓器の存在位置が推定できるか否かについて検討を行った。これは、臓器の変形移動を考慮することで画像レジストレーションの精度を向上し、最終的には画像レジストレーションを利用した画像セグメンテーション手法の精度を向上させるためである。特に多臓器の影響を受けやすい膵臓を対象として、肝臓とすい臓の画像レジストレーション手法について検討した。【手法評価】これまでに開発した画像レジストレーション手法を用いて、同一被験者の撮影時期・時間の異なる画像、ならびに、異なる被験者の画像が正しくレジストレーションできるか否かの評価実験を行った。【個別目的改良】大腸がん手術、胃がん手術など個別の目的にあわせて画像レジストレーション手法として、上部消化管手術を対象とした画像レジストレーション手法について検討した。特に膵臓領域を対象として画像レジストレーションを行う場合には、変形移動を考慮することが必須であることが知られた。【画像誘導下手術・治療・検査支援システムへの応用】画像レジストレーション手法とそれに基づく画像セグメンテーション手法によって得られた結果を、上部消化管内視鏡手術ナビゲーションへと応用を図った。各臓器を色づけ表示することで内視鏡下手術のための診断・治療支援情報を生成した。【臓器動きモデル共有法の検討】本研究で得られた臓器動きモデル、ならびに、その基となった臓器存在尤度マップの共有方法について検討した。特に臓器間の位置関係パラメータ情報の共有が重要であることが知られた。

解析対象データは本年度の計画における200例程度を大きく超える1000例程度となり、臓器の変形、移動および相互作用の解析が大幅に進展した。また、隣接臓器との相互作用の解析で得られた知見により画像セグメンテーション手法が改良されるなど、本研究課題以外への波及効果も存在する。24年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題は当初の計画以上に進展しており研究実施計画への変更はない。今後は、複数臓器の変形移動を考慮した画像レジストレーション手法の開発、手法評価、画像誘導下手術・治療・検査支援システムへの応用を進める。
ニューヨークにおけるサポーティブ住宅の実態と政策支援

本研究はニューヨークにおけるサポーティブ住宅の実態とそれへの政策支援に関して分析したものである。サポーティブ住宅とは、精神障害などの特別のニーズをもつホームレスを対象として、SRO (Single Room Occupancy)と呼ばれる「一室占有」建築の改造によって供給され、そこに社会サービスを組み合わせたものを指す。サポーティブ住宅は非営利組織によって所有・運営され、公共セクターからの補助を受けている。全米のなかでニューヨークはサポーティブ住宅の供給量が最も多く、それへの公的支援が先駆的に実施されている都市である。日本の大都市では、ホームレスの増加、非営利活動法人の活性化、それへの公的支援の開始、などの状況が生まれている。これに対してニューヨークにおけるサポーティブ住宅の経験は貴重な示唆を提供するものとみられる。具体的には、第1に、ニューヨークの住宅危機について分析した。「世界都市」として成長し続けたニューヨークでは、アフォーダブル住宅の欠乏、それにともなうホームレスの増加という深刻な住宅危機が発生し、サポーティブ住宅供給の必要性が増した。第2に、サポーティブ住宅の主要な供給主体である非営利組織の活動実態を明らかにした。CDC (Community Development Corporation)を中心とする非営利セクターはアフォーダブル住宅の供給主体として目覚ましい発展を遂げてきた。しかし、住宅事業を取り巻く環境は新自由主義・新保守主義の台頭のもとで非営利組織に多面的なストレスを与えている。第3に、SRO住宅の歴史的な変遷、そこからサポーティブ住宅が生まれる過程について考察した。ホームレスが増加するなかで、SRO住宅をホームレスのための住宅資源として位置づける見方が生じ、そこから非営利組織と政府セクターの連携によってサポーティブ住宅の供給が始動したことを明らかにした。1.ニューヨークの住宅事情に関する統計分析を行い、需給関係の逼迫、アフォーダブル住宅の供給の減少、低家賃住宅のストックの減少、所得階層・人種による格差拡大、等の傾向が明らかになった。また同時に、ホームレスの増加はアフォーダブル住宅の払底を基礎的な背景として生じた現象であること、とくにインナーシティでの住宅事情の悪化が主要因であることが分かった。2.ニューヨークの住宅政策に関する文献調査を行い、低所得者向けの政策が縮小したこと、連邦政府からの補助金が急激に減少したこと、等を明らかにした。公共住宅の供給は停止に近い状態になっている。補助住宅の既存ストックは民間所有者と政府の契約関係の終了が近づき、その存在自体が不安定化している。家賃補助の供給は一貫して減少してきた。住宅関係の公的施策の圧縮はホームレスを増加させる要因の一つを形成していると考えられる。3.ニューヨークの現地調査を行い、サポーティブ住宅の実態とそれへの政策支援の内容を把握した。この結果、SROを改造し、そこに社会サービスを結合するサポーティブ住宅はホームレス対策の有効な施策として位置づけられていること、ホームレスへの政策支援は伝統的な手法からサポーテイブ住宅への支援に重心を移行させたこと、サポーティブ住宅の供給主体である非営利組織はネットワーク組織を組み上げ、それを通じて技術改善・情報収集・政府交渉を拡張していること、等が明らかになった。4.全体として、ホームレス対策は、「福祉」施策として公的補助をダイレクトに投入するのではなく、ホームレス自身の「自助努力」を引き出し、それへの支援を行う形態へと変化している。このトレンドをどのように評価するのか、については学者・専門家のなかでは見解が分かれている。1.連邦政府の住宅政策、及びニューヨーク市の住宅政策をホームレスの問題に関連づけて分析し、連邦レベルでの住宅予算の縮減、とくにセクション8による家賃補助の削減がニューヨーク市の住宅政策のあり方に強く影響していること、ニューヨーク市ではホームレスのための重要な住宅資源であったインレム住宅の在庫が減少し、インレム住宅を増やす政策が停止したことから、ホームレスへの住宅供給が減少していること、そうした住宅政策の後退のなかで、サポーティブ住宅はホームレス対策の重要な位置を占めること、等が明らかになった。

2.ニューヨークのサポーティブ住宅に関する現地踏査を行った。SRO住宅の改造に社会サービスを接合するサポーティブ住宅は、住戸の機能性、立地の利便性、社会サービス支援を特色とし、ホームレスの救済に関して重要な貢献を果たしていること、約10年に及ぶプロジェクトの蓄積経験を経て、サポーティブ住宅の供給は有力な政策オプションの一つとして発達してきたこと、が明らかになった。しかし、住宅政策の一般的な縮小につれて、サポーティブ住宅への資源配分は限定される傾向にある。この意味において、ホームレスを対象とした特別の施策は独立した存在ではありえず、住宅政策全体の動向からの制約を強く受ける、とみることができる。3.サポーティブ住宅は精神障害、及びHIV/AIDSのホームレスを対象としたものである。換言すれぱ、精神障害、HIV/AIDSではないホームレスに対する政策対応はきわめて乏しい。このことは、精神障害等の問題をもたないホームレスに関しては、あくまで自立を求めるというのが政策の基本方針であることを示している。ホームレスは公共的な救済の対象なのか、あくまで個人的に自立の努力をすべき存在なのか、という原理的な論点がある。
非分裂細胞の試験管内老化系の確立

本研究では、ラット脳の海馬からの初代培養神経細胞をシャーレ上にて長期培養し、インビトロでのニューロンの老化様態を観察した。また、神経老化の制御因子、細胞寿命の規定因子を把握することを目的として研究を進めた。これまでに確立した培養条件で、恒常的に5ー6ヶ月の長期培養には成功している。以前の予備的研究の中では1年を越えての生存も十分にあったので、また不確定な「条件」があると想定された。その問題点はあるにせよ、培養1ヶ月齢(ほぼ4週齢)のニューロンと培養4ー5ヶ月のニューロンとでは老若の比較研究ができるようになった。インビトロで神経老化の研究するための基本的なシステムがほぼできあがったといえる。老化研究の分野では1960年代からいわゆる「細胞老化」の研究がさかんに行われたが、これはヒトの線維芽細胞など、分裂性の細胞における老化現象の研究であり、およそ5060回の分裂のあとに非分裂のステージに入ることを「細胞老化」とし、人々はこれを発見者にちなんで「ヘイフリック限界」と呼んだ。脳内の細胞の主体はニューロンだが、これは分裂しない。しかし、ニューロンも老化する。われわれは本研究で、脳内のニューロンのような非分裂性の細胞の老化の様態を、「試験管内」「インビトロ」で研究しようとした挑戦的なまた萌芽的な研究である。現在、老化脳あるいは成熟脳からのニューロンのインビトロ培養は不可能である。そこで、培養が可能な胎児脳から海馬をとりだし、そこから海馬ニューロンの長期培養系を確立した。培養を初めた初期は未分化な神経前駆体細胞から神経(ニューロン)に分化してゆくが、すぐに分裂停止にいたる。しかし、神経突起を伸ばしながらだいたい3週間ほどで成熟したネットワーク(神経回路のようなもの)ができてくる。この段階でいわゆるシナプスが成立している。われわれはその後も培養を維持し、56ヶ月齢から時には1年程度までニューロンの培養が可能となった。23ヶ月齢のニューロンに比べ、56ヶ月齢のニューロンではリポフスチンの沈着やシナプスマーカーの低下など「老化」の様相が見てとれた。当初、2年計画で本研究を開始したが、主に神経の初代培養を担当した技官が産休になり、その代用の補助員で研究を継続努力したが、その補助員も事情で移籍となり、研究の進行が遅れがちとなったのでもう一年の期間延長をお願いした。幸いそれが認められたので、今後、この非分裂性のニューロンのインビトロでの老化現象の分子的な背景についてさらに詳しく調べ、特にマウスなどの個体レベルでの脳の老化と対比しつつ研究を進める予定としている。本研究では、ラット脳の海馬からの初代培養神経細胞をシャーレ上にて長期培養し、インビトロでのニューロンの老化様態を観察するとともに、その老化の制御因子、神経細胞寿命の規定因子を把握することを目的として研究を進めた。これまでに確立した培養条件で、恒常的に5ー6ヶ月の長期培養には成功しているが、以前の予備的研究の中では1年を越えての生存も十分にあったので、また不確定な「条件」があると想定された。その問題点はあるにせよ、培養1ヶ月齢(ほぼ4週齢)のニューロンと培養4ー5ヶ月のニューロンとでは老若の比較研究ができるようになっている。2週間ごと(隔週で)水曜日に培養を実施することでほぼ半月ごとの新しい細胞群を継続維持し、インビトロでの神経老化の研究のシステムがほぼできあがったといえる。実験を4群に分けて計画していた。実験1:インビトロにおける初代培養神経細胞の最長寿命と老化プロセス:海馬ニューロンの他に中脳のニューロンの長期培養も試みたが、こちらは生存率が低く、2ー3ヶ月までしか培養ができなかった。これには、ニューロンの化学的性質の違いに影響されている可能性が考えられた。実験2:神経細胞の長期培養への外因と内因効果:当初、グリアとニューロンの生存を区別して観察する、あるいは実施することを予定したが、グリアとの分別実験は未だ手をつけておらず、混合培養での老化実験に徹している。来年度、余裕がでたら実施予定とする。実験3:長期培養神経細胞内における加齢依存性細胞機構:細胞骨格系の老年性変化を追うことを目的としたが、特に蛋白質全体にわたって「アセチル化」の度合いが亢進していることがわかってきた。具体的にどの種類の蛋白質のアセチル化が進むのか、それによって機能的な影響がどう出るのか、それを今後追究する予定でいる。実験4:非分裂細胞における細胞老化の刻印に関する検討:これは次年度の課題。

本研究では、ラット脳の海馬からの初代培養神経細胞をシャーレ上にて長期培養し、インビトロでのニューロンの老化様態を観察するとともに、その老化の制御因子、神経細胞寿命の規定因子を把握することを目的として研究を進めた。これまでに確立した培養条件で、恒常的に5ー6ヶ月の長期培養には成功しているが、1年を越えての生存率は激減した。その問題点はあるにせよ、培養1ヶ月齢(ほぼ4週齢)のニューロンと培養4ー5ヶ月のニューロンとでは老若の比較研究ができるようになった。4ー5ヶ月の培養ニューロンではリポフスチンやSAbetaGalなどの老化マーカーが出現した。2週間ごと(隔週で)水曜日に培養を実施することでほぼ半月ごとの新しい細胞群を継続維持し、インビトロでの神経老化の研究のシステムが確立できた。この系を用いて以下の実験を行った。実験1:インビトロにおける初代培養神経細胞の最長寿命と老化プロセス、実験2:神経細胞の長期培養への外因と内因効果、実験3:長期培養神経細胞内における加齢依存性細胞機構、実験4:非分裂細胞における細胞老化の刻印に関する検討。海馬ニューロンについては系がほぼ確立したが、ドーパミンニューロンについては培養条件の修正が必要である。また、マウスのニューロンの倍お湯についても試みたが、十分な生存率を得るには、こちらはより高濃度での培養が必要だった。ニューロンの老化の進展につれて蛋白質のアセチル化亢進の実態がみえてきたが、まだ具体的な修飾蛋白の種類やアセチル化サイトの特定ができなかった。論文投稿をしたが、インビボとの対応データを求められて十分なデータをそろえることができなかった。分子神経老年学当初、2年計画で本研究を開始したが、主に神経の初代培養を担当した技官が産休になり、その代用の補助員で研究を継続努力したが、その補助員も事情で移籍となり、研究の進行が遅れがちとなったのでもう一年の期間延長をお願いした。2年計画の前半が終わった時点での達成度は40%程度。ニューロンの老化の進展につれて蛋白質のアセチル化亢進の実態がみえてきたが、まだ具体的な修飾蛋白の種類やアセチル化サイトの特定が来年度の課題となっている。幸い一年の期間延長がが認められたので、今後、この非分裂性のニューロンのインビトロでの老化現象の分子的な背景についてさらに詳しく調べ、特にマウスなどの個体レベルでの脳の老化と対比しつつ研究を進める予定としている。継続的に2週間ごとの培養は維持し、老若の比較研究をさらに進める。アセチル化蛋白質を特定し、できればアセチル化部位(どのリジン残基か)を決定する。ニューロンの老化とともにSIRT1のような脱アセチル化酵素レベルは亢進している。しかし、蛋白質全体のアセチル化度は増加している。この矛盾点の原因を探りつつ、残りの予定実験を進めてゆくとともに、ある程度データが固まった時点で論文投稿準備へと進める。当初、2年計画で本研究を開始したが、主に神経の初代培養を担当した技官が産休になり、その代用の補助員で研究を継続努力したが、その補助員も事情で移籍となり、研究の進行が遅れがちとなったのでもう一年の期間延長をお願いした。幸いそれが認められたので、今後、この非分裂性のニューロンのインビトロでの老化現象の分子的な背景についてさらに詳しく調べ、特にマウスなどの個体レベルでの脳の老化と対比しつつ研究を進める予定としている。
電子工作実習に適した鉛フリーハンダ対応工具の検討

本研究は,初心者が無鉛ハンダを使用しやすいハンダゴテを選定することと,無鉛ハンダの中で使用しやすいものを選定することを目的とした.電子工作実習用に学生が購入するため,安価で入手性の良いものを対象とした.【実験内容】コテ先形状,ハンダゴテ,無鉛ハンダについて,実際に学生に使用してもらい,使用感アンケートにより評価を行った.【コテ先形状】先が直径12mmの棒状で先端が斜めにカットされているコテ先は評価が高く,直径が2.5mm以上あるものや先端が細く尖っているものは評価が低かった.【ハンダゴテ】同じ型でワット数が26Wと32Wのコテを2組用意して評価したところ,どちらも26Wの方が評価が高かった.無鉛ハンダは融点が高いため,ワット数が高い方が高評価を得るかと予想していたが,予想に反した結果となった.基板表面を観察すると,32Wでハンダ付けした基板では,過熱によるツノや基板の焼けが多く見られた.コテ先温度が高いコテでは手早く正確なハンダ付けが必要になり,初心者にはかえって扱いづらくなったと考えられる.【ハンダ】Sr-Ag-Cu系4種とSn-Cu-Ni系2種の評価を行ったところ,Sn-Ag-Cu系の方が評価が高かった.Sn-Ag-Cu系の方が融点が低いため,その差が表れたと考えられる.また,濡れ性については,組成よりもメーカーによる差があらわれた.フラックスの違いによるものが大きいと考えられる.【まとめ】電子工作初心者にはワット数の高いハンダゴテは使いづらく,26W程度が適切という結論を得た.使用する無鉛ハンダはSn-Ag-Cu系が使用しやすいと考えられる.ただし本研究は初心者の電子工作実習という条件であり,精細なパターンや上級者に関しては考慮していない.本研究は,初心者が無鉛ハンダを使用しやすいハンダゴテを選定することと,無鉛ハンダの中で使用しやすいものを選定することを目的とした.電子工作実習用に学生が購入するため,安価で入手性の良いものを対象とした.【実験内容】コテ先形状,ハンダゴテ,無鉛ハンダについて,実際に学生に使用してもらい,使用感アンケートにより評価を行った.【コテ先形状】先が直径12mmの棒状で先端が斜めにカットされているコテ先は評価が高く,直径が2.5mm以上あるものや先端が細く尖っているものは評価が低かった.【ハンダゴテ】同じ型でワット数が26Wと32Wのコテを2組用意して評価したところ,どちらも26Wの方が評価が高かった.無鉛ハンダは融点が高いため,ワット数が高い方が高評価を得るかと予想していたが,予想に反した結果となった.基板表面を観察すると,32Wでハンダ付けした基板では,過熱によるツノや基板の焼けが多く見られた.コテ先温度が高いコテでは手早く正確なハンダ付けが必要になり,初心者にはかえって扱いづらくなったと考えられる.【ハンダ】Sr-Ag-Cu系4種とSn-Cu-Ni系2種の評価を行ったところ,Sn-Ag-Cu系の方が評価が高かった.Sn-Ag-Cu系の方が融点が低いため,その差が表れたと考えられる.また,濡れ性については,組成よりもメーカーによる差があらわれた.フラックスの違いによるものが大きいと考えられる.【まとめ】電子工作初心者にはワット数の高いハンダゴテは使いづらく,26W程度が適切という結論を得た.使用する無鉛ハンダはSn-Ag-Cu系が使用しやすいと考えられる.ただし本研究は初心者の電子工作実習という条件であり,精細なパターンや上級者に関しては考慮していない.
神経障害痛モデルでの不安・うつ症状と記憶・学習能力に対するポリフェノールの影響

2種類のラット神経障害性疼痛モデル(坐骨神経絞扼と糖尿病性ニューロパチー)で3種類のポリフェノール(クロロゲン酸、ルテオリン、クルクミン)を髄腔内と脳室内に投与し不安、抑うつ症状、運動・学習能力に対する影響を調べた。両方のモデルにおいて全てのポリフェノールは脊髄と脳で抗不安作用や抗うつ作用を持つことが示唆された。一方、高用量では運動機能を抑制することが分かった。抗侵害作用に加えこれらの結果からポリフェノールには神経障害性疼痛に対する新しい治療薬としての可能性があることが示唆された。坐骨神経絞扼による神経障害性疼痛モデル(CCI)を作製した。Bennett and Xieの方法により、雄Sprague-Dawley(SD)ラットをペントバルビタール麻酔下に大腿骨上の皮膚を切開し片側の坐骨神経を4.0-silk糸で4箇所緩く結紮すると処置から7日目に患肢に機械的痛覚過敏、熱的痛覚過敏、冷的痛覚過敏が発現した。対照には坐骨神経の剥離のみ行い結紮していないsham手術を施した。薬物を髄腔内に投与するため、Yaksh and Rudyの方法によりラットの大槽から尾側に向かってクモ膜下カテーテル(PE-10)を8 cm挿入した。クルクミン、クロロゲン酸、ルテオリンを0.5mg-2.0mg髄腔内投与し、30分後に1オープンフィールド試験2高架式十字迷路試験を行いビデオ行動解析システムを用いて評価した。また,3ロータロッド試験を行った。正方形のオープンフィールドでsham手術ラットに比べてCCIラットは有意に中央部分に滞在した時間が短く総移動距離が短かった。高架式十字迷路においてsham手術ラットと比較してCCIラットはオープンアームの滞在時間が有意に短かった。次にCCIラットではクルクミン、クロロゲン酸、ルテオリンの髄腔内投与の影響を調べた。クルクミンでは用量依存性にオープンフィールドでの中央部分の滞在時間が延長し、同時に総移動距離も延長した。高架式十字迷路試験では高用量でオープンアームの滞在時間が延長した。これはクルクミンの髄腔内投与で抗不安作用が発現したことを示唆している。ロータロッド試験では高用量の場合のみ運動機能が抑制された。坐骨神経絞扼により神経障害性疼痛モデル(CCI)を作製した。Bennett and Xieの方法により、雄Sprague-Dawleyラットをペントバルビタール麻酔下に大腿骨上の皮膚を切開し片側の坐骨神経を4.0-silk糸で4箇所緩く結紮すると処置後4日目から患肢に機械的・熱的・冷的痛覚過敏が発現した。対照には坐骨神経の剥離・露出のみを行うSham手術を施した。1週間後にUgo Basile社製の圧刺激疼痛閾値測定装置を用いて痛覚過敏が認められたラットのみを実験に用いた。薬物を髄腔内に投与するため大槽から尾側に向かってポリエチレンカテーテル(PE-10)を8.5 cm挿入した。また脳室内に投与するためラット右側脳室に22Gのステンレス製ガイドカニューレを頭頂骨より4.0 mm挿入し頭部に固定した。脳室内投与には29Gの注入用カニューレ、髄腔内投与には30Gのハミルトンシリンジでクロロゲン酸、ルテオリン、クルクミンを0.5-2.0mg/10μL投与し、30分後に1オープンフィールド(OF)試験2高架式十字迷路試験3強制水泳試験を行いビデオ行動解析システムを用いて不安、抑うつ行動に対するポリフェノールの作用を調べた。クロロゲン酸およびルテオリンは髄腔内投与するとOF試験で用量依存性に中央部分の滞在時間が延長し総移動距離が長くなった。高架式十字迷路試験ではクロロゲン酸、ルテオリンとも高用量ではオープンアームの滞在時間が長くなる傾向があった。また強制水泳試験では逃避行動から無動に至る時間が高用量で延長した。これらの作用はクルクミンの作用と類似していた。脳室内投与ではクロロゲン酸およびルテオリンはOF試験の総移動距離と強制水泳試験での逃避行動から無動までの時間を延長させる傾向があった。これまでの結果からCCIラットでクロロゲン酸、ルテオリン、クルクミンは脊髄と脳で抗不安作用や抗うつ作用を発現させる可能性が示唆された。膵β細胞を選択的に破壊するストレプトゾトシン100mg/kgを4週令の雄SDラットに腹腔内投与し1週間後の血糖値が250mg/dL以上のラットを糖尿病(DM)ラットとした。投与後4週以降に高血糖が持続しているラットを実験に用いた。DMラットの後肢足底に機械的痛覚過敏が出現した。ポリフェノールを髄腔内に投与するためペントバルビタール麻酔下に脳定位固定装置を用いてDMラットの大槽から尾側に向かってPE-10カテーテルを8.5 cm挿入した。また、脳室内に投与するため、右側脳室に22Gのステンレス製ガイドカニューレを頭頂骨より4.0 mm挿入し、歯科用セメントとアンカースクリューで頭部に固定した。髄腔内投与には30Gハミルトンシリンジ、脳室内投与には29G注入用カニューレでクロロゲン酸、ルテオリンを0.5-2.0mg/10μL投与し、30分後に1オープンフィールド(OF)試験2高架式十字迷路試験を行いビデオ行動解析システムで不安、抑うつ行動に対するポリフェノールの作用を調べた。

その結果、クロロゲン酸とルテオリンは髄腔内投与によりOF試験で用量依存性に総移動距離が長くなった。高架式十字迷路試験ではクロロゲン酸とルテオリンはともに高用量でオープンアームの滞在時間を延長した。これらの作用は坐骨神経結紮(CCI)モデルの結果と同様であった。脳室内投与ではクロロゲン酸とルテオリンはOF試験で総移動距離を増加させた。これらの結果からCCIモデルと同様にDMモデルでもクロロゲン酸とルテオリンは脊髄と脳で抗不安作用や抗うつ作用を発現させる可能性が示唆された。2種類のラット神経障害性疼痛モデル(坐骨神経絞扼と糖尿病性ニューロパチー)で3種類のポリフェノール(クロロゲン酸、ルテオリン、クルクミン)を髄腔内と脳室内に投与し不安、抑うつ症状、運動・学習能力に対する影響を調べた。両方のモデルにおいて全てのポリフェノールは脊髄と脳で抗不安作用や抗うつ作用を持つことが示唆された。一方、高用量では運動機能を抑制することが分かった。抗侵害作用に加えこれらの結果からポリフェノールには神経障害性疼痛に対する新しい治療薬としての可能性があることが示唆された。坐骨神経結紮による神経障害性疼痛モデルにおけるオープンフィールド試験、高架式十字迷路試験、強制水泳試験、ロータロッド試験で薬物作用について評価ができているがY字迷路試験での学習能力の評価が困難であった。糖尿病性ニューロパチーモデルにおけるポリフェノールの影響についての検討には至っておらず各試験において健常モデルとの差が現れるかが課題である。疼痛管理学研究計画の大きな変更は行わない。糖尿病性ニューロパチーモデルの作製もこれまでに行ってきており当初の計画を遂行したい。オープンフィールド試験と高架式十字迷路試験でCCIラットとsham手術ラットで有意な疼痛行動の違いが検出されたため薬物の評価を行うことができた。強制水泳試験およびY字迷路試験の実施に必要な実験装置やビデオ行動解析システムの各モジュールを所属機関の研究費で購入したことと、坐骨神経結紮後の神経障害性疼痛の発現率が予想より高く、ラット購入費用があまり掛からなかったため当初の計画よりも支出が少なかった。実験計画に大きな変更点はない。強制水泳試験とY字迷路試験はまだ行っておらずCCIラットとsham手術ラットで疼痛行動の違いが検出できるかどうかが課題である。糖尿病性ニューロパチーモデルの作製には高価な試薬が必要でかつ飼育期間が1か月以上長くなることからこれまでよりも多く実験動物費が掛かる。神経障害性疼痛モデルの機械的痛覚過敏の評価に必要なelctronic von Frey装置が老朽化しており新規購入を予定している。本年度研究に使用したオープンフィールド試験、高架式十字迷路試験、ロータロッド試験のそれぞれの装置とビデオ行動解析システムは既に購入していたため費用が掛からなかった。薬物(クルクミン、クロロゲン酸、ルテオリン)は疼痛行動解析の研究から継続して使用しており、本年度は購入する必要が無かった。次年度は強制水泳試験とY字迷路試験を行うためそれぞれの装置とビデオ解析システムに必要な各モジュールを新規購入する。
Trksを標的とした口腔癌の抗血管新生・リンパ管新生療法の試み

口腔癌細胞株を用いた検討では、TrkAはVEGF-Aの発現・分泌を、TrkBはVEGF-C/-Dの発現・分泌を調節しており、またTrk familyはアポトーシスを制御し、TrkBは増殖能の獲得に、TrkCは浸潤能の獲得に関与することが明らかとなり、これらの機能の獲得にはそれぞれのリガンドが重要な役割を果たしていることを見出した。さらにRUNX3のメチル化が確認されたKON細胞ならびにHSC3細胞を脱メチル化することでTrk familyの発現が回復された。102例の口腔癌材料を用いた免疫組織化学的検討ではTrkBは血管・リンパ管新生に、TrkCは腫瘍の進展、リンパ節転移、ならびに血管・リンパ管新生に関与しており、TrkBないしTrkCを発現している症例は有意に予後不良であった。また遺伝子発現解析ではTrk familyとRUNX3の発現レベルは逆相関していた。Tropomyosinreceptor kinase (Trk)はTrkA、TrkB、ならびにTrkCが存在し、それぞれNGF、BDNF、NT3の高親和性受容体であるが口腔癌における役割はよく分かっていない。口腔癌細胞株を用いた検討では、TrkAはVEGF-Aの発現・分泌を、TrkBはVEGF-C/-Dの発現・分泌を調節しており、またTrk familyはcaspase-3を介したアポトーシスを制御し、TrkBは増殖能の獲得に、TrkCはMMP-2/-9を誘導することで浸潤能の獲得に関与することが明らかとなり、これらの機能の獲得にはそれぞれのリガンドが重要な役割を果たしていることを見出した。あわせて大腸癌におけるTrkの役割を検討したところ、TrkBの発現は局所進展、リンパ節転移および腹膜播種と相関していた。一方肝転移症例ほど、非肝転移症例と比較して有意にTrkC陽性率が高かった。in vitroにおいてTrKB/C siRNA処理によりWiDr細胞の増殖能および浸潤能が抑制され、その際にTrkB siRNA処理ではVEGFの発現レベルが減少したのに対しTrkC siRNA処理によりTGF-beta signalの活性化が認められた。以上より口腔癌のみならず大腸癌の進展にもTrkが密接に関与していることが明らかとなった。Trk familyにはTrkA、TrkB、ならびにTrkCが存在し、それぞれニューロトロフィンであるNGF、BDNF、NT3の高親和性受容体である。一般的にTrk familyはoncogeneとして作用すると言われているが、まだまだ議論の余地があるのも事実である。口腔扁平上皮癌材料を用いてTrk familyの発現を免疫組織化学的に検討したところ、正常口腔粘膜ではTrkA、TrkB、TrkCともに発現は陰性ないしはきわめて低いレベルであったが、口腔扁平上皮癌ではいずれも癌の細胞質に強い発現を認めたTrkBの発現は血管新生・リンパ管新生と密接に関与し、TrkCの発現は血管新生・リンパ管新生およびリンパ節転移と有意な相関が確認された。またTrkBないしTrkC発現症例はそれ以外の症例と比較して有意に予後不良であった。また新鮮凍結組織を用いたリアルタイムRT-PCRによる発現解析においても、正常の口腔粘膜と比較して口腔扁平上皮癌においてTrk familyの高発現が認められた。in vitroの検討において、Trk familyは口腔扁平上皮癌において腫瘍促進的に作用し、特にTrkBはVEGF familyを活性化させることによる腫瘍血管新生・リンパ管新生を誘導するのに対し、TrkCはVEGF familyを介さずに口腔扁平上皮癌の腫瘍血管新生・リンパ管新生を直接的に誘導する因子であることが明らかとなった。これらの知見Trkfamilyが口腔扁平上皮癌の診断・治療標的となり得る可能性を示すものであり、次年度も引き続き解析を継続する予定である。10サンプルの口腔扁平上皮癌材料を用いたマイクロRNAアレイを外注する予定であったが、qualityの高いマイクロRNAを得ることが出来ず、外注を断念した。しかし腫瘍の進展に関する代表的なマイクロRNAが搭載されたマイクロRNAパネルを購入し、Trk familyの発現調節に関与する可能性のあるマイクロRNAの候補を抽出している。

検体数を増やしてさらにTrk familyの発現解析を継続し、in vitroでの機能解析を行う予定である。またマイクロRNAパネルの結果より得られたTrk familyの発現調節候補となるマイクロRNAの発現・機能解析を重点的に進めると同時に、動物実験を行う予定にしている。前年度同様、発現解析・機能解析のために抗体、リアルタイムPCR関連試薬等を購入する。またTrk familyの発現調節候補となるマイクロRNAの発現解析を行うためにDAKO社製のin situ hybridization用のハイブリダイザーを購入する予定である。また実験動物やレポーターアッセイのキットも購入予定である。
ゾル-ゲル法で合成した薄膜の結晶化と構造

チタニア(TiO_2)、ジルコニア(ZrO_2)、チタン酸鉛(PT)及びバナジン酸イットリウムなどを代表化合物として選択した。それぞれの薄膜を金属アルコキシドを原料とするディップ法(ゾルゲル法:ここでは当研究室で開発したエタノールアミン法)を用いて合成し、それぞれの膜の結晶化過程、結晶構造について検討し、膜を合成する条件との関連についても調べた。特にTiO_2とZrO_2膜については超高分解能透過型電子顕微鏡を用いて膜の状態について観察し、またPT膜については、膜結晶成長の異方性及び基板の結晶性の影響について特に興味が持たれたので、各種酸化物単結晶板上にコートし、その基板の影響を調べた。それらの結果、以下の興味ある結果が得られた。1)結晶化温度以下(300400°C)の熱処理ではボイドの少ない均一アモルファス体となり、効率よく有機物が消散すると考えられる。2)結晶化温度近くで膜全体に規則的な格子縞類似の模様が現れ、結晶核が発生していることがわかる。加熱時間の増大や温度上昇によって結晶粒が観察されるようになり、充分発達した結晶粒の間には特に不純物が偏在している様子はない。中間段階ではアモルファスの海に結晶子が浮かんだ構造をもつ。3)結晶構造はディップ溶液の組成や基板の影響を大きく受けるが、アモアルファス基板上でも高度の配向性をもつ傾向が存在する。4)アモルファス基板上のPT膜の結晶形は原料溶液濃度(即ちコーティング膜厚)に依存し、低濃度ではバイロクロアー型として結晶化する(500°C)が、高濃度ではペロブスカイト型に結晶化する傾向が存在する。また、結晶性基板上ではペロズスカイト型に結晶化し、特にチタン酸ストロンチウム単結晶板上[(100)カット]ではc-軸方向に強く配向する。従って基板の結晶化過程に対する影響(エピタキシャル効果)は非常に大きいことが分かった。
リポソーム封入癌関連ペプチドと抗CD40抗体投与で誘導されるCTLの抗腫癌効果

2)計測可能な直径5mm以上になったRL♂1を有するマウスに数回免疫し、腫瘍の拒絶の有無を検討した。その結果、リポソーム封入pRL1aと抗CD40+CTLA-4抗体投与により生存期間は有意に延長したが、完全な腫瘍拒絶には至らなかった。3)抗NK1.1抗体をマウスに投与して、NK細胞およびNKT細胞を除いた後にRL♂1を移植すると腫瘍の増殖は早くなった。NK細胞およびNKT細胞は、invivoではCTL抑制よりも腫瘍抑制としての機能が結果的には強くでる可能性が示唆された。以上のことを踏まえて、次の段階ではRL♂1から分泌されるTGF-βを抑制することにより、CTLの機能をより強くし、大きくなった腫瘍を拒絶する予定である。
COガスを用いたSi表面炭化における平衡反応のメカニズム解明

本研究では,SiC-SiO2-CO系平衡反応を用いたSi基板の表面炭化によるSiC薄膜形成において,炭化メカニズムを解明し,高品質なSiC薄膜を得ることを目的としている.申請者は,Si基板上の窒化物半導体成長用バッファ層として,表面炭化という簡便な手法で形成したSiC薄膜を提案している.しかし,熱力学データベースから作成した相安定図による予測と実験結果が一致せず,炭化反応の精密な制御が困難であった.そこで本研究では,反応炉内ガス分圧の時間変化と到達値を詳細に測定し,炉内で生じている反応を正確に把握するとともに平衡定数と反応速度定数を定量的に求める.これにより,炭化メカニズムを包括的に明らかにし,高品質SiC薄膜を得ることを最終目標としている.平成29年度よりガス分圧測定および炭化実験のために設置した小型反応装置の加熱部・測温部の不具合・故障が相次いでおり,平成30年度も引き続き,ヒータおよび制御電気系の改造や,熱電対による測温方法の改良,外部への放熱抑制の検討,などを行った.実際のSi表面炭化温度まで昇温することは困難であると結論付け,比較的低温領域での炉内ガス分析のみの利用にとどめることとした.赤外吸収分光装置との配管接続を行い,分析実験環境を整備した.一方,Si表面炭化実験は学外の研究協力研究室に設置の装置を利用して行った.さまざまな面方位・オフ角をもつSi基板を,複数の条件で炭化した.得られたSiC/Si基板上にGaNを成長した.ここで,SiCに対するGaNの濡れ性が低いことが知られており,濡れ性の向上にAl原料先行供給が有効である.Al原料分圧・供給時間を変化させたところ,表面平坦なSiC/Si基板上に最適なAl先行供給条件を用いて表面平坦かつ単一配向の連続GaN膜を得ることに成功した.本研究では,SiC-SiO2-CO系平衡反応を用いたSi基板の表面炭化によるSiC薄膜形成において,炭化メカニズムを解明し,高品質なSiC薄膜を得ることを目的としている.申請者は,Si基板上の窒化物半導体成長用バッファ層として,表面炭化という簡便な手法で形成したSiC薄膜を提案している.しかし,熱力学データベースから作成した相安定図による予測と実験結果が一致せず,炭化反応の精密な制御が困難であった.そこで本研究では,反応炉内ガス分圧の時間変化と到達値を詳細に測定し,炉内で生じている反応を正確に把握するとともに平衡定数と反応速度定数を定量的に求める.これにより,炭化メカニズムを包括的に明らかにし,高品質SiC薄膜を得ることを最終目標としている.上記の目的を達成するため,平成29年度は,ガス分圧測定および炭化実験のために,SiC-SiO2-CO平衡反応を生じさせる小型反応装置を導入した.反応炉は熱容量を小さくし,昇降温速度を大きくできる設計とした.実験に必要なSiC・SiO2・C固体原料を入れる容器は広口・浅底に設計した.反応炉直前にはバルブを設け,加熱中のガス流入を阻止する設計とした.ただし,昇温すると炉内の圧力が増加するため,排気によって炉内気圧を制御する機構を設けた.排気系とは別に,分圧測定用のガスを得るための取出口を設けた.これにより,反応炉内のガス種とその分圧を正確に把握することができる.一方,固体原料を入れる容器をSi基板を設置する支持板(サセプタ)に変更するだけで,同じ反応炉を用いてSi表面炭化実験も行うことが可能である.小型反応装置の導入にあたり,仕様に変更が生じ,仕様の再検討に時間を要したため.本研究では,SiC-SiO2-CO系平衡反応を用いたSi基板の表面炭化によるSiC薄膜形成において,炭化メカニズムを解明し,高品質なSiC薄膜を得ることを目的としている.申請者は,Si基板上の窒化物半導体成長用バッファ層として,表面炭化という簡便な手法で形成したSiC薄膜を提案している.しかし,熱力学データベースから作成した相安定図による予測と実験結果が一致せず,炭化反応の精密な制御が困難であった.そこで本研究では,反応炉内ガス分圧の時間変化と到達値を詳細に測定し,炉内で生じている反応を正確に把握するとともに平衡定数と反応速度定数を定量的に求める.これにより,炭化メカニズムを包括的に明らかにし,高品質SiC薄膜を得ることを最終目標としている.平成29年度は研究代表者が所属機関を異動したことにともない,上記の目的を達成するため,ガス分圧測定および炭化実験のためにSiC-SiO2-CO平衡反応を生じさせる小型反応装置,COガス除害設備およびガス分圧分析用の赤外吸収装置について,立ち上げ・配管接続・ガスセル準備を行った.除害設備・赤外吸収装置・炭化反応炉の真空系については正常に動作することが確認できた.一方,反応炉の加熱については,熱電対による測温に工夫が必要であること,ヒータ出力が不足する場合があること,炉部材から外部への放熱が予想より大きいこと,が判明した.測温・放熱の問題については平成29年度にほぼ解決できたが,加熱については平成30年度にも引き続き検討が必要である.研究代表者の異動にともなう装置の移動・再立ち上げに時間を要したため.また,反応炉の加熱部および測温部の不具合・故障が相次いだ上,加熱部に改造が必要なことが判明したため.本研究では,SiC-SiO2-CO系平衡反応を用いたSi基板の表面炭化によるSiC薄膜形成において,炭化メカニズムを解明し,高品質なSiC薄膜を得ることを目的としている.