hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
乳抗菌タンパク質と腸上皮由来レクチンの協調的作用による乳児腸内細菌定着制御の解析

本研究では、食品として摂取されたミルク中の抗菌タンパク質ラクトフェリン(LF)が腸上皮細胞由来タンパク質インテレクチンと乳児消化管内で結合し、協調的に乳児の初期腸内細菌叢形成を制御するというモデルを提唱し、その検証を目的として研究を遂行し、以下の結果を得た。1)インテレクチンは一部が細胞内に局在し、腸上皮細胞によるLF受容に影響した。2)インテレクチンとLFは、それぞれ異なるビフィズス菌株の生育に影響した。3)腸上皮細胞と細菌の相互作用を解析するため、ヘテロな細胞集団であるHT29細胞から異なる性質を持つ複数のクローン株を単離した。本申請では、食品として摂取されたミルク中の抗菌タンパク質ラクトフェリン(LF)が腸上皮細胞由来レクチン、インテレクチン(ITLN)と乳児消化管内で結合し、菌体や腸上皮細胞に作用することで協調的に細菌生着の促進と抑制のバランスをとりつつ乳児の初期腸内細菌叢形成を制御するというモデルを提唱し、その検証を目的として以下の研究を遂行した。1)これまでに作成したITLN特異抗体を、抗原カラムを用いてアフィニティー精製した。この抗体を用いて培養細胞での内在性および過剰発現ITLNの発現解析を行ったところ、ITLNは発現細胞でのみエンドソームに一部局在していた。一方、培養細胞へ添加したLFはエンドサイトーシスされ、細胞種により細胞内の輸送先が異なることが明らかとなった。この際、細胞内でのLFとITLNの相互作用をそれぞれの特異抗体を用いて生化学的手法および組織化学的染色法により解析したところ、ITLN依存的LF取り込みを示唆する結果が得られた。2)腸内細菌の中でも乳児腸管で主要を占めるビフィズス菌のin vitro増殖速度解析系を確立し、4種類のビフィズス菌株の生育に対するLFとITLNの影響について解析を試みた。予備的な実験により、LFとITLNは異なるターゲットの菌株に対して増殖を促進することを示唆する結果が得られた。3)腸管上皮組織は、主に吸収上皮細胞と分泌上皮組織により構成されている。代表的なヒト腸上皮細胞株の一つであるHT29細胞は、これらの性質を持つヘテロな細胞集団である。腸内細菌との細胞種特異的相互作用を解析するため、HT29細胞を薬剤選択によりサブクローン化し、その性質を解析した。その結果、親株であるHT29細胞と異なるムチン発現パターンを示すHT29クローン株が得られた。本申請では、食品として摂取されたミルク中の抗菌タンパク質ラクトフェリン(LF)が腸上皮由来レクチン「インテレクチン(ITLN)」と乳児消化管内で結合し、協調的に細菌生着の促進と抑制のバランスをとりつつ乳児の初期腸内細菌叢形成を制御するというモデルを提唱し、その検証を行うことを目的として大きく分けて3つの研究を遂行している。1)ITLNと結合したLFが腸上皮細胞に取り込まれることにより細胞内シグナルが伝達されるか解析するため、ITLN発現細胞およびITLN非発現細胞へと取り込ませたLFの細胞内局在を比較した結果、それぞれの細胞種によってLFの細胞内局在が異なる事が明らかとなった。また、ITLN結合タンパク質をアフィニティー精製するために用いるリコンビナントITLNを培養細胞で過剰発現し、大量に精製する条件を確立した。2)高感度に内在性ITLNの検出・定量する系を確立するため、マウスおよびウサギを用いて特異的にITLNを認識する抗体を作製した。3)腸管組織の上皮層は、主に吸収上皮細胞と分泌上皮細胞の二種類により構成されている。腸内細菌と腸上皮細胞のin vitro共培養モデルに用いる細胞として、吸収上皮様の形質を持つ細胞に加え、分泌細胞様の形質を持つ細胞を得るため、ヘテロな細胞集団である事が知られている腸上皮細胞株HT29から、薬剤選択により分泌上皮様細胞の選択を行っている。また、腸内細菌の代表的な嫌気性菌であるビフィズス菌の培養および生育速度の測定条件を検討した。研究実績の概要で述べた3つの研究について評価する。1)腸上皮細胞によるITLN-LFの取り込み機構の解析・・・初年度にはITLN-LF複合体の細胞内局在を解析するため、エンドソームマーカーを作製し、これを用いて観察する事を計画しており、実際にこれらを用いてLFの細胞内局在を検討した。そのため、研究の進捗は計画通りだと言える。2)内在性ITLNの高感度検出系の確立・・・初年度にはマウスを用いてヒトITLNに対する抗体の作成を計画しており、達成されている。また、ウサギからも抗体を作製する事が出来ている。高感度検出系には、2種類以上の動物種由来抗体が必要なサンドイッチELISA法を用いる事を計画しており、そのための材料を得る事ができた。そのため、進捗は計画以上に進んでいると思われる。

3)腸上皮細胞と腸内細菌の共培養系の確立・・・初年度には腸内細菌と腸上皮細胞の共培養系を確立することを目標としたが、それに先立ち培養系に分泌上皮細胞を加える事により生体の腸上皮細胞層により近い環境を再現する事を目指す実験を行った。そのため初年度に計画していた細菌と腸上皮細胞の共培養実験の検討は、次年度にずれ込む事となった。計画とは異なる実験を実施したが、目的達成に向けての研究は順調に進められていると考える。今後の方策についても、上記3つの研究計画に分けて述べる。1)腸上皮細胞によるLFの取り込みにおけるITLNの作用メカニズムを明らかとするため、ITLNの局在をエンドソームマーカーを用いて解析する。また、初年度に精製方法を確立した組換えITLNを大量調製し、これを用いて研究計画に従いITLN結合タンパク質の精製を試み、マススペクトル解析により同定を行う予定である。2)実験計画に従いITLNのサンドイッチELISAアッセイ系を確立するため、初年度に得られた抗血清から抗ITLN抗体を精製する。サンドイッチELISAアッセイ法が確立した後は、これにより内在性ITLN量を測定する。また、精製抗体を用いて蛍光免疫染色法やウェスタンブロット解析でも内在性ITLNの検出を試みる。3)研究計画に従い腸上皮細胞と腸内細菌の共培養を行い、生育できる菌種を16SリボソームRNA配列を解析することにより同定する。またこれまでに培養可能となったビフィズス菌について、LFおよびITLN存在下での菌の増殖速度の変化を解析する。LFおよびITLN存在下で細菌と腸上皮細胞との共培養を行い、腸管内での細菌の定着に重要な腸上皮細胞への結合性や腸上皮細胞の遺伝子発現変化を解析する。初年度で計画していた細菌と腸上皮細胞の共培養実験を次年度に持ち越したため、共培養実験に必要な機器・消耗品の購入に必要な研究費を翌年度に繰り越す事とした。以下、上記同様3つの研究計画に分けて計画を述べる。1)ITLN結合タンパク質の精製のため、細胞の大量培養およびマススペクトル解析を行う。そのため、大量培養用の培地類およびマススペクトル解析に必要な試薬・消耗品を購入する。2)抗体精製のため、精製ITLNを固定化して抗原カラムを作製する。そのために必要な試薬・消耗品を購入する。3)細菌と腸上皮細胞の共培養実験および細菌種同定解析のために必要な実験装置を購入する。またLFおよびITLN存在下で細菌と腸上皮細胞を共培養した場合の腸上皮細胞における遺伝子発現変化を解析するため、外部委託によりマイクロアレイ解析を行う。上記の他、全ての研究において初年度と同様細胞培養や分子生物学・生化学的解析のため、消耗品に多くの研究費を使用する。
標的遺伝子組換えによるガラクトシルトランスフェラーゼ遺伝子の発生過程での機能解析

Asnに結合する複合型糖鎖のガラクトース(Gal)の転移を担い、それ自身も細胞接着分子として機能することが示唆されているβ1, 4-ガラクトース転移酵素(β1, 4-GalT)遺伝子を欠損したマウスを作製して、生体内での糖鎖の機能を解析した。昨年度までの研究により、β1, 4-GalT遺伝子に変異を導入したES細胞クローンを9個単離していたので、本年度は3クローンについて集合キメラ法によりキメラマウスの作製を行ったところ、2クローンが生殖系列に伝達され、目的のβ1, 4-GalT遺伝子欠損マウスの作製に成功した。ホモ欠損マウスではβ1, 4-GalT活性がほとんど検出されず、レクチンブロット解析からもほとんどの糖タンパク質の糖鎖はGalが結合しておらず、GlcNAcで糖鎖の転移が止まっていることが確かめられた。ホモ欠損マウスは正常に生まれてくるが、生後数日から著しい成長遅延と激しい皮膚の角質化が認めれ、離乳前に約半分のホモ欠損マウスが死亡し、4カ月齢では80%のマウスが死亡した。各臓器の組織切片を調べたところ、皮膚の基底細胞層が肥厚し、小腸のクリプトが巨大化しており、これらの領域に存在する上皮幹細胞の増殖が亢進していることが示された。実際、小腸のクリプトでの細胞増殖速度が正常マウスに比べて約4倍に亢進しており、β1, 4-GalTにより合成される糖鎖は上皮細胞の増殖を負に制御していることが明らかとなった。また二糖類分解酵素の発現を指標に離乳前の小腸上皮細胞の分化状態を調べたところ、ホモ欠損マウスではラクターゼの発現が低く、逆に離乳後に発現してくるマルターゼやイソマルターゼが既に発現していることがわかった。表皮上皮細胞の増殖の増大は角化亢進の原因であり、小腸上皮の分化異常、特にラクターゼの欠損は離乳前の成長遅延と死亡の原因と考えられる。以上のようにβ1, 4-GalTの合成する糖鎖は上皮細胞の増殖と分化を制御しているという全く新しい知見が得られた。今後はこのマウスを用いることにより、初期胚の発生や細胞の癌化における糖鎖の役割についても新しい知見が得られることが期待できる。なお以上の結果は現在論文を投稿中である。
鳥類の網膜神経節細胞の特殊化と中枢投射

我々はこれまでの研究で、ヒヨコ網膜節細胞を異所性のものを除き、6グループ(Group Is/Ic、Group IIs/IIc、Group IIIsとGroup VIc)に分類した。今年度はこれら6グループにおける網膜節細胞樹状突起の内網状層での層分岐、中枢投射先と各タイプの分化について研究した。1)ヒヨコを用いて、網膜節細胞を逆行性蛍光トレサー(DiI)で染め出し、網膜全貼標本を作製した。さらに共焦点レーザー顕微鏡を使って、各グループの節細胞を3元次的に観察、解析した。内網状層は網膜節細胞の樹状突起の層分岐から見て8層のサブレイヤーからなる。網膜節細胞は層分岐のバダーンにより37タイプを区分した。即ち、Group Is/Ic、Group IIs/IIc、Group IIIsとGroup VIcはそれぞれに5タイプ、12タイプ、3タイプ、10タイプ、3タイプおよび4タイプを数えた。2)ヒヨコを用いて、各視覚中枢へ投射している網膜節細胞を細胞内染色し、各タイプの中枢投射先を調べた。視蓋へ投射する節細胞は主にGroup Is/Ic、Group IIs/IIcとGroup VIcであったが、視床に投射するタイプは主にGroup IIIsであった。3)ヒヨコ胚を用いて、様々な発生段階での網膜節細胞を蛍光標識し、各タイプの系時的変化を調べた。E8の網膜節細胞は小さい樹状突起野と分岐の少ない突起を特徴とする。E11では小型または中型の樹状突起野を特徴とするGroup Ic様細胞、Group IIs様/IIc様細胞が出現した。E14では広い樹状突起野を持つGroup IIIs様細胞とGroup VIc細胞が出現、E17ではタイプ全てが観察された。
カキむき身の品質保持に関する試験研究

1)カキむき身の抗酸化剤処理区(BHA,Toc処理区),脱酸素剤処理区,無処理区を-20°C(無処理区の1つは-35°C)に12か月間貯蔵し,その間の脂貭の劣化をPOV,官能検査,脂貭組成,分子種組成などの変化から検討した。脱酸素剤を用いるか,-35°Cに貯蔵することにより12か月間良好に保持できることを認めた(小泉・赤沢)。2)マガキを天然海水を対照として塩素,オゾン処理水,ピチピチ添加海水(PP)およびゼオミックス袋(SP)による鮮度保持効果を細菌数,K値,IMP濃度,パネルテストにより判定した。PPは官能検査,K値において対照より良く,細菌数からはSPが優れていた(鹿山)。3)マガキを長期貯蔵した際に生ずる不快味の原因は単一の物貭によるものではなく,低級アルデヒドと遊離脂肪酸,さらには微量のオキシ酸とジメチルサルファイトが相補的に作用し合うことにあると推定した。(羽田野)。4)低温貯蔵中におけるマガキ脂貭の劣化はリン脂貭の加水分解と生成した遊離のポリエン酸の自動酸化により進行することが明らかとなった。-25°C以下の凍結貯蔵と酸化防止剤の添加,気密包装により脂貭劣化に起因する品貭劣化を抑制できると判断した(河内)。5初年度に工夫したNaBH_4還元法に続き,新たにトリフェニルフォフィン試薬とHPLC法を用いる過酸化脂貭の微量定量法を開発した。本法を用い,冷凍カキむき身表層に起こる煮熟時の褐変が脂貭酸化に起因する油焼けであることを明らかにし,その防止に指針を与えた(中村)。6マガキの新規な加工法として,遠赤外線加熱と超高圧加圧処理を検討した。両法共にカキの風味をよく残していたが,特に超高圧加圧は従来にない新しい食感を示し,応用への可能性を示唆した。また,両法共に冷蔵保存期間の延長が認められた(赤沢)。(羽田野)。1.カキむき身を無処理区(-20°Cおよび-30°C貯蔵)、抗酸化剤処理区(BHT区およびビタミンE区、-20°C貯蔵)および脱酸素剤処理区(-20°C貯蔵)に分けて貯蔵し、貯蔵中における脂質劣化を脂質組成の変化、TBA値およびPOVの変化、官能検査などによって調べた。その結果、脂質劣化防止に最も有効であったのは無処理区(-35°C貯蔵)および脱酸素剤処理区であった(小泉、赤沢)。2.カキむき身を直ちに天然海水を対照として、塩素およびオゾン処理海水、鮮度保持剤ピチピチ添加海水、保鮮包装材ゼオミックス袋などによる保鮮効果を細菌数、K値、IMP濃度および官能評価によって判定した。その結果、鮮度保持剤および保鮮包装材を用いたものは対照より優れており、前者は官能評価でまた後者は細菌数で良い判定を得た(鹿山)。3.カキむき身貯蔵中における不快味の発生は、貯蔵中に増加する遊離脂肪酸と低級アルデヒド、DMSの相乗的作用によって発現するものと考えた。一方、水溶性成分には不快味に関与するものはなったが、変色の原因はグリコ-ゲン等の分解物とアミノ化合物との褐変反応によるものと考えた(羽田野)。4.カキホモジネ-トの脂質劣化現象を調べた。

冷蔵貯蔵では、ポリエン酸の酸化とリン脂質の加水分解が認められ、脂質酸化と遊離脂肪酸の生成が品質劣化の要因と推察された。一方、冷凍貯蔵では脂質は酸化するが、リン脂質の加水分解は顕著には起こらなかった(河内)。5.カキむき身煮熟時の赤黄色化は不均一で組織表層部に集中している。変色にかかわる組織片のみを用い微少量の変色原因物質を探索するためには、関連物質分析法のミクロ化、高感度化が必須であった。このため、酸化脂質や酸化二次生成物の蛍光誘導体化とHPLCによる微量分析法を開発した(中村)。1)カキむき身の抗酸化剤処理区(BHA,Toc処理区),脱酸素剤処理区,無処理区を-20°C(無処理区の1つは-35°C)に12か月間貯蔵し,その間の脂質の酸化および加水分解による劣化を分子種レベルで検討した。POV,官能検査で得られた結果と同様に,脱酸素剤を用いるか,-35°Cで貯蔵することにより12か月間品質を良好に保持できることを認めた(小泉・赤沢)。2)カキむき身の鮮度保持剤による保鮮効果を,前年度より規模を拡大して試験した。その結果,ピチピチおよびゼオックス袋の保鮮効果を認めた(鹿山)。3)水溶性物質中の不快味成分の検索を重点的に行ったが,明確な不快味を呈する成分はなく,結論として低級アルデヒドや遊離脂肪酸のような両溶解性もしくは脂溶性物質の共存状態により発現するものと考えた(羽田野)。4)低温貯蔵中におけるマガキリン脂質のホスホリパ-ゼによる加水分解は-25°C貯蔵で抑制されたが,リパ-ゼによるトリグリセリドの加水分解が認められた。一方,-25°C貯蔵のマガキホモジネ-トの脂質酸化はBHAやTocの添加により著しく抑制された(河内)。5)カキむき身表層の変色にかかわる部分のみを厳密に分析するために,トリフェニルフォスフィン試薬とHPLC法を用いる過酸化脂質の微量定量法を開発した。本法を用い,冷凍カキむき身表層に起こる煮熟時の褐変が脂質酸化に起因する油焼けであることを明らかにし,その防止に指針を与えた(中村)。6マガキの新規な加工法として,遠赤外線加熱と超高加圧処理を検討した。両法共にカキの風味をよく残していたが,特に超高圧加圧は従来にない語しい食感を示し,応用への可能性を示唆した。また,両法共に冷蔵保存期間の延長が認められた(赤沢)。
メロンとその同属異種植物との体細胞雑種におけるPCRを用いた雑種性検定法の確立

メロン、シロウリ、マクワウリおよびキュウリのACC酸化酵素遺伝子のPCR増幅産物のサイズは、C.metuliferus、C.figareiおよびC.zeyheriを含む他のキュウリ属植物と比べて、約100bp短かった。ダイレクトシークエンスにより、このサイズの差異はイントロンのサイズの差異であることが判明した。メロンとC.metuliferus、C.figareiあるいはC.zeyheriのDNAを混合しPCRを行ったところ、それぞれの植物に由来するPCR増幅産物が得られた。RAPD法の一種であるAP-PCR法によって、メロン、C.metuliferus、C.figareiおよびC.zeyheriにバンドパターンに差異を認めた。メロンとC.meruliferus、C.figareiあるいはC.zeyheriのDNAを混合しPCRを行ったことろ、それぞれの植物に由来するバンドパターンが得られた。以上の結果よりこの2つの方法によって体細胞雑種が選抜できると推察した。
虚血脳損傷保護に係わるヒト骨髄間葉系幹細胞由来因子の同定とグリア調節機構

我々は、これまでヒト骨髄間葉系幹細胞(hMSCs)がマイクログリアおよびマクロファージ(MG/MP)の活性化を修飾し脳虚血などの神経損傷を抑制することを示唆してきた。当該研究は脳虚血モデル中心に用い、1脳内に移植したMSCsがどのような応答をするのか2その応答はMG/MPの活性を修飾するか3活性化されたMG/MPは神経細胞死の抑制に関与するのか4MSCs-MG/MPパスウェイが神経機能の再生に関与するかを明らかにするために行う。我々は培養hMSCsに前脳虚血を施したマウスの海馬ホモジネートと偽手術群のマウスの海馬ホモジネートを暴露した際に2倍以上に増加する98個の候補遺伝子を遺伝子網羅的解析ですでに見出している。そのうち,最も遺伝子発現が高いCCL2遺伝子は虚血刺激や炎症性サイトカインの増加と密接に関連していることを明らかにしている。当該年度は移植したhMSCsがレシピエントケモカインを修飾するか,そしてそれらのケモカインがどのように神経障害と関連するかを脊髄損傷マウスにより明らかにした。MPの遊走に関連するケモカインの遺伝子発現を脊髄損傷後に調べたところ,損傷直後に増加するタイプ(CCL2型)と損傷後数日たってから誘導が認められるタイプ(CCL5型)に分けられた。脊髄内へのhMSCsの移植はこれら両ケモカインの発現を有意に増加した。しかし,CCL22が増加しても炎症性の果粒球の増加は認められず,炎症性マーカーは減少した。一方,CCL5のレセプターは神経とマイクログリアに認められhMSCsの移植は軸索伸長に関わる遺伝子や,修復に関わるマイクログリアのマーカー遺伝子の増加を認めた。さらに,CCL5の脊髄内投与も同様の応答を示した。本年度の研究によりhMSCsの移植により,レシピエントのケモカインも増加することが明らかとなった。ケモカインは炎症の悪化と結び付けられるが,hMSCs移植後の炎症の増加は認められず特にCCL5は神経再生に寄与している可能性を示した。本年度の研究によりhMSCsの移植部位におけるレシピエントとの細胞間相互作用の一端が明らかにできた。本年度はそれらをさらに検証するとともにホーミングするマクロファージが神経細胞死とどのように関与しているかを調べていく。我々は、これまでヒト骨髄間葉系幹細胞(MSCs)がマイクログリアおよびマクロファージ(MG/MP)の活性化を修飾し脳虚血などの神経損傷を抑制することを示唆してきた。Gene ontology解析で特に注目されたhMSCsより発現するケモカイン・サイトカインがどのような機構により増加するかを調べた。ccl2遺伝子は虚血した脳の海馬(虚血性神経細胞死を起こす領域)の暴露により増加するが同動物の大脳皮質(虚血となるがあまり神経細胞死を起こさない領域)や小脳(虚血状態にならない領域)のホモジネートでは増加しなかった。そこで、神経細胞死に関わる炎症性サイトカインのIL-1βやTNFαを培養hMSCsに暴露したところ培地中のCCL2および細胞の遺伝子発現が増加した。Ex vivoにおけるhMSCsからのccl2の産生をIL-1α/βまたはTNFαの遺伝子欠損マウスで行ったところ、野生型マウスのホモジネートに認められたCCL2の増加は抑制された。この結果、hMSCsは脳虚血性神経細胞死に関わるシグナルにより応答し、CCL2の産生を増加することが明らかとなった。今後、hMSCsが産生するCCL2やほかの因子がMG/MPの活性化もしくは活性化型に影響を与えるか神経細胞死を修飾できるか調べていく。本年度は主に脳内に移植されたhMSCsがどのような刺激により様々な因子を産生するのか明らかにした。次にhMSCsから産生された因子が脳内でどのような影響を与えるのか明らかにしていく。そのうち,最も遺伝子発現が高いccl2遺伝子は虚血刺激や炎症性サイトカインの増加と密接に関連していることを明らかにしている。当該年度はそれらの発現がMG/MPを関連するか調べた。

hMSCsを移植した脳は虚血の有無にかかわらずMG/MPマーカーであるIba1の遺伝子発現が増加した。しかし,虚血下脳は非虚血脳に比べhMSCsによるIba1の増加が有意に高かった。さらにリコンビナントヒトもしくはマウスのCCL2を投与したところ同様の増加を認めた。免疫染色において最近見出されたMG特異的マーカーで染色するとhMSCsの移植領域はMGが少なくMPのhMSCs移植部位へのホーミングが関与していることが示唆された。また,組織の修復に関わるM2型MG/MPマーカーのYm1の染色は主にMPに限局しておりhMSCsの抗炎症作用はMPが重要な役割を果たしている可能性が示唆された。本年度の研究によりhMSCsの移植により,移植部位にホーミングし応答する細胞がマイクログリアではなくマクロファージである可能性が示唆された。我々は、これまでヒト骨髄間葉系幹細胞(hMSCs)がマイクログリアおよびマクロファージ(MG/MP)の活性化を修飾し脳虚血などの神経損傷を抑制することを示唆してきた。当該研究は脳虚血モデル中心に用い、1脳内に移植したMSCsがどのような応答をするのか2その応答はMG/MPの活性を修飾するか3活性化されたMG/MPは神経細胞死の抑制に関与するのか4MSCs-MG/MPパスウェイが神経機能の再生に関与するかを明らかにするために行う。我々は培養hMSCsに前脳虚血を施したマウスの海馬ホモジネートと偽手術群のマウスの海馬ホモジネートを暴露した際に2倍以上に増加する98個の候補遺伝子を遺伝子網羅的解析ですでに見出している。そのうち,最も遺伝子発現が高いCCL2遺伝子は虚血刺激や炎症性サイトカインの増加と密接に関連していることを明らかにしている。当該年度は移植したhMSCsがレシピエントケモカインを修飾するか,そしてそれらのケモカインがどのように神経障害と関連するかを脊髄損傷マウスにより明らかにした。MPの遊走に関連するケモカインの遺伝子発現を脊髄損傷後に調べたところ,損傷直後に増加するタイプ(CCL2型)と損傷後数日たってから誘導が認められるタイプ(CCL5型)に分けられた。脊髄内へのhMSCsの移植はこれら両ケモカインの発現を有意に増加した。しかし,CCL22が増加しても炎症性の果粒球の増加は認められず,炎症性マーカーは減少した。一方,CCL5のレセプターは神経とマイクログリアに認められhMSCsの移植は軸索伸長に関わる遺伝子や,修復に関わるマイクログリアのマーカー遺伝子の増加を認めた。さらに,CCL5の脊髄内投与も同様の応答を示した。本年度の研究によりhMSCsの移植により,レシピエントのケモカインも増加することが明らかとなった。ケモカインは炎症の悪化と結び付けられるが,hMSCs移植後の炎症の増加は認められず特にCCL5は神経再生に寄与している可能性を示した。本年度の解析により、hMSCsは脳虚血性神経細胞死に関わるシグナルにより応答し、CCL2の産生を増加することが明らかとなった。今後、hMSCsが産生するCCL2やほかの因子がMG/MPの活性化もしくは活性化型に影響を与えるか神経細胞死を修飾できるか調べていく。本年度の研究によりhMSCsの移植部位における細胞間相互作用の一端が明らかにできた。本年度はそれらをさらに検証するとともにホーミングするマクロファージが神経細胞死とどのように関与しているか,その作用にCCL2がどの程度関与しているのか明らかにする。
遺伝子負荷マウスのQTL解析を用いた糖尿病の疾患感受性遺伝子の同定

糖尿病は「ありふれた病気(Common diseases)」の代表的疾患で、その発症と進展に複数の『遺伝因子』と、『環境因子』が関与する。我が国の約700万人におよぶ糖尿病患者に対し、ゲノムレベルの診断と治療を行うために、先ず、糖尿病の疾患関連遺伝子を同定することが必須である。疾患関連遺伝子の同定方法として、ヒトを対象とする解析に対し、遺伝的負荷を与えた結果、高率に糖尿病を発症するマウスの交配系の定量的形質を決める座位(Quantitative Trait Loci : QTL)解析は、疾患発症修飾遺伝子(modifier)の座位、さらに遺伝子自体を同定する強力な研究手段である。本研究では、「2型糖尿病モデル動物でレプチン受容体欠損マウスのdbマウス」を対象として、糖尿病非発症マウスとの交配系を用いて、変異レプチン受容体(OB-R)の遺伝子発現下で、一定の飼育条件下で、糖尿病発症を修飾する複数の疾患感受性遺伝子座位を、多因子連鎖解析法のひとつであるQTL法で解析し、新たな糖尿病発症糖尿病発症を修飾する遺伝子群(modifier)を探索した。dbマウスとC3Hマウス系統との雑種第2代兄妹交配(F2インタークロス)約788匹について、203種のマイクロサテライトマーカーを用いて全ゲノムにわたる多型を決定し、糖尿病に関する体重、血糖値、脂肪重量、糖負荷後の血糖値などの表現型について、QTL解析を行い、ロッドスコアーが統計的有意水準(2.8以上)を満たす18箇所の座位を見いだした。本解析を通して、変異レプチン受容体の遺伝子発現下で、糖尿病の病態を、すなわち、糖尿病の発症を修飾する複数の疾患感受性遺伝子座位が存在することが示唆された。現在、見いだした座位の内、作用の大きい座位について、遺伝的背景を均一にしたコンジェニックマウスを作製し、候補ターゲット遺伝子を同定中である。糖尿病の疾患感受性遺伝子を同定するための方法として、疾患モデル動物を用いた解析が有効である。遺伝的背景および環境要因を一定にした条件下で、血糖値、体重、血清インスリン値などの定量的形質を決める座位(QTL)解析は、糖尿病発症を修飾する遺伝子座位、さらに遺伝子本体を同定することができ、糖尿病発症に係わる新規遺伝子を見い出すことが可能である。本研究では、C57BL/Ksjの遺伝的背景を持ち、レプチン受容体を欠損するdbマウスをC3H/HeJに交配した雑種第二世代(F2インタークロス)を用いたQTL解析により、新たな糖尿病の疾患感受性遺伝子を同定することを目的とする。1、F2インタークロスマウスの作成および表現型の収録dbマウスとの交配で遺伝的多型を示すC3Hとの交配で誕生したF2インタークロスマウスの内、dbホモ(233匹)、ヘテロ(388匹)、ワイルド(184匹)の各群マウスが得られた。これらのマウスの体重、糖負荷試験時の血糖値、血清インスリン値を含む20種類以上の糖尿病の病態に関する表現型を収録した。さらに、全ゲノムにわたり選択した214種類のマイクロサテライトマーカーによる遺伝子型のデーターを収録した。3群を合わせた解析で、検出されることが予想されるdb(レプチン受容体の欠損)の座位が予想通り第4番染色体で検出され、MapMaker/QTLソフトを用いた統計解析方法の信憑性が確認できた。2、QTL解析の中間結果

上記の表現型に関して、統計学的に有為なレベルで、糖尿病の病態を変える、すなわち、糖尿病の疾患感受性を変える多数の座位が抽出され、変異レプチン受容体の遺伝子発現下で、糖尿病の発症を修飾する複数の疾患感受性遺伝子座位が存在することが示唆された。糖尿病を発症する疾患モデル動物の交配系を用いて、遺伝的背景および環境要因を一定にした条件下で、体重、糖負荷後の血糖値、血清インスリン値などの定量的形質を決める座位(QTL)を決めることが可能である。本研究では、糖尿病を自然発症するdbマウスをC3H/HeJに交配した雑種第二世代(F2インタークロス)を作製し、血糖値などの定量的表現型と遺伝型との関連をQTL解析し、新たな糖尿病の疾患感受性遺伝子を同定することを目的とする。以下に平成14年度の研究内容を報告する。1、dbマウスとC3Hマウスとの交配で誕生したF2インタークロス;dbホモ(233匹)、ヘテロ(388匹)、ワイルド(184匹)計805匹の解析で、体重、糖負荷後の血糖値、脂肪量などの糖尿病の病態に係わる形質を修飾する、ロッドスコアが4.3以上の座位を4カ所以上明らかにした。2、他の交配系(dbマウスとDBA/2マウス)を用いたQTL解析の結果でも、同じ座位が抽出された。C3H、DBA2マウス交配系で重複して抽出され、ロッドスコアが4以上で且つピークがシャープ、genetic varianceが高く、コンジェニックマウス作製時に遺伝型/表現型の変化が容易とれ、ホモ、ヘテロ、ワイルドの複数のグループ間で抽出された4座位をターゲットとしてコンジェニックマウスを作製中である。3、コンジェニックマウスは、ターゲット座位(QTL)を保持に、かつ染色体置換率の高いマウスを選抜し、最終的にはN4世代まで交配を行う。N4世代でインタークロスを行い、db遺伝子をホモまたはヘテロで所有し且つターゲット座位をホモで所有する個体を選抜し、糖尿病に関する表現型データを解析し、最終的にその座位に存在する疾患感受性遺伝子を同定する。同時に、この領域に存在する候補遺伝子に関してヒトの関連解析を行い、疾患感受性遺伝子を探索する。2型糖尿病モデルマウスの交配系を用いた、血糖値、体重、血清インスリン値などの定量的形質を決める座位(Quantitative Trait Loci : QTL)解析は、糖尿病発症を修飾する遺伝子座位、さらには遺伝子本体を同定することが可能である。我々は、新たな糖尿病の疾患感受性遺伝子を同定することを目的として、QTL解析を行い、本年度の研究期間で以下の知見を得た。1)昨年度までの解析結果より、2型糖尿病モデルマウスのdbマウスとC3H/HeJ, DBA/2Jの2系統の正常マウスとの雑種第2世代を対象にした、計約1,600匹の大規模なQTL解析により、統計的有意水準(Lod Score 2.8以上)を超える座位が、db x C3H/HeJ交配系で18箇所、db x DBA/2J交配系で17箇所、2系統に共通するQTL座位を7箇所を新たに見出した。本年度の解析では、これらの座位の内、C3H/HeJ, DBA/2J交配系で重複して抽出され、Lod scoreが4以上で且つピークがシャープ、genetic varianceが高く、コンジェニックマウス作製時に糖尿病の表現型に与える効果が大きいと考えられる4座位をターゲット領域として選定した。2)上記4つの候補領域(QTL座位)について、ターゲット領域以外の他の領域が、すべて均一に系統の全く異なるマウス由来の染色体に置換された「コンジェニックマウス」を作製した。
流域水循環モデルによる水資源リスク評価と流域管理に関する研究

トルコ・セイハン川流域を対象として、貯水池の操作ルールを変更した場合における治水・利水安全度をシミュレーションできる流域水循環モデルを構築した。さらに、温暖化やそれに伴う水利用増加が水資源システムに及ぼす負の影響を、貯水池の操作ルールの変更などといった温暖化適応策によって、どの程度弱めることができるのか検討した。その結果、2070年代において、流域平均気温は2.0°C2.7°C上昇、年降水量は157mm182mm減少、蒸発散量は36mm39mm減少し、年流出量は157mm182mm減少することが分かった。さらに、水利用量が現状と同じであれば、将来における水資源利用可能量は大きく減少するにも関わらず、貯水池の信頼度は常に1(需要量を完全に供給可能)であり、深刻な水不足は生じない。一方、水利用が現在の1.525倍に増加した揚合は、将来における貯水池の信頼度は0.9050.957に低下し、10年に58回水不足が生じることが示された。なお、最も有効な代替の貯水池ルールを適用した揚合においては、貯水池の信頼度は0.9430.980に改善され、10年に36回の水不足に食い止められることが分かった。ここで、アダナ市地点における現在の年最大流量は421.3(m^3/S)であるが、将来のそれは113.6156.3(m^3/s)と大きく減少し、自然に治水安全度は向上する。ところが、将来に備えて、水利用で最も有効な代替の貯水池ルールを用いた場合、現在における年最大流量は511.9(m^3/s)に増加し、治水安全度は大きく低下することが分かった。すなわち、水利用が現状と変わらなければ、操作ルールの変更といった適応策を講じなくとも治水・利水安全度は低下しない。水利用量が増加した場合は、水文おぶび水利用状況に適した操作ルールに年々変更するという高度な水管理が要求されることが分かった。トルコ地中海地域のセイハン川流域を対象として、2つのGeneral Circulation Model(気象庁・気象研究所:MRI、東京大学気候システムセンター:CCSR)の温暖化予測結果を用いて流域水循環モデルを駆動し、温暖化がセイハン川流域の水文・水資源に及ぼす影響を評価した。現在期間(1990s)と将来期間(2070s)における流域平均気温を比較したところ、MRIでは2.0°C、CCSRでは2.7°Cの上昇と見積もられた。また、現在と将来の流域平均降水量を比較した結果、MRIでは159mm、CCSRでは161mmの減少と推定された。特に、1,4,11,12月における降水量の減少は、他の月の減少と比較して非常に大きいことが示された。また、月流量を比較した結果、降水量の減少によって、河川流量も極めて大きく減少する。特に、4,5月における流量の減少が大きく、また、月流量のピークが1ヶ月程度早くなること等が分かった。さらに、将来の水利用に関して、(a)将来(現状維持):現在の水利用と同じ、(b)シナリオ1:塩害によって灌漑地は僅かに減少するが、温暖化による灌漑要求量の変化は考慮する、(c)シナリオ2:中流域において灌漑地が拡大し、温暖化による灌漑要求量の変化も考慮される、という3つのシナリオ実験を設定し、水資源システムへの影響を検討した。貯水池の信頼度(供給量/需要量)を算出した結果、現在では信頼度が1となっており、需要量が完全に供給できたことが確認された。将来(現状維持)およびシナリオ1では、信頼度がほぼ1となっており、温暖化の影響(河川流量の減少)によって、中程度の水ストレスになるにも関わらず、需要量は供給できることが分かった。ところが、シナリオ2では、信頼度が10.7となっていることから、温暖化の影響と水需要量の増加の複合要因によって、需要量の7割程度しか供給できない年が生起することが明らかになった。

ここで、アダナ市地点における現在の年最大流量は421.3(m^3/S)であるが、将来のそれは113.6156.3(m^3/s)と大きく減少し、自然に治水安全度は向上する。ところが、将来に備えて、水利用で最も有効な代替の貯水池ルールを用いた場合、現在における年最大流量は511.9(m^3/s)に増加し、治水安全度は大きく低下することが分かった。すなわち、水利用が現状と変わらなければ、操作ルールの変更といった適応策を講じなくとも治水・利水安全度は低下しない。水利用量が増加した場合は、水文おぶび水利用状況に適した操作ルールに年々変更するという高度な水管理が要求されることが分かった。
アミロイド線維超分子複合体形成機構と関連生体内因子の探索

今年度は、主に研究実施計画に記述したレーザー照射によって引き起こされるアミロイド線維形成の挙動について詳細に調べた.当研究室で組み立てた全反射蛍光顕微鏡(TIRFM)とモデルペプチドとしてアルツハイマー病原因ペプチドの一つである、Amuloidβ(1-40)(Aβ(1-40))を用いた。TIRFM観察より、アミロイド線維形成機構および線維の特性を可視化することで、また明らかされていない線維形成分子機構を直接的に証明することを目的としている。今年度の成果報告として、アミロイド線維形成における二つの重要な知見を得た。アミロイド線維は鋳型となる核が形成すると、それを起点に急激な線維伸長が開始され、線維が増殖する。その増殖メカニズムは、線維の断片化などが生じ、それを起点に新たな線維伸長が開始すつという反応が提唱されているが、直接的に証明はされていない。今回、Aβ(1-40)のアミロイド線維伸長反応をリアルタイムで観察すると、ある時間で一本の線維が複数の線維に断片化され、そのあとに爆発的に線維が増殖する様子を捉えることに成功した。この結果は、これまで議論されてきたアミロイド線維の増殖機構に関する直接的な証明を示したことになる。この線維増殖とレーザー照射との関連性についてさらに詳細に調べるため、次に形成した線維に断続的なレーザー照射を行い、その挙動を調べた。その結果、形成した線維はレーザー照射によって線維末端から分解されていくことが明らかになった。さまざまな分光学的手法を用いてこの線維の分解について解析した結果、ヒスチジン残基に顕著な損傷が見られ、これは溶液中に発生した活性酸素が原因であることがわかった。この二つの観察からレーザーによる線維の損傷は爆発的な線維の増殖を誘導するが、徹底したレーザー照射は線維を破壊するという、両方の役割を持つことが示唆された。このことより、レーザーによる線維形成の制御の可能性が期待される。
宇宙ステーションでの太陽中性子の観測

最も地球から近い星である太陽は、表面で発生する現象を地上や衛星から観測できるので、様々な仮説が検証できる。それ故天体物理学と言われている。我々は太陽表面の爆発(太陽フレア)に伴って作られる非常に高いエネルギーの粒子、すなわち太陽宇宙線がどのように作られるのか長年研究してきた。本科研費では宇宙ステーションに搭載されている太陽中性子計測装置(SEDA-FIB)で取得されたデータを中心に、軟X線、硬X線、高エネルギーガンマ線及び紫外線の画像データを比較することにより、イオンがどのようなプロセスを経由して数GeVまで加速されたのか研究した。その結果、(1)イオンが数GeVまで加速される過程は、まずimpulsive phaseで100MeVまで一旦加速され、その後gradual modeで数GeVまで加速されるという2段の加速過程を経由していることを突き止めた。(2)この加速過程を表す有望な理論に、impulsive phaseでは拡散サーフィン加速モデルがある。このモデルを支持する観測的証拠を何例か集積した。しかし衝撃波サーフィンモデルは、粒子の加速が1000倍までできることを保証しているが、10,000倍までの加速は難しいようである。(3)我々は科研費の期間中に、GEANT4を用いて太陽表面で加速されたイオンの衝突過程についてsimulationを行い、impulsive phaseでは100MeV以上の中性子とガンマ線の比(n/γ)が1000であり、gradual phaseでは10であると予想した。そしてこの予測を2012.6.3に発生した超短時間フレアで、SEDA-FIBとFERMI-LAT衛星が受信した中性子とガンマ線のdataを用いて観測的に証明した。宇宙ステーションに搭載された中性子観測装置SEDA-FIBは、2009-2018年の運転期間中に36例の太陽フレアに伴う中性子を受信した。(但し統計精度が3σ以下のものはこの中には含まれていない。)2015年12月までの解析結果はSolar Physics (2017) 292.115に報告した。その中でFERMI-LAT衛星が高エネルギーガンマ線を検出したもの11例であった。SEDAの中性子観測数が、FERMI-LATのガンマ線のおよそ3倍程度多い理由は、SEDAの中性子はイオンが核子当り100MeVまで加速されれば受信できるのに対して、FEMI-LATの検出するガンマ線はイオンが300MeV以上(数GeVまで)加速されないと生成できないからである。もちろん両衛星のどちらかが日陰帯を通過していた場合を除けば、両者の観測率の比はより1に近づくであろう。我々はこれらの解析結果を論文にまとめて現在投稿中である。太陽表面での粒子加速過程ではimpulsive phaseとgradual phaseが存在し、impulsive phaseでは天野・星野らによる拡散サーフィン加速モデルが最有力モデルである。しかしこのモデルはまだ1次元モデルである。実際の太陽表面では磁力線の再結合過程によって放出されたjetが重なり合い孤立波(ソリトン波)が形成され、それが太陽表面の磁場に衝突する場所で作られる電場による加速が行われていると考えられる。このような逆Y字型の磁場を仮定した2次元のsimulationが今後必要である。これはプラズマ理論家の課題であろう。(計算には膨大な計算機能力が必要であろう。)またgradual phaseにおける粒子加速に関しては衝撃波加速模型が有望であるが、加速現場がCME(コロナ質量放出磁気ロープ)の先端なのか、逆Y字型の最上部なのか、まだ観測では確定していない。これを確立することが今後の観測上の課題となる。上記の未来研究課題とは別に、2017年9月4-10日のフレア解析が近々の研究課題である。この期間に太陽活動極小期としては非常に珍しい巨大フレアが多数発生した。その中で9例にSEDA-FIBは太陽中性子の存在を確認した。一方FERMI-LAT測定器は2例高エネルギーガンマ線を観測した。現在2017.9.10に発生したX8.2のlimb flareの解析結果を発表するため準備中である。しかしこのlimb flare以外の解析は世界的にもまだ進んでいない。残りのイベントの解析も急がれる。また2011.3.7と2012.6.3の2イベントの解析結果を現在それぞれ投稿中であるが、これらの論文が正式にレフリー付き雑誌に出版されるよう最善の努力を払いたい。平成28年度は太陽中性子イベント2例の解析結果を論文としてまとめた。一つの論文は2014年7月8日のフレアに係るもので、加速された陽子が太陽表面に衝突し作り出した中性子の解析結果に基ずいている。今期の太陽活動期から太陽表面を131nmの紫外線望遠鏡を用いて常時観測しているNASAのSDO衛星による画像データと比較して議論できるようになった。合わせて解析した結果、太陽表面で2個の磁気ループがX状に衝突をした時、高エネルギー陽子が加速されていることが判明した。またこの仕事をSolar Phyics 291(2016)124pに発表した。もう一つの論文は、2012年3月5日のフレアに関するもので、宇宙ステーションに搭載された太陽中性子検出装置が、きれいな中性子信号を受信した。

このイベントを詳細に解析した結果、上のイベントと同様に2個の磁気ループがX状に交叉した時と、新たにY状にside by sideで衝突した時に、陽子が高エネルギーに加速されることが分かった。内容はまもなくSolar Physicsに公表される。また2016年12月26日03:38:54GPS timeに35MeVのガンマ線を宇宙ステーションに搭載した我々の装置が検出した。この時刻はLIGO重力波検出チームが重力波を検出した時刻に一致していた。しかしGPS timeとUTの間に時差が数秒あるため、同時受信とは発表できなかった。詳細はarXiV:1611.09514に公表した。また太陽ダイナモ機構について新説を考え、日本物理学会(大阪大学)で発表した。太陽内部のプラズマの運動が2組のloopの運動で記述できる。振動周期がわずかに異なる2個の磁気ループの連成振動で、89年周期のGleissberg周期が自然に説明できることが分かった。平成28年度は、一個の論文をレフリー付きジャーナルに掲載した。また今までの観測のまとめとなる論文も現在レフリー付きジャーナルに投稿中である。レフリーは掲載に好意的であり、まもなく公表されるだろう。2010.6.2 eventと2011.9.6 eventを解析するために必要な太陽方向を解析画面に同時に表記するソフトをH28年度に完成させ、より効率的に太陽中性子の解析ができるようになった。これら両イベントは直流電場加速で生成されていると想定されるが、研究成果をレフリー付きジャーナルに発表するために必要な太陽表面からのガンマ線や中性子の発生角度分布のモンテカルロシミュレーションは現在進行中であり、当初の目標(公表)を実現するための準備はおおむね順調に進行している。平成29年度は2012年3月5日のイベントを中心に、8年間の宇宙ステーションでの観測結果をまとめてSolar Physics (2017) vol292page 115に出版した。またかねたからの懸案であった、2011年3月7日のflareに伴う、太陽からの高エネルギーガンマ線と中性子線の観測結果を解釈するために、モンテカルロ・シミュレーションを実施した。その結果、メキシコ高山やハワイのマウナケア山頂、及びTibet高原に設置された太陽中性子望遠鏡の信号と連動して太陽中性子が受信されていることがわかり、この結果がモンテカルロ・シミュレーションの予測と合致することが判明したので、現在雑誌に投稿し、審査を受けている。また2012年6月3日には極めて短時間に1000倍X線の強度が増大したイベントが見つかった。このフレアに対してFERMI-LAT衛星や宇宙ステーションい搭載した中性子観測装置SEDA-FIBが中性子信号を受信した。きわめて特殊なイベントであったが、モンテカルロ・シミュレーションの結果は加速された陽子がヘリウムイオンとうの原子核が主成分であれば説明可能であることを示したので、現在まとめて投稿準備中である。また2017年9月に太陽活動極小期では非常に珍しい巨大な太陽フレアが発生した。宇宙ステーションに搭載した、SEDA-FIBは衛星が太陽からの信号を受信可能なday zoneにあるフレアにあ値してすべて、中性子の信号を観測した。このイベントの解釈は2018年度の課題であるが、それぞれのフレアがかなり異なっている多彩なイベントが得られた。
マイクログロープラズマの開発とシリコンナノ粒子の合成

量子物性を持ったシリコンナノ粒子は,生体・医療からエネルギーまで幅広い応用が期待されている新材料である。本研究では,容量約1μlのマイクロ空間で形成される非熱平衡プラズマを用い,SiCl_4から粒径3-20nmのシリコンナノ粒子を連続合成するプロセスを開発する。本来,反応性プラズマは,酸化,還元,不活性など様々な環境で材料プロセスを構築できる特徴を有している。これをマイクロ空間で形成し,物理的・化学的に高度に非平衡化された反応場を作り出すことによって,新規材料合成プロセスとして大きな波及効果を生み出すことが可能となる。微粒子合成において最も重要なパラメータの一つである滞留時間を変化させることで,合成された物質の性状を調べた。アルゴン流量を200,500,1000cm^3min^<-1>と変化させ,生成物の緒言を調べた。アルゴン流量が200cm^3min^<-1>の場合,生成物には多量の塩素と窒素が含まれており,また電子顕微鏡でも肥大化した様々な粒径の粒状物質が観察された。滞留時間は約30μsであるにも関らず,反応活性なマイクロプラズマ中で粒子成長が著しく進行しており,不純物を取り込みながら粒子が成長していることがわかる。アルゴン流速が500,1000cm^3min^<-1>の場合,生成物の主な構成元素はSiで,一部酸化シリコンに起因したOも検出されるがNおよびClはほとんど検出されていない。この条件で合成された物質をTEMで観察した結果,単分散ではないものの,直径3-20nmの微結晶シリコンの存在を確認できた。それぞれの粒子は明瞭な輪郭を示しており,これらの微粒子が基板上ではなく,気相で生成されていることを示している。粒子の直径が10nm以上に成長すると,結晶面に依存した特長的な形状を呈するようになる。粒子径が六角形にみえるのはSi(111)面に囲まれた正八面体を投影して観察しているためである。(111)面は表面エネルギーが最も小さく熱力学的に最も生成されやすい。はじめに:大気圧で空間均一性の高い反応性非平衡プラズマを形成するためには,プラズマリアクタのマイクロスケール化が有効である。ナノ秒で生成と消滅を繰り返すストリーマ放電とは異なり,リアクター全体を均一にプラズマ化できるため,原料ガスの歩留まりが著しく向上するほか,プロセスの制御性も改善できるメリットがある。我々は、高密度(電子密度10^<15>cc^<-1>)かつ低ガス温度(1500K)の大気圧グロープラズマをマイクロ反応場で形成し、様々なナノ粒子を気相合成するための技術開発を行った。一方,リアクターのマイクロスケール化に伴って電力密度が著しく増大するため,反応場の温度が数1000°Cまで上昇してしまい,プラズマの非平衡性のみならず高温そのものがプロセスに多大な影響を及ぼすようになる。そこで,水冷電極を用いてリアクター自身を強制冷却することでガス温度の上昇を抑制し,より高度な非平衡プラズマを形成するためのマイクロプラズマリアクターを試作した。実験および結果:実験ではAr又はHeをベースにCH_4を供給し,144MHzのVHF電源を用いて内径800μm,長さ10mmのキャピラリー内部にマイクロプラズマを形成した。キャピラリーは水冷された銅製のヒートシンクに挿入されており,プラズマで発生した熱を効率よく除去できる仕組みになっている。ガス流量(Ar or He:5001000sccm,CH_4:5sccm),電力(20W40W)を変化させて,CHの回転スペクトルからプラズマのガス温度を計測した。H_βのシュタルク広がり求めた電子密度は約10^<15>cc^<-1>で,リアクタ内径を細くするほど電子密度は増加した。CH_4流量はもちろん,水冷の有無によってもマッチングが変化するため正確な電力を見積もることは容易ではないが,電力を20W投入した場合、ガス温度は1500Kまで上昇するが、安定にプラズマを形成する技術、それをキャラクタリゼーションする手法を確立した。

アルゴン流速が500,1000cm^3min^<-1>の場合,生成物の主な構成元素はSiで,一部酸化シリコンに起因したOも検出されるがNおよびClはほとんど検出されていない。この条件で合成された物質をTEMで観察した結果,単分散ではないものの,直径3-20nmの微結晶シリコンの存在を確認できた。それぞれの粒子は明瞭な輪郭を示しており,これらの微粒子が基板上ではなく,気相で生成されていることを示している。粒子の直径が10nm以上に成長すると,結晶面に依存した特長的な形状を呈するようになる。粒子径が六角形にみえるのはSi(111)面に囲まれた正八面体を投影して観察しているためである。(111)面は表面エネルギーが最も小さく熱力学的に最も生成されやすい。