hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
終末期がん患者の在宅療養移行を促進するジェネラリストナース教育プログラムの開発

さらに、その成果をもとに、質問紙の作成、調査を実施し、在宅療養移行支援における役割行動の実態把握、職種間連携チームアプローチに対する意識、コミュニケーションスキル等との関連性を検討した。平成28年度は予定している調査実施施設のうち、1施設のみの調査となっている。現時点で得られているデータの傾向として、在宅療養移行支援の役割行動においては、「在宅療養移行に関する情報の共有」「医師からの説明後に患者家族と意図的に関わる」「看護師としての責任の範囲で関わる」「在宅療養移行に関する患者の思いを家族にに聴く」「ケアの対象として家族と関わる」などチーム内での情報の共有、在宅療養移行に際して家族を重要視した関わりは高く評価されていた。その一方で、「在宅療養移行に関する研修会への参加」「在宅療養移行支援に関する後輩への助言」「自身の実践を振り返る時間を持つ」「自職種および他職種の知識やスキルの活用」「プライマリーナースとして早期からの関わり」など自己研鑽に関する内容や他職種の活用、早期からの介入については低く評価する傾向にあった。在宅療養移行支援の役割行動に影響する要因においては、終末期ケアに特化したコミュニケーションスキルやチームアプローチにおける自身の貢献度の自覚などが示唆された。全てのデータが揃った上で、詳細に分析していく。平成28年度は、一般病棟看護師を対象に、終末期がん患者の在宅療養移行支援における役割行動、職種間連携チームアプローチに対する意識、コミュニケーションスキル等に関する質問紙調査を実施し、役割行動の実態把握と関連要因の検討を計画した。今年度は調査対象施設のうち、1施設のみの調査となっており、予定しているすべてのデータを得ることができていない。調査予定施設における調査の内諾、準備等は整っているため、「やや遅れている」と判断した。本研究は、終末期がん患者の在宅療養移行の促進を目指し、がん患者と家族に対する在宅療養移行支援能力および職種間連携力の育成に焦点をあてたジェネラリストナース教育プログラムの開発を目的としている。平成29年度は平成28年度計画に引き続き、質問紙調査を実施した。データ分析の結果、終末期がん患者の在宅療養移行支援における看護師の役割行動の実態として、「在宅療養移行に関する情報の共有」「医師からの説明後に患者家族と意図的に関わる」「在宅療養移行に関する患者の思いを家族に聴く」「ケアの対象として家族と関わる」などチーム内の情報共有や家族を重要視した関わりは高く評価され、「在宅療養移行に関する研修会への参加」「後輩への助言」「自身の実践を振り返る時間を持つ」「自職種および他職種の知識やスキルの活用」「プライマリーナースとして早期から関わる」など自己研鑽に関する項目や他職種との連携、早期からの介入は低く評価する傾向がみられた。
尿失禁に対する骨盤底筋群電気刺激および刺激装置の開発

骨盤底筋群電気刺激装置はポケットに入る程度の大きさに縮小することに成功した。この装置からは強力な刺激波が発生するが、我々は矩形汲で平均3.5H_2、0.2msecの刺激を1回、20分、1日68回の治療洗が尿失禁の治療に最適であることを見出し、臨床応用している。対象は、腹圧性尿失禁患者(中年すぎの女性に多く、肥満、子宮脱などを伴い、骨盤底筋群の筋力脆弱が主原因である。骨盤内臓器手術でも生じることがある)、切迫性尿失禁患者であるが、反射性尿失禁患者(核上型脊髄損傷、中枢性神経疾患、幼児の神経因性膀胱)にも本治療法を施行し、ほぼ有効な成績を得ている。本治療法で特筆すべき利点は治療を中止しても、刺激効果が消失しないことで、治療中止後の尿失禁の再発はあまり高頻度ではない。そのメカニズムは従来不明であり、一応、陰部神経求心路を賦活することにより、反射性に下腹神経を賦活化するためであり、とくに膀胱容量の少ない際には下腹神経が主に膀胱抑制に関与するとみなされてきた。筆者らは実験を繰り返し、下腹神経が膀胱抑制を完全に行うことを証明した。とくに本治療では膀胱局所のノルエビネフリン含量を増量することがそのinitationであることを証明した(J.Unol.150:235238,1993)。膀胱機能は勿論、自律神経の支配下にあり、下腹神経を介するodrenergic innervationを受けているので本刺激装置はヒトの膀胱機能をきわめて生理的に活性化する優れた方法であることが証明された。本年度は、まず臨床において、10例の患者に骨盤底筋群電気刺激療法を施行した。症例はすべて、脊髄損傷や脳血管障害などの神経疾患に由来するものであったが、この結果をWorld Congress of Videourology(箱根、1991年)、第26回日本パラプレジア学会(東京、1991年)、バイオメカニズム学会(福岡、1991年)において発表した。臨床的には、11例中9例において有効であり、従来までの薬剤療法に不応であった患者に対して本法の有用性が確認された結果であった。基礎の面では、正常家兎を用いての実験を行った。ウサギに対して人間と同様の刺激を加えたところ、膀胱のノルエピネフリンが増加するという現象が明らかとなった。このことは、本法により陰部神経が刺激されることにより、膀胱に対する交感神経遠心路が賦活化される証拠である。またこの様な膀胱の変化が、刺激中のみならず、刺激終了後も遷正する現象を見い出した。これは、本法が、刺激中以外にも臨床効果を示すメカニズム自体を表現する現象であり、今後基礎的事項の検索において、画期的知見であった。現在この知見に基づいて、オピオイドリセプタ-と骨盤底筋群電気刺激の関連を証明する実験を施行している。刺激装置は現在のところ、外部刺激装置を使用して臨床に用いているが、現在、心臓に用いられているペ-スメ-カ-の使用を検討しているところである。刺激周波数などの問題があるものの、十分使用し得るものと考えられ、動物に対する埋め込みを予定している。骨盤底筋群電気刺激は薬物療法では十分な治療効果が得られないneurogenic overactive bladderによる尿失禁の治療として期待されるが、筆者らは切迫性(急迫性)尿失禁、腹圧性尿失禁、反射性尿失禁患者にも試作した本装置を用いて治療し好成績を得た(中田瑛浩、他:FES療法の尿失禁への応用-神経障害を伴う症例の場合-モダンフィジシアン,12:43-45,1992)。そこで刺激装置を小型化し、身体組織に障害を与えにくい装置を作製した。すなわち刺激装置は日本電気三栄製ポータブルFES刺激装置(CE1290)となり実用に供した。

最大刺激値は20Hz、0.2msec短形波の刺激波を1回、20分間、67回/日の電気刺激を行うことにより尿失禁の改善に成功した。驚くべきことに脊髄損傷患者にも効力を示した。特に不随意収縮抑制が治療により抑制された症例では尿失禁を消失した。本治療により利尿筋の過活動性が抑制されることが治療の有効な理由であろうが、外括約筋も同時に強化されることも有効な原因の1つとなり得よう。尿失禁の消失とともに、膀胱容量の増大、コンプライアンスの増加も認められた。電気刺激にはCaldwell-Raswick type multistrand stainless wire electrodeを作製した。これは微小なteflon-coated 19 strand stainless cableより成っていて、かなり長期間、大腿内側に埋め込んでも、ほとんど障害はなかった。本刺激装置の最大の長所は電気刺激を中止しても治療効果が持続することである(carry over effect)。そのメカニズムはカテコールアミン代謝より検討中である(Analysis of regionalnorepinephrine contein in therabbit bladderafter acutepelvic floor stimulation.J.Urol.,1993)。メカニズムの解明を待ち、本装置より強力でさらに小型化して改良する予定である。現時点では臨床例に応用可能となり、一応の成果が得られつつあると推測される。骨盤底筋群電気刺激装置はポケットに入る程度の大きさに縮小することに成功した。この装置からは強力な刺激波が発生するが、筆者らは矩形波で平均3.5Hz、0.2msecの刺激を1回、20分間、1日68回の治療法が尿失禁の治療に最適であることを見出し、臨床応用している。対象は、腹圧性尿失禁患者(中年すぎの女性に多く、肥満、子宮脱などを伴い、骨盤底筋群の筋力脆弱が主原因となる。骨盤内臓器手術でも生じることがある)、切迫性尿失禁患者であるが、反射性尿失禁患者(核上型脊髄損傷、中枢性神経疾患、幼児の神経因性膀胱)にも本治療法を施行し、ほぼ有効な成績を得ている。本治療法で特筆すべき利点は治療を中止しても、刺激効果が消失しないことで、治療中止後の尿失禁の再発はあまり高頻度ではない。そのメカニズムは従来不明であり、一応、陰部神経求心路を賦活することにより、反射性に下腹神経を賦活化するためであり、とくに膀胱容量の少ない際には下腹神経が主に膀胱抑制に関与するとみなされてきた。筆者らは実験を繰り返し、下腹神経が膀胱抑制を完全に行うことを証明した。とくに本治療では膀胱局所のノルエピネフリン含量を増量することがそのinitationであることを証明した(J.Urol.150:235-238,1993)。膀胱機能は勿論、自律神経の支配下にあり、下腹神経を介するadrenergic骨盤神経を介するcholinergic innervationを受けているので本刺激装置はヒトの膀胱機能をきわめて生理的に活性化する優れた方法であると証明された。
関係性及び連携と連帯に着目した新たな行政観の構築可能性とその具体像に関する研究

(1)公私間関係、(2)行政主体間関係、(3)共同利益主体の法主体化、(4)コミュニティの現代的機能、(5)適法性判断における行政計画と個別行為間の関係という、5つのテーマ群すべてにおいて、関係性及び連携と連帯に着目した行政観構築の可能性があることが確認された。特に近隣警察や危険防御、都市計画や国土整備、自立支援を含む社会福祉や生活保護等において、当該行政観に立脚した制度設計への示唆が得られた。また、複数の法規定や法制度、複数の法的地位や法的行為等相互間の関係を関係性及び連携と連帯の視点から考察することが、行政法学上の新たな問題発見と解決の糸口提供に寄与し得ることも、明らかになった。行政法学方法論を論ずるための基幹研究会を4回開催し、著名な公法研究者から問題提起を受けて議論を行った。その中から、a)行政法理論は法制実務との間でいかなる関係を取り結ぶべきか(仲野研究会)、b)行政法解釈論において実定法認識論はいかなる役割を果たし得るか(芝池研究会)、c)国・地方間関係等の政治次元の議論をいかにして法的議論の中に組み込むべきか(岩橋研究会)、d)憲法上の価値論や人権論を目的プログラム的方法を通して行政法解釈論の中に組み込むことは可能か(棟居研究会)、等の方法論的問題設定が有益であることが明らかとなった。b)の視点からは、憲法規範等の外在的な価値論に依存することなく、制度内在的視点から行政法解釈論を構築する可能性とその限界が問われる。これに対しd)の視点からは、いかにして、行政法解釈論は憲法的価値論や人権論と接合し得るかが問われることとなる。また、a)の視点からは、行政法総論体系と法制実務における条文構造との懸隔、異なる立法間を横串に通覧した場合に明らかとなる分野横断的な「相場」を可視化する必要性、立法先取り的研究の必要性が明らかとなった。他方、各論的領域研究における今年度の重点分野である公共的秩序形成研究グループによる研究が、大きく進展した。フランス土地法・環境法の著名な研究者(R.Hostiou氏等)との共同研究等を通して、1)公益性の司法コントロールをめぐる適法性と妥当性の境界線の相対化、2)国内行政法秩序と国際的法秩序間の緊張関係を視野に収める必要性、3)土地法をめぐる公法と私法の密接不可分の関係に注目する必要性が明らかとなった。特に2)の視点は、上記c)の視点と合流することにより、国民国家的法秩序観を自明の前提としてきた行政法制度内在的思考方法が、国際的法秩序及び自主財政権を含む自治立法権の双方から引き裂かれる状態にあることを、物語るものであることが明らかとなった。本年度は、まちづくり法と環境法の関係性及びまちづくり法と警察法の関係性を中心とした研究が大きく進展した。1.まちづくり法と環境法の関係では、フランス国立学術研究センター専任研究ディレクターであるJ・F・ストゥルイユ氏を招聘し、東京では、(財)土地総合研究所と共催で「フランス法における地域都市計画プラン(PLU)-空間の管理から都市の管理へ」と題した講演会(2012年3月6日)を開催し、また北海道大学では、「フランス都市計画法における先買権の飛躍的発展」と題した研究会(2012年3月9日)を開催した。2度にわたる講演研究会を通して、都市拡散の防止と市街地再生という日本とフランスに共通の課題の下で、(1)住宅政策、商工業政策、交通政策、生物多様性の保護や地球環境保全等の関連する計画や政策との関係性を視野に組み込んだ戦略的都市計画論が必要不可欠であること、(2)かかる戦略的都市計画は、広域と狭域の双方にわたり戦略性と実効性を具備したものである必要があり、許認可や措置命令等の伝統的手法や契約手法に加えて、先買権等も規制的手法の一環として機能し得ること、(3)環境法との相互作用を通して、都市計画法を始めとしたまちづくり法のパラダイム転換が生じていることが明らかとなった。2.まちづくり法と警察法の関係では、フランス警察制度の著名な研究者であるF・ディウ教授を招聘し、神戸大学において[公私協働-刑務所、空港、警備業における公共と民間のパートナーシップ」と題した講演会(2012年10月17日)を、また北海道大学において[警察と社会-警察機能の社会への移譲」と題した講演会(2011年10月21日)を開催する一方、研究分担者1名をフランスに派遣し、刑務所民営化の実情を調査した。これにより、公共の安全確保という国家的基本任務の領域でも生じている国家・社会間関係の変容及びその具体的手法の一端が明らかとなった。

今年度は、各論的分野相互間の関係性に着目した検討を継続的に進める一方、関係性の視点が行政法一般理論に及ぼすインパクトがいかなるものであるかを明らかにすることを主眼とした。まず、一般公益と個別的権利利益の間に第3の利益類型としての共同利益を想定するという視点から、共同利益概念の実益、共同利益について権利性を認めるためのロジック、共同利益の制度化としての参加と団体訴訟について制度設計のあり方を論じることにより、共同利益論が、環境や景観のように「公」と「私」が交錯し相互関係性を有する分野に適合的であることを明らかにした。次に、都市計画法と自然的・文化的遺産保護法との関係性という点で、フランスでは、都市計画による独自規制を通して自然遺産や文化遺産の実効的保護が可能であること、埋蔵遺跡の発掘に伴う損失補償問題を通して、所有権保護に手厚い欧州人権裁判所判例との整合性が課題となっていることを明らかにした。また、行刑施設の管理運営について、フランスでは、公役務の委託管理方式を通して国と民間事業者との間で緊密な連携による公私協働が行われていることが明らかとなった。社会保障法の分野では、生活保護受給者の増大に対応する形で、就労を強化する方向での生活保護法の改正や生活困窮者自立支援法の制定が行われる状況の下で、従来から若者等への就労支援策を強化してきたドイツの法制度と運用の経験が貴重な示唆を与えることが明らかになった。さらに、個別行政法と行政法一般理論との関係性に着目し、両者の連携を探るための試みとして、『重要判例とともに読み解く個別行政法』を共編著により公刊した。この試みを通して、個別行政法と行政法一般理論間で相互に影響を及ぼし合う関係の存在が明らかになった。フライブルク市及びナント市での調査により、都市計画が、狭義の都市計画の枠を越え、住宅政策、交通政策、商業等の産業政策、エネルギー政策、高齢者や児童の福祉、自然保護等の諸政策との関係づけの重要性が明らかとなった。フライブルク市の都市計画では、商業政策まで意識した都市計画や公営企業による市街電車や地域発電事業との連携等を通して、商店街の活性化と社会的弱者の福祉にも配慮した中心市街地の創出、新興住宅地と中心部間のアクセス確保と良好な住環境や自然保護等が図られていることが明らかとなった。フランスでは、複数都市圏間の連携に立脚した戦略的広域計画と狭域的な市町村計画間の整合性を確保しようとする計画制度が確立していることが明らかとなった。さらにどちらの都市においても、計画策定過程における多様な利害関係人やステークホルダーの参加が保障されるいることも明らかとなった。警察法との関係では、フライブルク市郊外では、エネルギー効率のよい高気密住宅への改築促進策を、移民等が多く住む住宅地から取り組み、外壁のリフォーム等を通して混住化を促進する取組みが行われていること、死角ができないような道路・住宅配置により防犯効果が期待されていること等、都市政策に治安の維持・予防政策が有機的に結びつけられていることが明らかとなった。他方、社会保障法については、生活保護受給者の増加に伴う保護基準額の削減政策を背景に、生活困窮者を対象に地域の資源を活用して行われている自立支援・就労支援施策との関係性や連携という視点から、あるべき社会保障制度像を考察する必要があることが明らかとなった。また情報法については、わが国の官民のコミュニケーション過程のICT利用が十分な成果を挙げていない中で、打破策の参照事例として、欧州のeID利用状況と認証付き電子メール法制としてのDe-Mail法を調査する必要があること等が明らかとなった。
心筋ミトコンドリア中に認められるシクロプロパン脂肪酸の死後経過時間推定への応用

1.牛の心筋ミトコンドリアが酸化すると、そのリン脂質の構成脂肪酸にリノール酸酸化物である、ハイドロキシ酸、ケト酸、エポキシドが認められるようになることをガスクロマトグラフィーマススペクトロメトリー法を用いて発見した。2.牛の心筋ミトコンドリアリン脂質の2位に存在する構成脂肪酸の中には、炭素数が17のシクロプロパン脂肪酸が存在していることをガスクロマトグラフィーマススペクトロメトリー法と液体クロマトグラフィーマススペクトロメトリー法を用いて、我々は初めて見出し報告した。また、このシクロプロパン脂肪酸が細胞膜や、ミクロソームなどの膜のリン脂質の構成脂肪酸として普遍的に存在することを示した。ヒト心筋、肝臓、ラット肝臓のミトコンドリア、細胞膜からもこの脂肪酸が検出された。3.焼死したヒト死体血の血清からは、シクロプロパン脂肪酸が遊離した形態で存在し、健常人の血清には存在しないことが示された。このため死体血からのシクロプロパン脂肪酸の検出を試みたところ、死後においては一般に他の不飽和脂肪酸と共にシクロプロパン脂肪酸も血清中に出現するとが明らかになった。4.死後経過時間と血清中の遊離シクロプロパン脂肪酸の濃度に関しては直線的な相関性は得られなかった。5.シクロプロパン脂肪酸には心筋収縮力の抑制作用があることが示唆された。我々は、ウシ心臓のミトコンドリアの脂質酸化についての研究で、脂質酸化の際に発生する各種脂肪酸をガスクロマトーグラフィー・マススペクトロメトリー(GC・MS)や液体クロマトグラフィー・マススペクトロメトリー(LC・MS)を用いて同定した。すると、種々のハイドロキシ酸、オキソ酸、ハイドロキシエポキシ化合物、エポキシ化合物が形成されることが明らかにされた。これらの合成経路に関しては、カルジオリピン-チトクローム脂質酸化反応系とカルシウム-チトクローム脂質酸化反応系がありうることが示唆された。一方、LC・MSによる分析の際に、ミトコンドリアの膜リン脂質のホスホリパーゼA2での加水分解物の中に、脂質酸化反応の産物とは異なる分子量268の脂肪酸の存在が示唆され、それをGC・MSで同定したところ、人工合成した9,10methylenehexadecanoic acidと同じ保持時間とマススペクトルを有することが明らかになった。また、このシクロプロパン脂肪酸はウシ心筋以外にも、ヒトやラットの肝臓や心臓の膜リン脂質に存在することが明らかにされた。これまで細菌の膜リン脂質にシクロプロパンが存在することは明らかにされていたが、哺乳動物の膜リン脂質にシクロプロパン脂肪酸が同定されたのは初めてのことである。また、このシクロプロパン脂肪酸はミトコンドリア膜だけでなく、ミクロソームや細胞膜にも存在し、リン脂質の1位ではなく、2位に存在していることが明らかにされた。このため、死体血からのシクロプロパン脂肪酸の検出を試みたところ、死後においては一般に他の不飽和脂肪酸と共にシクロプロパン脂肪酸も血清中に出現することが明らかになった。
パワーアシスト付電気自転車の災害用人力発電装置兼用化への改良

本研究は、これまで研究者らのグループが行ってきた、簡易電気自転車開発、競技用簡易電気自動車開発の技術と研究成果を基に、電気自転車を利用した発電・蓄電方法の研究と研究成果の有効利用を目的として、以下の研究活動を行った。研究実施計画に沿って報告する。1、発電装置用電気自転車スタンドの設計・製作駆動システムの試作検討を行うための実験用スタンド製作を、市販スタンドの改造で行った。2、双方向型降圧チョッパ回路を利用した人力による電気自転車用発電回路の設計・製作従来の電気自転車用双方型降圧チョッパ回路の発電性能を評価し、発電効率の改善を行った。高電圧用に回路の再設計を行い、動作確認と発電効率の改善を確認した。3、バッテリーと回路のユニット化の検討制御回路部、パワー回路部、モータ、バッテリーを個別のモジュールにユニット化し、これまで以上に組み立てや保守作業の能率向上を行うことができた。4、本発電・蓄電装置を利用した災害時用のための電動補助付折り畳みリヤカーの設計・製作前項目まで報告した発電・蓄電装置を利用し、電動補助付折り畳みリヤカーの設計・製作を試みた。しかしながら、組立作業の段階で東日本大震災が発生し、作業を中断。大規模災害時用として開発を進めていながら、現実に大規模災害を経験。人力による発電の有効性は確認したが、今回の震災で数々の問題点が浮き彫りとなった。現在は、組み立てを見合わせ、太陽光発電システム等を追加したリヤカーの設計・製作を検討している。問題点をまとめ、引き続き実現に向けて開発を行いたい。5、実用性の評価と商品化の検討、研究取りまとめ駆動方法の検討、発電・蓄電装置の性能と問題点・改良点を確認した。今後も本研究の更なる有効利用に向けて研究活動を行って行く。
肺がんの成因及び再発に関わるがん幹細胞の発生とがん微小環境での維持機構の解析

我々はこれまで、p53の遺伝子変異や機能抑制とがん化のシグナルが合わさって、細胞内のグルコース代謝経路を変化させることでがん幹細胞を作り出していること見出していたが、実際のがん幹細胞を維持するために必要なシグナルの解析を行ない、ヒト肺がんや大腸がんの培養細胞株のがん幹細胞で特異的に発現しているサイトカインやケモカインを解析した結果、IL-8が共通して特異的に発現していることを見出した。更に、IL-8が細胞のグルコースの取り込みとヘキソサミン生合成経路の活性化を介してタンパクのO-GlcNAc修飾を亢進させること、これががん幹細胞の生存・維持に重要であることを見出した。実際に、O-GlcNAc修飾阻害剤であるOSMI1が腫瘍開始能力を有するがん幹細胞を枯渇させることを示して報告した。更にこの研究と並行して、がんを含む様々な幹細胞の維持に関わるHedgehog経路の標的転写因子であるGLI1が、アダプター分子MEP50を介してアルギニンアルギニンメチル基転移酵素PRMT5と複合体を作りGLI1のメチル化を誘導すること、これらのメチル化がユビキチンリガーゼITCH/NUMBとの結合を阻害してGLI1を活性化することを初めて見出し、報告した。この研究を進めて、MEP50とPRMT5の両者は転写因子STAT3によって転写誘導されること、EGFやHGF等の細胞増殖因子やIL-6等の炎症性サイトカイン刺激がSTAT3を介してGLI1を活性化させることを見出し、この経路ががん幹細胞の発生・維持に重要であることを見出した。これらの解析から、ヒトがん幹細胞の発生・維持に関わる新たな経路として,多くのがん遺伝子シグナルでSTAT3・PRMT5の活性化を介したGLI1誘導経路、O-GlcNAc修飾の亢進を介した経路がヒトがん幹細胞の発生・維持に重要であることを見出した。本年度の解析で、等に以下の2つのテーマについて当初の計画以上の進展があった。まず、細胞内代謝経路のリプログラミングによるがん幹細胞の発生・維持機構を明らかにするにおいて、我々はヒト肺がんや大腸がん培養細胞株で、がん幹細胞が特異的にIL-8を産生し、このIL-8がグルコーストランスポーターGLUT3の発現を誘導して細胞のグルコースの取り込みを上昇させること、ヘキソサミン生合成経路のキーとなる酵素glutamine: fructose-6-phosphate amidotransferase (GFAT)の発現誘導を介してタンパクのO-GlcNAc修飾を亢進させること、これががん幹細胞の生存・維持に重要であることを明らかにした。更に、O-GlcNAc修飾阻害剤OSMI1ががん幹細胞を枯渇させることを示して報告した。また、Gli1経路からがん幹細胞発生に関わる経路を明らかにするにおいて、GLI1が、アダプター分子MEP50を介してアルギニンアルギニンメチル基転移酵素PRMT5と複合体を作りGLI1のArg990とArg1018がメチル化されること、これらのメチル化がユビキチンリガーゼITCH/NUMBとの結合を阻害してGLI1を活性化することを初めて見出し報告した。更に、EGFR陽性非小細胞肺がん細胞をヌードマウスに移植して腫瘍を形成した後でEGFRの分子標的薬であるGefitinibを投与することで腫瘍は退縮するが一定の期間が過ぎると腫瘍は再び増大する。しかし、MEP50, PRMT5, GLI1のいずれかの発現を抑制する、ないしGLI1の抑制剤を投与すると腫瘍の再発が起こらないことを見出した。更に、RASのシグナルの下流でもこの経路が活性化すること、K-RASの変異が多い膵臓がん細胞でもこの経路が重要であることを見出しており、期待以上の成果を得た。p53欠損MEFにRASを発現させると、早期にがん幹細胞の特徴であるスフェア形成細胞が出現するが、この幹細胞集団での山中因子:OCT3/4, SOX2, KLF4の発現を解析した。興味あることに、これらの因子、特にSOX2 mRNAがRASの導入により300400倍と極めて高く誘導された。更に、スフェア形成細胞ではSOX2 mRNAの発現が更に増加(Ras導入前からは約1600倍)すること、OCT3/4の発現誘導はスフェア形成細胞のみで見られることから、RASの導入によってSOX2が誘導され、これが引きがとなって起こるエピジェネティックなゲノムの変化によって、少数の細胞でOCT3/4が活性化することでがん幹細胞が発生するのではないかと推測された。そこで、p53欠損MEFにSOX2を発現させたところがん幹細胞が出現すること、ゲノム編集法でp53欠損MEFでSOX2を欠損させたところ、この細胞は活性型H-RASを発現させてもがん幹細胞の発生は見られないことを明らかにした。従って、我々の実験系では代謝の変化とSOX2の発現誘導経路の活性化ががん幹細胞の発生に必要で、この経路を阻害することでがん幹細胞の除去及び非腫瘍形成性がん細胞からがん幹細胞への転換を阻止できるのではないかと考えられた。一方で、ヒトのp53欠損細胞は活性型H-RAS単独ではSOX2の発現誘導は見られず、またがん幹細胞の発生も見られなかった。また、我々が多くのヒトがん幹細胞で自己産生するとこを見出したIL-8は、多くの動物種で保存されているものの、マウスではその遺伝子座自体が存在していないことからヒトとマウスではがん化の原理が異なる可能性もある。

そこで、SOX2を含む幹細胞誘導・維持因子にな対するGLI1やO-GlcNAc修飾の制御をヒト細胞を中心に解析するとともに、ヒトがん組織をヒト化に移植して解析を行う。EGFR陽性肺がんをモデルとして、がん微小環境下でマクロファージやがん間質線維芽細胞が産生する炎症性サイトカインや細胞増殖因子が、メチル化酵素複合体MEP50/PRMT5の発現誘導とそれによる転写因子Gli1の活性化を介してがん幹細胞を維持していること、この経路を抑えるとがんの再発が抑えられることを見出した。更にp53欠損細胞が活性型H-rasによってSox2の発現を介してがん幹細胞様の細胞が出現することを発見した。そこで、rasや変異体EGFRからSox2→Oct3/4の経路の活性化とp53の機能抑制によってがん化=がん幹細胞の形成が起こる機構を明らかにして、それを標的とした効果的ながんの治療法の開発を目的としている。この目的で、本年度はSox2プロモーターを解析して、ras応答エレメントを同定し、このエレメントに作用する転写因子の候補はいくつかに絞った。この解析を進めると共に、この経路の阻害する低分子化合物のスクリーニングを行うための、実験系の確立を進めている。更に、Gli1経路からがん幹細胞発生に関わる経路を明らかにする。Gli1の下流の解析を行なっており、我々が発見したPRMT5-Gli1の経路がrasの下流でもがん幹細胞の発生・維持に重要であること、rasの変異のあるがん(大腸、肺、膵臓)でPRMT5-Gli1の経路の阻害剤ががんの再発を抑える治療に有効であることを見出した。また、ヒト培養がん細胞を限界希釈して単一化しても、得られた各クローン中には必ず同じ割合でがん幹細胞が存在する。細胞間の何らかのシグナルによってがん幹細胞数が維持されている可能性があり、検討を加えているが、特に液性因子の影響に関してはIL8ががん幹細胞を誘導する機構を明らかにした。ここれに加えて、Sox2により誘導されるp53ががん幹細胞発生を抑制することを見出した。本年度はSox2プロモーターを解析して、ras応答エレメントを同定し、このエレメントに作用する転写因子の候補はいくつかに絞った。現在、候補転写因子全てに対してsiRNAを用いた解析を行なっており、Sox2誘導に必要なシグナルと転写因子のd同定はかなりのところまで進んでいる。更に、この経路の阻害する低分子化合物のスクリーニングを行うための、実験系の確立を進めており、次年度中にはスクリーニングを開始できると考えている。更に、Gli1経路からがん幹細胞発生に関わる経路を明らかにする目的でGli1の下流の解析を行なっており、我々が発見したPRMT5-Gli1の経路がrasの下流でもがん幹細胞の発生・維持に重要であること、rasの変異のあるがん(大腸、肺、膵臓)でPRMT5-Gli1の経路の阻害剤ががんの再発を抑える治療に有効であることを見出した。このrasの変異したがんの治療にも有効であることを見出したことは予想しなかった進展であり、今後も解析を進めると共に、治療への応用も目指している。
キノン系分子のタンパク内部と表面での電子移動

生体内の電子移動反応で反応環境となるタンパク質の役割を、植物の光合成系反応中心タンパク質において検討した。ホウレンソウより単離した光合成光化学系I反応中心色素タンパク複合体を用いて、本来の電子受容体であるフィロキノンを除去し、その代わりに合成キノンを内部人工メディエーター分子として導入し、タンパク-合成分子-ハイブリッド反応中心複合体を作成した。この反応系の外部溶媒は水であるが、水中に分散された反応中心タンパク内部では、クロロフィル2量体(P700)→電子受容体クロロフィル(A0)→フィロキノン(合成キノン)→鉄硫黄センター(FA,B,C)の順に光により電子移動が行なわれる。各種キノン分子及びその類似化合物を導入し、そのタンパク内での性質、電子移動反応速度、タンパク質との相互作用を検討した。この結果【.encircled1.】光化学系I反応中心内部に導入されたキノンは、1電子移動のみを行ない、各種のナフトキノン、アンスラキノンについてその酸化還元電位は有機溶媒中に比べて著しく負の値をとることがあきらかになった。一般にキノンの酸化還元電位は溶媒のアクセプター数に応じて変化するが、タンパク質内部反応環境は、均一溶媒中では達成がかなり難しい値にまで酸化還元電位を変化させ、目的にあった電子移動系を達成していることが明かになった。【.encircled2.】反応中心内での、電子受容体クロロフィルと幾つかのキノンの電子移動反応の速度をピコ秒レーザ分光法により測定し、高速の反応時定数(30-200ピコ秒)を得た。この速度と反応の自由エネルギー変化の値との関係を電子移動理論により検討した。
グルタミン酸受容体を介した脳血流調節における麻酔薬と脳低温の影響

グルタミン酸受容体作動薬の脳血管に及ぼす影響を昨年度に引き続き検討した。ハロセン麻酔下のラットを人工呼吸により二酸化炭素分圧を3540mmHgになるように管理し、頭部に脳軟膜血管を観察するための有窓(Cranial window)を作製した。体温は小動物用体温保持装置を用いて、直腸温が36.537.5°Cで保たれるように管理した。100μMのkainateを5分間有窓内に投与を行い、連続的に脳血管径を観察した。kainateは、ラットの呼吸・循環動態に影響を及ぼさず脳血管拡張反応を示した。さらにこの拡張反応における一酸化窒素(NO)の関与を検討したところ、1mMのL-NNAの前投与によりkainateでは拡張反応に変化を認めなかった。以上のことから昨年度の研究と合わせて、ハロセン麻酔下では、イオン型グルタミン酸受容体のそれぞれの作動薬であるNMDA,AMPAおよびkainateはいずれも脳血管拡張反応を示すことが観察された。また、同じイオン型グルタミン酸受容体の中でも、NMDA受容体の関与する血管拡張反応にはNOが関与しているが、AMPAおよびkainate受容体刺激による血管拡張反応にはNO以外のほかのメカニズムが関与していることが考えられた。さらに全身麻酔薬としてイソフルランおよびプロポフォールを用いて、AMPA受容体作動薬の脳血管拡張反応を観察した。上記と同様の方法で100μMのAMPAを5分間有窓内に投与を行い、連続的に脳血管径を観察した。イソフルランおよびプロポフォール麻酔下では、ハロセン麻酔下と比べ有意にAMPAによる脳血管拡張反応が抑制された。以上のことから、麻酔薬の種類によってAMPA受容体作動薬による脳血管拡張反応に差異が見られることが解った。グルタミン酸受容体作動薬のNMDAおよびAMPAの脳血管に及ぼす影響を検討した。100μMのNMDAおよびAMPAを5分間有窓内に投与を行い、連続的に脳血管径を観察した。NMDAおよびAMPAの投与は、ラットの呼吸・循環動態に影響を及ぼさなかった。NMDAおよびAMPAはいずれも脳血管拡張反応を示し、同濃度における血管拡張反応はNMDAの方が大きい傾向を示した。またNMDAの方がAMPAよりも早期に最大の拡張反応を示したが、その拡張作用はNMDAが急速に減弱するのに対し、AMPAの方はしばらく継続することが観察された。さらにこの拡張反応における一酸化窒素(NO)の関与を検討したところ、1mMのL-NNAの前投与によりNMDAでは血管拡張反応の減弱を認めたが、AMPAでは拡張反応に変化を認めなかった。以上のことから本年度の研究において、吸入麻酔薬による全身麻酔時にグルタミン酸受容体作動薬のNMDAおよびAMPAは脳血管拡張反応を示すことが観察された。また、同じイオン型グルタミン酸受容体の中でも、NMDA受容体とAMPA受容体という違いによって、脳血管拡張の反応様式およびメカニズムに差異が見られることが解った。
3元化合物半導体光電極の作成とその光-電気エネルギー変換への応用

(Cu_2S)_X(In_2S_3)_<1-X>系3元化合物半導体の微粉末を、Cu及びInの塩化物、チオ硫酸ナトリウムならびに酢酸を含む水溶液の加熱により均一沈澱反応で形成されるときの条件を調べた。この場合、反応系の溶液組成を調節することで、CuInS_2、CuIn_5S_8及びCuIn_<11>S_<17>の3種の化学種を作り分けて合成できることを確かめた。CuInS_2はpまたはn型の弱い光応答を示すに過ぎないが、禁制帯幅1.43eVをもつCuIn_5S_8とCuIn_<11>S_<17>とはn型の顕著な光応答を示した。後の2つを600°Cで焼結して光アノードに用い、これらとPt対極及びポリ硫化物電解液を組み合わせた電気化学光電池の電池特性を測定した結果では、100mw/Cm^2の白色光照射下で3.33.4%のエネルギー変換効率が得られた。それゆえ、この方法は低コストの光電極の作成方法として期待できることがわかった^<1)>。なお、銀化合物についても同様な合成方法の可能性を確かめている。一方、Cu-In-SeまたはAg-In-Se系化合物半導体の被膜を、各金属の硫酸塩とSeO_2を含む水溶液をpHメーターでpH=1に調整した電解液からTi板上に定電位電解により電析した。いずれも、3元素の同時電析が可能であるが、銅化合物ではCu^<2+>のunder-potential depositionによりCuInSe_2が析出し、表面抵抗計で測定した表面抵抗は600°Cで被膜を焼結すると2桁下がり、結晶性が改善してpまたはn型の光応答を示した^<2)>。銀化合物では、Ag_2SeとInの2相が定電位析出しており、その後の熱処理によってAgInSe_2またはAgIn_5Se_3の被膜が形成されることを確かめた^<3)>。電解液に添加剤としてゼラチンを加えた効果は銅化合物において顕著を現れ、平滑で密着性のよい被膜の形成が膜面に垂直方向のEPMAによる組成分析を可能にし、この測定により化学量論比の被膜が5C/Cm^2以上の通電で得られることを確かめており、その禁制帯幅は1.0eVで文献値と一致した^<4)>。
PC3遺伝子が及ぼす内耳感覚器領域発現遺伝子の発現パターンの変化と形態学的変化

まず、これまでに行ってきたニワトリ内耳への遺伝子導入によって起こるその形態学的変化および内在性因子の発現パターンの変化の解析についての論文を完成させた。さらに解析を進めた結果をテーマとした学会発表を1回行った。PC3遺伝子が内耳蝸牛において下流のnotchシグナルを介して蝸牛支持細胞を有毛細胞に分化誘導するMath1の上流に作用し、有毛細胞への分化転換を促進させるという仮説を考えた。まず正常胎生期ラット(P2wister系)の蝸牛を摘出し、発生ステージごとのPC3とその下流に位置する転写因子Math1および有毛細胞特異的抗体である抗MyosinVIIA抗体の発現量と蝸牛における発現パターンをRT-PCRや免疫染色を用いて解析した。次にPC3遺伝子とレポーター遺伝子(その抗体で導入および発現を確認する)をベクターに組み込み、その後さらにそれを発現プラスミドとして電気穿孔法(エレクトロポレーション)により遺伝子導入を行った。しかし条件検討を重ね、手技講座等への参加を行ったが理想的な導入および発現結果を得るのが難しく、抗MyosinVIIA抗体の発現量および発現パターンに明確な変化は認められず、ウイルスベクターによる導入への変更も検討した(途中段階)。PC3-siRNAの作製に関しては、その塩基配列から適した領域を選択し、さらにRNAi実験講座参加にて勉強を重ねたが、実際に抑制実験を行うまでには至らなかった。導入後のIn situ hybridizationによる内耳感覚領域内在性因子の発現パターン解析と対象遺伝子のRNAプローブの作製および形態学的評価に関しても同様であった。その英文論文は昨年9月に受理された(次項11.研究発表参照)。またその論文の内容をテーマとした学会発表は昨年度2回行った。この結果をもとに、PC3遺伝子が内耳蝸牛において下流のnotchシグナルを介して蝸牛支持細胞を有毛細胞に分化誘導するMath1の上流に作用し、有毛細胞への分化転換を促進させるという仮説を考えた。これに対して、まず正常胎生期ラット(P2wister系)の蝸牛を摘出し、発生ステージごとのPC3とその下流に位置する転写因子Math1および有毛細胞特異的抗体である抗MyosinVIIA抗体の発現量と蝸牛における発現パターンをRT-PCRや免疫染色を用いて解析した。胎生期ラット蝸牛の摘出技術は現在まで習得中である。PC3遺伝子とタグ配列(その抗体で導入および発現を確認する)をベクターに組み込み、その後さらにそれを電気穿孔法による遺伝子導入のために特殊なベクター(pCAGGSなど)に組み換えて完成する発現プラスミドの作製、およびコントロールやレポーターとしてGFPを組み込んだプラスミドの作製は進行中である。PC3-siRNAの作製に関しては、その塩基配列から適した領域を選択したところまでである。なお、In situ hybridizationによる発現パターン解析と対象遺伝子のRNAプローブの作製に関しては、RT-PCRや免疫染色の解析結果をもとに再検討する方針である。
メタボリックシンドローム患者の薬物動態変動機構の解明と薬物治療への応用

メタボリックシンドローム患者では、生体因子の変化によって、薬物の感受性が変わることが推定される。本研究によって、様々な疾患において薬物トランスポータの発現が変動し、薬の体内での動きが変化することを明らかにした。特に、薬物排出トランスポータMATE1の発現・機能変動が、糖尿病治療薬メトホルミンや抗がん剤シスプラチンの薬効・副作用発現に影響を与えることを示した。これらの研究成果は、メタボリックシンドローム患者における薬物療法の適正化に繋がると考えられる。1、病態モデル動物を用いた薬物トランスポータの発現解析胆汁うっ滯のモデル動物であるEHBRを用いて、小腸並びに腎薬物トランスポータの発現変動を調べた。その結果、腎有機アニオントランスポータOAT3の発現が上昇することを見出した。さらに、OAT3は生理的基質として胆汁酸を輸送することを証明し、胆汁うっ滯におけるOAT3の病態生理学的な役割を明らかにした。さらに、甲状腺ホルモンによるMDR1の発現変動や、小腸PEPT1の発現には日周リズムが認められることを明らかにした。2、シグナルパスウェイの同定甲状腺ホルモンによるMDR1の発現変動は、甲状腺ホルモン応答配列にTRα1が結合することによって制御されていること、またPEPT1の日周リズムには、時計遺伝子の一種である転写因子DBPがE-box配列に結合することによって調節されていることを明らかにした。また、肝臓に発現する有機カチオントランスポータOCT1の発現には、転写因子USFが関与していることや、OCT2の腎特異的な発現にはepigeneticな制御が寄与していることを実証した。さらに、有機イオントランスポータファミリーの発現に影響を及ぼす、プロモーター領域の遺伝子多型の同定にも成功した。3、H^+/有機カチオンアンチポータ(MATE1)の機能解析2006年に新たにクローニングしたMATE1の機能特性を精査するため、OCT2とのダブルトランスフェクタントを作成し、in vivoに近い評価系の構築に成功した。MATE1やOCT2は、抗メタボリックシンドローム治療薬として注目されている糖尿病治療薬メトホルミンの輸送に関与していることも本評価系を用いて実証した。これら解析対象とした薬物トランスポータの多くは、抗メタボリックシンドローム治療薬の輸送を媒介していることから、今後の研究展開の基盤が整備されたと考えられる。1、抗メタボリックシンドローム治療薬メトホルミンの体内動態特性に関する解析メトホルミンの尿細管分泌を媒介しているH^+/有機カチオンアンチポータ(MATE1及びMATE2-K)の遺伝子多型解析を行った。MATE1ではアミノ酸変異を伴う遺伝子多型が5つ、またMATE2-Kでは2つ同定した。さらに、これら遺伝子多型の輸送活性に及ぼす影響について検討したところ、いずれも輸送活性の減少や消失が認められ、特にMATE1 G64DやMATE2-K G211Vでは完全に輸送活性が消失した。MATE1/OCT2ダブルトランスフェクタントを用いて、メトホルミンとシメチジンの薬物間相互作用は、MATE1を介して惹起されることを明らかにした。さらに、Mate1の発現が消失あるいは低下した時を想定して、Mate1遺伝子欠損動物を新たに作成し、メトホルミンの体内動態解析を行った。その結果、Mate1遺伝子欠損動物のメトホルミン血中濃度及び腎組織中濃度は野生型マウスと比較して顕著に上昇するとともに、分泌クリアランスは1/10に低下した。従って、Mate1がメトホルミンの腎排泄過程に重要な役割を果していることを、in vivo系で初めて実証した。2、ヒト組織を用いた薬物トランスポータの発現解析117名の肝疾患患者を対象にして、17種類の薬物トランスポータのmRNA発現量を定量し、肝有機アニオントランスポータOATP2B1の発現量を増加させるプロモーター領域の一塩基多型(-282A>G)の同定に成功した。さらに十回忌文責を用いて、肝薬物トランスポータの発現に影響を及ぼす因子の探索を試みたところ、HCV感染及び肝硬変がABCトランスポータの一種であるMRP4のmRNA・タンパク質発現を有意に上昇させることが判明した。最終年度には、ヒトにおいてメタボリックシンドローム治療薬メトホルミンの体内動態における有機カチオン輸送系の遺伝子多型の影響を検討した。腎臓からの排出を司るH+/有機カチオンアンチポータMATE1およびMATE2-Kの変異をヘテロで有する患者において、野生型と比べて排泄速度に有意な差は認められなかった。また、ノックアウトマウスを用いた検討でも同様に、ヘテロ型では差は観察されなかった。従って,MATE1もしくはMATE2-Kの半分程度の機能低下は、メトホルミンの体内動態への影響は小さいものと推察された。一方、多変量解析の結果、クレアチニンクリアランスが有意な相関因子として抽出された。クレアチニンは糸球体濾過に加え尿細管分泌を受けるカチオン性小分子であることから、有機カチオン輸送系の機能を反映するバイオマーカーになる可能性が示唆された。

他方、MATE1の機能低下は、白金系抗がん剤シスプラチンの腎臓からの排出を抑制し、腎毒性を増強することが明らかになった。MATE1は様々なカチオン性薬物を輸送することから、MATE1の機能変動が多くの薬物の体内動態や毒性発現に影響を与えると考えられる。さらに、肝摘除術を施行された患者の余剰検体を用いて、肝臓に発現する主要な薬物トランスポータの発現プロファイルを作成した。薬物トランスポータの中で、OATP2B1が高発現しており、OCT1、OAT2、OATP2B1などが高い発現を示した。また、MRP4はHCV感染が発現量の規定因子となることが明らかになった。以上より、ヒトにおける体内動態や発現解析等から、遺伝子多型や発現量変動が薬物トランスポータの機能特性を規定し、個体差を決定するひとつの要因になると考えられる。
中心窩網膜下新生血管板の光凝固の有用性

BresslerやGuyersは、初診時視力0.2以上の老人性円板状黄斑変性症の自然経過観察例の視力予後は極めて不良であると報告した。また米国のMacular Photocoagulation Study Groupは、本症の中心窩脈絡膜新生血管に対してレーザー光凝固を行うと、視力は凝固直後より低下するものの6ケ月を越えると自然経過よりも良好であると報告している。そこで我々は、老人性円板状黄斑変性症の中心窩脈絡膜新生血管に対し、レーザー光凝固を行い最終凝固から6ケ月以上再発が見られなかった21眼を最終視力が0.1以上であった10眼と0.1未満であった11眼に分け、Fisherの直接確立計算法を用いて最終視力に影響している因子を検討している。検討項目は年齢、性別、自覚症状発現からレーザー光凝固までの期間、凝固前視力、病型、固視点の感度、脈絡膜新生血管の大きさ、瘢痕周囲の色素上皮の萎縮の有無、凝固後の中心視野の13項目である。0.1以上の視力が得られることに関連の深い項目は中心外固視になっていること、凝固後中心窩近くに良好な視野が残っていること、光凝固前に中心窩から新生血管縁までの距離が短いこと、固視点の網膜感度が良好なことであった。以上の結果から、視力の観点からみると本症の中心窩脈絡膜新生血管のレーザー光凝固は、中心窩から新生血管縁までの距離が短く、凝固後中心窩により近い部に良好な視野が残り、中心外固視が有用であると予測されるものを最も良い適応とすべきと考えた。
ナノ構造界面の時間依存型変形と破壊

本研究では、10 nmオーダーの金属ナノ構造体の界面を対象として、時間依存変形であるクリープによる界面破壊の支配力学を明らかにすることを目的として、斜め蒸着法によりSi基板上に成長させたTi傾斜ナノコラムに対するクリープ実験を行った。Tiナノコラムは、室温下においてクリープ変形し、Si基板との界面で破壊した。実験結果を基にTiナノコラムのクリープを考慮した応力解析を実施した。同様の破断寿命であった応力特異性が異なる2種類の試験片で、破壊が生じた界面端近傍の5 nmの領域で応力場の強さが良く一致した。このことは、ナノスケールの局所応力場がクリープ界面破壊を支配することを示唆している。低応力、高温下において時間依存型の変形が進行し破壊に至るクリープの存在は良く知られている。クリープは応力を駆動力とする原子の拡散によってもたらされるため、高速拡散路である表面や界面の割合が極めて大きいナノスケールの材料は、バルクとは大きく異なる特性を示すと考えられる。一方、異材界面は、原子構造の不整合とともに力学的性質の不連続部でもあり、複雑な破壊が進行する箇所である。本研究では、次世代ナノデバイスの中核を担う寸法が10mオーダーの金属ナノ構造体の界面を対象として、クリープ界面強度実験法を開発するとともに、変形・破壊機構の解明を通じてクリープ界面破壊の支配力学を明らかにすることを目的とする。本年度は、現有の電子ビーム蒸着による動的斜め蒸着装置に、スパッタリングガンと基板温度制御装置を増設した。これにより、真空を破らずにセラミックス硬質層とクリープを示す金属ナノ構造体を続けて作製することが可能になり、清浄な界面を有するナノ構造試験片の作製が可能になった。また、500°Cまでの基板温度制御が可能になり、ナノ構造の寸法制御、および構造作製後の熱処理による不純物や転位等の欠陥の低減が可能になった。本装置によって、Tiナノ構造体を、Si基板上、TiN薄膜上、およびTi薄膜上に作製し、種々の界面を有するナノ構造試験片を作製した。作製したナノ構造試験片に対して、現有の静電力負荷方式のナノ材料試験システムを用いて、一定荷重負荷(クリープ)実験を実現するための基礎検討を行った。とくに、装置を断熱カバーで覆うとともに、高精度温度計を用いた温度測定を行い、温度変動によるドリフトの影響を極力排除した環境下における実験を可能にした。これにより、ナノ構造界面に対するクリープおよびクリープ破壊実験を実現可能であることを確認した。本研究では、次世代ナノデバイスの中核を担う寸法が10 nmオーダーの金属ナノ構造体の界面を対象として、クリープ界面強度実験法を開発するとともに、変形・破壊機構の解明を通じてクリープ界面破壊の支配力学を明らかにすることを目的とする。本年度は、前年度に引き続き、SiおよびSiN基板上に成長させたTiナノ構造体のクリープ変形、およびクリープ界面破壊に関する追加実験を実施した。実験結果を基に、ナノ構造体のクリープを考慮した力学解析を実施し、強度の支配力学則を解明した。さらに、Ti以外の材料(酸化タンタルTa2O5)によるナノ構造試験片を作製し、室温下におけるクリープ現象の一般性について検討した。得られた結果を以下に要約する。(1) Tiナノコラム構造体は室温下でクリープ変形し、界面破壊へと至った。傾斜したTiナノコラム構造に対する負荷方向を変えた実験とクリープを考慮した応力解析の結果、同程度のクリープ寿命であったナノコラム試験片において界面端部近傍の5 nm程度の局所領域の応力場の強さがほぼ一致した。このことは、クリープ界面破壊がナノスケールの局所応力場によって支配されることを示唆している。(2) SiN基板上に成長させたTa2O5ナノコラム構造体に対するクリープ実験により,室温では顕著なクリープを生じないTa2O5であってもナノコラム構造体では室温クリープし破壊することを明らかにした。

本研究では、次世代ナノデバイスの中核を担う寸法が10 nmオーダーの金属ナノ構造体の界面を対象として、クリープ界面強度実験法を開発するとともに、変形・破壊機構の解明を通じてクリープ界面破壊の支配力学を明らかにすることを目的とする。本年度は、前年度にスパッタリングガンと基板温度制御装置を増設した動的斜め蒸着装置を用いて、反応性スパッタリングによりシリコン(Si)基板上に窒化シリコン(SiN)薄膜を製膜し、真空を破らずに電子ビーム蒸着を用いた動的斜め蒸着法によりチタン(Ti)ナノ構造を作製することにより、清浄界面を有するTi/SiN試験片を作製した。作製したナノ構造試験体に対して、前年度に整備した実験システムを用いてクリープ界面破壊試験を実施した。ナノ構造体の構造や負荷方法を変えることにより、力学条件を変えた試験を実施し、クリープ界面破壊に関する基礎データを取得した。一方、前年より実施しているTi/Si試験片に対するクリープ界面破壊実験を本格的に実施し、室温下においてTiナノコラムとSi基板の界面において時間依存型の破壊が生じることを明らかにした。さらに、Tiのクリープを考慮した有限要素法解析を実施し、クリープ界面破壊の支配力学について検討した。本年度に計画していた(1)試験システムの構築、および(2)ナノ構造作製技術の深化、について交付申請書の計画通りに進めることができた。25年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、ナノ構造のクリープ界面破壊実験の実施、電子顕微鏡観察による破壊機構の解明、それらを基にした応力解析を実施した。現在までの達成状況は以下の通りである。(1)クリープ界面破壊実験: Ti/Si界面を有する試験体に対するクリープ界面破壊実験を実施した。とくに、Tiナノコラムの傾斜方向に対する負荷方向を変えた2種類の試験を実施することにより、Ti/Si界面端に生じる応力特異性を変えた試験を実現した。これらの結果を比較することにより、界面端部のナノスケールの特異応力場がクリープ界面破壊に及ぼす影響を明らかにすることができる。試験片は時間依存型変形を示し、TiナノコラムはSi基板との界面もしくはそのごく近傍で破壊した。さらに、現象の一般性について検証するため、導入した装置を用いて清浄なTi/SiN界面を有する試験片を作製した。Ti/SiN試験片に対するクリープ実験を実施し、同様に時間依存型の界面破壊が生じることを確認した。(2)クリープ試験システムの拡張:ナノ構造試験片を用いた検討の結果、現行のオープンループによる荷重制御においても十分な制御が可能であることが判明したため、当初予定していたフィードバック荷重制御への拡張は見送った。一方、新たに温度制御ステージを導入し、ドリフトの影響をさらに低減した試験システムに拡張した。(3)応力解析:(1)で得られたクリープ変位速度からTiのクリープ特性を推定し、クリープを考慮した有限要素法応力解析を実施した。応力解析には市販の有限要素法コード(ABAQUS)を用いた。その結果、界面端部のナノスケールの応力拡大がクリープ界面破壊に大きく影響を及ぼしていることを明らかにした。