hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
足場依存性・非依存性細胞増殖の分子機構

従来、細胞周期のS期では、二種類のチェックポイント機構、すなわちCHKl-Cdc25A経路とp53-p21経路のうち、停止時間が短い前者のみが使用されるとされていた。その理由として長時間のS期停止は進行途中の複製装置の破壊を招き細胞に著しい障害を与えるためと考えられてきた。昨年度、アルキル化薬剤で細胞を処理するとp53-p21経路が活性化され、逆にCHKl-Cdc25A経路が遮断されることを見出し、その機構を検討した結果、複製開始点の活性化に必須なCdc6がp21によって不活化されたCdk2をATPの加水分解エネルギーを利用して活性化できる新規の生理機能を持つことを発見した。今年度は、実厭にS期を開始した後では、Cdc6は、もっぱら、DNA損傷によって発現誘導されたp21が結合して不活化されたCdk2の活性化のみに利用されていることを明らかにした。加えて、CHK1-Cdc25A経路およびp53-p21経路によるCdk2の不活化は二律背反の関係にあるのではなく、RNAiを用いてCdc6の発現を抑えるとUVによるDNA損傷の場合でも両者がCdk2の不活化を行なうことを見出した。さらに、24時間に及ぶ長期S期停止でも細胞の生存率が低下しないことを明らかにし、従来の定説が誤りであることを示した。当研究は、足場依存性・非依存性S期開始および進行の制御機構、すなわち発癌機構の根底機構の解明を目指すものである。今年度は、細胞周期開始を制御する足場シグナルの伝達経路の解明に突破口を開く重要な知見が得られた。これまで幾多の研究にもかかわらず、細胞外マトリックスタンパクへの細胞の接着、すなわち足場の存在のシグナルが、どのようにして伝達され、どのようにしてS期進行を制御しているかに関しては、ほとんど未知であったと言っても過言ではない。今回、足場が消失した状態の細胞で、家族性良性腫瘍の原因遺伝子であるTsc2の機能を消失させると、足場消失に伴い発現が消失していたG1期細胞周期因子の発現が回復するとともに、S期開始に重要な役割を果たしているCdk4及びCdk6の活性が保持されること、それに伴い、サイクリンA及びCdc6の発現が回復し、その回復には、これらのG1サイクリン依存性キナーゼの活性化にるこれらの遺伝子の転写誘導と、同時に転写誘導されたEmilがCdh1-APC/Cユビキチンリガーゼを抑制し、その結果これらの因子の分解が抑制されるためであることが判明した。加えて、足場消失に伴い、Tsc2の下流因子であるmTORC1の活性が消失することも見出した。さらに、Tsc2の機能消失によって活性化されたCdik4/6の活性はmTORC1を抑制するラパマイシン処理によって抑制されることを見出した。以上の結果から、従来増殖因子及びエネルギー代謝のシグナルを受け翻訳制御を行うことが知られているTsc2-Rheb-mTORC1経路が、足場シグナルを受け、S期開始に重要な役割を担うサイクリンD依存性キナーゼの活性制御にもかかわっている可能性が浮かび上がった。当研究は、足場依存性・非依存性S期開始および進行の制御機構、すなわち発癌の根底機構の解明を目指すものである。本最終年度は、これまでの集大成として足場シグナルによる細胞周期のG1-S期遷移制御の分子機構の全体像がほぼ判明した。加えてG1期細胞周期制御因子の発現操作によって、足場非依存性細胞増殖をラット胎性線維芽細胞に誘導することに成功し、その機構を詳細に検討することによってG1-S遷移制御に複製開始前複合体形成に必須なCdc6がDNA複製の開始に必要なCdk2の活性化に中心的な役割をしていることを見出した。
ナノラジアン角度センサの開発とその自律校正システム

本研究では,ナノラジアンの精度の角度センサを開発することと,単独の角度センサによる線形誤差自律校正法を提案し,オンマシン状態の角度センサのその場校正システムを開発することを目的とする.前年度はまず,3回反射臨界角プリズムの2段を採用した角度センサの光学系の設計製作を行うとともに,そのセンサの検出用回路とペルチェ素子による光源温度制御回路の製作を行った.また,単独線形誤差校正用のレバーシステムの設計,およびレバーの角度変位用圧電素子の駆動回路などを製作し,自律校正用のプログラムを製作した.ついで,試作した角度センサのドリフト特性を調べ,角度センサはナノラジアンの分解能,3nrad/minの安定性を有することがわかった.また線形誤差の自律校正を行い,日を置いての繰返しの校正では角度センサの線形誤差は,500μradの範囲で,最大35nradの繰返し誤差で校正できたという結果を得た.今年度は角度センサ自身の分解能と安定性までに達するために,校正系に混入する外乱振動と電源ラインからのノイズの除去対策を行って実験した.角度センサの線形誤差校正の繰返し誤差の2乗平均誤差は目標の10radの信頼性を達成した.また,いままで提案した角度センサの平均感度の自律校正法では測定範囲の小さい角度センサに対して校正に要する時間が長すぎて校正が不可能に近い.校正にしてもドリフトの影響がそれだけ強くなると予想されるので,微小測定範囲の角度センサの平均感度の自律校正法を新しく提案した.この方法では,角度センサの測定範囲の制限を受けず,ドリフトの影響を低減でき,いままでの校正精度とほぼ同じ精度で校正できる柔軟性がある.さらに,モータからの電磁ノイズ低減を中心とした対策を行って校正システムの改善をした.校正実験では,角度センサの平均感度校正のばらつきは標準偏差で約±0.1×10^<-6>である.この値は平均感度の校正誤差によって100μradの測定範囲で約±10nradの最大誤差が生じることを意味する.目標の精度はほぼ達した.本研究では,ナノラジアンの精度の角度センサを開発することと,単独の角度センサによる線形誤差自律校正法を提案し,オンマシン状態のセンサのその場校正システムを開発することを目的とする.今年度はまず,3回反射臨界角プリズムの2段を採用した角度センサの光学系の設計製作を行うとともに,そのセンサの検出用回路とペルチェ素子による光源温度制御回路の製作を行った.また,単独線形誤差校正川のレバ-システムの設計,およびレバ-の角度変位用圧電素子の駆動回路などを製作し,自律校正用のプログラムを製作した.ついで,試作した角度センサのドリフト特性を調べ,角度センサはナノラジアンの分解能,3nrad/minの安定性を有することがわかった.また線形誤差の自律校正を行い,日を置いての繰返しの校正では角度センサの線形誤差は,500μradの範囲で,最大35nradの繰返し誤差で校正できたという結果を得た.校正精度は角度センサ自身の分解能と安定性までに達していないのは,主として校正系に入る外乱振動である.現在校正系に混入する外乱振動の除去対策を検討しており,目標の数ナノラジアンの信頼性を達成するための対策を準備している.一方,いままで提案した角度センサの平均感度の自律校正法は,小測定範囲の角度センサに適するのが難しいので,最近微小測定範囲の角度センサの平均感度の自律校正法を提案した.いままで開発した角度センサ(約9mradの測定範囲)の平均感度校正実験では,その平均感度を1/10000の信頼性で知ることができた.この精度は500μradの測定範囲両端での誤差に直すと,約5onradとなり,ナノラジアン分解能の角度センサの平均感度を校正するには十分ではない.この主原因は校正に要する時間が長すぎてドリフトの影響がそれだけ強くなることにある.また,モータから生じる電磁ノイズもセンサの分解能と校正精度に悪影響を及ぼしていることが判明した.新しく提案した校正方法は,ほぼ同じ校正精度で校正に要する時間を大いに減らすことができるので,ドリフトの影響の低減が期待される.また,モータからの電磁ノイズ低減を中心とした対策を行って,もう1桁高い精度を実現すべく現在,校正システムの改善を計画している.本研究では,ナノラジアンの精度の角度センサを開発することと,単独の角度センサによる線形誤差自律校正法を提案し,オンマシン状態の角度センサのその場校正システムを開発することを目的とする.前年度はまず,3回反射臨界角プリズムの2段を採用した角度センサの光学系の設計製作を行うとともに,そのセンサの検出用回路とペルチェ素子による光源温度制御回路の製作を行った.また,単独線形誤差校正用のレバーシステムの設計,およびレバーの角度変位用圧電素子の駆動回路などを製作し,自律校正用のプログラムを製作した.ついで,試作した角度センサのドリフト特性を調べ,角度センサはナノラジアンの分解能,3nrad/minの安定性を有することがわかった.また線形誤差の自律校正を行い,日を置いての繰返しの校正では角度センサの線形誤差は,500μradの範囲で,最大35nradの繰返し誤差で校正できたという結果を得た.今年度は角度センサ自身の分解能と安定性までに達するために,校正系に混入する外乱振動と電源ラインからのノイズの除去対策を行って実験した.角度センサの線形誤差校正の繰返し誤差の2乗平均誤差は目標の10radの信頼性を達成した.また,いままで提案した角度センサの平均感度の自律校正法では測定範囲の小さい角度センサに対して校正に要する時間が長すぎて校正が不可能に近い.校正にしてもドリフトの影響がそれだけ強くなると予想されるので,微小測定範囲の角度センサの平均感度の自律校正法を新しく提案した.

この方法では,角度センサの測定範囲の制限を受けず,ドリフトの影響を低減でき,いままでの校正精度とほぼ同じ精度で校正できる柔軟性がある.さらに,モータからの電磁ノイズ低減を中心とした対策を行って校正システムの改善をした.校正実験では,角度センサの平均感度校正のばらつきは標準偏差で約±0.1×10^<-6>である.この値は平均感度の校正誤差によって100μradの測定範囲で約±10nradの最大誤差が生じることを意味する.目標の精度はほぼ達した.
発育期における筋腱複合体の形状的・機能的特性と身体運動のパフォーマンスとの関連

2019年では,研究課題1として,中学生を対象に筋腱複合体の形状的・機能的特性と跳躍パフォーマンスの測定を行い,横断的な検討から,筋腱複合体の特性と跳躍パフォーマンスとの関連について整理する.2020年では,研究課題2として,研究課題1に参加した中学生を対象に,縦断的な調査から筋腱複合体の形状的・機能的特性の変化が跳躍パフォーマンスの変化にどのような影響をもたらすか検討を行う.2019年では,研究課題1として,中学生を対象に筋腱複合体の形状的・機能的特性と跳躍パフォーマンスの測定を行い,横断的な検討から,筋腱複合体の特性と跳躍パフォーマンスとの関連について整理する.2020年では,研究課題2として,研究課題1に参加した中学生を対象に,縦断的な調査から筋腱複合体の形状的・機能的特性の変化が跳躍パフォーマンスの変化にどのような影響をもたらすか検討を行う.
腎機能障害と動脈硬化促進の共通因子探索のためのネットワークの構築

腎不全・血液透析症例において、動脈硬化を病理学的基盤とした心血管疾患は、一般人口に比して著しく頻度が高く、かつ進行も早いことは良く知られているが、腎不全に至る以前の軽度腎機能障害(慢性腎臓病)においても、心血管疾患が著しく多いことが近年明らかとなってきた。また蛋白尿は末期腎不全のリスクであるだけでなく、心血管事故の強力な危険因子であることも明らかにされている。そこで本企画調査では、慢性腎臓病・腎機能障害における動脈硬化の機序を包括的に解析することを通じて、新たな視点からのわが国独自の心血管疾患に対する対策を開発するための基礎データを発信する全国的なネットワークを構築し、本企画調査に参加するメンバーを中心として、上記の目的に向けた全国的な共同研究を立ち上げるための組織作り、共通の問題認識に基づいた、個々の研究課題の設定を行うことを目的とした。平成18年9月、新潟市内にて全ての研究分担者(8名)ならびに各施設(新潟大学、大阪大学、京都大学、長崎大学、福井大学、金沢医科大学、東北大学)の研究協力者数名の参加のもと、上記の目的に添って会議を開催した。ここでは慢性腎臓病患者における動脈硬化を共通の基準で定量的に評価するための問題点を明らかにした。特に脳血管、心・冠血管、大血管、末梢血管などそれぞれの臓器、あるいは部位に特異的な評価基準が必要であることが明らかとなった。脂質代謝異常、カルシウム代謝異常、慢性炎症、栄養障害、末梢動脈硬化、心血管疾患、脳血管などの臨床的な評価法を各施設問で標準化するための検討が重要である。本企画調査により、当初の目的であった全国レベルでのネットワーク構築は、ある程度達成されたが、さらに今後は、それらを実際に検定するための共同研究が必要であることが確認された。また、それぞれの研究分担者により、関連する研究報告が論文として発表された。
分裂酵母の減数分裂特異的発現遺伝子群の包括的単離と機能解析

生殖細胞の研究は必須かつ急務だがヒトや高等生物では倫理的・技術的な問題を抱える。この問題を克服するため、生殖・減数分裂の研究に分裂酵母をモデル生物とし十数年前より研究を続けている。"他段階差引法"という独自技術とゲノム情報を基盤とした網羅的解析によって減数分裂特異的に転写誘導される遺伝子群の包括的単離と機能解析を行い、哺乳動物にも存在する遺伝子を多数同定・解析することで哺乳動物の生殖メカニズムへの理解を目指す。減数分裂に特有なタンパク質問相互作用に着目して7つの減数分裂特異的Coiled-coilタンパク質を単離し、解析を行ってきた。そのうち本年度は減数第二分裂期のF-アクチンの局在に関与するMcp4タンパク質について解析を行った。アクチンは細胞の形態形成に重要な因子であることは言うまでもないが、精子形成においても精細胞特異的アクチンが半数体精子細胞の形態形成に重要であることが知られている。分裂酵母のF-アクチンには減数分裂特異的なものはない為、胞子形成時の特別な機能は時期特異的な他の因子によって制御されていると考えられる。Mcp4はF-アクチンやMeu14が形成する先端リング構造の更に内側にリング構造を形成していた。この局在性はこれまでに報告されてきた分裂酵母の局在解析の中のどれにも属さず、全く新しい減数分裂特異的構造体であった為、その新規性が評価されEukaryotic Cellの表紙として取り上げられた。減数分裂期のF-アクチンの局在性にリンクするこの新規構造体の研究は前例のない最先端に位置していると思われる。Mcp4は分裂酵母以外にオルソログは見出せないが、Mcp4の研究は全生物細胞の基本骨格の一つであるアクチンのダイナミクス制御に関する全く新しい進化的知見が得られる見込みがある。Mcp4破壊株ではF-アクチンの特徴的なリング形態のほとんどが異常になっていた。また、形成した破壊株由来の胞子はNaCl感受性を示し、発芽の遅れや生存率の低下が見られた。これらの結果から、Mcp4はF-アクチンのポジショニングに関与し、正常な胞子形成過程に貢献していると結論した。【業績(1)】申請者らはmcp4^+の解析と平行して、その他mcp3^+,2^+,1^+などのmcp^+遺伝子群についでもそれぞれ破壊株を作成し、これまで報告されてきた減数分裂特異的コイルドコイルタンパク質とあわせてその重要性を示した。【業績(3)】申請者は減数分裂の制御機序の解明を目指し、減数分裂特異的に発現を示す遺伝子を分裂酵母より単離し、解析を行ってきた。本年度は、減数分裂特異的に発現するLatsファミリーメンバーであるMug27について機能解析を行った。第二減数分裂後に起こる配偶子形成過程の制御メカニズムには不明な点が多い。Latsファミリーメンバーは有糸分裂期において、核分裂後に起こる細胞質分裂の最終段階を制御するが、減数分裂においても核分裂後の配偶子形成を制御すると予想した。この経路は分裂酵母ではSeptation Initiation Network(SIN)として知られており、その構成タンパク質の多くが高等生物まで保存されている。mug27破壊株の解析を行った結果、まずLatsファミリーが分裂酵母の配偶子膜である前胞子膜の形成という膜の再構築過程に必須の役割を持つことを示した。更に第二分裂時にSPBから一部の核が分離するという興味深い現象を見出した。このことはMug27が核膜とSPBとの結合維持に機能することを示唆している。続いて、Mug27が既知のSINタンパク質とは異なる性質を持っており、そのリン酸化酵素活性が正常な前胞子膜形成に必須であることを示した。一方で、SINに関わるLats2ホモログであるSid2の過剰発現によりmug27の変異株で生じる異常を回復できることを発見した。これらの実験結果から、Mug27はSINと一部協調して配偶子膜形成を促進するモデルを提唱し、胞子形成過程におけるLatsリン酸化酵素の関わりを明らかにした。本研究で得られた成果は、配偶子形成制御に重要な知見をもたらすと考える。我々は多段差引法(段階的サブトラクション法)を用いて、分裂酵母の減数分裂で特異的に転写される多数(68個)のnon-coding RNAを単離した。次いで、これらと協調して機能する可能性のあるRNA結合タンパク質の機能解析を進めてきた。

減数分裂期で特異的に発現誘導されるmug28^+はRNA認識モチーフを3つ持つタンパク質をコードする。mug28^+のmRNAとMug28タンパク質は減数第一分裂期から減数第二分裂期にかけて発現が誘導され、GFP-Mug28は主に細胞質に局在していた。mug28^+破壊株は減数分裂へ誘導すると、野生株と比較して顕著に胞子生存率が低下した。その形状を観察すると半数以上が、4胞子が出来たあとで胞子壁が出芽したような異常な形態を示し、2ケ(達磨状)あるいは3ケ(串団子状)の胞子を形成していた。電子顕微鏡観察(TEM)による解析により、mug28^+破壊株では胞子壁の厚い胞子や達磨状の形態が異常な胞子が数多く観察された。これらのことから、mug28^+破壊株では胞子成熟に異常が見られると思われたので、前段階で生じる前胞子膜の形成についてPsy1-GFPで可視化して破壊株の前胞子膜を詳細にタイムラプス観察によって調べてみた。その結果、4核を取り囲んだ前胞子膜から更に新たな前胞子膜が出芽して余分な前胞子膜が形成される様子が観察された。またmug28^+破壊株では前胞子膜の伸長を先導するMeu14タンパク質の挙動にも異常が見られた。以上の結果から、Mug28の機能は胞子壁の適正な成熟の制御であることが示唆された。Mug28と結合するRNAが同定できれば減数分裂特異的なRNAの制御を通じた胞子壁の成熟という珍しい現象が詳細に解析できよう。分裂酵母の減数分裂特異的プロテインキナーゼあるMek1は、分裂酵母のCds1やヒトやマウスのChk2に類似した構造を持ち、減数分裂期相同組換えと減数分裂チェックポイント制御に必要である。Mek1の減数分裂における役割を知るため、Mek1が仲介するキナーゼカスケードの機能解析を行った。まず、上流のキナーゼとしてRad3/Tel1によるリン酸化部位の同定を行った。その結果、T15に隣接するS12/S14も含めた3ヶ所のリン酸化部位が同定できた。ここにT15はチェックポイントに必要であることが報告されているCds1のT11、hChk2のT68に対応する。rad3tel1二重破壊株における減数分裂過程でのMek1のリン酸化状態(ウエスタン法)とキナーゼ活性(in vitroリン酸化アッセイ)の顕著な低下は、このリン酸化がMek1の活性化に重要であることを示唆する。一方、mek1破壊株(mek1Δ)は相同組換え頻度が半減するが、これら3アミノ酸をアラニンに置換したmek1-S12AS14AT15A株では僅かしか頻度が低下しなかった。次いでMek1の自己リン酸化部位をキナーゼ領域内に1か所同定し、このアミノ酸をアラニンに置換した変異株を調べたところ、リン酸化活性と相同組換え頻度の低下を確認できた。これらの結果はこのリン酸化カスケードの後半部分が減数分裂期相同組換えに重要である事を示す。さらにMek1のリン酸化標的を検索し、減数分裂期相同組換えに必須のTid1とMus81を見出し、それぞれにおいて複数のリン酸化部位を決定した。このうちMus81については、Mek1およびCds1を用いたin vitroのリン酸化解析から、Mek1によってのみリン酸化される2つのアミノ酸、およびMek1とCds1によってリン酸化される1つのアミノ酸を同定した。
東ユーラシアにおける土地被覆と大気境界層の変動に関する地理学的研究

大気境界層は土地被覆等の地表面状態の影響を受けながら、雲・降水システムと連動してダイナミックな時空間変動を示す。本研究では、大気境界層構造の変動が雲量の変動に現れると仮定し、雲量と地表面状態の関係を、近年の土地被覆や地表面状態の変化が大きい東ユーラシアに焦点を当てて統計解析を行った。研究の遂行には、衛星リモートセンシングデータを利用した。特にNOAA/AVHRRセンサーから得られたPathfinder (PAL)データから、過去約20年間の地表面状態の季節年々変動を明らかにした。一方、ISCCP (International Satellite Cloud Climatology Project)による雲量データを用いて、地表面状態との時空間変動の対応関係を統計的に解析した。昨年度の研究成果から、積雲雲量は乾燥・半乾燥地域において減少傾向にあり、非乾燥地域では増加傾向にあることが示唆された。この原因として、東ユーラシアにおける気温上昇によって相対湿度が低下し、乾燥・半乾燥地域での積雲雲量が減少傾向を示すものと考えられた。同様に非乾燥地域においては、元来低層雲に占める積雲の割合が小さかった一方で、そこでの気温上昇による相対湿度の低下により積雲の低層雲に占める割合が増加したことが考えられた。一方で、熱帯海洋上では雲量と太陽活動との間に負の相関関係が見出されていることから、太陽活動の大小が、対象とした東ユーラシアの陸上の雲量にも影響を与えている可能性が要因として考えられた。そこで、海洋上と陸上のそれぞれにおいて、全球平均的に太陽活動と雲量の経年変動の関係を解析した。その結果、陸上における太陽活動と雲量の経年変動に大きな相関関係は見出せなかった。したがって、陸上においては、太陽活動よりも、むしろ地表面状態などの変動が大気境界層の構造の変動を介して雲量の変動に第一義的に寄与しているものと考えられた。しかしながら、陸上の雲量の経年変動に対する主要因を定量的に見出すことはできなかった。陸域植生活動や土地被覆の変化が、大気境界層構造や雲量にどのような影響を与えているのかについて考察した。特に、近年の人為活動によって土地被覆の変化が激しい東ユーラシアに焦点を当て、データ解析を行った。本研究で用いたデータは、NOAA/AVHRRから得られたPathfinder(PAL)データと、ISCCP(International Satellite Cloud Climatology Project)による雲量データである。本研究では、大気境界層構造の変化を示すものとして、雲量に焦点を絞った。PALデータからは、正規化植生指標(Normalized Difference Vegetation Index : NDVI)を計算し、その経年変動について調べた。またISCCP雲量データからは、全雲量と低層雲量(特に積雲雲量)の経年変動を調べた。雲量は地形性の局地循環によって日中の山岳域で発生しやすいため、本研究では地形の影響を受けない比較的平坦な地域を選定し、植生毎にNDVIと雲量の経年変動を明らかにした。その結果、積雲雲量は乾燥・半乾燥地域において減少傾向にあり、非乾燥地域においては増加傾向にあった。この原因を明らかにするために、地上での気温や相対湿度等の気象要素との関係を調べた。その結果、乾燥・半乾燥地域においては元来積雲が卓越していた一方で、気温上昇による相対湿度の低下によって積雲の生成さえも抑制されたことが原因として考えられた。また非乾燥地域においては、元来低層雲に占める積雲の割合が小さかった一方で、相対湿度の低下によって積雲の低層雲に占める割合が増加したことが主な原因として考えられた。一方、メソスケールでの土地被覆や地表面状態の変化がどのように大気境界層構造に影響を及ぼすのかについて、航空機を用いた大気境界層内の乱流変動に関する観測データを解析した。解析に用いたデータは、研究代表者が2000年4月6月にかけて東シベリアにおいて行った航空機観測から得られたデータである。先ず、航空機に搭載したビデオイメージから土地被覆を判別した。その後、航空機搭載型の乱流変動センサーにより得られたデータから、大気境界層内の運動量・顕熱・潜熱の各フラックスを計算した。その結果、主に草原に覆われたレナ河低地とその両岸に卓越するカラマツ林との粗度的・熱的コントラストにより、カラマツ林上の大気境界層内の乱流フラックスは大きくなった。この乱流フラックスのコントラストによって、大気が不安定な場合には、レナ河近傍において熱的内部境界層が発達していた。

同様に非乾燥地域においては、元来低層雲に占める積雲の割合が小さかった一方で、そこでの気温上昇による相対湿度の低下により積雲の低層雲に占める割合が増加したことが考えられた。一方で、熱帯海洋上では雲量と太陽活動との間に負の相関関係が見出されていることから、太陽活動の大小が、対象とした東ユーラシアの陸上の雲量にも影響を与えている可能性が要因として考えられた。そこで、海洋上と陸上のそれぞれにおいて、全球平均的に太陽活動と雲量の経年変動の関係を解析した。その結果、陸上における太陽活動と雲量の経年変動に大きな相関関係は見出せなかった。したがって、陸上においては、太陽活動よりも、むしろ地表面状態などの変動が大気境界層の構造の変動を介して雲量の変動に第一義的に寄与しているものと考えられた。しかしながら、陸上の雲量の経年変動に対する主要因を定量的に見出すことはできなかった。
生体分子精密整列化用足場分子の開発とバイオセンシングへの応用

研究代表者はIgGとFc融合受容体のクラスター化および精密整列化を同時に行うバイオナノカプセル(BNC)足場技術を開発し、各種バイオセンシングの高感度化と低コスト化を可能にしたが、感度上昇効果が不十分な点やBNC生産の煩雑さ等の課題があった。そこで本研究では、BNC足場技術の改良、およびBNCの特性を進化させた新規足場分子の開発に取り組み、極微量の測定対象物質をワンステップで簡単・迅速に、超高感度に検出可能な技術開発を目指す。
繊毛内タンパク質輸送複合体の構築様式と機能の相関：繊毛病の分子基盤

本研究では、1IFT装置やTZを構成する巨大タンパク質複合体の構築様式の全体像を解明するとともに、2IFT装置やTZの構成タンパク質の繊毛病型変異と構築様式の異常の相関を解明する。さらに、構成タンパク質のノックアウト細胞や繊毛病型変異を有するノックイン細胞の表現型解析を行うことによって、3IFT装置やTZの異常に起因する繊毛病発症の細胞レベルでの基盤の解明を目指す。このような構築様式と機能の相関に関する研究によって、これまではブラックボックスであった遺伝子型(分子レベル)と表現型(細胞レベル)を明確に関連付けて、繊毛病発症の分子基盤に迫る。繊毛の構造形成に関わるタンパク質輸送装置、拡散障壁という巨大分子複合体に関して、その構築様式を明らかにしながら、繊毛病の分子基盤を明らかにしようとする研究であり、繊毛病で見られる変異による複合体形成および細胞レベルでの異常を解明しようとするものである。研究代表者らは、多数の構成タンパク質より成る繊毛内タンパク質輸送装置および拡散障壁の複合体について、独自に編み出したVIPアッセイによってタンパク質間相互作用を網羅的に解析し、多数の業績を上げている。この他、CRISPR/Cas9システムによるゲノム編集法の改良や、膨張顕微鏡を用いた超解像イメージングなど、研究手法における工夫が認められる。基礎と臨床への貢献が期待される。
自発的骨膜挙上能を持つ骨補填材の開発

本研究の目的は骨膜を低侵襲に拳上するための材料と方法を検討することである。ポリ乳酸化合物に炭酸アパタイトを含有させた膜(PLGA/apatite)をラットの頭頂骨上に移植した。アパタイト含有率が30%を超えるとシャーレ内での膨張率は低くなったが、移植すると新生骨は骨面側に形成され、骨膜側からは自発的な骨形成は生じないこと、アパタイトを50%含有するPLGA/apatiteはin vitroでは膨張率は少ないが、一旦膨張したのちに、アパタイト顆粒が支柱となって凹むことを抑制するために、膨らみが維持されること、骨膜を安定的に拳上するためには、骨面に沿うような形状の材料が必要であることが示された。移植を伴わない低侵襲で確実な骨の増生法は術者にとっても患者にとっても求められている治療法であるが,口腔内側の骨増生は感染リスクが高く,高度な技術が必要である。特殊な機器を用いることなく骨膜を徐々に拳上して骨膜と骨の間にスペースを確保することが可能になれば,骨膜が比較的保存された状態で閉鎖した空間に細胞/担体複合体を充填することが可能になる。その結果として骨増生は極めて確実、低侵襲に行われることが期待される。本研究では直径9mmで厚さが1mmの円柱状になるように、リン酸基が炭酸基に12%置換された炭酸アパタイト(粒径が300μm)を体積比で0, 10, 30, 50 %含有するpoly(lactic-co-glycolic acid)( PLGA)膜(以下CA含有PLGA)を試作した。PLGAは4.5 mm厚のものを1mmに圧縮してある。このCA含有PLGAの生体内での膨張を模倣させるため、10%血清含有下のαMEM培地に浸漬し、経時的に厚みを測定した。その結果、1週後には炭酸アパタイトを0%含有のCA含有PLGAが約2倍に膨張し、次いで、炭酸アパタイトを10%含有したPLGAは1.56倍、炭酸アパタイトを30%含有したPLGAは1.3倍、炭酸アパタイトを50%含有したPLGAは1.24倍に膨張した。その後、6週後までその厚みはほぼ変化しなかった。次いで9週齡のオスSDラットの頭頂骨骨膜下へ、各CA含有PLGAを移植した。ラット頭頂骨上、骨膜下に、炭酸アパタイト入りPLGA膜(炭酸アパタイトが0, 10, 30, 50%含有)をN=3で移植した。この際、骨膜を確実に剥離し、頭頂骨面を骨鋭匙で10往復ほど掻いて、炭酸アパタイトがある面を骨面において骨膜縫合した。しかし、今回製作した膜は均等に円柱状に膨張せず、炭酸アパタイトが多い部分が凸に膨張し、反対側は少し凹む状態で膨張したことから、多くの個体で、頭蓋骨頂の凸形態にフィットする形で材料が移植されなかった。そのため、回収時にはほとんどの個体で、移植材が肉芽組織で取り囲まれて頭頂骨から剥離してしまっていた。そこで、次にN=1ではあるが、移植材の凹面が頭頂骨の凸面にフィットする向きで移植を行った。この際、炭酸アパタイトは骨面とは反対側に位置した。3か月後の回収時には、結合組織が頭頂骨上に入り込まず、骨膜が拳上された。組織学的に、骨面側にはPLGAが残留しており、若干の骨増生像が確認された。骨膜側には炭酸アパタイトの顆粒が認められたが、特に炎症所見は見られない一方、骨形成も認められなかった。また、炭酸アパタイト含有量が30%, 50%と多くなるほど多くの炭酸アパタイトの顆粒の残留が認められ、増生の高さも保たれていた。前年度の膨張率の結果とも合わせると、単に骨膜を拳上するためにはPLGA単体を1週間以内に撤去することが望ましく、炭酸アパタイトを骨膜側に配置しても骨増生が見られないことが示唆された。したがって、骨増生を自発的に起こして骨膜を挙上する材料としては、炭酸アパタイトが骨面にフィットした向きにあり、骨膜側にPLGAが位置する材料が望ましいことが示唆された。材料の試作が終了し、in vitroでの膨張実験も終了し、既に動物への移植も終わっているため。今後はin vivoでの評価へ入る。口腔インプラント学、歯科補綴学現在移植後のラットを経過観察中で、移植12週後に移植部位を含む頭頂骨を採取し、組織標本を作製して組織学的に骨増生状態を解析する予定である。
半導体非対称二重障壁ヘテロ構造を用いた新規熱電子放出冷却素子に関する萌芽的研究

現代のエレクトロニクスにおいては、素子を高効率に冷却する技術の必要性が強く認識し始められている。従来の熱電素子は、冷却効率が悪く、また標準の半導体プロセスとの整合性も悪い。このような背景の下、本研究は、標準的な半導体でトンネル効果と熱電子放出効果を組み合わせた新規な冷却効果で、高効率の冷却効果を得ることを目的としている。我々が取り組む非対称二重障壁半導体ヘテロ構造においては、共鳴トンネルによる量子井戸への低エネルギー電子注入と厚い障壁を熱的に越える熱電子放出の組み合わせにより、量子井戸層が冷却されていくデバイスである。本研究は、この新規な冷却素子の動作原理を実証することを目標とする。
開殻系有機ホスト分子の開発とその包接体結晶を用いた分子磁性に関する基礎的研究

固体中に開殻系有機分子を規則的に配置し、その規則性を保ったまま配置を変化させることが出来れば、その構造と固体の磁気的性質を明らかにすることにより、ラジカル分子間の距離、角度などの構造因子と分子間に働くスピン-スピン相互作用の大きさの関係が明らかとなる。本研究では、新規に開殻系有機ホスト分子を開発し、種々の溶媒を取り込んだ包接結晶を作成し、それらの構造と磁性を明らかにすることを目的とした。標的とした分子は、申請者等が新規に開発したホスト分子である2,5-bis(9-hydroxyfluorenyl)-thieno[3,2-b]thiopheneのフルオレニル部の4位を、4-amino-TEMPO又は4-hydroxy-TEMPOをアミド、エステル結合でそれぞれ連結した化合物1(アミド体)、化合物2(エステル体)であり、これらは9-oxo-4-fluorenyl chlorideを出発物質として合成することが出来た。得られた化合物1、2は質量スペクトル等で生成を確認したが、当初予想したよりも安定性に欠け、二つのヒドロキシル基が母体ホストに比べ脱離しやすく、通常の溶液状態、固体状態でキノノイド体を含む複雑な混合物を与えた。比較的純度を高めた試料を用いてESRを測定してみたものの、複数のラジカル種が存在することが観測された。また、種々の有機溶媒に対する溶解度が、母体ホスト分子に比べ非常によく、上述の不純物等の存在もあり、単結晶は得られていない。以上のことより、開殻系新規ホスト分子の開発には成功したが、当初目的とした構造と磁性の関連を明らかにするには至らなかった。しかしながら、より安定な新規ラジカルホストの開発を検討する過程で、新規ラジカル分子、ホスト分子が得られ、それらの包接挙動、磁気的挙動に関していくつかの知見が得られた。平成6年度では、目的とする二つのホスト化合物のうち化合物1の合成が完了し、種々のゲストを用いて包接体結晶の作成を試みた。1は、フルオレニル部のラジカル置換基の存在により、無置換のホスト化合物に比べて種々の溶媒に対する溶解度が高く、結果として単結晶を作りにくくなっていることがわかった。また、通常の再結晶条件(室温、大気中)では、二つのOH基の脱離が起こり、キノノイド型化合物の生成が見られた。この傾向も無置換にホスト化合物には見られなかったものであり、側鎖のニトロキシド基がこの反応に関与しているものと考えられた。このように、当初の予想と違って単結晶を与えにくく、分解しやすいことが明らかになった。従って、包接体結晶を単結晶として取り出すには、低温、不活性気体中での結晶作成を行うなどの条件検討が必要である。またもう一つの目的物2の合成も間近であるが、これについても1と同様の性質が十分予想されるため、注意して目的を達成したい。平成7年度は目的とした二つのラジカルホスト分子の合成が完了した。これらは、両者とも当初予想した以上に分解しやすく、扱いにくいことが明らかとなった。即ち、常温、大気中では二つのヒドロキシル基の脱離が起こりやすく、通常の再結晶では溶媒に不溶の分解物とともに、チエノチオフェン部がキノノイド型となった化合物の生成が認められた。このような性質は、ニトロキシドによる分子間反応が起こりやすくなったためと考えられるが、ラジカルソースであるアミノ及びヒドロキシTEMPOは、市販されていることからもわかるように安定であるのに対して、その誘導体である両者がより反応性に富む理由が現在のところ定かではない。また、アリファテイックな置換基の影響で、両者の種々の溶媒に対する溶解度が、母体ホストに比べかなり高くなった。

以上述べてきたように、これらは初期の予想と異なる安定性、溶解度を示したため再結晶(精製)条件の検討が必要となった。不活性気体雰囲気下、低温での精製を試みているが、いずれも単体あるいは包摂体ともに単結晶は得られていない。再結晶時の温度、試料濃度を変化させるなど、より緻密な条件検討が必要となった。一方、より安定でかつ剛直性に優れた、例えばニトロニルニトロキシド基のようなラジカル置換基を代わりに導入する事で問題を解決することを検討している。固体中に開殻系有機分子を規則的に配置し、その規則性を保ったまま配置を変化させることが出来れば、その構造と固体の磁気的性質を明らかにすることにより、ラジカル分子間の距離、角度などの構造因子と分子間に働くスピン-スピン相互作用の大きさの関係が明らかとなる。本研究では新規に開殻系有機ホスト分子を開発し、種々の溶媒を取り込んだ包接結晶を作成し、それらの構造と磁性を明らかにすることを目的とした。標的とした分子は、申請者等が新規に開発したホスト分子である2,5-bis(9-hydroxyfluorenyl)-thieno〔3,2-b〕thiopheneのフルオレニル部の4位を、4-amino-TEMPO又は4-hydroxy-TEMPOをアミド,エステル結合でそれぞれ連結した化合物1(アミド体)、化合物2(エステル体)であり、これらは9-oxo-4-fluorenyl chlorideを出発物質として合成することが出来た。得られた化合物1、2は質量スペクトル等で生成を確認したが、当初予想したよりも安定性に欠け、二つのヒドロキシル基が母体ホストに比べ脱離しやすく、通常の溶液状態、固体状態でキノノイド体を含む複雑な混合物を与えた。比較的純度を高めた試料を用いてESRを測定してみたものの、複数のラジカル種が存在することが観測された。また、種々の有機溶媒に対する溶解度が、母体ホスト分子に比べ非常によく、上述の不純物等の存在もあり、単結晶は得られていない。以上のことより、開殻系新規ホスト分子の開発には成功したが、当初目的とした構造と磁性の関連を明らかにするには至らなかった。しかしながら、より安定な新規ラジカルホストの開発を検討する過程で、新規ラジカル分子、ホスト分子が得られ、それらの包接挙動、磁気的挙動に関していくつかの知見が得られた。
室内と屋外の亜硝酸濃度と喘息症状との関連性に関する疫学的研究

毎年5名の喘息症状有症者を対象に、9月から約3カ月間、週毎の室内の亜硝酸(HONO)や二酸化窒素(NO_2)やオゾン(O_3)の濃度を測定し、毎日の喘息発作や呼吸器症状を調べた。その結果、U検定ではNO_2と喘息発作との関連に有意差は無かったが、HONOと喘息発作との関連に有意差が認められた(P=0.0013)。また、測定局データを利用した多変量解析後でも、HONOと喘息発作との関連に有意差が認められた。今回の結果は、NO_2よりHONOの方が喘息発作との関連が強いことを示唆する。大気環境中に亜硝酸(HONO)が存在する(plattらNature1980)。HONOは大気汚染物質である二酸化窒素(NO_2)の公定法によりNO_2として検出されるため、今までNO_2が原因と考えられていた喘息は、HONOが原因だった可能性がある。HONOによる生体影響の報告人体吸入実験が2報と疫学調査が1報(JarvisらThorax2005.従来、NO_2の影響とされていた呼吸機能低下はHONOが原因と示唆。)あった。我々は3.6ppmHONO(但し、若干のNO_2とNOの副生成ガスを含む)の4週間曝露によりモルモットで肺気腫様変化が起きたことを報告した(Inhalation Toxicology 2010)。また、環境中濃度レベルの生体影響を検討するため、亜硝酸曝露濃度とモルモット肺の組織影響との量反応関係を調べたところ、室内でなり得る濃度の数倍程度め亜硝酸曝露(0.1ppm)でも肺気腫様変化や肺胞道での変化を認めた(論文発表準備中)。今回、実施した亜硝酸の疫学調査では、亜硝酸捕集は高額で疫学調査用には不向きのハーバード大学が開発した環状デニューダと、我々が疫学調査用に開発した安価な亜硝酸パッシブサンプラーで実施し、そのパッシブサンプラーの信頼性を検討した。我々は環状デニューダを5軒分保有しているため、喘息患者5軒限定のトライアル調査を実施した。その結果、5名の内4名で調査期間中喘息小発作が合計6回起き、4回の発作時は環状デニューダによる室内亜硝酸濃度が高くなっていた。他の1回は調査開始週でその前の週との比較ができなかった。残りの1回はわずかの濃度上昇はあっだが明確ではなかった。連携研究者の疫学専門の森永先生(独立行政法人労働安全衛生研究所の客員研究員)からは、「なかなか面白そうですが、まだ評価は早いので、淡々とデータを集めて下さい。」とコメントをいただいているが、学会発表すら控えている状態である。亜硝酸の動物曝露実験に関しては、中国から「EPS Global国際環境と健康フォーラム(開催地:江陰)」など3件の国際学会の招待が来たが、多忙で応じられていない。現在、大気環境中の窒素酸化物では二酸化窒素(NO2)が喘息に影響を及ぼすとして規制されている。しかし、NO2測定の公定法では亜硝酸もNO2として検出される。亜硝酸と喘息の関連性を示唆する論文は3報ほどあり、従来、NO2の影響とされていた喘息症状は亜硝酸が原因ではないかと考察されている。本研究は環境中亜硝酸が呼吸器に及ぼす喘息等の影響を疫学調査などで明らかにすることを周的とする。平成22年度と同様に、喘息症状有症者5名(平成22年度と別患者)を対象に、トライアル疫学調査を実施した。23年度は22年度の測定項目に加えて、気圧測定と亜硝酸の簡易アクティブ捕集法を追加した。調査の結果、室内亜硝酸濃度が上昇した週に喘息発作が起き、22年度に認められた現象を再確認した。また、気圧の低下時に喘息発作が起きることは臨床的に知られているが、気圧低下週に亜硝酸濃度が上昇し、喘息発作が起きていた。尚、気圧が低下しなくても亜硝酸濃度が上昇した週に喘息発作が起きており、気圧低下より亜硝酸濃度上昇の方が喘息発作との関連が強い可能性があった。さらに、燃焼型暖房器具の使用で室内亜硝酸濃度やNO2濃度が上昇するが、その時の亜硝酸捕集形態は9月や10月のものと異なった。喘息症状も暖房使用時は改善しており、燃焼により生成した亜硝酸は喘息の原因にならない可能性が示唆された。日本で亜硝酸の生体影響に関する研究を実施しているのは我々だけであるが、研究者間では亜硝酸の喘息影響が課題であることの認識が、徐々に認められつつあると感じられるようになってきた。例えば、東京では喘息患者は医療費に関して5年間で200億円の補償を国と都と道路公団と自動車メーカーから受けているが、住民団体に対する会議で亜硝酸の喘息影響も問題だと議題に挙げられたと伝え聞くに至った。

現在、大気環境中の窒素酸化物では二酸化窒素(NO2)が喘息に影響を及ぼすとして規制されている。しかし、NO2測定の公定法では亜硝酸もNO2として検出される。亜硝酸と喘息の関連性を示唆する疫学調査の論文は2報しかないが、従来、NO2の影響とされていた喘息症状は亜硝酸が原因ではないかと考察されている。本研究は環境中亜硝酸が呼吸器に及ぼす喘息等の影響を疫学調査で明らかにすることを目的とした。3年間、毎年5名の喘息症状有症者を対象に、9月から約3カ月間の週毎の室内亜硝酸やNO2やオゾンなどの濃度を測定し、喘息発作との関連を調べた。その結果、U検定ではNO2と喘息発作との関連に有意差は無かったが、亜硝酸と喘息発作との見かけの関連に有意差が認められた(P=0.0013)。また、多変量解析実施後でも、少人数の調査であっても亜硝酸と喘息発作との関連の有意差は認められた。この結果は、既存の亜硝酸の疫学調査と同様に、NO2より亜硝酸の方が喘息との関連が強いことを示唆する。また、亜硝酸の捕集器具(システム)は1定点測定に約90万円かかるため、約8万円で簡易的に捕集する器具の実用性も同時に検討した。その結果、両捕集装置での亜硝酸濃度の相関性はそれほど高くなく、改善の必要が認められた。窒素酸化物の推移パターンは年によって異なるため、今後、複数年の調査を実施し、気候などと窒素酸化物の推移パターンなども検討しながら、協力喘息患者数を増やす必要があると思われる。臨床的に、気圧の低下時に喘息発作が起きることは知られているが、そのとき室内亜硝酸濃度が上昇し発作が起きたことは、昔から知られている現象の原因が亜硝酸である可能性を示す知見となりえるため。尚、気圧の低下時に亜硝酸が生成されやすくなるのは科学的に妥当である。また、燃焼により亜硝酸やNO2の濃度が上昇しても喘息発作か起きない理由は、亜硝酸の状態が発作発症時期と異なる可能性が認められたため。24年度が最終年度であるため、記入しない。信頼性の高い亜硝酸の捕集器具は高価であり、1患者分の器具の費用は約80万円程度かかる。既存の器具数から毎年5名でしか調査ができず、まだロジスティック回帰分析ができる調査規模には至っていない。また、他の研究者が亜硝酸の疫学調査を実施するのが困難な理由の一つと思わる。23年度実施した簡易アクティブ捕集器具は1患者分10万円以下なので、調査規模を比較的大きくしやすい。また分担研究者に安価な亜硝酸のパッシブサンプラーを開発してもらってる。他の研究機構でも亜硝酸の疫学調査が実施しやすいように、安価な亜硝酸捕集方法を開発しながら、調査結果が疫学調査として解析できる規模になるよう努める予定である。
局地循環によるヒートアイランド緩和効果に関する研究

仙台市においては海風、長野市においては山風という局地循環がヒートアイランドを緩和している実態を観測結果から捉えようとした。仙台では春季から夏季にかけての海風吹走日に、35°Cの気温低下が観測されるが、その効果は都心でも低減しなかった。長野においては、北西方向の裾花川から吹き出す山風が都心を冷却している実態が明らかになった。また東京都心では海風を含む南風吹走時に新宿などの風下に強雨が発現することが明らかになった。境田清隆は仙台市において、宮城県本庁舎とその周辺で、8月11月に観測を実施し、海風吹走時と夜間の接地逆転形成時における高層建築物の果す役割について考察した。その結果、海風に伴う冷気が高層建築物に当たって地上まで降下し、気温の低下を引き起こしていること、さらに夜間の微風が建物の影響で上下混合を引き起こし、接地逆転を破壊していることを確かめた。前者は日中のヒートアイランドを緩和し、後者は夜間のヒートアイランドを促進する効果を持つものといえる。平成20年度は前者についてより明瞭な観測結果を得るべく、4月7月に観測を実施する予定である。榊原保志は長野市において裾花川から吹く山風とヒートアイランドの関係を調べるため、長野市内で10地点、裾花川流域で3地点の観測点を設置し、鉛直気温と風を中心に日射量や地温を含む総合的観測を開始した。裾花川から吹く山風は、浜田らが報告しているようにかなり低温で大きな風速を伴った冷気移流であり、仙台の海風とは発現時刻も含め異なる部分が多く、ヒートアイランドへの影響の差異が明らかになるはずである。高橋日出男は仙台の都心におけるDSM(数値地表モデル)標高データを購入し、海風や山風などの局地循環に及ぼす建物の影響を量的に見積る準備を開始した。平成20年度には仙台と長野の観測結果を持ち寄り、高橋の数値解析結果を加え、局地循環が建物によってどのように変形し、ヒートアイランドの強度や形態を変えるか、明らかにできるものと期待される。境田清隆は前年度に引続き,仙台市の都心にある宮城県本庁舎とその周辺で, 4月7月に観測を実施し,海風吹走時に絞って高層建築物が海風に伴う冷気を地上に降下させ,都心の気温低下を引き起こしていること事例を収集した.その結果,海風による冷却効果は夏季よりも春季に顕著であり,都心においては海岸からほぼ等距離にある郊外や低層住宅地よりもむしろ海風による冷却効果が大きいことを明らかにした.その結果は日本地理学会春季大会シンポジウムで報告した.榊原保志も前年度に引続き,山間の傾斜地に隣接する長野市内に,気温データロガーを10箇所,ウェザーステーションを3箇所,風速計を5箇所設置し,観測を実施した.その結果,長野駅北西にある裾花川にそって山風が進入し,山風が進入する範囲は駅西側の市街地に限定されていたが,山風の存在が市街地の気温分布に影響を与えていることがわかった.その結果は長野地方気象台の研究発表会で報告した.高橋口出男は東京を中心とした風系や気温分布と強雨頻度の解析を行い, (1)夏季の深夜早朝における陸風と都市ヒートアイランドとの相互作用,(2)東京都区部の強雨発現に対する地表面粗度の影響プロセス,(3)地上風の発散量に基づく局地循環構造の日変化について提示した.その結果は気象学会や日本地理学会で報告した.以上の観測・解析結果を持ち寄り,海風と山風のヒートアイランドに及ぼす影響の差異について,また巨大都市東京への応用の可能性について議論した.この課題は日本地理学会の都市気候環境研究グループの中で引続き検討される.
スパッタ形プラズマ源を用いた窒化鉄系高飽和磁化軟磁性薄膜の作製

本研究では薄膜ヘッド用高飽和磁化軟磁性薄膜の開発を目的として、スパッタ法及びイオンを直接基板上に堆積する方法を用いた薄膜堆積法により窒化鉄系薄膜の形成を試みた。本研究は(1)薄膜の微細構造を制御するための膜堆積過程の解明、(2)独自に開発した対向ターゲット式スパッタ形プラズマ源の改良、(3)窒化鉄系薄膜堆積への応用、の3項目から構成されている。(1)では、堆積粒子の基板入射角度分布及び膜表面での粒子の移動量の制御が重要であり、所望の特性の膜を得るためにはそれらを制御した薄膜堆積法を用いる必要があることを明らかにした。(2)では、高密度の金属イオンを取り出すためには、セルフスパッタ現象が起こる程度にスパッタ放出量を高めてやる必要があること、そのような大電流密度で安定に動作させる方法として、パルス重畳直流高圧電源を用いることが有効であることを明らかにした。しかし、安定に取り出せるイオン密度は、現在までのところ、0.1mA/cm^2程度に留まっており、今後、さらに改善する必要がある。(3)では、入射イオン量及びイオンエネルギー増加すると窒化鉄及び純鉄膜中の結晶粒子の成長が抑制されること、膜の配向性も(110)配向からランダム配向へと変化すること、などが明らかとなった。このようなイオンの持つ結晶粒子成長抑制効果を利用すると、軟磁気特性を改善することができるものの、巨大な飽和磁化を持つFe_<16>N_2相の生成は、今までのところ、実現されていない。一方、大きな入射角度で入射する粒子を抑制するとともに、大きな運動エネルギーを持った粒子を堆積させることにより、ち密で均一な膜が形成できることも明らかとなった。bct構造を持つ窒化鉄(Fe_<16>N_2)は純鉄よりもはるかに大きな飽和磁化を示す物質として、さらに窒化鉄系薄膜は大きな飽和磁化と軟磁気特性を合せ持つ材料として、物理的にも実用的にも大きな注目を集めている材料である。しかし、いまだ所望の構造・磁気特性を持つ膜を大量に、かつ再現性良く作製する方法は確立されておらず、今後の重要な課題となっている。本研究では、これらの窒化鉄膜を作製する方法として、イオンを直接基板上に堆積するイオンビームデポジッション法に注目し、筆者らが独自に開発した対向ターゲット式スパッタ形プラズマ源を用いた薄膜堆積法による膜形成法を検討している。プラズマ引き出し法を従来の多口式から単口式に、さらにプラズマ収束磁界強度を従来の2倍程度に引き上げることにより、プラズマ源の動作ガス圧の低下(堆積槽内で10^<-5>Torr台)と、より大きな電流密度のイオンの引き出しを可能にした。さらにこのプラズマ源を用いた膜の堆積から、(1)イオンエネルギーの増加は結晶粒の成長を抑制する。(2)通常のスパッタ法とは著しく異なる結晶構造の膜が形成される。(3)イオン量の減少は結晶粒の成長を促進する。などのことがらが明らかになってきたものの、中性粒子とイオンの分離、イオンのエネルギー制御などの点でまだ問題を残しているとともにFe_<16>N_2相の堆積については、いまだ実現することができていない。現在、スパッタガスとしてNe、Ar、Kr、Xeなどの各種希ガスを用いる方法の検討、MgOなどの単結晶基板の検討、計算機シミュレーションによる薄膜堆積過程の検討などによる窒化鉄系薄膜の作製に関する検討を進めるとともに、イオンを堆積させる方法についての、より詳細なデータの蓄積を進めている。本研究では高飽和磁化軟磁性薄膜の開発を目的として、窒化鉄系の軟磁性薄膜の形成を、申請者らが開発した対向ターゲット式スパッタ法および対向ターゲット式スパッタ形プラズマ源を用いた膜形成法により試みた。本年度は

(1)プラズマ源から高密度のイオンビームを安定して引き出すために障害となっていたアーク放電への移行の防止法の検討(2)MgO単結晶基板上へのエピタキシャル成長による窒化鉄膜の形成、および(3)計算機シミュレーションによる膜堆積過程の検討を中心に研究を進めた。その結果、電源の改善等により、イオン電流密度0.5mA/cm2以下であれば、安定に膜の堆積が可能となった。さらに、MgO(100)面に形成したFe単結晶薄膜は1000emu/cc程度の小さな飽和磁化を持つこと、このalpha-Feの(100)面上に窒化鉄膜を形成すると、alpha′′-Fe_<16>N_2相の形成はX線回折では認められなかったものの、窒素を導入すると、alpha′相の形成と、飽和磁化の急激な増加が起こり、alpha-Feよりも大きな飽和磁化を示すようになることが明らかとなった。窒素が規則的に鉄の中に取り込まれるようになれば、alpha′′-Fe_<16>N_2膜が実現できるようになると考えられる。また、計算機シミュレーションにより、スパッタ粒子の入射角度分布がスパッタ法や基板上の位置で著しく異なること、基板の凹凸や、エピタキシャル成長の有無、基板上での原子のマイグレーションにより、堆積する膜の構造が著しく変化すること、などを明らかにするとともに、このシミュレーション法が、スパッタガス圧、ターゲット・基板配置、など、膜を堆積させる条件の最適化を検討する方法として有効であることを明らかにした。今後、より多くのイオンを大面積で均一に引き出せるプラズマ源の開発を進めるとともに、イオンやラジカルの存在が膜堆積において果たす役割を明らかにしていく予定である。