hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
減数分裂から初期胚型分裂への移行に伴うM期開始制御の転換

細胞周期のM期への進行は、M期開始の主制御因子であるcyclinB・Cdc2複合体キナーゼの活性化により誘起される。しかし、その上流については、実験材料などにより異なる制御機構が報告されており混沌としている。本研究では、一つの種を材料として、減数分裂の第一分裂と第二分裂、さらに発生の始まった初期卵割周期の、3つの異なる時期のM期開始の制御機構を解析することで、同じ動物種であってもM期開始制御が発生段階により転換することを実証しようとした。特にcyclinB・Cdc2の直接の活性化因子であるMyt1の上流因子について解析を行い、下記のような新たな知見を得た。1.減数第二分裂時のM期開始制御機構減数第一分裂では、Myt1はAktにより制御されるが、Aktによりリン酸化されるMyt1のSer75部位は、第二分裂開始時においてもある程度はリン酸化の制御を受けていることを、新たに調製したリン酸化抗体を用いて明らかにした。また、この部位は、in vitroでのリン酸化実験条件を改善することにより、第二分裂時に活性を持つことが知られるRskがリン酸化出来ることを見出した。Ser75以外のMyt1のリン酸化には、Plk1が関与することも示した。2.初期卵割過程におけるM期開始機構Myt1のSer75のリン酸化は、初期卵割過程のM期に再び強く検出された。これがAktにより制御される可能性は、活性型Aktを特異的に認識する抗体を用いた解析により活性化は確認されず、排除された。また、Rskの活性も減数分裂期に特異的で初期卵割周期では検出されず、つまりMyt1のSer75のリン酸化は他の因子により制御されていることが示唆された。本研究では、研究期間内にさらにこの同定を試みたが残念ながら達成することは出来ず、今後の課題として残された。細胞周期のM期への進行は、Cdc25によるcyclinB・Cdc2複合体キナーゼ活性化により誘起される。しかし、その上流については、実験材料などにより制御機構が異なる。本研究では、一つの種においても、減数分裂の第一分裂と第二分裂、さらに発生の始まった初期卵割周期において、M期開始の制御機構が転換していくことを実証しようとしている。本年度は、これまでに明らかにしていたCdc25の上流因子の解析結果に加えて、そのカウンター因子であるMyt1について解析し、下記のような知見を得た。1.減数第二分裂時のM期開始制御機構減数第一分裂では、Cdc25とMyt1はAktにより制御される。第二分裂開始時では、Cdc25の制御因子がAktに変わってp90Rskに転換するのに対し、Myt1の場合は、第二分裂時には細胞内においてSer75がリン酸化の制御を受けないことを、本年度新たに調製したリン酸化抗体、ならびに本年度研究費により購入した顕微装置を用いて明らかにした。また、in vitroでのリン酸化実験でも、RskはMyt1をほとんどリン酸化しないことを見出した。Ser75以外のMyt1のリン酸化は、Plk1の活性と対応関係が見られた。2.初期卵割過程におけるM期開始機構Myt1のSer75のリン酸化制御は、初期卵割過程のM期には再びみられる。しかし、その時にAktは活性化していないことを、活性型Aktを特異的に認識する抗体を作成して示した。Aktがリン酸化する可能性が排除されたため、Myt1のSer75のリン酸化は他の因子により制御されていることが示唆された。

以上、本年度は、卵減数第一分裂時にはAktがM期開始の引き金であるのに対し、減数分裂第二分裂および初期卵割過程では、p90RskでもAktでもない、未知のキナーゼがM期開始時にMyt1のSer75をリン酸化制御することが示された。本研究では、減数分裂の第一分裂と第二分裂から、発生開始後の初期胚型分裂へと進行するのに伴い、細胞周期のM期開始制御機構が転換することを実証しようとした。M期の主制御因子はCdc2であり、Wee1/Myt1により抑制されたCdc2がM期開始時にCdc25により活性化される。こうした制御はよく保存されているが、Myt1とCdc25の上流は、時期により制御因子が異なることを、昨年までに明らかにしてきた。Cdc25については、上流因子がAkt,Plk1,CychnA・Cdc2と転換することが示されつつあるが、Myt1については不明な点がまだ多く、本年度は主に、このMyt1の上流を解析した。減数分裂の第一分裂期には、AktがMyt1をリン酸化することをすでに示していたが、本年度、減数第二分裂においては、p90RskとPlk1の2つのキナーゼがMyt1のリン酸化を制御することを、それぞれの活性を抑えたときにリン酸化の程度が減少することから示した。また、初期卵割過程におけるMyt1のリン酸化は、cyclin A・Cdc2およびその下流で活性化するPlk1に依存することを示した。Myt1のリン酸化制御の中でも、第一減数分裂開始時に特に重要な役割をはたすSer75部位のリン酸化については、減数第二分裂時にMyt1をリン酸化制御しているRskが、in vitroではSer75をリン酸化できるにも関わらず、そもそもin vivoでリン酸化を受けていなかった。これはMyt1が何かと複合体を形成するなど存在様式に影響されている可能性もあるため、本年度はMyt1の細胞内局在を調べ、ERの局在様式を示すことを見出した。減数分裂後の初期卵割においてはSer75が再びリン酸化の制御を受けており、昨年度の解析によりAkt以外の新規のキナーゼがこれを制御する可能性が示唆された。本年度は、さらにその探索を試み解析に着手したが、本年度中には同定まで至らず、引き続き今後の課題として残された。
陽子線CTシステム開発研究

本年度は、第3世代方法の陽子線CTシステムの中核となる陽子飛程・エネルギー分析モジュールの試作を行った。このモジュールは、陽子線の試料中の通過位置(16ビット)とエネルギー(16ビット)をイベント毎に解析する高速(10MIPS)なフロントエンドプロセッサーである。このモジュールを、8組並らべれて平行処理することにより合計80MIPSのスーパーコンビュータ並みの演算処理能力を持ち、【10^7】個の入射陽子の飛跡とエネルギーを10秒間で分析し、128方向(各128点)の投影データを作成することができる。試作モジュールは、CAMACのダブル幅筐体にまとめられ、マスターCPU,共有メモリ,およびスレーブCPUの3つの主要な部分から構成されている。マスターは、CAMACデータウエブとのインターフェイス,スレーブの制御,および共有メモリ上でデータの解析の仕事を受け持つ。共有メモリは、2組の64KW(16ビット)のRAMをマスターとスレーブが交互に利用する。スレーブは、陽子線の検出器からの位置およびエネルギーデータを取り込み、同一陽子飛程毎のエネルギゲースペクトルのヒストグラムを作成する。マスターは、スレーブが分析したエネルギースペクトルを解析して平均の陽子エネルギーを算出する。この陽子飛程・エネルギー分析モジュールの試作を終了し、テスト用のソフトウエアにより性能の確認を行った。次年度は、陽子線検出系との接属、およびCAMACのホスト計算機との接属を行ない、総合的な陽子線CTシステムの調整を行う予定でいる。1.扇状陽子ビームの作成第3世代方式の陽子線CTシステム用の扇状又は平行でスリット状の陽子ビーム照射場を、東大医科研サイクロトロン物理照射室(幅30mm)、東大核研SFサイクロトロン実験室(生物照射専用照射装置、幅30mm)、および放医研サイクロトロン般用照射室(Wobbling方式、幅50mm)に設置した。2.陽子飛跡・エネルギー検出系の開発被測定試料内を通過する陽子の位置及び飛跡を決定する目的で、2組のシリコンストリップ検出器(浜松フォトンクス社製、厚さ0.2mm、幅0.25mm×112チャンネル)を購入し、この信号処理系の研究開発を行った。各ストリップは約8nsの短いパルス時間幅をもつ事が解った。マイクロアンプ(Le Croy402)及びECLコンパレータ(Le Croy407)による高速信号処理回路を試作した。3.データ収集・処理系の基本設計ストリップ検出器からの位置情報(入口64128点、出口64128点)およびエネルギー検出器からのエネルギー損失情報(810ビット)を高速に(/μs/event)処理するための陽子線飛跡エネルギー分析システムの基本設計を行なった。これは、最新のマイクロプロセッサ(テキサスインストルメンツ社製、TMS32010,16/32ビットCPU,5MIPS)を多数組用いた平行処理システムである。CAMACモジュール内に実装して用いる。ふり分けたディジタル信号を同時平行的に処理し、解析結果を高速CAMACホスト計算機(Le Croy3500-25,6MIPS)に順次送ることにより、全体として高い処理速度(8組で80MIPS)を得ることができる。この分析システムのハードウェアの設計を終了した。また、システムのソフトウェアのうち固定プログラム(ファームウェア)の基本設計も終了した。4.陽子線CTデータ処理ソフトウェアの開発上記のマイクロプロセッサによるデータ処理ソフトウェアの開発のためのクロスアセンブラ、リンカ、及びシミュレータを東大医科研VAX計算機に導入した。
新しい低次元物質の探索と結晶育成、およびその光学的性質に関する研究

本研究では新しい低次元系物質を探索することをねらいとしてきた。研究の過程で良質の酸化物(超)微粒子を作製する方法を開発し、超微粒子(0次元系)の研究のために目下研究を進めている。今年度は前年度をふまえて数多くの結晶育成や光学測定を行ない、多くの知見を得た。以下、今年度実施した項目および成果を示す。1)原料融液からの薄膜結晶育成法を用い、GeI_4、SnI_4、CI_4、SnI_4、ZnI_2というこれまであまり光物性の対象とならなかった一連の低次元分子性結晶の単結晶育成を行なった。2)GeI_4を含む一連の分子性結晶について光学測定を行ない、詳細なアーバック端での吸収スペクトルの温度変化の測定からこの系は非常に電子格子相互作用が強い系であることが判明した。励起子によるとみられる吸収帯を観測し、そのスペクトル形状に関する解析および考察を行ない、日本物理学会などで報告した。3)低次元系薄膜結晶におけるエキシマーレーザー照射による強励起効果を調べる目的で、手始めにアルカリハライド結晶およびそのF中心に対して詳細な研究を行なったが、目下研究は継続中である。4)アルカリハライド中に酸化物の(超)微粒子を埋め込んだ試料を作製し、フォトルミネッセンス法からその光学的性質を調べた。アルカリハライド中に酸化亜鉛(ZnO)微粒子(粒子サイズ1μm)を埋め込むことに成功し、様々な光学測定から非常に良質の微粒子試料が作製できていることが判明した。自由励起子、束縛励起子発光などの振舞いを調べ、これらの研究結果については応用物理学会誌(JJAP)に掲載され、さらに、1999年ルミネッセンスと凝縮系の光学スペクトロスコピーに関する国際会議、日本物理学会、第1回環境半導体シンポジウムなどで講演し、非常に関心を集めた。本研究では結晶それ自身が低次元性をもち、これまでに取り扱ってこなかった新しい低次元絶縁性物質を探索することをねらいとしてきた。さらにその光学的性質も明らかにしてきた。2年間の研究計画の中で98年度はその初年度にあたり、育成装置の試作、光学測定系の整備に始まり、数々の結晶育成や光学測定から多くの成果を得た。フォトルミネッセンスのための紫外励起用レーザーとしてHe-Cdレーザーを購入したことで光学測定の上で扱える試料の幅が広がった。以下、実施した項目および成果を示すと、1)薄膜結晶育成装置の試作と改良、および、光学測定システムの整備と準備を行なった。この際に組み立てや試料作成にかかる多くの消耗品が必要となり、この費用を用いた。2)原料融液からの薄膜結晶育成法を用い、GeI_4を含む一連の分子性結晶の育成を行なった。さらにCaI_2、ZnI_2の薄膜結晶育成にも成功した。また、KI中にZnOの微粒子を混ぜ合わせ、薄膜化させることで光学測定に十分耐え得る試料を作製し、目下、さらに良質の薄膜結晶育成の条件を探し、様々な粒子サイズのZnOの微粒子(1μm以下)の光学的性質を調べている。3) GeI_4を含む一連の分子性結晶について光学測定を行なった。箇条書きにすると、a)アーバック端での吸収スペクトルの温度変化の測定から非常に電子格子相互作用が強い系であることが判明した。b)吸収スペクトルの測定から、励起子によるとみられる吸収帯を観測した。吸収形状の異常が観測され、励起子吸収遷移の起源の同定他を行ないつつある。c)励起子発光に関する発光スペクトルの測定を行ない励起子の自己束縛の効果を探った。4)低次元系薄膜結晶におけるエキシマーレーザー照射効果を調べた。手始めにアルカリハライド結晶に対して行ない、現在低次元系を調べている。アルカリハライドでは固有吸収領域を励起した場合にレーザーパワーのしきい値が存在することがわかった。

自由励起子、束縛励起子発光などの振舞いを調べ、これらの研究結果については応用物理学会誌(JJAP)に掲載され、さらに、1999年ルミネッセンスと凝縮系の光学スペクトロスコピーに関する国際会議、日本物理学会、第1回環境半導体シンポジウムなどで講演し、非常に関心を集めた。
有効演算子の分類と暗黒物質

素粒子の標準模型は2012年のヒッグス粒子の発見で完成した。しかし階層性の問題、暗黒物質、物質・反物質の非対称性など、標準模型を超える物理があることは間違いない。その効果を調べるにあたり、有効場の理論が有用な手法である。その際有効演算子を分類することが必須となる。本提案では、一般の場の理論に対して有効演算子を分類する方法を確立することができた。これを踏まえて、最近提案した強い相互作用をする暗黒物質の模型について、有効場理論の手法と組み合わせることで、具体的な模型を構成し、現象論を展開して実験的検証可能性を調べた。特に、階層性の問題を説明するツイン・ヒッグス理論のなかで実現可能であることを示し、超対称性と同じように階層性問題と暗黒物質を同時に解決できる可能性を提案した。予期していなかった応用として、暗黒エネルギーについて知見が得られた。最近提案された弦理論の「沼地仮説」へ応用し、LHCからの超対称性への強い制限がありながらも、暗黒エネルギーの有効理論を実際に示し、現在論文を投稿中である。一方弦理論の有効場理論が、現実の標準模型やそれを超える様々な模型と矛盾があることを指摘し、その結果、沼地仮説の改訂に結びついた。改訂後の沼地仮説と現在の宇宙論的制限が整合できることを示し、この論文も現在投稿中である。このような進展の中、銀河における暗黒物質の分布の違いを説明するシンプルな理論を共鳴現象に着目して発展させた。具体的には、暗黒物質が比較的軽く、そして特別な固有の速度のときだけ互いに散乱する性質を持っていれば、矮小楕円銀河においては暗黒物質に共鳴現象が生じるため、これまで謎とされてきた矮小楕円銀河と銀河団の間での暗黒物質の分布の違いを上手に説明出来るという新しい理論の発表である。応用例に取り組みを始めた昨年度は、有効場理論の知見を暗黒物質の模型構成と現象論へと応用し、また予期しない形で暗黒エネルギーへの応用を生んだ。また、複合ヒッグス理論に非線形シグマ模型を応用し、有効演算子の分類にある程度の進展を見た。最終年度は暗黒物質の有効場理論を、系統的な有効演算子の分類で一般のスピンについて考察する。特にSIMPのような、非線形シグマ模型で記述される場合の有効場理論は今まで考察されていないので取り組む。本提案では、一般の場の理論に対して有効演算子を分類する方法を確立することをめざす。すでに標準理論については、共形代数の表現論を用いてその方法を確立したが、これを一般の次元と対称性、非線形シグマ模型、暗黒物質の有効場理論などに拡張、応用する。同時に最近提案した強い相互作用をする暗黒物質の模型について、有効場理論の手法と組み合わせることで、現象論を展開して実験的検証可能性を調べる。昨年度は、与えられたfield contentと対称性のもとで許される有効演算子の分類の理論を、一般の次元、対称性と、非線形シグマ模型へと拡張することに成功した。共形代数のshort multipletのcharacterはFrancis Dolanによって一般の次元で調べられているが、これを用いてHilbert級数の構成を試した。コンパクト群と違って、characterが必ずしもorthonormal basisにならないことに注意して不変量を分類した。また、時空離散対称性についても十分注意をした。例えばパリティはユークリッド化した偶数次元では、ローレンツ群と交換しない。そのため表現論の考察を進めた。一方非線形シグマ模型では共形代数が役に立たないことがはっきりした。そのため、別の理論的な枠組みを探した結果、ホッジ理論が役に立ち、実際に有効演算子を分類できる方法を確立した。これで今後の応用への基礎がそろった。計画調書と通り有効演算子の分類の理論を、一般の次元、対称性と、非線形シグマ模型へと拡張を試み、ある程度の進展を得た。また、時空離散対称性についても配慮し、有効場の理論に活用する有効演算子の分類も表現論の考察を進めた結果、同様に進展を得ている。

一方弦理論の有効場理論が、現実の標準模型やそれを超える様々な模型と矛盾があることを指摘し、その結果、沼地仮説の改訂に結びついた。改訂後の沼地仮説と現在の宇宙論的制限が整合できることを示し、この論文も現在投稿中である。このような進展の中、銀河における暗黒物質の分布の違いを説明するシンプルな理論を共鳴現象に着目して発展させた。具体的には、暗黒物質が比較的軽く、そして特別な固有の速度のときだけ互いに散乱する性質を持っていれば、矮小楕円銀河においては暗黒物質に共鳴現象が生じるため、これまで謎とされてきた矮小楕円銀河と銀河団の間での暗黒物質の分布の違いを上手に説明出来るという新しい理論の発表である。応用例に取り組みを始めた昨年度は、有効場理論の知見を暗黒物質の模型構成と現象論へと応用し、また予期しない形で暗黒エネルギーへの応用を生んだ。また、複合ヒッグス理論に非線形シグマ模型を応用し、有効演算子の分類にある程度の進展を見た。応用例に取り組み始める。暗黒物質の有効場理論を、系統的な有効演算子の分類で一般のスピンについて考察する。特にSIMPのような、非線形シグマ模型で記述される場合の有効場理論は今まで考察されていないので取り組みを進める。さらに有効演算子の理論を用いてSIMP理論の現象論を展開する。また、複合ヒッグス理論に非線形シグマ模型を応用し、有効演算子を分類する。最終年度は暗黒物質の有効場理論を、系統的な有効演算子の分類で一般のスピンについて考察する。特にSIMPのような、非線形シグマ模型で記述される場合の有効場理論は今まで考察されていないので取り組む。研究協力者である東大大学院生の東京大学本郷キャンパスでの年度末の研究打ち合わせがSkypeのリモート手段での対応となり交通費支出見込みを下回った。来年度も交通費として使用する。DESYの長期研究滞在時に、当初ドイツ国内の他機関への出張旅費を見込んだが、先方負担を得ることが出来たため、旅費に余剰が生じた。来年度の出張旅費に余剰分を組み込み使用予定である。
より安全かつ高機能な細胞シートの作製のための次世代インテリジェント培養表面の開発

ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)をポリスチレン表面にグラフトした温度応答性培養皿を利用した、細胞シート工学的手法をさらに発展させることを目的として、(1)種々の生理活性因子を温度応答性表面に固定化し、ウシ胎児血清(狂牛病等の異種感染を完全には否定できない)や患者自己血清(患者毎に生理活性が異なりうる)を必要としない温度応答性培養床を開発、さらに本技術を応用し(2)細胞増殖を加速化し、短期間で細胞シートを作成することにも成功した。具体的には、温度応答性培養皿表面に、生理活性物質が固定化可能な結合サイトを導入し、RGDのような生理活性ペプチドを導入することで無血清培養条件下での細胞シート回収に成功した。また、スペーサーを介してPHSRN(RDGのシナジー配列)とをRDGと共固定することで細胞接着性が向上し、共固定の細胞培養における有用性を明らかにした。(2)さらに、RGDとインスリンの共固定した表面で細胞培養を行うことで、液中にインスリンが存在するよりも、細胞増殖が加速され短期間に細胞シートが作製できることを明らかにした。生理活性物質の固定にはアビジン、ビオチンケミストリーの利用も有効であることを明らかにした。今後、既に臨床応用をおこなっている皮膚表皮細胞シート、角膜上皮細胞シートの他、臨床応用を目指している角膜内皮細胞シート、網膜色素上皮細胞シート、心筋細胞シート、肺胞細胞シート等、それぞれの細胞種に最適化した固定化する生理活性子の組み合わせ、各々の因子の濃度を検討中である。本研究は、すでに皮膚や角膜の再生医療においてヒト臨床に成功している温度応答性培養皿を活用する細胞シート工学的手法をさらに発展させることを目的として、種々の生理活性因子を温度応答性表面に固定化し、精緻に細胞機能制御をおこなう分子設計の確立を目指している。これにより通常、培地に添加しているウシ胎児血清(狂牛病等の異種感染を完全には否定できない)や患者自己血清(患者毎に生理活性が異なりうる)の除去や、臨床上より有効な細胞シートをより短時間に作製することが可能になると期待される。本年度は、温度応答性培養皿の高機能化のための生理活性因子固定化技術を検討すると共に、細胞外マトリックスの分子構造を反映した接着シグナル固定化温度応答性培養皿の開発をおこなった。生理活性因子としてはインスリンと細胞接着配列として知られているRGDペプチドを用い、カルボキシル基を導入した温度応答性培養皿に共有結合的に固定化した。インスリンは固定化量依存的に細胞増殖を促進し、RGDペプチドは細胞接着性を向上させた。いずれの表面も、温度を温度応答性高分子の下限臨界溶液温度以下に下げると、細胞が脱着した。細胞外マトリックスの分子構造を反映した接着シグナルとしてはフィブロネクチンのRGDとシナジー配列として知られるPHSRNをグリシンのスペーサーを介する形で合成し、これを先と同様の方法で固定化した。スペーサーを介する両配列間の距離をフィブロネクチン分子中のそれに近く調節することで、より大きな細胞接着性の増強が観察された。いずれの配列においても、温度を温度応答性高分子の下限臨界溶液温度以下に下げると、細胞が脱着した。現在、脱着後の細胞接着配列ペプチドの挙動の解析が進行中である。1.細胞増殖加速化による細胞シートの作製日数を短縮させる温度応答性培養皿:複数種の細胞成長因子を固定化し、細胞増殖を加速化することができれば、細胞シートの作製に要する日数を大幅に短縮させることができる。培養日数を短縮させることで、培養の間に生じることが排除できない感染等の危険性を大きく削減することが可能になり、臨床応用上、非常に有利である。また、移植用皮膚表皮細胞シートおよび移植用角膜上皮細胞シートの作製には非常に少数の幹細胞を培養皿上に播種しているが、培養初期の増殖が非常に遅い一方、細胞数の増加にともなって細胞増殖速度が高くなることが観察されている。

これは培養初期には細胞数が少ないため、幹細胞自身が産生し倍地中に分泌する細胞成長因子が少なく濃度が低いため増殖が遅く、細胞増殖にともなって、この因子の濃度が高くなるため、増殖速度が速くなるものと推察される。本年度は、このような因子を温度応答性培養皿表面に固定化する手法を検討し、さらに血管内皮細胞をモデルとした培養手法の確立、および細胞増殖の定量的な評価を現在行っている。2.無血清増殖による細胞シートの作製:上記した異種感染の問題等を考慮して、無血清倍地下で細胞培養および細胞シートの作製を目的とした、新たな生理活性因子固定化培養皿の開発を検討している。本年度は、アビジン-ビオチン間に働くアフィニティーを利用して、成長因子や酵素など様々なタンパク質を簡便に温度応答性培養皿表面に固定化し得る、新たな手法の開発を検討した。固定化するビオチン化RGDSペプチドのスペーサー長さを最適化することにより、無血清培養化で温度による細胞接着/脱着制御が可能な温度応答性培養皿を作製することができた。最終年度にあたる本年度では、具体的な応用に即した高機能化温度応答性培養皿の開発と、これを用いて作製した細胞シートの機能化評価を行った。(1)細胞増殖加速化による細胞シートの作製日数を短縮させる温度応答性培養皿:複数種の細胞成長因子を固定化した温度応答性培養皿を調製し、細胞培養をおこなった。細胞接着因子のRGDSペプチドとインスリンを共固定化した表面上において、RGDS固定量の増加にともない初期接着性が向上し、固定化インスリンは倍地中へのインスリン添加の効果と比べて増殖能の亢進しているのが示唆された。また、昨年度に引き続き、アビジン-ビオチン間アフィニティーを利用して、成長因子や酵素など様々なタンパク質を簡便に温度応答性培養皿表面に固定化する手法の開発を検討した。蛍光ラベル化した生体分子を表面に固定化し、定量的に評価する手法を確立した(論文投稿中)。さらに、RGDSペプチドよりも分子量の大きな上皮成長因子(EGF)などのタンパク質を表面固定化し、この表面上での培養手法の確立、および細胞増殖の定量的な評価を検討中である。(2)無血清増殖による細胞シートの作製:上記生理活性因子固定化温度応答性培養皿や温度応答性カルチャーインサートを利用して、無血清倍地下での細胞培養および細胞シート作製を検討した。生理活性因子固定化温度応答性培養皿を利用した無血清条件下での細胞培養、細胞シートの作製が可能であることを確認した。現在、口腔粘膜からの上皮細胞シートの作製に取り組んでおり、良好な結果が得られつつある。既に臨床応用をおこなっている皮膚表皮細胞シート、角膜上皮細胞シートの他、臨床応用を目指している角膜内皮細胞シート、網膜色素上皮細胞シート、心筋細胞シート、肺胞細胞シート等、それぞれの細胞種に最適化した固定化する生理活性因子の組み合わせ、各々の因子の濃度を検討中である。
不確定性の高い作業環境におけるロボットの知的な制御

23年度研究テーマは「不確定性の高い作業環境におけるロボットの知的な制御」である。今年度の研究から得られた成果は以下のとおりである。ロボットに関してはすでに多くの研究がなされている。しかし、不確実性についてはそれほど注意を払っていない。実際、ロボット自身や人間、環境に接する際さまざまな不確実性がある。不確実性の問題は人間と接するロボットを設計する際に、大きな障害物となっている。不確実性の問題を解決することは、実社会におけるロボットシステムにとって最も重要な一歩となるといえる。本研究はロボットが遭遇する、環境不確実性、センサー不確実性、作動装置不確実性、モデル不確実性、設計されていない不確実性を含む不確実性について考察した。さらに、ロボットのための、不確定な環境における種々の制御方法を考え、ロボットにとって典型的な3つの問題を解決した。(1)ロボットが未知の大きな環境で同時定位置と地図作成を用いることを実現するために、情報行列をまばらにすることで、疎拡張情報フィルタ方法を提案した。ほぼ半数近い情報行列の要素を削除することで、高い効率が達成されたことを示している。(2)人間を持ち上げるために、ロバストな姿勢制御装置と人間のパラメータ測定が付随した適応力制御を提案した。その特徴は人間の個人差を考える必要がなく、上げる操作前に、人間を測る必要もない。(3)ロボットは人間の歩く速度の調節の制御が設計され、これによって人間の意思を引き出すことが解決し、移動インタフェースも開発した。これらの方法は特定の事例におけるロボット制御だけではなく、不確定性の高い作業環境におけるロボットの制御にとっても示唆を与えてくれる。
ナノパーティクルを利用したがん内用放射線療法の研究開発

内用放射線療法の実現には、標的指向性はもちろん重要であるが、骨髄・肝臓・脾臓等、正常組織の被ばくを避けることが最大の課題と考え、この点を中心に検討を進めた。1放射性核種のキャリアとしてリボゾームを用い、^<186>Re/^<188>Reや^<90>Yなど治療用核種の封入を想定して、封入方法やリガンドの検討・開発を行い、内用放射線療法を可能とする高濃度標識法を確立した。その際、単に高い標識率や腫瘍集積性を得るための標識法やリガンドの選択では、正常組織への非特異的集積が大きくなる可能性があり、十分な配慮の必要性を明らかにした。2抗体-核種の直接結合では放射活性の体内分布は抗体の挙動にのみ依存するが、リポソームやリピドスフェアなどのキャリアを用いることで、もっと緻密な制御が可能となった。リポソームの場合、核種は腫瘍に高率に集積し、その後にリポソームから放出され、放出後はリガンドの性質により体内動態が異なることが認められた。細胞内分布等の詳細な検討から、いずれの組織でも、^<67>Gaや^<111>In(おそらく^<908>Yも)は金属の性質として細胞質からライソゾームに移行し、細胞内に滞留するが、高親和性リガンドと結合させると細胞質に留まり、やがて細胞外に放出されることが明らかとなった。従って非特異的集積の低減にはリガンド選択が極めて重要であり、さらに細胞膜トランスポータによる排出などのリガンドデザインによって能動的に低減できる可能性が示唆された。3腫瘍部分への十分な集積を確保した上で、体内に残る放射線核種を能動的に排泄させる系の構築を試みた。血液循環中のキャリアを外部刺激によって壊し、放出核種を腎排泄に導くことや、いったん肝臓に移行させ、肝臓から迅速に排泄されるリガンドデザインを行う等の検討を行い、有望な知見を得ている。しかし、外部刺激応答性の導入で腫瘍集積性が大きく低下するなど新たな問題点が生じたことから、さらに検討を続けている。内用放射線療法を実用化するためには、正常組織を被曝させない技術が必要である。本年度は、ナノパーティクルの一種であるリポソームを用いて標的組織に治療十分量の放射性核種を到達させた上、残存する核種を速やかに体外に排泄させる技術の開発を目指した。1.リポソームへの高率なRe-186/188封入法の開発内用放射線療法に適した核種のひとつRe-186/188を高い標識率でリポソームに封入する方法を開発した。HM-PAOに類似した骨格をもつ膜透過性錯体MRP20と、ライソソームから速やかに血流を介して尿中に排泄される構造をもつ錯体ethylenedicysteine(CD)をデザインの上、合成した。^<99m>TC-MRP20の合成では、溶媒等を完全に還元状態に保つことにより約90%の放射化学的収率を確保した。CDを予めリポソームに封入しておき、^<99m>Tc-MRP20とインキュベートすると、配位子交換反応によるactive loadingが可能となり、Tc-99mを高率に封入することに成功した(封入効率約70%)。

Tc-99mはRe-186/188と化学的性質が類似しており、Re-186/188の封入も十分可能と推察された。2.肝臓・脾臓への非特異的集積の低減我々が用いるリポソームは血中では極めて安定であるが、がん、肝臓および脾臓では取り込まれた後に壊される。リポソームが壊された際に放出される放射性核種が速やかに体外に排泄されれば、被曝は大きく低減できる。このストラテジーを基に、上記第1項で調製されたリポソームを実験動物に投与した結果、CDの導入によって、肝臓および脾臓への集積が大幅に減少し、速やかに尿中に排泄されることが明らかとなった。今後、担がん動物での検討およびRe-186/188に代えての検討を予定している。本年度は以下の3項を中心に検討を進めた。1.静脈投与によるがん転移巣へのターゲティング放射性核種のキャリアとしてリポソームを用い、その表面にがん関連抗体およびポリエチレングリコール(PEG)を結合させて標的指向性を検討した。標的として皮下に移植した固形がんとがん新生血管内皮細胞に特異的に発現する抗原を検討した。PEG修飾により肝臓、脾臓への非特異的集積を大幅に低減することができた。また抗体をリポソーム表面に直接ではなく、PEGの先端に結合させることにより、内皮細胞表面抗原に対して集積の有意な増大が認められた。一方でPEG修飾はリポソームの血中滞留時間を延長することから、逆に内部被ばくの増大につながる可能性もあり、その使用にはさらに工夫が必要と考えられた。2.尿中排泄促進を目的としたリガンドの開発上記(1)で血中滞留が問題となったことから、標的部位に集積させた後に、血中残存放射活性を腎臓経由で尿中に積極的に排泄させることを企画した。放射性核種に対する配位子として、腎臓刷子縁膜酵素の作用で開裂して核種の尿中排泄を誘導するものをデザイン、合成した。ここでは抗体フラグメントにこの配位子を介して直接放射性核種を結合し、その体内動態を検討した結果、尿中排泄への誘導が認められた。今後、リポソーム等のキャリアとの組合せを検討の予定である。3.センチネルリンパ節へのターゲティングがん転移を有効に抑制する手段としてのセンチネルリンパ節ターゲティングを目的として、本年度は予備的な検討を行った。従来のコロイド製剤では粒子径が大きく、投与部位に大半が残存してしまうことから、投与部位からすみやかにセンチネルリンパ節に移行し、かつ2次リンパ節への流出の少ないナノ粒子を得ることを目指し、リポソームや血清アルブミン、マンノース結合アルブミン等で検討を進めている。本年度に得られた主な知見は以下の通りである。1リポソームに封入した放射性核種のリガンドによる体内動態・細胞内分布の違い:我々は同じリポソームに同じ核種を封入しても、核種に対するリガンドを変えると核種の組織分布が異なることを認めている。この現象を詳細に検討すべく、^<67>Ga-NTAあるいは^<67>Ga-EDTAを封入しリポソームを作成し、腫瘍組織と肝臓での投与後の放射性核種の細胞内分布を経時的に計測した。その結果いずれの組織でも、EDTAを用いた場合には、^<67>Gaはその大半が細胞質画分に存在し、経時的に減少していくのに対し、NTAを用いた場合には細胞質からミトコンドリア-ライソゾーム画分に移行し、結果的に細胞内に長く留まることを明らかにした。これは^<67>Ga-EDTAは結合親和性が高く、結合を保ったまま細胞外に出ていくのに対し、^<67>Ga-NTAは細胞内で離れ、ガリウムの性質によってライソゾームに移行・蓄積したためと推測された。
肝癌における癌幹細胞システムの成立・維持機構の解明

肝癌における癌幹細胞システムの解明を目的とし、肝癌臨床検体からの癌幹細胞分離と、ヒト肝癌培養細胞およびマウス肝幹細胞を用いた癌幹細胞システムの検証を行った。肝癌臨床検体からは、CD133陽性細胞、CD90陽性細胞を検出できた。また、肝癌培養細胞から分離したsidepopulation細胞が癌幹細胞として機能し、その腫瘍形成能がBmi1によって維持されていることや、Bmi1を強制発現した肝幹細胞において、Bmi1の主要な標的分子であるInk4a/Arf遺伝子以外に、より緊密に癌化機転に寄与する分子群の存在を見出した。近年、白血病のみならず、乳癌や大腸癌などの固形腫瘍においても極少数の幹細胞が存在し、自己複製と限られた分化を繰り返しながら腫瘍構成細胞を供給し続ける『癌幹細胞システム』を形成することが明らかにされつつある。これらの細胞は、正常幹細胞における自己複製機構に類似した機構を保有し、発癌・再発過程に密接に関与すると考えられている。われわれは、幹細胞分離法の1つであるSide population(SP)細胞分離をヒト肝癌細胞に応用し、複数の細胞株において、全細胞数の1%にも満たないSP細胞画分が、癌幹細胞として機能することを報告している。さらに、造血、神経幹細胞などにおいて、自己複製分子として機能するポリコーム群遺伝子産物Bmi1が、肝癌のSP細胞において高発現しており、レンチウイルスを用いたノックダウンによって、その自己複製能と造腫瘍活性が顕著に低下することから、肝癌のSP細胞の維持においてBmi1が必須である可能性が示された。一方、癌幹細胞は、「新たに癌を造る能力を持った細胞」であるが、その発症母地として「正常の組織幹細胞」である可能性が指摘されている。肝発癌においても、従来から卵形細胞(oval cell)などの幹・前駆細胞が発生母地となる可能性が示唆されてきたが、詳細は不明な点が多い。われわれは、フローサイトメトリーを用いて純化したマウス胎児肝臓由来の肝幹/前駆細胞に対して、Bmi1を強制発現すると過剰な自己複製が惹起され、逆にノックダウンするとリプレーティング活性が有意に抑制されることを報告している。さらに、Bmi1を強制発現した肝幹/前駆細胞を免疫不全マウスに移植すると、肝癌と胆管癌の2つの構成要素を併せ持つ腫瘍が形成されることから、幹・前駆細胞における自己複製制御異常が、重要な発癌イベントの1つであると考えられた。近年、白血病のみならず様々な固形腫瘍における癌幹細胞の存在が報告されている。そこで、申請者らは、インフォームドコンセントの得られた肝癌臨床サンプルからの癌幹細胞分離を試みた。死細胞・非腫瘍細胞を除去した単細胞浮遊液を調整し、複数の幹細胞マーカーに着目してフローサイトメトリー解析を行った。その結果、CD133、CD90陽性細胞分画が、それぞれ11例中3例(0.33-3.56%)、9例中6例(0.84-44.23%)で検出された。しかし、NOD/SCIDマウスに対する異種移植では腫瘍形成は確認できず、今後はより免疫不全の重篤なNOGマウスを使用したり、培養系のspheroid cultureなどを併用して再検討する予定である。一方で、病理学的検討により、ポリコーム(PcG)遺伝子群タンパクBMI1およびEZH2が、約70%の肝癌において高発現しており、術後再発に関与している可能性を見出した。マウス正常肝幹細胞にBmilを強制発現すると腫瘍形成能が獲得されることや、肝癌培養細胞株において癌幹細胞として機能するside population(SP)細胞がBMI1によって維持されていることから、肝癌における癌幹細胞システムの成立・維持におけるPcG遺伝子群タンパクの重要性が示唆された。
新しい病態概念"筋原性高尿酸血症"に関する基礎的および臨床的研究

高尿酸血症(痛風)の成因については,これまで肝における尿酸合成機構や腎における尿酸排泄機構が研究されてきたが,骨格筋のはたす役割はまったく不明であった.私共は糖原病VII型に認められる高尿酸血症の分析から,骨格筋から放出される筋原性因子によって高尿酸血症が発現するという新しい病態概念"筋原性高尿酸血症"を明らかにした.本研究の目的は筋原性因子の本体を解明するとともに,他の代謝性ミオパチー症患郡において"筋原性高尿酸血症"がひろく存在することを証明することである.(1)基礎的研究:(電気的刺激下筋運動に伴う筋内のプリン体代謝)ラット白筋では筋運動の結果ATPは減少し,減少分はIMPとして筋内に保持されるがその一部はさらに異化代謝される.赤筋ではプリン体異化代謝は活発ではないが,虚血条件下では明確に認められる.(2)臨床的検討:(阻血下前腕運動試験)糖原病III, V, VII型患者では,肘静脈血中の乳酸はほとんど増加しないが,アンモニア,イノシン,ヒポキサンチンは著明な増加反応を示した.同様の反応は後天性疾患である特発性副甲状腺機能低下症に伴うミオパチーにおいても認められた. (エルゴメーター運動試験)糖原病III, V, VII型患者では全身循環血中のアンモニア,イノシン,ヒポキサンチンは著しく増加し,引き続いて血中尿酸も増加した.この時尿酸の尿中排泄量の増加も認められ,血中尿酸値の上昇は尿酸合成増加によると考えられた. (長時間のベッド安静)糖原病VII型患者では,長時間安静のみで,血中ヒポキサンチンは急速に正常化し,尿酸濃度は徐々に低下した.尿中尿酸排泄量も減少した.以上より,糖原病III, V, VII型など筋におけるエネルギー産生不全を示す病態では共通して,運動時に骨格筋のプリン体異化が著しく亢進しており,過剰に血中に放出された代謝産物(イノシン,ヒポキサンチン)により高尿酸血症が発現する.高尿酸血症(痛風)の成因については,これまで肝における尿酸合成機構や腎における尿酸排泄機構が研究されてきたが,骨格筋のはたす役割はまったく不明であった.私共は糖原病VII型に認められる高尿酸血症の分析から,骨格筋から放出される筋原性因子によって高尿酸血症が発現するという新しい病態概念"筋原性高尿酸血症"を明らかにした.本研究の目的は筋原性因子の本体を解明するとともに,他の代謝性ミオパチー症患郡において"筋原性高尿酸血症"がひろく存在することを証明することである.(1)基礎的研究:(電気的刺激下筋運動に伴う筋内のプリン体代謝)ラット白筋では筋運動の結果ATPは減少し,減少分はIMPとして筋内に保持されるがその一部はさらに異化代謝される.赤筋ではプリン体異化代謝は活発ではないが,虚血条件下では明確に認められる.(2)臨床的検討:(阻血下前腕運動試験)糖原病III, V, VII型患者では,肘静脈血中の乳酸はほとんど増加しないが,アンモニア,イノシン,ヒポキサンチンは著明な増加反応を示した.同様の反応は後天性疾患である特発性副甲状腺機能低下症に伴うミオパチーにおいても認められた. (エルゴメーター運動試験)糖原病III, V, VII型患者では全身循環血中のアンモニア,イノシン,ヒポキサンチンは著しく増加し,引き続いて血中尿酸も増加した.この時尿酸の尿中排泄量の増加も認められ,血中尿酸値の上昇は尿酸合成増加によると考えられた. (長時間のベッド安静)糖原病VII型患者では,長時間安静のみで,血中ヒポキサンチンは急速に正常化し,尿酸濃度は徐々に低下した.尿中尿酸排泄量も減少した.以上より,糖原病III, V, VII型など筋におけるエネルギー産生不全を示す病態では共通して,運動時に骨格筋のプリン体異化が著しく亢進しており,過剰に血中に放出された代謝産物(イノシン,ヒポキサンチン)により高尿酸血症が発現する.初年度にあたる本年は、骨格筋におけるエネルギー代謝とプリン体異化代謝に関する基礎的検討を行い、以下の研究成果を得た。まず、実験動物(ラット)を用いて電気刺激下筋運動に伴う筋肉内のプリンヌクレオチド,プリンヌクレオシド,オキシプリン,グリコーゲン,ホスホクレアチン含量の変動を分析した。好気的条件下では、白筋において、グリコーゲン,ホスホクレアチンが減少するのに伴いアデニンヌクレオチドプールも減少し、IMP,イノシン、ヒポキサンチンが著増した。赤筋では、この様な変動は見られなかった。運動時の筋プリンヌクレオチド分解は、解糖系への依存が大きい白筋で活発であることを明らかにした。嫌気的条件下では、赤筋においてもプリンヌクレオチドの分解を認めた。これは、赤筋では酸化的リン酸化反応への依存が大きいことに基づく所見である。次に筋糖原病を中心とする代謝性ミオパチー患者を対象に、私共が改良考案した部分的阻血下前腕運動試験を行い、肘静脈血中のメタボライトの変動を分析した。糖原病【III】型,【V】型,【VII】型では

乳酸はほとんど増加しないが、逆にイノシンやヒポキサンチンが著しく過大に増加し、運動時に患者骨格筋から血中へ多量のプリン代謝物質が放出される新知見を得た。さらに【III】型,【V】型,【VII】型ではアンモニアも過大に増加することから、骨格筋の解糖障害に起因して、AMP→IMP+アンモニア→イノシン→ヒポキサンチンの異化反応で示されるプリンヌクレオチド分解が亢進することを明らかにした。筋肉内にグリコーゲンは蓄積するが運動筋のエネルギー代謝に障害のない糖原病【II】型では、乳酸,アンモニア,ヒポキサンチンの各反応は正常であった。原発性副甲状線機能低下症に伴うミオパチーでは、乳酸に比べ相対的にアンモニア,ヒポキサンチンが過大反応を示し、筋プリンヌクレオチド分解が軽度亢進することも明らかにした。
磁界測定を用いた細胞・器官レベルでの化学物質有害性評価法の開発

【緒言】わが国では、毎年数千種類の化学物質が新たに製造されており、人体に対する影響の有無を予知するシステムの構築が求められている。特に、有害性の明らかな石綿の代替品として使用されている人造非晶質繊維の安全性評価は重要であると考えられる。本研究では、代表的な人造非晶質繊維であるロックウール(RW)、酸化チタン(TiO_2)、チタン酸カリウムウイスカ(PT)、マイクログラスファイバー(MG)と、インジウム砒素(InAs)、コピートナー、酸化カドミウム(Cd0)の細胞傷害性とRWの動物肺への滞留性実験を行い、細胞・器官レベルでの安全性評価システムの構築を試みた。【方法】1)in vitro実験:フィッシャー系雄性ラットから、気管支肺胞洗浄により得られた肺胞マクロファージ(AM)に、緩和の指標となる四三酸化鉄粒子を添加し、さらに実験群には目的添加物質を加え、陰性対照と同様に炭酸ガス培養器にて37°Cで18時間培養した。細胞骨格の機能を評価できる細胞磁界測定は培養後、各群のAMを外部より磁化し、磁化後20分間の残留磁界を測定し、その減少速度(緩和)を評価した。細胞外逸脱酵素測定は細胞磁界測定で使用した培養液に含まれる乳酸脱水素酵素の(LDH)活性値を測定した。DNA ladder検出法は培養後、各群のAMよりDNAを抽出し、アポトーシスの有無を検討した。さらに、電子顕微鏡による形態学的観察を行った。2)in vivo実験:A, B.C社製RWをそれぞれ目標繊維数濃度100繊維/m^3に設定し,雄性ラットを用いて1日3時間5日間鼻部吸入曝露を行い曝露直後,1,2,4週後に屠殺し、肺を灰化後、位相差顕微鏡により肺内繊維数およびサイズ(長径・短径)から肺内繊維滞留率を検討した。またA社のRWについては、1日6時間5日間鼻部吸入曝露も行った。【結果および考察】1)in vitro実験:磁界測定およびLDH逸脱を指標とする人造非晶質繊維の細胞有害性は、TiO_2,PT>MG>RWであった。粒子状と繊維状のTiO_2の有害性を比較したところ、繊維状のTiO_2に細胞有害性を認めた。したがって化学組成と共に形状も生体影響の発現に関与していることが示唆された。その他の物質では、Cd0の有害性が強く、InAs、コピートナーはほとんど有害性を示さなかった。2)in vivo実験:吸入曝露後の繊維滞留性試験は、肺の線維化および発がん性の評価に利用されている。RWのラット鼻部曝露後の肺滞留性を観察た結果、肺内繊維数およびサイズは直後から4週にかけて減少し、既報の石綿と比べて肺内繊維滞留性が低いことがわかった。また肺における病理学的変化は軽微だった3)細胞・器官レベルでの評価:RWについては、細胞と肺の有害性評価を行い、両者の結果はほぼ一致した。したがって細胞有害性評価を一次に、器官評価を二次の評価として行う可能性が示された。今後は、細胞で有害性が疑われた物質について、肺滞留性試験を行う必要がある。

したがって化学組成と共に形状も生体影響の発現に関与していることが示唆された。その他の物質では、Cd0の有害性が強く、InAs、コピートナーはほとんど有害性を示さなかった。2)in vivo実験:吸入曝露後の繊維滞留性試験は、肺の線維化および発がん性の評価に利用されている。RWのラット鼻部曝露後の肺滞留性を観察た結果、肺内繊維数およびサイズは直後から4週にかけて減少し、既報の石綿と比べて肺内繊維滞留性が低いことがわかった。また肺における病理学的変化は軽微だった3)細胞・器官レベルでの評価:RWについては、細胞と肺の有害性評価を行い、両者の結果はほぼ一致した。したがって細胞有害性評価を一次に、器官評価を二次の評価として行う可能性が示された。今後は、細胞で有害性が疑われた物質について、肺滞留性試験を行う必要がある。【緒言】人造鉱物繊維の一種であるロックウール(RW)は、石綿代替物質として断熱・保湿・不燃・増強などの建築材料に使われている。しかしこのRWについても、研究報告数が少ないために、呼吸器に対する安全性は未だ明らかとは言えない状況にある。そこで、本年度の研究では、RWが肺胞マクロファージ(AM)に及ぼす影響について、石綿の代表物質であり、傷害性が報告されているクリソタイルファイバー(CF)と比較検討を行った。【材料調製】オスのフィッシャー系ラットに気管支肺胞洗浄を行い、得られたAMは培養液で調製後、緩和の指標となる四三酸化鉄を添加し、さらに実験群にはRWの最終濃度が50,100,150μg/mlとCFの最終濃度が50μg/mlとなるように調製するとともに、陰性対照群には燐酸緩衝液(PBS)を加え、炭酸ガス培養器にて37°Cで18時間培養した。【分析方法】細胞磁界測定では、培養後、各群のAMを外部より磁化し、磁化後20分間の残留磁界を測定した。細胞外逸脱酵素測定では、細胞磁界測定で使用した培養液を採取し、その中に含まれる乳酸脱水素酵素の活性値を測定した。DNA ladder検出法では、培養後、各群のAMよりDNAを抽出しアポトーシスの有無を検討した。【結果および考察】細胞磁界測定により、RW添加群とPBS添加群は迅速な緩和が認められ、CF添加群は遅延した緩和を示した。一方、細胞外逸脱酵素測定からは、各群間に有意差は認められなかった。また、DNA ladder検出法からも、各群に陽性反応は認められなかった。更に、電子顕微鏡観察からは、CF添加群に細胞の変形が認められたが、RW添加群はほぼ正常であった。以上の事から、RWはCFに比較して、細胞傷害性は低い事が示唆された。今後は、in vivo実験によるRWの肺傷害性を検討することが課題として残された。【緒言】人造鉱物繊維の一種であるロックウール(RW)は、石綿代替物質として断熱・保温・不燃・増強などの建築材料として使われている。しかし、このRWについての研究報告数が少ないために、呼吸器に対する安全性は未だ明らかとは言えない状況にある。昨年度の本研究では、RWが肺胞マクロファージ(AM)に及ぼす影響について、石綿の代表物質であり、傷害性が報告されているクリソタイルファイバー(CF)と比較検討を行い、CFに比較して、細胞傷害性が低い事が示唆された。今年度はRWと同じ人造鉱物繊維の一種であるMicro glass fiber (MG)について、安全性を検討した。【材料調整】
元素添加で著しく圧電性能が高くなるAlNのナノファブリケーションと表面物性の研究

ナノロッドの基板となるナノピラー群の作製はシリコン基板のエッチング加工で進めているが、本年度はその過程の中フォトリソグラフについてマスク法やEB法を試みた。EB法では直径50nm以下のナノピラー群を作製できたが、均一性に問題があった。マスク移動による2重露光法により、120nm程度のピラー群を均一に加工することができた。作製したナノピラー群を用いて反応性スパッタリング法によりAlNの析出実験を行った結果、シャドーイング効果を狙った基板傾斜を行わなくても、AlNはピラー上へ優先析出・成長することが分かった。このときのAlNの粒子径は100nm程度なので、現在、直径が100nm以下のピラー群の加工を試みている。ナノロッドの基板となるナノピラー群の作製について検討した。シリコン基板をエッチングすることで作製を試みている。まず、リソグラフをマスクを用いたステッパーによる方法では、エッチング加工後に直径500nmおよび1μ程度のピラー群を作製することができた。この基板上にAlNをスパッタリングで作製した結果、基板傾斜無しでもピラー上への優先析出・成長が確認できた。この時のAlNの粒子径は100nm程度であったので、直径100nm以下のピラー群を加工を試みた。リソグラフをEB法で描写した直径50nmのピラー群になり得る構造を描画できたが、チャージアップ等のせいか、均一性に問題があった。次に、マスクを移動させて露光する2重露光法を試みた結果、直径120nm程度ピラー群を均一に作製することができた。直径120nm程度ピラー群を均一に加工できた2重露光法を更に検討して、100nm以下のナノピラー群の作製を試みる。その後、AlNナノロッドの作製条件を検討する。低圧力や高温での成膜実験を行い、アスペクト比の高い形態の作製を試み、ロッドになる条件を探索する。ScAlNとAlNのそれぞれのナノロッドを作製し、その相分離挙動に着目しながら、構造解析を進める。シリコン基板加工に関する物品費や旅費が予定よりも安く済んだ。しかし、当該年度内に追加で加工実験をするには不十分であったため、次年度の予算と合わせることで一層の加工実験ができると考えた。