hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
医薬品の体内消失クリアランスの肝・腎ふりわけを支配する要因の解析

このような薬物の消失ルート(肝腎ふりわけ)は、薬物によって大きく異なることから、薬物の物性に応じた何らかの生体機構が関与するものと考えられてきた。本研究では薬物の肝腎ふりわけを決定する重要な因子と考えられる薬物トランスポーターの発現と薬物輸送に関する機能を明らかとすることで、肝腎ふりわけの決定因子を明らかにすることを目指した。本年度の研究から、肝臓に発現する薬物トランスポーターMRP3は、各種薬剤(フェノバルビタールなど)や胆汁うったいなどの処理により、その発現が誘導されること、その少なくとも一部は遺伝子発現レベルで起こることを明らかとした。また本トランスポーターが血液側に発現し、種々薬物やそのグルクロン酸抱合体の他、胆汁酸を基質とすることも明らかとした。これらの知見は、薬物の肝腎ふりわけを考える上で、肝細胞の血液側での取り込みトランスポーター、胆管側での排泄トランスポーターの他に、血液側での排出トランスポーターをも考慮に入れる必要性を示唆する。さらに胆汁うったいにおけるトランスポーターレベルの変動が起こりうることから、肝腎ふりわけの比率も正常時、病態時において異なる可能性が考えられる。新規有機アニオントランスポーターOAT4を胎盤より遺伝子クローニングし機能解析を行った。本トランスポーターは腎臓の管腔側に発現することから、ある種の薬物の肝腎ふりわけの決定因子の一つである可能性があり、今後さらなる検討が必要である。
葉緑体の系譜の葉緑体遺伝子全構造からの解明

本研究では今年度は各種の藻類を用いてその葉緑体遺伝子の構造を解明する実験を行った。緑藻類では、UllvalesのBryosis sp.(ミナトハネモと呼ばれ東京湾内に生息、とくに千葉県富津の海岸で多数の固体が見られる)、VolvocalesのGonium quadratumおよびZygnematalesのClosterium acerosumを用いた。黄色藻類では珪藻類のThalassiosira sp.(珪藻類のなかでは非常の生育が早く細胞が多量に入手可能)を用い、渦鞭毛藻類ではAllexandrium hiranoi(渦鞭毛藻類のなかでは非常に生育が良好である)を用いた。これらには、研究の開始当初用いる予定であるものとは異なったものもある。葉緑体DNAをエチジウムブロミドおよびビスベンズイミドによる超遠心により他のDNA(細胞質およびミトコンドリアDNA)と分離させ、これをシャロミッドにクローン化した。約50個のクローンの制限地図を作製し、これより全体の制限地図を推定した。これらの小断片をブルースクリプトにサブクローン化して、配列をシークエンサーで解読した。今年度は緑藻類から作業を進めた。Bryopsis sp.についてはシャロミッドライブラリーからEco RI制限地図を作製し、これらの小断片をサブクローン化して約30kbの配列を解読した。これらには、ATPaseなど多数の遺伝子配列を含んでいるが、全貌についてはまだ解析していない。Gonium quadratumについてはライブラリーを作製し、Closterium acerosumについては葉緑体DNAを分離した。珪藻類および渦鞭毛藻類については優先順位が低いことから作業は遅れており、現在20リットル規模で培養中である。上記の実験とは異なるが、クロロフィル組成がa,c型であるが緑藻類のクラミドモナス様形態を示す藻類についてその系統をssu rRNA配列から解明した結果、クロロフィル組成a,b型の緑藻類に近縁であることを明かとした。
有機燐光試料のコヒーレント制御

有機物の燐光材料は、安価に大量合成可能な自発的発光素子として高い応用性が期待できる。従来から、材料学の観点から様々な燐光収率の効率化が検討されてきた。本研究では、コヒーレント光パルスおよびその制御技術を転用して、光制御を通した燐光過程の制御、すなわち燐光過程のコヒーレント制御を目的としている。燐光試料励起用の紫外光源の開発をほぼ終え、本年度はその位相制御、パルス制御機構の開発を完了させた。紫外パルスは取り扱いが難しいため、透明媒質を用いた可変正分散機構を考案し、連続的に周波数チャープの掃引が可能になった。また、特定の周波数成分に限定した高速位相変調も可能とした。この位相制御の実演として、有機分子のCARS分光に応用し、広帯域高波数分解能のCARSスペクトル取得も可能であることを示した。さらに、高速変調性を拡張し、ヘテロダイン検出機構も独自に考案しS/Nの飛躍的向上にも成功した。安定的な燐光過程を示すサンプル試料としてこれまでに合成したステロイド埋没試料に対し、高感度分光装置と機械シャッターおよびそれらの動機システムを開発し、燐光特有の緩やかな強度減衰を観測した。これにより、先に開発した位相変調機構と組み合わせ、燐光の収率変化を観測できる。可視域の燐光材料の励起には必然的にそれよりも短波長の光源が必要になる。このため、燐光の制御実験に際しては青から紫外域の制御可能な光パルスの生成が不可欠となる。本年度はこのような目的のため、チタンサファイアレーザー発振器からの出力の第二高調波発生を利用した波長変換により400nm帯のフェムト秒パルスを生成に着手し、その特性評価系の構築、位相制御システムの設計を行った。研究計画との差異として、位相制御系に高い回折効率で近年注目を集めているVPH透過型回折格子を用意した。これにより、より大きい負分散が実現でき、計画時よりも高い制御性が期待できる。さらに、微弱な燐光を観測できるように、モノクロメータの出射側に高感度なEMCCDを装着した分光計を構築した。最初のデモンストレーションとして、青色超短パルス光による励起後の燐光強度の緩和減衰時間の測定を行った。上記のように、励起光源の整備および観測系の構築を順調に進め、計画の中枢に取り掛かる準備が完了した。
スピントロニクス材料ミクロ構造の分光学的検証

我々は本計画では計算機マテリアルデザイングループと緊密な連携をとりながら、スピントロニクス候補材料の構造と電子物性について、ラマン散乱および紫外/可視/赤外分光の立場から実験的に明らかにし、理論予測の検証を行うことを目標として研究を行った。具体的にはワイドギャップ半導体ベース磁性半導体の磁性不純物近傍の局所構造を評価した。希薄磁性半導体としてZnO:Coの微結晶と、マルチフェロイックス材料(ここでは反強磁性と強誘電性の融合材料)としてBiFeO_3、およびYMnO_3の多結晶、単結晶試料を取り上げ、電子顕微鏡観察や、ラマン散乱を中心とする振動分光法により基礎的物性を調べた、前者ではCoのZnサイトへの置換が行われる濃度限界を探った。これまでの研究では、10nm程度のナノ結晶においてもバルク結晶の時と同様にCo濃度は3mol%程度が不純物相析出を伴わないドーピング限度と思われる。現在、他機関との共同研究により磁気的性質の実験的検討に着手している。今のところ明白な強磁性的秩序発現は観察されていないものの、幾つかの特徴ある兆候も見られていて今後の進展に大いに興味がもたれる。後者のマルチフェロイックス材料では、広範な温度領域の評価をもとに相転移近傍の異常が観測された。代表的な成果として、これまで詳しいフォノンスペクトル情報が皆無であったBiFeO_3系で温度変化と共にスペクトルが観察された。また特にYMnO_3ではネール点以下で明瞭にスピン-フォノン間の結合する模様が観察された。今後、フォノンスペクトルの詳しい解析をもとに転移点近傍の格子変形を調べ、これとスピン秩序形成がどのようになされていくのか、マルチフェロイックス材料固有である強誘電性発現とどう関係していくのか、微視的視点に立った解析に興味がもたれる。
生存データと予後因子を解析するプラットホーム非依存性の臨床統計プログラムの開発

プログラム言語「Perl」によって,クロスプラットフォームの生存時間解析プログラムを開発した.ユーザとプログラムのインタフェイスは"User.pm"というモジュールファイルとした.ユーザはこのファイルにデータファイル名,解析する共変量,さまざまなオプションを指定する.解析プログラムは"User.pm"を呼び込んで,その指定に応じて解析を行う.実装した生存時間解析手法には,以下のものがある.1)カプラン・マイヤー法を用いた生存率曲線の推定,2)ログランク検定あるいは一般化ウィルコクソン検定を用いた二つ以上の生存率曲線の比較,3)コックスの比例ハザードモデルによる多変量解析,4)層別化した,あるいは時間依存性の変数を含めたコックス回帰,5)比例ハザード性の検定を含めた回帰診断,6)ロジスティックモデル(条例なし最尤法と条件付最尤法)による多変量解析,7)ポアソン回帰モデルによる多変量解析,8)コックス回帰,ロジスティック回帰,ポアソン回帰で、変数の自動選択機能(変数減少法・増加法・増減法・総当り法).コックス回帰分析のタイデータに対する部分尤度の近似法としてはBreslow法,Efron法,Discrete法の3つを,生存率の推定にはBreslow法とKalbfleisch-Prentice法の2つを実装した.残差統計量としてはCox-Snell残差,Martingale残差,Deviance残差,Schoenfeld残差,Score残差などが計算できる.発表されているいくつものデータセットをもとに上記の解析を行い,その結旺を統計解析パッケージ「SAS」によるものと比較したが,すべてで一致した.開発したプログラムはWindows9xNT,MacOS,Unix(Linux)いずれの上でも動く.臨床腫瘍医がデータを解析する際に必須な道具である生存時間解析プログラムを言語「Perl」を用いて実装した.「Perl」はLarry Wallによって開発された文字列処理,ファイル処理,プロセス処理,通信処理など何でもこなす極めて多機能な汎用言語で,UNIX用に開発されたものであるが,Windows,Mac OS,OS/2など他のOSにも広く移植されている.Osに特化した機能を用いずに書かれた処理プログラムであれば異なった機種でもそのまま利用できる.実装した機能はカプラン・マイヤー法を用いた生存率曲線の推定,ログランク検定あるいは一般化ウィルコクソン検定(ゲーハン・ブレスローならびにピトー・プレンティス)を用いた二つ以上の生存率曲線の比較,Coxの比例ハザードモデル,ロジスティックモデルを基にした多変量解析である.データファイルはCSV形式のテキストファイルで,プログラムファイルにはモジュール(.pmファイル)とスクリプト(plファイル)がある.モジュールはさまざまな.plファイルから利用される一連の手続きが書かれたもので,.plファイルがuseを用いて呼び込む.ユーザとプログラムのインターフェイスはUSer.pmである.プログラムはUser.pmに書かれているさまざまなオプションやデータの入出力をもとに処理を行うので,通常はここにユーザ固有の設定を書いて,解析を施行する.すべては単にテキストファイルなので容易に変更・拡張できる.プログラム言語「Perl」によって,クロスプラットフォームの生存時間解析プログラムを開発した.ユーザとプログラムのインタフェイスは"User.pm"というモジュールファイルとした.ユーザはこのファイルにデータファイル名,解析する共変量,さまざまなオプションを指定する.解析プログラムは"User.pm"を呼び込んで,その指定に応じて解析を行う.実装した生存時間解析手法には,以下のものがある.1)カプラン・マイヤー法を用いた生存率曲線の推定,2)ログランク検定あるいは一般化ウィルコクソン検定を用いた二つ以上の生存率曲線の比較,3)コックスの比例ハザードモデルによる多変量解析,4)層別化した,あるいは時間依存性の変数を含めたコックス回帰,5)比例ハザード性の検定を含めた回帰診断,6)ロジスティックモデル(条例なし最尤法と条件付最尤法)による多変量解析,7)ポアソン回帰モデルによる多変量解析,8)コックス回帰,ロジスティック回帰,ポアソン回帰で、変数の自動選択機能(変数減少法・増加法・増減法・総当り法).コックス回帰分析のタイデータに対する部分尤度の近似法としてはBreslow法,Efron法,Discrete法の3つを,生存率の推定にはBreslow法とKalbfleisch-Prentice法の2つを実装した.残差統計量としてはCox-Snell残差,Martingale残差,Deviance残差,Schoenfeld残差,Score残差などが計算できる.発表されているいくつものデータセットをもとに上記の解析を行い,その結旺を統計解析パッケージ「SAS」によるものと比較したが,すべてで一致した.開発したプログラムはWindows9xNT,MacOS,Unix(Linux)いずれの上でも動く.
創傷治癒におけるbFGFとヘバラン硫酸プロテオグリカンの関与について

創傷治癒においてbFGFの結合性による創傷治癒への影響を検討した。初年度の実験の経過により、特に創部に存在する変性したコラーゲンであるゼラチンに注目した。ゼラチンは常温に近い温度でのゾルゲル変化が可能であり、条件により異なる等イオン点を得ることが可能である。そのため、bFGFと結合しやすいゼラチンを精製し、bFGFをポリイオンコンプレックスにより結合させ、ゼラチンに結合したbFGFを徐放化させる事を試みた。具体的には等電点9の酸性ゼラチンを担体としてもちいbFGFを結合させて、効率よい吸収と徐放化に成功した。また、II型糖尿病モデルマウスの背部に作製した全層皮膚欠損創にbFGF徐放性ゼラチンを貼付し、創傷治癒への影響を組織学的に検討した。ゼラチンと結合したbFGFは、肉芽形成を活発化させ、より厚い肉芽組織が形成されることが分かった。また、上皮の進展率も向上させることによって、創部の早期の上皮化を促すことが分かった。さらに創の収縮率も増すことが分かった。つまり、肉芽形成と上皮化を促進することにより、創傷治癒を促進させることがわかりそれを報告した。これらの作用は従来、bFGFにて認められる作用であるが、徐放化することにより非結合型のbFGFの単回投与よりもすぐれた効果であることが認められた。また、ゼラチンとbFGFは結合している場合も非結合状態と同様の作用を示すことが分かった。また、アンギオテンシンの皮膚での機能を調べ、アンギオテンシンレセプターの皮膚での局在と機能に関しても検討した。創傷治癒においてbFGFの結合性による創傷治癒への影響を検討しており、本年度は創部に存在する変性したコラーゲンであるゼラチンに注目した。次年度にはヘパリン硫酸プロテオグリカンとbFGFの影響を検討する予定である。
Ce^<3+>を活性イオンとする近紫外波長可変固体レーザー媒質の探索

紫外波長可変固体レーザーは紫外有機色素に代わる媒質として期待され、1980年ごろに報告されたCe:YLF、Ce:LaF3などが知られているのみであった。本研究では、共同研究者のロシア共和国のDubinskii教授らにより開発された新紫外波長可変レーザー結晶のCe:LuLiF4の特性評価と、Baryshinikov教授により育成された未知の結晶であるCe:YAPとCe:YSOについて評価を行った。まず、Ce:YAPとCe:YSOについてであるが、380-420nmに強い蛍光を発することが確認され、しかも、実用性の高いXeClエキシマレーザーでの励起が可能であることが解った。そこで、利得測定を行いレーザー媒質としての可能性を検討したが残念ながら、励起状態では吸収が生じるためレーザー媒質としては機能しないことが明らかになった。新紫外波長可変レーザー結晶のCe:LuLiF4に関しては超短パルス増幅媒体としての評価を行った。Ce:LLFは、300-345nmの広い蛍光を持ち、KrFエキシマレーザー励起で可能が可能である。利得測定の結果、323-335nmで利得が確認された。本研究で初めて明らかになったこの広い利得帯域幅は、超短パルスの発生・増幅にも利用可能である。しかも、最大単光路利得は5.5倍であり、飽和増幅エネルギーも色素レーザーの50倍にも達している。また、共焦点4光路増幅を構築したところ約100倍(透過光比)の利得が可能であった3。また、ピコ秒チタンサファイア増幅のパルスとQスイッチYAGレーザーの第二高調波の和周波による325nmのピコ秒パルスを同様の増幅器で増幅したところ50倍の利得(透過光比)が得られた。これにより紫外短パルスの直接増幅が固体レーザー媒質で初めて実現された。
FPGA の抽象モデル化とハードウェアアルゴリズムの評価の研究

FPGAを用いたさまざまな高速化を検討した結果,FDFM(Few DSP blocks and Few memory blocks)アプローチを考案した.最近のFPGAには,DSPブロックとメモルブロックが大量に搭載されている.我々が提案するFDFMアプローチとは、少数のDSPブロックとメモリブロックを用いて,複雑な計算をするコプロセッサを組み込むという考え方である.このアプローチにより,RSA暗号処理や画像のパターマッチングなどが高速に行えることを実証した.FPGAを用いたさまざまな高速化を検討した結果,FDFM(Few DSP blocks and Few memory blocks)アプローチを考案した.最近のFPGAには,DSPブロックとメモルブロックが大量に搭載されている.我々が提案するFDFMアプローチとは、少数のDSPブロックとメモリブロックを用いて,複雑な計算をするコプロセッサを組み込むという考え方である.このアプローチにより,RSA暗号処理や画像のパターマッチングなどが高速に行えることを実証した.FPGA(Field Programmable Gate Array)とは,ユーザの設計した論理回路データをダウンロードすることにより,内部回路を定義・変更することができる集積回路である.FPGAには,LUT(ルックアップテーブル),フリップフロップ,ブロックメモリ,乗算器,などの組込み回路が大量(数千数十万程度)に分散配置されており,それらの初期データとプログラマブル配線を設定することにより,任意の論理回路を埋め込むことができる.本研究の目的は,このFPGAのアーキテクチャをさまざまなレベルで抽象化したFPGAモデルを提案し,そのモデル上でさまざまな問題を解く効率よいハードウェアアルゴリズムを設計することである.FPGAには、信号処理用の組込みブロック(DSPブロック)が組込まれている.FPGAに様々なハードウェアアルゴリズムを実装して行く過程において,このDSPブロックを効率良く用いることが、高性能化の鍵となることがわかった.そこで今年度は,DSPブロックを対象としたモデル化について検討を行い、RSA暗号化・復号化のハードウェアアルゴリズムやコラッツの問題の計算を行うアルゴリズムの実装をFPGAに行った.これらのアルゴリズムは、DSPを効率良く用いており、高い動作周波数を持っている.モデル上の理論的な性能評価と実装した結果の性能を比較し,モデル化が妥当であることが分かった.FPGA(Field Programmable Gate Array)とは,ユーザの設計した論理回路データをダウンロードすることにより,内部回路を定義・変更することができる集積回路である.FPGAには,LUT(ルックアップテーブル),フリップフロップ,ブロックRAM,乗算器,などの組込み回路が大量(数千数十万程度)に分散配置されており,それらの初期データとプログラマブル配線を設定することにより,任意の論理回路を埋め込むことができる.本研究の目的は,このFPGAのアーキテクチャをさまざまなレベルで抽象化したFPGAモデルを提案し,そのモデル上でさまざまな問題を解く効率よいハードウェアアルゴリズムを設計することである.FPGAには、ブロックRAMが組込まれている.FPGAに様々なハードウェアアルゴリズムを実装して行く過程において,このブロックRAMを効率良く用いることが、高性能化の鍵となる。しかし、FPGAに搭載されているブロックRAMは、非同期読み出しをサポートしておらず、読み出しにクロック動作が必要である。一方非同期読み出しが可能であれば、入力したアドレスに対するデータを直ちに読み出すことが可能なので、回路設計は容易になる。そこで、回路設計は非同期読み出しを前提に行い、その回路を、等価性を保持したまま、自動的に同期読み出しに変換する手法を提案した。FPGA(Field Programmable GateArray)とは,ユーザの設計した論理回路データをダウンロードすることにより,内部回路を定義・変更することができる集積回路である.FPGAには,LUT(ルックアップテーブル),フリップフロップ,ブロックRAM,乗算器,などの組込み回路が大量(数千数十万程度)に分散配置されており,それらの初期データとプログラマブル配線を設定することにより,任意の論理回路を埋め込むことができる.本研究の目的は,この上FPGAのアーキテクチャをさまざまなレベルで抽象化したFPGAモデルを提案し,そのモデル上でさまざまな問題を解く効率よいハードウェアアルゴリズムを設計することである.今年度は我々がFDFM(Few DSP blocks and Fewmemory blocks)アプローチと呼ぶ新しいFPGAの設計手法を提案し、それをFPGAに実装して実用的であることを示した。最近のFPGAには、加算・乗算を高速に行うDSPブロックと高速アクセスが可能なブロックRAMを数多く搭載している。これらDSPブロックとブロックRAMをいかに活用するかというのが、FPGA設計の鍵となっている。我々が提案するFDFMアプローチとは、少数のDSPブロックとブロックRAMを用いて、複雑な計算をするコプロセッサを組み込むという考え方である。この方法により複雑な計算が少ないリソースで行うことができ、また高スループットが必要な場合はこのコプロセッサを大量に並べるということも可能であり、フレキシブルな設計が可能となる。今年度は、暗号化やニューラルネットワークの計算処理をFDFMアプローチで実装し、ほぼ最適な性能が得られた。FPGA(Field Programmable Gate Array)とは,ユーザの設計した論理回路データをダウンロードすることにより,内部回路を定義・変更することができる集積回路である.FPGAには,LUT(ルックアップテーブル),フリップフロップ,ブロックRAM,乗算器,などの組込み回路が大量(数千数十万程度)に分散配置されており,それらの初期データとプログラマブル配線を設定することにより,任意の論理回路を埋め込むことができる.本研究の目的は,このFPGAのアーキテクチャをさまざまなレベルで抽象化したFPGAモデルを提案し,そのモデル上でさまざまな問題を解く効率よいハードウェアアルゴリズムを設計することである.昨年度我々が提案したFDFM(Few DSP blocks and Few memory blocks)アプローチを用いて,今年度はサポートベクタマシンと呼ばれる学習機械をFPGAに実装した.我々が提案するFDFMアプローチとは、少数のDSPブロックとブロックRAMを用いて,複雑な計算をするコプロセッサを組み込むという考え方である。

この方法により複雑な計算が少ないリソースで行うことができ、また高スループットが必要な場合はこのコプロセッサを大量に並べるということも可能であり、フレキシブルな設計が可能となる.さらに,FPGAに高速パターンマッチングアルゴリズムや多倍長演算対応CPUを実装し,性能評価を行った.特に,多倍長演算対応CPUを用いて,RSA暗号化のための多倍長演算アルゴリズムを実装した.RSA暗号化をハードウェア実装するのは複雑であり,設計が困難であった.多倍長演算CPUはこれをソフトウェア的に容易に実装でき,かつハードウェア実装と同等の性能が実現できる.FPFMアプローチと呼ぶ新しいFPGA設計を考案して、それが極めて高性能なことを実証した。当初の研究予定にはない斬新なアイデアであり、しかもそのアイデアの有効性を示せたという意味で計画以上に進展していると言える。24年度が最終年度であるため、記入しない。FDFMアプローチの有効性についてさらに研究を実証するとともに、一昨年度まで行ったグラフ書き換えアプローチによる設計手法についても研究をすすめる。
ヒトiPS細胞由来アルツハイマー病神経細胞を用いた吸入麻酔薬毒性評価モデルの確立

神経細胞に分化誘導しPresenilin-1遺伝子を導入したヒトiPS細胞(ADニューロン)に対して、セボフルランを作用させ、細胞の活性、アポトーシスの誘導、およびアミロイドβの培養液中への放出について、コリン作動性神経細胞と比較検討した。セボフルラン5%を6時間作用させた場合、ADニューロンでは、ミトコンドリア機能が低下しやすく、活性酸素種の増加やアミロイドβ1-42の産生の割合が増加しやすい傾向が示された。平成27年度は、ヒトiPS細胞由来PS1遺伝子導入型アルツハイマー病神経細胞モデルにおけるセボフルランの毒性評価に着手した。ヒトiPS細胞由来コリン作動性神経幹細胞およびPS1遺伝子導入型アルツハイマー病神経細胞モデルを、96ウェルプレートに30000cell/wellの密度で播種し、培養を開始し、隔日で培地交換を行いながら維持培養を行った。21日間培養したのち、21%酸素+5%二酸化炭素下でセボフルラン5%を6時間作用させ、以下の実験を行った。1アミロイドβタンパクの定量:セボフルラン曝露終了後、培養上清をサンプリングし、ヒトβアミロイド(1-40)ELISAキットおよびヒトβアミロイド(1-42)ELISAキットによる測定を行った。2Caspase-3/7活性測定キット(ApoToxGlo Assay)により、発光プレートリーダーによる反応の定量により、アポトーシスの定量を行った。3Mitochondrial ToxGlo Assayにより、セボフルランの毒性がミトコンドリア機能に依存するかどうかを検討した。4ROSGlo Assayによる活性酸素種産生の定量5NAD+/NADH-Glo Assay kitによるNAD+/NADH比の定量を行った。セボフルランの投与により、有意な変化が観察されたものの、変化としては全体的に軽微であったため、今後は低酸素や炎症性サイトカインの添加などにより、より大きな変化が得られるかどうかについて検討する。ヒトiPS細胞由来PS1遺伝子導入型アルツハイマー病神経細胞モデルにおけるセボフルランの毒性評価を行った。ヒトiPS細胞由来コリン作動性神経幹細胞(RN-Ach)およびPS1遺伝子導入型アルツハイマー病神経細胞モデル(RN-AchAD)を、96ウェルプレートに30000cell/wellの密度で播種し、14日間培養したのち、21%酸素+5%二酸化炭素下でセボフルラン5%を8時間作用させ、以下の実験を行った。1アミロイドβタンパクの定量:セボフルラン曝露終了後、培養上清をサンプリングし、ヒトβアミロイド(1-40)およびヒトβアミロイド(1-42)を測定した。2Caspase-3/7活性の測定:ApoToxGlo Assayによる処理を行い、発光プレートリーダーによる定量により、Caspase-3/7活性を測定した。3ミトコンドリア機能の評価:Mitochondrial ToxGlo AssayによるATP産生量の定量。4NAD+/NADH-Glo Assay kitによるNAD+/NADH比の定量RN-AChにおいて、セボフルランへの曝露により、Caspase-3/7活性が上昇したが、NADH/NAD+比には変化が認められなかった。これに対して、RN-AChADにおいては、同じく、Caspase-3/7活性が上昇し、NADH+/NAD比の上昇とミトコンドリア電位の低下が認められ、ミトコンドリアの機能障害が認められた。ヒトβアミロイドの(1-42)/(1-40)比は、RN-AChADにおいて優位な上昇を認めていた。これらの結果によりPS1遺伝子導入型アルツハイマー病神経細胞モデルでは、5%セボフルランへの6時間曝露により、ミトコンドリア機能の抑制を受けやすく、ヒトβアミロイドの(1-42)/(1-40)比が上昇しやすくなる傾向があることが示唆された。平成26年度は培養細胞の吸入麻酔薬への曝露装置などについて、準備を進め、順調にミトコンドリア活性、ミトコンドリア膜電位、caspase活性などの定量実験を施行するところまできた。今後、培養条件を変化させたりすることで、より顕著な反応が見られるかを検討する予定である。麻酔科学平成27年度は平成26年度に行った実験系について、低酸素や炎症性サイトカインの添加などにより、より大きな変化が得られるかどうかについて検討する。また、電子顕微鏡標本を作製し、ミトコンドリアをはじめとする細胞小器官の形態の比較を行う。また、グルタミン酸作動性ニューロンについても比較検討を視野に入れたいと考えている。培養細胞等の実験材料を購入した結果少額の端数金額が残ったため、次年度使用額として繰り越した。平成27年度の配分額と合わせて細胞・反応試薬をはじめとする実験材料の購入に充てる予定である。
齲蝕予防・治療を目的としたpH・カルシウム蛍光イメージングによる齲蝕モデルの構築

歯垢中の細菌が糖代謝によって産生した酸が歯の表面を脱灰することにより、う蝕が生じる。従って、歯質-バイオフィルムインターフェイスにおいて、脱灰の原因となる酸と脱灰の結果として歯質成分であるハイドロキシアパタイトから溶出するカルシウム量を同時にモニタリングすることは、歯の脱灰の様相を解明するために必要である。本研究では、pHおよびカルシウム蛍光試薬を用いて、歯面上のバイオフィルム内部のpHおよびカルシウムの変化を経時的にイメージングする齲蝕モデル系を構築することを目的としている。さらに、う蝕予防および治療材料の細菌に対する酸産生抑制効果や歯質の脱灰抑制効果を比較検討することは、効果的なう蝕予防および治療法を確立するために不可欠である。今年度は、フッ化ナトリウムおよびフッ化ジアンミン銀塗布歯面上の細菌中の銀量やフッ素量を測定した。その結果、昨年度に検討したフッ化物塗布後の歯面(歯冠エナメル質、根面象牙質)と細菌のインターフェイスにおけるpH低下抑制効果およびカルシウム溶出量の減少が、銀やフッ素の効果であると推察された。さらに、これらフッ化物の効果の持続性についても検討したところ、塗布後1週間で、細菌への代謝抑制効果は減少するものの、歯の表面からのカルシウム溶出量の減少が認められたことから、フッ化物により、歯の耐酸性が増加していることが示唆された。今後は、pH、カルシウムに加えて、フッ素など機能性材料から溶出する成分の動態を同時にモニタリングし、う蝕の予防・治療に効果のある材料・食品・薬剤等の評価への応用も考慮した齲蝕モデル系を模索し、構築していく予定である。本研究の脱灰評価にウシの歯が試料として必要であり、仙台中央食肉卸売市場株式会社より定期的にウシの歯を購入していた。しかし、平成30年度に担当者の都合により購入ができなくなったため、研究が行えない期間があった。そのため、当初の研究計画の遅延が生じたのでこの区分とした。歯質-バイオフィルムインターフェイスのpH、カルシウム、フッ素の動態を同時にモニタリングするう蝕モデル系を構築する。すなわち、細菌の糖代謝後の酸浸透の様子や、歯の表面からの脱灰によるカルシウム量の変化をモニタリングすることで、脱灰が生じるpHおよびその持続時間などを明らかにし、歯冠エナメル質と根面象牙質の脱灰のメカニズムの詳細解明を行う。さらに、歯面にフッ化物を塗布後あるいはフッ素徐放性のセメントやレジンなどの歯科修復材料を歯に充填した後の水素イオン、カルシウムイオン、フッ化物イオンの経時的な変化を観察し、各材料のpH低下抑制、脱灰抑制機能を評価する。このう蝕モデル系を用いて、より精度の高いう蝕研究へ展開し、う蝕の予防・治療に効果のある材料・食品・薬剤等の評価への応用を目指す。歯面に付着するバイオフィルム中の細菌が糖代謝し、産生した酸により、歯の表面が脱灰されることで齲蝕が生じる。従って、歯質ーバイオフィルムインターフェイスにおいて、脱灰の原因となる酸と脱灰の結果として歯質成分であるハイドロキシアパタイトから溶出するカルシウム量を同時にモニタリングすることは、歯の脱灰の様相を解明するために必要である。今年度は、主にカルシウム蛍光イメージング法の確立を試みた。ウシの中切歯を解剖学的歯頚線付近で切削器具(精密切断機アイソメットLS:新規購入等)を用いて歯冠と歯根に切断し、歯冠エナメル質および根面象牙質の試料とし、アクリル板で作製した実験装置に固定した。乳酸緩衝液にカルシウム結合蛍光試薬(Fluo 3)を混合したものを歯質表面に添加し、歯質表面から溶出したカルシウム量の変化を、リアルタイムかつ経時的にモニタリングした。すなわち、微量カルシウムの検出が可能なFluo 3と歯質表面から溶出したカルシウムを結合・発色させ、蛍光実体顕微鏡(Leica, M165 FC)により蛍光強度を可視化することで、歯質表面から溶出したカルシウムを検出した。今後は、pHとカルシウムの動態を同時にモニタリングする齲蝕モデル系を構築していく予定である。今年度は、カルシウムの蛍光イメージングに加えて、pH蛍光イメージング法の確立も行う予定であったが、pH蛍光試薬(C-SNARF-4)を用いて、pHをモニタリングするための最適条件の検討が十分に行うことができなかった。そのため当初の計画より変更を生じたのでこの区分とした。歯垢中の細菌が糖代謝によって産生した酸が歯の表面を脱灰することにより、齲蝕が生じる。今年度は、齲蝕関連細菌として代表的なStreptococcus mutansによる人工バイオフィルムを用いて、糖代謝中のバイオフィルム内のpH分布をpH感受性蛍光試薬(C-SNARF-4)により可視化することを試みたが、バイオフィルム内のpH分布を精度良くモニターすることが現時点では困難であることが分かった。

また、齲蝕予防および治療材料の細菌に対する酸産生抑制効果や歯質の脱灰抑制効果を比較検討することは、材料の評価を行うために重要である。そこで、フッ化物塗布後の歯面(歯冠エナメル質、根面象牙質)のpH低下抑制およびカルシウム溶出量を検討したところ、特にフッ化ジアンミン銀塗布歯面において、細菌の糖代謝により産生される乳酸量の減少、pH低下抑制および溶出カルシウム量の減少が認められた。さらに、既存及び新規の修復材料を用いて材料-バイオフィルムインターフェイスの糖代謝・酸産生に及ぼす影響について検討したところ、フッ素徐放性修復材料はインターフェイスのpH低下を抑制することが明らかとなった。今後は、pH、カルシウム、フッ素の動態を同時にモニタリングし、齲蝕の予防・治療に効果のある材料・食品・薬剤等の評価への応用も考慮した齲蝕モデル系を構築していく予定である。今年度は、細菌の糖代謝中のバイオフィルム内のpH蛍光イメージング法の確立を行う予定であったが、pH蛍光試薬を用いて、バイオフィルム内のpH分布を精度良くモニターすることが困難であることが分かった。従って、次年度に行う予定であった齲蝕予防および治療材料のpH低下抑制効果と脱灰抑制効果の比較検討を、微小pH電極およびカルシウム結合蛍光試薬を用いて行った。そのため当初の計画より変更を生じたのでこの区分とした。歯垢中の細菌が糖代謝によって産生した酸が歯の表面を脱灰することにより、う蝕が生じる。従って、歯質-バイオフィルムインターフェイスにおいて、脱灰の原因となる酸と脱灰の結果として歯質成分であるハイドロキシアパタイトから溶出するカルシウム量を同時にモニタリングすることは、歯の脱灰の様相を解明するために必要である。本研究では、pHおよびカルシウム蛍光試薬を用いて、歯面上のバイオフィルム内部のpHおよびカルシウムの変化を経時的にイメージングする齲蝕モデル系を構築することを目的としている。さらに、う蝕予防および治療材料の細菌に対する酸産生抑制効果や歯質の脱灰抑制効果を比較検討することは、効果的なう蝕予防および治療法を確立するために不可欠である。今年度は、フッ化ナトリウムおよびフッ化ジアンミン銀塗布歯面上の細菌中の銀量やフッ素量を測定した。その結果、昨年度に検討したフッ化物塗布後の歯面(歯冠エナメル質、根面象牙質)と細菌のインターフェイスにおけるpH低下抑制効果およびカルシウム溶出量の減少が、銀やフッ素の効果であると推察された。さらに、これらフッ化物の効果の持続性についても検討したところ、塗布後1週間で、細菌への代謝抑制効果は減少するものの、歯の表面からのカルシウム溶出量の減少が認められたことから、フッ化物により、歯の耐酸性が増加していることが示唆された。今後は、pH、カルシウムに加えて、フッ素など機能性材料から溶出する成分の動態を同時にモニタリングし、う蝕の予防・治療に効果のある材料・食品・薬剤等の評価への応用も考慮した齲蝕モデル系を模索し、構築していく予定である。本研究の脱灰評価にウシの歯が試料として必要であり、仙台中央食肉卸売市場株式会社より定期的にウシの歯を購入していた。しかし、平成30年度に担当者の都合により購入ができなくなったため、研究が行えない期間があった。そのため、当初の研究計画の遅延が生じたのでこの区分とした。
汎用グラフィックカードを用いた格子QCD計算の加速法の研究

本研究ではNvidia社のグラフィックカード(GPU)を用い、格子QCD計算のクォークソルバーをGPUで計算するプログラム開発した。1CPUを用いるこれまでの方法に比べて1枚のGPUを使うことで710倍の高速化が得られた。ブロック化したソルバーに含まれる独立な線形問題を各GPUに割り当てる算法を開発し、複数GPUによる並列計算を可能にした。これを用い10フレーバーSU(3)ゲージ理論の結合定数の計算を行った。複数のPCのGPUを用いる並列加法的シュワルツ法による前処理法を開発したが、通信が律速となり良い結果が得られなかった。本年度はNvidia製汎用グラフィックカード(GPU)を搭載するPCを購入し、そこで、格子QCDのクォークソルバーの開発を行った。汎用グラフィックカードで用いたプログラミング言語はCUDAと呼ばれる言語である。当初の計画通り、CPU側で倍精度計算を行い前処理として単精度の計算をGPUで行わせる混合精度計算に成功した。今回作成したプログラムは0(a)改良されたWilsonクォーク作用のクォーク伝播関数を計算する連立一次方程式を反復法で解くものである。すべての計算をCPUで倍精度計算する場合に比べて、CPUとGPUを組み合わせた混合精度計算の場合、格子サイズが8^3x16から16^3x32までは計算速度が7倍速くなることを確認した。一方、格子サイズが4^3x8の場合、計算量が比較的小さいため、GPU上の全てのプロセッサーを使いきることができないため、CPUのみの計算に比べて却って計算時間は遅くなった。以上の結果から、GPUで計算するためには出来るだけ大量の計算をGPUに担当させる必要があることが分かった。GPUカードによる加速は非常にコストパフォーマンスが良いことが分かった。今回の成果では1台のPC+GPUについての経験を得ることが出来た。次年度では、これらのことをふまえて、複数台のPC+GPUを用いた並列計算について研究を行う。当初の計画通り,今年度は4台のPC+GPUを用いた格子QCDの並列計算について研究を行った。前年度と同じWilson型クォークに対するクォーク伝播関数を計算するプログラムをMPIにより並列化し,4台のCPUによる並列化を行い,その後,各PCにあるGPUを使うように変更することで,GPU並列を行った。異なるPCにあるGPU間で「のりしろ」データを交換するには一度GPUからそのGPUを持っているCPUにデータをCUDAAPIを用いて転送し,その後PC間でMPIを用いてデータ交換し,最後にCPUからGPUへ再びCUDA APIを用いてデータ転送することにより完了する。都合3回のデータ転送のためのAPI呼び出しが発生するため,計算時間よりデータ通信に要する時間が長い結果となり,単純な並列化と,現在のGiagabit Ethernetによる通信ではまったく並列効果が得られないことが分かった。そこで,通信の必要ない前処理としてブロックヤコビ法による前処理を行ったところ,32^3格子の場合,4台のPC(8GPU)で2倍速くなることが確認できた。1台のPC内の2枚のGPUカードによる並列計算では最も時間のかかるMPI通信がないため良好な並列計算が出来た。とくに,多フレーバーQCDに対するHMC法の加速として独立な擬フェルミオン場をそれぞれGPUに割り当てることで完全な並列化が出来た。平成22年度に引き続き(1)4台のPC+GPUを用いた格子QCDの並列計算の研究について改善を試みた。前年度に分かったこととして通信性能が安価なGigabit Ethernetでは不足する点が挙げられたが、本年度は通信プロトコルとして一般的なTCP/IPプロトコルからOpen-MXと呼ばれる少しだけ軽量なプロトコルを用いて通信を行うようにプログラムを変更し性能評価した。レイテンシーの改善により、2割ほど性能向上が見られたが、GPUの計算速度をカバーするには至らなかった。(2)一方で前年度作成した、通信の必要がない多フレーバーQCD用のブロックソルバーを、HMC法にくみこみ、10フレーバーQCDの結合定数の計算を行った。10フレーバーQCDはテクニカラー模型の候補と考えられているが、その結合定数の計算には通常の2フレーバーQCDに比べ5倍以上のコストがかかるため困難であったが、今回の並列GPUブロックソルバーの導入により安価に計算を遂行することができた。以上の並列GPU計算(1)、(2)とも国際会議Lattice 2010で発表を行った。また、(2)については物理的な結果である結合定数についての論文を投稿し採択されたところである。
界面形状の選択的成長に伴う多孔質体の移動特性変化

本研究は多孔質体中の物質移動における界面の形状効果を解明するため,粒子層への銅の析出実験を利用し,粒子層端部近傍における物質移動について調べることを目的としている.本実験では下部にステンレス粒子層,上部に銅板を設置し,内部を硫酸銅水溶液で満たした準2次元の析出実験セルを用い,粒子層と銅板の間に電位差を与えることによって粒子層表面に銅を析出させた.前年度に取り組んだ析出過程におけるイオン挙動の可視化手法の開発に加え,当該年度ではさらにイオンの濃度場の2次元分布を非接触測定する手法を開発,提案した.銅イオンの吸光ピークである近赤外線を析出実験セルの裏側から照射すると,セル内部の銅イオンは局所的なイオン濃度に対応して非一様な吸光度を示す.こうした吸光度と濃度との線形関係を利用して,セル内部の2次元の吸光分布をマイクロスコープで撮影し,得られた画像から濃度場を逆計算する.濃度場の結果から,垂直に設置されたセルの内部で析出反応により重力不安定(重力と逆方向の濃度勾配)が生じていることが示された.また本手法の開発により,重力不安定によって引き起こされた対流の挙動に関して,数100マイクロメートルの空間解像度で,0.01Mのオーダーの濃度場の詳細な変化を非接触測定することに成功した.当該年度で得られた結果を含む1編の論文が査読付き国際的ジャーナルに現在投稿中であり,さらにもう1編の論文も投稿予定である.また,多孔質体中の透過流動に関しては,多分散粒子層中の透過率を理論計算によって評価し,粒子サイズ分布,および異なるサイズを有する粒子の空間分布が透過特性に及ぼす影響について調べた.具体的には,さまざまな粒径の粒子がランダム,層状,およびその中間の非一様な分布を有する場合に着目して解析を行った.結果として,粒径の異なる粒子が非一様に分布した多分散粒子層中の透過流動のメカニズムを明らかにした.本研究は多孔質体中の物質移動における界面の形状効果を解明するため,粒子層への銅の析出実験を行い,形状変化を伴う粒子層端部近傍における物質移動特性について調べることを目的としている.本実験では準2次元の析出実験セルの下部に粒子層,上部に銅板を設置し,内部を硫酸銅水溶液で満たしたのち,電位差を与えることによって粒子層に銅を析出させる.これまでは溶液中のイオンの移動や粒子層表面での反応における界面の形状効果を,異なる形状を有する粒子層への析出挙動を比較することでのみ推察してきたが,当該年度ではイオンの挙動を可視化するという新たな手法を取り入れた.銅イオンの吸光ピークである近赤外線を析出実験セルの裏側から照射すると,セル内部の銅イオンは局所的なイオン濃度に対応して非一様な吸光度を示す.このような局所的な光の濃淡を赤外線カメラを用いて撮影することで,イオン挙動を直接観察することが可能となった.結果として,垂直に設置されたセルの内部では析出反応により重力不安定(重力と逆方向の濃度勾配)が生じ,対流を引き起こしているということが明らかとなった.重力不安定による対流が支配的となる多孔質体中の物質移動に関しては,近年数多くの研究が行われつつあるが,本研究ではさらに,粒子層端部の形状,すなわち反応が起こる固-液界面形状が対流スケールに大きな影響を与えるという結果を得ることができた.また,多孔質体中の透過流動に関しては,過去に行ってきた粒子層中の透過特性評価のための理論を多分散系に拡張した.より現実に近い条件を考慮し,端部を有する有限の粒子層について,内部でさまざまな粒径の粒子が層状に分布するといった非一様な構造に着目して解析を行った.理論計算結果から,多分散粒子層中の透過流動における端効果(end effect)および,粒径分布や内部構造による形状効果を定量的に評価することができた.本研究は多孔質体中の物質移動における界面の形状効果を解明するため,粒子層への銅の析出実験を利用し,粒子層端部近傍における物質移動について調べることを目的としている.本実験では下部にステンレス粒子層,上部に銅板を設置し,内部を硫酸銅水溶液で満たした準2次元の析出実験セルを用い,粒子層と銅板の間に電位差を与えることによって粒子層表面に銅を析出させた.前年度に取り組んだ析出過程におけるイオン挙動の可視化手法の開発に加え,当該年度ではさらにイオンの濃度場の2次元分布を非接触測定する手法を開発,提案した.銅イオンの吸光ピークである近赤外線を析出実験セルの裏側から照射すると,セル内部の銅イオンは局所的なイオン濃度に対応して非一様な吸光度を示す.こうした吸光度と濃度との線形関係を利用して,セル内部の2次元の吸光分布をマイクロスコープで撮影し,得られた画像から濃度場を逆計算する.濃度場の結果から,垂直に設置されたセルの内部で析出反応により重力不安定(重力と逆方向の濃度勾配)が生じていることが示された.また本手法の開発により,重力不安定によって引き起こされた対流の挙動に関して,数100マイクロメートルの空間解像度で,0.01Mのオーダーの濃度場の詳細な変化を非接触測定することに成功した.当該年度で得られた結果を含む1編の論文が査読付き国際的ジャーナルに現在投稿中であり,さらにもう1編の論文も投稿予定である.また,多孔質体中の透過流動に関しては,多分散粒子層中の透過率を理論計算によって評価し,粒子サイズ分布,および異なるサイズを有する粒子の空間分布が透過特性に及ぼす影響について調べた.

具体的には,さまざまな粒径の粒子がランダム,層状,およびその中間の非一様な分布を有する場合に着目して解析を行った.結果として,粒径の異なる粒子が非一様に分布した多分散粒子層中の透過流動のメカニズムを明らかにした.当該年度に挑戦した銅イオン挙動の可視化により,複雑な形状を有する粒子層への非一様な析出堺面の選択的成長)過程における物質移動について,これまで解明できなかった現象を定量的に解析することが可能となった.また透過流動に関しても多分散系および非一様な内部構造といった,より現実的な系での解析を行うことができた。したがって,多孔質体中の移動特性に及ぼす形状効果を定量的に評価するという本研究の目的に対して,おおむね順調に進展していると考えている.可視化手法の確立に時間を要したことから,研究計画で予定していた析出実験の流動場への拡張が進展しておらず,研究計画を変更する必要がある.今後は流動場における物質移動と界面形状の関係に焦点を絞り,これまでに得られた静止場における実験結果との比較も併せて解析を行っていく予定である.銅イオン挙動の可視化を実験に取り入れたことによって,流動場に拡張した場合にも,より明確かつ定量的な結果が期待できる.また,これまでに得られた結果および今後得られる結果に関して,論文投稿および学会発表といった研究発表の機会を増やすことも念頭に入れた上で計画を立て,研究を進めていきたいと考えている.
人工ダイヤモンド放射線検出器の開発と宇宙線観測への応用

人工ダイヤモンド放射線検出器の開発は、近年、CVD法を用いたダイヤモンドに対してよく行われているが、我々は確実な単結晶が選られている超高圧法によるダイヤモンドに対して開発を行った。この結果、他のグループでは選られていない、以下のような様々な実験結果を得る事ができた。(1)α線入射より、Siに匹敵した高エネルギー分解能(15.4keV[FWHM])を得ることができた。(2)重粒子線検出器として△E×E法を使い、Feの元素弁別を行うことができた。(3)Si、Ar、Fe等の重粒子を用いて、阻止能がZの2乗に比例することが確かめられた。(4)以上の点は、高温環境下、特に水星や金星で使用可能な「粒子線検出器」が実現できる結果であろう。(5)半導体ダイヤモンド検出器にとってショットキー電極とオーミック電極が重要であり、ポーラリゼーション効果も電極構造に依存していることが確かめられた。(6)半導体ダイヤモンド検出器を開発することは、素材の評価にもつながり、素材の善し悪しの判定と共に、キャリア、比抵抗、移動度を測定する方法にもなる。これは今後の課題である。(7)バンドギャップが最も大きなダイヤモンド検出器を扱うことは、他のワイド・ギャップの半導体検出器への指針を与えることができただろう。特に、電極の製作方法は重要である。(8)物性的見地からは、エネルギーバンドギャップとε値が比例関係になることが60年代にクラインによって示されているが、我々の結果はその式から少々はずれており、オプティカル・フォノンについて再考察すべきであるとの結果を得た。本研究では、以上のような様々な結果を得たが、この開発は宇宙線観測のみに役に立つだけでなく、様々なダイヤモンド素子開発へ応用されることが、期待できるだろう。p型となっている高純度ダイヤモンドに対してアルミを蒸着するとショットキーバリアー(SB)としての性能が得られることが今までの研究で明らかになっているが、現在問題となっていることは向い合っている面をオーミックコンタクト(抵抗接触)の電極にすることである。以前はこの電極として単に金を蒸着していたが、この方法は不十分であり、アルミ電極と共にある程度のSB性を示していた。両電極がSBとなる場合、ダイヤモンド内部に生じるフェルミ準位は放射線によって発生する電荷をダイヤモンド内部に閉じ込める方法にゆがみ、発生した電荷の全てを収集することが出来なくなってしまう。また、これがダイヤモンド検出器に問題となっているポーラリゼーション効果の根源ではないかということも考えられる。本研究ではダイヤモンド表面に水素終端処理を施した上に金またはTi/Pt電極を付けること、単結晶ダイヤモンドの片面にボロンを高濃度にドープしたホモエピタキシャル層を作ることで実験を進めている。特に前者の電極では、ほぼ完全なダイオード特性を得ることに成功し、良好なオーミック電極が出来たと思われる。具体的には、順方向印加電圧400V程度でnAを越える電流が得られ、逆方向では3kVで20pA程度のダイオード特性が得られている。現在、このような静特性を持ったダイヤモンド検出器によって、実際にアルファ線を入射させてテストを行っているが、キャリアの収集率と窒素不純物に特に関係がある事がわかり、0.3ppm程度のものでシリコン検出器程度の高エネルギー分解能になることが確認された。さらに不純物濃度の低い素材を用いることができれば、シリコン検出器の性能を上回ることができるかもしれない。また、ダイヤの製作方法は日に日に進歩し、現在0.1ppmの不純物で1cm角の良好な物が手に入ることがわかり、これに対して更に研究を進める予定である。

2a型高純度ダイヤモンドに対してアルミ電極を真空蒸着によって付けることでショットキーバリアー(SB)が形成され、放射線に有感な空乏層を作ることができる。しかし、向かいあっている面はオーミックコンタクト(OC:抵抗接触)にならなければフェルミ準位がダイヤ内部でゆがむことで発生したキャリアが溜り、出力波高値が時間と共に減少するという、いわゆるポーラリゼーション効果が起こると考えられる。これに対して(1)OC面に水素終端処理を施した後Ti/Pt電極を付ける方法、(2)CVDによるボロン(B)ドープのホモエピタキシャル層(エピ層)を0.2μmt程度の薄さに付ける方法を試みた。特に(2)の方法ではかなり良好な順方向特性が得られ、OCの製作が良好に行なわれつつある。しかしα線を入射させてみたところ依然としてポーラリゼーション効果がOC面のみで観測された。また、この検出器に放射線医学総合研究所(HIMAC)で数100MeV/nのエネルギーを持ったC,Ne,Si,Ar重粒子を入射させてみたところ、逆にこの効果は観測されず、簡単な阻止能の計算に一致した。これらの結果はポーラリゼーション効果がOC面近傍だけに働いているということを意味しており、ダイヤ全体に含まれている不純物によるトラップが原因ではない、とも考えられるだろう。現在、OC電極として付けているエピ層のB濃度はかなり薄く、P_+状態になっていないことで、まだまだOC電極として不完全であることが考えられ、濃度を増すと共にこのエピ層に付けるTi,Au,Pt等の金属電極を検討している。また、2a型ダイヤとエピ層の相性が悪いことも考えられることから、故意にBをドープして完全にP型半導体となっている2b型ダイヤについて製作を試みている。様々な素材を利用した放射線検出器を開発するということは、全ての電子デバイスの中で最も難しいアプローチになる。なぜなら放射線検出器に付与されたエネルギーの決定精度として許される揺らぎは電子100個程度が要求されている。我々のダイヤモンド素材を利用した放射線検出器開発に関しても、この観点を基にしたアプローチが求められた。最終的にはダイヤモンドの純度と共に、最も重要な観点はオーミック電極の確立という点に問題点があった。これはダイヤがバンド・ギャップが最も大きな半導体であることに起因し、ほとんどの接触金属はショットキー電極になってしまうということにある。また、この影響で放射線入射によって発生したキャリア(電子・正孔)が蓄積されてしまう、といった現象が起こることになる。我々はこのオーミック電極を作ることに全力を注ぎ、結果としてダイヤの表面にDLC(Diamond Like Carbon)を付けることで、良好なオーミック電極を得ることに成功した。この結果はダイヤモンド検出器に対してだけでなく、様々なダイヤモンド素材を利用した電子デバイスに対しても有効な結果をもたらすことができたと思われる。またα線、X線、などの低エネルギー放射線による検査と共に、放医研のHIMAC加速器などを用いて、ダイヤ検出器に対する性能を総合的に検査して良好な結果を得ている。また本研究からダイヤがコンプトン・リコイル・テレスコープに向いている検出器素材であることが解った。