hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
慢性痛におけるプロスタグランジンの作用機構

アスピリンの解熱鎮痛作用がプロスタグランジン(PG)の合成阻害によることはよく知られているが、申請者らは、生理活性物質として初めてPGE_2とPGF_<2α>がマウス髄腔内投与により、軽い触覚刺激(非侵害性刺激)に対して強い痛みを感ずる感覚異常、allodyniaを引き起こすことを報告した。このallodyniaは、難治性で慢性痛となる帯状疱疹後神経痛等の動物モデルとしてもきわめて有用である。申請者らは、このallodyniaを含めてPGの痛覚に及ぼす作用を脊髄レベルで検討して以下の知見を得た。1)PGE_2による痛覚過敏に対するグルタミン酸受容体の関与申請者らはPGE_2をマウス髄腔内に投与し、侵害性熱刺激を加えると痛覚過敏が出現すること、PGE_2による痛覚過敏はグルタミン酸受容体を介して引き起こされることを明らかにした。申請者らはさらに、ラット脊髄シナプトソームにPGE_2を灌流することにより、興奮性アミノ酸であるグルタミン酸、アスパラギン酸が遊離されることを明らかにした。長期増強や長期抑圧は、興奮性入力に対するシナプス後ニューロンの反応が、短時間の高頻度刺激後、増大または抑圧したまま長く持続する現象であり、海馬や小脳での学習や記憶などと関連することから注目され、これらの現象にグルタミン酸受容体やNOを介することが知られている。申請者らはNOの前駆物質のL-アルギニンをマウス髄腔内に投与するとallodyniaが出現すること、PGE_2とPGF_<2α>によるallodyniaがNO合成酵素阻害剤やグアニル酸シクラーゼ阻害剤で抑制されることから、PGのallodyniaにNOが伝達物質として重要な役割を果たしていることを明らかにした。さらに、PGE_2によるallodyniaは、EP_1受容体、グルタミン酸受容体-NOを介して引き起こされるが、一度NOが活性化されるとEP_1受容体、グルタミン酸受容体拮抗薬ではブロックできず、NOが重要な役割を果たしていることを明らかにした。
モデル生物である線虫を用いた連合学習の分子・神経メカニズムの解明

前年度までに、TORC2の機能に必須の構成分子であるrict-1変異体で塩走性に異常が生じることを報告していた。本年度は、もう一つのTORC2の主要な構成分子であるsinh-1についても変異体を作成し、rict-1と類似の表現型になることを確かめた。また、多重変異体の作成により、TORC2とその下流分子候補であるsgk-1, pkc-2の遺伝学的関係を評価した。これより、TORC2とpkc-2は同一経路内で機能していることが示唆された。また、sgk-1がTORC2の下流で機能していることが示唆された。TORC1の下流分子と思われるrsks-1について、変異体で細胞特異的にcDNAを発現させ、rsks-1の機能部位を調べた。その結果、rsks-1が神経で機能して塩走性を制御していることが示された。TORC2シグナリングの機能部位を調べるために、各遺伝子のcDNAを用いて組織特異的機能回復実験を行った。その結果、ともにTORC2の下流分子と考えられるpkc-2、sgk-1が、神経と腸という異なる器官で機能していることが示唆された。sinh-1変異体の塩走性異常は神経特異的なcDNA発現でも、腸特異的なcDNA発現でも部分的に回復した。神経におけるTORC2/PKC-2経路と腸におけるTORC2/SGK-1経路が並行して機能して塩走性学習を制御すると考えられる。本研究ではキナーゼ複合体TORC2とその下流分子であるSGK-1の腸における機能が正常な塩走性の制御に必要であることを示し、神経系が他の組織と相互作用する仕組みを理解するうえで貴重な研究となった。27年度が最終年度であるため、記入しない。私は、線虫C. elegans(以下線虫)を用いて、塩走性学習と呼ばれる連合学習を制御する分子メカニズムを解明しようと試みている。これまでにGo/Gq経路、インスリン様シグナル伝達経路、TORシグナル伝達経路という、生物種間で広く保存された3つの分子経路が塩走性学習に関わることが明らかになっている。本年度は特に、TOR経路と塩走性学習の関係を調べることに注力した。TORは、栄養源シグナルを伝達すると考えられる、酵母から人まで保存されたシグナル伝達経路である。TOR複合体1(TORC1)とTOR複合体2(TORC2)という2種類の複合体を形成し、それぞれ異なる下流分子を持ち、異なる生命活動を制御することがわかっている。このうちTORC1とTORC2どちらがより塩走性学習制御に関与しているかを薬剤阻害と変異体の解析により調べた結果、TORC2がsgk-1とpkc-2と呼ばれるキナーゼを介して塩走性学習を制御していることを示唆するデータが得られた。TORC2と塩走性学習の関係が明らかになれば、今までTORC1に比べて詳細な解析が進んでこなかったTORC2の機能の解明につながると考えられる。また、TORの機能細胞を同定するためにRNAiやCre-loxPシステム、CRISPR/Cas9システムを用いて細胞特異的にTOR関連分子の機能を失わせたり、低下させたりすることも試みたが、野生型と比べて顕著な表現形異常が観察されなかった。今後は、変異体の遺伝子機能回復実験を通して機能細胞を同定する予定である。TORの塩走性学習への影響評価に関しては順調に進んでいると考えている。ラパマイシンのほか、Torin1、Torin2と呼ばれる強力なTOR選択的阻害剤を使用し、TOR

経路が記憶想起時ではなく、記憶獲得時に特に重要であることを示唆するデータが得られた。一方でTORの機能部位の解析については、変異体の遺伝子機能回復実験により一定の成果は得られたものの、細胞特異的遺伝子破壊実験は意味のあるデータが得られず、現在のところうまくいっていない。本年度は研究成果をアメリカ合衆国、ウィスコンシン州マディソンで行われた学会"2014 C. elegans topic meeting: Neuronal Development, Synaptic Function and behavior"で発表し、ポスター賞first prizeを受賞した。27年度が最終年度であるため、記入しない。細胞特異的に遺伝子機能を回復させることにより、TOR関連遺伝子の機能部位を決定する。また、インスリン様シグナル伝達経路やGo/Gq経路の遺伝子との多重変異体を作成し、経路間の相互作用を解析する。また、TORC2の下流分子であるsgk-1やpkc-2の標的遺伝子の解析により、TORC2の塩走性学習における役割を明らかにする。
出典記憶の大脳ネットワーク:マカクザルの高磁場fMRI及び電気生理学による研究

出典記憶の中の時間的文脈に関する記憶を調べる課題の一つである新近性識別課題は、複数の刺激のリストを連続的に提示した後、リストに含まれた2つを選択刺激として見せ、より最近に現れた方を選択させるものである。本研究ではマカクザルを用い4.7テスラ高磁場fMRIと侵襲的な方法を組み合わせ、新近性識別課題を使い出典記憶での前頭葉・側頭葉ネットワークの働きを解明することを目標としている。本年度は、引き続きfMRI実験の準備・開発、そしてfMRI実験を行った。過去に当研究室で行った新近性識別課題を用いた健常者でのfMRI実験では言語刺激を使用していたが(Konishi et al.,2002)、サルには図形刺激を使い改変した課題を行わせた。課題遂行の訓練は昨年度でほぼ完成していたので、空間的に狭く、騒音のするMRI装置内を模倣したモックアップシステムでの訓練を継続して行った。そして、昨年度開発したEPI機能画像での信号消失アーチファクトを軽減する手法で、頭部固定具取り付け手術を行った。また、MRI装置内で課題遂行時に用いるモンキーチェア、非磁性レスポンスシステムを開発した。以上を受けfMRI実験に挑んだ。fMRI実験では、MRI装置内でサルに課題を遂行させながら、EPIを撮像した。選択刺激の組み合わせを変え時間順序の記憶想起の負荷を操作して高い場合と低い場合の2種類のレベルの試行を混ぜ事象関連デザインを適用した。負荷の高い試行と低い試行での活動を比べたところ、負荷の違いにより活動が変化する部位として、外側前頭前野の複数の位置が同定された。以上の結果をもとに学位論文を提出し、博士(理学)を2007年3.月に取得した。また、サルでのfMRI研究の最近の発展について述べた総説論文を共著で執筆し、Trends in Cognitive Sciences誌に発表した(Nakahara et al.,2007)。本研究では、出典記憶の中の時間的文脈に関する記憶を調べる課題の一つである新近性識別課題を扱った。この課題は複数の刺激を連続的に提示し、後にその中に含まれていた2つを見せどちらがより最近に現れたか選択させるものである。本研究ではモデル動物としてマカクザルを使用し、4.7テスラ高磁場fMRIと侵襲的な方法を組み合わせ、出典記憶における前頭葉・側頭葉ネットワークの働きを解明するのを目標としている。本年度はfMRI実験を行うための準備・開発・検討を行ってきた。当研究室で過去に行った新近性識別課題を用いた健常者に対するfMRI実験では言語刺激を提示していたため(Konishi et al.,2002)、図形を刺激として改変した課題を作成した。サルの訓練を行い安定して新近性識別課題が遂行できるよう仕上げた。MRI装置内は騒音があり狭い空間なので、この環境に対応できるようMRI装置内を模倣した実験システムでの訓練も続いて行った。訓練はほぼ完成し、現在fMRI実験を行おうとしている。また、2頭目のサルの訓練も開始し、fMRI実験に向け進めている。2006年2月に当研究室の4.7テスラMRI装置の傾斜磁場コイルは交換され、傾斜磁場強度が向上した。撮像パラメータの再調整を行い、機能画像として用いるEPI画像の画質の向上及びゆがみの改善が見られた。これはfMRI実験で賦活部位をより高い空間的精度で同定するのが可能になったことを意味する。覚醒下のサルのfMRI実験を行う際は頭部固定が必要となる。当研究室で電気生理学実験の際使用していた従来の頭部固定方法では、EPI画像で信号消失のアーチファクトを生みやすかった。そこで信号消失を少なくするための方法の開発・検討を行った。この成果を2006年3月の21世紀COEプログラム「生体シグナル伝達機構の領域横断的研究」第4回リトリートで発表した。

以上の結果をもとに学位論文を提出し、博士(理学)を2007年3.月に取得した。また、サルでのfMRI研究の最近の発展について述べた総説論文を共著で執筆し、Trends in Cognitive Sciences誌に発表した(Nakahara et al.,2007)。
遺伝子ターゲティングマウスにおける免疫応答異常の解析

本研究では、遺伝子ターゲティングマウスにおけるリンパ球の発生・分化・機能を解析し、それらの免疫異常の分子機構を解明することによって、種々の免疫疾患の基礎的背景を明らかにすることを目的とした。本研究において、p56^<lck>(Lck)及びCD45の各ノックアウトマウスを用いて解析した結果、以下の成果が得られた。(1)CD45ノックストマウスは、骨髄及び脾臓におけるB細胞数が通常の約2倍ほどに増加しており、その傾向は3週齢においてすでに認められ、20週齢以上でも同様であった。したがって、CD45はB細胞の発生において負の調節を行っている可能性が考えられる。また、未熟な表現型(HSA^<low>IgM^<high>IgD^<high>)を有するB細胞が多く存在することから、B細胞の成熟が抑制されているか、または特定のB細胞系統のみが発生してきた可能性も示唆された。(2)CD45及びLckノックアウトマウスにおいて、皮内樹状細胞(DEC)の発生・分化がほとんど認められなかった。DECの主要な細胞集団であるVγ3陽性γδT細胞の成熟を解析するために、CD45及びLckノックアウトマウスの胎仔胸腺細胞が解析された結果、未熟な表現型を有するVγ3陽性γδT細胞のみが認められ、CD45及びLckが胸腺内分化するγδT細胞においても重要な役割を果たしていることが明らかになった。(3)CD45ノックアウトマウスにおいて、脾臓におけるNK細胞数の増加が認められた。また、このNK細胞数の増加は、CD45の発現消失に起因していることも明らかになった。したがって、NK細胞はB細胞と同様に発生・分化段階でCD45が負の調節を行っていることが示唆される。しかしながら、NK及びLAK活性に異常は認められなかった。以上の結果より、CD45及びLckがT細胞の発生・分化・機能にきわめて重要であることと、CD45がB細胞やNK細胞において従来考えられなっかった機能を有することが示唆された。
ツリフネソウ属ドレパノフォラ群の種属誌的研究

本研究では、「中国西南部・ヒマラヤ地域種群」の中でも特に多様性が高く、種の認識が困難と考えられるlmpatiens drepanophoraとその近縁種からなる種群(「drepanophora群」と称する)について以下の解析を進めた。1.「中国西南部・ヒマラヤ地域種群」のツリフネソウ属全体の中における系統関係を明らかにしておくために、rbcLとtrnL-trnF間の遺伝子領域を解析し、「中国西南部・ヒマラヤ地域種群」には、1)同地域でのみ多様化したグループと、2)同地域だけでなく他地域へ広がったグループの2群からなることを明らかにし、得られた系統樹を支持する形質を探るため、染色体数、ならびに花形態、および花序型区分との相違を考察した。2.花の各器官の形態を観察し、図化した。観察した花部各器官の形態を解析し、変異性を調べた。また、種間の相違点を明らかにするために、各種の花部器官について比較を行ない、異同を明らかにした。3.従来分類形質のひとつとして重視されている花序の形態について観察し、解析を行なった。4.これまでに記載されている種の形態形質における異同を明らかにするために、各種の花部器官および花序の形態について明らかにした異同との比較検討を行なった。5.中国植物誌英文版出版プロジェクトに協力し、中国の陳芸林らと共同研究を行い、これまで中国から記載された全種について、予備的な検討を行い、その結果をFlora of China (C. Y. Wu&P. H. Raven総監修)の1巻としてまとめた。6.上記研究の過程で明らかになったキナバル産の種を新種として専門誌に発表した。また、この新種を含む種の染色体数について専門誌発表した。旧世界の亜熱帯から温帯地域に広く分布するツリフネソウ属植物には、中国西南部・ヒマラヤ地域で特に多様化した一グループがあり、これを「中国西南部・ヒマラヤ地域種群」として分析している。本研究で対象とするのは、この「中国西南部・ヒマラヤ地域種群」の中でも特に多様性が高く、種の認識が困難と考えられるImpatiens drepanophoraとその近縁種からなる種群(「drepanophora群」と称する)である。平成14年度は、この群について以下の解析を進めた。1野外の自生地で収集した資料を中心に、成熟花を双眼実体顕微鏡を用いて解剖し、花の各器官の形態を観察し、図化した。2 1と同様に、これまでに得られた試料や標本にもとづき、花序の形態について解析を行なった。3「中国西南部・ヒマラヤ地域種群」の分類体系を確立するにあたって、「中国西南部・ヒマラヤ地域種群」のツリフネソウ属全体の中における系統関係を明らかにしておくために、rbcLとtrnL-trnF間の遺伝子領域を解析し、「中国西南部・ヒマラヤ地域種群」には、1)同地域でのみ多様化したグループと、2)同地域だけでなく他地域へ広がった系統樹上はまったく別の姉妹群に分類される2群からなることが明らかになった。得られた系統樹を支持する形質を探るため、染色体数、ならびに花形態、および花序型区分との相違を考察し、その結果をまとめ専門雑誌に発表した。旧世界の亜熱帯から温帯地域に広く分布するツリフネソウ属植物には、中国西南部・ヒマラヤ地域で特に多様化したグループがあり、これを「中国西南部・ヒマラヤ地域種群」として分析している。

本研究で対象とするのは、この「中国西南部・ヒマラヤ地域種群」の中でも特に多様性が高く、種の認識が困難と考えられるImpatiens drepanophoraとその近縁種からなる種群(「drepanophora群」と称する)である。平成15年度は平成14年度に引き続き、この群について以下の解析を進めた。1野外の自生地で収集した標本を中心に、成熟花を双眼実態顕微鏡を用いて解剖し、花の各器官の形態を観察し、図化した。観察した花部各器官の形態を解析し、変異性を調べた。また、種間の相違点を明らかにするために、各種の花部器官について比較を行ない、異同を明らかにした。2 1と同様に、これまでに得られた標本にもとづき、従来分類形質のひとつとして重視されている花序の形態について解析を行なった。3国内外の標本室に収蔵されている標本についても、1および2と同様の解析を行なった。4これまでに記載されている種の形態形質における異同を明らかにするために、各種の花部器官および花序の形態について明らかにした異同との比較検討を行なった。これらの研究の成果は、ほとんど完成に近い状況にあり、専門誌に発表を予定していたが、論文執筆に新たな問題点がみつかり、十分に検討はできなかったため、引き続き来年度にその検討を行い、その後に発表する予定である。旧世界の亜熱帯から温帯地域に広く分布するツリフネソウ属植物には、中国西南部・ヒマラヤ地域で特に多様化した一グループがあり、これを「中国西南部・ヒマラヤ地域種群」として分析している。平成16年度は、平成15年度に引き続きこの群について以下の解析を進めた。1野外の自生地で収集した標本を中心に、成熟花を双眼実体顕微鏡を用いて解剖し、花の各器官の形態を観察し、図化した。3国内外の標本室に収蔵される標本についても、1および2と同様の解析を行なった。5上記研究の過程で明らかになったキナバル産の種を新種として発表すべく専門誌に投稿した。これらの研究の成果は、専門誌にまとめて発表する予定であるが、一部に検討の不十分は点が残されたため、来年度にこれらの検討を行い、その後に発表する予定である。平成17年度は、平成16年度に引き続きこの群について以下の解析を進めた。1.野外の自生地で収集した標本を中心に、成熟花を双眼
鶏卵を介した新規バイオ医薬品生産法の開発

近年、バイオ医薬品が医薬品売り上げの上位を占め始め、シェアを拡大している。一方でこれらバイオ医薬品は非常に薬価が高く、今後も売り上げを延ばしていった場合、患者自身の経済的負担ならびに本邦の医療費負担を逼迫することが懸念される。これはバイオ医薬品の製造には大量生産に至るまでに多くの時間と費用を要すことが一因として挙げられる。そこで本研究ではバイオ医薬品を大量にかつ安価に生産させる技術として鳥類が持つ卵黄中への抗体移行システムを介したバイオ医薬品の大量生産技術の開発を目的とする。
中世土器・陶器における生産技術及び編年に関する全国的研究と流通様相の年代的解明

平成15年度から開始した本計画研究班は、3ヶ年を編年研究にあて、後半の2年を流通構造の解明というテーマに主力をおく研究計画のもとに進めてきたが、本年度は、4年目へ入り土器・陶器の流通がいかに行われてきたかを全国視野で検討する段階へきた。すでに平成17年度後半において、他の分野の考古学研究者や歴史学分野の研究者との合同研究会をもち、その接点をもとめる検討を進めてきたが、本年度はこれをさらに進めるべく各地で研究会を実施した。一つは瀬戸内をめぐる物資の交易状況なかでの土器・陶磁器の流通を探る研究会で、岡山地区での「中世瀬戸内の流通-岡山・香川を中心にして-」の研究会であり、もう一つは、名古屋地区での、全国流通を示す古瀬戸製品や常滑製品を中心とした出土地点の陶磁器内容の検討とその中での東海地域の広域流通製品である古瀬戸や常滑などの出土割合の検討を行った「陶磁器の流通を探る」研究会であった。前者では、岡山・香川における流通拠点の土器出土傾向を明らかにし、瓦器椀や陶器の出土量のありかたに流通の拠点との関係を考察出来る点を議論した。特に岡山では、鹿田遺跡や川入遺跡などの例にみられるように、古代と中世の土器・陶磁器構成の変化が古代の官衛や定期市が、中世には流通拠点としての機能をみせるほか、中世商業都市的な機能を備えるようなものに変化していることを考えさせる兆候をみせ、そのことが、土器・陶磁器の出土量や地域別生産地製品違いとなって現れてくるものと判断された。従って、時期別に生産地ごとの出土量の検討をすることが、流通背景を考察する意味を持っているということが判明してきた。また、高松城跡では、城下町の形成される以前に、港湾遺跡としての性格をもつものがあったことが、年代別の出土品の量と生産地別の検討によって明らかにされた。後者では、広域に流通する陶器にも時期による変化があり、太平洋岸と日本海側とでも違いがあることが解った。そのことは産地ごとに流通経路に違いがあり、商業的な都市や港湾の立地とも関係を持ちながら古代的な特殊品が流通する傾向から、一般飲食器や貯蔵具の流通への変化をみせていると解釈された。これらの出土品の量や産地別の数量把握から導き出される傾向にあることが示された。こうした結果をもとに、今後の研究方向を一定の測定基準のもと、主要な遺跡ごとの時代別、産地別の出土品分析を行えば、流通過程を考古学から検証できるものと考えられた。このような本年度の成果をもとに、最終年度には東西の流通の違いなどを検証し、中世における土器・陶磁器の流通構造の解明のための糸口をみつける研究会を主宰し、その集約をする予定である。なお、17年度実施の全国シンポジウム『中世窯業の諸相生産技術の展開と編年』に未掲載の窯業生産地及び主要消費遺跡での土器編年を全国23名の方にお願いし、補遺物として今年度に刊行したほか、他の計画研究班との合同研究会も実施した。平成15年度の本計画研究では、中世土器・陶器編年・流通研究会を研究協力者とともに立ち上げ検討を進め、4回の研究会を実施した結果、今年度の成果として次のことが挙げられる。1.主要窯業生産地各地での編年研究は、この数年間により詳細な体系が進んでいることが確認でき、現状でのまとめを早急に行うこととしたこと。2.各地の土器生産が明らかにされるなかで、畿内系土器生産の技術が地方へ間接的にせよ伝播している系譜が確認され、背景に広域流通をめざす陶器生産地の拡大と地方小生産地が脱落していくことと関係することがより明瞭になってきたこと。3.中世遺跡の時代認定に大きな役割を果たしてきた東海地方の窯業生産地での日常食器としての山茶碗の生産も地域のなかで小産地毎に違いがあり、そうした違いと年代観の検討を進め、より精度の高い結果が得られたこと。4.広域流通をみせる窯業地製品が、中世という時間的な経過の中で、地域によって流通製品が移り変わるという現象が展開されることが明らかにされたこと。今後その理由の解明を継続的に行い、地域間流通を全国レベルで検討する材料にしていく。以上の成果に立って編年観の体系化と合わせて流通の背景を検討することを関東から瀬戸内、西日本へ広げ、生産地及び遺跡出土の土器・陶器の一括資料をつき合わせる作業を継続する。その過程で、すでに問題提起されている畿内及び西日本でのこれまでの年代観を引き上げる修正意見について年代的な齟齬はないか等の検証をし、編年観の横のつながりを歴史学との検討を重ねて進展させていきたい。一方、もう一つの課題である、生産技術解明のための材料として、国指定史跡の愛知県瀬戸市小長曽古窯の窯体構造の解明のためCG復元を行い、研究者間で討議を行い、中世陶器生産技術の構造的な解明を果たすべく第1段階の作業を行った。平成16年度の本計画研究は、引き続き中世土器・陶器の編年等研究会を研究分担者、研究協力者とともに実施するとともに、前年度実施した研究会の成果を印刷、出版した。今年度の成果として次のことが挙げられる。1.昨年の東北の土器、東海の山茶碗に続き、東日本全体の煮沸土器について編年検討作業を行った結果、地域ごとの形態差、使用期間の差などが明らかにされ、技術系譜の違いが明瞭となった。このことは西日本にも普遍されることも研究会で明らかにされ、今後さらに解明させていくこととなった。

2.瀬戸内をめぐる流通に関する公開シンポジウムでは、文献史学、地理学、地学研究者との連携による研究発表と討論会により、中世の港湾とみられる遺跡に地域流通の拠点遺跡と中継地的遺跡があることが明らかにされた。そしてこの現象は、瀬戸内のみならず太平洋岸、日本海沿岸域でも確認でき、しかも土器編年により時期的に移動することも明瞭となった。3.最も南端に位置する奄美・徳之島のカムイヤキについて、列島内での位置づけを検討する研究会では、九州との技術的な繋がりよりも朝鮮半島との技術伝播が強いことが明瞭となったが、その流通範囲は南西諸島から九州南部まで及んでおり、広域流通をみせる一大窯業地であることが判明した。4.以上の研究成果をもとに17年度に地域編年の体系化を図る全国シンポジウムを開催することとし、その準備研究会をもった。そこでは現時点での生産地編年及び地域別の遺跡出土一括資料による編年を集約し、技術系譜を解明するシンポとすることで参加者の賛同を得た。一方、もう一つの課題である生産技術解明のための古窯復元として、昨年度作成した国指定史跡・愛知県瀬戸市小長曽古窯の三次元復元について、研究分担者との討議を重ね、古環境や構造の修正を行い、中世陶器生産技術の窯体構造の実際と焼成法の解明にあたった。17年度は継続研究3年目にあたり、編年研究の集大成をはかるべく全国シンポジウムを特定領域研究「中世考古学の総合的研究」総括班と共に愛知県瀬戸市に於いて9月に開催した。このシンポジウムにおいては、全国各地で中世土器、陶器を研究している考古学研究者が集まり、最近の土器・陶器研究の進展による編年研究の成果が発表され、多くの聴衆の賛同を得た。その要点は北海道から沖縄、南西諸島に至る土器・陶器の編年が年代観の統一のもとに公表され、各地の遺跡出土品を基本的な基準資料によって編年的位置づけを可能にしたことにあった。また多くの歴史学研究者の参加も得て、これらの基準資料を時代認識の基礎に据えることで成果を共有することができた。この成果は、『中世窯業の諸相生産技術の展開と編年』第1分冊、第2分冊としてシンポジウムに合わせて刊行され、全国の研究者から編年研究基本図書として認められつつある。中世土器、陶器研究において、当計画研究が各地域を横断的にとらえる手法を進める努力が認められ、このシンポジウム成果品が陶磁器研究の基礎文献としての位置を確保したといえよう。この研究成果をもとに、17年度後半から歴史学との接点をより深めるための、土器、陶器の流通ないし他の器物との流通の違い、生産技術の交流を浮き彫りにして、中世社会の実像に迫る研究を進めた。その成果として鍋・釜の製作材料の違いからくる流通の違いを検討し、それらが原料入手の容易さの違いではなく、使用する背景に違いがあることが語られ、それは中世社会の社会構造を反映しているとみなされるに至った。こうした事例の積み重ねによって、土器・陶器の生産地と流通の関係がより具体的に明らかにされると考えられ、更に日常に使用される食器類の地域による違いを解明する方向へ研究を進めることとした。こうした研究の続行が次年度に更に成果をもたらすものと期待されている。平成15年度から開始した本計画研究班は、3ヶ年を編年研究にあて、後半の2年を流通構造の解明というテーマに主力をおく研究計画のもとに進めてきたが、本年度は、4年目へ入り土器・陶器の流通がいかに行われてきたかを全国視野で検討する段階へきた。すでに平成17年度後半において、他の分野の考古学研究者や歴史学分野の研究者との合同研究会をもち、その接点をもとめる検討を進めてきたが、本年度はこれをさらに進めるべく各地で研究会を実施した。
口腔粘膜上皮における新規メカノセンサー機構の解明

口腔粘膜上皮におけるTRPV4(Transient receptor potential cation channel subfamily V member 4)チャネルが唾液由来の低浸透圧刺激を感受し、口腔上皮構造の恒常性を維持すると仮説を立てて、ラットおよびTRPV4欠損マウスを対象として、TRPV4の低浸透圧感受性と作用を検討した。口腔頬粘膜上皮細胞を培養し、TRPV4のmRNAレベルおよび蛋白レベルの発現を確認した。電気生理学的実験法およびCa2+ imaging法を行い、TRPV4の作用薬および低浸透圧刺激を加え、TRPV4が誘発した電流とCa2+の移動を観察できた。同じ刺激で、口腔上皮から放出されたATPの量は増え、ATPが末梢神経まで情報を伝えるmediatorであると示唆された。免疫染色法を利用し、低浸透圧刺激により細胞骨格であるactinの再構築が認められ、TRPV4により、細胞間の結合が維持されていることが示唆された口腔粘膜上皮におけるTRPV4(Transient receptor potential cation channel subfamily V member 4)チャネルが唾液由来の低浸透圧刺激を感受し、口腔上皮構造の恒常性を維持すると仮説を立てて、ラットおよびTRPV4欠損マウスを対象として、TRPV4の低浸透圧感受性と作用を検討した。免疫染色法を利用し、低浸透圧刺激により細胞骨格であるactinの再構築が認められ、TRPV4により、細胞間の結合が維持されていることが示唆された口腔粘膜は、常に食物や飲み物などより物理機械的刺激に曝されている。私は、この物理機械刺激を口腔上皮が感知し、その刺激に対応して上皮組織を防御しているとの仮説をたてた。TRPV4(Transient receptor potential cation channel subfamily V member4)チャネルは低浸透圧、機械刺激および温度刺激により活性化されるカルシウム透過性チャネルである(Nilius B, et al., 2003)。そこで、口腔粘膜上皮におけるTRPV4チャネルの発現を調べた。TRPV4は口腔粘膜上皮に発現するTRPチャネルファミリー群の中でも強く発現していることをRT-PCR法およびWestern blotting,免疫組織化学により確認した。TRPV4の生理的機能を調べるためにラット初代頬粘膜上皮細胞の培養系を立ち上げ、電気生理学的な挙動を知らべた。whole-cell patch clamp法による電位記録によりTRPV4作用薬により誘発された細胞膜電流の増強が見られた。カルシウムイメージング法により、TRPV4の活性化剤および阻害剤は細胞内カルシウム濃度上昇を促進した。口腔は常に唾液に浸されている。唾液は血清や組織中に比べると浸透圧が低い。粘膜上皮がこの環境下でどのようにバリア構造を保っているのかは全く報告がない。そこで、このTRPV4が口腔粘膜上皮における浸透圧センサーであるとの仮説を立てた。細胞外への低浸透圧液の刺激によって、細胞内カルシウム濃度の上昇が確認された。細胞は低浸透圧に曝されると細胞の膨張がおこり膨張しすぎると破裂するが、それに抗するように細胞容積を調節する機能を備えている。口腔上皮細胞においてもこの容積調節機構を認めた。口腔粘膜は消化器系の最前線であり、基本味の刺激に加えて物理刺激や浸透圧刺激などにも曝されている。私は、この物理機械刺激を口腔上皮が感知し、その刺激に対応して上皮組織を防御しているとの仮説をたて研究を行った。まず、ラット初代頬粘膜上皮細胞の培養系を立ち上げ、TRPV4の生理機能を調べた。Whole-cell patch clamp法による電位記録によりTRPV4作用薬刺激によって誘発された細胞膜電流は増強が認められた。カルシウムイメージング法により、TRPV4の作用薬刺激は細胞内カルシウム濃度上昇を促進した。TRPV4欠損マウスの口腔粘膜上皮初代培養細胞では、TRPV4作用薬により誘発されるカルシウム濃度上昇は見られなかった。こうしたことから、口腔上皮細胞におけるTRPV4は機能的に発現していることが明らかになった。そこで、TRPV4が口腔粘膜上皮における浸透圧センサーであり、口腔上皮構造の維持に機能しているとの仮説を立てた。電気生理学的実験あるいはカルシウムイメージングにて、低浸透圧刺激がTRPV4の活性化を起こすことを確認した。また、低浸透圧刺激が口腔上皮細胞からのATPの放出を促進することから、ATPが口腔上皮から末梢神経へ刺激を伝えるtransmitter候補であることが示唆された。

野生型マウスおよびTRPV4欠損マウスを利用し、免疫染色実験法にて低浸透圧刺激により細胞骨格であるactinの再構築が認められたことから、TRPV4により、細胞間の結合が維持されていることが示唆された。以上より、口腔粘膜上皮細胞にTRPV4が機能的に発現し、低浸透圧刺激を感受することにより、上皮構造の恒常性を維持するとが考えられた。本年度の目標であったTRPV4の局在および低浸透圧刺激による細胞内カルシウム濃度上昇や電気生理学的な挙動を明らかにすることができた。また細胞生物学的な解析も順調に進んでおり、TRPV4による細胞間接着の制御機構が明らかになったことで、目標はおおむね達成された。当初の予定通り、細胞伸展装置により培養細胞に伸展刺激を加え、TRPV4を介した細胞内カルシウム濃度変化を明らかにする。さらに、細胞への伸展刺激が口腔粘膜に於いてどのような生理的意義があるのかを調べることを予定する。動物の購入:30万円試薬の購入:30万円実験器具:10万円学会参加費用:10万円英文論文校正:10万円
初期胚発育生存能の評価法の開発とその応用による胚発育への微小環境因子作用の検討

卵自身の内分泌代謝活動を研究する方法を各種開発し、特に非代謝性のグルコースを用い1個の卵のグルコース取り込み能の発達解析法を確立した。卵を培養発育させ、各種パラメーターを用い体内発育卵と比較した。培養液に各種物質を添加卵の発育生存能に対する効果を検索した。受精卵が発育するにつれて取り込み能が発達すること、体外培養によって発育した卵では取り込み能発達に遅延があり着床能も低いことを明らかにした.この発達遅延は糖輸送担体GLUTの発現が遅れることが原因であることを微量ウエスタンブロット法、RT-PCR法により蛋白、mRNAレベルで明らかにした。体外培養の条件に問題があると考え環境因子や生理活性物質の検定を行なったところ増殖因子であるepidermalgrowthfactor(EGF)がGLUTの発現を促進しグルコース取り込みを亢進し着床能も増加させ、生理活性物質であることが明らかになった。ヒトを含めた未発育の卵はグルコースの利用性が悪く、発育途上で利用能が高まることが知られた。2-DGの取り込みを用いた動物実験では、胚発育に伴い数百倍の上昇を認めた。この変化は糖輸送担体(GLUT1)の発現と代謝酵素ヘキソキナーゼ活性によることが本研究で明らかになった。この発達は培養卵では遅延し糖取り込み能が卵発育生存能検定へ応用できることが示唆された。EGFはGLUT1の発現を制御し同時に着床能も高め卵の発育促進因子であることも明かになった。受精卵が発育するにつれて取り込み能が発達すること、体外培養によって発育した卵では取り込み能発達に遅延があり着床能も低いことを明らかにした.この発達遅延は糖輸送担体GLUTの発現が遅れることが原因であることを微量ウエスタンブロット法、RTPCR法により蛋白、mRNAレベルで明らかにした。EGFはGLUT1の発現を制御し同時に着床能も高め、卵の発育促進因子であることも明らかになった。受精卵が発育するにつれて取り込み能が発達すること、体外培養によって発育した卵では取り込み能発達に遅延があり着床能も低いことを明らかにしたこの発達遅延は糖輸送担体GLUTの発現が遅れることが原因であることを微量ウエスタンブロット法、RT-PCR法により蛋白、mRNAレベルで明らかにした。対外培養の条件に問題があると考え環境因子や生理活性物質の検定を行なったところ増殖因子であるepidermalgrowth

factor(EGF)がGLUTの発現を促進しグルコース取り込みを亢進し着床能も増加させ、生理活性物質であることが明らかになった。ヒトを含めた未発育の卵はグルコースの利用性が悪く、発育途上で利用能が高まることが知られた。2-DGの取り込みを用いた動物実験では、胚発育に伴い数百倍の上昇を認めた。この変化は糖輸送担体(GLUT1)の発現と代謝酵素ヘキソキナーゼ活性によることが本研究で明らかになった。この発達は培養卵では遅延し糖取り込み能が卵発育生存能検定へ応用できることが示唆された。EGFはGLUT1の発現を抑制し同時に着床能も高め、卵の発育促進因子であることも明かになった。
セルロースの前処理機能を融合した新たな機能性セルラーゼの創製

エンドグルカナーゼCelDと,セルロース結晶破壊機能を有するエクスパンシンExpを融合した融合酵素Exp-CelD,Exp-GS3-CelD,Exp-GS6-CelDを作製した。ExpをCelDに融合することにより,セルロースへの吸着性が大幅に増加した。非結晶セルロースの分解実験では,CelDに比べ,Exp-CelDの分解率は低下したが,Exp-GS3-CelDとExp-GS6-CelDの分解率は増大し,分解活性にはリンカーが重要であることが示された。さらに,結晶化度の異なるセルロースを用いて分解性を調査した結果,高結晶化度のセルロースに対してはExp-GS3-CelDが有効であった。非結晶セルロースの分解能が高いセルロース分解酵素(セルラーゼ)と、セルロース膨潤効果を持つ機能性タンパク質エクスパンシンを連結した種々の融合酵素を作製した。セルラーゼは数多くの多糖分解酵素の遺伝子をもつことが知られている好熱性嫌気性細菌Clostridiumthermocellumから高い分解活性を示すエンドグルカナーゼCelDをクローニングした。エクスパンシンはBacillus subtilis由来のエクスパンシン(Exp)を用いた。クローニングした遺伝子を用いてExp、CelD単独、あるいは両者を直接つなぎ合せたExp-CelD、両者の間にフレキシブルなペプチドGSリンカー(GGGGS)を3つ、あるいは6つ挿入した融合酵素(それぞれExp-GS3-CelD、Exp-GS6-CelD)の発現ベクターをIn-Fusionを用いて挿入した。大腸菌BL21(DE3)株を作製した発現ベクターで形質転換し、種々の酵素・タンパク質を発現した。CelDはタンパク質全長での可溶性発現は困難であったため、N末端のシグナル配列とC末端のドッケリン部位を削除することで可溶性発現が可能となった。ExpとCelDの融合酵素はいずれも可溶性発現が可能であったが、タンパク質分子量の増大とともに発現量は減少した。発現したタンパク質・酵素を用いてセルロースへの吸着実験を行った。セルラーゼ単独であるCelDはセルロースにほとんど吸着しなかったが、Expを連結した3つの融合酵素は非常に高い吸着性を示した。また、非結晶セルロースの分解実験を行ったところ、CelDに比べ、Exp-CelDは分解率が減少したものの、Exp-GS3-CelDとExp-GS6-CelDでは分解率が向上した。以上より、吸着および分解においてExp融合の効果が確認された。Clostridium thermocellum由来のエンドグルカナーゼ(CelD)と、セルロース結晶破壊機能を有するBacillus subtilis由来のエクスパンシン(Exp)を用いて、ExpとCelDを直接つなぎ合せたExp-CelD、フレキシブルなGSリンカー(GGGGS)を3つあるいは6つ挿入した融合酵素Exp-GS3-CelD、およびExp-GS6-CelDを作製した。結晶化度の異なるセルロースに対する酵素の吸着性を調査したところ、いずれのセルロースに対してもCelDに比べ融合酵素の吸着率は非常に高く、Expの融合により吸着性が大幅に向上することが分かった。また、融合酵素のリンカーの有無や長さは吸着性に大きな影響を及ぼさなかった。非結晶セルロースの分解実験を行ったところ、CelDと比較して、Exp-CelDの分解率は低下した。一方、Exp-GS3-CelDとExp-GS6-CelDの分解率は増大した。また、ExpとCelDを連結せずに共添加した系(Exp + CelD)の分解率はCelDと同程度であった。以上のことから、リンカーを挿入してExpを融合することで、CelDのセルロース分解活性を向上させることが分かった。さらに、結晶化度の異なる3種類のセルロースを用いて、融合による活性変化(融合酵素の活性/CelDの活性)を調べたところ、Exp-GS3-CelDでは、結晶化度の高いセルロースほどCelDよりも活性が大きくなり、逆にExp-GS6-CelDでは結晶化度の大きいセルロースほどCelDより活性が低くなっていく傾向が見られた。つまり、セルロースの結晶化度に応じて適切な融合酵素(リンカー)の種類が変わり、高結晶化度のセルロースに対してはExp-GS3-CelDが有効であることが明らかとなった。生物反応工学H25年度は融合酵素遺伝子の作製と発現を検討し、作製した融合酵素のセルロース分解性を調査することを当初の目的としていたが、研究が順調に進行し、当初の予定に加えて、融合酵素のセルロース吸着性および分解パターンの詳細解析についても検討を行った。Expの融合効果についてはH25年度の研究において明らかになったが、そのメカニズムについては未だに不明である。したがって、Expの結晶破壊機能について、粉末X線回折(XRD)、走査型電子顕微鏡(SEM)等を用いて詳細に検討する。

また、タンパク質工学的手法により、融合酵素のペプチドリンカー部位の種類(構造、フレキシビリティー)の影響を検討し、融合酵素のさらなる高機能化に取り組む。当該次年度使用額分は3月に執行済みであり、翌年度4月に支払い予定である上に同じ
Th1/Th2病としての自己免疫疾患の病態解明と予防・治療

Th1/Th2病としての自己免疫疾患の病態解明と予防・治療に関連した成績の概要は以下のとおりである。[I]ループス(Th1病):ループスモデルNZBxNZWF_1マウス(雌)を用いて解析し、[1].細菌菌体成分である合成したCpGモチーフは糸球体腎炎・蛋白尿などの臨床病理学的病態を促進し、これはIL-6やIFN-γの産生亢進と関連する事、[2].病態の基本病変は核破砕性毛細血管炎であるが、IL-1やTNF-αなど)の産生によってICAM-1が血管晦皮に発現し、それにリガンドである好中球のLFA-1が接着する事が重要である事。および[3].本病の本態は自己寛容の破綻であるが末梢組織のCD4+CD25+T細胞が寛容維持機構に関与している事が示唆された。[II]I型糖尿病(Th2病):マウスにレオウィルスにより誘導した自己免疫型の膵島炎は、[1].Th1型のサイトカインと拮抗するIL-4発現プラスミド処置によりによって膵島炎が軽減する事、[2]接着分子(ICAM-1とLFA-1)発現を阻止する事により、病態は軽減し、それとTh1サイトカインの上位にあるIL-12とIL-18の産生が低下する事、および[3].本モデルにさらに合成CpGもチーフの処置とCD4+CD25+T細胞除去により重篤な膵島炎と顕正糖尿病が発現する事が示唆された。従来Th2病とされてきたループスはそれと拮抗するTh1病である事が明確になった。この成果を基に、新しい治療法として、Th2サイトカインによる予防・治療法の開発につながる可能性が示唆された。一方、糖尿病にはいくつかの分類があるが、それらのなかで、I型の糖尿病の発現に関与する内・外の環境因子の一旦が明らかとなった。(1)Th1型の自己免疫性糖尿病であるマウスにおけるレオウイルス2型により惹起される膵島炎にTh2型IL-4発現プラスミドを処置すると膵島炎の抑制と耐糖能異常が改善された。このことから、遺伝子治療の可能性が示唆された。(2)卵白アルブミンと水酸化アルミニュウム・アジュバントで作製したTh2型の喘息モデルマウスの病態で重要な粘液分泌は直接粘液細胞からによるものではなく、クラーラ細胞が化生する事、また喘息反応には性差すなわち雌が雄に比較して強いが、これは雌でより強くTh2型に偏っている事が明らかとなった。(3)全身性エリテマトーデスにおける、外因性の因子による病態の増悪について検討した。特に細菌菌体成分のうちDNAの非メチル化CpGがTh1反応を増強させるとともに自己抗体産生に大きく関与するIL-6産生を増強させ結果としてループス病態を悪化させる事が明らかとなった。またマウスのCpGの本病態への関与も示唆された。(4)ウイルス感染(乳酸脱水素酵素ウイルス)ではTh1型へ反応がシフトしており、Th2型の反応による寄生虫排除のメカニズムにマイナスに働く事が示唆された。(1)脳心筋炎ウイルス感染マウスはTh1型の自己免疫性

膵島炎から糖尿病を発する事、およびこの糖尿病の発症はStreptmyces tsukubaensisより分離されたtacroliumsにより抑制される事を明らかにした。(2)馬ヘルペスウイルス(EHV)-1はマウスに急性の呼吸器化感染を起こす。このウイルスの排除にはTh1型のウイルス排除機構が関与する事が知られているが、その前に接着分子(ICAM-1/LFA-1)が重要な役割を果している事が明らかになった。(3)全身性エリテマトーデスはTh1型の自己免疫疾患である事が示唆されている。本疾患では、血管病変がみられるが、皮膚の細小血管炎には接着分子(ICAM-1/LFA-1)が関与する事、それが局所の血管内皮に好中球を固着させ、核破砕性の血管炎を引き起こす事、接着分子発現にIL-1やTNFが関連している事が明らかとなった。以上の成績から、自己免疫疾患のうち臓器特異的糖尿病を誘発するウイルス性膵島炎と、全身性疾患であるループスの病態は共にTh1優位な疾患である事が明らかとなった。これらの知見はサイトカイン不均衡を是正する治療への応用の可能性が期待される。また自己免疫疾患では内外の環境因子が関与して発症する事が示唆されている。今回のウイルス感染の成績から、少なくともある種のウイルスはTh1型の免疫反応を介して、自己免疫疾患発症を促進する可能性がある。Th1/Th2病としての自己免疫疾患の病態解明と予防・治療に関連した成績の概要は以下のとおりである。(1)全身性エリテマトーデスは全身性の代表的なTh1型の自己免疫疾患である事が示唆されている。本疾患では、遺伝因子・環境因子・ホルモンなどが複雑に関与して、自己抗原に対する寛容の破綻によってB細胞のポリクローナルな活性化が生じ、抗原・抗体複合物が腎臓に沈着して死にいたる。本疾患の根幹をなすの寛容の破綻であるが、そのメカニズムはなお不明な点が多い。本実験では、ループスのモデルマウスであるNZBxNZWF_1マウスを用いて、CD4^+CD25^+T cellを抗体で除去すると非活動期に病態が発現する事を示した。この事は、本細胞が末梢で、寛容の維持機構に関与するとともに、本細胞の活性化によって病態の治療への応用の可能性が示唆された。(2)Type Iのインスリン依存性糖尿病(IDDM)はTh1型の臓器特異的疾患である。これらのうち、自己免疫型のIDDMの発症機序は未だに不明である。マウスに一般的なウイルスであるレオウイルスを感染させ、ついで末梢における寛容維持機構に関与するCD4^+CD25^+T cellを除去し、さらにTh1型の免疫を誘導する細菌菌体成分であるplasmid中のCpGモチーフを合成したものを処置する事によって顕性の病態が発現した。この事は内外の環境因子が病態発現に関与する事を明らかにするとともに、優れた病態モデルとなる事が示された。
意欲に関連した前頭連合野のニューロン活動を生み出すドーパミン入力の役割

前頭連合野は精神活動の中枢として重要な役割を果たしている。たとえば、目標を達成して報酬を得よう、あるいは罰を避けようという「意欲」は前頭連合野の働きの一つである。最近の研究は、前頭連合野に報酬や罰に対して応答する神経細胞(ニューロン)が存在し、これらのニューロン応答が意欲のコントロールに関与することを示唆している。しかし、意欲に関連した前頭連合野の神経活動がどのようなメカニズムによって生じるのかという根源的な問題は未解明のままである。本研究では、そのメカニズムを明らかにするため、中脳ドーパミンニューロンから前頭連合野に伝達される神経シグナルに注目する。ドーパミンニューロンは報酬や罰に関連した情報をコードしており、その神経シグナルを前頭連合野に伝達することによって、意欲に関連した前頭連合野の活動を形成する基盤となっている可能性がある。そこで本研究では、ドーパミンニューロンから前頭連合野にどのようなシグナルが伝達されているのか調べることを目的とし、前頭連合野が発達したマカク属のサル(ニホンザルやアカゲザル)を実験動物として用いた行動・電気生理実験を計画している。具体的には、認知課題をサルに行わせ、認知課題遂行中のドーパミンニューロンと前頭連合野ニューロンの活動を記録する。認知課題では、課題の難易度や成功時の報酬量をパラメータとして操作し、サルの意欲をコントロールする。そして、ドーパミンニューロンと前頭連合野の活動を比較することにより、意欲に関わる難易度や報酬量の信号がドーパミンニューロンから前頭連合野に伝達されているのか検証する。平成22年度は実験設備の整備を行い、本研究のための基盤を整えた。また、サルが上述の認知課題をおこなえるように訓練し、神経活動を記録するための準備を完了した。
半導体鉄シリサイドを用いた室温動作赤外発光ダイオードの作製

本研究では、Si基板上にエピタキシャル成長可能な半導体鉄シリサイド(β-FeSi_2)を用いて、室温で動作する赤外領域の発光ダイオード(LED)を実現することを目的に実験を行った。研究期間内に、β-FeSi_2粒をSiのpn接合で埋め込んだp-Si/β-FeSi_2粒/n-Si構造において、室温で1.6μmの発光波長を持つLEDを作製することができた。その際、下記の点が明らかとなった。1.Si/β-FeSi_2粒/Si構造を作製する際、Siの成長温度が低温(400-500°C)の時は、高温(650-750°C)で埋め込んだ時に比べて格段に発光強度が増すことが分かった。これは、β-FeSi_2のa軸方向に引っ張り歪みが導入され、間接遷移型から直接遷移型へと変化するためと考えられる。2.Si/β-FeSi_2粒/Si構造を作製する際、β-FeSi_2のサイズが150nmまではβ-FeSi_2の体積増大に伴い1.52μm(77K)をピークとする発光強度が増加した。しかし、サイズが200nmを超えると1.2-1.4μm付近にSiの欠陥と思われる発光が観察されるようになった。このため、Si中に埋め込むβ-FeSi_2のサイズは100-150nmが最適である。3.LEDの発光強度は、p-Siのドーピング濃度、成長温度にも非常に敏感であることが分かった。p型不純物としてメタホウ酸を使っているが、650°Cで成長すると酸素に起因すると思われる欠陥から発光し、750°Cで成長するとp-Si表面に多数のピットが現れて表面が荒れた。このため、成長温度は700°Cが最適であるといえる。本研究では、半導体鉄シリサイド(β-FeSi_2)を用いた室温発光ダイオードの作製を目的に実験を行い、本年度は以下の結果を得た。1.Si中にβ-FeSi_2球を埋め込んだSi/β-FeSi_2球/Si構造からのPL強度は、用いるSi基板の種類に依存することが分かった。具体的には、酸素濃度の高いCZ基板ではPL強度が弱く、酸素濃度の低いエピタキシャル基板、FZ基板では、明瞭なPL発光が得られた。このため、酸素が何らかの形で非発光再結合に関わっていると考えられる。2.Si/β-FeSi_2球/Si構造からのPL強度は、MBE成長Si層でβ-FeSi_2球をSi中に埋め込む際の成長温度にも大きく依存することが分かった。埋め込み温度が400°C、500°C、630°Cの場合、β-FeSi_2のPL強度は、750°Cのそれを基準にしてそれぞれ15,13,3倍と、成長温度が高くなるにつれて弱くなった。この原因はまだ明確では無いが、成長温度によりβ-FeSi_2,球内部の歪みに変化が生じたためではないかと考えている。3.上記の成長条件を取り入れて、Sipn接合にβ-FeSi_2球を埋め込んだ発光ダイオードを作製し、波長1.6μmの室温EL発光を初めて実現した。ただし、EL強度は、注入電流量に比例して大きくならず、スーパーリニアーになっている。このことは、β-FeSi_2へのキャリアの注入がスムーズに行われていないことを示しており、非発光再結合中心が多数存在することを示唆している。本研究では、Si上にエピタキシャル成長可能な半導体鉄シリサイド(β-FeSi_2)を用いて、室温で動作する赤外領域の発光ダイオードを実現することを目的に実験を行い、本年度は以下の結果を得た。

1.Si中にβ-FeSi_2粒を埋込んだSi/β-FeSi_2粒/Si構造を、β-FeSi_2については熱反応堆積法を用いて、また、Siについては分子線エピタキシー(MBE)法を用いて作製した。Β-FeSi_2をMBE法Siで埋込む温度が400500度と低い時にはβ-FeSi_2からの1.5μmのフォトルミネッセンス(PL)が得られるが、埋込み温度が高い時にはPLが得られなかった。2.PL発光が得られた低温(500度)で埋込んだ試料と、PL発光が得られなかった高温(750度)で埋込んだ試料のβ-FeSi_2について、透過型電子顕微鏡(TEM)により、その格子定数を見積った。その結果、発光するβ-FeSi_2はa軸方向に約9%もの引っ張り歪みを受けていることが明かとなった。一方、発光しないβ-FeSi_2は歪んでいなかった。また、同一基板上に作製しているにもかかわらず、歪んでいないβ-FeSi_2もあった。この原因は、基板ヒータに温度分布があり、これが基板面内に温度分布をもたらし、これにより、β-FeSi_2の凝集の仕方が異なるためであることが明かとなった。3.Si pn接合に、直径約100nmのβ-FeSi_2を500度で埋込んだダイオードをエピタキシャルSi(001)基板上に作製したところ、40A/cm^2以上の電流注入で、1.6μmの室温エレクトロルミネッセンスが得られた。本研究では、Si基板上にエピタキシャル成長可能な半導体鉄シリサイド(β-FeSi_2)を用いて、室温で動作する赤外領域の発光ダイオードを実現することを目的に実験を行った。実際に室温発光のダイオードが作製できたが、本年度は特に以下の点が明かとなった(1).Si中にβ-FeSi_2を埋込んだSi/β-FeSi_2粒/Si構造を形成する際、β-FeSi_2のサイズが150nmまではβ-FeSi_2の体積増大に伴い1.52μm(77K)をピークとする発光強度が増加した。しかし、サィズが200nmを超えると1.2-1.4μm付近にSiの欠陥と思われる発光が観察されるようになった。このため、Si中に埋込むβ-FeSi_2のサイズは、100-150nmが最適である。(2).p-Si/β-FeSi_2粒/n-Si構造の発光特性は、p-Siのドーピング濃度、成長温度にも非常に敏感であることが分かった。p型のドーパントとしてメタホウ酸(HBO_2)を使っているが、従来知られていた750度という成長温度では、p-Si表面に多数のピットが現れた。また、650度で行うと酸素に起因する欠陥から発光した。以上の結果より、p-Siの成長温度を700度が最適であることが分かった。