hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ステロイド抵抗性喘息における気道上皮細胞のオートファジーの重要性

アレルギー気道上皮由来のアラーミンの同定とオートファジーに関するアラーミンの分泌機序の解明を主に行った。コナヒョウヒダニとアルテルナリアにおいては、プロファイルをbioplexで検討した後IPAを用いて相関関係を解析することが可能であった。しかしながら、キチン、Poly I:Cについては、ELISAを行ったものの、IL-18, IL-17A, IL-17Eなど当初想定していたサイトカインの分泌が検出されずプロファイルの解析自体が不可能であった。オートファジーに関する気道上皮由来アラーミンの分泌機序に対してはその培養時間と、その他のインヒビターであるsodium orthovanadate,またp62 LC3-II抗体を用いたwestern blottingの系を確立することができ、オートファジーが関連している可能性が高いということが示唆された。また、GFPを用いたautophagosomeをlive cell imagingを用いて観察する系を確立することができた。今後の研究の推進方策として、現在の研究を更に進め、共通抗原として報告されている、LPSやDFとALTがそのサイトカイン分泌経路とどのように異なるのか、また、オートファジーにより分泌されるIL-18は従来のIL-18と同様のものであるのか、異なるものであれば、bioactivityは従来のものと同様なのかという点に関して、上清のウエスタンブロッティングによる比較、ヒト末梢血単核球を用いてbioactivityを検討していく予定である。また、アルテルナリアやコナヒョウヒダニの刺激培養上清を用いて、繊維細胞や、血管内皮細胞などにどのような作用を及ぼすかという点に介して研究を推進していく予定である。本年においては、細胞内伝達経路を同定するためのPCR arrayを行うことができなかったこと、その経路を確実にするために、本年行う予定であったsiRNAを用いたノックダウンモデルまで作成するに至らなかったことから、次年度使用額が生じた。使用計画として、本年度は、その共通性を同定するためのPCR arrayを行う予定である。また、本年においては,抗原間の共通性を見出すために、複数の追加抗原を購入する予定である。
触媒的不斉炭素-炭素結合形成反応に適合する新規配位子系の開発と応用

重要な不斉炭素-炭素結合形成反応の一つである共役付加反応を触媒的に高いエナンチオ選択性で実現できる新規不斉配位子の開発を目的とし、L-バリノールおよび(R)-ピナフトールを出発物質とするP, N型不斉配位子の設計と合成を行った。まず以前開発したキラル素子β-アミノアルキルホスフィンを用い、ピリジン(またはキノリン)-2-カルボン酸およびピリジン-2-カルボキサルデヒドとの縮合でピリジル基をもつ新規アミド型およびイミノ型のP, N配位子の合成を行った。これら配位子の評価を、ジエチル亜鉛の環状エノン基質(シクロヘキセノン)への銅触媒不斉共役付加反応(1mol%のCu(OTf)_2の存在下)で検討した。その結果、アミド型配位子では60%ee程度であったが、イミン型配位子で90%ee以上(最高95%ee)の高い選択性を得ることができた。一方、鎖状エノンのカルコンについては、環状エノンより選択性は低かったが、イミン型配位子で71%eeの選択性を得ることができた。アミド型配位子のNHをアルキル化した配位子では、アルキル基が小さいほど選択性が向上し、N-Me体が最も良い選択性を示した。さらに本キラル素子の各種スルホンアミド型配位子を合成し同様の共役付加反応で評価した結果、N-(1R)-10-カンファースルホニル基をもつ配位子が最も優れた選択性(73%ee)を示すことがわかった。他の不飽和な基質についても検討し、比較的良好な結果が得られるものもあった。さらに軸不斉ビナフチル骨格にアミノ基とホスフィノ基を有するキラル素子を簡便に合成する方法を開発し、そのスルホンアミド型配位子が、従来高いエナンチオ選択性をあげることが難しかった鎖状エノンのベンジリデンアセトン、類への銅触媒不斉共役付加反応において、84-99%eeの高い選択性を示す優れた配位子であることを見いだした。L-バリンから得られるβ-アミノアルコールを原料とするキラル素子、2-アミノアルキルホスフィンを合成し、これとピリジン-および6-メチルピリジン-2-カルボン酸やキノリン-2-カルボン酸と縮合あるいはピリジン-および6-メチルピリジン-2-アルデヒドとの縮合で含窒素ヘテロ環をもつP, N, N型三座型配位子の合成を行った。また、ホスフィノ基の代わりにスルフィド基をもつ配位子も合成した。さらに、光学活性β-アミノアルコールから各種のN-ズルホニルをもつP, N型ホスフィン配位子の合成も行った。これら配位子の評価に用いる反応系としては、銅触媒を用いるジエチル亜鉛の不斉共役付加反応を選び、基質としてはまず環状エノンである2-シクロヘキセノンを用いて反応条件等も含めて検討した。その結果、ピリジンやキノリンのアミド型配位子では5060%ee程度の選択性が得られた。これらの配位子のアミド基をイミノ基としたP, N, N三座型のホスフィン-イミン型配位子では、トルエン溶媒中0°Cで1mol%のCu(OTf)_2の存在下、最高95%eeの高い選択性を得ることができた。スルホンアミド型配位子ではP-トルエンスルホニル基をもつ配位子で60%ee程度の選択性が得られた。これらのホスフィノ基をもつ配位子と比較しスルフィド基をもつ配位子では非常に低い選択性しか得られなかった。一方、このジエチル亜鉛-銅触媒系では比較的高いエナンチオ選択性が出しにくい基質である鎖状エノンに関しては、カルコンについて検討した。その結果、環状エノンと比べ選択性は一般に悪かったが、ホスフィン-イミン型P, N, N配位子で最高71%eeの比較的良い選択性を得ることができた。

他の不飽和な基質についても検討し、比較的良好な結果が得られるものもあった。さらに軸不斉ビナフチル骨格にアミノ基とホスフィノ基を有するキラル素子を簡便に合成する方法を開発し、そのスルホンアミド型配位子が、従来高いエナンチオ選択性をあげることが難しかった鎖状エノンのベンジリデンアセトン、類への銅触媒不斉共役付加反応において、84-99%eeの高い選択性を示す優れた配位子であることを見いだした。L-バリノールから得られるキラル素子2-アミノアルキルホスフィンを用い、既にN-2-ピリジルメチレン誘導体配位子を合成しているが、さらに本キラル素子の各種N-スルホンアミド型配位子を合成した。N-スルホンアミド型配位子について、銅触媒を用いるジエチル亜鉛の不斉共役付加反応を選び、基質としてはまず環状エノンである2-シクロヘキセノンを用いて反応条件も含め検討した。その結果、N-(1R)-10-カンファースルホニル基をもつ配位子が最も優れた選択性(73%ee)を示し、スルホニル基部分を変えることによって選択性の改善が図れることがわかった。また、鎖状エノンであるカルコンについても同様に反応した結果、選択性は中程度であったが、N-(1R)-10-カンファースルホニル基をもつ配位子の選択性で絶対配置が他の配位子と逆になるという興味ある結果を得た。さらに、他の基質についてもこれまでに開発してきた各種配位子を用い、異なるタイプの不斉触媒反応も含めて検討した。すなわち、α,β-不飽和ラクトンやβ-ニトロスチレンに対するジエチル亜鉛の銅触媒不斉共役付加反応や、類縁のスルホニルイミンへの付加反応、さらに異なるタイプの反応であるロジウム触媒を用いるオキサベンゾノルボルナジエンに対するN-メチルアニリンの付加反応について検討した。その結果、ニトロスチレンやスルホニルイミンに対する付加反応では選択性は非常に低かったが、6員環状ラクトンでは中程度(63%ee)の選択性であり、オキサベンゾノルボルナジエンの反応ではN-トシル型配位子が比較的高い選択性(78%ee)を示すことが明らかとなった。以上のように、本キラル素子をもつ各種P, N型配位子は、以前に報告したパラジウム触媒反応に加え銅触媒やロジウム触媒反応でも有効な不斉配位子として機能することを明らかにした。銅触媒を用いるジエチル亜鉛の不斉共役付加反応に関して、すでに2-アミノアルキルホスフィンをキラル素子として用いNに各種のヘテロ官能基を導入した誘導体であるN-2-ピリジルメチレン誘導体やN-ピリジル-2-カルボニル誘導体、N-スルホニル誘導体などのP,N型配位子を開発し、環状エノンの2-シクロヘキセン-1-オンで比較的良い選択性を示すことを報告してきたが、鎖状エノンではあまり良い選択性をあげることができなかった。そこで、この不斉炭素骨格をより高い選択性が期待される軸不斉ビナフチル骨格とし、同様にアミノとホスフィノ基を有するキラル素子を利用することにし、そのN-スルホンアミド型配位子の一つとしてN-トシル体を合成した。その合成は、従来のアミノヒドロキシ体を光学分割する手間のかかる手法は用いず、安価な光学活性BINOLを出発物質として触媒反応や転位反応を利用する簡便な新規ルートで行った。本配位子の評価は、従来高いエナンチオ選択性をあげることが困難で有効な不斉配位子が数例しかなかった鎖状エノンのベンジリデンアセトンを基質とし、ジエチル亜鉛の銅触媒不斉共役付加反応で行った。その結果、本配位子は種々の溶媒系や銅塩を用いても、反応温度は低温でなく室温でも、また触媒量は0.5モル%の少量でも反応し、9499%eeの高い選択性を示すことから非常に優れていることが明らかとなった。さらにベンゼン環に官応基をもつベンジリデンアセトン誘導体についても同様に検討し、その多くが95%ee以上の高い選択性を示すことがわかった。
低次元シリコンナノ構造を複合機能化した新規高効率太陽電池材料の創製

本研究では、次世代の太陽電池材料として有望なSiナノ結晶(0次元,直径:1-50nm,バンドギャップ:3.0-1.1eV)およびSiナノワイヤ(1次元,直径:5-50nm,バンドギャップ:1.5-1.1eV)の両材料を機能的に複合化し、Si材料の削減による低コスト化および変換効率の向上を両立した、これまでに無い新しい次世代シリコン太陽電池材料の開発を行った。次世代Si系太陽電池用材料としては、Si材料の削減による低コスト化を進めつつ、変換効率の更なる向上を実現することが求められている。そこで本研究では、Si材料の削減に有効であり、且つ、バルクSi系太陽電池の変換効率を向上できるという理由から、次世代の太陽電池材料として有望なSiナノ結晶およびSiナノワイヤの両材料を機能的に複合化し、Si材料の削減による低コスト化および変換効率の向上を両立した、これまでに無い新しい次世代シリコン太陽電池実用における基礎・基盤技術を確立することを目的に実験を行った。初年度は、機能性複合膜形成に必要なSiナノ結晶とSiナノワイヤそれぞれの成長制御につての実験を重点的に行った。前者のSiナノ結晶を関しては、スパッタ法により大量合成することができた。一方、後者のSiナノワイヤに関しては、CVD法によりSi基板上に垂直配向する技術を確立することができた。Siナノワイヤの成長は金属触媒を利用したVLS成長を利用している。Siナノワイヤ単体でも太陽電池として機能する材料を開発するために、成長軸方向にテーパー構造を有するSiナノワイヤの成長を行った。この構造では、太陽光の入射方向からバンドギャップを徐々に小さくすることができ、高効率化が期待できる。実際に成長制御を行った結果、成長軸方向にテーパー構造を有するコーン状のSiナノワイヤの成長を実現できた。不純物ドープシリコンナノ粒子を用いた太陽電池のI-V特性に関して、疑似太陽光源(AM1.5G、100mW/cm^2)を有するソーラーシミュレータを用いて評価した。サイズ可変前のシリコンナノ粒子を用いた太陽電池は、0.8Vの低い解放電圧(V_<oc>)と0.015mA/cm^2の低い短絡電流密度(J_<sc>)を示した。しかしながら、サイズ可変したリンドープシリコンナノ粒子を用いた太陽電池では、疑似太陽光に対する吸収帯幅の改善(特に、可視域帯での効果的な吸収)による吸収効率の向上により、解放電圧(1.725V)と短絡電流密度(0.5mA/cm^2)を大きく増加させることができた。キャリアの輸送機構を向上させるために、PドープSiナノ粒子から成る太陽電池に対して、キャリアの導電性パスとして優れている不純物ドープしたSiナノワイヤを導入した。複合材料を用いた太陽電池は、ナノワイヤを導入する前の太陽電池に比べて解放電圧(0.2V)や短絡電流密度(0.225mA/cm^2)が低く、変換効率の向上には至らなかった。その原因として、ナノ粒子とナノワイヤの密着性および密度の最適化が不十分であることやナノ粒子/ナノワイヤ界面での欠陥の残存が影響していると考えられる。よって、複合材料を用いた太陽電池における変換効率の向上には、活性層の構造改質がより重要であることがわかった。
ユビキタス環境における常時装着小型入出力装置に関する研究

いつでもどこでも、様々な情報にアクセスできるユビキタス環境の到来が予想されている。移動性や携帯性に乏しい旧来のPCの入出力機器の代わりとして、常時装着する指輪型の入出力装置について研究した。利用者の意図に基づくタイミングで即座に指示を与えられることはできたが、受信したメッセージへの応答には不向きであった。また、種々のアプリケーションに対する統一された操作法についても提案した。初期システムの試作と候補の確定研究目的における常時装着入出力装置(以後、提案装置)には種々の実現法があるが、試作を通して次年度の実証実験のための装置構成を確定させた。具体的には、1.複数電極における静電容量の変化を検知し利用者の操作の検出すること、2.LEDにより外部からの情報を提示すること、3.赤外線を用いて外界との通信を行うこと、4.電源として小型のボタン電池と太陽電池の二種を組み合わせて使用することなどである。また通常のPCに赤外線入出力装置を付加することで、ユビキタス環境を模擬する情報端末を作成した。課題とその対策プロトタイプ装置の作成を通しいくつかの課題が明らかとなった。以下に課題とその対策について述べる。・工作の容易さから一般に市販されている部品を使用しているが、常時装着を可能とするための小型軽量化が難しい。これに対し、より適した部品が入手となり次第利用するとともに提案装置の基材の形状を工夫する。・電源として容量の小さな一次電池と通信時に瞬間的に電力を供給するための補助的なキャパシタ(太陽電池と昇圧コンバータにより充電)を持たせているが長時間の使用には実用上限界がある。主に情報の提示と通信に電力が必要となるが、後者に関してはより軽量な通信プロトコルを採用することで改善を図る。・提案装置上の制御プログラムの記述にはC言語を模して作成した独自の言語を用いているが、提案装置でのプログラミングにて頻繁に現れるハードウェア割り込みをトリガとするイベント駆動型の記述がしにくく、また使用電力を抑制するための記述は別途組み込んだアセンブリ言語で行う必要がある。これらの記述を容易にするための改良を行う。前年度に確定した提案装置の実装候補を用いて、実証実験めための予備調査を行った。その結果、以下の問題点が見出され改善を要することが判明した。(1)提案装置の実装候補は製作上の都合、サイズが固定されているため、指表面との隙間を適宜詰めることで利用者の装着部位(非利き手の第二指)の寸法に調整することを予定していたが、装着感への悪影響より常時装着の目的に反する結果となった。これに対して基材部の作製法およびデザインの変更で対応することとした。(2)LEDなどの点灯状態によって外界から得られた情報を提示していたが、もっぱら視覚に頼ることになり即応性に乏しく、また非効率であった。これに対して聴覚あるいは触覚の利用が有効であるが提案装置のサイズから搭載が難しい。そのため併せて以下の問題(3)の解決手段を取ることにした。(3)提案装置の小型化を目指し太陽電池を用いた環境発電電源を検討していたが、日中の天候に左右され、また夜間の利用には向かず、使用時間や使用頻度に大きな制約が生じてしまった。そのため指輪型の入出力部と電源を分離することとした。ただし常時装着性を大きく損なわないように腕時計状にとどめ、そこに電源、聴覚および触覚を刺激する素子、さらに本研究計画時に予定していた外界との通信のための無線機器を収めることとした。また、ユビキタス環境の模擬にノート型PCを利用していたが、計画当初には存在していなかった安価なタブレット型端末が入手できるようになったため、これらを利用し模擬環境の再構築をすることとした。前年度までに見出された問題点に対して、以下二点の改善を行った。(1)指輪型装置の製作法の変更。これまで基材として3mm厚のアクリル樹脂を用い、利用者の人差し指の径を内径とする円状のパーツを複数切り出し、それらを積層することで指輪部を作成していた。それに対し、今回は板状のパーツを切り出し、それを加熱による折り曲げ加工により利用者の指のサイズに対応させた。(2)腕時計型装置への機能分離。入出力の機能および電源を指輪型装置に組み込むことが困難であることが判明したため、接触センサーによる入力以外の機能を、別途作成した腕時計型装置へと分離した。具体的には、出力機能(小型LCDへのテキスト出力、LED点灯・点滅、圧電ブザーによる発音および振動)、外界との通信機能(XBeeモジュール)、電源をもたせた。また指輪型装置と時計型装置との間は電源およびI2C通信のための4線で接続した。常時装着性を大きく損なうことなく装置を分離し、出力機能を付加したことにより、指輪型装置だけでは不足したフィードバックが増強され、適用可能なアプリケーションも増えた。たとえばメール到着の通知に対して、メールの題名のみを示すことで、メールを読むための機器を取り出すことなく即時的にアクションを指定することも可能である。

しかし、装置製作に関して、大半が手作業によるものであったため複数の利用者のための装置の用意が期間内に間に合わず、研究代表者のみの使用に留まっている。現在も装置作成を継続しており、完了次第データ収集を実施し成果を報告する予定である。また、当初の計画にはないが寸法の違いを上流工程で吸収するために3Dプリンタによる装置製作も計画している。装置改良および模擬環境再構築のため。24年度が最終年度であるため、記入しない。まず早急に提案装置の改良および環境の再構築を完了させ、実証実験を実施する。ただし提案装置のサイズは利用者によるため被験者実験の計画と並行して調整を行う。提案装置には新たな通信機能を追加するので、その活用を含むシナリオを考案し被験者実験を通して有用性を検証する。
EXORゲ-トを用いた論理回路の構成に関する研究

(1)ANDーEXOR論理式の最小化:4変数までの論理関数のESOPの最小形を網羅的方法で求め,それを適当な同値関係で分類し表にまとめた.これにより,4変数までの論理式の最小化は,索表により実行できるようになった.(3)ANDーEXOR論理式(ESOP)簡単化の実用的プログラムEXMIN2の開発:種々の算術演算回路を簡単化した結果,ANDーEXOR論理式を用いると,ANDーOR論理式の場合に比べ,同じ関数を表現するために必要なリテラル数や積項数が少なくてよいことが明らかになった.EXMIN2を用いるとは,ワ-クステ-ション上で実用レベルのANDーEXOR論理回路を設計できる.(4)ANDーORーEXOR回路の構成:通常の実現法では,EXORゲ-トはORゲ-トに比べ高価なので,ANDーEXOR論理回路をそのまま実現するのは実用的ではない.ANDーEXOR論理回路において,いくつかのEXORゲ-トは出力関数を変化させずにORゲ-トに置換可能である.この性質に着目し,ANDーEXOR二段論理回路をANDーORーEXOR論理回路に変換する方法を開発した.(1)ANDーEXOR論理式の最小化:4変数までの論理関数のESOPの最小形を網羅的方法で求め,それを適当な同値関係で分類し表にまとめた.これにより,4変数までの論理式の最小化は,索表により実行できるようになった.(3)ANDーEXOR論理式(ESOP)簡単化の実用的プログラムEXMIN2の開発:種々の算術演算回路を簡単化した結果,ANDーEXOR論理式を用いると,ANDーOR論理式の場合に比べ,同じ関数を表現するために必要なリテラル数や積項数が少なくてよいことが明らかになった.EXMIN2を用いるとは,ワ-クステ-ション上で実用レベルのANDーEXOR論理回路を設計できる.(4)ANDーORーEXOR回路の構成:通常の実現法では,EXORゲ-トはORゲ-トに比べ高価なので,ANDーEXOR論理回路をそのまま実現するのは実用的ではない.ANDーEXOR論理回路において,いくつかのEXORゲ-トは出力関数を変化させずにORゲ-トに置換可能である.この性質に着目し,ANDーEXOR二段論理回路をANDーORーEXOR論理回路に変換する方法を開発した.下記の三つの研究を行った。1.ANDーEXOR論理式最小化プログラムの開発。2.ANDーEXOR論理式最小化プログラムの開発。3.論理関数の変換のフルゴリズムとプログラムの開発。研究分担者の神田徳夫が内地留学で研究代表者の大学で10カ月過ごすことになり,研究の芸率が大幅に上昇した。また,研究代表者のアイデアに強い興味を示したIBMワトソン研究のD.Brand博士が,約4カ月研究代表者の所に滞在し共同でANDーEXOR論理式の最小化に関する研究を行った。新たにられた成果は,下記のとおりである。1.『任意の6変数関数を表現するために必要なANDーEXOR論理式の績項が16であること』。この証明のために,多数のワ-クステ-ションを数ケ月連続運転した。ANDーOR論理式で同じことをするには,32績項必要である。つまり,EXORを用いると績項数が大幅に経ることが証明された。2.『論理関数の変換定理』ANDーEXOR論理式の績項数を変化させないような論理関数の変換群を発見した。この変換を用いると,一つの関数の論理式を簡単化すれば十分である。そのため,ANDーEXOR論理式の簡単化は,並列計算機で実行出来る。また,最小論理式の績項数の下界を求める際にも有効であり,最小化プログラムの性能も大幅に上昇した。(1)ANDーEXOR論理式の最小化:4変数までの論理関数のESOPの最小型を網羅的方法で求め,それを適当な同値関係で分類し表にまとめた。これにより,4変数までの論理式の最小化は,索表により実行できるようになった。(3)ANDーEXOR論理式(ESOP)簡単化の実用的プロ警ラムEXMIN2の開発:種々の算術演算回路を簡単化した結果,ANDーEXOR論理式を用いると,ANDーOR論理式の場合に比べ,同じ関数を表現するために必要なリテラル数や積項数が少なくてよいことが明らかになった。。EXMIN2を用いるとは,ワ-クステ-ション上で実用レベルのANDーEXOR論理回路を設計できる。(4)ANDーORーEXOR回路の構成:通常の実現法では,EXORゲ-トはORゲ-トに比べ高価なので,ANDーEXOR論理回路をそのまま実現するのは実用的ではない。ANDーEXOR論理回路において,いくつかのEXORゲ-トは出力関数を変化させずにORゲ-トに置換可能である。この性質に着目し,ANDーEXOR二段論理回路をANDーORーEXOR論理回路に変換する方法を開発した。
モデル生物を用いたカルシニューリン経路の分子機構に関する機能ゲノム学的解析

カルシニューリンは酵母から哺乳動物に至るまで高度に保存されたタンパク質脱燐酸化酵素である。野生型分裂酵母では免疫抑制薬であるFK506によりカルシニューリンの機能を抑制しても成育に影響がない。この現象に基づいて、我々は分裂酵母をモデル生物として用いて、FK506の存在下で致死となる変異体(its変異体)の網羅的スクリーニングを展開し、多数の変異体を単離している。本研究では、これらのカルシニューリンと機能的に関連する遺伝子産物とカルシニューリンとの相互作用の解析を通して、カルシニューリンが関与する蛋白質脱リン酸化及びリン酸化ネットワークを明らかにする事を目的としている。本年度は以下の2つの点について解析し、成果を発表した。1.低分子量GTP結合タンパク質RabファミリーであるYpt3/Its5の機能解析を行った。Its5は細胞質分裂、細胞壁形成,および液胞の融合などの生理機能に重要な役割を示すことが明らかとなった。さらに、Its5はエキソサイトーシスのゴルジ、およびポストゴルジのステップにおいてカルシニューリンと協同的に働いていることが証明された。これらの結果より、カルシニューリンが細胞内輸送系の制御に重要な役割を果たしていることが示唆された。2.細胞隔壁形成に関与するタンパク質リン酸化酵素Its10/Cdc7の機能解析を行った。分裂酵母カルシニューリンは細胞質分裂のcell separationのステップに重要であるため、カルシニューリンノックアウトは多核・多隔壁の表現型を示すと考えられてきた。しかし、われわれが単離したits10/cdc7変異体の解析から、カルシニューリンがseptation initiationnetwork (SIN)の経路をターゲットにして機能することが示唆された。この結果より、カルシニューリンは隔壁形成とcell separationの両方のステップで重要な役割を果たしていることが示唆された。
NMRを用いた異常プリオンの構造解析とその多様性の評価

異常プリオンPrp^<Sc>やプリオン蛋白質(PrP)のアミロイド線維は超分子複合体であり、非結晶性の凝集体であるので、通常の溶液NMRやX線結晶構造解析は適さない。そこで、(1)PrPアミロイド線維の重水素交換、(2)DMSOによる線維の可溶化、(3)NMRによる重水素交換の追跡、この一連の手法を用いてアミロイド線維内で水素結合を形成しているアミノ酸残基を特定することを目標に研究を行った。しかし、この手法ではDMSO溶液中でPrPのHSQCスペクトルを帰属する必要がある。現在、この帰属に難航しておりまだ実験が終わっていない。今後も引き続きHSQCスペクトルの帰属を行う、と同時にPrPアミロイド線維の構造情報をさらに得るため、PrPオリゴマーや断片化したアミロイド線維のNMRスペクトルの直接測定を行っていく予定である。一方、当研究室では正常PrPを安定化して、PrP^<Sc>への構造変換を抑制する低分子化合物の探索を行っている。そこで本研究では低分子化合物の添加によるPrPの揺らぎの抑制について調べた。まず、大腸菌の大量発現系により^<15>NラベルPrPを作製して、800MHz NMRを用いてT1,T2,NOEを測定した。その結果、低分子化合物Aの添加により、PrPのヘリックス2,3間のループ部分の揺らぎが抑えられる事が分かった。このようにPrPの揺らぎを制御することにより、PrP^<Sc>への構造変換を抑制することが可能であると考えられる。また、PrP^<Sc>の形成には"中間体"の存在が示唆されているがその構造は未だ不明である。そこで、高圧NMRを用いて天然状態から変性状態への連続的な構造変化を見ることによって、中間体の構造を明らかにすることを目的として実験を行った。その結果、pH3.0で2500atmまで加圧して、さらに0°Cまで温度を下げることによりPrPがほぼ変性することが分かった。今後、PrPの天然状態→中間体→変性状態への圧力依存的構造変化を調べて中間体の構造を明らかにしたい。NMRを用いた異常プリオンの構造解析を行なうため、本年度は主にマウス由来のプリオン蛋白質(MoPrP)を用いてアミロイド線維形成実験を行った。近年、試験管内で超音波を用いた異常プリオン(PrP^<Sc>)の増幅実験がしばしば行われている。しかし、PrP^<Sc>の増幅に必要な超音波パワーについては分かっていない。本研究ではカロリメトリー法とKI酸化法を用いて、PrP^<Sc>の一つであるアミロイド線維の形成に必要な超音波パワーについて調べた。その結果、アミロイド線維の核形成は超音波パワーに比例して早くなることが分かった。超音波パワー2.0W以上では15時間以内に線維は形成されたが、1.02.0Wまた1.0W以下ではアミロイド線維はそれぞれ565時間、4080時間で形成された。しかし、超音波パワーが2.6W以上では線維は細かく断片化された。このように、アミロイド線維形成には凝集体形成と断片化のバランスが重要であり、超音波パワー2.0W程度が適していると考えられる。また、MoPrPは超音波パワーが弱いとアミロイド線維と同時にアモルファス凝集体を形成した。そこで、この2つの凝集体を用いて、超音波照射下でシーディングによる伝播実験を行った。その結果、シーディング1回目では2種類の凝集体の性質は効率よく伝播された。しかし、シーディングを繰り返すと伝播の効率が徐々に悪くなった。これは超音波パワーが伝播には十分ではない、つまり超音波による凝集体の断片化効率が悪いため、シード量が不足したためだと考えられる。今後、凝集体の伝播や線維の断片化に必要な超音波パワーを明らかにする予定である。核磁気共鳴(NMR)を用いた異常プリオンPrp^<Sc>の構造解析を行なうため、まず超音波照射下におけるプリオン蛋白質(PrP)のアミロイド線維形成について調べた。近年、試験管内で超音波を用いた異常プリオン(Prp^<Sc>)の増幅実験がしばしば行われているが、Prp^<Sc>の増幅に必要な超音波パワーについては分かっていない。本研究ではカロリメトリー法とH酸化法を用いて、Prp^<Sc>の一つであるPrPアミロイド線維形成に必要な超音波パワーについて調べた。その結果、超音波パワー2.0W程度が線維形成には適当であることが分かった。超音波パワーを定量化することにより、今後Prp^<Sc>の検出を効率よく、また一定基準の元で行えるようになると考えられる。次に、作製したPrPアミロイド線維の構造解析を以下の方法で行った。(1)PrPアミロイド線維の重水素交換、(2)DMSOによる線維の可溶化、(3)NMRによる重水素交換の追跡。この手法を用いることで、アミロイド線維内で水素結合を形成しているアミノ酸残基を特定することができる。しかし、現在この帰属に難航しており、今後も引き続きHSQCスペクトルの帰属を行う必要がある。また、NMRを用いてアミロイド形成に関わる中間体の検出を行った。まず、標準試料としてリゾチームを用いて、超音波照射下、pH1.6、42°Cでアミロイド線維を作製し、NMRスペクトルを連続測定した。

その結果、リゾチームは天然状態と凝集体の2状態だけではなく、さらに変性状態が並行して蓄積されることが分かった。MALDI-TOF Massによる解析により、変性したピークは特異的に加水分解されたリゾチームであり、線維形成と酸加水分解が競合して起こることが分かった。今後さらに研究を発展させ、PrPのアミロイド線維形成反応を追跡する予定である。異常プリオンPrp^<Sc>やプリオン蛋白質(PrP)のアミロイド線維は超分子複合体であり、非結晶性の凝集体であるので、通常の溶液NMRやX線結晶構造解析は適さない。そこで、(1)PrPアミロイド線維の重水素交換、(2)DMSOによる線維の可溶化、(3)NMRによる重水素交換の追跡、この一連の手法を用いてアミロイド線維内で水素結合を形成しているアミノ酸残基を特定することを目標に研究を行った。しかし、この手法ではDMSO溶液中でPrPのHSQCスペクトルを帰属する必要がある。現在、この帰属に難航しておりまだ実験が終わっていない。今後も引き続きHSQCスペクトルの帰属を行う、と同時にPrPアミロイド線維の構造情報をさらに得るため、PrPオリゴマーや断片化したアミロイド線維のNMRスペクトルの直接測定を行っていく予定である。一方、当研究室では正常PrPを安定化して、PrP^<Sc>への構造変換を抑制する低分子化合物の探索を行っている。そこで本研究では低分子化合物の添加によるPrPの揺らぎの抑制について調べた。まず、大腸菌の大量発現系により^<15>NラベルPrPを作製して、800MHz NMRを用いてT1,T2,NOEを測定した。その結果、低分子化合物Aの添加により、PrPのヘリックス2,3間のループ部分の揺らぎが抑えられる事が分かった。このようにPrPの揺らぎを制御することにより、PrP^<Sc>への構造変換を抑制することが可能であると考えられる。また、PrP^<Sc>の形成には"中間体"の存在が示唆されているがその構造は未だ不明である。そこで、高圧NMRを用いて天然状態から変性状態への連続的な構造変化を見ることによって、中間体の構造を明らかにすることを目的として実験を行った。その結果、pH3.0で2500atmまで加圧して、さらに0°Cまで温度を下げることによりPrPがほぼ変性することが分かった。今後、PrPの天然状態→中間体→変性状態への圧力依存的構造変化を調べて中間体の構造を明らかにしたい。異常プリオンPrP^<Sc>やアミロイド線維の重水素交換反応を追跡するためには、異常凝集体を溶かし、同時に重水素交換反応を遅くする溶媒が必要である。さらに、その溶媒中でPrPのHSQCスペクトルの完全帰属が必要である。しかし、現在のところHSQCのピーク数が少なくまだ完了していない。今後も引き続き研究を行い、帰属を行う予定である。引き続きNMRや各種分光器を用いて異常プリオンPrP^<Sc>やアミロイド線維の構造解明に向けて研究を行う。特に、重水素交換反応を追跡するのに適した溶媒の探索とPrPのHSQCスペクトルの完全帰属を目指して研究を続ける。
小児の発育に伴う薬物代謝酵素の活性変動と薬理効果を考慮した最適な医薬品投与設計

モリブデン(Mo)含有酵素であるaldehydeoxidase(AO)およびxanthineoxidase(XO)は、発育に伴って、その活性・タンパク発現量が変動した。さらに、AOおよびXO活性とMocofactorSynthesis(MOCS)protein発現量の間に良好な相関が認められた。AllopurinolはAO、XOによって代謝されることが報告されている。従って、発育に伴うAOとXO活性変動がallopurinol代謝に及ぼす影響を検討した。併せて、allopurinolの薬理作用であるXO阻害効果の変動についても検討した。XO阻害効果は、ratioofxanthine(RX値):xanthine/(xanthine+hypoxanthine)にて評価した。Allopurinol酸化代謝活性は、3週齢:1.69nM/60min/mgprotein,6週齢:8.93nM/60min/mgproteinであった。また、発育に伴い、XO活性の低下が認められた(RX値3週齢:0.76,6週齢:0.56)。これらの結果は、代謝物であるoxypurinol増加に起因するものである。次に、febuxostat(XO特異的阻害剤)、raloxifene(AO特異的阻害剤)を用いて、allopurinol酸化活性におけるAO寄与度(%ofcontrol)を検討した。3週齢におけるAO寄与度は18.0%、6週齢は80.7%であった。Allopurinol代謝におけるAOの寄与度は、発育に伴い、大きく異なることが示された(3週齢:18.0%,6週齢:80.7%)。Allopurinolは小児薬物領域において、抗腫瘍剤投与による高尿酸血症治療に汎用されている。このallopurinolはxanthine oxidase (XO)およびaldehyde oxidase (AO)により、強力なXO阻害活性をもつoxypurinolへと酸化代謝される。Allopurinol酸化代謝に及ぼす発育の影響をin vitroにて検討した。発育に伴うAOおよびXO活性変動を検討した。3週齢ラットのAO活性は成獣の47.8%、XO活性は23.5%であった。次に、XO特異的阻害剤であるfebuxostat、AO特異的阻害剤であるraloxifeneを用いて、allopurinol酸化活性(% of control)におけるAO寄与度を検討した。Allopurinol代謝におけるAOの寄与度は、発育に伴い、大きく異なることが示された。一方、RX値は3、6週齢ともにAO活性阻害時と非阻害時との間に差は認められなかった。この要因として、検討を行ったoxypurinol産生はそのXOに対するKi(50 nM)よりも高値であったためと考えられる。今後、臨床濃度での検討が必要と考えられる。ラット出生日齢に伴うモリブデン(Mo)含有薬物酵素(xanthine oxidase (XO)およびaldehyde oxidase (AO))の活性変動を検討した。生後0,1,2,3,4,5,6週齢のラットを屠殺後、肝を摘出し、Cytosol画分を作成した。その後、Cytosol画分中のXO活性及びAO活性を測定した。なお、XO活性は、1-methylxanthineの酸化活性にて、AO活性は、N1-methynicotinamideおよびphenanthridineの酸化活性にて評価した。出生後の新生仔に関して検討を行った結果、XOおよびAO活性は生後日数に伴いその活性の上昇が認められ、4週齢にて成獣と同等の活性を示した。発育に伴うMo含有代謝酵素活性変動モデルを作成するため、Mo含有酵素の活性変動因子であるタンパク構造変化およびMo cofactorの生合成に関与するGephyrin (GEPH)やMo Cofactor Synthesis (MOCS) proteinの発現量変化を検討した。発育に伴うMonomer体/Dimer体の発現比は、一定であった。

タンパク構造の変動が活性に影響を与えていないと考えられる。一方、Mo cofactorの生合成に関与する因子に関しては、生後0週齢よりGEPHタンパクの発現を認め、発育に伴い、その発現量が増加した。同様に、MOCSにおいても生後0週齢よりタンパク発現を認め、発育に伴い発現量が増大した。さらに、AOおよびXO活性の間に良好な相関が認められた。AOおよびXO活性は、そのタンパク発現量に加え、MOCSやGEPHなどのMo Cofactor生成系によっても制御されている可能性が示唆された。現在、本年度は、本研究で最も基礎的検討の必要な部分に従事した。xanthine oxidase (XO)およびaldehyde oxidase (AO)は類似した酵素であり、その発育に伴う変動も類似している。そのため、XOおよびAO活性変動を示す共変量として、各酵素タンパクの発現量およびGephyrin (GEPH)やMo Cofactor Synthesis (MOCS) proteinのタンパク発現量の検討を行った。その結果、これらの因子を利用した発育に伴う薬物代謝酵素モデルの構築が行えると考える。従って、おおむね順調に進展していると考える。本年度の成果として、Mo含有薬物酵素であるxanthine oxidase (XO)およびaldehyde oxidase (AO)の活性変動要因として、各酵素タンパク発現量やMOCSやGEPHなどのMo Cofactor生成系が影響を及ぼしており、これらを考慮した発育に伴う薬物代謝モデルの作成が有用と考えられる。次年度は、本年度組んだモデルと幼若ラットin vivoでの比較を、薬物動態的・薬力学的観点より行う。なお、使用する医薬品として、6-mercaptopurineを考えている。ラットに加えて、ヒトにおけるモデルの構築も行う予定である。本年度は、Mo含有薬物酵素であるxanthine oxidase (XO)およびaldehyde oxidase (AO)の活性を測定するため、HPLCを購入した。次年度行う予定である6-mercaptopurineの体内動態測定も、本年度購入したHPLCを用いて行う予定である。しかし、HPLCを稼動させるため、カラム、溶媒等を購入する必要がある。同時に、サンプルの精製等にも経費が必要となる。また、発育に伴う薬物代謝酵素活性の変動を検討しているため、本年度と同様に、幼若ラットも購入する予定である。
感覚情報伝達・処理機構に関する研究-遅順応型歯根膜線維-

以前の研究において、一次求心性線維からの感覚情報は、三叉神経感覚核郡のそれぞれの亜核において明かな様式をもって処理される事を提唱してきた。この研究は、主感覚核腹側亜核(Vpv)と、吻側核吻内側部(Vo.r)における、遅順応型歯根膜求心線維からの軸索終末の超微細構造とシナプス様式を、horseradish peroxidaseによる軸索内注入法を用いて、この問題を明らかにした。我々の観察は、Vpv139個、Vo.r105個のシナプス瘤を、完全又完全に近い状態の再構築を基本として行った。すべての標識終末は、明白な球形のシシナプス小胞を含み、標識されていない樹状突起に対して前シナプスであり、多形性シナプス小胞(P-ending)を含む標識されていない軸索終末に対して、ほとんど後シナプスであった。P-endingはしばしば標識終末から、軸索樹状シナプスを受ける樹状突起と、軸索樹状シナプスを形成した(synaptic triads)。コンタクトの数を基本として、標識終末と関係しているシナプス接合様式を、単純型(1コ、2コのコンタクト)、中間型(3コ、4コのコンタクト)、複雑型(5コ、それ以上のコンタクト)のグループに分類する事ができた。円形から細長い形態と多様な標識終末は、滑らかなものから、不規則なもの又、貝殻状の輪郭を形成した。貝殻状の輪郭を示す終末はほとんど複雑型を示した。中間型の終末部は、複雑型よりも有意に小さく、単純型よりも有意な大きかった。遅順応型歯根膜線維終末は、Vpvにおいて各々の型のシナプス配列が認められるが、Vo.rにおいてはほとんど単純型を示した。標識終末の大きさは、Vo.rよりVpvのほうが有意に大きかった。標識終末との軸索樹状、軸索軸索間のコンタクトの総数はVo.rよりVpvのほうが有意に多かった。他の違いは、Vo.rよりVpvのほうがシナプストライアドがより多く見られた。これらの観察より、一次求心性線維からの感覚情報は、二つの亜核において異なった様式をもって処理されることを提唱された。
疾患特異的に糖鎖修飾異常を受けた蛋白質に対する自己抗体の新たな検出法

本研究では、関節リウマチ(RA)が認識する、N型糖鎖が脱糖鎖された末梢血単核球(PBMC)由来蛋白質の同定を試みた。まず、蛋白質を転写した膜上で脱糖鎖を試みたが、膜上での脱糖鎖は困難であった。そこで液相でのPBMC蛋白質の脱糖鎖の後にRA患者血清を用いてwestern blottingを行い、RA特異的な糖鎖異常を示す蛋白質に対する自己抗体の検出により、RAで糖鎖異常を示す蛋白質の同定を目指した。脱糖鎖PBMC蛋白質に対しRA患者血清を反応させ自己抗体の検出を試みたが、自己抗体は検出されなかった。今後は血清蛋白質を脱糖鎖し、RAで糖鎖異常を示す蛋白質の同定を行う。自己免疫疾患の特徴は疾患特異的な自己抗体の存在である。自己抗体の産生機序の一つとして、対応抗原である蛋白質が疾患特異的な翻訳後修飾をうけることが提唱されている。本研究では翻訳後修飾の中でも糖鎖修飾を標的とした。多くの癌種でムチン1の糖鎖異常があるなど疾患と関連する報告があり、様々な疾患で治療標的となりうる糖鎖異常が同定されると予想されるが、疾患特異的糖鎖異常を受けた蛋白質の同定はまだ十分とは言えない。以上の背景から、本研究の目的は、疾患特異的な糖鎖修飾変化を受けた蛋白質に対して産生された自己抗体の汎用的な検出法の確立とし、本年度は、疾患特異的な蛋白質糖鎖修飾異常を簡便に検出可能とするスクリーニング系の構築を試みた。健常者の末梢血単核球(PBMCと略)の細胞質蛋白質を12.5%のポリアクリルアミドゲル電気泳動で展開させ、そのゲルをPVDF膜に転写した。蛋白質が転写されたPVDF膜を50 mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH 7.5)中に浸し、そこに酵素濃度を変化させたPNGase F (Peptide-N-Glycosidase F)を加え、37°Cで24時間の反応を行った。反応終了後、反応を行ったPVDF膜に対し、N型糖鎖中のマンノースを認識するConAを用いたレクチンブロットを行った。その結果、PVDF膜上で高分子側でのPBMC細胞質蛋白質の脱糖鎖が確認された。細胞質蛋白質の中に糖鎖が修飾される蛋白質が複数存在することを明らかにした。逆に、PVDF膜上で低分子側の蛋白質ではほぼ脱糖鎖が確認されなかった。酵素濃度や反応時間などの条件を検討したが、蛋白質を転写したPVDF膜上での効率の良い脱糖鎖を可能とする系を構築するには至らなかった。そこで、その代案として、蛋白質の脱糖鎖は液相での反応で行うものとして、脱糖鎖後の蛋白質に対して、自己免疫疾患患者血清および健常者血清を反応させることで、疾患特異的糖鎖異常蛋白質を新たに同定する。蛋白質を展開させたPVDF膜上で、PNGaseFにより効率よく脱糖鎖をさせる反応系は構築には至らなかったが、PNGaseFを用いて、脱糖鎖されたPBMCの細胞質蛋白質サンプルを作製することに成功している。今後は、得られた蛋白質サンプルを用いて、自己抗原となる蛋白質の同定を行っていく。自己免疫疾患の一部では、疾患特異的な自己抗体が産生される。自己抗体産生の原因として、抗原蛋白質の翻訳後修飾による抗原性の獲得が考えられる。糖鎖修飾は翻訳後修飾の一つであり、悪性腫瘍やIgA腎症では糖鎖修飾の異常が認められる。糖鎖異常についてはその構造解析に主眼が置かれてきたが、糖鎖異常を来した蛋白質の同定は十分には行われていない。本研究では、疾患特異的な糖鎖修飾変化を受けた蛋白質を、産生自己抗体の有無により検出・同定する方法の確立を目指した。具体的には、関節リウマチ(RA)患者血清が認識する、N型糖鎖が脱糖鎖された末梢血単核球(PBMC)由来蛋白質の検出・同定を試みた。まず簡便な検出法の確立のため、SDS-PAGE後に転写したPVDF膜上でPBMC蛋白質の脱糖鎖を試みたが、膜上での脱糖鎖は困難であった。そこで、PBMC蛋白質の脱糖鎖を液相で施行した後にRA患者血清を用いてウェスタンブロッティングを行い、RA特異的な糖鎖異常が起きた蛋白質に対する自己抗体を検出することで、RAで糖鎖異常を示す蛋白質を新たに同定する系の構築を目指した。第一段階として、健常者のPBMC蛋白質をpeptide-N-glycosidase F (PNGase F)で処理し、N型糖鎖のマンノースを認識するレクチンを用いたブロッティングにてPBMC蛋白質の脱糖鎖のプロファイルを解析した。脱糖されたPBMC蛋白質のバンドは、高分子側に数本検出された。第二段階として、脱糖鎖PBMC蛋白質に対しRA患者および健常者の血清を反応させ、脱糖鎖蛋白質に対する自己抗体の検出を試みたが、目的の自己抗体検出には至らなかった。今後は蛋白質源を、糖蛋白質を多く含むと考えられる血清蛋白質等に変更し、RAで糖鎖修飾異常を示す新たな蛋白質の同定を試みる。

そこで液相でのPBMC蛋白質の脱糖鎖の後にRA患者血清を用いてwestern blottingを行い、RA特異的な糖鎖異常を示す蛋白質に対する自己抗体の検出により、RAで糖鎖異常を示す蛋白質の同定を目指した。脱糖鎖PBMC蛋白質に対しRA患者血清を反応させ自己抗体の検出を試みたが、自己抗体は検出されなかった。今後は血清蛋白質を脱糖鎖し、RAで糖鎖異常を示す蛋白質の同定を行う。今後は、液相反応により脱糖鎖されたPBMCの細胞質蛋白質サンプルを抗原として、新たな自己抗原となる、疾患特異的糖鎖異常を受けた蛋白質の同定へと進めていく。また、自己抗原の同定に至らない場合、脱糖鎖に用いる糖加水分解酵素を変更するなどして、スクリーニング系の修正をしていく。糖鎖工学、糖工学2015年度は糖蛋白質の同定およびその解析に着手ができなかったため、少々予算より支出が少なく残額が発生した。ほぼ申請書に沿って使用する予定であるが、達成度が遅れている新たな自己抗原となる糖蛋白質の同定に関する試薬などに大きく配分する予定である。また、研究計画最終年度であるため、学会発表にも使用する予定である。
数層グラフェン薄膜の局所電子・機械物性制御

SiC上グラフェンのナノスケールでの電子物性と機械物性の複合物性の制御技術の研究を行った。導電性走査ナノプローブとグラフェンのコンタクト導電率が最大で105変化する、電流スイッチ現象を発見した。これはプローブとグラフェンの機械的相互作用により、グラフェンの一部がナノメンブレンするためであることを明らかにした。グラフェンの電子-機械複合物性応用への端緒を得た。ポストシリコンの電子材料として注目を浴びているグラフェンの局所電子物性と機械物性の制御を実現してデバイス化への路を探る。グラフェンの優れた各種の物性を複合化して新たなデバイスを実現することは重要な課題であり、本研究課題では、電子・機械複合物性を利用したグラフェン薄膜の新たな機能発現の可能性を探索する。今年度は、SiC上グラフェンのナノ電子物性計測手法の確立を行い、グラフェンと金属プローブとのコンタクト特性を明らかにした。これにより、電子物性と機械物性の複合物性の発現の一例である高均一グラフェンのステップ近傍で発現する電流スイッチ現象の原理解明の手がかりを得た。機械物性の基礎評価法としてグラフェンの摩擦像の層数依存性の検討に着手し、摩擦像により層数評価が可能であり、より詳細な検討を行えば定量化も可能であるとの結果を得た。高均一なグラフェン薄膜の達成は、そのデバイス化に不可欠であり、電子物性、及び、機械物性共に大きな影響を受けることが予測されるため、顕微ラマン分光法を用いた膜質評価技術にも着手した。今後、膜質の定量評価技術を確立し、さらに電子・機械物性との相関を明らかにする。今年度は、昨年度までの検討で発見したSiC上グラフェンの電子・機械複合物性の発現の一例である、電流スイッチ現象について検討を進めた。超高真空中加熱により作製した2層グラフェンのみならず、Ar雰囲気中加熱により作製した単層グラフェンでも同様の現象が発現することが確認できた。これにより、電流スイッチ現象がSiC上グラフェンでの一般的な現象であることが判った。また、グラフェンとプローブの機械的相互作用を理解する上で重要なナノオーダーでの摩擦力の定量化の検討を進め、各種のプローブに対する摩擦係数の導出に成功した。プローブとグラフェンの摩擦特性は概ね接触面積に支配されていることが判り、グラフェンとプローブとの相互作用の理解が進んだ。さらに、昨年度までに確立した顕微ラマン分光法を用いたグラフェン膜質の評価技術を適用してAr雰囲気中加熱により作製するグラフェンの高均一・高品質化を図り、高均一な単層グラフェンの形成にも成功した。均質なグラフェン試料を用いた検討を行うことにより、より一層、電流スイッチ現象の理解が進むものと期待される。今後のグラフェンを用いた電子・機械物性のデバイス化に必要となるSiC基板の光アシスト電界エッチングの検討にも着手した。グラフェンを用いた新たな機能デバイスの実現に向けた検討を行った。均一な単層グラフェンをSiC基板上で実現し、その局所電子ー機械複合物性の解明を進めた。本年度は、単層グラフェンを用いてグラフェン・電流スイッチ現象の特性の詳細についての検討を行った。高均一な単層グラフェンを実現したことにより良く揃ったステップーテラス構造が得られたため、そのナノ機械物性の把握が容易となり、電流スイッチ現象に関する理解が大いに進捗した。走査プローブ顕微鏡のメタルナノプローブでSiC上グラフェンを走査しながら精密に高さを計測した結果、ステップを下る動作をした場合にグラフェン膜の高さが変化し、基板から浮き上がることが明確になった。浮き上がる高さは最大0.5nmであり、浮き上がった状態ではメタルプローブとグラフェンのコンタクト抵抗が大きくなる。この浮き上がり量のコンタクトフォース依存性を計測することにより、形成されているナノメンブレンの機械特性を明らかにした。その結果、グラフェンの浮き上がりはテラス全体に及んでいるのでは無く、局所的(幅10nm程度)な現象であることが明らかとなった。プローブをステップ横切る様に往復走査することにより再現性良く電流をON-OFFできることが2層グラフェンで確認されているが、単層グラフェンでも同様に再現性良くON-OFFが可能であることが明らかとなった。また、そのON-OFF比は層数によらないことも明らかとなった。また、電流スイッチ現象のデバイス化を目指して自立グラフェン形成技術の検討を行った。光アシスト電解エッチングの詳細メカニズムの検討を進め、光強度とエッチングレートの相関を明らかにした。また、一定以上の光強度においてはグラフェンが破壊されることも明らかにし、自立グラフェン加工条件に関する重要な知見を得ることが出来た。電流スイッチ現象の再現性の確認が出来た。

また、高均一単層グラフェンの実現により今後の検討の効率化を図ることが可能となった。科研費を活用した研究環境の整備が進み、質の高い実験が行えるようになってきた。なお、これまでの成果を受けて多くの招待講演を行っており、本研究課題の社会貢献も順調である。24年度が最終年度であるため、記入しない。ほぼ当初の研究計画通りに進行していることから、研究計画に従って研究を推進する予定である。電流スイッチ現象のデバイス化への見通しを得るためには、その原理解明が必要でありこの点に最も注力する予定である。また、デバイス化に向けた要素技術であるSiCエッチングについても、重要課題として位置づけて推進する。