hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
肺癌幹細胞の解析に基づく新規治療戦略の開発

肺癌はいまだ薬物治療のみで根治を得ることは困難な疾患である。その理由の一つとして、肺においては同定されていないものの癌幹細胞が存在し、その治療抵抗性から再燃・再発をきたすメカニズムが知られている。本研究は、肺癌における癌幹細胞を同定しその機能を解析することで、新たな治療標的となる分子を同定することを目的としている。これまで我々は肺の組織幹細胞に関する研究を行ってきたが、その過程で一部の細胞が培養後に急激に増殖し、モノクローナルな増殖およびテロメア長の異常伸長がおこる現象を発見している。この変化は肺組織幹細胞における癌幹細胞化であると考えており、これらの細胞の機能解析を通じて、癌幹細胞のさらなる理解と新規治療法の開発が可能であると考えている。本研究では、ヒト検体による肺癌幹細胞の同定・機能解析を経て背景疾患や組織型ごとの治療ターゲットとなる分子または経路を推定し、将来的な新規肺癌治療へ結びつけることを最終目標としているこれまで、本研究に関して当院における生命倫理審査委員会に諮り、ヒト検体を用いた研究の承認を得てから研究を開始した。審査には半年以上の時間がかかったが、解析まで含めた本研究に関する包括的な承認が得られている。これまでに当科での手術例5例で本研究の同意書を取得し、肺組織および肺癌組織を採取している。得られた検体は計画書通りソートすることで生きた細胞のみを抽出しており、対象細胞よりRNAを抽出することが可能であった。腫瘍片から採取されたRNA量は191±157ng(SD)であり、RINスコアも6.9-8.9と解析に耐えうるものであった。肺癌幹細胞の同定のために、細胞の単離を行った。術前に研究同意を文書で得られた患者を対象に、癌部および非癌部それぞれを対象として、術後ただちに清潔野において単細胞への分離を行った。熟練した外科医によってこれらの処置は行われ、患者不利益とならぬよう、病理検体に影響しないよう細心の注意を払い検体採取を行っている。単細胞の懸濁液を得て、Lysis bufferを用いて溶血させた後、十分に洗浄したうえでCD45およびDAPIで染色し、CD45陰性かつDAPI陰性となる生きた細胞をソートして単離し得ることができた。これらの細胞の検証目的に、肺における生細胞を対象としたそれぞれの細胞よりRNAを抽出し、繰り返しDNase処理を行い純度の高いRNAを採取した。次世代シーケンサーにより、現在解析を進めている。この結果をみて今後の症例の選別や採取検体量の調整・最適化を行い、さらなる解析と分子発現の評価を行うことを予定している。さらに、本研究では正常肺を背景にもつ肺癌患者のみならず、慢性閉塞性肺疾患や特発性肺線維症といった、難治性慢性肺疾患を背景にもつ肺癌患者も対象として解析をする予定としている。結果を疾患ごとに分けて組織型の違いや遺伝子発現プロファイルの違いを検証することを検討しているが、そのための患者背景による症例選択をあわせて行っている。本研究の計画段階における進捗予定では、平成30年度に肺癌幹細胞の同定を行い、さらに肺癌幹細胞の機能解析を開始する予定としていた。現時点では症例数を蓄積し、同意の得られた患者から採取した新鮮肺より癌部・非癌部の組織採取を行った。さらに細胞分離・RNA抽出を行い、研究を進めている。本研究を完遂するにあたり、まず今後サンプル採取に適した患者選択を行い、対象検体を増やす必要がある。本研究においては、検体数を増やして個体間のばらつきを減らした上での解析が必要である。さらに研究計画3に基づき、異なる背景をもつ肺癌での解析も予定しているため、十分な腫瘍検体採取が可能となるような腫瘍サイズの症例を選別したうえで、基礎疾患の異なる患者を対象とした追加の検体採取が必須となる。このように、引き続き患者エントリーと検体採取の継続は未だ必要である。次のステップとして、難治性慢性肺疾患を背景にもつ肺癌患者も対象に背景肺の疾患ごとに結果を分けて、組織型の違いや遺伝子発現プロファイルの違いによる癌幹細胞の変化に関してもあわせて検証していく。さらに癌幹細胞に特有の因子をピックアップし、これらの因子に共通して関わるシグナルのキーとなる蛋白を同定し、癌幹細胞に有効な治療ターゲットを探索する。現在までに得られた検体の解析に使っていない蛋白分画などの一部は保存してあり、追加の解析が行えるように計画している。最終的には、十分な症例数の検体が集まった段階で、順次解析を行っているシーケンスの結果をもとにした治療ターゲットの同定と、得られた肺癌サンプルからのc-kitを含めた幹細胞マーカーの検索を引き続き行う予定である。以上のような肺癌の包括的な解析を通じて癌幹細胞へのアプローチを継続しようと考えている。

この変化は肺組織幹細胞における癌幹細胞化であると考えており、これらの細胞の機能解析を通じて、癌幹細胞のさらなる理解と新規治療法の開発が可能であると考えている。本研究では、ヒト検体による肺癌幹細胞の同定・機能解析を経て背景疾患や組織型ごとの治療ターゲットとなる分子または経路を推定し、将来的な新規肺癌治療へ結びつけることを最終目標としているこれまで、本研究に関して当院における生命倫理審査委員会に諮り、ヒト検体を用いた研究の承認を得てから研究を開始した。審査には半年以上の時間がかかったが、解析まで含めた本研究に関する包括的な承認が得られている。これまでに当科での手術例5例で本研究の同意書を取得し、肺組織および肺癌組織を採取している。得られた検体は計画書通りソートすることで生きた細胞のみを抽出しており、対象細胞よりRNAを抽出することが可能であった。腫瘍片から採取されたRNA量は191±157ng(SD)であり、RINスコアも6.9-8.9と解析に耐えうるものであった。肺癌幹細胞の同定のために、細胞の単離を行った。術前に研究同意を文書で得られた患者を対象に、癌部および非癌部それぞれを対象として、術後ただちに清潔野において単細胞への分離を行った。熟練した外科医によってこれらの処置は行われ、患者不利益とならぬよう、病理検体に影響しないよう細心の注意を払い検体採取を行っている。単細胞の懸濁液を得て、Lysis bufferを用いて溶血させた後、十分に洗浄したうえでCD45およびDAPIで染色し、CD45陰性かつDAPI陰性となる生きた細胞をソートして単離し得ることができた。これらの細胞の検証目的に、肺における生細胞を対象としたそれぞれの細胞よりRNAを抽出し、繰り返しDNase処理を行い純度の高いRNAを採取した。次世代シーケンサーにより、現在解析を進めている。この結果をみて今後の症例の選別や採取検体量の調整・最適化を行い、さらなる解析と分子発現の評価を行うことを予定している。さらに、本研究では正常肺を背景にもつ肺癌患者のみならず、慢性閉塞性肺疾患や特発性肺線維症といった、難治性慢性肺疾患を背景にもつ肺癌患者も対象として解析をする予定としている。結果を疾患ごとに分けて組織型の違いや遺伝子発現プロファイルの違いを検証することを検討しているが、そのための患者背景による症例選択をあわせて行っている。本研究の計画段階における進捗予定では、平成30年度に肺癌幹細胞の同定を行い、さらに肺癌幹細胞の機能解析を開始する予定としていた。現時点では症例数を蓄積し、同意の得られた患者から採取した新鮮肺より癌部・非癌部の組織採取を行った。さらに細胞分離・RNA抽出を行い、研究を進めている。本研究を完遂するにあたり、まず今後サンプル採取に適した患者選択を行い、対象検体を増やす必要がある。本研究においては、検体数を増やして個体間のばらつきを減らした上での解析が必要である。さらに研究計画3に基づき、異なる背景をもつ肺癌での解析も予定しているため、十分な腫瘍検体採取が可能となるような腫瘍サイズの症例を選別したうえで、基礎疾患の異なる患者を対象とした追加の検体採取が必須となる。このように、引き続き患者エントリーと検体採取の継続は未だ必要である。次のステップとして、難治性慢性肺疾患を背景にもつ肺癌患者も対象に背景肺の疾患ごとに結果を分けて、組織型の違いや遺伝子発現プロファイルの違いによる癌幹細胞の変化に関してもあわせて検証していく。
杆体一色型色覚における遺伝子変異の機能的解析

CNGA3で知られている46種のミスセンス変異のうち39種について、パッチクランプ法を用いて解析し、その結果を論文としてまとめ報告した(電流が記録できたのが7種で、殆どの変異は電流が記録できなかった)。残る7種(自験例で見出していたLeu633Pro(CTG→CCG)の変異を含む)についても同様の解析を進めたところ、3種で電流が記録できた。それらのうちGlu590Lysは、上記論文で報告したGlu593Lysと同じく、cGMP感受性を上げる変異であることが判明した。Leu633Proは電流が記録できたが、その性質は野生型と差がなく、また、野生型CNGA3や野生型CNGB3とも正常に会合していることを免疫沈降法により確認した。Leu633Proは多型なのかも知れない。電流が記録できなかった計36種に関しては、(1)細胞膜には発現するがチャネル機能を発揮できない、あるいは、(2)細胞膜での発現が低下している、の2つの可能性を区別する必要が生じたので、野生型CNGA3-GFPの融合タンパク質の性質をまず検討した。GFPとの融合CNGA3チャネルは野生型CNGA3チャネルと全く同じ性質の電流を示したので、C端に融合させたGFPはチャネルの機能に影響しないことが確認できた。そこで、46種の変異CNGA3をそれぞれGFPベクターにクローニングし、細胞にトランスフェクトしてGFPの蛍光の細胞内分布を検討した。電流が記録できた変異では細胞全体が光っていたが、電流を記録できなかったものの殆どは細胞内封入体(と思われる構造物)だけが光っていた。蛍光の細胞内分布の観察により上記(1)と(2)が区別できる可能性が高まっている。今後は、培養温度を下げる、野生型CNGB3と共発現させる、などの様々な工夫により、変異CNGA3を細胞膜に発現させるべく検討してゆく予定である。まず、日本人杵体一色型色覚4例におけるCNGA3、CNGB3、GNAT2遺伝子の変異をエキソンとエキソン/イントロン境界について探索した。1例においてCNGB3のミスセンス変異(Asp633Gly)を見出し機能的解析を行った。残る3例についてはこれらの遺伝子のプロモーター領域を解析することとし、今年度はCNGA3のプロモーターを調べた。CNGA3の転写開始点は複数あり、報告されていた最上流エキソンの最初の塩基を+1とすると、最も上流のものは-215からであったが、-179から転写されているものが40%と最も多かったので、-179を転写開始点と決定した(以降これを+1として記載)。段階的に欠失させたプロモーターの活性を測定したところ、-5647-52では変化なく、さらに9塩基削るとプロモーター活性は3倍上昇し、さらに12塩基削ると元の活性まで低下した。このことから-52-31に負と正の転写調節領域が並んで存在することが分った。この領域にはNRLやCRXといった網膜特異的な転写因子が結合しうる配列が存在していたので、ゲルシフト法での競合実験を行ったが、これらの転写因子の結合配列ではないことが判明した。従ってCNGA3の発現調節を行っている転写因子は今のところ不明である。上記3例について-446+325の領域について変異の探索を行ったが変異は見出されなかった。今後はCNGA3の解析と並行して、CNGB3やGNAT2のプロモーターも解析の予定である。CNGA3の既報の変異39種類とCNGB3の既報の変異1種類はそれぞれcDNAに導入し発現ベクターに繋ぎ電気生理学的に機能解析を行った。cGMPに対する感受性を上げる変異や、逆に下げる変異を見出したので、現在論文にまとめつつあるところである。最近報告された14種の変異(CNGA3が6種、CNGB3が8種)もcDNAに導入し発現ベクターに繋いだところであり、順次解析の予定である。新たに日本人杵体一色型色覚2例のゲノムDNAを得たので、現在変異探索を進めているところである。これまで日本人杆体一色型色覚4例を解析した。今回は新たな2例(RM5とRM6)についてCNGA3、CNGB3両遺伝子の変異をエキソンとエキソン/イントロン境界について探索した。RM5においてはCNGA3のエキソン7にミスセンス変異(Leu633Pro、CTG→CCG、ホモ)を見出した。ロイシンジッパーを構成しているロイシン残基の1つがプロリン残基に変わったものであり、機能を持ったチャネルができあがらないものと推定された。正常CNGA3のcDNAにmycタグ、変異を持ったCNGA3のcDNAにFLAGタグをつけ、免疫沈降法にてサブユニットの会合ができるかどうかを解析しているところである。同時に、これが多型でないことを、正常色覚者のCNGA3遺伝子について調べている。また、パッチクランプ法を用いた解析も予定している。RM6ではCNGA3のエキソン2bにミスセンス変異(Metl12Ile、ATG→ATA、ホモ)を見出した。同変異はRM5にもあり(これもホモ)、多型の可能性が考えられたが、今のところ正常色覚者で同変異は見出していない。エキソン2bの生理的意義が不明のため、CNGチャネルを発現しているヒト網膜芽細胞腫WERI-Rb1細胞でCNGA3のmRNAをRT-PCR法で調べたところ、エキソンの使われ方に3通りあることが判明した。

すなわち0-1-2-3-4-5-6-7、0-1-2-3-5-6-7、0-1-2-2b-3-5-6-7であり、エキソン2bが使われたときは必ずエキソン4が抜けていた。RM6で見出したエキソン2bの変異がチャネル機能に何らかの影響を持つとしても、他の2種のmRNA分子種から作られるものが正常であれば杆体一色型色覚に結びつかないはずである。現在、上記3種のmRNAに対応したcDNAをそれぞれ発現ベクターに繋ぎ終えたところである。エキソン4が抜けること、および、エキソン2bが入りエキソン4が抜けること、によるチャネル機能の差異をパッチクランプ法で探る予定である。なお、CNGB3遺伝子に関しては、両例とも変異は認められなかった。CNGA3で知られている46種のミスセンス変異のうち39種について、パッチクランプ法を用いて解析し、その結果を論文としてまとめ報告した(電流が記録できたのが7種で、殆どの変異は電流が記録できなかった)。残る7種(自験例で見出していたLeu633Pro(CTG→CCG)の変異を含む)についても同様の解析を進めたところ、3種で電流が記録できた。それらのうちGlu590Lysは、上記論文で報告したGlu593Lysと同じく、cGMP感受性を上げる変異であることが判明した。Leu633Proは電流が記録できたが、その性質は野生型と差がなく、また、野生型CNGA3や野生型CNGB3とも正常に会合していることを免疫沈降法により確認した。Leu633Proは多型なのかも知れない。電流が記録できなかった計36種に関しては、(1)細胞膜には発現するがチャネル機能を発揮できない、あるいは、(2)細胞膜での発現が低下している、の2つの可能性を区別する必要が生じたので、野生型CNGA3-GFPの融合タンパク質の性質をまず検討した。GFPとの融合CNGA3チャネルは野生型CNGA3チャネルと全く同じ性質の電流を示したので、C端に融合させたGFPはチャネルの機能に影響しないことが確認できた。そこで、46種の変異CNGA3をそれぞれGFPベクターにクローニングし、細胞にトランスフェクトしてGFPの蛍光の細胞内分布を検討した。電流が記録できた変異では細胞全体が光っていたが、電流を記録できなかったものの殆どは細胞内封入体(と思われる構造物)だけが光っていた。蛍光の細胞内分布の観察により上記(1)と(2)が区別できる可能性が高まっている。今後は、培養温度を下げる、野生型CNGB3と共発現させる、などの様々な工夫により、変異CNGA3を細胞膜に発現させるべく検討してゆく予定である。
全身性強皮症の皮膚線維化におけるアペリンの役割・病態的意義

全身性強皮症の皮膚の線維化に伴って脂肪組織が減少することが知られており、脂肪組織から産生されるサイトカイン(アディポカイン)が線維化の制御に関係することが注目されている。アペリンはアディポカインの一つであり、受容体であるAPJと結合し、血管新生、心臓機能、脂肪細胞機能などを制御する。アペリンと線維化については、明らかになっていないため、線維化におけるアペリンの役割を解明することを目的とした。その結果、アペリンがヒト皮膚線維芽細胞の線維化を抑制的に制御することを明らかにし、その機序について解明しつつある。本研究の成果によって、強皮症の皮膚線維化に対する臨床応用が期待できる。これまでに、正常酸素条件、低酸素条件のいずれにおいても、強皮症由来皮膚線維芽細胞のアペリンの発現は、正常人由来皮膚線維芽細胞と比べて有意に低下していることを見出している。そこで、まずアペリンが皮膚線維芽細胞の線維化に関与しているのかどうかについての検討を行った。正常酸素下および低酸素条件の2条件において、正常人由来皮膚線維芽細胞を用いて、siRNA法によるアペリンの発現抑制を行った。線維化に関与する因子の発現について定量したところ、両条件ともI型コラーゲン、TIMP1の発現に変化がみられ、アペリンの線維化への関与が示唆された。次にアペリンの発現変化がどのような機序によって線維化に影響を与えるのかを検討するために、アペリン蛋白を正常人由来皮膚線維芽細胞に添加して、線維化における影響を調べている。正常人由来皮膚線維芽細胞及び強皮症患者由来皮膚線維芽細胞はTGF-β刺激によって線維化が誘導されることが知られていることから、このTGF-β刺激下でアペリン蛋白質を低濃度から高濃度の様々な条件で添加、培養し、線維化に関与する因子の発現を検討している。さらに生体内におけるアペリンやその受容体の発現について検討を行うため、現在、正常人および強皮症患者の皮膚組織を用いて、アペリンとその受容体の免疫染色やmRNA発現の検討を行っている。また、マウスを用いた皮膚線維化モデルを確立させ、そのモデルを用いて、アペリンの線維化への役割について、検討を行っている。アペリンは脂肪細胞から産生されるアディポカインの一つであり、血管内皮細胞や線維芽細胞からも産生される。主に血管新生、心機能、脂肪細胞機能などを制御する分子として知られていたが、近年、線維化への関与も報告されている。強皮症の皮膚線維化におけるアペリンの役割を解明することを目的に検討した。強皮症由来線維芽細胞のアペリン発現量は正常由来線維芽細胞と比べて低下していた。次に、アペリンの線維化への影響をみるため、アペリンの発現を抑制する方法とアペリンを添加する2種類の方法によって検討した。その結果、アペリンは、TGF-β刺激による線維化亢進に対して抑制的に働いている可能性が示唆された。現在、ブレオマイシン誘発強皮症モデルマウスに対するアペリン投与の効果について検討している。予定していたin vitroでの研究はほぼ終了しており、現在はさらに発展させてin vivoの研究に着手しているため。全身性強皮症は、皮膚および内蔵臓器の線維化、血管異常、免疫異常(自己抗体出現)を特徴とする発症機序不明の全身性疾患である。皮膚の線維化に伴って脂肪組織が減少することが知られており、近年、脂肪組織から産生されるサイトカイン(アディポカイン)が皮膚の線維化の制御に関係することが注目されている。アペリンは、脂肪細胞から産生されるアディポカインの一つであり、主に血管内皮細胞や脂肪細胞から産生され、受容体であるAPJと結合し、下流にシグナルを伝えて血管新生、心臓機能、脂肪細胞機能などを制御する分子として知られている。アペリンと線維化については、アペリン/APJシグナルは心臓の線維化を抑制するという報告がある一方で、肝細胞では、アペリンが線維化を亢進させるという報告もあり、一定の傾向が得られておらず未だ不明な点が多い。そこで、今回、我々は、正常および強皮症患者由来のヒト皮膚線維芽細胞を用いて、線維化におけるアペリンの役割を解明することを目的として研究を開始した。また、ブレオマイシン誘発強皮症モデルマウスに対するアペリン投与の影響についても検討し、治療的効果を有することを見出した。また、強皮症の皮膚硬化部位では脂肪細胞が減少しているため、アペリン産生が低下していることも線維化に寄与している可能性がある。本研究の成果によって、強皮症の皮膚線維化、血管障害に対する臨床応用が期待できる。

予定している研究はおおむね順調に進展し、学会発表を行った。これまでに得られた結果を元にして、アペリンによる皮膚線維化の制御や機序について更なる詳細な検討を行っていく。また、ブレオマイシン誘発強皮症モデルマウスに対するアペリン投与の効果についても検討を行っていく。線維化これまでに得た知見を応用して、予定していた研究を遂行し、さらに発展させていく。予定していた予算に基づき使用していたが、未使用の予算が生じたため。予定していた予算に基づき使用していたが、未達成の研究部分があり、未使用の予算が生じた。予定している研究を遂行するための物品の購入に使用する。また人件費にも使用する。今年度の未達成の研究と、今後予定している研究を遂行するための物品の購入に使用する。
断層破壊帯中の地震波伝播に関する理論的研究とその応用

本研究では、断層破砕帯を平行な亀裂が密分布する領域としてモデル化し、そこでの波動伝播の理論計算を行い、断層破砕帯の速度構造、卓越する亀裂長と分布密度を推定する方法の確立を目的としている。今年度は、前年度までに開発された数値計算プログラムに、亀裂長を明確に定義できるよう修正を加え、亀裂長が散乱波の発生にどのように寄与しているか再検討した。その際、亀裂分布が断層トラップ波にどのように影響するか調べるために、震源と観測点は断層破砕帯の中心に置き、震源から射出される波は等方的であるとした。まず、断層破砕帯を亀裂が密に分布するだけの領域と仮定して計算したところ、震源から離れた観測点では、断層にトラップされた大振幅の長周期後続波をシミュレートすることはできなかった。そこで、亀裂の存在する領域が、周囲の媒質より低速度の帯状の領域として計算を行ったところ、直達S波の直後に大振幅の長周期後続波が現れた。したがって、実際の断層破砕帯は、断層面に平行な亀裂が非常に密に分布している領域というだけではなく、低速度の物質になっていると考えられる。次に、直達波の部分のスペクトルをとると、断層トラップ波に対応した長周期のピークが現れた。この長周期のピークは断層破砕帯の低速度層の速度と幅に対応している。一方、大振幅の長周期後続波より後のコーダ波の部分のスペクトルをとると、亀裂からの散乱波に対応した短周期のピークが現れた。この短周期のピークは、波数をk、亀裂長の半分をaとしたとき、亀裂間隔を変化させても、ka=11.5で現れることから、亀裂長と入射波の半波長がほぼ等しい時に現れることがわかり、また、亀裂分布密度が高いほど、ピーク振幅が大きくなることがわかった。以上より、断層トラップ波を含む直達波の部分から断層破砕帯の速度構造が、コーダ波の部分から卓越する亀裂長と分布密度を推定できる可能性が得られた。本研究では、今年度SH問題のプログラムを新しい計算機システムに移植し、P-SV問題への拡張の準備とし、以下の成果を得た。断層破砕帯を断層面に平行な亀裂が非常に密に分布する領域としてモデル化し、そこに平面波が入射した時の理論波形を計算し、反射係数の波数依存性について考察を行った。断層破砕帯に垂直に平面波が入射した時、破砕帯の手前では破砕帯からの反射波が、破砕帯の向こう側では直達波の到達に遅れが見られた。また、長波長の波が入射した場合には散乱波がほとんど見られなかったが、入射波の半波長が亀裂長より短くなると、散乱波が効果的に発生し、波形は観測点間で複雑に変化した。亀裂が分布する断層破砕帯からの反射波の反射係数と、直達波の時間遅れから見積もられた速度を持つ単純な低速度層としての断層破砕帯の反射係数を比較すると、両者はよく一致していて、周期的にピークを持つ。この波数依存性は、観測から得られた中部地殻のS波反射面の反射係数の周波数依存性の特徴をよく表していた。したがって、各地で発見されているS波反射面も実際は1枚の層ではなく、密分布する亀裂群から成り立っているかもしれない。一方、斜め入射の場合には直達波の時間遅れはほとんどなく、亀裂分布の場合と直達波の時間遅れから見積もられた速度を持つ単純な低速度層の場合の反射係数は一致せず、亀裂分布の方がはるかに大振幅の反射波を発生させた。これは、亀裂分布のような強い異方性をもつ媒質では、初動は早く伝わる方向に回り込んで行くため、初動走時はほとんど遅れないのに対して、実際は亀裂分布によって速度が低下しているため、反射波は励起されると考えられる。これから、亀裂分布のような強い異方性帯は、例えば初動走時を用いたトモグラフィー法で見つけるのは難しく、反射波によってのみ検出可能であることが示唆される。

この短周期のピークは、波数をk、亀裂長の半分をaとしたとき、亀裂間隔を変化させても、ka=11.5で現れることから、亀裂長と入射波の半波長がほぼ等しい時に現れることがわかり、また、亀裂分布密度が高いほど、ピーク振幅が大きくなることがわかった。以上より、断層トラップ波を含む直達波の部分から断層破砕帯の速度構造が、コーダ波の部分から卓越する亀裂長と分布密度を推定できる可能性が得られた。
スピン分解超高分解能光電子分光装置の建設と磁性表面薄膜の研究

これまでに建設を進めてきた超高分解能スピン分解光電子分光装置の最終調整を行った。検出器の感度比やバックグラウンドの補正方法を確立し、データの信頼性を向上させた。バックグラウンドノイズをより減少させるため、長時間のベーク・高電圧印加を行った。各電極における印加電圧の調整、残留ガスの除去や流入ガスの遮蔽による到達真空度の向上など、装置全体の性能も高めた。建設した装置を用いて、Si上に作成したV族半金属Bi薄膜のRashba効果についてスピン偏極率の膜厚依存性を測定した。その結果、膜厚が薄くなるにつれて表面バンドのスピン偏極率が小さくなることを明らかにし、SiとBiの界面においても、表面と同様なRashba効果を示す可能性を初めて明らかにした。以上の結果は米国化学誌Nano Lettersに掲載され、国内外の学会にて発表を行った他、多数の新聞で報道された。また、Rashba効果による表面バンドのスピン偏極率がバルクバンドから受ける影響について明らかにするため、Sbのスピン分解ARPES測定を行った。その結果、バルクバンド射影内において表面バンドのスピン偏極率が減少する様子を観測し、バルクバンドと表面バンドの混成がスピン偏極率に与える影響を実験的に明らかにした。この結果は、日本物理学会(2012年秋季大会)にて発表した。さらに、トポロジカル相転移による表面ディラックバンドのスピン構造の変化を明らかにするため、TlBi(S_<1-x>Se_x)_2のスピン偏極率の波数および組成依存性をスピン分解ARPESにて決定した。xを変化させた各組成でスピン偏極率を測定した結果、Se濃度(x)の減少とともにスピン偏極率が弱くなり、TlBiS_2(x=0.0)ではスピン偏極率がゼロであることを実験的に初めて観測した。以上の結果は、米国物理学誌Phys. Rev. Lett.に掲載された。物性に大きく関わるフェルミ準位近傍の電子構造を詳細に決定するため、超高分解能スピン分解光電子分光装置の建設・改良を行った。スピン分解をより高分解能で行うため、高効率のミニモット検出器と高輝度キセノンプラズマ放電管を配置した。また、スピン偏極率を3次元的に決定するため、アナライザーを通ってきた電子が軌道を90度まげてからミニモット検出器の間に入るよう、電子偏向器を設置した。建設した装置のエネルギー分解能は、スピン非分解/分解モードでそれぞれ、0.9meV、8meVを達成し、特にスピン分解時の8meVというエネルギー分解能は、従来よりも1-2桁も向上し、現在、世界最高分解能である。この結果についてはRev. Sci. Instrum.に掲載された。建設した装置を用いて、スピン軌道相互作用によってバンドが分裂する(Rashba効果)ことが知られている、V族半金属Biの表面電子状態について研究を行った。Bi表面におけるRashba効果の影響について詳細に議論するため、高品質Bi単結晶薄膜の作成とin-situスピン分解光電子分光(ARPES)測定を行った。Biのフェルミ面は、(1)Γ点を中心とした六角形の電子面、(2)電子面の周囲に細長く伸びたホール面、(3)M点を中心にしたプロペラ型の電子面から成るが、特に(2)のホールバンドについて試料上の様々な波数でスピン分解ARPESを行った。その結果、通常のRahba効果とは異なり、面内方向のスピン偏極率の大きさがΓ点を中心にして左右のホールバンドで非対称であること、また、面直方向に大きなスピン偏極率をもつことを明らかにした。この他、最近非常に大きな注目を集めているトポロジカル絶縁体についてスピン分解ARPES実験を行った。特に、Bi_2Te_3においては従来の装置よりも厳密に試料の測定波数を指定した実験を行うことにより、フェルミ面上のスピン偏極度の大きさに異方性があることを見出した。これまでに建設を進めてきた小型モット検出器を用いたスピン分解超高分解能光電子分光装置の校正を行った。小型モット検出器のスピン偏極度測定効率を評価するため、表面ラシュバ効果をもつAu(111)面を用い、スピン分解角度分解光電子分光(ARPES)実験を行った。得られたスピン分解スペクトルをフィッティングすることで有効シャーマン関数S_<eff>を見積もった結果、S_<eff>=0.07と決定した。建設した装置を用いて、スピン軌道相互作用によってバンドが分裂する(Rashba効果)ことが知られている、V族半金属Biの表面電子状態についての研究を行った。今回、Bi表面のブリルアンゾーンで波数を精密に指定してスピン分解測定を行った結果、Biのホール面では、通常のRahba効果とは異なり、面内方向のスピン偏極率の大きさがΓ点を中心にして左右のホールバンドで非対称であること、面直方向に大きなスピン偏極率をもち、その方向はΓ-Μ軸で反転していることが明らかになった。また、Μ点を中心にした電子面では、Bi薄膜の膜厚に依存してスピン偏極度の大きさが変化することを明らかにした。このことは、Si/Bi界面ではBi表面と同様な構造を持つ可能性が高いことを示唆する結果となった。これらの結果は米国物理学会誌Phys.Rev.Lett.及び米国化学会誌NanoLettersに掲載された。また、国内外の学会にて以上の結果を発表した。この他、近年精力的に研究が行われているトポロジカル絶縁体についてもスピン分解ARPES実験を行った。

トポロジカル絶縁体Bi_2Te_3において、波数を細かく指定して測定した結果、六角形のフェルミ面において、面内方向のスピンヘリカル構造の他、Γ-Κ軸で垂直方向のスピンを持つことを明らかにした。円形のフェルミ面を持つTlBiSe_2でも同様の実験による比較を行い、フェルミ面の歪みによる影響(ワーピング効果)で垂直方向のスピンが生じるということを実験的で初めて証明した。以上の結果は米国物理学会誌Phvs.Rev.Lett.に掲載された。これまでに建設を進めてきた超高分解能スピン分解光電子分光装置の最終調整を行った。検出器の感度比やバックグラウンドの補正方法を確立し、データの信頼性を向上させた。バックグラウンドノイズをより減少させるため、長時間のベーク・高電圧印加を行った。各電極における印加電圧の調整、残留ガスの除去や流入ガスの遮蔽による到達真空度の向上など、装置全体の性能も高めた。建設した装置を用いて、Si上に作成したV族半金属Bi薄膜のRashba効果についてスピン偏極率の膜厚依存性を測定した。その結果、膜厚が薄くなるにつれて表面バンドのスピン偏極率が小さくなることを明らかにし、SiとBiの界面においても、表面と同様なRashba効果を示す可能性を初めて明らかにした。以上の結果は米国化学誌Nano Lettersに掲載され、国内外の学会にて発表を行った他、多数の新聞で報道された。また、Rashba効果による表面バンドのスピン偏極率がバルクバンドから受ける影響について明らかにするため、Sbのスピン分解ARPES測定を行った。その結果、バルクバンド射影内において表面バンドのスピン偏極率が減少する様子を観測し、バルクバンドと表面バンドの混成がスピン偏極率に与える影響を実験的に明らかにした。この結果は、日本物理学会(2012年秋季大会)にて発表した。さらに、トポロジカル相転移による表面ディラックバンドのスピン構造の変化を明らかにするため、TlBi(S_<1-x>Se_x)_2のスピン偏極率の波数および組成依存性をスピン分解ARPESにて決定した。xを変化させた各組成でスピン偏極率を測定した結果、Se濃度(x)の減少とともにスピン偏極率が弱くなり、TlBiS_2(x=0.0)ではスピン偏極率がゼロであることを実験的に初めて観測した。以上の結果は、米国物理学誌Phys. Rev. Lett.に掲載された。本研究では、高分解能スピン分解光電子分光装置の建設・改良によって、V族半金属Biや最近非常に大きな注目を集めているトポロジカル絶縁体について、その表面構造やスピンを含めた電子構造を明らかにしてきた。これらの系においては、装置の高分解能化によって微細なスピン構造を観測・議論することが出来るようになったため、当初の計画以上に新奇物性の解明に貢献している。Biは通常は半金属であるが、極限まで薄くした場合、トポロジカル絶縁体となることが理論的に予測されている。また、Biと同じV族半金属であるSbは、それ単体でRashba効果とトポロジカル相が共存する物質であり、その電子構造については未だ包括的な理解は得られていない。今後の研究では、BiやSbにおけるトポロジカルな性質について、基板や膜厚の影響を考慮した実験を行い、スピンを含めた電子構造の観点から議論を行う。
北極域における中層・超高層大気変動と太陽粒子効果

[オーロラ域のプラズマ分布に関する研究]ノルウェーのトロムソ大学および名古屋大学においてGPS・TEC(全電子数)の観測を行い、磁気嵐及び極域擾乱に伴うTECの逐日変化に関する知見を得た。トロムソ観測所のEISCATレーダーによる電子密度プロファイルから降下粒子スペクトルを求め、DMSP衛星による直接観測のデータと比較し、良い一致を得た。[極域大気の運動と化学過程に関する研究]EISCATレーダーのデータを用いて、磁気的静穏時及び磁気的擾乱時におけるE領域の風をそれぞれ求め、比較した結果、1日、半日周期成分に顕著な差異が見られた。中層・超高層大気圏における水蒸気循環及びイオン化学に関する考察を行った。[スヴァールバルISレーダー計画に関する研究]EISCAT科学協会との強力によるスヴァールバルISレーダー計画を推進し、平成7年度において、同レーダーのアンテナ建設経費が国立極地研究所に認められたことにより、計画が実現に向かった。実現に伴い、磁気圏及び極域の電離圏・中層・超高層大気圏に関する研究計画等の諸準備を進めた。「日本一EISCAT国際シンポジウム」の論文収録を刊行した。[データ処理解析システム及びデータベースの構築]ワークステーションを中心とするデータ処理システムの整備および通信回線を利用した欧州のEISCATデータベースとのデータ交信システムの整備を進めるとともに、GPS衛星によるTECデータ処理解析のためのソフトウエアを開発し、データベースを作成した。[トロムソにおけるTEC観測]オーロラ域の電磁気圏変動を研究するため、ノルウェーのトロムソ大学との共同研究により、GPS利用による全電子数(TEC)観測を実施し以下の知見を得た。(1)多雪寒冷地にもかかわらず約1年間順調に装置が作動し、平成6年度に実施を予定しているスピッツベルゲンにおける観測に関する貴重な資料を得た。(2)トロムソで取得したデータの解析は現在進行中であるが、特徴的なTEC変動が観測された。トロムソの磁気的高緯度側で早朝にTECが極端に低くなるプラズマホール(穴)を検出し、また、擾乱時におけるTECの局所的な異常増加を観測しており、オーロラに伴う比較的低エネルギーの降下粒子によるF領域電離に対応しているものと考えられる。[国内におけるTEC観測]平成5年度にTEC測定器1台を購入し、国内におけるTEC観測を実施した。(1)京都大学超高層電波研究センター信楽レーダとの同時観測を行った結果、レーダで観測した高度約500km以下の電離圏の電子数に比べて、GPS-TEC観測から得た全電子数(電離圏+磁気圏)は2乃至3倍大きく、従来の通念と異なりプラズマ圏の寄与が大きいことが判明した。このことは、従来の地上観測法では不可能であったプラズマ圏の地上観測をGPS-TEC法が可能にすることを示唆するものであり、太陽地球環境の観測研究への寄与が期待される。(2)名古屋大学構内における観測により、磁気嵐に伴うTECの顕著な変動を検出したほか、GPS衛星の仰角とTECの関係から、プラズマ圏の寄与を示唆する結果を得た。ノルウェーのトロムソ大学および名古屋大学において取得しているGPS・TEC(全電子数)観測データおよび地磁気等関連データの多量のデータベースを作成するため、ワークステーションを購入し、ハードディスクの拡充を図るなど、ワークステーションを中心とするデータ処理システムの整備および通信回線を利用した欧州のEISCATデータベースとのデータ交信システムの整備を進めるとともに、GPS衛星群の軌道計算並びに軌道表示、取得データの各種表示等のためのソフトウエアを開発した。トロムソ大学および名古屋大学における観測データから以下の知見を得た。(1)磁気嵐に伴うTECの変動がトロムソ、名古屋双方の観測データにみられる場合が多く、オーロラ域のトロムソでは、極磁気擾乱に伴うTECの増加が観測されるのに対して、日本(名古屋)では、観測点の緯度および季節に依存してTECが顕著に(約50%程度に)減少する場合と増加する場合が観測されている。トロムソ、名古屋双方の観測データに、時間スケール数分程度、背景TEC値の数%に相当する振幅のTEC変動がみられた。その変動はGPS衛星の方位角、仰角に固定していることから、観測点周辺の地物の分布によるGPS衛星電波の多重伝搬が原因と考えられる。

[トロムソにおけるGPS・TECおよびEISCATレーダ観測]ノルウェーのトロムソ大学との共同研究により、GPS・TEC(全電子数)観測を行うとともに、欧州非干渉散乱レーダ(EISCAT)科学協会のトロムソ局レーダを用いた電離圏観測を実施した。オーロラ域のトロムソでは、極磁気擾乱に伴ってTECの増加が観測されており、地磁気、オーロラ及び電離圏電子密度の関係を明らかにするため、トロムソ大学及びEISCATとの共同研究により、レーダ観測及びオーロラ光学観測を行った。[スヴァルバ-ルISレーダ計画に関する研究]名古屋大学太陽地球環境研究所とEISCAT科学協会の間で進めてきたスヴァルバ-ルISレーダ計画が、国立極地研究所も加わって実現の運びとなったことにより、日本のEISCAT科学協会への正式加盟に向けて、国内シンポジウムを開催の準備を進展させた。平成6年に開催した「日本-EISCAT国際シンポジウム」特集号を刊行した。[データ処理解析システム及びデータベースの構築]ワークステーションを中心とするデータ処理解析システムを発展させ、これを利用してトロムソ及び名古屋において観測取得したGPS・TECのデータベースを作成するとともに、EISCATレーダによって得られた共通プログラム観測のデータ及び地磁気等関連データのデータベースの作成を進めた。GPS・TECデータについては、半月間のTECの逐日変化を総観するためのクイックルックデータ集を作成した。また、日本のEISCAT科学協会への正式加盟を控え、EISCATレーダのデータベース作成を一段と進展させた。
CVD法による透明導電性薄膜の合成

原料として新たにフッ素をその構造中に取り込んだ1成分原料である2エチルヘキサン酸インジウム誘導体を新たに合成し、それを用いたIn_2O_3:F(FIO)膜の合成方法を開発した。この方法によると、膜形成時にフッ素が膜中に取り込まれ高いキャリア濃度を与えることができ、低抵抗のFIO膜を形成することができる。反応温度350450°Cで多結晶膜が得られた。膜厚320nmの膜の抵抗率は4.4×10^<-4>Ω・cmで、表面抵抗は13.8Ω/□となる。以上の研究と並行して、In_2O_3:F(FIO)膜より優れた透明導電性を示すIn_2O_3:Sn(ITO)膜の合成法の開発を行ない、得られた膜の性能評価を行なった。原料としては無害で取り扱いの容易なアセチルアセトナ-トインジウムとアセチルアセトナ-ト錫を用いた。大気圧下、450°Cで成膜した膜厚215nmの膜の抵抗率は1.8×10^<-4>Ωcmで、400nmΩヒの波長範囲の光の透過率は90%以上である。膜中のSn/Inの原子比は0.03/である。膜の構造と特性に与えるSnド-ピングの影響をキャリア濃度とHall移動度に基づいて考察した。その結果、アセチルアセトナ-トインジウムーアセテルアセトナ-ト錫(II)系では原子比0.03以上のSn原子はIn_2O_3格子に有効に組み込まれるいことがわかった。アセチルアセトナ-ト錫から酸化錫膜の合成も行なった。大気圧下、230°C以上で、高い成膜速度で多結晶膜が得られた。この膜は膜厚が1μm以上になると、基板温度や原料の蒸気圧によらず、〔002〕配向性が非常に強くなることがわかった。
難治性消化器癌に対する治療抵抗性克服による新規集学的免疫治療戦略の開発

既存治療に抵抗性を示す難治性消化器癌を対象として,(1)消化器癌におけるCD200を介する治療抵抗性獲得機構の解明,(2)CD200/CD200R経路阻害による既存癌治療の抗腫瘍増強効果の検証,(3)新規免疫チェックポイント阻害に対する抗腫瘍効果の検討,(4)ヒト化マウスを用いた新規集学的免疫治療法の前臨床試験を行う.これらの結果を基に,難治性消化器癌に対して,治療抵抗性克服による集学的癌免疫治療戦略の開発を目標とする.既存治療に抵抗性を示す難治性消化器癌を対象として,(1)消化器癌におけるCD200を介する治療抵抗性獲得機構の解明,(2)CD200/CD200R経路阻害による既存癌治療の抗腫瘍増強効果の検証,(3)新規免疫チェックポイント阻害に対する抗腫瘍効果の検討,(4)ヒト化マウスを用いた新規集学的免疫治療法の前臨床試験を行う.これらの結果を基に,難治性消化器癌に対して,治療抵抗性克服による集学的癌免疫治療戦略の開発を目標とする.
PQQ酸素の検索

18名の研究分担者らの研究成果を要約すると、アミン脱水素酵素、アルデヒド脱水素酵素、フェニルアラニンアンモニアリア-ゼ、中鎖アルコ-ル脱水素酵素、オキザロ酢酸脱炭酸酵素、オルトピロカテキン酸脱炭酸酵素、グルタミン酸脱炭酸酵素、ジアミン酸化酵素、ザルコシンオキシダ-ゼ、pーヒドロキシ安息香酸、トリプトファンピロラ-ゼ、リポキシゲナ-ゼ、チロシナ-ゼ、アルコ-ルオキシダ-ゼ、コレステロ-ルオキシダ-ゼ、Dーアミノ酸酸化酵素、2級アルコ-ルデヒドロゲナ-ゼ、ポリエチレングリコ-ル脱水素酵素、芳香族アルコ-ル脱水素酵素、ベンジルアミン酸化酵素、アニリン分解酵素、リグニン分解酵素、ハロアミノ酸デハロゲナ-ゼ、ジニトリルヒドラタ-ゼ、ニトロアルカンオキシダ-ゼ、コリン脱水素酵素、アルデヒドデヒドロゲナ-ゼ、ニトリルヒドラタ-ゼなどがPQQ酵素の検索の対象となり、このうち数多くの酵素がPQQを含むことが明らかになった。水素細菌や腸内細菌、高等植物の代謝にもPQQが重要であることが示され、これらにも未知なPQQ酵素が存在することが示唆された。また、本研究を通して、酵素の分子量の新しい決定法が創案されたり、PQQ酵素の判別法について大変な進歩がみられた。本研究は18名の研究者によって推進され、PQQの生理化学的性炭を解明し、あわせてPQQ酵素の酵素分数学上の位置づけを明確にすることを目的とした総合研究である。対象となる代謝系は動物、植物及び微生物と広範囲にわたり、対象となる酵素を具体的に把握するために、各研究者それぞれの立場でスクリーニングから開始された。アニリン分解過程に関与する酵素、メタノール代謝、ポリエチレングリコール代謝、リグニン代謝、ニトロアルカン類、ニトリル類、ハロアミノ酸、芳香族アルコール及び同アルデヒド等における酵素等の中にPQQ酵素の存在が強く示唆される結果がすでに得られており、今後の大きな展開が期待される。植物に関してはユリの花粉の発芽がPQQによって促進されることが示され、いくつかのPQQ酵素の関与が考えられる。動物に関しては臓器からPQQ酵素を検索する一方で、飼料中に含まれるPQQの定量を行って、PQQを含まない飼料を創製することによって、動物の示す代謝活性がどのような影響を受けるか調べることで、PQQ酵素の存在を示すことができるとの考えに立って実験が推進されている。微生物起源の酵素では既知のPQQ酵素に関連する酵素の中にはPQQ酵素が数多く見出されつつある。例えば、ポリエチレングリコール、2級アルコール酸化酵素、アニリン分解系にその例を見ることができた。さらに興味ある知見は、PQQ酵素の存在については不明のままであったリグニン分解系や水素細菌にPQQ酵素の検索が具体的にすすめられるようになったことも特筆すべきことといえる。これらの研究成果の一方で、PQQの存在状態について、酵素タンパクへの結合様式をも含めた解析も進行していて、酵素から切り出されるクロモフォアをPQQペプチドと同定する際に大きな力を発揮するものといえる。その他紙面の都合で割愛せざるを得ないが、ほぼ予定通りの研究成果であるといえる。本研究は18名の研究者によって推進され、PQQの生理化学的性質を解明し、あわせてPQQ酵素の酵素分類学上の位置づけを明確にすることを目的とした総合研究である。対象となる代謝系は動物、植物及び微生物と広範囲にわたり、対象となる酵素を具体的に把握するために、各研究者それぞれの立場でスクリ-ニングから開始された。アニリン分解過程に関与する酵素、メタノ-ル代謝、ポリエチレングリコ-ル代謝リグニン代謝、ニトロアルカン類、ニトリル類、ハロアミノ酸、芳香族アルコ-ル及び同アルデヒド等における酵素系の中にPQQ酵素の存在が強く示唆される結果がすでに得られており、今後の大きな展開が期待される。動物に関しては臓器からPQQ酵素を検索する一方で、飼料中に含まれるPQQの定量を行って、PQQを含まない飼料を創製することによって、動物の示す代謝活性がどのような影響を受けるかを調べることで、PQQ酵素の存在を示すことができるとの考えに立って実験が推進されている。

微生物起源の酵素では既知のPQQ酵素に関連する酵素の中にはPQQ酵素が数多く見出されつつある。例えば、ポリエチレングリコ-ル、2級アルコ-ル酸化酵素、アニリン分解系にその例を見ることができた。さらに興味ある知見は、PQQ酵素の存在については不明のままであったリグニン分解系や水素細菌にPQQ酵素の検索が具体的にすすめられるようになったことも特筆すべきことといえる。これらの研究成果の一方で、PQQの存在状態について、酵素タンパクへの結合様式をも含めた解析も進行していて、酵素から切り出されるクロモフォアをPQQペプチドと同定する際に大きな力を発揮するものといえる。その他紙面の都合で割愛せざるを得ないが、ほぼ予定通りの研究成果であるといえる。18名の研究分担者らの研究成果を要約すると,アミン脱水素酵素,アルデヒド脱水素酵素,フェニルアラニンアンモニアリア-ゼ,中鎖アルコ-ル脱水素酵素,オキザロ酢酸脱炭酸酵素,オルトピロカテキン酸脱炭酸酵素,グルタミン酸脱炭酸酵素,モアミン酸化酵素,ザルコシンオキシダ-ゼ,Pーヒドロキシ安息香酸,トリプトファンピロラ-ゼ,リポキシゲナ-ゼ,チロシナ-ゼ,アルコ-ルオキシダ-ゼ,コレステロ-ルオキシダ-ゼ,Dーアミノ酸酸化酵素,2級アルコ-ルデヒドロゲナ-ゼ,ポリエチレングリコ-ル脱水素酵素,芳香族アルコ-ル脱水素酵素,ベンジルアミン酸化酵素,アニリン分解酵素,リグニン分解酵素,ハロアミノ酸デハロゲナ-ゼ,ジニトリルヒドラタ-ゼ,ニトロアルカンオキシダ-ゼ,コリン脱水素酵素,アルデヒドデヒドロゲナ-ゼ,ニトリルヒドラタ-ゼなどがPQQ酵素の検索の対象となり,このうち数多くの酵素がPQQを含むことが明らかになった。水素細菌や腸内細菌,高等植物の代謝にもPQQが重要であることが示され,これらにも未知なPQQ酵素が存在することが示唆された。また,本研究を通して,酵素の分子量の新しい決定法が創案されたり,PQQ酵素の判別法について大変な進歩がみられた。
試料損傷のない高解像度電子顕微鏡観察法の研究

1.超高圧電界放出電子銃真空系の改造と電子銃の動作をモニタ-するとともに適切な条件で動作させるモニタ-・コントロ-ルシステムを開発し、1000kV超高圧走査透過電顕に電界放出電子銃の搭載を行った。<310>方位W単結晶陰極を使用して、50μA以上の放出電流を安定に得ることができた。2.各種信号電子の検出信号電子の高感度検出のためには、シンチレ-タとしてYAG単結晶を使用する新たな方法を採用し、従来の粉末蛍光体と比べて10倍の高感度を得た。また、エネルギ-分析器の改良を行い、非弾性散乱および非散乱電子の高精度検出の方法を確立した。3.信号演算処理弾性散乱、非弾性散乱および非散乱電子間の各種演算像についての理論的検討を行い、観察対象に応じた適切な演算法を明らかにした。また、電子信号を効率よく取り込むインタ-フェイスと種々の演算処理を行うソフトウェアを開発し、信号演算システムを確立した。さらに、実際の像観察に適用し、ノイズ除去、特定元素による構造のコントラスト強調、試料構成元素の識別などについて成果を得た。4.照射電流密度の試料損傷への影響と試料損傷のない高解像度観察ヘキサトリアコンタン結晶試料について電子回析パタ-ンの強度の変化を調べた結果、電流密度の高い微少電子プロ-ブで照射する走査透過電顕モ-ドでは、低電流密度で長時間照射する通常型電顕モ-ドに比べて、試料損傷を低減できることが明らかとなった。また、通常型電顕モ-ドの観察によれば粒子の移動、統合、結晶化が起るカ-ボン膜中の白金微粒子が、走査透過電顕モ-ドの観察では試料変化が生じず、損傷のない高解像度観察ができることを実証した。62年度の研究実施計画通り,超高圧走査透過電顕の改良と信号演算システムの開発に関する研究を行った.補助金についても計画通り使用し,備品として購入した画像処理・解析装置を基礎として信号演算の基本システムを開発し,また各種部品(消耗品)の購入によっては電顕の改良を行うことができた.以下に本研究で得られた新たな知見,成果を記載する.1,電顕の改良(1)電界放出電子銃の搭載・・・電子銃室をイオンポンプで直接排気する方法により10^<-8>Pa台の超高真空を得,また新しいモニター・コントロール法を開発して,1000kV電顕において世界で初めて電界放出電流を得,像観察にも成退した.(2)電界放出電子銃の最適動作の検討・・・微小電子プローブに対する浮遊電磁界および機械的振動の影響を検討した結果,加速管中央付近にクロスオーバーを形成するのがよいことが分った.(3)エネルギー分析器の安定度向上・・・非弾性散乱および非散乱電子の高精度分離のために,分析器マグネットの励磁電流安定度の向上を図り,1×10^<-6>より良い安定度を得た.2.信号演算システムの開発(1)高効率信号取込み・・・信号取込みにおけるフィルタ条件を検討し,フィルタの製作を行い,その効果を確認した.(2)ノイズ除去のソフトウェア・・・複数画像間の相関と重ね合せを併用したノイズ除去および評価のためのソフトウェアを開発した.(3)コントラスト増強ソフトウェア・・・弾性,非弾性散乱電子および非散乱電子間の演算によるコントラスト増強のための演算ソフトウェアを開発した.以上の如く,62年度の研究は順調に進展しており,計画通り63年度の研究を進めることができると考える.1.各種信号電子の分離・検出法の確立(1)超高圧電子顕微鏡における電子線検出素子として有望と思われるYAG単結晶シンチレータについて、1MVの加速電圧の電子線に対してその発光特性を調べた。

その結果、高い感度、均一性、電子線照射損傷の受けにくさといった、電子線検出素子として重要な特性について、従来の粉末蛍光体を用いたシンチレータを上回る性能を持つことが明らかとなった。そこで、この検出器を弾性散乱電子・非弾性散乱電子の検出に用いることにした。(2)非弾性散乱電子検出器の後方に偏向マグネットを設け、非散乱電子を偏向したのちにシンチレータで検出することにより、非弾性散乱電子検出器付近で発生したX線の影響が軽減されることを見いだした。これにより、このマグネットを備えた検出器を用いて、精度よく非散乱電子信号を得ることが可能となった。2.信号演算によるコントラスト増強法の確立(1)種々の試料のモデルに対して、信号間演算により得られる像のSN比を計算し、最適な演算の手法を検討した。その結果。軽元素薄膜上の重元素粒子を結像する場合、減算及び割り算処理がよいSN比を与えることが分った。またこれらの処理は、支持膜の膜厚変動の影響を軽減して解像度を向上できることも見いだした。(2)このモデル計算の結果に基づいて実際に演算処理を行い、その結果を2枚の同一視野の像から最尤推定法により計算したSN比により評価するためのプログラムを作成した。この際、備品として購入した拡張用5インチ固定ディスクユニットを利用し、大容量の画像データを高速で演算できるようにした。(3)作成したプログラムの試験のため、モデル画像に相関のない雑音を重畳した2枚のSNが既知の画像をつくり、この像に対してSN比の測定を行ってプログラムの正常な動作を確認した。1.ノイズ除去(1)信号電子の演算による統計ノイズの軽減結像に用いる信号電子を入射電子数で規格化する手法により像質の改善実験を行い、理論通りの規格化の効果が得られることを実証した。薄いカ-ボン膜試料の明視野像については11倍のSN比の改善が得られ、白金微粒子については通常の方法では観察できない小さな粒子まで観察できることを明らかにし、本手法の有効性を示した。(2)画像処理低電子線照射量における連続した16枚の像を得て、試料ドリフトに起因する像の位置ずれを相互相関により検出し、位置合せを行ったのちに重ね合せ処理をすることにより、また相互相関により試料構造とノイズを区別し、試料構造の情報を損失することのないフィルタリング処理により、像のSN比の向上を実証した。2.照射電流密度の損傷への影響の検討ヘキサトリアコンタンの結晶試料について、その電子回折パタ-ン強度の照射電子量に対する変化を調べた。その結果、電流密度の高い小さな電子プロ-ブで照射する走査透過電顕モ-ドでは、低電流密度で長時間照射する通常型電顕モ-ドに比べて、試料に対する電子線照射量が等しい場合でも試料損傷が低減できることが分った。3.試料損傷のない高解像度観察カ-ボン薄膜中の白金微粒子の試料についての観察の結果、通常型電顕モ-ドでは、観察中に粒子の移動、統合、結晶化が急速に進み、電子線照射により試料に大きな変化が生ずるのに対し、走査透過電顕モ-ドでは、長時間の観察においても試料の変化は認められなかった。研究経費の大部分は、電顕の正常動作に必要な部品の購入にあてた。