hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
電流注入型グラフェンテラヘルツプラズモニックレーザーの創出

本研究は、炭素原子の単層シート:グラフェンの特異な光電子物性を積極的に活用し、従来成し得なかった電流注入型の室温テラヘルツ帯レーザーを実現しようとするものである。平成30年度の研究実施計画としては、平成29年度より試作・評価していた素子に用いたグラフェンチャネルのキャリア輸送特性をホール測定およびテラヘルツ時間分解分光計測により評価し、DGG構造の幾何学的パラメータと合わせてSPP共鳴周波数を推定し、平成29年度実施の実験結果と比較・分析するというものであった。平成29年度は電子ビーム蒸着装置の不調によるアルミニウム層の均一な堆積が行えず、デバイス試作に支障をきたしたが、平成30年度は同蒸着装置の問題を解決し、グラフェンテラヘルツプラズモニックレーザーデバイスの第一試作を完了した。試作後、ただちにキャリア輸送特性の評価を行ったが、得られた特性は意図したものではなかった。その理由として、一つにはSiC基板上に成膜したグラフェンの質の悪化が挙げられる。グラフェン膜の形成にはRF電気炉によるSiC基板の熱処理過程があるが、プロセス管理に必要不可欠な温度コントローラに不調があることがわかった。また、二つ目の理由としては、グラフェンデバイスの作製過程でグラフェン層上に堆積後、除去するアルミニウム犠牲層が残留しており、試作デバイスが意図した動作をしていないことが判明した。以上の2点のプロセス不良についての原因究明と対応により、予定していたデバイスの試作を年度内に終えることはできなかった。研究実績の概要の通り、デバイス試作に必要なRF電気炉の制御およびアルミニウム犠牲層の除去についてのプロセス不良があったため、第一試作で得られたデバイスが意図する動作をしなかった。今後は速やかにプロセスを見直し、以上の2点についてのプロセス不良を解決する。平成31年度は、速やかにプロセス不良を解決し、当初に予定していたデバイスの試作を完了する。そして、試作したデバイスについてのフーリエ赤外分光計による測定をおこない、テラヘルツ放射特性の評価を行う。また、試作したデバイスのグラフェンチャネル層についてのキャリア輸送特性を物性パラメータとしてプラズモン共鳴・超放射現象をモデル化し、グラフェンテラヘルツプラズモニックレーザーの設計指針の構築を進める。さらに、平成31年度は研究実施計画の通り、従来構造のグラフェンテラヘルツレーザーデバイスと併せ、モデル化により設計した新規DGG構造を搭載したグラフェンレーザーデバイスを試作し、再度、フーリエ赤外分光計により評価を行う。ここでも新規DGG構造により規定されるプラズモン共鳴周波数における放射強度の増大を確認するとともに、キャリア注入効率の向上による放射強度-駆動電圧特性における放射しきい値電圧の低下を確認し、DGG構造導入の効果を評価・検証する。以上の要領で、二重回折格子構造で特徴づけられたグラフェン表面プラズモンポラリトンの共鳴利得増強作用ならびに超放射現象を発現せしめ、桁違いに高い量子効率と利得増強効果の獲得とともに、レーザー発振閾値の低減を目指す。低温下でレーザー発振に成功している二重ゲート型トランジスタ構造を出発点として、二重回折格子状の新規のゲート構造(DGG構造)を導入することにより、単純なカスケード効果を超越し、二重回折格子構造で特徴づけられたグラフェン表面プラズモンポラリトン(SPP)の共鳴利得増強作用ならびに超放射現象を発現せしめ、桁違いに高い量子効率と利得増強効果の獲得とともに、レーザー発振閾値の低減を実現する。平成29年度の研究実施計画としては、新規のDGG構造を導入したグラフェントランジスタデバイスを試作し、極低温での放射スペクトルを評価し、基本構造のデバイスの放射スペクトルと比較し、新規構造による利得増強作用を評価するというものであったが、試作過程において、電子ビーム蒸着装置によるアルミニウムの均一な成膜がおこなえない状況が長く続き、デバイスの試作に支障をきたした。装置のビーム照射位置の調整等パラメータを見直し、現在は蒸着を安定しておこなえるようになったため、今年度よりデバイスの試作を速やかに進める。デバイス作製後の評価実験については、既存のテラヘルツ放射デバイスについてのフーリエ赤外分光計による測定をおこない、分光計におけるステップスキャン動作にロックイン検出の手法を組み合わせ、微弱なテラヘルツ波放射を精度よく評価できるよう、最適な測定パラメータを定めた。デバイスの試作後、迅速に評価が可能な状態である。研究実績の概要に記した通り、平成29年度はグラフェンデバイスの試作に必要不可欠な電子ビーム蒸着装置において均一なアルミニウム層の成膜がうまくおこなえず、デバイス製作に支障をきたした。現在は装置の不調は解消されたため、迅速に試作デバイスの製作および評価実験をおこなう。

試作後、ただちにキャリア輸送特性の評価を行ったが、得られた特性は意図したものではなかった。その理由として、一つにはSiC基板上に成膜したグラフェンの質の悪化が挙げられる。グラフェン膜の形成にはRF電気炉によるSiC基板の熱処理過程があるが、プロセス管理に必要不可欠な温度コントローラに不調があることがわかった。また、二つ目の理由としては、グラフェンデバイスの作製過程でグラフェン層上に堆積後、除去するアルミニウム犠牲層が残留しており、試作デバイスが意図した動作をしていないことが判明した。以上の2点のプロセス不良についての原因究明と対応により、予定していたデバイスの試作を年度内に終えることはできなかった。研究実績の概要の通り、デバイス試作に必要なRF電気炉の制御およびアルミニウム犠牲層の除去についてのプロセス不良があったため、第一試作で得られたデバイスが意図する動作をしなかった。今後は速やかにプロセスを見直し、以上の2点についてのプロセス不良を解決する。試作デバイスの作製を済ませた後、ただちに評価測定を開始する。評価測定にはフーリエ赤外分光計を用いるが、測定精度を高めるため、干渉計のステップスキャン動作にロックイン検出の手法を組み合わせ、微弱なテラヘルツ波放射を正確に評価する。この測定では、既存構造デバイスについての放射スペクトルと比較することにより、平成29年度の目標であった、デバイスのDGG構造により規定されるプラズモン共鳴周波数における放射強度の増大を確認するとともに、キャリア注入効率とSPP共鳴特性(Q値,周波数)を左右するDGG構造の幾何学的パラメータ(非対称性)と放射スペクトル特性との相関を評価し,理論計算と比較・分析する。その後、当初の平成30年度の計画の通り、試作素子に用いたグラフェンチャネルのキャリア輸送特性をホール測定およびテラヘルツ時間分解分光計測により評価し、DGG構造の幾何学的パラメータと合わせてSPP共鳴周波数を推定し、スペクトルの測定結果と比較・分析する。得られた知見をもとに,グラフェンチャネルのキャリア輸送特性を物性パラメータとしてプラズモン共鳴・超放射現象をモデル化し,グラフェンテラヘルツプラズモニックレーザーの設計指針を構築する。平成31年度は、速やかにプロセス不良を解決し、当初に予定していたデバイスの試作を完了する。そして、試作したデバイスについてのフーリエ赤外分光計による測定をおこない、テラヘルツ放射特性の評価を行う。また、試作したデバイスのグラフェンチャネル層についてのキャリア輸送特性を物性パラメータとしてプラズモン共鳴・超放射現象をモデル化し、グラフェンテラヘルツプラズモニックレーザーの設計指針の構築を進める。さらに、平成31年度は研究実施計画の通り、従来構造のグラフェンテラヘルツレーザーデバイスと併せ、モデル化により設計した新規DGG構造を搭載したグラフェンレーザーデバイスを試作し、再度、フーリエ赤外分光計により評価を行う。
パルス励起シ-ドジェット法による炭素・ケイ素ラジカル類の反応化学

炭素、ケイ素ロッドを用い、Nd:YAGレ-ザ-(532 nm)を用いる固体表面からのレ-ザ-蒸発を各種の気体共存下で行い、真空槽へのパルスジェットに乗せる装置を試作した。これに組み合わせてArFエキシマ-レ-ザ-(193 nm)による光イオン化飛行時間型質量分析、およびレ-ザ-誘起加熱実験を試みた。特にケイ素ロッドにエタンなどの炭化水素気体共存下でレ-ザ-蒸発することにより、光イオン化質量分析によりケイ素、炭素およびケイ素ー炭素の混合クラスタ-が生成できることを明らかにした。これらクラスタ-類の蒸発用レ-ザ-の光強度や共存炭化水素気体の混合分圧の効果を検討した。さらにレ-ザ-加熱実験により炭素微粒子が生成していることを示した。このようにして本研究の於て開発した上記の装置が、少なくとも炭素、ケイ素につき、低分子量のクラスタ-およびラジカル類を発生させることができること、かつこれらの反応や微粒子へ至るまでの過程の速度論的な研究が可能となることを示した。実験装置としては、さらに高真空にでき、また排気速度を大きくすること等の工夫により、広い実験条件範囲を選択でき、多くのラジカル、クラスタ-類の生成に役立つものが可能となろう。ケイ素を含む各種のラジカル、クラスタ-類は種々のCVDプロセス、合成化学反応、さらには宇宙の物質進化においても重要な役割を果している。しかし未同定の化学種も多く、またそれらの生成過程や反応については未解明の点が多く残されており、特に速度論上の知見は非常に限られたものである。本研究では各種のシラン誘導体や炭化水素類をシ-ドしたジェットを真空槽中に噴出させてその途上においてパルス的励起を行って解離させ、あるいは固体表面からのレ-ザ-アブレ-ションを利用して、一連のSi_nH_m等のケイ素ラジカル類や炭素、ケイ素を同時に含むラジカル類、クラスタ-を生成する新規な方法を開発する。次いで反応基質となる試料気体をその後流で混合し、これらの活性化学種の反応性を速度論的な面から検討することを目的とする。本年度は試料固体をパルスレ-ザ-光照射によりアブレ-ションし、あるいは試料気体を希ガス類にシ-ドして真空中に噴出させ、パルス的なレ-ザ-光分解によって各種ラジカル類を含むジェットを生成する新規な方法を開発することを目的とした。このための真空反応槽を設置してパルスレ-ザ-装置と組合せ、光イオン化質量分析および発光分光分析によって検出を試みた。パルスレ-ザ-としてはコンパクトパルスNd:YAGレ-ザ-を購入した。ケイ素ロッドを照射することにより、Si_nクラスタ-を、またキャリアガスにメタン、エタン、エチレンなどを添加することによりSi_nC_m及びC_m型のクラスタ-が生成できることを光イオン化質量分析、および発光分析により確認し、提案した方法が当初の目的に利用できることを明らかにした。今後さらに反応研究の対象化学種を効率よく生成するパルス分解法の確立を図り、最適条件を明らかにする。炭素、ケイ素ロッドを用い、Nd:YAGレ-ザ-(532nm)を用いる固体表面からのレ-ザ-蒸発を各種の気体共存下で行い、真空槽へのパルスジェットに乗せる装置を試作した。これに組み合わせてArFエキシマ-レ-ザ-(193nm)による光イオン化飛行時間型質量分析、およびレ-ザ-誘起加熱実験を試みた。このようにして本研究に於て開発した上記の装置が、少なくとも炭素、ケイ素につき、低分子量のクラスタ-およびラジカル類を発生させることができること、かつこれらの反応や微粒子へ至るまでの過程の速度論的な研究が可能となることを示した。
健康高齢者と長期臥床高齢者の温度伝導率に基づく褥瘡発生予測ツールの開発

本研究では、健康な高齢者と長期臥床高齢者を対象に、仙骨部の温度伝導率の推定をおこなった。その結果、温度伝導率は、健康高齢者よりも長期臥床高齢者が明らかに低い温度伝導率であり、臥床による圧迫による血流への影響を評価できていることが考えられた。本研究成果から、温度伝導率を褥瘡発生予防のために、皮膚組織の血流状態を評価するツールとして使用できる可能性が示唆された。<目的>本研究においては、健康高齢者と長期臥床高齢者に対し、皮膚組織の温度伝導の比較を行うことにより、温度伝導率を褥瘡発生の予測ツールとして使用できるかどうかの基礎的検証を行うことである。H19年度は健康高齢者を対象とし、臥床前後の仙骨部における温度伝導率を求め、関係因子を検討した。その結果、以下のことが明らかとなった。<本年度の成果>データ分析対象となった被験者は9名であった。1)対象者基礎データ:年齢は平均69.4(3.2)歳であり、収縮期血圧は134.4(20.8)mmHg、拡張期血圧は76.2(12.5)mmHg、体脂肪は28.6(5.7)%であった。2)臥床前後の温度伝導率:皮膚温度より算出した温度伝導率は、臥床前が3.826×10^<-7>(1.40×10^<-7>)、臥床後が4.205×10^<-7>(1.54×10^<-7>)であり、臥床前後に有意差はみられなかった。3)温度伝導率と基礎データとの相関:年齢とは相関がみられなかったが、収縮期血圧、拡張期血圧、体脂肪とにはそれぞれ、r=-0.718,-0.680,-7.79(p<0.05)の負の相関関係がみられた。このことから、健康高齢者では、短時間の臥床による温度伝導率への影響が見られないこと、温度伝導率は血圧が高く、体脂肪が高いほど、悪くなるという関係が明らかとなった。今後この因子を含めた検討が必要であることが考えられた。<目的>健康高齢者と長期臥床高齢者に対し、皮膚組織の温度伝導の比較を行うことにより、温度伝導率を褥瘡発生の予測ツールとして使用できるかどうかの基礎的検証を行うことである。H20年度では、長期臥床高齢者を対象とし、臥床時の仙骨部における温度伝導率を求め、分布状況および関係因子の検討を行った。<本年度の成果の>1)対象者(n=59):男性23名、女性36名であり、Aランク2名、Bランク9名、Cランク21名であった。年齢の平均(SD)は80.3(8.7)歳であり、入院期間の平均(SD)が721.9(620.6)日であった。収縮期血圧の平均(SD)は115.3(16.4)mmHg、拡張期血圧の平均(SD)は67.1(11.5)mmHg、体温の平均(SD)は36.5(0.5)°C、脈拍の平均(SD)は72.2(9.6)回/分であった。2)栄養状態(n=57):TPの平均(SD)は6.5(0.5)であり、Albの平均(SD)は3.2(0.3)であった。3)温度伝導率(n=51):ベッド上臥床時の仙骨部における温度伝導率の平均(SD)は1.540E-07(0.276E-07)m2/sであり、拡張期血圧と負の弱い相関がみられた(r=-0.32,p<0.05)。温度伝導率と、TPおよびAlbとに有意な関係は見られなかった。〈意義〉長期臥床高齢者における温度伝導率は、健康高齢者よりも明らかに低い温度伝導率であり、臥床による圧迫による血流への影響を評価できていることが考えられた。
リプログラミングによる皮下脂肪細胞から皮膚線維芽細胞への直接誘導法の開発

重症熱傷や難治性潰瘍の治療への応用を見据えた皮下脂肪細胞から皮膚線維芽細胞へのダイレクトリプログラミング技術を利用した直接分化について検討を行った。当初、マウス生体由来の脂肪細胞の初代培養に難渋したため、OP9細胞から脂肪細胞への分化誘導を行い、8割程度の分化効率を得ることができ、この細胞を利用することになった。ダイレクトリプログラミングにはレトロウィルスベクターを使用し、6つの候補遺伝子とGFPをPlatinum E cellへ導入したところ、フローサイトメトリー解析で4割程度の感染率を確認した。マウスの尾より採取した皮膚線維芽細胞をpositive controlとし、感染後の遺伝子発現の変化をリアルタイムPCR法で検討した。その結果、脂肪細胞の指標として用いた4種類(PPAR-2, c/EBP, aP2, Leptin)の発現は経時的に減少した。一方で、予備検討より線維芽細胞の指標として適切と考えられたThy-1の発現の有意な変化は確認できていない。形態的な変化については、細胞内の脂肪滴が縮小し、線維芽細胞に特徴的な紡錘型に変化した細胞が散見された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。最近の研究により、分化の鍵となる転写因子群を導入することで体細胞から多能性幹細胞の段階を経ずに様々な分化細胞に直接誘導できることが明らかになってきた。これはダイレクトリプログラミングと呼ばれており、精力的に研究が行われている。本研究では、このダイレクトリプログラミングを用いて皮下脂肪細胞から皮膚線維芽細胞へ直接誘導する方法を開発することを目的とした。平成28年度は、皮膚線維芽細胞への直接分化に重要な転写因子を同定することを目標とした。まず、皮下脂肪細胞から皮膚線維芽細胞への分化の鍵となる可能性が考えられる転写因子の候補を8種類選定した。この8種類のプラスミドは産業技術総合研究所より分与していただいた。マウス皮下脂肪細胞の初代培養法を検討し、ウィルスベクターの導入効率の検討している。さらに、線維芽細胞の特異的プロモーターにGFPを標識させた遺伝子改変マウスを作成中である。以上のステップを確実に行うことが必須であるので、慎重に検討を行っている。候補転写因子の同定およびマウス皮下脂肪の初代培養法の検討に想定以上の労力が必要であったため。本研究では、分化の鍵となる転写因子群を導入することで体細胞から多能性幹細胞の段階を経ずに様々な分化細胞に直接誘導できるダイレクトリプログラミングを用いて皮下脂肪細胞から皮膚線維芽細胞へ直接誘導する方法を開発することを目的とした。平成29年度は、当初の計画通りマウス皮下脂肪細胞の初代培養法の試行を繰り返したが、皮下脂肪細胞からの効率的な直接培養は困難を極めたため、より効率的な脂肪細胞培養のために、ストロマ細胞であるOP9より脂肪細胞への分化誘導を試行し、効率的な脂肪細胞への分化を得た。得られた脂肪細胞に対して、レトロウイルスベクターを用いて、脂肪細胞から皮下線維芽細胞への分化の鍵となる可能性が考えられる転写因子の候補(産業技術総合研究所より分与)及びGFPを導入したところ、導入を確認した。現在、転写因子が導入された細胞の形態学的変化及び脂肪細胞特異的マーカーの定量的変化(PCR法で確認)を追跡し、皮膚線維芽細胞への誘導が行われたかを検討中である。さらに、より効率的な遺伝子導入を目指し、レンチウィルスベクターの作成にも取り組んでいる。効率的な脂肪細胞の培養法の検討に想定以上の試行が必要であったため。皮下脂肪細胞から皮膚線維芽細胞への直接分化に重要な転写因子を確実に同定し、遺伝子改変動物を用いた再現性の確認を行う。脂肪細胞から皮膚線維芽細胞への直接分化が行われたかを形態学的及び生理学的に確認し、分化に必須な転写因子の同定及び遺伝子改変動物を用いた再現性の確認を行う。研究代表者の所属する研究室のインフラを整備し、ウィルスを扱えるP2レベルへ申請中であり、許可を得れば、より効率的に研究を推進することが可能になる。
構造規制されたカーボンナイトライドを用いた光機能性材料の創出

炭素と窒素の元素から構成される高分子カーボンナイトライド担持TiO2光触媒(CN/TiO2)は、二酸化チタン上でのシアヌル酸の熱分解によって、高表面積な光触媒の創出に成功した。CN/TiO2光触媒上での、可視光の照射によってグリセリン水溶液からの水素発生について検討した。CN/TiO2光触媒は、白金を助触媒に用いて水素生成に対する光触媒活性を示すことがわかった。また、UV-Vis, FT-IR, XPSなど各種分光学的、光電気化学的測定および量子化学計算を駆使することで、高分散に存在するmelem/melon構造が、光活性種として働き、光触媒作用のメカニズムを分子レベルで解明した。パイロリシス法によって,ミクロ細孔またはメソ細孔を有し,高表面積のカーボンナイトライド(C3N4)を合成し,その上での可視光照射による,揮発性有害物質(VOC)の分解除去,バイオマスからの水素製造および選択的な化合物合成指向の研究計画のもとに光触媒反応系を探索することを目的とした.我々は、Y型ゼオライトを鋳型としてC3N4の合成を試みたが、合成段階で構造の破壊が生じ、現状ではマイクロ孔を有するC3N4は得られていない。そこで、我々は、方針を転換し、CNとTiO2とをハイブリッド化したCN/TiO2光触媒を構築し、これらがVOCの分解除去、バイオマスからの水素製造およびニトロベンゼンからアミノベンゼンへの還元反応に高い、可視光活性を示すことを見出し、以下に示す内容を明らかにした。(1)異なる仕込み量のシアヌル酸とTiO2との熱縮合反応によって,CN/TiO2光触媒を合成した.CN/TiO2光触媒は,CN単体に比べ高表面積を有し,TiO2の表面上に窒素種として,カルボジイミド(-N=C=N-),ニトリル(-C≡N)構造,およびtri-s-triazine環が連結したmelem/melon構造が形成されることを明らかにした.また,担持量が少ない場合は,-N=C=N-や-C≡N構造が,主にTiO2表面上に形成され,さらに担持量が多くなると,melem/melon構造の濃度が増加することが示唆された.(2) CN/TiO2光触媒を用いて,可視光の照射下,グリセリン水溶液からの水素製造について検討を行った.その結果,CN/TiO2光触媒は水素製造において,CN単体光触媒に比べ100倍以上の高い活性を示すことを見出し,CN/TiO2光触媒上に担持されたCNが水素生成反応の光活性種として働くことが明らかとなった.さらに,量子化学計算と光電気化学測定を駆使することで,光活性種の電子状態やエネルギーバンド構造に関する知見を得ることができ,これらを利用して,光触媒上での可視光照射によるグリセリン水溶液からの水素生成反応のメカニズムを明らかにした.炭素と窒素の元素から構成される高分子カーボンナイトライド担持TiO2光触媒(CN/TiO2)は、二酸化チタン上でのシアヌル酸の熱分解によって、高表面積な光触媒の創出に成功した。高表面積を有するカーボンナイトライド(CN)の合成およびCN担持二酸化チタン(CN/TiO2)光触媒を作製し,可視光で応答する光触媒反応系への応用に関する検討を行った.本研究では,バイオディーゼル(BDF)燃料の製造時に発生するグリセリンの有効利用を見据え,これらの光触媒上でのグリセリン水溶液からの水素製造における触媒作用の解明を目的とした.得られた主要な成果は以下の通りである.1鋳型としてY-ゼオライトを用いて細孔内部にCNの合成を試みた.その結果,鋳型を用いずに合成したCNよりも高表面積を有していることがわかった.しかしながら,Y-ゼオライトに由来する構造は保持されていないことがわかった.2異なる仕込み量のシアヌル酸とTiO2との熱縮合反応によって,CN/TiO2光触媒を合成した.これらCN/TiO2光触媒は,CN単体に比べ高表面積を有し,TiO2の表面上に窒素および炭素種として,カルボジイミド(-N=C=N-),ニトリル(-C≡N)構造およびtri-s-triazine環が連結したmelem/melon構造が形成されることを明らかにした.3 CNまたはCN/TiO2光触媒を用いて,可視光の照射下,グリセリン水溶液からの水素製造について検討を行った.その結果,CN/TiO2光触媒は水素製造において,CN単体光触媒に比べ高い活性を示すことを見出した.また,アクションスペクトルの解析により,CN/TiO2光触媒上に担持されたCNが水素生成反応の光活性種として働くことが明らかとなった.さらに,量子化学計算と光電気化学測定を駆使することで,光活性種の電子状態やエネルギーバンド構造に関する知見を得ることができ,これらを利用して,光触媒上での可視光照射によるグリセリン水溶液からの水素生成反応のメカニズムを明らかにした.

Y-ゼオライトを鋳型として用いて,構造が規制されたCN光触媒の構築を試みたが,現時点では成功に至っていない.しかしながら,CNをTiO2光触媒上に固定化担持させると,可視光応答型光触媒として十分に機能すること,さらに各種分光学的手法,光電気化学的測定および量子化学計算を駆使することで,光活性種の構造の同定,およびグリセリン水溶液からの水素生成反応のメカニズムを分子レベルで解明した.また,従来の窒素ドープ型二酸化チタン光触媒と比較すると,CN/TiO2光触媒上での活性種の構造(電子状態)が全く異なることを明らかとし,反応活性の差異を説明することができた.今後の研究において,これらの知見に基づいたさまざまな光触媒反応の設計が可能となるため,おおむね順調に進展していると考えている.構造規制されたCN光触媒の合成について,引き続き検討していく.また,現在までに合成に成功したCNまたはCN担持TiO2(CN/TiO2)光触媒を用いて,下記に示す1から3について,可視光照射下での選択的光有機合成反応について検討を行う.1芳香族および脂肪族アルコールからカルボニル化合物類への選択的光酸化反応について,水媒体または有機溶媒中での反応の評価を行う.また,金属微粒子をCNに固定化担持し,電荷分離を促進させることで反応活性の向上を図る.2アミンの2量化反応,アルコールとアミンからイミンへのone-pot合成反応系,およびアルコールとジアミンを原料とするベンズイミダゾール合成反応系の構築を行う.3 CN光触媒は,それ自身が光増感剤として働くため,CO2の還元触媒をCN上に以下の方法論に従って構築する.i)Cu金属微粒子をC3N4上に担持させることで電荷分離を促進させる.ii)2,2-bipyridine-4,4-dicarboxylic acidとCNを熱還流によって反応させて固定化し,その後,Ru(bpy)(CO)2(CF3SO3)2を用いて,ビピリジン環にRu錯体を配位させる.同様にRe(CO)5ClとP(OEt)3をC3N4上に固定化担持することでRe錯体を配位させる.これら光触媒を用いて,水,トリエタノールアミンまたはEDTAを電子源と見なし,可視光の照射下で二酸化炭素の還元反応を試みる.予定していた反応実験が遂行できておらず,それに必要な100,000が繰越金となっている.繰越金と次年度申請額500,000円をあわせて以下の物品購入を予定している.消耗品:ガラス器具,試薬およびキャピラリーカラム(140,000円)設備費:ガス置換用グローブボックス(460,000)
強誘電体BaMgF_4/Si構造による新しい電界効果トランジスタの集積化

本年度は、面方位(111)のSi単結晶板上に成長させたBaMgF_4配向膜の2段階成長法による膜質改善について検討した。基板温度500°Cで形成した1段階成長のBaMgF_4薄膜では、平均表面粗さが約8.2nm、膜の絶縁破壊電界強度が約250kV/cmであったのに対して、基板温度500°Cで膜を堆積した後、連続して基板温度300°Cで膜を堆積する2段階成長法で形成したBaMgF_4膜では、平均表面粗さが約3.8nmと平坦性が向上し、かつ絶縁破壊電界強度が1MV/cm以上に向上することを明らかにした。また、BaMgF_4膜の耐薬品性について膜の漏れ電流特性から評価を行い、2段階成長法で作製したBaMgF_4膜では、塩酸系エッチング液で膜の加工を行った後も膜の漏れ電流増加がほとんど見られないことを確かめた。以上のことから、BaMgF_4/Si構造をトランジスタなどへ応用する場合、2段階成長法による成膜は、膜の平坦性向上、絶縁性向上および耐薬品性向上に有効であるとの知見を得た。次に、BaMgF_4/Si構造電界効果トランジスタの集積化において、ドライエッチングを用いたBaMgF_4/Si構造の加工と電気的特性について検討を行った。抵抗率0.5Ωcm(不純物濃度10^<16>cm^<-3>)のn型Si(111)基板上にBaMgF_4配向膜およびAl膜を一様に堆積した後、パタ-ニングしたSiO_2膜をマスクにしてArプラズマを用いてAl、BaMgF_4およびSiの各層を一括して連続にエッチング除去することで、電極面積200×200μm^2のAl/BaMgF_4/Si構造ダイオードを作製した。エッチング加工後のBaMgF_4膜の漏れ電流密度は10^<-8>A/cm^2台であり、エッチングによる漏れ電流密度の増加がないことを確かめた。また、作製したダイオードの容量-電圧特性は、BaMgF_4膜の強誘電性に起因する約1Vのフラットバンドシフトを伴うヒステリシス特性を持つことを確かめた。以上のことから、BaMgF_4/Si構造電界効果トランジスタの集積化は、Arプラズマを用いたドライエッチングを用いることで十分実現可能であるとの結論を得た。
酸・塩基分子の無りん光性短寿命励起三重項状態におけるスピンダイナミックス

代表的なアザスチルベンとして3-スチリルピリジンおよび4,4'-ジピリジルエチレンを研究対象とし,最低励起三重項(T_1)状態における時間分解ESRを酸性剛性溶媒中77Kで測定した。得られたプロトン付加陽イオンのゼロ磁場分裂(ZFS)およびスピン分極の原因でおる最低励起-重項(S_1)→T_1項間交差(ISC)のスピン副準位選択性を中性分子と比較検討し,T_1状態における分子の平面性,スピン分布およびスピンダイナミックスに及ぼすプロトン付加の影響を議論した。時間分解ESRの実験からISC速度定数に関して得られるのはスピン副準位間の相対値のみであり,速度定数自身の測定は現在の時間分解ESR装置の時間分解能では不可能である。このような時間分解ESR法の欠点を補うために,蛍光性の分子については蛍光寿命および蛍光量子収量を測定し,ISC速度定数の絶対値に及ぼすプロトン付加の影響を考察した。これらの蛍光特性の実験から,イオンになることによりISC速度が遅くなることが分かった。半経験的分子軌道法を用いて励起状態の電子状態を考察した結果,ブロトン付加によりT_1状態の性格は変化しないがS_1状態の性格が変化することが原因であると解釈した。紫外線吸収剤であるp-メトキシケイ皮酸エステルの蛍光性類似分子であるp-メチルケイ皮酸についてT_1状態における時間分解ESRを種々のpHの剛性溶媒中77Kで測定した。得られたプロトン解離陰イオンのZFSおよびISCのスピン副準位選択性を中性分子と比較検討した。ZFS定数からT_1状態における2個の不対電子は分子全体に非局在化していることが分かった。さらに蛍光寿命を測定し,ISC速度定数の絶対値に及ぼすプロトン解離の影響を考察した。その結果,イオンになることによりスピン副準位へのISCの異方性は変化するが,三つの速度定数の和は変化しないことがわかった。1.trans-3-スチリルピリジン(StP)およびtrans-4,4'-ジピリジルエチレン(DPE)の時間分解ESR代表的なアザスチルベンとしてStPおよびDPEを研究対象とし,最低励起三重項状態(T_1状態)における時間分解ESRを酸性剛性溶媒中77Kで測定した。得られたプロトン付加陽イオンのゼロ磁場分裂(ZFS)およびスピン分極の原因であるS_1→T_1項間交差(ISC)のスピン副準位選択性を中性分子と比較検討し,T_1状態における分子の平面性,スピン分布およびスピンダイナミックスに及ぼすプロトン付加の影響を議論した。時間分解ESRの実験は現有のXバンドESRスペクトロメーターに,現有のエキシマーレーザーを組み合わせた装置で行った。ESR信号の帰属は試料分子を含む種々のpHのPVA膜を延伸し目的分子を部分配向させる延伸PVA膜法を用いて行った。2.蛍光寿命および蛍光量子収量のpH変化時間分解ESRの実験からS_1→T_1ISC速度定数に関して得られるのはスピン副準位間の相対値のみであり,速度定数自身の測定は現在の時間分解ESR装置の時間分解能では不可能である。これらの蛍光特性の実験から,イオンになることによりS_1→T_1ISC速度が遅くなることがわかった。1.ケイ皮酸類およびそれらのプロトン解離陰イオンの時間分解

ESR紫外線吸収剤であるtrans-p-メトキシケイ皮酸エステルの蛍光性類似分子であるtrans-p-メチルケイ皮酸について最低励起三重項状態(T_1状態)における時間分解ESRを種々のpHの剛性溶媒中77Kで測定した。得られたプロトン解離陰イオンのゼロ磁場分裂(ZFS)およびスピン分極の原因でおるS_1→T_1項間交差(ISC)のスピン副準位選択性を中性分子と比較検討し,T_1状態における平面性,スピン分布およびスピンダイナミックスに及ぼすプロトン解離の影響を議論した。2.蛍光寿命および蛍光量子収量のpH変化時間分解ESRの実験からS_1→T_1ISC速度定数に関して得られるのはスピン副準位間の相対値のみであり,速度定数自身の測定は現在の時間分解ESR装置の時間分解能では不可能である。このような時間分解ESR法の欠点を補うために,trans-p-メチルケイ皮酸について蛍光寿命を測定し,ISC速度定数の絶対値に及ぼすプロトン解離の影響を考察した。その結果,イオンになることによりS_1→T_1ISC速度が遅くなることがわかった。3.三重項励起エネルギー移動による励起活性酸素種(一重項酸素分子)の生成と検出紫外線励起された有機分子のT_1状態からのエネルギー移動により,周辺に存在する酸素分子が励起活性酸素種になる。この励起活性酸素種は一重項酸素分子であるが,軌道角運動量があるため電子常磁性共鳴(EPR)信号を示す。オクタフルオロナフタレンを増感剤に用いることにより一重項酸素分子のEPR直接検出に成功したが,十分な強度の信号を得るための装置を試作中である。またマイクロ波放電により生じた一重項酸素分子のEPR検出装置を試作し,光増感生成一重項酸素分子のEPR検出との比較検討を行った。
腸内細菌による代謝活性化を利用した新しい薬物の開発

1.ペオニメタボリン誘導体の合成と抗痙攣作用芍薬成分ペオニフロリン,SH基を含む化合物を腸内細菌Lactobacillusbrevisとインキュベーションして,17種のペオニメタボリン誘導体を合成し抗痙攣作用を調べた結果,8-(n-hexylthio)-,8-Cyclopentylthio,8-Cp-toly(thio)-,8-benzoylthiopeonimetabolinに強い作用を見出した.8-benzoylthiopeonimetabolinをカラムクロマトグラフィーで分離し,7S体には強い抗痙攣作用,7R体は筋弛緩作用を示した.2.ジンセノサイド腸内細菌代謝物の癌細胞の転移・浸潤に及ぼす効果3.腸内細菌による新しい変換反応の開発(3)脱フェノール性水酸基Eubacterium sp.の単離に成功した.1.ペオニメタボリン誘導体の合成と抗痙攣作用芍薬成分ペオニフロリン,SH基を含む化合物を腸内細菌Lactobacillusbrevisとインキュベーションして,17種のペオニメタボリン誘導体を合成し抗痙攣作用を調べた結果,8-(n-hexylthio)-,8-Cyclopentylthio,8-Cp-toly(thio)-,8-benzoylthiopeonimetabolinに強い作用を見出した.8-benzoylthiopeonimetabolinをカラムクロマトグラフィーで分離し,7S体には強い抗痙攣作用,7R体は筋弛緩作用を示した.2.ジンセノサイド腸内細菌代謝物の癌細胞の転移・浸潤に及ぼす効果3.腸内細菌による新しい変換反応の開発(1)Rheinからrheinanthroneに変換するBacteroides sp.の単離(3)脱フェノール性水酸基Eubacterium sp.の単離に成功した.(-)Epicatechin3-O-gallateは腸内細菌により種々の代謝物に変換されることを明らかにした。特に、フラバノールの最初の反応はC環の開裂から始まることを初めて明らかにした。生体内でこれら化合物が抗酸化作用を示し、腎疾患時に生成される種々の腎毒性物質の生成量を減少させることが考えられる。2.柴胡に含まれるサイコサポニンの腸内細菌による代謝を検討し、ヒト糞便からサイコサポニンをステップワイズに加水分解する菌種を単離、同定した。これらはEubacterium SP-44,Bifidobacterium SP.Saiko-1,Saiko-2と命名した。これらのうち、特に強い活性を有していたEubacterium SP-44から、サイコサポニンの加水分解に関与する酵素を精製した。これらはβ-グルコシダーゼ、β-フコシダーゼの一種であるが、通常のこれら酵素はサイコサポニン、プロサイコサポニンを水解しないことから新しいタイプの酵素と考えられる。1.ペオニメタボリンの酵素免疫測定法を確立して、漢方処方当帰芍薬散、芍薬甘草中のペオニフロリン代謝物のラット血中濃度の測定に成功した。両処方ではペオニメタボリン濃度の最大値に到る時間に著しい差異があることがわかった。2.SH基を含む種々のペオニメタボリン代謝物を腸内細菌とインキュベーションすることにより合成し、その抗けいれん作用を調べた結果、ペオニフロリン・ペオニメタボリンより強い阻害作用が見られ、特に8-(n-nexylthio)paeoni-metabolin、8-benzoyltgio paeoni metabolinは作用が強かった。3.Ginsenoside Rb_1はラット消化管から吸収されにくく、消化管におけるEubacterium SP.A-44の様なバクテリアの作用によって加水分解されcompound Kとなり吸収されることが判明した。1.附子の成分アコニチンが腸内細菌の作用で,リポアコニチンに変換されることを見出した。このリポアコニチンの脂肪酸組成は腸内細菌の菌種によって異なることを明らかにした。代表的リポアコニチン2種を合成し,その侵害受容効果をアコニチンと比較検討した。2.SH基を含む化合物の共存下,芍薬成分であるペオニフロリンを腸内細菌によって代謝させるとチオエーテルを含む付加体が生成する。この付加体17種を同方法により合成し,抗ケイレン作用を調べた。その結果これら付加体には強い抗ケイレン作用があり,7S-体がその作用本体であることを見出し,7R-体には弛緩作用があることが判明した。3.薬用人参に含まれるジンセノシドRb1,Rb2,Rcは癌転移を抑制するが,この活性成分は腸内細菌により糖が一部はずれた化合物であることを明らかにした。この代謝物は(20S)-protopanaxadiol 20-0-glucosideであり,癌細胞のアポトーシスを誘導することを明らかにした。4.大黄成分センノシドの瀉下作用は腸内細菌による代謝・活性化が関与しているが,同様に含まれるレインをレインアンスロン(瀉下物質)に変換する腸内細菌株の単離,同定に成功した。このことからレイン誘導体を瀉下薬として利用することも可能であることを結論した。
次期小惑星サンプルリターンの探査候補天体の研究(地上観測と軌道設計の協力)

現在「はやぶさ」に続く小天体探査の検討が進められている。次期小天体探査では「はやぶさ」が探査したS型小惑星よりさらに始原的なタイプの小惑星の探査を進める予定である。具体的にはC型小惑星の探査を検討しており、探査機が到達しやすい近地球型小惑星の中で始原的なタイプの小惑星を多数検出することが必要となってる。本研究において、我々はまず、探査機の到達しやすい近地球型小惑星のリストを作成した。リストアップした小惑星それぞれについて観測好機を調べ、観測後期を迎える小惑星の多色測光を適宜行い、小惑星のスペクトル型の推定を進めてきた。観測は東京大学木曽観測所の1.05mシュミット望遠鏡および台湾鹿林天文台の1m望遠鏡を用いている。これまで3年間で30天体の観測を実施し、20天体のスペクトル型を推定することに成功している。これらのうち5つはC型小惑星であった。本研究開始前の探査しやすい近地球型小惑星でC型小惑星と判明していた天体は、7天体であったが、我々の研究成果と海外の研究者の観測成果を合わせて、現時点でC型小惑星は15天体となり、ほぼ倍の数となった。この数は本研究を開始する前の予測とほぼ一致している。探査しやすいC型小惑星の数が約2倍になったことにより、探査計画の設計自由度が上がり、探査のフィージビリティーが向上している。これらの結果を踏まえて、2010年の打ち上げを想定している「はやぶさ2」ミッションの探査候補天体については、C型小惑星である1999JU3が有力な探査対象として選ばれている。本研究では1999JU3を探査する場合の探査機の具体的な軌道計画についても検討を行い、はやぶさと同程度の探査機設計で探査できることを明らかにした。2005年5月および11月までに発見された小惑星の軌道データをもとに2010年代に打ち上げウインドウを持つ小惑星サンプルリターン軌道が可能な小惑星のリストを作成した。具体的には、地球-小惑星-地球というシングルサンプルリターン軌道以外に、地球-小惑星-小惑星-地球や、地球-小惑星-地球-小惑星-地球といったダブルサンプルリターン軌道についても調査した。一方、現時点でスペクトル型既知の小惑星のリストも作成し、スペクトル型既知でサンプルリターン軌道が可能な小惑星についても調査した。その結果現時点で、C型でかつサンプルリターン軌道をもつ小惑星が10天体あることがわかった(C型以外のスペクトル型既知天体も含めると53天体)。C型でサンプルリターン軌道をもつ小惑星についてはさらに詳細な軌道設計を進めた。またスペクトル型未知の小惑星について観測好機を調査し、観測可能なものについては、観測を実施した。また海外の研究者とも協力して、海外の望遠鏡を用いた観測データも収集した。その結果、スペクトル型既知でサンプルリターン軌道をもつ小惑星は71天体となり、そのうちC型の小惑星は19天体となった。今後引き続き、軌道設計とスペクトル型未知天体の観測を継続し、C型でサンプルリターン軌道をもつ小惑星を発見し、それらについての詳細な軌道設計を実施していきたいと考える。なお、我々の検討結果は「はやぶさ」計画に続く、次の小惑星サンプルリターン計画の検討にも反映されている。具体的にはC型小惑星の探査を検討しており、探査機が到達しやすい近地球型小惑星の中で始原的なタイプの小惑星を多数検出することが必要となっている。

観測は東京大学木曽観測所の1.05mシュミット望遠鏡および台湾鹿林天文台の1m望遠鏡を用いている。これまで3年間で30天体の観測を実施し、20天体のスペクトル型を推定することに成功している。これらのうち5つはC型小惑星であった。本研究開始前の探査しやすい近地球型小惑星でC型小惑星と判明していた天体は、7天体であったが、我々の研究成果と海外の研究者の観測成果を合わせて、現時点でC型小惑星は15天体となり、ほぼ倍の数となった。この数は本研究を開始する前の予測とほぼ一致している。探査しやすいC型小惑星の数が約2倍になったことにより、探査計画の設計自由度が上がり、探査のフィージビリティーが向上している。これらの結果を踏まえて、2010年の打ち上げを想定している「はやぶさ2」ミッションの探査候補天体については、C型小惑星である1999JU3が有力な探査対象として選ばれている。本研究では1999JU3を探査する場合の探査機の具体的な軌道計画についても検討を行い、はやぶさと同程度の探査機設計で探査できることを明らかにした。
高精度氾濫予測システムと実河川モニタリングシステムの開発と統合

氾濫被害低減を最終的な目的と定めた計測法およびシミュレーション法を含む総括的な要素技術の発展を目指した研究を実施した.1.まず,実河川モニタリングシステムの開発に関しては,吉野川,新湊川,宇治川,荒川,阿賀野川での画像の撮影・蓄積を進めるとともにデータの分析をすすめることにより洪水現象の把握を進めている.画像解析により得られたデータは,他の計測法と比較検討がすすめられ,信頼性の確認を行っている.主な成果は以下の二点である.(1)画像の撮影方法に関して,ネットワーク化によるリモートコントロール導入も進めており,特に高画質な画像を低価格・低容量回線を用いて効率的に取得する方法の開発を行った.(2)撮影方向およびズームなどのカメラパラメーターの算定法についての効率的な新手法の開発を実施した.これにより撮影の自由度が大幅に向上された.2.実河川予想モデルについては,既往モデルとの比較検討により本モデルの妥当性を確認した.また,開水路凹部流れにおいて見られる水面変動の数値モデルによる再現性についても確認し,特に振動周期について良好な再現がなされることが確認された.3.高解像度氾濫モデルの開発については,航空レーザー測量データの処理方法を工夫することにより,詳細な氾濫モデルの構築を効率的な手段によって行う方法の開発を行った.これにより,従来は精度の制約や手間がかかることから実施が困難であった詳細なモデル化を行う都市域での氾濫予測を,本手法を用いることにより自動化されたプロセスによりモデル化できる点が大きな特徴となっている.以上,3点の要素技術についての新技術の開発が進められており,それぞれの成果に価値があるだけでなく,氾濫被害低減の達成においてこれらの要素技術開発の効果が相乗して現れることが期待される.氾濫被害低減を最終的な目的と定めた計測法およびシミュレーション法を含む総括的な要素技術の発展を目指した研究を実施した.1.まず,実河川モニタリングシステムの開発に関しては,吉野川,新湊川,宇治川,荒川,阿賀野川での画像の撮影・蓄積を進めるとともにデータの分析をすすめることにより洪水現象の把握を進めている.画像解析により得られたデータは,他の計測法と比較検討がすすめられ,信頼性の確認を行っている.主な成果は以下の二点である.(1)画像の撮影方法に関して,ネットワーク化によるリモートコントロール導入も進めており,特に高画質な画像を低価格・低容量回線を用いて効率的に取得する方法の開発を行った.(2)撮影方向およびズームなどのカメラパラメーターの算定法についての効率的な新手法の開発を実施した.これにより撮影の自由度が大幅に向上された.2.実河川予想モデルについては,既往モデルとの比較検討により本モデルの妥当性を確認した.また,開水路凹部流れにおいて見られる水面変動の数値モデルによる再現性についても確認し,特に振動周期について良好な再現がなされることが確認された.3.高解像度氾濫モデルの開発については,航空レーザー測量データの処理方法を工夫することにより,詳細な氾濫モデルの構築を効率的な手段によって行う方法の開発を行った.これにより,従来は精度の制約や手間がかかることから実施が困難であった詳細なモデル化を行う都市域での氾濫予測を,本手法を用いることにより自動化されたプロセスによりモデル化できる点が大きな特徴となっている.以上,3点の要素技術についての新技術の開発が進められており,それぞれの成果に価値があるだけでなく,氾濫被害低減の達成においてこれらの要素技術開発の効果が相乗して現れることが期待される.
頭頸部癌に対する化学放射線治療後の新しいPET検査による評価の検討

当科を受診した頸部癌患者のうち、術前放射線化学療法+手術加療を予定しているstageIII以上の患者を対象として、放射線治療前にFDG-PET/MRI検査、FLT-PET/MRI検査、64Cu-ATSM-PET/MRI検査を施行するという計画に基づいて、69歳女性、右中咽頭癌(右扁桃癌、T3N2M0、stageII、扁平上皮癌、p16陽性)の患者を対象に上記PET検査を施行した。FDG-PET/MRI検査では右中咽頭(右扁桃)に集積あり、右上内深頸リンパ節、右顎下リンパ節、左上内深頸リンパ節、右ルビエールリンパ節に転移を疑う集積を認めた。FLT-PET/MR検査でも、同様の部位に高集積を認めた。年末年始でPET装置のメンテナンスなどが入ったため、Cu-ATSMーPET/MRI検査を施行できたのは放射線治療を開始してから2週間後となったため、原発腫瘍及び両側リンパ節転移は縮小傾向であり、Cu-ATSMの集積はやや軽度となった。これは治療の影響である。この症例はその後、術前放射線治療(39.6Gy、CBDCA+5-FU併用)施行し、右中咽頭癌切除術(下顎骨正中離断)+両側頸部郭清術+大腿外側皮弁再建術を施行し、術後放射線治療(24Gy )を施行し、現在外来通院中である。各種PET検査を行うのはマシンタイムの問題があり、治療前にこの3検査を行えなかったので、各画像の比較はできなかった。また術前治療終了時点での撮影は困難であった。また、当初対象としていたのはstageIII以上の症例であったが、中咽頭癌のTNM分類、stage分類はp16陽性か否かの判断が加わり、本症例ではstageIIとなった(変更前の分類ではstageIII)。当科における頭頸部癌患者のstageIII以上を対象に、治療前に糖代謝を反映するFDG-PET-CT検査、また低酸素領域を表すCu-ATSM-PET検査、さらに核酸合成を示すFLT-PET検査で評価し、術前放射線治療終了後に再度各検査を行うことを目標としていたが、初年度は治療前のFDG-PET-CT検査、Cu-ATSM-PET検査と数例においては放射線治療後のCu-ATSM-PET検査を行うことができた。治療前にFDG-PET-CT検査、Cu-ATSM-PET検査を施行できたのは6例で、口腔癌3例、中咽頭癌2例、下咽頭癌1例であった。FDG-PETとCu-ATSMはいずれも原発巣および転移巣に集積を認めるが、従来の報告通り、腫瘍内の集積部位は異なるものが多かった。初年度は他施設からのCu-ATSMの供給が月に1回であったため、患者の治療スケジュールと検査日の日程調整が予想よりはるかに困難であり、術前放射線化学療法後のCu-ATSM-PET検査に至らなかった。今までに治療前と術前放射線化学療法後にCu-ATSM-PET検査を行った頭頸部癌患者は3例あり、いずれも術前放射線化学療法前よりもCu-ATSMの集積はよわくなっているが消失したものはなく、手術加療と術後放射線治療を必要とした。当科における頭頸部癌患者のstageIII以上を対象に、治療前に糖代謝を反映するFDG-PET-CT検査、また低酸素領域を表すCu-ATSM-PET検査、さらに核酸合成を示すFLT-PET検査で評価し、術前放射線治療終了後に再度各検査を行うことを目標としていた。Cu-ATSM検査のためのCu-ATSMの他施設からの供給が終了し、現段階で当施設でCu-ATSMを製造することは可能であるが、マウスなどの動物での薬剤毒性検査が進んでおらず、臨床実用に至らなかった。また、研究者が平成27年7月末より産休・育児休業に入り、一度研究を中断という形を取った。また、平成27年7月末から研究者が産休・育児休業に入っているため。当科における頭頸部癌患者のstageIII以上を対象に、治療前にFDG-PET-CT検査、Cu-ATSM-PET検査、FLT-PET検査で評価し、術前放射線治療後に再度各検査を行うことを目標としていた。Cu-ATSMの他施設からの供給が終了し、当施設でCu-ATSMを製造し、臨床研究に使用するに当たり、本学の高エネルギー医学研究センターにて以下の実験を行った。まず安定同位体であるNi-64を院内小型サイクロトロン(EclipseRDS HP/RD, 11 MeV, Siemens)にてプロトン照射しCu-64の製造を行った。その後、得られたNi-64/Cu-64混合物を6 M塩酸中100°Cで溶解させ、陰イオン交換樹脂AG 1-X8(100-200 mesh, chloride form, Bio-Rad)と塩酸を用いてNi-64およびCu-64の分離精製を行った。Cu-64は0.1 M塩酸で回収後、蒸発乾固し、生理食塩水に再溶解させた。次いで、基質となるATSM/DMSO溶液を加え標識反応を行い、滅菌フィルターに通じて無菌バイアルに回収してCu-64 ATSM製剤とした。この製剤について、3ロット試験を行い、院内品質基準を満たしていることが確認された。さらに製剤の毒性を検討するため、マウスを用いた急性毒性試験を行った。雌雄ddYマウス(6週齢、各n=4)に体重換算でヒト常用量の100倍を投与して14日間にわたり観察した。

また、コントロールとして別のマウス群(雌雄各n=4)に生理食塩水を投与し同様に観察を行った。その結果、全ての動物において死亡例およびけいれん等の中毒症状は認められず、体重増加についても異常はなかった。観察後、全ての動物について剖検を行い、主要臓器について肉眼的観察および重量測定をしたところ、いずれの動物においても異常は認められなかった。Cu-ATSM検査のためのCu-ATSMの他施設からの供給が終了し、当施設でCu-ATSMを製造し、臨床研究に使用するためのCうーATSMの院内品質基準検査、およびマウスを用いた急性毒性試験に時間を要したので、臨床研究の再開を見合わせていた。本研究では、頭頸部癌患者のstageIII以上を対象に、治療前にFDG-PET-CT検査、Cu-ATSM-PET検査、FLTーPET検査で評価し、術前放射線治療後に再度各検査を行うことを目標としていた。29年度からCu-ATSMの院内供給が可能となったが、その後の本研究でのプロトコール作成と倫理委員会での承認が難航している。一方で、当院ではFDG-PET-MRIの撮影が可能となった。また当初予定していた各PET放射線核種でのPET検査はPET検査単独の予定であったが、PET検査単独の撮影装置が破損したため、今後はすべてPET-MRI検査を行うことになる。PET-MRI検査はPET-CT検査と比較して、より集積部位がクリアに判定できるというメリットがあり、骨や歯科治療による金属のアーチファクトで原発巣のTNM分類が困難となる造影CT、造影MRI、FDG-PET-CTよりTNM分類においては有用と考えられる。当科で加療前後のある程度ボリュームのある頭頸部腫瘍の症例において、PET-MRI検査を施行した。29年度に本研究でPET-MRIを施行した総数は53人で、その内訳は外耳道2人、口腔21人(頬粘膜1人、歯肉6人、舌癌12人、口腔底2人)、鼻腔1人、上顎2人、中咽頭14人(側壁・後壁8人、舌根部3人、扁桃3人)、下咽頭4人、喉頭2人、耳下腺7人、下顎1人であった。PETーCT検査と比較するとPET-MRI検査でT分類が変わる症例を認めた。29年度からCu-ATSMの院内供給が可能となったが、その後の本研究でのプロトコール作成と倫理委員会変更申請が難航しているため。当科を受診した頸部癌患者のうち、術前放射線化学療法+手術加療を予定しているstageIII以上の患者を対象として、放射線治療前にFDG-PET/MRI検査、FLT-PET/MRI検査、64Cu-ATSM-PET/MRI検査を施行するという計画に基づいて、69歳女性、右中咽頭癌(右扁桃癌、T3N2M0、stageII、扁平上皮癌、p16陽性)の患者を対象に上記PET検査を施行した。FDG-PET/MRI検査では右中咽頭(右扁桃)に集積あり、右上内深頸リンパ節、右顎下リンパ節、左上内深頸リンパ節、右ルビエールリンパ節に転移を疑う集積を認めた。FLT-PET/MR検査でも、同様の部位に高集積を認めた。年末年始でPET装置のメンテナンスなどが入ったため、Cu-ATSMーPET/MRI検査を施行できたのは放射線治療を開始してから2週間後となったため、原発腫瘍及び両側リンパ節転移は縮小傾向であり、Cu-ATSMの集積はやや軽度となった。これは治療の影響である。この症例はその後、術前放射線治療(39.6Gy、CBDCA+5-FU併用)施行し、右中咽頭癌切除術(下顎骨正中離断)+両側頸部郭清術+大腿外側皮弁再建術を施行し、術後放射線治療(24Gy )を施行し、現在外来通院中である。