hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生体親和性自己温度制御発熱体を用いた癌温熱治療システムの開発

非磁性体(Stainless,Ti-V)では若干の温度上昇は得られたが発熱効率は不良であった。白金鉄合金の場合、低温では良好な発熱が得られ、しかも約48度を越えると発熱効率は非磁性体のそれとほぼ同等となった。以上より鉄-白金合金は有効な加温の実現と安全域内への温度制御の両者に対して有効であることが示された。次に鉄-白金合金を1cm間隔で9本刺入して兎の筋を加温し、その温度分布を確認した。加温は40Oeの均一な磁場に於て12分間行なった。その結果、合金のすぐ近傍では50°Cまで温度は上昇したが、針と針の間では、加温域全体で温度は43.5-47°Cの範囲にあった。以上の結果から、鉄-白金合金は生体の加温の実用に適し、また実現可能な配置によって、良好かつ均一な加温が得られることが示された。1.物理的な発熱量の測定:この材料を用いて物理的な発熱量の測定を行った。用いた材料は上記の鉄白金合金(Fe-56wt%Pt)のほかに、発熱針磁性体であり常に一定の発熱が予想される鉄、非磁性体のステンレス(SUS304)、磁性体ではないが生体親和性のあるチタンバナジウム合金(Ti-6wt%Al 4wt%V)である。発熱針の大きさはいずれも1mm角x35mmで、初期の製作品では材質が不均一で破損が問題であったが、これを解決して先端5mmを鋭利な針状にして、組識への刺入を簡単にしたものである。これらの針を80mm蒸留水とともに断熱剤の中に入れ、攪拌しながら磁場中に置いて時間当りの発熱量を各々の材質にいて測定した。その結果、鉄の場合25-80度の間で発熱量は11.0J/secと一定であったが、鉄白金合金の場合、25-40度の間で3.8J/sec、55-60度の間で0.8J/sec、70-73度の間では0.1J/secと磁気変態点が近付くにつれて発熱量が減少した。ステンレスおよびチタンバナジウム合金では、発熱量は0.1J/sec以下であった。2.生体内での実際の加温における温度分布:鉄白金合金を家兎の腰筋内に1cm間隔で2cm四方に配置し、温度分布を測定した。これを4kWの出力(約80Oe)にて12分間加温し、種々の点にて測温した。その結果、最も温度が上昇した中心では50度Cとなり、最も上昇しなかった最外側の針の5mm外側でも、44度Cまで温度は上昇し、その間の各点においては、ほぼ均一な温度分布が得られた。しかも、その後の温後上昇は平衡に達した。3.抗腫瘍効果の確認:上記と同様の方法で家兎の大体部に移植した腫瘍を加温し、抗腫瘍効果を病理組識にて確認した。発熱針で囲った範囲以外では腫瘍細胞が分布しているのに対し、上記で均一な温度上昇が得られた範囲に一致して、腫瘍細胞は壊死に陥っていた。
開放端におけるエンドプレートの電流バランス

本課題では筑波大学プラズマ研究センターのタンデムミラー装置ガンマ10において、端損失するイオンと電子のエンドプレート上での粒子束(電流)バランスを研究した。ガンマ10では、閉じ込め電位形成のため電子サイクロトロン共鳴加熱(ECRH)を行うと、大量の端損失電子が装置端部に設置してあるステンレス板(エンドプレート)に流入する。エンドプレートは電気的に浮遊しているので、流入する多量の電子流とバランスするために、エンドプレートからたたき出された冷たい二次電子が装置中央部に向かって逆流する。そのため、エンドプレート前面に張ったメッシュに負の電圧をかけ二次電子を抑制する実験(メッシュバイアス)が行われている。これにより一次電子束1/100程度に減少することが期待されたが、実験によると一次電子束は1/2から1/3にしか減少せず、メッシュバイアス時にも電子束がイオン束の50倍近く多いままで、イオン束と同符号の何か別の粒子束(I3)が存在するためと考えられた。本研究では、このI3を担うものとしてエンドプレートと真空容器の間の薄いプラズマからエンドプレートに流れ込むイオン束を考え、ここに存在するプラズマを静電プローブにより測定した。その結果確かにプラズマが存在し、エンドプレートに流入する端損失電子束を打ち消すような向きの粒子束があることを確認した。さらに、実験結果を定量的に評価するため、エンドプレートから出た二次電子がミラースロートの手前でミラー反射され、再度エンドプレートに戻ってくる効果を考慮したモデルを構築し、実験結果と対応させた計算を行った。これから、観測された電流(I3)の空間的不均一性を考えると、このI3の大きさはメッシュバイアス実験の結果を説明し得る量である事が確認できた。本研究で得られたこの結果は、直ちにつぎの新しい課題につながる。すなわち、エンドプレートの裏面から流入する電流を遮断したときの、装置端部の電位分布の変化、及びプラズマ全体の応答を見ることである。この意味で、本研究はエンドプレートの本来の設置目的である非両極性拡散を真に抑制し、タンデムミラーの閉じ込め改善の新しい展開の基礎付けが出来たといえる。
光学素子表面に設けたナノ構造による生化学物質の高感度・選択検出

抗原抗体反応を利用して生化学物質の高度な検出・分析が可能となっているものの,蛍光顕微鏡や分光機器を始めとする高度な機器が必要であり,その簡便化が求められている.そこで,集光を行う光学素子表面に微粒子を自己整列させ,ここに蛍光処理タンパク質を高密度に固定化することで蛍光強度の向上を図るとともに,その光学機能を利用して集光や分光を行うことで簡素かつ6倍の蛍光輝度向上を実現し,高効率な検出の可能性を示した.抗原抗体反応を利用して生化学物質の高度な検出・分析が可能となっているものの,蛍光顕微鏡や分光機器を始めとする高度な機器が必要であり,その簡便化が求められている.そこで,集光を行う光学素子表面に微粒子を自己整列させ,ここに蛍光処理タンパク質を高密度に固定化することで蛍光強度の向上を図るとともに,その光学機能を利用して集光や分光を行うことで簡素かつ6倍の蛍光輝度向上を実現し,高効率な検出の可能性を示した.光学素子表面にナノ構造を設けることで蛍光処理タンパク質を高密度に固定し,抗原抗体反応を利用した高感度・選択的な物質検出システムの構築を最終目的とし,以下の研究を進めたまず光学素子上への自己整列技術の検討を行った.安定的な自己整列を行うためには溶媒のpHを調整することでゼータ電位を調整する必要があることを明らかにし,これを用いて材質が変わっても安定的に自己整列させるための指針が得られるようになった.そして,直径20mmのガラス製凸レンズ上に直径1ミクロンのシリカ微粒子を自己整列させ,これにたんぱく質修飾を行うことで物質検出のための基板を作製した.別途,シリコン基板にシリカ微粒子を整列させ,ドライエッチングを行うことでナノ構造を設けた基板も準備したその後,微粒子を蛍光処理したタンパク質で修飾し,抗原抗体反応を起こさせたときの蛍光を観察した.その結果,平面基板においてもナノ構造による表面積増加の影響により,最大2.5倍程度まで蛍光強度が強まることを確認したさらに,光学素子による集光特性を独自の装置で評価し,発した蛍光が凸レンズ透過後に収束する様子を確認した.ただし,微粒子から発する蛍光は散乱度が高く,光学系透過後にレンズ焦点に集光するのは必ずしも容易でないことが分かった.よって,透過光学系に加え,反射光学系による感度向上も検討する必要があることがわかった次年度は微粒子直径をさらに小さくした場合の影響を明らかにし,次いで,スペクトル分解を用いた物質の識別に関する基礎的な検討を進める微粒子を分散させた懸濁液を基板上に塗布・乾燥させる際,理想的には微粒子の単層最密の自己整列構造ができる.比表面積が大きいこれらの構造は生化学センサ等に適用されているものの蛍光顕微鏡等の高度な機器が必要となる.そこで本研究では,光学素子表面にこれらの構造を製作することで高感度化と選択性を付与することを目的とした実験を行った.まず,直径1ミクロンのシリカ微粒子を直径20mmのガラス凸レンズ全面に自己整列させた.三次元曲面上への整列例がこれまでなく,懸濁液濃度や懸濁液からの基板引上げ速度の影響等の基礎的な条件を明らかにした.結果的に,単層かつ最密構造を得るための条件などが明らかになった.次いで,これらの微粒子表面を蛍光処理したタンパク質で修飾し,励起光を照射した際に発する蛍光を確認することで物質検出の原理検証を行った.さらに,レンズ片面から平行化した励起光を照射した時に出射される蛍光強度の空間分布を調べることで,レンズによる集光性能を評価した.平面基板にタンパク質を修飾した場合に比べ,平面基板に微粒子構造を製作した場合の蛍光強度は4倍,凸レンズに構造を製作した場合は6倍に向上することがわかった.ただし,空間分布の結果からレンズ表面付近での散乱によって想定よりも強度上昇が限られることもわかり,今後の更なる感度向上のための指針を得ることができた.微粒子による表面積増加とは異なり,これらをマスクとしたドライエッチングで得られる微細構造についても検討を進め,面積の増加割合やタンパク質修飾による蛍光強度の向上度合などを明らかにした.さらに,このような構造から転写したシリコーン樹脂上で細胞を培養すると培養速度が上昇するとともに細胞と構造の間の接着強度が弱めることができることなども明らかになった.
前庭性代償機能における小脳、脳幹の関与とその化学伝達物質に関する研究

この研究は前庭代償下における小脳、脳幹の役割とそれに関与する化学伝達物質について動物実験にて解明することを目的として行われた。研究は主要五分野にて行われた。1)ラットにおける頸部伸筋からの前庭誘発筋電位について.この実験の目的はヒトにて有用である前庭筋電位を慢性・急性実験動物から記録する方法と有用な変数の確立を目指した。記録されたラットの前庭筋電位は人のそれと類似点が多く、すなわち刺激域値はABR域値上40-45dBであった。また発現潜時は機能評価に有用な変数である。2)老人性難聴の動物モデル.老化モデルマウスであるKlothoマウスの難聴とクロト蛋白の内耳発現について調べた。その結果内耳血管条にクロト蛋白を認めたがホモ接合体では蛋白の発現はなくまた聴覚閾値も有意に正常マウスより高かった。クロトマウスは老人性難聴のモデル動物として今後実験を続ける。3)前庭小脳に特異的に見られる前庭神経核由来のコリン作動性線維のPurkinje細胞への作用についてラット脳スライス標本にて実験を行った。その作用はPurkinje細胞の興奮性を顆粒細胞のムスカリンM3受容器を介してカリウムイオン流入を抑制することで変化させる。即ち前庭神経核細胞に対するPurkinje抑制を強化する作用がある。4)片側迷路破壊後前庭代償に対するグルタミン酸受容器の働きについて検討した。迷路破壊後に出現する眼振数の経時的変化に対する各種グルタミン酸所受容器亜型作動性薬、その特異的抑制剤投与効果について観察したところNMDA型は代償の変様に関与し、アンパ型は抑制的に作用することが解明された。5)脳幹・小脳における前庭代償機構を調べるためにテトロード記録電極を使用して多細胞同時長期記録法の確立を試みた。前庭神経核から記録された細胞外電位について専用解析ソフトを用いてデーター解析を行い同時に34細胞の分離が可能となった。今後内耳破壊ラットから記録を行い代償過程を経時的に記録し、その機構を解析する。本研究では前庭代償機構を動物実験にて追求し、代償機構がどのようにしてどこで行われるか、その過程で化学伝達物質はどのように何が作用するのかを明らかにする。このため最近実用化しているマルチシングルユニットオンライン解析装置を導入して4本の慢性記録電極を動物に挿入しておき、一側迷路破壊前後における、小脳、脳幹の細胞活動の変化を観察する。最大64個の細胞を同時にモニターしながら代償前、代償中、代償後の変化を比較検討する。今年はそのための解析ソフトであるディスカバリーテトロウドワークベンチを購入した。またラットから慢性に長期間細胞記録が出来るように記録電極用ステージの開発を行った。さらに小動物からの記録のため20μ電線4本からなるフローチング電極の作成を行った。国内には20μの電線は販売されておらず、米国から輸入(カルホルニアファインワイヤー社)した。電極固定用の様々なミニ部品も使用できる部品が国内では生産されていないためすべて輸入し、より安定した記録が出来るよう準備している。

現在までサルのように比較的大きな動物からの記録は成功しているが対象動物が小動物になると記録電極用のステージが大きいままではその重量により行動が制限され結果的に代償機能が修飾される可能性がある。その為にも前述の記録装置の軽量化は本研究にとって重要な要素である。今年はその準備にかなりの時間を費やした。また小動物に前庭性刺激を与えるために電動コントロール式回転台に定位脳固定装置を取りつけ、さらに過重力下における前庭代償過程の影響を調べるための偏軸位回転台の開発も行った。本研究では前庭代償機構を動物実験にて追求し、代償機構がどのようにしてどこで行われるか、その過程で化学伝達物質はどのように何が作用するのかを明らかにする。平成12年度は急性実験を主として行いラット前庭神経から外側半規管入力を受ける前庭2次細胞(タイプI)の記録を行い、慢性電極の刺入部位の確立を図った。実験はラットをハロセン麻酔下に電動回転台上の脳定位固定装置に固定し、気管切開を行い開頭後、間脳レベルにて除脳手術を行った。除脳後直ちにハロセン麻酔を中断し、無麻酔下にガラス電極を用いて前庭神経核より単一細胞記録を行い、水平回転に対する反応からタイプI細胞を記録した。回転に応じる前庭神経細胞はラムダから後方77.7mmで、正中から1.5mmのところに小脳表面から深さ66.5mm分布することがわかった。同時に昨年から懸案であったテトロードの慢性記録電極の開発もほぼ順調に進んでいる。また代償機能に関与する神経伝達物質の予備実験として一側迷路破壊ラットの眼振を指標に前庭代償を観察し、その代償期における各種薬剤の投与による代償機能の変化について論文にまとめた。本研究では前庭代償機構を動物実験にて追求し、代償機構がどのようにしてどこで行われるか、その過程で化学伝達物質はどのように何が作用するのかを明らかにすることを目的として実験計画遂行中のものである。平成12年度までに急性実験を行いラット前庭神経から外側半規管入力を受ける前庭2次細胞の記録に成功した。その細胞の回転刺激に対する反応結果から、記録細胞が半規管入力を持つタイプI細胞であることを同定した。また急性実験の結果を踏まえて慢性電極の刺入部位の確立を図った。今年度は前庭機能の動物における簡易評価法を模索するための実験を行った。前庭代償機構を実験するに当たり、前庭機能の評価法は重要でありまた数種類の評価法があるがいずれも前庭動眼反射を使用するため眼位の正確な校正を必要とする。眼位の校正はサル、ネコなどでは可能であるがラット、ネズミなどでは一般に困難である。そこで前提機能の客観的評価法として近年、臨床的に有用性が評価されてきた前庭誘発筋電位(VEMP)を動物に適応することを試みた。前庭誘発筋電位は胸鎖乳突筋に対する耳石器からの抑制現象を表面筋電図で記録することにより耳石機能を評価する検査であるが筋の持続的緊張を必要とすることから動物からの記録はいまだ成功していない。今回私たちは除脳動物標本にて筋緊張を保ち、耳石器から興奮性の入力が存在する頚部伸筋から筋電図記録を行い、興奮性の誘発筋電位を記録することに成功した。
デンドリマー型元素ブロック高分子の構築と機能探索

デンドリマー構造を利用することで多数の元素ブロックを三次元空間に精密配列し元素ブロックの間に高い相乗効果、協同効果を発現させ、革新的機能を持つ元素ブロック高分子を創出することを目的に研究を行った。これまで、簡便な末端官能基変換とCuAAC反応をくり返すことで柔軟な分岐鎖中に剛直な直線型共役鎖を有する共役鎖内包型デンドリマーの精密集積を達成している。本年度は、デンドリマー二量体、四量体、八量体が特徴的なサーモクロミズム挙動を示すことを明らかにした。各種分光学的方法を駆使してこの挙動を詳細に調べて、温度変化に応じて集積体の高次構造が変化する機構でサーモクロミズムが起きていることを示した。低温ではデンドリマーが平面性の高い構造をとるため、デンドリマーユニット間で分岐鎖どうしの相互作用がより強く作用する。そのため折りたたみ構造が安定になることが分かった。これまで、分岐鎖構造を持つ分子が固体状態で自己集積する例は多数報告されているが、溶液中で安定な折りたたみ構造をとるデンドリマー集積型オリゴマーは知られていない。また、折りたたみ構造では、分子に含まれる共役鎖が平面性の高い構造をとっていることが分かった。平面性の高い共役オリゴマーは、優れた分子ワイヤーとして機能することが知られている。従って、本研究で得られたデンドリマー集積型オリゴマーは、酵素モデル系や分子素子を構築する基盤材料として期待できる。また、高次構造変化を光捕集機能制御に利用することを目的に、ポルフィリンデンドリマー集積体の構築に取り組んだ。その結果、デンドリマー三量体の合成に成功した。26年度が最終年度であるため、記入しない。簡便な末端官能基変換と代表的なクリック反応であるCuAAC反応をくり返すことで単一のデンドリマーから高分子量精密集積体を効率的かつ高収率で構築する手法を開発することに成功した。最初に、共役鎖内包型デンドリマーD1 (MW = 3,936)を合成した。続いてD1を二分し、それぞれ片側末端基のみCuAAC反応に活性なアジド基およびエチニル基に高収率で変換することで、デンドリマーD1A、D1Eをそれぞれ得た。得られたD1AとD1Eを用いてCuAAC反応を行うことで、デンドリマー二量体D2 (MW = 7,762)を高収率で得ることに成功した。さらに、同様の官能基変換とCuAAC反応を繰り返し行うことで、デンドリマー二量体から四量体D4 (MW = 15,414)を、さらに四量体から八量体D8 (MW = 30,719)を効率的かつ高収率で得ることに成功した。これらの研究成果は、デンドリマー型元素ブロック高分子を構築するための汎用性の高い効率的な方法を提供するものである。また、CuAAC反応がナノスケール元素ブロック高分子の構築に対して極めて有用な手法であることを実証した。デンドリマー単量体および集積体のUV-visスペクトルを測定したところ、単量体と集積体は異なるスペクトルを与えた。単量体のスペクトルは、同程度の鎖長をもつオリゴ(フェニレンーエチニレン)(OPE)の溶液スペクトルとよく一致したが、集積体のスペクトルはOPEがランダム配向した会合体の吸収と一致した。蛍光スペクトルにおいても集積体のスペクトルはOPE会合体のスペクトルと一致した。さらに、吸収スペクトル形状の溶液濃度依存性はいずれの集積体においても無視できる程度しかなかった。これらの結果は、集積体は溶液中において折りたたみ型構造を取ることを示している。これまでに多くの元素を含む多様な構造のデンドリマーが報告されており、デンドリマーは大変魅力的な元素ブロックである。

本研究の目的は、このデンドリマーの効率的で汎用性の高い集積法を確立して、革新的な機能を持つ高分子を構築することである。本年度の研究成果により、元素ブロックとして魅力的な共役鎖内包型デンドリマーどうしをクリック反応を利用して効率的に結合して多様な構造の集積体を構築することが可能となった。クリック反応は多くの官能基の存在下においても効率的に進行し、高収率で生成物を与える。したがって、開発に成功した元素ブロック集積法は、高い汎用性を有している優れた方法である。次年度からこの技術をさらに発展、改良してゆくことで目的とする高機能性高分子の構築を進めることができる。すなわち、本年度は次年度以降の研究展開のカギとなる基礎技術の確立を達成した。また、分子の合成のみならず、巨大分子の分離、精製法、構造評価法に関しても多くの経験と技術の蓄積を行うことができた。これらの成果は、今後の機能性分子の開発に直接応用することができる貴重なものである。また、デンドリマー集積体が、溶液中において折りたたみ型の高次構造をとることがあきらかになった。さらに、集積体の高次構造が溶媒極性や温度によって変化することも分かった。高次構造変化は、それぞれのデンドリマーに内包される機能性部位の間の相互作用と密接に関係している。そのため、この高次構造変化を利用して、外部刺激に反応して、機能が変化する刺激応答型の高分子を得ることができる。このような高分子の開発は、まさに研究計画で提案したものであり、実際に高次構造変化が起きることを実証できたことは、この研究の目標達成への大きな一歩である。我々がこれまで構築した光捕集機能や電荷分離機能を持つ共役鎖内包型デンドリマーは大変魅力的な高機能元素ブロックである。今後、これらの元素ブロックを戦略的に組み合わせて高分子化することで、優れた光捕集特性や光電変換特性を持つ元素ブロック高分子を構築する。柔軟な結合部を持つデンドリマー集積体では高次構造変化によって分岐鎖間の距離や相互作用の大きさが変化する。この特性を利用して、外部環境変化に反応して機能が変化する光捕集アンテナを開発する。最初に、アンテナ色素を結合したデンドリマー型元素ブロックを複数構築する。次に、これらデンドリマーをクリック反応によって集積し、柔軟な結合部を持つデンドリマー集積体を構築する。この時、周辺部を形成するデンドリマーのアンテナ色素よりも励起エネルギーの小さなアンテナ色素を持つデンドリマーを集積体の中心に導入する。長距離の励起エネルギー移動を効率的に行うためには、周辺部から中心部に向けて順次励起エネルギーが小さくなるように色素やアンテナを精密配列することが鍵となることがこれまでの研究で分かっている。柔軟な結合部を有するデンドリマー集積体は溶媒極性変化を敏感に感じ取り、折りたたみ型と直線型の間で高次構造を変化させることが期待できる。折りたたみ型では周辺部から中心部へと段階的に小さくなる励起エネルギー勾配が形成される。そのため、中心部に励起エネルギーが集まりやすい。もちろん、周辺色素と中心色素の距離が小さくなる影響も大きい。一方、直線型では中心に励起エネルギーが集まりにくい配列となる。各種分光学的手法を用いて、外部環境変化に応じて集積体の光捕集能力が大きく変化することを実証する。
閉鎖経済および開放経済の短期マクロ計量モデル選択に関する理論応用分析

データを用いてマクロ計量モデルを推定し、政策効果を正しく評価することは重要な課題である。本研究では有益なマクロ計量モデルの選択に役立つ計量経済学の方法論を提案し、政策の評価に有益な様々なマクロ動学モデルを開発し、実際のマクロデータを用いて推定した。方法論では、動学因子モデル、動学パネルモデル、動学的確率的一般均衡(DSGE)モデル、確率トレンドモデル等の新しい評価方法や推定方法を提案した。また、実証分析では、トレンド・サイクル分解、ニューケインジアン・フィリップス曲線の推定と選択、情報摩擦モデル、粘着賃金開放経済モデル、2部門労働サーチモデル等の新しいモデルの開発と推定を行った。初年度は主に次の3つの分析で進展があった。1番目に研究計画の根幹となっている準限界尤度を用いたモデル選択の方法論の研究を進めた。準限界尤度による選択基準がマクロ経済モデル選択の一致性を持つための条件を詳しく調べた。特にDSGEモデルの構造母数に関して、(1)強識別の場合、(2)弱識別の場合、(3)部分識別の場合のそれぞれの条件が導出された。さらに、比較する候補モデルに関しては(1)入れ子型、(2)非入れ子型、(3)重複型の3つの場合の条件が導出された。また、モデルの特定化に関しては(1)2つのモデルで双方が真の場合(入れ子型の特殊形)、(2)片方が真の場合、(3)双方とも特定化の誤りがある場合のそれぞれについて条件を導出した。中央銀行が金利を操作する基本的な3方程式ニューケインジアンモデルから発生させたモンテカルロ実験データを用いて手法の有用性も確認した。2番目にマクロモデル推定時の事前検定に関する方法論の研究成果があった。マクロ経済変数の共変動を引き起こす共通構造ショックの抽出に応用可能な、動学的因子モデルの共通因子の持続性の推定精度を高めるブートストラップ法を提案した。またマクロ経済変数の確率トレンド及び確定トレンド除去に関して、非線形を考慮した複数の方法を開発した。3番目に実際にデータを用いたマクロ経済モデルの実証分析では、情報構造の異質性に着目したマクロモデルの有効性を個別財価格データから検討した。具体的には異なる地域の財価格差の調整速度が地域間の距離が離れているほど遅い現象を、需要ショックに関する情報の精度が地域間で異なる場合と整合的であることを確認した。昨年度は主に次の3つの分析で進展があった。1番目に動学パネルデータを用いてマクロ経済の実証分析をするための方法論の研究成果があった。モデルの特定化の誤りの少ない多変量自己回帰モデルを推定するための条件やその検定統計量の性質を確認した。この方法を用いた実証分析として、異なる地域の財価格差の調整速度が財の性質によって異なっている現象を確認した。2番目にマクロモデル推定時のデータの事前検定に関する方法論の研究成果があった。特にマクロ経済変数の確率トレンド及び確定トレンド除去に関して、非線形を考慮した複数の方法を開発した。3番目に実際にデータを用いたマクロ経済モデルの実証分析では、価格改定時の調整費用の非対称性や中央銀行の政策関数に課されるゼロ金利制約を考慮した非線形動学確率一般均衡(DSGE)モデルを推定した。モデル選択基準を用いて、提案されたモデルが他のモデルよりもデータのあてはまりがよいことを確認した。本研究計画はマクロモデル選択と推定に関する方法論と実証分析の2つに分けることができるが、両者ともにその研究成果が複数の学会で報告され、既に学会誌に採択が決まったものもある。最終年度は主に次の3点で成果があった。1番目に動学パネルデータを用いたマクロ経済分析の方法論の研究成果が国際雑誌に採択された。採択された論文では、データの動学構造が事前にわからない場合でも、時間方向に十分サンプルサイズを確保できれば、モデルの特定化の誤りを避けたマクロ経済分析が可能であることが示されており、その利点から生じるバイアスを軽減する方法も提案されている。この手法の応用例として、異なる地域の価格差の調整構造が分析された。2番目にマクロ経済モデル推定のための事前検定の方法論の研究成果に関しても国際雑誌に採択された。採択された論文では、仮にマクロ経済時系列データが確率トレンドを含んでいる場合でも、非線形な確定トレンドの形状について正しく特定化することができることが示されている。この手法の応用例として、日本の失業率変動の非線形性が分析された。3番目に実際のデータを用いたマクロ経済モデルの実証分析として、日本のデータを用いてゼロ金利制約のある非線形動学確率一般均衡モデルを推定し、モデル選択の結果、非線形性の役割の重要性を確認することができた。この研究成果は複数の学会で報告された。1番目と2番目の研究については、現在それぞれを拡張した分析も進めている。1番目の研究の拡張としてパネル多変量自己回帰モデルを用いた因果性の検定やインパルス応答関数の検定の分析を進めている。2番目の研究の拡張としては、構造変化の可能性を考慮した分析を進めている。

また、実証分析では、トレンド・サイクル分解、ニューケインジアン・フィリップス曲線の推定と選択、情報摩擦モデル、粘着賃金開放経済モデル、2部門労働サーチモデル等の新しいモデルの開発と推定を行った。本研究計画はマクロモデル選択と推定に関する方法論と実証分析の2つに分けることができるが、両者ともにその研究成果が複数の学会で報告され、既に学会誌に採択が決まったものもある。昨年度までの研究はおおむね順調に進捗しており、現段階で計画遂行上の問題点はない。今年度以降も計画に沿って研究を進める予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。マクロ経済学昨年度までの研究はおおむね順調に進捗しており、現段階で計画遂行上の問題点はない。
単一運動単位からみた下顎水平力発現への外側翼突筋の関与

下顎等尺性水平力測定用装置の設計、開発を行い、この装置を用いて等尺性水平力発現時の下顎力と外側翼突筋下頭からの筋電図活動を同時記録した。被験者は8名で各被験者に筋電図導出側の対側(CL)への押し出し運動を行わせた。荷重はトランスデューサーからの出力を被験者自身がモニターしながら、それぞれ400gfから800gfまで100gf毎の荷重を5sずつ連続させて行わせた。得られたデータより、信頼されうる21個のユニットをピックアップできた。これら21ユニットの平均発火頻度は力の増加とともに有意に増大する傾向を示した(repeated measures : P<0.0001)。うち、2個のユニットは力の出力onsetに先立って発火した。21ユニットをtonicなパターン(T)、phasicなパターン(P)、その中間型(I)に分類した。T型は400gfから800gfまで全ての相で連続的に活動するユニットで10ユニット(48%)、P型はdynamic phaseに発火し力を保持しているときにはまばらな活動を示すユニットで7ユニット(33%)、Iユニットは4ユニット(19%)であった。定量的な比較ではP型はT型よりも振幅が有意に大きかった。また、T型のユニットは等尺性力の小さなゆれに微妙に反応し、密接な一致を示した。続いて、筋電図導出側の同側側方(IL)、前方(P)、CLとPの中間(CL-P)、ILとPの中間(IL-P)の方向への等尺性押し出し運動で同じように400gfから800gfまで100gf毎の荷重を5sずつ連続させて筋活動を観察した。その結果、21ユニットの平均発火頻度は運動方向の違いにより有意に変化し(P<0.001)、CLで最も頻度が高くCL-P、P、IL-P、ILと方向が変わるに従い漸減する傾向を示した。これらの結果より、外側翼突筋下頭は対側への下顎等尺性押し出し時に重要な役割を果たすことが明らかとなった。実験に用いる下顎等尺性水平力測定用装置の設計、開発を行い、この装置を用いて等尺性水平力発現時の下顎力と外側翼突筋下頭からの筋電図活動を同時記録した。また、同時に両側の咬筋と側頭筋前部の表面筋活動も記録した。被験者は8名で各被験者に筋電図導出側の対側への押し出し運動を行わせた。得られたデータより、全体として信頼されうる21個のユニットをピックアップできた。

T型は400gfから800gfまで全ての相で連続的に活動するユニットで10ユニット(48%)、P型はdynamic phaseに発火し力を保持しているときにはまばらな活動を示すユニットで7ユニット(33%)、Iユニットは4ユニット(19%)であった。定量的な比較ではP型はT型よりも振幅が有意に大きかった。また、T型のユニットは等尺性力の小さなゆれに微妙に反応し、密接な一致を示した。これらの結果より、外側翼突筋下頭は対側への下顎等尺性押し出し時に重要な役割を果たすことが明らかとなった。現在は他の水平方向における同筋の関与につき引き続き実験を行っている。下顎等尺性水平力測定用装置の設計・開発を行い、この装置を用いて等尺性水平力発現時の下顎力と外側翼突筋下頭からの筋電図活動を同時記録した。被験者は8名で各被験者に筋電図導出側の対側(CL)への押し出し運動を行わせた。荷重はトランスデューサーからの出力を被験者自身がモニターしながら、それぞれ400gfから800gfまで100gf毎の荷重を5sずつ連続させて行わせた。得られたデータより、信頼されうる21個のユニットをピックアップできた。これら21ユニットの平均発火頻度は力の増加とともに有意に増大する傾向を示した(repeated measures: pく0.0001)。うち、2個のユニットは力の出力onsetに先立って発火した。21ユニットをtonicなパターン(T)、phasicなパターン(P)、その中間型(I)に分類した。続いて、筋電図導出側の同側側方(IL)、前方(P)、CLとPの中間(CL-P)、ILとPの中間(IL-P)の方向への等尺性押し出し運動で同じように400gfから800gfまで100gf毎の荷重を5sずつ連続させて筋活動を観察した。その結果、21ユニットの平均発火頻度は運動方向の違いにより有意に変化し(P<0.001)、CLで最も頻度が高くCL-P、P、IL-P、ILと方向が変わるに従い漸減する傾向を示した。
ストレス脆弱性モデル動物のうつ病モデルとしての妥当性の検討

本研究の目的は、これまでの我々の研究において慢性ストレスに対して脆弱性を有することが確認された純系ラットFischer344ラットについて、うつ病の動物モデルとしての妥当性を検討することである。用いた検討方法は、慢性ストレスと平行して投与される抗うつ薬によって、ストレスに対する適応不全が回避されるかを検討するものである。ストレス適応の指標としては、視床下部-下垂体-副腎(HPA)系のストレス反応性(血中グルココルチコイドホルモン(GC)濃度変化)ならびにc-fos mRNAのストレスによる発現増大反応性を用いた。慢性拘束ストレス負荷中の血中GC濃度変化パタンは、ストレス初日とストレス第13日の間に全く変化は認められず、慢性ストレスに対する適応反応はみられなかった。視床下部室傍核、中隔外側核、梨状葉皮質いずれにおいても、c-fos mRNA発現増大反応の減弱というストレス適応反応はストレス第7日以降にしかみられず、通常ストレス第3日よりみられるパタンより遅れを示していた。以上のFischer344ラットにみられるストレス適応不全に対する、抗うつ薬の慢性投与の効果はHPA系においてのみ顕著で、ストレス第7日よりストレス開始30分後のピーク濃度に変化は無いもののストレス開始60分以降にGC濃度の急速な低下がみられた。しかし、c-fos mRNA発現増大反応にいては、抗うつ薬は何らの変化ももたらさなかった。今回の結果は、c-fos mRNA発現に関して十分な結果は得られなかったものの、HPA系に関して抗うつ薬のストレス適応不全回避効果が確認されたことから、Fischer344ラットのうつ病モデルとしの妥当性・有用性を示唆しているものと考えられる。本研究の目的は、これまでの我々の研究において慢性ストレスに対して脆弱性を有することが確認された純系ラットFischer344について、うつ病の動物モデルとしての妥当性を検討することである。平成12年度はストレス適応の指標のうち、視床下部-下垂体-副腎(HPA)系の反応を検討した。慢性拘束ストレス14日間の負荷中の血中コルチコステロン濃度の変化を検討すると、Fischer344ラットはストレス期間中馴れを示さず、ストレス14日目においてもストレス初日と同様の濃度変化パターンを示した。しかし、ストレス開始2週間前よりストレス終了時までの4週間抗うつ薬イミプラミン(10mg/Kg)を腹腔内投与することにより、ストレス7日目よりコルチコステロン濃度変化パターンに変化がみられた。すなわち、ストレス開始30分後のピーク濃度に変化はみられないものの、ストレス開始60分以降コルチコステロン濃度は急速な低下を示した。このピーク時以降のコルチコステロン濃度の低下は、雑種Sprague-Dawleyラットにみられる慢性ストレスに対する適応現象と同様であり、HPA系のネガティブフィードバック機能の亢進と考えられる。今回の結果は、ストレス脆弱性を有するFischer344ラットの慢性ストレス負荷によるHPA系の適応破綻状態が抗うつ薬の慢性投与によって回避されたことを意味しており、Fischer344ラットのうつ病モデルとしての有用性を示唆している。平成13年度はストレス適応の指標のうち、c-fos mRNAのストレスによる発現増大反応性を検討した。慢性拘束ストレス負荷によるc-fos mRNA発現増大反応の変化を、視床下部室傍核、中隔外側核、梨状葉皮質の3部位で検討した。ストレス反応性のc-fos mRNA発現増大はストレス

第7日以降有意に減弱したが、ストレス第3日には発現増大反応に変化はみられなかった。抗うつ薬、イミプラミン(10mg/Kg)を拘束ストレスと平行して毎日腹腔内投与しても、c-fos mRNA発現反応性に変化はみられなかった。雑種Sprague-Dawleyラットで確認された、ストレス第3日から著明なc-fos mRNA発現増大反応の減弱というストレス適応反応は、抗うつ薬投与によっても得らず、この結果は平成12年度のHPA系のストレス反応性における抗うつ薬のストレス適応不全回避効果とは解離したものであった。この結果の解離については、ストレスに先行した2週間の抗うつ薬投与の有無が関与しているかもしれず、今後の検討が必要と思われる。
全光学的手法による非接触・非侵襲な生体機能の電場制御技術の開発

本研究ではテラヘルツパルスの高強度化を追求するとともに、物性科学における分光計測の枠を超えて生物・化学分野への応用展開と、物質に対して能動的に効果を発揮する光技術を開発することを目的としている。昨年度までに、高強度テラヘルツパルスによる細胞機能の制御に関わり、細胞状態を非接触・非破壊的に精密計測する技術を確立した。生細胞内部・細胞深部におけるシグナル伝達の指標となりうる、温度や酸素濃度の定量的測定を実現する技術開発を推進した。改良型の温度センサータンパク質を用いて、ヒト由来細胞のミトコンドリアの局所温度と、エネルギー(ATP)の産生能に正の相関があることを明らかとした。本成果は、高強度テラヘルツによる細胞機能制御において生かされる技術と知見である。また、二光子顕微鏡を用いてIr錯体のリン光寿命を計測することによって腫瘍塊内部の酸素濃度を測定する技術も確立した。また、テラヘルツパルスの高強度化とイメージング技術の融合に関わる実験的研究を推進した。ここではテラヘルツパルスの高強度化をために、固体物質表面に金属アンテナを作製した。相変化材料に対して高強度テラヘルツパルスを照射し、金属アンテナで増強されることによりゼナートンネリングによるキャリア生成を誘起し、異方的な結晶化が誘起されることを開発した可視イメージング技術で観測した。これらの研究成果の一部は、すでに学会や論文において公表した。平成30年度の進捗状況は以下に示す2点である。計測制御システムを確立でき、生細胞への高強度テラヘルツパルスの照射実験を実施して形態変化を確認するまで至ったため、概ね順調に推進できているいえる。実際に、高強度テラヘルツパルスを生細胞へ照射し、テラヘルツが照射されている細胞を個別にリアルタイムで蛍光顕微計測できるシステムを完成させた。本開発ではインキュベーターを独自設計し、テラヘルツパルスを最も効率よく生細胞へ照射できる構造でありながら、±0.5°C精度の温調と湿度管理も可能とした。人工多能性幹細胞(iPS)細胞を用いた実験の結果、20時間以上に亘り正常な状態を維持できることが確認した。また、カルシウムインジケーターFluo 4-AMや温度センサータンパク質tsGFP1を導入したヒト由来HeLa細胞を用い、構築したシステムの基本性能の確認を行った。結果、細胞内の温度分布を把握できること、カルシウム濃度の経時変化をリアルタイム追跡できる事を確認した。構築したシステムの計測能力は、本研究で当初計画していた仕様を満たし、実験の遂行に必要十分であることを確認できた。さらに、本システムを用い、テラヘルツの照射実験を実施した。テラヘルツの照射対象はiPS細胞とHeLa細胞であり、テラヘルツを照射してそのときの形態の経時変化をtime lapse観察した。細胞形態の変化は蛍光タンパクGFPを発現させて行い、通常の光学顕微鏡観察に比べて微細構造もハイコントラストで観察した。iPS細胞に電場強度100 kV/cmのテラヘルツ電場を照射した結果、被照射細胞と非照射細胞のあいだに明確な形態の変化を誘発したことを示唆する結果を得た。平成31年度に計画している実験を推進するために必要な基礎固めができた。本年度は、テラヘルツパルスの高強度化とともに、テラヘルツパルスによる生細胞動態制御の実現を推進する。生細胞動態制御について、具体的には以下2点の実験を行う。温度を制御することでiPS細胞の分裂に必要なタンパク質(転写因子)の産生が変化することが知られている。高強度テラヘルツパルスの照射によって、これらタンパク質の産生能の向上・制御を狙う。第一段階として、分裂増殖した核をEdU染色で選別してその分裂レートに及ぼすテラヘルツ照射の効果を検証する。ここではテラヘルツパルスを最大電場強度になるように集光照射し、テラヘルツ照射後に染色を用いてその効果を検証する。次に、分裂・増殖に対するテラヘルツパルスの照射効果におけるテラヘルツ電場の強度依存性を確認する。コントロールとして、同じ培地で培養したがテラヘルツ非照射域の細胞と、同じプロセスで培養しているが別の培地の細胞を利用する。これら3サンプル間の比較によって、テラヘルツ照射効果を明確に示す。また、ATP産生の制御を目指した研究にも挑戦する。ATPはミトコンドリアで産生され、その産生はミトコンドリアの膜電位と相関があることが知られている。具体的には、JC-1を導入したHeLa細胞にテラヘルツを照射し、その膜電位の変化を蛍光によってリアルタイム計測する。さらにATP濃度感受蛍光タンパク質ATeamを利用し、テラヘルツの照射によるATP産生の変化もリアルタイムでモニターする。JC-1とATeamの蛍光強度のテラヘルツ照射による変化の相関を解析し、ATP産生能力に対するテラヘルツパルスの効果を示す。平成29年度は酸素濃度感知燐光プローブを用い、腫瘍深部における酸素濃度と動態の関係を解き明かした。腫瘍組織内は低酸素状態であり、腫瘍の悪性度や周囲の環境、刺激の有無などによってその状態は動的に変化すると考えられる。同一組織の表面と内部においても酸素状態は異なり、腫瘍の代謝・発達に関与するとも考えられる。本研究では組織を破壊することなく内部環境を測定するために、二光子励起顕微鏡に燐光寿命測定装置を組み合わせたシステムに酸素プローブBTPDM1を組み合わせることで、ヒト胃ガン由来細胞塊とマウス内腫瘍深部における酸素分圧を測定した。

実験の結果、マウスの腫瘍深部の酸素動態と活性酸素分布の関係や、定常状態および低酸素状態で培養した細胞塊の酸素分圧の分布、並びに刺激に対する応答について理解できた。平成29年度は計画に則り開発と共焦点顕微鏡構築、計測制御プラットフォームの開発を実施した。以下で説明するように、概ね計画通りに開発を進められた。共焦点顕微鏡は紫・青・赤の三色で蛍光タンパクを励起可能とした。そして、蛍光タンパクを導入したHeLa細胞において10フレーム毎秒で単一細胞全体の共焦点蛍光顕微計測が可能であることを確認した。これにより、細胞内でマーカーが発現した場合には、リアルタイムでその発現をin vitroで確認可能な計測システムが立ち上がった。本研究では独自の計測シーケンスを組む必要があるが、外部信号と連動した計測が可能であるシステムを導入したため、テラヘルツ光源等外部システムと連動させた運用が可能であるシステムが構築できた。高強度テラヘルツ発生光学系は電場強度100 mV/nmが発生可能な光学系を構築しテラヘルツを発生させるに至った。さらに、共焦点顕微鏡に固定するサンプルへテラヘルツを導入するための光学系も構築した。当初予定の1000mV/nmの電場強度を持つテラヘルツ光源を完成させるに至ってはいないが、計測システムは立ち上がり、テラヘルツ光学系と融合させるにいたった。また、平成30年度から開始する細胞への照射実験を円滑に行うための細胞準備の環境整備と消耗品の調達を進め、平成30年度初頭から計画通りに生細胞への高強度テラヘルツパルスの照射実験を開始する準備を整えた。本研究ではテラヘルツパルスの高強度化を追求するとともに、物性科学における分光計測の枠を超えて生物・化学分野への応用展開と、物質に対して能動的に効果を発揮する光技術を開発することを目的としている。昨年度までに、高強度テラヘルツパルスによる細胞機能の制御に関わり、細胞状態を非接触・非破壊的に精密計測する技術を確立した。生細胞内部・細胞深部におけるシグナル伝達の指標となりうる、温度や酸素濃度の定量的測定を実現する技術開発を推進した。改良型の温度センサータンパク質を用いて、ヒト由来細胞のミトコンドリアの局所温度と、エネルギー(ATP)の産生能に正の相関があることを明らかとした。本成果は、高強度テラヘルツによる細胞機能制御において生かされる技術と知見である。また、二光子顕微鏡を用いてIr錯体のリン光寿命を計測することによって腫瘍塊内部の酸素濃度を測定する技術も確立した。また、テラヘルツパルスの高強度化とイメージング技術の融合に関わる実験的研究を推進した。ここではテラヘルツパルスの高強度化をために、固体物質表面に金属アンテナを作製した。相変化材料に対して高強度テラヘルツパルスを照射し、金属アンテナで増強されることによりゼナートンネリングによるキャリア生成を誘起し、異方的な結晶化が誘起されることを開発した可視イメージング技術で観測した。これらの研究成果の一部は、すでに学会や論文において公表した。平成30年度の進捗状況は以下に示す2点である。
2型糖尿病寛解療法への新展開:脂肪肝合併糖尿病モデル動物を用いた検討

2型糖尿病の寛解療法にむけてはラ氏島過形成の分子機構の解明が重要である。本研究では、脂肪肝モデルFLSマウスは6ヶ月齢から12カ月齢にかけて糖尿病の自然寛解がみられるが、その改善に膵β細胞増加による代償性インスリン分泌進を基盤とすること、膵β細胞数増加に関与が知られるIrs2ならびにGck遺伝子の膵ラ氏島発現は進していないことを見出し、これらとは独立した機序が関与することを明らかにした。2型糖尿病の病態解明とその発症予防に向けてこれまで様々な研究が行われてきたが、本邦の2型糖尿病はインスリン分泌低下を主たる障害とするため、インスリン分泌能の改善を主眼にした予防・治療法の確立が期待される。我々はこれまで、近交系脂肪肝モデルマウスFatty Liver Shionogi(FLS)マウス耐糖能が6ヶ月齢までは経時的に悪化するがそれ以降はむしろ耐糖能改善(寛解)することを見出し、本動物が2型糖尿病寛解モデルとして有用であることを示してきた。本年度は糖尿病合併脂肪肝のモデル動物FLSとそのコントロール系統C57/BL6の雄マウス用いて以下の点につき明らかにしてきた。(1)血中インスリンの経時的検討を行い6ヶ月齢より12ヶ月齢にむけてFLSマウスでは基礎インスリン分泌が増加し、このインスリンの代償的過分泌によって耐糖能が改善することを明らかにした。(2)6ヶ月齢および12ヶ月齢のFLSマウスのラ氏島の組織学検討を進めた結果、膵ラ氏島面積は6ヶ月齢に比し12ヶ月齢で著明に増大、その膵ラ氏島の増大には膵β細胞の肥大ではなく細胞数の増加が関与することを明らかにした。(3)コラゲナーゼ法にて単離したFLSマウスの膵ラ氏島を材料にRNAを抽出し、膵β細胞数の増加に関与が疑われるいくつかの候補遺伝子についてRT-PCR法により遺伝子発現レベルを検討した。一部の遺伝子についての結果が得られたものの、その過程で実験上の問題点を洗い出すことにより今後の課題が明らかとなった。今後、FLSマウスの膵ラ氏島発現遺伝子に関して、GeneChipを用いた網羅的検討ならびにRT-PCRを用いた候補遺伝子の解析により、膵ラ氏島過形成に関与する鍵分子とそのネットワーク機構の解明、ひいては新たなる2型糖尿病の寛解療法の確立を目指す。本邦の2型糖尿病はインスリン分泌低下を主たる障害とするため、インスリン分泌能の改善を主眼にした予防・治療法の確立が期待される。(1)FLSマウスでは6ヶ月齢より12ヶ月齢にむけて基礎ならびに追加インスリン分泌が増加し、この代償的分泌亢進によって耐糖能が改善すること、(2)FLSマススでは6ヶ月齢に比し12ヶ月齢で膵ラ氏島数の増加とサイズの増大がみられるがこの増大には膵β細胞数の増加が関与することを明らかにした。さらに(3)膵β細胞数の増加に関与が報告される候補遺伝子Insulinreceptor2遺伝子ならびにGlucokinase遺伝子の膵ラ氏島での発現をRT-PCR法により検討したところ、その発現レベルは亢進していないことを見出した。したがって、本モデル動物における糖尿病の自然寛解には膵β細胞増加による代償性インスリン分泌の元進が重要であるが、この細胞数増加の基盤に既知の生物学的経路とは独立した機序が関与することが明らかとなった。今後、FLSマウスの膵ラ氏島で発現量の変化が示唆された遺伝子群の検討を進め、膵ラ氏島過形成に関与する新たなる分子機構の解明を行うことにより、糖尿病自然寛解にむけての治療法の開発に結び付くことが期待される。
横型ダブルバリア構造によるナノ材料・ナノ生体分子の共鳴トンネル分光法の研究

横型シリコン/シリコン酸化膜系ダブルバリア構造デバイスにより、従来のトンネル分光法が分光対象としていたバリア材料としての固体絶縁体に加えて固体伝導体、液体、生体の分光も可能にする共鳴トンネル分光法を開拓する目的に対して、シリコン/シリコン酸化膜/ナノ空隙/シリコン酸化膜/シリコンの横型ダブルバリア構造を製作し、ナノ空隙にダブルバリア間材料として超純水を導入することにより、シリコン間の交流容量が変化することを明らかにしている。ナノメートル空隙分光デバイス構造は、SOIウェハを基板として、リソグラフィ、シリコン層のエッチング、集束イオンビーム加工の微細加工によりナノ空隙部を形成し、シリコン層表面に極めて薄いシリコン酸化膜を形成し、シリコン酸化膜を部分的にエッチングしてシリコン表面にアルミニウム薄膜を形成することにより製作した。そして、走査型電子顕微鏡を用いてナノ空隙長を測定し、偏光解析装置を用いて極めて薄いシリコン酸化膜の厚さを測定して、デバイス構造が製作されていることを確認した。ダブルバリア間材料として超純水をナノ空隙に導入して端子電極間の交流容量-電圧特性を測定することにより、交流容量が増加することを実証している。また、シリコン酸化膜/空隙/シリコン酸化膜の上部に石英板を設けて、SOI基板、シリコン酸化膜、石英板の間に設けられた空隙を流路の孔としたデバイス構造を製作し、孔に超純水を導入することにより、交流容量が変化することを明らかにしている。横型シリコン/シリコン酸化膜系ダブルバリア構造デバイスにより、従来のトンネル分光法が分光対象としていたバリア材料としでの固体絶縁体に加えて、固体伝導体、液体、生体の分光も可能にする共鳴トンネル分光法を開拓する目的に対して、シリコン/シリコン酸化膜/微小空隙/シリコン酸化膜/シリコンの横型ダブルバリア構造を製作し、微小空隙にダブルバリア間材料として、超純水、伝導体材料を導入することにより、シリコン間の電流特性が変化することを明らかにしている。微小空隙を形成する集束イオンビーム加工によりシリコン基板上に形成したナノメートルスケールのピンホールを光散乱により評価できることを明らかにしている。n型シリコン層SOIウェハの微細加工は、リソグラフィ、シリコン層のエッチング、集束イオンビーム加工を行い、シリコン層を部分的に除去して微小空隙部を形成した。次に、熱酸化装置を用いてシリコン層表面に極めて薄いシリコン酸化膜を形成して、微小空隙が形成された構造を製作した。端子金属電極は、極めて薄いシリコン酸化膜を部分的にエッチングした後、金属蒸着装置を用いてシリコン表面にアルミニウム薄膜を形成して、ナノメートル空隙分光デバイスを製作した。微小空隙は、走査型電子顕微鏡により観察し、ナノメートルスケールの空隙が形成されていることを確認した。ダブルバリア間材料として超純水を微小空隙に導入することにより、端子電極間の電流が増加することを明らかにしている。また、銀導電性樹脂材料を用いて微小空隙に伝導体材料を形成することにより、電流が増加することを明らかにしている。横型シリコン/シリコン酸化膜系ダブルバリア構造デバイスにより、従来のトンネル分光法が分光対象としていたバリア材料としての固体絶縁体に加えて固体伝導体、液体、生体の分光も可能にする共鳴トンネル分光法を開拓する目的に対して、シリコン/シリコン酸化膜/ナノ空隙/シリコン酸化膜/シリコンの横型ダブルバリア構造を製作し、ナノ空隙にダブルバリア間材料として超純水、アルコールを導入することにより、シリコン間の電流特性が変化することを明らかにしている。ナノ空隙を形成する集束イオンビーム加工によりシリコン基板上に形成したピンホールの大きさと光散乱との関係を明らかにし、ナノメートルスケールのピンホールを光散乱により評価する方法を開発している。そして、合成樹脂材料を用いて液体の流路を形成した。ダブルバリア間材料として超純水あるいはアルコールをナノ空隙に導入することにより、端子電極間の電流が増加することを明らかにしている。そして、アルコールを導入したときの電流は超純水と比較して小さいことを明らかにし、液体の違いを検出できることを実証している。また、バリア性が異なるシリコン酸化膜を形成したダブルバリア構造を製作し、バリア性が低い分光デバイスでは超純水を導入したときの電流が大きいことを確認している。

ダブルバリア間材料として超純水をナノ空隙に導入して端子電極間の交流容量-電圧特性を測定することにより、交流容量が増加することを実証している。また、シリコン酸化膜/空隙/シリコン酸化膜の上部に石英板を設けて、SOI基板、シリコン酸化膜、石英板の間に設けられた空隙を流路の孔としたデバイス構造を製作し、孔に超純水を導入することにより、交流容量が変化することを明らかにしている。