hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
体細胞分裂から減数分裂への切替え機構

真核微生物分裂酵母は、一定の条件下に細胞活動を大きく変化させ、減数分裂を開始する。主として分子遺伝学的解析によりその制御の分子機構の解明を目指した成果を要約する。1.pat1突然変異株は高温で栄養生長を停止し、栄養条件・接合型条件を問わず減数分裂を開始する。この変異株でみられる減数分裂が正常過程を正しく反映していることを種々の測定で示し、pat1遺伝子産物を減数分裂開始反応の抑制因子と結論した。一方、mei2遺伝子欠損のpat1変異抑圧作用を示し、mei2遺伝子産物を減数分裂開始反応の正の必須因子と結論した。2.mei2遺伝子の全塩基配列を決定し、750アミノ酸からなる産物を推定した。mei2の転写が窒素源飢餓により著しく誘導されること、しかしこの誘導は減数分裂しない接合型の細胞にも起きることを明らかにした。mei2遺伝子の転写開始部位4ケ所を同定した。3.pat1変異の抑圧遺伝子として、mei2の他にsteXを同定した。steX変異株は減数分裂不能であると同時に、接合も不能である。4.分裂酵母におけるCAMPの減数分裂阻害作用を示した。CAMPの阻害効果を無効にする突然変異体を分離し、4グループ(cai14)に分類した。これらの遺伝子の産物は、CAMPの作用を仲介するCAMPカスケードの構成要素である可能性が高い。5.分裂酵母のras遺伝子(ras1)を人為的に破壊した。破壊株は全く接合不能で、減数分裂の効率も大きく落ちているが、栄養生長に欠損はない。この接合不能現象は、接合フェロモン様拡散性因子を認識する機構が働かないためであることを明らかにした。(6)分裂酵母からカルモデュリンの遺伝子(caml)をクローン化し、遺伝子破壊実験よりカルモデュリンが生育に必須であること、細胞内に過剰には存在しないことを示した。
超音波探傷装置の臨床検査機器としての応用

本研究は、全部床義歯症例の難易度を術前に評価する客観的な検査方法を確立することを目的としている。超音波探傷装置と圧力センサ-を同時に使用できる粘膜荷重量変位量計測装置を用いて、無歯顎者の顎粘膜に、苦痛を訴えるまで段階的に荷重を与えた時の、顎粘膜厚径の変位量と荷重の大きさを計測した。被験者は男性6名、女性13名の計19名である。以下に結果を示す。1.被験者が苦痛を訴えた時の荷重の平均値は、臨床的に難症例と判定された一例を除いて1.21.8kg/cm^2と比較的近似した値であった。2.歯槽頂部で1.21.4kg/cm^2、口蓋正中部で0.91.3kg/cm^2、正中を除く口蓋部で1.51.8kg/cm^2であった。口蓋正中部は他の部位に比べて有意に低い値であった。3.苦痛を訴えた時の粘膜の変位量は、歯槽頂部で0.40.5mm、口蓋正中部で0.30.4mm、正中を除く口蓋部で0.50.7mmであった。4.計測したいずれの部位においても苦痛を訴えた時の変位量は無咬合時の厚径のおよそ15%であった。以上の結果と、昭和62年度・昭和63年度科学研究費によって明らかにした事柄、(1)全部床義歯を装着して咬合した時に義歯床下粘膜はほぼ均等に圧縮されて変形し、その量は平均0.28mmである。(2)義歯床下粘膜の変形する量は被験者間に差を認めなかった。(3)いわゆる難症例と診断された患者の顎粘膜は他に比べて薄い。とを総合すると、顎粘膜が薄く、低い荷重でも苦痛を訴える場合は難症例である可能性が高いことが推察される。これは本実験で使用した超音波探傷装置が臨床検査機器として有効であることを示すものと言える。さらに、今回報告した値は臨床検査機器として超音波探傷装置を改造する際に設定すべき判定のための基準値となる値と考えている。以下に結果を示す。本研究は全部床義歯症例の難易度を術前に、しかも客観的事実の裏付けのある方法で評価する臨床検査方法を確立することを目的としている。第一段階として、超音波探傷装置と圧力センサ-を併設して、顎堤粘膜面に直接荷重を加えた時の荷重両と顎粘膜厚径の変化量を同時に測定し得る装置を試作した。次いでこの装置を用いて、被験者の顎粘膜厚径の変化量と被験者が疼痛を訴えるまで荷重を加えた時の荷重の大きさを計測した。以下に結果を示す。1.上顎の顎の粘膜厚径は口蓋中央部が薄く、口蓋後方側方部は厚い。口蓋後方部と切歯乳頭部の厚径は個人差が大きい。2.粘膜厚径がほぼ同一でも被験者によってと極めて低い荷重で疼痛を訴える場合があったが、又顎粘膜厚径が全体的に薄い被験者が比較的大きい荷重に対しても疼痛を訴えない場合もあった。つまり、疼痛を訴える時の荷重量には個人差が大きい。同一被験者においても、部位に疼痛を訴える荷重の大きさが異なる。

3.疼痛を訴えるまで荷重を加えた時の顎堤粘膜の厚径の変化量は、部位により異なり、又荷重した部位の粘膜厚径との関連はみられなかった。4.本装置の口腔内に適用するプロ-ブの形状が不適当で、口蓋後方部では計測できない場合があった。以上の様に、現段階では臨床検査方法として確立するために有効な結果は得られていない。これは装置の改良に手間取り、被験者数が少ない事が影響していると考えている。今後は、口腔内に適用するプロ-プの形状の改良を行った後、被験者数を増し、臨床検査方法として有効か否かを判定したい。本研究は、全部床義歯症例の難易度を術前に評価する客観的な検査方法を確立することを目的としている。超音波探傷装置と圧力センサ-を同時に使用できる粘膜荷重量変位量計測装置を用いて、無歯顎者の顎粘膜に、苦痛を訴えるまで段階的に荷重を与えた時の、顎粘膜厚径の変位量と荷重の大きさを計測した。被験者は男性6名、女性13名の計19名である。以下に結果を示す。1.被験者が苦痛を訴えた時の荷重の平均値は、臨床的に難症例と判定された一例を除いて1.21.8kg/cm^2と比較的近似した値であった。2.歯槽頂部で1.21.4kg/cm^2、口蓋正中部で0.91.3kg/cm^2、正中を除く口蓋部で1.51.8kg/cm^2であった。口蓋正中部は他の部位に比べて有意に低い値であった。3.苦痛を訴えた時の粘膜の変位量は、歯槽頂部で0.40.5mm、口蓋正中部で0.30.4mm、正中を除く口蓋部で0.50.7mmであった。4.計測したいずれの部位においても苦痛を訴えた時の変位量は無咬合時の厚径のおよそ15%であった。以上の結果と、昭和62年度・昭和63年度科学研究費によって明らかにした事柄、(1)全部床義歯を装着して咬合した時に義歯床下粘膜はほぼ均等に圧縮されて変形し、その量は平均0.28mmである.(2)義歯床下粘膜の変形する量は被験者間に差を認めなかった.(3)いわゆる難症例と診断された患者の顎粘膜は他に比べて薄い.とを総合すると、顎粘膜が薄く、低い荷重でも苦痛を訴える場合は難症例である可能性が高いことが推察される。これは本実験で使用した超音波探傷装置が臨床検査機器として有効であることを示すものと言える。さらに、今回報告した値は臨床検査機器として超音波探傷装置を改造する際に設定すべき判定のための基準値となる値と考えている。
口腔癌におけるOK-432の抗腫瘍メカニズムとそれに基づいた新規治療法の開発

レンサ球菌由来抗腫瘍免疫療法剤OK-432の活性成分(リポタイコ酸関連分子:OK-PSA)の分離に成功し、OK-PSAがToll-like receptor (TLR) 4を介して抗腫瘍免疫活性を発現する事を明らかにした。本研究において、1)ヒトDCおよびマウス腹腔マクロファージ(PM)において、OK-432によるIL-12誘導は貪食阻害剤サイトカラシンBにより抑制された。2)OK-432がDCおよびPMにより取り込まれ分解される事がOK-PSAを認識する単クローン抗体(TS-2)を用いた間接蛍光抗体法にて明らかとなった。3)OK-432処理DCの培養上清中にはOK-PSAが存在し、TLR4発現細胞株においてNF-κB転写活性を上昇させた。この活性はTS-2抗体により中和された。4)OK-432を投与された担癌マウス血清中にOK-PSAが検出され抗腫瘍効果が発現された。しかし、サイトカラシンBで貪食能を阻害された担癌マウスでは、OK-432を投与しても、その血清中にOK-PSAは検出されず、抗腫瘍活性も認められなかった。OK-432の抗腫瘍活性において、貪食細胞による取り込み、活性成分の放出ならびにTLR4シグナルの活性化が重要である事が明らかとなった。次にOK-432の治療効果発現に重要な受容体分子TLR4が欠損している場合の対処法につき検討した。LL/2移植C57BL/6マウスにおいても、DCおよびOK-432腫瘍内投与により著明な抗腫瘍効果が得られたが、TLR4-/-マウスにおいては同療法で抗腫瘍効果は得られなかった。担癌TLR4-/-マウスに、DC+OK-432腫瘍内投与を施行する時、試験管内で誘導されたTLR4-/-DCにTLR4 cDNAの遺伝子導入を行なう事により、TLR4-/-マウスにおいても抗腫瘍効果が得られた。TLR4遺伝子発現異常により、OK-432の効果が得られないと考えられる患者において、TLR4遺伝子導入DC+OK-432併用療法が有効である可能性が強く示唆された。当教室では、レンサ球菌由来抗腫瘍免疫療法剤OK-432の活性成分(リポタイコ酸関連分子:OK-PSA)の分離に成功し、OK-PSAがToll-like receptor(TLR) 4のリガンド活性を保有し(Cancer Res,2004,Int Immunopharmacol,2001)、OK-432の抗腫瘍活性にもTLR4が重要な役割を演じていることを明らかにした(J Natl Cancer Inst,2003)。しかし、菌体製剤であるOK-432が、そのままの状態でTLR4に結合し、シグナルが伝達される事は困難である。本研究では、OK-432が、まず貪食細胞により取り込まれ、分解され、放出された活性成分がTLR4と結合し、シグナルが伝達され、抗腫瘍効果を発現するのではないかとの仮説をたて、in vitroおよびin vivo実験系にてこの可能性につき検討した。その結果、1)ヒト単球由来DCおよびマウス腹腔マクロファージ(PM)において、OK-

432によるIL-12誘導は、貪食阻害剤サイトカラシンBにより有意に抑制された。2)OK-432がDCおよびPMにより取り込まれ、分解される事が活性成分OK-PSAを認識する単クローン抗体(TS-2)を用いた間接蛍光抗体法にて明らかとなった。3)OK-432処理DCの培養上清中には、活性成分OK-PSAが存在し、TLR4発現細胞株においてNF-κBの転写活性を増強させた。この活性はTS-2抗体(抗OK-PSA抗体)により中和された。4)OK-432を投与された担癌マウス血清中に活性成分OK-PSAが検出され、抗腫瘍効果が発現された。しかし、サイトカラシンBで貪食能を阻害された担癌マウスでは、OK-432を投与しても、その血清中にOK-PSAは検出されず、抗腫瘍活性も発現されなかった。OK-432の抗腫瘍活性において、貪食細胞による取り込み、活性成分の放出ならびにTLR4シグナルの活性化が極めて重要である事が明らかとなった。初年度の研究結果より、OK-432の抗腫瘍免疫活性には、貪食細胞によるOK-432の取り込み、分解・消化、活性成分であるリポタイコ酸関連分子OK-PSAの放出とToll-like receptor(TLR)4シグナルを介した免疫細胞の活性化が重要である事が明らかになった。本年度は、OK-432の治療効果発現に重要な受容体分子TLR4が欠損している場合の対処法につき、TLR4ノックアウト(TLR4-/-)マウスを用いた動物実験にて検索した。LL/2移植C57BL/6マウスにおいて、同系マウス骨髄由来樹状細胞(DC)およびOK-432の腫瘍内投与により著明な抗腫瘍効果が得られたが、TLR4-/-マウスにおいては、同療法でも抗腫瘍効果は得られなかった。担癌TLR4-/-マウスに、DC+OK-432腫瘍内投与療法を施行する時、試験管内で誘導されたTLR4-/-DCにTLR4 cDNAの遺伝子導入を行なった。TLR4遺伝子導入DC+OK-432を腫瘍局所に投与する事により、TLR4-/-マウスにおいても、有意な抗腫瘍効果が得られた。一方、我々は、以前より施行している臨床研究を継続し症例数を増やし統計学的検索を行なった。OK-432による治療を施された口腔癌患者のうち、TLR4およびMD-2両遺伝子を発現している症例TLR4(+)MD-2(+)44例中CR23例(52.3%)、PR21例(47.4%)であったのに対し、TLR4(-)あるいはMD-2(-)の6症例では、CR0例、PR6例であった。TLR4(+)MD-2(+)患者は、TLR4(-)あるいはMD-2(-)患者と比較して、統計学的に有意な生存延長が認められた。本年度の研究結果から、TLR4遺伝子の発現異常により、OK-432が効果を発現しないと考えられる患者においては、TLR4遺伝子導入DC+OK-432併用療法が有効である可能性が強く示唆された。
ナノ表面制御による乳タンパク質汚れの定置洗浄(CIP)における環境負荷削減

牛乳のような液体食品の加工にはサニタリーステンレスパイプが多用されている。パイプ内表面には汚れが付着しやすいことから,食品の品質と安全性確保のために定置洗浄(CIP)と呼ばれる内部を分解せずに洗剤や温水で自動的に洗浄を行う方法が採用されている。しかしながら,CIPは温水製造のためのエネルギー消費や界面活性剤を含む洗浄廃液排出といった環境負荷が大きく,製造コストを押し上げる要因となっている。そこで,精密磁気研磨法を応用し,汚れ付着面のナノ表面制御に着目した。本研究は,内部表面粗さを国際規格の1/40以下のナノレベルに低減させた超平滑表面を持つステンレスパイプを用いて,牛乳の主たる汚れ成分である乳タンパク質の定置洗浄における環境負荷削減を試みるものである。表面粗さが異なる3種類のステンレスパイプに牛乳汚れを付着させ,その洗浄性を評価した。また,洗浄時の消費エネルギーを評価するには,時間当たりの汚れ脱離量(洗浄曲線)が必要と考えられる。そこで,全有機体炭素/全窒素測定装置を用いて洗浄流出液の定量分析を行い,各条件下における洗浄曲線を用いて,洗浄時の消費エネルギーの評価を試みた。洗浄曲線のデータから,洗浄液温度を下げると脱離された単位汚れ量当たりの消費エネルギー量は低減されることが明らかになった。市販牛乳を用いた洗浄性評価試験は概ね順調に推移した。一方で,洗浄性だけでは消費エネルギーの評価を厳密に実施するには限界があり,時間当たりの表面からの汚れ脱離量を反映させた洗浄曲線の取得が必要であることも改めて判明した。全有機体炭素/全窒素測定装置を用いて取得した洗浄曲線は,牛乳汚れ全体と乳タンパク質の脱離現象を別々に捉えることが可能であり,洗浄時の消費エネルギーの評価のみならず,洗浄性向上への新たな情報を入手できる可能性がある。時間当たりの表面からの汚れ脱離量を示す洗浄曲線の取得法に目処がついたことから,牛乳汚れの付着条件や洗浄条件を変化させて,ナノスケールへの表面平滑化が,洗浄時の消費エネルギー削減に寄与することを立証する。特に,界面活性剤を使用しなくても消費エネルギーを削減できることを明らかにしたい。当初予定していた,海外の共同研究先との研究打ち合わせをスケジュールの都合から取り止め,Web会議による打ち合わせに変更したことが主たる理由である。
ニホンジカの個体群崩壊(大量死)の分子生態学的研究

本研究では、ニホンジカ(Cervus nippon)の個体群崩壊(大量死)が集団の遺伝的多様性に及ぼす影響を、分子生態学的手法を用いて明らかにすることを目標とした。研究期間中5回にわたり、宮城県牡鹿郡鮎川町の金華山島において調査をおこない、死体および生体捕獲した個体から、組織、血液等を採取した。約130個体の遺伝子試料について、マイクロサテライト9遺伝子座の多型解析をおこなった。その結果、金華山島の東部と北西部では、異なる対立遺伝子が検出され、一部の遺伝子座の遺伝子頻度が有意に異なっていた。この結果は、金華山島内で、ニホンジカの群れに分集団構造があることを示唆している。これまでの大量死においては、神社を中心とする北西部の群れの死亡個体数は比較的に少ないことが明らかになっているので、大量死は一様ではなく行動学的あるいは遺伝学的にわかれる分集団ごとに崩壊の程度が異なる可能性が示唆された(以上はACTA THERILOGICAに論文発表)。大量死が遺伝的多様性に及ぼす影響をしらべるために、核遺伝子の遺伝的多様性を1997年大量死の以前の集団に属する個体からなるサンプル集団の産仔数などの適応度指標と個体の遺伝的多様性(Individual heterozygosity)との相関を検討した。その結果、中立的な遺伝子では、遺伝的多様性と適応度指標に明確な相関は認められなかった。機能的な遺伝子として主要組織適合性抗原複合体遺伝子の遺伝的多型の解析をおこなったところ、ニホンジカでは発現している遺伝子座が2つある可能性が示唆された。金華山島の個体群では、くりかえされる大量死の結果として現在の環境変動に適応した遺伝的形質が選択されている可能性が考えられるが、その検出には今回、分離した免疫関連遺伝子のような適応度に関連する遺伝子をマーカーとした追跡調査が必要であると考えられる。調査対象として、1989年から個体追跡とセンサスが継続されている宮城県金華山島のニホンジカ集団を選び、2003年11月と2004年3月に捕獲調査とセンサスを行った。現地で採取した血液や毛などのサンプルからDNAを抽出して、マイクロサテライトDNA、そのほかの核DNA遺伝子、さらにミトコンドリアDNAの、個体変異を測定した。今回の調査で得られたデータと、1989年から2002年までに得られた遺伝子データを合わせて、対立遺伝子の時間的変動を調査した。その結果、1997年の大量死の後で、遺伝子頻度が5%以下の対立遺伝子(rare allele)の消失が認められた。一方、大量死の際の死亡率が高いのはメスの場合に幼若か老齢の個体であり、有効集団サイズの減少は比較的に小さいことが明らかになった。したがって、対立遺伝子の消失は、遺伝的浮動だけではなく、選択的である可能性が示唆された。マイクロサテライト遺伝子は中立であるので、比較するために、機能的な核遺伝子を数種類えらび大量死前後の遺伝子頻度の変動を測定した。しかし、対象とした遺伝子の多型性が低いために、頻度の変動を検出することは困難であった。大量死を経験していない集団と、金華山島集団との遺伝子組成を比較するために、金華山島の対岸である宮城県牡鹿半島においてニホンジカの遺伝子試料の採取をおこなった。生け捕りが困難である場合には、糞を採取した。牡鹿半島集団では、金華山島集団でみられない対立遺伝子が観察された。

両集団の遺伝的交流は通常は制限されているが、大量死にともない集団間の移動分散が変化する可能性については、来年度の検討事項と考えている。本研究では、ニホンジカ(Cervus nippon)の個体群崩壊(大量死)が集団の遺伝的多様性に及ぼす影響を、分子生態学的手法を用いて明らかにすることを目標とした。平成16年11月および平成17年3月に、宮城県牡鹿郡鮎川町の金華山島において、捕獲調査と個体数カウント(センサス)をおこなった。その結果、平成17年度3月には例年よりも多いニホンジカの死体が発見され、一部を回収した。死体および生体捕獲した個体から、組織、血液等を採取した。これまでに採取された約130個体の遺伝子試料について、マイクロサテライト9遺伝子座の多型解析をおこなった。その結果、金華山島の東部と北西部では、異なる対立遺伝子が検出され、一部の遺伝子座については、遺伝子頻度が有意に異なっていた。この結果は、金華山島内で、ニホンジカの群れに分集団構造があることを示唆している。これまでの大量死においては、神社を中心とする北西部の群れの死亡個体数は比較的に少ないことが明らかになっている。以上から、960ヘクタールほどの小さな島であっても、大量死は一様ではなく行動学的あるいは遺伝学的にわかれる分集団ごとに崩壊の程度が異なる可能性が示唆される(以上はACTA THERILOGICA, in press)。大量死が遺伝的多様性に及ぼす影響をしらべるために、核遺伝子の遺伝的多様性を1997年大量死の以前の集団に属する個体からなるサンプル集団と、大量死以後に生存あるいは誕生した個体からなるサンプル集団で比較して、産仔数などの適応度指標と個体の遺伝的多様性(Individual heterozygosity)との相関を検討した。その結果、中立的な遺伝子では、遺伝的多様性と適応度指標に明確な相関は認められなかった。以上の結果から、金華山島の個体群では、くりかえされる大量死の結果として現在の環境変動に適応した遺伝的形質が選択されている可能性が考えられる。
高分解能三次元位置計測手法を用いた運動-神経情報相関解析システムの開発

通常見られる運動は複雑な多関節運動であり、高速から低速、粗大から微細と広範囲にわたる。この複雑で多様な運動を定量的に記述、解析するには従来の方法では困難であった。本研究では1.position sensitive device(PSD)の高速性能と多点計測性能に着目し、このPSDを用いて無拘束動物の自然な運動の二次元及び三次元像を、時間分解能1ミリ秒、空間分解能0.5ミリで最大8点(二次元計測時)または4点(三次元計測時)の位置検出により解析し、2.同時に運動時の筋電図(EMG)、眼球運動(EOG)等の情報を取り込み、運動との対応関係、相関関係を解析するシステムを開発した。このシステムの開発に関して特記すべきことは、上記の高い時間、空間分解能が得られたのは高感度のPSDと小型、広角、高出力の赤外線発光ダイオードが開発されたことに負うところが大きいことである。このシステムを用いてネコの標的到達運動(target reaching movement)と指向運動(orienting movement)を解析し、実際の運動の定量解析をon-lineおよびoff-lineで行うことができることを確認した。また自然な運動を損なうことなくかつ非侵襲的に動物にLEDを取り付けることができたが、この場合動物の運動はほかの拘束的装着方法を用いた場合と明らかに異ったパターンを示し、従って動物は状況によって異なるstrategyを用いて運動を行うことが示唆された。このことは運動制御機能の多様性を示し、多様な運動の解析が可能な本システムの有効性を示すものと考えられた。またカイニン酸で脳を微小破壊した動物の運動が一見正常に見えるときも、この運動解析システムによって異常を検出し、これを定量的に解析することができた。以上のことは、このシステムが今後人間を含めた動物の運動解析システムとして有効に使用し得ることを示している。本研究では自然に近い無拘束の動物の運動解析を行うため、昨年度赤外線LED、PSDを用いて時間、空間分解能各々1ms、0.5mmの精度でon-lineで運動解析するシステムを開発した。本年度は1.運動時の筋電図(EMG)、眼球運動(EOG)等の情報も取り込み、運動との対応関係、相関を解析するシステムを開発し、2.この運動解析システムを用いて標的到達運動(target reaching movement)と指向運動を解析し、さらに実際の運動定量解析に使用しやすいように改良を加えた。このシステム全体を開発した上で特記すべきことは1.高い時間、空間分解能は高感度、高性能のPSD及び小型、広指向性、高光出力LEDが開発されたことに負うことが大きかった。2.自然な運動は多くの場合回転、捻転を伴う。このような運動を忠実に記録することは、広指向性のLEDを使用することで解決できた。3.LEDの駆動に500KHzの高周波パルスを用いたためノイズが記録計に入り、その除去に苦労したが、シールド方法の工夫で解決できた。4.自然な運動を損なうことなく動物にLEDを取りつける方法を開発した。この方法を用いると、手に若干の負荷をかける最初の方法と違って、運動の軌跡が円滑になり、また運動のパターンすら変ることが明らかになった。このことは、計測操作上の負荷によって運動のstrategyが変ることを示し、運動解析に際して考慮すべき重要なことと考える。5.カイニン酸により脳の微小破壊を行った動物で、歩行や指向運動が一見正常な場合でも、この方法で運動障害を検出し定量的に記述することができた。この解析システムは今後人間を含めた動物の定量解析システムとして有効に使用できると考えられる。
選択的オートファジーによる葉緑体のリサイクルと品質管理の分子基盤

光合成を担う葉緑体には窒素の多くが分配されタンパク質として機能している。独立栄養生物である植物にとって、栄養リサイクルやオルガネラ品質管理としての葉緑体の分解は過酷な環境下での生存戦略の一つとして重要な意味を持つ。葉緑体は「選択的オートファジー」により「部分的に」あるいは「丸ごと」液胞に運ばれ分解されるが、その詳細な分子機構は不明である。本研究では、特に葉緑体オートファジーにおける基質選択性に関わる分子実態について検証することを目的に、オートファゴソームマーカーであるATG8と相互作用する因子の同定を進めてきた。今年度は、昨年度に引き続き共免疫沈降法によるATG8と相互作用する因子のスクリーニングを行った。昨年度に引き続き、国際共同研究強化の支援により、共免疫沈降されたタンパク質についてLC-MS/MS解析により網羅的に同定した。同定されたタンパク質の中で推定ATG8-interactingmotifを持つものを予測プログラムにより絞り込んだ。その中には葉緑体包膜に局在するタンパク質がいくつか含まれていた。それらをコードする遺伝子のノックアウトまたはノックダウン変異体を取り寄せ、遺伝子型の同定を行った。またATG8-interactingmotifを持つタンパク質の中には、mRNAの翻訳制御因子やタンパク質のフォールディングに関わる分子シャペロンが多数含まれており、オートファジーが成熟タンパク質の分解のみならず、タンパク質の翻訳段階での抑制制御にも深く関わっている可能性が示唆された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。葉緑体オートファジーには、栄養・エネルギーリサイクルとしてのRCB経路、老化後期に起こるオルガネラクリアランスとしてのクロロファジー、およびオルガネラ品質管理としての傷害を受けた葉緑体の選択的除去を担うクロロファジー、の主に3つの局面がある。本研究では、これらの葉緑体オートファジーにおける基質選択性を規定する新規遺伝子座について、酵母ツーハイブリッド法による相互作用因子のスクリーニングと、蛍光イメージングに基づくRCB経路が抑制される変異体のスクリーニング(正遺伝学)とを併用することで網羅的に同定する。さらに、同定した遺伝子の欠損変異体の表現型を様々な環境条件下で解析し、葉緑体の選択的オートファジーの破綻が植物の成長や環境応答性、ストレス耐性に与えるインパクトについて解析する。本年度の研究実績は以下の通りである。1.葉緑体オートファジーにおけるATI1/2, ATG11, NBR1ホモログの役割の解析ー各遺伝子の欠損変異体を単離することに成功した。また単離した変異体に葉緑体の蛍光マーカーを交配導入した。2.酵母ツーハイブリッド(Y2H)スクリーニングによるオートファジーレセプターの探索ーベイト遺伝子となるATG11およびATG8についてクローニングを行った。Y2Hのシステムとしては、スプリットユビキチン法について検討した。3.新規RCB抑制変異体のスクリーニングー糖欠乏条件下でRCBの形成が抑制される変異体、また光照射下でのRCB形成の抑制が解除される変異体をスクリーニングする方法について検証した。葉緑体のオートファジーレセプターやアダプター因子の候補であるATI, ATG11,およびNBR1についてそれら遺伝子の欠損変異体を単離することができた。これらの植物材料は、各遺伝子の機能を調べるうえで有効であり、次年度以降の研究の進展が期待される。また酵母ツーハイブリッド(Y2H)スクリーニングや新規RCB抑制変異体のスクリーニングの方法についても概ね計画通りに進めており、手ごたえを感じている。光独立栄養生物である植物にとって、栄養リサイクルやオルガネラ品質管理としての葉緑体の分解は過酷な環境下での生存戦略の一つとして重要な意味を持つ。本研究では、これらの葉緑体オートファジーにおける基質選択性を規定する新規遺伝子座について、明らかにすることを目的とし、今年度は、葉緑体のオートファジーレセプターやアダプター因子の候補であるATI, ATG11,およびNBR1遺伝子の欠損変異体の解析を行い、以下の成果を得た。1. ATI1/2は2つの葉緑体オートファジー経路(RCB経路、クロロファジー)には必須ではなかった。また共焦点レーザー顕微鏡を用いた蛍光マーカーの共局在解析から、ATI1/2が局在するオートファジー小胞であるATI bodyとRCBは同一の構造体ではないことが示唆された。2. nbr1変異体ではRCBの形成ならびにクロロファジーの進行が野生体と同程度に起こることから、NBR1は葉緑体オートファジー経路に必須の因子ではないことが示唆された。3. atg11変異体ではRCBの形成が顕著に抑制されることから、ATG11はRCB経路において重要な役割を果たす事が示唆された。一方でATG11はクロロファジーには必須ではなかった。当初の計画の通り、逆遺伝学的な解析によって、ATI, ATG11,およびNBR1遺伝子の葉緑体オートファジーへの関与の有無について明らかにすることができた。

独立栄養生物である植物にとって、栄養リサイクルやオルガネラ品質管理としての葉緑体の分解は過酷な環境下での生存戦略の一つとして重要な意味を持つ。葉緑体は「選択的オートファジー」により「部分的に」あるいは「丸ごと」液胞に運ばれ分解されるが、その詳細な分子機構は不明である。本研究では、特に葉緑体オートファジーにおける基質選択性に関わる分子実態について検証することを目的に、オートファゴソームマーカーであるATG8と相互作用する因子の同定を進めてきた。これまでの酵母ツーハイブリッド法によるスクリーニングに加えて、今年度は、共免疫沈降法によるATG8と相互作用する因子のスクリーニングを行った。国際共同研究強化の支援により、共免疫沈降されたタンパク質についてLC-MS/MS解析により網羅的に同定した。さらに、オートファゴソームそのものを植物組織から単離する方法について検討した。オートファゴソームや葉緑体を内容成分とするオートファゴソームであるRCBが細胞質に異常蓄積する新奇変異体を材料に、組織の破砕条件、破砕緩衝液の組成、Iodixanolを用いた密度勾配超遠心分画法、抗体磁気ビーズによる免疫分画法、等について、各パラメーターの最適化について検討した。暫定的に確立された単離法を用いて植物オートファゴソームを単離し、共焦点レーザー顕微鏡によりその可視化像を得た。またウエスタンブロッティングにより内容タンパク質の解析を行った。植物オートファゴソームの単離法については、これまで十分な検討がなされておらず、利用できる文献的知見が極めて乏しかった。しかし今年度の検討から、酵母や動物細胞からのオートファゴソームの単離に用いられているIodixanolの密度勾配遠心が、植物にも有効である可能性が示唆された。光合成を担う葉緑体には窒素の多くが分配されタンパク質として機能している。今年度は、昨年度に引き続き共免疫沈降法によるATG8と相互作用する因子のスクリーニングを行った。昨年度に引き続き、国際共同研究強化の支援により、共免疫沈降されたタンパク質についてLC-MS/MS解析により網羅的に同定した。同定されたタンパク質の中で推定ATG8-interactingmotifを持つものを予測プログラムにより絞り込んだ。その中には葉緑体包膜に局在するタンパク質がいくつか含まれていた。それらをコードする遺伝子のノックアウトまたはノックダウン変異体を取り寄せ、遺伝子型の同定を行った。またATG8-interacting
X線CTスキャナを用いた乾燥過程の水分移動に関する研究

X線CTスキャナは,物体の内部切断を非破壊で観察できる利点があり,医療診断の分野で活躍している.医療用の同装置を用いて,木材内部の水分分布を非破壊測定する際の,測定精度の検定,精定精度向上のための処置について検討した.X線特有の線質硬化(カッピング効果)に対しては,水のX線減弱係数に近い,グラニュー糖,シリコンゴムを介して被検体にX線を照射するよう処置することにより,被検体同縁部の含水率測定精度向上が認められた.また,この補償物質は円型である方が良いことを明らかにした.でき得る限りの精度向上処置を行うことにより,含水率40%以下の範囲では1%程度の誤差におさえることができる.以上の方法により,ダグラスファー6em厚正柾目板の乾燥経過を追って一定断面の断層像から,厚さ方向の含水率分布を求めた.含水率分布は熱気乾燥と高周波減圧乾燥とで異なり,適正な乾燥条件を与えることにより,高周波減圧乾燥では含水率傾斜の小さな,即ち,損傷の危険が少ない状況で乾燥可能である.熱気乾燥の際の材温分布が均一な状態での水分移動をFick拡散則によって検討した.含水率分布の経時変化から差分近似式を用いて,拡散係数を直接計算できる点に,本研究の特徴がある.実測不能な表面含水率を,拡散係数の連続性から修正し含水率分布や乾燥経過をシミュレーションし,実測値と比較しながら決定した.表面含水率は,高含水率範囲で約6%,低含水率範囲で34%平衡含水率より高く設定すべきことが明らかとなった.水分移動の駆動力は,含水率,水蒸気圧あるいは化学ポテンシャルのいずれでも本質的な差はない.拡散係数が含水率変化に伴ってほぼ一定,繊維飽和点以上の範囲にも適用可能などの点で,駆動力は含水率と考えた方が良い.温度変化に対応できない弱点は,含水率による水分移動と温度差による熱拡散を組み合わせることによって解決可能である.X線CTスキャナは,物体の内部切断を非破壊で観察できる利点があり,医療診断の分野で活躍している.医療用の同装置を用いて,木材内部の水分分布を非破壊測定する際の,測定精度の検定,精定精度向上のための処置について検討した.X線特有の線質硬化(カッピング効果)に対しては,水のX線減弱係数に近い,グラニュー糖,シリコンゴムを介して被検体にX線を照射するよう処置することにより,被検体同縁部の含水率測定精度向上が認められた.また,この補償物質は円型である方が良いことを明らかにした.でき得る限りの精度向上処置を行うことにより,含水率40%以下の範囲では1%程度の誤差におさえることができる.以上の方法により,ダグラスファー6em厚正柾目板の乾燥経過を追って一定断面の断層像から,厚さ方向の含水率分布を求めた.含水率分布は熱気乾燥と高周波減圧乾燥とで異なり,適正な乾燥条件を与えることにより,高周波減圧乾燥では含水率傾斜の小さな,即ち,損傷の危険が少ない状況で乾燥可能である.熱気乾燥の際の材温分布が均一な状態での水分移動をFick拡散則によって検討した.含水率分布の経時変化から差分近似式を用いて,拡散係数を直接計算できる点に,本研究の特徴がある.実測不能な表面含水率を,拡散係数の連続性から修正し含水率分布や乾燥経過をシミュレーションし,実測値と比較しながら決定した.表面含水率は,高含水率範囲で約6%,低含水率範囲で34%平衡含水率より高く設定すべきことが明らかとなった.水分移動の駆動力は,含水率,水蒸気圧あるいは化学ポテンシャルのいずれでも本質的な差はない.拡散係数が含水率変化に伴ってほぼ一定,繊維飽和点以上の範囲にも適用可能などの点で,駆動力は含水率と考えた方が良い.温度変化に対応できない弱点は,含水率による水分移動と温度差による熱拡散を組み合わせることによって解決可能である.医療用のX線CTスキャナを用いて、木材中の含水率分布を非破壊的に測定する手法を完成させた。従来、X線CTスキャナを医療目的以外に応用した例は少なく、この場合でも被測定物の密度分布を画像化する範囲に留まっていた。しかしながら、木材中の水分量の多寡もまた見かけ上は密度の高低として検出されるため、CT断層像の注意深い取り扱い、特にはCT断層像における木材質の密度分布による補正、実測した含水率値とCT数との相関を種々の状況の下で明らかにする等によって、CT数から含水率への換算が含水率±1%の精度で行なえる手法を確立した。この過程ではX線の線質硬化、端面効果による誤差を除くための物理的フィルターの開発なども含まれている。以上の手法を木材中の水分が経時的に減少していく乾燥の過程に応用し、非破壊的かつ連続して木材中の同一断面での水分分布の変化を追跡した。木材中の自由水あるいは結合水の移動については古くから多くの研究があるが、試験材内部の水分分布を適確に知る手段が無かったため、水分の駆動力を明らかにするには至っていない。本研究は非破壊的に同一断面の水分分布を連続的に測定し得る特徴を生かし、実測された含水率分布の経時変化から、駆動力を水分濃度、水蒸気圧、あるいは化学ポテンシャルとしたときの拡散係数を非定常状態の拡散方程式の数値近似解法によって求めた。また、平均化した拡散係数を基に含水率分布をシュミレーションし実測結果と比較した。

以上の結果、駆動力を水分濃度(含水率)とした場合拡散係数は温度の要因を考慮することによってかなり広い含水率範囲の水分移動を表現し得ることが明らかとなった。また、現段階では不確定な部分もあるが、材質的には均一な試験材にあっても、その中央部と表層部では移動性に差異のある結果を得ている。
ワイドバンドギャップ半導体結晶をベースとした高感度ホログラム記録材料の開発

ホログラフィックメモリーは大容量記録と高速な転送レートが実現可能であることから次世代の光メモリーとして期待されている。本研究では、その新しい記録媒体として、ワイドバンドギャップ性を有するAlN結晶に着目し、深紫外領域におけるホログラム記録特性の評価とそのモデルについて検討を行った。その結果、AlN結晶は深紫外領域において他の半導体材料よりも大きな屈折率格子が形成され、有望なホログラム記録材料であることがわかった。また深紫外光励起による光誘起吸収プロセスについて評価し、AlN結晶における格子形成プロセスを明らかにした。本研究の目的は、ワイドバンドギャップ半導体結晶を用いて従来のフォトリフラクティブ材料では、両立することができなかった高い記録感度とメモリー性を併せ持つ新しいホログラム記録材料を開発することにある。本研究では特に、我々がこれまで行ってきたGaN結晶、AIN結晶におけるフォトリフラクティブ効果の研究をさらに進め、フォトリフラクティブモデルの解明および、メモリー性能の改善に有効な添加イオンの探索を行うことを本研究の研究課題としている。本年度はAIN結晶におけるフォトリフラクティブ特性を反射型二光波混合実験により評価した。特にAIN結晶の本来の感度波長域と思われる深紫外領域においてホログラム記録特性を評価すべく、HeCdレーザー(発振波長:325nm)を購入し、既存の405nm用の測定光学系を深紫外用に組み替えた。過去に評価を行った波長405nmでは、誘起された屈折率変調の大きさの指標であるゲイン係数がかなり大きな光強度にも強く依存するという結果が得られていたが、波長325nmにおいても同様の傾向が観測され、光強度I=1W/cm2でゲイン係数Γn=0.06cm-1であったものがI=2.5W/cm2ではΓn=0.11cm-1とほぼ光強度に比例するという結果が得られた。しかしゲイン係数の絶対値で比較をすると、波長325nmでのゲイン係数は波長405nmのそれと比べて3分の1程度の大きさしかなく、このゲイン係数減少の原因は依然不明のままである。また一方で時定数に関しては、波長405nmではI=1W/cm2で時定数τn=59msという非常に遅い応答時間しか得られていなかったが、短波長化によって時定数はτn=0.2msと100分の1以下に短縮された。反射型配置に起因する小さな格子間隔(約100nm)を考慮すれば、この応答速度は、他の半導体結晶と比べても非常に高速であり、AIN結晶は深紫外の波長帯で我々が目指す高感度ホログラム記録材料として非常に有望であるということを示すことができた。本年度は昨年度に我々がAlN結晶において観測した光誘起吸収を利用したホログラムの2波長書き込みを試みた。この方法は、ゲート光と呼ばれる波長の短い光を照射し、光誘起吸収を起こしながらホログラム記録を行う方法である。今回、われわれはゲート光を波長325nmのHeCdレーザーの光、記録光を波長405nmの青色半導体レーザーの光として反射型2光波混合実験を行った。その結果、ゲート光照射による2光波混合ゲインの微分感度の有意な変化は観測されず、飽和値がわずかに減少するのみであった。これの結果からAlN結晶の可視領域のブロードな吸収帯は、波長405nmでのフォトリフラクティブ電荷分布の形成には関与していない可能性が高いことが示唆された。一方で、GaN結晶における添加物探索では、添加元素としてFe, Mn, Crの3種を薄膜GaN結晶にスパッタによって成膜し、熱拡散法により薄膜GaN結晶に添加した。SIMS分析の結果、Mnが最もGaN中に拡散しやすく、深さ方向に約1ミクロン程度まで拡散させることができた。添加したイオンの影響は、表面に酸化膜が形成されることからGaN本来の抵抗率の評価は容易ではない。そこで本研究ではバンドエッジエンハンスメント法によって薄膜GaN結晶のフォトリフラクティブ特性を直接評価することにした。本年度はまずすでに高抵抗化されているGaN結晶を用いて波長405nmにおけるバンドエッジエンハンスメント法によるフォトリフラクティブ効果の観測を行った。その結果、吸収格子よりも屈折率格子が支配的な光波結合が生じ、有意なビーム間のエネルギー移動を観測することができた。本手法を用いた評価方法は、ポッケルス効果の寄与しない結晶方位をとることで結合定数の符号によりキャリアの種類(電子orホール)の判別が容易に行えるというメリットも有している。本年度は昨年度に引き続きAlN結晶におけるフォトリフラクティブ特性を反射型二光波混合実験により評価した。

特に誘起された屈折率格子と光の干渉縞との間の空間位相差を評価するため、高速に位相変調ができる電気光学変調器を用いて一定周期ごとに干渉縞の位相を三角波状に掃引してその時の応答をフォトディテクターにて検出した。通常、外部から電界を印加しないかぎり、屈折率格子と干渉縞との間の空間位相差は90度となるはずであるが、本研究で用いたAlN結晶では、わずかに90度から空間位相差がずれるという結果が得られた。このことは、AlN結晶におけるフォトリフラクティブ効果では、大きな屈折率変化を誘起することで知られているニオブ酸リチウム結晶のようにフォトボルタイック効果の影響が現れている可能性があり、大変興味深い。また本実験でもちいているAlN結晶にHeCdレーザーからの325nmのレーザー光を入射すると、大きな光誘起吸収が生じることもわかった。この光誘起吸収は、もともと吸収が生じている波長550nmより短波長側で吸収が約1.5倍に増大するというもので、その吸収変化は、光照射を止めたあとも分単位で持続する非常に寿命が長いものである。さらにこの誘起された吸収は、その吸収帯の波長の光を照射することにより、もとの状態に戻すことができる。したがって今後なんらかの方法によってフェルミレベルをさげて、現在生じている吸収を無くすことができれば、この光誘起吸収を利用して、再生時にも消えない不揮発性のホログラムを記録できる可能性がある。本年度は予定を変更してAlN結晶におけるフォトリフラクティブ特性と光誘起吸収特性をより詳細に評価した。使用したAlN結晶は450nmに吸収ピークをもつバルク無添加AlN結晶である。測定では電気光学変調器を用いてポンプ光の偏光を90度回転させプローブ光との干渉のON/OFFをスイッチし、吸収変化による信号変化の寄与を除外して2光波混合測定を行った。その結果、屈折率格子ゲインとして0.6cm-1という大きな値を得ることができた。この値は、以前測定した値よりも数倍以上大きな値であり、かつ励起波長405nmの時の値と比べても大きな値である。かつ得られた光強度依存性は0.2W/cm2以上の光強度でほぼ一定値をとり、さらに応答速度の光強度に対する線形性からAlN結晶における波長325nmにおけるフォトリフラクティブ効果は典型的な1準位モデルとして動作していると結論づけることができた。一方で、波長325nm励起の光誘起吸収スペクトル測定では、波長228nm、280nm、450nmにそれぞれ正、負、正の吸収変化ピークが見られたがこれらのピークはほぼ同じ時定数で緩和しており、同一の吸収起源であることがわかった。また緩和のプロファイルは単純な指数関数型ではなく、拡張指数関数型で緩和していくことがわかった。これは、高い欠陥密度によって上準位にある電子が伝導帯などを介さずに直接下準位に遷移して緩和していることを示唆している。また観測された光誘起吸収の緩和の時定数は130分程度であり、直接遷移で下準位に緩和はするものの上準位は熱的には比較的安定な準位であることがわかった。したがって、今回の光誘起吸収に関与した上準位と下準位の2準位のトラップ準位は、低い光強度で飽和状態に達し、実効的な1準位モデルとしてフォトリフラクティブ効果を引き起こしていることを明らかにすることができた。26年度が最終年度であるため、記入しない。
整数環上の非可換ホッジ理論

正標数の代数多様体に対しては可換なホッジ理論が成り立たない以上、非可換な場合も成り立たないと予想されるが、その反例を構成し、研究することがまず必要となるので、奈良女子大学の武田氏と共同で、正標数の代数曲面で興味深いホッジ構造を持つと思われる例を構成する一般的な方法を開発した。この成果は、武田氏との共著の論文として、現在投稿中である。一方、この期間に非可換ホッジ理論はシンプソンにより大きく進展した。まず、高次の非可換ホッジ構造の理論が生まれ、ホッジフィルトレーションも一般化された。さらに混合ホッジ構造の概念を含む混合ツイスター構造などの概念も発見された。これらの理論は、ホモトピー論、カテゴリー論を駆使して展開される。このシンプソンの広大な理論を理解するためトポロジーや表現論の文献を研究した。これらのことについて平成11年2月に非可換ホッジ理論の紹介のための研究会で連続講演をした。また、当初の計画では考えていなかったが、非可換スキームの理論を学んだ結果、非可換ホッジ理論を非可換スキームの変形理論の枠組みで捕らえられるのではないかとの着想を得た。非可換スキームの理論はまだ完成には程遠いようであるが、基本的な文献を手に入れ現在も学習中である。変形理論を作り上げねばならないが、特殊な状況で変形理論といえるものを考えると、非可換ホッジ対応が自然に浮かび上がってくることがわかった。整数環上の非特異射影代数多様体上の放物的ベクトル束、D-加群のモジュライスタックの非特異性、次元既約性などの幾何学的なデータを得るために以前導入した放物的ベクトル束のコホモロジーを具体的な多様体について計算した。また正標数の代数多様体に特有な現象についてみるために正標数の代数曲線上の安定ベクトル束で階数が2のもので、そのフロベニウス写像による逆像が安定でなくなるようなものが、曲線の種数に適当な条件をつけると必ず存在することを示した。このことを用いて、正標数の代数曲面で零でない大域的閉微分形式をもつものがたくさん作れることを示した。その上で、ベクトル束のモジュライスタックを研究中である。また近年発展している非可換スキームの理論により非可換ホッジ理論を非可換スキームの変形理論としてとらえることができるのではないかという着想をえて、非可換スキームとしてのD-加群及び入接続をもつ加群のカテゴリーを研究中である。
ナノスケールイオン移動に基づく可変容量素子の創製

金属/酸化物界面の酸化還元化学反応とナノスケールのイオン移動を利用した新しい可変容量素子を開発するために,平成30年度は前年度に見つけた8%程度の窒素ドープしたリン酸リチウム膜を白金電極で挟んだクロスバー素子を作製し,直流電圧印加における容量変化の周波数依存性を調べた。その結果,DCからkHz帯にかけて2Vの電圧印加によって最大50%程度の容量変化を見いだした。この容量変化は低温になるほどより低周波側にシフトすることから,リン酸リチウム膜中のリチウムイオンの移動よってイオン濃度の高い層とイオン濃度の低い層が形成されることで容量変化が生じると考えられる。電圧極性に対する容量変化は対称な素子構造のため容量変化の方向に極性依存は観られない。すなわち,0Vで最も高い容量を示し,両極性の電圧印加により容量が減少する。しかし,一方の白金電極側にコバルト酸リチウムを挿入すると,容量変化の方向は極性に依存するようになり,極性を跨いで電圧を印加すると容量は一方向に増大あるいは減少する。これは,コバルト酸リチウム層がリチウムイオンのリザーバーになってリチウムイオンを出し入れしているためと考えられる。可変容量素子として一般的に用いられるバリキャップダイオードは,電子移動に伴うコンデンサ容量がDCからMHz帯までほぼ一定量で変化し,イオン移動型の可変容量素子とはかなり異なる振る舞いであることもわかった。窒素ドープリン酸リチウム膜を用いて,イオン移動による容量変化機能発現の目処が立った。この素子を電圧制御型発振回路に組み込む試みも開始しており,発振自体はすでに確認している。素子を並列化することにより容量変化の制御もできるようになった。薄膜材料の探索に時間を要したが,研究の進捗状況は概ね順調と言える。今後は,まずイオン移動型可変容量素子を用いて電圧制御型発振回路の動作実証に注力する。容量変化の発現機構そのものはまだ未解明な部分があるため,詳細なインピーダンス分光の解析等により容量変化機構を明らかにする。これにより,所望の容量変化を実現するための材料設計指針を得ることができると期待される。平行して,より高周波帯で容量変化を実現するための材料探索を引き続き行う。金属/酸化物界面の酸化還元化学反応とナノスケールのイオン移動を利用した新しい可変容量素子を開発するために,平成29年度は高イオン伝導性酸化物薄膜材料の探索を行った。容量変化を実現するためには,室温で高いイオン伝導度を発現する薄膜材料が必要である。まず,高誘電体である酸化タンタルにリチウムをドープした膜をスパッタ法で作製することを試みた。しかし,作製した膜のXPS測定の結果から,リチウムを20%含有した酸化タンタルターゲットを用いてもスパッタ膜にはほとんどリチウムがドープできないことが分かった。これはスパッタプロセスにおいて,軽いリチウムがターゲット表面から脱離してしまうからと考えられる。そこで,全固体電池の材料として研究されているリン酸リチウムに窒素をドープしたスパッタ膜の作製を試みた。作製した膜のイオン伝導度は交流インピーダンス法により評価した。アルゴン雰囲気中でスパッタしたリン酸リチウム膜は約40%のリチウムを含有するが,室温で10^-9 S/cm程度のイオン伝導しか示さない。しかし,窒素雰囲気中でスパッタしたリン酸リチウム膜には8%程度の窒素がドープされ,イオン伝導度が3桁増大することを見いだした。リン2p軌道のXPSスペクトルには窒素ーリン結合に起因したピークが明瞭に観測され,ドープされた窒素は主に酸素を置換し,リチウムー酸素結合を切断してリチウムイオンの伝導性を増大させていると考えられる。これにより,可変容量変化機能に適用可能な最初の薄膜材料を見いだすことができた。当初予定したリチウムドープ酸化タンタル膜では様々な条件で成膜を試みたが,リチウムドープが非常に難しかったため,材料系の変更を行った。その結果,窒素ドープしたリン酸リチウムのスパッタ膜で,室温において高いイオン伝導度を確認した。薄膜材料の探索に時間を要したため,素子の作製と容量変化特性の測定は当初の計画よりもやや遅れている。

素子を並列化することにより容量変化の制御もできるようになった。薄膜材料の探索に時間を要したが,研究の進捗状況は概ね順調と言える。今後は,窒素ドープしたリン酸リチウムを用いた容量素子を作製し,電気特性や電極界面の酸化還元反応,イオン伝導度を,電流ー電圧,サイクリックボルタンメトリ,交流インピーダンス法などにより詳細に調べ,成膜条件と素子構造の最適化を行う。その上で,素子容量の周波数依存性を調べ,容量変化の発現機構の解明と容量制御のためのパラメータを検討する。平行して,他の酸化物薄膜材料の可能性も引き続き探る予定である。今後は,まずイオン移動型可変容量素子を用いて電圧制御型発振回路の動作実証に注力する。容量変化の発現機構そのものはまだ未解明な部分があるため,詳細なインピーダンス分光の解析等により容量変化機構を明らかにする。これにより,所望の容量変化を実現するための材料設計指針を得ることができると期待される。平行して,より高周波帯で容量変化を実現するための材料探索を引き続き行う。薄膜材料の探索に時間を要したため,素子作製と評価に必要な予算執行分を次年度に繰り越すこととなった。この繰り越した予算は,素子作製に必要なホルダやメタルマスク,および計測用プローバの改良に使用する予定である。可変容量を実現するための適切な薄膜材料が見つかり,今年度は主に素子作製に必要な幾つかのメタルマスク,プローブ,発振回路製作のための電子部品の購入だけだったので,残りは次年度に繰り越すこととなった。新年度の予算と合わせて,より高周波帯で容量変化を生じる薄膜材料の探索のための分析装置の購入を検討している。