hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
細胞の遺伝子発現解析に基づく機能性分子発現系を利用した腫瘍診断薬の設計戦略の検証

これらのトランスポータ遺伝子発現量と細胞集積性との比較検討のモデルとして、既に臨床使用されている11C-L-Metとその光学異性体11C-D-Metの細胞集積機序を検討した結果、標識体の細胞集積に寄与していたアミノ酸トランスポータの発現量はこれらの細胞集積率と良い相関を示した(Nucl.Med.Biol,39:1213-1218,2012)。また、ポストFDG製剤の最有力候補である18F-FACBCの前立腺癌細胞への集積に関与を確認したアミノ酸トランスポータについて、単一発現細胞を作成して集積阻害を実施した。その結果、前立腺癌細胞で高発現を示したNa+依存性アミノ酸トランスポータであるASCT2とSNAT2の中でも、FACBCはASCT2に高い親和性を示した。またNa+非依存性アミノ酸トランスポータであるLAT1も取込みに一部寄与することが判明した(Nucl.Med.Biol.,40:670-675,2013)。このように、当初の研究計画通りの成果を得るとともに、その成果を論文投稿し、すべて関連国際学術誌に掲載された。DNAチップを用いて細胞集積実験に用いられる16種類のヒト培養腫瘍細胞の遺伝子発現データベースを構築し、発現プロファイリングが直接比較可能となった。また、主要な中性アミノ酸トランスポータ発現量に関してリアルタイムPCRによる絶対定量系を確立した。これらのトランスポータ遺伝子発現量と細胞集積性との比較検討のモデルとして、既に臨床使用されている11C-L-Metとその光学異性体11C-D-Metの細胞集積機序を検討した結果、標識体の細胞集積に寄与していたアミノ酸トランスポータの発現量はこれらの細胞集積率と良い相関を示したことからその成果を論文投稿し、掲載された(Nucl Med Biol, 39: 1213-1218, 2012)。本研究課題は、当初の研究計画通りに順調に進展しており、絶対定量系の確立やモデル標識化合物を用いた標的トランスポータ発現量との相関性の確認、及び特定トランスポータの単一発現細胞やベシクルを用いた親和性の評価など良好な結果が得られていることから、研究計画の変更あるいは研究を遂行する上での問題点は特にない。本研究課題は、当初の計画通りおおむね順調に進展しており、絶対定量系の確立やモデル標識化合物を用いた機能性分子発現量との相関性など良好な結果が得られていることから、研究計画の変更あるいは研究を遂行する上での問題点は特にない。該当なし
細胞内侵入性細菌に対する細胞内認識システムとオートファジー誘導の解析

咽頭や口腔粘膜での病原性細菌の病原性の発揮には,宿主組織への付着により生体組織に定着することから開始する.そのため,生体を広く覆う上皮や粘膜といった組織は,これらの菌の侵入を感知する最前線の組織であり,かつ最大の防御組織となっている.近年,多くの細菌種がこのような上皮組織の細胞内に侵入することが知られているが,その動態はほとんど明らかとされていない.特に,貧食系の細胞ではない上皮細胞内に取り込まれた菌が,エンドソーム・リソソームの融合システムでのみ効率的に分解されるのか否かについてはほとんど明らかとされていなかった.申請者は,宿主細胞内に取り込まれたA群レンサ球菌がオートファジーにより認識され分解されることを報告しているが、宿主細胞でどのような菌体成分が細胞によって認識されるのかについての検討を行った.その結果、菌体表層成分のうち、細胞壁画分のみで強くオートファジーを誘導することを明らかとした.このうち、炎症の惹起に必須であると考えられているムラミルジペプド(MDP)のみでは、炎症反応の惹起は認められるが、オートファジーの誘導はなく、炎症反応を惹起する成分とオートファジーを誘導には、菌体成分の極めて限られた立体構造を認識する分子が必須であることが示唆された.A群レンサ球菌は宿主の上皮細胞内で、高頻度にオートファジーを誘導し、オートファゴソーム内で分解される.しかし、宿主細胞内で認識に必要な菌体成分については、その分子は明らかとされていない.そこで、本研究ではこのオートファジーに認識される菌体分子を明らかとするため、トランスポゾンを用いたランダムミューテーションライブラリを作成し、細胞内でオートファジーにより認識されない変異株の単離を試みた.その結果、約3000株の変異株より2株のオートファジーを誘導しない変異株の分離に成功した.この変異株では細胞内への侵入性は親株とは変化がなく、細胞質まで菌が脱出しているが、オートファゴソームの誘導は認められなかった.そこでこの変異株のゲノムDNAの変異部位の解析を行ったところ、細胞壁の合成および菌の分裂に必至な遺伝子群であるDCWクラスター領域のプロモーター領域にトランスポゾンの挿入が認められ、この挿入によりDCWクラスターの各遺伝子の発現量が著しく抑制されていた.また、この変異株ではバンコマイシンーFITCの染色により、菌体分裂の不正と菌の大きさの不正が著しく認められることから、菌体表層の細胞壁に変異が入っていることが予測された.そこで、これらの変異株および親株から細胞壁の主成分であるペプチドグリカンを精製し、マイクロインジェクションにより宿主細胞内の細胞質での変化をみたところ、親株由来のペプチドグリカンでは非常に高頻度のオートファジーが誘導されたのに対し、変異株では誘導はほとんど認められなかった.これらの結果から、A群レンサ球菌の誘導するオートファジーには菌体の細胞壁成分の立体構造が必須であることが明らかとなった.咽頭や口腔粘膜での病原性細菌の病原性の発揮には,宿主組織への付着により生体組織に定着することから開始する.そのため,生体を広く覆う上皮や粘膜といった組織は,これらの菌の侵入を感知する最前線の組織であり,かつ最大の防御組織となっている.近年,多くの細菌種がこのような上皮組織の細胞内に侵入することが知られているが,その動態はほとんど明らかとされていない.特に,貧食系の細胞ではない上皮細胞内に取り込まれた菌が,エンドソーム・リソソームの融合システムでのみ効率的に分解されるのか否かについてはほとんど明らかとされていなかった.申請者は,宿主細胞内に取り込まれたA群レンサ球菌がオートファジーにより認識され分解されることを報告しているが、宿主細胞でどのような菌体成分が細胞によって認識されるのかについての検討を行った.その結果、菌体表層成分のうち、細胞壁画分のみで強くオートファジーを誘導することを明らかとした.このうち、炎症の惹起に必須であると考えられているムラミルジペプド(MDP)のみでは、炎症反応の惹起は認められるが、オートファジーの誘導はなく、炎症反応を惹起する成分とオートファジーを誘導には、菌体成分の極めて限られた立体構造を認識する分子が必須であることが示唆された.
酸化・還元バランスの破綻による糖尿病病態形成機構の解明

申請者はセレノプロテインP (SeP)が、2型糖尿病の病態を形成する肝臓由来生理活性分子「ヘパトカイン」であること、SePは「シグナル伝達に必要な活性酸素」を消去することで多様なシグナル伝達抵抗性を誘導することを発見した。このような内因性還元ストレス因子は現在まで見つかっていなかった。本研究では、褐色脂肪組織(BAT)および骨におけるSePの受容体と作用機構解明を通じて、還元ストレスの臓器分化への寄与を明らかにするとともに、2型糖尿病に対する従来の概念に依存しない新しい治療開発の基盤を確立する。本年度は以下の研究を行った。1SePがBAT分化に及ぼす作用:昨年度までに、SePノックアウト(KO)マウスでは野生型マウスに比べて、酸素消費量、体温、ノルアドレナリン(NA)に対する感受性が高いことを明らかにした。今年度はこの機序を研究した。その結果、寒冷刺激化刺激を行ったSeP KOマウスのBATではUCP-1の活性化を示すスルフェニル化が起きていた。初代培養BAT細胞において、NA刺激に対してSePタンパク質の投与はROSを抑制した。2SePが骨芽細胞および破骨細胞に及ぼす作用:全身SeP KOマウスと同様に、肝臓特異的SeP KOマウスおよび骨芽細胞特異的受容体X KOマウスでも、高脂肪高ショ糖食を与えた際に起こる骨量の減少が軽減された。一方、卵巣を摘出した閉経後骨粗鬆症モデルでの骨量の減少はSeP KOマウスと野生型との間で差はなかった。単離した初代培養の骨芽細胞を用いた結果、SePタンパク質を添加した骨芽細胞ではIGF1シグナルが抑制されていた。受容体XをKOした骨芽細胞ではIGF1シグナルの抑制はみられなかった。破骨細胞ではSePタンパク質添加によって細胞分化に影響はみられなかった。褐色脂肪細胞および骨芽細胞、破骨細胞におけるSePのメカニズムが詳細に判明してきた。また、肝臓、BAT、骨芽、破骨細胞特異的遺伝子組み換えマウスの繁殖、実験も順調に進んでいる。臓器特異的遺伝子組み換えマウスの検証および、SeP中和抗体による血中SePの阻害実験を進めていている。また、ヒトでの検証に関し、数年分の検診データや糖尿病患者検体のデータ集積が完了し、解析が可能となった。ヒトにおけるSePとBATの活性化、および骨粗鬆症、骨折リスクとの相関を調べる。肝臓由来の病態形成ヘパトカインselenoprotein P (SeP)欠損マウスで、野生型に比し基礎代謝が高く、脂肪細胞サイズが小型化することを観察した。平成29年度はその機序を個体レベル・細胞レベルで検討した。マウスを4°Cの低温環境下に移して直腸温を測定したところ、SeP欠損マウスは野生型に比し体温が高く、サーモグラフィーで観察すると褐色脂肪組織(BAT)が存在する肩甲骨周辺で体温が高かった。さらに、この体温維持機構は抗酸化薬NACで前処置することで消失した。最近、褐色脂肪細胞で活性酸素種(ROS)がシステイン残基のスルフェニル化によりUCP1を活性化させることが報告された(Nature 32:112,2016)。そこで、SePが「エフェクター分子UCP-1を活性化するROS」を消去することで、BAT分化あるいはベージュ化を阻害する可能性を検証した。マウスから単離した前駆脂肪細胞を過酸化水素水で処置すると、Cys 253のスルフェニル化を介してUCP-1画家性化した。SePはこのROSによるUCP1活性化を抑制した。寒冷刺激時に活性化するβ3アドレナリン受容体をノルアドレナリンで刺激するとミトコンドリアからROSが産生され、UCP-1が活性化した。現在、この系を用いて、ノルアドレナリン誘導性ROS産生とUCP-1活性化に及ぼすSePの効果を検討中である。SeP欠損マウスは野生型マウスに比し、寒冷刺激による熱産生、BAT分化、UCP-1活性化が低下していた。BATにおけるSeP受容体Xを同定した。SeP受容体X-floxマウスをBAT特異的UCP1-Creトランスジェニックマウスと交配することで、BAT特異的SeP受容体X欠損マウスを作出した。このマウスの寒冷誘導性熱産生、およびSeP作用を検討中である。SePの褐色脂肪組織(BAT)分化に及ぼす作用を、マウスから単離したBATを用いた細胞レベル、および遺伝子改変マウスを用いた個体レベルの系を確立し、それぞれのレベルで実験が進行中である。申請時の作業仮説に加えて、これまで注目されていない新しいメカニズムが明らかになりつつある。1SePがBAT分化に及ぼす作用:昨年度までに、SePノックアウト(KO)

マウスでは野生型マウスに比べて、酸素消費量、体温、ノルアドレナリン(NA)に対する感受性が高いことを明らかにした。今年度はこの機序を研究した。その結果、寒冷刺激化刺激を行ったSeP KOマウスのBATではUCP-1の活性化を示すスルフェニル化が起きていた。初代培養BAT細胞において、NA刺激に対してSePタンパク質の投与はROSを抑制した。2SePが骨芽細胞および破骨細胞に及ぼす作用:全身SeP KOマウスと同様に、肝臓特異的SeP KOマウスおよび骨芽細胞特異的受容体X KOマウスでも、高脂肪高ショ糖食を与えた際に起こる骨量の減少が軽減された。一方、卵巣を摘出した閉経後骨粗鬆症モデルでの骨量の減少はSeP KOマウスと野生型との間で差はなかった。単離した初代培養の骨芽細胞を用いた結果、SePタンパク質を添加した骨芽細胞ではIGF1シグナルが抑制されていた。受容体XをKOした骨芽細胞ではIGF1シグナルの抑制はみられなかった。破骨細胞ではSePタンパク質添加によって細胞分化に影響はみられなかった。褐色脂肪細胞および骨芽細胞、破骨細胞におけるSePのメカニズムが詳細に判明してきた。また、肝臓、BAT、骨芽、破骨細胞特異的遺伝子組み換えマウスの繁殖、実験も順調に進んでいる。平成30年度は、平成29年度の確立した細胞レベルおよび個体レベルの系を用いて、引き続きSePのBAT分化に及ぼす作用をで検討する。さらに、SePの骨への作用解析をすすめる予定である。臓器特異的遺伝子組み換えマウスの検証および、SeP中和抗体による血中SePの阻害実験を進めていている。また、ヒトでの検証に関し、数年分の検診データや糖尿病患者検体のデータ集積が完了し、解析が可能となった。ヒトにおけるSePとBATの活性化、および骨粗鬆症、骨折リスクとの相関を調べる。
マイクロ波励起リモートプラズマを用いた新しい混晶半導体単結晶薄膜成長とその応用

窒化物半導体はワイドギャップ半導体であり、可視光から紫外光領域にいたるオプトエレクトロニクス材料や高効率太陽電池への応用が考えられ、新しい電子材料として期待されている。しかし、単結晶薄膜成長が非常に因難であったため、デバイスへの応用はもちろん、その基礎物性すら殆ど明らかではない。我々は、マイクロ波励起リモートプラズマによる活性窒素を十分に供給することにより、有機金属気相成長を試み、サファイア基板上にInN単結晶薄膜エピタキシャル成長に初めて成功すると共に、InAlN混晶膜成長を行い、基礎物性の解明を進めてきた。本研究では、InN,AlNおよびその混晶の良質な単結晶薄膜成長実験を一創層進めた結果、以下の研究成果が得られた。InNに関しては、(1)単結晶薄俣成長条件を確立し、電気的特性を明らかにした。(2)シンクロトロン放射光を用いて高エネルギ領域(20eV)までの光学定数を決定した。(3)デバイス作製に不可欠な鏡面エッチングを液を見いだした。(3)液体ヘリウム温度にいたるバンドギャップの温度依存性を測定し、半実験式を求めた。(4)アニールすることにより結晶性が大幅に改善されることをX線二結湿法ロッキングカーブ測定より明らかにした。(5)ラマン効果を初めて測定し、A_1LOピークを始めいくつかのピークを見いだし、従来の推定値とは異なることを示した。(6)ダイナミック硬度を測定し、硬度が初めて求められた。(7)シンクロトン放射光による光電子分光測定から、価電子帯構造は従来公表されている計算結果とほぼ一致することを確めた。InAlNに関しては、(1)結晶成長条件を明らかにし、高速電子線回折パターンにより評価した。(2)光学特性の組成依存性を測定し、バンドギャップ制御が可能であることを示した。(3)窒化物半導体のバンドギャップの温度依存性の相対変化が非常に小さいことを見いだした。
個体死に伴う細胞内タンパク質分解系の変化:特に筋細胞内ユビキチン系について

(1)鶏浅胸筋における筋細胞内ユビキチンの局在を組織化学的に検討した。屠殺直後および熟成させた浅胸筋の凍結切片を抗ユビキチン血清で染色すると、屠殺後の経過時間に関わらず細胞質全体に陽性反応が認められた。なお、ユビキチンの染色性は、凍結に先だって試料を加熱処理すると向上することが判明した。これらの結果から、鶏骨格筋筋漿画分で電気泳動的に確認されたユビキチンは、筋細胞に本来的に存在すると結論した。(2)牛心筋の細胞質にはユビキチンが存在し、屠殺7日日まで量的にほとんど変化しないことを電気泳動的に明らかにした。さらに、屠殺直後に認められたユビキチン陽性のバンドは貯蔵に伴い消失することを見出した。また、アクトミオシン画分にはユビキチンが存在しないことが確認された。(3)サルの骨格筋(下肢部7筋、上腕部3筋)から筋漿を実験殺直後に調製しSDS-PAGEに供すると、全体的な泳動パターンは筋肉間および動物間(猿・牛・鶏・鹿・鯨・カンガルー・鴨・ワ二・狐)で類似していた。しかし、2次元電気泳動像ではサルの縫工筋および内転筋において、数個のスポットが欠失していた。また、豚では他の動物には認められない、約10kDa、等電点6-7のスポットが見出された。抗ユビキチン血清による免疫染色を行うと、8kDaのユビキチンに相当するバンドは、全ての筋試料で染色されたが染色強度は、それぞれ異なっていた。さらに抗ユビキチン血清に陽性なバンドは猿では大腿四頭筋(約40kDa)のみ陽性反応が認められた。(4)牛大腿四頭筋筋漿のユビキチン化タンパク質の一次構造を分析した。アミノ酸6残基のみが決定されユビキチンの配列とは全く一致せず、このタンパク質はポリユビキチンではないことが明らかとなった。(5)牛大腿四頭筋筋漿にプロテアソーム阻害剤を添加し培養するとユビキチン化タンパク質の蓄積が認められ、個体死に伴う筋細胞内タンパク質分解に、ユビキチン/プロテアソーム系が関与することが示唆された。(2)牛心筋の細胞質(筋漿)にはユビキチンが存在し、屠殺7日目まで量的にほとんど変化しないことを電気泳動的に明らかにした。さらに、屠殺直後に認められたユビキチン陽性のバンド(約30kDa)は貯蔵に伴い消失することを見出した。

(3)サルの骨格筋(下肢部7筋,上腕部3筋)から筋漿を実験殺直後に調製しSDS-PAGEに供すると、全体的な泳動パターンは筋肉間および動物間(サル・牛・鶏・シカ)で類似していた。しかし、2次元電気泳動像ではサルの縫工筋および内転筋において、他の筋には存在する数個のスポットが欠失していた。抗ユビキチン血清による免疫染色を行うと、8kDaのユビキチンに相当するバンドは、全ての筋試料で染色されたが染色強度は異なっていた。さらに抗ユビキチン血清に陽性なバンドは大腿四頭筋(約40kDa)のみ陽性反応が認められた。◎牛骨格筋ではユビキチンおよびユビキチン化タンパク質と考えられるバンドが熟成完了時にはほぼ消失したが、心筋においては、この分解によると考えられるバンドの消失は認められなかった。このことは、個体死後の筋細胞の崩壊過程において、細胞内タンパク質分解系の構成要素や寄与の度合いなどが骨格筋と心筋では差のあることを示唆する。また、ユビキチン化タンパク質と考えられるバンドの分子量は、動物間や臓器間で異なるため、次年度にはこれを単離し構造を解析する予定である。(1)鶏浅胸筋における筋細胞内ユビキチンの局在を組織化学的に検討した。屠殺直後および熟成させた浅胸筋の凍結切片を抗ユビキチン血清で染色すると、屠殺後の経過時間に関わらず細胞質全体に陽性反応が認められた。なお、ユビキチンの染色性は、凍結に先だって試料を加熱処理すると向上することが判明した。これらの結果から、鶏骨格筋筋漿画分で電気泳動的に確認されたユビキチンは、筋細胞に本来的に存在すると結論した。(2)牛心筋の細胞質にはユビキチンが存在し、屠殺7日目まで量的にほとんど変化しないことを電気泳動的に明らかにした。さらに、屠殺直後に認められたユビキチン陽性のバンドは貯蔵に伴い消失することを見出した。また、アクトミオシン画分にはユビキチンが存在しないことが確認された。(3)サルの骨格筋(下肢部7筋、上腕部3筋)から筋漿を実験殺直後に調製しSDS-PAGEに供すると、全体的な泳動パターンは筋肉間および動物間(猿・牛・鶏・鹿・鯨・カンガルー・鴨・ワニ・狐)で類似していた。しかし、2次元電気泳動像ではサルの縫工筋および内転筋において、数個のスポットが欠失していた。また、豚では他の動物には認められない、約10kDa、等電点6-7のスポットが見出された。抗ユビキチン血清による免疫染色を行うと、8kDaのユビキチンに相当するバンドは、全ての筋試料で染色されたが染色強度は、それぞれ異なっていた。さらに抗ユビキチン血清に陽性なバンドは猿では大腿四頭筋(約40kDa)のみ陽性反応が認められた。(4)牛大腿四頭筋筋漿のユビキチン化タンパク質の一次構造を分析した。アミノ酸6残基のみが決定されユビキチンの配列とは全く一致せず、このタンパク質はポリユビキチンではないことが明らかとなった。(5)牛大腿四頭筋筋漿にプロテアソーム阻害剤を添加し培養するとユビキチン化タンパク質の蓄積が認められ、個体死に伴う筋細胞内タンパク質分解に、ユビキチン/プロテアソーム系が関与することが示唆された。
行動文脈を考慮した活動状態の定量的調査方法の開発

本研究は,装着時の心理的・肉体的負荷が小さい眼鏡型装置(視線計測・3軸加速度センサ・3軸角速度センサ),スマートウォッチ(心拍数計・GPS・加速度センサ・角速度センサ)等の組合せによって自動的に収集される時系列データを用いて,(1)交通行動中の被験者の心理的・身体的状態から「戸惑い」「順調」「集中」などの活動状態を精度良く自動検出するとともに,(2)視線計測結果から得られる視野映像およびヒートマップ・ゲイズプロットを活用して原因を特定する技術の開発を目的とする.以上の目的に向けた平成30(2018)年度の成果は,以下の7点である.(1)安全で円滑な実験を行うために実験方法の事前検討を行った.(2)眼鏡型装置を購入し,使用方法の確認とそれを踏まえた実験方法の再検討を行った(3)敷地内予備実験により,屋外環境において眼鏡型装置によって得られる視線計測データの取得率を把握した.特に,注視対象物が無い場合に取得率が低下することが明らかとなった.(4)視線解析用ソフトウェアを購入した.(5)敷地外予備実験を行い,実道路環境での歩行者の注視行動の測定を行った.(6)敷地外予備実験で得られた視線計測データを解析してヒートマップ・ゲイズプロットとして可視化し,視野映像とあわせて被験者属性による注視行動の違いを把握した.(7)視線計測機能の無い眼鏡型装置(3軸加速度センサ・3軸角速度センサ)から得られた時系列データを用いて通学路歩行中の頭部姿勢推定を行い,スマートウォッチから得られた位置情報を併用して,特徴的な歩行者挙動(歩く・注意しながら歩く・止まる・注意しながら止まる)を把握する方法を開発した.また,時系列データと歩行者挙動との関係を精度良く推定する判別モデルの開発にも成功した.研究初年度である2018年度において,特に重要な成果は以下の2点である.(1)眼鏡型装置(視線計測・3軸加速度センサ・3軸角速度センサ)を用いた予備実験を行い,被験者属性による注視行動の違いを把握した.(2)視線計測機能の無い眼鏡型装置(3軸加速度センサ・3軸角速度センサ)から得られた時系列データを用いて通学路歩行中の頭部姿勢推定を行い,スマートウォッチから得られた位置情報を併用して,特徴的な歩行者挙動(歩く・注意しながら歩く・止まる・注意しながら止まる)を把握する方法を開発した.また,時系列データと歩行者挙動との関係を精度良く推定する判別モデルの開発にも成功した.以上のように,本研究はおおむね順調に進展している.初年度の成果をもとに,2年度目である2019年度には視線計測機能付きの眼鏡型装置搭載の3軸加速度センサ・3軸角速度センサから得られた時系列データを用いて頭部姿勢推定を行い,特徴的な歩行者挙動(歩く・注意しながら歩く・止まる・注意しながら止まる)を把握する方法を検討するとともに,時系列データと歩行者挙動との関係を精度良く推定する判別モデルの開発を行う予定である.また,注視行動もあわせてこの判別モデルに組み込む方法を検討したいと考えている.最終年度である2020年度は本実験を行うとともに,研究の最終とりまとめを行う.本研究は,装着時の心理的・肉体的負荷が小さい眼鏡型装置(視線計測・3軸加速度センサ・3軸角速度センサ),スマートウォッチ(心拍数計・GPS・加速度センサ・角速度センサ)等の組合せによって自動的に収集される時系列データを用いて,(1)交通行動中の被験者の心理的・身体的状態から「戸惑い」「順調」「集中」などの活動状態を精度良く自動検出するとともに,(2)視線計測結果から得られる視野映像およびヒートマップ・ゲイズプロットを活用して原因を特定する技術の開発を目的とする.以上の目的に向けた平成30(2018)年度の成果は,以下の7点である.(1)安全で円滑な実験を行うために実験方法の事前検討を行った.(2)眼鏡型装置を購入し,使用方法の確認とそれを踏まえた実験方法の再検討を行った(3)敷地内予備実験により,屋外環境において眼鏡型装置によって得られる視線計測データの取得率を把握した.特に,注視対象物が無い場合に取得率が低下することが明らかとなった.(4)視線解析用ソフトウェアを購入した.(5)敷地外予備実験を行い,実道路環境での歩行者の注視行動の測定を行った.(6)敷地外予備実験で得られた視線計測データを解析してヒートマップ・ゲイズプロットとして可視化し,視野映像とあわせて被験者属性による注視行動の違いを把握した.(7)視線計測機能の無い眼鏡型装置(3軸加速度センサ・3軸角速度センサ)から得られた時系列データを用いて通学路歩行中の頭部姿勢推定を行い,スマートウォッチから得られた位置情報を併用して,特徴的な歩行者挙動(歩く・注意しながら歩く・止まる・注意しながら止まる)を把握する方法を開発した.また,時系列データと歩行者挙動との関係を精度良く推定する判別モデルの開発にも成功した.研究初年度である2018年度において,特に重要な成果は以下の2点である.(1)眼鏡型装置(視線計測・3軸加速度センサ・3軸角速度センサ)を用いた予備実験を行い,被験者属性による注視行動の違いを把握した.

(2)視線計測機能の無い眼鏡型装置(3軸加速度センサ・3軸角速度センサ)から得られた時系列データを用いて通学路歩行中の頭部姿勢推定を行い,スマートウォッチから得られた位置情報を併用して,特徴的な歩行者挙動(歩く・注意しながら歩く・止まる・注意しながら止まる)を把握する方法を開発した.また,時系列データと歩行者挙動との関係を精度良く推定する判別モデルの開発にも成功した.以上のように,本研究はおおむね順調に進展している.初年度の成果をもとに,2年度目である2019年度には視線計測機能付きの眼鏡型装置搭載の3軸加速度センサ・3軸角速度センサから得られた時系列データを用いて頭部姿勢推定を行い,特徴的な歩行者挙動(歩く・注意しながら歩く・止まる・注意しながら止まる)を把握する方法を検討するとともに,時系列データと歩行者挙動との関係を精度良く推定する判別モデルの開発を行う予定である.また,注視行動もあわせてこの判別モデルに組み込む方法を検討したいと考えている.最終年度である2020年度は本実験を行うとともに,研究の最終とりまとめを行う.次年度使用額が生じた費目および金額は1)旅費30,000円,2)人件費・謝金10,000円,3)その他8,000円である.このうち1)旅費および2)人件費・謝金については,本研究課題の応募時に計画していた遠隔地での実験が金銭的に困難となったため,実験計画を見直したことにより生じた.3)その他については論文投稿料として計上したが,使用しなかったため生じた.今後の使用計画として,1)旅費は研究成果の発表および情報収集のための学会参加時に使用する予定である.2)人件費・謝金は本実験の実施時に使用する予定である.3)その他は現在投稿中の論文が受理された場合の掲載料として使用する予定である.
ＤＮＡを封入したウイルス外套蛋白粒子を用いた培養困難なウイルスの浄水処理性評価

本研究は、臨床医学分野で開発が進む非ウイルスベクター作製技術を応用することにより、外来DNAを封入したウイルス外套タンパク粒子(DNA封入VLPs)を作製し、これを用いた室内浄水処理実験により、生体外での培養が困難な水系ヒト感染ウイルスの浄水処理性の評価を行おうとするものである。封入された外来DNAをポリメラーゼ連鎖反応法(PCR法)により定量することにより、これまでVLPsの定量法として用いられてきたイライザ法や免疫PCR法などの「タンパク」定量法からの脱却が可能となり、大幅な定量感度の向上が期待でき、これまでの実験法では評価できなかった実水環境中でのウイルス濃度に近い状況下での室内浄水処理実験が可能となる。昨年度の検討で、大腸菌ファージをモデルウイルスとして、還元剤添加でいったんウイルス粒子をバラバラにした後、封入するDNAのモデルとして金ナノ粒子を添加し、さらに塩化カルシウムを添加添加すると、ウイルス粒子が再形成され、中に金ナノ粒子が取り込まれることが分かった。本年度は、ノロウイルスVLPsを用い、同様の手法により外来DNAの封入に挑戦した。外来DNAの遺伝子長や添加量,還元剤添加濃度などを最適化することにより、大腸菌ファージー金ナノ粒子の系と同じようにノロウイルスVLPs中に外来DNAを封入することに成功した。しかしながら、現段階では外来DNAの封入率は0.001%程度であった。塩化カルシウム添加直前の段階で外来DNAの残存率は30%であったため(0.001%と比較すると極めて大きい)、その後の塩化カルシウム添加によるVLPs再形成の際に、外来DNAの封入率が小さいことが原因であることが分かった。今後、外来DNAの塩基配列を外套タンパクと親和性の高いものを選択するか、アビジン/ビオチン修飾の導入により、封入率を増加させる必要があると判断された。本年度は、その第一段階として、培養が容易な大腸菌ファージ(Qベータ)をモデルウイルスとして、内部に遺伝子を封入するためのウイルス粒子の分解・再合成方法を検討した。その結果、ジチオトレイトールの添加により粒子を構成するタンパク間のジスルフィド結合が還元により分断され、大腸菌ファージ粒子がバラバラに分解されることが分かった。また、その後に、塩化カルシウムを添加すると、いったんバラバラになったタンパクが再合成され、元の大腸菌ファージ粒子と同形状の粒子が形成されることを、電子顕微鏡により確認した。さらに、再合成時に模擬DNAとして金ナノ粒子を共存させると、大腸菌ファージ再形成時に金ナノ粒子が大腸菌ファージ粒子内に取り込まれることも分かった。すなわち、本手法を用いることにより、ウイルス粒子内に外来物質を組み込むことができる可能性が示唆された。当初の予定通り、ウイルスの分解→再合成の手法を構築することに成功し、電子顕微鏡にて確認を行った。また、再合成時の外来物質の封入にも成功した。従って、現段階では、当初の計画通りおおむね順調に進展していると判断できる。

本年度は、第一段階として、培養が容易な大腸菌ファージ(Qベータ)をモデルウイルスとして、内部に遺伝子を封入するためのウイルス粒子の分解・再合成方法を検討した。その結果、ジチオトレイトールと塩化カルシウムを用いることにより、大腸菌ファージ粒子の分解→再合成が可能であり、また、再合成時に外来物質(金ナノ粒子)を大腸菌ファージ粒子内に取り込ませることができることが分かった。次年度は、本年度に確立した手法を用い、本来の目的である、ノロウイルス外套タンパク粒子(VLPs)に対して外来DNAを封入し、DNA封入VLPsを作製することを目標とする。また、DNA封入VLPsが完成すれば、それを用いた室内浄水処理実験を行い、ノロウイルスの浄水処理性を実験的に調べる予定である。旅費として計上していた参加予定であった学会が、札幌開催となり、旅費が不要となったため。
Quorum Sensingによるサルモネラ病原性発現機構の解明

Salmonella enterica(サルモネラ)の病原性発現に対するQuorum Sensing (QS)の役割を明らかにするため、S. enterica serovar Typhimurium(ネズミチフス菌)において2つのQSの機能発現に必要な遺伝子sdiAおよびluxSの破壊株を作成し、両破壊株のビルレンス表現型を詳細に解析した。その結果、ヒト子宮頸癌由来上皮細胞HeLaに対する細胞侵入性、マウスマクロファージ様細胞RAW264.7での増殖性およびマウス臓器(肝臓および脾臓)内増殖性が野生株と同程度であった。次に、サルモネラにおいてQSにより発現調節されるたん白質を網羅的に同定することを試みた。ネズミチフス菌の野生株および両破壊株のLB液体培地一夜培養液から菌体たん白質を抽出し、アガロース二次元電気泳動により展開した。これにより、各菌株において350以上のたん白質がスポットとして観察された。さらに、野生株とそれぞれのQS破壊株のたん白質スポットを比較し、各QS破壊株においてたん白質の発現量が野生株と比較して低いスポット、すなわち、QSにより発現調節されるたん白質を同定した。その結果、sdiA破壊株においては9個、luxS破壊株では4個のたん白質の発現が野生株に比べて低下していた。これらたん白質うち、6個のたん白質はATP binding cassette (ABC)トランスポータの構成サブユニットをコードすることが予想されているものであり、特にその多くが糖輸送に関わるたん白質であった。以上の結果から、サルモネラにおいては、これまで報告されている多くの病原細菌と異なり、QSは病原性発現に関与しないことが強く示唆された。Salmonella enterica(サルモネラ)の病原性発現におけるQuorum sensing(QS)の役割を明らかにするため、S.enterica serovar Typhimurium(ネズミチフス菌)の2つのQS(QS-1および-2)の機能発現に必須な遺伝子sdiAおよびluxSの破壊株(ΔsdiA株およびΔluxS株)をred recombinaseシステムを用いて作成した。サルモネラはpathogenicity island(SPI-1および-2)にコードされる異なるタイプ3型分泌機構(T3SS)を発現し、SPI-1 T3SSは上皮細胞侵入性に、またSPI-2は細胞内増殖性に重要な役割を果たす。これまでにいくつかの病原細菌においてQSがタイプ3型分泌機構(T3SS)の発現に関与することが報告されていることから、まずサルモネラにおいてQSがT3SSの機能発現に関与するか否かを明らかにすることを試みた。各QS破壊株についてSPI-1およびSPI-2 T3SSの転写調節遺伝子hilAおよびssrAの下流にlacZを挿入した変異株を作成し、レポーターアッセイによりこれら遺伝子の転写活性を測定した。その結果、各QS破壊株共にhilAおよびssrAの転写活性は野生株と同程度であった。また、QS破壊株の分泌たん白質をウェスタンブロッティングにより検出したが、SPI-1のエフェクターたん白質SipBおよびSipC、さらにSPI-2のエフェクターたん白質SseBの発現量に野生株との変化は見られなかった。これらのことから、SPI-1およびSPI-2の機能発現にQSは関与しないことが明らかとなった。次に、QS破壊株について各種病原性試験を行った。その結果、ΔsdiA株において、ヒト子宮頸癌由来上皮細胞HeLaへの侵入率が野生株に比べて低下した。このことからQS-1がサルモネラの感染初期の病原性発現に関わることが示唆された。サルモネラにおいて、宿主細胞への付着に関わる線毛遺伝子の欠失により細胞侵入性が低下することが知られている。このことから、QS-1がサルモネラの線毛発現に関与することが予想される。ネズミチフス菌ではゲノム解析により13個の線毛合成遺伝子群が同定されているが、その発現調節機構は明らかにされていない。現在、ネズミチフス菌野生株およびΔsdiA株について、13個の線毛合成遺伝子群の転写発現をリアルタイムPCRにより定量的に比較している。これらたん白質うち、6個のたん白質はATP binding cassette (ABC)トランスポータの構成

サブユニットをコードすることが予想されているものであり、特にその多くが糖輸送に関わるたん白質であった。以上の結果から、サルモネラにおいては、これまで報告されている多くの病原細菌と異なり、QSは病原性発現に関与しないことが強く示唆された。
常温接合による銅ナノメートル配線の形成と電気伝導特性の原子直視その場解析

原子直視的接合解析法を用いて、次期配線材料として注目されているナノメートルサイズの銅の接点やワイヤー等の配線を常温接合で作製し、接合界面の限界歪み量、ヤング率等の弾性率、強度等の力学特性と電気伝導特性を実験的に明らかにした.この結果から、ナノメートル常温接合法を用いた超機能デバイス作製法を開発した。特に、これまでの手法では、接合操作を手動で行ってきたが、本年度は、応力を自動制御するシステムを設計製作し、最適化された常温接合法の条件を見いだすことを新たに試みた。観察像を解析し、記録画像を1/60秒毎に解析し、構造変化と応力-歪み関係、酸化物層の厚さと絶縁特性等の分析結果を対応させた。これにより、一連の接合過程において、界面歪み緩和機構、不安定界面の構造安定化などの動的変化、接合時の界面化学反応、および接合前の表面と接合中の酸化物層の変化と絶縁特性や伝導特性の変化の対応を原子レベルで明らかにした。これまで得られた結果を総合して、ナノメートルスケールの銅の接点とワイヤーの接合・変形における構造変化、化学反応を原子レベルで明らかにし、その結果を基に、接合界面の強度、靱性、伝導度もしくは絶縁性改善をおこなった。こうした結果から、超機能化デバイス作製に有効な常温接合法の条件を見いだし、その常温接合安定化の機構を考察した。エレクトロマイグレーションは、通常サイズの配線では、組織破壊の原因として扱われてきたが、本研究のようなナノサイズの配線では、逆に、破壊初期の自己修復機能として働くことが、発見された.本研究代表者は、これまで高分解能透過電子顕微鏡内で、金やシリコンなどのナノ構造体を常温接合し、構造変化を原子レベルでその場で直視するとともに、接合時・破断時に印加されている応力を同時測定して力学特性を明らかにしてきた。さらに、接合界面のコンダクタンス変化も測定し、ナノ接合界面を有するデバイス開発を進めてきた。接合瞬間のこうした原子配列、応力-歪み関係、電気伝導特性のダイナミックスをミリ秒単位で解析できる手法は、この手法(アトムファクトリー)だけである。本年度は、このアトムファクトリーによって、銅のナノ接点作製と、引き離しの過程を原子直視的に解析した。すなわち、先端実用材料への応用研究を本課題の研究で新たに進めた.これまでの金属ナノ接点の引き離しでは、くびれが一度生じると、そのまま破断すると考えられていた。本実験では、電界効果によって原子移動が促進されて、くびれ部で結晶成長が生じ、くびれが回復し、ナノワイヤーが形成することをすることを見出した。こうした複雑な現象の解析ができる手法は、原子挙動観察と力測定を、その場で同時に可能な本手法だけであることが再認識された。この結晶成長に起因するくびれの回復現象は、エレクトロマイグレーションなどで破断しかけた配線を自己修復させる機能として利用できる可能性を秘めていることがわかった。今後、銅だけでなく、貴金属をはじめとする金属、半導体、セラミックスの各ナノ結晶への応用研究が可能であることが明らかになった.原子直視的接合解析法を用いて、次期配線材料として注目されているナノメートルサイズの銅の接点やワイヤー等の配線を常温接合で作製し、接合界面の限界歪み量、ヤング率等の弾性率、強度等の力学特性と電気伝導特性を実験的に明らかにした.この結果から、ナノメートル常温接合法を用いた超機能デバイス作製法を開発した。エレクトロマイグレーションは、通常サイズの配線では、組織破壊の原因として扱われてきたが、本研究のようなナノサイズの配線では、逆に、破壊初期の自己修復機能として働くことが、発見された.
下垂体腫瘍関連チロシンキナーゼ遺伝子のクローニングと機能解析

下垂体腺腫、下垂体癌及び正常下垂体の各々の組織よりRNAを抽出。チロシンキナーゼ型遺伝子のキナーゼドメインにおけるコンセンサス配列を利用しdegenerated primerを作成して、RT-PCRを施行。RT-PCR産物をベクターに組み込み、トランスフォーメーションした後に、各々について約100クローンをクローニングした。約200塩基の部分配列をシークエンスし、塩基配列を決定。ホモロジー検索にて発現を認めるチロシンキナーゼを同定した。下垂体腺腫の手術や病理解剖で得られた組織標本を用いて、免疫組織学的手技を利用し、組織内発現を評価した。上記のチロシンキナーゼ型受容体のうち、c-metでは有意差をもって下垂体癌においての高度陽性を認め、悪性化への関与が示唆された。c-met遺伝子の突然変異・再配列の検討を行ったが異常は指摘されなかった。c-metに対するリガンドであるHGFの負荷試験をラット下垂体腺腫細胞株を用いたin vitro assayを施行したところ、増殖また浸潤の促進が有意に認められ、下垂体腺腫における増殖・浸潤にc-metを介するsignal transductionの関与が示唆された。下垂体腺腫(非浸潤性・浸潤性)、下垂体癌及び正常下垂体を用いて、RNAを抽出。チロシンキナーゼ型遺伝子のキナーゼドメインにおけるコンセンサス配列に対するdegenerated primerを利用して、RT-PCRを施行。RT-PCRの産物をベクターに組み込み、トランスフォーメーションした後に、各々について約100クローンをクローニングした。下垂体腺腫の手術摘出標本や病理解剖での組織標本を用いて、免疫組織学的手技を利用し、組織内発現を評価した。上記のチロシンキナーゼ型受容体のうち、c-metは下垂体癌においてのみ高度陽性を認め、悪性化への関与が示唆された。現在、下垂体腺腫にのみ認められた他のチロシンキナーゼ型受容体についての免疫組織学的検討を行っている。またc-met遺伝子の突然変異・再配列の検討に加え、リガンドであるHGFの負荷試験を下垂体腺腫細胞株を用いたin vitro assayを施行中である。
縄文集落の集落形成と森林利用に関する考古学・年輪年代学・民俗学的研究

縄文時代の木柱に年輪酸素同位体分析を加えた年輪年代学的解析を加えることで、新潟県青田遺跡の集落ではBC477年前後とBC530年前後の2回、それぞれ短期間に集中的に10棟以上の建物が建てられたことが明らかになった。縄文の建物に実年代がついたのは初めての成果であり、さらに廃棄層やクリの初期成長の変化などを加えて実年代をつけた詳細な解析が実施できた。また、現生の森林での実験を加えた詳細な花粉分析により、青田遺跡集落の数十m近傍にクリ林が存在していて、人為的な維持管理がなされていたことが確実になった。・青田遺跡においては、年輪の詳細な検討により各建物間の年代関係、伐採季節をかなり絞り込むことができた。この結果をもとに、建物周辺の堆積物層を1年精度で年輪年代の時間軸に合わせられる可能性が見えてきた。・青田遺跡の建物の高精度な暦年代の決定と年輪年代の結果の正しさの検証のために、年輪年代クロノロジーを構成する年輪数160年のクリ自然木について14Cウイグルマッチングを実施した。その結果、この自然木の最外年輪の暦年代が95%区間で590-530calBCに含まれることが示された。この結果は先行研究で得られている年輪クロノロジーに含まれる青田遺跡木柱の年代と大きな矛盾はないものの、十分な精度での年代決定に至っておらず、更なる追加試料を分析中である。・縄文時代の果実利用との対比として実施した三面地域における民俗学的調査では、クリは堅果類の中でも主食を補うのに極めて利用頻度が高く、他の堅果類には見られない採集の解禁日である「口開け」が設定されており、砂グリの保存処理をしてカテゴハンとして食されたことが明らかになった。・小国町金目と村上市三面で実施したトチノキ花粉の飛散調査では、トチノキ花粉がブナ科の樹種の中でも際立って飛散し難いクリと比べてもさらに飛散が少なく、遺跡でのトチノキの分布や母樹の位置の推定を空間的な花粉分析により解明できる見通しがついた。・奈良県橿原市,御所市の観音寺本馬遺跡では、集落に近接したクリを多く含む埋没林木材47点(うちクリが24点)の年輪解析を実施した。年代学的な解析は年輪数が少ないため困難であるが、河川沿いにほぼ一斉に成立した成長の速いクリ林の実態がある程度明らかになってきた。・年輪年代によりほぼ全期間にわたる年単位の主要な建物の変遷が明らかになった青田遺跡については、一部の連続して堆積した廃棄層が年輪年代との対比により1年単位での解析が可能になった。この結果を受けてクリ花粉の増加が認められていた廃棄層22C地点を再検討した結果、クリ花粉の変化はこの地点でのクリ林の拡大ではなく、クリ果実利用の際の処理に関連していることが示唆された。・平成21年度に実施した青田遺跡西側のボーリングコアの花粉分析を進めた結果、当該時期の堆積物が失われている部分が多いものの、いくつかの地点で近傍にクリ林が存在していた花粉組成が得られた。集落周辺のクリ林の広がりを知る上で重要な資料である。・青田遺跡において燃料材として用いられたのは木柱として用いられたクリやコナラは少なく、トネリコやハンノキなどの湿地性樹種やマツが多い。地質的な解析を実施したところ、比較的短期間存在した自然堤防上に成立した集落で、立地環境的に燃料材の入手を考えると不安定立地に生育する種が多くなっている可能性がある。・一方で、ハンノキ材は民俗学的な調査では「旦那様の焚き物」と呼ばれる地域もあり、入手のしやすさだけでなく、好んで用いられていた可能性も示唆された。・新潟県青田遺跡ではコナラ属の年輪年代で作られた時間軸上に、考古学的な対応関係をもとにクリの木柱を落とすことができた。年代の決められたクリ木柱について、定着時期の光環境を反映する初期成長を算出し、遺跡存続期間にわたる平均初期成長速度の推移をもとめたところ、時期によって大きな変動が認められ、主要な集落の形成に先立ってクリの成長を促す環境が存在したことが示唆された。一方でコナラ属の木柱は時期によらず一定の初期成長速度を示した。・青田遺跡ではボーリングコアの花粉分析から集落すぐ西側の自然堤防の微高地にクリ林が形成されていたことがほぼ確実となった。越後平野北部の晩期遺跡の従来の花粉分析結果を整理すると、拠点となる野地遺跡では広範囲にクリ純林が存在する一方で、道下、昼塚、江添などの遺跡ではクリ花粉はまれであり、クリ林がどこにでもあったわけではなく、拠点となるムラの自然堤防上に作られていたものと考えられた。また、このような違いは流路の安定性と関係していることが地質学的な検討から見えてきた。

・居住域に近接して出土した中西遺跡の埋没林は保存性の良さから当時の里山が高精度で復元できた。組成的には現生の河畔林のエノキームクノキ群集に対応し、林分の現存量に対応するBAが15m2/haと小さく、ある程度の隙間のある林分であったこと、明確な伐採痕がほとんどないことなどが確かめられた。ただし、年輪年代による枯死の同時性は確認できなかった。・縄文近世の遺跡で普遍的に出土するケヤキ材の年輪年代学への適用の可否を出土材で検討し、年輪数の多さ、個体間相関の高さともに年輪年代解析の対象として有効であることを示した。・ウイグルマッチングによる年代推定がほぼ完了し、晩期の遺跡間の年代的位置づけが明らかになった。・青田遺跡出土の炭化材の解析を開始した。多くの材が太い材の破片ではなく、細い枝や低木に由来するものであった。最終年度であるが、昨年度研究計画に加えた年輪酸素同位体比分析を進めたことで大きな成果が得られた。縄文時代晩期(BC466年)に埋もれた鳥海山の神代杉30点を収集し、954年分の年輪幅クロノロジーを作成した上で、のべ4000年輪分の同位体分析をすることで同位体の物差しを作成した。さらに青田遺跡出土木柱14点の同位体分析をおこない、鳥海のパタンとクロスデートすることで極めて高い相関で青田遺跡出土木柱群の暦年代を決定することに成功した。酸素同位体比による年代決定では従来暦年代を決めることが不可能であったクリなどの年輪数の少ない広葉樹を含む種を超えた年代決定ができるため、本研究で得られた同位体比のデータを物差しにして今後さまざまな遺跡に暦年代が付けられることは間違いない。青田遺跡では、考古側で土器形式、土層、廃棄物層などとの整合性の検討を進め、青田遺跡の集落が紀元前540年に始まり、72年間存続していたことが明らかになった。このように縄文の遺跡に対して具体的な暦年代を明示できる分析は日本初の事例である。成果の公開として、2012年11月23、24日に長岡市で開催された日本植生史学会大会において公開シンポジウム「縄文人と森ー越後平野の原風景」として開催した(http://hisbot.jp/meetings/過去の大会/第27回大会)。また、2013年3月に首都大学東京において企画展「紀元前540年ー縄文の森とムラづくりー」を開き、その一環として3月16, 17日の2日にわたって最終報告を兼ねて分担者、連携研究員、協力者14名による講演会とシンポジウムを開催した(http://tmu-gakugei.jp/exhibition/temporary.html)。予定していた調査がほぼできたことに加えて、従来得られている試料やデータの解析、検討方法を工夫することで様々な知見が得られつつあるため。24年度が最終年度であるため、記入しない。最終年度であるため、とりまとめ・公表を主体とし、実験・研究は基本的に従来進めてきたものの残りないしは補足的なものにとどめる(例えば炭化材の分析)。今まで通常の年輪年代、放射性炭素年代を併用することで従来の考古学と比べて高精度な時間軸をつけた議論を進めてきたが、一部、例えば青田遺跡のS3とS1,2層期の関係など確実性の低い推定もある。このため、年輪幅に加えて酸素同位体を用いた年輪年代の解析を開始した。最終年度ではあるが、この分析を進めて少なくとも青田遺跡に関しては信頼性の高い年代を確定する。
半導体基板とヘリックス遅波線路とを混成した構造を有する固体進行波型増幅素子の試作

1.固体進行波素子用半導体薄膜動作層の作成と評価効果的な固体進行波相互作用を得るためには、相互作用領域である半導体薄膜への電子の閉じこめと薄膜の最適厚化が重要である。このため、InGaAs MIS構造の作製、および評価を行った。遅波線路にバイアス電圧を印加して電子の閉じ込めの状態を変えることで固体進行波相互作用を電気的に制御することを考えると、素子の基本構造にフェルミ準位のピンニングを除去したMIS構造を用いることが必要である。ここではSi超薄膜により半導体-絶縁体界面を制御したInGaAs MIS構造をMBE法を用いて作製し、界面制御によりフェルミ準位のピンニングが除去されたInGaAs MIS構造の作製に成功した。2.共振型遅波線路を有する固体進行波素子の作製と評価相互作用領域をInPとし、共振型遅波線路として交流結合インタディジタル遅波線路を用いた固体進行波素子を製作し、その進行波相互作用を確認した。しかし共振型遅波線路を用いた場合には正味の相互作用が小さかった。この原因は、共振型遅波線路に存在する後進波成分の損失が進行波成分による相互作用による利得をうちけし、正味の利得を小さくしてしまうためであることが固体進行波相互作用を実効誘電率で記述した理論により判明した。3.半導体基板とヘリックス遅波線路とを混成した構造を有する固体進行波型増幅素子の試作上記2の結果にもとづき、半導体基板とヘリックス遅波線路とを混成した構造を有する固体進行波型増幅素子をグリーン関数法を用いたマルチコンダクタマイクロストリップ線路の電磁界解析により設計した。また予備実験として高周波用プリント基板を用いてヘリックス型遅波線路の製作を行ない、実験結果を理論的検討と比較した結果、広帯域のヘリックス遅波線路の製作に成功した。これらの成果をふまえて、上記の素子を試作した。1.固体進行波素子用半導体薄膜動作層の作製と評価効果的な固体進行波相互作用を得るためには、相互作用領域である半導体薄膜への電子の閉じこめと薄膜の最適厚化が重要である。このため、次の2種類の溝造の作製、評価を行った。(1)AlGaAs/InGaAs/GaAs構造MBE法により、AlGaAs/InGaAs/GaAs構造を作製した。量子ホ-ル効果測定により、AlGaAs/GaAs構造に比べて二次元電子濃度が大きくなることが判明した。これにより、InGaAs層の厚さを制御することで電子の閉じこめとその最適厚化が可能であることが確認された。(2)InGaAsMIS構造遅波線路にバイアス電圧を印加し電子の閉じこめの状態を変えることで固体進行波相互作用を電気的に制御することを考えると、素子の基本構造にフェルミ準位のピンニングを除去したMIS構造をもちいることが必要である。ここではSi超薄膜により界面制御したInGaAs MIS構造をMBE法を用いて作製し、界面制御によるフェルミ準位ピンニングの除去されたInGaAs MIS構造の作製に成功した。しかし共振型遅波線路を用いた場合に正味の相互作用が小さく、これは共振型遅波線路に存在する後進波成分の損失が進行波成分による相互作用による利得をうちけしてしまうためであることが固体進行波相互作用を実効誘電率で記述した理論により判明した。

3.新しい固体進行波増幅器用ヘリックス型プレ-ナ遅波線路の設計と作製上記2の結果にもとづき、遅波線路に後進波成分の存在しない進行波型遅波線路として、半導体基板に混成可能な構造を有するヘリックス型プレ-ナ遅波線路を、グリ-ン関数法を用いたマルチコンダクタマイクロストリップ線路の電磁界解析により設計し、その製作を行なった。1.固体進行波素子用半導体薄膜動作層の作製と評価効果的な固体進行波相互作用を得るためには、相互作用領域である半導体薄膜への電子の閉じこめと薄膜の最適厚化が重要である。このため、InGaAs MIS構造の作製、および評価を行った。遅波線路にバイアス電圧を印加して電子の閉じ込めの状態を変えることで固体進行波相互作用を電気的に制御することを考えると、素子の基本構造にフェルミ準位のピンニングを除去したMIS構造を用いることが必要である。ここではSi超薄膜により半導体ー絶縁体界面を制御したInGaAs MiS構造をMBE法を用いて作製し、界面制御によりフェルミ準位のピンニングが除去されたInGaAs MiS構造の作製に成功した。2.共振型遅波線路を有する固体進行波素子の作製と評価相互作用領域をInPとし、共振型遅波線路として交流結合インタディジタル遅波線路を用いた固体進行波素子を製作し、その進行波相互作用を確認した。しかし共振型遅波線路を用いた場合には正味の相互作用が小さかった。この原因は、共振型遅波線路に存在する後進波成分の損失が進行波成分による相互作用による利得をうちけし、正味の利得を小さくしてしまうためであることが固体進行波相互作用を実効誘電率で記述した理論により判明した。3.半導体基板とヘリックス遅波線路とを混成した構造を有する固体進行波型増幅素子の試作上記2の結果にもとづき、半導体基板とヘリックス遅波線路とを混成した構造を有する固体進行波型増幅素子をグリ-ン関数法を用いたマルチコンダクタマイクロストリップ線路の電磁界解析により設計した。また予備実験として高周波用プリント基板を用いてヘリックス型遅波線路の製作を行ない、実験結果を理論的検討と比較した結果、広帯域のヘリックス遅波線路の製作に成功したことが判明した。