hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
排卵中枢キスペプチンニューロンを制御する上位ネットワークの解明

当初の計画以上に進展している理由は主に、雄ラットから放出されるフェロモン等の化学物質によって雌ラットの排卵中枢のAVPVキスペプチンニューロンが刺激されLHサージが増強されることを明らかにした点,およびAVPVのキスペプチンニューロンに発現する2種類のGタンパク共役型受容体のノックアウトラットの作出,また経シナプスのトレーサーであるWGAを発現するトランスジェニックラットの作出が順調に進行している点である。ラットにおいて,オス由来の嗅覚刺激により雌ラットの排卵中枢のキスペプチンニューロンが活性化され,LHサージが増強されるという現象は,他に報告はなく貴重な知見を得ることができた。また,昨年度に当該研究室において明らかにした次世代シーケンサーによる結果を用いて,AVPVのキスペプチンニューロンに発現する遺伝子群から,リガンドが未知のオーファンGタンパク共役型受容体を2つ(以下,それぞれをGPCR-A,GPCR-Bと受容体の名称を伏せて表記する)を抽出し,CRISPR/Cas9システムを用いてノックアウトラットの作出を目指している。GPCR-Aを標的とした実験群では17頭,GPCR-Bを標的とした実験群では1頭の産仔を得ることができた。現在,シーケンサーで配列を確認しており順調に進行している。また,経シナプスのトレーサーであるWGAを発現するトランスジェニックラットも,Kiss1CreERラットが2系統,CAG-floxed WGAラットも1系統得られ,順調に進行していると言える。本研究の応用に資する論文を仕上げて投稿し、学術誌への掲載が決定したため、本年度の研究進捗状況は当初の計画以上であると言える。27年度が最終年度であるため、記入しない。今後の研究推進方策は,昨年度の研究により明らかとなった雌ラットの嗅覚刺激により雌ラットのAVPVキスペプチンニューロンの発現上昇を介し,LHサージが増強されるメカニズムとこの現象を引き起こす雄ラット由来の物質の探索,およびトランスジェニックラットを作出し,キスペプチンニューロンを上位で制御するメカニズムを解明することである。具体的には,オス由来の嗅覚刺激により,雌ラットの鋤鼻器のどの領域の受容体が活性化しているかどうかをニューロンの活性化マーカーであるcFosタンパクの発現を指標に明らかにすることを目指す。合わせて,雄由来の物質が揮発性であるか,雄性ホルモン由来の物質であるか,物質の特性を明らかにする。また,排卵中枢キスペプチンニューロンに発現するキスペプチンニューロンに発現する2種類のGタンパク共役型受容体のノックアウトラットの作出,および経シナプスのトレーサーであるWGAを発現するトランスジェニックラットの作出も継続して行い,目的の表現型をもった動物を得られた後,すぐに解析をおこなう。解析に必要な抗体等の準備はすでにそろっているため,それぞれのトランスジェニックラットが生まれたときにはスムーズに解析にうつれる。
スンクスにおける脂肪幹細胞の分布と分化能の解析

スンクスの精巣上体,後腹膜,皮下白色脂肪組織ではその脂肪幹細胞は存在していたが,腸間膜では皆無であることが判明した。スンクスの腸間膜から細胞を分離,培養した結果,成熟脂肪細胞には全く分化しなかった。スンクスの脂肪移植実験には,腸間膜組織を皮下脂肪環境下におくことで,腸間膜脂肪の誘導分化までに至らなかった。スンクスに高脂肪食を与えた場合と,スンクスの毎日の摂食量は少なかったが,毎日摂食したカロリー量は変わらなかったため,スンクス体重の変化はなく,腸間膜脂肪の形成もなかった。スンクスは高カロリー負荷に対して抵抗性があると推測された。内臓脂肪の蓄積は、糖尿病、高脂血症、高血圧などの生活習慣病や動脈硬化性疾患の発症に深く関与している。これまで、肥満とその病態の解明には、高脂肪食負荷モデルやレプチン関連遺伝子変異動物が用いられてきた。本研究では、ジャコウネズミ属のスンクス(Suncus murinus)の脂肪組織について、詳細に検討を行った。肉眼的・顕微鏡的に、スンクスには精巣上体(Epi)、後腹膜(Ret)、皮下(SQ)白色脂肪組織(WAT)が存在することを確認できたが、腸間膜(Mes)にはWATは全く存在しなかった。肩甲骨周囲の褐色脂肪(Br)組織は確認できた。Mes WATの存在しない理由を明らかにするため、脂肪幹細胞の存在の有無をフローサイトメトリーを使って調べた。PI+CD31+Lin+細胞(死細胞、内皮細胞、血球系分化細胞)をまず除外し、組織重量当たりの脂肪幹細胞CD34+CD29+Ly6A/E(Sca1)+CD24+細胞数を調べた。スンクスのEpi、Ret、SQ、Brではその存在が確認できたが、Mesでは全く検出できなかった。マウスではMesにCD34+CD29+Ly6A/E(Sca1)+CD24+細胞が一番多く存在していた。スンクスのMesではCD34+細胞数は、Epi、Ret、SQ、Brの3倍以上であった。脂肪組織より単核細胞を分離して脂肪細胞への分化誘導培地で2週間培養しても、スンクスMes由来の細胞はOil Red O染色陽性となる成熟脂肪細胞には全く分化しなかった。以上の結果から、スンクスは内臓脂肪、特に腸間膜脂肪の無い動物モデルとして肥満研究に有用と考えられ、脂肪幹細胞の発生、遊走、維持、分化のメカニズムを考える上でも重要であると考えられた。内臓脂肪の蓄積は,高血圧,高血糖,脂質代謝異常などさまざまな生活習慣病や動脈硬化性疾患の発症に深く関与している。これまで,肥満とその病態の解明には,肥満患者や,肥満型実験動物における高脂肪食負荷モデルやレプチン関連遺伝子変異動物を対象にした内臓脂肪蓄積の測定と画像診断,中性脂肪の代謝遅延,インスリン抵抗性,アディポサイトカイン,生活習慣との関連,食事や運動による治療など,すでに肥満になっている状態の解析,あるいは肥満状態を作成するアプローチのみであり,脂肪組織・細胞,特に内臓脂肪の代表である腸間膜脂肪組織・細胞を欠損したモデルからのアプローチはこれまでには全く無い。我々の最近の研究により,スンクスの体重が生後二ヶ月以降ほとんど変わらず,内臓脂肪である腸間膜脂肪も蓄積しないことを見出し,スンクスは抗内臓脂肪蓄積の実験動物モデルとして,肥満・脂肪細胞分化の研究に有用であることを報告してきた。スンクスの抗肥満・抗内臓脂肪蓄積の特性のメカニズムを解明するため,スンクスに高脂肪食を与え,食餌誘導性肥満を起こす実験を行い,その体重,全身の脂肪,血清脂質などの変化を検討した。高脂肪食に対してスンクス体重の変化はなく,腸間膜脂肪の形成はなかった。スンクスの抗肥満特徴は低脂肪食が原因ではなく,脂肪代謝あるいは全く新規のメカニズムによるものと考えられた。本研究はこれらの研究結果を踏まえ,スンクスの脂肪幹細胞に注目し,脂肪幹細胞の同定,その存在・分布の解析と成熟脂肪細胞への分化能について検討する。我々の最近の研究により,スンクスの体重が生後二ヶ月以降ほとんど変わらず,内臓脂肪である腸間膜脂肪も蓄積しないことが明らかとなり,スンクスは抗内臓脂肪蓄積の実験動物モデルとして,肥満・脂肪細胞分化研究に有用であることを報告してきた。本研究は,スンクスの脂肪幹細胞に注目し,脂肪幹細胞の同定,その存在・分布の解析と成熟脂肪細胞への分化能についても検討した。その結果,脂肪幹細胞と考えられるCD34+CD29+Ly6A/E(Sca1)+CD24+の存在を確かめるとともに,定量的解析を行うと,精巣上体,後腹膜,皮下白色脂肪組織ではその脂肪幹細胞は存在していたが,腸間膜では皆無であることが判明した。スンクスの腸間膜から細胞を分離,培養して分化誘導培地で2週間培養を試みたが,脂肪染色であるOil Red O染色陽性となる成熟脂肪細胞には全く分化しなかった。更に,in vivoで脂肪幹細胞分化誘導因子であるPioglitazoneの投与や,満腹中枢破壊・視床下部性肥満の誘導法であるGold Thioglucoseの腹腔内投与を行ったが,腸間膜脂肪の誘導分化に至らなかった。皮下脂肪・腸間膜組織間の相互移植実験も行い,腸間膜組織を皮下脂肪環境下におくことで成熟脂肪細胞が発生するかどうかを確かめたが,腸間膜脂肪の誘導分化までに至らなかった。

加えて,スンクスのエネルギー吸収・代謝を調べ,食餌誘導性肥満を起こす実験を行うため,スンクスに高脂肪食を与え,その体重,全身脂肪,血清脂質および糞の脂質成分の変化を検討した。通常の餌に比べ,高脂肪食を与えた場合は,スンクスの毎日の摂食量は少なかったが,毎日摂食したカロリー量は変わらなかったため,スンクス体重の変化はなく,腸間膜脂肪の形成もなかった。スンクスは高カロリー負荷に対して抵抗性があると考えられる。スンクスの精巣上体,後腹膜,皮下白色脂肪組織ではその脂肪幹細胞は存在していたが,腸間膜では皆無であることが判明した。スンクスの腸間膜から細胞を分離,培養した結果,成熟脂肪細胞には全く分化しなかった。スンクスの脂肪移植実験には,腸間膜組織を皮下脂肪環境下におくことで,腸間膜脂肪の誘導分化までに至らなかった。スンクスに高脂肪食を与えた場合と,スンクスの毎日の摂食量は少なかったが,毎日摂食したカロリー量は変わらなかったため,スンクス体重の変化はなく,腸間膜脂肪の形成もなかった。スンクスは高カロリー負荷に対して抵抗性があると推測された。本研究におきまして、スンクスの脂肪幹細胞の分布・分化能を解析するため,次の四点を解明したい。1.スンクス脂肪幹細胞の同定を行う。続いてその存在・分布を調べる。特に腸間膜において脂肪幹細胞が存在しているか?2.食餌・薬剤により,全身の脂肪,特に腸間膜脂肪の分化・誘導が可能なのか?3.満腹中枢破壊による視床下部性肥満の誘導法で,スンクスの肥満・腸間膜脂肪の形成を導くことが可能なのか?4.皮下脂肪と腸間膜組織の間の相互移植により,腸間膜に脂肪の分化・誘導が可能なのか?平成26年度に、研究計画のとおり、「Gold Thioglucoseの腹腔内投与によるスンクスの肥満誘導実験」および「Pioglitazoneの投与によるスンクスの脂肪幹細胞の分化誘導実験」を行った。予想のとおり研究が進んでいる。消化器系自律神経と癌の転移本研究はこれまでに予定のとおり進行しており、現在研究計画についての変更はない。これから予定のとおり、「スンクス脂肪移植実験」を行い、最終年度にこれまでの研究結果をまとめる予定である。交付申請書に我々は次の「研究目的」を記載していた。スンクスの脂肪幹細胞の分布・分化能を解析するため,次の四点を解明する。特に腸間膜において脂肪幹細胞が存在しているか?2.食餌・薬剤により,全身の脂肪,特に腸間膜脂肪の分化・誘導が可能なのか?3.満腹中枢破壊による視床下部性肥満の誘導法で,スンクスの肥満・腸間膜脂肪の形成を導くことが可能なのか?4.皮下脂肪と腸間膜組織の間の相互移植により,腸間膜に脂肪の分化・誘導が可能なのか?研究計画には平成25年度は次の三つが記載されている。1.スンクス脂肪幹細胞の同定,その存在と分布状況の調査。2.スンクス内臓脂肪幹細胞の成熟分化誘導の調査。3.組織学的なアプローチによるスンクス脂肪幹細胞の存在の調査。上記のとおりに実行し、予想した結果を得られた。参加しようと思っていた学会の論文が採択されなかったため、今年度は参加を見送った。本研究を遂行する上で、一年目が終わりにあたり、予定の通り進行しており、現在研究計画の変更について、考えていない。
分裂酵母の浸透圧応答と情報伝達機構の解析

原核ならびに真核微生物の遺伝子発現と環境応答機構という生命現象の基本的側面を理解することは、生命科学の基礎研究のみならず、分子生物学や農芸科学分野の発展にも直接結びつくと期待される重要な研究課題である。細胞にとっての様々な環境要因の内でも、特に浸透圧は、その重要性にもかかわらず最も理解の遅れている環境応答系の一つである。本研究は分裂酵母の浸透圧応答系をモデルとして環境応答の分子機構を解明しようとするものである。本研究期間中に得られた具体的成果を、以下に列挙する。1、分裂酵母より種々の浸透圧感受性変異株を分離した。2、これらの変異株に浸透圧耐性を付与するものとして2種類のグリセロール3リン酸デヒドロゲナーゼの遺伝子(gpdl^+とgpd2^+)を取得した。gpdl^+欠失変異株のみが浸透圧感受性を示すことを明らかにした。3、gpdl^+遺伝子の発現は高浸透圧条件下でmRNAレベルで誘導されることを確認した。また、この遺伝子の倍地浸透圧に応答した転写開始点を決定した。4、gpdl^+遺伝子の発現は高浸透圧条件下で誘導されるが、それにはMAPキナーゼカスケード(Wisl-Styl系)が関与していることが明らかになりつつある。gpdl^+の発現様式をWislカスケードとの関わりについて解析したところ、その発現が確かにWislの支配下にあることを確認した。さらに、4、で決定した転写開始点の上流52から92塩基対の領域に、浸透圧に応答した発現調節に必要なシス配列が存在することを明らかにした。決定した調節領域にはWislカスケードの支配下にある転写因子Atflの結合部位と思われる配列が認められた。今後、Atfl^+も含めこのプロモーターの発現を直接支配する転写因子などの同定と遺伝子の取得を含めた解析を行う。5、一方、wisl^+とstyl^+の欠失変異株を同時に抑制できる多コピーサプレッサーの検索を行い、3種類の候補遺伝子を取得した。これらの遺伝子の浸透圧応答との関連、ならびに情報伝達ネットワークとの関わりについて、現在、研究を進めている。本研究では分裂酵母の浸透圧応答と情報伝達機構を明らかにするために、高浸透圧感受性変異株を複数取得した。これらの中で最も浸透圧感受性の高い1株について、その感受性を相補する遺伝子を分裂酵母のDNAライブラリーより検索した。その結果、2種類のグリセロール-3ーリン酸デヒドロゲナーゼをコードする遺伝子(gpd1^+とgpd2^+)が取得できた。これら2つの遺伝子をそれぞれ欠失させ、その表現型を調べたところ、gpd1欠失変異株のみが高浸透圧感受性を示した。次にグリセロールの合成能を調べたところ、野性株では高浸透圧条件下でわグリセロールの合成量が上昇し、さらにそれが細胞内に高度に蓄積することが明らかとなった。一方、gpd1欠失変異株ではグリセロールの合成および細胞内蓄積が顕著に低下していた。さらにgpd1^+の転写は高浸透圧時に顕著に誘導されることも明らかになった。これらのことより、分裂酵母では高浸透圧時に、細胞内にグリセロールを多量に蓄積することが高浸透圧適応に重要であり、それは主にgpd1^+の転写のレベルでの調節によるものであることが明らかとなった。

一方、他の研究者らによって、MAPキナーゼのホモログであるWis1の欠失変異株が高浸透圧感受性になることが示唆されていた。我々は、取得したgpd1遺伝子を多コピーでWis1欠失変異株に導入すると浸透圧感受性が相補されることを見い出した。さらにWis1欠失変異株ではgpd1^+遺伝子の発現がわずかにしか認めらず、細胞内にグリセロールも蓄積されないことを明らかにした。以上の琴からgpd1^+遺伝子がWislが関与するMAPキナーゼカスケードの支配かにあると結論した。現在、これまでに取得した他の高浸透圧感受性変異株についても、その感受性を相補する遺伝子のの検索を進めるとともに、新たに高浸透圧応答変異株の取得をすすめている。原核ならびに真核微生物の遺伝子発現と環境応答機構という生命現象の基本的側面を理解することは、生命科学の基礎研究のみならず、分子生物学や農芸科学分野の発展にも直接結びつくと期待される重要な研究課題である。細胞にとっての様々な環境要因の内でも、特に浸透圧は、その重要性にもかかわらず最も理解の遅れている環境応答系の一つである。本研究は分裂酵母の浸透圧応答系をモデルとして環境応答の分子機構を解明しようとするものである。本研究期間中に得られた具体的成果を、以下に列挙する。1、分裂酵母より種々の浸透圧感受性変異株を分離した。2、これらの変異株に浸透圧耐性を付与するものとして2種類のグリセロール3リン酸デヒドロゲナーゼの遺伝子(gpd1とgpd2)を取得した。gpd1欠失変異株のみが浸透圧感受性を示すことを明らかにした。3、gpd1遺伝子の発現は高浸透圧条件下でmRNAレベルで誘導されることを確認した。また、この遺伝子の倍地浸透圧に応答した転写開始点を決定した。4、gpd1遺伝子の発現は高浸透圧条件下で誘導されるが、それにはMAPキナーゼカスケード(Wis1-Sty1系)が関与していることが明らかになりつつある。gpd1の発現様式をWis1カスケードとの関わりについて解析したところ、その発現が確かにWis1の支配下にあることを確認した。さらに、4、で決定した転写開始点の上流52から92塩基対の領域に、浸透圧に応答した発現調節に必要なシス配列が存在することを明らかにした。決定した調節領域にはWis1カスケードの支配下にある転写因子Atf1の結合部位と思われる配列が認められた。今後、Atf1も含めこのプロモーターの発現を直接支配する転写因子などの同定と遺伝子の取得を含めた解析を行う。5、一方、wis1とsty1の欠失変異株を同時に抑制できる多コピーサプレッサーの検索を行い、3種類の候補遺伝子を取得した。これらの遺伝子の浸透圧応答との関連、ならびに情報伝達ネットワークとの関わりについて、現在、研究を進めている。
コミュニケーションにおける感覚モダリティシステムの研究

微細な物体の特徴を見出すために、力覚および視覚フィードバックを使った複合現実感システムを研究開発した。ユーザーが微細物体に触れているかのように力覚を感じることができるようにするために、ハプティックデバイスと複合現実感システムを構成した。本研究の成果は、ユーザーが微細物体に触れているかのように力覚を感じることができる複合現実感システムの検証について述べる.微細な物体の特徴を見出すために、力覚および視覚フィードバックを使った複合現実感システムを研究開発した。本研究の成果は、ユーザーが微細物体に触れているかのように力覚を感じることができる複合現実感システムの検証について述べる.マイクロ・ナノレベルである微小物体の感覚量やこれまで不適であった皮膚などを用い,実物体と仮想物体の重畳的画像から複合現実感を提示・教示する感覚モダリティシステムを構築し,人間の不定な感覚量を新たな感覚モダリティとして提供し,伝えることのできるコミュニケーション支援システムを提案するために,当該年度では,微細物体の力覚(反力)および視覚のシミュレータ,顕微操作操作および触覚システム,また,意識と情動を表出するコミュニケーションシステムの構築を行った.開発したハプティックデバイスは,対向させたネオジムマグネットで作られる磁束と,その間に線輪を置いた可動線輪型ハプティックデバイスを提案する.この形式のアクチュエータは,慣性モーメントを小さく,高い発生力を有することができるため,幅広いバンド幅が得られ,結果,反力や弾性に関わる幅広い制御剛性を実現し,触覚部にカンチレバーを搭載して,微細物体の力覚(反力)を検知し,顕微操作操作および触覚システムを構築することができた.さらに,カンチレバーをRS-232C通信ポートを介して接続されたピエゾステージ制御コントローラとともに,顕微鏡画像処理インターフェイスよって,顕微鏡に取り付けたデジタルカメラからの微細物体の映像をリアルタイム処理する.取り込んだ画像をグレースケール化し,平滑化やエッジ抽出,二値化などの処理を経てカンチレバー部のみ抽出し,カンチレバー部分をトラッキングしながら変形を追うことで現在の試料の硬さを測定する.また,カンチレバー部のみのトラッキングを行うことで,画像処理範囲を少なくし,効率化を図った.このようなシステムを用いて,人体の産毛(直径13μm)の力覚を計測できることができ,触れる感覚の模擬を可能とするシステムであることが検証できた.マイクロ・ナノレベルである微小物体の感覚量やこれまで不適であった皮膚などを用い,実物体と仮想物体の重畳的画像から複合現実感を提示・教示する感覚モダリティシステムを構築し,人間の不定な感覚量を新たな感覚モダリティとして提供し,伝えることのできるコミュニケーション支援システムを提案する.昨年度までに,微細物体の力覚(反力)および視覚のシミュレータ,顕微操作および触覚システム,また,意識と情動を表出するコミュニケーションシステムの構築を行い,人体の産毛(直径13μm)の力覚計測を可能とした.当該年度では,引続きシステムの構築を行い,マイクロからマクロまで反力および力覚操作を検証するために,ワンチップマイコンやハプティックデバイスの性能向上を行った.ワンチップマイコンに関しては,制御アルゴリズムの効率を改善させ,また,ハプティックデバイスはトルク定数をおよそ30%向上させることができた.このようなシステムで,疑似皮膚(シリコン)を用いて,粘弾性を含む静的特性と動的特性を計測・解析し,反力および力覚の検証を被験者数名により行った.結果として,力覚は物体の静的な特性を用いた方が,実体を直接触れたときと似ているという傾向を示した.しかしながら,物体の変形を仮想表示するシミュレータ上では,動的な特性によるパラメータを利用する方がより自然な変形を模擬できているのではないかという指摘があった.また,非常に柔らかい,ソフトな力覚,あるいは,一方向への拘束性などの問題も指摘された.そのため,このような問題を改善するため,技術的な改善点を考察し,ADなどの変換器の入出力ポートや2自由度化への再設計を行い,来年度はこれらを踏まえて,更なる検証を遂行するマイクロ・ナノレベルである微小物体の感覚量やこれまで不適であった皮膚などを用い,実物体と仮想物体の重畳的画像から複合現実感を提示・教示する感覚モダリティシステムを構築し,人間の不定な感覚量を新たな感覚モダリティとして提供し,伝えることのできるコミュニケーション支援システムを提案するために,当該年度では,微細物体の力覚(反力)および視覚のシミュレータ,顕微操作および触覚システム,また,意識と情動を表出するコミュニケーションシステムの構築を行った.開発したVCモータ型ハプティックデバイスを,物体の表面形状に応じた力覚操作を得るために,当該年度はハプティックデバイスを2自由度機構への拡張を行った.これまでの上下運動とともに,前後方向の運動を行うために,PSDセンサとレーザーを用いた計測機器を構成した.この2自由度機構の変更にともない,組込みシステムのポートを利用した信号出力形式として,ハプティックデバイスの精度と応答性の向上を図った.このような変更を行い,30Hz以上の幅広いバンド幅が得られ,結果,2Hz程度からの正確な弾性を表現することを可能とした.また,画像処理システムの構成を見直し,カンチレバー部のトラッキングの改良,物体形状に応じた操作を可能とするためのインタフェースの構築を行い,視覚,力覚の複合的な感覚を提示する方法を開発することができた.

このようなシステムを用いて,微小弾性物体の表面をなでる操作の他,水,オイル等の表面張力をを計測できることができ,触れるとともに,見る感覚を複合したモダリティシステムを構成でき,言葉で表せない感覚の模擬を可能とするシステムであることの有用性を示すことができた.
マントル最下部における珪酸塩の溶融関係に関する実験的研究

本研究課題では、レーザー加熱ダイヤモンドアンビルセルによる高温高圧発生技術を用い、マントル最下部に存在する鉱物の溶融現象がもたらす様々な影響を実験的に調べることを目的として研究を行った。研究開始当初は、より単純な鉱物の高温下での相関係を調べることを目指したが、この条件では必然的にマントル最下部と接する地球核の溶融鉄が反応系として含まれてくることがより現実的な議論を生み出すことから、いくつかの系では溶融鉄と(溶融)ケイ酸塩の反応関係を調べることになった。また、溶融関係だけでなくマントルダイナミクスに重要な影響を及ぼす含水相の安定性に関しても研究を行った。計画初年度に導入したスパッタリング装置を用いた加熱用吸収膜や断熱材の薄膜形成技術、高エネルギー加速器研究機構放射光実験施設およびSPring-8での放射光X線その場観察実験や、各種光学分光法も同一試料に対して可能とするために新たに開発した対称形ダイヤモンドアンビルセルを用い、両面加熱法による温度の均一化・安定化を推し進めた。また、回収試料に対するレーザー加工機や収束イオンビーム加工機を用いた微細加工、およびこれらの技術で得た回収試料に対する電子顕微鏡観察や組成分析などの微小分析技術を総合して、140GP,4000Kに至る極端条件下の実験と試料の分析を可能とした。その結果、核一マントル境界で溶融鉄とケイ酸塩ペロブスカイト及びポストペロブスカイト相が反応して地球核中に珪素と酸素を供給し得ること、マントル全域に渡ってケイ酸塩よりもマグネシオウスタイトに鉄成分が濃集すること、熱源として重要なカリウムが地球核に有意に溶け得ること、高圧含水層であるδ-ALOOH相が100GPa,2000Kに至る条件でも脱水せずに安定相として存在すること、K-ケイ酸塩の高圧多形の安定領域に関してポストホーランダイト相が100GPa,3000Kの条件でも安定に存在できること等を示した。本年度は、新たに導入したスパッタリング装置の立ち上げ、及び高温高圧用のダイヤモンドアンビルセルの作成を行い、これらの装置を用いた室内実験、放射光実験と回収試料の分析実験を行った。スパッタリング装置には蒸着ターゲットとしてFe、MgO、Al2O3を導入し、それぞれのスパッタリングの最適化条件を調べた。その結果、それぞれのターゲットにおいて1-2ミクロンの均一で強固な膜を試料に蒸着する事が可能となった。高温用ダイヤモンドアンビルセルは冷却機構を追加する事で加熱中の圧力変化や測定位置の変化を回避する事が出来る仕様になった。高圧下における溶融実験は、MORB試料、天然オリビン、Fe-FeS系の試料を用い、本研究室に設置されているレーザー加熱装置又は高エネルギー加速器研究機構放射光実験施設に設置されたレーザー加熱装置を用いて行った。MORBに関しては約130GPa-3000Kまでの条件で実験を行い、全溶融に至るまでの相についてX線によるその場観察を行った。その結果、低圧側では溶融直前までの相が主として2Pv+Stで有るのに対して、100GPa領域では溶融直前までCMA-Pv相が観察される事が新たに分かった。また、Fe-FeS系の実験では135GPa-2000Kまでの溶融関係を調べ、レーザーの吸収効率変化を調べる事により、溶融又は部分溶融による急な温度変化を決定できる事が分かった。この結果、50-60GPaで溶融曲線の変化が見られ、高圧側では融点の圧力変化が小さくなる事が分かった。

このFe-FeS系試料に関しては、回収試料のSEM観察を行う事により、出発相からの固相反応領域と溶融領域が確認できる事がわかった。また、高圧領域での結晶相の高圧X線その場観察実験からは、ソリダス相がFe3S+FeからFe2S+Feへと変化しており、溶融曲線の変化に対応していると考えられる。本年度は、昨年度に導入したスパッタリング装置、レーザー加熱用ダイヤモンドアンビルセルを用い、昨年に引き続きこれらの装置を用いた室内実験、放射光実験と回収試料の分析実験を行った。昨年、回収試料実験を行ったFe-FeS系の実験に関し、SPring-8を用いたX線その場観察実験を行い、120GPaまでの融点直下の相変化を調べた。この結果、回収実験とほぼ整合的な回折線の変化が得られている。また、溶融鉄と各種珪酸塩との反応について調べた。核-マントル境界を想定したFe-MgSiO_3系の140GPa-3000Kまでの反応実験では、溶融鉄とポストペロブスカイト相の反応関係と濡れ関係について実験を行い、酸素と珪素がそれぞれ6wt%,4wt%溶けうる事、二面角が67°で有る事が新たに分かった。この事は核物質の一部がマントル最下部に溶融金属相として存在している可能性がある事を示している。また、核中の熱源として重要なカリウムと溶融鉄との反応関係に関して調べた結果、溶融金属鉄中に少なくとも0.8wt%のカリウムが溶解しうることを示した。またこの実験でも%オーダーの酸素が溶融鉄中に入っている事が確認されている。得られた分配係数と現在のマントルカリウム量から核中のカリウム存在度は35ppmである(Hirao et al.,GRL in press)。これは発熱量に換算すると0.23TWのエネルギー源に相等することが分かった。また、固相反応として、マントル最下部までのMgペロブスカイトーポストペロブスカイトと岩塩構造相との鉄分配に関して圧力依存性を調べた。その結果、1600Kの等温条件ではマントル最下部まで大きな変化が見られないがポストペロブスカイト相では相対的に鉄に富む事(Kobayashi et al.,GRL,2005)、また2000Kでは圧力に対して分配係数が減少する事がわかった。最終年度である今年度は、初年度に導入したスパッタリング装置、レーザー加熱用ダイヤモンドアンビルセルを用い、引き続きこれらの装置による室内の実験、放射光実験と回収試料の分析を行った。研究計画開始当初から大きな課題の一つであった地球内部最大の境界である溶融鉄と各種珪酸塩との反応関係について実験を続けた結果、より温度と圧力が安定した状態で核-マントル条件での反応実験が可能になった。また、日本電子の協力による収束イオンビーム加工機を用いた微小試料の薄膜加工技術を確立する事により、試料の任意の部位・方向の薄膜試料作成が可能となった。この結果、回収試料中の温度勾配・及び温度勾配に起因する相の変化が明瞭に観察できるようになった。また、高エネルギー加速器研究機構にあるレーザー加熱型高温高圧その場観察システムの加熱光学系を大幅に改良し、ほとんどのダイヤモンドアンビルセルでX線観察中に両面加熱・両面測温・両面光学観察が可能となった。これらの装置の改善に伴い、Fe-H2O系の実験に関して、SPring-8および、高エネルギー加速器研究機構放射光実験施設を用いたX線その場観察実験を行い、100GPaまでの融点直下の相変化を調べた。
顎顔面部神経障害性疼痛制御に向けた2光子励起顕微鏡による島皮質の解析

本年は、2つのプロジェクトを遂行した。1つ目として、温度を受容した時に大脳皮質のどこでその情報が処理されるかを検索した。過去のfMRIによる検討から島皮質がその候補となっているが、昨年度の結果から島皮質だけでなく、体性感覚野を含んだ領域をターゲットとして検索範囲を広げる必要性が考えられた。本年は圧縮した空気を鼻腔粘膜に吹き付け、その際に認められる大脳皮質の応答を膜電位感受性色素を用いた光学計測法で記録した。鼻腔粘膜への圧搾空気刺激に対する応答は短い潜時で認められ、比較的安定した記録条件の確立ができた。その後、メントールを含んだ空気を適用し、応答の変化を記録したところ、応答部位の明らかな変化は認めず、一方で、体性感覚野の応答が増大することが観察できた。これらのことから、鼻腔の冷感覚情報処理には体性感覚野が重要な役割を果たしている可能性が考えられた。2つ目として、神経障害性疼痛モデルにおける神経刺激療法(ニューロモデュレーション療法)の効果を検討した。神経障害は、通常だと熱い、冷たいと感じるような非侵害刺激に対して痛みと感じるアロディニアや痛覚過敏を誘発する。治療法の一つとして、近年、ニューロモデュレーション療法が着目されており、脳深部や脊髄に対して電気刺激を行うことで除痛効果を得ることができることが報告されているが、その除痛メカニズムについては知られていない。そこで、坐骨神経損傷モデルを用いてニューロモデュレーションがもたらす大脳皮質疼痛受容領域の応答変化を検討した。その結果、ニューロモデュレーションを行うと後肢に対する電気刺激が誘発する体性感覚野の応答面積は有意に減少することが示された。このことから、ニューロモデュレーションの効果を検討するに当たり、侵害受容情報処理を行う大脳皮質になんらかの可塑的変化が関与している可能性を踏まえて今後の研究を進める必要性が考えられた。神経障害性疼痛はしばしば難治性となり、痛みの重積は患者の大きな苦痛を引き起こし、QOLを低下させる。その難治性の原因として中枢性の神経機構の変化が考えられているがその解明には至っていない。歯髄が処理する感覚は基本的に痛みであり、歯髄刺激は侵害受容情報処理の変化を捉えるのに最適と考えた。そこで本年度は、上顎臼歯の歯髄刺激を行った時の中枢での情報処理機構が、下歯槽神経切断モデルでどのように変化しているかを明らかにすることを目的とした。実験には遺伝子改変動物のVGAT-Venusラットを用いた。このラットでは抑制性ニューロンに蛍光蛋白が発現しており、記録した神経活動が興奮性ニューロンのものか抑制性ニューロンのものかを判別可能とする。上顎臼歯歯髄からの情報は背側島皮質と二次体性感覚野の境界に存在するがすでに明らかとなっている。ウレタン麻酔下で同領域の頭蓋骨に直径約1mmの開窓を行い、カルシウム指示薬のOGB-1とアストロサイトマーカーのSR-101を微量注入した。その後上顎臼歯に電気刺激を行った時のニューロン活動を2光子励起顕微鏡によるカルシウムイメージングで捉えた。その結果、興奮性、抑制性ニューロンいずれにおいても応答するニューロン割合は下歯槽神経切断モデルで増大していた。抑制性ニューロンでは応答時の輝度変化率がモデルで上昇していることが示された。一方で興奮性ニューロンは、刺激に応答するニューロン活動が延長していた。これらのことから、下歯槽神経切断によって大脳皮質の神経活動は亢進、すなわち上顎部の痛みが増強しており、その情報処理を行う抑制性ニューロンの活動性が上昇しているにも関わらず、興奮性ニューロンの活動が持続的であることから、抑制性ニューロンによる興奮性ニューロンに対する抑制機能が低下していることが示唆された。本年度に予定した遺伝子改変動物のVenus-VGATラットに関する実験は問題無く進行し、遅れなどは生じていない。また、カルシウムセンサー蛋白のGCaMP6を神経細胞に発現したマウスを用いた検討を行うためのマウスの繁殖環境も今年度確立でき、上記内容に継続した検討を開始しているところである。神経障害は痛覚の異常を誘発し、例えば通常だと熱い、冷たいと感じるような非侵害刺激に対して痛みと感じるアロディニア等の症状が認められる。過去の神経障害性疼痛モデルを用いた検討では、温度刺激に対する閾値が低下し、アロディニアが再現されていると考えられているが、アロディニア発症時にその処理がどのように変調しているか不明である。また、温度情報を処理する脳部位は未だはっきりとはしていない。情報処理部位の変調を明らかにする前段階として、顎顔面領域の正常な温度情報処理部位が大脳皮質のどこに存在するのかを明らかにする目的で検討を行った。実験にはGCaMP6sを神経細胞に発現した遺伝子改変マウスを用いて広い視野、および個々のニューロンの活動まで観察できる二光子励起顕微鏡によるカルシウムイメージングを行った。広い視野におけるGCaMP6sを用いたイメージングはカルシウムイメージングの特徴とGCaMP6sの特性から、温度刺激のようなゆっくりとした刺激に対する応答を捉えるのに最適と予想したが、実際には自発的なカルシウムシグナルのゆっくりとした大きな揺らぎが観察され、はっきりとした応答部位の検出に至らなかった。これに対応するため、舌への電気刺激に応答する部位が島皮質の吻側部、尾側部に分かれて存在することを、膜電位感受性色素を用いた光学計測法で確認し、これらの応答部位に対して2光子励起顕微鏡によるニューロンレベルでの検索を行った。その結果、島皮質の尾側の一部ニューロンは温冷刺激時に一過性のカルシウムの上昇を示した。

脊髄のニューロンでは熱刺激には持続的な応答を示し、一方で冷刺激には温度変化時の一過性の応答を示すが報告されている(Ran et al., 2016)。しかしながら、島皮質尾側部において持続的な応答を示すニューロンは今のところ極めて少数であり、今後、他の領域も含めた検討が必要と考えられる。カルシウムイメージングは活動電位が誘発される応答の中心部位を観察でき、膜電位感受性色素による光学計測法と比較してS/N比が高いという特徴がある。また、GCaMP6sは従来のカルシウム指示薬やタンパクと比較してシグナルが大きく、かつ一度上昇したシグナルは活動終了後もシグナル減衰にタイムラグがあるという特徴を有している。温度刺激は電気刺激等と異なり、刺激には時間がかかり、繰り返し刺激を行う際に時間的な揺らぎを含まざるを得ない。高シグナル、持続時間が長いというGCaMP6sの特徴は温度刺激におけるイメージング実験の難点を回避し、マクロ的視野におけるイメージングを可能にすると予想し、検討を行った。しかしながら、ミリ秒単位のイメージングでは問題とならないような秒単位の大きなカルシウムシグナルの揺らぎが視野全体に認められ、温度刺激受容部位と考えられるようなはっきりとしたシグナルは観察できなった。そこで、フラビン蛍光や血流イメージング、膜電位感受性色素によるマクロ的視野における観察も行い、一部の実験で広範囲にわたる弱いシグナル上昇を認めた。温度刺激によって応答を示す部位が内在していると考えられるが、はっきりとした応答中心部位を明らかにするには至らなかった。電気刺激を舌に行った時のマッピングを行い、その応答部位周辺で温度変化に応答するニューロンを2光子励起顕微鏡によって検索し、一部のニューロンで一過性のカルシウムシグナル変化が観察できたが、脊髄のニューロンで観察されるような持続的応答を示すニューロンは少数であり、顎顔面領域の温度情報処理を行う脳領域の同定には、他の領域における温度受容部位の検索が必要と考えられ、モデルにおける検討を遅らさざるを得ない。また、2光子励起顕微鏡の使用頻度の高さからレーザー部の劣化によるメインテナンス期間を要している。これらの結果、やや計画から遅れている。本年は、2つのプロジェクトを遂行した。1つ目として、温度を受容した時に大脳皮質のどこでその情報が処理されるかを検索した。過去のfMRIによる検討から島皮質がその候補となっているが、昨年度の結果から島皮質だけでなく、体性感覚野を含んだ領域をターゲットとして検索範囲を広げる必要性が考えられた。本年は圧縮した空気を鼻腔粘膜に吹き付け、その際に認められる大脳皮質の応答を膜電位感受性色素を用いた光学計測法で記録した。鼻腔粘膜への圧搾空気刺激に対する応答は短い潜時で認められ、比較的安定した記録条件の確立ができた。その後、メントールを含んだ空気を適用し、応答の変化を記録したところ、応答部位の明らかな変化は認めず、一方で、体性感覚野の応答が増大することが観察できた。これらのことから、鼻腔の冷感覚情報処理には体性感覚野が重要な役割を果たしている可能性が考えられた。
虚血性心疾患と関連疾患及び虚血再灌流による血管病変に関する分子病態学的研究

短時間虚血(30分以内)後の再灌流時には、血管が開くが比較的長時間(45分以上)後の再灌流時には血流が止まる(no reflow)。この現象をラットの冠動脈閉塞モデルで再現した。また、微小酸素電極を心室壁に挿入し、酸素消費量の記録により、虚血による組織酸素消費量の低下、再灌流時、短時間虚血後には酸素消費の増大、長時間虚血後にはその減少を確認した。血管は血管内皮の一酸化窒素(NO産生酵素(eNOS)のセリン(Ser1177)残基が、PI3kinase/Aktでリン酸化される結果、活性化され、拡張する。eNOS-Ser1177リン酸化を検出する抗体などを用いた免疫組織化学法により、短時間虚血後、eNOS活性化により血管が拡張し、反対にeNOS活性化抑制が、長時間虚血後、血流が停止することを見出した。また、活性酸素を産生するNADPH oxidase、及びProtein Kinase C(PKC)に対する阻害剤、及抗酸化剤が、長時間虚血による血流停止を解除することを見出した。NOは活性酸素O2-と反応してperoxynitrare(ONOO-)を生成する。ONOO-は蛋白質のtyrosine残基と反応してnitrotyroisne(NT)を生成し、その活性を阻害する。しかし、虚血再灌流時、NTの生成は血管の拡張を促進していた。また、心筋細胞の細胞死(apoptosis)をNTが促進することを見出した。4-hyrodoxynonenal(HNE)は脂質過酸化の結果生じ、細胞膜の脂質や種々のタンパク質を修飾する。また、HNE自体が細胞死に繋がる情報伝達系を活性化することが知られている。虚血再灌流時、血管壁や心筋にHNEが生成しているが、血管の開存度との関連性、心筋の細胞死との関連性は認めなかった。動脈硬化に炎症が寄与しており、炎症には酸化ストレスが寄与している。HNEの高感度測定法(時間分解蛍光測定法)を開発し、リポ多糖(LPS)注射ラットの血中、腸管粘膜のHNEが一過性に増加すること、各々、単球、形質細胞から活性酸素を発生し、HNEがIgG及びIgAを修飾することを見出した。HNE化されたIgAが腸管粘膜に広く拡散しており、また、重合体化し殺菌能を失っていた。卵巣摘出ラットに情動ストレス負荷による血圧上昇、血中HNE増加、内臓肥満、インスリン抵抗性を見出した。エストロゲン補充によって、腸間膜血管のeNOS発現が上昇し、これらの反応が抑制された。これはメタボリック症候群、及び閉経女性の心血管リスク増加を研究する最適のモデルと考えられる。若年と閉経後の女性に心理ストレス負荷をかけると、後者でのみ、ストレス負荷後、回復期に拡張期血圧が高く、血中HNE値が高値を示した。しかし、身体的ストレスでは認められなかった。卵巣摘出ラットに情動

ストレス負荷による血圧上昇、血中HNE増加、内臓肥満、インスリン抵抗性を見出した。エストロゲン補充によって、腸間膜血管のeNOS発現が上昇し、これらの反応が抑制された。これはメタボリック症候群、及び閉経女性の心血管リスク増加を研究する最適のモデルと考えられる。若年と閉経後の女性に心理ストレス負荷をかけると、後者でのみ、ストレス負荷後、回復期に拡張期血圧が高く、血中HNE値が高値を示した。しかし、身体的ストレスでは認められなかった。短時間虚血(30分以内)後の再灌流時には、血管が開くが、比較的長時間(45分以上)後の再灌流時には、血管の開存が妨げられ、血流が止まる(no reflow)。この現象を、ラットの冠動脈閉塞モデルで再現した。また、微小酸素電極を心室壁に挿入し、酸素消費量の記録により、虚血による組織酸素消費量の低下、再灌流時、短時間虚血後には酸素消賛の増大、長時間虚血後には、その減少を確認した。一般に、血管の拡張は、血管内皮の一酸化窒素(NO産生酵素(eNOS)のセリン(Ser1177)残基が、PI3kinase/Aktという酵素でリン酸化される結果、活性化されることによる。eNOS-Ser1177リン酸化を検出する特異抗体と、NOにより活性化されたguanylate cyclase(GC)を認識する特異抗体による免疫蛍光染色法により、eNOS活性化とNO産生が亢進することが、短時間虚血後再灌流時の血管拡張の原因であり、反対に、長時間虚血後、eNOS活性化が抑制されることが、血管閉塞による血流停止の原因であることを組織学的、及び生化学的分析により見出した。また、活性酸素を産生するNADPH oxidase、及びProtein Kinase C(PKC)に対する阻害剤、及び活性酸素を除去する抗酸化剤が、長時間虚血による血流停止を解除することを見出した。NOは活性酸素の一種であるO_2^-と反応して、peroxynitrare(ONOO^-)を生成する。ONOO^-)は、タンパク質のチロシン残基と反応してnitrotyrosne(NT)を生成し、その活性を阻害することが知られている。しかし、虚血再灌流時、NTの生成は、血管の拡張を促進していた。また、心筋細胞のアポトーシスによる細胞死に対して、NTが促進的に働くこと、NTの生成を抑制することによって、細胞死を抑制できることが示された。4-hyrodoxynonenal(HNE)は、脂質過酸化の結果生じ、細胞膜の脂質や種々のタンパク質を修飾する。例えば、動脈硬化巣には、HNEの生成を組織染色により示すことができ、また、HNE自体が細胞死に繋がる情報伝達系を活性化することが知られている。虚血再灌流時、血管壁や心筋にHNEが生成しているが、血管の開存度との関連性、心筋の細胞死との関連性は認めなかった。1.虚血再灌流時の血管開存における一酸化窒素と活性酸素の寄与に関する研究短時間虚血後再灌流時、血管が開く"反応性充血"は、血管内皮一酸化窒素(NO)産生酵素(eNOS)の、PI3 kinase/Aktによるリン酸化によることを、生化学的・免疫組織学的手法によって見出した。一方、長時間(>45分)虚血後再灌流時、血管が閉じる"no reflow"の原因が、Protein Kinase C (PKC), NADPHoxidase活性化を介した活性酸素生成によるeNOS活性化の阻害にあることを見出した。病態下、NADPHoxidaseや脱共役したeNOS等より活性酸素が過剰量産生され、脂質過酸化やDNA・蛋白質の障害を促し、動脈硬化や細胞死に貢献している。
走査型トンネル顕微鏡と超高真空走査型電子顕微鏡の同時測定の開発と応用

本研究は走査型電子顕微鏡(SEM)と走査型トンネル顕微鏡(STM)との複合化により、最終的には走査型LEED顕微鏡(超高真空)とSTMとを一体化し、数100μmから数〓の視野まで、連続的な操作で像が観察できるようにすることを目的とした。研究は2つの段階に分れ、第1段階は10^<-6>Torrの真空下で、SEMとSTMの複合化を行った。この段階の装置は極めて順調に進展し、いくつかの応用研究で成果をあげた。第2段階では超高真空下で操作できるSTMを開発し、この本体の性能は原子の空間分解能を10^<-10>Torrの真空下でえられることが確認された。この装置は現在走査型LEED顕微鏡(真空:10^<-10>Torr)と一体化し、試料やチップの真空外からの交換、SEMとSTMの試料位置の整合(位置決め)、吸着や蒸着又は試料温度を変化しながら、STMでその場観察できるよう改良を加えている。このような装置を開発していく間に応用研究や画像處理技術の進展もみられた。(1)応用研究MoS_2表面の結晶構造解析がSTMによって原子の分解能で行われた。これらの観察からMoS_2表面にはまれに積層欠陥による転位があり、またステップの両側では原子配列がa/3(aは格子定数)だけずれることを見出し、S-Mo-Sのサンドウィッチ層の厚さを軍位とするステップであることが確認された。MoS_2表面上のAuの成長は完全に島状成長であり、島と下地との間の接着力は、STMのチップと島との静電力で移動させることができ、その接着力は結晶画面に働くそれに比べ、10^<-6>程度小さいことを明にした。(2)画像處理STM像のフーリエ変換によって回折図形をつくり、走査型LEED顕微鏡でえられた微小領域の回折図形と比較検討できる。従って、STMと走査型LEED顕微鏡との複合化は有意義である。走査型電子顕微鏡(SEM)の試料台上に走査型トンネル顕微鏡(STM)のユニットを組込み、金属蒸着膜表面をSEMおよびSTMで同時観測することに成功した。STMのユニットは積層型のピエゾ素子を用い、やぐら型とトライ・ポッド型の2つの駆動機構を用意した。SEM本体は空気バネ上にセットされ、その固有振動数は1Hzであり、STMユニットの固有振動数は夫々6KHzおよび25KHzである。両者を組合せると、数Hzから1KHzの振動に対して、外部振動の振巾を【10^(-5)】以下に減衰させることができ、振動の振巾を0.1【A!°】以下にすることに成功した。チップはWおよびPtを機械研磨したもの、電解研磨したものを用意した。現在はWの機械研磨したものが、最も空間分解能が高く、安定なチップ特性を示している。電気的な制御系は広い周波数帯域で発振することなく動作させるため、位相変換器をとりつけたサーボ回路系を採用した。チップと試料との接近はインチ・オームを用い、10【A!°】のストロークで距離を変化できる。SEM中(真空:【10^(-7)】Torr)の試料をSEMおよびSTMで観察した。先ず、試料のドリフトを調べた。一次元(X)走査のみを行い、試料上の1つのステップの移動速度を測定した。

機械的に粗動したあと、STMユニットはピエゾ素子でクランプされるが、粗動直後はピエゾ素子のクリープで80【A!°】/minのドリフトが観測された。2時間連続測定後は3【A!°】/min以下になった。二次元STM像を研磨した銅板、マイカ上のAuの蒸着粒子、ガラス上のAu-Pd膜およびSi(111)の高温フラッシュ面について測定し、数10【A!°】、高さ数【A!°】のAu-Pd粒子の島を再現性よく記録し、位置分解能は現在1【A!°】に到達している。Si(111)面では1原子層の高さのステップが測定できた。初年度から、原子像の観察の可能性もあり、2年度からは超高真空SEMにSTMを組込んで再配列構造の研究が行われる。本年度の研究実績として次の3つの成果をあげることができる。1.MoS_2表面の格子欠陥の観察とMoS_2表面にエピタキシャル成長するAu粒子の挙動MoS_2表面は原子分解能でSTMで観察された。表面の原子構造は殆ど完全に近い。しかし、一部積層欠陥に伴う転位が表面で観察されると共に、一原子層ステップで原子配列がa/3だけずれるのが観測された。MoS_2の結晶構造から解釈して、S-Mo-Sのサンドウイッチ層でステップがおこっていることが明らかになった。MoS_2上のAuの成長は完全に島状成長方式をとり、島ができても、下地の部分は完全に清浄なMoS_2の表面であることを証明した。Auの粒子はSTMで観察中移動し、ステップ部分に集合する。STM観測中のAu粒子の動きから、Au粒子と下地との接合面における臨界剪断応力τcを定量的に求めることができた。チップとAu粒子との静電相互作用から定量的に求めたτcは一般の結晶のそれに比べ10^<-6>小さいことが分った。これが、MoS_2が潤滑剤として用いられる基本的性質であることを明らかにした。2.STMの画像処理STMの信号は計算機に取り込まれ、種々の画像処理が可能である。特にフーリェ変換は有効で、実空間の原子配列像と回折図形とを対応できる。この処法は将来走査型LEED顕微鏡でえられた100〓領域のLEED図形を解釈するのに利用できる。3.走査型LEED顕微鏡と超高真空STMの複合化超高真空STMは現在超高真空下で原子像がとれるようになった。これを走査型LEED顕微鏡と複合化するとき、試料やチップの真空外からの交換、試料位置の両顕微鏡に対する整合(位置合わせ)、高温試料観察、蒸着しながらの"その場観察等の問題がまだ残されている。
(X,eX)分光法の開発研究

(X eX)分光とは単色X線を入射させ、コンプトン効果によるX線光子と非弾生散乱された反跳電子とをコインシデンス事象として計測することである。その時、電子とX線光子の双方の角度およびエネルギーを特定できれば、入射X線のエネルギーと方向は既知であるから、運動量保存則およびエネルギー保存則から衝突前の電子の状態を直接決定できる。その可能性については以前から指摘されてきたが、実験的な困難のため、未だ成功例は無い。その実現のためには可能な限り強い単色光を励起光源とすること、散乱X線を効率よく集光すること、そして反跳電子のみを識別して効率よく検出することの3点である。本研究では(X,eX)分光法の開発を究極の目的とし、上記3点の開発研究を行った。また、(X eX)分光実現のための必要な過程として、(X X)分光とも呼ぶべきX線ラマン散乱の測定と、X線を電子に置き換えた(e,2e)実験も行った。まず、X線を効果的に集光および分光するシステムとして、R=820mm、75mmΦの球型Si(440)結晶を用いたもの、および円筒型グラファイト(004)結晶を用いたものの2種を製作し、非常に弱い散乱であるX線ラマンスペクトルを測定することに成功した(研究発表1)。ついで反跳電子のエネルギー分析をするための同心球型電子分析器(i.d.=64mm,o.d.=86mm)を製作した。これは設計値通りの約2e Vの分解能を持つことが確かめられ、(e,2e)事象を観測することに成功した(科研報告投稿中)。こうして開発した要素技術を組み合わせ、(X,eX)測定を行ったところ、時間相関を持つ信号を得ることができた。しかしこの信号はコンプトン反跳電子ではなく、光電子である可能性が強く、現在更に実験条件等を検討中である。1.励起X線用X線単色器およびそのチェンバーの製作2.試料槽チェンバーの製作3.同期検出用エレクトロニクスの購入と製作4.X,eX測定用コンピュータおよび記憶装置(光ディスクユニット)など関連設備の購入以上により、X,eX測定のための準備はほぼ整ったが、現在はシステム全体の立ち上げを行なっている段階であって、未だスペクトルの測定には至っていない。スペクトルの測定に至っていない理由は、コンプトン散乱X線(半導体検出器により検出)と散乱電子(マイクロチャンネルプレート(MCP)により検出)の同期をとることができないことにある。その原因は、MCPが意外にX線に感度が良く、電子のみならず散乱X線、蛍光X線をも検出してしまい、そのためデッドタイムが長くなって見たい信号を取り出すことができないことにある。そこでX線と電子を分離し、電子のみがMCPに入るように、電子軌道を曲げる等の工夫を種々試みている。また逆に、MCPを2次元のX線検出器として用い、電子検出器として電子増倍管を用いることなども試みつつある。次年度にはスペクトル測定の成功を期している。(X.eX)分光測定の基礎として昨年度に製作あるいは購入した励起用X線単色器と試料糟チェンバーおよびエレクトロニクス類を使用して、今年度は次の2種類の試験的なセットアップを組み、測定をおこなった。1。入射X線角度固定+散乱電子角度分布可変(マイクロチャンネルプレート、MCP使用)2。入射X線角度および散乱電子角度共に固定(偏向電極使用)