hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生体内で単一シナプス活動を可視化する技術の開発と最適化

動物個体脳内において、単一ニューロンにおける感覚シナプス入力の大規模解析を可能にすることを目的として、単一シナプス活動を観察するための3次元高速2光子顕微鏡を開発する。前年度までに開発した顕微鏡システムを用いて、128×128ピクセルのXY解像度で、深さ方向に10平面を4Hzで操作し、ニューロンの活動を捉えることに成功した。高速走査することにより、シグナル強度の低下が予想されたが、高感度検出器を用いれば十分な信号ー雑音比で観察することが狩野であることを確認した。目標とする300×300×50の解像度で観察できるように、顕微鏡のさらなる改良および最適化を進めているところである。また、得られた画像から単一スパインの活動を抽出するための画像解析プログラムを開発した。スパインの活動に応じた蛍光変化を捉え、半自動的に反応するピクセルを抽出する。未だ目視による確認と手動の修正が必要ではあるが、今後、更にアルゴリズムを改良することで、スパイン抽出の全自動化を目指す。スパインを観察するためには高倍率での観察が必要であるが、高倍率では拍動や動物の動きによる揺れが大きな問題となるため、画像の揺れ補正を含め検討することで、より効率の高いスパイン活動抽出プログラムを完成させる。開発した顕微鏡および解析プログラムを用いて、マウス体性感覚野において感覚シナプス入力の時空間パターンを解析した。感覚刺激により樹状突起上で近傍に位置するスパインが同期した入力を受け取ること、すなわち、樹状突起局所に機能的なクラスターが形成されていることが明らかとなった。さらに、感覚遮断によってこの機能的なクラスターが変化したことから、この機能的結合様式が感覚マップの形成に重要であることが示唆された。26年度が最終年度であるため、記入しない。脳内の広範囲を3次元的に高速で走査することのできる顕微鏡システムを構築する。本研究では音響光学偏向素子(AOD)と電気変調レンズ(ETL)を用いて、XY平面の走査をAODで、Z方向の走査をETLで行う。これにより、200 X 200 X 50 umの範囲を300 X 300 X 50ピクセルの解像度、>数Hzのサンプリングレートでイメージングすることを目標とする。次に、開発した顕微鏡でシナプス活動を可視化するための方法を開発する。本年度は、新しいスキャナを搭載するための顕微鏡システムについて設計を行い、顕微鏡システムの骨格について構築を行った。また、AODを用いた高速走査の前段階として、共振スキャナを用いた高速走査による実験条件の検討を行った。高速走査では1ピクセルあたりの走査時間が、通常走査に比べて極めて短いため、シグナル不足から深部イメージングに困難が予想されたが、大脳皮質においては蛍光タンパク質を発現するニューロンについて、脳深部約800um程度まで観察できることが確認された。従って、現在構築中のAODによる走査によって脳深部から十分なシグナルが得られることが予想される。また、シナプス活動を可視化するために、高感度カルシウムプローブタンパク質を大脳皮質ニューロンに導入する実験系の確立を行った。高感度カルシウムプローブタンパク質をコードするウイルスベクターを大脳皮質に注入することで、少数のニューロンにプローブを発現させ、自発シナプス入力および感覚シナプス入力を再現よく観察できることを確認した。交付申請書に記載した本年度の研究実施計画について、その目標をほぼ達成しており順調に進行している。AODを用いた高速2光子顕微鏡を完成させる。それ以外に本研究に必要な技術開発(シナプス入力可視化法、ウイルスベクターによるカルシウムセンサーの導入)はすでに完了しており、今後、構築した高速2光子顕微鏡を用いた実験に活用していく。
旋毛虫感染による宿主筋肉細胞変異の遺伝子発現動態の解析とその分子機構の解明

旋毛虫の感染により感染筋肉細胞は全く異なる細胞であるナース細胞に変異する。また、旋毛虫の異なる種であるTrichinella spiralisとT. pseudospiralisでは病理変化に大きな違いが認められる。本研究はcDNAマイクロアレイ(30,000遺伝子)を用いて、感染筋肉における遺伝子発現プロファイルを解析、比較し、大きな発現変化が見られる遺伝子をリストアップした。さらに、重要と思われる遺伝子を選択し、その発現動態や細胞の局在を検討した。その結果、1) satellite細胞の活性化・増殖を示す遺伝子Pax7、DesminおよびM-cadherinが感染筋肉細胞のsatellite細胞の活性化や増殖に関与していること、また異なる種における異なる発現動態パターンは種の異なる病理変化と関連があることが示唆された。2)多くの細胞分化変異に関連する遺伝子、例えば、MEF2C、Eya2、Galectin 1、F131、Pbx1、Pax3,IFI202a, chordin 2、S100A9、ATBF1,FoxH1,Rfx3,Sufuは感染筋肉細胞の分化およびナース細胞への変異に関与しているものと思われた。3)感染によって、細胞周期調節および増殖の関連因子であるRbx1、Cutl1、GOS2、Clusterin、Id2、cycle A2、MLF1、B-mybおよびNdrg2の発現変化が見られて、多数の細胞周期調節制御は旋毛虫種による異なる病理変化に関与していることを示した。4)アポトーシス:アポトーシス関連遺伝子Bcl6、Biklk、Pdcd11、Prodh1、Prodh2、Maged2、Atf5、Arrestin、Faim3、Ripk1およびVEGFAは感染細胞に起こるアポトーシスと抗アポトーシスに関連する病理変化に関与していることが示唆した。また、以下のシグナル経路がナース細胞形成に関与することを明らかにした。1)TGF-βシグナル経路:TGF-betaシグナル経路に関連する遺伝子(TGF-beta、Smad2、Smad4およびシグナル経路調節遺伝子c-Ski)の発現動態は感染細胞の変異過程と一致していた。免疫組織化学で解析した結果、正常筋肉細胞に比べて感染筋肉細胞ではc-Ski蛋白の発現量は増加していた。また、感染時期によってc-Ski蛋白の局在は異なり、感染早期ではEosinophilic細胞質に局在して認められ、感染中期では感染細胞の肥大核内に移行していた。以上の結果からc-Ski遺伝子がTGF-betaシグナルの転写抑制により、感染筋肉細胞の変異に関与しているものと思われた。2) Notchシグナル経路:Notchシグナル経路の調節因子Numb、MfngおよびDeltex1の発現量はT.spiralisおよびT.pseudospiralis感染ともに増加したが、発現パターンは異なっていた。この経路は筋肉の発生、発育、分化および再生を制御する重要な経路である。結果Notchシグナル経路が感染筋肉細胞の分化、変異などを制御していることが示唆した。以上の結果は多数の遺伝子群やシグナル経路が旋毛虫感染におけるナース細胞の形成及び病理変化に関与していること、種による異なる発現や発現動態が旋毛虫種の異なる病理変化と関連があることを明らかにされた。本研究は旋毛虫感染の分子メカニズムの解明に貢献するものと考える。

また、感染時期によってc-Ski蛋白の局在は異なり、感染早期ではEosinophilic細胞質に局在して認められ、感染中期では感染細胞の肥大核内に移行していた。以上の結果からc-Ski遺伝子がTGF-betaシグナルの転写抑制により、感染筋肉細胞の変異に関与しているものと思われた。2) Notchシグナル経路:Notchシグナル経路の調節因子Numb、MfngおよびDeltex1の発現量はT.spiralisおよびT.pseudospiralis感染ともに増加したが、発現パターンは異なっていた。この経路は筋肉の発生、発育、分化および再生を制御する重要な経路である。結果Notchシグナル経路が感染筋肉細胞の分化、変異などを制御していることが示唆した。以上の結果は多数の遺伝子群やシグナル経路が旋毛虫感染におけるナース細胞の形成及び病理変化に関与していること、種による異なる発現や発現動態が旋毛虫種の異なる病理変化と関連があることを明らかにされた。本研究は旋毛虫感染の分子メカニズムの解明に貢献するものと考える。旋毛虫の感染により、筋肉細胞と全く異なる細胞であるナース細胞に変異する。さらに、旋毛虫の二種、T.spiralisとT.pseudospiralisではナース細胞の形態に大きな違いが認められる。本研究は宿主筋肉細胞変異に関連する宿主遺伝子を解析することにより、その機序を解明することを目的とする。今年度はcDNAマイクロアレイ(30000遺伝子)を用いて、T.spiralis感染筋肉およびT.pseudospiralis感染筋肉における遺伝子発現を検討し、コントロールと遺伝子発現差が大きな遺伝子を選択した。その結果、T.pseudospiralis感染では924遺伝子の発現変化が見られた(up-regulationは664、down-regulationは260)。T.spiralis感染では828遺伝子の発現変化が見られた(up-regulationは648、down-regulationは180)。これらの遺伝子の内、294遺伝子の発現は二種の旋毛虫感染ともに高く、83遺伝子の発現は両者とも低くなった。また、370遺伝子の発現はT.pseudospiralisの感染でのみ高く、177遺伝子はT.pseudospiralisでのみ低くなった。354遺伝子の発現はT.spiralisの感染でのみ高く、97遺伝子はT.spiralisでのみ低くなった。これらの遺伝子の一部は細胞分化、周期制御、アポトーシス、シグナル伝達、核酸蛋白代謝と関連がある遺伝子であった。今後はこれらの遺伝子から、宿主筋肉細胞変異におけるキー遺伝子を選別して解析し、感染筋肉細胞変異を制御する遺伝子を同定する。
ナトリウムイオン依存型糖輸送体SGLT1の頂部細胞膜局在機構の分子形態学の解析

本研究は,糖輸送体の高度に分化した高等動物組織細胞内での局在分布機構,特に間接的にエネルギーを消費し能動的に糖を細胞に取り込むナトリウムイオン依存型糖輸送体SGLT1の頂部細胞膜への移送経路の解明を目的に行った.SGLT1遺伝子の発現を自在にコントロールする事によってその頂部細胞膜局在メカニズムを移送・局在機構を分離して解析するために,培地に添加するドキシサイクリンの濃度に応じてSGLT1遺伝子発現のオン・オフと発現量を調節できるシステムをMDCK細胞に組み込んだTetOff-SGLT1遺伝子発現システムを構築した.さらにこのシステムを利用し,ドキシサイクリンを培地から除去しSGLT1を発現誘導した後に培地にテトラサイクリンを再添加し遺伝子発現を停止させチェイス培養するパルス発現-チェイス培養システムを構築した.様々な時間チェイス培養した後にMDCK細胞を固定し,発現産物の細胞内局在を,凍結準超薄切片蛍光抗体染色法,共焦点レーザー顕微鏡法,蛍光顕微鏡法,免疫電子顕微鏡法などを組み合わせ解析する事によって,SGLT1が細胞内で合成された後に直接頂部細胞膜に移送されていることが明らかとなった.現在このシステムを用いて,SGLT1の頂部細胞膜への直接的な移送システムが細胞極性形成過程の何処で構築されるのかを解析中である.本研究の目的は,糖輸送体分子の細胞内局在機構を解明することである.そのため,糖輸送体SGLT1を遺伝子工学的手法によって改変し極性を持つ上皮培養細胞(MDCK細胞)に導入発現させ,その局在をレーザー共焦点顕微鏡法,凍結準超薄切片蛍光抗体染色法で観察した.野生型のSGLT1の局在は頂部細胞膜に限局していた.しかし,N末部の膜外突出部位にデリーションやアミノ酸置換などの変異を導入したcDNAクローンを上皮培養細胞に導入したところ頂部細胞膜局在がみだされ,頂部および基底側壁部の全細胞膜に局在するような,あるいは細胞膜には組み込まれず細胞質コンパートメントに局在を示すようになった.頂部細胞膜局在を乱す変異は第一膜貫通領域の直前にある9残基のアミノ酸配列内に限られていた.以上の結果は,SGLT1のN末膜外突出部位にある短い配列が頂部細胞膜局在の調節システムに深く関与していることを示唆する.このN末部配列がどのような分子システムによってSGLT1の頂部細胞膜局在を規定しているのかを探るためには,SGLT1の頂部細胞膜局在までの経路を知る必要が出てきた.SGLT1分子が細胞内で合成された後の頂部細胞膜への移送経路を解析するために,培地に添加するテトラサイクリンの濃度によってSGLT1の発現のオン・オフおよび発現量をコントロールできるシステムをMDCK細胞に導入した.現在この実験システムを利用して,SGLT1の頂部局在までの細胞内小胞移送経路を解析中である.本研究は,糖輸送体の高度に分化した高等動物組織細胞内での局在分布機構,特に間接的にエネルギーを消費し能動的に糖を細胞に取り込むナトリウムイオン依存型糖輸送体SGLT1の頂部細胞膜への移送経路の解明を目的に行った.SGLT1遺伝子の発現を自在にコントロールする事によってその頂部細胞膜局在メカニズムを移送・局在機構を分離して解析するために,培地に添加するドキシサイクリンの濃度に応じてSGLT1遺伝子発現のオン・オフと発現量を調節できるシステムをMDCK細胞に組み込んだTetOff-SGLT1遺伝子発現システムを構築した.さらにこのシステムを利用し,ドキシサイクリンを培地から除去しSGLT1を発現誘導した後に培地にテトラサイクリンを再添加し遺伝子発現を停止させチェイス培養するパルス発現-チェイス培養システムを構築した.様々な時間チェイス培養した後にMDCK細胞を固定し,発現産物の細胞内局在を,凍結準超薄切片蛍光抗体染色法,共焦点レーザー顕微鏡法,蛍光顕微鏡法,免疫電子顕微鏡法などを組み合わせ解析する事によって,SGLT1が細胞内で合成された後に直接頂部細胞膜に移送されていることが明らかとなった.現在このシステムを用いて,SGLT1の頂部細胞膜への直接的な移送システムが細胞極性形成過程の何処で構築されるのかを解析中である.
マダガスカルの陸上脊椎動物群集におけるトカゲ類による情報盗用の進化と発生過程

多くの動物は音声を利用して個体間の情報のやり取りを行っている。その際には、通常、情報の発信者が特定の受信者に向けて音声を発する。しかし、この過程において、第三者がその音声情報を傍受して自分自身に役立てることがあり、これは盗聴行動と呼ばれている。本研究では、マダガスカルの熱帯乾燥林に生息するトカゲ類の盗聴行動を調査し、成長を通して盗聴行動がどのように発達してくるのか、また、その進化的獲得にはどのような環境要因が関与しているのかを解明する手掛かりを得た。本年度は森、堀、中村の3名が渡航し、4名のポスドクまたは大学院生が研究協力者として同行した。2012年9月から2013年2月にかけて渡航し、調査地はこれまで同様、熱帯乾燥林帯である北西部のアンカラファンチカ国立公園内のアンピジュルアを中心としたが、今後の新たな比較対象地域として、さらに北部に位置するアンカラナ、南西部乾燥林帯のトゥリアラとキリンディ、および、東部熱帯雨林帯のラヌマファナも訪問した。申請書の計画であげた3つの問いである、1)情報盗用には経験がどれくらい関与しているのか、2)情報の内容をどれくらい判別できるのか、3)捕食者相や群集構成が異なる地域でも情報盗用が見られるのかのうち、本年は2)を特に重点的に行なった。まず、警戒声のどのような音声要素にトカゲ類が反応しているかを調べるために、同所的には存在しない日本産のシジュウカラの警戒声を聞かせる実験を行なった。さらに、その警戒声の音素を部分的にプレイバックし、トカゲが警戒声として認知する音声要素の解明を試みた。その結果、これまでまったく聞いたことがない種の警戒声にも反応し、そのうちの特定の部分が警戒のシグナルとして認知されている可能性が示唆された。また、猛禽類などの上空から襲ってくる捕食者と、ヘビ類などの地上から襲ってくる捕食者とで異なる警戒声を発するシファカの声の録音を行い、トカゲ類が警戒声に含まれる捕食者情報を認知するかどうかを調べる実験の準備を行なった。一方、問いの1)に対しては、野外で採取したブキオトカゲの卵を飼育下で孵化させた後、経験をコントロールした条件下で育てて個体の反応を調べるという実験の準備も進めている。問いの3)については、潜在的対象種の個体数の多さや行動観察のしやすさにおいて、今回訪問した候補地のうち特にキリンディが適している可能性が見いだされた。本年度は現地の雨期である10月から3月にかけて渡航し、これまで研究を進めてきたマダガスカル北西部に位置するアンカラファンチカ国立公園内のアンピジュルア落葉乾燥林を中心に調査を行なった。渡航者は森、中村、堀で、さらに研究協力者として大学院生またはポスドクが合計4名渡航した。また、現地調査補助を兼ねてアンタナナリブ大学の院生5名が調査に加わった。一方、ラヌマファナ、マルミザハ、ベマラハ、アンブル山、アンドリニツァ、アンカラナ、イビティをそれぞれ短期間訪れ、鳥類、トカゲ類、昆虫類の社会生態および行動の比較研究のための予備的調査を行った。アンピジュルアでは、本計画であげた3つの問いである、1)情報盗用には経験がどれくらい関与しているのか、2)情報の内容をどれくらい判別できるのか、3)捕食者相や群集構成が異なる地域でも情報盗用が見られるのかのうち、1)を特に重点的に行なった。これまでに盗聴行動を確認しているキュビエブキオトカゲ及びヒラオ-オオカタトカゲを対象として、孵化個体、1歳の未成熟個体、および、成体に対してマダガスカルサンコウチョウの警戒声のプレイバック実験を行い、それらの盗聴行動をビデオ撮影した。ビデオ映像は現在解析を続行中であるが、幼体の反応には個体差があること、成体における反応は同じアンピジュルア内でも場所により違いが見られる可能性があることを示唆する結果が得られつつある。問いの2)に関しては、サンコウチョウの警戒声と、キツネザルの仲間であるシファカが発する二種類の警戒声をプレイバックし、それらに対する反応の違いを解析中である。一方、問いの3)については、対象種の個体数の多さや行動観察のしやすさにおいて、比較対象として適した調査地を探索中であるが、条件を十分に満たす場所は見つかっておらず、今後の対策を検討中である。本年度も現地の雨期である10月から3月にかけて渡航し、これまで研究を進めてきたマダガスカル北西部に位置するアンカラファンチカ国立公園内のアンピジュルア落葉乾燥林を中心に調査を行なった。渡航者は森、中村、堀で、研究協力者として大学院生またはポスドク合計4名が同行した。また、現地調査補助を兼ねてアンタナナリブ大学の大学院生3名が調査に加わった。本年度は「情報盗用には経験がどれくらい関与しているのか」を明らかにするための野外実験を主に行なった。対象とするトカゲは、これまでに盗聴行動を確認しているキュビエブキオトカゲとした。

本種は1月頃に孵化するので、孵化個体を用いて、鳥類の警戒声とさえずりとの弁別能力や、盗聴行動の有無を調べた。また、同時期に存在する成体や亜成体も実験の対象とした。方法はこれまでと同様で、あらかじめ録音したマダガスカルサンコウチョウの警戒声をプレイバックしてトカゲに聞かせ、その反応をビデオカメラで撮影し、盗聴行動を解析した。その結果、成長するにつれて警戒声に対する反応性がより高くなる傾向があることが明らかになった。一方、ヒラオオオカタトカゲを対象にして、捕食者の密度の違いが盗聴行動に与える影響についても調べた。捕食者となる猛禽類の密度が異なると考えられるアンカラファンチカ国立公園内の3箇所を選定し、これらの地点間で、マダガスカルサンコウチョウの警戒声に対するヒラオオオカタトカゲの反応を比較した。その結果、猛禽類の密度が高い地点ではより強い逃避反応を起こすことが示された。一方、アンピジュルアの森の爬虫両生類相パンフレットの改訂版を作成し、アンカラファンチカ国立公園とその周辺の村の小学校に寄贈した。さらに、本国立公園およびカウンターパートであるアンタナナリブ大学理学部に提出するための調査成果報告書の冊子を作成した。26年度が最終年度であるため、記入しない。進化生態学26年度が最終年度であるため、記入しない。本年度の主な目的とした「盗聴行動に関わる経験の影響」と「情報の内容の判断能力」の解明に向けての予備的な観察と実験を行なった。また、次年度の目的である「他地域での盗聴行動の進化の有無」に関しても、調査候補地の下見と予備的観察を行なえた。3つ目の目的である「捕食者相や群集構成が異なる地域でも情報盗用が見られるのか」を解明するための適切な調査地の選定にやや手間取っている。また、1つ目の目的である「情報盗用には経験がどれくらい関与しているのか」を明らかにするために、トカゲの卵を現地で採集し、日本へ持ち帰って孵化させ、室内実験下で幼体の反応を調べる計画であったが、トカゲ卵のマダガスカルからの持ち出しの許可申請取得手続が非常に煩雑化しているため、この方法は断念せざるを得なかった。これらのことから、計画よりも進行はやや遅れ気味である。交付申請書で記載した予定にしたがって、ほぼ計画通りに進める。基本的には交付申請書の予定に従って進める。ただし、目的1)に関しては、日本へのトカゲ卵の輸出を取りやめ、現地で産卵、孵化を試み、半野外実験を行う。これはアンタナナリブ大学の院生の協力を得て行う。目的3)については、これまでの調査により、アンピジュルア内において捕食圧の異なる場所が存在することが示唆されたので、これらの地点間での比較調査を実施する。これと合わせて、他の比較候補地域の検討も継続する。直接経費次年度使用額は1万円以下であり、ほぼ予定通りに計画は遂行できている。1)研究代表者の渡航時期を大学での予定外の用務のためにずらさざるを得なくなり、その結果、滞在期間を予定よりも短くせざるを得なかったため。2)アンカラファンチカ国立公園に無料配布する予定で作成中の「アンピジュルア爬虫両棲類ガイドブック」の作成が予定よりも遅れたため、印刷費や輸送費の執行に至らなかったため。1)研究協力者を含め、現地調査期間を十分にとり、遅れを取り戻す。
高温超伝導酸化物の固体物理化学研究

主な研究成果と次の通りである。1.酸素過剰量とTcの関係Pb1201,1212,2212,3201,3212の各超伝導相について、酸素過剰量とTcの関係を明らかにした。いずれも酸素過剰量の増加とともにTcが増加し、極大を経て減少に向かうことが見出され、他の高温超伝導酸化物同様過剰酸素量とTcの間に密接な関係のあることが明らかにし、過剰酸素量の重要性が再確認した。高温超伝導酸化物のTcは金属成分組成の他に上述の様に酸素量に依存する。3.1/8異常の熱力学的解明(La_<1-x>Ba_x)_2CuO_yでは、x=0.625付近でTcが著しく低下することが知られている。この固溶体系の溶解熱測定、EMF測定の結果からのエンタルピー変化、自由エネルギー変化をxの関数として決定した。その結果この固溶体系はx=0.40.8の範囲で不安定であり、特にx=0.625において不安定が著しいことを見出した。すなわち、熱力学不安定がTcの低下をもたらしたものと判断された。4.Bi2201相の変調周期とBi価数Bi2201,2212相ではb軸方向に変調があることが見出されている。その原因については種々の説があるが、BiO平面に周期的に過剰酸素量が入るためであるという説に賛同者が多い。しかし実験的説明はない。本研究者は、過剰酸素量はO+Bi^<3+>→O^<2->+Bi^<5+>のBi^<5+>を生じると考え、Biの平均価数を分離分析で定め、Bi2201相のx線回折パターンのサテライトピークから変調周期を決め、変調周期がBiの平均価数とともに直線的に4b_0まで減少することを見出した。この結果は過剰酸素量説を実験的に裏付けると同時に分離分析法が有効な手段であることを示したことになる。
大腸菌ＨｄｅＡ：「環境応答型」分子シャペロンが見せる可逆線維化反応の解析

大腸菌のペリプラズム由来のHdeAは,酸変性したときに始めて機能が発揮される特殊な「環境応答型」の分子シャペロンである。ポリペプチド鎖の高い自由度を活性発現に利用しているHdeAは「新しい蛋白質構造・機能相関のイメージ」を理解するという学術的問いを探求する上で良い研究対象である。最近,我々はHdeAの活性型構造が同じ条件で蛋白質の「アミロイド線維」に酷似する沈殿を形成することを見いだした。蛋白質の変性構造を活用するHdeAが,様々な神経変性疾患の原因として注目を浴びているアミロイド線維も形成するという「表裏一体」の関係を理解することを通して機能を生む蛋白質の構造の秘密を探る。
超耐摩耗性ダイヤモンド状炭素膜の合成・評価及びその生成機構解明

最終年度の平成24年度は,超耐摩耗性ダイヤモンド状炭素(DLC)膜実現の一手法として,まず蛍光顕微鏡とキセノンランプを用いたDLC膜の欠陥検出法の提案を引き続き行った.そして本検出法によりDLC膜のバルク欠陥を容易に検出できることを示し,さらにDLC膜の吸収波長依存性を利用することで膜表面の欠陥と内部の欠陥とを分離する手法を提案した.超耐摩耗性の実現には膜中の欠陥を低減させる必要があり,本手法は非接触測定法かつ膜表面からでは観察できない膜内部の欠陥について,製造現場で利用できる光学顕微鏡ベースの簡便な検出方法であり,バルク欠陥の検出に対する要望が増えつつある産業界に対する貢献は大きいと考えられる.ついでC_2H_2,CH_4,H_2を原料ガスとして気相中の水素濃度を変化させてプラズマCVD法によりDLC膜を作製し,膜の水素含有量,バルク欠陥量,比摩耗量等を評価することにより,膜中の水素割合が20atm.%程度の場合に,少膜欠陥量かつ高耐摩耗性を示すことを明らかにし,さらに高耐摩耗性DLC膜の膜構造を提案した.ついで修士課程時に遂行した「繰り返し微小すべり摩耗防止シム部材の開発」に関し,更なる信頼性を検証する追加試験をおこなった.今回はプラズマイオン注入・成膜法に加えプラズマCVD法も用いSUS301製シム上に連続構造DLC(C-DLC)膜及びセグメント構造DLC(S-DLC)膜を作製し,Al板,シム及びダクタイル鋳鉄(FCD)板を積層した試料について10^7回の曲げ疲労試験を実施した.その結果,S-DLCコーティングを適用することで,DLC膜の摩耗はC-DLC膜の場合の約1/50に低減でき,相手Al板への攻撃性低減効果も顕著であることを明らかにするとともに,膜のセグメント構造化による膜剥離の低減機構を提示した.前回実施の10^6回の曲げ疲労試験では,トラック換算で約3000kmの移動距離にしか相当しないため,この結果は開発したシム部材を輸送機器に実装する際に大変重要である.最後に,任意の3次元形状基材にテクスチャDLC膜を適用することを考慮し,従来の金網マスキング法に替わる7自由度ロボットとディスペンサで構成される描画システムを用いたテクスチャDLC膜作製法を提案した.そして,基材表面に沿って線幅約100μmの碁盤の目状マスクを描画し,DLC膜成膜後にマスクを除去することで,曲面を有する基材上にテクスチャDLC膜を作製できることを明らかにした.このテクスチャDLC膜合成法の開発によって,高耐摩耗性付与に必須であるS-DLC膜を3次元基材にまで拡張することが可能となった.本研究は,アモルファス炭素膜の生成過程を解明し炭素骨格構造の組織制御を行うことにより,欠陥が少なく,耐摩耗性・耐腐食性を有するアモルファス炭素膜を実現することを目的としたものである.平成22年度はまず,真空チャンバーの電源導入端子,フランジ,真空計等の真空部品を変更するとともにドライポンプを用いた高真空対応の装置に改造を行った.その結果,5.7×10^<-4>Paの真空到達度を得られるようになった.次に成膜条件を変化させ様々なアモルファス炭素膜を成膜する前段階として,基板を設置する場所の違いによって膜の構造や硬さにどのような変化があるかを調べた.チャンバーの天井から吊り下げられた基板ホルダーの上部・下部・アース側にそれぞれ基板を設置し,成膜された膜のラマン分光分析及び硬さ測定(PICODENTOR)を行った.その結果,基板の設置位置は膜の構造にあまり影響を及ぼさないが,成膜レートは最大で35%,硬さ・ヤング率は10%程度差が出ることが分かった.更に,原料を変えたアモルファス炭素膜の作成も試みた.その際,分光器(C10029:浜松ホトニクス)を用いてプラズマ発光分光分析も行った.原料にはC_2H_2ガス,C_2H_2+Arの混合ガス,CH4ガス,CH_4+Arの混合ガス,グラファイトターゲット(スパッタソースはArガス,Ar+C_2H_2の混合ガス,Ar+CH_4の混合ガス)を用いた.その後,ラマン分光分析・硬さ測定・水素量測定(ERDA)を行った.その結果,原料の違いによってプラズマ発光で得られたスペクトルに顕著な違いがみられ,膜質の違いがアモルファス炭素膜の生成過程の違いに原因があるのではないかと推測できた.今後は高電圧・高電流ナノパルスを発生させるSIサイリスタ素子を用いたパルス電源を用いた合成やラングミュアプローブを用いた電子密度,電子温度測定及び合成した膜を用いた耐摩耗性試験(ボールオンディスク試験)・耐腐食試験(電気化学測定)を行う.平成23年度は,超耐摩耗性ダイヤモンド状炭素(DLC)膜実現の一手法として,突起端部に対する相手材の接触の影響を緩和するために,端部に曲率を有するセグメント構造DLC(SR-DLC)膜の生成方法を検討した.また摺動の際に相手材と十分な接触面積が得られるように各セグメントの高さ・形状が均一になるような生成方法を提案した.従来はメッシュ形状のマスク(電極)を用いることによって,端部に曲率を有するS-DLC膜を生成できる.しかし,金属ワイヤーのメッシュ形状のマスクを用いると均一なセグメント形状が得られない.そこで本研究では金属ワイヤーのメッシュ形状のマスクの代わりとして,フォトリソグラフィプロセスを用いて,DLC成膜後に取り除き可能なメッシュ形状の犠牲層(金属層でこの部分が電極となる)を利用することを提案した.

なお,この方法の利点として,犠牲層・DLC膜の厚みによって突起端部の曲率を変化させることが可能であることが挙げられる.また,今後,曲率を制御できることが期待される.なおこの提案に関して特許を出願した.一方,超耐摩耗性の実現には膜中の欠陥を低減させる必要があり,産業界でも膜のバルク欠陥の検出に対する要望も増えてきている.欠陥の検出には臨界不動態化電流密度法など様々な方法があり,ピンホール,クラック,剥離などの欠陥の種類に応じてそれぞれに合った検出・評価方法がある.しかし,それらの欠陥を一度に,さらに膜を傷付けずに検出する方法は考案されていない.さらに,膜表面からでは観察できない膜内部の欠陥について,製造現場で利用できる光学顕微鏡ベースの簡便な検出方法は考案されていない.本研究では膜の表面及び内部欠陥を分離検出できる新たなDLC膜の欠陥検出法を提案し,検出装置を開発した.膜に連続可視光を照射し,受光波長を変化させながらピンホールや剥離傷などの欠陥で散乱・反射された光を蛍光顕微鏡を用いて暗視野観察・分析する手法を開発した.従来の方法では,膜内部の欠陥を分離検出できないのに対し,本方法では膜の吸収係数が短波長側で大きいことを利用することで,膜内部の欠陥からの散乱光が長波長側で大きく,短波長側で小さいことを利用して,内部の欠陥を表面の欠陥と分離して検出できる特徴を有する.最終年度の平成24年度は,超耐摩耗性ダイヤモンド状炭素(DLC)膜実現の一手法として,まず蛍光顕微鏡とキセノンランプを用いたDLC膜の欠陥検出法の提案を引き続き行った.そして本検出法によりDLC膜のバルク欠陥を容易に検出できることを示し,さらにDLC膜の吸収波長依存性を利用することで膜表面の欠陥と内部の欠陥とを分離する手法を提案した.超耐摩耗性の実現には膜中の欠陥を低減させる必要があり,本手法は非接触測定法かつ膜表面からでは観察できない膜内部の欠陥について,製造現場で利用できる光学顕微鏡ベースの簡便な検出方法であり,バルク欠陥の検出に対する要望が増えつつある産業界に対する貢献は大きいと考えられる.ついでC_2H_2,CH_4,H_2を原料ガスとして気相中の水素濃度を変化させてプラズマCVD法によりDLC膜を作製し,膜の水素含有量,バルク欠陥量,比摩耗量等を評価することにより,膜中の水素割合が20atm.%程度の場合に,少膜欠陥量かつ高耐摩耗性を示すことを明らかにし,さらに高耐摩耗性DLC膜の膜構造を提案した.ついで修士課程時に遂行した「繰り返し微小すべり摩耗防止シム部材の開発」に関し,更なる信頼性を検証する追加試験をおこなった.今回はプラズマイオン注入・成膜法に加えプラズマCVD法も用いSUS301製シム上に連続構造DLC(C-DLC)膜及びセグメント構造DLC(S-DLC)膜を作製し,Al板,シム及びダクタイル鋳鉄(FCD)板を積層した試料について10^7回の曲げ疲労試験を実施した.その結果,S-DLCコーティングを適用することで,DLC膜の摩耗はC-DLC膜の場合の約1/50に低減でき,相手Al板への攻撃性低減効果も顕著であることを明らかにするとともに,膜のセグメント構造化による膜剥離の低減機構を提示した.前回実施の10^6回の曲げ疲労試験では,トラック換算で約3000kmの移動距離にしか相当しないため,この結果は開発したシム部材を輸送機器に実装する際に大変重要である.最後に,任意の3次元形状基材にテクスチャDLC膜を適用することを考慮し,従来の金網マスキング法に替わる7自由度ロボットとディスペンサで構成される描画システムを用いたテクスチャDLC膜作製法を提案した.
ケースメソッドによるメディアリテラシーの評価と遠隔教育に関する総合的研究

平成14年度からケースメソッド教材の開発を行い、県内の保健看護従事者を対象にフィールドテストとして研修を重ねてきた。これらの実践的活動の一つは、新しいスタイルの公衆衛生活動として報告した(金城芳秀、2005)。グループインタビュー、看護セミナー等を通して、保健看護従事者のニーズ・アセスメントを行い、文献等の質を吟味する情報リテラシーおよびプレゼンテーション能力を向上させたいというニーズとともに、現場の活動実践を研究報告としてまとめ、メディアを通じて共有するというニーズを確認した。これらのニーズに対して、質的研究の方法論については看護学領域に焦点をあてた文献レビューを行い(岡村純、2004)、コンテンツを作成し、量的研究の方法論については、疫学を学習するサイトであるスーパーコースジャパンとの連携を試みた。情報リテラシーおよびプレゼンテーション能力を向上させるために、県内保健所や基幹病院など現場の専門職者と共にe-ラーニング用のコンテンツとして、(1)沖縄県の若年層に対する性感染症の予防と有症者の受療喚起を目的としたパンフレットやポスター、(2)県内離島の救急病院における大型台風被災経験(2003年)を生かした災害看護に関するコンテンツなどを開発した。これらのコンテンツを配信するために、生涯教育による公衆衛生の人材育成を目的としたサイトを現場の専門職者と構築中である。本年度はケースメソッド教材を作成することを目的に、保健所職員、看護専門学校教員等に対して、ケース素材の選定取材を試みた。その結果、勤務歴7年目の保健師が係わった母子保健事例について取材を行い、ケースストーリー(12番目の妊娠)を作成した。これを福祉保健所の研修会にて、市町村保健事業担当課長(事務系)および保健師18人を対象にフィールドテストを実施した。その結果、課長(上司)は保健師の専門性について理解を深め、保健師(部下)は道具としての家庭訪問を再認識するなど、相互作用のある討論が展開された。次に、インドシナ母子保健看護コース研修において、英文版に改訂した12番目の妊娠(The Twelfth Childbirth)を用いて、医師を含むカンボジア助産師9人を対象にフィールドテストを実施した。前回の保健師らが他の専門職と協力体制を構築する方向を支持したのに対し、助産師らは家庭訪問を継続したいと積極的な行動を選択した。この相違に着目することは重要と考え、離島診療所勤務経験があり、市町村を支援する立場にある保健所医師3人に対して、保健師のメディア・リテラシーに関するフォーカス・グループインタビューを実施した。その結果、現場の保健師が問題解決のために自ら情報を検索し、情報の質と量を吟味するような事例を経験せず、保健事業として取り扱わなくてはならない、いわば受身的なニーズが生じているに過ぎないと指摘がなされた。そこで、離島診療所に勤務しながら保健師的な活動を担っている経験豊かな看護師を対象にケース・インタビューを追加した。その結果、問題発見能力を高める情報リテラシーが必要であり、これには臨床疫学的知識の充実が望まれていることが分った。このニーズは現場の保健師や看護師が十分に自覚していない可能性があり、今後、量的に捉えなおす必要がある。インターネットを用いた遠隔教育のデモンストレーションとして、沖縄県立看護大学の学部学生を対象に「地域保健活動のための疫学(日本公衆衛生協会)」に関する遠隔講義を実施した。学生評価では、文字サイズ、補足説明用のリンク画面、専門用語に対する注釈、図・表の増加など、講義素材の加工に関する意見が数多く出された。これらの指摘を有効活用するために、現役保健師と共同で、遠隔教育用コンテンツの開発に着手した。また、離島の県立病院院長を対象に危機管理とメディアについてケースインタビューを行った。一方、ケースメソッドの評価の場として、日本公衆衛生学会の自由集会を利用した。その結果、保健職者のジレンマを保健活動記録とするケースメソッドの応用が示唆された。保健師の定着率の低い離島・へき地においては、ジレンマの質の評価は保健活動の継続性、保健活動の質向上という面で重要な課題である。昨年度に引き続き本年度は、ラオス国の助産師を対象にケースメソッド研修を実施した。その際、研修模様をビデオに収め、ケース討議の質を分析した。その結果、通訳を介しての討議には、通訳の個人的見解が影響している可能性が示唆された。次回からは参加者からケース講師役を選定し、参加者の母国語で討議を展開する必要がある。

また、ケースメソッドによる本研究の内容を第17回太平洋看護研究会議(ホノルル市)にて口頭発表した際、ハワイ大学の遠隔看護研究者から英語版ケース教材使用の申し込みがあった。なお、保健専門職者において、グラウンテッド・セオリーやフォーカス・グループインタビューなど質的研究に対する学習ニードが高いため、質的研究の看護学領域への展開について社会調査方法論の視点から系統的に文献レビューを行った。前年度の沖縄県立宮古病院長から得た台風被災時(台風14号、2003年)の危機管理とメディアに関するインタビュー内容を確認するために、同病院看護師を対象にグループインタビューを行った。これらの聞き取り内容と、被災状況を記録した写真および台風被災後の院内シンポジウム記録等を基礎資料として、災害看護で必要な準備と対応、課題点を含むコンテンツを作成した。また、沖縄県はHIV感染者、AIDS患者が九州地区で1位(人口比)と新聞報道され、さらに15歳から25歳の女性のクラミジア感染者数が多いこともあり、この現状を危惧する保健医療関係者のニーズを受けて、コンドーム使用による性感染症の予防と有症者の受療喚起を目的に、沖縄県の若年層に対する啓発・啓蒙パンフレット、ポスターを作成した。これを県内保健所、警察署(少年補導課)および公立高校など関係機関に配布した。このパンフレットの全内容は、HIVネットワーク沖縄のホームページ上で公開され、沖縄県高校生AIDSフォーラムなどを通して周知されている。一方、昨年度に引き続き本年度も、日本公衆衛生学会自由集会、日本看護管理学会インフォメーション・エクスチェンジおよびインドシナ母子保健看護コースなどにて、ケースメソッド研修を実施し、参加者の批判的思考と問題解決能力の開発に取り組んだ(金城、2005)。また地元の新聞社が県内の小児医療の現状を特集した連載記事"小さな宝"と、小児病棟における質的研究の実施中に経験したジレンマを併せたケースメソッド教材を開発中であり、看護管理者、看護学生などを対象に最初のフィールドテストを実施した。一方、県内の保健職者と開発してきたホームページは、現役の保健師が推進する情報サイトとしての公開を準備中であり、保健看護活動の質改善による地域住民のQOLの向上という本研究の主旨が今後も継続されることになった。
安全・安心な水産物のフードシステムの開発～海から食卓まで～

本研究は耐塩性微生物を用いたバイオレメディエーションにより浄化した漁場において生産された水産物を鮮度管理ツール(BTM)を導入し適正な流通を行うことにより、海から食卓までのフードサプライチェーン全体にわたるフードシステムを構築することを目的とした。報告者らが単離した耐塩性微生物Pestalotiopsissp. SN-3はこれまで報告した有機スズ化合物、ノニルフェノール、染料等の有機化合物に加え、Hg, Pb等の重金属も除去可能であることを明らかにした。BTMはクルマエビの鮮度も可視化できることを明らかとした。本研究で対象とした2つの開発技術が社会技術として受容されるための問題点を抽出した。本研究は、安全・安心な生鮮水産物のフードシステムの構築を目標として、申請者が開発した2つの基盤技術を統合し、生産流通の現場へと試験的に導入するとともに、基盤技術の社会的技術としての受容性を、関係者とともに参加型アクションリサーチを行うことで評価することを目的としています。2つの基盤技術は(1)バイオレメディエーションによる水質浄化技術と(2)バイオサーモメーター(BTM)による品質管理技術です。(1)については、高知県の養饅場および鹿児島県のカンパチ養殖場にヒアリングを行い、課題を抽出しました。その結果、養殖場共通の課題として、嫌気性条件下で出現する硫酸還元菌やヘドロの蓄積が挙げられ、これらの課題を当研究室で分離した耐塩性糸状菌Pestalotiopsis sp.SN-3(以下、SN-3菌)を用いて、バイオレメディエーション試験を試みました。具体的には、高知県の養饅場の養魚用水および鹿児島県の海面養殖の底泥を送付していただき、実験室内でSN-3菌を接種しました。悪臭の原因となる硫黄細菌の生育抑制は酸素条件の制御により可能になったものの、SN-3菌の効果は見られませんでした。SN-3菌は高塩濃度存在下でも強いセルラーゼおよびキシラナーゼ活性を有する糸状菌(特開2010-268748)ですが、ヘドロの除去・分解に対しては効果が見られませんでした。(2)については、これまで開発した2種類のBTM(MTT型およびWST-3型)は、使用温度帯と発色の見易さにおいて、それぞれ課題がありました。今年度はこれを解決するため、WST-8を発色剤として検討した結果、使用温度が-20°C35°Cと広く、発色の色調も黄色榿色となり、発色の度合いを判断しやすくなりました。これをWST-8型BTMと名付け、生鮮水産物のフードシステムに導入することにしました。導入するにあたり、マウス経口投与試験により、WST-8型BTMの安全性試験を行った結果、生鮮水産物の流通に導入できることが示唆されました。2つの基盤技術は1バイオレメディエーションによる水質浄化技術2バイオサーモメーター(BTM)による品質管理技術です。今年度は、当研究室で単離した海洋微生物SN-3菌を用いた重金属除去試験を行いました.具体的には水溶液あるいは人工海水にSN-3菌が生育するのに必要な栄養源を添加した人工海水培地において,銅,カドミウム,鉛が混在する条件下でSN-3菌を接種し,除去試験を行いました.各重金属濃度をICP-AESで測定した結果,水溶液,人工海水培地いずれにおいても,銅とカドミウムについては,SN-3菌による除去は観察されませんでした.一方,鉛は水溶液で20%,NaCl 0%を含む人工海水培地で33%,NaCl 1.5%を含む同培地で63%,NaCl 3.0%を含む同培地で39%の除去が確認されました.除去能向上を目的とし,SN-3菌をアルギン酸カルシウムに固定化し,人工海水培地で培養した結果,鉛は塩分濃度や他の重金属の存在に関わらず,90%以上の除去率が得られました.SN-3菌による鉛の吸着等温線をFreundlichの吸着等温式とLangmuirの吸着等温式を用いて検討した結果,Freundlichの吸着等温式と高い相関が得られました.鉛水溶液のpHを変化させてSN-3菌を培養した結果,pHの上昇とともに除去量が増加したことから,菌体への吸着には表面の官能基が関与しており, SN-3菌は菌体表面に鉛を吸着していることが示唆されました.本研究は,安全・安心な生鮮水産物のフードシステムの構築を目標として,申請者が開発した2つの基盤技術を統合し,生産流通の現場へと試験的に導入するとともに,基盤技術の社会的技術としての受容性を,関係者とともに参加型アクションリサーチを行うことで評価することを目的としています.2つの基盤技術は1バイオレメディエーションによる水質浄化技術2バイオサーモメーター(BTM)による品質管理技術です.1については,前年度までに当研究室で単離した海洋微生物SN-

3菌が各種染料,ノニルフェノール化合物,有機スズ化合物(TBT,TPT)などの有機化合物を分解すること,また,重金属のうち鉛(Pb)を除去することを明らかにしました.今年度は有機化合物と重金属が混在するモデル系を設定し,SN-3菌による有機化合物と重金属の複合処理の検討を行いました.有機化合物としては染料C.I.Reactive Black 5(RB5)を,重金属としてはPbを選定しました.これらはそれぞれ単独で人工海水培地においてSN-3菌による除去が確認されている物質です.浄化時間の短縮,浄化量の増加を目的に固定化した菌体をカラムに充填し,連続的に浄化を行なうことができるリアクター装置を開発しました.SN-3菌を固定化した状態でのRB5およびPb除去は,RB5 70ppm,Pb 20 ppmの条件下で,RB5については,81.7%(NaCl 0%区),79.8%(NaCl 1.5%区),70.6%(NaCl 3.0%区)の除去率を,Pbについては,98.2%(NaCl 0%区),94.9%(NaCl 1.5%区),91.4%(NaCl 3.0%区)の除去率が得られました.特に低濃度のPb除去とNaCl濃度が高い区でのRB5とPb除去が可能になりました.2研究実施計画に掲げたホタテのBTMによる可視化を検討しました.本研究は、安全・安心な生鮮水産物のフードシステムの構築を目標として、申請者が開発した2つの基盤技術を統合し、生鮮流通の現場へと試験的に導入するとともに、基盤技術の社会的技術としての受容性を関係者とともに参加型アクションリサーチを行うことで評価することを目的としています。2つの基盤技術は1バイオレメディエーションによる水質浄化技術2バイオサーモメーター(BTM)による水産物の品質管理技術です。1については、微細藻類を用いて耐塩性微生物を用いたバイオレメディエーション後に毒性がどのように変化しているかについて検討しました。具体的には標準試験種として藻類増殖阻害試験に使用されている淡水産単細胞緑藻類であるPseudokirchneriella subcapitataを用いた染料の毒性試験を行いました。染料は前年度までの検討で最も高い脱色率が結果が得られているReactive Black 5(以下RB5)を用いました。RB5濃度は7700 ppmで調整し、24、48、72時間後に細胞数を計測し、生長速度、生長阻害率及びEC50を算出しました。また、耐塩性微生物が生育する複数の環境を人工的に作製し、藻類への影響を検討したところ、P. subcapitataは非常に感受性が強く、複数の物質が混合された試料を添加すると正しく試験が行えないことがわかりました。今後は藻類の生長に影響を及ぼさない人工海水を用いた検討を行うとともに、より感受性の低い生物を用いた毒性評価も必要なことが示唆されました。2研究計画に掲げたエビ類を対象として検討した結果、BTMによるクルマエビの鮮度の可視化が可能であることを明らかにしました。本研究で対象とした2つの開発技術が社会技術として受容されるための問題点について、関係するステイクホルダーのそれぞれの立場から考察しました。本研究は耐塩性微生物を用いたバイオレメディエーションにより浄化した漁場において生産された水産物を鮮度管理ツール(BTM)を導入し適正な流通を行うことにより、海から食卓までのフードサプライチェーン全体にわたるフードシステムを構築することを目的とした。報告者らが単離した耐塩性微生物Pestalotiopsis
アモルファスシリコンを用いた欠陥制御型ヘテロジャンクション電極の開発と制御

炭化ケイ素半導体(SiC)の新しい電極構造として高濃度不純物を注入したアモルファスシリコン(a-Si)半導体の欠陥制御層を挿入した電極金属/a-Si/SiC接合を形成し、バンドポテンシャル制御による低抵抗電極形成の研究を行った。金属電極の熱処理を行わずに2x10-6Ωcm2という実用に十分なコンタクト抵抗を実現し、欠陥制御a-Si中間層により大幅にポテンシャルエネルギーが低減されていることを明らかにした。これは提案する欠陥制御a-Si中間層のヘテロ接合により、バンドアライメント制御がなされていることを示している。これらの成果によりSiCデバイスの信頼性や特性向上が期待される。半導体デバイスにおけるオーミック電極の形成は各々の半導体に合わせた金属を選択する必要がある。高性能LSIや省エネルギー高効率パワーデバイスに向けた次世代デバイス材料としてGeやSiC(炭化ケイ素)が期待されている。しかし、Geはフェルミ準位のピンニングにより金属固有の仕事関数が反映され難く、また、SiCはピンニングの影響は小さいもののバンドギャップが大きいことにより金属とのポテンシャルエネルギー差が大きく、それぞれ良好な電気特性を得ることが難しい。その解決として電極金属とGeの間にアモルファスシリコン(a-Si)層を挿入したヘテロ構造を用いることでオーミック特性が得られることを報告してきた。本研究はその原理を解明するとともに、GeやSiCにおける低温オーミック電極形成技術の開発と制御を目的にしている。平成25年度は提案しているa-Si挿入層をSiC半導体に適用し、ヘテロ構造の形成方法とそのオーミック特性の調査、原理解明のためのバンドポテンシャル相対位置の調査を行った。その結果、1n型SiC基板上にプラズマ化学気相堆積法を用いて形成したa-Si層に対し、不純物濃度を高めるほど、また、欠陥制御を目的とした加熱処理の温度を高めることによりSiCに対して2×10-6 Ωcm-2という実用に耐えうる特性を持ったオーミック電極を電極金属の熱処理無しに得ることに成功した。2さらに、X線光電子分光法を用いて解析したSiとSiCのバンドポテンシャルの相対位置調査によりオーミック特性を得るための障壁となる電極金属とSiCのポテンシャルエネルギー差がa-Si層の挿入により大幅に低減されていることを明らかにした。省エネルギー高効率パワーデバイスとして注目されている炭化ケイ素半導体(SiC)はバンドギャップが大きいことに起因して良好な電極特性を得ることが困難である。その解決のため、ニッケルとシリコンの合金であるNiSi電極が用いられている。しかし、NiSi層を形成するシリサイド化処理の過程で生ずる余剰の炭素(C)がNiSiとSiCの界面に偏析し、電極剥離や高抵抗化を引き起こす課題がある。その解決のため、本研究では高濃度に不純物を注入することが可能なアモルファスシリコン(a-Si)半導体中間層の挿入とその欠陥制御により金属/a-Si/SiCヘテロ接合を形成し、バンドポテンシャル制御を行うことで低抵抗電極を形成する研究を進めた。平成25年度ではヘテロ接合の形成と欠陥制御および結晶化に取り組んだ。また、原理解明のため、加熱処理温度の依存性やX線光電子分光法を用いて解析を行い、欠陥制御a-Si中間層により大幅にポテンシャルエネルギーが低減されていることを明らかにした。平成26年度では前年度の成果を受け、不純物濃度の依存性に関して研究を進めた。特に、イオン注入やスパッタリング法を用いてa-Si層中の不純物濃度を精密に制御した結果、不純物量に依存する欠陥制御a-Si中間層のフェルミエネルギー変化に対して、電気特性が大きく変化することを見出し、これは提案する欠陥制御a-Si中間層のヘテロ接合により、バンドアライメント制御がなされていることを示している。また、結晶性に関する評価も行った。研究期間を通じ、金属電極の熱処理を行わずに2x10-6 Ωcm-2という実用に十分耐えうるコンタクト抵抗を実現した。これはSiCデバイスの信頼性や特性向上が期待される。研究実施計画をもとに、おおよその計画を達成した。半導体工学SiC基板上におけるSi挿入層とのヘテロ構造形成に関し、a-Si挿入層の結晶状態制御、電極金属の加熱処理を行わないプロセスを提案・実施し、電気特性の調査からオーミック特性が得られることを明らかにした。また、SiとSiCのバンドポテンシャル相対位置調査によりSiCのポテンシャル障壁が大幅に低減されていることを明らかにした。以上のことから、a-Si挿入層によるヘテロジャンクション電極の原理解明と低温電極形成を目的とした主要な年度計画をおおむね順調に達成した。平成25年度で実施したa-Si挿入層によるSiCのバンドポテンシャル障壁の変調調査とオーミック特性の取得から研究を進展するため、不純物濃度や結晶制御法の模索、XPSによる理論的・化学的な解析、電気特性の調査を行い、良好なオーミックコンタクト形成の条件を明らかにする。

また、電極金属の違い、SiCデバイスの最大の利点である悪環境(高温・高圧・多湿)における動作を調査し、申請書に挙げた年次計画を達成する。また、提案法の応用展開として同様にオーミックコンタクトの取得が困難なp型SiCに対しても同様の試みを行い、調査を行う。消耗品単価に変更があり、2686円残金が生じた。真空装置を維持するために必要なガスケット等の消耗品に使用する予定である。