hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
大規模回顧調査による家族形成期のパネルデータ分析

結婚や子育てが想定される家族形成期の問題を考えるうえで、人々の生活の変化を直接的に捉えるパネルデータ分析の意義は大きい。本研究ではそのようなパネルデータを1回の大規模な回顧調査で把握することで、迅速で低コストにこの問題に取り組む。地域調査で有効であった年表形式の郵送回顧調査を全国規模の調査に適用する。結婚や出産の生起、離婚前後の生活の変化、夫婦双方の働き方の相互作用など、従来調査では計量的な把握が難しかった対象についても、有効な成果が得られることが見込まれる。回顧調査によって家族形成に関する大規模なパネルデータを収集しようという斬新な試みであり、調査技法的には大いに意義がある。日本ではパネル調査が十分定着しておらず、実施した例を見ても必ずしも成功しているとはいいにくいものが多いことから、年表形式で回答してもらう方法による調査は独創的である。結婚や出産の生起率やタイミングの決定要因をはじめとして、離婚前後の生活の変化や、夫婦双方の働き方や相互作用など、従来調査では計量的に把握が難しかった対象についても、有効な研究成果が得られる。また、この郵送回顧調査は他の研究分野にも活用できる可能性があり、期待できる。
昆虫細胞へ慢性感染する新規RNAウイルスの遺伝子工学的機能解析

2005年に研究代表者らが発見した、カイコ培養細胞に共生するRNAウイルス(Bombyx morimacula-like latent virus; BmMLV)は、これまで樹立されたあらゆるカイコ由来培養細胞に共生することが代表者らによって明らかとなっている。これはウイルスの感染実験を行う上で、ウイルスフリーの培養細胞系が無いことを示し、BmMLVの感染増殖機構の解明において、大きな支障になっている。そこで本年度は先ず、農業生物資源研究所と共同で、BmMLVの慢性感染していない新たな培養細胞の樹立に取り組んだ。その結果、BmMLVフリーの新たな培養細胞の作出に成功し、BmVF(Bombyx mori virus free)細胞と名付けた。作出したBmVF細胞へBmMLVの感染実験を行った結果、BmMLVは感染後36時間で、BmVF細胞内においてCPタンパク質を産生し、更に感染後72時間においては感染性を有する新たなBmMLV粒子を培養上清中へ放出することが明らかになり、BmVF細胞はBmMLVへ感受性を有することが示された。更に、BmMLVを慢性的に感染させたBmVF-MLV細胞を構築し、その性状を調査した結果、BmVF-MLV細胞はBmVFに比べて細胞の増殖レベルが低い一方で、致死性のカイコバキュロウイルスに対してはより早い感染症状を示すことを明らかにした。これは、致死性のカイコバキュロウイルスと慢性感染性のBmMLVが何らかの相互作用をしていることを示唆しており、ウイルスーウイルス間の相互作用を示し非常に興味深い。一方で、本BmVF細胞がカイコバキュロウイルスへ感受性を示したことは、現在実用化されているカイコバキュロウイルスを用いた発現系へ本細胞が利用可能であることを示すことから重要であり、本細胞の特許出願を農業生物資源研究所を中心に行った。BmMLV(bombyx mori 'macula-like latent virus)は昆虫(カイコ)の培養細胞から発見された潜伏性の新規RNAウイルスであり、植物ウイルス様のゲノム構造を有する。つまり、本采は植物ウイルスとして何らかの宿主植物に感染するが、一方で昆虫の培養細胞においても増殖可能なウイルスであると考えられる。しかしながらBmMLVの由来や複製機構等は全く明らかでない。そこで本年度はまず、BmMLVの由来を推定する為の感染実験を行った。その結果、BmMLVは単独ではカイコの食草であるクワ葉への感染性を有さない事、またカイコ幼虫へ経口感染しない事が明らかになった。つまりBmMLVが仮にクワ葉の植物ウイルスであるならば、何らかの媒介昆虫が存在するか、他の侵入機経路が存在する事を示唆した。次に、MLVがどの様な昆虫の培養細胞へ感染しているのか明らかにする為、抗MLV抗体を作製し各種培養細胞からのMLV検出を試みた。その結果、カイコ由来培養細胞の殆どに既にBmMLVが慢性的に感染しており、更にこれら各細胞由来のBmMLVのゲノム配列を解析した結果、相同性が極めて高いことも明らかになった。次に、既にBmMLVが感染している培養細胞ヘバキュロウイルス(NPV)を共感染した。NPVは、感染後約2日で宿主の殆どの遺伝子発現を阻止してしまう。その際、慢性感染しているMLVの遺伝子発現がどの様に変化するかを調べた結果、MLVの遺伝子発現はNPVによる制約を受けず、むしろ発現量を増していくことが明らかとなった。この結果は、MLVが独自の強力な遺伝子発現機構を有することを示唆し、現在これらの解析を更に進め、植物ウイルスの昆虫における潜伏感染機構の解析や、新たなウイルスベクターの開発を進めている。本年度の成果は投稿予定であり既に学会発表(3件)招待講演(1件)にて報告した。

一方で、本BmVF細胞がカイコバキュロウイルスへ感受性を示したことは、現在実用化されているカイコバキュロウイルスを用いた発現系へ本細胞が利用可能であることを示すことから重要であり、本細胞の特許出願を農業生物資源研究所を中心に行った。
パーソナルコンピュータによる中期インド・アリアン聖典の解析

中期インド・アリアン語の古文献(仏教とジャイナ教聖典等)は、現代文明の重要な源流の一つでありながらも、殆どの文献は死蔵された状態になっている。この言語の研究を飛躍的に進展させるためには、聖典の計算機解析が有効であると考えられている。我々は、ジャイナ教聖典の3大韻律:Aksaracchandas,MatrachandasとGanacchandas、について研究してきた。これらの韻律はたいへん複雑な構造を持っていること、その量が膨大であることもあいまって手作業による解析は不可能である。我々の解析プログラムにより短時間で正確に解析でき、批判的校訂本作成に当たっての基礎資料を入手できることになる。韻律解析の研究を論文としてまとめた。我々は、1994年までに、ジャイナ教聖典の5つの重要な聖典(Dasaveyaliya, Isibhasiyaim, Ayaranga, Suyagadamga, Uttarajjhaya)の最初の3冊については、その詩脚の順列と逆引き索引を求め、出版している。1995年には、第4、5番目の2つの聖典の詩脚の順列と逆引き索引を出版した。5冊の聖典の索引を求め終わったので、そのデータの有用性をより一層高めることと当該研究者からの要望により、5冊を1冊にまとめたもの(この中には数章の新批判的校訂本をも含む)についても詩脚の順列と逆引き索引を求め、出版した。仏教研究には、ジャイナ教の研究が不可欠であると認識されている。仏教の聖典研究も、ジャイナ教原典研究と同様な研究事情にあるので、これまで開発した我々の計算機ツールを拡張して、仏教聖典解析にも適用できるようにした。それに基づき、最も基本的で重要な原典Dhammapadaの4つの索引(単語の順列と逆引き索引と詩脚の順列と逆引き索引)を求め、世界での仏教研究の中心的な機関の一つであるパーリ聖典協会より単行本として出版した。
資源活用と中山間地域維持システムに関する実証的研究-過疎地域の現状と再生への政策課題-

研究の3本柱として、「生産」・「生活」・「環境」を設定し、各課題の分担者は相互乗り入れの形で研究を進めた。対象は、主に中国地方で、中山間地域の現状と問題点について、各専門分野から分析・検討を行ってきたが、これは、単なる実態分析にとどまらず、政策課題を明らかにし、具体的な政策提言に迫ろうとしたものである。本研究の要約すると、次のごとくである。(1)[農林業生産の担い手の変化]農業、畜産、林業ともに、従来のような個別経営としては存続が困難となり、何らかの形で法人化ないし公的機関による組織化が進展してきており、JAによる組織化や第3セクター等による新たな組織化が重要になってきている。これらの分析の中から、新しい経営感覚を持った農家、林家が厳しい状況を逆手に伸びつつあるといえる。(2)[地域資源利用と内発的発展]外来資本による大規模開発や外来型の開発方式の反省に立って、内発的発展という地域の主体的取り組みを重視し、内部循環型の地域開発を目指す新しい開発方式について検証した結果、農林畜水産等の地域資源を正確に認識した、様々なレベルのグループが、消費者や都市住民等との連携の中で小規模ながら着実な展開をしていることが分かった。(3)[地域活動と環境維持・保全の役割]農林業生産は、食料、木材、繊維、医薬品など、人間の衣食住に必要な物質を生産するだけでなく、豊かで美しい自然景観、伝統的芸術や文化の継承、さらに、われわれの健康な生活や生命の維持にとって欠くことのできない水資源の涵養、国土保全などの環境機能を持っていることが認識されてきた。これを上流と下流、農山村と都市という図式で据えなおすと、相互依存関係が明確になった。(4)[総合的視点の政策の必要性]生産・生活・環境全般にわたるソフト・ハードの総合的視点で中山間地域をみると、単一産業によって成り立っているものでもなく、就業や所得構造も多様で、価値観も多様な混住社会であり、地域における人々の活動も定住人口だけでなく、多くの都市住民達との交流によって維持されている地域も少なくないのである。従って、中山間地域の国土計画上の位置づけを明確にし、農林業中心の従来の政策を、より多様なものにする必要がある。本研究は、中国地方の中山間地域を主な対象として、現在わが国の中山間地域が抱えている諸問題を究明し、そこから90年代の新たな課題を明らかにし、それに基いて、中山間地域対策のあり方を検討し、実効性のある具体策を提示するのが目的である。今年度の研究結果から、中山間地域問題には極めて多種多様な内容が含まれていることが確認できる。つまり農林業やその他の諸産業、地域経済や住民の就業構造の問題にとどまらず、生活、住居環境条件、教育・文化、さらには国土保全や都市との交流問題、新しいまちづくりのあり方など、広範多岐にわたる諸問題と関連した内容を含んでいる。いわゆる中山間地域の問題は、一般的には過疎問題、高齢化問題が集中的に現れ、農林業生産が衰退化の方向をたどり、農地の潰廃化、林地の放置化が進んでいる地域と理解されがちである。

事実、そのような困難な問題が中山間地域のいたる所で見られるが、ことはそんなに単純ではない。80年代とは区別されるべき中山間地域の90年代状況とはいかなるものであるのか。われわれは、それを人口が自然減に転じ、末端集落を中心に地域の崩壊が始まると同時に、他方で、まちづくりなどを柱とした地域振興策によって、新たな展開を示しつつある地域の二極分解が始まった時期と理解する。本年度の研究は、中間段階であり、それぞれの課題に基いた実態分析に主力がおかれている。これらの分析をふまえて、自然的・経済的不利条件を克服して、国土保全、環境・景観の維持・管理と中山間地域に適切な人口分布をどう達成することが出来るのかを、日本のわが国の実情に合せた「条件不利地域対策」をも含めて、更に詳細に考察する必要がある。昨年度に加え、本年度においては、次の研究を実施した。概要は以下の通りである。(1)「地域産業振興」農林業生産の担い手の変化に関しては、農業、畜産、林業ともに、従来のような個別経営としては存続が困難となり、何らの形で法人化ないし公的機関による組織化が進展してきており、JAによる組織化や第3セクター等による新たな組織化が重要となってきている。これらの分析の中から、新しい経営感覚を持った農家、林家が厳しい状況を逆手に伸びつつあるといえる。(2)「環境保全と資源利用」中山間地域の内発的発展を地域の生産者と加工業者が一体となって、会社を組織し、有機農産物を農の本質を理解してくれる消費者にとどけるという考えで、展開している地域産業群があり、地域産業複合化システムとして、地域資源を自力・主体的に活かした内発的発展の方向を示したものである。(3)「生活環境と農山村・都市交流」農林業生産は、食料、木材、繊維、医療品など、人間の衣食住に必要な物質を生産するだけにとどまらず、豊かで美しい自然景観、伝統的芸術や文化の継承、さらに、われわれの健康な生活や生命の維持にとって欠くことのできない水資源の涵養、国土保全などの環境機能を持っていることが認識されてきたが、都市と農山村の交流では、いくつかの事例を分析した結果、都市の農山村との交流を「一方的な流れではなく、双方向的な流れ」とし、「相互に繰り返される一定の関係ができあがっていることを想定」し、相互に理解し合いお互いの問題を解決していく方向性をもったものとしてとらえられた。(4)「政策提言」中山間地域の生産・生活・環境全般にわたるソフト・ハードの総合的視点の必要性である。中山間地域問題は単一産業によって成り立っているものでなく、就業や新得構造も多様で、価値観も多様な混住社会であり、地域における人々の活動も定住人口だけでなく、多くの都市住民達との交流によって維持されている地域も少なくない。その意味で学際的総合的な研究が必要であるばかりでなく、対策についても総合的な取り組みが必要となるものである。
新規ゲノム編集ツールの開発と機能未知遺伝子解析への応用

CRISPR/Casシステムにおけるモザイク変異回避技術を哺乳類受精卵で確立と、マウス機能未知遺伝子解析への応用を行う。Cas9-gRNAを導入した受精卵に対して、ゲノム複製後の正確なタイミングでAnti-CRISPRタンパク質によって機能阻害し、モザイクの原因となる各割球での独立した変異導入の抑制が可能か検討する。また、本技術を利用して、ノックアウトによる胎生致死が報告されている機能未知遺伝子を標的としてモザイクリスクを回避したノックアウト胚を作製し、退行時期の特定やトランスクリプトーム解析による相互作用因子の探索を行う。
非水溶媒中での酵素機能発現とその応用

有機溶媒中、特に親水性有機溶媒中でのプロテア-ゼによるアミノ酸誘導体のエステル合成、エステル交換、及びペプチド合成反応の動力学的研究からその特性を明らかにすると共に、酵素の固定化による活性と特異性の変化を明らかにする目的で研究を行ない、以下の結果を得た。すなわち、従来酵素反応には不適とされていたアルコ-ル、アセトニトリル、アセトン等の水と混和性の有機溶媒中において、上記の諸反応に対してα-キモトリプシン、スブチリシンなどのプロテア-ゼが高い活性を示すことを見いだした。特にスブチリシンCarlsbergは少量の水を含むエタノ-ル中に溶解するにもかかわらず高い活性を発現した。反応速度及び生成物の収率は、媒体の性質、特に水濃度に強く依存し、10%以下で極大値を示した。反応はミカエリス-メンテン型の動力学に従い、各動力学パラメ-タの比較からエステル化とエステル交換反応においては、酵素のアシル化と脱アシル化がそれぞれ律速であると推定された。また水溶液中と比較して、有機溶媒中では酵素-基質間の疎水性相互作用の比重が低下すると考えられる結果を得た。これらのプロテア-ゼは、縮合及び置換反応によるペプチド合成に対しても高い活性を示したが、水溶液中と比較して基質特異性、特にアミン成分の特異性に変化が認められた。一方、有機溶媒中では特定の担体に吸着固定化することにより酵素活性が著しく向上することを見いだした。特にキチン、キトサン、橋掛けキトサンビ-ズ、およびPVA-キトサンブレンドフィルム等に固定化したプロテア-ゼによるエステル化、エステル交換反応の動力学的研究から、これらの担体が有機溶媒中で酵素-基質の結合過程ばかりでなく、触媒過程に対しても大きな影響を与えることが見いだされた。これらの結果は、溶媒及び固定化担体の選択により、酵素の触媒活性ばかりでなく特異性のコントロ-ルが可能であることを示している。各種の非水溶媒中、特に親水性有機溶媒中でプロテアーゼを触媒とするエステルおよびペプチドの合成を行ない、反応速度および生成物の平衡収率に対する溶媒効果ならびに、反応条件の効果を系統的に調べ、あわせて固定化の効果を検討し、以下に述べる知見を得た。1.α-キモトリプリシン(CT)およびスブチリシンカールスベルグ(STC)は、アルコール、アセトニトリル等の溶媒中で芳香族アミノ酸のエステル化およびペプチド合成に対する触媒活性を保持する。これに対して、スブチリシンBPN(STB)はペプチド合成活性を有するがエステル合成能を示さない。2.上記の反応は芳香族アミノ酸に対して特異的であるが、ペプチド合成におけるアミン成分に対する選択性は水溶液中と異なる。また立体特異性はL型に対して厳密に保たれる。これらの結果から、親水性有機溶媒中に分散または溶解した酵素は、水溶液中と類似のコンホメーションを保持するが、基質結合部位に何らかの形態変化が生じているものと推定される。3.プロテアーゼをある種の多糖類またはその誘導体と複合化させると反応速度および生成物の収率が著しく向上する事が見出された。キチン、キトサン、キシラン等が特に有効であった。これらはプロテアーゼと複合体を形成し、有機溶媒中での安定性を長期にわたって保持させる。またCMセルロース等のイオン交換性多糖類もプロテアーゼを吸着し、その活性と安定性を増大させる事が見出された。今後は、UV、CD、蛍光分光法等により、有機溶媒中での遊離または固定化状態での酵素のコンホメーション変化の検出、また速度論的方法による酵素作用の変化について検討する。

有機溶媒中、特に親水性有機溶媒中でのプロテア-ゼによるアミノ酸誘導体のエステル合成、エステル交換、及びペプチド合成反応の動力学的研究からその特性を明らかにすると共に、酵素の固定化による活性と特異性の変化を明らかにする目的で研究を行ない、以下の結果を得た。すなわち、従来酵素反応には不適とされていたアルコ-ル、アセトニトリル、アセトン等の水と混和性の有機溶媒中において、上記の諸反応に対してα-キモトリプシン、スプチリシンなどのプロテア-ゼが高い活性を示すことを見いだした。特にスプチリシンCarlsbergは少量の水を含むエタノ-ル中に溶解するにもかかわらず高い活性を発現した。反応はミカエリス-メンテン型の動力学に従い、各動力学パラメ-タの比較からエステル化とエステル交換反応においては、酵素のアシル化と脱アシル化がそれぞれ律速であると推定された。また水溶液中と比較して、有機溶媒中では酵素-基質間の疏水性相互作用の比重が低下すると考えられる結果を得た。これらのプロテア-ゼは、縮合及び置換反応によるペプチド合成に対しても高い活性を示したが、水溶液中と比較して基質特異性に変化が認められた。一方、キチン、キトサン、橋掛けキトサン、およびPVA-キトサンブレンドフィルム等に固定化したプロテア-ゼによるエステル化、エステル交換反応の動力学的研究から、これらの担体が有機溶媒中で酵素-基質の結合過程ばかりでなく、触媒過程に対しても大きな影響を与えることが見いだされた。これらの結果は、溶媒及び固定化担体の選択により、酵素の触媒活性ばかりでなく特異性のコントロ-ルが可能であることを示している。
間葉系細胞から分化・誘導した脳移行性シュワン細胞による中枢神経脱髄性疾患の治療

まず、DAラットを用いて慢性の実験的自己免疫性脳脊髄炎(EAE)モデルを作成。DAラットの骨髄間葉系細胞(MSCs)から種々の栄養因子を加えることで、シュワン細胞(BM-SCs)を誘導した。EAEモデル作成後に、BM-SCs、MSCs、もしくはPBS(vehicle)を動物に髄注。移植後、clinical score、体重は他の群と比較し、BM-SC群に改善を認めた。誘導細胞はPSA-NCAMの発現が誘導前より減少していたが、生着は良好であった。本方法は多発性硬化症などの中枢性脱髄疾患に対し、画期的な治療法となる可能性がある。本研究は、間葉系細胞からシュワン細胞を誘導し、脱髄モデル動物へ移植治療することで、多発性硬化症の画期的治療を確立することを目的とする。本研究は、シュワン細胞の、中枢軸索再生作用に着目した細胞移植治療開発である。シュワン細胞は末梢性ミエリンを産生するため、中枢神経脱髄性疾患の自己免疫の標的にはならない。シュワン細胞を間葉系細胞から誘導する点で、多発性硬化症に対するシュワン細胞の移植は、画期的な治療法となる可能性がある。Wistar Ratから骨髄間葉系細胞を採取、培養し、beta-mercaptoethanol(BME)、レチノイン酸(RA)で処理した後、human basicfibroblast growthfactor (FGF)、forskolin (FSK)、platelet-derived growthfactor-AA (PDGF)、heregulin-beta1-EGF-domain (HRG)の栄養因子を加えることで、シュワン細胞を誘導した。また。ヒト臍帯についても、インフォームドコンセントの元、ドナーから臍帯を提供いただき、培養。骨髄間葉系細胞と同様にシュワン細胞を誘導した。これらの誘導した細胞は、P0、Krox20、S-100、O4等の発現を、RT-PCRおよび免疫細胞化学で確認し、こちらもシュワン細胞への誘導を確認した。動物モデルとしては、まず脊髄損傷ラットを作成。Wistar Ratを麻酔下、腹臥位にて背部皮膚、筋層を切開し、Th10の椎弓の棘突起を切除し、脊髄を露出させる。露出した脊髄に木製の棒で圧迫することでモデルを作成。また、EAEモデルマウスも作成した。mMOG p35-55と、H37Ra in Freund's Incomplete Adjuvant (IFA)を、背部もしくは足背に局注して作成した。上記は作成方法を様々に変更しながら、細胞移植治療に対して最適なモデルの作成方法について検討を行った。さらに、細胞移植を行わない群について行動評価を行い、基礎データを確立した。またこれらを還流固定し、病理学的評価を行った。これらの実験は、実際細胞移植を行い、移植効果を評価する上で必要不可欠であり、重要なステップであった。今後誘導細胞の移植を行い、その効果を検討する上で重要なデータを得ることができた。当初の実験の進捗速度に関する予測が困難であり、初年度に行う実験の割合を多く割り当て過ぎていた。その中で、誘導や移植動物の作製、コントロール群の評価が十分に行えたため、実験自体は着実に進めている。せき損モデルやEAEモデル動物に対する、誘導細胞の移植を中心に行っていく。上記に対する動物の購入、維持、抗体や培養関連の消耗品に主に使用する予定。
近位尿細管に在存する有機アニオントランスポータの臨床的意義の解明

ヒト有機アニオントランスポータ(hOAT)、ヒト有機カチオントランスポータ(hOCT)は腎での薬物の尿細管分泌において重要である。HOAT1、2、3、hOCT2は近位尿細管基底側に存在し薬物の尿細管内への取り込みに、hOAT4は上皮側に存在し薬物の再吸収、尿中排泄に関与していると考えられている。今回は、hOAT1、2、3、4、hOCT1、2の安定発現細胞を用いて以下の成果が得られた。(1)薬物輸送の責任トランスポータの同定:(1)プロスタグランジンE_2、F_<2α>:hOAT1、2、3、4、hOCT1、2、(2)抗ウイルス薬アシクロビルおよびガンサイクロビル:hOAT1、hOCT1、(3)抗ウイルス薬ジドブジン:hOAT1、2、3、4、(4)抗腫瘍薬メトトレキセート:hOAT1、3、4、(5)テトラサイクリン:hOAT1、2、3、4、(6)カビ毒オクラトキシンA:hOAT1、3、4、(7)尿毒症毒素インドキシル硫酸:ラットOAT1、OAT3、(3)ではメトトレキセートと非ステロイド性抗炎症薬とのin vivoでの薬物相互作用の作用点がhOAT3であると予測された。(2)臨床的に用いられている有機アニオン輸送阻害薬の評価:カルバペナム系抗生物質との合剤として用いられているベタミプロン、シラスタチンおよび尿酸排泄促進薬プロベネシドがin vivoで阻害するhOAT分子を予測した。すなわち、ベタミプロンはhOAT1、3、シラスタチンはhOAT1、プロベネシドはhOAT4である。(3)OATの薬物性腎障害への関与の解明:hOAT1、3はオクラトキシンAによる腎障害に、ラットOAT1、OAT3はインドキシル硫酸による腎障害に関与することが明らかにされた。以上の成果は、薬物輸送の分子機構が明らかにするのみならず、危険な薬物相互作用を回避したより有効で安全な薬物治療を行う上で有用な情報となる。臨床的に重要な薬物の尿中排泄の分子機構を明らかにするために、ヒト有機アニオントランスポータ(hOAT)およびヒト有機カチオントランスポータ(hOCT)の安定発現細胞を用いて検討を行い、以下の知見を得た。用いたトランスポータは、近位尿細管基底側に存在し薬物の尿中排泄に関与するhOAT1,hOAT2,hOAT3,hOCT2、および上皮側に存在し薬物の再吸収、排泄に関与するhOAT4である。(1)抗ウイルス薬:アシクロビル、ガンサイクロビルはhOAT1、hOCT1により、ジドブジンはhOAT1,hOAT2,hOAT3,hOAT4により輸送された。(2)テトラサイクリン:テトラサイクリンはhOAT1,hOAT2,hOAT3,hOAT4により輸送された。

(3)プロスタグランジンE_2,F_<2α>(PGE_2,PGF_<2α>):PGE_2,PGF_<2α>はhOAT1,hOAT2,hOAT3,hOAT4,hOCT1,hOCT2により輸送された。そしてこの輸送はpH依存性に制御された。(4)インドキル硫酸:尿毒症毒素であるインドキル硫酸はhOAT1,hOAT3により輸送された。(5)メトトレキセート(MTX):抗腫瘍薬MTXはhOAT1,hOAT3,hOAT4により輸送され、臨床的に問題となる薬物相互作用はhOAT3で起きることが予測された。(6)セファロスポリン抗生物質:種々のセファロスポリン抗生物質がhOAT1,hOAT2,hOAT3,hOAT4と相互作用を示した。(7)オクラトキンA:バルカン腎症の原因物質であるオクラトキンAはhOAT1,hOAT3,hOAT4により輸送された。有機アニオントランスポータ(OAT)、有機カチオントランスポータ(OCT)は腎での薬物の尿細管分泌において重要である。ヒト、ラットOAT1(hOAT1、rOAT1)、hOAT2、hOAT3、rOAT3、hOCT2は近位尿細管基底側に存在し、薬物の尿細管内への取り込みに、hOAT4は上皮側に存在し薬物の再吸収、尿中排泄に関与すると考えられている。本年度は、これらのトランスポータの安定発現細胞を用いて以下の成果が得られた。(1)尿毒症毒素インドキシル硫酸(IS)の輸送、腎障害発症機構の解明rOAT1、3がISを輸送した。rOAT1、3安定発現細胞にISを添加すると細胞生存率が低下し、それは有機アニオン輸送阻害薬により回復した。In vivoでは、尿毒症ラットにISを投与すると、rOAT1、3、ISが近位尿細管の同じ部位に染色され、腎障害の増悪が認められた。すなわち、rOAT1、3は近位尿細管基底側でのISの取り込み、腎障害の増悪に関与すると示唆された。(2)OAT阻害薬のhOAT2、4阻害作用の解析カルバペナム系抗生物質との合剤として用いられているベタミプロン、シラスタチン、尿酸排泄促進薬プロベネシドがin vivoでhOAT2、4を阻害するかの予測を試みた。阻害定数と薬物血中濃度を比較した結果、プロベネシドがin vivoでhOAT4を阻害すると予測された。(3)非ステロイド性抗炎症薬(NSAID)の尿細管分泌の責任分子の同定検討した12種類のNSAIDは、種々の程度でhOAT1、2、3、4、hOCT、2と相互作用を示した。またサリチル酸はhOAT1、2、3、4、イププロフェン、インドメタシンはhOAT1、3、ケトプロフェンはhOAT1、3、4により輸送された。以上の成果は、薬物輸送の分子機構が明らかにするのみならず、危険な薬物相互作用を回避したより有効で安全な薬物治療を行う上で有用な情報となる。
DEMと空中電磁法を用いた地すべり危険箇所抽出手法の開発に関する研究

本研究では,徳島県三好市馬路地区徳島道沿い斜面において,空中電磁法により得られた比抵抗データを用いて分化型地すべりによる斜面の緩みの程度を推定する手法を検討した。視野を考慮して地形の起伏を評価する凹凸度の考え方を比抵抗分布に適用し,比抵抗分布パターンを定量化することを試みた。その結果,頭部斜面に近い谷壁斜面で比抵抗値の凹凸度変換点が見られる斜面が多数見られ,風化土層厚の変化点と対応していると考えられる。本研究では,分化型地すべり前兆地形を抽出する手法を検討している。H21年度は,データの収集と地すべり前兆地形すなわち地すべり危険箇所を抽出するためのパラメーターの有効性について検討した。収集したデータは航空レーザー測量によりえら得たDEMと空中電磁探査により得られた比抵抗データである。【航空レーザー測量によるDEMデータの解析】a)曲率(平均曲率,縦断曲率,横断曲率)本研究では地形量として曲率と固有値比を計算した。本研究では,解像度5mのDEMを使用した。曲率として,斜面に沿った方向の縦断曲率,斜面を横切る方向の横断曲率,縦断および横断曲率を平均した平均曲率を算定した。曲率の分布より地すべりブロック末端部の地すべり危険箇所では凹凸が発達していることが分かった。その程度は,ピクセルベースで曲率の値を評価するのではなく,分布パターンとして捉えることが有効であると考えている(H22年度)b)固有値比固有値比とは,各ピクセル平面の法線ベクトルの方向について,隣接する3行3列のピクセルにおけるばらつきを表す値であり,地表面の粗さを示す指標である(Woodcock, 1977)。この指標をMcKeanand Roering (2004)では地すべりブロックの地表面の粗さの指標として用いた。本研究では,末端地すべり危険性を評価するために使用できるかどうかを検討する。現段階では,計算のためのプログラムをコード化し,5mDEMを用いて固有値比を算定したところである。【空中電磁探査による比抵抗分布】c)比抵抗分布図比抵抗分布のパターンと現地の状況を比較した。d)地すべり土塊を縦断線沿いの比抵抗断面粘土分や土壌水分が多いところでは基盤岩に比べて比抵抗値が低くなると考えられる。そこで,比抵抗の鉛直分布の変化量は地盤内の強度の変化を反映している可能性があると考え,断面内で鉛直方向の比抵抗の変化量を算定した。斜面災害の中でも,分化型の地すべりについては,河道閉塞や道路の寸断などの主な要因の1つであるが,危険箇所を抽出する客観的手法は確立されているとは言えない。そこで本研究では,分化型地すべり地形が多数分布している地域の一つである,徳島県三好市馬路地区徳島道沿い斜面において,航空レーザー測量により得られたDEMと空中電磁法により得られた比抵抗データを用いて,地盤の緩みを推定する手法を検討した。分化型地すべり地形は,航空レーザー測量のデータを可視化することで明瞭に判読することができるが,それぞれの箇所がどの程度緩んでいるのかを地形から評価することができない。地盤の比抵抗データには,地すべりの素因とは直接的に関係のある情報だけではなく,岩石の種類や粘土鉱物の種類など直接関係のない情報も含まれているため,単純に比抵抗の値だけで緩み箇所を推定することはできない。比抵抗データから地盤の緩みの情報をいかに抽出するかが重要である。比抵抗値は,砂岩で高く,粘板岩で低いという傾向があるなど,岩盤の種類によっても変化する。本研究では,同じ種類の岩盤が分布する箇所における比抵抗値の違いには,緩みの程度の影響が反映されているのではないか,という考えのもと,比抵抗値の空間分布データを処理するフィルターを検討した。一般的に定型サイズのフィルターが使用されるが,さまざまなスケールで分布を捉える場合の使用は適切ではない。そこで本研究では,視野を考慮して地形の起伏を評価する凹凸度の考え方を比抵抗分布に適用し,比抵抗分布パターンを定量化することを試みた。斜面に沿って縦断方向に引いた測線上で5-30mの深さの比抵抗分布データから算定した凹凸度と地形形状とを比較した。頭部斜面に近い谷壁斜面で比抵抗値の凹凸度変換点が見られる斜面が多数見られ,風化土層厚の変化点と対応していると考えられる。
電子顕微鏡による蛋白質結晶の三次元構造解析技術の開発

本年度は、昨年度の結果をふまえて、電子顕微鏡の仕様を決定し、数多い改造を含め、実際に電子顕微鏡の製作を行った。実験としては、低電子線量法の改良と、クライオトランスファーの最適化のための真空系の見直しに特に重点を置いた。実際の蛋白質結晶の観察にあたっては、氷包埋試料を用いるため、電子線損傷の最小化と、試料の汚染を防止することが極めて重要になる。低電子線量法では、電子線回折との有機的結合をはかるとともに、傾斜試料のために多点でフォーカスを合わせられるようにした。また、これまで目的とする領域に不必要な電子線が照射されるのを防ぐためには、ビームを振ることによって逃げていたが、電子銃のバイアス電圧や、フィラメント電流を変化させる方法も検討した。その結果、電子銃のバイアス電圧を変える方法が使え、ビームを振る方法よりも優れている可能性があることが判明した。一方、氷包埋試料の観察の最適化のために、クライオトランスファー時の霜の発生を防ぐシールドの開発を行うとともに、試料汚染防止装置の効果の検証、ドラッグポンプを用いた粗引真空系の最適化を図った。実際、配管材料等を見直すことにより、これまでよりも2ケタ良い真空度を得られることがわかった。このことは、フィルムから発生する水蒸気による試料の汚染を防ぐのに大きな効果があるはずである。数多くの改良によって、蛋白質結晶の構造解析のために最適化された電子顕微鏡をつくりあげることが出来たが、電子線回折パターンの収集は、非常に限られた予算のために満足できる結果が得られたとは言い難い。本研究は電子線を用いた蛋白質結晶解析を行うため、データ収集に必要な装置とソフトウェアを開発することを目標としている。ハードウェアに関しては、既存の電子顕微鏡を改造することにしていた。主な改造点は、以下のとおりである。1.試料は水和している必要があるので、氷に包埋した試料を用いる。このために試料の周囲を完全に囲う型の試料汚染防止装置を開発した。試験の結果、期待どおりの効果があることがわかった。さらに、試料をワークステーションから鏡筒内に移す際の水の持ち込みをへらすため、予備排気にターボ分子ポンプを使い、乾燥窒素によるパージを行えるようにする。2.回折データの連続収集のため、試料の傾斜をパルスモーターで可変できるようにする。また、回折パターンは、CCD TVカメラで実時間で収集できるようにする。そのためGATAN社のカメラを購入し、試用した。3.低電子線量撮影のファームウェアを大幅に書き換え、低電子線量での電子線回折パターンの撮影を容易にする。また、傾斜像でのフォーカスを多点であわせられるように改造する。これを実現するためのソフトウェアフローチャートを作製している。このような改造点は、数多い打ち合わせによって明確になり、具体化されてきている。CCDカメラによる回折データ収集は結晶、カタラーゼの負染色試料を用いてその妥当性を検討した。ソフトウェアに関しては、回折パターンのデータから結晶の方位を決定するプログラムを開発することが目標であった。これは既にX線解析で行われているので、ソフトウェアを入手し、改造を行っている。本研究は電子線を用いた蛋白質結晶解析を行うため、データ収集に必要な装置(電子顕微鏡)とソフトウェアを開発することを目標としている。これまでの電子顕微鏡では、低電子線量での像撮影と回析パターンの撮影とが有機的に結合されるようにはできていなかったので、そのためのソフトウェア(ファームウェア)の開発が主眼となった。1.電子線回析データの連続収集のためのソフトウェアを開発し、GATAN製社CCDテレビカメラを用いて実験を行った。その結果、回析パターンの平均化操作によってかなりの信号対雑音比の向上は認められたが、限界があることが判った。これは、用いたテレビカメラの増幅度をあまりあげられないことと、CCD素子自体が冷却されていないため雑音が多いことによるものと考えられる。

2.回析パターンから結晶の方位を決めるためのソフトウェアの開発を行った。これによって、カルシウムATPase三次元微結晶の氷包埋電子顕微鏡像のいくつかについて、投影方法を決定できることを確認した。3.低電子線量撮影のファームウェアの開発を行った。これによって、低電子線量での回析パターンの撮影は非常に容易になった。また、傾斜した試料の像撮影のため、フォーカスを多点であわせられるようにもなった。さらに、試料グリッドの縁近くに位置する試料の撮影も容易になった。また、モード間の移行に際してビームをカットする新手法の検討も行った。
ミクロの世界に適合する力伝達機構を集積化したマイクロアクチュエータ

本研究の目的は、IC技術を援用した半導体マイクロマシーニングで作るμmサイズのアクチュエータ(マイクロアクチュエータ)に、その出力の方向や大きさを変換する機構を組み込むことで利用範囲を高めることである。医用や情報機器などのファインメカトロニクスにおいて、マイクロアクチュエータには大きな期待が寄せられている。しかし、小型化に伴い表面の摩擦の影響が支配的となるため、リンク機構やギヤなどが使用できず、アクチュエータの出力する力や変位をうまく伝達することが難しかった。本研究では、摩擦の影響を全く除くために、全体が弾性的に支持されて、基板の上に浮いている構造で力や変位の伝達と変換を行う。即ち、弾性体の一端を静電力で吸引することで全体を変形させ、他端に望みの大きさや方向の出力を取り出すのである。今回は、下の図1のような一端を固定したひし形弾性構造の両端を吸引することで、他端に90゚方向の変化した動きが得られた。また、ひし形の項角θを大きくすれば、出力端に大きな力が得られ、θを小さくすれば変位を拡大することができる。さらに別の形の変形構造において望ましい特性を持つ弾性支持の設計法も検討し、マイクロアクチュエータの実用化に寄与できた。本研究の目的は、IC技術を援用した半導体マイクロマシーニングで作るμmサイズのアクチュエータ(マイクロアクチュエータ)に、その出力の方向や大きさを変換する機構を組み込むことで、利用範囲を高めることである。しかし、小型化に伴い表面の摩擦の影響が支配的となるため、リンク機構やギヤ等が使用できず、アクチュエータの出力する力や変位をうまく伝達することが難しかった。即ち、弾性体の一端を静電力で吸引することで全体を変形させ、他端に望みの大きさや方向の出力取りを出すのである。(1)アクチュエータの設計:上記のような目的にかなうアクチュエータとして、一端を固定したひし形の弾性変形体と、固定端の両隣の頂点に付加した平行平板形静電駆動部に電圧を加え、ひし形弾性構造の両端を外側に引き付ければ、固定端と向かい合う頂点が内側に引き込まれる。つまり、静電力の向きと直交する方向の変位が得られる。また、固定端におけるひし形の頂角を90度より大きくすれば、変位を拡大することができ、90度より小さくすれば、力を増大することができる。ひし形の辺の長さと幅、静電駆動部の長さとギャップ長などを変化し、良好な動作を期待できる設計値を得た。(2)マイクロマシーニングプロセスの検討とアクチュエータの製作:上記で設計したアクチュエータを実現するためのプロセスを検討し、多結晶シリコン薄膜をドライエッチングする方法を考えた。このプロセスを用いて、アクチュエータを試作し、電圧を加えて動くことを確かめた。今回は、下の図1のような一端を固定したひし形弾性構造の両端を吸引することで、他端に90°方向の変化した動きが得られた。
急性心筋梗塞患者におけるMuse細胞動員の動態と左室リモデリングへの関与

研究開始より当院にて加療を行った症例の内、さらにDrop outされた症例を除き、AMI79例、CAD群44例、Control群64例にて解析を行い、以下の考察を得た。1AMI発症により心筋に重篤な虚血性のダメージが出現した後よりMuse細胞は増加傾向を示し7日目にピークを迎えることがわかった。2Muse細胞はAMI群にて増加し,CAD群ではControl群と有意な差がないことを示した。このことは,Muse細胞はAMIによる虚血ダメージをシグナルとして増加するものであり,冠動脈に75%以上の有意な狭窄病変があるのみではそのシグナルが出ないことを示唆している。3AMI発症後のpeak CK値はその梗塞範囲の広さを反映すると報告されているが,大きな梗塞である程,Muse細胞数は増加することがわかった。大きな梗塞であるほど,左室収縮能の低下が著明であり,リモデリングも進む可能性が高く,Muse細胞の自己修復能力が心機能を改善しリモデリングを抑制するように働くことが示唆される。4S1P濃度とMuse細胞数が正の相関関係を示していたことから,Muse細胞はS1Pのシグナルで増加する可能性がある。5慢性期の評価では,左室収縮能が改善する症例や左室リモデリングが抑制される群ではAMI発症急性期において動員されるMuse細胞数が有意に多かった。反対に左室収縮能の悪化や左室リモデリングを認める症例ではMuse細胞の動員が少なかった。このような症例では,内因性のMuse細胞が十分動員できていない可能性があり,Muse細胞の投与によるAMI治療の可能性が示された。研究開始より当院へ救急搬送された急性心筋梗塞患者の内、87症例について研究参加への同意を文書にて取得した。計画書通りに血液検査を行い、末梢循環血液中のMuse細胞数をFACSを用いて測定した。発症当日のMuse細胞数は146.2±10.5/100μL(mean±SE)であるのに対し、1日目には242.9±21.9/100μLと有意に上昇した。その後徐々に減少し、発症より14日目に元の数へ戻っていた。さらに、急性心筋梗塞患者の対象として、冠動脈病変のないコントロール群64症例と冠動脈に狭窄病変を有するものの、心筋梗塞には至っていない冠動脈疾患群44症例についても同様に文書で同意を取得し、Muse細胞数の測定を行ったが、コントロール群164.1±15.7/100μL、冠動脈硬化患者群167.2±13.4/100μLであった。急性心筋梗塞患者においては、経過中の最大Muse細胞数とで比較すると280.5±17.2/100μLであり、他の群に比べ有意に上昇していた。この結果より、急性心筋梗塞を発症すると末梢循環血液中にMuse細胞が動員されることが証明できた。同様にS1P濃度の測定も並行して行った。Muse細胞数と同様に急性心筋梗塞発症時のS1P濃度は152.7±9.8ng/mLであるのに対し、翌日には166.5±9.9ng/mLと上昇し、発症14日目には元に戻っていた。コントロール群120.7±6.7ng/mL、冠動脈疾患群133.3±13.7ng/mLに対して急性心筋梗塞群の最大S1P濃度は197.8±9.5ng/mLと有意な上昇を認めた。全症例において、Muse細胞数とS1P濃度を比較検討すると、有意に正の相関関係が認められた。比較的多くの患者に同意を取得することができ、Muse細胞およびS1P濃度の測定が可能であった。検査結果より、当初予測していた通り、急性心筋梗塞発症により、Muse細胞およびS1P濃度が増加することが証明できた。研究開始より当院へ救急搬送された急性心筋梗塞患者の内、90症例において研究参加への同意を文書にて取得した。計画書通りに血液検査を行い、末梢循環血液中のMuse細胞数をFACSを用いて測定し、以下の結果を得た。多くの患者から同意を取得する事ができた。Muse細胞及びS1P濃度の測定が可能であった他、急性期及び慢性期において心臓超音波検査を用い、左室駆出率や左室拡張末期径の計測と比較検討を行う事が出来た。

5慢性期の評価では,左室収縮能が改善する症例や左室リモデリングが抑制される群ではAMI発症急性期において動員されるMuse細胞数が有意に多かった。反対に左室収縮能の悪化や左室リモデリングを認める症例ではMuse細胞の動員が少なかった。このような症例では,内因性のMuse細胞が十分動員できていない可能性があり,Muse細胞の投与によるAMI治療の可能性が示された。急性心筋梗塞発症急性期については、予測していた通りのデータが収集出来た。次に急性心筋梗塞慢性期の状態について評価を行う。具体的には心臓超音波検査を行い、左室九出率、左室拡張末期径、収縮末期径の測定を行い、急性期の心臓超音波検査結果と比較検討する。研究成果を学会、研究会へ発信する。
魚油の静脈投与による侵襲下好中球アポトーシス抑制の解除と組織障害軽減の研究

経腸栄養が不可能な症例ではTPNは全身の栄養状態の改善に非常に有効な手段である。n-3系多価不飽和脂肪酸は抗炎症作用を有し、免疫栄養として注目されている。我々はn-3脂肪製剤の静脈投与が自然免疫の中心的役割を担う好中球に及ぼす影響を検討した。ラットエンドトキシン血症モデルを用いて無脂肪群、n-6群、n-3群の3群での3日間のTPN施行後、腹腔滲出細胞を採取、脂肪酸構成比率の変化とLTB4、B5産生能を検討した。また、TPN施行後に生食またはLPSを腹腔内投与し、末梢血と骨髄細胞の脂肪酸構成比率とアポトーシスを検討した。腹腔内滲出細胞では、n-3群でn-3/n-6比が増加し、細胞内にn-3系多価不飽和脂肪酸が多く取り込まれていることが明らかとなった。また、この時の腹腔内滲出細胞をin vitroで培養すると、LTB4の産生が抑制され、LTB5の産生が優位になったことから、n-3系多価不飽和脂肪酸は腹腔内滲出細胞の構成成分を3日間で変え、LT産生を炎症性から抗炎症性へとシフトする可能性が示唆された。末梢血では、血漿中の脂肪酸のn-3/n-6比は生食群、LPS群ともn-3系多価不飽和脂肪酸により増加することが示され、LPS群では生食群よりも増加が顕著であった。骨髄細胞においてもn-3/n-6比は同様の傾向を示した。しかし、末梢血好中球においてはアポトーシスには変化がなく、骨髄細胞でのみn-6群に比較してn-3群でアポトーシスが増加した。以上より、好中球のLT産生能は脂肪酸構成比率に依存し、n-3系多価不飽和脂肪酸により侵襲下での骨髄細胞のアポトーシスは促進した。これは早期の末梢好中球過剰による組織障害を回避する可能性があるが、骨髄での好中球アポトーシス抑制をより解除することにより、免疫抑制をきたす可能性が考えられた。経腸栄養が不可能な症例では中心静脈栄養は全身の栄養状態の改善に非常に有効な手段である。魚油に多く含まれるn-3系多価不飽和脂肪酸は抗炎症作用を有し、免疫栄養として注目されている。ラットエンドトキシン血症モデルを用いて無脂肪群、n-6群、n-3群の3群での3日間のTPN施行後、腹腔滲出細胞を採取、脂肪酸構成比率の変化を検討した。以上より、n-3系多価不飽和脂肪酸により侵襲下での骨髄細胞のアポトーシスは促進した。これは早期の末梢好中球過剰による組織障害を回避する可能性があるが、骨髄での好中球アポトーシス抑制をより解除することにより、免疫抑制をきたす可能性考えられた。

以上より、好中球のLT産生能は脂肪酸構成比率に依存し、n-3系多価不飽和脂肪酸により侵襲下での骨髄細胞のアポトーシスは促進した。これは早期の末梢好中球過剰による組織障害を回避する可能性があるが、骨髄での好中球アポトーシス抑制をより解除することにより、免疫抑制をきたす可能性が考えられた。
自己組織化ナノ結晶による強誘電トンネル効果の解明と新規メモリ素子の実現

強誘電体をナノサイズの薄膜とすることで特異なトンネル効果が現れ、トンネル電流は分極に依存するので、これを用いた新型メモリが期待されている。しかし、物性解明のためには理想的な強誘電体トンネル接合を作ることが重要で、超高品質なナノ結晶や膜の形成と評価技術の構築が求められる。本研究では、スパッタ法を改良した新開発のナノ結晶成長手法により各種強誘電体および金属のナノ結晶育成に取り組んだ。研究前期で、作製条件の最適化と改良により自己組織的にサイズ、配置を制御したナノ結晶育成が実現できた。さらに後期には、ナノシートを得、さらに積層や、微小領域や超微小電流の計測を実現できた。電子セラミックスなどの強誘電体材料では新奇な現象として、材料をナノサイズにしたとき、強誘電分極と相互作用する特異なトンネル電流が見いだされ、非常に注目されている。現時点では物理機構は未解明である。しかし、この現象を応用することで、ナノサイズ、超低消費電力、高耐久の究極のメモリ素子が得られるため、現象解明が渇望されている。本研究は、独自の手法・アプローチとして、(1)自己組織化を利用した高品質なナノ結晶育成、(2)超高感度電流測定による強誘電体ナノ膜の界面状態評価、を活用することで、この新現象の解明に取り組むとともに、将来の応用に有用な知見の獲得を目指す。本年は自己組織化ナノ結晶の育成手法の改善、さらには他の材料系におけるナノ結晶育成にも取り組むと共に、ナノ結晶評価手法の開発も行った。結果として、非鉛のBa系の薄膜成長の品質改善が得られ、最適化に関する知見が得られた。また、得られた膜にて特性評価を行い、誘電特性、特に高周波特性に関してデバイス応用上良好な特性を得ることに成功し、論文への報告を行った。最近、電子セラミックスなどの強誘電体材料では新奇な現象として、材料をナノサイズにしたとき、強誘電分極と相互作用する特異なトンネル電流が見いだされ、非常に注目されている。この現象を応用することで、ナノサイズ、超低消費電力、高耐久の究極のメモリ素子が得られるため、現象解明が渇望されている。本研究は、独自の手法・アプローチとして、(1)自己組織化を利用した高品質なナノ結晶育成、(2)超高感度電流測定による強誘電体ナノ膜の界面状態評価、を活用することで、この新現象の解明に取り組むとともに、将来の応用に有用な知見の獲得を目指すものである。初年度は自己組織化ナノ結晶の育成技術の確立を目指すため、特に2点についての研究を進めた。具体的には、まず、基礎的な評価・解析である結晶構造解析を放射光施設(Spring8)などを利用して進め、これまでにない均質、超高品質な強誘電体ナノ結晶を実現することを目的に研究を進めた。また、並行して、得られたナノサイズ結晶の電気的特性評価を行うために、走査型プローブ顕微鏡の改修により極限の低ノイズ、超微少電流化を図った。第一に、高品質ナノ結晶の育成と分析については、放射光施設の協力を得ることで、非常に平坦度の高いサファイアナノ結晶表面を得、さらに成膜条件の最適化を追求した。その結果、ロッキングカーブ半値幅0.1度以下のきわめて配向性の高い結晶成長が得られており、所定の成果を得ることができた。第二の電気的特性評価の環境整備についてては、本年度は大学からの支援により、ナノ結晶研究に専有で利用できる、走査型プローブの導入が行うことができた。以後、装置の調整、改良を進め、ナノ結晶表面の表面増の観察が明瞭に行える状況にある。しかし、本年はSPM装置の在庫の都合で、納入時期が遅くなったため、電気測定の調整が年度末にずれ込んでおり、目下急いで進めつつある。電子セラミックスなどの強誘電体材料では新奇な現象として、材料のナノサイズにすると、強誘電分極に影響される特異なトンネル電流が見いだされ、非常に注目されている。しかし、物理機構は未解明であるため、応用への展開が阻まれている。この現象をデバイス応用できれば、メモリのナノサイズ化、超低電力消費化、高い耐久性の究極のメモリ素子が得られるため、物理機構の解明が重要課題である。本研究は独自の手法として、(1)自己組織化によるナノ結晶の育成、(2)超高感度電流測定による界面評価、を活用して、現象の解明と、応用への展望を得る。本年は、強誘電体PZT系ナノ結晶の下地導電層、バッファ層としてZnO系ナノ膜の形成を試みた。作製条件の最適化により、サファイア単結晶の原子平坦表面上にZnOナノ膜が得られた。さらに、その上にPZTナノ膜がエピタキシャル成長することが確認され、SPM測定によって、成長様式などの知見が得られた。これを活用することで、より高精度の成長制御でデバイス化に向いた形態の膜作製が期待できる。

昨年度はZnOのナノ結晶膜の形成に成功したが、材料評価装置の不具合のために結晶膜の最適化、つまり表面平坦化や超高品質連続膜への指針を得るには至らなかった。今年度は評価装置の調整と改良を済ませ、昨年実施できなかったZnOの膜質改善に取り組んだ。作製条件を変化させ、成長中の表面エネルギーの最適化として基板温度と入射エネルギー、酸素イオン濃度の調整で、ZnOナノ結晶の形状とサイズが広い範囲で調整出来ることを示した。その結果、メモリナノドットには十分や広さを持った100nmサイズの平坦なナノ単結晶を、均質かつ位置制御して形成することができた。これで、ナノメモリのナノ積層構造の基板技術が得られたことになる。強誘電体をナノサイズの薄膜とすることで特異なトンネル効果が現れ、トンネル電流は分極に依存するので、これを用いた新型メモリが期待されている。しかし、物性解明のためには理想的な強誘電体トンネル接合を作ることが重要で、超高品質なナノ結晶や膜の形成と評価技術の構築が求められる。本研究では、スパッタ法を改良した新開発のナノ結晶成長手法により各種強誘電体および金属のナノ結晶育成に取り組んだ。研究前期で、作製条件の最適化と改良により自己組織的にサイズ、配置を制御したナノ結晶育成が実現できた。さらに後期には、ナノシートを得、さらに積層や、微小領域や超微小電流の計測を実現できた。本年は、組成制御により電気的特性の系統的評価を行い、トンネル電流の制御に踏み込む予定であった。しかし、組成制御に必要な、組成分析設備(蛍光X線分析装置)が故障し、実験が遅れた。他の実験を進めつつ、設備修理の諸手続にあたり、年度末には装置は回復した。工学装置故障のため、実験スケジュールが変更となったが、装置が回復したので、保留となっていた実験の実施を進める。サイズ制御に加え、特に組成制御はナノサイズ界面に大きな影響を与え、界面の電位バリア、つまりトンネル電流に大きな影響を与えるものと予想されので、これの解明を進め、トンネル電流の制御と物理機構の定量化に挑む。薄膜作製装置の立ち上げ、改良が順調に進み、実験上の運用状況も良好で、故障や装置の不調などもない。また、所属する大学、研究科の支援や本研究に対する理解もあり、支障なく進んでいる。ほぼ予定通りの進展であるが、ナノ電気特性測定の構築が遅れ気味である。これは、現在、ナノ観察の研究が非常に活発であるため、装置が品薄となって納入が遅れたためであり、研究上の物理的な問題といった本質的な課題の発生によるものではない。材料評価に用いる大型装置の故障のため、実験スケジュールに変更があったため。年度末に復旧させ、スケジュールの回復に取り組んでいる。今後も研究を強力に推進し、特に、昨年に取り組んだナノ結晶評価手法(SPMによる強誘電性の精密評価)を活用して、より微細な試料形態での測定評価を試みる。これにより、デバイス応用上の成果だけではなく、より電子物性の基礎の上で価値ある成果を目指したい。今後は、前述の測定装置の構築を進めつつ、並行して、種々の条件で作製したナノキャパシタ構造でトンネル電流測定を行い、条件依存性(サイズ、電極材料、応力、成長方位、界面欠陥密度、温度)を明らかにすることで、各種の仮説の適合性について検討し、強誘電トンネル効果の機構解明を狙う。各種薄膜用材料および単結晶基板材料、さらにSPMの特殊探針などを購入する予定である。