hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
分解を自在に制御可能な刺激応答性分解ゲルによる三次元細胞組織体の構築

本研究では、再生医療において渇望されている三次元細胞組織体の構築に関する基礎研究を目的に設定した。研究代表者の松崎は、細胞が増殖する三次元足場材料の分解性を自在に制御することで、三次元組織体の独創的構築法を考案した。前年度は、ジスルフィド結合で架橋されたハイドロゲルを用いて三次元培養後、還元剤によりゲルのみを分解することで、細胞と細胞外マトリックスのみから構成されるセンチメートルオーダーの三次元組織体の構築を達成した。本年度は、細胞増殖因子を用いた組織化の最適化について検討し、また、配向三次元組織の構築を検討した。テンプレートゲルでの三次元培養時に、線維芽細胞の増殖を促進する塩基性線維芽細胞増殖因子(bFGF)やコラーゲン産生を促進するアスコルビン酸を培地に添加した。その結果、bFGFを添加すると細胞がゲル内部まで侵入し、より短期間で直径1cm、厚さ2mmの組織体が得られた。また、アスコルビン酸を添加することでコラーゲン産生量が増加し、安定な組織が得られることが分かった。さらに、筋組織のような配向三次元組織体の構築を目的とし、シリカクロスをテンプレートとした配向多孔空間を有するテンプレートゲルを作製した。このゲルをテンプレートとして細胞を三次元培養し、システインの添加によりゲルを分解したところ、細胞が配向した三次元組織体が得られた。細胞の配向が制御された三次元組織体の構築は世界で初めての成果である。以上より、当該目標であった三次元組織体の構築が達成されただけでなく、配向組織体の構築にも成功し、当初の計画をはるかに超えた研究成果を得ることができた。再生医療において、細胞の三次元組織化に関する研究は未だ基礎研究レベルを脱却しきれていないにも関わらず、三次元組織化に必要とされる基礎的な知見すら得られていない状況であり早急の解決が求められている。ジスルフィド結合で架橋されたハイドロゲルを用いて三次元培養後、還元剤によりゲルのみを分解することで、細胞と細胞外マトリックスのみから構成される三次元組織体が得られると期待される。得られる三次元組織体は合成化合物を含まないため安全性にも優れており、実用化の可能性が極めて高い。本年度は、ポリ(γ-グルタミン酸)(γ-PGA)をシスタミンで架橋したジスルフィド架橋γ-PGAゲル(γ-PGA-SSゲル)を調製し、種々の還元剤による分解特性および三次元組織化を検討した。仕込みのγ-PGAやシスタミンの濃度を制御することで、様々な膨潤度のゲルを調製できた。また、還元剤としてグルタチオンやシステインを用いると、還元剤の種類や濃度に応じて30分1週間程度まで分解時間を制御可能であることを見出した。凍結乾燥した直径1cm厚さ2mmのγ-PGA-SSゲルにマウスL929細胞を播種し、10日間培養を行った後にシステインを含む培地に浸漬すると、テンプレートであるγ-PGA-SSゲルのみの分解が確認され、γ-PGA-SSゲルと同じサイズの細胞組織体が得られた。この組織体は、細胞と細胞が産出した細胞外マトリックス成分のみで構成されていることが確認された。合成化合物を含まないセンチメートルオーダーの組織体はこれまで例が無く、本研究により得られた世界で初めての成果である。本年度の研究成果は学術論文として掲載が確定しており(Biomaterials, in press)、また、2007年2月26日の日刊工業新聞に本研究内容が掲載されたことからも本研究の重要性が伺える。本年度は当初の予定をはるかに超えて研究が進行した。
高機能チップを用いたプロテオーム解析システムの構築

平滑なガラス表面に金を真空蒸着した基板上に、末端にSH基を導入したC11のアルキル鎖とPEGからなる自己組織化膜を貼り付けた。PEG末端のOH基で覆われた基板表面は、デキストランコートを施したものよりも非特異的吸着が低いことが報告されており、単分子膜の構成成分を短鎖(エチレングリコール3単位(EG=3))と長鎖(EG=6)の両方で構成し、長鎖のみを各種官能基で活性化した。立体障害を避けるように2:98の比率で比率で混合した長鎖と不活性な短鎖(末端はOH基)からなる混合自己組織化膜を金表面上に形成させた。基板表面は一定の密度で官能基がすべて同じ方向を向いているので、高い確率で特異的に相互作用するものを補足することが期待される。本年度では上記のモデルシステムとしてPI3KのSH3ドメインとリガンドペプチドを選び、リガンドペプチドを固定したもの、長鎖の末端をNH2基で修飾したもの、末端がOH基のみのもの、そして無修飾の金チップの4種を用意し、PI3K-SH3ドメインの溶液をのせてインキュベーションし、水で一回のピペッティングで洗浄と脱塩を同時に行い、MALDI/TOF-MS型質量分析計でイオン化したところリガンドペプチドチップに強いPI3K-SH3ドメインのイオンピークが観測された。他にOHチップに僅かにイオンピークが観測されるのみであった。また一回のスクリーニングに消費したタンパク質は25μMの濃度で2μLすなわち50pmolで可能であることも示している。実際はその9割以上を回収できたので実質的な消費量はそれ以下である。
自己と他者を識別する脳内機構:事象関連電位法による社会神経科学的検討

本研究の目的は、自己および他者に関わる神経表象の関係を、脳波上の事象関連電位計測によって検討し、人間の社会認知や共感的能力を支える脳神経メカニズムを探ることである。初年度には、自己および他者の神経表象の指標となる脳波パターン(Medial-Frontal Negativity ; MFNとよばれる事象関連電位)の確定を行った。これを受けて、二年目となる本年度では、MFN指標の生理学的な特性をさらに詳細に検討した。具体的には、「ギャンブル課題」と呼ばれる、金銭の損得を体験する課題を利用して、自己、および他者の金銭的損得を知覚した際のMFN電位の特性を調べ、以下のような知見を得た。(1)対象に対する社会的・心理的帰属の反映:コンピュータプログラムの課題遂行にくらべ、人間、とくに親しい知人の課題遂行の結果を知覚した場合のMFN振幅のほうが大きく、その振幅は対象に対する意図や心的表象の帰属の強度に相関していることが示唆された。(2)生理学的な機序の検討:MFNが生じる脳波セグメントを各周波数成分に分解し、シータ波およびガンマ波の相動的な発生と対応している知見を得た。このことは、MFNが前頭葉内側面と大脳辺縁系のネットワークの活動を反映しているとする仮説をサポートするものとなる。(3)MFNの特性の一般性の検討:ギャンブル課題に加えて運動上のエラー誘発課題を用い、両課題に通じる個人差傾向を見出し、他者観測時のMFNが課題の特異性を超えた一般性を示唆した。こうした知見から、MFNパターンを指標にして、前頭葉内側部の神経活動が社会的・情動的な影響を受けて外界の事象の価値判断を担っていることを示唆し、またこの神経活動を指標にして、自己と他者の社会的関係の認知を検討する手法的な素地を固めることとなった。これらの成果は2006年度の計三つの国内学会発表、および一つの国際雑誌論文として発表された。本研究の目的は、ある事象を自己と他者のどちらに帰属させるかによって、神経活動がどのように変動をするかを脳波の事象関連電位計測によって検討し、脳内の自己および他者の神経表象の関係を探ることである。初年度である本年度では予定通り、自己および他者の神経表象の指標となる脳波パターンの確定を行ってきた。具体的には、心理学において「ギャンブル課題」と呼ばれる、金銭の損得を体験する課題を利用して、自己、および他者の金銭的損得を知覚した際の脳活動パターンを体系的に調べた。その結果、結果の知覚後200-300ミリ秒の潜時で頭皮上の中心前部に現れるMedial-Frontal Negativity(MFN)というパターンが、自己の損失のみならず、他者の損失の知覚においても出現し、自己と他者とで同質の「行為評価」機構に対応する神経活動が生じていることを強く示唆した。さらに、他者観測のパターンには個人差がおおきく見られ、これが各個人の他者認知の認知的スタイルを反映する指標として用いられる可能性を示唆した。続いて、自己と他者の利害関係や、他者に対する主観的な印象(親密度など)を操作した検討を行ったところ、他者観測におけるMFNパターンは、個人のパーソナリティ尺度(共感性尺度)や観測対象に対する主観的印象、男性と女性の性差などを反映していることが示すデータが得られた。こうした知見から、MFNパターン、およびこれに反映されていると考えられている前頭葉内側部の神経活動が、自己と他者の主観的・実利的な文脈に影響を受けて外界の事象の価値判断を担っていることが示唆され、またこの神経活動を指標にして、自己と他者の社会的関係の認知を検討する手法的な素地を固めることとなった。これらの成果は2005年度の二つの国内学会、および一つの国際ワークショップにおいて発表され、また一つの論文にまとめて国際雑誌に投稿中である。

こうした知見から、MFNパターンを指標にして、前頭葉内側部の神経活動が社会的・情動的な影響を受けて外界の事象の価値判断を担っていることを示唆し、またこの神経活動を指標にして、自己と他者の社会的関係の認知を検討する手法的な素地を固めることとなった。これらの成果は2006年度の計三つの国内学会発表、および一つの国際雑誌論文として発表された。
内部流体影響を考慮した石油・ガス生産用フレキシブルチューブの応答予測と制御

これからの大水深域での海洋開発では従来の鋼製のライザーに加え、フレキシブルなチューブ/ライザーを用いた汲み上げシステムの導入が検討されている。このシステムには潮流、洋上浮体の動揺、波浪などの外力に加えライザー内部流体の運動による外力が大きくなることが予測される。そこで、ライザーを模した10mのシリコン製の大型模型を製作し、様々な状況下での流量と振動の関係性を明らかにする水槽実験および数値モデルの開発を行った。大水深域での海洋油田開発においては「フレキシブルチューブ/ライザー」を組み合わせた汲みあげシステムの導入が検討されている。ライザーシステムには潮流影響、洋上浮体の運動影響、波浪影響などの外力により大きな挙動が誘起される。従来の鋼製ライザーの挙動においては、外力成分である潮流・波浪・浮体運動の連成が主たる要素を占め、内部流体影響については、ライザーの剛性が高いことから一般にその影響は問題とならないと考えられている。しかし、柔軟性に富むフレキシブルチューブ/ライザーの挙動では汲み上げ時において内部流体(流体・気体・固体の混合流になる)の密度変化などに起因した振動が生じると考えられる。この振動はフレキシブルチューブ/ライザーの状況(形状)によっても異なり、また、振動に起因する新たな振動が生じることも予想される。本研究では特に内部流体の影響に着目し、海洋においてフレキシブルチューブを用いた様々な場合に生じる応答を数値シミュレーション、水槽試験などを通して予測方法を確立するとともに、その応答を低減させるための制御方法を確立することを3カ年の目的としている。初年度の平成20年度は、チューブ内部流体運動とチューブの動的挙動との連成問題のモデル化およびそれに基づく動的応特性を調べるために、陸上環境下でフレキシブルチューブ内を流れる流体の流量・密度をコントロールした実験を行い、実験内部流体運動とチューブの動的挙動の検証を行った。動的挙動の数値モデルの開発においては、流力弾性挙動に関する研究とライザー挙動に関する数値モデルの検討、ならびに動的制御に関しての検討を行った。平成21年度は、チューブ内部流体運動とチューブの動的挙動との連成問題のモデル化およびそれに基づく動的応特性を調べるために、ライザーを模した10mのシリコン製の大型模型を製作し、陸上ならびに水中環境下でフレキシブルチューブ内を流れる流体の流量・密度をコントロールした実験を行い、実験内部流体運動とチューブの動的挙動の検証を行った。大水深域での海洋油田開発においては「フレキシブルチューブ/ライザー」を組み合わせた汲み上げシステムの導入が検討されている。本研究では特に内部流体の影響に着目し、海洋においてフレキシブルチューブを用いた様々な場合に生じる応答を数値シミュレーション、水槽試験などを通した実験的研究を行った。平成22年度は、平成21年度の実験を踏まえ、チューブ内部流体運動とチューブの動的挙動との連成問題のモデル化およびそれに基づく動的応答特性を調べるために、フレキシブルチューブを模した10mのシリコン製の大型模型を製作し、水中環境下でフレキシブルチューブ内を流れる流体の流量を変化させた加振実験を行い、実験内部流体運動とチューブの動的挙動の検証を行った。
複雑系としての経済・生態システムの計算機模擬支援と社会工学的実験手法の開発

本研究の目的は、さまざまな主体(人間であれ、生物個体であれ)が、それぞれの目的を持ち、複雑に相互に影響を与えている経済・生態系の挙動を計算機模擬(シミュレーション)により複雑系として解明することを支援するための社会工学的な実験手法を開発することであった。平成7-8年度の2年間の研究成果は次のようにまとめられる。1.経済・生態系の知識工学的な枠組みによるモデル化多領域の知識を必要とする複雑系のモデルを、計算機プログラミングの専門家でない研究者が、(1)仮説や条件等を設定でき、(2)モデルの再構成が容易にでき、(3)計算機模擬による実験を高速ワークステーション上で行える、という実験手法を確立した。すなわち、CESPやMathematicaというオブジェクト指向の論理型言語により、閉鎖系水域や都市河川系のネットワークにおける水質汚濁、富栄養化、有害性化学物質による健康リスク等の現象と人間・都市活動の相互関係を、領域知識として独立に記述し、計算機によるシミュレーション技術とは分離して開発、修正、改変、学習等ができるようにした。2.実験経済学やゲ-ミング等の社会工学的実験と複雑系の計算機模擬の統合化少数の主体の参加による実験経済学やゲ-ミング等の社会工学的実験と高速ワークステーション上での計算機模擬を統合して行う枠組の原型の概念設計を行い、最近の遺伝アルゴリズム等を導入した幾つかの実験を試みた。すなわち、少数の主体の実験から出てくる経済取引や市場のルールの形成過程の仮説を、大規模で複雑な条件において計算機で模擬して、その妥当性を検証する知識工学上の枠組みを設計し、一定の成果を得た。複雑な経済・生態系の動態(ダイナミックス)のモデル化を計算機模擬(シミュレーション)を用いて解明するには、どのような機能が必要なのかをこれまでの複雑系力学、生態系理論や実験経済学の成果を検討し、下記のような項目の研究とモデル化支援システムの開発を進めた。1)大規模な経済・生態系の動態(経済主体の経済活動と自然生態系の生物・資源の相互作用)の計算機模擬を行うために、これまで発展してきた実験経済学の手法やゲ-ミングなど参加型社会工学的な実験の調査を行い、その手法の妥当性と計算機模擬への適応性の検討や追試をおこなった。2)多数の経済主体が参加する複雑系の構成要素とその機能を明らかにし、それぞれの主体の目的、選好、行動等をオブジェクト化し、どのようなメカニズムや秩序が発生してくるのか、そり均衡と安定性についていくつかの実験シナリオの設計を行った。3)経済系や生態系の機能を多領域知識から構成された深い知識(専門知識)と考えて、これらを複合対象モデル(経済・生態系モデル)として記述するソフトウエアの枠組みを設計した。また、高性能のワークステーションでその機能の計算機シミュレーションが遂行できるようなプログラム開発と計算機への実装を部分的に行った。本研究の目的は、さまざまな主体(人間であれ、生物個体であれ)が、それぞれの目的を持ち、複雑に相互に影響を与えている複雑系としての経済・生態系の挙動を計算機模擬(シミュレーション)により解明することを支援するための社会工学的な実験手法を開発することであった。平成7-8年の研究成果は下記のようにまとめられる:1.経済・生態系の知識工学的な枠組みによるモデル化多領域の知識を必要とする複雑系モデルを、計算機プログラミングの専門家でない研究者が(1)仮説や条件等を設定でき、(2)モデルの再構成が容易にでき、(3)計算機模擬による実験を高速ワークステーション上で行なえる、という実験手法を確立した。2.実験経済学やゲ-ミング等の社会工学的実験と複雑系の計算機模擬の統合化

少数の主体の参加による実験経済学やゲ-ミング等の社会工学的実験と高速ワークステーション上での計算機模擬を統合して行う枠組みの原型の概念設計を行い、最近の遺伝子アルゴリズム等を導入した幾つかの実験を試みた。すなわち、少数の主体の実験から出てくる経済取引や市場のルールの形成過程の仮説を、大規模で複雑な条件において計算機で模擬して、その妥当性を検証する知識工学上の枠組みを設計し、一定の成果を得た。
未知の白亜紀裸子植物生殖器官の構造と類縁の解明

北海道の白亜系植物化石産地において採集調査を行い、多数の含化石ノジュールを採集、ピ-ル法による標本作製と観察を行った結果、裸子植物の絶滅新群の存在が明らかになった。現生4綱のそれぞれにに匹敵する分類群である。具体的には以下のような成果があった。1.ベネチテス類裸子植物の生殖器官の形態学的構造が明らかになった。中生代の代表的裸子植物のひとつであるベネチテス類の生殖器官は、被子植物の花と似ており、その祖先とも言われた。生殖器官の構造がはっきりしたことで、被子植物との関連は否定される一方、ベネチテス類の形態進化の過程を解明する基礎ができた。論文は発表ずみである。2.類縁不詳だった果実状繁殖器官の構造が明らかになった。これまで被子植物のものと考えられていた果実状繁殖器官の構造が明らかになり、裸子植物のものであることがわかった。かつては裸子植物にも果肉をつくるものが多くあったことがはっきりした。ジュラ紀のインドから知られるペントキシロンに似るが、ペントキシロンの繁殖器官は内部構造が良くわからず、はっきりした類縁は不明である。白亜紀の新分類群(綱)とすべきものである。記載報告を準備している。3.2の果肉を食べる甲虫の幼虫を発見した。裸子植物の果肉を昆虫が利用した形跡があったが、その証拠となる虫は発見されたことはなかった。本研究で発見された幼虫は、鉱化化石中の幼虫化石として世界で初の発見であるだけでなく、昆虫と植物の共進化を明らかにする上でも画期的な資料である。
常温体外循環開心術におけるNafamostat Mesilate投与下エンドトキシン吸着法によるサイトカイン誘導抑制と臓器障害軽減効果に関する研究

【実験1】近年,開心術においてblood cardioplegiaをはじめとする心筋保護法の進歩と共に,常温体外循環が選択されつつある.これは,低体温体外循環に比べて,末梢循環不全や凝固機能障害等が少ないためとされている.しかし,常温体外循環では,低体温体外循環に比べ炎症性サイトカインが多く放出され,それによる心・肺などの臓器障害が懸念される.そこで,アナンダマイドなどの内因性大麻を吸着するとされるポリミキシンB固定化カラム(PMX)を体外循環に組み合わせて使用し,その有用性を検討した.【方法】体重約25kgの豚を用い,全身麻酔後,心機能測定及び動脈血液を採取後,血液800ml輸血下に体外循環を確立した.実験を,常温体外循環を行ったcontrol群と,常温体外循環下にエンドトキシン吸着を行ったPMX群との2群に分けた.大動脈遮断後,速やかにblood cardioplegiaを15分毎に2分間ずつ注入した,大動脈遮断時間は34分とし,体外循環離脱後2時間まで観察し,心機能を測定,動脈血液を採取した.PMXは80ml/minで体外循環確立時より実験終了まで行った.遮断解除後心室細動を生じた場合電気的除細動を施行し,心拍再開後は100/minでVVI pacingを行い,DOA5γを持続点滴した.心機能は体外循環前からの回復率(%)で示し,動脈血液ガスは体外循環前後の数値を比較した.【結果】Emax,LVP,CO,-LVdp/dtはPMX群でcontrol群に比べ有意に改善した.Pa02(mmHg)は離脱2時間後では,PMX群が有意に良好な値を示した.IL-6,IL-8は体外循環前それぞれ基準値以下だったが,離脱2時間後にPMX群がcontrol群に比べ低い傾向にあった.【まとめ】常温体外循環でもポリミキンシンB固定化カラムによるエンドトキシン吸着を行うことにより,虚血再灌流障害を抑制し,心・肺の臓器障害を軽減した。【実験2】長時間心保存移植実験モデルで炎症性サイトカイン産生阻害剤が移植後心機能を改善するかどうかを検討したところ心機能は改善し、心保存中の炎症性サイトカイン抑制は心移植後の安定した循環動態を得るために有用と考えられた。体重約25kgの豚を用い,血液800ml輸血下に体外循環を確立した.実験を,常温体外循環を行ったcontrol群と,常温体外循環下にエンドトキシン吸着を行ったPMX群との2群に分けた.大動脈遮断後,速やかにblood cardioplegiaを15分毎に2分間ずつ注入した.大動脈遮断時間は34分とし,体外循環離脱後2時間まで観察し,心機能を測定,動脈血液を採取した.

PMXは80ml/minで体外循環確立時より実験終了まで行った.遮断解除後心室細動を生じた場合電気的除細動を施行し,心拍再開後は100/minでVVI pacingを行い,DOA5γを持続点滴した.心機能は体外循環前からの回復率(%)で示し,動脈血液ガスは体外循環前後の数値を比較した.現在実験途中ではあるが,現在までのところEmax, LVP, CO,-LVdp/dtはPMX群でcontrol群に比べ改善している.体外循環前のPaO_2(mmHg)は両群に差はなかったが離脱2時間後では,PMX群が良好な値を示している.IL-6, IL-8は体外循環前それぞれ基準値以下だったが,離脱2時間後にPMX群で低い傾向にある.引き続き実験を継続するが,常温体外循環でもポリミキンシンB固定化カラムによるエンドトキシン吸着を行うことにより,虚血再灌流傷害を抑制し,心・肺の臓器障害を軽減できることが予測される.近年、開心術においてblood cardioplegiaをはじめとする心筋保護法の進歩と共に、常温体外循環が選択されつつある。これは、低体温体外循環に比べて、末梢循環不全や凝固機能障害等が少ないためとされている。しかし、常温体外循環では、低体温体外循環に比べ炎症性サイトカインが多く放出され、それによる心、肺などの臓器障害が懸念される。そこで、アナンダマイドなどを吸着するとされるポリミキシンB固定化カラムを体外循環に組み合わせて使用し、その有用性を検討した。【方法】体重約25kgの豚を用い,血液800ml輸血下に体外循環を確立した.実験を,常温体外循環を行ったcontro1群と,常温体外循環下にエンドトキシン吸着を行ったPMX群との2群に分けた.大動脈遮断後,速やかにblood cardio plegiaを15分毎に2分間ずつ注入した.大動脈遮断時間は34分とし,体外循環離脱後2時間まで観察し,心機能を測定,動脈血液を採取した.PMXは80ml/minで体外循環確立時より実験終了まで行った.遮断解除後心室細動を生じた場合電気的除細動を施行し,心拍再開後は100/minでVVI pacingを行い,DOA5γを持続点滴した.心機能は体外循環前からの回復率(%)で示し,動脈血液ガスは体外循環前後の数値を比較した.【結果】Emax,LVP,CO,-LVdp/dtはPMX群でcontrol群に比べ改善した.PaO_2(mmHg)は離脱2時間後では,PMX群が良好な値を示した.IL6,IL-8は体外循環前それぞれ基準値以下だったが,離脱2時間後にPMX群で低い傾向にあった.【まとめ】引き続き実験を継続するが,常温体外循環でもポリミキンシンB固定化カラムによるエンドトキシン吸着を行うことにより,虚血再灌流傷害を抑制し,心・肺の臓器障害を軽減した.近年,開心術においてblood cardioplegiaをはじめとする心筋保護法の進歩と共に,常温体外循環が選択されつつある.これは,低体温体外循環に比べて,末梢循環不全や凝固機能障害等が少ないためとされている.しかし,常温体外循環では,低体温体外循環に比べ炎症性サイトカインが多く放出され,それによる心・肺などの臓器障害が懸念される.そこで,アナンダマイドなどの内因性大麻を吸着するとされるポリミキシンB固定化カラム(PMX)を体外循環に組み合わせて使用し,その有用性を検討した.【方法】体重約25kgの豚を用い,全身麻酔後,心機能測定及び動脈血液を採取後,血液800ml輸血下に体外循環を確立した.実験を,常温体外循環を行ったcontrol群と,常温体外循環下にエンドトキシン吸着を行ったPMX群との2群に分けた.大動脈遮断後,速やかにblood cardioplegiaを15分毎に2分間ずつ注入した.大動脈遮断時間は34分とし,体外循環離脱後2時間まで観察し,心機能を測定,動脈血液を採取した.PMXは80ml/minで体外循環確立時より実験終了まで行った.遮断解除後
脳血管攣縮のシグナル伝達-Rho-kinaseのラフトへの細胞内転位置-

SPH刺激やくも膜下出血モデルが引き起こす脳血管攣縮機構におけるラフトやカベオラの関与を検討した。血管平滑筋の総コレステロール濃度の変化がラフトやカベオラの発現を誘導しているだけでなく、そのシグナルの核への伝達によるラフトとカベオラの発現制御メカニズムの存在も示唆された。さらに、くも膜下出血後の血管平滑筋細胞内のABCA1の発現量を解析し、ABCA1を介するHDL新生反応が引き起こすCa2+感受性機構増強のメカニズムを検討したところ、SAH後では細胞増殖刺激の惹起により、細胞膜にコレステロール供給が促進される状態となっている可能性が高い事がわかった。正常ラット群、高脂血症ラット群、コレステロール除去剤投与ラット群から採取した血管平滑筋細胞(内頚動脈)の外膜を丁寧に剥離・除去した検体を作成した。各検体に対してFlotillin-1(ラフトの一次抗体)とCaveolin-1(カベオラの一次抗体)を用いたwestern blottingにてラフトとカベオラの発現を確認したところ、高脂血症群のFlotillin-1とCaveolin-1の発現量は他の2群と比較して優位に上昇していた。また、各検体から全RNAを抽出し、逆転写試薬を用いてcDNAを合成した後にTaqManプローベを用いてラットFlotillin-1(ラフトマーカー)、Caveolin-1(カベオラマーカー)についてPCR定量解析を行ったところ、高脂血症群のFlotillin-1とCaveolin-1のmRNAレベルも他の2群と比較して優位に上昇していた。申請者らは既にラットを使用した実験で、1高脂血症が血管平滑筋の総コレステロール濃度を上昇させ、2コレステロールの除去が高脂血症における血管平滑筋の総コレステロール濃度の上昇を抑制する結果を得ている。したがって、上記のwestern blottingの結果から、血管平滑筋の総コレステロール濃度の変化がラフトやカベオラの発現を誘導している可能性が示唆された。また、上記PCR定量解析の結果から、血管平滑筋の総コレステロール濃度の変化というシグナルが核に伝達されラフトとカベオラの発現を制御するメカニズムの存在も示唆された。最終年度においては以下のとおり実験を実施した。SDラット(5週)を通常の餌(F1飼料)で飼育したコントロール群、高コレステロール食(F1飼料+1%コレステロール+1%コール酸)で飼育した高コレステロール群、コレステロール除去剤を5%添加した高コレステロール食で飼育したコレステロール除去群に分けて実験を実施した。各群のラットに対して全身麻酔・人工呼吸管理下に内頚動脈を採取し、内頚動脈の外膜を剥離・除去した。この検体に対して、ショ糖密度勾配遠心法を用いて血管平滑筋組織の膜ラフトを精製し、11フラクションを分取することでFlotillin-1を用いたwestern blottingにてラフトの存在するフラクションを検討した。実験結果としては、単体の検体からは採取可能なラフトが検出されず総蛋白量の不足が疑われた。検体数を増やし(3検体)てもラフトは検出されず、ラフトの採取に必要な検体数を確保することは動物実験の倫理規定上問題があると判断し実験を断念した。脳血管障害本年度の目標であった1正常ラット、高脂血症ラット、コレステロール除去剤投与ラットの血管平滑筋細胞におけるラフトとカベオラの発現のwestern blottingによる検討、2PCR定量解析よるコレステロールの負荷や除去によるラフトとカベオラの発現の変化のmRNAレベルでの検討、3正常ラット、高脂血症ラット、コレステロール除去剤投与ラットの内頚動脈へのSPC刺激が引き起こすRho-kinase活性化のELISA法による検討のうち、最初の2つについては解析が完了したが、3の解析に予定よりも時間を要したため、3の検討には至らなかったことから、やや遅れていると判断した。1) SDラット(5週)を通常の餌(F1飼料)で飼育したコントロール群、高コレステロール食(F1飼料+1%コレステロール+1%コール酸)で飼育した高コレステロール群、コレステロール除去剤を5%添加した高コレステロール食で飼育したコレステロール除去群に分ける。各餌は10週間投与する。2)各群のラットを用い、全身麻酔・人工呼吸管理下に内頚動脈を採取し、内頚動脈の外膜を丁寧に剥離・除去する。3)上記2)の検体に対してSPC刺激を加え、リン酸化MBS(Thr696)モノクローナル抗体を用いたELISA法により、Rho-kinaseファミリーの活性を測定する。SPC刺激を行わない検体の結果を基準としてデータを算出する。次に、4)上記2)の検体に対してショ糖密度勾配遠心法を用いて血管平滑筋組織の膜ラフトを精製し、11フラクションを分取する。5)上記4)の試料に対して、Flotillin-1とCaveolin-1を用いたwestern blottingにてラフトとカベオラの存在するフラクションを確認する。

6)上記4)で得られたフラクションに対して、ROCK2(Rho-kinaseの一次抗体)を用いたwestern blottingを行い、Rho-kinaseの分布を確認する。7)上記2)の検体に対してSPC刺激を加え、上記4) 6)と同様の操作を行いSPC刺激によるRho-kinaseの各フラクションへの分布の変化を検討する。Rho-kinaseは細胞膜への細胞内転位置によって情報を伝達すると考えられている。SPC刺激後にRho-kinaseの分布がラフトとカベオラの存在するフラクションへ移動することをwestern blottingを用いて検討することで、SPC-Rho-kinase系が引き起こす血管攣縮機構ではRho-kinaseのラフトやカベオラへの細胞内転位置によってシグナルが伝達されることを解明する。当初予定していた実験内容のうち、攣縮因子(SPC)を加えた状態でRho-kinaseの活性化を検討するwestern blottingの実験が施行できておらず、実験に用いるラット、試薬などの消耗品の購入を次年度に見送ったため、未使用額が生じた。未使用額については次年度の研究費と合わせてwestern blottingの実験に用いるラット、試薬などの消耗品の購入費に充てる。
ナノグラファイトの特異な磁性と電界効果トランジスタを用いた電荷・磁性制御

ナノグラファイト・ドメインが3次元無秩序ネットワークを構成する活性炭素繊維において、ESR、静磁化率、電気伝導度測定により、エッジ状態スピンの磁気構造とその動的性質の解明をおこなった。ESR測定から、その線幅は温度の低下に伴って直線的に減少し、約20K付近で急激に増加し、それ以下の温度で温度依存性のない線幅の挙動を示した。また、静磁化率はCuire的な局在スピンの挙動を測定全温度領域で示した。一方、ESR測定により求めた磁化率はマイクロ波強度依存性を示し、1μWでは、線幅の急増する20Kにおいて鋭いピークを持ち、その低温側で減少する傾向を示した。また、IOμWではピークは消滅した。更に、マイクロ波強度依存性は、ピークを示す温度の上では、均一スピン系が示す飽和曲線を示し、ピーク温度の下の温度では、不均一スピン系としての挙動を示した。このことに加え、ピーク温度直下の温度で、大きなマイクロ波エネルギー(15mW)でのESRシグナルには、ホールバーニング現象が観測された。以上の結果は20K以下の温度領域でエッジ状態スピン系が不均一な非平衡スピン状態となっていることを示している。ナノグラファイト・ドメインを構成するナノグラフェン・シートは不規則な構造を持ち、ジグザグ端の最近接サイト間の強い強磁性相互作用とジグザグ端間の弱い強磁性/反強磁性相互作用の連携により発生する正味の磁気モーメントを持つフェリ磁性状態を形成し、それぞれの磁気モーメントの大きさに大きな分布を持つため、ESR線幅は不均一幅をもつものと考えられる。20K以下の特異な挙動は、ナノグラフェン・シート間の電子ホッピング頻度が急激に減少する低温では、ナノグラフェン・シートそれぞれが非平衡スピン構造を持つことを示唆している。また、高温での線幅の挙動はs-d相互作用と類似の局在エッジ状態スピンとπ伝導電子との相互作用により説明される。ナノグラファイトの3次元無秩序ネットワークからなる活性炭素繊維の電子状態はナノグラファイトドメイン中のナノグラフェン端に局在して存在する非結合π電子状態(エッジ状態)によって支配されている。また、エッジ状態の局在スピンはナノグラファイトの特異な磁性を発現する。さらに活性炭素繊維のナノグラファイトドメイン間の電子輸送はホッピングにより支配されている。今年度の研究においては、エッジ状態スピンをマイクロ波照射、磁場印加による磁気共鳴状態に置き、スピン系からのエネルギーの散逸により形成されるドメイン間の非平衡電子状態での電子輸送現象を伝導度により観測した。この結果、マイクロ波照射下では共鳴条件、非共鳴条件にかかわらず電気伝導度の変化が観測され、共鳴による明確な影響は観測されなかった。このことは、実験条件に問題がり、電極で発生する渦電流による発熱が実験結果を支配しているものと思われる。電極構造を工夫することにより渦電流の影響を除去する工夫を現在おこなっている。活性炭素繊維試料をセットする基板にサファイヤ板を用い、金蒸着により電極を作製し、試料の電極付けには磁気不純物の少ない金ペーストを用いる改良を行っている。実験は改良条件を完成した後に予定している。また、もうひとつの実験として、ヘリウム雰囲気下におけるエッジ状態の局在スピンのエネルギー散逸過程の変化を明らかにする実験をスタートした。現在実験条件の詳細をつめており、実験結果はこれからの状態である。ナノグラファイト・ドメインが3次元無秩序ネットワークを構成する活性炭素繊維のエッジ状態に起源の磁性について以下の2つの研究をおこなった。(1)ESRにおいてマイクロ波を共鳴吸収したエッジ状態スピンは大きく平衡状態からのずれを生じ、エッジ状態と相互作用する伝導電子も平衡状態から大きくずれる。このようなことを基礎に、真空中におかれたナノグラフェンへのマイクロ波の共鳴吸収により、エッジ状態スピンと伝導π電子を平衡状態からずらし、非平衡状態での電子輸送現象の可能性を調べた。この結果、共鳴条件、非共鳴条件ともにマイクロ波照射下では、電気伝導度の上昇がみられた。この上昇はマイクロ波強度の増加に従って増加することが明らかとなった。このことは、非共鳴条件下においても渦電流によるジュール加熱が起こり、試料温度が上昇していることを意味しているものと考えられ、共鳴吸収によって生じる試料温度の不均一性は測定限界以下であることが示唆される。以上の結果を基礎に、現在、測定条件、試料ホルダーの再検討を行っている。(2)活性炭素繊維のナノポアへのAr、Heガス吸着に伴うエッジ状態スピンの静的、動的挙動を調べた。Arを吸着させると、Arの沸点以下においてESRの線幅の大きな増大が観測された。このことはArのナノポアへの凝集により、ナノグラファイトが押しつぶされ、結果としてエッジ状態スピン間相互作用が増強され、反強磁性揺らぎが発生したものと理解される。Heを吸着すると150K以下において、ESR線幅の大きな増加が観測された。このことは、ナノグラフェンからの分極効果によりHe原子間相互作用が増加し、極めて小さいHe原子しかは入れないウルトラマイクロポア中にHeが吸着されたことによるものと思われる。

一方、ESR測定により求めた磁化率はマイクロ波強度依存性を示し、1μWでは、線幅の急増する20Kにおいて鋭いピークを持ち、その低温側で減少する傾向を示した。また、IOμWではピークは消滅した。更に、マイクロ波強度依存性は、ピークを示す温度の上では、均一スピン系が示す飽和曲線を示し、ピーク温度の下の温度では、不均一スピン系としての挙動を示した。このことに加え、ピーク温度直下の温度で、大きなマイクロ波エネルギー(15mW)でのESRシグナルには、ホールバーニング現象が観測された。以上の結果は20K以下の温度領域でエッジ状態スピン系が不均一な非平衡スピン状態となっていることを示している。ナノグラファイト・ドメインを構成するナノグラフェン・シートは不規則な構造を持ち、ジグザグ端の最近接サイト間の強い強磁性相互作用とジグザグ端間の弱い強磁性/反強磁性相互作用の連携により発生する正味の磁気モーメントを持つフェリ磁性状態を形成し、それぞれの磁気モーメントの大きさに大きな分布を持つため、ESR線幅は不均一幅をもつものと考えられる。20K以下の特異な挙動は、ナノグラフェン・シート間の電子ホッピング頻度が急激に減少する低温では、ナノグラフェン・シートそれぞれが非平衡スピン構造を持つことを示唆している。また、高温での線幅の挙動はs-d相互作用と類似の局在エッジ状態スピンとπ伝導電子との相互作用により説明される。
塗布状制振素材及びテープ状制振素材による木造制振耐力壁の開発と実棟３次元挙動解析

まず、在来構法向けテープ系制振耐力壁について、初年度のH29年度に・個体差によるバラツキ範囲の検証、・制振素材自体を促進劣化させた制振耐力壁の振動台および静加力実験、・建物全体での3次元挙動解析の前倒し実施(元々は最終年度であるH31年度に実施予定であったが先行した)。得られた成果として、これまでに進めてきた実験結果や実用面(施工性やコスト)等を勘案し、テープ系素材の最終仕様として「エチレン系未発砲素材(EPM4188)の片面接着」と決定した。この最終仕様にて同一仕様における性能のバラツキ度合を検証すべく3体の振動台実験及び静加力実験を実施した。その結果として、・振動台実験での挙動にほぼ差はなく、・静加力実験による残存耐力として約2割の低下に抑えられ、・残存耐力どうしのバラツキ度合いは3割程である事を明らかにした。また、制振素材自体を劣化(約半年間の促進劣化)させた素材を用いた壁実験では、水平せん断力に対する剛性の向上と靭性の低下を定量的に検証した。更に、前倒しで実施した3次元挙動解析により本制振耐力壁の効果を建物全体で定量的に検証した。次に、枠組壁工法向け摩擦系制振耐力壁についてH29年度に・摩擦系ダンパーを用いた制振耐力壁の研究を進め、その開発に伴う幾つかの試作仕様にて静加力実験を実施した。H30年度にはその最終仕様にて振動台実験も実施した。得られた成果として、極稀地震を含む複数回の地震に対し、当該制振装置の有無による制振効果の差を定量的に検証した。枠組壁工法への摩擦系制振耐力壁についてはH31年度末までに製品の実用化を予定している。これらの研究成果は、WCTE2018(発表済)、京都大学生存圏研究所シンポジウム(発表2編)、修士論文(2編、優秀論文賞含む)、建築学会大会(発表済2編、投稿済3編)、日本建築学会技術報告集(投稿済)などの研究実績となっている。在来構法向けテープ系制振耐力壁について、当初の研究計画では、初年度であるH29年度は制振素材の材質と密度・粘性・接着性・施工方法等の最終仕様の決定を中心に想定していた。しかし、最終仕様を早々に決定できたことで、同一仕様でのバラツキ範囲の検証まで進めることができた。更に、制振素材自体の促進劣化も早い段階から準備を行い、熱応力による制振素材の劣化試験を継続中であるが、その供試体の中から一部やや短い期間(約半年間の促進劣化)ながら、劣化させた制振素材を用いた耐力壁にて振動台実験および静加力実験を先行的に実施できた。より長い期間を促進劣化させた素材での実験も行う予定である。当初、研究課題の最終年度であるH31年度に建物全体として3次元挙動解析によるシミュレーションを行う予定としていたが、H29年度に前倒しで解析することができた。これに関してはスウェーデンのルレオ工科大学(Lurea Tekniska Universtiet, Sweden)の博士課程に所属する建築物の3次元解析を研究テーマとする研究者を当研究課題予算にて招聘し、双方の知見を持ち寄りディスカッションしながら解析を進められた成果である。また、摩擦系制振耐力壁についても静加力実験および振動台実験を終了しており、現在は実物件での施工検証も終え、実用化の最終段階にまできている。現在、交通振動に対する制振効果や耐力劣化の抑制効果の検証を準備中である。本課題の3年目にあたるH31年度に論文の執筆を予定していたが、既に幾つかの学会の梗概やシンポジウム、海外でのカンファレンス、査読付論文も投稿済である。当初の計画以上に進展している主な理由として、研究代表者が研究室のゼミ生達とそれまで4年に渡り進めてきた先行研究(木造制振耐力壁の研究開発)による知見がスムーズに機能し、かつ海外の研究機関との協力関係も役立った事が理由である。本研究課題で主として明らかにしようとしている主な点は以下の通りである。まず、在来構法向けテープ系制振耐力壁については、・最終仕様の決定・同一仕様のバラツキ範囲、性能差の検証・建物全体の挙動解析により劣化抑制効果の定量的な検証である。そして、・研究期間内に最終仕様とその効果のデータを提供することで一般へも実用化できることを目的としている。当課題の最終年度となる今後は、特に実用化に向けた実棟での施工検証や実棟での制振効果を検証したい。次に、摩擦系制振耐力壁については、H29年度にテープ系制振素材の選択肢として摩擦系素材(紙ヤスリ)による効果を検証したが、H30年度はより高い効果を目指した別仕様で研究を進めた。この別仕様の概要としては、鋼材ブレースとステンレス板の滑りを摩擦係数の高い材料で挟み、かつその滑り荷重をハイテンションボルトのトルク値による圧着力で制御しようという考えの摩擦系ダンパー仕様である。更にこれを全数の滑り荷重管理を行った上で制振耐力壁部材として製造すべく、工場生産のプレハブ制振耐力壁として開発するものである。H30年度にこの摩擦系制振耐力壁の振動台実験および静加力実験を実施し、極大地震への大きな効果を定量的に検証した。本年度は、逆に微振動で、しかし交通振動など断続的に建物寿命中の長期間に渡って受け続けるダメージに対する効果を検証しようと考えている。

幹線道路脇で取得した実振動波などを起振機を用いて連続的かつ継続的に与えて壁を劣化促進させる。その上で制振装置の有無による耐力劣化度合の違いを比較検証したい。こちらの仕様については複数回の極大地震に対する優位性として実用化が近いが、交通振動に対する効果も明らかにしたい。当初予定では、学術論文の執筆を最終年度としていたが、既に発表・投稿してきた研究成果が複数ある。引続き積極的に発表し研究業績として積み上げていきたい。木造住宅の耐力壁における耐力劣化の抑制を最大の目的としている。普及性を重視し、市況で安定的に入手できる素材を制振材として活用、かつ施工現場で負担とならぬ制振耐力壁を開発中である。当研究テーマの事前段階として仕様を絞り込み、地震波の違いによる影響、温度依存性等を明らかにしてきた。当研究課題として初年度であるH29年度は、・最終仕様での個体差によるバラツキ範囲の検証を実施した。・素材自体の劣化促進を進め、耐力壁として1体の振動台および静加力実験も実施した。また、最終年度であるH31年度に実施予定の建物全体での3次元挙動解析についても先行して進めた。得られた研究成果として、まずこれまでに進めてきた実験結果を元に、かつ実用面(施工検証やコスト)を検証し、テープ系素材の最終仕様として「エチレン系未発砲素材(EPM4188)の片面接着」と決定した。この最終仕様にて同一仕様における性能のバラツキ度合を検証すべく、3体の振動台実験及び静加力実験を実施した。その結果として、・振動台実験での挙動ではほぼ差はなく、・静加力実験による残存耐力としては約2割の低下に抑えられ、・残存耐力どうしのバラツキ度合いは3割程である、という事を明らかにした。また、制振材自体を劣化(約半年間の促進劣化)させた素材を用いた壁実験では、水平せん断力に対する剛性の向上と靭性の低下を定量的に検証できた。更に、先行して実施した建物全体での3次元挙動解析については、単体での実験結果の扱いや解析に落とし込むためのモデル化、そして建物全体にて解析を回すまで一通り把握できた。解析は元々H31年度に実施予定であったが、引続きやや先行して進めていきたい。これらの成果は、建築学会大会(投稿済)、WCTE2018(アブストラクト投稿、査読通過済)、京都大学生存圏研究所シンポジウム(発表済)、修士論文(優秀論文賞)となっている。当初の研究計画では、初年度であるH29年度は、制振素材の材質と密度・粘性・接着性・施工方法等の最終仕様の決定を中心に考えていた。しかし、最終仕様を早々に決定できたことで、同一仕様でのバラツキの検証まで進めることができた。また、当初の予定通り、摩擦系制振耐力壁についても、振動台実験と静加力実験が実施できた。更に、制振素材自体の促進劣化も早い段階から準備を行い、熱応力による制振素材の劣化試験を継続中であるが、その供試体の中から一部まだやや短い期間(約半年間の劣化促進)ながら、劣化させた制振素材を用いた耐力壁にて振動台実験および静加力実験も先行的に実施できた。当研究課題の最終年度であるH31年度に、壁および建物全体として3次元挙動解析によるシミュレーションも行う予定としていたが、実験結果を解析に乗せられるか早い段階で検証をすべく、H29年度に解析手法についても進めることができた。
劇症型A群連鎖球菌によって菌体外に分泌されるNgaタンパク質の機能解析

A群連鎖球菌は近年(1900年以降)劇症型感染症の起因菌となる例が報告されるようになった。これは、本菌が新たな外来病原因子を獲得したためである可能性が指摘されている。本菌によって菌体外に分泌されるNAD-glycohydrolase(NADase or Nga)はその候補の一つである。そこで本研究では、当初の計画通り実験を行い、(1)マウスモデルを用いてnga遺伝子欠損株が劇症型感染症に関する病原性が低下する、(2)酵素活性に重要なアミノ酸残基(330番目)の同定、(3)本酵素活性を阻害するタンパク質を使用することによる本菌病原性の抑制、などの研究成果を得た。A群連鎖球菌は、古くから咽頭炎、猩紅熱などの原因菌として知られていたが、1900年頃を境に劇症型感染症の起因菌となる例が報告されるようになった。NgaはA群連鎖球菌によって菌体外に分泌されるタンパク質(約450アミノ酸)で、培養細胞に対し障害活性を示す。また、Ngaは細菌自身にとっても毒性を発揮するので、菌自身はIFSタンパク質を発現することによりNgaの毒性を中和する。この毒素活性故Ngaは菌が引き起こす劇症型感染症に関与しているとおもわれているが、直接的な証拠はない。そこで、本研究ではNgaタンパク質のNADase活性に関与する領域および、劇症型感染症との因果関係についての解析を行った。【方法】以前と以降の代表的な4株と7株のnga遺伝子の塩基配列を決定した。さらに、GST-Nga融合タンパク質を構築し、推定アミノ酸配列と活性との関連性を解析した。劇症型感染症患者由来のA群連鎖球菌のnga遺伝子を破壊し、マウスに投与した。【結果と考察】遺伝子の塩基配列から推定されるNgaのアミノ酸配列は1989以前の株と1990年以降の塩基配列で97%(438/451a. a.)の相同性を示した。1990年以降のGST-Nga融合タンパク質が、NADase活性を示したのに対し、1989年以前の株由来のGST-Ngaは活性を示さなかった。この活性の違いは、330番目のアミノ酸の違いに起因していた。親株の致死率が71%(5/7)であったのに対し、Δnga株では0%(0/3)であった。以上の結果からNADase活性+のNgaが劇症型感染症に関与していることが示唆された。A群連鎖球菌は、古くから咽頭炎、猩紅熱などの原因菌として知られていたが、近年劇症型感染症の起因菌となる例が報告されるようになった。この病気は、全身の様々な臓器の重篤な病態を引き起こすが、中でも筋肉が急に腫れ数時間から数日のうちにどんどん壊死していく壊死性筋膜炎は典型的な症状である。この障害活性にはNgaが持つNADase活性が重要な働きをしていると考えられている。そこで、本研究では劇症型感染症マウスモデルを用いてNgaタンパク質の劇症型感染症との因果関係についての解析を行った。【方法】劇症型感染症患者由来の臨床分離株8株の培養上清のNADase活性を測定した。nga遺伝子欠損株を作成した。nga遺伝子をコードする3種類のプラスミド, pLZN2, pLZNRBS, pLZNRBSII2を作成した(それぞれコードされているnga遺伝子開始コドン上流領域の長さが異なる;0,16and27bp)。菌液を3週齢のマウスの左わき腹に皮下投与し、1週間観察した。
ＤＨＳ法を用いた微生物由来鉄酸化物による新規酸性鉱山廃水処理技術の開発

鉱山や鉱滓堆積場から排出される酸性鉱山廃水を対象とし、既往処理技術において問題となっている中和剤および中和澱物の削減を図るため、中和剤によらない微生物を利用した処理技術の開発を試みた。実験1 :連続通水試験およびDHS担体への鉄酸化物の形成と構造解析実験2 :菌叢解析実験3 :鉄酸化物による金属吸着能の検討実験1では、鉄酸化細菌を馴養後、模擬廃水(200mgFe^<2+>/L, pH2.3)にて連続通水試験を行った。その結果、最終的にHRT30minにて97.7±3.4%と高い二価鉄除去率を得ることができた。しかし、三価鉄が溶解性鉄として処理水中に残存したことから、何らかの後段処理が必要であることが分かった。また、模擬廃水の処理に伴って形成した鉄酸化物の主成分はジャロサイトであることが確認された。実験3では、連続通水試験後のDHS担体を用い、銅またはマンガンを20mg/L添加した模擬廃水をHRT1hにて滴下し鉄酸化物による吸着能を検討した。その結果、いずれの金属においても吸着が確認された。しかし、実験開始後2時間で吸着能が著しく低下し継続しても回復は見られなかった。以上より、DHS法は酸性下での鉄酸化細菌の馴養と二価鉄の効率的な酸化に適しており、鉄酸化物の付着担体としても機能していることが確認できた。一方、本実験条件では、形成された鉄酸化物による吸着には限界があることから、より効率的な鉄酸化物の形成や吸着条件の選定が必要である。
自発的気相酸化反応を利用する半導体薄膜材料の作製

今年度は、シランのフッ素酸化を利用するSi薄膜の成長技術を利用して非晶質基板上への高品質多結晶Si膜の低温成長を実現する基礎として、多結晶膜の初期過程について膜の構造解析の手法を用いて検討を加えた。さらにSiO_2-Si系における選択成長の可能性についてもあわせて検討した。結晶成長の初期過程の検討では、結晶膜の成長する幾つかの条件のもとで膜厚の異なる試料を作製し、その構造をラマン、赤外分光法、X線回折、RHEED、SEMおよびTEM観察により調べ、膜の成長に伴う膜構造の変化を明らかにした。その結果、本技術によりSi膜の成長では、元来結晶成長が見られる条件においても非晶質基板上には成長初期に非晶質相が成長し、膜の成長が進むにつれてSiネットワークの構造化が促進され、核の発生、その後の結晶粒の成長へと移行するというモデルが考えられた。さらに、結晶成長は成長初期における核の発生に強く依存し、結晶の粒径サイズは成長初期の核発生密度によって決定されること、また、核の発生密度は成長条件に敏感で、例えば、フッ素流量の増加、成長温度の上昇によって著しく増大することが明かとなった。これらは、本成長技術による多結晶Si膜の成長においては、膜の結晶化率の向上と結晶粒径サイズの拡大とはtrade-offの関係にあるため、成長条件の選択のみによって同時に膜の結晶性の向上と結晶粒径サイズの拡大の両立を図ることは困難であることを示唆する結果と解釈される。一方、SiO_2-Si系での選択成長の検討では、エピタキシャル成長の条件において、SiO_2でパターニングした(100)Si基板を用いて膜成長を検討したところ、シラン/フッ素流量比が小さい、結晶成長が促進される条件において選択成長が実現できることが分った。