hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
疾患特異的iPS細胞を用いたポリグルタミン病創薬スクリーニングシステムの開発

(1)解析に用いるSBMAモデル細胞の作製:ヒト骨格筋細胞株であるHu5/E18に、PiggyBac vectorを用いてHAタグを付加した全長AR24Q(正常型), AR55Q, AR97Q(変異型)を導入し、SBMAモデルとなり得る筋芽細胞(変異型/野生型ARの定常発現株)を作成した。ウマ血清存在下で筋管へと分化誘導し、骨格筋における表現型を確認した。同様にマウス運動ニューロン細胞株であるNSC34細胞へもHAタグを付加した全長AR24Q(正常型), AR55Q, AR97Q(変異型)を導入し、疾患モデル細胞を作製した。(2)内在性伸長ポリグルタミン鎖を可視化し得る新規プローブの作成:単独では凝集体を形成しない正常ポリグルタミン鎖(正常CAGリピート数)をもつtruncate AR24QとEmGFPの融合タンパク(tAR24Q-EmGFP)を、伸長ポリグルタミン鎖をもつ全長AR(AR-97Q)とともにHEK293T細胞に導入し、全長ARによる凝集体形成を可視化し得ることを確認した。現在、伸長ポリグルタミン鎖をより効率的に可視化し得る新たなプローブの作成を進めている。tAR24Q-EmGFPによる伸長ポリグルタミン鎖の可視化が可能なことを確認できており、より効率的に凝集体を可視化し得るプローブの作成を進めている。また、プローブを評価するための、AR24Q, 55Q, 97Qを導入した疾患モデル細胞の作成を進めており、概ね順調に進捗していると考えられる。作製した疾患モデル細胞を用いて、tAR24Q-EmGFPおよび新規プローブの評価を進めていく予定である。効率的な研究費の使用により、次年度使用額が生じた。翌年度分と合わせて、実験試薬や実験器具等の消耗品の購入、研究技術員の雇用等にあてる予定である。
テレマイクロサージェリにおける操作者の意図理解と情報変換型操作環境伝送の研究

本研究では、本年度は、(1)テレ・マイクロ・サージェリ・システムを構築するための仕様を確認するために実際のマイクロ・サージェリを解析すること、(2)ス-レブ・マニピュレータの機構の改善、(3)操作者の姿勢変化による視覚情報獲得・提示装置制御の性能評価、(4)ラットを用いた微細血管縫合実験を行なった。実際のマイクロ・サージェリの解析においては、微細血管の縫合作業の行為そのものの解析と、作業に必要な力の測定を行なった。動脈、静脈、神経、筋肉ともに針を挿入するための力は数十mNであるのに対し、針を把持するための力は数Nであり、オーダにかなりの開きがある。このため、1mNの分解能と1Nの定格を有する多軸力センサを製作すればよいことが分かり、これを放電加工による平行平板と歪ゲージとによって製作した。スレーブ・マニピュレータの機構の改善においては、平行リンク機構の制限により取り得ない姿勢が、必要とする姿勢領域に含まれないようにすることを行なった。具体的にはシミュレータにより動作可能範囲を調べ、縫合作業に必要な姿勢との関係を調べた。また、ピンセット部の先端で針を大きい力で把持するために「てこ」の原理を応用した機構を製作した。さらに、左右両手に粗動機構を設けた。操作者の姿勢変化による視覚情報獲得・提示装置制御の性能評価では、800μm×400μmの穴に80μmの糸を通す作業について評価した。顕微鏡、および、モニタが可動の場合には、それらが固定の場合に比べ、作業時間を2/3程度に短縮可能であった。構築したシステムを用い直径約1mmのラットの血管に針(曲率半径約2mm)を通すことに成功した。
社会福祉における評価レジーム再編の課題をめぐる理論的・実証的研究

日本の社会福祉において形成されてきた福祉サービス第三者評価制度を中心とする評価レジームは、諸外国には見られない特徴を持つものであるが、その再編が求められる状況にある。本研究では、この再編をめぐる課題に即して、評価レジーム形成の背景とその特質の理論的検討、諸外国の評価レジーム・評価制度の検討、都道府県・市区町村の各種評価制度の調査と分析、地域包括ケアシステムの評価制度の構築に向けての検討を行い、各種評価制度の改善策と評価レジームの再編の方向を示すことを目指す。
磁気インピーダンスセンサーによる地磁気観測実験と稠密観測網展開可能性の探索

平成29年度から引き続き、磁気インピーダンス(Magneto-Impedance (MI))センサーのメーカーであるアイチマイクロインテリジェント社の技術者と打ち合わせを数度にわたって行い、既製品のセンサーを地磁気計測に適したものとなるような改良を加えた。主な改良点は、地磁気が大きい高緯度でも計測ができるように計測レンジを±80000 nTへと大幅に広げたこと、計測のためのパルス信号を生成する素子をセンサー基盤に含めたこと、冶具への固定ができるように基盤のサイズを調整したことの3点である。改良には少し時間が掛かったため、性能の評価は2018年12月から研究室内に設置した磁気シールドボックス内で行った。評価の結果、ほぼ想定していた通りの計測が行えていることが分かった。ただ、外気温によって計測値が大きく変化する温度ドリフトの効果はあまり低減できていないため、磁場計測時には、同時に温度センサーによって気温変化も記録し、後ほど温度ドリフトの効果を較正する必要があることも明らかになった。MIセンサーは、地上で地磁気観測を行うために開発・改良をはじめたものであるが、幸運なことに科学観測ロケット(LAMPロケット)に搭載し高度300-400 kmにおける磁場計測を行える機会が得られたため、そのロケットプロジェクトへの参加も同時に進行することにした。これまでに、ロケットプロジェクトの研究者と密に連絡を取り合いながら、ロケット搭載のためにセンサー冶具、データ取得およびロケット共通バスとのやり取りを行う回路部分の設計や製作を行った。磁気インピーダンスセンサーのメーカーであるアイチマイクロインテリジェント社の技術者と話し合い、既製品のセンサーの改良を進めている。元々は工場での金属製異物検知などの利用を想定したものであったが、主磁場が大きい高緯度でも計測できるように計測レンジを広げたり、フィールドで用いることを前提に電子回路基板の枚数を減らしたり、というように地磁気計測に適したものを製作することができた。室内での磁気シールドボックスを用いての性能検査なども行っている。さらには、幸運なことに科学観測ロケットへの搭載機会を得て、実際に搭載に向けた作業を行うなど、当初予定していた計画以上の進捗が得られている。また、2019年2月13日から2019年4月1日にかけて、福岡県篠栗町にある九州大学のテストフィールにてテスト計測も行った。地磁気観測に適したセンサーの開発は一通り終えたので、今後は、改良したセンサーを用いて、テストフィールドのある愛知県豊川市や福岡県篠栗町などで地上観測を数か月程度行い、観測データの評価を行う。同時に、当初の目的であった、安価な地磁気観測システムの製作を目指し、ワンボードPCやアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器の利用、データを記録するロガープログラムの開発を行う予定である。さらに、2020年の打ち上げ予定であるLAMPロケットへのMIセンサー搭載に向けて準備を進めていくつもりである。磁気インピーダンス(Magneto-Impedance (MI))センサーの製造メーカーであるアイチマイクロインテリジェント社の技術者と話し合い、既製品のセンサーを地磁気計測用に改良した。主な改良点は、磁場変動の交流成分だけでなく直流成分も計測できるようにしたことと、計測レンジを大幅に広げたことの2点である。改良型MIセンサーは一軸計測であるので、センサーを3つ組み合わせて、地磁気3成分を計測できるようにした。また、建物や電源などの人工ノイズ源から離れたところに設置できるように、約30mのケーブルを経由してデータを記録できるように工夫した。2018年3月からは改良型MIセンサーを用いて、京都大学の研究室内および京都府京丹後市峰山地磁気観測所において、テストデータの取得を開始し、フラックスゲート磁力計による計測結果と比較を行った。比較の結果、改良型MIセンサーは10万円以下と安価にもかかわらず、磁場の分解能はフラックスゲート磁力計に匹敵することが分かった。日本のような低緯度で観測されうるPi2地磁気脈動、夜側Pc4地磁気脈動、Pc5地磁気脈動、湾型変化、Sq変動に加え、近隣を走る鉄道からの漏洩電流による磁場変動も正確に記録できていた。ただ、温度によって計測値が大きく変化するため、この温度ドリフト効果を小さくすることが必要であることが明らかになった。研究分担者の北村博士と小山博士の協力の元、基礎データを福岡県篠栗町と大分県大分市でも基礎データを取得した。今回の研究課題を開始する前に、既製品MIセンサーによる予備計測を行っていた。それによると、MIセンサーを地磁気変動観測装置として用いることのできる可能性が明らかになったが、正確な計測のためには改良が必要であることが分かった。そこで、平成29年度は、製造メーカーであるアイチマイクロインテリジェント社の技術者と話し合い、既製品のセンサーを地磁気計測用に改良するところから始めた。改良には約半年がかかったため、2018年3月になって、ようやく改良型MIセンサーによる地磁気計測テストを行い、MIセンサーの磁力計としての応用可能性を評価するための基礎データを取り始めることができた。現時点では、まず基礎データを正しく取得するために、データロガーなどの開発は行わず、これまでの利用実績のあるものを用いている。

主な改良点は、地磁気が大きい高緯度でも計測ができるように計測レンジを±80000 nTへと大幅に広げたこと、計測のためのパルス信号を生成する素子をセンサー基盤に含めたこと、冶具への固定ができるように基盤のサイズを調整したことの3点である。改良には少し時間が掛かったため、性能の評価は2018年12月から研究室内に設置した磁気シールドボックス内で行った。評価の結果、ほぼ想定していた通りの計測が行えていることが分かった。ただ、外気温によって計測値が大きく変化する温度ドリフトの効果はあまり低減できていないため、磁場計測時には、同時に温度センサーによって気温変化も記録し、後ほど温度ドリフトの効果を較正する必要があることも明らかになった。MIセンサーは、地上で地磁気観測を行うために開発・改良をはじめたものであるが、幸運なことに科学観測ロケット(LAMPロケット)に搭載し高度300-400 kmにおける磁場計測を行える機会が得られたため、そのロケットプロジェクトへの参加も同時に進行することにした。これまでに、ロケットプロジェクトの研究者と密に連絡を取り合いながら、ロケット搭載のためにセンサー冶具、データ取得およびロケット共通バスとのやり取りを行う回路部分の設計や製作を行った。磁気インピーダンスセンサーのメーカーであるアイチマイクロインテリジェント社の技術者と話し合い、既製品のセンサーの改良を進めている。元々は工場での金属製異物検知などの利用を想定したものであったが、主磁場が大きい高緯度でも計測できるように計測レンジを広げたり、フィールドで用いることを前提に電子回路基板の枚数を減らしたり、というように地磁気計測に適したものを製作することができた。室内での磁気シールドボックスを用いての性能検査なども行っている。さらには、幸運なことに科学観測ロケットへの搭載機会を得て、実際に搭載に向けた作業を行うなど、当初予定していた計画以上の進捗が得られている。また、2019年2月13日から2019年4月1日にかけて、福岡県篠栗町にある九州大学のテストフィールにてテスト計測も行った。基礎データをアイチマイクロインテリジェント社の技術者にフィードバックし、さらなるMIセンサーの改良が可能かどうかを議論するつもりである。温度変化による計測値の変化が大きいため、特に温度ドリフト効果を小さくする点に注力する。地磁気観測システムを安価に作成するために、アナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器やデータを記録するロガーの汎用品利用や自作を行う予定である。地磁気観測に適したセンサーの開発は一通り終えたので、今後は、改良したセンサーを用いて、テストフィールドのある愛知県豊川市や福岡県篠栗町などで地上観測を数か月程度行い、観測データの評価を行う。同時に、当初の目的であった、安価な地磁気観測システムの製作を目指し、ワンボードPCやアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器の利用、データを記録するロガープログラムの開発を行う予定である。さらに、2020年の打ち上げ予定であるLAMPロケットへのMIセンサー搭載に向けて準備を進めていくつもりである。
制御理論と学習ネットワークの融合による非線形複雑系のモデル化と制御に関する研究

非線形複雑系のモデル化と制御には、生物の学習方式及び記憶方式を解明し、その工学的利用が有益であると考えられる。このことから、生物の学習方式を範とするモデル化と学習方式及び,複雑系の代表格である脳の連想記憶方式とそのモデル化に関する研究を行った.1.モデル化に関する研究遺伝的アルゴリズムを用いた可変長の遺伝子コードを間接符号化法に基づく,最適ネットワークサイズと適切なネットワークパラメータを持つニューラルネットワーク設計法を提案し,シミュレーションによりその有効性を確認した.2.学習及び制御に関する研究・ロバストな制御器構築を目的として,制御器構造をコンパクト化する方式の検討を行い,非線形クレーンシステム制御のシミュレーションによりその有効性を確認した.・ネットワークによるモデルを学習にて構成する場合の学習時間の短縮化に関する検討を行い,学習すべきシナプス重みパラメータを関数表現化する方式を提案し,学習の高速化の点で有効であることを確認した.・生物の自然な学習方式である強化学習方式について,不完全観測環境下におけるactor-critic学習方式と確率傾斜法の協調学習方式を開発,また,強化学習における試行錯誤において試行に関する探索方向を適応的に変化させることを提案し,倒立振子の制御及び自律走行ロボットの行動学習を例題として高い探索効率及び学習試行回数の減少効果を持つことを確認した.3.連想記憶方式とそのモデル化に関する検討・記憶の記銘・想起のうち,想起に関する記憶検索モデルについて検討し,従来方式に比較して想起したい記憶を想起するまでの時間ステップが短い記憶探索モデルを提案した.非線形複雑系のモデル化と制御には、生物の学習方式及び記憶方式を解明し、その工学的利用が有益であると考えられる。このことから、生物の学習方式を範とするモデル化と学習方式及び,複雑系の代表格である脳の連想記憶方式とそのモデル化に関する研究を行った.1.モデル化に関する研究遺伝的アルゴリズムを用いた可変長の遺伝子コードを間接符号化法に基づく,最適ネットワークサイズと適切なネットワークパラメータを持つニューラルネットワーク設計法を提案し,シミュレーションによりその有効性を確認した.2.学習及び制御に関する研究・ロバストな制御器構築を目的として,制御器構造をコンパクト化する方式の検討を行い,非線形クレーンシステム制御のシミュレーションによりその有効性を確認した.・ネットワークによるモデルを学習にて構成する場合の学習時間の短縮化に関する検討を行い,学習すべきシナプス重みパラメータを関数表現化する方式を提案し,学習の高速化の点で有効であることを確認した.・生物の自然な学習方式である強化学習方式について,不完全観測環境下におけるactor-critic学習方式と確率傾斜法の協調学習方式を開発,また,強化学習における試行錯誤において試行に関する探索方向を適応的に変化させることを提案し,倒立振子の制御及び自律走行ロボットの行動学習を例題として高い探索効率及び学習試行回数の減少効果を持つことを確認した.3.連想記憶方式とそのモデル化に関する検討・記憶の記銘・想起のうち,想起に関する記憶検索モデルについて検討し,従来方式に比較して想起したい記憶を想起するまでの時間ステップが短い記憶探索モデルを提案した.平成10年度は従来の制御理論分野の時間領域における知見を活用したモデル化と学習に関する研究を行った。1.モデル化に関する研究・多様な入力による状態変化に対応した基本型非線形オブザーバの学習ネットワークによるモデル化の検討を行い、安定性も考慮した同オブザーバを開発した。2.制御に関する研究・ロバストな制御器構築を目的として、制御器構造をコンパクト化する方式検討を行い、非線形クレーンシステムの制御シミュレーションにより、同方式の有効性を確認した。3.学習に関する研究・ネットワークによるモデルを学習にて構成する場合の学習時間の短縮化に関する検討を行い、学習すべきシナプス重みパラメータを関数表現化する方式の検討を行った。・上記方式を非線形クレーンシステム制御器のモデル化に適用し、学習の高速化の点で有効であることを確認した。非線形複雑系のモデル化と制御には、生物の学習方式を解明し、その利用が有益であると考えられる。このことから、平成11年度は生物の学習方式を範とするモデル化と学習方式に関する研究を行った。更に進めて複雑系の代表格である脳の連想記憶方式についてもその有用性を探るべく検討した。1.モデル化に関する研究・可変長の遺伝子コードを間接符号化法に基づく遺伝的アルゴリズムを用いた、最適なネットワークサイズと適切なネットワークパラメータを持つニューラルネットワーク設計法を提案し、シミュレーションにより同方式の有効性を確認した。2.学習及び制御に関する研究・生物の自然な学習方式である強化学習方式について、不完全観測環境下におけるactor-critic学習方式と確率傾斜法の協調学習制御方式を開発し、倒立振子の学習制御シミュレーションにより同方式の有効性を確認した。3.連想記憶方式に関する検討・現在、連想記憶にはカオスが関係しているとされる。連想記憶について単調増加関数であるシグモイド関数を用いたカオスニューラルネットワークによるモデル化が提案されている。本研究では、非単調関数である同径基底関数を用いたカオスニューラルネットワークを提案し、相関が強い記憶パターンの想起過程においては従来法より優れていることを確認した。このことから、平成12年度も平成11年度に引き続き生物の学習方式を範とするモデル化と学習方式及び,複雑系の代表格である脳の連想記憶方式とそのモデル化に関する研究を重点的に行った.

1.学習及び制御に関する研究・強化学習における試行錯誤において、試行に関する探索方向を適応的に変化させることを提案しその枠組みを検討した.本方式をactor-critic及び確率傾斜法へ適用し,倒立振子の制御及び自律走行ロボットの行動学習を例題として高い探索効率及び学習試行回数の減少効果を持つことを確認した。2.連想記憶方式とそのモデル化に関する検討・本年度は記憶の記銘・想起のうち,想起に関する記憶検索モデルについて検討し,従来方式に比較して想起したい記憶を想起するまでの時間ステップが短い記憶探索モデルを提案した.
遠隔救急処置指示場面における言語と身体の組織化に関する会話分析的研究

この研究は、エスノメソドロジーや会話分析を主要な関心にする社会学者、救急医学の研究者、コンピュータを用いた協同作業研究(CSCW)を主要な関心とする情報工学者の学際的な共同研究である。この研究の一つの目的は、共同作業や指示の問題を、身体をもった人々の、道具に囲まれた中での相互行為の問題として考えることを通して、人間の身体のあり方やコミュニケーションのあり方を根本的に問い直すことにある。だがまた同時にこの研究は、遠隔的な救急処置指示場面を会話分析的に分析することにより、社会学者、医学者、情報工学者の共同研究として、遠隔協同作業や遠隔救急医療に利用可能な新しい遠隔的協同作業支援システムを構築するという、実践的な目的ももっている。具体的には次のような形で研究をおこない、研究成果をだした。1.この研究では、まず遠隔的な指示において、言語と身体がいかにして組織化されているかという問題を、特に遠隔的救急指示場面を対象として明らかにした。そこでは、電話をもちいた救急指示場面、特に心肺蘇生の指示場面を分析した。2.電話における遠隔的救急指示における言語と身体の組織化のエスノメソドロジー的会話分析にもとづいて、遠隔医療や遠隔的な協同作業に利用可能な、あらたな遠隔的な指示のシステムをデザインした。具体的には頭部掲載型デイスプレー(HMD)をもちいたシステムを開発した。3.さらに開発した遠隔的な指示システムを用いた、遠隔的な指示の実験を行い、そこで言語と身体がいかにして組織化されているかを分析した。4.そこでの分析に基づいて、複数の作業者に対する遠隔的な作業指示システムとして、レーザーポインターを用いたシステム(ジェスチャーレーザー)を開発した。この研究は、実際の救急医療場面でのフィールドワークに基づいて、新しい救急医療システムを、エスノメソドロジー的会話分析、救急医学及び情報科学の三つの側面から研究することを目的とする。平成10年度は、次の研究を行った。一つは、電話での心肺蘇生の遠隔指示実験である。この実験では、心肺蘇生練習用の人形を用い、電話によって、人工呼吸と、心臓マッサージの指示を行った。こうした実験において、電話における遠隔的な指示においては、指示の空間的・身体的・時間的な組織において、大きな問題が生じることが示された二つめは、HMDやレーザーポインターを用いた遠隔指示の分析である。われわれは、未来の救急医療システムとして、高速通信網を使った画像通信を考えた。そこで画像通信を用いた、遠隔的作業指示システムの開発と、そのシステムを用いた人々の言語と身体の組織化を研究した。この研究においても、実際にシステムを使った心配蘇生の実験を行った。特に、HMDを用いたシステムはその有効性が確かめられた。三つめは、大学の救急救命センターのフィールドワークである。特に、患者に関する情報がどのように伝えられ救急救命センターの組織の中で、どのように組織化されるかを研究した。特にホットライン、カンフェレンスの研究を行った。こうした研究において、上述のような実験的研究だけでなく、救急救命センターという実際の社会組織の中で、救急処置指示という具体的な言説の分析を行うことの重要性が示された。この研究では、遠隔的な指示において、言語と身体がいかにして組織化されているかという問題を、特に遠隔医療を対象にして明らかにしようとした。またそうした言語と身体の組織化のエスノメソドロジー的な分析にもとづいて、遠隔医療や遠隔的な協同作業に利用可能な、あらたな遠隔的な指示のシステムを、社会学者と情報工学者と医学者の協力によってデザインしようとした。特に、この研究では、指さしによる指示が成立するための次のような要件を明らかにした。すなわち、(1)身体配置の要件:身体や道具の配置は指示者と作業者両方に対して彼らの行為をモニタできるように適切に配置されるべきである。

(2)ジェスチャ表現の要件:指示者は言葉による表現のみならず、身体移動や身体表現(ジェスチャ)も自由に使えることができなければならない。(3)複数作業者の要件:以上のことが数人の作業者がいるときにも機能しなければならない。そしてそのような要件をみたすシステムとして、頭部掲載型ディスプレーとレーザーポインターを用いたシステムを設計した。そしてさらに、そうしたシステムを用いた場合の、言語と身体の組織化を分析し、さらにあらたな遠隔的な指示システムをデザインするためには、次のような問題を考慮する必要があるかを明らかにした。(1)システムは、作業者が基本的な身体配置を構成することを、助けることのできるものである必要がある。(2)ジェスチャは単独での表現力のみを追求するのではなく、インタラクションの中でいかに連続的に利用されるかということに着目するべきである。(3)複数の作業者に指示が与えられるときには、指示を与える場所を自由に変えられる必要がある。また、その作業をする作業者に指示が与えられるだけでなく、ほかの作業者にもその指示がどのように与えられたのか、さらにその指示をその作業者がどう理解したのかが伝わる必要がある。
選択的リグニン分解に関与する脂質関連酵素遺伝子の解析

選択的リグニン分解菌Ceriporiopsis subvermisporaは,木材腐朽初期にリノール酸などの不飽和脂肪酸を大量に産生する.この不飽和脂肪酸は,選択的リグニン分解機構に重要な脂質過酸化反応に関与するものと予想されることから,今回は,C.subvermisporaより脂肪酸の不飽和化に関与する酵素(fatty acid desaturase)の遺伝子クローニングを試みた.既知のfatty acid desaturaseのアミノ酸配列の中で高度に保存された領域から縮重プライマーを設計し,ゲノムDNAを鋳型としてPCR,また,total RNAを用いて5'-及び3'-RACEを行った.その結果,delta9-fatty acid desaturase(Cs-Fad1と命名)とdelta12-fatty acid desaturase(Cs-Fad2)の完全長のcDNAを取得した.これら遺伝子がコードするアミノ酸配列には,既知のfatty acid desaturaseに特徴的なhistidine-rich motif(His-box)がそれぞれ存在した.また,SOSUI解析の結果,(Cs-Fad1及びCs-Fad2は膜結合型酵素であることが強く示唆された.さらに,Cs-Fad1については,C末端側にcytochrome b_5 heme-binding domainが存在した.今回取得したCs-Fad1及びCs-Fad2を昨年度取得した白色腐朽菌PhanerochaetechrysosporiumのPc-Fad1及びPc-Fad2と比較したところ,アミノ酸レベルでそれぞれ約75%程度の相同性があったが,膜貫通ドメインの個数などに違いが見られ構造が異なっていた.選択的リグニン分解菌Ceriporiopsis subvermisporaは,木材腐朽初期にリノール酸などの不飽和脂肪酸を大量に産生する.従って,不飽和脂肪酸が脂質の過酸化の前駆体であるものと考えられる.そこで,本研究は,不飽和脂肪酸の生合成に注目し,今回は,C.subvermispora,及び,白色腐朽菌のモデル種であるPhanerochaete chrysosporiumより脂肪酸不飽和化酵素遺伝子のクローニングを試みた.データベースを用いて,既知の不飽和化酵素のアミノ酸配列から保存性の高い領域を検索し,それを基にプライマーを設計し,ゲノムDNAを鋳型としてPCR,また,total RNAを用いて5'-及び3'-RACEを行った.その結果,P.chrysosporiumからΔ12-fatty acid desaturase(Pc-Fad2と命名)とΔ9-fatty acid desaturase(Pc-Fad1)のcDNAを取得した.これらの遺伝子のアミノ酸配列には,既知の不飽和化酵素に特徴的なhistidine-rich motif(His-box)が3箇所存在した.また,SOSUI解析の結果,3箇所の膜貫通ヘリックスも存在し,これらの不飽和化酵素は膜結合型酵素であることが強く示唆された.Pc-Fad1については,C末端側にcytochrome b_5 heme-binding domainが存在した.取得した不飽和化酵素遺伝子を大腸菌の発現ベクターに連結,大量発現・精製を試みた.その結果,発現量が少ないものの予想される分子量を有するバンドをSDS-PAGEで確認した.なお,C.subvermisporaで増幅された遺伝子断片については,既知の脂肪酸不飽和化酵素と相同性が見られなかった.選択的リグニン分解菌Ceriporiopsis subvermisporaは,木材腐朽初期にリノール酸などの不飽和脂肪酸を大量に産生する.この不飽和脂肪酸は,選択的リグニン分解機構に重要な脂質過酸化反応に関与するものと予想されることから,今回は,C.subvermisporaより脂肪酸の不飽和化に関与する酵素(fatty acid desaturase)の遺伝子クローニングを試みた.既知のfatty acid desaturaseのアミノ酸配列の中で高度に保存された領域から縮重プライマーを設計し,ゲノムDNAを鋳型としてPCR,また,total RNAを用いて5'-及び3'-RACEを行った.その結果,delta9-fatty acid desaturase(Cs-Fad1と命名)とdelta12-fatty acid desaturase(Cs-Fad2)の完全長のcDNAを取得した.これら遺伝子がコードするアミノ酸配列には,既知のfatty acid desaturaseに特徴的なhistidine-rich motif(His-box)がそれぞれ存在した.また,SOSUI解析の結果,(Cs-Fad1及びCs-Fad2は膜結合型酵素であることが強く示唆された.さらに,Cs-Fad1については,C末端側にcytochrome b_5 heme-binding domainが存在した.今回取得したCs-Fad1及びCs-Fad2を昨年度取得した白色腐朽菌PhanerochaetechrysosporiumのPc-Fad1及びPc-Fad2と比較したところ,アミノ酸レベルでそれぞれ約75%程度の相同性があったが,膜貫通ドメインの個数などに違いが見られ構造が異なっていた.
マイクロ波組織内ハイパサーミア用同軸スロットアンテナの開発

・同軸スロットアンテナのアレーに無給電素子を配置することによる加温領域制御の可能性を実験的、解析的に示した。また、加温領域をアンテナ先端に限局する手段としてスロットをはさんでスリーブを装荷した構造の同軸ダイポールアンテナを試作し、その効果を確認した。・アンテナのカテーテル(誘電体)被覆や,従来無視されていたアレーとした場合の相互結合を考慮し得る電流分布解析ソフトウェアをモーメント法により開発した.・更に,同軸スロットアンテナのようなハイパーサーミア用マイクロ波アンテナに対してこれまで評価されることの無かったアンテナ近傍の電界分布を導出するソフトウェアを開発した。これを用いたシミュレーションにより、アンテナ周囲のSAR分布の基本的な特性を初めて明らかにし、アレーの配列、給電位相を変えた場合のSAR分布の変化を理論的に説明することができるようになった。また、従来問題にされてきた体表面付近のホットスポット(不要発熱)の発生のしくみについても明らかにした。・電機的特性が筋肉等価であるSAR測定用ファントムを開発し、解析結果と実験結果を比較することにより、開発された上記の解析手法の妥当性と実用性を確認した。本ファントムは,日本ハイパーサーミア学会QA委員会によりマイクロ波帯用標準ファントムに認定された.・血流を考慮した場合の温度分布を有限差分法によって導出するソフトウェアを作成し、これを用いたシミュレーションにより、SAR分布と温度分布の関係を明らかにした。また、そのような定量的な検討から、マイクロ波アンテナの加温特性を評価する指標としてこれまで一般的であった規格化SAR分布[%]の恣意性を指摘し、治療時の温度分布の推定にはSAR分布[W/kg]が有効であることを示し得た。・スロットが複数である同軸スロットアンテナの電流分布を、モーメント法と伝送線路理論によって解析する手法を提案した。・同軸スロットアンテナの基本特性を調べるために、一つのスロットを持つ同軸スロットアンテナについて、アンテナ単体もしくは複数のアンテナを用いてアレーとした場合の発熱(SAR)分布を、体表面の効果とアンテナの誘電体被覆の影響を考慮して導出できる計算ソフトウェアを開発した。・上記ソフトウェアを用いて、望ましい発熱分布を実現するスロット位置およびアンテナ刺入深さを評価した。また、様々なアレー形状による発熱分布を検討することにより、対象とする腫瘍に対し最適なアンテナ配置をシミュレートし得るようになった。・実際の治療現場では、特に注意を払われることなく使用されるカテーテルが、同軸スロットアンテナの作る発熱分布に対し無視できない影響を及ぼすことを、上記ソフトウェアを用いて解析的に評価し、カテーテルのサイズ,電気的特性の重要性を示した。・アンテナ刺入深さが浅い場合に体表面付近に生じるホットスポット(不要発熱部分)を抑制するため、同軸ケーブル部に磁性体を装荷する方法を提案し、その効果を解析的に検討した。・これらの解析結果を実験的に確認するために用いられるファントム(模擬生体)を新たに開発した。これは、マイクロ波における人体の電気的特性を正確に模擬するSAR推定用ファントムであり、環境電磁的な分野でも利用でき、応用範囲は広い。本ファントムは、日本ハイパーサーミア学会QA委員会において、これまで存在しなかった照射型加温用標準ファントムに認定された。また、加温領域をアンテナ先端に限局する手段として、スロットをはさんでスリーブを装荷した構造の同軸ダイポールアンテナを試作し、その効果を確認した。・同軸スロットアンテナのようなハイパーサーミア用マイクロ波アンテナに対してこれまで評価されることの無かったアンテナ近傍の電界分布を、平成6年度に開発した電流分布解析手法を利用して導出するソフトウェアを開発した。

これを用いたシミュレーションにより、アンテナ周囲のSAR分布の基本的な特性を初めて明らかにし、アレーの配列、給電位相を変えた場合のSAR分布の変化を理論的に説明することができるようになった。また、従来問題にされてきた体表面付近のホットスポット(不要発熱)の発生のしくみについても明らかにした。・平成6年度に開発したファントムを用いて、解析結果と実験結果を比較することにより、開発された上記の解析手法の妥当性と実用性を確認した。・血流を考慮した場合の温度分布を有限差分法によって導出するソフトウェアを作成し、これを用いたシミュレーションにより、SAR分布と温度分布の関係を明らかにした。また、そのような定量的な検討から、マイクロ波アンテナの加温特性を評価する指標としてこれまで一般的であった規格化SAR分布[%]の恣意性を指摘し、治療時の温度分布の推定にはSAR分布[W/kg]が有効であることを示し得た。スロットが複数である同軸スロットアンテナの電流分布を、モーメント法と伝送線路理論によって解析する手法を提案した。
VLSI向きプロセッサアレイに適したバス構造に関する研究

本研究では,VLSI向きプロセッサアレイに適したバスとして,報告者が既に提案している分割可能バスの能力を評価することを目的としている.並列計算において基本操作となる半群計算を取り上げ,分割可能バスが有する動的可変構造性を利用した並列アルゴリズムを構成し,その計算複雑性を導出した.導出に当たっては,分割可能バス特有のスイッチ素子に起因するデータ伝搬遅延を考慮した解析を行った.その結果,スイッチ素子に遅延の影響を考慮しても,従来提案されている各種バスとの比較から,分割可能バスの優位性が認められることを明らかにした(電子情報通信学会論文誌,J78-A,No.4(1995-04)掲載予定).さらに,分割可能バスの柔軟性を利用して,2重対数深さ木上の計算を模倣することにより,いくつかの問題を効率良く解くことが可能であることを示した(電子情報通信学会,1995年総合大会講演論文集,D-148).また,分割可能バスの伝搬遅延を軽減するモデルとして,新たに区分バスを有するプロセッサアレイを提案し,その評価を行った。特にウェーハスケールでの大規模集積化に適したバス構造であることを明らかにした(電子情報通信学会,1994年秋季大会講演論文集,D-71において発表済み).以上の評価・解析は理論面から得られた結果であり,当初計画していた理論解析を検証するための実験・評価については,十分行えたとは言い難い.この点にに関しては,今後の課題とし,引き続き研究を進める予定である.本研究では,VLSI向きプロセッサアレイに適したバスとして,報告者が既に提案している分割可能バスの能力を評価することを目的としている.並列計算において基本操作となる半群計算を取り上げ,分割可能バスが有する動的可変構造性を利用した並列アルゴリズムを構成し,その計算複雑性を導出した.導出に当たっては,分割可能バス特有のスイッチ素子に起因するデータ伝搬遅延を考慮した解析を行った.その結果,スイッチ素子に遅延の影響を考慮しても,従来提案されている各種バスとの比較から,分割可能バスの優位性が認められることを明らかにした(電子情報通信学会論文誌,J78-A,No.4(1995-04)掲載予定).さらに,分割可能バスの柔軟性を利用して,2重対数深さ木上の計算を模倣することにより,いくつかの問題を効率良く解くことが可能であることを示した(電子情報通信学会,1995年総合大会講演論文集,D-148).また,分割可能バスの伝搬遅延を軽減するモデルとして,新たに区分バスを有するプロセッサアレイを提案し,その評価を行った。特にウェーハスケールでの大規模集積化に適したバス構造であることを明らかにした(電子情報通信学会,1994年秋季大会講演論文集,D-71において発表済み).以上の評価・解析は理論面から得られた結果であり,当初計画していた理論解析を検証するための実験・評価については,十分行えたとは言い難い.この点にに関しては,今後の課題とし,引き続き研究を進める予定である.
1kPa以下の応力変化による地震活動の消長：グローバルからローカルまで

本研究では、潮汐や降水に伴う小さな一時的外力が地下の断層にかかることで、地震を誘発する現象について調べる。地下では、プレート運動による大きな力が常にかかっており、一時的外力が無くても地震は発生すると考えられるが、現実的には、地震発生直前に一時的外力が「最後の一押し」として断層に作用し、地震を誘発すると考えられる。この現象について、世界中のデータを統計的・力学的に解析する。一時的な外力による地震発生確率の変動を、定量的に評価していく。
有機円偏光発光材料創出を指向した分子設計の確立とその学理の構築

本研究では優れた円偏光発光(Circularly Polarized Luminescence(CPL))の発現を指向して、その理論式に基づき、CPL特性が本質的に大きくなると経験的に予想されている有機色素分子の環状配列構造の構築にジケトピロロピロールおよび、それから誘導したBODIPY類縁体を基礎骨格として用いて挑戦する。実測と理論計算を用いた遷移電気双極子モーメントおよび遷移磁気双極子モーメントの評価により、環状配列構造における高いCPL特性の起源について解明を行う。最終的には未だ黎明期にある有機分子のCPL研究において、基本的な分子設計における学理の構築に挑戦し、本研究成果を基盤に有機円偏光発光(Organic CPL(OCPL))研究を飛躍的に発展させる。研究初年度の平成30年度はジケトピロロピロールを用いた環状構造の合成を行った。ジケトピロロピロールは配位性のピロールNHを有しているために、まずこれをベンジル保護した後、アリール置換基側をハロゲン化、ホウ素化し、白金試薬との反応により、メタラサイクルを合成した。得られた白金架橋体をリン配位子と反応させることで、脱白金反応を現在試みている。予備的ではあるが、環状構造の生成を質量分析から確認しており、現在、NMRなどにより構造同定を行っている。また、今年度に確立した合成手法はジケトピロロピロールの拡張類縁体であるピロロピロールaza-BODIPYにも適用可能であることから、こちらについても合成研究に着手している。研究計画段階から反応系の最適化が重要課題であると考えていたが、現在、溶解性、反応性共に問題点を解決し、目的の環状分子が合成できたことから、今後、合成研究を飛躍的に進展することができると考えている。また、得られた分子の分光測定および物性評価についても段取りができていることから、化合物の基礎的な同定が終わり次第、すぐに着手できると判断している。以上のことから、本研究計画が当初の計画以上に進展していると判断している。平成31年度の研究において得られたジケトピロロピロールの環状分子について、その構造同定をNMRおよび結晶構造解析により進める。構造同定の後、各種分光測定および理論計算を行い、電子構造を解明し、最終的にはCPL測定を行う。CPL特性については分子構造と電子構造を考慮することで、その起源について考察を行う。また、確立した合成手法をジケトピロロピロールの拡張類縁体であるピロロピロールaza-BODIPYについても行い、より長波長におけるCPL特性の発現を目指す。初年度は合成条件探索に時間を費やし、測定用のサンプル合成に必要な試薬の支出が少なかったために、次年度使用額が生じた。合成法を確立できたことから、現在、大量合成を行っており、平成31年度に繰り越して、この分を試薬の購入費として使用する。
糖鎖による超分子中の水の運動性及び水素結合特性の磁気共鳴法による検出と応用研究

1.高分子-水間の動的相互作用を検出する手法の確立(1)ソリッドエコー法による10μsオーダーのT2緩和時間の計測法の確立:濃厚水溶液中の高分子鎖の運動は極めて制限されており、T2が短くなる。また、低温領域で凍結した水分子においてもT2は10μsのオーダーになる。このように短いT2緩和時間は通常のスピンエコー法では検出できない。ソリッドエコーパルスシーケンスを用いた解析法を確立した。温度コントロールと組合わせた自動計測システムとして構築した。(2)高分解能NMR(300MHz)により、高分子鎖の遅い拡散係数計測システム、およびNMRマイクロイメージングシステムを組み合わせて遅い拡散計測システムの構築を計り最適条件を模索している。(3)プロトン交換を伴う系のT2緩和時間および拡散係数同時解析システムの構築:パルス磁場勾配スピンエコーシーケンスのタイミングを変化することにより、T2緩和成分比を保持した状態において拡散成分比の評価を可能にした。(4)プロトン交換を含んだ系のT2緩和の理論を数値解析するプログラムを開発し、その適応性をゾル-ゲル転移及びコイル-ヘリックス転移に適応し、転移機構の解明を行った。2.濃厚プルラン溶液中の水について:上記1.(1)及び1.(3)の方法により解析し、T2緩和成分を10μsオーダーの凍結水、70-100μsの高分子鎖中のinertプロトン、及び1ms以上の交換可能な高分子プロトン、水和水プロトン、自由水プロトンの熱運動平衡値を識別することが出来た。不凍水量の評価を可能にした。3.ジェランによる2価陽イオン取りこみ:ジェランガムのゾル-ゲル転移過程におけるCu2+の特異的な挙動をESRで捕らえ、ジェランガムの超分子構造形成の要因となるCu2+の取り込み機構を解明した。4.ゼラチン水溶液のゲル化機構をNMR緩和計測、CD及び粘弾性測定を組み合わせて解明した。1.高分子-水間の動的相互作用を検出する手法の確立(1)エコー時間(TE)を一定にしたNMR拡散計測パルスシーケンスの開発:T2緩和時間の異なる成分を含む系において各成分の拡散係数と組成比を正確に評価することが可能となった。(2)T1、T2緩和時間及び拡散係数の自動計測システムの構築:温度制御のプログラムと自動計測のプログラムを組み合わせて80°Cから5°Cまでの測定を自助的に行うシステムを作った。(3)交換を伴う系の拡散解析システムの構築:上記(1)のパルスシーケンスにより計測された見かけの拡散係数を緩和、拡散、交換を含んだブロッホ方程式により解析するプログラムを開発し、その実測値への適応性を評価するためのモデル計算を行った。(4)プロトン交換を含んだ系のT2緩和の理論を数値解析するプログラムを開発し、その適応性に付き既存の実測データの基づき検討中である(ゲル討論会発表)。2.ジェランのコイルーへリックス(ゾル)-ゲル転移のカチオン種依存性:1価のカチオンはグルクロン酸を遮蔽することにより、2価カチオンはグルクロン酸と結合することにより転移を促進することを明らかとした(業績1)。これらの転移に伴う糖鎖-水分子間相互作用を糖鎖構造、水分子の運動性、プロトン交換、水素結合の変化として総合的に議論した(業績2)。3.濃厚プルラン溶液中の水について1.(1)(3)の方法により解析し、水和水と自由水の交換のダイナミックスを検討し学会報告した(高分子討論会、高分子と水討論会)。

4.デキストランによる陽イオン取りこみ:Na^+ ,K^+共存下デキストラン中におけるCu2^+の特異的な挙動をNMRイメージングで捕らえ、デキストランの超分子構造形成に伴うCu2^+の取り込み機構を論じた(5th Int.Conf.Magn.Reson.Microscopyにて発表)。1.高分子-水間の動的相互作用を検出する手法の確立(1)ソリッドエコー法による10μsオーダーのT2緩和時間の計測法の確立:濃厚水溶液中の高分子鎖の運動は極めて制限されており、T2が短くなる。また、低温領域で凍結した水分子においてもT2はl0μsのオーダーになる。このように短いT2緩和時間は通常のスピンエコー法では検出できない。ソリッドエコーパルスシーケンスを用いた解析法を確立した。温度コントロールと組合わせた自動計測システムとして構築した。(2)高分解能NMR(300MHz)により、高分子鎖の遅い拡散係数計測システム、およびNMRマイクロイメージングシステムを組み合わせて遅い拡散計測システムの構築を計り最適条件を模索している。(3)プロトン交換を伴う系のT2緩和時間および拡散係数同時解析システムの構築:パルス磁場勾配スピンエコーシーケンスのタイミングを変化することにより、T2緩和成分比を保持した状態において拡散成分比の評価を可能にした。(4)プロトン交換を含んだ系のT2緩和の理論を数値解析するプログラムを開発し、その適応性をゾルーゲル転移及びコイル-ヘリックス転移に適応し、転移機構の解明を行った。2.濃厚プルラン溶液中の水について:上記1.(1)及び1.(3)の方法により解析し、T2緩和成分を10μsオーダーの凍結水、70-100μsの高分子鎖中のinertプロトン、及び1ms以上の交換可能な高分子プロトン、水和水プロトン、自由水プロトンの熱運動平衡値を識別することが出来た。不凍水量の評価を可能にした。3.ジェランによる2価陽イオン取りこみ:ジェランガムのゾル-ゲル転移過程におけるCu2+の特異的な挙動をESRで捕らえ、ジェランガムの超分子構造形成の要因となるCu2+の取り込み機構を解明した。4.ゼラチン水溶液のゲル化機構をNMR緩和計測、CD及び粘弾性測定を組み合わせて解明した。5.スターチ、タンパク質系における繰り返し凍結解凍による水の存在状態の変化をスピンプローブESR法により解明した。
ウランおよび超ウラン元素を含む化合物の電子状態の計算

ウランや超ウラン元素における5f電子系は当初バンドモデルが比較的良いと考えていたが、実際計算してみると、バンドモデルでもなく局在モデルでもないという最も難しい場合であるらしい。しかし本研究の目標は「バンドモデルに立ってアクチナイド系をどの程度理解できるか」を明らかにすることであるから、当初の研究計画に記したように、3d遷移金属の場合にならって、磁気モーメントの大きさを計算して実験と比較することにより、電子構造を理解する上で有用な手掛かりを得ることを試みた。5f電子系の場合、スピン軌道相互作用の大きさがスピン分極による交換エネルギーと同程度であるため、両者を同時に取入れて対角化する必要がある。これまで開発してきたLMTQ法のプログラムを一般化して、相対論的な効果とスピン分極の両方をとり入れるように拡張し、局所電子密度近似(LSD近似)の枠内でセルフコンシステントな計算を行った。強磁性化合物USの場合、スピン分極2μ__B、軌道部分が-2.4μ__BでU当り0.4μ__Bの磁気モーメントが期待されるが、実験値は1.21.8μ__Bである。ラーベス相AcFe_2[Ac=U、Np、Pu]の場合、Ac=Uでは、スピン-1.1μ__B、軌道0.6μ__Bで-1.5μ__Bの計算値に対して実験値は0.1μ__B。Ac=Npではスピン-3μ__B、軌道2μ__Bで-1μ__Bの計算値に対して実験値は1μ__B。いずれも軌道角運動量の計算値が小さ過ぎる。これは、電子間相互作用によって5fバンドの巾が狭くなるため、スピン軌道相互作用によって誘起される角運動量が大きくなるためと考えられる。Ac=Puでは実験との不一致は更に大きく、局在モデルにかなり近くなっていると思われる。今後強磁性だけでなく反強磁性の場合についても計算を行い、電子相関が強くなって5f電子が局在電子の性格が強くなっくいく場合について、どのようなモデルを取るべきかを考えてゆくつもりである。
半導体中の希土類元素の発光メカニズムとその応用に関する研究

本科学研究費補助金を受けた3年間の研究で、先ず特筆すべきことは、InP中にイオン打ち込み法でド-プしたEr^<3+>イオンの4f内殻電子遷移( ^4I_<13/2>→^4I_<15/22>)による1.54μmの発光を、電子衝突励起という新しい方法で観測することに成功したことである。従成、IIIーV族化合物半導体、Si半導体中の希土類イオンの発光の研究はすべてフォトルミネセンスまたはpn接合への少数キャリアの注入による母体半導体の電子と正孔の再結合エネルギ-を希土類イオンの4f電子ににトランスファ-するメカニズムで行われてきた。それらの研究での問題点は、レ-ザ発振させるには小さな発光効率、高温での温度消光、エネルギ-トランスファ-メカニスムおよび温度消光などに関係する非発光遷移メカニズムが解明されていないことにあった。我々が観測に成功したInP化合物半導体にド-プした希土類元素の一つであるEr^<3+>イオンの4f電子遷移の電子衝突励起による発光は、発光スペクトル、温度特性などフォトルミネセンス特性とは本質的に異なる点があり、両者を比較した本研究は、結晶半導体の希土類イオンの発光メカニズムの解明に大きな貢献をした。具体的には、1).InP中へのイオン打ち込み法によるEr添加プロセス、2).Er添加InPの電子衝突励起発光、3).Erイオンの励起、発光メカニスムの解析、4).発光解率、衝突断面積の評価、を行った。結論として、InP中に種々の異なったEr^<3+>発光センタ-があり、励起方法により異なったセンタ-が励起され、また、その発光過程に於ける非発光メカニズムも異なることを明らかにした。今後、発光メカニズムをさらに詳細に検討し、発光効率の改善を図ると共に、他の希土類イオン、母材半導体(特にSi)の電子衝突発光を試みる予定である。半導体中にド-プした希土類元素の内殻遷移によるシャ-プなフォトルミネセンススペクトルが観測され、さらにpn接合による電流注入でも同様の発光が観測されるにおよび、固体レ-ザの持つ優れた発光スペクトルを有する電流注入半導体レ-ザの可能性が期待されている。平成元年度は、東大生研生駒教授のグル-プで開発された熱拡散法によるド-ピングプロセスを基に、希土類元素が半導体結晶に取り込まれるプロセス、結晶内で占めるサイト、内殻遷移発光プロセスなど、ド-ピング条件を変えてSIMS、フォトルミネセンスにより調べた。希土類金属を電子ビ-ム蒸着し、熱拡散を行う方法では、希土類金属の純度の問題、プロセス中の酸化及び不純物混入の問題が生じ発光しにくかった。そこで拡散源形成法である電子ビ-ム蒸着に代えてイオン注入による希土類金属のプレデポジションを試みた。基板にはGaAs、InPを用い、希土類元素は、1.54μmで発光の得られるErを用いた。この方法では、イオン注入装置内の質量分析器によるErイオンの抽出によりその高純度化がはかられ、また真空中における半導体基板表面内でのErの拡散源層形成によりErの酸化というプロセス上の問題が解消された。このプロセスの改良により、液体窒素温度において平易にErド-プしたInP、GaAs中のEr原子のシャ-プで強いフォトルミネッセンススペクトル(ΔE1/2=1.5meV)が観測された。しかし、拡散源形成法としての電子ビ-ム蒸着法と比較した場合、Er原子の発光スペクトルおよびSIMSによるErの深さ分布に差が見られた。

これはそれぞれの拡散源形成法において、欠陥、不純物の微妙な影響のため、Er原子の取り込みプロセス及び結晶中に占めるサイトに違いが生じていると推測できる。今後、それぞれのプロセスについてEr原子の発光スペクトルの微細構造の評価に加え、その深い準位との関係の解明が必要となる。IIIーV族半導体中にド-プした希土類元素は、固体レ-ザと同様に優れた発光スペクトルを示す。この優れた特性を持つ新しい発光デバイスを実現する上で、発光強度並びに発光効率の向上が必要となる。そのためには半導体中に励起された電子・正孔対の再結合エネルギ-が希土類元素の4f内穀電子に伝達、励起する過程(励起過程)、及び励起された4f内穀電子の緩和過程のメカニズムの解明が課題となる。以上の問題点を解決するためにEr:GaAs及びEr:lnPの系を用いて励起メカニズムの異なる励起方法(電界発光)を試み、比較検討を行った。ド-ピング方法にはイオン注入法を用いることにより、高濃度でかつ高純度のド-ピングが制御性良く行える。これに加え、長時間のアニ-ル処理を行う事により高濃度(10^<20>/cm^3)のド-ピングを可能にした。その結果、Er:lnP系において1.54umのErの4f内穀電子の電界発光(Electroluminescence:EL)を観測し、その励起メカニズムが電界で加速された電子の衝突励起であることを示した。また電子・正孔対の再結合エネルギ-の伝達励起過程(Photoluminescence:PL)に比べ、温度上昇に伴う発光効率の低下が著しく小さく、室温以上(360K)においても発光が観測された。励起された4f内穀電子の緩和過程は同じであると考えられるので、このことは電子・正孔対の再結合エネルギ-の伝達励起過程が大きく温度に依存し、また励起過程が発光効率に大きな影響を与えることを示す。この結果の意味するところは大きい。まず第一に電界発光の発光デバイスへの応用である。電界発光は、現在ELパネルに応用されており、蓄積された技術があるので、新たな発光デバイスへの期待が持たれる。第2に電子・正孔対の再結合エネルギ-による4f内穀電子の発光過程の解明への応用である。発光過程における励起過程及び緩和過程を、既知の励起過程(電子衝突励起)を利用して分離することにより緩和過程の評価ができる。今後この第2の点に注目し、加えて蛍光寿命の測定による緩和過程の評価に基づき、4f内穀電子の励起及び緩和過程の解明、及び発光効率の向上、そして最終的に新しい発光デバイスの実現を目指す。InP中にイオン打ち込み法でド-プしたEr^<3+>イオンの4f内殻電子遷移( ^4I13/2→^4I15/2)による1.54μmの発光を電子衝突励起という新しい方法で観測することに成功した。最終年度である平成3年度は電子衝突励起によるErの発光特性(発光強度、発光スペクトル)を電圧、電流の関数、さらに温度の関数として調べた。これらの特性を同内試料のフォトルミネセンス(PU)特性と比較し、Erイオンへのエネルギ-移行メカニズム、Erイオンの4f内殻電子遷移発光メカニズムについて解析した。発光効率を見積り、発光デバイスとしての実現の可能性を評価した。電子衝突励起によるInP中のErイオンの発光に関する以下の結果と結論を得た。1)Erイオンが電子衝突励起で発光することを定量的に示した。2)高電界では母材InPの衝突イオン化により生じた電子正孔の再結合エネルギ-によってもErイオンは励起され発光する。