hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
数十-数百成分一義構造体の創発的自己集合

構成する個々の成分のわずかな違いが、その違いの単純な積算としては類推できないような系全体としての違いに現れる現象が創発現象である。本研究では、このような創発現象を化学の分野で探索し、このような発想のもと、新しい化学分野を構築することをめざしてきている。本研究課題では、平面四配位性のパラジウム(II)イオン(M : metal ion)と、折れ曲がった二座配位子(L : ligand)とが錯形成する反応系における創発現象を探求してきている。全ての配位結合が生成して閉じた球状の錯体が構築されると、M_nL_<2n>(n=6,12,24,30,60)組成の錯体が得られると予測され、幾何学的な構造から、折れ曲がり角度が小さいとnの数は小さくなると考えられる。これまでに、折れ曲がり角度が127度の場合にはM_<12>L_<24>組成の錯体が得られ、149度の場合にはM_<24>L_<48>組成の錯体が得られることがわかっているが、何度を境に構造がn=12から24へと切り替わるのか予測する方法はなかった。そこで、これらの配位子を混合して、平均の折れ曲がり角度を調整することで、131134度程度を境に組成が切り替わると予測した。今年度、複素環式化合物を駆使して新たに130,134度の折れ曲がり角度を持つ配位子を合成し、生成物の構造決定を行った。その結果、134度以上の角度を持つ配位子をパラジウム(II)イオンと自己組織化するとM_<24>L_<48>錯体が得られることがわかった。また、130度以下の配位子を使うとM_<12>L_<24>錯体が得られることがわかった。出発物質の折れ曲がり角度という、わずかな構造の違いが、数十成分の自己組織化の生成物の骨格構造を劇的に制御する創発化学において、経験予測をたった4度の角度の違いを利用して精密に実証することができた。ウイルス殻構造の生成過程に見られるように、生物は数百の(場合には千を超える)成分を弱い分子間相互作用のみで集合させ、巨大でかつ安定な一義構造体を構築している。このような自己集合は、構成成分の構造や外部環境(pHなど)のわずかな変化に極めて敏感な創発性の高い現象である。人工系ではこれまで、たかだか2030成分の自己集合が達成されているにすぎない。本研究では、金属イオン(M)と架橋配位子(L)の組み合わせを精査し、M_nL_<2n>組成(n:最大60)のアルキメデス準正多面体の創発的自己組織化を達成する。本研究は、単純な数十数百個の構成成分から一義構造ナノスケール物質群の構造と機能を創発し、本領域研究の基盤技術を確立することを目的とする。自然界では数百にもおよぶ成分から安定な一義構造が自己集合するのに対し、人工系では10-30成分の一義構造自己集合が達成されているにすぎない。そこで、この壁を超える手法として「配位結合を活用する自己集合」に着目し、30成分を超える自己集合による一義構造を持つ分子の構築法の開発と、自己集合機構の解明をめざす。本年度、36成分からなる球状錯体の配位子交換反応速度を指標とした、錯体の安定性の評価を行った。再現性の確認や追加測定を行う事により、多成分からなる自己集合性錯体は、弱い結合の協同的な効果によって非常に安定化されていることを明らかにし、論文発表に至った。これまでに、数成分からなる単核錯体では配位結合が、非常に速い解離と結合の平衡状態にあることが知られている。一方、36成分からなるM12L24型球状錯体の配位結合は非常に強く、錯体の半減期を比較すると10の5乗オーダーも長いことが明らかになった。さらに、錯体に対し、配位結合を作っていない遊離の配位子を混合すると、錯体の半減期が、遊離の配位子が無い場合よりも10の3乗オーダーで短くなった。この結果から、自己集合の過程では、3つの段階を経るものと考えられる。すなわち、1)初期段階では、速い平衡状態にある数成分からなる錯体の混合物が一気に生成し、2)途中段階では、中程度の速さの平衡によって生成物の構造に収束するように構造が組み変わり、3)自己集合が完結して、一度、最終生成物ができてしまうと48本の配位結合が一分子内で協同的に作用して錯体が極めて安定になることがわかった。このような、段階的自己集合は、例えばタンパク質の3次元構造の形成過程に対して提唱されてきたものであるが、本研究において、配位結合だけからなる単純な人工モデル化合物を用いて、はじめて実験的に明らかにした。また、このような自己集合性錯体の構築において、有機配位子のわずかな構造の違い、例えば、二座配位子の配位角度のわずかな違いを反映し、得られる生成物が全く異なることがわかってきた。得られる生成物はまざり合うことがなく、この生成機構を研究することで複雑な自己集合機構を明らかにし、引いては、新しい合成法へとつなげられると考えられる。

本研究では、このような創発現象を化学の分野で探索し、このような発想のもと、新しい化学分野を構築することをめざしてきている。本年度、48本もの配位結合が含まれる、多くの弱い相互作用が協同的に作用して1つの分子を構築しているM12L24錯体の分子システムに着目した。個々の配位結合は非常に弱いために、例えば、単座の配位子と金属イオンからなる単核錯体をモデルに用い、個々の1本の配位結合だけを調べた場合には、配位と解離を頻繁に繰り返すことがわかり、msオーダーでの配位子交換反応が進行する不安定な分子システムであることがわかった。一方で、M12L24錯体に対して、配位子の化学修飾による質量分析用のラベル化を行い、同様の配位子交換反応を調べたところ、10の5乗オーダーで元の錯体の半減期が長くなることがわかり、配位子交換は「日」のオーダーで進行する、極めて安定な分子システムであることがわかった。個々の結合は、非常に不安定で弱くても、自己組織化によって一分子内に数十という多数の結合を集積した場合には相乗的に安定化効果が発現し、容易には想像しがたい、極めて安定な分子が構築されることを実験的に明らかにすることができた。以上の知見に基づき、弱い相互作用の共同効果を加味した、より多成分系からなる安定な分子システムの開発を目指して検討を行った。配位子の構造を精査し、構造決定を検討した結果、一気に2倍の量の配位結合を持つ、96本もの配位結合が一分子に集結したM24L48錯体の構築が可能であることを見いだした。本研究は、単純な数十数百個の構成成分から一義構造ナノスケール物質群の構造と機能を創発し、本領域研究の基盤技術を確立することを目的とする。自然界では数百にもおよぶ成分から安定な一義構造が自己集合するのに対し、人工系では10-30成分の一義構造自己集合が達成されているにすぎない。そこで、この壁を超える手法として「配位結合を活用する自己集合」に着目し、30成分を超える自己集合による一義構造を持つ分子の構築法の開発と、自己集合機構の解明をめざした。本年度、人工的に巨大な球構造を、世界最多72成分の自己組織化によって100%の効率で作り出すことに成功した。原料として、2つの配位部位を持つ折れ曲がった配位子(L)と、平面四配位をとる遷移金属イオン(M)とを用い、これらが配位結合を余すことなく形成し対称性の高い錯体分子を形成すると考えた場合、幾何学的な考察からMnL2n組成(n=6,12,24,30,60)の不連続な限られた構造だけができることがわかる。今回、精密な配位子の分子設計を行ったところ、合計72成分からなるM24L48組成の錯体が得られることがわかった。この物質は、構成成分の分子構造をわずかに変化させると、あるしきい値を境として、劇的に異なるM12L24組成の一義構造に変化することがわかった。ウイルス殻構造などの生物構造の自己組織化も同じ仕組みを利用している。ウイルスの殻は数百数千のタンパクサブユニットが自発的に集まってできている一義構造体である。本研究の成果は、このように、ただ一つの構造だけが非常に多くの構成成分数から生成する様子を実験的に検証できた初めての例である。構成する個々の成分のわずかな違いが、その違いの単純な積算としては類推できないような系全体としての違いに現れる現象が創発現象である。本年度、平面四配位性のパラジウム(II)イオン(M;metalion)と、折れ曲がった二座配位子(L;ligand)とが錯形成する反応系における創発現象を探求した。
発達段階に応じた系統的な科学・技術教育推進のためのカリキュラム開発

本研究の目的は,初等中等教育と高等教育を対象とした系統的な科学技術に関するカリキュラムの開発である。具体的には,発達段階に応じたエネルギー(新エネルギーを含む)に関する教材・教具を開発し,エネルギーに関する系統的なカリキュラムを構築し,授業実践でその効果を検証するものである。研究の概要を下記に示す。(1)児童・生徒・学生の実態把握として,小・中・高等学校へ出向き,教師から生徒の実態と指導の現状を調査した。調査の項目は,現在学校で行われているエネルギー教育の実例と,求められる教材,エネルギー教育推進の課題点である。その結果,(1)学校現場では,エネルギー教育を推進するための体験的な教材が不足している。(2)新エネルギーについては,教員も児童,生徒,学生共に興味があるが,それらを系統的に指導するカリキュラムはほとんど存在しないことが明らかとなった。(2)発達段階に応じたエネルギー変換に関する教材・教具の開発及び製作を行った。新エネルギー関係として,太陽光発電システムの教材開発とカリキュラム開発,風力発電システムの教材開発とカリキュラム開発,バイオ・化学および燃料電池に関する教材開発とカリキュラム開発を行った。(3)授業実践は,小中学校教員の協力のもと,上記で開発したカリキュラムに対応して授業を行った。その結果,(1)最新の科学技術も,適切な形に教材化することにより,生徒,学生は興味を示し,十分学習が可能である。(2)実験や実習を通してエネルギーについて学習することにより,興味・関心が高まり,新たなエネルギー問題についても,課題意識を持つ児童,生徒,学生の育成が可能となる。(3)系統的に新エネルギーを教えることにより,積極的に社会に参加する姿勢が生まれてくることなどが明らかとなった。このような実践を積み重ね,エネルギー教育の推進を図ることは,極めて重要であり,今後も研究を進める体制整備に努めたい。1.児童・生徒・学生の実態把握小・中学校とアンケート調査とフィールド・ワークにより,児童・生徒の新エネルギーに関する意識を明らかにすることができた。また,各種学会や研究会へ参加して,現在利用されている既存の教材を収集した。収集した市販教材の長所と短所を製作を通して検討した。2.新エネルギーに関する教材・教具の開発発達段階に応じたエネルギー変換に関する教材・教具の開発及び製作として,太陽光発電システムを利用した,温室模型を開発し,指導マニアルの作成に取りかかった。また,風力発電システムの教材開発として,ブローニ型の風車の製作を行った。バイオ・化学に関するの教材の設計に取り組んだ。3.学習カリキュラムの開発系統的なカリキュラム,を構築するにあたり,小学校理科4年生と6年生,高等学校における,新エネルギーに関する,学習指導案の作成を行った。中学校においては,技術・家庭科の技術とものづくりの中での,新エネルギーに関する学習項目を検討し,年間指導計画への組み込みを模索した。4.授業実践組織の確立小・中・高等学校の教員と県教育委員会指導主事を含む組織の確立として,研究協力員を依頼し,本研究で作成したカリキュラムや指導案の検討を行った。また,授業実践者を選出し,来年度の授業計画を作成している。今後の研究として,小学校で約16時間,中学校で約12時間,高等学校で約2時間の授業を実施し,開発した教材,教具とカリキュラムの評価を行う研究計画を立案した。本年度に行った研究の概要を下記に示す。(1)発達段階に応じたエネルギー変換に関する教材・教具の開発及び製作を行った。

新エネルギー関係として,太陽光発電システムの教材開発とカリキュラム開発,風力発電システムの教材開発とカリキュラム開発,バイオ・化学および燃料電池に関する教材開発とカリキュラム開発を行った。(2)授業実践は,小・中学校教員の協力のもと,上記で開発したカリキュラムに対応して授業を行った。その結果,(1)最新の科学技術も,適切な形に教材化することにより,生徒,学生は興味を示し,十分学習が可能である。(2)実験や実習を通してエネルギーについて学習することにより,興味・関心が高まり,新たなエネルギー問題についても,課題意識を持つ児童,生徒,学生の育成が可能となる。(3)系統的に新エネルギーを教えることにより,積極的に社会に参加する姿勢が生まれてくることなどが明らかとなった。また,提案した教材に対して,学校現場方適切な評価を得ることができた。このような実践を積み重ね,エネルギー教育の推進を図ることは,極めて重要であり,今後も研究を進める体制整備に努めたい。
可逆強弾性ドメインスイッチングによるMPBフリー圧電体の創成

本研究では、圧電体薄膜材料の探索に対して行われていた組成制御による相境界の探索という考え方から脱却し、新しいメカニズムとして可逆的なドメイン応答を導入することによって、既存の材料設計にとらわれない巨大圧電体材料の創成を目指す。結晶異方性を持つ材料一般に適用できるこの概念を用いることで、新規非鉛圧電体材料や非ペロブスカイト型結晶構造の圧電体材料の創成を行う。
任意の形状に高精度で照射可能とするCT型X線治療装置の開発

我々は計算機シミュレーション結果から、特に定位集光照射の対象となる肺の小病変などではX線管球の方が線量分布的に優れていることに着目している。本研究では既存CT装置を改造して呼吸などによる標的の移動にも対処して、比較的低いエネルギーのX線を用い、通常のX線撮影室程度の遮蔽でも使用できる新たな概念に基づく集光照射装置(CTRTx)の開発を進めている。特に今年度は、実際の照射実験をウサギでおこなった。健康な36週齢のウサギ3羽使用し、撮影中はシリンジを使って継続的に麻酔を投与した。管電圧120kV,管電流400mAの条件下で3cm深度で5Gy/minの線量となる。照射野はIsocenter位置でAxial方向20mm、体軸方向10mmとして、non-coplanar:±30°のチルトにて、ウサギ胸部位置に60Gy(10秒照射、40秒休止を72回)を照射した。CTRTx照射では、照射中もCTとしての再構成が行われるため、照射範囲および周囲の状態が画像的に確認可能な事が確認できた。照射後の経時変化としては、照射15週間後のROI内と正常肺野の同様な範囲でのCT値のヒストグラムを見比べると、おおよそ50100HU程低くなっていた。以前のライナックによりnon-coplanarでのウサギ実験で60Gy照射した結果、十数週間後に気腫性変化(照射部CT値が周辺の同組織の値より低い)が現われたが、その変化との対比を今後の変化もふまえ検討する予定である。ハードウェアは診断用CT装置管球等に大きな変更を加えておらず、その制限下でも1回60Gyという大線量投与の動物実験が可能であった。より大容量の管球の使用、さらには管球の改良によって装置的な実用可能性はある程度確保できたものと考える。本研究では既存CT装置を改造して呼吸などによる標的の移動にも対処して、比較的低いエネルギーのX線を用い、通常のX線撮影室程度の遮蔽でも使用できる新たな概念に基づく集光照射装置の開発を進めている。本年度は高圧X線集光放射線治療システムの基幹部分開発と物理的測定をおこなった。既存の0.5秒回転の高速実験用X線CT装置(東芝提供:据付済み)に付加的な超精密マイクロ・マルチリーフ装置を取り付けた。コリメータは低エネルギーX線に対応するものであり、アイソセンタで最大2x2cm照射野であり、各リーフはアイソセンタ位置で1mm厚で、コントロールソフトウェアにより迅速に照射野形状を変化させることが可能で、実験に際して取り回しも容易である。実験装置の基本的な性能を確認した。X線装置に取り付け、線量分布、コンピュータ・シミュレーションのデータを総合的に解析し、回転面などを変化させた様々な条件下で、腫瘍線量と正常組織線量を測定した。ファントム内での線量分布を測定した。マイクロマルチリーフ制御用ソフトウェアを開発ずみである。また、別にマイクロマルチリーフ制御用ソフトウェアと、既存の治療計画装置、遠隔地(都立保健科学大学)の計算サーバをネットワーク接続してモンテカルロコンピュータシュミレーションを可能とした。

本研究では既存CT装置を改造して呼吸などによる標的の移動にも対処して、比較的低いエネルギーのX線を用い、通常のX線撮影室程度の遮蔽でも使用できる新たな概念に基づく集光照射装置(CTRTx)の開発を進めている。特に今年度は、実際の照射実験をウサギでおこなった。健康な36週齢のウサギ3羽使用し、撮影中はシリンジを使って継続的に麻酔を投与した。管電圧120kV,管電流400mAの条件下で3cm深度で5Gy/minの線量となる。照射野はIsocenter位置でAxial方向20mm、体軸方向10mmとして、non-coplanar:±30°のチルトにて、ウサギ胸部位置に60Gy(10秒照射、40秒休止を72回)を照射した。CTRTx照射では、照射中もCTとしての再構成が行われるため、照射範囲および周囲の状態が画像的に確認可能な事が確認できた。照射後の経時変化どしては、照射15週間後のROI内と正常肺野の同様な範囲でのCT値のヒストグラムを見比べると、おおよそ50100HU程低くなっていた。以前のライナックによりnon-coplanarでのウサギ実験で60Gy照射した結果、十数週間後に気腫性変化(照射部CT値が周辺の同組織の値より低い)が現われたが、その変化との対比を今後の変化もふまえ検討する予定である。ハードウェアは診断用CT装置管球等に大きな変更を加えておらず、その制限下でも1回60Gyという大線量投与の動物実験が可能であった。より大容量の管球の使用、さらには管球の改良によって装置的な実用可能性はある程度確保できたものと考える。
資本主義分析モデルによる女性リーダーのキャリアモビリティーの国際比較

平成30年度の計画は、一年目に引き続き、3カ国におけるインタビューを本格的に進めることに中することであり、可能な限り、実証データの収集を行い、またその分析を進めるようにした。聞き取りは順調に進んでいるが、3カ国で行うため、各国の休暇や労働時間に対する考え方の違い等もあり、スケージュールの調整が大変困難であり、データ収集の終了とはならなかった。データ収集はやむを得ない事情を除いては、ほとんど全て個人に直接会い、面談して行うようにしている。一番大きな研究実績としては、日本で収集したデータをもとに、外資系企業で管理職あるいは役員として活躍する女性のキャリアパスと経験について論文を執筆し、アメリカ社会学会に提出し8月に発表を行う予定である。また、これまでの調査で得た知見と情報を交えて、日本企業の女性活躍の進展、現在の日本の組織慣行の変化、また企業のあり方の変化が今後どのように家族問題へ影響していくのかについても招待講演や学会で複数の発表を行った。当初2年目は、本格的なインタビューによるデータ収集を開始し可能な限り進展させることが目的であった。予定していた通り、日本国内ではエグゼクティブ、管理職40人以上から聞き取りを行うことができた。ノルウェーにおいても現在まで20人以上の企業のトップマネジャーおよび役員に聞き取りを行うことができた。アメリカ人についても順調に聞き取りを進めているが、終了して詳細なレベルのデータ分析にまで至るのは来年度までかかると思われる。質的調査ではあるが、データの十分な数の確保を目指して、3カ国合計して100ー200人からのデータを収集したいと考えている。また、データの収集は精力的に進展させたが、単著や論文の執筆を考えて、もう少し海外研究者との意見交換等も学会など積極的に進展させたい。データ分析の遅れから論文執筆についても遅れている。今後、出来るだけ早くインタビューデータの収集を完了させ、コード化と分析も完了させる。分析結果を国ごとに比較し、各国ごとに浮かび上がるテーマをもとに論文を執筆し投稿する予定である。その後、速やかに単著の執筆を開始する。具体的には、キャリアパスの観点からおよび組織論の観点から各国データを分析し、American Sociological ReviewおよびGender & Societyといった学術誌への投稿を計画している。さらに、講演などのイベントを通してより一層の女性リーダーの日本およびアメリカ、ノルウェーにおける知見の拡散にも貢献したいと考える。平成29年度の計画は、先行研究の整理、聞き取り者の選定、政治経済政策の違Japan)を行った。当初では1年目はデータ収集の準備として海外研究者、プロフェッショナル、ビジネス団体等とのコンタクトにより聞き取り選択者を行い、予定通りあるいは若干予定より早いスピードで実証データ収集を開始することができた。しかし、質的調査の中でも、100人以上の聞き取りに基づく大規模データ収集を予定しており、しかも日米欧におけるデーター収集を試みるプロジェクトであることから、現段階では、聞き取り数は予定より多いが、長期的視点からは予定通りの進歩状況であると言える。平成30年度においては、さらに積極的にデータ収集を継続する。また収集データのコード化と分析も平行して進展させる。前年度同様、海外研究者との共同論文の執筆の可能性のために意見交換を積極的におこなう。また、データ分析を進展させ、その結果を論文としてまとめAmerican Sociological Association及びAcademy of Managementでの学会発表も行っていく。そして、最終年度は、データの書き起こしを終了させ、テーマとキーワードごとにコード化、分析を進め、女性リーダーのキャリア形成に影響を与える要素を分類し国際ジャーナルへの投稿を完了させる予定である。

その後、速やかに単著の執筆を開始する。具体的には、キャリアパスの観点からおよび組織論の観点から各国データを分析し、American Sociological ReviewおよびGender & Societyといった学術誌への投稿を計画している。さらに、講演などのイベントを通してより一層の女性リーダーの日本およびアメリカ、ノルウェーにおける知見の拡散にも貢献したいと考える。聞き取りのための旅費の支出を検討していたが、特に海外での聞き取り選定者の決定が若干遅れ気味であり、海外聞き取りの実施を次年にしたことによるものである。聞き取りデータの書き起こしと分析を翌年にしたため。
中国・瀋陽工業地区の大気中変異原活性のヒト発癌と継代毒性に対するリスク評価の研究

中国・瀋陽市において2000年から2002年の3年間、大気中の変異原活性が住民の健康に及ぼす影響について大気汚染の深刻な工業地区の鉄西区と対照地区の同市近郊農村部の東陵区との比較で検討した。1)上記2地区と幹線道路交差点、市内住宅地区の4地点で毎月5日間大気を採取した。大気中の浮遊粉塵は121から1223ug/m^3、多環芳香族炭化水素9種類の総濃度は10から906ng/m^3に、またAmes testによる変異原活性はTA98(-S9)下で13-126rev./m^3、同(+S9)下で26-356rev./m^3、TA100(-S9)下で21-345rev./m^3、同(+S9)下で42-573rev./m^3といずれも広範囲に分布していた。これらはいずれも季節的には冬期に、地域では工業地区で最も高値を示した。2)浮遊粉塵中の13種類の重金属濃度を追跡したところ、工業地区、幹線道路交差点の順に高く冬期に最も高値を示した。発がんと関連があるAs,CrおよびNiそれぞれ57.4,206および69.5ng/m^3と極めて高い値を示した。3)2つの地区住民の呼吸器系自症状調査の結果、慢性閉塞性肺疾患の症状の訴え率が工業地区で有意に高率に見られ、また呼吸機能査でも、抹消気道の閉塞性を示す1秒率やV25、V25/Htが工業地区で有意に低値を示した。また、問診調査では、両親に肺がん家族歴ありの割合と、既婚女性の流死産既往率のいずれも工業地区において高率であった。4)大気中変異原に対する住民の応答を、末梢血リンパ球の小核頻度と大気汚染物質関連薬物代謝酵素のDNA多型で検討した。いくつかの交絡因子を調整した後の多変量解析の結果は工業地住民により高い遺伝毒性応答が見られ、それは大気中変異原活性と相関していた。5)1996年から2000年の年齢調整がん死亡率は、全がんでも肺がんも1996年は工業地区が農村地区より高率であったが、工業地区の死亡率が年々低下傾向を、農村地区では上昇傾向が見られ、2000年には地区間の差が見られなくなった。平成12年8月1日より11日間に環境保健疫学調査として、中国瀋陽市の鉄西区(大気汚染地区)および同市郊外の東陵区(対照地区)で住民の健康調査を実施し、大気試料採集用のハイボリウムサンプラーを4台設置した。1.ハイボリウムサンプラーは大気汚染の程度と地域特性を考慮して4地点(後述)に設置し、9月よりサンプリングを開始した。毎月第2週の5日間、24時間大気試料を連続採取し、分析まで冷蔵保管した。平成13年1月に9月から1月までの試料を日本に持ち帰って現在分析中である。

この期間の大気汚染の傾向を粉じん量から見ると、9月<10月<11月<12月<1月であり、地区別では鉄西区>幹線道路交差点付近>瀋陽医学院構内>東陵区であった。粉じん中の変異原活性と発がん性物質については現在分析中であり、それらの12ヶ月分のデータが揃ってから解析する。2.調査地区の労働者の協力を得て、鉄西区(汚染地区)137名(男41、女96)および東陵区(対照地区)104名(男34、女70)について、健康問診票調査と肺機能検査および末梢血の小核試験を実施した。1)健康問診票調査では、「咳」、「痰」、「喘息様症状」、「息切れ」の各訴え率や、慢性肺疾患と肺がんの家族歴と流死産の既往歴を有する者の割合が対照地区に比し汚染地区で高率に見られた。2)呼吸機能検査では、男女共通してフローボリウムカーブのV25/Htが汚染地区住民か対照地区住民より有意に低値を示した。しかし、1秒率には地区間の差は見られなかった。健康問診票調査との総合解析を現在進めているのでその後に全体の評価をする。3)健康調査の対象者全員から3mlの血液を頂き、小核試験を蛍光染色法と微量血液法の2法で実施した。しかし、小核試験が分析の最中であり全試料の分析終了後に解析する予定である。3.がん死亡統計については、現在資料を収集中である。平成12年度に引き続き、平成13年6月19日より11日間にわたり、環境保健疫学調査として、中国瀋陽市の鉄西区(大気汚染地区)および同市郊外の東陵区(対照地区)で住民の健康調査を実施し、また12年度に設置した4台の大気試料採集用のハイボリウムサンプラーにより月毎に大気試料を採集し分析した。1.ハイボリウムサンプラーは大気汚染の程度と地域特性を考慮して、汚染地区、対照地区の近郊農村地区、市街部幹線道路交差点近く及び大学構内の4地点に設置し、9月より毎月第2週の5日間、24時間大気試料を連続採取し、分析した。平成12年9月から13年8月までの試料の分析結果の概要は、大気中の変異原活性は、年間の平均では汚染地区>交差点>大学構内>近郊農村で、季節変動では各地区とも冬>秋>春>夏の順に高値を示した。大気中め炭化水素系化合物や金属イオン濃度は分析中である。2.調査地区の小学校教員の協力を得て、鉄西区(汚染地区)102名および東陵区(対照地区)101名について、健康問診票調査と肺機能検査および末梢血の小核試験を実施した。1)健康問診票調査では、「咳」、「痰」、「喘息様症状」、「息切れ」の各訴え率や、慢性肺疾患と肺がんの家族歴と流死産の既往歴を有する者の割合が対照地区に比し汚染地区で有意に高率に見られた。2)呼吸機能検査では、男女共通して1秒率、フローボリウムカーブのV25、V25/Htが汚染地区住民が対照地区住民より有意に低値を示した。男女で家屋構造・窓の構造と、女ではさらに、近くに工場がある、室内汚染源、炊事の燃料種類と有意に関連して低下した呼吸機能項目が見られた。汚染地区住民の小核頻度は対照地区のそれより有意に上昇していた。3.がん死亡統計については19962000年について調査した。年齢調整死亡率で見ると、全がん死亡および肺がん死亡ともに瀋陽市全体は日本の同時期より高率を示し、男は女より高率であった。鉄西区は皇姑区(がん死亡調査の対照)より高い率を示したが、鉄西区と皇姑区の死亡率は近年接近してきた。平成14年9月6日より13日間に環境保健疫学調査を、前年度の引き続いて中国・瀋陽市の鉄西区(大気汚染地区)および同市郊外の東陵区(対照地区)で実施した。市内に設置した4台のハイボリウムサンプラーにより大気試料を採集し、変異原活性分析と多環芳香族化合物および金属の分析を行った。1.ハイボリウムサンプラーは大気汚染の程度と地域特性を考慮して4地点(後述)に設置し、00年9月より02年8月までサンプリングした。
IRBITファミリーによるpH・塩素イオン濃度制御が神経機能に果たす役割の解明

申請者はIRBITファミリーの新規相互分子として塩素イオンと重炭酸イオンの交換体であるAnion Exchanger 2/3 (AE2/3)を同定し、特にLongIRBIT variant 3がAE3の活性制御に寄与することを明らかにした。申請者はIRBITファミリーがAE3の活性を制御することに加えて、IRBITが塩素イオンチャネルであるCFTRの活性を制御することから、IRBITファミリーと細胞内塩素イオン濃度制御に着目した。IRBITファミリーの相互作用分子であるIP3受容体およびCFTRとの相互作用が報告されていたカルシウム依存性塩素イオンチャネルTMEM16A/Ano1に注目し、IRBITファミリーとの相互作用を検討したところIRBITファミリーとAno1が結合することを見出した。さらに細胞内塩素イオン変化を観察可能なFRETプローブを用いてAno1依存性の塩素イオン濃度変化をライブセルイメージングで検討した。その結果、IRBITファミリーの過剰発現がAno1依存性の塩素イオン濃度変化に影響を及ぼすことがわかった。さらに、IRBITが発現している海馬神経細胞にはLongIRBITおよび相互作用分子であるAE3、Ano1、Slc4a8、NBCe1-CといったpHおよび塩素イオン濃度制御に関わる分子が発現していた。IRBITまたはLongIRBITのノックアウトマウス由来海馬神経細胞においては、外液塩素イオン濃度変化に対する応答および、GABA依存性の細胞内塩素イオン濃度変化に異常がみられた。以上のことから、定常的な細胞内塩素イオン濃度に寄与するAE3に加えて、細胞活動依存的な塩素イオン濃度変化に寄与するAno1の活性を介して、IRBITファミリーが細胞内pHおよび塩素イオン濃度を制御している可能性が示唆された。IRBITには高い相同性を有するホモログがあり、我々はN末端により長い特異的配列が付加されていた事からLongIRBITと命名した(Ando H et al. JNC 2009)。近年ヒトの網羅的遺伝子発現解析の結果、LongIRBITにはN末端の異なるsplicing variantが存在する事がデータベース上で明らかとなり、実際、申請者はマウスにおいて相同するsplicing variant (3 or 4)のクローニングに成功した。IRBITおよびLongIRBITのsplicing variants(IRBITファミリー)はマウスの様々な組織において、異なる発現パターンを示し、特に脳神経系においては、発達段階においてsplicing variantsの発現パターンが変化する事がわかった。IRBITおよびLongIRBITのsplicing variantsは細胞株過剰発現系および胃組織において、ヘテロ多量体を形成することもわかった。さらに、申請者は細胞内における各splicing variantsの蛋白質安定性を調べた結果、splicing variantsにより安定性が異なる事を発見した。次に、細胞株を用いた結合実験において、splicing variantsにより標的分子に対して異なる結合親和性を示す事もわかった。IRBITノックアウト細胞株および胃の一次培養細胞を用いて、IRBITファミリーの発現が標的分子の活性に与える影響を評価した所、IRBITおよびLongIRBIT splicing variantsにより異なる影響を示すことがわかった。これらのことから、LongIRBIT splicing variantsがIRBITファミリーの多機能性を発揮する制御機構の一端を担っている事を明らかにした。新規IRBITホモログによるIRBITにファミリーの制御機構の解明に関して、結論付けるに十分な結果を得ることができ、論文としてProc Natl Acad Sci U S A.に発表することができた。さらに、AE2/3の活性制御に関しても平行して研究を勧めており、結合部位や活性制御に関して幾つかの新たな知見を得ている。新規IRBIT結合蛋白質として同定したAnion Exchanger 2/3 (AE2/3)へのIRBITおよびLongIRBITスプライシングバリアントの結合および活性制御への寄与について解析を進めた結果、IRBITおよびLongIRBITのスプライシングバリアント(IRBITファミリー)は、AE2/3に対して異なる結合親和性を示す事を見出した。さらに、AE3部分欠損蛋白質を発現するコンストラクトを作成し、細胞株を用いた共免疫沈降法により解析した結果、IRBITファミリー結合部位がAE3のN末端細胞内部位の複数の領域にわたる事が分かった。このことは、IRBITファミリーとAE3が立体的な結合面を形成していると考えられ、IRBITファミリーとAE3の比較的強固な結合の理由と推測される。また、IRBITファミリーの中でAE3に対して最も親和性の高いLongIRBITバリアント3 (LongV3)は、過剰発現によりAE3の細胞内局在に影響を与え、細胞表面に存在するAE3の量を減少させる事を表面ビオチン化法により明らかにした。また、細胞内部に取り込まれたAE3とLongV3の複合体は、初期エンドソームのマーカーと共局在することがわかった。さらに、LongV3の過剰発現系と細胞内pHイメージおよび細胞内塩素イオンイメージングにより、LongV3の過剰発現が、AE3の活性を有意に低下させる事がわかった。これらの結果から、LongV3はAE3細胞内局在制御を介してAE3の活性調節に寄与する事を明らかにした。また、東京大学神経ネットワーク分野との共同研究により、IRBITノックアウトマウスの電気生理学的解析を進めた結果、特定の条件下においてIRBITノックアウトマウスは僅かだが、有意に長期可塑性に異常がある事を、明らかにした。IRBITファミリーによるAE2/3の活性への影響および制御機構について、結論付けるに十分な結果を得ることができた。また、IRBITノックアウトマウスの電気生理学的解析に関しても解析を終了し、IRBITノックアウトマウスにおける異常を見出すに至った。現在、これまでの研究結果をまとめて論文を準備中である。さらに、新たなIRBITファミリーの結合蛋白質として、異なる制御機構の塩素イオンチャンネルを同定しており、これについても最終年度で解析を進める予定である。

申請者はIRBITファミリーの新規相互分子として塩素イオンと重炭酸イオンの交換体であるAnion Exchanger 2/3 (AE2/3)を同定し、特にLongIRBIT variant 3がAE3の活性制御に寄与することを明らかにした。申請者はIRBITファミリーがAE3の活性を制御することに加えて、IRBITが塩素イオンチャネルであるCFTRの活性を制御することから、IRBITファミリーと細胞内塩素イオン濃度制御に着目した。IRBITファミリーの相互作用分子であるIP3受容体およびCFTRとの相互作用が報告されていたカルシウム依存性塩素イオンチャネルTMEM16A/Ano1に注目し、IRBITファミリーとの相互作用を検討したところIRBITファミリーとAno1が結合することを見出した。さらに細胞内塩素イオン変化を観察可能なFRETプローブを用いてAno1依存性の塩素イオン濃度変化をライブセルイメージングで検討した。その結果、IRBITファミリーの過剰発現がAno1依存性の塩素イオン濃度変化に影響を及ぼすことがわかった。さらに、IRBITが発現している海馬神経細胞にはLongIRBITおよび相互作用分子であるAE3、Ano1、Slc4a8、NBCe1-CといったpHおよび塩素イオン濃度制御に関わる分子が発現していた。IRBITまたはLongIRBITのノックアウトマウス由来海馬神経細胞においては、外液塩素イオン濃度変化に対する応答および、GABA依存性の細胞内塩素イオン濃度変化に異常がみられた。以上のことから、定常的な細胞内塩素イオン濃度に寄与するAE3に加えて、細胞活動依存的な塩素イオン濃度変化に寄与するAno1の活性を介して、IRBITファミリーが細胞内pHおよび塩素イオン濃度を制御している可能性が示唆された。当初の計画どおり、IRBITファミリー新規結合分子Anion Exchanger2/3 (AE2/3)に対する機能解析およびIRBIT欠損が神経興奮性および細胞傷害性に及ぼす影響の評価についても研究を進め、LongIRBITのノックアウトマウスに関してはIRBITとのダブルノックアウトマウスにおいて、顕著な表現型を見出したのでダブルノックアウトマウスを中心に解析をすすめる。IRBIT
ハイブリッド誘電体ナノ粒子の設計と創製

1.ハイブリッド誘電体ナノ粒子の合成法の確立誘電率がフラットな温度依存性を示すハイブリッド誘電体を作製することを目標に、新規に合成したLi,Na,Ba,あるいはSrとNbの系の各種複合金属アルコキシドを用い、ゾル-クリスタル法によりBa_5Nb_4O_<15>,Sr_2Nb_2O_7、LiNbO_3基ハイブリッドナノ粒子の合成法を確立した。また、アルコキシル基やNa添加効果も検討した。2.通電法による急速固化体作製とキャラクタリゼーションBa_5Nb_4O_<15>,Sr_2Nb_2O_7あるいはLiNbO_3基ハイブリシド誘電体ナノ粒子について、通電焼結法における昇温速度、保持時問等の最適化を図り、短時間・急速加熱によって相対密度90%以上かつ微粒な高密度焼結体が得られた。これらの化合物は従来の通常焼結法では緻密化が困難であったので、これにより優れた圧電物性の応用などの実用化研究への展開も可能になった。3.微細構造解析および電気特性評価Ba_5Nb_4O_<15>,Sr_2Nb_2O_7あるいはLiNbO_3,NaNbO_3基ハイブリッド誘電体ナノ粒子及び固化体の微細構造と元素分布などを高分解能電子顕微鏡およびEDSにより調べ、ナノ粒子構造やマイクロ孔構造、ナノ粒子の特異な焼結機構などを明らかにした。そして、誘電特性については、従来に比べ、高い誘電率とフラットな温度依存性が得られることが明らかとなった。1.ハイブリッド誘電体ナノ粒子の設計と合成誘電率がフラットな温度依存性を示すハイブリッド誘電体を作製することを目標に、各成分の特性の重ね合わせで所望の特性が発現するような組成設計を行い、それに沿ったナノ粒子の合成を試みた。すなわち、Li, Na, Ba,あるいはSrとNbの系の各種の新規複合金属アルコキシドを合成し、ゾルークリスタル法によりBa_5Nb_4O_<15>,Sr_2Nb_2O_7あるいは(Ba, Sr)Nb-O系固溶体ナノ粒子、また、LiNbO_3基ナノ粒子においてNaを添加したハイブリッドナノ粒子を低温で合成する条件を検討した。2.通電法による急速固化体作製と特性評価得られたBa_5Nb_4O_<15>,Sr_2Nb_2O_7あるいはLiNbO_3基ハイブリッド誘電体ナノ粒子を通電焼結法を用い、短時間・急速熱処理により焼結する条件を検討した。熱処理プロファイル(昇温速度、保持時間等)の最適化を図り、これらの相対密度90%以上の高密度焼結体が得られるようになった。これらの組成の化合物は従来、通常の加熱焼結法では高密度な焼結体を得ることは困難であるとされていたので、さらなる高密度微粒焼結体の作製や優れた物性の発現など今後の進展が期待できる。3.微細構造解析および電気特性評価Ba_5Nb_4O<15>,Sr_2Nb_2O_7あるいはLiNbO_3,NaNbO_3基ハイブリッド誘電体ナノ粒子及び固化体の微細構造や元素分布などについて高分解能電子顕微鏡およびEDSにより調べ、ナノ粒子を保持した微構造やマイクロ孔の構造、さらには特異な焼結機構についても検討した。電気特性については、交流インピーダンス法により調べ、組成と誘電率の温度依存性の相関について調べた。1.ハイブリッド誘電体ナノ粒子の合成法の確立誘電率がフラットな温度依存性を示すハイブリッド誘電体を作製することを目標に、前年度に合成したLi, Na, Ba,あるいはSrとNbの系の各種新規複合金属アルコキシドを用い、ゾルークリスタル法によりBa_5Nb_4O_<15>,Sr_2Nb_2O_7、LiNbO_3基ハイブリッドナノ粒子の合成法を確立した。

2.通電法による急速固化体作製とキャラクタリゼーションBa_5Nb_4O_<15>,Sr_2Nb_2O_7あるいはLiNbO_3基ハイブリッド誘電体ナノ粒子について、通電焼結法における昇温速度、保持時間等の最適化を図り、短時間・急速加熱によって相対密度90%以上かつ微粒な高密度焼結体が得られた。これらの化合物は従来の通常焼結法では緻密化が困難であったので、これにより優れた圧電物性の応用などの実用化研究への展開も可能になった。3.微細構造解析および電気特性評価Ba_5Nb_4O_<15>,Sr_2Nb_2O_7あるいはLiNbO_3,NaNbO_3基ハイブリッド誘電体ナノ粒子及び固化体の微細構造と元素分布などを高分解能電子顕微鏡およびEDSにより調べ、ナノ粒子構造やマイクロ孔構造、ナノ粒子の特異な焼結機構などを明らかにした。そして、誘電特性については、従来に比べ、高い誘電率とフラットな温度依存性が得られることが明らかとなった。
三叉神経感覚核における化学伝達物質の研究ー抗体の脳内局所微小潅流による神経反応の修飾

Substance P(SP)はC侵害受容線維中枢終末から放出され脊髄後角第I層及び第II層において侵害情報の伝達または調節、あるいはその両者をおこなっていると考えられている。一方、抗神経ペプタイド血清はその高い結合特異性ゆえに神経伝達、調節機序の解明の一手段として注目されており、脳切片法、行動実験などにおいてその生理学的効果が調べられているが、麻酔下動物の神経活動に与える影響に関しては報告がない。そこで我々は抗SP血清投与後における脊髄後角侵害受容ニュ-ロンの末梢刺激応答の変化を調べた。方法:ラットをネンブタ-ル麻酔した後、脊椎を固定、腰髄を露出しタングステン微小電極を後角内に刺入した。末梢電気刺激(強度:35mA、頻度:0.6Hz)及び自然刺激にたいする神経応答を細胞外記録し侵害受容ニュ-ロンの同定を行った。同定の後、ウサギ抗SP血清510μlをマイクロシリンジにて腰髄背側面に投与し、その後3090分間、神経活動の変化を観察した。結果と考察:同定された侵害受容ニュ-ロン(広作動域、時異的侵害受容ニュ-ロン)のなかには末梢電気刺激に対して、短潜時のスパイク発射に加え長潜時(100250ms)でスパイク発射を示すニュ-ロンが見いだされた。抗血清投与後、短潜時発射は変化しなかったが、一部のニュ-ロンの長潜時発射は投与後、2030分で減少または消失した。長潜時発射の少なくとも一部は、その潜時の長さ、潜時の安定性、及びニュ-ロンの局在が後角浅層であることからC侵害受容線維からの入力によるものと考えられた。以上のことは抗血清がSPと特異的に結合することによりC線維入力のみが抑制された可能性を示唆するものである。
町家形式の風土決定論に対する批判的再検討-金沢・仙台城下を事例に-

町家形式は、気候風土のみによって決定されるのではなく、より広い視点から、総合的に検討する必要がある。本研究は、いずれも雪国でありながら、町家の形式が大きく異なる金沢と仙台をとりあげ、町家形式の形成要因を明らかにすることを目的とする。まず、統一したルールで全国の宿場が描かれている『五街道分間延絵図』について、建築上の描写精度を検討し、その信頼性を明らかにした。その上で、「東海道分間延絵図」に描かれた各宿の屋根葺材に注目し、瓦葺の普及と人口の関連などを明らかにした。つぎに、金沢の町家について、元禄期には板葺と石置板葺屋根が混在し、卯建も一部に存在したことを示した。その様相は『洛中洛外図』に描かれた京町家に近い形式であり、他に農家風の建築があったことを示した。その後、天保期になると大半の町家が石置板葺屋根となった。仙台の町家については、芭蕉の辻に面して建つ城郭風町家およびその他の土蔵造町家について、検討した。城郭風町家の外観意匠は城郭建築の意匠を受け継ぎ、塗籠真壁風である。いっぽう、周辺の土蔵造町家は大壁である。初期江戸における城郭風町家には、三階建と二階建があり、当初は真壁風の外観意匠であったが、やがて大壁がふえる。仙台では、江戸中期まで、板葺、茅葺の町家が建ち並んでいたが、享保の大火後、芭蕉の辻付近には土蔵造町家が建ち並んだ。その意匠は土蔵からの大壁の系譜であった。その後、芭蕉の辻には城郭風(真壁風)町家が建てられた。つまり、仙台では江戸とは逆の系譜をたどり、城郭風真壁が遅れて登場した。以上の結果、金沢と仙台の町家は、屋根葺材や土蔵造町家などさまざまな点で形式が異なることを示した。つまり、同じ雪国でありながら町家の形式が大きく異なることから、気候風土は、町家形式を決定する要因でないことは明らかである。むしろ、藩の都市政策や文化的伝搬経路が重要な要因であると考えられる。平成15年度には、仙台の中心芭蕉の辻に面して建つ城郭風町家およびその他の土蔵造り町家について、絵画資料・図面・文書の調査および遺構調査を実施した。城郭風町家の正確な建設年代はわからないが、天明から文化までの間には建設されていた。その外観意匠は城郭建築の意匠を受け継ぎ、塗籠真壁風である。いっぽう、仙台では、江戸中期まで、板葺、茅葺の町家が建ち並んでいたが、享保の大火後、芭蕉の辻付近には土蔵造町家が建ち並んだ。その意匠は土蔵からの大壁の系譜である。以上の成果は、2003年日本建築学会大会にて発表した。

また、駿府築城の様相を描いたとされる名古屋市博物館蔵『築城図屏風』について、金沢城下との関連性の視点から調査・検討した。『築城図屏風』は、慶長12年の駿府築城に参加した加賀前田家あるいはその有力家臣が、自らの事績を記録することを目的に制作させたとされる。しかし、城郭を駿府城とするには、実情と違いすぎ、断片的情報から駿府城を想像した、あるいは他の城郭を借りてきて描いた可能性が高い。また、整備された町並みの姿も、駿府城下とは考えがたく、京町屋を借りてきて描いたと思われる。以上のように、描かれた城郭が駿府城でない可能性を指摘し、町並みも京風であることを明らかにした。この成果は、城郭シンポジウム「石垣普請の風景を読む」東北芸術工科大学、2003年11月にて発表した。平成16年度には、金沢の町家を中心に、絵画資料・図面・文書の調査および遺構調査を実施した。金沢城下の町家は、元禄期には板葺と石置板葺屋根が混在し、卯建も一部に存在した。その様相は『洛中洛外図』に描かれた京町家に近い町家であり、他に農家風の町家があった。やがて、天保期になると大半の町家が石置板葺屋根となり、サガリが付く。大店の町家には格式表現がされ、出入口部分のサガリに特徴がある。卯建は他の城下町と同様に衰退したが、金沢では袖卯建がみられるようになった。このような、近年までの石置板葺屋根の存続は、同じ地方大城下町の仙台にはみられない金沢の特徴である。また、駿府築城の様相を描いたとされる名古屋市博物館蔵『築城図屏風』について、金沢城下との関連性の視点から検討した。『築城図屏風』は、慶長12年の駿府築城に御手伝普請として参加した加賀前田家あるいはその有力家臣が、自らの事績を記録することを目的に制作させた。描かれた町並みは、木戸門で築城工事地域とは仕切られ、整備された様相を示している。町家は、いずれも2階建てで、卯建が上がり、屋根は長板葺である。暖簾の掛かった部分が奥への通り庭で、その横がばったり床几や格子を設えた店先となる。これらの建築的要素は、林原美術館本など近世初頭の『洛中洛外図屏風』に描かれた京町家ときわめてよく一致する。また、2階の屋根を突き抜けて建つ土蔵も、近世初頭の『洛中洛外図屏風』や出光本『江戸名所図屏風』と同様の様相である。以上のように『洛中洛外図屏風』に描かれた町家・土蔵とも、京町家およびその影響を強く受けた初期江戸町家の特徴を示している。もし描かれた町家の姿が、駿府の町家を正確に伝えていたとすれば、当時の最先端の町と言うことになる。しかし、絵師が駿府城を実見していない可能性が高いことからすると、描かれた町並みも、京町家の姿を借りてきた可能性が高い。以上の成果は、2004年日本建築学会大会にて発表した。平成17年度には、『五街道分間延絵図』のうち、「東海道分間延絵図」(東京国立博物館蔵)に描かれた町家の屋根葺材に着目し、瓦葺の普及範囲の把握と、その地域性を明らかにした。また、北関東における土蔵造り町家について調査を実施した。「東海道分間延絵図」に描かれた、瓦葺町家の分布をみると、瓦葺は各城下町に存在したが、町家数に占める割合には大きな差がみられた。『宿村大概帳』に示された人口数と比較すると、比例する傾向が高い。いっぽう、宿場町では、瓦葺の分布に格差がみられ、城下町同様に人口数と比例する傾向がある。また、城下町に近い宿場町は、瓦葺の割合が高い。以上のように、瓦葺町家は人口の多い城下町に分布する傾向が明らかになった。また、瓦葺は城下町から街道に沿って周辺の宿場町へ普及した。以上の成果は、2005年日本建築学会大会にて発表した。また、逓信総合博物館に『五街道分間延絵図』の副本が所蔵されており、「東海道分間延絵図」「中山道分間延絵図」について東海道大学建築学科小沢研究室と合同で調査した。
共焦点3次元スペックル多重記録によるテラバイト超反射型ホログラフィックメモリ

1テラバイト超の記録容量をもつ次世代光ディスクを開発するために、スペックル多重記録反射型ホログラフィックメモリに共焦点系を導入し、シミュレーションにより記録容量を従来比3.36倍の4.35テラバイトに増加させることに成功した。データ符号化においてページあたりの情報量を増やすマルチ解像度符号化を提案し、従来比1.5倍となることを見積もった。以上の成果から1テラバイト超の記録容量実現の見通しを得た。本研究の目的は、5インチディスクサイズに1テラバイト以上の記録容量を実現するために、3次元スペックル多重記録と共焦点光学系を組み合わせたシステムを提案し、その性能を評価することである。本年度は、共焦点光学系の導入により反射型ホログラムの信号対雑音比の向上を示すこと、3次元多重記録シミュレーターを構築すること、記録材料の収縮を考慮したクロストークノイズ解析を行うことの3つの項目について研究を行った。はじめに透過型配置においてシフト多重記録を用いた場合に共焦点光学系の有効性を示すため、再生光学系にナイキストアパーチャーを導入し、再生画像の信号対雑音比を調べた。その結果、入力画像のビット数1024,有効開口数0.33においては多重記録数の増加とともにナイキストアパーチャーの導入によるビット誤り率の改善が見られ、信号対雑音比が向上する結果を得た。100多重記録において、ナイキストアパーチャーの導入によりビット誤り率が0.27から0.2に減少することを明らかにした。今後、反射型光学系への拡張とページあたりのデータ量を増加させた時の結果を取得した後、学会での発表を経て、学術論文として投稿する予定である。記録材料の収縮がある場合のノイズ解析では、材料モデルとして材料を層状に分割し、各層での面内及び奥行き方向へ収縮するモデルを考案した。ポリマー材料を用いて平面波同士の干渉記録実験との比較から奥行き方向にのみ0.13%の収縮があるとした場合に数値計算と実験結果の良い一致を得た。収縮がある場合の角度多重記録解析では0.5°間隔で50多重を行った場合に、収縮率0.1%でビット誤り率が2x10^<-3>程度の結果を得た。収縮率が0.5%を超えると0.5°間隔では記録・再生が不可能であることがわかり、材料開発への定量的指針を示すことに成功した。現在学術論文として投稿準備中である。ホログラフィックメモリの記録容量の上限を決定する2つの要因として、多重記録におけるページ間クロストークノイズと材料収縮について解析し、記録容量を向上させる方法について研究を行った。今年度の研究では、反射型ホログラフィックメモリにおいて、共焦点系導入による3次元多重記録の最適化と記録材料の最適設計を行った。はじめにページ間クロストークノイズを低減し、記録容量を向上させる方法として、記録材料面に相当する位置にナイキスト径の2倍の開口を導入した。独自に開発したホログラフィックメモリ解析シミュレータを用いた数値解析の結果、クロストークノイズ低減効果のレンズ開口数依存性を示し、高開口数のレンズを用いた際にノイズ低減効果が顕著に現れることを明らかにした。また、スペックルシフト多重記録計算の結果から、共焦点光学系によるビット誤り率の低減を確認した。その結果、5インチサイズで厚さ0.5mmのディスクにおいて、開口数が0.38のときに、記録容量は1.3TBから4.35TBに増加することがわかった。理想的な系における記録容量の上限値が上がることで、実用化時にテラバイトクラスの記録容量を実現できる可能性が向上する。次に記録材料の収縮特性解析では、フォトポリマー材料のマクロな収縮モデルを提案し、収縮による再生データへの影響と角度多重記録性能を調べ、記録材料の収縮率許容量を算出した。特に、局所的に収縮率が変化するモデルを新規に導入した。入力データに符号化技術を導入した時の結果から、収縮率の許容量は0.1%から0.2%の間であることを明らかにした。定量的な収縮率の導出は、材料開発者に対する指針を与えることができるため、ホログラフィックメモリの材料開発に有用である。次世代光ディスクメモリとして1テラバイト超の記録容量の実現に向けて、記録材料収縮モデルを導入した共焦点3次元スペックル多重記録の解析を行い、材料開発の指針を与えること及び、画像符号化による記録容量の向上を行った。記録材料が局所的な露光量に依存して収縮する局所収縮モデルを含有したホログラフィックメモリシミュレータを用い、記録材料に局所収縮性がある場合のスペックル多重記録特性について評価した。その結果、160GBの容量記録を実現するための記録材料の許容収縮率は0.2%程度であることを明らかにした。局所収縮モデルの有効性を検証するために、角度多重記録によるシミュレーション及び実験を行った。シミュレーション結果から、局所収縮では一様収縮と比較して、角度選択性において角度シフト量が減少し、角度選択性のグラフにおいて非対称性が発現されることを予言した。実験では、信号光をレンズで集光することで、記録媒体の厚さ方向に対して局所的な光強度分布を与えた。その結果、角度選択性のグラフにおいてシミュレーション結果と同じ傾向の非対称性が確認された。

しかし、角度選択性における角度シフト量については、実験結果とシミュレーション結果で定量的な一致を得ることができなかった。今後の課題として、露光分布の体積を考慮した局所収縮モデルの改良が必要であることを明らかにした。最後に、振幅変調を用いた従来の符号化方式に加えて、位相変調を行う新規の符号化法を提案した。位相変調符号を強度変調として読み取るため、画像解像度を低くして、位相による強度の強め合いと弱め合いを検出する。1ページあたりのデータ量に対する符号化によるデータ量の比を符号化率と定義すると、振幅変調と位相変調を併用することで、従来の符号化方式と比較して、最大で1.5倍の符号化率を実現できることを示した。