hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
焦点予測機構を備えたズーミングインタフェースに関する研究

本研究では,ズーミングインタフェースの応用として,宣言的データフロー型ビジュアル言語の実行トレースの可視化とさまざまな情報を格納したディレクトリ構造の可視化に取り組んだ.また,デスクトップ環境以外への展開に関する研究を行った.1.言型データフロー型ビジュアル言語で記述されたプログラムの全実行過程を1枚の巨大かつ静的な絵で表現し,複数焦点ズーミングインタフェースを用いて,このグラフの必要箇所に焦点をあてながら閲覧できる対話的可視化システムを試作した.この可視化システムでは,プログラム実行の任意複数箇所とそのコンテクストを同時に表示し,さらにユーザからのナビゲーション要求に応えることができる.また,トレースビューという概念を導入し,プロセスに対する入出力の同時表示,依存関係の表示なども可能としている.2.ファイルシステムなどのディレクトリ構造を,複数焦点ズーミングインタフェースを用いて対話的に可視化表示するシステムの試作を行なった.このシステムでは,ディレクトリ構造の親子関係をたどるナビゲーション,キーワード検索によるナビゲーション,類似ファイル検索によるナビゲーションを支援している.焦点箇所と同時に,焦点箇所を直接または間接的に含むディレクトリの構造がコンテクストとして概形表示される点に特長がある.3.将来の壁面ディスクプレイやウェラブル環境での利用を想定し,大画面表示や複合現実(mixed reality)の環境における基本的なユーザインタフェースの構築方式についても検討を行った.本年は,複数焦点ズーミングインタフェースの応用として,主に以下の2項目に関する研究を行った.1.ファイルシステムブラウザ複数焦点ズーミングインタフェースを有するファイルシステムブラウザで.以下の3種類のナビゲーション機能を実現する手法を考案した.(1)ディレクトリの親子構造にそったナビゲーション(2)キーワード検索によるナビゲーション(3)類似ファイル検索によるナビゲーションまた,これらの機能を実現するプロトタイプシステムを作成した.このプロトタイプでは,ナビゲーションを焦点の移動(生成・消滅を含む)により表現する.焦点箇所と同時に,焦点箇所を含むディレクトリの構造がコンテクストとしても概形表示される.2.ビジュアル言語用デバッガプログラムの全実行過程を1枚の巨大な絵で表現し,ズーミングインタフェースを用いて,この絵の必要箇所に焦点をあて閲覧するトレーサを作成した.このトレーサにより,プログラム実行の任意複数箇所とそのコンテクストを同時に表示し,さらにナビゲーションを行うことができる.プログラムのデバッグとは,バグの症状が発生した箇所からバグの原因が存在する箇所へのナビゲーションに他ならないので,このようなシステムにより効果的なデバッグが可能となる.ただし,このトレーサの適用対象は,宣言的ビジュアル言語に限定される.また,今年度の段階では,スケーラビリティにまだ限界がある.本研究では,ズーミングインタフェースの応用として,宣言的データフロー型ビジュアル言語の実行トレースの可視化とさまざまな情報を格納したディレクトリ構造の可視化に取り組んだ.また,デスクトップ環境以外への展開に関する研究を行った.1.言型データフロー型ビジュアル言語で記述されたプログラムの全実行過程を1枚の巨大かつ静的な絵で表現し,複数焦点ズーミングインタフェースを用いて,このグラフの必要箇所に焦点をあてながら閲覧できる対話的可視化システムを試作した.この可視化システムでは,プログラム実行の任意複数箇所とそのコンテクストを同時に表示し,さらにユーザからのナビゲーション要求に応えることができる.また,トレースビューという概念を導入し,プロセスに対する入出力の同時表示,依存関係の表示なども可能としている.2.ファイルシステムなどのディレクトリ構造を,複数焦点ズーミングインタフェースを用いて対話的に可視化表示するシステムの試作を行なった.このシステムでは,ディレクトリ構造の親子関係をたどるナビゲーション,キーワード検索によるナビゲーション,類似ファイル検索によるナビゲーションを支援している.焦点箇所と同時に,焦点箇所を直接または間接的に含むディレクトリの構造がコンテクストとして概形表示される点に特長がある.3.将来の壁面ディスクプレイやウェラブル環境での利用を想定し,大画面表示や複合現実(mixed reality)の環境における基本的なユーザインタフェースの構築方式についても検討を行った.今年度は,複数焦点ズーミングインタフェースの応用として,少人数によるソフトウェア設計・実装・テスト作業を支援するシステムのプロトタイプを構築した.技術的に以下のような特徴を有している.1.80インチの背面投射型スクリーンと4台のプロジェクタを用い,仮想的に2048×1536の大画面を実現している.2.スクリーンの前面に超音波センサーを取り付け,ペン入力を可能としている.3.スクリーン上にUML図を表示し,さらに複数焦点ズーミングインタフェースの技術を用いて,必要箇所の拡大表示を可能とする.UML図のメソッド部分を拡大すると,メソッド定義を表示することもできる.4.スクリーン上には,vncプロトコルを用いて,さまざまなアプリケーションの実行画面をレイアウト表示することもできる.このシステムを用いて,二人の協調作業時に現われるさまざまなインタラクションを以下のように支援することができる.1.二人が対等な立場で設計上の議論を行う時には,仮想ホワイトボードとして利用することができる.2.一人がコーディング等の作業を行ない,もう一人がサポートに回る時には,前者はデスクトッフ環境でキーボード等を用いて通常の作業を行なう.この時,作業画面とそのコンテクスト情報を大画面に同時表示することにより,後者のサポート作業が円滑に行える.3.二人が独立にコーディングなどの作業を行う時には,両者は別々のデスクトップ環境を用いる.ただし,この作業画面を大画面に同時表示することにより,お互いに相手の作業状況を確認しながら作業を遂行できるようになる.本年度は,以下の2点について主に研究を行った.1.ズーミングインタフェースの応用ズーミングインタフェースの応用事例として,データフロー型ビジュアルプログラミング言語で記述されたプログラムの実行過程をモニタリングする方式を検討した.そして,実装と評価を行った.

これは,一昨年度に行った研究を継続したものであり,プログラムの全実行過程を1枚の巨大かつ静的なグラフで表現する方式を採用している.そして,このグラフの中で,モニタリングに必要な箇所を対話的に閲覧するために,ズーミングインタフェースを利用している.今年度は,トレースビューという概念を導入し,プロセスに対する入出力の同時表示,依存関係の表示なども可能としている.また,デバッグに利用した場合には,バグの局所化を支援している.2.さまざまな表示デバイスの統合利用に向けた基礎研究昨年度行った壁面ディスプレイを利用したインタフェースとアプリケーションの作成に続き,今年度は,複合現実(mixed reality)に対応した表示方式とアプリケーションに関する研究を行った.今年度対象としたアプリケーションは,3次元グラフィックスによるキャラクタアニメーションの作成を支援するものである.ここで開発した方式を今までに開発した方式と組み合わせることにより,通常のデスクトップ環境,壁面ディスプレイ,ヘッドマウントディスプレイを統合した表示環境が構築可能となる.ただし,現実的なアプリケーションをこのような環境で動作させる段階にはいたらなかった.
一酸化窒素による消化管ペースメーカー細胞の生存/障害機構の解明

本研究は一酸化窒素による消化管ペースメーカー細胞であるカハール介在細胞の生存と障害のシグナルを明らかにすることを目的としている。本年度は一酸化窒素の曝露量がカハール介在細胞の生存と障害を決定する因子であるという作業仮説の元に検証を行なった。消化管筋層由来の培養細胞塊に対して一酸化窒素ドナーを無処置、低濃度、高濃度で処置し、カハール介在細胞のネットワークを免疫染色により検討した。その結果、無処置に比べて低濃度処置ではカハール介在細胞のネットワーク量が多い傾向があった。また高濃度処置ではこのネットワークが減少している傾向を示した。以上の結果から、一酸化窒素曝露量により、生存と障害のシグナルが制御されている可能性が示唆された。マウス生体における一酸化窒素の曝露量の違いがカハール介在細胞ネットワーク量に及ぼす影響を検討するために、一酸化窒素合成酵素阻害剤であるL-NAMEおよび一酸化窒素合成促進を促すL-シトルリンを処置し、免疫染色により検討を行なった。その結果、胃体部におけるカハール介在細胞ネットワークは一酸化窒素合成阻害により減少し、合成促進により増加傾向を示した。一方、小腸では有意な差は認められなかった。また、結腸においては投与一週間ではL-NAMEによりネットワーク量の増加傾向を示したが、その後は大きな変化は認められなかった。以上の結果から、一酸化窒素量によりカハール介在細胞ネットワーク量が変化することが示されたが、その影響は消化管の部位によって差があることが示された。以上の結果より一酸化窒素に曝露量がカハール介在細胞の生存と障害のシグナルを制御している可能性が示唆されたが、部位による感受性の差も認められたことから、さらなる詳細な検討が必要である。初年度は一酸化窒素の曝露量とカハール介在細胞の生存または障害の関係性を示すことを目標としており、更なる検討が必要ではあるものの、概ね達成できたと考えられる。健常個体の消化管において一酸化窒素は神経由来であると考えられる。そこで組織学的な検討を行なうことで、一酸化窒素作動性神経とカハール介在細胞の位置関係を明らかにし、一酸化窒素合成阻害・促進薬に対する消化管部位依存的な反応性の違いについて考察を行なう。一酸化窒素の下流シグナルとしてcGMPを介した経路とS-ニトロシル化を介した経路が考えられる。そこで、これらのシグナルがカハール介在細胞の増殖や細胞死に及ぼす影響を培養系を用いて検討する。これらのシグナルでなかった場合はRNA-seq解析を行い、増殖や細胞死にかかわる遺伝子の変動を調べ、候補となるシグナルを検討する。老化すると消化管筋層における一酸化窒素作動性神経の数が減ることが報告されている。そこで、老化マウスにおけるカハール介在細胞ネットワーク量を検討する。このとき、これまでに得られた部位差が同様にみられるか検討することで、部位によるカハール介在細胞の一酸化窒素依存性の違いについて考察する。

そこで、老化マウスにおけるカハール介在細胞ネットワーク量を検討する。このとき、これまでに得られた部位差が同様にみられるか検討することで、部位によるカハール介在細胞の一酸化窒素依存性の違いについて考察する。
大気圏-電離圏統合モデルによる超高層大気の変動機構の解明と数値予測システムの構築

本研究では、大気圏モデルと電離圏モデルを結合し、世界に先駆けて対流圏から電離圏までの全地球大気領域を扱う数値モデルの開発に成功した。この大気圏-電離圏統合モデルを用いて、近年注目されている気象の影響による超高層大気(熱圏・電離圏)の経度依存性や日々変動との関連を明らかにした。さらに、気象再解析データを取り込んだ現実に近い超高層大気モデリングを実現し、気象の影響を含む超高層大気の数値予測に向けて大きく進展した。本研究では、世界初となる大気圏-電離圏統合モデルを開発する。そして、このモデルを用いて、長年未解決であった電離圏日々変動のメカニズムの解明や、超高層大気の数値予測システムの構築に挑戦する。本年度は、当初の研究実施計画に従い、下記の研究項目を実施した。1、大気圏モデル、電離圏モデル、ダイナモモデルの結合これらの数値モデルは、異なる領域や物理過程を扱うため、時間スケールなどの物理パラメータや、方程式、座標系が異なる。また、別々に開発されてきたため、アルゴリズムやコーディング技法といったソフトウェア技術の面でも違いがある。我々は、これらの違いを乗り越えてモデル同士を結合させるため、各モデルの上位に位置し、モデル間の変数交換や座標変換などを含めて結合を管理するルーチンを開発した。さらに、各大気圏、電離圏、ダイナモモデルを作り変え、結合管理ルーチンに対応するインターフェースを持たせた。この手法により、大気圏-電離圏統合モデルの初期版を完成させた。大気圏-電離圏統合モデルの初期結果としては、下層大気起源と考えられる電離圏密度変動が再現されており、各学会で発表する予定である。2、モデルの高精度化大気大循環モデルの水平分解能を約140kmから約100km程度へと高分解能化し、気象の数値予報などで広く使用されている大気大循環モデルと同程度にした。これに合わせて、鉛直分解能も改良した。計算結果を分析し、下層大気から超高層大気へと伝播する大気波動の再現性を確認出来た。3、ダイナモモデルの現実的な地球磁場形状への対応現実的な電離圏電場分布を再現するため、ダイナモモデルの座標系について、単純な形状から現実の地球磁場形状へ変更することを目指している。今年度は、国際標準地球磁場(IGRF)経験モデルを基に、地球磁力線上の格子を生成するルーチンを作成した。次年度にダイナモモデルの更新を行う。そして、長年未解決であった電離圏日々変動のメカニズムの解明や、超高層大気の数値予測システムの構築に挑戦する。本年度は当初の計画に基づき下記を実施した。1、大気圏-電離圏統合モデルの改良前年度に大気圏、電離圏、ダイナモモデルを結合し、入出力データの双方向化を完了した。今年度は、さらに計算条件・設定を統一化するため、モデル問で共通する部分の共有化(具体的には共有座標変換モジュールの開発、極域電場分布や地球磁場形状の共有化)を実施した。また、モデルの検証として、本モデルと別の電離圏モデルの同じ条件下における計算結果を比較した。これにより、モデルの問題点の抽出と改良を行った。2、大気圏-電離圏相互作用の物理機構の解析大気圏-電離圏統合シミュレーションによって、下層から超高層大気への影響や熱圏-電離圏の相互作用の影響と見られる現象が再現される事が分かった。これらは、世界初の全地球大気を解く数値モデルの結果として非常に興味深く、解析を続けて投稿論文を出す予定である。3、現実的な地球磁場形状への対応前年度に国際標準磁場モデル(IGRF)に基づく地磁気座標系の導入手法を検討した。今年度は、検討したアルゴリズムの実装を行い、大部分の作業を終えた[陣、情報通信研究機構季報、2009]。4、対流圏・成層圏の気象客観解析データの入力手法の開発気象庁などが提供する対流圏・成層圏の客観解析データを大気圏-電離圏統合モデルの下層大気部分の初期値として入力する手法を開発した。具体的には、ナッジング処理を行って、大気圏モデルに気象データを組み入れるようにした。テスト計算では、現実の成層圏突然昇温の熱圏への影響など興味深い現象が再現されている。次年度に本格的に気象データを取り入れた長期計算を行い、本研究の主目的を実現する予定である。1、大気圏-電離圏統合モデルの改良今年度は特に現実ベースのシミュレーションを行うため、以下のモデル改良を行った。・現実の下層大気の影響による超高層大気変動を再現するため、前年度開発した手法を用い、モデルに気象客観解析データを取り込んだ。・現実の太陽紫外光による変動も考慮するため、太陽紫外光の指標となるF10.7指数の実測データをモデルに取り込んだ。

・モデル間で分解能を統一し、低分解能から高分解能の統合モデルを用意した。2、対流圏・成層圏の気象客観解析データを入力にした計算の実行と解析気象客観解析データおよび現実のF10.7変動を取り入れた大気圏-電離圏統合シミュレーションを開始した。そして、結果を電離圏全電子数(TEC)などの観測と比較したところ、TECの日々の変動がある程度モデルで再現されることが解った。特に成層圏突然昇温の影響については、現実に影響の起こる領域と変動の度合いが精度良く再現出来ており、今後の解析と数値予測につなげた。3、超高層大気数値予測システムの構築および成果の公開まずモデルの高速化を進め、計算実行時間を実時間の半分以下に短縮した。これにより、リアルタイムに超高層大気状態を計算することが可能になった。また、計算結果の公開に向けて、出力手法を改良した。現段階は計算結果と観測との比較を通じて手法の検証を十分に行う事が重要であるため、観測量の多い地磁気との比較も出来るように、モデルから電離圏電流を計算して出力するようにした。また、成果公開用のホームページを作成し、本研究の取り組みの解説のほかに、計算結果を公開するようにした。
間質細胞が産生するがん浸潤・転移を制御する分子群の探索とその診断・治療への応用

本研究では,口腔癌の浸潤転移機構を明らかにするため,口腔扁平上皮癌細胞の浸潤増殖に与える間質の線維芽細胞の影響について解析を行った.線維芽細胞は,トロンボスポンジを産生し,扁平上皮癌細胞の運動能とマトリックスメタロプロテアーゼ9(MMP-9)産生を亢進させていることを明らかにした.また,線維芽細胞が産生するI型コラーゲンは,扁平上皮癌細胞のインテグリンαVβ8を介して,増殖と運動能を促進させていることがわかった本研究では,口腔癌の浸潤転移機構を明らかにするため,口腔扁平上皮癌細胞の浸潤増殖に与える間質の線維芽細胞の影響について解析を行った.線維芽細胞は,トロンボスポンジを産生し,扁平上皮癌細胞の運動能とマトリックスメタロプロテアーゼ9(MMP-9)産生を亢進させていることを明らかにした.また,線維芽細胞が産生するI型コラーゲンは,扁平上皮癌細胞のインテグリンαVβ8を介して,増殖と運動能を促進させていることがわかったがんの浸潤・転移は,がん細胞自身の特性によってのみ制御されているのではなく,周囲の間質成分をはじめとする宿主との相互作用によっても影響を受けていると考えられている.本研究では,生体での口腔癌の浸潤転移機構を明らかにするため,口腔扁平上皮癌細胞の浸潤増殖に与える間質の線維芽細胞の影響について解析を行い,線維芽細胞が扁平上皮癌細胞の細胞遊走能を強く亢進させることを見いだした.さらに線維芽細胞が扁平上皮癌細胞のマトリックスメタロプロテアーゼ2(MMP-2)活性化能,特に膜型マトリックスメタロプロテアーゼ(MT1-MMP)発現を亢進させることや活性化されたMMP-2が細胞膜上のαVインテグリンを介して癌細胞に結合し,癌周囲の基底膜成分を分解している所見を見いだした.線維芽細胞培養上清より口腔癌細胞の遊走を促進する因子の分離を試み,熱及び還元に比較的安定な既知の細胞遊走促進因子とは異なる約50kDaの蛋白を分離した.この蛋白の細胞遊走促進活性の発現には,チロシンキナーゼが関与していると考えているが,百日咳毒素によってもその居性が阻害された.現在までのところ,FDMFはGi蛋白共役受容体を介しチロシンキナーゼを活性化し細胞骨格系を制御して細胞の運動能を亢進させていると推測している.がんの浸潤・転移は,がん細胞自身の特性によってのみ制御されているのではなく,周囲の間質成分をはじめとする宿主との相互作用によっても影響を受けていると考えられている本研究では,生体での口腔癌の浸潤転移機構を明らかにするため,口腔扁平上皮癌細胞の浸潤増殖に与える間質の線維芽細胞の影響について解析を行い,線維芽細胞が扁平上皮癌細胞の細胞遊走能を強く亢進させることを見いだした.さらに線維芽細胞が扁平上皮癌細胞のマトリックスメタロプロテアーゼ2(MMP-2)活性化能,特に膜型マトリックスメタロプロテアーゼ(MT1-MMP)発現を亢進させることや活性化されたMMP-2が細胞膜上のαVインテグリンを介して癌細胞に結合し,癌周囲の基底膜成分を分解している所見を見いだした.線維芽細胞培養上清より口腔癌細胞の遊走を促進する因子の分離を試み,熱及び還元に比較的安定な既知の細胞遊走促進因子とは異なる約50kDaの蛋白を分離した.この蛋白の細胞遊走促進活性の発現には,チロシンキナーゼが関与していると考えているが,百日咳毒素によってもその活性が阻害された.現在までのところ,FDMFはGi蛋白共役受容体を介しチロシンキナーゼを活性化し細胞骨格系を制御して細胞の運動能を亢進させていると推測している.さらに線維芽細胞は,細胞外基質蛋白の一種であるトロンボスポンジを産生し,扁平上皮癌細胞の運動能とマトリックスメタロプロテアーゼ9(MMP-9)産生を亢進させていることが明らかになった.がんの浸潤・転移は,がん細胞自身の特性によってのみ制御されているのではなく,周囲の間質成分をはじめとする宿主との相互作用によっても影響されていると考えられている.本研究では,生体での口腔癌の浸潤転移機構を明らかにするため,口腔扁平上皮癌細胞の浸潤増殖に与える間質の線維芽細胞の影響について解析を行い,線維芽細胞が扁平上皮癌細胞の増殖能とともに細胞遊走能を強く亢進させることを見いだした.さらに線維芽細胞が,扁平上皮癌細胞に膜型マトリックスメタロプロテアーゼ(MT1-MMP)発現を亢進させマトリックスメタロプロテアーゼ2,(MMP-2)活性化能を誘導することや,細胞膜上のαvインテグリンを介して活性化されたMMP-2が癌細胞に結合し,癌周囲の基底膜成分を分解している所見を見いだした.さらに,線維芽細胞は,培養上清中に細胞外基質蛋白の一種であるトロンボスポンジを産生し,扁平上皮癌細胞の運動能とマトリックスメタロプロテアーゼ9(MMP-9)産生を亢進させていることを明らかにした。また,線維芽細胞が産生するI型コラーゲンは,扁平上皮癌細胞のインテグリンαVβ8を介して,増殖と運動能を促進させていることがわかった.このインテグリンαVβ8を介して誘導される癌細胞の増殖促進はMAPKシグナル伝達系のMEKが,癌細胞の運動促進はRhoファミリーG蛋白Rac1が関与していることが明らかとなった.

したがって,インテグリンαVβ8を標的とした口腔扁平上皮癌の分子標的治療が,口腔扁平上皮癌の有用な治療法のひとつとなり得る可能性が示唆された.
低異型度尿路上皮癌の新しい検出法―FGFR3の発現およびHPV-DNAの検出―

[目的]膀胱癌における尿細胞診検査は、容易に検体採取が可能であるため膀胱癌のスクリーニングとして欠かせない検査法のひとつである。これまで、我々は尿細胞診検査の癌検出感度を上げるための検討を行ってきた。今回は、細胞異型が乏しく細胞診断が難しい低異型度尿路上皮癌の検出感度向上を目的とし、低異型度非筋層浸潤癌に高率に遺伝子変異が認められているFGFR3に注目し、免疫組織細胞化学的検索を行い細胞診断へ応用する。また膀胱癌におけるHPV感染を明らかにするためHPV-DNAの検出を行い、膀胱癌の発生におけるHPV関与の有無を明確にする。以上より低異型度尿路上皮癌の細胞診断に有用な検査法を新たに提案して行く。[材料および方法]膀胱生検、TUR切片および膀胱手術材料133例(非筋層浸潤癌106例,筋層浸潤癌27例)を対象に、FGFR3抗体(clone 9E10,x20 santacruze)を用い免疫組織化学的検討を行った。[結果]筋層浸潤の有無によるFGFR3蛋白の発現では、非筋層浸潤のpTaは26/47(55%)、pTisは6/18(33%)、筋層浸潤ではpT1は17/41(41%)、pT2は17/27(63%)が陽性を示した。異型度では低異型度のG1-G2は44/84(52%)で、このうちG1のみでは6/13(46%)が陽性あった。一方、高異型のG3は22/48(46%)が陽性を示した。これに対し、非腫瘍部におけるFGFR3の発現は認められなかった。以上の結果から、尿路上皮系腫瘍において悪性の指標となる可能性が示唆され、尿細胞診における良悪性の鑑別にFGFR3蛋白の染色が有用と考えられた。今後は実際の尿検体を用い、以上の検討結果の実証を行っていく予定である。また、HPV関与の検討は引き続き検討して行く。
高温高圧環境下におけるアルコール系C3・C4混合バイオ燃料の乱流燃焼機構の解明

本研究課題は,燃焼科学の先端研究分野である高温高圧乱流燃焼において,非食料バイオマスから生産されるアルコール系C3,C4バイオ燃料およびその混合燃料の乱流燃焼機構を明らかにし,極限環境乱流燃焼の学理構築を図りCO2排出削減燃焼技術へ寄与することを目的とする.具体的にはエンジン燃料として有効なプロパノール異性体,ブタノール異性体ならびにそれら混合燃料の乱流予混合火炎を高温高圧下で安定化させ,1)乱流燃焼速度および乱流火炎構造,2)中間化学種CH2O,NO,OHのレーザー計測による局所濃度分布,3)燃焼排出ガス組成を明らかにし,アルコール系C3・C4バイオ燃焼に対する乱流燃焼の異性体効果,混合組成効果,温度圧力依存性に対し,反応動力学と局所火炎不安定性原理に基づくメカニズム解明を行う.平成30年度は、前年度に燃焼試験を実施した液体燃料蒸発装置が組み込まれた高圧燃焼試験設備の大型燃焼容器に加え,装置ハンドリングに優れた最大圧力1.0 MPaの小型高圧容器を用い,C3アルコール燃料であるn-プロパノール,iso-プロパノール, C4アルコール燃料である1-ブタノール, iso-プロパノールを用い0.3 MPaまでの高圧環境で乱流予混合火炎を安定化させ,OH-PLIF,CH2O-PLIF同時計測に成功した.その結果,CH2Oの方がOHよりも上流側に分布していることが確認され,1次元数値解析と同様の結果を得て数値解析の妥当性が示された.更に,OH-PLIF, CH2O-PLIFのオーバーラップから発熱領域を特定することに成功するとともに,CH2O分布からC2H2, C2H4分布を推定し,異性体バイオ燃料における中間化学種拡散効果を検討した.本研究の具体的目標である3)に関しては平成29年度に達成している.平成30年度は1)および2)に取り組み,特に2)について層流および乱流火炎に対してOH-PLIF,CH2O-PLIF同時計測に成功した.これによりCH2Oの方がOHよりも上流側に分布していることを確認し数値解析の妥当性が検証された.更に,OH-PLIF, CH2O-PLIFオーバーラップから発熱領域を特定したことにより,異性体間の発熱領域の幅や凹凸構造を評価する手段を確立した.CH2O-PLIFが可能になったことによる研究の大きな進展は,本研究の背景の一つである中間化学種の上流拡散効果を評価して異性体間の化学反応過程の違いが乱流火炎構造に及ぼす影響を議論することが可能になったことである.本研究では,乱流火炎構造,特に火炎の凹凸や火炎面密度に影響を及ぼすと考えられるC2H2およびC2H4とCH2Oの分布に認められる強い相関関係を数値解析で明らかにし,それにより,計測が困難なC2H2およびC2H4の分布をCH2O分布計測から推定することとした.それによると,火炎凹部で,n-プロパノール火炎の方がiso-プロパノール火炎よりもCH2O分布の半値幅が大きくなっていることが明らかになった.CH2Oの上流拡散量が増大していることを示しており,C2H2およびC2H4の上流拡散量の増加を示唆する結果である.この結果は,火炎面密度への異性体の影響に関する実験結果と照らし合わせて,2段反応モデルにより示された中間化学種拡散の影響と一致しており,乱流予混合火炎における異性体アルコール系燃料の予混合乱流火炎において,中間化学種の拡散が実際に火炎構造に影響を及ぼしている可能性を示している.CH2O-PLIF計測精度改善のため,次年度はCH2Oを効率的に励起できる色素レーザーを利用する予定である.令和元年となる本年度は,CH2O-PLIFにNd-YAGレーザーの第3高調波ではなく,波長可変レーザーを用いCH2O-PLIF強度を増大させて画像のSN比を向上させ,CH2O分布ならびにOH-PLIFとのオーバーラップによる発熱帯厚さの計測精度を高める.その計測法を層流火炎から広い乱れ強さの範囲における乱流予混合火炎に適用して,火炎の凹凸正負と局所曲率半径に対する発熱帯厚さの関係を更に明らかにする.また,反応論的考察を進めて火炎中の中間化学種であるC2H2およびC2H4の分布とCH2O分布の相似性を理論的に明らかにし,CH2O分布帯厚さからC2H2およびC2H4分布帯厚さを推定する手法をより確実なものとする.これによって,通常の方法では計測できないC2H2およびC2H4分布に対する乱流火炎の凹凸正負と局所曲率半径の関係を明らかにし,これまでに行ってきた数値解析による中間化学種の火炎面固有不安定性への影響を検証し,乱流予混合火炎における火炎面密度分布への異性体効果を明らかにする.燃料の種類に関しては,異性体混合燃料の実験と考察にも可能な限り取り組む.これらの成果を総合してバイオ燃料異性体をガスタービンなど高圧燃焼機器の燃料として用いる際の設計指針をまとめる.本研究課題は,燃焼科学の先端研究分野である高温高圧乱流燃焼において,非食料バイオマスから生産されるアルコール系C3,C4バイオ燃料およびその混合燃料の乱流燃焼機構を明らかにし,極限環境乱流燃焼の学理構築を図りCO2排出削減燃焼技術へ寄与することを目的とする.

具体的にはエンジン燃料として有効なプロパノール異性体,ブタノール異性体ならびにそれら混合燃料の乱流予混合火炎を高温高圧下で安定化させ,1)乱流燃焼速度および乱流火炎構造,2)中間化学種CH2O,NO,OHのレーザー計測による局所濃度分布,3)燃焼排出ガス組成を明らかにし,アルコール系C3・C4バイオ燃焼に対する乱流燃焼の異性体効果,混合組成効果,温度圧力依存性に対し,反応動力学と局所火炎不安定性原理に基づくメカニズム解明を行う.平成29年度は,研究計画に明記された液体燃料蒸発装置の組み込みと燃焼試験を行うと共に,C2,C3,C4アルコール異性体,ならびにC2からC4までのアルカン燃料の乱流予混合火炎の排ガス特性解明に重点を置き,FTIRを用いた排ガス組成の計測を大気圧ならびに高圧下で実施した.特に,NOとCOに注目し,計測結果に基づき詳細反応を考慮した数値解析を行って,異性体による排出濃度に違いが生じるメカニズムを明らかにした.特にCOに関しては,C2燃料からC4燃料まで総じてアルコール燃料はアルカン燃料と比較してCO生成濃度が小さく,完全酸化される割合が大きいことがわかった.これは,アルコール燃料ではヒドロキシ基を有するラジカルおよびHO2ラジカルからのOH生成量が大きく,CO + OH = CO2 + Hの反応速度が増大するためであることが反応経路解析などからわかった.C2からC4のアルコール異性体ならびにC2からC4のアルカン燃料の全てについて,乱流予混合火炎の安定化に成功した.排ガス特性に関して,これら全ての燃料でFTIR計測を実施し,併せて詳細反応を考慮した数値解析を行い,反応経路解析結果を用いて実験により得られた排ガス特性のメカニズムを考察している.排ガス特性,特に異性体効果とアルコール系燃料の特徴に関する研究は研究計画の重要な柱であり,最大圧力が0.3 MPaであるものの圧力効果に関しても一定以上の理解が進んだ.NO生成に関しては異性体燃料の反応論的効果は限定的であり,サーマルNO生成における火炎温度の違いの影響や輻射損失による温度効果が大きいことが重要であるという現時点での考察を行っている.一方,CO生成に関しては,アルコール燃料においてヒドロキシ基を有するラジカルおよびHO2ラジカルからのOH生成量が大きく,CO + OH = CO2 + Hの反応速度が増大することによるCO排出抑制が反応計算から確認されるなど成果を得ている.本研究のもう一つの柱であるOH, NO, CH2O PLIF同時計測による火炎構造の解明に関しては,本年度は特にOH, NO-PLIF同時計測に重点を置いて実施した.ただし,基本的にNO濃度が低いため微量のアンモニアを添加してPLIF計測試験を実施した.新規高感度カメラの導入,同時計測を実現する光学系配置などに工夫を加え,高圧下でのOH, NO-PLIF同時計測に成功した.それにより,圧力条件によってOH分布に対するNOの上流分布の様相が異なっており,これは圧力増加によって拡散作用が抑制され,NOの上流拡散が抑制されたためだと考察された.以上より,FTIRによる排ガス濃度計測およびPLIF同時計測の両方で期待された成果が得られている.本研究課題は,燃焼科学の先端研究分野である高温高圧乱流燃焼において,非食料バイオマスから生産されるアルコール系C3,C4バイオ燃料およびその混合燃料の乱流燃焼機構を明らかにし,極限環境乱流燃焼の学理構築を図りCO2排出削減燃焼技術へ寄与することを目的とする.
熱ショックタンパクによる免疫寛容が歯周病から派生する動脈硬化に及ぼす影響の解明

慢性病原体の熱ショックタンパク質(HSP60)に対する免疫反応がアテローム性動脈硬化症を促進させる可能性が報告されている。本研究ではアテローム性動脈硬化症の予防のために舌下投与におけるPorphyromonas gingivalis(P.g.)のHSP60(rGroEL)による免疫寛容の可能性を検証した。結果、rGroELの舌下免疫は顎下リンパ節においてIL-10またはIFN-γ産生Foxp3陽性T細胞およびIL-10産生Foxp3陰性T細胞を有意に誘導したことから、これらのTreg細胞がP.g.で誘発される炎症を制御することによりアテローム性動脈硬化症の進行を制御している可能性が示唆された。マウスへの歯周病原菌感染実験での自己抗原、自己抗体関与の検証1歯周病原性細菌の培養と感染代表的歯周病原菌P.g.を嫌気培養装置にて培養、培養液を遠心後ペレット化し、SPFクリーンルームにて飼育する動脈硬化誘発モデル動物である自然発症ApoE欠損高脂血症(SHL)マウスに継時的に経口感染または尾静脈投与した。2ApoE欠損高脂血症マウスの処理一定期間後にマウスをイソゾールで麻酔し、眼から採血後、心臓にヘパリンを注射し、生理食塩水の還流により脱血した。胸骨を開き心臓弁を摘出した。続いて、大動脈を摘出し、凍結後、-80°Cに保存した。3動脈硬化の発症・進展状況の判定血液検査(LDL,高感度CRP及び細菌感染に対する抗体価)や組織学的解析(HE染色やOil-red O染色後の動脈硬化面積を画像解析装置にて計測し、各群間で病理学的、統計学的に検討した。4大動脈組織の免疫組織染色及び定量PCRマウス心臓を4%パラホルムアルデヒドに侵債し常法に従いパラフィン切片を作成した。HSP60を抗体を用いた免疫染色により解析した。また酸化ストレス関連因子であるLOX-1,HSP60に対する遺伝子発現を定量PCRにより解析した。マウスへの歯周病原菌感染実験での自己抗原、自己抗体関与の検証1血中の自己抗原、自己抗体、動脈硬化マーカーの検出酸化LDL抗体の検出はELISA法により検討した。動脈硬化マーカーの検出はリアルタイムアレイを用いて検討した。2T細胞サブセット解析(血液、脾臓、パイエル板、顎下腺)Th17細胞の検出マウス組織細胞又は抹消血リンパ球をionomycinとPMAで刺激後、APC標識CD4及びPE標識IL-17で二重染色を行った。更に磁気ビーズ等で分離精製したCD4+IL-17+Th17細胞をCD45RO+抗体でgatingした後、マクロファージや未熟樹状細胞が分泌するケモカインのレセプターであるCCR4やCCR20により発現増加するCCR6の局在をフローサイトメーターにて解析した。Treg細胞の検出マウス組織細胞又は抹消血リンパ球をFITC標識抗CD4及びPE標識抗CD25で二重染色を行った。更に細胞の固定と膜透過を行い、Foxp3で細胞内染色を行った。更に磁気ビーズ等で分離精製したCD4+CD25+TregをCD45RO+抗体でgatingした後、マクロファージや未熟樹状細胞が分泌するケモカインのレセプターであるCCR4や活性化T細胞が分泌するケモカインのレセプターであるCCR8の局在を解析した。血中のサイトカイン(IL-6, IL-10, TGBβ)レベルをELISAにより吸光度計を用いて定量した。リコンビナントGroELの精製完了しておりマウスへの歯周病原菌感染実験での血中の自己抗原、自己抗体、動脈硬化マーカーの検出、酸化LDL抗体の検出、自己抗体関与の検証、T細胞サブセット解析が終了している。歯周病原性細菌感染により進展する歯周病や動脈硬化の発症に、歯周病原菌と相同性を有する熱ショックタンパク質(HSP)に対する自己抗体がT細胞制御を介してどのように関わっているかを検証している。更に細菌が産生する熱ショックタンパク質(GroEL)を用いての舌下免疫寛容の導入により、感染で誘導される歯周病並びに動脈硬化の進展予防の可能性を探る。最終年度はマウスを用いて舌下免疫寛容実験を行った。2経口免疫寛容実験ヒトHSP60ペプチドと相同性を有するP.g.GroELやヒトβ2GPIペプチドと相同性を有するP.g.ペプチドをアジュバントと共にマウスに舌下投与した。自然発症又はP.g.感染で誘導される動脈硬化が抑制されているか否かを1動脈硬化の発症・進展状況の判定、2大動脈組織の免疫組織染色及び定量PCR、3血中の自己抗原、自己抗体の検出、4T細胞サブセット解析(血液)で判定した。抗原特異的粘膜免疫誘導の為の効果的なアジュバントとしてフラジェリン、無毒化コレラ毒素、FL3リガンド、マルトース結合蛋白の効果を、効果的な投与経路として舌下の他に経鼻、経皮、頬粘膜等の効果を合わせて検討した。結果、rGroELの舌下免疫は顎下リンパ節においてIL-10またはIFN-γ産生Foxp3陽性T細胞およびIL-10産生Foxp

3陰性T細胞を有意に誘導したことから、これらのTreg細胞がP.g.で誘発される炎症を制御することによりアテローム性動脈硬化症の進行を制御している可能性が示唆された。画像解析による動脈硬化の進展度測定が遅れているため。処理する画像が多く処理しきれていないため。前年度に作成したリコンビナントGroELを用い寛容実験を行い、自然発症又はP.g.感染で誘導される動脈硬化が抑制されているか否かを1動脈硬化の発症・進展状況の判定、2大動脈組織の免疫組織染色及び定量PCR、3血中の自己抗原、自己抗体、動脈硬化マーカーの検出、4T細胞サブセットで判定する。効果的な投与経路として舌下の他に経鼻、頬粘膜等の効果を合わせて検討する。免疫学前年度に達成できなかった分も含め次年度の計画を予定通り進める。実験に使用する試薬購入金額が当初の予定より少なかったため。今後行うP. g.リコンビナントGroEL精製に予定より大きな支出が見込まれるため。今後解析に使用する物品購入に使用予定。旅費は変更なく使用するが消耗品は精製に見込まれる支出を考え最低限にする。
がん浸潤・転移を制御する新規標的分子：EMP1のがん細胞における分子作用機序

がんの浸潤・転移は、がんによる死亡原因の約90%を占めることから、その制御機構を解明することは、がん研究において喫緊の課題である。がんの浸潤・転移にはがん細胞と正常細胞の相互作用が重要であることに着目し、近年発症率が急激に増加している前立腺がんの細胞をモデルにして研究を行った。前立腺がんLNCaP細胞と前立腺間質細胞を新規に独自開発した混合培養系で培養し、両細胞の接触によってがん細胞での発現が変化する遺伝子のスクリーニングを行った。その結果、発現が亢進する遺伝子の一つとしてEpithelial membrane protein 1(EMP1)を同定し、EMP1ががんの浸潤・転移に大きな役割を果たしていることとその分子メカニズムを解明した。EMP1は4回膜貫通型の膜タンパク質であり、これまでにその分子機構の詳細は報告されていなかった。In vitroの実験においてEMP1をLNCaP細胞に過剰発現させると細胞運動が亢進し、in vivoの実験では免疫不全マウスの前立腺にEMP1過剰発現LNCaP細胞を移植すると、親株LNCaP細胞を移植した場合と比較して、リンパ節や肺への転移が有意に増加した。次に、EMP1の過剰発現により生じる細胞内シグナル伝達機構を解析する過程で、EMP1の細胞内領域に結合する分子Copine-IIIを質量分析法で新たに見出した。EMP1に結合したCopine-IIIは、チロシンキナーゼであるSrcを活性化し、Srcは低分子量Gタンパク質Rac1の活性化因子Vav2を活性化してRac1を活性化することで細胞運動が亢進することを明らかにした。同様のシグナル伝達機構は、大腸がんCaco-2細胞や乳がんMCF-7細胞にEMP1が過剰発現した場合においても確認できた。EMP1を過剰発現させることによってがん細胞の運動のが上昇することに加え、その細胞内シグナル経路も順調に解明することができた。また動物実験において、EMP1を過剰発現させたLNCaP細胞のリンパ節、肺への転移の上昇が有意に認められてた。これらはほぼ当初の研究計画どおりに結果が出ており、全体として順調に研究を進められている。現在までのサンプル数は限定的ではあるが、滋賀医科大学内ヒト前立腺がん患者において、高グリーソンスコアの転移能の高い前立腺がん組織でEMP1発現が上昇していることを免疫染色と定量的PCRによって確認した。特に免疫組織染色によるEMP1はがん細胞が浸潤していく間質組織との接触面に高く発現していた。今後前立がん患者からの組織サンプル数を増やし、より有意なEMP1の発現とグリーソンスコアの相関性を示していく予定である。既にEMP1を過剰発現させた前立腺がんLMCaP細胞、乳がんMCF7細胞、大腸がんCaco-2細胞において細胞運動と浸潤能が亢進することを確認していることから、特にこれら3種類のがんに着目して検討する。がんの浸潤・転移は、がんによる死亡原因の約90%を占めることから、がんの浸潤・転移の制御機構を解明することは、がんの征圧に向けた重要なステップであるものの、その解明は現在のところ十分ではない。申請者は、がん細胞と正常細胞の相互作用に着目し、ヒト前立腺がん由来LNCaP細胞と前立腺間質細胞を新規に独自開発した混合培養系で培養し、両細胞の接触によってがん細胞での発現が変化する遺伝子のスクリーニングを行った。その結果、発現が亢進する遺伝子の一つとしてEpithelial membrane protein 1(EMP1)を同定した。EMP1ががんの浸潤・転移に大きな役割を果たしていることと、その分子メカニズムについて現在解析中である。申請者がこれまで明らかにした点として、LNCaP細胞にEMP1を過剰発現させると、がんの浸潤・転移と密接に関連する細胞運動が亢進すること、このEMP1過剰発現LNCaP細胞を免疫不全マウスの前立腺に移植すると、親株LNCaP細胞を移植した場合と比較してリンパ節や肺への転移が有意に増加したことがまず挙げられる。またヒト前立腺がん患者においても、高グリーソンスコアで転移能の高い前立腺がん組織で、EMP1発現が上昇していたことを解明した。次に、EMP1の細胞内領域に結合する分子Copine-III(申請者らにより質量分析により同定した)は、チロシンリン酸化分子Srcを活性化し、Srcは低分子量Gタンパク質Rac1の活性化因子Vav2を活性化してRac1を活性化することで細胞運動が亢進することを明らかにした。同様のシグナル伝達機構は、大腸がんCaco-2細胞や乳がんMCF-7細胞にEMP1が過剰発現した場合でも見られたことからEMP1は様々ながんにおいて浸潤・転移シグナルを細胞内に伝達していることがわかった。EMP1を過剰発現させることによってがん細胞の運動のが上昇することに加え、動物実験においても転移の上昇が認められている。そしてEMP1が伝達する細胞内シグナル経路もほぼ解明している。患者サンプルも当大学病院泌尿器科より適時滞り無く引き渡されていることはEMP1の発現解析をすることにおいて甚大な利点となっている。これらは当初の研究計画立案が実現可能な状況をよく熟孝して立案された点によるところが大きい。また申請者自身の豊富な知識と技術による点もあると自負している。前立腺がん

LNCaP細胞と前立腺間質細胞を新規に独自開発した混合培養系で培養し、両細胞の接触によってがん細胞での発現が変化する遺伝子のスクリーニングを行った。その結果、発現が亢進する遺伝子の一つとしてEpithelial membrane protein 1(EMP1)を同定し、EMP1ががんの浸潤・転移に大きな役割を果たしていることとその分子メカニズムを解明した。EMP1は4回膜貫通型の膜タンパク質であり、これまでにその分子機構の詳細は報告されていなかった。In vitroの実験においてEMP1をLNCaP細胞に過剰発現させると細胞運動が亢進し、in vivoの実験では免疫不全マウスの前立腺にEMP1過剰発現LNCaP細胞を移植すると、親株LNCaP細胞を移植した場合と比較して、リンパ節や肺への転移が有意に増加した。次に、EMP1の過剰発現により生じる細胞内シグナル伝達機構を解析する過程で、EMP1の細胞内領域に結合する分子Copine-IIIを質量分析法で新たに見出した。EMP1に結合したCopine-IIIは、チロシンキナーゼであるSrcを活性化し、Srcは低分子量Gタンパク質Rac1の活性化因子Vav2を活性化してRac1を活性化することで細胞運動が亢進することを明らかにした。同様のシグナル伝達機構は、大腸がんCaco-2細胞や乳がんMCF-7細胞にEMP1が過剰発現した場合においても確認できた。EMP1を過剰発現させることによってがん細胞の運動のが上昇することに加え、その細胞内シグナル経路も順調に解明することができた。また動物実験において、EMP1を過剰発現させたLNCaP細胞のリンパ節、肺への転移の上昇が有意に認められてた。これらはほぼ当初の研究計画どおりに結果が出ており、全体として順調に研究を進められている。これまでの研究成果を基盤として、計画立案のとおりに進行させて行く予定である。EMP1の細胞内おけるシグナル伝達機構の解明はほぼ完遂したが、動物実験および患者さんのサンプル数がまだ十分に至っていない。EMP1を過剰発現させたLNCaP細胞と親株細胞の免疫不全マスへの移植実験と患者サンプルから抽出したRNAを用いたqPCRでのEMP1発現確認実験によって統計的信頼度を上げた結果得る予定である。現行の進捗状況で十分に進行速度は満たされているが、よりいっそうの解析に努力をする意向である。計画通りであれば本年度で十分な数のデータが得られるはずである。論文としての発表をもって本研究計画の完遂とする。現在までのサンプル数は限定的ではあるが、滋賀医科大学内ヒト前立腺がん患者において、高グリーソンスコアの転移能の高い前立腺がん組織でEMP1発現が上昇していることを免疫染色と定量的PCRによって確認した。特に免疫組織染色によるEMP1はがん細胞が浸潤していく間質組織との接触面に高く発現していた。今後前立がん患者からの組織サンプル数を増やし、より有意なEMP1の発現とグリーソンスコアの相関性を示していく予定である。
AB積層二層グラフェンの成長技術開発とトランジスタへの応用

究極的な二次元原子膜材料であるグラフェンは、高いキャリア移動度や機械的柔軟性、光透過性などを有し、今後のIoT社会にとって極めて有望な材料である。本研究では半導体応用等に有用な二層グラフェンを、化学蒸着法によって均一、かつ大面積・高品質に合成する手法の開発に成功した。さらに、層間への分子挿入などにより電気特性を向上させ、太陽電池をはじめとした応用研究も推進することができた。炭素からなる究極的な二次元材料であるグラフェンは、極めて高いキャリア移動度を示すことからエレクトロニクスへの応用が期待されている。しかし、単層グラフェンはゼロギャップ半導体であることが、応用を進める上で大きな障害となっており、AB積層二層グラフェンはそれを解決する一つの手段として期待されている。本研究ではAB積層二層グラフェンを選択的に合成する新規な方法を開発するとともに、ダブルゲート構造をもつトランジスタの大規模アレーの創出を目指している。当該年度は、CuとNiをサファイア単結晶基板に堆積・加熱することによりCu-Ni合金を作り出して炭素溶解度を制御して、二層グラフェンの成長を実現することを試みた。検討の結果、Cu-Niの組成比に加え、CVD合成中のプロファイルが二層グラフェンの割合に大きな影響を与えることを見出した。XRDやXPS測定からは、CVD中にCuとNiが合金化して、Cu-Ni(111)面を表面にもつことが確認された。Cu-Ni組成比、そしてCVD温度や冷却プロセスなどの系統的な検討を行った結果、90%以上の被覆率をもつ二層グラフェンを合成することに成功した。二層グラフェンの積層様式に関して、ラマン分光やLEEMによる解析を行った。その結果、70-80%が上下層のグラフェンが同じ方位を向いたAB積層であることが明らかとなった。二層目が一層目の下に成長すること、CVDプロファイルが二層の割合に影響することなど、新たな知見を踏まえ、新規な二層グラフェンの成長モデルを提案することができた。Cu-Ni合金とCVD条件の系統的な研究を通じて、90%以上の被覆率を有する二層グラフェンを成長させることに成功したため。グラフェンは原子レベルの厚みしかない二次元原子膜材料であり、その薄さにもかかわらず、高い大気安定性と極めて高いキャリア移動度を示す。光透過性にも優れ、機械的に柔軟であることから、今後のIoT社会にとって有用な材料になることが期待される。しかしながら、単層グラフェンはバンドギャップをもたず半導体素子への応用が困難なため、垂直電場によってバンドギャップを開くことができる二層グラフェンに期待が集まっている。本研究では二層グラフェンを均一に、かつ大面積に合成する方法を開発するとともに、その応用を展開することを目的として研究を行っている。前年度の研究で、CuとNiの合金薄膜を金属触媒として用いたCVD法により二層グラフェンを優先的に合成できることを見出している(93%の被覆率)。しかし、この二層グラフェンには、半導体応用で重要となるAB積層だけではなく、回転積層も共存していることが分かってきた。そこで、当該年度は、合成温度や水素濃度などのCVD条件、Cu-Niの触媒組成比などを系統的に検討し、AB積層した二層グラフェンの比率の向上を進めた。その結果、二層グラフェンの積層構造に与える重要な因子を明らかにすることができた。さらに、二層グラフェンの有するユニークな二次元ナノスペースに着目し、層間への分子のインターカレーションを試みた。これまでのほとんどの研究では機械剥離法で得られた複層グラフェンでインターカレーションが行われている。しかし、この機械剥離のグラフェンは層数が不均一で、膜が非常に小さく、有用ではなかった。本研究では、CVDで合成する大面積、かつ均一な二層グラフェンを用いる点で、これまでの研究を凌駕している。さらには、従来の二層よりもはるかに高い性能のシート抵抗と光透過率を得ることに成功している。この結果は二層グラフェンの透明電極応用を強力に推し進める成果といえる。サファイア上のエピタキシャルCu-Ni合金触媒を用いるという独自の手法を用いることで、二層グラフェンの選択成長は順調に進展している。実際、二層の均一性は世界トップレベルである。また、CVD条件等が積層構造に及ぼす影響も明らかにしつつあり、着実に研究は進んでいる。この合成の検討に加えて、当初の計画にはなかったCVD二層グラフェンへのインターカレーションによる機能化への展開も広がっており、順調な進展であるといえる。究極的な二次元原子膜材料であるグラフェンは、高いキャリア移動度に加え、フレキシビリティや高い光透過性などを有し、今後のIoT社会にとって極めて有望な材料である。グラフェンはCVD法で大面積に合成できるようになっているが、触媒として広く用いられているCuホイルで得られる単層グラフェンはバンドギャップを持たず半導体素子への応用が困難であった。そこで、本研究では垂直電場によってバンドギャップを開くことができる二層グラフェンを均一かつ大面積に合成する方法を開発するとともに、応用研究を推進することを目的とした。検討の結果、サファイア上に堆積したCu-Ni(111)合金薄膜を用いることで、二層グラフェンを93%もの高い割合で合成に成功した。この合成した二層グラフェンには、半導体応用で有効なAB積層に加え、回転積層も約3割存在することが明らかとなった。そこで、当該年度は様々なCVD条件を系統的に検討し、AB積層の割合を飛躍的に向上させる方法を見出すことができた。この新たな知見は二層

グラフェンの成長機構と密接に関連しており、今後さらに詳細に研究を推進する方針である。上記の二層グラフェンの合成に加え、二層グラフェンの層間への分子のインターカレーションを試みた。従来は剥離法で得られた複層グラフェンでインターカレーションが行われていたのを、本研究では大面積で均一性に優れたCVD二層グラフェンを用いた。二層グラフェンの積層構造を制御し、MoCl5分子をインターカレーションすることで、83Ω/□という非常に低いシート抵抗を得ることができた。この低抵抗状態が大気中でも安定であることも見出し、有機太陽電池の透明電極としての可能性も提示することができた。上記の二層グラフェンの合成とそれを用いたインターカレーションに関する研究はオリジナリティが高く、かつ今後の産業応用も期待される優れた成果であるといえる。究極的な二次元原子膜材料であるグラフェンは、高いキャリア移動度や機械的柔軟性、光透過性などを有し、今後のIoT社会にとって極めて有望な材料である。本研究では半導体応用等に有用な二層グラフェンを、化学蒸着法によって均一、かつ大面積・高品質に合成する手法の開発に成功した。さらに、層間への分子挿入などにより電気特性を向上させ、太陽電池をはじめとした応用研究も推進することができた。二層グラフェンの選択成長は十分なレベルに達したが、その積層様式をさらに制御していく必要があると考えており、現在の70-80%のAB積層の割合をさらに向上させるべく研究を推進する。さらに、現在進めているダブルゲート・トランジスタの作製と評価を継続して進める。またグラフェン研究をさらに包括的に発展させる方針である。二層グラフェンの選択成長は十分なレベルに達したが、その積層様式をさらに制御していく必要があると考えており、当該年度に見出したCVD条件の様々なファクターを制御して、AB積層の割合をさらに向上させていく計画である。さらには、ダブルゲート・トランジスタの作製と評価を行い、CVDで合成される大面積の二層グラフェンを用いたトランジスタ応用を実現していく。上記に加え、当該年度に新たに見出された二層グラフェンへのインターカレーションという研究シーズも発展させていきたいと考えている。29年度が最終年度であるため、記入しない。ナノテクノロジー29年度が最終年度であるため、記入しない。