hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
最適な多次元センサ融合で実現する超高精度移動体追尾

本年度は追尾フィルタの理論解析において、入力変数の数と次元、考慮する運動パラメータの数と次元、モデルのロバスト性、そして適用可能なレーダの数について、いずれも拡張することに成功した。具体的には以下の追尾フィルタについて、その基礎特性を解析的に明らかにするとともに、申請者が独自に考案した性能指標の最適化に基づく最適設計を可能とした。即ち、各フィルタの追尾誤差の理論限界を示した:(1)位置・速度・加速度を全て観測入力とするカルマンフィルタ、(2)位置と速度を観測入力とするH∞フィルタ、(3)等ジャークモデル追尾フィルタ、(4)等速旋回モデルベースのフィルタ、(5)位置と速度を共に観測可能な線形周波数変調レーダのための追尾フィルタ。特に(1)、(2)、(5)は本研究で提案も含めて初めて行ったものである。さらに、主に屋内の歩行者を想定した実験を行い、これらのフィルタ全てについてその実環境下での性能を評価した。これらのフィルタを単に適用するだけでなく、同一の変数を仮定した粒子フィルタや拡張カルマンフィルタとも比較した。その結果、導出した理論限界は解析対象とした追尾フィルタのみでなく、その拡張となるフィルタの性能の見積もりにも有用であることを示した。上記のこれまでの検討は観測雑音がガウス性であることを仮定してきたが、本年度は屋外の車両のレーダ追尾を仮定した実験を雨天時に行うことで、雨滴の反射に起因する非ガウス性の強い観測誤差が生じる場合に、上記の解析のみでは性能予測及びフィルタ設計が困難であることを確認した。この問題を解決するために、前処理として最頻値フィルタ及びメディアンフィルタを用いる手法を提案し、その有効性を示した。本来4年間の計画として実施する予定で作成した本研究の申請書に記載した研究計画を、3年目である昨年度までに全て完了したため、上記区分で評価する。当初計画で予定していた検討は全て実施できたものの、非線形・非ガウスモデルを仮定した追尾フィルタに関する検討については当初計画ではもう少し高い目標、具体的にはこれらのモデルについても従来研究では全く示されていないような学術的に重要な知見又は実用上有効な実験結果を得るという目標を設定していた。このため、この点を改善することを最終年度の計画とする。加えて、昨年度までに得られた成果についてまだ発表できていないものを、対外発表すると共に査読付き学術論文として投稿することも最終年度の重要な目標である。平成28年度は、位置・速度・加速度の多次元センサ融合システムについて、比較的容易に構築できる移動ロボット追跡システムを想定した基礎的な検討を行った。具体的には、同システムへの適用を想定した追尾フィルタを提案するとともに、その理論特性を解明した。さらに、実験系を構成し、提案手法の実用性と有効性を示した。主要な成果は以下の3点である。1.加速度観測を考慮した追尾用カルマンフィルタについて、定常状態の追尾誤差とフィルタのパラメータ(駆動雑音、フィルタ係数)の関係を解析的に明らかにし、これに基づく高精度な追尾フィルタを提案した。2.上記1で得られた成果について、その妥当性を移動ロボットを用いた実験により検討した。超音波レーダ、マイクロドップラーレーダ、そして加速度センサからなる計測システムを構成し、これらにより得られる多次元パラメータの最適融合のためのフィルタ係数を提案法により実装した。その結果、提案した追尾フィルタ並びにその設計法が、従来の設計法と比較して、精度と設計容易性の双方において優れていることを示した。3.パルスドップラーレーダへの応用を想定し、距離と視線速度の同時計測を仮定した高精度な歩行者追尾手法を開発した。提案手法はH∞制御理論に基づき、従来のカルマンフィルタベースの手法と比較して、モデル化誤差の許容範囲が大きい適応的な追尾フィルタ係数設定を行う。提案手法と従来のカルマンフィルタを比較し、提案手法が優れた観測誤差抑圧特性を示すことを理論的に示した。実施計画と比較すると、ステレオカメラによる計測システムの構築が遅れているものの、それ以外の理論検討や実験システム構築、並びにそれらの妥当性検証は順調に進展している。特にH∞制御理論に基づく多次元センサ融合追尾フィルタの構成を実現した点、及び単に性能解析だけでなく有効な設計方法を年度内に提案できた点は、当初は予期していなかった期待を大きく上回る成果である。以上より、総合的には上記区分の進捗状況であると判断できる。平成29年度は理論と実験の双方において多くの重要な進展があった。理論的研究の主要な実績は以降に示す4点である:1.位置と速度を同時に観測する移動体追尾について、定常状態における特性を理論的に解明し、この結果に基づく効率的な高精度追尾システム設計法を開発した。2.位置と速度を同時に観測する追尾システムにおいて、これらの観測パラメータに相関性の誤差がある場合について、提案している設計方法論を拡張した。3.これまでに検討してきた位置・速度・加速度に加え、加速度の一階時間微分であるジャークを同時推定する追尾フィルタについて、その基礎的な特性を解明した。4.これまでに開発してきたセンサ融合追尾理論を多目標追尾へと発展させることを検討し、基礎的な知見を得ることができた。続いて,実験的研究の主要な成果は以降に示す4点である:1.開発してきた理論を超広帯域ドップラーレーダ追尾に適用し、その有用性を示した。2.ドップラー分離干渉計という、申請者らが独自に開発してき高精度レーダ計測技術に対して、開発した理論に基づく信号処理により、10いない程度の複数目標の同時追尾を達成した。

3.超音波3次元測位装置、ステレオカメラ、マイクロドップラーレーダを組み合わせた歩行者追跡システムを構成し、前年度に提案したH∞フィルタを用いる移動体追尾フィルタを適用し、その有用性を示した。4.提案してきた追尾技術の一部を高齢者の歩行計測に応用し、その結果を高齢者のバランス能力評価に適用可能であることを示唆した。既に実施計画にて構想していた多くの理論解析と実験システム構成を行うことができている。そればかりか、実験も効率的に実施できており、理論的成果のみならず実験的な成果も学会発表することができており、いくつかの学術誌論文も発表済みである。加えて、当初は想定していなかった歩行追跡技術の高齢者モニタリングへの応用など、研究の新たな展開もできつつある。以上より、この区分での進捗状況評価が妥当と考える。本年度は追尾フィルタの理論解析において、入力変数の数と次元、考慮する運動パラメータの数と次元、モデルのロバスト性、そして適用可能なレーダの数について、いずれも拡張することに成功した。具体的には以下の追尾フィルタについて、その基礎特性を解析的に明らかにするとともに、申請者が独自に考案した性能指標の最適化に基づく最適設計を可能とした。即ち、各フィルタの追尾誤差の理論限界を示した:(1)位置・速度・加速度を全て観測入力とするカルマンフィルタ、(2)位置と速度を観測入力とするH∞フィルタ、(3)等ジャークモデル追尾フィルタ、(4)等速旋回モデルベースのフィルタ、(5)位置と速度を共に観測可能な線形周波数変調レーダのための追尾フィルタ。特に(1)、(2)、(5)は本研究で提案も含めて初めて行ったものである。さらに、主に屋内の歩行者を想定した実験を行い、これらのフィルタ全てについてその実環境下での性能を評価した。これらのフィルタを単に適用するだけでなく、同一の変数を仮定した粒子フィルタや拡張カルマンフィルタとも比較した。その結果、導出した理論限界は解析対象とした追尾フィルタのみでなく、その拡張となるフィルタの性能の見積もりにも有用であることを示した。上記のこれまでの検討は観測雑音がガウス性であることを仮定してきたが、本年度は屋外の車両のレーダ追尾を仮定した実験を雨天時に行うことで、雨滴の反射に起因する非ガウス性の強い観測誤差が生じる場合に、上記の解析のみでは性能予測及びフィルタ設計が困難であることを確認した。この問題を解決するために、前処理として最頻値フィルタ及びメディアンフィルタを用いる手法を提案し、その有効性を示した。本来4年間の計画として実施する予定で作成した本研究の申請書に記載した研究計画を、3年目である昨年度までに全て完了したため、上記区分で評価する。当初予定していたレーダとステレオカメラの融合システムの実装が遅れているため、まずはこのシステムの構築を目指す。また、提案設計手法において、より有効であると考えられるパラメータ設計のための性能指標が考えられる。こういった性能指標が導出・計算可能かも含めて検討する。
ヨーロッパ不法行為法における企業責任の新たな帰責原理の比較法的研究

本研究においては、EUレベルおよび構成国レベルで提案される不法行為法改正提案において規定された企業責任規定について、立法資料及びこれに関する理論状況を分析・検討をおこない、企業責任の可能性を探った。成果は4ないし5に掲げる論文および報告により公にしている。本研究は、現在ヨーロッパの不法行為法の統一・調和において、企業責任がどのように把握され、位置付けられようとしているのかを紹介・分析するものである。本年度は、(1)EUレベルでは、Principles of European Tort Law、および(2)構成国レベルでは、スイス責任義務法準備草案(SVE)、オーストリア損害賠償法改正草案の分析・検討を、それぞれ行った。(1)について、企業責任規定は、SVE49a条に大きな影響を受けているものの、そのまま受容するのではなく、責任根拠を企業組織における瑕疵とし、その責任の正当化を試みていることが判明した。また(2)について、両国の改正提案における企業責任及びそれに関連する諸規定の分析・検討を行った。特にオーストリアでは現在まで活発な議論がなされており、関連文献の収集・翻訳・検討を逐次行った。とくにオーストリアは、企業責任の根拠を組織における瑕疵とし、その正当化原理の析出に配慮していた。(1)および(2)の作業を並行して行うことで、企業責任規定の明確化・正当化する原理が、報償、分業の危険、リスクの社会化、付保の可能性等であることが判明した。だが企業における「瑕疵」は、組織編成の瑕疵も被用者による不法行為も含んでいることが明らかとなった。特に後者は、日本法における使用者責任の規律領域と重なるものであり、あえて企業責任規定を設けて規律する必要性はないであろうが、スイス・オーストリアでは、この問題を企業責任の問題とする必要があったと推測される。企業における瑕疵とは、各国の法伝統に左右されるということを明らかにすることは、日本の企業責任を検討する上でも重要な視点であるため、スイス・オーストリアの法発展と改正提案への影響を明らかにすることが次年度の課題である。以上の点は、再分析をしたうえで、適宜公表する予定である。本研究は、ヨーロッパの法の調和・統一という動きのなかで行われている不法行為法の統一・調和に関して、企業責任がどのように把握され、位置付けられようとしているのかを紹介・分析するものであった。昨年度は、EUレベル・構成国レベルの各草案の総論的な分析に重点を置いていたが、本年度は、構成国レベルにおいて示された改正案において示された各責任原理が、当該国での過失責任、危険責任、企業責任に関する法発展により、どのような影響を受けているのかを中心に分析・検討を行った。スイス法においては、使用者責任規定(スイス債務法(以下OR)55条)が多機能な守護聖人として多くの事案の解決に用いられ、製造物責任でも同規定が用いられた法発展があった。つまり、使用者責任規定が企業責任を処理する役割を担っていた。ここでは、使用者責任は原因責任と解されていたが、動物保有者、工作物責任等も、同様に原因責任と解され、原因責任自体の理解が、現行法の解釈では不透明なものと考えられている。そこで、改正提案では、使用者責任規定の法発展を受けた、責任義務法改正草案49a条で、この規定の責任根拠を組織リスクにもとめ、この規定の独自性を鮮明にする立場に立った。これに対しオーストリアの改正提案は、企業責任規定を、危険物質による加害、組織編成の瑕疵、被用者の不法行為の帰責等、きわめて射程の広い、受け皿的一般条項として構想されそれを過失責任としていた。この背景には、製造物等の企業責任が問題となる事案においては、不法行為法ではなく、契約法の拡張および危険責任の類推で処理してきた法発展の影響があり、そのため、企業責任を不法行為法で処理することにより生じる問題点(例えば過失責任の限界や代位責任を含めることで、被用者が被害者に対して個人で責任を負うというもの)が必ずしも、改正提案では意識されていないのではないかという可能性を示すに至った。
Trans-acting遺伝子の機能と細胞のがん化

DNA型およびRNAがんウイルスのウイルス遺伝子のもつ諸機能のうち、遺伝子発現をトランスに調節する機能の重要性が指摘され、本機能と細胞のがん化との関連が注目されている。本研究では、トランス作用を示す遺伝子およびその標的遺伝子の構造と機能を検討し、細胞がん化におけるトランス型遺伝子発現調節作用の役割をしらべる。昭和63年度に得られた成果は次の通りである。1.アデノウイルス:E1A遺伝子のN末端側の変異導入実験により、E1Aのトランス活性化およびトランス抑制能は、それぞれ単独ではトランスフォーム活性と平行関係を示さず、いづれも必要であろうと推論されること、またE1Aのトランス作用をうけるE4およびEIA遺伝子の転写調節領域に結合する複数種の蛋白因子が同定され、結合部位が明らかになった。2.HTLV、BLV:X領域がコードしているp40^<tax>は自身のLTRおよびIL-2、IL-2R遺伝子をトランスに活性化し、p27^<rex>はRNAのプロセシングに関係してスプライスされないmRNAの量をふやす。3.レトロウイルス関連遺伝子:c-myb蛋白が精製され、SV-40の初期遺伝子の調節領域に結合して転写を活性化する。またMo-MLVやHIV感染に依存して発現誘導されるサプレッサーtRNA遺伝子がクローニングされ、調節領域の解析が進んでいる。MMTVのエンハンサー領域の構造と白血病発症との間に密接な関連のあることが示された。4.がん遺伝子の協同作用:E1Aとc-mycあるいはN-mycとの協同作用には、12Sおよび13ScDNAが共通に持つ機能が重要であること、c-mycのP1ブロモーターおよびそのcap siteを欠失させてもフォーカス形成能の低下はみられないことが示された。5.転写調節の機構:DNAをin vitroでスーパーコイル化する因子が精製されて解析が進んだ結果、スーパーコイル化因子は50kdの酸性蛋白で、反応に触媒的に関与すること、反応産物はひずみをもったネガテイブスーパーコイル型DNAであることが判明した。
トリアジニルアンモニウム塩を基盤とする光励起ラジカル発生法の開発

申請者らはトリアジニルアンモニウム塩のトリアジニルアミン部位が優れた脱離能を有することを利用して、数種の反応・反応剤を開発している。これらはアミノ基をトリアジニルアンモニオ基へと変換し活性化することでC-N結合を切断しており、アミノ基を優れた脱離基に変換する有用な手法であると言える。しかしながらこの優れた脱離能は極性反応(ヘテロリシス)にのみ展開しており、ホモリシスへの応用は未開拓である。本課題では、トリアジニルアンモニウム塩の光励起により選択的にラジカル開裂する手法の開発を目標とする。前年に引き続き、光レドックス触媒を用いた可視光によるラジカル反応の反応条件の検討を行った。反応は、メタクリル酸エステルへのマイケル付加反応をモデル反応に選んだ。光レドックス触媒(イリジウム型、ルテニウム型)、溶媒(塩化メチレン、メタノール、DMF、ジオキサン、DME、アセトン、アセトニトリルなど)、還元剤(アミン類)、これら反応剤の当量、反応時間(2448時間)について種々検討を行い、最適条件を見出した結果、収率79%まで向上した。また、トリアジニルアンモニウム塩の酸化還元電位をサイクリックボルタンメトリーを用いて測定した。この結果を基に、最適の光レドックス触媒とのStern-Volmerプロットを行うことで、反応機構を推定することができた。基質検討は、種々のトリアジニルアンモニウム塩やマイケルアクセプターに対しても、反応は進行することを確認した。現在、論文作成中である。これらはアミノ基をトリアジニルアンモニオ基へと変換し活性化することでC-N結合を切断しており、アミノ基を優れた脱離基に変換する有効な手法であると言える。しかしながら、この優れた脱離能は、極性反応(ヘテロリシス)のみに展開しており、ホモリシスへの応用は未開拓である。この目標に沿って設計したトリアジニルアンモニウム塩を複数合成し、光励起反応を行った。その結果、狙い通り開裂反応が進行した。ラジカル種の生成は、ラジカル捕捉剤を用いることで確認できた。さらに、トリアジン環上の置換基効果を確かめたところ、光反応の進行に大きく影響を与えることがわかった。開裂する置換基は、対応するラジカル種の安定性に依存する傾向が見られた。また、溶媒効果を確認したところ、特定の溶媒において優れた収率で目的物を与えることが明らかとなった。今後は、更なる反応条件の検討、すなわち、トリアジン環上の置換基のチューニングによる最適化、反応溶媒の最適化、生成するラジカル種の安定性と反応性の相関、励起波長の最適化を行い、簡便・高収率にラジカル種を発生できる条件を確定するとともに、実用的な合成反応への応用を行う。交付申請書に記載した実施計画に沿って、順調に研究が進行しているため。前年に引き続き、トリアジン環上の置換基効果を検討した。その結果、一部の置換基において、効率的に反応が進行することが分かった。また、アミン上に置換基に関しても検討を行った結果、一部の構造が反応の進行に不可欠であることが明らかとなった。また水系溶媒で反応を行うことで、劇的に反応が加速した。しかし、UVを用いた反応では基質の適用の限界があることが明らかになった。そこで、より実用的なラジカル発生法へと導くために、光レドックス触媒を用いた可視光によるラジカル反応の検討を行った。その結果、ある種の光レドックス触媒存在下、可視光で効率的にラジカルが発生することが見出された。今後は、反応条件の検討(溶媒条件、トリアジニルアンモニウム塩構造の最適化、励起波長の最適化)と基質の適用範囲の決定、反応機構の推察を行うことで本反応の有用性を示し、論文提出を行う予定である。概要に記載した通り、交付申請書に記載したUV励起によるラジカル発生法には基質の限界が明らかになった一方で、より温和な条件である可視光によるラジカル発生法が見出されたため、研究は順調に進行している。

本課題では、トリアジニルアンモニウム塩の光励起により選択的にラジカル開裂する手法の開発を目標とする。前年に引き続き、光レドックス触媒を用いた可視光によるラジカル反応の反応条件の検討を行った。反応は、メタクリル酸エステルへのマイケル付加反応をモデル反応に選んだ。光レドックス触媒(イリジウム型、ルテニウム型)、溶媒(塩化メチレン、メタノール、DMF、ジオキサン、DME、アセトン、アセトニトリルなど)、還元剤(アミン類)、これら反応剤の当量、反応時間(2448時間)について種々検討を行い、最適条件を見出した結果、収率79%まで向上した。また、トリアジニルアンモニウム塩の酸化還元電位をサイクリックボルタンメトリーを用いて測定した。この結果を基に、最適の光レドックス触媒とのStern-Volmerプロットを行うことで、反応機構を推定することができた。基質検討は、種々のトリアジニルアンモニウム塩やマイケルアクセプターに対しても、反応は進行することを確認した。現在、論文作成中である。順調に進展しているため、今後も計画書に記載した通り、行う予定である。ラジカル発生条件は変更したが、行うべき研究の事柄は大きな変更はないので、今後も計画書に記載した通り行う予定である。研究室にストックされている試薬を活用することで、当初予定していた反応剤の原料や反応基質の購入が抑えられたため。使用計画光レドックス触媒の購入や最終的な基質検討の際に、多種多様な化合物の購入が必要であるため、これに使用する。今後は、置換基検討が必要であるため、この合成試薬の購入に使用する。また、学会発表にも使用する。
初期-後期エンドソーム移行による神経突起伸長制御機構の解明

本研究では初期-後期エンドソーム転移が関与する神経突起伸長機構のSoloならびにRho GTPase、class C VPS/HOPSコンポーネントが働く分子メカニズムに注目して研究を進めた。その結果、Soloの下流でRacが作用し、VPS39が突起伸長に重要な役割を担っている事が示唆された。また、モデル動物でのシリコンチューブ連結における神経再生モデル系を構築し、in vivoで軸索伸長系に対する種々の細胞や薬剤等の投与実験を行うことができる再生評価系を確立することができた。本年度は初期エンドソームから後期エンドソームの移行に必須のclass C VPS/HOPの構成要素であるV PS11,VPS16,VPS18,VPS33,VPS39,VPS41の働きを抑制するsiRNAを神経細胞に対して導入し、同時にニューロン特異的な転写プロモーターによって赤色蛍光タンパクを導入することで遺伝子導入ニューロンにおいてのみ特異的に神経突起の形態を観察した。また、初期エンドソームから後期エンドソームの移行を制御する事で神経突起伸長に関わる分子であるSoloならびに下流のRho small GTPaseファミリー分子群Racl,Rho A, CDC42等に対するドミナントアクティブ活性化型とドミナントネガティブ抑制型構築を作製しin uteroエレクトロポレーション法によりin vivoの神経細胞に対してSolo活性化状態下で導入実験を行った結果、Rac1が重要な役割を担っている事が示唆される結果を得ることが出来た。さらにラット顔面神経切断後のコラーゲンゲルを充填シリコンチューブ連結系における神経再生評価モデル系を確立し、Tissue Engineering誌に報告することができた。この実験系においては透明のシリコンチューブを用いており再生神経を外部から視覚的に観察できことから初期エンドソームから後期エンドソームの移行にかかわるSoloならびに下流のRho smallGTPaseファミリー分子群を用いてリアルタイム評価系でin vivoの実証実験を行う事ができる。今後、シリコンチューブ内部へ種々の初期エンドソームから後期エンドソームの移行阻害剤やsiRNAを導入して神経再生への関与を証明する実験を行ってゆくことが重要であると考えられた。初期エンドソームから後期エンドソームの移行に関与するclass C VPS/HOPの構成要素群の働きを抑制するsiRNAを神経細胞に対して導入し、神経突起の形態変化を解析する実験系を確立できた。また、初期エンドソームから後期エンドソームの移行を制御する事で神経突起伸長に関わる分子Soloならびに下流のRho small GTPaseファミリー分子群のin uteroの胎児脳内の神経細胞に対するSolo活性化実験系が確立できた。これらの実験系と神経系株化細胞株での験系を用いNGF受容体下流シグナル伝達における初期エンドソームから後期エンドソームの移行システムの分子機能制御への関与を示唆する結果を得た。今後は、NGFのP75受容体に着目してP75受容体シグナル伝達系の抑制実験とエンドソーム移行系との関連に着目して研究を進めるべきであると考えられた。一方、ラット顔面神経切断後のコラーゲンゲル充填シリコンチューブ連結系における神経再生評価モデル系をこれまでに確立し、Tissue Engineering誌に報告することができていた。今年度は東京女子医大の研究グループとの共同研究で、人に近い大型のモデル動物であるブタでシリコンチューブ連結系における神経再生モデル系を構築し、in vivoで軸索伸長系に対する種々の細胞や薬剤等の投与実験を行うことができる評価系を確立することができた(ノタでの研究成果は現在、論文投稿中である)。今後、シリコンチューブ内部へ種々の初期エンドソームから後期エンドソームの移行阻害剤やsiRNAを導入して神経再生への関与を証明する実験を行い、本研究成果を応用研究へ発展させることが重要であると考えられた。
養殖場の物質循環

200海里時代をむかえ沿岸海域における栽培漁業の重要性はますます増大してきているが,養殖場は密殖によると思われる赤潮も魚病の発生に悩まされて,その漁場価値を低下しつつある.本研究の目的は愛媛県南部,宇和島湾のハマチ養殖場で過去3年間行ってきた環境調査結果をもとにして,養殖場の物質環境を精度良く再現できる数値生態モデルを作製して,赤潮や魚病の発生しない養殖場の環境を保持するための最適ハマチ養殖密度,投餌量を明らかにすることである.本年度は昭和5961年度地元漁協の依頼で行った環境調査結果(水温,塩分,流向,流速,溶存酵素, NH_4, No_2, No_3, PO_4, OC,べントスの季節変動)を整理してデータベースを作製した.そしてこのデータベースをもとにして宇和島湾のハマチ養殖場の有機炭素(OC)と溶存酵素量の季節変動が再現できるような数値生態モデルを作製した.この数値生態モデルで計算された有機炭素の沈降量の季節変動はセディメント・トラップ実験により得られた現場観測値をよく再現しており,このモデルの有用性がまず実証された.このモデルで得られた有機炭素沈降量の50%以上は残餌で占められており,今後餌を与える量を少なくすべきことが示唆される.得られた観測・計算結果をもとに現地漁民と議論を行って,様々な養殖密度,技餌量に関する数値実験をくり返し,宇和島湾のハマチ養殖場における最適養殖密度,最適技餌量を明らかにし,さらに今後の沿岸海域における養殖場の在り方を明らかにしていく予定である.200海里時代をむかえ沿岸海域における栽培漁業の重要性はますます増大してきているが,養殖場は密殖によると思われる赤潮も魚病の発生に悩まされて,その漁場価値を低下しつつある.本研究の目的は愛媛県南部,宇和島湾のハマチ養殖場で過去3年間行ってきた環境調査結果をもとにして,養殖場の物質環境を精度良く再現できる数値生態モデルを作製して,赤潮や魚病の発生しない養殖場の環境を保持するための最適ハマチ養殖密度,投餌量を明らかにすることである.本年度は昭和5961年度地元漁協の依頼で行った環境調査結果(水温,塩分,流向,流速,溶存酵素, NH_4, No_2, No_3, PO_4, OC,べントスの季節変動)を整理してデータベースを作製した.そしてこのデータベースをもとにして宇和島湾のハマチ養殖場の有機炭素(OC)と溶存酵素量の季節変動が再現できるような数値生態モデルを作製した.この数値生態モデルで計算された有機炭素の沈降量の季節変動はセディメント・トラップ実験により得られた現場観測値をよく再現しており,このモデルの有用性がまず実証された.このモデルで得られた有機炭素沈降量の50%以上は残餌で占められており,今後餌を与える量を少なくすべきことが示唆される.得られた観測・計算結果をもとに現地漁民と議論を行って,様々な養殖密度,技餌量に関する数値実験をくり返し,宇和島湾のハマチ養殖場における最適養殖密度,最適技餌量を明らかにし,さらに今後の沿岸海域における養殖場の在り方を明らかにしていく予定である.
ヒト免疫不全ウイルスによらない後天性細胞性免疫不全症の原因と病態に関する研究

後天性免疫不全症候群(エイズ)の大部分はヒト免疫不全ウイルス(HIV)の感染によるものであるが、ごく一部に特発性CD4陽性T細胞減少症(ICL)によるものがある。今回我々の施設を受診した患者の中にICLと考えられる者を4名見出したので、その原因がhuman intracisternal retrovirus(HICRV)によるものかどうかを検討し、また細胞性免疫以外の生体防御能をみるために好中球のスーパーオキサイド(SO)産生能を検討した。症例1は27才女性。結核性胸膜炎で入院、CD4細胞数3070個/μ〓、抗HIV抗体(-)。胸膜炎は短期間で治癒したがCD4細胞数は依然低く、5年後でも318個/μ〓である。症例2は28才男性。帯状疱疹が生じ受診。CD4細胞数692個/μ〓。抗HIV抗体(-)。3ヶ月後CD4細胞数207個/μ〓に減少。症例3は34才男性。HIV感染を案じて来院したが抗体(-)。CD4細胞数348個/μ〓。その後2年間にわたり度々CD4細胞数を測定しているが220個330個/μ〓と常に低値。日和見感染症はない。症例4は28才男性。CD4細胞数は240個/μ〓と低値。その後5年間にわたり経過観察しているが300個680個/μ〓の間を上下している。日和見感染症はない。患者リンパ球および血清を健常人リンパ球と長期間培養したが、合胞体形成や細胞障害性などウイルスの感染を示唆する変化は見られず、培養上清中に逆転写酵素活性も確認されなかった。また患者血清のウェスタンブロット法でもHICRVに対する抗体は認められなかった(名古屋市大医学部岡本尚博士との協同研究)。一方、好中球機能のSO産生能はルミノールを用いケミルミネッセンス(CL)法で測定した。対照として健常人16名、およびHIV感染者18名の好中球機能を合わせて検討した。HIV感染者では病期に関係なくザイモサンによるCLは有意に低下している反面、細胞内情報伝達系を直接刺激するPMAによるCL反応は亢進していた。ICL4名ではザイモサン刺激時もPMA刺激時も健常人のものと大差なく、HIV感染症の場合とは異なることが示された。症例1は27才女性。症例2は28才男性。帯状疱疹が生じ受診。抗HIV抗体(-)。症例3は34才男性。日和見感染症はない。症例4は28才男性。日和見感染症はない。
感情障害の細胞遺伝学的・遺伝子工学的研究

1.目的本研究は、感情障害家系のRFLPによる遺伝子連鎖分析を行い、感情障害の責任遺伝子座位をあきらかにするとともに、Egelandらの結果ないしGurlingら、Gershonらの結果の検討を行うことを目的として立案された。2.対象と方法対象・以下の手続によって選び出された発端者とその家族を対象とした。(1)昭和63年4月1日より5月31日の間に帝京大学医学部附属病院精神科外来を受診した患者の内からカルテ記載によって感情障害と診断され、かつ第三度親族内に2名以上の精神障害者を持つ患者を選び出す。(2)これらの患者について、各担当医がRDCによる診断を行ない、感情障害と診断された患者を選び出す。(3)これらの患者とその家族に対して、研究の趣旨を説明し、研究の同意を得る。同意を得られた者を発端者とする。以上の手続によって選ばれた三家系16名(罹患者7名、非罹患者16名)を対象とした。方法・これら16名について説明、採血を行い白血球DNAを抽出し制限酵素PvuII、SacIで切断、通常のサザンブロット法によって11番染色体短腕末端部にあるインスリン遺伝子及び癌遺伝子Ha-ras-1のプローブを用いてRFLPを分析した。現在これらの結果を用いて罹患者との連鎖分析、検定を行っている。しかし、統計的検定を行うにたる症例数には至らなかった。なお、来年度以降さらに症例を蓄積し、また11番染色体以外のCandidate geneについても分析を行う予定である。
ヒトiPS細胞による多発性嚢胞腎組織発生モデルの開発

本研究は、平成27年度から29年度において、難病に指定されている常染色体優性多発性嚢胞腎(ADPKD)の治療創薬のため、iPS細胞の技術を利用する。本研究ではADPKD患者からiPS細胞を樹立し、さらに樹立したiPS細胞から、動物個体を用いて奇形腫へ分化させる手法を応用し、ADPKDの臓器病態モデルを作成する。作成した臓器病態モデルの遺伝子解析、メタボローム解析を行い、解析によって得られた遺伝子異常、情報伝達系、酵素活性異常から治療薬を探索する。ADPKD患者からのiPS細胞樹立を試みた。まずADPKD患者の皮膚の初代培養からiPS細胞樹立を行う前に、セルラインからのiPS細胞樹立をこころみた。山中4因子(Oct3/4,NANOG, KLF-4, c-MYC)をレトロウイルスベクターを用いて導入し、フィーダー細胞上で培養した。得られたコロニーよりiPS細胞の未分化マーカーを確認したが、未分化マーカーの一部で発現が見られず、精度の高いiPS細胞樹立には未だ至っていない。技術的な面と、導入する遺伝子の組み合わせの問題があると考えられ、現在検討中である。常染色体優性多発性嚢胞腎(ADPKD)は、ほぼ全例で腎容積(TKV)が増大する。TKVが大きいほど、腎機能が低下するが、TKVの測定方法が確立していない。多くの場合、臨床では楕円法(π/6 x長径x短径x高さ)で計算されるが、測定者間および測定者内でも10%近い誤差が生じるため楕円法によるTKVはあまりにも不確実である。正確かつ簡便なTKV測定方法を確立するためにSYNAPSE VINCENT嚢胞腎追跡アプリケーションを開発した。楕円法(r = 0.9504)と比較して、Vincent法(r = 0.9968)は高い相関係数であった。また楕円法では正確な腎容積と14.2% ±22.0%の差があるのに対して、Vincent法では0.6% ±6.0%であった。また、cAMPとバソプレシンがADPKDの病勢進行に関与することが知られ、バソプレシンの前駆物質であるコペプチンの血中代理マーカーとしての検討はすでに報告されているが、いまだ確立していない。しかし、尿中コペプチンの濃度がADPKD患者の重症度と関連があるかどうかは知られていない。そこでCKDステージ1-4のADPKD患者で尿中コペプチン濃度(u-copeptin)をELISAで測定し、eGFR、総腎臓容積(TKV)と身長補正したTKV(htTKV)を含む臨床パラメータと比較した。u-copeptin/u-CrはTKV(R = 0.351, p = 0.014)、htTKV(R = 0.383, p = 0.008)と有意に相関し、eGFR(R = -0.304, p = 0.036)と有意に逆相関した。したがってu-copeptin/u-CrはADPKDの重症度に関するマーカーと考えられた。以上のようなADPKDの進行における有用な代理マーカーが、今後iPS細胞によるモデルの寄与すると考える。まず、ADPKD患者の皮膚初代培養からiPS細胞樹立を行う前に、セルラインからiPS細胞樹立を試みた。山中4因子(Oct 3/4, NANOG, KLF-4, c-MYC)をレトロウイルスベクターを用いて導入し、フィーダー細胞上で培養した。得られたコロニーよりiPS細胞の未分化マーカーを確認したが、一部で十分な発現が見られず、精度の高いiPS細胞樹立には至っていない。技術面と導入遺伝子の組み合わせの問題が原因と考えられ、現在検討中である。常染色体優性多発性嚢胞腎(Autosomal Dominant Polycystic Kidney Disease:ADPKD)は最も多い遺伝性腎疾患であり、本邦では患者数は約31,000人と推計され、3,0007,000人に一人の頻度と報告されている。責任遺伝子としてPKD1とPKD2が知られているが、末期腎不全発症年齢中央値はPKD1 54歳、PKD2 74歳と、責任遺伝子がPKD1の方が腎機能低下が早い。さらに遺伝子型でもtruncating mutationの方がnon-truncating mutationよりも腎機能低下が早く、また責任遺伝子変異が同じ家系内であっても末期腎不全に至る年齢が異なる。したがってADPKDでは責任遺伝子以外に、modifier geneが腎機能低下などの病勢の進行に影響すると考えられている。現在ADPKDに対する唯一の根本的治療薬はバソプレシンV2受容体拮抗薬トルバプタンであり腎容積増大速度および腎機能低下速度の有意な抑制が報告されているが、有効性を示す代理マーカーは知られていない。PKD1, PKD2以外にヒトや動物の腎嚢胞性疾患に関係する遺伝子は100以上知られている。われわれは日本のADPKD 100症例のDNAサンプルを用いて、これら114遺伝子について次世代シークエンサーを用いて、全エクソンシークエンスを行い、両側腎容積増大速度との関連を検討した。100人中60例(60 %)に114遺伝子中48遺伝子に病的変異を認めた。これらの遺伝子に変異が見られない群ではコントロール群とトルバプタン投与群の腎容積増大率の有意差は認められなかった(p = 0.1734)。

しかし、遺伝子変異が見られた群ではトルバプタン投与群がコントロール群よりも有意に腎容積増大率が低かった(p = 0.0038)。そのため、腎嚢胞関連遺伝子の変異はトルバプタン有効性を見る代理マーカーと考えられた。引き続きiPS細胞の樹立に向け、導入する遺伝子の変更(LIN28を加えるなど)や、遺伝子導入の方法についてレトロウイルスベクター以外の方法も試みる。手法が確立されれば、ADPKD患者の皮膚を採取し、初代培養をおこない、この細胞からiPS細胞を樹立する。作成したiPS細胞を用いて、NOD/SCIDマウスに奇形腫を形成させ、臓器病態モデルを作成し、解析を行う。引き続きiPS細胞の樹立に向け導入する遺伝子の変異(LIN28)や、遺伝子導入方法についてレトロウイルスベクター以外の方法を試みる。方法が確立されれば、ADPKD患者の皮膚から初代培養を行いiPS細胞を樹立する。作成したiPS細胞を用いてMOD/SCIDマウスに奇形腫を発生させ、臓器病態モデルを作成し、ヒトで有用であった代理マーカーの発現など解析を行う。腎嚢胞性疾患
ボーリング削掘調査による北海道北部,利尻島周辺における後氷期以降の古環境変遷

研究の背景と目的:北海道北部に位置する利尻島は,全域が利尻火山からなる.利尻島における最終氷期から現在に至るまでの古環境変遷については,これまで議論されていない.姫沼は,利尻島北麓における扇状地面上の円形の凹地(以下,姫沼凹地と呼ぶ)に位置し,大正期に堰堤を建設したことによって湧水で涵養された人造湖である.堰堤の設置までは,姫沼凹地内は森林であった.凹地自体の成因は不明である.凹地には大規模な流入・流出河川が認められないので,凹地内の堆積物は保存が良い可能性が高い.したがって,姫沼凹地の堆積物を記載することで,凹地の形成と火山活動の関係や,最終氷期最寒冷期の古環境を議論することができる.以上の背景から,本研究は姫沼凹地におけるボーリング掘削によるコア試料の岩相記載や地形測量の結果から,姫沼の形成史について明らかにする.結果と考察:現在の姫沼湖岸(陸域)においてボーリング掘削等による堆積物の記載を行った結果,表層部には湖成堆積物が認められた.つまり,過去に現在の姫沼より大規模な「古姫沼」が存在したこととなる.同時に,凹地内には複数段の湖岸段丘が認められたので,古姫沼の湖面は現在よりも最大で約5m高い時期があったことが明らかとなった.ボーリングコア試料を用いた年代測定の結果,湖成層が約192kaの間に堆積したことが明らかとなった.つまり,古姫沼は最終氷期最寒冷期直後から連続して存在し,約2千年前には姫沼凹地内が森林化したことが明らかとなった.また,姫沼凹地が位置する扇状地は,約43万年前頃に主要部が堆積したことが明らかとなったので,凹地の形成はこの時代より新しい.今後の展開:現在,コア試料の花粉分析・大型植物遺体分析に取り組んでいる.今後,これらの分析結果から,最終氷期から現在に至るまでの環境変化を議論する予定である.研究の背景と目的:北海道北部に位置する利尻島は,全域が利尻火山からなる.利尻島における最終氷期から現在に至るまでの古環境変遷については,これまで議論されていない.姫沼は,利尻島北麓における扇状地面上の円形の凹地(以下,姫沼凹地と呼ぶ)に位置し,大正期に堰堤を建設したことによって湧水で涵養された人造湖である.堰堤の設置までは,姫沼凹地内は森林であった.凹地自体の成因は不明である.凹地には大規模な流入・流出河川が認められないので,凹地内の堆積物は保存が良い可能性が高い.したがって,姫沼凹地の堆積物を記載することで,凹地の形成と火山活動の関係や,最終氷期最寒冷期の古環境を議論することができる.以上の背景から,本研究は姫沼凹地におけるボーリング掘削によるコア試料の岩相記載や地形測量の結果から,姫沼の形成史について明らかにする.結果と考察:現在の姫沼湖岸(陸域)においてボーリング掘削等による堆積物の記載を行った結果,表層部には湖成堆積物が認められた.つまり,過去に現在の姫沼より大規模な「古姫沼」が存在したこととなる.同時に,凹地内には複数段の湖岸段丘が認められたので,古姫沼の湖面は現在よりも最大で約5m高い時期があったことが明らかとなった.ボーリングコア試料を用いた年代測定の結果,湖成層が約192kaの間に堆積したことが明らかとなった.つまり,古姫沼は最終氷期最寒冷期直後から連続して存在し,約2千年前には姫沼凹地内が森林化したことが明らかとなった.また,姫沼凹地が位置する扇状地は,約43万年前頃に主要部が堆積したことが明らかとなったので,凹地の形成はこの時代より新しい.今後の展開:現在,コア試料の花粉分析・大型植物遺体分析に取り組んでいる.今後,これらの分析結果から,最終氷期から現在に至るまでの環境変化を議論する予定である.
中枢神経損傷後の感覚障害に対する幹細胞治療と運動介入を併用した新規治療法の開発

本研究では中枢神経疾患に対する再生医療とリハビリテーションを併用した効果的な治療戦略の開発を行うことを目的とした。中枢神経疾患モデルとして脳損傷マウスを用い、間葉系幹細胞の移植ならびにリハビリテーション介入を行う。移植後より経時的に運動機能評価および感覚機能評価を実施し、単独介入や併用による機能改善効果を検討する。機能改善に関与するメカニズムとして、急性期では炎症等による損傷拡大の抑制を、慢性期では神経修復機構の活性化に着目して検討を行う。
超LSI製造用ガスフローメーターステンレス細管内壁の超精密研磨

内径1mm以下の極細ステンレス鋼管の内壁面を精密に研磨するために,スラリー高速流動法による研磨法を創案し,本研磨法について実験,理論の両面から検討を行なった.製作した研磨装置は,長尺の極細管の内壁研磨に対応でき,かつ,管の左右端に対してスラリーを往復動させることが可能な構造となっている.管径の異なるステンレス鋼管細管(内径0.28,0.4,0.6mm)の内壁面の研磨を試み,砥粒濃度,砥粒径,細管内径,スラリー注送圧力の影響などの検討を行い,本研磨法の有効性を明らかした.素管内壁の面粗さは,パス回数(スラリーの管内通過数)の増加とともに次第に低減し,その低減の度合は数パス回数の所で大きく,その後漸減状態となって飽和する.細粒よりも粗粒の方が面粗さの低減に効果がある.粗粒による研磨において粗さが飽和した時点で,スラリーを細粒のものに交換し,継続して研磨を行うこと(二段階研磨)によって,さらに粗さを低減できる.SEM観察の結果,素管内壁面に見られるテクスチャー(微細な凹凸模様)はパス回数とともに次第に消滅していく.研磨メカニズムに関して解析的に検討を行った.スラリーの平均流速を測定してレイノルズ数を求めた結果,管内のスラリーの流れは乱流であると考えられるので,スラリーの流速分布に乱流における1/7乗則を用い,細管内壁面の突起高さを考慮して,粗さの低減過程をシミュレーションできることを示した.研磨後の細管に一定流量の窒素ガスを流した時の差圧(大気圧と管内を流れるガス圧力との差)を測定した.差圧に及ぼす管径の違いの影響を補正することで,壁面の粗さと差圧との間に成立する普遍的な実験式が見いだされ,仕上げの程度を差圧測定によって評価できることが分かった.内径1mm以下の極細ステンレス鋼管の内壁面を精密に研磨するために,スラリー高速流動法による研磨法を創案し,本研磨法について実験,理論の両面から検討を行なった.製作した研磨装置は,長尺の極細管の内壁研磨に対応でき,かつ,管の左右端に対してスラリーを往復動させることが可能な構造となっている.管径の異なるステンレス鋼管細管(内径0.28,0.4,0.6mm)の内壁面の研磨を試み,砥粒濃度,砥粒径,細管内径,スラリー注送圧力の影響などの検討を行い,本研磨法の有効性を明らかした.素管内壁の面粗さは,パス回数(スラリーの管内通過数)の増加とともに次第に低減し,その低減の度合は数パス回数の所で大きく,その後漸減状態となって飽和する.細粒よりも粗粒の方が面粗さの低減に効果がある.粗粒による研磨において粗さが飽和した時点で,スラリーを細粒のものに交換し,継続して研磨を行うこと(二段階研磨)によって,さらに粗さを低減できる.SEM観察の結果,素管内壁面に見られるテクスチャー(微細な凹凸模様)はパス回数とともに次第に消滅していく.研磨メカニズムに関して解析的に検討を行った.スラリーの平均流速を測定してレイノルズ数を求めた結果,管内のスラリーの流れは乱流であると考えられるので,スラリーの流速分布に乱流における1/7乗則を用い,細管内壁面の突起高さを考慮して,粗さの低減過程をシミュレーションできることを示した.研磨後の細管に一定流量の窒素ガスを流した時の差圧(大気圧と管内を流れるガス圧力との差)を測定した.差圧に及ぼす管径の違いの影響を補正することで,壁面の粗さと差圧との間に成立する普遍的な実験式が見いだされ,仕上げの程度を差圧測定によって評価できることが分かった.内径1mm以下の極細ステンレス鋼管の内壁面を精密に研磨するために,スラリーの高速流動研磨法を創案し,実験装置の検討を行なった.装置は,長尺の極細管の内壁研磨に対応でき,かつ,管の左右端に対してスラリーを往復動させることが可能で,実験中スラリーが漏洩しない構造であること,等に留意して設計を行なった.設計図を書き装置の製作を行なった.途中諸種の不具合が生じたが,工夫を凝らしてその都度改善を図った.その結果,装置は所期の研磨性能を有することが明らかになった.内径0.28mmのステンレス鋼管細管の内壁面の研磨を試みた結果,パス回数(スラリーの管内通過数)を増すにつれて素管内壁面の面粗さが次第に低減していくことがわかった.低減の度合は数パス回数の所で多く,その後漸減状態となる.また,砥粒が細粒よりも粗粒の方が面粗さの低減に効果があることがわかった.SEM観察の結果,素管内壁面に見られるテクスチャー(微細な凹凸模様)はパス回数とともに次第に消滅していくことがわかった.内壁面は平滑化されていく.管内を流れるスラリーは乱流となっており,相当の運動エネルギーを持った砥粒が壁面に衝突・引っかき作用を営むことによって面粗さが改善されるものと推察される.内径1mm以下極細ステンレス鋼管の内壁面を精密に研磨するために,スラリーの高速流動研磨法を創案し,本研磨法について実験的検討を行った.設計・制作した実験装置は,長尺の極細管の内壁研磨に対応でき,かつ,管の左右端に対してスラリーを往復運動させることが可能な構造である.管径の異なるステンレス鋼管細管(内径0.28,0.4,0.6mm)の内壁面の研磨を試みた結果,パス回数(スラリーの管内通過数)を増すにつれて素管内壁面の面粗さが次第に低減していくことがわかった.

低減の度合は数パス回数の所で多く,その後漸減状態となって飽和する.また,砥粒が細粒よりも粗粒の方が面粗さの低減に効果があることがわかった.粗粒による研磨において粗さが飽和した時点で,スラリーを細粒そのものに交換し,継続して研磨を行うことによって,さらに粗さが低減することができた.研磨後の細管に一定流量の窒素ガスを流し,その時の差圧を測定した.差圧と粗さとの間に密接な関係があり,両者間に成立する実験式が見いだされた.SEM観察の結果、素管内壁面に見られるテクスチャー(微細な凹凸模様)はパス回数とともに次第に消滅していくことがわかった.内壁面は平滑化されていく.管内を流れるスラリーは乱流となっており,相当の運動エネルギーを持った砥粒が壁面に衝突・引っかき作用を営むことによって面粗さが改善されるものと推察される.内径1mm以下の極細ステンレス鋼管の内壁面を精密に研磨するために,スラリーの高速流動研磨法を創案し,実験装置を設計・製作して本研磨法について,砥粒濃度,砥粒径,細管内径,スラリー注送圧力の影響などの検討を行い,研磨装置の性能に関して検討を重ねてきた.その結果,パス回数(スラリーの管内通過数)を増すにつれて素管内壁面の面粗さが次第に低減し,研磨装置は所期の性能を有することが明らかとなった.研磨メカニズムに関して解析的に検討を行った.管内のスラリー流動状態を知るために平均流速を測定してレイノルズ数を求めた結果,乱流であることを確認した.さらに,管内での速度分布として乱流における1/7乗則を用い,細管内壁面の突起高さを考慮することによって,粗さの低減過程をシミュレーションして実験結果を説明できることを示した.研磨後の細管に一定流量の窒素ガスを流し,その時の差圧(大気圧と管内を流れるガス圧力との差)を測定した.差圧と内壁面粗さとの間には密接な関係が見いだされ,仕上げの程度を差圧測定によって評価できることが分かった.さらに,差圧は管の内径にも依存するが,管径の違いによる差圧の違いを補正してやることにより,壁面の粗さと差圧との間に成立する普遍的な実験式が見いだされた.
大阪市における小・中学生の動植物に対する体験・認識に関する調査研究

○研究の目的2001年と同様の調査を実施し、大阪市内小・中学生の動植物を実際に見た経験率、採集した経験率、名前や生息環境の認識度が、10年を隔てた2時点でどのように変化したかを把握することによって、自然事象を生かした環境教育を進める際の改善の方向性を見出す。○研究の方法2001年と同様の178校(大阪市内の各行政区から無作為二段抽出法により選んだ公立の小・中学校)における該当学年の1学級に所属する児童生徒を対象に、大阪市内に生息する動植物18種類の生態写真とそれらが生息する環境を印刷した質問紙を用いて、動植物に対する直接経験の程度や動植物の名前と生息環境の認識度を調査した。2001年、2011年ともに11月に実施。○研究の成果有効回答数は5081である。調査の結果、(1)動植物を実際に見た経験率、採集した経験率が2001年に比べて2011年の方が高いのは5種、13種については両年の経験率に大差はない。(2)動植物の名前の認識度が2001年に比べて2011年の方が高いのは5種、両年の認識度に大差がないのが11種、2011年の方が低いのは2種である。(3)動植物の生息環境の認識度が2001年に比べて2011年の方が高いのは11種、両年に大差がないのは7種、2011年の方が低いのは1種である。(4)2001年と2011年の両年で、動植物を見ただけの経験者グループ(群)より、採集した経験者グループ(群)の方が、動植物の名前や生息環境を正しく指摘できる割合が高いことが明らかになった。以上から、今後も、学校内等に野生生物の生息空間を整備するとともに、それを活用した学習プログラムを開発・実践する必要性が示唆された。
超高真空原子間力顕微鏡のための“その場"単原子探針形成法と組成制御法の研究

AFM用市販カンチレバー/探針は、未知の有機汚染物の付着や、自然酸化膜が形成されている。独自の手法により汚染層及び自然酸化膜層を除去した後、探針の原子レベルの先鋭化を行った。探針の評価として走査型オージェ電子分光顕微鏡を用いた組成分析とSEM像観察を行った。また、AFMチャンバー内での探針のその場評価として電界放射顕微鏡(FEM)像を観察した。1.有機汚染物と自然酸化膜の除去法の確立市販カンチレバー/探針を酸素中に導入し紫外線を照射し、有機汚染層を除去する。次にUHV中に導入し、Arイオンスパッタを4方向から行う。スパッタによる表面の荒れを最小限にするため加速電圧は2kVとした。続いてカンチレバーを通電加熱することにより安定な探針にできる。2.熱酸化によるシリコン探針の先鋭化先端半径が20nm程度のシリコン探針を熱酸化すると、酸化の面方位と曲率依存性により酸化膜の内部により先鋭化されたシリコン層が形成される。この探針表面のシリコン酸化膜だけを除去する。(1)フッ化水素酸処理:探針先端のみをフッ化水素酸水溶液に浸せる装置を試作し、熱酸化により形成した酸化膜を除去した。しかし、大気中で行ったため清浄化探針は再び有機汚染された。(2)UHV中EB照射下加熱:表面が酸化されたシリコンをUHV中で加熱すると界面付近のSiも酸化物と共に脱離する。EBを照射しながら加熱するとSi-O結合が切れやすくなりシリコン酸化物のみを脱離させることができた。EFM像が見える電圧を探針に印加しながら800度程度に加熱することによって探針先端に異方的な張力を働かせた結果、FEM像は4回対称性を持った輝点に変化した。探針の軸である[100]軸を中心とした4回対称性のファセット面で先端が囲まれ頂点が形成されたものと推測される。本研究の目的は、AFMが常に安定した原子像を与え、また、原子オーダーで試料表面のポテンシャル場を精確に測定可能にする「単原子探針」を市販カンチレバ-上の探針を用いて、AFM用UHVチャンバー内で形成する技術を確立することである。市販カンチレバ-/探針は、製作後、大気中で保管されるため、未知の有機汚染物の付着や、自然酸化膜が形成されている。本年度は走査型オージェ電子分光顕微鏡(SAM)のUHVチャンバー内で、Si探針に以下の処理を行い、SAMのSEM機能で先端形状を観察し、探針先端のオージェスペクトルから、組成分析を行った。使用したカンチレバ-はピエゾ抵抗型カンチレバ-で、ピエゾ抵抗体部の抵抗は約2kΩであり、外部回路を用いて容易に通電加熱できる特徴を備えている。カンチレバ-の通電加熱の有効性は本研究で初めて示された。1.電子線(EB)照射及び、加熱による有機汚染物と自然酸化膜の除去800度以上で、長時間加熱すると探針先端は表面張力により丸くなる。そこで、加熱温度は700度以下とした。UHV中で、700度以下の加熱だけでは有機汚染物及び、自然酸化膜の除去速度が遅く実用的ではなかった。38mA/cm^2程度のド-ズレイトでEBを照射しながら加熱することによりSiーO結合が切れやすくなり、700度程度の加熱でも自然酸化膜の除去が可能である。有機汚染層の減少も確認できたが、この条件ではSi-C結合は完全には除去できない。2.Arイオンスパッタによる有機汚染物と自然酸化膜の除去Arイオンスパッタを探針先端に対して4方向から行った。加速電圧が高いと、探針先端のダメ-ジが大きく、低いとスパッタされない。加速電圧:2kV、1方向にあたり10分間のスパッタ条件で、先端半径は20nmに維持しながら、清浄なSi表面を露出させることができた。

EBを照射しながら加熱するとSi-O結合が切れやすくなりシリコン酸化物のみを脱離させることができた。EFM像が見える電圧を探針に印加しながら800度程度に加熱することによって探針先端に異方的な張力を働かせた結果、FEM像は4回対称性を持った輝点に変化した。探針の軸である[100]軸を中心とした4回対称性のファセット面で先端が囲まれ頂点が形成されたものと推測される。