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半導体量子ドットにおける正孔g因子制御と初期化技術の開発

超微細相互作用によるスピン緩和を受けにくく,電子より長いコヒーレンスが期待される重い正孔スピンに着目し,スピン操作の鍵となるg因子制御とスピンダイナミクスの検出手法の開発に着手した.まず,正孔g因子とスピンコヒーレンスに影響を及ぼす価電子帯混合に注目し,外部歪みによる制御デバイス作製に着手すると共に,単一量子リング試料を用いて,歪み誘起価電子帯混合と正孔g因子の相関を実験的に調べた.また,現行の時間分解カー回転測定系の検出感度向上に努めて,負のトリオン生成ダイナミクスに関する知見を得たことに加え,ハンル測定を単一量子ドットに適用し,光誘起核スピン分極に起因するハンルカーブの異常を観測した.半導体ナノ構造に局在する正孔スピンは,電子スピンに比べて結晶を構成する原子核スピンとの磁気的相互作用(超微細相互作用)が弱く,長いコヒーレンス時間が見込まれることから,我々は正孔を用いたスピンの任意操作を目指している.これまでに,正孔スピンコヒーレンスの上限を決める超微細相互作用の強さと,スピン操作の鍵となる正孔g因子が重い正孔-軽い正孔間の状態混合(価電子帯混合)と密接に関連することを明らかにしてきた.H26年度は,次の項目に着手し,成果を得た.1) In(Ga)As量子リングにおける正孔および電子スピンの結晶成長方向g因子の個別評価と,歪み誘起価電子帯混合度の評価から,両者の相関を実験的に明らかにした.本研究課題で着手する正孔スピンの初期化技術は,正孔g因子制御に基礎を置くものであることから,これに関する知見を得ることは重要であり,この成果を学術論文誌に発表した.更に,面内方向のg因子評価にも着手しており,正孔g因子が面内・面直の両方向において異方性を持つことを明らかにすると共に,理論計算による考察から,外部歪みを用いた正孔g因子制御の可能性に関する検討を進めている.この成果については,H27年度に開催される国際会議で発表する予定である.H27年度は,今年度導入した試料回転機構を活用して,g因子の面内異方性についてより系統的なデータを蓄積することに加え,圧電素子に試料を貼り付けて,外部歪みによる正孔g因子制御の実証を継続する.2)正孔スピンコヒーレンス測定および光ポンピングの実証に有効なカー回転分光法の感度を上げる努力をするとともに,CdTe量子井戸において,負の荷電励起子生成のダイナミクスがスピン歳差運動の初期位相に与える影響を解明した.この成果は,本研究で対象とする正の荷電励起子にも適用できるものであり,重要である.量子ナノ構造に局在する正孔スピンは,結晶格子核とのスピン交換相互作用である超微細相互作用が電子に比べて弱く,長いスピンコヒーレンス時間を持つことが期待されるため,我々は,正孔スピンの初期化技術の開発および任意操作の実証を目指している.H27年度は,以下の項目に着手した.1)スピン操作を実証する上で,符号反転を含む正孔g因子制御は必須課題である.これまで自己集合In(Ga)As量子リング試料を用いて,面直方向の電子・正孔g因子と価電子帯混合(重い正孔-軽い正孔間の状態混合)の相関を実測してきたが,H27年度は,それと直交する面内g因子を含めて,より包括的な議論を展開し,正孔g因子が面内と面直の両方に大きな異方性を持つことを見出した.また,台湾国立交通大学の鄭舜仁教授(理論グループ)と外部歪みを用いたg因子制御に関する検討を進め,国際会議のプロシーディングを共著で発表した.更に,量子ナノ構造の形状・歪み分布異方性との関連の議論に加え,圧電素子を用いた正孔g因子の外部歪み制御に必要なプロセス技術を習得した.これらの成果は,H28年度に開催される国際会議で発表する.2) H26年度から継続している正孔スピンコヒーレンス測定および初期化の実証に有効なカー回転分光法の検出感度向上に努めると共に,H27年度から新規に定常発光の円偏光度を用いたハンル測定に着手した.ビームディスプレイサーを使った偏光同時検出光学系を導入することで,微弱な発光でも,安定かつ高精度の円偏光度評価が可能となった.自己集合単一InAlAs量子ドットにハンル測定を適用した所,超微細相互作用に起因するハンルカーブの異常を観測した.この効果は,価電子帯混合を誘起する残留歪みと密接に関連するため,正孔スピンコヒーレンスの伸長やg因子制御に加え,面内方向の核スピン分極形成に関する知見を得る上で重要な成果である.超微細相互作用によるスピン緩和を受けにくく,電子より長いコヒーレンスが期待される重い正孔スピンに着目し,スピン操作の鍵となるg因子制御とスピンダイナミクスの検出手法の開発に着手した.まず,正孔g因子とスピンコヒーレンスに影響を及ぼす価電子帯混合に注目し,外部歪みによる制御デバイス作製に着手すると共に,単一量子リング試料を用いて,歪み誘起価電子帯混合と正孔g因子の相関を実験的に調べた.

また,現行の時間分解カー回転測定系の検出感度向上に努めて,負のトリオン生成ダイナミクスに関する知見を得たことに加え,ハンル測定を単一量子ドットに適用し,光誘起核スピン分極に起因するハンルカーブの異常を観測した.本研究課題において,正孔g因子制御の可否が成功の鍵であり,それに向けて外部歪みと関連を持つ価電子帯混合との相関を得ることは極めて重要である.現在までに,結晶成長方向および面内方向のg因子に関するデータの蓄積が進んでおり,学術論文誌に掲載されたことはもちろん,これらの成果に関する発表は国内外での会議でも注目されている.更に,試料回転機構を導入したことで,より系統的なデータの取得が期待できることに加え,海外の大学のグループ(台湾国立交通大学,鄭舜仁教授)との共同研究により,理論計算による考察も進んでいることから,今後も継続して成果を上げることが見込まれるため,おおむね順調に進展していると言える.g因子の外部歪みによる制御には,試料の基板除去などのプロセス技術の習得が必要となるが,これはH27年度に着手する.また,単一量子ナノ構造におけるカー回転分光法の適用には,更なる感度の向上が必要となるので,これはH27年度も継続して行う.半導体光物性H26年度に引き続き,正孔スピンの初期化技術の確立を目指して,価電子帯混合による重い正孔スピンg因子の制御に加え,正孔スピンコヒーレンスの測定および光ポンピングの実証に着手する.前者については,H26年度に,歪み誘起価電子帯混合と成長方向の電子・正孔g因子の相関の実測および理論計算による考察を行った.g因子制御によるスピンの任意操作を実証するには,直交する2方向のg因子を,符号反転まで含めて制御する必要がある.H27年度は,H26年度に導入した試料回転機構を活用して,単一量子リング(もしくは量子ドット)試料の面内g因子に関する詳細な測定を行うとともに,理論計算との比較から更なる知見を得る.また,外部歪みによるg因子制御を実証するために,必要となるプロセス技術の習得に努めると共に,圧電素子を用いた外部歪み印加を行うための準備を進める.後者については,H27年度も継続してカー回転分光測定法の検出感度の向上に努めると共に,ハンル効果によるスピンコヒーレンス評価に着手する.ハンル効果測定は,測定精度の観点ではカー回転分光系より劣るが,比較的容易に取得できる発光の円偏光度をプローブとするため,信号強度が微弱な単一量子ナノ構造においても,有効であると期待される.また,正孔スピンの超微細相互作用が価電子帯混合に依存すると考えられることから,価電子帯混合度が正孔スピンコヒーレンスに与える影響についても吟味する.研究成果の報告を行うため,H26年度末に応用物理学会(第62回春季学術講演会)に参加したが,天候不良のため出張期間を短縮することとなった.そのため,旅費に差額が発生した.H27年度の旅費に充てる予定である.
説明への介入を通した授業理解の改善と学習方略としての使用の促進

今年度は2つの研究を推進した。第一に,説明活動により「自分自身が十分学習内容を理解できていなかった」という気づきを促すことで,意味理解を志向した学習方法をとる必要性が実感され,学習の仕方がより適切なものに変化するという仮説を検証した。筆者が兼任講師として担当した大学講義にて,毎授業の最後に用語説明と採点活動を実施した。全13回の授業を,介入を実施しない統制期と説明活動を実施した介入期に分け,両期にわたって学習方略を測定する質問紙を実施した。分析の結果,関連しあう内容をまとめる「体制化」の使用頻度が介入期において向上した。また,この伸びは,「分かったつもりへの気づき」(説明の前後での理解度評定の変化の程度)が大きな学生ほど大きかった。二つ目の研究として,高校教員と共同し,県立高校の「総合的な学習の時間」において学習方法を学ぶ講座を実施した。この講座では,高校生が教え手と学び手に分かれ,説明と質問を交代で行う活動を通して,学習内容を説明・質問することが理解を深める上で有効だと認識させることを狙いとしていた。計6時数を,教え合いの方法を学ぶ前半と,実際に教え合いをしたりふり返りをする後半に分け,講座を実施した。特に,前半では「学習では,情報を関連づける『理解』を目指」し,「教え合いは理解を深めるためのものだ」という原則を強調するとともに,それを実現するためのスキルを習得するアクティビティを多く実施した。8クラス中1クラスのやり取りをICレコーダーに記録し,その発話を分析したところ,「なぜ」「そもそも」といった情報の関連づけを伴う主題について積極的な説明と質問がなされたことが明らかとなった。また,講座前後の質問紙調査から,一人で学習する際にも「理解できたかを確認するため,学習内容を説明してみる」といった学習方略の使用傾向が向上したことが示された。(抄録なし)今年度は2つの研究を推進した。(抄録なし)
2次元応力評価のための平面2軸応力下磁気アコースティックエミッション挙動の解明

平面2軸圧縮応力下での測定が可能な高性能磁気AE測定システムを構築し、1単軸圧縮応力、2等2軸圧縮応力および32軸圧縮応力(主応力比1:2)の3つの平面応力状態についてニッケルおよびSM490A鋼を対象に磁気AEの測定を行った。その結果、応力状態によって、応力に対する磁気AE特性の変化挙動、および、印加磁場と主応力方向の成す角度による磁気AE特性の変化挙動が異なることが明らかになった。これにより、印加磁場方向を変化させながら磁気AEを測定することで2次元的な応力評価が可能であることを示した。当研究室で現有のAEセンサと新たに購入した高性能AE波形ディスクリミネータおよび信号処理モジュールに組み合わせた磁気AE測定システムの構築を行った。システムの構築にあたっては、市販のAE測定システムにバイポーラ電源および電磁石を組み込み、任意の周波数および強度で磁場を印加しながらAEを測定できるよう、測定プログラムの開発を行った。当測定システムにより、イベントカウントだけでなく、実効値や振幅分布、エネルギー分布等のより詳細な磁気AE特性の測定も可能となった。新たに構築した磁気AE測定システムを使用し、SS400鋼やSM490A鋼において、単軸応力と印加磁場が平行および垂直な場合の磁気AEの測定を行い、従来の磁気AE測定システムよりも印加磁場周期や測定ゲインなどの自由度が高い測定条件下で、高精度・高性能な測定が可能であることを確認した。SS400鋼やSM490A鋼について、単軸応力と印加磁場が平行および垂直となる場合についての磁化特性を測定し、速度型構成式にJiles-Athertonモデルおよび応力依存性を組み込んだ定式化を試みた。現在、応力と磁場が垂直となる場合のモデル化を進めている。また、磁化特性をべき級数展開する手法についても検討を行い、応力に対して単調変化するパラメータを特定した。単軸応力と印加磁場が垂直な場合について、研究代表者が提案してきた磁化特性に着目した磁気AE発生挙動のモデル化を行った。これにより、応力と磁場が平行な場合との挙動の相違が明らかとなり、2次元磁化および平面2軸応力下でのモデル化に必要な基礎的なデータと課題を得た。前年度構築した高性能磁気AE測定システムを用いて、ニッケルおよびSM490A鋼を対象に平面2軸圧縮応力下での磁気AE発生挙動の測定を行った。測定に際しては、研究協力者(高松)提供の平面2軸圧縮応力試験機では構築した測定システムにそのまま適用することが難しいことが判明したため、従来の試験機を参考に、サイズや固定治具に変更を施した平面2軸圧縮応力試験機を作製した。各材料について正方形の平板試験片を作成し、平面応力が1単軸圧縮応力、2等2軸圧縮応力、32軸圧縮応力(主応力比1:2)の3つの場合について測定を行った。1の測定では、従来行ってきた短冊状試験片の場合と異なり、平板試験片の場合には磁極間で磁束が一様ではなく閉じたループを描くため、印加磁場方向およびそれに垂直な方向の双方の磁気特性の変化が磁気AE発生挙動に影響することが明らかになった。また、1、2および3の場合では負荷応力に対する磁気AE特性の変化挙動が異なることがわかった。さらに、各応力状態において、印加磁場方向を主応力方向に対して変化させた場合の磁気AE測定を行ったところ、応力状態によって印加磁場と主応力方向の成す角度による磁気AE特性の変化傾向が異なることが明らかになった。これらの結果より、印加磁場方向を変化させながら磁気AEを測定することにより、どのような平面応力状態にあるか、および、主応力の方向とその強度について推定することが可能であることが示された。一方で、上述のように平板材料の平面2軸応力状態では、2次元の磁気弾性結合効果に加え、磁極間の磁束分布に基づき、磁気AE発生への磁気特性の各方向成分の寄与を考慮した合成が必要があることが明らかになったが、その具体的な磁気AE発生挙動モデルの構築は今後の課題として残った。当研究室で現有のAEセンサと新たに購入した高性能AE波形ディスクリミネータおよび信号処理モジュールに組み合わせた磁気AE測定システムを構築し、単軸応力と印加磁場が平行・垂直な場合において磁気AEと磁化特性の測定を行い、磁気AE発生挙動に与える応力と磁場のなす角度の影響を実験的に明らかにした。当該年度では、さらに単軸応力と印加磁場が任意の角度を成す場合の測定を行う予定であったが、測定システムの構築に想定より時間を要し、また、低周波数帯域・高周波数帯域のAEセンサを導入した広帯域測定システムの構築には至っておらず、実施計画の達成には至っていない。材料の2次元磁化特性をモデル化する前段階として、単軸応力と印加磁場が平行・垂直な場合について磁化特性の測定を行い、当研究室で提案する磁気弾性結合効果の現象論的定式化および、磁化特性のべき級数展開による解析を行った。

そのうえで、新しい磁気AE測定システムによる測定結果と併せて、磁気AE発生挙動のモデル化を行い、理論的に予測される磁気AE発生のメカニズムとの一致を得た。当該年度では、さらに単軸応力と印加磁場が任意の角度を成す場合の測定・解析を行う予定であったが、上述のように磁気AEの測定が予定より遅れており、実施には至っていない。磁気的非破壊評価今後は、まず、単軸応力と印加磁場とが任意の角度を成す場合の磁気AEおよび2次元磁化特性の測定を行う必要がある。その際、平面2軸応力負荷装置(研究協力者高松弘行提供)により応力を負荷するが、単軸応力負荷の場合と異なる負荷装置を用いるため、接着法等の新たなAEプローブの設置方法について検討する。磁気AEと磁化特性の測定は、まず、単軸応力と印加磁場が成す角度を30度ずつ変化させて測定する。そのうえで、必要があれば、補完的により細かい角度設定を行い測定する。単軸応力と印加磁場が任意の角度を成す場合の磁気AE挙動を明らかにしたうえで、平面2軸応力負荷装置を利用して、平面2軸応力下での磁気AEおよび磁化特性の測定を行う。この際、主応力方向を30度ずつ変化させて測定する。また、応力強度については当面200MPa程度を想定する。より高い応力での測定を行う場合には、研究協力者の高松弘行の研究チームで300MPa程度の測定実績がある座屈対策を施して測定を行う。これらの研究を推進するにあたっては、AE発生挙動をより正確に把握するため、新たに低周波数帯域・高周波数帯域のAEセンサを適用した測定を行う。当該年度において、測定システムの構築に想定より時間を要したため、当研究室で現有のSS400鋼およびSM490A鋼試験片を用いた基礎実験しか実施することができなかった。そのため、当初対象材料として予定していたニッケル試験片による測定の実施にいたらず、次年度の購入および測定を行うこととなった。また、同様に当該年度においては現有のAEセンサを用いた基礎的な測定を行ったが、低周波数帯域・高周波数帯域のAEセンサによる広帯域測定の実施にいたらず、次年度に購入および測定を行うこととなった。さらに、応力と磁場が任意の角度を成す場合の2次元磁化特性の測定を該当年度に行うことができなかったため、関連するフラックスメータやセンサ類の購入を次年度に行うこととした。当初の予定に基づき、単軸応力負荷用および平面2軸応力負荷用のニッケル試験片を購入し、測定を行う。また、広帯域磁気AE測定システムを構築するために低周波数帯域・高周波数帯域のAEセンサを購入する。さらに、2次元磁化特性測定システムを構築するためにフラックスメータやセンサ類を購入する。
木質バイオマスの粉じん爆発

近年、製材屑を成形したペレット燃料、バイオエタノール原料としての微粉化処理、プラスチック複合材製造での混練工程など、木質バイオマスの新たな利用法や製造工程が導入されようとしており、製造過程、原料の輸送や貯蔵時において、粉じん爆発の危険性を認識する必要がある。本研究は、木粉の粉じん爆発危険性の評価を、JIS 8818による爆発下限濃度および最小着火エネルギーの測定値で判定する。特に樹種の違いについて、含有する抽出成分が揮発性であれば着火性を促進し、粘着性であれば粉体凝集性を増して粉じん爆発を抑制すると考え、この相反する作用を抽出成分の量と質に注目して明らかにする。また、木質ペレットからの崩壊ダストの粉じん爆発危険性について、炭化処理の影響も含めて判定し、運搬、貯蔵、燃焼時における安全指針を提案することを目的とする。今年度は、国内学会3件として研究成果を発表した。(1)国内で使用される主要な樹種の木粉の粉じん爆発危険性を評価したところ、針葉樹は抽出成分を取り除くことで危険性が上昇するものが多く、逆に広葉樹は危険性が低下するものが多い傾向が見られた。これは、針葉樹は抽出成分の粘着性が作用し、広葉樹は抽出成分の着火性が優勢的に作用しているものと推定した。(2)木質バイオマスの基材であるセルロースは乾燥履歴によって吸湿性が変動するが、熱履歴を経て吸湿性が低下したセルロースの方が、むしろ安全側に移行した。これは、熱履歴によって粉体内部に水分が浸み込みにくくなり、表面に水分が局在化して着火性が低下する現象であると推定した。(3)木材抽出成分の影響の解析手法を応用して食用スパイスの粉じん爆発危険性を調査したところ、芳香成分を多く含む食用スパイスは揮発成分や含有水分が粉じん爆発性に大きく影響し、さらに熱乾燥工程によって粉じん爆発危険性が大きく変動した。<粉じん爆発危険性に対する木材抽出成分の作用>多様な樹種からの木粉の粉じん爆発危険性を評価したところ、針葉樹の抽出成分は粘着性が粉じん爆発危険性を抑制し、広葉樹の抽出成分は着火性が促進するようである。この推論を確かめるため、単離した抽出成分の粘着性、蒸気圧、熱分解温度、引火点や発火点などの物性値から樹種による粉じん爆発危険性の違いを総合的に説明することを試みているが、統一的に説明できる結論には至っていない。<セルロース微粉末の粉じん爆発>木質バイオマスの基材であるセルロースは、熱履歴を経ることで吸湿性が低下したセルロースの方が、むしろ安全側に移行した。これは、熱履歴によって粉体内部に水分が浸み込みにくくなり、表面に水分が局在化して着火性が低下した現象であると予想している。<炭化処理した木質バイオマスの粉じん爆発危険性>木質ペレットの粉じん爆発危険性に対する炭化処理の影響を調べたところ、加熱処理の過程で揮発成分が増加することで一旦最小着火濃度が低下して危険側に移行するものの、炭化が進むと揮発成分が減少して着火しにくくなり、最終的に木炭となることで安全側に移行する傾向が見られた。<食用スパイスの粉じん爆発危険性>芳香成分を多く含む食用スパイスは揮発成分や含有水分が粉じん爆発性に大きく影響し、さらに熱乾燥工程によって粉じん爆発危険性が大きく変動した。<粉じん爆発危険性に対する木材抽出成分の作用>樹種による着火性の違いを、抽出成分の物性値の違いから判断しようとしているが、統一的に説明できる結論には至っていない。そこで本年は、さらに多くの樹種の抽出成分の作用の違いについて引き続き調査し、総合的解釈ができるように進める。<吸湿性が異なるセルロース微粉末の粉じん爆発>セルロースは、乾燥履歴や化学処理によって吸湿性が大きく変動し、粉体表面への水分の局在化が原因であると予想している。そこで、粉体体積抵抗率から表面での水分吸着状況を判断するとともに、セルロースI型およびII型の結晶型の違いによる吸湿性の影響について調査する。<石炭と未処理バイオマスとの混焼における粉じん爆発危険性>バイオマス発電所での石炭、木炭、未処理バイオマスの混焼を想定し、これらの混合状態での粉じん爆発危険性を調査する。特に、石炭や木炭は吸湿性が低いが、バイオマスは湿度によって危険性が大きく変動するため、炭化処理過程における吸湿性の変化を考慮した危険性評価を行い、安全指針の提案につながるデータを得ていく。<食用スパイスの粉じん爆発危険性>食用スパイスの揮発成分や水分の影響に焦点を当て、木材抽出成分の影響と同様の解析手法によって、スパイスの乾燥過程における粉じん爆発危険性の変動を統一的に説明できるように研究展開する。近年、製材屑を成形したペレット燃料、バイオエタノール原料としての微粉化処理、プラスチック複合材製造での混練工程など、木質バイオマスの新たな利用法や製造工程が導入されようとしており、製造過程、原料の輸送や貯蔵時において、粉じん爆発の危険性を認識することは重要である。本年度は、様々なバイオマスの粉じん爆発危険性をJIS 8818による爆発下限濃度および最小着火エネルギーの測定値で判定した。独立変数として特に樹種の違いを取り上げ、含有する抽出成分が揮発性であれば着火性を促進し、粘着性であれば粉体凝集性を増して粉じん爆発を抑制すると考えて、この相反する作用を抽出成分の量と質に注目して明らかにすることを目指した。

その結果、針葉樹では概ね粘着性が支配的に作用しているが、広葉樹では樹種によって様々で着火性が優勢的に作用するものも多かった。さらに、木質ペレットの品質向上のため開発が進んでいるトレファクション(半炭化)処理を取り上げ、熱処理が進むにつれて最小着火濃度は低下し危険側に移行するものの、炭化が進むことで最小着火エネルギーは上昇して安全側に移行することがわかった。また、食用スパイスであるオレガノも木質材料と同様に芳香成分である揮発成分や含有水分が粉じん爆発危険性に大きく作用した。さらに、疎水性官能基を持つセルロース誘導体は未修飾セルロースと比べて極端に危険性が高く、低い吸湿性に伴う低い粉体凝集性が作用しているものと推察した。これらの結果を踏まえ、揮発成分や水分の影響に焦点を当て、木質バイオマスのみならず、バイオマス全体の粉じん爆発危険性を統一的に説明できる研究へと展開する。<粉じん爆発危険性に対する抽出成分の作用>多様な樹種からの木粉の粉じん爆発危険性を評価したところ、抽出成分を取り除くことで危険性が上昇する樹種もあれば、低下する樹種もあった。前者は抽出成分の粘着性が優勢である樹種で、後者は揮発性抽出成分の着火性が優勢な樹種であると推定される。粉じん爆発危険性に対する抽出成分の作用は針葉樹と広葉樹で大別されるようで、針葉樹では概ね粘着性が支配的に作用しているが、広葉樹では樹種によって様々で着火性が作用するものも多かった。現在のところ粉じん爆発危険性に対する要因について統一的に説明できる段階には至っていない。<木質ペレットのトレファクション処理の影響>木質ペレットの発熱量とハンドリングを向上させるためトレファクション処理が開発されている。熱処理時間が異なる試料の危険性を評価したところ、処理が進むにつれて最小着火濃度は低下し危険側に移行するものの、炭化が進むことで最小着火エネルギーは上昇して安全側に移行することがわかった。<食用スパイスやセルロース誘導体の粉じん爆発危険性>当初の計画にはなかったが、2016年米国オレガノ工場で粉じん爆発事故が発生したことに注目して試験的に危険性評価を行ったところ、木質材料と同様に芳香成分である揮発成分や含有水分が大きく作用することがわかった。また、疎水性官能基を持つセルロース誘導体は、未修飾セルロースと比べて極端に危険性が高いことがわかった。この要因は、低い吸湿性に伴う低い粉体凝集性であると推察している。近年、製材屑を成形したペレット燃料、バイオエタノール原料としての微粉化処理、プラスチック複合材製造での混練工程など、木質バイオマスの新たな利用法や製造工程が導入されようとしており、製造過程、原料の輸送や貯蔵時において、粉じん爆発の危険性を認識する必要がある。本研究は、木粉の粉じん爆発危険性の評価を、JIS 8818による爆発下限濃度および最小着火エネルギーの測定値で判定する。特に樹種の違いについて、含有する抽出成分が揮発性であれば着火性を促進し、粘着性であれば粉体凝集性を増して粉じん爆発を抑制すると考え、この相反する作用を抽出成分の量と質に注目して明らかにする。また、木質ペレットからの崩壊ダストの粉じん爆発危険性について、炭化処理の影響も含めて判定し、運搬、貯蔵、燃焼時における安全指針を提案することを目的とする。今年度は、国内学会3件として研究成果を発表した。
再生核の理論の応用についての研究

本年度は顕著な成果として、いわゆるラプラス変換における実逆変換について、共同研究者の松浦勉、藤原宏志、杉原正顕の協力を得て、計算機画面上に逆変換を実現させることができたといえる成果をあげることができた。この問題は逆問題やラプラス変換における難問題として有名な問題であるが、再生核の理論のTikhonov正則化法への応用として、ついに成功したものである。これは他の難問として有名な熱伝導における逆問題に続く成功で、我々の数学の強力さを端的に示す証拠となるものである。そこで、我々の数学の強力さを具体的な工学上の問題に適用して、直接的に社会に貢献しようとして、ぼけた映像からもとの現像を出来るだけ再現しようとする研究計画を工学部の先生方と進め、我々の数学の適用を検討した。それで、従来の考え方の弱点を分析し新しい原理と方法を確立したが、それが実際に有効に働くかは、実験と実証によらなければならなく、その確認には実験装置を整え、実験データを必要とするので、その方法の研究はそれらを実行するための資金を必要とするので、中断している。数学的な理論面については、上記の成功に対して、いろいろな計算法や誤差評価、アルゴリズムの開発の観点から多くに問題が発生していて、特に数値計算の実験部分についてやるべきことが多く、多くに共同研究者との共同研究を進める必要性が高まっている。本年はその手法が前年に確立していた方針に基づいて、具体的な場合に適用していろいろな論文を書き、充実した実り多い年となったが、具体的な手法に新たな手段を開発し、適用範囲を各段に広めることができた。これを具体的に述べると、まずチコノフの正則化法に再生核の理論を用いると、正則化法における極値関数が再生核を用いて具体的に書け、それゆえに微分方程式や逆問題の解が再生核を用いて書けることになる。ここで、この再生核を計算機に載せるように具体的に計算することが鍵となるが、それには連続量を離散量にして求められるアルゴリズムを効率的に構築することが重要になってくる。この点について、1)全空間のソボレフ空間を再生核ヒルベルト空間として採用する。2)必要な新しい再生核を求めることは積分方程式を解くことに帰着されるが、ここに構造が入った場合には正規直交基底を用いて、一般には空間の点を多くとっていく方法で、何れも帰納的に繰り返し法で離散化する方法を確立し、数値実験でそれらの方法の有効性を確かめることができた。さらにこれらの方法において、我々の解の誤差評価ができることを発見した。具体的な成果を述べると、1)ラプラスの方程式におけるコーシー問題の解析的で数値解析的な公式の確立2)ラプラス変換の実逆変換の解析的で数値解析的な公式の確立3)ポアッソン方程式における逆源泉問題の解析的で数値解析的な公式の確立4)境界条件を近似的に満たす変数係数の線形常微分方程式の解析的で数値解析的な公式の確立5)ヘルムーホルツの偏微分方程式の解析的で数値解析的な公式の確立などである。その手法が前前年に確立していた方針に基づいて、具体的な場合に適用していろいろな論文を書き、充実した実り多い年となったが、具体的な手法に新たな手段を開発し、適用範囲を各段に広めることができた。まずチコノフの正則化法に再生核の理論を用いると、正則化法における極値関数が再生核を用いて具体的に書け、それゆえに微分方程式や逆問題の解が再生核を用いて書けることになる。この点について、1)全空間のソボレフ空間を再生核ヒルベルト空間として採用するから、sinc methodすなわちペイリーウイナー空間を近似関数空間に用いると、格段によい結果が得られるという新規な現象を発見した。

2)必要な新しい再生核を求めることは積分方程式を解くことに帰着されるが、ここに構造が入った場合には正規直交基底を用いて、一般には空間の点を多くとっていく方法で、何れも帰納的に繰り返し法で離散化する方法を確立し、数値実験でそれらの方法の有効性を確かめることができた。さらにこれらの方法において、我々の解の誤差評価ができることを発見した。この点について映像の鮮明化についての電子工学科の先生たちとの共同研究で、数学的な逆問題は、システムの入力と出力の物理的な明確な意味と物理的な実現(物理的な単位を含めて)が複雑であること、そしてより根本的には、システムが解析的に(微分)方程式や積分変換等で記述され、システムが現実の複雑な法則とずれているという点において、しばしば抽象的、いわば宙に浮いた理論になりがちであることを自覚した。そこで、これらの点を克服する方法として、入力、出力を物理量を数値化した量として直接捉え、システムが全く解析的には与えられない現実のシステムの場合に適用できる、新しい方法を開発した。これは解析的には全く分からなくても、システムを繰り返し利用して良い関数をシステムに通し実験値を用いることによってシステムの逆を構成する方法であり、一般的な方法として注目でき、今後の具体的な応用における成果を期待している。本年度は顕著な成果として、いわゆるラプラス変換における実逆変換について、共同研究者の松浦勉、藤原宏志、杉原正顕の協力を得て、計算機画面上に逆変換を実現させる事ができたといえる成果をあげることができた。この問題は逆問題やラプラス変換における難問題として有名な問題であるが、再生核の理論のTikhonov正則化法への応用として、ついに成功したものである。これは他の難問として有名な熱伝導における逆問題に続く成功で、我々の数学の強力さを端的に示す証拠となるものである。そこで、我々の数学の強力さを具体的な工学上の問題に適用して、直接的に社会に貢献しようとして、ぼけた映像からもとの現像を出来るだけ再現しようとする研究計画を工学部の先生方と進め、我々の数学の適用を検討した。それで、従来の考え方の弱点を分析し新しい原理と方法を確立したが、それが実際に有効に働くかは、実験と実証によらなければならなく、その確認には実験装置を整え、実験データを必要とするので、その方法の研究はそれらを実行するための資金を必要とするので、中断している。数学的な理論面については、上記の成功に対して、いろいろな計算法や誤差評価、アルゴリズムの開発の観点から多くの問題が発生していて、特に数値計算の実験部分についてやるべきことが多く、多くの共同研究者との共同研究を進める必要性が高まっている。
血管新生能と湿潤組織接着能を有する成長因子フリー高強度接着剤の創製

疎水化ゼラチンによる血管新生メカニズムをin vitroにおいて明らかにする手法の一つとしてマクロファージ系細胞に種々のアルキル鎖長を有する疎水化ゼラチンを添加し、Tumor Necrosis Factor-alpha (TNF-alpha)の発現を定量した。疎水化ゼラチンを添加することによりTNF-alphaの発現は優位に増加し、長鎖長のアルキル基において比較的高い発現が観察されたことから、疎水化ゼラチンがリポポリサッカライド様の一部機能を有していることが示唆された。一方、血管新生の定量的in vivo評価法としてレーザードップラー血流計を用い、材料をマウス皮下埋入後における血管新生をイメージングにより定量した結果、材料埋入後1週間以内においては、in vitroの結果と同様にアルキル鎖長の導入に伴い、優位に血管新生が促進されることが明らかとなった。しかしながら、1週間後においては、血管新生作用はほとんど差がなくなったことから、疎水化ゼラチンが一時的に血管新生を促進し、血管新生に伴う酵素によりゼラチン分子が分解されることにより、血管新生作用が低下することが示唆された。また、材料および周辺組織の免疫染色を行った結果、CD31および血管内皮細胞増殖因子(VEGF)の発現がオリジナルと比較して優位に促進されていることから、疎水化ゼラチンがマクロファージ系細胞等に作用してTNF-alphaの発現を促し、更には細胞からのVEGFの発現を促した結果、血管新生が促進されるという分子メカニズムが存在する可能性が示唆された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。調製した接着剤をブタ大動脈組織片に対し、ASTM規格に則った装置を用いて耐圧強度を測定した。ブタ大動脈については疎水化前のオリジナルゼラチンと比較して、疎水化ゼラチンを用いることにより3倍以上の強度が得られた。耐圧試験後の血管組織と接着剤の界面を観察すると、オリジナルゼラチンを用いた場合には接着剤と血管組織との界面で破壊しているのに対し、疎水化ゼラチンを用いた場合には、接着剤が組織に接着したまま、組織が破壊している様子が観察された。このことから疎水基導入により接着剤と組織間の界面強度が増加することが明らかとなった。接着剤と生体成分との相互作用を調べるため、蛍光ラベルした疎水化ゼラチン/オリジナルゼラチンを培養細胞に添加し、細胞膜表面への集積を調べた。その結果疎水化ゼラチンを用いた場合には細胞表面への集積が多く観察されたが、オリジナルゼラチンの場合には集積の程度が低かった。そのため、ゼラチンに導入した疎水基が細胞膜へアンカリングしていることが示唆された。また、表面プラズモン共鳴法を用いて疎水化ゼラチンと細胞外マトリックスタンパク質であるフィブロネクチンおよびフィブリリンとの結合定数を調べた結果、疎水化によりフィブロネクチンとの結合乗数が優位に増加することが明らかとなった。一方、マウス背部皮下に疎水化ゼラチン、オリジナルゼラチンからなる接着剤を埋入後、血管新生の程度を組織切片の定量評価によって調べた結果、疎水化ゼラチンを用いることにより優位に血管新生が促進されることが明らかとなった。平成29年度は、合成した疎水化ゼラチンを用いた生体軟組織に対する接着性の評価、細胞・組織レベルでの接着メカニズムの検討、血管新生のin vivo評価を中心に研究を進めた。これらの項目は、当初計画された通りの内容であるため、研究はおおむね順調に進展していると言える。ゼラチンに含まれるリシン残基のアミノ基の一部を疎水化した疎水化ゼラチンを合成し、これを用いて疎水化されていないゼラチンのアミノ基を、両末端にスクシンイミジル基を有するポリエチレングリコール系架橋剤等によりin situ架橋することで、疎水化ゼラチンゲルを得た。疎水化ゼラチンおよびポリエチレングリコール系架橋剤を溶解する緩衝液のpHを増加させることによりゲル形成速度を早くすることができた。

疎水化ゼラチンゲルとオリジナルゼラチンゲルの生理食塩水中における膨潤挙動を比較した結果、低疎水化率の疎水化ゼラチンの場合、同じ活性エステル/アミノ基割合においては、膨潤特性に大きな差は認められなかった。また、動的粘弾性測定によるゲルについても疎水化ゼラチンゲルとオリジナルゼラチンゲル間での貯蔵弾性率の大きな差は認められなかった。一方、疎水化ゼラチンゲル上に細胞を播種することにより、ゲルと細胞との相互作用について評価した。血管内皮細胞を用いた場合、ゲル内への細胞浸潤が認められ、その程度は疎水化ゼラチンを用いる方がオリジナルゼラチンより顕著であった。この傾向は、血管内皮細胞だけでなく、線維芽細胞およびマクロファージ系細胞を用いた場合にも同様であった。また、マクロファージ系細胞をゲル上に播種することにより、血管内皮細胞増殖因子(VEGF)を酵素免疫測定法により定量した。上澄のVEGF濃度を定量した結果、疎水化ゼラチンゲル上で培養した際にはVEGF濃度が低い傾向が認められ、疎水化ゼラチンとVEGFとの相互作用が示唆された。繰越申請を行った計画に従って研究が進捗しているため。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度は最終年度となるため、当初計画していた研究項目について引き続き計画的に進めていく予定である。当初予定された計画に従って、研究を推進する予定である。
内視鏡治療の医療効率に関する研究

近年の消化器内視鏡治療の発達がもたらした効果として、消化管出血の内視鏡的止血法による治療期間の短縮と医療費の削減、さらに治療対象例の増加と、高齢や併存疾患により外科治療非適応例に対する適応拡大が顕著であることを報告した。更に、食道と胃の早期癌に対する内視鏡的粘膜切除術(endoscopic mucosal resection ; EMR)が低侵襲で患者の心身両面の負担を減少させ、治療期間(平均在院日数)短縮による医療費削減効果を明らかにした。今後の少子高齢化と生産年令人口の減少を鑑み、医療保険制度の改革が必須な社会状況であり、米国の医療保険制度における診断別疾患群包括払い方式DRG(Diagnosis Related Group ) /PPS (Prospective Payment System)を参考にした検討が進行しているが、基本となる専門診療の基準(ガイドライン)の検討が充分ではない。具体的に消化器内視鏡の専門領域において、医療効率を客観的に評価しうる評価基準を作成することを提言した。医療の客観的評価に関する研究の必要性が重要視されcritical path〔パス法〕やEvidence-Based Medicine (EBM)など、臨床医学を対象とした医療評価基準に関する社会医学的研究が注目されているが、臨床医学を対象として、医療効果の指標である入院期間(平均在院日数)や医療軽費(診療報酬点数)に関する社会医学的研究は数少ない。臨床医学の社会性や経済性に関して、保健・医療・福祉の包括医療の枠組みにおいて重大な政策課題であり、臨床的な社会医学的研究の推進が必要であることを指摘した。T大学附属病院の内視鏡センターにおいて、過去5年間に食道表在癌と早期胃癌を対象とした内視鏡切除術(Endoscopic Mucosal Resection;EMR)における、症例の年次推移、および患者背景因子と医療効率(平均在院日数、治療点数)に関して検討した。同期間における食道癌と胃癌の手術例は同等ないし減少傾向にあったが、EMR例は共に5年間で10倍に増加した。EMR例の背景因子では、食道表在癌65例で男女比約30:1、平均65.9±9.7歳、早期胃癌60例は男女比3.6:1、平均67.6±9.7歳であった。併存する疾患の検討では、前者で40.0%、後者で46.7%であり、循環器系、脳循環系、消化器系および他臓器癌の併存が主なものであった。平均在院日数は年齢に比例して長期化傾向があり、併存症の有無との関係では、食道で48.2±29.8日対11.5±5.2日と約1/4、胃で68.2±31.0日対35.1±13.7日と約1/2と、有意にEMR例で短縮していた。治療対象の病変の形態では、ともに隆起型で平均在院日数は8.5±2.5日、32.7±13 0日と最短であった。1996年4月より、診療報酬制度上では食道、胃の早期癌に対するEMRは7,000点と設定されているが、同じ例における外科手術点数は25,00030,000点と約4倍である。既に報告したが、消化管出血例の治療法と平均在院日数および医療費の比較検討により、内視鏡止血術は外科手術より平均在院日数および、総入院医療費が半減していた。EMR例ではさらに、外科手術より診療報酬点数は低く、平均在院日数の短縮が可能で、重症併存症例も適応となり、医療効率が顕著であった。今後、消化器内視鏡の専門領域における医療効率の向上を客観的に評価しうる基準の作成が必要であり、平均在院日数に対して、年齢、併存疾患の有無、病変形態と個数、治療回数などが影響する要因として指摘し得た。なお、この内容は、日本消化器内視鏡学会雑誌に投稿中である。

既に、消化管出血の内視鏡的止血法による治療期間の短縮と医療費の削減、臨床的には治療対象の増加と、高齢や併存疾患により外科治療非適応例に対する適応拡大が顕著であることを明らかにした。11年度は食道と胃の早期癌に対する内視鏡的粘膜切除術(EMR)が低侵襲で患者の心身両面の負担を減少させ、治療期間(平均在院日数)短縮による医療費削減効果を明らかにした。さらに、現在検討されている医療保険制度の改革において、米国の診断別疾患群包括払い方式DRG/PPSなどの定額払い方式の試行がなされているが、実際の診療基準や診断・治療の標準化はなされていない。最近注目されている、医療の客観的評価に関するcritical path〔パス法〕やEvidence-Based Medicine(EBM)など、臨床医学を対象とした医療評価基準に関する社会医学的研究が、臨床医学の具体的評価に重要と考えられた。本研究では研究対象とした消化器内視鏡治療における診療の標準化の必要性と諸因子に関して検討した。消化器内視鏡治療における医療評価に関する重要な因子として、対象例の適応基準、基礎疾患、年令(高齢者)、診断基準、治療方法(手技)、治療判定などの各要素毎に、専門領域における具体的な基準案の作成が必要である。以上に関する資料ならびに検討事項の詳細は、本年度に日本消化器内視鏡学会雑誌に投稿中であり、研究報告書の冊子として提示した。
酸化物界面における強誘電性揺らぎによる超伝導特性への影響

本研究課題では、強誘電相近傍における超伝導の発現の有無と超伝導特性への影響を調べることを目的としている。具体的には、酸化物薄膜界面における物性を研究対象とし、酸化物薄膜界面に関する研究の中でも興味深いトピックスのひとつであるLaAlO3/SrTiO3界面における金属的伝導や超伝導を軸として研究を遂行する。本年度はこの系において、強誘電相に極めて近い物質であり量子常誘電体として知られるSrTiO3を、強誘電相転移を示すCaドープSrTiO3に置き変えた試料を作製し、LaAlO3/CaドープSrTiO3界面の二次元超伝導層に発現する金属伝導や超伝導に対する強誘電性揺らぎの効果を検証した。CaドープSrTiO3は市販の基板を使用した。CaxSr1-xTiO3についてはCaドープ量が0.002< x < 0.02の非常に少量の範囲内で強誘電相転移を示すため、強誘電相に転移するキュリー温度が異なる4種のCaドープ量の基板を使用した。それらの基板上に10ユニットセルのLaAlO3薄膜をパルスレーザー堆積法により成膜した。また底面には電界効果による伝導特性の変調を行うためにゲート電極を付けた。界面での伝導を測定する前に、基板の強誘電相転移の確認やキャパシタンス測定などを行った。各基板のキュリー温度は過去に報告されているCaドープ量に対するキュリー温度とほぼ一致していた。またキャパシタンス測定より、電界効果によって蓄積できるキャリア(電子)量は同じ電圧においてSrTiO3に対して2から3倍程度多くなることを確認した。LaAlO3/Sr1-xCaxTiO3界面における1.5Kまでの伝導度測定では、x=0.005と0.01の試料で低温までの金属的伝導を観測することに成功した。またさらに低温にしたところ、超伝導転移を観測することができた。最大転移温度はxによって異なる結果となった。標準的なLaAlO3/SrTiO3試料にならい、基板をSrTiO3からCaドープSrTiO3に変更した新規試料LaAlO3/CaxSr1-xTiO3を作製することに成功した。当初の予定通り、強誘電相転移を示すCaドープ量の範囲内でCaxSr1-xTiO3基板を数種類準備し、最終的に4種類のxに対して試料を作製した。Caドープ量が一番多い試料では金属伝導が観測されなかった。これはCaドープ量が多くなるとCa分布の不均一性が大きくなり界面での金属伝導を妨げている可能性が考えられる。これについては同様の試料作製を3回行い確認を行った。今年度は金属的伝導を示した試料のみに注目し、極低温までの測定を行って、二つの試料に対して超伝導転移を確認することに成功した。同じ試料に対して異なる装置で測定したところ転移温度に違いが出ているので、現在再測定を進めている。試料によっては、1回のみの試料作製で伝導度の測定が終了しているものがあるため、同じxに対して複数の試料を作製し再現性の確認を行うことが必要である。電界効果による金属的伝導特性と超伝導転移温度の変調にも成功した。超伝導特性の変調は標準的なLaAlO3/SrTiO3試料でも観測されており、常伝導状態の伝導度に対して超伝導転移温度をプロットするとドーム型の変化を示すことが確認された。LaAlO3/CaxSr1-xTiO3の新規試料において、金属伝導、超伝導転移、電界効果による超伝導特性の変調を確認することができたため、本年度の研究はおおむね予定通り進展しているといえる。本研究課題の今後の推進方策については、まず本年度作製した既存の試料に対して超伝導転移を再測定し転移温度を確定する。また同じxについて複数試料を作製し、再現性を確認する。今年度の研究において超伝導転移を観測することはできたが、超伝導特性に対して強誘電相転移を示しているであろうCaxSr1-xTiO3基板からの影響をまだ議論できていない。超伝導に寄与する界面の電子が強誘電相の影響を受けているのかどうかは、バルクのCaxSr1-xTiO3-dで報告されているように、キュリー温度付近で電気抵抗の金属的伝導特性の中に小さな異常が見られることを確認する必要がある。今後、常伝導状態の電気抵抗を詳細に考察することが課題の一つである。また標準的なLaAlO3/SrTiO3試料との比較を詳細に行うことも重要な課題である。LaAlO3/CaxSr1-xTiO3界面の磁気抵抗などの測定を行って伝導特性を詳細に調べ、本研究の目的を達成すべく議論を進める。

CaxSr1-xTiO3についてはCaドープ量が0.002< x < 0.02の非常に少量の範囲内で強誘電相転移を示すため、強誘電相に転移するキュリー温度が異なる4種のCaドープ量の基板を使用した。それらの基板上に10ユニットセルのLaAlO3薄膜をパルスレーザー堆積法により成膜した。また底面には電界効果による伝導特性の変調を行うためにゲート電極を付けた。界面での伝導を測定する前に、基板の強誘電相転移の確認やキャパシタンス測定などを行った。各基板のキュリー温度は過去に報告されているCaドープ量に対するキュリー温度とほぼ一致していた。またキャパシタンス測定より、電界効果によって蓄積できるキャリア(電子)量は同じ電圧においてSrTiO3に対して2から3倍程度多くなることを確認した。LaAlO3/Sr1-xCaxTiO3界面における1.5Kまでの伝導度測定では、x=0.005と0.01の試料で低温までの金属的伝導を観測することに成功した。またさらに低温にしたところ、超伝導転移を観測することができた。最大転移温度はxによって異なる結果となった。標準的なLaAlO3/SrTiO3試料にならい、基板をSrTiO3からCaドープSrTiO3に変更した新規試料LaAlO3/CaxSr1-xTiO3を作製することに成功した。当初の予定通り、強誘電相転移を示すCaドープ量の範囲内でCaxSr1-xTiO3基板を数種類準備し、最終的に4種類のxに対して試料を作製した。Caドープ量が一番多い試料では金属伝導が観測されなかった。これはCaドープ量が多くなるとCa分布の不均一性が大きくなり界面での金属伝導を妨げている可能性が考えられる。これについては同様の試料作製を3回行い確認を行った。今年度は金属的伝導を示した試料のみに注目し、極低温までの測定を行って、二つの試料に対して超伝導転移を確認することに成功した。同じ試料に対して異なる装置で測定したところ転移温度に違いが出ているので、現在再測定を進めている。試料によっては、1回のみの試料作製で伝導度の測定が終了しているものがあるため、同じxに対して複数の試料を作製し再現性の確認を行うことが必要である。電界効果による金属的伝導特性と超伝導転移温度の変調にも成功した。超伝導特性の変調は標準的なLaAlO3/SrTiO3試料でも観測されており、常伝導状態の伝導度に対して超伝導転移温度をプロットするとドーム型の変化を示すことが確認された。LaAlO3/CaxSr1-xTiO3の新規試料において、金属伝導、超伝導転移、電界効果による超伝導特性の変調を確認することができたため、本年度の研究はおおむね予定通り進展しているといえる。本研究課題の今後の推進方策については、まず本年度作製した既存の試料に対して超伝導転移を再測定し転移温度を確定する。また同じxについて複数試料を作製し、再現性を確認する。今年度の研究において超伝導転移を観測することはできたが、超伝導特性に対して強誘電相転移を示しているであろうCaxSr1-xTiO3基板からの影響をまだ議論できていない。超伝導に寄与する界面の電子が強誘電相の影響を受けているのかどうかは、バルクのCaxSr1-xTiO3-dで報告されているように、キュリー温度付近で電気抵抗の金属的伝導特性の中に小さな異常が見られることを確認する必要がある。今後、常伝導状態の電気抵抗を詳細に考察することが課題の一つである。
病原真菌の系統分類学的および生態学的研究

深在性黒色真菌症の原因菌では,日本産の株は同様の病型であるにも関わらず欧米産の菌株とは異なった種であることが判明し,生態学的に興味ある知見が得られた.日和見真菌感症の原因菌のアスペルギルス属菌では,系統解析結果と生育温度,薬剤感受性,微細構造において明確な相関が見いだされた.中国乾燥地帯で分離された株は,他の地域での分離例が無い株であった.薬剤抵抗性を示すことで臨床上問題な菌種や加工食品の事故原因菌となる耐熱性菌において,迅速同定法を確立した.深在性黒色真菌症の原因菌では,日本産の株は同様の病型であるにも関わらず欧米産の菌株とは異なった種であることが判明し,生態学的に興味ある知見が得られた.日和見真菌感症の原因菌のアスペルギルス属菌では,系統解析結果と生育温度,薬剤感受性,微細構造において明確な相関が見いだされた.中国乾燥地帯で分離された株は,他の地域での分離例が無い株であった.薬剤抵抗性を示すことで臨床上問題な菌種や加工食品の事故原因菌となる耐熱性菌において,迅速同定法を確立した.当センターに保存されているAspergillus fumigatusを研究材料とし,β-tubulin, hydrophobin, calmodulin遺伝子による系統解析を実施した.Fumigati節は5つのクラスターに分かれ,A.fumigatus, A.lentulus, A.viridinutansとは系統的に異なる新たなクラスターが見出され,6株が確認された.分子系統と生育温度,マイコトキシン生産性,薬剤耐性との相関性を検討したところ各クラスターにおいて差が認められた.深在性黒色真菌症の原因菌として知られているFonsecaea pedrosoiについて,ITS領域について系統解析を行なったところ,日本産のF.pedrosoiはすべてde Hoog等が新規提唱したF.monophoraであった.日本産の株は,同様の病型であるにも関わらず欧米産の菌株とは異なった種であることが判明した.韓国慶州市の男性(67歳,農業)の足に生じた慢性皮膚肉芽性病変より分離された菌株は,形態の類似するCephalotheca sulfurea, Albertiniella polyporicolaと比較し,子のう胞子の表面構造が相違し,両種にない殻壁表面の付属糸が特徴的であった.また,28S rDNAのD1/D2領域の塩基配列は(C.sulfureaに近いことより,本菌株はcephalothecaの新種と考えられ,C.foveolataと命名した.本属は真菌症原因菌として世界初の報告である.真菌医学研究センターに保存されているTrichosporon属菌について,種の判別形質を明らかにするために再同定を行った。D1D2による塩基配列検索により,誤った種名で登録されたものを訂正することができた。また,T.faecaleに関しては,2つの系統群が存在することが判明したが,これに関しては,その他の指標を含めて詳細検討を継続する予定である。Malassezia属菌に関して,ある病院の小児ICUより複数分離された菌株について同定,typingを行った。Typingには3種類のプライマーを用いたRAPD解析を実施した。分離菌はすべてM.furfurと同定され,typingの結果はすべて別々のstrainであることが判明し,院内感染の危惧は払拭され,本法による有効性が実証された。Pseudallescheria関連菌については,ITS領域の系統解析より,系統関係の見直しを行った。特に薬剤抵抗性を示すことで臨床上問題となっているScedosporium prolificansの迅速同定プライマーの開発に成功した。日和見真菌感症の原因菌として代表的なAspergillus fumigatus近縁菌で,複数の遺伝子(β-チュブリン,カルモジュリン,ハイドロフォビン,ITS)を基にした系統解析とそれぞれのクラスターにおける性状と関連性を調べたところ,生育温度,各種抗真菌剤に対する感受性,分生子の微細構造において明確な相関が見いだされた。中国乾燥地帯で分離されたAspergillus属菌種について行った系統解析の結果,他の地域では分離されたことの無い特徴的な種が分離されたことが判明した。今後新種としての提唱を進めていく予定である。今年度は,以下の3項目についての成果を纏める事が出来た.一方,Emericella属菌については,β-tubulin, hydrophobin, aflR遺伝子での系統解析を行った後,分子系統と子のう胞子の微細構造,最高生育温度との相関性を検討したところ一部において相関が確認された.この過程で新種を1種見いだした.2.耐熱性菌の多相分類と検出法の開発加工食品の事故原因菌として問題となる耐熱性菌Byssochlamys, Talaromyces, Hamigera, Neosartoryaで系統解析を行い,その結果を基に各菌属に特異的なプライマーを設計し,迅速同定法を確立した.3.AIDS患者由来のCandidaalbicansの遺伝子型中国新彊ウイグル自治区に在住のAIDS患者より分離したC. albicansについて遺伝子型を決定し,他の地域のデータと比較した.分離株のうち7株のラルコナゾール耐性株が見いだされたが,ALTS-PCRとμTGGE(温度勾配電気泳動)の手法を組み合わせる事により,互いに別系統の株である事が示された.
過敏性肺炎の急性炎症における補体系の役割の解明

過敏性肺炎は様々な吸入抗原により引き起こされるアレルギー反応であり、好中球やリンパ球炎症が病態に関与する。補体は自然免疫に重要であり、好中球やリンパ球の活性化に関与する。本研究では、過敏性肺炎マウスモデルを用いて補体の活性化機構を明らかにする。各種補体のノックアウトマウスの使用、マウスモデルへの補体阻害薬投与から、補体系の関与を解明する。さらに過敏性肺炎症例の血漿および気管支肺胞洗浄液中の各種補体因子の測定から、どの補体経路(古典経路、レクチン経路、副経路)が関与しているのか明らかにする。過敏性肺炎において活性化される特定の補体経路あるいは補体因子を同定できれば、治療への応用が期待される。