hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
昆虫の脳のキノコ体による高次運動制御機構の解析

ゴキブリのキノコ体による高次運動制御機構を明らかにするため、埋め込みワイヤ電極を用いて自由行動中のキノコ体ニューロンの活動の解析を進めるとともに、キノコ体の神経回路の詳細についての組織学的な検討を行った。1.ワモンゴキブリのキノコ体に直径17μmの被覆銅線を埋め込み、歩行運動時のキノコ体のニューロンの活動を慢性記録した。キノコ体の入力部のニューロンの大多数は感覚性であり、種々の感覚刺激に反応した。一方、キノコ体の出力部のニューロンは感覚刺激時および運動時の活動から、(1)種々の感覚刺激に反応するニューロン、(2)歩行時に活動する運動性のニューロン、(3)感覚刺激時にも行動時にも活動する感覚一運動統合型のニューロン、(4)歩行中および歩行の開始に先行して発火するニューロン、の4つのタイプに分けられた。4番目のタイプのニューロンは運動の開始や組み立てに関与するものと考えられ、特に注目された。2.ゴキジ染色法および渡銀染色法を用いた研究の結果、ゴキブリのキノコ体の出力部位にはサイズの異なる2種類の単位構造の繰り返しがあることが明らかになった。第1の構造は、数百個のケニオン細胞の軸索から形成される厚さが1μmないしそれ以下の薄いシートである。キノコ体の約20万個のケニオン細胞は並列に配置された200-1000のシートに組織化されていると推定された。第2の構造単位は厚さが3μmないしそれ以上の薄板で、明るい板と暗い板が交互に並んだ薄板構造として観察された。薄板の数は約30であった。昆虫のキノコ体は哺乳類の皮質と同様に発達したモジュール構造を持つと結論づけられた。本研究の目的は行動生理学的および形態学的な手法を併用してゴキブリのキノコ体による高次運動制御の機構の解明を進めることである。平成7年度には、ワモンゴキブリのキノコ体に直径14-20μmのポリウレタン被覆銅線を埋め込み、自由行動中のキノコ体のニューロンの活動を慢性記録した。キノコ体の入力部である傘のニューロンの大多数は感覚性であり、視覚、嗅覚、または機械覚(触覚または気流感覚)刺激に反応した。また体や脚、触覚、首などの自己受容器からの入力を受け、自身の行動をモニターしていると思われるニューロンもあった。一方、キノコ体の出力部である葉部や柄葉接合部のニューロンは感覚刺激時および運動時の活動から4つのタイプに分けられた。第1のタイプは視覚、嗅覚、または機械覚刺激(気流および接触刺激)やその組み合わせに反応する感覚性のニューロンであった。第2のタイプは前方への歩行時やターンの際に活動する運動体のニューロンであった。第3のタイプは感覚刺激時にも行動時にも活動する感覚-運動統合型のニューロンであった。第4のタイプは歩行中および歩行の開始に先行して発火するニューロンで、運動の開始や組み立てに関与すると考えられた。歩行運動の諸側面に関連した種々のニューロンがキノコ体の出力部に存在することを明らかにした今回の発見は、キノコ体が定位運動の高次制御にかかわることを強く示唆しており、これらのニューロンのさらに詳しい解析がキノコ体による空間航行の機構を解明する突破口となると期待できる。ゴキブリのキノコ体による高運動制御機構を明らかにする研究の一環として、本年度は昨年度に引き続き慢性埋め込みワイヤ電極を用いて自由行動中のキノコ体ニューロンの活動の解析を進めるとともに、キノコ体の神経回路の詳細についての組織学的な検討を行った。従来、昆虫のキノコ体が内在ニューロン(ケニオン細胞)のタイプによって3-4の領域に分割できることは知られていたが、それ以上の内部構造については明らかになっていなかった。

しかし今回のゴルジ染色や渡銀染色法等を用いた研究の結果、ワモンゴキブリのキノコ体の出力部位にはサイズの異なる2種類の単位構造の繰り返しがあることが始めて明らかになった。第1の構造は、数百個のケニオン細胞の軸索から形成される厚さが1μmないしそれ以下の薄いシートである。キノコ体の約20万個のケニオン細胞は並列に配置された200-1000のシートに組織化されていると推定された。シートは集まってより大きなモジュール構造を形成する。第2の構造単位は厚さが3μmないしそれ以上の薄板(slabs)で、明るい板と暗い板がほぼ等間隔で交互に並んだ薄板構造として観察された。薄板の数は約30であった。ケニオン細胞からシナプスを受ける出力ニューロンの多くは薄板の幅に対応して分節化した樹状突起をもち、特定の幾つかの明板または暗板のみからシナプスを受けると考えられ、薄板はキノコ体からの出力の単位を成すと推定された。本研究は昆虫のキノコ体が哺乳類の皮質と同様に発達したモジュール構造を持つことを始めて明らかにしたものであり、脊椎動物と無脊椎動物で記憶などの高次機能を担う脳の構造に進化的収れんがあることを示唆している。
クリエイティブ産業における能力形成ダイナミクスの実証的研究

クリエイティブ能力の形成メカニズムを実証的に分析するため、映像制作(特に主として実写を中心とするもの。映画やTV番組など)とアニメーションなどを中心とした業種を対象として、その制作プロセスの特徴と制作者の能力形成の過程をヒアリング、アンケート調査、エスノグラフィー、データベース分析等の手法によって量的側面と質的側面の両側から評価した。分析の結果を用いて、クリエイティブ産業の競争力を向上するための手法について考察した。クリエイティブ産業における「新技術受容」の状況を調査するために、アニメーター(並びにアニメーションの専門学校学生)およびアニメーション制作企業スタッフに対してアンケート調査を実施した。これを行うため、都内のアニメーション制作企業4社を訪問し、プレインタビューを行ったうえで、質問票を試作した。プロジェクトメンバーでワーディングの調整を行うと同時に、数名の経営学者を交えて検討を行った。アニメーターに関しては204名に配布し、回収率は約75%(153)であり、回答者の平均年齢は29.4歳、男女比は男性が47.3%、女性52.7%であった。アニメーション制作企業スタッフ(制作進行)に関しては128名に配布し、回収率は約78%(100)であり、男性が77.6%、女性が22.4%であった。分析の結果、アニメーターおよびアニメーション制作企業スタッフの属性と新技術受容の関係について明らかにすることができた。また、アニメーターに関してはスタジオへの入社初期における人材育成プロセスについてヒアリングおよび実地調査を行い、スキル向上のプロセスを分析していく上でのインサイトを得た。これらの情報を基に、次年度にクリエイティブスキルの定量調査を実施する上での手法構築を行った。また、作品データベースの利用による制作者ネットワークの構築に関しても、データのクリーニングを行うことでより精度の高い分析を行う上での土台が完成した。クリエイティブ産業における従事者の能力獲得のモデル化を行うために、映画データベースを用いて、共同制作ネットワークの構築を行った。共同制作ネットワークとは、同一の作品に制作者として参加した者同士に関係性(共同制作)があったとして認め、構築したネットワークを意味する。情報源として用いることが可能なデータベースには、imdb(Internet Movie Database)、キネマ旬報映画データベース、日本映画情報システム、JDFB(日本映画データベース)等が存在する。各々のデータベースを実際にアクセスし、その構造と収録されている内容について評価を行った。imdbはインターネット上のユーザーによる貢献によって整備されるオープンソース型のデータベースであり、最も広範に収録されているが、その精度に難がある。そのため、以降のデータ分析ではimdbをベースとして、日本の制作者に関係した情報については適宜他の情報源を援用することで分析を行うこととした。分析の結果、日本の映画制作者については十分な情報を得ることが出来た。また、日本の映画制作者と共同制作関係にある海外の映画制作者の情報についても、分析を行うために必要なデータの収集を行った。研究を開始するにあたり、クリエイティブ産業の中でも、映像制作(特に主として実写を中心とするもの。映画やTV番組など)とアニメーションなどを中心として、その各々における制作プロセスのモデリングを行った。特に、制作者同志が、どのようにコミュニケーションを行うことで制作に必要となる知識の生成・共有を行っているのかを明らかにするため、複数の制作プロセスの事例を産業エスノグラフィーなど中心とした各種調査手法で調べ、その結果のコード化を行った。得られたモデルは次年度以降の分析により、良好な作品(商業性・芸術性など複数の評価ポイントがありうる)を産み出す際の制作プロセスの特徴を抽出し、そのような特徴がどのような経緯で発現したのかを明らかにするための資料として用いられる。また、映像作品データベース(Internet Movie Databaseなど)やヒアリングによって得られた作品制作に関するデータを基に、共同制作を契機として制作ノウハウがどのように伝播しているのか、どのようなチーム編成が制作を成功させるために寄与するのかを主として統計的手法によって分析するため、その基礎データの抽出と整理を行った。また、映像産業と比較するため、サイエンス型産業の諸分野における事例の抽出も文献書誌情報を整理することで行った。得られた事例の分析から、業績の多様性がパフォーマンスに対して与える好影響が推察されたため、その結果を映像産業の分析にフィードバックしようと考えている。以上で得られた成果を総合し、次年度以降に取り組む数理モデリングを行う上での基礎データとして用いる。我が国のクリエイティブ産業の国際競争力を維持・向上させるために、クリエイティブ能力の形成メカニズムを実証分析によって評価した。映像制作(特に主として実写を中心とするもの。映像制作において先進的取組を行う19社へのインタビュー結果を評価することで、先進技術の映像制作への活用に先進的な企業では、学協会に積極的に参加し、科学技術の動向を把握しつつも、現場での制作にも関与するハブ的人材が存在することが判明した。この状況は、サイエンス産業におけるコア研究者の議論と類似していると考えられる。また、映像制作者に対する質問

票調査の結果、産業構造が急速に変化する中、将来の業界の姿とその中で自らがどの様に活躍するかについて不確実性が増大し、制作者が自らのキャリアパスを描きにくい状況が推察された。その結果、技術の先取について積極的に取り組みにくい状況が生じていると考えられる。一方で、新技術を積極的に活用する人材の昇進速度は早く、制作者間で新技術の受容を通じ二極化が進んでいることが推察された。データベースを通じた映像制作者のキャリア分析からは、国際共同制作に従事した制作者は、国内共同制作しか従事しない制作者に比べて、ソーシャルキャピタルの形成が速いことが判明した。技術経営知識経済イノベーション当初計画していたアンケート調査については実施され、初期的な分析まで完了している。また、データベースを利用した共同制作関係ネットワークの構築については、データに含まれるエラーの割合が分析の精度に決定的な影響を与えるため、分析に先立ち精度向上を優先した。得られたネットワークを用いた分析に関しては、初期的な段階は終了しており、今後本格的な分析を行うための準備が整っており進捗に支障はない。当初の計画では、平成25年度中にクリエイティブ産業領域における活動評価データベースのクリーニングおよびネットワーク分析を見込んでいた。しかし、入手可能なデータベースの構造が当初の予想よりも複雑であることが判明したため、データベースのクリーニングの作業の着手に遅れた。映像制作において個々の作業者が行う作業内容のダイナミクスに関しては十分に情報を抽出することが出来た。データベースを利用した映像共同制作に関する書誌情報収集に関しては、既存データベース(IMDB)を活用することにより、広範な事例を抽出することが可能となった。以上の成果は当初の計画を満たしている。平成25年度には、前年度で得られたアンケート調査をより詳細に分析することで、新技術の導入をコンテンツ制作の現場に円滑に導入するための方法論について考察を行う。また、データベースから得られたを知見を利用し、共同制作関係によって構成される社会ネットワークの構造的特徴と人材開発の関連性について分析を行う。データベースの入手可能性という観点から映画を対象とした分析を行う。なお、アニメの制作共同関係に関するデータベースについては日本動画協会が現在作成中であり、公開され次第活用を試みる。まず、データベースから制作者(クリエーター)を分析の単位として、作品制作単位での共同制作関係を抽出する。
吸入麻酔剤の心筋内カテコラミン蓄積作用に及ぼす影響

1.ハロセン麻酔中、カテコラミンの使用はしばしば重篤な心室性不整脈を誘発し、心室細動に至ることはよく知られている。近年、心室細動は心筋内カテコラミン蓄積の増大によって惹起することが示唆されている。本研究の目的は、ハロセンによる不整脈が、心筋内カテコラミン蓄積の増大によるものであるという仮説を証明しようとするものである。2.摘出ラット心臓をランゲンドルフ法にて灌流し、心電図のモニターを行なった。吸入麻酔剤を飽和させた灌流液で心臓を灌流した後、イソプロテレノールを灌流液中に加え、30分間更に灌流を行なった。この間の不整脈の発現頻度およびイソプロテレノールの心筋内蓄積量を測定した。3.その結果、ハロセン2MAC(1.5%)及びエーテル2MAC(3.8%)ではカテコラミンを灌流しない時には心拍数の変化および不整脈はみられなかったが、カテコラミン灌流時には、ハロセン群では全例に心塞性不整脈がみられ、エーテル群では不整脈は一例もみられなかった。又、イソプロテレノールの心筋内蓄積量は、ハロセン群では対照群に比べ有意に増加したが、エーテル群では、差がみられなかった。4.以上の結果により、ハロセンによる不整脈発生機序は、心筋内カテコラミン蓄積が関与していることが強く示唆された。しかし、本研究では、一定時間後のカテコラミン蓄積量を測定しているため、不整脈発生時におけるカテコラミン蓄積量に関しては不明である。従って、今後経時的なカテコラミン蓄積量の変化を各種吸入麻酔剤を用いて検討してみる必要があると思われる。又、カテコラミン蓄積機構の3つの過程である1)取り込み過程、2)代謝過程、3)単純拡散過程のどの過程にハロセンは作用しているか検討する必要がある。1.(1)ハロセン麻酔中,タテコラミンの使用はしばしば重篤な心室性不整脈を誘発し,心室細胞に至ることはよく知られている.(2)近年,心室細胞は心筋内カテコラミン蓄積の増大によって惹起することが示唆されている.(3)本研究の目的は,ハロセンによる不整脈が心筋内カテコラミン蓄積の増大によるものであることを証明しようとするものである.2.摘出ラット心臓をランゲンドルフ法にて灌流し,心電図のモニターを行なった.吸入麻酔剤を飽和させた灌流液で心臓を灌流した後, 30分間イソプロテレノールを灌流液中に加え,この間の不整脈の発現頻度及びイソプロテレノールの心筋内蓄積量を測定した.3.ハロセン2MAC(1.5%)ではイソプロテレノールは全例(n=4)において心室細胞が発生した.対照として用いたエーテル2MAC(3.8%)では全例(n=4)において不整脈は認められなかった.4.心筋内タテコラミン蓄積量は,ハロセン2MAC群では対照群に比べ有意に増加したが,エーテル2MAC群では増加は認められなかった.5.以上の結果より,以下の事が推察された.(1)ハロセンによる不整脈発生機序の研究は従来invivoで行なわれてきたが,本研究により,摘出心臓でも不整脈の誘発がみられたことから,その機序の解明がより容易になる.(2)ハロセン誘発不整脈の機序に心筋内カテコラミン蓄積作用の関与が示唆された.(3)ハロセンによるイソプロテレノールの心筋内蓄積がどの機構を介しているかを解明する必要がある.

1.ハロセン麻酔中カテコラミンの使用はしばしば重篤な心室性不整脈を来たし、心室細動に至ることが知られている。近年、心室細動は心筋内カテコラミン蓄積の増大によることが示唆されている。本研究の目的はハロセンによる不整脈が心筋内カテコラミン蓄積の増大によるものであることを証明しようとするものであり、前年度の研究により摘出ラット心臓においてハロセンが心筋内カテコラミン蓄積量を増大すること及び不整脈を誘発することを解明した。しかし不整脈を誘発しにくいといわれる他の吸入麻酔剤については未だ検討されていない。今年度はこれらの吸入麻酔剤としてエンフルレンを用い、不整脈発生頻度及び心筋内カテコラミン蓄積量を検討した。2.摘出ラット心臓をランゲンドルフ法にて灌流し、心電図をモニターした。エンフルレンを飽和させた灌流液で灌流した後、30分間イソプロテレノールを灌流液に加え、この間の不整脈の発生頻度及びイソプロテレノールの心筋内蓄積量を測定した。3.エンフルレン2MACで全例において(n=4)不整脈は認められなかった。又、心筋内イソプロテレノールの蓄積量も対照群に比し変化はみられなかった。エンフルレンの濃度1MACに変えても同様の結果が得られた。4.以上の結果により、不整脈を誘発しにくいといわれている吸入剤(エーテル及びエンフルレン)は摘出ラット心臓において、カテコラミン存在下でも不整脈を誘発しないこと、又その時の心筋内カテコラミン蓄積量が増加しないことより、前年度のハロセン誘発不整脈の機序に心筋内カテコラミン蓄積量が関与している可能性が更に強く示唆された。
胃癌発生腺管の3D組織構築と遺伝子解析からの検討

ヒトの胃はH.pylori慢性炎症により主細胞が幽門腺化生を起こす。幽門腺化生はMUC6陽性であり、粘膜の最下層で発生する。幽門腺化生はCDX2を獲得すると腸上皮化生が生ずるが、幽門腺化生のCDX2獲得によって胃癌も発生することが組織学的に推定できた。我々は従来から考えられている“腸上皮化生から胃癌が発生する"という学説に疑問を持ち、“幽門腺化生から胃癌が発生する"という仮説を立て、これを証明するために幽門腺化生部、胃癌部、腸上皮化生部の3か所からマイクロダイセクション法にて組織を選択的に切り取り、エクソーム解析などの手法を用いて3部位の相同性を確認し、この仮説を証明したい。
Raclエフェクター分子の網羅的な機能抑制による神経細胞移動の分子機構の解明

大脳皮質形成過程において、脳室近傍で誕生した未成熟神経細胞は軟膜側の特定の位置まで移動する。この神経細胞移動は1)脳室帯を出て多極性細胞になる段階、2)多極性細胞が一本の先導突起をもつ双極性細胞へと移行し、極性をもって軟膜側へと移動する段階、の2段階に大別され、それぞれ1)のステップはPVH病と、2)のステップは滑脳症との関連が示唆されている。以前我々は、低分子量G蛋白質Rac1が1)、2)両方のステップを制御していることを明らかにしていることから(EMBO J. 2003)、本研究では特にRac1の上流および下流の経路を調べることにより、大脳皮質形成およびその異常による脳神経疾患の機構を分子レベルで理解することを目指してきた。本研究において我々は、Cdk5-p27経路がアクチン細胞骨格を調節することにより1)のステップを制御することを明らかにし(Nature Cell Biol. 2006)、さらに2)のステップに関与するRac1-JNK経路の下流分子として微小管調節因子MAP1Bの役割を報告した(BBRC 2005)。また、Raclの上流制御因子として、以前に我々が明らかにしてきたSTEF/Tiamlに加え、P-Rex1も神経細胞移動に関与することも報告している(J.Neurosci. 2005)。さらに我々は1)のステップに関与するCdk5の上流因子を探索することにより、RaclがCdk5-p27経路の上流で機能することを示唆する結果を得ている。これらの結果に加え、JNKが滑悩症の原因遺伝子産物DCXをリン酸化すること、RaclがPVH病の原因遺伝子産物であるFilamin Aと結合することなどを総合することにより、大脳皮質形成における神経細胞移動の分子機構およびこれと脳神経疾患との関連の一端が明らかになったと考える(Dev. Neurosci. 2008)。本研究では、大脳皮質形成における神経細胞移動を制御する分子経路を解明することにより、PH(periventricular heterotopia)病や滑脳症といった神経疾患の病態を分子レベルで理解することを目指している。以前我々は、この神経細胞移動には低分子量G蛋白質Rac1が必須な役割を果たしていることを報告しており、本年度はこの上流および下流の経路の一部を明らかにし、論文として報告した。神経細胞移動を誘引する因子としてEGF、BDNFなどの分泌蛋白質が知られているが、我々は、大脳皮質の初代培養神経細胞にEGFおよびBDNFを添加するとRac1活性化因子P-Rex1が活性化し、Rac1依存的に神経細胞移動を促進することを明らかにした(J.Neurosci.,2005)。さらに我々は、Rac1の下流分子のひとつJNKは微小管関連因子MAP1Bのリン酸化を介して微小管の安定性を制御していることをすでに報告しているが、本年度の研究ではこの微小管の安定性の制御が神経細胞移動に必要であることをin vivoで明らかにした(BBRC,2005)。また、発生期の大脳皮質神経細胞においてMAP1BはJNKによってリン酸化されたが、JNKと基質特異性の近いCdk5によってはリン酸化されなかった。しかし、神経変性疾患などにおいて産生される活性化因子p25と結合したCdk5はMAP1Bをリン酸化することが分かり、神経変性疾患におけるMAP1Bの高リン酸化は上流キナーゼの変化によることが示唆された(BBRC,2005)。今後は神経細胞移動におけるCdk5とJNKの役割、さらにはこれらのキナーゼとRac1の関わりについて解析を進めていき、PH病などの発生異常だけではなく神経変性疾患といった老化関連疾患も含めた広い精神・神経疾患の発症に関与する分子経路を明らかにしていきたい。神経細胞移動は1)脳室帯を出て多極性細胞になる段階、2)多極性細胞が一本の先導突起をもつ単極性(もしくは双極性)細胞へと移行し、極性をもって軟膜側へと移動する段階、の2段階に大別され、1)のステップはPH病と、2)のステップは滑脳症との関連が示唆されている。以前我々は、この神経細胞移動には低分子量G蛋白質Rac1が必須な役割を果たしていることを明らかにしていることから(EMBO J.,2003)、本研究では特にRac1の上流および下流の経路に着目して研究を進めており、昨年度はRac1の制御に関わる分子経路の一部を明らかにした(BBRC,2005;J.Neurosci,2005)。本年度の研究では、まずRac1と相互作用することが知られているCdk5が、神経細胞移動における上記1)、2)の両方のステップを制御していることを明らかにした(Nat.Cell Biol.2006)。また、Cdk5が、神経前駆細胞が細胞周期を終了するために必要なp27をリン酸化し、その結果としてp27のタンパク質量を増加させることも示し、さらにin vivo RNA干渉法により移動神経細胞におけるp27のタンパク質量を減少させると、神経細胞移動が阻害されることも見いだした。このp27のタンパク質量を減少させた移動神経細胞の形態などを調べることにより、p27は1)のステップのみに関与することも示唆された。さらに、Cdk5-p27経路は、その下流でアクチン結合タンパク質コフィリンの活性を上昇させること、コフィリン自身も神経細胞移動に関与することも明らかにした。

大脳皮質形成過程において、脳室近傍で誕生した未成熟神経細胞は軟膜側の特定の位置まで移動する。この神経細胞移動は1)脳室帯を出て多極性細胞になる段階、2)多極性細胞が一本の先導突起をもつ双極性細胞へと移行し、極性をもって軟膜側へと移動する段階、の2段階に大別され、それぞれ1)のステップはPVH病と、2)のステップは滑脳症との関連が示唆されている。以前我々は、低分子量G蛋白質Rac1が1)、2)両方のステップを制御していることを明らかにしていることから(EMBO J. 2003)、本研究では特にRac1の上流および下流の経路を調べることにより、大脳皮質形成およびその異常による脳神経疾患の機構を分子レベルで理解することを目指してきた。本研究において我々は、Cdk5-p27経路がアクチン細胞骨格を調節することにより1)のステップを制御することを明らかにし(Nature Cell Biol. 2006)、さらに2)のステップに関与するRac1-JNK経路の下流分子として微小管調節因子MAP1Bの役割を報告した(BBRC 2005)。また、Raclの上流制御因子として、以前に我々が明らかにしてきたSTEF/Tiamlに加え、P-Rex1も神経細胞移動に関与することも報告している(J.Neurosci. 2005)。さらに我々は1)のステップに関与するCdk5の上流因子を探索することにより、RaclがCdk5-p27経路の上流で機能することを示唆する結果を得ている。これらの結果に加え、JNKが滑悩症の原因遺伝子産物DCXをリン酸化すること、RaclがPVH病の原因遺伝子産物であるFilamin Aと結合することなどを総合することにより、大脳皮質形成における神経細胞移動の分子機構およびこれと脳神経疾患との関連の一端が明らかになったと考える(Dev. Neurosci. 2008)。
有限変形土/水連成解析による断層形成メカニズムの定量的考察

地球表層部において,土や岩などから構成される地盤に地殻変動のような大規模かつ長期にわたる力学的負荷が作用した場合,地盤中の間隙流体の移動と地盤の変形挙動との連成複合現象が生起する.こうした地質学的スケールの現象の中で形成される地質構造の形成メカニズムの解明は,どのようなプロセスを経て現在ある地質構造に至ったのかを知るのみならず,われわれが生活する地球表層部が,将来,どのように変遷していくのかを予知する上でも,重要な役割を担う課題である.本研究は,地質構造,その中でも主に断層にスポットを当て,その形成過程を地盤が経験する破壊現象と捉え,初期値・境界値問題として扱い,数値解析を通してその形成メカニズムを定量的,かつ具体的に評価することを目的としている.ここで研究対象とする断層の場合,断層帯あるいは破砕帯と呼ばれる局所変形が卓越した領域での材料の特性変化の考慮が重要となる.本研究ではまず,限界状態理論に基づきAversa et al.(1998)が実験的に示した破砕性堆積岩のダイレイタンシー特性のモデル化を行っている.すなわち,破砕履歴に伴う降伏曲面の形状変化を考慮し,大野ら(2006)による地盤材料の弾塑性構成モデルを拡張した.これにより,種々の拘束圧下での破砕性堆積岩のダイレイタンシー挙動,あるいは破砕履歴による降伏特性を,より忠実に再現できるようになった.次いで,Hashiguchi and Tsutsumi(2001)による接線応力速度効果を構成関係に導入し,非排水条件および,平均有効応力一定・平面応力条件下でのせん断帯生成条件について,解析的検討をおこなった.また,上記の構成モデルを有限要素プログラムに組み込み,非排水条件および,平面応力条件下での横ずれ断層のシミュレーションを実施した.地球表層部において,土や岩などから構成される地盤に地殻変動のような大規模かつ長期にわたる力学的負荷が作用した場合,地盤中の間隙流体の移動と地盤の変形挙動との連成複合現象が生起する.こうした地質学的スケールの現象の中で形成される地質構造の形成メカニズムの解明は,どのようなプロセスを経て現在ある地質構造に至ったのかを知るのみならず,われわれが生活する地球表層部が,将来,どのように変遷していくのかを予知する上でも,重要な役割を担う課題である.本研究は,地質構造,その中でも主に断層にスポットを当て,その形成過程を地盤が経験する破壊現象と捉え,初期値・境界値問題として扱い,数値解析を通してその形成メカニズムを定量的,かつ具体的に評価することを目的としている.ここで研究対象とする断層の場合,断層帯あるいは破砕帯と呼ばれる局所変形が卓越した領域での材料の特性変化の考慮が重要となる.本研究ではまず,限界状態理論に基づきAversa et al.(1998)が実験的に示した破砕性堆積岩のダイレイタンシー特性のモデル化を行っている.すなわち,破砕履歴に伴う降伏曲面の形状変化を考慮し,大野ら(2006)による地盤材料の弾塑性構成モデルを拡張した.これにより,種々の拘束圧下での破砕性堆積岩のダイレイタンシー挙動,あるいは破砕履歴による降伏特性を,より忠実に再現できるようになった.次いで,Hashiguchi and Tsutsumi(2001)による接線応力速度効果を構成関係に導入し,非排水条件および,平均有効応力一定・平面応力条件下でのせん断帯生成条件について,解析的検討をおこなった.また,上記の構成モデルを有限要素プログラムに組み込み,非排水条件および,平面応力条件下での横ずれ断層のシミュレーションを実施した.地球表層部において土や岩などから構成される地盤に,地殻変動のような大規模かっ長期にわたる力学的が負荷した場合,地盤中の間隙流体の移動と地盤の変形挙動との連成複合現象が生起する.こうした地質学的スケールの現象の中で形成される地質構造の形成メカニズムの解明は,どのようなプロセスを経て現在ある地質構造に至ったのかを知るのみならず,我々が生活する地球表層が,将来,どのように変遷していくかを予測する上でも,重要な役割を担う研究である.本研究では,地質構造,その中でも主に「断層」にスポットを当て,その形成メカニズムを数値解析を通して定量的に評価することを目的としている。ここで用いる解析手法では,1.飽和状態にある地盤材料の弾塑性的な力学特性の考慮,2.有限変形理論に基づく幾何学的非線形性の考慮,3.地盤の変形・応力・浸透の考慮が互いに連成した数理モデルとして定式化される.当該研究期間においては,過去の実験的・理論的研究成果を踏まえ,対象とする地盤材料,主に間隙を有する岩石材料の弾塑性構成モデルの改良・構築を行った.得られた成果は以下の通りである.1.ダイレイタンシー特性がせん断帯の生成条件に及ぼす影響についての考察,2.破砕履歴に伴うダイレイタンシー特性変化を表現する構成モデルの提案,3.上記の構成モデルを組み込んだ弾塑性有限要素解析プログラムのチューンナップ.これらの成果は,次年度以降の研究に対して理論的バックグラウンドを与えるものである.地球表層部において,土や岩などから構成される地盤に地殻変動のような大規模かつ長期にわたる力学的負荷が作用した場合,地盤中の間隙流体の移動と地盤の変形挙動との連成複合現象が生起する.

こうした地質学的スケールの現象の中で形成される地質構造の形成メカニズムの解明は,どのようなプロセスを経て現在ある地質構造に至ったのかを知るのみならず,われわれが生活する地球表層部が,将来,どのように変遷していくのかを予知する上でも,重要な役割を担う課題である,本研究は,地質構造,その中でも主に断層にスポットを当て,その形成過程を地盤が経験する破壊現象と捉え,初期値・境界値問題として扱い,数値解析を通してその形成メカニズムを定量的,かつ具体的に評価することを目的としている.ここで研究対象とする断層の場合,断層帯あるいは破砕帯と呼ばれる局所変形が卓越した領域での材料の特性変化の考慮が重要となる.本研究ではまず,限界状態理論に基づきAversa, et.al.(1998)が実験的に示した破砕性堆積岩のダイレイタンシー特性のモデル化を行っている.すなわち,破砕履歴に伴う降伏曲面の形状変化を考慮し,大野ら(2006)による地盤材料の弾塑性構成モデルを拡張した.これにより,種々の拘束圧下での破砕性堆積岩のダイレイタンシー挙動,あるいは破砕履歴による降伏特性を,より忠実に再現できるようになった.次いで, Hashiguchi and Tlsutsumi(2001)による接線応力速度効果を構成関係に導入し,非排水条件および,平均有効応力一定・平面応力条件下でのせん断帯生成条件について,解析的検討をおこなった。また,上記の構成モデルを有限要素プログラムに組み込み,非排水条件および,平面応力条件下での横ずれ断層のシミュレーションを実施した.
船舶運航支援のための次世代VTSシステムの機能開発と遠隔操船への適用

システムの実現に向け,1海上交通把握のため大阪湾のAISデータ収集記録システムを開発し,その後,運用を継続することで,新たなシステムの提案にむけたシミュレーションのためのデータを蓄積した.2船舶の遠隔操船に必要となる本船側の機能の実現を中心に,自動航行システムの高度化に必要なシステム開発を行った.実船において,開発したHCS(オートパイロット)およびTCS(トラックコントロール)の実験運用を継続し,実用性の評価を行いつつ,さらなる性能向上を行っている.このシステムは,既存のHCSやTCSに上回る性能を目指した上,速力の自動制御と時間調整機能等も開発し,ユニークなものとなった.平成27年度は,「船舶運航支援のための次世代VTSシステムの機能開発と遠隔操船への適用」の実証システムの実現にむけ,試作システムの開発にむけた準備を行った.1AISを用いた大阪湾海上交通のリアルタイム観測システムの構築:安価で実用可能なAIS受信機を選定し,神戸大学深江地区の建物にAIS受信アンテナを設置して配線工事を終了した.AIS受信システムを構築し,大画面ディスプレイに表示し海上交通の把握ができるようにした.また,受信データを連続的に記録して蓄積している.停電時にもデータが途切れないようバッテリを使用して大容量の無停電電源を作成した.2自動航行システムの開発と実証実験:神戸大学大学院海事科学研究科附属練習船(449トン)が保有している制御機構(舵,主軸CPP翼角,バウスラスタ翼角,スタンスラスタ翼角)を船内LAN経由で指令することにより実際に操作できるシステムを開発した.これらのアクチュエータはアナログ電圧(-10V+10V)の入力で制御するため,D/A変換器を利用してPCからの指示を入力できるよう専用のPCで作動させるソフトウェアを作成した.このPCに対して船内LANから舵角,CPP翼角等の指令を送受信するためのネットワーク経由の通信プロトコルをUDP上で提案した.その際,船舶において重要な制御指示であるため,通信の確実性を向上するための工夫を行った.自動航行に向けた要素技術として,オートパイロット(船首方位保持)アルゴリズムを新規に開発し,その精度向上のための実験を継続している.さらに,CPP翼角を制御して定速航行するためのアルゴリズムを提案し,その実験も行っている.3管制計画の自動化アルゴリズムの検討:共同研究者と打ち合わせを重ねた他,情報収集を行い,検討準備を行った.4その他,必要なシステムの実証実験にむけて必要な機器類の整備を行った.計画に挙げている項目のうち,初年度,実現可能なものから順次,システム開発等を進めており,すでに動作するレベルのものもできあがっている.また,全体計画にむけて,初年度として必要な準備等は行うことができた.平成28年度は,「船舶運航支援のための次世代VTSシステムの機能開発と遠隔操船への適用」のシステム実現にむけ,船舶の遠隔操船に必要となる本船側の機能の実現を優先し,高度な自動航行システムの開発を実用化レベルまで進めた.開発したシステムの実験運用を実船において実施し,必要な評価データを収集した.1大阪湾のAISデータ現況データを受信し記録するシステムを完成し,航行船舶のVHF無線通信を受信する機器も併せて用い,海上航行船舶のデータを収集する環境を構築した.2神戸大学大学院海事科学研究科附属練習船(449トン)を使用して,船首方位を自動的に制御して保持するHCS(Heading Control System)を独自に開発し実用化レベルまで改良した.これを利用したTCS(Track Control System)も開発し,高精度で計画した航路を正確にたどるシステムを実現した.また,海上で静止するためのDP(Dynamic Positioning)システムも実用に耐えるものを開発した.さらに機関を制御して航行速力を一定に保ち,計画にそった速力制御を自動的に行う機能も実現した.3試作システムを装備した練習船深江丸により,約2週間にわたる実際の観測航海において,自動航行システムの性能試験を中心とした運用実験を実施した.その結果,試作したシステムは遠隔操船において本船の機能として必要となる,経路および速力の制御が十分なレベルで実現されていることを示すことができた.これにより,自動航行の手法を確立することができたと考えれている.4上記2および3で得られた結果をもとに成果を発表するべく,平成29年度に開催される国際会議において2件の発表を計画し,発表申し込みと原稿の執筆作業を進めた.審査の結果,平成28年度末までに受理され,2件の発表が決定している.計画している自律航行船の実現のための手法の確立と試作システム開発および運用にむけて,確実に実験を行い,システム評価のための十分なデータを取得することができた.その成果は国際会議に2件の論文発表が決定するに至った.課題の実現に向け,続き船舶の遠隔操船,自動操船に必要となる自動航行システムの高度化に必要なシステム開発を行った.実船においてそのシステムの運用を行い,評価に必要なデータを収集した.また,本課題の最終年度であり,当該研究機関において得られた成果を発表することにも注力した.内容はすでに国内外でまさに注目され始めた船舶運航の自動化に関連しており,世界に向けて発信するために国際会議においての発表を行った.1大阪湾のAIS現況データを受信し記録するシステムを利用して,船舶の自動航行に不可欠な,避航操船のアルゴリズムを開発し検証するための海上航行船舶の実データ収集を継続した.この豊富な実データを利用して,今後の研究においており実際的なシステムを実現することができると考える.3上記自動化システムを操作するためのユーザーインターフェイスを独自に開発した.

その際,通信プロトコルを検討したので,これを利用して陸上との間で船陸間通信回線を用いることで,陸上からの遠隔制御にも応用可能であると考えている.4成果を発表するべく,国際会議において3件の発表を行い,広く世界に向けて情報発信を行った.さらに,発表申し込みと原稿の執筆作業を進め,平成29年度末までにもう2件の国際会議発表が受理され平成30年度中の公表が決定している.システムの実現に向け,1海上交通把握のため大阪湾のAISデータ収集記録システムを開発し,その後,運用を継続することで,新たなシステムの提案にむけたシミュレーションのためのデータを蓄積した.2船舶の遠隔操船に必要となる本船側の機能の実現を中心に,自動航行システムの高度化に必要なシステム開発を行った.実船において,開発したHCS(オートパイロット)およびTCS(トラックコントロール)の実験運用を継続し,実用性の評価を行いつつ,さらなる性能向上を行っている.このシステムは,既存のHCSやTCSに上回る性能を目指した上,速力の自動制御と時間調整機能等も開発し,ユニークなものとなった.引き続き,必要な要素技術の開発を行い,実現システムを増やしていくとともに,すでにできているものについては,それぞれの精度向上のため,実験と調整を続ける.着手済:AISによる海上交通観測,自動航行システム今後開発:船陸間のデータ通信(大阪湾等,輻輳海域を想定した範囲での双方向データ通信)の実現さらに,自動航行のための避航海アルゴリズム,管制計画の生成等のアルゴリズムの検討を行う.さらに実船での実験を継続し,自律航行に必要な機能のうち,船舶に備えるべき機能について実証システムの開発を継続することにより,手法を確立する.着手済:AISによる海上交通観測とデータ収集,実船における自動航行システムの実装.今後開発:管制情報を交換するための船陸間のデータ通信(大阪湾等,輻輳海域を想定した範囲での双方向データ通信).さらに,自動航行のための避航アルゴリズムの検討に着手し,管制計画の生成等のアルゴリズムの検討を行う.このほか,3年計画の本課題の最終年度として,次の研究課題へつながる目標を明確化する.具体的には,船陸間通信を用いた遠隔操船支援等の実現について検討する.情報工学,航海学AISデータをPCに入力するための信号変換器の調達を行ったが,若干特殊な機器のため,年度内の納品が困難であった.当該,信号変換器を入手すべく手配している.
メカニカルストレスを利用した高機能化歯根膜細胞シートの開発

繰返しの伸展刺激により歯根膜由来細胞における1型コラーゲンおよびその修飾酵素の発現は変化した。したがって繰返し伸展刺激は歯根膜由来細胞によって産生されるマトリックスの主成分である1型コラーゲンの量と質を共に変化させる可能性が強く示唆された。今後の課題としては繰返し伸展刺激の更なる至適化と、長期培養に耐えうる培養基質の改良が必要である。歯根膜細胞はメカニカルストレスに極めて鋭敏に反応し、その活性が賦活されることから、メカニカルストレスを応用することにより歯根膜細胞シートの高機能化が期待される。本研究はこれまでに得られた歯根膜におけるメカノバイオロジーの知見を臨床応用に活かし、歯周組織再生能の高い高機能化歯根膜細胞シートの開発を目指すものである。C57BL/6マウスより臼歯を抜歯し、outgrowth法によって歯根膜由来細胞を得た。繰返し伸展装置(ShellPa,メニコン・ライフサイエンス社製)を使用し、伸展条件の適正化を行なった。伸展条件は周波数を0.21Hz、持続時間は30180min、伸展率は110%の間で調整し、細胞増殖能、分化能から1Hzにて1日3時間、8%の伸展率の条件を得た。現在得られたマトリックス及び、関連遺伝子発現の解析中である。歯根膜細胞シートは細胞と細胞により産生されたマトリックスの複合体で、それ自体がスキャフォールド、細胞源、増殖因子の供給源として複合的に機能する。歯根膜細胞シートは既に臨床試験が開始され、良好な臨床結果が報告され始めているが、将来的な臨床応用には培養期間の短縮など、依然として改良が必要である。そこで我々は歯根膜細胞がメカニカルストレスに極めて鋭敏に反応し、その活性が賦活されることから、メカニカルストレスを応用することにより歯根膜細胞シートの高機能化が図られるのではないかとの着想に至った。圧縮荷重下のマウス歯根膜由来細胞における、コラーゲン修飾酵素群の遺伝子発現をrealtime PCRを用いて解析したところ、I型コラーゲン分子自体をコードするCol1a2遺伝子の発現に変化は認められなかったが、コラーゲンの修飾に関わる酵素の中でもLh2、Lox、Mmp13の発現に増加が認められた。当初の予定であった条件の最適化が順調に進捗したため、現在既にマトリクスの解析を開始している。歯科補綴学メカニカルストレスによる高機能化歯根膜シートの歯周組織再生能を評価するためにラット歯周組織欠損モデルを用いる。深麻酔下にて8週齢免疫不全ラット(F344/NJcl-rnu)上顎臼歯部の歯槽骨を頬側からラウンドバーにて削除し、1壁性の骨欠損を生じさせる。欠損部に静置培養の歯根膜細胞シート、または高機能化歯根膜細胞シートを充填し、口腔粘膜を縫合する。一定期間後に屠殺した後、μ-CTにて歯槽骨の回復を評価し、その後脱灰組織標本を作製して、組織学的に評価を行う。歯根膜細胞シートに含まれる細胞の分化と生存を解析するために、移植初期についても組織標本を作製し、免疫染色法によって、細胞増殖、細胞死、骨芽細胞分化に関わる分子の発現について解析を行う。マトリックス解析に必要な機器に不具合が生じ、マトリックスの解析が行えなかったためである。現在既に復旧しており、解析を開始している。当初の予定通りマトリックスの解析および遺伝子解析費用に使用する。
動的水素結合鎖と一次元電子系が協奏する新規金属錯体の構築

水素結合中の水素の運動と電子の振る舞いが相関する新規水素-電子相関系を構築し、相関物性の研究を行う。特に、一次元性に着目した物質設計に基づき探索を行う。具体的には、電子が一次元に分布した状態を有するハロゲン架橋複核金属錯体を基盤とし、水素結合部位を有する配位子を用いることで一次元の水素結合ネットワークと一次元の電子系が共存する系を構築し、その伝導性や磁性等の物性を評価する。新規な配位子の合成から錯体の合成、構造解析、物性測定までを行い、相関物性を議論する。
塩生植物の耐塩性メカニズムに関する基礎的研究

マングロ-ブは塩生植物の一種である、熱帯・亜熱帯の海水の出入りする感潮河川域に分布している植物群である。南西諸島(沖縄)に分布しているマングロ-ブの一種であるKandelia candel(和名:メヒルギ)の胎生種子をNaClを含む水耕栽培液を用いて人工気象条件下において栽培し、NaCl濃度と生育について比較し各種イオンの取り込みとその生育応答について検討した。1)試料および方法:メヒル胎生種子は、1/2000aワグネルポットを用い底部より通気を行う砂耕法で人工環境調節下に栽培を行なった。栽培条件(4か月)として、人工光グロ-スキャビネット(小糸製作所製)を使用し昼間30°C、夜間25°C、12時間照明、相対湿度50ー70%に調節した。栽培後の各植物体は、葉(健全生育葉)、茎および根の3部分に分け精秤後、蒸留水とともにホモジナイズした。このホモジナイズ調整液について各種無機イオンおよび有機酸の分析を行なった。2)結果:メヒルギ栽培試験の結果、0.6%NaCl濃度(肥料+0.6%NaCl)の生育が最も良好で節間伸長、葉の大きさも他の区に比較して優れていた。平均的な海水塩分濃度である3%NaCl区(肥料+3%NaCl)の生育は、僅かな根の形成は認められたが葉の伸長展開は非常に劣っていた。植物体内に取り込まれ蓄積されたイオンは、栽培液中のNaCl濃度上昇とともにNa^+イオン及びCl^-イオンの吸収が増加し植物体内への蓄積濃度も増加した。栽培液中のイオン組成の変化は、特に0.6%NaCl区でK^+,NO_3^-,PO_4^<3->の各イオンが減少していた。葉内のNa/K比は、栽培液中のNaCl濃度上昇とともにその値も大きくなり2.4%NaCl区では3.63であった。浸透圧調節に関連している有機酸類で葉内および根内に分布した主な有機酸としてシュウ酸とリンゴ酸が認められた。
気液界面局所構造観察のための光反射光散乱同時測定装置の開発

液体表面の局所的な性質に関する知見を得るために、反射率測定法と動的光散乱法を効果的に組み合わせた装置の開発を目指している。ブリュースター角近傍角度走査リフレクトメトリと透過散乱光利用型表面動的光散乱法を並置し両者のプローブビームを膜上にて一致させた装置を組み立てた。2つの手法のビームスポットを界面にて一致させるためには、レンズ・ミラーなどの位置・角度調整が重要であるので、そのための調整手順を検討した。典型的なL膜のひとつであるステアリン酸L膜をサーキュレータで温度制御することにより、希薄相と凝集相の共存に起因するとされる不均一構造を出現させる。膜上で光が照射された部分(直径100μm2mm)の反射率あるいは表面波伝播特性を知ることができるため、例えば、ひとつの膜の、ある部分と別の部分とで性質が異なっていることを証明することができる。反射率には膜の厚さが、表面波伝播特性には膜の弾性が、それぞれ強く影響する。希薄な部分をレーザ光が照射しているとき、反射率測定結果からは膜厚が小さく評価されるはずであり、表面波伝播特性測定結果からは弾性が小さく評価されるはずである。凝集している部分は逆に膜厚も弾性も大きいはずである。このような対応関係が常に成立していることついて、組み立てた装置を、反射率の高低に応じて光散乱データ収集のON/OFFを切り替える仕様の反射率参照型動的光散乱測定装置として用いることにより、確認することができた。
単結晶有機半導体太陽電池構築のための分子層ヘテロエピタキシャル成長の確立

本研究では、有機半導体などの有機半導体エレクトロニクスの飛躍的性能向上を目的として、2,7-ジアルキルベンゾチエノ[3,2-b]ベンゾチオフェン(C8-BTBT)-p型半導体、N,N'-ジオクチル-3,4:9,10-ペリレンテトラカルボキシリックイミド(PTCDI-C8)-n型半導体を酸化アルミニウムならびに酸化マグネシウムの単結晶基板上に真空蒸着法により形成し、精密な結晶方位解析とナノスケール形態観察を行い、有機半導体の分子層ヘテロエピタキシャル成長の技術と学理の確立に取り組むと共に、分子層ヘテロエピタキシャル成長技術の有効性を検証・実証する。平成28年度には単結晶酸化物基板ならびに石英ガラス基板上にC8-BTBT層もしくはPTCDI-C8層を形成した結果、X線回折的にはほぼ単結晶級膜が形成された。その成長過程を原子間力顕微鏡により追跡した結果、sapphire基板上に島状成長とその合体により極めて平滑な均一層が形成された後、3次元成長に移行し表面起伏が増大すること、その均一層の厚さは成膜条件によって異なること、基板材料の影響をあまり受けないこと、などが明らかとなった。平成29年度には、詳細な構造解析と形態観察によって、分子間のπ-π結合による分子配列形成と基板上に形成されている原子レベルステップによる運動阻害が成長を制御しているため、基板材料によらず同一の方位が得られたと考えられた。このことは、分子間の水素結合制御によりほぼ完全な単結晶級有機半導体層が形成できると予想される。平成30年度には、C8-BTBT層とPTCDI-C8層の積層体では、ほぼ同様な方位関係が得られるが、積層順序が表面形態と表面エネルギー均一性に大きな影響を及ぼすことが実験的に確かめられた。両層ともに、高さが一定の島状結晶の横方向成長が起こり膜厚15nmにおいて極めて平滑な均一層が形成できるが、それ以上では島状成長が生じ起伏が増大することが明らかとなった。本研究では、有機半導体などの有機半導体エレクトロニクスの飛躍的性能向上を目的として、2,7-ジアルキルベンゾチエノ[3,2-b]ベンゾチオフェン(C8-BTBT)-p型半導体、N,N'-ジオクチル-3,4:9,10-ペリレンテトラカルボキシリックイミド(PTCDI-C8)-n型半導体を単結晶酸化アルミニウム基板上に真空蒸着法により形成し、精密な結晶方位解析とナノスケール形態観察を行い、有機半導体の分子層ヘテロエピタキシャル成長の技術と学理の確立に取り組むと共に、単結晶化によるキャリア移動度や太陽電池特性向上への効果を明らかにし、分子層ヘテロエピタキシャル成長技術の有効性を検証・実証する。平成28年度には単結晶酸化アルミニウム、単結晶酸化マグネシウム基板ならびに石英ガラス基板上に真空蒸着法によって2,7-ジアルキルベンゾチエノ[3,2-b]ベンゾチオフェン(C8-BTBT)層もしくは/ならびにN,N'-ジオクチル-3,4:9,10-ペリレンテトラカルボキシリックイミド(PTCDI-C8)を形成した結果、X線回折的にはほぼ単結晶級膜が形成された。また、このC8-BTBT層上にPTCDI-C8層を形成した場合にも、X線回折的には方位制御されていることが明らかとなったが、表面起伏が増大することも明らかとなった。平成28年度において、結晶方位によらず酸化アルミニウム単結晶基板上に、X線回折的に単結晶と判断できるC8-BTBT有機半導体薄膜を形成できること、結晶方位が基板の影響を大きく受けないことを見出すと共に、その成長過程をモデル化することができた。また、C8-BTBT層上にPTCDI-C8層を成長させ、X線回折的には方位制御されていることも明らかにしたことから、1当初の計画以上に進展している、と判断した。

平成29年度には、詳細な構造解析と形態観察によって、分子間のπ-π結合による分子配列形成と基板上に形成されている原子レベルステップによる運動阻害が成長を制御しているため、基板材料によらず同一の方位が得られたと考えられた。このことは、分子間の水素結合制御によりほぼ完全な単結晶級有機半導体層が形成できると予想される。また、このC8-BTBT層とPTCDI-C8層の積層体では、ほぼ同様な方位関係が得られるが、積層順序が表面形態と表面エネルギー均一性に大きな影響を及ぼすことが実験的に確かめられた。さらに、このように、積層体の方位制御を行うことによって、著しい拡散長の増大が実現できることを明らかにし、論文を投稿した。平成28年度において明らかとなった、結晶方位によらず酸化アルミニウム単結晶基板上に、X線回折的に単結晶と判断できるC8-BTBT並びにPTCDI-C8層を形成できること、結晶方位が基板の影響を大きく受けないという実験事実から、平成29年度には、分子間結合と基板表面形態に関係した成長過程をモデル化し提案することができたとともに、拡散長増大という効果も明らかにした。また、C8-BTBT/PTCDI-C8積層体の方位関係と成長観察をもとに、積層体への成長モデルの拡張に関する端緒を得たことから、1当初の計画以上に進展している、と判断した。本研究では、有機半導体などの有機半導体エレクトロニクスの飛躍的性能向上を目的として、2,7-ジアルキルベンゾチエノ[3,2-b]ベンゾチオフェン(C8-BTBT)-p型半導体、N,N'-ジオクチル-3,4:9,10-ペリレンテトラカルボキシリックイミド(PTCDI-C8)-n型半導体を酸化アルミニウムならびに酸化マグネシウムの単結晶基板上に真空蒸着法により形成し、精密な結晶方位解析とナノスケール形態観察を行い、有機半導体の分子層ヘテロエピタキシャル成長の技術と学理の確立に取り組むと共に、分子層ヘテロエピタキシャル成長技術の有効性を検証・実証する。平成28年度には単結晶酸化物基板ならびに石英ガラス基板上にC8-BTBT層もしくはPTCDI-C8層を形成した結果、X線回折的にはほぼ単結晶級膜が形成された。その成長過程を原子間力顕微鏡により追跡した結果、sapphire基板上に島状成長とその合体により極めて平滑な均一層が形成された後、3次元成長に移行し表面起伏が増大すること、その均一層の厚さは成膜条件によって異なること、基板材料の影響をあまり受けないこと、などが明らかとなった。平成30年度には、C8-BTBT層とPTCDI-C8層の積層体では、ほぼ同様な方位関係が得られるが、積層順序が表面形態と表面エネルギー均一性に大きな影響を及ぼすことが実験的に確かめられた。両層ともに、高さが一定の島状結晶の横方向成長が起こり膜厚15nmにおいて極めて平滑な均一層が形成できるが、それ以上では島状成長が生じ起伏が増大することが明らかとなった。有機半導体層の電気的性質評価法としてホール効果測定を想定していたが、抵抗が高いこと、ホール電圧の磁場依存性が顕著でない、などの測定上の困難が生じているが、論文に記載している通り不純物ドープした場合には測定が可能であることが明らかとなった。