hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
マイクロ波Nプラズマを用いたGaNバルク単結晶の育成

このように,GaN結晶生成にはマイクロ波出力にしきい値が存在し,これは原子状Nの出現と深く関わっていることがわかった.以上の結果はGaN結晶生成に関与している励起種が原子状Nと原子状Gaである可能性を強く示唆している.X線回折及びSEMの結果,基板上に成長したGaNは,六方晶で直径約1μmの多結晶構造をしていることがわかった。この試料は,不純物による深い準位からの発光を示さず,バンド端付近に,低エネルギー側にショルダーをもつ強い発光を示した.高エネルギー側ピークの温度依存性が自由励起子のそれと一致したことから,この発光は自由励起子の再結合によることが明らかになった.また,低エネルギー側のショルダーは,強励起下で飽和し,温度上昇につれて減少することから,局在励起子の再結合によると考えられる.自由励起子による発光は,室温においても強く観察された.多結晶試料でこのような例は他になく,出発物質に不純物を含まないという本研究の利点が,十分活かされていると考えられる.昨年度の研究結果より,原材料に不純物を含まないマイクロ波プラズマCVD法を用いた場合,成長したGaN多結晶は室温で自由励起子発光が観察される高純度な試料が得られることが明かとなった.今年度は,(1)マイクロ波CVDプラズマ装置の石英管中へAlNセラミックス基板と金属GaとZnを挿入し,マイクロ波Nプラズマ励起によりp型GaN:Znの成長を試み,次いで(2)高品質化へのアプローチとしてプラズマ制御が容易なアプリケーター装置を構成し成長実験を行った.マイクロ波出力500WでGaN:Znの成長を行った場合、窒素プラズマ中には,3種類の励起種-N原子,N_2分子(B^3Π_g→A^3Σ_u^+,C^3Π_u→B^3Π_g),N_2^+イオン(B^2Σ_u^+→X^2Σ_g^+)の遷移に加えて,Ga原子,Zn原子の遷移による発光が観察された.AlN上に成長した結晶はX線回折の結果GaN多結晶であった.4.2Kでのフォトルミネッセンスでは,357.1nmに中性ドナーに束縛された励起子発光(I_2ライン)と360.7nmに中性アクセプタの束縛励起子(I_1ライン)によると考えられる発光が観察された.これより本方法によりGaNへのp型ド-ピングが可能であることがわかった.長時間高出力が可能なアプリケーター装置の窒素プラズマ分光では,前述した3種類の窒素励起種が観察された.これらの発光強度は出力とともに増大,また1.220Torrの圧力範囲では4Torrで最大となった.しかしながら,プラズマ中に金属Gaを挿入した場合,950Wの高出力においてもGa原子に起因する発光ピークは出現しなかった.また,基板上にはGaNの成長はみられず,金属Ga表面が窒化されるにとどまった.以上の結果及び前年度との比較検討によりGaN結晶成長にはGa原子が関与しており,Ga原子の出現は窒素によるスパッタ以上に熱エネルギーによる励起が支配的であると考えられる.
低酸素刺激下の脳血管内皮細胞におけるclaudin-5発現制御機構の解析

神経組織の微小環境は、血管が形成するバリアー機能により至適状態に維持されるが、糖尿病網膜症・虚血性脳疾患などの疾患では、局所の低酸素状態により血管バリアー機能が障害され病態を悪化させる。本研究では、低酸素刺激下の脳血管内皮細胞におけるtight junction構成分子claudin-5の発現変化が血管バリアー機能障害の主因であり、その発現制御にubiquitin-proteasome系が関与していることを示唆する研究成果が得られた。これまで我々は、糖尿病網膜症・虚血性脳疾患などの難治性疾患の病態における「組織低酸素状態→血管内皮細胞の細胞膜からのclaudin-5(tight junction構成分子)消失→血管バリアー破綻→病態悪化」というカスケードの重要性を見出すとともに、低酸素刺激による細胞膜からのclaudin-5分子消失過程におけるubiquitin-proteasome系の関与を示唆する知見を得た。これらの知見に基づき、平成19年度も引き続き、低酸素刺激下の血管内皮細胞におけるclaudin-5発現変化機構を解析を進め、以下の成果が得られた。1.Ubiquitin-proteasome系の関与について:低酸素刺激下(1%、24時間)の脳血管内皮細胞株bEND.3における細胞膜からのclaudin-5消失が、細胞内claudin-5蛋白質量の減少を伴うことが示された。そして、その減少がMG-132(ubiquitin-proteasome系の阻害剤)により抑制されるとともに、低酸素刺激下のbEND.3にubiquitin化の結果と推察される高分子量claudin-5分子が検出され、酸素濃度に依存したubiquitin化によるclaudin-5分解系の存在が示唆された。2.HIF-1 pathwayの関与について:HIF-1 pathwayは、低酸素刺激に対するある種の細胞反応を制御することが報告されている。HIF-1 pathway活性化状態とclaudin-5発現変化の関係をリアルタイムでモニターすることを視野に入れ、fluorescence resonance energy transfer(FRET)手法を用い、HIF-1 pathway活性化状態を可視化する系の確立を試みた。これまでに、低酸素刺激に反応するプローブは見出されたが、それらがHIF-1 pathway活性化状態を反映するプローブとして有用性であるか否かについて現在検討中である。糖尿病網膜症・虚血性脳疾患などの難治性疾患の病態における組織低酸素状態の関与について、特に「組織低酸素状態→血管内皮細胞におけるclaudin-5(tight junction構成分子)の発現変化→血管バリアー破綻→病態悪化」というカスケードに焦点を当てた解析を進めている。脳血管内皮細胞株bEND.3を用い、平成20年度は以下の成果が得られた。低酸素刺激によるclaudin-5発現変化がubiquitin-proteasome系阻害剤MG-132により抑制されることから、酸素濃度に依存しclaudin-5を分解するubiquitin-proteasome系の存在が示唆された。そこで、claudin-5分子のubiquitin化状態を解析すべく、GFPタグを付加したマウスclaudin-5の発現コンストラクト[CL5-GFP]およびFLAGタグを付加したubiquitinの発現コンストラクト[FLAG-Ub(wt)]を作製した。[CL5-GFP]および[FLAG-Ub(wt)]をbEND.3細胞に導入し(transient transfection)、正常酸素濃度下あるいは低酸素濃度下に培養し細胞抽出液を得た。抽出液を抗GFP抗体にて免疫沈降・抗FLAG抗体にてプロットしたところ、ubiquitin化claudin-5の存在が証明された。そして、claudin-5分子のubiquitin化は、正常酸素濃度下のbEND.3細胞にても認められたが、その程度は低酸素濃度下のbEND.3細胞において軽度ではあるが亢進していることが示された。さらに、酸素濃度に依存したclaudin-5発現様式をリアルタイムでモニターするため、「CL5-GFP」発現するstable transfectant株を樹立した。
ハイブリッド実験手法の高精度・高速化と汎用的利用法に関する総合的研究

ハイブリッド実験手法は、各種構造部材や地盤要素の終局限界状態に関する実験的解明と、それらを含む全体構造系の動的挙動の数値解析を組み合せた、ユ-クな実験にステムである。このシステムはアナログ量とディジタル量の高速相位変換および電子計算機の高速・小型化などの情報処理技術の発展により、各種の分野に応用され始めている。本研究の目的は、ハイデリッド実験手法の高精度・高速化に関する技術的な検討と、より汎用的な利用法のためのソフトウェア-やマニュアルの作製にある。上記の目的のため、研究代表者および分担者は、平成元年度中に全体および部分会議を数回開催し、各々に開発された独自の手法に関する情報交換を行うとともに、汎用的利用を促進するためのマニュアルの骨子を作製した。そして、現在マニュアルを印刷中である。一方、各々に開発した研究成果の特徴点について述べれば次のとおりである。1)ハイブリッド実験に用いられている油圧式アクチュエ-タ-の変位制御精度は、10分の1mm程度であるが、ネジを用いた機械式では、さらに1桁上の精度を得られる。しかし機械的なカタを克服する必要がある。2)自由度の大きい構造物のハイブリッド地震応答計算を実施するため、大型計算機と実験とをTSS回線で結合する手法を開発した。しかしこの手法では、デ-タ-の電送時間(1ステップ0.2秒)が必要である。3)構造物の一部とその他の部分における境界での力のつり合いと適合条件とを考慮したサブストラクチャ-法を、ハイブリッド実験にも適用し、より一般的な定式を試みた。4)構造物基礎一地盤系の動的相互作用問題にもハイブリッド地震応答解析を応用し、周波数依存型問題をも取扱い可能とした。ハイブリッド実験手法は、各種構造部材や地盤要素の終局限界状態に関する実験的解明と、それらを含む全体構造系の動的挙動の数値的解析を組み合せた、ユニークな実験システムである。このシステムはアナログ量とディジタル量の高速相互変換および電子計算機の高速・小型化などの情報処理技術の発展により、各種の分野に応用され始めている。本研究の目的は、ハイブリッド実験手法の高精度・高速化に関する技術的な検討と、より汎用的な利用法のためのソフトウエアーやマニュマルの作製にある。上記の目的のため、研究代表者および分担者は、昭和63年度中に全体および部分会議を数回開催し、各々に開発された独自の手法に関する情報交換を行うとともに、汎用的利用を促進するためのマニュアルの骨子を作製した。1)ハイブリッド実験に用いられている油圧式アクチュユーターの変位制御精度は、10分の1mm程度であるが、ネジを用いた機械式では、さらに1桁上の精度を得られる。しかし機械的なガタを克服する必要がある。2)自由度の大きい構造物のハイブリッド地震応答計算を実施するため、大型計算機と実験とをTTS回線で結合する手法を開発した。しかしこの手法では、データーの電送時間(1ステップ0.2秒)が必要である。3)構造物の一部とその他の部分における境界での力のつり合いと適合条件とを考慮したサブストラクチャー法を、ハイブリッド実験にも適用し、より一般的な定式化を試みた。4)構造物基礎-地盤系の動的相互作用問題にもハイブリッド地震応答解析を応用し、周波数依存型問題をも取扱い可能とした。
マーケッティング分析手法を用いた都市間貨物輸送機関分担モデルの開発

本年は、運輸省の貨物全国純流動調査の3日間調査データを用いて、都市間貨物輸送特性の把握を詳細に検討した。特に、陸上モーダルシフト策の中心である、トラックから鉄道輸送への転換を検討対象とし、品目、輸送特性別にその特性分析を試みた。鉄道輸送への転換を想定した分析のため、まず現状の鉄道輸送サービス特性を、鉄道貨物時刻表を用いた輸送サービス変数より明らかにした。その結果、鉄道輸送においては、ターミナル両端末の輸配送サービスの貧弱さ、及び発着時刻の自由度の低さがモーダルシフトの障害要因であることが示された。また、営業トラック輸送とのサービス比較分析より、所要時間、輸送費用ともに鉄道サービスが上回るものの、低頻度サービスの故にトラック輸送が支配的シェアを占めることが推測された。本分析の特徴である、マーケティング分析の貨物輸送機関分担分析への導入であるが、本研究では、マーケティング分析の特徴である、マルチセグメントを品目数に当てはめ、品目別の分担モデル分析を試みた。セグメント基準には、品目を始め、距離帯、重量帯を考え、詳細なセグメント別モデルとして、非集計ロジットモデルを取り上げ、モデル構築を行った。指定統計であり、ある程度の精度が保証されている純流動調査データを用いた。非集計貨物輸送機関分担モデルの推定は、今までにない成果であるが、本研究では、それに加えてマーケットセグメントという概念から、モデル推定パラメータを用いた輸送特性をなし得たことが大きな成果であるといえよう。
新たな建物強風被害ハザード提案に向けた積雲対流下のドップラーライダー観測

本研究は、地表面摩擦に起因する「風の乱れ」だけでなく、積雲対流下の上昇・下降気流に由来するダウンバーストや竜巻などの「突風」現象を、ドップラーライダーとレーダーを組み合わせた立体的フィールド観測により明らかにし、接地境界層内の変動風速場の解析手法を構築することにより、建物にとって最も危険な最大瞬間風速も評価できる新たな建物強風被害ハザードを提案して被害予測の高精度化を実現し、建物強風災害リスクの軽減に向けた環境構築に寄与しようとするものである。本年度は、広域上空風および積雲に関する観測と補完的かつ緊密に連携した立体的フィールド観測を行うために、上方スキャン型のドップラーライダーとそれを積載する自動車を購入し、観測地点を移動して機動的な観測を行い、接地境界層の発達および積雲対流下の変動風速場の特性を測定できる体制を整えた。装置の調整を行った後、平成30年8月には京都大学の観測グループ(京都大学生存研、名古屋大学、神戸大学、山梨大学、大阪大学、山口大学、情報通信研究機構(NICT))と共に神戸-大阪-京都にまたがる関西エリアの観測網内の観測に参加し、積雲発達時の接地境界層内の風速場の観測を行った。その後、機材を沖縄の観測サイトに移設し、積雲対流が安定して発生する冬季の季節風の吹き出し時を狙って観測を行った。この観測は琉球大学の観測グループ(琉球大学、名古屋大学、情報通信研究機構(NICT)、気象庁)と協力して行い、レーダーやゾンデ観測網による上空風および積雲の観測と連携して行った。観測期間内に、前線通過に伴う降雨帯下の強風データの観測結果が得られており、レーダーやゾンデ観測などと併用して強風場の解析を行う予定である。平成30年度には、1.立体的フィールド観測を行うために、上方スキャン型のドップラーライダーとそれを積載する自動車を購入し、観測地点を移動して機動的な観測を行い、接地境界層の発達および積雲対流下の変動風速場の特性を測定できる体制を整えた。2.都市域(神戸地区)において京都大学の観測グループ(京都大学生存研、名古屋大学、神戸大学、山梨大学、大阪大学、山口大学、情報通信研究機構(NICT))と共に、ドップラーライダーを用いた観測を行い、測器の調整を完了し、また、積雲発達時の接地境界層内の風速場の観測を行った。3.沖縄の観測サイトにおいて、積雲対流が安定して発生する冬季の季節風の吹き出し時を狙って観測を行った。この観測では琉球大学の観測グループ(琉球大学、名古屋大学、情報通信研究機構(NICT)、気象庁)と協力して行い、レーダーやゾンデ観測網による上空風および積雲の観測と連携して行った。観測期間内に、前線通過に伴う降雨帯下の強風データの観測結果が得られた。以上、申請書記載の予定通りの機器の調達を済ませ観測を行うことができた。平成30年度に立ち上げたドップラーライダーによるフィールド観測を継続するとともに、接地境界層内変動風速場の予測手法の構築を開始する。地面付近の接地境界層内の変動風速場の解析にあたって、流入条件および初期条件を与えるために、広域の上空風のデータを作成する。これには、風速場の情報だけでなく、積雲の発生・発達の情報が必要になる。本研究ではメソ気象モデルであるWRFを用いた解析を行い、観測サイト周囲の広域気象場を再現・予測する。解析結果の検証には、レーダーおよびドップラーライダーの観測結果を用いる。建物の強風被害に直接関係する地面付近の変動風速を再現するために、非定常な乱流場を計算することができるラージエディシミュレーション(LES)を用いる。地表面摩擦の影響はキャノピーモデルを用いたLESにより地表面粗度を空力抵抗として評価して取り込み、接地境界層内の変動風速場を再現・予測する。キャノピーモデルにおいて空力抵抗を評価するために必要となる粗度形状は、地理情報システム(GIS)上の地形や建物形状、土地利用の数値情報データから求める。積雲対流の解析が可能な雲物理モデルをLESに導入し、地表面摩擦による「風の乱れ」だけでなく積雲対流下の「突風」の影響を含めた接地境界層内の変動風速場を再現・予測する。とくに、地表面摩擦の影響が大きい都市部における流れ場を扱うために、キャノピーモデルを用いたLESとの融合を図り、地表面粗度の取り扱いについても検討を行う。積雲対流の情報は広域上空風解析やレーダーおよびドップラーライダーによる観測結果を用い、解析結果の精度検証を行う。

その後、機材を沖縄の観測サイトに移設し、積雲対流が安定して発生する冬季の季節風の吹き出し時を狙って観測を行った。この観測は琉球大学の観測グループ(琉球大学、名古屋大学、情報通信研究機構(NICT)、気象庁)と協力して行い、レーダーやゾンデ観測網による上空風および積雲の観測と連携して行った。観測期間内に、前線通過に伴う降雨帯下の強風データの観測結果が得られており、レーダーやゾンデ観測などと併用して強風場の解析を行う予定である。平成30年度には、1.立体的フィールド観測を行うために、上方スキャン型のドップラーライダーとそれを積載する自動車を購入し、観測地点を移動して機動的な観測を行い、接地境界層の発達および積雲対流下の変動風速場の特性を測定できる体制を整えた。2.都市域(神戸地区)において京都大学の観測グループ(京都大学生存研、名古屋大学、神戸大学、山梨大学、大阪大学、山口大学、情報通信研究機構(NICT))と共に、ドップラーライダーを用いた観測を行い、測器の調整を完了し、また、積雲発達時の接地境界層内の風速場の観測を行った。3.沖縄の観測サイトにおいて、積雲対流が安定して発生する冬季の季節風の吹き出し時を狙って観測を行った。この観測では琉球大学の観測グループ(琉球大学、名古屋大学、情報通信研究機構(NICT)、気象庁)と協力して行い、レーダーやゾンデ観測網による上空風および積雲の観測と連携して行った。観測期間内に、前線通過に伴う降雨帯下の強風データの観測結果が得られた。以上、申請書記載の予定通りの機器の調達を済ませ観測を行うことができた。平成30年度に立ち上げたドップラーライダーによるフィールド観測を継続するとともに、接地境界層内変動風速場の予測手法の構築を開始する。地面付近の接地境界層内の変動風速場の解析にあたって、流入条件および初期条件を与えるために、広域の上空風のデータを作成する。これには、風速場の情報だけでなく、積雲の発生・発達の情報が必要になる。本研究ではメソ気象モデルであるWRFを用いた解析を行い、観測サイト周囲の広域気象場を再現・予測する。解析結果の検証には、レーダーおよびドップラーライダーの観測結果を用いる。建物の強風被害に直接関係する地面付近の変動風速を再現するために、非定常な乱流場を計算することができるラージエディシミュレーション(LES)を用いる。地表面摩擦の影響はキャノピーモデルを用いたLESにより地表面粗度を空力抵抗として評価して取り込み、接地境界層内の変動風速場を再現・予測する。キャノピーモデルにおいて空力抵抗を評価するために必要となる粗度形状は、地理情報システム(GIS)上の地形や建物形状、土地利用の数値情報データから求める。積雲対流の解析が可能な雲物理モデルをLESに導入し、地表面摩擦による「風の乱れ」だけでなく積雲対流下の「突風」の影響を含めた接地境界層内の変動風速場を再現・予測する。とくに、地表面摩擦の影響が大きい都市部における流れ場を扱うために、キャノピーモデルを用いたLESとの融合を図り、地表面粗度の取り扱いについても検討を行う。
高齢者の簡易栄養状態評価表による評価結果と角質水分量の関連

皮膚は、加齢によって角質層の水分保持機能が低下し、柔軟性を失ったドライスキンとなる。高齢者の約9割はドライスキンであると言われ、皮膚バリア機能の破綻、掻痒感の惹起、掻破行動による皮膚障害などによって生活の質を脅かす。これらを予防するために、保湿ケアを行うことが重要である。しかし、乾燥によるかさつきやざらざら感などの症状は入浴や発汗などによって一時的に消失するため、ドライスキンを視診で判断する難しさがある。ドライスキンの指標である角質水分量はアミノ酸量や血清アルブミンと関連があることが明らかにされているため、栄養状態は外部環境に依存しないドライスキンの指標になり得るのではないかと考えた。本研究は、視診に頼らないドライスキンの判定指標として、栄養状態と角質水分量の関連を明らかにすることを目的とする。2018年度は、倫理審査委員会の承認を受け、7月に調査対象施設を決定した。8月から9月にかけて調査対象者もしくは代諾者と研究同意を交わした。また、同時期に調査項目の決定、調査スケジュールの作成、必要物品の準備を行った。12月からカルテの情報収集および角質水分量の測定を開始し、2019年1月までに82人の調査を実施した。現在、調査データについて分析中であり、データの一部をまとめた結果を関連学会で発表する準備を進めている。今後は、他の施設やイベントの機会などを利用し、様々な栄養状態の段階にある高齢者の栄養状態と角質水分量のデータを収集する予定である。1回目の調査を終了し、データを分析している最中である。このデータから、栄養状態と角質水分量の関連の傾向を把握することはできると考えている。当初の研究目的に鑑みると、概ね順調に進展している。現時点では1施設での調査のみ終了した段階である。そのため、栄養状態と角質水分量の傾向を把握することはできるが、栄養状態の多様性と角質水分量の関連を明らかにすることは困難である。今後は調査対象者の拡大を目指している。調査実施時間が限られており、研究者の他に調査実施者を増やすことで時間内で調査を終える必要が生じたため人件費が発生した。
脊髄圧迫部位の血流をリアルタイムに測定するシステムの開発

シリコンと非接触型レーザー血流計を用いて、ラット脊髄圧迫時の脊髄血流と虚血の影響を調査した。20gの重さで脊髄は完全虚血となり、20分間の圧迫では運動障害は可逆性であるが、40gでは非可逆性であった。そのメカニズムとして、圧迫部位での虚血は、マイクログリア増殖を含む炎症、神経細胞やオリゴデンドロサイトのapoptosisを引き起こし、さらに血液脊髄関門が破壊されるためと考えられた。脊髄圧迫時の、圧迫部位脊髄血流をリアルタイムに測定する方法は今までないが、非接触性の赤外線血流計を用いることによって、それが可能となる可能性がある。本年度は、中空になっている50gの重錘の先端に、赤外線を通過させるシリコン(円形、直径3mm)を装着した重錘を作成した。重錘は糸で上方から吊られており、天秤を使用することによって、まずは対側に50gの水を入れておき、その時点でつりあうようにしておいてから、徐々に水を抜いていくことによって、050gまでの重さを可変的に脊髄に加えることができる装置を開発した。脊髄圧迫は、これまでに当研究室で用いてきた方法を使った。すなわち、Wistar系ラット10週齢をハロセン麻酔下にTh10レベルで椎弓切除を行い、脊髄を露出した。その部位に赤外線プローベのついた重錘をゆっくりと乗せることによって、圧迫を加えることができた。圧迫の影響の指標として、尻尾で血圧と脈拍を測定した。プレリミナリーではあるが、5gの圧迫で脊髄血流は圧迫無しの状態の50%以下まで低下した。徐々に重さを増やしていくと、20gで血流は0となり、その後は50gまで血流0の状態が続いていた。圧迫中、血圧の上昇と脈拍の増加を認めた。本年度の研究で、脊髄血流をリアルタイムに測定する装置が完成したことと、約20gの重さで脊髄血流が無くなることが分かった。来年度は、nを増やして結果の精度を上げることと、後肢運動機能を測定して、重錘の重さ、虚血の時間を変えて、脊髄えの影響を見ていく予定である。本年度は、n=6で脊髄への負荷を5gとすることにより脊髄血流は約半分となり、20gで血流はほぼ0となり虚血になることがわかった。これらのデータから、圧迫負荷は20gとし、n=6でsham群・20分虚血群・40分虚血群のラットを作製、血流変化と行動学的検討を行ったところ、20分虚血群では圧迫解除後も圧迫前と同じ血流量が得られたが、40分虚血群では約70%の血流回復しか得られなかった。圧迫が長時間となることによって血管にダメージが起こったと考えた。行動学的検討でも、20分虚血群は虚血後3日・7日・14日で有意な立ち上がり回数の減少やBBB scoreの低下は認められなかったが、40分圧迫群では虚血後3日・7日で有意な立ち上がり回数の減少、3日でBBB scoreの低下を認めた。これらのことより、脊髄虚血の時間が20分では脊髄にダメージは起こらないが、同じ重さでも40分虚血状態が続くと、圧迫解除後の脊髄血流の低下とそれに伴う脊髄のダメージが起こると推測された。これらのデータは、脊髄損傷の虚血実験を行う際、物理的なダメージを最小限にして、純粋に近い虚血を起こさせる脊髄圧迫の重さを初めて証明したものである。また、完全虚血の時間が40分以上だと脊髄に不可逆性のダメージが起こることを証明したものであり、ラット脊髄虚血実験モデルとしての有用性を示すことができたと考える。次年度では、圧迫時間によって組織学的な変化がどのように起こるか、microgliaの増殖程度、apoptosis細胞の検出、血管破綻の程度をEvans Blue染色などで検討する予定である。本年度は、脊髄への圧迫時間別(20分・40分)に、どのような組織学的変化が脊髄内で起きているかを検討した。血液脊髄関門の破綻を調べるためのEvans Blue染色を圧迫後24, 72時間後に、炎症を引き起こすマイクログリアの増殖を調べるためにOX-42染色を72時間後に、また、細胞のアポトーシスを調べるためにTUNEL、染色を72時間後に行った。Evans Blue染色は、sham群は染まらなかったが、20分圧迫群では灰白質を中心として、軽度の漏出が認められた。40分圧迫群では、24時間後にさらに高度な漏出が認められたが、72時間後には漏出は認められず、障害を受けた血管が修復されたと考えられた。OX-42染色では、sham群ではほとんど陽性細胞は無かったが、20分圧迫では灰白質を中心に陽性細胞の増殖が認められ、40分圧迫群ではさらに高度な増殖が認められた。

TUNEL染色では、sham群では生理的と思われる陽性細胞が少数認められたが、20分圧迫群では灰白質を中心に陽性細胞の増加を認め、40分圧迫群ではさらに高度な増加を認めた。以上の結果より、脊髄虚血後には24時間以内に血液脊髄関門の破綻が起こり、アルブミンなどの血漿成分が漏出している可能性が示唆された。さらにその後損傷部位でのマイクログリア増殖を含む炎症が起こり、周辺細胞のアポトーシスが起こって運動機能障害を引き起こしている可能性が示唆された。20分間の虚血では、血流回復により、それらの障害が軽微であったため運動機能障害が起こらず、40分間の虚血では運動機能障害が起こるほどの炎症やapoptosisが起こったのではないかと考えられた。まとめ。脊髄虚血により血液-脊髄関門の破綻が起こり、その後の炎症、アポトーシスへと繋がる可能性が示唆された。
不斉合成の精密化と組織化

本研究は平成5年度に採択された「キラル分子の不斉合成」と題する重点領域研究が平成7年度をもって終了するのに伴い新しく重点領域研究を設定するために組織されたものである。間もなくやってくる21世紀は化学と生物学、更には物理学を含めた大きな融合の時代となるであろう。物質文明の追求と共に生物学的現象の化学的理解が重要な課題となるに違いない。特に“いのち"そのものの科学的理解、即ち生体の営みを化学の言葉で語る時代の到来である。本研究では“いのち"の重要な側面である「光学活性」という問題を有機化学的な面から捕えることにより新たな概念を引き出すことを大きな目的としている。「光学活性」にかかわる分野は極めて多様であるが、本研究班全員による2回の班会議、更に少数の班員による度重なる会議、討論の結果、不斉合成を更に精密化し組織化することのみでは真に独創的な新規性に富んだ不斉合成法の開拓、不斉分子認識系の構築、更にはそれらを利用する機能性材料の合成などに大きな寄与は出来ないのではないかという結論に達した。立体化学的情報をもう少し他の視点から見直してみようという事である。そうすると単純に三次元と考えられていた情報は時には二次元、また或る時には四次元情報として取り扱われたほうが、或いは取り扱われなければその本質に迫ることが出来ない。本研究は従来三次元的に理解されてきた立体化学的情報は実は様々な異なる次元を併せ持つ「多次元情報」であるとういう基本的概念の上にたって立体化学の見直しをすると共に、真に新しい謂わば「動的立体化学」を打ち立てようとの目的を設定することで一致した。これに基づいて本研究班員及び班員外からも広く人材を募り「分子多次元情報の発見、創製、活用-有機分子の秘めたる可能性を求めて-」と題し平成9年度発足重点領域研究に申請し本研究班の目的を達成することが出来た。
動物介在療法領域に用いる日本在来馬の行動学的・運動生理学的特長に関する研究

体格の小さな日本在来馬を動物介在活動・療法用のウマとして有効かつ安全に活用するため、ウマが安定した歩法で運動できる最大重量(最大許容負荷重量)と、種々のストレッサーに対する応答について研究した。小型の与那国馬で曲線コース上を駈歩した際の最大許容負荷重量は60 kg未満、すなわち馬体重の29%未満であった。また、与那国馬が海中と陸上でのホーストレッキングした際のストレス反応は、運動前より2時間後に低下した。海中と陸上ホーストレッキングは与那国馬に大きなストレスを与えないことが明らかとなった。日本在来種の一種であるヨナグニウマのストレスを把握するため、採血、心電図測定、行動観察を与那国島のヨナグニウマふれあい広場で行った。7頭の馬で測定を行った。また、牧場長の案内のもと、ヨナグニウマの放牧地や飼育施設の見学も行った。さらに、関連牧場のうみかぜホースファーム(沖縄県南城市)の見学も行った。うみかぜホースファームでは、代表の案内のもと、飼育施設の見学と動物介在活動に関する情報交換を行い、海でのホーストレッキング(海中HT)の見学も行った。海中HTもしくは常歩と速歩を含んだHT(陸上HT)を行い、運動前後のストレス応答を評価した結果、血漿中コルチゾール濃度は、海中HTおよび陸上HTで運動直前より運動2時間後に低下した(P < 0.05)。交感神経系のストレス指標は、海中HTで陸上HTより低い傾向があった(P < 0.1)。また、前肢による身繕い行動の頻度はコントロールより海中HTで減少した(P < 0.05)。以上より、海中HTと陸上HTはヨナグニウマに少なくとも大きなストレスを与えるものではなく、特に海中HTはヨナグニウマのストレス応答にほとんど影響を与えないと考えられた。乗用馬の飼育管理上のストレス応答を把握するため、電気牧柵に初めて接する乗用馬を用いて、固定柵と電気牧柵におけるストレス応答の違いを検討した。北海道和種馬を含む3頭の馬を用いて血漿中コルチゾール濃度と心電図のサーカディアンリズムを測定した。両条件下で、血漿中コルチゾール濃度には朝方から夕方にかけて減少し、夕方から朝方にかけて上昇するサーカディアンリズムが見られた。また、血漿中コルチゾール濃度は、時間帯によってはむしろ固定柵の方で電気牧柵より高い結果となった(P < 0.05)。心電図は24時間安定に採取することができなく、自律神経系ストレス応答のサンプリング手法に課題が残った。日本在来馬における駆歩時の最大許容負荷重量を把握するための解析方法を確立することができた。北海道和種馬2頭を対象として、調馬策運動にて0 kg、60 kg、および100 kgの負荷を課して画像解析法と加速度法の2方法で同時測定を行ったところ、2方法間に有意な相関が得られた。今後は迅速解析が可能な加速度法のみで評価をおこなうこととした。また、これまで周波数解析を応用して振動の規則性から評価を行っていたが、これに加えて、駆歩時の運歩間隔を基にした評価系を確立することもできた。今後は両評価系から駆歩時における最大許容負荷重量を把握するできることとなった。ヨナグニウマにおける駆歩時の最大許容負荷重量を測定するための予備測定を与那国島のヨナグニウマふれあい広場および石垣島の石垣島馬広場にておこなった。ここでは、調馬策運動で駆歩を無理なく持続できる個体を把握し、これらの馬体測定を行った。その結果、12頭のウマを候補個体として選抜することができた。日本在来馬は小型馬に分類されるが、小型馬の新たな活用法を見出すため、馬車利用時における小型馬のストレス評価を行った。馬車ウマの調教に習熟したトレーナーが、これまで全く馬車調教を受けたことがない4頭の小型馬に対して、馬具への馴致、車に曳かれることへの馴致、ロープへの馴致、馬車への馴致、馬車曳き運動、車のすれ違い、駈歩運動の各段階をこの順に調教した。各調教段階をビデオ撮影し、行動観察によってストレスに関係する行動をカウントし、各調教段階の前後に採血し、EIA法によって血漿中コルチゾール濃度を分析した。同様に各調教段階の前後で聴診により心拍数を測定した。さらに、全調教過程が終了した後、常歩、速歩、駆歩の歩法で予め決められたコース上を決められた動作で通過し、その際の行動をビデオ画像から解析した。結果は現在分析中である。本研究の主な目的は1)ウマが正常な歩法を維持できる騎乗者の適正体重と2)ホーストレッキング時の種々のストレッサーに対するストレス応答の把握である。1)については手法が確立でき、ヨナグニウマでの予備測定も完了しているため、ヨナグニウマと対州馬での本測定を残すのみとなっている。2)については昨年度にヨナグニウマでの測定を終え、現在対州馬の測定を計画中である。日本在来馬は小さいながらも温厚な性質を持つため、動物介在活動・療法用のウマとして大きな可能性を持っているが、その行動学的・運動生理学的特徴はあまり把握されていない。そこで、日本在来馬を動物介在活動・療法用として安全かつ有効に活用するため、本研究では1)騎乗者の適正体重の上限と2)種々のストレッサーに対するストレス応答について研究した。

騎乗者の適正体重は、駈歩・曲線コースという最も過酷な環境で、10頭の与那国馬を用いて測定した結果、最大許容負荷重量は60 kg、すなわち、馬体重の29%未満であると決定できた。鞍などの馬装重量を考慮すると、与那国馬で駈歩する場合、騎乗者体重の上限は50 kgに設定すべきであると結論付けられた。海中(海中HT)あるいは陸上(陸上HT)をホーストレッキングする際のウマのストレスについて、7頭の与那国馬を用いて測定した結果、血漿中コルチゾール濃度は、海中HT及び陸上HTにおいて運動直前より運動2時間後に低下した。交感神経系のストレス指標であるLF/HFは、海中HTで陸上HTより低い傾向があった。副交感神経系のストレス指標であるHFは、海中HTにおいて運動前よりも運動後で低下した。行動指標として、偽咀嚼の時間は運動前よりも運動後に長く、前掻きの回数はコントロールと比較して海中HTにおいて減少した。以上より、海中HTと陸上HTは与那国馬に少なくとも大きなストレスを与えるものではなく、特に海中HTではストレスは殆どないことが明らかとなった。この他、電気牧柵での管理によるストレスを把握するため3頭の乗用馬を用いて血漿中コルチゾール濃度と心電図RR間隔変動の概日リズムを測定したところ、両者ともに乱れはなかったことから、乗用馬の管理方法として電気牧柵を積極的に活用すべきだと考えられた。体格の小さな日本在来馬を動物介在活動・療法用のウマとして有効かつ安全に活用するため、ウマが安定した歩法で運動できる最大重量(最大許容負荷重量)と、種々のストレッサーに対する応答について研究した。小型の与那国馬で曲線コース上を駈歩した際の最大許容負荷重量は60 kg未満、すなわち馬体重の29%未満であった。また、与那国馬が海中と陸上でのホーストレッキングした際のストレス反応は、運動前より2時間後に低下した。海中と陸上ホーストレッキングは与那国馬に大きなストレスを与えないことが明らかとなった。本研究の大きな目的は1)馬が正常な歩法を維持できる騎乗者の適正体重と2)ホーストレッキング時の種々のストレッサーに対するストレス応答の把握である。2)については、ヨナグニウマにおける研究結果がまとまったため、対州馬の研究を実施するのみである。1)については駆歩時における最大許容負荷重量を把握するための手法を確立している段階であり、これについては画像解析と加速度計解析の2方面から検討を行っている。円形馬場における予備実験を重ねて手法の確立を急いでいる。以上、おおむね順調に進展していると考えている。ヨナグニウマにおける駆歩時の最大許容負荷重量を決定したのち、対州馬における最大許容負荷重量を把握するための測定をおこなう。また、対州馬ではホーストレッキング時のストレス応答を測定する。それと同時に、これまで得られた結果を学会や学術誌に公表する。動物行動学最大許容負荷重量の推定法の確立を行った後、木曽馬を用いて駆歩における測定を実施する。また、対州馬でホーストレッキングによるストレス応答を測定するための準備を行う。それと同時に、これまで得られた結果を学会や学術雑誌に公表する。年度末に学会発表があり、当該年度中に精算できなかったため。年度末に学会発表があり、当該年度中に清算できなかったため。学会発表のための旅費に充てる。学会発表のための旅費にあてる。
クロミック材料を用いた理科学習教材開発に関する研究

実験に用いる材料が学校の現場で入手可能で小学生や中学生が理解できる科学教材開発を行った。フォトクロミック材料として、太陽光に含まれる紫外線検知に用いられている「忍者えのぐ」を用い、絵の具の混ぜ方や色の塗り方を通じて、色に関する児童生徒の興味関心の引き付け、物質の色の科学的な原理の解明につなげる研究を行った。実際に小学校3年生や、中学校1年生向けに授業の実践を行い、折り紙やフェルトペンなど典型的な色簡易分光計と組み合わせて物質の色を解明する試みを行った。実践授業の中でアンケートを取り物質の色に関する理解度を調査した。実践授業によってフォトクロミックインクを用いることにより、物質の色に関する興味関心が深まることを確認した。また、学校の現場で入手できる薬品を用いて、市販のフリクションペン等で用いられているインクのサーモクロミック反応を模倣したロイコ色素主体のサーモクロミックインクを開発した。室温付近で安定に呈色する赤、青、黄色の三つの色をそれぞれ開発し、70度以上の高温で無色化し、0度以下で色が再び着色するサーモクロミックインクの開発に成功した。色の変化は反射スペクトルの計測によって確認した。これらの研究成果は、実際の科学イベントなどで活用できる内容を含んでおり、生徒の興味関心や色変化の現象の科学的な理解の上で十分活用できるものと考えられる。このほか、同じく紫外線と可視光線で呈色するフォトクロミック材料のジアリールエテンの安定な色の呈色や関する研究を行い成果を得ることができた。小学生や中学生が理解できる、物質の色について科学的な理解を得ることができる科学教材開発を行っている。学校現場で入手が容易で、安全性の確認された材料や、コピー紙、画用紙等の身近な紫外線照射によって、学校の現場でも容易に行うことができ、効果的に、色の性質や濃度の性質を学ぶことができる教材の開発を目的として研究を行っている。物質の色を学ぶ色材として、紫外線照射によって色が変わるフォトクロミック材料や、熱によって色を呈するサーモクロミック材料を用いて、所望の色を作るにはどうすればよいか、児童生徒が工夫をすることにより、色の性質や色の濃さなどの科学的な性質を類推できる教材開発を目指している。今年度は、色教材開発の基本的な科学的根拠に基づくデータを集めるための研究を行った。フォトクロミック教材に関する研究は、絵の具等の色の三原色と、市販のスピロ系フォトクロミック化合物の有機溶剤、PMMAやポリウレタン樹脂、忍者えのぐの色に関するデータを、標準光源と分光光度計を用いて計測した。同時にこの計測データをもとに、色を3色のうち2色混色させることによって色見本となる24色相環に相当するものを作製した。濃度を薄めた場合についての検討も行った。また、サーモクロミック材料の発色と消色性能についても分光学的な測定を行った。フォトクロミック教材を開発する上で基本的なデータと、この教材を用いた実践の成果の一部について学会発表を行った。フォトクロミック物質の性質を示すスペクトルの測定の結果が得られ、これを基に、フォトクロミック材料ベースの3原色の色材を選定し、ここから24色相環に相当するものを作成し、教材見本として役立てた。教材体験イベントも行っているが、問題点として、色材の熱退色のアンバランスな点や、実際の色混合に時間がかかる点があった。しかし、イベント体験者へのアンケートの結果、興味関心を引き付ける教材であることと、小学生でも理解できる教材であったことは確認できた。本研究では、フォトクロミック材料やサーモクロミック材料を用いた、小中学生向けの化学の基礎の概念を知ることのできる教材開発に関する研究を行っている。フォトクロミック材料やサーモクロミック材料は、熱や光照射によって色が変化する材料であり、発色した状態と消色した状態が可逆に変化する性質がある。これと、色の三原色を組み合わせ、小学校で学ぶ図工で学ぶ絵の具の混色の手法を利用して、色の三原色の絵の具の量を制御し、絵を描くための手順を工夫すれば、色の性質や濃度を変えることが出来ることによって、将来化学を学ぶ上で必要な定性的な変化や定量的な変化に結び付く教材の開発が期待される。これと同時に、物質の色を評価する手法を学ぶ上で、光の三原色同様に色を解析できる手法を提案し、高等学校の教科書知識と結びつけて色の評価を科学的に行うことの手法を学ぶことのできる教材開発も行う必要がある。昨年度、市販のフォトクロミック材料の忍者えのぐのうち、紫外線で発色する色の三原色シアン、マゼンタ、イエローに相当する3色を用いて24色相環をつくり、その色相環を自由な絵を描く中での色見本として教材の実践の中で適用することを試みた。実際に行うと、作業の手順が煩雑で混色に時間がかかりすぎる問題や、混色が正しく行われたかの検証が難しいことが判明した。今年度は、大阪府の小学校3年生2クラスと、兵庫県の中学1年生2クラスを対象に、実際授業の中で実践できるような形で教材の実演と、そこから得られた成果の分析を行った。この分析と同時に、フォトクロミック材料の素材開発に関する研究と、研究室で用いることのできるサーモクロミック材料の作製に関する研究を行った。小学校での授業実践に関し、実際の授業時間内で行うことのできるように、作業手順の時間を設け、教材をつかった実験の実施方法を改善して授業を実施した。小学三年生の場合は、作業手順として量を量るスポイトの使い方の手順を学び、そこから同一のパレット上で混色を行う手順に時間を割いた。

中学校1年生での実践に関しては、高等学校で学ぶ光の色と、その光が当たって生じる物質の色の違いを意識させ、また、紫外線照射によって色の性質の変化する材料を用いて実験を行うことを事前に提示し、そのうえで作業手順について説明を行った。小学校と中学校における作業手順の説明は、色の3原色に相当するインク3色と、3色インクを1:1混合したもの(3色)を調合して行い、そのあと、絵を描く作業を行った。このあと、作業が適切にできたか、授業後の感想をアンケートで実施した。フォトクロミック材料の素材開発に関しては、有機フォトクロミック材料ジアリールエテン研究成果を国際誌に報告した。また、サーモクロミックインクの材料に関しては、その原理を学ぶための青色ロイコ系色素の開発を行った。実験に用いる材料が学校の現場で入手可能で小学生や中学生が理解できる科学教材開発を行った。フォトクロミック材料として、太陽光に含まれる紫外線検知に用いられている「忍者えのぐ」を用い、絵の具の混ぜ方や色の塗り方を通じて、色に関する児童生徒の興味関心の引き付け、物質の色の科学的な原理の解明につなげる研究を行った。実際に小学校3年生や、中学校1年生向けに授業の実践を行い、折り紙やフェルトペンなど典型的な色簡易分光計と組み合わせて物質の色を解明する試みを行った。実践授業の中でアンケートを取り物質の色に関する理解度を調査した。実践授業によってフォトクロミックインクを用いることにより、物質の色に関する興味関心が深まることを確認した。また、学校の現場で入手できる薬品を用いて、市販のフリクションペン等で用いられているインクのサーモクロミック反応を模倣したロイコ色素主体のサーモクロミックインクを開発した。室温付近で安定に呈色する赤、青、黄色の三つの色をそれぞれ開発し、70度以上の高温で無色化し、0度以下で色が再び着色するサーモクロミックインクの開発に成功した。色の変化は反射スペクトルの計測によって確認した。これらの研究成果は、実際の科学イベントなどで活用できる内容を含んでおり、生徒の興味関心や色変化の現象の科学的な理解の上で十分活用できるものと考えられる。このほか、同じく紫外線と可視光線で呈色するフォトクロミック材料のジアリールエテンの安定な色の呈色や関する研究を行い成果を得ることができた。教材開発として、今年度実際の小学校の授業で実施し、フォトクロミックとサーモクロミック材料を用いた教材開発を行う。より実践的な場で教育効果を含めた検討を行い、学会発表を通じて成果を公表し、同時に教育論文として成果をまとめる。最終年度に当たり、最初のフォトクロミックインクで科学の量や性質を学ぶ教材から、色を学ぶ教材への変化させるため教材の提示方法について検討し授業実践での評価に取り組む。実際に、兵庫県小野市の中学校でのフォトクロミックインクとサーモクロミックインクを用いた教材の実践と実践後の評価を行う。また、教育雑誌への成果公表を行う。この他、本関連する研究として、市販水彩絵の具を用いた色教材開発に関する成果と、フォトクロミック材料のジアリールエテンを用いた、化学変化に伴い外形の動きのある素材に関する成果をまとめる予定である。
相変化材料による局所的演算・記憶要素の空間相関形成とシミュレータ機能の実装

マイクロスリットに閉じ込められた2次元結晶配列コロイド粒子系に対し、強磁性・反強磁性相互作用と等価な物理機構と、最安定な結晶構造を得るためのアニーリングプロセスを実装し、スピングラスの最適解探索機能の実証を試みた。2枚のガラス板で形成した2次元スリット内にポリスチレンビーズ(直径1um、以下単に粒子)を分散させた純水を充填し、これを実験用試料とした。一方のガラス板にはカルコゲナイド相変化材料(GeSbTe; GST)を成膜した。広域にレーザパルス光(波長532nm)を照射し、加熱にともなって発生する対流によって横方向から粒子を加圧し、2次元三角格子を形成させることに成功した。さらに、スリット幅が粒子径の約1.5倍となる領域において、Buckling構造が形成されること、このBuckled相が反強磁性相互作用する三角格子スピン系と等価であることを実証した。レーザ強度によって横方向圧力を調節し、粒子間のBuckling相互作用の強さを制御できることを確認した。レーザ強度が比較的弱い領域では、粒子は容易に上下動し、最適な粒子配置を広く探索するようすを可視化した。レーザ強度を増すにしたがい、粒子間相互作用、すなわち粒子配置間のエネルギー障壁が徐々に大きくなり、最終的には、自由エネルギー最小、あるいはエントロピー最大の配置に至る過程を観察した。これはすなわち、アニーリング過程の実空間・実時間での可視化に相当する。粒子間に強磁性・反強磁性相互作用に相当する関係性を持たせ、スピングラス系を実現するために、ポリスチレンビーズと常磁性ビーズを混合することを考案した。常磁性ビーズ同士は磁場印加下で強磁性相当の相互作用を示し、ポリスチレンビーズ間の反強磁性相当の相互作用と合わせてスピングラス系が構成され、さらにその最適解探索が可能であることを実証した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。(1)スピングラス解探索シミュレータ設計(可視域プラズモン共鳴):プラズモン粒子間相互作用を利用したスピングラスマシンの動作アルゴリズムを確立した。ある程度優れた解に到達するための計算速度を評価するため、既存の焼きなまし法と比較し、約一桁の高速化、ならびに問題サイズ(スピン数)が大きくなるほど本アルゴリズムが有利であることを確認した。実装化に向け、2つの隣接する金ナノロッドの相対位置により、正・負の相互作用を導入する際の最適な配置を決定した。(2)スピングラス解探索シミュレータ設計(赤外フォノンポラリトン共鳴):SiC上にGeSbTe薄膜を成膜し、パッチ構造形成、ならびに局所的な相変化誘起により波長10um近傍のSiCフォノンポラリトンの空間閉じ込め、ならびに隣接する局在フォノンポラリトン間の相互作用制御を実験により実証した。相互作用を最適化するためのパッチ構造サイズ、局所相変化領域サイズを決定した。(3)赤外プラズモン・フォノンポラリトン共鳴疑似サブ波長粒子の作製と分光計測:GeSbTeとGeCuTeの2層構造を作製し、それぞれをフォノンポラリトン閉じ込め層(疑似サブ波長粒子)、相互作用制御層として機能させるための基礎実験を行った。GeCuTeの相状態に応じて、GeSbTeによるフォノン閉じ込めを制御できることを確認した。(4)相変化パターンド電極によるナノ粒子操作:相変化薄膜上を浮遊する帯電金ナノ粒子の運動制御を、相状態のスイッチにより実現した。結晶相の方がより強く粒子を引き付けることを確認した。また、ナノ粒子の直接的加熱、あるいは粒子のレンズ効果による相変化薄膜の加熱により対流を誘起し、周辺の粒子の運動を制御可能であることを見出した。スピングラスマシンアルゴリズムの開発は順調に進んでおり、アルゴリズム自体が既存の方法よりも圧倒的に優れていることを見出し、想定以上の成果である。SiCによるフォノンポラリトン生成と閉じ込め、相互作用制御、ならびに相変化薄膜上の水中浮遊粒子の制御も順調に進んでいる。プラズモン粒子(金ナノロッド)間相互作用、フォノンポラリトン(相変化閉じ込めSiCフォノンポラリトン)間相互作用において、正、負の相互作用を実現するために、さらに若干の時間を要する。(1)スピングラス解探索アルゴリズムの高度化:金属ナノ粒子間相互作用を利用したスピングラス解探索シミュレータを、結合振動子系によってモデル化し、アルゴリズムとしての性能を評価した。結合振動子アルゴリズムと従来のシミュレーテッドアニーリングを組み合わせ、適切に接続することにより、計算の高速化と、より良い解への到達が両立することが確認された。また、最低固有状態の振動子の振幅とスピン配置の安定性の関係について考察し、振幅が大きい振動子ほど、それに対応するスピンはエネルギー的に安定であるという強い相関が見られた。(2)スピングラス解探索シミュレータ設計・作製:SiCフォノンポラリトンのGeSbTe層による閉じ込めと制御を継続した。1umサイズのGeSbTeパッチ構造を作製し、その直下のSiCフォノンポラリトンをパッチ構造内に閉じ込めた。また、パッチ構造を並列化し、隣り合う閉じ込めフォノンポラリトン間の相互作用をパッチ間距離によって制御できることを確認した。並行して、GeSbTe/GeCuTe二層構造の光学応答評価を継続して実施した。GeCuTeの相変化領域のパターニングによってGeSbTeの相変化閾値、コントラストを制御でき、熱的干渉も起こらないことを確認した。

(3)水中閉じ込め粒子を利用したスピングラス的挙動の発現:2枚のガラス基板で構成される2次元マイクロチャネルに閉じ込めたポリスチレン粒子の結晶構造形成を利用し、スピングラス的挙動の物理実装を実施した。一方のガラス基板の内壁にGeSbTe薄膜を成膜し、レーザ照射による対流発生源として使用した。対流によって粒子の集団を形成し、さらにレーザ強度によって結晶構造を制御した。適切なレーザ強度の場合にbuckling相が発現し、フラストレーションをもつスピングラス系と等価な挙動を示すことを確認した。スピングラスマシンアルゴリズムの改良が進み、アナログ的解法に特徴的な情報が得られることが明らかとなり、想定以上の成果である。SiCによるフォノンポラリトン生成と閉じ込め、相互作用制御においては、予想以上にGeSbTeによるダンピングが大きく、膜厚やパッチ構造作製方法の改善を必要とする。水中閉じ込め粒子の結晶化とその制御、スピングラス的挙動の発現も想定以上の成果である。マイクロスリットに閉じ込められた2次元結晶配列コロイド粒子系に対し、強磁性・反強磁性相互作用と等価な物理機構と、最安定な結晶構造を得るためのアニーリングプロセスを実装し、スピングラスの最適解探索機能の実証を試みた。2枚のガラス板で形成した2次元スリット内にポリスチレンビーズ(直径1um、以下単に粒子)を分散させた純水を充填し、これを実験用試料とした。一方のガラス板にはカルコゲナイド相変化材料(GeSbTe; GST)を成膜した。広域にレーザパルス光(波長532nm)を照射し、加熱にともなって発生する対流によって横方向から粒子を加圧し、2次元三角格子を形成させることに成功した。さらに、スリット幅が粒子径の約1.5倍となる領域において、Buckling構造が形成されること、このBuckled相が反強磁性相互作用する三角格子スピン系と等価であることを実証した。レーザ強度によって横方向圧力を調節し、粒子間のBuckling相互作用の強さを制御できることを確認した。レーザ強度が比較的弱い領域では、粒子は容易に上下動し、最適な粒子配置を広く探索するようすを可視化した。レーザ強度を増すにしたがい、粒子間相互作用、すなわち粒子配置間のエネルギー障壁が徐々に大きくなり、最終的には、自由エネルギー最小、あるいはエントロピー最大の配置に至る過程を観察した。これはすなわち、アニーリング過程の実空間・実時間での可視化に相当する。粒子間に強磁性・反強磁性相互作用に相当する関係性を持たせ、スピングラス系を実現するために、ポリスチレンビーズと常磁性ビーズを混合することを考案した。常磁性ビーズ同士は磁場印加下で強磁性相当の相互作用を示し、ポリスチレンビーズ間の反強磁性相当の相互作用と合わせてスピングラス系が構成され、さらにその最適解探索が可能であることを実証した。(1)スピングラス解探索アルゴリズムの高度化:金属ナノ粒子間相互作用を利用したスピングラス解探索シミュレータを、結合振動子系によってモデル化し、純粋にアルゴリズムとしての性能向上、特にこれまでよりもより優れた解へ高速で到達することを目指す。(2)スピングラス解探索