hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
変調ドープと結晶粒径極微制御による高移動度・低熱伝導率ナノシリコン熱電材料の創成

Siは、毒性が低い、p型・n型の制御が容易、低価格で高品質な材料が入手可能といった多くの利点を有する一方で、バルクSiのZTは最大でも0.2程度しかなく、実用化の目安であるZT = 1には遠く及ばない。この原因は、軽元素・単純結晶構造・共有結合に起因する高い格子熱伝導率と高ドープ領域におけるイオン化不純物散乱に起因する低いキャリア移動度にある。本研究では、ナノ構造制御と変調ドープを組み合わせた手法により、Siの熱電特性を向上させることを試みた。結果、金属シリサイドをナノスケールでSi中に分散することで、高い出力因子を保ちつつ格子熱伝導率を大幅に低減させ、ZTを向上させることに成功した。SiとSiGe合金の混合比を8:2、SiGe合金中のSi/Ge比をSi:Ge=8:2と固定して0.8Si-0.2(Si0.8Ge0.2B0.03)組成の試料を作製した。このとき、同じ組成で、一様ドープと変調ドープの二種類の試料を作製した。また、n型材料としては、変調ドープのための電子供給相として、Pを超高ドープしたGeを少量含有するSiを作製した。p型材料の場合、変調ドープ試料が一様ドープ試料よりもわずかに高い出力因子を示した。これは、ゼーベック係数が同程度であるにもかかわらず、変調ドープ試料のほうが一様ドープ試料よりもわずかに高い電気伝導率を示したことに起因する。この結果はまさに変調ドープの原理実証になるものと考えているが、平成26年度以降より詳細に検討していきたい。一方、Pを超高ドープしたGeを少量含有するSiに関しては、通常の解析モデルでは説明できないほどの高い熱電変換性能指数が得られた。透過型電子顕微鏡による極微観察の結果、試料中にたくさんのPリッチナノ析出相が存在していることを確認した。このナノ析出相によりフォノンが効果的に散乱された結果、高い性能指数が得られたものと考えている。今期に得られた成果のうち、代表的なものの概要は、以下の通りである。Siに対して変調ドープを施すための第二相として作製したGeを少量含有するPをドープしたn型Siが、極めて高い熱電変換性能指数ZTを示すことを見出した。材料の微細組織を透過型電子顕微鏡により観察したところ、材料中に二種類のPリッチなナノ析出物が存在していることを見出した。このPリッチ析出物には、サイズが約5 nmの球状のものと、サイズが約20 nmの板状のものの二種類があり、前者はコヒーレントに、後者はセミコヒーレントに、それぞれマトリックス相と接触していることを突き止めた。このようなコヒーレント、セミコヒーレント接合により、電子の輸送は妨げられることなくフォノンのみが効果的に散乱され、結果ZTの大幅な増大が達成された。今回最適化された組成は、仕込み組成でSi97Ge3P3であり、ZTの最大値は、1050 KでZT = 0.6であった。シリコン(Si)は、毒性が低い、p型・n型の制御が容易、低価格で高品質な材料が入手可能といった多くの利点を有する一方で、バルクSiの熱電変換性能指数(ZT)は最大でも0.2程度しかなく、実用化の目安であるZT = 1には遠く及ばない。そこで、本研究では、高ドープしたSiGe合金から超高純度Siに対して変調ドープを施すとともに、両者の結晶粒径をナノスケールで精密に制御することを試みる。これにより、イオン化不純物散乱に起因する低キャリア移動度と、軽元素・単純結晶構造・共有結合に起因する高格子熱伝導率といったSiが本来有する熱電材料としての致命的な二つの欠点を一挙に解決できると考えている。Si中にサブミクロンスケールで分散した第二相が熱電特性に及ぼす影響を調べることを目的として、Si-VSi2コンポジットを作製し、各種熱電特性を測定・評価した。液体急冷の冷却速度を制御することで、分散するVSi2のサイズや分散状態を制御する手法を確立した。Si中にVSi2を均一分散することで、電子、フォノンともに散乱され、試料の電気伝導率、熱伝導率ともに減少する結果となった。しかしながら、熱伝導率の低減のほうが電気伝導率のそれよりも若干大きかったため、結果、Si-VSi2コンポジットはSiよりも高い熱電変換性能指数ZTを示した。変調ドープを実現するためには、Si中に存在する第二相が種々の熱電特性に及ぼす影響を正確に把握しておく必要がある。平成27年度は、当初の予定通り、Si-VSi2系を用いて関連する研究を遂行し所定の成果を得ることができた。

そこで、本研究では、高ドープしたSiGe合金ならびに金属シリサイドから超高純度Siに対して変調ドープを施すとともに、両者の結晶粒径をナノスケールで精密に制御することを試みる。これにより、イオン化不純物散乱に起因する低キャリア移動度と、軽元素・単純結晶構造・共有結合に起因する高格子熱伝導率といったSiが本来有する熱電材料としての致命的な二つの欠点を一挙に解決できると考えている。今期に得られた成果のうち、代表的なものの概要は、以下の通りである。高ドープしたMg2SiをSi中にナノスケールで分散させることで、Mg2SiからSiへの変調ドープを試みた。試料は、メルトスピン法で作製した。作製したリボン状試料のゼーベック係数(S)と電気抵抗率(σ)を測定し、Si単体ならびにMg2Si単体の熱電特性と比較した。結果、SiとMg2Siから構成されるナノコンポジットリボンの出力因子(S2σで表され、熱電材料の電気的特性を決定する)は、Si単体ならびにMg2Si単体の出力因子より高い値を示すことがわかった。その最大値は、500°Cで、既存熱電材料であるBi2Te3やPbTeよりも大きな6 mWm-1K-2に達した。この高い出力因子の要因の一つにMg2SiからSiへの変調ドープが考えられる。これを確かめるためには、高温ホール効果測定を通して、キャリア濃度、キャリア移動度の温度依存性を正確に知る必要がある。Siは、毒性が低い、p型・n型の制御が容易、低価格で高品質な材料が入手可能といった多くの利点を有する一方で、バルクSiのZTは最大でも0.2程度しかなく、実用化の目安であるZT = 1には遠く及ばない。この原因は、軽元素・単純結晶構造・共有結合に起因する高い格子熱伝導率と高ドープ領域におけるイオン化不純物散乱に起因する低いキャリア移動度にある。本研究では、ナノ構造制御と変調ドープを組み合わせた手法により、Siの熱電特性を向上させることを試みた。結果、金属シリサイドをナノスケールでSi中に分散することで、高い出力因子を保ちつつ格子熱伝導率を大幅に低減させ、ZTを向上させることに成功した。変調ドープに関する研究をすすめていく際、変調ドープ相として想定していた仕込み組成でSi97Ge3P3の材料が、極めて高い熱電変換性能指数を示すことを見出したため。透過型電子顕微鏡観察を始めとするいくつかの解析により、材料中に自然に生じているナノ析出物が高い熱電変換性能指数の起源であることを突き止めた。このことは当初予定していなかったものである。当初の予定にはない画期的な研究成果が得られたものと考えている。当初の予定通りSiに対して変調ドープを施すことでZTの大幅な向上を試みる。一方、Siに類似した半導体的特性を示すGeについても同様の研究を行うことで、三次元バルク変調ドープの原理実証も試みていきたいと考えている。28年度が最終年度であるため、記入しない。材料科学当初の予定通りSiに対して変調ドープを施すことでZTの大幅な向上を試みる。当初の計画では、平成25年度は、SiとSiGe合金の混合比を8:2、SiGe合金中のSi/Ge比をSi:Ge=8:2と固定して、同組成の変調ドープ試料と一様ドープ試料を作製し、それらの各種熱電特性を比較することを計画にあげていた。実際、計画通りの試料を作製することに成功し、熱電特性も評価することができた。
終末期の治療選択に際するがん患者と家族に対する心理支援プログラムの開発

終末期の治療選択に際するがん患者と家族に対する心理的支援プログラムを開発するにあたっての基礎的な知見を得ることを目的に,一般成人を対象とした意向調査とがん患者の家族を対象にしたインタビュー調査を実施した.結果から,従来までの意思決定モデルを終末期の治療選択に応用する上で,以下の3点を考慮する必要があることが示唆された.第一に,患者と家族の未来展望が判断の枠組みに影響すること,第二に,延命治療に対する信念は直感的な意思決定を促すこと,第三に納得できる意思決定の判断基準は患者と家族で異なることである.今後,終末期の意思決定に関するモデルを実証的に検討し,より実態に沿うよう改良していく必要がある.終末期の治療選択に際するがん患者と家族に対する心理的支援プログラムを開発するにあたっての基礎的な知見を得ることを目的に,一般成人を対象とした意向調査とがん患者の家族を対象にしたインタビュー調査を実施した.結果から,従来までの意思決定モデルを終末期の治療選択に応用する上で,以下の3点を考慮する必要があることが示唆された.第一に,患者と家族の未来展望が判断の枠組みに影響すること,第二に,延命治療に対する信念は直感的な意思決定を促すこと,第三に納得できる意思決定の判断基準は患者と家族で異なることである.今後,終末期の意思決定に関するモデルを実証的に検討し,より実態に沿うよう改良していく必要がある.終末期のがん患者と家族にとって,最期まで辛い治療を行いがんと闘うか,治療を中止しQOLを重視する代わりに治癒を諦めるかの意思決定は大きな心理的苦痛を伴う.患者との死別後に,その決断に対して強い後悔を引きずる遺族も少なくないことが明らかにされている.本研究の目的は,遺族の後悔という視点から意思決定を検討し,後悔が生じるメカニズムを解明することと,その結果を踏まえ,患者と家族の意思決定スタイルに応じた心理支援方法についての知見を得ることである,またこれらの知見を応用し,意思決定の際の心理的苦痛や,遺族となった際の後悔を軽減するために,患者-家族を一単位と考えた心理支援プログラムを開発することを目指している.本年度は,次年度以降研究を実施するための準備期間としており,以下の4点を実施した.1、遺族を対象とした調査は時に心理的苦痛を伴うため,調査内容と具体的な手続き・手順に関して,できるだけ対象者の負担を軽減する工夫を検討するためのミーティングを医療従事者と行った.2、個人情報を扱う,および管理するための環境を整えた。3、がん患者と家族における意思決定支援に関する最新の情報を集め,整理した。4、最終年度にはWebを介した成果発表を予定しているため,ホームページの作成方法と更新手続き等に関する具体的な知識とスキルを獲得した。本年度は、終末期の治療選択に関する一般的な意思決定プロセスを調査する目的で、インターネットによる質問紙調査を実施した。場面想定法を用いて、自分自身ががんの終末期である場合の治療選択と、家族の一人ががんの終末期だった場合の治療選択に関する意向と、その選択の困難さや辛さ、また意思決定スタイル(選択の理由)と、未来展望に関する設問への回答を得た。20-70代の男女936名から回答を得た。調査の結果、自身の治療選択に関しては、治療中止672名(75%)、治療継続230名(25%)という結果となった。また、家族の治療選択に関しては、すでに話し合って決めている対象者114名(12%)を除外したところ、治療中止458名(59%)、治療継続(41%)となった。家族として想定した相手との続柄は、親(実親445名、義理親22名)467名(50%)、配偶者401名(43%)、その他(7%)として子どもやきょうだいが挙げられた。自身か家族の意思決定かで、選択の意向が異なるか検討したところ、自身の意思決定より、家族の意思決定の場合に治療継続を選ぶ比率が高かった。また、対象者の年代によって、選択に違いがみられるか検討したところ、自身の意思決定においても、家族の意思決定においても違いはみられなかった。治療選択の困難さとつらさに関しては、治療選択の内容によらず、自分自身の選択よりも、家族の選択の方が、より困難で辛いと評価されていた。治療選択の意向に、未来展望が関連するのか検討したところ、自身の治療選択、家族の治療選択ともに、治療継続を選択した人は、治療中止を選択した人に比べて、未来展望が拡散していた。自分自身の治療選択、家族の治療選択共に、選択の理由にメリットをあげる人は、デメリットをあげる人よりも、未来展望が拡散していた。選択の理由が、主観的か客観的かと選択、未来展望には関連がみられなかった。終末期のがん患者と家族にとって,最期まで辛い治療を行いがんと闘うか,治療を中止しQOLを重視する代わりに治癒を諦めるかの意思決定は大きな心理的苦痛を伴う.患者との死別後に,その決断に対して強い後悔を引きずる遺族も少なくないことが明らかにされている.本研究の目的は,遺族の後悔という視点から意思決定を検討し,後悔が生じるメカニズムを解明することと,その結果を踏まえ,患者と家族の意思決定スタイルに応じた心理支援方法についての知見を得ることである.またこれらの知見を応用し,意思決定の際の心理的苦痛や,遺族となった際の後悔を軽減するために,患者ー家族を一単位と考えた心理支援プログラムを開発することを目指している.本年度は,終末期の治療選択にかかる意思決定を経験したがん患者の家族13名(平均年齢58.2歳)を対象にインタビュー調査を実施した.

うち11名が女性,9名が遺族であった.インタビューでは,終末期の治療選択に関する気持ちを後悔という視点で取り上げ,当時から今に至るまでの心理的プロセスを整理し,後悔に影響する要因について探ることを目的としていた.質的分析方法(SCAT)を用いて,現在分析中である.現段階での結果としては,治療を中止するという選択をするか,最期まで治療を続けるという選択をするかという治療選択の内容にかかわらず,1)患者が治らないことを家族が受け入れること,2)患者の意思を尊重したと家族が思えることが家族の後悔に影響をしていた.また後悔を制御する方略としては,1)人間にはどうしようもできない運命があると思うこと,2)当時どうしたらよかったかについては考えないこと,などが抽出された.出産・育児にかかる休暇取得のため,一度止めてしまった研究活動を再開することは,予測以上に困難があったため。25年度が最終年度であるため、記入しない。倫理委員会の開催時期等の関係で、インタビューを実施する時期が予定よりも遅れたことが、達成度がやや遅れている理由である。今後の2年間で,インタビュー調査と質問紙調査を実施する予定であったが,インタビュー調査に絞って実施するよう研究計画を変更することを検討している.理由は,インタビューによって明らかとなった結果をもとに質問紙の調査内容を構成するために,インタビューの具体的で詳細な結果とその解釈が非常に重要となるため,より時間をかけた丁寧な調査の実施と分析と,専門家との議論が必要と判断したためである.25年度が最終年度であるため、記入しない。引き続き、病院や施設関係者と連携をとりながら、がん患者の遺族に対するインタビューを実施していく。また、研究協力者にインタビューの研修をすることで、より効率的にデータを収集する予定である。
ESCRT 経路を介した蛋白分解系におけるアルツハイマー病の病変形成機序の解明

本年度はmultivesicular body(MVB)を形成するアルツハイマー病モデル細胞の確立を行い、MVB肥大化の機序を細胞生物学的に解明する目的で以下のとおり研究を実施した。1.MVBを形成するアルツハイマー病モデル細胞の確立についてb)タウ遺伝子導入細胞におけるMVB形成の観察を行った。野生型タウとMTBRドメインのみの変異型タウをそれぞれ導入した細胞を観察したがMVB様のCD63陽性構造物は認めなかった。以上のことからMVBはAPPもしくはタウ単独で形成されるものではなく、他の因子と関連して形成される可能性がある。2.MVBの肥大化についてはHDAC6が関与すると考えている。我々はParkinson病モデル細胞においてHDAC阻害薬であるTSAでその細胞を処理するとvesicle形成が促進されることを観察している。また生化学的実験においてCHMP2BとHDAC6が結合することを示しており、両者がMVB肥大化に関わる可能性が高いと考えられる。アルツハイマー病患者の脳に認めるGranulovacuolar degeneration(GVD)は、蛋白凝集体形成やautophagyに深く関わるHDAC6の抗体で染色されることを見出した。我々の研究室ではESCRTファミリーの一つであるCHMP2BがGVDで強く染色されることを報告しており(Yamazaki et al. PLoS One 2011)、HDAC6がGVD形成に関わっている可能性が示唆された。また、CHMP2Bは前頭側頭葉型認知症の原因遺伝子であり、その疾患関連変異が報告されている。野生型、変異型CHMP2Bを培養細胞に遺伝子導入すると、それぞれ特徴的な凝集体を形成し、GVDのマーカーの一つであるCD63が陽性となる。これがGVD形成のモデル細胞となる可能性を見出している。培養細胞を用いた免疫沈降法にてCHMP2BはHDAC6と結合した。HDAC6は脱アセチル化酵素の一つで、CHMP2Bを脱アセチル化しその機能を調節する可能性があり、さらに解析を進めている。今後、HDAC6とESCRT familyの関連を生化学的、細胞生物学的に解析を進めていき、GVD形成にどのような役割をそれぞれしているのか、またアルツハイマー病の治療ターゲットとなりうるのかをさらに解析する予定である。現在までに予定していたMVBを形成するアルツハイマー病モデル細胞の確立が終了していないため、その後の研究が進んでいない。生化学的な解析は順調に進んでいる。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後はアルツハイマー病モデル細胞を確立すべく、前述のAPP発現細胞、タウ遺伝子導入細胞を利用し、TSA処理やHDAC6、CHMP2Bをノックダウンした状態でのMVB形成を観察する。またこれまでの報告でvesicleやautophagosomeの肥大化に関わる蛋白がいくつか同定されており、我々のパーキンソン病モデル細胞でもその蛋白をノックダウンするとvesicleの肥大化が観察される。まずはそのようなMVB形成・肥大化に関わる可能性のある他の因子を網羅的に解析する。
線維筋痛症および視床痛動物モデルの開発

全身性慢性疼痛疾患である線維筋痛症や視床痛に対する動物モデルを開発するため、本研究者が以前に見出した坐骨神経傷害性慢性疼痛の原因分子であるリゾホスファチジン酸(LPA)を、末梢知覚神経からの痛み情報の二次中継核である視床領域へ投与し、熱刺激誘発性並びに機械触覚刺激誘発性疼痛への影響を検討した。その結果、熱刺激誘発性疼痛閾値の著しい低下、すなわち痛覚過敏現象が用量依存的に観察された。さらに、機械触覚刺激応答閾値の低下、アロディニア現象も観察された。これらの現象は、投与後数日にわたって観察された。さらに、片側視床内への適用にも関わらず、両側性に過敏現象が観察され、全身性の慢性疼痛を示すことが判明した。新たに開発した電気刺激誘発性鳴啼反応試験法を用いると、線維筋痛症患者の診断基準に関連するトリガーポイントの数カ所への電気刺激により侵害性の鳴啼反応が観察されるが、この反応閾値はLPA投与後に低下した。従って、LPAの視床投与は視床痛の動物モデルになりうる可能性と線維筋痛症の動物モデルになりうる可能性が明らかになった。さらに、LPAの一つの作用点であるグリア細胞の活性化を評価し、その活性化抑制による疼痛閾値変調への関与を検討したとごろ、LPAの視床投与後、投与側でミクログリアの活性化を用量依存的に観察された。さらに、活性化グリア細胞除去剤の適用により、これらの過敏現象が著明に抑制された。従って、グリア細胞の活性化が全身性の慢性疼痛誘発の一端を担い、これを標的とした薬物の適用はその治療戦略の一つとなりうることが明らかとなった。
ＩｏＴビッグデータの要因分析に基づく将来イベント予測

近年、産業やWebなどの様々な応用分野でIoTビッグデータが蓄積され、異常検知やユーザの行動予測を始めとする、より高度なサービスへの活用が期待されている。本研究では、そのような不規則に生じるイベントの発生を予測するために、大規模時系列データとイベントログデータを統合的に扱い、時系列パターンとそれらの因果関係のモデル化、および、イベントの要因分析を行うための高度なマイニングアルゴリズムを開発する。
地殻内大地震の発生予測に向けた応力蓄積分布の推定

本研究の目的は、測地データ解析を通じて地殻内地震を引き起こす応力蓄積の定量的評価を実現することである。弾性・非弾性歪み解析により推定された弾性歪みからは応力変化が求まるが、この応力変化が「応力蓄積」と「応力解放」の何れにあたるかは背景応力場と合わせて評価する必要がある。また、応力は6つの独立な成分をもつテンソルとして表されるため、応力蓄積・解放を表す指標として何らかのスカラー量を用いる必要があった。そこで、せん断歪みエネルギー変化を用いて応力蓄積/解放を評価することとし、弾性・非弾性歪み解析からせん断歪みエネルギー変化の推定に至る一連の手順を地殻内応力蓄積/解放を評価する手法として提案した。西南日本のGNSSデータには、地殻内の脆性破壊・塑性流動に起因する地殻変動だけではなく、南海トラフに沿ったプレート境界のすべり遅れによる地殻変動も含まれている。開発手法を西南日本全域に適用するための準備として、GNSS観測による変位速度データからプレート間すべり遅れ速度分布を推定した。そして、すべり遅れに起因する変位速度を計算して元のデータから差し引くことで、地殻内の脆性破壊・塑性流動に起因する地殻変動を抽出した。弾性・非弾性歪み解析手法の推定精度向上のために、テクトニック応力場の情報を取り入れた新たな解析手法を開発した。本手法を2016年熊本地震時のGNSS変位データに適用して性能評価を行い、熊本地震によるせん断歪みエネルギー変化(応力蓄積・解放)の空間分布は、余震分布の空間パターンと調和的であることを確認した。また、本手法を熊本地震前のGNSS変位速度データに適用し、熊本地震震源域の北東側の九重ー阿蘇にかけての領域で、地震前に応力解放が生じていたことを示した。当初の予定通り、弾性・非弾性歪み解析の推定精度向上のため、テクトニック応力場の情報を取り入れた解析手法を開発し、性能評価を行った。また、応力蓄積の定量的評価のためにせん断歪みエネルギー変化を用いることとし、その有効性を確認することができた。西南日本全域の応力蓄積マップ作成に向けた準備として、南海トラフ沿いのプレート境界のすべり遅れの影響を除いたGNSS変位速度データを整備した。そのうち、九州地方の一部のデータを用いて試解析を行うことができた。西南日本の応力蓄積マップの作成に向けて、概ね予定通りに進展したと考えている。開発した解析手法を、西南日本全域のGNSSデータに適用する。弾性・非弾性歪み解析の結果の妥当性を検証するために、地震活動の空間分布や地形・地質データとの比較を行う。また、せん断歪みエネルギー変化を用いて地殻内応力の蓄積/解放を評価し、過去の地震活動等のイベントと比較する。論文の英文校閲費として使用する予定だったが、論文の原稿作成が次年度にずれ込んだ。次年度、論文原稿の準備ができ次第、英文校閲費として使用する。
準遺伝被覆と関手の研究

研究課題の主な対象は、(巡回的)Hecke代数の準遺伝被覆であるSchur代数や有理的Cherednik代数(RCAと略記)の圏Oである。RCAは、無限可積分系において産声を上げ、その圏Oは、他と密接に繋がり(例えばaffine Lie代数の放物的圏Oと直に繋がり)大変活発な研究領域であり、多くの研究者を魅了している。この圏OにおいてはBezrukavnikov-Etingofによる(代数解析的)誘導関手および制限関手の存在が知られている。ここでは、BE-誘導関手・BE-制限関手と呼ぶこととする。BE-関手は、非自明な構成法により定義される。例えば制限と呼んでいても作用域を制限するというものではない。特別な場合が有名なKZ関手である。有限群の表現論において誘導関手・制限関手の等式にマッキー公式というものがある。これは、Greenによるヴァーテックス理論の要となる基礎定理である。今年度までの桑原敏郎氏(筑波大)、和田堅太郎氏(信州大)との共同研究によってr次巡回群とn次対称群のwreath積W(r,n)に付随するRCAの圏OでのBE-関手に関してマッキー公式が成立することが分かった。W(r,n)のRCAのクラスは、最も大きい無限系列となっている。有限群の場合には、部分群全体が作る半順序集合に関するマッキー公式であるが、BE-関手の場合には、RCAを定義する複素鏡映群の放物的部分群に関するものとなっている。この内容を論文にし研究誌に投稿した。また、BE-関手に関するヴァーテックス理論に着手し、現在いくつかの重要な布石を打てた。我々のやるべきことは、計画書に記した通りに進んでいるため。現在、計画の通り桑原・和田両氏とともにヴァーテックス理論を展開する。これは、基礎理論から作り上げる長距離な研究となることが見込まれる。2019年度前期の多くの授業を後期にかため、今年度出張・招へいにより旅費を多く使う見込みのため今年度に残した。謝金等についても同様の理由である。
ピコ秒熱反射法とイオン照射を用いる固体の熱伝導に対する照射効果の研究

本研究では,ピコ秒サーモリフレクタンス法熱拡散率測定装置を製作し,種々の試料に対して熱拡散率の測定を試みた.また,解析の基礎となる理論式や測定・解析方法の妥当性について検討した.・アルミニウム板,アルミニウム薄膜,金薄膜,ステンレス鋼板について,パルス加熱による試料表面温度(反射率)の時間変化を検出することができた.・アルミニウム板の反射率変化曲線は,POS(放物型一段階輻射加熱)モデルに基づく理論曲線によく合っていた.これは,アルミニウムでは電子-フォノンの熱化時間t_cが測定の時間スケールに比して十分短く,電子と格子の間に局所的な熱平衡が成り立つためである.ただし得られた熱拡散の時定数τは,精度が低かった.これは理論式の性質及びアルミニウムのτが短いことによる.・アルミニウム板にイオン照射を行い熱拡散率の測定を試みたが,照射による熱拡散率の変化をはっきりとらえることはできなかった.その原因として,照射量が少なかったこと,照射中に試料角印が汚染されたことが考えられる.・金薄膜の反射率の時間変化は,アルミニウム板よりもはるかに速かった.これは,金では熱化時間t_cが測定の時間スケールに比して無視できないためである.すなわち,パルス加熱後数psの間,電子の温度は格子の温度よりも高くなっており,測定にかかるのはこの非平衡電子が緩和することあるいは熱を輸送することに起因する試料表面の電子温度の低下である.・ステンレス鋼板の反射率変化曲線は,再現性が悪いものの基本的にはPOSモデルで理解できる.アルミニウムよりも時定数τは1桁大きく,ステンレス鋼の熱伝導が悪いことを示していた.上述のように,ピコ秒サーモリフレクタンス法による熱拡散率測定には,これまで報告されていなかった限界や注意すべき点があることが明らかになった.しかしながら,それらを理解した上で適切な試料や測定条件を選べば,イオン照射試料の熱拡散率を測定することも可能であるという見通しを得た.今後,照射試料に対する測定・解析を進め熱伝導に対する照射効果を議論して行きたい.本研究では,ピコ秒サーモリフレクタンス法熱拡散率測定装置を製作し,種々の試料に対して熱拡散率の測定を試みた.また,解析の基礎となる理論式や測定・解析方法の妥当性について検討した.・アルミニウム板,アルミニウム薄膜,金薄膜,ステンレス鋼板について,パルス加熱による試料表面温度(反射率)の時間変化を検出することができた.・アルミニウム板の反射率変化曲線は,POS(放物型一段階輻射加熱)モデルに基づく理論曲線によく合っていた.これは,アルミニウムでは電子-フォノンの熱化時間t_cが測定の時間スケールに比して十分短く,電子と格子の間に局所的な熱平衡が成り立つためである.ただし得られた熱拡散の時定数τは,精度が低かった.これは理論式の性質及びアルミニウムのτが短いことによる.・アルミニウム板にイオン照射を行い熱拡散率の測定を試みたが,照射による熱拡散率の変化をはっきりとらえることはできなかった.その原因として,照射量が少なかったこと,照射中に試料角印が汚染されたことが考えられる.・金薄膜の反射率の時間変化は,アルミニウム板よりもはるかに速かった.これは,金では熱化時間t_cが測定の時間スケールに比して無視できないためである.すなわち,パルス加熱後数psの間,電子の温度は格子の温度よりも高くなっており,測定にかかるのはこの非平衡電子が緩和することあるいは熱を輸送することに起因する試料表面の電子温度の低下である.・ステンレス鋼板の反射率変化曲線は,再現性が悪いものの基本的にはPOSモデルで理解できる.アルミニウムよりも時定数τは1桁大きく,ステンレス鋼の熱伝導が悪いことを示していた.上述のように,ピコ秒サーモリフレクタンス法による熱拡散率測定には,これまで報告されていなかった限界や注意すべき点があることが明らかになった.しかしながら,それらを理解した上で適切な試料や測定条件を選べば,イオン照射試料の熱拡散率を測定することも可能であるという見通しを得た.今後,照射試料に対する測定・解析を進め熱伝導に対する照射効果を議論して行きたい.ピコ秒熱反射法による熱拡散率測定では,ピコ秒以下のレーザーパルス(加熱光)を試料に照射し,その後の試料表面温度の時間変化を別のレーザーパルス(測温光)の反射強度の変化としてとらえる。装置は,パルスレーザー本体,加熱光照射光学系,測温光照射光学系,測温光反射強度測定系,およびデータ処理部に大別される。本年度は,レーザー本体及び光学系を中心に装置の整備・製作を行った。また,試料の光学定数について検討した。(a)加熱・測温用パルスレーザーの整備加熱・測温用パルスレーザー(フェムト秒チタン・サファイアレーザー)を購入し,レーザー発振実験を行った。その結果,波長780nmにおいて最大800mW以上の出力が安定して得られることを確認した。(b)光学系の設計・製作汎用の光学部品を組み合わせて,加熱光照射光学系および測温光照射光学系を製作した。これらは,加熱光と測温光の振り分け,加熱光と測温光の強度調節および収束,測温光の遅延時間-加熱光が試料に到達してから測温光が到達するまでの時間-の調整等の機能を持つ。(c)光学定数の測定試料表面温度の時間変化から熱拡散率を求める際には,試料の光学定数(屈折率および消衰係数)が必要となる。これらを測定するためのエリプソメーターを購入し,シリコン単結晶,アルミニウム箔等について実際に測定を試みた。その結果,特にシリコン単結晶では,表面状態が消衰係数に大きな影響を与えることがわかった。

熱拡散率を測定する際には,厚い酸化膜等を取り除くような前処理をした上で,表面状態を測定の間安定に保つ工夫が必要であると思われる。ピコ秒熱反射法による熱拡散率測定では,試料表面をピコ秒程度のパルス光(加熱光)で加熱し,試料内部への熱の拡散に伴う試料表面の温度低下を,遅延パルス光(測温光)の反射強度の変化として検出する.測定装置は,パルスレーザー本体,加熱光・測温光照射光学系,測温光反射強度測定系,データ収録・処理部に大別される.このうちレーザー本体および光学系の整備あるいは製作は昨年度中に終了した.今年度は残りの部分を製作し,測定装置として一応の完成を見た.引き続き,装置の特性および性能を把握する目的で,種々の試料-アルミニウム板,アルミニウム蒸着膜,ステンレス鋼(板),ニッケル板,熱分解黒鉛(結晶)等-について熱拡散率の測定を試みた.アルミニウム板の光沢面に対しては再現性のある信号(測温光反射強度の変化)が得られたものの,アルミニウム蒸着膜,ステンレス鋼(板)に対する信号は再現性に乏しかった.また,ニッケル板,熱分解黒鉛に対しては有意な信号が検出できなかった.これらの違いは,試料の組成よりもむしろ試料の表面状態,特に幾何学的な粗さに起因するものと思われる.そこで,試料表面を化学研磨あるいは電解研磨する準備を進めた.また,装置の時間分解能については,従来のものよりもよいことがわかった.これは,従来の装置ではレーザーパルス幅が数ピコ秒程度であるのに対し,本装置では0.1ピコ秒と短いことが効いているものと思われる.さらに,プログラムSRIMを用いてはじき出し原子の分布を計算し,イオン照射の条件について検討した.昨年度に引き続き,測定方法を確立する目的でアルミニウム板,ステンレス鋼板,ニッケル板,アルミニウム蒸着膜,金蒸着膜等の種々の試料について,ピコ秒熱反射法(ピコ秒サーモリフレクタンス法)による熱拡散率の測定を試みた.アルミニウム板については,化学研磨で試料表面を平滑にすることによって,再現性のよいサーモリフレクタンスシグナルが得られるようになった.そこでこのアルミニウム板に,バンデグラフ加速器を用いて2MeVのHe^+イオンを照射した.未照射試料とサーモリフレクタンスシグナルを比較したところ,照射により温度緩和が遅くなる--熱拡散率が小さくなる--傾向があることがわかった.ただし熱拡散率の定量性は不十分であった.理論式の解析により,熱拡散率が大きいことが定量性を悪くしているひとつの原因であることを見いだした.金蒸着膜については,通常の熱拡散よりはるかに速い温度緩和現象が見られた.これは,金における電子-格子結合因子がアルミニウムよりも2桁近く小さいために,ピコ秒程度の短い時間領域では電子-格子間の熱平衡が成り立たないことによるものと思われる.すなわち,ピコ秒熱反射法で熱拡散率を測定することが可能な金属とそうでない金属があることがわかった.これらの実験を通して,熱伝導に対する照射効果を調べる手段として,ピコ秒熱反射法とイオン照射を組み合わせる方法が持つ有用性ならびに限界を明らかにした.
再生医工学(TISSUE ENGINEERING)に基づく異種膵細胞移植システム

糖尿病の根本的な治療方法として臨床応用の実現が期待されているバイオ人工膵の移植に関する研究を進めてきた。既に我々は、アガロース・ポリスルホン酸/ポリブレン/カルボキシメチルセルロースから成る3層マイクロビーズの異種移植を検討し、良好な結果を得ている。そこでこの3年間は、(1)臨床応用を困難にしているドナー不足の解決、(2)従来技法よりも簡便な膵島移植の実現、(3)マイクロビーズの問題点の解決に焦点を絞って検討を行なった。1.ドナー不足の解決:ドナー源を異種(ブタ)膵細胞に求め、分離技術の検討を行なった。ブタ膵臓の組織学的な解析の結果に基づいて、酵素液の組成、消化方法、分離・精製方法を改良することによってブタ膵島の単離効率の改善に成功した。現在、更に分離効率の向上が期待出来るブタ膵内分泌細胞の分離方法を検討中である。2.より簡便な膵島移植の実現:バイオ人工膵の移植部位として、従来の腹腔内移植と比較して手技が簡単であり低侵襲である皮下部位へ移植を検討した。塩基性線維芽細胞増殖因子を高分子デバイスから徐放させることによって皮下部位に血管新生を誘導することに成功した。更に、血管新生誘導後にバイオ人工膵を皮下移植することにより、同系および異種移植において糖尿病モデル動物の血糖値正常化に成功した。3.マイクロビーズの問題点の解決:マイクロビーズは、回収の必要性が生じた場合でも回収が困難である問題点が指摘されていた。3層マイクロビーズのコンセプトをマクロカプセルに応用することで、回収が可能でかつ免疫隔離能に優れる3層マクロカプセルを作製する技術を確立した。このデバイス用いて異種移植を検討し、良好な結果を得た。異種膵島移植の臨床応用を目指しC研究を進めている。実験的研究テーマとして、これまでに、異種(ブタ)膵島分離法、バイオ人工膵、移植部位、膵β細胞株に関する検討を行ってきた。異種(ブタ)膵島分離法:臨床膵島移植において問題となるドナー不足の解決のための方法の一つとして、異種動物の利用の可能性が示唆されており、ブタには供給源が豊富って、インスリン構造はヒトのインスリンとよく似っていることがその目的に最も適していると考えられている。しかしながら、ブタ膵島分離は、他の動物及びヒトと較べてより困難であるとされてきた。我々はブタの組織学的検討し、その結果に基つく新たな酵素液組成、酵素消化段階、分離精製段階に工夫を加えることにより、大量かつ高純度のブタ膵島を分離することに成功した。バイオ人工膵:現在、臨床同種膵島移植に用いられている免疫抑制剤の様々の問題を解決するためには免疫隔離能を有するバイオ人工膵を用いた移植が考えられる。我々はこれまでに拡散チャンバー型、三層マイクロビーズ型人工膵を用いて検討をしてきた。ラット分離膵島・ブタ分離膵島、膵β細胞株(MIN6)を封入した人工膵を用いた検討において、同種移植モデル、異種移植モデルいずれにおいても、ホストの免疫拒絶反応に対して良好な免疫隔離能を有することが確認された。さらに、バイオ人工膵の移植部位と移植方法においても検討した。我々は移植部位に新生血管を誘導し、血流を良好に保つことにより、腹控内、皮下組織内へのラット膵島同系及び同種移植において長期間にわたる血糖値の正常化を得ることに成功した。膵β細胞株:これまでにヒトインスリン遺伝子導入によりヒトインスリン分泌が確認されているが、今後、遺伝子導入による免疫拒絶の阻止に関する研究を行う予定である。我々は将来的に異種膵島、及び膵β細胞株を用いたバイオ人工膵移植による糖尿病治療を目指しており、引き続き多角的に今後の研究を進めていく考えである。異種(ブタ)

膵島分離法:臨床膵島移植において問題となるドナー不足の解決のための方法の一つとして異種動物の利用の可能性が示唆されており、ブタには供給源が豊富って、インスリン構造はヒトのインスリンとよく似っていることがその目的に最も適していると考えられている。しかしながら、ブタ膵島分離は、他の動物及びヒトと較べてより困難であるとされてきた。我々はブタの組織学的検討し、その結果に基づく新たな酵素液組成、酵素消化段階、分離精製段階に工夫を加えることにより、大量かつ高純度のブタ膵島を分離することに成功した。バイオ人工膵:現在、臨床同種膵島移植に用いられている免疫抑制剤の様々の問題を解決するためには免疫隔離能を有するバイオ人工膵を用いた移植が考えられる。我々はこれまでに拡散チャンバー型、三層マイクロビーズ型人工膵を用いて検討をしてきた。ラット分離膵島、ブ夕分離膵島、膵β細胞株(MIN6)を封入した人工膵を用いた検討において、同種移植モデル、異種移植モデルいずれにおいても、ホストの免疫拒絶反応に対して良好な免疫隔離能を有することが確認された。さらに、バイオ人工膵の移植部位と移植方法においても検討した。我々は移植部位に新生血管を誘導し、血流を良好に保つことにより、腹腔内、皮下組織内へのラット膵島同系及び同種移植において長期間にわたる血糖値の正常化を得ることに成功した。皮下移植には低侵襲性、グラフト回収を容易に行うことができるなどの大きな利点があると考えられている。今後、腹腔内と共にバイオ人工膵の移植部位として利用することが可能となる可能性があると考えられ、現在検討を進めている。膵島移植の適用において、大きな問題となるのが絶対的ドナー不足である。この障害を解決する有効な方法の一つに免疫隔離能を有するバイオ人工膵を用いた異種移植の応用が挙げられる。我々もこのような異種膵島細胞移植システムを確立するために、1.バイオリアクターの確保、2.免疫隔離能を有するバイオ人工膵の作製、3.バイオ人工膵の生着性が向上する移植環境の創出などの面を中心に検討を進めてきた。1,バイオリアクターの確保:ブタ膵からの膵内分泌細胞の分離方法を確立し、この細胞を浮遊性に培養維持する方法も確立した。また、これらの分離・培養細胞をストレプトゾトシンで誘導した糖尿病モデルマウスに対して移植した場合でも(異種移植)、移植細胞の生着性や機能性に関して良好な結果が得られた。現在、より大量かつ高機能の膵内分泌細胞の分離・培養条件の設定を検討している。2,免疫隔離能を有するバイオ人工膵の作製:新たに抗補体作用を有するアガロース-PSSaなど高分子材料を用いて、三層コーティングしたバイオ人工膵を作製し、正常ラットから分離した膵島をその中に封入して、糖尿病モデルマウスの血管新生誘導処置後皮下に移植した。移植約1週間後にはマウスの血糖値が正常化し、その後、血糖値は3ヶ月以上正常状態を維持した。さらに、組織学的な検討においても移植した膵島が良好な形態を保ち、移植細胞の生着性や機能性が確認された。3,バイオ人工膵の生着性が向上する移植環境の創出:元来血管の少ない皮下部位において、塩基性繊維芽細胞増殖因子(bFGF)の徐放化デバイスを用いて血管新生誘導を行った。血管新生の誘導は、組織学的、及び、免疫組織化学的検討で確認した。
熱・物質移動速度に基づく不均一系共沸蒸留計算法の開発

本研究は、2液相を形成するエタノール-ベンゼン-水系共沸混合物を用いて全還流蒸留実験を行い、不均一系共沸蒸留における熱および物質移動速度におよぼす操作因子の影響について検討したものである。初年度は、蒸留塔内に入る蒸気濃度を広い範囲にわたって変えることができること、還流液の流動状態が観察できることおよび濡れ面積が明確であることの条件を満足させられるような2つのスチルを有するガラス製濡壁塔を試作した。これを用いて水相量の少ない2液相領域で実験を行い、各成分の無次元拡散流束が蒸気分縮の影響を考慮することにより円管内層流物質移動の理論値と一致することを明らかにした。しかし、水相量の多い2液相領域のデータについては、無次元拡散流束が理論値よりも大きくなることがわかった。また、不均一系共沸蒸留塔の分離性能を推算するためのシミュレーション法を開発した。2年目に装置の改良を行い、再度水相量の多い2液相領域を中心に実験を行い、無次元拡散流束は理論値よりも大きくなるが、還流液および濃度分布の実測値がシミュレーション結果と良好に一致するこを示した。シミュレーションをもとに、ベンゼンと水の濃度推進力はそれぞれ塔頂と塔底で大きく異なっておりしかも塔内濃度推進力分布に偏りがあることを示した。すなわち、濡れ壁塔の軸方向にそって濃度推進力が変化しているため、対数平均濃度推進力のような濃度推進力の代表値を用いて物質移動速度を整理すると、見かけ上物質移動速度に長さの影響が現れることを示した。この点については、今後実験で確認する必要がある。還流液が2液相を形成するエタノール-ベンゼン-水系の不均一系共沸蒸留実験をガラス製円管濡れ壁塔を用いて行い、不均一系共沸蒸留における熱および物質移動速度におよぼす操作因子の影響について検討した。従来の1スチル方式の蒸留塔では還流液濃度が2液相領域でほとんど変わらなかったため、還流液を分相して別々のスチルにもどし、各スチルからの蒸気流量を変えることによって液濃度が制御できるよう、2スチル方式のガラス製円管濡れ壁塔を試作して蒸留実験に用いた。水相量の少ない2液相濃度領域で3成分系共沸蒸留実験を行ったところ、各成分の物質移動速度が円管内層流物質移動の理論値と一致することを明らかにした。しかし、水相量の多い2液相領域では、物質移動速度は理論値よりも大きくなることがわかった。そこで、塔頂と塔底での濃度推進力がほぼ一定となるエタノールの移動速度について検討したところ、物質移動速度は還流液濃度が蒸気線から離れるにつれて大きくなり、水の濃度と相関関係があることを見い出した。なお、この領域で移動速度が大きくなる原因については今後の研究課題である。さらに、円管内層流物質移動の理論解を用いた不均一系共沸蒸留の蒸留計算法を開発し、1液相領域と水相量の小さな2液相領域における蒸留曲線を推算したところ、その推算値は実測値と一致することを明らかにした。また、水相量の大きな領域における蒸留曲線の計算値は、上述の実験式を用いて物質移動速度を補正することにより実測値と一致することがわかった。実験に用いた蒸留塔は、還流液の流動状態が観察できかつ濡れ面積が明確なガラス製濡壁塔である。濡壁塔下部には2つのスチルが取り付けてあり、原料液の油相と水相を独立に加熱することにより塔内蒸気濃度を広い範囲に変えられるようになっている。水相量の少ない2液相領域における各成分の無次元拡散流束は、蒸気分縮の影響を考慮した円管内層流物移動の理論値と一致することがわかった。

しかし、水相量の多い2液相領域のデータについては、無次元拡散流束が理論値よりも大きくなった。この点について検討するため各成分の濃度推進力の塔内分布を計算したところ、ベンゼンと水の濃度推進力はそれぞれ塔頂と塔底で大きく異なっており、しかも塔内濃度推進力分布に偏りがあることがわかった。すなわち、濡れ壁塔の軸方向にそって濃度推進力が変化しているため、濃度推進力の代表値として対数平均濃度推進力を用いることが適切かどうか問題があると推定された。このことが、無次元拡散流束が理論値より大きくなる原因と思われる。念のため、昨年度開発したシミュレーション法を用いて塔内の濃度および還流液流量を計算したところ、計算値と実測値はおおむね一致した。今後この問題を解決するため、塔内濃度推進力一定の条件が得られるように濡れ壁長さの短い塔を用いて、各成分の物質移動速度を検討する予定である。
重症敗血症を救命する新たなアルドステロン治療戦略

ラット敗血症副腎不全モデルに対する、糖質または鉱質コルチコイド単独の補充療法では死亡個体が出現し、鉱質と糖質コルチコイド両者の補充療法では生存率は100%であった。抗炎症作用をもつ糖質コルチコイド単独では100%の生存は不可能であり、血漿ナトリウム保持による循環血液量維持する鉱質コルチコイド単独でも100%の生存は不可能であり、糖質と鉱質コルチコイドの両者が存在することが生存に関与していると考えられた。昨年に引き続き実験を行った。対象は、Sprague Dawley(SD)rat、6 week, BW190g。副腎摘後にホルモンを補充し、各群を作成した。Group 1 : sham、Group 2 : ADX-water(水群)、Group 3 : ADX+Dexamethasone(Dex群)、Group 4 : ADX+Aldosterone(Ald群)、Group 5 : ADX+Dexa+Ald(AldDex群)の5群を設定した。LPS-ip後の生存時間(平均時間)は、sham群死亡せず、水群20、Dex群51、Ald群63、AldDex群死亡せずであった。Sham群・Dexa+Ald群の予後が他群よりも極めて良いことが示された。体重変化は、水群とDex群は、LPS-ip後減少の一途を辿ったのに対し、sham群とAldDex群は、LPS-ip前と同様な体重増加を示した。Ald群はそれを上回り体重が増加した。飲水量は、手術時から術後第3病日まで(生理食塩水飲水期間)はSham群を除く全群でほぼ変化しなかった。Sham群は術直後から増加し、術後第2病日以降は減少した。術後第4病日以降(蒸留水飲水期間)は、W群,Ald群,Dexa群,Ald-Dexa群,Sham群では減少したが、NS-Dexa群ではほぼ変化しなかった。術後第6病日、LPS投与後も生存した場合は、Ald-Dexa群,Sham群は変化せず、その他の群では大きく減少した。尿量は、術後第3病日までは全群で増加した。その中で、Sham群は特に尿量が多かった。Ald群,Dexa群,Ald-Dexa群,Sham群では術後第4病日は前日より減少し、第5病日は前日と変化しなかった。NS-Dexa群は術後第4病日まで増加し、第5病日は前日と変化しなかった。W群は第4病日以降は毎日前日より減少した。LPS投与前にW群,Dexa群では体重減少がみられ、W群,Dexa群は尿量も多いために水バランスが悪化し、脱水になっていることが原因と考えられた。LPS投与後に生存した個体の生理データでは、飲水量,尿量の減少がAld-Dexa群,Sham群の2群を除く全ての群で見られ、Ald-Dexa群,Sham群がLPS後も生理状態を正常に近い状態に維持しており、LPSにより尿濃縮障害が発生することが示唆された。
ＭＤＣ・ＳＨＧによる誘電現象としての有機薄膜の電子輸送・分極構造評価と素子特性

誘電分極現象の源である永久双極子の動的挙動の観測を可能とするマックスウェル変位電流測定と、過剰電子がもたらす非線形分極現象を通じて電子輸送を可視化する電界誘起光第2次高調波測定を用いて、フレキシブルな有機材料がもつ独特な分極構造・電子輸送を観測・解析する方法を提案した。プロジェクト遂行により、分極現象に由来して発生する界面現象・量子的現象を電子物性と結び、有機素子を評価・解析するための手法を確立できた。本研究の目的は、分極現象の源である永久双極子の動的挙動の評価を可能とするMDC(マックスウェル変位電流測定)と、過剰電荷と高強度レーザ光の相互作用がもたらす非線形分極現象を通じて電子輸送を可視化とするEFISHG(電界誘起光第2次高調波)測定を用いることで、フレキシブルな有機材料に潜む独特な分極構造・電子輸送を観測・解析し、有機デバイスを評価・解析するための手法を確立することである。本年度は計画の初年度であるため、計画を進める上で中心となる各種測定系の構築、および準備測定から進めた。中心となる装置は、フェムト秒波長可変レーザシステムであり、これは水面上単分子膜のSHGイメージング測定および、有機デバイス用の時間分解測定に用いられるものである。現在、この装置は立ち上げの途中である。これらの装置の立ち上げと並行して、現有しているナノ秒のレーザシステムによって評価も継続した。例えば、強誘電性高分子を用いたMIM構造素子における電荷注入の検討や、絶縁膜にナノ粒子を混合させたFET構造素子やダイポール性の単分子膜を挿入した素子における閾値電圧のシフトについて詳細に検討を行った。また、有機ELに代表される2電極系の積層構造素子に対して、時間分解SHG測定により、各層の電界強度分布の時間変化を検討し、2層界面における電荷挙動に関して検討を行った。一方で、有機分子膜のフレキシブル性に関する検討として、以前から研究を進めていた水面上単分子膜におけるドメイン構造に関しても評価をおこなった。いわゆる水面上L膜において、膜の圧縮に伴ってドメイン形状が離散的に変化していく様子を確認することができた。「MDC・SHGによる有機界面膜のフレキシブル性評価とマクスウェル応力による量子的ドメイン形状制御」分子膜において、面内ドメイン内に形成された分極構造が、ドメインの形状を左右する点も、分子膜のフレキシブル性が反映された特徴である。本研究項目では、この分極構造を可視化することで、ドメイン形状に与える影響を検討した。平成22年度から継続して水面上単分子膜のドメイン分極構造イメージングシステムを構築した。このシステムは、フェムト秒波長可変レーザを用いて分極構造を可視化するSHGイメージング系と、ドメイン形状を可視化するブリュースター角顕微鏡(BAM)からなっている。これらを、小型のLBトラフと組み合わせ、水面上単分子膜の圧縮・拡張過程に伴うドメイン形成およびその成長を観測できるようにセットアップした。「3電極系の有機FET構造を用いた柔構造分子膜素子のキャリヤ輸送の可視化と伝導解析」本研究項目では、顕微SHG法により有機FET構造素子のチャネル内電界分布を評価し、さらに時間分解計測と組み合わせることでキャリヤ注入、蓄積、輸送過程を分離測定・評価する。本年度は、計画に従い、様々な形状をもつπ共役系分子で構成されるFET構造素子を試作し、デバイスの動作状態に応じたチャネル内電界分布を可視化・評価した。また、トラップがキャリア輸送に及ぼす影響を調べるため、プレフィリングと呼ばれる手法を新たに開発した。「2電極系有機積層構造素子のキャリヤ輸送のダイナミックスと再結合・発光に至る過程・劣化機構」本研究項目では、有機EL素子のEL発光に至るキャリヤ挙動の観測と解析手法の確立を目指している。交流駆動下のEL発光のスペクトルについて検討し、交流矩形波電圧駆動による長波長側のピークを観測した。この原因がAl電極近傍のトラップ準位に捕獲された正孔にあることを明らかにすることができた。「MDC・SHGによる有機界面膜のフレキシブル性評価とマクスウェル応力による量子的ドメイン形状制御」本研究項目では、昨年度に引き続き、色素を含有したリン脂質分子の水面上単分子膜における分極構造の評価を継続した。その際、これまで別々に観測していたブリュースター角顕微鏡とSHGイメージングを同時観測できるように光学系を改良し、実際に同時観測できることを確認した。また、従来より問題となっていた水面の振動による像のぼやけも除振システムを導入することで、水面の振動を抑制して観測が可能となった「3電極系の有機FET構造を用いた柔構造分子膜素子のキャリヤ輸送の可視化と伝導解析」本研究項目では、顕微SHG法により有機FET構造素子のチャネル内電界分布を評価し、さらに時間分解計測と組み合わせることでキャリヤ注入、蓄積、輸送過程を分離測定・評価している。本年度は、プレフィリング法による有機FETチャネルのトラップ評価を試み、絶縁膜の違いによりプレフィリングに必要となる電圧が変化することが明らかとなった。

これにより、絶縁膜の違いによるトラップ密度の違いや、またエネルギー的な深さに関する情報を得ることができた。一方で、トップ電極に円形電極を用いることで、配向した高分子半導体薄膜や単結晶薄膜におけるキャリア輸送の異方性を直接可視化することに成功した。「2電極系有機積層構造素子のキャリヤ輸送のダイナミックスと再結合・発光に至る過程・劣化機構」本研究項目では、有機ELにおいて膜厚方向の電界分布を評価するシステムを新たに導入し、微小な測定スポットをスキャンさせることで劣化状態などの面内分布を評価することができた。また、有機太陽電池による研究では、バルクヘテロ太陽電池におけるn型およびp型層内部の電界の選択的な評価に成功した。「MDC・SHGによる有機界面膜のフレキシブル性評価とマクスウェル応力による量子的ドメイン形状制御」本研究項目では、水面上単分子膜のドメイン分極構造イメージングシステムを構築し、色素を含有したリン脂質分子の水面上単分子膜において0.5秒で1枚のSHG像を得ることに成功した。色素を含有したリン脂質分子と通常のリン脂質分子との混合膜である濃度比においては、ドメイン形状はアキラル(渦状とはならない)ながら、内部の分極構造はキラル(渦状となる)となるような状態が観測された。「3電極系の有機FET構造を用いた柔構造分子膜素子のキャリヤ輸送の可視化と伝導解析」本研究項目では、顕微SHG法により有機FET構造素子のチャネル内電界分布を評価し、さらに時間分解計測と組み合わせることでキャリヤ注入、蓄積、輸送過程を分離測定・評価する。本年度は、物理的にトラップを制御する方法として、金属ナノ粒子をゲート絶縁膜界面上に分散させた素子も作製し、金属ナノ粒子によってトラップされ、このトラップキャリヤが作る空間電荷電界のため、注入機構や輸送機構が制限されていることが明らかとなった。さらに、顕微CMS法を用いてC60とペンタセンの2層からなる半導体層を持つトランジスタを評価し、両極性動作におけるキャリアの輸送課程をはじめて実験的に示すことができた。「2電極系有機積層構造素子のキャリヤ輸送のダイナミックスと再結合・発光に至る過程・劣化機構」昨年度に引き続き、交流駆動下のEL発光のスペクトルについて検討するとともに、横型の発光トランジスタにおけるキャリアダイナミクスと再結合・発光に至る過程についても検討した。TRM-SHG測定から電子とホールのキャリヤ輸送の様子を直接観測し、同時注入時に再結合位置を予想し、定常状態における発光位置と一致することを示すことができた。「MDC・SHGによる有機界面膜のフレキシブル性評価とマクスウェル応力による量子的ドメイン形状制御」本研究項目では、昨年度に引き続き、色素を含有したリン脂質分子(NBE-PE)の水面上単分子膜における分極構造の評価を継続した。今年度は、昨年度改良したBAM-SHGの同時測定や振動除去システムを使い、より詳細な画像が得られるようになった。また、分極構造とSHG強度との関係について4×4行列法による詳細な理論解析を実施し、実際の計測結果から分極構造の詳細を得られるようになった。