hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
動力学的アドホックネットワークの萌芽

また台南国際大学(台湾)のYi-Jung Chen博士を招聘し、LSI設計への本研究テーマの活用に関する共同研究を行った。これらについては、論文を作成中である。また、香港科学技術大学(香港)のSiu-Wing Cheng教授との共同研究を行い、主にアドホックネットワークの基盤技術であるドローネ網に関する知見を得た。研究代表者の徳山は招待講演をタイにおける国際会議で実施した。ここでは、ビッグデータ処理におけるアルゴリズム設計全般についての講演を行ったが、その中で本研究のテーマである計算幾何学の研究成果についての講演を行った。また、国際会議での発表等を行った。本研究では、キネティック(動力学的)な移動体管理の理論手法を取り入れた新しいアドホックネットワークの理論的手法体系を世界に先駆けて実現することをめざし、次世代スマート社会でのネットワークデザインに貢献することを長期的目的とした。具体的に研究期間内では、幾何学的ルーティングでのキネティックルーティングの設計、通信混線の最小化構造のキネティックな理論構築を行いつつ、様々な条件を統合した実用的なモデルで理論的に保証されたネットワーク構築の提案を行った。成果は7本の学術誌論文および国際会議論文にまとめられ、また数多い国際交流を行い、萌芽研究を,長期的目的に向けた本格的な国際共同研究に進展させた。次世代のネットワークの基本要素として、また、災害時緊急ネットワークとして、アドホックネットワークは非常に大きな期待を持たれる情報通信形態である。これは、幾何学的に配置され、移動する情報通信ノードが互いに通信するネットワークであり、計算幾何学で用いられる様々な幾何学的グラフが用いられている。しかし、移動幾何構造としてのアドホックネットワークの理論解析は現状では未開であり、本研究では、キネティック(動力学的)な移動体管理の理論手法を取り入れた新しいアドホックネットワークの理論的手法体系を世界に先駆けて実現することをめざし、次世代スマート社会での実用化に貢献することを目的として研究を進めている。本テーマに最も深くかかわる国際学会ALGOSENSORSや、国際的専門誌に論文が掲載されるなど、コンスタントに論文発表を行っている。テーマであった理論研究に関しては十分な成果である。現実のシステム実装に関しては、研究代表者は東北大学にネットワークアルゴリズムセンターを設立し、その主催者として、現実のアドホックネットワークのインフラストラクチャに関わる研究者との相談や意見交換を開始しており、この点でも予定通りの進展を行っている。
反応性ホモ及びヘテロ金属クラスターを単位素子とする配位空間の創成

本研究では、反応性ホモおよびヘテロ金属クラスター分子を集積構造を構築するための単位素子として活用し、これらを配列させることで物質変換場としての機能を有する骨格によって囲まれた配位空間を創出して新たな(触媒的)物質変換反応を開拓することを目的とする。今年度は単位素子として活用し得る、特徴ある組成・構造を有する新規な反応性金属クラスターの合成に集中的にとりくんだ。その結果、異種貴金属原子間の結合形成反応により、種々の分子変換反応に高い触媒活性を示すルテニウムとロジウムまたはイリジウムとが交互に配列した特徴的な構造を有する混合貴金属クラスターが得られることを見出した。本反応系では、多核化のための特別な補助配位子をなんら用いることなく異種金属間結合形成がスムースに進行し、単核錯体を前駆体として、3核、5核、6核、8核の骨格を有する一連の化合物が選択的・効率的に構築できるという点が特長である。次いで、これらのクラスターをビルディングブロックとして配位空間を構築するための予備的な実験として、クラスターの配位子置換反応を検討したところ、反応条件を制御することにより、特定の金属上の特定のサイトのCO配位子が選択的にピリジン、ニトリル、イソニトリルなどで置換できることも明らかにした。一方、最近報告した2核ルテニウムイミドメチレン錯体に金属種を付加させる手法により、ルテニウム/白金またはルテニウム/パラジウム混合金属クラスターが高収率で合成できることも見出した。反応条件に応じてイミド窒素またはメチレン炭素の一方のみが選択的に金属中心を捕捉し、3核または6核構造が効率的に構築されている点が特徴的である。
3分子複合体を生きた細胞で検出する技術の確立

生きた細胞において多分子複合体が、何時何処で形成されるかを追及することは、生命をシステムと理解し、正常状態や病態発症メカニズムを解明する上で重要であにも関わらず、この重要なメカニズムを検出する実験系そのものが現在のところ確立されていない。本研究課題では、生きた細胞における多分子複合体の検出系を確立し、新時代の細胞内情報伝達研究推進への足がかりを築くことを目的として研究を開始した。まず、淡色で分子間相互作用の観察を可能とする、蛍光蛋白質再構成(BiFC)法を用いて蛋白質間相互作用の動的観察系を世界に先がかけて開発した。この技術を用い、RasとPI3Kによる特異的なエンドゾーム上での結合を画像化し、その動きを追跡することに成功した。更にこの研究の過程で、実際にBiFCと他の蛍光蛋白質および、免疫染色を併用することにより、Ras、PI3Kの結合とその代謝産物PIP_3の産生、エンドゾームマーカーであるEEA1の局在からなる、合計3つの蛋白質と一つの脂質の共局在を可視化することに成功した。それらの分子メカニズムを詳細に解析する過程で、RasによるPI3Kの活性化には二つの細胞内シグナル伝達経路が存在し、ひとつはRas非依存性、もう一つはRas依存性であり、後者がエンドゾームにおけるPI3Kの活性化に必要であることも示した。PI3Kの活性化は細胞の生存に必須であることから、その機能阻害は細胞障害が懸念されるが、今回得られた結果は、PI3Kの活性を時空間的に変調することでその一部の機能を調節1可能であることを示唆しており、エンドサイトーシスを介した種々の物質の取り込みを制御する新たな手法の開発に発展すると期待される。1.多分子複合体を検出する技術開発について。当初の研究計画書基づき、上皮細胞増殖因子下流での多分子複合体検出技術の確立を目的に研究を遂行した。Bimolecular fluorescencecomplementation(BiFC)による実験系の確立を行う過程で、分子の相互作用と細胞内局在に関する新しい知見が得られた。現在、本来の検出系の確立を進めるとともに、この分子間相互作用の細胞内局在について、その分子機序を明らかにするための研究を平行しておこなっている。2.多分子複合体形成の機能解析について(1)DNAによる自然免疫系発動に関する分子動態について明らかにした。DNAの細胞内センサー分子DAIを同定し、B-DNA-DAI-TBK1-IRF3という複合体がインターフェロン産生に重要であることを明らかにした。またDAIとB型DNAの直接結合を画像化することに成功した。この成果はNatureに報告した。(2)2重鎖RNAをセンスし、自然免疫発動に関与するToll様受容体下流におけるアダプター分子TICAM1とそれらの複合体に関する細胞内動態について解析し、J.Immunolo.誌に報告した。(3)遺伝子発現を負に制御するmiRNAとターゲットmRNAをセンスする分子とその複合体が核内に小体を形成することを、FRETおよびBiFCを用いて観察した。Plant Cell Physiol.誌および日本分子生物学会で発表した。
子宮内膜機能とマイクロRNAに関する基礎的研究

産婦人科領域での病態に子宮内膜の機能異常が大きく関わっていると考えられるが、子宮内膜の機能については不明な点が多い。そこで、様々な生理学的機能をもつマイクロRNAに着目し、研究を進めた。これまでに、マイクロアレイによる網羅的な解析から、子宮内膜の脱落膜化によって発現変動するマイクロRNAを6個同定した。このうち、miR-542-3pは、脱落膜化マーカーであるIGFBP1を制御することを明らかにした。さらに、脱落膜化に伴い、抗酸化に関する遺伝子を制御するFOXO1を制御すると予測される複数のマイクロRNAを同定した。興味深いことに、このマイクロRNAは、細胞内に複数存在するときに脱落膜化を抑制する様子が、形態学的に観察できた。現在引き続き詳細な解析を行っている。もう一点、ヘパリンがFOXO1の核への局在を促進することを明らかにできた。ヘパリンは、不育症や習慣性流産での効果がいわれているが、詳細な作用機序についてはわかっていない。今後、FOXO1を制御するマイクロRNAの解析をすることにより明らかにできると考えられる。産休・育休のため研究を中断していたため。同定したマイクロRNAの発現制御関係を明らかにする。また、同定したマイクロRNAの着床現象への働きについて、スフェロイドを用いた着床モデルにより明らかにする。「網羅的解析により同定したmiRNAが子宮内膜脱落膜化過程を制御するか明らかとする。」これまでの我々の解析で、子宮内膜脱落膜化過程に関連があると考えられるmiRNAを6個予測した。本研究ではこれらのmiRNAが本当に脱落膜化過程で重要な役割を持っているかをどうか確かめた。方法としては、予測したmiRNAの中から一つに着目し、それを子宮内膜間質細胞に強制発現させ、形態学的変化や予測miRNAの標的遺伝子の発現変動、脱落膜化マーカーである遺伝子の発現変動について明らかにする事とした。また、着目した予測miRNAとその標的遺伝子の直接的な制御関係を確認するため、Luciferase reporter asseyを行った。これらの結果から、着目したmiRNAは脱落膜化過程を制御することが明らかとなった。2016年6月から産休に入り、その後、育休となったため一時的に休止している。」。これまでの我々の解析で子宮内膜脱落膜化過程に関連があると考えられるmiRNAを6個予測した。方法としては、予測したmiRNAの中から一つに着目しそれを子宮内膜間質細胞に強制発現させ、形態学的変化や予測miRNAの標的遺伝子の発現変動、脱落膜化マーカーである遺伝子の発現変動について明らかにする事とした。また、着目した予測miRNAとその標的遺伝子の直接的な制御関係を確認するためLuciferase reporter asseyを行った。2016年6月から産休、育休を頂き2017年9月に研究再開となったため、現在予定した研究計画より遅れている。1)「同定したmiRNAの子宮内膜脱落膜化過程における機能解析」子宮内膜の脱落膜化過程の障害は、胚の着床に大きく影響することが知られている。そこで、同定したmiRNAが直接着床現象に影響を及ぼすことを示すため、着床を評価するアセッイ系として、脱落膜化細胞層への絨毛細胞の浸潤能を測定する。2)「体外受精反復不成功例の子宮内膜組織におけるmiRNAの発現」体外受精時に良性胚を移植しても反復して妊娠が成立しない着床不全と考えられる症例(着床不全群)の子宮内膜組織と妊孕性が確認されている子宮内膜組織(control群)からmiRNAの分画を含んだmRNAを抽出し、定量PCR法により同定されたmiRNAの発現に両群で差が認められるか検討することにより、同miRNAが着床不全の診断マーカーとなりうるかを考察する。

そこで、同定したmiRNAが直接着床現象に影響を及ぼすことを示すため、着床を評価するアセッイ系として、脱落膜化細胞層への絨毛細胞の浸潤能を測定する。2)「体外受精反復不成功例の子宮内膜組織におけるmiRNAの発現」体外受精時に良性胚を移植しても反復して妊娠が成立しない着床不全と考えられる症例(着床不全群)の子宮内膜組織と妊孕性が確認されている子宮内膜組織(control群)からmiRNAの分画を含んだmRNAを抽出し、定量PCR法により同定されたmiRNAの発現に両群で差が認められるか検討することにより、同miRNAが着床不全の診断マーカーとなりうるかを考察する。同定したマイクロRNAの発現制御関係を明らかにする。また、同定したマイクロRNAの着床現象への働きについて、スフェロイドを用いた着床モデルにより明らかにする。2016年6月から産休に入り、その後、育休となったため一時的に休止している。平成28年6月1日平成29年9月30日の期間、産休・育休であったため研究中断をしたため。今後は、これまでに同定したmiRNAの子宮内膜脱落膜化過程における機能解析を更に進めていく予定である。産休・育休で研究を中断していたため。次年度使用額は、研究に必要な試薬や実験器具の購入を行う予定である。1)「同定したmiRNAの子宮内膜脱落膜化過程における機能解析」子宮内膜の脱落膜化過程の障害は、胚の着床に大きく影響することが知られている。
講演・講義・討論のディジタルアーカイブ化のための音声・映像の認識と理解

学会講演や大学の講義、放送番組や議会の討論などの音声アーカイブを対象として、自動音声認識及び書き起こしの自動整形に関する研究を行った。このような自然な話し言葉音声では、発音の変動が大きく、口語的な表現が多用されるため、これらの精緻なモデル化と統計的な学習が必要である。また、語彙や話題も多様であるため、個々の講演・講義・討論に対して適応を行う必要がある。そのため、以下のようなテーマに取り組んだ。・『日本語話し言葉コーパス』を用いた汎用的な発音変動モデルの統計的学習・統計的機械翻訳の枠組みに基づく言語モデルの話し言葉スタイルへの変換・話題と話者に関するPLSAに基づく言語モデルの適応・講義音声認識のためのスライド情報を利用した言語モデルの適応・会議音声の話題分割による単語辞書と言語モデルの適応また、話し言葉の書き起こし(音声認識結果)は、そのままではアーカイブとして保存するには適切でなく、言い淀みの整形、口語的表現の修正、文などのセグメンテーションを行う必要がある。これらのテーマにも取り組んだ。・話し言葉の係り受け解析と文境界推定の相互作用による高精度化・係り受けとポーズ・フィラーの情報を用いた話し言葉の段階的チャンキング・引用節・挿入節の自動認定及び係り受け解析と引用符の自動付与・自己修復部の検出及び修正による文編集さらに、重要文を抽出したり、使用したスライドと対応付けることにより、有用なインデックスを生成できると考えて、以下のテーマにも取り組んだ。・講演の重要文抽出によるインデキシング・スライドと発話の対応付けによる講義のインデキシング学会講演や大学の講義、放送番組や議会の討論などの音声アーカイブを対象として、自動音声認識及び書き起こしの自動整形に関する研究を行った。・講演の重要文抽出によるインデキシング・スライドと発話の対応付けによる講義のインデキシング学会等の講演やパネル討論を主な対象として、音声言語処理に基づいて高次のディジタルアーカイブを構成する方法について研究した。まず講演を対象として、音声認識及び重要文抽出の方法について研究した。特に重要文抽出に関しては、話題の転換点に頻出する談話標識に基づく手法を提案した。本手法は人手による事前のタグ付けを一切必要とせず、完全な教師なし学習により行われる。その上で、選定された談話標識の統計量に基づく重要度尺度を定義し、話題語に基づく重要度尺度と統合した。『日本語話し言葉コーパス』(CSJ)の学会講演を対象に評価を行った結果、(1)談話標識に基づく手法が有効であること、(2)話題語に基づく手法と統合することにより相乗効果が得られること、(3)提案手法が音声認識誤りに対して頑健であること、が示された。さらに、人間による重要文抽出精度との比較も行った。また、パネル討論のアーカイブ化を行うシステムについても研究した。各発話について、話者インデキシング及び音声認識を行う。その上で、上記と同様に重要文を抽出したり、発話タイプ(=談話タグ)を推定する手法についても検討し、話者インデックスや書き起こしなどとともに、MPEG-7の枠組みでエンコードするシステムを設計した。このような高次アーカイブを実現するための基盤技術として、講演などの話し言葉の音声認識や討論音声に対する話者インデキシングに関する研究も進めた。講義や討論を主な対象として、音声言語処理に基づいて高次のディジタルアーカイブを構成する方法について研究した。まず、大学の講義に関して、スライドの情報を用いて発話との対応付けを行い、インデックスを生成する方法について検討した。スライドの提示順序や切り替えのタイミングの情報が利用可能な場合と、スライドの構成順序の情報のみを利用した場合の二通りを想定して、対応付けの問題の定式化を行った。スライドの提示順と構成順が一致しない場合や、キーワードが少なく対応付けが困難なスライドに対処するために、複数のスライドから構成されるトピックを定義し、スライドまたはトピックを状態とするマルコフモデルを構成した。また、いずれのスライド/トピックにも対応付けられない発話の検出も試みた。次に、国会の討論を対象として、公式の会議録と忠実な発話の書き起こし(及び音声)を対応付けた大規模なコーパスの作成を行った。これに基づいて、話し言葉と書き言葉の確率的な変換モデルを学習し、効率的に音声認識用の統計的言語モデルを構築する方法を考案した。

また、国会討論の音声認識システムのプロトタイプを作成し、第一候補の単語認識精度で80%、平均的に第二候補まで抽出することにより90%の単語正解率を実現できることを示した。この結果に基づいて、書き起こしの修正・編集を効率的に行うためのインタフェースについても検討を行った。このような話し言葉音声の自動認識と高次アーカイブ化を実現するための基盤技術として、話者インデキシング、発音変形のモデル化、言語モデルの適応法、及び文境界の自動検出などに関する研究も進めた。講義や討論を主な対象として,音声言語処理に基づいて高次のディジタルアーカイブを構成する方法について研究した.まず,講義を対象として,使用されるスライド資料を活用して,対応する音声区間を分割するとともに,その話題に対して音声認識用の言語モデルを適応する方法を研究した.具体的には,当該講義のスライド全体のテキストを用いて,PLSA(Probabilistic Latent Semantic Analysis)によりN-gramモデルのスケーリングを行うとともに,発話に対応する個々のスライドの情報を用いて,キャッシュモデルによりスライドに現れる単語の確率を強化する.この結果,音声認識精度,特にキーワードの検出精度で大きな改善が見られ,大学の講義でも80%に近い精度を実現した.また,スライド資料がない会議音声を話題単位に自動分割する手法を研究した.音声認識結果に対して,PLSAを適用して,話題を表す特徴ベクトルに変換し,その類似度に基づいて話題分割を行う.さらに,話題ごとに類似したテキストを収集して,単語辞書の更新とN-gram言語モデルの適応を行う.これらの手法を,衆議院予算委員会の音声で評価を行った.これらの処理に基づいて,講義や討論に字幕を付与する試みを行った.
薬物代謝酵素の構成的発現に対するアンドロゲンの抑制作用とその機序の解析

雄の血中アンドロゲン濃度(Ad)が顕著に異なる2品種のブタとその交配で得たF1を用いて、肝臓における薬物代謝酵素の構成的遺伝子発現の性差を調べるとともに、性差発現における血中Adの関与を追究した。その結果、構成的発現に性差が見られる肝薬物代謝酵素の遺伝子発現は、Adにより閾値をもって抑制的に制御されていること、また、Adの高発現形質は常染色体性に優性遺伝することを明らかにした。成熟したMeishan pig (M)の肝CYP1A1/1A2構成的発現には著しい性差が認められることを申請者らは報告している(Biochem.Pharmacol.75,1076,2008)。本年度は、このようなCYP1A1/CYP1A2発現における性差について性ホルモン、特にアンドロゲンの関与を明らかにすることを目的として、5ヶ月齢のMおよびLandrace pig (L)にテストステロン(T)を筋肉内注射し、肝CYP1A1/CYP1A2の発現量に与える影響を検討するとともに、成熟過程におけるそれら発現量と血清中T量との関連性について解析した。発現量の解析は、mRNAおよび蛋白質量、並びにMROD/EROD活性を指標として酵素活性を測定した。Mの肝CYP1A1/1A2発現には性差が認められ、1ヶ月齢で去勢し5ヶ月齢まで飼育した去勢雄ではそれら発現は雌と同様になる一方、Lではそのような性差はなく去勢による効果も認められなかった。両品種の去勢雄および雌にTを投与すると、これら発現量はMの雄と同程度まで低下した。生理的条件下でのアンドロゲンのCYP1A1/1A2発現に及ぼす影響を検討するために、15ヶ月齢の両品種の雄の血清中T量と肝CYP1A1/1A2発現量との相関性を解析した結果、血清中T量とCYP1A1/1A2発現量は負の相関性を示すこと、TのCYP1A1/1A2発現抑制作用には域値が存在し、雄のLにおける血清中T量はこの閾値を超えないことが明らかとなった。また、CYP1A1/1A2の転写因子として知られるAhRおよびARNTのmRNA量には両品種ともに性差は認められなかった。これまでCYP発現の性差は成長ホルモンにより生じることが報告されているが、本研究により、ブタCYP1A1/1A2の発現抑制には少なくともアンドロゲンが関与することが示唆された。(1)雄のMeishan pig(M)とLandrace pig(L)で見られる血液中のアンドロゲン(Ad)濃度(M>L)や肝臓でのCYP1A1/1A2の構成的発現量(M<L)の品種間差が遺伝的に規定されているか否かを明確にするために、Mの雄とLの雌、および、Lの雄とMの雌を交配し、得られた各雄産子の血液中Ad濃度を経時的に測定するとともに、5ヶ月齢の雌雄産子における肝臓でのCYP1A1/1A2発現量を測定した。いずれの組み合わせで交配した場合にも、雄産子の血液中Ad濃度はMと同様にLよりも2-3倍高く、血液中Ad濃度が高い形質は、常染色体性に優性遺伝することが明らかになった。また、交配雄産子の肝臓でのCYP1A1/1A2発現はMと同様、雌に比較して顕著に抑制されており、ブタの肝臓におけるCYP1A1/1A2の構成的発現は、高濃度の血液中Adにより抑制されることが明らかになった。しかしながら、ブタCYP1A1/1A2遺伝子の発現制御領域には、Ad受容体(AdR)の結合配列は見あたらず、AdによるこれらCYP分子種に対する発現抑制は、AdRによる直接的な遺伝子発現抑制によるものではないことが示された。(2)マウスの肝臓ではCyp7a1遺伝子の構成的発現が肝臓中のIL-1量により正に制御さることや、Adは肝臓中IL-1量の発現調節因子になることを報告してきた。本年度、Cyp7a1遺伝子の転写因子(FTF,LXRα,HNF4αSHP)の構成的発現量とIL-1量との間にも相関性が認められることを明らかにした。これらの結果より、Adは肝臓中IL-1の産生制御を介して、Cyp7a1転写因子の遺伝子発現、さらにCyp7a1遺伝子の発現に関わっている可能性が示唆された。雄の血中アンドロゲン(Ad)濃度が遺伝的に異なるMeishan (M)およびLandrace (L)とその交配により得られたF1(LMおよびML)を用いて、肝臓の第II相薬物代謝酵素(sulfotransferase (SULT)およびUDP-glucronosyltransferase (UGT))の遺伝子発現量と血中Ad濃度との関連性を検討した。

遺伝子データーベースから2種のSULTおよび8種のUGT遺伝子を選択し、real-time RT-PCRで発現量を解析した結果、Ad濃度の高いM, LMおよびMLの雄では、SULT1A1およびSULT2A1の発現は雌に比較して顕著に低く、逆にUGT1A1, UGT1A6, UGT2B31の発現は雌に比較して2倍程度高いことが明らかになった。また、上記SULTsおよびUGTs遺伝子の発現は、Mの雄を去勢すると雌型、また、Mの雌や去勢したMにAdを投与すると雄型となりSULTsの発現は低下、UGTsの発現は上昇した。Lでは性差および雄の去勢効果は認められなかったが、Mと同様のTP投与効果が認められた。以上より、これら第II相薬物代謝酵素の遺伝子発現にみられる性差は、血中Ad量の差に起因することが示唆された。マウスの肝臓でのCyp7a1遺伝子の構成的発現は、肝臓中のIL-1量で正に制御され、また、このIL-1量はAd量で制御されることを示唆してきた。そこで、構成的遺伝子発現がIL-1で制御されるCyp7a1の転写調節因子を検索し、候補因子として昨年度見いだしたSHPとともにPGC-1αを見出した。これまでに得られた結果を考え合わせると、Adは肝臓でのIL-1産生の抑制を介して、PGC-1αの発現を抑制、またSHPの発現を上昇させ、結果Cyp7a1遺伝子の構成的発現を抑制していると考えられた。ブタの血液中アンドロゲン濃度の高い形質が常染色体性に優性遺伝すること、アンドロゲンによりCYP1A1/1A2のみならずCYP2A19やCYP2E1の構成的発現も抑制されることを見出すなど、概ね順調に進展している。24年度が最終年度であるため、記入しない。SulfotransferaseやUDP-glucronosyltransferaseについても合わせて検討し、肝臓の代表的な薬物代謝酵素の構成的発現に対するアンドロゲンの作用について総括する。また、血液中のアンドロゲン濃度が遺伝的に規定されていることが明らかになったことから、その遺伝的規定要因を解明する一環として、精巣のアンドロゲン合成/代謝酵素等の発現についての解析を新たに検討する。
軸流ポンプの二重反転式翼車採用による高効率運転とサージ制御に関する基礎研究

今日,軸流ポンプの高比速度化への要求は高い.しかし高流速化に伴うキャビテーション性能や効率の低下が避け難く,何らかの打開策を強く求められていた.そこで研究者らは,既に舶用プロペラ(スクリュー)等において実用になっている『二重反転式軸流ポンプ』の採用を考え,初年度では,従来形である後置静翼形と二重反転形の設計製作とその比較試験を行った.そこでは,二重反転形翼車採用の利点・欠点を明らかにするとともに,高性能設計には,後段動翼設計パタメータの変更がポンプ性能に及ぼす影響を調査する必要性があることが知られた.次年度では,設計パラメータを異にする後段翼車の設計製作し,実験面から後段動翼設計におけるパラメータの最適化に関する指針を探究して,次の結論を得た.(1)多翼・低弦節比翼後段動翼の採用は正規流量での高効率化をもたらし,前後段動翼列間干渉も弱いという長所を持つ反面,部分流量域における自翼の翼先端逆流の発生と前段動翼の三次元流れ発生を早めるため,揚程と効率の低下を招く.(2)少翼・鋼弦節比翼は,それとは逆の結果をもたらす.さらに,(3)後段動翼を回転数制御することによる広流量域での高効率化には,正規流量点での更なる高効率設計が鍵となる.そこで最終年度では,それらの結果を追証し,更なる考察データを入手するために追証実験とともにCFD解析を行い,後段動翼設計におけるパラメータの最適化に関する資料の充実を図った.さらには,(4)高キャビテーション性能の可及的向上には,前段と後段の設計回転数を変えることが有効との示唆を得たため,現在引き続き,CFD解析と実験の両面からその有効性を調査中である.また本研究期間中にやりを得なかった気体混入時での二重反転ポンプの有用性についても,急ぎ,調査の予定である.今日,軸流ポンプの高比速度化への要求は高い.しかし高流速化に伴うキャビテーション性能や効率の低下が避け難く,何らかの打開策を強く求められていた.そこで研究者らは,既に舶用プロペラ(スクリュー)等において実用になっている『二重反転式軸流ポンプ』の採用を考え,初年度では,従来形である後置静翼形と二重反転形の設計製作とその比較試験を行った.そこでは,二重反転形翼車採用の利点・欠点を明らかにするとともに,高性能設計には,後段動翼設計パタメータの変更がポンプ性能に及ぼす影響を調査する必要性があることが知られた.次年度では,設計パラメータを異にする後段翼車の設計製作し,実験面から後段動翼設計におけるパラメータの最適化に関する指針を探究して,次の結論を得た.(1)多翼・低弦節比翼後段動翼の採用は正規流量での高効率化をもたらし,前後段動翼列間干渉も弱いという長所を持つ反面,部分流量域における自翼の翼先端逆流の発生と前段動翼の三次元流れ発生を早めるため,揚程と効率の低下を招く.(2)少翼・鋼弦節比翼は,それとは逆の結果をもたらす.さらに,(3)後段動翼を回転数制御することによる広流量域での高効率化には,正規流量点での更なる高効率設計が鍵となる.そこで最終年度では,それらの結果を追証し,更なる考察データを入手するために追証実験とともにCFD解析を行い,後段動翼設計におけるパラメータの最適化に関する資料の充実を図った.さらには,(4)高キャビテーション性能の可及的向上には,前段と後段の設計回転数を変えることが有効との示唆を得たため,現在引き続き,CFD解析と実験の両面からその有効性を調査中である.また本研究期間中にやりを得なかった気体混入時での二重反転ポンプの有用性についても,急ぎ,調査の予定である.今日,軸流ポンプの高比速度化への要求は高い.しかし高流速化に伴うキャビテーション性能や効率の低下が避け難く,何らかの打開策を強く求められていた.そこで研究者らは,既に舶用プロペラ(スクリュー)等において実用になっている『二重反転式軸流ポンプ』の採用を考え,その利点を実験と理論の両面から調査検討し,その高性能設計法と高効率運転制御法を明らかにすることを目的として,本研究を開始した.本年度は,まず,翼車比速度を1500に置き,従来形である後置静翼形と二重反転形の供試ポンプを設計・試作し,両者の比核実験から,二重反転形ポンプの利点を調査した.その結果,(1)正規流量におけるポンプの効率を見ると二重反転形は低負荷形翼車となるため,前段動翼は従来形より良好な効率を示すが,後段動翼は効率低下が認められた.(2)部分流量域においては,二重反転形の作動原理上,流量-揚程の,従来形より強い右下がり変化を示し,より安定な運転となること,そのときの逆流発生は後置静翼形より低流量側で生じ,後段動翼での発生様相は静翼のそれとは全く異なること,さらにキャビテーションの初生は前段より後段翼車において生じることを明らかにした.

ついで,二重反転形の採用により後段翼車の回転数制御を行うことが可能になる.そこで,これを調査してポンプ全体としての高効率化と高キャビテーション性能化への可能性があることが知られた.実験結果の更なる考察と後段翼車の高性能設計への指針を探るために,前段と後段翼車とを一体として解き,翼形状を的確に再現できる翼面特異点法を組込んだ準三次元非粘性流れ計算を開発し,後段翼車の低効率の原因とその改善策を検討した.それらの結果をもとに次年度に向けて設計・試作を終え,現在製作中である.今日,軸流ポンプの高比速度化への要求は高い.しかし高流速化に伴うキャビテーション性能や効率の低下が避け難く,何らかの打開策を強く求められていた,そこで研究者らは,既に舶用プロペラ(スクリュー)等において実用になっている『二重反転式軸流ポンプ』の採用を考え,初年度においては翼車比速度を,1500に置き,従来形である後置静翼形と二重反転形の供試ポンプを設計・試作し,両者の比核実験から,二重反転形ポンプの利点を調査した.本年度は,後段動翼設計パタメータの変更がポンプ性能に及ぼす影響を見るために,新たに後段動翼を製作し,翼枚数・翼厚み・翼弦節比並びに翼取付け角(食違い角)の影響について性能試験と内部流れ計測およびケーシング壁面静圧の連続計測から調査した.その結果,(1)多翼・低弦節比翼後段動翼の採用は正規流量での高効率化をもたらし,前後段動翼列間干渉も弱いという長所を持つ皮面,部分流量域における自翼の翼先端逆流の発生と前段動翼の三次元流れ発生を早めるため,揚程と効率の低下を招くこと,(2)少翼・鋼弦節比翼は,それとは逆の結果をもたらすことが知られ,後段動翼設計におけるパラメータの最適化に関する指針を得た.また,(3)2種類の後段動翼,いずれにおいても,後段動翼の回転数制御による高効率運転域の広域化を図れることが確認され,二重反転翼車採用の利点が追証された.現在,後段翼車の高性能設計への指針を探るために,実験結果の考察とその詳細議論に不可欠なCFD解析を行っている段階である.最終年度となる次年度には,それらの結果をもとに更なるデータの充実を図り,設計指針を提示したいと考えている.今日,軸流ポンプの高比速度化への要求は高い.しかし高流速化に伴うキャビテーション性能や効率の低下が避け難く,何らかの打開策を強く求められていた.そこで研究者らは,既に舶用プロペラ(スクリュー)等において実用になっている『二重反転式軸流ポンプ』の採用を考え,初年度における従来形である後置静翼形と二重反転形の比較試験,次年度における後段動翼設計パタメータの変更がポンプ性能に及ぼす影響調査の結果を踏まえ,追加実験とCFD解析により,後段動翼設計におけるパラメータの最適化に関する指針を探究した.その結果,前年度に得た(1)多翼・低弦節比翼後段動翼の採用は正規流量での高効率化をもたらし,前後段動翼列間干渉も弱いという長所を持つ反面,部分流量域における自翼の翼先端逆流の発生と前段動翼の三次元流れ発生を早めるため,揚程と効率の低下を招くこと,(2)少翼・鋼弦節比翼は,それとは逆の結果をもたらす,との結果を追証した.さらに,(3)後段動翼を回転数制御することによる広流量域での高効率化には,正規流量点での更なる高効率設計が鍵となること,(4)高キャビテーシヨン性能の可及的向上には,前段と後段の設計回転数を変えることが有効との指針を得た.これに関する検証は,今後早急にCFD解析と実験の両面から明確にしたいと考えている.また本研究期間中にやりを得なかった気体混入時での二重反転ポンプの有用性についても,急ぎ,調査の予定である.
H. pylori CagA蛋白による細胞内シグナル伝達制御機構の撹乱

1.CagAが生物活性を示す上で重要な要因であるCagAの膜移行活性は、チロシンリン酸化部位を含むEPIYA配列のリン酸化非依存的な機能であることを明らかにした。2.CagAにより活性化されたSHP-2はFAKを基質分子として直接認識し、FAKの活性化に必要とされるリン酸化チロシンを脱リン酸化した。その結果、細胞内FAKの活性化が抑制され、CagA依存的な細胞形態変化が誘導されていることが明らかとなった。3.CagA依存的な細胞形態変化誘導には、Rsa活性非依存的なMAPKカスケードの活性化が必要であることを明らかにした。4.DNAチップ解析の結果により、CagAはPLCY/カルシニューリン経路を介してNFATの核内移行を促進し、NFAT依存的な転写を活性化することを明らかにした。CagA依存的なNFAT活性化はH. pylori毒素VacAの生物活性により抑制され、NFAT核内移行に関する両分子活性は拮抗することが明らかとなった。5.臨床検体から単離されたH. pylori由来CagAの分子多型に基づいた一連の人工改変分子間の細胞内標的分子との複合体形成能を比較検討し、EPIYAサイトの数および組み合わせに依存してCagA生物活性が変動することを明らかにした。6.CagA多量体形成に必要とされる16アミノ酸からなるCagA多量体化モチーフを明らかにした。SHP-2活性に依存した細胞運動能および細胞形態に影響を及ぼすCagA生物活性の発現には、多量体形成が必要であることを明らかにした。・cagA陽性H.pylori菌が感染した細胞内では、注入されたCagAがチロシンリン酸化を受けるとともに細胞膜に局在する。一方我々は、CagAがチロシンリン酸化依存的にSHP-2活性を亢進することに加え、活性型SHP-2を細胞膜に移行させることにより細胞形態変化を誘導することを以前報告した。このことからCagA膜移行は、CagAが生物活性を示す上で重要な要素となっていることが予想された。そこで、種々の変異型cagA遺伝子を用い細胞膜移行能に関わるCagAの分子内領域を検討した。その結果、CagAはチロシンリン酸化部位を含むGlu-Pro-Ile-Tyr-Ala(EPIYA)配列依存的に膜へ移行することが明らかとなった。一方、リン酸化部位のTyrをPheに置換したリン酸化耐性型CagAもまた細胞膜への局在を示すことから、CagA膜移行活性はEPIYA配列のリン酸化非依存的な機能であることが明らかとなった。・CagA-SHP-2複合体により脱リン酸化される下流シグナル伝達分子の探索を行った。その結果、CagAを発現しているAGS細胞において、細胞接着に深く関わるチロシンキナーゼFAKのチロシンリン酸化レベルが低下していた。変異型SHP-2およびFAK分子を用いた解析から、SHP-2はFAKを基質分子として直接認識し、FAK活性化に必要であるリン酸化チロシンを脱リン酸化することでFAK活性化を抑制していた。また、優性陰性型FAKにより内因性FAK活性を抑制したところ、CagAにより誘導される細胞形態と酷似した細胞形態が誘導され、CagAはSHP-2活性化を介してFAK活性を抑制することにより、細胞形態変化を誘導していることが明らかとなった。以上に加え、胃上皮におけるCagAの発癌作用およびその発症機構を解明するため、CagAトランスジェニックマウスを作成中である。

本研究は、CagAによる細胞内シグナル伝達系の脱制御が宿主細胞の増殖や運動能調節にどのような影響を及ぼすのか検討し、cagA陽性H.pylori感染が細胞内シグナル制御機構を破綻させる分子機構を明らかにすることを目的とした。2.CagAにより活性化されたSHP-2はFAKを基質分子として直接認識し、FAKの活性化に必要とされるリン酸化チロシンを脱リン酸化することを見出した。FAK分子の脱リン酸化の亢進は細胞内FAK活性の低下を引き起こし、その結果CagA依存的な細胞形態変化が誘導されていることが明らかとなった。3.DNAチップ解析の結果により、CagAはPLCg/カルシニューリン経路を介してNFATの核内移行を促進し、NFAT依存的な転写を活性化することを明らかにした。CagA依存的なNFAT活性化はH.pylori毒素VacAの生物活性により抑制され、NFAT核内移行に関する両分子活性は拮抗することが明らかとなった。4.臨床検体から単離されたH.pylori由来CagA分子多型に基づいた一連の人工改変分子間の細胞内標的分子との複合体形成能を比較検討し、EPIYAサイトの数および組み合わせに依存して、細胞内シグナル伝達系の脱制御に関わるCagA生物活性が変動することを明らかにした。
熱力学安定状態としての三重周期極小曲面の形成機構

ソフトマターに広く見出される三重周期極小曲面(TPMS)に関係した高次構造について研究を進めた.ミクロ(分子凝集)構造に依らないレベルと分子凝集構造のレベルの研究を並行して進めた.前者の成果として・低分子サーモトロピック液晶であれリオトロピック液晶であれ,TPMS関連相が隣接する液晶相に比べて小さなエントロピーゆらぎ(熱容量)を示すことの一般性を確立したこと・低分子サーモトロピック液晶における相転移エントロピーのアルキル鎖長依存性から,TPMS単位格子を単位とする(統計)熱力学の可能性を提案したこと・先に知られていたANBCと総称される一群の化合物に加え,BABHでもアルキル鎖長に依存して複数のキュービック相が現れることを見出し,サーモトロピック液晶において分子内アルキル鎖張に依存して複数のTPMS関連構造が現れることを一般的に確立したこと後者の成果として・低分子サーモトロピック液晶のTPMS関連構造において,X線回折強度の鎖長依存性を利用して分子レベルの凝集構造をはじめて明らかにした.・明らかになった分子凝集構造は,分子コアとアルキル鎖の体積の相対量が逆転しても基本的に同じであり,明らかにブロックコポリマーやリオトロピック液晶とは異なる特徴を示すことを見出したことをあげることができる.ソフトマターに広く見出される三重周期極小曲面(TPMS)に関係した高次構造について研究を進めた.ミクロ(分子凝集)構造に依らないレベルと分子凝集構造のレベルの研究を並行して進めた.前者の成果として・低分子サーモトロピック液晶であれリオトロピック液晶であれ,TPMS関連相が隣接する液晶相に比べて小さなエントロピーゆらぎ(熱容量)を示すことの一般性を確立したこと・低分子サーモトロピック液晶における相転移エントロピーのアルキル鎖長依存性から,TPMS単位格子を単位とする(統計)熱力学の可能性を提案したこと・先に知られていたANBCと総称される一群の化合物に加え,BABHでもアルキル鎖長に依存して複数のキュービック相が現れることを見出し,サーモトロピック液晶において分子内アルキル鎖張に依存して複数のTPMS関連構造が現れることを一般的に確立したこと後者の成果として・低分子サーモトロピック液晶のTPMS関連構造において,X線回折強度の鎖長依存性を利用して分子レベルの凝集構造をはじめて明らかにした.・明らかになった分子凝集構造は,分子コアとアルキル鎖の体積の相対量が逆転しても基本的に同じであり,明らかにブロックコポリマーやリオトロピック液晶とは異なる特徴を示すことを見出したことをあげることができる.TPMS構造を持つ温度変化型液晶と濃度変化型液晶の物性の比較温度変化型液晶と濃度変化型液晶の物性に注目し,高次構造(層状構造,TPMS構造など)に注目すると,その性質が統一に比較できることを明らかにした.たとえば,TPMS構造ではその三次元連結性に起因する揺らぎの抑制のため,層状構造をとるスメクチック相やラメラ相より小さな熱容量(エンタルピー揺らぎ)を示す.複数のTPMS相の熱容量の比較前項のTPMS相の小さな熱容量の定量的な解析の可能性を探るために,複数のTPMS相を持つANBC(22)について精密熱容量測定を行った.これらおよび関連化合物の結果を基に,純粋な幾何学的な効果とは考えられないことを明らかにした.次年度以降の実験の準備・熱力学第3法則に基づくTPMS相のエントロピーの絶対値を測定するために,熱容量測定温度範囲を極低温まで拡大する必要がある.本年はそのために3He冷凍機を購入した.既存の緩和型熱量計に組み込み,測定データの信頼性の検証実験を行っている.・TPMS構造を示す高分子試料を選定し,調整中である.年度内に実験が可能な量の試料を用意できる予定である.TPMS構造を持つ温度変化型液晶PCFの精密熱容量測定温度変化に対してTPMS構造と関係したキュービック液晶相が発現すると報告されたポリカテナー液晶PCFについて,精密熱容量測定を行った.3ヶ月にわたる詳細な検討の結果,キュービック液晶相が安定相系列としては出現しないことが明らかになった.PCFではスメクチック相から等方性液体への相転移が,非常に小さな潜熱しか伴わない,ほぼ連続的な相転移であると報告されてきたが,その前駆現象と考えられる異常な熱容量の増大を見いだした.ミクロ相分離の基礎となるアルキル鎖の融解挙動TPMSの出現にはミクロ相分離が関係していると考えられるので,温度変化型液晶におけるミクロ相分離を誘起する分子内アルキル鎖のエントロピー獲得(融解)挙動を調査した.無機錯体化合物において,アルキル鎖がエントロピー溜として働くこと,また,乱れた(融解した)アルキル差を持つ化合物では,秩序化したアルキル鎖を持つ化合物とは質的に異なる電子状態が発現する可能性があることを指摘した.次年度以降の実験の準備・前年度に購入した^3He冷凍機を既設の熱量計に組み込み,性能の検証を行った.期待通り0.3Kという極低温まで冷却が可能であることを確認したが,信頼できる測定結果を得るには温度計の較正ならびにアデンダ測定に若干のノウハウがあることがわかった.・TPMS構造を示す高分子試料の調製を行った.新年度には本測定を開始する.ANBCとは化学構造が異なるために異なるキュービック相をとると信じられていたACBCに属するACBC(16)について検討を行い,ACBC(18)とは異なるIa3d相をとることを明らかにした.

また,BABHにおいても長鎖アルキル基を持つ場合にはIm3m相をとることを見出した.これらは,複数のキュービック相がアルキル鎖長によって選び出されることを示している.複数のキュービック相を持つANBC系のIm3m相の構造についての実験結果の解析が出版されたので,Ia3d相とIm3m相の構造について,再検討を行った.出版されたモデルは研究代表者のモデルと異なり大変複雑であるが,基本的な特徴は代表者のモデルと一致している.研究代表者のモデルの二通りの記述である,二枚の極小曲面(有限の厚みを持つ)の構造モデルと一枚の極小曲面と棒状集合体からなる構造モデルについてX線回折パターンを計算した.上記の通り,BABH系でもアルキル鎖長により複:数のキュービック相が発現することを見出したので,ANBCとBABHという代表的なキュービック液晶を用い,現在,実験結果と系統的かつ詳細な比較を行っている.比較の結果をまって二つのキュービック相についての実験結果をとりまとめる.複数のキュービック相をとるリオトロピック系であるモノオレイン-水系について測定を継続中である.複雑な相挙動のため長期の実験が必要であったが,純物質モノオレインの既知の3相がそれぞれ低温において複数の相転移を起こすことを見出すなど,解析に必要になる純物質についての相関係と熱力学データを確立した.ラメラ相が等方性液体へ相転移する直下で,熱容量にめくれ上がりがあることがわかった.実験手順上,キュービック相についての測定はこの後になるが,4月中の測定終了を予定している.
空間データマイニングによるソーシャルキャピタルの局地的差異の抽出と要因分析

本研究は,ソーシャルキャピタルの尺度として提唱されているISCI(Integrated Social Capital Index)の得点の高い高SC層の空間分布特性を空間データマイニング手法を用いて明らかにした。大規模なアンケートデータを元に京都府A市の151集落ごとのISCIから高SC層の割合(P6)を算出し,回答者数の偏りによって生じる影響を経験ベイズ法によって補正して空間分析を行った。経験ベイズモランのI統計量を用いて,定量的にP6の空間分布特性を抽出し,集落単位のP6には正の空間的自己相関が存在することを明らかにした。対象地域でのアンケート調査を元に集計した「ソーシャルキャピタル(SC)の高い層の割合」を集落界ごとに振り分けたGISデータを構築し,サンプル数の少ない地域の変動を補正して最小限に抑えることのできる経験ベイズモランのI統計量を用いて分析を行った。その結果,集落ごとの「SCの高い層の割合」の明確な正の空間的自己相関を確認することが出来た。一般に,個々の空間的事物は,空間座標とその属性によって捉えることができるが,多くの場合は事物間の位置関係に対応した規則的な影響を受けあって共変動関係を持つ。しかしながら, SCは,個人や集団の内面によって異なるものであり,その尺度としての「SCの高い層の割合」についてそれぞれ空間的な影響や関係を集落間で持つと考えるのは妥当ではなく,歴史的な経緯で醸成されてきたと考えられるSCが,集落の枠組みを超えた空間単位で醸成されてきたため空間的な自己相関が検出されたと考えられる。近隣の集落では「SCの高い層の割合」の連続性が確認できたため,集落ごとにSCを考慮するよりも,施策の性質によっては,旧村や市町村などの,より大きな単位に同一性のあるSCが存在するという空間特性を考慮すべき場合もあると示唆できた。人口の減りつつある日本の農山村でSCを計る様な場合にはサンプル数が極端に少なくなることが多々あり,統計上の不安定さが増すようなケースは少なくない。本年度の研究で用いた経験ベイズの推定法によりこうした問題は解決が可能であることも実証的に示された。本年度は,ソーシャルキャピタル(SC)の構成要素を詳細に分析すること,および空間データマイニング(DM)手法を実際に適用すること,の二つのテーマについて研究を進めた。前者では,SCの構成要素のうち「信頼」に着目し,さらにこれを「一般的信頼」と「地域内住民に対する信頼」に分けて,自分は健康であると感じているかという「主観的健康感」との関連についてロジスティック回帰を用いて分析を行った。これには2006年に研究代表者等が京都府北部にて行った大規模アンケートデータを使用している。分析の結果では,「一般的信頼」よりも「地域内住民に対する信頼」の要素が「主観的健康感」に大きく関連があることが明らかとなった。従来のブリッジング型SCを重視すべしといつた多くの既往研究に対して,ボンディング型SCに着目した地域社会のあり方の重要性を指摘している。後者の研究では,モンゴルにおける家畜分布の特徴を空間DM手法を用いて詳細に分析を行った。モンゴルは民主化後の自由経済のあおりを受け,遊牧民は利潤を追求して家畜を劇的に増やしてきた。しかし,植生に与える影響は既に環境容量を超えているという指摘もあり,モンゴル全土での家畜分布とその変化を詳細に把握する必要がある。そこで,Local Indicator of Spatial Associations(LISA)という空間分析手法を適用し,モンゴルの主要家畜(ラクダ,馬,牛,羊,ヤギ)の分布について時系列解析を行った。結果として,カシミヤが採取できるヤギの増加が著しく,この変化は地理的条件や気候に影響を受けずほぼ全域でヤギが増加しており,その他の家畜は地理的条件や家畜の特性による制約により,その分布には大きな変化がないことが明らかになった。この分析手法適用事例の成果により,今後本プロジェクトにおいて空間DM手法を適用する際にモデルの精緻化を測ることが期待できる。本年度は,ソーシャル・キャピタル(SC)の構成要素を詳細に分析することを前年度よりさらに深化させ,研究の総括を行った。また,空間データマイニング(DM)手法の適用とその応用についても研究を遂行した。前者では,SCの構成要素のうち「信頼」に着目し,さらにその構成要素である「ボンディング型SC」と「ブリッジング型SC」に分けて,地域資源(人的資源,土地,歴史などその地域にあるもの)保全活動への参加に対し,どちらの関連が高いのか,という点についてモデル化し,分析を行った。これには以前に研究代表者等が京都府北部にて行った大規模アンケートデータを一部使用している。分析の結果では,「ブリッジング型SC」よりも「ボンディング型SC」の要素が大きく関連があることが明らかとなった。従来のブリッジング型SCを重視すべしといった多くの既往研究に対して,ボンディング型SCに着目した地域社会のあり方の重要性を指摘した。後者の研究では,モンゴルにおける家畜分布の特徴について空間DM手法を用いて詳細に分析を行った。

モンゴルは民主化後の自由経済のあおりを受け,牧民は利潤を追求して家畜を劇的に増やしてきた。しかし,植生に与える影響は既に環境容量を超えているという指摘もあり,モンゴル全土での家畜分布とその変化を詳細に把握する必要がある。そこで,Geographically Weighted regression (GWR)という空間分析手法を適用し,モンゴルの植生に対する影響が大きいと考えられているヤギの分布と植生の関連について分析を行った。結果として,カシミヤが採取できるヤギの増加により,9月から10月の間の植生へのインパクトが定量化された。モデル開発の結果は,先述のSC分析に応用し,空間的なSCの特性を抽出することが理論的に可能となった。どの場所でどのような形の政策が有効であるかといった具体的な提言を援用できる研究手法を開発した。
カーボンナノチューブを用いた強誘電体/半導体直接接触トランジスタの作製

本年度は、SiO_2をゲート絶縁膜とするバックゲート型カーボンナノチューブ(CNT)トランジスタの作製から開始した。ゲート電極となるSi基板上にSiO_2膜を形成し、その上にCNT分散液をスピンコート法で塗布した。分散液の溶媒は、Nジメチルホルムアミドであり、界面活性剤としてドデシル硫酸ナトリウムを加えた後に、超音波分散を12時間行った。その後、リフトオフ法によりPdならびにAu電極を形成して、ソース、ドレインとした。電極間隔は、1,2,μmである。得られた試料について電気的特性を評価した結果、約2%のデバイスについてトランジスタ特性が得られた。ドレイン電圧を0.1Vで固定し、ゲート電圧を±5Vの範囲で掃引した測定では、最大で5桁程度の電流オン・オフ比が得られた。しかし、得られたI_D-V_G特性には3V程度の電荷注入型のヒステリシスが観測された。この現象は、ナノチューブヘの酸素の吸着などが原因と考えられる。次に、強誘電体をゲート絶縁膜とするCNTトランジスタを作製した。SiO_2/Si基板上にゲート電極となるPt膜を堆積し、その上にゾルゲル・スピンコート法によりSBT(SrBi_2Ta_2O_9)膜を堆積した。強誘電体としてSBTを用いた理由は、構成原子の拡散が少ないと考えたためである。この後は、SiO_2をゲート絶縁膜とするトランジスタと全く同様な方法で作製した。得られたトランジスタは、オン電流が1x10^<-6>A/cm^2程度で、SiO_2ゲートのトランジスタよりも約1桁大きかった。その理由は、SBTの比誘電率が大きいために、ナノチューブに強い電界が印加されたためと考えられる。しかし、オフ電流は3x10^<-8>A/cm^程度となり、大きなオン・オフ比が取れないことが明らかとなった。この問題については、電極パッドにおけるSBT膜のリーク電流が主原因と判明し、パッド部分にPt下部電極を形成しない構造にすることにより解決できた。しかし、I_D-V_G特性におけるヒステリシスは、SiO_2ゲートトランジスタと同じ向きの電荷注入型を示していた。これより、良好な特性を示す強誘電体ゲートトランジスタを作製するためには、ナノチューブヘの酸素吸着の問題を解決する必要があると結論した。本年度は、カーボンナノチューブトランジスタの特性を明らかにするために、まずナノチューブをSiO_2膜をコートしたSi基板上に分散させた。カーボンナノチューブは超音波洗浄器を用いて溶媒に溶かした後、スピンコート法で塗布して乾燥させた。その後、ソース・ドレイン領域となるPd薄膜を50nmの厚さに形成し、さらに電極取り出し用のAu膜を300nmの厚さに形成して、特性を評価した。この構造において、ソース・ドレイン間にナノチューブが架橋されていれば、Si基板をゲート電極とするトランジスタが形成される。ゲート長は24μmである。作製された試料の電気的特性を評価したが、ドレイン電流が流れるまでに至らなかった。そこで、原因を明らかにするために走査型電子顕微鏡を用いて表面を観察した結果、ナノチューブが束になっていて、電極と十分に接触していないことが明らかになった。今後は、超音波を掛ける時間をさらに長くし、ナノチューブを完全にほぐすことが必要と考えられる。次に、作製時にナノチューブの位置を制御できないというスピンコート法の問題点を克服する方法について検討した。文献調査より、半導体的性質を示すナノチューブが多数含まれている原料を使用すれば、ソース・ドレイン間に複数のナノチューブが架橋しても、電流オン・オフ比として最大で10程度が取れることが明らかとなった。また、この場合に電極配置から算出したキャリア移動度は、最大で1cm^2/Vs以上と、一般の有機半導体トランジスタよりも大きいことが明らかとなった。これらの値は、不揮発性メモリとして用いる場合には十分に大きいと言え、スピンコート法によりカーボンナノチューブを用いた実用的なメモリ素子が実現できるとの結論を得た。