hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
FISHによる肺癌細胞のchromosomal instability(CIN)の検出

肺癌において各種染色体の数的異常がどの程度現れるのか、また、それらと病理学的諸因子とはどのように関連しているのかを解明することを本年度の目標とした。各種染色体のセントロメアに特異的なDNAプローブを用いたFISH(fluorescence in situ hybridization)を行うことによって、3番、10番、11番、17番の4種類の染色体数を計数し、最頻値以外のコピー数を示す細胞の合計が全体の25%以上を示す時、CIN(chromosomal instability)が存在すると判定した。非小細胞癌46例(男性24例、女性22例、平均年齢67歳)のうち、いずれかの染色体にCINを認めた頻度は47.8%、複数の染色体でCINを認めた頻度は25.6%であった。CINの出現と病理病期、組織型、血管侵襲、リンパ管侵襲の間に相関は認められなかったが、複数の染色体にCINを認めた症例は、その他の症例と比較して有意に無再発生存率が低下していた(logrank p<0.03)。以上の結果から、肺癌におけるCINの存在は癌の生物学的悪性度と関連し、予後不良を示す可能性が示唆された。次年度はさらに症例を蓄積して、CINと患者の予後との相関関係を明らかにする予定である。HER2(erb-B2)遺伝子の過剰発現は肺癌,特に非小細胞肺癌で頻度が高いといわれてきた。最近、その遺伝子産物であるHER2蛋白に対するモノクローナル抗体(Herceptin)が乳癌のHER2過剰発現例に治療効果を有することがわかり、進行乳癌症例の標準治療のひとつとなりつつある。本年は、肺癌の染色体不安定性(CIN)との関連において乳癌と同様の病態が存在するか否かをHER2遺伝子コピー数のFISHによる解析と、HER2蛋白の免疫組織化学による比較研究によって明らかにした。その結果、HER2遺伝子の肺癌細胞における高度の増幅は稀であり、この点、数10倍の増幅も稀でない乳癌と一線を画することがわかった。増幅が2-3倍の低頻度の症例は40%程度に認めたが、HER2遺伝子が存在する17番染色体のpolysomyに伴うものが多くHER2座位の単独のコピー数増加は極めて稀と考えられた。一方、HER2蛋白は正常な気管支上皮にも軽度に発現しており、肺癌の細胞膜に特異的染色性を認めた場合を陽性と判定すると、非小細胞肺癌の蛋白過剰発現例は約20%であった。HER2コピー数とHER2蛋白の過剰発現の間には統計的に有意な相関は認められなかった。従って肺癌に対するHerceptinによる治療の可能性は、乳癌とはやや異なる遺伝子異常が背景にあることを理解したうえで、臨床試験によって確認されるべきと考えられる。染色体不安定性については54症例の肺癌を解析し、無再発生存率についてfollow-upを継続中であるが、やはりCIN症例の予後が有意に不良となる傾向に変化はみられていない。今後は治療前に採取した検体から再現性のある検査結果を得て、臨床治療に還元する方法を検討する予定である。本年は、本研究の最後の年に当たるため、FISHで検出した染色体の不安定性(CIN)が最終的に患者の生命予後とどのように関係するかを解析した。非小細胞肺癌切除例50例を対象とした。組織型は腺癌34例、扁平上皮癌15例、大細胞癌1例、病理病期はIA期14例、IB期17例、IIB期8例、IIIA期9例、IIIB期2例である。切除腫瘍の割面から作製した捺印標本を検体とし、FISH法によって3番、10番、11番、17番の各染色体数を計数しCINを有する腫瘍を特定し、生存率との関係を検討した。検討した4種の染色体においてdisomyが最も多かったが、trisomy、tetrasomyも高頻度に認められた。解析した50例のうち、14例(28%)がCINを有すると判定された。CINと組織型、病期には有意な相関はなかった。
網膜色素上皮細胞における膜蛋白の極性の解析

1:ラット、豚の培養網膜色素上皮細胞に於けるNa, K-ATPase、グルコーストランスポーターtypel(GLUT1)の局在を、間接蛍光抗体法を用いて解析した。結果、光学顕微鏡、多焦点レーザー顕微鏡を用いてもこれらの膜蛋白の局在は解明できなかった。細胞の固定条件や、蛋白の量が非常に少ないこと、また培養系の細胞でることで蛋白が充分発現していない為だと思われた。2:膜蛋白の再合成を解析するため、同上の培養細胞に視細胞外節、ポリスチレン球を鈍食させ、貧食胞に於けるNa,K-ATPase、GLUT1の局在を免疫電研法を用いて観察した。結果、貧食胞にこれら膜蛋白は僅かにしか観察する事が出来なかった。培養細胞系ではこれらの膜蛋白の発現は非常に少ないと思われた。3:全体として培養細胞系と生体内の細胞系では環境等の差で、膜蛋白の発現にかなり違いが出ていると思われ、本実験を続行するにあたり、培養系では非常に難しいと考えられた。
熱帯アジア水域および魚貝類の自動車由来物質による汚染実態の把握

自動車が一つの起源と考えられる発ガン物質:多環芳香族炭化水素類(PAHs)に焦点を当てた。熱帯アジア(タイ、カンボジア、ラオス、マレーシア、フィリピン、ベトナム、インドネシア)の都市ではPAHsの起源推定指標MP/P比が2以上を示し、石油起源PAHsの流入源が広く存在することが明らかになった。これは先進工業化国では燃焼起源PAHsが主な起源であることと対照的かつ新しい知見である。さらに模擬消化管液を利用しPAHsのbioaccessibilityを調べた結果、MP/P比が高かったマレーシアの堆積物のbioaccessibilityが高く、熱帯アジアの堆積物中のPAHsが生物に取り込まれやすいことが示唆された。この点はマレーシアで採取した二枚貝中のPAHs濃度が東京湾の二枚貝よりも高濃度であったことと調和的である。石油起源PAHsの具体的な起源を、組成の統計解析、マーカー物質(ベンゾチアゾール類とホパン)と重金属の分析結果との比較により推定した。その結果、熱帯アジアの石油起源PAHsが主に自動車に由来し、路上粉塵を主要な輸送媒体として流入していることが明らかになった。自動車由来の詳細な起源として、エンジンオイル、タイヤ、ディーゼル排ガス粒子、アスファルトの寄与が示された。熱帯アジア堆積物中のPAHs濃度(6-265000ng/g(n=143))は先進工業化国よりも1桁から2桁低いが、それは豪雨により供給される大量の土砂による希釈のための見かけの低さであり、熱帯アジアのPAHsが石油起源で生物へ取り込まれ易いために、堆積物中の濃度は低くても生物には先進工業化国と同等かそれ以上のPAHsが蓄積していることが明らかになった。詳細な起源特定とそれに基づく熱帯アジア水域への自動車由来汚染物質の流入の制御が今後の緊急な課題であることが本研究から明らかになった。1.タイ全域、インド(コルカタ)、フィリピン(マニラ)、ベトナム(カントー)、インドネシア(ジャカルタ)の5ヶ国の水域堆積物中の多環芳香族炭化水素(PAHs)の分析を行った。ジャカルタやコルカタでは世界的にも高濃度に分類される10,000ng/g以上のPAHs濃度を示す地点が観測された。PAHsの成分比から、熱帯アジア各都市で、先進各国ではみられない石油起源PAHsの流入が広く起こっていることを明らかにした。特にマレーシアやジャカルタでは石油起源の流入がより強く表れていた。PAHsの組成の詳細な解析とホパンの分析を組み合わせることにより、ジャカルタでは原油そのものの流入、マレーシアでは使用済みエンジンオイルの流入が考えられた。また、マニラやカントーではガソリン・軽油+廃エンジンオイル等、複合的な流入源があると考えられた。2.堆積物中PAHのbioavailability評価のための底生生物模擬消化管液(SDS水溶液)抽出法の検討・改良を行った。従来の抽出回収プロセスを簡略化し,無希釈で直接有機溶媒と液液抽出を行うことで,少ない作業量でかつ精度良く回収できることを確認した。この手法を用いて,凍結乾燥されたタイの運河および河川底泥,道路粉塵中のPAHのbioavailabilityを評価したところ,petrogenicなPAHの方がbioavailabilityが高い傾向が認められた。3.自動車に由来する汚染物質の中で、水銀やカドミウムなど有害重金属類を含む微量元素25元素を選択し、分析を行った。2003年度は、自動車から放出される直接・直後の被暴露試料として道路脇粉じん、及び、数年単位の時間が積分される水環境の指標試料として底質の分析を重点的に行った。その結果、熱帯アジアの都市環境において、依然高レベルの鉛が自動車の走行に起因して放出されている実態が明らかとなった。

また、タイ・バンコク周辺における銀および銅、インド・カルカッタの運河におけるカドミウムなど、突出した高濃度の汚染が確認された。本年度はベトナムのホーチミン市、カンボジアのプノンペン、トンレサップ湖、クラチエ、マレーシアのクアラルンプール(クラン川)で堆積物の採取を行った。カンボジアの非都市域のクラチエとトンレサップ湖では低濃度の燃焼起源多環芳香族炭化水素(PAHs)が検出され、大気経由で運ばれた燃焼起源PAHsが広く低濃度で熱帯アジア地域に広がっていることが示された。一方、ベトナムのホーチミン市、カンボジアのプノンペン、マレーシアのクアラルンプールの堆積物からは石油起源PAHsとホパンが高濃度で検出され、熱帯アジアの都市域で自動車由来の炭化水素が水域へ活発に流入していることが明らかになった。これらの都市の水域堆積物では高濃度の亜鉛、カドミウム、鉛が高濃度で検出された。さらに、これらの元素と石油起源PAHsおよびホパンとの間に高い相関が認められ、これらの元素が自動車交通由来であることが明らかとなった。亜鉛とカドミウムは自動車のタイヤ、鉛は有鉛ガソリンが主な起源と考えられた。さらに、これらの元素の淡水魚(ライギョ)中の濃度は、雨季に高く乾季に低い傾向が認められた。以上の観測結果から、熱帯アジア水域では自動車交通由来の有機・無機の汚染物質の水域への流入が活発に起こっており、それは雨季の表面流出により促進されている、という熱帯アジア固有の汚染物質の流入像が示唆された。自動車由来の石油起源PAHsの活発な流入が明らかとなったマレーシアクアラルンプールのクラン川堆積物へ底生生物模擬消化管液(SDS水溶液)抽出法を適用して、堆積物中自動車由来の石油起源PAHsのbioaccessibilityの評価を試みた。堆積物採取直後に冷凍せずにSDS抽出を行う必要があったので、機材をマレーシアに運び、SDS抽出を現地研究室で行った。測定の結果、高いbioaccessibilityが観測された。タイ、インド、カンボジア、ラオス、マレーシア、フィリピン、ベトナム、インドネシアの8ヶ国の水域堆積物を採取し、全143試料を分析した。試料は凍結乾燥後、高速溶媒抽出を行い、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製、分画後、GC-MSでPAHsとホパン、ベンゾチアゾール類(BTs)を定量した。熱帯アジア各国のPAHs濃度は6-265000ng/g(n=143)の濃度範囲で、世界的な濃度レベルと比較すると熱帯アジア各国は低中程度の濃度レベルを示した。熱帯アジア各都市(インドを除く)ではPAHsの起源推定指標MP/P比が2以上の地点が複数存在していおり、石油起源PAHsの流入源が広く存在することが明らかになった。これは先進工業化国では燃焼起源がPAHsの主な起源であることと対照的かつ新しい知見である。さらに疑似消化管液を利用したPAHsのbioaccessibility(生物への取り込まれ易さ)を調べた結果、MP/P比が高かったマレーシアの堆積物のbioaccessibilityが高く、熱帯アジアの堆積物中のPAHsが濃度以上に生物へのリスクが高いことが示唆された。
熱帯エネルギー・水循環過程

「熱帯エネルギー・水循環過程」研究は主としてタイ各機関をカウンターパートとし、チャオプラヤ川流域における水循環、水資源、気象・気候システムを対象として研究が進められた。第一の成果は、タイの代表的な三種類の土地利用(天水田、森林、灌木林地)において地表面からの水熱フラックスが細かな時間スケールかつ長期間において観測されたことである。これまで、地球温暖化予測・中長期予報のための気候モデル(GCM)の陸面過程検証用のデータは、主として中高緯度のものしかなく、熱帯に関してはアマゾン熱帯林のものだけが存在した。本研究によって、アマゾン以外の熱帯陸域におけるデータが初めて取得され、GAME-Tデータベースによって世界に公開された。また、本観測データを用いることによって、アジア湿潤域に特徴的な水田の水熱収支が通常の耕作地と大きく異なることが示され、これまでGCMの陸面過程として水田は考慮されていなかったが、その考慮の必要性が指摘された。一方で、森林地においては最も土壌水分の乾燥する乾季の終盤に最も蒸発散が盛んになることが観測から示され、雨季に蒸発散が大きくなり乾季に蒸発散が抑制されるであろうという通常の予測と逆であることが発見された。第二の成果は集中ゾンデ観測による大気物理量データ取得である。その大気観測データはGAME再解析へと取り入れられると共に、その分析によって熱帯陸上における数々の大気波動・日変化の存在が確認された。また、これらゾンデ観測の成果として作成されたGAME再解析を用いることによって、物質としてタイ上空へもたらされる水の輸送経路と起源を算定することが可能となり、雨季開始前の水輸送経路、雨季開始によるその突然の変化、さらに雨季の終焉を物質循環的にまざまざと示すことが可能となった。第三の成果は、東南アジア熱帯域降水システムに関するものである。熱帯域でも最も特徴的な変動時間スケールは日変化であるが、これまでは、午後に雲が立ち、夕方に降水が生じるといったような鉛直一次元的な描像がされがちであった。しかし、タイ全土の細かい時間スケールの降水データを収集・分析し、数値シミュレーションを併用した結果、地域毎に日変化のピークが大きく異なることが発見され、そのメカニズムが解明された。第四の成果は、地表及び地中の物理法則に基づいた水文流出モデルの構築と水文流出現象の把握である。水文流出モデルは、3次元の細かいグリッド配置を基本とした正統的なモデル、地形情報を数学的に有効に活用した簡略型モデル、気候モデルの陸面モデルを利用したモデル等が開発され、それぞれが良好な河川流量の算定に成功した。これらの成果は、タイにおける水資源アセスメント、洪水被害シミュレーションなどに応用された。第五の成果は、東南アジア水文気象データベースの構築と国際脇力の進展である。

昨年度までに築き挙げた観測地点における水文・気象観測を継続的に行っている。すなわち、スコタイ水田における地表面水エネルギー収支観測、チーク林等における移動型水エネルギー収支観測、タイ東北部ノンカイ基地における乾季ゾンデ集中観測、タイ国内各地点におけるGPS大気水蒸気量観測、コグマ森林試験地における地表面水エネルギー観測、チェンマイ基地における降雨レーダー観測、EGATタワー基地における地表面水エネルギー観測などである。これらにより得られたデータを解析することにより、これまでほとんど未解明であった熱帯陸上の水循環過程、水資源形成について解明が進んでいる。例えば、降雨レーダーの解析により、タイ北部における降水量の日変化が地域ごとに異なり、日変化が東北進していることが判明した。この観測事実を数値モデルによる結果と合わせて解釈した結果、大規模季節風とローカルな山脈に励起された重力波がこの降水の時空間変化を作り出していることが判明した。その一方で1998年と1999年の傾向は大きく異なり年々変動の研究の重要性が示唆された。またスコタイ水田基地において観測された水エネルギー収支をより深く解析するために、水田植生水文モデルを構築し数値実験を行った。数値モデルにより水田の水エネルギー収支は良く再現され、さらに水面のない単なる耕地と水田との熱帯における特徴的な違いを数値実験により明らかにした。これは東南アジアの水資源問題における有効な基礎資料と成り得る。また、EGATタワー基地周辺の混合植生地において人工衛星画像による植生指標から広域蒸発散量を求める手法を確立しつつある。その他の観測、解析についても同様に数多くのことが解明されつつあると同時に、非常につよい年々変動のため、長期的に継続した観測の必要性がより強く認識されつつある。本計画班は、熱帯雨林気候から乾季のある熱帯気候までを覆うインドシナ半島を対象として、当該地域のアジアモンスーンにおける役割を解明すること、および当該地域の降水と水資源の季節予報を向上させることを主要目的とする。この目的のために1地表面熱・水フラックス観測、2熱帯大気構造の解明、3気候・水文データ収集、4衛星リモートセンシング、降水レーダ観測研究、5領域気候モデルと水循環モデル、の5つのサブグループを設定し研究を進めている。紙幅の都合もあり、代表的な成果および最近の進展を以下に記述する。地表面熱・水フラックス観測研究に関しては、植生タイプの異なる代表的な3地点における観測が現在も継続されているだけでなく、3地点における観測結果の相互比較を行う解析研究も進展しつつある。その中で、地表面熱水収支の雨季から乾季へかけての遷移が、3植生タイプ間で大きく異なること、結果として乾季の終期の地表面水文状態ひいては熱収支構造が大きく異なることが判明しつつある。一方、気候研究サブグループによって、乾季の終期における地表面からの強い加熱が、雨季をインドシナ半島に呼び込む最大の要因の一つであることが解明されつつある。すなわち、モンスーン雨季の開始および降雨の季節予報に気候水文モデルを用いる際には、地表面の植生タイプ分布とそれぞれの植生タイプにおける熱水収支構造を正確に再現することが必要であると結論付けられた。
フクログモ類の系統と分化からみたユーラシア大陸東端地域の動物相の特性

1.資料が不足していた南西諸島(トカラ列島、沖縄本島、八重山諸島)に重点をおいて現地調査を行い、多数のクモ類標本を採集した。2.国立科学博物館が行っている日本列島各地、とくに北海道、東北北陸地方の調査によって得られた標本、科研費の国際学術研究によるタイ、マレーシア、台湾、マダガスカルなどの調査によりもたらされた標本のほか同博物館が従来より所蔵している国内外各地の標本も材料に加えて、フクログモ属(フクログモ科)のクモ類の分類学的、比較形態学的研究を行った。4.台湾産のフクログモについては日本の南西部のクモ相との関連を追求することがとくに重要と考えられるので、総括的に研究し4新種を含む14種を記載した。これらの半数はわが国との共通種であり、とくにcorticalis種群の割合が大きい点で八重山諸島のクモ相との関係が深い。5.以上に従来の知見を加えて総合すると、日本列島のフクログモ属は、15種群に属する約60種から成り立ち、それらの多くはユーラシア大陸とくにシベリア、中国、朝鮮半島との共通種あるいは同地域の種と密接な系統学的関係をもった日本固有種であるが、南西諸島には南方の色彩の濃い特異な種群に属する種もみられ、わが国の動物相の複雑さの一端が垣間見られる。1.秋期に鹿児島県トカラ列島の中之島および宝島において、また冬期に沖縄本島において調査を行い、スウイーピング法やシフテイング法を用いてクモ類を採集した。また、国立科学博物館が実施した北海道の調査においても若干のフクログモ類が得られた。これらの標本は、博物館の現有設備を利用し、研究補助のための謝金や消耗品費を使用して、順次ソーテイング、解剖、測定などの作業を行なった。そのほか博物館に保管されている日本各地の未整理標本の研究も合わせて行い、これまで我が国から記録のなかったフクログモ属の1種Clubiona kasanensisや、同属の新種を2種見出することができたので、2編の英文の論文にまとめ、日本クモ学会会誌Acta Arachnologica第41巻に発表した。2,フクログモ科のうちもっとも種数の多い、Clubiona属について、現時点での日本および周辺地域の既知種の種群の分類学的研究の結果得られた知見をもとに、今年度の日本クモ学会大会において、「日本および台湾産フクログモ属の数種」と題して口頭発表を行った。3.台湾における調査(科学研究費国際学術研究による)で得られた資料のうち、フクログモ属の1新種について、本補助金による室内研究を行い、「台湾産コガネグモ科およびフクログモ科(クモ綱、クモ目)の2新種」(英文)と題する論文を作成し、国立科学博物館研究報告第18巻に発表した。台湾の山地に生息するフクログモ類は、日本のものと系統学的関係が密接であることがわかり、我が国のとくに南西部の本類の研究に資するところが大きいと考えられる。1.春期に沖縄本島において旅費、借損料、研究補助のための謝金等を使用して現地調査を行ない、スウイーピング法やシフテイング法を用いてクモ類を採集し、エチルアルコールで固定して標本を作成した。これらの標本は、国立科学博物館の現有設備を利用して、謝金や消耗品費を使用して、順次、ソーテイング、解剖、測定などの作業を進めた。そのほか博物館に保管されている各地の未整理標本の研究も平行して行ない、本研究と関連の深い比較材料について日本クモ学会誌Acta Arachnologica第42巻に発表した。2.国立科学博物館が北海道東部で行なった自然史科学的総合研究による調査で得られた標本の整理を行ない、フクログモ類(Clubiona)の6種の生息状況を明らかにした。そのうちの1種ウエノフクログモ(C.uenoi)は北海道で初めての記録となり、また1新種マユミフクログモ(C.mayumiae)を見出し、近似種との系統関係と分化について考察を加えた。この新種は従来大陸産の既知種に誤同定されていたものである。これらの分類学的な研究結果を「北海道東部から得られたフクログモ属(クモ目フクログモ科)のクモ類(英文)」と題した論文にまとめ国立科学博物館専報26号に発表した。

この過程でデータの処理にパソコンを必要としたので、所定外の設備備品費より支出した。最終年度への展望を含めた研究結果の検討のため、年度末に旅費を使用し九州大学において打合せを行なった。1.夏季に能登半島において、また春季に八重山諸島石垣島において、旅費および借損料を使用して調査を行い、スウイービング法やシフテイング法を用いてクモ類を採集し、ただちにエチルアルコールで固定し標本を作製した。また、国立科学博物館が実施した阿武隈山地とその周辺の調査で得られた標本など同博物館が所蔵する国内および海外の標本については、博物館の現有設備および本補助金の謝金、消耗品費を使用して順次、ソーテイング、解剖、測定などの作業を進めた。この一連の研究の中から判明した興味深い種、Clubiona trivialisおよびC.mandschuricaについて、日本蜘蛛学会誌Acta Arachnologica第43巻に「日本の動物相に加わったフクログモ属(クモ目:フクログモ科)の2種」の標題で英文の論文を発表した。2.国立科学博物館が所蔵する台湾から得られた多数のクモ類標本(科学研究費国際学術研究による)のうちフクログモ類を本補助金を使用して分類学的、比較形態学的に研究し、「台湾のフクログモ属(クモ目:フクログモ科)のクモ類」(英文)と題する論文を作成し、日本蜘蛛学会誌第43巻に発表した。この研究により、4新種および5新記録種を含む14種を台湾から記録し、その台湾における特性と我が国の同類との密接な系統学的関係を明らかにすることができた。それについて日本蜘蛛学会第26回大会において「フクログモ類からみた台湾と日本のクモ相の関係」の題で口頭発表を行った。3.以上の研究結果と、平成4、5年度の調査、研究結果を総合して、ユーラシア大陸東端に位置する日本のフクログモ類の特性を考察し、研究成果報告書を作成した。これにより我が国の動物相の一端を明らかにすることができたものと思われる。
生体バリアー関連分子の同定と機能解析に関する研究

タイト結合は、上皮・内皮の最も内腔側に存在する細胞間接着装置で、細胞間の選択的透過性を制御するバリアー機能の本態である。近年いくつかのタイト結合関連分子が見い出されており、その相互作用が生体バリアーの形成・制御に重要な役割を果たすと想定されている。マウスF9細胞株をレチノイン酸存在下で浮遊培養すると、臓側内胚葉細胞に相当する上皮様細胞に分化し、タイト結合が新生される。我々は、リガンド誘導性Creリコンビナーゼを開発し、F9細胞株に部位特異的遺伝子組換え系と遺伝子発現誘導系を導入し、多数の遺伝子の導入・ノックアウトと遺伝子発現の時間的・量的調節が可能な複合システムを開発した(医学のあゆみ,186,705-710,1998;実験医学,17,155-158,1999;1999FASEB Summer Research Conference)。さらに、この遺伝子改変F9細胞を用いて、レチノイドがタイト結合関連分子の発現とバリアー機能を誘導することを見い出した(投稿準備中)。本細胞株で、タイト結合関連分子の遺伝子を破壊、あるいはその発現を時間的・量的に誘導することによって、タイト結合の構築・機能・制御機構を分子レベルで明らかにすることが可能である。本研究は、生体バリアーの破綻による種々の病態の成立・治療に貴重な情報を提供することが期待される。我々はタイト結合関連分子barmotin(7H6抗原)を発見し(J.Cell Biol.,120,477-485,1993)、この分子がバリアー機能に深く関与している可能性を示してきた。一方、申請者らは、リガンド誘導性Creリコンビナーゼを開発し、その活性をマウスF9細胞株及びマウス個体においてエストロゲン誘導体タモキシフェンで厳密に制御することを可能とした。また、同一細胞株に遺伝子発現誘導系を導入し、多数の遺伝子の導入・ノックアウトと遺伝子発現の時間的・量的調節が行なえる複合システムを開発した(医学のあゆみ,186,705-710,1998;実験医学,17,155-158,1999;投稿準備中)。さらに、ラット血管内皮細胞株にテトラサイクリン制御転写因子発現ベクターを導入し、遺伝子発現誘導系を樹立した。これらの細胞株で多種類のタイト結合関連分子の発現を時間的・量的に誘導し、タイト結合の機能解析を目指す。また、occludinのN末端・C末端細胞内ドメイン及びbarmotinと結合する分子群を同定することによって、タイト結合の構築・機能・制御機構を分子レベルで明らかにする。
粒界制御により高温耐酸化性を改善した金属/セラミックナノハイブリッドの開発

ナノNi粒子を分散したAl_2O_3ハイブリッド材料(Ni/Al_2O_3)に対して,0.05%のY_2O_3微量添加(Yドープ),lvo1%のSiC粒子共分散(SiC共分散)を行い,高温耐酸化性を検討した.Yドープ,SiC分散ともに耐酸化性は向上した.また,それぞれの酸化速度の温度依存性はNi/Al_2O_3に比べて大きくなった.酸化層におけるAl_2O_3粒径に有意な差異が認められないことから,このハイブリッド材料の酸化速度を律速するAl_2O_3粒界の拡散がYないしSiの粒界偏析により抑制されたと考えられる.しかしながら,酸化速度の低下は,YやSiによるAl_2O_3の粒界拡散低減に比べると小さい値であった.これは,Ni粒子の酸化により,Al_2O_3の粒界はNiとYよいしSiが添加されていることになっており,Niとの相互作用により,粒界拡散の抑制が低減されたものと考えられる.一方,Ni/Al2O3が熱酸化処理により亀裂治癒ができることを見い出した.酸化温度の上昇により治癒時間が短くなることから,治癒時間の逆数の対数と絶対温度の逆数の関係を調査したところ,直線関係が得られた.その傾きから活性化エネルギを求めたところ,Al_2O_3粒界におけるNiイオンの拡散係数の活性化エネルギの報告値とよく一致した.以上のことから,この材料の亀裂治癒は,Al_2O_3の粒界を表面に向かって拡散した陽イオンが亀裂内部で酸化生成物(NiAl_2O_4)を生成し,その生成物が亀裂を埋めることで発現すると考えられる.また,SiCを共分散したNi/Al_2O_3はNi/Al_2O_3と同等の亀裂治癒速度を有した.したがって,SiC-Ni/Al_2O_3は亀裂治癒効果を維持させたまま,高温耐酸化性を改善できたことになる.ナノNi粒子を分散したAl_2O_3ハイブリッド材料(Ni/Al_2O_3)に対して,0.05%のY_2O_3微量添加(Yドープ),lvo1%のSiC粒子共分散(SiC共分散)を行い,高温耐酸化性を検討した.Yドープ,SiC分散ともに耐酸化性は向上した.また,それぞれの酸化速度の温度依存性はNi/Al_2O_3に比べて大きくなった.酸化層におけるAl_2O_3粒径に有意な差異が認められないことから,このハイブリッド材料の酸化速度を律速するAl_2O_3粒界の拡散がYないしSiの粒界偏析により抑制されたと考えられる.しかしながら,酸化速度の低下は,YやSiによるAl_2O_3の粒界拡散低減に比べると小さい値であった.これは,Ni粒子の酸化により,Al_2O_3の粒界はNiとYよいしSiが添加されていることになっており,Niとの相互作用により,粒界拡散の抑制が低減されたものと考えられる.一方,Ni/Al2O3が熱酸化処理により亀裂治癒ができることを見い出した.酸化温度の上昇により治癒時間が短くなることから,治癒時間の逆数の対数と絶対温度の逆数の関係を調査したところ,直線関係が得られた.その傾きから活性化エネルギを求めたところ,Al_2O_3粒界におけるNiイオンの拡散係数の活性化エネルギの報告値とよく一致した.以上のことから,この材料の亀裂治癒は,Al_2O_3の粒界を表面に向かって拡散した陽イオンが亀裂内部で酸化生成物(NiAl_2O_4)を生成し,その生成物が亀裂を埋めることで発現すると考えられる.また,SiCを共分散したNi/Al_2O_3はNi/Al_2O_3と同等の亀裂治癒速度を有した.したがって,SiC-Ni/Al_2O_3は亀裂治癒効果を維持させたまま,高温耐酸化性を改善できたことになる.ナノNi粒子分散Al_2O_3ハイブリッドのクラック自己治癒効果と高温酸化に関して検討を行ったところ,以下の知見を得た.(1)高温酸化処理によるクラック自己治癒効果を確認硬さ試験機で導入したクラックは高温酸化処理により除去できることがわかった.例えば,大気中1200°Cの酸化処理であれば3h程度でほぼクラックは消滅した.熱処理温度とクラック除去に必要な熱処理時間の逆数の関係はアレニクス型を示した.また,Ni粒子が酸化しない雰囲気での熱処理ではクラック除去がされなかった.以上のことからクラックを埋めるための外方拡散によるNiAl_2O_4の生成によりクラック除去が起きているものと考えている.(2)Yドープが酸化速度の低減に有効ナノNi粒子分散Al_2O_3ハイブリッドに対しY_2O_3換算で0.1mol%を導入したところ,酸化層成長の放物線速度定数で概ね50%低下した.希土類添加処理が高温耐酸化性向上に有効であることを確認した.一方,ナノNi粒子の酸化により,マトリックスのAl_2O_3粒界はNiとYのマルチドープとなっていると考えられる.Al_2O_3焼結体に対するYドープでは粒界拡散係数が数桁も増加することを考えると,Al_2O_3粒界のNiドープはYの粒界拡散の抑制効果を弱める働きがあるといえる.なお,これらの成果はH19.3の日本金属学会春季大会で講演した.また,H19.7に開催されるAustoceram07において講演予定である.

ナノNi粒子を分散したAl203ハイブリッド材料(Ni/Al203)に対して,0.05%のY203微量添加(Yドープ),1vol%のSiC粒子共分散(SiC共分散)を行い,高温耐酸化性を検討した.Yドープ, SiC分散ともに耐酸化性は向上した.また,それぞれの酸化速度の温度依存性はNi/Al203と有意な差はなかった.酸化層におけるAl203粒径に有意な差異が認められないことから,このハイブリッド材料の酸化速度を律速するAl203粒界の拡散がYないしSiの粒界偏析により抑制されたと考えられる.しかしながら,酸化速度の低下は,YやSiによるAl203の粒界拡散低減に比べると小さい値であった.これは,Ni粒子の酸化により,Al203の粒界はNiとYないしSiが添加されていることになっており,Niとの相互作用により,粒界拡散の抑制が低減されたものと考えられる.一方,Ni/Al203が熱酸化処理により亀裂治癒ができることを見い出した.酸化温度の情報により治癒時間が短くなることから,治癒時間の逆数の対数と絶対温度の逆数の関係を調査したところ,直線関係が得られた.その傾きから活性化エネルギを求めたところ,Al203粒界におけるNiイオンの拡散係数の活性化エネルギの報告値とよく一致した.以上のことから,この材料の亀裂治癒は,Al203の粒界を表面に向かって拡散した陽イオンが亀裂内部で酸化生成物(NiAl204)を生成し,その生成物が亀裂を埋めることで発現すると考えられる.また,SiCを共分散したNi/Al203はNi/Al203と同等の亀裂治癒速度を有した.したがって,SiC-Ni/Al203は亀裂治癒効果を維持させたまま,高温耐酸化性を改善できたことになる.
地上多点ネットワーク観測による内部磁気圏の粒子・波動の変動メカニズムの研究

別表に示すように、平成29年度は本事業に関連して36編の査読論文が国際誌に出版されている。代表的な研究成果を以下に挙げる。・本事業で各観測点に設置されたVLFアンテナ、誘導磁力計、高感度全天カメラ、リオメータ、EMCCDカメラの各機器の特性や初期データを紹介し、初期結果としてELF/VLF波動の経度局在性の例や、オーロラ帯から分離してくるStable Auroral Red(SAR)アークという特徴的な赤いオーロラの観測例などを示すプロジェクト論文を出版した。・平成29年3月から本観測を開始したあらせ衛星に搭載された各機器の仕様や初期データを示す複数の論文を出版した。・カナダ・アサバスカ観測点で得られたEMCCDカメラによる高速サンプリングのオーロラ観測データと誘導磁力計の磁場変動データから、周期が0.6Hzの電磁イオンサイクロトロン波動に同期して発生する孤立プロトンオーロラには、周期1.2Hz(波動の2倍の周波数)の点滅が発生していることを世界で初めて発見した。この発見は、磁気圏での波動と高エネルギー電子の相互作用が、波動の2倍周波数をもつ波のパワーによって起こされていることを示唆する重要な成果である。・・ELF/VLF波動の経度拡がりの初期解析として、カナダ、フィンランド、南極の3点の異なる経度で得られたVLF波動の48日分のデータから、異なる経度で波動が同時に観測される確率が2.5-9.8%程度であり、その地磁気活動度依存性や地方時依存性を世界で初めて統計的に示した。・Van Allen Probes衛星のデータを解析し、Pc4帯の地磁気脈動と地球周辺の環電流を担う高エネルギーイオンの間のドリフトバウンス共鳴の特性を明らかにした。・フィンランド、アイスランド、カナダ、ロシア、アラスカ、日本などの既存の観測点の自動定常観測を維持・継続するとともに、ロシアのIstok観測点にカメラ、VLFアンテナ、リオメータ、ロシアのZhigansk観測点にリオメータ、ロシアのMaimaga観測点にVLFアンテナ、アラスカのGakona観測点にVLFアンテナをそれぞれ設置し、自動定常観測を開始した。これにより、カナダのNain観測点以外のすべての予定していた観測点において、自動定常観測を開始することができた。また、Nain観測点でも共同研究者による地磁気観測データの提供を受けることができている。・これらの観測で得られるデータをERGサイエンスセンターとIUGONETによるデータベースを利用してデータベース化して公開し、国内・海外との共同研究を促進することができた。・平成29年3月に定常観測を開始した日本のERG(あらせ)衛星の軌道に合わせて、平成29年秋・冬に第2-4回のキャンペーン観測を行った。また、米国のVan Alllen Probe衛星、THEMIS衛星などの内部磁気圏衛星との同時観測データの解析を進めることができた。・波動と粒子の相互作用を局所的およびグローバルに評価するモデリングの開発を継続し、これらの観測と比較することで、モデルの改良と粒子加速・消失の定量評価を行った。・カナダのNain観測点には、フィールド機器は設置できたが、電源が無いためにパソコンなどの記録計を設置して観測を開始することができていない。今後、記録計を設置するとともに、電源が得られない場合は発電機を活用してあらせ上空通過時などに観測を行ってデータを取得していく。・本研究では8か所の観測点・5種類の機器から大量のデータを得ている。これらの観測データはすべて大容量ストレージに保管され、世界的に広く使われているCDFフォーマットに変換されて、ネットワークを介して世界の研究者に公開されている。昨年度に引き続き、新しく得られてくるデータも世界の研究者に公開し、データ利用の促進と成果の創出をはかっていく。・本事業ではホームページ(http://www.isee.nagoya-u.ac.jp/dimr/PWING/)を立ち上げてデータの説明や進捗状況、データへのリンク先などを公開している。このホームページを引き続き運用し、情報発信をはかっていく。さらに、関連研究の国際ワークショップや国際シンポジウムを開催して、成果の創出をはかっていく。・本研究の成果は、科学論文として発表していくだけでなく、さまざまな形で社会へ発信していくことが重要である。このために、出前授業や、大学院生・若手研究者向けの国際スクール、重要な成果のプレスリリースなどを実施していく。・カナダのアサバスカ観測点のループアンテナと上空の磁気圏を飛翔していたVan Allen Probes衛星で同時に観測された準周期的振動を持つELF/VLF波動の特徴が完全に一対一対応する例を見出し、その3秒程度の時間差を世界で初めて同定することにより、この波動の磁気圏から地上までの伝搬経路を、ray tracing modelを用いて明らかにした。・カナダのアサバスカ観測点の誘導磁力計で観測されたPc1地磁気脈動(=磁気圏の電磁イオンサイクロトロン波動)について、数十秒の短時間でその強度が変動する現象をとらえ、同時にEMCCDカメラで観測された孤立プロトンオーロラが一対一に対応して数十秒周期で変化していることを明らかにした。このような短時間の時間スケールでプロトンと電磁イオンサイクロトロン波動が波動粒子相互作用を起こしていること、その空間スケールが数百km以下と小さいことを示すことができた。

・太陽圏のプラズマシートが地球の磁気圏に衝突することにより発生した電磁イオンサイクロトロン波動をカナダのアサバスカ観測点の誘導磁力計でとらえ、この波動によって引き起こされる放射線帯電子の降り込みが大気中の奥深く20km高度まで到達することをモデル計算により明らかにすることで、太陽圏のプラズマシートと地球磁気圏の相互作用が、成層圏の気象に影響を及ぼす可能性を示唆した。・EMCCDカメラによる高速オーロラ撮像から、フリッカリングオーロラの中に従来知られているよりもはるかに速い1/501/80秒という周期の振動の存在を見出し、酸素イオンだけでなく水素イオンによる電磁イオンサイクロトロン波動と高エネルギープラズマの間の波動粒子相互作用の可能性を示唆した。・平成28年度に、本事業で利用する高感度全天カメラ、リオメータ、誘導磁力計、ループアンテナ、EMCCDカメラをすべて購入・製作し、較正実験を行った。平成29年3月21日の時点で、ロシアの2観測点とカナダのNain以外の観測点はすでにすべて予定していた機器群が設置され、自動定常観測が平成28年度内に開始された。・内部磁気圏のプラズマ粒子の加速・消失過程を直接観測する目的で開発されたJAXA宇宙科学研究所のERG衛星は、平成28年12月20日に内之浦から打ち上げに成功し、「あらせ」と命名された。初期運用を順調に終了したのち、平成29年3月23日から定常観測モードへ移行した。現在(平成29年3月)は衛星の遠地点は地球の朝側に位置しており、朝側で発生するVLF波動やパルセィティングオーロラの観測を開始している。・ERG衛星の打ち上げ・観測開始に合わせて、第1回ERG衛星-地上連携キャンペーン観測を平成29年3月20日ー4月に行った。幸いなことに、キャンペーン期間中の3月21日、3月27日、4月4日に連続して磁気嵐が発生し、磁気圏の粒子加速について衛星と地上で良好なデータが得られている。このキャンペーン観測は、国際組織SCOSTEPが2014ー2018年に運用するVarSITI/SPeCIMENプロジェクトのキャンペーンとして位置付けられ、世界の研究者にも共同研究が呼びかけられている。・東京大学で平成28年10月より新たにポスドク研究員を雇用し、統計数理研究所の研究者と協力しながら、大型短波レーダーで観測される極域電離圏のプラズマ対流構造をデータ同化の手法を用いてモデル化する手法を開発した。また、東京大学で新たにクラスター計算機を導入して、地球内部磁気圏の環電流モデルのテスト計算、プラズマ圏モジュールを追加する開発のための数値実験、および、放射線帯モデルと連携計算を行った。別表に示すように、平成29年度は本事業に関連して36編の査読論文が国際誌に出版されている。代表的な研究成果を以下に挙げる。・本事業で各観測点に設置されたVLFアンテナ、誘導磁力計、高感度全天カメラ、リオメータ、EMCCDカメラの各機器の特性や初期データを紹介し、初期結果としてELF/VLF波動の経度局在性の例や、オーロラ帯から分離してくるStable Auroral Red(SAR)アークという特徴的な赤いオーロラの観測例などを示すプロジェクト論文を出版した。・平成29年3月から本観測を開始したあらせ衛星に搭載された各機器の仕様や初期データを示す複数の論文を出版した。
送り駆動系の運動特性を考慮した高精度輪郭制御のための工具経路生成法

本研究では,実際の数値制御工作機械の送り駆動系をモデル化し,送り駆動系の運動誤差を考慮して加工面をシミュレーションするための方法を開発した.送り駆動系の運動誤差が加工面に及ぼす影響について,実験とシミュレーションの両面から検討したところ,同じ運動誤差が生じていても工具経路によって加工面に及ぼす影響が異なることが明らかとなり,工作機械の運動特性を考慮した知能化CAMシステムの実現に向けた重要な知見を得ることができた.数値制御工作機械で加工を行う際,送り駆動系の運動特性が仕上げ加工面に影響を及ぼすことが知られており,工具経路を工夫することで加工面が改善する場合があることも知られている.しかし,送り駆動系の運動特性と加工面との関係は明らかにされていない.本研究の目的は,送り駆動系の運動特性と工具経路とが加工面に及ぼす影響を明らかにすることで,送り駆動系の運動特性をCAMによる工具経路生成に反映させるための手段を提供することにある.平成23年度には,実際の数値制御工作機械の送り駆動系をモデル化し,その運動特性をシミュレーションで表現できるようにした.さらに,送り駆動系の運動軌跡から加工面形状と加工面に生じるカッターマークとをシミュレーションするための方法を開発し,送り駆動系の運動誤差が加工面に及ぼす影響を実験とシミュレーションの両面から検討した.その結果,カッターマークの間隔の乱れが肉眼では加工面の傷として観察されること,運動誤差の絶対量ではなくその変化率が加工面に対して影響を及ぼすことなどの重要な事実が明らかになった.平成24年度には,回転軸を含む同時多軸制御運動である円すい台加工の実験とシミュレーションとを行い,工具姿勢の変化や速度変動が加工面に及ぼす影響を検討したほか,工具軸方向の運動誤差は加工結果に影響を及ぼさないことを明らかにした.さらに,ボールエンドミルによる曲面加工について,同一の形状に対して複数の工具経路による加工試験とそのシミュレーションとを行い,開発した方法により実際の加工面形状を適切に予測できることを確認した.開発したシミュレーション方法を使って,同じ運動誤差が生じていても工具経路によって加工面に及ぼす影響が異なることとその原因を実験とシミュレーションの両面から明らかにし,工作機械の運動特性を考慮した知能化CAMシステムの実現に向けた重要な知見を得ることができた.本研究では,実際の数値制御工作機械の送り駆動系をモデル化し,送り駆動系の運動誤差を考慮して加工面をシミュレーションするための方法を開発した.送り駆動系の運動誤差が加工面に及ぼす影響について,実験とシミュレーションの両面から検討したところ,同じ運動誤差が生じていても工具経路によって加工面に及ぼす影響が異なることが明らかとなり,工作機械の運動特性を考慮した知能化CAMシステムの実現に向けた重要な知見を得ることができた.数値制御工作機械で加工を行う際,送り駆動系の運動特性が仕上げ加工面に影響を及ぼすことが知られており,工具経路を工夫することで加工面が改善する場合があることも知られている.しかし,送り駆動系の運動特性と加工面との関係は明らかにされていない.本研究の目的は,送り駆動系の運動特性と工具経路とが加工面に及ぼす影響を明らかにすることで,送り駆動系の運動特性をCAMによる工具経路生成に反映させるための手段を提供することにある.上記の目標を達成するため,平成23年度には,まず実際の数値制御工作機械の送り駆動系をモデル化し,その運動特性をシミュレーションで表現できるようにした.実際の運動軌跡を測定してシミュレーション結果と比較することで,モデルの有効性を検証した.さらに,同時2軸制御運動時における送り駆動系の運動軌跡から,エンドミル外周加工による加工面に生じるカッターマークをシミュレーションするための方法を開発した.円筒外周加工,円筒内周加工,およびコーナ部ポケット加工について実加工試験とシミュレーションとを行い,開発した方法により加工面のカッターマークがシミュレーションできることを明らかにした.数値制御装置の補正パラメータを変更することで故意に過大な運動誤差を発生させ,送り駆動系の運動誤差が加工面に及ぼす影響を実験とシミュレーションの両面から検討した.その結果,カッターマークの間隔の乱れが肉眼では加工面の傷として観察されること,運動誤差の絶対量ではなくその変化率が加工面に対して影響を及ぼすことなどの重要な事実が明らかになった.これらの成果は国内および国際学会で発表し,工作機械技術振興賞(奨励賞)と日本機械学会優秀講演論文賞を受賞したほか,英文誌に論文を投稿中である.また,日本機械学会RC249研究分科会においてもその成果を発表した.平成23年度中に,直進軸送り駆動系のモデル化とエンドミル外周加工による加工面のシミュレーション方法の開発を完了し,送り駆動系の運動誤差がエンドミル外周加工による加工面に及ぼす影響を明らかにすることができた.平成24年度には,回転軸送り駆動系のモデル化とボールエンドミルによる自由曲面加工のシミュレーション方法とを開発し,直進軸と回転軸とを使った同時5軸制御加工による仕上げ加工面のシミュレーションを行う.同一の形状を様々な工具経路で加工した場合のシミュレーションおよび実加工試験とを行い,送り駆動系の運動特性を考慮した工具経路評価方法の確立を目指す.送り駆動系の運動特性を解析するための測定装置,シミュレーションのためのソフトウェア,および実加工試験に使用する被削材と工具を購入するほか,最新動向の調査および成果発表のための旅費と論文投稿料とが必要である.
機能創発型光プロセスを用いた革新的エネルギー下方変換デバイスの開発

高効率エネルギー下方変換デバイスを実現するために、熱揺らぎによる粒径ばらつきを抑えることを目的として(1)光アシスト寸法制御技術を開発するとともに、共鳴する寸法比を持ったナノ粒子のみが選択的に結合しエネルギー変換素子として動作するナノ粒子ペアを形成する(2)機能創発型光プロセスの開発を行った。(1)では、QDに発生する近接場光を利用したQDの粒径制御技術の開発を行った。その結果、粒径のばらつきを大幅に改善(28%から21%)することに成功した。(2)では、ナノ粒子ペアを自己組織的に作成する手法を開発し、紫外光-可視光変換効率の大幅な上昇を確認することに成功した。本研究の目的は,革新的ナノスケールエネルギー変換デバイスを創製することである。本目的を遂行するため,量子ドット(QD)によって構成されるナノスケール光エネルギー伝送路(近接場光カップラー)を実証する.本デバイスを実現するには、QDの寸法誤差を10%以内に抑える必要がある.かかる高精度寸法制御技術を実現するために,当人が開発した光アシスト寸法制御技術を利用し,許容範囲とされるレベルまで寸法誤差を抑制することを行った。本研究で取り扱うZnO QDの合成のために光アシストによるゾル・ゲル法の開発を行っており,これまでに,ZnO QDに吸収される波長325nmの光を用いて粒径誤差を15%まで低減することに成功している.光アシストによるゾル・ゲル法でのZnO QDの成長には約1週間を要するため,今年度は、本実験専用の,ドラフトチャンバーを導入した。QDに吸収されない波長の光である670nmの光(今年度導入)を使用して、粒径制御の検討を行った。その結果、QDに発生した近接場光によってより小さいQDの成長が促進されることを発見した。この効果を用いることで、QDの粒径誤差を28%から21%まで低減させることに成功した。さらに、エネルギー変換デバイスのエネルギー変換領域を広げるため、可視光で発光波長の制御が可能なZnAgInS(ZAIS)ナノ結晶の合成を行った。ZAISナノ結晶の合成には光援用のホットソープ法を用いた。その結果、ZnO QDで見られた、粒径制御性に加えて、組成の制御性についても制御可能であることが明らかになった。半導体量子ドット(QD)によって構成される革新的ナノスケールエネルギー変換デバイスを創製するために、(1)近接場光を利用したQDの粒径制御、および(2)近接場光を利用したナノスケールエネルギー変換デバイス作製法の開発、を行った。近接場光によって動作するナノフォトニックエネルギー変換を高効率に動作させるためには、QDの粒径制御が重要となる。ZnO QDの合成法として,ゾル・ゲル法が利用されているが、この時、得られるQDの粒径は、温度ゆらぎによって決まる粒径のばらつきが発生する。そこで、(1)では、QDに発生する近接場光を利用したQDの粒径制御技術の開発を行った。このことは、従来の熱揺らぎによって決まる粒径ばらつきの理論限界を超えた制御法を確立した画期的成果である。QDを用いてエネルギー変換を発生させるためには、粒径の異なるQDを隣接して固定する必要がある。そこで、(2)では、異なるQDが隣接して接近した時のみに固定化される近接場光固定法を開発した。量子ドットには、ZnOおよびCdSeの二種類を利用して、これらを紫外線硬化樹脂と混合した。近接場光発生用には、紫外線硬化樹脂と反応しない可視光を用いた。その結果、二つのQDが近接した際に発生した近接場光によってエネルギー上方変換が発生し、その結果、QDが近接した状態で固定されることを発見した。得られたQDペア内部では、紫外光を吸収するZnOから可視光で発光するCdSeに対して高効率でエネルギー移動し、可視発光することが確認された。ナノフォトニックデバイスを高効率に動作させるためには、QDの粒径制御が重要となる。そこで、QDに発生するDressed photon (DP)を利用したQDの粒径制御技術の開発を行った。微細構造にバンドギャップよりも低い光子エネルギーの光を照射することで、微細構造周囲にDPを発生させる。このときDPは物質中のフォノンと結合し、DPP状態が作られる。DPPは従来励起不可能である光学禁制準位であるフォノン準位を励起可能となる。

その結果、このフォノン準位を介した多段励起が可能となるため、バンドギャップ以下の低い光子エネルギーでも化学反応を引き起こすことが可能である。本手法では、小さい寸法の構造に反応するDPP援用過程を利用することで、寸法の小さいZnO QDの成長が促進されるため、ZnO QDの成長に伴い粒径分布の減少が期待される。通常のゾル・ゲル法に加えて結晶成長中に援用光としてλ=671nmの半導体レーザを照射した。援用光を照射しながら作製したZnO QDは従来手法と比較して、7日間成長させた場合の寸法は4.6nmから4.8nmへと増大されたことがわかった。次に、TEMによる画像解析を行った。その結果、援用光照射なしの通常成長によって得られたZnO QDの粒径である3.1nmであるのに対して、援用光を照射して成長したZnO QDの粒径が3.6nmと大きくなっていることがわかった。また、それぞれの粒径分布の半値幅は0.88nmと0.79nmであり、半値幅から求められる粒径のばらつきも28%から21%へ改善されていることがわかった。また粒径分布の解析から、粒径の小さいZnO QDの成長が選択的に促進されたことを裏付けることができた。当初予定していたZnO QDに加えて、可視発光可能なナノ結晶の粒径制御に成功したため。ZnO QDの粒径制御法に関して、従来明らかにしていたエッチングに加えて、近接場光による効果を明らかにした。25年度が最終年度であるため、記入しない。ドレストフォトンフォノンを取り入れた全く新しい結晶成長法を開発することに成功したため。ZnO QDの従来の合成法であるゾル・ゲル法と比較して、粒径の大きいQDの成長を停止する光エッチングの手法では、粒径の小さいQDの成長を促進することができず、粒径のばらつきを大幅に低減することは未達であった。それに対して、今回発見したドレストフォトン援用ゾルゲル法により、粒径の小さいQDを選択的に成長させることが可能であることが明らかになり、その結果、ZnO QD寸法のばらつきを当初の予定を上回り大幅に低減することに成功した。ZnO QD粒径制御に関して、当人が明らかにした二つの手法を組み合わせることによって、当初の目標である粒径誤差を実現させる。ドレストフォトンフォノンP効果の理論的考察を深め、粒径制御の限界について検討を行う。作製したQDを用いて、フォノン援用による自己組織的な配列手法の開発を行い、高効率なエネルギー変換デバイスとしての性能を評価する。