hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
トランスジェニックブタを用いた糖尿病治療用インスリン分泌B細胞株の樹立

バイオ人工膵移植、膵β細胞株(MIN6等)に関する検討、移植免疫に関する検討、移植部位に関する検討,さらに抗癌剤封入温度感作性ゾル-ゲル相転移型高分子化合物による新しい癌局所療法の開発等を行ってきた。バイオ人工膵移植:現在臨床同種膵島移植において用いられている免疫抑制剤には様々な問題がありこれを解決するための方法の一つとして免疫隔離膜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人工膵としてMRPT、MRPB、三層型マイクロビーズを用いて検討を行ってきた。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示された。膵β細胞株に関する検討:MIN6細胞は宮崎らにより樹立されたマウス膵β細胞株で生理的なグルコース濃度変化に対する良好なインスリン分泌能を有している。必要に応じて培養増殖することが可能でバイオ人工膵のバイオリアクターとしての利用が考えられる。これまでにヒトインスリン遺伝子導入によるヒトインスリン分泌が確認されているが今後免疫拒絶に関わる分子の遺伝子導入に関する検討を行う予定である。移植免疫に関する検討:異種移植における超急性期免疫拒絶反応には補体の活性化が関与しているとされている。我々は高分子化合物を用いた体外循環回路による補体活性制御モデルを確立し、これまでにモルモット異種心移植モデルにおいてグラフト生着期間の著しい延長を得ることに成功した。また移植心の詳細な検討により超急性期拒絶反応における補体活性化機序の解明を行った。現在バイオ人工膵に用いうる新たな補体活性抑制物質に関する検討を進めている。移植部位に関する検討:臨床膵島移植において現在行われている門脈内移植には移植後早期の膵島障害など様々な問題が指摘されておりその解決方法の一つとして新たな移植部位の確立に関する検討が必要である。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。また移植部位においてマトリックスを用いた三次元構造を構築し同部位へ分離膵島及びバイオ人工膵を移植する試みを行ってきた。1.導入遺伝子の作製(1)導入遺伝子の効率的な標的発現を検討するためマウスES細胞を用いた遺伝子導入マウス作成系を樹立した。発現調節領域としてヒトインスリンプロモーターをSV405抗原遺伝子に連結し導入遺伝子を作製した.今後、組織特異的発現を実現するため,必要に応じて5"末端または3"末端の近傍のイントロンの付加あるいはポリA付加シグナルを複数箇所に組み込む等の修飾を加えて導入遺伝子の発現効率を向上しうるかどうかを検討する.

(2)MIN6において理想的な部位に組み込まれていると想定されるトランスジーンをクローニングするためにブドウ糖刺激に対して良好な反応性を保持した細胞を選択して増殖培養させ、この高反応性MIN6細胞よりできる限りintactなgenomicDNAを抽出した.今後、これよりトランスジーンをクローニングする予定である。これを導入遺伝子とすることによりブドウ糖濃度に依存的に反応してインスリンを分泌するインスリ-マを発現するトランスジェニックブタが高頻度に作出されることが期待される.2.ブタ受精卵における導入遺伝子陽性胚選択技術の確立(1)1.の(1)または(2)にて作製された導入遺伝子を用いて,導入遺伝子DNA発現確認技術として、ブタ前核期胚を胚盤胞まで発達させた後,バイオプシーを行って細胞を採取しそのDNAが胚に保持されているかどうかをPCRで調べて陽性胚を選択する技術を樹立した。今後、陽性胚のみをレシピエントの子宮に移植し個体を得る技術を開発する.最終的には(2)2.の(1)にて選択された陽性胚より発生した個体における導入遺伝子発現を検討し,このトランスジェニックブタの膵より得られたインスリノーマよりB細胞株を樹立する.MIN6細胞より高分子量ゲノムDNAを抽出し、制限酵素による部分消化ののちサイズ分画を行って、コスミドベクター(super cos 1)によるgenomicDNAライブラリーの作成を試みた。またSV40-T抗原遺伝子を用いて、DIGラベリングシステム(random primer法)によるスクリーニングプローブ作成を試みた。しかし、MIN6細胞からのトランス遺伝子クローニングが遅延しているため、予定していたトランスジェニックブタの膵B細胞株を用いた実験の前検討として、成熟ブタ膵から膵ランゲルハンス島(以下ラ島)を分離し、ブタ膵分離ラ島に関する基礎的検討を行った。先ず、従来、ラ島分離が困難とされていた成熟ブタ膵から、大量のラ島を安定して分離しうる酵素消化液と、これを適用した「二段階酵素消化法」を独自に開発した。この結果、分離成功率が従来の10数%から80%、ラ島収率も3294±2063(IEQ/gr(膵))と飛躍的に向上した。さらに、トランスジェニックブタ膵B細胞株を異種移植実験に供するための準備的実験として、(1)大動物糖尿病レシピエントモデルの作成を行った。ビ-グル犬を用いて、従来の90%膵切除モデルとは異なる、慢性膵炎やnesidioblastosisなどのために膵全摘を余儀なくされた患者をも視野においた99%膵切除モデルを作成した。(2)ハイブリッド型人工膵の新たな異種移植用デヴアイスの開発を行った。(a)アルギン酸コーティングによる新たな超薄型マイクロカプセル、(b)ポリエチレンテレフタレートを基材とした、血管誘導性に富む免疫隔離バッグ型チャンバー、および(c)細胞外マトリックスを用いたバイオリアクター細胞の三次元培養下人工膵。
認知の左右差における生物学的要因と文化的要因の相互作用

本研究では,3カ国にまたがり認知や行動の左右差について文化比較を実施し,特に大脳半球機能差に起因する認知や行動の左右差に焦点をあて,文化的要因と大脳半球機能に由来する生物学的要因の相互作用について検討を行った。利き手のような生物学的な左右差にも文化的な影響があること,また,注意の左右についても東洋と西洋の自己感が自己感の違いが影響することがわかった。本研究では,日本,オーストラリア,ノルウエーの3カ国にまたがり文化比較を行う。特に大脳半球機能差に起因する認知や行動の左右差に焦点をあて,文化的要因と神経機構に由来する生物学的要因の相互作用について検討する。平成25年度は,ノルウエーにおいて表情認知において生ずる左右差のデータを取得した。表情の左右差に関して行った研究は論文がBrain and Cognition誌に採択された。また,ノルウエーに短期間であるが滞在し,共同研究者とディスカッションを行うとともに,データ取得の準備を行い,その後の方針についても確認を行った。現在,日本とノルウエーのデータを直接比較を行った研究について論文を執筆中である。オーストラリアとの共同研究については,オーストラリアで共同研究者が開発したフランダース利き手検査の日本語化を行った。これまで日本で用いられてきた質問紙式の利き手検査は,質問紙として信頼性や妥当性が充分でないものであったり,日本国内のみで用いられてきたものであった。これらは利き手という左右差について文化比較を行うために適切な検査ではない。そのために,今回,フランダース利き手検査の日本語化を行った。我々は日本人大学生を対象に調査を行い,我々が作成した日本語版が高い信頼性と妥当性を有することを確認した。フランダース利き手検査は,イタリア語,フランス語,広東語,北京語などにも翻訳が進められており,日本国内のみで通用する利き手検査ではない。国際的な文化比較に使用する利き手検査として今後スタンダードなものになると考えられる。この成果は,平成26年度の日本心理学会大会で発表される予定である。また,その詳細をまとめ資料論文として日本国内の論文誌に投稿中である。本研究では,3カ国にまたがり認知や行動の左右差について文化比較を行う。特に大脳半球機能差に起因する認知や行動の左右差に焦点をあて,文化的要因と大脳半球機能に由来する生物学的要因の相互作用について検討する。まず,平成24年度は,日本人とオーストラリア人の認知の左右差について,注意分配の文化差に焦点をあて,framed-line課題を用い検討を行った。その結果から,日本人とオーストラリア人で,注意の分配サイズに差があることが示唆された。この成果は,平成24年6月にノルウェーのオスロで開催されたThe International Neuropsychological Society mid-year meeting in Norway 2012において発表された。また,ノルウェーとの文化比較に必要な基礎データの収集も行った。ノルウェーには比較的アジア人が少ない。そのため,ノルウェーはアジア人の顔を使った顔認知や表情認知の左右差について文化比較を行うのに最適な環境である。このような文化比較を行うため,今年度は,顔認知や表情認知の基礎データを我々は収集した。この基礎データの一部に学会誌に発表する価値のあるものが含まれていた。我々は,文化比較の前にそれらのデータをまとめ,論文として発表した。この論文は国際的に評価の高い論文誌Journal of Nonverbal Behaviorに採択された。また,表情の左右差について,まとめた研究は平成24年11月に開催された日本基礎心理学会で発表された。この成果は,現在論文としてまとめられ,国際的な論文誌の審査を受けている。本研究では,3カ国にまたがり認知や行動の左右差について文化比較を実施した。特に大脳半球機能差に起因する認知や行動の左右差に焦点をあて,文化的要因と大脳半球機能に由来する生物学的要因の相互作用について検討を行った。代表的な研究成果として,利き手の測定方法の開発とそれを使用した文化比較のデータがある。利き手は脳の構造や機能的な差異と相関するため,さまざまな研究や臨床の現場で測定される。しかし,本邦では信頼性と妥当性が十分に検討された利き手の測定方が確立していなかった。そこで,オーストラリアのフリンダース大学と共同で信頼性と妥当性を備えた利き手の測定法を開発した。そして,この測定法をつかい,オーストラリアと日本の比較を行ったところ,右利きと左利きの比率に大きな違いはないものの,両利きの比率に差があった。具体的には日本では両利きがオーストラリアより少なくなった。これは日本で,右利きへの矯正がオーストラリアよりも多く行われることを示唆する。この利き手の測定法の開発は日本心理学会大会において学術大会優秀発表賞を受賞し,さらに同学会の論文誌「心理学研究」に掲載された。また,注意分配の左右差について,日本,ノルウェー,オーストラリアの間で比較を行った。Framed-line testで用いられる線を枠で囲む刺激を用い実験を行ったところ,日本人では刺激の左側に注意を向けることを示す回答が見られ,枠の大きさが増大するほどその傾向が強くなった。

一方,ノルウェーとオーストラリアではその傾向がなかった。この文化差に上述のテストで測定した利き手得点は影響しなかった。本研究では,認知と行動の左右差について,(1)代表的な左右差である利き手を測定する手法を開発し,それに基づき文化差を測定した。そして,(2)注意が関連する認知機能の文化差に利き手のような生物学的側面が影響しないことを明らかにした。実験心理学オーストラリア,ノルウエー,日本の3カ国で文化比較を行う計画のため,それぞれの地域の研究機関で同様に統制された環境を設定することに困難が伴う。また,実証的な研究では,取得したデータが必ずしも予想と一致するとは限らない。予想と一致しない部分のあるデータは,手にしたデータだけではしばしば解釈が定まらないときがある。現在,オーストラリアで取得したデータについて,追加データが必要となっている。データ取得の計画は順調に進んでいるが,現時点では,データが不十分なためデータの解釈が定まっていない部分がある。ただし,追加データをとるために,新たに日本語版の利き手検査を開発するなどの成果も得られた。本研究において,追加データをとることは,単に研究の手間が増えたことを意味するのではなく,今後の研究にも役立つような成果を同時にあげることにもつながった。ノルウエーとの共同研究については,基礎データの収集がおおよそ終了した。この段階で,すでにいくつも興味深い発見があり,それらを2本の論文として国際的な学術論文誌に掲載することが出来た。これらの知見をもとにしっかりとした基盤を築いたうえで,現在,文化比較の研究に進んだ段階である。ノルウエーとの文化比較についても,すでにデータは集まりつつある。これらをオーストラリアのデータと比較検討することで,認知の左右差について新たな知見を得ることができると考えられる。オーストラリア,ノルウェー,日本の3カ国間における文化比較を行う計画のため,それぞれの地域での研究機関で同様に統制された環境を設定することは困難を伴う。それにもかかわらず,今年度はノルウェーで学会大会が開催され,現地で共同研究者と学会大会終了後に打ち合わせができるなど,共同研究者と連絡を緊密にとる機会が得られた。このためもあり,ノルウェーで実験を実施するための準備が思いのほかはかどった。また,オーストラリアでは計画通りにデータが取得でき,そのデータに基づき,国際的な学会でデータを発表することもできた。その一方で,オーストラリアで取得したデータには,予測と必ずしも一致しない部分や,追加データが必要と判断される部分もあった。特にオーストラリアとの比較については,予測通りの結果が得られる一方,必ずしも解釈が確定しない部分もあり,今後,追加でデータをとる必要があるかもしれない。このような展開は実証的な研究では常に起こりうるものではあるものの,成果という観点から計画の達成を評価するなら,計画に若干の遅れを生じさせる可能性があるかもしれない。
データ・テキストマイニングを活用した授業評価アンケートの分析

大阪大学の授業評価アンケートのデータを用いて、(1)授業の満足度や理解度に影響を与える具体的な要因、及び(2)数値で回答されるアンケート項目と、自由記述中に含まれるキーワードの関係を検証した。その結果、講師の話し方や授業の難易度など、授業の理解度や満足度に影響を与える要因やその程度が明らかになった。また、「速い」という単語が自由記述に含まれる場合、学生は授業が難しいと感じるなど、字義どおりではない意味をもつキーワードが存在することが明らかになった。本年度は、本研究の目的であるデータ・テキストマイニングを活用した授業評価アンケートの分析を行うための環境を構築し、授業評価アンケートのデータベース化を行うなど、来年度に本格的な分析を行うための準備を行った。環境の整備としては、具体的には、大量のデータを処理するのに必要な要件を検討して、必要な処理速度を備えたPCを2台購入し、RAIDの構築や、OSのインストールなどをおこなって、それぞれに異なった分析に対応した統計処理用のソフトウエアをインストールした。来年度の分析の準備としては、授業評価アンケートデータ数値情報と文字補情報をデータベース化すると共に、自由記述欄に対して、形態素分析と係り受け分析を施して、その結果を以降の分析に柔軟に対応できるようにデータベース化した。更に、そのデータベースを利用して、これまでの授業評価アンケートの自由記述の結果から、tf-idf法用いて、キーワードを抽出し、数年間の授業評価アケート全体を通した発言傾向を把握することができた。以上より、本格的な分析に必要な基盤が整ったことから、次年度は、本研究の本来の目的である、寿魚の理解度や満足度などの数値データと文字データの関連を、相関ルールや回帰二進木分析、コレスポンデンス分析などを通して明らかにすることや、授業ごとにキーワードの表示及び分析内容のフィードバックなどを行うシステムの開発を円滑に進めることが可能と考えられる。本研究の目的は、データ・テキストマイニングの技術を用いて、大阪大学で実施されている授業評価アンケートのデータを分析することで、従来の分析手法では困難があった、(1)授業の満足度や理解度に髭響を与える具体的な要因、(2)授業の理解度や満足度を含む数値で回答するアンケート項目と関連が強いキーワードの2点を明らかにすることである。(1)の目的に対応する分析としては、授業評価アンケートのうち、5段階で回答される十数項目について授業の理解度や満足度を目的変数、その他の項目を説明変数として回帰二進木分析を行った。(2)の目的に対応する分析としては、tf-idf法を用いて、名詞、動詞、形容詞、副詞合わせて900個のキーワードを選定したうえで、相関ルールを用いて、授業評価アンケートのうち、5段階で回答される十数項目に対する数値の回答と、自由記述に含まれるキーワードの有無にどのような関係があるかを分析した。その結果、「講師の話し方」など、授業の満足度や理解度に影響を与える項目が明らかになると共に、自由記述に「速い」というキーワードが含まれている場合は、学生は授業を「難しい」と感じる傾向があることなどが明らかになった。その結果を踏まえ、上記で明らかになった結果を、web上で教員にフィードバックすることを想定したシステムの試作を行った。
厚いホログラムを利用した天体観測用回折格子の開発

前年度に続き、近年光学赤外線天文学分野で注目されているボリュームフェイズホログラフィック(VPH)回折格子の試作実験を行った。前年度の銀塩乳剤(PFG-03C)に加え、PFG-04という重クロム酸ゼラチンを材料とした市販の感光材を新たに使用し、80%の回折効率を持つ透過型VPH回折格子の製作に成功した。また、今回製作した直径50mmの回折格子は、その全範囲において、溝間隔や回折特性が十分な一様性を持つことを確認した。その結果、50mm径全体を使用したとしても、波長分解能の劣化が問題となることなく分光測定を行うことができる。このように本研究を通して、実際の観測に適用するに十分な性能を持つ高効率VPH回折格子を、市販の記録材料を用いることによって安価に製作できることがわかった。これにより、VPH回折格子の特長を活かした様々な観測手法の開発へとつながる基盤を確立できた。そのVPH回折格子の技術の応用例として、マルチプレックス回折格子の試作を行った。これは2枚の溝数の異なるVPH回折格子を重ね、波長の離れた2つの波長域を同じ回折角で分散させるものである。これを用いれば、一つの検出器で2波長域を同時に観測できる。製作したものは490nm付近をターゲットとする1350本/mmと660nm付近をターゲットとする1000本/mmのものである。これらを重ねてマルチプレックス型とし、実験室に分光光学系を構築し実際に分光測定を行った。その結果、2つの波長域を正しく、それぞれ50%を超える回折効率で測定できることを確認した。また、マイクロレンズアレイを用いた三次元分光装置に適用することを目指し、そのための予備的な実験も行った。近年、光学赤外線天文学分野で注目されているボリュームフェイズホログラフィック(VPH)回折格子を独自に開発するために、製作システムの構築とそれによる試作実験を行った。VPH回折格子はホログラフィーの技術を用いて製作するが、その際、様々な記録材料と現像処理方法の組み合わせが考えられる。本研究ではそのうちのいくつかについて実際に回折格子を製作し、その回折効率を測定することにより最適な組み合わせを求めた。その結果、銀塩乳剤(PFG-03C)を記録材料として漂白処理と組み合わせることにより、従来の表面彫刻型回折格子に匹敵する60%を超える回折効率が得られることがわかった。今後は、この手法による製作精度を高めながら、VPH回折格子の特性を活かした特殊な回折格子の開発を試みる。VPH回折格子の試作と並行して、VPH回折格子とプリズムを用いたチューナブル分光器の実験も行った。VPH回折格子は、入射角を調整することにより、高回折効率が得られる波長域を選択できるという特長を持つ。この特性を活かした分光器はチューナブル分光器と呼ばれている。これまで提案されているチューナブル分光器の方式は機械的に光路を折り曲げるもので、これでは既存の装置に組み込むことが出来ない。そこで本研究では、組み合わせプリズムを用いてビームを偏向させることにより、直進光学系において入射角を連続的に調整可能な方式を考案し、実験を行った。その結果、プリズムを光軸の周りに回転させるだけで、観測波長域を理論値通りの効率特性で選択できることが確認できた。さらにその際、観測次数も0次から2次まで選択でき、異なる波長分解能でのデータ取得が行えることを確認した。
近世庚申塔による物質文化の流通に関する動態的研究

本研究が具体的課題としたのは、庚申塔の石塔形態の広域的調査とその変遷・伝播過程を基にした物質文化の流通動態の復元である。石造遺物の形態は流行的性格が強く、関東では江戸を中心として郊外に向け伝播する傾向が指摘されてきた。従って本研究では、石造遺物の多様な流通像をありのまま捉えつつ、立体的な流通系を復元するため、調査地域を交通手段で分けることとし、利根川・荒川などにおける河川交通の拠点および街道沿いの村落を対象に資料収集を実施した。前年度に引き続き平成14年度も実地踏査を含む基礎データ収集作業とその分析を重点に研究活動を行った。実地踏査の主要調査対象は、埼玉県内陸部の都幾川村、飯能市、所沢市、伊勢崎市周辺である。本年度の実地調査の一部及び、昨年度の収集データを基に庚申塔の形態変遷について、数量的分析を試みた結果は、平成14年9月発行の『歴史地理学』44巻4号において発表した。具体的な成果としては、江戸を中心とした石塔の流行型式が特に利根川・荒川沿岸地域において早期に普及する過程が認められ、水運の発達と共に庚申塔が伝播した可能性が明らかとなった。加えて石塔型式の普及過程をより実証性の高い手法から把握する試みとして、型式学的特徴に対する統計学的な処理を行い、平成14年6月29日に行われた三田史学会大会(会場:東京・慶應義塾大学)において「近世庚申塔にみる形態の規格性-江戸近郊における物質文化交流の復元にむけて-」と題して口頭発表を行った。さらに東京都23区内と郊外地域との結びつきを詳細に把握するため、旧街道を基軸として都区内データを微細な地域的区分から分析を行う作業を試みた。その結果については平成15年5月24・25日に行われる第69回日本考古学協会総会(会場:東京・日本大学)において、口頭発表を予定している。以上、庚申塔の伝播の過程を考古学的な立場から時空間的に跡づける具体的作業を行うことによって、近世における物質文化の流通や文化(情報)普及のあり方を実証的に把握するための先駆的な手法の開発、および有効な分析成果を得ることができた。
運動ストレスによる免疫系の活性化と代謝変動におけるプロラクチンの役割

運動ストレス時に分泌が亢進するプロラクチンの生理作用を明らかにするため、遺伝子改変により作製したプロラクチンノックアウトマウスを用いて検討した。水泳運動によるマクロファージ走化性の亢進先行研究より、運動ストレスは血中プロラクチン濃度の上昇を介して、腹腔内マクロファージの走化性を高めることが報告されている。本研究では水泳運動をマウスに負荷し、その効果を検討した。その結果、20分間の水泳運動は、ヘテロ欠損マウスおよびホモ欠損マウスの腹腔内マクロファージの走化性を同程度亢進させた。また、非運動群のマクロファージ走化性も、ヘテロ欠損マウスおよびホモ欠損マウス間に有意な差は認められなかった。以上の結果より、プロラクチンノックアウトマウスにおける腹腔内マクロファージの走化性亢進は、プロラクチン以外の因子によって補償されていると考えられた。プロラクチン受容体遺伝子発現レベルの検討プロラクチン受容体(PRLR)は全身の組織に発現しており、特に肝臓と腎臓における発現が高く、雄よりも雌で高いことが知られている。プロラクチンホモ欠損マウスとヘテロ欠損マウスのPRLR発現量(Long formおよびShort form)を比較したところ、肝臓および腎臓のいずれにおいても有意な差は認められなかった。また、20分間の水泳運動を負荷してもPRLR発現量の変化はなかった。心臓と脂肪組織のPRLR発現量には、雌雄差が見られず、ホモ欠損および水泳運動の影響も認められなかった。以上の結果より、PRLRの発現は血中プロラクチン濃度により調節されているのではなく、肝臓や腎臓では性ホルモンの影響が考えられた。一方、心臓および脂肪組織では、プロラクチン、性ホルモンのいずれの影響も受けていないことが示唆され、その発現調節機構の解明にはさらなる研究が必要である。プロラクチンノックアウトマウスの繁殖プロラクチンノックアウトマウスは不妊(排卵、受精は正常であるが、受精卵の着床に異常が起こる)であるため、繁殖にはプロラクチン遺伝子がヘテロで欠損している雌とホモで欠損している雄を交配させ作製した。各マウスの遺伝子型については、生後4週齢時に麻酔下で尾部を約0.5cm採取し、DNAを抽出してPCR法により解析した。遺伝子診断により、プロラクチン遺伝子のヘテロ欠損マウス、ホモ欠損(ノックアウト)マウスの2群に分け、実験対象とした。ヘテロ欠損マウスでは、血中プロラクチン濃度および活性は野生型マウスと同等に保たれていた。しかしながら、プロラクチン受容体は全身の組織に存在しており、運動により上昇するプロラクチンが生体に何らかの作用を発揮していると推察される。来年度は、代謝機能におけるプロラクチンの作用を検討する。
磁性ナノ微粒子分散キセロゲルを用いた光導波型ファラデー材料の創製と評価

機能性ナノ微粒子を内包することで様々な役割を果たす導波路型デバイスが注目されている。本研究では、磁性ナノ微粒子を分散させたキセロゲルに対して、フェムト秒レーザー照射による導波路形成を行うことで、導波路型ファラデー素子の作製を目指す。さらに、局在表面プラズモン共鳴を示す金属ナノ構造との複合化を進めることで、ファラデー回転角のプラズモン増強に取り組む。特に金属ナノ粒子の周期構造アレイをもつプラズモニック基板を用いて,アレイ近傍に導波路形成を試みる。プラズモニック協同モードが生じることで吸収損失が大きく低減され、高い性能指数をもつ導波路型ファラデー素子の創製を目指す。
徳川将軍親族遺体のデジタル保存と考古学的・人類学的分析-大奥の実態に迫る-

上野寛永寺御裏方墓所から発掘された徳川将軍親族遺体のうち保存の良い15体の人骨について、修復・保存処理を施し、形態観察・写真撮影・CT撮影・計測を行って、デジタルデータとして記録保存した(馬場・坂上・河野)。さらに、遺骨の形態比較分析(馬場・坂上・茂原・中山)、ミトコンドリアDNAハプロタイプ分析(篠田)、安定同位体による食性分析および重金属分析(米田他)、寄生虫卵および花粉分析(松井・金原他)を行い、親族遺体の身体的特徴と特殊な生活形態を明らかにした。本計画の目的は、歴史的に貴重であるにもかかわらず改葬のため実物が失われる将軍親族遺体から考古学的・人類学的な情報を抽出し、後世においても科学的に検証できる形で保存することである。現在、寛永寺谷中徳川家墓所は1号墓25号墓までの全ての墓所が発掘され、全ての人骨は国立科学博物館にてクリーニングおよび復元作業が継続されている。そのうち16個体が計測および形態観察が可能で、5個体は顔が細く、鼻が高く、眼が大きく、アゴが細いという、いわゆる「貴族」顔の風貌を示しており、これは記録されている出自と関係があると思われる。また、推定身長の平均値は147cmで、江戸時代人女性庶民の平均身長144cmに比べれば、やや大きい傾向にある。さらに古病理的な症例においても非常に特徴的な個体が複数含まれており、例えば15号墓の個体は推定身長が130cmと非常に低身長で、脛骨や胸郭の変形を伴っており、全身性疾患によるものと推測されている。1号墓から15号墓までの有機質微遺体分析をおこなったところ、キク亜科、フトモモ科など食用または薬用として摂取された可能性が高い花粉、あるいは回虫卵や鞭虫卵などの人体寄生虫も発見されている。また、骨中の鉛濃度を調査したところ、江戸時代人庶民のものよりも高い鉛濃度が見られ、鉛白粉による汚染が疑われた。これらの人骨は再埋葬される予定なので、本研究では後世においても利用可能なデジタルデータの採取も目的としている。デジタルデータの採取・保管および計測方法として、(有)アートアンドサイエンス社の協力のもと、マイクロCTおよびレーザー式三次元計測測定システムによって得られたデータの三次元構築プログラムおよび三次元計測プログラムを作成した。平成21年度には、「大奥」人骨のクリーニング・修復作業が完了し、人骨形態の基本的な記載が終了した。基本的な記載は様々な変異や病変なども含まれ、大奥人骨の特異的な形態的特徴が明らかとなった。例えば、典型的な貴族形質が見られたことや、胸郭上部に特異的な変形が多くの個体で見られることなどである。また、より良い情報保存のために写真撮影方法の開発が行なわれた。現行の方法では、撮影条件による画像の変質、例えば歪みなど、を考慮していない報告が多いが、それらを明らかにし、さらに問題を最小限に留める撮影方法を開発した。さらに、本人骨および比較データベース作成のための計測項目を検討・設定した。その結果、より容易かつ明確な定義を持つ計測項目を600近くが設定可能となった。これらの計測項目を利用し、池之端七軒町遺跡出土人骨および正見寺遺跡出土人骨に関して計測をおこない始めた。これらの写真および計測は、資料が残っていない将来において、研究者が信頼して利用できることを想定しており、いわばこの研究計画の根本であると言える。また、将来にわたり利用可能なデータとして、修復が完了して保存状態が良好な9個体の頭蓋骨のCT撮影を実施し、そのデータを用いた観察・計測ソフトウェアの開発を継続して行なっている。これは我々が提示する600以上の項目以外の情報を将来の研究者が新たに得ることを可能にするための手順である。また、全身骨のCT撮影の設定も完了しており、次年度に順次撮影を行なっていく予定である。さらに、5個体のミトコンドリアDNAおよび核DNAの分析も行なった。平成23年度には、寛永寺谷中徳川家墓所出土人骨報告書の作成をおこなった。人骨の総数は少なくとも41個体存在し、そのうち、形態計測や観察が可能であった個体は16個体(頭蓋15個体、四肢骨16個体)であり、の生前の身分別では、正室は4個体(8号浄観院、12号心観院、13号証明院、15号澄心院)、側室は9個体(2号法心院、3号蓮浄院。4号安祥院、6号本壽院、16号不明2個体、22号至心院、23号香琳院、24号蓮光院)、生母は2個体(7号實成院、25号浄圓院)、そして息女は1個体(11号貞明院)であった。これらの人骨を詳細に調査・記載し、江戸庶民61個体、近代日本人41個体、現代人32個体と比較したところ、数多くのことが明らかとなった。

例えば、1)正室人骨の特徴は正室という階級にあった個体の頭蓋形態は類似しており、「頭蓋骨が小さく、顔が細い」、「相対的な脳頭蓋の幅や高さは大きく、眼窩は高い」傾向にあること、2)側室は正室と庶民の中間に位置しており、個体によって大きく異なること、3)正室や側室の形態は江戸から現代に至る時代変化とはまったく異なる傾向を示しており、いわゆる「貴族的形質」が「現代化」によってもたらされたわけではない可能性が示されていること、4)四肢長管骨の太さや長さは江戸庶民と大きな違いはないが、頸部や胸郭などに特殊な姿勢や風習を示唆する形態が認められたこと、が明らかとなった。また、mtDNAの分析は12個体の抽出に成功し、それぞれの歯プログループはD4が6個体(50%)、B4とM7aがそれぞれ2個体づつ(17%)、N9a、Fが1個体(8%)と判明し、現代日本人における歯プログループ頻度と非常に近しいことが判明した。また、鉛分析では概して寛永寺出土人骨は鉛含有量が高い傾向にあるが、特に8号浄観院、15号澄心院、11号貞明院が高い結果となった。ただ、同じ正室であっても、12号心観院や13号証明院はやや低い値を示していた。平成23年度の研究実施計画としては、1)大奥人骨頭蓋骨のモデリングおよび計測ソフトウェアの開発、2)大奥人骨の全身CTスキャンの実施とデジタルデータ化、3)大奥人骨の人類学的な位置づけを行う、4)遺跡発掘報告書を作成する、の4項目であったが、いずれも完遂し、研究結果およびソフトウェアは吉川弘文館から出版された、「東叡山寛永寺徳川将軍家御裏方霊廟」において提示した。大奥人骨の形態特徴としては、日本人の歴史において独特な位置づけがなされ、頭蓋骨は前の方ほど、下の方ほど華奢である傾向が明らかとなった。ミトコンドリアDNA分析の結果では現代の日本人にもみられるありふれた配列を示すが、歴史上の人物に古人骨DNA分析が適用された最初の事例となった。また、炭素・窒素同位体分析では、江戸庶民よりも魚貝類からのタンパク質をより多く摂取していたこと、鉛濃度測定では大奥人骨が非常に激しい鉛汚染にさらされていたことが直接的に示された。環境考古学的分析では、チョウジと思われる薬物やベニバナによる紅の使用が指摘され、さらに大奥人骨の内の3個体は寄生虫症に罹患していたことが指摘された。また、頭蓋骨のCTデータから作成した頭蓋骨のモデルをコンピュータ内で任意に計測できるソフトウェアを付属DVDとして配布した。実物の大奥人骨は荼毘に付され、現在は再埋葬されているため、標本の再利用は不可能な状態である。しかし、一般に公開する形ではないが、全身骨のCT画像および15個体の精密な頭蓋骨模型を国立科学博物館で保管し、これらは後世の研究者に利用できる状態である。昨年度において上野寛永寺から出土した大奥の女性人骨報告書が完成している。本年度はその結果を査読のある雑誌に投稿することである。また、可能であれば研究成果を一般に公表することも予定としていた。前年度において明らかとなった大奥人骨の特徴としては、日本人の歴史において独特な位置づけがなされ、頭蓋骨は前の方ほど、下の方ほど華奢である傾向が明らかとなった。この特徴を江戸時代人骨の埋葬状況から推定された生前の身分、すなわち「町人」と「武家」、と比較したところ、「町人」と「大奥」および「大名」はまったく形状が異なり、「町人」では顔の外形が四角く、低顔で、低い鼻を持つ傾向にあることが明らかとなった。また、「武家」では「大奥」および「大名」と似た傾向を示しているが、「町人」と「大奥」および「大名」との中間的な形状であることが統計的に明らかとなった。この結果を論文として示した。
地域における多文化社会構築の可能性と課題--外国人非集住地域に着目して

本研究では、着実に外国人住民が増えつつある日本の「普通の」地域(「外国人非集住地域」)における多文化共生社会のより現実的な可能性と課題を明らかにすることを試みた。「外国人非集住地域」では、外国人たちは一般的にはまだその存在を認識されておらず、自らのネットワークをも十分構築できていない。日本人側も外国人側も、どのようにして共に生きることができるのか試行錯誤した経験があまりないために、一部の住民たちや行政が社会の「多文化化」への対応に困惑しているという課題がある。本研究の目的は、日本における外国人住民の受容/排除の様相を、地域間の相違に着目して比較検討し、地域における多文化共生社会のより現実的な可能性と課題を明らかにすることである。「外国人集住地域」に関する研究は一定の蓄積があるが、「非集住地域」の研究は蓄積が浅い。しかし、現実的に当該地域の行政・地域住民・学校関係者等はこれまで外国人住民をも包接した地域づくりの経験がなく、着実に増えつつある外国人住民たちとどのように付き合えばよいのか困惑している状況である。そこで、本研究ではまず「外国人非集住地域」の現状を明らかにすることに焦点を当てる。そして、これまでの研究の蓄積がある「集住地域」の経験・知見と比較検討することにより、外国人が多く居住する地域のみならず、着実に外国人住民が増えつつある日本の「普通の」地域における多文化共生社会のより現実的な可能性と課題を明らかにする。本年度は、問題の全体像を描くためにまず以下の事柄について調査した。(1)当該地域の地域研究(本研究で事例としてとり上げる鳥取県鳥取市および倉吉市の地域の概要を調べた)(2)当該地域における在住外国人のつながり・ネットワークの形態やその変化の把握(当該地域における在住外国人のつながりの形の描写を試みた)(3)当該地域における在住外国人自身の生活世界の把握((2)で明らかにした在住外国人がおかれているつながりの形態の上部構造として、当事者たちの主観的意識を明らかにすることを試みた)(4)当該地域における住民の外国人観・外国人の認識の把握(非集住地域における地域住民たちを対象にし、外国人をめぐる/外国人が抱える多文化共生に関する現状認識を試みた)本研究の目的は、日本における外国人住民の受容/排除の様相を、地域間の相違に着目して比較検討し、地域における多文化共生社会のより現実的な可能性と課題を明らかにすることである。「外国人非集住地域」では、外国人たちはまだその存在を十分に認識されておらず、自らのネットワークをも十分構築できていない。日本人側も外国人側も、どのようにして共に生きることができるのか試行錯誤した経験があまりないために、一部の住民たちや行政が社会の多文化化への対応に困惑していると思われる。本研究ではその事例として鳥取県倉吉市を中心とする鳥取県中部地域をとり上げる。22年度の最後には、外国人非集住地域との比較を行うために外国人集住都市あるいは多文化都市の調査を実施する予定だったが、東日本大震災のためにやむを得ず延期した。その調査は平成23年度に以下のとおり実施した。インド・デリーにおいて、次のふたつのエスニックコミュニティでのフィールドワークを実施した。活動への参与観察と聞き取り調査のふたつの調査法を併用して調査を行った。ひとつはAmerican Embassy Schoolにおけるデリーでの駐在員コミュニティの調査である。小学校での三者面談や授業の様子を観察し、生徒・保護者・教員への聞き取りを行い、自国から離れた場所でいかに人がコミュニティを形成するかを考察した。もうひとつはデリー郊外のTibetan Refugee Colonyの調査である。祖国を離れた人びとが異国でコミュニティをつくりあげていくということの課題とホスト社会との関係などについて聞き取り調査を実施した。ここで言う「地域間の相違」とは、(ア)日本の植民地支配をその背景とする在日コリアン等が多く居住する地域、(イ)日系ブラジル人を中心とする「ニューカマー」たちが多く居住する「外国人集住地域」、(ウ)男性の結婚難をその背景とする「外国人花嫁」が多く住む農山村、そして(エ)これまで外国人住民とは殆ど無縁であった「外国人非集住地域」である。「外国人非集住地域」では、外国人たちは地域でその存在をまだ十分に認識されておらず、自らのネットワークをも十分構築できていない場合が多い。一方、日本人側も外国人側も、どのようにして共に生きることができるのか試行錯誤した経験があまりないために、一部の住民たちや行政が地域社会の多文化化への対応において、外国人集住地域とは異なる固有の課題が存在すると思われる。

今年度の研究概要は次のとおりである。(1)当該地域における在住外国人のつながり・ネットワーク形態の整理・分析:前年度までの調査で、当該地域における在住外国人のネットワークの形をある程度明らかにしてきた。本年度はそのデータを整理・分析した。(2)当該地域における在住外国人自身の生活世界の分析:(1)で分析している在住外国人がおかれているネットワークの状態の上部構造として、当事者たちの主観的意識を明らかにするために座談会形式の聞き取り調査を実施した。(3)当該地域における多文化の地域社会づくり実践の研究:直接在住外国人に関わっている諸主体の意識や社会の多文化化に対応するための様々な実践を調査した。調査対象は行政と外国人住民を支援する市民団体であった。課題としてはさまざまな-事例を統合する作業がまだ十分に行われていないことである。上の「11.現在までの達成度」でも述べたことであるが、今後の課題としてはさまざまな事例を統合する作業がまだ十分に行われていないことである。外国人非集住都市を考察するための集住都市との比較研究も、本研究にもっと取り入れる必要があるように考えている。
肝細胞癌における悪性度の評価と再発病態に関する研究-特に分子生物学的解析を中心として-

肝細胞癌切除例を対象に分子生物学的手法を用い、13q,16q,17p染色体欠失をはじめ、転移に関与する癌転移抑制遺伝子nm23Hl,接着分子関連遺伝子のcell adhesion regulator(CAR)やE-cadherin(EC)の発現を検索し、病理学的進展因子や核DNA ploidy pattern並びに切除後の再発病態や予後と比較検討して以下の結果を得た.2.16q染色体上に存在するCAR,ECの発現は16q染色体欠失例では非欠失例に比べ,高率に低下していた.3.16qを含む2つ以上の染色体欠失例やnm23Hl,CAR,ECの発現低下例はvp,im陽性例やAneuploidのものが多く、残肝多発再発や肝外転移を来し易く、16q染色体の遺伝子異常は肝癌の進展に深く関与していることが示唆された.4.多発結節症例における各結節や残肝再発再切除例の初発巣と再発巣の染色体欠失の検索により,欠失パターンの相違から同時性並びに異時性多中心性発生の診断が可能であった.以上,分子生物学的解析は肝癌の詳細な悪性度評価や多中心性発生の診断に有用であることを明かとした.現在,染色体欠失にマイクロサテライトマーカーによるPCR-RFLP法,遺伝子発現にRT-PCR法を用いることにより少量の生検組織からの解析が可能となり,術前診断に応用を試みている.しかし,これらの遺伝子異常は癌の進展に伴う後期の変化であり,今後は癌発生早期の遺伝子異常を捕らえることが重要である.そこで早期肝癌における他の染色体欠失や欠失染色体上の新たな癌抑制遺伝子の同定をはじめ,遺伝性非ポリポ-シス大腸癌で発見された癌化やprogressionの原因となるDNA修復酵素異常にも注目し,肝癌との関連について研究を十微中である.肝細胞癌切除例を対象に分子生物学的手法を用い、13q,16q,17p染色体欠失をはじめ、転移に関与する癌転移抑制遺伝子nm23Hl,接着分子関連遺伝子のcell adhesion regulator(CAR)やE-cadherin(EC)の発現を検索し、病理学的進展因子や核DNA ploidy pattern並びに切除後の再発病態や予後と比較検討して以下の結果を得た.2.16q染色体上に存在するCAR,ECの発現は16q染色体欠失例では非欠失例に比べ,高率に低下していた.3.16qを含む2つ以上の染色体欠失例やnm23Hl,CAR,ECの発現低下例はvp,im陽性例やAneuploidのものが多く、残肝多発再発や肝外転移を来し易く、16q染色体の遺伝子異常は肝癌の進展に深く関与していることが示唆された.4.多発結節症例における各結節や残肝再発再切除例の初発巣と再発巣の染色体欠失の検索により,欠失パターンの相違から同時性並びに異時性多中心性発生の診断が可能であった.以上,分子生物学的解析は肝癌の詳細な悪性度評価や多中心性発生の診断に有用であることを明かとした.現在,染色体欠失にマイクロサテライトマーカーによるPCR-RFLP法,遺伝子発現にRT-PCR法を用いることにより少量の生検組織からの解析が可能となり,術前診断に応用を試みている.しかし,これらの遺伝子異常は癌の進展に伴う後期の変化であり,今後は癌発生早期の遺伝子異常を捕らえることが重要である.そこで早期肝癌における他の染色体欠失や欠失染色体上の新たな癌抑制遺伝子の同定をはじめ,遺伝性非ポリポ-シス大腸癌で発見された癌化やprogressionの原因となるDNA修復酵素異常にも注目し,肝癌との関連について研究を十微中である.平成6年度は13q,16q,17p染色体の欠失や癌転移抑制遺伝子nm23H1の発現の検索例を増やし、病理学的因子・核DNA量解析などの従来の生物学的悪性度指標と組み合わせたり、染色体欠失パターンの解析を行い、以下の知見が得られた。1.染色体欠失頻度やnm23H1発現低下頻度はStageの進行度と共に高率となり、特に16q染色体欠失はStageIでは1例も認められず、StagelIl、IVでは高率に認められた,2.2つ以上の染色体欠失例やnm23H1発現低下例ではvp、im陽性率、Aneuploidの頻度、AgNOR数は高値を示した,3.1年末満の早期再発例ではvp、im共に陽性例やAneuploid例が70%以上を占め、特に残肝多発再発や肝外転移を来したものでは2つ以上の染色体欠失例やnm23H1発現低下例を高率に認めた。4.Aneuploid例でも治癒切除例で染色体欠失数が少なく、nm23H1発現低下のないものでは比較的予後良好であった。5.多発肝癌の8例中3例で染色体欠失パターンの相違から同時性多中心性発生の診断が可能であった,

以上、肝癌切除例の増加に伴い,従来の悪性度指標と組み合わせて肝癌のより詳細な悪性度評価に有用であることや多中心性発生の診断も可能であることをより明確にすることができた・最近.癌転移抑制遺伝子nm23H1の発現について,デンシトメトリーを用いた定量的発現レベルを検索し、予後との間に相関を認めることが推測され,この点につき、症例を再検討中である,また、残肝再発再切除例は症例数が少なく、異時性多中心性発生の遺伝子レベルでの診断は困難であったが,現在、数例症例が増えたので染色体欠失パターンを解析中である。今後もこれらの症例を増やすとともに、癌抑制遺伝子p53の不活化や接着分子特に肝癌のprogressionに関係のあった16q染色体上に位置するE-cadherinやCAR(cell adhesion regulator)遺伝子の発現について調べ、予後との関係を検索していく予定である。肝細胞癌切除例を対象に分子生物学的手法を用い,13q,16q,17p染色体欠失をはじめ,転移に関与する癌転移抑制遺伝子nm23Hl,接着分子関連遺伝子のcell adhesion regulator(CAR)やE-cadherin(EC)の発現を検索し,病理学的進展因子や核DNA ploidy pattern並びに切除後の再発病態や予後と比較検討して以下の結果を得た。2.16q染色体上に存在するCAR,ECの発現は16q染色体欠失例では非欠失例に比べ,高率に低下していた。3.16qを含む2つ以上の染色体欠失例やnm23Hl,CAR,ECの発現低下例はvp,im陽性例やAneuploidのものが多く,残肝多発再発や肝外転移を来し易く,16q染色体の遺伝子異常は肝癌の進展に深く関与していることが示唆された。4.多発結節症例における各結節や残肝再発再切除例の初発巣と再発巣の染色体欠失の検索により,欠失パターンの相違から同時性並びに異時性多中心性発生の診断が可能であった。以上,分子生物学的解析は肝癌の詳細な悪性度評価や多中心性発生の診断に有用であることを明らかとした。現在,染色体欠失にマイクロサテライトマーカーによるPCR-RFLP法,遺伝子発現にRT-PCR法を用いることにより少量の生検組織からの解析が可能となり,術前診断に応用を試みている。しかし,これらの遺伝子異常は癌の進展に伴う後期の変化であり,今後は癌発生早期の遺伝子異常を捕らえることが重要である。そこで早期肝癌における他の染色体欠失や欠失染色体上の新たな癌抑制遺伝子の同定をはじめ,遺伝性非ポリポ-シス大腸癌で発見された癌化やprogressionの原因となるDNA修復酵素異常にも注目し,肝癌との関連について研究を準備中である。
ナノスケール領域での表面電気伝導の理論的研究

研究期間に得られた研究成果は次のようである。1.ショックレー表面状態の電気伝導sp混成により生ずる表面状態の電気伝導度の特性を研究し、s, pバンドのバンド幅およびsp混成の強さと電気伝導度との関係を明らかにした。この結果は、貴金属表面のショックレー状態への応用できることがわかった。2.ダングリング・ボンド状態の電気伝導半導体のバンドギャップ中に存在する表面状態の電気伝導度とバルク結晶のバンドギャップとの相関を明らかにした。3.IV族半導体(111)2×1構造の電気伝導表面構造、特に、バックリングの有無が電気伝導に及ぼす効果を研究した。また、二探針STMの電気伝導度と表面構造との関係を研究し、表面バンドの有効質量と二探針STMの電気伝導との関係を明らかにした。4.シリコン・ナノワイヤーの表面電気伝導中間サイズ・ナノワイヤー内の非一様な電気伝導の研究を行った。ナノワイヤーのエッジに存在するエッジ状態による電気伝導の可能性を新たに見出した。Si(111)√<3>×√<3>-Ag表面のステップの電気抵抗の計算を行い、最近の実験結果を理論的に説明した。また、ステップ下段に局在するステップ状態を新たに見出した。さらに、エバネッセント波も含む波の一般的な振幅と位相の新たな定義を考案し、ブロッホ波の透過に対する新たな表式を導出した。その結果、ブロッホ波の透過では、ブロッホ波数の不一致による抵抗とブロッホ波関数の周期的部分の不連続性による抵抗の二つの部分に分けて考えることができることを見出した。本年度は、表面電気伝導のなかで特にショックレー表面状態を経由する電気伝導について研究を行った。まず、ショックレー状態の生ずる最も簡単なモデルであるsp混成鎖についてその表面状態の波動関数を厳密に取り扱った結果、波動関数の様子はsp混成の強さによって大きく異なることがわかった。sp混成が弱い領域では、波動関数は一つの減衰定数で振動しながら表面内部へと減衰するのに対して、強い場合には2つの減衰定数で減衰することがわかった。減衰定数は、sp混成が弱い場合にはsp混成の強さに比例して増加するが、sp混成の強さがs軌道とp軌道の飛び移り積分の相乗平均におよそ等しいところで速く減衰する成分と遅く減衰する成分とに分かれ、前者の減衰定数は単純に減少するのに対して、後者は一度発散してから減少することがわかった。波動関数の表面での減衰の様子は遅く減衰する成分によって決まることから、その局在度は相乗平均のあたりで最大となる。表面状態を経由する電気伝導では波動関数の表面での局在度が強いほど電気伝導度も高いと予想されることから、電気伝導度も相乗平均の付近で最大となることが予想される。この予想を確かめるために、走査トンネル顕微鏡(STM)の系を考え、STM探針からsp混成鎖で構成される表面への電気伝導度を多チャンネル・ランダウアー公式を用いて数値的に計算したところ、上記の予想通りの結果が得られた。次に、シリコン表面等に生ずるダングリング・ボンド表面状態を経由する電気伝導についてsp^3s^*のタイトバインデイング・モデルを用いて計算を行った。その結果、表面状態伝導度はダイヤモンド、シリコン、ゲルマニウムの順に高いことが分かった。バンドギャップの大きさがこの順に大きいことから、バンドギャップと電気伝導度との間には相関があることが予想される。本研究の目的は、ナノスケールにおける表面電気伝導の理論的な研究である。昨年度までは、簡単なモデルを用いて研究を行ったが、今年度は現実的な表面での研究を行った。対象とした表面はIV族半導体(111)2×1表面である。これらの表面の原子構造は、Pandeyによって提唱されたπボンド鎖構造であることが知られている。

πボンド鎖構造の表面最外層では、原子が交互に並び、ジグザグ鎖が構成されているが、ジグザグ鎖の構造は同じIV族半導体でも元素によって異なる。すなわち、ダイヤモンド表面ではバックリングが無いのに対して、シリコンおよびゲルマニウム表面では、バックリングが起こっている。このバックリングの違いは表面電気伝導の特性の違いに反映されることが予想されることから、電気伝導度の数値計算を行った。表面の電子状態はsps^*タイトバインディング法を用いて表し、伝導度の計算にはランダウアー公式を用いた。主に2探針電気伝導度の計算を行った。計算の結果わかったことは、ダイヤモンド表面とシリコン・ゲルマニウム表面とでは特性が異なり、前者の場合には原子位置依存性・バイアス非対称性が無いのに対して、後者では大きくみられることが分かった。また電気伝導度の異方性はダイヤモンド表面で大きく、シリコン、ゲルマニウム表面の順に小さいことが分かった。これらは、πボンド鎖のバックリングの大きさがこの順で大きいことから説明できる。また、摂動論を用いたNiuらによる理論では、伝導度は表面のグリーン関数の絶対値の二乗に比例することが知られている。この結果を用いると、伝導度は有効質量の平方根に反比例するが、実際に、表面のエネルギーバンドの分散から電気伝導度の異方性の傾向を説明できることがわかった。本研究の目的は、ナノスケールにおける表面電気伝導の理論的な研究である。今年度は、中間サイズ・ナノワイヤーの表面伝導について研究を行った。ここで、中間サイズ・ナノワイヤーとは直径が数nm程度のナノワイヤーのことである。このサイズは、原子スケールよりやや大きいが、表面の影響が無視出来ない大きさである。将来、ナノワイヤーの微細化が進めばこのサイズのワイヤーの物性が重要となると予想されるが、一方、基礎的な面からも興味が持たれる。すなわち、ナノワイヤーの表面に表面状態が存在する場合には、(i)表面状態とバルク状態が区別可能であり、かつ、(ii)表面状態による伝導の寄与がバルクと同程度なケースとなる。特に、バンドギャップ中に表面状態がある半導体の場合には、低バイアスでの伝導は表面状態のみによる伝導となる可能性がある。この場合には、電流分布が著しく非一様であり、そのことは電気伝導以外の物性にも影響を及ぼすと考えられる。今年度は、様々な中間サイズ・ナノワイヤーのなかで、側面が{111}と{100}面からなる理想的なシリコン・ナノワイヤーの電気伝導度を、ランダウアー公式を用いて計算した。その結果得られた新たな知見は、(i)表面状態バンドのエネルギーが側面によって異なることから、バイアスによって電流が流れる面が変化すること、(ii)面と面とが接する線の付近に局在する一次元的な状態であるエッジ状態が表面バンドの外に現れること、(iii)エッジ状態状態が現れるエッジと現れないエッジがあり、その原因を明確にしたこと、である。本研究の研究成果は、学術雑誌Physical Review Bに掲載されることが決まった。本年度は、Si(111)√<3>×√<3>-Ag表面の単原子ステップによる電気抵抗の研究を行った。この表面の電気伝導度の測定が最近行われ、温度依存性等の興味ある実験データが示されれている。