hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
バイオ燃料電池を搭載した超小型自己泳動マイクロロボットへの挑戦

本研究では,生体内で供給可能なグルコースと酸素を燃料とするバイオ燃料電池と,その起電力により電場で発生する電気浸透流により自己推進する自己電気浸透推進機構とからなる新規マイクロ泳動ロボットを提案し,プロトタイプを用いた実験により,その推進速度を実証・評価し,生体医用マイクロロボットシステムの要素技術として完成させる事に挑戦した.当初計画の課題項目は下記である.「(1)マイクロスケールプロトタイプの製作:光リソグラフィ等の微細加工技術を用いて,紫外線硬化レジストを構造体の材料とし,サイズが数100 μm以下のプロトタイプの製作方法を確立する.(2)泳動推進原理の実証及び推進速度評価:マイクロスケールプロトタイプを用いて,理論値から推測される数10 μm数100 μm/sの自己推進速度を光学顕微鏡観察により検証・評価する.(3)模擬生態環境下での推進速度評価(4)研究総括・まとめ」前年度は主に上記項目(1),(2)を実施した.フォトリソグラフィを用いて紫外線硬化レジスト・銀ナノ粒子・酵素からなる100μmプロトタイプの製作プロセスを確立した.製作した100μmプロトタイプ,光学顕微鏡及び画像解析を用いた推進速度評価システムを構築し,評価方法を確立した.実際に評価を行い,理論値に近しい推進速度を確認した.本年度は主に上記項目(2)以降を実施した.理論的に高速化が期待できる,更に小型化した10μmプロトタイプについて3次元レーザリソグラフィによる製作を行い,その製作プロセスがほぼ確立した.また,高速推進速度に適した評価システムとして,プロトタイプに磁性粒子を含ませ,その推進方向を外部磁場により制御しながら観察する構想を検討し,設計を進めた.本年度の成果公開については,査読付き国際学会発表1件,査読無し国内学会発表1件を実施した.査読付き外国語論文誌に1件掲載された.本研究では,生体内で供給可能なグルコースと酸素を燃料とするバイオ燃料電池と,その起電力による電場で発生する電気浸透流により自己推進する自己電気浸透推進機構とからなる新規マイクロ泳動ロボットを提案する.そしてプロトタイプを用いた実験により,その生成速度を実証・評価し,生体医用マイクロロボットシステムの要素技術として完成させる事に挑戦する.計画した課題項目は,下記(1)(4)である.(1)マイクロスケールプロトタイプの製作:光リソグラフィ等の微細加工技術を用いて,紫外線硬化レジストを構造体の材料とし,サイズが数100 μm以下のプロトタイプの製作方法を確立する.(2)泳動推進原理の実証及び推進速度評価:マイクロスケールプロトタイプを用いて,理論値から推測される数10 μm数100 μm/sの自己推進速度を光学顕微鏡観察により検証・評価する.(3)模擬生態環境下での推進速度評価:生体環境を模擬した条件で推進速度評価を行い,生体適合性に関する課題を抽出する.(4)研究総括・まとめ平成29年度は,主に上記課題項目(1)(2)を実施した.100 μmプロトタイプについてフォトリソグラフィによる製作プロセスを確立した.製作した100 μmプロトタイプ,光学顕微鏡及び画像解析プログラムを用いた推進速度評価システムを構築し,評価方法を確立した.実際に評価を行い,理論値に近しい推進速度が得られることを確認した.また,更に小型化した10 μmプロトタイプについて3次元レーザリソグラフィによる製作に着手し,その製作プロセスが確立しつつある段階である.平成29年度の研究実施計画に従い,下記課題項目を実施し,基礎検討と実証実験を行った.(1)マイクロスケールプロトタイプの製作:光リソグラフィ等の微細加工技術を用いて,紫外線硬化レジストを構造体の材料とし,サイズが数100 μm以下のプロトタイプの製作方法を確立することを目的として,次のサブ項目を実施した.(1-1)プロトタイプの設計,(1-2)製作プロセスの確立,(1-3)100 μmプロトタイプ製作,(1-4)10 μmプロトタイプ製作.(1-3)では,フォトリソグラフィを用いたマスクパターン転写により,100 μmプロトタイプを製作した.(1-4)では,3次元レーザリソグラフィを用いた直接加工により,10μmプロトタイプの製作プロセスの確立を進めている.なお製造時間の節約のため当初の予定サイズ20 μmから10 μmに変更したが,性能評価の観点で特に問題はない.(2)泳動推進原理の実証及び推進速度評価:マイクロスケールプロトタイプを用いて,理論値から推測される数10 μm数100 μm/sの自己推進速度を光学顕微鏡観察により検証・評価することを目的として,次のサブ項目を実施した.(2-1)泳動原理実証(済),(2-2)評価システム構築(済).100 μmプロトタイプを用いて光学顕微鏡観察による泳動原理の実証実験を行った.その際,画像処理ライブラリであるOpenCVを用いて,光学顕微鏡から得られる画像から画像処理を行い,プロトタイプの推進速度を同定するプログラムを作成した.これを用いて推進速度の実験値が得られ,物理モデルに基づく理論値との比較により,本原理の妥当性を確認した.以上のように,研究計画にしたがって,バイオ燃料電池を搭載した超小型自己泳動マイクロロボットの基礎が整いつつあり,おおむね順調に進展していると考える.本研究では,生体内で供給可能なグルコースと酸素を燃料とするバイオ燃料電池と,その起電力により電場で発生する電気浸透流により自己推進する自己電気浸透推進機構とからなる新規マイクロ泳動ロボットを提案し,プロトタイプを用いた実験により,その推進速度を実証・評価し,生体医用マイクロロボットシステムの要素技術として完成させる事に挑戦した.当初計画の課題項目は下記である.

「(1)マイクロスケールプロトタイプの製作:光リソグラフィ等の微細加工技術を用いて,紫外線硬化レジストを構造体の材料とし,サイズが数100 μm以下のプロトタイプの製作方法を確立する.(2)泳動推進原理の実証及び推進速度評価:マイクロスケールプロトタイプを用いて,理論値から推測される数10 μm数100 μm/sの自己推進速度を光学顕微鏡観察により検証・評価する.(3)模擬生態環境下での推進速度評価(4)研究総括・まとめ」前年度は主に上記項目(1),(2)を実施した.フォトリソグラフィを用いて紫外線硬化レジスト・銀ナノ粒子・酵素からなる100μmプロトタイプの製作プロセスを確立した.製作した100μmプロトタイプ,光学顕微鏡及び画像解析を用いた推進速度評価システムを構築し,評価方法を確立した.実際に評価を行い,理論値に近しい推進速度を確認した.本年度は主に上記項目(2)以降を実施した.理論的に高速化が期待できる,更に小型化した10μmプロトタイプについて3次元レーザリソグラフィによる製作を行い,その製作プロセスがほぼ確立した.また,高速推進速度に適した評価システムとして,プロトタイプに磁性粒子を含ませ,その推進方向を外部磁場により制御しながら観察する構想を検討し,設計を進めた.本年度の成果公開については,査読付き国際学会発表1件,査読無し国内学会発表1件を実施した.査読付き外国語論文誌に1件掲載された.平成29年度から引き続き,以下の課題項目を実施する.(1)マイクロスケールプロトタイプの製作:光リソグラフィ等の微細加工技術を用いて,紫外線硬化レジストを構造体の材料とし,サイズ10 μmのプロトタイプの製作方法を確立する.(2)泳動推進原理の実証及び推進速度評価:マイクロスケールプロトタイプを用いて,理論値から推測される数10 μm数100 μm/sの自己推進速度を光学顕微鏡観察により検証・評価することを目的として,次のサブ項目を実施する.(2-3)推進速度評価・設計論構築.(2-3)では,前年度に100 μmプロトタイプ用に構築した評価システム及び方法を必要に応じて改良し,それを用いて,10 μmプロトタイプについて推進速度評価を行い,2つのサイズ(100 μm,10 μm)についての比較から,推進速度のサイズ依存性を実験的に明らかにする.実験的に得られた推進速度と物理モデルによる理論値とを比較し,理論モデルの妥当性を検証する.これらの理論及び検証結果をもとに,提案するコンセプトの設計論を構築する.(3)模擬生態環境下での推進速度評価:生体環境を模擬した条件で推進速度評価を行い,生体適合性に関する課題を抽出することを目的として,次のサブ項目を実施する.(3-1)模擬生態環境下での推進速度評価(後期).ヒトの血漿の組成を模擬した液体や,ウシなどの血液を用いて(2)と同様の実験評価を行い,その差異から生体適合性に関する課題を抽出し,考察する.
1mm以下の微小がんの検出をめざした超高分解能PETの基礎開発

現在、がんの早期発見を目的とした検診のために、PETの普及が急速に広まっている。それに伴い、より小さながんの発見と精確な形状を知るために、現在市販されているPETより高空間分解能のPETが求められている。しかしながら、従来型のシンチレーション検出器を用いた装置では3mm以下の分解能の向上は困難である。そこで、我々はCdTe半導体検出器を用いた1mm以下の超高空間分解能を持つPETの開発を提案し、その実現のために、実験小動物に利用可能な対向型超高分解能PETのプロトタイプ開発を行った。本開発においては、これまでのシンチレーターを用いたPETの検出器の構造と異なり、非常に小さい検出器の高密度配列による高分解能化が必要である。このため、CdTe検出器結晶への電極蒸着を分割することで多チャンネル化を実現した32chCdTe検出器アレイをPET用検出器ユニットとして採用することを考え、これをプロトタイプ機に活用すべく、その性能を調べた。その結果、本検出器アレイが、511keV消滅光子に対して3%のエネルギー分解能を有している上、時間分解能についても検出器対で10ns以下を見込めることが判明した。これは、十分PET測定に使用可能な性能を有していることが確認された。検出器ユニットとして、この検出器アレイ1対を移動機構に対向させて取り付け、対向型超高分解能PETのプロトタイプを製作し、これを用いて実際の放射能分布(0.6mm直径のNa-22点線源)を測定し、PET画像を得た。PET画像のプロファイルは、このプロトタイプの有する分解能が、小動物実験において適用可能な15cmのガントリー径において1mm以下であることを示した。さらに、このプロトタイプを用いて5mm程度の微小な領域での放射能分布をPET画像として得ることに成功した。この研究成果は、平成16年10月10日15日に米国テキサスのFt. Worthで開かれた「研究と産業における加速器の応用に関する第18回国際会議」において発表された。
ホタルのルーツを求めた中国雲南省の発光甲虫生態調査

ホタルを代表とする発光甲虫は世界的に分散拡散する典型的な生物で、進化分散を考える上で貴重な研究対象である。これは発光という生理現象が、比較的新しい時代に獲得した形質であることから、発光生物を探ることは、今、生息する生物群の拡散を知る上で重要であると考えられるからである。本研究では、ホタルのルーツの一つの候補として中国雲南省地域を注目し、中国雲南省の現地調査を行った。平成14年9月に中国雲南省昆明周辺、平成15年12月に中国雲南省昆明南部、平成16年1月にブラジルサンバウロ周辺、平成16年6月は雲南省南西部ラオス国境付近、平成17年6月は雲南省シーサーパンナ地方からミャンマー国境付近の南部地方の調査研究を行った。その結果、ゲンジ、ヘイケボタルの近縁種と思われる半水棲ホタルを発見した。これは水棲ホタルの進化、拡散を考える上で重要な新規な知見である。また、イリオモテボタル近縁種の採取に成功、採取サンプルより抽出したミトコンドリアDNAの全遺伝子配列を決定、分子レベルでイリオモテボタルとの相関を検討した。その結果、生息環境が異なり、出現時期等も異なるが、遺伝子レベルで高い相同性を示すことが明らかになった。これは、日本とユーラシア大陸の生物群の分散を考える上で、貴重な知見である。これ以外にも日本産ホタル群と類似性の高い10数種のホタルを発見した。一方、ブラジルではヒカリコメツキムシを採取、採取サンプルより抽出したミトコンドリアDNAの全遺伝子配列を決定した。ヒカリコメツキムシは発光甲虫群の地球レベルでの進化、分散を考察できるユニークな生物であることが明らかになった。本研究では、ホタルのルーツとして中国雲南省地域を注目し、中国雲南省を現地調査した。本年度は、中国雲南省昆明周辺について02年9月に調査を行った。現地において、約10種のホタル個体を採取、現地で一部サンプルの凍結保存、また、一部の遺伝子抽出、また組織標本を作製、サンプルを保存し、日本に持ち帰った。現在、得られたサンプル、映像及び試料を解析、整理、保存を行っている。なお、調査研究は中国科学院昆明動物研究所を協力して行った。次年度は、中国雲南省大理周辺を調査する予定である。本研究では、ホタルのルーツとして中国雲南省地域を注目し、中国雲南省の現地調査を計画した。しかしながら本年度は、SARSの影響のため渡航禁止となり、ホタル出現時期の調査が不可能となった。そのため、渡航許可がおりて後、03年12月に中国雲南省昆明周辺について、昨年調査地点の環境変化を調査した。その結果、現地での開発などの進行から、数箇所では採取観察が不可能であることが明らかとなった。また、現地研究者より雲南省南西部でイリオモテボタルに近い種が存在することが示され、来年度の研究目標を決定した。一方、以前より鉄道虫、イリオモテボタルの近縁種が存在すると考えられている南米サンパウロ周近の大西洋熱帯雨林の発光甲虫調査を行った。鉄道虫近縁種を初め20種近くのホタルの観察及び採取に成功した。本調査研究はサンパウロ州立大学のVadim Viviani教授の協力のもと行い、サンプルは同教授の研究室に整理、保存した。今後、遺伝子の解析を行う予定である。

昨年度、現地研究者より雲南省南西部でイリオモテボタルに近い種が存在することが示されたことから、本年度6月に雲南省西南部地方つまり大理からミャンマー国境までの地域の調査を行った。この結果、イリオモテボタル近縁種の採取に成功した。平成16年11-12月まで現地研究者の所属する中国科学院昆明動物研究所より大学院生を招聘し、ミトコンドリア遺伝子の解析を開始した。年度末までにミトコンドリア遺伝子の全配列の決定が終了したので、現在、論文作成中である。来年度以降、各地のホタル、イリオモテボタル近縁種をサンプリングし、遺伝子解析を行う予定である。ホタルを代表とする発光甲虫は世界的に分散拡散する典型的な生物で、進化分散を考える上で貴重な研究対象である。これは発光という生理現象が、比較的新しい時代に獲得した形質であることから、発光生物を探ることは、今、生息する生物群の拡散を知る上で重要であると考えられるからである。本研究では、ホタルのルーツとして中国雲南省地域を注目し、中国雲南省の現地調査を計画した。03年12月に中国雲南省昆明周辺、04年6月は雲南省南西部ラオス国境付近、そして本年度05年6月は雲南省シーサーパンナ地方からミャンマー国境付近の南部地方を調査研究を行った。その結果、ゲンジ、ヘイケボタルの近縁種と思われる半水棲ホタルを発見した。これは水棲ホタルの進化、拡散を考える上で重要な新規な知見である。これ以外にも日本産ホタル群と類似性の高い10数種のホタルを発見した。一方、日本産、中国産ヒカリコメツキムシのm t DNAの全配列を決定し、論文を作成、投稿した(Xueyan Li, Katsunori Ogoh, Nobuyoshi Ohba, Xingcai Liang, Yoshihiro Ohmiya. Mitochondrial genomes of two luminous beetles, Rhagophthalmus lufengensis and R.ohbai (Arthropoda, Coleoptera). )。現在、順次採取したホタルの遺伝子解析を行っている。
膜タンパク質の構造生物学:レチナール膜タンパク質ハロロドプシンの吸収波長制御機構

本研究は、膜タンパク質の機能・構造への理解を深めるために、モデルタンパク質として優れている高度好塩古細菌由来光駆動型Cl-ポンプハロロドプシン(NpHR)を用いて、以下の2つの研究を遂行した。1、ハロロドプシンのCl-ポンプメカニズムと吸収波長制御機構の解明NpHRは、分子内の発色団レチナールに由来する可視吸収を持つ。NpHRのCl-輸送は、発色団の光異性化により開始され、分子内におけるCl-の位置により特徴的な吸収波長を示す中間体を経由して基底状態に戻る一連の反応経路(フォトサイクル)を通る。NpHRのCl-取込みメカニズムの解明のために、取込み側膜貫通領域に唯一存在する塩基欧アミノ酸Arg123に注目し、分光学的及び電気化学的手法によりこの+電荷がCl-取込みに必須であることを明らかにし、その側鎖が大きく構造変化することによりCl-を分子内に取込むことを推定した(Kubo et al.,2009)。Transient grating法とFlash photolysis測定により、NpHRの1周数十ミリ秒のフォトサイクル反応においてスペクトル的にサイレントな拡散過程があることを初めて報告した(Inoue et al.,2009)。また、これらの実験に用いているNpHRが、安定な3量体を形成していることを明らかにした(Sasaki et al.,2009)。2、ファラオニスハロロドプシン(NpHR)のX線結晶構造解析NpHRの結晶構造を理解することは、Cl-輸送メカニズム解明や類縁膜タンパク質との比較研究にとって非常に意義深い。現在までに、蒸気拡散法により13,600条件の結晶化を試み、分解能8ÅのNpHR結晶を得ることに成功した。NpHRの結晶化には数か月かかるため、今後も観を続ける必要がある。本研究は、膜タンパク質の機能・構造への理解を深めるために、モデルタンパク質として優れている高度好塩古細菌由来光駆動型C1-ポンプハロロドプシン(phR)を用いて、以下の2つの研究を遂行している。1、ハロロドプシンのC1-ポンプメカニズムと吸収波長制御機構の解明phRは、分子内の発色団レチナールに由来する可視吸収を持つ。phRのC1-輸送は、発色団の光異性化により開始され、分子内におけるC1-の位置により特徴的な吸収波長を示す中間体を経由して基底状態に戻る一連の反応経路(フォトサイクル)を通る。私達は、Flash photolysis測定によりphRの1周数十ミリ秒のフォトサイクル反応を詳細に明らかにし、C1-輸送メカニズムをモデル化した(Hasegawa, et. al., 2007; Seki, et. al., 2007)。phRのC1-取込みメカニズムの解明のために、取込み側膜貫通領域に唯一存在する塩基性アミノ酸Arg123に注目し変異体実験を行った。分光学的及び電気化学的手法によりこの+電荷がC1-取込みに必須であることを明らかにし、その側鎖が大きく構造変化することによりC1-を分子内に取込むことを推定した(Kubo, et. al., in preparation)。2、ファラオニスハロロドプシン(phR)のX線結晶構造解析phRの結晶構造を理解することは、phRのC1-輸送メカニズム解明や類縁膜タンパク質との比較研究にとって非常に意義深い。さらに、目覚しい発展を遂げる計算科学的手法を取り入れた研究も可能となる。現在までに、蒸気拡散法により分解能8AのphR結晶を得ることに成功している。今後は、より高分解能を目指し、タンパク質精製条件や結晶化条件を検討しながら結晶調製に励む予定である。
光機能金属酸化物の表面構造、電気及び電子特性に関する量子化学的研究

本研究は、光機能材料の物理・化学的性質のうち特に重要な性質である電子状態、光学特性、電気伝導特性および励起状態ダイナミクスに焦点をあて、光電子デバイスのプロセス・デバイス設計に資する指針を与える目的で理論的な研究を行ったものである。さらに、光機能材料の設計に資する現実的大規模系の解析のために、新規シミュレータを開発と応用にも挑戦している。1.透明導電性材料に関する理論的研究:本研究では、Tight-Binding量子分子動力学法を用いて、透明導電材料であるITO(Sn doped In_2O_3)に対する電子、光学、電気特性を解析している。母体In_2O_3中のSnが酸素欠陥と複合してドナーとなることを示すとともに、n型透明導電材料の伝導メカニズムを明らかにすることに成功している。また、ITO中のSnをZnに置換した場合の効果をTight-Binding量子分子動力学法によって調べている。電子状態の解析結果から、Znドーピングによりp型の伝導性が得られることが示唆された。さらに実際に電気伝導特性を調べることで伝導メカニズムの解明にも成功している。酸化インジウム以外に、SrCu2O2もp型の伝導性を示しています。SrCu2O2のp型伝導性向上のために、Caドーパントを導入して、ドーパント濃度はp型伝導性の影響を明らかにすることに成功している。母体SrCu2O2中のCaがアクセープタとなることを示すとともに、p型透明導電材料の伝導メカニズムを明らかにすることに成功している。2.光機能材料酸化チタン表面構造及び色素/酸化チタン界面の光学特性の解明:本研究では、色素増感型太陽電池用アナターゼTiO_2(001)面における有機色素分子の結合モードを第一原理量子化学計算を用いて明らかにしている。さらに、Tight-Binding量子分子動力学法を用いて、色素が吸着したTiO_2表面の大規模系に対する光学特性を理論的に明らかにすることに成功している。2.光機能材料酸化チタン表面構造及び色素/酸化チタン界面の光学特性の解明:本研究では、光触媒に用いられるアナターゼTiO_2の電子・光学特性を、Tight-Binding量子分子動力学法を用いて解析している。TiO_2の膜厚を変化させ、キャリア移動度、吸収スペクトルを評価した結果から、光活性の観点から最適な膜厚の存在を明らかにしている。色素増感型太陽電池用アナターゼTiO_2(001)面における有機色素分子の結合モードを第一原理量子化学計算を用いて明らかにしている。以上、本研究は大規模系における電気特性および光学特性を検討可能な新規手法を開発し、透明導電材料、色素増感太陽電池を具体例としてその有効性を実証することに成功している。

2.光機能材料酸化チタン表面構造及び色素/酸化チタン界面の光学特性の解明:本研究では、色素増感型太陽電池用アナターゼTiO_2(001)面における有機色素分子の結合モードを第一原理量子化学計算を用いて明らかにしている。さらに、Tight-Binding量子分子動力学法を用いて、色素が吸着したTiO_2表面の大規模系に対する光学特性を理論的に明らかにすることに成功している。
非晶金属クラスターによる超薄膜生成の研究

本研究は金属ないし非金属気体原子分子モノヌーをクラスター化し、その生成クラスターを基板上に衝突させて薄膜生成させてその生成過程の基礎研究を行うことを目的としたものである。最初、クラスター気体源として、電子ビームによる固体物質の蒸発を計画していたが、現有の真空装置では十分なクラスタービームを生成することができなかったので、電子ビーム法をレーザービーム法に変更した。レーザとしては動作の安定性とエネルギ強度からNd:YAGレーザを用い、蒸発源固体に照射しその蒸気モノマーを生成させ、クラスタービーム化し薄膜を生成するという方法である。そのためには、まず、各種元素固体について、生成モノマー濃度と生成クラスターの大きさ、濃度との関係を明らかにしなければならない。初年度および本年度前半においてはこれらの研究を行い、第4周期までのほぼ全元素固体のモノヌーについてこうした関係を明らかにした。ついで、こえらのモノマーをクラスタービーム化し、薄膜生成の研究に移ったが、レーザ出力が十分でないため、大きなクラスターを生成する条件(キャリアガスの圧力・温度など)をみつけるのに時間がかかり、まだ、クラスタービームによる薄膜生成過程の研究を完了するまでに到らず実験は継続中である。本研究は金属ないし非金属気体原子分子を超音速自由噴流により急速冷却してクラスター分子線を作り,その生成クラスターの物理化学的特性を調べるとともに,生成クラスターを基板上に衝突させて薄膜生成の基礎研究を目的とするものである.初当,クラスター気体源として電子ビームによる固体物質の蒸発を計画していたが,現有の超音速分子線ビーム測置では効率良い新子ビームを作動させるように眞空度を調節できないことがわかり,電子ビーム法をレーザビーム法に変更した.すなわち,レーザビームをパルス的に蒸発源固体に照射し固体表面でその蒸気を解離させ分子線ノズルより噴出させて急冷しクラスターを生成させるという方法である.レーザとしては,エネルギーがパルス周期により制御でき,かつ安定に作動するものとして, Nd:YAGレーザを使用することにした.レーザビーム法ではレーザエネルギが十分であればW,Taなどの高融点金属蒸気を作ることが原理的に可能であるが,分子線装置の眞空排気能力とノズル圧力比,レーザパルス周期と照射エネルギー強度および発生蒸気圧との関係を明らかにした上で,生成クラスターの研究をしなければならない.本年度においては,こうしたクラスター発生源の調整を行うとともに,Fe,Al,Cなどを用いてそのクラスター生成過程を質量分折計を用いて研究した.ソース源が安定せず,まだ安性的な研究段階であるが,ソース温度・圧力と生成クラスターの関係が解明されるにつれてその制御が可能になり定量的なデータがとれつつある.次年度においては,これらの結果をもとにして,クラスタービームによる薄膜生成の研究を行う計画である.本研究は金属ないし非金属気体原子分子モノヌーをクラスター化し、その生成クラスターを基板上に衝突させて薄膜生成させてその生成過程の基礎研究を行うことを目的としたものである。
培養脳神経細胞の生存と分化を促す蛋白因子の同定とその因子の神経回路形成への影響

脳神経細胞の分化、すなわち神経繊維の伸長、およびその延長線上にある神経回路網形成においては、その多様性や性格な結合を達成するために多くの因子の関与が考えられている。蛋白性の成長因子もその存在や役割が確実視されている。私は、既にニワトリ脚筋肉抽出液中にニワトリ胚終脳細胞の分化に関与する因子の存在を明らかにした。本研究においては、この因子の解析をすすめ、同定を目ざすことを目標とした。以前の私自身の経験から、大量の試料を出発材料とする通常のクロマドグラフィーによる分離精製では、なかなか再現性のよい結果が得られなかったため、まずこの因子の基本的な性質を調べた。まず第1に、この因子の培養基質への接着性を調べてみると、2時間以内に接着が完了し、培養液中には成長因子活性がなくなった。接着した因子に対して蛋白質分解酵素を作用させると活性がなくなった。そのことから、この因子は培養基質への接着性の強いタンパク質、あるいは糖タンパク質であることが明らかになった。さらに界面活性剤を用いて基質からタンパク質をはがしとってSDS-PAGEで分析した所主に、72K、58K、35K、26K、22.5K、20.5Kのタンパク質が接着していることが銀染色で明らかになった。一方、BioRad社の無担体調製用等電点電気泳動装置で筋肉抽出液中のタンパク質を分析したところ、pH6.55.3の範囲の分画で活性が検出され、各分画のタンパク質をSDS-PAGEで文着せし、この活性のある分画に特異的なタンパクを検索したところ、72K、35K、26Kのタンパク質が存在した。これらは、接着性から明らかになったものと分子量が近く、このタンパク質の中に因子が含まれるものと思われる。今後は、さらに同定を進めるとともに、モノクローナル抗体の作製による免疫学的手法も取り入れて、微量にしか存在しないこの因子の実体を解明してゆく。
インターロイキン6(IL6)産生性鶏Tハイプリド-マの樹立と鶏IL6の遺伝子解析

標記研究課題の研究を実施し下記の成果が得られた.1.インターロイキン6(IL6)産生性鶏Tハイブリドーマの樹立著者らによって作出されたチミジンキナーゼ欠損鶏T細胞株を用いた融合実験から、2株7クローンの鶏Tハイブリドーマを樹立し、それらの性状を調べると共にそれらの培養上清中のB細胞増殖活性を調べ、以下の結果を得た。(1)7クローンのTハイブリドーマはいずれもCD4(+)CD8(-)であったことから、ヘルパーTクローンと判断された。(2)融合用親株と7ハイブリドーマクローンについて、それぞれの培養上清を調整し、それらの鶏Bハイブリドーマに対するin vitroにおける細胞増殖活性を調べたところ、7ハイブリドーマクローンのうち1クローンに高い細胞増殖活性を認めた。2.鶏IL6の遺伝子解析著者らの研究室で維持されている2種類の鶏単球/マクロファージ系細胞株(IN24およびHD11)および先に示した鶏Tハイブリドーマを用いて、哺乳動物IL6塩基配列をもとにプライマーを合成し、鶏IL6の遺伝子解析を実施した。(1)テンプレートとして、上記2種の(LPS刺激)細胞株とTハイブリドーマRNAを用い、複数種の組み合わせのプライマーを用いてRT-PCRを実施したところ、予想された位置に多数のバンドが検出された。これらをクローニングし塩基配列を決定し、最終的に4クローンがヒト、マウスおよびラットIL6とアミノ酸レベルで比較的ホモロジーが高かった。(2)上記クローンDNAを^<32>P標識し、上記3種の細胞RNAを用いたノーザン解析を行ったところ、1つのプローブで3種の細胞に約3.0kbpのバンドが検出された。以上の鶏IL6に関する2つの実験結果は、鶏においても哺乳動物同様IL6ga存在する可能性を強く示唆しているものと考えられた。
中世女訓書と<知>の継承に関する研究

2007年度2009年度研究期間中の成果は、1)中世期の代表的女訓書である『女訓抄』の注釈作業、2)『月庵酔醒記』(中)(下)(2007年2010年刊行、三弥井書店)における担当箇所の本文・頭注・補注の執筆、1)と2)をふまえた論文の執筆、3)"知"の継承という観点から、明治期の女性教育を対象とした論文と評伝の執筆、および、同テーマによる韓国研修生向けセミナーの開催等である。平成19年度研究期間中の研究成果の概要は以下の通りである。(1)平成21年度刊行予定『伝承文学全注釈叢書女訓抄』(三弥井書店)の注釈作業。『大東急記念文庫善本叢刊』所収の寛永16年古活字版を底本とし、穂国文庫本、寛永19年整版本、大阪女子大学写本との校合のもと、校訂本文を作成。その本文に注釈・補注からなる全注釈形式にて原稿執筆。全10章中、本年度下原稿終了分は第6章まで。(2)『月庵酔醒記』の輪読会における担当をもとに、服部幸造・美濃部重克・弓削繁編『中世の文学月庵酔醒記(上)』(平成19年4月、三弥井書店)の注釈作業に参加し、担当箇所の校訂本文の作成および頭注・補注を執筆した。(3)(2)に続く『月庵酔醒記(中)』執筆編集に際して、「二条殿、女君にやり給ふ文」をはじめとする中世の女訓に関わる項目、「少人をしへの詞」をはじめとする男性向け教訓の項目等の校訂本文作成および頭注・補注を執筆した。(4)斎宮歴史博物館で開催された「特別展ヒーロー伝題-描き継がれる義経-」の企画に協力し、同館所蔵『源平盛衰記画巻』を翻刻・紹介するとともに、軍記物語に登場する女性像が、その後の女性教育においていかに位置付けられ利用されたかを、日本の近代化の歩みと表象の面から捉え、その考察を「明治期の<常盤>と<静>」として図録に寄稿した。(5)韓国東国大学、木浦大学の研修生向けに実施されたセミナーにおいて、日本近代の女性教育についての講義を担当した。平成20年度研究期間中の研究成果の概要は以下の通りである。『大東急記念文庫善本叢刊』所収の寛永16年古活字版を底本とし、穂国文庫本、寛永19年整版本、大阪女子大学写本、以上3本の校合作業を行い、校訂本文を作成。その本文に、注釈・補注からなる全注釈形式による下原稿執筆。全10章中、本年度下原稿終了分は第8章途中まで。(2)『月庵酔醒記』輪読会(月1回、於:南山大学)に出席し、服部幸造・美濃部重克・弓削繁編『中世の文学月庵酔醒記(中)』(平成20年9月、三弥井書店)の注釈作業に参加し、担当箇所の校訂本文の作成および頭注・補注を執筆した。(3) (2)で執筆を担当した「男女のうはさ」の注釈過程で「二条殿、女君にやり給ふ文」に引かれた『仮名教訓』(『からすまる帖』)の伝本蒐集を行い、それを切っ掛けとして、近代における享受の有り様を、「明治二十四年の『からすまる帖』-福羽美静にみる戦略としての近代女性教育-」(『名古屋大学文学部研究論集』平成21年3月)で論じた。(4)女訓書にみる〈知〉の継承という観点から、『平家物語』など軍記物語に登場する女性像が、近代の教育現場でも利用されていることを、「「女子の悲哀に沈めるがごとく」-明治二十年代女子教育にみる戦略としての中世文学-」(『少女少年のポリティクス』2009年2月、青弓社)で論じた。(5)名古屋大学中央図書館友の会主催「ふみよむゆふべ」12月例会にて、「女性が学ぶということ-日本文学にみる〈女訓書〉の世界-」と題して講演を行った。平成21年度研究期間中の研究成果の概要は以下の通りである。(1)『伝承文学善注釈叢書』(三弥井書店)の注釈作業。『大東急記念文庫善本叢刊』所収の寛永16年古活字版を底本とし、穂国文庫本・寛永19年製版本・大阪女子大学写本、以上3本の校合作業により作成した本文に、注釈・補注からなる全注釈形式による下原稿の執筆。(2)『月庵酔醒記』輪読会(月1回・会場:南山大学)メンバー執筆による『月庵酔醒記(下)』(服部幸造・

美濃部重克・弓削繁・編、平成22年度刊行予定、三弥井書店)中、担当箇所の本文作成・頭注・補注を行い、現在校正作業中。(3)『月庵酔醒記(中)』で執筆を担当した「男女のうはさ」に引かれた『仮名教訓』の受容史を追う課程で、近代におけるひとつのありかたとして、跡見花蹊に注目し、明治初期の女性教育と習字という側面から、「「世界の花とならむ事を望む」-跡見花蹊にみる"知"の継承と明治初期の女性教育-」(『名古屋大学文学部研究論集』平成22年3月)において、女訓と習字手本というふたつの役割について具体的に論じた。(4)"知"の継承という観点から、明治期の女性教育に関して、とくに漢学の素養を有する武家の娘たちを中心に、先駆者となる存在についての評伝を、ジアース『文部科学教育通信』にて「"知"の継承から考える明治期の女性教育-先駆者の気概に学ぶ-」と題して連載中である。
医療用加速器によるＴｃ－９９ｍ製造法の開発

核医学で汎用されるTc-99mの安定供給を考え,従来の原子炉による製法ではなく,医療用加速器を利用した製造について検討を行った。同時に製造作業における簡便性並びに作業者の被ばく低減を目指し,標的物質の調製からTc-99mの回収・精製に至る一連の工程を遠隔自動化することを試みた。本研究では,およそ68 mCi/μAhの照射終了時収率でTc-99mを製造し,2種類のカラムを利用することで放射化学的純度99%以上の[99mTc]TcO4-を75分以内に得ることに成功した。適用条件をさらに検証することで,Tc-99mの製造において加速器が原子炉を代替することも可能であると考えられた。加速器を用いたMo-100(p,2n)反応によるTc-99mの直接製造において,その自動製造・精製法に関する開発,Tc-99m並びにTc-99gをはじめとする副生成核種の生成量,及び市販される標識キットへの適用評価を行った。標的物質にMo-100を採用し,1)標的の遠隔調製を目的にMoO3溶液を噴霧・乾燥させることによる製造法,2)Tc-99m製造量増加を目的とした粉末状単体Mo-100をそのまま照射する垂直照射製法それぞれの開発を行った。陽子エネルギー18MeVを利用するとき,前者は約5.6 mCi/μAh,後者は約8.0 mCi/μAhの収率(いずれも照射終了時)でそれぞれTc-99mを得ることに成功した。照射後,Tcに対し選択的吸着を示すカラム2種(TEVA,AnaLig-Tc02)を併せて利用することにより,高純度の[Tc-99m]TcO4-を75分以内に単離精製することが出来た(標的の溶解時間を含む)。上記条件にて副生成するTc-99gをTc-99g/Tc-99mの比で表すとき,16時間照射において,2.63.8になると評価した。また,濃縮同位体純度99.6%のMo-100を利用するとき,その他のMo同位体からTc-94(1時間照射あたりTc-99mに対し0.03%), -95(同0.04%), -96(同0.01%)並びにMo-99(同0.03%),Nb-97(同5%)が生成することを確認した。得られた[Tc-99m]TcO4-は99%以上の放射化学的純度を有し,当該Tcを市販される標識キットへ応用した場合でも,一つのキットをのぞき良好な標識結果(>95%,Radio-TLC評価)を得ることに成功した。標識不良を示した当該キットは,高比放射能のTcを必要とすることが知られており,加速器製Tcの応用範囲として妥当な結果であると考えられた。核医学において最も利用されるTc-99mの国産化並びに安定供給に資するべく,国内に150基程度存在する医療用小型加速器を利用したTc-99mの製造について研究を行った。以前我々は,標的物質の照射法のひとつである垂直照射法を利用して当該核種の直接製造に成功したが,本法は未だ一般的な照射法とはいえず,幅広い応用・展開が望めない状況にある。従って,小型加速器に代表される一般的な照射法,即ち水平方向に照射されるビームを利用したTc-99m遠隔製造法の確立を試みた。放射性核種の製造,特にルーチン的な大量製造を試みる場合,作業者の被ばく線量を抑える対策が最重要課題となる。必然的に,製造に関わる全ての工程は遠隔化が求められることから,本年度の研究は,1)標的物質の遠隔調製法の確立,2)照射後の標的物質の遠隔回収法の確立について重点的に検討を行った。1)遠隔調製法について,標的物質(モリブデン)を予め酸化させ,過酸化水素水溶液(H2MoO4/H2O2aq.)として準備した。本溶液を150°C程度に加熱した照射容器中へ微流速で供給しつつ,当該配管中で比較的高流速の窒素を混合させ,当該溶液を照射容器内に噴霧する機構を開発した。微細溶液となったMo溶液は,加熱した照射容器に付着すると同時に乾燥する結果,標的物質の理想的な調製状態といえる局所に限定したMoの積層化に成功した。2)遠隔回収は,NH4OH+H2O2混合溶液(1:1)を標的容器へ直接導入し,目的核種を溶液として回収する手法を採用した。

この結果,一般的な遠隔化,即ち固体制御目的で採用されるロボット等の高価な機構を用いない,安価な遠隔回収を実現できた。上記1),2)を組合せ,励起関数から予測される製造量の約9割に相当するTc-99mが得られることを確認した。また,Tc-99m標識キットの標識効率について予備的な試験を行った。放射性核種の製造において基礎となる,1)標的物質の安定的な調製,2)効率的な核反応進行の確認ー予測される収率の確保,3)生成物の遠隔的回収の確認が行えたことから,本研究はおおむね順当なものと評価した。標識効率の評価は,比較的少量の放射能で検討が行えるもの2種類について予備的に評価を行ったところ,いずれの場合も高い効率(>95%,ラジオ薄層クロマトグラフィ)を確認した。予備的結果ではあるものの加速器製Tc-99mが,従来の原子炉由来Mo-99/Tc-99mと同等の性能を持つことが期待され,現在のところ本研究の進展に目立った遅延は見受けられていない。基礎的な結果がおおむね得られていることから,本年度はより現実的な条件,即ち大量のTc-99m製造条件での評価に推移する。このときの評価項目として,1)Tc-99m収率の安定性,2)複数回の製造に渡る装置安定性,3)10-30 mCiを要するTc-99m標識キットを利用する化合物の標識効率等を実施する。Tc-99mの原料となる濃縮同位体Mo-100の再生について検討を始めるとともに,その効率と再利用結果に基づくTc-99m品質の評価を行う。消耗品として試薬類,照射容器の構成部品・交換部品の購入を予定する。旅費として核医学会(福岡),PET関連の化学ワークショップ(開催地未定)への参加を予定する。成果発表に関する英文校正費用を予定する。
複数の核遺伝子マーカーにもとづく汎熱帯海流散布植物の種分化過程の解明

研究目的と方法:複数の核遺伝子マーカーを用いて、汎熱帯海流散布植物のオオハマボウと近縁種の分化過程の解明することを目的とした。研究成果:1.タイ、シンガポール、インドネシアで汎熱帯海流散布植物の遺伝子解析用試料の採集と研究ネットワークの形成をおこなった。2.世界各地のオオハマボウと近縁4種の合計40集団300個体について、核の3遺伝子座(GBSSI,Aat,CesA)の塩基配列の決定と系統学的・集団遺伝学的解析をおこなった。3つの遺伝子座はいずれの種においても中立進化からは大きく外れておらず、本種において集団のデモグラフィーを検出するのに適したマーカーであることが示唆された。種ごとの遺伝的多様性を塩多様度(π)と集団突然変異率(θ)で比較したところ、小笠原諸島固有種のモンテンボクの遺伝的多様性は著しく高く、オオハマボウにも匹敵する程であった。海洋島の固有種が推定母種(あるいは姉妹種)である広域分布種と同程度の遺伝的多様性を保持している例は、これまでほとんど報告されていない珍しい現象である。対立遺伝子のネットワーク図では、オオハマボウのハプロタイプが内部(interior)に、近縁4種のハプロタイプが末端(tip)あるいは末端近くに位置するという傾向が見られた。この結果は、オオハマボウを母種として複数の種が分化してきたというこれまでの仮説を支持する。しかし、モンテンボクの対立遺伝子はネットワーク上の複数の箇所に出現することから、オオハマボウとの過去の遺伝子流動の影響、あるいは小笠原諸島に侵入後も十分な集団サイズが維持され祖先多型が維持されたことで、現在の高い遺伝的多様性が保持されていると結論づけた。3.オオハマボウらとの遺伝構造の比較のため、マングローブ植物のオオバヒルギ属の遺伝構造の把握を行い、新大陸の東西の明瞭な遺伝的分化や、長距離種子散布後の近縁種間での遺伝子流動など、オオハマボウの系と共通のパターンを見いだした。研究目的と方法:汎熱帯海流散布植物オオハマボウと近縁4種を対象に、複数の核遺伝子マーカーにもとづく系統関係と全球的な遺伝的構造を解析することにより、広域分布種を母種とした種分化過程の解明を行うことを目的としている。研究成果:1、小笠原諸島、ニューカレドニア・タヒチ・マルケサス諸島、ブラジルで複数種の海流散布植物を採集した。リオディジャネイロ植物園の研究者と協同で、オオハマボウとアメリカハマボウの生殖的隔離に関する実験を立ち上げた。人工交配では両種の生理的な生殖隔離は不十分であることが確かめられた。2、マイクロサテライトマーカーを用いて、集団のクラスタ分析やAssignment Testをおこなったところ、オオハマボウではインド洋と太平洋の地域集団間には大きな遺伝的分化が見られないが、大西洋の集団は種レベルに匹敵するほど分化していることが明らかになった。また、オオハマボウとアメリカハマボウ遺伝的に明瞭に区別することができた。これは、両種の葉緑体遺伝子の共有が祖先多型ではなく、遺伝子浸透によって生じた可能性が高いことを裏付ける結果である。3、合計16個の核のローコピー遺伝子座をスグリーニングし、系統解析に適した遺伝子領域を探索した。GBSSI相同遺伝子がシングルコピーであり、イントロン部位にギャップを持たないなどの扱いやすい特徴を持つことが分かった。オオハマボウと近縁種の64集団80個体を用いて、GBSSI相同遺伝子の部分配列1,508bpによる系統解析をおこなったところ、主要な5つのクレードが認識された。そのうちクレードIはハマボウのみからなるが、それ以外の4つのクレードではオオハマボウと他種が混在していることが分かった。これらの結果は、オオハマボウを母種として複数の種が分化してきたという仮説と矛盾しないが、解析した遺伝子領域が祖先多型の影響を受けている可能性も排除できない。研究成果:1.野外調査:メキシコ、フィジー、中国で汎熱帯海流散布植物の遺伝子解析用試料を採集した。3.CelA遺伝子の解析:上記の4つの遺伝子座のうち、PCR増幅効率や多型性を考慮したときに、解析が最も容易であると考えられたCelA(cellulose synthase genes)相同遺伝子について、オオハマボウと近縁4種の各3個体ずつの塩基配列の決定をおこなった。塩基配列の決定には、PCR-ダイレクトシーケンス法とクローニング法および、SSCP法を用いた。解析の結果、種間でのハプロタイプの共有は見られず、種特異的なマーカーとしても有用であると考えられた。ハプロタイプの系統関係を調べるために、ネットワーク図を構築したところ、オオハマボウのハプロタイプが内部(interior)に、近縁4種のハプロタイプが末端(tip)あるいは末端近くに位置することが明らかとなった。今後、外群を含めた多検体の解析が必要ではあるが、CelA相同遺伝子座のジェネアロジーは、オオハマボウを母種として複数の種が分化してきたというこれまでの仮説と矛盾しない結果を得ることができた。

2.世界各地のオオハマボウと近縁4種の合計40集団300個体について、核の3遺伝子座(GBSSI,Aat,CesA)の塩基配列の決定と系統学的・集団遺伝学的解析をおこなった。3つの遺伝子座はいずれの種においても中立進化からは大きく外れておらず、本種において集団のデモグラフィーを検出するのに適したマーカーであることが示唆された。種ごとの遺伝的多様性を塩多様度(π)と集団突然変異率(θ)で比較したところ、小笠原諸島固有種のモンテンボクの遺伝的多様性は著しく高く、オオハマボウにも匹敵する程であった。海洋島の固有種が推定母種(あるいは姉妹種)である広域分布種と同程度の遺伝的多様性を保持している例は、これまでほとんど報告されていない珍しい現象である。対立遺伝子のネットワーク図では、オオハマボウのハプロタイプが内部(interior)に、近縁4種のハプロタイプが末端(tip)あるいは末端近くに位置するという傾向が見られた。この結果は、オオハマボウを母種として複数の種が分化してきたというこれまでの仮説を支持する。しかし、モンテンボクの対立遺伝子はネットワーク上の複数の箇所に出現することから、オオハマボウとの過去の遺伝子流動の影響、あるいは小笠原諸島に侵入後も十分な集団サイズが維持され祖先多型が維持されたことで、現在の高い遺伝的多様性が保持されていると結論づけた。3.オオハマボウらとの遺伝構造の比較のため、マングローブ植物のオオバヒルギ属の遺伝構造の把握を行い、新大陸の東西の明瞭な遺伝的分化や、長距離種子散布後の近縁種間での遺伝子流動など、オオハマボウの系と共通のパターンを見いだした。
光励起下におけるInAs量子ドット層の面内伝導特性の解明と光伝導アンテナへの応用

ピコ秒オーダーの超高速なキャリア緩和を持つInAs量子ドットのテラヘルツ波検出光伝導アンテナへの応用を検討するため、面内光伝導特性の評価を行ったところ、暗電流に比べて明瞭な光電流が確認された。さらに、光伝導アンテナ構造の作製を行い、同構造に対して、光伝導アンテナ動作に用いる波長1.5ミクロンのフェムト秒パルスレーザ、及びCWレーザによる光励起を行い、その光電流を励起強度のピークパワー密度依存性で評価した。その結果、6桁もの広い励起ピークパワー密度領域で線形な光電流の増加を確認でき、このInAs量子ドットが光伝導アンテナへの応用に強く期待できることを示した。本研究ではGaAs基板上で完全に格子緩和させたInGaAs層中に埋め込まれたErドープInAs量子ドットのピコ秒オーダーの非常に速いキャリア緩和と、1.55um光通信波長帯での吸収を持つこと、数MΩ/sq.の高いシート抵抗に着目し、この量子ドットの積層構造について、面内の光伝導特性の解明とテラヘルツ検出光伝導アンテナへの応用を検討する。従来の低温成長GaAsやInGaAsのバルク系と異なり、ドットや積層構造の制御による高い自由度をもった材料設計が期待出来る。はじめに、1.55umのCW半導体レーザを励起光に面内光電流の励起強度依存性を評価すると、暗電流に対して10倍の電流が得られた。また、光電流の異方性を確認するために、バイアス電圧の印加方向を[110]と[1_10]で励起強度依存性比較した。両者の依存性に大きな違いはなく、積層試料のas-grwon表面をAFMで観察したところ、表面形状に異方性は殆ど見られなかった。CW励起時の光電流の移動度を吸収率、励起強度、ホール測定結果からの暗時のキャリア密度を用いて見積もると、135 cm2/Vsの移動度が得られた。これは一般的なLT-GaAsの150200 cm2/Vsに迫るもので、GaAs基板上で1.55umゲート光動作する光伝導アンテナ材料として期待が出来ると考えられる。また、層構造依存性を調べるために、ドットを埋め込むInGaAs層のIn組成依存性と成長温度依存性を調べるためにの試料を分子線エピタキシーにより作製した。これらの試料の詳細な評価はまだ途中であるが、8MΩ/Sqという従来の1.55umゲート光動作のための低温成長InGaAs/InP系よりも高シート抵抗が確認できた。この試料についてはフォトリソグラフィにより典型的な光伝導アンテナ構造作製を作製、電極部分をメサ加工することで電極間抵抗を130倍に増大できた。1.歪緩和InGaAs層に埋め込んだInAs量子ドット積層試料を用いて前年度までに作製した光伝導アンテナ構造に対し、実際のアンテナ動作時と同様の波長1.5ミクロン帯フェムト秒超短パルスレーザ(80MHz)を用いて光励起し、アンテナ電極間を流れる光電流の励起光強度依存性を評価した。また、同波長1.5ミクロンのCWレーザによる励起光強度依存性についても測定を行った。暗電流に比べて明瞭な光電流が確認され、パルス、CW励起両者の励起光強度依存性を比較するため、励起強度のピークパワー密度依存性により光電流のピーク値を評価したところ、1010MW/cm2の6桁に渡る広いレンジで線形な光電流の増加を確認できた。100MW/cm2では過飽和吸収による光電流増加の飽和傾向が見られ、その飽和強度は約90MW/cm2と見積もられた。2.さらなるキャリア緩和の高速化を図るべく、キャリア緩和時間について、歪緩和InGaAs層のIn組成依存性、量子ドット層成長温度依存性を透過率変化の時間分解測定により評価したが、psオーダーからの著しい高速化や、組成や成長温度に対するはっきりとした依存性は確認できなかった。3.量子ドット層の光電流のパワースペクトル周波数特性を透過率変化の時間分解スペクトル測定結果から評価した。キャリア緩和の時間曲線である透過率変化の時間分解スペクトルを実際に測定し、このフーリエ係数の絶対値の自乗が光電流パワースペクトルの周波数特性となり、アンテナ動作をさせなくても直接的に周波数特性を評価できる。量子ドットの場合、キャリア緩和の速い成分、遅い成分が混在しており、周波数特性への影響について調べると、1THz以上の領域ではサブピコからピコ秒オーダーの緩和時間であれば感度曲線に余り影響しないが、0 Hz近傍でのDCノイズ分の大小には緩和時間が大きく影響することから、ある程度の速い緩和成分があれば、遅い緩和成分の抑制が重要であることがわかった。1.55um励起光により、暗電流に対して10倍もの面内光電流を確認し、その異方性の有無や、アンドープ試料との比較、光電流の移動度などの基本的な評価を行い、ErドープInAs量子ドットがテラヘルツ光伝導アンテナ材料として期待できる結果となったこと。

また、InGaAs層のIn組成依存性や、成長温度依存性を調べるために作製した積層試料や、より高いErドープ濃度試料について、これらのキャリア緩和時間等の予定していた評価が未だ出来ていないが、次年度に予定していた光伝導アンテナ構造の試作をフォトリソグラフィにより行い、電極のウェットエッチングによるメサ加工まで出来たことから光伝導アンテナ作製プロセスをほぼ確立し、全体の進捗としては概ね順調と思われる。27年度が最終年度であるため、記入しない。半導体結晶工学これまでに作製したInGaAs層のIn組成依存性及びドット成長温度依存性の試料について、透過率変化の時間分解測定によりキャリアの緩和時間や通常の透過測定による1.55um帯の光吸収の確認を行う。また、試作した光伝導アンテナ素子について、アンテナ動作時に実際用いるフェムト秒パルスレーザ励起による光伝導特性の評価を行う。その結果によっては試行的にテラヘルツ検出をテラヘルツ時間領域分光法により行う。これらの評価を受けて得られた知見を元に、より速いキャリア緩和時間の実現を図るため、新規に量子ドット積層構造を分子線エピタキシーにより作製する。この際には層間距離などの層構造依存性を調べるための試料も作製する。これらの試料に対して、光伝導アンテナ構造を作製し、アンテナ構造での光電流特性評価、さらにテラヘルツ検出特性をテラヘルツ時間領域分光法により行う。これらの結果からErドープInAs量子ドット積層構造を光伝導アンテナへ応用するにあたり、どのようなパラメータ、または構造がテラヘルツ検出特性に影響するのか知見を得られるものと期待する。