hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
日本列島における岩石氷河とその古環境学的意義に関する研究

4)昨年度,空中写真の判読によって発見した飛騨山脈の野口五郎岳,黒部五郎岳,立山内蔵助カール,穂高岳中岳・天狗原・大きれっとカール,薬師岳東面カール,野口五郎岳,黒部五郎岳,赤石山脈の三峰岳,北海道の大雪山系忠別岳,日高山脈幌尻岳などで,岩石氷河の周辺にある岩屑地形の成因について検討した.その結果,それらは,プロテーラスランパートやモレーンであることが判明した.5)研究代表者の岩田は,ネパールヒマラヤや,プータンヒマラヤなどの岩石氷河および周氷河地形の総括的報告をおこなった.その結果,それらの地域における岩石氷河の分布と永久凍土との分布との関係が明らかになった.6)研究分担者の松岡は,岩石氷河の流動のメカニズムを明らかにするために,周氷河環境での凍結現象,凍上現象,クリープ現象についての研究をおこない,岩石氷河の流動メカニズムがあきらかになりつつある.1)岩石氷河の形態を明らかにするための,空中写真による大縮尺地形図(1:2000)を昨年度に引き続いて作成した.2)内部に氷体あるいは永久凍土が存在するかどうかについて明らかにするため,地温センサー・記録計・積雪深計を立山内蔵助カール,穂高岳中岳の岩石氷河に設置し,一年間観測を継続した.さらに,立山内蔵助カールおよび白馬岳杓子北カールの岩石氷河上で電気探査をおこなった.内蔵助カールではピット掘削によって地温を実測し,永久凍土が存在することを明らかにした.3)飛騨山脈の野口五郎岳,黒部五郎岳,立山内蔵助カール,穂高岳中岳・天狗原・大きれっとカール,薬師岳東面カール,野口五郎岳,黒部五郎岳,赤石山脈の三峰岳,北海道の大雪山系忠別岳,日高山脈幌尻岳などで,岩石氷河の目録を作成した.4)研究分担者の松岡は,スイス・アルプスの岩石氷河および周氷河地形の調査をおこなった.その結果,それらの地域における岩石氷河の分布と永久凍土との分布との関係が明らかになった.5)研究代表者の岩田は,日本列島の岩石氷河は,その形成時代と内部の凍結状態によって3タイプに区分できることを明らかにした.1)1万年前前後の晩氷期に形成された化石型.2)数百年前から150年くらい前までの小氷期に形成された化石型.3)数百年前から150年くらい前までの小氷期に形成された停滞型である.このことから日本の高山帯にはかつて広範囲に永久凍土が存在していたことが明らかになった.
寒冷地帯水源流域の流出に関する研究

積雪寒冷地帯のダム等水源流域からの流出について、融雪期間の流出量は年流出量の4060%を占め、またその期間が46月にあるため、利水上極めて優れた雨水の貯留機能とみなされる。また、潅漑期間の渇水については、営農上非常に関心が高く、また、冬期間の渇水については積雪現象により潅漑期間以上に渇水の程度が著しい。このため、大夕張ダム、岩尾内ダム、金山ダム、幌別ダム流域および石狩川流域を対象に高水量、低水量、水収支、融雪流出等の検討を行った。1)金山ダム建設により空知川上流域の流出特性は、渇水流量の増大、最大流量の減少がみられる等の流況に変化が生じた。2)石狩川流域内の水源流域の流出状況は地域により差があり、十勝岳山麓では、年流量がきわめて小さいのに対し、暑寒別岳山麓は3000mm前後の流出量を示している。3)ダム流域の渇水量については、積雪期間最小流量は降雨流出対応期間の値より小さく、積雪期間の渇水が甚だしい。これは、積雪期間の降水は雪として貯留され、土壌水分の補給とか、流出を発生させる因子とはならず、長期間にわたり無降水状態が続いたのと同じ現象とみなすことができるためである。4)年最小流量とこの値が発生する日以前のn日間の降雨量との関係は、幌別ダム流域でn=25で最大値を示した後は相関係数は下降し始める。また、大夕張ダムでは、n=70で相関係数は0.71と最大になった。5)寒冷地ダム流域では、流出量に対して降水量が少なく測定される場合が多い。これは流域の高標高の降水量を求めることが困難であること、降雪の捕捉率が低いことなどによる。このことから積雪による触雪流出を検討するには、降水量の(高度および面的・点的)割増し係数を考慮する必要がある。これらの値はきわめて大きく、流域全体としてみると観測降水量の1.52.0倍の降水量に相当する程の係数となる。北海道のような寒冷地では、ダム等の水源流域からの流出について、冬期間の渇水および融雪水など未解決の問題が多い。この積雪融雪による流出現象は利水上極めて優れた雨水の貯留機能とみなされる。また、冬期間および潅漑期間の渇水についてはダム管理の点から農業水利上究めて重要な課題を含んでいる。1.大夕張ダム、岩尾内ダム、金山ダムおよび幌別ダム流域の降雨量およびダム流入量の水文資料を収集した。2.小流域(静内地区、南後志地区)を設定し、融雪流出を詳細に検討した。3.ダム流域の渇水量については、流量の5日移動平均値を用いた。例えば、大夕張ダム流域の25年間の積雪期間最小流量は0.010.6(mm/day)の範囲にあり、平均0.25(mm/day)である。降雨流出対応期間は0.111.20(mm/day)と、0.62(mm/day)であり、積雪期間の渇水が甚だしい。これは、積雪期間の降水は雪として貯留されて、流出を発生させる因子とはならず、長期間にわたり無降水状態が続いたのと同じ現象とみなすことができる。4.降水量と渇水量の相関性を見るため、年最小5日平均流量をとりあげ、この値が発生する日以前のn日間の降雨量を検討する。

幌別ダム流域ではnが10から25にかけて最小流量と降水量との相関が高くなり、n=25で最大値を示した後は相関係数は下降し始める。また、大夕張ダムではn=70で相関係数は0.71と最大になる。5.寒冷地ダム流域では、流出量に対して降水量が少なく測定される場合が多い。これは流域の高標高の降水量を求めることが困難であること、降雪の捕捉率が低いことなどによる。このことから積雪による融雪流出を検討するには、降水量の割増し係数を考慮する必要がある。この割増し係数は地点(面的・点的)割増し係数および高度割増し係数である。これらの係数はあわせて観測降水量の1.52.0倍とする程の係数となる。積雪寒冷地帯のダム等水源流域からの流出について、融雪期間の流出量は年流出量の4060%を占め、またその期間が46月にあるため、利水上極めて優れた雨水の貯留機能とみなされる。また、潅漑期間の渇水については、営農上非常に関心が高く、また、冬期間の渇水については積雪現象により潅漑期間以上に渇水の程度が著しい。このため、大夕張ダム、岩尾内ダム、金山ダム、幌別ダム流域および石狩川流域を対象に高水量、低水量、水収支、融雪流出等の検討を行った。1)金山ダム建設により空知川上流域の流出特性は、渇水流量の増大、最大流量の減少がみられる等の流況に変化が生じた。2)石狩川流域内の水源流域の流出状況は地域により差があり、十勝岳山麓では、年流量がきわめて小さいのに対し、暑寒別岳山麓は3000mm前後の流出量を示している。3)ダム流域の渇水量については、積雪期間最小流量は織雨流出対応期間の値より小さく、積雪期間の渇水が甚だしい。これは、積雪期間の降水は雪として貯留され、土壌水分の補給とか、流出を発生させる因子とはならず、長期間にわたり無降水状態が続いたのと同じ現象とみなすことができるためである。4)年最小流量とこの値が発生する日以前のn日間の降雨量との関係は、幌別ダム流域でn=25で最大値を示した後は相関係数は下降し始める。また、大夕張ダムでは、n=70で相関係数は0.71と最大になった。5)寒冷地ダム流域では、流出量に対して降水量が少なく測定される場合が多い。このことから積雪による融雪流出を検討するには、降水量の(高度および面的・点的)割増し係数を考慮する必要がある。これらの値はきわめて大きく、流域全体としてみると観測降水量の1.52.0倍の降水量に相当する程の係数となる。
電子状態計算への応用を指向した行列計算ライブラリの機能拡張とメニーコア向け最適化

電子状態計算で使われる線形計算について,並列性能,精度,数値的安定性に優れたソルバの開発を目的として研究を行った。主な研究成果は次の通りである。(1)通信回避型のQR分解手法として有望なCholeskyQR2法について誤差解析を行い,数値的安定性を証明した。(2)量子電子波ダイナミクス計算向けに,one-way dissectionオーダリングに基づく連立1次方程式の並列ソルバを開発した。(3)一般化固有値問題計算コードとして,3種の密行列ソルバを複合させた数理ソルバEigenKernelを開発した。これらの成果はメニーコアプロセッサ上での電子状態計算を加速するのに役立つと期待される。本年度の主な成果は次の通りである。(1)通信回避型のQR分解手法として有望なCholeskyQR2法について誤差解析を行った。その結果,入力行列Aの条件数が10の8乗以下であれば,残差A-QR,直交性QTQ-Iのいずれもがマシンイプシロン程度に抑えられるという結果を得た。これにより,同アルゴリズムが数値安定となるための条件を理論的に明らかにした。また,同アルゴリズムをマルチコアプロセッサ及びメニーコアプロセッサXeon Phi向けに並列実装し,性能評価を行った。その結果標準的なQR分解アルゴリズムであるHouseholder QR法に比べて2倍以上の性能が得られることを明らかにした。(2)一般化固有値問題計算コードとして,3種の密行列ソルバ(ScaLAPACK,ELPA,EigenExa)を複合した数理ソルバを構築し,京コンピュータなどのスーパーコンピュータでの性能評価を行った。評価例題としては,研究分担者の星らが公開している行列ライブラリ(ELSES matrix library, http://www.elses.jp/)にある,電子状態計算の実問題データを用いた。その結果,従来意識されてこなかった,一般化固有値問題-標準固有値問題の変換部分にスケーリング上の問題があることがわかり,次世代(エクサスケール時代)に向けての指針となる知見が得られた。(3)本研究で開発している連立1次方程式ソルバの電子状態計算以外への応用として,地盤とその上の構造物に対する地震動解析への適用を行った。同問題を有限要素法で離散化して得られる連立1次方程式に対して,対角項スケーリングを前処理とした共役勾配法を適用したところ,条件数の異なる3つの行列に対していずれも解が得られた。また,32並列計算により約16倍の性能向上が得られた。本年度は次の項目について研究を行った。(1)一般内積空間におけるQR分解のための通信回避型アルゴリズムとしてB-CholeskyQR2法を開発した。また,誤差解析を行い,本手法が適用可能となる条件と直交化誤差・残差の上界を理論的に導出した。(2)昨年度より開発していた複合型一般化固有値問題計算ソルバを,数値計算ライブラリおよびミニアプリとして整備し公開した。開発したミニアプリを用いて,「京」上で100万次元(世界最大)実対称一般化固有値問題を解き,実行時間は41,471(京全体の半分)ノードで9,939秒,82,944(京全体)ノードで5,516秒であった。(3)固有問題ソルバを活用した電子波ダイナミクス計算コードを開発し,有機デバイス系へと応用した。(4)新しい高速・高信頼性のある数理ソルバとして,並列可能なエネルギー保存型微分方程式数値解法に着目し,ミニアプリ開発と評価を行った。(5)高分子系の電子状態計算に現われる連立一次方程式ソルバへの適用に向けて,one-way dissectionオーダリングによる並列解法の性能評価を行った。この結果,領域数,スレッド数の増加とともにスケーラブルな並列性能が得られた。また,地盤とその上の構造物に対する地震動解析に現われる連立一次方程式に対し,AMGCG法,SGSCG法など複数の反復解法の適用可能性を検討した。条件数の異なる3つの行列に対し,逐次計算では最適な解法が異なっており,適用条件を明らかにすること,並列化することが今後の課題である。また,現実に近い計算形状に対し,直接解法PARADISOが最も計算時間が短いことを確認した。解法の開発と並列化,および電子状態計算への適用が,おおむね予定通り進展している。今年度は次の4つのテーマについて研究を行った。(1)量子電子波ダイナミクス計算(時間依存シュレディンガー型有効方程式の実時間発展計算)の数値解法を試行し,有機高分子系および有機高分子集合体系でのテスト計算を行った。固有値ソルバを使った手法が有用であるとの知見を得たが,多数回の固有値計算を行う必要があり,さらなる高速化を検討する余地があると考えている。(2) 100ナノメートルスケール(世界最大)系の現実的(非理想構造)有機高分子集合体の量子計算(電子状態計算)を,京全体までを用いて行った。量子計算にはクリロフ部分空間をもちいた独自ソルバを利用しており,高い並列効率が得られる事が昨年度までに分かっていた。しかし,本年度,プロファイラをもちいた詳細な性能調査により,大規模ジョブ(3万ノード全ノード)では量子計算以外の部分に非効率的となるルーチンがみつかり,これを改善した。ポスト京などの次世代機での実用的計算で有用となる。

(3)高分子系の電子状態計算に現われる連立一次方程式のソルバへの適用に向けて,one-way dissectionオーダリングによる並列解法の性能評価を行い,計算時間のモデル式と実測値の比較を行った。この結果,領域数,スレッド数にトレードオフの関係があり,適切な並列数の選択が必要であることが分かった。(4)地盤とその上の構造物に対する地震動応答解析に現われる連立一次方程式に対し,前処理付き反復法の適用を検討した。前処理をスレッド並列化するにあたり,計算式の依存関係を無くすカラーリング法として,reverseCuthill-McKEE法を改良した案を提案し,いくつかの疎行列に対して評価を行った結果,有効であることを示した。本研究では,電子状態計算を中心とする計算物理分野のための固有値・特異値計算手法と連立1次方程式直接解法の開発を主要な課題としている。両テーマについて,研究そのものはおおむね順調に進展している。ただし,平成28年度に予定していた,共同研究者のザルツブルグ大学Marian Vajtersic教授の研究室への短期滞在については,同教授との相談により,平成29年度に延期することになった。それに伴い,補助事業期間を1年延長した。平成29年度の短期滞在においては,特異値計算ライブラリの公開に向けた作業項目を検討するとともに,学会発表および論文執筆について打合せを行う。今年度は次の2つのテーマについて研究を行った。(1)固有値分布推定やグリーン関数の計算で用いられる,逆行列のトレースTr(A^{-1})の確率的推定法について解析を行った。特に,推定に用いるベクトルを正規化する場合としない場合について,分散の解析を行い,正規化による分散減少効果を定量的に確かめた。また,逆行列のトレースの複素周回積分を用いて複素平面上の円内の固有値数を推定する場合に,各積分点における重みを一定とする方法とランダムにする方法の両方を理論的・実験的に比較し,後者がより小さい分散を与える場合があることを確かめた。本結果は確率的固有値分布推定法の効率化に役立つと考えられる。(2)符号付き最小特異値を用いた非線形固有値問題A(z)x=0の解法を提案した。本手法では,行列が特異となる近辺で滑らかに変化し,かつ少ない計算量で計算可能な符号付き最小特異値を定義し,その零点を求めることで,非線形固有値問題を解く。本手法は非線形固有値問題を1変数の非線形方程式に帰着させるため,ベクトル反復を行う多変数ニュートン法や非線形アーノルディ法に比べて初期値の設定が容易であり,また高い数値的頑健性を持つ。また,複素周回積分に基づく非線形固有値問題の解法と比べると,A(z)の計算を実軸上のみで行えばよいという利点を持つ。理論流体力学における乱流の相関関数のスケーリング指数を求めるための非線形固有値問題に多変数ニュートン法と本手法を適用したところ,前者の手法は収束しなかったのに対し,本手法は数回程度の反復で収束し,物理的に妥当な非線形固有値が得られることを確認した。電子状態計算で使われる線形計算について,並列性能,精度,数値的安定性に優れたソルバの開発を目的として研究を行った。主な研究成果は次の通りである。(1)通信回避型のQR分解手法として有望なCholeskyQR2法について誤差解析を行い,数値的安定性を証明した。
不純物を活用した未利用リン資源からの新規機能性材料の開発

下水汚泥中に含まれる不純物であるアルミニウムと鉄に着目し,下水汚泥焼却灰等から酸抽出したリンを水酸化アルミニウムゲルにより濃縮・固定化し,鉄を合成したリン酸カルシウムの機能強化の「助剤」とすることで,環境浄化資材などへの利用可能性について検討を行った。その結果,水酸化アルミニウムゲルを利用することでリン回収率が向上するとともに,本法を実試料にも適用でき,合成したリン酸カルシウムにはフッ素除去資材としての利用可能性を見いだすことができた。本研究の目的は,未利用リン資源リサイクルの障壁となっていたアルミニウム等の不純物に着目し,新たなリン資源リサイクルモデルの構築を目指し,未利用リン資源である下水汚泥焼却灰等から水酸アパタイト(HA)をベースとした金属を共存させたM-HAを合成し,未利用資源からの機能性材料を得ることである。今年度はアルミニウムイオンの反応性を用いたHA合成の最適条件の検討,アルミニウム源として硝酸アルミニウムおよび硫酸アルミニウムをアルミニウム源とした場合のリン回収率等について種々の検討を行った。アルミニウムの反応性を利用したリン回収において当初の計画通り基礎的なデータを得ることができている。下水汚泥プロセス過程で濃縮される未利用リン回収に関する過去の研究では,汚泥中に共存する金属成分を分離・除去後,肥料化することを目指してきた。本研究では,未利用リンリサイクルの障壁となっていたアルミニウム等の金属成分に着目し,アルミニウムをリン回収の「反応場」に,鉄やマグネシウム等を高機能化の「助剤」として逆に利用することを着想した。これにより,未利用リンを「触媒」等の工業的付加価値の高い機能性材料とすることを目指している。初年度は,アルミニウム源として硝酸アルミニウム及び硫酸アルミニウムを用いた場合のリン酸カルシウム合成の最適条件の検討を行った。リン酸濃度2000mg/L,アルミニウムイオン濃度1000mg/Lに調製した水溶液を用いて種々のpH条件にてリン酸カルシウムを合成した。その結果,pH59の広い範囲でリンをアルミニウムゲル中に固定化できた。特に,pH67付近ではほぼ100%回収することが可能であった。ここにカルシウムイオン水溶液を加えることによりリン酸カルシウムの一種であるリン酸二水素カルシウム(DCPD)及びヒドロキシアパタイト(HA)として回収できた。平成28年度は,鉄含有リン酸カルシウムの合成について検討を行った。リン酸濃度2000mg/L,アルミニウムイオン濃度1000mg/L,鉄イオン50mg/Lを含む水溶液をpH7に調製した後,アルミニウムゲル中でカルシウムイオンと反応させてリン酸カルシウムを合成した。液相中のリン及び鉄はほぼ100%固相へ移行した。回収した固相はHAとして回収することができた。回収したHAを水溶液中のフッ素処理材として活用できるか基礎実験にて確認したところ,フッ素を除去できることがわかった。応募申請書に記載した通りに計画通りに研究に取り組むことができている。さらに,カルシウムイオン水溶液を加えることでリン酸カルシウムの一種であるリン酸二水素カルシウム(DCPD)及びヒドロキシアパタイト(HA)として回収できた。平成28年度は,共存金属として鉄について検討を行った。リン酸イオン及びアルミニウムイオンに加えて鉄イオンを含む水溶液のpHを調製し,アルミニウムゲル中でカルシウムイオンと反応させてリン酸カルシウムを合成した。本研究では,未利用リンリサイクルの障壁となっていたアルミニウム等の金属成分に着目し,アルミニウムをリン回収の「反応場」に,鉄等を高機能化の「助剤」として逆に利用することを着想した。これにより,未利用リンを工業的付加価値の高い機能性材料とすることを目指している。初年度は,アルミニウム源として硝酸アルミニウム及び硫酸アルミニウムを用いた場合のリン酸カルシウム合成の最適条件の検討を行い,種々のpH条件にてリン酸カルシウムを合成した。その結果,pH59の広い範囲でリンをアルミニウムゲル中に固定化でき,pH67付近ではほぼ100%濃縮・固定化できた。カルシウムイオン水溶液を加えることでリン酸カルシウムの一種であるリン酸二水素カルシウム(DCPD)及びヒドロキシアパタイト(HA)として回収できた。最終的なリン酸回収率は,通常の石灰添加によるリン回収と比較して18%向上した。平成28年度は,鉄含有リン酸カルシウムの合成について検討した。リン酸濃度2000mg/L,アルミニウムイオン濃度1000mg/L,鉄イオン50mg/Lを含むリン酸抽出模擬溶液をpH7に調製し,アルミニウムゲル中でカルシウムイオンと反応させてHAを合成すると液相中のリン及び鉄はほぼ固相へ移行した。鉄が共存した場合のリン酸回収率は70%以上であった。さらに,合成HAは水溶液中のフッ素処理材として活用できることが見出された。最終年度では,実試料である下水汚泥焼却灰と炭化汚泥から酸処理により未利用リン酸を抽出し,HAを合成した。リン回収率は炭化汚泥では88%,下水汚泥焼却灰では90%と高い値を示した。また,実試料中の未利用リン資源から合成したHAについても水溶液中のフッ素を除去できることを確認した。

以上のことから,アルミニウムゲルを利用したリン酸カルシウム合成法が実試料にも適用できることが確認できた。下水汚泥中に含まれる不純物であるアルミニウムと鉄に着目し,下水汚泥焼却灰等から酸抽出したリンを水酸化アルミニウムゲルにより濃縮・固定化し,鉄を合成したリン酸カルシウムの機能強化の「助剤」とすることで,環境浄化資材などへの利用可能性について検討を行った。その結果,水酸化アルミニウムゲルを利用することでリン回収率が向上するとともに,本法を実試料にも適用でき,合成したリン酸カルシウムにはフッ素除去資材としての利用可能性を見いだすことができた。1年目の課題について継続して検討しながら,未利用リン資源である下水汚泥焼却灰等からのリン抽出液によるM-HA合成について検討を行う予定である。平成29年度は,合成した鉄系リン酸カルシウムの触媒性能評価を行う。また,当初考えていた触媒利用の他に,アンモニアの吸着剤として活用できることが見いだされたので,こちらについても検討を行う予定にしている。環境材料・リサイクル研究進捗状況のための打合わせをメールや電話等を用いて省略したことにより,鹿児島への出張旅費の使用が減少したため。平成29年度は最終年度となるため,これまでの研究成果を付き合わせ,face to faceでの打合わせが数回必要となるため,当初計画した旅費に加え,使用する予定である。
FGF21を標的とした新たな糖尿病網膜症治療の確立

糖尿病網膜症は発症の背景に網膜血流の低下があり、その低下した血流の改善をターゲットとした新たな網膜症の治療が期待されている。近年、脂肪細胞が蓄積することで、肥満症・高血糖・高血圧・脂質異常が重複するメタボリックシンドロームの発症が問題となっている。また、脂肪細胞は、糖・脂質代謝の役割をしているFGF21という生理活性物質を放出することが知られている。さらに、糖尿病網膜症の重症度と血中のFGF21濃度が相関することから、網膜症の病態にFGF21の関与が示唆され、FGF21の網膜循環の調節因子としての可能性がある。本研究では、糖尿病網膜症を眼循環の立場で病態を理解し、治療法の確立を目指しており、我々が確立した眼循環のin vitroおよびin vivo実験系を用いて、基礎から臨床へのトランスレーショナルリサーチを基盤に研究を組み立てている。さらに臨床研究においては、主に、メタボリックシンドロームを合併しやすい2型糖尿病患者を対象にして、患者より血液などのサンプルを採取し、FGF21の濃度を測定し、同時に眼底血流計を使用することで、眼循環とFGF21の濃度の関連を研究する予定である。このようにFGF21と網膜循環との関連を詳細に検討し、網膜症の原因となる網膜循環障害の改善につなげ、将来的には2型糖尿病患者における網膜症の発症・進展を予防する集学的治療法の確立を目指したい。現在、血液サンプルや硝子体サンプルを集めており、対象の患者のサンプルを集めるのに時間がかかっている血液サンプルや硝子体サンプルが十分に集まれば、網膜循環との関連を検討していく。本研究ではFGF21の網膜循環への影響を詳細に検討し、網膜症の原因となる網膜循環障害の改善につなげ、将来的には2型糖尿病患者における網膜症の発症・進展を予防する集学的治療法の確立を目指したい。研究の予定としては、初年度は、ブタやネコなどの基礎研究を中心に行い、2、3年度は臨床研究において、FGF21の網膜循環における影響を検討する予定。まず、ブタの網膜摘出血管の実験系で、FGF21の網膜血管における直接的な影響を検討したが、網膜血管径に変化はなかった。また、血中FGF21濃度の変化と網膜循環に変化をみるため、血中FGF21濃度を上昇させると報告されている糖尿病薬の1つであるメトホルミンを含んだ餌をネコに与えたが、メトホルミンを含んだ餌をあまり食べなかった。餌を食べないなどの出来事はあったが、ブタやネコの基礎研究において、FGF21の網膜循環の検討はできたので、おおむね順調に進んでいると思います。2年目の今年は、糖尿病患者の網膜循環と血中のFGF21の濃度を検討したが、網膜循環とFGF21の濃度と明らかな相関は認めなかった。昨年は、基礎研究を行い、今年度は、臨床研究として、血中濃度のFGF21と網膜循環の検討を行えたことから、概ね順調に研究は進んでいる。

さらに、糖尿病網膜症の重症度と血中のFGF21濃度が相関することから、網膜症の病態にFGF21の関与が示唆され、FGF21の網膜循環の調節因子としての可能性がある。本研究では、糖尿病網膜症を眼循環の立場で病態を理解し、治療法の確立を目指しており、我々が確立した眼循環のin vitroおよびin vivo実験系を用いて、基礎から臨床へのトランスレーショナルリサーチを基盤に研究を組み立てている。さらに臨床研究においては、主に、メタボリックシンドロームを合併しやすい2型糖尿病患者を対象にして、患者より血液などのサンプルを採取し、FGF21の濃度を測定し、同時に眼底血流計を使用することで、眼循環とFGF21の濃度の関連を研究する予定である。このようにFGF21と網膜循環との関連を詳細に検討し、網膜症の原因となる網膜循環障害の改善につなげ、将来的には2型糖尿病患者における網膜症の発症・進展を予防する集学的治療法の確立を目指したい。現在、血液サンプルや硝子体サンプルを集めており、対象の患者のサンプルを集めるのに時間がかかっている今後は、臨床研究において、FGF21の網膜循環における影響を検討していく予定です。今回は、FGF21の血中濃度の検討は出来たが、ただ患者数が20人程度と多くなく、さらに多くの検討と同時に、FGF21の硝子体濃度と網膜循環の検討なども行なっていく。また、FGF21だけでなくFGF21のアナログであるLY2405319の検討がまだできていないので、今後、基礎・臨床研究で検討を行っていく。血液サンプルや硝子体サンプルが十分に集まれば、網膜循環との関連を検討していく。FGF21が網膜血管に影響があれば、さらなる研究を進めていくというように予定を組んでいたが、基礎研究で、網膜血管にFGF21の影響がほとんどなかったので、次年度使用額が生じた。臨床研究において、血液や硝子体のサンプルが十分に集まらなく、サンプルを測定するキットや外注に出す費用が予定より低く抑えられ、次年度使用額が生じた。臨床研究において、主に血中・硝子体FGF21の濃度と網膜循環の関係をみていく。
神経細胞における細胞死関連遺伝子の発現制御

マウステラトカルチノーマP19ECはレチノイン酸(RA)により神経細胞へと分化するが,その過程で神経細胞分化,生存,神経細胞死に関連するおおくの遺伝子の発現がみられた.RA48時間処理により,神経細胞分化の転写調節に必要とされるMASH,NSCL,MEBなどのB-HLH,ツメガエルオーガザイザーとして知られるGoosecoidやPaxなどのホメオボックス遺伝子群、また,TrkBなどのニューロトロフィックファクター受容体遺伝子がレチノイン酸により発現が誘導された。しかし,この段階では成熟神経細胞のマーカーであるニューロフィラメント、MAP-2は発現しておらず、むしろ神経前駆体細胞(神経上皮細胞)のマーカーであるネスチンが発現していた。このRA処理した細胞をFGF処理や細胞間接触を促進させると48時間以内に成熟神経細胞へと分化し、ニューロフィラメント、MAP2,A2B5、HNK-1などの神経細胞マーカーが発現した。このことから、RA処理48時間だけでは完全な神経細胞には分化していないものの、神経前駆体細胞へと分化しており、液性因子や細胞間接触による情報により神経細胞へと分化することが明かとなった。興味深いことにc-jun遺伝子を構成的に発現するP19細胞株(C2C5)ではRAによる神経特異的転写制御因子および神経細胞特異的マーカーの発現は見られず,RAによる神経細胞分化はc-Junにより抑制されることが明かとなった.しかし,神経上皮細胞のマーカーであるネスチンはC2C5細胞で強陽性を示すことから,c-Junは神経上皮細胞から神経芽細胞への分化を抑制するものと考えられた.マウステラトカルチノーマP19ECはレチノイン酸(RA)により神経細胞へと分化するが,その過程で神経細胞分化,生存,神経細胞死に関連するおおくの遺伝子の発現がみられた.RA48時間処理により,神経細胞分化の転写調節に必要とされるMASH,NSCL,MEBなどのB-HLH,ツメガエルオーガザイザーとして知られるGoosecoidやPaxなどのホメオボックス遺伝子群、また,TrkBなどのニューロトロフィックファクター受容体遺伝子がレチノイン酸により発現が誘導された。興味深いことにc-jun遺伝子を構成的に発現するP19細胞株(C2C5)ではRAによる神経特異的転写制御因子および神経細胞特異的マーカーの発現は見られず,RAによる神経細胞分化はc-Junにより抑制されることが明かとなった.しかし,神経上皮細胞のマーカーであるネスチンはC2C5細胞で強陽性を示すことから,c-Junは神経上皮細胞から神経芽細胞への分化を抑制するものと考えられた.
がんの子どもの教育支援プログラムと連携システムに関する基礎的研究

研究1.小児がんに関する啓蒙のための研修会実施。(1)例年実施しているA地区小中学校教員(13名の希望者)11名の参加者あり、医師、看護師等の講演の後、教員が実際直面している問題等についてディスカッションした。具体的には、クラスメートへの情報提供の方法、特別支援学校の子どもたちのことをどう説明したらよいか、復学時の校内での教員全体の勉強会の必要性、指導要録の枚数と診断書の枚数、提出について、保護者の協九が得られない場合の対処について等である。そこで作成した子ども理解のための小冊子を回覧したところ、学校の教員向けでも活用できるとの意見があり、配布することとにした。(2)C市の小中学校教員43名を対象に同様の研修会を実施。教員は病院の医師や看護師の話を熱心に聞いていた。研修会の結果はアンケートを配布し、郵送にて返送してもらうことになっており、結果の整理はこれからである。研究2.調整合同会議を実施し、退院した子どもの保護者の面接調査を実施し、退院時合同会議を実施した全員の子どもの保護者12名の面接調査を実施した。データは逐語記録におこし、現在、分析中である。学校に慣れていく(適応していく)それまでの保護者の気持ちを重点的にデータを収集した。全員、復学後登校していたが、まだ、治療中の子どももあり、多様であった。研究3.H20年度からのこれまでの活動を振り返り、教育支援プログラムや連携構築に必要な事項について研究者間打ち合わせ会議を実施し、今後の活動の方向性について、主には研修会の継続、周囲への働きかけ(特に教育委員会)、連携のための文書、子どもが入院した時から、どのような働きかけが必要かを見極めるマトリックスの作成等検討した。本研究の目的は、がんの子どもや家族が入院時、入院中、退院時において学習の遅れやクラスメートとの関係が途絶えてしまうという不安や元の学校に復学する際の不安を緩和するために、教育支援プログラムと学校と医療機関との連携システム構築のための基礎的研究をすることであり、以下のことを計画した。(1)学校の教員の小児がんの知識や子どもや同胞を含む家族への理解が促進されるように研修会を開催する。(2)がんの子どもの退院時調整(合同)会議を行い、医療者との連携を強化し、子どもが安心して復学できるようにする。(3)復学支援の充実しているアメリカの現状を視察し、教育支援プログラムとシステム構築の参考にする。(4)がんの子どもについてどのような説明が効果的であるのか、検討するために、小学校、中学校、高校生への意識調査を実施し、特に小学生への説明用冊子を考案し、それを活用してみる。(5)調整(合同)会議開催を実施し、その効果を確認し、病棟との連携を通してより有効な会議内容とする。以上のことを踏まえて教育支援プログラムと連携システム構築に必要な要点を整理する。2. A地区;H20年8月6日小中学校教員希望者参加者4名、経験豊富な教員であり、講演後のディスカッションが特に有意義であった。B地区:H20年11月21日小中学校コーディネータ-参加者43名。いずれも研修会後の質問紙調査より、がんの子どもの理解が促進されていた。A地区においては、A県のがん対策推進計画の一環として、県の担当者より現在実施している復学支援活動を県内の医療機関にも拡大したい意向が伝えられ、状況の説明と協力要請があり、打ち合わせ会議を実施した。3. B地区における退院後復学予定のがんの子ども(小学生2名)の合同会議を開催。患児本人・家族、地元校の学校長、養護教諭、院内学級教員、医療関係者による合同会議を実施した結果、2事例ともに学校との調整ができ、支障なく復学できた。1事例は院内学級教員主導で会議を開催することができた。また、クラスメートへの説明用小冊子(小学生用第1案)を作成し、子どもの理解の程度を質問紙調査にて確認したが、表現を改善する点があることがわかった。さらに、合同会議でこのパンフレットを配布し、教員からクラスメートへの説明に活用してもらったところ、この小冊子は教員の理解促進に効果的であることがわかった。合同会議については前年度に実施した1事例についてのみデータを整理し、学会発表した。3.小児がん関係者の医師を対象として、教育支援(復学支援)について医師の認識と現状を知る目的で質問紙調査を実施し、約1200部配布し、約350部の回収があった。データの整理、分析は未実施である。1.啓発活動小・中学校の教員を対象とした小児がんに関する研修会を開催し、安城市一般教員、浜松市コーディネーター教員約合計50名の参加を得て、がんの子どもや家族の対応について理解を促進することができた。また、愛知県主催のがん対策推進計画の一部として、がん医療に携わる医師、看護師等の医療者に対する研修会で復学支援体制の重要性と支援システムつくりの必要性について講演した結果、今後取り組む必要性を感じていた。2.実際の復学支援のための合同(調整)会議(浜松地区)復学予定の子どもの退院合同会議を2事例実施し、いずれも復学はスムーズであった。初めての院内学級教員との調整も逐次実施したが、院内学級教員交代による問題点を整理するまでには至らなかった。3.アメリカNY州Long islandにあるがんの子どもの復学支援を実施している支援団体と病院の視察を実施した。

支援の中心は当初CLS中心であると思っていたが、各施設によって異なり、CLS、看護師、臨床心理士、MSWなど多職種が連携していた。子どもや家族にとっては、望ましい支援がされており参考とする事柄が多かった。4.退院時がんの子どもや家族がクラスメートや教員に対する説明するための冊子を作成するために、研究協力者と共に小学生、中学生、高校生を対象とした事前意識調査を実施した。小学生用に関しては案を作成し、実際小学生に配布し、その効果をアンケート調査した結果、小学生3・4年生以上を対象とした場合、理解促進に有効であることがわかった。さらに退院時、配布してもよいという子どもと家族の同意が得られ、教員に配布した事例があり、効果的な理解のための冊子となることがわかった。5.病院で開催される院内学級に関する行政職(教育委員会)との話し合いでも復学支援に関する協力要請をした。6.医師は復学支援に対する必要性は認識していたが、実践を困難している連携体制の必要性を指摘していた。7.これまでの合同会議の手続きや内容を踏まえ、システム化を図るためのガイドライン作成に向け病棟院内学級教員と話し合った。1.啓発活動小・中学校の教員を対象とした小児がんに関する研修会を開催し、安城市一般教員数名(毎年定例)浜松市コーディネーター教員合計43名の参加を得て、がんの子どもや家族の対応について理解を促進するにとができた。また、愛知県主催のがん対策推進計画の一環として主任養護教諭研修会で講演した他、愛知県碧南市学校保健記念講演会、さらに教員資格更新研修会(養護教諭対象)で同様の内容の研修会を実施した。終了後のアンケートの結果、今後取り組む必要性を感じていた。2.実際の復学支援のための合同(調整)会議(浜松地区)復学予定の子どもの退院合同会議を2事例実施した。調整は、これまでのノウハウを用いて病棟看護師、院内学級の教員主導で実施され、いずれも復学はスムーズであった。モデル案を作成したが、十分検討するまでには至っていない。3.調整会議の有効性の検討と、問題や課題を明らかにするために、研究協力者とともに、調整会議に参加した復学先の学校教員への面接調査を実施した。12名の面接調査を実施し、調整会議の内容をうけて教員が復学する子どもをどのように支援しているかについて、明らかにした。その結果、概ね調整会議で話し合われた内容を適切に子どもに合わせて実施し、学校(クラスメート)に馴染むやうに見守り支援していた。これらの結果は成功例として、受け入れを余儀なくされ、不安の大きな教員への心強い支援の示唆になり、また、調整会議の有効性を支持したが、課題も見出された研究1.小児がんに関する啓蒙のための研修会実施。(1)例年実施しているA地区小中学校教員(13名の希望者)11名の参加者あり、医師、看護師等の講演の後、教員が実際直面している問題等についてディスカッションした。具体的には、クラスメートへの情報提供の方法、特別支援学校の子どもたちのことをどう説明したらよいか、復学時の校内での教員全体の勉強会の必要性、指導要録の枚数と診断書の枚数、提出について、保護者の協九が得られない場合の対処について等である。そこで作成した子ども理解のための小冊子を回覧したところ、学校の教員向けでも活用できるとの意見があり、配布することとにした。(2)C市の小中学校教員43名を対象に同様の研修会を実施。
上ヌビアにおけるクシュ王国形成過程の研究

今年度は、研究拠点の移動を主として推移した。去年6月末にスーダンから帰国したのち、この1月からはフランス・リール第三大学へと移動し研究を継続している。とりわけ従事したのは、全6章から構成される博士論文へ向けた分析作業であり、主なものとしてはスーダンで獲得した土器実測図の整理とデータ化、特殊遺物の集成作業が挙げられる。このうち特殊遺物として目下集成を続けている「弓環(Archer's loose)」に関して述べれば、その数量的分布範囲から次のことが明らかとなった。メロエ王国(クシュ王国においてメロエが中心となる時代の別称)崩壊直前から直後にかけて継続的に出土することで知られるこの遺物は従来、神殿のレリーフ中にこの装身具を身につけている王の姿が認められることから、王家に属するものであると想定されてきた。しかしながら、実際の分布はその勢力中心地たる王墓地からほとんど出土せず、むしろメロエ王家とはおよそ関わりのない遺跡において多数出土する傾向を示した。即ちこの遺物は、歴史資料中でメロエ王国衰退の決定的要因としてたびたび言及されてきた異民族侵入、そしてその勢力分布図を直接的に示す物証として見なしうるということである。そのため、この遺物を手掛かりとしてメロエ王国崩壊前後の社会的様相を実証的に議論してゆくことが可能になる。青銅製の鐘(Bell)についても同様であり、こちらは王墓地へと明白に集中する出土傾向を掴むことができた。これをそれぞれ一章分とし、クシュ王国形成からその衰退までを物質資料に即して論じてゆく。以上それぞれ一章ずつを含む全6章が、フランス語の博士論文として結実することになる。本年度は、ヌビア全域に造営された墓を基礎資料としてその形態的変化を検討し、クシュ王国における支配構造の考察を試みた。その前提として、既往研究において言及・適応されてきた「支配」は極めて漠然とした不適切な概念であるという認識に立つ筆者は、「権威と抵抗」という権力の関係性の中に発言するものとして支配を捉え、その関係性の長期的変動を考古学的に素描した。ここで明らかとなった具体的な研究成果は、1)いかなる形態として権威は物質資料中に発現するのか、2)いかなる形態として抵抗は物質資料中に発現するのか、3)支配は両者のいかなる関係性として再生産・崩壊するのか、という3つの問題系に沿って記述した。その成果を簡潔に述べるならば、第一に、権力としての主体的行為に関して、1)権威としての権力は下降階段の造営行為を介して物質文化に発現し、2)抵抗としての権力は下降階段の簡略化行為を介して物質文化に発現する。第二に、支配構造の変動に関して、3)墓にクシュ王との関係性を残す墓が下ヌビアに造営され続けるメロエ初期においては、下降階段の型式学的簡略化として抵抗を伴いながらも支配構造は再生産され、4)代わりに、クシュ王との関係性を形態的祖形に有さぬ墓が高い割合で造営されるメロエ後期に至り、支配構造は崩壊する。そして以上を踏まえた結論として、異民族侵略という外在的・急激的要因を偏重してきた既往研究の見解とは異なり、むしろ、クシュ王国内部の支配構造崩壊という内在的・漸次的要因こそが、クシュ王国終焉を決定付ける起因であった可能性を指摘した。なお上記とは別に、クシュ王国の編年に関する英語論文を間もなく投稿予定。一時期に一括して論じられてきたメロエ期の3時期2段階(メロエ初期Meroitic I-II・後期III)を提示し、研究水準の革新を目指す。2010年2月より研究対象地域であるスーダン共和国・ハルツーム大学へ滞在、現地調査を実施している。今年度はまず資料調査として、墓域データ/土器実測という2つの資料調査のために世界各地の研究施設(オックスフォード大学・大英博物館・ボストン美術館・ペンシルバニア博物館・スーダン国立博物館・シェンディ大学・シェンディ考古局)・を訪れ、いずれにおいても未出版資料を入手した。また発掘調査をメロエ・サイ島という2か所で実施し(前者はハルツーム大学と、後者はフランス考古学研究所との共同調査)出土資料の分析を進めている。したがって、博士論文執筆に向けた一次資料の獲得という点においては極めて順調である。スーダン国内各地に眠る未出版資料は、その価値にも関わらずアクセスが極めて困難な点が障害となってこれまで本格的な検討がなされたことはなかった。これら資料を自ら集成・分析することで、実証性を保ちつつ広範囲にわたる研究が可能となる。また個人研究としては、今年度の8月にロンドンで開催されたヌビア会議で研究成果を発表した。本研究において筆者は墓のセリエーション分析を通じてメロエ期を独自に3区分し(メロエI期・II期・III期)、各時期間に生じた社会的変化を考古学的に素描した。結果として現在の世界的研究水準に照らし合わせても、この編年的枠組みが依拠するに足るものであるという実感を得た。したがって予定通り、後続する研究も自らの編年を基準として展開してゆく。

メロエ王国(クシュ王国においてメロエが中心となる時代の別称)崩壊直前から直後にかけて継続的に出土することで知られるこの遺物は従来、神殿のレリーフ中にこの装身具を身につけている王の姿が認められることから、王家に属するものであると想定されてきた。しかしながら、実際の分布はその勢力中心地たる王墓地からほとんど出土せず、むしろメロエ王家とはおよそ関わりのない遺跡において多数出土する傾向を示した。即ちこの遺物は、歴史資料中でメロエ王国衰退の決定的要因としてたびたび言及されてきた異民族侵入、そしてその勢力分布図を直接的に示す物証として見なしうるということである。そのため、この遺物を手掛かりとしてメロエ王国崩壊前後の社会的様相を実証的に議論してゆくことが可能になる。青銅製の鐘(Bell)についても同様であり、こちらは王墓地へと明白に集中する出土傾向を掴むことができた。これをそれぞれ一章分とし、クシュ王国形成からその衰退までを物質資料に即して論じてゆく。以上それぞれ一章ずつを含む全6章が、フランス語の博士論文として結実することになる。
MRI三次元立体画像再構成法に基づく小動物疾患臓器のビジュアリゼーション

申請者らは、MRIを実験用小動物(マウス・ラット)に適用するため、最小画像構成単位からS/N比の良い信号を得る必要性上高磁場(7.05テスラ、プロトン共鳴周波数300MHz)および強グラジエントMRIを行った。そのため、強グラジエントコイルを内蔵するOxford社の超伝導マグネットに自作の鞍型Helmholtzコイルをセットし、東芝ワークステーションにてイメージングソフトSISCOを走らせ、スライス厚1mmのMR画像を撮像した。撮像はスビンエコー二次元フーリェ変換法により行った。次いで、この撮像法をマルチスライススピンエコー法に適用し、ラットおよびマウス腹部を心臓から腎臓まで50枚のスライス画像として撮像し、それをUNIXコンピューターに取り込み、ボリュームレンダリングソフトによる基本計算処理に基づき、三次元MR画像の再構成を行った。腹部に含まれる各種臓器をビジュアライズするため、3%食用ゼラチンで固めた造影剤(フェリセルツ)で胃を充填し、画像化された胃との空間位置関係から各種臓器を判定し、それぞれを擬似カラー化した後、三次元MR画像の再構成を行った。さらに、ボリュームレンダリングソフトにトランピアレンス処理のプログラムを書き加え、筋肉など臓器以外の組織を透明化し、擬似カラー化した各種臓器のみが立体的に画像化されるものを作成した。この方法をモデル疾患病態へ適用するため、大腸癌株化細胞クローン26転移マウス肝癌、ウレタン投与マウス肺腫瘍を用意し、それぞれの腹部の三次元擬似カラー化MRI画像を作成した。さらに、それぞれの臓器の正常部分にトランピアレンス処理を施し、腫瘍化した部分のみを立体的に画像することを試みた。その結果、腫瘍化した部分の形、大きさ、空間位置が明瞭に描画され、実験小動物モデル疾患における異常臓器のビジュアリゼーションにこの方法が極めて有効であることが判明した。本年度はマウス、ラットレベルの小動物を含めた獣医学でのファインなMRI撮像技術を確立する。近年、固体物質用の300MHz以上の高磁場NMRスペクトロスコピー装置に、100mT/m上のグラジエントを発生するグラジエントコイルと、磁場均一性に優れたRadio Frequency(RF)コイルを組み合わせたNMRマイクロ・イメージングと呼ばれる開発され、これを小動物の両像化に応用した。このNMRマイクロ・イメージングを麻酔下マウスで可能かどうかを検討し、マウス頭部の撮像に最適な、スピンエコー法での条件を検討した。C57BL系マウスをペントバルビタールにより麻酔し、20mmφ管の中に保定した。NMRマイクロ・イメージング装置は、Brucker社X-32スペクトロメーターに、最高300mT/mの高グラジエントを発生するグラジエントコイルと20mm内径のRFコイルを組み合わせたイメージングプローブを組み込んだ。始めに頭部の矢状断面を、撮像領域(FOV)を22×22mm2に設定しておこなった。ここで、マウス頭部のNMRマイクロ・イメージングのための最適な条件を検討した。エユ-時間(TE)を装置の最小時間(10.4msec)に設定し、繰り返し時間(TR)を1秒から5秒まで、1秒間隔で撮像した。その結果、TR=3秒以上において脳のS/N比が高く、コントラストの優れた画像が得られ皮質と髄質まで区別が可能であった。次に、脳底に垂直な方向での冠状断面での撮像をFOV=18×18mm^2、TR/TE=3000/13.6でのマルチスライス・マルチエコー法で、海馬領域が画像化される領域を撮像したところ、海馬領域のCA1-4の領域を区別できる画像が撮像された。また、冠状断面では視床床部と視床下部の違いを信号強度の差として画像化されていた。

以上より、小動物のNMRマイクロ・イメージングが麻酔下マウス頭部レベルでも可能であり、来年度にむけて3次元化の可能な二次元画像をえる撮像技術を確立した。申請者らは、MRIを実験用小動物(マウス・ラット)に適用するため、最小画像構成単位からS/N比の良い信号を得る必要性上高磁場(7.05テスラ、プロトン共鳴周波数300Hz)および強グラジエントMRIを行った。そのため、強グラジエントコイルを内蔵するOxford社の超伝導マグネットに自作の鞍型Helmholtzコイルをセットし、東芝ワークステーションにてイメージングソフトSISCOを走らせ、スライス厚1mmのMR画像を撮像した。撮像はスピンエコー-二次元フーリエ変換法により行った。次いで、この撮像法をマルチスライススピンエコー法に適用し、ラットおよびマウス腹部を心臓から腎臓まで50枚のスライス画像として撮像し、それをUnixコンピューターに取り込み、ボリュームレンダリングソフトによる基本計算処理に基づき、三次元MR画像の再構成を行った。腹部に含まれる各種臓器をビジュアライズするため、3%食用ゼラチンで固めた造影剤(フェリセルツ)で胃を充填し、画像化された胃との空間位置関係から各種臓器を判定し、それぞれを擬似カラー化した後、三次元MR画像の再構成を行った。さらに、ボリュームレンダリングソフトにトランビアレンス処理のプログラムを書き加え、筋肉など臓器以外の組織を透明化し、擬似カラー化した各種臓器のみが立体的に画像化されるものを作成した。この方法をモデル疾患病態へ適用するため、大腸癌株化細胞クローン26転移マウス肝癌、ウレタン投与マウス肺腫瘍を用意し、それぞれの腹部の三次元擬似カラー化MRI画像を作成した。さらに、それぞれの臓器の正常部分にトランビアレンス処理を施し、腫瘍化した部分のみを立体的に画像することを試みた。その結果、腫瘍化した部分の形、大きさ、空間位置が明瞭に描画され、実験小動物モデル疾患における異常臓器のビジュアリゼーションにこの方法が極めて有効であることが判明した。
フッ素化剤-シリコン界面固相反応を用いたシリコン表面の光転写・形状創成一括加工

本研究ではフッ素化剤を用いた新しい光エッチング法を提案した。シリコン表面にフッ素化剤のN-フルオロピリジニウム塩を塗布し、光照射することで、シリコンは照射部で選択的にエッチングされ、液状のN-フルオロピリジニウム塩を用いると固相の場合よりも滑らかなエッチング面が得られた。エッチング速度は光強度や光照射時間に依存しており、これらの条件を制御することで一度の光照射でステップ形状と球面形状の作製を行うことができた。本研究の目的は、シンクロトロン放射光用ミラーなどに用いられる単結晶シリコンミラーの形状創成加工を、近赤外光干渉法を用いた計測と、フッ素化剤によるエッチング加工を組み合わせることで、極めて高い形状精度で行うことにある。シリコン表面にフッ素化剤を塗布し、光を照射して、フッ素化剤との化学反応により、シリコン表面をエッチングする。塗布面への光照射時間によりエッチング量が制御できれば形状創成加工が可能となると考えられる。これまでの研究で紫外線だけでなく可視域の波長の光の照射によりフッ素化剤を塗布したシリコンをエッチングできることを確認している。エッチング剤として使用したフッ素化剤はN-フルオロピリジニウム塩である。実験では、洗浄プロセスによって疎水性または親水性表面を作成したシリコン(001)ウエハを用いた。可視光源プロジェクターでライン状や星型、正方形、円、L字型などのパターンを、固体フッ素化剤を塗布したシリコンに光照射した。所定時間照射後に、アセトニトリルによってN-フルオロピリジニウム塩を除去して、位相シフト顕微干渉計によってパターンのエッチング深さを測定し、照射パターンの転写加工ができることを確認した。しかし、塗布したフッ素化剤は結晶化して厚さが不均一なため、均一な深さの段差加工はできなかった。そこで、均一な厚さで塗布するために、固体のフッ素化剤を2種類混合することでフッ素化剤の融点を室温以下に下げて、液状にして塗布した。その結果、深さの均一な段差加工が可能になった。液状のフッ素化剤による疎水性および親水性表面のシリコンに対するエッチング深さは時間とともに増加し、また光強度とともに増加することを確認した。これらの結果は、光照射パターン、光強度分布の制御によりシリコン表面に任意形状を少ない工程で創成できることを示している。塗布面への光照射強度または光照射時間によりエッチング量が制御できれば形状創成加工が一度の照射で可能となると考えられる。洗浄プロセスによって疎水性または親水性表面を作製したシリコン(001)ウエハに、フッ素化剤を塗布し、プロジェクターでラインパターンを照射した。固体のフッ素化剤を2種類混合することでフッ素化剤の融点を室温以下に下げて液状にして、シリコンに均一な厚さで塗布し、均一な深さの段差加工を実現した。光強度分布を制御したパターンを照射し、一度の光照射でシリコン表面に階段状の段差や三角形断面の溝などの任意形状を形成できることを確認した。キセノンランプを用いて3W/cm^2の強度で光照射し、30分で深さ7μmの加工を実現した。フォトマスクを用いてコンタクト露光し、12.5×12.5μm^2間隔で7.5×7.5μm^2の微細加工が可能であることを確かめた。インクジェット法でフッ素化剤を30×30μm^2間隔で直径7μmで塗布して、一様な強度で光照射し、塗布した部分のみ転写加工できることを確認した。本研究の目的は、シンクロトロン放射光用ミラーなどに用いられる単結晶シリコンミラーの形状創成加工を、フッ素化剤によるエッチング加工によりナノメータオーダーの高い形状精度で行うことにある。洗浄プロセスによって疎水性表面を作製したシリコン(001)ウエハに、フッ素化剤を塗布し、プロジェクターでラインパターンを照射した。所定時間照射後に、アセトニトリル、アセトンによってN-フルオロピリジニウム塩を除去して、位相シフト顕微干渉計によってパターンのエッチング深さを測定し、照射パターンの転写加工ができることを確認した。

化学構造の近い固体のフッ素化剤を2種類混合することでフッ素化剤の融点を室温以下に下げて液状にして、28°Cのシリコンウエハに塗布し、均一な深さの段差加工を実現した。シリコンの加工痕深さは時間と共に増加し、また光強度と共に増加することを確認した。光強度分布を制御したパターンを照射し、一度の光照射でシリコン表面に階段状の段差や三角形断面の溝などの任意形状を形成できることを確認した。加工痕深さの光強度依存性に基づいて、パソコンで作成した曲率半径28.125m、加工痕の直径3mm、深さ40nmの球面に相当する強度分布の画像をプロジェクターで最大強度63mW/cm^2で16時間投影した。一度の光照射で日標球面に対し±4nm、加工痕形状を回帰した曲率半径の球面に対してRMS値0.48nmの精度で加工することができ、光転写・形状創成一括加工が実現できることを確認した。波長220nm2000nmのキセノンランプを光源として光強度3mW/cm2、30分間の光照射で300nmの加工痕深さを得ることができた。