hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
白亜紀以降に起きた化学合成群集の進化の解明-メタン湧水場の地下構造に照らして

深海底の化学合成群集は,湧水等に含まれるメタンや硫化水素を栄養源とする.化学合成群集は白亜紀以降,その分類構成を変化させたが,その原因は未詳である.本研究は,白亜紀および新生代の化石産地において,岩相や化石相の分布調査,安定同位体比等の分析を行い,湧水場の地下構造を復元した.その結果,新生代に大繁栄したシロウリガイ類は,他の分類群が利用しがたい不安定な湧水を利用していたことが明らかにされた.化学合成群集とは,地下から供給されるメタンや硫化水素を共生バクテリアに利用させてエネルギーを得る大型無脊椎動物の群集のことをいう.化学合成群集を構成する分類群は,白亜紀以降大きく変化したことが知られている.とくに,優占種が腕足類から二枚貝へと置換したことや,新生代にはいってシロウリガイ類が爆発的に放散をとげたことは注目されている.しかしながら,その原因については未だ明らかにされていない状況にある.本研究は化学合成群集の時代変化の原因を解く鍵として,メタン湧水場における地下構造や地下流体の挙動に着目する.湧水の流量や様式が群集構成に影響を及ぼすことは,現生の群集で報告されている.しかしながら,地質時代における湧水サイトでの流体様式を復元し,それと群集構造を対比させた研究例は少ない.群集構造の時代変化がどのような特性の湧水場で認められるのかを解明することが,本研究の目的である.この目的を達成するため,以下の研究課題を設けた.(1)白亜紀および新生代の大規模なメタン湧水性石灰岩体について,露頭観察やボーリング調査,安定同位体比の分析をもとに,化学合成群集が生息していた地下構造を復元する.白亜紀の代表として高知県四万十市の佐田石灰岩,新生代の代表として長野県の中新統赤怒田・穴沢石灰岩を研究対象とした.(2)それぞれの石灰岩体において,化石群集の構成や産状を復元した地下構造と対比させ,湧水様式が群集構造に及ぼす影響についてのモデルを構築する.(3)他地域の湧水性石灰岩体についても上記のモデルとの比較を行い.化学合成群集の分類構成が大きく変化した白亜紀以降の湧水の挙動・地下構造の特性を抽出する.深海底の化学合成群集は,湧水等に含まれるメタンや硫化水素を栄養源とする.化学合成群集は白亜紀以降,その分類構成を変化させたが,その原因は未詳である.本研究は,白亜紀および新生代の化石産地において,岩相や化石相の分布調査,安定同位体比等の分析を行い,湧水場の地下構造を復元した.その結果,新生代に大繁栄したシロウリガイ類は,他の分類群が利用しがたい不安定な湧水を利用していたことが明らかにされた.白亜紀以降に起きた化学合成群集の進化の背景を解明するため,メタン湧水場における群集構成と地下構造との対応に注目した.それらの対応をさぐる上でのモデルケースとして,新生代については長野県の中新統別所層中の赤怒田・穴沢石灰岩体を,白亜紀については高知県四万十市の上部白亜系中村層中の佐田石灰岩を研究対象とした.赤怒田・穴沢石灰岩体については,精密な測量を実施し露頭規模およびそれらの位置関係を明らかにした.その結果,一連の石灰岩体群は周囲の走向方向にそって配列しており,ほぼ同時期に形成されたことが判明した.化石相の点では,シロウリガイ類群集に加えてパッチ状にシンカイヒバリガイ類が密集すること,岩相の点では,メタンの浸み出しフェーズに対応したミクライト相だけでなく,激しい湧出フェーズに対応したスパライト相が認められることで特徴づけられる.それらのフェーズは角礫化作用や溶解を伴いながらくり返しており,今後ボーリンク調査を実施し,湧水挙動の時間変遷を明らかにする予定である.中村層の佐田石灰岩については,2006年11月に合同調査を行った.その結果,佐田石灰岩の生物相はThyasiraや管状Serpulaで優占され他の化学合成二枚貝が伴われることが判明した.また,中・古生代の湧水性石灰岩体によく見られるストロマタクティス様構造が発達することでその岩相は特徴づけられる.このような岩相は日本の他の産地では認められておらず,その形成過程を明らかにすることで,湧水挙動と生物相との対応に新しい視点が提供できる可能性がある.今後は,測量調査の範囲を拡大しつつ,それらの精密マップをもとに,岩相・化石相の分布を明らかにしてゆく予定である.これらの結果については,一部は古生物学会にて発表を行った.また,佐田石灰岩の合同調査については日本古生物学会の「化石」誌に投稿準備中である.メタン湧水に依拠する化学合成群集は,湧水の挙動を左右する生息場地下の構造によって,その分類構成を変化させる。本研究では,白亜紀のモデルケースとして高知県四万十市の佐田石灰岩,新生代のモデルケースとして長野県松本市の中新統赤怒田、穴沢石灰岩を調査し,化石群集の変化と地下構造との関係を明らかにする。前年度に作成した地形測量図をもとに,岩相および化石相の水平、垂直方向の変化を調査した。佐田石灰岩は,巨大なハナシガイ科二枚貝化石の密集する石灰岩,縞状石灰岩,塊状石灰岩で構成されていることが明らかとなった。

また,ハナシガイ科二枚貝の殻内面の分類形質を確認し,これまでに記載された他属との相違点が示された。これらの岩相、化石相は,これまでに報告されてきた白亜紀の化学合成群集には認められておらず,白亜紀に起きた「二枚貝の化学合成生態系への放散イベント」の実体を明らかにする上での,佐田石灰岩の重要性を認識できた。赤怒田、穴沢石灰岩については,シンカイヒバリガイ類など,貝化石の分類学的検討を進めた。また,ブロックサンプルの内部構造を検討し,化石群集が自生的であり,炭酸塩の溶解、流動、変形を示す構造を伴うことを明らかにした。湧水活動の側方への広がりや地下への連続陸を調べるため,足場を組んでの露頭全面スケッチおよびボーリングコア調査を行った。石灰岩は,炭酸塩細脈の著しい相と石灰質泥相とがモザイク状に複合して形成されていること,石灰岩は層厚20m以上にわたって発達し,その地下に自破砕構造を示すシルト岩が深度50mまで連続していることが判明した。地下構造の記載は,湧水の持続メカニズムを明らかにする上でも重要な基礎データとなる。高知県の白亜系メタン湧水性石灰岩(佐田石灰岩)について,地形測量範囲を拡大して,石灰岩体の分布域をさらに追跡した.佐田石灰岩の化学合成化石群集は,ハナシガイ科二枚貝で優占されるが,巻貝化石が局地的に密集する.今回の調査で,巻貝密集層は長さ数mのレンズ状岩体を構成すること,周囲との境界は漸移的であること,また苦灰岩を主体とし,周囲とはその岩相が異なることが明らかとなった.以上の岩相や化石産状をもとに,巻貝化石群集は,湧水場内に群生していたものが,急速埋積されて形成されたと推定された.長野県の中新統別所層のメタン湧水性石灰岩(赤怒田・穴沢石灰岩体)について,露頭壁面における岩相マッピングに加え,化石産状のスケッチを行った.また岩石サンプルについて研磨断面および薄片試料を作成し,湧水活動に伴う地下の堆積物の変質過程を明らかにした.その結果,塊状均質な泥質石灰岩にはシロウリガイ類が散在するのに対し,自破砕組織を有し炭酸塩細脈が著しく発達する近傍には,シロウリガイ類やシンカイヒバリガイ類が密集するというパターンを発見した.また,ボーリングコアの岩相および安定同位体比の分析から,この巨大な石灰岩の形成には,表層下で小規模な石灰岩が形成される段階と,それらが互いに癒着・成長してゆき湧水の出口が集中化する段階が繰り返されることが判明した.以上のように,石灰岩体内の岩相変化や,それに伴う化石群集の構成種や産状の変化について,パターンがあることが明らかになってきた.これらは,湧水場における堆積作用や続成作用の過程が,化学合成生物相に及ぼす影響を評価する上で,重要である.長野県の中新統別所層および高知県の白亜系中村層のメタン湧水性石灰岩体において,岩相・化石相を補足調査した.その結果,泥水噴出を指標する岩相型を両石灰岩体で共通して認定できた.そして,それらの岩相を化石相に対応させ,各時代の湧水環境を復元した.中新統別所層においては,石灰岩体形成初期では小規模かつ一時的であった泥水噴出口が,後期になると湧水通路が石灰岩体間に限定され,より集中・安定化することが示された.なお,安定同位体分析・X線回折分析の結果とあわせると,湧水活動は岩体形成初期後期にかけて常に存在していたこと,炭酸塩鉱物は堆積物表層下で形成されていたことがわかった.化石相については,初期においてはシロウリガイ類の単調な群集であるが,後期になるとシンカイヒバリガイ類など構成分類群が多様化する傾向があった.これらの結果,シロウリガイ類は不安定・安定双方の湧水活動のフェーズに適応していたことが示された.
動脈硬化の成因におけるカケクチン/TNFとその関連サイトカインの役割に関する研究

本年度は動脈硬化の成因におけるサイトカインの役割を明らかにする目的で、1.血中の単球の動脈壁への移入における血管内皮細胞接着分子の意義、2.血管内皮細胞の接着分子の発現に対するサイトカインの作用、3.血管平滑筋の増殖に対するサイトカインの作用機序、4.動脈硬化巣におけるサイトカインの発現、につき検討した。結果は以下のとおりである。1.ヒト臍帯静脈内皮細胞およびRamos細胞を用いて、抗VCAM-1抗体が単球の血管壁への移入を阻害することを示し、単球の内皮下への移入には接着分子が必要であることを明らかにした。2.VCAM-1の発現に対するカチクチン/TNF、IL-1、IL-4、インターフエロンgamma(IFNgamma)の影響については、(1)IFNgammaがカチオン/TNFによるVCAM-1の発現を濃度依存性に増強すること、(2)その効果は経時的に増強し、その結果VCAM-1の発現が著明に延長すること、(3)IFNgammaはIL-1、IL-4によるVCAM-1の発現に対しても同様の効果を示すこと、(4)IFNgammaはVCAM-1の細胞表面からの消失を抑制すること、を明らかにした。(2)平滑筋に増殖については、PDGF、アンギトテンシンIIの増殖促進作用がコレステロール合成阻害剤であるプラバスタチンにより抑制されることから、これらのサイトカインの作用がG蛋白の活性化を介することを示した。3.in vivoでは、ヒの動脈硬化巣におけるTGFbeta1,2,3およびLTBPの組織化学染色とin situ hybridizationを行ない、TGFbetaは内膜肥厚部の平滑筋に、LTBPは平滑筋と間質に強い発現を認め、動脈硬化巣の形成進展にはTGFbetaが開与すると考えられた。
電界励起による高強度ナノ情報発生源の開発

本研究では,表面プラズモンの誘導放出(スペーザー)の実現を目指して,窒化チタン(TiN)のナノドットアレイと発光層からなる複合構造のプラズモン特性を調べた.ナノインプリントと反応性イオンエッチングを併用してTiNナノドットアレイ(ドット径250 nm,ドット高さ160 nm,ドット周期400 nm)をサファイア基板上に精度よく合成することに成功した.さらに,有機色素を含む発光層を組み合わせた複合構造では,表面プラズモンと光回折の協同現象による発光増強が観察された.このナノ構造形成技術を活用することにより,ナノ領域における光制御,ひいてはスぺーザーに基づくナノレーザーの実現が期待される.半導体電子回路の集積密度は飽和を迎えつつあり,これを克服する一つのアプローチとして速く信号を伝えられる光回路を組み込むことが提案されているが,光の回折限界により光回路を微細化された電子回路に組み込むことは困難である。本研究では,高速性と微細性を兼ね備えた次世代情報伝達・処理回路の要素技術として,金属/誘電体のナノ積層構造の誘電体層に量子ドット等の利得媒質を導入し,表面プラズモンの誘導放出に相当するスペーザー発振(ナノレーザー)の実現を目的としている。これまでの研究において,利得をもつ半径が100ナノメートルのシリカ粒子に10ナノメートル厚の銀キャップを被せた構造に対して光を入射し,入射方向をさまざまに変えたときのスペーザー発振を数値計算の手法で調べた結果,電気四極子のプラズモン共鳴モードにより指向性をもつ高強度スぺーザー発振の可能性が示唆されている。平成26年度は,これを実証するため,利得媒質を含む球状のシリカナノ粒子に金属キャップを被せたコアーシェル構造の作製を目指した。まず,独自の液相プロセスを用いて,利得媒質を含む球状のシリカナノ粒子のサイズ制御技術を確立し,次に,気相プロセスを用いて,Agキャップ被覆によるコアーシェルナノ粒子を合成するための条件を見出した。しかしながら,光学測定によりAgキャップ被覆の精度が低いことがわかり,現在,被覆技術の改良に取り組んでいる。今後は,Agキャップ被覆によるコアーシェルナノ粒子の合成課題を早急に解決し,ナノレーザーの実証に向けた光学実験を行う予定である。半導体電子回路の集積密度は飽和を迎えつつあり,これを克服する一つのアプローチとして速く信号を伝えられる光回路を組み込むことが提案されているが,光の回折限界により光回路を微細化された電子回路に組み込むことは困難である.本研究では,高速性と微細性を兼ね備えた次世代情報伝達・処理回路の要素技術として,金属/誘電体のナノ積層構造に利得媒質(量子ドットあるいは有機色素)を導入し,表面プラズモンの誘導放出に相当するスペーザー発振(ナノレーザー)の実現を目的としている.前年度は液相プロセスを用いて貴金属ナノ構造と有機色素分子を組み合わせた複合ナノ構造の合成を試みたが,所望の形状をもつナノ構造の作製が困難であった.このため,本年度は合成の方針を変更した。加えて,金や銀などの貴金属は半導体製造プロセスとの適合性が低く,微細加工を用いたプラズモン応用を妨げているため,半導体プロセスとの適合性が高い導電性窒化物TiNを研究対象とした.具体的には,微細加工に基づくトップダウンのアプローチによりサファイア基板上にTiNドットアレイを作製し,これに有機色素を含む発光層を積層させた.Siモールドを用いたナノインプリントおよびCl2/BCl3/Arガスによる反応性イオンエッチングを用いてサファイア基板上にTiNナノドットアレイ(ドット径250 nm,ドット高さ160 nm,ドット周期400 nm)を精度よく合成することに成功し,さらにこれと発光層を組み合わせた複合ナノ構造では表面プラズモンポラリトンと光回折の協同現象に基づく発光増強が観察された.このナノ構造形成技術を活用することにより,ナノ領域における光制御,ひいてはスぺーザー発振に基づくナノレーザーの実現が期待される.本研究では,表面プラズモンの誘導放出(スペーザー)の実現を目指して,窒化チタン(TiN)のナノドットアレイと発光層からなる複合構造のプラズモン特性を調べた.ナノインプリントと反応性イオンエッチングを併用してTiNナノドットアレイ(ドット径250 nm,ドット高さ160 nm,ドット周期400 nm)をサファイア基板上に精度よく合成することに成功した.さらに,有機色素を含む発光層を組み合わせた複合構造では,表面プラズモンと光回折の協同現象による発光増強が観察された.このナノ構造形成技術を活用することにより,ナノ領域における光制御,ひいてはスぺーザーに基づくナノレーザーの実現が期待される.表面プラズモンの誘導放出に相当するスペーザー発振の実現には,金属と誘電体ナノ構造の複合化が必要とされる。所望の誘電体ナノ粒子の合成ならびにサイズ制御は可能となったが,金属キャップ被覆は当初予想より技術的な困難を伴い,合成条件の探索に時間を要した。しかしながら,気相プロセスを用いることにより金属ナノキャップ被覆の実現に目途がつき,やや計画から遅れているものの,研究目的達成に向けて進展している。工学利得媒質を含む球状の誘電体ナノ粒子に金属キャップを被せたコアーシェル構造の作製を完成させるため,金属ナノ構造の合成条件を最適化に注力する。最終目標は,表面プラズモンの誘導放出に基づく高強度かつ指向性をもつスペーザー発振の実証であるため,合成実験と並行して,光学実験の準備を進める。実験の進行が若干遅れており,試料合成のための試薬購入を次年度に遅らせたため。
Ｘ線照射による励起・電離現象を利用したＭｇ－Ｏ緻密構造膜の創製とＭｇの表面改質

溶液中や大気中など水分が存在する環境へのX線照射時に生じる水分子(H2O)の電離現象に起因した反応活性なヒドロキシルラジカルや水素ラジカルなどのラジカル種を利用し,Mg試料表面に非晶質Mg-O皮膜を形成した.その物性および構造解析を通じてX線照射によって生じる試料表面での励起反応機構を解明すると共に,塩水浸漬状態でのMg試料の腐食挙動に及ぼす酸化物皮膜の影響について検討し,X線照射に伴う励起反応を利用した新たな表面改質技術を確立した.また従来の化成処理や陽極酸化皮膜などの表面改質に使用される6価Crやフッ素等有害物質を含まず,人体・環境への負荷はなく,リサイクル性にも優れることを実証した.有害物質を含まず,リサイクル性を低下させない新たな防食技術としてX線照射による試料表面での励起反応に起因した最表面構造制御を利用したMg合金への耐腐食性の付与プロセスを提案し,その反応機構の解明と防食法としての有効性について検討した.金属試料表面におけるラジカル種の発光スペクトル解析の結果,湿潤雰囲気下におけるX線照射によって金属試料表面ではH2Oの電離により反応活性なOH・が生成することを確認した.また汎用鉄鋼材料であるSPCC試料に対してX線照射を行い,組織構造変化を調査した結果,OH・とFe試料表面間での酸化還元反応により,水和物を含まないFeO3の無水和酸化物層がFe試料表面に形成した.熱力学的な解析の結果,OH・とFe金属表面の酸化反応はFeの自然酸化反応よりもエネルギー的に有利であり,FeはOH・との酸化反応により,水酸化物を含む中間生成物の形成を経ずに,Fe2O3へと直ちに酸化することを明らかにした.さらに,X線照射による試料表面への緻密なMgO皮膜形成を利用したMgおよびMg合金の耐腐食性向上手法の有用性について検証した.その結果,X線照射により形成したMgO皮膜の厚さはX線の照射時間の増加にしたがって増大した.MgOの生成機構はWagnerの放物線則が成立するOH・の拡散律速反応であり,X線照射時間によって膜厚の制御が可能であることを明らかにした.表面電位計測の結果,試料の電気化学的な活性度はX線照射時間の増加に伴い,最大で1.10 V低下した.X線照射時間の増加による表面電位の変化は,酸化皮膜の成長に伴う試料の電気化学的な活性度の低下によるものであった.塩水浸漬試験による耐腐食性の調査結果より,X線を照射した試料では表面に形成した緻密なMgO皮膜が保護膜として機能することで,腐食速度が約86.5 %低減し,Mgの耐腐食性が向上した.溶液中や大気中など水分が存在する環境へのX線照射時に生じる水分子(H2O)の電離現象に起因した反応活性なヒドロキシルラジカルや水素ラジカルなどのラジカル種を利用し,Mg試料表面に非晶質Mg-O皮膜を形成した.その物性および構造解析を通じてX線照射によって生じる試料表面での励起反応機構を解明すると共に,塩水浸漬状態でのMg試料の腐食挙動に及ぼす酸化物皮膜の影響について検討し,X線照射に伴う励起反応を利用した新たな表面改質技術を確立した.また従来の化成処理や陽極酸化皮膜などの表面改質に使用される6価Crやフッ素等有害物質を含まず,人体・環境への負荷はなく,リサイクル性にも優れることを実証した.マグネシウム(Mg)試料表面に対して電子線/X線を照射して電子励起場を形成し、より貴なる準位へと表面電位を制御することで、ガルバニック腐食現象の起源となる接触界面での電位差を低減でき、その結果、Mgの耐腐食性が向上することを明らかにした。併せて、大気環境下でのX線照射による励起反応を利用したMg試料の表面改質プロセスを確立した。これは、大気中に含まれる水分(水蒸気)にX線を照射した場合、水分子(H2O)の電離現象が生じて、ヒドロキシルラジカル(OH・)や水素ラジカル(H・)などの反応性の高い不安定なラジカル種が発生し、これらがMgと反応して試料表面にて緻密なアモルファスMgO皮膜(厚み100nm)の形成に至ったことをXPS解析およびTEM観察により明らかにした。自然酸化によるMgO膜は、多孔質で結晶構造を有しており、連結空孔からの水分等の侵入によりMg表面での腐食現象を誘発している。ゆえに、X線照射により形成された緻密なMgO膜は、水分の侵入を阻止できる保護膜として作用すると考えられる。また、得られた試料表面を対象に、Scanning Kelvin Probe Force Microscopy(SKPFM)を用いて電気化学的な活性度を調査した結果、X線照射時間の増大に伴い試料の表面電位は低下した。この結果は、X線照射により形成したMgO皮膜の成長によって試料の電気化学的な活性度の低下したことを示唆している。さらに、塩水浸漬試験により腐食速度を計測した結果、X線を照射した試料では、表面に形成した緻密なMgO皮膜が保護膜として機能することで腐食速度が約87 %低減し、Mgにおいて著しい耐腐食性の向上を実証した。本プロセスは、従来の表面改質技術やコーティング皮膜のように第3元素を含まないため、リサイクル性にも優れた革新的な防食方法といえる。X線照射時において、大気中の水分由来のラジカル種(ヒドロキシルラジカルOH・や水素ラジカルH・)が発生することを反射型回折格子分光器によるスペクトル解析によりその場計測することに成功した。

既往研究では、大気中で電離・発生するこれらのラジカル種の直接観察は困難とされていたが、本研究では、X線発生装置内で試料周辺に水槽を配置して湿度管理した状態で、試料表面における発光が集光できる位置に紫外透過型光ファイバーケーブルを設置し,X線照射下でのスペクトル分光をその場計測できるシステムを構築した。これにより当初計画を大きく上回る内容での実験を遂行でき、Mg試料表面でのラジカル種との反応解析に有効なデータを採取することに成功した。今年度は、平板(2次元)を対象にX線照射実験を行ったが、X線は3次元での照射が可能であることから、実構造物を想定した複雑形状試料を対象とした実験を行い、特異構造MgO皮膜の形成と、その構造・膜厚安定性を調査・解析し、X線照射条件と照射環境(特に湿度)の適正化を試みる。また、XPSによるMgO皮膜の構造解析をより詳細に行うことで酸化反応に寄与するラジカル種の特定と、その優先発生に要するX線照射条件の選定を行う予定である。該当なし
木構造フィルタバンクを用いた3次元X線CTの実時間像再構成アルゴリズム

X線CTは,病床診断だけでなく物体内部の非破壊観測手段として幅広く応用されている.近年,平面検出器の開発と相俟って,X線源を対象物体の周りで移動させ,コーンビーム状に広がった透過線量を2次元画像として観測した後,これらの観測データから3次元画像を再構成する研究が行われている.しかし,3次元画像を再構成するためのアルゴリズムは計算量が膨大であるため,心臓等の臓器の動きを実時間で観測するにはベクトル計算機のような超高速計算機が必要とされている.本研究では,この再構成アルゴリズムの中で最も計算量を費やしている逆投影計算に,近年信号処理の分野で注目されているサブバンド分析/合成法を利用することにより,3次元画像再構成のための時間を大幅に短縮する方式を開発することも目的とした.主たる成果を以下に列挙する.・2次元再構成アルゴリズムの並列実装Pentium3程度のパソコンを用いることにより256×256画素の提案法による実時間画像再構成(約30m秒)が1台により可能でありことを実証した.一方旧来法ではこのような並列処理が不可能で,提案法の従来法に対する速度利得は約30倍に達するという知見を得た.・3次元再構成アルゴリズムの開発次に,3次元完全再構成アルゴリズムの開発を行った.提案の2次元アルゴリズムの単純な3次元への拡張(3次元逆ラドン変換と考えられる)では,従来法に比較して約700倍高速化できるという知見を得た.Pentium3が有するSIMD命令を用いればさらに高速化を図ることが可能である.一方Grangeatは,コーンビーム投影と3次元ラドン変換の関係を見出している.この関係はコーンビーム投影データを線積分(再投影操作と呼ばれている)すれば,その結果は3次元ラドン変換の微分に等しくなるというものである.そこで木構造分析フィルタバンクを用いることによりこの再投影操作が実行できることを確認した.このようにして得たデータを3次元対象物空間に木構造合成フィルタバンクにより逆投影することにより,3次元分布が再構成できることを確認した.結局,再投影も含めてコーンビーム再構成は直接法より約700倍高速で,数10台のDSPにより実時間再構成が課のであるとの見通しを得た.第1段階Ox(817A)SJIS2次元再構成アルゴリズムの並列実装本研究で提案している木構造フィルタバンクによる3次元CT再構成アルゴリズムを並列設置パソコンに実装することを目的に,この2次元CTアルゴリズムの最適化を実施した.この実装において高速化を達成するためには,2次元フィルタが分離型であることを利用するとともに,CPUのキャッシュが効率よく動作するための工夫が重要になる.これに対して,分離した1次元斜め方向フィルタを並列動作するように処理を変形し,近傍のアドレスが逐次フェッチされるような構造に書き直した.この結果,我々が従来実装してきた方法に比較して,約40倍程度の高速化が達成でき,256×256画素の再構成における逆投影処理は,Pentium3(800MHz)プロセッサを用いるとして0.1秒足らずで処理できるようになった.また,本研究の再構成アルゴリズムにおいても観測データに対して高域強調フィルタを施す処理が必要である.このフィルタ処理は,従来ではFFTを介して実装されていたが,本研究では新たに全域通過フィルタを用いる手法を見出し,従来法に比較してフィルタの伝達特性がほとんど変化せずに約10倍の高速化達成できることを確認した.さらにまた,木構造フィルタバンクにおけるフィルタ処理の境界拡張において,境界付近のDC成分が保存するような方式を発見し,再生像の画像輪郭付近の雑音を低減することができた.以上の結果,Feldkampらの近似的3次元CT再構成法に対しては,例えばDSPを数台並列動作させることにより実時間再構成が可能になるとの見通しを得た.Ox(8179)SJIS第2段階Ox(817A)SJIS3次元再構成アルゴリズムのための再投影処理Grangeatは,コーンビーム投影と3次元ラドン変換の関係を見出しているが,このような厳密な再構成法が実時間で実装されたという報告は未だ行われていない.この関係はコーンビーム投影データを線積分(再投影処理と呼ばれている)すれば,その結果は3次元ラドン変換の微分に等しくなるというものである.本研究の再構成アルゴリズムはサブバンドシステムにおける合成バンクを利用するものであるが,これに対応する分析バンクは2次元信号の各種方向の線積分を計算することに対応する.そこでまず,この分析バンクを木構造化することにより,高速な2次元ラドン変換すなわち再投影処理が実現できることを確認した.現在,申請物品Pentium4(2GHz)プロセッサを6台並列設置し,3次逆投影処理を実装中である.なお,本研究費は2001年11月に認められたため,ほぼ計画が5ヶ月ずれ込んでいることを付記しておく.X線CTは,病床診断だけでなく物体内部の非破壊観測手段として幅広く応用されている.近年,平面検出器の開発と相俟って,X線源を対象物体の周りで移動させ,コーンビーム状に広がった透過線量を2次元画像として観測した後,これらの観測データから3次元画像を再構成する研究が行われている.

しかし,3次元画像を再構成するためのアルゴリズムは計算量が膨大であるため,心臓等の臓器の動きを実時間で観測するにはベクトル計算機のような超高速計算機が必要とされている.本研究では,この再構成アルゴリズムの中で最も計算量を費やしている逆投影計算に,近年信号処理の分野で注目されているサブバンド分析/合成法を利用することにより,3次元画像再構成のための時間を大幅に短縮する方式を開発することも目的とした.主たる成果を以下に列挙する.・2次元再構成アルゴリズムの並列実装Pentium3程度のパソコンを用いることにより256×256画素の提案法による実時間画像再構成(約30m秒)が1台により可能でありことを実証した.一方旧来法ではこのような並列処理が不可能で,提案法の従来法に対する速度利得は約30倍に達するという知見を得た.・3次元再構成アルゴリズムの開発次に,3次元完全再構成アルゴリズムの開発を行った.提案の2次元アルゴリズムの単純な3次元への拡張(3次元逆ラドン変換と考えられる)では,従来法に比較して約700倍高速化できるという知見を得た.Pentium3が有するSIMD命令を用いればさらに高速化を図ることが可能である.一方Grangeatは,コーンビーム投影と3次元ラドン変換の関係を見出している.この関係はコーンビーム投影データを線積分(再投影操作と呼ばれている)すれば,その結果は3次元ラドン変換の微分に等しくなるというものである.そこで木構造分析フィルタバンクを用いることによりこの再投影操作が実行できることを確認した.このようにして得たデータを3次元対象物空間に木構造合成フィルタバンクにより逆投影することにより,3次元分布が再構成できることを確認した.結局,再投影も含めてコーンビーム再構成は直接法より約700倍高速で,数10台のDSPにより実時間再構成が課のであるとの見通しを得た.X線CTは,病床診断だけでなく物体内部の非破壊観測手段として幅広く応用されている.近年,平面検出器の開発と相侯って,X線源を対象物体の周りで移動させ,コーンビーム状に広がった透過線量を2次元画像として観測した後,これらの観測データから3次元画像を再構成する研究が行われている.しかし,3次元画像を再構成するためのアルゴリズムは計算量が膨大であるため,心臓等の臓器の動きを実時間で観測するにはベクトル計算機のような超高速計算機が必要とされている.本研究では,この再構成アルゴリズムの中で最も計算量を費やしている逆投影計算に,近年信号処理の分野で注目されているサブバンド分析/合成法を利用することにより,3次元画像再構成のための時間を大幅に短縮する方式を開発することも目的とした.主たる成果を以下に列挙する.・2次元再構成アルゴリズムの並列実装Pentium3程度のパソコンを用いることにより256×256画素の提案法による実時間画像再構成(約30m秒)が1台により可能でありことを実証した.一方旧来法ではこのような並列処理が不可能で,提案法の従来法に対する速度利得は約30倍に達するという知見を得た.・3次元再構成アルゴリズムの開発次に,3次元完全再構成アルゴリズムの開発を行った.提案の2次元アルゴリズムの単純な3次元への拡張(3次元逆ラドン変換と考えられる)では,従来法に比較して約700倍高速化できるという知見を得た.Pentium3が有するSIMD命令を用いればさらに高速化を図ることが可能である.一方Grangeatは,コーンビーム投影と3次元ラドン変換の関係を見出している.
新低酸素圧細胞放射線増感剤ニトロイミダゾ-ル系核酸類似物質の生物学的特性の研究

RPー170の経口投与の可能性を検討した。RPー170は水溶性が高く経口投与ではEtanidazole同様血中、腫瘍内濃度の上昇は期待できないと懸念したが予想に反して血中、腫瘍内濃度とも比較的高く、マウスでの腫瘍内濃度は静脈内濃度の81%が得られた。分配係数を表すp値から予想されるoral bioavailabilityは64%程度であるが、マウス、ビ-グル犬ともにこれを上回る値を示していた。増感効果は腫瘍内濃度を反映して静脈内、腹腔内投与よりは劣るもののその最大値は比較的長く持続した。さらに急性毒性はマウス、ラットでのLD_<50>が静脈内投与では各々4.3g/kg,3.3g/kgであるのに対し、経口投与では5.2g/kg,4.6g/kgと増加し静脈内投与よりやや低毒性を示すことが明らかになりRPー170は経口投与も十分可能であると判断された。一方、2ーニトロイミダゾ-ル、3ーニトロー1、2、4ートリアゾ-ル、5ーニトロウラシル系増感剤について、増感剤処理後の細胞内nonーproteinSH(NPSH)濃度とそれらの放射線増感剤のp値(log p),還元電位を表すE_<1/2>値の間の相関性を検討したところ,Aerobic条件下の細胞内NPSH濃度はE_<1/2>値との間で相関係数γ=0.039,p値(log p)との間ではγ=-0.652,Hypoxic条件下の細胞内NPSH濃度は、E_<1/2>との間では、γ=-0.091,p値(log p)との間では、γ=-0.727となり、Aerobic条件、Hypoxic条件共に細胞内NPSH濃度とE_<1/2>値ではほとんど相関性はなく、細胞内NPSH濃度とp値の間に高い相関性が得られた。また、放射線増感剤処理後の細胞内NPSH濃度、それらの放射線増感剤のE_<1/2>値、p値(log p)と増感率(ER)との間の相関性を見ると、細胞内NPSH濃度(Hypoxic条件下)とERの間ではγ=0.788,E_<1/2>値とERとの間ではγ=0.331,p値(log p)とERとの間ではγ=0.690となり,ERと細胞内NPSH濃度、p値の間に高い相関性が得られ、ERとE_<1/2>の間ではほとんど相関性がないことが判明した。世界的規模で臨床第3相試験が実施された放射線増感剤Misonidazoleは神経毒性発現のため有効増感効果が得られるまで投与量を上げることができず臨床応用は実現しなかった。そこでMisonidazoleの低毒化、高活性化を目標に第2世代の増感剤開発が進められた結果、水溶性側鎖の導入により神経毒性の軽減をはかったEtanidazoleが開発され現在臨床第2、3相試験が実施中である。

我々は血液ー脳関門を通過し難いとされる核酸誘導体の増感剤への導入を検討してきたが昨年度までに2ーニトロイミダゾ-ル核酸誘導体RPー170がEtanidazoleに匹敵する可能性について示唆する予備実験結果を得ている。そこで本年度はRPー170の増感剤としての可能性について体内分布およびお毒性を中心に検討した。一般に化合物の急性毒性、特に脳神経系への移行度はその脂溶性に関係がある。脂溶性はoctanolと水との分配係数Pで表され、0.43という高いPを示すMisonidazoleは脳へも腫瘍と同程度移行する。一方、PRー170はEtanidazole(p=0.046)と同様Misonidazoleの1/10のP値0.069を示した。EMT6腫瘍担癌Balb/cマウスにi.v.,i.p.投与後のRPー170の薬物動態をHPLCで検討した結果、Etanidazole同様血中、腫瘍内濃度の速やかな上昇の後ただちに排泄され投与4時間後ではほとんど検出されなかった。脳への移行はわずかであった。Beagle犬においてもPRー170、Etanidazole(100mg/kg,i.v.)はほとんど同じ血中消失曲線を示した。但しp.o.投与ではPRー170の血中、腫瘍内濃度は約80%に低下する程度でありp.o.投与の可能性が示唆されたがEtanidazoleはRPー170の約50%の吸収濃度であった。マウスのLD_<50>はi.v.投与でRPー170、Etanidazole各々4.3,4.8g/kgでありMisonidazole(1.8g/kg)に比べ非常に低毒性であった。RPー170のLD_<50>はマウス、ラット共一回投与ではp.o.>i.v.、連投ではp.o.<i.v.であった。以上RPー170は増感活性と同様、薬物動態、毒性においてもEtanidazoleに追随する増感剤であることが明らかになった。今後p.o.投与に於てEtanidazoleより優位に立つことが判明したRPー170の至適投与法について、薬物動態、毒性を中心に研究を進めたい。新抵酸素圧細胞放射線増感剤ニトロイミダゾ-ル系核酸類似物質RPー170の生物学的特性を検討した。1.RPー170のマウス体内での薬物動態を検討した結果、血中濃度の最大値はi.v.,i.p.,p.o.投与後各々<5,1520,30分後に現れた。腫瘍内濃度の最大値は各々1520,2530,4045分後に現れた。2.i.v.,i.p.,p.oの各投与法においてRPー170の放射線増感解果における至適投与タイミングを検討した結果、各々照射20,30,4045分前にRPー170を投与した場合に増感効果は最大となった。この結果よりどの投与法においても腫瘍内濃度の最大時間と増感効果の最大時間との間には約5分のずれがあることが明らかになり、増感剤の投与時間の設定はこの"ずれ時間"を加味する必要が示唆された。3.Etanidazole(ETA)について同様にp.o投与後のマウス体内での薬物動態、増感効果を検討した。血中濃度、腫瘍内濃度の最大値はETA投与後各々30,60分に現れ、その最大濃度はRP-170の約半分であった。この低い吸収濃度を反映して増感効果もはっきりせず、90分後に増感効果は一応最大値を示したものの効果の程度はRP-170の1/2程度にとどまった。5.RP-170とETAの細胞内nonーproteinSH(NPSH)低減効果をin vitroレベルで検討した。5mMRP-170処理後、細胞内NPSHはaerobic,hypoxic下で各々51.5,36.6%に減少した。5mMETAでは各々73.0,58.2%に減少した。今後は他の誘導体についても検討し増感剤の電子親和性や分配係数との相関性を検討してみたい。RPー170の経口投与の可能性を検討した。
糖尿病患者の末梢血CD14陽性単球の活性化は動脈硬化の指標と相関するか

【研究目的】糖尿病の単球に酸化LDLのスカベンジャー受容体CD36やmonocyte chemoattractant protein-1(MCP-1)の発現の亢進など既に動脈硬化促進性に活性化されている可能性が指摘されている。今回の研究では,糖尿病患者の末梢血単球におけるCD36およびMCP-1の発現の亢進が、実際の動脈硬化の指標と有意な相関を示すかについて解析を行った。【研究方法】当施設に通院中の糖尿病患者12名を対象とした。解析への同意を得られた患者よりEDTA-2Na採血管に血液を採取し,リンホプレップを用いてリンパ球および単球を分離した。MACSシステムにより単球を磁気標識して分離し、FACSキャリバー(ベクトン・ディッキンソン)を用いて患者血中のCD14陽性単球におけるCD36とMCP-1発現率を検索した。便に,動脈硬化の指標として血中HDL、LDLコレステロール値および頸動脈内膜中膜肥厚度を測定し,末梢血単球におけるCD36およびMCP-1の発現率との相関を検討した。【研究成果】健常成人6名(陰性コントロール)での末梢血単球におけるMCP-1およびCD36発現率の平均はそれぞれ4.6%、3.4%であった。一方、糖尿病患者12名での末梢血単球におけるMCP-1およびCD36発現率の平均はそれぞれ6.3%、5.4%と有意差は得られなかったものの高い傾向が認められた。糖尿病患者の末梢血単球におけるCD36発現率と動脈硬化の指標との相関では、血中HDLおよびLDLコレステロール値、HDL/LDL比、平均総頚動脈内膜中膜肥厚度、最大総頚動脈内膜中膜肥厚、および最大内頚動脈内膜中膜肥厚度とも相関は認められなかった。また、末梢血単球におけるMCP-1発現率においてもこれら動脈硬化の指標との相関は認められなかった。今後、単球中のMCP-1発現を誘導する因子の存在下での検討も必要であると考えられた。
溶液内での組み換え反応、特にプロトン移動反応の定量的取り扱いについての研究

多次元の化学反応を1次元の反応経路に射影して、その枠組の中で化学反応を記述しようとする試みは、IRCを用いた反応経路法を始めとして現在まで数多く行なわれているが、前述のプロトン移動反応のように(重原子)-(軽原子)-(重原子)が関与した化学反応では、妥当な反応経路を定義する事自体が大変に難しい問題となる。この問題を解決する一つの方向には、射影する空間の自由度を広げて1次元の反応経路から多次元の反応曲面に拡張する事が考えられる。事実このような方向は、トンネリングスプリッテイング等の実験値を再現すると言う意味ではかなりの成功を治めているが、反応曲面を定義する明確な規範が確立されていない事等、方法論としては不充分なものであった。そこで本研究では昨年まで、Gradient Extremal Path(GEP)の定義を多次元版に拡張し内部座標等を使わず反応曲面を一般的に定義する手法を提案し、このような方法を洗練し実用レベルにするために、幾つかの改良を加えて来た。今年度は、これをマロンアルデヒドの分子内プロトン移動反応の記述に応用し、この方法の最終的な検討を行った。なおこの計算には、方法論としての妥当性だけではなく、計算時間等の実用性についての検討も行うために、電子相関を考慮したab initioレベルでの計算スキームを採用した。計算の結果、(1)この方法が従来の内部座標等を用いた計算法に比べて優位の計算精度が得られる事、(2)計算時間等についてもほぼ問題がなく充分実用になる事が解った。
地震の破壊核形成過程と先行的低速伝播すべりに関する研究

東北地方では,日本海溝付近から太平洋プレートが日本列島下に沈み込んでいるが,その運動は空間的にも時間的にも一様ではない。浅部プレート境界では高速伝播すべりが大地震として間欠的に発生し,深部境界では定常的なすべりが発生していると考えられる。この中間の深さのプレート境界では,間欠的な低速伝播の非地震性すべりが発生する可能性があり,これが浅部境界の地震破壊核形成に寄与するとともに,内陸の浅い地震活動にも大きな影響を及ぼすことが予想される。本研究はこのような問題意識のもとに,固着-すべりの室内実験を系統的に実施し,すべり破壊核形成過程の追跡を通して,低速で伝播する不安定すべりの発生条件の解明を目指すとともに,地殻変動観測のデータから非地震性すべりの検出を試みた。大理石と花崗岩を組み合わせて,既存断層面の一部は大理石,他の部分は花崗岩となるような複合断層をもつ岩石試料を用いた固着-すべり実験により,巨視的に不均一な断層面上では低速伝播の不安定すべりが発生し易いことを見いだした。また,すべり破壊核形成過程において,微小破壊によると考えられる高周波弾性波が観測され,その震源の多くは破壊核形成域に決定された。これは,巨視的には安定なすべり現象の中に微視的には不安定な現象を含むことを意味している。一方,東北地方に展開された多数の地殻変動観測点の伸縮計記録をに解析・検討した結果,1992年7月の三陸はるか沖の地震(M6.9)直後に始まる余効的歪変化を宮古と江刺の観測記録から検出した。本震とほぼ同じ地震モーメントで時定数約半日の非地震性の余効的断層運動が本震とほぼ同じすべり破壊域で発生した,と解釈される。東北地方では,太平洋プレ-トが日本海溝付近から日本列島の下へ潜り込んでいるが,その運動は空間的にも時間的にも一様ではない.浅部プレ-ト境界では間欠的に大地震としてすべりが発生し,深部境界では定常的にすベりが発生していると考えられている.この中間の深さのプレ-ト境界では,低速伝播の非地震性すべりが発生する可能性があり,これが浅部境界の地震破壊核形成に寄与すると同時に,内陸の浅い地震活動にも大きな影響を及ぼすと考えられる.本研究はこのような問題意識のもとに,既存断層をもつ大型岩石試料を用いて固着ーすべり実験を系統的に行い,すべり破壊核形成過程の追跡を通して,低速で伝播する不安定すべりの発生条件と安定性の解明を目指すとともに,地殻変動の観測デ-タから実際の現象としての非地震性すべりの検出を試みる。一般に,既存断層面をもつ大理石試料では安定すべりになりやすく,花崗岩試料では高速で伝播する不安定すべりが発生しやすい.そこで,大理石と花崗岩を組み合わせて,断層面の一部は大理石,他の部分は花崗岩になるような複合断層試料を製作した.この試料をもちいて固着ーすべり実験を行ったところ,低速で伝播する不安定すべりが数多く見いだされた.その伝播速度の範囲は0.1m/sから500m/sであった.これらの不安定すべりの特徴は,1)すべりの伝播速度からみると,横波の速度に近い伝播速度をもつ不安性すべりと伝播速度が定義できない安定すべりの中間的性質をもち,2)すべり速度と応力降下量も不安定すべりに比較して小さく,かつ,3)伝播速度が増大していく過渡的状態というよりもある程度安定した伝播とみなすことができるで,このように,大理石中でも不安定すべりの伝播が実現する理由は,強度の歪速度依存性によると考えられる.一方,地殻変動のデ-タから非地震性すべりの検出を最終的な目標として,まず地震発生に起因する歪の推定を試みた.

その結果,東北地方における東西方向の歪成分の地域的な特徴は,宮城県を除いた内陸で伸びが,日本海溝より内側の太平洋底と日本海中部地震の余震域では縮みが卓越することがわかった.今後は,観測された歪とこの推定された歪の差を詳細に検討する予定である.東北地方では、太平洋プレートが日本海溝付近から日本列島の下に沈み込んでいるが、その運動は空間的にも時間的にも一様ではない。浅部プレート境界では間欠的な高速伝播すベりが大地震として発生し、深部境界では定常的なすベりが発生していると考えられる。この中間の深さのプレート境界では、低速伝播の非地震性すベりが可能性があり、これが浅部境界の地震破壊核形成に寄与するとともに、内陸の浅い地震活動にも大きな影響を及ぼすことが予想される。本研究はこのような問題意識のもとに、既存断層をもつ大型岩石試料を用いた固着-すべり実験を系統的に実施し、すべり破壊核形成過程の追跡を通して、低速で伝播する不安定すべりの発生条件と安定性の解明をめざすとともに、地殻変動の観測データから実際の現像としての非地震性のすべりの検出を試みる。大理石と花崗岩せ組み合わせて、既存断層面の一部は大理石、他の都分は花崗岩になるような複合断層をもつ岩石試料を用いて、低速伝播の不安定すべりが発生し得ることを、前年度の研究で見いだした。通常安定すべりしか発生しない大理石中でも不安定すべりの伝播が実現する原因を理解するため、摩擦強度の歪速度依存性に関する実験を行った。その結果、歪速度の増大にともなって、すべりはより不安定なものになり、摩擦強度は対数的に増大することがわかった。1992年7月、三陸はるか沖のプレート境界でM6.9の地震が発生した。この地震にともなうコサイスミックなストレイン・ステップが東北地方に展開された伸縮計で記録された。観測値は、地震のメカニズムとモーメントから計算される理論値で十分説明できる。さらに、震源にもっとも近い宮古観測点に伸縮計の記録から、ポストサイスミックな歪を検出した。これは、震源域で地震時と同程度の非地震性すべりが半日程度の時間継続したことを示す。東北地方では,日本海溝付近から太平洋プレートが日本列島の下に沈み込んでいるが,その運動は空間的にも時間的にも一様ではない.浅部プレート境界では高速伝播すべりが大地震として間欠的に発生し,深部境界では定常的なすべりが発生していると考えられる.この中間の深さのプレート境界では,間欠的な低速伝播の非地震性すべりが発生する可能性があり,これが浅部境界の地震破壊核形成に寄与するとともに,内陸の浅い地震活動にも大きな影響を及ぼすことが予想される.本研究はこのような問題意識のもとに,既存断層をもつ大型岩石試料を用いた固着-すべり実験を実施してすべり破壊核形成過程の解明を目指すとともに,地殻変動連続観測のデータから非地震性すべりの検出を試みる。既存断層をもつ花崗岩試料による不安定すべり実験において,断層近傍のせん断歪変化と不安定すべりに先行して発生する弾性波を測定し,次の結果を得た.不安定すべり発生前,ときにはせん断歪記録から推定される破壊核形成過程の開始前にも,微小破壊によると考えられる高周波弾性波が観測される.これらの震源の多くは破壊核形成域に定まる.これは,巨視的には安定なすべり現象の中に微視的には不安定な現象を含むことを示す.一方,1992年7月の三陸はるか沖の地震(M6.9)の直後から発生した余効的歪変化を,宮古と江刺の伸縮計観測記録から見いだした.原因となる断層運動を推定するため,数値シミュレイションを行った.本震とほぼ同じ地震モーメントで時定数約半日の非地震性の余効的断層運動が本震とほぼ同じ領域で発生した,と結論された.
なぜダイコンはキャベツを開花させるのか？～革新的種子生産体系の開発に向けて～

キャベツ`不抽苔'(Brassica oleracea)は商業品種より見出された非開花性の変異体である。`不抽苔'は接ぎ木により開花させることができ、非開花性が保たれた種子を得ることができる。しかしながら、`不抽苔'は近縁であるB. oleraceaに属する植物への接ぎ木では開花せず、比較的遠縁のダイコン(Raphanus sativus)に接ぎ木した場合にだけ開花する。本研究では非開花性キャベツ種子の生産体系の開発に向けて、ダイコンのもつ花成誘導因子を特定し、さらに接ぎ木による採種法と通常の採種法で得られたキャベツ種子に形質の違いがあるかを明らかにすることを目指す。
半導体微小共振機と量子細線構造を有する次世代超高性能レーザの試作研究

21世紀の超高速大容量光情報伝送や光情報処理の実現のためには、時間軸と空間軸の両方において高密度化が可能な光源の開発が不可欠である。しかし実現の道はそれほど近くはない。したがって、このような次世代光技術をささえるために新たな半導体レーザを開拓し、その技術を確立することは急務といわざるを得ない。本試験研究では、上述の究極レーザのひとつとして、量子細線を活性層に有する垂直型微小共振器レーザをこれまでの本研究者の実績をふまえて試作し、その高性能性を明らかにする。これにより「量子微小レーザ」が超高密度(時間的・空間的)集積光システムの中心になり得ることを実証し、次世代の集積レーザのあり方が浮き彫りにする。本研究計画で得られた成果は,量子ドットの作製技術としては,(1)形成の初期過程の観察(2)自然配列化(3)新しい作製法の開拓(4)微小共振器量子ドットレーザ作製(5)壁開面上への量子細線の選択成長について成果を挙げるとともに,ナノメートルスケールの光・電子相互作用の解明として(6)近接場光顕微鏡による量子ドットの光学評価(7)マイクロフォトルミネッセンスによる2次元電子ガスとポイントコンタクト構造における電子の噴出現象の可視化を進めた。さらに,(8)共振器ポラリトンにおける励起子-励起子散乱の効果の解明(9)微小共振器中の量子井戸における磁気励起子効果の観測(10)2次元フォトニック結晶における新欠陥構造の提案など,共振器効果についても重要な知見を得ることができた。これらに加えて垂直共振器型量子細線レーザおよび垂直共振器型量子ドットレーザを試作し,光ポンピングによる低温レーザ発振に成功した。本研究成果はナノ構造を有する半導体レーザの実用性の可能性を明らかにしたものであり,今後のデバイス技術の発展に大きく寄与するものである。これまで、空間軸上では、面発光レーザを用いた2次元集積アレイ化が試みられている。しかし、消費電力を抑えるためにしきい値電流をさらに下げなければならないという課題が残っている。また、時間軸上では100GHz以上の変調が必要であるが、しかし実現の道はそれほど近くはない。本年度は、主として量子細線、量子ドットの作製技術の確立をはかった。量子細線については、これまですすめてきたSiO2パターン上の選択成長法による作製技術の確立をはかるとともに、ステップバンチングにより形成されたマルチステップエッジへの歪量子細線の形成を行った。一方、量子ドットについては2次元V溝構造を形成し、そこに量子ドットを成長させる技術の確立をはかった。これらの成果をふまえて、垂直型微小共振器量子細線レーザの作製を行い、光ポンピングによる発振を実現する予定である。

21世紀の超高速大容量光情報伝送や光情報処理の実現のためには、時間軸と空間軸の両方において高密度化が可能な光源の開発が不可欠である。しかし実現の道はそれほど近くはない。したがって、このような次世代光技術をささえるために新たな半導体レーザを開拓し、その技術を確立することは急務といわざるを得ない。本試験研究では、上述の究極レーザのひとつとして、量子細線を活性層に有する垂直型微小共振器レーザをこれまでの本研究者の実績をふまえて試作し、その高性能性を明らかにする。これにより「量子微小レーザ」が超高密度(時間的・空間的)集積光システムの中心になり得ることを実証し、次世代の集積レーザのあり方が浮き彫りにする。本研究計画で得られた成果は,量子ドットの作製技術としては,(1)形成の初期過程の観察(2)自然配列化(3)新しい作製法の開拓(4)微小共振器量子ドットレーザ作製(5)劈開面上への量子細線の選択成長について成果を挙げるとともに,ナノメートルスケールの光・電子相互作用の解明として(6)近接場光顕微鏡による量子ドットの光学評価(7)マイクロフォトルミネッセンスによる2次元電子ガスとポイントコンタクト構造における電子の噴出現象の可視化を進めた。さらに,(8)共振器ポラリトンにおける励起子・励起子散乱の効果の解明(9)微小共振器中の量子井戸における磁気励起子効果の観測(10)2次元フォトニック結晶における新欠陥構造の提案など,共振器効果についても重要な知見を得ることができた。これらに加えて垂直共振器型量子細線レーザおよび垂直共振器型量子ドットレーザを試作し,光ポンピングによる低温レーザ発振に成功した。本研究成果はナノ構造を有する半導体レーザの実用性の可能性を明らかにしたものであり,今後のデバイス技術の発展に大きく寄与するものである。
酵母の色彩変化による機能的遺伝子診断法の開発と実用化

APCのcDNAは全長8.5kbあるのでこれを5つの領域に分割してストップコドンアッセイ系を作製した。領域IとIIのアッセイにはRNAを、領域III,IV,VのアッセイにはゲノムDNAを用いた。大腸癌では23例中12例(52%)が異常と診断された。さらにこれまで知られていなかった乳癌においても70例中13例(18%)に異常が見いだされ、塩基配列の決定により全てにクローナルな変異が証明された。p53遺伝子のdominant negative変異を検出する酵母アッセイ法を開発した。これは、野生型p53と変異型p53を同時に酵母に発現させ、どちらの形質が発現するかを色彩の変化で検出する方法である。神経膠芽腫では、dominant negative変異をもつ場合30歳台で発症するのに対し、resessive変異では50歳台に発症することが明らかになった。癌抑制遺伝子PTENの酵母アッセイ法を開発した。この方法では、PTEN遺伝子にナンセンス変異があると酵母は赤に、偽PTEN遺伝子が発現している場合にはピンクになる。PTEN変異のある症例には偽PTEN遺伝子発現がなく、PTEN変異がない症例では偽PTEN遺伝子が発現する相補的関係が証明された。小児の自己免疫性腸炎(AIE)の自己抗原をコードするcDNAをbaitとして酵母two-hybrid法でplacenta cDNA libraryからMCC(mutated in colon cancer)癌抑制遺伝子のホモローグMCC-2をクローニングした。さらに、腎臓および大腸のcDNAライブラリーからWnt pathwayのkeyとなる複数の蛋白がクローニングされた(未公表)。そこで、AIE-75にこれらの蛋白が結合すると酵母のADE2レポーター遺伝子が転写される系を作製した。この系ではAIE-75蛋白に変異があればADE2レポーター遺伝子が転写されないために酵母は赤くなる。このように酵母の色彩変化を指標としてcDNAの変異を検出する系を作製している。現在、これらのアッセイ系はフレームシフト変異とナンセンス変異の検出は正しく行えるが、ミスセンス変異についてはまだ不十分で改善の余地がある。AIE-75結合蛋白の多くはシグナル伝達経路のメンバーであるので酵母内にこの経路を再構築してこの経路が動くか否かによって全ての変異を検出できる系を作製中である。