hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
高齢者の足圧情報の自動評価システムの開発による足底筋群の推定と転倒予防への活用

その結果,外反母趾の自覚のある中年女性においては,自覚のない人に比べて,着地時の足の角度や重心移動に影響があるような歩行の変化が見られること,疼痛があることによって歩行の効率を有意に低下させる変化が見られること,さらに,本研究で用いた歩行パラメータによって,外反母趾歩行の評価ができる可能性があるという知見を得られた.本研究では,高齢者の転倒予防への活用のために足圧情報を用いた足部内側縦アーチ異常の自動評価システムの開発と外反母趾の歩行への影響を検討した.足圧計測情報を用いた足部内側縦アーチ異常の自動評価システムは,1次スクリーニングとして機械学習の手法を用いて「ハイアーチ」「正常」「扁平足」の3種類に自動分類するシステムの開発し,検出精度を上げるために特徴量や分類手法の見直しを行い,異常の見落としのないシステムを確立した.また,外反母趾の自覚や疼痛によって歩容にどのように影響するかを検討し,その結果,歩行の効率を有意に低下させる変化が見られるという知見を得られた.足圧計測器による計測データを用いて自動的に足底部の状態を評価するシステムの開発を目的とし,現在までに標準化したデータを自動分類することは達成した.平成28年度はフィールド実験と追跡調査を実施する.本研究では大量のデータを標準化して自動的に解析するためには,ノイズ処理と前処理をする必要がある.すなわち,ノイズ除去のためのフィルタリング処理と足指の削除と角度の正規化は手作業で行っているため,足指領域の自動検出手法を確立する.足指の自動検出ができ次第,角度調整の手法を検討する.また平行して,足指領域を削除せずに足底部アーチ評価が可能であるか検討を行う.次に,現在開発済みのプログラムをモジュール化し,GUI(グラフィカルユーザインターフェースを作成して自動分類システムとしての統合化を図る.次にシステムの評価およびテスト,フィールド実験の予備実験として,すでに計測済のデータ2000件に対してシステムによる自動分類を行う.平成27年度に確立した手法では偽陰性は0であるため,陽性反応の出たもののみチェックし,正確性,すなわち適合率の評価をし,カットオフ値の検討を行う.平成28年度後半にはフィールド実験を行う.高齢者500名に対して行う計測会に参加し,計測データを収集,システムによる処理,フィードバックまでを行う予定である.また,予備実験で使用したデータおよびフィールド実験で収集したデータをデータベース化し,追跡調査可能な状態にする.データベース化したデータは統計的解析を行い,追跡調査を可能にする.追跡調査を行うことで転倒と足底部の状態の関係性を明らかにすることができると考える.フィールド実験ができる段階まで開発した時点で対外発表を行い,データベースシステムまで開発した時点で論文発表を計画している.情報工学平成27年度は,データの抽出法,分類手法の検討などフィールドに出ずに行える実験が多かったため,旅費やフィールド実験用の機材として予定していた予算の残額が生じた.平成28年度は(最終年度)はフィールド実験への同行を計画しているため旅費の支出が増えると考えられるが,使用可能な状況にある.成果報告として対外発表や論文発表を計画しているため,前年度繰り越し費用と平成26年度経費を併せて,論文掲載費に充当する.
マルテンサイト相におけるゴム状弾性の出現条件

ゴム状弾性はCu-Zn-Al合金やAu-Cd合金のマルテンサイト相に現れる特異な擬弾性である。これはマルテンサイトの状態で適当な時効熱処理を施したときにだけ現れる。この現象における弾性的復元力の原因は長年不明であったが、数年前、著者らは合金原子配列における短距離規則度の時効変化が原因であるとの説を提唱した。本研究はこの現象の出現条件をさらに詳細に明らかにすることを目的としている。実験的にはAg-Zn-Al合金においてこの現象が見られるかどうかを調べた。現在までの調査ではまだ見つかっていない。またこの合金で短距離規則度の時効変化を電子線回折で調べた。短距離規則構造に基づくと思われる散漫散乱に顕著な時効変化があることを見出した。一方、理論面からの検討も行った。まず、この効果の大きさが短距離規則度のうち第1近接原子間のものと第2近接原子間のもの(ただし、ともに同種サイト間のもの)との差に比例することを明らかにした。つぎに、短距離規則度についてモンテカルロ法によるシミュレーションを行った。その結果、ゴム状弾性に関係する第1近接原子間と第2近接原子間の短距離規則度の差は、変態直後ではゼロであるが、時効とともに大きくなることを確認した。さらに、平衡状態ではこの差は長距離規則度の臨界温度近辺で大きいことを明らかにした。従って、各合金において臨界温度近辺での長時間時効が大きなゴム状弾性をもたらすと推論できる。
高圧と光圧の協奏によるナノ構造マニピュレーション

本研究課題では、これまで別々の操作技術として認知されていた「高圧」と「光圧」を組み合わせて、かつてない新しいナノ構造マニピュレーション技術を開発する。高圧力により分子間相互作用を弱めてナノ構造体を解体し、続いて、光圧による操作技術により高次構造を組み立てていく顕微鏡を開発する。この手法を用いて、細胞内で駆動する分子機械や細胞骨格をコントールできる研究に取り組む。
リン酸化修飾による硫化水素産生酵素の制御メカニズム

含硫アミノ酸の代謝に関わるシスタチオニンβ-シンターゼ、シスタチオニンγ-リアーゼ、および3-メルカプトピルビン酸イオウ転移酵素について、その制御をリン酸化修飾に着目し研究を行なった。これらの酵素をいくつかのタンパク質リン酸化酵素を用いてリン酸化修飾を試みたところ、シスタチオニンβ-シンターゼのみがリン酸化修飾されることが明らかになった。よってシスタチオニンβ-シンターゼはリン酸化修飾によりその働きが制御されていることが示唆された。本研究は、シスタチオニンβ-シンターゼ、シスタチオニンγ-リアーゼ、および3-メルカプトピルビン酸イオウ転移酵素の3つの酵素について、それらの制御メカニズムの解明をその翻訳後修飾に着目し行なったものである。上記の3つの酵素は含硫アミノ酸の代謝に関わる酵素であり、近年シグナル分子として注目を浴びている硫化水素産生に関わると報告されているものである。硫化水素については様々な論文が数多く執筆されているが、未だ不明な点が多いのが現状である。よってこれらの酵素の制御メカニズムを解明することは非常に意義深いものである。我々はこの3つの酵素について、そのリン酸化修飾に着目し検討を行った。種々のたんぱく質リン酸化酵素を用いて上記の3つの酵素のリン酸化修飾を試みたところ、シスタチオニンβ-シンターゼのみがリン酸化修飾されることが分かった。またシスタチオニンβ-シンターゼのリン酸化修飾について、質量分析および点変異導入法を用いた解析によりその修飾部位の同定に成功した。さらに、これまでのラット由来の酵素に加え、ヒト由来の酵素の実験系も確立し平行して研究を進めた。現在シスタチオニンβ-シンターゼのリン酸化修飾の意義について精力的に研究を進めている。これらの結果はシスタチオニンβ-シンターゼの翻訳後修飾、特にリン酸化修飾による制御の可能性を具体的に示した新たな知見であり、今後の展開が期待されるものである。本研究は、近年多いに注目を浴びている硫化水素およびその関連分子に関する研究である。硫化水素関連酵素としてはシスタチオニンβ-シンターゼ(CBS)、シスタチオニンγ-リアーゼ(CSE)、および3-メルカプトピルビン酸イオウ転移酵素(3-MST)が報告されている。硫化水素の作用に関する研究は数多く行われているが、その産生機構や硫化水素関連酵素に着目した研究は少ないのが現状である。硫化水素についてはコントラバーシャルな点が多く、その解明の為にも本研究は非常に重要な位置を占めるものである。本研究では硫化水素関連酵素の翻訳後修飾、特にリン酸化修飾に着目し研究を実施している。平成24年度は硫化水素関連酵素のリン酸化修飾の可能性について研究を行った。カルシウム・カルモジュリン依存性プロテインキナーゼII(CaMKII)、プロテインキナーゼA(PKA)、プロテインキナーゼC(PKC)などのキナーゼを用い硫化水素関連酵素のリン酸化修飾を試みたところ、CBSのみがリン酸化修飾される事が分かった。一方CSEおよび3-MSTはどのキナーゼによってもリン酸化修飾されなかった。次に、リン酸化修飾が認められたCBSについてそのリン酸化修飾部位の同定を試みた。CBSリン酸化修飾について分子量論学的解析を行ったところ、CBS1分子あたり複数箇所のリン酸化修飾が起こることを明らかにした。加えて質量分析および点変異導入法を用いた解析より、CBS中の複数箇所のリン酸化修飾部位の同定に成功した。これはCBSがリン酸化修飾により制御されている可能性を示す初めての知見であり、本研究の今後の進展の基盤となる結果である。その他のキナーゼによるCBSリン酸化修飾についても同様の方法で解析を進めており、複数箇所でリン酸化修飾が起こることを明らかにしている。交付申請書では全体の計画をステージ1からステージ3の3つに分類した。すなわち、ステージ1「硫化水素関連酵素はどのようなキナーゼによりリン酸化されるのか?」、ステージ2「硫化水素関連酵素のリン酸化部位は?」、ステージ3「硫化水素関連酵素のリン酸化の意義は?」の3つである。平成24年度はステージ1およびステージ2の実施を計画していた。平成24年度の研究により、硫化水素関連酵素CBSがいくつかのキナーゼによりリン酸化修飾されることを明らかにした。またCBSリン酸化修飾はCBS1分子あたり複数箇所で起こることを明らかにし、またそのリン酸化修飾部位の同定にも成功した。以上のことより、おおむね順調に進展していると言える。平成25年度は、ステージ2「硫化水素関連酵素のリン酸化部位は?」の継続実施から、ステージ3「硫化水素関連酵素のリン酸化の意義は?」の実施に向けて研究を遂行する。ステージ2については平成24年度に明らかにしたCBSリン酸化修飾に加え、その他のキナーゼによるCBSリン酸化修飾の詳細な解明を行う予定である。すなわち、その他のキナーゼによるCBSリン酸化修飾部位の同定である。ステージ3については、特に現在明らかとなっているCBSリン酸化修飾について先行して実施する。すなわちCBSリン酸化修飾の意義の解明を行う。

申請者はこれまでCBS活性の検出について、蛍光プローブを用いる方法、ラジオアイソトープを用いる方法の2つの実験系を確立しており、CBSリン酸化修飾の有無による活性の変化を検出する予定である。また、これまで行ってきたin vitroの結果に加えて、細胞内でのCBSリン酸化修飾の検出についても不可欠であると考えている。これは、リン酸化タンパク質補足分子を用いた解析で行う予定である。リン酸化修飾によるCBSの局在の変化などについても想定している。CBSリン酸化部位特異的抗体の作成については、CBSリン酸化修飾が複数箇所で起こることから、このままの形では実施は難しいものと思われる。しかし、申請者はCBSリン酸化修飾部位には優位性が存在する知見を得ており、より優先してリン酸化修飾される部位、もしくはCBS活性等により大きく影響するリン酸化修飾部位のリン酸化部位特異的抗体の作成を考えている。本研究を遂行するにあたり必要となる施設・機器(蛍光顕微鏡、DNAシーケンサー、液体シンチレーションカウンター、マイクロプレートリーダー等)は、当大学および申請者が所属する研究室に整備されている。従って、平成24年度同様、平成25年度も主に試薬・消耗品の購入に研究費を使用したいと考えている。加えて、研究計画通り研究を遂行できた場合、平成25年度はリン酸化部位特異的抗体の作成を考えている。また、研究成果の報告の為の学会参加費と論文投稿費として研究費を使用したいと考えている。適切な使用はもちろんのこと、研究費の節約に取り組みつつ、効率的な使用を心がける所存である。なお、計画的に平成24年度の研究費を使用したが、25,591円の残高が生じた。これは年度末に購入予定であった試薬の国内在庫がなかったことにより発生したものである。したがって、平成24年度の残高と合わせ平成25年度の研究費を使用する。これも試薬・消耗品の購入にあてる予定である。
高血圧におけるレニン・アンジオテンシン系諸因子の遺伝子多型の病態的意義

レニン・アンジオテンシン系の構成因子であるアンジオテンシノーゲン(AGT)、アンジオテンシン変換酵素(ACE)、アンジオテンシンII1型受容体(AT1R)の各遺伝子は、高血圧やその関連疾患の発症や悪化の遺伝的要因としての役割が注目されている。青森県は高血圧症の発症頻度が高く、その遺伝的背景についての検討が求められていた。そこで、青森県の高血圧患者と健常対照者においてAGTM235T多型、ACEI/D多型、AT1RA1166C多型の分布を比較し、その病態的意義について検討した。また、終末期腎不全および脳卒中についても同様に検討を行った。その結果、AGTM235T多型およびACEI/D多型と高血圧症とのあいだに有意の連関が認められた。しかし、AT1RA1166C多型とは連関が認められなかった。また、3多型は終末期腎不全とは連関しなかった。他方、ACEI/D多型は、脳卒中との連関が認められた。とくに、梗塞性疾患に比し出血性疾患でより強い連関が認められた。以上の結果から、青森県における高血圧の遺伝的危険因子としてAGTM235T多型およびACEI/D多型が重要で遺伝子マーカーとなり得る可能性が示唆された。さらに、ACEI/D多型は脳卒中の遺伝子マーカーとしても重要である可能性があり、今後、大規模研究の基礎となる重要な所見と考えられた。アンジオテンシノーゲン(AGT)およびアンジオテンシン変換酵素(ACE)の遺伝子多型の病態的意義を明らかにするために、無作為に抽出した青森県民789例について、PCR法に従い購入した紫外線可視分光光度計を利用し、AGT遺伝子exon2のM235T変異およびACE遺伝子intron16の287塩基対挿入(1)/欠失(D)に基づく、それぞれの遺伝子型頻度を検討し、以下の結果を得た。AGT遺伝子型の頻度はMM型2.4%、MT型31.1%、TT型66.5%であり、対立遺伝子頻度はM:T=0.179:0.821であった。また、各遺伝子型において年齢、BMI、総コレステロール、収縮期血圧、拡張期血圧に有意差を認めなかった。健常者群(449例)高血圧群(277例)、糖尿病群(29例)、脳卒中群(12例)、高脂血症群(37例)およびその他の疾患群(30例)に分類し、遺伝子型および対立遺伝子頻度について健常者群と比較検討したが、有意差を認めなかった。ACE遺伝子型の頻度はII型44.5%、ID型44.1%、DD型11.4%であり、対立遺伝子頻度はI:D=0.665:0.335であった。健常者群(449例)、高血圧群(277例)、糖尿病群(29例)、脳卒中群(12例)、高脂血症群(37例)およびその他の疾患群(30例)に分類し、遺伝子型および対立遺伝子頻度について健常者と比較検討したところ、糖尿病群においてのみ遺伝子型および対立遺伝子頻度に有意差を認めたが(P<0.01)、それ以外の群では有意差を認めなかった。次年度以降、腎不全にまで対象を、拡げAII受容体タイプI遺伝子多型についても検討の予定である。本年度においては高血圧症におけるアンジオテンシンII1型受容体(AT1R)遺伝子多型および終末期腎不全におけるAT1Rとアンジオテンシノーゲン(AGT)遺伝子多型の解析を行った。1.高血圧患者166名(男性79名、女性97名)と正常対照者174名(男性51名女性123名)を対象として、AT1R遺伝子A1166C多型を解析した。

正常対照群における遺伝子型の頻度はA/A83.3、A/C16.1、C/C0.6%であり、高血圧症群においてはA/A81.9、A/C17.5、C/CO.6%であった。A1166C多型は遺伝子型においても対立遺伝子においても高血圧症と連関が認められなかった。2.慢性維持血液透析患者253例(男性148例、女性105例)と正常対照者193例(男性76例、女性117例)を対象として、AGTM235T多型及びAT1RA1166C多型を解析した。AGTM235T多型の正常対照群における遺伝子型の頻度はM/M5.2%、M/T25.4%、T/T69.4%であり、透析患者においてはM/M4.0%、M/T30.4%、T/T65.6%であった。また、AT1RA1166C多型の正常対照群における遺伝子型の頻度はA/A80.8%、A/C18.1%、C/C1.0%であり、透析患者においてはA/A86.5%、A/C11.9%、C/C1.6%であった。AGT M235T多型およびAT1RA1166C多型の遺伝子型の分布はいづれも透析患者と正常者のあいだで差を認めなかった。また、糸球体腎炎、糖尿病性腎症、またIgA腎症など腎不全に至る原因疾患別においても差は認められなかった。次年度は、脳血管障害に対象を拡げ、アンジオテンシン変換酵素遺伝子多型についても検討の予定である。本年度は平成9年度の検討で高血圧と連関が示唆されたアンジオテンシン変換酵素(ACE)遺伝子I/D多型の高血圧における再評価と高血圧関連疾患である脳卒中との連関解析を行った。高血圧患者183例(男性83例、女性100例)、脳卒中患者182例(男性79例、女性97例)、健常対照者193例(男性67例、女性126例)を対象とした。以上の結果から、青森県における高血圧および脳卒中の遺伝的危険因子としてACE遺伝子I/D多型が重要で遺伝子マーカーとなり得る可能性が示唆された。
近世前期における諺の浸透

今年度は、諺の重要な基盤となる中国故事が、いかなる形で大衆に浸透していったかを検討した。今年度の研究よって得られた新たな知見は、以下の2点にまとめられる。1、儒学の大家である林羅山の編した注釈書『徒然草野槌』収録の中国故事が、多くの文芸作品に流出し、それらがやはり金言・名句とされ諺化していく。前年度までに、都の錦・北条団水・錦文流らの浮世草子、近末門左衛門の浄瑠璃における摂取が明確にできたが、本年度、新たに西村本や仮名草子(『あだ物語』『よだれかけ』『東海道名所記』『出来斎京土産』など)でもその利用をはっきり把握できた。他の林羅山の啓蒙的な編書もまた、諺の基になる故事の供給源になりえる可能性がある。今後さらに羅山編書の果たした役割について、検討していきたい。2、本年度の調査検討の中で、新しく気付いた点は、近世前期ばかりでなく中期においても、文芸作品を介して中国故事が諺化していることである。既に、近世前期の文芸(都の錦の浮世草子・紀海音の浄瑠璃など)が、中国故事の宝庫といえる『訓蒙故事要言』を利用していることは指摘してあった。しかし、中期の山東京伝の読本でも、『訓蒙故事要言』が利用され、諺として引用されているのである。文芸と介しての諺の浸透は、当初推測していた以上に、広範囲に行われているようである。調査対象の文芸の枠を広げつつ、調査を進行させたい。
地球環境保全のための都市・建築の計画手法に関する総合的研究

(1)1995年度に策定された資源利用評価(有馬,吉田(燦)、ライフサイクルCO_2評価、都市気象予測モデル(村上、中村)、体系の一層の精緻化とデーターベースの充実を図ると共にケーススタディを行いその有効性を検証した(有馬、石福、吉田(卓)、村上、中村)。(2)新しい都市計画理念を考案し、それに基づく具体的な都市の再配置と連結について提案し、自己評価を行った(三村(浩)、木村)。(3)地球環境時代に相応しいライフスタイルを提示し、それに誘導するための施策を考究した(荒谷、安岡)。(4)新しいライフスタイルないしは住様式に対応する住宅、集住形式の計画理念と方法を策定した(三村(由)、宮沢)。(5)維持可能な建築・都市モデルとして、具体的なカスタード、リサイクルのシステムの資源エネルギー等の総合的な視点から提案した(尾島、紀谷、吉田(燦))。上記のような研究のまとめを行い、本研究の総合化をより強力に推進し、地球環境と都市・建築の未来像に関するコンセプトをまとめた(松尾、前野)。当初の計画に従って本年度は、地球環境時代にふさわしい都市・建築の造り方、あり方について有効な指針を得ることを目的に調査研究をおこない、以下に示すような成果を得た。(1)これまでの研究成果をふまえ、新しい展開を図るためのトータルイメージを作成し、それらをベースに討議を重ねて本研究の全体像を構築し、研究計画を策定した。(2)建築・都市の建設、使用、改廃等にわたる環境保全性のライフサイクル評価方法を策定するため、基本となる評価指標の再検討、算定方法の体系化、データベースの構築を行った。(3)地域環境を念頭に置いた都市機能の在り方について、単なるエコロジカルな側面ばかりでなく、人工的手段を含めた総合的な視点から考究し、地球環境都市のプロトタイプを提示した。(4)生活様態に関して世界的な視野で現状を調査し、体系的な分類を行い類型別の人口を整理して、地球環境時代のライフスタイルの動向を探った。(5)世界的な視野で、都市から農村などにわたる様々な居住形態を掘り起こし現代に活用する可能性に付いて調査し、居住形態モデルを提示した。(6)都市・建築における資源・エネルギーの消費、固定、カスケード使用、リサイクル利用等の体系的調査を行い地球環境問題の解決の方策を検討した。(1)1995年度に策定された資源利用評価(有馬,吉田(燦)),ライフサイクルCO_2評価(石福),都市気象予測モデル(村上,中村),体系の一層の精緻化とデーターベースの充実を計ると共にケーススタディを行いその有効性を検証した(有馬,石福,吉田(倬),村上,中村).(2)新しい都市計画理念を考案し,それに基づく具体的な都市の再配置と連結について提案し、自己評価を行った(三村(浩),木村).(3)地球環境時代に相応しいライフスタイルを提示し,それに誘導するための施策を考究した(荒谷,安岡).(4)新しいライフスタイルないしは住様式に対応する住宅,集住形式の計画理念と方法を策定した(三村(由),宮沢).(5)維持可能な建築・都市モデルとして、具体的なカスタード,リサイクルのシステムの資源エネルギー等の総合的な視点から提案した(尾島,紀谷,吉田(燦)).上記のような研究のまとめを行い、本研究の総合化をより強力に推進し、地球環境と都市・建築の未来像に関するコンセプトをまとめた.(松尾,前野).
ロシアと中国を対象国とした温室効果ガス削減共同実施スキーム確立の為の基本調査

本研究では、1997年に開催された気候変動枠組み条約第3回締約国会議(京都会議)で採択された京都議定書に盛り込まれた温室効果ガス(GHG)削減に向けての国際制度の枠組み作り(排出権取引、共同実施、クリーン開発メカニズム)において、特に重要な実施対象国と見なされているロシアと中国について、温室効果ガスの発生に関するデータの系統的収集と各種の共同実施プロジェクトやクリーン開発メカニズムのプロジェクトに関する基本的課題の技術的、経済的、そして社会的観点からの整理、評価を行った。その結果として、両国の研究者を仙台に招いた各種セミナーの開催や中国、ロシアなどでの調査、資料収集を行い、以下の成果を得ることができた。1.ロシアについては、ロシア科学アカデミー・シベリア支部附属無機化学研究所の協力を得て、GHG削減に関する公式文書、統計資料、学術論文等を精力的に収集し、その共同実施におけるベースライン作りと実施項目に関する分析と提言に必要な基礎資料を入手した。2.中国に関しては、現地の専門家を招聘してシンポジウムを開催することで、GHG削減に関するデータ管理の現状や中国政府の取り組みなどをヒアリング調査し、あわせて同国を焦点とした具体的な日本と中国との間の共同実施活動プロジェクト(北京の首都製鉄所における乾式コークス冷却装置の設置)の詳細な経済性評価を行った。本研究は、京都議定書に盛り込まれた温室効果ガス(GHG)削減に向けての国際制度の枠組み作り(排出権取引、共同実施、クリーン開発メカニズム)において、特に重要な実施対象国と見なされているロシアと中国について、温室効果ガスの発生に関するデータの系統的収集と各種の共同実施プロジェクトに関する基本的課題の技術的かつ経済的観点からの整理、評価を行うことを目的としていた。本年度は、両国の研究者を招いた各種セミナーの開催と、ロシアでの調査、資料収集を行い、以下の成果を得ることができた。1.ロシアについては、ロシア科学アカデミー・シベリア支部附属無機化学研究所の協力を得て、GHG削減に関する公式文書、統計資料、学術論文等を精力的に収集し、その共同実施におけるベースライン作りと実施項目に関する分析と提言に必要な基礎資料を入手することができた。2.中国の場合、ロシアに比べて外部から環境データヘアクセスすることは困難であるため、現地の専門家を招聘してシンポジウムを開催することで、GHG削減に関するデータ管理の現状や中国政府の取り組みなどをヒアリング調査し、あわせて同国を焦点とした各種シュミレーション結果の分析に関する資料を入手した。1.ロシアについては、ロシア科学アカデミー・シベリア支部無機化学研究所の協力を得て、GHG削減に関する公式文書、統計資料、学術論文等を精力的に収集した。特に、発電所や製鉄所など、石炭の大量使用によるCO2多量発生源に関する系統的調査報告を得るとともに、それらを踏まえたロシア科学アカデミーの見解など、共同実施におけるベースライン作りと実施項目に関する分析ならびに提言に必要な基礎的資料を入手することができた。2.中国については、一部、内モンゴル地域の環境データを得ることが出来たが、一般的には、ロシアに比べて外部から環境データへアクセスすることが困難であるため、引き続き現地の専門家を招聘してシンポジウムを開催することで、GHG削減に関するデータ管理の現状や中国政府の取り組みなどをヒアリング調査し、あわせて同国を焦点とした各種シミュレーション結果の分析に関する資料を入手した。
骨芽細胞の免疫調節機能に及ぼす細胞分化とメカニカルストレスの影響

高齢化社会を迎えて社会問題化しつつある骨粗鬆症、骨関節症、歯周病等の疾患の新たな治療・予防法開発のために、骨代謝の中心的細胞である骨芽細胞が注目されている。本研究では、いくつかの鍵分子(免疫性分泌因子、細胞内酵素など)を中心とした解析から、骨芽細胞が持つ(1)免疫調節能、(2)細胞分化、および(3)メカニカルストレス応答性の三つの機能が有機的に連関することを示し、新しい観点から骨芽細胞の機能解析を進めた高齢化社会を迎えて社会問題化しつつある骨粗鬆症、骨関節症、歯周病等の疾患の新たな治療・予防法開発のために、骨代謝の中心的細胞である骨芽細胞が注目されている。本研究では、いくつかの鍵分子(免疫性分泌因子、細胞内酵素など)を中心とした解析から、骨芽細胞が持つ(1)免疫調節能、(2)細胞分化、および(3)メカニカルストレス応答性の三つの機能が有機的に連関することを示し、新しい観点から骨芽細胞の機能解析を進めた1.骨芽細胞分化におけるJNKの役割1)in vitro実験系:マウス骨芽細胞株MC3T3-E1の、アスコルビン酸誘導性分化過程におけるJNK各isoformの蛋白量、リン酸化量の変化を解析した。また、各JNK isoformをテトラサイクリン誘導性に発現する細胞株を樹立し、解析を行った。次にJNKの特異的酵素阻害剤およびJNK特異的脱リン酸化酵素であるMKP-Mの発現誘導が骨芽細胞分化に与える影響を解析した。これらの結果から、特にp56JNK2が骨芽細胞分化に重要な役割を果たすことを見いだした。研究成果は、日本生化学学会、歯科基礎医学会に発表するとともに、現在論文投稿準備中である。2)MKP-Mノックアウトマウスの作製:作成したMKP-M遺伝子ターゲットプラスミドによってマウスES細胞のhomologous recombinationを確認したが、作成したキメラからのgermline transductionが困難であったため、再度MKP-M遺伝子ターゲットプラスミドを設計しなおしてマウスES細胞に導入した。2.骨芽細胞におけるメカニカルストレス応答の網羅的解析1)骨芽細胞におけるメカニカルストレス応答遺伝子発現のgenechipによる解析: genechipによって、低出力超音波処理後のMC3T3-E1の遺伝子発現パターンの変化を網羅的に解析し、複数個のストレス応答性遺伝子を同定した。2)骨芽細胞メカニカルストレスレセプターとその下流シグナル:低出力超音波に対する骨芽細胞のメカニカルストレス受容体としてAT1を同定し、ケモカイン誘導における役割を示した。研究成果はJ.Cell. Physiol.誌に掲載された。また、歯根膜細胞のメカニカルストレス刺激によるIL-8産生機構について検討し、その成果をJ.Den.Res.誌に発表した。1.骨芽細胞分化におけるJNKの役割1) MKP-Mノックアウトマウスの作製:昨年度の樹立に失敗したKOマウスの作成のため、新たに設計したMKP-M遺伝子ターゲットプラスミドをマウスES細胞に導入し、homologous recombinationを確認した。作成したキメラからのgermline transductionに成功し、MKP-MヘテロKOマウスを樹立した。現在、交配によるホモKOマウスの確立を行っており、確認後に解析を行う予定である。2) in vitro実験系:マウス骨芽細胞株MC3T3-E1およびマウス頭頂骨由来初代培養骨芽細胞の分化過程におけるJNKの機能的役割について、より詳細な解析を進めた。これらの結果から、JNK活性、特にp56JNK2活性が、転写因子Atf4の発現量調節を介して骨芽細胞分化に重要な役割を果たすことを証明した。研究成果は、骨代謝研究のリーディングジャーナルであるJournal of Bone and Mineral Research誌に発表された。2.骨芽細胞におけるメカニカルストレス応答の網羅的解析:1)骨芽細胞におけるメカニカルストレス応答遺伝子としてAMPキナーゼを同定した。さらに細胞内AMPK活性が骨芽細胞・軟骨細胞分化に重要な役割を果たすことを見いだし、研究成果について複数件の学会発表を行った。2)骨芽細胞メカニカルストレスレセプターとその下流シグナル:実験的歯周炎における骨芽細胞動態に関わる分子としてCot/Tp12を、Cot/Tp12KOマウスを用いた解析で同定し、研究成果をJ Periodont. Res.誌に発表した。3)in vivoでのメカニカルストレスモデルとして、矯正的歯の移動について歯周炎モデルマウスで検討し、歯周炎合併により骨芽細胞からのRANKL分泌量が変化し、矯正力による歯の移動度が減弱することを見いだした。研究成果はEur J Oral Sci.誌に掲載された。
水ストレス下の水稲生育の分光スペクトル観測室内制御実験と穀物生産指標の開発-中国・インドの水稲収量の衛星監視法に関する技術開発-

1.穀物生産指標の開発と検証これまでに,衛星データを使用することによってデータの不十分な海外の地域に対して適用可能な監視法の技術開発を念頭にし,中国・インドを対象として世界気象データと気象衛星NOAAデータを用いながら生育指標・積算植生指標・穀物生産指標CPIの予知の能力について検討を進めてきた.穀物生産指標CPIのモデリングの妥当性については,全天日射量や単位収量等のデータが十分に得られやすい国内を対象に評価を進めてきた.本研究では,Basmussen(1998)によるモデリングを発展させ,これまでに開発してきた日射・有効気温・植生指標NDVIを組み入れたモデルを改良し,光合成に及ぼす温度影響関数と,出穂期前後に穀物生産量に及ぼす低温不稔・登熟遅延の低温側温度影響関数と高温障害を表す温度障害関数とを考慮に入れた穀物生産指標CPIをモデル化した.その際,不稔影響関数を生育から登熟までの光合成速度の積分とは独立として,穀物収量へ直接に影響するモデルに改良した.同時に任意地点へ適用可能な標準化を施し,CPI_U(Crop Production Index Unit)として表わした.推定対象地点は,埼玉県久喜市のほかに福島県郡山市・新潟県巻町・宮城県古川市・秋田県大潟村・同狩川町・岩手県雫石町・北海道の函館市・岩内町・新篠津村の9地点を加え計10地点とした.その結果,日射量・植生指標NDVI及び低温不稔・登熟遅延の低温側温度影響関数と高温障害を表す温度障害関数とを組み入れた光合成型の穀物生産指標CPI_Uモデルの開発を確認した.2.中国への穀物生産指標の適用と水ストレスの導入これまでの低温不稔を考慮した光合成型の穀物生産指標のモデルに,水稲と小麦を念頭にした水ストレスを取り入れようとしている.制御温室において水稲に水ストレスを加え,葉面からの反射率スペクトルを測定したデータを使って水分指標を比較検討した.すでに提案されているSRWI (Simple Ratio Water Index)とNDWI (Normalized Difference Water Index)の水分指標について,MODISによる広域測定とASTERによる検証を想定し,両衛星の短波長赤外帯を用いた水ストレス指標の適用性を検討した。また,中国を中心としたアジアにおける穀物生産量の早期予測のために,静止気象衛星GMSの日射データを用いながら,中国の瀋陽・北京・済南・南京・上海・成都について穀物性生産指標CPI_Uを適用した.得られた特性から今後の課題について検討した.1.穀物生産指標の開発と検証これまでに,衛星データを使用することによってデータの不十分な海外の地域に対して適用可能な監視法の技術開発を念頭にし,中国・インドを対象として世界気象データと気象衛星NOAAデータを用いながら生育指標・積算植生指標・穀物生産指標CPIの予知の能力について検討を進めてきた.穀物生産指標CPIのモデリングの妥当性については,全天日射量や単位収量等のデータが十分に得られやすい国内を対象に評価を進めてきた.本研究では,Basmussen(1998)によるモデリングを発展させ,これまでに開発してきた日射・有効気温・植生指標NDVIを組み入れたモデルを改良し,光合成に及ぼす温度影響関数と,出穂期前後に穀物生産量に及ぼす低温不稔・登熟遅延の低温側温度影響関数と高温障害を表す温度障害関数とを考慮に入れた穀物生産指標CPIをモデル化した.その際,不稔影響関数を生育から登熟までの光合成速度の積分とは独立として,穀物収量へ直接に影響するモデルに改良した.同時に任意地点へ適用可能な標準化を施し,CPI_U(Crop Production Index Unit)として表わした.推定対象地点は,埼玉県久喜市のほかに福島県郡山市・新潟県巻町・宮城県古川市・秋田県大潟村・同狩川町・岩手県雫石町・北海道の函館市・岩内町・新篠津村の9地点を加え計10地点とした.その結果,日射量・植生指標NDVI及び低温不稔・登熟遅延の低温側温度影響関数と高温障害を表す温度障害関数とを組み入れた光合成型の穀物生産指標CPI_Uモデルの開発を確認した.2.中国への穀物生産指標の適用と水ストレスの導入これまでの低温不稔を考慮した光合成型の穀物生産指標のモデルに,水稲と小麦を念頭にした水ストレスを取り入れようとしている.制御温室において水稲に水ストレスを加え,葉面からの反射率スペクトルを測定したデータを使って水分指標を比較検討した.すでに提案されているSRWI (Simple Ratio Water Index)とNDWI (Normalized Difference Water Index)の水分指標について,MODISによる広域測定とASTERによる検証を想定し,両衛星の短波長赤外帯を用いた水ストレス指標の適用性を検討した。また,中国を中心としたアジアにおける穀物生産量の早期予測のために,静止気象衛星GMSの日射データを用いながら,中国の瀋陽・北京・済南・南京・上海・成都について穀物性生産指標CPI_Uを適用した.得られた特性から今後の課題について検討した.1.温度傾斜型制御温室TGCの製作と水稲の水ストレス分光測定実験初年度の水稲育成測定実験のために温度傾斜型制御温室TGCを島根大学生物資源教育研究センター内に急ぎ建設した.要する工事期間のため水稲をやや遅く移植したが,コンクリート灰汁・微量元素等の土壌生育条件が整わず正常な生育でなかった.しかし,水ストレス測定帯(1.6μmと2.2μm付近)である短波長赤外・可視分光放射計を用いた測定実験により分光データが得られ,水稲に関する水ストレス指標のモデル化の方針を立てることができた.2.穀物生産指標のモデル化光合成型の穀物生産指標のモデル化を進めた.

作物の成長と穀物生産の源となる光合成を推定するためには,日射の他に作物の気孔からの蒸散を適切に考慮する必要がある.シミュレーションに代わってリモートセンシングを用いて作物の成長を測定することにより,生育は既知として光合成速度を推定する.穀物生産量の推定は基本的に光合成速度の積分値に依存し,その光合成は日射と作物現存量の他に気孔開度に依存すると考えた.なお,作物が生育したとしても不稔温度と高温障害という植物生理学的要素があるため,穀物生産指標の中に光合成の他に出穂・登熟のための気温障害の要因も取り入れている.地球温暖化の現代では,穀物生産量におよぼすCO_2濃度の影響も多くの研究がある.しかし,穀物生産の現況追跡の場合には,その現況監視の前後には,大気中に供給量が十分あるとして不変とし,CO_2濃度の影響は穀物生産指標中に考慮しない.また,肥料の効果は植生現存量を表す植生指標NDVIに反映されるとする.同様に,病虫害は植生指標NDVIに現れるとして無視する.このモデル化を第6回水資源シンポジウムとシステム農学会で発表した.1.制御温室TGCによる水稲の水ストレス分光測定実験初年度に島根大学生物資源教育研究センター内に建設した温度傾斜型制御温室TGCを使用して葉のスペクトル観測用の水稲を育成した.生育した水稲の灌漑水を抑制することによって人為的に水ストレスを与えた.蒸散の減少による葉温の上昇を観測すると共に,葉の持つ可視・短波長赤外光について反射率スペクトル値が上昇する量を計測した.分光反射率はASD社製のField Spec FRの分光放射計を使用し,測定範囲は350μm2500μmである.この観測時間内の薄雲の通過によって短波長赤外帯の反射率値が大きく変動する.しかし,近赤外の波長帯は水の吸収帯では無いため,近赤外の反射率は測定時間内に同一とみなすことができる.波長0.725μmから1.100μmの反射率の平均値で各反射率値を割った反射率比によって反射率スペクトルを標準化し,薄雲の影響を除いた.水ストレスが作用することによって水扮が減少するに伴い反射率が上昇する関係が得られた.2.光合成型穀物生産指標のモデリング従来からの有効積算気温や植生現存量ばかりでなく,世界気象データと衛星による植生指標を用い,日射・有効気温・植生現存量・気孔開度を考慮した光合成型の穀物生産指標をモデル化することによって,水資源不足時代における穀物生産量を早期に監視する方法を提案した.小麦・米・トウモロコシ等の穀物生産量の中で水稲を最も重視した.水稲は食糧問題の中で単位面積当たりの収穫量が小麦より高いことから人口扶養力が大きく,また,水資源を最も多く必要とし,水配分の視点から重要な作物となっているからである.この穀物生産指標を土木学会環境システム論文集に発表した.また,低温不稔・高温障害を表す温度障害項とによって穀物生産指標のモデリングを進め,システム農学会2003年度春季研究発表会や水文・水資源学会2003年研究発表会,更に第216回日本作物学会講演会で発表した.1.穀物生産指標の開発と検証
匂い・ガスの動的可視化装置の開発-ガスビデオカメラの実現-

現在、都市環境の悪化が社会的問題となっており悪臭、汚染物質の発生源を短時間で特定する技術の開発が望まれている。また、爆発物や薬物の早期発見も重要な課題である。これらの要求に答える人工センシングシステムはまだ開発されていない。このようなセンシングシステムの開発が困難な原因としては、波動の伝播現象とは異なり匂いは直線的に漂ってくるのではなく、乱流を伴った複雑な気流により運ばれて伝搬することが挙げられる。気流の中のガスセンサの応答は不規則に変化して、その応答を再現することも難しく、信頼性の高い流れの方向推定は困難な課題である。本研究者のグループが開発した匂い源探知ロボットは一定の風が吹く室内では匂い源の探知が可能であるが、閉め切った室内や屋外では探知することが難しくブレイクスルーが必要であった。そこで本研究ではセンサアレイを導入して匂いやガスの動的な挙動を可視化し、同時多点計測により冗長な情報を得て乱流の影響を抑え、流れの方向推定の信頼性を増すことを目指した。最初にセンサアレイの数や配置を独自に開発したシミュレーション技術により、明瞭な画像が得られるように決定した。次にパルス駆動型半導体ガスセンサアレイを製作して実験を行ったが、応答回復時間が長いためにガス噴射開始もしくは噴射停止直後しか流れの方向推定を行うことができなかった。そこで、半導体ガスセンサを時定数1秒程度の小型水晶振動子ガスセンサアレイに変更して実験を行った。このセンサアレイを用いると風洞内だけでなく風速変動がさらに大きいクリーンルーム内でも明瞭な画像が得られほぼ常時方向推定を行うことが可能になった。本年度は、ガスセンサアレイを用いたガス流可視化システムを試作し、得られた動画像からガス発生源の方向を求める実験を行った。従来、このようなシステムを製作するためには試作と評価を繰り返すほか無く、多大な労力を必要とした。そこで、効率よく設計を行うため、初めにシミュレーション装置を製作した。これは風洞内のガス流を煙で可視化する装置であり、ビデオカメラで撮影した画像をワークステーションに取り込む。ガス流中に仮想的にセンサを並べ、過渡応答モデルを用いてその応答をシミュレーションする。ガス流方向の推定にオプティカルフローの拘束方程式を用い、仮想ガスセンサの時定数や風速などの条件を変え、方向推定結果を比較した。その結果、センサの時定数に比べて十分に遅い風速であれば、センサ数25個程度の小規模アレイでも90%以上の高い方向推定正解率が得られた。従来のガス源探知システムは風速センサによりガス流方向を検出しており、微風速環境(10cm/s以下)には適用できなかった。本研究のシステムは風速センサが不要であり、このような環境に有効である。次に、シミュレーション結果によりアレイサイズとセンサ間隔を決定し、ガスセンサアレイを実際に試作した。通常使われる半導体ガスセンサは、素子加熱用ヒ-タの消費電力が大きい。本研究では多数のセンサを並べて用いるため、ヒ-タをパルス的に加熱して動作するパルス駆動型半導体ガスセンサを用いた。最適なヒ-タの加熱パルス波形を実験により検討した結果、パルス型センサは従来のセンサよりも応答回復速度が速く、低消費電力で発熱も小さいことが分かった。このセンサを用いて5×5個のセンサからなるアレイを製作した結果、微風速場(2.5cm/s)においてガスが流れる様子を可視化できることが確認された。本研究ではガスセンサを密に並べたセンサアレイにより、匂いやガスが漂う様子を2次元の動画像として可視化するシステムの開発を目的としている。昨年度は、シミュレーションによる方向探知アルゴリズムの検討、センサアレイの配置方法の検討を行い、その結果をもとにパルス駆動型半導体ガスセンサを2次元アレイ状に並べたシステムを試作した。昨年度から本年度にかけて得られた動画データをもとにオプティカルフロー拘束式によりガス流方向推定を行い、ガスの噴射開始及び終了付近では方向推定可能であることがわかった。

しかし、ガス流動画像を捉えるにはセンサ応答回復時間が長すぎることも明らかになった。そこで、本年度はセンサの種類を水晶振動子ガスセンサに変更し、実験を行った。半導体ガスセンサでは応答回復時定数が10秒以上になるのに対して、水晶振動子ガスセンサの場合は多くの場合1秒以下である。また、悪臭源探知等の実用的な用途を考え、対象臭をエタノールからトリエチルアミンに変更した。25個(5x5)の発振回路内蔵の表面実装型小型水晶振動子を用いてセンサアレイを構成し、これらの発振周波数を同時並列的に計測するために25チャネルの周波数カウンタ及びコンピュータとのインタフェース回路をFPGA上に実現した。そして、風洞内でトリエチルアミンを噴射して可視化実験を行った結果、トリエチルアミン流の動画像を得ることに成功した。また、センサの動的挙動を検討するには、瞬間ガス濃度を光強度に変換して光センサで計測する方法が有効である。昨年度は線香の煙を用いた実験を行ったが、本年度は可視化材の変更及びレーザを使った光学計測系の検討を行い、現在ロックイン回路を用いた計測系を試作中である。昨年度は小型水晶振動子を用いたガスセンサの2次元アレイによりセンサの高速化を達成し、風洞内でガス流の方向をほぼ常時推定することができるようになった。本年度は一般的な環境に近いクリーンルーム内で、動的ガス濃度分布の可視化及び流れの方向推定実験を行った。クリーンルーム内で空調を停止し、ドラフトの排気により微風速環境を作った。風洞内の風速の変動係数は33.4%なのに対して、クリーンルーム内では、52.9%の変動係数となり、気流の変化が激しく風洞内と比較して難しい環境であると言える。その環境でトリエチルアミンガスをノズルより噴射して、ノズルより40cmから100cmまで離して可視化実験及びガス流の方向推定実験を行った。センサは25個のSMD型水晶振動子ガスセンサを用い、方向推定にはオプティカルフローの拘束式を用いた。その結果、室内のガス流方向を正しく推定できることがわかった。さらにセンサアレイ設計、匂い源探知アルゴリズムの確立を行うためにはシミュレーションが有効であり、その手法の開発を行った。レーザ光源に変調をかけて可視化剤(トレーサ)からの散乱光をロックイン計測し、ガスセンサ応答と同時に測定を行い、ガスセンサの過渡応答モデルを求めた。そして、レーザビームを走査させて得たトレーサ画像に画像処理を施し、瞬間的なガス濃度分布を得、測定した。このデータを先の過渡応答モデルに作用させ、2次元空間内の任意点に仮想的においたセンサ応答を計算することに成功した。本手法は高度な乱流シミュレーションを使わずに、流れの中のセンサの挙動をシミュレーションすることが可能である。場所によるセンサの応答差や流れに伴う応答の遅れをコンピュータ上で再現することができるようになった。
高感度センサＭＥＭＳを目指した巨大横波圧電薄膜の開発

横波を励振する圧電薄膜は液体の粘性,導電率センサなどに応用することができる.センサ応用の際には,高いすべりモード電気機械結合係数k15を持つ膜が要求される.本研究では, c軸傾斜Sc添加AlN薄膜を作製し,結晶配向性,k'15を評価し,Scを添加することでk'15が増幅するか調査した.また,薄膜中のSc濃度を変化させたc軸傾斜ScAlN薄膜を作製し,k'15,擬似横波速度のSc濃度依存性についても評価した.その結果、c軸傾斜Sc添加AlN薄膜のk'15は16.8 %となり,AlN単結晶の約3.2倍の値を示した.薄膜を使った横波励振効率では最大の値であり,ワールドレコードである.Sc濃度の異なるc軸傾斜配向ScAlN膜を作製し、横波型のセンサの感度を決定づける薄膜の擬似横波モード電気機械結合係数k15を測定した。c軸傾斜膜を形成時、ターゲットからのスパッタ粒子が基板に到達する際の入射角度がc軸の配向に影響を及ぼすと考えられる。そこでターゲット面に対する角度が0度、30度、60度、90度となるように基板を配置し、試料を作製した。試料の結晶配向性は(0002)面極点X線回折法により評価した。その結果、基板角度60度で形成されたScAlN薄膜は、極の鋭い集中がみられた。c軸傾斜角度が31oであり、かつc軸面内方向は一方向に配向していることがわかった。c軸傾斜角度は基板角度0度の試料では3.3-14.2o、基板角度30度の試料では11.0-16.8oとなり、さほど傾斜しなかった。それに対して、基板角度60、90度の試料ではそれぞれ31.3-31.7o、38.8-42.1oと大きく、基板角度が大きくなれば、c軸傾斜角度も大きくなることがわかった。膜のk15値を測定するために、作製したすべての膜において上部電極Au膜/ ScAlN薄膜/下部電極Al膜/石英基板の共振子構造を作製した。基板角度60度の試料において、最も大きなk15値が観測され、k15^2値は9.6 %にも達した。今回作製した薄膜は多結晶薄膜であるにもかかわらず、このk15値はAlN単結晶の値(k15^2= 5.3 %、c軸傾斜角度= 30o)の約180%となり、大きく増幅している。今回得られたk15値は常誘電体材料で報告されているものでは最も大きな値であり、ワールドレコードである。横波を励振する圧電薄膜は液体の粘性,導電率センサなどに応用することができる.センサ応用の際には,高いすべりモード電気機械結合係数k15を持つ膜が要求される.本研究では, c軸傾斜Sc添加AlN薄膜を作製し,結晶配向性,k'15を評価し,Scを添加することでk'15が増幅するか調査した.また,薄膜中のSc濃度を変化させたc軸傾斜ScAlN薄膜を作製し,k'15,擬似横波速度のSc濃度依存性についても評価した.その結果、c軸傾斜Sc添加AlN薄膜のk'15は16.8 %となり,AlN単結晶の約3.2倍の値を示した.薄膜を使った横波励振効率では最大の値であり,ワールドレコードである.圧電性が最も大きくなると考えられる相境界付近のSc濃度約36-41 %,さらにSc濃度を増加させたSc濃度約47-62 %のScAlN薄膜を作製し,薄膜の電気機械結合係数,音速,比誘電率を評価した.Sc粒をAlターゲットの上に置きスパッタ成膜する粒スパッタ法を用いてSc濃度36-62 %のScAlN薄膜を作製した.膜厚は5-6μmとなるように成膜時間で調整し,膜厚は触針段差計により測定している.基板には石英基板上に下部電極Ti (ロッキングカーブ半値幅2.5°3.0°程度)を直流スパッタ成膜したものを用いた.薄膜内の組成比はEDXにより評価した.X線回折法によって薄膜の結晶配向性を評価したところ,すべての試料において(0002)ピークが観測され,c軸が基板に対して垂直に配向していることを確認した.薄膜のkt値と音速を評価するために,上部電極/圧電薄膜/下部電極/基板構造のHigh-overtonebulkacoustic resonatorを作製し,ネットワークアナライザを用いて縦波変換損失を測定した.変換損失の実測曲線と等価回路モデルにより計算した理論曲線を比較することで, kt値と音速を決定した.Sc濃度0ー41 %の範囲ではSc濃度が増加するにしたがいkt値は増大した.相境界付近と考えられるSc濃度41 %において,kt値はもっとも大きいkt = 0.35となり,AlN単結晶のkt値の約1.2倍となった.一方Sc濃度47ー62 %ではkt値は急減した.

このkt値の減少は47 %以上のScAlN薄膜では六方晶から圧電性のない立方晶へ相転移したためと考えられる.縦波音速では,0ー47 %まではSc濃度が増大するにしたがい音速の低下が見られた.Sc濃度の増加により弾性が低下することがわかる.また,Sc濃度50 %以上では縦波音速は増加に転じた.横波は液体/固体境界において,液体中へのエネルギー漏洩が小さいため,液体中でも共振することができる.そのため液体の粘性,導電率センサや抗原抗体反応センサに応用することができる.これらのセンサ応用の際には,高いすべりモード電気機械結合係数k15を持つ膜が要求される.RFマグネトロンスパッタ装置を用いてc軸傾斜ScAlN薄膜を作製した.ScAlN薄膜を形成するために,Alターゲット上にSc粒(99 %,高純度化学)を配置した. Sc粒量を変化させたScAlN薄膜の結晶配向性を極点X線回折法により評価した.その結果、Sc粒量0ー0.75 gの低Sc濃度の薄膜では,基板端から距離が離れるほどc軸傾斜角度が大きくなる結果となった.Sc粒量1.0ー1.5 gの薄膜では基板端からの距離が離れてもc軸傾斜角度はあまり変化しない.それに対してSc粒量1.75ー2.00 gの高Sc濃度の薄膜では基板端から距離が離れるほどc軸傾斜角度が小さくなる結果となった.上記で準備した薄膜試料を用いて、共振子を作製し,変換損失を測定,各試料のk'15^2及び擬似横波速度を推定することで,そのSc濃度依存性を評価した.Sc粒量に対するc軸傾斜ScAlN薄膜のk'15^2値と擬似横波音速変化を測定した結果、Sc粒量が0ー2.00 gの範囲ではSc濃度が増加するにしたがいk'15^2値は増大した.相境界付近と考えられるSc粒量2.00 g (c軸傾斜角度39°)において, k'15^2値はもっとも大きい14.6 %となり,AlN単結晶の最大k'15^2値(k'15^2 = 5.3 %,c軸傾斜角度= 30°)の約280 %となった.擬似横波音速では,Sc粒量が増大するにしたがい,音速の低下が見られた.合金(Sc/Al=37/63)を用いたScAlN薄膜(c軸傾斜角度= 38°)のk'15^2は16.8 %と推定された.この値は,AlN単結晶の最大k15値の約320 %であり、薄膜を使って発生した横波の変換効率では世界で最も大きな値である。圧電薄膜今回c軸が31°傾斜配向したScAlN薄膜で得られたk15^2値は9.6 %にも達している。常誘電体材料で報告されているものでは最も大きな値であり、ワールドレコードである。この薄膜は一般的にk15が大きな強誘電体材料に比べて1桁近く誘電率と音響減衰が小さいこともわかってきており、本研究の結果から、センサ応用やエネルギーハーベスティングデバイス応用への期待が大きく増した。計画書どおりScAlN薄膜について配向膜を作製し、X線回折法、エネルギー分散型X線分析から再現性良く狙った膜質の試料が得られている。本研究独自のHigh-overtonebulkacoustic resonatorを使った定量的な圧電性および音速の抽出も順調に進んでいる。さらに予想通りSc濃度の増加に伴う圧電性の向上、音速の低下も確認することができている。今後は、センサデバイスの実現に向けてScAlN薄膜のk15および横波音速の濃度依存性および共振子周波数温度係数の評価について研究を推進していく。さらに申請者が新たに圧電性増幅発見したYbGaN系材料についても全貌を明らかにする。計画書どおり、1.ドープAlN平行配向膜の合成、2.横波圧電性、音速、音速温度係数の測定、3.センサMEMS共振子の設計、作製、4.横波型弾性表面波の励振効率の測定、5.液体中の励振およびセンサ感度を測定、6.高温環境におけるセンサ特性、8.Intrinsicな物理定数の測定など、について研究を進めていく。さらにイオンビーム照射スパッタ成膜が可能なチャンバーを新たにもう1つ立ち上げ、より高い真空度のクリーンな環境で、イオンビームの照射角度等の自由度も高い成膜環境を整える。これによりさらに高品質な巨大圧電性薄膜の成長を目指す。