hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
リアルタイム・マルチカラーイメージングによるシナプス刈り込み機構の解明

脳の発達期には、一度作られたシナプス回路が再編成される。この過程がどのように進行するのかを細胞レベルで明らかにするためには、新たな方法の開発が必要となる。本研究では、シナプス回路の再編成の過程をリアルタイムで観察するために、3種類の色の蛍光タンパク質(緑色蛍光タンパク質GFPなど)による細胞の標識方法とリアルタイムイメージング方法の開発を行った。幼若期の神経系には過剰なシナプスが存在し、これらは機能的に未熟な状態にあるが、生後発達に伴い必要なシナプスの強化と不必要な入力の弱化及び除去が起こり(シナプスの選択的強化・除去)、機能的に成熟した神経回路が形成される。本研究では、小脳登上線維ープルキンエ細胞シナプスの生後発達を対象とし、申請者が新たに開発した小脳・延髄のin vitro共培養系や生きた動物の脳内を直接観察する系において、発達期の小脳の中で登上線維がどのように刈り込まれるのかをリアルタイムで観察し、その細胞機構の解明を目指した。平成24年度は、複数の細胞や線維を別々の色で標識し、観察する方法の確立と生きた動物内で登上線維を可視化する方法の確立を目指した。3種類の蛍光タンパク質とそれらを発現させるためのレンチウィルスベクターを用い、小脳・延髄の共培養標本へ蛍光タンパク質発現レンチウィルスベクターを注入した結果、複数の細胞が別々の色で標識され、複数の線維も別々の色で標識されていた。しかしながら、それらの線維が登上線維であるかどうかは良い登上線維マーカーがないため決定できなかった。そこで、生きたマウスで登上線維を観察する方法を試すために、生後直ぐのマウスの延髄にそれらの蛍光タンパク質発現ウィルスベクターを注入し、1週間以降経過した後に、観察した。その結果、小脳内において、蛍光タンパク質で標識された登上線維がその標的細胞であるプルキンエ細胞の細胞体や樹状突起上に観察された。今後、これらの方法を組み合わせ、生きたマウスの脳内において、リアルタイムイメージングを行うことで、シナプスの選択的強化や除去がどのように進行するのかが明らかになることが期待できる。発達期の脳内でおこる必要なシナプスの強化と不必要な入力の弱化及び除去の細胞機構を解明するために、本研究では、小脳登上線維ープルキンエ細胞シナプスの生後発達を対象とし、新規マルチカラーリアルタイムイメージング法の確立を目指している。平成23年度は、プルキンエ細胞や、シナプスに隣接するグリア細胞に特異的に蛍光タンパク遺伝子を発現させる方法を確立した。プルキンエ細胞特異的に機能するプロモーター(L7)の下流に蛍光タンパク遺伝子を挿入したウイルスベクターを作製し、注入した結果、プルキンエ細胞特異的に蛍光タンパクを発現させることに成功した。またグリア細胞特異的にウィルスが導入される条件を検討した結果、グリア細胞にも特異的に蛍光タンパクを発現させることに成功した。また、登上線維のみ、蛍光タンパク質を発現させるために、小麦胚芽アグルチニン(WGA)を用いた方法を試みた。WGAは、経シナプス的に神経細胞間を移動することができ、神経回路のトレーサーとして使われてきた。この性質に着目し、WGAとCreの融合タンパク(WGA-Cre)と赤色蛍光タンパクであるtdTomatoとをウイルスベクターを用いて小脳プルキンエ細胞に特異的に発現させ、WGA-Creを経シナプス的に登上線維に取り込ませ、下オリーブ核細胞の細胞体まで運搬させる。同時に延髄細胞にCre依存的EGFP発現ベクターを注入しておくことにより、下オリーブ核細胞特異的に蛍光タンパクを発現させる。これらのベクターを作製し、試みた結果、プルキンエ細胞がtdTomatoで標識され、延髄細胞の一部がEGFPで標識された様子が観察された。平成23年度の目標として、小脳においてプルキンエ細胞あるいはグリア細胞特異的に蛍光タンパク遺伝子を導入する方法の確立と登上線維のみ、蛍光タンパク質を発現させる方法の確立を掲げていた。前者の確立はほぼ達成され、後者の目標も確立までの見通しができるまではきている。そのため、大きな方向転換無く、次年度に引き続き研究を続けることで、本申請の目標が達成できる可能性がある。これらの理由からおおむね順調に進展していると言える。(1)目的のシナプスを構成する細胞および線維を特異的に標識する方法の確立。:23年度に引き続き、登上線維、プルキンエ細胞特異的に蛍光タンパクを導入する方法の最適化を目指す。(2)複数の細胞や線維を別々の色で区別して標識する方法の確立:(1)で確立した方法を用い、細胞や線維を別々の色で区別して標識するために、2つの方法を試みる。双方とも三原色の加法混色で様々な色を作るテレビモニターのように、3色の蛍光タンパク(例えば青:Cerulean,緑:EYFP,赤:tdTomato)の発現の組み合わせで様々な色に個々の細胞や線維、シナプスを標識する(Livetら、Nature 450: 56-62, 2007)。第一の方法は、3種類のCre依存的蛍光タンパク発現レンチ

ウィルスベクターを混合し延髄細胞に導入することで、下オリーブ核細胞特異的に様々な色の蛍光タンパクが発現し、その結果登上線維のみが様々な色で標識される。第二の方法は、Livetらが作製したBrainbowベクターを改良し、用いる。Livetらが作製した構造との最大の違いは、蛍光タンパク遺伝子の上流に終止コドンを含む配列(STOP配列)を挿入していることである。このstop配列と供にlox511、lox2272、loxPを用いたベクターを作製することにより、3種類の蛍光タンパクがランダムにそれぞれの細胞で発現するようになる。これらの方法を試みる。各種ベクターの作製に必要な試薬とその効果を試す動物が主な研究費の使用用途となる。実験動物:妊娠ラット・マウス(培養に使用)8(千円/1匹)×4(匹/1ヶ月)×12=384千円、床敷5(千円/1ヶ月×12=60千円、餌10(千円/1ヶ月)×12=120千円;合計約570千円/年試薬:培養用試薬(MEM培地、血清、添加物等)60(千円/1ヶ月)×12=約720千円,遺伝子工学関連試薬(プラスミド抽出、ポリメラーゼ等)60(千円/1ヶ月)×12=720千円:合計約1440千円/年培養用ディスポ器材(培養皿,培養フィルター、ディスポピペット等) 35 (千円/1ヶ月)×12=420千円/年混合ガス、炭酸ガス:8(千円/2ヶ月)×6=約48千円/年
脂肪酸組成がミトコンドリアの品質維持および心疾患予防に与える影響の解明

脂肪酸は、生体のエネルギー源や細胞膜の構成成分として重要である反面、肥満や糖尿病患者で見られる高遊離脂肪酸血症は様々な細胞機能障害を引き起こすことが知られている。つまり、生命活動の維持のために必須の栄養素である脂肪酸が、生体の機能異常や疾患にもつながるという相反する問題を抱えている。本研究は、栄養素としての脂肪酸の質に着目することで、生活習慣病である循環器疾患の新たな予防戦略の構築につなげる。
乳癌におけるエピゲノム異常を指標とした抗癌剤感受性予測システムの構築

本研究では、乳癌におけるDNAメチル化の網羅的解析により、抗癌剤感受性と関連する遺伝子を同定し、既存の予後や抗癌剤感受性予測因子との統合解析により、精度の高い抗癌剤感受性予測システムの構築を目指している。平成23年度は、netrinファミリーに属する遺伝子で血管新生の抑制に関与するNTN4の異常メチル化が乳癌臨床例において高率に認められ、血清中のメチル化検出により乳癌の早期発見や再発予測に利用出来る可能性を示した。現在、メチル化により不活化されている新規乳癌関連遺伝子の網羅的解析を始めている。本年度は、昨年に引き続き、メチル化により不活化されている新規乳癌関連遺伝子の網羅的解析を行い、メチル化により不活化される新規遺伝子同定のため、Methylated CpG island amplificationmicroarray(MCAM)法を用いて、乳癌において異常メチル化している遺伝子を同定する。同定した遺伝子の中で、正常組織でメチル化を認めず、癌特異的にメチル化を示す遺伝子断片の絞込みを行う。得られた遺伝子の周辺のゲノム配列を、Genbankやプロモーター予測データベースで検索し、標的遺伝子によりコードされるタンパク質の中で、細胞周期やアポトーシス、DNA修復に関与すると考えられる遺伝子について、乳癌細胞株と臨床例を用いて、Bisulfite-PCR法によるメチル化解析、リアルタイムPCR法による発現解析を行う。異常メチル化している遺伝子を抗癌剤感受性予測へ用いるため、MCAM法で同定された遺伝子群について、乳癌約100症例のメチル化プロファイルを作成し、タキソールや5FU、ハーセプチンなどの抗癌剤感受性と関連する遺伝子群をクラスタリング解析により同定する。抗癌剤感受性と関与することが示唆された遺伝子に関しては、腫瘍の臨床病理学的因子との関連や予後因子となるかについて検討する。得られた結果に関しては、検証セット症例において、抗癌剤感受性予測に最適なDNAメチル化レベルの設定を行う予定である。netrinファミリーに属する遺伝子で血管新生の抑制に関与するNTN4の異常メチル化が乳癌臨床例において高率に認められ、血清中のメチル化検出により乳癌の早期発見や再発予測に利用出来る可能性を示した。メチル化により不活化されている新規乳癌関連遺伝子の網羅的解析を行い、メチル化により不活化される新規遺伝子同定し、同定した遺伝子の中で、正常組織でメチル化を認めず、癌特異的にメチル化を示す遺伝子断片の絞込みを行う。乳癌におけるDNAメチル化の網羅的解析により、抗癌剤感受性と関連する遺伝子を同定し、既存の予後や抗癌剤感受性予測因子との統合解析により、精度の高い抗癌剤感受性予測システム構築を目指している。具体的には、(1)エピゲノム解析による抗癌剤感受性規定因子の同定、(2)乳癌幹細胞におけるエピゲノム異常の網羅的解析、(3)DNAメチル化の標的遺伝子の抗癌剤感受性における機能解析を行う、(4)異常メチル化検出のための高感度・ハイスループット技術の開発を行う。平成22年度は、netrinファミリーに属する遺伝子で血管新生の抑制に関与するNTN4の異常メチル化が乳癌臨床例において高率に認められ、血清中のメチル化検出により乳癌の早期発見や再発予測に利用出来る可能性を示した。本結果については平成22年度の全国学会で報告している。平成23年度は引き続き、メチル化により不活化されている新規乳癌関連遺伝子の網羅的解析を行う。乳癌において異常メチル化している遺伝子を抗癌剤感受性予測へ用いるため、Methylated CpG island amplificationmicroarray(MCMA)法で同定された遺伝子群について、乳癌約100症例のメチル化プロファイルを作成し、タキソール、5-FU、ハーセプチンなどの抗癌剤感受性と関連する遺伝子群をクラスタリング解析により同定し、抗癌剤感受性と関与することが示唆された遺伝子に関しては、腫瘍の臨床病理学的因子との関連や予後因子となりうるかについて検討していく予定である。

異常メチル化している遺伝子を抗癌剤感受性予測へ用いるため、MCAM法で同定された遺伝子群について、乳癌約100症例のメチル化プロファイルを作成し、タキソールや5FU、ハーセプチンなどの抗癌剤感受性と関連する遺伝子群をクラスタリング解析により同定する。抗癌剤感受性と関与することが示唆された遺伝子に関しては、腫瘍の臨床病理学的因子との関連や予後因子となるかについて検討する。得られた結果に関しては、検証セット症例において、抗癌剤感受性予測に最適なDNAメチル化レベルの設定を行う予定である。netrinファミリーに属する遺伝子で血管新生の抑制に関与するNTN4の異常メチル化が乳癌臨床例において高率に認められ、血清中のメチル化検出により乳癌の早期発見や再発予測に利用出来る可能性を示した。現在、メチル化により不活化されている新規乳癌関連遺伝子の網羅的解析を始めている。メチル化により不活化されている新規乳癌関連遺伝子の網羅的解析を行い、メチル化により不活化される新規遺伝子同定し、同定した遺伝子の中で、正常組織でメチル化を認めず、癌特異的にメチル化を示す遺伝子断片の絞込みを行う。
球形からロッドへ：高速重イオン照射によるナノ粒子の形状変化の機構解明

シリカなどに埋め込まれた球形の金属ナノ粒子を、高速重イオンと呼ばれる数十MeV以上の高エネルギーイオンビームで照射すると、球形だったナノ粒子がビームと平行方向に伸び、楕円形そしてロッド状へと変化する現象が報告されている。原因としてハンマリング効果が信じられてきたが、我々は線量依存性を測定し、矛盾点を指摘した。本研究では変形の深さ分布や照射温度依存性を調べ、ハンマリングモデルの更なる矛盾点を指摘した。さらに本現象の総合的な理解を深めるための研究も行った。計画には無かったが、6 MeVのC60クラスターイオン照射でも同様にナノ粒子の楕円化が起こることを世界で初めて明らかにした。平成26年度は計画通りに以下の2つの課題について研究を実施した。(1)ロッド化効率のSiO2媒質深さ依存性:イオンハンマリング(IH)効果によりSiO2媒質が球形ナノ粒子を面内方向に圧縮してロッド化変形を起こさせるのであれば、その効率はSiO2膜中の深さによって変化することが予想される。本実験ではイオン注入法でZnナノ粒子をSiO2中の平均40 nm程度の深さに形成した試料およびその上にCVD法によりSiO2膜をそれぞれ100, 300, 1000 nm堆積させた試料を準備した。そして高速重イオンとして200 MeVのXeイオンを照射し、誘起されるナノ粒子のロッド化変形を直線二色性分光法により高感度に検出した。得られた結果は、ロッド化の効率はほとんど膜厚に依存しないというものであった。IH効果を否定する結果がまたひとつ得られた。(2)規則配列した単分散ナノ粒子への高速重イオン照射:電子線リソグラフィー(EBL)により規則配列した金ナノ粒子に対して高速重イオン照射を行い、電子顕微鏡観察により誘起される形状変化を、顕微分光法により誘起される特性変化を評価する課題である。EBL試料は豪州の研究協力者から供給された。EBL法ではよく制御された形状のナノ粒子を形成できるが、非常に限られた領域にしか適用できず、またロッド化のためには絶縁体であるSiO2中にナノ粒子を埋めることが必須であり、それがさらに測定を難しくする。顕微分光光度計を用いて、ロッド化を評価するための顕微直線二色性分光を試みた。試行錯誤の結果、信号らしきものは得られたが、信頼できる測定のためには更なる改良が必要であり現在奮闘中である。また透過電子顕微鏡用の試料作製も試みたが、ナノ粒子は非常に限られた領域にしか存在せず、丁度そこを削りだすことは難しく、改善策を模索中である。平成27年度は計画通りに以下の2つの課題について研究を実施した。(1)ロッド化効率の照射温度依存性の評価:ハンマリング効果がロッド化に関与しているかを検討するために照射温度依存性を調べた。前者は照射温度が上昇すると変形が小さくなる。照射温度を100K700Kの範囲で変化させ、ロッド化を評価した。照射温度を上記範囲で変化できる装置がインドの加速器施設IUACにあることから、協力を依頼して照射を実現した。しかし照射時間を24時間以内と制限されたため、照射条件を妥協した。そのため、変形が小さく、また温度の安定度にも問題があったため、測定結果はバラつきが激しく、結論は得られなかった。そこでIUAC施設で最も重く高エネルギーだがビーム量の限られる120 MeV Agで再実験を提案し、必要性を訴えて倍の照射時間48時間を獲得した。やっと3月に照射が実現し、現在は試料が郵送されてくるのを待っている。(2)規則配列した単分散ナノ粒子への高速重イオン照射:電子線リソグラフィー(EBL)により規則配列させた金ナノ粒子に対して高速重イオン照射を行い、誘起される形状変化を電子顕微鏡観察等で評価する課題である。ロッド化が起こるためにはナノ粒子を絶縁体SiO2に埋め込むことが重要だが、TEM用試料作製FIBでは絶縁体中のものは観測できない。そこでナノ粒子の横に大きな金属構造を作り、それを目印にすることを試みたが、それすら観測できなかった。そこで、Heイオン顕微鏡が絶縁体に埋め込まれた金属構造を観測することができるという最新の情報を聞きつけ、観測を依頼した。実際、40 nm径の金ナノ粒子の観察には成功したものの、それ以下は無理であった。同一試料に照射後、再度観察を行ったが、40 nmと粒径が大きすぎたためか、それとも感度ぎりぎりのためか、楕円化は観測できなかった。平成27年度は(1)ロッド化効率の照射温度依存性の評価と(2)規則配列した単分散ナノ粒子への高速重イオン照射という2つの課題を検討した。(1)に関しては、加速器施設の使用時間の制限から妥協した条件で照射を行い一度失敗したが、妥協を排した条件で照射をやり直した。また同じ照射温度に二つの試料を配し、一つの試料のみ照射する。こうすることにより、温度変化によるナノ粒子への影響と照射温度効果を分離できる。近々中に試料が届き測定が開始でき、結論がでる予定である。(2)の方は限られた領域にのみ存在するナノ粒子をどのように感知し、加工して観測するかという課題に直面している。効率が悪いが以下のような方法が考えられる。(a)イオンミリングで平面TEM試料を作製し観察する。

うまく行けば1個の試料でサイズ依存性が測定できるが、全部観測することは不可能であり、後は運任せで、全ての場所が観測できるまで、次々に試料を交換して同様の作業を繰り返す。(b)小さな試料を作製し、EBLで辺り一面に同一のナノ粒子を作製し、どこを切っても同じ形状のナノ粒子が出てくる試料を用意する。サイズの異なるナノ粒子については、別の試料に作ることとなり、サイズ依存性を測定するには多数の試料が必要となる。どちらも余り賢くない方法なので、現状ではそれら以外の可能性を探している。しかし切羽詰まれば、(a)か(b)の方法を選択する。しかし、今後の研究の推進方策にもあるように、この程度の困難は研究当初より想定範囲内である。平成28年度は、未だ完了していない残りの二課題を進めるとともに、本研究課題の発展的課題(4)を実施した。(2)ロッド化効率の照射温度依存性:照射は温度を変えて実行できるインドの加速器施設IUACで行い、試料の評価は日本で行った。初年度の実験は失敗であったが、平成27年度は失敗の原因究明から問題点を抽出し対策を施したため、見事に平成28年3月に照射実験が無事に終了し、今年度(平成28年度)前半に試料測定を完了した。結果は満足のいくものであったが、後日、インド側の共同研究者から実験条件の軽微な不備が指摘され、再実験を打診した。平成29年2月に時間がもらえ、訪問したところ、装置の不具合で実験が実施できなかった。インド側共同研究者が責任を持って試料照射を実施するということで、現在はそれを待っている。(3)規則配列した単分散ナノ粒子への高速重イオン照射:電子線描画で作製した金ナノ粒子をSiO2膜で被覆し高速重イオン照射を行い楕円化した後に、透過電子顕微鏡観察用の試料を切り出す予定であったが、Gaイオンで観察するFIB装置では帯電のため観察用試料は作製できなかった。そこで近年注目されるHeイオン顕微鏡が帯電に強いという情報を聞きつけ、外部協力の下、直接観測を試みたが分解能が足りなかった。そこで、学会や国際会議で対象が異なるが似たような測定をやっているところなどから情報収集を行ったが、空振りであった。電子線で観測するFIB装置ならば可能ではないかという未確認情報を得たので借りる宛てが見つかれば試してみたい。(4)量研機構高崎が大電流のC60クラスタービームの発生に成功したことを知り、クラスターイオンを用いて本研究と同じナノ粒子の楕円変形が誘起できるかどうかの実験を提案し、最初のデータを得た。この実験が行えるのは世界中で高崎だけなので独創性は高い。シリカなどに埋め込まれた球形の金属ナノ粒子を、高速重イオンと呼ばれる数十MeV以上の高エネルギーイオンビームで照射すると、球形だったナノ粒子がビームと平行方向に伸び、楕円形そしてロッド状へと変化する現象が報告されている。原因としてハンマリング効果が信じられてきたが、我々は線量依存性を測定し、矛盾点を指摘した。本研究では変形の深さ分布や照射温度依存性を調べ、ハンマリングモデルの更なる矛盾点を指摘した。さらに本現象の総合的な理解を深めるための研究も行った。計画には無かったが、6 MeVのC60クラスターイオン照射でも同様にナノ粒子の楕円化が起こることを世界で初めて明らかにした。平成26年度は(1)ロッド化効率のSiO2媒質深さ依存性と(2)規則配列した単分散ナノ粒子への高速重イオン照射という2つの課題を検討した。
慢性副鼻腔炎における好酸球性炎症に対するプロスタグランジンD2の役割

(背景)すでに鼻茸におけるプロスタグランジンD_2(PGD_2)合成酵素の存在を見いだし、好酸球浸潤の強い例で多数の活性化好酸球で合成酵素発現があると報告している。局所好酸球浸潤の強い症例では、術後再発を繰り返す傾向が強いので、再発を繰り返す症例で合成酵素の発現が多いと予想される。さらに、今回の研究においてPGD_2受容体の存在を証明し難治症例との関係を検討したい。(方法)慢性副鼻腔炎患者から手術時に得られた組織を用いて、免疫組織学的・遺伝子学的検討を行った。手術症例を、組織中の好酸球の割合で浸潤高度群と浸潤軽度群に分けた。また、経過観察中の患者においても過去に摘出された組織切片を用いて鼻茸再発の有無とPGD_2合成酵素との関係を検討した。(結果)浸潤高度群では多数の活性化好酸球でPGD_2合成酵素の発現があり、浸潤軽度群では少なかった。一方、浸潤軽度群のうちで合成酵素陽性好酸球の多い症例では、術後に副鼻腔粘膜の浮腫が強かった。遺伝子学的検討では好酸球浸潤の程度にかかわらずDP1受容体の発現が多く、合成酵素とDP1受容体の発現は有意に相関していた。CRTH2の発現は数例で認められた。抗CRTH2受容体抗体を用いた免疫染色の結果では、浸潤軽度群では、血管内皮細胞に発現が見られ、浸潤細胞にはほとんど発現していなかったが、浸潤高度群では小型の浸潤細胞に発現が見られ、HE染色との比較にてこれらの陽性細胞はリンパ球か好酸球であると考えられた。DP1についての検討でも、軽度群ではほとんど発現していなかったが、高度例では小型の浸潤細胞に発現が見られた。(考察)遺伝子レベルの結果からPGD_2とDP1受容体が病態に関わっていると予想され、現在臨床で使用されているロイコトリエンや、トロンボキサン・CRTH2受容体拮抗薬無効例に対してもDP1受容体拮抗薬やPGD_2合成阻害薬が効果的であると期待できる。
都市キャニオンの日射反射環境の調整を目的とする指向性反射外壁の研究

ヒートアイランド抑制対策として,天空への日射反射量を大きくできる性質をもつ再帰性反射体の研究を進めてきた.本研究では,再帰性反射体の面平均反射量,かつ,広い角度範囲におけるBRDFを測定できる装置を製作した.また,測定機器の精度を検証するとともに,再帰性反射体のBRDFの測定を行った.再帰性反射体のBRDFを測定値より,再帰反射方向においてBRDFのピークを示し,そこから離れるに連れてBRDFは低下するような再帰性反射の分布形状を測定することができた.本研究は、ストリートキャニオンにおける夏季の暑熱環境を緩和するために、建物外皮として適用可能な指向性日射反射体を開発することを目指し、指向性を有する反射体に期待される反射性能とヒートアイランド現象抑制効果を把握することを目的とする。平成24年度は、変角反射率測定装置の基本構造を構築するとともに、反射率測定の精度を検討した。その研究成果については、「再帰性日射反射体に関する反射特性の測定」(平成25年度)において発表し、測定値とシミュレーションにより、BRDFの全体の傾向が一致し、測定法が一定程度の精度を有することを確認した。一方輝度のピーク値と低輝度領域では両者に差が生じることもわかり、測定法に改良の余地があることも明らかとなった。平成25年度では、前年度に明らかとなった測定法改良に取り組み、放射センサーを高感度のものに変更し、加えて放射サンプリング部の小型化により測定精度の向上を図った。また、平成24年度の研究により、数値シミュレーションの解法にも改善すべき課題があることがわかったので、反射モデルとして修正Phong式を用いる方法から、実現象の再現精度が高いWordモデルを用いる方法へと改良した。研究の第1段階として、平成24年度は、変角反射率測定装置の基本構造を構築するとともに、反射率測定の精度検討を計画した。変角反射率測定装置とは、直達日射を光源とし、供試体への入射角を可変とし、また任意の反射角において、その反射の輝度を測定する装置である。本研究で用いる反射ユニットのサイズは数cm10cm程度であり、市販されている変角光度計により測定可能な試料サイズを大きく超過している。そのため、新たに変角反射率測定装置を構築し、太陽光暴露下で性能を検証するための計測手法を確立することが、本研究申請の主たる課題である。平成24年度の研究成果として、光学ベースの上に供試体を設置し、反射率を測定するための放射輝度計、および任意の反射角において放射輝度を測定するためのミラーと回転機構を配置し、反射率測定装置(光学測定部)を構築した。反射率測定装置は、太陽を自動追尾する赤道儀上に取付け、供試体に対する日射の入射ベクトルを一定に維持しつつ、反射率測定を行う機構とした。以上述べた測定装置の基礎的精度検証として、市販された変角反射率測定装置でも測定が可能な平板型反射体について、市販測定装置と製作した想定装置による測定結果を比較検討し、両者は良く一致することを確認した。その後、指向性反射体の基本形であるコーナーキューブ型反射体を製作し、本測定装置により測定を行った。ストリートキャニオンにおける夏季の暑熱環境を緩和するために,建物外皮に適用可能な指向性日射反射体が有効であると考えられる.ヒートアイランド化を抑制するためには建物外皮の高反射化を進める必要があるが,中高層建物では屋上部のみ高反射化では量的に不十分であり,側壁部についても広げる必要がある,しかし,高反射化が有効であるためには,日射の反射方向を天頂付近を中心とする天空領域に限定することが必要であるからである.本研究では,指向性を有する反射体に期待される反射性能を把握することを目的とする.建築外皮として現実的な反射ユニット(反射体アレイを構成する基本ユニット)のサイズは数cm程度と予想されるが,市販されている変角光度計により測定可能な試料サイズはこれより微小であり,反射アレイの測定ができないため,変角反射率測定装置を構築し,太陽光暴露下で性能を検証するための計測手法を確立した.変角測定のための試験体と放射輝度計の回転機構については,測定時の角度調整が必要な箇所を減らし測定を簡素化すると共に,測定可能な角度範囲を広げるよう,毎年度に改良を積み重ねた.放射輝度計については遮筒式を採用し,開口経と遮光筒の長さにより視野角を適切に調整する方法とした.

平成24年度の研究結果により輝度測定に用いる受光器の感度が不足であることが判明したため,平成25年度では,より高感度の受光器に変更するなどセンサーについても改良を積み重ねた.また,平成25年度に本研究で開発した装置による測定結果とモンテカルロパストレーシング法による数値シミュレーションによる推定値を比較し,測定精度の検証を行った.最終年度である平成26年度には,鏡面反射率の異なる3種類の建物用指向性反射体を試作し,変角反射率測定装置を用いて双方向反射率(BRDF)を測定し,反射体の指向反射特性を明らかとした.都市熱環境工学平成24年度には、反射率測定装置を構築し、その装置が有効に働くことを実験によって確かめた。コーナーキューブ型の4枚の反射面を持つ指向性反射体2種を製作し、放射輝度の測定およびそれを放射照度で除した双方向反射率分布関数(BRDF)を測定した。また数値シミュレーションプログラムを作成し、測定値との比較を行い、全体の傾向と輝度のピークを外れた中間領域では、両者はほぼ一致した。鏡面反射性の強い反射体については、輝度のピーク付近で、両者に違いが生じた、平成25年度の研究では、シミュレーションと測定値との差異を生む原因について検討深めることを第一目標とし、放射輝度の小さい領域における測定精度を向上させるために、高感度の放射センサーを入手し測定精度の改善効果を評価する実験を行った。これにより、測定に用いた輝度計の視野角が理論値よりやや大きく試料以外からの反射を計測していること、また測定試料からの反射が小さい場合には試料以外の背景反射が相対的に大きくなり、シミュレーション値との差の原因になっていることを確かめた。上記の問題を解消するためには輝度計を試料に近接させることが必要であるので、センサー自身による測定値への影響を最小化するため、光ファイバーでサンプリングを行う計測方式を検討した。光ファイバーによるサンプリングは背景反射により影響を低減させBRDF測定精度の向上に寄与することを確認したが、サンプリングできる放射エネルギーが小さいため反射の小さい試料に対しては測定精度が悪化する場合もあり、二者の得失を勘案する必要があることも分かった。以上に平成25年度における到達点を述べた。25年度当初の目標ではBRDF測定時に回転機構を自動化する改良を行い、BRDFの角度ピッチを精緻化することとしたが、測定精度の向上のための輝度計改良を優先したため、これについては平成26年度の研究課題とする。実績の概要で述べたように、平成24年度の計画目標であった反射率測定装置を構築することについて、目標を達成し、またその装置が有効に働くことを実験によって確かめた。製作した反射体は、コーナーキューブ型の4枚の反射面を持つ形状であり、鏡面反射率が極めて高いアルミ反射板S(ACA社ProtectAL)を使用した反射体Sと、拡散反射が主体となる陽極酸化処理アルミ板D(A1100-H14)を用いた反射体Dである。2種の反射体について、垂直入射について反射角030度の範囲で放射輝度の測定を行った。またその測定値を放射照度で除して、双方向反射率分布関数(BRDF)を求めた。これと平行して、反射板Sと反射板Dについて、市販の分光光度計と変角反射率計を用い、反射板自体の反射特性として、分光反射率とBRDFを測定した。その測定値を用いて、数値シミュレーションを行い、コーナーキューブ型反射体のBRDFを推定し、測定結果と比較し検討した。数値シミュレーションプログラムは、本研究の課題である変角反射率測定装置の開発と平行して、プログラム開発を進めているものである。実験と数値シミュレーションを比較した結果、全体の傾向と輝度のピークを外れた中間領域では、両者はほぼ一致した。
フォトリフラクティブ4波混合を用いた光バスに関する基礎的研究

光による直接制御可能な光バスシステム実現を目的として、PRCMの多段接続構成へ向けてのその増幅・分配特性について基礎的研究を行った。まず、PRCM単体の設計・評価に関しては、従来の位相共役反射率のみならず,バスラインを構成するためには信号の増幅率の評価も必要であり、結合モード方程弐を用いた解析を行い新知見を得ている。具体的には、次の段への接続利得であるバス利得と、光信号抽出のための分岐利得について、各々検討した。次に、PRCMの心臓部である交差偏光4波混合においては用いる偏光の組み合わせから二つの動作モードが存在することを示し、これらの特性がまったく異なることを明らかにした。理論的、実験的検討から、動作モード1においては、高い分岐利得が得られ、また、動作モード2においては高いバス利得を確保できることを明らかにした。従って、実際の光バスシステム構成においては、二つの動作モードを適宜組み合わせ、安定した利得を確保する必要がある。実験においては、複数のBaTiO_3結晶を用いてPRCMの多段接続系を実現し、各利得の測定と、理論解析との比較によるポンプ比、結晶方位角などの最適化に成功した。現状のフォトリフラクティブ結晶の場合、応答速度に難点があるが、将来の材料の開発や、空間並列化によって処理速度向上が期待でき、現状でもスイッチング後のレスポンスは光速度であるなどの利点がある。これらの結果は、今後光バスの空間並列化を実現して行く上で、光制御可能なモジュールの多段接続系における基礎データとして極めて有用である。光バスシスム実現を目的とした次世代の光情報通信デバイスとして、PRCMを新たに提案し、その中核をなす交差偏光4波混合に関する基礎的研究を行った。まず、直交偏光したポンプ光によるフォトリフラクティブ4光波混合において、結晶中の位相整合角を計算し、位相不整合量の光線角度に対する特性を示した。これによって、デバイスの光学設計の最適化を実現した。次に、結合モード解析により、位相共役反射率を導き、位相不整合に対する特性を明らかにした。交差偏光を用いる場合には、位相不整合特性がデバイスのパフォーマンスに重大な影響を与えるため、この結果はポンプ比および結合強度に対する特性解析と同時に極めて重要である。また、時間応答解析によりスイッチング速度などを考察した。現状のフォトリフラクティブ結晶の場合、応答速度に難点があるが、将来の材料の開発や、現状でもスイッチング後の伝送速度が極めて高速であることと、また固定型のインターコネクションデバイスと比較するとコネクションパターンが光で書き換えられるなどの利点がある。更に、実験によって、BaTiO_3結晶に準対向励起を行う4波混合を実現し、その高反射率化の条件などについて考察した。この結果は、今後の多段接続における基礎データとして極めて有用である。また、従来ほとんど調べられていなかった4波混合の増幅器としての特性に着目し、書込み光の偏光を制御することにより、極めて高い増幅率が達成可能であることを示した。
液中プラズマ処理を用いた長尺カーボンナノチューブ分散液の作製とその応用

本研究では液中プラズマ法を用いて水中にカーボンナノチューブ(CNT)を均一に分散させる技術の開発を行なった.液中プラズマは,パルス状の高電圧を水中のタングステン電極に印加することで作製した.本方法によって安定して水中でプラズマを作製することが可能になった.作製したCNT分散液はCNT/PTFE複合膜の作製に応用した.液中プラズマ法を用いて作製した分散液を用いることで,CNT濃度が低い場合でも高い電気伝導性を有するCNT/PTFE複合膜を作製することに成功した.本研究では,水中にタングステン製棒状電極を2本挿入し,その電極間に最大4kVのパルス状高電圧を印加することで,タングステン間にプラズマを発生させた.水中では,水がプラズマによって分解され,水素ラジカルおよび酸素ラジカルが発生する.これらのラジカルとカーボンナノチューブ(CNT)表面とを反応させることで,CNTを水中に分散させることが可能になった.本研究では,液中プラズマを発生させるために,パルス状高電圧を用いた.このことによって,水中で安定してプラズマを発生させることが可能となった.また,プラズマは高いエネルギーを有していることから,水素ラジカルおよび酸素ラジカルを発生させることが可能であり,そのことが水中へのCNTの分散処理を可能にしている.研究計画の1年目である今年度は,安定して水中プラズマを発生させる装置およびその条件を見いだした.また,高電圧を安全に取り扱うための実験環境の整備を行なった.これらのことによって,液中プラズマの作製とそれによるCNTの分散が再現性良く実施出来るようになった.本研究では,水中にタングステン製棒状電極を2本挿入し,その電極間に最大4kVのパルス状高電圧を印加することで,タングステン間にプラズマを発生させた.水中では,水がプラズマによって分解され,水素ラジカルおよび酸素ラジカルが発生する.これらのラジカルとカーボンナノチューブ(CNT)表面とを反応させることで,CNTを水中に分散させることが可能になった.本研究では,液中プラズマを発生させるために,パルス状高電圧を用いた.このことによって,水中で安定してプラズマを発生させることが可能となった.また,プラズマは高いエネルギーを有していることから,水素ラジカルおよび酸素ラジカルを発生させることが可能であり,そのことが水中へのCNTの分散処理を可能にしている.研究計画の2年目である平成27年度は,液中プラズマ法で作製した水系CNT分散液の応用開発を新たに行なった.作製したCNT分散液(濃度1%)とフッ素樹脂分散液(ダイキン工業製,濃度40%)を混合することで,CNT/PTFE混合分散液(CNT比25%)を作製した.燃料電池に用いるステンレス製セパレータ上に,本混合分散液を50μmの厚さで塗布後,窒素雰囲気中350°C,10分間焼成処理を行なった.このことで,本複合膜は,厚さ10μmであり,高い導電性を有することを確認し,本複合膜は燃料電池用セパレータの防食膜として有望であることを示した.平成26年度までの研究で水中に安定してプラズマを発生させることが可能になった.また,プラズマ発生に必要な印加電圧を3kVまで下げることも可能になった.平成27年度は,CNTの分散条件の最適化を試み,安定してCNT分散液を作製することが可能になった.平成27年度はさらに液中プラズマ法で作製したCNT分散液を用いて,CNT/PTFE複合膜の作製を試みた.複合膜の作製には,CNT分散液(濃度1%)とフッ素樹脂分散液(ダイキン工業製,濃度40%)を用いた.これらの原料を混合することで,CNT/PTFE混合分散液(CNT比25%)を作製した.その混合液をガラス基板および燃料電池に用いるステンレス製セパレータ上に,本混合分散液を50μmの厚さで塗布後,窒素雰囲気中350°C,10分間焼成処理を行なった.作製した本複合膜は,厚さ10μmであり,高い導電性を有することを確認した.本研究では,分散液の原料に長さが100μmのCNTを用いており,そのような長尺CNTを水中に安定して分散させることが可能にした.長尺CNTを水中に分散させることは一般的に困難であるが,液中プラズマを用いることで長尺CNTにおいても水中に安定して分散させることが出来ることを示した.現在,本CNT/PTFE複合膜を被覆したセパレータを用いて燃料電池の試作を行なっている.今後,作製した燃料電池の発電特性を電子負荷装置を用いて評価する.また,燃料電池の内部インピーダンスを周波数アナライザーを用いて評価する.本研究では,水中にタングステン製棒状電極を2本挿入し,その電極間に最大4kVのパルス状高電圧を印加することで,タングステン間にプラズマを発生させた.水中では,水がプラズマによって分解され,水素ラジカルおよび酸素ラジカルが発生する.これらのラジカルとカーボンナノチューブ(CNT)表面とを反応させることで,CNTを水中に分散させることが可能になった.本研究では,液中プラズマを発生させるために,パルス状高電圧を用いた.このことによって,水中で安定してプラズマを発生させることが可能となった.また,プラズマは高いエネルギーを有していることから,水素ラジカルおよび酸素ラジカルを発生させることが可能ある.CNT分散液の作製には,CNTと水の混濁液に上記の液中プラズマ処理を20分間行なった.本処理を行なっていない混濁液はCNTが容器底に沈殿するが,液中プラズマ処理を行なうことでCNTが水中に分散し,沈殿を防ぐことが出来た.このことから液中プラズマ法はCNT分散液の作成法として有望であることが分かった.

作製したCNT分散液(濃度1%)とフッ素樹脂分散液(ダイキン工業製,濃度40%)を混合することで,CNT/PTFE混合分散液を作製した.混合液中のCNT濃度は0100%まで変化させた.本CNT/PTFE混合分散液をガラス基板および燃料電池に用いるステンレス製セパレータ上に50μmの厚さで塗布した.その後,窒素雰囲気中350°C,10分間焼成処理を行なった.これらの処理によって厚さ10μmのCNT/PTFE複合膜が形成された.本複合膜は高い導電性を有し,CNT濃度が10%である場合,膜の導電率は1S/cm程度であった.このことから本複合膜は燃料電池用セパレータの防食膜として有望であることを示した.本研究では液中プラズマ法を用いて水中にカーボンナノチューブ(CNT)を均一に分散させる技術の開発を行なった.液中プラズマは,パルス状の高電圧を水中のタングステン電極に印加することで作製した.本方法によって安定して水中でプラズマを作製することが可能になった.作製したCNT分散液はCNT/PTFE複合膜の作製に応用した.液中プラズマ法を用いて作製した分散液を用いることで,CNT濃度が低い場合でも高い電気伝導性を有するCNT/PTFE複合膜を作製することに成功した.CNTと水の混濁液に3kVの高圧パルス電圧を印加することで,混濁液中にプラズマを発生させることが可能になった.プラズマによって発生する酸素ラジカルおよび水酸化ラジカルがCNT表面と反応し,CNTが水中で分散した.実験計画では4kVの高圧パルス電圧を印加することを計画したが,印加電圧以外の分散条件を最適化することで,印加電圧を3kVまで下げることに成功した.さらに,CNTと水の混濁液に界面活性剤を添加することで,CNTの分散性が向上することを確認した.分散に用いた界面活性剤は,Brij S100を用い,現在までの研究ではCNT分散液の作製に最も優れた効果を得ている.研究計画では界面活性剤としてCMCを用いることを検討したが,Brij S100で十分な分散への効果を得ている.さらに,実験計画では,プラズマの安定性を確保するため,分散液に塩化カリウムを添加することを検討したが,プラズマ発生条件の最適化によって塩化カリウムの添加は不要となった.このことは,イオン性の不純物である塩化カリウムを含まないCNT分散液の作製が可能となり,作製したCNT分散液を色々な用途に応用する場合に優位となる.本研究で用いたCNTは,長さが100μmであり,通常のCNTより長尺である.このことはCNTを導電剤として用いる場合に優れた性質が得られる.しかしながら,ジェットミル法など他の分散方法では,このような長尺のCNTを分散させることが困難である.一方,本研究で実施している液中プラズマ法は,長尺CNTでも水中に分散させることに成功している.この成果は,長尺CNTの応用を広げる上で有効である.研究計画では,CNTを分散させるためにジェットミル法を併用することを検討したが,これまでの研究ではその必要性は認められなかった.このことは,液中プラズマ法は水中にCNTを分散させる技術として有効であることを示している.
軍・憲兵の治安機能

「軍・憲兵の治安機能」という主題を構成する要素として、憲兵の社会運動抑圧取締、軍全般の思想対策と思想善導策、情報統制、民族独立運動・反満抗日運動の抑圧取締、治安戦・思想戦の展開、植民地・傀儡国家・占領地による治安体制構築の主導などがある。言論活動の検閲取締、軍法会議での思想犯罪の扱い、陸軍刑法・海軍刑法などのなかの治安諸規定の制定と運用状況、占領地軍政中の治安体制の構築などの解明の手がかりが見えてきた。さらに言論活動の検閲取締、軍法会議での思想犯罪の扱い、陸軍刑法・海軍刑法などのなかの治安諸規定の制定と運用状況、占領地軍政中の治安体制の構築など、考えねばならない問題は多い。これらの問題群を一つずつ解明し、その構造・機構と機能・運用の実態を実証的に論じていくことが、第一の課題としてある。そして、重要なことは、これらが総体として戦争遂行体制のなかでどのように位置づけられ、機能していったのか、ということである。それを問うことは、「軍・憲兵の治安機能」が全治安体制の「主翼群」の一つとしてどのような役割・位置にあったのか、ということに連なる。本研究の特色は、治安体制の一翼・一環として「軍・憲兵の治安機能」をとらえることにある。そこで得られる知見・論点は、第一にこれまでの治安体制の理解に幅と奥行きを与え、私にとっての最大の課題である「戦前治安体制の全体像(そこには「大東亜治安体制」構想を含む)」構築の最終段階へと、押し進めてくれるはずである。第二に、従来の軍隊・軍事史研究に「治安」「思想」という新たな視点・論点を付け加えることになり、その軍隊観や政軍関係の理解を深め、近現代史上の軍隊の位置づけに修正を迫ることになるだろう。初年度にあたるため、史料収集に重点を置いた。隔月に一回程度、防衛省防衛研究所図書館で史料調査にあたり、寄贈・寄託資料群のなかから、憲兵関係を中心に閲覧・複写をした。とりわけ『憲兵令達集』第一・二巻、「内地憲兵関係復員資料」などからは、貴重な情報を引き出すことができそうである。また、国会図書館・早稲田大学図書館・昭和館などでも関係史料を集めることができた。すでに、本研究に直接つながるものとして、撫順戦犯管理所の戦犯たちの供述書を読む研究会に参加し、憲兵隊関係を担当していたため、ひきつづき、その史料補充に努め、おおよそ骨格が整ってきた。すでにレジュメは完成しているので、それをどのように文章化し、発表するかを、来年度以降の課題としたい。纐纈厚『憲兵政治-監視と桐喝の時代』が刊行された。現状への問題関心から、初めて憲兵についての概説書となり、示唆されることろは多いとはいえ、既存の史料に依拠しているため、その具体的実相を明らかにするに至っていない。本研究の意義は依然として大きい。来年度以降は、史料収集を引きつづき進めるとともに、関東憲兵隊についてまとめることを突破口に、憲兵の構造と実態について概観できるようにしたい。社会主義運動・思想の抑圧という機能はいうまでもないが、一九三〇年代以降の一般民衆に対する思想統制・動員の様相を明らかにすることが課題となる。また、植民地における憲兵や軍占領地域の軍政などとの関連などを、どのように整理して考えるのかが、焦点となる。第二年度となる本年度は、二つの研究会に参加し、主に関東憲兵隊関係の報告をおこなった。一つは、侵略史研究会で、これまでのまとめ段階に入ってきているので、『侵略の証言』の第二章第二節「「満州国」の治安体制」を執筆した。これは「1建国当初の治安体制2憲兵・警察・司法統治の進展3「治安粛正」の最終段階」という構成で、関東憲兵隊創設から解体までを論じている。もう一つは、合作社事件(満鉄調査部事件の前史)関係者の関東憲兵隊・「満州国」検察による供述調書復刻のための研究会の発足である。はじめて詳細に検挙から司法処分の過程が明らかになり、これまでの史料収集では不分明だった分野が補完された。また、史料所蔵者の方から聴取した、憲兵関係者の戦後の生き方も、憲兵の存在を考える上で大いに示唆に富むものだった。この研究会では、「満州国」司法体制および関東憲兵隊の概観、供述調書の分析を担当している。また、「国家と情報」についての依頼原稿の執筆にあたり、この軍・憲兵の治安機能に関わる部分を書き込むことができた。これらの公刊はいずれも、一、二年後になる。以上のほかに、主に防衛省防衛研究所図書館において、軍・憲兵の治安機能に関する史料収集に努めた。とくに海軍関係の思想対策・教育について、新たな史料を得ることができた。

本年度に予定していた中国・吉林省梢案館での史料調査は、档案館側の史料未整理という事情のため実現できなかった。したがって、档案館編集の公刊史料を精査することで補うほかない状況である。第三年度となる本年度は、これまで参加してきた二つの研究会のまとめの仕事をすることができた。一つは、侵略史研究会で、近刊の『中国侵略の証言たち--「認罪」の記録を読む--』(岩波新書)の第二章第二節「「満州国」の治安体制」を執筆した。これは「1建国当初の治安体制2憲兵・警察・司法統治の進展3「治安粛正」の最終段階」という構成で、関東憲兵隊創設から解体までを論じている。もう一つは、合作社事件研究会で、元関係憲兵隊員が所蔵していた「合作社事件」の史料集を復刻し(不二出版、二〇〇九年一二月)、解説の一部として、「満洲国」司法体制および関東憲兵隊の概観、供述調書の分析を担当している。本史料により、思想弾圧事件について、はじめて詳細に検挙から司法処分の過程が明らかになった。以上のほかに、主に防衛省防衛研究所図書館において、軍・憲兵の治安機能に関する史料収集に努めた。とくに海軍関係の思想対策・教育について、新たな史料を得ることができた。また、最終年度に向けて、報告書の準備にとりかかり、憲兵を中心とした大まかな構想を得るに至った。最終年度となる本年度は、これまで参加してきた侵略史研究会の共同研究の成果を、『中国侵略の証言たち--「認罪」の記録を読む--』(岩波新書、二〇一〇年四月)として公刊した。私は、本科研費での史料収集をもとに、その第二章第二節「「満州国」の治安体制」を執筆し、関東憲兵隊創設から解体までを「1建国当初の治安体制2憲兵・警察・司法統治の進展3「治安粛正」の最終段階」という構成で論じている。その後、研究会では、戦犯の「供述書」の史料集編纂を準催している。もう一つ参加している合作社事件研究会では、「合作社事件」の史料集復刻後、あらためて「合作社」全体像の把握と、「小島憲兵」所蔵史料の再点検をおこなっている。大きく、「憲兵」の研究と「軍の治安機能」についてまとめたい。前者は、その創設から解体までの通史的な叙述を試みる。現時点では、「1.創設2.社会運動抑圧の開始3.思想憲兵の始動と展開4.関東憲兵隊から「支那」憲兵隊へ5.戦時下の思想憲兵6.憲兵の解体」という構成を予定している。後者については、自由民権・初期社会主義思想・運動の軍隊への侵入警戒、1920年代の「地方」の思想悪化・軍隊の動揺、30年代における軍隊内の「思想善導」、陸軍省新聞班などの活動、在郷軍人会における治安機能などがポイントになると予想している。
酸化物中のプロトン制御による人工知能用アナログ電子デバイスの研究

本研究では、「揮発性」デバイスによってAIハードウェアを構築するための手掛かりを得ることを目的としている。昨年度までの実験で、TiO2多結晶薄膜が電気化学的に水素を取り込み、SiO2との下部界面において安定に保持すること、またその際に水素は主に多結晶の粒内部を移動することなどを明らかにしてきた。一方でこうした固体中水素をデバイス応用しようとした場合、水素が移動する際の動的な経時変化について理解する必要があった。そこで本年度はTiO2多結晶薄膜の面直方向に水素が移動することによる、TiO2の電気伝導度の経時変化について詳細な実験を行い、単純なモデルを構築した。まず単純にTiO2多結晶薄膜に電気化学的に水素をドープし、即座に真空チャンバーにセットして電気伝導度の経時変化にを測定したところ、初めの数十分の間に急激に電気伝導度が減少し、最終的に安定な電気抵抗値に落ち着くことが分かった。この初期の経時変化を水素の表面からの離脱によるものと考え、TiO2多結晶薄膜表面にSiO2のキャップを行ったところ、実際に初期の経時変化は劇的に遅く成り、高い電気抵抗率がより長い間い維持されることが分かった。さらにこの経時変化の速度は、表面のSiO2キャップ層が厚くなると劇的に遅く成ることが分かり、最終的に、表面の数nmのSiO2キャップによって水素の面直方向への移動と表面からの離脱が抑制されることが分かった。この結果は、TiO2を水素の透過層、SiO2キャップをバリア層、界面を蓄積層とした新しい固体水素-電子デバイスの作製が可能であることを示唆しており、「揮発性」デバイスを作製するための部品について具体的な「形」が見えてきたといえる。本研究では、人工知能が様々な局面で示す「揮発性」に着目し、「揮発性」デバイスによって人工知能のハードウェアを構成するための手掛かりを得ることを目的としている。そのような揮発性デバイスの一つとして、我々はアナターゼ相の多結晶TiO2薄膜を用いたデバイスに着目した。このTiO2薄膜は、室温で電気化学的に容易に水素を取り込み電気伝導性を示すが、大気中では取り込まれた水素は容易に放出されるという大きな揮発性を示す。我々は、これを実際にSiO2上のTiO2多結晶薄膜において実践し、それをベースにして揮発性デバイスを作製できるのではないかと考えた。その結果、意外にも、SiO2上のTiO2薄膜では、とりこまれた水素がSiO2との界面に固定化され、不揮発化することを明らかにした。水素が実際に界面で固定化されることは、重水素をSiO2上のTiO2薄膜に導入し、表面・粒界吸着水中の軽水素と区別して、SIMS測定を行うことで実証した。この結果は、TiO2薄膜中の水素は揮発的だが、SiO2との界面の水素は不揮発化することを意味している。さらに粒界が水素分布に及ぼす影響を明らかにするために、水素をドープしたTiO2多結晶薄膜のコンダクティブAFM測定を行った。水素はTiO2中で電子のドーパントとなるため、電気伝導性の分布から水素の分布を推察することができる。その結果、水素は粒界に殆ど影響されることなく、他結晶薄膜全域にほぼ均質に分布することが分かった。これは水素の面外方向の動きを利用して揮発デバイスを作製する上で、大きなメリットになると考えられる。今後は、TiO2薄膜とその界面とを基本的な構成要素として、水素をベースとした揮発的な電子デバイスを設計していくことを目指す。水素を利用した揮発性デバイスを設計するにあたり、材料同士のヘテロ界面が水素の揮発性・不揮発性に大きく関係することを明らかにすることができた。

初年度の研究では、TiO2界面が水素の不揮発性を有することを発見したため、そこに着目して研究を進めてきた。今後はTiO2自身が持つ水素の揮発性についてより系統的な研究を行うとともに、界面や異種材料との組み合わせによって生まれる水素の機能性を追求していきたい。当初は電気化学的な視点からの評価装置の購入を考えていたが、固体デバイス特有の界面効果などが明らかとなり、研究の方向性の修正が必要となったため。