hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
揮発性成分によるうま味増強効果を応用した減塩とうま味関連脳基盤に関する研究

これまでに、食塩との組み合わせでうま味の増強効果を起こす物質が、だしの揮発性の成分であることを明らかにしてきた。本研究では、だしの揮発性成分と食塩とのうま味増強効果に関わる神経基盤を明らかにすることと、うま味認知に関わる物質を特定することを目的としている。だし中の成分として、揮発性成分とイノシン酸、蒸留水の3つを設定し、食塩濃度を調整したものを試料として用いた。官能評価の結果、うま味の強度は、だし中の成分と塩分濃度との間に交互作用が認められ、食塩6 g/Lを添加しただし揮発性成分水溶液が最大となった。脳の賦活化部位測定の解析の結果、食塩6 g/Lを添加しただし揮発性成分水溶液では、背外側前頭前野と眼窩前頭皮質、前頭極が活性を示したが、食塩0 g/Lのだし揮発性成分水溶液では活性しなかった。また、食塩6 g/Lを添加したイノシン酸溶液では、背外側前頭前野と眼窩前頭皮質、上側頭回、前頭極が活性を示し、食塩0 g/Lのイノシン酸水溶液でも背外側前頭前野、上側頭回、前頭極が活性を示した。平成30年度は、脳の賦活化部位について、ベイジアンネットワーク分析により(統計ソフトR2.15.1)、脳内の伝達経路を解析した。ベイジアンネットワーク分析の結果、揮発性成分水溶液は、食塩の影響を受け、背外側前頭皮質と上側頭回、眼窩前頭皮質に収束した。イノシン酸水溶液は、食塩の影響を受けず、味として脳に情報が伝わり、二次味覚野である眼窩前頭皮質に収束した。これまでに、塩との組み合わせでうま味の増強効果を起こす物質が、だしの揮発性の成分であることを明らかにしてきた。本研究では、だしの揮発性成分と食塩とのうま味の増強効果に関わる神経基盤を明らかにすることと、うま味認知に関わる物質を特定することを目的としている。平成28年度は、だし中の成分と食塩濃度を調整したものを試料とし、官能評価と脳の賦活化部位測定を組み合わせて行うことで、だしの揮発性成分と食塩とのうま味の増強効果に関わる脳の部位を明らかにすることを目的とした。だし中の成分として、揮発性成分とイノシン酸、蒸留水の3つを設定した。官能評価では、食塩濃度を4段階に調整した試料を用いて実施し、うま味や匂いの感じ方などについてLabeled Magnitude Scaleを用いて評価した。脳の賦活化部位の測定には、塩分濃度を2段階に調整した試料を用いて行った。脳全体を対象とした賦活化部位については、機能的磁気共鳴画像(fMRI)法を用いて測定をおこなった。得られたfMRI画像は、MATLAB上で作動するSPMソフトウェアを用いて解析した。うま味の強度は、二元分散分析の結果、だし中の成分と塩分濃度との間に交互作用が認められ、食塩6 g/Lを添加しただし揮発性成分水溶液が最大となった。脳の賦活化部位測定の結果、食塩6 g/Lを添加しただし揮発性成分水溶液では、背外側前頭前野と眼窩前頭皮質、前頭極が活性を示したが、食塩0 g/Lのだし揮発性成分水溶液では活性しなかったため、これらの領域がだしの揮発性成分と食塩とのうま味の増強効果に関わることが示唆された。予定では、官能評価と脳賦活化部位の測定を平成28年度に行うことになっているが、fNIRSによる測定が遅れているため、やや遅れていると判断した。本研究では、だしの揮発性成分と食塩とのうま味増強効果にかかわる神経基盤を明らかにすることと、うま味認知に関わる物質を特定することを目的としている。だし中の成分として、揮発性成分とイノシン酸、蒸留水の3つを設定し、食塩濃度を調製したものを試料として用いた。官能評価の結果、うま味の強度は、だし中の成分と塩分濃度との間に交互作用がみとめられ、食塩6 g/Lを添加しただし揮発性成分水溶液が最大となった。平成29年度は、揮発性成分水溶液とイノシン酸水溶液の脳の賦活化部位への食塩添加の影響を明らかにすることを目的とし、脳の賦活化部位の解析を行った。機能的磁器共鳴画像(fMRI)法で得られたfMRI画像は、MATLAB上で作動するSPMソフトウェアを用いて解析した。脳の賦活化部位測定の解析の結果、食塩6 g/Lを添加しただし揮発性成分水溶液では、背外側前頭前野と眼窩前頭皮質、前頭極が活性を示したが、食塩0 g/Lのだし揮発性成分水溶液では活性しなかったため、これらの領域がだし揮発性成分と食塩とのうま味の増強効果に関わる領域であることが示唆された。一方、食塩6 g/Lを添加したイノシン酸水溶液では、背外側前頭前野と眼窩前頭皮質、上側頭回、前頭極が活性を示し、食塩0 g/Lのイノシン酸水溶液でも背外側前頭前野、上側頭回、前頭極が活性を示した。前頭前野に着目した測定および解析が遅れているため、やや遅れていると判断した。

本研究では、だしの揮発性成分と食塩とのうま味増強効果に関わる神経基盤を明らかにすることと、うま味認知に関わる物質を特定することを目的としている。だし中の成分として、揮発性成分とイノシン酸、蒸留水の3つを設定し、食塩濃度を調整したものを試料として用いた。官能評価の結果、うま味の強度は、だし中の成分と塩分濃度との間に交互作用が認められ、食塩6 g/Lを添加しただし揮発性成分水溶液が最大となった。脳の賦活化部位測定の解析の結果、食塩6 g/Lを添加しただし揮発性成分水溶液では、背外側前頭前野と眼窩前頭皮質、前頭極が活性を示したが、食塩0 g/Lのだし揮発性成分水溶液では活性しなかった。また、食塩6 g/Lを添加したイノシン酸溶液では、背外側前頭前野と眼窩前頭皮質、上側頭回、前頭極が活性を示し、食塩0 g/Lのイノシン酸水溶液でも背外側前頭前野、上側頭回、前頭極が活性を示した。平成30年度は、脳の賦活化部位について、ベイジアンネットワーク分析により(統計ソフトR2.15.1)、脳内の伝達経路を解析した。ベイジアンネットワーク分析の結果、揮発性成分水溶液は、食塩の影響を受け、背外側前頭皮質と上側頭回、眼窩前頭皮質に収束した。イノシン酸水溶液は、食塩の影響を受けず、味として脳に情報が伝わり、二次味覚野である眼窩前頭皮質に収束した。本課題は、だしの揮発性成分と塩とのうま味の増強効果に関わる神経基盤を明らかにすること、うま味認知に関わる物質を特定することを目的としている。今後は、脳の賦活化部位について、食塩濃度6 g/Lのだし揮発性成分水溶液に特徴的な部位をさらに明らかにしたいと考えている。また、ベイジアンネットワーク分析により脳内の伝達経路を解析したいと考えている。本課題は、だしの揮発性成分と水とのうま味の増強効果に関わる神経基盤を明らかにすること、うま味認知に関わる物質を特定することを目的としている。今後は、脳の賦活化部位について、脳内の伝達経路をベイジアンネットワーク分析により解析したいと考えている。前頭前野の賦活測定に使用する予定であったが、測定が遅れているため繰越金が生じた。脳の賦活化部位測定のために、MRIを稼働させるためのオペレーターに対する謝金を計上していたが、オペレーターに対する謝金が必要なくなったため、繰越金が生じた。現在までの進行状況がやや遅れているため、繰越金が生じた。研究成果をまとめるための研究打合せのために用いる予定である。前頭前野の賦活に着目しているため、近赤外分光法による測定のために用いる予定である。
エストロゲンで誘導される神経細胞移動と脳の性差形成

視索前野性的二型核(SDN-POA)の細胞新生は雌雄ともに胎生期18日にもっとも多く認められたが、これら生後の神経核を形成する細胞総数に性差は認められなかった。ソマトスタチン発現細胞の発達時期による分布状況からSDN-POAの性差形成には、生後の細胞新生による増加というよりは、雄においてニューロンが神経核の中心から放射状に側方に移動したため性差が形成されたと推察された。我々はこれまでの研究において、雄のSDN-POAに発現するソマトスタチン陽性細胞の神経核サイズが、生後2週間まで増加しその後減少していく傾向にあるのに、雌では一過的な増加を認めないという事実を明らかにした(Orikasaら2007)。そして、陽性細胞が発現する神経核サイズの増加は細胞数の増加を反映するものと考え、生後のステロイド影響下で性差が引き起こされるため、雄では神経細胞新生が行われていると考えた。そこで、細胞新生時期を同定するため、分裂細胞に取り込まれることがわかっているBromodeoxyuridine (BrdU)を出生後から10日間連続投与したが、BrdU陽性細胞は認められず、生後にSDN-POAの細胞新生はないと推察した。今年度本研究では、胎生期におこる移動に着目するため、まずこれら性的二型核の神経核形成において、妊娠14日、16日、18日目の母ラットにBrdUを投与した。生後14日令の雌雄ラットのSDN-POAマーカーとしてcalbindinに対する抗体を用い性的二型核の特定を行い、BrdU陽性神経細胞との二重染色を試みた。BrdU陽性細胞は妊娠14日から脳室周囲にあらわれ妊娠16日にかけて脳底に移動しさらに、妊娠18日目でSDN-POAに多くのBrdU陽性細胞の局在が認められた。しかし、妊娠18日目にcalbindin陽性細胞すべてがBrdU陽性かどうかの検討を、共焦点レーザー顕微鏡を用いて行っており、性差はあるのか、生後のステロイドによるダイナミックな変化を引き起こしている要因をさぐるべく現在検討中である。我々はこれまでの研究において、生後のステロイド影響下において視索前野脳室周囲核(SDN-POA)で性差が引き起こされる原因の一つとして、雄では神経細胞新生が行われていると考えた。そこで、細胞新生時期を同定するため、分裂細胞に取り込まれることがわかっているBromodeoxyuridine(BrdU)を胎生期14日、16日、18日目の母ラットにBrdUを投与し、この時期におこる細胞新生がSDN-POAでの性差形成に寄与するか否か検討した。生後14日令の雌雄ラットのSDN-POAマーカーとしてカルビンジンに対する抗体を用い性的二型核の特定を行い、BrdU陽性神経細胞との二重染色を試みた。胎生期14日、16日、18日に誕生した細胞は、全てにおいてSDN-POAの性差形成に寄与していないことが判明した。そこで、出生後から5日間連続投与し、BrdU陽性細胞とカルビンジンとの共染色を試み、生後にSDN-POAの細胞新生を検討した。共焦点レーザー顕微鏡を用いて解析を行い、生後の細胞新生の可能性が示唆されている。現在、蛍光吸収波長による結果の妥当性を検討中である。また今年度本研究では、さらに生後のステロイドによる細胞新生を詳細に検討するため、分裂細胞に取り込まれるレトロウイルス、レンチウイルスベクターによる解析を行うべく準備を進めている。視索前野脳室周囲核(SDN-POA)で性差が引き起こされる原因の一つとして、生後のステロイド影響下において、神経細胞新生が行われていると推察した。そこで、細胞新生時期を同定するため、分裂細胞に取り込まれることがわかっているBromodeoxyuridine(BrdU)を胎生期14日、16日、18日目の母ラットにBrdUを投与し、この時期におこる細胞新生がSDN-POAでの性差形成に寄与するか否かについて検討した。共焦点レーザー顕微鏡を用いて解析を行い、生後の細胞新生がSDN-POAの周囲の細胞に現れることが明らかになった。さらに生後のステロイドによる細胞新生を詳細に検討するため、分裂細胞に取り込まれるEGFPレトロウイルスを側脳室に投与しその後生後2週間後に観察した結果、投与した脳室の周囲には新生細胞を検出できた。今後EGFPレトロウイルス第3脳室周囲に投与しSDN-POAの細胞新生有無をさらに詳細に検討する。
生涯学習社会における学校教育の役割に関する考察　－生涯学習国イタリアの事例から－

本研究の成果は、学校教育と学校外教育の関係から、生涯学習社会イタリアにおける学校教育の役割を明らかにしたことである。学校の変革が社会から強く求められた時代において、学校教育に求められたのは、文化を伝えるのではなく、文化を生み出す役割である。このような考え方の背景には、学校外教育の理論と実践からの影響がある。一方、現在のイタリアでは、コンピテンシーの獲得が学校教育のキーワードとなっている。学校外教育の役割は子どもたちに様々な学習機会を提供することであり、学校教育の役割はコンピテンシーを獲得する学習を子どもたちのために組織することである。平成27年度はイタリアの歴史教育における教員養成に焦点をあて、研究を進めた。なぜイタリアの教員養成に焦点をあてたのかというと、イタリアの生涯学習社会において教師も子どもと同様に養成機関以外の場所で学ぶことが構想されてきたからである。日本教育方法学会においては、教育理論の変化に伴う教師の専門性の変化とそれに対応する教員養成システムの変化、そして生涯学習社会における学びの機会というテーマを設定し、研究成果の発表を行った。発表した研究成果は以下の通りである。歴史科教員に求められる専門性の変化、特に学習者を中心とした歴史教育に対応できる力量が求められるに従い、民間教育研究団体や地域の行政機関と連携した団体などは、現職の教師が新たな専門性を獲得する機会を提供してきた。しかし、学習機会を利用するのかどうかは個人の判断に委ねられ、教師の力量格差を生み出す結果となってしまった。教員の格差を生み出さないために、公教育省は教育方法に重点を置いた教員養成システムへの変更を行ったが、今度は教科専門の知識が十分に獲得されないというジレンマが生まれている。多様な教育機会が補完的に働いているのかについては十分に明らかにすることができなかったので、新年度の課題としたい。これらの研究と関連することとして、イタリアの学力テストに関する論考を共著本の一節にまとめている。上記の研究成果を活かし、学力テストを公教育の中だけで検討するのではなく、生涯学習社会にどのように位置付けるべきかという論点が必要なことを指摘している。初年度に予定していた研究は、申請者の勤務大学が変わって一年目ということもあり、やや遅れた状況となっている。具体的には、教育方法学会での発表は行ったものの、その成果を論文にまとめることができなかった。また2月ごろに予定していたイタリアの調査旅行も仕事の都合のために実現できなかった。一方で、文献の収集等に関しては、新しい資料の購入は取り寄せの期間が長くやや遅れているが、これまで収集してきた資料を再整理するなどして対応している。それらの資料収集・整理をもとにした基礎文献の読解は順調に進んでいる。2016年度はイタリアにおける教員養成と民間教育研究団体に焦点をあてて研究を行った。教員養成に関しては、パンチェーラの著作を中心に文献研究を行い、社会科系教員の教員養成において、民間での養成と教育行政における養成がどのように関係しているのかを明らかにした。特に大学院レベルでの教員養成に着目して、研究を進めた。2016年6月にイタリアのパドヴァ大学のパンチェーラ教授を訪問し、新しい教員養成の方向性について資料提供と情報提供を受けた。調査の結果は、2016年7月の日本カリキュラム学会において、発表を行った。民間教育研究団体に関しては、雑誌『学校と街』の文献研究を中心に行い、学校教育に新たな役割が求められた1970年代のイタリアにおいて、「開かれた学校」をテーマにどのような議論がなされたのかを明らかにした。研究成果は2016年8月の日本教育学会のラウンドテーブルで発表し、京都教育大学紀要に投稿をした。(2017年9月掲載予定)また民間研究団体の現在の活動を明らかにするために、前述した2016年6月と2017年3月に民間教育研究団体LANDISの事務所を訪問し、LANDISのこれまでの研究についての資料提供を受けた。2017年3月には、LANDISに所属している小学校教師、中学校教師、高校教師を紹介してもらい、歴史科の授業観察を行った。LANDISの活動については、発表等は行っていない。これらの研究とは他に、イタリアのコンピテンシーに関わる議論について、継続的に文献研究を行っている。計画では、発表2本と論文2本を予定していた。発表のうち一本はラウンドテーブルでの発表となったが、予定通りに行うことができた。イタリアのコンピテンシーに関わる査読論文(共著)に取り組んでいたために、教員養成に関わる論文を執筆することができなかった。論文は2本執筆予定であったので、この点を持って研究がやや遅れていると評価している。イタリアへの調査旅行に関しては、今年度の計画では一回としていたが、仕事の調整がうまくいったので、2回の調査旅行を行うことができた。これで初年度に立てていた計画の通り、2年次終了までに調査旅行を完了することができ、1年次の計画の遅れを取り戻すことができた。最終年度である2017年度は、これまでの研究の総括として2本の単著論文を執筆することができた。1本目の論文「1970年前後のイタリアにおける学校の変革に関する考察ー雑誌『学校実践』の分析を通してー」は、学校の変革期である1970年前後のイタリアに焦点を当てたもので、研究テーマの一つであった学校教育と学校外教育について、どのような議論が行われてきたのかを明らかにすることができた。

議論の核心は、学校における文化の創造であり、学校のこれまでの文化を相対的に批判するものとして、学校外の教育が位置付けられている。2本目の論文は、イタリアのおける市民性育成について、学校だけではなく、市民社会全体でどのように捉えるのかを、特別支援教育や外国にルーツを持つ子どもの教育などにも触れながら論述したもので、学会誌に投稿し、現在査読を受けている途中である。この論文の執筆に先立って、イタリアでのフィールドワークを行い、多数の学校外の団体が行うワークショップなどを中心に見学を行うことで、市民性の育成に関しても、学校外の団体が大きな役割を果たしていることを明らかにすることができた。研究期間全体を通じて探究してきた生涯学習社会における学校教育に役割について考察すると、現在のイタリアではコンピテンス獲得が学校教育の主張な目的として位置づけられている。ただし、学校の中で全て完結するのではなく、外部リソースを積極的に使うことができるようになっている。つまり、学校教育の役割は、コンピテンス獲得のために子どもにとって必要な教育機会を、様々なリソースを用いながらコーディネイトすることにあると言い換えることができるだろう。ただし、外部リソースの利用に関しては、学校教育との連携が不十分であるなどの実態にも触れることができた。そうした負の側面を考察することができたことも、本研究の成果である。本研究の成果は、学校教育と学校外教育の関係から、生涯学習社会イタリアにおける学校教育の役割を明らかにしたことである。学校の変革が社会から強く求められた時代において、学校教育に求められたのは、文化を伝えるのではなく、文化を生み出す役割である。このような考え方の背景には、学校外教育の理論と実践からの影響がある。一方、現在のイタリアでは、コンピテンシーの獲得が学校教育のキーワードとなっている。学校外教育の役割は子どもたちに様々な学習機会を提供することであり、学校教育の役割はコンピテンシーを獲得する学習を子どもたちのために組織することである。昨年度の研究がやや遅れているため、新年度は一年目にできなかった研究を盛り込んで研究活動を進めていく。まず、6月にイタリアへの調査旅行を行う。次に、7月と8月に学会での発表を行う。7月での学会発表と昨年度の研究成果を合わせて、査読付きの学会誌への投稿を行う。8月の学会発表は、学内誌へ投稿する。その後の期間は、3月末に投稿する論文執筆に当てる。以上のように、学会発表を二回、論文執筆を二回行い、研究の速度を上げていく予定である。学会での研究発表を1回(2017年8月、日本教育学会)、査読論文を1本(2017年9月投稿、『カリキュラム研究』)、論文を1本(2017年9月投稿、京都教育大学紀要)、報告書の執筆を予定している。論文は昨年度執筆することができなかった教員養成に関わる論点を生涯学習との関わりの中で明らかにするものとする。学会発表と査読論文の執筆は、市民性(イタリア語ではcittadinanza)という言葉に着目し、学校教育で身につけられる市民性が歴史の中でどのように変遷し、それが生涯学習とどのように関わってきたのかを考察していく。
Zintl相より誘導されう新規シリコンネットワーク構造と機能性

シリコン単体だけでは作られるネットワーク構造の種類は限られるが、アルカリおよびアルカリ土類金属、希土類金属とシリコンとのZintl相(電気陽性金属元素と比較的弱い電気陰性元素間のインターエレメント化合物)には、種々のアニオンクラスターや一次元、二次元シリコンネットワーク構造が含まれる。本研究では、シリコンZintl相の多様性に着目し、これを出発物質として、種々の興味ある機能性を有する新規なシリコンネットワークを誘導することを目的とする。本年度は下記の研究成果を得た。1.Ba_<24>Ge_<100>クラスレートの合成と構造解析Zintl相から誘導されるシリコンクラスレートの中間体を単離し、構造を調べるため、ゲルマニウムを用いて研究した。BaGe_4組成のアーク炉溶融によって単結晶を合成し、構造解析を行った。中間体はBa@Ge_<20>の12面体が面を共有して連結した新規クラスレート構造であることを明らかにした。2。新規クラスレートネットワークを有するBa_<24>Si_<100>の高圧合成と構造解析Ba24Ge100と同形のシリコンクラスレートを高圧を用いることにより合成することに成功した。電気伝導度測定から、金属伝導を示すことを明らかにした。3。ヨウ素原子を内包する新規シリコンクラスレートの合成これまで知られているシリコンクラスレート化合物は金属原子しか内包されていなかったが、電気吸引性のヨウ素原子をドープすることに成功した。物性的に興味ある新物質として、研究の新しい展開が期待できる。2。3。
赤外レーザーの差周波発生によるTHz領域における高分解能分光計の開発

1.アンモニア(^<15>NH_3)レーザーと炭酸ガスレーザーの差周波発生によるTHz電磁波の発生アンモニア(^<15>NH_3)レーザーと炭酸ガスレーザーの光混合実験に向けて,以下のことを行った.アンモニア(^<15>NH_3)レーザーと炭酸ガスレーザーの光混合実験に向けて,以下のことを行った.(1)炭酸ガスレーザーの周波数安定化昨年度来行ってきた炭酸ガスレーザーの周波数安定化が達成された.(2)アンモニアレーザーの出力増強アンモニアレーザーの発振線をできるだけ多く利用して,^<15>NH_3-TuFIR分光計が広い周波数範囲をカバーできるようにするため,アンモニアレーザーの出力増強を試みた.2.THz領域における分子の遷移周波数の予測^<15>NH_3TuFIR分光計で測定対象となる分子について分子定数を決定し,遷移周波数の予測を可能にした.2本の炭酸ガスレーザーの差周波に基づくTuFIR分光計により,1-5THzの領域で回転遷移の周波数を測定し,分子定数を決定した.これにより,6THz以上の領域に現れる回転遷移の周波数の正確な予測が可能となった.(2)HCOOCH_3(ギ酸メチル)この分子は,メチル基のねじれ振動にともなう振動回転遷移をTHz領域に持つ.マイクロ波領域における測定から,ねじれ振動のポテンシャルバリアの高さ等の分子定数を決定した.本研究では,波長12μmで発振するアンモニア(^<15>NH_3)レーザーと波長10μmで発振する炭酸ガスレーザーの光をMIM(Metal-Insulator-Metal)ダイオードで混合し,6THz以上の周波数を持つテラヘルツ電磁波(遠赤外光)を発生させ,これを光源とした高分解能分子分光システムを構築する.今年度は,差周波をとるための炭酸ガスレーザーを構成するレーザーフレーム,レーザー管の設計・製作,およびそれらの組立を行った.測定される分子スペクトルの遷移周波数の精度を保証するために,購入したInSb検出器で炭酸ガスの蛍光をモニターし,製作する炭酸ガスレーザーの周波数を安定化する必要がある.このために必要なフィードバック回路の設計・製作を行った.新規に購入したPZT駆動用の直流安定化高圧電源を用いて,レーザー周波数の安定化に向けた予備的実験を行った.今後は,まず,新たに製作した炭酸ガスレーザの周波数安定化を完成させ,アンモニア(^<15>NH_3)レーザーと炭酸ガスレーザーの光混合実験に着手する.これにより,2本の炭酸ガスレーザーの差周波を利用したTuFIR分光計では不可能な,6THz以上の差周波発生を試みる。最終的には,発生させた差周波を利用して周波数精度が高くしかも高分解能の分子スペクトルを,6THz以上の周波数領域で測定できる分光計を完成させることを目標とする.1.アンモニア(^<15>NH_3)レーザーと炭酸ガスレーザーの差周波発生によるTHz電磁波の発生アンモニア(^<15>NH_3)レーザーと炭酸ガスレーザーの光混合実験に向けて,以下のことを行った.アンモニア(^<15>NH_3)レーザーと炭酸ガスレーザーの光混合実験に向けて,以下のことを行った.(1)炭酸ガスレーザーの周波数安定化昨年度来行ってきた炭酸ガスレーザーの周波数安定化が達成された.(2)アンモニアレーザーの出力増強アンモニアレーザーの発振線をできるだけ多く利用して,^<15>NH_3-TuFIR分光計が広い周波数範囲をカバーできるようにするため,アンモニアレーザーの出力増強を試みた.2.THz領域における分子の遷移周波数の予測^<15>NH_3TuFIR分光計で測定対象となる分子について分子定数を決定し,遷移周波数の予測を可能にした.2本の炭酸ガスレーザーの差周波に基づくTuFIR分光計により,1-5THzの領域で回転遷移の周波数を測定し,分子定数を決定した.これにより,6THz以上の領域に現れる回転遷移の周波数の正確な予測が可能となった.(2)HCOOCH_3(ギ酸メチル)この分子は,メチル基のねじれ振動にともなう振動回転遷移をTHz領域に持つ.マイクロ波領域における測定から,ねじれ振動のポテンシャルバリアの高さ等の分子定数を決定した.1.アンモニア(^<15>NH_3)レーザーと炭酸ガスレーザーの差周波発生によるTHz電磁波の発生アンモニア(^<15>NH_3)レーザーと炭酸ガスレーザーの光混合実験に向けて,以下のことを行った.(1)炭酸ガスレーザーの周波数安定化昨年度来行ってきた炭酸ガスレーザーの周波数安定化が達成された.(2)アンモニアレーザーの出力増強アンモニアレーザーの発振線をできるだけ多く利用して,^<15>NH_<3^->TuFIR分光計が広い周波数範囲をカバーできるようにするため,アンモニアレーザーの出力増強を試みた.2.THz領域における分子の遷移周波数の予測^<15>NH_<3^->TuFIR分光計で測定対象となる分子について分子定数を決定し,遷移周波数の予測を可能にした.2本の炭酸ガスレーザーの差周波に基づくTuFIR分光計により,1-5THzの領域で回転遷移の周波数を測定し,分子定数を決定した.これにより,6THz以上の領域に現れる回転遷移の周波数の正確な予測が可能となった.(2)HCOOCH_3(ギ酸メチル)この分子は,メチル基のねじれ振動にともなう振動回転遷移をTHz領域に持つ.マイクロ波領域における測定から,ねじれ振動のポテンシャルバリアの高さ等の分子定数を決定した.
高脂血症の素因スクリーニング指標の一つにインスリン抵抗性候補遺伝子が利用できるか

本研究の大きな目標は血清脂質の種々の素因別に高脂血症ひいては動脈硬化症の危険度を予測し、各グループの生活指針を導き出す事にある。今年度は、この目標達成上「素因として何を指標に使うか」「どんな生活項目に気をつけるか」を明らかにするためのステップとして、「インスリン抵抗性」の候補遺伝子を、素因スクリーニングの指標として新たに追加した。具体的にはインスリン受容体基質1(IRS-1)遺伝子972変異を、PCR法によりDNAを増幅後、制限酵素により切断し、電気泳動法により同定した。これまで血清脂質値への素因と生活因子の関与の検討を行ってきた対象者のうち、アポ蛋白濃度などデータのより充実している松山市近郊の農山村A地区住民88名について、まずIRS-1遺伝子多型を同定した。変異型のホモ保有者はなく、ヘテロ保有者もわずか2名(2.3%)であったため、この集団に関してはその後の多変量解析を断念した。次いで、松山市近郊の農村B地区住民178名についてIRS-1遺伝子多型を同定した。変異型のホモ保有者はなく、ヘテロ保有者は7名(3.9%)であった。この集団について既報(第64回日本衛生学会)の血清脂質値についての重回帰式(素因としてはアポB遺伝子VNTR多型を使用)の説明変数に、IRS-1遺伝子多型を加えて検討した。総コレステロール値とHDLコレステロール値は175名、中性脂肪値とLDLコレステロール値は空腹時採血の124名の解析を行った。各重回帰式にIRS-1遺伝子多型を加えても、どの式にも採択されなかった。また、アポB遺伝子VNTR多型の項目を除いた上でIRS-1遺伝子多型を加えても採択されず、VNTRの項目を除いた分だけ重相関係数が小さくなった。今回指標として試みたIRS-1遺伝子972多型はこの集団では高脂血症の素因スクリーニングには有用とはいえず、アポB遺伝子VNTR多型の方が有用であった。
オピオイドの各種神経化学伝達物質遊離におよぼす影響

ラットの三叉神経上知覚核、大脳皮質体性感覚野のスライス標本およびこれらの部位のホモジネートを蔗糖密度勾配遠心法では採取したシナプトソーム画分からの、高カリウムおよびフィールドスティミュレーションにより膜を脱分極させることによる、noradrenaline(NA),serotonin(5-HT),acetylcholine(Ach)の遊離に対するモルフィンおよび他のミューオピオイドの作用について検討した。モルフィン(10^<-3>-10^<-5>M),DAGO(5×10^<-3>-5×10^<-4>M)およびモルフィセプティン(5×10^<-3>-5×10^<-4>),β-エンドルフィン(5×10^<-4>M),エンケファリン(5×10^<-4>M)の前処置により、フィールドスティミュレーションと高カリウム刺激によるNA,5-HT,Achの遊離がいずれも有意に抑制された。これらすべてのニューロトランスミッターの遊離抑制はミュー受容体遮断薬であるナロキソン(10^<-3>-5×10^<-5>M)およびβ-フナルトレキサミン(5×10^<-3>-5×10^<-4>M)の同時適用により拮抗された。カッパ受容体刺激薬であるペンタゾシン(〉5×10^<-3>M)やブレマゾシン(〉5×10^<-3>M)の前処置では、これら刺激による各種ニューロトランスミッターの遊離抑制作用は、ニューオピオイドに比べてするかに弱いものであった。一方燐脂質の代謝回転については統計処理が出来るだけの測定結果は未だ得ていないが、両部位ともミューオピオイド[モルフィン(5×10^<-4>M)およびモルフィセプティン(10^<-3>M)]によりその回転を抑制し、ナロキソンやβ-フナルトレキサミンはこの抑制を阻害する傾向にあった。一方、両部位の(Na^++K^+)-ATPase活性に対するモルフィンの作用は単独では活性化がみられなかったが、予めモルフィン(10^<-3>-10^<-4>M)を作用させておくと、カルシウムおよびおよび二価鉄イオンによる抑制、並びにカルシウムと二価鉄イオンの併用による抑制が阻害され、見かけ上の活性化が観察された。当プロジェクトは2年で完了させる予定であるが、初年度、これまでに得られた結果は次に記す如くである。ラットの三叉神経上知覚核、大脳皮質体性感覚野のスライス標本およびシナプトソームを蔗糖密度勾配遠心法で採取したシナプトソーム画分からの、高カリウムおよびフィールドスティミュレーションにより膜を脱分極させることによる、noradrenaline(NA),serotonin(5-HT),acetylcholine(Ach)の遊離に対するモルフィンおよび他のミューオピオイドの作用について検討した。

モルフィン(10^<-3>-10^<-5>M),DAGO(5x10^<-3>-5x10^<-4>M)およびモルフィセプティン(5x10^<-3>-5x10^<-4>),β-エンドルフィン(5x10^<-4>M),エンケファリン(5x10^<-4>M)の前処置により、フィールドスティミュレーションと高カリウム刺激によるNA,5-HT,Achの遊離がいずれも有意に抑制された。これらすべてのニューロトランスミッターの遊離抑制はミュー受容体遮断薬であるナロキソン(10^<-3>-5x10^<-5>M)およびβ-フナルトレキサン(5x10^<-3>-5x10^<-4>M)の同時適用により拮抗された。カッパ受容体刺激薬であるペンタゾシン(>5x10^<-3>M)やブレマゾシン(>5x10^<-3>M)の前処置では、これら刺激による各種ニューロトランスミッターの遊離抑制作用は、ミューオピオイドに比べてはるかに弱いものであった。一方燐脂肪質の代謝回転については統計処理が出来るだけの測定結果は未だ得てないが、両部位ともミューオピオイド[モルフィン(5x10^<-4>M)およびモルフィセプティン(10^<-3>M)]によりその回転を抑制する傾向にあった。一方、両部位の(Na^++K^+)-ATPase活性に対するモルフィンの作用は単独では活性化がみられなかったが、予めモルフィン(10^<-3>-10^<-4>M)を作用させておくとカルシウムによる抑制および二価鉄イオンによる抑制が阻害され、見かけ上の活性化が観察された。ラットの三叉神経上知覚核、大脳皮質体性感覚野のスライス標本およびこれらの部位のホモジネートを蔗糖密度勾配遠心法で採取したシナプトソーム画分からの、高カリウムおよびフィールドスティミュレーションにより膜を脱分極させることによる、noradrenaline(NA),serotonin(5-HT),acetylcholine(Ach)の遊離に対するモルフィンおよび他のミューオピオイドの作用について検討した。モルフィン(10^<-3>-10^<-5> M),DAGO(5×10^<-3>-5×10^<-4> M)およびモルフィセプティン(5×10^<-3>-5×10^<-4>),β-エンドルフィン(5×10^<-4> M),エンケファリン(5×10^<-4> M)の前処置により、フィールドスティミュレーションと高カリウム刺激によるNA,5-HT,Achの遊離がいずれも有意に抑制された。これらすべてのニュートロランスミッターの遊離抑制はミュー受容体遮断薬であるナロキソン(10^<-3>-5×10^<-5> M)およびβ-フナルトレキサミン(5×10^<-3>-5×10^<-4> M)の同時適用により拮抗された。カッパ受容体刺激薬であるペンタゾシン(>5×10^<-3> M)やブレマゾシン(>5×10^<-3> M)の前処置では、これら刺激による各種ニューロトランスミッターの遊離抑制作用は、ミューオピオイドに比べてはるかに弱いものであった。一方燐脂質の代謝回転については統計処理が出来るだけの測定結果は未だ得ていないが、両部位ともミューオピオイド[モルフィン(5×10^<-4> M)およびモルフィセプティン(10^<-3> M)]によりその回転を抑制し、ナロキソンやβ-フナルトレキサミンはこの抑制を阻害する傾向にあった。一方、両部位の(Na^++K^+)-ATPase活性に対するモルフィンの作用は単独では活性化がみられなかったが、予めモルフィン(10^<-3>-10^<-4> M)を作用させておくと、カルシウムおよびおよび二価鉄イオンによる抑制、並びにカルシウムと二価鉄イオンの併用による抑制が阻害され、見かけ上の活性化が観察された。
林分生長のシミュレーションに関する研究

この研究は林木の直径生長を計算機上で模型実験しそれを間伐などの結果予測に利用することを目的としている.今年度の研究実績は以下の通りである.1.三重県尾鷲市のヒノキ試験林の1570本のすべての樹木について, 1932年から1977年までおよそ50年に亘る生長記録を取りまとめ,文献(1)として公表した.以下の研究はすべてこの資料を用いて行われた.2.林木の生長に関するパラメータを最小自乗法によって求めるための直接探索のプログラムを開発し,上記資料のうち,およそ1500本すべての生長パラメータを求め,またそれらの平均,分散およびそれら相互間の相関係数などをえた.この方法および結果は文献(2)に公表された.3.上記のパラメータとその樹木の林齢24年での直径が,四次元対数正規分布に従うことを明らかにし,そのことを用いて, 24年直径からすべての生長因子の組をモデルとして作成する方法を作り,これによって林分の生長のシミュレーションを行った.この内容は文献(3)に公表されている.4.直径生長の結果から収穫材積を推定するための求積式の当嵌めにあたり,偏差の正,負が偏在するかどうかを,偏差の分布のモーメントを用いて判定する方法を考案し,文献(4)として公表した.5.上記(3)の方法を尾鷲試験林のすべての樹木に適用し,これを二通りの間伐強度で作業されてきた試験林の実際の生長と対比した.前半20年での当嵌まりは標準偏差2mmの程度で一致したが,後半20年では平均直径でおよそ1cm2cmの過少評価となった.この結果は文献(5)として投稿中である.この研究は林木の直径生長を計算機上で模型実験しそれを間伐などの結果予測に利用することを目的としている.今年度の研究実績は以下の通りである.1.三重県尾鷲市のヒノキ試験林の1570本のすべての樹木について, 1932年から1977年までおよそ50年に亘る生長記録を取りまとめ,文献(1)として公表した.以下の研究はすべてこの資料を用いて行われた.2.林木の生長に関するパラメータを最小自乗法によって求めるための直接探索のプログラムを開発し,上記資料のうち,およそ1500本すべての生長パラメータを求め,またそれらの平均,分散およびそれら相互間の相関係数などをえた.この方法および結果は文献(2)に公表された.3.上記のパラメータとその樹木の林齢24年での直径が,四次元対数正規分布に従うことを明らかにし,そのことを用いて, 24年直径からすべての生長因子の組をモデルとして作成する方法を作り,これによって林分の生長のシミュレーションを行った.この内容は文献(3)に公表されている.4.直径生長の結果から収穫材積を推定するための求積式の当嵌めにあたり,偏差の正,負が偏在するかどうかを,偏差の分布のモーメントを用いて判定する方法を考案し,文献(4)として公表した.5.上記(3)の方法を尾鷲試験林のすべての樹木に適用し,これを二通りの間伐強度で作業されてきた試験林の実際の生長と対比した.前半20年での当嵌まりは標準偏差2mmの程度で一致したが,後半20年では平均直径でおよそ1cm2cmの過少評価となった.この結果は文献(5)として投稿中である.
EMF特異的ヘモグロビンレセプターから迫る転写翻訳制御機構解明と寄生適応基盤

トリパノソーマはヘムの生合成経路を欠損し,生存に必要なヘムは宿主からの取込みに依存している。そのためヘム源を取込むタンパク質はトリパノソーマ制御法の標的として有効であると考えられる。本研究課題でトリパノソーマの媒介節足動物体内ステージ原虫(EMF)で発現・機能する遊離型ヘモグロビンレセプター(TcEpHbR)を同定し,海外学術雑誌にて報告した(Yamasaki et al., Parasites & Vectors, 2016)。TcEpHbRの伝播阻止ワクチン標的としての可能性を検討するため,TcEpHbRに対するモノクローナル抗体(mAb)を作製し,EMFに対する増殖阻害効果の解析及びmAbの性状解析を行った。TcEpHbRに対するmAbを作製し,EMFに対する反応性を間接蛍光抗体法(IFA)で確認した。またELISAでmAbのエピトープ探索を試みた。さらにmAb添加培養実験により,EMFに対する増殖阻害効果及びヘモグロビン(Hb)取込み阻害効果を解析した。IFAの結果,EMFに対して反応性のあるmAbが1クローン(mAb-1)得られた。ELISAの結果,mAb-1は150アミノ酸残基(AA)以下の組換えTcEpHbRには反応しなかったが,200AAから完全長の組換えTcEpHbRには反応した。またmAb-1処置はEMFの細胞膨張を特徴とする細胞変性と増殖阻害効果を引き起こしたが、EMFのHb取込みは阻害しなかった。ELISAの結果,mAb-1は立体構造認識抗体であることが明らかとなり、エピトープはTcEpHbRのN末端から50から200AAの領域に存在することが示唆された。また,mAb-1はEMFのHb取込みを阻害しなかったが,顕著なEMF増殖阻害効果を示した。このことからTcEpHbRはHbの取込みに加えて細胞増殖に関わる未知の機能を有する可能性が考えられた。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
高次分岐形態形成の誘導による涙腺の機能的再生

これまでStevens-Johns症候群等の重症眼表面疾患においては涙液の量的・質的双方の異常がその病態形成に大きく関与するとは考えられていたものの、再生治療的な観点からは注目されていなかった。角膜上皮や口腔粘膜上皮細胞が平面状の上皮シートの状態で治療に使用できる事に対し、涙腺組織は複雑な3次元構造をとるため培養そのものが極めて困難であるとされるためである。今回の我々のチャレンジはこの点についてのブレークスルーを得ることを目的としたものである。結果として、涙腺上皮細胞はコラーゲンゲル内である程度の3次元構造を取りうることがわかった。実際にin vivoの涙腺組織のもつ複雑かつ機能的な組織構築をin vitroで再構成するには多くの機能性因子の同定が必要と考えられた。また我々は涙液の質的・量的異常の検出のためにいくつかの臨床機器およびそれに関連したソフトウエアの開発についても同時に行った。さらにそれらを用いて涙液油層の動的挙動の生理物理的な原理を解明するために流体力学モデル(Vogtモデル)を考案し、さらにクロスコリレーション法を応用することにより実際の臨床の場でリアルタイムに涙液油層伸展の解析を行なうことに成功した。さらにこの方法を用いて、ドライアイのスクリーニングや重症度評価が油層伸展初速度という非侵襲的なパラメーターによって評価できることを見出した。さらに油層伸展初速度を決定する因子について重回帰分析を行なったところ、眼表面の涙液貯留量がもっとも大きく関与することが明らかとなった。この新しい評価法は侵襲的、半定量的な従来の評価法に比べると大きな進歩であり、臨床のみならず動物実験の場でも今後の活用性が期待できる。麻酔薬の過剰投与により屠殺したGFPラットより眼窩外涙腺を摘出した。この涙腺をトリプシン/EDTA溶液にて分散させ、培養皿上に播種し、5%CO_2で37°Cのインキュベータ内にて各種培養液で培養を行った。10%FBS/DMEMでは培養開始11日目でコンフルエントになり、敷石状の細胞、紡錘状の細胞および重層化している細胞が観察された。SHEM(10%FBS, 10ng/mL recombinant human EGF, 5μg/mL Insulin, 0.1μg/mL cholera Toxin)では一部に敷石状の構造が認められたが、多くの細胞が線維芽細胞様の紡錘形の形態を示した。一方、低Ca^<2+>濃度のdefined Keratinocyte-SFMで培養したところ、細胞はコロニー状に増殖し、コロニー内では小型の細胞が敷石状に観察され、コロニー外のプレート上には線維芽細胞様の細胞が散見された。これらの結果から、低Ca^<2+>濃度のdefined k-SFMの培養では主に涙腺上皮細胞が未分化な状態を維持しながら、培養出来ることが判明した。また涙腺上皮細胞の3次元培養法を検討するため、GFP-のラットより調製したファイブロブラストと共にGFPラットより調製した涙腺細胞をアテロコラーゲン中に分散して培養したところ、一部のGFP陽性の細胞はアテロコラーゲン内で増殖することが確認された。一部の涙腺細胞は3次元の立体構造を構築する可能性が示唆された。涙腺から分泌された涙液は、涙液層を形成して眼表面を平滑に被覆して光学面を形成し、視機能の健常性に寄与している。そこで、角膜上の涙液油層を指標とした涙液評価法を開発した。涙液油層は開瞼直後に眼表面を上方へ伸展することが知られている。そこで、涙液油層の伸展挙動が、涙液量の影響を受けるか否かを、健常眼と涙液減少型ドライアイの22例29眼を対象に検討した。

涙液量は、涙液メニスカス曲率半径(R)をメニスコメトリー法で測定して評価し、油層の伸展挙動は、涙液油層観察装置(DR-1)を用いて観察、記録後、伸展油層の高さの平均値(H)を求めて、瞬目後の経過時間(t)との関係を解析した。その結果、伸展油層のH(t)(開瞼後t時における油層の平均伸展高)はレオロジーのVoigtモデルで表せる{H(t)-H(0)=ρ[1-exp(-t/λ)](ρ=定数、λ=緩和時間)}こと、および、油層の伸展初測度H'(0)とRとの間に有意な相関(r=0.573)があることが明らかにした。以上の結果は、涙液油層が粘弾性体である可能性、ならびに、油層の伸展初速度が角膜上の涙液の量的指標になる可能性を示すものであり、cross-correlation法を用いた油層伸展の自動測定法も開発した。また、この結果から、涙液減少と蒸発亢進の性格を併せ持つhybrid formのドライアイを提唱し、その理論モデルを確立した。これらの測定原理、機器はドライアイの臨床データの蓄積のあるヒトでまず検証することとしたため、現時点ではヒトないし比較的大型動物専用であるが、今後はマウスなどの小動物における涙液検査に使用できるように改良する予定である。
堅牢な有機フレーム内に柔軟なペプチド鎖をもつ低分子受容体ポケット多種類材料の創製

数百種類の受容体で匂い分子を識別している生体の嗅覚システムを模倣した低分子認識システムを人工的な材料で実現するために、受容体ポケットのフレームワークとして共有結合性有機構造体を利用し、その支柱部分に多品種オリゴペプチドを組み込むことで生体に匹敵する多種類の受容体ポケットを用意できるようにして、生体系と同様に揮発性低分子を多種類の受容体捕捉パターンで識別するバイオ-ナノ構造-薄膜材料を開発する。
窒化物半導体を用いた未開拓波長量子カスケードレーザの研究

現在開発されているテラヘルツ量子カスケードレーザ(THz-QCL)は、512 THzの周波数の動作は不可能であり、室温動作も不可能であるなど、その動作範囲は大幅に制限されている。本研究では、窒化物半導体を用いてQCLの動作範囲を大幅に拡大することを目的とする。窒化物半導体のLOフォノン吸収エネルギーはGaAsの約3倍と大きく、未踏周波数を含む320 THzの動作が可能となる。また、伝導帯のバンド不連続値は最大で1.9eVと極めて大きいため18μm帯のQCLが可能となり、QCLの動作範囲を飛躍的に拡大することができる。本研究では、これまで培ってきた窒化物の高品質成長技術を進化させ、また革新的量子構造設計を取り入れることにより、未開拓領域を含む幅広い周波数範囲のQCLを実現することを目標とする。平成30年度では、GaN系QCLの構造設計について詳細な検討を行った。前年に引き続き、非平衡グリーン関数法を用いたGaN/AlGaN系THz-QCLの光利得の解析を行い、6-12THz帯において室温で発振するのに十分な光利得が得られることを明らかにした。また、サファイア基板などのGaN用基板はテラヘルツ光の吸収があってレーザーの共振器作製にふさわしくないことが明らかになったため、GaN系両面金属(DMW)導波路QCLの作製を開始した。Si/AlGaN基板上にGaN/AlGaN QC構造を作製し、MBE法を用いてクラックの無い200周期以上のQC構造を作製した。Si基板上に形成したGaN系THz-QCL構造を用い、基板張り合わせ、ならびに、Si基板リフトオフプロセスを用いて、両面金属導波路構造の作製を行い、電流-電圧特性の評価を行った。前年に引き続き、非平衡グリーン関数法を用いたGaN系QCLの光利得の解析を行い、8THz帯において室温で発振するのに十分な光利得が得られることを明らかにした。考えうる電子散乱過程(電子・電子散乱、電子LOフォノン散乱、不純物散乱等)をすべて取り込むことで、信頼性の高い窒化物QCLからの光利得解析を可能にした。得られた室温光利得に関する結果は、科学雑誌APLに採択された。GaN系両面金属(DMW)導波路型THz-QCLの実現を目的として、Si/AlGaN基板上にMBE法を用いて、クラックの無い200周期以上のGaN/AlGaN QC構造を作製した。本年度は、両面金属導波路を用いて確実なレーザー発振を狙い、Si基板リフトオフプロセスを用いた両面金属導波路構造の作製プロセスの開拓を行った。2度の基板張り合わせ行程とドライエッチング、ならびに、Siリフトオフ行程を経て、両面金属型GaN系QCL構造の作製を行い、劈開によるミラー形成も行った。未だレーザー発振には至らないものの、電流-電圧特性の評価には成功した。本研究では、AlGaN/GaN系未開拓波長QCLの設計と低閾値・高温動作の実現、MBE法に加えMOCVD法を用いたGaN/AlGaN多層QCL構造の高品質・高精度成長技術の開拓、片面及び両面金属導波路型QCL構造作製によるTHz帯QCLの実現を研究の指針とし未開拓のGaN系QCLを開拓する。H31年度では、昨年までに引き続き、GaN系QCLのレーザ発振の確証を得る研究を行う。そのため、理論検討と実験結果を比較しながらQCLの発振動作を確認する研究を優先して進める方針とし、加えて、構造最適化による高性能化を進める。非平衡グリーン関数法(NEGF法)を用いた、GaN/AlGaN系THz-QCLの光利得のシミュレーション解析を引き続き行う。光利得の周波数依存性と動作温度依存性について解析を進め、高い光利得が得られるQCL構造を求める。Si基板を用いた両面金属導波路型(DMW)GaN系QCLの実現を引き続き試みる。そのために、Si基板上の高品質AlN/AlGaNテンプレートの開発とその上に製膜する高品質GaN/AlGaN超格子層の結晶成長を行う。ウェットケミカルエッチングによるSi基板リフトオフを行い、DMW型QCLを作製し、発振動作を試みる。量子カスケードレーザー(QCL)は、512 THz及び3μm以下の波長の動作は不可能であり、動作範囲も大幅に制限されている。本研究は、窒化物半導体を用いてQCLの動作範囲を大幅に拡大することを目的とする。我々は、GaN系QCLの作製に着手し、世界で初めてのレーザー発振に成功した。本研究では、これまで培ってきた窒化物の高品質成長技術を進化させ、また「純粋3準位量子構造」と「間接注入機構」を融合させた革新的量子設計を取り入れることにより、未開拓領域を含む幅広い周波数範囲のQCLを実現することを目標とする。

H27年度は、これまで主に用いてきたMBE法に加えて、より転位密度の少ない結晶成長が可能であるMOCVD法を用いてGaN/AlGaN系QCL構造を作製することを目的として、高品質、高精度超格子成膜のためのMOCVDリアクター構築を行った。また、MBE法を用いて「純粋3準位量子構造」GaN/AlGaN系THz-QCLを作製し、より高温動作を目指した研究を行った。その結果、本研究当初、動作温度は5K程度であったが、本年度は最高動作温度40K以上を実現した。また、QCLからのレーザー光の偏光特性を測定し、TMモード発振であることをGaN系QCLとして初めて確認した。本年度は、本研究で予定していたGaN系QCL結晶成長専用のMOCVDリアクタの構築は順調に進んだ。H28年度ではH27年度で構築しきれなかった材料ガス供給装置を作製して装置を完成させ、MOCVDによるGaN系QCLの作製を開始する予定である。MBEを用いたGaN系QCLの試作では、最高動作温度40K程度が確認され進歩が見られた。GaN系QCLの土台となる結晶成長、素子化プロセス及び測定技術がほぼ確立し、ある程度の再現性が確保されてきたため、本研究は全体的に順調に進んでいると考えられる。今後は、基礎技術を基にしてQC設計、素子構造を変化させ、室温に至る動作温度の向上と動作周波数の拡大を行う。量子カスケードレーザ(QCL)は、512 THz及び3μm以下の波長の動作は不可能であり、動作範囲も大幅に制限されている。本研究は、窒化物半導体を用いてQCLの動作範囲を大幅に拡大することを目的とする。窒化物半導体のLOフォノン吸収エネルギーはGaAsの約3倍と大きく、未踏周波数を含む320 THzの動作が可能となる。また、伝導帯のバンド不連続値は最大で1.9eVと極めて大きいため18μm帯のQCLが可能となり、QCLの動作範囲を飛躍的に拡大することができる。我々は、GaN系QCLの作製に着手し、世界で初めてのレーザ発振に成功した。本研究では、これまで培ってきた窒化物の高品質成長技術を進化させ、また「純粋3準位量子構造」と「間接注入機構」を融合させた革新的量子設計を取り入れることにより、未開拓領域を含む幅広い周波数範囲のQCLを実現することを目標とする。平成28年度では、GaN/AlGaN系QCL構造作製のためのMOCVDの材料ガス供給系を構築し装置を完成させ運用を開始した。THz-QCLの高温・高出力動作の基礎実験としてGaAs系のTHz-QCLを作製し最高出力250mWの高出力動作を確認した。また、GaN系QCLの詳細な構造設計についてシミュレーションをベースとした詳細な検討を行った。その結果GaN系QCL導波路構造はSi基板上に作製することが望ましく、また、大きな光閉じ込めを得るために両面金属導波路が重要であることが明らかになった。そのような背景から本年度Si基板上のGaN系QCLの試作に着手した。Si加工基板(PSiS)上へのAlN横方向埋め込み成長(ELO)を行うことによりSi上高品質AlNバッファー層の作製に成功した。H28年度では、本研究で予定していたGaN系QCL結晶成長用のMOCVD装置を予定通り完成させ運用を開始した。また、GaN系QCL作製に用いているMBE結晶装置の製膜の均一性と再現性を向上するなど製膜技術の見直しも行った。また、QCLの低温自動測定系も充実させた。GaAs系を用いた基礎実験ではサブワットクラス高出力THz-QCLを実現する方法も確立しつつある。
量子チューリングパターンの理論

本研究は,最近実験的に報告された奇妙な結晶表面模様の機序をチューリングパターンの観点から解き明かすものである.チューリング理論は元来生物の模様を理解するための理論である.固体物理学,結晶成長分野においてチューリング理論に基づいた研究は全くなく,本研究が最初の一歩を踏む.生物学や地形学など,マクロな世界が対象であったチューリング理論に,量子論に基づくミクロな世界を初めて導入する.これが成されれば,量子の世界と生物,地形をつなぐかつてない長大なスケールに渡る統一理論となる.本研究は,最近実験的に報告された奇妙な結晶表面模様の機序をチューリングパターンの観点から解き明かすものである.チューリング理論は元来生物の模様を理解するための理論である.固体物理学,結晶成長分野においてチューリング理論に基づいた研究は全くなく,本研究が最初の一歩を踏む.生物学や地形学など,マクロな世界が対象であったチューリング理論に,量子論に基づくミクロな世界を初めて導入する.これが成されれば,量子の世界と生物,地形をつなぐかつてない長大なスケールに渡る統一理論となる.