hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
音響空間と音声指向性を用いた可聴化パラコミュニケーション情報環境に関する研究

29年度はこれまでの一対多人数コミュニケーション支援のための研究成果をまとめ論文誌や国際会議など対外発表を行うとともに,コミュニケーションの環境的多チャンネル化による統合的なシステムデザインと実装を進め,新規の周辺手法を模索し国内発表した.音響環境重畳によるコミュニケーション支援として,まず,メッセージ伝達対象聴衆の選択のための局所的音源や大局的音源の切り替えに関する実験準備と国際会議投稿準備を行った.また,音場生成に応じた存在感付与による間接的意識誘導のための擬人化された存在を示す足音の局所的音源位置の移動に関する国内発表および国際会議投稿準備を行い,国内研究会では奨励賞を受賞した.視覚的AR重畳による意図や状況を伝達するコミュニケーション支援として,まず,聴衆状態とそれに応じた視覚的重畳表示による大局的聴衆理解支援の手法に関して国際会議発表及び論文誌採択を果たした.また,講演者の意図を伝える並行チャンネルとして指さしの強調を行うARプロジェクション手法に関する国内・国際会議発表及び論文誌採択を果たした.更に周辺手法として,まず,参加者間の知的創発へ向けた,外的リソース(オンライン資料)とマインドマップから抽出したキーフレーズを用いた参加者同士の知的創発支援としての議論刺激手法の有用性を評価し,国内研究会発表及び国際会議投稿準備を行った.また,一対一個別コミュニケーションと一対多の切り替えにおける視覚的支援として分身の派生を示す手法を併用する試みや,リアル空間とバーチャル空間での切り替えによる多チャンネル・対多コミュニケーション支援手法も発展的に取り組んだ.最終年度へ向けて統合的なサウンドスケープARや環境的視覚ARによるコミュニケーション支援や,外的知識リソースの複合的活用といった拡張的コミュニケーションへ向けたステップを検討している.論文誌への採択(2本)や国際会議での採択・発表(2本)などの外部発表および周辺技法の検討や開発が進んだ.また,28年度から検討を開始した足音の移動音源による意識誘導手法に関する国内発表において奨励賞受賞を果たした.さらに,指さしの強調を行うARプロジェクション手法についての国内発表においても発表賞の受賞を果たした.研究開始時の予定外の周辺技術の検討や開発が進んだこと,および,予定していたパラコミュニケーション環境の実験構成を整えたことなど,展開を進めボリュームのあるフィールドを確立しつつある.特に拡張現実の重畳による多空間切り替え手法は、実空間の多人数とのコミュニケーションを時間的にスイッチすることで、これまでの全体共有的なパラレルコミュニケーションの形を変え、テレワークや遠隔授業といった利便性の発展が期待される。また、講演者と聴衆の間に講演者からの資料提示に限らず、外的リソースを取り入れることでより活発な知的コミュニケーションを実現できる可能性がある。総合的なサウンドスケープデザインとコミュニケーション支援のためのマルチメディアARへ向けた研究総括へ向けて視覚聴覚ARを用いたメタファ提示統合デザインを議論し研究を進める。また、パラコミュニケーションの時間的制約と限界について明確化しながら、本研究の展開シーンを検討し、応用可能性へアピールする。研究再開後の期間の短い延長の間に実施することを厳選していく。これまでの本テーマに関連する検討内容について,研究成果をまとめ,発表や執筆を進める.空間音響構築のユビキタス技術として、個人が所有する複数の携帯端末を利用した空間音響の実現を目指し,音波を用いた遅延及び距離測定アルゴリズムを実現した.スピーカを複数代用いるにしても,一対多コミュニケーション空間の一般性を考慮すると,利用状況は非常に絞られるが、この枠組みを使えば、参加者の音声を取得するのも,パラコミュニケーションボリュームを音響的にブラウズするのも,実世界空間音響を構築するのも,個人所有の複数端末の利用で問題解決できる.さらに,絞られた対象人物に向けて音声や音響効果を聴取させる仕組みとして,サーボモーター制御で角度を変えられるパラメトリックスピーカシステムを提案した.実空間での聴取者指定のやりとりと、仮想音源を用いた手法のどちらが効果的か,または,適用場面の自動選択について検討が進むと,より汎用性の高い音響コミュニケーションシステムモジュールとして活用できると期待できる.また,音声に限らず様々なメディアを,指向性を持つ知的リソースの配置やブラウズを「一覧性」の高い状態で提示可能としたシステムの研究を進め,コミュニケーションに並行したパラコミュニケーションボリュームの可能性をマルチモーダルインタフェースにおいて検討できた.この成果も端末上での動作を前提としている.その他にも,パラコミュニケーション実施時における多人数対応指向性対話を考慮した,音源主体ロボットに関する研究として,遠隔から発信した同時性のある音声にリアリティを与えるための存在感のあるロボットを開発できた.主体のない音声に対しロボットが発生主体として存在するだけで情報を信用される傾向が示された.論文誌1,国際会議2,国内発表4を主な発表として挙げる.26年度は話者聴衆支援と話者支援に関わる研究を推進した.まず,話者聴衆支援のため,空間音響構築のユビキタス技術として個人が所有する複数の携帯端末を利用した空間音響の実現のための,音波を用いた遅延及び距離測定アルゴリズムの論文発表を行うとともに,空間内音場音響合成アルゴリズムを実装した.次に,話者聴衆への音響フィードバックとして,聴衆の反応の割合や傾向に応じた音楽音響生成手法を考案し研究発表した(本提案は27年度国際会議発表予定).反応数の多さはオクターブで表し和音の構成音を利用した反応の多様性の複雑コード表現を実現した.また,話者支援のため,多数の人間がトータルでとる視覚的動きを解析し,聴衆の状況を大局的に把握する枠組みを検討した.本手法は個別の聴衆の反応を把握する手法とは異なり位置に応じた聴衆グループの状況を把握する試みである.聴衆音声を個別端末取得するときにおこる音声分離の問題を簡潔化しシステム全体の負荷量を下げることが期待される.

次に,話者のパラコミュニケーションボリュームのブラウズを実現するため,公園などの最中にも聴衆への興味として示すことのできる「のぞきこむ」しぐさを用い,仮想音響空間内の反応音声の空間定位方向へ向けて首を伸ばすと,さらに詳細のボリューム聴取モードに変化する枠組みとした.この聴取モードは,全体的反応を聴取しているときは聴衆にも聞かせるが,個別聴取モードでは聴衆には選択的に提示するなどの配慮が必要と考えられる.他に,オンライン状況における一体多コミュニケーションにおける話者支援のための聴衆エージェントシステムを開発し学会発表したほか,音響的ノンバーバル理解のためのオノマトペサウンド変換,空間指向性を含む繰り返し音楽の制御と演奏効果の検証,仮想空間提示における音源付与エージェントの空間パラメータ設定など,技術詳細に関連する複数研究を展開した.27年度は話者支援と聴衆支援の両側面から、1)聴衆状態推定手法,2)話者への大局的情報提示手法,3)携帯端末を用いた音場生成システムの完成,といった入出力及び状況分析アルゴリズムの基礎システムの完成,更に4)音場再現用コンテンツ生成手法の再考やそれぞれの国内外での学会発表を行った.聴衆状態の推定として,音声での取り組みの精度が上がらなかったため,映像解析に切り替えたところ,参加態度(聴衆のコンテンツ集中度とアクティブさの2軸)の軸を設定し推定率を7090%とすることができた.さらに話者の聴衆理解のためのフィードバック手法として,大局的情報提示手法のため映像重畳型カラーマップ手法を実装した.また,聴衆状態に基づく話者から聴衆へのパラコミュニケーションチャンネルとして空間音響合成を検討してきたが,携帯端末を用いた音場生成システムを実現した.これは25年度から改善を進め,同期信号パルスを工夫し精度や頑健度を向上させたものである.音楽的フィードバックの話者音響ブラウズ手法(27年度国際会議発表)の再考を進めながら,教室や会議場空間に限らず,バーチャルキャラクタの音楽コンサートや映画館など,エンタテイメント性を向上させながら聴衆間コミュニケーションを充実させる応用分野へ向けて特許の準備中である.他にも,参加感や連帯感を高めるための空間没入を目指した振動と音の連動による物理的間隔を伴う伝達手法,個人端末での没入感を向上させるARへ展開しつつある.また,音声に限らずテキスト情報からダイジェストを生成しエージェントが対話的に知らせるシステムなど授業や講演の振り返りにコメント集約が期待できるものもある.
電荷分離型両親媒性イオンを構成成分とする界面活性剤の溶液物性

研究実施計画に基き,電荷分離型イオンを含む界面活性剤として,α,ω-アルカンジアンモニウムイオン(炭素鎖長n=4,5,6)を対イオンとするアルキル硫酸塩(炭素鎖長m=10,12)を合成し,そのミセル物性を電気伝導度法,ケイ光プローブ法,活性剤イオン電極法を用いて研究し,以下の知見を得た。1.臨界ミセル濃度(CMC)は2価金属イオンを対イオンとするアルキル硫酸塩よりも低く,m=10,12いずれの系においても,対イオン炭素鎖長の増大とともに規則的に低下する。また,同一のnにおけるCMCのm依存性は,単純な1-1型活性剤よりも大である。2.電気伝導度ならびに活性剤イオン活量の測定より,対イオン結合度(β)を決定した。m=12の系ではβの値は対イオン鎖長に関係なくほぼ1であり,事実上中性のミセルが形成される事を見出した。一方,m=10の系ではβの値は1より小さく,通常のイオン性ミセルとして挙動する。βならびにCMCのn依存性より求められる,対イオンのメチレン基あたりの水相からミセル相への移動自由エネルギーは,通常の1-1型活性剤の約半分であり,対イオンの炭素鎖もミセルコアとの疎水性相互作用に一部寄与している事を明らかにした。3.ケイ光プローブ法より求められるミセル内極性は通常の1-1型活性剤のそれに近い。しかし,ミセル会合数は2価金属イオンを対イオンとする系の倍近くであり,ミセル構造がこれらの系とは幾分異なる事を示した。なお,関連した系として,ω位に水酸基を有する各種鎖長の有機イオンを対イオンとするドデカンスルホン酸塩についても研究を行い,CMC,β,会合数等の基本的ミセル物性量を決定した。
転写因子NF-κBによる破骨細胞分化の分子機構の解明と歯周病治療戦略への展開

転写因子NF-κBのオルタナティブ活性化機構は、主にNF-κB-inducing kinase(NIK)、IKKα、p100/p52とRelBによって構成される。この活性化機構は、NIKによってp100からプロセシングされたp52がRelBとヘテロダイマーを構成し、標的遺伝子の発現を調節する。これまでにNF-κBのp50およびp52サブユニット2重欠損マウスが破骨細胞の存在しない大理石骨病を呈することから、NF-κBが破骨細胞分化に必須であると考えられるが、その詳細な分子機構はよくわかっていない。我々は破骨細胞分化におけるNF-κBのオルタナティブ活性化機構の役割を解明するために、NIK遺伝子の不活型変異によってp100からp52へのプロセシングが起きないAlymphoplasia(aly/aly)マウスの骨を解析した。Aly/alyマウスは破骨細胞数の減少による大理石骨病を呈した。In vivoの結果と同様にaly/alyマウス由来の骨髄細胞は野生型マウス由来の骨髄細胞と比較してRANKL刺激による破骨細胞形成が抑制された。aly/alyマウス由来の細胞では野生型マウス由来の細胞と同様にRANKL刺激によるIκBαの分解やERKのリン酸化が起こるが、p100からp52への分解が抑制された。さらに破骨細胞分化のマスターレギュレーターであるNFATc1の発現も低下していた。そこで、NFATc1を遺伝子導入するとaly/alyマウス由来の骨髄細胞における破骨細胞形成の抑制は解除された。さらに構成的活性型IKKαおよびp52を遺伝子導入しても同様に破骨細胞形成の抑制は解除された。次にp100およびp52が存在しないNF-κB2欠損マウス由来の骨髄細胞を用いて、プロセシングの起きないp100(ΔGRR)を遺伝子導入すると破骨細胞形成が抑制されたが、p52を遺伝子導入すると破骨細胞形成の抑制が解除された。p100が存在せずにp52だけが存在するp100欠損マウスでは破骨細胞形成の亢進による骨粗鬆症を呈することから、p100とp52の発現バランスが破骨細胞形成に重要であると考えられる。一方、広範囲にわたる骨欠損は骨吸収を抑制しても骨欠損部位の骨を再生しなければ、骨としての機能を回復することができない。骨誘導タンパク質(Bone Morphogenetic Protein:BMP)はin vivoで骨形成を誘導するだけでなく、in vitroで間葉系幹細胞から骨芽細胞分化を誘導するが、炎症の場で産生される腫瘍壊死因子(Tumor Necrosis Factor:TNF)αはBMPによる骨形成と骨芽細胞分化を抑制する。しかし、TNFαがBMPの効果を抑制する分子機構はよくわかっていない。そこで、本研究ではTNFαによるBMPシグナルの抑制メカニズムを解明することを目的とした。まず、マウス骨芽細胞株MC3T3-E1細胞を用いて、TNFαがBMP2刺激による骨芽細胞分化とBMP2またはSmad1依存性の転写活性を著明に抑制することがわかった。TNFαはSmad1/5/8のリン酸化およびSmad1/4の複合体の形成と核移行に影響しなかった。NF-κBの主要なサブユニットであるp65欠損マウス由来の線維芽細胞にp65を遺伝子導入するとp65の発現量依存的にBMP2またはSmad1依存性の転写活性を抑制し、この抑制効果はNF-κBの抑制タンパク質であるドミナントネガティブ型のIκBαを発現させると解消された。TNFα刺激はSmad1とSmad4の会合を阻害しなかったが、Smadの標的遺伝子プロモーター領域のDNAへの結合を阻害した。また、NF-κBの選択的阻害剤Bay11-7082で前処理するとTNFαによるBMP誘導性骨芽細胞分化の抑制が解除された。これらの結果より、TNFαはBMP刺激によるSmadのDNAへの結合を阻害することで骨芽細胞分化を抑制すると考えられた。さらに破骨細胞分化のマスターレギュレーターであるNFATc

1の発現も低下していた。そこで、NFATc1を遺伝子導入するとaly/alyマウス由来の骨髄細胞における破骨細胞形成の抑制は解除された。さらに構成的活性型IKKαおよびp52を遺伝子導入しても同様に破骨細胞形成の抑制は解除された。次にp100およびp52が存在しないNF-κB2欠損マウス由来の骨髄細胞を用いて、プロセシングの起きないp100(ΔGRR)を遺伝子導入すると破骨細胞形成が抑制されたが、p52を遺伝子導入すると破骨細胞形成の抑制が解除された。p100が存在せずにp52だけが存在するp100欠損マウスでは破骨細胞形成の亢進による骨粗鬆症を呈することから、p100とp52の発現バランスが破骨細胞形成に重要であると考えられる。一方、広範囲にわたる骨欠損は骨吸収を抑制しても骨欠損部位の骨を再生しなければ、骨としての機能を回復することができない。骨誘導タンパク質(Bone Morphogenetic Protein:BMP)はin vivoで骨形成を誘導するだけでなく、in vitroで間葉系幹細胞から骨芽細胞分化を誘導するが、炎症の場で産生される腫瘍壊死因子(Tumor Necrosis Factor:TNF)αはBMPによる骨形成と骨芽細胞分化を抑制する。しかし、TNFαがBMPの効果を抑制する分子機構はよくわかっていない。そこで、本研究ではTNFαによるBMPシグナルの抑制メカニズムを解明することを目的とした。まず、マウス骨芽細胞株MC3T3-E1細胞を用いて、TNFαがBMP2刺激による骨芽細胞分化とBMP2またはSmad1依存性の転写活性を著明に抑制することがわかった。TNFαはSmad1/5/8のリン酸化およびSmad1/4の複合体の形成と核移行に影響しなかった。NF-κBの主要なサブユニットであるp65欠損マウス由来の線維芽細胞にp65を遺伝子導入するとp65の発現量依存的にBMP2またはSmad1依存性の転写活性を抑制し、この抑制効果はNF-κBの抑制タンパク質であるドミナントネガティブ型のIκBαを発現させると解消された。TNFα刺激はSmad1とSmad4の会合を阻害しなかったが、Smadの標的遺伝子プロモーター領域のDNAへの結合を阻害した。また、NF-κBの選択的阻害剤Bay11-7082で前処理するとTNFαによるBMP誘導性骨芽細胞分化の抑制が解除された。これらの結果より、TNFαはBMP刺激によるSmadのDNAへの結合を阻害することで骨芽細胞分化を抑制すると考えられた。【目的】転写因子NF-κBは破骨細胞の分化や骨吸収機能の調節に重要な役割を担っている。NF-κBの活性化機構は、IκBキナーゼ(IKK)βによるIκBのリン酸化と分解を伴う古典的経路と、NF-κB-inducing kinase(NIK)によるIKKαの活性化とそれに続くNF-κB2のp100からp52へのプロセシングが関与する非古典的経路が存在する。今回我々は、自然発症型免疫不全マウスであり、NIK遺伝子に機能欠損型の点変異を有するaly/aly(aly)マウスを用いて破骨細胞分化における非古典的経路の役割について検討した。【方法と結果】
ATP感受性K^+チャネル分子集合体の機能とその破綻

ATP感受性K^+チャネル(K_<ATP>)チャネルはcAMP標的分子Epac2、Ca^<2+>センサーRim2との複合体(K_<ATP>チャネル分子集合体)を構成する(Ozaki, et. al.,Nat Cell Bio1,2000)。しかしながら、これらのK_<ATP>チャネル分子集合体の構成分子の相互作用メカニズムや相互作用の生理的な意義は全く不明であった。そこで本研究では、K_<ATP>チャネル分子集合体の構成分子間のシグナルクロストークを解明した。Epac2によるK_<ATP>チャネル活性制御を、Epac2欠損マウスの膵β細胞からのcAMPによるインスリン分泌増強を全反射顕微鏡で解析した。また、Epac2欠損マウスと膵β細胞腫発症マウスと交配することにより、Epac2を欠損した膵β細胞株を樹立した。作製されたEpac2欠損膵β細胞株ではcAMPによるRap1活性化が消失しており、Epac2は膵β細胞ではcAMPによるRap1活性化を担うことが明らかになった。Epac2欠損マウスの膵β細胞ではcAMPによるインスリン分泌増強が初期相のみで消失していた。このことからEpac2はcAMP依存性にK_<ATP>チャネルのATP感受性を亢進している可能性あるいはK_<ATP>チャネル閉鎖以降のステップに作用して分泌を増強している可能性が示唆された。Rim2に関しても同様にRim2欠損膵β細胞株を樹立したところ、K_<ATP>チャネルの閉鎖を介するグルコース誘導性インスリン分泌は明らかに障害されていた。Rim2はCa^<2+>センサードメインを有することを合わせ考えるとK_<ATP>チャネル閉鎖に惹起されるCa^<2+>の増加をRim2が感知しインスリン分泌に寄与している可能性が考えられた。ATP感受性K^+チャネル(K_<ATP>)チャネルはABCトランスポーターであるスルホニル尿素受容体(SUR)と内向き整流性K^+チャネルメンバーであるKir6.xから構成され、細胞内の代謝シグナルであるATPやMgADPを感知することにより様々な生体機能を調節している。膵β細胞では、K_<ATP>チャネルはグルコースによるインスリン分泌を調節している。申請者らはK_<ATP>チャネルがcAMP標的分子Epac2と複合体(K_<ATP>チャネル分子集合体)を構成することを明らかにした。cAMPは膵β細胞ではグルコース濃度依存性インスリン分泌を増強し、Epac2はcAMPによるインスリン分泌の制御に関与すると考えられているが、Epac2がK_<ATP>チャネルとの相互作用を介してインスリン分泌を増強しているかについては明らかではない。今年度は、Epac2の細胞レベルでの機能解析を行う上で有用であるEpac2欠損膵β細胞株を、Epac2の遺伝子欠損マウスと膵β細胞腫発症トランスジェニックマウス(InsTAGマウス)と交配することにより樹立した。同様に、Epac2と共にK_<ATP>チャネル分子集合体を構成する分子であるRim2についても、Rim2欠損マウスからRim2欠損膵β細胞株も樹立した。現在、これらの細胞株におけるインスリン分泌能を解析中である。また、Rim2欠損膵β細胞株の解析については、Rim2の機能がどのように制御されているかを明らかにする目的で、機能レスキュー実験用の野生型Rim2アデノウイルスベクターに加えて、種々の機能欠損変異を導入した変異Rim2アデノウイルスベクターを作製した。また、内因性のRim2蛋白を認識可能な抗体の作製に成功した。
口腔癌発育先進部における腫瘍微小環境の解明と治療への応用

生検および外科的切除した組織切片を一部採取し、特殊染色した癌細胞を顕微鏡で観察し浸潤様式(YK分類)、Tumor Buddingを評価した。その結果、手術前の検査で頸部リンパ節転移のない早期口腔癌患者で以下の治療戦略を推奨できることが示唆された。1)5個以上のTumor BuddingおよびYK-4C,4Dの場合は手術後、短期間の間隔で注意深く経過観察を続け、画像診断の結果に関わらず頸部リンパ節に後発転移を認めた場合はできるだけ早く頸部郭清術を行う。2)10個以上のTumor Budding、およびYK-4Dが観察された場合は原発腫瘍切除時に予防的に頸部郭清術を行う。抗AE1/AE3抗体を用い、T1, 2N0早期口腔癌91例における切除組織のパラフィン包埋切片上で免疫組織化学的に遊離癌細胞(tumor buds)を同定、その臨床的意義を検討した。口腔癌の亜部位は舌、口底、頬粘膜に上下歯槽歯肉である。現時点では、χ2検定、Fisher's exact testによる単変量解析の結果、臨床的に頸部リンパ節転移を認めないN0早期口腔癌の潜在性頸部リンパ節転移(occult nodal metastasis)には、tumor budding(p<0.0001)、mode of invasion(p=0.0009)とmode of invasionを改変したY-K分類(p=0.0008)が関与していた。しかしこれらの病理所見は原発巣再発に関与しなかった(順にp=0.8558、p=0.8906、p=0.187)。本研究では、tumor buddingが新たな潜在性リンパ節転移の関連因子であることが判明し、予後因子となることも明らかとなった。Tumor buddingが発現する背景は何かを明らかにするのが今後の課題である。扁平上皮癌と顕著なリンパ球浸潤を伴うリンパ上皮癌の組織切片を対象として免疫組織化学的な研究を着手した。現時点では抗汎サイトケラチン抗体によるtumor budsの評価の成果が得られているが、多数の抗リンパ球細胞表面抗体による係りの検討が進行中である。したがって、当初計画に則った研究を遂行中である。早期口腔癌において病理学的に診断された局所リンパ節転移は、その予後に影響を及ぼすことから、臨床的診断で頸部リンパ節転移陰性のT1およびT2口腔扁平上皮癌(cT1,2N0 OSCC)の患者における、リンパ節転移の関与および生存を予測する腫瘍浸潤パターンについて調べた。術前補助治療の行われていない原発腫瘍の外科的切除で治療されたcT1,2N0M0 OSCCの91症例を、浸潤様式(YK分類)、Worst Pattern Of Invasion(WPOI)、およびTumor Buddingの3タイプに基づいて病理組織学的およびサイトケラチン抗体で染色を行い免疫組織学的に評価した。91人中22人(24%)が病理学的に頸部リンパ節転移と診断された。単変量解析では、浸潤様式(p <0.01)およびTumor Budding(p <0.01)、脈管浸潤(p = 0.04)は頸部リンパ節転移と関連していた。しかし、ロジスティック回帰分析では、Tumor Buddingはリンパ節転移の唯一の独立した予測因子であった(HR= 3.15,95%CI= 1.337.45、p <0.01)。浸潤様式(YK分類)、WPOI、およびTumor Buddingの3つのパターンすべてと、脈管浸潤、神経浸潤が5年の無病生存率に有意な予測因子であることが判明した。Cox多変量解析の最終モデルは、無病生存率における浸潤様式(YK分類)およびWPOIと比較したTumor Buddingは有意な因子になると明らかにした。(HR = 2.19,95%CI = 1.51-3.18、p <0.01)我々の結果から、cT1,2N0 OSCC患者のTumor Buddingの強度が頸部リンパ節転移のための新規な診断バイオマーカーであり、治療ツールとなることが示唆された。現在行っている免疫組織化学的な所見の臨床的意義についてはある程度さきが見えてきた。この後、分子生物学的な手法の必要性について検討が必要である。口腔癌現在、成果報告のための英文論文を校正中であり、次年度にずれ込む結果となった。英文論文校正費、論文投稿料および別刷料に使用する。
定曲率空間の曲面とその特異点に関する微分幾何的研究

主な研究対象は、双曲型空間と呼ばれる曲率が負に曲がった3次元空間内の微分幾何学的に良い性質をもつ曲面であった。(双曲型空間では、一つの'直線'に対してそれに平行な'直線'がたくさん存在するなど、我々の'常識'を超えた興味深い現象が数々起こる。双曲型空間は大変興味深い研究対象である。)平坦波面と呼ばれる特異点を許容した曲面について、それらのエンドの漸近挙動を解明した。また、線型ワインガルテン曲面について、大域的表現公式、特異点の形状の判定条件、および向き付け可能性(すなわち大域的表裏の区別がつくかどうか)などの研究成果を得た。(1)3次元双曲型空間内のH-1とKが比例関係にあるようなWeingarten曲面・波面(ここでHは平均曲率、Kはガウス曲率)の微分幾何的な基礎研究、具体的には以下を目的とする研究を計画した。(1) Weingarten曲面・波面の表現公式などの基礎理論の確立、およびその応用。(2) Weingarten曲面のエンドに関して、その漸近挙動の解明。(3) Weingarten波面に現れる特異点の形状。(2) (1)で用いた研究手法などを足がかりに、他の定曲率空間内の曲面・波面に研究対象を一般化し、それらの微分幾何的性質を研究することを計画した。本研究においては,ユークリッド空間の平均曲率一定曲面,3次元双曲型空間の平均曲率一定曲面,ガウス曲率一定曲面およびそれらを一般化した線形Weingarten曲面を主に研究した.ユークリッド空間の極小曲面や3次元双曲型空間の平均曲率が一定値1の曲面および平坦曲面は,正則な微分形式とその積分で曲面が書き表されることがよく知られている.しかし,積分が表に現れないタイプの公式も存在する.3次元双曲型空間の,平均曲率から1を引いたものとガウス曲率が比例するようなWeingarten曲面(通称BLW曲面)も正則な微分形式と有理型関数で書き表すことができる.(BLW曲面は平均曲率一定値1の曲面や平坦曲面の一般化である.)この表現公式によりBLW曲面を研究したのだが,具体的には,波面と呼ばれるある種の特異点を許容した曲面を扱い,弱完備性なる大域的性質を定義し,いくつかの興味深い具体例の構成などを行った.また構成した例については,数式処理ソフトMathematicaを用い可視化した.代表者國分雅敏は,以上の内容に関してプレプリントなどを2編執筆し,研究会などの講演2件を行った.分担者入江博は,ハミルトン同位なラグランジュ部分多様体のなす空間上に定義されるHofer計量について、変分問題の立場からの研究に取り組み,これに関してプレプリントを1編執筆し,研究会などで講演3件を行った.分担者小林真平は,平均曲率一定曲面について,Trinoidの構成,CMC-cylinderの分類,Bubbletonsの漸近挙動のDPW法による研究に取り組み,これに関してプレプリントを3編執筆し,学会などの講演3件を行った.分担者Rossman Wayneは,平坦曲面や平均曲率一定曲面の研究に取り組み,これらに関してプレプリントを5編執筆した.本研究においては,ユークリッド空間の平均曲率一定曲面,3次元双曲型空間の平均曲率一定曲面,ガウス曲率一定曲面およびそれらを一般化した線形Weingarten曲面を主に研究した.扱った曲面は特異点を許容するもので,大域的研究においてはとくに,曲面と言うよりはむしろ波面と呼ぶのが適切なものである.今年度はとくに,双曲型空間の平坦波面のエンド(端)の形状に関する漸近挙動の分類について結果を得た.また平均曲率から1を引いたものとガウス曲率が比例するようなWeingarten曲面(通称BLW曲面)についても,その双対と解釈されるde Sitter空間のBLW曲面との関連性を見出した.分担者入江博は,ハミルトン同位なラグランジュ部分多様体のなす空間上に定義されるHofer計量について、変分問題の立場からの研究に取り組み,これに関して乙藤氏との共著論文が学術誌に掲載された.分担者小林真平は,平均曲率一定曲面について,Trinoidの構成,CMC-cylinderの分類,Bubbletonsの漸近挙動のDPW法による研究に取り組み,これらに関して論文を2編が学術誌に掲載された.本研究においては,ユークリッド空間の平均曲率一定曲面,3次元双曲型空間の平均曲率一定曲面,ガウス曲率一定曲面およびそれらを一般化した線形ワインガルテン曲面を主に研究した.扱った曲面は特異点を許容するものであり,大域的研究においてはとくに,曲面と言うよりはむしろ波面と呼ばれるのが適切なものである.今年度は次の三つについて成果を得ることができた.(1)3次元双曲型空間の平坦波面のエンド(端)の形状に関する漸近挙動についての最終的結論.

実際,エンドの漸近挙動はその増大度のオーダー(ピッチと呼ばれるもの)が支配的であることが証明された.(2)3次元双曲型空間において,平均曲率から1を引いたものとガウス曲率が比例するようなワインガルテン曲面(通称BLW曲面)について,表現公式の導出およびその応用.(3)BLW曲面に関連して,三次元双曲型空間の曲面の平行曲面の初等的性質と,その双対と解釈されるドゥジッター空間の曲面との関連性の性質をまとめた.本研究においては,3次元双曲型空間内の平均曲率一定曲面,ガウス曲率一定曲面およびそれらを一般化した線形ワインガルテン曲面を主に研究した.その中でも特に平均曲率関数から1を引いたものとガウス曲率関数が比例するようなワインガルテン曲面(通称HLW曲面)について研究した.扱った曲面はルジャンドル特異点を許容するものであり,大域的研究においてはとくに,曲面と言うよりはむしろ波面と呼ばれるのが適切なものである.得られた成果を具体的に述べる:(1)HLW波面の微分幾何的定義およびHLW波面の重要なサブクラスをなすBLW波面の微分幾何的定義.(2)HLW曲面は向き付け可能であることの証明.(3)平坦でないHLW波面は余向き付け可能であることの証明.(4)BLW波面に現れるルジャンドル特異点の型の判定条件.(5)BLW波面のジグザグ表現が自明であることの証明,などが挙げられる.以上の内容に関してプレプリントを執筆(大阪大学大学院理学研究科教授梅原雅顕氏と共著)し学術雑誌に投稿した.(現在,査読の結果を待っているところである.)上に述べた成果は3次元双曲型空間内のHLW波面の大域的研究の基礎を与えた意義があると考える.また,研究手法の方向性も示唆していると言えよう.例えば,3次元双曲型空間内の曲面の双対と解釈される3次元ドゥジッター空間内の曲面についてもHLW曲面の類似物が考えられるが,それらの研究に対するストラテジーも与えていると解釈できる.
分子理論を基礎とする地球惑星大気の精密物理化学研究分野開拓

大気分子の精密物理化学研究に用いる分子計算手法とソフトウェアの開発研究を行った。特に非調和性を考慮した大振幅振動の精密計算のための理論、オブジェクト指向プログラミングに取り組んだ。分子計算結果を活用し、酸素-水錯体の全地球分布を見積もった。対流圏と成層圏で存在量が温度や水蒸気量にどう依存するかが明らかになった。地表面での錯体存在量は一酸化炭素や一酸化二窒素に匹敵することから、対流圏化学に重要な役割を果たすと考えられる。地球惑星大気の放射を担う分子の分光学と反応を担う分子の素過程に関連する諸量を算出する分子計算システムと、結果を活用して大気実課題を研究する大気計算システムを、具体的応用課題に取り組みながら構築することを大きな目標としている。本年度は、温暖化等への寄与が疑われる酸素分子-水分子錯体(O2-H2O)の存在量が、気圧などの大気パラメータにどのように依存するか、地球全体で錯体はどこに多くあるいは少なく分布し、それが季節によりどのように変化するかのシミュレーションを行った。また、分子計算課題として、酸素分子だけでは赤外線を吸収しないが、水と弱く結合することで初めて赤外線を吸収する分子振動の理論的研究法について検討した。もともと禁制なO2の振動遷移、非調和性が本質的な水の高次倍音・錯体の分子間振動及びそれらと分子内振動との結合音領域の赤外吸収強度の計算する上での困難点を検討した。窒素分子-水分子錯体(N2-H2O)の分子内および分子間振動の理論的取り扱いについて、核の感じるポテンシャル面の高精度計算と多極小ポテンシャル面上での多次元振動の量子計算を試験した。これらのため高精度分子計算用の計算環境整備を行った大気化学計算課題として、地球上層大気(上部成層圏下部中間圏)におけるイオン分子化学反応について検討を行った。またH2O錯体スペクトル検出研究に使用するACE衛星観測のデータ検証を行った。メタンやCOの観測でも20%以下の精度が出ており、錯体検出を試みる衛星データとして使用できることを確認した。そのほか、「地球惑星における同位体分別科学」に関する研究会を行った。Rudy Marcus氏(Cal. Tech.1992年ノーベル賞受賞)、Jim Lyons氏(UCLA)に御講演いただき、当該分野に関する意見交換を行った。温暖化等への寄与が疑われる酸素分子一水分子錯体(O_2-H_2O)の存在量が、気圧などの大気パラメータにどのように依存するか、地球全体で錯体はどこに多くあるいは少なく分布し、それが季節によりどのように変化するかのシミュレーションを継続した。多次元非常和分子振動解析プログラムシステムのオブジェクト指向化を進めた。複数グループとの共同によるプログラム開発を容易にするために、可読性、保守性、再利用性の高いシステムを開発することは非常に重要だが、本分野でほとんど意識されてこなかった。有限要素法を中心に、既存プログラムの問題点を解決しつつこのような特徴を持つソフトウェア開発に力を入れた。また、もともと禁制なO_2やN_2の振動の錯体内での遷移、分子間振動、結合音領域の赤外吸収強度の計算するための理論の問題点の研究を継続した金星放射伝達計算における分子遷移線形の見積もりを行った。金星大気温度は、現在においても、放射伝達放射収支計算において正確に説明するのは難しい。その大きな原因として金星大気のような高温高圧下における分子スペクトルのライン線形の、特にスペクトル裾野の線形表現に問題がある事が指摘されている。分子科学の立場からは、実験的にも理論的にも非常に困難で、適切な説明はされていない。(すなわち、人類の英知が及んでいない。)本研究では測定された金星温度を正しい値と仮定し、それを説明する線形を検討した。地球惑星大気の放射を担う分子の分光学と反応を担う分子の素過程に関連する諸量を算出する分子計算システムと、結果を活用して大気実課題を研究する大気計算システムを、具体的応用課題に取り組みながら構築することを大きな目標してきた。今年度取り上げた課題は、地球温暖化への寄与が疑われる酸素や窒素分子と錯体水との錯体を主なターゲットに、存在量の大気パラメータ依存性および全地球分布を見積もる研究で、酸素-水錯体についての成果を論文に発表した。この錯体については、笠井らがマイクロは分光法で回転定数を実験的に求め、橋本らの理論計算がそれを精度よく再現している。したがって、実験室分光実験-分子理論計算-大気シミュレーションにより、物理化学研究を大気化学の考察までつなぐことができた。活用した分子計算の内容は、非調和大振幅振動解析を元にした錯体の分配関数であり、その正しい温度依存性を与える世界で唯一のデータである。対流圏上層部では、酸素-水錯体の存在量(体積混合率)は水蒸気量に強く相関していた。

赤道地域で高く、南北両半球の中高緯度地域で小さい。一方成層圏では温度が赤道地域で極小となり、水および酸素-水錯体の存在量も少ない。両半球の高緯度地域の成層圏では、温度上昇と錯体存在量減少の相関が見られた。水自身の存在量は北半球が南半球より多いが概して地域依存性は小さい。地表面での錯体存在量は1250ppbv程度で、一酸化炭素や一酸化二窒素に匹敵することから、対流圏化学に重要な役割を果たすと考えられる。そのほか、多次元非調和振動解析の基礎理論とオブジェクト指向によるプログラム開発、大気光化学に対する同位体効果の研究を行った。
抗炎症剤S-ラクトイルグルタチオンの大量生産法の開発とその薬粧領域への応用

S-ラクトイルグルタチオン(S-LG)はメチルグリオキサ-ル(MG)とグルタチオン(GSH)とから、酵素グリオキサラ-ゼI(GloI)の作用により合成されるグルタチオンチオ-ルエステルの一種である。本化学物の持つ生理作用の一つとして微小管の集合及び伸長の促進などが報告されているが、本化合物の価格が極めて高いため、その他の生理特性等に就いての研究に大きな障害となっていた。そこで本研究は(1)培養工学的、或いは遺伝子工学的手法を用いてS-LGの大量生産法と、(2)その分離精製条件を確立し、(3)更に薬理効果に就いて検討を加えることをを目的とした。(1)S-LGの大量生産技術の開発:グリセロ-ルを単一の炭素源として生育させた酵母細胞内のGloI活性は、グルコ-スを用いて培養した場合の約20倍に上昇した。そこで本菌の無細胞抽出液を用い2g/lのS-LGの生産が可能になった。更に、細菌pseudomonas putidaのGloI遺伝子をクロ-ニングし、これを大腸菌細胞内で発現させることに成功し、該組換え体中のGloI活性は親株の約160倍に増大した。そこでその無細胞抽出液を用い、30g/lのS-LGの生産が可能となった。(2)S-LGの分離精製法の確立:反応液中の未反応のGSHからS-LGを分離するため、Dowe×1×8(ギ酸型)カラムクロマトグラフィ-と逆相HPLCを用いることにより、S-LGを純化することに成功した。(3)S-LGの薬理作用:ラット腹腔内から採取した肥満細胞に対するS-LGのヒスタミン遊離抑制作用を調べた結果、S-LGはコンカナバリンA、或はcompound48180によるヒスタミン遊離を効果的に抑制した。また、カラギ-ナンにより誘発したラット後肢足蹠浮腫に対して、S-LGは200mg/kg(ラット体重)の濃度で、抑制的に働き、強力な抗炎症作用を有していることを明らかにした。Sーラクトイルグルタチオンはメチルグリオキサールとグルタチオンから、酵素グリオキサラーゼIの作用により合成されるグルタチオンチオールエステルの一種である。本化合物は強い抗炎症作用を有し、その薬理効果はアミノピリンやインドメタシンに匹敵する。本化合物を大量に調製するために、本研究では(1)培養工学的手法、並びに(2)遺伝子工学的手法を用い、種々の生産条件を検討した。1.酵母Saccharamyces cerevisiaeをグリセロールを唯一の炭素源として培養すると、グリオキサラーゼI活性はグルコース培地で生育させた場合と比べ約20倍に上昇した。そこでグリセロール培地で生育させた酵母の無細胞抽出液を用い2g/lのSーラクトイルグルタチオンを生産した。2.細菌Pseudomonas putidaのグリオキサラーゼI遺伝子をクローニングし、大腸菌Escherichia coli C600細胞内で発現させた。その結果、グリオキサラーゼI活性は親株と比べて約120倍に増強された。そこでグリオキサラーゼI遺伝子を導入した大腸菌の無細胞抽出液を用いてSーラクトイルグルタチオンの生産を検討した結果、30g/lのSーラクトイルグルタチオンを合成することに成功した。

以上のようにして合成したSーラクトイルグルタチオンを分離精製する手段として、セレンを用いて反応液中に残存する還元型グルタチオン(GSH)を酸化型(GSSG)とし、陽イオン交換樹脂カラムに導通する方法を開発した。本法により高純度のSーラクトイルグルタチオンを効率良く分離することが可能となった。S-ラクトイルグルタチオン(S-LG)はメチルグリオキサ-ルとグルタチオンとから、酵素グルオキサラ-ゼ工の作用により合成されるグルタチオンチオ-ルエステルの一種である。昨年度は本化合物の大量調製法を確立する目的で、培養工学的、及び遺伝子工学的手法を用いて、30g/lのS-ラクトイルグルタチオンの生産に成功した。本年度はS-LGの分離、精製条件とその薬理効果について検討を加えた。1.S-LGの分離、精製条件の確立:反応液中に残存する未反応のグルタチオンとS-LGを分離するため、高速液体クロマトグラフィ-(HPLC)の利用を検討した。即ち、酵素反応液を1%TCAで除タンパクした後、Dowex1×8(ギ酸型)クロマトグラフィ-によりS-LGを分画し、更に分取用逆相HPLC(ウオ-タ-ズ社製μBondsphare 5μC-18 100Å,19x150mmカラム)により精製した。単一ピ-クとして溶出されたS-LG画分はシリカゲル薄層クロマトグラフィ-(Merck社製,Kiesel-qel 60F254)により、単一のニンヒドリン陽性のスポット(Rf値0.55)を示し、またその融点は128130°Cで、元素分析等の結果も標準S-LGと同じ値を示した。2.S-LGの薬理作用:ラット腹腔内から採取した肥満細胞に対するS-LGのヒスタミン遊離抑制作用を調べた結果、S-LGはコンカナバリンA,或いはcompound48/80によるヒスタミン遊離を効果的に抑制した。また、カラギ-ナンにより誘発したラット後肢足蹠浮腫に対して、S-LGは200mg/kg(ラット体重)の濃度で、抑制的に働き、強力な抗炎症作用を有していることを明らかにした。
非晶質ゲルマニウム薄膜の結晶化及び単結晶ゲルマニウム中の欠陥回復過程に関する研究

前年度はバンドギャップ狭化やフォノンのソフト化における不純物原子効果とフリーキャリア効果の区分けを行うことに注力していたが、今年度はフリーキャリア効果に着目するため、不純物濃度が1x1015 /cm3以下というほとんど真性のGeOI基板を用いた。この基板を用いてGeOI FETを作製し、バックゲート電圧を印加しながら表面側から分光測定を行うという「バイアスつき分光測定」を実施した。これにより、Geの結晶性や不純物濃度を変化させることなくフリーキャリア密度だけを制御できるため、バンドギャップやフォノン周波数のフリーキャリア密度依存性を直接測定することができる。その結果、Ge薄膜内に正孔を蓄積させると、バンドギャップ狭化とフォノンのソフト化の両方が起きることが分かった。そして、これらの現象は結合描像の考え方により理解できることを示した。すなわち、共有結合に正孔を導入すると、結合が誘電遮蔽されることにより結合ギャップ、したがってバンドギャップが狭化されることになる。また、結合が弱まることによって原子間のばね定数が小さくなり、これによりフォノン周波数は減少する。この結合描像の考え方は直観的でありながら電子系と格子系の両方を記述できるものであり、さらにナノスケール化されている現代のFETにおいては、このような一つ一つの結合に着目したモデルの優位性はより増すと考えている。一方で、Ge薄膜中に電子を蓄積させた際には、バンドギャップ狭化は起きるもののフォノン周波数には有意な変化が見られないことが分かった。この結果に関しては、先行研究において提唱されていた再分配モデルの考え方を援用し、時定数の概念を導入することで理解可能であることを示した。さらに、正孔や電子という両方の効果について、密度汎関数理論に基づいた第一原理計算を行うことによって、上記のモデルの妥当性を検証することができた。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の目的は、三次元集積回路のチャネル材料として有望な多結晶Ge(poly-Ge)という材料に関して、その電子物性およびフォノン物性を理解することにより、多結晶Ge形成時の結晶成長プロセスに対して指針を与えることにある。これまでの研究により多結晶Ge薄膜トランジスタ(poly-Ge TFT)は、不純物濃度が高く薄膜領域でのみトランジスタ動作するという点で、単結晶の高不純物濃度Ge薄膜を用いた接合レストランジスタ(JL-FET)に類似の特性を示すことがわかった。そこで昨年度は、単結晶という比較的単純な系であるJL-FETを試料として用いることで、1高不純物濃度であることの影響(ドーピング効果)および2チャネル部分が薄膜であることの影響(サイズ効果)を体系的に調べることを目的とした。1に関しては、高不純物濃度化によってバンドギャップの狭化やフォノンのソフト化といった現象が起こることは古くから知られているが、ここでのフリーキャリアの効果と不純物原子自体の効果を実験的に区分けすることが困難であるために、これらの現象のメカニズムは未解明であった。本研究では、JL-FETの構造を活かして、バックゲート電圧を印加しながら表面側から分光測定を行うという独創的な手法をとることにより、フリーキャリア効果と不純物原子効果を実験的に区分けすることにはじめて成功した。2に関しては、Geにおいてはキャリアの有効質量が軽いために量子閉じ込め効果によるバンドギャップの広がりがSiなどに比べてより顕著に観測されることがPL測定によりわかった。さらに、薄膜領域においては絶縁膜/Ge界面の非放射再結合中心の存在や、絶縁膜とGeの熱膨張係数の違いによって生じる歪みといった界面による影響が大きくなることが明らかとなった。

Geのような半導体の電子物性やフォノン物性を理解する際に光学測定を用いることは古くから行われているが、実際にデバイスが使用される際は半導体には強い電界がかかっており、このように電界がかかった状態で半導体物性がどのように変化しているかといったことについて実験的な報告はこれまでほとんどなかった。昨年度は、このような強電界下での半導体物性を調べる手法を構築することに成功しており、実際にその結果から高不純物濃度Geにおける特異な現象のメカニズム解明に向けて重要な知見を得ることができた。本研究により得られた新たな実験手法や知見は、当初の目的であった多結晶Geの物性理解のみならず、ナノスケール半導体の物性を理解する上で重要な役割を果たすと考えている。27年度が最終年度であるため、記入しない。昨年度までにドーピング効果やサイズ効果によるGeの電子物性およびフォノン物性の変調を観測すると共に、そのメカニズム解明に向けた有用な知見を得ることができた。そこで今年度は、ドーピング効果とサイズ効果の相関、および電子-フォノン相互作用に着目して、ナノスケールGeの物性を体系的に理解することを目指す。
複合マイクロ粒子機能構造体生産のための局在光制御セルインマイクロファクトリの開発

本年度の具体的な研究実績を羅列すると以下のようになる。(29-1)マイクロ部材搬送面のポテンシャルを遠隔から制御可能なエネルギ媒体として、多光束エバネッセント波の適用を提案し、その可能性について理論・実験の両面から解析を進めた。実験では、実際に基礎検証装置を開発し、通常可視化できない多光束エバネッセント波に対して光感応性樹脂を用いることで、理論同様に回折限界以下の最小単位を有するポテンシャル分布を面内一括して生成できることを明らかにした。(29-2)界面近接光波によるマイクロビーズ搬送実験に成功した。界面近接光波とは、高屈折率媒質側から光波を界面に入射させた時、入射角度を臨界角よりわずかに小さくした際に生成される(低屈折率側に界面に対して低角度で)自由空間伝搬光波であり、本申請研究において、その特性が、セルインマイクロファクトリにおける、エバネッセント波以外の新しい搬送波として有効に機能させること可能であることを明らかにした。具体的には、面内上を接しながら搬送させる従来のマイクロ部材搬送ラインの考え方に対して、界面近接光波を用いると、高さ方向への搬送が可能であるため、複雑な三次元構造のマイクロ流路等を設けることもなく、オープンな空間に対して、光のその場制御だけで準三次元の立体搬送ラインが実現できることを示した。(29-3)マイクロ生産ラインのマイクロ部材搬送状況を、インプロセスで顕微観察可能な無限遠補正型顕微ユニットを実装したインプロセス・マイクロ部材搬送ライン・顕微モニタリング装置の開発を行うとともに、マイクロ部材搬送面においてエバネッセント波による面内照明が超解像位置センシング技術として展開可能であることを示した。多光束エバネッセント波による面内ポテンシャル制御を実験的に検証できたこと。界面近接光波によるマイクロビーズ搬送実験を通して,マイクロ部材立体搬送ラインの構想を見出すことができたこと。さらに,インプロセス・マイクロ部材搬送ライン・顕微モニタリング装置を開発できたこと。より判断した。前年度までに明らかになった、エバネッセント波と伝搬光波の両者を利用した界面近接光波によるマイクロ部品自律的一列整列搬送現象のメカニズム解明,および解明メカニズムに基づいた同現象のセルインマイクロファクトリへの応用展開を模索するとともに,開発統合システムを用いて、実際に複合マイクロ粒子機能構造体の試作を行い、従来にない極微小なマイクロ生産システムの実現事例としての局在光セルインマイクロファクトリの有効性について評価を行う光エネルギーが本来有している遠隔制御性・並列処理性・多重情報伝搬性と対象物体との相互作用で局在生成される近接場フォトンの能動的作用・受動的応答を利用して,数マイクロメートル程度の精密機能部品・デバイスを自律的に製造可能な数mm数10mmスケールの超小型工場(セルインマイクロファクトリ)コンセプトの実現を目指す.具体的には化学的アプローチでは困難な多種マイクロ粒子複合による多機能マイクロデバイス(複合マイクロ粒子機能構造体)生産を実現する動的局在光場並列制御型セルインマクロファクトリの開発を目的とする.本年度の具体的な研究実績を羅列すると以下のようになる.(27-1)マクスウェルの方程式に基づいたマイクロ粒子トラッピング特性解析シミュレータを構築し,集光ビーム放射圧による三次元的位置決め特性を明らかにした.(27-2)放射圧基礎光学系を構築し,任意のマイクロ粒子の捕捉,移動を実現した.(27-3)光触媒ナノ粒子混合溶液を用いることでマイクロ粒子間の組み立ての可能性を実験的に示した.(27-4)ブラウン運動擾乱を受けるマイクロ粒子位置の高精度測定のため,後ろ側焦点面法の計測感度向上法を提案し,理論解析により有効性を示した.以上の成果を達成したため.(27-1)マクスウェルの方程式に基づいたマイクロ粒子トラッピング特性解析シミュレータを構築し,集光ビーム放射圧による三次元的位置決め特性を明らかにした.(27-2)放射圧基礎光学系を構築し,任意のマイクロ粒子の捕捉,移動を実現した.(27-3)光触媒ナノ粒子混合溶液を用いることでマイクロ粒子間の組み立ての可能性を実験的に示した.(27-4)ブラウン運動擾乱を受けるマイクロ粒子位置の高精度測定のため,後ろ側焦点面法の計測感度向上法を提案し,理論解析により有効性を示した.光エネルギーが本来有している遠隔制御性・並列処理性・多重情報伝搬性と対象物体との相互作用で局在生成される近接場フォトンの能動的作用・受動的応答を利用して,数マイクロメートル程度の精密機能部品・デバイスを自律的に製造可能な数mm数10mmスケールの超小型工場(セルインマイクロファクトリ)コンセプトの実現を目指す.具体的には化学的アプローチでは困難な多種マイクロ粒子複合による多機能マイクロデバイス(複合マイクロ粒子機能構造体)生産を実現する動的局在光場並列制御型セルインマクロファクトリの開発を目的とする.本年度の具体的な研究実績を羅列すると以下のようになる.(28-1)多光束定在エバネッセント波による面内局在分布一括制御の理論解析:セルインマイクロファクトリを実現する上で,不可欠なナノ,マイクロ粒子の一括位置制御法として,多光束のエバネッセント波干渉分布の適用可能性を理論的に検討した.結果,構造周期を複数有する複雑面内分布や,特殊な染み出し分布を,比較的高い制御性をもって実現可能であることが分かった.(28-2)複数粒子一括マルチトラップモジュールの設計:理論解析の知見を融合しながら,並行して実施した.サファイアプリズムと,多分岐ファイバを適用した,新しい複数粒子一括マルチトラップモジュールの現状

最適案の設計を完了した.(28-3)ナノ粒子位置インプロセスモニタリングモジュールの試作および検証実験:前年度の理論知見に基づき,後側焦点面干渉法によるナノ粒子位置モニタリング法を実現する実験装置の試作を行い,提案手法の有効性を実証した.合わせて,一括観察を実現する無限遠観察系についても適用有効性の検討を行った.前述のように多光束での定在エバネッセント波において,多彩な一括局在分布制御が可能となることを理論的に確認できた.また,単ナノ粒子の位置測定法として,従来の後側焦点面干渉法に比べて感度を2倍以上向上させることが可能な,中央マスク遮断法について,実験的にもその有効性が検証できたため.本年度の具体的な研究実績を羅列すると以下のようになる。(29-1)マイクロ部材搬送面のポテンシャルを遠隔から制御可能なエネルギ媒体として、多光束エバネッセント波の適用を提案し、その可能性について理論・実験の両面から解析を進めた。実験では、実際に基礎検証装置を開発し、通常可視化できない多光束エバネッセント波に対して光感応性樹脂を用いることで、理論同様に回折限界以下の最小単位を有するポテンシャル分布を面内一括して生成できることを明らかにした。(29-2)界面近接光波によるマイクロビーズ搬送実験に成功した。界面近接光波とは、高屈折率媒質側から光波を界面に入射させた時、入射角度を臨界角よりわずかに小さくした際に生成される(低屈折率側に界面に対して低角度で)自由空間伝搬光波であり、本申請研究において、その特性が、セルインマイクロファクトリにおける、エバネッセント波以外の新しい搬送波として有効に機能させること可能であることを明らかにした。具体的には、面内上を接しながら搬送させる従来のマイクロ部材搬送ラインの考え方に対して、界面近接光波を用いると、高さ方向への搬送が可能であるため、複雑な三次元構造のマイクロ流路等を設けることもなく、オープンな空間に対して、光のその場制御だけで準三次元の立体搬送ラインが実現できることを示した。(29-3)マイクロ生産ラインのマイクロ部材搬送状況を、インプロセスで顕微観察可能な無限遠補正型顕微ユニットを実装したインプロセス・マイクロ部材搬送ライン・顕微モニタリング装置の開発を行うとともに、マイクロ部材搬送面においてエバネッセント波による面内照明が超解像位置センシング技術として展開可能であることを示した。多光束エバネッセント波による面内ポテンシャル制御を実験的に検証できたこと。界面近接光波によるマイクロビーズ搬送実験を通して,マイクロ部材立体搬送ラインの構想を見出すことができたこと。さらに,インプロセス・マイクロ部材搬送ライン・顕微モニタリング装置を開発できたこと。より判断した。平成27年度,単粒子捕捉,移動,組み立てに関する基本要素技術を確立したことから,複数粒子を一括して捕捉,移動可能な複数粒子一括マルチトラップモジュールの設計をすすめる.また,平成27年度に提案したマイクロ粒子位置高精度測定を実現するため,その理論解析結果に基づいたインプロセスモニタリングモジュールの設計,試作をすすめる.前述のように多光束での定在エバネッセント波において,多彩な一括局在分布制御が可能となることが理論的に確認できた.