hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
歯根膜恒常性維持機構としての細胞内ロジスティクスの役割とその制御

さらに歯根周囲組織におけるオートファジーを誘導した因子についてより詳細に解析するため、ヒト歯根膜線維芽細胞株(HPdLF)に対し、メカニカルストレス(種々の大きさの持続的伸展・圧縮力)、低酸素ストレス(約1 % pO2)の負荷を行い、LC3タンパク誘導の有無を免疫染色およびWestern blotting法により検索した。その結果、HPdLFにおいて、メカニカルストレスによるLC3の変化は確認できなかったが、低酸素ストレスはLC3を有意に増加させた。本年度の研究結果から、矯正学的な歯の移動は、歯根膜圧迫側を低酸素にすることでオートファジーを誘導する可能性がが示された。本研究課題は歯根膜におけるオートファジーの存在を初めて示した点で画期的であり、また歯根膜におけるオートファジー誘導因子を明らかに出来たことは、将来的に硝子化変性・歯根吸収や骨破壊のない効率的で安全な歯の移動法開発につながる基盤情報の端緒となると考えられた。本研究では、歯根膜恒常性維持に重要な細胞内ロジスティクス機構であるオートファジーが、歯根膜においてどのように誘導され、細胞死とどのように関連しているかについて調べた。まず、マウスの歯を矯正学的に移動させたところ、圧迫側歯根膜においてアポトーシスに先行してオートファジーが誘導された。また、その領域は歯の移動により低酸素状態になった領域と一致していた。さらに,培養歯根膜細胞において種々のオートファジー誘導因子を検索したところ、低酸素がその要因の1つであることが分かった。本研究は生体において圧迫側歯根膜にオートファジーが誘導されることを初めて示した研究であり、その誘導因子の1つを明らかにした。今年度は、1)歯根膜細胞を用いたin vitroオートファジー実験系の樹立、2)ペリオスチンCreトランスジェニックマウス(Postn-Cre TG)作成を行う予定であった。1)歯根膜細胞を用いたin vitroオートファジー実験系の樹立に関しては、予定通りオートファジー関連遺伝子であるLC3等が遺伝子レベル並びに蛋白レベルで発現していることを確認できた。また、歯根膜培養細胞に誘導される細胞内小胞形成がオートファゴソームであることを、LC3の免疫染色後、蛍光顕微鏡や共焦点顕微鏡を用いて形態学的な観察を行い確認した。さらに、オートファゴソーム分解の阻害剤である、CQ(chloroquine)で処理した際に誘導される小胞形成をモニタリングすることにより細胞内オートファジーが歯根膜培養細胞においても機能していることを確認し、特に低酸素刺激を加える事でオートファジーが誘導されることを、LC3の免疫染色で確認した。細胞の解析に関しては、次年度に予定していた種々の刺激に暴露した際の歯根膜細胞のオートファジーの動態の解析、とくに低酸素、持続的圧縮力負荷時の細胞反応の検討を、今年度先取りして始めている。2)ペリオスチンCreトランスジェニックマウス(Postn-Cre TG)作成に関しては、プロモーター配列を得た後に個体化するまでを計画していたが、現在は配列を得てその機能解析を行うところでとどまっている。よって、実験内容により計画より進んでいる部分と遅れている部分があるものの、全体としては概ね順調であると判断した。前年度よりおこなってきたGFP-LC3マウスにおける歯の移動実験を継続し、歯根周囲組織におけるオートファジーに影響をあたえる因子についてより詳細に解析する。
不純物、電場を用いた高圧氷の秩序化の観測

氷高圧相である氷VI相、氷VII相の無秩序-秩序状態に関する未解決の諸問題を氷の誘電性に着目して研究を行った。氷VI相の秩序化は、その幾何学的フラストレーションなど氷Ih相(常圧氷)と類似点が多く物質科学的に氷の秩序化の一般的な理解に重要である。氷VII相はその安定圧力領域の広さから物質科学のみならず地球惑星科学など広い分野で研究されており、その無秩序状態とそれを支配する原子、分子ダイナミクスの理解は、圧縮率などのバルクの高圧氷の物性を知るうえでも重要である。氷の無秩序状態のダイナミクスは、一般的に水分子の回転とプロトンの酸素原子間の飛び移りによって支配されている。それぞれ異なるタイムスケールでの顕著な誘電応答を示し、低温で水素原子位置に関する秩序化が進行すると水分子の電気双極子同士の相互作用が強くなり、それらの誘電応答が劇的に弱まる。また誘電性は電気的な性質であり光学測定に比べ、氷でみられる部分的な秩序化の進行にも敏感である。このように氷の高圧誘電物性は、その有用性が認識されているにも関わらず高圧という実験環境から世界的にも現在全く研究されていない。そこで、氷の高圧誘電物性研究をその測定技術の開発も含めて行い、当該年度で基本的な技術開発は完了した。氷だけでなく、高圧下での誘電物性の測定技術基盤はいまだ確立されておらず、開発した高圧誘電物性測定技術は、それ自身、氷以外にも豊かな誘電性を持つ分子性固体や磁性誘起の誘電性をもつマルチフェロイクスなどへの展開が期待される。また、開発した測定技術を用いて氷VI相の低温高圧下での秩序化の実証とその無秩序、秩序相の相境界の決定および氷VII相の10 GPa付近において報告されている種々の測定異常の問題(以下10 GPaアノマリー問題と呼ぶ)を誘電性に着目して検証を行い、無秩序状態のダイナミクスの転移に起因するという原因の究明に至った。初年度で、目的の圧力に応じた誘電率・電気分極測定用の高圧セルの技術開発はすべて完了しており、これは当初の計画を上回るペースである。また、実験的には氷VI相において当初計画していた相境界の決定を初年度でほとんど完了しており、相境界の温度-圧力勾配から氷VI相の秩序相にはこれまでに知られていた氷XV相以外にもう一つ存在することを見出した。この新しい氷高圧相の発見は当初予期していなかったものであり、その結晶構造が中性子回折で決定できれば19個目の新しい氷の多形の発見という大きな進展が期待される。氷VII相の10 GPaアノマリー問題についても基本的な高圧誘電測定実験はすべて完了しており、誘電性の観点から氷VII相の無秩序状態を支配するダイナミクスが10 GPa付近で転移しているという原因の究明に至った。また、10 GPaアノマリー問題の有力な解釈の一つであった、氷VII相の部分的秩序化において理論研究で示唆されている実験的に未発見な強誘電的秩序構造の共存の可能性とその氷VII相中での電場誘起に関しても中性子回折を用いて検証を行った。高電場、高圧下での中性子回折測定はこれまでにない多重極限環境下での実験であり高電場印加用の高圧セルや実験システムの立ち上げなども含めた研究である。オーストラリアの中性子実験施設(ANSTO)での高電場、高圧下中性子実験システムの立ち上げは完了し、その測定から予想される強誘電的秩序配置は観測されなかったが、測定環境とその技術の新奇性を評価され学術論文にその成果を発表した。新しく発見した氷VI相の秩序相について、J-PARCでの高圧中性子回折測定を行い水素原子位置まで含めた結晶構造の決定を行う。理論計算の先行研究で、氷VI相には実験的に未発見の安定な秩序構造が示唆されている。これは従来知られている氷VI相の秩序相である氷XV相のような対称心を持つ結晶構造ではなく、対称心を持たない分極した構造である。そこで、今後は焦電流測定や電気分極測定を行い、物性測定の観点からも新しい秩序相の結晶構造を主にその分極性に着目して研究を進め、焦電体、強誘電体などの新しい秩序相の物性を明らかにしていく。また、氷VII相の10 GPaアノマリー問題に関しては水素(H)を同位体である重水素(D)で置換した系で同様の測定を行い、10 GPaアノマリーの同位体効果について調べる予定である。

また誘電性は電気的な性質であり光学測定に比べ、氷でみられる部分的な秩序化の進行にも敏感である。このように氷の高圧誘電物性は、その有用性が認識されているにも関わらず高圧という実験環境から世界的にも現在全く研究されていない。そこで、氷の高圧誘電物性研究をその測定技術の開発も含めて行い、当該年度で基本的な技術開発は完了した。氷だけでなく、高圧下での誘電物性の測定技術基盤はいまだ確立されておらず、開発した高圧誘電物性測定技術は、それ自身、氷以外にも豊かな誘電性を持つ分子性固体や磁性誘起の誘電性をもつマルチフェロイクスなどへの展開が期待される。また、開発した測定技術を用いて氷VI相の低温高圧下での秩序化の実証とその無秩序、秩序相の相境界の決定および氷VII相の10 GPa付近において報告されている種々の測定異常の問題(以下10 GPaアノマリー問題と呼ぶ)を誘電性に着目して検証を行い、無秩序状態のダイナミクスの転移に起因するという原因の究明に至った。初年度で、目的の圧力に応じた誘電率・電気分極測定用の高圧セルの技術開発はすべて完了しており、これは当初の計画を上回るペースである。また、実験的には氷VI相において当初計画していた相境界の決定を初年度でほとんど完了しており、相境界の温度-圧力勾配から氷VI相の秩序相にはこれまでに知られていた氷XV相以外にもう一つ存在することを見出した。この新しい氷高圧相の発見は当初予期していなかったものであり、その結晶構造が中性子回折で決定できれば19個目の新しい氷の多形の発見という大きな進展が期待される。氷VII相の10 GPaアノマリー問題についても基本的な高圧誘電測定実験はすべて完了しており、誘電性の観点から氷VII相の無秩序状態を支配するダイナミクスが10 GPa付近で転移しているという原因の究明に至った。また、10 GPaアノマリー問題の有力な解釈の一つであった、氷VII相の部分的秩序化において理論研究で示唆されている実験的に未発見な強誘電的秩序構造の共存の可能性とその氷VII相中での電場誘起に関しても中性子回折を用いて検証を行った。高電場、高圧下での中性子回折測定はこれまでにない多重極限環境下での実験であり高電場印加用の高圧セルや実験システムの立ち上げなども含めた研究である。オーストラリアの中性子実験施設(ANSTO)での高電場、高圧下中性子実験システムの立ち上げは完了し、その測定から予想される強誘電的秩序配置は観測されなかったが、測定環境とその技術の新奇性を評価され学術論文にその成果を発表した。新しく発見した氷VI相の秩序相について、J-PARCでの高圧中性子回折測定を行い水素原子位置まで含めた結晶構造の決定を行う。理論計算の先行研究で、氷VI相には実験的に未発見の安定な秩序構造が示唆されている。これは従来知られている氷VI相の秩序相である氷XV相のような対称心を持つ結晶構造ではなく、対称心を持たない分極した構造である。そこで、今後は焦電流測定や電気分極測定を行い、物性測定の観点からも新しい秩序相の結晶構造を主にその分極性に着目して研究を進め、焦電体、強誘電体などの新しい秩序相の物性を明らかにしていく。また、氷VII相の10 GPaアノマリー問題に関しては水素(H)を同位体である重水素(D)で置換した系で同様の測定を行い、10 GPaアノマリーの同位体効果について調べる予定である。
造血器腫瘍の染色体解析における染色体分染法に代わりうるSKY法の新代な応用・開発

バンドエンハンスメント画像処理で,DAPI対比染色像を明瞭なバンドパターンに変換することに成功した.しかも,この変換像は染色体固有のGバンドパターンとほぼ合致していた.さらに,このGバンド変換像とSKY解析像をそれぞれの染色体ごとに並列した"dual karyotype"を作成することにより,由来不明の転座染色体の起源の同定のみならず,直接バンドと対応づけて転座切断点の決定もできた.以上より,転座型染色体異常においては,自動的な核型解析も可能であることが示された.特定の染色体について,全バンドをカバーするバンド特異的なゲノムDNAをそれぞれ異なる蛍光色素の組み合わせで標識し混合して,中期染色体を対象にしてSKY法で解析した.その結果,Gバンドパターンに対応して,しかもそれぞれが異なった固有の色調で検出・識別できた.さらに,蛍光色素の組み合わせに特有のスペクトルパターンに基づいて,どのバンド由来かを自動的に判定させることにも成功した.われわれは,SKY法の応用技術としてdual karyotyping法およびcolor-banding法の開発に成功した.そして,腫瘍のさまざまな染色体異常の解析に適用し,実際の染色体診断にも有用であることを明らかにした.特に,color-banding法は,バンド単位で染色体由来を自動的に同定できるため,これまでの肉眼によるバンドパターン認識に基づく核型解析が,精確で簡便・迅速に行える.この方法は,将来的にはGバンドに取って代わり,さらに核型解析の完全自動化へと発展していく可能性を秘めていると言える.バンドエンハンスメント画像処理で,DAPI対比染色像を明瞭なバンドパターンに変換することに成功した.しかも,この変換像は染色体固有のGバンドパターンとほぼ合致していた.さらに,このGバンド変換像とSKY解析像をそれぞれの染色体ごとに並列した"dual karyotype"を作成することにより,由来不明の転座染色体の起源の同定のみならず,直接バンドと対応づけて転座切断点の決定もできた.以上より,転座型染色体異常においては,自動的な核型解析も可能であることが示された.特定の染色体について,全バンドをカバーするバンド特異的なゲノムDNAをそれぞれ異なる蛍光色素の組み合わせで標識し混合して,中期染色体を対象にしてSKY法で解析した.その結果,Gバンドパターンに対応して,しかもそれぞれが異なった固有の色調で検出・識別できた.さらに,蛍光色素の組み合わせに特有のスペクトルパターンに基づいて,どのバンド由来かを自動的に判定させることにも成功した.われわれは,SKY法の応用技術としてdual karyotyping法およびcolor-banding法の開発に成功した.そして,腫瘍のさまざまな染色体異常の解析に適用し,実際の染色体診断にも有用であることを明らかにした.特に,color-banding法は,バンド単位で染色体由来を自動的に同定できるため,これまでの肉眼によるバンドパターン認識に基づく核型解析が,精確で簡便・迅速に行える.この方法は,将来的にはGバンドに取って代わり,さらに核型解析の完全自動化へと発展していく可能性を秘めていると言える.SKY法は、染色体ペインティングプローブを用いている性質上、異なる染色体間の転座の検出には威力を発揮するが、同一の染色体内で起こる逆位や重複といった構造異常は、色調が変化せず検出することができない。また、転座染色体の由来は染色体単位では同定できても、バンド単位では決定できない。これらの限界を克服し、より精度の高い染色体解析を可能にするためには、染色体がG分染像と一致したバンド単位で、しかもおのおの異なる色調で識別・検出できる方法(われわれは、multicolor-banding法と名付けた)が最も理想的である。microdissection法を用いれば、顕微鏡下で分裂中期染色体の特定のGバンドと一致した染色体領域を切り出し、ゲノムDNAを抽出・精製することが可能である。11番染色体に関しては、400バンドレベルの解像度において観察される13バンドのうち10バンドについて、バンド特異的なゲノムDNAが得られていた。このゲノムDNAをテンプレートにしたDOP-PCR増幅産物を波長域の異なる4種類の蛍光色素のいずれかを用いて異なる組み合わせで標識した。この10バンドのプローブを混合し、ヒト正常分裂中期染色体に対してハイブリダイズさせSKY法の原理にもとづいて解析した。その結果、10バンドともある程度、11番染色体のGバンドパターンに対応して、それぞれが異なった色調で検出されるカラー分染像を得ることができた。次年度は、他の染色体についてもmulticolor-banding法を実用化し、さらに、造血器腫瘍の臨床検体の染色体標本に適用し、実際の染色体診断に有用であるかを検討していく予定である。SKY法は、染色体ペインティングプローブを用いている性質上、異なる染色体間の転座の検出には威力を発揮するが、同一の染色体内で起こる逆位や重複といった構造異常は、色調が変化せず検出することができない。これらの限界を克服し、より精度の高い染色体解析を可能にするためには、染色体がG分染像と一致したバンド単位で、しかもおのおの異なる色調で識別・検出できる方法が最も理想的である。われわれは、前年度の11番染色体に引き続いて、さらに改良を加え、3番染色体について全長をカバーする18のバンド特異的ゲノムDNAよりカラーバンドプローブを調製した。

その結果、正常分裂中期染色体では、対応する3番染色体のGバンドパターンに一致して、各バンドが前年度よりも明瞭な固有の色調で識別可能なカラー分染像を得ることに成功した。本年度はまた、造血器腫瘍の臨床検体の染色体標本にも適用した。悪性リンパ腫の症例では、Gバンド上3番染色体短腕に1バンドサイズに相当する短い由来不明の染色体片の挿入を認めた。この方法で解析したところ3q13バンド由来であることが初めて同定できた。染色体異常についても、バンド単位で染色体由来を決定可能なことが示され、実際の染色体診断にも有用であることを明らかにした。
脳虚血侵襲に対するHeat Shock Protein誘導剤による脳保護法の開発-Heat Shock Factorの転写制御機構からみた検討-

1.GGAによる脳虚血侵襲に対する保護効果の検討虚血モデルとして,スナネズミ両側頚動脈5分間閉塞再潅流モデルとラット局所脳虚血モデルを用いた.肝虚血モデルでの保護効果が認められた投与量の虚血前2週間のGGA腹腔内投与では保護効果が認められなかったため,GGAの脳内移行を考慮して,投与量を2,5,10倍量に増量して投与して保護効果を確認したが,海馬CA1での遅発性神経細胞死の抑制効果は認められなかった.2.低脳温による保護効果とHSP,即初期遺伝子発現,転写活性薬剤による虚血耐性獲得が困難であったので,他の虚血に対する保護効果とHSPなどの遺伝子発現,転写活性への関与を検討するため,低脳温を用いて検討した.その結果,虚血耐性に関与するHSPは低脳温では発現が抑制されており,他方,Fosの発現が亢進しており,それに連動して転写因子AP-1活性の上昇をみとめた.この結果より,虚血侵襲に対する保護,耐性効果にはHSPのみならず,即初期遺伝子発現とその転写活性が関わっている事が示唆された.今年度は,HSP誘導剤としてGGAを用い,GGAによる脳虚血侵襲に対する保護効果の検討と,HSP発現を免疫組織学的に評価した.1.GGAによるの脳虚血侵襲に対する保護効果の検討虚血モデルとして,スナネズミ両側頚動脈5分間閉塞再潅流モデルを用いた.GGA経口投与による細胞保護効果は,肝虚血再潅流モデルにおいて示されており,同様のプロトコールで2週間連日経口投与を行った.脳虚血再潅流後1週間目にsacrificeして,海馬CA1における神経細胞数を測定したが,GGA投与群でも,コントロールのvehicle投与群同様,80%以上の錐体細胞は消失しており,神経細胞保護効果は認められなかった.現在,投与量,投与方法,投与期間を再検討中である.2.GGAによるHSP発現の検討スナネズミをもちいてGGA投与後のHSP発現を免疫組織学的に検討した.GGA経口投与後,3日,1週間,2週間においてsacrificeし,HSP発現を海馬を含むスライスで検討したが,有意な発現は認められなかった.現在,投与量,投与方法,投与期間を再検討中である.1.GGAによる脳虚血侵襲に対する保護効果の検討虚血モデルとして,スナネズミ両側頚動脈5分間閉塞再潅流モデルとラット局所脳虚血モデルを用いた.肝虚血モデルでの保護効果が認められた投与量の虚血前2週間のGGA腹腔内投与では保護効果が認められなかったため,GGAの脳内移行を考慮して,投与量を2,5,10倍量に増量して投与して保護効果を確認したが,海馬CA1での遅発性神経細胞死の抑制効果は認められなかった.2.低脳温による保護効果とHSP,即初期遺伝子発現,転写活性薬剤による虚血耐性獲得が困難であったので,他の虚血に対する保護効果とHSPなどの遺伝子発現,転写活性への関与を検討するため,低脳温を用いて検討した.その結果,虚血耐性に関与するHSPは低脳温では発現が抑制されており,他方,Fosの発現が亢進しており,それに連動して転写因子AP-1活性の上昇をみとめた.この結果より,虚血侵襲に対する保護,耐性効果にはHSPのみならず,即初期遺伝子発現とその転写活性が関わっている事が示唆された.前年度,HSP誘導剤としてGGAを用い,GGAにまる脳虚血侵襲に対する保護効果の検討と,HSP発現を免疫組織学的に評価したが,保護効果偉認められず,またGGA投与によるHSP発現も免疫組織学的には認められなかったため,今年度は,まずはじめに投与法の再検討を行った.1.GGAによるの脳虚血侵襲に対する保護効果の検討虚血モデルとして,スナネズミ両側頚動脈5分間閉塞再潅流モデルを用いた.肝虚血モデルでの保護効果が認められた投与量の虚血前2週間のGGA腹腔内投与では保護効果が認められなかったため,GGAの脳内移行を考慮して、投与量を2,5,10倍量に増量して投与して保護効果を確認したが,海馬CA1での遅発性神経細胞死の抑制効果は認められなかった.2.低脳温による保護効果とHSP,即初期遺伝子発現,転写活性薬剤による虚血耐性獲得が困難であったので,他の虚血に対する保護効果とHSPなどの遺伝子発現,転写活性への関与を検討するため,低脳温を用いて検討した.その結果,虚血耐性に関与するHSPは低脳温では発現が抑制されており,他方,Fosの発現が亢進しており,それに連動して転写因子AP-1活性の上昇をみとめた.この結果より,虚血侵襲に対する保護,耐性効果にはHSPのみならず,即初期遺伝子発現とその転写活性が関わっている事が示唆された.
局所非一様摂動印加とその過渡応答解析によるプラズマ輸送の解明

本研究は局所非一様摂動をトーラスプラズマに与えたときにプラズマが応答する過渡的過程を調べることによりトーラスプラズマの輸送の解明を目指したものである。これまでの研究成果を以下に示す。1.平成9年度では非一様摂動としてペレット入射によるプラズマの局所冷却、電子サイクロトロン共鳴による局所過熱等を考え、それらを用いてプラズマの輸送過程特に高速イオンの軌道損失の低減及び内部崩壊減少等をヘリオトロンE装置で実験し、摂動解析法ひよって研究を進めてきた。2.平成10年度はTRIAM-1M装置を用いて非一様摂動として新たに高速電子の空間分布がプラズマ輸送に及ぼす影響を検討した。特に電子の分布関数の歪みとイオン加熱との関連を調べた結果、位相空間における非一様性が電子系に低周波波動励起という新しい自由度をもたらし、イオン加熱の原因になりうることを見出した。3.平成11年度は電流駆動プラズマの電流分布の変化が輸送に及ぼす影響を複数の低域混成波を組み合わせて調べた。対向する進行波の場合は電流のわずかな打消しにより誘起された非常に微弱なトロイダル電場が高周波による電流駆動効率の増大を引き起こすことを見出した。さらに同方向の進行波の場合パワー閾値以上で閉じ込め改善が起きることを見出し,その改善にパワーに対するヒステリシスが存在することを示した。本研究は局所非一様摂動をトーラスプラズマに与えたときにプラズマが応答する過渡的過程を調べすことによりトーラスプラズマの輸送の解明を目指したものである。本年度の研究成果を以下に示す。1.プラズマ内にペレット(氷の小片)を入射し、冷却という摂動が電子温度分布に及ぼす影響を調べた。特にペレットの進入位置と温度低下を示す空間位置との関連をしらべ、ペレットがまだプラズマ表面にしかいないにもかかわらず中心付近の温度が低下する現象を見出した。これを局所摂動に対するプラズマの大域的応答と名づけ解析を行なった。2.高周波(電子サイクロトロン)を局所的に加え、その影響が電子ではなく特に電場に強くその閉じ込めが依存する高速イオンの振る舞いに関して調べた。その際にまず局所印加が磁気面関数としての局所加熱とはならないことをX線トモグラフィーによって調べることに成功した。即ち従来の局所加熱の仮定に基づく議論ではなく局所高周波印加を非一様な摂動として捕らえることの正当性を実験的に示すことができた。その上に立って電場の形成とそれによるイオンの閉じ込めを調べた。1.非一様摂動としてこれまでペレット入射によるプラズマの局所冷却、電子サイクロトロン共鳴による局所加熱等を考え、それらを用いてプラズマの輸送過程をヘリオトロンE装置で実験し、摂動解析法によって研究を進めてきた。(平成9年度実績報告書参照)2.本年度からはTRIAM-1M装置を用いて非一様摂動として新たに高速電子の空間分布がプラズマ輸送に及ぼす影響を検討した。特に高周波との相互作用により波の進行方向に電子の速度分布関数が大きく歪んでいる場合には、ある条件の下では電子およびイオンの双方と結合可能な低周波揺動が励起される。この可能性を実験によって調べたところ、プラズマ電流の大半を担う高速電子の水平位置がある領域にあり、またプラズマ密度がある値の範囲であるとイオン加熱が顕著に起きることを見出した。これは実空間の非一様性に加えて位相空間における非一様性も低周波波動励起という新しい自由度をもたらし、結果としてプラズマの輸送に影響を及ぼすと考えることができる。1.非一様摂動としてこれまでペレット入射によるプラズマの局所冷却、電子サイクロトロン共鳴による局所加熱等を考え、それらを用いてブラズマの輸送過程をヘリオトロンE装置で実験し、摂動解析法によって研究を進めてきた。(平成9年度実績報告書参照)

2.平成10年度はTRIAM-1M装置を用いて非一様摂動として新たに高速電子の空間分布がプラズマ輸送に及ぼす影響を検討した。特に電子の分布関数の歪みとイオン加熱との関連を調べた結果、位相空間における非一様性が電子系に低周波波動励起という新しい自由度をもたらし、イオン加熱の原因になりうることを見出した(平成10年度実績報告書参照)3.本年度は電流駆動プラズマの電流分布の変化が輸送に及ぼす影響を複数の低域混成波を組み合わせて調べた。対向する進行波の場合は電流のわずかな打消しにより誘起された非常に微弱なトロイダル電場が高周波による電流駆動効率の増大を引き起こすことを見出した。さらに同方向の進行波の場合パワー閾値以上で閉じ込め改善が起きることを見出し,その改善にパワーに対するヒステリシスが存在することを示した。
光ディスク高密度化のための位相シフト法による超解像度遠隔場読み出し光学システム

光ディスクとしての情報大容量化とその高速読み出しを達成するための基礎研究として赤色レーザ光(He-Neレーザ、波長0.633μm)を使用し、その波長以下の微小物体を遠隔場で識別可能にする超解像度レーザ顕微鏡システムの開発をめざして研究を行ない、以下のような成果が得られた。1)エアリ円以下の極微小スポット光群の照射光学系の開発4mm×4mm中に10μm×μmの大きさで隣同士の位相差がπ異なる市松模様格子の位相シフト光学マスクにレーザ光を照射し、開口数0.90の縮小投影レンズでその光を収束させ、レ-リ限界を越えたピッチ0.53μm程度、光スポット径約0.3μmのスポット光群を作ることが出来た。超解像度遠隔場読み出し光学系の検討結像理論に基づいた数値シミュレーションから、上記1)の光学系で得られたレ-リ限界を越えた逆位相スポット光群を走査することによって、スポット径の分解能で微小物体を遠隔場で並列に読み出し得ることが予測できた。3)光密度光ディスクの実用化の可能性上記の照射および読み出し光学系を用いたシステムによれば、ピット間隔0.60μm、ピット径0.3μm程度の並列読み出し可能な高密度光ディスク実用化への可能性が明らかになった。4)0.63μmの波長光で0.1μm以下のスポット光径を得るには屈折型縮小光学系によるものではなく、バイナリ光学系の検討が必要になることが明らかになった。光ディスクの情報の大容量化とその高速転送性を達成するための基礎的研究として可視光を使って可視光の波長以下の極微小物体を遠隔場で識別可能にする超解像度レーザ顕微鏡システムの開発をめざして研究を行い、以下のような研究の途中結果を得た.1)極微小スポット光群の照射光学系の検討:4×4mm^2中に4×4mum^2幅で、隣同士の位相差がpi市松模様の光学マスクにレーザ光を照射し、5倍対物レンズで、その光を収束して、エアリ円を越えた0.35mumの微細なスポット光群をつくることができた。2)微細スポットの直径をエアリ円以下にするための照射光学系の構成要件が明らかになった。すなわち、マスク通過後の光のフーリエを変換光学系に顕微鏡対物レンズを使用して微細マスク格子からの回拆光を短焦点で集めてスポット光群の形状・位相を保存することが必要であるが、このため対物レンズの筒内の後焦点面のフーリエ変換回拆パターンが確実に捉えられるように凸レンズ2枚組の望遠鏡光学系をその後に設置することが必要であった。3)照射スポット光の直径を更に小さくするためには、上記2)の後に置かれたウエハ上にスポット光を投射する逆フーリエ変換対物レンズの筒内に回拆パターンの1次回拆光が入ることが必要で重要であることが確認された。4)ディスクを想定したウエハ上の1mum幅の標準パターン上に、エアリ円以下のサイズの照射スポット光群が遠隔場読み出し光学系で確実に捉えられ、逆位相光を隣同士に配列した効果が現われて、0.35mumスポット反射光を遠隔場で読み出せることが確認された。5)高解像度画像処理装置をシステムに組み込み終わったので、大口径の対物レンズを組み込むことなどの照射光学系の改良に伴って、更に0.3mum以下のスポット光群が観測できることに照準を合せて研究をすすめている。光ディスクの情報大容量化とその高速読み出しを達成するための基礎研究として赤色レーザ光(Hc-Nc,波長0.633μm)を使用し、その波長以下の微小物体を遠隔場で識別可能にする超解像度レーザ顕微鏡システムの開発をめざして研究を行い,以下のような結果を得た。1.極微小スポット光群の照射光学系の検討

10mm×10mmの中に20μm×20μmの大きさのセルで隣同士の位相差がπ異なる市松格子模様の位相シフト光学マスクにレーザ光を照射し,開口数0.80の縮小投影レンズでその光を収束してレ-リ限界を越えたピッチ0.66μm,スポット径0.33μmのスポット光群を作ることができた。2.読み出し光光学系の検討結像理論に基づいた数値シミュレーションから,上記光学系で得られたレ-リ限界を越えたスポット光群を走査することによって,スポット径の分解能をもって微小物体を遠隔場で並列に識別読み出しできることが予測できた。3.高密度光ディスクの実用化の可能性上記の照射および読み出し光学系を用いたシステムによれば,ピット間隔0.70μm,ピット径0.35μm程度の並列読み出し可能な高密度光ディスクシステム実用化への見通しを与える。4.今後の課題本光学システムはレンズ系を用いた屈折型縮小投影光学系によるものであるが,更なる高密度化のためには光の振幅と位相が制御可能な回折型のバイナリ光学系の検討が重要であり,今後の課題である。
蛍光X線分析による高麗鏡の研究

高麗時代および併行期における銅鏡について、非破壊による成分分析(蛍光X線分析)を行い、同時併存したと考えられる鏡群に成分上の相違があるか否かを検討した。その結果、明確な時期差として指摘するまでには到らなかったが、錫や水銀などをもとにした鋳造後の表面処理に関する新たな課題が確認でき、今後の発展が期待できると予想される。平成19年度は,大きく二つの作業を行った。ひとつは,対象資料の写真撮影と,それをもとにした調書の作成である。また,次年度に実施される蛍光X線分析の前提作業として,分析箇所の決定と同所の測色データを採取した。まだ現在のところ測色データは各波長の計測値でしかないが,今後これをRGBデータおよびLabデータに変換していく予定である。いまひとつは,分析対象となっている館蔵鏡の類例調査が必要と判断されたため,類似資料の実見調査を実施した。国内では,同種の分析報告が為されている鹿児島県勝栗神社蔵鏡をはじめとする薩摩地域の外来鏡について,10月15日19日の日程で調査を行った。なお調査資料は,鹿児島県姶良郡湧水町勝栗神社鏡(40面),薩摩川内市宮内町新田神社鏡(38面),日置市吹上町大汝牟遅神社蔵鏡(12面)である。勝栗神社では,蔵鏡40面のうち外来鏡12面を抽出して精査を行った。さらに,11A22日26日には韓国内での調査(国立中央博物館蔵鏡2面,高麗大学校蔵鏡8面)を行った。国立中央博物館にはかなりの数に上る高麗鏡が存在するが,今回その中でも特に「高麗国造」銘をもつ資料を選んで調査を行った。高麗大学校でも今回調査した数以上の高麗鏡(または朝鮮時代鏡)が所蔵されているらしいことがわかった。また,韓国内調査日程中(11月24目)に,国立海洋資料館において新安沈没船に関するシンポジウムが開催されており,こちらへも参加し,韓国内における先行研究の実績を把握した。なお,対象資料のX線透過画像撮影は,使用予定機材のトラブルにより,次年度に変更せざるを得なくなった。平成20年度は以下の作業を行った。1)X線透過画像撮影(デジタルデータ)と蛍光X線分析作業対象となる資料(約230点)の透過画像を確認し、測点の選定を行った上で蛍光X線分析を実施した。測点は、同一資料で表裏を分析するとともに、Cu(銅)・Sn(錫)・Pb(鉛)を主要元素として着目したほか、微量元素Zn(亜鉛)・Hg(水銀)・Sb(アンチモン)などを比較対象とした。測定結果からは、(1)同一資料のうえで複数点分析を行ったところ、各測点での主要元素数値が同じような比率を示すケースと、Pbにおいて全く異なる数値を示す場合とが確認できる、(2)肉眼による鏡面の観察において、塗膜らしきものが指摘できる資料において、Snの数値が高いケースと、これにHgが伴うケースがみとめられる、といった点が看取できた。(1)については、既に1970年前後から指摘されているPbの偏析によると考えられるものの、(2)については必ずしも分析値上でSnの数値が高くない資料においても塗膜を観察できるケースもあり、今後こうした様相をもつ資料において表面状態と分析数値の間にどのような相関性があるのか追求する必要がある。2)実測作業これまでの先行研究においても、高麗鏡(または併行期の銅鏡)について断面実測が為された例はそれほど多くなく、型式学的な研究を実施する上での基本情報を整備するため作業を実施した。なお、実測図の作成は経費および時間の制約もあり、一部にとどめざるを得なかったことから、今後も引き続き行う必要がある。
サンドリッジモデル再構築のための基礎的研究

サンドリッジの形成と発達は、(1)ストームによる堆積作用の中断が繰り返されること、(2)サンドリッジ堆積物にはストームで形成される粗粒デューン堆積物とfluid mud堆積物が発達すること、(3)サンドリッジ堆積物は必ずしも上方粗粒化のみで特徴付けられないこと、(4)サンドリッジ頂部の侵食によってマスターベディングの傾斜方向へ高流領域で移動した砂層がサンドシートを構成されることなどが明らかとなった。平成18年度は海流の影響を強く受けて形成されたと解釈される房総半島中央部に発達する中部更新統のサンドリッジ堆積物の解析を行った。特に今年度の研究では、万田野層(およそ60万年前)上部のサンドリッジ堆積物の特徴を詳しく検討した。連続的に観察される露頭断面において1km以上にわたって追跡される侵食面が認定され、全体でおよそ80m以上の層厚を示すサンドリッジ堆積物が6つのユニットで構成されることが明らかとなった。これらのユニット内部にはマスターベッティングと解釈される緩く傾いた層理が認められる。これら層理の傾く方向とサンドリッジ堆積物を特徴づけるトラフ型斜交層理から求められる古流向には1020°程度の違いが認められる。したがって、マスターベッディングはサンドリッジの側方付加面を示すと解釈される。一つのユニットに注目すると、最上部付近に波浪作用の影響を強く受けて形成されたと解釈されるリップル葉理や陸側と沖合側の古流向を示すトラフ型斜交層理の発達が広く観察された。さらに、これらの堆積物の上面を区切る侵食面の直上には、礫、木片、クジラなどの海棲哺乳類の骨、貝化石などが濃集した堆積物の発達が認められる。したがって、一つのユニットの形成は、大規模なストーム、あるいは津波などに起因する振動流の影響を受けて放棄されたことが理解される。その後、陸棚上に新たに供給された粗粒堆積物を核として、新たなサンドリッジの形成が行われたと解釈される。万田野層のシーケンス層序学的な枠組みと酸素同位体比曲線との比較から、万田野層上部を構成する6つのユニットの形成は、およそ2000年程度の間隔で行われたことが理解される。このような形成間隔は、1000年オーダーのENSOにともなう黒潮変動を反映している可能性が考えられる。平成18年度の研究成果の一部は日本堆積学会2007年例会で発表され、最優秀ポスター賞を受賞した。今年度は,(1)万田野層,(2)市宿層と柿ノ木台層,(3)上部白亜系Tocito層,ならびに(4)上部中新統番ヶ森山層、青麻層の地質調査と採取試料の分析を行った。万田野層では,ユニット境界に発達する泥岩層の分布形態とファブリックを地中レーダー探査と試料の電顕分析で詳しく検討した,その結果,fluidmudに特徴的と考えられる粒状構造が広く認められた。この結果,ストームによるサンドリッジの断続的な移動停止は,fluidmudの堆積を特徴的にともなうと解釈される。柿ノ木台層に挟在する砂岩層は,市宿層のサンドリッジ堆積物起源と解釈されるタービダイトで特徴づけられる。タービダイトの堆積は,特に,サンドリッジの移動が停止する時期に活発に行われていることが明らかとなった。さらに,外側陸棚では,スランプスカーの発達による海底勾配の変化に対応した混濁流の一時的な流速増加により,砂岩層が沖合方向へ一旦薄くなり,その後再び厚くなることが明らかとなった。Tocito層は,サンドリッジモデルが発祥した地層の一つである。しかし,今年度の詳細な野外調査の結果,サンドリッジの特徴が必ずしも広く認められず,むしろ,潮汐の影響を受けた複合デューンの集合体であるが明かとなり,Tocito層の形成が海進期ではない可能性が高くなった。このことは,これまで無批判に受け入れられてきたサンドリッジモデルそのものの有効性を再検討する必要のあることが改めて明らかとなった。番ヶ森山層、青麻層は,市宿層と大変類似する地層であるが,構成単位であるデューン堆積物が規模の小さなデューン堆積物の集合体であることが大きな相違点である。このような違いがどのようなプロセスの違いによってもたらされるのかは,現時点では明らかではない。しかし,サンドリッジ堆積物の多様性を検討する上で,次年度詳しい比較検討を行う予定である。平成20年度は、房総半島中央部の中部更新統のサンドリッジ堆積物と英国南部の下部白亜系Lower Greensandの野外調査と採取試料の分析を中心に研究を行った。海流の影響を受けて形成されたと解釈される房総半島中央部の万田野層上部ならびに市宿層は3タイプの規模の異なる三次元デューン堆積物の複合によってサンドリッジ堆積物が構成せれていることが明らかとなった。これら3タイプのデューン堆積物の配列にともなって、サンドリッジ内部には、従来のモデルとは異なり、上方粗粒化サイクルのみが発達するのではないことが明らかとなった。

さらに、堆積構造の特徴からサンドリッジは低流領域で形成された堆積物の集合体とこれまで考えられてきたが、一部にハンバック状デューン堆積物や平行層理が認められ、これらは全体としてサンドシートを構成していること、サンドシートは従来のモデルとは異なり、サンドリッジの頂部を侵食した強い流れによってサンドリッジの側方へ発達した堆積物であることが明らかとなった。さらに、サンドリッジの側方移動にともなって沖合にタービダイトが形成されること、このタービダイトは外側陸棚の凹凸地形の影響を受けて空間的に流速が変動する混濁流から形成されるため、層厚や粒度に関して沖合へ向かった系統的な変化は認められないことも明らかとなった。さらに、潮汐作用の影響を受けて形成されたと解釈されているLowerGreensandと海流の影響を受けて形成された市宿層や万田野層上には、構成堆積相に顕著な違いが認められないことが明らかとなったことも、平成20年度の大きな研究成果である。
イネ発芽時のストレス適応機作の生化学・分子生物学的解析

本研究はイネの低温発芽性および低温生育性などの関与物質を検索し、イネ生理活動の比較的初期における低温ストレスの機構を解明し、より耐冷性の高い新品種の創作を目的として開始された。本年度得られた成果の概要は以下の通りである。1.活性酸素除去系酸素,グリオキシル酸回路およびTCAのキ-酵素活性を測定した結果,各品種間のカタラ-ゼ誘導能力の差異が低温ストレス耐性を規定するものと考えられた。2.3%H_2O_2中発芽性と低温発芽性には強い相関が認められ,H_2O_2の存在により胚カタラ-ゼ活性は数値上昇した。イネにおいては発芽の段階で,低温、H_2O_2といったストレスに対し,胚カタラ-ゼが深く関与しているものと理解された。3.発芽期カタラ-ゼは質的変動を示し,ザイモグラム上に5本の注性バンドが認められた。主バンドと思われる酵素をDEAE-cellulose,Sepharose 6B,ハイドロキシアパタイト等のカラムクロマトグラフィ-により400units/mgの純度まで精製した。4.部分精製酵素標品を抗原としてマウスを免疫し,ヒゾウ細胞をミエロ-マ細胞とPEGにより融合して多数のハイブリド-マを得たが目的とするカタラ-ゼ特異的モノクロ-ナル抗体の獲得には至らなかった。5.カタラ-ゼのCDNA塩基配列の解析を進めた結果,491のアミノ酸からなるカタラ-ゼORFを含む1865塩基の全決定をみた。アミノ酸配列はトウモロコシCAT-3と81%,CAT-1およびサツマイモのカタラ-ゼ配列と72%の相同性を示した。
小児放射線治療のための位置姿勢保持装置の開発

小児の小児放射線治療を正確に安全に行いつつ、不快感なく行うためにカスタマイズされた頭部支持器具と頭部の高精度、高速位置計測装置の開発を行った。従来の頭部前面を覆うタイプの固定具のよりも不快感がすくない頭部支持具の作成方法の改善を行った。頭部位置の高速、高精度計測は体表情報を収集することで実現しており、従来の患者位置計測のようなX線の被曝は回避できる。位置計測装置の試作機は2台作られた。これらの試作機の臨床的な評価を行うためには、小児の患者にとって受け入れられような機構への改善作業を行い、この高速、高精度位置計測装置の知財取得の手続きを行っている本研究では、小児放射線治療のための位置姿勢保持装置の開発を目指しており、初年度は1.新型支持器具の作成と使用法の確立、2.前面開放型支持器具性能評価ための臨床試験の開始、3.複数体表面計測装置の開発を目指していた。新型支持器具の作成と使用法の確立については、頭部の放射線治療を実施する小児がん患者5名に対して、新型支持器具を使用し、使用方法の検討を行った。従来の固定具作成よりも迅速かつ、高精度な固定具を作成する技術を確立することができた。また新型固定具の使用法を改善するために、従来の固定具の問題点の分析を行い、これについて学術報告を行った。2.前面開放型支持器具の性能評価の臨床試験については、まだ開始されておらず、臨床研究の計画の修正を行っている。この試験では磁気式位置計測装置を用いて、患者の位置を測定し、新型支持器具の固定精度を測定する計画であった。しかし磁気式位置計測装置を導入し、装置の前臨床的評価を行ったところで、この装置の位置測定精度が、予定していた臨床試験を行うのに十分なものでないことが判った。そのため臨床試験の実施内容を修正し、再策定を行っている。3.複数体表面計測装置については、当初予定していた機能よりも向上させた試用装置の作成に成功した。2の前面開放型支持器具の性能評価の臨床試験で用いる予定であった磁気式位置計測装置の性能に限界があることが明らかになったことを受けて、新たに開発する複数体表面計測装置による位置計測を行う臨床研究を早期に、正確に行う必要にあった。そのため実用的で、精度の高い複数体表面計測装置を製作を加速させ、計画していたものより高機能な装置の開発に成功した。現在、複数点体表計測装置を用いた臨床試験を円滑に行うために、装置の操作性の改善をすすめている。本研究では放射線治療用位置決め装置の新規開発にあたり、新しい装置の目標設定と既存装置との差別化すべき特性を明確にする作業を開始した。既存の位置計測装置として、磁気式位置計測装置の性能評価とこの装置を用いた臨床研究に着手しようとしたが、磁気式位置計測装置の導入が、入札などの事情で大幅に遅れてしまった。導入された磁気式位置計測装置の性能評価を開始したところ、この装置の位置計測精度が、報告されているものと大きく異なっていた。そのため、その原因の解析に時間を要してしまった。また解析の結果明らかになった磁気式位置計測装置の性能では、当初の予定していた臨床研究が行えないことがわかった。このため磁気式位置計測装置による前面開放型支持器具装置の臨床研究の研究計画を修正することとなった。新規に位置計測装置として開発する複数点体表面計測装置についても、購入時期が予定より遅くなったが、装置の開発自体は順調である。しかし複数体表点計測装置の試用の時期が、計画段階より遅れている。複数体表点計測装置については新規の医療器械として開発し、知財登録のための作業を並行して進めている。本装置の知財登録のために、研究協力者との契約締結を進めているが、この手続きに時間を要しており、試用時期が遅れている。平成27年度に小児放射線治療の固定のための位置計測装置を試作器を作成した。位置計測装置試作版を用いて、放射線治療現場での顔型模型を用いた放射線治療患者の位置計測実験をおこなった。位置計測装置試作版による計測精度は1mm未満であり、目標値相当であった。この試作位置計測装置は市販のアルミニウムフレームなどで構成されている。試作装置の剛性は問題なく、上記の精度をえることができたが、一方で位置計測装置の配置場所が、患者の顔に比較的近い場所にあるため、患者が機械や金属の威圧感を感じる可能性があることが指摘された。また位置計測装置は必要に応じて、治療寝台に設置する仕組みであるため、装置の可動性などや操作性が良好でないと、設置に時間がかかる。現状装置ではこれらの点でも十分ではなく、放射線治療業務の時間を要してしまうという問題も指摘された。本研究対象が小児であることを考えると、このような位置計測装置の外観くる受け入れの問題や放射線治療の効率を低下させるといった問題は、製品化において大きな障壁となると考えられた。そこで試作機の筐体と構造について、意匠の専門家を含めて、平成28年10月より検討することとした。その結果、外観と操作性改善のために、構造や組成を変更した新しい筐体を作成することとした。試作機の動作、幾何学的特性に評価しつつ、新しを筐体を作成するために、位置計測装置試作版を意匠専門家に貸与している状況にある。このため試作機による臨床研究が開始できていない。筐体の意匠は平成28年10月に決定しており、平成29年3月より筐体作成が開始されている。当初、平成29年4月ころ筐体が完成する予定であったが、予定より時間を要している状況である。

機器開発までは順調であったが、臨床試験開始が当初より遅れている。より製品に近い試作機を用いて、効果的に安全に臨床試験を行うために計画を変更したが、試作機改造に時間を要している状況である。本研究で開発をすすめている位置決め装置は、放射線治療時の患者の位置を計測する装置である。本年度4月に行われた日本医学放射線学会において、同様の機能のものを海外の企業が製品化したことを知った。本製品は、本研究で開発する位置決め装置と同じく、レーザーや赤外線などX線以外の光線の走査により対象の三次元情報を得るというものであり、位置ずれ測定速度が0.1秒未満、測定精度が1mm未満と実用的なものであることが、判明した。このような事態をうけて、本研究で開発する装置の開発意義、優位性について検討した。当センターの医療機器開発部門やコンサルタントと相談し、前述の製品よりも安価で、簡便な装置として、開発することをめざすこととした。一方、昨年度の筐体作成の結果、実用的な問題が二つ見つかった。一つは位置を計測時に光線を走査するモーターの音が不快感を生じさせることである。小児の放射線治療を受ける患者が装置の異音により、落ち着かない、動いてしまうという事態は本装置の使用目的からすると大きな問題となる。筐体による消音を期待していたが、十分な消音効果を得ることはできなかった。もう一つは計測器が患者の前面の比較的近い位置に設置されるため、患者に威圧感を与えるという問題である。試作段階では、どうしても大型の筐体となってしまうが、試験的であるが小児における臨床的評価を実施するうえでは、問題となると考えられた。この二つの問題を解決し、更に低価格化を目指す必要性から、本装置の位置計測の方法を変更することとした。異音を生じるモーターを使わないために、走査型位置計測から、多視点で位置計測する仕様に変更した。またこれまで用いてきたレーザー式距離計測器から、超小型で廉価の距離計測デバイスに変更した。現在、超小型距離計測デバイス装置の性能評価を行いつつあり、位置検出ソフトウェアの大幅な改修を行っている。小児の小児放射線治療を正確に安全に行いつつ、不快感なく行うためにカスタマイズされた頭部支持器具と頭部の高精度、高速位置計測装置の開発を行った。従来の頭部前面を覆うタイプの固定具のよりも不快感がすくない頭部支持具の作成方法の改善を行った。頭部位置の高速、高精度計測は体表情報を収集することで実現しており、従来の患者位置計測のようなX線の被曝は回避できる。位置計測装置の試作機は2台作られた。これらの試作機の臨床的な評価を行うためには、小児の患者にとって受け入れられような機構への改善作業を行い、この高速、高精度位置計測装置の知財取得の手続きを行っている研究の前半に予定していた、磁気式位置計測装置による前面開放型支持器具装置の臨床研究よりも、複数体表点計測装置の開発とこれを用いた臨床研究を優先する。複数点体表計測装置の性能向上が実現したことから、より実用的な装置として評価研究を行う。具体的には装置付属ソフトウェアの操作性を考慮した改善、装置の運用手順の分析、改善を行う。この結果をもとに知財登録を目指す。複数体表点計測装置を用いた臨床研究を年度内に開始する。
フォノン閉じ込めによる太陽電池エネルギー変換効率向上策の提案

本年度は赤外及びラマン分光法を用いて高密度SiドープGaN薄膜において空間的な電子濃度分布を評価し、ドーピングの高密度限界を求めた。ホール効果測定はキャリア濃度や移動度など物性評価によく使われるが、電極形成によるキャリアトラップやキャリア密度の平均値測定になること、膜厚評価不可等の問題点がある。赤外分光と顕微ラマン分光による空間分解評価は半導体材料製造過程の制御や低抵抗、高電子移動度、高電導性材料製作の基礎情報提供手段として期待できる。ホール効果測定から見積もられた電子濃度がne(H)=0.73.0E20cm-3程度のSiドープGaN薄膜について赤外反射測定を行った。転送行列法を用いて電子濃度が深さ方向に分布する層状のモデルを用い、LOフォノンプラズモン結合(LOPC)モードを配慮して解析を行った結果、深さ方向の電子濃度分布にドーピング密度による変化が観測された。低電子濃度試料ではほぼ均一または表面に近づくに連れて電子密度が高くなり、高電子濃度試料では表面に近づくと電子濃度が低くなる結果が得られた。ラマン散乱のE2Hピークエネルギーのサンプル深さ方向の変化を調べた結果、ne (H) = 3E20 cm-3の試料が最も大きく変化している。ラマン散乱においては主に振動する原子がV族III族で異なるE2L、E2Hのモードに依存した変化が見られたことから、高電子濃度試料ではドーピングによる結晶性劣化やSiのN位置の占有によるアクセプタ準位の形成や格子間位置へのドーピングによる表面方向への電子濃度低減が考えられる.本研究はエネルギー損失の根源である熱発生に着目し、格子振動波(フォノン)を排出でなく、利用することを狙う。このために、材料中の転位や不純物の空間濃度解析はそれらの制御、フォノンバンド構造制御等による空間的フォノン輸送制御に役に立つ。(1)ヘテロ接合界面でのフォノン輸送・キャリア動的過程計算AlxGayInzN(x+y+z=1)の組成制御によるフォノンバンド制御を行ったヘテロ界面における、光学・音響フォノンの分解・結合を考慮した反射・透過過程の数値計算を行った。In組成zを変えることで、バンド不連続とピエゾおよび変形ポテンシャル差によるフォノン輸送速度の非等方性を変化する可能性を証明した。基板をGaNとした場合に、フォノン輸送の非対称性が期待できる超格子構造の一例としてAlN3 (Al0.24 In0.76 N) 1 / AlN1 (Ga0.925 In0.075 N)3ヘテロ接合を提案した。(2)量子井戸構造のフォノン・キャリア動的過程計算上記を基盤にAlGaN系量子井戸構造を想定し、井戸内のピエゾ電解、自発内部電界を取り入れ、キャリア・フォノン・励起子の動的過程の変化機構の一部を解明した。量子構造はヘテロ構造によりフォノン閉じ込めが強められると同時に、電子・正孔の波動関数の重なりが増え、発光再結合が増加すると証明した。さらに、フォノン局在性をパラメーターとして、光学フォノンと音響フォノンを比較した結果、音響フォノン密度が光学フォノンより2桁高いにも関わらず、光学フォノンのほうがキャリア取り出し率に最も影響することが判明した。その光学フォノン局在寿命を2桁変化させた場合、励起子として、キャリア取り出し効率向上の可能性について、シミュレーションで検証し、励起子へ影響は長時間に継続し、200 psにも上回った。「研究実施計画」(3)不純物・結晶欠陥のキャリア動的過程理論計算を行うに至っていないが、(1)ヘテロ接合界面でのフォノン輸送・キャリア動的過程計算や(2)量子井戸構造のフォノン・キャリア動的過程計算は行った。本研究では、2波長時間差励起時間分解PL・PC・ラマン同時測定法の開拓により、フォノン生成累加過程とキャリアの輸送過程を含めた、量子井戸でのフォノン吸放出によるキャリアダイナミクスの統合的解析手法の確立を目的としている。(1)試料準備:アンドープ試料のAlGaInP系試料は既に作成済みである。AlGaInN系試料を不純物ドープ高濃度試料は共同研究先より作成した。(2)2波長ラマン測定装置の構築:700nmから266nmまでの任意のレーザ波長選択ができる時間分解PL・PC系装置を立ち上げた。作製した試料をバンド端共鳴に近い光と、高密度フォノンを生成する短波長光の2波長ラマン分光装置を導入した。ラマン分光と組合せ、時間分解Stokes/Anti-Stokes光解析からフォノン量の解析を行うため、325nm,532nmの2波長励起ラマン分光装置を構築し、ラマンマッピング測定を可能にした。共同研究先より高濃度ドーピングGaN試料作成に成功し、転位密度の異なる試料が得られた。ラマン分光装置が導入され、2波長ラマン測定系を確立し、おおむねに順調を考えられる。