hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
微小脳システム統合による昆虫の行動発現機構

さらに、このモデルを小型移動機械にインプリメントして、フェロモンを流した風洞内で実験を行った。カイコガの脳内の神経モデルについて、分析的なデータをもとに、数式モデルを作るための作業が、当初の予定より時間のかかる仕事となったが、以前にわれわれが提案したものより、分析データからの情報が組み込まれたモデルとなったと考えている。今後、このモデルの評価と改良が必要である。また、昆虫の逃避行動の際の脚の運びは、典型的なパターンを示し、外部からビデオカメラを使って観察してデータをとることが可能である。カイコガの場合に、行動から神経モデルを予測し、解剖学的に意味のありそうな結果を得ているが、この手法をアリの逃避行動に適用して、その神経ネットワークを推定することを行っている。アリを刺激して引き起こされる逃避行動をビデオにとる。脚の動きを、いわゆる状態遷移図として表す。この状態遷移を電子回路の順序回路としてあらわし、さらにそれを、神経ネットワークとして書き換えることによって、アリの逃避行動の際の神経ネットワークを推定することを試みている。現在、アリを用いて、歩行方向を急に変えるときの足運びについてデータをとった。行動から脳のプログラムを推定するときの規則性について、検討している。本研究の目的は,カイコガの嗅覚情報処理系を生物学・生理学的知見に基づいてモデル化し,ロボット・システムとして工学的に再構成することで、その評価を行うことである.対象とする昆虫の行動は、カイコガ(bombyx mori)の定位行動で,カイコガの雄が,雌の性フェロモン刺激によって雌の位置まで定位する行動である.本研究では,嗅覚情報処理モデルとして触角電位モデルと定位行動発現モデルの2つを構築した.嗅覚受容細胞の構造とその受容器膜での化学的現象を考察することでフェロモン刺激強度と触角電位振幅の関係を導出した.これにより,触角電位の計測からフェロモン刺激強度(濃度)の推定ができることを示した.また,触角電位の時間波形に関して,3つのパラメータで実際の計測結果にフィッテング可能をモデルを構築した.これにより触角電位の時間波形テンプレートを利用した精度の高い触角電位の検出が可能になった.これらの関係が計測結果を実験によって確認し,構築した触角電位モデルの妥当性を示した.前・中大脳にある両側のLAL-VPC領域の活動度が,神経修飾物質の持つ時定数によってゆっくり振動し、行動パターンの長期応答を形成するダイナミクス・モデルを構築した.フェロモン刺激によって与えられる非常に短い(数百ms)一過性の刺激によって,一連の定位行動パターンが生成されることをシミュレーションで確認した.さらにこのモデルを小型移動ロボットの行動制御モデルとして組み込み,実際のフェロモン場で定位行動パターンを発現させた.更にロボットはフェロモン源から15cm程度離れた場所から,フェロモン源まで定位して到達することに成功し,モデルの妥当性が確認された.統計的手法によってロボットの行動をカイコガの行動と比較解析して類似点,問題点を明らかにし,モデル評価を行った.
磁場配向させたゲルを利用した種々の結晶材料のゲル成長

平成18年度はPbS(赤外線検出素子)、ZnS(発光材料)、CuCl(シンチレーター)、タンパク質をゲル成長させ、磁場の影響について研究した。ゲル成長を行う場合、そのプロセスは大きく二つに分けられる。一つは成長の場となるゲルの作成段階(プロセス1)、もう一つはゲルの中で実際に結晶を育成する段階(プロセス2)である。そこで磁場の印加時期も、プロセス1においてのみ(Case 1)とプロセス2のみ(Case 2)、およびプロセス1と2の全プロセスに亘って印加する場合(Case 3)の3種類を試みた。また磁場下でゲルを作成したとき磁場がゲル構造に及ぼす効果を計算機シミュレーションにより研究した。得られた結果は以下のようである。1.PbS:無磁場下では正8面体であったのが、磁場印加(Case 1)すると、八方に角の生えた形状(骸晶)になった。またCase2の場合には球晶となった。2.ZnS:磁場の有無にかかわらず、球晶が成長した。しかし球晶のサイズは磁場印加(Case 3)により大きくなった。透過電子顕微鏡(TEM)によると、球晶は5nm位のナノ球晶から構成されていることがわかった。これらの球晶の光吸収スペクトルの短波長端はバルク結晶よりも短波長側へシフトしており、サイズ効果が観察された、3.CuCl:無磁場下では正四面体であったのが、磁場印加(Case3)すると、長い針状結晶へと変化した。4.タンパク質(リゾチーム):リゾチームの配行に磁場が影響することがわかった。無磁場下ではランダムに配向するが、磁場下ではc軸が磁場に平行に配行する傾向があった。しかし、この傾向はリゾチームの濃度が高くなるにつれ弱くなった。また磁場効果として核精製頻度や成長速度を抑制することが分かった。5.計算機シミュレーション:磁場が強くなるにつれ、ゲルネットワークは平行方向に長く伸びる(セルの形状が細長くなる)傾向があった。本年度は、無磁場下でのゲル成長の実験を行った。具体的にはシリカゲルを用いて光学結晶であるPbBr_2の育成を試みた。PbBr_2は音響光学結晶として有望である。我々は以前に、本結晶のメルトからの育成を試みたが、結晶は白濁しやすく、透明結晶を得るのは容易ではなかった。原因は高温での不純物相の生成であると考えた。低温での成長法としては水溶液成長が考えられるが、この物質は水にほとんど溶解しないので適用できなかった。そこでゲル成長を適用することとなった。Na_2SiO_3・9H_2O水溶液と15mlのCH_3COOH水溶液(2M)および6mlのPbNO_3水溶液(1M)を混ぜ、マグネチックスターラーで2時間撹拌した。その後試験管(35φ×105mm)に流し込み、室温で静置すると3日間でゲル化した。ゲルの上に20mlのKBr水溶液(0.75M)を流し込み。40°Cの恒温装置中に静置した。数日後、ゲルとKBr溶液の界面よりゲル中に向かって数mの長さの結晶が短冊状に成長した。しかしX線粉末回折の結果、できた結晶は期待に反してPbBr(OH)であることがわかった。つぎにゲル中の酸性度を上げるために上記のCH_3COOH濃度を2Mから原液(濃酢酸)に変えて育成を行った。この条件で得られた結晶は、X線粉末回折の結果、PbBr_2であることがわかった。育成温度は25°Cと40°Cの2つの場合について実験を行った。25°Cの場合の方が40°Cの場合より透明な結晶が得られた。一方、ゲル中にKBrを混ぜ、その上に乗せる水溶液をPbNO_3水溶液(1M)とした場合には、上記とは異なる結果が得られた。すなわち10日後には、界面近傍には結晶は形成されず、界面よ5mm下に形成された。さらに注目すべき結果は、水に難溶物質でありながら、溶液中に透明な単結晶が成長したことである。これはゲルからBrイオンが水溶液中へ非常にゆっくりと拡散したためと考えられる。本年度は、強磁場(5T)下でのゲル成長の実験を行った。具体的にはシリカゲルを用いて光学結晶であるPbBr_2を以下の3通りの方法で育成した。(1)強磁場下でゲルを作成・無磁場下で結晶育成、(2)無磁場下でゲルを作成・強磁場下で結晶育成、(3)強磁場中でゲルも結晶も作成。結果について以下に述べる。1.強磁場下でゲルを作成し、無磁場下で結晶育成した場合試験管の中で、Pb(NO_3)_2を含むシリカゲルとKBr水溶液を反応させ、PbBr_2結晶を育成した。ゲルと液の界面よりゲル中に向かって数mmサイズの短冊状結晶が多数成長した。一方、SEMやTEM観察の結果、ゲル中には、これら目に見えるサイズの結晶の他にナノサイズの結晶が多数生成されていた。磁場の効果は以下のように要約される。(1)数mmサイズの短冊状結晶の成長には磁場の効果は見られなかった。(2)ナノサイズの結晶のサイズと分布に影響が見られた。

(a)強磁場下で作成したゲル中で成長したナノ結晶のサイズ(100nm)は,無磁場下で成長したもの(25nm)に比べて約4倍大きかった。(b)強磁場下で作成したゲル中で成長したナノ結晶は、一方向に優先的に配列する傾向があった。2.無磁場下でゲルを作成し、強磁場下で結晶育成した場合磁場のかけ方以外は、上記1と同様な方法で結晶育成を行った。磁場の効果はナノサイズの結晶成長にのみ、以下のように現れた。すなわちTEM観察の結果、強磁場下で成長した結晶(15nm)は無磁場下で成長したもの(25nm)よりも小さかった。3.強磁場中でゲルも結晶も作成下場合上記1,2と同様に磁場の効果はナノサイズの結晶成長にのみ現れた。すなわち高分解能TEM観察の結果、強磁場下では多重双晶粒子が形成されることがわかった。平成18年度はPbS(赤外線検出素子)、ZnS(発光材料)、CuCl(シンチレーター)、タンパク質をゲル成長させ、磁場の影響について研究した。ゲル成長を行う場合、そのプロセスは大きく二つに分けられる。一つは成長の場となるゲルの作成段階(プロセス1)、もう一つはゲルの中で実際に結晶を育成する段階(プロセス2)である。そこで磁場の印加時期も、プロセス1においてのみ(Case 1)とプロセス2のみ(Case 2)、およびプロセス1と2の全プロセスに亘って印加する場合(Case 3)の3種類を試みた。また磁場下でゲルを作成したとき磁場がゲル構造に及ぼす効果を計算機シミュレーションにより研究した。得られた結果は以下のようである。1.PbS:無磁場下では正8面体であったのが、磁場印加(Case 1)すると、八方に角の生えた形状(骸晶)になった。またCase2の場合には球晶となった。2.ZnS:磁場の有無にかかわらず、球晶が成長した。しかし球晶のサイズは磁場印加(Case 3)により大きくなった。透過電子顕微鏡(TEM)によると、球晶は5nm位のナノ球晶から構成されていることがわかった。これらの球晶の光吸収スペクトルの短波長端はバルク結晶よりも短波長側へシフトしており、サイズ効果が観察された、3.CuCl:無磁場下では正四面体であったのが、磁場印加(Case3)すると、長い針状結晶へと変化した。4.タンパク質(リゾチーム):リゾチームの配行に磁場が影響することがわかった。無磁場下ではランダムに配向するが、磁場下ではc軸が磁場に平行に配行する傾向があった。しかし、この傾向はリゾチームの濃度が高くなるにつれ弱くなった。また磁場効果として核精製頻度や成長速度を抑制することが分かった。5.計算機シミュレーション:磁場が強くなるにつれ、ゲルネットワークは平行方向に長く伸びる(セルの形状が細長くなる)傾向があった。
無脊椎動物ミオグロビンの一次構造解析と生物種間の比較研究

無背椎動物のもつミオグロビンの一次構造の解明の研究として軟体動物のミオグロビンに注目して調べた。今回、我々はマダカアワビ、トコブシ及びトゲアメフラシのミオグロビンを調べた。その結果、マダカアワビとトコブシのミオグロビンは分子量39kDaという特異的な分子であり、このような分子はウマカイチュウミオグロビンでのみ存在が知られているだけであった。更にトコブシミオグロビンのリシルエンドペプチダ-ゼ消化によるペプチドのうち23本を単離しその配列を決定した。又この分子のヘム含量は40000g当り1モルで期待した値の半分であること、及び単離された23本のペプチド間に似た配列をもつものがないことなどから、トコブシミオグロビンは遺伝子重複の結果ふたつのドメインをもったが一方のドメインはヘム結合能を失った特異的な分子構造をもつと推定された。一方、トゲアメフラシミオグロビンは通常型ミオグロビンでありその全アミノ酸配列(146残基)を決定できた。このミオグロビンの配列と既知軟体動物のミオグロビンのそれとを比較したところ単量体ミオグロビンとは7384%の一致率だったが二量体ミオグロビンとは2226%の一致率とほとんど似ていないこと、トゲアメフラシミオグロビンは軟体動物単量体ミオグロビンと同じように遠位ヒスチジンがバリンに置換しており、分子も不安定であった。また分子系統樹を作成したところここでのデ-タからはトゲアメフラシはアメフラシ類よりもタツナミガイに近いという興味ある結果も得られた。またこの研究の途中同じ軟体動物ヒザラガイロ部にもミオグロビンが存在していることが判明した。今後このミオグロビンのアミノ酸配列を調べることによりより詳しい内容が明らかになるものと思われる。軟体動物のもつミオグロビンのアミノ酸配列を知るためにアワビ類口球からミオグロビンを単離することを試みた。その結果アワビ類は今までに知られていない特異的なミオグロビンを含有していることが判明た。ミオグロビンは通常分子量17000で酸素結合部位であるヘムを1個含有しているが、今回発見されたアワビ類のミオグロビンは分子量35000程でふたつのドメイン構造をもつと推定された。そこでトコブシ(Suilculus diversicolor aguatilis)の口球からミオグロビンを単離精製した。このミオグロビンのヘム含量は分子当り1個と算出され、これよりふたつのドメインのうちひとつは酸素結合部位でアルヘムを失っていると思われる。このようなふたつのドメインを持つミオグロビンは今までに知られていない初知見である。このような例は同属のタンパク質であるヘモグロビンで同じ軟体動物のエガイから知られており、また一部の巨大ヘモグロビンの構成鎖にも存在するようであり、進化の過程において特定生物種群において遺伝子重複がおこってふたつのドメインをもつタンパク質ができたと考えられるので大変興味あることである。そこでそのアミノ酸配列を知るためにトリプシン消化で得られたペブチドのアミノ酸配列を決定した。今度トコブシミオグロビンのアミノ酸配列を決定した。今後トコブシミオグロビンのアミノ酸配列を更にくわしく調べる予定である。一方、同じ軟体動物トゲアメフラシ口球からミオグロビンを得ることにも成功したので、このミオグビンのあみ酸配列を決定しつつある。今のところ近縁のタツナミガイミオグロビンと比較すると146残基中23ケ所のアミノ酸に置換が認められた。このことからトゲアメフラシミオグロビンは通常型のミオグロビンであり、その置換数もおおむね妥当な値を示していると思われる。

今後このミオグロビンのアミノ酸配列を調べることによりより詳しい内容が明らかになるものと思われる。軟体動物からミオグロビンを得るため,今回マダカアワビ,クロアワビ,トコブシなどのアワビ類や二,三の巻貝について,その含量,材料入手手段等を検討した.その結果アワビ類は口球の筋肉にミオグロビンをかなり含有していることが判明した.そこでマダカアワビ(2.0kg)から口球とその周縁部を単離(20g)し,水抽出,硫安分画,ゲル濾過法を用いて10mgのミオグロビンを得ることができた.このミオグロビンはゲル濾過法,及びDTT還元下でのSDS電気泳動法で共に分子量35000程の単一バンドを示した.このことはマダカアワビ口球に含まれるミオグロビンがふたつのドメインをもつ分子量35000の単量体であることを示している.ヘモグロビンは単量体,二量体,四量体,巨大分子の存在が知られ,そのサブユニットも分子量17000のほか,無脊椎動物においては分子量35000(2ドメイン)やそれ以上のものも最近は知られている.しかし,ミオグロビンについては,我々の知るかぎりにおいては,そのサブユニットの分子量は17000程度であり,今回ミオグロビンとしてははじめてふたつのドメインをもつ分子量35000の分子が発見されたことになる.このことからすくなくとも無脊椎動物においてはミオグロビン分子はヘモグロビン分子と同じように多様な分子形態を持っていることが判明した.このことはミオグロビンとヘモグロビンは同じように分子進化してきているのか,またはこの両者は分子進化上では区別されないものであり,両者は表現型の違いを意味しているのかもしれない.軟体動物のもつミオグロビンのアミノ酸配列(一次構造)を知るために腹足綱前鰓類ミミガイ科のマダカアワビ及びトコブシは口部周囲の筋肉からミオグロビンを単離した。これらのミオグロビンはいずれもその分子量39KDaと既知の軟体動物のミオグロビンの2倍量を示し、ふたつのドメインを持っていると推定された。これは遺伝子重複の結果を生じたものと考えられる。このうちトコブシミオグロビンはそのヘム含量が40000g当り1モルと測定されたことから、ひとつのドメインはヘム結合能を失っていると判断された。またトコブシミオグロビンのリシルエンドペプチダ-ゼ消化によるペプチドは23本回収され、その部分アミノ酸配列が決定されたが、そのうち4本のペプチドが同じ軟体動物エガイのヘモグロビンと4060%程度の相同性があったが、それ以外はあまり類似性をもたず今まで知られている軟体動物からのヘモグロビン、ミオグロビンとはかなり置換が進んでいると推定された。一方、同じ軟体動物腹足綱に属するトゲアメフラシ口球からもミオグロビンを単離・精製することができたのでその全アミノ酸配列を決定した。このミオグロビンは146残基のアミノ酸で構成されており、近縁のアメフラシ類及びタツナミガイからのミオグロビンとはその配列はかなり(7384%の一致率)ホモロジ-が高かったが、二量体ミオグロビンであるフトヘナタリガイミオグロビンとはかなり違っていた。また、これらのアミノ酸残基の置換の量をもとに系統樹を作成した。トゲアメフラシはミオグロビンのアミノ酸配列からはアメフラシ類よりもタツナミガイにより近いという結果も得られた。
大規模臨床看護データと機械学習による重症を伴う転倒発生の予測手法開発に関する研究

2019年度は前年度までの研究を踏まえ、患者転倒・転落という事象を俯瞰的に分析し把握する事に主眼をおいた研究を実施した。転倒や転落は瞬間的に発生する事故であり、患者本人・家族・医療者による状況認識の違いに左右される事から、臨床現場においては曖昧に認識・分類されている概念である可能性がある。筆者らは、臨床現場のスタッフは転倒と転落を区別して認識できているのかどうかを実験的に検証するため、2,608件の転倒報告書と472件の転落報告書、計3,080件の文書を材料に、自然言語処理技術と機械学習手法(Support Vector MachineとDeep Learning)を用いて分類器の構築を試みた結果、好成績な分類器を構築することができなかった。この結果は転倒報告書と転落報告書は文書として区別できない、すなわち臨床現場のスタッフにおける、転倒と転落に関する認識が曖昧で区別されていない可能性を示唆すると考える。以上の内容を論文としてまとめ、国際看護情報学会(14th International Congress on Nursing Informatics)にてFull Paperとして発表した。また、日本転倒予防学会員とともに臨床現場における患者転倒のリスク評価に関する検討を行い、当該学会誌において論文として発表した他、日本リハビリテーション医学会の学会誌上にて臨床データの二次利用による患者転倒・転落に関する研究を総説論文を発表した。機械学習手法のひとつであるSupport Vector Machineを大規模臨床看護データに対して用いることにより、転倒リスクの高い入院患者を判別するモデルに関する研究を推進た結果、国内学会発表1件、査読付英語原著論文発表1件(印刷中、オンライン公開済み)の実績を得た。また診療現場で実装・使用してきた、転倒リスクの高い入院患者を判別するツールを使用する前後での、医療機関内での転倒数等の変化を分析した結果をまとめた論文を英語論文誌に投稿し、現在査読結果待ちの状態である。さらに本研究成果の一部を、一般の方にも理解しやすいような平易な内容として盛り込んだ記事を、転倒予防に関する一般向け書籍に分担執筆者として掲載の予定である。Support Vector Machineと大規模臨床看護データにによる転倒リスクの高い患者を判別するモデルの構築についてはいくつかの知見を得ることが出来たが、本研究で中心的な課題としている、重症を伴う転倒発生の予想についてはまだ目立った知見を得られていないため、引き続き手法の検討を行う。患者転倒リスク判別ロジックは、現場にとって本当に有用なのかどうかについて、電子カルテに実装した患者転倒リスク判別ツールの使用状況や患者データを使って検証を行った。患者毎の繰り返しレコードや病棟・診療科の入れ子構造における分析に適した、マルチレベルロジスティック回帰分析を採用し、調整変数に、患者の基本属性(年齢・性別)、病棟、診療科、看護必要度項目、等の、電子カルテ蓄積データを使用して分析を行った。その結果、ツールの電子カルテ実装前対実装後の転倒発生確率(287,272人日対285,843人日)は、オッズ比0.83(95% CI: 0.72-0.95)となり、転倒発生確率は統計的有意に低下した。また実装後期間におけるツール非使用患者対使用患者の転倒発生確率(142,252人日対143,691人日)は、オッズ比1.12 (95% CI: 0.91-1.37)となり、転倒発生確率は不変であった。導入後期間で転倒発生件数が減ったのはツールによる結果である可能性があるが、使用した後の状態の患者でも使用していない状態の患者でも転倒しやすさに差があると言えない事から、ツールによる効果ではなく「データに出てきていない現場の意識の変化や他の対策」のおかげである可能性があると考える。「データに出てきていない現場の意識の変化や他の対策」を拾えるようにするためには、行為の標準化と記録の標準化による可視化を進める事とデータ解析のために結果値のバリエーションを可能な限り集める事が必要と考える。また本研究の成果の一部を、一般向けの書籍として分担執筆した。重症を伴う転倒発生を予測するための有効な手法の開発自体に困難さが存在すると考えられ、今年度は予測手法が本当に有用なのかどうかについて検証を行った。元々の研究課題からすればやや傍流へと入った形ではあるが、研究結果がJournal of Nursing Care Quality.に原著論文として掲載され、ひとつの知見を創出することに成功したと考える。

また、日本転倒予防学会員とともに臨床現場における患者転倒のリスク評価に関する検討を行い、当該学会誌において論文として発表した他、日本リハビリテーション医学会の学会誌上にて臨床データの二次利用による患者転倒・転落に関する研究を総説論文を発表した。投稿中の論文への査読対応を進め、成果を世界に発信できるように努める。また国内学会において、同領域の実務者・研究者向けにも発信する予定だ。そして引き続き、重症を伴う転倒発生を予想できる手法の開発に向け、Deep Learingを初めとする機械学習手法の適用を検討する。現行のデータソースからの重症を伴う転倒発生を予測する手法の開発自体に引き続き若干の困難さが存在すると考えている。よって最終年度は、患者転倒・転落という事象を俯瞰的に捉える事に主眼をおいた研究を進める。すなわち、日本語で表現するところの転倒と転落は、臨床現場においてそもそもどのように区別されているのかを、インシデントレポート(転倒報告書)の自由記載文を分析することで明らかにする。臨床現場における区別・記述を分析することで、既存のデータソースに不足している情報は何かを明らかにすることを目指す。予定額を若干下回ったが、ほぼ予定通りに使用できたと考える。平成29年度もより適正な使用を心がけるようにしたい。(理由)一部学会参加を見合わせた事により差額が生じた。来年度もより適正な使用を心がけるようにしたい。(使用計画)国際学会2件への参加に充てる予定である。必要な書籍の購入や、研究結果報告等のための学会参加費用に充てる予定としている。
層状化合物における低振動数ラマンモードの測定

近年、新規物性の研究や高速電子デバイスへの候補として原子層複合材料が注目され、これらの物質の層間結合エネルギーや自由度を評価する手法が必要とされている。振動分光の一種であるマン分光において、励起レーザー光に近接した低振動領域を測定すると、共有結合よりも弱い分子間相互作用に由来する固有振動が観測され、原子層間結合力に関する情報を得ることができる。さらに偏光測定を顕微分光下で遂行することで、原子層構造の三次元的な柔らかさを評価することができる。本研究では、低振動数ラマン分光測定に偏光測定技術を組み合わせて、原子層複合材料という新規化合物群の物性に関する、包括的な基礎データを提供した。以下に主な成果を示す。(1)低振動数ラマン分光装置及びxyz3軸偏光顕微鏡の作製:高NAの顕微分光光学系の特徴を生かし入射偏光を制御することでz方向を含めた純度の高いxyz3軸偏光測を可能にした。このような3軸方向測定から、面内方向の滑りやひねり、面間方向の結合のエネルギー等に関する測定ができるようになった。(2)基板と原子層物質の相互作用: SiC基板上に成長させたグラフェンは基板との間に強い相互作用を形成していると言われており、実際にグラフェンの2Dバンドが他の基板(石英、サファイア、シリコン等)に比べて大きく高周波数シフトしている。しかし基板との結合、または強い相互作用に由来するピークは同定されていなかった。本研究では、低振動数ラマン分光及びz偏光測定を用いて、基板との相互作用に由来するラマンスペクトル成分を抽出することに成功した。(3)ヘテロ原子層物質の重なりの評価: MoS2-WS2ヘテロ構造において、同じ材質でありながら異なるフォトルミネッセンススペクトルを持つ2種の構造の低振動数ラマン分光を測定し、構造の違いが電子状態に与える影響を評価した。29年度が最終年度であるため、記入しない。低振動数ラマン分光は、ラマンシフト100cm-1以下のレイリー線近傍の波数域をターゲットにしたラマン分光法である。分子の骨格振動を観測する高振動数ラマン分光と比較して、低振動数ラマン散乱は分子間相互作用などの弱い結合に由来する振動モードを観測するところに特徴がある。原子層物質の層間相互作用は、これらの材料の電子物性に本質的な役割を果たすため、層数や積層多形を評価するのみならず、基板の影響や対称性の低い積層構造を評価することが重要であると考えられる。このような低振動数領域の相互作用は計算によって予測することが難しいだけに、実験による検証が求められている。本研究では、トリプル分光器およびVolume Bragg Gratingを用いて起光532 nmの励起レーザー光を用いて低振動数ラマン測定を行った。原子層化合物は2次元的に広い面積を有しており、支持台としての基板が不可欠である。原子層物質と基板の相互作用については、転写した場合には顕著な相互作用は認められていないが、CVD成長させたものなど作製方法によっては大きな影響を持つことが、報告されている。(1) SiCとグラフェンの相互作用:SiC上にCVD成長したグラフェンは、グラフェンのGバンドと2Dバンドが大きくシフトしていることが報告されており、基板との強い相互作用が指摘されている。本研究ではこの系を対象に低振動数ラマン分光測定を行なった結果、100 cm-1以下の波長域に顕著なピークは観測されなかった。従って従来の予想に反し、SiCとグラフェンの相互作用振動は存在しないか非常に微弱であることがわかった。(2)サファイアとWS2:サファイア上に成長したWS2は、成長条件によって基盤の結晶軸に対して固定された配向があることが観測されている。この系についても現在、低振動数測定によって評価を行なっている。研究代表者が学習院大学に異動になったため、実験条件を整えるのに時間を要した。しかし昨年12月以降、実験環境が整いはじめてから、安定した結果を得ることができるようになった。昨年9月の領域会議の際に多くの共同研究者に恵まれ、SiC上に成長したグラフェン(名古屋大学)、サファイア基盤上のWS2(九州大学)の提供を受けることができた。現在、一時間を超える長時間測定を可能にするため顕微鏡ステージ改良をすすめており、さらに質の高いデータを実験結果を得ることができるという感触を得ている。従って、本研究は概ね順調に進展していると考えている。

このような3軸方向測定から、面内方向の滑りやひねり、面間方向の結合のエネルギー等に関する測定ができるようになった。(2)基板と原子層物質の相互作用: SiC基板上に成長させたグラフェンは基板との間に強い相互作用を形成していると言われており、実際にグラフェンの2Dバンドが他の基板(石英、サファイア、シリコン等)に比べて大きく高周波数シフトしている。しかし基板との結合、または強い相互作用に由来するピークは同定されていなかった。本研究では、低振動数ラマン分光及びz偏光測定を用いて、基板との相互作用に由来するラマンスペクトル成分を抽出することに成功した。(3)ヘテロ原子層物質の重なりの評価: MoS2-WS2ヘテロ構造において、同じ材質でありながら異なるフォトルミネッセンススペクトルを持つ2種の構造の低振動数ラマン分光を測定し、構造の違いが電子状態に与える影響を評価した。前年度原子層物質であるWS2(サファイア基板)とグラフェン(SiC台)について基板との相互作用について測定を行なったところ、基板との相互作用を明確に理解するためには、ラマン分光測定の偏光の向きを制御する必要があることがわかった。薄膜からなる微細構造を顕微分光で評価するとき、試料を傾けることが困難であるため基板に平行な偏光成分(x,y)は測定できるが垂直成分(z)は観測することができない。原子層においては、面間距離が変化する方向の振動モードは観測できないことを意味する。ここで、顕微鏡の開口数(NA)が大きいとき空間光変調器を用いて入射偏光を制御することで、z偏光を有意に形成することができる。本年度は偏光操作技術を駆使して、面間相互作用を含めた全てのラマン振動モードを観測することに重点をおいて研究を推進する。(1)xyz3軸完全偏光測定:高NAの顕微分光光学系の特徴を生かして、入射偏光を制御することで、z方向を含めた純度の高いzyx3軸偏光測定を実現する。このような3軸測定から、面内方向のすべりやひねり、面間方向の結合エネルギー等に関して総括的な知見を得て、x線回折から得られる面間距離情報を補完する。(2)顕微分光測定による試料の局所的な評価:低振動数や偏光測定に加えて、顕微ラマン分光で試料の化学的な情報をイメージングする。不均一な試料とは、例えば欠陥が存在する場合や層構造が空間的に分布している場合である。(3)ヘテロ構造の低振動数ラマン測定:異なる2種類の原子層物質が、規則的に積層している系において、低振動数ラマン分光測定で面間相互作用を評価する。積層構造を変えていったとき、同種の原子層物質と類似の物性変化が観測されるか考察する。29年度が最終年度であるため、記入しない。
高分子溶液における水素-重水素同位体効果とキラル溶媒和

1.希薄溶液中での重水素化光学活性ポリ(ヘキシルイソシアナ-ト)のらせん形態側鎖であるヘキシル基のα-位あるいはβ-位の炭素に結合している水素原子の一つを重水素で置換し光学活性化したポリ(ヘキシルイソシアナ-ト)(α-PdHIC、及びβ-PdHIC)の希薄溶液中での旋光度を、高分子の分子量と温度の関数として測定した。得られた旋光度は重水素化位置、溶媒、分子量、及び温度に依存し、PdHICの分子形態がこれらの条件によって著しい影響を受けることが示された。Lifsonらは、ポリイソシアナ-トのモノマー単位が右らせん、左らせん、及びらせん反転という3状態を取るとしたモデルに基づく統計熱力学理論を提出した。同理論による上実験結果のフィッティングより、理論中に含まれるモノマー当りの左右らせんの自由エネルギー差は高々数cal/mol、らせん反転の自由エネルギーは3000cal/mol以上と決定された。前者の小さい値は重水素一原子の置換がモノマーの構造に与える影響が非常に小さいことを示している。これに対して後者の大きい値はらせん反転が起こりにくいことを示しており、その結果小さい左右らせんのエネルギー差が加算されて、高分子全体では左右のらせん数に大きな差を生ずる。このような協同性によって重水素化ポリイソシアナ-トのらせん形態は温度・分子量に強く依存する。2.液晶中でのポリイソシアナ-トのらせん形態光学不活性なポリ(ヘキシルイソシアナ-ト)(PHIC)は左右らせんのラセミ混合物として溶液中に存在する。この高分子の濃厚溶液は、ある濃度以上でネマチック液晶を形成するが、これに光学活性な低分子物質、あるいはヘキシルイソシアナ-トとある光学活性なイソシアナ-トのランダム共重合体を少量添加すると系はネマチック液晶からコレステリック液晶に変化した。この変化光学活性物質との不斉な相互作用により、PHICの左右らせんの存在比が1:1からずれたことを示している。光学活性なイソシアナ-ト共重合体によって誘起されたコレステリックらせんのピッチは、PHICと共重合体の濃度を一定にしておくと、共重合体中の光学活性なイソシアナ-トの組成にはほとんど依存しなかった。この結果は希薄溶液中でのイソシアナ-ト共重合体の旋光度(即ちらせん形態)が共重合体組成に依存する事実と対照的である。液晶中では鎖の折れ曲がりを生じるらせん反転が排除される傾向にあるため、いずれの組成のイソシアナ-ト共重合体も液晶中ではらせん反転を持たない完全らせんの状態にあると考えれば、上述のコレステリックピッチが共重合体組成に依存しない実験事実を説明できる。3.重水素化シゾフィランの側鎖に関する秩序-無秩序転移挙動3重らせん多糖であるシゾフィランは水溶液あるいは重水溶液中で側鎖が関係すると考えられるある秩序-無秩序転移を起こす。(この転移に主鎖の3重らせん構造は関係しない。)この秩序状態は重水中の方が軽水中よりも数度高温まで安定であり、顕著な同位体効果を呈する。このことよりこの秩序-無秩序転移には水分子が関係していることが分かる。今回新たにシゾフィラン側鎖のある部位に重水素を導入したところ、やはり秩序状態が数度安定化され、転移曲線は幾分幅広くなった。これはこの秩序-無秩序転移にシゾフィラン側鎖が確かに関与していることを示している。重水素化部位と転移の安定性の関係を更に詳細に調べ、シゾフィランの秩序状態をより明確にすることが今後の課題である。

この高分子の濃厚溶液は、ある濃度以上でネマチック液晶を形成するが、これに光学活性な低分子物質、あるいはヘキシルイソシアナ-トとある光学活性なイソシアナ-トのランダム共重合体を少量添加すると系はネマチック液晶からコレステリック液晶に変化した。この変化光学活性物質との不斉な相互作用により、PHICの左右らせんの存在比が1:1からずれたことを示している。光学活性なイソシアナ-ト共重合体によって誘起されたコレステリックらせんのピッチは、PHICと共重合体の濃度を一定にしておくと、共重合体中の光学活性なイソシアナ-トの組成にはほとんど依存しなかった。この結果は希薄溶液中でのイソシアナ-ト共重合体の旋光度(即ちらせん形態)が共重合体組成に依存する事実と対照的である。液晶中では鎖の折れ曲がりを生じるらせん反転が排除される傾向にあるため、いずれの組成のイソシアナ-ト共重合体も液晶中ではらせん反転を持たない完全らせんの状態にあると考えれば、上述のコレステリックピッチが共重合体組成に依存しない実験事実を説明できる。3.重水素化シゾフィランの側鎖に関する秩序-無秩序転移挙動3重らせん多糖であるシゾフィランは水溶液あるいは重水溶液中で側鎖が関係すると考えられるある秩序-無秩序転移を起こす。(この転移に主鎖の3重らせん構造は関係しない。)この秩序状態は重水中の方が軽水中よりも数度高温まで安定であり、顕著な同位体効果を呈する。このことよりこの秩序-無秩序転移には水分子が関係していることが分かる。今回新たにシゾフィラン側鎖のある部位に重水素を導入したところ、やはり秩序状態が数度安定化され、転移曲線は幾分幅広くなった。これはこの秩序-無秩序転移にシゾフィラン側鎖が確かに関与していることを示している。重水素化部位と転移の安定性の関係を更に詳細に調べ、シゾフィランの秩序状態をより明確にすることが今後の課題である。
複合アニオン化合物のアニオン配列と物性制御に関する基礎研究

本研究では圧力をパラメーターとして複合アニオン化合物のアニオン配列と物性を制御するために、合成条件、組成、構造と物性との相関を明らかにし、固体化学的知見を得ることを目的とした。平成30年度は平成28年度、平成29年度に引き続き、既知のA2MPO4F(A=Li, Na, M=遷移金属)化合物について、高圧合成の条件を検討し、相関係を調べた。またMg系のフルオロリン酸塩についても高圧合成により、高圧相の有無を調べた。Mg系のフルオロリン酸塩は固相法により合成した。得られた試料を金カプセルに封入し、キュービックマルチアンビル型高圧装置を用いて、3 -7.5GPa, 600 °Cまたは1100 °Cで焼成を行った。3GPaで焼成した場合、焼成温度の上昇に伴い格子定数の変化や結晶性の増加が確認されたが、構造変化に由来するX線回折パターンの変化は見られなかった。一方で7.5 GPaで焼成した場合、回折パターンのブロードニングおよび強度比や反射の位置などの回折パターンの変化が見られた。これらの結果から、7.5 GPaでは圧力による相変化が生じていることが示唆された。本研究によりA2MPO4F化合物については金属イオンの違いにより、相変化挙動が大きく異なり、一部の化合物では常圧相やこれまで知られている高圧相とは異なる相が高圧下で存在することが示唆された。Mn2VO4Fについては、水熱合成の温度条件が生成の主な因子になっており、合成温度の違いによりアニオン配列が不規則になることが分かった。また、Mn2VO4Fの複雑なアニオンの配列は磁気フラストレーションを引き起こし、スピンのキャントによる弱強磁性的な挙動が出現することが明らかとなった。平成28年度は既知のA2MPO4F (A=Li, Na, M=遷移金属)化合物について、高圧合成の条件を検討し、相関係を調べた。Na2CoPO4Fについて、これまでに3 GPa, 600°Cで高圧相に転移することを明らかにしてきた。その際、さらに高い圧力で別の高圧相が存在する可能性が示唆されたため、より高い圧力下でNa2CoPO4Fの相関係について調べた。7.5 GPa, 600 °Cで高圧合成した試料では、3 GPaとは異なるXRDパターンが得られた。また、3 GPaのパターンと比べて反射がブロードになった。XRDパターンの特徴から当初はα-NaFePO4とNaFが生成したと考えられた。反射がブロードであることおよびα-NaFePO4とNaFの平均体積が3 GPaで得られるNa2CoPO4Fの高圧相より大きいことから、より高圧で安定相が存在し、減圧時に高圧安定相が不安定になることで相転移が進行したと考えられる。一方、7.5 GPa, 1000 °Cで合成を行ったところ、得られたXRDパターンは7.5 GPa, 600 °Cの試料のものと反射位置が一致し、反射はシャープになった。このことから得られた相は減圧に伴う高圧相の分解により生成した相ではなく、7.5 GPaでの安定相であることが明らかとなった。本研究では圧力をパラメーターとして複合アニオン化合物のアニオン配列と物性を制御することを目的に、圧力、温度、組成とA2MPO4F (A=Li, Na, M=遷移金属)化合物の相関係との相関について調べた。平成28年度は複数のA2MPO4F化合物について、温度、圧力など高圧合成の条件を検討し、新規相の探索および圧力下での相関係を調べた。3-7.5 GPa, 600-1200 °Cの条件でA2MPO4F化合物の高温高圧処理を行った。得られた試料についてX線回折測定を行った結果、金属イオンの違いにより、相変化挙動が大きく異なることが明らかとなった。一部の化合物では常圧相やこれまで知られている高圧相とは異なる相が高圧下で存在することが示唆された。今後、X線回折測定およびエネルギー分散型X線分析装置を用いた組成分析により、相の同定を行う。また、高圧下でA2MPO4F化合物の分解により生成したリン酸塩についても、温度、圧力条件の変化により、これまでに報告されていない相が見られた。金属イオンの違いによる相変化挙動の違いについては今後検討する。また、異なる組成の化合物についても予備実験を進めている。以上のことから研究は概ね順調に進展していると考えられる。平成29年度は平成28年度に引き続き、既知のA2MPO4F(A=Li, Na, M=遷移金属)化合物について、高圧合成の条件を検討し、相関係を調べた。またMn2VO4Fについて、水熱合成を行い、得られた相の構造、物性について調べた。Mn2VO4Fは水熱法により合成した。

原料にNH4F, (CH3COO)2Mn・4H2O, V2O5を用い、200 °C、2週間の条件で合成を行った。その結果、数百マイクロメートルサイズのオレンジ色のMn2VO4F結晶および茶色のMn2V2O7結晶が得られた。原料にNaFを用いた場合でも同様にMn2VO4Fが得られたことから、Mn2VO4Fの合成には合成温度が重要なパラメーターであることが分かった。単結晶構造解析の結果、Mn2VO4Fはトリプライト型構造を取り、VO4四面体とMn(O,F)多面体が[101]方向と[010]方向に三次元的に連なった骨格構造を形成していた。これは既報の580°Cの高温で合成されたMn2VO4Fの構造と同じであった。一方でフッ化物イオンの位置に関しては違いが見られ、不規則配列したフッ化物イオンが[001]方向にジグザグ鎖を形成していた。よって、水熱合成条件の違いによりアニオンの配列に違いが生じることが明らかとなった。MnVO4Fの磁化率測定および磁気測定の結果、30 K以下で急激な磁化率の増加と強磁性的な挙動が観測された。キュリー・ワイスフィッティングの結果、磁気的相互作用は反強磁性であったことから、強磁性的な挙動は超交換相互作用に関係するアニオンの種類の違いやフッ化物イオンの不規則配列により生じたフラストレーションに起因するスピンのキャントによるものと考えられる。よって、本研究では水熱合成条件の違いによりMn2VO4Fのアニオン配列に変化が見られ、磁性に影響することが明らかとなった。本研究では圧力をパラメーターとして複合アニオン化合物のアニオン配列と物性を制御することを目的に、圧力、温度、組成とA2MPO4F (A=Li, Na, M=遷移金属)化合物との相関係との相関について調べた。平成29年度は平成28年度に引き続き、複数のA2MPO4F化合物について、温度、圧力など高圧合成の条件を検討し、新規相の探索および圧力下での相関係を調べた。また、Mn2VO4Fについて、水熱条件を検討し、構造と物性との相関を調べた。A2MPO4F化合物については金属イオンの違いにより、相変化挙動が大きく異なることが明らかとなった。一部の化合物では常圧相やこれまで知られている高圧相とは異なる相が高圧下で存在することが示唆された。また、Na2MPO4F化合物については、7.5GPaの高圧下ではNaFとリン酸塩に分解する傾向があることが明らかとなった。また、高圧下でA2MPO4F化合物の分解により生成したリン酸塩についても、温度、圧力条件の変化により、これまでに報告されていない相が見られた。Mn2VO4Fについては、水熱合成の温度条件が生成の主な因子になっていることが明らかになった。また、合成温度の違いによりアニオン配列が不規則になることが分かった。また、Mn2VO4Fの複雑なアニオンの配列は磁気フラストレーションを引き起こし、スピンのキャントによる弱強磁性的な挙動が出現することが明らかとなった。以上のことから研究は概ね順調に進展していると考えられる。本研究では圧力をパラメーターとして複合アニオン化合物のアニオン配列と物性を制御するために、合成条件、組成、構造と物性との相関を明らかにし、固体化学的知見を得ることを目的とした。平成30年度は平成28年度、平成29年度に引き続き、既知のA2MPO4F(A=Li, Na, M=遷移金属)化合物について、高圧合成の条件を検討し、相関係を調べた。またMg系のフルオロリン酸塩についても高圧合成により、高圧相の有無を調べた。Mg系のフルオロリン酸塩は固相法により合成した。
珪肺症をモデルとした環境要因に対する高感受性集団の分子生物学的解析

長年、遂道工事にたずさわり、遊離珪酸に暴露されたヒト集団中に珪肺症に感受性を示す群と、抵抗性を示す群とが存在する。高感受性集団を他から区別している宿主の側の遺伝要因を明らかにすることを目的として、従来の研究により硅肺症患者と特定のHLAあるいは補体第4成分(C4)の対立遺伝子との強い相関を明らかにした。今年度は、硅肺症に感受性を示すHLAをDNAレベルで解析し、その特徴を明らかにした。硅肺症患者49名および健康対照132名の白血球よりDNAを抽出し、そのDQAおよびDQB遺伝子の第2エクソン部分をPCR法により増幅した。すでにクロ-ニングされた多数のDQ対立遺伝子の塩基配列の解析をもとにして、各対立遺伝子に特異的な塩基配列に対応するオリゴヌクレオチドを合成した。これを^<32>Pで標識した後に、プロ-ブとして検体のDQ遺伝子とハイブリダイズし、DQ対立遺伝子をDNAレベルで同定した。その結果、従来の研究成果を総合するとHLA-B_W54-DR4-D_W15-DQA1*0301-DQB1*0401-DQ_W4が疾患感受性ハプロタイプであり、HLA-B_W52-DR2-D_W12-DQA1*0103-DQB1*0601-DQ_W6が疾患抵抗性ハプロタイプであることが明らかとなった。
シャノン限界を目指した超長距離・大容量コヒーレント光伝送システムの研究

ナイキスト波長分割多重技術は,帯域がシンボルレートに等しい矩形状光信号スペクトルを,隙間なく波長軸上に配置する方式である。これによって1symbol/s/Hzの周波数利用効率が実現できる。本課題では,ナイキスト波長分割多重・偏波多重QAM光信号の発生,伝送,復調に関する研究を行った。シンボルレート10Gsymbol/sにおいて10GHz帯域の矩形状光スペクトルを有する4QAM,16QAM,64QAM偏波・波長多重光信号を発生させ,これらの信号を復調する技術を確立した。現在実用化されている光ファイバ通信システムでは,光強度のみが変調パラメータとして利用されているにすぎない。しかし,その究極的な性能限界を追求するには,情報を搬送する光電界複素振幅の持つ全ての情報,すなわち,振幅,位相および偏波を駆使することが不可欠である。本研究では,デジタルコヒーレント光受信器を中核として,多値光変復調ならびに偏波多重技術,適応等化や誤り訂正符号などのデジタル信号処理技術を用いて,1,000km超級の超長距離光伝送システムにおいて,情報理論的限界であるシャノン限界にせまる光周波数帯域利用効率の実現を目指す。今年度,多値光変調技術に関しては,デジタル信号処理技術を用いてナイキスト限界までスペクトルを狭窄化した多値電気信号によりLiNbO_3光直交振幅変調器を駆動し,狭スペクトル幅QPSK光変調信号を発生させ,その符号誤り率測定に成功した。また,受信器に導入するデジタル信号処理技術に関して,非同期サンプリングされた信号からの,FIRフィルタを用いたクロック抽出特性を明確化した。さらにクロック抽出と同時に,偏波アラインメント,信号等化が可能となることを示した。次に,光ファイバの非線形光学効果に起因する非線形的な信号劣化に関する検討を行った。偏波・波長多重多値変調光信号に対して,自己位相変調,相互位相変調(偏波間,波長間)による信号劣化を,シミュレーションにより明らかにした。これらの非線形劣化のうち,自己位相変調および偏波間相互位相変調を低減する信号処理アルゴリズムを開発した。ナイキスト波長分割多重技術は,帯域が符号速度周波数の矩形状光スペクトルを有する光信号をギャップなく波長軸上に配置する方式である。これによって1symbol/s/Hzの周波数利用効率が実現される。本研究では、ナイキスト波長分割多重・偏波多重QAM光信号のビット誤り率特性を実験的に評価し,以下の成果をあげた。(1)ディジタル信号処理(DSP),ディジタル・アナログ変換器(DAC),IQ光変調器を用いて,符号速度10Gsymbol/sにおいて10GHz帯域の矩形状光スペクトルを有する4QAM,16QAM,64QAM光信号を発生させた。(2)そのQAM信号2チャネルを波長多重し,クロストーク特性を明らかにした。10GHzの周波数チャネル間隔において,4QAMではパワーペナルティは確認されなかった。16QAMおよび64QAMでは,それぞれ,1dBおよび2dBのパワーペナルティが示された。これらの劣化は,時間インターリーブDACのチャンネル不整合により生じる,受信信号のスプリアススペクトルによるものであることがわかった。コヒーレント光受信器は光電界の全ての情報を保持できるので,受信信号のディジタル信号処理により,送受信および伝送によって生じる信号劣化の補償が可能となる。本研究では,多値光変調信号の超長距離伝送を目的として,あらゆる多値変調方式に対応できる復調アルゴリズムの提案を行い,計算機シミュレーションおよび実験により,これらのアルゴリズムの有効性を検証した。第一に,零次の有限インパルス応答(FIR)フィルタと判定指向型最小二乗平均(DD-LMS)アルゴリズムに基づく新たな位相推定器を提案した。本位相推定器は,位相雑音と周波数オフセットによる位相変動を分離して推定することにより,高い周波数オフセット耐力が実現できる。本手法の有効性は,計算機シミュレーションおよび実験によって確認された。第二に,線形歪み補償のための,DD-LMSアルゴリズムに基づく新たなFIRフィルタ構成を提案した。本構成を用いることにより,低速な線形歪みを除去する線形等化器と高速な位相変動を除去する位相推定器の適応操作を分離し,それぞれを安定に動作させることが可能となる。また本手法は,全ての適応過程にDD-LMSアルゴリズムを使用しているため,あらゆる多値変調方式に容易に適用できるという特長を持つ。計算機シミュレーションおよび実験によって,位相雑音および周波数オフセットが存在しても,提案手法は安定に動作することを確認した。第三に,ハードウェア実装に適した新たなカー効果補償器を提案した。スプリットステップを周波数領域で並列展開することにより,高シンボルレートの信号に生じたカー効果歪みを,並列処理によって除去する補償方式を提案した。計算機シミュレーションによって,本手法は分散管理光ファイバ伝送路における多値光変調信号の伝送可能距離を飛躍的に延長できることを確認した。判断の理由は以下の通りである。(1)オフセット周波数は手動で調整してはいるが,ナイキストWDM偏波多重QAM光信号のビット誤り率特性を,実験的に評価することができた。

デジタル信号処理回路,デジタル・アナログ変換器,IQ光変調器によって,10GHz帯域の矩形状光スペクトルを有する10Gsymbol/s偏波多重QAM光信号を,周波数間隔10GHzで周波数多重する技術が確立された。(2)さらに,back-to-backおよび伝送実験により,ナイキストWDM偏波多重QAM光信号のビット誤り率特性を劣化させる原因を,かなりの程度解明することができた。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後の研究の方針は以下の通りである。(1)ナイキストWDM信号の波長分離特性は,オフセット周波数の影響を受けることが明らかになった。今後はオフセット周波数を推定・補償するアルゴリズムを整備する。(2)次に,キャリア位相揺らぎ,周波数オフセットが存在する環境下で,ナイキストフィルタリングを行うアルゴリズムを開発し,受信器に実装する。具体的には,(1)で推定した周波数オフセットを用いて,周波数領域でのナイキストフィルタの中心周波数をシフトさせる手法を検討する。(3)ナイキストWDM信号の伝送特性は,光ファイバの非線形性により劣化する。非線形効果の影響を,シミュレーションおよび伝送実験により評価する。さらに非線形効果を補償する効率的なアルゴリズムを検討する。
高性能シランカップリング剤のナノ・レベルでの開発

コンポジットレジンは異種材料により構築される複合材料であり,フィラー,シランカップリング層,マトリックスレジンの各相の構造および物性がコンポジットレジンの変形および破壊現象に大きな影響を与えている。前年度に確立したフィラー洗浄方法がシランカップリング剤のフィラー表面の吸着量を増大させた。本年度は試作コンポジットレジンを作製し,ダイアメトラル引張り試験およびビッカース硬さ試験法を用い,コンポジットレジンの長期耐久性を検討した。今回のダイアメトラル引っ張り試験の結果より,試作コンポジットレジンの初期物性およびサーマルサイクリングによる温度負荷試験5000回に関して,統計学的に有意差は認められなかったが,ザーマルサイクリング10000回においては実験群における引張り強さは38.5±4.2MPaであり,対照群である28.8±4.0MPaと比較して有意差が認められた(p<0.05)。本実験で用いたフィラー表面洗浄法はフィラーとマトリックスレジン界面での構造欠陥の原因の1つと考えられる表面汚染物質除去として優れており,それに伴うフィラー表面のSi-OH基数の増加,すなわち,フィラーとシランカップリング剤との間に形成されるシロキサン結合の増加により,フィラーとマトリックス界面における理想の結合を獲得できる可能性が示唆され,高強度のコンポジットレジンを作製していく上で有用であると考えられる。現在用いられている歯科用コンポジットレジンはフィラーとメタクリレート系等のレジンから成る複合材料であり、両者の界面における親和性および結合性の良否がコンポジットレジンの機械的性質に大きな影響を与えることが知られている。しかし、フィラー・マトリックス界面に介在するシランカップリング剤は水の侵入によって加水分解し、劣化を招くことが多数報告されている。故に、長期耐久性に優れた新規シランカップリング剤を理論に裏打ちされた設計をするために、フィラー配向側に官能基を1つしか持たずおよびフッ素を指標元素とできるシランカップリング剤、単分子結晶ガラスプレートを用い、X線光電子分光分析装置(XPS)にてシランカップリング剤とフィラーとの接着メカニズムの検討を行った。ガラスプレート表面洗浄を行った場合、未処理と比較して約2倍のシランカップリング剤がガラス表面と結合していた。これは洗浄により、汚染で覆われていたシラノール基の露出およびシリル基が酸化によりシラノール基へと変化したことによると考えられる。このことにより、フィラー表面のシラノール基がシランカップリング剤との結合に重要な役割を果たしていることが確認された。フイラー表面改質に焦点を絞り、シラノール基の数の増加を目的とする特定薬剤の検討も今後の課題の1つであることが明らかとなった。また、現在実際のシラノール基の数を数式を用い検討中である。吹年度はこの基礎的知見をもとに高性能シランカップリング剤の試作、具体的には官能基の種類および数等を検討。さらに試作コンポジットレジンを用い、劣化試験を行う。今回のダイアメトラル引っ張り試験の結果より,試作コンポジットレジンの初期物性およびサーマルサイクリングによる温度負荷試験5000回に関して,統計学的に有意差は認められなかったが,サーマルサイクリング10000回においては実験群における引張り強さは38.5±4.2MPaであり,対照群である28.8±4.OMPaと比較して有意差が認められた(ρ<O.05)。