hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
胃粘膜上皮細胞の新たな機能:スーパーオキシド・アニオンの産生とその生理的役割の解明

Helicobacter pylori(H.pylori)と胃粘膜表層粘液産生細胞との相互作用の分子機構を明らかにすることは、胃炎・胃潰瘍ならびに胃癌の病因を理解する上で極めて重要である。本研究では、この相互作用を媒介するシグナル分子が活性酸素スーパーオキシド・アニオンであることを見出し、その産生系の分子同定ならびに病態生理学的役割ついて検討し以下の結果を得た。1.胃粘膜粘液細胞に発現するスーパーオキシド・アニオン産生系は、非貪食細胞特異的な新規Mox1オキシダーゼであることを分子レベルで同定した。2.H.pylori生菌、培養上清、およびリポポリサッカリドはMox1オキシダーゼを誘導し、スーパーオキシド・アニオン産生を飛躍的に増大させた。3.胃粘膜表層粘液産生細胞が産生する定常レベルのスーパーオキシド・アニオンは、胃粘膜細胞自身の増殖を刺激し、自発的なアポトーシスを抑制した。4.H.pyloriリポポリサッカリドにより産生が増大したスーパーオキシド・アニオンは転写因子NF-κBの持続的な活性化を誘導し、胃粘膜細胞のアポトーシスを強く抑制した。Helicobacter pylori(H.phlori)と胃粘膜表層粘液産生細胞との相互作用の分子機構を明らかにすることは、胃炎・胃潰瘍ならびに胃癌の原因を理解する上で極めて重要である。本年度は、この相互作用を媒介するシグナル分子を検索し、胃粘膜粘液細胞は、活性酵素スーパーオキシド・アニオンを自発的に産生しその産生量は活性化マクロファージを凌ぐほど多量である、という胃粘膜粘液細胞のもつ新たな機能を見出した。さらに、スーパーオキシド・アニオンの産生系およびその生理的役割について検討し、以下に示す結果を得た。1.胃粘膜粘液細胞に発現するスーパーオキシド・アニオン産生系は、貪食細胞のNADPHオキシダーゼと酷似するが、その活性制御機構は異なること。2.H.pylori生菌、培養上清、およびリポポリサッカリドによりスーパーオキシド・アニオンの産生は飛躍的に増大すること。3.H.pyloriリポポリサッカリドによるスーパーオキシド・アニオンの産生増大は、NADPHオキシダーゼの誘導を介して起こること。4.H.pylori感染に伴い産生が増大したスーパーオキシド・アニオンはオートクリン・パラクリン的に胃粘膜粘液細胞に作用して、転写因子NF-κBの持続的な活性化を誘導すること。今後は、胃粘液細胞のNADPHのオキシダーゼを構成する因子の分子レベルでの同定とH.pyloriによるNADPHオキシダーゼ活性化のin vivoでの検討を行う予定である。昨年度、この相互作用を媒介するシグナル分子が活性酸素スーパーオキシド・アニオンであることを見出したので、本年度はスーパーオキシド・アニオン産生系の分子同定ならびにスーパーオキシド・アニオン産生の病態生理学的役割ついて検討し、以下の結果を得た。2.胃粘膜表層粘液産生細胞が産生する定常レベルのスーパーオキシド・アニオンは、胃粘膜細胞自身の増殖を刺激し、自発的なアポトーシスを抑制した。3.H.pyloriリポポリサッカリドにより産生が増大したスーパーオキシド・アニオンは転写因子NF-κBの持続的な活性化を誘導し、胃粘膜細胞のアポトーシスを強く抑制した。
現生人類頭蓋形態に関する世界的データベース作成-現生人類の起源の解明に向けて-

本研究では、現生人類集団に関する世界最大級の頭蓋形態データベースを作成することにより、現生人類の地理的変異、特異性、ならびに多様性を明らかにし、その進化過程を考察することを直接の目的とする。4年間の研究期間中、アメリカ合衆国のアメリカ自然史博物館(ニューヨーク)、フィールド博物館(シカゴ)に出張し、世界各地域の集団について、調査を行った。調査内容は、頭蓋及び歯の計測、非計測的データ収集である。この調査により、現在構築中の頭蓋形態データベースには世界の300集団以上が含まれ、総個体数は18000個体ほどのものとなった。しかし、集団によってはまだ個体数が少なく、統計学的信頼性は低いので、今後とも調査を実施する必要がある。分析に関しては、従来、多くの研究者が実施してきたmodel-freeと呼ばれる多変量解析法に対して、model-bound法とよばれる、一種のシミュレーション的な分析法、すなわち、集団の大きさ(人口)や移動、混血、あるいは形態の遺伝率を考慮した新しい分析法のコンピュータプログラムを組み、予備的な分析を行った。その結果、アフリカ集団の過去の人口が他地域に比べて多くなければ今日のアフリカ諸集団に認められる大きな変異を説明できないことが示唆され、また、この仮定に基づいて分析すると、形態においても遺伝的分析と類似した結果が得られることが明らかとなった。総合的に判断し、現生人類の起源に関してはアフリカ単一起源説で説明可能であり、また、形態学的にも、アフリカ単一起源説を支持することができる。本研究では、現生人類集団に関する世界最大級の頭蓋形態データベースを作成することにより、現生人類の地理的変異、特異牲、ならびに多様性を明らかにし、その進化過程を考察することを直接の目的とする。平成14年度はアメリカ合衆国のAmerican Museum of Natural History(ニューヨーク市)に6週間出張し、そこに保存されている頭蓋について、調査を行った。14年度の調査集団は、エスキモー(アジア、アラスカ、カナダ、グリーンランド)、アメリカ先住民(ニューヨーク、アリゾナ、ユタ、メキシコ、パタゴニア、コロンビア、チリ、その他)、東アジア(中国、朝鮮、タイ、インドシナ、ティモール、その他)、中東(トルコ、キプロス島、シリア、ヨルダン、イスラエル、その他)、サハラ以南アフリカ(南アフリカ、ケニア、タンザニア、ナイジェリア、その他)で、総計約1000個体からデータを収集し、データベース化した。この調査により、現在構築中の頭蓋形態データベースには世界の300集団以上が含まれ、総個体数は15000個体ほどのものとなった。分析に関しては、従来、多くの研究者が実施してきたmodel-freeと呼ばれる多変量解析法に対して、model-bound法とよばれる、一種のシミュレーション的な分析法、すなわち、集団の大きさ(人ロ)や移動、混血、あるいは形態の遺伝率を考慮した新しい分析法のコンピュータプログラムを組み、予備的な分析を行った。その結果、アフリカ集団の過去の人口が他地域に比べて多くなければ今日の亜振り諸集団に認められる大きな変異を説明できないことが示唆され、また、この仮定に基づいて分析すると、形態においても遺伝的分析と類似した結果が得られることが明らかとなった。平成15年度はアメリカ合衆国のAmerican Museum of Natural History(ニューヨーク市)に4週間半出張し、そこに保存されている頭蓋について、調査を行った。15年度の調査集団は、南アジア(インド、スリ・ランカ、アフガニスタン)、東南アジア(マレー)、ヨーロッパ(ユーゴスラビア、ハンガリー、ポーランド、オーストリア)、メラネシア(ビスマルク諸島)及びサハラ以南アフリカ(ケニア、タンザニア、その他東アフリカ地域集団)で、総計約1000個体からデータを収集し、データベース化した。この調査により、現在構築中の頭蓋形態データベースには世界の300集団以上が含まれ、総個体数は16000個体ほどのものとなった。

しかし、集団によってはまだ個体数が少なく、統計学的信頼性は低いので、今後とも調査を実施する必要がある。分析に関しては、従来、多くの研究者が実施してきたmodel-freeと呼ばれる多変量解析法に対して、model-bound法とよばれる、一種のシミュレーション的な分析法、すなわち、集団の大きさ(人口)や移動、混血、あるいは形態の遺伝率を考慮した新しい分析法のコンピュータプログラムを組み、予備的な分析を行った。その結果、アフリカ集団の過去の人口が他地域に比べて多くなければ今日のアフリカ諸集団に認められる大きな変異を説明できないことが示唆され、また、この仮定に基づいて分析すると、形態においても遺伝的分析と類似した結果が得られることが明らかとなった。本研究では、現生人類集団に関する世界最大級の頭蓋形態データベースを作成することにより、現生人類の地理的変異、特異性、ならびに多様性を明らかにし、その進化過程を考察することを直接の目的とする。平成16年度はアメリカ合衆国のField Museum(シカゴ市)に4週間出張し、そこに保存されている頭蓋について、調査を行った。調査内容は、頭蓋及び歯の計測、非計測的データ収集である。15年度の調査集団は、オーストラリア、メラネシア、ヨーロッパ、中近東、及びサハラ以南アフリカ(ケニア、タンザニア、その他東アフリカ地域集団)で、総計約1000個体からデータを収集し、データベース化した。この調査により、現在構築中の頭蓋形態データベースには世界の300集団以上が含まれ、総個体数は17000個体ほどのものとなった。平成17年度は最終年度として、アメリカ合衆国のアンカレッジに1週間出張し、エスキモー等極北集団の頭蓋について、調査を行った。
参加型アプローチの可能性と制約：ジャワの森林コンフリクトを通した検証

本研究は,2000年前半にジャワ島を席巻した森林破壊の対策として導入された住民共同森林管理(PHBM)を対象に,その成果を検証することを目的としている.調査地として,植林樹種の中で最も経済的価値が高く,したがって被害も大きかったティーク人工林の中核地帯を選び,林業公社東ジャワ管区のS営林署において資料収集および世帯調査を実施した.後者の対象としては,PHBMの受け皿組織である住民組織(LMDH)の評価の低いB村と高いW村の2村を選定した.結果として,PHBMに違法行為の抑止力や森林再生への動機を期待することは難しく,W村では高い出稼ぎ率が国有林に対する圧力を軽減している可能性が示唆された.林業公社中ジャワ営林局およびその管区の4営林署において資料および情報収集を主体とする予備調査を実施した.前者については,営林署レベルの年次報告書,統計書,および住民共同森林管理(PHBM)の実施機関である森林村住民組織(LMDH)のデータベースを収集した.その結果,FSC認証を取得している2営林署のドキュメンテーションがたいへんよいのに比して,認証を受けていない2営林署では,直近の年の資料しか保管されていないことがわかった.後者の1営林署で,違法開墾が行われている現場のうち,国営企業のゴム園とチーク造林地が隣接している現場を訪れたところ,住民がゴム園には干渉せず,専ら国有林を開墾していることがわかった.住民に対する予備的な調査を行ったところ,販路のないゴムは伐っても収入をもたらさないのに対し,チークは現金収入をもたらすため,まずチークを違法伐採し,跡地の有効利用として開墾を行ってきたことが示唆された.他方,東ジャワ州マディウン市にある林業公社の人的資源教育研修センターを訪問し,森林官の研修システムと人事システムについて,インタビューと二次資料により情報を収集した.林業公社においては,体系的な森林官研修システムが確立しており,現在のカリキュラムには,林業公社の住民対策の柱であるPHBMや,コンフリクト・マネジメントについての内容も含まれていることが確認された.林業公社の森林経営に関わる末端組織は,生産に特化した組織と,森林管理を担う組織からなり,従来は後者に対して警察権が付与され,違法行為の取り締まりが主たる活動であったが,その組織がPHBMのインターフェースに転用されていることが示唆された.その際に研修カリキュラムの果たした役割について明らかにすることが,次年度以降の課題の一つとなった.ジャワ島における調査について,調書では夏季休業期間中にまとまった時間をかけて予備調査と本調査を一度に実施する計画であったが,初夏になってようやく示達があった.インドネシアにおける調査許可の取得に際しては,カウンターパートや在外公館における事前の手続きを経たのち科学技術省に申請を行う.その後の審査や調査活動資格を有する査証取得にも,順調な場合でもさらに約3ヶ月を要するため,夏季休業中には本調査を実施できない見込みとなった.そこで年度内には,調査許可の不要な予備調査のみを実施することとし,本調査を次年度に先送りした.予備調査では,計画調書に従い中ジャワ州のチーク林地帯に焦点を当て,4営林署をまわって営林署統計,年次報告書,および内部資料であるデータベースの収集を行った.その結果,本申請課題の研究対象である住民森林管理(PHBM)について,必ずしもデータベースが完備されているわけではないことがわかり,次年度の計画をさらに修正する必要が生じた.本研究は,高人口圧カ下の例としてジャワ島を選び,中でも経済価値の高いティーク(Tectona grandis)林地帯で対立が顕在化しているとの仮定のもと,2016年度は東ジャワ州のS営林署で現地調査を行った.まず管区内の共同森林管理(PHBM)に関する統計資料や報告書を収集し,PHBMの受け皿である森林村住民組織(LMDH)のうち,評価の高い3 LMDHにおいて,活動内容のヒアリングを行った.その結果,いずれも営林署管区南部の山地に位置し,コンニャクの樹下植栽や観光開発など,森林の保全が地域社会に副収入をもたらす活動を積極的に推進していることが明らかになった.一方,北部の地形は平坦な丘陵地で,隣接する営林署管区とともに歴史的にティーク人工林経営の中核地帯をなしてきたが,1997/98年の通貨危機ののち違法伐採が横行した.そこで特に評価の低いLMDHから無作為抽出したS村においてヒアリングを行ったところ,当時村にいた人口の大半が違法伐採に従事していたとのことであった.森林が破壊され尽くした跡地は農地として利用されており,林業公社が行う植林は絶えず失敗に帰した.次に無作為抽出した60世帯に対し,国有林地の利用状況やPHBMの認知度等に関する訪問面接調査を実施したところ,住民の大多数が現在も国有林を占拠しているだけでなく,外部者もパパイア畑を造成するなどの投機的な利用を行っていた.一度は組織されたLMDHでは活動資金の不適切な運用がなされ,休止状態に至っただけでなく,住民はPHBMを認知していなかった.PHBMについては,2015年度の調査により,森林資源の良好な地域では,林業公社の行う伐採からえた分収を資金源ならびにインセンティヴとして活動を発展させることが可能であることが明らかになっているが,S村の事例からは,破壊の深刻な地域に同じ制度を適用することの限界が示唆された.初年度の示達

時期は夏季休業期間に本調査を実施するには遅すぎたため,調査許可申請を1年繰り越した.2016年度以降の調査の進捗は順調であるが,初年度の遅れを完全に取り戻すには至っていない.投稿論文も修正に時間がかかり,同様にまだ受理には至っていない.しかし当初計画では最終年度は結果のとりまとめに当てていたため,終了時までには当初の目的を達成できる見込みである.本研究は,2000年前後にジャワ島全体を席巻した国有林の違法伐採ならびに開墾ののち,その対策として導入された住民共同森林管理(PHBM)を対象に,導入から10年あまりを経た時点における成果を検証することを目的としている.調査地として,ジャワ島における植林樹種の中でもっとも経済的価値が高く,したがって被害も大きかったティーク(Tectona grandis)林地帯を選び,歴史的にみてもティーク人工林の中核地帯に位置する東ジャワ州のサラダン営林署管区において,経営関係の資料収集とともに,国有林周縁社会の世帯調査を実施した.世帯調査の対象としては,PHBMの受け皿として組織された森林村住民組織(LMDH)の評価の低い村と高い村の2村を選定した.2015年度の予備調査,ならびに2016年度の低評価のLMDHからランダムに選んだB村を対象とした調査を経て,2017年7月にはB村の補足調査と,高評価のLMDHを対象とする予備調査を実施した.その6 LMDHから,立地条件が比較的B村に近いW村を調査地として選び,2018年1月にB村と同様の,ランダムに選んだサンプル世帯に対する調査票を用いた訪問面接調査を実施した.調査内容は,1世帯構成,2土地所有ならびに土地利用,3世帯の所得構成,および4PHBMならびにLMDHに関する理解である.B村の調査結果の集計からは,サンプル世帯の約7割が国有林内耕作を行っており,うち7約割の世帯が10年以上前から現在の国有林内耕作地を保有していること,またその耕作地において過去に何度か植林が試みられたものの,成林には至っていないことが明らかとなった.対するW村の暫定的な結果からは,国有林関連施設や森林局関係者の居住地に近いためLMDHの組織化が比較的容易であり,また高い出稼ぎ率が国有林に対する圧力を軽減している可能性が示唆された.本研究は,2000年前半にジャワ島を席巻した森林破壊の対策として導入された住民共同森林管理(PHBM)を対象に,その成果を検証することを目的としている.調査地として,植林樹種の中で最も経済的価値が高く,したがって被害も大きかったティーク人工林の中核地帯を選び,林業公社東ジャワ管区のS営林署において資料収集および世帯調査を実施した.後者の対象としては,PHBMの受け皿組織である住民組織(LMDH)の評価の低いB村と高いW村の2村を選定した.結果として,PHBMに違法行為の抑止力や森林再生への動機を期待することは難しく,W村では高い出稼ぎ率が国有林に対する圧力を軽減している可能性が示唆された.2016年度にはまず,インドネシア科学技術省に対して調査許可の申請を行うとともに,林業公社においても営林署よび職員に対する調査の許可を申請する.学内においては,倫理委員会に申請を行い,以上のすべての許可を取得した上で,以下の現地調査を実施する.資料調査:予備調査の結果,営林署によって統計資料の保管やデータベースの整備状況に大きい差があることがわかったため,対象をチーク林作業級に含まれるすべての営林署に拡大し,予備調査で行った内容と同様の資料収集を行い,事例の選定を再考する.
Redox活性蛋白チオレドキシンによる間質性肺炎抑制に関する分子学的解析

IL-18はIL-2との連日投与は致死性の肺障害を誘導する我々はIL-18をIL-2とともにマウスに連日投与するとすべての投与マウスに肺のみにリンパ球浸潤が急激に起こり肺線維化を伴う肺障害が誘導され効率に死亡する事を見出した。これらの結果はヒト特発性間質性肺炎発症においてIL-18が重要な役割を果たすと考えられる。そこでIL-18,IL-18 receptorα鎖に対するモノクロナール抗体を当教室で作成し特発性間質性肺炎の患者の肺生検組織で免疫組織染色を行った。患者病変部には正常肺より著明にIL-18,IL-18 receptorα鎖の発現していた。redox蛋白チオレドキシン(TRX)は肺障害を抑制するヒトTRXは淀井らによってクローニングされ、TRXはシステイン残基からのプロトン供与により標的蛋白のジスルフィド結合を開裂される強い還元活性を持つ。TRXはそれ自身が酸化されることにより、ジスルフィド結合を持つ也のタンパク質を還元する。一方、還元反応後のジスルフィド結合を形成した酸化型TRXはthioredoxin reductaseにより再還元されて還元型TRXに戻る。これによって酸化されたチオレドキシン・リダクターゼはそのプロトンドナーであるNADPHによって再澤元される。IL-18/IL-2で誘導される肺障害モデルは急激なリンパ球浸潤が肺の間質部に特異的に出現しマウスを死に至らせる。しかしながら脾臓の軽度腫大以外は腸管、肝臓、心臓、腎臓といった臓器には致死的変化は見られない。つまりIL-18によって誘導される致死の変化は肺特異的に起こる。そこで我々は"急性肺障害の病因に酸化ストレスが関与する"という作業仮説をたてた。京都大学ウイルス研・淀井淳司教授との共同研究でTRXがIL-18/IL-2で誘導される肺障害とブレオマイシンで誘導される肺線維症を抑制することを発見した。我々は正常マウスにIL-18とIL-2の連日投与により急性間質肺炎が誘導されることを見出した。この急性間質肺炎モデルは急激なリンパ球浸潤が肺の間質部に出現しマウスを死に至らせる。そこで我々は"急性間質性肺炎の病因に酸化ストレスが関与する"という作業仮説をたて、本研究でredox活性蛋白チオレドキシン(TRX)は(1)サイトカイン(IL-18/IL-2)と(2)ブレオマイシンが誘導する2つの間質肺炎モデルを抑制することを証明した。(1)TRX投与はIL-18/IL-2の連日投与により誘導される急性間質肺炎による致死を抑制する。(2)TRXはIL-18とIL-2の連日投与で誘導される肺間質部へのリンパ球浸潤を抑制する。(3)同様の結果がB6 TRX-トランスジェニックマウスを用いた実験で確認された。(4)TRXは肺局所でIL-18/IL-2によって誘導されるサイトカイン、ケモカイン(e. g. INF-γ,IL-6,MIP-1α)発現を抑制する。(5)TRXはbleomycin肺炎(肺繊維症)を抑制する。チオレドキシンはヒト血漿中にも存在し、抗原性はなく、血中半減期も約1時間と比較的長いことから、新規抗酸化剤として期待される。間質性肺炎は重篤な疾患であるにもかかわらず現在のところ有効な治療法がなく、その新規治療法の開発は社会的にも大きな貢献が期待される。我々の研究結果はTRXが急性間質肺炎及び肺繊維症の治療に応用できることが示唆された。

つまりIL-18によって誘導される致死の変化は肺特異的に起こる。そこで我々は"急性肺障害の病因に酸化ストレスが関与する"という作業仮説をたてた。京都大学ウイルス研・淀井淳司教授との共同研究でTRXがIL-18/IL-2で誘導される肺障害とブレオマイシンで誘導される肺線維症を抑制することを発見した。
ガラクトース転移酵素遺伝子ノックアウトマウスを用いた糖鎖機能の解析

交雑系(129/Sv x C57BL/6)のGalT-I KOマウスは,予想に反して発生過程に問題はなく正常に発生した。そこでGalT-I欠損の影響を更に解析するために,近交系のマウスに8世代戻し交配したGalT-I KOマウスを作製した,すると驚いたことに,C57BL/6背景のKOマウスは出生時に100%死亡し,BALB/c背景のKOマウスは胎生後期に致死となることが明らかとなった。BALB/c背景のKO胎仔の死亡時期を明らかにするために,胎仔を経時的に取り出して解析したところ,胎生14.5日から16.5日の間に死亡することが明らかとなった。胎仔と胎盤の重量を測定して同腹のコントロールと比較したところ,KO胎仔は胎生14.5日では若干小さく,その後成長が止まって16.5日までに死亡した。それに対して胎盤は胎生12.5日ですでに小さい傾向が見られ,14.5日では有意に発達が遅延していた。胎盤の組織切片を解析したところ,母体と胎仔を繋ぐ海綿状栄養膜層が薄く,胎仔側の迷宮層の血管形成が不全で,血流が著しく減少していた。胎仔組織の解析がまだ終了していないが,胎盤の所見からBALB/c背景のGalT-I KOマウスは胎盤の発達に異常があるために,胎生後期に致死となることが示唆された。C57BL/6背景の胎仔は胎生17.5日から有意に成長の遅延が認められ,出生時の体重がコントロールの70%しかなく,未熟児の状態で出生することがわかった。新生児を調べると肺胞が全く膨らまずに死亡していたので,直接の死因は未熟児で出生するために肺呼吸に移行できないことであると考えられた。しかし出生前の胎盤を調べてみると程度は軽いもののBALB/c背景のGalT-I KOマウスと同じ異常が認められたので,このマウスも胎盤の発達異常が胎仔の成長遅延の原因と考えられた。以上の結果,GalT-Iが合成する糖鎖は胎盤の成長に必須であり,その機能はマウスの遺伝的背景により非常に強く影響を受けることが明らかとなった。
高分解能３次元組成分析システムの開発と生物試料の解析

本研究では、大気圧下や水溶液中の生物サンプル及び有機材料を高分解能で観察する、走査電子線を用いた新規の顕微鏡システムの開発を行う。このシステムでは、従来の装置では困難であった、溶液中の生物試料の非染色・非固定観察でナノメートルオーダーの分解能での観察を可能とする。さらに、サンプルの3次元構造と組成情報を同時に解析することを目標とする。本研究成果では、電子線を直接照射せず一旦薄膜へと吸収させ、ここから生じる2次的な物理線量をサンプルに照射する方法を開発し、電子線ダメージを防ぐとともに高コントラスト・高分解能での撮像を可能とした。このシステムは、バイオ試料のみならず材料系への応用も期待される。本年度は、X線のエネルギー分光分析が可能なシリコンドリフト検出器を熱電子銃型走査電子顕微鏡内に導入するための回路部や制御機構、さらに検出信号の解析アルゴリズムの開発を行った。この検出システムを実際の走査電顕内部に取り付け、X線エネルギー組成分布の計測システムを構築した。さらに、生物試料を観察するための特殊な試料ホルダの開発も平行して行い、大気圧状態や水溶液中の生物試料をX線や電子線により観察可能とした。本検出システムを用いて、実際の細胞を観察したところ、X線のエネルギーが2keVでは、X線が生物試料を良く透過し、細胞内の核等の極めて密度の高い部分のみが観測可能となる。この予備実験においては、X線の透過だけでなく、支持膜上部より発生した2次電子が生物試料を透過していることが確認された。これまで、2次電子はエネルギーが10eVと極めて低く、その透過性はほとんど無いものと予想されていた。しかし、今回の実験では、約1μm厚の生物試料を透過しており、これまで予想された以上に透過性の高いことが示された。また、透過2次電子による観察画像では、ミトコンドリアや小胞、さらには細胞膜の裏打ち構造等も観察されており、細胞の組成分布を把握することが可能であった。こうした結果は、イギリスの計測専門学術誌に発表した。さらに、2次電子の透過画像では、ウィルスやタンパク質複合体を10nm以下の分解能で観察することを可能とした。この結果もオンラインジャーナルのPLoSONEに発表している。その後、3次元計測を行うための、多素子検出器を用いた検出システムの開発を進めている。また、観察画像の高分解能化のために、電界放出形の高分解能走査電顕を本予算により購入し、10月に可動を開始した。現在は、この走査電顕内に導入するための検出システムを平行して開発している。本年度は、前年度に立ち上げた熱電子銃型走査電子顕微鏡を用いたX線検出システム及び、2次電子透過検出システムを用いて、水溶液中の生物試料の観察を行うための観察ホルダーの開発を行った。これまでの観察ホルダーは、大気圧環境を保持していたが、水溶液試料を封入すると水溶液の厚さが40μm以上となり、軟X線や電子線がほとんど透過せず、観察が困難であった。そのため、厚さが10μm以下となるよう改良を加え、かつ真空中での気密性を向上させた。これにより、安定して水溶液中の生物サンプルの観察が可能となった。軟X線の観察では、熱やX線によるダメージが予想以上に大きく、生きた状態での観察は困難であった。一方、透過2次電子は、数μの厚さを透過することが難しく、観察自体が出来なかった。そのため、生物試料へのダメージが少なく、かつ水溶液を良く透過する観察方法を新たに開発した。この方法では、ホルダー上部の窒化シリコン薄膜にタングステンの薄膜を形成し、ここに3060kHzで変調した電子線を入射した。電子線の変調には、走査電顕内に専用の偏向板を導入し対応した。タングステン層に入射された電子線は、散乱・吸収され、入射部位に電位変化を生じる。こうした電位変化は、10μm程度の水溶液層を透過し、ホルダー下部の検出端子により検出される。これにより、水溶液中の生物試料をダメージ無く、そのままの状態で観察できることが確認された。この結果は、当初の目標である水溶液中の生物試料や有機材料を高分解能でダメージ無く観察する技術開発に合致するもので、極めて重要な成果と考えられる。これらの成果は、オンラインジャーナルのPLoSONEに発表した。現在は、この方法の高分解能化や高精度化、さらには3次元構造解析のための多素子検出器の開発を進めている。溶液中の細胞やバクテリアを生きまま直接観測することは、生物学における長年の夢である。特に生きた細胞内のタンパク質をダメージ無くクリアに観察できれば、ガン化やその転移といった病気のメカニズムを分子の3次元構造レベルで解析することが可能となる。

これは、様々な病気の治療に結びつくだけでなく、発生や分化、神経伸張等の生物学における基礎的研究をも大きく進展させる。本年度は、溶液中の生物試料を染色や固定化処理なしに高コントラストで観察する技術の高分解能化を行った。これまでは、窒化シリコン薄膜上にチタン等の電子線により軟X線を放射する金属を用いていたが、これをタングステンに変えることで、入射した電子を全て吸収させ、この電位変化を水溶液中のサンプルを透過し検出することで観察を行う。水の比誘電率は80と高く、生物試料は23と低いため、この差がコントラストとなるため、染色処理なしに観察を行うことが可能である。この検出信号の高感度を行うため、窒化シリコン薄膜上のタングステン層にバイアス電圧を加えた。これにより、検出信号が100倍以上向上し、より高コントラストで質の高い画像を得ることが可能となった。さらに、電界放射走査電顕にこのシステムを導入することで、溶液中のバクテリアやウイルス、タンパク質複合体を8nmの分解能で観察するこが出来た。また、3次元構造解析に関するアルゴリズムを開発し、電顕画像に応用することでタンパク質レベルでの構造変化を捉えることを可能とした。この結果は、当初の目標である水溶液中の生物試料や有機材料を高分解能でダメージ無く観察する技術開発に合致するもので、当初の目標をほぼ達成したものと考える。これらの成果は、国際誌に4本の論文として発表した。26年度が最終年度であるため、記入しない。ナノバイオテクロノジー26年度が最終年度であるため、記入しない。軟X線による検出システムの立ち上げは、予想通りに進展しており、その分析アルゴリズムの開発もほぼ終了している。また、観察結果からは、これまでの予想と異なる新たな現象や結果を得た。この結果に基づき、2本の論文を国際誌に発表することが出来た。また、学術会議にも積極的に参加し、成果を公表している。水溶液中の生物試料を電子線ダメージ無く、非染色・非固定のまま観察する観察技術を開発しており、当初の目標をほぼ達成した。こうした成果は、1本の国際誌に発表することが出来た。さらに、この方法の高分解能化や高感度化の開発も進展しており、当初の目標である、生物試料の組成分析と3次元構造解析はほぼ達成出来る見込みである。X線の多素子検出システムの開発と平行して、透過性の高い2次電子による観察システムの開発を進める。これにより、水溶液中での生物試料の高コントラスト・高分解能観察を可能とし、その組成を3次元的に計測が可能なホルダやアルゴリズムの開発を行う。電位変動伝達による観察システムの高感度化と高速化、多素子化を進め、水溶液中の生物試料を高コントラスト・高分解能での観察を可能とする。そのためには、検出アンプを改良し、増幅度とSN比を向上させる予定である。また、電子線のチョッピング周波数を変化させ、各周波数による透過率の違いから生物試料の組成を分析する方法を確立する。さらに、多素子アンプによる検出データから3次元構造を解析する手法を開発する。これと並行して、本観察システムを高分解能FEーSEMへと導入し、10nm以下の分解能を達成する。
可変機能RF-MEMSデバイスの最適設計のためのシミュレーション技術の開発

移動通信の発展に伴い、高周波への急速な移行が進む中で可変機能を持つデバイスが求められている。このような可変機能をもつデバイスやモバイル通信での振動や運動に対する電磁界解析を行うために電磁界振動連成問題の数値解析法を提案している。平成17年度は、機械的電気的特性を持つ連成問題を2次元問題として数値解析を行っていたが、平成18年度は3次元問題に拡張しより実際に近い状態での数値解析を行うことがでた。具体的には3次元MEMSキャパシタの動作解析を行い,電極間の電磁界や静電容量を求め、可動の影響を詳しく示すことができた。移動境界適合座標系を用いる手法に加え、平成18年度からは新たに重合格子法を導入し両手法を用いて厳密界との比較を行いよい一致を見た。重合格子法は、移動境界適合座標系に比べて移動距離を長く取れる特徴があり、今後、広い範囲に応用ができる利点があるため、MEMSをはじめモバイル通信機器に応用できる手法であることを確認した。一方で、時間領域と周波数領域での運動による影響についても数値解析を行った。周波数領域での成果は電子情報通信学会論文誌に2008年9月の掲載が決定しているのを始めとし、2007年6月のIEEE AP-Sなどで発表した。ドプラー効果についての成果は、2007年8月のISAP2007、2008年3月のACES20008で発表した。さらに、MEMSに応用した研究成果は、2006年3月にACES Journalに掲載されたのを始めとし、2006年7月のIEEEAPS、2007年12月のAPCE2007などで発表した。重合格子法については2006年3月のACES2006で発表したのを始め、移動境界適合座標系の比較についての研究は2008年3月の電子情報通信学会総合大会で発表し、2008年7月のIEEEAP-S2008で発表の予定である。以上に述べた学会発表では、各方面から高い評価を得ることができた。ユビキタス社会の到来を目指し、周波数の有効利用と高周波領域の利用が検討されている。高周波領で利用できるMEMSデバイスは可変機能を持つため、その数値解析法はまだ確立されていない。ここでは、移動境界適合座標系と重合格子法という2つの数値計算法を提案し、MEMSデバイスなどの可変機能を持つデバイスの最適設計に役立つ手法の確立を目指している。17年度は機械的電気的特性を持つ連成問題を2次元問題として数値解析を行っていたが、18年度は3次元問題に拡張しより実際に近い状態での数値解析を行うことができ、3次元MEMSキャパシタの動作解析を行った。電極間の電磁界や静電容量を求め、可動の影響を詳しく占めることができた。3次元問題についての成果は、2006年7月のIEEE, APS/URSI2006,8月のPIERS2006の国際会議で発表し、10月の電気学会電磁界理論研究会、2007年3月Proc.of the ACES2007で発表予した。この手法を周波数領域で検討した論文は、2007年7月のIEEEAP-Sで発表予定である。また一方、重合格子法(Over Set Grid Generation)を用いた数値解法は、2次元問題について補完法を用いてその精度を確認した。その成果は、2006年8月の国際会議PIERS2006で発表した。

今後は、重合格子方については3次元問題への拡張と更なる精度確認を行う。また、移動境界適合座標系と重合格子を用いた計算結果を比較し、各手法について検討していく予定である。MEMSをはじめとする可変機能を持つデバイスの数値解析やモバイル通信における振動や運動の電磁波への影響を検討するため、移動境界適合座標系と重合格子法の2種類の手法を用いて移動する物体や境界の数値解析法を提案してきている。今年度は、移動境界適合座標系を用いて周波数領域での運動による影響について検討した。この結果、光速に比べて速度が遅い場合については厳密解とよく一致した。さらに、重合格子法と移動境界適合座標系を用いてドプラー効果について検討し、提案する2つの手法は厳密解とよく一致することを証明した。重合格子法は、移動境界適合座標系に比べて移動距離を長く取れる特徴があり、今後、広い範囲に応用ができる利点があるため、MEMSをはじめモバイル通信機器に応用できる手法であることを確認した。周波数領域での成果は、電子情報通信学会論文誌に採録が決定したのを始めとし、2007年6月のIEEEAP-S、7月の電子情報通信学会研究会、9月の電子情報通信学会ソサイエティ大会で発表した。ドプラー効果についての成果は、2007年8月のISAP2007、9月の電子情報通信学会ソサイエティ大会、2008年3月のACES20008で発表した。重合格子法と移動境界適合座標系の比較についての研究は、2008年3月の電子情報通信学会総合大会で発表し、2008年7月のIEEEAP-S2008で発表の予定である。さらに、MEMSに応用した研究成果は、2007年12月のAPACE2007で発表した。以上に述べた学会発表では、各方面から高い評価を得ることができた。
根面う蝕の抑制と石灰化誘導に関するマイクロCT解析

根面う蝕を想定した牛歯象牙質の脱灰抑制効果について検討するために、牛歯象牙質ブロックを作製し、表面に脱イオン水(DW)、2種の知覚過敏抑制材;リン酸カルシウム系知覚過敏抑制材(TMD)及びフルオロアルミノシリケート系知覚過敏抑制材(NS)、Fバーニッシュ(DP)を塗布した。試料を人工唾液に浸漬した後、脱灰した。マイクロCTを用いてミネラル喪失量を測定した。DP群は最も高い脱灰抑制効果を示し、続いてNS、TMD群の順であった。NS群では人工唾液浸漬期間を延長することにより脱灰抑制効果が増大した。TMD群とNS群は、脱灰抑制効果を示し、NS群は人工唾液による脱灰抑制効果の増強が明らかとなった。超高齢社会を迎え、根面う蝕が発症するリスクが高まっている。根面う蝕のメカニズムについては不明な点が多く、対策が急務である。本研究は、露出した根面のう蝕抑制と石灰化誘導を目的とし、各種歯面処理材を象牙質表面に塗布し、人工唾液および脱灰液に浸漬後、マイクロCT解析及びSEM観察を行った。1)申請者らがこれまでに開発してきたマイクロCTを用いた歯質のミネラル評価法を用いた。マイクロCTは、微小焦点エックス線発生装置を有する断層撮影装置である。一度の撮影で試料の任意方向を非破壊的に観察することができ、試料の同一部位の経時変化を追うことができる。試料各断面の3次元画像表示を行うことによって、ミネラル分布や変化率の状況を解析することが可能となる。従来のマイクロラジオグラフィ(TMR)法での包埋・現像を必要としない上、試料各断面の3次元画像表示を行うことによって、ミネラル分布や変化率の状況を解析することが可能となる。2)マイクロCT解析の結果、フッ化アルミノシリケートガラスとリン酸を主成分とする知覚過敏抑制材(ナノシール)及びリン酸四カルシウム、無水リン酸水素カルシウムを主成分とする知覚過敏抑制材(ティースメートディセンシタイザー)はネガティブコントロール群よりも有意な脱灰抑制効果を認めた。SEM観察の結果、象牙細管にナノシール、ティースメートディセンシタイザーの塗布直後および脱灰後の象牙細管への沈着が確認された。歯肉退縮による根面の露出は、知覚過敏や根面う蝕のリスクを増大させる。象牙質はエナメル質と比べてより脱灰しやすく根面う蝕への対策は急務である。本研究の目的は、知覚過敏抑制材塗布による牛歯象牙質の脱灰抑制効果について検討することである。牛歯根から象牙質ブロックを作製し、試料表面に対して脱イオン水(DW)、2種の知覚過敏抑制材;リン酸カルシウム系知覚過敏抑制材(Teethmate Desensitizer、TMD)及びフルオロアルミノシリケート系知覚過敏抑制材(Nanoseal、NS)、Fバーニッシュ(Duraphat、DP、positive control)を塗布して試料とした。その後、試料を人工唾液に1日間または1週間浸漬した後、人工脱灰液(pH 5.0、3時間)にて脱灰した。その後、マイクロCTを用いてミネラル密度プロファイル及びミネラル喪失量を測定した。その結果、以下のことが得られた。1)健全及び脱灰根面象牙質をマイクロCT装置で撮影した結果、すべての群で表層のミネラル密度は健全部と比べ低い値を示し、コントロールであるDW群は最も低い値であった。本実験の脱灰条件でマイクロCTによる根面象牙質の定量評価が可能であることが示された。2) DP群は最大の脱灰抑制を示し、TMD群およびNS群はDW群に比べて有意に高い脱灰抑制効果を示し、NS群は人工唾液浸漬期間の1日から1週間への延長により、脱灰抑制効果の増強が認められた。3)SEM観察において、TMD群およびNS群の脱灰後の象牙質表面に微細な沈着物の堆積を認め、さらに象牙細管内への沈着が確認された。これまでにリン酸カルシウム系知覚過敏抑制材及びフルオロアルミノシリケート系知覚過敏抑制材による石灰化誘導の解析を行った。さらに有機系材料の評価を行うため、歯面コート材の試験を行った。メチルメタクリレートとスチレンスルホン酸のランダム共重合体((MSポリマー)(MSO群)、MSポリマーにフッ化ナトリウムが配合された(フッ化ナトリウム添加MSポリマー)(MSF群)、同濃度のシュウ酸(OA群)、未処理(コントロール群)を設定して試料とした。その後、試料を人工脱灰液に5時間浸漬後、さらに1日蒸留水中に保存した後、マイクロCT撮影を行った。その後、ミネラル密度プロファイル及びミネラル喪失量を測定した。1) MSF群では、他群と比較して有意に低いミネラル喪失量(ML)を示した。2) MSO群においてもコントロールに比較して有意に低いミネラル喪失量(ML)が認められた。

3)割断面のSEM観察において、MSF群においてのみ象牙質表面に厚さ約2ー3 μmの膜様構造物で象牙質表面が被覆されていた根面う蝕を想定した牛歯象牙質の脱灰抑制効果について検討するために、牛歯象牙質ブロックを作製し、表面に脱イオン水(DW)、2種の知覚過敏抑制材;リン酸カルシウム系知覚過敏抑制材(TMD)及びフルオロアルミノシリケート系知覚過敏抑制材(NS)、Fバーニッシュ(DP)を塗布した。試料を人工唾液に浸漬した後、脱灰した。マイクロCTを用いてミネラル喪失量を測定した。DP群は最も高い脱灰抑制効果を示し、続いてNS、TMD群の順であった。NS群では人工唾液浸漬期間を延長することにより脱灰抑制効果が増大した。TMD群とNS群は、脱灰抑制効果を示し、NS群は人工唾液による脱灰抑制効果の増強が明らかとなった。マイクロCT解析による根面う蝕の抑制と石灰化誘導の解析を進めており、リン酸イオン、カルシウムイオンもしくはフッ化物イオンが協調して根面に微細な沈着物を形成し、さらに人工唾液への浸漬によって、根面の石灰化誘導が1週間という期間で得られる可能性が示唆された。また、根面う蝕を解析するマイクロCTのソフトウェアの改良やエックス線条件の適正化を行った。保存治療系歯学根面う蝕のミネラル変化の解析に加え、EDSによる元素分析や硬さ試験による機械的評価を行う。リン酸カルシウムやフッ化物系の材料だけでなく、歯面コート材の評価も行っていく予定である。マイクロCTによる3次元解析は、象牙質のミネラル変化を捉えることができ、石灰化誘導の多面的なメカニズムを解析する上で有用である。本年度に予定していたマイクロCT解析による根面う蝕の抑制と石灰化誘導の解析を進めることができ、今後のさらなる展開が期待できる。また、マイクロCT解析の効率化を図るため、解析ソフトウェアの改良を行っている。購入予定していた解析ソフトを次年度に購入予定としたため。マイクロCTによるミネラル変化の解析に加え、EDSによる元素分析や硬さ試験による機械的評価を行い、石灰化誘導の多面的なメカニズムを解析する必要がある。最終年度となる平成27年度は、データ解析が終了したら直ちに関連学会、シンポジウム等で発表し当該分野における研究者との討議に供するための旅費等に使用する予定である。オプションソフトの改良に時間を要し、次年度の使用計画となった。解析PCおよびソフトウェアの購入を行うなど、マイクロCT解析の整備に使用予定。
高等学校における職業教育およびキャリア教育の在り方に関する比較研究

比較対象であるカナダ・アルバータ州の高校教育の事例から、キャリア教育および職業教育と既存のカリキュラムとの関わりについていくつかの可能性をみることができた。その一つは、キャリア教育および職業教育が、職業社会への適応能力や具体的な職種に必要とされるスキルの育成という狭い範囲の役割ではなく、実社会に近い場面状況に修得した理論的知識を当てはめ、学習の意味付けの機会を与える可能性を持っているということである。この理論と実践の統合という考えを、日本の高校教育におけるキャリア教育および職業教育を推進する上での基本的な理念として位置づけ、既存のカリキュラムとの融合を図ることが可能であると考えることができる。平成24年度の研究計画は、1研究の理論的枠組みの検討2アルバータ州における現行の学校から職業社会への移行(STW)プログラムの分析の2点を中心にしていた。このうち、1研究の理論的枠組みの検討では、1920年代アメリカの職業教育を巡る議論に関わる文献および論文等により、今日のキャリア教育及び職業教育につながると考えられる理論的な背景を明らかにすることができた。特に、特定の職業のための準備教育を否定し、職業そのものの中に学習の要素があるとしたデューイの主張は、1990年代アメリカにおけるSTWプログラムの基本理念となった。これは、本研究の調査対象であるカナダ・アルバータ州のSTWプログラムの基本理念でもある。2アルバータ州における現行のSTWプログラムの分析については、現地調査で州教育省のカリキュラム担当者に聞き取り調査を行い、現在の改革の動向に関する資料を得ることができた。特に、職業教育科目の改訂が進められ、高校卒業後の進路選択(pathway)を、シラバスの中に明確に示したカリキュラムの導入が進められている。この新たなカリキュラムでは、アカデミック科目と職業教育科目との垣根が取り払われ、理論と実践の統合が、明確な形で強調されている。また、当初は平成25年度に計画していた3STWプログラムを通じた生徒の変容についても、平成24年度中に実施した現地調査でデータを収集することができた。カナダ・アルバータ州エドモントン市の二つの高校と、州南東部のメディスンハット市の一つの高校で、合計20名の生徒へ実施したインタビューから、高校卒業後の進路を、進学か就職かの選択ではなく、職業分野を幅広くとらえていることを示す回答を得た。これらの研究実績は、平成25年度において、さらに深く分析をすすめ、国内外の研究者との議論の機会を経て、具体的な提言につながる価値を有するものである。平成25年度中の研究計画は、1平成24年度中に実施した研究成果の公表、2日本の高校教育におけるキャリア教育および職業教育の課題の分析と改善に向けた提言の2点を中心にしていた。このうち、一つ目の研究成果の公表については、日本教育政策学会およびフランス・モンペリエで開催されたIAEVG(International Association for Education and Vocational Guidance)主催の研究会にて、口頭発表を行い、国内および国外の研究者との議論の場を得ることができた。また、二つ目の課題の分析と改善に向けた提言では、東京および札幌を会場に、カナダ・アルバータ州から研究者、教育行政カリキュラム開発担当者およびキャリア教育を担当する高校教員の3名を招聘して、国際シンポジウムを開催した。参加者の多くは、高校教員およびNPO組織などでキャリアカウンセリングなどに関わる人材で構成され、普段の教育実践を推進するという視点から活発な議論をすることができた。また、北海道内の高校教員により組織されている進路指導協議会および札幌市内の高等学校からの依頼により、本研究の成果を講演という形で公表した。シンポジウムおよび講演会で出されたキャリア教育プログラムの評価方法に関する質問事項に詳細な回答を提供するため、追加の現地調査が必要となったため、2月末にエドモントン市教育委員会およびカルガリー市教育委員会、メディスンハット市教育委員会の協力を得て調査を実施した。このため、論文等による公表が進んでおらず、今後の研究活動における重点項目として位置づけたいと考えている。具体的には、国内のキャリア教育関連学会(例えば、日本キャリア教育学会)の学会誌への投稿と国外の教育関係の雑誌(例えば、Alberta Journal of Education)への投稿を予定している。理論的背景の分析については、一部、研究紀要等への掲載を実現することができ、ほぼ計画通りの達成状況である。アルバータ州におけるSTWの現行プログラムの分析については、現地調査で分析に必要なデータの収集は終了している。しかし、これらのデータを分析および関連学会にける口頭発表・投稿論文の形式での公表は、平成25年度においても継続する必要がある。したがって、この項目の達成度は、60%程度である。STWプログラムによる生徒の変容に関する分析は、平成25年度中に計画していたものであるが、平成24年度に実施した現地調査で、研究に必要なデータ収集は終わっており、当初の計画より進んでいる。当初の計画より若干遅れていると判断される事項は、現地調査で得られたデータの公表である。

すでに、口頭発表および論文の形式での発表を終えている項目もあるが、まだ、データの分析が発表段階に達していない項目も残されている。特に、原稿のプログラムに関する分析についは、今年度の研究活動として残されている。全体的にみて、研究成果の発表という点では、まだ課題が残されているが、当初の計画に先行して実施した項目もあり、おおむね順調に進展していると判断する。25年度が最終年度であるため、記入しない。今後の研究においては、次の点を中心に進める。それらは、1現地調査で収集したデータの分析と検討2学会等での研究の成果の公表3高校教育の現場への提言の3つである。データの分析と検討では、平成24年度中に実施したカナダ・アルバータ州での現地調査で得られたデータを整理し、キャリア教育および職業教育の先進的な事例の一つとして公表できるように準備する。学会等での研究の成果の公表については、口頭発表および論文等の形式での公表を計画している。具体的には、日本教育政策学会において、アルバータ州の職業教育のカリキュラム改訂にかかわる動向を報告する予定である。また、日本キャリア教育学会において、アルバータ州のSTWプログラムを通じた生徒の変容について報告する予定である。また、国外の研究者との情報交換および意見交換の機会を得るため、フランスで開催される国際キャリア教育学会の研究大会において、日本の高校教育におけるキャリア教育をテーマに口頭発表する予定である。高校教育現場への提言は、カナダ・アルバータ大学から研究者を招聘し、国内の高校教員を対象とした「(仮称)キャリア教育・職業教育フォーラム」を開催し、そこでの議論を踏まえた上で、これからの高校教育における提言を行う予定である。収集したデータの分析結果、学会等での発表およびフォーラムでの提言内容は、最終報告書としてまとめて出版し、関係する学校現場などに配付する予定である。学会発表、フォーラムでの意見交換などで。国外研究者や国内の高校教員から提起された課題や、意見などは、本研究のまとめとして記録する。また、それらを踏まえて、今後の研究活動を継続する。
外部共振器を用いたテラヘルツ波増強技術の確立

本研究では,共振器の増強効果を用いてTHz波を増強させることを考案し,その実証と増強技術の確立を目指した.実験では30 cmの共振器長を有したコンパクトな高繰り返し周期フェムト秒レーザーを作製し,市販品の数倍の出力を達成した.また,励起レーザー同じ共振器長をもつTHz波用のリング型の外部共振器を設計し,構築した.時間領域分光法を用いて共振器内を周回するTHz波パルスを調べた結果,THz波パルスが共振器内を5回以上周回していることを時間波形で初めて確認した.そして,外部共振器を同期させた時には,THz波パルス列が重畳し,測定できた全域で一様にTHz波が増強されている事を確認した.近年のテラヘルツ波(THz波)技術の発展により,フェムト秒レーザーを用いた様々なTHz波発生手法が報告され,THz波領域の分光やイメージングでは一般的なものとなりつつある.しかしながら,その発生方法の殆どは,シングルパスによる励起手法である為,発振器レベルのレーザーでは発生効率が低いことが問題となっている.これに対し本研究では,波長変換技術として用いられている外部共振器をTHz波発生に導入し,発生したTHz波を外部共振器で閉じ込めることでTHz波を増大させる方法を提案し,発生効率の向上を目標としている.その為には,発生するTHz波パルス間を短くして大気中の伝搬距離を短くし損失を抑える必要があり,高繰り返し周期のフェムト秒レーザーを必要とする.初年度である2014年度では,励起レーザーのチタンサファイアレーザーの共振器設計及び作製に関する成果を中心に報告する.申請者の設計したチタンサファイアレーザーの共振器では,THz波の伝搬距離を短くする目的で, 300 mmの共振器長(繰り返し周波数1 GHz)のリング型共振器を選択した.レーザー媒質であるチタンサファイア結晶は,グリーンレーザーの波長532 nmにおいて7 cm-1の吸収係数を有し,厚みが2.9 mmのものを用意した.共振器から出力光を取り出すO.C.にはブリュースター角で設置したCaF2製のウェッジ板を利用した.レーザー結晶,ウェッジペア,および大気中伝搬で発生する2次の分散は4枚のチャープミラーの負分散で補正した.作製したフェムト秒レーザーは,繰り返し周期0.99 GHz,平均強度410 mW,パルス幅35.9 fsの出力特性を確認した.また,自作レーザーを用いた従来方式のTHz波発生では,レーザーの繰り返し周期に同期したTHz波パルス列を約150のS/N比で計測した.本研究は,レーザー励起発生型のテラヘルツ波(THz波)に対し,励起レーザーの繰り返し周期に合わせたテラヘルツ波の共振器を用いて,エンハンスメント共振させてTHz波を増大させる手法の確立を目指している.それに対し2年目となる今年度は,1年目に作製した1GHz程度の繰り返し周期のTHz波用の外部共振器を作製して,隣接するTHz波パルス列間の重ね合わせを実行し,可干渉性やジッターの影響などについて調査した.THz波用の外部共振器は,ワイヤーグリッド(WG)と2枚の金属ミラーで構成し,WGは結合器として用いた.それらの光学素子を用いて,共振器長が可変で1GHzの繰り返し周期に相当する30cm程度のリング型共振器を作製した.この共振器をTHz波の伝搬経路に挿入し,共振器を経由しないTHz波と共振器を経由したTHz波を重ね合わせることで,THz波パルス列間の可干渉性を調べた.その結果,両経路を経由した2つのTHz波パルス波形をテラヘルツ時間領域分光法で確認することに成功した.この結果は,隣接するTHz波パルスを同じ遅延時間上で確認したことを意味している.両経路のTHz波パルスはほぼ同一の波形をしていた.このことにより,大気中の伝搬での分散の影響が極めて小さいことと,繰り返し周期のジッターの影響が殆ど見られないことを確認した.また,外部共振器長を変えることで,他方の測定される遅延時間の位置を変えることにより,THz波パルス間の重ね合わせ状態を時間領域で確認し,可干渉性を確認することができた.さらに,外部共振器を2周回,3周回したTHz波を確認することにも成功し,外部共振器を用いてTHz波のエンハンスメント共振が実現可能であることを実証した.本研究テーマ遂行にとって必要とされるテラヘルツ波のパルス列間の可干渉性とジッターの影響についての調査を完了し,共振器設計へと移行できていることから,おおむね順調に進展していると評価する.本研究では,共振器を用いたエンハンスメント効果を用いてTHz波を増強させることを考案し,その検討を行った.その実現の為に,共振器長が30 cmのコンパクトな高繰り返し周期フェムト秒レーザーを自作し,市販品の数倍に相当する900 mWの平均出力を達成した.その励起レーザーを用いてInAsウエハからTHz波を発生し,レンズでコリメートされたTHz波ビームをTHz波用に設計されたリング型共振器に結合させた.インプット兼