hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
胎児期における抑制性GABAシナプスの構築と呼吸リズム

GABAの開口放出に関与するVGATや発達期に興奮性に働くGABAを抑制性に導くKCC2欠損マウスは呼吸不全で生直後に死亡する。このことから、GABAは呼吸リズムの形成に重要な役割を果たしていると考えられているが、詳細は不明である。本研究において呼吸リズム様発火が胎児期には増加するが、出産後は変化しないことを明らかにした。VGAT及びKCC2遺伝子欠損動物を用いた研究から、呼吸リズムの発生そのものにはGABAの開口放出が、呼吸リズム自体の形成にはGABAの興奮性から抑制性への変化が重要であることを解明し、GABAシナプスの構築とその応答性の変化が呼吸リズム形成に果たす役割の違いを見出した。胎児は母体を離れ外界に出たとき、オギャーと泣き、呼吸を始める。生直後、呼吸をすぐに開始できるよう、胎児は正しい呼吸リズムを周到に準備している。この呼吸リズム形成の鍵となる分子として抑制性神経伝達物質であるγ-アミノ酪酸(GABA)に着目し、呼吸を司る延髄において、胎児期の抑制性GABAシナプスの構築と呼吸リズムの関連を解明することを本研究の目的とした。呼吸リズムの形成過程を明らかにするため、胎齢16日、18日、生後0から7日の延髄領域を含む急性スライス標本を作製し、人工脳脊髄液のK+濃度を8mMとし、生じた呼吸リズムを舌下神経核より記録した。その結果、1分間あたりの呼吸リズム数は胎齢16日から生後0日と有意に増加したが、その後ほとんど変わらなかった。GABAを投与した場合には、GABA投与前と比較して、胎児期には呼吸リズム数は減少したが、生後0日から2日までは変化はなく、生後3日以降有意に増加した。GABAは発達期の脳や神経損傷の際に、抑制性ではなく興奮性に働くことが報告されている。これは細胞内Cl-濃度に依存することが知られ、細胞内のCl-を細胞外へと排出し、細胞内Cl-濃度を下げ、GABAの応答性を興奮性から抑制性に導くK+-Cl-共輸送体(KCC2)の発現が重要な役割を果たす。KCC2の阻害剤を投与すると、胎児期では呼吸リズム数は増加し、生後3日以降は減少することを明らかにした。胎生18日から生後7日の延髄を含む凍結切片を作製し、KCC2について免疫組織化学法を行ったところ、舌下神経核でのKCC2の発現が徐々に増加していくことがわかった。このように出産を境に胎児期と呼吸リズムやGABAに対する応答性に変化が認められることは出産時における呼吸不全を考える上で意義深いものであると考えられる。出生直後、呼吸をすぐに開始できるよう、胎児は正しい呼吸リズムを周到に準備している。胎児期において、呼吸リズム形成の鍵となる分子が、抑制性神経伝達物質であるγ-アミノ酪酸(GABA)である。なぜならば、GABAの合成酵素であるグルタミン酸デカルボキシラーゼ(GAD)、GABAをシナプス小胞に充填する小胞型GABAトランスポーター(VGAT)のいずれの欠損マウスも生直後に呼吸不全で死亡するからである。さらに、GABAの抑制性応答に必要なKCC2の欠損マウスも呼吸不全で生直後に死亡する。そこで、胎児期の延髄における抑制性GABAシナプスの構築と呼吸リズム形成との関連を解明することを本研究の目的とした。呼吸様リズム性の自発発火数が、胎生16日から増加し、生後0日からはほとんど変わらないことを昨年度報告した。VGATは、GABAを放出する神経終末のマーカーとして知られるが、舌下神経核におけるVGATの発現が、呼吸様リズム性の自発発火数と同じく、生後0日まで増加するが、その後変わらないことがわかった。さらに、GADも同様の発現パターンを示した。GAD及びVGATの発現と呼吸リズム発火数の増加のパターンが一致することがわかった。胎生18.5日のVGATの遺伝子欠損マウスの舌下神経核より呼吸様リズム性の自発発火を記録したところ、野生型と比較してほとんど呼吸様リズム性の自発発火が見られないことがわかった。これらの結果から、呼吸リズムの発生にはGABAの入力が必須であり、その入力は出産時には完成している必要があることが明らかとなった。胎児は出産により外界に出たとき、オギャーと産声をあげ、呼吸を始める。出生直後、呼吸を直ちに開始できるよう、正しい呼吸リズムを胎児期に周到に準備している。抑制性神経伝達物質GABAの合成酵素であるグルタミン酸デカルボキシラーゼ(GAD)、GABAをシナプス小胞に充填する小胞型GABAトランスポーター(VGAT)のいずれの欠損マウスも生直後に呼吸不全で死亡することから、GABAは胎児期における呼吸リズム形成に重要な役割を果たしていると考えられる。GABAは発達期には興奮性に働くことや抑制性の応答には細胞外にCl-を排出するK+-Cl-共輸送体(KCC2)の発現が必要であることが報告されている。KCC2欠損マウスも生直後に呼吸不全で死亡する。これらのことから、GABAの開口放出と抑制性の両方が、胎児期の呼吸リズム形成に関与していると考えられた。昨年度は、胎生18日齢のVGAT遺伝子欠損マウスの舌下神経核を含む脳スライスから得られた呼吸様リズム性自発発火が、野生型と比較してほとんど見られないことを報告した。

同様の方法によりKCC2遺伝子欠損マウス得られた呼吸様リズム性自発発火は、発火数自体には有意差はなかったが、小さな振幅の発火が混在し、規則正しいリズムを刻んでいなかった。これは、KCC2が欠損することにより、細胞内Cl-濃度が高くなるため、本来抑制性に働くべきGABAが興奮性に働くことで異常発火を誘導したと示唆された。これらの結果から、呼吸リズムの発生にはGABAの放出が必須であるが、呼吸リズムの形成にはGABAの抑制性応答が重要であることが明らかとなった。GABAの開口放出に関与するVGATや発達期に興奮性に働くGABAを抑制性に導くKCC2欠損マウスは呼吸不全で生直後に死亡する。このことから、GABAは呼吸リズムの形成に重要な役割を果たしていると考えられているが、詳細は不明である。本研究において呼吸リズム様発火が胎児期には増加するが、出産後は変化しないことを明らかにした。VGAT及びKCC2遺伝子欠損動物を用いた研究から、呼吸リズムの発生そのものにはGABAの開口放出が、呼吸リズム自体の形成にはGABAの興奮性から抑制性への変化が重要であることを解明し、GABAシナプスの構築とその応答性の変化が呼吸リズム形成に果たす役割の違いを見出した。計画していたGABA伝達関連分子についての免疫組織化学法はほとんど終了した。さらに、胎児期から幼若期における呼吸リズム発火についての薬理学的実験もほぼ終了した。すでに最終年度に計画している遺伝子欠損マウスを用いた研究に着手している。これまでの結果の一部がBrain Research誌に掲載され、日本神経化学会、日本生理学会・解剖学会合同学会などでも発表を行ったことからおおむね順調に進展していると考えた。神経生化学・神経解剖学今後、GABA関連分子の遺伝子欠損マウスを用いた研究を進める予定となっている。特に遺伝子欠損マウスを用いた研究のうち、呼吸リズムの回復をめざした薬理学的実験などに対しさらに研究を推進するため、琉球大学・分子解剖学講座の岡部明仁准教授を分担者として追加する予定である(現在申請中)。上記に述べた遺伝子欠損マウスを用いた呼吸リズム様自発発火の細胞外記録の実験とともに、舌下神経核のグラミシジン穿孔パッチクランプ法により細胞内Cl-濃度測定を推進する計画である。また、来年度が最終年度にあたるため、これまでの結果を総括した論文を投稿、発表していく予定である。研究実績の概要で報告したように、申請書の2年目の計画にあたる呼吸リズムの形成過程について研究に着手し、胎児期のみならず生後7日まで結果を得て、日本神経科学会でその一部を既に発表した。さらに、KCC2に対する阻害剤やGABAの投与についても行い、有意な増減を認めた。この結果は、3年目に計画しているGAD、VGAT、KCC2などの遺伝子欠損動物を用いた研究につながると考える。胎児期の延髄で呼吸リズムの形成に必要な抑制性GABAシナプスがどのように構築されるかについて、胎児期から生後7日までの呼吸リズムの変化と薬剤投与の結果から、細胞内のCl-を細胞外に排出し、GABAを抑制性に導くKCC2について、特に着目し、免疫組織化学法によりその発現及び局在変化を調べ、生後に向けて舌下神経核で増加していくことがわかった。
精密な脂質分析を用いるヒト肺と皮膚細胞に対する環境濃度オゾンの影響に関する研究

極めて高い酸化反応性を持つオゾンは、人間にとって普遍的な環境毒性物質である。呼吸気道および皮膚組織は、この酸化性汚染物質に最も直接的に曝される二つの主要な器官である。オゾンは、細胞内酸化ストレスを開始し、脂質過酸化の生成を介して肺および皮膚に炎症を誘発すると仮定されている。本提案では高解像度のオービトラップ型高速液体クロマトグラフィー質量分析法(HPLC-Orbitrap MS)を利用して、日常大気中で観測された平均濃度と同様の低レベルのオゾンに曝露した脂質の軽微な酸化変性を検出するために、新規の脂質分析方法論を確立し、分子レベルで呼吸気道と皮膚組織の脂質酸化過程を解明する。
GHQの宗教政策に関する新出史料調査

オレゴン大学ナイトライブリーのスペシャルコレクションズに所蔵されている「ウッダード文書」の史料を調査した。この史料を用いて、従来、GHQの宗教政策史において基礎的な文献とされてきたウッダードの著作『The Allied Occupation of Japan 1945-1952 and Japanese Religions』(E. J. Brill1972)を再検証した。これにより、本書の成立過を解明した。また、未掲載に終わった部分の解明と分析により、ウッダードの真意を理解する上での重要な手がかりを得ることができた。本研究の目的は「ウッダード・コレクション」の史料を調査し、従来、GHQの宗教政策史に関する研究で基礎的文献とされてきた、故ウィリアム・P・ウッダードの著書内容を再検証することを通じて、占領軍の宗教政策史の解明に取り組むことである。一年目である本年度は、国立国会図書館憲政資料室が所蔵している同コレクションの一部を中心に調査を実施した。また、同史料を読み解く上で必要なGHQ/SCAP文書、占領期の宗教界に関する資料、論文を収集した。この過程で得た史料は、整理した上で解読・分析を進めた。特に、同コレクションに含まれていた、岸本英夫の昭和二十年の日記について研究を行った。岸本英夫は、占領期に民間情報教育局宗教課のアドバイザーを努めた人物である。占領軍の政策担当者に日本の宗教界に関する情報や助言を与えると同時に、占領政策の対応や準備に迫られた文部省宗務課や宗教界関係者への助言や調整を行うなど、重要な役割を果たした。その記録が同日記には残されており、GHQの宗教政策史を解明する上で貴重な史料である。また、その記述内容のみならず、今まで存在が不明であった岸本日記が、何故ウッダードの手元に存在したのか、そしてウッダードは岸本日記のどの記述に注目していたのかという点も着目に価する。岸本日記に関する周辺史料として、ウッダード自筆による日記の英訳文や、知人の日本人が作成したと思われる関系書類があり、これらを分析することを通じて、日記の史料的意義について考察した。その成果は、平成22年度中に論文化する予定である。2年目である当年度は、(1)米国オレゴン大学ナイトライブラリー所蔵ウッダードコレクションの調査、(2)前年度に調査・分析した「岸本英夫日記」に関する論考のまとめ、(3)国内の占領期宗教関係史料の調査・分析を実施した。(1)に関しては、ウッダード著『The Allied Occupation of Japan 1945-1952and Japanese Religions』(E.J.Brill 1972)の初期原稿や、「宗教法人法」の起草に関連する史料を中心に閲覧、複写することができた。これらの史料により、初期原稿から出版された著書が完成するまでに、削除された箇所や内容を確認することができ、ウッダードの研究成果の形成プロセスや著作の真意を掴む上で有益な史料であることが確認できた。またウッダードは、占領期に「宗教法人法」を起草する際の中心人物であったため、彼が所持していた同法関連の諸資料は重要である。占領期における宗教法制の過程を研究する上で、有益な史料がいくつか確認できた。(3)に関しては、国会図書館や宗教系大学の図書館が所蔵する諸資料を調査し、今回の渡米調査で得た史料の分析・考察を深めるのに活用した。これらを通じて、最終年度に論文としてまとめる準備を行った。(2)に関しては、前年度の調査研究の成果として、「岸本英夫」の日記を分析した論文を発表した。これにより、昭和二十年において行われた占領政策の立案過程に、岸本がどのような形で影響を与えたのかを検証できた。本年度の研究活動をまとめると、以下の4点に集約できる。(1)オレゴン大学ナイトライブリーのスペシャルコレクションズが所蔵している「ウッダード文書」の調査、(2)国内の占領期史料・文献の調査、(3)これまでに収集した史料の読解・整理、(4)研究成果のまとめ。最終年度ということから、特に(3)(4)を重点的に取り組んだ。具体的には、本研究の目的である『The Allied Occupation of Japan 1945-1952and Japanese Religions』(E.J.Brill 1972)の再検証を行うべく、「ウッダード文書」に収められている本書の初期原稿や関係資料の分析に取り組んだ。これにより、本書の成立過程の一部を解明できた。本書が出版されるまでには、民間情報教育局(CIE)宗教課課長のW・K・バンスや民政局(GS)係官のC・H・ピーク、元駐日米国大使でハーバード大学日本研究所のE・O・ライシャワーといった占領軍関係者や研究者のほか、クレアモント大学に留学していた阿部美哉(後に文化庁宗務課、國學院大學学長)の助言を受けながら改稿・編集が進められたことが判った。彼らの助言によって、初期原稿から多くのページが削除されたといった事実や、記述内容で影響を受けたと推定できる箇所を具体的に明らかにした。また、正本と草稿の比較研究を行った。

未掲載に終わった草稿の記述で、ウッダードの真意を理解する上で重要な手がかりが得られる部分を確認できた。これらの研究成果は論文にまとめ、発表した。従来GHQの宗教政策史において基礎的文献とされてきた本書の問題点を実証的に指摘できたと考える。本研究で知り得た史料には、GHQの宗教政策に関する研究を進める上で有益なものが多く含まれる。これらを活用して、今後も研究を継続・発展させていく予定である。
バクテリアを利用した金属の微細加工技術に関する研究

まず,バイオマシニングにおける加工メカニズムを明らかにするために,銅と鉄を加工した場合の加工速度の変化やその際のpHおよびバクテリア数の変化を捉え,検討を行った.その結果次の結論を得た.1.バイオマシニングにおける材料溶出は主に間接溶出機構によるものである.2.鉄の加工においては加工の進行ととも,培養液中のFeイオンが増加するために加工能率が高まる.また,これまで培養液の温度によって加工速度が変化することを明らかにしており,その現象を利用した加工位置制御の可能性について考察した.すなわち,工作物表面に白色光,レーザ光を照射し,工作物表面の温度上昇を利用した加工の高精度化について検討した.その結果次の結論を得た.3.白色光,レーザ光を照射しても工作物内の熱伝導および培養液への放熱によって大きな温度差を生じさせることは困難であるため,本手法による加工位置制御は難しい.4.小出力のYAG第2高調波レーザをバクテリアに対し照射したところ,バクテリアの活動が停止する現象が確認された.さらに,培養液の流れが加工特性に及ぼす影響を明らかにするために,培養液の振盪,攪拌,および噴射の実験を行った.そして以下のような所見を得た.5.培養液振盪実験においては振盪回数,培養液攪拌実験においては攪拌翼の回転数が大きいほど,すなわち,培養液の流速が大きいほど加工速度が大きくなる.これは,単位時間あたりの加工表面に作用するバクテリア数が増加するためと考えられる.6.流速を極端に大きくすると,かえって加工速度は低下する.これは,バクテリアの工作物溶出の関与にある程度の時間が必要であることを示唆している.7.工作物表面に垂直に培養液を噴射することで加工能率は飛躍的に向上する.バクテリアの生体機能を利用して金属を除去加工するバイオマシニングにおいてはその材料除去機構に不明な点が多く,また実用化にあたっては,加工速度が遅い,サイドエッチが大きいなど解決しなければならない課題もある.1.そこで,まずその加工メカニズムを解明するために,工作物に純銅と純鉄を用いて基礎的な実験を行い,加工の進行に伴う加工量,バクテリア数および培養液のpHの変化を体系的に捉え,その加工メカニズムについて検討を行った.その結果以下の結論を得た.(1)バイオマシニングにおける工作物材料の除去は,主に間接溶出機構によるものである.すなわち培養液中の酸化作用の強い3価の鉄イオンによって金属が溶出し,その際生じる2価の鉄イオンがバクテリアによって再び3価の鉄イオンに酸化される.(2)純鉄のバイオマシニングにおいては,工作物の溶出により鉄イオンが生じバクテリアの活性につながるため,加工の進行とともに加工能力が高まる.2.次に加工能率の向上を図るために噴射ノズルを用いて培養液を工作物表面に噴射しながら加工を行い,その効果についても検討した.その結果以下の結論を得た.(1)培養液噴射バイオマシニングによって噴射ノズル直下の工作物の加工量は大幅に増加する.(2)培養液噴射バイオマシニングにおいては,培養液の流量が大きいほど加工量は大きくなる.また加工量は噴射圧力にはほとんど依存しない.今後,培養液噴射加工を利用し,加工位置の制御やエッチファクタの増大について検討する予定である.また金属以外の材料のバイオマシニングの可能性や微細加工への応用についての検討を計画している.昨年度までに実施した培養液噴射加工実験により,バイオマシニングにおける材料除去がおもに材料溶出機構によるものであること,鉄の加工の場合,加工の進行とともに加工能率が高まることを明らかにした.本年度は,さらなる高能率加工の実現を目指し,特に培養液の振盪数や振盪方向が加工速度に及ぼす影響について検討を行った.また,これまでの基礎実験によって,培養液の温度によっても加工速度が変化することが明らかになっており,この現象を利用した加工位置制御の可能性について考察した.ここでは,工作物表面に白色光,レーザ光を照射し,工作物表面の温度上昇およびバクテリアの活動への影響を調べた.結果として,以下ような所見が得られている.1.純銅を加工する場合,振盪回転数が大きいほど,すなわち単位時間当たりの加工表面に関与するバクテリア数が多いほど加工速度が大きくなる傾向があることが明らかとなった.また純鉄の加工の場合はある振盪回転数付近まで加工速度は急激に上昇し,その後はほぼ一定の値になることが確認された.2.振盪の方向に関しては,加工溝方向に対して平行な培養液の流れを与えた場合に最も能率が高くなることが明らかとなった.3.純銅の加工の場合培養液の温度30°C付近,純鉄の場合3540°C付近で加工速度が最大となる.4.工作物に白色光,レーザ光を照射しても工作物内の熱伝導および培養液への放熱によって,温度差を生じさせることは困難であり,本方法による加工位置制御は難しいと考えられる.5.小出力のYAG第2高調波レーザをバクテリアに対し照射したところ,バクテリアの活動が停止する現象が確認された.まず,バイオマシニングにおける加工メカニズムを明らかにするために,銅と鉄を加工した場合の加工速度の変化やその際のpHおよびバクテリア数の変化を捉え,検討を行った.その結果次の結論を得た.1.バイオマシニングにおける材料溶出は主に間接溶出機構によるものである.

2.鉄の加工においては加工の進行ととも,培養液中のFeイオンが増加するために加工能率が高まる.また,これまで培養液の温度によって加工速度が変化することを明らかにしており,その現象を利用した加工位置制御の可能性について考察した.すなわち,工作物表面に白色光,レーザ光を照射し,工作物表面の温度上昇を利用した加工の高精度化について検討した.その結果次の結論を得た.3.白色光,レーザ光を照射しても工作物内の熱伝導および培養液への放熱によって大きな温度差を生じさせることは困難であるため,本手法による加工位置制御は難しい.4.小出力のYAG第2高調波レーザをバクテリアに対し照射したところ,バクテリアの活動が停止する現象が確認された.さらに,培養液の流れが加工特性に及ぼす影響を明らかにするために,培養液の振盪,攪拌,および噴射の実験を行った.そして以下のような所見を得た.5.培養液振盪実験においては振盪回数,培養液攪拌実験においては攪拌翼の回転数が大きいほど,すなわち,培養液の流速が大きいほど加工速度が大きくなる.これは,単位時間あたりの加工表面に作用するバクテリア数が増加するためと考えられる.6.流速を極端に大きくすると,かえって加工速度は低下する.これは,バクテリアの工作物溶出の関与にある程度の時間が必要であることを示唆している.7.工作物表面に垂直に培養液を噴射することで加工能率は飛躍的に向上する.
偏微分方程式の解の性質に関する研究

主に非線形のシュレデインガー方程式、消散型発展方程式および波動方程式の外部問題について、解の存在、滑らかさ、時間的挙動、解の平滑化等の解析を行っている。1。quasi線形シュテデインガー方程式の解の存在を示した。これはすでに出版されている。2。流体力学および量子力学の研究に用いられるDavey-Stewartson方程式、Ishimori方程式の時間大域解の存在と時間的挙動についての解析を解析関数の空間で行った。3。非線形シュレデインガー方程式の解析関数の空間での解の平滑化、およびKdV方程式、非線形シュレデインガー方程式のGevrey Classにおける平滑化を研究した。これはすでに2つの雑誌に出版されている。またDilation作用素を利用してシュレデインガー方程式及びベンジャミン-オノ方程式の解の平滑化を良く知られたソボレフ空間のなかで研究した。シュレデイガ-方程式の方はすでに出版されている。ベンジャミン-オノ方程式の方は出版されることが確定している。4。シュレデインガー方程式固有の作用素を利用することにより微分を含んだ2次の非線形項を持った非線形シュレデインガー方程式の時間大域解の存在及存在時間の改良についての研究を行った。5。非局所的な非線形項を持った非線形シュレデインガー方程式の解の存在を広いクラスの初期値に対して研究した。この結果はすでに出版されている。6。高次の消散型発展方程式の存在定理を解析関数の空間のなかで示した。この結果はすでに出版されることが確定している。通常のソボレフ空間のなかで示せるかどうかはこれからの問題である。1。2。3。4。5。6。
原子レベルの材料特性に基く半導体ナノスピントロニクスデバイスシミュレータの開発

近年の高度情報化社会の急速な発展を支えて来たシリコントランジスタの限界を超えるアプローチの一つに,電子のスピン自由度を利用した新しいエレクトロニクス-半導体スピントロニクス-がある.そのような半導体スピントロニクス素子の開発において具体的な設計指針を与えるような,原子レベルの材料特性に基いた信頼性のあるシミュレータの開発を行った.それを用いて,スピントロニクス材料の一つである狭ギャップ半導体を用いた素子,及びグラフェンナノリボン素子のシミュレーションを行い,それらにおける特性を明らかにした.近年の高度情報化社会の急速な発展を支えて来たシリコントランジスタの限界を超えるアプローチの一つに,電子のスピン自由度を利用した新しいエレクトロニクス-半導体スピントロニクス-がある.そのような半導体スピントロニクス素子の開発において具体的な設計指針を与えるような,原子レベルの材料特性に基いた信頼性のあるシミュレータの開発を行った.それを用いて,スピントロニクス材料の一つである狭ギャップ半導体を用いた素子,及びグラフェンナノリボン素子のシミュレーションを行い,それらにおける特性を明らかにした.原子レベルの材料特性に基づく半導体ナノスピントロニクスデバイスシミュレータの開発を目的とし,18年度は,大きく分けて次の2つの研究を行った.1.原子レベルでスピンを考慮した最子輸送計算の前段階として,原子レベルの材料特性に基づくナノスケール電界効果トランジスタのシミュレーションに関する研究を行った.電流方向にはデバイスを構成する原子一個当たり5つの軌道(sp3s^*基底セット)を仮定した強結合近似,電流と垂直な方向には有効質量近似を用い,これと非平衡グリーン関数法を組み合わせる事で,従来の有効質量方程式に基づく計算よりも広いバイアス領域で信頼性の高いシミュレーションを行う事に成功した.この方法にスピン軌道相互作用の効果を経験的パラメータとして加える事で,スピンFETへの拡張する事を次のステップとして想定している.2.上記の研究と並行して,原子レベルの材料特性を経験的なパラメーターを用いる事無く取り入れる計算方法である強結合密度汎関数法を用いた汎用的なナノ構造の電気伝導計算ツールの開発を行った.特に,ナノ構造と静電的に結合した第3の電極,即ちゲート電極の効果を取り入れ,トランジスタ特性を計算する事に成功した.この強結合密度汎関数法による計算では,交換相互作用によるスピン偏極の効果や,スピン軌道相互作用の効果も第一原理的に取り入れる事が可能である為,今後このツールを用いてナノスピントロニクスデバイスに関する本格的な研究を行う事が出来る.18年度にはこの計算ツールを用いた具体例として,最近未来のナノエレクトロニクス材料として注目されているグラファイトリボン,即ち有限幅の単層グラファイトにおける有限バイアスでの電気伝導及びそれにおけるゲート電圧の効果に関する研究を行った.その結果,電流をゲート電圧によって効率的に制御できる事が示された.このツールを用いたスピンFETのシミュレーションを次のステップとして想定している.原子レベルの材料特性に基く半導体ナノスピントロニクスデバイスシミュレータの開発を目的として,平成19年度は,スピン依存電気伝導シミュレータの核となる部分に関しての開発を終えた.このシミュレータは,用いるタイトバインディングハミルトニアンの基底セットの選び方に依らず汎用的に用いる事ができる.具体的な適用例としてまず,密度汎関数タイトバインディング法を用い,ジグザグ端を持つグラフェンナノリボンを用いたトランジスタ型素子の電気伝導に関する研究を行い,バンドギャップが存在しないにも関わらず通常のMOS-FETに類似した電流の飽和が得られる事が明らかとなった.今回得られた結果においてスピンは重要な役割を果たしていないが,現在,スピンに依存する交換相互作用を取り入れる事によるスピン依存伝導の研究を進めており,研究機関の終了までには成果が得られることが期待できる.更に,sp3s^*タイトバインディング法に原子レベルでのスピン軌道(SO)相互作用を取り入れ,それと非平衡グリーン関数法を組み合わせる事により,InAs/GaAs/InAs/GaAs/InAs二重障壁量子井戸素子におけるスピン偏極電流の研究を行った.この素子は,非磁性材料を用いた半導体へのスピン注入という観点から非常に注目されているものである.本研究の結果,この系において重要であるとされる2種類のスピン軌道相互作用機構:BIA(Bulk Inversion Asymmetry)機構とSIA(Structural Inversion Asymmetry)機構が,これらの機構に関する特別な仮定を置くこと無しに自然に再現される事が分かった.具体的には,系にバイアスを掛けていない場合,BIA機構のみに起因するスピン偏極透過率が表れ,系にバイアスが掛けられた場合,SIA機構によってスピン偏極率が増幅される事が明らかとなった.半導体スピントロニクスにおける重要な課題の一つはスピン偏極電流を生成する事であるが,その手段の一つとして,スピン軌道相互作用の大きな狭ギャップ半導体を用いた二重障壁共鳴トンネル素子に着目し,その特性を理論的に明らかにする為のシミュレータの開発と検証を行った.スピン軌道相互作用を原子レベルで取り入れる為に,原子一個当たり5つの軌道(sp3s^*基底セット)と原子内のスピン軌道相互作用を仮定した強結合近似を採用し,電子の透過特性の計算には再帰グリーン関数法を用いて共鳴トンネル現象におけるスピン偏極に関する計算を行った.材料としては,井戸層及び電極にはInAsを仮定し,障壁層の材料としてはGaAsの場合とAlSbの場合を考察した.原子レベルのシミュレーションの結果, InAs/GaAs系の場合にはこれまで予測されている通りバルク反転非対称性に起因するスピン分離と構造反転非対称性に起因した共鳴ピークのスピン分離が現れるが,電子が障壁層の影響を強く受ける場合には,これまでの単純な予測からは大きく異なる結果が得られる事が明らかになった.更に, InAs/AlSb系の場合,井戸層と障壁層でanion原子が異なるため,井戸/障壁界面での構造の詳細がスピン分離に強く影響を与えうる事も明らかとなった.

更に,本課題で開発したシミュレータを用いて,究極の半導体材料である炭素原子を用いたナノスピントロニクス素子の一例として,グラフェンナノリボンにおけるスピンフィルター効果の研究を行った.その結果,グラフェンナノリボンの端に誘起されるスピン偏極に起因したスピンフィルター効果をゲート電圧によって制御出来る事が明らかとなった.
全て酸化物からなる新規ワイドバンドギャップヘテロｐｎ接合作製のための基盤技術開発

NiOとβ-Ga2O3の間の結晶配向関係を明らかにする目的に関しては、29年度に(100), (-201)及び(010) β-Ga2O3基板上のNiOの結晶配向性を明らかにした。両者は、基板方位が異なってもNiO [011] (100) // β-Ga2O3 [001] (100)を満たす同じ位置関係でNiO配向膜が形成されることがわかった。30年度は、上記の確認を進めると共に、(001) β-Ga2O3基板上のNiOの結晶配向性について調査して、やはり上記の関係が保たれていることを確認した。この結果はこれまでの結果も交えて第66回応用物理学会において報告した。β-Ga2O3基板の方位によらずNiOとβ-Ga2O3の間の同じ結晶関係が保たれることから、どの方位のβ-Ga2O3基板も使用可能であることも含めて両者が高い親和性をもつヘテロ接合となりうることを示す結果となり、両者間のヘテロデバイス作成にとって有意義な知見となった。NiOとβ-Ga2O3に基づくヘテロpn接合ダイオードについては、室温から500°Cまでのスイッチング動作の温度依存性の評価を行った。500°Cでも1μ秒以下の順逆回復が実現され、温度増加に伴う回復時定数の増加によってスイッチング損失が増加することを実験的に明らかにし、第79回応用物理学会秋季学術講演会において報告した。研究分担者の安田は、ゾル・ゲルディップ法によるNiO薄膜の作成を試み、その成果を第79回応用物理学会秋季学術講演会において発表した。研究分担者の矢野は、NiOとβ-Ga2O3からなるヘテロpn接合ダイオードモデルによるシミュレーションを行い、n形β-Ga2O3からp形NiOへの電子注入が支配的であり、NiO層の厚さとキャリア寿命がターンオフ波形に影響することを示している。β-Ga2O3基板上のNiO薄膜については、29年度までに調べられていた(100), (-201),(010)面β-Ga2O3基板上のNiOの結晶配向性に加えて、(001) β-Ga2O3基板上のNiOについても調べて両者の結晶配向関係を総合的に説明できるレベルまで到達した。本件について応用物理学会で発表し、論文投稿に関しても準備中である。NiOに関しては、ゾル・ゲルディップ法による成膜も試みており、これまで得られている知見と比較する形で検討している。NiOとβ-Ga2O3に基づくヘテロpn接合ダイオードについては、500°Cまでの高温下において1μ秒以下のスイッチング特性が得られており、NiO/β-Ga2O3接合ダイオードの高温動作の可能性を示す結果となった。また、NiO/β-Ga2O3接合ダイオードのスイッチング特性(回復特性)に及ぼすキャリア寿命とNiO層の厚さの影響についてシミュレーションによって検討し、今後のダイオード試作の指針を与える結果を得た。β-Ga2O3基板上のNiO薄膜については、追加の断面TEM分析の検討を行ってから論文投稿する計画で、結晶配向に関する部分は概ね計画どおり完了する。一方、ヘテロpn接合ダイオードについては試作条件の検討を行いながら、試作、評価、検討を繰り返し行っていく。その際、30年度にシミュレーションで得られた知見を生かして試作を行うことで、NiO/β-Ga2O3接合ダイオードのもつポテンシャルを示すことができると考えている。NiOとβ-Ga2O3の間の結晶配向関係を明らかにする目的に関しては、まず29年度の計画通りに3種類の(100),(111),(110)MgO基板上に形成したβ-Ga2O3薄膜の結晶配向性について明らかにした。(100)MgO基板上ではβ-Ga2O3 (100)[001]とMgO (100)[011]が平行な90°ずつ回転したドメインを確認し、新たに研究した(111)MgO基板上では(-201)配向Ga2O3が120°ずつ回転したドメインとなること、(110) MgO基板上では(-102)配向Ga2O3が180°回転したドメインとなることが分かった。この内容は学会誌に論文発表した。一方、β-Ga2O3を基板としてNiOを形成した場合については、計画に基づいて新たに(-201)及び(010)β-Ga2O3基板上のNiOの結晶配向性を調べた。その結果、(-201)β-Ga2O3基板には(111)配向NiO、(010)β-Ga2O3基板には(0-11)配向NiOが形成され、基板方位が異なってもNiO [011](100)とβ-Ga2O3 [001](100)が平行な同じ位置関係でNiO配向膜が形成されていることが分かった。この結果は第65回応用物理学会において報告した。NiOとβ-Ga2O3に基づくヘテロpn接合ダイオードについては、試作したダイオードの電流-電圧特性評価を行っている。約290 nmに最大感度をもつフォトダイオードとして機能すること、接合部での光吸収により電子正孔対を生成する比較的良好なpn接合ができていることが分かった。

研究分担者の矢野は、NiOとβ-Ga2O3からなるヘテロpn接合ダイオードの単純なモデルによるシミュレーションを開始した。電流-電圧特性の測定結果と比較することを始めている。NiOと同じ結晶構造で格子定数も近いMgO基板を使い、3種類の(100),(111),(110)面上に形成したβ-Ga2O3薄膜の結晶配向性について明らかにし、その結果を論文発表した。過去に中国のグループが同様の試みについて論文発表しているが、本研究では、(111)基板上で6ドメインから3ドメインに減少した結果を、(110)基板上では従来と90°異なる結果となり、我々の結果の妥当性も示した。一方、β-Ga2O3基板上のNiO薄膜については既に報告済みの(100)面上の場合に加えて、(-201),(010)面上のNiOの結晶配向性をX線回折測定により調べて応用物理学会で発表した。さらに研究を継続している。NiOの疑似基板であるMgO基板上のβ-Ga2O3の結晶配向、β-Ga2O3基板上のNiOの結晶配向、この両者が明らかになったことは、本研究課題の結晶配向に関する部分が概ね達成しつつあると言え、今後のヘテロpn接合ダイオードの試作の基礎を与える結果となった。しかし、成膜技術の向上など改善しなければならない課題は残されている。n形β-Ga2O3基板上にp形NiO薄膜を形成したダイオードについては、今後重点的に進める計画である。一部試作を開始したダイオードの電流-電圧特性はまだばらつきが大きく、ダイオードの直列抵抗成分が大きい。試作工程を見直しながら条件を見極めていく必要がある。NiOとβ-Ga2O3の間の結晶配向関係を明らかにする目的に関しては、29年度に(100), (-201)及び(010) β-Ga2O3基板上のNiOの結晶配向性を明らかにした。両者は、基板方位が異なってもNiO [011] (100) // β-Ga2O3 [001] (100)を満たす同じ位置関係でNiO配向膜が形成されることがわかった。30年度は、上記の確認を進めると共に、(001) β-Ga2O3基板上のNiOの結晶配向性について調査して、やはり上記の関係が保たれていることを確認した。この結果はこれまでの結果も交えて第66回応用物理学会において報告した。β-Ga2O3基板の方位によらずNiOとβ-Ga2O3の間の同じ結晶関係が保たれることから、どの方位のβ-Ga2O3基板も使用可能であることも含めて両者が高い親和性をもつヘテロ接合となりうることを示す結果となり、両者間のヘテロデバイス作成にとって有意義な知見となった。NiOとβ-Ga2O3に基づくヘテロpn接合ダイオードについては、室温から500°Cまでのスイッチング動作の温度依存性の評価を行った。500°Cでも1μ秒以下の順逆回復が実現され、温度増加に伴う回復時定数の増加によってスイッチング損失が増加することを実験的に明らかにし、第79回応用物理学会秋季学術講演会において報告した。研究分担者の安田は、ゾル・ゲルディップ法によるNiO薄膜の作成を試み、その成果を第79回応用物理学会秋季学術講演会において発表した。研究分担者の矢野は、NiOとβ-Ga2O3からなるヘテロpn接合ダイオードモデルによるシミュレーションを行い、n形β-Ga2O3からp形NiOへの電子注入が支配的であり、NiO層の厚さとキャリア寿命がターンオフ波形に影響することを示している。β-Ga2O3基板上のNiO薄膜については、29年度までに調べられていた(100), (-201),(010)面β-Ga2O3基板上のNiOの結晶配向性に加えて、(001) β-Ga2O3基板上のNiOについても調べて両者の結晶配向関係を総合的に説明できるレベルまで到達した。本件について応用物理学会で発表し、論文投稿に関しても準備中である。
偏波レーダによる地球の地形・植生環境観測

この研究の目的と計画は地形・生態系を正確にモニターするためのパラメータの抽出,それを計測するレーダ技術の開発とそれを利用した実際の手法を構築することである.この2年間くらいで約30cmの非常に高分解能な偏波レーダの出現によって陸域観測は新たなステージに入ってきた.取得された偏波データにはシーンに関する詳細な情報が含まれているので,そのデータを使って地表や物体の分類や同定が直接行えるようになった.そこで,偏波校正されたすべての偏波合成開口データを我々の開発したG4U手法によって散乱電力分解を行った.表面散乱電力・2回の反射電力・体積散乱電力・ヘリックス散乱電力と,各電力にレーダビームが直交しているビル,建物や橋などは図表等に表示が可能となる.このことは建造物では2回反射が強く見出されることを表している.植生や畑の領域は湖の周りを取りかこみ,海や裸地を表している.観測例としては,日本の九州にある新燃岳(31.54N, 130.54E)の噴火活動のモニタリングである. G4Uカラーコードの画像によって新燃岳の噴火前後でどのように変化したかを直接的に簡単に知ることができる.最もシンプルに火山灰に覆われた場所を見出すことができる.植生は緑色,火山灰で覆われた箇所は表面散乱が卓越して青色となる.噴火にともなって熱やガズで植生は弱まり,体積散乱(緑)は減少する.噴火によって被害を受けた場所では樹木が倒れ,火山灰に覆われるので表面散乱が増える.このG4Uの手法により新燃岳のG4U-BGBイメージ. ALOSPALSARにより噴火前に取得された画像データと,噴火後の画像データの比較をカラーコードの画像で,行うことが可能になった。このように開発した散乱電力分解法G4Uによって取得されたデータを直接利用できるようになった.目視で結果が了解できることは大きな進歩であると思われる.平成26年度が最終年度であるため、記入しない平成26年度が最終年度であるため、記入しないこの研究の目的と計画は地形・生態系を正確にモニターするためのパラメータの抽出,それを計測するレーダ技術の開発とそれを利用した実際の手法を構築することである.この2年間くらいで約30cmの非常に高分解能な偏波レーダの出現によって陸域観測は新たなステージに入ってきた.取得された偏波データにはシーンに関する詳細な情報が含まれているので,そのデータを使って地表や物体の分類や同定が直接行えるようになった.そこで,偏波校正されたすべての偏波合成開口データを我々の開発したG4U手法によって散乱電力分解を行った.表面散乱電力・2回の反射電力・体積散乱電力・ヘリックス散乱電力と,各電力にレーダビームが直交しているビル,建物や橋などは図表等に表示が可能となる.このことは建造物では2回反射が強く見出されることを表している.植生や畑の領域は湖の周りを取りかこみ,海や裸地を表している.観測例としては,日本の九州にある新燃岳(31.54N, 130.54E)の噴火活動のモニタリングである. G4Uカラーコードの画像によって新燃岳の噴火前後でどのように変化したかを直接的に簡単に知ることができる.最もシンプルに火山灰に覆われた場所を見出すことができる.植生は緑色,火山灰で覆われた箇所は表面散乱が卓越して青色となる.噴火にともなって熱やガズで植生は弱まり,体積散乱(緑)は減少する.噴火によって被害を受けた場所では樹木が倒れ,火山灰に覆われるので表面散乱が増える.このG4Uの手法により新燃岳のG4U-BGBイメージ. ALOSPALSARにより噴火前に取得された画像データと,噴火後の画像データの比較をカラーコードの画像で,行うことが可能になった。このように開発した散乱電力分解法G4Uによって取得されたデータを直接利用できるようになった.目視で結果が了解できることは大きな進歩であると思われる.平成26年度が最終年度であるため、記入しない平成26年度が最終年度であるため、記入しない
周産期の女性の心身社会的変化が夫婦の性意識・性行動に及ぼす影響に関する研究

女性にとって妊娠・分娩は身体的変化のみならず、夫婦間の役割の変化や性生活にも影響を与え、夫婦の関係性の破綻や親役割遂行への危機感を投じている。そこで、本研究の最:終年度である今年度は、これまでの研究結果(面接調査、質問紙調査)を分析し、妊娠・分娩が夫婦の性意識・性行動に及ぼす影響を明らかにし、その実態に応じた必要な看護について考察した。面接調査(H16年度、H18年度)の結果からは、(1)周産期の夫婦の性的欲求に差があること、(2)妻の妊娠以後も依然として役割変化を認識できない夫とのズレの存在が明らかになった。出産後は、育児を含めて日常生活をともにしている夫から理解や支援により新たな親役割が受容され展開されていく。その親役割を通して夫婦の関係性が充実・満足し、夫との性的関係へとつながることから、男性に対して妊娠・出産による母親役割への移行、身体的変化への理解を促すこと、また、父親役割の遂行をサポートすることが必要であると考えられた。質問紙調査(h17年度)の結果から、(1)周産期の男女の性的欲求レベルに差があること、(2)将来のセックスレスの可能性として、周産期の男女の性的関係がひきがねとなることが示唆された。このことから、相互の性的欲求レベルの差をふまえた指導と、男性に女性のセクシュアリティの変化への理解を促すこと、夫婦で周産期の性に向き合うことに対する援助が必要であると考えられた。研究成果の発表として、質問紙調査の一部を第26回日本看護科学学会学術集会(平成18年度)にて示説発表した。周産期の性生活に関して小冊子を活用したいとの結果(H17年度)から、研究成果をふまえた小冊子を作成し、面接調査および質問紙調査の協力機関に配布した。同様に、3年間の研究内容および成果を集約し報告書を作成し、各研究協力機関等に送付した。本研究は、周産期の夫婦の性意識・性行動を「性交」という観点だけではなく、心身社会的変化による影響や夫婦の関係性、親役割の観点から明らかにし、それを基に看護者として周産期の夫婦の性についてのケアを検討することを目的としている。今年度は、産後育児中の母親を対象に、妊娠・分娩による心身社会的変化が妊娠中および産後の性生活や夫婦の関係性にどのように影響しているかについて面接調査を実施した。面接調査に先立ち、文献検討および面接調査マニュアル(倫理的配慮および質問内容を含む)を作成した。文献検討では、先行研究より国内外の研究状況を把握するとともに、「妊産婦の性」を取り巻く近年の動向について検討し(1)「妊産婦のセクシュアリティ」という視点の欠如、(2)「性の健康」の視点の必要性、(3)パートナーとの関係性としての「性的関係」の3点が明確化されるべき課題として挙げられた。以上よりリサーチ・クエスチョンとして、(1)性に対する身体的・生理的満足度、(2)妊産婦のセクシュアリティ、(3)性行動に関する主体的な意思決定および方法の選択、(4)肯定的な性行動、(5)パートナーとの関係性としての「性的関係」をあげ、本研究の主旨に同意の得られた妊娠後期から産後1年6ヶ月までの女性6名を対象に面接調査を実施した。結果としては、(1)それぞれの妊娠・分娩経過を受容し「産む性」を肯定している、(2)非妊時に比して「性」を意識するようになった、(3)妊娠後にパートナーとの性的欲求に差がありそれを解決すべくコミュニケーションスキルを持っていない、(4)性的関係が夫婦の関係性と関連していることを妊娠後に認識し始めた、(5)産後のセックスレスにより関係性の希薄化の心配があるということがあげられた。これらの結果と専門的知見の提供を基に質問紙の内容を検討中であり、次年度は妊娠後期、産後3・4ヶ月、産後7・8ヶ月、1歳6ヶ月の女性とパートナー計500組を対象とする質問紙調査を実施する予定である。本研究は周産期の夫婦の性意識・性行動を「性交」という観点だけではなく、心身社会的変化による影響や夫婦の関係性、親役割の観点から明らかにし、それを基に看護者としてのケアを検討すること目的としている。今年度は、平成16年度の面接調査の結果をふまえ、妊産婦を対象に質問紙調査を実施した。対象は、青森県・秋田県内の病院における妊娠期のマタニティ・セミナーを受講した夫婦、同様に両県の保健センターでの3・4ヶ月児乳児健診、5ヶ月児親子ふれあい教室、7ヶ月児離乳食講習会、1歳6ヶ月児幼児健診を受診した夫婦(パートナー同士も含む)500組(1000部)であった。質問紙は、研究補助者と共に口頭で研究の主旨・内容等について説明し、同意の得られた夫婦に配布し、後日郵送にて回収した。質問紙の内容は(1)対象属性、(2)妊娠および産後の性生活(3)パートナーとの性的コミュニケーション、(4)親役割の受け止め方、(5)セックスレスの危機感、(6)周産期の性の相談等についてであった。現在(平成16年3月末日)の回収率は12.3%であった。そのうち性別構成比は男性42.1%、女性57.9%であり、平均年齢は男性30.9歳、女性29.8歳であった。

周産期の性に関する相談については、集団指導として性の指導を希望すること、妊娠・産後の性生活に関する小冊子があれば活用したいとの結果であった。質問紙調査を用いて、個別に介入する対象者を募集したところ妊婦2名の希望があり、各過程で介入を実施する予定である。また、平成16年度の面接結果を第25回日本性科学会にて口頭発表した。発表内容について投稿依頼を受け原稿準備中である。次年度は、質問紙調査の結果を受け、周産期の性に関する小冊子を作成し、マタニティ・セミナーへの介入をも検討している。女性にとって妊娠・分娩は身体的変化のみならず、夫婦間の役割の変化や性生活にも影響を与え、夫婦の関係性の破綻や親役割遂行への危機感を投じている。そこで、本研究の最:終年度である今年度は、これまでの研究結果(面接調査、質問紙調査)を分析し、妊娠・分娩が夫婦の性意識・性行動に及ぼす影響を明らかにし、その実態に応じた必要な看護について考察した。面接調査(H16年度、H18年度)の結果からは、(1)周産期の夫婦の性的欲求に差があること、(2)妻の妊娠以後も依然として役割変化を認識できない夫とのズレの存在が明らかになった。出産後は、育児を含めて日常生活をともにしている夫から理解や支援により新たな親役割が受容され展開されていく。その親役割を通して夫婦の関係性が充実・満足し、夫との性的関係へとつながることから、男性に対して妊娠・出産による母親役割への移行、身体的変化への理解を促すこと、また、父親役割の遂行をサポートすることが必要であると考えられた。質問紙調査(h17年度)の結果から、(1)周産期の男女の性的欲求レベルに差があること、(2)将来のセックスレスの可能性として、周産期の男女の性的関係がひきがねとなることが示唆された。このことから、相互の性的欲求レベルの差をふまえた指導と、男性に女性のセクシュアリティの変化への理解を促すこと、夫婦で周産期の性に向き合うことに対する援助が必要であると考えられた。研究成果の発表として、質問紙調査の一部を第26回日本看護科学学会学術集会(平成18年度)にて示説発表した。周産期の性生活に関して小冊子を活用したいとの結果(H17年度)から、研究成果をふまえた小冊子を作成し、面接調査および質問紙調査の協力機関に配布した。同様に、3年間の研究内容および成果を集約し報告書を作成し、各研究協力機関等に送付した。
近接場光還元銀ナノ微粒子を用いた走査型SERSイメージングの開発

光の回折限界より微小な領域に局在する近接場光を用いて、銀ナノ微粒子二量体を作製した。従来の光還元法では単独あるいは多数の銀ナノ微粒子しか作製できなかったが、今回、銀ナノ二量体を任意の位置に選択的に作製しながら、形状をその場測定して確認し、SERSスペクトルの違いを測定できた。また、単一分子レベルのイメージングで起きる明滅現象では、銀ナノ二量体間隙の極微小な周期的増強電磁場が影響している事を確認した。原子間力顕微鏡(AFM)の開口カンチレバーを硝酸銀結晶に接近させ、開口部に波長488nmの励起光を照射することで近接場光還元を行った。その前後で結晶表面のAFMその場測定を行い、銀ナノ微粒子あるいはその二量体の生成を確認した。単独の銀ナノ微粒子を作製した結晶上に4,4'-ビピリジンのアセトン溶液を滴下して通常ラマン測定を行うと、1026cm-1付近にビピリジン金属錯体の環呼吸振動モードのピークが観測された。一方、銀ナノ微粒子二量体の場合、1000cm-1付近に結晶状態ビピリジン分子の環呼吸振動モードのピークが観測された。前者は、ビピリジン分子が金属に吸着して表面増強ラマン散乱(SERS)が発現していると思われる。後者は、近接場光還元で作製した銀ナノ微粒子二量体の間隙に、ビピリジン分子が金属に吸着しない状態で存在し、そこからのSERSが発現していると考えられる。後者には偏光依存性が観測されており、二量体間隙からのSERSであると確認できた。従来の光還元法では単独あるいは多数の銀ナノ微粒子しか作製できなかったが、今回、銀ナノ微粒子を任意の位置に選択的に作製しながら、形状をその場同時測定して確認し、それによるSERSスペクトルの違いを測定できた。また、単一分子レベルのSERSイメージングで起きる明滅現象についても調べた。アニオン性色素を吸着させた銀ナノコロイド微粒子からのSERS明滅現象を、色素濃度や励起波長を変化させて観測し、その結果を冪乗則で解析した。これにより、励起波長が短いと銀ナノ微粒子二量体の間隙に周期的な増強電磁場が発生し、それがSERS明滅現象に影響している事を確認した。このような周期的な増強電磁場の走査型近接場光学顕微鏡による観測の報告が最近なされており、今回の研究結果はその挙動と一致している事も明らかになった。硝酸銀結晶に、原子間力顕微鏡(AFM)の開口カンチレバー(開口径300nm)を接近させて、開口部に波長488nmの励起光を5分間照射し、その前後での結晶表面の原子レベル形状測定を行った。その結果、光強度が強い場合は直径1μmほどの突起が生成した。光強度が弱い場合は直径300nmほどの突起が生成した。また、硝酸銀結晶に色素のアセトン溶液を滴下・乾燥させた直後に通常の光照射でラマン測定を行ったところ、硝酸イオン由来のスペクトルしか測定できなかったが、銀ナノ微粒子生成のための光照射を5分間行った後に測定すると、色素由来のラマンスペクトルが測定できた。この結果は、硝酸銀結晶表面に通常の光還元で銀ナノ微粒子が生成し、そこからの表面増強ラマン散乱(SERS)が測定できたものと考えられる。これらの結果は、近接場光還元で極少数の銀ナノ微粒子を任意の位置に選択的に作製できた事を示している。また、光強度など照射条件を変える事で異なる形状の銀ナノ微粒子を作製できる事も判った。今後、開口カンチレバーを通してSERSあるいはプラズモン共鳴レイリー散乱を測定する事が出来れば、近接場光還元銀ナノ微粒子の光学的性質と形状がその場同時測定できるという独創性を確立することになる。このようなAFMとSERSのその場同時測定により、走査型SERSイメージングのための最適条件を探る事ができる。その最適条件下ならば、この近接場光還元を使った単一分子レベル・数nmオーダーの高感度・高空間分解能なイメージングを、従来ではSERS測定できなかった出芽酵母の娘細胞表面のような場所でも、選択的に任意の場所で行えるようになると思われる。当初は、銀イオンを含ませたゲルに原子間力顕微鏡(AFM)の開口カンチレバーを接近させて、近接場光還元による銀ナノ微粒子作成を行い、その前後での原子レベルでの形状測定と表面増強ラマン散乱(SERS)測定を行う計画であった。しかし、ゲル中の水分が多いと、乾燥によるゲルの収縮によって、カンチレバーで表面を走査することができなかった。一方、ゲル中の水分が少ないと、銀イオンの拡散が起きにくくなって、光還元による銀ナノ微粒子生成が難しくSERS測定も困難であった。このようにゲルを用いたAFM測定と光還元銀ナノ微粒子によるSERS測定とでは矛盾した条件が必要であり、その最適な測定条件、ゲルの種類や水分量などの探索に時間を費やさざるをえなかった。

体積が変化しないと思われるシリカゲルでの実験も行ったものの、結局はゲルではなく硝酸銀結晶を用いることで、近接場光還元銀ナノ微粒子のAFM測定と通常の光還元銀ナノ微粒子によるSERS測定に成功した。硝酸銀結晶を用いた近接場光還元銀ナノ微粒子による表面増強ラマン散乱(SERS)測定に取り組む。色素のアセトン溶液を滴下、乾燥させた硝酸銀結晶を用いて、銀ナノ微粒子生成のための光強度などに依存したスペクトルの違いを見いだし、原子間力顕微鏡(AFM)でその場同時測定した形状(異なる光強度によって作製された銀ナノ微粒子は、同じサイズで数が異なるのか、数は同じでそれぞれのサイズが異なるのか、という点などに注目する)との相関を議論して、走査型SERSイメージングのための最適条件を探る。カンチレバーを取り付けたチューニングフォークを改良して液中でのAFM測定を可能とすることで、固液界面上において開口カンチレバーを用いた近接場光還元銀ナノ微粒子のAFM測定とSERS測定の同時測定を行う事も考えている。この際、銀イオンを含んだイオン液体を用いる。すでに真空中で行う走査型電子顕微鏡による電気化学的還元反応の観測がなされているように、イオン液体では溶液の蒸発がほとんどないので、ゲルで起きたような蒸発による問題は回避され、その場同時測定が容易に行えると考えている。そして、酵母あるいは乳酸菌を硝酸銀水溶液中に浸した後に、その細胞表面での開口カンチレバーを用いた近接場光還元銀ナノ微粒子のAFM測定とSERS測定の同時測定に取り組み、走査型SERSイメージングを達成する。ラマン測定装置を置くための除振台を購入するために、40万円ほど使用する。開口カンチレバーなどの光学素子や試薬の消耗品費に、10万円ほど使用する。東京およびインドにおける国際会議や、東京および関西での国内学会に出席するための旅費に、38万円ほど使用する。謝金などに2万円ほど使用する。