hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
障害の重度・重複化とニーズの多様化に対応し得る訪問教育の在り方に関する実践的検討

本研究では,訪問教育を障害の重度・重複化とニーズの多様化に応え得る援助システムの中核と位置づけ,この観点から「1.訪問教育へのニーズ調査」と「2.発達評価と指導内容・方法に関する実践的研究」を主要検討課題として設定した.「1」に関する研究成果北陸3県と東北6県を中心に全国各地の訪問教育対象事例にアンケート調査を実施した.その結果,(1)各事例の居住地における医療・福祉資源の整備状況と利用に関して大きな地域差が存在すること,そして,(2)訪問教育とその担当教員への親のニーズと期待はその地域差に強く関連することが明らかになった.さらに,(3)担当教員に対しては,教師としての高い力量に加えて,福祉・医療に関する情報提供者としても期待されていることが判明した.これらのニーズをふまえて教員支援システムが構築される必要がある.「2」に関する研究成果障害実態や生活・教育形態の異なる各種事例を対象にして,遡及的分析も含む継続的指導を試みた.これらの指導実践をとおして,生理心理学的方法による状態(state)の診断,微弱な行動反応の評価,各種援助課題における有効な教材の選定,コミュニケーション・エイドの開発と導入など,「反応がない,乏しい」とされる重障児への発達支援プログラムを作成した.なお,当初計画では,在宅事例への遠隔教育方法を開発し,上記1,2の成果も取り込んで,「3.訪問教育支援システムの構築」を予定したが,この課題に関しては近時における通信技術の飛躍的発展等をふまえて研究計画の補強を図り,14年度から新たな課題として研究を進めている(基盤研究(B)(2),課題番号14380097).本研究では,訪問教育を障害の重度・重複化とニーズの多様化に応え得る援助システムの中核と位置づけ,この観点から「1.訪問教育へのニーズ調査」と「2.発達評価と指導内容・方法に関する実践的研究」を主要検討課題として設定した.「1」に関する研究成果北陸3県と東北6県を中心に全国各地の訪問教育対象事例にアンケート調査を実施した.その結果,(1)各事例の居住地における医療・福祉資源の整備状況と利用に関して大きな地域差が存在すること,そして,(2)訪問教育とその担当教員への親のニーズと期待はその地域差に強く関連することが明らかになった.さらに,(3)担当教員に対しては,教師としての高い力量に加えて,福祉・医療に関する情報提供者としても期待されていることが判明した.これらのニーズをふまえて教員支援システムが構築される必要がある.「2」に関する研究成果障害実態や生活・教育形態の異なる各種事例を対象にして,遡及的分析も含む継続的指導を試みた.これらの指導実践をとおして,生理心理学的方法による状態(state)の診断,微弱な行動反応の評価,各種援助課題における有効な教材の選定,コミュニケーション・エイドの開発と導入など,「反応がない,乏しい」とされる重障児への発達支援プログラムを作成した.なお,当初計画では,在宅事例への遠隔教育方法を開発し,上記1,2の成果も取り込んで,「3.訪問教育支援システムの構築」を予定したが,この課題に関しては近時における通信技術の飛躍的発展等をふまえて研究計画の補強を図り,14年度から新たな課題として研究を進めている(基盤研究(B)(2),課題番号14380097).本研究では訪問教育を,「障害の重度・重複化とニーズの多様化に応え得る援助システムの中核」として位置付け,この観点から(1)教育実践方法の体系化を図るとともに,(2)多様なニーズに応えるために活用できる援助システムを構築し,これをふまえて(3)訪問教育の今後の在り方を明らかにすることを目的としている.先ず,訪問教育の現状とその背景の把握(課題I)に関して,これまで蓄積してきた諸資料をもとに事例遡及的分析を行うとともに,北陸地方を中心に県教委・学校の協力を得て在宅訪問教育に関する資料を収集した.そして,本課題をテーマにした公開シンポジウムを開催し(日本特殊教育学会37回大会,11年9月,北大),親や担当教師などからの話題提供を受けて,現状把握と問題整理をした.これをふまえて,訪問教育へのニーズとの関連に焦点を絞った実態調査(課題III)に関し,その調査項目を選定し,関東などより広範な地域を対象にしたアンケート調査の次年度(第2年度)実施に向けての準備を行った.指導内容・方法に関する実践的研究(課題II)については,働きかけに対する「期待」の形成が可能であることを心拍変動などの生理心理学的指標に基づいて実践的に明らかにした.さらに本年度購入した画像処理システムなどにより,例えば,期待出現時の「口の動き」に特徴的な変化が検出されることを確認するなど,微弱な行動反応の評価システム開発の見通しが得られた(課題II-1).また,テレビ電話システムを利用した遠隔教育に関する基礎的検討(課題II-2)については,画像とともに心拍指標データを伝送する方式を確定した.ただ,市販のテレビ電話システムの解像度の制約に起因する行動観察上の問題点が明らかになり,次年度の検討課題となった.本研究目的の下で設定した今年度の課題は,1.指導内容・方法に関する実践的研究(行動評価システムと指導プログラムの開発/遠隔教育システムの開発),2.訪問教育へのニーズ調査,そして,現時点における研究成果の国際会議での発表と討論であった.1に関する研究実績対象事例への指導を継続する中で,障害実態に即した教材やコミュニケーション・エンドの開発を行った.また,働きかけと反応の観察データの多量解析による両者の構造分析を試みた.

これらの方法と結果を指導に適用し,その有用性と妥当性の実践的検討を継続中である.また,標的部位を自由に指定して定量的な行動解析ができるシステムも,その精度に関する基礎的検討が終了し,これまでに蓄積されている映像データの遡及的分析への応用の準備が整った.遠隔教育システムに関しては,指導においてweb-siteを介して交信することの有効性を実践的に確認した.さらに,心拍波形即時認識・ゆらぎ解析システム(本年度購入)による生理心理学的情報を,テレビ電話システムにより映像とともに伝送する見通しを得た.2に関する研究実績前年度に引き続き,北陸三県・愛知県の訪問教育対象事例の家庭合計111に対してアンケート調査を実施して,その結果の集計,分析を継続中である.ISEC2000(国際特殊教育会議)で,日本における訪問教育プログラムの現況とweb-siteを介した遠隔教育の二テーマについて報告し,重度重複障害児教育の在り方に関する提言を行い,国際的な研究交流の先鞭をつけた.本研究目的の下で設定した本年度(第3年度)の主要な課題は,1.指導内容・方法に関する実践的研究(行動評価システムと指導プログラムの開発/遠隔教育システムの開発)の継続,2.訪問教育へのニーズ調査結果の分析であった.1に関する研究実績の概要障害実態に即した教材やコミュニケーション・エイドの開発を試みながら,対象事例への指導を継続してきた.この過程で,画像処理システム(11年度購入)に基づく行動の定量的評価法と心拍変動即時認識・解析システム(12年度購入)に基づく生理心理学的評価法の実践的応用に関する検討を進めた.また,在宅重障児への遠隔教育システムに関しては,テレビ電話を用いたこれまでの映像(行動変化)に関する検討に加えて,A/D変換されて伝送される心拍変動情報を,上記の即時認識・解析システムによってリアルタイムで有用な生理心理情報に加工する方法の検討を行い,一定の見通しを得た.特に,快・不快や心的緊張状態を反映する副交感系機能に関する指標は,最重度事例への援助における有用な情報となることが期待される.これらの結果を踏まえて,在宅重障児への遠隔教育の場へ実践的に導入し,その意義と妥当性を検証する準備が整いつつある.2に関する研究実績の概要北陸三県・愛知県の訪問教育対象事例の家庭合計111に対してアンケート調査を実施して得られたデータの集計と分析を継続中である.特に,(1)医療・福祉資源の整備状況と利用に関する地域差と,(2)親(保護者)の訪問教育およびその担当教員へのニーズとの関連性を中心に分析を進め,この構造的関連を踏まえた訪問教育の在り方と担当教員に求められる力量に関するまとめを行った.そしてこの結果に基づく,教員支援システムの内容とその構築に関する方策の検討に着手した.
学生の"おとな"的心性の獲得経路に関する研究

研究I:昨年度に作成した,"学生"および"おとな"が備えている心理的特性を記述するための尺度をさらに洗練することを目的とし,さらに400名程度のデータを増加させた。新たなデータを加えたものを対象として,尺度の構造を確認するために因子分析を行った結果,昨年度と一部異なった結果が得られた。いくつかの因子については,昨年度と全く同様なものが抽出されたが,2因子ほど新たなまとまりを示していた。解釈上は,昨年度の結果も本年度の結果もともに解釈可能なものであった。この点は,さらに検討が必要であろう。また,被験者自身が認識している自らの"おとなの程度"と,尺度得点の関連を検討した結果,各下位尺度(本年度の因子分析結果による)の得点は"おとなの程度"と直線的な関連が認められた。このことは,尺度項目内容を身につけること,もしくは捨て去ることが,"おとな"に近づくことと認識されている結果といえよう。しかし男女別にこれをみると,それぞれで特徴的な関連を見せることも明らかになってきた。すなわち,男性が自分を評価する場合と,女性が自分を評価する場合で,重要視する指標が異なっている可能性が考えられるのである。このような性差は,経験的にも納得できるものであり,今後さらに細かい検討を加えるべき点と考えられる。研究II:就職の前後での,心理的変容過程を検討するために,面接調査を行う予定であった。研究Iの結果をもとに何ケースか予備面接を行った結果,予想されていたような回答が聞き出せないことが明らかになってきた。そのため,方法の変更を検討し,回想法による自由記述でデータを再収集している。この結果と研究Iの結果を突き合わせることによって,就職の前後の心理的変容過程がより明らかになると期待している。これまでは,研究I:“学生"および“おとな"の心理的特性に関する調査研究を中心に行ってきた。本研究では, “おとな"的心性を獲得する過程を,学生が“こども"から“おとな"へと移行していく様子と考え,その移行を検討する上で着目すべき点を明らかにすることを最初の目的とした。まず“こども"や“おとな"を判断するときの指標をとらえる項目を作成した。自立尺度などの先行関連研究から項目を選出し,加えて学生や社会人からも,“おとな"“こども"と判断される人それぞれの特徴を,自由記述で回答することを求め項目化した。その結果,計213項目が作成された。続いて,この213項目の弁別力を検討する質問紙を作成し,大学や社会人を対象として実施した。得られたデータを基に,147項目を選出した。さらに,これらの項目についてKJ法による分類を行い,その分類結果を参考に100項目を選出した。最後にこの100項目を用いて,大学生に対して調査を行い,学生が自分自身を判断する基準になっていると考えられる52項目を選出した。以上のような手続きを経ているため,この52項目は, “ことも"“おとな"を判断する,第3者からの判断基準になるものであり,かつ自らが自分自身を判断する基準にもなるものと考えられる。次に,“こども"から“おとな"への移行を見る視点を明らかにするために,先の52項目を対象に因子分析を行った。その結果,「社会的かしこさ」「世俗迎合」「冷静な判断」「他者への配慮」「協調性」「責任感」「自己陶酔」の7因子に分類できることが明らかになった。そしてその得点の変化状況から,学生が「自己陶酔」を捨て去り,またその他の因子の内容を身に付けることが,“おとな"に近づくこと,すなわち“おとな"の心理的特性の獲得と考えられることが示された。なお追跡研究である研究IIにも,順次取り掛かっており継続中である。
視覚刺激による脳可塑的変化を誘発するリハビリテーション戦略の開発（国際共同研究強化）

運動学習を予測する脳ネットワークの解明およびそのネットワークに基づいた新しいリハビリテーション介入の開発を目的とした実験を実施した。運動課題としては、研究室で確立した手指巧緻運動課題(Sequential Visual Isometric Pinch Task:SVIPT)を用い、初日に安静時の脳活動測定を実施、加えて30回を5セットの練習を行った。2日目には練習のみを30回5セット、そして1週間後に30回1セットを実施した。脳活動に関しては、運動練習前の安静時脳ネットワークを脳磁図(MEG)により計測、1週間後の運動技能との関連を検討した。また、MEG測定中に運動が可能となるディバイスを開発し、運動時の脳ネットワークについても測定した。解析では、5秒に1回の単純な手指運動時の脳活動からβ周波数帯域における事象関連脱同期(ERD)を測定し、機能的な一次運動野領域の同定を行った。その後、機能的な一次運動野と関連のある脳領域について、Amplitude Envelope Correlation(AEC)により全脳レベルでのネットワーク解析を実施し、運動技能変化との関係を検討した。結果、初日の安静時脳ネットワークにおいて、対側M1と対側前頭葉領域におけるlow-Gamma帯域におけるAECと7日後の運動機能変化の間に有意な相関を認めた。上記の研究に加え、新しい介入方法として巧緻運動における両側性転位効果について、行動学的および脳波による脳活動計測を実施した。課題はSVIPTとし、右手で練習する群と左手で練習する群における練習前後の右手運動機能変化について検討した。その結果、本課題において練習手での差は認められず、高い両側性転移効果が見られた。一方脳活動に関しては、対側手による練習群でのみ一次運動野の活動向上が見られ、同側手練習では広範なネットワークの関与が示唆された。内定年度:2015運動錯覚を利用したリハビリテーション(運動学習)効果の検証が本研究の主要な目的であり、本年度はまずMRI内で使用できる機器の開発を行った。そして現在、運動錯覚を誘発する機器のプロトタイプは完成し、MRIでの使用についても検討を行っている。MRI内での検証では、ノイズの発生による画像情報への影響が危惧されたが、現時点では大きな問題にはなっていないようであり、画像提示と触覚刺激の同期性などに改良を加えて完成させていく予定である。MRIを使用した実験に関しては、MRI本体への影響や倫理申請の観点から、留学先(NIH)PIとも相談した結果、国内の共同研究機関とも協力したデータの収集を行っていくこととなっている。NIHの研究室では現在、脳磁図(MEG)を中心とした脳機能解析を行われている。特に運動の学習による脳律動変化について、周波数解析を使った詳細な解析手法が取られており、本実験への応用も含め解析方法の習得に努めていく。また患者を対象とした臨床研究も積極的に行われており、健常人で得られた知見を患者治療へと応用する流れがシステマティックにできている。更に、Virtual Reality技術を使った実験も行われており、視覚刺激による錯覚入力を使った運動学習も行われおり、共同研究を模索している段階である。留学先での研究計画が概ね完成し、データ収集に移行していく段階である。また機器開発も同時に進んでおり、MRI内での撮影が可能な段階に来ている。そして、共同研究機関として、国内の大学との連携も進んでいる。手指巧緻運動の学習に関係する脳内ネットワークを評価するため、脳磁図(MEG)による脳機能評価を実施した。運動課題は研究室で考案されたSequential Visuomotor Isometric Pinch Task(SVIPT)を使用した。本実験では、ピンチ動作における運動学習を測定するためフォーストランスデューサーを使用するが、運動中の脳機能測定を行うため、MEGルーム内で使用できる機器の開発から行った。そして、作成した機器が脳機能計測中もノイズを発生しないことを確認してから実験を開始した。本研究では、脳内ネットワークと運動学習の関係性を明らかにするため、脳機能測定を運動前後の安静時および運動中に測定した。脳内ネットワークの指標としては、運動対側の一次運動野との他の脳領域における連結の程度を周波数解析を中心に評価している。そして、得られた脳内ネットワーク指標と1日目(online学習)、2日目(offline学習)、1週間後(retention学習)の運動機能(ベースラインからの学習)の関係性について検討する予定である。実験は、2017年9月11月に実施、その後追加実験として2月に再度渡米して測定を行っている。最終的には22名の被験者のリクルートが完了し、データ解析を行っている段階である。特に脳内ネットワーク評価に関しては、全脳におけるコネクティビティー解析も視野に入れてプログラムを作成中である。2018年度においても連携を維持しながら、データ解析などを行っていく予定である。データ収集が完了し、解析に移っている。留学先の研究室との関係性も良好に保たれており、今後も協力しながらデータ解析を行っていく予定である。

脳活動に関しては、運動練習前の安静時脳ネットワークを脳磁図(MEG)により計測、1週間後の運動技能との関連を検討した。また、MEG測定中に運動が可能となるディバイスを開発し、運動時の脳ネットワークについても測定した。解析では、5秒に1回の単純な手指運動時の脳活動からβ周波数帯域における事象関連脱同期(ERD)を測定し、機能的な一次運動野領域の同定を行った。その後、機能的な一次運動野と関連のある脳領域について、Amplitude Envelope Correlation(AEC)により全脳レベルでのネットワーク解析を実施し、運動技能変化との関係を検討した。結果、初日の安静時脳ネットワークにおいて、対側M1と対側前頭葉領域におけるlow-Gamma帯域におけるAECと7日後の運動機能変化の間に有意な相関を認めた。上記の研究に加え、新しい介入方法として巧緻運動における両側性転位効果について、行動学的および脳波による脳活動計測を実施した。課題はSVIPTとし、右手で練習する群と左手で練習する群における練習前後の右手運動機能変化について検討した。その結果、本課題において練習手での差は認められず、高い両側性転移効果が見られた。一方脳活動に関しては、対側手による練習群でのみ一次運動野の活動向上が見られ、同側手練習では広範なネットワークの関与が示唆された。NIHでは、MEGを中心とした運動学習に関する脳機能解析が中心となり、最新の解析方法の習得を含め、本研究に関連する技術の開発および進展に寄与する実験を行っていく。MRI実験に関しては、国内の共同研究機関との協力を通して研究を進めていく。運動学習に関連する脳内ネットワークの評価に関して、機械学習などの手法を取り入れた解析を行っていく予定である。具体的にはSupport Vector Machineなどの教師あり学習により、運動を良好に学習する、または上手く学習できない脳内ネットワークの特定に繋げていく。成果に関しては、国際学会での発表および論文作成を行っていく。
沖縄県で分離される市中感染型メチシリン耐性黄色ブドウ球菌の遺伝学的特性の解析

【研究目的】近年、特に易感染状態にない健康なヒトでの重篤なメチシリン耐性黄色ブドウ球菌(methicillin-resistant Staphylococcus aureus : MRSA)による感染が世界的な拡がりをみせ、市中感染型(community-acquired : CA-)MRSAと呼称されるようになっている。CA-MRSAの特徴は、Panton-Valentine leukocidin (PVL)と呼ばれる白血球破壊毒素を産生する菌株が多く、健常者においても、皮膚・軟部組織感染症を起こし、特に呼吸器感染や敗血症では致死的な経過をとることである。今回、沖縄県内の関連医療施設の協力を得て、外来患者に由来する各種臨床材料からのPVL陽性MRSAの検出と遺伝子解析を試み、沖縄県に拡がるCA-MRSAの世界的な位置付けを明らかにすることを研究目的とした。【研究方法】2014年から2015年3月までに収集されたMRSA202株を対象とした。PVLに特異的なPCRプライマーを用いてPVL遺伝子の有無を同定し、加えて、S. aureusの病原因子で組織侵入に関与するα-溶血毒素(hla)、β-溶血毒素(hlb)、スタヒロキナーゼ(sak)、水泡形成に関与する表皮剥脱毒素(eta、etb、etd)、皮膚付着バイオフイルム形成に関与する(arcA)遺伝子の有無を同定した。PVL陽性株についてはMLSTによる遺伝子型別を行った。
唾液を用いた非侵襲血糖測定は可能か

1.血糖と唾液糖の相関健常者11名に経口糖負荷試験(75g OGTT)を,糖尿病患者15名に経口糖負荷試験あるいは食事負荷試験を実施し,血糖値と唾液糖値の経時変化から両糖値の相関を調べたところ,健常者と糖尿病患者の唾液糖値の絶対値には約7倍の明確な差があることが判明し,唾液中へのぶどう糖の移行は糖尿病の影響を受け、唾液糖値は糖尿病判定の指標として有用な方法と成り得る可能性があることが示唆された。また,ヒト全体に共通する両糖値の相関は認められなかったが,健常者のみならず糖尿病患者においても同一被検者における個人相関を示す結果として負荷試験1日の相関係数は0.9以上,3日間の累積相関係数では0.76が得られた。2.唾液採取手技の確立主の顎・舌下腺液からなる混合唾液の採取方法として,以下の手技を考察した。まず,空腹時唾液および糖負荷後の唾液の採取に先立ち,歯磨きと充分の濯ぎを行わせて口腔内の残留物を除き,口腔内水分は歯科用綿で拭き取る。唾液は,舌下小丘上に歯科用綿(φ10×15[mm])2個を毎回約3分間挿入して採取する。この歯科用綿を容量5[ml]のシリンジ(テルモ(株),γ線滅菌済)で圧縮して唾液を採取する。この採取した唾液は,分画分子量5000(孔径5[nm])の加圧式の限外濾過器(日本ミリポア(株))で含有する細菌や酵素を6[°C]で30分間濾過される。その結果,唾液糖値は血糖値の1/501/100の低濃度を示し,OGTTで服用させた75gぶどう糖溶液の濃度33.3[g/dl]と比べて4桁以上小さい値が示された。すなわち,唾液分析に用いる検体量が50[μl]の場合,75gぶどう糖溶液の混入で1[mg/dl]の唾液糖値が示されたと仮定しても溶液の混入量は1.5[ml]以下であり,唾液採取手技がかなり良好であったと考えられた。3.唾液分析システム過酸化水素電極式グルコースセンサを用いてフローインジョクション式唾液分析システムを試作した。過酸化水素電極式グルコースセンサでは,酸素電極式酵素センサに比べてリン酸バッファ中の溶媒酸素濃度の影響を小さくすることができるという利点があり,分析精度を一桁向上できた。唾液中に含まれる化学物質の定量,及びリン酸バッファのpHが測定精度へ及ぼす影響を実験的に明らかにし,検体量50[μl]が得られればぶどう糖濃度0.110.0[mg/dl]の範囲を変動係数6%以下で測定できた。更に,過酸化水素電極グルコースセンサを用いた本システムでヒト5名の唾液糖の経時変化を測定したところ,唾液糖値は相関係数0.76で血糖値と相関を有しており,本システムは非侵襲式の血糖測定器として用いうる可能性がある事も示唆された。唾液を用いた非侵襲式血糖測定法確立のための基礎研究として1年間に渡り研究を行ったところ,以下の研究成果を得ることができた。1.血糖と唾液糖の相関健常者6名,糖尿病患者11名に75g経口糖負荷試験(75gOGTT)を行い、血糖値と唾液糖値の経時変化を調べたところ,ヒト全体に共通の血糖値と唾液糖値の相関は認められなかったが,健常者のみならず糖尿病患者においても同一被検者における両糖値の個人相関を示す結果(0.76±0.10,mean±SD)を世界で初めて明らかにすることができた。2.唾液採取器具日本人の唾液腺の形状に合わせて試作された耳下腺唾液採取器具を用い,健常者6名に関して血糖値と耳下腺唾液糖値の相関を測定した。その結果,耳下腺唾液は比較的採取が容易ではあるが,血糖と唾液糖の個人相関は,0.52±0.25(mean±SD)と低く,血糖値の推定には従来筆者らが行ってきた顎・舌下腺唾液糖を用いる方法が望ましい事を示唆する結果が得られた。3.唾液分析システム酸素電極を備えたアンペロメトリー式酵素センサとフローインジェクション式分析法をもちいて,血糖値に比べてぶどう糖濃度が1/501/100の唾液糖値を測定可能な唾液分析システムを試作した。フローセルの容量を唾液の採取量の3/4程度の147μ1とし,流入液が酵素センサの測定面に垂直当るように流入口の形状に工夫を加えた。その結果,たった200μ1の唾液でぶどう糖濃度0.110mg/dlが測定可能であることが判明し,健常者によるin vivo評価において唾液の経時変化を測定できることを認識した。

また,ヒト全体に共通する両糖値の相関は認められなかったが,健常者のみならず糖尿病患者においても同一被検者における個人相関を示す結果として負荷試験1日の相関係数は0.9以上,3日間の累積相関係数では0.76が得られた。2.唾液採取手技の確立主の顎・舌下腺液からなる混合唾液の採取方法として,以下の手技を考察した。まず,空腹時唾液および糖負荷後の唾液の採取に先立ち,歯磨きと充分の濯ぎを行わせて口腔内の残留物を除き,口腔内水分は歯科用綿で拭き取る。唾液は,舌下小丘上に歯科用綿(φ10×15[mm])2個を毎回約3分間挿入して採取する。この歯科用綿を容量5[ml]のシリンジ(テルモ(株),γ線滅菌済)で圧縮して唾液を採取する。この採取した唾液は,分画分子量5000(孔径5[nm])の加圧式の限外濾過器(日本ミリポア(株))で含有する細菌や酵素を6[°C]で30分間濾過される。その結果,唾液糖値は血糖値の1/501/100の低濃度を示し,OGTTで服用させた75gぶどう糖溶液の濃度33.3[g/dl]と比べて4桁以上小さい値が示された。すなわち,唾液分析に用いる検体量が50[μl]の場合,75gぶどう糖溶液の混入で1[mg/dl]の唾液糖値が示されたと仮定しても溶液の混入量は1.5[ml]以下であり,唾液採取手技がかなり良好であったと考えられた。3.唾液分析システム過酸化水素電極式グルコースセンサを用いてフローインジョクション式唾液分析システムを試作した。過酸化水素電極式グルコースセンサでは,酸素電極式酵素センサに比べてリン酸バッファ中の溶媒酸素濃度の影響を小さくすることができるという利点があり,分析精度を一桁向上できた。唾液中に含まれる化学物質の定量,及びリン酸バッファのpHが測定精度へ及ぼす影響を実験的に明らかにし,検体量50[μl]が得られればぶどう糖濃度0.110.0[mg/dl]の範囲を変動係数6%以下で測定できた。更に,過酸化水素電極グルコースセンサを用いた本システムでヒト5名の唾液糖の経時変化を測定したところ,唾液糖値は相関係数0.76で血糖値と相関を有しており,本システムは非侵襲式の血糖測定器として用いうる可能性がある事も示唆された。
高次機能調和材料創成の原子・分子プロセッシング

1.生体指向高感度センサ・メモリ材料:生体の持つ五感(味覚、触覚、視覚、聴覚など)は、外界の刺激に応答する機能とそれを電気信号などに変換する機能.などの調和によってできあがっている。これら生体の五感を越える感度を持ち、かつ、多機能でフレキシブルな人エセンサ開発で成果を得た。2.エネルギー・環境調和材料:21世紀の環境・食糧問題を解決するためのひとつの方策として、人工光合成材料の開発を行った。光合成材料は、光吸収、電子伝達、酸化還元反応などの機能が組み合わされ、調和することによって生まれる見事な"人と環境に優しい高次機能調和材料"である。このため、新規なドナー・アクセプター連結化合物を設計・合成し、電子移動過程におけるエネルギー損失を極少に制御するとともに、それらを金属表面に単分子膜化させて光合成類似機能をもたせる研究で成果を得た。3.極微プロセッシング:分子線エピタキシー、レーザーMBEなどの手法を用いて、原子分子層の積層やナノ領域結晶成長の技術を開発し、これを用いて、半導体、有機物、金属機能調和超構造の形成プロセスヘの適用に関して成果を得た。4.医療・高齢化用ナノ材料:生体適合性のある機能調和材料として、ナノコンポジット化した人工骨の形成など、ナノスケールで機械的特性と化学的機能を調和させた材料を創成した。5.コンピュータ支援材料設計:従来の材料設計過程を再検討し、設計支援システムの概念設計を行い、設計知識の知識ベース化をおこなった。知的なンタフェースを設計し、第一原理からの設計支援システムを構築する研究を行った。第一原理からの量子シミュレーションにより、高次機能調和材料の物性予測と機能目的達成のためのガイドラインの発見をおこない、これらに立脚したマテリアルデザインで成果を得た。“高次機能調和材料創成の原子・分子プロセッシング"の研究目標、及び、研究計画に沿って、平成9年度より研究をスタートした。研究体制は、1)生体指向高感度センサ・メモリ材料グループ、2)エネルギー・環境調和材料グループ、3)医療・高齢化ナノ材料グループ、4)コンピュータ支援材料設計、極微プロセッシンググループからなり、それぞれ以下の成果が得られた。1:「生体指向高感度センサ・メモリ材料グループ」生体の五感にせまり、超える感度を持ち、かつ多機能でフレキシブルなセンサ・メモリの開発を目指して、光、磁気などに特異な感度を持つ有機材料/無機材料ヘテロ成長条件の確立とメモリ機能を持つDNA分子の各種基板上への展開法の開発を行った(川合)。pH分布や神経の活動電位および強誘電体薄膜などの電場分布を画像化できるレーザ走査型イメージセンサを設計・試作し測定の高速化を実現した(岩崎)。光センサ・メモリのためのMnを含むInAs量子ドット構造の形成法の検討を行い、MOMBE法により形成可能なことを確認した(権田)。新規半導体レーザへの応用をめざして、巨大ステップを持つ微傾斜GaAs(110)上にGaAs積層型量子細線およびInAs系量子細線およびドットの形成に成功した(中島)。2:「エネルギー・環境調和材料グループ」高効率光エネルギー変換システムの構築に向けた新規化合物の合成に成功し、さらに別種化合物の合成にも成功した。また、これらの化合物を金基板上に自己集合単分子膜化させるために必要な置換基の導入を行った(坂田)。蛋白質中に酸化還元機能を持つキノイド化合物を特異的に導入することに成功し、その構造をX線結晶解析により原子レベルで解明した(谷沢)。細菌の異物排出蛋白の膜内トポロジー決定法を開発し、精密な膜貫通構造を決定した(二井、山口)。面不斉およびらせん不斉をもつ新規な有機金属錯体の合成に成功し、その特異な機能を抽出した(高橋)。

3:「医療・高齢化用ナノ材料グループ」無機長繊維で強化した複合材料の組織制御プロセスを開発した結果、マトリックスと長繊維の界面構造制御に成功し、靱性と強度に優れた繊維強化材料の開発に成功した。また、快削性や超塑性を示すセラミックス基複合材料の製造プロセスを検討し、ナノ複合化によってこれらが発現することを確認した(新原)。アルミナの燃焼でPVAを添加し、これをN2雰囲気で不完全燃焼-焼結させた。これにより、炭素が気孔表面にナノ・メーターのオーダーでコートされたアルミナ多孔質体が得られ,優れたマシナブル性を実現することができた。又、高圧水素中で金属を溶解し一方向凝固させることによってポア(孔)の形態(向きとサイズ)を制御できるポーラス金属作製装置を完成させた。この装置を用いて種々の金属のポアの形態制御法の確立を行なった(菅沼、中嶋)。4:「コンピュータ支援材料設計グループ」シリコン原子と比較して波動関数のより局在している炭素原子(ダイヤモンド)に適用できる第一原理分子動力学法を開発し、低抵抗n型のダイヤモンド作製のため、アクセプターであるBとドナーであるNを1:2の割合で同時にド-ピングする新しい価電子制御法を量子シミュレーションに基づいて発見した(吉田)。コンピュータ支援材料設計システム(高次機能調和マテリアルデザインシステム)に必要な基盤技術とシステムの設計・試作を行った(溝口)。5:「極微プロセッシンググループ」DNA各種基板上への展開方法の検討:DNAオリゴマーおよびプラスミドをCu(111)、TiO_2(110)上に真空噴霧法と滴下乾燥法により展開できることを確認した(川合)。有機/無機ナノハイブリッド材料分子凝集状態の陽電子消滅法による評価の検討:ゾル・ゲル法による有機/無機ナノハイブリッド材料の界面分子結合状態が陽電子消滅法を用いて評価でき、機械・熱的性質と関係づけることが可能である事を確認した。有機高分子・有機金属高分子中の電子・エネルギー移動過程評価手法の確立:有機高分子・有機金属高分子中の主鎖から特異な側鎖へ、および、主鎖の正常構造から構造欠陥への電子・エネルギー移動過程の測定が可能な分光分析手段を確立した(岡田)。方位配向強磁性金属ナノ粒子分散膜の創製:高機能トンネル型磁気抵抗膜などを実現する目的で、非晶質アルミナ膜上に、方位配向したFeナノ粒子(10nm径)を均一分散させる技術、ならびに組織解析手法を確立した(弘津)。平成9年度の成果にもとづき、“高次機能調和材料"として具体的に以下に示す材料開発を行い、それを実現するためのプロセッシングの開発を行った。研究体制は、材料創成グループとそれを実現するための原子・分子プロセッシンググループが協力して研究を推進した。材料創成グループは、高次機能調和材料の達成目標に沿って、(1)生体指向高感度センサ・メモリ材料開発グループ、(2)エネルギー・環境調和材料開発グループ、(3)医療・高齢化ナノ材料開発グループから構成された。原子・分子プロセッシンググループは、(4)コンピュータ支援材料設計、及び、(5)極微プロセッシンググループがら構成された。
アクティブ・ラーニングの一形態としての査読評価活動を取り入れた授業の有効性

本研究は,中学校1年生「関数」領域において,アクティブ・ラーニングの一形態として,「子どもたちによるレポートの査読評価活動*」を取り入れた授業実践・評価を行い,授業モデルの提案を行うことを主目的として遂行した。※本研究では,査読評価活動を「グループで作成したレポートに対し,他のグループから不十分な点を指摘させる相互評価活動であり,研究者が行う査読を模して行う活動」とした。本研究ではまず,「教育の強靭(じん)化に向けて」,二宮(2015)に照らし合わせ,本研究におけるアクティブ・ラーニングの構成要素を定めた。その上で,中学校1年生を対象とした全5時間の授業を構成し実践した。授業では,関数のグラフの形状等について,山田(2015)の手法を用いて空欄補充型の問題提示を行い,「本当に○○か」という視点でレポートを書かせた。そのレポートに対し,相互に査読評価活動を行わせ,その結果をもとにレポートを再構成させた。授業分析では,レポート分析とアンケート調査を行った。アンケート作成においては,本研究におけるアクティブ・ラーニングの構成要素とも整合的である松下・京都大学高等教育研究開発推進センター(2015)の整理をもとにしてアンケート項目を構成した。分析の結果,査読評価活動がアクティブ・ラーニングとして概ね十分に作用することを明らかにできた。また,査読評価活動において生徒の発達段階による差異を見出すことができた。さらに,論証指導がまだ十分でない中学1年生はまだ「よい証明」とはどういうものであるのかが個々の中で固まっていないため,数学的でない評価やレポート改編が行われる可能性があることを指導時の留意点として指摘した。なお,この研究の成果は日本数学教育学会第99回全国算数・数学教育研究(和歌山)大会で発表予定である。
文化財保存のための環境観測用スマートダストの開発

短期的、長期的な文化財の劣化過程を理解することはそれらを保存する上で重要である。本研究は文化財の展示期間中の温度、湿度の変動を評価し、保存科学の専門的知識が無くても劣化の可能性を推定することが可能なリアルタイム環境観測システムの開発を行った。この結果、学芸員によって運用されるこの環境観測システムは、屋内展示おける環境状態を管理するための有益な情報を提供できることが示唆された。また、Webサーバー上で24時間いつでも現況を監視することが可能な屋外用環境観測システムを開発した。このシステムは臼杵石仏群の冬場の凍結による被害緩和のための覆屋根とカーテンの効果を評価するために現地に設置された。大地震や気象変動による文化財の短期・長期的な劣化の進行過程を捉えるためには周辺の微気象環境データをリアルタイムかつ継続的に収集する必要がある。石造遺跡においては、乾湿繰返し、凍結融解による風化、劣化予測が緊急の課題である。屋内美術品に着目すると、繰り返される入館者の体温、発汗による温湿度の変動、或いは収蔵庫内の温湿度変動など、劣化、損傷の危険性とは常に隣合わせの状況にある。現状ではデータロガー,毛髪計による環境観測が行われているが、前者はデータを蓄積するだけ、後者は物が大きすぎるため、実現象をタイムリーかつ精度よく捉えられないのが現状である。本申請研究ではこれらを解決するために、ユビキタスネットワーク技術による、文化財保存のための環境観測用のスマートダストを開発する。当該年度の研究計画とその成果は次のとおりである。計画1):H24年度に開発したプロトタイプにより、臼杵石仏を対象とした環境観測システムを試験導入する。成果1):臼杵石仏では冬季の凍結融解に対する風化、劣化の影響を低減するために、東京文化財研究所により覆屋による対策が実施されている。本研究では開発した観測機器を導入し、冬季の覆屋内と覆屋外の温湿度差をリアルタイムに観測できる環境観測システムを開発し、現地で試験運用した。計画2):H24年度に開発したデータ回収率を向上させたセンサノードにより博物館内の展示室、収蔵庫内にて実証実験を行う。成果2):当初H24に開発したデータ回収率を向上させたセンサノードによる通信試験を行うことを計画していたが、リトライ数の改善によるデータ回収率の向上が電池寿命の低下に大きく影響を及ぼすことがわかった。そこで、当初開発方針を修正し、H24年度に開発したプロトタイプにメモリ機能を実装し、リアルタイム無線通信とデータロギングの両機能を有するスマートダストのプロトタイプを開発した。計画1):センサノード間の通信距離が見通しで1.5km程度のアドホック、マルチホップ型のセンサノードの開発を行う。本年度は、IEEE802.15.4に準拠した2.4GHz帯域の通信モジュールにてこの要求精度を満たすことができるかどうかの検討を行い、プロトタイプを設計、開発し、屋外での種々の通信実験を行う。成果1):当初計画に沿って、2.4Ghz帯域の無線モジュールにより、アドホック、マルチホップ型の無線センサネットワークシステムを開発した。通信距離は見通しで1.5kmとしているが、当年度に実施した通信試験ではノード間で300mまでの通信を確認した。計画2):博物館内の収蔵庫、展示空間にある防火扉などの金属製遮蔽物に対して、安定した無線通信環境(回収率85%以上)を構築できるセンサノードのアルゴリズムを開発する。成果2):開発したノードを用いて屋外の閉鎖空間にて通信実験を行い、回収率が90%程度で安定していることを確認した。大地震や気象変動による文化財の短期・長期的な劣化の進行を捉えるためには周辺の微気象環境データをリアルタイムかつ継続的に収集する必要がある。屋内美術品に着目すると、繰り返される入館者の体温、発汗による温湿度の変動、或いは収蔵庫内の温湿度変動など、環境によっては劣化、損傷の危険性にさらされる危険性を有する。

これらの環境条件を観測するためにロガー機能を有する温湿度計を用いるのが一般的であるが、実現象を多点で面的にかつリアルタイムに観測することが難しいという現状がある。そこで、本研究ではこの課題を解決するために、無線センサネットワーク技術による、文化財保存のための環境観測用スマートダストを開発することとした。今年度の研究課題と成果は次の通りである。研究課題:屋外文化財向け環境観測用スマートダストおよび観測システムの改良H25年度に臼杵石仏群に試験導入した観測システムは、無線通信の安定性に課題が確認された。また遠隔からリアルタイム観測が可能なソフトウェアのプロトタイプを開発したが、複数のユーザーが同時に閲覧できないなど、課題が残された。そこで今年度はこれらの課題を解決するために、計測機の設計変更を行い、無線通信性能の改善とデータロガー機能も追加した新たなスマートダストを開発した。また無線センサネットワークによる収集された観測データは基地局を介してクラウド上に保管される仕組みに改良し、WEB上で複数名が同時に閲覧できるシステムを開発した。保存科学予定していた臼杵石仏群において、凍結融解を対象としたリアルタイム環境観測システムを導入し、冬季の低温時における温度変化を遠隔からリアルタイムに観測できることを確認した。また、博物館を対象に無線によるデータ回収率を向上させた機器の改良に取り組んでいたが、視点を変え、データの欠損はロガー機能を実装することにより解決し、無線通信によるリアルタイムデータ収集機能と、データロガー機能の両面をあわせ持ったスマートダストの開発を行うことができた。一方、当初予定していた長距離無線通信用のモジュールのリリースの遅延により、屋外向けの長距離通信試験を行うことができなかった。ただし、この無線モジュールリリースの遅延という外的要因以外では、当初予定を満たす開発が行えたことから、上記の区分に評価した。当初計画していたアドホック・マルチホップ型のセンサノードの開発が予定通り遂行できた。また、一般に無線の通信環境が悪いとされる、屋外の閉鎖空間において、当初予定していたデータ回収率を上回る成果を確認した。一方、無線通信距離については、仕様上の見通し1.5kmに対し、十分な通信実験を行うことが出来なかった。これらの点を加味して評価した。1)屋内文化財向けの開発推進方策今年度開発した無線通信によるリアルタイムデータ収集機能とデータロガー機能を両立したスマートダストの実運用における課題の抽出および改良を行い、博物館における環境観測手法の提案を行う。2)当初予定していた長距離通信用の無線モジュールのリリースが未だ未定の状況である。そこで本研究ではこの無線モジュールの通信試験ではなく、本年度、臼杵石仏群に試験導入した観測システムを実運用に近い状態にまで改良する。ここでは冬季の低温時をモデルとし、保存に携わる関係者が遠隔からいつでも石仏の状態が観測できる観測手法の提案を行うことを最終課題とする。
密閉型マイクロオプティカルレオメーターの開発

新たなオプティカルレオメーターの開発を進めた。高分子の分子形態に応じた高分子の光学的異方性が試料を通過する光の状態変化にわずかに反映されることを利用し、従来の高分子鎖の直線的な一方向への偏りと高分子全体の力学的状態を詳細に結びつけるだけでなく、立体構造に関する規則性も同時に検出する方法を確立した。伸長された高分子フィルムの鎖の示す光学異方性について詳細に調べた。シグナルの強度が同程度の場合両者が正しく測定可能なことを示した。高分子液体や高分子ゲルのレオロジー(粘弾性)を測定する装置としてよく用いられる回転型レオメーターにおいては、試料に含まれる溶媒が揮発しやすい条件では測定できない、少量の試料では正確な測定が難しい、という2つの特徴が問題となっている。本研究はこれらの問題を同時に解決するため、密閉状態のまま測定できるオプティカルレオメーターの開発および測定原理の実証を行うことが目的である。当初計画では、光源のレーザーおよび倒立顕微鏡を新調する予定であったが、交付額の範囲内で既存の装置のオーバーホール及び修繕を行って利用した。当初計画においてレオメーターの力の検出機能を担う光ピンセットの設定が、既存の光源の光量不足が一因となりうまくいかず、現状では改善の余地がないため、利用する光弾性そのものを変更したオプティカルレオメーターによって密封系のレオロジーにアクセスする方式に切り替え、装置の開発を進めた。基幹装置となる光弾性装置を購入し、その他のミラーや波長板、偏光子などの各種光学素子は既存のものを流用した。本研究の大きな特長である光を用いて得られるミクロな情報と実際において重要なマクロなレオロジーを経験的に関係づけるという概念を維持するために力学的特性を調べやすい固体試料から測定を開始し、関連づけの基礎データを蓄積している段階である。同時に上記の二問題を解決するための密閉試料の測定に向けた装置の作製も行っている。先述の通り、現状の回転型レオメーターにおける問題を解決するために、少量の試料であっても正確に測定すること、試料の揮発性が高い場合でも問題とならいような密閉状態を実現できること、を特徴とする新しいレオメーターの開発を進めた。当初計画では、力の検出をレーザー光に補足された微粒子を用いる光ピンセット方式を採用する予定であったが、光源の光量不足が一因となり変更を余儀なくされた。密閉状態での測定を実現するためには、光を利用した力または歪みの測定方式は必要であると判断し、従来とは全く異なる新たな光弾性現象に着目したオプティカルレオメーターの開発を進めることとなった。新たに採用した方法では、光学素子によって規則正しい状態にした光が高分子の試料を通過すると応力が付与された、あるいは歪みが与えられた高分子の分子形態に応じた高分子固有の光学的異方性によって光の状態が変化することを利用する。この方式では、光の状態を検出する方法を工夫することによって、強い光源を必要とせず高感度に高分子の分子形態の変化を捉えることが可能であると予想される。本研究の萌芽性のある特長である光を用いて得られるミクロな情報と実際において重要なマクロなレオロジーを経験的に関係づけるという概念の実現性を確かめるため固体試料の測定から取りかかった。マクロなレオロジーの測定は、試料の状態に応じて従来型の伸長型力学特性を測定する装置を用いている。当初の研究計画では、少量の試料であっても正確に測定すること、試料の揮発性が高い場合でも問題とならいような密閉状態を実現できること、を特徴とする新しいレオメーターの開発を行う予定であった。しかし、交付額の範囲内で用意できた光ピンセットにもちいる光源の性能が不十分なため、当該部分の仕様変更を行った。最終年度では、前年度に引き続き新たな光弾性現象に着目したオプティカルレオメーターの開発を進めた。高分子の分子形態に応じた高分子の光学的異方性が試料を通過する検出(測定)光の状態変化にわずかに反映されることを利用し、従来の高分子鎖の直線的な一方向への偏りと高分子全体の力学的状態を詳細に結びつけるだけでなく、立体構造に関する規則性も同時に検出する方法を確立した。これらの光学特性は、同時におのおのを完全に分離して検出できる訳ではないため、両者を正確に評価するための測定手順についても検討を行った。本研究の萌芽性のある特長である光を用いて得られるミクロな情報と実際において重要なマクロなレオロジーを経験的に関係づけるという概念は維持する方針に沿って、伸長された高分子フィルムの鎖の示す光学異方性について詳細に調べた。一方のシグナルがあまりに強い条件においては、もう一方のシグナルを正しく有意な値として得ることは難しかったが、その程度は強すぎない範囲では両者が正しく測定可能なことを示した。前年に引き続き、新たな光弾性現象に着目したオプティカルレオメーターの開発を進める予定である。

本方法では、高分子の分子形態に応じた高分子の光学的異方性が試料を通過する検出(測定)光の状態変化にわずかに反映される。なお、従来の光弾性測定装置では光弾性則と呼ばれている高分子鎖の直線的な一方向への偏りと高分子全体の力学的状態を詳細に結びつけることが行われていたが、本研究が目指す方式では、高分子の直線的な偏りだけでなく、立体構造に関する規則性も同時に検出できることが特長である。しかし同時にふたつの力学特性を完全に分離して検出できる訳ではないこともわかっており、両者をおのおの正確に評価するための測定手法の確立を進めなければならない。本研究の萌芽性のある特長である光を用いて得られるミクロな情報と実際において重要なマクロなレオロジーを経験的に関係づけるという概念は維持する方針である。本オプティカルレオメーターによって二種類の異方性が測定可能であるということは、このミクロとマクロの相関付けも二重に行わなければならないことになる。直線的な偏りに関するマクロな力学測定はほぼ全ての高分子について大きな困難もなく行えると見込んでいるが、立体構造に関する方は試料の選択や応力またはひずみの定量性を確保することは比較的難しいと予想している。天然高分子や高分子ではない糖類などの試料を使用することも視野に入れて研究を進める予定である。高分子レオロジー
Demonstration of frequency dependent squeezing for next generation GW detectors

本研究の最終目標は重力波検出器に周波数依存型スクイージング技術を導入し、感度を向上することである。そのためには、フィルターキャビティと呼ばれる、長基線で低損失の光共振器にスクイーズ場を入れる必要がある。第一段階としてフィルターキャビティの性能評価を行い、結果を投稿論文にまとめた。その結果に基づき、300mのフィルターキャビティとスクイーズ場を生成する入射光学系を開発した。赤外のレーザー光と、その倍波である緑の光を生成し、緑の光をフィルターキャビティで共振させることで共振器を制御した。このセットアップを用いて光共振器の光損失を測定し、要求値を満たしていることを確認し、結果を論文誌に投稿した。29年度が最終年度であるため、記入しない。
集積回路上光配線に向けた横方向電流注入型半導体薄膜レーザの研究

オンチップ光配線への応用に向けた小型かつ極低消費電力動作が可能な強光閉じ込め効果を用いた極低しきい値半導体薄膜DFBレーザの実現および高速動作化を目的として研究を行い、以下の成果を得た。独自に考案した半導体薄膜構造を用いるレーザの低消費電力・高速直接変調可能性を理論的に明らかにすると共に、実際に回折格子反射器を用いる半導体薄膜分布帰還レーザ、およびさらに高効率動作が可能な半導体薄膜分布反射型レーザを作製し、極低電流動作を実現した。さらに、このレーザと光導波路を介して光検出器を集積し、将来の集積回路に重要となる光配線に向けた半導体薄膜光集積回路構造を初めて試作した。オンチップ光配線への応用に向けた小型かつ極低消費電力動作が可能な強光閉じ込め効果を用いた極低しきい値半導体薄膜DFBレーザの実現および高速動作化を目的としている。オンチップ光配線の実現に向けた半導体光源には1 mA以下の極低駆動電流動作と同時に、チップ内で信号を伝送する上で十分な光出力強度と直接変調帯域が要求される。昨年度までに、これらの要求値を満たす半導体薄膜レーザの実現に向け発振特性および高速変調特性の理論解析と半導体薄膜レーザの構造設計を行った。この結果コア層150 nm、共振器長約40 μmの微細共振器を有する半導体薄膜レーザにおいて、0.16 mW以上の十分な光出力強度および10 Gb/s以上の直接信号伝送帯域を駆動電流値1 mAで実現可能であることを示した。本年度は、熱伝導率の低い低屈折率材料をクラッド層に用いる半導体薄膜レーザ固有の問題点と考えられる、電流注入駆動による自己発熱の影響を理論的に解析し動作特性への影響を評価した。その結果、半導体薄膜レーザの熱抵抗値は約6100 K/Wと従来の半導体レーザに比べて約100倍高いが、動作電力は1/100以下と試算され、自己発熱がの動作特性解析に及ぼす影響は軽微であることを明らかにした。本年度は、半導体コア層厚220 nmの半導体薄膜ファブリ・ペロー共振器レーザを試作し、共振器長350 μmでしきい値電流2.5 mAの室温連続動作を得ることに成功すると共に、その外部微分量子効率の共振器長依存性から、注入電流が発光過程に寄与する内部量子効率は従来型半導体レーザと遜色ない75%に達していることを明らかにした。そして、表面に30 nm程度の深さの表面回折格子を形成した半導体薄膜分布帰還レーザを試作し、しきい値電流0.39 mAの極低電流室温連続動作を得ることに成功した。本研究ではこれらの要求値を満たす半導体薄膜レーザの実現に向け発振特性および高速変調特性の理論解析と半導体薄膜レーザの構造設計を行った。コア層150 nm、共振器長約40 μmの微細共振器を有する半導体薄膜レーザにおいて、0.16 mW以上の十分な光出力強度および10 Gb/s以上の直接信号伝送帯域を駆動電流値1 mAで実現可能であることを示した。これらの動作特性はオンチップ光配線での要求値を十分に満たす。また、半導体薄膜レーザを含む微細共振器を有する光デバイスでは熱伝導率の低い低屈折率材料をクラッド層に有することから、電流注入による自己発熱の影響を理論的に解析し動作特性への影響を評価した結果、半導体薄膜レーザの熱抵抗値を約6100 K/Wと試算し、発熱の影響を考慮した半導体薄膜レーザの動作特性解析においても、オンチップ光配線の要求を十分満たす事を示した。これらの動作特性解析および熱特性解析を踏まえ半導体薄膜レーザの素子試作を行った。理論解析から予想された自己発熱の影響を低減するために熱伝導率の低いBCBの厚さを従来の6 μmから2 μmに薄膜化することで熱抵抗値の低減を図った。この結果、コア層厚220 nm、共振器長700 μmの半導体薄膜レーザを試作し、しきい値電流値3.5 mAの室温連続動作に初めて成功した。これにより、今後さらなる薄膜構造および短共振器構造を導入することでサブミリアンペア動作可能な低消費電力半導体薄膜レーザの実現が期待される。