hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
肝分離灌流を用いた温熱療法および高濃度化学療法による肝癌の治療

平成4年度までにビーグル犬を用い、肝分離灌流を用いた温熱化学療法を行ないその安全性を確認し、新システムを確立した。平成4年度より臨床において転移性肝癌患者7人に対しこのシステムを用いた温熱化学療法を行なった。7例中6例は大腸癌の肝転移であり1例は胃平滑筋肉腫の肝転移であった。7例中5例は最長24ケ月,最短4ケ月の期間であるが肝転移再発を認めていない。1例は7ケ月後に残肝再発を認めたが,再切除を行ない術後13ケ月の現在再々発を認めていない。1例は灌流中に肝温度が上昇し術後14日目に肝不全で死亡した。諸家の報告によると,大腸癌の肝転移例では肝切除を行なっても5060%の残肝再発を認め,残肝再発予防が予後を左右する重要な因子といえる。現在種々の方法が試みられ,ある程度の効果が報告されているがいまだ満足できるものではない。この新しいシステムを用いた肝分離灌流温熱化学療法による転移性肝癌の治療は現在術後の観察期間が短く、既存の治療方法と比し抗腫瘍効果および予後の改善をもたらすかを検討している。肝分離潅流による温熱および化学療法の実験的研究肝癌に対する肝分離潅流による温熱および化学療法の確立を目的として、大動物を用いた実験モデルを作成しその安全性につき検討した。(方法)ビ-グル犬を用い、肝を周囲組織より遊離後、送液路(門脈)、脱液路(肝下部下大静脈)を用いて体内で30分間肝分離潅流を行った。(実験群)I群:酸素化温熱潅流群(n=10)。潅流液として42°C加温酸素化人工血液Oxypherolを用いるIーa群(n=5)と、42°C加温酸素化希釈血液(Ht 15%)を用いるIーb群(n=5)。両群ともポンプで潅流した。II群:無酸素化温熱潅流群(n=5)。潅流液として42°C加温乳酸化リンゲル液を用いる。70cmより落差潅流。III群:無酸素化温熱潅流、化学療法群(n=5)。II群と同じであるが潅流液中にマイトマイシンC(以下MMC)を加え総投与量を0.5mg/Kgとした群。各群で、潅流中、後の肝、食道温、肝組織pH、動脈血中ケトン体比(AKBR)、GOT,GPT,ALP,LDH,BUN,Cr、さらに血中MMC濃度、肝組織像について検討した。(成績)肝温度は各群とも潅流開始10分後に41°C以上となり、食道温は変化なかった。I群のAKBRは、潅流終了3時間後で0.7以下と前値に回復せず全例2日以内に肝不全死した。II、III群においてAKBRは潅流終了1時間目には回復し、全例2週間以上生存した。一般検査でもGOT,GPT,ALP,LDHは術後4日目まで上昇したが、7日目に術前値に回復し、BUN,Crは変動なかった。肝組織pHは潅流開始前7.3で潅流開始と同時に低下し最低値6.1になるが、潅流終了後30分で7.0に回復した。III群では潅流時に、MMCの全身循環への漏出を認めなかった。I群の肝組織像は広範な出血、壊死を認めたが、II、III群では7日目に行った生検像はほぼ正常であった。以上より、肝分離潅流による30分間無酸素化温熱化学療法の肝障害は一過性で全身への影響は少なく、本手技の臨床応用の可能性が示唆された。体重10Kg前後のビーグル犬を用い、肝流入血行である肝動脈、門脈を遮断するとともに肝上部、肝下部下大静脈を遮断した。人工心肺を用いて酸素化した潅流液を門脈より肝にバイオポンプを用いて送血し、肝下部下大静脈より脱血することにより肝を分離潅流した。門脈、下大静脈遮断に対して、上大静脈との間に静脈バイパスを設置することにより全身循環を維持した。肝分離潅流回路に熱交換器を組み込み、潅流液を42°Cまで上昇させ肝を30分間潅流した。16頭に対して検討したが、全例1週間以内に肝不全死した。組織学的に肝を検討したところ、原因はポンプ圧により肝微小循環が障害されたと診断し、潅流方法を落差潅流(70cmH20)に変更した。さらに、抗腫瘍効果の増強を期待して潅流液は無酸素化ラクテックリンゲル液とした。8頭に対して43°C、30分間潅流を行ったが肝不全例はなく肝機能も約2週間で正常範囲に回復した。さらに、潅流液中にマイトマイシンを10μg/m1加え肝および全身におよぼす影響について10頭に対して検討したところ、血液生化学検査において肝機能は一過性に障害を認めるものの約2週間で正常範囲に回復し、膵、腎、心、肺機能においては影響を認めなかった。組織学的検査では、肝、膵、腎とも術後2週間目の生検にて特に異常所見を認めなかった。

以上より無酸素化肝分離潅流の安全性が確認され、新システムの確立が可能となった。平成4年度までにビーグル犬を用い、肝分離灌流を用いた温熱化学療法を行ないその安全性を確認し、新システムを確立した。平成4年度より臨床において転移性肝癌患者7人に対しこのシステムを用いた温熱化学療法を行なった。7例中6例は大腸癌の肝転移であり1例は胃平滑筋肉腫の肝転移であった。7例中5例は最長24ケ月,最短4ケ月の期間であるが肝転移再発を認めていない。1例は7ケ月後に残肝再発を認めたが,再切除を行ない術後13ケ月の現在再々発を認めていない。1例は灌流中に肝温度が上昇し術後14日目に肝不全で死亡した。諸家の報告によると,大腸癌の肝転移例では肝切除を行なっても5060%の残肝再発を認め,残肝再発予防が予後を左右する重要な因子といえる。現在種々の方法が試みられ,ある程度の効果が報告されているがいまだ満足できるものではない。この新しいシステムを用いた肝分離灌流温熱化学療法による転移性肝癌の治療は現在術後の観察期間が短く、既存の治療方法と比し抗腫瘍効果および予後の改善をもたらすかを検討している。
光速を超える光パルス伝搬の研究

金属ナトリウム原子をガラスセル中に封入した試料を用いて、ナトリウム原子の量子干渉効果、あるいは、電磁誘導透過(EIT)の実験を行った。EITの信号は、超高分解分光に用いられ、その信号線幅は1kHzをはるかに下回る超狭線幅を示すことが知られている。また、このことから、原子時計、微弱磁場測定、超低群速度の観測や光情報記録等への応用が考えられている。我々が最も興味があるのは、バッファーガスの種類や圧力、磁場シールド、ビーム強度、ビーム径、ビームの平行度、高安定シンセサイザーの導入等の実験技術の改良でどこまで線幅が狭くなるかであるが、今回、さらにEITのヘテロダイン検出を行うことで、さらなる実験技術の改良を行った。すなわち、従来のプローブ光、カプリング光によるEIT観測に加えて、プローブ光と周波数が80MHzほど異なるレファレンス光を導入する。これにより、従来プローブ光の強度測定により観測していたEIT信号を、レファレンス光とのビート信号として観測することができ、これをダブルバランストミキサーを用いて位相検波することで、光の位相を含めた振幅観測ができる。これにより、1.微弱なプローブ光強度でも測定が可能である。2.吸収信号のみならず、分散信号の観測が可能である。3.分散や群速度の見積りが容易にできる。4.ロックイン検出によるさらなる信号のS/N比の向上が期待できる。5.位相を含めた光情報記録への応用が現実的なものとなる、等のさまざまな利点が得られた。実際にナトリウム原子のD2線(589.6nm)を用いて実験を行ったところ、460Hzの非常に狭い線幅を観測することに成功した。これから見積もられる分散は、3.3×10(-10)Hz-1、群速度は1,800m/sとなり、真空中の光の速度の170,000倍の遅い光パルスを得ることができた。ただし、実際のパルス速度の観測は行っていない。さらに、EIT信号線幅、あるいは分散のカプリング光強度依存性が解析され、カプリング光が強くなるにしたがって、一般に線幅が広くなること、分散はしかしながら大きくなること、等が結論された。これらの結果はOptics Lettersに投稿され、近日中に出版される予定である。ガラス中のナトリウム原子蒸気を用いて、量子干渉効果の観測を行なった。まず、基底準位超微細構造分裂周波数(1772MHz)だけ周波数の違うカプリング光とプローブ光を照射することによる蛍光の消失現象(コヒーレントポピュレーショントラッピング)を観測した。信号は蛍光スペクトルにおけるディップ信号として現れ、その線幅は、ドップラー幅(約1GHz)や白然幅(10MHz)よりはるかに狭いもので、励起光強度に比例して拡がる。これより、信号はΛ型3準位系に起因する、2光子共鳴型であることが分かった。また、試料に磁場をかけることによる超微細ゼーマン分岐のようすも解析することができた。結果は、ブライト-ラビの公式を正確に反映したものとなり、2光子共鳴の選択則に従うことも分かった。解析結果に関しては、現在投稿中である。また、このような3準位系を伝搬する2つのパルス光の様子を理論的に解析した。カプリング光の強度の制御により、プローブ光の伝搬を制御することができ、パルスは暗状態ポラリトンとして伝搬する。数値解析を用いて、実際にプローブ光の情報を試料に閉じ込めておくことができることを明らかにした。このとき、プローブパルス波形は、いくつかの仮定のもとで、系のサブレベルコヒーレンスの中に記録される。このような光情報記録の原理確認として、カプリング光を用いたプローブ光の書き込みと読み出しの実験を行なった。カプリング光とプローブ光を同時に照射し、系への書き込みを行なう。この情報は、サブレベルコヒーレンスの持続時間、約O.33マイクロ秒程度保持できる。この間にカプリングパルスを照射して、プローブ光を読み出すことができた。これらの結果は、学会発表すると同時に、論文投稿を検討している。今後は、バッファーガス入りのセルによる記録時間の増大、複数ビットの記録等に挑む予定である。ガラスセル中のナトリウム原子蒸気に、周波数の異なる2つのレーザービーム、カプリング光、プローブ光を照射して、量子干渉効果の実験を行った。2つのビームは、単一周波数リング色素レーザー(589nm)の出力をAO変調器で周波数変換することで作り出す。量子干渉効果の中でも最もポピュラーな現象の一つは、2光子共鳴条件(プローブ周波数とカプリング周波数の差が超微細構造分裂周波数に等しい場合)下に観測される蛍光の消失である。この状況において、系に不均一な磁場を加えると、2光子共鳴条件が、ある一定の閉曲面でのみ満足されるから、空間的に暗状態が局所的に起こる。これをCCDカメラで観測することにより、暗線の位置がリアルタイムで観測でき、不均一磁場の空間計測が可能である。我々はこれを暗状態トモグラフィー(Dark State Tomography)と名付けた。セルとして、Neを含むバッファーガス入りの試料を用いることで、極めて分解能の良い、トモグラフィー像を得ることができた。不均一磁場としてアンチヘルムホルツコイルを用いると、像は、3つの同心の楕円になるのだが、それは、超微細ゼーマン分裂と2光子選択則を考慮した理論的予測と一致している。この手法は、磁場のリアルタイム空間計測として極めて有効なものと思われる。

また、カプリング光、プローブ光をパルス的に加えることによる光情報記録の実験も並行して進めている。最初に書き込み(記録)としてカプリング光、プローブ光を照射し、サブレベルコヒーレンスを作り出した後、しばらく時間の経った後、カプリング光のみを入射して、信号としてプローブ光を観測する。この間の原子の振る舞いは3準位系のリウビル方程式で記述でき、読み出し時の振る舞いも理論と実験は良く一致することが確かめられた。以上の実験結果は、逐次雑誌に発表していく予定である。金属ナトリウム原子をガラスセル中に封入した試料を用いて、ナトリウム原子の量子干渉効果、あるいは、電磁誘導透過(EIT)の実験を行った。EITの信号は、超高分解分光に用いられ、その信号線幅は1kHzをはるかに下回る超狭線幅を示すことが知られている。また、このことから、原子時計、微弱磁場測定、超低群速度の観測や光情報記録等への応用が考えられている。我々が最も興味があるのは、バッファーガスの種類や圧力、磁場シールド、ビーム強度、ビーム径、ビームの平行度、高安定シンセサイザーの導入等の実験技術の改良でどこまで線幅が狭くなるかであるが、今回、さらにEITのヘテロダイン検出を行うことで、さらなる実験技術の改良を行った。すなわち、従来のプローブ光、カプリング光によるEIT観測に加えて、プローブ光と周波数が80MHzほど異なるレファレンス光を導入する。これにより、従来プローブ光の強度測定により観測していたEIT信号を、レファレンス光とのビート信号として観測することができ、これをダブルバランストミキサーを用いて位相検波することで、光の位相を含めた振幅観測ができる。これにより、1.微弱なプローブ光強度でも測定が可能である。2.吸収信号のみならず、分散信号の観測が可能である。3.分散や群速度の見積りが容易にできる。4.ロックイン検出によるさらなる信号のS/N比の向上が期待できる。5.位相を含めた光情報記録への応用が現実的なものとなる、等のさまざまな利点が得られた。実際にナトリウム原子のD2線(589.6nm)を用いて実験を行ったところ、460Hzの非常に狭い線幅を観測することに成功した。これから見積もられる分散は、3.3×10(-10)Hz-1、群速度は1,800m/sとなり、真空中の光の速度の170,000倍の遅い光パルスを得ることができた。ただし、実際のパルス速度の観測は行っていない。さらに、EIT信号線幅、あるいは分散のカプリング光強度依存性が解析され、カプリング光が強くなるにしたがって、一般に線幅が広くなること、分散はしかしながら大きくなること、等が結論された。これらの結果はOptics Lettersに投稿され、近日中に出版される予定である。
プラナリア再生時特異的に発現する物質の検索

プラナリアは非常に高い再生能力を持つ動物である。特に、脳や目といった重要な器官までもが元通りに再生する頭部再生は、他の動物にはみられない現象である。私は切断後の再生メカニズムを解明するための足がかりを得るために、ストレスタンパク質の一つである90kDaの熱ショックタンパク質、HSP90に注目した。HSP90は熱などのストレスによって発現が高まるだけではなく、非ストレス下においても豊富に発現しているタンパク質で、発生や分化の過程においても特異的に発現が高まることが知られている。そこで本研究ではプラナリアのHSP90 cDNAをクローニングし、これをプローブとしてプラナリア切断後のHSP90 mRNA発現量の変化を調べた。クローニングには、PCR法によって得たプラナリアHSP90 cDNAの一部をプローブとして用いた。プラナリアcDNAライブラリーは、35°C 15分間熱ショックをかけたプラナリアのmRNAを用いて作成した。スクリーニングの結果得られたプラナリアHSP90 cDNAのN末端側のDNA断片をプローブとして、切断後のmRNA発現量の変化を時間を追ってノーザンブロット解析した。その結果、時間経過に伴い始め緩やかに減少した後、1824時間にかけて一過性の発現量の増加が観察された。プラナリア再生においては切断後24時間以内に再生のための準備が完了するといわれており、HSP90 mRNA発現量の増加はHSP90が再生の初期段階で何らかの役割を担っている可能性を示している。以上のことからプラナリアにもHSP90が豊富に存在し、熱ショックに応答してその発現が高まることが確認された。さらにプラナリアの再生過程初期にHSP90 mRNAの発現が高まることが初めて示された。
HAMで同定した制御性T細胞由来異常T細胞のウイルス因子による発生機構の解明

これまでの研究からHTLV-1関連脊髄症(HAM)の病態には、HTLV-1 Taxによる制御性T細胞(Treg)のTh1様細胞への分化転換が重要な役割を担っていることが示唆されているが、その個体レベルの病原性は明らかではなかった。この点を明らかにするために、我々はTreg特異的Tax発現ノックインマウス(ノックインシステムによって高頻度なHTLV-1感染が観察されているTregに限定してTax発現を可能としたマウス)を作成した。本マウスはこれまでのTaxトランスジェニックマウスと異なり、Tax発現細胞はTregに限定され、しかも1細胞あたり1コピーのTaxしか発現していない。それにも関わらず、本研究期間中、ホモでTaxを発現すると28匹中28匹(100%)生後6週以内に死亡し、ヘテロでTaxを発現したマウスはすべて20週齢頃より慢性的な皮膚炎および皮膚潰瘍を生じた。こうして、TaxがTreg特異的に発現することの個体レベルの病原性に与える影響の大きさが明確になった。また、Tax発現異常T細胞が中枢神経系に侵入することがHAM発症のモデルになると仮説を立て、上記マウスにMOGペプチドを刺激してEAE(実験的自己免疫性脳脊髄炎)を発症させ、発症の早期化・重症化が起きるかどうかを検証した。しかし、このマウスはコントロールのEAEマウスと同様の経過を示した。これはMOGペプチド刺激で中枢神経にリクルートされる細胞の中にTax発現異常T細胞がほとんど含まれていなかった可能性が考えられる。したがって、本研究により、今後、異常T細胞が確実に中枢神経にリクルートされるように、Treg特異的Tax発現マウスを2D2マウス(全身のT細胞がMOGを認識するT細胞受容体を持つトランスジェニックマウス)と交配させ、HAM発症モデルの確立を目指すという今後の方向性が明らかとなった。HTLV-1関連脊髄症(HAM)の病態は、HTLV-1感染細胞に起因した過剰な免疫応答による脊髄の慢性炎症と、それによる脊髄組織の破壊と変性であると考えられている。しかし、HTLV-1がこうした免疫異常を引き起こす機構の詳細については不明な点が多く、その解明はHAM発症メカニズムの理解およびその制御方法の開発に非常に有用である。これまで申請者らは、HTLV-1関連脊髄症(HAM)の原因ウイルスHTLV-1が高頻度に制御性T細胞(Treg)に感染していること、またこのTregがHTLV-1の機能分子Taxの作用によって炎症促進的な異常T細胞へ変化し、HAMの脊髄病変部に集積していることを発見している。そこで本研究では、申請者らが独自に作製した“Treg特異的Tax発現マウス"を用いて、HAM患者において見出されたTreg由来異常T細胞の発生機構を明らかにすることを目的とした。“Treg特異的Tax発現マウス"は、Treg分化に重要なFoxp3遺伝子座にGFP(緑色蛍光分子)とCre酵素の融合遺伝子を有し、ROSA遺伝子座の1つのアレルにRFP(赤色蛍光分子)遺伝子を、もう1つのアレルにTax遺伝子を有するマウスである。このマウスは、Foxp3が発現誘導された細胞でGFPとCreを発現し、発現したCre酵素の作用によって、ROSA遺伝子座にあるRFPとTaxの発現が誘導される仕組みを有する。現在、フローサイトメーターを用いて、コントロールマウス(Foxp3遺伝子座にGFPCre、ROSA遺伝子座にRFP遺伝子のみを有する)の脾臓にGFP/RFP発現細胞を確認でき、Tax発現細胞をRFP発現細胞として検出する系を確立できた。Foxp3遺伝子座にGFPCre、ROSA遺伝子座にRFP遺伝子のみを有するコントロールマウスの脾臓にGFP/RFP発現細胞を確認でき、Tax発現細胞をRFP発現細胞として検出する系を確立できた。しかし、目的とするTax発現マウスの脾臓細胞においてTax発現細胞(RFP発現細胞)を確認することができなかった。そのため、以後の解析が実施できておらず、現在までの達成度を「やや遅れている」と判断した。しかしHTLV-1感染細胞がHAMの病態に継続的に関与していることを直接証明した例はなく、その証明は今後のHAM新薬開発の1つの方向性を示す点で非常に重要である。これまで研究代表者らは、HTLV-1が高頻度にCCR4陽性の制御性T細胞(Treg)に感染していること、またこのTregがHTLV-1の機能分子Taxの作用によって炎症促進的な異常T細胞へ変化し、HAMの脊髄病変部に集積していることを発見し、HAMの病態におけるHTLV-1感染細胞の関与が想定されていた。今回HAM患者を対象とした抗CCR4抗体(モガムリズマブ)の早期臨床試験により、抗CCR4抗体がHTLV-1感染細胞を破壊し、脊髄の炎症レベルを改善するだけでなく、臨床症状まで改善させる可能性が高いことを示し、HTLV-1感染細胞がHAMの病態に継続的に関与していることを証明した(N Engl J Med, 2018)。現在、研究代表者らが独自に作製した“Treg特異的Tax発現マウス"を解析中であるが、このマウスの有する「Treg由来Tax発現細胞」はHAM患者におけるHTLV-

1感染細胞を模したものであり、今回その解析の重要性を明らかにすることができた。Foxp3遺伝子座にGFPCre、ROSA遺伝子座にRFP遺伝子のみを有するコントロールマウスの脾臓にGFP/RFP発現細胞を確認でき、Tax発現細胞をRFP発現細胞として検出する系を確立できた。しかし、目的とするTax発現マウスの脾臓細胞においてTax発現細胞(RFP発現細胞)を確認することができなかった。そのため、以後の解析が実施できておらず、現在までの達成度を「やや遅れている」と判断した。これまでの研究からHTLV-1関連脊髄症(HAM)の病態には、HTLV-1 Taxによる制御性T細胞(Treg)のTh1様細胞への分化転換が重要な役割を担っていることが示唆されているが、その個体レベルの病原性は明らかではなかった。この点を明らかにするために、我々はTreg特異的Tax発現ノックインマウス(ノックインシステムによって高頻度なHTLV-1感染が観察されているTregに限定してTax発現を可能としたマウス)を作成した。本マウスはこれまでのTaxトランスジェニックマウスと異なり、Tax発現細胞はTregに限定され、しかも1細胞あたり1コピーのTaxしか発現していない。それにも関わらず、本研究期間中、ホモでTaxを発現すると28匹中28匹(100%)生後6週以内に死亡し、ヘテロでTaxを発現したマウスはすべて20週齢頃より慢性的な皮膚炎および皮膚潰瘍を生じた。こうして、TaxがTreg特異的に発現することの個体レベルの病原性に与える影響の大きさが明確になった。また、Tax発現異常T細胞が中枢神経系に侵入することがHAM発症のモデルになると仮説を立て、上記マウスにMOGペプチドを刺激してEAE(実験的自己免疫性脳脊髄炎)を発症させ、発症の早期化・重症化が起きるかどうかを検証した。しかし、このマウスはコントロールのEAEマウスと同様の経過を示した。これはMOGペプチド刺激で中枢神経にリクルートされる細胞の中にTax発現異常T細胞がほとんど含まれていなかった可能性が考えられる。したがって、本研究により、今後、異常T細胞が確実に中枢神経にリクルートされるように、Treg特異的Tax発現マウスを2D2マウス(全身のT細胞がMOGを認識するT細胞受容体を持つトランスジェニックマウス)と交配させ、HAM発症モデルの確立を目指すという今後の方向性が明らかとなった。今後も引き続き、“Treg特異的Tax発現マウス"におけるTax発現Treg細胞の評価を試みる。本マウスのTax発現はFoxp3発現細胞において生じる。このFoxp3の発現はTregを含むT細胞分化が盛んな週令の若いマウスの胸腺で起こっていると考えられる。したがって、Tax発現Treg細胞(RFP発現細胞)の探索を、週令の異なるマウスの胸腺を中心に実施する。それでも、Tax発現細胞を認めなかった場合には、Taxが細胞死を引き起こしている可能性を検討するとともに、Treg細胞としてCD4+CD25+ cells上の表現型を解析するという計画へ変更する。今回、HAMの病態におけるHTLV-1感染細胞の重要性が明らかとなったことから、今後も引き続き“Treg特異的Tax発現マウス"におけるTax発現Treg細胞の評価を試みる。
婦人科腫瘍における不活性化センダイウイルス粒子の有用性の検討とその作用機構の解明

本研究において子宮頸癌及び子宮頸部異型上皮に対する不活化センダイウイルス(HVJ-E)の抗腫瘍効果や抗腫瘍免疫賦活効果の検討を行った。(1)子宮頸癌に対するHVJ-Eのin Vitroでの抗腫瘍効果の検討とその分子メカニズムの解明(2)子宮頸部異型上皮の三次元培養の確立と抗腫瘍効果の検討(3)子宮頸癌細胞株、子宮頸部異型上皮のマウス皮下移植モデルの確立とそれらを用いたHVJ-Eによるin vivoでの抗腫瘍効果の検討(4) HVJ-Eによるヒトへの投与に関する臨床試験への応用を具体的な目的に研究を進めた。(2)、(3)については同意の得られた子宮頸部異型上皮患者からの標本より三次元培養塊の作成を進めているが、同意を得られた数が少なくさらに生検によるサンプルは小さいため三次元培養塊の作成の条件設定の検討が不十分な状態である。(4)については(1)(3)において効果があることを示すことができた上での検討事項のため今回は実施に至らなかった不活化センダイウイルス(HVJ-E)はその抗腫瘍効果や、抗腫瘍免疫賦活により、癌に対する新しい治療法として注目され、前立腺がんやメラノーマでは臨床試験が進められている。子宮頸癌や子宮頸部異型上皮に対しても同様の効果が期待される。子宮頸癌、子宮頸部異型上皮に対する非侵襲的な新しい治療法として用いることが可能かどうかを検討することを目的とし研究を進めた。(1)子宮頸癌に対するHVJ-Eのin Vitroでの抗腫瘍効果の検討とその分子メカニズムの解明これまでの前立腺癌やメラノーマでの報告では、HVJ-Eの抗腫瘍効果には2つの系によるものが報告されている。[1] HVJ-Eにより選択的な細胞死(アポトーシス)を誘導する効果[2] NK細胞やeffector T cellの抗腫瘍効果を高めることによる直接的な抗腫瘍効果。子宮頸癌についてもこの2つの系についてそれぞれの効果を確認する。(2)子宮頸部異型上皮の三次元培養の確立と抗腫瘍効果の検討同意の上得られた子宮頚部異型上皮の臨床検体より三次元培養細胞塊を作成する。得られた臨床検体を細切し、collagenaseやdispaseなどを用いて細胞を分離する。分離した細胞をcollagenやその他様々な足場の上で培養する。培養には無血清培地を用いる。そこに様々なgrowth factorを添加し、培養に必要な条件を設定する。こうして得られた子宮頚部異型上皮の三次元培養が組織学的に異型上皮であることを確認し、どの程度の期間維持できるかについて検討する予定である。培養の条件設定を決定した後、臨床検体を増やし、CIN1-3すべてに関して培養細胞塊を準備する。(1)子宮頸癌に対するHVJ-Eのin Vitroでの抗腫瘍効果の検討とその分子メカニズムの解明上記については細胞株を用いてHVJ-Eの子宮頸がんに対する抗腫瘍効果をMTS assayにて2次元培養での検討を行った。7種の細胞株に対して検討し、3種類の細胞株に対して抗腫瘍効果を認めたが、その効果がHVJ-Eの投与量・暴露時間によりばらつきがあり、条件を調整しながら検討を重ねている。(2)子宮頸部異型上皮の三次元培養の確立と抗腫瘍効果の検討上記に対して子宮頚部異型上皮細胞の三次元培養の確立を試みているが、病変が微細で十分量の採取が困難であり、条件設定を繰り返し検討している段階である。子宮頸がん、子宮頸部異型上皮はHPVによる感染がその原因であることはわかっており、ワクチンによる予防が世界では進んでいる。また子宮がん検診により早期発見、早期治療により治癒可能である。しかしワクチン接種の機会に恵まれず子宮頸癌、子宮頚部異型上皮に罹患する患者は多数存在し若年の患者では子宮摘出により、妊娠の可能性を奪われることになる。子宮がん検診も受診率は低く、その発見の機会が生かされていないという実情がある。不活化センダイウイルス(HVJ-E)はその抗腫瘍効果や免疫賦活により、がんに対する治療法として前立腺癌や悪性黒色腫では臨床試験が進められている。子宮頸癌や子宮頚部異型上皮に対しても同様の効果を検討し、新しい治療法として用いることが可能かどうかの検討を行った。1)子宮頸がんに対するHVJ-Eの抗腫瘍効果の検討とその分子メカニズムの解明。これまでに他癌にて報告されてきた2つの系による抗腫瘍効果(1)選択的な細胞死(アポトーシス)を誘導する効果(2)NK細胞などの抗腫瘍効果を高めることによる直接的な抗腫瘍効果について子宮頸癌などでの作用を検討した。2)子宮頚部異型上皮の三次元培養の確立と抗腫瘍効果の検討。同意の上、得られた子宮頚部異型上皮の臨床検体より三次元培養塊を作成する。これまで子宮頸癌細胞株を用いてMTS assayにてHVJ-Eの抗腫瘍効果を検討し、3種類の細胞株において抗腫瘍効果が認められることがわかった。その細胞株を用いてマウスを用いて抗腫瘍効果について検討している。マウスでの皮下移植の条件設定、投与量、期間等の条件を変えて検討しているが、安定した結果が得られず効果があるかないかの結論に到達していない。

2)子宮頚部異型上皮の三次元培養塊の作成については同意を得られる件数が予想より少ないため、三次元培養塊の作成の系の確立に難行している本研究において子宮頸癌及び子宮頸部異型上皮に対する不活化センダイウイルス(HVJ-E)の抗腫瘍効果や抗腫瘍免疫賦活効果の検討を行った。(1)子宮頸癌に対するHVJ-Eのin Vitroでの抗腫瘍効果の検討とその分子メカニズムの解明(2)子宮頸部異型上皮の三次元培養の確立と抗腫瘍効果の検討(3)子宮頸癌細胞株、子宮頸部異型上皮のマウス皮下移植モデルの確立とそれらを用いたHVJ-Eによるin vivoでの抗腫瘍効果の検討(4) HVJ-Eによるヒトへの投与に関する臨床試験への応用を具体的な目的に研究を進めた。(2)、(3)については同意の得られた子宮頸部異型上皮患者からの標本より三次元培養塊の作成を進めているが、同意を得られた数が少なくさらに生検によるサンプルは小さいため三次元培養塊の作成の条件設定の検討が不十分な状態である。(4)については(1)(3)において効果があることを示すことができた上での検討事項のため今回は実施に至らなかった子宮頸癌に対するHVJ-Eのin Vitroでの抗腫瘍効果の検討とその分子メカニズムの解明については検討の反復により適切な条件を設定することは可能であると考えている。続けてマウスを用いた検討を進める予定のためそれらの準備を並行して進める予定である。子宮頚部異型上皮の三次元培養の確立に関しては病変が小さい症例については採取が困難なため、検体採取の段階での選択の検討を要すると考えている。マウスでの抗腫瘍効果を確認するために数を増やしての検討を進める。マウスでの抗腫瘍効果が確認できればその検体を用いて分子メカニズムの解明をすすめる。これまでの結果よりアポトーシスの系よりは免疫賦活によるところが大きいと予想されるが、その確認のために投与後の腫瘍の免疫染色による確認をできるだけ早い時期に開始したいと考えている。子宮頚部異型上皮の三次元培養塊の作成については引き続き検体数を増やして、系の確立を進めていく。三次元培養における異型上皮の維持が困難な場合、直接皮下移植することで一時的に異型上皮を維持できる系を確立できるかどうかについても検討したい平成28年度は当初予定では子宮頸癌に対するHVJ-Eの抗腫瘍効果のメカニズムの解析も行う予定であったが、抗腫瘍効果がHVJ-Eの投与量・暴露時間等にてばらつきがあったために、深い解析ができなかった。このため、そのメカニズム解析に計上していた試薬等の購入を延期した。また、子宮頸部異型上皮の三次元培養を用いた抗腫瘍効果の検討も、同様の理由で進められておらず、計上していた試薬等の購入を延期した。平成29年度進めてきたHVJ-Eの抗腫瘍効果の確認、子宮頸部異型上皮の三次元培養塊の作成とそれを用いた抗腫瘍効果の検討等の研究について引き続き継続が必要なため引き続きの試薬、材料等の購入が必要となった。引き続き実験に必要な物品の購入を行う。
IoT時代に資するセキュリティゲートウェイとその同期運用機構に関する研究

多数の超小型の電子機器や無数の超小型のセンサやアクチュエータ類が世界規模で相互接続可能になる情報通信ネットワークの新たな時代が到来し、IoT(Internet of Things)という用語も広く知られるようになった。われわれは本研究において、Raspberry Gate (IoTデバ;イスの情報セキュリティ確保に資する超小型のセキュリティゲートウェイ装置)および,Raspberry Guardian(Raspberry Gateのセキュリティ更新と適切な設定の維持を担保する機能。ソーシャルネットワークを活用した意思決定機構とそれを利用した意思決定に同期した運用体制を提供するのが特徴)の研究開発を行なった。Raspberry Gateの開発は順調に進んだが、Raspberry Guardianの開発および「海外も視野にいれた本格的な普及啓発や標準化活動」には時間を要したので、研究期間を1年間延長した。通算3年度目にあたる2017年度の後半からの1年間、代表研究者の大野はサバティカルを取得し、サバティカル期間の後半の4ヶ月強をカナダ国ノバスコシア州ハリファクスの州立ダルハウジー大学で研究活動を行う機会を得た。この期間中に、当初の目標であった海外での普及啓発活動を実施でき、Raspberry Gate / Raspberry Guardianの技術移転を実施するとともに、Raspberry Gate / Raspberry Guardianの評価や今後の展開を研究テーマとする大学院生を指導することになった。これにより、2019年3月末を超えてしまうものの、ダルハウジー大学での大学院生の指導を通して、海外での継続的な普及啓発活動と、その先にある標準化活動が十分可能になった。多数の超小型の電子機器や無数の超小型のセンサやアクチュエータ類が世界規模で連携しうる時代が到来した.このようなネットワークや状況のことをIoT (Internet of Things)と呼ぶことが多い.本研究ではIoTの爆発的な普及に鑑み「IoT時代のIoTデバイスのセキュリティ確保」を実現し、今後の情報化社会の安全と安心の確保に貢献することを目指している.平成27年度は、研究計画に従い,(1)セキュリティゲートウェイ(Raspberry Gate)を構成し,その基本性能を評価する,(2)ソーシャルな意見集約機構を用いたソフトウェア更新の同期運用機構(Raspberry Guardian)の試験運用を開始し,この同期運用機構が有効に機能することの調査,の2点を実施した.まず,(1)についてはRaspberry Piを用いたセキュリティゲートウェイを作り,基本的な通信速度を定量評価した.その結果,単なるブリッジとして構成したRaspberry Gateは,下流に位置するIoTデバイス群がインターネット側とやりとりする際に生じさせるトラフィックを余裕を持って処理できることを明らかにできた。さらに、簡単なセキュリティ・フィルタリングであれば、性能の低下は僅かであり、IoTデバイス向けセキュリティゲートウェイとして実用可能であることを確認できた.このことについては、情報処理学会ムDICOMO2015で口頭発表した.次に,(2)については、情報処理学会DICOMO2015において,基本構成について言及したあと試験運用に向けた調整を続け、セキュリティ更新を含むソフトウェア更新を同期的に配布する仕組みを主として机上でシミュレーションし,意図した動作することを確認した.現在、これに基づいた実装を進めている.(1)についてはRaspberry Piを用いたセキュリティゲートウェイを作り,基本的な通信速度を定量評価した.その結果,単なるブリッジとして構成したRaspberry Gateは,下流に位置するIoTデバイス群がインターネット側とやりとりする際に生じさせるトラフィックを余裕を持って処理できることを明らかにできた。さらに、簡単なセキュリティ・フィルタリングであれば、性能の低下は僅かであり、IoTデバイス向けセキュリティゲートウェイとして実用可能であることを確認できた.このことについては、情報処理学会ムDICOMO2015で口頭発表した.好ましい結果が得られているので進捗状況はは、良好な状況にある.次に,(2)については、情報処理学会DICOMO2015において,基本構成について言及したあと試験運用に向けた調整を続け、セキュリティ更新を含むソフトウェア更新を同期的に配布する仕組みを主として机上でシミュレーションし,意図した動作することを確認した.現在、これに基づいた実装を進めている.こちらも、平成27年度末(3月最終週)に実装検討会を実施し平成28年度初頭に大幅な進展が見込める状態になった。よってこちらもおおむね順調に進展していると言える.以上から、研究全体の評価区分を(2)の「概ね順調に進展している」とした。本年度は当初からの計画に従い、Raspberry Gateの構成方法を確定するためにRaspberry Piを追加導入した。台数は当初予定の8台から4台に押さえ、多種多様なIoTデバイスを評価用として用意するために部品類を購入して実際に製作した。Raspberry Gateの運用を始めているが、Raspberry Guardianについては引き続き、申請者が選んだボランティアに状況を説明した上で運用を担当してもらう状況が続いており、誰もが利用できる本格運用状況にはなっていない。本格運用は最終年度に持ち越しとなった。研究成果は、電子情報通信学会主催の国際シンポジウムIA2016(台湾台北で開催)で発表し、その際の各国からの参加者の反応からも、研究成果の少なくとも一部は中国、台湾、シンガポールなど東アジア各国の研究者に大いに訴求することを確認した。しかし、これとは別に日本語で執筆した、ここまでの成果をまとめた研究論文(査読あり)は、Raspberry Guardianの運用体制などに未成熟な部分があることを理由に最終的には掲載には至らなかった。このため、平成29年度に再投稿することとなり、準備をすすめている。これらのことから、平成28年度の進捗は「当初の予定よりやや遅れている」と判断したが、停滞あるいは困窮しているわけではないので、最終年度には当初の予定どおりの最終成果が得られると考えている。

研究実績の概要に記したように、研究そのものは進んでいるが、日本語で執筆した査読あり論文が掲載には至らなかったこと、Raspberry Guardianの本格運用が平成29年度に持ち越されたことなどから、残念ながら「やや遅れている」と判断した。しかし、しなければならないことは明らかになっているため、最終的には期待通りの成果を出せると考えている。本年度は、3年度の研究機関の最終年度であり、当初の計画では「IoT時代に資するセキュリティゲートウェイとその同期運用機構に関する研究」の成果を国内外に普及啓発する段階にあった。しかし、国内での普及活動はともかく、海外での普及啓発が行えていなかった。一方、代表研究者である大野は、2017年10月から最長1年間のサバティカル研修が認められ、その前半(概ね2017年度一杯)は、神奈川県藤沢市の慶應義塾大学湘南藤沢キャンパス(以下SFC)で、後半はカナダ国ノバスコシア州ハリファクス市のダルハウジー大学で研究活動を行うことになった。そこで、この機会を捉えて国内での普及啓発は金沢大学およびSFCで継続的に行い、海外での普及啓発はダルハウジー大学で行うのが妥当と考えた。そこで、研究機関を1年延長することを申し出認められたところである。加えて、サバティカル期間前半中の2018年3月には、インド国ハイデラバード市のインド工科大学ハイデラバード校に赴いてICDF2018 (International Conference on Digital Fablication)にて基調講演を行ってこれまでの成果を発表できたが、その前後に、同校の学部生、大学院生、教員らに研究成果を普及するためのハンズオンを実施した。これが海外での普及活動の最初となった。このように、延長した研究計画に基づき、2017年度は「IoT時代に資するセキュリティゲートウェイ」であるRaspberry Gateの改良を行いつつ主に国内での普及啓発を行うとともに、延長期間に入る2018年4月からの海外(ダルハウジー大学)での本格的な普及啓発の準備を行った。本来は研究3年度目である本年度が最終年度であるが、3年度目に予定していた普及啓発活動、特に海外での普及活動ができない状態だった。幸い、冒頭で記したように、サバティカル期間に突入して2018年度前半に海外での普及啓発が可能になったため、研究期間を延長した。そのため、本来の研究計画と比べると1年間遅れていると言えるが、1年間延長した計画に基づいて考えれば順調であると言える。これらのことを配慮して全体としては「やや遅れている」とした。
主回路をユニット化した超多レベルフライングキャパシタマルチレベルインバータの開発

多様な用途の交流電源として広く用いられている電力変換器であるインバータの出力波形改善策として,出力電圧レベルの数を飛躍的に多くするための主回路のユニット化に基づく実装方式を開発した。小型化の点で優位性のあるフライングキャパシタ方式を対象とし,5レベルのユニットを組み合わせることで,最大で三相25レベルのインバータを実現し,波形改善効果の検証,効率や温度上昇の検証,パワー半導体デバイスとフライングキャパシタの耐圧設計の指針の検討,負荷を含めた効率改善や応答改善の検討を行った。これらの結果より,インバータの出力波形を飛躍的に改善するとともに出力電力あたりの小型化が達成できる方式を確立できた。当初の研究計画に基づいて、超多レベルのフライングキャパシタマルチレベルインバータを実現することを目的として、複数個の主回路ユニットを組み合わせて実装する方式の開発に向けた研究を実施した。具体的な研究成果は、以下のとおりである。■5レベルのフライングキャパシタマルチレベルインバータによるユニットを、研究室で保有している基板加工機を用いてガラスエポキシ基板を使用して作成した。このユニットを6個試作し、組み合わせを変更することで、9レベル三相、13レベル単相フルブリッジ、17レベル単相ハーフブリッジとしての動作試験を実施し、正常な動作が行えることを確認した。その結果、13レベル単相フルブリッジでの試験において、出力800W程度の小容量でありながら、効率99.0%を実現した。さらに、ヒートシンクを用いない自冷による動作が可能であることを実証し、基板上の温度分布を赤外線カメラで確認することにより正常な温度範囲での動作が実現できていることを確認した。以上より、本研究で開発した主回路をユニット化する実装方法がインバータの高パワー密度化の実現に寄与し得ることを示した。■マルチレベルインバータユニットの実装上の課題として、MOSFETとキャパシタの所要耐圧と組み合わせるユニット数との関係の理論的検討、ユニットを組み合わせる際にコネクタを使用することにより増加する寄生インダクタンスに対する対策法を検討し、実験によりその有効性を確認した。■マルチレベルインバータの波形改善効果の評価指標として、高調波の理論解析法を検討した。この結果を踏まえ、マルチレベル化による代表的なメリットとして、誘導電動機を可変速駆動する際の損失低減効果、出力波形改善のために接続するフィルタの小型化について、理論的及び実験的に検討を行った。さらに、インバータのマルチレベル化によるシステムの制御性能の改善効果についても基礎的な検討を行った。当初の研究計画に基づいて、超多レベルのフライングキャパシタマルチレベルインバータを実現することを目的として、複数個の主回路ユニットを組み合わせて実装する方式の開発に向けた研究を前年度に継続して実施した。■平成25年度の研究成果をもとに5レベルのフライングキャパシタマルチレベルインバータによるユニットを、アルミベースの基板で製作し、主回路の放熱の点も考慮してユニット化したマルチレベルインバータの基本ユニットを実現した。このユニットを最大21個組み合わせることにより三相25レベルのフライングキャパシタマルチレベルインバータを実現し、その正常な基本動作を確認した。■上記のインバータユニットを5レベルインバータとして動作させた実験では、出力約200W時の効率として約98%を実現した。また、このときの主回路MOSFETやフライングキャパシタの温度上昇は40°C以下であることが確認され、これを5個組み合わせて出力1kWのインバータとして動作させる最終目標を達成できる見通しが得られた。■フライングキャパシタマルチレベルインバータをユニット化する際の課題の一つであるフライングキャパシタの体積を決定づける所要静電容量に関する検討を詳細に行った。具体的には、フライングキャパシタとしての使用に適する誘電体材料の異なるキャパシタの温度上昇の比較、代表的な応用の一つである系統連系インバータとして応用した際に想定される最も過酷な条件である電源擾乱発生時のフライングキャパシタ電圧の挙動について理論的、実験的検討を行ない、静電容量の選定指針を明らかにした。平成26年度に開発した第二次試作の成果をもとに設計した,アルミベースの主回路基板を用いた第3次試作回路を製作し,これを組み合わせて最終的に25レベルのインバータを実現した。この主回路基板を1相あたり6枚まで組み合わせることにより,5,9,13,17,21,25レベルの三相インバータを構成し,総合的な比較を行った。その結果をもとに,超多レベル化による出力波形の品質改善,効率改善,高パワー密度化に対する効果を定量的に明らかにし,最適な出力レベル数を決定する際の指針を明らかにした。以上の成果について,IEEE Transactions on Power Electronicsに投稿する論文を取りまとめた。本研究の最終目標である三相25レベルのフライングキャパシタインバータを、5レベルインバータユニットを21個組み合わせて実現することができた。

しかし、回路のノイズ対策などがまだ必要な状況で、実験できる出力電力が低く抑えられる問題点が残っており、所期の実験データを広範な出力電力について完全に取得できている状況ではない。以上の成果を総合的に判断し、本研究はおおむね順調に進展していると判断する。パワーエレクトロニクス本研究の最終年度である平成27年度は、実験装置のノイズ対策を行い、出力1kWでの三相25レベルインバータとしての動作を目指す。さらに、変換器としての効率や各部の温度上昇の実測を行い、ユニット化する主回路の実現方法の実用性について検証する。以上の成果について、論文に取りまとめる作業を進める。当初の目的であった超多レベルのフライングキャパシタインバータのユニット化による実装方法の開発に関して、理論的、実験的検討を踏まえ、5レベル変換器ユニットを6個試作した。これを組み合わせて、各種のインバータとして動作させた試験を行い、所期の動作が実現できていることを確認するとともに、効率99.0%を実現し、ヒートシンクを用いることなく動作が可能であることを実証し、インバータの高効率化、高パワー密度化に大きく寄与できることを示すことができた。以上の成果から、本研究はおおむね順調に進展していると判断する。平成25年度の研究成果を踏まえ、アルミ基板によるフライングキャパシタインバータのユニットを18枚製作し、各種組み合わせで試験を行う。あわせて、アルミ基板による熱マネージメントの改善効果について実験的に確認する。最終的に、出力フィルタなしで系統連系が可能と期待される25レベルの三相インバータとして動作させ、各種の基礎データを取得する。現在の進行状況から判断して、これらの実験結果の大半の取得は、平成26年度中に完了する見込みであり、その後は成果を論文に取りまとめる作業に重点を移す。基板試作費および部品購入費が予定を下回ったため、残額が生じた。次年度に試作する基板の製作費および部品の購入費に充てる。
マイクロ波加熱による金属酸化物からのプラズマ生成メカニズム

マイクロ波加熱は物体内部の直接的加熱を実現でき、その選択加熱と非加熱効果が注目を集め、CO2排出削減、省エネルギー化技術として期待されている。しかしながら、固体でのGHz帯周波数マイクロ波吸収による励起状態生成から熱化、非加熱効果は未解明である。一方、減圧下でTiO2, ZnOセラミックスにマイクロ波を照射する事で、反応性が高い原子状酸素プラズマ生成を伴う金属酸化物の直接還元効果を観測してきた。本研究では、マイクロ波直接励起プラズマ反応におけるZnOセラミックスの発光現象における、発光強度の時間変動に着目し、モデル式を構築し測定結果と比較することにより、マイクロ波非加熱効果を解析した。マイクロ波の金属酸化物(酸化亜鉛、酸化鉄、二酸化チタン、酸化銅、等)への照射によって、金属元素、酸素のいずれか、あるいは両方のプラズマが放出される。この、プラズマの種類による放出速度の差、および反応管内での輸送速度の差を利用すれば、従来の電気炉を用いたプロセスよりも低エネルギー消費・低炭素使用量での、酸化物からの金属回収、不純物を除去し組成を制御した新たな酸化物の生成が可能となると考えられる。しかしながら、マイクロ波照射によるプラズマ生成のメカニズムは未だ明らかになっていない。本研究では、生成するプラズマを中心とする気相と酸化物試料に対する分光学的手法・材料科学的手法による分析を通じて、上記のメカニズムを明らかにすることを目的とする。本年度は、引き続き、マイクロ波照射装置に付属の小型分光光度計より、発光の時間変化の実時間モニタによる時間分解測定を行った。あわせて、自由電子レーザー設備(京都大学エネルギー理工学研究所)、および、UVSOR実験施設での、マイクロ波照射金属酸化物のフォトルミネッセンス(PL)、フォトルミネッセンス励起(PLE)スペクトルの測定によって、照射によって生じる欠陥からの発光バンドの特定を行い、プラズマ生成に伴う基板の変化のメカニズムの研究を行った。酸化亜鉛を用いたPLEによれば、マイクロ波照射によって生ずる欠陥は、PLにおいて観測されるバンドギャップ中間と伝導帯近傍の電子準位への励起によって発光するバンドのうち、後者の伝導帯近傍の準位であり、照射時のプラズマ生成に伴ってこの欠陥が増加することが判明した。あわせて、照射時間中のプラズマ生成と発光との相関を定める現象論的なモデルの構築を行い、論文発表した。本年度は、ひきつづき、UVSOR実験施設での、マイクロ波照射金属酸化物のフォトルミネッセンス(PL)、フォトルミネッセンス励起(PLE)スペクトルの測定によって、照射によって生じる欠陥からの発光バンドの特定を行い、プラズマ生成に伴う基板の変化のメカニズムの研究を行った。特定された欠陥準位はバンドギャップ中の3.23 eVのギャップ内光で励起される位置に存在し、同準位に励起されることで生じる2.3 eVの発光は、バンドギャップ光である3.3 eV以上の励起では消滅する。この発光はマイクロ波未照射の状態でわずかに還元状態での酸素空孔によって生じると考えられる2.0 eVをピークとする発光とは異なるものであり、照射に伴うプラズマ放出の結果として生成される欠陥は酸素分圧の変化によって生じる不定比性の原因となる欠陥とは異なる新たなものであることが明らかとなった。本年度は、マイクロ波照射装置に付属の小型分光光度計より、発光の時間変化の実時間モニタによる時間分解測定を行った。

現在測定の進行中である酸化亜鉛に加えて、まず、ほぼ同じバンドギャップ値とバンドのオフセットを持つ二酸化チタンを対象とし、改めて時間分解測定を行うことによって、互いに異なるプラズマ放出挙動が、結晶構造の相異のみならず、バンドギャップ内に存在する欠陥構造の違いに起因するという作業仮説のもとに当面の研究を推進し、モデルを構築した。本申請の主要装置である赤外分光光度計の設置・稼働を行い、照射下における結晶の温度変化過程である格子振動状態の変化の直接的情報を得た。さらに、ギャップ内からギャップ周辺の伝導帯・価電子帯の電子構造を反映する吸収スペクトルの測定を行い、XRDのピーク裾に現れる欠陥構造の材料科学的手法による探究、ギャップ内励起におけるフォトルミネッセンス測定を併せて検討を行うことによって、照射による原子放出を左右することが強く示唆されているバンドギャップ内の欠陥の電子状態の変化を調べた。自由電子レーザー実験設備(京都大学エネルギー理工学研究所)にくわえて、UVSOR実験施設におけるフォトルミネッセンス励起スペクトルを行うことができたことにより、発光バンドの特定が可能となり、マイクロ波照射の結果、プラズマ生成によって生ずるバンドギャップ内欠陥準位の特定を行うことができた。また、本研究の主目的であるプラズマ生成メカニズムについて、生成のダイナミクスと強く相関する試料からの発光とプラズマからの発光の時間変化を記述する現象論的なモデルを構築できたことにより、上記のプラズマ生成に伴う電子論レベルでの知見と併せて、全メカニズムの解明に向けて大きく進むことができた。マイクロ波加熱装置(2.45 GHz)に関しては、あらたに、レーザー装置及び自由電子レーザー実験装置での測定系に接続する形での設置を行うことができた。これらすべての研究について、エネルギー理工学研究所の自由電子レーザー実験グループを中心とする当該実験施設と、密に協力して研究を行うことができた。本申請の主要装置である赤外分光光度計の設置・稼働を行ったことにより、照射下における結晶の温度変化過程である格子振動状態の変化の直接的情報を得ることが可能となった。本測定は、ラマン分光と相補的な実験手法であるとともに、ギャップ内の吸収スペクトル測定においても紫外可視近赤外分光光度計とともに不可欠であり、さらには照射に伴う金属酸化物絶縁体から低次酸化物の半導体・金属状態への変化を調べるにあたって、伝導度の温度依存性の測定では非常に判定の困難なTiO2のような場合においても、スペクトル中のプラズマ反射による構造の有無によって、伝導状態の転移が明確な判定が可能になることが期待されるという点でも非常に有用である。マイクロ波加熱装置(2.45 GHz)に関して、マイクロ波研究グループ(京都大学生存圏研生存圏電波応用分野)との共同研究を行うことができた。上記の加熱装置の改良・導波管の電磁場解析・多波長マイクロ波照射によるさらなる効率化等をめざした研究が継続中であり、それらの研究結果を密に参照し、比較・検討を行っている。また、マグネトロン(2.45 GHz)のみならず、電波領域での幅広い波長での(コヒーレントな)