hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
新規有機反応開拓を指向した多機能集積型固体酸触媒の開発

本研究の開始以前、研究代表者は固体酸の表面に有機塩基を導入した多機能触媒の開発を行ってきた。本研究課題では、これまでの研究をべ一スに、触媒表面の酸・塩基点の性質を変化させることで、これまでにない触媒反応の達成を目指した。具体的には、酸・塩基点距離の制御による高効率マイケル反応・4級アンモニウム塩の導入による常圧二酸化炭素変換反応・酸点のケイ素カチオンへの変換による高効率アリルシリル化反応を達成した。申請者はこれまでに固体酸の表面に有機塩基を導入した多機能触媒の開発を行ってきた。この研究をベースに新たな触媒反応の開発を目指すため、平成21年度は触媒の表面酸点・塩基点の性質の変化と触媒作用への影響を調べた。この研究によって、多機能触媒に用いる固体酸担体の性質を変化させることで、触媒作用が変化することを見出した。例えば、担体のシリカアルミナを塩基点を導入する前に焼成することで、担体表面の酸点と、導入する塩基点の位置関係が制御できることを見出した。この現象を利用することで、マイケル反応に更なる高活性・高選択性を有する多機能触媒の開発に成功した。加えて、シリカアルミナの代わりにモンモリロナイトを担体に用いると、酸・塩基の連続反応が進行することを見出した。この触媒はone-pot反応への応用が可能であった。平成21年度の研究では、酸点を有する担体だけでなく、塩基点の性質による触媒作用の変化も明らかにした。固体酸表面へ導入する塩基点をアミンから4級アンモニウム塩へ代えることで、エポキシドからのカーボネート合成に最適な触媒を調製できた。今後は、これらの酸点・塩基点の触媒作用に関する知見を元に、更なる高機能触媒と、それを用いる新反応の開発を行う。固体表面の酸点を利用する求核付加反応や、4級アンモニウム塩触媒の更なる高機能化のための金属カチオン導入等の研究を現在検討中である。上記の研究成果を元に、平成21年度は原著論文7報、学会発表8件を行なった。平成21年度の研究で得られた知見を活かして、平成22年度は主に固体酸表面での活性種の形成と、それを用いる触媒反応の開発を行った。具体的にはモンモリロナイトやシリカアルミナの表面酸点とアリルシランが反応することで固体酸表面にシリル種が形成されることを見出し、これがアリル化反応に高い触媒活性を示すことを明らかにした。モンモリロナイトとアリルシランの反応によって形成されるカチオン性シリル種は、アルケンのアリルシリル化反応に高い活性を示した。例えば、p-クロロスチレンとアリルトリメチルシランの反応では、目的のアリルシリル化生成物が収率95%で得られた。ジシリルアルコール等を用いる実験から、反応の活性種であるシリルカチオンは、ジシリル型であることがわかった。一方、アセタールのアリルシリル化反応には、固体酸の中でもシリカアルミナが高い触媒活性・選択性を示した。この反応は量論試剤を用いるもののみが報告されており、触媒反応が始めて達成された。表面にSiMe_3^+カチオンをもつシリカアルミナを調製し、これを用いてSiEt_3基をもつアリルシランによる反応を行ったところ、SiMe_3基をもつアリルシリル化生成物が得られた。この結果は、シリカアルミナ表面のモノシリルカチオン(SiMe_3)が反応に関与していることを示している。固体酸の種類によって活性なシリル種の構造が異なり、また、最適な触媒反応の種類も異なることがわかった。上記の研究成果の原著論文による報告および学会で発表を行った。
大腸菌ミニF複製制御機構の解析

大腸菌を宿主として複製するミニFの複製開始蛋白質RepEは複製開始頻度の調節のKEY ELEMENTとして注目されているが詳細な機構は明かでない。我々はRepEが持つ二つの機能(イニシエーター、リプレッサー)は各々RepE単量体と二量体に対応しており、イニシエーター/リプレッサーの機能変換が単量体と二量体の構造変換として理解出来る事を明きらかにした。この二量体から単量体への変換に分子シャペロン(DnaK,DnaJ,GrpE)が関与している可能性を今年度検討した。さらにミニFのコピー調節におけるincC領域の役割を研究する計画をしていたが、ミニFの試験管内DNA合成系の準備をしたにとどまった。然し、RepEのドメインに関して重要な進展があった。今年度の研究実績を以下に記す。(1)正常RepEの複製開始領域(DR)、オペレーター(IR)への結合に及ぼすDnak,DnaJの効果をDR又はIRのDNAをプローブにして精製RepE,DnaK,DnaJを用いてゲルシフトAssayで調べた。RepEのDRへの結合能はDnaK,DnaJ,ATPの量に比例してDRへの結合能が増大する事が明かとなり、RepE二量体がDnaK,DnaJ,ATPにより単量体に変換される事が示唆された。(2)細胞粗抽出液からニッケルアフィニティカラム、架橋剤を用いてRepEと分子シャペロンとの複合体を見つけることが出来た。(3)RepEの種々の変異体を用いて分子シャペロン(DnaK,DnaJ)との複合体の形成能を調べることにより、RepEの分子シャペロンとの相互作用領域を決定した。(4)oriCDNA複製がみられるフラクションIIが調整出来た。RepEに依存したミニFの複製が行われるかどうか?DnaK,DnaJ,GrpEによって促進されるかどうか?等を今後調べる予定である。(5)RepEの複製開始領域(DR),オペレーター(IR)への結合に関与する領域の決定:RepE遺伝子にPCRによりランダムに変異を導入し、DNA結合能を失った変異体だけを選択できる系を作り、系統的に解析した結果、RepEのC末領域に変異体が集中し、この領域がDNA結合ドメインであろうと結論した。(J.Bact.,1995,4月号掲載予定)大腸菌を宿主として複製するミニFの複製開始蛋白質RepEは複製開始頻度の調節のKEY ELEMENTとして注目されているが詳細な機構は明かでない。(J.Bact.,1995,4月号掲載予定)
パーキンソン病に対する還元型ＣｏＱ１０の症状改善、進行抑制に関する臨床的検討

パーキンソン病のミトコンドリアの複合体Iの活性が低下していることから還元型CoQ10の無作為化二重盲検併行群間試験を行った。ウエアリングオフがある進行期A群、早期でレボドパを内服していないB群に分けて、A群は48週間、B群は96週間ubiquinol-10を300mg、またはプラセボのカプセルを内服し臨床症状を評価した。A群の還元型CoQ10群は(n = 14; mean ±SD [-4.2 ±8.2])と改善し、プラセボ群は(n = 12; 2.9 ±8.9)で有意差(p < 0.05)をもって改善効果を、有害事象を認めずに確認された。B群では改善効果は認めなかった。パーキンソン病はL-dopaを中心とする薬物治療の進歩により生命予後は改善した.しかし長期治療に伴いL-dopaの有効時間の短縮や運動症状の変動、ジスキネジアや精神障害の出現などquality of life (QOL)を低下させる合併症の出現が問題となっている.コエンザイムQ10(CoQ10)は、細胞内ミトコンドリア賦活によりATP産生作用と還元型CoQ10による抗酸化作用が知られ、食品として広く販売されており既に高齢健常人での活動度を上昇させるサプリメントの一つである.特に還元型CoQ10は高齢者及び疾患では体内比率が低下し細胞内のミトコンドリアの異常による病気に効果が期待される.パーキンソン病はミトコンドリア異常が有る可能性の病気であり、パーキンソン病の疾患モデルであるMPTPマウスでCoQ10投与により神経保護作用を認めた報告があり、パーキンソン病患者で進行抑制が認められるか検討した.検討は還元型CoQ10内服に関し、並行群間比較、無作為割り付け、二重盲検、実食品・偽食品治療対照で行った.レボドパを内服していない初期群と症状変動が生じている(ウエアリングオフ)進行群とに分けて行った.臨床判定は頼高朝子が行い、生化学的検討は山本、佐藤が行った.進行群は1年間の観察のため2013年5月に終了予定であり、初期群も2013年度末前後頃に終了予定である.その後二重盲検を開示し統計学的検討を行う.パーキンソン病は、アルツハイマー型認知症に次ぐ神経難病のひとつであり、未だ根治療法や、神経保護作用のある治療法は確立してはいない。コエンザイムQ10(CoQ10)は、細胞内ミトコンドリア賦活によりATP産生作用と還元型CoQ10による抗酸化作用が知られ、特に還元型CoQ10は高齢者及び疾患では体内比率が低下し細胞内のミトコンドリアの異常による病気に効果が期待される。パーキンソン病はミトコンドリア異常が有る可能性の病気であり、パーキンソン病の疾患モデルであるMPTPマウスで還元型CoQ10投与により神経保護作用を認めた報告があった。我々はパーキンソン病患者での並行群間比較、無作為割り付け、二重盲検、実食品・偽食品治療対照で効果を検討した。パーキンソン病の主要な治療薬であるレボドパを内服していない初期群と、レボドパを内服し症状変動が生じている(ウエアリングオフ)進行群とに分けて行った.臨床判定は頼高朝子が行い、生化学的検討は山本、佐藤が行った.初期群は1年間、進行群は2年間内服した。登録した全ての症例が2014年3月31日をもって試験が終了した。主要評価はパーキンソン病の評価スケールであるUPDRSの開始時から内服終了時の差で検討する。パーキンソン病はレボドパを中心とする薬物治療の進歩により生命予後は改善した。しかし長期治療に伴いレボドパの有効時間の短縮や運動症状の変動、ジスキネジアの出現など生活の質を低下させる合併症の出現が問題となっている。コエンザイムQ10(CoQ10)は、細胞内ミトコンドリア賦活によりエネルギー産生作用と還元型CoQ10による抗酸化作用が知られている。食品として広く販売されており既に高齢健常人での活動度を上昇させるサプリメントの一つである。特に還元型のCoQ10は高齢者及び疾患では体内比率が低下し細胞内のミトコンドリアの異常による病気に効果が期待される。パーキンソン病はミトコンドリア異常が有る可能性の病気であり、パーキンソン病の疾患モデルであるマウスでCoQ10投与により神経保護作用を認めた報告があり、パーキンソン病患者で進行抑制が認められるか検討する。

検討は還元型COQ10内服に関し、並行群間比較、作為割り付け、二重盲検、実食品・偽食品治療対照で開始した。広報(ホームページ、外来待合室ポスター)によりパーキンソン患者に本試験参加を呼び掛け登録した。パーキンソン病の臨床評価、血中還元型CoQ10測定、一般採血による安全評価を定期的に登録時、及び既定の評価時に行っている。運動症状の変動(ウエアリングオフ)のある患者はさらに薬の効いている時間と効いていない時間を1週ずつ日記に記して効果を評価している。ウエアリングオフ現象のある進行例の観察期間は1年間、レボドパ製剤をまだ内服していない初期の例では2年間を観察期間としている。1年及び2年間の内服期間と、終了後8週目にこれらの評価を行っている。これら評価及び登録は、頼高が行った。血中還元型CoQ10の測定は山本が行うが、結果は真偽が予測されるため、統計解析までは評価をしている研究責任者には通知していない。目的:パーキンソン病(PD)は10万に150人が発症するアルツハイマー病に次ぐ神経変性疾患である.PDの病態にミトコンドリア電子伝達系のコエンザイムQ10(CoQ10)が進行阻止の治療ターゲットとして注目されCoQ10の大規模臨床試験が行われたが、効果は得られなかった.PDのモデルマウスに還元型CoQ10は少量で効果を認めた.我々は還元型CoQ10(ubiquinol-10)の無作為化二重盲検併行群間試験を行った.方法:ウエアリングオフがある進行期A群31例と早期でレボドパを内服していないB群33例に分けて、A群は48週間、B群は96週間ubiquinol-10を300mg、またはプラセボのカプセルを内服しPDの臨床評価スケールであるUnified Parkinson's Disease Rating Scale (UPDRS)の総計で評価した.結果:両群の各ubiquinol-10群、プラセボ群の開始時の年齢、UPDRS、薬剤量等に有意差はなかった.A群のubiquinol-10群は(n = 14; mean ±SD [-4.2 ±8·2])と改善し、プラセボ群は(n = 12; 2.9 ±8.9)で、有意差(p考察:本試験はPDに対する初のubiquinol-10の無作為化二重盲検試験であり、進行期のPDの症状改善に安全で有効であった.神経内科学初期群は33例、うち10例脱落し、16例が試験期間を終了している.7例が継続中である.進行群は31例を登録し、6例脱落し、1例のみが試験期間を終了していない.現在まで副作用は生じていない.各群とも40例を目標にしていたが、予定期間中に登録を達することはできなかった.予定通り、2014年3月31日で全登録患者、初期群33例、進行群31例の臨床試験が終了し、2014年度からの統計作業に入ることができている。試験からの脱落は17例であった。2012年2月上旬の段階で、臨床試験参加したパーキンソン病患者は進行例で30例の登録がありうち4例は脱落、初期例では28例あり、うち脱落が5例である。現在まで副作用は生じていない。初期例はあと1年臨床経過を評価する必要があり、終了後2014年度に盲検をキーオープンし、統計処理をする。還元型CoQ10のパーキンソン病に対する進行抑制効果の有無と安全性について考察し、2015年度国内外学会に公表する.2014年度は盲検をキーオープンし、統計処理を行う。還元型CoQの安全性と効果について検討する。結果は2014年6月の第18回国際パーキンソン病・運動障害学会(国際学会)及び10月の第8回パーキンソン病・運動障害疾患コングレス(国内学会)で公表の予定である。新規臨床試験の登録は2012年3月末で登録終了の予定である。引き続き登録後、進行例で1年、初期例で2年間の評価、安全評価を継続する。
直感的操作可能な遠隔力覚臨場感手術システムの開発

近年,コンピュータ支援外科手術あるいは医療ロボットが国外,国内で注目され,特に医療現場からの期待が高まっている.これは,21世紀初頭の高齢化社会において,老人医療や在宅医療の需要が急増すること,ならびに最先端の医療分野では高度な工学技術との融合が不可欠であることが,一つの社会的背景となっている.特に,遠隔手術支援システムの開発は,その重要性と社会に与えるインパクトから,研究開発のドライビングフォースになっている.技術開発の動向としては,大きく二つの流れがある.一つは,手術室で働くスタッフの数を減らすように作業の自動化・省力化を目的とし,手術機器を高度にインテリジェント化するためのコンピュータ援用技術である.もう一つは,術者自身が遠隔の手術環境と仮想的に対面し,組織に触れた感覚を伴いながら手術を行うためのバーチャルリアリティやテレロボティクスの技術である.いずれにしても微細作業技術は不可欠なものとなっている.本研究では,人間の自然な作業動作に則した直感的操作が可能な遠隔手術システムの実現を目指した.本年度の研究実施報告1.提案するシステムが有効に働く手術内容を整理し,これを模擬した操作タスクを設定した.その上で,どのようなスケーリングパラメータ(位置,力)が最適か,医師の協力のもと実験的に検討した.このとき,術者個人が操作し易いと感じるスケーリングパラメータを重視し,逆にそのスケーリングが如何に理に適っているかを明らかにした.また,術者の手腕のインピーダンスの測定・解析も同時に行い,力学的な観点から技量との関係に関しても検討した.2.縫合の場合,組織内に針が刺通するに従って,針が見えなくなることで視覚情報のウエートが低下し,代わって刺通抵抗が増すことで力覚情報のウエートが増大する.しかし,術者にとって,力触覚情報と視覚情報の両者が重要であることから,複合現実感の技術を使い,実画像に仮想針を重ね合わせた.仮想的に針を透視した形となり,組織内の針の動きが確認でき,力覚との整合も取れ,直感的操作が可能となった.さらに,柔軟な生体組織(具体的には肝臓)を仮想的に再現すべく,物理パラメータの推定,変形形態および変形力を定量的に評価した.3.医学部による臨床実験,臨床評価の実施に向けて準備を行った.近年,コンピュータ支援外科手術あるいは医療ロボットが国外,国内で注目され,特に医療現場からの期待が高まっている.これは,21世紀初頭の高齢化社会において,老人医療や在宅医療の需要が急増すること,ならびに最先端の医療分野では高度な工学技術との融合が不可欠であることが,一つの社会的背景となっている.特に,遠隔手術支援システムの開発は,その重要性と社会に与えるインパクトから,研究開発のドライビングフォースになっている.技術開発の動向としては,大きく二つの流れがある.一つは,手術室で働くスタッフの数を減らすように作業の自動化・省力化を目的とし,手術機器を高度にインテリジェント化するためのコンピュータ援用技術である.もう一つは,術者自身が遠隔の手術環境と仮想的に対面し,組織に触れた感覚を伴いながら手術を行うためのバーチャルリアリティやテレロボティクスの技術である.いずれにしても微細作業技術は不可欠なものとなっている.本研究では,人間の自然な作業動作に則した直感的操作が可能な遠隔手術システムの実現を目指した.本年度の研究実施報告1.提案するシステムが有効に働く手術内容を整理し,これを模擬した操作タスクを設定した.その上で,どのようなスケーリングパラメータ(位置,力)が最適か,医師の協力のもと実験的に検討した.このとき,術者個人が操作し易いと感じるスケーリングパラメータを重視し,逆にそのスケーリングが如何に理に適っているかを明らかにした.また,術者の手腕のインピーダンスの測定・解析も同時に行い,力学的な観点から技量との関係に関しても検討した.2.縫合の場合,組織内に針が刺通するに従って,針が見えなくなることで視覚情報のウエートが低下し,代わって刺通抵抗が増すことで力覚情報のウエートが増大する.しかし,術者にとって,力触覚情報と視覚情報の両者が重要であることから,複合現実感の技術を使い,実画像に仮想針を重ね合わせた.仮想的に針を透視した形となり,組織内の針の動きが確認でき,力覚との整合も取れ,直感的操作が可能となった.さらに,柔軟な生体組織(具体的には肝臓)を仮想的に再現すべく,物理パラメータの推定,変形形態および変形力を定量的に評価した.3.医学部による臨床実験,臨床評価の実施に向けて準備を行った.本研究では,直感的操作が可能な遠隔手術システムの構築を目指し,本年度次のような研究実績をあげた.ハードウェアの高性能化として,独自開発している球面ディスプレイの高精細化,血管縫合などマイクロオペレーションを正確かつ安全に実現するスレーブマニピュレータの改良を行った.基本機能の改善・強化として,カルマンフィルタを用いた予測提示による正確な視覚レジストレーションの実現,対象物からの反力の正確な帰還に基づく力覚レジストレーションの実現を行った.特に,力覚提示装置の6自由度化により,ひねりなどのモーメントの提示が可能となった.また,操作者(術者)の頭部位置姿勢に基づく周りから覗き込む機能の構築においては,デバイスの高性能化とプログラムの改良を加え,レベルアップを図った.さらに,高速・高性能コンピュータの採用によりシステム全体の処理の高速化を図った.

さて,具体的な縫合の場合,組織内に針が刺通するに従って,針が見えなくなることで視覚情報のウエートが低下し,代わって刺通抵抗が増すことで力覚情報のウエートが増大する.しかし,術者にとって,力触覚情報と視覚情報の両者が重要であることから,複合現実感の技術を使い,実画像に仮想針を重ね合わせた.仮想的に針を透視した形となり,組織内の針の動きが確認でき,力覚との整合も取れ,直感的操作が可能となった.また,遠隔力覚臨場感手術システムの重要な機能として,術前利用の手術シミュレータの構築も行った.具体的には,幾何・物理モデリングならびに位相変形を伴う切断・刺通モデリングのアルゴリズムを構築し実装した.なお,仮想下での操作も,開発したマイクロドームシステム上で行える形を採っている.さらに,インタラクティブな手術シミュレーションを狙っており,リアリティおよびリアルタイム性のトレードオフを重要視した.さらに,微妙な操作感覚について検討するために,触覚センサ内蔵のソフトフィンガの開発を行った.このソフトフィンガにより,ダメージを受けやすい臓器の把持などへの応用を期待する声があった.医師による操作性・作業性の評価としては,プロトタイプとして基本的な性能は備えていること,また,医療分野で力触覚提示の重要性が高まるなかで,本システムの発展性が大いに期待される.近年,コンピュータ支援外科手術あるいは医療ロボットが国外,国内で注目され,特に医療現場からの期待が高まっている.これは,21世紀初頭の高齢化社会において,老人医療や在宅医療の需要が急増すること,ならびに最先端の医療分野では高度な工学技術との融合が不可欠であることが,一つの社会的背景となっている.特に,遠隔手術支援システムの開発は,その重要性と社会に与えるインパクトから,研究開発のドライビングフォースになっている.技術開発の動向としては,大きく二つの流れがある.一つは,手術室で働くスタッフの数を減らすように作業の自動化・省力化を目的とし,手術機器を高度にインテリジェント化するためのコンピュータ援用技術である.もう一つは,術者自身が遠隔の手術環境と仮想的に対面し,組織に触れた感覚を伴いながら手術を行うためのバーチャルリアリティやテレロボティクスの技術である.いずれにしても微細作業技術は不可欠なものとなっている.本研究では,人間の自然な作業動作に則した直感的操作が可能な遠隔手術システムの実現を目指した.本年度の研究実施報告1.提案するシステムが有効に働く手術内容を整理し,これを模擬した操作タスクを設定した.その上で,どのようなスケーリングパラメータ(位置,力)が最適か,医師の協力のもと実験的に検討した.このとき,術者個人が操作し易いと感じるスケーリングパラメータを重視し,逆にそのスケーリングが如何に理に適っているかを明らかにした.また,術者の手腕のインピーダンスの測定・解析も同時に行い,力学的な観点から技量との関係に関しても検討した.2.H_∞制御理論あるいはμ-解析・設計法を採用し,ネットワーク(リモートルータを備品申請)を介した力帰還型パイラテラル制御系を構築した.また,リアルタイムOSであるVxWorks上でC言語にて信頼性の高いプログラム開発を行った.検討課題として,補償可能な通信遅れの上限値,安定性と操作性のトレードオフ,モデルの不確かさに対するロバスト性の確保,視覚と力覚の同期問題を含む遠隔操作に適した画像圧縮・伝送法の確立した.3.医学部による臨床実験,臨床評価の実施に向けて準備を行った.
脳神経系の発生分化に関わる遺伝子TAG-1ノックアウトマウスの作製と解析

脳神経系における細胞接着分子、特にTAG-1を代表とする免疫グロブリンスーパーファミリーの発現は、脳の発生と分化の過程で重要な役割を担っている。TAG-1は、脳神経系に特異的に発現している分子であり、他の分子との情報伝達を介して、神経軸索のガイダンスの役割を果たし、神経細胞のネットワークの構築に関与していると考えられる。しかし、TAG-1は他の接着分子、細胞外マトリックス分子、成長因子などと結合することは報告されているものの情報伝達機構については、ほとんど明らかにされていない。申請者らは、標的遺伝子組換え法により、TAG-1遺伝子の第25エクソンを欠失させたノックアウトマウスを作製した。得られたTAG-1遺伝子ノックアウトマウスは出生時には野生型マウスと比較して外観、行動において著変は認められなかった。正常な脳においてTAG-1遺伝子が強く発現している大脳皮質、海馬、脊髄などを中心に組織学的解析をおこなったが、TAG-1遺伝子ノックアウトマウスの脳の組織の構築に異常は認められなかった。ところが、[^3H]cyclopentyl-1,3-dipropylxanthineをリガンドとした脳内アデノシン受容体の分布をオートラジオグラフィーで解析したところ、野生型マウスに比較して、海馬においてアデノシン受容体数の増加が認められた。さらに、このTAG-1遺伝子ノックアウトマウスはペンチレンテトラゾールやカイニン酸などの痙攣誘発剤に対して、野生型マウスに比較して痙攣閾値が低下しており、より重篤な痙攣状態を呈することがわかった。従来より脳内アデノシンと痙攣発作との関連については指摘されており、TAG-1遺伝子との直接的な関わりは不明であるが、胎生期海馬における神経回路網の可塑性に関連した結果ではないかと推察し、さらにin vitroでの解析を進めている。TAG-1は免疫グロブリンスーパーファミリーに属する脳神経系特異的細胞接着分子であり、脳の発生と発達過程に密接な関わりをもつと考えられている。このTAG-1遺伝子のノックアウトマウスの作製および解析が本研究のテーマである。相同組換えをおこしたES細胞を選別するためにネオマイシン耐性遺伝子をTAG-1遺伝子の第25エクソンにポジティブ選別用に挿入し、さらに非相同組換え体のネガティブ選別法としてジフテリアトキシン遺伝子を5'末端に付加した相同組換え用のベクターを構築した。同時にポジティブコントロール用ベクターを構築し、PCRの条件を十分に検討した。ターゲティングベクターを電気穿孔法によりES細胞内に導入し、in vitroで培養中にG418で選別を行なった。さらにPCRとサザンブロット法により、最終的に約500個のクローンをスクリーニングして4個のクローンが相同組換えをおこしたクローンであると確認した。マウス受精卵と相同組換えを起こしたES細胞を集合キメラ法により混ぜ合わせ、、キメラマウス個体内でES細胞が生殖細胞に分化したES細胞由来のマウス(生殖キメラマウス)を得、このキメラマウスと正常マウスとの交配により1対の染色体のうち1本が外来遺伝子に置き換わったマウスを作製し、さらにこのマウス同士を交配させることにより、TAG-1の相同遺伝子座がホモで欠失したノックアウトマウスを得ることができた。得られたTAG-1遺伝子ノックアウトマウスは出生時には野生型マウスと比較して著変は認められていない。現在、行動学的、生化学的、病理学的解析を進めているところである。

しかし、TAG-1は他の接着分子、細胞外マトリックス分子、成長因子などと結合することは報告されているものの情報伝達機構については、ほとんど明らかにされていない。申請者らは昨年度、標的遺伝子組換え法により、TAG-1遺伝子の第25エクソンを欠失させたノックアウトマウスを作製した。得られたTAG-1遺伝子ノックアウトマウスは出生時には野生型マウスと比較して外観、行動において著変は認められなかった。正常な脳においてTAG-1遺伝子が強く発現している大脳皮質、海馬、脊髄などを中心に組織学的解析をおこなったが、TAG-1遺伝子ノックアウトマウスの脳の組織の構築に異常は認められなかった。ところが、[^3H]cyclopentyl-1,3-dipropylxanthineをリガンドとした脳内了デノシン受容体の分布をオートラジオグラフィーで解析したところ、野生型マウスに比較して、海馬においてアデノシン受容体数の増加が認められた。さらに、このTAG-1遺伝子ノックアウトマウスはペンチレンテトラゾールやカイニン酸などの痙攣誘発剤に対して、野生型マウスに比較して痙攣閾値が低下しており、より重篤な痙攣状態を呈することがわかった。従来より脳内アデノシンと痙攣発作との関連については指摘されており、TAG-1遺伝子との直接的な関わりは不明であるが、胎生期海馬における神経回路網の可塑性に関連した結果ではないかと推察し、さらにin vitroでの解析を進めている。
超新星残骸の再結合プラズマの起源と進化過程

再結合放射を示す超新星残骸の特徴を観測的に調べ,再結合プラズマ状態の起源を超新星残骸の進化の過程から理論的に探った.星の自転の影響で非球対称に分布する恒星風物質の中で起きた重力崩壊型超新星を考えると,衝撃波が恒星風物質から星間空間に抜ける際の断熱膨張による冷却で再結合プラズマが生じ,超新星残骸内部で再結合放射の熱的X線が明るく,その外に非熱的電子による電波放射のシェルが形成されるという観測的特徴を説明できることが分かった.再結合放射を示す超新星残骸の特徴を観測的に調べ,再結合プラズマ状態の起源を超新星残骸の進化の過程から理論的に探った.星の自転の影響で非球対称に分布する恒星風物質の中で起きた重力崩壊型超新星を考えると,衝撃波が恒星風物質から星間空間に抜ける際の断熱膨張による冷却で再結合プラズマが生じ,超新星残骸内部で再結合放射の熱的X線が明るく,その外に非熱的電子による電波放射のシェルが形成されるという観測的特徴を説明できることが分かった.超新星残骸で見つかった再結合プラズマ状態(recombining)の起源について,超新星爆発時に周囲の物質が光電離された可能性,超新星爆発が恒星風物質中で起きて衝撃波がその物質を抜ける際のrarefactionにより再結合状態が生じた可能性,また,衝撃波で加速された粒子あるいは宇宙線によって超新星残骸プラズマの一部が過電離状態になった可能性を検討した.再結合X線放射を示す超新星残骸の探査も進み,これまでに見つかったものは全て,mixed-morphology(電波でシェルが明るく内部にX線放射域がある)に分類される超新星残骸である.その解析結果も考慮すると,再結合プラズマの最も有力な物理過程として,高い電離状態での急激な温度降下が考えられる.上の2番目の可能性で期待される過程で,超新星の周囲にあった,例えば恒星風物質から衝撃波がブレークアウトする際,急激な断熱膨張によって,一度,逆進衝撃波で加熱された超新星物質が急激に冷却される.観測されるようなX線輝度分布をこのシナリオで再現できるか確かめるため,赤道面方向に偏る非一様恒星風物質中で爆発した場合の超新星残骸の力学的進化を3次元流体数値計算によって調べた.その結果,極軸方向,赤道面方向とも衝撃波のブレークアウトが起こり再結合進行状態が生じるが,極軸方向では早くに2度目の逆進衝撃波が物質を再加熱して電離進行状態に戻る可能性もあることが分かった.星間空間に伝播する衝撃波はシェルを形成するがX線輝度は低く,その内部で,逆進衝撃波によって加熱された超新星物質から再結合X線が放射されるという描像を得た.仮定した恒星風物質モデルにどのように依存するか,さらに計算を進めている.また,再結合X線放射を示す超新星残骸の系統的な観測的研究をSuzakuのkey projectとして提案し採択された.Suzakuの観測から,再結合X線放射を示す超新星残骸は,電波の強度分布はシェル様であるがX線はその内部に非球対称な分布を示すmixed-morphology(MM-SNR)に分類されるものであることが分かってきた.また,理論的研究では,恒星風物質中で爆発した超新星の残骸の進化を数値計算で追い,再結合X線放射やMM-SNRのX線輝度分布を再現できることが分かってきた.超新星の周りの物質分布は,基本的に,爆発前の恒星風活動,質量損失率や恒星風速度で決まる.そこで,これらに依存して再結合放射や輝度分布がどのような多層性を示すか計算を進め,研究結果を学会講演の他,論文で発表した.一般に,赤色超巨星の恒星風は青色超巨星に比べて質量損失率が1-2桁大きく速度は2桁小さいとされるが,計算では一定の質量損失率に対し速度を1桁変えて比較を行った.また,星間物質の密度については,H II領域が形成されていた可能性を考え1桁変えて比較した.これらの結果,Wolf-Raye星や青色超巨星の1000km/sオーダーの恒星風では再結合状態が弱まること,一方,赤色超巨星の10km/sオーダーの恒星風では衝撃波のブレークアウトが早い時期に生じるため,観測されているようなMM-SNRの年齢では特徴的な輝度分布を再現できない可能性があることが分かった.MM-SNRは比較的重い星のコア崩壊型超新星と考えられ,その環境にはH II領域や分子雲など星形成領域の特徴が見られる.実際,メーザーやγ線放射から分子雲との相互作用が示唆されている.そこで,恒星風物質だけでなく,古いH II領域やH Iガス,分子雲など複雑な環境を考慮し,電波シェルやγ線といった非熱的放射も視野に入れて,MM-SNRの形成・進化と再結合X線放射の関係をさらに調べている.この研究の一部は天文学会で発表した.Suzakuによる観測的研究から,再結合X線放射を示す超新星残骸は,電波の強度分布はシェル様であるがX線はその内部に非球対称な分布を示すmixed-morphology (MM-SNR)に分類されるものであることが分かってきた.理論的研究では,恒星風物質中で爆発した超新星の残骸の進化を数値計算で追い,再結合X線放射やMM-SNRのX線輝度分布を再現できることが分かった.このX線は熱的過程によるもので,reverse shockが伝播した超新星放出物質から放射される.一方,forwardshock (blast wave)が伝播した星間物質シェルからのX線放射は密度が低いために暗い.しかし,星間物質シェルからは,衝撃波で加速された非熱的粒子によるシンクロトロン電波やγ線が期待され,実際,MM-SNRの電波強度分布はX線放射の外部に広がったシェル様である.

そこで,X線放射をよく説明する超新星残骸の力学モデルを用いて,星間物質シェルにおける粒子加速と,それによるシンクロトロン電波強度,および,制動放射,宇宙背景放射光子との逆コンプトン散乱,陽子-核子衝突によるγ線強度を理論的に計算した.MM-SNRの観測と比較して,電波強度はよく一致するがγ線強度は1桁弱いという結果を得た.しかし,MM-SNRは比較的重い星のコア崩壊型超新星と考えられ,その環境にはH II領域や分子雲など星形成領域の特徴が見られる.実際,メーザーやγ線放射から分子雲との相互作用が示唆されている.このような環境を考慮し,例えば加速粒子の約10%が典型的密度の分子雲と相互作用すればγ線強度も観測値と一致することを示すことができた.この結果を学会で発表するとともに学術誌に投稿した(受理済).この研究を基に,MM-SNRとシェル型SNRの粒子加速の差異について研究を進めている.観測的研究では,再結合X線放射とmixed-morphology超新星残骸(MM-SNR)との関係を明らかにしつつある.また,理論的研究では,再結合プラズマ状態の起源として超新星の周囲にあった物質(CSM)からの衝撃波のブレークアウトが有力な物理過程であることを示し,CSMとして恒星風物質を想定してMM-SNRに特徴的なX線輝度分布を再現することができた.年齢の問題など未解決の課題もあるが,再結合X線放射を手がかりにMM-SNRの多様性や起源の解明に向けて順調に進んでいる.24年度が最終年度であるため、記入しない。昨年度までの研究の進行にとくに問題はないので,このまま計画どおり観測的・理論的両面から再結合X線放射を示す超新星残骸(これまでの研究からmixed-morphology超新星残骸が有力)の起源の解明に向けて研究を進める.今年度取り組む具体的な課題としては,超新星残骸の年齢との整合性,非熱的放射とくにγ線放射の起源が挙げられる.ただし,今年度は計画の最終年度なので,計画当初の研究課題に一区切りを付けること,発展的な課題を見出すことを意識しながら研究を進めたい.24年度が最終年度であるため、記入しない。
サイトカインによる好中球活性化機構におけるRhoキナーゼ系シグナルの役割

サイトカインにより刺激を受けた好中球において、MAPキナーゼとPI-3キナーゼ、さらに、MAPキナーゼとセリンプロテアーゼがクロストークしていることを明らかにした。サイトカイン刺激による好中球のアクチンの再構築において、アクチン細胞骨格の重合が分解される(脱重合)されることを明らかにした。ERKおよびp38のリン酸化部位ではアクチンの脱重合が誘導されており、MAPキナーゼサブタイプが脱重合に重要な役割を果たしていることを明らかにした。このとき中心になってアクチンを脱重合させるタンパクがコフィリンであった。コフィリンの上流にあるタンパクであるRhoキナーゼ系の解析を行った。Rhoの下流にあるROCKの阻害剤の使用により、サイトカイン刺激した好中球が神経細胞のような異常な変形を示した。研究を進め、Rho-ROCK系がミオシン軽鎖を介して細胞の収縮力に、コフィリンを介して尾部の脱接着に関与していることを見い出した。また、走化性因子刺激においては細胞運動・脱接着のみならず活性酸素産生に関与していることを見い出した。共焦点レーザー顕微鏡、微分干渉顕微鏡、位相差顕微鏡による観察は、サイトカインにおける好中球の活発な細胞運動を示唆していた。好中球がサイトカインに反応して、それぞれのサイトカインに特徴的な細胞運動を行ない、これらの細胞運動がERK及びp38によってそれぞれ特異的な制御を受けていることを見い出した。さらに、好中球に主として特異的に発現しているSTAT3γは、細胞質顆粒由来のセリンプロテアーゼによってSTAT3αが限定的に分解にされることによって生じることを明らかにした。また、造血幹細胞は分化することにより、様々な血球細胞が形成されるが、遺伝子Meis1のノックアウトマウスを作成し、その機能が造血幹細胞の分化に必須のであることを明らかにした。これまで、サイトカイン(Il-1β,TNF,GM-CSF,G-CSF)による好中球活性化機構について解析を行い、特定のMAPKサブタイプカスケードがサイトカイン特異的に活性化されることを明らかにしてきた。今回、我々はTNF,GM-CSF,G-CSFによるサイトカイン刺激により、細胞骨格が再構築され、その主要な構成成分である細胞内アクチンが「脱重合」すること、およびそれがMAPKサブタイプカスケードを介して行われており、細胞運動、接着、活性酸素産生に不可欠であることを明らかにした。サイトカインによるアクチンの「脱重合」には、アクチン脱重合因子と呼ばれるアクチン結合タンパク質であるコフィリンの関与が予想された。ところが、サイトカインによるアクチンの「脱重合」にはコフィリンのリン酸化や脱リン酸化は関与していなかった。細胞内pHの変化が、コフィリンのリン酸化によらない活性化を誘導する可能性も考えられた。細胞骨格に関与するタンパク質にRhoがある。Rhoからのシグナルはコフィリンを通じてアクチン細胞骨格を制御すると同時にミオシン軽鎖を通じて運動収縮力を制御する。サイトカインによる好中球活性化において、Rhoからのシグナルを抑制することで、細胞接着、細胞運動に影響がみられた。活性酸素産生には影響がなかった。Rhoからのシグナルは、細胞の脱接着を誘導すると同時に、ミオシン軽鎖を通じて運動収縮力を誘導することを明らかにした。
生涯学習社会と生徒減少期における制令都市立学校の在り方に関する調査的研究

1.各市における市立学校(幼稚園を含む。)とその教育のあゆみ、現状及び今後の方向は、それぞれの市の歴史や伝統、財政状況その他の要因により様々であり、中核市の場合はいっそう多様であった。2.現在各市において固有に取り組まれているには、市立高等学校と市立幼稚園の改革である。前者は主として、特色ある学校・学科などの設置と入学者選抜制度の改善と中心に、施設設備の改善や学校間連携など、多様化・個性化の方向に進んでいる。後者については、私立幼稚園との調整を図りながら、保育年限・時間延長などの方向を追究する一方で、施設面で市立幼稚園の縮小化を図っているところが少なくない。3.制令都市は、地方自治の一つの単位として意議を有するが、教育行財政上の重要権能を有するわけではなく、特に中核市はそうであった。このことについて、市側には以前から教育権限移譲の要望があり、中核市の調査では、関係財源の移譲、小中学校教科書採択権や教育長任命承認権の委譲が望まれてきた。4.市立学校は、府県立学校と市立学校の間にあって、大きな役割を果たしてきた歴史を持つ。なかでも高等学校は、中等職業教育や女子教育振興のために、地域の要望に応えて設置された例が多い。しかし、普通教育偏重や受験競争激化の風潮の中にあって府県立や私立の学校に押されているケースや、狭い範囲内での人事交流が停滞の原因のなっているケースなど、改善が望まれている面も見られた。5.今後さらに多数の資料を収集分析し、表記の主題に関する制令都市の教育努力を明らかにすることは、21世紀の教育改革を考える上で必要なことだと痛感した。本研究成果報告書では、そのための基礎的・総論的論考として、制令都市の教育権能の形成と問題点、及び市立高校教育改革の現状と課題を中心にまとめた。1.今年度は、政令指定都市では札幌市と神戸市、中核市では秋田市、新潟市、堺市の5都市を直接の訪問対象とし、面接調査を行い関係資料を収集し、他の都市については各種文献・資料により研究を行った。各市については、生涯学習社会と小子社会の到来のなかでの、学校教育と社会教育のこれまでの施策と今後の方向、市立学校(具体的には高校と幼稚園)の現状と今後の在り方、地方分権化の方向の中での子の教育権限の在り方などを調査し研究した。2.学校社会と社会教育のこれまでの施策と今後の方向および市立学校の現状と今後の在り方は、各市の歴史や教育への取組み方の伝統、財政状況その他により多様であった。それは政令都市も例外ではないが、とくに中核市の場合は、人工80万人の市から30万人台の市まであるために、教育の現状も将来の取組みも市によって大きな違いが見られた。3.現在、市立高校と市立幼稚園に関しては、改革がすすめられている。前者については、特色ある学校・学科の設置が実施または検討され、後者については、少子化と保育年限延長計画の中で、私立との調製を図りながら、縮小の方向に進んでいる。4.政令都市・中核市への教育権限委譲の要望は、関係者の間で一致し確定しているわけではないが、これからの成り行きが注目される中核市の場合は、「小・中学校の教科書の採択」と「教育長の任命承認にかかる権限の委譲」に比較的要望が多いようである。1.本年度は前年度に引続き、生涯学習社会と少子社会の到来のなかにおける、政令都市の学校教育、社会・生涯教育のこれまでの施策と今後の対応の方向、市立学校(具体的には高校と幼稚園)の現状と今後の対応の在り方、および、地方分権の方向の中での政令都市・中核市の教育権限の在り方などについての調査研究を行った。

名古屋、京都、大阪、神戸の各政令都市と姫路、高知、熊本の各中核市については直接訪問し、聞取り調査を行い関係資料を収集し、その他の関係都市については各種文献・資料等を通じて必要な情報を収集した。2.学校教育と社会・生涯教育に関するこれまでの施策と今後の方向や、市立学校の現状とこれからの在り方などは、各市の歴史的事情や教育への取組み方の伝統、財政状況その他により多様であり、要約することはできない。それらの具体的実情は、政令都市においても中核市においても、異なるところが少なくなかった。3.ただ、全体としては、現在市立の高校と幼稚園に関する改革はすすめられている。高校に関するもっとも大きな動きは、特色ある学校・学科の設置または設置の検討である。少数しかない市立高校間の人事交流や研修など懸案事項の解決は残されている。幼稚園に関しては、少子化と保育年限延長計画の中で、私立との調整を図りながら市立縮小の方向も模索されている。4.政令都市・中核市の教育権限の在り方に関しては、国または都道府県からの権限委譲を強く望む雰囲気は必ずしも支配的ではなかった。その理由は、権限の拡大にともなう市財源の拡充がないことにある。中核市で比較的要望が多かったのは、「小・中学校の教科書の採択」と「教育長の任命承認にかかる権限の委譲」であった。1.計画にしたがい政令都市を訪問し、市立学校改革に関する調査及び補充調査を終えた。最終年度においては、地方分権化推進の流れの中で国・都道府県・市町村間の権限配分が法律上大きく改正される事態に遭遇したため、表記の主題の設定が一層重要性を帯びた。2.地方分権一括法の施行(平成11年)により、中核市における県費負担教職員の研修は当該中核市の教育委員会が行うことになり(地教行法59条)、ようやく独自の教育行政権限を有することとなった。この結果、各市では特色ある研修の充実を図る一方で、府県が実施してきた研修のどこを取捨選択するかを検討中であるが、権限にふさわしい実施体制とそのための財政確保という課題に当面し、対策に苦慮しているところが少なくない。3.政令都市が高校教育に関して特に重視している検討課題は、例外なく少子化問題であり、今後45年から10年ほどの間に中学校卒業生の数が減少することにどのように対処するかということであった。その解決に向けて検討を行うために、各市ではそれぞれ、学識経験者、学校関係者、教育関係団体代表者、産業経済団体代表者、行政機関職員などから成る検討会議を設置し、今後の市立高校教育のあり方について審議し、答申やまとめにしたがって施策を講じている。4.政令都市の中では、これまで特色ある学科、類型、コース、科目等の取組みが行われてきたが、ここにきて中核市の中で、総合学科・定時制単位制高校(岡山市)や併設型中高一貫校(秋田市)の設置が見られるようになった。これらが、地域の中にどのように位置づき、効果を上げるか注目されるところである。
超短パルスレーザーを用いた新機能セラミックス三次元構造体の創製

単結晶酸化チタン板内部におけるフェムト秒レーザーの集光位置を裏面から表面まで走査できる集光位置制御システムを製作した。本システムによる走査後、酸化チタン板の表面と裏面の電気抵抗を測定した。その結果、表面と裏面が導通していることがわかり、フェムト秒レーザー照射により集光領域の電気抵抗が減少していることが示された。これらの結果より透光性機能性セラミックスである酸化チタン板内に導電性を有した三次元構造体を創製できることがわかった。新機能セラミックス三次元構造体形成のためフェムト秒レーザー照射システムの構築を行った。レーザーとして保有する平均出力、繰り返し周波数、パルス幅がそれぞれ1W、1kHz、150fsのフェムト秒レーザーを使用した。集光位置は常時観測できるようにし、集光スポット径を約100μm程度に可変できるようにした。また、フェムト秒レーザー照射により形成した黒色化領域を消去するためのCWファイバーレーザーを用いた照射系についても、フェムト秒レーザーと同様なシステムとなるように光学設計した。次に、機能性セラミックスへの投入エネルギーを高度に制御するため、レーザー照射時間及び集光スポット位置制御システムの設計を行った。メカニカルシャッターを光軸上に設置し、開口時間を制御することでレーザー照射時間の制御を行えるようにした。メカニカルシャッターの開口時間は10ms程度であるが、さらなる短時間照射を実現するために保有するフェムト秒レーザーの外部トリガ入力によって1パルスから繰り返し1kHz照射まで可能にした。また、レーザー集光スポット位置を制御するため、コンピュータで制御可能なXYZステージを設置した。設計した照射システムを用いて、エアロゾルビーム照射によりガラス基板上へ形成した酸化チタン膜に対してガラス面からフェムト秒レーザーを集光し、ガラスとの境界の酸化チタン膜面が黒色化する条件を明らかにした。黒色化領域の電気抵抗値を測定した結果、投入エネルギー増加に伴い電気抵抗値が減少することが明らかになった。まだ、フェムト秒レーザー照射により表面を黒色化させた酸化チタン膜は可視光照射によっても電気抵抗値が減少したことから、黒色化領域では可視光応答性が付加されていることが示された。フェムト秒レーザー集光照射によりセラミックス材料内部に酸素欠陥等の結晶構造欠陥誘起現象を引き起こし集光照射領域の材料特性を三次元的に変化させることで、「新機能セラミックス三次元構造体」を創製するための基礎的技術開発を行うことを本研究の目的とした。はじめに、透光性酸化チタン皮膜を用いた基礎実験として、フェムト秒レーザーの点集光照射実験を行った。実験では、エアロゾルビーム皮膜形成法あるいは焼結により形成した透光性酸化チタン皮膜を用いた。平成22年度に設計・製作したレーザー照射系及びレーザー照射時間・集光位置制御システムを用いて透光性酸化チタン皮膜に対し照射実験を行った。黒色化のためのレーザーフルーエンス及び照射回数等のレーザー照射条件を明らかにした。CWファイバーレーザーを用い、黒色化のためのレーザー照射条件についても明らかにした。次にレーザー集光スポットを走査することで、二次元および三次元での黒色化領域形成を試みた。実験では、透光性酸化チタン膜中にフェムト秒レーザーを集光走査した。点集光実験で得た結果を基に集光走査条件を設定した。集光走査には、本研究で設計・製作した集光位置制御システムを駆使した。集光位置を操作することで、二次元的に黒色化領域を作製した。さらに集光位置制御システム(Z軸)を用い三次元的に黒色化領域を創製した。創製した構造体、三次元の構造体の新機能について評価するために電気抵抗を計測した。その結果、フェムト秒レーザーにより形成された三次元構造体の電気抵抗が減少していることがわかった。CWファイバーレーザーの集光走査実験を行い、黒色消去条件を明らかにした本研究ではフェムト秒レーザーを集光照射させることで透光性機能性セラミックス材料内部に酸素欠陥等の結晶構造欠陥誘起現象を引き起こし集光照射領域の材料特性を変化させることで「新機能セラミックス三次元構造体」を創製するための基礎的技術開発を目的とした。平成22年度に設計・製作したレーザー照射系及びレーザー照射時間・集光位置制御システムを用いて透光性を有する単結晶セラミックスへのレーザー照射実験を行った。平成23年度にはエアロゾルビームにより形成した透光性機能性セラミックス膜への三次元構造体創製のためのレーザーフルーエンス、照射回数等のレーザー照射条件を明らかにした。本年度は平成23年度の実験結果をもとに単結晶セラミックスである酸化チタン板内に三次元構造体を創製するためのレーザー照射条件を調べた。フェムト秒レーザーを酸化チタン板内部に集光し、集光領域の変化をCCDカメラにより観察した。その結果、集光領域が発光していることがわかった。またフェムト秒レーザーを材料内部に集光した状態で、本研究で設計・製作した集光位置制御システムを駆使することにより集光位置を裏面から表面まで走査した。走査後、酸化チタンの表面と裏面の電気抵抗を測定した。

その結果、表面と裏面が導通していることがわかり、フェムト秒レーザーの照射により集光領域の電気抵抗が減少していることが示された。これらの結果より透光性機能性セラミックスである酸化チタン板内に導電性を有した三次元構造体を創製できることがわかった。平成22年度に設計・製作したレーザー照射系及びレーザー照射時間・集光位置制御システムが良好に稼動しているので、透光性酸化チタン皮膜に対する照射実験を円滑に行うことができた。その結果、順調に、黒色化のためのレーザー照射条件を明らかにすることができた。24年度が最終年度であるため、記入しない。前年度に引き続き、酸化チタンについては、複雑な三次元構造体創製を試みるとともに、新機能について評価する。前年度の結果を基に、透光性を有する酸化アルミニウムおよび酸化亜鉛等の機能性セラミックスについてもフェムト秒レーザーを集光照射し、電気特性あるいは光学特性制御に関する研究を推進する。
波長多重通信用ポリマー合分波デバイスの研究

本研究では、ポリマー光ファイバー(POF)-WDM(波長多重通信)ネットワークに利用する多波長合分波(MUX/DEMUX)素子を提案した。現在、石英系シングルモードファイバーで使用されるDWDMシステム中のMUX/DEMUXには、多層膜フィルターやアレイ導波路素子などが用いられており、これらの素子は、100波長以上を多重化する。一方、POFネットワークでは、数波長を合分波するCWDMシステムの適用が期待されている。これは、通信容量の増大という機能を付加するためのみでなく、IPネットワーク内での波長ルーティング機能を付加させ、フォトニックネットワークをも可能にするためである。この場合、MUX/DEMUXもファイパーと同様、低価格であることが望まれる。具体的な素子設計として、GRINポリマーロッドレンズをコリメーターとして、グレーティングと組み合わせた構成を提案している。光ファイバーシステム中で利用されるGRINロッドレンズでは、球面収差を低減するために屈折率分布を最適化しなければならない。本研究では、屈折率分布を最適化するために、コア部を二層に分けて重合させる2段階界面ゲル重合法を適用している。その結果、2段階界面ゲル重合法により理想的な屈折率分布を有するGRINポリマーロッドレンズの作製に成功した。MUX/DEMUX素子は、1/4ピッチ長を有するGRINロッドレンズの一端面にグレーティングを張り合わせて作製した。性能評価は、白色光を1-mのGI型POFを通してGRINロッドレンズに入射し、その分光特性を調べる方法にて行った。実際に作製した素子において、波長に依存して、レンズ端結像位置が異なる結果が確認され、MUX/DEMUX素子機能を有する事が明らかになった。この結果はグレーティングの回折角より計算される出射パターンとほぼ一致しており、今後、レンズ形状、長さ、グレーテイングの最適設計により高効率MUX/DEMUX素子の作製が可能となる事を明らかにした。本年度は、合分波デバイス用屈折率分布型(GRIN)ポリマーレンズの試作とその材料設計を中心に行った。特に屈折率の波長依存性に着眼を置き、フッ素化ポリマー材料が極めて優れた特性を有していることを見いだした。このフッ素化ポリマー材料をベースとして、これまで我々が、光ファイバー母材作製方法として開発してきた界面ゲル重合法を用いて、実際にGRINポリマーロッドレンズを試作した。その結果、母材として、部分フッ素化アクリル材料を用いることで、通常のアクリル材料を初めとする炭化水素系ポリマー材料に比較して、屈折率の波長依存性が極めて小さい、すなわち、色収差の小さいロッドレンズが得られることを実験的に確認することができた。同様に、部分フッ素化ポリマーのみでなく、全フッ素化ポリマーを用いることで、更なる高い特性が発現が期待できる。本年度の課題の一つである、屈折率の温度依存性についても、このフッ素化ポリマー材料は、他のポリマー材料に比較して優れた特性を有することが確認されたことから、分合波デバイスとして、フッ素化ポリマー材料を用いていくこととして、材料設計をほぼ終えることができた。さらに、分合波のための回折素子部の作製が必要となる。この作製方法について、検討を重ね、静岡大学杉原助教授が開発されたエンボス加工方法を採用させて頂くこととした。この方法は、エンボスの型を作った上でそこに、ポリマー材料を圧着することで、回折格子を転写するものであり、杉原助教授らはすでに本方法により、アクリル材料に回折格子を形成することに成功している。単一ポリマー材料ではなく、添加物が濃度勾配をもって存在するGRINポリマー材料に同一方法を用いることが可能であるかについて今後検討を行っていく予定としている。