hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
量子ドット－ナノ共振器結合系における二光子自然放出過程を活用した量子光源

量子ドット-フォトニック結晶ナノ共振器結合系における二光子相互作用の物理およびその応用に関する多くの成果を上げた。特に、レーザ発振および非線形光学波長変換を単一ナノ共振器中で実現する自己周波数変換ナノ共振器レーザを提案・実現した。量子ドットの広帯域ゲインを利用し、ほぼ可視域全体をカバーするマイクロ集積可視ナノレーザアレイを実現した。また、第二高調波発生が光子の量子統計性に依存することを実験理論の両面から議論した。加えて、強く結合した量子ドット-ナノ共振器系からの自由空間への自然放出を測定する手法を提案・実証した。これらの成果は、二光子の物理を応用した様々な量子光源開発に対して重要な知見となる。今年度はナノ共振器中における二光子過程の基礎的検討として、前年度に引き続き量子ドットをゲインとしたフォトニック結晶ナノ共振器レーザーにおける非線形光学効果について実験理論の両面から検討を進めた。まず、モノリシックに作製した様々な発振波長を有する単一モードナノレーザーを用いて光学実験を行った。実験条件は固定したまま、各々の試料に対して光キャリア注入を行い、980-1260nmの範囲に共振波長を持つナノ共振器すべてからレーザー発振を観測した。同時に、その共振器内生成光を用いた非線形第二高調波を490-630nmの範囲で観測し、その高い非線形波長変換効率(最大10%/W)を確認した。次に、多モード発振が可能な単一ナノレーザーを用いた和周波発生についても同様の実験を行い、単一実験条件下において多数波長の和周波発生が可能であることを示した。これらの成果は、位相整合条件に縛られないナノ共振器中ならではのものと言える。また、第二高調波発生の近視野像を取得しその偏光を解析することで、ナノ共振器内における非線形光学効果のマイクロスコピックな起源を探った。さらに、二光子過程(特に周波数二倍化)における光の統計的性質の影響を調べた。マスター方程式を用いた理論により、第二高調波発生効率が二次のコヒーレンス関数の値に比例することを示し、そのことを単一モード発振ナノレーザーを用いた実験により実証した。この成果は、二光子状態の統計性を共振器内で簡易に調べる手法として活用することができると考えられる。単一光子過程は、光と物質の相互作用において最も基礎的であり、かつ多くの場合において支配的である。しかし、光の場を微小共振器により増強すれば、高次の過程である二光子過程を支配的にできる場合があり、その顕著な例として、半導体量子ドット-ナノ共振器結合系からの二光子自然放出が挙げられる。本研究では、量子ドット-微小共振器結合系における二光子過程を活用することで、量子情報処理に有用な光子対の生成を目指している。また、これらの光源に関して実験・理論の両面から理解を深めることで、二光子過程を使った量子情報デバイスに関するさらなる発展の基礎を築くことを目的としている。本年度は、まず量子ドット-微小共振器結合系の高精度作製に取り組んだ。高い共振器モードQ値と小さい共振器体積を保ったまま、高い光取り出し効率を実現するフォトニック結晶ナノ共振器構造を提案し、拡充した顕微分光測定系を用いた実験により実証することに成功した。この共振器は原理的には縮退する偏光の直交した共振器モードを有するため、偏光もつれ光子源への応用が期待される。加えて、共振器内二光子過程の基礎的な研究として、共振器内自己第二高調波発生を調べた。共振の場の増強効果により、平均光子数が0.1という状況においても、観測可能な量の高調波を生成できることを実証した。また、その生成過程が、光の量子統計性に大きく影響されていることを、実験に加えて量子マスター方程式を基礎とした理論を用いて明らかにすることに成功した。さらに、この自己共振器内第二高調波発生が、量子ドット-微小共振器結合系からの単一や二光子自然放出を識別する手法へ応用できることを発見し、理論計算により実証した。最終年度は、量子ドット-フォトニック結晶ナノ共振器結合系における新たな分光評価手法として、系から自由空間へ直接放射される自然放出光の測定に取り組んだ。この共振器散逸ではない測定チャネルを利用することで、共振器増強二光子自然放出のより詳細な物理が解明可能になると考えられる。具体的には、共振器設計、偏光およびフーリエ空間における光フィルタを利用することで、自然放出光のみを抽出しその精密スペクトラム測定の実現に成功した。また、開放量子系の理論を精査することで、光検出時における経路間干渉の効果も取り入れたスペクトル計算式を立式し、量子マスター方程式による数値計算を用いて測定スペクトラムを定量的に再現することに成功した。

今後は、これらの実験・理論手法を発展させることで、共振器増強二光子自然放出を含む量子ドット-フォトニック結晶ナノ共振器結合系における様々な物理現象の理解および応用に取り組むことを検討している。研究機関全体を通しては、量子ドット-フォトニック結晶ナノ共振器結合系における二光子相互作用の物理およびその応用に関する多くの成果を上げることができた。量子ドットから発生した光をナノ共振器内でそのまま非線形光学周波数変換する自己周波数変換を利用して、シアンから赤に渡るほぼ可視域全体をカバーするナノレーザーアレイの実現に成功した。これはまさに共振器内における物質と二光子との相互作用を制御した成果である。またその量子力学的性質を調べ、共振器光子の量子統計が非線形変換効率に影響していることを実験および理論的に示すことに成功した。これらの成果を応用することで、今後は様々な二光子の物理を応用した量子光源が開発可能になると期待できる。量子オプトエレクトロニクス多数量子ドットを用いた実験により、ナノ共振器中の二光子過程について重要な知見を得ることに成功した。一方、単一量子ドットを用いた実験に関しては、結晶成長装置の不具合等があり、当初の予定に比べて少し進展が遅れている。次年度につながる、分光測定系の拡充、フォトニック結晶ナノ共振器の高性能化、および新たな量子相関の評価方法の提案に成功したため。結晶成長装置は近日中に立ち上がる。現在までに結晶成長の基礎的な条件出しを終えているために、立ち上げ後直ぐに試料の作製に取り掛かることができる。単一量子ドット試料の作製後、ナノ共振器を用いた光学実験に迅速に取り組む。量子ドットー微小共振器結合系からの発光を様々な観点から評価し、その量子力学的性質を制御・分析するために、光学系の拡充を中心とした実験系の増強を目指す。加えて、量子マスター方程式を基礎とした解析手法を発展させつつ、量子ドットー微小共振器結合系からの発光および自己高調波発生に関してより深い量子物理的知見を得るべく理論的な基礎研究も進める。H25年度に、量子ドット-フォトニック結晶結合系を作製し2光子自然放出の観測及びその基礎特性の評価を行い、国際学会等で発表する予定であったが、量子ドット成長装置のトラブルにより試料作製用基板の供給が止まったため、計画を変更し、主に共振器内光子の量子状態の2光子過程への影響を調べる理論解析を進めたため、未使用額が生じた。量子ドット-フォトニック結晶結合系の作製および評価と国際会議等での発表を次年度に行うこととし、未使用額はその経費に充てることとしたい。光学系の拡充のために消耗品を中心とした光学部品を次年度前半に購入することを予定している。また、実験の進捗状況に合わせてシリコンアバランシェフォトダイオードによる単一光子検出器(1,853千円×1台)の購入を検討する。
転換期にあるシンガポールの文化制度：グローバル創造都市の新たな展開

グローバルシティの代表であるシンガポールについて、芸術文化制度を観察の起点において、文化社会学・文化経済学などの観点から、学際的に調査・研究することを目的とした。様々な文化施設、様々な図書館、シンガポール国立大学・南洋工科大学などの研究者にインタビューをして、また芸術文化関係の役所・関連施設なども訪れ、基本的な資料を収集した。その結果として、1993年より継続してきた、シンガポールの文化制度の実証的な研究を、グローバル化と関連付けて、その歴史的な展開を、報告書の形で、3章立ててまとめることができた。また、学会発表や様々な場所での発表、様々な論文にまとめることもできた。平成27年度は、シンガポールの文化制度の現状を把握することと、同時に、日本の状況を明らかにすることに重点を置いた。第一に、シンガポールについては、平成27年8月と平成29年2月にシンガポール調査を行った。前者では、この年に亡くなったリー・クアンユー元首相の葬儀やその後の状況に関する資料を集めた。また、8月9日の独立記念日を中心とした、シンガポール政府の政策やシンガポール国民の対応を、現地で直接見学そして調査(インタビュー)をすることができた。また、シンガポール国立大学を訪れ、インタビューと東南アジア研究所などで関係資料を集めた。そして、平成28年2月の調査においては、その後のシンガポールの動向を調査し、関連の関係者にインタビューなどを試みた。今回は、大学関係者(南洋工科大学教授など)、政府系のNPOの中核的な存在で、映画や音楽をカバーしている団体と関係者、そして、在シンガポールに駐在する関係者(ジェトロ、日経新聞社、など)。またシンガポール現代美術館やギルマンバラックなどヴィジュアルアート関係を見学し、資料を収集した。インタビューと資料収集は、まだ集めていない領域などがあり、平成28年度以降も継続して行われる予定である。第二に、日本に関しては、基本的にデータを収集し、文化予算・芸術至上・コンテンツ産業関連、などの資料を幅広く収集した。(例えば、文化庁、東京都、名古屋市、京都市などの行政や野村総研などのシンクタンクも含まれる。)また、できるだけ直接資料を収集し始めており、各種学会(文化経済学会、文化政策学会など)大会にも参加し、多くの情報を収集している。これらについても、兵士28年度以降継続される予定である。平成27年度においては、今大きく変わろうとしているシンガポール社会と文化に関して、2度にわたる調査によって、その変化を経験することができ、また、資料収集やインタビューに関しても、多岐にわたり順調に計画を遂行している。しかしながら、今回計画で予定していた行政関係者については、大きなイベントが開催された関係で、十分なインタビューができていないところもあり、これについては、平成28年度において、継続して調査を行う予定である。ただ、大枠としてみると、順調に推移していると考えられるだろう。平成28年度は、2つの作業に重点を置いて研究を進めた。第一に、シンガポールの文化制度を、比較文化、特に、東南アジアの比較可能都市(タイのバンコク、ならびに、マレーシアのクアラルンプール)との比較を実施した。バンコクにおいては、単に文化政策だけでなく、情報通信産業に広げて調査を行った。具体的には、情報通信省のナンバー2にインタビューを行った。また、クアラルンプールにおいては、文化省のトップレベルのインタビューをすることができて、タイやシンガポールとの違いを認識することができた。また、国際交流基金のクアラルンプール事務所の協力を得て、日本人会などで調査をすることができた。その結果、2都市との比較を通じて、シンガポールとの現状比較をすることができた。第二に、シンガポールの文化制度について、四半世紀にわたる歴史を分析するための資料の作成に重点を置いた。国内においては、東京芸大非常勤講師の方のサポートを受けて、すでに着々とその歴史的展開を資料整理を進めてきた。しかしながら、資料が十分に備わっていない面もあり、それを埋めるために、芸術文化評議会(National Arts Coucil)の職員に面会し、国立国会図書館(National Libraly of Singapore)において、当該職員の協力を得て、資料を収集しただけでなく、国立シンガポール大学構内にある東南アジア研究所(ISEAS)において、追加の資料収集を行なうことができた。なお、2年間にわたる調査・研究を基礎として、もう1年間研究を進めていく。また、昨年度は、学会発表などを通して、ヨーロッパのウィーン(オーストリア)、アメリカのシリコンバレー(カリフォルニア州)、そして、上海(中国)に出かけることができたので、これらの成果も今回の研究に盛り込みたい。平成27年度においては、シンガポールの文化制度の状況を把握するために、3月のリー・クアンユー元首相の葬儀以降の動向、8月の50周年独立記念日、などを中心に調査を行い、同時に、国内においては、文化庁・名古屋市・東京都・京都市や大学関係者を中心に聞き取りなどを行った。平成28年度においては、比較文化の観点から、東南アジアにおける比較可能都市(バンコクならびにクアラルンプール)において、調査を行い。また、シンガポールの文化制度の歴史的発展をトレースするための資料収集のため、国立国会図書館や東南アジア研究所などを訪問・作業をした。3年目の研究期間においては、2回のシンガポール出張を中心にして、最後にまとめの報告書を作成する方向で進めた。1回目の出張においては、8月に実施し、国立図書館、東南アジア研究所図書館、を中心に資料を収集した。また、国立シンガポール大学において数名のインタビューを行い、また、芸術文化団体関係者にも面会した。また、毎年8月9日のシンガポール独立記念日に宿泊し、関連の資料を集め、シンガポールにおけるナショナリズムの推移を観察した。そして、第2回目の出張は2月に行われた。

ここでは、報告書作成中生じた疑問を可決すべく、8月と同じく、国立図書館、東南アジア研究所図書館を訪問した。また、東南味研究所副所長と面会し、シンガポールの芸術文化制度の歴史的変遷とアセアンとの関連について意見を聞いてきた。また、シンガポール国立大学の研究者とも交流を図った。また、芸術文化制度に関連する、主要な文化施設(国立博物館、国立美術館、国立審美術館)、なども訪問しなおし、改めて今後の方向などを探った。以上の他にも、現地では情報収集に努め、シンガポール在住ないし隣接のジョホールバル(マレーシア)在住の現地の方にインタビューをしたり、日本の関連事務所(ジェトロ・シンガポールなど)でシンガポールの現況と日本企業の現状について資料を集めた。日本においては、シンガポール研究会を駒澤大学で開催し、日本におけるシンガポール研究の現状を把握するように努めた。さらに、3年間の研究成果をまとめるために、2018年の1月より3月上旬にかけて、報告書の作成を行い、3月18日付で、「転換期にあるシンガポールの文化制度:グローバル創造都市の新たな展開」として、3章立ての報告書を作成することができた。グローバルシティの代表であるシンガポールについて、芸術文化制度を観察の起点において、文化社会学・文化経済学などの観点から、学際的に調査・研究することを目的とした。様々な文化施設、様々な図書館、シンガポール国立大学・南洋工科大学などの研究者にインタビューをして、また芸術文化関係の役所・関連施設なども訪れ、基本的な資料を収集した。その結果として、1993年より継続してきた、シンガポールの文化制度の実証的な研究を、グローバル化と関連付けて、その歴史的な展開を、報告書の形で、3章立ててまとめることができた。また、学会発表や様々な場所での発表、様々な論文にまとめることもできた。平成28年度においては、平成27年度からの継続を、基本的にする予定である。本年においては、海外における2度の調査と、国内における資料収集や調査、の2つが中心となる。具体的には、海外とは、8月にシンガポールと関連のあるマレーシアのクアラルンプールとタイのバンコクに行き、文化芸術システムについての調査を試みる予定であり、来年2月にシンガポールにおいて行政を中心としたインタビューを予定している。また、国内においては、平成27年度からの基礎的な資料収集を継続して、様々な国や様々な領域に関する資料を補強する予定である。また、関連の団体や研究者・実践者などにもできる限りインタビューや資料収集をしたいと考えている。平成29年度においては、過去2年度にわたる調査や資料の蓄積をベースにして、それらの成果をまとめる作業に入りたい。
頭頸部癌患者の末梢血単核細胞におけるTCR-ζ発現度及びアポトーシス

頭頸部癌患者においては、しばしば免疫反応の低下が指摘されており、この背景因子として末梢血リンパ球や腫瘍浸潤リンパ球(TIL;Tumor infiltrating lymphocyte)におけるT細胞受容体関連シグナル伝達分子の変化が報告されてきた。癌症例における末梢血リンパ球では、その表面マーカーであるFas-RやTNF-R1の過剰発現も認められており、このことがTILのみならず末梢血リンパ球でさへもTCR-ζの発現抑制及びApoptosisの賦活化に関与しているのではないかとの仮説を立てた。同時に、これまで対象とした非担癌状態の頭頸部扁平上癌症例でさへも、こうしたTCR-ζの発現抑制、Apoptosisの賦活化が末梢血リンパ球にて認められたことより、造血システムにおける負の腫瘍効果が、非担癌状態になった時点においてさへも長期に及ぶことが示唆された。本研究では、頭頸部扁平上皮癌担癌症例を対象としたときに、こうした負の腫瘍効果がより顕著に示され、同時に癌病態の進行度との正の相関、および予後因子につながる可能性についての検討を現在施行中である。頭頸部癌患者においては、しばしば免疫反応の低下が指摘されており、この背景因子として末梢血リンパ球や腫瘍浸潤リンパ球(TIL ; Tumor infiltrating lymphocyte)におけるT細胞受容体関連シグナル伝達分子の変化が報告されてきた。
拡散強調MR microscopy像を用いた細胞スケールの水拡散の抽出

MRIによるDiffusion Tensor Imaging(以下:DTI)は、生体組織における水分子の拡散をテンソルデータとして計測することにより、生体組織の異方性を推定する方法として神経線維束などの方向の推定に応用されているが、本研究では、外部から一定の方向性を持つ物理的なエネルギーを付加することによりDTIの異方性に対する感度を高め、通常のDTIでは計測できなかった組織構造の特性を画像化する可能性を探った。超音波(振動波)、電流、熱のように方向性を持つ物理的なエネルギーのうち、これまでに報告が無く、また水分子の拡散に直接的な影響を与えると期待できる超音波に注目し、DTI撮影中に圧電素子にて超音波振動を発生させるステムを構築した。圧電素子への供給電力によるMRI画像への混入ノイズを低減させた超音波発生システムを昨年度に完成させ、本年度は水やアガロースゲルを対象に実際のDTI撮影実験を繰り返した。水を対象とした実験では超音波が水中を伝播する様子が描出され、超音波の振動方向とDTIによる異方性との関係も認められたが、アガロースゲルを対象とした実験では超音波の影響が計測できなかった。そこで、その原因を明らかにするため、障害物の設置により超音波の反射や屈折に関する実験を進めた結果、水中では超音波エネルギーによって惹起された流れをDTIがとらえていたことが明らかとなった。微細な組織構造の抽出という当初の目標は達成できなかったものの、本課題における研究構想は、生体内に実際に到達している超音波エネルギーの定量的な計測方法として期待でき、また、生体組織の音響インピーダンスの差異を利用した新たな非侵襲的画像法として応用できる可能性がある。
針葉樹進化の一般的特性及びその適応進化についての集団遺伝学的研究

針葉樹ヒノキ科の樹木で、過去も含めた集団構造を推定し、また適応進化候補遺伝子や耐病性遺伝子を解析することにより、世代の長い生物における遺伝子進化の様相を明らかにした。1)スギ(Cryptomeria japonica)の集団内変異及びヌマスギとの種問変異を12遺伝子座で調査し、適応進化候補遺伝子3,弱有害的進化を行っている遺伝子2、を同定した。2)スギでCAPSマーカーやマイクロサテライトマーカーを使ってゲノムワイドサーベイを行い、集団間分化を推定するとともに、ウラスギ-オモテスギの分化に関与している可能性の有る適応候補遺伝子を見いだした。3)ヌマスギ(Taxidium distichum)の二亜種baldcypressとpond cypressの天然林から採集された種子由来のDNAサンプルを使い塩基配列多型を核10遺伝子座で調査し、ヌマスギでは集団が増加傾向を持つこと、2遺伝子座で二亜種間に有意な分化が見られること等を明らかにした。4)耐病性R遺伝子のホモログ(NBS-LRRタイプ)が、スギ及びヌマスギの集団において24コピーに重複し、またスギ集団において非同義塩基多様度が同義塩基多様度の約3倍となっていることを明らかにし、強い自然淘汰の影響を受け多様な塩基配列を進化させていることを示した。5)ヒノキ科Thuja属では、針葉樹で良く保存されている非光依存性クロロフィル合成を行う3遺伝子のうち2個で非同義置換が高く、暗所で発芽させると黄化が起こりクロロフィル合成が行われない。これらの遺伝子は全てまだ発現されているが、Thuja属では生態的条件によってこれらの遺伝子の偽遺伝子化が進んでいると考えられる。6)集団の分断化・融合が過去にほぼ周期的に起こった集団で、連鎖不平衡量の染色体に沿った変化のパターンが一定サイズ集団の場合と大きく異なることを明らかにした。針葉樹遺伝字進化の一般的性質を明らかにするとともに、適応進化が起こったと考えられる候補遺伝子や、多重化を伴うと考えられる耐病性遺伝子を詳しく解析することにより、世代の長い生物でどのように適応進化が起こっているかを解明することを目的とし次の研究を行った。1)更に7遺伝子座でスギの集団内変異及びヌマスギとの種間変異を調査した。これまでの9遺伝子座と合わせて合計16遺伝子座の種内・種間比較解析(McDonald & Kreitman test)から、適応進化候補遺伝子を2,弱有害的進化を行っている遺伝子2、同定した。2)二つの適応進化候補遺伝子についてヒノキ科樹木複数種の相同遺伝子の配列を決め、最尤法を使って解析したところ、両遺伝子とも非同義置換速度が同義置換速度を上回っている領域がみつかり、スギ・ヌマスギの近縁種間のみでなく、広くヒノキ科全体でこれらの遺伝子が適応進化していることが推測された。3)ヌマスギ集団の解析を行うために、ミシシッピー川沿いの5集団で種子のサンプルを行い、現在DNAを抽出中である。4)スギなどの集団では氷河期・間氷期のサイクルにより、集団の分断化・融合が過去にほぼ周期的に起こったと考えられる。このような集団で遺伝的変異量や連鎖不平衡量がどのように変化するかを明らかにするために、モデル解析を行った。分断化・融合の時間と集団サイズの関数として二つの量を計算し、このモデルのもとでは特に連鎖不平衡量の染色体に沿った変化のパターンが、一定サイズ集団の場合と大きく異なることを明らかにした。5)植物葉緑体遺伝子のGC含量について解析し、種による突然変異パターンの違いがその進化に大きな役割を果たしていることを明らかにした。

針葉樹遺伝子進化の一般的性質を明らかにするとともに、適応進化が起こったと考えられる候補遺伝子や、多重化を伴うと考えられる耐病性遺伝子を詳しく解析することにより、世代の長い生物でどのように適応進化が起こっているかを解明することを目的として、次の研究を行った。1)スギ(Cryptomeria japonica)及びヌマスギ(Taxidium distichum)の天然林からサンプルした個体の塩基配列多型を核四遺伝子座で調査した。その結果、天然林とこれまでに調べられた人工林の間の遺伝的分化の程度は低く、またヌマスギはスギに較べて高い遺伝的多様性を持ち、両種は過去に異なる集団構造を持ったこと等がわかった。2)耐病性遺伝子であるR遺伝子のホモログの配列情報をスギcDNAデータベースより得て、スギ及びヌマスギの集団において塩基配列多型を解析した。その結果この遺伝子は両種において重複しており、またスギにおいて非同義塩基多様度が同義塩基多様度の2倍を超えていることがわかった。病原体との競合で強い自然淘汰の影響を受け、適応的な進化を行っていると考えられる。二遺伝子座間の遺伝子変換も多く起こっており、かなり複雑な進化を行っていると推測される。3)被子植物と異なり針葉樹は非光依存性のクロロフィル合成を行う遺伝子が葉緑体ゲノム中に3個持ち、これらは良く保存されている。ところがヒノキ科Thuja属では三個の遺伝子(ChlL,N,B)のうち二個で非同義置換が多く起こっていることがわかった。実際に暗所でThuja属種子を発芽させると他種と違い黄化が起こり、クロロフィル合成が行われない。これらの遺伝子は全てまだ発現されているが、おそらくThuja属樹木ではその生態的条件によってこれらの遺伝子の偽遺伝子化が進んでいるものと考えられる。(1)ヌマスギ(Taxidium distichum)の二亜種bald cypressとpond cypressの天然林からMiddleton博士(海外研究協力者)によって採集された種子由来のDNAサンプルについて、塩基配列多型を核10遺伝子座で調査した。その結果、1)ヌマスギが全体としてスギに較べて高い遺伝的多様性を持ち、2)スギ集団が長期的に減少傾向に有るのに対し、ヌマスギでは増加傾向が有ること、3)10遺伝子座中2遺伝子座で二亜種間に有意な分化が見られるが、その他の8遺伝子座では分化が見られないこと、がわかった。(2)耐病性遺伝子の一つであるR遺伝子のホモログ(NBS-LRRタイプ)について、スギ及びヌマスギの集団において塩基配列多型を解析した。その結果、この遺伝子は両種において2から4コピーに重複しており、またスギ集団において全領域で非同義塩基多様度が同義塩基多様度の約3倍となっていることがわかった。
マイクロRNAを用いた胃腸管間質腫瘍の発育・進展に関する研究

胃腸管間質腫瘍(GIST)におけるマイクロRNA(miRNA)の発現の意義を検討した。miRNAアレイおよび定量的real-time RT-PCRにおいて、miR-133b等の特定のmiRNAが高悪性度GISTにおいて発現が低下していることを見出した。逆にmiR-133bの標的遺伝子であるfascin-1 mRNAおよびfascin-1蛋白は高悪性度GISTにおいて有意に発現が亢進しており、予後不良因子であった。以上より、GISTにおいてmiR-133b発現低下とfascin-1過剰発現がGISTの進展に重要な役割していると考えられ、fascin-1は新たなバイオマーカーや治療標的となる可能性が示唆された。胃腸管間質腫瘍(GIST)に関し、より詳細に腫瘍発生・進展の分子メカニズムを解明するために、マイクロRNA(miRNA)の発現を研究した。対象は、良性から悪性まで含むGIST19例と、組織形態的に類似している平滑筋肉腫1例で、新鮮凍結材料からRNAを抽出し、miRNAチップを用いてハイブリダイズさせ、網羅的に各サンプルにおけるmiRNAの発現量のデータを得た。これを用いて、まずunsupervised analysis(サンプルを遺伝子(miRNA)発現パターンの類似性により分類する方法)を行った結果、GIST19例は比較的均一なmiRNA発現パターンを示しつつも、おおまかに6つのmiRNA発現プロファイルのグループに分けることができた。それらは、低悪性度・KIT/PDGFRA変異陰性群、高悪性度のKITexon9またはexon11変異群、低悪性度のKITexon11変異群、など特徴を共有する群に分けることができた。しかし、属する症例数が少ない群(1-2例)では特徴づけが難しい場合もあった。次に、supervised analysis(既知の臨床病理学的因子等により分類された2群の間で、有意に発現量に差がある遺伝子(miRNA)を抽出する方法)を行い、発現量に差があるmiRNAは、GIST vs平滑筋肉腫では高発現73個、低発現17個であった。また、GIST19例のうち、8個の各因子(NFI合併、部位、腫瘍径、核分裂数、NIHリスク分類、AFIPリスク分類、Ki-67陽性率、KIT/PDGFRA変異型)により2群に分けた場合、それぞれ発現量の差があるmiRNAは数個から数十個であり、GISTの発生・進展に関与と考えられる候補miRNAがリストアップされた。胃腸管間質腫瘍(GIST)に関し、より詳細に腫瘍発生・進展の分子メカニズムを解明するために、マイクロRNA(miRNA)の発現を検討した。前年度前に得られたmiRNA arrayのデータに対して、supervised analysis(既知の臨床病理学的因子等により分類された2群の間で、有意に発現量に差がある遺伝子(miRNA)を抽出する方法)を行い、GISTの組織学的グレードによって発現量に差があるmiRNAをリストアップした。低悪性度GISTに比べ、高悪性度GISTにおいて発現が低下または上昇しているmiRNAはそれぞれ数十個リストアップされた。その中でも、高悪性度GISTにおいて発現が低下しているmiR-133bに注目して解析を追加した。定量的real-time PCRにおいても、mfR-133b発現量は高悪性度GISTにおいて低かった。また、miR-133bの標的遺伝子であるfascin-1mRNAは高悪性度GISTにおいて有意に発現が亢進し、miR-133bとfascin-1発現量は逆相関していた。さらに多数例の臨床サンプルに対象を広げ、fascin-1蛋白発現を免疫染色にて検索したところ、fascin-1高発現例は、静脈浸潤、粘膜潰瘍形成と相関し、予後不良であった。fascin-1は細胞の運動能を亢進させる分子であり、癌腫の浸潤や転移に関与することが知られているが、本研究において、fascin-1はGISTの浸潤、転移に重要な役割している可能性が示唆された。近年、fascin-1に対する阻害薬が実験的に癌細胞の転移を抑制したという報告があり、今後、GISTを含めた悪性腫瘍にて臨床応用が期待される。
心不全進展におけるエンドセリンの関与の解明に関する分子薬理学的検討と新治療法開発

心臓に対してエンドセリン(ET)-1は、心筋肥大促進作用や細胞傷害作用を有し、これらはGタンパクを介したイノシトールリン酸代謝の促進、MAPKの活性化、Ca^<2+>流入の増大などの細胞内情報伝達系を介する。不全心筋ではET-1の産生が増大し、ET受容体拮抗薬は心不全動物の死亡率を著明に改善する。不全心筋にて各種の心筋遺伝子の発現が変化しており、これらが心不全の進展に関与していると考えられる。心不全ラットにて左室におけるCa^<2+>調節蛋白(リアノジンレセプターと心筋小胞体Ca^<2+>-ATPase)の遺伝子の発現は減少していたが、ET拮抗薬はそれらを改善した。ゆえに、不全心筋にて細胞内Ca^<2+>調節が異常になるが、ET拮抗薬はこの異常を分子レベルから改善し心不全を改善していることが示唆される。また、不全心筋の分子マーカーであるANPおよびβミオシン重鎖の各遺伝子の発現変化は、ET拮抗薬により改善した。不全心筋におけるET-1遺伝子の著明な発現増大には、いくつかのメカニズムが関与する。各種の神経体液性因子や機械的因子が、心筋ET-1遺伝子の発現増大に関与した。また、不全心筋では脂肪酸代謝障害によりエネルギー不足状態にあり、その代償として解糖系酵素群の遺伝子発現を増大させる転写因子であるhypoxia-inducible factor(HIF)-1αが誘導される。ET-1遺伝子5'上流にはHIF-1αの認識配列が存在する。種々の実験により、不全心筋におけるエネルギー産生障害が、HIF-1αの誘導を介してET-1発現を転写レベルで亢進させて心不全を悪化させる分子メカニズムが存在することが判明した。これらの研究成果にて、心不全において、ET-1をターゲットとする全く新しい核酸医薬の開発の可能性が示唆された。心筋細胞は、エンドセリン(ET)-1を産生する。心筋に対してET-1は、陽性変力作用や心肥大作用、心筋細胞障害作用を有する。今回、慢性心不全(CHF)における内因性ET-1の病態生理的役割についてと、ET受容体拮抗薬の治療薬としての可能性についての研究した。心筋梗塞後の慢性心不全ラットの左室にて、ET-1mRNAの発現は対照ラットより著明に亢進しており、組織ET-1濃度も著明に増加していた。心筋ET受容体数は、CHFラットにて増加していた。12週間のET拮抗薬の投与はCHFラットの生存率を著明に改善し、血行動態も改善した。さらにET拮抗薬の長期投与が、CHFラットの不全心筋にて変化する各種遺伝子の発現変化を改善するか、また心筋症による心不全の進展においてもET-1が関与するかを検討した。リアノジンレセプターおよび心筋小胞体Ca^<2+>-ATPase遺伝子の発現は、心不全ラットにて減少していたが、ET拮抗薬の投与はそれらの発現変化を改善した。ゆえに、ET拮抗薬は心不全に伴う心筋の質的変化を改善することが示された。次に、心筋症ハムスターの各病時期(非心不全期・心不全の初期・中期・末期)におけるET-1の発現を検討した。ET-1の発現は、非心不全期には対照群と違いがなかったが、心不全の進行に伴って進行性に増加した。ET拮抗薬の長期投与は心筋症ハムスターの生存率を著明に改善した。次に、不全心筋におけるET-1遺伝子の発現増大のメカニズムとして、心筋細胞のエネルギー代謝異常が関与しているかを、培養心筋細胞を用いて検討した。

すなわち、ラットの培養心筋細胞に、ミトコンドリアの呼吸鎖の阻害剤のテノンを添加して心筋エネルギー代謝を障害し、in vitroの不全心モデルを作成した。ロテノン添加により、ET-1の発現は著明に増加した。不全心筋におけるET-1の著明な発現増加のメカニズムとして、神経体液因子や機械的因子のほかに、心筋エネルギー代謝の異常も関与することが示唆され。また、ET拮抗薬は、虚血性および非虚血性(心筋症など)による心不全の治療薬になることが示唆された。エンドセリン(ET)-1は心筋細胞で産生され、心筋に対して陽性変力作用や心肥大作用、心筋細胞傷害作用を有する。今回、慢性心不全(CHF)における内因性ET-1の病態生理的役割についてと、ET受容体拮抗薬の治療薬としての可能性についての研究した。心筋梗塞後の慢性心不全ラットの左室にて、ET-1mRNAの発現は対照ラットより著明に亢進しており、組織ET-1濃度も著明に増加していた。心筋ET受容体数は、CHFラットにて増加していた。ET拮抗薬を急性投与すると、CHFラットでは心拍数は減少しLV+dp/dtも低下したが、対照ラットでは変化しなかった。12週間のET拮抗薬の投与はCHFラットの生存率を著明に改善し、血行動態も改善した。さらに、ET拮抗薬の長期投与が、CHFラットの不全心筋にて変化する各種遺伝子の発現変化を改善するか、また心筋症による心不全の進展においてもET-1が関与するかを検討した。リアノジンレセプターおよび心筋小胞体Ca^<2+>-ATPase遺伝子の発現は、心不全ラットにて減少していたが、ET拮抗薬の投与はそれらの発現変化を改善した。また、不全心筋の分子マーカーであるANPおよびβミオシン重鎖の各遺伝子の発現変化は、ET拮抗薬により改善した。ゆえに、ET拮抗薬は心不全に伴う心筋の質的変化を改善することが示された。次に、心筋症ハムスターの各病時期(非心不全期・心不全の初期・中期・末期)におけるET-1の発現を検討した。ET-1の発現は、非心不全期には対照群と違いがなかったが、心不全の進行に伴って進行性に増加した。ET拮抗薬の長期投与は心筋症ハムスターの生存率を著明に改善した。ET拮抗薬の長期投与は心不全に伴う心筋の質的変化を改善した。ゆえに、ET拮抗薬は、虚血性および非虚血性(心筋症など)による両者の心不全の治療薬になることが示唆された。さらに、右心不全にもET拮抗薬は、有効であることが示された。心臓においてエンドセリン(ET)-1は、心筋肥大促進作用や細胞傷害作用を有し、これらはGタンパクを介したイノシトールリン酸代謝の促進、MAPKの活性化、Ca^<2+>流入の増大などの細胞内情報伝達系を介する。不全心筋ではET-1の産生が増大し、ET受容体拮抗薬は心不全動物の死亡率を著明に改善する。不全心筋にて各種の心筋遺伝子の発現が変化しており、これらが心不全の進展に関与していると考えられる。心不全ラットにて左室におけるCa^<2+>調節蛋白(リアノジンレセプターと心筋小胞体Ca^<2+>-ATPase)の遺伝子の発現は減少していたが、ET拮抗薬はそれらを改善した。
血管分子細胞学的アプローチによる黄斑部特殊性の解明

なぜ加齢黄斑変性は黄斑部にのみ脈絡膜新生血管が発生するのか?なぜ黄斑部(中心窩)は無血管なのか?血管新生内皮増殖因子(VEGF-A)を血管新生促進あるいは抑制に働かせるスイッチの働きを持つSPARCに着目し、マウスレーザー誘導実験的脈絡膜新生血管モデルを用いて検討した。レーザー照射後、SPARCの投与により、血管新生は有意に促進され、黄斑部における血管新生促進作用にSPARCが関与しており、今後加齢黄斑変性の治療ターゲットになりうると考えられたなぜ加齢黄斑変性は黄斑部にのみ脈絡膜新生血管が発生するのか?なぜ黄斑部(中心窩)は無血管なのか?血管新生内皮増殖因子(VEGF-A)を血管新生促進あるいは抑制に働かせるスイッチの働きを持つSPARCに着目し、マウスレーザー誘導実験的脈絡膜新生血管モデルを用いて検討した。レーザー照射後、SPARCの投与により、血管新生は有意に促進され、黄斑部における血管新生促進作用にSPARCが関与しており、今後加齢黄斑変性の治療ターゲットになりうると考えられたC57BL/6マウスに、レーザー照射を行い、実験的脈絡膜新生血管を作成、7日目に眼球を摘出、4%パラホルムアルデヒドで固定し、網膜色素上皮-脈絡膜-強膜フラットマウントを作成、FITCで標識されたレクチンで免疫染色を行い、レーザー共焦点顕微鏡を用いて、脈絡膜新生血管の容積を測定した。また、レーザー照射2日前からCCR3拮抗剤をYM355179を経口投与し、7日後にCNVの体積を測定した。さらにレーザー照射同日に、YM355179を硝子体内に投与し、7日目に同様にCNV体積を測定した。CCR3拮抗剤の経口投与でも硝子体投与でも、CNV容積は対照と比較して50%以下に有意に抑制された(p<0.01)。C57BL/6マウスに、レーザー照射を行い、実験的脈絡膜新生血管を作成、7日目に眼球を摘出、4%パラホルムアルデヒドで固定し、網膜色素上皮-脈絡膜-強膜フラットマウントを作成、FITCで標識されたレクチンで免疫染色を行い、レーザー共焦点顕微鏡を用いて、脈絡膜新生血管の容積を測定した。Recombinant SPARC (osteonectin)100ngおよび300ngをレーザ-照射翌日にマウスの硝子体腔内に注入し、7日目に眼球を摘出し脈絡膜新生血管の容積を測定した。対象はPBSを硝子体腔内に注入した。脈絡膜新生血管積は、レーザー照射のみの群は523542□μm^3、PBS注入群は487132μm^3
バイオエシックスの歴史的・メタ科学的検討-メタバイオエシックスの構築を目指して

初年度の成果を踏まえて、米国のバイオエシックスの成立史と特性を検討対象として以下を行った。計8回の研究会と宿題作業を基本とした。1米国の研究者に対して、(1)選択式アンケート調査と(2)記述式アンケート調査を実施し、解析した。(1)に関しては、米国生命倫理学会員1296名に依頼し、144票のWeb入力回答を得た。依頼の信頼度を高めるために、事前に当研究会の英文サイト(「13備考」欄参照)を作成した。(2)については、バイオエシックスの創生期から重役を担っている研究者30名に依頼し、9票の回答を得た。信頼度を増すために英文サイトに加えて、世界的な研究者Arthur L. Caplan、Renee C. Fox、William R. LaFleurから推薦協力を得た。3研究の暫定成果を発表し外部からの批判を仰ぐべく、日本生命倫理学会第19回年次大会のワークショップ「『メタ・バイオエシックス』の構築に向けて(2)」を企画・実施した(07年11月10日)。発表者は、小松、香川、田中丹史(研究協力者)、土井。4研究書を企画し、『生命倫理の変革へ-その歴史的展望(仮)』(NTT出版)の出版が決まった(2008年度中)。5最終報告書(A4版、169頁)を作成し、内外の研究者約300名に謹呈した。東京海洋大学図書館にも寄贈した。6本研究は08年度から10年度にかけて基盤研究(B)(内定済)として継続・発展される。初年度に当たる本年度は、米国のバイオエシックスの成立史に関する基礎的な分析を行った。検討文献と担当者を決め、基本的に全員が文献を事前通読した上で、計5回約5時間ずつの研究会と1泊2日の合宿の中で、レジュメ発表・討議という形で遂行した。具体的な検討内容は、第1に、バイオエシックスの成立史を論じた米国の文献のメタ分析であり、対象としたのは、J.K.Walter and E.P.Klein eds.,The History of Bioethicss(2003)他10本程度の論著である。第2は、バイオエシックス成立の記念碑と目されてきた、W.T.Reich ed.,Encyclopedia of Bioethics 1^<st>ed(1978)と、同書第2版・第3版との比較である。主に項目事項とそれらの割当頁数の変化を調べ、その一部をデータベース化した。この目的は、既存の成立史研究に左右されずに、生のバイオエシックスの推移とそれを通じての誕生時の特性を知ることにある。以上の作業により、次のような暫定的な新知見を得た。1.従来、バイオエシックスの成立要因として、先端医療の登場、人体実験規制の流れ、1960年代の米国の市民運動などが挙げられてきた。だが、新たに、(1)第2バチカン公会議を初めとする60年代のキリスト教内部の改革、(2)左記と連動したキリスト教的な旧来の医療倫理の世俗化の必要性、(3)人口問題と環境問題が予想以上に深刻視されていたこと、これらが想定できる。2.EDcyclopedia of Bioethicsにあって、その第1版では、新規先端医療に関する記述は存外に少なく、キリスト教倫理に伝統的な生殖や死に関する事柄、および人口問題に力点が置かれている。が、第2版以降は前者の割合が増えた。この調査結果は、上記1の仮説を実証している可能性がある。
総合研究:20世紀アヴァンギャルドの諸潮流と表象文化の現在-モダシから越境へ

1.研究目的の面から(1)当研究のテーマは、20世紀初頭から半ばにかけて、ヨーロッパを中心に全世界的な規模で展開された文学芸術上のアヴァンギャルド諸潮流(モダニズム運動)を、現代における表象文化の視点から捉え直し、今後の時代の来たるべき文化の海図を提示することにあった。(2)そのために、世界のほぼ全領域をカバーする30名余の研究者をメンバーに立てて包括的、有機的に研究を進め、3年間にわたる研究を通じて、モダニズム運動が生み出されてきたディアスポラ的文化背景の点からも、またそこに内在していたや文化越境や他者認識の点からも、モダニズムの表現形態が、現代の世界的な多元文化状況の基盤そのものを形成していることをトータルに捉えることができた。(3)その知見と認識を研究図書として刊行するために、平成13年度の研究成果公開促進費に申請した。図書編集にあたっては「越境」をテーマの主軸に立て、書名は『モダニズムの越境』とし、章は、「越境の想像力」、「権力と記憶」、「モダニズムの再検証」、「表象からの越境」の4章から構成され、各メンバーがそれぞれの章で執筆を分担する。この『モダニズムの越境』は人文書院から平成14年2月に刊行の予定である。2.研究実施計画の面から(1)外部からの講師も迎えた年2回の全体研究会での議論が、研究の深化に極めて有益であった。(2)会報『21世紀』を5号まで刊行したほか、当研究会のホームページを作り研究活動の対外的発信に努めた。(3)最終年度に早稲田大学で公開シンポジウムを開催し、多数の参加者を得て対外的にも大きな関心を呼んだ。(1)当研究課題はメンバーが31名と多く、対象領域も非常に広範なものとなっているが、各分担者はそれぞれにすでに充分な研究実績もあり、また、当研究が、ほぼ同メンバーによる前回の科研費共同研究(平成24年度「20世紀初頭の欧米および日本における<モダニズム>運動の総合的研究」)を発展的に継承するものであることもあって、初年度の目標と考えていた当研究の基盤づくりは順調に進んだ。(2)全体研究会は予定通り2回(8月、12月)開催し、研究報告や講演会を交え、研究のテーマをどのように具体化し、それをどう有機化かするかが真剣に討議された。その結果、テーマの全体的方向が明確化し、メイン・テーマを「アヴァンギャルドと越境」として立て、それを、(1)ナショナル・アイデンティティの面から、(2)文化アイデンティティの面から、(3)政治アヴァンギャルドあるいは全体主義との関連の面から、(4)表象構造の面から、(5)モダニズム運動それ自体の今日的再検証の面から、それぞれ論究を深めてゆくこととなった。(1)から(5)は分科会とし(各メンバーはそのどれかに属する)、相互に連携を図りながら研究を進めてゆく。(3)外国人研究者のレビューを受けるため5名が外国出張し、貴重な成果を得ることができた。(4)予算は、上記研究会および外国出張の旅費をはじめ、設備費、消耗品費、通信費等で順調に消化した。(5)今年度は研究発表の段階までは至らなかったが、来年度はグループとしての雑誌への投稿や、公開シンポジウムを行うことを考えている。なお、全体の成果は平成13年度に本として出版する予定である。(6)当共同研究グループ(「モダニズム研究会」)は会報『21世紀』を刊行しており、昨年12月には第3号を出した。新年度には当研究会のホームページをインターネット上に開設する予定で、目下その準備中である。(1)今年度も研究は順調に進んだ。

全体研究会は8月、12月に開催し、前年度の研究成果を発展、深化すべく、研究報告と講演会を織り込みながら、全体の研究テーマをどう方向づけるかについて討議が進められた。その結果、メインテーマである「アヴァンギャルドと越境」について、(1)20世紀における表現とディアスポラ状況、(2)越境と文化アイデンティティー、(3)モダニズムと権力、(4)モダニズム/アヴァンギャルド表現の再検証、(5)表象からの越境、の各サブテーマのもとに構造化、有機化を図ることとし、来年度の研究成果の出版を視野に入れながら、各メンバーは各自が属する上記のそれぞれのサブテーマのもとで研究を進めた。(2)予算については、消化時期が若干ずれ込んだが、上記の2回の研究会の国内旅費、および外国旅費、設備費、消耗品費、通信費等で予定通り消化した。(3)今年度は6名が外国出張をし、外国人研究者のレビュー、資料収集の面で大いに成果を得られた。(4)当研究グループ(モダニズム研究会)のホームページをインターネット上に開設した。大変良好な反応を得ている。また、当研究会の会報である『21世紀』の4号を刊行し、5号も刊行間近である。(5)当研究会メンバーの著書、翻訳書の刊行が目立っており、今年度だけで10点以上の出版を見た。これは当研究グループの旺盛な研究活動の証左であると思われる。(6)これまでの研究成果を問うべく来年度の7月に早稲田大学で公開シンポジウムを開催する予定であり、目下その準備を進めている。(1)最終年度の研究目標は2点あった。ひとつは、これまで当研究会で討議してきた研究テーマを公開シンポジウムの形で対外的に発信することであり、もうひとつは、3年間の研究成果をまとめて図書として刊行すべく、その編集作業を進めることであった。幸いいずれにおいても所定の成果を得ることができた。(2)公開シンポジウムは平成12年7月に早稲田大学で開催され、出版関係者も含め300名近くが参加し、活発な議論が展開されて大盛会であった。これはわれわれの研究テーマが大きな関心を呼んでいることを示すものであろう。(3)図書刊行の編集については、書名を『モダニズムの越境』とし、章構成は「越境の想像力」、「権力と記憶」、「モダニズムの再検証」、「表象からの越境」と立て、それぞれ執筆分担を決めて、平成13年度研究成果公開促進費に申請した。(4)全体研究会は公開シンポジウムの翌日に開催し、その総括をするとともに、刊行する図書の各自の執筆内容や書式について打ち合わせをした。(5)予算は旅費を中心に当初の予定通り、順調に消化した。(6)会報『21世紀』5号を刊行。インターネットでの当研究会ホームページも、当研究会の活動を知ってもらう上で効果的だった。(7)最終年度であったため、これまでの研究活動をまとめた研究成果報告書を作成した。
光波長領域にバンドギャップをもつ半導体3次元フォトニック結晶の開発

フォトニック結晶は、発光や光の伝播を完全に制御可能であるという点で非常に興味深い材料であるが,波長程度の微細な加工技術を要求され、かつ構造としては、非対称面心立方構造あるいはダイヤモンド構造が要求されるため、本特定領域研究がスタートした時点では、光波長域で動作しうる完全3次元結晶は実現出来ていなかった。したがって、当時のフォトニック結晶分野における最大の課題は如何に完全結晶を実現するかであり、本研究計画では、第一に、精密位置合わせとウエハ融着を用いた本班代表者独自のマイクロマシーニング手法により、光波長域にバンドギャップをもつ半導体3次元フォトニック結晶を開発することを目的として研究を進めた。また、併せて、開発した結晶に人為的に欠陥や発光体を導入することで、輻射幅や光の伝播制御を系統的に行っていくことをも目的とした。本研究では、前述のように独自のマイクロマシーン技術を用いて光波長域にバンドギャップをもつ半導体3次元フォトニック結晶を開発することを第一の目的とし、併せて、開発した結晶に発光体を埋め込むことで、輻射場の制御の様子を系統的に調べることを目的とした。その結果、近赤外域にバンドギャップを持つフォトニック結晶の開発およびその結晶への発光体の埋め込みに成功し、バンドギャップ効果による自然放出抑制の可能性を示唆する結果など、数々の新しい知見を得ることが出来た。また、この3次元結晶の研究成果を2次元結晶に展開することにより、新しい機能デバイスの実現にも成功した。本計画研究では、独自のマイクロマシーン技術を用いて光波長域にバンドギャップをもつ半導体3次元フォトニクス結晶を開発することを第一の目的とし、併せて、開発した結晶に発光体を埋め込むことで、輻射場の制御の様子を系統的に調べることを目的としている。本年度の計画は、(1)これまでに開発してきた赤外域(510μm)にバンドギャップをもつ1周期(4層)の3次元フォトニクス結晶に対し、様々な角度から光を入射し、この波長域に対し、完全なバンドギャップをもつことを示すこと、(2)続いて2周期(8層)からなるフォトニクス結晶を実現し、周期数の増加がどのような効果をもたらすかを明らかにすること、(3)上記の結果をもとに、バンドギャップ波長の短波長化を行い、近赤外域(13μm)にバンドギャップをもつ一周期の3次元フォトニクス結晶を開発すること、を目的に研究を進めた。本年度は予定通りに研究が進み、以下のような成果を得た。(I)赤外域1周期結晶に対し、[001]方向から[110]方向に向けて様々な入射角度において、透過スペクトルを測定したところ、どの入射方向に対しても510μm域において10dB以上の減衰を明確に観測し、全方向にバンドギャップが開いていることを示した。(II)2周期のフォトニクス結晶を開発した。透過スペクトル特性の測定から、赤外域で30dBを越える減衰の観測に成功した。この30dBの値は、反射率にして99.9%に相当し、キャビティ構成に十分であることを示した。(III)近赤外域(13μm)にバンドギャップをもつ結晶の開発を行った。材料系は、この波長域に重要なInPに変更し、小型化、材料の変化に対する課題を解決することにより、4層の結晶の作製に成功した。さらに、併せて、本研究の3次元結晶開発の重要な手法であるウエハ融着法により、発光体をフォトニクス結晶中に埋め込むことの可能性を探るため、2次元フォトニクス結晶構造と発光体の一体化を試み、2次元フォトニクス結晶の特性を反映した新規な2次元半導体発光デバイスの開発にも成功した。以上の研究成果は、新聞発表(日刊工業新聞)、電子情報通信学会誌ニュース、Physics Today、日経エレクトロニクス等で取り上げられた。また、米国で行われたフォトニクス結晶に関する専門家会議WECS′99で報告(招待)し、非常に注目を集めた。国内では、少なくとも4回の招待講演を行った。

本計画研究では、独自のマイクロマシーン技術を用いて光波長域にバンドギャップをもつ半導体3次元フォトニクス結晶を開発することを第一の目的とし、併せて、開発した結晶に発光体を埋め込むことで、輻射場の制御の様子を系統的に調べることを目的としている。本年度の成果は、以下のように纏めることができる。(1)前年度に、初めて光通信域で1ユニットのダイヤモンド構造結晶の実現に成功したが、本年度は、さらにプロセス全体の見直しを行い、バンドギャップ効果として、同じ1ユニット結晶で、約10倍のものを得ることに成功し、光通信域での完全結晶実現に初めて成功した。(2)フォトニック結晶と発光体との一体化に関し、昨年度成功した2次元フォトニック結晶レーザの研究をより進展させ、大面積でコヒーレント発振の実証と、局所電界分布の測定と理論計算との対応により、発振モードの同定に成功した。縦・横単一モードでかつ偏光の統一した大面積大出力面発光レーザ可能性を示した。(3)さらに、フォトニック結晶光回路を構成する要素として重要な、急峻な曲がりをもつ光導波路の解析、設計を行った。曲がりの前後でのモードマッチング、曲がり部分の最適設計を行うことにより、幅広い周波数域で、95%以上の透過率をもつ曲がり導波路の設計に成功し、光回路実現の重要な指針を得た。(4)その他、結晶中での超高速伝播の様子の観測など将来の光信号処理の基礎的実験をも行った。以上の成果は、米国Physics Today誌1999年9月号、日経エレクトロニクス誌1999年4月22日号、日刊工業新聞1999年4月1日号、同新聞1999年4月6-9日号(連載)、パリティ1999年10月号等に取り上げられる等、国内外の大きな注目を集めることが出来た。また数多くの国内外での招待講演を行った。(1)前年度に、光通信域での4層完全結晶実現に成功したが、本年度は、さらに8層構造の作製に成功し、40dBを越えるバンドギャップ効果の観察に初めて成功した。(2)さらに、フォトニック結晶光回路を構成する要素として重要な、急峻な曲がりをもつ先導波路の初めての試作にも成功した。基本ストライプ幅4μmのストライプ層のうち、中央の2層におけるストライプを一本ずつ除去した層を形成し、それを上下5層ずつの完全結晶で挟み込んだものである。(3)さらに本年度新たな試みとして、2次元結晶に点欠陥を設けた超小型チャネルドロップ光フィルターの提案とその試作に成功した。それと平行して、2次元結晶スラブにおける完全無損失導波モードの条件を理論的に見出した。以上の成果は、米国科学サイエンスおよび英国科学誌ネーチャーに掲載されるなど、国内外の大きな注目を集めることが出来、また数多くの国内外のメディアで取り上げられた。(詳細は、本特定領域News Letter No.2-4参照)さらに、数多くの国内外での招待講演を行った。