hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
学校・家庭・地域が連携した子どもの食育プログラムの構築

青森県内の小・中学校を対象に行った調査から、食育に対する保護者の意識は比較的高いが、学校では時間不足等の理由で食教育を計画的に実施しているところは少ないことが示された。そこで本年度は、地域の教育機関としての役割に着目し、地域での食育の現状について調査、分析を行った。さらに、その結果を踏まえ、新たな食教育の提案、実践、検証を行った。1.地域における食育について青森県H市内の公民館で平成13年から17年までに開催された事業を分析すると、食に関する事業は毎年総事業数の約1割を占めていることがわかった。他の事業と比較すると、毎年の食に関する事業の開催数は多く、家庭での関心の高さを反映した結果であると思われた。これらの大部分は大人対象の事業であった。子どもを対象とした事業では、学校と連携した事業が多く、選択授業を利用した地域学習の事例が多く見受けられた。学校と公民館との連携事業に参加した子どものアンケート調査(7名実施)では、参加者全員が事業参加前後で食に対する意識に変化がみられたと回答した。一方で、公民館の事業のみに参加している子どもでは、食意識の変化はほとんどみられなかった。2.ポートフォリオを活用した食教育の実践についてこれまでの調査により(1)学校教育では新しい授業時間・内容の増加は難しい(2)学校での食教育がより効果的である(3)子どもが考えたり行動したりできる特別な環境設定の3点がこれからの食教育では重要であると思われた。そこで、学校において子ども全員が時間や環境を共有する給食時間を振り返る機会の設定を考えた。その結果、対照学級と比較して意識的に食事をとるようになることがわかった。自分の食事の仕方に気づいたり、これからの食事で気をつけたいことを考えたりしていた。家庭での食行動の変化までは至らなかったが、学級活動や教科と運携したり、家庭と連携したりすることで行動面への影響も期待できると考えた。1.家庭科学習が子どもの食意識・食行動へ及ぼす影響家庭科の授業内容および年間授業計画が、子どもの食意識や食行動にどのような影響を及ぼすかについて調査を行った。家庭科を初めて学習する小学生では、特に授業の影響が大きく表れると考え、A小学校5、6年生(254名)を調査対象とした。調査時期は、平成17年5月6月と平成18年3月の2回実施した。6月の調査では、弁当についての調査を行い、手作りと市販品の比較、食べたい(選んだ)理由等に焦点を当てた内容とした。その結果、約9割の子どもが食べたい弁当に手作りを選択した。選択の理由では、おいしい、好きなおかずが入っている、という弁当の内容に関するものが多く、特に5年生に多くみられた。一方、3月の調査では、食生活全般の食意識や食行動について調査を行った。こちらは、現在解析中である。この結果と6月の結果を比較検討し、家庭科の授業および年間授業計画との関連性をみていきたいと考える。2.青森県における学校栄養職員の栄養教諭制度に対する意識について学校栄養職員による食指導の現状をふまえた上で、将来的な食教育の充実に向けた栄養教諭ならびに学校教育のあり方について分析することを目的として、青森県における栄養教諭免許状取得予定の学校栄養職員(55名)を対象にした調査を行った。調査は、平成17年12月平成18年1月に実施した。平成17年度とそれ以前における食指導の実施者数に差はみられなかったが、平成17年度には年間20回以上実施する者が増加し、学校教育への食教育の浸透が推察された。しかし、学校栄養職員と栄養教諭の「指導内容は大きく変わらない」としながらも栄養教諭による指導は「子どもの学習効果に差が生じる(34名)」ととらえ、「食育を年間指導計画に策定することを望む(37名)」ものが大半であった。さらに、職務に対する意識の分析より、栄養教諭に新たに加わった職務への認識が薄いことが示された。まずは、学校現場および当事者が栄養教諭への理解を深めることが食教育の充実に必要であることが示唆された。学校および家庭における食育が子どもに及ぼす影響を調査するために、青森県西北地区、中南地区、三八地区から任意に抽出した小学校ならびに中学校へ質問紙調査を実施した。小学校、中学校ともに、西北・中南地区からは各1校(それぞれa小学校およびA中学校、b小学校およびB中学校)、三八地区からは各2校(c小学校およびC中学校、d小学校およびD中学校)を調査対象とした。その結果、以下のことが明らかとなった。1.学校における食に関する指導の実態について平成18年度の食に関する指導を年間指導計画として位置づけて実施した学校は小学校1校のみであった。他の学校でも食に関する指導は実施されてはいるが、年間指導計画に則ったものではなかった。また、食に関する指導の実施計画は学校独自に計画しているところが大半であった。実施頻度を学校種で比較すると、小学校においてより積極的に実施している実態が示された。2.家庭における食育の実態および食育に対する意識についてa小学校・A中学校が所在する西北地区の町は、自治体をあげて食育に取り組んでいる地域であるが、他地域と比較しても家庭の食育の実態に大差はみられなかった。一方、この地域では食育に対する意識の家庭間格差があることが示された。このことより、自治体の取り組みが必ずしも良い方向へ働いているわけではないことが示唆された。3.子どもの食生活の実態について2と同様、地域による子どもの食生活実態に明確な違いはみられなかった。

しかしながら、朝食の家族共食、おやつを食べる頻度・おやつの種類、夕食の時間帯等で保護者の・実態・意識とのズレがみられた。これは、三八地区d小学校において顕著であった。保護者の食育に対する意識は高いことが示されたが、保護者の就労形態等によりその実現が困難な実態が推察された。青森県内の小・中学校を対象に行った調査から、食育に対する保護者の意識は比較的高いが、学校では時間不足等の理由で食教育を計画的に実施しているところは少ないことが示された。そこで本年度は、地域の教育機関としての役割に着目し、地域での食育の現状について調査、分析を行った。さらに、その結果を踏まえ、新たな食教育の提案、実践、検証を行った。1.地域における食育について青森県H市内の公民館で平成13年から17年までに開催された事業を分析すると、食に関する事業は毎年総事業数の約1割を占めていることがわかった。他の事業と比較すると、毎年の食に関する事業の開催数は多く、家庭での関心の高さを反映した結果であると思われた。これらの大部分は大人対象の事業であった。子どもを対象とした事業では、学校と連携した事業が多く、選択授業を利用した地域学習の事例が多く見受けられた。学校と公民館との連携事業に参加した子どものアンケート調査(7名実施)では、参加者全員が事業参加前後で食に対する意識に変化がみられたと回答した。一方で、公民館の事業のみに参加している子どもでは、食意識の変化はほとんどみられなかった。2.ポートフォリオを活用した食教育の実践についてこれまでの調査により(1)学校教育では新しい授業時間・内容の増加は難しい(2)学校での食教育がより効果的である(3)子どもが考えたり行動したりできる特別な環境設定の3点がこれからの食教育では重要であると思われた。そこで、学校において子ども全員が時間や環境を共有する給食時間を振り返る機会の設定を考えた。その結果、対照学級と比較して意識的に食事をとるようになることがわかった。自分の食事の仕方に気づいたり、これからの食事で気をつけたいことを考えたりしていた。家庭での食行動の変化までは至らなかったが、学級活動や教科と運携したり、家庭と連携したりすることで行動面への影響も期待できると考えた。
Functional MRIによる閉塞性無呼吸症候群患者の高次脳機能障害の検討

閉塞性無呼吸症候群(OSAS)は、日中の眠気が主症状として見られるが、眠気の訴えが全くないOSAS患者で、医師が驚くほどのApnea Indexや睡眠中の酸素飽和濃度低下が見られることも少なくない。この睡眠中の低酸素状態は脳機能低下を及ぼすと思われる。扁桃腺肥大によるOSASの子供では手術による治療後に学業成績の向上のみならず身体発達・運動能力発達が改善した例もある。しかし、どのような脳部位が障害を受けやすいのか、また治療後にその部位のperfusionが改善するのかについてはわかっていない。そこで、OSAS患者を対象にCPAP治療の前後で高次脳機能検査を行い、対応する局所脳血流変化の反応性をFunctional MRI(fMRI)によって評価した。これまでOSASの高次脳機能の低下は臨床家によって認められていたが、脳部位が活動する際の脳血流の反応性を検討することで客観的な観察と治療効果の評価が可能で、治療方法に進歩をもたらすと考えた。そこでOSASの高次脳機能の低下について神経心理学的検査を用いて明らかにし、fMRIを用いて脳血流の変化の反応を調べ、睡眠時低酸素状態との関連を探ることにより、脳部位が活動する際の脳血流の反応性を検討した。この研究では、睡眠時無呼吸症候群患者が自覚できない程度の覚醒度・注意力低下の検出を目的としているがこうした現象は呼吸停止によるO_2飽和度やCO_2濃度に対する感受性低下(MR値の変動の正常との差異)や、治療後の神経心理検査における脳機能向上と関連すると考えたが、プロトコール上CO_2濃度が経皮的にしかモニターできず時間的関連性を追及するには不十分であることや、心拍数はコントロールできないこと、神経心理学的検査では包括的な脳機能変化を測定するため、定量性と相関を求めるためには複数の検査を組み合わせた上でタスクの絞り込みを行う必要があることが今後の課題となった。しかしながら、将来的にfMRIや近赤外線分光法が臨床応用されるためには、こうした問題は普遍的に起こると考えられ、これに対する基礎研究は大変少ない。明らかな脳器質的障害に対する脳血流低下や言語や運動に関連するタスクによるMR値の変化を測定する研究では、臨床的観察からその意義を解釈することができるが、健常人が一定の条件下でどのような脳機能低下を引き起こすか予測するような研究では、fMRIによるMR値の変動が最も直接的な影響を及ぼす因子とそれとは独立して変化する因子を詳細に把握することが必須と思われ、さらなる検討が必要と思われた。現代社会においては、従来問題とされてこなかった「睡眠」が大きくクローズアップされている。睡眠時無呼吸症候群は、生産性低下・事故や成人病との関連から社会的に重要な疾患と位置づけられた。一方で、耳鼻科・精神科・歯科口腔外科を含めて集学的治療が必要とされる疾患であることが明らかになった。昨今の簡易測定器や終夜脳波(PSG)を行う施設の普及と経鼻的持続陽圧呼吸療法(CPAP)の性能向上は目覚しいものがある。これは病気の症状が出た時初めて病院で治療すればよいという従来の考え方から、日常生活の場において潜在的健康障害を治療するという新しい医療スタイルに貢献すると思われる。睡眠障害が他の身体疾患と大きく異なる点は、患者の自己申告があてにできないという特質にあり、治療研究が遅れてきた一因といえる。将来的に保険適応可能なレベルにまでfMRIや認知機能検査の精度・信頼性を向上させることは、「日常生活の場における治療」を支える科学的な指針として重要と思われる。

しかしながら、将来的にfMRIや近赤外線分光法が臨床応用されるためには、こうした問題は普遍的に起こると考えられ、これに対する基礎研究は大変少ない。明らかな脳器質的障害に対する脳血流低下や言語や運動に関連するタスクによるMR値の変化を測定する研究では、臨床的観察からその意義を解釈することができるが、健常人が一定の条件下でどのような脳機能低下を引き起こすか予測するような研究では、fMRIによるMR値の変動が最も直接的な影響を及ぼす因子とそれとは独立して変化する因子を詳細に把握することが必須と思われ、さらなる検討が必要と思われた。現代社会においては、従来問題とされてこなかった「睡眠」が大きくクローズアップされている。睡眠時無呼吸症候群は、生産性低下・事故や成人病との関連から社会的に重要な疾患と位置づけられた。一方で、耳鼻科・精神科・歯科口腔外科を含めて集学的治療が必要とされる疾患であることが明らかになった。昨今の簡易測定器や終夜脳波(PSG)を行う施設の普及と経鼻的持続陽圧呼吸療法(CPAP)の性能向上は目覚しいものがある。これは病気の症状が出た時初めて病院で治療すればよいという従来の考え方から、日常生活の場において潜在的健康障害を治療するという新しい医療スタイルに貢献すると思われる。睡眠障害が他の身体疾患と大きく異なる点は、患者の自己申告があてにできないという特質にあり、治療研究が遅れてきた一因といえる。将来的に保険適応可能なレベルにまでfMRIや認知機能検査の精度・信頼性を向上させることは、「日常生活の場における治療」を支える科学的な指針として重要と思われる。睡眠時無呼吸症候群(OSAS)は本邦でも頻度が増している疾患であるが、重症のOSASでも驚くほど症状の自覚がないことがわかってきた。しかし、最近注意力に関連する前頭葉などの皮質に萎縮が見られるという論文報告もあることから、この研究では睡眠時の頻回のApnea Eventの及ぼす脳血流不均等について調べる方法を模索している。Apnea Eventは動脈の酸素分圧、二酸化炭素分圧をdynamicに変化させるため、deoxyHbの変化量も大きい。このため、Apnea Eventに伴うdeoxyHbの変化量がfMRIによってどのように検出できるかを時間分解能の精度に注目して検討した。とくに、fMRIから得られた関心領域のMR値とパルスオキシメーターを連動させる方法を検討した。また、基礎検討として健常者を覚醒状態においてbreath holdingを行い、gradient echo法によりfMRIの変化を観察した。覚醒時の短いbreath holdingでは、容易に酸素分圧が低下しないため、fMRIから得られた関心領域のMR値とパルスオキシメーターを連動させる実験には不向きであるが、呼吸と関連して変化する部位を探ることは可能である。本年度は主に健常者を用いて、この基礎検討を繰り返したが、平成18年度はsleep apneaをeventにしてfMRIを行う予定である。なお、この正確性をNIRSとパルスオキシメーター併用の場合と比較検討も行う。なお、OSAS患者(CPAP治療適応のあるもの)を対象とした検討については、すでに学内倫理審査委員会の承認を受け、MRI画像による脳萎縮の解析、アクチウオッチによる睡眠覚醒リズム解析、Epworth sleepiness scaleと神経心理学的テストによる注意力の解析を進めていく。
ヘリカルプラズマにおける電場の自律的振動と輸送障壁に関するダイナミクス解析研究

核融合発電には、高温、高密度プラズマ状態が必要であり、閉じ込め性能が高いことが重要である。トロイダルプラズマの中で特に、ヘリカルプラズマにおいて、電場はプラズマ閉じ込めに重要な役割を果たす。その電場の時間発展や空間分布について、実験結果と比較を行った。時間発展においてプラズマダイナミクス物理現象である電場の振動現象を、シミュレーション結果により予測することができた。ヘリカルプラズマにおいて,ヘリカルリップルに関係した新古典輸送により電場の径方向分布が決まる。ヘリカルプラズマで径電場の分岐が起こり,結果として得られた径電場における強いシアによって輸送障壁が形成される。径電場の時間発展においてリミットサイクル現象がヘリカルプラズマにおいて実験観測されている。用いた輸送モデルは密度,電子温度,イオン温度と径電場の時間発展拡散方程式からなる。本研究ではLHDに最適化し,低衝突領域から高衝突領域まで適用出来る新古典拡散係数のデータベースDGN/LHDを用いて,輸送解析を行った。この場合も二つのプラズマ状態の間を振動する径電場のリミットサイクルをシミュレーション結果として示すことができた。電場の周期的な振動現象が起こるパラメータ領域についても調べ,以前の解析結果と比較した。本研究の解析では,電子温度とイオン温度の比が大きいときも,電場の振動現象を得ることができる。この点についてLHDの実験結果と矛盾しない結果を得ることができる。エッジ領域においての密度限界付近での密度振動現象を説明するために,電子温度の時間発展方程式に不純物イオンによる放射損失の項を加えた。輸送モデル方程式に密度発展方程式を新たに含めた。不純物として炭素を選んだ。輸送または放射損失が優位な場合の2つの時間的に定常な状態を示した。放射損失が優位なときは,放射損失はr/a=0.8付近の低温の所で強いピークを持ち,完全にデタッチしたプラズマ状態になる。次に径電場,密度,電子温度とイオン温度の時間発展を解析した時の物理量のダイナミクスを調べた。時間発展の中でr/a=0.8で輸送が優位な状態から放射損失が優位な状態へ遷移が起こる。遷移後,プラズマは定常状態になり放射損失が優位になる。またr/a=0.5では遷移は起こらず,輸送が優位なプラズマ状態が定常になる。磁気核融合装置におけるプラズマ閉じ込めにおいて,乱流輸送は最も重要な研究課題の一つである。プラズマ性能の改善には,プラズマ乱流輸送についてさらなる研究が必要である。ジャイロ運動論方程式を解くGkVコードを用いて,ヘリカルプラズマにおける乱流輸送について,大型ヘリカル装置(LHD)でのイオン温度勾配不安定性(ITG)モードや帯状流について研究する。ITG乱流の場合,イオン熱拡散係数はジャイロボーム熱拡散係数とある関数の積とする。用いる関数はITG成長率,磁気シアパラメータ,帯状流の崩壊時間に依存する。輸送コードで乱流輸送係数にどのモデルを選ぶべきか決めるために,どのモードが不安定化しているか研究する必要がある。最初のステップとして,LHDでの高イオン温度放電におけるITGモードについて研究を行った。帯状流の効果はモデリングの際には取り入れていない。GKVコードによる線形解析より,線形成長率の飽和レベルを調べ,その波数依存性を調べる。そしてイオン乱流輸送係数として混合長概算により,成長率と波数から,その値を決める。その値を大半径のイオン温度勾配長に対する比に比例する形でモデル化する。同時にITGモードが安定なときはその値がゼロになるようにモデル化する。径方向に安全係数,密度,温度が変わる。従って,径方向に比例係数や,ITGが不安定化するイオン温度勾配長を求める。モデル化したイオン乱流輸送係数を用いて,イオン温度のダイナミクスを輸送コードにより解析する。イオンの加熱入力分布は,統合コードから求める。初期条件として,LHDでの高イオン温度放電で定常と考えられるイオン温度分布を用いる。解析の結果,多重解から正の電場を選んだ時に,実験結果と矛盾のない結果が得ることができた。多重解から負の電場を選ぶと,多重解から正の電場を選んだ場合のイオン温度勾配と比べて,大きな違いが見られる。輸送障壁の形成機構はトロイダルプラズマにおいて改善モードを実現するのに重要な課題である。輸送障壁を説明する一つの考え方は径電場の構造形成とそのシアによる乱流抑制である。トロイダルプラズマでは電場分布は閉じ込め特性に強く影響を与える。プラズマエッジでの密度や温度の時間発展に自励振動が現れている。ヘリカルプラズマにおいて,径電場が形成されるときにヘリカルリップルに関係した新古典輸送が優位な役割を果たす。粒子新古典輸送流束と密度,温度勾配との間の非線形関係によって局所的な径方向の点で,しばしば径電場の複数解が得られる。正電場と負電場の時間的な繰り返しの変化がコア領域で起こることが発見されている。コア領域で正電場が観測されているときに,電子内部輸送障壁が観測されている。二つのプラズマ状態の間を振動する径電場のリミットサイクルをシミュレーション結果として示した。ヘリカルプラズマにおいて径電場のリミットサイクル(自励振動)が,粒子,熱流束の条件のもとで,両極性条件によって導かれる電場の複数解により導かれた。

コア領域において粒子,熱流束に関係する密度,温度の自励振動が起こす。この計算結果はヘリカルプラズマでの実験結果に対応するものである。径電場の振動現象には二つの時間スケールがあり,典型的な輸送時間スケールと遷移が起こるときの非常に速い時間スケールである。電場の周期的な振動現象が起こるパラメータ領域についても調べた。ジャイロ運動論方程式を解くGKVコードを用い,大型ヘリカル装置(LHD)でのイオン温度勾配不安定性(ITG)モードや帯状流について研究する。イオン熱拡散係数はジャイロボーム熱拡散係数とある関数の積とする。ある関数はITG成長率の混合長概算,磁気シアパラメータ,帯状流の崩壊時間に依存する。イオンの熱拡散係数について,線形ジャイロ運動論解析から計算される混合長概算と帯状流崩壊時間の関数が簡約化モデルとして導出されている。時間発展を解く輸送コードの中で時間ステップごとに,ジャイロ運動論線形解析を行うことは非常に計算コストがかかる。輸送コードで乱流輸送係数にどのモデルを選ぶべきか決めるために,多くの微視的不安定性からどのモードが不安定化しているか,そしてその乱流レベルを評価する必要がある。最初のステップとして,LHDでの高イオン温度放電(ショットナンバー88343)におけるITGモードについて研究を行った。混合長概算の値を大半径のイオン温度勾配長に対する比に比例する形でモデル化する。径方向に安全係数,密度,温度が変わる。従って,径方向に比例係数や,ITGが不安定化するイオン温度勾配長を求める。また帯状流崩壊時間の径方向依存性を調べる。このとき,磁場配位を時間的に固定する。さらなるモデル化によって,高速に簡約化モデルの値を十分な精度で再現することができた。モデル化したイオン乱流輸送係数を用いて,イオン温度のダイナミクスを輸送コードTASK3Dにより解析する。イオンの加熱入力分布は,TASK3Dから求める。解析の結果,多重解から正の電場を選んだ時に,実験結果と矛盾のない結果が得ることができた。このときの計算コストは,輸送コードの時間ステップごとにジャイロ運動論線形解析を行う場合と比べ,非常に少ない。大型ヘリカル装置(LHD)での高イオン温度放電(#109081)におけるイオン温度勾配(ITG)不安定性について考察した。線形成長率と帯状流崩壊時間の式を線形ジャイロ運動論解析から求めた。ダイナミクスを解析できる輸送コードを使って、モデル化したイオン熱拡散係数を適用し輸送ダイナミクスを考察した。イオン温度分布の初期条件として、LHD高イオン温度放電(#109081)においてt=4.2sでの実験結果を用いた。磁場配位は初期状態で固定している。また,密度、電子温度分布も初期状態で時間的に固定している。イオン温度分布について、拡散方程式を時間発展解析することにより考察した。
多重架橋型有限長カーボンナノチューブ分子のボトムアップ合成

本研究課題は,“多重架橋型および完全な帯状構造を持つ有限長カーボンナノチューブ分子のボトムアップ合成"を目的としている.本研究が達成されることにより,カーボンナノチューブ(以下CNT)の最小要素を作り出すにすぎなかったボトムアップ化学合成という手法を, CNT分子の全合成にまで押し上げることが出来る成果になるものと期待できる.昨年度は,目的の達成のために,新規カーボンナノチューブ分子合成に向けた,新しい芳香族炭化水素パネルの合成を検討した.得られた芳香族炭化水素パネルである,“ヘプタゼトレン"の構造を詳細に解析するために,単結晶を用いたX線構造解析を行い,この分子が大きく歪んでいることを明らかにした.ヘプタゼトレンは,平面上構造を持つという解析結果が報告されており,今回の結果は特異な構造であることが明示された.この結果から,ヘプタゼトレンが筒状分子の基盤としての適用可能性が期待される結果となった.ヘプタゼトレンの筒状分子化については,昨年度から検討を続けており,目的の筒状分子の合成には至っていなかった.本年度はさらなる検討を重ねたところ,目的とする筒状分子の生成を質量分析装置を用いた解析から見出すことができた.さらなる条件検討,ならびに精製条件の検討を行ったが,目的とする筒状分子の単離構造決定には至らなかった.その理由としては,1目的分子の生成量がごく僅かであったこと,2多量化させたことによる不安定化し,目的分子が不安定であったこと,などが考えられる.以上のように,ヘプタゼトレンを用い筒状分子の合成検討を行い,目的物の生成を質量分析により確認することができたが,単離精製には至らなかった.さらなる検討が必要ではあるものの,本研究の成果は,ヘプタゼトレンなどの拡張π芳香族炭化水素分子を基盤とする筒状分子の構築に,知見を与えるものであると考えられる.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。本研究課題は,“多重架橋型および完全な帯状構造を持つ有限長カーボンナノチューブ分子のボトムアップ合成"を目的としている.この成果は,カーボンナノチューブ(以下,CNT)の最小要素を作り出すにすぎなかったボトムアップ化学合成を,CNT分子の全合成にまで押し上げることが出来ると考えている.この目的の達成のために,本年度は,新規カーボンナノチューブ分子合成に向けた,新たな構築ユニットの合成を検討した.新たな構築ユニットの選定にあたっては,1大量合成が可能であること,2多重架橋型有限長カーボンナノチューブ分子の構築に向けた置換基導入が容易であることを重視した.この新しい構築ユニットは,短期留学期間中に共同研究者とともに確立した新たな合成法を用いた新規芳香族化合物である.現在までに,いずれの段階も中&#12316;高収率での合成経路の設計に成功し,また構築ユニットのグラムスケールでの合成に成功している.グラムスケールでの合成経路の確立は,共同研究者らにより先に報告されている類縁体の合成報告でも行われておらず,効率的な経路が設計できたものと考えている.この新規芳香族化合物を用いたカーボンナノチューブ分子の構築には,所属研究室で報告している,塩化白金錯体を用いた白金四核錯体の合成,続く還元的脱離反応による方法を試みた.初期検討結果から,白金四核錯体の形成が質量分析測定の結果からは観測されたものの,還元的脱離後には目的分子に由来する分子イオンピークは観測されず,大環状化が起こらなかった直鎖状オリゴマーのみが観測された.その後,白金四核錯体の形成段階についてと還元的脱離反応において,種々の検討を行ったが,目的とする大環状化合物を得ることは出来なかった.今後は,さらなる合成条件を検討するとともに新たな構築ユニットの合成も含めて,検討を行っていく予定である.今年度は,目的とする多重架橋型のカーボンナノチューブ分子の構築に向けた,新たな構築ユニットの合成することが出来た.目的とする,帯状構造の構築に,時間を要したが現在のところ単離するに至っていない.そのため,当初の予定よりも研究の進捗はやや遅れていると考えている.本研究課題は,“多重架橋型および完全な帯状構造を持つ有限長カーボンナノチューブ分子のボトムアップ合成"を目的としている.本研究が達成されることにより,カーボンナノチューブ(以下CNT)の最小要素を作り出すにすぎなかったボトムアップ化学合成という手法を, CNT分子の全合成にまで押し上げることが出来る成果になるものと期待できる.昨年度は,目的の達成のために,新規カーボンナノチューブ分子合成に向けた,新しい芳香族炭化水素パネルの合成を検討した.得られた芳香族炭化水素パネルである,“ヘプタゼトレン"の構造を詳細に解析するために,単結晶を用いたX線構造解析を行い,この分子が大きく歪んでいることを明らかにした.ヘプタゼトレンは,平面上構造を持つという解析結果が報告されており,今回の結果は特異な構造であることが明示された.この結果から,ヘプタゼトレンが筒状分子の基盤としての適用可能性が期待される結果となった.ヘプタゼトレンの筒状分子化については,昨年度から検討を続けており,目的の筒状分子の合成には至っていなかった.本年度はさらなる検討を重ねたところ,目的とする筒状分子の生成を質量分析装置を用いた解析から見出すことができた.さらなる条件検討,ならびに精製条件の検討を行ったが,目的とする筒状分子の単離構造決定には至らなかった.

その理由としては,1目的分子の生成量がごく僅かであったこと,2多量化させたことによる不安定化し,目的分子が不安定であったこと,などが考えられる.以上のように,ヘプタゼトレンを用い筒状分子の合成検討を行い,目的物の生成を質量分析により確認することができたが,単離精製には至らなかった.さらなる検討が必要ではあるものの,本研究の成果は,ヘプタゼトレンなどの拡張π芳香族炭化水素分子を基盤とする筒状分子の構築に,知見を与えるものであると考えられる.今後は,帯状構造構築時の反応条件の検討を続ける.また,新たな構築ユニットの設計および合成も同時に検討を行い,本研究課題の目的を達成したいと考えている.28年度が最終年度であるため、記入しない。28年度が最終年度であるため、記入しない。
アルコキシドを配位子とする新規二価ランタノイド錯体の合成、構造および反応性

本年度は主にアルコキシドのランタニド二価錯体の合成、ならびにケトン類との反応を検討した。二価のヨウ化サマリウムあるいはイッテリビウムとリチウムアミドの反応により二価ランタニドのアミド錯体を得、これにフェノール誘導体を加えることにより(ArO)_2Ln(THF)_2錯体合成に成功しHMPA配位体についてX-線解析により構造を明らかにした。これら錯体の溶液にベンゾフェノンを加えるとまず暗紫色を呈するが、ゆっくりと無色の結晶が析出する。Ybの場合につきこの錯体の結晶構造を明らかにした。最初観測された色をもつケチル中間体が溶媒から水素を引き抜いた後不均化したと思われる(Pn_2CHO)_2(ArO)Yb(HMPA)_2錯体であることが解った。ベンゾフェノンの代りにフルオレノンを用いると、共鳴効果によるラジカルの反応性低下のため水素引き抜きは起こらず、対応するケチルラジカル錯体(ArO)_2(kety1)Ln(THF)_3(Ln=Sm,Yb)を高収率で得ることができ、X線による単結晶構造解析を行うことができた。ケチルラジカルはケトンを用いる有機合成における重要な中間体として古くから存在が推定されていたが、結晶として構造が確認できた初めての例である。このケチル錯体に配位したTHF溶媒は配位力が弱く、結晶をヘキサン/エーテル中に溶かすとエーテル一分子の配位に変わる。同時にケチルラジカルの分子間カップリングが起こり、結果的にサマリウムのピナコラート錯体が得られ、単結晶構造解析で確認できた。このピナコラート錯体をTEFに溶かすと炭素一炭素結合の切断が起こりケチル錯体が定量的に再生することも確認した。
Si系LSI内広帯域配線層の為のInP系メンブレン光・電子デバイス

将来の集積回路の高速化および高機能化のボトルネックとなると考えられる金属配線での遅延および電力消費を低減するために、LSIチップ上ならびにLSIチップ間を広帯域・低消費電力で信号伝送するためのInP系メンブレン光・電子デバイスの研究を行った。低消費電力光デバイスとして独自に考案したメンブレン半導体レーザおよび光検出器の電流駆動動作を実現すると共に、チップ間高速信号伝送に向けたテラヘルツ素子を実現することに成功した。Si系LSIのCMOS微細化による高速化は、グローバル配線層の信号遅延の影響による性能限界を顕著にしつつあり、その解決策として光回路の導入を検討する。グローバル配線のための光回路としては超低消費電力動作が必要であり、それを達成するデバイス構成として薄膜InP系材料を低屈折率で挟みこんだメンブレン構造を利用し、光デバイス、電子デバイス、チップ間伝送用テラヘルツデバイスを実現する。具体的に光デバイスでは、メンブレン化により活性層への光閉じ込めを向上し、DFB構造による高結合により0.1mA以下のしきい値動作で高速動作を目指す。また、フォトディテクタ、メンブレン導波路についても実現する。電子デバイスとしては、n-MOSトランシスタ駆動能力の限界打破できる可能性を併せ持つ素子としての絶縁ゲート型ホットエレクトロントランジスタを形成し、さらにメンブレン電子デバイス化を行う。また変調時に必要な高耐圧高速素子としてInP系ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)をメンブレン電子デバイスとして形成する。LSIチップ間で短距離大容量の無線伝送を行うため、共鳴トンネルダイオードと微細アンテナを半導体基板上に集積したテラヘルツ帯の発振素子を作製し、室温において1THz以上の基本波発振、および、チップ間伝送に必要不可欠な水平方向放射や光信号をテラヘルツ信号に変換するために必要な発振素子とその集積構造の確立を目指す。また、発振線幅や雑音特性などの発振スペクトル特性を明らかにする。また、これらのデバイスの集積化技術を検討し、光信号からテラヘルツ信号へのシームレスな信号変換技術を提案・実現する。光デバイスにおいてSi上に貼り合わせで形成したInP系デバイスヘの電流注入とその動作に関して主に研究を行い、まだ完全な薄膜構造ではないが上側クラッドだけをInP半導体とし、下側クラッドを直接貼り合わせ法によるSOI基板としたハイブリット型GaInAsP活性層分離型DFBレーザを作製し、世界初となる、DFBモードレーザ発振を実現した。また、Si微細導波路の低損失化に関して、電子ビーム描画による高露光強度線露光法の導入により4dB/cm以下と、世界最高レベルに近い損失レベルを実現した。メンブレン電子デバイスにおいて、薄膜化した際にその両面からの精密な加工を行うことを目的に、半導体基板上の薄膜に電子ビーム露光により金属パターンを形成した後で、BCB薄膜で平坦化した後にメンブレン化を行い、裏面から再度電子ビーム露光をおこなった結果、測定された位置合わせ誤差は1OOnm程度であった。HBTにおいては最小幅200nm/最大幅2μmの異なる5つのエミッタ幅をもつベース厚さ15nm/コレクタ厚さ75nmのデバイスについて高周波特性を行い、最高遮断周波数が電流密度1MA/cm^2程度で得られることを確認した。絶縁ゲートホットエレクトロントランジスタにおいては、三次元的な容量を考慮に入れても、遮断周波数2THz以上が得られることが明らかになった。テラヘルツ発振素子に関しては、共鳴トンネルダイオードと平面微細アンテナを集積した発振素子について、チップ間信号伝送のための水平放射および高周波化・高出力化を達成するために必要な素子構造の研究を行った。基板上に共鳴トンネルダイオードと共振器・スロット伝送路・平面ホーンアンテナを集積した発振回路を考案・作製し、455GHzにおいて6μWの発振出力を得た。平面集積型のテラヘルツ発振素子における水平放射はこの素子が初めてである。光デバイスにおいては、厚さ数百nmのメンブレン半導体レーザへの電流注入機構の実現を目的として、5層量子井戸層を有する活性層を2μm以下のストライプ状に残した後、その両側をn形およびp形の半導体で埋め込む横注入構造レーザを半絶縁性InP基板上に形成し、ファブリ・ペロー共振器レーザにおいて低電流室温連続動作を達成した。また、活性層を細線状加工したDFBレーザの室温発振も実現し、極低電流動作可能なメンブレン半導体レーザ実証に大きな進展を与える成果を得た。電子デバイスについては、微細エミッタを持つInP系ヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、もっとも大きな遮断周波数としては468GHzを確認した。この構造をメンブレン化するためには、微細エミッタ構造を加工した後でメンブレン層を貼り合わせることが有効だが、そこで生じるフラットネスの劣化を抑制するために、周期的に溝をいれた構造を導入し、その効果を確認した。また、絶縁ゲートホットエレクトロントランジスタでは、酸化膜ゲートを導入することで400mA/mm、300mS/mmの電流駆動能力と今までの数倍の能力が得られた。

テラヘルツデバイスにおいては、共鳴トンネルダイオードの高密度化のためにトンネル障壁層の極薄化とエミッタ層への高濃度ドーピングを行い、ピーク電流密度18mA/平方ミクロンと、この素子では最高の値を達成し、これを用いてスロットアンテナを集積した発振素子により、半導体電子デバイスでは最高周波数の831GHzの基本波発振を室温で達成した。1.5μm波長の光信号をInGaAs中でテラヘルツ波信号に変換する光子混合の理論解析および基礎実験を行い、196GHzの電磁波を用いてその基本的動作を実証した。光デバイスについて、電流注入型のメンブレン半導体レーザの実現に向け、半絶縁基板上に結晶再成長技術を使って膜厚400nmの薄膜横接合型注入層と活性層を形成した。その結果、しきい値電流値11mA、外部微分効率33%での室温連続発振を実現した。また、同様の構造を利用した導波路型フォトディテクタにおいて、7GHzまでの小信号帯域を確認し、10Gbvsまでのアイパターン開口を観測した。これらと接合するパッシブ素子として、将来の波長多重化を見据えた波長温度無依存リングフィルタをBCB埋め込み型シリコンスロット導波路により実現し、ピーク波長温度依存性が-0.6pm/Kと低い値を観測した。テラヘルツデバイスについては、極薄バリアと傾斜エミッタにより電子走行時間を短縮した共鳴トンネルダイオード(RTD)を用いて、昨年度得られた室温電子デバイスの最高値を更新する951GHzの基本波発振を達成した。また、メンブレン型水平放射素子の作製プロセスを確立し、405GHzで出力60マイクロWの単峰水平放射を得るとともに、線幅や雑音の測定に必要なRTDの発振出力の高調波へテロダイン検出に成功した。電子デバイスについては、シリコン基板上にヘテロ接合バイポーラトランジスタをメンブレン化して形成し、静特性を測定した。電流利得などにおいて、InP基板上のままのものに較べ差異は見られなかった。また、絶縁ゲートホットエレクトロントランジスタでは、チャネル幅15nm,チャネル長60nmの素子の動作を可能にし、アルミナゲート絶縁膜導入も併せて、1.1A/mm、0.53S/mmの電流駆動能力が得られた。極低しきい値メンブレン半導体レーザ実現のための横電流注入構造半導体レーザの特性向上を図り、上部にアモルファスシリコンによる回折格子を形成することによって、7mAまでしきい値を低減した。また、実際にメンブレンDFBレーザを作製し、20mA程度のしきい値での室温パルス動作を達成した。予想よりもまだ高いしきい値の原因として、散乱損失が考えられ、これを解決するためにBCB貼付プロセスを再検討し、GaInAsP細線導波路において、グローバル配線層として十分な長さである数mm以上の距離でこれまでで最小損失となる伝搬損失17cB/cmを達成した。メンブレン電子デバイスとして、エミッタ電極とコレクタ電極を同じ340nm幅で形成したヘテロ接合バイポーラトランジスタをシリコン基板上に作製し、遮断周波数500GHzが測定された。また裏面電極を有するInGaAsMOSFETをシリコン基板上に作製し、ドレイン電流880mA/mmと伝達コンダクタンス450mS/mmを確認した。
確率ハイブリッドシステムの制御とシステムバイオロジーへの展開

本研究課題では,確率ハイブリッドシステムの最適制御および離散抽象化,確率ブーリアンネットワークの制御に取り組んだ.主な成果として,確率ハイブリッドシステムの確率的拘束付き最適制御問題の解法,および有限時間区間における離散抽象化の手順を提案した.また,バイオシステムへの応用についても計算機実験により検討した.さらに,確率ブーリアンネットワークに対しては,複数薬剤の効果を考慮した制御手法や確率的モデル検査に基づく検証に関して新しい手法を提案した.本年度は当初の計画通り,確率ハイブリッドシステムの離散抽象化に関する研究に取り組んだ.ハイブリッドシステムとは,微分/差分方程式に代表される連続ダイナミクス,有限オートマトンに代表される離散ダイナミクスが混在した動的システムのクラスである.本研究では,離散ダイナミクスに確率的振る舞い(機械の正常/故障など)を付加したシステムを,確率ハイブリッドシステムとして扱っている.確率ハイブリッドシステムでは,解析や制御の計算が困難な場合が多いことから,離散抽象化の研究に取り組んだ.離散抽象化とは,システムの状態空間を有限個の集合に分割し,これらの集合間の遷移によって,システムの振る舞いを表現する方法である.元のシステムの振る舞いを何らかの意味で保存する離散抽象化モデルを用いることで,解析や制御の計算は容易になる.しかしながら,従来の双模倣に基づく離散抽象化手法では,計算手続きの停止性が保証されていない.そこで,指定した有限時間区間のみの振る舞いを考える有界双模倣の概念を提案した.有限時間区間のみを考えることから,計算手続きの停止性を保証することができる.本研究では,有界双模倣に基づく離散抽象化手法の計算手順を導出し,数値実験による有効性の検証を行った.さらに,遺伝子トグルスイッチの解析への応用も検討した.遺伝子トグルスイッチとは,電気回路におけるトグルスイッチを生体内現象で再現した人工遺伝子回路の一種である.タンパク質の濃度に応じてスイッチングすることから,ON/OFFのしきい値を設計することは重要である.本研究では,離散抽象化を用いて,指定したON,OFFのパターンが実現できるかどうかを検証した.平成25年度は当初の計画通り,ブーリアンネットワークに基づく遺伝子ネットワークの制御に関する研究に取り組んだ.ブーリアンネットワークとは,遺伝子の発現量を0-1変数(ON/OFF)で表現し,その時間変化をブール関数で表現した数学モデルである.まず,複数の薬剤の効果を考慮した制御手法の開発に取り組んだ.薬剤を投与すると,細胞は一定時間,影響を受ける.しかしながら,影響を与える時間は薬剤により異なる.また,薬剤が想定通りに影響するかどうかは確率的である.この点を考慮した新たな制御手法を提案した.次に,文脈依存確率ブーリアンネットワークに対する解析・制御手法の開発に取り組んだ.文脈依存確率ブーリアンネットワークは遺伝子ネットワークに含まれるノイズを考慮した数学モデルである.ここでは,最適制御問題と検証問題を取り上げた.最適制御問題は多項式最適化問題に帰着させた.検証問題については,確率的モデル検査を利用した手法を提案した.最後に,ブーリアンネットワークのアトラクターに着目した設計法を提案した.アトラクターとはブーリアンネットワークの定常状態のことであり,細胞の種類に対応している.したがって,指定したアトラクターをもつブーリアンネットワークを設計する問題は合成生物学やシステム生物学において重要となる.本研究では,望ましいアトラクターをもち,かつ望ましくないアトラクターをもたないブーリアンネットワークを求める手法を提案した.研究期間全体を通じた研究成果について述べる.得られた成果は,(1)確率切替システムのモデリング,(2)確率ハイブリッドシステムの確率的拘束付き最適制御,(3)確率ハイブリッドシステムの離散抽象化,(4)ブーリアンネットワークに基づく遺伝子ネットワークの制御である.いずれの成果も基礎理論として重要であり,当初の目的を達成したと考えられる.本研究課題では,確率ハイブリッドシステムの最適制御および離散抽象化,確率ブーリアンネットワークの制御に取り組んだ.主な成果として,確率ハイブリッドシステムの確率的拘束付き最適制御問題の解法,および有限時間区間における離散抽象化の手順を提案した.また,バイオシステムへの応用についても計算機実験により検討した.さらに,確率ブーリアンネットワークに対しては,複数薬剤の効果を考慮した制御手法や確率的モデル検査に基づく検証に関して新しい手法を提案した.本年度は,基礎的な理論研究として,(1)確率切替システムのモデリング,(2)確率ハイブリッドシステムの確率的拘束付き最適制御に取り組んだ.以下,それぞれの項目を説明する.(1)確率切替システムのモデリング:確率切替システムとは,マルコフ連鎖に従ってダイナミクスが切り替わるシステムであり,確率ハイブリッドシステムのサブクラスである.バイオシステムやネットワーク化制御など幅広い応用が可能である.本研究では,不確かさを含む確率切替システムを混合論理動的システムで表現する方法を提案した.まず,状態の期待値の再帰的な表現を提案した.既存手法では,制御入力を含まない自律系のみを議論していたが,本研究では制御入力を含む場合の一般的な結果を導出した.さらに,再帰的な表現を基に,混合論理動的システムで表現する方法を導出した.また,ネットワーク化制御への応用も数値例を用いて議論し,提案手法の有用性を示した.(2)確率ハイブリッドシステムの確率的拘束付き最適制御:確率的拘束(例えば,拘束を満足する確率が90%以上)を満足する最適制御入力を計算する方法を提案した.具体的には,危険状態の領域を定義し,その領域に到達する確率をある値以下にする制御入力を列挙する方法を提案した.この方法は,部分的な離散抽象化を行っていることに相当することから,一般の離散抽象化の基礎になると考えられる.また,列挙された制御入力は線形不等式として表現できることから,最適制御問題に容易に組み込むことが可能である.

さらに,本研究では数値例により有効性を示した.本年度は当初の計画通り,確率ハイブリッドシステムの離散抽象化に関する研究に取り組んでおり,計画通りに進展していると考えられる.確率ハイブリッドシステムの離散抽象化は,確率ハイブリッドシステムの理論を実用化する際の課題を解決する重要な手法であり,本研究課題の目的達成に大きく寄与している.今年度取り組んだ確率切替システムのモデリングは,確率ハイブリッドシステムのモデリングの基礎である.したがって,研究目的を達成するために重要な基礎となっている.また,同様に,今年度取り組んだ確率的拘束付き最適制御の計算方法は,離散抽象化の基礎となっており,やはり研究目的の達成に必要不可欠な結果である.以上から,計画通りに進展していると考えられる.確率ハイブリッドシステムは様々な応用が期待されることから,幅広い分野の研究会に参加し,広い視点をもって研究を推進していく.例えば,制御工学だけでなく,バイオインフォマティクスや計算機科学などの研究会への参加を検討していく.さらに,書籍を購入し,関連分野の基礎的内容を把握することにも努めたい.国内の研究会に積極的に参加・発表することで,多くの研究者から意見をいただけることが期待できる.また,自分の分野にとらわれず,幅広い分野の研究会に参加していくことで,広い視点をもって研究を推進していく.また,国際会議にも積極的な参加・発表することを検討していく.最新の研究動向を把握するためには,国際会議への参加は必要不可欠である.海外の研究者との交流を深めることは,研究を推進していく上で,非常に重要である.さらに,制御工学や最適化に関する書籍を購入し,基礎的内容を把握することにも努めていく.国際会議および国内の研究会に参加するための旅費,および書籍の購入を考えている.また,学術論文の別刷代として使用することも考えている.具体的には,以下の使用計画を考えている.・国内の研究会の旅費および参加費:56回を考えている.電子情報通信学会システム数理と応用研究会,計測自動制御学会離散事象システム研究会,システム制御情報学会研究発表講演会などの研究会への参加を検討している.・国際会議の旅費および参加費:12回を考えている.IEEE関係の国際会議への参加を検討している.・書籍の購入:56冊を考えている.計算機科学や生物学の書籍の購入を検討している.・学術論文の別刷台:23編を考えている.投稿先は検討中である.以下の使用計画を考えている.・国内の研究会の旅費および参加費:56回を考えている.電子情報通信学会システム
毒性試験用揮発性有機化学物質(VOCs)吸入曝露装置制御システムの開発

毒性試験用揮発性有機化学物質吸入暴露装置制御システムの制御PCとして汎用機を用い、これに組み込まれるソフトウェアにより、曝露実験装置内のEFIの噴射を制御、目的ガス濃度を精製、制御することが可能となった。ソフトウェアは、汎用OS(Windows NT4.0)上で安定に動作することが確認された。EFI(電子燃料噴射弁)の応用による、安定した曝露の実現。ヘキサン、トルエン一回曝露に場合の時間加重平均値は目標値から2%以内の変動であったが、10ppmヘキサンの場合は6%の変動であった。ヘキサン、トルエン長期曝露においては、4%の変動であった。二種類の溶剤の混合曝露においても十分な曝露濃度精度が得られた。ガスクロマトグラフにカラムを装着することにより、混合ガスを分離し、ガス成分の正確な濃度を常時監視することが可能となった。ネットワークにより、施設外からの常時監視、制御が可能となった。無停電装置を導入し、停電時の制御PCなどの故障を防ぐことが可能となった。ラットを用いた1-ブロモプロパン7日曝露実験、12週間曝露実験を実際に行い、曝露装置の安定性を確認した。ウィスター系ラット9匹ずつの3群に対して有機溶剤1-ブロモプロパンを200ppm、400ppm、800ppm、一日8時間曝露し7日間または12週間の曝露を行い、動物存在下での曝露濃度の安定性を調べた。曝露濃度の実測値は、7日間で196±11、395±8、798±16ppm(Mean±SD)であり、12週間では、208±15、412±24、821±38ppm(Mean±SD)であった。この結果より長期曝露における濃度の安定性が確認された。1.システム設計まず試作機を製作し、自動車用電子制御弁(EFI)を用いた噴射装置とフィードバック機構つき制御装置を組み合わせる方法により、正確な濃度でガスを発生させうることを検証するべく基礎データの取得をおこなった。その結果、上記方法により、求める精度でのガス発生が原理的に可能との確証を得たため、システム全体の設計を行なった。2.ハードウェア開発曝露用チャンバーは4個とし、各チャンバーにつき最大12匹のラットを曝露できるだけの容量を確保した。メンテナンス性を容易にするため、屎尿は水洗式で洗浄できる設計とした。チャンバーの形状やガスの流入口に工夫を凝らし整流板を置くことで、チャンバー内のガス濃度のばらつきを最小限にすることができた。各チャンバーには温度計、風量計を設置した。噴射装置駆動回路は2系統用意し、同時に2剤の混合曝露を可能とした。取得した風量等のデータに基づき、コンピュータがEFIからの溶剤の噴射周期、噴射時間を計算し正確な濃度のガスを作成するとともに、ガスをサンプリングしてガスクロマトグラフィ装置により濃度を測定、フィードバック機構を用いて濃度を一定に保つようにした。カラムを用いることで混合曝露時にもそれぞれのガス濃度を測定、データとして取得できるようにした。装置を制御するためのコンピュータと噴射装置・データロガーを接続するインターフェースボードの製作を行なった。曝露実験室にネットワーク配線工事を行ない、実際ネットワークにうまくつながることを確認した。停電時に備え非常用安定化電源を設置した。遠隔操作用コンピュータを研究室に設置した。3.ソフトウェア開発OSはWindows NTを用い、安定した動作を保証できるよう配慮した。装置を制御する基本的な部分のプログラミングはほぼ終了した。

ヘキサン、トルエン一回曝露に場合の時間加重平均値は目標値から2%以内の変動であったが、10ppmヘキサンの場合は6%の変動であった。ヘキサン、トルエン長期曝露においては、4%の変動であった。二種類の溶剤の混合曝露においても十分な曝露濃度精度が得られた。ガスクロマトグラフにカラムを装着することにより、混合ガスを分離し、ガス成分の正確な濃度を常時監視することが可能となった。ネットワークにより、施設外からの常時監視、制御が可能となった。さらに無停電装置を導入し、停電時の制御PCなどの故障を防ぐことが可能となった。ラットを用いた1-ブロモプロパン7日曝露実験、12週間曝露実験を実際に行い、曝露装置の安定性を確認した。ウィスター系ラット9匹ずつの3群に対して有機溶剤1-ブロモプロパンを200ppm、400ppm、800ppm、一日8時間曝露し7日間または12週間の曝露を行い、動物存在下での曝露濃度の安定性を調べた。曝露濃度の実測値は、7日間で196±11、395±8、798±16ppm(Mean±SD)であり、12週間では、208±15、412±24、821±38ppm(Mean±SD)であった。この結果より長期曝露における濃度の安定性が確認された。さらに、換気量、糞便洗浄装置、自動給水装置の働きについても調べた。チャンバー内の空気の換気回数は1時間に6回とし、動物飼育として望ましい環境を実現した。
水素終端シリコン表面における低温ヘテロエピキタシ-

我々は、既に水素で終端されたシリコン表面上では、金属薄膜のエピキタシ-が大きく影響される現象を見出し報告してきたが、本科学研究費補助金の助成によって、そのメカニズムの解明を目的とし、原子スケールのミクロな尺度での観察を進めた。その結果、以下のような新しい事実が得られた。(1)エピキタシ-に与える基盤温度の影響を調べるため、吸着水素に及ぼす基盤温度の影響をイオンビーム法で測定した。その結果、低温(77K)では水素終端して表面が不活性になるというよりはむしろ水素と反応して破壊されていることがわかった。(2)金属薄膜のうち、AgやPbやInなど、シリコン表面上に直接薄膜を形成したときに2次元的構造をとるものは、水素の終端によって3次元的な金属固有のクラスターが形成されることがわかった。(3)水素の終端によって3次元的な金属薄膜のクラスターが形成されたとき、一部の露出したシリコン表面は、2次元超構造を形成した時のシリコン原子の変位に応じて、1次元鎖状構造、2次元平面構造などを形成することがわかった。これらの結果は、水素終端表面における低温ヘテロエピキタシ-のメカニズムの解明の鍵となるものである。我々は、既に水素で終端されたシリコン表面上では、金属薄膜のエピタキシ-が大きく影響される現象を見出したが、本研究ではそのメカニズムの解明を目的として、原子スケールのミクロな尺度での観察を進める計画である。そのため、本年度は以下の研究計画を実施した。(1)エピタキシ-に与える基板温度の影響を調べるため、まず水素吸着に及ぼす基板温度の影響をイオンビーム法(ERDA)で観測した。その結果、低温(77K)では飽和水素吸着量が室温に比べて大幅に増加することを見出した。この結果はシリコンハイドライド形成が促進されることを示唆する。(2)上記のイオンビーム実験と並行して、これと両立可能なSTM装置の整備を行った。これまで既に実施してきたSTM実験の結果と合わせて、水素終端表面における金属薄膜の形成初期過程および水素誘起クラスター形成過程に関して、多くの興味ある結果を得た。すなわち、Si(111)表面上のAg単原子層吸着構造であるSi(111)-√<3>x√<3>-Ag表面に原子状水素を吸着させると、315ナノメートルの大きさの6角形のクラスターが形成されること、および、それらのクラスターの平均高さは3.1原子層であることなどである。(3)原子状水素の他に、極めて微量の酸素も上記の現象に関与する可能性は完全には否定できない。そこで、あらゆる手法の中で酸素に対して最も感度の良いとされるESDS法を用いて、微量酸素の検出についても研究を進めほぼ予定通りの進展があった。(1)実空間で局所的な情報を得ることができるSTMを用いて、水素終端表面における金属薄膜の形成初期過程および水素誘起クラスター形成過程に関して、多くの興味ある結果を得た。すなわち、Si(lll)表面上に水素を飽和吸着させた表面上にAgを蒸着させると、温度によって大きさの異なったAg(lll)のクラスターができること。そして、それは水素を飽和吸着させていない表面とは異なった結果になることである。このことから、Si洗浄表面上におけるAg原子の拡散と、水素終端表面上におけるAg原子の拡散に大きな違いがあることがわかり、メカニズムの解明の第1歩となりうるものである。金属をInに変えて、同様の実験を行った。(2)原子状水素の他に、極めて微量の酸素も上記の現象に関与する可能性は完全には否定できない。そこで、あらゆる手法の中で酸素に対して最も感度の良いとされるESD法を用いて、微量酸素の検出についても研究を進め、ほぼ予定通りの進展があった。