hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ジカチオシ性二鎖型LB膜の作製とその吸着特性

本研究は「ジカチオン性二鎖型LB膜の作製とその吸着特性」を中心に系統的に行われたものである。以上研究費補助期間中に得られた結果を以下に要約する。モノジカチオン性アルキルアンモニウム塩(SAC,DAC,DSACとTSAC),ジカチオン性アルキルアンモニウム塩(XSAC)および第1級アルキルアミン(ODA)の膜形成能について検討した。これらの物質のうちで、二つあるいは三つアルキル基を持つDSAC,TSACおよびXSACは安定な単分子膜を形成することが明らかにされた。また、ODAはpH10以上で安定な単分子膜を形成することが分った。一方、MOやNO水溶液上でのπ-A等温線の測定から、TSAC,XSACおよびODAの単分子膜は下層水中のNOやMOイオンと強く相互作用することがわかった。作製されたTSAC,XSACおよびODAのLB膜はカチオン性の性質を保持しており、NOやMOなどの色素イオンに対して高い吸着特性を示した。これらの吸着挙動はLB膜中の炭化水素鎖の充填状態やpHによって影響することが分かった。また、これらの色素の吸着は静電的な相互作用によって化学量論的に起ることもわかった。さらに、カチオン性LB膜中のNOやMOの吸着状態には差異があることが明らかになった。すなわち、MO分子は膜表面に対してほぼ垂直な配置を取り、一方NO分子はLB膜表面に横たわった配置を取る。これはMOとNOの分子構造の違いに起因するものと考えられる。この研究で得られた分子配置についての情報はカチオン性LB膜へのいろいろな吸着質の吸着挙動を理解するのに役立つことが期待される。その結果、このXSAC LB膜はMOやNOなどの色素イオンとイオン間相互作用により強い吸着特性を示すことが明らかになった。また、X線回折の結果から、このXSAC LB膜はY型で、LB膜中の炭化水素鎖は指組み構造をしており、色素イオンの吸着によって二分子層の厚さが広がることもわかった。LB膜中のMO分子の長軸は膜の法線方向から約3238°傾いて、アンモニウムイオンの付近の空間にエッジオン構造で吸着しているが一方、NO分子の長軸は膜の法線方向から約7079°傾いて、XSACの極性基部分に横たわって、吸着していることも分かった。これらのことから、XSAC LB膜への色素の吸着状態に著しい違いがあることが明らかになった。さらに、これらの色素吸着XSAC LB膜においてXSACに対する色素の吸着比を求めたところ、XSAC:MO=1.0:2.12.5,XSAC:NO=1.0:071.1で、吸着が化学量論的に起こっていることも明らかになった。著者はジカチオン性の二鎖型界面活性剤、N、N'-ω-p-xylene-bis-[stearyldimethylammoniumchloride](XSAC)のLB膜への染料分子、α-ナフトールオレンジ(NO)及びメチルオレンジ(MO)の吸着特性とその吸着状態、特に炭化水素鎖および染料分子の配向について検討し、NOとMOの吸着状態に顕著な差異があることを明らかにしてきた。そこで、このXSACLB膜以外に比較的パッキング状態が密なオクタデシルアミンのLB膜への染料分子の吸着挙動を調べ、XSAC場合と比較検討した。まず、純水上及び染料水溶液上でのODA単分子膜の挙動を明らかにするためにπ-A曲線を測定した結果、下層液へのMOの添加やpH変化によってπ-A曲線が大きく影響を受けた。pH10以上で安定な固体凝縮状態のODA単分子膜が形成され、固体基板上に規則正しく多層累積することができた。ODALB膜はMO分子に対して高い吸着特性を示した。ODALB

膜上へのMOの吸着は、長鎖アルキルアンモニウム塩LB膜への吸着と同様の挙動を示したが、吸着速度は長鎖アルキルアンモニウム塩LB膜に比べて遅く、2時間後に吸着平衡に達した。また、ODALB膜の吸着特性はpH依存性も示した。ODALB膜に吸着したMOは分子の長軸を膜の法線から32.5°傾けた配向をしていた。一方、ODALB膜中の炭化水素鎖はほぼ膜面に対して垂直で、その配向角はMOの吸着によって7.9°増大した。X線回折の結果、ODALB膜の2分子層の膜厚はMOの吸着によって著しく減少し、膜内で炭化水素鎖が指組み構造をとっていることが分かった。LB膜中でのODAとMO分子との吸着比を求めたところ、ODA:MO=1.0:0.54であった。さらに、水晶振動子マイクロバランスによる吸着量自動測定装置を用いて、LB膜へのMOの吸着量を測定した結果、吸着量は経過時間とともに増加し、約2時間後に吸着平衡に達し、分光学的に求めた結果と極めて良い一致を示した。著者はこれまでに、吸着質にメチルオレンジ(MO)やα-ナフトールオレンジ(NO)等のアゾ色素を用いてオクタデシルアミン(ODA)の色素吸着LB膜を作製し、その吸着特性、分子配向および膜構造の変化について検討を行ってきた。99年度はさらにMOおよびNOの吸着によるLB膜の表面構造の変化をAFMによって観察すると共に、吸着量の変化をQCMから直接求め、色素の吸着過程を調べた。まず、作製したODA LB膜への色素分子の吸着実験をQCM法によって行った。ODA LB膜(5層累積膜)にNOを吸着させたときのQCMの振動数変化(NOの吸着量に対応)を膜の浸漬時間に対してプロットするとLB膜をNO水溶液に浸漬した直後からNOが急激に吸着するるが、時間とともに吸着速度は減少し、約2時間後に吸着平衡に達した。このことから、ODA LB膜はNOに対して高い吸着性をもつが、一方で吸着速度は長鎖アルキルアンモニウム塩のLB膜に比べるとかなり遅いことがわかった。これらの結果は、UV-visスペクトルの吸収強度から観察された傾向と一致している。次に、シリコン基板上に累積したODA LB膜の表面構造をAFMによって観察した。吸着前のODA LB膜(単分子膜および5層累積膜)はほぼ平滑な表面をもっており、良好な層状構造の存在が示唆された。一方、MO吸着ODA LB膜(単分子層)のAFMイメージからMOが吸着することによって一部の島状の隆起が生じた。これは、色素吸着によって分子占有面積が増大したためと考えられる。このことは、水面上の単分子膜のπ-A曲線において、極限分子占有面積がMOの吸着によってほぼ2.5倍に増加したこととも対応する。平成12年度の実験ではODA LB膜への色素分子の吸着過程および吸着状態をさらに明らかにするため、色素吸着前後のLB膜の表面を原子間力顕微鏡を用いて、形態学的に観察した。まず、平滑なシリコン基板上に1層5層のLB膜を作製し、そのLB表面およびMOやNO水溶液に一定時間浸漬後のLB膜表面を観察し、吸着前後の表面の違いを比較検討した。その結果、吸着前後で大きな差異が見られた。すなわち、ODA LB膜は吸着前はほぼ平滑な表面で層状構造が確認されたが吸着後は一部島状構造も観察された。これは色素吸着によって分子間距離が増大したためと考えられる。
膵胆管合流異常の症状発現機序に基づく新治療法の開発

過去の研究により,膵胆管合流異常の症状はlithostathine蛋白栓による膵胆管の閉塞により生じることが明らかとなった。本研究では,発症時に蛋白栓の閉塞を内視鏡的に解除する臨床応用と,蛋白栓を溶解する基礎実験を実施した。臨床応用は内視鏡的胆管ステントチューブ留置を10名に実施し,速やかな症状改善をみた。体外に出ない点で小児に有用であった。基礎実験で,蛋白栓は有機酸などの酸性および塩基性溶液に溶解することが判明した。有機酸の臨床応用が考えられた。過去の研究で,小児の膵胆管合流異常の症状はlithostathineでできたタンパク栓の閉塞機序により生じることを解明した。この症状発現機序に基づき,臨床例において発症後に可及的早期の内視鏡的胆道膵管造影を実施して,タンパク栓の存在を実証するとともに,その除去法を開発する臨床研究と,実際に摘出されたタンパク栓を用いて,各種薬品を用いた溶解実験をおこなう基礎研究を実施した。臨床例では黄疸や腹痛が遷延増強する6名の患児に対して,早期に内視鏡的胆道膵管造影を実施し,全例でタンパク栓の存在を明らかにした。同時に内視鏡的胆道ドレナージチューブの挿入留置を試みたところ,5名で留置に成功し,すみやかな症状消失が得られた。留置できなかった1名でも,内視鏡操作によりタンパク栓は除去され,症状の消失が得られた。膵胆管合流異常患児に対する内視鏡的胆道ドレナージが新治療法としてほぼ確立された。同期間に2名の患児からタンパク栓が得られ,基礎研究に用いた。タンパク栓のうち径約2mmのタンパク栓を溶解実験に用いた。溶解剤として,慢性膵炎や胆石の治療に用いられるブロムヘキシン塩酸塩(bromhexine)とデヒドロコール酸を用いた。溶解反応はデジタルマイクロスコープ(VH-5910,キーエンス)で100倍に拡大して観察し,録画した。0.1%bromhexine溶液中でproteinplugは20-30分で完全に溶解した。0.03%では溶解速度が低下し,0.01%では溶解しなかった。デヒドロコール酸溶液では全く溶解しなかった。Bromhexineは,線維の凝集過程と形成過程に作用してタンパク栓を溶解させると考えられ,合流異常に合併した腹痛や黄疸などの治療薬となる可能性が示された。期間中に30名で膵管胆管造影が実施され,18名(60%)で陰影欠損が確認された。これは一般的に報告される小児での頻度(20%以下)を大きく上回った。10名でEBDチューブ5Fr5cmの留置を試みた。1名は挿入困難で断念したが,9名で実施できた。9名とも速やかに臨床症状は改善された。膵胆管合流異常患児に対する内視鏡的胆道ドレナージが新治療法として確立された。蛋白栓は酸性および塩基性溶液に溶解することが判明した。蛋白栓はlithostathineの四量体が縦方向に電気的に結合する(片側に酸性アミノ酸残基-COO^-が,反対側に塩基性アミノ酸残基-NH_3^+が存在する)ことで形成されているので,酸・塩基はその作用を打ち消すことで溶解させると考えられる。すなわち,酸性溶液では酸性アミノ酸残基(-COO^-)はその負電荷を失い(-COOH),塩基性溶液では塩基性アミノ酸残基(-NH_3^+)がその陽電荷を失うことで結合力が消失して,溶解する。この作用は膵石の溶解作用とは明らかに異なる機序である。Lithostathine蛋白栓の溶解について報告はなく,独創性の高い研究結果となった。
弱い相互結合を有する多体振動子系における引込み現象

複数個の摩擦力などによる自励振動系が弾性要素や粘性要素,あるいは介在する流体などの弱い力の連成要素で相互に結合された多体振動子系における相互引き込み現象について,引き込みの条件あるいは引込み振動数などを求める.また,引込み領域外つまり引き込みへの遷移領域におけるカオス振動などを,ディジタル・シミュレーションによって求めた.さらに,これらの挙動を平均法あるいは調和バランス法を用いて理論解析を行った.まず初年度は,わずかに異る固有振動数を持つ2本の摩擦自励振動子を,ダンパーで連結した場合およびばね連結の場合について,固有振動数の差,離調度を変え,結合の係数の値を変化させて解析した.次年度では, 2体系の結果をもとにして,多数(n=2, 3, 4, 5)個の摩擦自励振動系が固有振動数の大きさの順に並べられ,ダンパーで連結した1次元等差配列系における引き込みの限界や振動数,あるいはカオス振動の挙動を解析した.(1)引き込み振動の振動数は, n=2, 3, 4, 5のいずれの場合も固有振動数の平均値に近い値を示す.引き込み限界の結合係数の値は離調度すなわち固有振動数の差の値にほゞ比例する.引き込み振動は,全ての振動子の振動数が等しいのみならず振幅も等しくなる,一方位相が一定量だけずれてくる.(2)カオス領域における振動は次の4段階に分けられる.結合粘性係数の値が小さい方から順に, (カオス1)互いに両隣りの影響を受け近寄りながら,全振動子が自己の固有振動数成分を失わない. (カオス2)全ての振動子の主振動数成分が,自己固有値とは異る2値の卓越振動数成分に2極分化する. (カオス3)全振動子の主成分が2値から一つの振動数成分とはなるが,引き込みとはいえない. (カオス4)全ての振動が消失する.(3)理論解析結果は数値解析結果に比較的良好な一致を示している.複数個の摩擦力などによる自励振動系が弾性要素や粘性要素,あるいは介在する流体などの弱い力の連成要素で相互に結合された多体振動子系における相互引き込み現象について,引き込みの条件あるいは引込み振動数などを求める.また,引込み領域外つまり引き込みへの遷移領域におけるカオス振動などを,ディジタル・シミュレーションによって求めた.さらに,これらの挙動を平均法あるいは調和バランス法を用いて理論解析を行った.まず初年度は,わずかに異る固有振動数を持つ2本の摩擦自励振動子を,ダンパーで連結した場合およびばね連結の場合について,固有振動数の差,離調度を変え,結合の係数の値を変化させて解析した.次年度では, 2体系の結果をもとにして,多数(n=2, 3, 4, 5)個の摩擦自励振動系が固有振動数の大きさの順に並べられ,ダンパーで連結した1次元等差配列系における引き込みの限界や振動数,あるいはカオス振動の挙動を解析した.(1)引き込み振動の振動数は, n=2, 3, 4, 5のいずれの場合も固有振動数の平均値に近い値を示す.引き込み限界の結合係数の値は離調度すなわち固有振動数の差の値にほゞ比例する.引き込み振動は,全ての振動子の振動数が等しいのみならず振幅も等しくなる,一方位相が一定量だけずれてくる.(2)カオス領域における振動は次の4段階に分けられる.結合粘性係数の値が小さい方から順に, (カオス1)互いに両隣りの影響を受け近寄りながら,全振動子が自己の固有振動数成分を失わない. (カオス2)全ての振動子の主振動数成分が,自己固有値とは異る2値の卓越振動数成分に2極分化する. (カオス3)全振動子の主成分が2値から一つの振動数成分とはなるが,引き込みとはいえない. (カオス4)全ての振動が消失する.(3)理論解析結果は数値解析結果に比較的良好な一致を示している.複数個の摩擦力などによる自励振動系が弾性要素や粘性要素、あるいは介存する流体などの弱い力の連成要素で相互に結合された多体振動系における相互引き込み現象について、引き込みの条件や引き込み振動数、安定条件などを求める。また、引き込み領域外、つまり引き込みへの遷移領域におけるカオス振動などを、ディジタル・シミユレーションによって求め、これらの挙動の解析を、平均法ならびに調和バランス法を用いて理論的に求める。本年度は、先ず、2体の摩擦自励振動体をダンバーのみで結合した場合、あるいはばねのみで結合した場合について、結合の強さを変化させて引き込み限界、引き込み振動数を求めた。さらに、引き込みに移る前の遷移領域におけるカオス振動の現象を解析した結果以下のような知見を得た。(1)引き込み振動の振動数は、ダンバ連成系では両者の平均値に近い値となり、ばね連成系では1次基準振動数に引き込まれる。引き込み限界の連成の強さは固有振動数の差にほぼ比例する。(2)連成パラメータの増加と共に、ダンバ連成では、両者の主な振動数成分がお互いに歩みよりを見せた後引き込みに移る。ばね連成の系では、はじめのうちは両者の主振動成分が増加して行くが、2番の振動数のみ小さくなり、その後1番が2番の振動数に急激に引き込まれる。(3)カオス領域での振動の特徴としては、1番の振動系の振動に、それ自信の振動数成分に加えて、2番の振動数成分が大きく見られ、さらに鏡像振動数成分が存在することが分かった。
腸管炎症と発癌に対する幹細胞治療の開発

骨髄間葉系幹細胞(mesenchymal stem cell, MSC)治療は実験腸炎に対し有効であったが,移植効率は低率で有効性機序は不明であった.MSC培養上清中には,多様な作用を有するgut trophic factorを含有し,治療機序としてパラクリン作用が重要であった.MSCは, MSC依存性血管新生により異種腫瘍の増殖を促進する一方で, azoxymethane(AOM)による発癌のイニシエーションを抑制した.骨髄間葉系幹細胞(mesenchymal stem cell, MSC)治療は実験腸炎に対し有効であったが,移植効率は低率で有効性機序は不明であった.MSC培養上清中には,多様な作用を有するgut trophic factorを含有し,治療機序としてパラクリン作用が重要であった.MSCは, MSC依存性血管新生により異種腫瘍の増殖を促進する一方で, azoxymethane(AOM)による発癌のイニシエーションを抑制した.1.ドナー由来骨髄細胞のうちMSC分画の傷害腸上皮の再生・修復に対する重要性を検討する.ブスルファン(BU)前処置投与下において,移植されたMSCは腸上皮細胞域に生着し,腸上皮バリア機能を回復させることで急性期に治療効果を示した.一方,非前処置投与下では,間質に生着し,筋原様細胞に分化し血管新生を促進することで回復期において傷害腸管の再生・修復を促進することを明らかにした.2. MSCの腸上皮細胞への生着機序を明らかにする.BU前処置投与下および非投与下いずれにおいても,異性間移植におけるXY-FISH解析により細胞融合の所見は得られず,また,これまでの検討では,MET(間葉上皮転換)も否定的であり,MSCの直接の分化が示唆された.3. MSC治療の信頼性を向上する.MSC治療は,BU前処置投与下では急性期に,非前処置下では,回復期にそれぞれ治療効果を認め,その効果は,MSC投与量に依存する容量反応関係を認めた。今後,他の実験腸炎モデルにおいても治療効果を確認し,移植効率,生着部位および分化誘導の制御に関しいっそうの解明が必須である.4. MSC治療有効性機序を検討する.腸上皮統合性維持は傷害腸上皮の細胞回転亢進やアポトーシス抑制に少なくとも一部は起因し,タイトジャンクションタンパク(claudin-2,-12,-15の発現)が回復した.これらの効果は,MSCのclaudin発現分布に対する直接効果というよりは,MSCが傷害クリプトの腸上皮幹細胞機能を亢進させることによる間接効果の可能性が示唆されたが,詳細について今後検討の余地がある.本研究実施計画では,5.遺伝子改変MSCの生体内動態や治療効果を検討する.6.in vitrocell fusion実験により移植後MSCの核は腸上皮分化方向にすでにreprogrammingされているか否か検討する.7.eGFP/LacZ陽性細胞のソーティングによる核型分析,核のreprogrammingを証明する予定であった.しかし,実際には,本年度の研究計画は,以下のごとく大幅に修正し施行されたその結果,1)MSC-CMは、培養上皮細胞(IEC-6)におけるAktシグナルを活性化して直接腸上皮の生存・増殖に寄与することが明らかになった.2)またラットDSS腸炎に対するMSC-CM治療では,腸炎の回復が促進され,とくに低酸素条件で馴化したMSC-CM (hypoCM)では,更に腸炎回復効果が増強した.その有効性の機序として,上皮再生の促進に加え,hypoCMに豊富に含有されたVEGF,MCP-1等の生理活性物質による血管新生や抗炎症を介する総合的な作用による治療効果が考えられたこれらの結果は,最適化されたMSC-CMそのものが,IBDに対する創薬の可能性を秘めている点,重要である昨年度は,腸上皮再生における骨髄間葉系幹細胞馴化培地(MSC conditioned medium;以下MSC-CM)の効果およびその機序を明らかにし,MSC-CMに含まれるgut trophic factorを同定することを目的とし,施行された.その結果,1)MSC-CMは、培養上皮細胞(IEC-6)におけるAktシグナルを活性化して直接腸上皮の生存・増殖に寄与することが明らかになった.2)またラットDSS腸炎に対するMSC-CM治療では,腸炎の回復が促進され,とくに低酸素条件で馴化したMSC-CM(hypoCM)では,更に腸炎回復効果が増強した.その有効性の機序として,上皮再生の促進に加え,hypoCMに豊富に含有されたVEGF等の生理活性物質による血管新生や抗炎症を介する総合的な作用による治療効果が考えられた.これらの結果は,最適化されたMSC-CMそのものが,IBDに対する創薬の可能性を秘めている点,重要である.本年度は,MSC-CMの組成をさらにLC-MS/MS解析し,正酸素条件で馴化したMSC-CM(norCM)に比較してhypoCMで発現が亢進するタンパク400種および発現が低下するタンパク600種を同定した.一方,炎症発癌(AOM/DSSモデル)に対し,MSCは,AOMによる発癌のイニシエーションを抑制した.MSCによるchemopreventionの機序には,O^6メチルグアニン付加体を除去し,DNA傷害を減じて,腫瘍のイニシエーション自体を防ぐ予防的機構,あるいは,acute apoptotic response to genotoxic carcinogenによるアポトーシスを回避した細胞を,G1 arrestあるいはアポトーシスに陥れる機序である.以上の成果は,今後MSC治療を臨床応用する際,MSC-CMが細胞療法の代替療法として期待された.
宇宙輸送のためのCFDの信頼性検証に関する研究

航空分野と異なり流体シミュレーション(CFD)技術の信頼性が確立していないため,宇宙輸送分野では個別要素的な利用のみでこの技術が設計プロセスに組み込まれないという課題を解決し,今後開発されるロケットや再使用を含めた将来輸送系の設計に役立たせることを目標にCFD技術の検証と信頼性確立に向けた研究を行った.単段再使用宇宙機については,風洞試験データの蓄積がほとんどないことから,突入カプセル形状ではあるが流れ特性が近くてデータが豊富にあるアポロ形状を最初のケースとし,そこから形状パラメータを変更した各種形状についてシミュレーションを行った.設計技術という意味で意図的に先端でなく普及レベルの手法でPCクラスの計算機でシミュレーションが可能なものを選んだが,結果は広いマッハ数,迎角範囲においておおむね5%程度の誤差で3分力を見積もれることが明らかになった.また,流れ場の解析から線形的,非線形的な領域といった空力特性を生み出す現象を明らかにすることができた.最終年度は,エンジンつき形状,バイコニカル形状などさらに具体的な形状に対してシミュレーションを行っている,以上の結果はデータベースとして公開している.2段式の再使用宇宙機に関しては,基本は航空機のシミュレーション技術が適用できるので、加えて問題になるデルタ翼形状のシミュレーション技術の信頼性と遷音速城で生ずるフラッター現象シミュレーションの信頼性について検討を行った,前者については,コンパクト法と呼ばれる最新計算法を利用することで翼上面に生ずる前縁剥離渦現象の解像度は格段に向上したが,乱流モデルを利用する限り限界があることも明らかになった.後者のフラッター現象については,手法そのものの信頼性確認が不足していることに着目し,フラッタシミュレーションを行う際に必要となる時間積分刻みや計算領域に関して研究を行い,流れ条件からこれらデータを決定する基準を作った.本研究を遂行中に,新しい技術としてLES/RANSハイブリッド法が登場した.この技術は,5から10年後には基幹的なシミュレーション技術となることが予想されるため,この技術に対しても宇宙輸送で現れる基本的な流れ場を対象に信頼性の検証を行った.これまでのシミュレーション技術で明らかにすることができなかったベース部分の流れの様子が明らかになり,あわせて,この手法により実験では困難とされるベース圧力の正確な見積もりが可能となったことを示すことができた.これらの成果は多数の国内,国際会議などで発表され,いくつはすでに学術雑誌に掲載,いくつかは現在投稿中の状況にある.並行して行った風洞試験,データベースの公開ともあわせて,本研究の結果から将来の再使用輸送系に有用な知見とデータを提供できたと考えている.航空分野と異なり流体シミュレーション(CFD)技術の信頼性が確立していないため,宇宙輸送分野では個別要素的な利用のみでこの技術が設計プロセスに組み込まれないという課題を解決し,今後開発されるロケットや再使用を含めた将来輸送系の設計に役立たせることを目標にCFD技術の検証と信頼性確立に向けた研究を行った.単段再使用宇宙機については,風洞試験データの蓄積がほとんどないことから,突入カプセル形状ではあるが流れ特性が近くてデータが豊富にあるアポロ形状を最初のケースとし,そこから形状パラメータを変更した各種形状についてシミュレーションを行った.設計技術という意味で意図的に先端でなく普及レベルの手法でPCクラスの計算機でシミュレーションが可能なものを選んだが,結果は広いマッハ数,迎角範囲においておおむね5%程度の誤差で3分力を見積もれることが明らかになった.また,流れ場の解析から線形的,非線形的な領域といった空力特性を生み出す現象を明らかにすることができた.最終年度は,エンジンつき形状,バイコニカル形状などさらに具体的な形状に対してシミュレーションを行っている,以上の結果はデータベースとして公開している.2段式の再使用宇宙機に関しては,基本は航空機のシミュレーション技術が適用できるので、加えて問題になるデルタ翼形状のシミュレーション技術の信頼性と遷音速城で生ずるフラッター現象シミュレーションの信頼性について検討を行った,前者については,コンパクト法と呼ばれる最新計算法を利用することで翼上面に生ずる前縁剥離渦現象の解像度は格段に向上したが,乱流モデルを利用する限り限界があることも明らかになった.後者のフラッター現象については,手法そのものの信頼性確認が不足していることに着目し,フラッタシミュレーションを行う際に必要となる時間積分刻みや計算領域に関して研究を行い,流れ条件からこれらデータを決定する基準を作った.本研究を遂行中に,新しい技術としてLES/RANSハイブリッド法が登場した.この技術は,5から10年後には基幹的なシミュレーション技術となることが予想されるため,この技術に対しても宇宙輸送で現れる基本的な流れ場を対象に信頼性の検証を行った.これまでのシミュレーション技術で明らかにすることができなかったベース部分の流れの様子が明らかになり,あわせて,この手法により実験では困難とされるベース圧力の正確な見積もりが可能となったことを示すことができた.これらの成果は多数の国内,国際会議などで発表され,いくつはすでに学術雑誌に掲載,いくつかは現在投稿中の状況にある.並行して行った風洞試験,データベースの公開ともあわせて,本研究の結果から将来の再使用輸送系に有用な知見とデータを提供できたと考えている.本年度は初年度なので,すでに実験データが豊富にあるいわゆるアポロ形状についての数値シミュレーションから研究をスタートした.アポロ形状について,亜音速,遷音速,超音速の流れに対し,気流の角度を変化させた一連の流れ条件でのシミュレーションを行った.シミュレーションにはこれまで開発してきた3次元ナヴィエ・ストークス方程式を時間発展的に解くプログラムを使用した.同プログラムはすでに広い気流速度,気流角に対して輸送機翼形状をはじめとする種々の流れ場へ適用されており,プログラム的には十分の信頼性があるため,目的であるシミュレーション自体の信頼性を議論するには適当と考えた.シミュレーション

結果はおおむね5%以内の精度で実験データによる空力特性データを記述できることが明らかとなった.このアポロ形状を基本形状として,肩の曲率半径を5倍にした形状についてシミュレーションを行った.この形状では,亜音速と遷音速での空力特性には大きな違いがあり,それが肩部における衝撃波の発生に起因していることが見いだされた.すなわち,単段の再使用宇宙輸送機開発においては,特に遷音速域で肩部の曲率半径が空力特性に大きく影響することを念頭においた形状設計が必要であることが示された(宇宙航行の力学シンポジウムなど).並行して,同じアポロ形状と肩の曲率を5倍にした形状についての風洞試験を行った.データについては現在整理中であるが,模型に若干の問題があることもあって2年次早々に再度実験を行う計画である.以上,初年度はアポロ形状を中心にシミュレーションおよび実験を行ったが2年次は更に細長比を変えた形状,軸対称でない形状などについてシミュレーションと実験を併用して研究を進める予定である.昨年の実験,および数値計算からカプセル形状では角の丸みが増すことで遷音速領域において非線形性が強まること,およびその流れメカニズムが明らかになった.また限られたケースではあるが数値計算の信頼性が明らかとなった.本年は,実験として一部模型の再制作を行い昨年不十分であった形状に関する実験を行った.実験条件に合わせたスティング付きのシミュレーションを行い,シミュレーションの信頼性の評価を行うことができた.同時に風洞規模の制約から,特定の迎角範囲を除いてはスティングの存在が空力特性に与える影響が無視できないことが明らかになった.しかしながら,全体としてシミュレーションによって初期フライト軌道設計などに利用する空気力評価は十分に行えることが明らかになった.本年のもう1つの目標である種々の再使用型機体に関する空力特性の把握に関しては,200ケース以上のシミュレーションを行い,形状パラメータ,マッハ数,迎角などの影響を整理し,空力特性と形状との関係を明らかにすることができた.全体抵抗に占めるベース圧による抵抗は遷音速以下の低いマッハ数では数十%程度,高いマッハ数ではほとんど影響しなくなることが明らかになったが,シミュレーション結果は,乱流モデルを利用したいわゆるRANSシミュレーションではモデルに工夫をしても正確なベース流れの予測は不可能であることを示した.そのため,現象を議論することを目的に,RANSによるシミュレーションと並行してLESハイブリッドモデルを利用したプログラム開発を行った.簡単な形状に関するベース流れの予測はこれにより格段に向上することが明らかになった.多数のシミュレーション結果は整理されており,すでに最終年度に向けてデータベース構築を開始している.
中国・韓国・北朝鮮三者関係の構造分析と研究手法の再検討

本研究では中国・朝鮮半島関係を構造的に理解するための実証研究をおこなうとともに、中国と韓国で計7回の学術調査を実施した。これらをふまえて、二国間関係に偏重する従来の研究手法を再検討し、中国・朝鮮半島関係を中国・韓国・北朝鮮の三者関係として分析することが必要なこと、また周辺国としての地政学上の政治力学と、中国が朝鮮族を少数民族として内包する朝鮮民族の越境性が、中国・韓国・北朝鮮の三者関係を大きく規定することなどを明らかにした。本年度は、先行研究のレビューと中国・韓国へのフィールドワークを中心に研究活動を実施した。まず、研究代表者、研究協力者の双方が、それぞれの専門分野を中心に1990年代以降の中国・朝鮮半島研究をレビューした。その結果、依然として中国・韓国、中国・北朝鮮、南北関係の二者関係研究が主流となっていることが明らかとなった。1992年8月の中韓国交正常化および2000年6月の南北首脳会談の開催によって、これら三者の関係は構造的な転換をみせており、東アジアの国際情勢を正しく理解するには、中国・韓国・北朝鮮を3つのマルチプレーヤーの関係として理解しようとする研究が求められている。また、中国・韓国へのフィールドワークについては、2007年11月に中国北京市と韓国ソウル市、2008年3月に北京市、ソウル市、プサン市で調査を実施した。とくにこの1年間、中国で第2期胡錦濤政権が、また韓国では10年ぶりの保守政権である李明博政権がスタートしており、こうした政治動向を念頭におきながら、北京大学、中国共産党中央党校、中央民族大学、中国外交部関係者、延世大学、ソウル大学、韓国通商外交部関係者、東西大学などを訪問し、本研究テーマにかかわる意見交換を実施した。また、今後の研究情報を共有化していくために、当該研究分野の人的ネットワーク構築していくための話し合いを行い、少なくとも日中韓の間で情報の連携システムを構築していくことの必要性を再確認した。本研究は、中国と朝鮮半島をとりまく政治力学を、より構造的に理解するための実証分析と研究手法の再検討を目的としており、研究期間の2年目にあたる平成20年度は、中国、台湾、韓国へのヒアリング調査、先行研究のレビュー、個別研究のテーマ設定の確定作業を中心に研究活動を実施した。中国での調査では北京大学、中国共産党中央党校などを訪問し、1992年の中韓国交正常化が中国・朝鮮半島関係に与えた政治的意義について意見交換、資料収集を行った。その際、中国と韓国の国交正常化は、台湾と韓国の断交をもたらしており、中国・朝鮮半島問題を構造的に理解するには台湾で資料収集が必要との認識を深め、台湾での資料収集を実施した。韓国でのフィールドワークでは、延世大学などを訪問し、近年の中韓関係と南北関係をテーマに意見交換を行った。意見交換のなかで、韓国内では近年の中韓関係が北朝鮮問題をめぐってあまりうまくいっていないという認識が強いこと、また韓国内において北朝鮮政策に様々な意見が存在しており、「南南葛藤」といわれるような状況が存在しているなどの知見を得ることができた。先行研究については各研究者の専門分野を中心に、2000年以降の中国・朝鮮半島研究をレビューしたが、こうした2年間の研究活動を総括し、最終年度では中国・韓国・北朝鮮に、台湾を加えた4つのファクターを重層的にとらえることで、東アジアに存在する複雑な政治力学を構造的に解明していく方針を決定した。研究最終年度にあたる今年度は、2度の海外調査を実施した。2009年8月には中国の延辺朝鮮族自治州と韓国・ソウル市を訪問し、2010年1月には中国・北京市を訪問した。この訪問期間中、延辺大学、延世大学、清華大学、北京大学、中国共産党中央党校、中国社会科学院の関係者と当該研究テーマに関する意見交換をしたほか、研究関連資料の収集を実施した。日本国内でも論文・単著の執筆、学会やシンポジウムでの報告、学会でのセッション企画、ワークショップなどを通じて、研究成果の深化と対外的発信につとめた。研究代表者の星野は中国・朝鮮半島の分析枠組として、先行研究で論じられてこなかった地政学とエスニシティの視点に着目し、中国をめぐる地政学的構造のなかに国境周縁部に広大な少数民族地域が分布している特徴を見出し、国境を超えるエスニシティの状況が中国の周辺国外交に与える影響を論じた。そしてこの構造を中国・北朝鮮国境に位置する延辺朝鮮族自治州と人類学的にみて韓国・北朝鮮と同一民族である朝鮮族の視点をとりこみ、中国・朝鮮半島関係研究に応用した。研究分担者の平岩は、とくに中国と北朝鮮の関係を建国60年という長期的な歴史スパンにたって分析し、それを単著にまとめあげた。中国・北朝鮮関係分析のなかに、中韓関係や南北関係といった韓国ファクターを意識的にとりこむことで、中国・朝鮮半島関係を中国・北朝鮮・韓国の三者関係として分析する研究枠組を歴史分析のなかから提示した。
「管理された氾濫原」水田の動物プランクトンの生態・遺伝的特性とベータ多様性

今日の日本では、国土の数%という広大な面積に水稲が作付けされており、ほぼ全国共通のタイミングで田圃に水を入れ、また田圃から水を抜き去っている。このような「管理された氾濫原」とも言える「水田」は、古来の氾濫原湿地性生物の生息場所として、現在までに多大な貢献をしてきたと認識されているが、その一方で、湛水時期を(ほぼ)統一しているため、古来の氾濫原湿地性生物に、湛水時期という淘汰圧をかけて来た、とも言える。ただし、この淘汰圧をくぐり抜け現世の「管理された氾濫原」である「水田」に棲息する生物がもつ生態特性と、それを可能にする遺伝的背景については、理解が進まないまま現在に至っている。本研究は、この未知領域を取りあげ水田の生物多様性の成立過程に関する理解を深めることを目指している。研究初年度である2018年度には、「水田(=湛水時期が比較的短い)」と「湖沼・ため池(=湛水時期が長く、数年間継続されることも多い)」との間で出現種が異なることが判明している、枝角類の2属(ミジンコ属およびタマミジンコ属)から、合計11種について、単一雌からのラボ飼育系統を新規作成し、それぞれについてRNA解析用の試料を作成した。これらの試料からは、最近になって、配列データを得ることができた。この遺伝的解析とは別に、湛水時期の異なる農法により耕作されている水田間で、動物プランクトン組成を比較することを目的とした野外調査を行い、解析試料を得ることができた。それら野外採集試料からは、DNAバーコードライブラリーの構築も行っている。本研究は動物プランクトンを材料とし、湛水期間が短い「水田」のタクサでは、湛水期間がより長い「湖沼・ため池」のタクサよりも成長が早く世代時間が短くなる可能性、その遺伝的基盤として、リボソームRNA遺伝子のコピー数が多い可能性、を検証する予定である。2018年度には、リボソームRNA遺伝子のコピー数が多い可能性を検証する際に必要となる、定量PCR用プライマーを設計することを念頭におき、RNA解析を行い、配列データ(生データ)を得ることができた。これに加えて、当初の目的どおりの野外採集も行い、必要な試料も得た。さらに水田に出現する動物プランクトンタクサのDNAバーコードの取得にも取り組んだ。これらのことから、研究申請時に計画していた項目は、およそ順調に消化できていると判断した。研究2年度目である2019年度も、分子生態学的解析と、野外採集とを並行して行う。分子生態学的研究では、RNA解析を継続するとともに、DNAバーコードライブラリーのさらなる充実に務める。野外採集では、前年度に調査した水田とは異なる農法を採用している水田を探し、農法のバリエーションを拡張できるように務める。また分子生態学解析に加えるタクサを増加させることを念頭に、ネコゼミジンコ属について、詳細なタクサ判別を行う予定でいる。

分子生態学的研究では、RNA解析を継続するとともに、DNAバーコードライブラリーのさらなる充実に務める。野外採集では、前年度に調査した水田とは異なる農法を採用している水田を探し、農法のバリエーションを拡張できるように務める。また分子生態学解析に加えるタクサを増加させることを念頭に、ネコゼミジンコ属について、詳細なタクサ判別を行う予定でいる。
放射光X線回折・散乱を用いた２型糖尿病皮質骨の微細力学解析

生体組織の内部微細構造を数&#197;オーダーから数十nmオーダーで時分割に可視化できる小角散乱(SAXS: small-angle X-ray scattering),広角回折(WAXD: wide-angle X-ray diffraction)同時計測装置を力学試験と組み合わせ,2型糖尿病皮質骨の微細力学解析に応用する.2型糖尿病では,終末糖化産物によるコラーゲン架橋の異常により骨強度が低下すると報告されているが,本手法で可視化する骨中ハイドロキシアパタイトとコラーゲンの変形の振る舞いが糖尿病によってどのように,どの程度変化するのかを疾患の重篤度・進行度の違いとともに調査することをゴールとする.生体組織の内部微細構造を数&#197;オーダーから数十nmオーダーで時分割に可視化できる小角散乱(SAXS: small-angle X-ray scattering),広角回折(WAXD: wide-angle X-ray diffraction)同時計測装置を力学試験と組み合わせ,2型糖尿病皮質骨の微細力学解析に応用する.2型糖尿病では,終末糖化産物によるコラーゲン架橋の異常により骨強度が低下すると報告されているが,本手法で可視化する骨中ハイドロキシアパタイトとコラーゲンの変形の振る舞いが糖尿病によってどのように,どの程度変化するのかを疾患の重篤度・進行度の違いとともに調査することをゴールとする.
非線型ディリクレ形式による調和写像の解析

平成12年度は以下の結果を得ることができた。1非線形エネルギー形式の場合、2線形エネルギー形式の場合、の2つにわけて報告する。1非線形エネルギー形式の場合。(1)(リッチ)曲率が下に有界な距離空間、特にAlexandrov空間から完備距離空間へのL^P-写像の空間上でのソボレフ空間に関する結果に関して次が得られた。targetとなる距離空間の曲率を非負としp=2とする。このとき調和写像を境界値問題として構成しその局所ヘルダー連続性を得た。Alexandrov空間のときに局所リプシッツ連続かはまだ不明。(2)targetとなる距離空間の曲率が非負のときそこへのL^2-写像全体も曲率が非負の距離空間となる。それは線形空間ではないが凸性よりも強い構造をもっていることからヒルベルト空間でのバナッハアラオグルの定理やバナッハザックスの定理の類似が成立する。そのことを用いて、非線形エネルギーがモスコの意味での収束すれば対応する非線形レゾルヴェントがL^2-収束することが得られた。2線形エネルギー形式の場合(1)非コンパクトな多様体やAlexandrov空間を点付きグロモフハウスドルフ収束させたときのスペクトルの収束について調べた。また付随して一般的な枠組での関数解析を展開した。より詳しく述べるとヒルベルト空間の収束の概念を導入し、その上の対称形式の収束の理論を加藤、サイモン、モスコの結果の拡張として得、それを上記の多様体のスペクトルの収束に適用した。その結果コンパクトの場合でしか知られていなかった既知のスペクトル構造の収束に関する結果を拡張した。(2)非対称なディリクレ形式特に仮似正則局所半ディリクレ形式の枠組において局所劣解の意味での劣調和関数に関する弱最大値原理と強最大値原理を得た。この結果は非線形ディリクレ形式の調和写像を境界値問題として一意性を知る上で必要になる。平成11年度は、曲率が下に有界な多様体の拡張概念であるアレキサンドロフ空間を含む形でビショップーグロモフ型の測度縮小性を持つ空間を考え、その下でその空間から完備距離空間へのP-乗可積分写像上のエネルギーとソボレフ空間の構成に成功した。エネルギーは調和写像を考える上で必要なものなので研究の礎が固まったことになる。また合わせて、線型の場合になるが(劣)調和関数の強最大値原理がアレキサンドロフ空間の場合も含む形で成立することを明らかにした。また部分的ではあるが次元が一定nでリッチ曲率が下に一様に有界、直径が上から一様に有界、体積が下から一様に有界なリーマレ多様体のグロモフ・ハウスドルフ距離の閉包の元に対し、エネルギーとソボレフ空間の構成に成功した。これは先に述べたビショップ-グロモフ型の測度縮少性を持つかどうか不明であるため、別の方法が求められていたが、リーマン多様体の場合のある性質を近供することでエネルギーの構成が得られた。また構成だけではなく、エネルギーやソボレフ空間の数々の性質も明らかにした。これは平成12年度の研究に結がっていくものである。
携帯電話の通信機能を活用した食の問題行動の測定と行動改善に向けた介入

現代の食環境はファーストフードと加工食品に満ちあふれている。現代人の食物に対する態度,感情,食行動はおおきく変化しつつある。本研究は,このような変化を観察・測定する手段として,携帯電話の通信機能を活用したシステムを構築することを目的とする。構築されたシステムを用いて大学生の食行動を観察し,その心理的特徴について検討した。また行動改善に向けた介入方法について検討した。本年度の第一の目的は,インターネット上に食行動測定の為の環境システムを構築することであった。専門業者に委託し,サーバーのレンタル,ドメインの取得,さらに実験プログラムの開発をおこなった。携帯電話の撮影画像送信機能によって送信されてきた画像が自動的に実験協力者個別のウェブページに自動掲載され,その画面を介して,研究者側と交信することが可能なシステムである。このシステムによって,研究協力者のプライバシーは保護され,また研究者側からの介入も問題焦点的に行うことが可能となった。次年度以降,本システムを本格的に運用していく予定である。本年度はさらに,中学生を対象にデーターを収集し,食事内容を栄養バランスの観点より分析した。また,関連研究として,乳幼児をもつ母の食意識,食行動についても調査を施行した。母親の偏食傾向の強さが,家庭の食卓のみならず子との関係性におおきな影響を及ぼしていることが判明した。例えば,偏食傾向の強い母は,「おいしさ」「たのしさ」を食に求めるというよりは,空腹による不快感情の回避を優先する。また子の食のしつけに対しても関心が低い。これらの成果をもとに現在,食意識,食行動をより敏感に測定しうる心理テストを作成しつつある。本研究では,携帯電話ならびにインターネットが日常の生活手段となった現代社会において,専門家による食生活指導,栄養指導をより効率的,安全におこなえるシステムの構築をめざしている。次年度以降は,経験的証拠を積み重ねることにより,本システムの意義,重要性をより説得的なものとしていく予定である。本研究の第一の目的は,インターネット上に食行動測定の為の環境システムを構築することである。初年度は,専門業者に委託し,サーバーのレンタル,ドメインの取得,さらに実験プログラムの開発をおこなった。このシステムによって,研究参加者のプライバシーは保護され,また研究者側からの介入も問題焦点的に行うことが可能となった。本年度は,本システムを本格的に運用し,大学生を対象としたデータの収集にあたった。また同時に,本研究に関連する心理テストをオンライン上で施行するシステムを構築した。さらに,部分的に,オンライン上で研究参加者らに結果の一部をフィードバックするシステムの運用を試みた。しかしながら,現時点では,「栄養」の側面からの評価ならびにそのフィードバックシステムの構築が不十分である。次年度(最終年度)は,さらに一層の経験的証拠を積み重ねることにより,本システムをより安定させ,本研究の第2の目標でもある研究参加者の食生活改善に向けた介入に向けたシステム構築をおこなっていきたいと考えている。本研究では,日常の食行動を携帯電話の通信機能を活用して測定する方法について検討してきた。具体的にはOpenPNEを活用した食事日誌掲載という方法の有効性について検討してきた。本年の研究計画の第1は,これまでに明らかになった問題(主にSNSシステムにおける参加者相互のインターラクション)を解決し,一層洗練されたシステムを構築することであった。これについては種々検討を加えた。しかしながら実証的データを得るまでにはいかなかった。本研究終了後も引き続き研究を継続することとした。第2は,乳幼児を養育中の母親を対象に,食行動,食態度,子に対する態度,感情について行ったインターネット調査の結果を再分析することであった。これについては一定の成果をあげ,日本発達心理学会において発表した。さらに研究成果の出版についても検討しつつある。第3は,女子大学生の食行動,食態度,食感情の測定・評価であった。これについては身体イメージ,痩身願望を含めた新たなデータ収集をおこなった。その研究成果は本年の日本健康心理学会において発表する予定である。研究計画の第4は,食改善に向けた介入であった。介入の一環として,SurveyMonkey社のインターネット調査システムを利用した「食事バランスガイド」のe-ラーニング教材を作成し,その有効性について検討した。研究期間は終了するが,本年も引き続きより効果的な介入方法について種々の試みを行う。インターネットの世界ではWBT,APSが一般的となり,現代人のコミュニケーションも携帯電話,PCを活用することが一般的となった。食行動の測定ならびに改善に向けた介入もまたこれらの通信手段を活用することによって,より効果的,より節約的な方法を構築できるはずである。本研究は,その一助となるべき一定の貢献を果たしたと評価される。
SNPの数理解析とSNP利用研究のための統計解析手法の開発

(1)SNPマーカーを用いたgenomewidescreeningおよびcandidate geneapproachにおける統計学上の問題点を分析し、common diseaseの感受性遺伝子を効率的に探索するためのガイドラインの作成(マーカーの選択や配置も含む)を目指して研究を行なった。種々のアプローチ(ケース・コントロール研究、TDT、罹患同胞対法)に対して、ゲノムワイドにSNPマーカーを設定して行なう疾患感受性遺伝子探索に必要なサンプルサイズを計算した。その結果、マーカーSNPと感受性遺伝子との間に連鎖不平衡が存在していても、両者のアリル頻度が異なると、感受性遺伝子を検出することが著しく困難となることが確認された。感受性遺伝子のアリル頻度は常に未知であることから、連鎖不平衡が保たれていると考えられる範囲内に、異なるアリル頻度を示す複数のSNPを設定しない限り効率よく感受性遺伝子を検出することができないことが確認された。しかし、SNPマーカーの数を増やせば、それに伴い第1種の過誤が起こる確率が増加してしまうことから、genomewide screeningにおいては、SNPマーカー中に真の感受性SNPが含まれていない場合には、感受性遺伝子の検出は困難であることが明らかとなった。現在は、マーカーとして用いるSNPの頻度分布や集団の連鎖不平衡を考慮して、感受性遺伝子同定に必要なSNPマーカー数を決定するガイドラインの作成を行なっている。(2)集団中の連鎖不平衡の理論予測を行なうために、2遺伝子座無限対立遺伝子モデルのシミュレーションプログラムの構築を行なった。現在、連鎖不平衡の解析解を求めるべく、2遺伝子座を同時に扱う拡散方程式および遺伝子合体理論の研究を行なっている。(3)日本人、タイ人、キルギス人集団に対して、複数の遺伝子中のSNPを解析した。HLA領域(6p21.3)を主な解析対象としたが、これ以外の領域についても今後解析を行なう。遺伝子解析終了後、連鎖不平衡の程度を異なる染色体領域について推定し、理論予測との比較を行なう。
半導体に過飽和に固溶させた金属の析出を用いた自己組織化ナノ構造の形成

これまで金属の蒸着源としてタングステンバスケットやるつぼを用いていたが、蒸着レートが低いこともあり、高温に保った基板に蒸着させることは難しかった。そこで、基板を高温に保ったまま金属を蒸着させる手法として、もっと蒸着レートの高い電子ビーム蒸着を用いた。その結果、高速電子線回折法で蒸着された基板を観察したところ、基板表面に微結晶が形成された時に特有の透過パターンが観察された。電子顕微鏡を用いて形成された微結晶を詳細に観察・解析したところ、結晶性の良い立方晶のシリコンカーバイドの微結晶が形成されていることが判った。シリコンカーバイドは化学的安定性、高い電子移動度、高い熱伝導率および機械的強度が高いという優れた特性をもつ直接遷移半導体である。一方、人工的にナノメートルサイズの構造物を作製することは、将来のナノデバイス作製への応用が期待されることから、科学的にも工業的にも注目されている。したがって、ナノメートルサイズのシリコンカーバイドは将来の高性能デバイス作製のための重要な材料になりうると考えられる。今回の実験において、シリコンカーバイドが形成される時にカーボンの供給源になったものは、電子ビーム蒸着の際のカーボンのるつぼであると推定できた。そこで、金属の蒸着をひとまず保留し、ナノメートサイズのシリコンカーバイド微結晶の生成に目を向けた。蒸着材料としては高純度のグラファイトカーボンを用い、基板温度などの条件は同じにしてカーボンを蒸着した結果、粒径が約100nmのシリコンカーバイドのナノ粒子が、前処理をしていないSi(100)基板上においてもエピタキシャル成長して形成されることを見出した。研究を行うにあたって、まず試料であるSi表面を清浄化する必要があり、さらにSnを固溶させるため1060°Cという高温で保持する必要がある。現有の超高真空チャンバーは試料の清浄化のために試料の背面から電子ビーム照射で加熱する方法をとっており、短時間の間なら超高真空を保ったまま試料を1200°Cに加熱して酸化膜や不純物を取り除き、清浄表面を得ることができるが、Snを固溶させる条件である試料温度1060°Cで長時間保つには、この加熱方法では試料近辺から大量のガスが放出されるため超高真空が保てなくなり、試料が汚染されてしまう可能性が大きいことがわかった。そのため、試料交換機構を犠牲にして多少実験効率が落ちることを覚悟して、試料の加熱方法をガス放出の少ない通電加熱にするように試料ステージを改造した。また、試料の大きさも10×10mm^2だったところを電子顕微鏡観察用試料を作製するために最小限にして試料の幅を3mmに変更し、放出ガス量を少なくするように工夫した。Snの蒸着は、金属塊を同じチャンバーに取り付けられたタングステンバスケットの中に入れ、バスケットを加熱することにより蒸着した。Snの蒸着量を見積もるために、Si(111)表面上にSnを1/3ML蒸着したときに形成される表面超構造である√3×√3構造を観察することにした。その構造を観察するために反射高速電子回折法(RHEED)を用いたが、途中で電子線のレンズである電磁石に電流を供給する電源が故障したため、修理と調整を行った。今後はこれまでの予備実験の結果を元にSnがSi基板に固溶させるために最適な条件を詰める実験を行う予定である。昨年度に引き続いて、加熱したSiにSnを固溶させる試みを行っている。実験を行う上で改善する要素としては、Snの蒸着源、試料、および表面観察用の電子線回折装置がある。まず、Snの蒸着に関しては、昨年度は、Snの蒸着源としてタングステンバスケットを用いていたが、Snの蒸着レートがこの実験にとっては低すぎて十分な量のSnを供給できないことがわかった。そこで、温度的にややオーバースペックであるが既存の電子ビーム加熱での蒸着源を用いての実験に切り替えた。問題点としては、Snの消費量が多いため、頻繁にチャンバーをあけてSnを補充しなければならない点と、放出ガスが多すぎる点である。しかし、当面は、この装置でSnの蒸着を行い、ある程度目処がたてば、試料の直下にSnの入った可動式のるつぼをセットして、試料の近距離から蒸着を行える蒸着源を作製し、頻繁にチャンバーを開けずに超高真空を保ったまま効率よく実験を行えるようにしたいと考えている。次に、試料については、昨年までは逐次チャンバーを開けて交換していたが、ロードロックチャンバーとトランスファーロッドを改造して、チャンバーを大気にさらさずに試料交換できるようにした。この実験では、試料は一度蒸着してしまうとそのたびに交換しなければならなかったので、実験の効率はかなり良くなった。最後に、表面観察用の電子線解析装置は、フィラメントが寿命のため断線してしまい、しばらくは表面状態が観察できないまま実験を行っていたが、先日修理を終えて復旧した。これにより、蒸着前の清浄表面や、蒸着後の表面の情報などが得られるようになった。全体としては、基板温度を1060°Cの高温に保ったまま低融点金属のSnを蒸着・固溶させるのが目的のため難しい実験となっていて、まだ固溶に成功していない。しかし、随時工夫して最終年度には有意義な結果を出したいと考えている。

そこで、基板を高温に保ったまま金属を蒸着させる手法として、もっと蒸着レートの高い電子ビーム蒸着を用いた。その結果、高速電子線回折法で蒸着された基板を観察したところ、基板表面に微結晶が形成された時に特有の透過パターンが観察された。電子顕微鏡を用いて形成された微結晶を詳細に観察・解析したところ、結晶性の良い立方晶のシリコンカーバイドの微結晶が形成されていることが判った。シリコンカーバイドは化学的安定性、高い電子移動度、高い熱伝導率および機械的強度が高いという優れた特性をもつ直接遷移半導体である。一方、人工的にナノメートルサイズの構造物を作製することは、将来のナノデバイス作製への応用が期待されることから、科学的にも工業的にも注目されている。したがって、ナノメートルサイズのシリコンカーバイドは将来の高性能デバイス作製のための重要な材料になりうると考えられる。今回の実験において、シリコンカーバイドが形成される時にカーボンの供給源になったものは、電子ビーム蒸着の際のカーボンのるつぼであると推定できた。そこで、金属の蒸着をひとまず保留し、ナノメートサイズのシリコンカーバイド微結晶の生成に目を向けた。蒸着材料としては高純度のグラファイトカーボンを用い、基板温度などの条件は同じにしてカーボンを蒸着した結果、粒径が約100nmのシリコンカーバイドのナノ粒子が、前処理をしていないSi(100)基板上においてもエピタキシャル成長して形成されることを見出した。