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明治初期における有田焼の技術的近代化及び磁器電信碍子の導入について

有田焼は日本伝統工芸品の代表的な存在を占める美術品として知られている。しかし、400年にわたる美的・技術的発展の経緯の中で、朝鮮・中国・ヨーロッパ人が果たした役割も大きい。焼き物戦争直後に朝鮮陶工によって築かれた創始期、明の解体に伴い中国陶工移民が到来する17世紀半ば、オランダ東インド会社とのヨーロッパ輸出貿易による最盛期など、各時期において海外からの影響が目立つ。また明治初期における西洋技術による有田焼の近代化といった過程も見過ごせない。その技術改善によって「古伊万里」から「現代有田焼」への転換が見られ、同時期に深川栄左衛門が日本初の電信碍子生産に成功したことも近代日本の陶磁工業の発祥となった。この研究プロジェクトでは幕末佐賀藩の技術背景から明治初期における有田焼の西洋技術導入までの過程をまとめ、次の三つのテーマを中心にデータ収集及び調査を行っている。(1)ドイツ人化学者ワグネルの活躍により導入されたコバルト染料等の導入(2)ウィーン、パリやフィラデルフィアの万博等での見学によって進められた窯の輸入及び工芸法の調整(3)八代深川栄左衛門窯(香蘭社)での磁器電信碍子の開発。以上のデータ収集と調査によって、明治初期の有田焼の技術的近代化を一貫性のあるテーマとして本研究プロジェクトを進めてきた。今まで1つの英文小論文の実績がある。タイトルはThe Western Technological Impact on Arita Porcelain in the Early Meiji Period(「明治初期における有田焼の西洋技術の導入についての一考察」であり、平成15年度の九州大学留学生センター紀要に発表された。本研究プロジェクトは日本の伝統工芸品の代表的な美術品として知られている有田焼を対象とする。その400年に亘る美的・技術的発展の経緯の中で,朝鮮・中国・ヨーロッパ人も重要な役割を果たしてきた。焼物戦争直後に朝鮮陶工によって築かれた創始期,明の解体に伴い中国陶工民が到来する17世紀半ば,オランダ東インド会社のヨーロッパ輸出貿易などの各時期において海外からの影響が目立つ。明治初期においても西洋技術による有田焼の近代化といった過程も見過ごせない。その技術改善によって「古伊万里」から「現代有田焼」への転換が見られ,同時期に深川栄左衛門が日本発の電信碍子生産に成功したことも近代日本の陶磁工業の発祥でもあったからである。今年度の研究プロジェクトでは幕末佐賀藩の技術背景から明治初期における有田焼の西洋技術導入までの過程をまとめて次の三つのテーマを中心にデータ収集と調査を行ってきた。(1)ドイツ人化学者ワグネルの活躍により導入されたコバルト染料などの導入,(2)ウィーン,パリやフィラデルフィアの万博などでの見学によって進められた窯の輸入及び工芸法の調整,(3)八代深川栄左衛門窯(香蘭社)での磁器電信碍子の開発(1)に関しては佐賀県有田町の各工房でのデータ収集によって染料の導入を検討してきた。攻防も数が多いためデータ収集は来年度に完成される見込みである。また,長崎経由で肥前国に入った新技術は有田からさらに全国へ普及される過程も判明しつつあるので石川県の再興久谷焼や三重県の万古焼など日本各地の陶芸法への影響についても調べている。来年度もこの課題に関する調査を進めていく予定である。(2)に関しては,今年度では万博の技術的影響を対象とする調査は今までなかったが,今年3月中のパリ,ウィーン滞在を含む海外訪問の際に現地資料の調査を行う予定である。(3)に関しては,有田町の香蘭社との相談に基づいて深川栄左衛門の電信碍子開発の実験を調べてきた。特にその関連技術を把握するために名古屋市にある碍子博物館及び明治時代の公文書を通して香蘭社と工部省電信寮との関りを調査している。深川等が開発した国産電信碍子の世界的な位置づけを検討するため,さらに十九世紀電気技術関係の文献を利用する必要があると思われる。以上のデータ収集と調査によって,明治初期の有田焼の技術的近代化を一貫性のあるテーマとして本研究プロジェクトを進めてきた。特に西洋技術の導入といった過程の中で単に海外の知識を真似するのみならず有田焼の独特な条件や日本の風土に合わせて開発されたことが多い傾向が次第に見えてきたため,来年度も中心的な課題として調べる見込みである。今後,有田各工房の目録とデータ調査を深めることによってその様子をさらに明白にできることを期待する。また,電信碍子については国内の視点だけでなく19世紀半ばの世界的技術水準から有田で開発された電信碍子への再評価をさらに検討する必要がある。(1)ドイツ人化学者ワグネルの活躍により導入されたコバルト染料等の導入

(2)ウィーン、パリやフィラデルフィアの万博等での見学によって進められた窯の輸入及び工芸法の調整(3)八代深川栄左衛門窯(香蘭社)での磁器電信碍子の開発。以上のデータ収集と調査によって、明治初期の有田焼の技術的近代化を一貫性のあるテーマとして本研究プロジェクトを進めてきた。今まで1つの英文小論文の実績がある。タイトルはThe Western Technological Impact on Arita Porcelain in the Early Meiji Period(「明治初期における有田焼の西洋技術の導入についての一考察」であり、平成15年度の九州大学留学生センター紀要に発表された。
HCV感染者の肝炎活動性を規定する宿主要因:オステオポンチンの発現調節機構

C型慢性肝炎では男性に比して女性で肝炎活動性が軽微な症例が多いなど,肝病態には性差が認められる。肝炎はTh1系免疫応答により発症するが,オステオポンチンはその開始に必須のサイトカインであり,肝細胞にその発現が見られる。従って,肝炎活動性は肝細胞の発現するオシテオポンチンによって調節されていると推定され,これが肝病態における性差も規定している可能性がある。我々は,オステオポンチン遺伝子プロモーター領域の塩基配列を解析し,ほぼ100%の連鎖不平衡を呈するnt -155,-616,-1,748の3SNPsと,これと独立したnt -443のSNPを見出した。これらSNPsに関して,調節機構を解明するためにPC解析したところ,nt -443はalleleがTの場合にCdxAが,nt -155は何れのalleleでもY染色体にコードされるSRYが,deletion mutationの場合はoxD3が結合することが明らかになった。そこで,これらSNPsの結合領域を含む30塩基からなるoligonucleotideをalleleごとに合成し,ビオチン標識した。一方,雄性のHep細胞,雌性のHela細胞にdexamethasoneを添加した後に核蛋白質を抽出し,雄性および雌性の活性化核蛋白抽出分画を作成した。標識oligonucleotideと活性化核蛋白抽出分画の混合液を電気泳動してgel-shiftアッサイを行ったところ,HepG2細胞の核抽出物を用いた検討ではCdxA,SRY,FoxD3と,Hela細胞での場合にはCdxA,FoxD3とologonucleotideの結合を示すビオチンシグナルが検出され,オステオポンチンの発現調節に性差があることが確認された。更に,これら一連の検討の過程で,nt -155の近傍に結合する未知の転写因子が存在することを見出したが,同因子は女性由来の培養細胞には発現しているが,男性由来の細胞には認められないことを発見した。従って,C型慢性肝疾患における病態の性差は,nt -155のSNPと男性固有のSRYおよび女性固有の未知の転写因子によって規定されている可能性があることを明らかにした。我々は,オステオポンチン遺伝子プロモーター領域の塩基配列を解析し,ほぼ100%の連鎖不平衡を呈するnt-155,-616,-1,748の3SNPsと,これと独立したnt-443のSNPを見出した。これらSNPsに関して,調節機構を解明するためにPC解析したところ,nt-443はalleleがTの場合にCdxAが,nt-155は何れのalleleでもY染色体にコードされるSRYが,deletion mutationの場合はFoxD3が結合することが明らかになった。

一方,雄性のHep細胞,雌性のHela細胞にdexamethasoneを添加した後に核蛋白質を抽出し,雄性および雌性の活性化核蛋白抽出分画を作成した。標識oligonucleotideと活性化核蛋白抽出分画の混合液を電気泳動してgel-shiftアッサイを行ったところ,HepG2細胞の核抽出物を用いた検討ではCdxA,SRY,FoxD3と,Hela細胞での場合にはCdxA,FoxD3とologonucleotideの結合を示すビオチンシグナルが検出され,オステオポンチンの発現調節に性差があることが確認された。また,nt-443に関しては異なるalleleの非標識oligonucleotideを混合液に過剰に添加する競合gel-shiftアッサイを実施し,alleleがTの場合に結合性が高度であることを証明した。C型慢性肝炎では男性に比して女性で肝炎活動性が軽微な症例が多いなど,肝病態には性差が認められる。肝炎はTh1系免疫応答により発症するが,オステオポンチンはその開始に必須のサイトカインであり,肝細胞にその発現が見られる。従って,肝炎活動性は肝細胞の発現するオシテオポンチンによって調節されていると推定され,これが肝病態における性差も規定している可能性がある。我々は,オステオポンチン遺伝子プロモーター領域の塩基配列を解析し,ほぼ100%の連鎖不平衡を呈するnt-155,-616,-1,748の3SNPsと,これと独立したnt-443のSNPを見出した。これらSNPsに関して,調節機構を解明するためにPC解析したところ,nt-443はalleleがTの場合にCdxAが,nt-155は何れのalleleでもY染色体にコードされるSRYが,deletion mutationの場合はFoxD3が結合することが明らかになった。そこで,これらSNPsの結合領域を含む30塩基からなるoligonucleotideをalleleごとに合成し,ビオチン標識した。更に,これら一連の検討の過程で,nt-155の近傍に結合する未知の転写因子が存在することを見出したが,同因子は女性由来の培養細胞には発現しているが,男性由来の細胞には認められないことを発見した。従って,C型慢性肝疾患における病態の性差は,nt-155のSNPと男性固有のSRYおよび女性固有の未知の転写因子によって規定されている可能性があることを明らかにした。
高機能広汎性発達障害青年における社会的コミュニケーション行動支援に関する研究

研究(1):HFPDD青年における社会的コミュニケーション行動支援に関する文献的検討:指導研究タイプは、(a)グループ対象タイプ、(b)代替行動指導タイプ、(c)具体的な状況に特化した個別的タイプ、の3つに分類できた。研究(2):HFPDD青年における社会的コミュニケーション行動の困難性の調査:当事者と保護者ともに困難性の高いと評価した項目は「相手の話をさえぎらずに話に入る」「友だちを遊びに誘う」等があった。研究(3):HFPDD青年における問題解決に向けた準備的支援・指導プログラム(大学入学準備、就職準備、消費者スキル・外食マナー)の効果と課題が明らかになった。本研究の目的は、高機能広汎性発達障害青年における社会的コミュニケーション行動支援の理論的枠組みの構築、それらに基づく支援プログラムを開発し、その効果を検討することである。平成22年度は、理論的枠組みを整理・分析するために、国外・本邦における高機能広汎性発達障害青年を対象とした社会的コミュニケーション行動支援に関係する研究について、(1)青年において抱えやすい心理的課題、(2)社会的コミュニケーション行動に対する指導方法・指導プログラムと効果測定方法、といった視点から文献的に検討した。結果、ターゲット行動の明確化、および高次条件性弁別の枠組みからの分析の必要性が指摘された(井澤・山本・半田, 2011)。次に、高機能広汎性発達障害青年における社会的コミュニケーション行動の状態を把握するためのアセスメント・ツールの開発に向けて、高機能広汎性発達障害青年当事者(約50名)およびその保護者(約60名)に対する質問紙調査を実施し、そのデータを収集した。質問紙調査は、井澤ら(2007)を参考に、「I.関係作りスキル」「II.会話スキル」「III.関係の維持・発展スキル」から構成し、3件法による評定および具体的な問題を書き込む自由記述による回答を求めた。現在、データの整理・分析および追加データの収集を進行中であり、来年度にはとりまとめる予定である。最後に、事前準備的支援プログラムの開発(事例研究)に向けて、これまで実施してきた「大学生活準備支援プログラム(井澤・松尾,2008;松尾・井澤,2008)」「大学生における就労準備支援プログラム(田崎,2010(未公刊))」「就労準備支援プログラム(石津・田崎・井澤,2009)」の総括、新たに「消費者教育プログラム(香美・井澤,2010)」を実施した。それらを連続するシリーズ化した準備支援プログラムとしてさらに補完していく。本研究は、高機能広汎性発達障害児・者における包括的な社会的コミュニケーション行動を支援する方法を検討することが目的とし、これまで以下のように実施してきた。(1)高機能広汎性発達障害青年における社会的コミュニケーション行動に対する事例研究のメタ分析:広汎性発達障害児・者に対する指導研究についての文献的検討のまとめ「高機能広汎性発達障害青年における社会的コミュニケーション行動支援に関する文献的検討(井澤・山本・半田,2011)」に基づき、社会的コミュニケーション行動の問題とそれに対する支援・指導方法の枠組み(落合・井澤,2007)を修正した。(2)高機能広汎性発達障害青年当事者およびその保護者への社会的コミュニケーション行動おける困難性のアンケート調査:研究代表者らによる研究(井澤・霜田・小島・細川・橋本,2007)を基に試行的に作成した「社会的コミュニケーション行動アセスメントシート(仮)」について、昨年度に収集したデータに加え、合計、当事者50名、保護者60名程度がデータ収集に協力が得られた。現在、「困難性の頻出頻度」「つまずき特徴の分類」等の分析・整理を進めている。(3)高機能広汎性発達障害青年における社会的コミュニケーション行動支援プログラムの予備的開発二研究代表者が実施してきた(A)大学入学準備支援プログラム(井澤・松尾,2008),(B)就労準備支援(石津・田崎・井澤,2009)のプログラム:「委託訓練事業(発達障害者のためのビジネスコミュニケーション訓練)、(C)消費者教育プログラム(香美・井澤,2010)を実施したものに加え、さらに、(D)高機能広汎性発達障害者を対象とした就労準備支援「NPO法人ピュアコスモ(兵庫県高機能広汎性発達障害児・者・親の会)との共同開催」について、現在、データを整理・分析している。本研究は、高機能広汎性発達障害児・者における包括的な社会的コミュニケーション行動を支援する方法を検討することを目的とし、これまで以下のように実施した。

研究I:高機能広汎性発達障害青年における社会的コミュニケーション行動支援に関する研究の概観(井澤・山本・半田, 2011):広汎性発達障害児・者に対する指導研究についての文献的検討を行い、「グループを対象とした指導研究タイプ」「不適切な社会的コミュニケーションに代わりうる代替行動の指導研究タイプ」「具体的な状況に特化した個別的な指導研究タイプ」に整理された。研究II:高機能広汎性発達障害青年における社会的コミュニケーション行動チェックリストの検討:研究代表者らによる研究(井澤・霜田・小島・細川・橋本, 2007)をもとに、試行的に作成した「社会的コミュニケーション行動チェックリスト」について、当事者29名、保護者62名からのデータ協力が得られた。個人によるつまずきが多様であるがため、そのつまずき例のサンプルを示すことができた。今後、さらにこの結果については、吟味する必要がある。研究III:高機能広汎性発達障害青年を対象とした指導・支援プログラムの開発:(1)大学入学準備支援プログラム、(2)就職準備支援プログラム(全般)、(3)就労準備支援プログラム(ソーシャルスキル)、(4)消費者スキル指導プログラム、(4)外食マナー指導プログラム、といった5つの社会的コミュニケーション行動支援に関する指導・支援プログラムを開発し、その効果を検討した。いずれのプログラムも、知識・技能の提供に向けて、本人との対話を通した、セルフ系の指導技法およびシミュレーション場面の適用が効果的であったことが示された。本研究の目的である(1)高機能広汎性発達障害青年における社会的コミュニケーション行動に対する事例研究のメタ分析、(2)高機能広汎性発達障害青年当事者およびその保護者への社会的コミュニケーション行動おける困難性のアンケート調査、(3)高機能広汎性発達障害青年における社会的コミュニケーション行動支援プログラムの予備的開発、について、データは収集がほぼ終了しており、さらに最終年度のまとめに向けて取り組める状況にあるため。24年度が最終年度であるため、記入しない。データの整理・分析に要する時間等が必要なため、データ入力等のアルバイトを用意することと、定期的な関係者スタッフミーティングを実施することにより研究を推進していく。
安全・簡便な経皮的左心バイパス法の開発

本研究は経皮経心房中隔的に左房脱血管を挿入・留置し、安全かつ容易な左心バイパス法を開発し臨床応用することを目的とした。(1)経皮的左心バイパスシステムの開発:1992年度に雑種成犬を用いて、経食道心エコー図ガイド下に経皮的に大腿静脈より左房に挿入・留置可能な経皮的左心バイパスシステムをメディキット社(東京)と共同開発した。Brockenbrough法により心房中隔穿刺を行い、左房に到達する手法は井上が開発した井上バルーンによる経皮経静脈的僧帽弁交連裂開術に準じた手法を用いた。左房脱血のために先端50mmの位置で60度の角度がつき、先端35mmの範囲に径1.5mmの20個の多側孔をもつ左房脱血カニューレを開発した。このシステムの安全性および基本的な性能に関しては各領域の学会に発表した。(2)経皮的左心バイパスシステムの臨床評価:重症虚血性心疾患のPTCA症例で本人・家族の了解の下に本システムを最初に臨床応用し、全く安定した血行動態でPTCAが施行できた。1992年に臨床第一例を得た後、ICUで発生する心原性ショック症例を中心に本システムの臨床使用を試み1994年までに9例に施行した。著明な血行動態の改善を見たが、最終的に死亡した6例と心房隔中穿刺が不可能であった1例に対して病理解剖を詳細に施行し、本システムの安全性に関して検討を加えた。病理解剖所見より、心房中隔穿刺部の裂開もなく本システムの安全性に問題がないと結論された。更に最初導入した経食道心エコー図ガイドによる心房中隔穿刺に替わって、心腔内エコーシステムを開発し、これをガイドとして臨床使用の可能性を検討した結果、Brockenbrough心房中隔穿刺針が右房に挿入された後は、心腔内エコーガイドで全く問題なく心房中隔穿刺・左房脱血管の左房への挿入留置が可能であり、手技の省力化、患者の苦痛軽減にとって有効であることが証明された。(1)雑種成犬を用いた動物実験により経皮的静・動脈バイパス(VAB)と経皮的左心バイパス(AAB)のPTCA施行時の循環補助効果を検討した。重症冠動脈疾患モデルに置いて、左前下桁枝(LAD)に対するバルーン拡張時の心筋虚血による左心機能の低下はVAB補助ではコントロール(補助循環無し)に比較して著明な補助効果は得られなかった。一方、AAB補助では血圧が100mmHg以下になるまでの時間および心室細胞に至るまでの時間はコントロールやVAB補助時に比較して5倍以上(500700秒)に延長した。AAB補助併用により5分以内のLAD領域でのバルーン拡張では重症例においても容易に血圧低下や心室細動を来すことなく安全なPTCAが施行可能なことが示唆された。(第40回日本心臓病学会発表1992,10,15-17高松市)

(2)経皮的AAB法による循環補助施行症例の心房中隔穿刺部位の病理学的検討を剖検例5例で行い、我々が開発したカニューレの長期留置により心房中隔穿刺部周囲に裂隙を生じることなく、AAB補助離脱後遠隔期に死亡した症例では穿刺部位が完全に治癒閉鎖していることが確認され、我々の用いる極めて軟らかい外径18Fr.左房脱血用カニューレはヒトにおける長期留置に安全であることが確認された。(第40回日本心臓病学会発表1992,10,15-17高松市)(3)臨床例6例で経皮的AAB補助を施行し、術中経食道心エコー図検査により経心房中隔左房脱血用カニユーレ周囲から全く左右心房間に短絡血流が生じていないことを確認し、卵円か中央を穿刺することが剖検結果および経食道心エコー図観察により最も安全と考えられた。但し、経皮的左心バイパスより補助人工心臓補助へ移行する場合は右房を切開し確実に心房中隔交通を閉鎖する必要がある。(第30回日本人工臓器学会発表1992,11,4-6東京)本研究の初年度にメディキット社と経皮的左心バイパス(PLAAB)システムを共同開発し、今年度はその臨床応用と有効な臨床使用法に関する研究を行った。当該年度の研究成果として以下の2点が挙げられる。(1)PLAAB補助の心原性ショック症例への臨床応用心停止を含む重症心原性ショック症例8例にPLAAB補助を試み、リウマチ性弁膜症により高度の左房壁石灰化を合併した症例1例を除き他の7例で22時間105時間のPLAAB補助を行った。上記症例は心房中隔も高度石灰化していてBrockenbrough針による穿刺が不可能であったが、他の7例では極めて迅速かつ容易に左房脱血管の挿入が可能であった。心停止例2例に対してはPCPS補助によりまず心蘇生し、その後PLAAB補助に移行する方法が有効で、1例で離脱救命せしめた。7例中3例(42%)がPLAAB補助より離脱可能であり、1例(14%)が心原性ショック状態を離脱し、カテコラミン補助からも離脱し生存した。しかし、本法は全身ヘパリン化を必要とし、遠心ポンプを使用するため一週間以上の長期補助は困難で、72時間以内に左心機能が回復兆候が見られない症例は速やかに補助人工心臓を用いたLVAS補助に移行すべきと考えられた。(2)心腔内エコー(ICE)をガイドとした新しい心房中隔穿刺による左房脱血管挿入法の開発本PLAABシステム開発当初は、左房脱血管挿入に必要な心房中隔穿刺は経食道心エコー(TEE)法をガイドとして用いたが、TEE法は覚醒下の患者にとっては不快感が強く、技術的にも熟練を要したため更に容易な心房中隔穿刺ガイド法としてICE法を導入した。同様の手枝を必要とする井上バルーンを用いた経皮的僧帽弁交連裂開術(PTMC)症例10例、PLAAB症例3例にICE法をガイドとして用い、内7例はICE法単独ガイドにより左房カニュレーションを行い安全性に全く問題はなかった。しかし、ICEガイド法は下大静脈から右房へ穿刺針を進める際に穿刺針全体の走行を観察することが出来ないため、X線透視が併用できない場合はTEE法を併用すること望ましいと考えられた。穿刺針が右房内に挿入された後はICE法による穿刺針先端の観察は明瞭で、心房中隔穿刺のガイドとしては臨床上極めて有用と考えられた。(1)経皮的左バイパス補助を施行した結果生じる心房中隔穿刺部位の病理学的検討犬を用いた24時間実験により本補助装置駆動により15房中隔穿刺部位に裂開等の問題が生じないことを証明し、更に本補助装置を使用した臨床例の剖検例7例で穿刺部位の変化を病理学的に検討し、5例で穿刺部がほぼ円形の穿刺孔を呈し、1例でスリット状の穿孔形態を呈していたがいづれも裂開所見は見られなかった。以上より15房中隔穿刺による経皮的左心バイパス法は安全な補助循環法であることを証明した。(2)心腔内エコー法による心房中隔穿刺法の確立経皮的僧帽弁交連裂開術70例、経皮的左心バイパス補助症例
電子線トモグラフィー用ビデオレートフォーカスシステムの開発

超高圧電子顕微鏡トモグラフィーは医学・生物学系試料の3次元構造を観察することに有用である。その撮影は数十枚以上の試料傾斜角を少しずつ変えた像が必要であり、数マイクロメートルの機械的回転精度より良い精度で、オートフォーカスおよび視野位置補正を自動的に行い、傾斜像シリーズの撮影の大幅な高速化を実現した。4000×4000ピクセルの61枚のCCD画像からなるトモグラフィー傾斜シリーズを取り込むのに従来の半分の30分で完了する。超高圧電子顕微鏡を用いた電子線トモグラフィーは医学・生物学系の立体観察に用いられている。撮影は試料の傾斜角度を変えた像を数十枚から百数十枚もの画像を取得する必要があり、撮影の自動化が求められている。試料の傾斜に伴い観察視野やフォーカスがずれるので1枚1枚撮影の際には補正が必要である。フォーカスのずれに対し、本研究ではオートフォーカスの技術開発を進めてきた。これまで高解像度のCCDカメラの撮影像に対し、フォーカスを少しずつずらした画像を撮影し、そのフォーカスの合い具合を鮮鋭度という評価値で与えた。これを元に、より高速なハイビジョンカメラ像から鮮鋭度を評価する手法を検討した。ハイビジョンカメラ像はCCD像に比べ、解像度が4分の1と低く、ノイズが多いという欠点があるが、数枚から数10枚積算することでS/Nを向上させた。1枚を短時間に撮影できることから、フォーカスをずらした画像をより多く(10種類程度)とることで、オートフォーカスに使える程度の鮮鋭度の値を得ることを確認した。超高圧電子顕微鏡の動作を外部プログラムから制御するためのプログラムの開発中である。具体的には対物レンズの電流値、試料傾斜角度、視野の位置などを別PCから制御し、鮮鋭度の評価値を元にオートフォーカスを行い、電子線トモグラフィーの自動撮影することを目指し、部分部分でプログラムの動作テストを行った。画像取り込みから鮮鋭度の計算して実際にフォーカスを変えるために対物レンズ電流を補正する一連の流れを作製している。現状では鮮鋭度を計算する際にフォーカスの違いによる僅かな位置ずれは補正していないが、補正が必要な場合があることが分かった。また、対物レンズの応答時間速度を画像計測から求めた。サブ秒のオーダーまで高速化するにはレンズ応答を考慮したアルゴリズムが必要なことが分かってきた。その際、電子顕微鏡像の撮影には試料傾斜角を少しずつ変えた像を数十枚から百数十枚もの画像を取得する必要があり、撮影プロセスの自動化が求められている。試料の傾斜にともない観察視野やフォーカスがずれるので1枚撮影ごとにそれらの微調整が必要である。本研究ではオートフォーカスを高速化することを進めてきた。フォーカスの合い具合を画像鮮鋭度という評価値を与えると、生物系の試料においては画像のフォーカス具合を数値化できる。ビデオレートでの像取得が可能なハイビジョンビデオカメラを用いた画像から画像鮮鋭度を求めオートフォーカスに用いることにした。ハイビジョンカメラ像はスロースキャンCCDカメラに比べると解像度が4分の1と低く、ノイズが多いという欠点があるが、20枚程度積算すること画像鮮鋭度を評価するに十分なS/Nが得られることが分かった。5種類のデフォーカス像から画像鮮鋭度を計算し、それが最大となるフォーカス値を擬似ガウス関数とのフィッティングで求める手法を開発し、最適フォーカス値を決定することができた。超高圧電子顕微鏡の動作を外部プログラムから、フォーカス値である対物レンズの電流値、試料傾斜角度、視野の位置などを制御し、オートフォーカスおよび視野位置補正を行いながら、電子線トモグラフィーの傾斜像シリーズの自動撮影の大幅な高速化を実現した。実際に4000×4000ピクセルのCCD画像を2度おきのトモグラフィー傾斜像シリーズを取り込むのに30分で完了する。これは従来の半分の時間ですむことから3次元構造観察の大幅な効率化を達成した。その際、試料の傾斜角度を変えた像を数十枚から百数十枚撮影する必要があり、撮影の自動化が求められている。撮影の際には観察視野とフォーカスがずれる可能性があり逐次補正して撮影する必要がある。これに対しオートフォーカスの技術開発を進めてきた。具体的には高解像度のCCDカメラの撮影像に対し、フォーカスを少しずつずらした画像を撮影し、そのフォーカスの合い具合を鮮鋭度という評価値で与える手法を確立した。鮮鋭度は撮影像の中央付近の4方向の微分画像を計算し、その標準偏差を数値として求め、4方向の自乗和の平方根として与えた。ノイズ軽減処理を入れることで人の見た目と鮮鋭度の評価値の大小が対応することを確認し、5点のフォーカスをずらした画像を元に、最大の鮮鋭度を与えるフォーカス量を算出する新しいアルゴリズムを導入した。

超高圧電子顕微鏡でフォーカスを変えるには対物レンズ電流をある決められた微小ステップずつ変化させるが、実際には像がある程度ぼける範囲を選んで5つの対物レンズ電流で撮影する。それぞれの撮影像に対し鮮鋭度を計算し、擬似正規分布関数で近似する。超高圧電子顕微鏡の場合のフォーカスに対するボケ関数は正規分布を変形した擬似正規分布関数が適当であることを見いだした。この近似から最適なフォーカスを与える対物レンズ電流値を算出することができる。これを実際の生物試料に対して行い、適切に動作することを確認した。鮮鋭度からオートフォーカスを行えるように、ハイビジョンカメラからの画像を直接コンピュータに取り込み、鮮鋭度計算を進められるようになった。また、超高圧電子顕微鏡の外部制御についても目処を立て、プログラムの作成を進めている。また、フォーカスの際の時間応答特性の評価を進めているところである。鮮鋭度という評価値によりオートフォーカスが行えることが実証でき、ある程度のノイズの軽減処理を入れ、鮮鋭度評価関数はほぼ確立した。ハイビジョンカメラ像のビデオテープからの取り込みによる手法から直接コンピュータにハイビジョンカメラ像を取り込む準備を進めている。ハイビジョンカメラ像から鮮鋭度を計算し、それを元に対物レンズの制御にフィードバックさせる制御プログラムを完成させる。鮮鋭度の計算に先だっての位置補正の導入し、計算精度の向上を図り、対物レンズ応答の評価を利用して、高速なアルゴリズムの開発を行う。ハイビジョンビデオ像を直接コンピュータに取り込み、鮮鋭度評価値の計算を行えるようにする。併せて、最適な対物レンズ電流値を直接超高圧電子顕微鏡の制御系にフィードバックするプログラムを開発する。当初予定していたLab Viewの購入をとりやめたため、24年度の研究費に未使用額が生じたが、25年度にプログラム開発用のPCおよび開発ソフトウェアを購入し、対物レンズの応答と鮮鋭度の計算を通して、オートフォーカス制御の研究を実施する。研究を進めていく上で必要に応じて研究費を執行したため、23年度の研究費に未使用学が生じたが、それはハイビジョンモニタの代わりに、ハイビジョンカメラ像を直接コンピュータに取り込むシステムの構築を前倒しに進め、その納品が遅れたためである。研究計画に変更はなく、前年度の研究費も含め、当初通りの計画を進めていく。
胚性幹細胞複製分子を用いた新たな肺癌診断マーカーの開発

本研究では、胚性幹細胞(ES細胞)の再生/自己複製に必須の分子群に着目し、肺癌特異性の高い腫瘍マーカーを開発することを目的とした。候補分子の機能解析では、NanogおよびSALL4の遺伝子発現の減少は著明な癌細胞の増殖抑制を引き起こした。特にSALL4 siRNA導入細胞はG1期とS期早期における細胞周期の停止を介し、最終的に分裂能を失って大型化した。非癌肺組織と比べた際の肺癌組織におけるNanogおよびSALL4の発現量はそれぞれ1, 000倍、50倍高まっており、stage IAから高発現していた。また、NanogおよびSALL4遺伝子の診断能をROC解析で調べたところ、感度80%(特異度93%)および感度85%(特異度93%)と優れた診断能を有していた。以上の結果から、幹細胞複製分子、特にSALL4が肺癌細胞の増殖に極めて重要であり、早期肺癌の補助診断マーカーとして有用であることが示唆された。本研究は、胚性幹細胞(ES細胞)の再生/自己複製に必須の分子群が、非再生性臓器である肺ではほとんど発現しない点に着目し、肺癌特異性の高い腫瘍マーカーを開発することを目的としている。本年度は、1)まず癌細胞の増殖や脱分化状態の維持における重要性を調べるため、ES細胞複製分子(NanogおよびSALL4)の機能解析を行った。Nanogの遺伝子発現は解析した肺癌細胞4種全てで確認され、siRNAを導入すると著しい増殖抑制がみられた。sALL4についてもsiRNAを用いてその機能を調べたところ、導入細胞はほとんど増殖せず、最終的に分裂能を失って大型化した。2)次に、臨床検体を用いて検討を行った。Nanogに関しては、肺癌組織における発現は非癌肺組織に比べ約5,000倍高まっていた。また、Nanog遺伝子の肺癌診断能をROC解析で調べたところ、感度80%、特異度90%であった。一方、胃、大腸および乳腺由来の癌組織と非癌組織との間には、肺癌ほどの差異はみられなかった。この結果は、当該正常組織における再生性の違いを反映しているものと、考えられた。3)臨床病理学的背景別にNanogの発現量を比較したところ、特に有意差のある項目はみられなかった。しかし、臨床病期別の陽性率(感度)はstage Iで77%、stage II-IVで78%と早期から高発現していた。4)SALL4についても同様の解析を行った。肺癌組織では非癌肺組織に比べ遺伝子発現が高まっており、感度は80%、特異度は93%と、Nanogと同様に高い診断能を発揮することが明らかになった。今後、臨床検体における解析を続けるとともに、その発現制御機構の解明も行い、肺癌診断マーカーとしての意義を確立したい。本年度は、1)昨年度に引き続き、SALL4の発現様式について症例を増やし検討した。その結果、昨年度検討したNanogの場合と同様に、SALL4m RNAの発現量は多くの肺癌組織で高まっており、非癌組織と比べた際の平均発現量は約50倍高かった。一方、上記の発現解析を乳癌検体でも行ったところ、癌組織で高値を示すものの、その程度は肺癌に比べ弱かった。肺癌におけるSALL4の発現量をROC解析した結果、感度85%、特異度93%と高い診断能を有することが明らかとなった。臨床病理学的背景因子別に発現量をみたところ、性別や組織型を含め特に影響を与える因子はなかった。しかし、臨床病期別の陽性率(感度)はstage Iで84%、stage II-IVで86%と早期から高発現していた。2)そこで、SALL4の発現意義を調べるため肺癌細胞にsiRNAを導入したところ、non-silencing control RNA導入細胞に比べ著しい増殖抑制がみられた。この詳細についてアポトーシスや細胞老化等を調べたところ、主にG1期とS期早期における細胞周期の停止であることが明らかとなった。

以上の結果と、マウスES細胞においてSALL4がG1期からの細胞周期を始動させる主要な分子であるという知見から、ヒト細胞でもSALL4の発現上昇が癌化の過程で重要な役割を担っていることが示唆された。今後、臨床検体における解析を続けるとともに、発現制御機構の解明も行い、診断マーカーとしての意義を確立したい。本研究は、胚性幹細胞(ES細胞)の再生/自己複製に必須の分子群が、非再生性臓器である肺ではほとんど発現しない点に着目し、機能解析を基盤とした肺癌特異性の高い腫瘍マーカーを開発することを目的としている。本年度は、1)NanogおよびSALL4に焦点を絞り、その発現様式について症例を増やし検討した。その結果、非癌組織と比べた際の癌組織におけるNanogおよびSALL4 mRNA発現量は検討したうち約90%のサンプルで4倍以上に高まっており、Nanogの平均発現量は500倍、SALL4のそれは50倍程度に及ぶことが明らかとなった。また、個々の症例における発現量分布の違いを反映し、SALL4の診断能はNanogよりも高く、感度85%、特異度95%と、肺癌補助診断マーカーとして優れた性能を有していた。また、興味深いことに肺癌におけるNanogとSALL4の発現量の間に、正の相関関係(rニ0.73)がみられた。マウスES細胞では両分子が互いの遺伝子のプロモーター領域に結合し得ることが報告されており、ヒト癌細胞でも同様の機構が働いていることが推測される。さらに、細胞増殖における重要性について比較すると、Nanog siRNA導入細胞では細胞周期非特異的な増殖停止がみられたが、SALL4については主にG1期における停止が観察され、造血幹細胞で報告があるG1期/S期通過の司令塔としての役割を裏付ける結果となった。すなわち、肺における発癌過程でSALL4がkey factorとなっている可能性が、Nanogについては細胞周期非依存的にSALL4の機能を補佐し互いにフィードバックしている可能性が示唆された。今後、臨床検体における解析を続けるとともに、胚性幹細胞複製分子の癌細胞における発現制御機構の解明も行い、病理診断グレーゾーン検体における補助診断マーカーとしての意義のみならず、スクリーニングマーカーとしての意義を確立していきたい。
生体内ゆらぎの機能のモデル化とその適応システムへの応用

最近、生物システムなどではその内部に発生するゆらぎ現象を積極的に利用している事実が次第に明らかになりつつある。生物行動のレベルにおいて例えば、ゾウリムシは内部に発生する電位のゆらぎを用いて泳ぎの方向をコントロールし、温度勾配のある環境で最適の温度の場所に集まることができる。本研究では、このような内部の自発的ゆらぎを機能的に用いて外部環境の変動に柔軟に対応できるような生物的確率システムのひとつのモデルとして、人工生物粒子(右図)を提案した。ここでは、ゆらぎ源はさまざまな行動パターンを確率的な規則に従って発生し、行動の結果にもとづく学習を通して外界に適合した行動パターンの発生頻度を漸次高めるよう、逐次再組織化される。この考え方にもとづいて、人工生物粒子の数理モデルのふたつのプロトタイプを構築した。ひとつは確率的ニューラルネットをゆらぎ源とし、上の考え方に沿って動作するものであり、もうひとつは記憶に相当する働きをニューラルネットの内部結合に担わせ、記憶装置を省略したものである。第一のモデルに関しては、与えられた温度場のなかで適切な適応行動をとることがコンピュータシミュレーションにより確かめられ、さらに、ある条件のもとで適応行動がうまくいく理論的保証が得られた。第二のモデルの環境適応原理は第一のものと若干異なるが、ゆらぎを利用する点で共通しており、つぎのように説明できる。すなわち粒子の運動は、内蔵された確率的ニューラルネットワークの出力部の興奮パターンにより制御され、ネットワークの入力部にはセンサーから得られる外部環境に関するデータが与えられる。運動の過程で、環境に対する適応度の高い入出力関係がニューラルネットの自己組織化機能により学習され、適応度の低い入出力関係は忘れ去られる。適応が完了したのち環境が急変しても、ニューラルネットの入出力関係に存在するゆらぎのなかから新しい環境に適合するものが選択され、再適応が行われる。いくつか異なった条件のもとでコンピュータシミュレーションを行った結果、上記の原理に対する裏付けとなり得る結果が得られた。このようにして、自発的内部ゆらぎを利用して、環境に適した行動様式を自ら創出できる、"開いた自律制御システム"に対する新しいモデルが構築された。最近,生物システムなどではその内部に発生するゆらぎ現象を積極的に利用している事実が次第に明かになりつつある。生物行動のレベルにおいて例えば,ゾウリムシは内部に発生する電位のゆらぎを用いて泳ぎの方向をコントロ-ルし,温度勾配のある環境で最適の温度の場所に集まることができる。本研究は,このような内部の自発的ゆらぎを機能的に用いて,外部環境の変動に柔軟に対応できるような生物的確率システムのひとつのモデルとして,“Intelligent Particle"の概念を確立することを目指した。適応機構の概念を下図に示す。ゆらぎ源はさまざまな行動パタ-ンを確率的な規則に従って発生し,行動の結果にもとづく学習を通して外界に適合した行動パタ-ンをより高い頻度で発生するよう再組織化される。本研究ではまず,確率的神経回路モデルの一種であるボルツマン機械の興奮パタ-

ンのゆらぎを用いて未知の仮説パタ-ンの帰納推論を行う機構のモドルを提案し,コンピュ-タシミュレ-ションによってその動作を確認するとともに,“Intelligent Particle"の適応的挙動は,行動様式を仮説とし適応度をデ-タと考えれば,デ-タから返説を帰納する確率的帰納推論の過程と等価であるとの考えに到達した。つぎに,この考え方にもとづいてゾウリムシの数理モデルを発展させ,“Intelligent Particle"の2つのプロトタイプを構築した。ひとつはボルツマン機械をゆらぎ源とし,上の考え方に沿って動作するものであり,もうひとつはより現実的に「記憶装置」を省略したものである。いずれのモデルも,与えられた温度場のなかで適切な適応行動をとることがコンピュ-タシミュレ-ションにより確かめられ,国際会議MTNS91およびICNF91においてそれぞれ発表された。さらに,第一のモデルに関しては,ある条件のもとで適応行動がうまくいく理論的保証が得られた。前年度においては,自発的内部ゆらぎを用いて環境の変化に適応した行動をとることができる“人工生物粒子"のモデルを理論とコンピュータシミュレーションの両面から検討するとともに,新しい数理モデルの着想を得,ある単純な場合についてのコンピュータシミュレーションでは良好な結果を得た.本年度は,この新しいモデルに関して,さらに検討を進めた.まず,人工生物粒子が環境に適応する原理をつぎのように整理することができる.すなわち粒子の運動は,内蔵された確率的ニューラルネットワークの出力部の興奮パターンにより制御され,ネットワークの入力部にはセンサーから得られる外部環境に関するデータが与えられる.運動の過程で,環境に対する適応度の高い入出力関係がニューラルネットの自己組織化機能により学習され,適応度の低い入出力関係は忘れ去られる.適応が完了したのち環境が急変しても,ニューラルネットの入出力関係に存在するゆらぎのなかから新しい環境に適合するものが選択され,再適応が行われる.いくつか異なった条件のもとでコンピュータシミュレーションを行った結果,上記の原理に対する裏付けとなり得る結果が得られた.このようにして,自発的内部ゆらぎを利用して環境に適した行動様式を自ら創出できる,“開いた自律制御システム"に対する新しいモデルが構築された.
自然と環境を聞く力を養うための博物館音響資料の収集・保存・持続的活用の研究

千葉県立中央博物館の「自然の音と音環境コレクション」を持続的に利用するため、音源データベースとなる音響資料管理活用システムを作成し、60000点以上の音声ファイルと詳細情報を登録し音源へのアクセスを図った。生態園において展開してきた生物音声識別装置を導入した「耳をたよりにプロジェクト(自然観察・環境調査)」の分析から、コレクションが教育や科学技術開発で活用可能な資源であることを示した。地域連携と市民参加による地域の音環境調査を事例研究として行い、平成26年度企画展「音の風景」において「地域の音が出る地図」や音の風景の記録「パノラマ音空間像」などの成果を公開し、コレクションの重要性を示した。1)音響資料管理活用システムの整備1千葉県立中央博物館の音響資料のWAVEファイルによる音声ファイル化:博物館による収集資料(DATやカセット)はマンパワーを充実させほぼ終了したが、松浦一郎生物音声コレクションなどの寄贈資料についてはなお時間を要する。ところが、DATのWAVEファイル化および内容の聞き取りに必須なDATデッキが次々と使用不可になり、機材調達のため館外に協力を仰いでいるところである。音源管理活用システム(データベース)に音声ファイル化した資料のリンクを加え、インターネット上で活用するための試行は平成24年度に繰り越して検討を行う。3音源管理活用システムには、平成元年から収集されてきた資料のうち、今回音声ファイル化した資料を順次登録することにより、平成24年5月24日現在約10,000件のファイルについて、録音日時や場所、録音者名、録音に含まれる音の種類や内容などをおおよそ入力したところであるが、今後精査検討が必要である。2)生物音響資料の利用内容・手法の評価「耳をたよりにプロジェクト(自然観察・環境調査)」の効果を検証するため、手始めに平成20ー22年度に実施した生態園観察会「とりの声キャッチ名人」のふりかえりの分析を行った。その結果を検証したところ分類にぶれがみつかり、平成24年度に持ち越して検討することととなった。この検討を見て、平成15-19年度のデータの分類を行う予定である。3)生物音響資料の音響認識技術による活用:1特定鳥類種など環境モニタリング上重要となる種類の音声の所在の把握および2音響モデルの作成用ツールについて調査は、平成24年度に持ち越した。平成25年度企画展「音の風景うつりゆく自然と環境を未来に伝える」(10月5日から12月1日まで)(以下、「音の風景」展)において、本研究の成果や今後の課題を提示し、音声資料の重要性と活用可能性について意見交流を行った。1)音響資料管理活用システムの整備について:音響資料をインターネット上で検索・試聴できるシステムの公開を、「音の風景」展で目指したが、ネットワークセキュリティ上の課題があり断念した。環境が整えば公開できる。関連情報の精度向上と試聴用音源へのアクセスしやすさも課題である。2)生物音響資料の利用内容・手法の評価について:「音の風景」展では、「ききみみずきん(開発機ならびにアプリ)」を導入した10年間の実績や効果、並びに生物音響資料活用上の発展的可能性を、資料やパネルを用いて紹介した。しかしながら、活動基盤であるアプリ自体の発売終了(2014年2月)に伴い、検討結果を社会教育や学校教育に活かすすべが失われた。初心に戻り、再興のための方策を練らなければならない。3)生物音響資料の音響認識技術による活用:「音の風景」展では、音声認識技術の重要性、博物館の音声資料を社会的資源として活用する意義と課題を、実物や写真、解説パネルにより紹介した。期間中技術者との意見交流も行った。2014年度夏には国際鳥学会(立教大学)、秋には複数の学会などで研究発表を行う。4)博物館運営の地域的基盤のため生物音響資料事例研究:市民による「私たちの大切にしている場所の音環境調査」の結果を、「地域の音が出る地図」と「全球パノラマ音環境像」により公開した。シンポジウム「音の風景遺産ーふるさとの音を伝えようー」(10月27日)を開催し、郷土の音風景をめぐる知見と自然の音に耳を傾ける文化、博物館の役割について意見交流を行った。1)音響資料管理活用システムの整備(1)千葉県立中央博物館の音響資料のWAVEファイル化:作業に必須なDATデッキが次々と使用不可になったが、館外協力により機材を調達して、作業を再開させた。しかしながら、手間のかかる作業であり、全資料のwaveファイル化には至らなかった。(2)音源管理活用システムへの音声ファイルの登録:

生物音響資料の台帳である受入簿(デジタル化済み)から、録音テープやCD、HDDなど多様な媒体ごとに録音日や場所、録音者名などを移行し、平成25年3月31日現在で60,000以上のファイルについて、記録用紙や音声所在表から時系列の詳細情報、音の種類や内容などを入力した。(3)音響資料管理活用仮システムの構築:館内ネットワークベースの音響資料管理活用システムから、外部サーバーを借りてインターネット上で公開活用する仮システムを試行した。2)生物音響資料の利用内容・手法の評価平成20-23年度に実施した生態園観察会「とりの声キャッチ名人」において回収した参加者の「ふりかえり」を分析し、音声識別支援装置「ききみみずきん(開発機)」から音声識別支援アプリ「ききみみずきんfor iPhone」へ移行したことによる変化を検討した。道具の変化が興味の対象の変化につながっている等興味深い結果を得た。3)生物音響資料の音響認識技術による活用博物館が収蔵する音源のうち、waveファイルの形式で詳細分析済みの資料を調査し、千葉県内の調査だけでも73種の鳥類について15000のファイルを確認した。音源データベース内にはテスト音源として活用可能な資料も多かった。4)博物館運営の地域的基盤のため生物音響資料事例研究:博物館の企画展示「音の風景-うつりゆく自然と環境を未来に伝える-」に向けて市民4組による音環境調査を始動させるとともに、音声資料の活用をめぐって展示資料の抽出を行った。自然の音と音環境をめぐる博物館の音響資料は国内外とも珍しく、音声認識技術への活用や地域と連携した収集・調査・展示活動など、今後の発展に結びつけるうえで、大変感謝しております。本研究課題の内示をいただいたのは、2011年11月末でした。それ以来、マンパワーをかけて作業を推進してきましたが、時間を要する作業が多く、その割に予定していた人材が得られないなど平成24年度に繰越して作業をすすめさせていただいております。また、学会発表については、秋季に関連学会が開催されるため、それまでに成果をまとめて発表する予定です。25年度が最終年度であるため、記入しない。当初よりチームワークにより作業を推進してきましたが、時間を要する作業が多く、作業者にはできるだけ効率的な作業ができるように研究をしてもらっています。機器の故障や外部サーバーにデータベースを置く準備など、予想外な問題が頻発しました。データベースへの入力においては、音環境資料はかなり充実したにゅうりょくじょうきょうになりましたが、個別音資料に関して、作業者の聞き取り作業の遅れがありました。博物館の事情により、平成25年度の展示の時期が平成25年7月から10月に延期となり、研究計画の変更がありました。また人事異動や研究協力者の交替などにより、かなり調整が必要でした。1)音響資料管理活用システムの整備: DATのWAVEファイル化および内容の聞き取りに必須なDATデッキを調達し、地道に作業を続けます。音源管理活用システムを構築した研究協力者をアドバイザーとして迎え、ファイルの共有化および音声ファイル化した資料のリンクを加えるための検討を行う。音源管理活用システムへのデータ入力は研究協力員の交代を円滑に行い着実に入力を進めます。平成25年度に公開分については研究代表者による精査検討をとくに行います。
金属ナノクラスターの局所的形状制御技術とその光デバイスへの応用

本研究の目的は、金属ナノクラスターが示す共鳴吸収特性、光学的非線形性、複屈折性をはじめとするバルク状の金属には見られない特異な性質を積極的に応用して、光技術の分野で有用な新しい光デバイスや光集積回路技術を開発することにある。金属ナノクラスターの光学特性は、金属材料の種類のみならず、ナノクラスターの形状(アスペクト比)にも大きく依存するので、金属ナノクラスター分散媒質において、一部の局所的な領域のナノクラスターの形状を変化させることにより、光学特性の全く異なる領域を媒質中に形成することが可能となる。本研究では、このような原理に基づき、特に引き延ばし法による超薄型偏光フィルムとそのパターン化技術、波長多重三次元追記型光ディスクメモリについて基礎研究をすすめ、また、関連して、金属に限らず誘電体等の微細構造に基づく新しい光デバイスの提案も行った。先ず、超薄型偏光フィルムについては、この超薄型偏光フィルムの光学的異方性が600°C以上の加熱により緩和される現象を利用し、炭酸ガスレーザ光を用いたレーザライティングにより数十ミクロンから数ミリの範囲で、円形や矩形パターンニングを行い、スポットサイズ切替器等の実現の基礎研究を行った。波長多重三次元追記型光ディスクメモリについては、2段階蒸着法により製作される複合島状金属薄膜を記録媒質として用い、銀-金島状薄膜(波長800ナノメートル用)とアルミ-銀島状薄膜(波長500ナノメートル用)の多層膜を用いて2波長での追記型光記録の原理確認実験に成功すると共に、それらの媒質の記録のメカニズムについても明らかにした。最後に、誘電体交互多層膜、ポーラス構造薄膜、柱状構造薄膜といった人工異方性媒質を直接コアに装荷した新しい導波路型偏光子について理論解析を行い、製造上のトレランス等について検討を進めた。本研究では、主として高出力レーザを用いた局所加熱技術を用いてトリミングやパターン化を行う事により実現できる、新しい原理に基づく高性能な光デバイスの原理確認実験を第一の目標としている。本年度は特に、引き延ばし法による超薄型偏光フィルムとそのパターン化技術、波長多重三次元追記型光ディスクメモリについて基礎研究をすすめ、また、関連して、金属に限らず誘電体・磁性体等の微細構造に基づく新しい光デバイスの提案も行った。先ず、超薄型偏光フィルムについては、波長800ナノメートル用の素子については、消光比30dB以上の素子を試作するとともに、この超薄型偏光フィルムの光学的異方性が600°C以上の加熱により緩和される現象を利用し、炭酸ガスレーザ光を用いたレーザライティングにより数十ミクロンから数ミリの範囲で、円形や矩形パターンニングを行った。この技術を用いる事によってスポットサイズ切替器や、スイッチング可能な空間変調器の実現が可能である。波長多重三次元追記型光ディスクメモリについては、2段階蒸着法により製作される複合島状金属薄膜を記録媒質として用い、銀-金島状薄膜(波長800ナノメートル用)とアルミ-銀島状薄膜(波長500ナノメートル用)の多層膜を用いて2波長での追記型光記録が可能である事を示した。また、誘電体交互多層膜、ポーラス構造薄膜、柱状構造薄膜といった人工異方性媒質を直接コアに装荷した新しい導波路型偏光子を提案し、その理論解析を行った。

本研究の目的は、金属ナノクラスターが示す共鳴吸収特性、光学的非線形性、複屈折性をはじめとするバルク状の金属には見られない特異な性質を積極的に応用して、光技術の分野で有用な新しい光デバイスや光集積回路技術を開発することにある。金属ナノクラスターの光学特性は、金属材料の種類のみならず、ナノクラスターの形状(アスペクト比)にも大きく依存するので、金属ナノクラスター分散媒質において、一部の局所的な領域のナノクラスターの形状を変化させることにより、光学特性の全く異なる領域を媒質中に形成することが可能となる。本研究では、このような原理に基づき、特に引き延ばし法による超薄型偏光フィルムとそのパターン化技術、波長多重三次元追記型光ディスクメモリについて基礎研究をすすめ、また、関連して、金属に限らず誘電体等の微細構造に基づく新しい光デバイスの提案も行った。先ず、超薄型偏光フィルムについては、この超薄型偏光フィルムの光学的異方性が600°C以上の加熱により緩和される現象を利用し、炭酸ガスレーザ光を用いたレザライティングにより数十ミクロンから数ミリの範囲で、円形や矩形パターンニングを行い、スポットサイズ切替器等の実現の基礎研究を行った。波長多重三次元追記型光ディスクメモリについては、2段階蒸着法により製作される複合島状金属薄膜を記録媒質として用い、銀-金島状薄膜(波長800ナノメートル用)とアルミ-銀島状薄膜(波長500ナノメートル用)の多層膜を用いて2波長での追記型光記録の原理確認実験に成功すると共に、それらの媒質の記録のメカニズムについても明らかにした。最後に、誘電体交互多層膜、ポーラス構造薄膜、柱状構造薄膜といった人工異方性媒質を直接コアに装荷した新しい導波路型偏光子について理論解析を行い、製造上のトレランス等について検討を進めた。