hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
配列情報の基礎数理

文字や数字の1次元配列のデータ解析にあたり、特に、4種類のアルファベットから成るDNAの塩基配列、タンパク質のアミノ酸配列、特定の規則で作られた数字の無限列、単語配列でできている文章などを念頭に置き、分野融合的な研究を試みた。本研究における課題は大きく分けて2つある。第一は個別の問題で、配列が与えられたとき(通常は極めて長大である)その配列の中に隠されている規則性を見いだすこと。第二は配列が多数与えられたときに、それらの類似性を判定することである。具体的な研究対象は、DNAの塩基配列やタンパク質のアミノ酸配列、および単語配列としての文章である。長大な配列に潜む規則性を探査する為に「色彩パターン化法」(平成12年12月に特許査定)を開発し、大腸菌DNA配列に応用し、これまでに見つかっていなかった局所的な循環配列を検出した。タンパク質に対しては、アミノ酸の親水性・疎水性による標準的な指標を用いた色彩パターンが、大まかな分類には有効であることが示唆された。著者の個性を識別するという観点から、日本語文章における類似性の計量化を検討し、読点の付け方によって著者の癖が識別できる(クラスター分析による)ことが強く示唆される結果を得た。同一著者の経年変化を含め精査するために、約50万語からなる形態素分解データベースを作成中であるが校正に膨大な時間を要している。データ解析の理論面を強化するために、配列の「複雑さ」「階層性」「自己組織化度」を表す特性量として、配列エントロピーに付け加えるべきものを探索すべきであるが、形態素解析データベースの完成を待って、理論と実験を融合させ、この目標に向けた試論を展開する予定である。このように、いくつかの具体的な成果に加え、多くの課題を掘り起こすこととなり、より組織的な研究が必要となっっている。ここで問題にする配列とは、文字や数字の1次元配列のことであり、例えば、4種類のアルファベットから成るDNAの塩基配列、タンパク質のアミノ酸配列、特定の規則で作られた数字の無限列、単語配列でできている文章などを念頭に置いている。このような配列解析の問題は大きく分けて2つある。目下、研究対象としている配列データは、DNAの塩基配列やタンパク質のアミノ酸配列、および単語配列としての文章である。大腸菌DNA配列に関しては、これまでに開発してきた「色彩パターン化法」の応用によって、これまでに見つかっていなかった局所的な循環配列が検出され、一定の成果をあげた(論文準備中)。著者の個性を識別するという観点から、日本語文章における類似性の計量化を検討している。すでに、読点の付け方によって、著者の癖が識別できる(クラスター分析による)ことが強く示唆される結果を得た。目下、同一著者の経年変化を調査するためのデータベースを作成中であり、次年度中には、一定の成果が見込まれる。最後に、配列の類似性の数理へ向けた研究であるが、配列の「複雑さ」「階層性」「自己組織化度」を表す特性量として、配列エントロピーに付け加えるべきものを探索中である。今後は、それらを用いた計算機シミュレーションを念頭に置いた数理を展開する予定である。
標準模型の格子定式化と電弱ゲージ対称性の破れ及びバリオン数非保存過程の解析

格子カイラルフェルミオンの生じるゲージアノマリーの厳密相殺を示すための局所的コホモロジー問題を解くために,格子上のChern-SimonCurrentの局所性およびゲージ共変性に着目し, FieldTensorによる展開法を用いる解法を提案した。2次元SU(N)理論については,この方法が有効であることを示し,数値的な検証を行った。本研究では,格子ゲージ理論として構成されたGlashow-Weinberg-Salam模型(ゲージ群SU(2)×U(1)に基づく電弱統一理論)を応用して,摂動論的には,バリオン数拡散率のone-loop計算を,非摂動論的には,ヒッグスセクターの構造に関する研究を行う.また,格子Glashow-Weinberg-Salam模型を,さらに,SU(3)を含む標準模型やSO(10)カイラルゲージ理論等に拡張するための基礎的な研究を並行して行う計画である.平成21年度に,格子ゲージ理論として構成されたGlashow-Weinberg-Salam模型を,強い相互作用も含む標準模型に拡張する新しい方法の着想が新たに得られた.格子カイラルゲージ理論の場合,有限格子間隔でゲージ不変性を厳密に保つために,カイラルフェルミオンの生じるゲージアノマリーの厳密相殺を示すことが重要である。このために,局所的コホモロジー問題と呼ばれる数学的な問題を考察する必要がある。この問題は,これまでU(1)群とU(1)xSU(2)群の場合のみ解が得られていた。この問題に対して,今回得られた着想は,格子上のゲージアノマリーの変分を与えるChern-Simon Currentが,局所的,かつ,ゲージ共変的に与えられていることに着目し,これをField Tensorによってbi-local fieldに展開すると,局所的コホモロジー問題の解が簡潔な形式で求められるようになる,というものである。この解は,数値的な方法で評価できる程度にまで簡単化されているため,数値的にゲージアノマリーの厳密相殺を示すことが可能になると期待される。この新しい方法を確立するために,はじめに,SU(N)2次元カイラルゲージ模型におけるゲージアノマリーの相殺と局所性の数値的検証を行っている段階である。今後は,4次元カイラルゲージ模型での理論的考察と数値的方法による検証を押し進る。本研究では,格子ゲージ理論として構成されたGlashow-Weinberg-Salam模型(ゲージ群SU(2)×U(1)に基づく電弱統一理論)を応用して,摂動論的にはバリオン数拡散率のone-loop計算を,非摂動論的にはビッグスセクターの構造に関する研究を行う.また,格子Glashow-Weinberg-Salam模型を,さらに,SU(3)を含む標準模型やSO(10)カイラルゲージ理論等に拡張するための基礎的な研究を並行して行う計画である.格子カイラルゲージ理論の場合,有限格子間隔でゲージ不変性を厳密に保つために,カイラルフェルミオンの生じるゲージアノマリーの厳密相殺を示すことが重要である。この問題を解く方法について,平成21年度に得られた着想は,格子上のゲージアノマリーの変分を与えるChern-Simon Currentが,局所的,かつ,ゲージ共変的に与えられていることに着目し,これをField Tensorによってbi-local fieldに展開すると,局所的コホモロジー問題の解が簡潔な形式で求められるようになる,というものである。この解は,数値的な方法で評価できる程度にまで簡単化されているため,数値的にゲージアノマリーの相殺を示すことが可能になると期待される。平成22年度には,この方法がSU(N)2次元格子カイラルゲージ模型に適用できることが確かめられた。現在,ゲージアノマリー相殺項のゲージ変換性と局所性の数値的検証を行っている段階である。今後は,4次元カイラルゲージ模型での理論的考察と数値的方法による検証を押し進める。本研究では,格子ゲージ理論として構成されたGlashow-Weinberg-Salam模型(ゲージ群SU(2)×U(1)に基づく電弱統一理論)を応用して,摂動論的にはバリオン数拡散率のone-loop計算を,非摂動論的にはヒッグスセクターの構造に関する研究を行う.また,格子Glashow-Weinberg-Salam模型を,さらに,SU(3)を含む標準模型やSO(10)カイラルゲージ理論等に拡張するための基礎的な研究を並行して行う計画である.格子カイラルゲージ理論の場合,有限格子間隔でゲージ不変性を厳密に保つために,カイラルフェルミオンの生じるゲージアノマリーの厳密相殺を示すことが重要である。この問題を解く方法について,平成21年度に得られた着想は,格子上のゲージアノマリーの変分を与えるChern-SimonCurrentが,局所的,かつ,ゲージ共変的に与えられていることに着目し,これをField Tensorによってbi-localfieldに展開すると,局所的コホモロジー問題の解が簡潔な形式で求められるようになる,というものである.

この解は,数値的な方法で評価できる程度にまで簡単化されているため,数値的にゲージアノマリーの相殺を示すことが可能になると期待される.平成22年度には,この方法がSU(N)2次元格子カイラルゲージ模型に適用できることが確かめられた.平成23年度には,ゲージアノマリー相殺項のゲージ変換性と局所性の数値的検証を進めた.現在,SU(N)2次元格子カイラルゲージ模型の構成法の詳細を検討している段階である。今後は,4次元カイラルゲージ模型での理論的考察と数値的方法による検証を押し進める。
高スピン偏極電子を用いた強磁性体/半導体界面での電気伝導のスピン依存性

1.垂直強磁性膜の作製スパッタリング法により,p-GaAs基板上へ強磁性薄膜を作製した.垂直に入射するレーザ光の照射方向に平行に磁化をそろえるために,比較的低磁界で垂直磁化膜となるGdTbFe膜(20nm)をp-GaAs基板上に作製した.なお,半導体と強磁性膜の界面のショットキー障壁が光伝導電流の妨げになることが昨年度の実験で明らかにされており,光伝導電流がトンネル効果で強磁性体に拡散するようにGaAs表面と強磁性膜の間にAl_2O_3膜(2nm)を挿入した.2.スピンフィルターの研究GaAs基板内に円偏光レーザでスピン偏極電子を励起し強磁性体の電流を測定した.電極は強磁性膜およびGaAs基板裏にそれぞれCu膜およびAu膜を蒸着した.厚さはいずれも20nmである.830nmの直線偏光のレーザ光をBabinet-Soleiz位相補償板を通して,励起光の偏光状態を直線変更から円偏光状態に変化させ,集光レンズを通して強磁性体膜側から試料に照射し,光電流を測定した.直線偏光の場合と比較して,左右円偏光の場合には1.2%の光電流の強度の変化が認められ,光伝道電流のスピン依存性が確認された.光伝導電流のスピン依存性が確認されたが,その差は1.2%と小さかった.この原因として(1)作製した強磁性膜の磁気特性が十分でないこと,および(2)Al_2O_3膜によるスピン緩和,の可能性が考えられ,今後の課題である.3.高性能スピン偏極電子線源の開発本研究はGaAs基板から励起された50%以下の偏極度のスピン偏極電子を用いた実験で終了した.より精密な検討には100%近い偏極度を有する光電子を用いることが必要である,このため,GaAs/GaAsP歪超格子を用いたスピン偏極電子線源を開発し,その励起機構を明らかにした.1.垂直強磁性膜の作製スパッタリング法により,p-GaAs基板上へ強磁性薄膜を作製した.垂直に入射するレーザ光の照射方向に平行に磁化をそろえるために,比較的低磁界で垂直磁化膜となるGdTbFe膜(20nm)をp-GaAs基板上に作製した.なお,半導体と強磁性膜の界面のショットキー障壁が光伝導電流の妨げになることが昨年度の実験で明らかにされており,光伝導電流がトンネル効果で強磁性体に拡散するようにGaAs表面と強磁性膜の間にAl_2O_3膜(2nm)を挿入した.2.スピンフィルターの研究GaAs基板内に円偏光レーザでスピン偏極電子を励起し強磁性体の電流を測定した.電極は強磁性膜およびGaAs基板裏にそれぞれCu膜およびAu膜を蒸着した.厚さはいずれも20nmである.830nmの直線偏光のレーザ光をBabinet-Soleiz位相補償板を通して,励起光の偏光状態を直線変更から円偏光状態に変化させ,集光レンズを通して強磁性体膜側から試料に照射し,光電流を測定した.直線偏光の場合と比較して,左右円偏光の場合には1.2%の光電流の強度の変化が認められ,光伝道電流のスピン依存性が確認された.光伝導電流のスピン依存性が確認されたが,その差は1.2%と小さかった.この原因として(1)作製した強磁性膜の磁気特性が十分でないこと,および(2)Al_2O_3膜によるスピン緩和,の可能性が考えられ,今後の課題である.3.高性能スピン偏極電子線源の開発本研究はGaAs基板から励起された50%以下の偏極度のスピン偏極電子を用いた実験で終了した.より精密な検討には100%近い偏極度を有する光電子を用いることが必要である,このため,GaAs/GaAsP歪超格子を用いたスピン偏極電子線源を開発し,その励起機構を明らかにした.1.スピン偏極電子源の開発従来の歪んだGaAs薄膜あるいは超格子を用いたスピン偏極電子源の表面は格子不整合による欠陥が発生している。この欠陥が強磁性体/GaAs界面の電気伝導に影響を与える可能性がある。このため、新たに2光子励起のスピン偏極電子源を検討した。この方法では2個の光子が同時に吸収される過程を利用するため、重い正孔あるいは軽い正孔のいずれか一方のみが励起され、バルク結晶を用いて高く偏極した光電子が得られる。p-GsAs基板を用いて、この方法により80%以上のスピン偏極電子を実現した。また、この方法では高いスピン偏極度が実現する励起レーザの波長域が200nmであった。これは従来の歪んだGaAs薄膜を用いた場合の12nmより遥かに広くなっている。2.スピンフィルターの研究GaAs基板上への磁性薄膜の作製条件の検討を行なった。まず初めに,レーザ光の照射方向に平行な方向に磁化をそろえるために,比較的低磁界で垂直磁化膜となるGdTbFe膜をGaAs基板上に作製する条件を検討した。次に,光電流の大きさをスピン偏極度の向きおよび強磁性層の磁化の向きを反転させて測定するために,軟磁性薄膜であるNiFeをGaAs基板上に作製することを検討した。作製後,NiFeは面内磁化膜なので膜面に斜方向からレーザ光を照射し,光電流の測定を試みた。

また,スピン偏極電流測定の高感度化のために光チョッパとロックインアンプを購入し,直流分をカットして微少なスピン偏極に依存した電流のみを高感度で測定できるように,測定装置の改良を行なった。来年度はこの装置を用いて,スピン偏極度に依存した光電流の測定を重点的に行なう。1.垂直強磁性膜の作製スパッタリング法により,GaAs基板上へ強磁性薄膜を作製する試料および条件の検討を行なった.垂直に入射するレーザ光の照射方向に平行に磁化をそろえるために,比較的低磁界で垂直磁化膜となるGdTbFe膜の作製条件を決定し,20nmの膜をp型および半絶縁性GaAs基板に作製した.このGdTbFe膜の磁気特性を測定し,垂直方向に磁化していることを確認した.2.スピンフィルターの研究GaAs基板内に円偏光レーザでスピン偏極電子を励起し光電流を測定した.電極は強磁性膜およびGaAs基板裏にそれぞれCu膜およびAu膜を蒸着した.厚さはいずれも20nmである.電子の励起は一光子励起法および2光子励起法で行った.円偏光励起レーザ光の向きを変えて測定を行い,半絶縁性GaAs基板の場合,スピン方向による伝導電流の差が検出された.この差は電子を強磁性膜側に取り出した場合にのみ観測され,基板側に取り出した場合は観測されず,強磁性体内でのスピン偏極電子流の抵抗がスピン方向によって変化することが確認された.スピンに依存する電流の変化の割合は一光子励起法および2光子励起法でそれぞれ0.45%および0.76%であった.なお,p-型GaAsの場合は光電流の影響が大きく,スピン方向に依存した電流の差は確認できなかった.3.高性能スピン偏極電子線源の開発GaAs/GaAsP歪超格子を用いたスピン偏極電子線源を開発した.この線源の超格子内での電子のスピン偏極度をフォトルミネセンスの発光の偏りから測定し,90%の偏極度の電子が結晶内に励起されていることを確認した.来年度はこの線源の上に強磁性膜を作製し,より精密な実験を行う.1.垂直強磁性膜の作製スパッタリング法により,p-GaAs基板上へ強磁性薄膜を作製した.垂直に入射するレーザ光の照射方向に平行に磁化をそろえるために,比較的低磁界で垂直磁化膜となるGdTbFe膜(20nm)をp-GaAs基板上に作製した.なお,半導体と強磁性膜の界面のショットキー障壁が光伝導電流の妨げになることが昨年度の実験で明らかにされており,光伝導電流がトンネル効果で強磁性体に拡散するようにGaAs表面と強磁性膜の間にAl_2O_3膜(2nm)を挿入した.2.スピンフィルターの研究GaAs基板内に円偏光レーザでスピン偏極電子を励起し強磁性体の電流を測定した.電極は強磁性膜およびGaAs基板裏にそれぞれCu膜およびAu膜を蒸着した.厚さはいずれも20nmである.830nmの直線偏光のレーザ光をBabinet-Soleiz位相補償板を通して,励起光の偏光状態を直線偏光から円偏光状態に変化させ,集光レンズを通して強磁性体膜側から試料に照射し,光電流を測定した.直線偏光の場合と比較して,左右円偏光の場合には1.2%の光電流の強度の変化が認められ,光伝導電流のスピン依存性が確認された.光伝導電流のスピン依存性が確認されたが,その差は1.2%と小さかった.この原因として(1)作製した強磁性膜の磁気特性が十分でないこと,および(2)Al_2O_3膜によるスピン緩和,の可能性が考えられ,今後の課題である.3.高性能スピン偏極電子線源の開発本研究はGaAs基板から励起された50%以下の偏極度のスピン偏極電子を用いた実験で終了した.より精密な検討には100%近い偏極度を有する光電子を用いることが必要である.
セルフアセスメント・マネジメントに基づくがんサバイバーリハビリテーションの開発

近年のがん治療においては予後延長だけでなく生活の質の維持向上が重視されている。そこで抗がん薬治療中の生活の質の向上を目指し副作用予防のための介入を開発・検討した。1.抗がん薬の副作用である手足の末梢神経障害の予防研究本研究では、抗がん薬点滴中に、特殊な保冷剤でできたフローズングローブ・ソックスを装着して手足を冷却することで、手足の局所血流量および手足への抗がん薬の到達量を減らし、抗がん薬による局所的な副作用を予防することを試み、その効果を検討した。本研究では抗がん薬治療(パクリタキセル)を12週間以上受ける乳癌患者40名を対象に、点滴時に利き手側の手足を冷却し、何も行わない非利き手側と比較した。その結果、末梢神経障害の自覚症状や日常生活の不便さといった主観的な症状だけでなく、触覚や温度の感覚、手先の器用さといった客観的な検査結果についても、予防効果を示すことが明らかになった。また今回丁寧なモニタリングにより冷却に伴う試験脱落者はおらず、安全に冷却療法を施行できることを証明した。本研究の結果は多くの媒体で報道されアクセスランキング上位を記録した。しかしながら、本研究で用いた冷却機器が400万個の使用のある中2例の凍傷発症により回収されるという異例なリコールとなり、現在多くの患者が冷却療法の恩恵を受けられずにいる。今後冷却療法の普及実装に向けてさらなる研究および提供環境の整備が必要であると考える。2. Web利活用によるセルフマネジメントの実態調査横断的にがんサバイバーのWeb活用の実態を調査した。がんサバイバーは公的な情報よりも同じ境遇にある個人の生活状況に関するSNSやブログに満足する傾向がみられた。29年度が最終年度であるため、記入しない。がんの治療成績の向上と予後延長により,がん患者は一般社会でがんと共生する「がんサバイバー」と位置づけられ,注目されるようになった.そのため,良好な健康状態を長期間保つことを目標としたケアががん治療と同等に重要視されており,とりわけ自身の生活を通して健康を維持するセルフアセスメント・マネジメントが注目を集めている.そこで本課題においては,「がんサバイバーの健康を支えるセルフアセスメント・マネジメントは何か」解明することを目的とした研究を遂行している.はじめに,システマティックレビューによりがん治療中のリハビリテーション介入が認知機能の維持改善に寄与していることが分かったため,国際学会において発表した.また,乳癌により抗癌剤治療を受けることとなった30名を対象に運動を中心としたセルフマネジメントの指導が便秘予防に寄与するかを調べるため,「乳癌化学療法に伴う便秘に対する予防介入による効果」について臨床研究(ランダム化比較試験)を実施しデータを得た.科学データの信頼性が問われる事件等の影響で,厳しいデータ管理とチェック機構を設ける必要が生じたため,データのチェックを外部委託し,改竄や不自然なデータがないことを確認した上で,現在国際学会発表と論文投稿を予定している.さらに,がんサバイバーにとってがん化学療法後のしびれ(末梢神経障害)が睡眠・疲労をはじめ生活の質全般に影響を及ぼしており,予防・治療法が確立できていないことが大きな問題として指摘されている現状を踏まえ,末梢神経障害予防の研究を立ち上げた.点滴中に冷却グローブ・ソックスを用い手足を冷却することにより化学療法に伴う末梢神経を予防できるという仮説のもと,現在介入と評価を進めている.本年度は下記の実施を計画していた.1「がんサバイバーの認知機能へのリハビリテーション介入に関するレビュー」を発表する.2「乳癌化学療法に伴う便秘に対する予防介入による効果の探索的研究」の結果について発表する.3「化学療法に伴う末梢神経障害(Chemotherapy Induced Peripheral Neuropathy;CIPN)に対する冷却グローブ・ソックスの予防効果の検討」を実施する.4若年者がんサバイバーのメンタルヘルスに関するセルフアセスメントマネジメントツールを開発する.計画1に関して,認知機能だけでなくがんサバイバーの運動機能について言及しレビューを執筆し投稿に向けて準備中である.計画2に関して,国際学会Multinational Association of Supportive Care in Cancerで発表し論文Breast Cancer Research and Treatment(Impact Factor 3.94 )に投稿した.計画3に関して,介入と評価を終了し(N=40)現在論文執筆中である.また収集済みのデータをまとめたものをASCO Annualmeetingに投稿しPoster発表として受理されており,学会発表する予定である.計画4に関して,論文検索と調査を行ったところ支援ツールの研究・開発が既に行われている現状が分かった.そこで,がんサバイバーのセルフマネジメントについてWebサービス活用状況とその満足度を調べることを目的として計画を変更し「がんサバイバーにおけるWebサービスを通じたセルフアセスメント・セルフマネジメントの実態調査」を実施した.「乳癌化学療法に伴う便秘に対する予防介入による効果の探索的研究」について国際学会での発表と国際雑誌への論文投稿を行い,国内の作業療法士や看護師向けに研究方法論も含めた発表を行った.また研究「化学療法に伴う末梢神経障害に対する冷却グローブ・ソックスの予防効果の検討」を実施し,40名のデータ収集を終え,学会に投稿すると共に現在解析と論文執筆を実施している.研究課題である「セルフアセスメント・マネジメントに基づくがんサバイバーリハビリテーションの開発」に向けて柔軟に研究計画を変更しており,「がんサバイバーにおけるWebサービスを通じたセルフアセスメント・セルフマネジメントの実態調査」を計画実施してデータを回収し,現在論文執筆に向けて解析を行っており,研究を多角的に進展させている.近年のがん治療においては予後延長だけでなく生活の質の維持向上が重視されている。

そこで抗がん薬治療中の生活の質の向上を目指し副作用予防のための介入を開発・検討した。1.抗がん薬の副作用である手足の末梢神経障害の予防研究本研究では、抗がん薬点滴中に、特殊な保冷剤でできたフローズングローブ・ソックスを装着して手足を冷却することで、手足の局所血流量および手足への抗がん薬の到達量を減らし、抗がん薬による局所的な副作用を予防することを試み、その効果を検討した。本研究では抗がん薬治療(パクリタキセル)を12週間以上受ける乳癌患者40名を対象に、点滴時に利き手側の手足を冷却し、何も行わない非利き手側と比較した。その結果、末梢神経障害の自覚症状や日常生活の不便さといった主観的な症状だけでなく、触覚や温度の感覚、手先の器用さといった客観的な検査結果についても、予防効果を示すことが明らかになった。また今回丁寧なモニタリングにより冷却に伴う試験脱落者はおらず、安全に冷却療法を施行できることを証明した。本研究の結果は多くの媒体で報道されアクセスランキング上位を記録した。しかしながら、本研究で用いた冷却機器が400万個の使用のある中2例の凍傷発症により回収されるという異例なリコールとなり、現在多くの患者が冷却療法の恩恵を受けられずにいる。今後冷却療法の普及実装に向けてさらなる研究および提供環境の整備が必要であると考える。2. Web利活用によるセルフマネジメントの実態調査横断的にがんサバイバーのWeb活用の実態を調査した。がんサバイバーは公的な情報よりも同じ境遇にある個人の生活状況に関するSNSやブログに満足する傾向がみられた。がんサバイバーの支援につながる臨床試験を遂行しており,また研究成果について論文執筆・国際学会発表を実施しているため,おおむね順調に進展していると判断する.「がんサバイバーの認知機能へのリハビリテーション介入に関するレビュー」「化学療法に伴う末梢神経障害(Chemotherapy Induced Peripheral Neuropathy;CIPN)に対する冷却グローブ・ソックスの予防効果の検討」「がんサバイバーにおけるWebサービスを通じたセルフアセスメント・セルフマネジメントの実態調査」について研究をまとめて公表し論文として投稿する.また「乳癌化学療法に伴う便秘に対する予防介入による効果の探索的研究」のセルフマネジメント方法について「がんサバイバーにおけるWebサービスを通じたセルフアセスメント・セルフマネジメントの実態調査」の結果を踏まえた形式でWeb上で公開する.29年度が最終年度であるため、記入しない。
性的興奮過程のニューロン機構

雄コオロギは雌との交尾によって求愛状態から威嚇的・回避的状態へと転じる。本研究ではこの行動切り替え機構について、まずその要因を分析した。その結果、雄の交接器入力が重要であることがわかった(富士野・酒井1988)。同時に、その感覚情報を有効なものとするためには、求愛を通じての興奮性増大と背部接触入力による体の伸展性緊張が必要であることがわかった。人為刺激によって昆虫の雄の交尾期を終らせえたのは本研究が初めてである。ところで、この精包放出を契機とした行動の切り替えは断頭実験から明らかなように、頭部の持続的抑制の強化によって行われるのではなく、交尾後数分間におこる胸部と腹部自身の反応性の低下が原因である(Sakai et al.1988)。従って、断頭標本において、交尾前と交尾後の状態がどのようにして異なるのか、また、その変化はどのようにしてひき起こされるのか、これをニューロンレベルで解明する必要があった。そこで、とりあえず風応答性巨大介在ニューロンの反応が交尾反応性の変化に伴ってどのように変るかを胸部縦連合から細胞外記録法で調べてみた。交尾反応性は除胸標本の生殖器への電気刺激により低下へ、また、頸部への刺激により上昇へと導いた。その結果、15%のもので交尾反応性が増大しているときには、介在ニューロンの風応答性は増大し、反応性が低下しているときは応答性は減少していた。しかし、残り多くのものは、このような行動レベルでの反応性とニューロン応答との間に顕著な対応性がなかった。今後、人為的交尾反応性の低下については、これが侵害性の影響による胸部・腹部レベルでの一過性抑制によるものか、伸展性緊張の消失によるものか、あるいは、交尾期の終了によるものなのか、これらを明確にし、行動とニューロンとの関係を明らかにしてゆく必要がある。本研究は雄の性的動機づけの神経機構の解明をめざしたものである.接触刺激による雄コオロギの交尾反応を指標として,性的興奮性(SE)を人為的に操作した.まず, SEの増大であるが, SEは雄が精包準備を始めると,約1時間後,交尾期に入ってからは一匹のままでも徐々に増加傾向をしめした.一方SEは雌とペアにされると数分以内の求愛行動で急激に増大した.これらは断頭標本にすると,より確実に刺激に反応した.また頸部の電気刺激は雌とペアにした場合とよく似た効果をもっていることがわかり,これらにより電気刺激の効果が自然条件下でみられる求愛行動を模倣したものであることが証明された.つぎに, SEの低下についてであるが,雄が交尾中に受けとると思われる生殖器への機械刺激を解析し,それをうまく与えることにより,交尾を終了させえた.また,電気刺激を用いると,量依存的にSEを低下させ,さらに一定量を越えると交尾を完全に停止させることができた.つまり,電気刺激は自然な交尾完了時に生じる感覚信号を代行しうることが証明された.

そこで,これらの結果から,交尾期にある雄を断頭し,頸部と生殖器への電気刺激を交互にくり返し, SEのレベルを上下させ,中枢神経系のニューロンの活動性との関係を調査した.手始めに腹部縦連合中にあり,尾葉からの風情報を送る巨大介在ニューロンの応答を細胞外記録により調べたところ, SEの増大時には風応答が増大し, SEの低下とともに応答性が減少するという行動レベルとニューロンレベルでの並行関係が見られた(IBRO, Satellito Symposium im Hungary 1987).しかし,このような標本は全体の約10%に過ぎず,今後さらに詳しい研究が必要である.交尾行動の解析については, J.Comp Physiolに受理され,目下印刷中である.これまで、雄コオロギの交尾行動が精包の放出を契機として、求愛から回避へと切り変るメカニズムを解明すべく、行動学的、生理学的実験を行ってきた。実験は断頭標本を用い、オスの頚部と生殖器への電子刺激により交尾反応性を制御するという方法をとった。本年度は研究をまとめるにあたり、交尾反応性を低下させる生殖器電気刺激の意味を再検した。問題は電気刺激は強く与えると交尾反応を不可逆的に低下させえたが、これは果して自然な精包放出時のそれを模倣しているのか、あるいは侵害刺激として作用しているのかということである。自然な状態においても雄は長時間の求愛に失敗すると、雌との交尾を経ることなく精包を放出し、交尾期を終結させることがあるからである。そこで、電気刺激よりも自然に近い機械刺激を雄の交接器に与えることによって、自然と同じ交尾期終了をおこしうるかどうかを試みた。その結果、生殖器以外であればいかに強いシヨクを与えてもその効果はないが、生殖器とその周辺への機械刺激により精包を放出させ、非交尾期へ移行させることができた。方法はまず雄に長時間(1530分)求愛させて興奮性を上げ、そこで背部への圧刺激を加え、伸展性緊張を作り出した。この条件下で交接器の腹側部感覚毛に圧迫を加えた。これにより、12%の雄を自然とほぼ同じ状態で交尾の終了に導くことが出来た。他の20%は自然に近いものではなかったが刺激後非交尾期へと移行した。このことより、雄を自然に近い形での交尾終了に至らしめるには1)適切な興奮、2)体の伸展性緊張、そして3)鍵刺激の3者が必要であると結論される。これらは交尾そのものの進行にも不可欠の要素であった。従来人為刺激による実験はすべて雌で行われてきた。これは交尾に際して、雌は終始受動的であり、交尾期の終了には鍵刺激のみで十分であったのに対し、雄では能動的であることから、雌のようには単純でなかったことによると思われる。
マダガスカル北西部乾燥落葉樹林におけるチャイロキツネザルによる種子散布

平成22年度は、4月から1ヶ月半、マダガスカル北西部アンカラファンツィカ国立公園でチャイロキツネザルが採食する餌資源のサンプルを採取し、帰国後、霊長類研究所で栄養分析を行った。この分析により、チャイロキツネザルが水分の乏しい乾季に、積極的に水分の多い多肉質の葉を採食し、夜間はエネルギー源となる果実を採食することを示唆する結果を得た。2006年12月から1年間行ったアンカラファンツィカ森林でのチャイロキツネザルの行動観察データと環境要因との関係を分析した。乾季の昼間は、乾燥と日射による熱のストレスによる体温上昇と水分損失を回避するため、体温調節として休息することが示唆された。この内容は2010年9月に行われた第23回国際霊長類学会において発表し、優秀発表賞を受賞した。また、霊長類学雑誌に論文を投稿し、査読中である。上記にある暑熱ストレスによる日中休息、水分摂取のための日中の葉の利用、エネルギー摂取のための夜間果実採食は、霊長類の中でもチャイロキツネザルを含むEulemur属に特有である日中も夜間も活動する「周日行性」の適応意義を説明する新たな仮説となる。この周日行性に関する新仮説を2011年3月に行われた第58回日本生態学会において発表した。また、1年間の野外調査ではチャイロキツネザルの糞中に含まれる種子の種類や個数を調べた。この糞分析データと行動観察データを対応させた分析を進めた結果、乾季の暑熱ストレスで葉の利用に切り替わることで糞中に含まれる種子数が減ることが明らかになった。散布動物の環境への行動的な適応が種子散布機能に影響することが実証された。チャイロキツネザルの採食戦略とその種子散布者としての重要性に関する研究をまとめ、全9章からなる学位申請論文(地域研究博士)を執筆した。審査の結果、平成23年3月に学位を取得した。平成21年度は、2005年から2007年の21ヶ月に及ぶマダガスカル北西部アンカラファンツィカ国立公園で行われたチャイロキツネザル(Eulemur fulvus)の行動観察データの整理及び分析を中心に行った。2006年にマダガスカルの動物園において実施した飼育個体に対する実験結果から、チャイロキツネザルの果実と種子の採食時の行動と、種子の消化管通過時間、飲み込むことのできる種子のサイズについて分析し、執筆した論文を「霊長類研究」誌において発表した。この論文では、アンカラファンツィカの森林内で、長径7.8mm以上の大型種子を飲み込むことのできる動物はチャイロキツネザルしかいないと推測されることから、チャイロキツネザルの大型種子植物に対する種子散布機能の重要性を示唆した。2006年12月から1年間行ったアンカラファンツィカ森林での野外調査の結果から、チャイロキツネザルの活動性、食性、遊動パターンと、気温、日射量、降雨量、森林の落葉速度(林冠被覆率)などの環境要因のとの関係を分析し、7月に行われた第25回日本霊長類学会大会において口頭発表を行った。さらに、これらのデータに基づき、霊長類の中でもチャイロキツネザルを含むEulemur属に特有である日中も夜間も活動する「周日行性」の適応意義について議論した論文を執筆した(現在投稿中)。この論文では、水分が不足する乾季にのみ、日射強度が強い正午をピークとする時間帯に極端にチャイロキツネザルの活動が抑制されることや、水分を多く含むと考えられる多肉質植物の採食が増えること、さらに、その夜間に果実採食活動が頻繁に見られることから、乾燥条件下での日射熱ストレスに対する行動性体温調節が周日行性活動パターンを引き起こすことを示唆した。この説明は、これまで先行研究で提唱されてきたいずれの仮説とも異なるため、周日行性の適応意義を説明する新しい仮説となる。

散布動物の環境への行動的な適応が種子散布機能に影響することが実証された。チャイロキツネザルの採食戦略とその種子散布者としての重要性に関する研究をまとめ、全9章からなる学位申請論文(地域研究博士)を執筆した。審査の結果、平成23年3月に学位を取得した。
広域空間情報を用いた藻場造成適地選定と漁港地区の新しいグランドデザイン

本研究は,藻場の一次生産量をモデル計算し,都市部での有効利用という側面から浅海域における生産量の潜在的ポテンシャルを評価したものである.太陽光線が降り注ぐ浅海域では,水質や底質等の一定の生息条件を満たせば藻場が形成される。藻場では,陸上植物と同じように光合成を行い,水と太陽光線を利用してCO_2を炭水化物として内部に固定する.人口底質の整備等によって人口藻場を創生すれば,安定的なバイオエタノール燃料の生産にもつながるため,現在多方面で研究が行われている.しかし,広大な海洋空間において浅海域の立地は限定的であり,かつ利活用する場である都市部に近接しているとは限らない。浅海域の利用は,輸送や管理の側面からできる限り都市部(漁港地区)に近接した海域で実施されることが大切である。また,技術的な側面だけでなく,地域計画的な視点から考察する事も重要である。そこで本研究では,対象領域を可能な限り広げて, GIS技術を活用した地域計画的な視点から,潜在的な資源としての浅海域の評価を行った。本研究課題は,藻場造成と海藻の利活用を念頭に,広域空間情報による現存藻場の立地評価を行うことを目的としたものである。2年間での実施を計画しており,1年目は広域空間情報による藻場の立地評価,2年目は1年目の結果を基にした藻場造成シミュレーションを行い,藻場造成と海藻の利活用の検討を政策工学的に検討することを予定している。本年度は,西日本及び周辺海域を対象とした広域空間情報を用いて,アラメを例にした藻類の工業利用を想定し,港湾立地に配慮した浅海域の活用(藻場の立地)の可能性を検討した。その結果,エネルギー変換効率10%以下及び港湾まで100km以上の沖合から藻類を輸送してバイオエネルギー生産することは,実現が難しいことが判明した。次年度においては,これらの結果をふまえ,漁港から100km以内での浅海域での藻場造成,漁港臨港地帯でのバイオエタノールプラントの立地や近接する市街地でエネルギー消費等を想定した漁港地区のグランドデザインのフィジビリティースタディーを実施する。2年間での実施を計画しており,1年目は広域空間情報による藻場の立地評価,2年目は1年目の結果を基にした藻場造成シミュレーションを行い,藻場造成と海藻の利活用の検討を政策工学的に検討することを計画したo本年度は,前年度実施した広域空間情報による藻場の立地評価に引き続き,アラメを例にした藻類の工業利用を想定し,港湾立地に配慮した浅海域の活用(藻場の立地)の可能性を検討した。漁港から100km以内での浅海域での藻場造成,漁港臨港地帯でのバイオエタノールプラントの立地や近接する市街地でエネルギー消費等を想定した漁港地区のグランドデザインのフィジビリティースタディーを実施した。後背に50万人以上の人口を抱える港湾に輸送することを想定しており,臨港工業地帯でのバイオエタノールプラントの立地や近接する市街地でエネルギーを消費することを徹底し,エネルギー転換効率等の諸問題をクリアーさえすれば,浅海域は大きな可能性を秘めていることを論じた。
免疫抑制剤の薬物動態と薬効の速度論的解析と相互作用を考慮した適正使用法の開発

新規免疫抑制剤であるエベロリムス体内動態についてラットを用いて検討した結果、小腸での高い初回通過効果のためバイオアベイラビリティが低いこと、併用したタクロリムスとは相互作用しないが、シクロスポリンとは小腸部位で相互作用を起こすことが判明した.さらに、タクロリムス併用膵島移植患者では薬物間相互作用が期待できないため、エベロリムスではシロリムスに比べて約3倍の投与量を必要とすることが示唆された.新規免疫抑制剤であるエベロリムス体内動態についてラットを用いて検討した結果、小腸での高い初回通過効果のためバイオアベイラビリティが低いこと、併用したタクロリムスとは相互作用しないが、シクロスポリンとは小腸部位で相互作用を起こすことが判明した.さらに、タクロリムス併用膵島移植患者では薬物間相互作用が期待できないため、エベロリムスではシロリムスに比べて約3倍の投与量を必要とすることが示唆された.エベロリムスはmTOR活性阻害を介して細胞増殖を抑制することから、移植後の免疫抑制剤や抗腫瘍剤として臨床使用が期待されている。エベロリムス経口投与後のバイオアベイラビリティは低く、薬物代謝酵素CYP3AやP-糖蛋白質を介して初回通過効果を受けることが示唆されている。また、エベロリムス血中濃度はCYP3AやP-糖蛋白質の阻害剤であるイトラコナゾールの併用によって上昇することが知られているが、両薬剤の投与経路と相互作用との関連については明らかではない。そこで、エベロリムスの小腸及び肝抽出におけるイトラコナゾールの影響について、ラットを用いて定量的な解析を行った。その結果、イトラコナゾールとエベロリムスを共に小腸内投与した場合、エベロリムスのAUCは約5倍に上昇した。一方、イトラコナゾールを静脈内に投与し、エベロリムスを小腸内あるいは静脈内に投与した場合には、エベロリムスAUCの上昇は2倍程度であった。イトラコナゾール非併用時における小腸内投与時のエベロリムスのバイオアベイラビリティは約20%、肝抽出率は約13%、見かけの小腸抽出率は約80%と算出された。従って、イトラコナゾールはエベロリムスの小腸及び肝抽出率をいずれも阻害するが、エベロリムスのバイオアベイラビリティの上昇は主として小腸抽出率の低下に起因することが判明した。さらに、免疫抑制療法としてエベロリムスと併用される可能性のあるカルシニューリン阻害剤の影響について検討した。その結果、臨床で用いられる血中濃度域では、タクロリムスはエベロリムスの体内動態にほとんど影響を与えないものの、小腸内に投与したシクロスポリンは、小腸内に投与したエベロリムスの血中濃度を有意に上昇させた。一方、静脈内及び門脈内投与後のエベロリムス血中濃度にはほとんど影響しなかったことから、相互作用部位として小腸の寄与が大きいことが示唆された。臓器移植後の免疫抑制療法は移植成績を向上させる上で極めて重要で、免疫抑制療法の中心として、タクロリムスあるいはシクロスポリンといったカルシニューリン阻害剤が薬物血中濃度モニタリング(TDM)に基づき厳密に使用されている。また、カルシニューリン阻害剤では拒絶反応がコントロールできない症例や、カルシニューリン阻害剤の副作用が問題となるケースもあることから、新たな作用機序をもつ免疫抑制剤としてmTOR阻害剤であるシロリムスやエベロリムス使用への期待が高まっている。これらmTOR阻害剤もまた薬物血中濃度の治療域が狭く、併用されるカルシニューリン阻害剤との相互作用が問題となるが詳細については不明である。本研究では、膵島移植患者2名を対象にシロリムスからエベロリムスへの切り替えを行い、体内動態解析を行った。その結果、同一血中濃度に維持するためには、シロリムスに比べてエベロリムスでは約3倍の投与量を必要とした。mTOR阻害薬はシクロスポリンと併用される場合が多いが、膵島移植時に用いられるエドモントンプロトコールではタクロリムスと併用される。タクロリムスと比較しシクロスポリン併用時には、mTOR阻害薬の血中濃度が上昇することが知られている。エベロリムスの方がシロリムスよりもシクロスポリンとの相互作用を受けやすいため、タクロリムス併用時にはエベロリムスの投与量を多く必要とすることが示唆された。また、蛍光偏向免疫法で測定したエベロリムス血中濃度は、LC/MS測定法で測定した場合に比べて高値を示し、エベロリムス蛍光偏向免疫法で用いる抗体は、シロリムスと47%の交差性を示すことが明らかとなった。これらの知見は、移植患者においてmTOR阻害剤をシロリムスからエベロリムスへ切り替える際の有用な知見になると考える。
福祉機器制御のための生体順応型sEMG計測法

平成30年度は,計画に基づいて筋電信号に基づく運動意図推定のための計測と信号解析のシステムを構築した.日常生活環境でも安定的な筋電信号を計測するために導電性シリコン材料を用いて積層型の筋電計測電極を制作し,信号の質と導電性シリコンのパラメータとの関係を明らかにした.カーボンブラックの配合率が異なる導電性シリコンおよび導電性不織布を積層型に成形し,間に挟んだ金メッキ線をアンプと繋げることで積層型の筋電センサを構成した.このような積層構造を成すことで,計測される筋電の振幅が増加することが確認された.そこで,金メッキ線と接触するシリコンは高濃度に固定し,肌と接触する部分のカーボンブラックの濃度はどの値が最適なのかを実験により確かめた.本実験の結果から,肌と接する導電性シリコンのカーボンブラック濃度を変化させると,筋電の計測特性が変化することが明らかとなった.さらに,重量比2.6%の導電性シリコンと4%の導電性シリコンを重ねた積層型電極が最も安定して大きな筋電を計測できることがわかった.また,前年度に実現した筋電信号と生体インピーダンスの同時計測装置を用いて信号源インピーダンスの影響を調べた.筋電信号の質を直接的に影響する要因である生体インピーダンスを計測し,生体インピーダンスによる電極接触状況を判断する機能を開発した.筋電計測の参考電極が外れた状態や,電極の接触面積が少ない状態などを高い正解率で判断できることが確認された.sEMG(表面筋電図)は皮膚表面に付けた電極で計測した活動電位の複合であり,行動意図を反映しているため,福祉機器の制御信号として広く研究されている.本研究は、筋電制御における電極材料と計測回路と信号解析との三つの課題に取り組むことで、障がい者が一人でも容易に使える筋電計測システムを開発し,筋電義手の制御に適用する.平成28年度は,高分子材料を用いて柔軟な筋電電極の開発と基本性能の評価を行った.電極材料には導電性高分子材料(ポリピロール,PPy)をコーティングした分裂繊維で作られた不織布と、導電性カーボンブラックを混入したシリコンゴムを用いた.両方とも繰り返して利用できる柔軟な乾式電極となり,伸縮バンドに固定することで,片手でも容易に装着できるようにした.PPy電極と従来の湿式電極(電解ペーストのあるAg/AgCl電極)と比較した結果,両電極で計測された信号に相関が高く,5種類の動作識別における正解率にも有意な差がないため,PPy電極の有用性が確認できた.導電性シリコン電極の評価実験では,汗と外力の信号への影響を調べた.導電性シリコンと金属線をハイブリッドした電極は導電性シリコンだけの電極に比べて汗の影響に強いことが示された.外力と筋電の同時計測実験により,特に筋電信号の低周波領域は,外力の影響を受けることが分かった.また,筋電信号にノイズが混入する原因を調べた結果,皮膚・電極間インピーダンスの位相によるものが大きいことが確認され,次年度の研究計画の基礎が築かれた.平成28年度の研究目的は,導電性高分子材料と導電性シリコン材料を用いた筋電電極の開発である.それぞれの材料を用いて開発された電極で筋電制御に使える筋電信号を計測できることが確認できたほか,汗や外力など使用環境の要素による影響も調べた.次年度の計測回路の開発に参考となる皮膚・電極間インピーダンスと筋電信号との関係も前倒しに検討したので,評価区分を「計画以上に進展している」とした.障碍者にも容易に使えて安定的なsEMG(表面筋電図)信号を計測できる計測法は、sEMGを制御信号とする福祉機器の実用化のための重要な課題である.本研究は、材料科学と電子工学と情報工学との複合領域的なアプローチで実用性の高いsEMG計測・解析法を開発する.H29年度は,電極の材料において,導電性カーボンブラックを混入したシリコンゴムを用いた、柔軟な筋電電極を開発と基本性能の評価を行った.カーボンブラックの濃度を変えることで、筋電電極の導電性を調整し、導電性と計測された信号のSN比との関係を調べた.電極の導電性が高いほど良いことではなく、最適濃度が23%の間になることが分かった.また,金メッキ線と導電性シリコンをハイブリッドした電極を開発し,より安定的な筋電信号計測を実現した.筋電信号計測回路において,信号源インピーダンスの影響を調べるために、小型インピーダンス計測装置を開発し、筋電とインピーダンスとの同時計測を実現した.信号源インピーダンスに基づいた電極配置の探索、及び筋電信号の評価が可能となった.また,インピーダンスと筋電信号との両方を利用したマルチモーダルな識別方法の構築も可能となった.筋電信号の解析において,筋電信号の経時的変化に対応するために群知能を利用した新しい筋電識別法を構築した.筋電義手の制御に想定される7動作(安静,握り,開き,掌屈,背屈,手首の回内,回外)を用いた評価実験を行た結果,パラメータの最適化により,筋電義手を制御するための筋電信号を高精度で識別できることが確認された.H29年度において、電極材料の最適化と、計測回路の改善と、筋電信号解析法の開発との三つの課題はすべて順調に進展していた.次年度の課題である筋電義手の制御への応用も一部前倒しに実施したので、評価区分を「当初の計画以上に進展している」とした.

平成30年度は,計画に基づいて筋電信号に基づく運動意図推定のための計測と信号解析のシステムを構築した.日常生活環境でも安定的な筋電信号を計測するために導電性シリコン材料を用いて積層型の筋電計測電極を制作し,信号の質と導電性シリコンのパラメータとの関係を明らかにした.カーボンブラックの配合率が異なる導電性シリコンおよび導電性不織布を積層型に成形し,間に挟んだ金メッキ線をアンプと繋げることで積層型の筋電センサを構成した.このような積層構造を成すことで,計測される筋電の振幅が増加することが確認された.そこで,金メッキ線と接触するシリコンは高濃度に固定し,肌と接触する部分のカーボンブラックの濃度はどの値が最適なのかを実験により確かめた.本実験の結果から,肌と接する導電性シリコンのカーボンブラック濃度を変化させると,筋電の計測特性が変化することが明らかとなった.さらに,重量比2.6%の導電性シリコンと4%の導電性シリコンを重ねた積層型電極が最も安定して大きな筋電を計測できることがわかった.また,前年度に実現した筋電信号と生体インピーダンスの同時計測装置を用いて信号源インピーダンスの影響を調べた.筋電信号の質を直接的に影響する要因である生体インピーダンスを計測し,生体インピーダンスによる電極接触状況を判断する機能を開発した.筋電計測の参考電極が外れた状態や,電極の接触面積が少ない状態などを高い正解率で判断できることが確認された.計画通りに研究を進める.計画通りに研究を進める.平成28年度に購入予定の電気計測装置は,共同研究先の装置を借用した.学会発表もスケジュール調整ができずに行わなかったので,残額が生じた.購入予定の32chのADコンバータは、共同研究先の装置を使用したため、残額が生じた。電子物品と計測機器の購入費及び国際学会発表のため旅費に使う予定である。筋電計測回路の開発に必要な電子物品と計測機器の購入費と国際学会発表のための旅費に使う.
低温プラズマによる高分子薄膜表面のナノサイズ高精度加工法の確立

本研究では、低温プラズマによる高分子薄膜表面形態構造の微細加工制御法を確立することを目的とした。既存のベルジャー型プラズマ装置(薄膜用)に対して、高分子薄膜表面を均質にプラズマ処理が可能となるように試料を円盤上に固定して回転させながらプラズマ処理を行えるように改良した。また、プラズマ処理プロセスにおける制御・再現性を確実にするために、プラズマモニタリングが行えるようにした。1.平成15年度は、スピンキャスト法で作製した高分子薄膜表面のアルゴン(Ar)プラズマエッチング処理による方法(ボトムダウン)により、高分子薄膜表面形態をナノスケールで制御し、表面化学組成を任意に変化させる方法を検討した。成果として、結晶性高分子PVA薄膜にArプラズマを照射した際、その薄膜表面形態は、プラズマ照射条件のみではなくプラズマ照射前の熱処理に由来する結晶化度、つまり分子鎖の配列、凝集状態により変化することが明らかとなった。高分子の結晶化度の高い場合、プラズマエッチングが開始された初期状態において薄膜表面に全体的に約50nmオーダーの凹凸が形成され、照射時間と共に薄膜表面が滑らかになる。一方、結晶化度の低い場合は照射時間と共に薄膜表面が滑らかになる。結晶性高分子薄膜の場合、プラズマ照射条件、照射前の熱処理に起因する高分子の結晶化度等を制御することで、高分子薄膜の表面形態、表面化学組成を制御することが可能であることが明らかとなった。2.平成16年度は、基板上に低温プラズマ重合薄膜を形成させる低温プラズマ重合処理(ビルドアップ法)を行い、高分子薄膜表面形態を高精度で微細加工し任意の形態をナノスケールで作製する方法を検討した。ガラス基板上にスピンキャスト法により調製した高分子薄膜表面に、低温プラズマグラフト重合を試みた。基板高分子にポリイミド、グラフト成長させるモノマーに1-ビニルイミダゾールを用いた。本研究では、低温プラズマによる高分子薄膜表面形態構造の微細加工制御法を確立することを目的として、平成15年度は、スピンキャスト法で作製した高分子薄膜表面のアルゴン(Ar)プラズマエッチング処理による方法(ボトムダウン)により、高分子薄膜表面形態をナノスケールで制御し、表面化学組成を任意に変化させる方法を検討した。また、プラズマ処理プロセスにおける制御・再現性を確実にするために、現有プローブ装置、発光スペクトル測定システム、質量分析計によりプラズマモニタリングが行えるようにプラズマ装置に各測定装置を整備した。本年度の成果として、低温プラズマ処理による結晶性高分子薄膜表面形態の微細加工制御に及ぼす試料の熱処理の影響を検討した。結晶性高分子PVA薄膜にArプラズマを照射した際、その薄膜表面形態は、プラズマ照射条件のみではなくプラズマ照射前の熱処理に由来する結晶化度、つまり分子鎖の配列、凝集状態により変化することが明らかとなった。プラズマエッチングにより削られるのは結晶相より非晶相が削られ易い。これにより結晶化度の高い場合、プラズマエッチングが開始された初期状態において薄膜表面に全体的に約50nmオーダーの凹凸が形成され、照射時間と共に薄膜表面が滑らかになる。このように高分子薄膜の結晶化度がArプラズマ照射時の表面形態変化に強く影響を及ぼすので、結晶性高分子薄膜の場合、プラズマ照射条件、照射前の熱処理に起因する高分子の結晶化度等を制御することで、高分子薄膜の表面形態、表面化学組成を制御することが可能であることが明らかとなった。

既存のベルジャー型プラズマ装置(薄膜用)に対して、高分子薄膜表面を均質にプラズマ処理が可能となるように試料を円盤上に固定して回転させながらプラズマ処理を行えるように改良した。また、プラズマ処理プロセスにおける制御・再現性を確実にするために、プラズマモニタリングが行えるようにした。1.平成15年度は、スピンキャスト法で作製した高分子薄膜表面のアルゴン(Ar)プラズマエッチング処理による方法(ボトムダウン)により、高分子薄膜表面形態をナノスケールで制御し、表面化学組成を任意に変化させる方法を検討した。成果として、結晶性高分子PVA薄膜にArプラズマを照射した際、その薄膜表面形態は、プラズマ照射条件のみではなくプラズマ照射前の熱処理に由来する結晶化度、つまり分子鎖の配列、凝集状態により変化することが明らかとなった。高分子の結晶化度の高い場合、プラズマエッチングが開始された初期状態において薄膜表面に全体的に約50nmオーダーの凹凸が形成され、照射時間と共に薄膜表面が滑らかになる。一方、結晶化度の低い場合は照射時間と共に薄膜表面が滑らかになる。結晶性高分子薄膜の場合、プラズマ照射条件、照射前の熱処理に起因する高分子の結晶化度等を制御することで、高分子薄膜の表面形態、表面化学組成を制御することが可能であることが明らかとなった。2.平成16年度は、基板上に低温プラズマ重合薄膜を形成させる低温プラズマ重合処理(ビルドアップ法)を行い、高分子薄膜表面形態を高精度で微細加工し任意の形態をナノスケールで作製する方法を検討した。ガラス基板上にスピンキャスト法により調製した高分子薄膜表面に、低温プラズマグラフト重合を試みた。基板高分子にポリイミド、グラフト成長させるモノマーに1-ビニルイミダゾールを用いた。