hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
視覚情報と体性感覚情報のクロスモーダル知覚における脳内過程の検討

視覚と体性感覚によるクロスモーダル知覚について、心理実験を行い検討した。具体的には次の3つのテーマについて研究を行った。1.空間的な刺激-反応適合性効果に関する研究水平次元における空間的刺激-反応適合性効果の内的処理を明らかにするために、相対的左右と絶対的左右という2つの次元の顕著性と、それぞれの次元の課題との関連性を操作して実験を行った。その結果、水平次元における空間的刺激-反応適合性効果の処理過程には、それぞれの次元の類似度と、課題によって注意が向けられる対象の位置に対する顕著性が影響することが明らかになった。2.視覚-触覚のクロスモーダルな注意の瞬き現象視覚-触覚間のクロスモーダルな注意特性を調べるために、注意の瞬き現象(attentional blink)が生起するかどうかを検討した。第1課題を視覚(色で定義された文字の検出)、第2課題を触覚(ブランクの検出)とした実験では、視覚課題から触覚課題への干渉効果が見られた。またその効果が、視覚のユニモーダルな場合の効果よりも長く持続することが示唆された。さらにピエゾ振動素子を用いて触覚の注意の瞬き現象についても検討したが、触覚のユニモーダルな効果は見られなかった。3.上下左右逆転眼鏡着用時の知覚学習過程の検討逆転眼鏡による視覚的順応とガボール刺激の検出閾を指標とした初期視覚系の学習の相関関係を調べた。その結果、左右逆転眼鏡着用では左右視野に学習の転移が見られ、眼鏡をはずした後も転移効果、学習効果ともに長期の持続が見られた。逆転眼鏡による学習には、大脳の低次視覚野から高次視覚野にわたる広い部分と、左右両半球の結合が関わっていることが示唆された。また、上下さかさ絵を用いて、逆転眼鏡による視覚的順応の認知的な側面についても検討した。視覚情報と体制感覚情報の照合過程により、身体あるいは身体部位を中心とした空間位置把握の脳内過程の検討との目的に沿って、本年度は4種の実験パラダイムに沿って実験が実施された。(1)左右反転眼鏡・上下反転眼鏡連続着用実験左右2名、上下1名の被験者で4日問の実験を実施した。fMRIで98年度に行った実験における4日程度のV1における半側での変化は今のところ確認できないでいる。解析方法を各種検討してみること、刺激の提示方法などとの関連から再検討の必要があろう。今回初めてガボール刺激を使った長距離相互作用を見る知覚学習課題の心理物理実験において、コントロールの上下に比較して左右において学習効果が見られた。次年度におけるfMRI検討が待たれる。(2)空間的刺激-反応の適合性効果実験複合図形のグローバルな位置変化と複合図形内のローカルな位置変化のいずれがどの様に優位となるか、その際の脳内過程を探る目的を持った。しかし心理実験では条件変化による結果の安定性が低く、現在fMRI事態での実験条件を決める実験が進行中である。(3)視覚と触覚のクロスモーダルな注意の瞬き現象実験視覚-触覚のクロスモーダルな注意の干渉は、単一モーダルの干渉よりも小さいことが明らかになった。統合過程における注意資源の重要性が示唆された。次年度さらに適切な実験事態を探り、fMRIにより脳内過程を探る。(4)ねじり組み手錯誤実験fMRI装置にての実験が可能か試みられたが、長時間は不可能であると判明した。次年度ではMEGの可能性を探らねばならない。一方、心理実験として楽器演奏熟達者群では、錯誤が有意に少ないことが判明した。これは統合過程が単なる視覚優位でないことを示唆する。

視覚と体性感覚によるクロスモーダル知覚について、心理実験を行い検討した。具体的には次の3つのテーマについて研究を行った。1.空間的な刺激-反応適合性効果に関する研究水平次元における空間的刺激-反応適合性効果の内的処理を明らかにするために、相対的左右と絶対的左右という2つの次元の顕著性と、それぞれの次元の課題との関連性を操作して実験を行った。その結果、水平次元における空間的刺激-反応適合性効果の処理過程には、それぞれの次元の類似度と、課題によって注意が向けられる対象の位置に対する顕著性が影響することが明らかになった。2.視覚-触覚のクロスモーダルな注意の瞬き現象視覚-触覚間のクロスモーダルな注意特性を調べるために、注意の瞬き現象(attentional blink)が生起するかどうかを検討した。第1課題を視覚(色で定義された文字の検出)、第2課題を触覚(ブランクの検出)とした実験では、視覚課題から触覚課題への干渉効果が見られた。またその効果が、視覚のユニモーダルな場合の効果よりも長く持続することが示唆された。さらにピエゾ振動素子を用いて触覚の注意の瞬き現象についても検討したが、触覚のユニモーダルな効果は見られなかった。3.上下左右逆転眼鏡着用時の知覚学習過程の検討逆転眼鏡による視覚的順応とガボール刺激の検出閾を指標とした初期視覚系の学習の相関関係を調べた。その結果、左右逆転眼鏡着用では左右視野に学習の転移が見られ、眼鏡をはずした後も転移効果、学習効果ともに長期の持続が見られた。逆転眼鏡による学習には、大脳の低次視覚野から高次視覚野にわたる広い部分と、左右両半球の結合が関わっていることが示唆された。また、上下さかさ絵を用いて、逆転眼鏡による視覚的順応の認知的な側面についても検討した。
地域福祉を支えるコミュニティ・ファンドとしての共同募金の役割と機能分析

我が国の共同募金は貧困な高齢者や社会福祉施設、障碍者の生活を支援する目的で1947年に始まっている。その後、幾度かの募金改革の流れの中で、1999年からは、地域福祉を推進するためのソーシャル・キャピタルを構築するための活動を支援する役割を担うようになった。しかしながら、市民の共同募金に対する理解が十分でないため、共同募金学は減少の一途を辿るなどの課題を抱えている。本研究では、共同募金の新たな使命を遂行するための方法を検討した。共同募金は、市民意識の変化による募金額の減少や共同募金普及への課題も多く抱えている。本研究の目的は地域福祉を支えるファンドとしての共同募金の機能と役割を分析することである。平成22年度では、宮城県内地区町村における募金額の推移の調査と、共同募金運動開始日の10月1日と15日の2回、それぞれ仙台市民165名を対象に市民の共同募金への意識を調査して、共同募金の目指しているソーシャル・キャピタル形成の可能性を検証した。市民の意識調査のなかの共同募金の認知度では、1回目74.2%、2回目71%の市民が目的を知っているものの、集められた募金がどのように使われているのかを知らないのが1回目46.0%、2回目41.8%に及んでいた。これら周知度には、χ2検定の結果から年齢階級による違いがみられ、10歳代30歳代で周知度が低いことが分かった。配分先の優先順位では、40歳代以上で児童福祉分野への優先的な配分を望んでいて、20歳代と30歳代では障害者福祉や高齢者福祉分野への配分を優先的に考えている。2回の調査でも同様の結果であったため、2回目の調査結果で述べると、ボランティアやNPOによる活動への配分を求める者は、10歳代33.3%、20歳代15.6%、30歳代11.1%みられたが、60歳代以上では全くいなかった。特に年齢が高い群では、旧来からの高齢者福祉、障害者福祉、児童福祉、貧困者対策への配分を求めていて、新しい共同募金の役割である地域におけるソーシャル・キャピタルの形成に役立てるという意識は浸透していないことが検証された。次年度では、実際に配分を受けた組織が、共同募金の配分を地域福祉推進にどのように結び付けようとしているのかを検証することが必要である。平成23年度研究では、共同募金の配分がソーシャル・キャピタル形成にどのような効果をもたらすかの仮説モデル検証に重点を置いた。具体的には、仙台市共同募金委員会の協力を得て、平成20年度以降に仙台市共同募金委員会の「住みよい地域づくり支援事業」及び「子育て支援事業」の配分を受けた団体・組織と地域を対象にして仮説モデルの妥当性を検証するための調査を実施した。調査の内容は、配分金の使途(物的対象、人的ネットワークづくり対象)の違いにより、地域全体のなかで人的ネットワークや、組織間のネットワーク、ソーシャル・キャピタルの形成に共同募金の配分金がどのように影響を及ぼしているかを明らかにするものである。調査対象は、住みよい地域づくり支援事業:126/178件(回収率70.7%)子育て支援事業:45/85件(回収率52.9%)共同募金の配分を受けた活動が、共同募金が目指している「自分のまちをよくするしくみ」づくりにどのような効果をもたらしているかを評価してもらった。評価シートは次の項目で構成して、回答を5段階で数値化して分析した。平成20年度から平成22年度までの共同募金がソーシャル・キャピタル形成に寄与する効果を時系列で分析すると、平成20年度と21年度では、町内会、地区共同募金会、地区社会福祉協議会以外の他団体とのネットワークの構築についての効果は認められなかったが、平成22年度の助成を受けた活動では、他団体とのネットワークが高まっている。このことから、申請段階で対象となる活動が単に備品を購入して終わるのではなく、共同募金の配分助成を地域づくりにどのように活かしていくのかなどを記したパンフレットの工夫や、説明会の開催などの介入により、共同募金のこれからの役割についての理解が高まり、共同募金と地域福祉の推進を結び付けようとする意識が向上したことが示唆された。平成24年度では、共同募金の助成と地域社会のソーシャル・キャピタル(以下SC)の関連性を検証するために仙台市の5区においてSCの測定を行った。各区毎に400名を住民基本台帳より無作為抽出し郵送法による調査を実施し、回答は477件(23.9%)であった。本研究ではSCを信頼と社会参加で構成して、「近所の人たちを信頼できる」と回答した者は77.6%、町内会活動に参加しているのは49.1%であった。平成21年度と平成23年度の仙台市内5区における一人あたりの募金額とSCの関連性についての相関分析ではそれぞれに有意な関係は認められなかった(平成22年度については東日本大震災の影響を考慮して分析からは除外)。

一方で、平成23年度に開発した共同募金の配分による効果測定シートによる評価では、共同募金の配分を受けた団体において他団体とのネットワークが高まっていることが検証されていることから申請段階で対象となる活動が単に物品購入に終わるのではなく地域のネットワーク作りにつながるように配分申請団体に対する説明会への出席を義務付けたり、パンフレットの工夫するなど積極的なアプローチが共同募金の新しい役割を市民に浸透させることが示唆された。共同募金が地域社会の良質な資源を拡大するソーシャル・キャピタルとしての役割を担い地域づくりの開発的な機能を持ち、市民、組織、地域間のネットワークを強化した活動に配分することへの理解を高めることが今後の重要な課題である。共同募金が「コミュニティ・ファンド」の役割を果たすためには「集めて配分する」という現行のスタイルから、地域の具体的な課題を解決するためのテーマを設定して市民が賛同して募金をする「テーマ設定型」募金形態への転換が必要であるとともに、配分を受けた組織の活動が地域の課題解決という目標をどれだけ達成しているかのモニタリングすることが不可欠である。本研究の目的は、共同募金による配分を受けた活動が、地域のソーシャル・キャピタルの形成にどのような効果をもたらすのかを検証することにある。平成22年、23年度研究までで、配分を受けた団体の目的の達成度、他団体や地域との交流の状況を調査により明らかにすることができていることから、共同募金とソーシャル・キャピタルの関連性がある程度検証できたと考えている。24年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度は、本研究の最終年に入る。平成24年度の研究では、実際に仙台市内5区を対象にして、ソーシャル・キャピタルの測定を試みる予定で、この測定を実施することにより、共同募金の募金額とソーシャル・キャピタルの関連性を分析が可能になる。また、本研究で検討した仮説モデルの妥当性が検証できると考えている。
血管内皮細胞の接着分子発現に及ぼす血流の効果に関する研究

これまでの研究で、マウス血管内皮細胞に流れずり応力を負荷した際細胞表面の接着分子VCAM-1の発現が静的コントロール群に比し有意に低下することを報告してきた。本研究では、このVCAM-1発現に対する流れずり応力の影響が内皮細胞の遺伝子のレベルにまで及んでいるかについて検討した。マウスリンパ節細静脈の内皮細胞に流体力学的に設計した流れ負荷装置で定量的な流れずり応力を負荷し、流れ負荷群および静的コントロール群の細胞からAGPC法により総RNAを抽出し、逆転写PCR法を用いてVCAM-1のmRNAの発現量の変化を解析した。結果、静的コントロール群に比し流れ負荷群ではVCAM-1mRNAの発現量は著明に減少した。(1.5dynes/cm^2の流れずり応力24時間負荷で50%減少)この流れ負荷によるVCAM-1mRNAの発現量の減少は流れの負荷時間および流れずり応力の大きさに依存性であった。次にマウスゲノムライブラリーからVCAM-1遺伝子をクローニングし、プロモーター領域のシークエンスを解析した。ハーバード大Gimbroneら提唱のSSRE (shear stress responsive element)はVCAM-1遺伝子には存在しないことを確認した。また、VCAM-1遺伝子の転写活性の変化をシフェラーゼアッセイにて測定したところ、VCAM-1遺伝子の転写活性は流れ負荷により有意に抑制された。(3.5dynes/cm2の流れずり応力24時間負荷で50%減少)VCAM-1遺伝子プロモーターを適当な長さに削除し転写活性を測定するdeletion analysisの結果から、流れ負荷による転写抑制に関連した遺伝子配列は転写開始点より-698b以内に存在することが示唆された。今回の研究により、マウス内皮細胞において血流に起因する流れずり応力は接着分子VCAM-1の発現をmRNAおよび蛋白のレベルで抑制するが、これはVCAM-1遺伝子の転写抑制に起因するものと考えられた。
清末民国期における詩讃体講唱芸能の成立と出版に関する研究

1.資料の収集1999年9月に中国の北京、山西省太原地区へ出張し、民国期に刊行された鼓詞の石印本、詩讃体講唱芸能の木版本などの一次資料を収集した。また、清朝から民国期にかけての出版業に関する文献資料を収集した。2.資料の整理中国語OCRソフトが利用できるパソコンと周辺機器を利用し、解読できた鼓詞・皮影戯などの文献資料のテキスト文書化をすすめている。また、中国語データベースソフトを用いて文書化された諸資料から詩讃体講唱芸能の言語的特徴についても解析作業を進めている。音声・映像資料の整理・解読にはまだまだ多くの困難が伴うため、とりあえずこれらの資料をデジタル化してホームページ上で公開し、広く他の研究者の閲覧・利用に供することを検討している。3.研究成果の中間報告明清時代から民国期にかけての通俗文学の歴史的変遷を講史小説の代表作『三国演義』を中心に出版の視点から考察して、木版印刷というメディアが通俗文学の成立と普及にいかに深く関わっていたかを明らかにし、その成果を1999年9月の第13届三国演義学術討論会で「『三国演義』和明清出版分化」と題して報告、海外の研究者からも一定の評価を受けた(『文学遺産』2000-1,p 105)。同論文は『文学遺産』編集部より寄稿依頼があり、まもなく同誌に掲載される予定である。また討論の模様についても討論会参加報告を作成し、『中国古典小説研究』第5号に掲載されることになっている。
形容詞語彙意味論の試み-Mental Property形容詞のゼロ形態素分析

さらに本研究は、MP-A形容詞のゼロ形態素分析を提案した。この分析で形容詞は、MP-B形容詞に受動的なゼロ形態素が付加した複合形容詞と分析され、外項を欠く非対格述語となる。MP-B構文とMP-A構文のヴォイスの違いは、こうしてゼロ形態素によって説明された。MP-A構文のof-NPは評価の対象に加えて、動作主役を担っている。MP-A構文に、しばしば、ofの代わりに動作主を表すbyが現れるゆえんである。二層の意味成分がもたらすMP形容詞のトータルな意味は、sentient項について、不定詞句を根拠として、その行為の様態的評価を述べることである。この意味から、不定詞句の行為を表す意味と、of-NPによるコントロールが帰結した。さらに本年度は、MP-A形容詞のゼロ形態素分析を提案した。この分析でMP-A形容詞は、MP形容詞に受動的なゼロ形態素が付加した複合形容詞と分析され、基底で外項を欠く非対格述語となる。MP-B構文とMP-A構文のヴォイスの違いは、こうして受動のゼロ形態素によって説明された。
細菌の凝集を担う多糖分子の相互作用と凝集の分子機構

Pseudomonas sp.no.12のフロック形成を担っている細胞表層高分子多糖(MPS)はペプチドグリカンと会合した疎水性の高い蛋白(AP)とO-グリコシド結合している。MPS分子はイオン強度に対応し互いに相互作用し、アンチパラレルな立体構造を形成し細胞の凝集がなされる。MPS分子の相互作用におけるイオン強度、MPSの分子サイズ、側鎖GlcNAcの役割などについて精製したMPS.MPS-APを使用し解析した結果以下の知見を得た。1.MPS分子の形成する凝集型立体構造はアンチパラレルな二本鎖構造である。2.二本鎖構造を形成すると他のMPS分子とは相互作用をしなくなる。3.アンチパラレルな二本鎖の立体構造は側鎖GlcNAcを除去しても形成される。4.MPSの側鎖GlcNAcのN-acetyl基を除去すると二本鎖構造をとれなくなる。5.MPS分子の二本鎖構造形成は極めて特異性が高く他の種々の多糖、少糖、単糖によって阻害されない。6.二本鎖立体構造を形成するMPS分子同士の相互作用はMPSの濃度に比例して強くなる。7.二本鎖立体構造を形成するMPS分子同士の相互作用の強さはMPSの分子量の3/2乗に比例する。8.二本鎖構造形成はMPS濃度が高ければ低いイオン強度で完了し、MPS濃度が低ければ高いイオン強度を必要とする。9.分子サイズの大きなMPSは低濃度、低イオン強度で二本鎖構造を形成でき、低分子MPSは高濃度、高イオン強度を必要とする。10.二本鎖立体構造はイオンを介さず形成されると考察される。Pseudomonas sp.no.12のフロック形成を担っているMPSは疎水性の高い蛋白(AP)とoーグリコシド結合している。MPSーAP複合体はAP蛋白分子同士が互いに会合し複数のMPS分子をもつ多量体を形成する。多量体のMPS分子が他の多量体のMPS分子とイオン強度に対応して相互作用しAP蛋白の会合体を核とした多糖(MPS)のネットを形成する。一方MPS分子のみではネットを形成できないがMPS分子同士が相互作用し特定の立体構造を形成しうる。以上の知見の基に抽出、精製したMPSーAP,MPSを使用しMPSーAPによるネット形成量をTrapされたマイクロビーズ量として測定し定量化することにより以下の知見を得た。1.MPSはイオン強度に対応してその立体構造が変化すると考えられるが、MPSーAPのネット形成とイオン強度との関係を調べた結果、1mMNaClではネットは形成されていないが10mMNaClではネット形成(特定の立体構造形成)がほぼ完了していると考えられる結果を得た。3.添加MPSによりMPSーAPのネット形成が阻害された事からMPS分子は特定の立体構造形成の際何本もの多糖分子と組み替えることができないと考えられる。4.ネット形成の際、MPSを添加すると遊離MPS濃度が減少し添加したMPSはネットに吸収された。ネット形成阻害は添加MPSとMPSーAP会合体のMPSとの特定の立体構造形成の結果であることが明かとなった。このMPS分子の相互作用におけるイオン強度、MPSの分子サイズ、側鎖GlcNAcの役割などについて抽出精製したMPS.MPS-APを使用し解析した結果以下の知見を得た。

1.MPS分子の形成する凝集型立体構造はアンチパラレルな二本鎖構造である。2.アンチパラレルな二本鎖の立体構造は側鎖GlcNAcを除去しても形成される。3.MPSの側鎖GlcNAcのN-Acetyl基を除去すると二本鎖構造をとれなくなる。4.MPS分子によるアンチパラレルな二本鎖の立体構造形成は極めて特異性が高く他の種々の多糖、少糖、単糖によって阻害されない。5.二本鎖立体構造形成はMPS濃度が高ければ低いイオン強度で完了し、MPS濃度が低ければ高いイオン強度を必要とする。6.上記5より二本鎖立体構造はイオンを介さず形成されると考察される。7.分子サイズの大きなMPSは低濃度、低イオン強度で二本鎖構造を形成でき、低分子MPSは高濃度、高イオン強度を必要とし、分子サイズが約4万以下のMPSは200mM NaClという高イオン強度下でも二本鎖構造を形成できない。
価電子制御シリコン量子ドットのドット間結合制御による熱起電力創出

本年度は、Si量子ドット多重連結構造からの電界電子放出において、電子放出特性および放出電子の運動エネルギーの積層数依存性を評価した。具体的には、n-Si(100)基板をRCA洗浄後、酸素雰囲気中において基板温度800°Cで2.0nmの酸化膜を形成した後、引き続き、同一チャンバ内にてSiH4-LPCVDによりSi量子ドット(面密度: 4.5×10^11cm-2、平均ドット高さ: 3.0nm)を形成し、ドット表面を熱酸化することで2nmのSiO2を形成した。この一連のプロセスを繰り返すことでドット積層数11、13、15層のSi量子ドット多重連結構造を形成した。最後にAu上部電極(10nm)及びAl裏面電極を蒸着形成した。電子放出特性は、真空中において、上部電極を接地電位に固定し、基板裏面電極に負バイアス(Vs)を印加し、さらに試料表面から10mmの距離にバイアスを印加したコレクタ電極(陽極酸化Auプレート:10mm×10mm)を配置することで測定した。Si量子ドット11層連結構造において、コレクタ電極に+40V印加した場合、Vs>-10Vで電子放出が認められ、|Vs|の増大に伴い電子放出電流は指数関数的に増加する。Vsを一定として、コレクタ電極に負バイアスを印加し、これを変化させて測定した放出電流を微分することで放出電子の運動エネルギー分布を評価した結果、Vs=-12Vでは、電子フラックス密度は運動エネルギー3eVで最大となることが分かった。同様の測定を13層および15層のドット連結構造において行い、電子フラックス密度が最大となるピーク運動エネルギーと最大電子フラックス密度を試料電圧に対してまとめた結果、いずれの積層数においても試料電圧の増加にともないピーク運動エネルギーは線形、最大電子フラックス密度は指数関数的に増加することを明らかにした。本年度は、SiH4-LPCVDによるSi量子ドットの自己組織化形成とドット表面酸化を繰り返すことで、Si量子ドット/SiO2 6層集積構造を実現した。さらには、上部Pt電極形成後、電圧印加時におけるSi量子ドット多重集積構造内の電界分布を硬X線光電子分光(Hard X-ray Photoelectron Spectroscopy : HAXPES)を用いて定量評価した。得られたSi1s内殻光電子スペクトにおいて、Si酸化膜成分(Si-O結合)およびSi基板およびSi量子ドットに起因するSi-Si結合は、電圧印加の増加に伴い半値幅が増大し、低エネルギー側へシフトするものの、Si-Si成分は非対称なスペクトル形状になることが分かった。この結果は、基板および各ドット層に不均一に電界が印加され、各ドット層からの信号が重畳した結果で解釈できる。また、得られたSi1s内殻光電子スペクトを、Si1s信号の光電子脱出深さ11nm、各膜厚(上部Pt電極、Si量子ドットの平均高さ、層間絶縁膜)より求めた信号強度の深さ方向に対する減衰率を考慮し、半値幅を一定とした結果、印加電圧6Vでは、Si量子ドット6層およびSi基板の7成分で分離することができた。さらには、異なる印加電圧においても同様に波形分離した結果、上層ドットへの電界集中が認められることから、印加電圧の増大に伴い電界集中効果も顕在化することがわかった。本年度は、超高密度形成したSi量子ドットが多重に配置された構造の形成技術を開発した。さらには、電圧印加時における各ドット層のポテンシャル分布を定量評価しており、おおむね順調に進んでいると言える。来年度は、超高密度形成したSi量子ドット直上に、不純物(P)添加したSi量子ドットが多重に配置された構造の形成に取り組む。

この構造において、p-Si基板から熱励起電子をPデルタドープSi量子ドットに注入することで電流を得る。ここで、下層Si量子ドットサイズを大きく(10nm)設定し、実効エネルギーバンドギャップを減少させて、2層、3層目のドットのサイズは段階的に小さくすることで、熱励起によるポンピング効果を高める。一方、電圧は、上部電極のアモルファスSiがn+型となっており、結晶Siに比べフェルミ準位が浅くなることを利用して、基板のp-Si(100)とのフェルミ準位差(内蔵電位:1eV)を活用する。従って、この一次元連結量子ドット構造では、高効率発電が期待できる。また、想定している電流値および電力が得られない場合は、n-Si(100)基板上に同様の構造を作成する。尚、この場合は、内蔵電位は100 meV程度しか見込めないが、大幅な電流レベルの増大が期待できる。尚、プロセスの各段階で、試料表面を原子間力顕微鏡および高分解能X線光電子分光(XPS:現有設備)することで、自己整合形成する様子を評価するとともに、最終構造の断面TEM観察(学内共同利用設備を活用)によりドットサイズや酸化層厚等の構造パラメータを定量する。また、XPS分析は研究協力者の大田晃生(名古屋大学:特任助教)が担当する一方、電圧は、上部電極のアモルファスSiがn+型となっており、結晶Siに比べフェルミ準位が浅くなることを利用して、基板のp-Si(100)とのフェルミ準位差(内蔵電位:1eV)を活用する。予定より採択決定時期が遅かったため、本年度は、所属研究室の既設装置で研究を推進した。次年度は、当初予定通り計画を実施し、微細加工プラットフォームを積極的に活用して加速的に研究を実施する。
食物網における表現型可塑性の反応・共反応に関する進化生物学的研究

利用できる餌が少ない時、あるいは同種の生息密度が高い時、共食いが起こる生物が知られている。エゾサンショウオ(Hynomius retardatus)は幼生の発生期に餌が少なく、同種の密度が高いと可塑的に、共食いに適した広顎の共食い型個体が生じることが知られている。非共食い個体は、共食い型が生じない環境で見られる基本形態と同じで、共食い型になれなかった敗者として、捕食されないように隠れたり逃げたりの行動防御で、共食い型の攻撃に対処していると考えられてきた。すべての個体が共食い型にならずに多型が維持される仕組みについて、幾つかのプロセスを踏まえた理論的な説明が存在する。共食い多型を自然選択における適応として説明するならば、共食い型個体は、共食いで得られる利益を踏まえても、経験する他の幾つかの多様な環境にわたって見ると、非共食い型の個体と適応度が等しくなる。この説明はトレードオフの考えかたを述べている。しかし、共食い「多型」は高密度下でしか生じず、非共食い型個体は、同種による被食危機による不利を埋め合わせるだけの適応的有利性を他の環境の文脈で得られるとは考えにくい。多型が進化的に維持されるには、被共食い個体は防御面で、基本型よりも優れている必要がある。今年度の実験研究では、この推論から予測される通り、共食い型と同居する非共食い個体は、基本型とは異なる防御機能を有した形態を発現していることが明らかとなった。同一の遺伝子型の生物が環境の変化に応じて表現型を変化させる能力を"表現型の可塑性"とう。生物はしばしば特定の環境に反応して、形質を可塑的に変化させることによって、その環境に適応していることが知られている。池の生物群集の構成メンバーである両生類は、群集内の生物間相互作用に応じて、形態を変化させる。その変化は、生物間相互作用の中で適応的可塑性として認識される。北海道の林縁部に形成される池に生息する、エゾアカガエル(Rana pirica)のオタマジャクシとエゾサンショウウオ(Hynobius retardatus)幼生は、そのような適応的形態可塑性を示し、形質可塑性の進化を研究する上で優れたモデル生物系である。エゾアカガエルのオタマジャクシとエゾサンショウウオ幼生は、冬が終わり雪解けとともに形成される池の生物群集の創始者である。エゾアカガエルのオタマジャクシは植食者であり、エゾサンショウウオ幼生はゾアカガエルのオタマジャクシの捕食者となる。オタマジャクシとサンショウウオ幼生は、同じ池で孵化し発生が進むと、サンショウウオ幼生はオタマジャクシを捕食するのに優れた頭でつかち形態が誘導され、オタマジャクシはその捕食危機に対処する機能を果たす頭胴部を肥厚させた膨満形態が誘導される。どちらも、互いに相手がいないときには、それらの形態は発現しない。また、一度発現した形態は、相手が生息環境からいなくなると成長に伴って縮退する。これらの形態は、捕食-被食の関係の攻撃-防御の誘導形態発現デザインの共進化と考えることが出来そうである。生物は差し迫った環境変化に対して何らかの反応をする。エゾサンショウウオ(Hynobius retardatus)の幼生は北海道の池や小さな水たまりに形成される生物群集の一員である。エゾサンショウウオは群集の他のメンバー(餌・捕食者)の存在によって誘導される形質の可塑性を示す。行動変化は、環境に対応した動物の適応的可塑性の1つである。捕食者であるヤゴがいるとき、エゾサンショウウオは池の底で動きを止める。この行動が捕食危機に対する防衛態勢としての直接の適応的反応であるかを調べるための実験を行った。静止態勢にあるエゾサンショウウオは、動いているものよりもヤゴの捕食をうまく免れた。このとき、エゾサンショウウオはもう一つの表現型可塑性を示す。ヤゴが存在することによって水底で静止態勢をとっている個体は、そうしていない個体に比べて外鰓の発達が著しい。この現象を、静止防衛態勢をとることによって生じた酸素不足を補償するための補償的な形質可塑性と考えた。そして発達した外鰓は、酸素不足を補償する機能が高まっているかを調べるための実験を行い、その補償能力を確認した。鰓の生理機能の知見から、外鰓のこの発達を促す直接原因は酸素不足と類推することが合理的である。続いて、捕食者の有無と、溶存酸素の高低の要因を操作した実験を行った。その結果、酸素不足ばかりでなく、ヤゴの存在が、外鰓の発達を誘導させる直接の要因になっていることが判明した。溶存酸素が高く酸素不足を招かなくても、ヤゴの存在が外鰓の発達を促すのである。

共食い多型を自然選択における適応として説明するならば、共食い型個体は、共食いで得られる利益を踏まえても、経験する他の幾つかの多様な環境にわたって見ると、非共食い型の個体と適応度が等しくなる。この説明はトレードオフの考えかたを述べている。しかし、共食い「多型」は高密度下でしか生じず、非共食い型個体は、同種による被食危機による不利を埋め合わせるだけの適応的有利性を他の環境の文脈で得られるとは考えにくい。多型が進化的に維持されるには、被共食い個体は防御面で、基本型よりも優れている必要がある。今年度の実験研究では、この推論から予測される通り、共食い型と同居する非共食い個体は、基本型とは異なる防御機能を有した形態を発現していることが明らかとなった。
カルシウムイオン注入チタン表面改質層の構造解析

鏡面に研磨したチタン板(99.6%)に、カルシウムイオン(Ca^<2+>)を18keVのエネルギーで10^<16>ions/cm^2、10^<17>ions/cm^2、10^<18>ions/cm^2の3種類の量を注入した。これらのCa^<2+>注入チタンの表面を、アセトンおよびエタノールで洗浄後、オージェ電子分光(AES)、X線光電子分光(XPS)、透過型電子顕微鏡による電子線回折によって分析した。AESおよびXPSの結果から、注入前に約4nmの厚さのTiO_2であった表面酸化物は、注入後に、10^<16>ions/cm^2で約8nm、10^<17>ions/cmで約10nm^2、10^<18>ions/cm^2で約12nmに成長していることが明らかになった。これは、イオン注入による衝撃による熱発生のための酸化の進行、あるいはカルシウムの酸化の自由エネルギーがチタンよりも低いための注入後のカルシウムの酸化のいずれかによると考えられる。また、注入されたCa^<2+>イオンは、表面酸化物中に存在し、下地のチタンには注入されていなかった。注入後の表面酸化物(表面改質層)は、10^<16>ions/cm^2と10^<17>ions/cmでは、最表層にチタン酸カルシウムが、その下に酸化チタンが存在していた。10^<18>ions/cm^2では、最表面に酸化カルシウム、その下にチタン酸カルシウム、さらに下層に酸化チタンが存在していた。これらの層の境界および表面改質層と下地チタンとの境界は明瞭ではなく、組成は深さ方向に滑らかに移行していた。これらの結果は、電子線回折によっても支持された。
半導体結晶の液相エピタキシャル成長のその場観察

半導体には固有のバンドキャップがあり、このエネルギ-より小さな光に対しては透明になる。従って、この性質を利用すれば半導体の融液及び融液成長過程が観察できるものと考えられる。本研究ではこのような観点から近赤外赤外を観察光とした反射型顕微鏡システムを試作し、GaPのGaの中への溶解、P飽和Gaからの成長過程のその場観察に適用し、以下の様な結論を得た。(1)基板結晶の底部側から透過させ、Gaとの界面で反射させるシステムにより、界面形態の変化を1umの分解態で捉えることができた(2)溶解過程は、転位を中心としたピットの形成、拡大という形で進行し溶解時にも明確な(マクロ)ステップが形成される。(3)成長過程では溶解時のピット中心は必ずしも、ヒルロックの中心にならず、(111)基板ではむしろステップのバンチングからマクロステップへの移行という界面の不安定化が極めて生じ易いことが認められた。(4)界面の不安定化は、ステップ冷却法よりも徐冷法において著しく拡散律速に基いた成長速度ではステップ冷却法は徐冷法の数倍の速度でも不安定化は明瞭ではなかった。(5)マクロステップは、上記のように溶解過程においても明確に認められるところから、この問題は不純物、介在物の取り込みではなく、ファセット生成傾向の強い結晶の界面形態の安定性に関わる問題と考えられる。(6)GaP上へのGaAsPの結晶の成長に対しても、本手法による観察は可能であった。LED発光層は溶液成長法により得られる。溶液成長時の表面の荒れは不純物分布の不均一化をもたらし、LEDの発光効率に影響を与える。ところが、溶液成長後に得られた成長層の表面形態は成長条件により多様であり、詳しくは理解されていない。本研究は、溶液成長過程を直接観察するための光学的手法を確立することと、これにより化合物半導体の成長過程をその場観察し、成長条件と表面形態との関係を明らかにすることを目的としている。バンドギャップの大きいGaPを用い、0.8μmを中心波長とする近赤外線を観察光とした倒立型光学顕微鏡システムを試作した。赤外線用の撮像管を用い、(1)加熱時のメルトバック過程、(2)除冷法による結晶成長、(3)温度差法による結晶成長過程をビデオ観察した。結果を要約すると、(1)メルトバック過程では転位を中心としたピットが形成され、基板面方位が(100)では長方形、(111)では三角形となる。(2)6°offアングルの基板を用いた除冷法による成長過程では、最初に転位を中心とした小さなヒルロックが形成される。それらのヒルロックは、横方向の成長に比べて垂直方向の成長速度が小さく、次第にテラス状に変化する。そして、それらのテラスが合体して、マクロステップを形成する。この過程は、マクロステップの形成過程として従来定性的に考えられていた。offアングルによる幾何学ステップのバンチングとは異なっており、マクロステップの形成に対する新しい視点を与える。次年度は、画像を改善することに加えて、ステップの高さを調べるための干渉計、あるいはレーザー走査顕微鏡を組み込むことにより、結晶成長速度の測定を行ない表面形態の変化に対する成長条件の影響を定量化する。
骨膜からの骨形成過程に発現する骨誘導蛋白(BMP)のファミリータイプの研究

近年、生化学の分野において、骨誘導物質としてのFGFやBMP等の研究が広く行われており、臨床における利用も近いうちに可能になると考えられる。これらの骨誘導物質には数多くのサブタイプが認められる。本実験においては、骨膜より骨形成が起こる時に出現するBMPファミリーのタイプを解明した。実験は以下に述べる方法で行った。(1)ラット下腿骨欠損モデルの作成および骨欠損部分における骨膜よりの骨再生状態の観察。(2)オステオカルシンおよびBMPファミリーに対するプライマーによる遺伝子増幅を用いたBMPファミリーの遺伝子発現の観察。(3)in situ hybridizationによる発現細胞の確認。上記の実験により以下に述べる結果が認められた。(1)ラット骨摘出後の骨膜からの骨形成では、まず軟骨が形成されこの軟骨が二次的に骨組織に置き換えられていく軟骨性骨化の過程が認められた。骨摘出後4日目で間葉系細胞から軟骨細胞への置換を認め、7日目で新生骨を生じ、6周めでは成熟骨となっていた。X線像では摘出後1週間目に新生骨を示す不透過像を認めた。対照群とした骨膜除去群では骨形成は認めなかった。(2)今回の実験で発現の確認された遺伝子はBMP-2、BMP-4、BMP-6であった。BMP遺伝子の発現は対照群においても認められ、手術侵襲などにより、骨膜の有無に関係なくBMP遺伝子が発現すると考えられた。骨形成過程での骨形成のマーカーであるオステオカルシンは骨膜除去群ではその発現が見られなかったのに対し、骨膜残存群では3,5,7日でその発現が認められた。(3)in situ hybridizationでは摘出後1周目の幼若な骨組織と思われる部分にオステオポンチンのmRNAが認められた。以上のことより、骨膜よりの骨形成過程ではBMPレセプターの存在下にBMP遺伝子2,4,6が発現し、良好な骨再生を行っていると考えられた。
組織拡張器の持つメカニカルストレスを利用した新組織再生医療法の研究

整形外科領域で行われている組織形成術に牽引ストレスを用いて軟部組織を形成し延長するという方法がある。本研究では延長術の手技を応用して、牽引ストレスを血管閉塞性疾患に作用させることにより血管障害の改善の可能性について検討した。そのために動物慢性虚血モデルを作成し脛骨骨片の横延長を行い、周囲組織の血管形成を定量評価した。ビーグル成犬9頭を用い7頭を仮骨延長群とし、左脛骨に創外固定器および骨延長器を装着する手術を実施し、脛骨骨片を横延長した。残り2頭は、sham群とした。また、全頭において右脛骨を無処置のコントロール群とした。創外固定器装着手術に先立ち4週間前に両側の大腿動脈の一部を結紮し、慢性下腿虚血モデルとした。7日間を待機期間、延長期間を14日間とし、さらに28日間の骨硬質化期間を設けた。延長期間中の骨延長速度は、1回延長距離0.5mmを1日2回とした。手術より49日目に全頭を検体に供し下腿周囲筋組織の軟X線撮影を行い,筋肉に対する血管領域の割合を求めた。コントロール肢に対する実験肢の血管密度の比は延長群では、前脛骨筋で1.42、長趾伸筋で1.27、腓腹筋で1.23、足底筋で1.24であった。これに対しSham Op群では前脛骨筋で0.91、長趾伸筋で1.11、腓腹筋で0.91、足底筋で0.81であった。延長を行うことで、コントロール肢に対しての実験肢の血管密度は延長群で優位に増加した。血管新生は細動脈・毛細血管レベルでおこりこれは牽引ストレスが直接かからない筋組織においても行われていた。本法は物理的因子である牽引ストレスを用いて血管形成を促進する独創的な方法である。現状においては侵襲的方法であるが外部から刺激を加える方法の開発を行うことにより今後、動脈硬化性あるいは血栓性の閉塞性血管障害の改善、骨髄炎の治癒促進、治療薬剤の組織への移行促進といった応用の可能性がある。目的・方法骨新生・血管新生の研究を行うため脛骨の一部を骨軸に対し垂直方向に延長する横延長モデルを作成した。横延長モデルにおける血管新生の定量的評価の報告はいまだ無く,今後の血管閉塞性疾患への応用の可能性について探求した。実験には、臨床上健常な、ビーグル成犬7頭を用い脛骨骨片を横延長した。創外固定器装着後、7日間を待機期間、延長期間を14日間とし、さらに28日間の骨硬質化期間を設けた。延長期間中の骨延長速度は、1日当たり1mmを14日間行った。手術より、49日目に全頭を検体に供した。延長部の血管形成の評価としては剖検時にのマイクロアンギオグラフィーを行いそれを軟X線撮影にて評価した。(以上の実験はすべて動物実験規約に従い行われた。)結果14日間の延長操作での仮骨延長距離は、最大値が13.75mm、最小値が11.69mmで平均値は12.82mmであり全例において良好な骨形成が得られていた。骨塩密度の経時的変化では2135日目の間において骨添加のピークが訪れリモデリングによる骨髄形成がすでに行われていることが予想できた。個体間差も少なく横延長では安定した速い石灰化が行われていた。マイクロアンギオグラフィーを行いそれを軟X線撮影にて骨髄血管は延長肢では上・下行骨髄動脈の血管径の増大とそこから分枝する豊富な細動脈が見られそれらは延長骨周囲に顕著にみられた。延長部分の血管面積の割合はコントロール肢の3.48±0.63%に比して延長肢では11.72±3.48%と有意に(p=0.027)増加していた。結果横延長モデルにおいて定量的な評価を行い良好な骨形成・骨髄血管形成が行われていることが明らかになった。今後,このモデル・評価法を用い周囲軟部組織の血管形成について評価を行い臨床応用の可能性について更なる研究を行う。前年度に引き続き牽引ストレスを治療対象組織に有効に作用させ、組織中の血管形成を促進する治療法を開発することを目標に動物実験を行った。今回の実験では慢性虚血モデルを作成しそれに対し横延長を行い、周囲組織の血管形成を定量評価した。実験には、臨床上健常なビーグル成犬7頭を用いた。創外固定器装着手術に先立ち4週間前に全身麻酔下にて両側の大腿動脈の浅腸骨回旋動脈の分岐から伏在動脈の分岐にかけて結紮し、慢性下腿虚血モデルとした。左脛骨に創外固定器および骨延長器を装着する手術を実施し、脛骨骨片を横延長した。手術より49日目に全頭を検体に供した。周囲軟部組織の血管形成の評価として延長肢、コントロール肢ともに前脛骨筋、長趾伸筋、腓腹筋、足底筋を採材し固定した後にCT、軟X線、第VIII因子を用いた免疫染色による筋肉内血管の定量評価ならびにH.E染色による病理組織学的検討を行った。)

軟X線による周囲筋の肉眼所見では前脛骨筋、長趾伸筋、腓腹筋、足底筋すべてにおいて、延長肢は細い血管が一様に広く分布していた。血管密度は前脛骨筋ではコントロール肢で17.35±3.03%、延長肢で20.7±3.05%、長趾伸筋ではコントロール肢で16.4±1.88%、延長肢で20.43±3.34%、腓腹筋ではコントロール肢で16.62±3.09%、延長肢で18.81±3.71%、足底筋においてはコントロール肢で18.08±3.66%、延長肢で20.41±5.26%であった。コントロール肢に比較して延長肢の血管密度が有意に高い傾向を示した。整形外科領域で行われている組織形成術に牽引ストレスを用いて軟部組織を形成し延長するという方法がある。本研究では延長術の手技を応用して、牽引ストレスを血管閉塞性疾患に作用させることにより血管障害の改善の可能性について検討した。そのために動物慢性虚血モデルを作成し脛骨骨片の横延長を行い、周囲組織の血管形成を定量評価した。ビーグル成犬9頭を用い7頭を仮骨延長群とし、左脛骨に創外固定器および骨延長器を装着する手術を実施し、脛骨骨片を横延長した。残り2頭は、sham群とした。また、全頭において右脛骨を無処置のコントロール群とした。創外固定器装着手術に先立ち4週間前に両側の大腿動脈の一部を結紮し、慢性下腿虚血モデルとした。7日間を待機期間、延長期間を14日間とし、さらに28日間の骨硬質化期間を設けた。延長期間中の骨延長速度は、1回延長距離0.5mmを1日2回とした。手術より49日目に全頭を検体に供し下腿周囲筋組織の軟X線撮影を行い,筋肉に対する血管領域の割合を求めた。コントロール肢に対する実験肢の血管密度の比は延長群では、前脛骨筋で1.42、長趾伸筋で1.27、腓腹筋で1.23、足底筋で1.24であった。これに対しSham Op群では前脛骨筋で0.91、長趾伸筋で1.11、腓腹筋で0.91、足底筋で0.81であった。延長を行うことで、コントロール肢に対しての実験肢の血管密度は延長群で優位に増加した。血管新生は細動脈・毛細血管レベルでおこりこれは牽引ストレスが直接かからない筋組織においても行われていた。本法は物理的因子である牽引ストレスを用いて血管形成を促進する独創的な方法である。現状においては侵襲的方法であるが外部から刺激を加える方法の開発を行うことにより今後、動脈硬化性あるいは血栓性の閉塞性血管障害の改善、骨髄炎の治癒促進、治療薬剤の組織への移行促進といった応用の可能性がある。
細胞内ATPセンサーを介した新しいシグナル伝達機構の解明

ABCスーパーファミリー蛋白(ABC蛋白)は、MDR1,MDR2,MRP,MOAT,CFTR,SUR1,SUR2などであり、1分子内に12から17の膜貫通部位と2つのよく保存されたATP結合領域をもつ。これらは皆ATPによって駆動あるいは制御されるが、それらの機能はポンプ、フリッパーゼ、チャネル、チャネル・レギュレーターと多様である。本研究では、SUR1、SUR2 MDR1、MRP ATP加水分解反応を比較することによって、ABC蛋白が細胞環境をモニターするシグナル分子としてATPをいかに利用し、あるいはATPによって駆動されているかを解明しようとした。SURlは細胞内のATPとADPの濃度をモニターすることによって、複合体を形成している内向き整流性Kチャネルの開閉を制御する。8-azido-ATPを用いた光親和性結合実験によって、SUR1のATPとの相互作用を検討した。その結果、SUR1が8-azido-ATPを強く結合すること、その結合はNBD2の変異によって影響されないが、NBD2の変異によって損なわれることが明らかになった。さらに、SURlのATP結合はMgADPによって強く阻害されるが、阻害効果はNBD2の変異によって低下した。これらの結果は、NBD1がATPを、NBD2がMgADPを結合し、NBD1とNBD2のヌクレオチド結合が協調していることを示唆しており、SUR1とATPの相互作用は、トランスポーターであるMDR1/P-糖蛋白質と大きく異なっていることがわかった。ABCスーパーファミリー蛋白(ABC蛋白)は、MDR1,MDR2,MRP,MOAT,CFTR,SUR1,SUR2などであり、1分子内に12から18の膜貫通部位と2つのよく保存されたATP結合領域をもつ。本研究では、SUR1、SUR2、MDR1、MRPを精製し、それぞれのATP加水分解反応を比較することによって、ABC蛋白が細胞環境をモニターするシグナル分子としてATPをいかに利用し、あるいはATPによって駆動されているか解明を試みた。まず、それぞれのABC蛋白のATP加水分解領域に変異を導入し、光親和標識できるヌクレオチドを用いて、ATP結合、ATP加水分解を検討した。その結果、2つのヌクレオチド結合領域は、独立にATPを加水分解するのではなく、厳密に協調しあっていることが明らかになった。つまり、片方が常に加水分解反応をし、もう片方が常に制御部位として働いているわけではなく、反応と制御を順番に行っていると考えられる。SUR1は、前半のヌクレオチド結合部位はMgATPを強く結合し、後半のヌクレオチド結合部位はMgADPを結合すること、2つのヌクレオチド結合部位は互いに協調して機能していることが明らかになった。さらにHis TagをC末端に融合したMDR1、MRP、SURを培養細胞内で大量発生させ、精製することに成功した。ABCスーパーファミリー蛋白(ABC蛋白)は、MDRl,MDR2,MRP,MOAT,CFTR,SURl,SUR2などであり、1分子内に12から17の膜貫通部位と2つのよく保存されたATP結合領域をもつ。本研究では、SURl、SUR2、MDRl、MRPのATP加水分解反応を比較することによって、ABC蛋白が細胞環境をモニターするシグナル分子としてATPをいかに利用し、あるいはATPによって駆動されているかを解明しようとした。8-azido-ATPを用いた光親和性結合実験によって、SURlのATPとの相互作用を検討した。その結果、SURlが8-azido-ATPを強く結合すること、その結合はNBD2の変異によって影響されないが、NMD2の変異によって損なわれることが明らかになった。

さらに、SURlのATP結合はMgADPによって強く阻害されるが、阻害効果はNBD2の変異によって低下した。これらの結果は、NBDlがATPを、NBD2がMgADPを結合し、NBDlとNBD2のヌクレオチド結合が協調していることを示唆しており、SURlとATPの相互作用は、トランスポーターであるMDRl/P一糖蛋白質と大きく異なっていることがわかった。
メゾスコピック機能材料のマイクロ波プロセッシング

新しい無機材料プロセッシングの構築を目的として、マイクロ波照射による非平衡反応下でナノ・メソスケール構造体を形成し、選択加熱系における熱的非平衡反応メカニズムの解明、非平衡反応下におけるナノ・メソスケール構造体の形成機構、格子・欠陥導入による電気的,磁気的,光学的物性制御手法の検討を行った。マイクロ波照射下での化学反応は、特定成分の選択加熱による微視領域での熱的非平衡反応としての特徴を有し、TiO_2-SnO_2系、Fe_3O_4-FeAl_2O_4固溶体のスピノーダル分解によるメゾスコピック組織形成が認められた。いずれも短時間のマイクロ波照射によって1030nmスケールに2相が積層したナノ組織の形成に成功した。電気炉加熱等の通常の化学反応では、スピノーダル分解による相分離組織形成には長時間の熱処理を要するが、マイクロ波照射下では微視領域での熱揺らぎにより固相拡散が促進され、極めて短い時間スケールでメゾスコピック組織の形成が可能となることを明らかにした。周波数の異なるマイクロ波を利用した材料プロセッシングを検討したところ、波長の長い2.45GHzのマイクロ波利用が有効であり、相分離の形成には物質内部へのマイクロ波侵入深さ(δ)が大きく影響することが明らかとなった。マイクロ波照射下での選択加熱は、基板上に形成された薄膜デバイスの結晶化にも有効であり、シリコン半導体基板上に形成されたPZT系誘電体薄膜の低温・短時間での結晶化も実現された。以上より、マイクロ波照射下の選択加熱の利用により、平衡組織から逸脱したマクロ・ミクロ組織形成が可能となることを実証した。マイクロ波照射下での化学反応は、特定成分の選択加熱による微視領域での熱的非平衡反応としての特徴を有し、ナノ・メソスケールでの非平衡組織・構造を有する革新的新素材創製につながる。本研究では、新しい無機材料プロセッシングの構築を目的として、マイクロ波照射による非平衡反応下でのナノ・メソスケール構造体を形成し、交番電磁界中でのプロセッシングの特長を活かした電気的,磁気的,光学的物性制御・機能発現を検討する。本年度は、選択加熱系における熱的非平衡反応メカニズムの解明、非平衡反応下におけるナノ・メソスケール構造体の形成、を目指し、二成分系酸化物を中心に、ミリ波帯域のマイクロ波照射下での相分離によるメゾスコピック組織形成を行った。ルチル型構造の酸化スズ-酸化チタン系では、酸化スズの強いマイクロ波吸収を利用した選択加熱下での非平衡反応により、両相が1030nm周期で層状に積層したメゾスコピック組織の形成に成功した。マイクロ波照射による無機材料プロセッシングは、加熱効率の高い省エネルギープロセスであるとともに、非平衡反応場として薄膜プロセスへも有効であることが示された。本研究では、新しい無機材料プロセッシングの構築を目的として、マイクロ波照射による非平衡反応下てのナノ・メソスケール構造体を形成し、交番電磁界中でのプロセッシングの特長を活かした電気的、磁気的、光学的物性制御・機能発現を検討する。

本年度は、スピネル構造系のFe_3O_4-FeAl_2O_4固溶体のスピノーダル分解によるメゾスコピック組織形成を検討し、Fe-rich組成からなる強磁性層と、Al-rich組成からなる常磁性層が1030nmスケールで格子状に積層したナノ組織の形成に成功した。周波数の異なるマイクロ波を利用した材料プロセッシングを検討したところ、波長の長い2.45GHzのマイクロ波利用が有効であり、相分離の形成には物質内部へのマイクロ波侵入深さ(δ)が大きく影響することが明らかとなった。VSMによる磁気測定の結果、得られた組織体は元の固溶体に比べ、飽和磁化が1.4倍、保磁力が3.3倍となった。相分離により形成された組織により、強磁性層であるFe-rich層が、Al-rich層に格子状に囲まれ、磁壁の移動が抑制されたためと考えられる。マイクロ波照射下での金属チタン粉末の窒化反応を利用し、種々の金属やセラミックス表面上に窒化チタンコーティングを形成できることを見出した。本プロセスでは、従来のCVD等の手法に比べ、短時間て窒化物膜の形成が可能である。新しい無機材料プロセッシングの構築を目的として、マイクロ波照射による非平衡反応下でのナノ・メソスケール構造体を形成し、選択加熱系における熱的非平衡反応メカニズムの解明、非平衡反応下におけるナノ・メソスケール構造体の形成機構、格子欠陥導入による電気的,磁気的,光学的物性制御手法の検討を行った。TiO_2-SnO_2二成分系では、マイクロ波吸収の強いSnO_2成分の選択加熱により、マクロからミクロに至る微細構造組織形成が認められた。マクロには単一試料内における昇華・析出反応により、組成や密度が傾斜した組織が得られたとともに、ミクロスケールでは一方向拡散による非平衡固溶体相の形成、スピノーダル分解によるナノ積層組織形成が起こり、従来の反応場では得られない非平衡組織が形成されることを見出した。マイクロ波吸収特性の大きく異なる二成分間において、微視的な温度勾配の発生が通常の平衡条件下とは異なる拡散様式を誘引し、平衡組織から逸脱したマクロ・ミクロ組織形成を引き起こすことを実証した。マイクロ波照射下では、単一試料内の昇華・析出反応によりSnO_2単結晶の生成も起こり、マイクロ波プロセス固有の格子欠陥生成が起こることを明らかにした。マイクロ波吸収の異方性を利用して、磁気異方性を有するバリウムフェライト多結晶体の組織形成を試み、(00ι)配向度の高い多結晶体組織が高出力のマイクロ波照射により形成されることを見出した。圧力や強磁場を用いた従来の配向性多結晶体作製技術とは異なり、マイクロ波交番電磁界の作用と物性の異方性を利用した新たな組織形成技術として位置付けられる。