hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
極低温放射光回折測定による高温超伝導複合材料の最適局所ひずみ状態の解明

薄膜高温超伝導線材の臨界電流を最大化するためのひずみ状態の解明を目指して、放射光を用いた低温引張システムの開発を行った。放射光の回折計に搭載可能にするためには、小型、軽量の低温引張装置が必要である。本研究では、引張装置とGM冷凍機を別の真空容器に納め、両者を2m長の高純度アルミ可とう線で接続するという新たな冷却方法を開発した。冷却試験の結果、試料部で25 Kまで冷却可能であることが確認された。この装置を用いて、SPring-8において低温ひずみ測定実験を実施した。これにより、(Y,Gd)BCO線材について30K室温で残留ひずみ、内部ひずみ測定に成功した。本年は、低温X線回折ひずみ測定装置の設計を行った。当初、ヘリウムガスフロー方式のクライオタットを予定して設計を開始した。しかし、昨年夏以降、全世界的な液体ヘリウムの供給不足となった。特に実験を予定しているSPring-8は蒸発ヘリウムガスを回収していないため、液体ヘリウムを使用した実験は難しいと判断した。そこで、ヘリウムを使用しないGM冷凍機による伝導冷却に変更した。これに伴い、クライオスタット、引張装置ともに大幅な設計の変更が必要となった。冷凍機本体を載せるにはゴニオメーターの耐荷重不足であるため、冷凍機は床置きとし、そこから長さ2mの伝熱線を介してサンプルを冷却する方式を考案した。伝熱線には、高い熱伝導性と、回折系の移動、回転に追従できる可僥性が必要である。そこで、2段のGM冷凍機の1段ステージからの伝熱には4N相当のCu撚線を、より低温側の2段ステージからの伝熱には5Nの高純度Al薄板積層材を用いた。これらに多層断熱材を巻いた上で、真空フレキホースに入れることで、ともに内部が真空である冷凍機クライオスタットからサンプルクライオスタットの間の伝熱が可能な設計とした。本年度はこれらの伝熱線の調達および端子部の検討を行った。Cu撚線は従来圧着端子を介して冷却対象物にボルト止めされていたが、Cu細線と端子との接触面積が小さく、この部分で熱伝導が悪くなる問題があった。そこで、より接触面積が大きくできる電流ケーブル用の端子付けを採用することとした。また、Al積層板は溶接により端子部を形成した。これらを多層断熱材を巻いた後にスペーサーとともに真空ホースに挿入し、室温のホース内面に接触することなく伝熱線が設置できることを確認した。また、測定時の真空引きや冷却によりサンプルにかかる予荷重や回折測定中の負荷ひずみ保持のために必要な引張駆動部の制御装置の導入も行った。平成25年度は、低温X線引張装置の設計、製作を行った。引張装置部分の全体設計は、SPring-8のBL46XUおよびKEK/PFのBL4Cのいずれにも取り付け可能になるように、取り合いを検討した。引張装置の取り付けを上下反転させることにより、いずれのビームラインでも実験可能な設計を見出した。さらに、REBCO超伝導体の3軸ひずみ状態を測定するため、線材の軸方向、幅方向、厚さ方向のいずれの場合にもビームパスが確保される設計とした。引張装置のクライオスタットビーム入射部はビームの透過性を検討した結果、厚さ4 mmのアクリル円筒を採用することにした。試験片の冷却は、冷凍機伝導冷却される引張装置のフランジ部分と高純度アルミ製の可撓導体で接続された銅製のつかみ具を介して行った。つかみ具に温度センサーとヒーターを取り付けることで上下のつかみ具を独立に温度制御できるようにした。駆動部分にはサーボモーターを採用し、スモールスクリュージャッキと組み合わせて、2 kNの最大荷重、引張速度0.1 mm/minを満足する構成とした。これらは前年度に整備した、制御装置により荷重制御、ひずみ制御のいずれも可能な仕様となっている。引張試験中の上下つかみ具のアライメントを維持するため、可動側つかみ具はリニアガイドに取り付けた。異なる構成材料を用いた場合の熱収縮による噛み込みを防ぐため、オールステンレス製のリニアガイドを採用した。上記のような低温X線引張装置の設計、製作を完了した。平成26年度は、低温X線引張装置の動作確認、および放射光ビームラインでの低温ひずみ測定実験を実施した。本システムは、引張装置部分の軽量化のため、GM冷凍機とサンプル部を別の真空容器に分け、両者を2 m長さの伝熱線で接続している。冷却性能を確認するためにオフラインでの冷却試験を実施した。

4K-1.5Wの冷却能力を有する2段GM冷凍機の1段、2段ステージに高純度アルミ製の伝熱線の片端を固定し、他端を引張装置側の熱シールド、サンプル部(最低温部)にそれぞれ接続した。冷却試験の結果、超伝導線材サンプルの銅製つかみ具で測定した温度において、冷却開始から17時間で最低到達温度25 Kであることが確認された。これにより、伝熱線を介して高温超伝導体の測定には充分な低温まで冷却可能であることが確認できた。次に、市販の(Y,Gd)BCO線材の低温引張ひずみ測定をSPring-8の白色X線回折ビームラインにて実施した。まず、室温から40 Kの間の各温度で線材内部の超伝導膜と線材からはく離した膜の格子定数を測定し、残留ひずみの温度依存性を観察した。さらに、室温、77 K、40 Kの温度条件で引張試験を実施し、外部から線材軸方向に負荷した引張ひずみに対する、線材内部の超伝導膜の内部ひずみ変化を測定した。この結果から、弾性変形の範囲内では室温、低温ともに類似の傾向が観察された。以上の結果から、低温で超伝導膜の内部ひずみを観察することに成功した。26年度が最終年度であるため、記入しない。超伝導応用26年度が最終年度であるため、記入しない。液体ヘリウムの調達が困難になったことから、装置の設計を根本的に見直す必要性を迫られた。その結果、本年度中に予定していた試験装置の導入が次年度に延期となった。平成25年度は低温X線引張装置の設計、製作までを完了した。次年度以降の放射光ひずみ測定の実験効率の向上を考えると、SPring-8とKEK/PFのいずれにおいても使用可能な設計とする必要があった。そこで、各ビームライン担当者と打ち合せを行い、回折計の構造と引張装置の可動領域をつきあわせながら全体設計を見直すことで要求を満足する構造を見出すことができた。引張装置内部の伝熱リンク取り合いの検討に最も時間を費やした。ビームパスを確保しつつ、十分な断面積のアルミ可撓導体を配置することに苦労したが、熱伝導率の高い高純度アルミを使用することで、熱リンクの断面積を極力低減し、可撓性を有しつつクライオスタット内部に収まる伝熱ルートを確保することができた。実験装置の製作が完了したことで、平成26年度からは、冷却試験および引張試験を実施することができ、今年度中に放射光施設での実験が可能な目処が立った。以上のような理由から、本研究はおおむね順調に進展していると判断した。設計変更に伴う遅れを回復するため、当初実験を予定していたSPring-8に加えて、高エネルーギー加速器研究機構の放射光科学研究施設も同時に利用することにより、ビームタイムを増やすことを考えている。そのため、低温X線回折引張試験装置はどちらの回折系にも設置できるようにフレキシビリティーを持たせた計とする.平成26年度は、まず昨年度導入した低温X線引張装置の動作確認を実施する。本装置の一番の課題は2 mの伝熱線を介したGM冷凍機による試験片つかみ具の冷却である。現在の設計で最低到達温度とそれに要する冷却時間を確認する。伝熱線自体の熱伝導は十分であるが、接続部分の熱抵抗に不確定要素がある。もし、冷却特性が不十分だった場合は、端子部の構造の変更や、つかみ具自体を周囲から熱絶縁して熱容量を減らすなどの改良を施す。もう一つの予備試験は低温での引張試験である。冷却中は荷重制御し、測定温度に到達した後、ひずみ制御に切り替える。
歯周疾患発症における炎症性細胞の生物化学的研究

辺縁性歯周炎は歯垢中に存在する細菌の感染により発症すると考えられているが,一連の広汎な研究により発症に際し数種のグラム陰性嫌気性桿菌が密接に関与していることが明らかにされている.また一方で,これらの細菌とhostの間で引き起こされる種々の反応についての研究も活発に行われ,発症に際し生体の防禦機構とくに白血球の作用が重要であることが近年明らかにされている.我々は,従来より歯周病患者末梢血白血球や歯肉辺縁部に浸潤した白血球の生物活性(活性酸素産生態等)の検討を行い,歯肉辺縁部に浸潤した白血球には,活性酸素産生能等の生物活性が認められることを報告している.本研究では,このような白血球の生物活性が歯周病原性細菌(Bacteroides gingivalis)由来の可溶性成分によりどのような影響を受けているかを検討した.Bacteroides gingivalisの細菌培養上清中には,白血球の活性酸素の産生を抑制する物質が存在していることが明らかとなった.本物質は細菌培養上清中のexohemagglutinine画分に分離され,その作用は白血球表面の受容体及び細胞内の活性酸素産生機構の障害の両作用によりひきおこされていると推定された.更に,重症の歯周炎患者血清中には,このexohemagglutinine成分と反応する抗体が多く認められ歯周炎発症に本物質が密接に関与していることが推定された.辺縁性歯周炎は歯垢中に存在する細菌の感染により発症すると考えられているが,一連の広汎な研究により発症に際し数種のグラム陰性嫌気性桿菌が密接に関与していることが明らかにされている.また一方で,これらの細菌とhostの間で引き起こされる種々の反応についての研究も活発に行われ,発症に際し生体の防禦機構とくに白血球の作用が重要であることが近年明らかにされている.我々は,従来より歯周病患者末梢血白血球や歯肉辺縁部に浸潤した白血球の生物活性(活性酸素産生態等)の検討を行い,歯肉辺縁部に浸潤した白血球には,活性酸素産生能等の生物活性が認められることを報告している.本研究では,このような白血球の生物活性が歯周病原性細菌(Bacteroides gingivalis)由来の可溶性成分によりどのような影響を受けているかを検討した.Bacteroides gingivalisの細菌培養上清中には,白血球の活性酸素の産生を抑制する物質が存在していることが明らかとなった.本物質は細菌培養上清中のexohemagglutinine画分に分離され,その作用は白血球表面の受容体及び細胞内の活性酸素産生機構の障害の両作用によりひきおこされていると推定された.更に,重症の歯周炎患者血清中には,このexohemagglutinine成分と反応する抗体が多く認められ歯周炎発症に本物質が密接に関与していることが推定された.辺縁性歯周炎は歯垢中に存在する時異細菌の感染により発症すると考えられているが、発症に際しては生体防禦に関与する炎症性細胞、特に多形核白血球の生物活性が重要な役割を行っているとされている。われわれの研究結果によると、歯垢中に存在する歯周病原性細菌であるBacteroides gingivalisの細菌培養上清中には、多形核白血球の生物活性の1つであり感染防禦に深い関係をもつとされている活性酸素の産生を抑制する因子が存在していることが明らかとなった。この抑制作用は、多形核白血球表面の受容体(receptor)と細胞内の活性酸素発生機構の障害の両作用によりひきおこされていると推定された。更に、抑制作用を有する物質は、イオン交換、FPLCシステムを使用して精製を行ったところ、分子量2400のエクソマグルチニン成分に作用が認められることが明らかとなった。従来より若年性歯周炎患者に於ては、多形核白血球の遊走性や活性物質に対する表面の受容体(receptor)に障害があるとされ、このことが重症な歯周炎の発症に重要な関連性を有していると考えられている。しかし、このようなことは成人型歯周炎患者に於ては認められていないが、われわれの結果では同様なことが歯肉局所に於ておこることを示唆したもので、今後歯周炎発症の機序解明に貢献すると考えられる。
腎癌,肺癌細胞の副腎転移の機序:副腎転移関連接着分子としての糖鎖発現

1)腎がん患者における副腎転移、手術時副腎摘出の意義(Int J Urol投稿中)当科で治療した腎癌の副腎転移例12例を検討した。副腎転移とGrade、T分類、腫瘍の局在様式に関連が認められなかったことより、副腎転移に関しては、細胞-組織間の特殊なメカニズムの存在が示唆された。2)ガラクトシール糖鎖抗原の発現系の違うヒト腎癌由来細胞株の樹立(Tohoku J Exp Medicine:189,95-105,1999.)3)腎癌細胞におけるガラクトシールグロボシド抗原の存在様式に関する検討(Int J Oncol:16,529-536,2000.)腎癌細胞に発現するDSGGは肺転移関連分子である。今回このDSGGの腎癌細胞での存在様式を検討したところ、glycolipid enriched microdomainとして存在し、細胞内シグナリングに大きく関与していることが示唆された。このような機能的microdomainの存在は腎ガンの悪性度を反映する重大な因子と考えられた。4)ヒト肺がん由来細胞、ヒト腎癌由来細胞株の表面糖鎖抗原の解析とヒト正常副腎組織に対する接着能の検討(医学のあゆみ:194,841-844,2000)ヒト肺腺ガン由来細胞、腎癌細胞にDSGG, MSGGの発現を認めた。ヒト肺がん由来細胞、腎癌由来細胞はDSGG dependentに副腎髄質細胞と強い接着性を示した.このことは、DSGGが副腎転移関連-機能的分子である可能性を示唆するものである。ヒト腎癌では腫瘍の大きさ、占拠部位とは無関係に副腎に転移することがある。またヒト肺腺癌では肺以外のもっとも多い転移部位に副腎組織が認められる。これらの転移機序に関しては現在まで、解剖学的(副腎の血管のsinusoid構造、単位重量あたりの豊富な血流等)なメカニズムしか研究されていない。今回、肺転移関連分子:ガラクトシルグロボシド系糖鎖(DSGG,MSGG)の発現パターンの違うヒト腎癌細胞の樹立を試みるとともに、これらの細胞、および同糖鎖抗原の発現を認めるヒト肺癌由来細胞を用いて、ヒト肺組織、ヒト副腎組織との接着能をstamper-woodruff assayを用いて検討を行った。また、DSGG強発現の腎癌細胞に関しては糖鎖抗原の細胞膜上の局在様式、シグナル伝達物質との関連についても検討した。DSGGのリガンド分子の検討に際しては、COS細胞にヒト肺cDNAをtransfectし、DSGG強発現の細胞との接着assayをもとにexpression cloningを行っている。その結果、ガラクトシルグロボシド系糖鎖の発現系の違う4種の腎癌細胞の樹立に成功。DSGGを発現している腎癌細胞、肺がん細胞はヒト肺組織、副腎組織髄質部にに接着性を示し、その接着性はDSGG dependentと考えられた。以上よりDSGGは副腎の転移関連分子でもある可能性が示唆された。また、DSGGは細胞膜のmicrodomainに存在し、シグナル伝達に関与している可能性が認められた。リガンド分子のクローニングに関しては現在まだ検討中である。1、腎がん患者における副腎転移、手術時副腎摘出の意義当科で治療した腎癌の副腎転移例12例を検討した。副腎転移とGrade、T分類、腫瘍の局在様式に関連が認められなかったことより、副腎組織に特異的に転移するメカニズムの存在が示唆された。(投稿中)2、ガラクトシール糖鎖抗原の発現系の違うヒト腎癌由来細胞株の樹立3、ヒト肺がん由来細胞、ヒト胃癌由来細胞株の表面糖鎖抗原の解析ヒト肺がん由来細胞、腎癌由来細胞はDSGG dependentに副腎髄質細胞と強い接着性を示した.5、腎癌細胞におけるガラクトシールグロボシド抗原の存在様式に関する検討腎癌細胞に発現するDSGGはglycolipid

enriched microdamainとして存在し、シグナリングに大きく関与していることが示唆された。(Int J Oncol 2000,in print)6、癌細胞に発現するガラクトシールグロボシド抗原に対するリガンドの正常解析ヒト肺CDNAライブラリーを用いて、Expression Cloning法でDSGGのリガンドを現在クローニング中である.
現代義務教育のオールタナティヴとしての基礎的教育の普通化に関する研究-インドの事例をもとに

インドにおける基礎的教育の普及は、19世紀半ばから、安定した植民地支配のためにはインド大衆に対する教育が必要であるという統治上の理由から着手されたが、ここでは基礎的教育を義務教育とする構想は見られなかった。これに対し、民族教育運動では義務教育の実現ことが民族的要求であると考えられ、インド人側の教育に関する権限が強まるなかで、20世紀初頭から各州で義務教育法が成立した。独立後はベイシック・エデュケイションを国民教育制度として義務教育の実現がみざされたが、1960年代には就学義務から保障義務へと重点が移行して就学の強制から奨励へという転換がみられ、さらに70年代後半にはノンフォーマル教育センターによってパートタイムの基礎的教育の普及が図られるようになった。そしてこのような背景から、現在の基礎的教育の普遍化は、(1)国際協力機関やNGOなどへの権利保障主体の拡大、(2)インセンティヴ高揚のための無償性の拡張、(3)年齢主義から課程主義への転換、(4)社会開発のコアとしての教育開発、(5)教育開発への参加の自由とそれに伴う分権化という、原理に基づいていると考えられる。[構成]1インドにおける義務教育政策の展開と基礎的教育普遍化の検討/(1)義務教育法制の整備による基礎的教育の普及/(2)就学強制から就学奨励へ/(3)就学の普遍化から教育の普遍化へ//2基礎的教育の普遍化に対する社会的要請--開発と教育という視点から//3基礎的教育普遍化の組織原理なお、資料として「基礎的教育の保障原理の転換--義務から普遍化へ」(日本教育制度学会第4回大会発表要旨)、「ラジャスタン州における基礎的教育普遍化プロジェクト」、「アジアの教育と開発/すべての人の教育を」(シュレシュ・シュクラ博士の講演要旨)を収録している。独立以後のインドの義務教育政策の展開を、基礎的教育普遍化の原則という観点から分析し、次の諸点が明らかとなった。(1)独立後の国民教育制度としてのマハトマ・ガンディーによって提唱されたベイシック・エデュケイションは、西欧近代モデルの学校教育を鋭く批判し、インド独自の義務教育の確立を試みたものとして高く評価できるが、植民地時代に成立した中等学校制度を並存したままで、7年間のフルタイムの初等学校というシステムを採用していたがゆえに、大衆からもまた上流階級からも支持を得ることができなかった。(2)1960年代には、カラチ・プランの「普遍的初等義務教育」という概念にもとづいてインドの初等教育政策は展開されたが、この理念はフルタイムの学校教育を原則とした欧米型の義務教育を「発展途上国」においても実現しようとする試みという性格が強く、非就学児童に対する基礎的教育の保障に関する根本的問題の解決には結びつかなかった。(3)1970年代後半には「ノンフォーマル教育センター」の設置・普及が連邦教育計画の中心的課題のひとつとされた。この「ノンフォーマル教育センター」は、60年代の学校教育による「普遍的初等義務教育」の実現のための現実的補完措置とも位置づけられるが、それと同時にパート・タイムによる基礎的教育の提供というシステムが、旧来の学校教育のオールタナティヴとしての可能性を示している。また、このインドの初等教育政策の分析と並行して、ユネスコや世界銀行などの国際機関の基礎的教育普及戦略の変遷を検討した。その結果、画一的な学校に代わって地域の実情や住民の必要に応じた教育機会を提供する「ノンフォーマル教育センター」が70年代に導入されたことは、この時期の西欧型近代化モデルからベイシック・ヒューマン・ニーズ・アプローチへという、開発パラダイムの転換に呼応していることが明らかとなった。

現代の義務教育の保障原理との比較という視点から、1980年代後半以降の基礎的教育の普遍化に関する計画や州における具体的プロジェクトの検討を行なった。これらの計画の背景には、(1)人権としての基礎的教育の保障、(2)開発に対する基礎的教育の普遍化の貢献(初等教育の収益率への着目、人口増加抑制に関する基礎的教育の有効性、近代化に伴う基本的能力の高度化・複雑化、社会的秩序の維持)、(3)人権と開発の統合にもとづいた基礎的教育の普遍化、という要因が存在していることが指摘できる。そして基礎的教育の普遍化は、(1)公権力による保障に限らず国際協力機関やNGOなどへの権利保障の主体の拡大、(2)インセンティヴ高揚のための無償性の拡張、(3)学校以外の場での基礎的教育の機会を消極的に承認する年齢主義から課程主義への転換、(4)社会開発のコアであると同時に社会開発に従属するという社会開発の一分野としての教育開発、(5)国家・公権力からの自由ではなく社会開発に参加する自由、社会開発推進のための主体的運動の裏付けとしての分権化という自由・分権の概念の転換、という現代義務教育の保障原理のからの転換を伴うものであることが明らかとなった。しかしながら、(1)近代化開発モデルの修正に依拠した社会適応(都市化に適応した人間の形成し農村社会からその後継者を吸引する、教育要求の高度化を刺激する、教育の機会均等とrelevanceの矛盾が存在する)、(2)基礎的教育によって注入されるイデオロギーによる普遍的人間像の追求と文化的固有性の否定、(3)教育における国際的依存関係の永続化、という限界も指摘される。したがって、「無限の成長という神話」から解放された開発と教育の関係や、伝統、文化、地域主義に基盤を置いた基礎的教育の多様性という視点からの検討が必要であり、ガンディーやニエレレの教育観の再評価が求められる。
小児神経疾患の早発老化に関する神経放射線学的研究

早期老化により知的退行をきたしアルツハイマー病と同様の神経病理学的変化を認めるダウン症候群を対象とした神経放射線学的研究を行った。最初に成人10例のダウン症候群患者を対象としてMRIを施行した。また対照群として年令相応の健康成人にも同様の条件で施行した。内包、小脳虫部、脳幹部等の正中矢状構造、海馬の大きさの変化についてはT1強調像、小脳大脳の皮質白質の質的変化についてはT2強調像、プロトン密度像を用いて検討した。結果として、正中矢状断での橋の垂直水平幅、小脳虫部垂直幅、内包長軸長は対照に比較し明かにダウン症候群は減少していた。小脳虫部水平幅、内包短軸長は対照と比較し有意な差は認められなかった。海馬については、痴呆の発症したダウン症候群は痴呆を合併しないものおよび対照群と比較し、明かに萎縮性変化を示していた。大脳半卵円中心はT2強調像において明かに信号強度が上昇していた。しかし、側脳室全角後角の白質部の変化に相違はなかった。大脳皮質に関しては、頭頂葉において明かに信号強度の上昇を認めた。上記の結果は直接的なダウン症候群の痴呆原因を明確にするものではないが、痴呆に関連する中枢神経変化の一部と考えられた。11C-(S)ニコチンによるニコチン受容体の定量的検討を目的にしたポジトロンエミッショントモグラフィー(PET)による検討は1例しか施行していないが、成人対照4例に比較して、大脳皮質の11C-(S)ニコチンの取り込みが上昇していた。この症例は痴呆が発症しつつあると思われる症例であった。したがって、痴呆発症直前直後の病態では大脳皮質のニコチン受容体の量的ないし質的変化が認められることが予想された。この推論に従えば、この結果は痴呆の早期発見に結び付く可能性を示すものであり、11C-(S)ニコチンPETは将来の痴呆の早期診断法として有力となる可能性があると思われた。
遺伝子解析に基づく大規模並列進化計算による設計最適化

本研究においては、遺伝子解析による高度な進化計算アルゴリズムを大規模並列化するとともに、グリッドコンピューティングシステムなど最新の大規模並列計算環境における実装を行った。さらには、最適化問題を解きたい設計者の有するシミュレーションプログラムとの連携を容易に行うためのフレームワークを提案することで、大規模かつ複雑な現実の設計問題、最適化問題を解決するための基盤となるシステムのプロトタイプを開発した。平成18年度においては、これまで研究代表者が開発してきた、適応度差分によるリンケージ同定手法を発展させ、分布推定など新たな考え方を取り入れた手法の開発を行い、代表的なテスト関数を用いた数値実験により、その有効性を検証した。開発されたリンケージ同定アルゴリズムは、遺伝子の摂動による適応度変化量大きさに基づいた分類を行い、それら分類された部分集団から情報量の基準に基づいて、関連する遺伝子座を検出している。さらに、開発された適応度差分および分布推定に基づくリンケージ同定手法を階層型の問題向けに拡張することで、一般的かつ大規模な現実の問題に対する適用可能性を広げることに成功した。また、局所探索と組み合わせることにより、探索性能を向上させることに成功した。現実の問題への適用については、ネットワーク設計問題への適用を行い、従来の単純な遺伝的アルゴリズム、従来のリンケージ同定アルゴリズムを用いた遺伝的アルゴリズムに加えて、これまで最も優れた手法とみなされてきた分布推定に基づく高度な進化計算手法と比べても、優れた結果が得られた。さらに、開発されたアルゴリズムを、利用者が容易に設計問題へ適用できるような問題解決の枠組みについて研究を進めている。具体的には、グリッドコンピューティング環境下で、利用者がそれぞれの問題に対応して作成したシミュレーションプログラムと、本研究で開発している高度な最適化アルゴリズムとを組み合わせて、パラメータサーベイや、設計パラメータの最適化などが容易に行えるようなシステムの構築を目指している。以上、問題を自動的に分析するための、高度なリンケージ同定手法にもとづく進化的計算の開発、およびその現実問題への適用、問題解決システムの構築に向けた研究を行った。平成19年度においては、局所探索との融合によるハイブリッド型の最適化アルゴリズムの開発および、開発されたアルゴリズムの大規模問題への適用、グリッド環境下における問題解決支援システムの構築を中心とした研究開発を行った。局所探索との融合については、局所的な連続性を有する現実の問題への適用を視野に入れ、疑似焼き鈍し法、タブー探索法、散布探索法との融合により、高性能な探索アルゴリズムを実現し、テスト関数に加えて、薬剤開発において重要となるタンパク質のリガンドドッキング問題に対して適用し、その有効性を検証することができた。大規模問題への適用については、数百万ビットの解空間を有する超大規模問題への適用を視野に入れ、スケーラビリティを有するリンケージ同定アルゴリズムの並列化を試み、現在のところ数十万ビットの問題に対して、リンケージ同定により最適解を得ることに成功している。グリッド環境下における問題解決支援システムの構築については、グリッドミドルウェアの各種コンポーネントを組み合わせ、開発された並列型のリンケージ同定アルゴリズムを最適化エンジンとして組み込むことで、ユーザがWebポータルから最適化問題を投入し、容易に最適解を得るための設計支援システムとしての最初のプロトタイプを開発することができた。平成20年度においては、開発した遺伝子解析による大規模並列進化計算を現実の並列計算機において実装し、その効果を検証した。具体的には、共有メモリ型のスーパーコンピュータである、HITACHI SR11000において、開発した遺伝子解析による進化計算アルゴリズムD5の大規模並列化を試み、milhon-bit級の超大規模テスト問題の最適解を得ることに成功した。また、グリッドコンピユーティングシステムにおける実装については、シミュレーションプログラムと連携して、現実の最適化問題を解くためのフレームワークを提案し、グリッドポータルとして利用者に最適化サービスを提供する、プロトタイプシステムを構築し、その有効性を検証することができた。開発したフレームワークの現実の問題への適用例として、創薬プロセスの自動化に必要となる、薬剤分子構造の最適設計問題の解決を試みた。そのため、分子動力学シミュレータと最適化のエンジンを組み合わせることで、自動的に有望な薬剤の構造を生成する枠組みを提案し、その有効性を検証した。
核融合炉液体ブランケットにおける金属蒸気の腐食化学

核融合炉のブランケットシステムにおいて液体金属や溶融塩を自己冷却型トリチウム増殖材として用いる事が検討されている。本研究の目的は、これらの高温融体から発生する蒸気の基礎特性を理解し、それによる材料腐食の機構を明らかにすることである。そこで、金属蒸気中で腐食試験を実施する事が可能な装置を設計し開発した。この装置は、金属蒸気場の条件として重要な蒸気圧を測定する機能も有している。腐食試験において材料表面に付着したリチウム等の金属元素の微量分析の手法を開発した。核融合炉の液体ブランケットでは、液体増殖材と気相との気液界面において高温融体から発生した金属等の蒸気が発生する事が推定される。この蒸気の化学的特性や蒸気下における構造材料の共存性に関する情報は限られている。金属リチウム(Li)等の蒸気の混在する高温のガス雰囲気では、その高い化学的な活性度から、一般的な液体金属腐食の機構とは異なる腐食メカニズムを持つことが推測できる。平成21年度は、高温の蒸気を発生させ、腐食試験を実施する為の装置を開発した。また、腐食試験において材料表面に付着したリチウム等の金属元素の微量分析の手法を開発した。更に使用する液体増殖材中の酸素濃度を測定する技術の開発を開始した。本年度実施する研究の目的は、金属蒸気中の腐食試験を実施し、金属蒸気の挙動を明らかにする事である。核融合炉のブランケットシステムにおいて溶融塩LiF-BeF_2(Flibe)や液体金属(Li,Pb-Li)を自己冷却型トリチウム増殖材として用いる事が検討されている。これらの液体増殖材と気相との気液界面において高温融体から発生した金属等の蒸気が発生する事が推定される。金属リチウム(Li)等の蒸気の混在する高温のガス雰囲気では、その高い化学的な活性度から、一般的な液体金属液体中の腐食の機構とは異なる腐食メカニズムを持つことが推測できる。液体ブランケットシステムに加え、LiやLi-PbのIFE液体第一壁、MFE液体ダイバーター、IFMIFのLiターゲット部においても金属蒸気による腐食が生じる可能性があり、本研究はこれらのシステムにおいても重要である。本研究の目的は、高温の液体金属や溶融塩から発生する蒸気の基礎特性を理解し、その材料腐食の明らかにすることである。そこで、高温の蒸気を発生させ、腐食試験を実施する為の装置を開発した。この装置では、金属蒸気場の条件として重要な蒸気圧を、蒸発物冷却回収法により求める機能も有している。試験片表面に生成される腐食生成物や析出物の量により、イオンクロマトグラフ法とICP発光分析法を使いわけることで、試料成分の分析精度への干渉が少ない状態で、精度よく測定できることがわかった。
根における栄養素吸収と形態形成制御機構の解明

アンモニウムイオンは硝酸イオンと並んで、植物が外環境からの供給に依存している重要な無機窒素栄養素である。窒素イオンの細胞内への取り込み・細胞間への移動には、膜貫通型タンパク質である窒素トランスポーターの"能動的な輸送システム"が必要とされる。水田に代表される湛水土壌では、アンモニウムイオンは主たる窒素源として存在し、その取り込みにはアンモニウムトランスポーター(Ammonium Transporter : AMT)が機能する。イネのゲノムには3種類のOsAMT1遺伝子(OsAMT1;1-1;3)が存在している。OsAMT1;1は構成的な発現様式を示すのに対し、OsAMT1;2は根で特異的に発現しており、アンモニウムイオン存在下で顕著な発現促進が認められる。またOsAMT1;3も根で特異的な発現を示したが、窒素飢餓条件下で最も顕著な発現が認められる。本研究では、OsAMTをイネの恒常的高発現させた形質転換イネを用いて根からアンモニウムイオンの取り込み量と根の形態的変化を調査した。その結果、OsAMT2遺伝子を過剰発現させた形質転換体では、植物体内へのアンモニウムイオンの取り込み量が約1.5から約4倍程度に増大していることが明らかとなった。これに対し、形質転換体の根は、伸長抑制が認められた。この結果から、過剰に取り込むアンモニムイオンに対して、取り込み器官である根のマスを小さくすることで植物体内のアンモニウムイオン量を調整する機構の存在が明らかとなった。すなわち、高等植物には取り込んだ窒素量に合わせて窒素の取り込み器官である根の形態形成を調節する"窒素センサー"の存在が浮き彫りとなった。また"窒素センサー"の分子実体を単離するため、モデル植物であるシロイヌナズナ変異体ラインを用いてスクリーニングを行った結果、候補となるラインが単離された。水田に代表される湛水土壌では、アンモニウムイオンは主たる窒素源として存在し、その取り込みにはアンモニウムトランスポーター(Ammonium Transporter: AMT)が機能する。イネのゲノムには3種類のOsAMT1遺伝子(OsAMT1; 1-1; 3)が存在している。OsAMT1; 1は構成的な発現様式を示すのに対し、OsAMT1; 2は根で特異的に発現しており、アンモニウムイオン存在下で顕著な発現促進が認められる。またOsAMT1; 3も根で特異的な発現を示したが、窒素飢餓条件下で最も顕著な発現が認められる。この様にイネには複数かつ発現制御の異なるAMT1群が存在することで、外的・内的窒素栄養環境の変動に適応しているものと思われる。本研究では、組織特異的に発現し、かつ窒素栄養状態で発現誘導ないし抑制されるOsAMT1; 2およびOsAMT1; 3のプロモーター解析を行った。それぞれの遺伝子のプロモーター領域と推定されるゲノムDNAをレポーター遺伝子と誘導させた形質転換体を用いた。プロモーターは、翻訳開始点の上流4kbpおよび2kbpの異なる2つ領域で検討を行った。4kbpのプロモーター活性は、両遺伝子とも発現解析の結果と一致していた。しかし、2kbpのプロモーター活性は、不活性ないし発現誘導性の喪失が認められた。よって、OsAMT1; 2およびOsAMT1; 3とも、発現の特異性および窒素栄養状態に反映した発現制御は、翻訳開始点の上流3kbpから4kbpの領域が重要であることが明らかとなった。
筋内組成の一指標である筋輝度は新たなサルコペニア指標となりうるか

超音波画像から算出する筋輝度は骨格筋の質を反映しているとされる。本研究は筋輝度のサルコペニア/フレイル指標としての応用可能性を探ることを目的とした。主な調査として、地域在住高齢者1,319名(男性649名、女性670名)をロバスト、プレフレイル、フレイルに分け、大腿前部の超音波データを比較した。その結果、男女ともに筋組織厚および筋輝度において有意な線形トレンドが認められた。本研究の結果は、筋輝度の筋内組成指標としての有用性を示している。筋輝度はフレイル前段階における骨格筋の量的・質的変化も検出可能であることから、フレイル予防・介護予防の現場におけるスクリーニングツールとしての活用が期待される。本研究の目的は、簡便な筋内組成評価法として注目される筋輝度とサルコペニア/フレイル指標の関連性を探ることである。平成27年度は以下4つの実験を実施した:実験1)短期運動介入後の継続支援が高齢者の筋量、筋内組成、身体機能に及ぼす効果の検証(継続支援後、高齢者148名を対象に各種測定を実施した);実験2)地域在住高齢者を対象とした日常の身体活動量と大腿前部の筋輝度の関連性の検討(高齢者258名を対象に各種測定を実施した);実験3)様々な体力レベルの高齢者を対象とした超音波法(筋組織厚・筋輝度)による大腿前部の骨格筋評価(心臓疾患高齢者20名ならびにアクティブな高齢者30名、計50名の測定を実施した);実験4)高齢者を対象とした超音波法とCT法による大腿部の骨格筋評価および身体機能の測定(高齢者30名の測定が終了)。現段階で分析が終了し、得られて知見は以下のとおりである。1)日常生活における活動量は膝伸展筋の筋組織厚、筋輝度ならびに筋力との間に有意な相関関係が認められた。しかし、男女別に見た場合、男性では筋組織厚との間に、女性では筋輝度との間に有意な関係性が観察されなかった。したがって、活動量が下肢筋に及ぼす影響には性差があると考えられる。2)アクティブな高齢者と心臓疾患を有する虚弱な高齢者の大腿前部の超音波データを比較したところ、アクティブな者で筋組織厚が有意に高値を、筋輝度が有意に低値を示した。高齢者の筋機能低下(サルコペニア)には、外見上の骨格筋量の減少のみならず、筋内組成の劣化が関与していると推察される。本研究における平成27年度の計画は、高齢者を対象とした超音波法ならびにCT法による大腿部骨格筋の評価および身体機能測定、高齢者を対象とした短期介入後の継続支援と身体機能評価、および保有データの連結・整理であった。27年度の計画は、保有データの連結・整理を除き順調に達成した。地域在住高齢者を対象とした活動量と筋輝度の関連性の検討は、当初28年度に予定されていたが、三軸加速度計が確保できたため前倒しで実施した。したがって、現時点で本研究課題は、計画以上に進展していると考えている。本研究では、骨格筋超音波画像から算出する筋輝度を用いた筋内組成評価法に着目して、筋の量および質が筋機能に及ぼす影響を検討すること、筋の質と運動習慣およびサルコペニア/フレイル指標の関連性を探ることを目的としている。当該年度に得られてた知見は以下のとおりである。1)若齢者と高齢者の大腿部を超音波法ならびにCT法で評価し、それぞれの手法で得られた筋の量的・質的指標を比較した。その結果、超音波指標では、筋組織厚(量的指標)は若齢者が有意に高値を、筋輝度(質的指標)は高齢者が有意に高値を示した。CT指標では、骨格筋横断面積(量的指標)および平均CT値(質的指標)は若齢者で有意に高値を示した。2)地域在住高齢者を対象とした測定の結果、大腿前部の筋組織厚は身体機能(歩行速度、筋力、筋パワー他)との間に有意な正の相関関係を、筋輝度は各種身体機能と有意な負の相関関係を有することが示された。3)汎用性の高い介護予防プログラムの短期介入参加者を対象に、広報や日誌を使ったフォローアップを約1年間行い、下肢骨格筋の変化を検討した。分析の結果、大腿前部の筋組織厚はフォローアップ期間中に介入後と比べ有意に低下したが、介入前と同程度の値を保持した。また、筋輝度はフォローアップ期間中に介入後と比較して有意に増加したが、介入前に比べ有意に低値を示した。短期介入終了後、プログラムの自主的な継続をサポートすることで、介入により得られた筋の量的、質的改善効果の消失をある程度防ぐことができる可能性が示唆された。当初計画していた各種測定の多くは27年度に前倒しで行うことができたため、当該年度は保有データの整理と解析を中心に行った。今後、体力レベルが低い高齢者を対象とした下肢超音波画像の取得が必要であるが、現時点で本研究課題は、おおむね順調に進展していると考えている。平成29年度は要支援・要介護認定者を対象に超音波法を用いた大腿前部の筋組織厚(量的指標)と筋輝度(質的指標)の評価、ならびに膝伸展筋力や歩行速度といった一連の運動機能測定を行った。また、これまでに取得したデータを解析した。当該年度に得られた知見は以下のとおりである。

1)測定した全56名の対象者のうち、65歳以上の53名(男性25名、女性28名、平均年齢78.1歳)のデータを解析したところ、要支援・要介護の認定を受けた高齢者の大腿前部の筋組織厚は男性で4.01±6.2cm、女性で3.65±6.5cm、筋輝度は男性で22.6±4.4、女性で28.1±6.1であった。同一の装置を用いて評価した非認定者と比較すると、認定者は男女ともに筋組織厚が低値で、筋輝度が高値であった。2)地域在住高齢者1,319名(男性649名、女性670名)の大腿前部超音波データ(筋組織厚および筋輝度)と質問紙によるフレイル判定(ロバスト、プレフレイル、フレイル)の関連を検討した。分析の結果、筋組織厚は男女ともにフレイル(男性4.28±0.68cm、女性3.79±0.64cm)およびプレフレイル(男性4.36±0.69cm、女性3.93±0.62cm)がロバスト(男性4.67±0.64cm、女性4.11±0.57cm)に比べ有意に低値を示した。筋輝度も同様にフレイル(男性21.9±4.1女性27.1±5.9)およびプレフレイル(男性21.1±4.7、女性26.4±6.2)がロバスト(男性19.7±3.9、女性24.8±4.9)に比べ有意に高値を示した。これらの知見は、大腿前部の筋組織厚に加え筋輝度がフレイルの予測因子となりうることを示唆している。超音波画像から算出する筋輝度は骨格筋の質を反映しているとされる。本研究は筋輝度のサルコペニア/フレイル指標としての応用可能性を探ることを目的とした。主な調査として、地域在住高齢者1,319名(男性649名、女性670名)をロバスト、プレフレイル、フレイルに分け、大腿前部の超音波データを比較した。その結果、男女ともに筋組織厚および筋輝度において有意な線形トレンドが認められた。本研究の結果は、筋輝度の筋内組成指標としての有用性を示している。筋輝度はフレイル前段階における骨格筋の量的・質的変化も検出可能であることから、フレイル予防・介護予防の現場におけるスクリーニングツールとしての活用が期待される。平成28年度以降は、これまでに取得したCTデータの解析やすでに保有している約1,400名分の高齢者のデータの整理・分析を中心に進め、順次論文化していく予定である。平成29年度は、これまでに取得したデータを精査し、結果を国内外の関連学会で発表するとともに論文としてまとめていく。また、体力レベルが低い高齢者のデータ数が予定に達していないため、要介護高齢者を対象とした測定を行う予定である。対象者を募集する施設はすでに決定しており、計画通りに研究を遂行する予定である。応用健康科学CTを用いた骨格筋評価の費用が予定よりも低額であったため。次年度は、要介護高齢者を対象とした測定を行う予定である。測定関連の諸経費(旅費、人件費など)に研究費を使用する。また、国内外での学会発表や論文投稿準備費用としても使用する。
高校生のアクティブライフ構築に関する調査研究

本研究は高校生の生活習慣・血中ヘモグロビン(Hb)値の実態を把握し、生活習慣・貧血傾向改善の具体的プランを模索することを目的として研究を行った。調査対象は質問紙による生活習慣調査が約8,000名、Hb値の測定は約6,000名であった。調査は2010年から2012年に実施された。主な結果は以下の通りである。1)高校生の生活習慣は好ましくなく、また学校間によって高校生の生活習慣に違いがみられた。2)男子の20.4%、女子の27.8%が基準値を下回る貧血傾向を示した。3)高校生の生活習慣とHb値の関係性が示唆された。生活改善のアクティブプランに取り組んだ高校では、Hb値の増加、健康状態の改善が見られた。子どもの体力低下や学力低下、あるいは意欲の低下などが指摘されているが、高校生についての調査研究はきわめて少なくその実態は不明な点も多い。本研究では、全国の高校生を対象に、生活習慣や体力あるいは健康状態を調査し、その結果から考えられる対策を調査協力校を対象に実践活動として実施し、高校生が健康的で活力のある生活(以下、アクティブライフ)を構築するための具体的な方策を明らかにすることを目的として実施した。1年目の平成22年度の実施内容・結果は以下のとおりである。本年度の調査研究においては、山形・埼玉・東京・長野・神奈川・熊本の全12校計4,190名の生徒を対象として生活実態(起床・就寝時間、朝食摂取状況、排便、入浴、学習時間、運動時間、携帯電話、テレビ・ゲーム時間など)に関する調査、文部科学省準拠の新体力テストの実施、非観血的方法(シスメックス社製アストリムを用いた近赤外線方式を採用)によるヘモグロビン値測定を実施したところ以下の結果が得られた。(1)学力偏差値が高い高校ほど起床時刻が早く、朝食喫食率が高く、携帯電話をはじめとするニューメディアに接する時間が短い傾向が有意にみられた。また運動部に所属する割合も高かった。(2)ヘモグロビン値測定の結果、学力偏差値の高い高校ほどその平均値が高く、また基準値を下回る生徒の割合も小さかった。(3)パス解析の結果、運動意欲から不定愁訴に対してのパス係数が高く、体育をはじめとした身体活動が健康状態に影響している可能性が示唆された。近年、社会環境や家庭環境の変化により子どもの生活習慣の乱れてきていることが指摘され、子どもの体力、学習意欲の低下が問題視されており、その原因として生活習慣の乱れが影響していることが考えられる。これまでに実施した小・中・高校14,447名を対象に行った調査において、朝食の喫食状況を見てみると、小学校低学年から高校生にかけて毎日食べると回答する割合は減少傾向にあり、また、自覚症状に関する項目においても学年進行につれ悪化傾向を辿っている。この中でも特に高校生の生活習慣の乱れが問題視され、学校現場では授業に集中できない生徒や体調不良を訴える生徒が増加している。生活習慣と健康問題との関わりを持つと考えられる原因の一つに貧血があげられるが、言うもでもなく集中力の欠如や体調不良などの症状は貧血の主症状であり、貧血が子どもたちの体力、学習意欲の低下を引き起こしていることが考えられる。そこで2011年度は全国の高校21校、計6,726名の高校生活実態(就寝時間、朝食喫食、排便、入浴、学習時間、運動時間、携帯電話、ニューメディア使用時間など関する調査、非観血的方法によるヘモグロビン値測定を実施した。また教員に対しては生徒の生活・健康・体力・学力などに関する意識調査を実施した。調査の結果から、各学校において、血中ヘモグロビン値の平均値において学校間で差異が見られた。また、学校によっては平均値がWHOの定める貧血の基準値を下回る学校もいくつか見られた。また、血中ヘモグロビン値の基準値以上・未満の割合について比較した結果、平均値での比較した結果と同様に学校間において差異が見られた。教員に関するアンケート結果からは、教員の意識と生徒の生活習慣とには関連があることが明らかになった。平成2223年度調査では高校生6,450名について就床・起床時刻、睡眠時間、朝食喫食、学習時間、入浴、排便などの生活習慣及び体調などを調査し血中ヘモグロビン値を非侵襲的方法により測定した結果、近年の高校生の生活習慣には問題があり多くの生徒に貧血傾向がみられた。またこれらの対象校に学校間での差異がみられたことから24年度はさらに7高校6,645名(男子4,262名、女子2,383名)の生徒のデータから多角的に分析を行った。その結果、1T大学付属高校生徒の生活習慣はBランク(SE)であった。

224年度調査でも学校間に差異がみられた。3T大学付属高校運動部活生徒の生活習慣はAランクであるが学習はDランク、特進生徒の学習はAランクであるが生活習慣はCランクであった。また、学校外の学習時間が2時間程度の高校生の学力が最も高くそれ以下・以上の学習時間の生徒の学力は高くなかった。4携帯電話やスマホなどの電子機器に接する時間の長い生徒ほど不定愁訴が多くその傾向は女子に顕著であった。5体育好きの生徒の生活習慣や健康状態は良好であり、保健体育科の役割は大きい。6生活習慣の改善に取り組んだT大G高校はHb値が大きく改善された。ただし女子は改善傾向が顕著でなかった。7生活習慣改善に取り組んだT大付属Y高校は運動部活生徒を中心に生活習慣やHb値は良好な傾向とともに運動部成績も向上傾向を示した。8教員対象の調査からは、教員の生活習慣は必ずしも好ましくないことが判明した。ただし、生活習慣の好ましい教員は健康状態が良好で生徒や学校に対する認識において肯定感が高いことが判明した。以上のことより、近年の高校生の生活習慣は好ましくないが、好ましい高校生ほど体調がよく生活習慣の改善に取り組んだ学校は体調が良好で学力などにも影響していることが判明した。また改善には指導にあたる教員の影響も大きいことが示唆された。東海大学付属高校の協力が得られ、調査人数も増えた。分析も順調に進んでいる。24年度が最終年度であるため、記入しない。今年度はこれまで得られた調査結果をまとめる作業を進め、また得られた結果から問題点を指摘し、調査対象校にフィードバックすることにより、高校生のアクティブライフ構築の取り組みを推進する。
フォトニックバンド構造における量子化された光波・電子波間の相互作用の検証

フォトニックバンド構造は光学半波長周期をもつ多次元構造である.特に半導体円柱配列からなる2次元構造は,効果的な光波・電子波の相互作用と単純な製作プロセスが両立できることから超高効率発光素子への発展が期待されている.本研究では,同構造の最大の特長であるフォトニックバンドギャップという光の禁制帯の直接観測を目的とし,実験主体の研究を行った.製作には加工損傷や表面再結合の問題が少ないGaInAsP/InP半導体を採用し,これに電子ビーム描画と反応性イオンビームエッチングを施すことで円柱構造を形成した.配列ピッチは0.51ミクロン,太さは0.20.4ミクロン,高さは1.5ミクロンと極めてアスペクト比の大きい微細構造である.本研究ではメタン系ガスを用い,円柱の側壁荒さ2ナノメータ以下の平滑な円柱の形成に成功した.このときイオンの加速電圧を200Vと低めに設定することで,側壁の結晶損傷も数ナノメータ以下と小さくできた.フォトニックパンドギャップは2次元画内の透過スペクトルを測定することで評価できるが,上記のような微細構造に白色光を入射させることが困難である.そこで本研究では光源まで集積化した構造を製作し,光励起によるギャップの一括測定を実現した.その結果,フォトニックバンド計算から予測された波長領域において最大で-4dBの透過光の減衰を確認した.理論的には-20dBの減衰量が予測される.実験値が理論値に比べて不足するのは,柱の垂直性の不足によりフォトニック結晶の波長特性がぼやけてしまったためと考えられる.ただしギャップの周波数帯が理論と一致したことから,理論計算の妥当性が証明できた.これは同ギャップの初の実験的検証であり,物理的概念でしかなかったフォトニックバンド構造を発光素子として実現させる大きな足がかりが得られたものと考える.フォトニックバンド構造は光学半波長周期をもつ多次元構造である.特に半導体円柱配列からなる2次元構造は,効果的な光波・電子波の相互作用と単純な製作プロセスが両立できることから超高効率発光素子への発展が期待されている.本研究では,同構造の最大の特長であるフォトニックバンドギャップという光の禁制帯の直接観測を目的とし,実験主体の研究を行った.製作には加工損傷や表面再結合の問題が少ないGaInAsP/InP半導体を採用し,これに電子ビーム描画と反応性イオンビームエッチングを施すことで円柱構造を形成した.配列ピッチは0.51ミクロン,太さは0.20.4ミクロン,高さは1.5ミクロンと極めてアスペクト比の大きい微細構造である.本研究ではメタン系ガスを用い,円柱の側壁荒さ2ナノメータ以下の平滑な円柱の形成に成功した.このときイオンの加速電圧を200Vと低めに設定することで,側壁の結晶損傷も数ナノメータ以下と小さくできた.フォトニックパンドギャップは2次元画内の透過スペクトルを測定することで評価できるが,上記のような微細構造に白色光を入射させることが困難である.そこで本研究では光源まで集積化した構造を製作し,光励起によるギャップの一括測定を実現した.その結果,フォトニックバンド計算から予測された波長領域において最大で-4dBの透過光の減衰を確認した.理論的には-20dBの減衰量が予測される.実験値が理論値に比べて不足するのは,柱の垂直性の不足によりフォトニック結晶の波長特性がぼやけてしまったためと考えられる.ただしギャップの周波数帯が理論と一致したことから,理論計算の妥当性が証明できた.これは同ギャップの初の実験的検証であり,物理的概念でしかなかったフォトニックバンド構造を発光素子として実現させる大きな足がかりが得られたものと考える.