hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
超分子相互作用を利用した金属錯体型アニオン蛍光プローブの開発

超分子相互作用を利用した金属錯体型アニオン蛍光プローブを開発し,スペクトル測定によりアニオン応答に関する検討を行うとともに高感度な新規アニオン定量法の構築を試みた。水/メタノール混合溶媒中でキノリン系配位子と等量の亜鉛(II)イオンを錯形成させ,これにアニオンを添加したところ,二リン酸イオンに対して選択的に蛍光強度が減少した。このプローブ溶液について二リン酸イオンを滴定したところ,04μMの範囲で蛍光強度との間に良好な直線関係が得られた。検出限界は137 nMであった。本研究は,配位結合,水素結合,超分子光相互作用を利用した金属錯体型アニオン蛍光プローブの開発を行い,リン酸イオンや四フッ化ホウ酸イオンなどをターゲットとし,それぞれのアニオンに適した超分子相互作用の特徴を活用することで高感度な新規定量分析法の構築を行うものである。平成27年度は,金属錯体型アニオン蛍光プローブの合成,ならびにその物性評価を行った。アニオン蛍光プローブの蛍光部位である配位子としては,サリチルヒドラゾン誘導体とキノリン誘導体について重点的に合成を試みた。このうち,サリチルヒドラゾン誘導体については,ジサリチリデンにピペラジンを導入した化合物を,キノリン誘導体についてはジピコリルアミンを導入した化合物を合成し,NMR,質量分析法,元素分析により同定した。得られたそれぞれの化合物,並びにこれらを配位子とする各種金属イオンとの錯体について,溶液の吸収スペクトル並びに蛍光スペクトル測定を行い,蛍光プローブとしての評価を行った。その結果,サリチルヒドラゾン系については亜鉛(II)イオンと錯形成し,選択的な蛍光応答を示すが,錯体の安定性が低いことが確認された。一方,キノリン系については亜鉛(II)錯体の安定性は高いものの,他の金属イオンとも蛍光性の錯体を形成することが確認された。さらに,それぞれの蛍光性配位子について,単結晶がそれぞれ得られたことからX線構造解析を行い,配位子の分子構造に関するデータなども収集した。計画通りに蛍光性化合物(サリチルヒドラゾン誘導体,並びにキノリン誘導体)を合成し,これらの化合物のX線構造解析を行うことでそれぞれの分子構造に関する有用な知見が得られた。さらに,これらの蛍光性化合物を配位子とする金属錯体についても,吸収スペクトルにより溶液内での生成,並びに錯形成に伴う蛍光スペクトルの変化が確認された。よって,おおむね順調に進展しているといえる。本研究は、配位結合,水素結合,超分子光相互作用を利用した金属錯体型アニオン蛍光プローブの開発を行い,リン酸イオンや四フッ化ホウ酸イオンなどをターゲットとし,それぞれのアニオンに適した超分子相互作用の特徴を活用することで高感度な新規定量分析法の構築を行うものである。平成28年度は,27年度において良好な結果が得られたキノリン系亜鉛(II)錯体を蛍光プローブとして用いて,各種アニオンとの超分子錯体の生成確認を試みた。この亜鉛(II)錯体溶液に各種アニオンを添加したところ,リン酸水素イオンの場合には蛍光強度の減少が確認されたが減少率はわずかであった。その一方で,二リン酸イオンに対しては顕著な強度減少が確認され,吸収スペクトルからも亜鉛(II)錯体と添加アニオンによる超分子錯体の生成が認められた。滴定による蛍光スペクトルデータを詳細に解析したところ,この超分子錯体の組成は亜鉛(II)錯体と二リン酸イオンが1:1であることが明らかになった。さらに,新たな蛍光プローブとしてクマリンにピペラジンを導入した化合物を設計・合成し,NMR,質量分析法,元素分析,単結晶X線構造解析により同定した。得られた化合物を配位子とする各種金属塩との錯体について,溶液の吸収スペクトル並びに蛍光スペクトルによる蛍光プローブとしての評価を行った。その結果,臭化亜鉛(II)錯体溶液において特に強い蛍光性を示すことや,この錯体にリン酸二水素イオンを添加すると蛍光強度が減少することを見出した。計画通りにキノリン誘導体の亜鉛(II)錯体をプローブとし,各種アニオンとの超分子錯体の生成確認を試みたところ,リン酸水素イオンの場合には蛍光強度のわずかな減少であったが,二リン酸イオンに対しては顕著な強度減少が確認された。吸収スペクトルから亜鉛(II)錯体と添加アニオンによる超分子錯体の生成が認められた。さらに,新たな蛍光性配位子としてクマリン誘導体の設計と合成を行い,この臭化亜鉛(II)錯体溶液がリン酸二水素イオンの添加により著しい蛍光強度の減少が起こることを確認した。平成29年度は,28年度までに良好な結果が得られたキノリン系亜鉛(II)錯体を蛍光プローブとして用い,アニオンの微量定量法の構築を行った。水/メタノール混合溶媒中(50/50, v/v, pH5.5)でキノリン系配位子と亜鉛(II)イオンとを1:1の割合で錯形成させ,これに等量の各種アニオンを添加したところ,二リン酸イオンに対して選択的に蛍光強度が減少した。そこで,30μMの亜鉛(II)錯体溶液について二リン酸イオンの滴定を行ったところ,04μMの範囲で蛍光強度との間に良好な直線関係が得られた。

なお,検出限界は,137 nMであった。一方,ターゲットであるリン酸水素イオンを添加した場合には蛍光強度の減少が確認されたが減少率はわずかであり,その他のイオンについては蛍光強度の減少は確認されなかった。さらにpH7.0の亜鉛(II)錯体水溶液で同様の実験を行ったところ,蛍光強度の減少率は水/メタノール溶液には及ばないものの,こちらも二リン酸イオンに対して選択的な消光が確認された。この条件での検量線の直線応答範囲は03μMであり,検出限界は199 nMであった。さらに,このキノリン系配位子と臭化亜鉛(II)との錯体について,結晶状態による単離を試みたところ単結晶が得られた。X線構造解析の結果,配位子の他に臭化物イオンも配位した亜鉛(II)錯体であることが明らかになった。超分子相互作用を利用した金属錯体型アニオン蛍光プローブを開発し,スペクトル測定によりアニオン応答に関する検討を行うとともに高感度な新規アニオン定量法の構築を試みた。水/メタノール混合溶媒中でキノリン系配位子と等量の亜鉛(II)イオンを錯形成させ,これにアニオンを添加したところ,二リン酸イオンに対して選択的に蛍光強度が減少した。このプローブ溶液について二リン酸イオンを滴定したところ,04μMの範囲で蛍光強度との間に良好な直線関係が得られた。検出限界は137 nMであった。計画に従い、平成27年度において良好な結果が得られた金属錯体を蛍光プローブとして用いて,各種アニオンとの超分子錯体の生成確認を行い,アニオン添加によってスペクトル変化が見られた系については,連続変化法やアニオン滴定を行うことで超分子錯体の組成比や安定度定数を決定し,その超分子構造について考察するとともにアニオンプローブとしての評価を行う。さらに,得られた結果をアニオン蛍光プローブの設計にフィードバックすることで,より高性能な超分子型蛍光プローブの設計・合成を行う。計画に従い, 28年度において良好な結果が得られた蛍光プローブを用いて,リン酸イオンなどの超微量定量法の構築とそのセンシング機構の解明を行う。溶媒などの測定条件の最適化,並びに妨害イオンの影響などについて詳細に調べ,高感度定量法の確立を目指す。なお,キノリン誘導体の亜鉛(II)錯体については二リン酸イオンを,クマリン誘導体の亜鉛(II)錯体についてはリン酸二水素イオンをターゲットアニオンとして研究を進める。分析化学物品費の購入を次年度にしたことと,合成用試薬やスペクトル測定用溶媒などの消耗品費の使用が少なかったためである。物品費の購入を次年度にしたことと,合成用試薬やスペクトル測定用溶媒などの消耗品費の使用が少なかったためである。予定に加えて,合成用試薬,スペクトル測定用溶媒やセルなどの物品費、学会発表のための旅費、データ整理に対する謝金などに使用する予定である。予定に加えて,蛍光光度計やスペクトル測定用溶媒などの物品費に使用する予定である。
超新星の一般相対論的ボルツマン輻射流体計算によるマルチメッセンジャー天文学

本研究は重力崩壊型超新星爆発の数値シミュレーションを行い、そこから得られるニュートリノや重力波信号を予測することを目的としている。数値計算コードは一般相対論的ボルツマン輻射流体コードを利用予定であり、計画初年度はこのコードを開発する。次年度にはこれを用いて超新星シミュレーションを行う。このとき、超新星中心の原始中性子星を記述する核物質状態方程式として様々に提案されているものを利用し、それらの違いがニュートリノ・重力波信号にどのような影響を与えるかを調べる。
非局所偏微分方程式におけるｄｅ　Ｇｉｏｒｇｉ－Ｎａｓｈ－Ｍｏｓｅｒ理論の構築

非局所偏微分方程式や対応する飛躍型確率過程に関するde Giorgi-Nash-Moser理論や解のアプリオリ評価の現状と手法の整理し、様々なモデルの解析に用いた。測度付き距離空間の上の広い範疇の飛躍型確率過程(非局所偏微分方程式)について、境界Harnack不等式が成立するための十分条件を与え具体的な非局所方程式に応用した。また、fractional time derivative heat equationの熱核に関する研究を行った。1。熊谷は、fractional time derivative heat equationの熱核に関する研究を行った。空間微分の作用素がdivergence form等の場合には、偏微分方程式の研究者らによる様々な先行結果があるが、空間がirregularな場合や作用素が非局所な場合には、ほとんど結果がないのが現状である。我々はfractional time derivative部分を拡散過程のinverse stable subordinationなどによる時間変更だと捉える確率論的視点からこれを解析し、幅広いoperatorについて熱核の評価を行うことが出来る見通しを立てた。Poisson方程式の解の存在など、関連する解析を整備する必要があり、これらについての先行研究の調査などに時間がかかり、厳密な結果を出す途中段階で時間切れになってしまったが、引き続き当該研究を推進し、論文にまとめることを目指す。本研究はZ.Q. Chen氏、P. Kim氏との共同研究である。2。半線形発展方程式の時間大域解の多くは線形項から決まるある積分核に時間無限大で収束するが、石毛はその収束のノルムおよび早さについて解析し、また、高次漸近解析を行う理論の構築を行った。これらの解析には、de Giorgi-Nash-Moser理論などによる解の先験的評価が有効であった。石毛はこの他、熱方程式等に対して放物型凸性の概念を導入し、その有用性を示した。1。熊谷は、一般の測度付き距離空間の上の広い範疇の飛躍型確率過程(非局所偏微分方程式)について、境界Harnack不等式が成り立つための十分条件を与えた。この条件は様々な例でチェック可能であり、論文では、例えばブラウン運動のsubordinationやLevy過程(局所部分がついていてもよい)、stable-like過程、フラクタル上の飛躍型確率過程、Schrodinger方程式の解、ドリフト付きの飛躍型確率過程など多様な具体例で境界Harnack不等式を証明している(本論文で初めて証明された例も多く含む)。この条件は摂動安定性を持った条件ではないが、幅広い範疇で境界Harnack不等式の証明を統一的に与えるという意味で当該研究に大きな進展をもたらす結果であると考えている。(K. Bogdan氏、M. Kwasnicki氏との共同研究であり、論文は最近雑誌にacceptされた。)2。石毛は動的境界条件を含む非線形楕円型方程式について考察し、楕円型方程式論で用いられる非局所的評価を駆使し、大域解の存在および非存在に関する臨界指数を求めた。さらに、その大域解がポアソン核のように時間無限大で振る舞うことを証明した。(M. Fila氏、T. Kawakami氏との共同研究であり、論文は最近雑誌に掲載された。)3。24年7月のBielefeldでの研究集会で、非局所偏微分方程式の研究者、飛躍型確率過程の研究者を交えた密な議論を行い、解のアプリオリ評価の現状と手法の整理をすることができた。境界Harnack不等式に関する統一的な結果を導く事ができたのは、大きな進展であった。実際、Bielefeldでの研究集会やBanach研究所(ポーランド)での研究集会などで、関連分野の研究者から当該研究に関する質問を受けるなど、手応えを感じている。また、Bielefeldでの研究集会においてL. Silvestreら非線形偏微分方程式の研究者と交流し、解のアプリオリ評価の現状と手法の整理を行う事ができた点も、今後の研究を進める上で重要な成果であった。海外研究者との交流を軸に、代表者・分担者が連絡を取りながら研究を進める。1。6月下旬に上海で行われるcongressと、7月初旬に釜山で行われる研究集会の際に、共同研究者であるZ.Q. Chen氏、P. Kim氏と研究連絡を行い、それぞれの研究状況を報告し合うとともに、非線形非局所偏微分方程式の解のアプリオリ評価の可能性を模索する。1。研究の際必要な偏微分方程式論・確率論・数理物理学に関する知識の習得・応用のため、関連図書を購入する。また、関連するソフトウェアの購入も行う。2。熊谷は、6月24-28日に上海で行われるPRIMA Congressと7月1-4日に釜山で行われるAsian Mathematical Conference 2013に出席し、海外共同研究者と情報交換を行うとともに、研究成果を発表する。(本経費による出張を予定している。)3。上述したMittag-Leffler研究所でのプログラムについては、熊谷の分(9月下旬から10月初旬頃に出張予定)の渡航費・滞在費を本経費で賄う予定である。
光制御デバイスによる距離画像多重化カラー立体動画像表示の研究

本方式の基本的原理確信として距離画像多重化立体表示の実験を行った結果、結像位置の変化範囲ならびに移動速度ともに、現在入手できるデバイスでは十分な性能が得られず、その結果、奥行きと視域角が狭くなり十分な立体感を得ることが困難であった。そのため、汎用的な3次元データの構築とその応用という観点から、汎用3次元データ形式の考案とその構築法、および、汎用3次元データを用いた様々な立体表示方式と発生する問題の解決について研究に取り組んだ。また、ハードウェア開発の観点から光計測や表示に用いる光制御デバイスの研究を進めた。まず、3次元カメラ(Axi-Vision)の3次元情報であるカラー画像と距離画像から、射影モデルに基づいて、世界座標系で定義された汎用性の高い3次元カラー情報を構築するアルゴリズムを開発した。この3次元情報を用い、インテグラルフォトグラフィ(IP)方式による立体表示を行った。3次元カメラの高解像度データとIP表示装置の解像限界の不整合に起因して発生する折り返し歪みの問題を解析し、3次元カメラデータの2次元空間フィルタリング処理によって解決できることを示した。この研究成果は、3次元画像コンファレンス2006および米国開催のSPIE and IS&T Electornic Imaging 2007で発表した。米国光学会誌にも論文投稿の準備中である。光制御デバイスとして、SU-8フォトレジストを構造体とした静電駆動型光変調素子(Grating Light Valve ; GLV)を設計・試作し、光変調機能を確認した。この成果は、2007年度春季応用物理学会で発表した。また、英国電気学会ElectronicsLettersへ投稿準備中である。本方式の基礎原理を確認するため、基本的な光学システムを構築し、下記のような距離画像多重立体表示の基本実験を行った。(1)光ビーム径、投射像の大きさ、奥行きなどを光学シミュレータと実験で検討し、光学システムの詳細な構成と寸法を決定した。(2)スピーカーボイスコイルでミラーを高速移動して結像位置を高速移動させる機能を実現し、距離画像多重による立体表示機能を確認した。(3)表示画像の奥行き、視域など、本方式による立体表示機能の評価を行った。上記の実験の結果、本方式で実施した距離画立体表示では、現行のデバイスを使用した場合には結像位置の高速移動に無理があり、奥行きや視域角が狭く十分な立体感を得ることが困難であることが判明した。そのため下記のように、デバイス研究を早めるとともに、他の立体表示方式の検討を行った。(1)カラー画像と距離画像から、被写体の実空間における3次元座標を求め、汎用性の高い3次元画像データを構築した。(2)構築した3次元画像データからインテグラルフォトグラフィー(IP)のデータ(IP画像データ)を生成するアルゴリズムを開発した。(3)VGA(640x480)液晶パネルとピンホールアレイ(64×48)でIP表示パネルを試作し、IP方式による立体表示を確認した。なお、本システムにおいて、カラー画像と距離画像からIP画像データを生成するまでに要した画像処理時間は、3GHz Pentium4で0.2秒であった。(4)光制御デバイスとしては、プロセス立ち上げの一貫として、通常のフォトリソグラフィで有機レジストSU-8を用いた微小フレネルレンズアレイの試作に成功した。IP表示パネルに使用可能である。以上の成果は、06年春季の電子情報通信学会、応用物理学会で発表した。また3次元画像コンファレンスに投稿するとともに、米国光学会の雑誌に投稿準備中である。

そのため、汎用的な3次元データの構築とその応用という観点から、汎用3次元データ形式の考案とその構築法、および、汎用3次元データを用いた様々な立体表示方式と発生する問題の解決について研究に取り組んだ。また、ハードウェア開発の観点から光計測や表示に用いる光制御デバイスの研究を進めた。まず、3次元カメラ(Axi-Vision)の3次元情報であるカラー画像と距離画像から、射影モデルに基づいて、世界座標系で定義された汎用性の高い3次元カラー情報を構築するアルゴリズムを開発した。この3次元情報を用い、インテグラルフォトグラフィ(IP)方式による立体表示を行った。3次元カメラの高解像度データとIP表示装置の解像限界の不整合に起因して発生する折り返し歪みの問題を解析し、3次元カメラデータの2次元空間フィルタリング処理によって解決できることを示した。この研究成果は、3次元画像コンファレンス2006および米国開催のSPIE and IS&T Electronic Imaging 2007で発表した。米国光学会誌にも論文投稿の準備中である。さらに、ズームレンズのように、焦点距離や物体距離の設定が頻繁に変わる運用形態にも対応可能とするため、レンズパラメータをパラメータを格納しした数値表を用いる方法を考案し、レンズの歪曲歪み補正と3次元情報抽出を行った。この成果は3次元画像コンファレンス2007で発表予定である。光制御デバイスとして、SU-8フォトレジストを構造体とした静電駆動型光変調素子(Grating Light Valve ; GLV)を設計・試作し、光変調機能を確認した。この成果は、2007年度春季応用物理学会で発表した。また、英国電気学会ElectronicsLettersへ投稿準備中である。
2型糖尿病の進展および合併症における血漿プロテオーム解析

2型糖尿病モデルであるKK-Ayマウスを用い、週齢を追うごとに症状が悪化する病態のステージ別に血漿プロテオーム解析を行うことにより、糖尿病およびその合併症に特異的なタンパク質を同定した。その結果、病態の進展に伴いApolipoprotein E、Fibrinogen gamma chainをはじめ、特異的に変動するいくつかの血漿タンパク質候補を同定した。本研究にて同定されたタンパク質は、糖尿病の発症、進展および合併症を予測する指標となり、早期診断および治療に寄与するものと期待される。本研究は、生活習慣と大きな関わりを示す2型糖尿病の発症、進展およびその合併症(糖尿病性腎症)の病態を解明するため、2型糖尿病モデルであるKK-Ayマウスの血漿を用い、週齢を追うごとに症状が悪化する病態のステージ別にプロテオーム解析を行うことにより、糖尿病およびその合併症に特異的なタンパク質を同定することを目的とした。まず、KK-Ayマウス血糖値の日内変動に伴う血漿タンパク質への影響の有無および最適な採血時間について検討を行うため、6時、9時、12時、15時、玉8時および24時に採血を行い、血漿を分離した。そして、各時間の血糖値、体重および摂食量の測定を行った。その結果、血糖値については夜間に高値となり摂食量との相関関係が認められた。このことから、同条件で検討を行うためには採血時間を一定にする必要があると考えられた。また、血漿タンパク質の変動を、二次元電気泳動法を用いて検討した。現在、各スポットのマッチングを行い、血糖値5の日内変動に伴い量および質的に変動するタンパク質スポットついて検討を行っている。次に、4週から20週齢のKK-Ayマウスを用いて定期的に採血を行い、血漿を分離した。そして、各週齢の体重、摂食量、摂水量、血糖値、HbA1c値、尿中アルブミン値、尿中クレアチニン値、A/C比を測定した。その結果、KK-Ayマウスにおいては週齢の増加に伴い、体重、摂食量、摂水量、血糖値、HbA1c値、尿中アルブミン値およびA/C比が増加し、尿中クレアチニン値の減少を認めた。さらに、週齢を追うごとに悪化する血糖値等を指標として、量および質的に変動する血漿タンパク質を解析した結果、病態の進展に伴い特異的に変動するいくつかの血漿タンパク質を発見した。現在、これらについて質量分析計を用いて同定を行っている。そして、これらのタンパク質が同定されれば、糖尿病およびその合併症の予防、早期診断および早期治療に寄与するものと考えられる。本研究は、生活習慣と大きな関わりを示す2型糖尿病の発症、進展およびその合併症(糖尿病性腎症)の病態の解明を目的とする。そこで、2型糖尿病モデルであるKK-Ayマウスを用い、週齢を追うごとに症状が悪化する病態のステージ別に血漿プロテオーム解析を行うことにより、糖尿病およびその合併症に特異的なタンパク質を同定した。はじめに、「KK-Ayマウスの血漿を用いた経時的なプロテオーム解析」として、4、8、12及び20週齢の血漿を用いて病態のステージ別にSDS-PAGEおよびLC-MS/MSにより、タンパク質解析を行った。さらに、そのタンパク質の同定結果をWestern Blot法により確認した。次に、「糖尿病進展に伴う合併症(糖尿病性腎症)の新たなバイオマーカーの探索」を実施した。KK-Ayマウスは40週齢までの腎臓においてびまん性の腎硬化症が約6080%発症し、メサンギウム細胞の増加もみられる。そのため、マウスを48週齢まで飼育し、24、36及び48週齢に血漿を採取し、各週齢の体重、摂食量、摂水量、血糖値、HbAlc値、尿中アルブミン値、尿中クレアチニン値、A/C比を測定した。そして、各週齢の血漿を用いて病態のステージ別にSDS-PAGEを用いて、タンパク質解析を行った。その結果、病態の進展に伴い特異的に変動するいくつかの血漿タンパク質バンドを検出した。現在、これらについてLC-MS/MSにより候補タンパク質の同定を行っている。以上、本研究にて同定されたタンパク質は、糖尿病の発症、進展および合併症を予測する指標となり、早期診断および治療に寄与するものと考えられる。
胃癌におけるTissue Microarray法による免疫組織学的実験系の確立

本研究では胃癌症例41症例(いずれも性別・年齢、胃癌の深達度、リンパ節転移の有無、予後の明らかな症例のうちから、分化型胃癌20例、未分化型胃癌21例)を対象とした。最初に腺管や間質などの組織構造が判別可能な直径2回の組織片約100個をレシピエントブロックに埋め込むことにより、組織構造も考慮し。たアレイを作製することを目的とした。まず、Manual tissue arrayerを用いてそれぞれのドナーブロックの予めマーキングした部位を直径2回の中空針で1、2箇所くり抜き、I個のレシピエントブロックに埋め込み、48個の組織切片の載ったアレイブロックを作成した。アレイのデザインは組織型別、胃癌の進行度順に配列した。次にアレイブロックを薄切し、各組織切片がプレパラート上に存在しているかを検討したところ、全ての組織切片が破壊されることなく3μm厚で複数回薄切することが可能であった。ドナーブロックとアレイブロックの腫瘍細胞密度、腫瘍腺管密度を検鏡して比較したところ、全ての組織切片で強い相関を示したことで、アレイブロックはドナーブロックの組織学的構造を良好に反映していることが明らかになり、胃癌組織においてTissue arrayの作成は可能であることが判明した。続いて行った、免疫組織学的検討では、ドナーブロック、アレイブロックの染色性は抗p53抗体、抗Ki67抗体に関しては、染色スコアに強い相関がみられた(p<0.0005)。抗Cox2抗体に関してもArea、Intensityとも染色スコアに強い相関がみられた(p<0.0001)。以上のことから、Tissue Microarrayは免疫組織学的検討を行う上での有用な実験系であることが示された。本研究の対象となる胃癌症例41症例(いずれも性別・年齢、胃癌の深達度、・リンパ節転移の有無、予後の明らかな症例のうちから、分化型胃癌20例、未分化型胃癌21例)のパラフィンブロック(ドナーブロック)を入手した。従来、欧米の研究ではひとつのレシピエントブロックに200個以上の組織を埋め込み分子生物学的検討を行ってきたことが報告されているが、薄切すると組織切片がアレイ上に約80%しか残らないことも知られている。我々は、腺管や間質などの組織構造が判別可能な直径2mmの組織片約100個をレシピエントブロックに埋め込むことにより、組織構造も考慮したアレイを作製することを目的とした。まず、Manual tissue arrayerを用いてそれぞれのドナーブロックの予めマーキングした部位を直径2mmの中空針で1、2箇所くり抜き、1個のレシピエントブロックに埋め込み、48個の組織切片の載ったアレイブロックを作成した。ドナーブロックとアレイブロックの腫瘍細胞密度、腫瘍腺管密度を検鏡して比較したところ、全ての組織切片で強い相関を示したことから、アレイブロックはドナーブロックの組織学的構造を良好に反映していることが明らかになった。以上のことから、胃癌組織においてTissue arrayの作成は可能であることが判明した。続いて、免疫組織学的検討を行ったが、抗体は抗p53、抗Ki67、抗Cox2抗体を用いて行った。ドナーブロック、アレイブロックの染色性は抗p53抗体、抗Ki67抗体に関しては、染色スコアに強い相関がみられた(p<0.0005)。抗Cox2抗体に関してもArea, Intensityとも染色スコアに強い相関がみられた(p<0.0001)。
脂肪細胞機能を調節する天然薬物の研究

マウス脂肪前駆細胞3T3-L1とマクロファージ様細胞RAW264.7細胞を用いて数種の生薬について研究を行った。生薬としては桑根皮、沙棘(Hippophae rhamnoides L.)、決明子、合歓花などを用いて活性評価を加え活性成分を探索した。単離した成分について脂肪蓄積抑制活性試験とマクロファージ活性化抑制活性試験を行い、多くの化合物に活性が認められた。一方、白桃花及び単離成分には、3T3-L1細胞の分化亢進が認められると共に、アディポネクチンの産生が認められた。メタボリックシンドロームを改善する天然薬物を探索し,有効成分の解明と作用機序を検討するものである。本研究では、メタボリックシンドロームの予防・改善を目的に有用な天然薬物を開発することを目的とする。スクリーニングには、マクロファージ活性化を抑制する生薬を対象にして、最初に脂肪前駆細胞の分化抑制について試験を行い、次に脂肪細胞に分化させた細胞について、アディポネクチンの増強活性をとTNF-α抑制活性について試験し、これらのバイオアッセイを併用しながら活性成分を明らかにする。次に活性が認められた生薬及び単離成分について、invivoでの抗肥満及び抗糖尿病作用について評価を行い、生薬や含有成分のメタボリックシンドロームに対する有効性を明らかにするものである。今年度は、脂肪細胞への分化抑制を有する生薬のスクリーニングを行い、合歓花及び桑根皮の画分にトリグリセリド(TG)蓄積抑制活性を見出した。そこで、TG蓄積抑制活性を指標に成分探索を行ない、単離化合物のTG蓄積抑制活性及び脂肪前駆細胞から脂肪細胞への分化の指標となるグリセロール3-リン酸脱水素酵素(GPDH)活性を検討した。合歓花から4種の新規フラボノイドを含む23種、桑根皮から新規化合物2種を含む26種の化合物を単離した。このうち、クエルシトリンの糖部にconiferoyl基を有する化合物に最も強いTG蓄積抑制及びGPDH抑制活性が認められ、methoxy基の位置が重要であると考えられる。桑根皮ではフラボン骨格の3位及び8位にprenyl基に有する化合物に、強いTG蓄積抑制及びGPDH抑制活性が認められた。また、これらの化合物は3T3-L1前駆脂肪細胞から脂肪細胞への分化過程を抑制しているものと推定される。メタボリックシンドロームの根底にある肥満はインスリン抵抗性に脂肪細胞が大きく関与している。そこで、これらを予防・改善する薬物を探索するため、マウス前駆脂肪細胞3T3-L1細胞を用い、脂肪細胞への分化に影響を及ぼす天然薬物のスクリーニングしている。脂肪細胞への分化が抑制される薬物は肥満の改善が考えられ、また、分化が促進されると、小型脂肪細胞数が増加し、アディポネクチンが分泌されてインスリン抵抗性が改善されることが知られている。今年度新たにマリアアザミ抽出物に、3T3-L1細胞のトリグリセリド(TG)及びグリセロール3-リン酸脱水素酵素(GPDH)活性を濃度依存的に上昇させ、脂肪細胞への分化促進効果が認められた。そこでマリアアザミ種子について成分探索を行い、フラバノノール類のtaxifolinを単離した。TaxifolinはTG量及びGPDH活性の上昇、アディポネクチン分泌量の増加が認められた。さらに、PPAR-γに対するアゴニスト作用も認められた。この結果からマリアアザミ種子には、前駆脂肪細胞の分化を促進し、アディポネクチンの分泌量を増強する化合物を含有することから活性成分の同定を試みている。また前年度に引き続きケツメイシについてTG抑制効果を指標に成分分離を行い、2種の新規アセトフェノン配糖体を含む12種の化合物を単離しTG抑制効果を明らかにした。肥満を伴った脂肪組織には、マクロファージが浸潤し、肥大化した脂肪細胞と共にTNF-αなどの炎症性サイトカインを分泌し、軽い炎症状態にあることが知られており、マクロファージの活性化を抑制する薬物もまたインスリン抵抗性を改善すると考えられている。マクロファージの活性化の指標となるとして一酸化窒素(NO)産生抑制活性を指標に、黄蒿について活性成分の探索を行いプレニル桂皮酸誘導体に高い活性を認めた。そこで、これらを予防・改善する薬物を探索するため、マウス前駆脂肪細胞3T3-L1細胞を用い、脂肪細胞への分化に影響を及ぼす天然薬物をスクリーニングしている。

今年度新たにマリアアザミ抽出物に、3T3-L1細胞のトリグリセリド(TG)及びグリセロール3-リン酸脱水素酵素(GPDH)活性を濃度依存的に上昇させ、脂肪細胞への分化の促進とアディポネクチン分泌量の増加作用が認められた。3T3-L1前駆脂肪細胞の脂肪細胞への分化を促進効果が認められた。そこでマリアアザミ種子について成分探索を行い、フラバノノール類のtaxifolinの他、silybinA,silybinB, silichristin及びsilydianinを単離した。taxifolin,silybinA,silybinBはTG量及びGPDH活性の上昇、アディポネクチン分泌量の増加が認められた。さらに、PPAR-γに対するアゴニスト作用も認められた。この結果からマリアアザミ種子には、前駆脂肪細胞の分化を促進し、アディポネクチンの分泌量を増強する化合物を含有し更に活性成分の同定を試みている。またTG蓄積を抑制する生薬の合歓花のTG蓄積抑制さようは、脂肪の分解に関与せず、糖の取込を抑制し、PPARγ及びC/EBPαの発現に関与していることが明らかになった。沙棘葉にTG蓄積抑制活性を認め、活性画分から25種の化合物を単離、構造決定を行った。化合物の評価については現在検討を行っている。沙棘葉の活性成分の探索を行なうと共に、新たに九股藤及び猪毛蕎より単離した化合物の中性脂肪(TG)蓄積抑制活性について検討した。沙棘葉から3種のlinaloy1基が結合する新規フラボノール配糖体を単離し、これらの化合物は30μMで約30%のTG蓄積抑制活性が認められた。単離した加水分解型タンニン16種では、10μMで26-56%のTG蓄積抑制活性が認められ、galloyl基の数が多くなるに従い抑制活性が高くなる傾向が認められた。主要成分として得られたtilirosideについて、RAW264.7細胞を用いてiNOS,IL-6,IL-1β,COX-2,TNF-αのmRNAの誘導について検討を行ったところ、特にIL-6の抑制が認められた。そこで脂肪細胞(3T3-L1)とマクロファージ(RAW264.7)の共培養において、MCP-1,TNF-α,IL-6の分泌に与える影響について検討したところ、10μMにおいてIL-6の分泌を優位に抑制することが認められた。次にtilirosideについて、3T3-L1の分化の制御に関係するタンパク、PPARγ,C/EBPα,ap2のmRNAの発現について検討を行ったところ、C/EBPaのmRNA発現量を用量依存的に減少させた。また、インスリン抵抗性改善因子のAdiponectin mRNA発現量にはほとんど影響を与えず、インスリン抵抗性惹起因子のResistinのmRNA発現量を用量依存的に有意に減少させた。Tilirosideには脂肪代謝促進がしられるが、更に脂肪組織におけるインスリン抵抗性を改善する可能性が示唆された。九股藤から単離したferuloyltyramin誘導体、fuzitine及び(-)-lyoniresin-ol-α-O-βD-gluco-pyranosideに30μMで40.5-52.3%のTG蓄積抑制活性が認められた。猪毛蕎から単離したblumeatin,crisilineol,crisiliol及び7-methoxytaxifolinは、30μMで抑制活性を示し、特にcrisilio1に高い抑制活性(77%)が認められた.これらの化合物の構造式中にはmethoxy基が認められ、その結合位置や数は活性に影響を与えているように思われる。
硬X線とMeV〜GeVガンマ線による超新星残骸での陽子・電子加速現象の研究

本研究の目的は、日本のX線観測衛星「すざく」と、本年度に米国から打ち上げに成功したガンマ線観測衛星Fermi(旧名GLAST)を用いて、超新星残骸(SNR)を共同観測し、世界で初めてSNRからπ^0起因のガンマ線の有無を直接的に検証することである。「すざく」衛星についてこれまでに、我々が開発した硬X線検出器(HXD)の2つの検出器(シリコンPIN半導体とGSOシンチレータ)のバックグラウンドモデルの再現精度を定量的に評価することで、SNR(RXJ1713.7-394,SN1006)のデータ解析において、SNRからの微弱なシンクロトロン放射をこれまでにない精度で測定することに貢献してきた。また今年度も従来どおりに衛星の運用に携わり、検出器の性能向上に努めた。Fermi衛星について2008年6月の打ち上げ前から、衛星の運用が行われる米国・スタンフォード線形加速器センター(SLAC)に滞在し、衛星の模擬運用に参加した。この経験を活かし、打ち上げ後もSLACで実際の運用に携わり、さらに帰国後は日本から運用に参加するだけでなく、日本メンバーに運用のノウハウを伝え、検出器チーム全体で日米欧3局24時間体制での衛星運用を維持することに尽力した。初期観測データの解析においては、LAT検出器の較正を行いながらいち早く結果を出すため、銀河系内でもっとも明るいガンマ線天体であるパルサーを扱っている。とくにFermi最初の観測論文(CTA1パルサー)においては、Fermiのデータを解析するだけでなく、私のこれまでのX線観測の経験を活かし、「あすか」やXMM-NewtonなどのX線衛星のデータ解析も行った。これにより、ガンマ線で発見されたパルス周期がX線で検出されていないことを確認することができた。SNRはパルサーよりも暗いため、現在は日々のサーベイ観測によって得られたデータを蓄積している段階である。本研究の目的は、日本のX線観測衛星「すざく」と、米国から2007年秋に打ち上げられるガンマ線観測衛星GLASTを用いて、超新星残骸(SNR)を共同観測し、世界で初めてSNRからπ^0起因のガンマ線を有意に検出することである。本年度、「すざく」とGLASTの両衛星について、以下のとおりの研究を実施した。「すざく」衛星について、1.我々が開発した硬X線検出器(HXD)の2つの検出器(シリコンPIN半導体とGSOシンチレータ)のバックグラウドモデルが、実際の観測をどのくらい精度よく再現できているのかを、衛星の軌道位置や宇宙線の環境、観測の時期などに応じて、定量的に評価した。現在この結果をSNR(SN1006)の観測データに援用し、SN1006からの微弱なシンクロトロン放射をこれまでにない精度で測定しようとしているところである。2.標準光源である「かに」星雲の観測データから、「すざく」に搭載されているもう1つの検出器(X線CCD : XIS)とHXDの有効面積の比を10%の精度で求めた.さらにSNRよりも明るくバックグラウンドの影響が無視できる、ブラックホール連星系のデータも解析し、「かに」星雲と同じ値になっていることを検証した。GLAST衛星について、1.CRRNで行われビーム試験に参加し、GLASTのスペア検出器に陽子と電子・陽電子を入射した際のバックグラウンドを実測した。この結果、GLASTのバックグラウンドはほぼこれまでの予想どおりであることを実証できた。2.GLAST打ち上げ後には日々の運用に携わり衛星の健康診断を行うため,どのようなデータをどのような観点からチェックすると良いのか国内外の研究者と議論を重ねている。本研究の目的は、日本のX線観測衛星「すざく」と、今春に米国から打ち上げられるガンマ線観測衛星GLASTを用いて、超新星残骸(SNR)を共同観測し、世界で初めてSNRからπ^0起因のガンマ線を有意に検出することである。1.「すざく」衛星について我々が開発した硬X線検出器(HXD)の2つの検出器(シリコンPIN半導体とGSOシンチレータ)について、検出器バックグラウンドモデルの更なる改良を行った。これにより、SNR(SN1006)からの微弱なシンクロトロン放射を、これまでにない精度で測定することに貢献した(共著論文)。また系外銀河(M31)から硬X線放射を検出することにも成功し、拡散放射が存在する可能性を得た。この結果は、渦巻銀河の中心付近では普遍的に粒子加速現象が起こっている可能性を示唆する(国際会議で口頭講演)。昨年度に検出器の有効面積と応答関数を較正するために行ったブラックホール連星系のデータ解析について、主著者として論文にまとめた。2.GLAST衛星について打ち上げ直後の観測データには、検出器の応答の理解にどうしてもある程度の系統誤差が含まれてしまう可能性がある。そこで実際の観測を模擬したシミュレーションデータについて、現在の解析手法でどこまでの有意な結果を出せるかを検討した。打ち上げ後は当番の一人として、検出器の稼働状況をモニタすることを担当することになるため、このモニタ方法を習得するとともに、モニタ項目の改善も行った。「すざく」

衛星についてこれまでに、我々が開発した硬X線検出器(HXD)の2つの検出器(シリコンPIN半導体とGSOシンチレータ)のバックグラウンドモデルの再現精度を定量的に評価することで、SNR(RXJ1713.7-394,SN1006)のデータ解析において、SNRからの微弱なシンクロトロン放射をこれまでにない精度で測定することに貢献してきた。また今年度も従来どおりに衛星の運用に携わり、検出器の性能向上に努めた。Fermi衛星について2008年6月の打ち上げ前から、衛星の運用が行われる米国・スタンフォード線形加速器センター(SLAC)に滞在し、衛星の模擬運用に参加した。この経験を活かし、打ち上げ後もSLACで実際の運用に携わり、さらに帰国後は日本から運用に参加するだけでなく、日本メンバーに運用のノウハウを伝え、検出器チーム全体で日米欧3局24時間体制での衛星運用を維持することに尽力した。初期観測データの解析においては、LAT検出器の較正を行いながらいち早く結果を出すため、銀河系内でもっとも明るいガンマ線天体であるパルサーを扱っている。とくにFermi最初の観測論文(CTA1パルサー)においては、Fermiのデータを解析するだけでなく、私のこれまでのX線観測の経験を活かし、「あすか」やXMM-NewtonなどのX線衛星のデータ解析も行った。これにより、ガンマ線で発見されたパルス周期がX線で検出されていないことを確認することができた。SNRはパルサーよりも暗いため、現在は日々のサーベイ観測によって得られたデータを蓄積している段階である。
発話と視覚系指標を利用した適応型CAIの開発

適応型インタフェースは、機械側から人間に適応していくものであり、具体的には、各種の生体情報行動計測により人間の思考過程、メンタルワークロードような内面状態を推定し、その状態に適応するように情報提示やタスク配分方法を動的に決定していくものである。本研究では、この適応型インタフェースの具体的応用例として、生体指標の中でも思考活動をよく反映するといわれている発話情報と視覚系指標を中心に収集し、大規模工学システムの代表である原子力プラントを対象に、プラントの総合的知識と経験が必要となるプラント異常事象診断のための訓練環境を構築することを目的とした。具体的には、当研究室で開発した視覚系指標計測機能付HMD(Eye-Sensing HMD;ES-HMD)と音声認識装置を用いて、視点位置と発話情報をリアルタイムで計測・収集し、原子力プラントシミュレータで模擬する異常事象の原因特定作業訓練を支援する適応型CAI(Computer Aided Instruction)システムを構築する。平成12年度は、平成11年度に開発した(1)視点位置のオンライン処理と精度向上手法、および、(2)発話と視点位置を利用した思考過程の推定手法を用い、原子力プラント運転の専門家をインストラクタとして、その実際の教示から教示戦略を抽出することで、CAIシステムの教示戦略アルゴリズムを決定するための実験を行った。具体的には、以下の2点である。(1)教示戦略抽出のための実験システムの構築:原子力プラントの異常事象を模擬する(A)原子力プラントシミュレータ、シミュレータの出力を訓練生に提示し視点位置を計測する(B)ES-HMD、訓練生の発話を認識する(C)音声認識装置、発話と視点位置から訓練生の思考過程を推定する(D)思考過程推定器、インストラクタへの情報提示とインストラクタからの教示を入力する(E)インストラクタ情報端末の5つをネットワーク接続した実験システムを構築した。(2)上記システムによる教示戦略アルゴリズム抽出実験:3人の訓練生と実際の原子力プラントの運転経験のある専門家をインストラクタとして、上記実験システムにより教示戦略抽出実験を行った。実験の結果、(i)訓練生が見ているプラントパラメータ、(ii)訓練生の発話情報、(iii)思考過程推定器の推定結果、(iv)プラント異常事象の進展過程から、(a)訓練生の誤り、(b)不十分な異常事象特定を検出して、適切な教示を行うとともに、同じ異常事象の特定訓練を繰り返して行うことで、効果的な教示と効率的な訓練を実現するアルゴリズムを抽出することができた。今後は、得られた教示戦略アルゴリズムを組み込んだCAIシステムを実際に構築17、訓練実験によりその効果を検証していく。本研究では、この適応型インタフェースの具体的応用例として、生体指標の中でも思考活動をよく反映するといわれている発話情報と視覚系指標を中心に収集し、大規模工学システムの代表である原子力プラントを対象に、プラントの総合的知識と経験が必要となるプラント異常事象診断のための訓練環境を構築することを目的としている。具体的には、当研究室で開発した視覚系指標計測機能付HMD(Eye-Sensing HMD;ES-HMD)と音声認識装置を用いて、視点位置、瞬目頻度、瞳孔径変化などの視覚系指標と発話情報をリアルタイムで計測・収集し、原子力プラントシミュレータで模擬する異常事象の原因特定作業訓練を支援する適応型CAI(Computer Aided Instruction)システムを構築する。平成11年度は、適応型CAIシステムの要素技術の実験を目的として、以下の2つのサブテーマについて実験研究を行った。1.視点位置のオンライン処理と精度向上: ES-HMDで撮像する眼球画像は、パーソナルコンピュータ(PC)にて白黒二値化・端点抽出等の画像処理により、瞳孔径・視点位置(瞳孔中心)等の情報として計測される。適応型CAIシステムへ応用するため、これらの視覚系情報の計測精度を向上させ、さらにオンライン処理し、情報を提供するワークステーション(WS)へリアルタイムでこれらの情報を送出するための処理方法を実現した。2.発話と視点位置を利用した思考過程の推定:適応型CAIにおいては、思考過程の推定は必要不可欠な要素技術である。本研究では、原子力プラント異常事象診断訓練時においては、訓練生のプラント知識を「パラメータ因果関係図」として表現し、(a)自動認識された訓練生の発話と(b)ESーHIMDで得られる訓練生の視点位置を手がかりとして、リアルタイムでその思考過程を推定する手法を検討した。具体的には、原子力プラントシミュレータを用いた被爆者実験を行い、被爆者の発話や視点位置と思考過程の関連を調べた。

具体的には、当研究室で開発した視覚系指標計測機能付HMD(Eye-Sensing HMD;ES-HMD)と音声認識装置を用いて、視点位置と発話情報をリアルタイムで計測・収集し、原子力プラントシミュレータで模擬する異常事象の原因特定作業訓練を支援する適応型CAI(Computer Aided Instruction)システムを構築する。平成12年度は、平成11年度に開発した(1)視点位置のオンライン処理と精度向上手法、および、(2)発話と視点位置を利用した思考過程の推定手法を用い、原子力プラント運転の専門家をインストラクタとして、その実際の教示から教示戦略を抽出することで、CAIシステムの教示戦略アルゴリズムを決定するための実験を行った。具体的には、以下の2点である。(1)教示戦略抽出のための実験システムの構築:原子力プラントの異常事象を模擬する(A)原子力プラントシミュレータ、シミュレータの出力を訓練生に提示し視点位置を計測する(B)ES-HMD、訓練生の発話を認識する(C)音声認識装置、発話と視点位置から訓練生の思考過程を推定する(D)思考過程推定器、インストラクタへの情報提示とインストラクタからの教示を入力する(E)インストラクタ情報端末の5つをネットワーク接続した実験システムを構築した。(2)上記システムによる教示戦略アルゴリズム抽出実験:3人の訓練生と実際の原子力プラントの運転経験のある専門家をインストラクタとして、上記実験システムにより教示戦略抽出実験を行った。実験の結果、(i)訓練生が見ているプラントパラメータ、(ii)訓練生の発話情報、(iii)思考過程推定器の推定結果、(iv)プラント異常事象の進展過程から、(a)訓練生の誤り、(b)不十分な異常事象特定を検出して、適切な教示を行うとともに、同じ異常事象の特定訓練を繰り返して行うことで、効果的な教示と効率的な訓練を実現するアルゴリズムを抽出することができた。今後は、得られた教示戦略アルゴリズムを組み込んだCAIシステムを実際に構築17、訓練実験によりその効果を検証していく。
新燃料による革新的複合型発電システム要素研究

現在、宇宙用発電システムでは、主にリチウム電池等が使用されており、エネルギー密度は100150Wh/kg程度である。厳しい軽量化要求から、更なる高効率化・軽量化された発電システムの実用化が期待される。亜酸化窒素の特徴を利用した高効率で、従来の倍以上のエネルギー密度を有し、無酸素で運転可能で環境に優しい世界に例のない革新的な複合型発電システム技術を実現し、将来のISS等の緊急電源に適用する。宇宙に限定せず、高空/海中等容易に酸素供給が得られない領域での電源装置または集団住宅等の緊急電源、離島/原子力施設等での独立電源装置として有効に活用できる。(1)革新的複合型発電システム基本要求の整理;革新的複合型発電システム基本技術を確立するために必要な要素技術を整理し、その達成仕様を明確にして開発ステップを明確にした。(2)革新的複合型発電システム供試体設計/製作; (1)の結果に基づき、革新的複合型発電システムの全体検討を行い、そのキー技術となるガス発生装置部及び燃料電池発電装置部の供試体設計(仕様設定)を実施し、製作を行った。(3)革新的複合発電システム技術評価試験;上記供試体の単体評価試験を実施し、フィードバックを行い、各部位を集約した総合発電機機能試験を実施する予定であったが、単体評価試験の結果、総合試験時の発電部分の試作に時間を要することが判明したため、総合試験は平成27年度の初めに実施する予定である。その結果から、総合的な判断を行う。革新的複合型発電システムとしての重要要素技術の分析は完了し、その要求仕様に基づきキー技術の一つであるガス発生装置の試作試験を行い、改善点を明らかにした。試作品の外観図及び写真を以下に示す。また燃料電池については仕様を設定して、既存品の派生型を採用した。一部部品の準備に時間を要しているが、大きな遅延はなく総合評価試験に移行できると判断している。航空宇宙工学ガス発生装置部、燃料供給部、加熱部及び発電部を組み合わせて小規模であるが発電試験を行い、複合型発電システムの総合的な機能評価を行い、技術の実用化に向けた課題の抽出を行う。今回の評価で技術のフィージビリティの目途をつけ、今後実用化に向けた技術の向上を計る。当初予定では、「新燃料による複合発電システム」に使用する発電装置(燃料電池)が1月末に納品され、2月中旬に新燃料による複合型発電試験を行う予定であったが、購入メーカと最新の新燃料特性データに基づいた仕様調整を行った結果、長納期材料があり、装置の納期が年度末(3月末)となることが判明した。従って、その後に行う予定であった、新燃料による複合発電試験を来年度(4月5月)に実施せざるを得なくなった。新燃料による複合発電試験のための機材購入。
高品質半導体量子細線・量子井戸レーザー中のキャリア分布と利得

本研究は、高品質半導体量子細線・量子井戸内の光励起キャリアのエネルギー分布を解明することを目的としている。本年度は(1)非ドープ量子井戸における非平衡キャリア分布の特徴付けと(2)共鳴Rayleigh散乱(RRS)とHeitler効果の関連性について検討を行った。(1)に関しては、量子井戸に対する非共鳴励起条件下で形成される非平衡分布の定量評価と物理的解釈の検討を行った。熱平衡(Kennard-Stepanov)関係式とのズレを調査した結果、この非平衡分布は、励起子と連続状態の二つの部分系がそれぞれ準熱平衡状態となるが、二つの部分系の間には非平衡が生じるという極めて特徴的なものであることが特定できた。非平衡の度合いは低温ほど増大し、励起子と連続状態のキャリア数の比の準熱平衡状態からのずれは330倍(7K)にも達することが分かった。3準位モデル解析の結果、この非平衡の度合いは基底状態・励起子状態・連続状態の3準位間の遷移レートで合理的に説明できることも示せた。今回観測された非平衡は、励起子と連続状態の化学ポテンシャルがずれた状態、と表現することもでき、化学反応における親和力(Affinity)と直接関連することも示した。本研究による非平衡分布の評価手法の確立と、励起子系の非平衡状態の解明は、半導体光物性だけでなく非平衡物理の分野でも重要な意義を持つ。(2)に関しては、前年度までに明らかになった、RRSとPLEスペクトル形状の相関関係の物理的意味を検討した。文献調査の結果、本研究の結果は、二準位原子系における共鳴蛍光、特にその極限的状況(分極緩和時間が輻射緩和時間に比べて十分長い状況)であるHeitler効果における発光成分と散乱成分の強度の相補的関係を、量子井戸においてはじめて確認したことに対応することが分かった。このことは、RRSは量子井戸の界面ラフネス(不均一)によって局在した励起子が散乱体となるため生じるとする従来のRRSの起源の理解を修正・深化させる重要な一歩である。非ドープ半導体量子細線・量子井戸中の光励起キャリアの分布または温度の状態を、光学スペクトルから解明することを目指し、格子温度・励起光強度などの測定条件によってそれがどのような変化を示すかを系統的に調査した。まず当初の計画通り高品質な試料の作製を行った。共同研究者の協力も得て、本年度は非ドープGaAs/AlAs単一量子井戸を作製した。試料設計の工夫により、界面均一性に優れ、かつスペクトル構造の同定が明確に行える高品質試料を得ることに成功した。測定方法に関しては、従来の連続励起・反射配置の顕微光学系を、ピコ秒パルス励起・暗視野励起も行えるよう拡張した。併せて、検出器ノイズによるスペクトル誤差の見積もり、試料保持方法の改良による測定位置の再現性向上、発光スペクトルへの散乱光の寄与の評価の精密化などを通じ、発光励起(PLE)スペクトルの精度向上を実現した。キャリア温度導出のための解析プログラムの作成も行い、測定データ処理の効率化を図った。上記の試料と測定系を用いて、顕微発光(PL)スペクトルおよび顕微PLEスペクトル測定を系統的に行い、得られた発光・吸収スペクトル形状からキャリア分布を調べた。その結果、全体としては、非ドープ量子井戸においてもドープ量子井戸と同様、光励起キャリアは準熱平衡状態となっており、温度T*(KMS関係式と光学スペクトルから求まる温度)は格子温度T_<env>(試料脇に設置したダイオード温度計の値)に近い値となることが明らかになった。併せて、励起子ピーク近傍の共鳴エネルギー領域で、特徴的な散乱光の増大がみられることを発見した。このような散乱増強効果は、PLEスペクトル形状と吸収スペクトル形状の間に違いを生じさせる可能性があるため、正しい吸収スペクトル形状を知るためにその特徴を詳しく知る必要があり、現在格子温度・励起光強度を変えた系統的測定を進めている。本研究は、非ドープ半導体量子細線・量子井戸中の光励起キャリアのエネルギー分布を、光学スペクトル測定に基づき解明することを目指している。本年度は、(1)時間分解発光測定を用いたキャリア分布の調査と(2)PLEスペクトル形状の変化と共鳴レイリー散乱の関係に関する系統的調査を行った。(1)定常条件下において励起方法の違い(励起子束縛状態に対して共鳴励起・非共鳴励起)によって非ドープ量子井戸内に異なるキャリアの分布が形成される、という前年度の結果をふまえ、本年度は時間分解発光計測によってキャリア分布状態の違いの特徴を捉えることを試みた。MCP内蔵型光電子増倍管を検出器とする時間分解発光計測光学系の立ち上げを行い、共鳴および非共鳴のピコ秒パルス励起条件下で計測を行った。測定の結果、共鳴励起の場合、試料発光の立ち上がり・減衰がともに急速であるのに対し、非共鳴励起の場合、これらが非常に遅いことが明らかになった。観測されたこの時間分解計測結果を、CW条件下のキャリア分布の研究結果と統合的に説明できるモデルの検討も行った。(2)前年度の測定結果から予想された、共鳴レイリー散乱とPLEスペクトル形状の励起子ピークの変形の間の対応関係を確認するため、系統的測定を実施した。PLEスペクトルにおける励起子ピーク形状の変化分と、共鳴レイリー散乱光強度の増加は、同一の温度領域で生じること、および、それぞれの変化量が同程度の大きさであることを確認した。また、PLEスペクトルの温度差分スペクトルの形状が共鳴レイリー散乱スペクトルに一致することも確認した。