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社会的判断の国内下位文化による変動の研究:文化間変動因と文化内変動因の交差妥当化の試み

1.平成13年度内に4回の研究等議会を行い、外部の研究者をも交えて理論的モデルの検討と、新たに得られたデータの評価とを行った。当初、米国(カリフォルニア州サンノゼースタンフォード及びワシントンDC)と東京の間に見出された反応の差と同種同方向の差が東京と地方(山形県鶴岡、沖縄県那覇その他)との間にも見られ、いわゆる個人主義-集団主義の軸上で米国、東京、地方という序列をなすと予想したが、必ずしもそうはならなかった。たとえば努力の動因としてもプロセス志向についてはそのような順序になったが、その対概念として設定した達成目標志向においては東京が最も弱く、次いで日本の地方、そして米国でもっとも強いという形になった。また読み聞かせにおける親の主導性においては、強い順で沖縄(山形は未集計)、米国、東京となる。このことは、社会的判断における日米差も大都市-地方差も、集団主義対個人主義、近代性対伝統性などの少数の一般的2分法概念で説明されるものではなく、それぞれの文化圏における生活の実態と交互作用で考えられなければならないことを意味する。2.CAMI班では平成13年度においては東京の住宅地区域のデータを補充し分析したが、西ドイツ、米国、東京、地方間の関係では特に従来と変わった傾向は見出されなかった反面、東京の中での学力関係の帰属や統制効力感に学校による変動がいちじるしいことが見出された。自己意識、「心の理論」についても追加資料の統計的整理を終わり、理論的検討をすすめている。3.「心の理論」の発達においては東京地区がやや早い傾向がみられたが、言語的流暢性の差異による可能性も考えられるので、更に検討を要する。なお、平成13年度が最終年度にあたるので、各班から3月中に報告をもとめ、編集製本して最終報告として完成する予定である。本年度は、以下の様に研究を実施した。1.1999年6月-8月研究会議を重ねて研究方法を固めるとともに本年度の実施予定を作成。又実施候補地・候補校の検討を行った。2.1999年9月候補地山形県鶴岡市、及び山形県西田川郡温海町の視察と教育委員会、及び学校への依頼・打ち合わせを行った。又物語絵を用いての母子コミュニケーションの予備調査を行った。3.1999年10月CAMI、PS、道徳的判断、及び将来展望の質問紙の最終検討を行った。反省的態度の研究(唐澤担当)の資料収集と分析を行った。4.1999年11月山形県西田川郡温海町の温海高等学校においてCAMI、PS、道徳的判断、将来展望に関する調査を実施。5.1999年12月山形県西田川郡温海町の温海小学校、福栄小学校においてCAMI、及びPSの調査を実施。また、鶴岡教育委員会において対象校(小・中学校)についての打ち合わせを実施。6.2000年1月山形県鶴岡市の小・中学校においての調査実施の準備。7.2000年2月山形県鶴岡市の小学校(計9校、1142名)、中学校(計5校、179名)でCAMI、及びPSの調査を実施した。又、米国シカゴ大学、ウェイクフォレスト大学、ニューヨーク大学、コロンビア大学にて文化財比較についての研究の打ち合わせを行った(唐澤担当)。8.2000年3月データ分析を開始した。さらに調査協力校の連絡用の報告書を作成した。本年度に実施した調査は次の通りである。1.CAMIに関して:昨年度行った山形県調査の結果を東京及びワシントンDCと比較し国内文化による変動は比較的小であることを見出した。小学生のデータが不十分なので東京住宅地域の2小学校で調査を実施した。

また沖縄において高校生約200名に実施し、その結果を現在分析中である。2.社会的意志決定(PS)に関して:東京での小学校データを補充し、昨年のデータと合わせて分析し中間報告を作成した。(柿沼他「発達研究」2001)3.将来展望調査に関して:本調査では沖縄で高校生と大学生に、また郡山で大学生に、さらにその他若干の地方都市において大学生にインタビューを行い、その資料を分析した。尚昨年度までの研究成果に基づき、中国北京市における国際行動発達学会(ISSBD)の大学で口答発表を行った。(真島他2000)4.母子の読み聞かせに関して:新たに沖縄県内の社会的背景を異とする3箇所において実験を行った。東京、山形、米国との比較検討を続行中である。5.将来展望の結果の関連で被験者が肯定的に評価するライフスタイルを検するWell-Being Scaleをスタンフォード大学のローレン・シャパイロ氏と伴に開発し、米国及び日本でインタビュー調査を開始した。6.大学生を対象として、羞恥感情が生起した場面についてのエッセイを書いてもらい、またPALMによる継続観察により、羞恥感情の質に関する日米間の差を検した。1.平成13年度内に4回の研究等議会を行い、外部の研究者をも交えて理論的モデルの検討と、新たに得られたデータの評価とを行った。当初、米国(カリフォルニア州サンノゼースタンフォード及びワシントンDC)と東京の間に見出された反応の差と同種同方向の差が東京と地方(山形県鶴岡、沖縄県那覇その他)との間にも見られ、いわゆる個人主義-集団主義の軸上で米国、東京、地方という序列をなすと予想したが、必ずしもそうはならなかった。たとえば努力の動因としてもプロセス志向についてはそのような順序になったが、その対概念として設定した達成目標志向においては東京が最も弱く、次いで日本の地方、そして米国でもっとも強いという形になった。また読み聞かせにおける親の主導性においては、強い順で沖縄(山形は未集計)、米国、東京となる。このことは、社会的判断における日米差も大都市一地方差も、集団主義対個人主義、近代性対伝統性などの少数の一般的2分法概念で説明されるものではなく、それぞれの文化圏における生活の実態と交互作用で考えられなければならないことを意味する。2.CAMI班では平成13年度においては東京の住宅地区域のデータを補充し分析したが、西ドイツ、米国、東京、地方間の関係では特に従来と変わった傾向は見出されなかった反面、東京の中での学力関係の帰属や統制効力感に学校による変動がいちじるしいことが見出された。自己意識、「心の理論」についても追加資料の統計的整理を終わり、理論的検討をすすめている。3.「心の理論」の発達においては東京地区がやや早い傾向がみられたが、言語的流暢性の差異による可能性も考えられるので、更に検討を要する。なお、平成13年度が最終年度にあたるので、各班から3月中に報告をもとめ、編集製本して最終報告として完成する予定である。
修錬を積む助産師の触診わざにみる、『身体知』体得への過程

本研究は医療機関に勤務する助産師が日々、修練を重ね触診わざを体得する過程を『身体知』の観点から明らかにすることである。研究協力者は1次から3次医療機関に勤務する助産師12名で、経験年数は530年以上。触診わざを体得する過程には,1.対象をアセスメントし触診で得られる感覚を予測する、2.予測との整合性を触診で判断する、3.予測の合致、不一致を省察、他者と共に検証する、4.予測と合致した体感を再認識する、5.予測に反した体感は感覚を修正し憶えこむ、が示された。助産師らはこれまでの経験で得た感覚を想起すると同時に、触診で感じ取った感覚を意識・無意識的に連動させ、体得していく過程が示されたと考える。本年度は、病院・診療所に勤務し熟練の域に達する助産師を対象に、妊婦健康診査や分娩時にどのような観点で触診を行い、何を感じ取り、判断し実践し「身体知」として体得しようとしている過程を可能な限り観察し、インタビューで聞き取り、語りから確認することを計画にしていた。しかし、先行研究を踏まえ研究計画を作成していたものの、本研究で新たな施設に研究を依頼するにあたって各研究対象予定施設の実情を加味した内容(研究対象の選定方法や聞き取り調査の環境調整等)を検討する必要が生じた。また新たな施設で研究に取り組むため、研究対象予定施設との更なる調整、関係形成に努め研究に備える期間を必要とした。さらに、当初計画していた研究分担者が退任し、今年度より新たに着任した研究者に研究分担を依頼することになったため、研究に取り組む準備(インタビューや参与観察、データ分析の方法理解等)も要することになった。よって、本年度は、研究対象予定施設との連携を図り、再度研究計画を検討することに取り組んだ。並行して本研究の主要概念である「身体知」の新たな知見を得るために関係する研究会に参加し、助産師の知識、技術を体得することを目的とした学会、研修会に出席し、研究方法の再考、研究環境の再整備を行った。その結果、研究計画を修正し研究分担者の準備も整い、研究者が所属する施設の倫理審査委員会に審議を諮り承認を得、次年度からフィールドワークに取り組めるようになった。本研究は勤務助産師の触診わざにおける『身体知』体得への過程を明らかにすることを目的としている。平成27年度の計画では、第2次医療機関の勤務助産師56名のデータ収集を予定していたが、施設との調整の関係から第1次医療機関2施設と第3次医療機関1施設の勤務助産師6名にインタビューを実施し、データ収集およびデータの確認作業を行った。そのうち、第1次医療機関の助産師4名のデータの中から、分娩期の触診わざの内診における『身体知』に焦点を絞り、分析を進め研究成果をまとめた。研究結果では、第1次医療機関の助産師に共通している内容として「分娩進行に異常や疑問を生じた時に原因を探り、対応するために触診(内診含む)を行い、そこで体得した感覚を身体で覚えこんでいく」という点であった。すなわち触診する前に分娩進行が正常な経過から逸脱していることを判断し、触診においてその逸脱している原因を探ろうと各自検証したい状況(子宮口の弛緩や緊張の程度等)を想像しながら触診で確認(手指に触れる圧力や部位から状況を確認)していた。その結果を踏まえ正常な経過に導こうと触れている手指を用い胎児の先進部や、子宮口を触れながら産婦の呼吸に合わせ力を加える方向付けを行い、正常な経過に戻そうとする試みを行っていた。それらは、分娩介助の経験を重ねていくうちに、また他者との経験を共有しながら、手に触れた感覚に独自の意味づけ(産婦の状況と併せて感覚の解釈をつける)を行うことで、内診で身体に感じた感覚を身体におぼえ込ませているのではないかと考えられた。この4名の研究成果は、平成29年カナダ・トロントで開催予定の第31回ICM大会にて発表できるよう演題の申し込みを行った。次年度は、引き続き、データ収集途中の第1次医療機関の勤務助産師1名と第2次、第3次医療機関の勤務助産師に承諾を得て、データ収集、分析を行う予定である。本年度研究計画では、第2次医療機関に勤務する助産師56名のデータ収集を予定し、研究の成果を一部まとめることを目標にしていた。実際は、医療機関の種類は異なるものの、6名の勤務助産師のデータ収集を行い、一部研究の成果としてまとめ、研究計画通り予定していた平成29年度開催の国際学会の演題として申し込みを行えた。よって概ね順調に進展していると考える。本年度は、研究過程の3年目であり、第23次医療機関に勤務する熟練の域に達している助産師に研究協力を依頼し、インタビューによるデータ収集を計画していた。その結果、前年度にインタビューを行った1次医療機関の助産師1名へのデータ解釈、確認作業と共に、予定通り第2次医療機関の助産師2名、第3次医療機関の助産師4名合計7名にインタビューを実施した。これまでの助産師の語りに示された、視診から、触診で触れている感覚と思考、そして判断、振り返りと共に、施設の特徴を反映したハイリスクの対象をケアする助産師ならではの語りがあった。中でもハイリスク妊娠、分娩の場合、対象に触れる(触診する)ことで対象に分娩誘発を招く刺激を与えかねない点に留意し、緊張感を伴う中、実践されていることが明らかになった。

そのような場合、触れることを「必要最小限に留めて診る」、「どこまで対象に触れればわかるか」といったことを、これまでの経験で培った感覚を引き出しながら、対象の状況をアセスメントし、個々に合わせ慎重に触れていると語り、その語りによってわざの様相が示されるのではないかと考えている。さらに、助産師らは「異常の兆候を見逃さない、見逃せない」という<正常からの逸脱>を常に念頭に置きながら、診るという責任に伴う緊張感と時には「異常を察知すると同時に恐怖を感じながら」手に触れた感覚から一瞬して異常を感じ取り恐れとともに、無事分娩を終えなければ胎児、母親へリスクを伴わせてしまいかねないという思い(使命感)を抱きつつ、次へのケアの予測を見立てることを行っていることが導き出された。そして、7名の個々の語り、意味づけに従いつつ、これまで得られた助産師のデータと比較、検討しながら、考察へ進めるよう、個々の結果の分析に取り組んだ。平成28年度に目標としていた第23次医療機関に勤務する熟練の域に達している助産師のデータ収集(インタビューによる)は、計画通り終えることができたと考える。そして、個々のデータの意味づけ、解釈も概ね行えたと判断しているが、他のデータと照らし合わせる分析の視点が次年度の課題として残っている。また第3次医療機関での1名分のデータ確認作業が助産師の勤務の都合により、翌年度へ繰り越されたこと、さらに第2次医療機関1施設へのデータ収集が、最終年度に繰り越されたため、一部予定した内容より若干遅れを来しているが、全体を通しては概ね研究計画は順調に進展していると考える。本研究の目的は、勤務助産師の触診わざにおける『身体知』体得への過程を明らかにすることであった。今年度は、1.第一次医療機関のデータで共通した内容を、国際助産師連盟(ICM)主催の第31回学術集会(カナダ:トロント)で発表し、2平成28年度からの課題であった第二次医療機関で予定していた残り1施設に研究協力を依頼しデータ収集と分析に取り組むこと、3.研究成果をまとめるという3点を計画していた。今年度の成果は、1.は計画通り演題『Embodied Intelligence of Experienced Nurse - Midwives in Pelvic Examinations during the Intrapartum Period』にて学会発表を行なった。2.は研究依頼施設に相談するも当該助産師が不在(産休中等)にて参加協力が叶わず研究計画より1施設減のデータで分析をすることになった。3.は、年度内に成果をまとめることを目標としていたが、二次医療機関との調整が遅れた影響も受け、分析途中の段階で年度末を迎えた。なお、分析途中ではあるが、5施設12名の研究協力者体得への過程には、妊産婦への触診によって与える・生じる「子宮収縮の助長や胎児へのリスクを考慮する」ことを意識しながら「予測や判断を考えならがら必要最小限に触れる」。さらに「触れて感じとった感覚を妊産婦に生じている現象、症状と照らし合わせ解釈、判断する」、併せて「触れた感覚を過去の事例と比較、検討する」、「他者の判断と照合する」、加えて経過や結果を確認し「触診で得た感覚の確からしさ、不一致を合致、修正する」という過程を通して思考と触覚を意識・無意識的に連動させ体得していく過程があるのではないかと考える。今後は、最終年度の計画が途中のため、平成30年度内において引き続きデータ分析し、研究成果のまとめに取り組む予定である。本研究は医療機関に勤務する助産師が日々、修練を重ね触診わざを体得する過程を『身体知』の観点から明らかにすることである。
線虫の神経系および筋肉に発現するABC輸送体HAF-2の機能解析

HAF-2は、リソソームに局在する哺乳類ABC輸送体の線虫ホモログの一つであり、神経系、筋肉、一部の腸細胞、および貪食細胞で発現する。貪食細胞においては、HAF-2はリソソーム様の細胞内顆粒に局在しているが、顆粒の形成や、細胞外からの異物の取り込みには必須でないことを明らかにした。神経系では、HAF-2は頭部および尾部の感覚神経に局在していた。haf-2遺伝子欠損変異体を用いた解析では、成長速度や寿命、産卵数、排泄周期等において表現型が観察された。細胞内輸送体の欠損が個体レベルの多様な生理機能に影響を及ぼしうることを見出したという点で意義深い。HAF-2は、リソソームに発現するABC輸送体TAPLの線虫ホモログの一つであり、神経系、筋肉、腸第一細胞、およびシエロモサイト(貪食細胞の一種)で発現する。細胞内物質代謝や異物排除に関わるリソソーム関連ABC輸送体の生理機能を明らかにする目的で、以下の解析を行った。GFP融合型HAF-2(HAF-2 :: GFP)遺伝子を染色体外アレイとして導入した線虫を用いて、HAF-2 :: GFP発現組織における細胞内局在の解析を行った。HAF-2 :: GFPは、体壁筋、咽頭筋、および腸第一細胞においては粒状に散在していたが、シエロモサイトにおいては、細胞内顆粒上にリング状に局在していた。神経系では、細胞体および神経突起の両方に局在が観察されたが、発現する細胞の種類や発現レベルに個体差がある為、染色体外アレイを安定的に染色体に導入した系統の作出を試みている。初年度は、細胞内オルガネラや貪食活性に関する解析が他の組織よりも進んでいるシエロモサイトにおけるHAF-2の解析を進めた。オルガネラマーカーを用いた観察の結果、HAF-2 :: GFPは、リソソームマーカー蛋白(ASP-1 :: DsRed、LMP-1 :: mRFP)が局在する顆粒の表面に局在し、初期エンドソームマーカー(2xFYVE :: GFP)陽性顆粒には局在しなかった。これらの結果は、シエロモサイトにおいてHAF-2がリソソーム様オルガネラに局在している事を示している。次に、haf-2欠損変異体を用いて、haf-2の欠損がシエロモサイトの顆粒形成、および異物(分泌型GFP)の取り込みに与える影響を調べた。その結果、いずれにおいても野生型との差異は見出されなかった。しかしながら、haf-2欠損変異体が、成長遅延(低温飼育下)および短寿命を示すことを見出しており、今後、内的あるいは外的ストレス条件下での表現型の解析を進める。HAF-2は、線虫の神経系、筋肉、腸第一細胞、およびシエロモサイト(貪食細胞)に発現するABC輸送体である。前年度は、シエロモサイトに着目した解析を進め、HAF-2がリソソーム様の細胞内顆粒に局在していること、また、その顆粒の形成や細胞外からの異物の取り込みには必須でないことを明らかにした。平成21年度は、まず、基質輸送活性に関わると予想されるWalkerA配列に変異(K567M)を導入したHAF-2の強制発現を試みた。その結果、シエロモサイトにおける局在顆粒の形態には特に顕著な異常は観察されなかった。同じくABC輸送体であるHAF-4が、WalkerA変異体の強制発現によってドミナントに腸内非酸性リソソーム様顆粒の形成異常を引き起すこと、更に、消化管全体に異所的にHAF-2を発現させた個体においては、HAF-2がHAF-4とは明らかに異なる細胞内局在パターンを示したことから、HAF-2がその発現組織において果たす機能は、消化管におけるHAF-4のそれとは異なる可能性が示唆される。各組織におけるリソソーム様顆粒の多様性の一端を、組織特異的な細胞内ABC輸送体が担っているのではないかと考えられる。更に、シエロモサイト以外の組織でのHAF-2の細胞内局在を解析した。HAF-2::GFPは、DiI染色陽性の感覚神経である頭部のアンフィド神経や尾部のファスミド神経の細胞体内部に局在していた。筋肉の解析については、観察に耐え得るレベルのHAF-2::GFPを安定に発現する個体の作製が計画通りに進んでいない。haf-2欠損変異体を用いた解析の結果、成長遅延および短寿命に加え、産卵数の減少、排泄周期の延長、および便秘頻度の増加が観察された。

これらの表現型が、本来HAF-2の発現しているいずれの組織の機能不全によるものかについては明らかにできていないが、細胞内輸送体の欠損が個体レベルの多様な生理機能に微妙な影響を及ぼしうることを見出したという点で意義深い。
受容体チャネルの分子動態遷移を識別するアロステリック創薬に関する研究

現在進められている創薬研究では、標的タンパク質の活性中心やリガンドポケットを狙う、所謂「オルソステリック創薬」が中心となっている。一方、この方法では類似のファミリータンパク質においても作用することが多く、これに起因する副作用問題の解決が重大な課題となっている。本研究では、タンパク質分子のダイナミックな動態遷移に着目し、その遷移状態を特異的に認識するペプチドの創製によりその問題を回避する新たな創薬技術に関する基盤研究を行う。本研究では神経系nAChRをモデル分子として設定し、今年度は分子進化で多様性の担保された生理活性ペプチドの分子骨格を鋳型とするランダムペプチドライブラリ(Mol. Brain 2011)から、リガンドの結合状態の異なるnAChRを標的として、試験管内分子進化技術によって遷移過程の構造を特異的に認識するペプチドを探索した。その結果、候補ペプチドを複数個同定することができた。今後、これらのペプチドの特性および相互作用様態をSPRやNMR、またin silico解析などにより明らかにするとともに、ペプチドの修飾等によるアロステリック創薬・遷移状態認識プローブの最適化を行う予定である。スリー・フィンガー型ペプチドをはじめとする、分子進化で多様性及び多能性の担保された生理活性ペプチドの分子骨格を鋳型とするランダムペプチドライブラリ(Mol. Brain 2011)から、リガンドの結合状態の異なるnAChRを標的として、試験管内分子進化技術によって遷移過程の構造を特異的に認識するペプチド候補を複数個同定することができた。探索は概ね予定通り進捗し、その数は当初計画で予測していたより2倍近い数のペプチドが候補として選定された。現在、これらの候補ペプチドを遺伝子組み換え及び化学合成によって調製する準備を進めており、個々のペプチドについて順次特性解析を行う。現在までに、神経系ニコチン性アセチルコリン受容体alpha 7を標的として、その様々な分子動態遷移状態に結合し得るペプチドを試験管内進化技術により複数種類を同定した。次の実験ステージでは、遺伝子組み換え及び化学合成によりこれらの候補ペプチドを調製し、それぞれについて物理化学的及び生理生化学的な特性解析、分子動力学による相互作用動態シミュレーション、ペプチドの高機能化検討の段階に入る。具体的には、(1)候補ペプチドと標的分子の遷移状態との"動的結合様態"の解析標的タンパク質とペプチドの結合親和性をSPR(Surface Plasmon Resonance)や等温滴定熱量計測(ITC)により、また生理活性は細胞に発現した受容体チャネルに対する電気生理学的な計測により行う。また、竹内恒(産総研)の協力を得てNMRによる原子レベルでの動的結合様態・物性評価を行う。ペプチドとalpha 7のin silicoモデリングによりペプチドの遷移状態認識の動的シミュレーションは、広川貴次(産総研)の協力を得て行う。また、これまでの知見を基盤としてペプチドの等価縮小化や化学修飾等による遷移状態認識プローブの高機能化を行う。これらの成果は、アロステリック創薬としての展開基礎になる者であり、それらを創薬シーズとする実用化に向けた次の研究開発展開を図る。

ペプチドとalpha 7のin silicoモデリングによりペプチドの遷移状態認識の動的シミュレーションは、広川貴次(産総研)の協力を得て行う。また、これまでの知見を基盤としてペプチドの等価縮小化や化学修飾等による遷移状態認識プローブの高機能化を行う。これらの成果は、アロステリック創薬としての展開基礎になる者であり、それらを創薬シーズとする実用化に向けた次の研究開発展開を図る。【一般向け講演会】
ゆらぎをプローブとした物質科学の新展開

『ゆらぎ』は平均からのズレを表す概念である。空間的な分子分布のズレ(静的ゆらぎ)や時間的変動(動的ゆらぎ)は対象とする系の構造・物性を決め,その後の時間発展の駆動力となる。本研究では,ゆらぎが顕在化する物質系を取り上げ,以下のテーマ((1)(3))について,様々な実験手法で広範囲に亘る時間・空間スケールの情報を得て,多角的・階層的・系統的に「ゆらぎの物質科学」を展開することが目的である。(1)静的・動的ゆらぎの定量化,(2)ゆらぎ場で発現するユニークな現象・物性・機能の発見と何故起こるかの解明,(3)ゆらぎ場の利用を目指した応用展開。科研費配分機関である学振の役員に就任したので半年で研究を完了することになった。この間,特に(1)の項目で研究が進んだ。「静的なゆらぎ」を研究するために,いくつかの興味深い系を取り上げた。1超臨界水と有機物,2二酸化炭素を特異的に吸蔵したイオン液体,3イオン液体と水の混合系である。これらについて,混合状態を濃度ゆらぎで定量化した。1については(水+n-ペンタン)を取り上げた。水の臨界温度で,様々な圧力での濃度ゆらぎを求めた。マクロにはn-ペンタンは水に完全に溶けているが,ミクロな濃度ゆらぎは純水の相変化挙動に大きな影響を受ける形で,混合していることを明らかにした。「動的ゆらぎ」は,イオン液体の相変化時のダイナミクスについて,NMRの縦緩和時間と横緩和時間の測定を行い,議論した。イオン液体の場合,相変化と構成イオンの立体配座の変化がリンクして起こることを我々のグループが明らかにしてきている。ある立体配座を採った領域(静的ゆらぎ構造)が,動的な変化と密接に関係していることが明らかになった。また,媒体として用いる高分子水溶液の相変化を利用した金クラスターからナノ粒子への成長過程を追跡することに成功し,成長過程の機構を明らかにした。翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
デンドリマーの構造特性を活かした均一系分子触媒の合成と機能開発

本研究課題では,ナノメートルの分子サイズを有するデンドリマー触媒の合成とそれらの触媒機能開発に関する研究を展開してきた.平成19年度は,以下に示す成果を得た.中心部に導入する錯体部位の安定性向上の観点から,柔軟な骨格構造であるポリベンジルエーテル型のデンドリマーを有する2座配位のカルベン配位子を設計し,これらを有するロジウム(III)錯体を合成・単離した.溶液中での構造をNMRを用いて追跡したところ,第2世代デンドリマーが中心部のロジウム近傍を覆うことを示唆する結果を得た.理論計算により最適化した構造は,この実験結果を支持していることが分かった.このような現象は単座のカルベン配位子を有する錯体では観測されず,架橋型に誘導したことにより現れた特徴である.デンドリマー部位が触媒環境中心へ与える影響が,金属まわりの配位構造によって制御できうることを示している.(Dalton Trans.,2007,1567-1569).テトラエチレングリコール(TEG)のようなポリエーテル類は,水溶性の非イオン性界面活性剤として知られている.また,これら分子群は酸素原子の孤立電子対を利用して金属カチオンと錯体を形成し,相関移動触媒として機能することも分かっている.中心金属への直接的な相互作用に加えカチオンの取り込み効果による新たな機能の発現を狙い,TEG鎖を組み込んだカルベン配位子を設計した.柔軟なTEG鎖の比較として長鎖アルキル基を導入した配位子ならびに両者を併せもつ配位子も設計し,それらの前駆体となる一連のイミダゾリウム塩を合成した.触媒反応への応用を検討中である.本研究課題では,ナノメートルの分子サイズを有するデンドリマー触媒の合成とそれらの触媒機能開発に関する研究を展開している.平成18年度は,以下に示す成果を得た.2,3,4,5-テトラフェニルフェニル基を基本骨格とする剛直なデンドリマー骨格に着目し,これらを組み込んだ含窒素ヘテロ環カルベン配位子の設計と合成を行った.また,これら配位子を有するロジウム錯体の合成・単離に成功した.第1世代デンドリマー錯体に関して,その分子構造をX線結晶構造解析により明らかにした.その結果,剛直なデンドリマー部位は金属であるロジウムから遠い部位を覆う構造を有することを明らかにした.また,第2世代デンドリマーを有する錯体はその分子サイズが5ナノメートルにも及ぶことを,理論計算を用いた構造最適化の手法により明らかにした.これら錯体を触媒として,共役エノン類のヒドロシリル化反応を行ったところ,大変興味深い結果が得られた.共役エノンのヒドロシリル化反応では2つの生成物が得られる.この位置選択性は一般的に用いるシリル化剤により決まることが知られている.一般的なカルベン配位子を有する錯体を用いた場合は,主生成物の位置選択性はシリル化剤から予測されるものであった.ところが,剛直な2,3,4,5-テトラフェニルフェニル基を有する第1世代錯体を触媒として用いると,生成物の選択性は予測とは逆の選択性となることが分かった.第2世代デンドリマー錯体でも同様の傾向を示した.このように,剛直なデンドリマーを有するロジウム錯体が,ケトン類のヒドロシリル化反応においてそれぞれ特徴ある機能を発揮することを明らかにした(Chem.Commun.,2007,269).本研究課題では,ナノメートルの分子サイズを有するデンドリマー触媒の合成とそれらの触媒機能開発に関する研究を展開してきた.平成19年度は,以下に示す成果を得た.中心部に導入する錯体部位の安定性向上の観点から,柔軟な骨格構造であるポリベンジルエーテル型のデンドリマーを有する2座配位のカルベン配位子を設計し,これらを有するロジウム(III)錯体を合成・単離した.溶液中での構造をNMRを用いて追跡したところ,第2世代デンドリマーが中心部のロジウム近傍を覆うことを示唆する結果を得た.理論計算により最適化した構造は,この実験結果を支持していることが分かった.このような現象は単座のカルベン配位子を有する錯体では観測されず,架橋型に誘導したことにより現れた特徴である.デンドリマー部位が触媒環境中心へ与える影響が,金属まわりの配位構造によって制御できうることを示している.(Dalton Trans.,2007,1567-1569).テトラエチレングリコール(TEG)のようなポリエーテル類は,水溶性の非イオン性界面活性剤として知られている.また,これら分子群は酸素原子の孤立電子対を利用して金属カチオンと錯体を形成し,相関移動触媒として機能することも分かっている.中心金属への直接的な相互作用に加えカチオンの取り込み効果による新たな機能の発現を狙い,TEG鎖を組み込んだカルベン配位子を設計した.柔軟なTEG鎖の比較として長鎖アルキル基を導入した配位子ならびに両者を併せもつ配位子も設計し,それらの前駆体となる一連のイミダゾリウム塩を合成した.触媒反応への応用を検討中である.
RhoCシグナル伝達を介した膵癌転移能獲得機構の解明と治療遺伝子の開発

RhoC遺伝子をヒト膵癌細胞株より得られたcDNAからPCR法によって増幅させ、変異の有無をスクリーニングした結果、ras遺伝子のコドン12-13にみられるような変異は認められなかった。次に、RhoC遺伝子をヒト細胞株で発現させるためのベクタープラスミド(pcDNA-RhoC)およびRhoCの活性化制御部位とされるコドン117のアスパラギン酸に人工的に変異を導入してチロシンに置換した変異体を発現するベクタープラスミド(pcDNA-N117Y)を作成した。これらを膵癌細胞株に遺伝子導入して得られたRhoC、N117Y発現膵癌細胞株について、それぞれの増殖能、移動能、浸潤能を定量した。それぞれの株の間で増殖能、移動能には差がみられなかったが、浸潤能についてはRhoC導入株で増大傾向が、N117Y導入株で低下傾向が見られた。次に、N117Y遺伝子が膵癌の転移、浸潤を抑制する治療遺伝子として利用できるか否かを明らかにすることを目的として、N117Y遺伝子を導入したシャトルベクターを構築した。このベクターとアデノウイルスゲノムを大腸菌に共導入し、相同組み換えを利用してN117Y発現アデノウイルスベクター(Ad-N117Y)を作成した。同時に作成した比較対照用の空ベクター(Ad-Mock)を用いて膵癌細胞株に対する治療実験をおこなったが、Ad-Mock感染膵癌細胞株と比較して、Ad-N117Y感染膵癌細胞株の増殖能、移動能、接着能、浸潤能のいずれにおいても統計学的に有意な抑制効果は確認されなかった。癌の転移に重要な役割を果たしていると考えられているRhoC遺伝子を制御し,癌治療遺伝子として応用することを目的として以下の研究を行った.ヒト膵癌細胞株よりmRNAを抽出し,逆転写酵素を用いてcDNAライブラリーを作成した.これをもとに,特異的プライマーを用いたPCR法によってRhoC遺伝子を抽出した.RhoC効果器領域であるコドン117のアスパラギンをチロシンに置換する変異をoverlap-PCR法とライゲーション反応を利用した遺伝子操作によって導入し,RhoC抑制変異体遺伝子N117Yを作成した.シーケンスにてDNA配列を確認後,哺乳類細胞発現ベクターであるpcDNA3.1+プラスミドおよびアデノウイルスベクターAdEASYシステムに導入し,N117Y遺伝子発現プラスミドおよびN117Y遺伝子発現非増殖型アデノウイルスベクターを構築した(pcDNA-N117Y,AdCMV-N117Y).pcDNA-N117Yプラスミドを導入して得られた膵癌細胞株(PCI43-N117Y,PCI19-N117Y)では,増殖抑制効果は見られなかったものの,基底膜浸潤能を調べるマトリゲル透過性試験においてN117Y導入株でのみ浸潤能の低下が確認された.これは,N117Y遺伝子の発現によって膵癌の浸潤能が低下したことを示している.以上の結果から,N117Y遺伝子が膵癌の浸潤・転移を抑制する治療遺伝子としての可能性が示唆された.RhoC遺伝子をヒト膵癌細胞株より得られたcDNAからPCR法によって増幅させ、変異の有無をスクリーニングした結果、ras遺伝子のコドン12-13にみられるような変異は認められなかった。

次に、N117Y遺伝子が膵癌の転移、浸潤を抑制する治療遺伝子として利用できるか否かを明らかにすることを目的として、N117Y遺伝子を導入したシャトルベクターを構築した。このベクターとアデノウイルスゲノムを大腸菌に共導入し、相同組み換えを利用してN117Y発現アデノウイルスベクター(Ad-N117Y)を作成した。同時に作成した比較対照用の空ベクター(Ad-Mock)を用いて膵癌細胞株に対する治療実験をおこなったが、Ad-Mock感染膵癌細胞株と比較して、Ad-N117Y感染膵癌細胞株の増殖能、移動能、接着能、浸潤能のいずれにおいても統計学的に有意な抑制効果は確認されなかった。
インテグリンおよび増殖因子受容体の複合体形成における糖鎖の役割

インテグリンが細胞増殖因子受容体との相互作用は、細胞の増殖・移動・生存などの生理的な過程のみならず、癌細胞の増殖・転移・浸潤など病理的な過程に重要な役割を担っている。一方、糖鎖は多くの膜蛋白質を修飾し、その機能を制御することが明らかになっているが、細胞膜上での分子間の複合体形成における役割に関してはほとんど不明である。その分子的基盤の解明は生理的な細胞内情報伝達システムや、またそのシステム破綻による癌化などの原因解明に不可欠である。本研究の目的は、インテグリンのアスパラギン型糖鎖に焦点を絞り、改変される糖鎖構造を持つインテグリンが細胞の増殖・接着・運動への影響と、それに共役した増殖因子受容体を介するシグナル伝達の変化の解析を通じて、インテグリン-増殖因子受容体の複合体形成に重要な糖鎖上のモジュールを明らかにすることにある。我々はこの2年間の研究を通じて以下の糖鎖機能が明らかとなった。1)糖転移酵素GnT-IIIを導入した癌細胞株では、細胞接着や細胞浸潤能が抑制されることが明らかとなった。それの結果はbisecting GlcNAc糖鎖がインテグリンに抑制的に働くことを示唆した。2)インテグリンα5サブユニットの機能制御に関わる糖鎖付加部位を特定した。3)インテグリンα3サブユニットの機能制御にコアフコースが必要である。Fut8欠損細胞においては、インテグリンα3の機能が低下していたが、Fut8の再導入でα3の機能が回復された。4)コアフコース糖鎖付加は増殖因子受容体EGFRの機能発揮およびインテグリンとの複合体の形成にも重要であることを明らかにした。平成16年度では、我々が以下の3点を調べ、部分的に明らかとなった。1)インテグリンα5サブユニットの機能制御に関わる糖鎖付加部位の特定:部位特異的変異導入法を用いてインテグリンα5サブユニットに各アスパラギン型糖鎖の結合部位に点変異を導入して、細胞表面にインテグリンの発現量および細胞接着能の変化を調べる結果、糖鎖付加サイトの3,4,5番が重要であることが明らかとなった。2)インテグリンの機能制御に重要な糖鎖上のモジュールの特定:糖転移酵素GnT-IIIを導入した癌細胞株では、細胞接着や細胞浸潤能が抑制されることが明らかとなった。3)インテグリン及び増殖因子受容体の複合体の形成および機能制御:糖転移酵素GnT-IIIを導入した神経細胞では、インテグリンと増殖因子受容体の相乗作用が低下することによって神経突起の形成が抑制された。

一方、糖鎖は多くの膜蛋白質を修飾し、その機能を制御することが明らかになっているが、細胞膜上での分子間の複合体形成における役割に関してはほとんど不明である。その分子的基盤の解明は生理的な細胞内情報伝達システムや、またそのシステム破綻による癌化などの原因解明に不可欠である。本研究の目的は、インテグリンのアスパラギン型糖鎖に焦点を絞り、改変される糖鎖構造を持つインテグリンが細胞の増殖・接着・運動への影響と、それに共役した増殖因子受容体を介するシグナル伝達の変化の解析を通じて、インテグリン-増殖因子受容体の複合体形成に重要な糖鎖上のモジュールを明らかにすることにある。平成17年度では、我々が以下の3点を調べ、糖鎖の機能が明らかとなった。1)インテグリンα3サブユニットの機能制御にコアフコースが必要である。Fut8欠損細胞においては、インテグリンα3の機能が低下していたが、Fut8の再導入でα3の機能が回復された。2)部位特異的変異導入法を用いてインテグリンα5サブユニットに各アスパラギン型糖鎖の結合部位に点変異を導入して、細胞表面にインテグリンの発現量および細胞接着能の変化を調べた。その結果、糖鎖付加サイトの3,4,5番が重要であることが明らかとなった。3)コアフコース糖鎖付加は増殖因子受容体EGFRの機能発揮およびインテグリンとの複合体の形成にも重要である。
タンパク-タンパク相互作用面の構造インフォマティクス

タンパク質の配列データベースUniProt 2.3(全14万エントリー)より、会合状態に関する注釈があり、かつ立体構造が判明しているエントリ2380個を抜き出し,「配列の85%が1つのドメインでカバーされている」「構造が不明な部分は最大40残基以下」の二つを用いて818個の「単一ドメインから成るホモ多量体」を得た。これらがとりうる会合状態と構造の関係を要領で調べた。まず「あるfoldに属するタンパク質が取る会合状態の集合」を「そのfoldで取り得る会合状態」と考えることにする。たとえば、あるfoldに二量体、四量体、八量体をとるタンパク質が属する場合、「そのfoldならば二、四、八量体を取り得る」と捉える事が出来る。逆に、大量のタンパク質があるfoldに所属していたとしても、それらのタンパク質が全て二量体であった場合、そのfoldで取り得るのは二量体のみ、ということになる。これにより、「取り得る会合状態が複数あるfold」を選び出したところ、その数は69であった。これら69のfoldそれぞれにつき、所属するタンパク質がさらに下位の分類(superfamily、family、domain)ではどのように分布しているか、階層構造をチェックした。その結果、53のfoldで、「そのfoldに所属するタンパク質は全て同一のsuperfamilyに属する」ことが明らかになった。これは同一foldに属するタンパク質の会合状態の違いが、「superfamilyの違い」よりも、それ以下(familyやdomain、species)の違いによって引き起こされている事を示唆している。また、特に会合状態の違いは「familyが異なるタンパク質同士」や「domainが異なるタンパク質同士」に良く見られることも分かった。現在、各階層でどのような構造的・配列的差異があるかをより詳細に知るため、「同じdomainに属するタンパク質(=speciesが異なるタンパク質)」間での「会合状態別の相互作用面の構造・配列上の位置」及び「会合状態が同じ/異なるタンパク質を重ね合わせた時のCα間距離と相互作用面の関係」について調査を行っている。
跳躍眼球運動時における位置情報処理の空間周波数特性に関する研究

人間が、対象に視線を向ける際に行う高速な眼球運動を跳躍眼球運動(以下、サッカード)と呼ぶ。サッカードの直前から直後の時間帯に光点や線分などの視覚刺激を瞬間呈示すると、実際の位置からずれて知覚されることが知られている。この知覚現象に関して、視覚刺激の空間周波数の影響を調べた研究はまだない。本研究では、刺激の空間周波数成分と知覚的位置ずれとの関係を心理物理実験により調べ、エッジに含まれる高空間周波数成分の有無はサッカード時の知覚的位置ずれに影響しないことを明らかにした。平成20年度は、跳躍眼球運動(サッカード)時に瞬間呈示された視覚刺激の知覚的位置に関する空間周波数特性を測定するため、高精度な眼球運動測定に必要な実験環境及び装置の整備を主に行った。サッカードは非常に短時間かつ高速に行われる眼球運動であるため、高い空間・時間分解能が要求される。そのため、画像処理に基づいて視線方向を求める方式を用いた場合、十分な時間分解能が得られない可能性がある。そこで、コンピュータによる画像処理を用いずに、眼球の角膜(黒目)と強膜(白目)の反射率の差を電気的に計測し、そこから水平方向の眼球位置を求める測定装置を導入した。また、サッカードの開始時点と視覚刺激の呈示タイミングとの関係が、サッカード時の空間定位において大きく影響することが過去の研究で知られている。そこで、眼球運動と刺激呈示タイミングの同期をとる必要がある。本研究では、刺激呈示タイミングをより厳密に計測するため、刺激と同時に発光する部分をフォトダイオードにより検出し、その電気信号を刺激タイミング信号として用いた。これと眼球運動測定装置からの電気信号をA/D変換回路を介してコンピュータに取り込み、1kHzのサンプリングレートで計測・記録のできるシステムを構築した。視覚刺激を時間的に厳密に呈示するため、時間分解能が高く、また画面を見る角度等により輝度の変化が少ないCRTディスプレイを用いて刺激呈示を行った。この実験装置を用いて実際の眼球運動を測定したところ、空間的・時間的に良好な精度の測定が可能となった。また、刺激呈示タイミングとの同期も高い精度でとれることがわかった。平成21年度は、前年度に整備した実験環境及び装置を用いて、跳躍眼球運動(サッカード)時に瞬間呈示された視覚刺激の知覚的位置に関する空間周波数特性を、心理物理学実験により実際に測定した。刺激の空間周波数の影響を明らかにするために、本研究では高空間周波数成分(輝度によるエッジ)を含む刺激と含まない刺激とを用いて比較を行った。具体的には、半径2degの円刺激と、そのエッジをぼかして高空間周波数成分を除去した刺激(ガウシアン刺激)を用いた。この両者は刺激に含まれる輝度の最大値が等しく、また画面の平均輝度が同一になるようにガウシアン刺激の広がりを調整した。この2種類の刺激に加えて、従来の研究でよく用いられてきたドット刺激(半径0.25deg)を加えた3条件で実験を行った。視覚刺激は常に画面の中央に、サッカード開始前後のランダムなタイミングで13.3ms呈示された。被験者は画面の中央を挟むように、左から右へ8deg視線を移動し、その後、呈示された刺激の中央をマウスカーソルで示して応答した。被験者は各刺激条件で200試行ずつ、計600試行を20セッションに分けて行った。その結果、いずれの刺激条件においても、サッカード開始50ms前くらいから刺激がサッカードの方向(右方向)にずれて知覚されるようになり、サッカード中にずれが減少し、サッカード直後には逆方向(左方向)にずれて知覚された。この結果は、多くの過去の報告とも一致している。円刺激とガウシアン刺激の条件では、刺激の空間定位の時間経過やずれの量にほとんど違いがなかった。このことは、高空間周波数成分の有無は、サッカード時の刺激の定位に影響しないことを示唆する。一方で、ドット刺激の場合は他の2条件と比べて応答のばらっきが大きくなった。このことは、刺激の大きさ、あるいは目に入射する光量の違いであると考えられ、今後の検討が必要である。
金属間化合物構造体作製のための接合とその強度

金属間化合物TiAlは高温での高比強度を有することより新しい新構造用材料として注目されている。本研究では、大型構造物としてこのTiAlを実用化する際に問題となるその接合技術、特に比較的低温で材料母材の劣化なく接合できる可能性のある反応合成を用いた接合を新たに試みた。接合するTiAl母材の間にAlとTiの混合粉末圧粉体などをインサート材として挿入し、ある温度まで加熱するとインサート材中のAlとTiが反応し金属間化合物を形成する反応合成が起こると同時にインサート材と母材の反応を利用して従来まで困難とされてきた接合を比較的低温で短時間のうちに完成させる可能性がある。混合粉末を熱分析、および各温度まで熱処理を行った試料のX線回折を行うことにより、Alが溶融することによりAl中へのTiの拡散が起こりやすくなり燃焼合成反応が起こることがわかった。しかしながら、Ti粉末の粒径が大きいとTiは完全には反応できず結果として、合成後はAl_3TiとTiから構成される合金となった。この反応合成を接合に供すると、反応合成が起こると母材TiAlとインサート材との間にAl_3Ti反応層が形成し、接合が可能になることがわかった。接合界面での延性を増すために、熱処理を行うとインサート材は母材よりも微細なラメラ組織化したが、インサート材と母材界面はラメラ化せずγ単相となった。同様にインサート材として混合粉末の代わりにAlシートを用いてもほぼ同様な接合組織を示したことより、溶融AlとTiAlとの反応が接合に大きく関与していることがわかった。得られた接合体は200240MPa程度の引張強度を有したが、破断はラメラ化しなかったγ粒界で起こることより、全体をラメラ化するための考察が必要であることがわかった。
量子ドット-ナノ共振器多重量子結合系における固体量子電気力学探究と新ナノ光源創成

これまでに構築した量子ドット・ナノ共振器形成技術を軸として、同系を用いた共振器量子電気力学実験を精力的に推進するとともに、形成技術そのものに関してもより一層の高度化を図った。また、さらなる量子ドット・共振器結合系の高品質化を目指し、電磁界計算を用いていくつかのナノ共振器構造に関する解析を進め、実験的に評価した。一方、理論面からも量子ドット共振器量子電気力学系を探求し、新たな知見を得た。さらには、これらの基盤技術をベースとして量子光源技術・ナノレーザ技術への展開も推進した。以上の取り組みの結果として、以下に記す多くの成果をあげることができた。1.量子ドット・ナノ共振器形成基盤技術開発:分子線工ピタキシーによる結晶成長条件をより緻密に制御することで、高品質低密度量子ドットの成長技術をさらに発展させることに成功した。また、量子ドットの空間分布制御技術として、埋め込みヘテロ成長にも取り組んだ。付随する半導体ナノ加工プロセス技術も同時に開拓することで、埋め込んだ量子ドットと高品質フォトニック結晶ナノ共振器との融合を実現した。一方、量子ドットの空間的なランダム分布を克服し高品質多重量子結合系を実現する手法として微小フォトニック構造の転写技術の開発も進め、量子ドット-ナノ共振器系と細線光導波路との光結合に成功した。また、半導体ナノ加工条件の最適化に粘り強く取り組むことで、量子ドットを含む2次元および3次元フォトニック結晶ナノ共振器において一層の高Q値化を達成した。同時に、高Q値と極小モード体積同時にを実現可能ないくつかの共振器構造に関して電磁界計算・実験により検討を進めた。加えて、InGaN系およびGaN系量子ドットやナノワイヤ量子ドットに関して、結晶成長技術の高度化を進めた。2.固体量子電気力学探究:縮退2モードフォトニック結晶ナノ共振器に関する理論検討を進め、光軌道角運動量状態を用いた励起により共振器内部に円偏光特異点が実現可能であることを見出した。これにより、量子ドットを用いた光角運動量-電子スピン変換が可能であることを理論的に明らかにした。また、幾何学位相を考慮したナノ共振器設計に取り組み、単一モード性を担保しつつ高Q値・微小モード体積を実現できることを見出した。幾何学位相の観点からは、励起子分子遷移を含む量子ドット・ナノ共振器系の励振手法に関しても検討を進めた。また、スピンを考慮した量子ドット系において急峻な磁場印加に対する非線形応答の解析も進めた。実験的には、量子ドット・ナノ共振器強結合系における真空ラビ振動を詳細に解析し、位相緩和やキャリア注入時間といった重要パラメータを推定することに成功し、真空ラビ振動が量子ドット周囲環境に対する高感度プローブとして利用できることを示した。さらには、スピン注入下で発振方向を制御可能な光微小共振器を設計し、基礎的な実験実証を行った。また、カイラル3次元フォトニック結晶における量子ドットの自然放出を調べることで、円偏極した真空場の存在を明らかにした。3.極限量子ドット光源開発:量子ドット-ナノ共振器系-細線光導波路結合系において、Purcell効果の発現した高速単一光子発生およびその光導波の観測に成功した。また、プラズモニック微小共振器において単一プラズモン生成を実現し、その起源が横高次モードを用いたウィスパリングギャラリーモードであることを明らかにした。また、幾何学位相を制御したナノ共振器と量子ドットを組わせた系において、疑似連続波レーザ発振を観測した。一方、GaN界面揺らぎ量子ドットからの高純度単一光子発生に成功するとともに、その発光の温度依存性を詳細に調べた。また、窒化物量子ドット単一光子源におけるスペクトル拡散の影響を明らかにした。これまでに得られた成果を発展させ、高品質な量子ドット-ナノ共振器系を利用した共振器量子電気力学実験が進展するとともに、量子ドットの空間分布制御や高品質多重量子結合系を実現する作製手法の開拓も行い、それぞれ重要な成果に繋がっている。理論面でも、新たな視点を取り入れつつ、多モード系の特徴を生かした光角運動量-電子スピン変換の提案に至るなど、順調に発展していると言える。以上の状況を勘案し、「2おおむね順調に進展している」の評価とした。研究はおおむね順調に進展してきており、引き続き計画に従って着実に研究を推進する。一方、すでに5年ある研究期間の中盤を過ぎたことを考慮し、これまでに確立した量子ドット-ナノ共振器結合系に対する高品質作製技術の特色を生かすことが可能な研究テーマに対して、より重点的に研究リソースを投入することを検討している。そこで、下記の取り組みを中心に据えた研究推進方策をとることとする。1.量子ドット・ナノ共振器形成基盤技術開発:低密度量子ドット結晶成長技術をさらに追及する。これまでの研究で、量子ドット発光ピーク密度・発光線幅・荷電状態などの主要パラメータが、量子ドット形成後のポストアニール・部分キャップ形成・インジウムフラッシュ過程に大きく依存することが分かっている。これらの条件をさらに制御することで、励起子分子束縛エネルギーや励起子微細構造分裂エネルギーなど、共振器量子電気力学実験を遂行する上での重要物性値の制御にも積極的に取り組む。また、新たに電磁界設計を進めているフォトニック結晶ナノ共振器に対して、ナノ加工条件を徹底的に最適化し、高品質量子ドットと組みわせることで量子ドット共振器量子電気力学における性能指数の飛躍的向上に引き続き挑戦する。

また、ナノ共振器中の量子ドット位置読み取り技術、ナノ共振器の転写技術や埋め込みヘテロ成長技術を駆使することで、多重量子結合系を自在に作製する基盤技術の開発に継続して取り組む。2.固体量子電気力学探究:単一量子ドットと高性能フォトニック結晶ナノ共振器を組わせた系を用いて、少数光子非線形光学効果や多光子相関状態生成といった現象の観測に挑戦する。また、量子ドット内の励起子分子などを活用することで、多光子強結合状態や真空誘導断熱ラマン遷移などの単一量子ドット共振器量子電気力学の未踏領域にも挑戦する。理論面からも、幾何学位相に着目した量子操作など、新規物理現象の探求を引き続き進める。多重量子結合系に関しても、2共振器モードー単一量子ドット系やそのさらなる発展系を対象に理論検討を加速する。実験的にも、これまでに発展させた作製技術を駆使して試料を準備し、超高速ダイナミクスや多光子量子相関といった現象に着目しつつ光学実験を進める。3.極限量子ドット光源開発:これまでに開発した高性能フォトニック結晶ナノ共振器を利用することで有限少数個量子ドットレーザの研究を加速する。また、量子ドット共振器量子電気力学効果を活用した超高速・コヒーレント単一光子発生器といった極限量子光源に関する研究を進める。その際、導波路結合やプラズモニクスを活用し、応用の観点も意識した開発を行う。さらには、窒化物系半導体の利用による室温動作も検討する。多重量子結合系における共振器量子電気力学効果を活用した光渦生成等の創発的量子ドット光源に関して、引き続き理論・実験両面から検討を進める。量子ドット中のスピン自由度の活用なども検討し、スピンレーザーなどの新規量子ドット光源の実現にも取り組む。研究初年度として、この一年間は量子ドット・ナノ共振器形成技術の高度化を基軸に研究を進めるとともに、量子ドットCQEDの実験・理論および有限少数個量子ドットレーザを中心とする光源開発を推進してきた。その結果、これまでの研究において、下記3つの全ての研究領域で多くの重要成果をあげることができた。1.量子ドット・ナノ共振器形成基盤技術開発においては、共振器内量子ドットのナノ精度位置読み出し技術や2次元/3次元フォトニック結晶ナノ共振器の高Q値化技術の構築に成功している。特に、3次元フォトニック結晶技術では新規積層手法の開発に成功しており、今後のさらなる発展が見込まれる。さらには窒化物を含むナノワイヤ量子ドットの高品質成長技術の高度化や高輝度・高品質自己形成InAs/GaAs量子ドットの形成技術においても顕著な進展が見られた。2.固体量子電気力学探究においては、結合ナノ共振器-量子ドット系における自励振動現象について理論的に重要な知見を見出したほか、量子ドット-共振器系の発光における周波数フィルタ効果についても理論構築に成功した。また、単一・複数量子ドット-ナノ共振器結合系における極限物性および共振器量子電気力学(CQED)効果の発現について理論検討を進展させた。中でも、縮退共振器モードを活用した量子ドットスピン-軌道角運動量変換の可能性の理論実証に成功した。また、平衡/非平衡状態にある量子多体系の理論解析においても物理/応用の両面から検討を進めた。