hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
シリコン表面に化学結合した共役系分子の電気伝導

本研究の目的は、シリコン基板上で垂直配向させたπ共役系分子をアミノ基を介した化学結合によって基板上に固定化し、基板-有機分子または有機分子-STM探針を連結する化学種が、分子を介した電子伝導にどの様に影響するかを解析することにある。シリコン基板上にπ共役系分子を固定化するためには、Si(111)7x7の清浄表面上を超高真空中で作成したシリコン基板を大気開放せずに有機分子蒸着用の真空装置に搬送する必要があった。そこで、昨年度は試料搬送用真空装置を設計し既存の蒸着装置に追加した。検討の結果、搬送中にSi基板表面が汚染され正確な評価が困難であることが判明した。そこで平成19年度はこの点を改良する為に超高真空中でのSi清浄表面の作製とπ共役電子系分子の蒸着を超高真空中で一貫して作製し、そのまま超高真空STMによって観察できるように装置の改造を行った。作製した試料のSTM観察を行ったところ、Si(111)7x7表面構造を原子スケールで観察でき、またπ共役役系分子を反応させた後はπ共役役系分子が基板に対して垂直に配向した状態で吸着していることが分かった。興味深い事に、Si(111)7x7構造の中のレストアトムの位置に選択的にπ共役系分子が固定化されている事が分かった。化学結合の形成の有無をX線光電子分光法(XPS)によって解析したところ、Si表面のレストアトムと有機分子のアミノ基が反応しSi-N結合が形成している事が明らかになった。今回見られた、位置選択的な結合形成は、シリコン基板上に有機分子を特定の配列を持たせて固定化する際に有用な手法となると考えられる。本研究の目的は、基板-有機分子または有機分子-STM探針を連結する化学種が、分子を介した電子伝導にどの様に影響するかを解析することにある。具体的には、共役結合と非共役結合を用いて分子の両端を接合した試料、あるいは基板/分子界面または分子/探針界面の何れかに非共役結合を導入した試料でトンネル電流を比較する。この様にして、有機分子を経由する電気伝導が、基板と探針のどちらの接合界面に強く影響されているかを明らかにする。さらに、共役連鎖長の異なるオリゴマーをシリコン基板上で合成した後、STM探針と化学的に結合させ共役連鎖長の異なるナノ構造体を形成する。この試料のトンネル電流測定から分子内の電気伝導と共役連鎖長の関係を解析する。本研究は全体を以下の4つのステージに分けて実施している。1.アミノ基終端シリコン基板の作成と共役系分子の固定化2.化学修飾したSTM探針の作成3.基板-共役系分子-STM探針からなるナノ構造体の構築と電気伝導性評価4.ナノ構造体の共役連鎖長制御と電気伝導性評価18年度は、上記の1、2について実施した。アミノ基終端したシリコン基板に共役系分子を反応させるために、アミノ化後の基板を大気開放せずに有機分子蒸着用の真空装置に搬送する必要があった。そこで試料搬送用真空装置を設計し既存の蒸着装置に追加した。実際に試料搬送用装置を用いてサンプルを搬送したところ基板表面が汚染され正確な評価が困難であることが判明した。現在、試料搬送装置の改良を実施している。今回の結果を受けて、アミノ基終端シリコン基板であっても、試料の作成から評価までを厳密に管理した条件下で行う事が必要である事が明らかになった。そこで評価用の超高真空STM装置にアミノ基終端基板作成用のチャンバーを連結する事を行う。これにより真空中での素子作製から評価までを一貫して進めることが可能となり試料搬送に伴う問題を回避できると考えられる。
肝細胞癌におけるNK細胞感受性の分子機構の解明と腫瘍免疫治療法の開発

NKG2D活性化レセプターのリガンドであるMHCclass I-related chain A(MICA)はトンンスフォームした細胞の細胞膜上に発現誘導され、その一部が膜貫通領域の直上で切断され培養液中に放出されることが知られている。本研究では可溶型MICAの臨床的かつ免疫学的意義を明らかにするために、肝疾患患者の血清中の同分子の動態について解析した。可溶型MICAの血清濃度は健常者では低値であったが、慢性肝炎、肝硬変、肝がんと疾患が進行するに伴い上昇した。肝がんの進展および背景肝の病態の進行は可溶型MICAの臨床的かつ免疫学的意義を明らかにするために、肝疾患患者の血清中の同分子の動態について解析した。肝がんの進展および背景肝の病態の進行は可溶型MICAの上昇に寄与する独立した因子であった。組織学的な検討によりMICAは肝がん組織の腫瘍細胞のみならず、硬変肝の肝細胞にも発現が認められた。また、膜結合型MICAは初代培養ヒト肝細胞では発現が認められなかったが、HepG2をはじめとする肝がん細胞株では発現が認められ、可溶型の培養液中への放出も確認された。肝がん患者に対するTAE治療介入前後で可溶型MICAを検討すると、治療介入により血清可溶型MICA濃度は有意に低下した。また、同時にNK細胞あるいはCD8陽性T細胞のNKG2Dの発現は治療により有意に上昇した。治療前後における可溶型MICAとNKG2Dの変化量の間には負の相関が認められた。MICAcDNAより作成した可溶型MICAの添加により、健常者末梢血中のNK細胞のNKG2D発現は低下し、またK562細胞傷害活性を指標にしたNK活性は有意に低下した。可溶型MICAは肝疾患の進行に伴い上昇し、腫瘍細胞に対する免疫認識を低下させることが示唆された。肝がんに対する治療介入はこのような免疫病態を改善する上で有用であると考えられる。NKG2DリガンドであるMICA/Bは細胞膜上で酵素依存的な切断を受け、血清中に放出されることが知られている。肝疾患における可溶型MICA/B(sMICA/B)の動態を俯瞰するため、健常者104例、慢性肝炎患者141例、肝硬変患者104例、肝がん患者232例の保存血清を用いてsMICA/Bの測定を行った。sMICA、sMICBともに健常者に比し、慢性肝炎患者で有意に高値であり、さらに肝硬変患者では慢性肝炎より高値、肝がん患者では肝硬変患者より高値であった。肝生検が行われていた98例のサンプル用いて検討すると、sMICA、sMICBともに線維化ステージの進行に伴いその血清濃度が上昇した。肝硬変・肝がん患者のサンプルを用いて多変量解析を行うと、Child-Pughスコアと肝がんの有無がsMICAおよびsMICBの濃度に寄与する因子であった。なお、血清sMICAとsMICBの間には有意な相関はみられなかった。以上のことより、sMICAとsMICBは肝臓の線維化と発がんに関連して上昇する血清マーカーであることが示された。

sMICAとsMICBのカットオフ値をそれぞれ550pg/mL、850pg/mとして患者の生存との関係を解析すると、sMICAあるいはsMICBが高値の患者は有意にその予後が不良であった。sMICAおよびその近縁分子であるsMICBはNK細胞のNKG2D発現を低下させる機能分子であることから、慢性肝疾患の進展に伴うsMICA/Bの上昇はこのような病態からの高率な発がんのひとつのメカニズムになっている可能性があると考えられた。また、sMICA/Bは肝がんの進展と背景肝疾患の進行に伴い上昇する血清マーカーであり、肝がん患者の予後を推定する上で有用なマーカーとなることが示唆された。肝がんではMICAの高発現がみられる。NK細胞のNKG2DレセプターはMICAにより刺激され、NK細胞を活性化する。肝がんがNK細胞の標的になるためにはこのMICA-NKG2D経路が重要である。昨年度の研究において、肝がん患者ではMICAが可溶型として血中に分泌され、疾患の進行に伴い高値になることが明らかとなった。可溶型MICAはNKG2Dの発現を低下させることにより免疫抑制的に働くことが指摘されているが、実際にヒトの体内でこのような現象がおこっているかどうかは不明である。今年度は肝がん患者に治療介入を行うことにより、血中MICAおよびNKG2D発現がどのように変動するかを解析し、両者の生体内での関連について検討を行った。TAE治療を行った肝がん患者38名と治療を行わなかった肝がん患者21名を登録し、治療前と治療後2週間の血清MICAをよびNKG2D発現を前向きに解析した。TAE治療介入により血清MICAは有意に低下したが、対照群では2週間の間ではMICA値の変化は認めなかった。NKG2D発現はNK細胞CD8陽性細胞のいずれにおいてもTAE治療介入により有意にその発現が上昇したが、対照群では変化がみられなかった。MICAの変動とNKG2Dの変動の間には負の相関が認められた。肝がん患者における可溶型MICAは治療介入により低下し、それに伴ってNKG2Dの発現は改善した。両者の間には負の相関があることから、血中のMICAは免疫細胞におけるNKG2Dの発現をダイナミックに調節していることが示唆された。以上のようなことから、肝がんに対する治療介入はNKG2Dに基づく免疫環境を改善する可能性があると考えられる。
インテリジェントな客から成る混雑システムのモデル化と解析

混雑システムを構成するインテリジェントな客の例として,本研究では最終的にa)交差点の歩行者,b)電車内の客,c)インターネットの利用者をとりあげ,それぞれについて,全くといってよいほど異なったアプローチからのモデル化およびシミュレーションプログラムの作成を行った.現在,それぞれ論文にとりまとめる作業を行っている.a)交差点の歩行者については,自分の速度によって決まる情報空間(視野)の中に入る対向者の速度と向きから,その対向者との衝突可能性を予測し,衝突を避けられる範囲で最も効用の高い速度と向きで歩く,という基本コンセプトでモデル化した.シミュレーションにより歩行者密度と平均歩行速度の関係を求めたところ,実際の歩行流に対して観測した従来の研究結果とよく合致することが確認された.b)電車内の客については,他人との近さおよび他人の視線を主に,他人から受ける影響をポテンシャル関数の形でとらえ,これに降りるときと乗るときのインセンティブを加え,各客が自分のポテンシャルを最小にするように振る舞うものとして,モデル化をし,シミュレーションプログラムを作成した.ここではa)のような行動予測は全く入っていない.このモデルにしたがって客の乗降に必要な時間を計測したところ,電車の混雑率と乗降客数によって.その時間が興味深い動きをすることが確認された.c)インターネット利用者については,http通信データをもとに,個人行動を考慮に入れたモデルを構築した.結果から見ると,ここでは個人の動向よりも,クライアントやサーバ側の事情というのが,ネットワークの混雑状況により大きく関係していることが観察された.混雑システムを構成するインテリジェントな客の例として,本研究では最終的にa)交差点の歩行者,b)電車内の客,c)インターネットの利用者をとりあげ,それぞれについて,全くといってよいほど異なったアプローチからのモデル化およびシミュレーションプログラムの作成を行った.現在,それぞれ論文にとりまとめる作業を行っている.a)交差点の歩行者については,自分の速度によって決まる情報空間(視野)の中に入る対向者の速度と向きから,その対向者との衝突可能性を予測し,衝突を避けられる範囲で最も効用の高い速度と向きで歩く,という基本コンセプトでモデル化した.シミュレーションにより歩行者密度と平均歩行速度の関係を求めたところ,実際の歩行流に対して観測した従来の研究結果とよく合致することが確認された.b)電車内の客については,他人との近さおよび他人の視線を主に,他人から受ける影響をポテンシャル関数の形でとらえ,これに降りるときと乗るときのインセンティブを加え,各客が自分のポテンシャルを最小にするように振る舞うものとして,モデル化をし,シミュレーションプログラムを作成した.ここではa)のような行動予測は全く入っていない.このモデルにしたがって客の乗降に必要な時間を計測したところ,電車の混雑率と乗降客数によって.その時間が興味深い動きをすることが確認された.c)インターネット利用者については,http通信データをもとに,個人行動を考慮に入れたモデルを構築した.結果から見ると,ここでは個人の動向よりも,クライアントやサーバ側の事情というのが,ネットワークの混雑状況により大きく関係していることが観察された.混雑システムを構成するインテリジェントな客の例として,a)交差点の歩行者,電車内の客b)移動通信の利用者c)インターネットの利用者をとりあげ,それぞれに対して,基礎的な調査と第1次のモデル化を行った.a)交差点の歩行者については,各歩行者に対して情報空間を定義し,その空間における他人の情報を利用して,自分の進行方向,速度等を調節するモデルを検討中である.また,電車内の客については,他人との距離および他人の視線によって居心地が変化するモデルを検討中である.これによって人の立ち位置の分析ができる.b)移動通信の利用者については,学生を対象に,いつどのような状況で携帯電話を利用するか,聞き取り調査を開始した.c)インターネット利用者については,http通信データから,1回の利用によって発生する通信トラヒック量の測定を開始した.個人のプライバシーに配慮しながらの測定なため,思うようなデータがなかなかとれないでいるが,それでも1回の利用によるパケット数やデータ通信量がパレート分布で近似できることなどがわかってきている.混雑システムを構成するインテリジェントな客の例として,a)交差点の歩行者,電車内の客b)移動通信の利用者c)インターネットの利用者をとりあげ,それぞれに対して,本格的なモデル化に着手した.a)交差点の歩行者については,具体的なシミュレーションモデルが一応完成した.そこでは,各歩行者に位置と速度,目的地,自分の歩行方向と速度に対する効用を表すポテンシャル関数,などを与え,各歩行者は自分および周囲の歩行者の位置と速度から将来の衝突可能性を判断し,衝突しない条件の下で効用を最大にする方向と速度で進む.比較的簡単な原理にも関わらず,追い越し,回避行動,交差点での歩行流の形成,歩行者密度による歩行速度の減少,など,実際の歩行者行動に見られる多くの現象が比較的忠実に再現可能となった.また,電車内の客については,立ち位置モデルを完成させ,次の人が動くモデルの構築に取りかかった.b)移動通信の利用者については,基地局設置のアルゴリズムとシミュレーションモデルを構築中である.c)インターネット利用者については,http通信データの解析がほぼ一段落し,個人行動を考慮に入れたモデルの構築に取りかかっている.混雑システムを構成するインテリジェントな客の例として,a)交差点の歩行者b)電車内の客c)インターネットの利用者をとりあげ,ほぼモデル化が終了した.現在,論文にとりまとめる作業を行っている.

a)交差点の歩行者については,昨年度作成したシミュレーションモデルをさらに改良するとともに,歩行者密度と平均歩行速度の関係をシミュレーションで求め,それを実際の歩行流に対して観測した従来の研究結果と比較した.まだ検討が十分ではないが,今のところシミュレーション結果と観測結果は非常によくあっている.b)電車内の客については,立ち位置モデルに加えて乗降モデルを完成させ,駅に電車が着いたときに,客が降りまた乗り込み,発車までに自分の立ち位置を確保するまでの一連のシミュレーションが可能となった.これをもとに,客の乗降に必要な時間を計測したところ,電車の混雑率と乗降客数によって,その時間が興味深い動きをすることが確認できた.c)インターネット利用者については,http通信データをもとに,個人行動を考慮に入れたモデルを構築した.結果から見ると,ここでは個人の動向よりも,クライアントやサーバ側の事情というのが,ネットワークの混雑状況により大きく関係していることが観察された.
マイクロチップ上の遺伝子及びタンパク質の検出に用いる超高感度発光プローブの創製

本研究では、細胞内で発現している極微量の核酸遺伝子やタンパク質の多型を網羅的に解析できる、新しい超高感度分子プローブの開発を目的としている。本年度は、膜上のアビジン類タンパク質を特異的に検出できるプローブの創製を目指して、新規発光性核酸プローブの合成研究を計画した。具体的には、大腸菌2本鎖DNAを基本骨格に持ち、分子内に多数のイソルミノールおよびビオチンを結合させた、新規化学発光性DNAプローブを合成した。その結果、市販のイソルミノール化試薬およびビオチン化試薬を用いて非常に簡便な操作で合成でき、かつエタノール沈殿のみで精製できることが分かった。このDNAプローブの化学発光強度を調べたところ、非常に強い発光を示すことを見出した。また、プロテインチップへの応用を考慮し、PVDF膜に吸着させたアビジン類タンパク質に対するDNAプローブの結合能を評価したところ、DNAプローブとアビジン類タンパク質の特異的結合、およびDNAプローブがアビジンを介して連鎖複合体を形成することが確認できた。本法によるビオチンおよびイソルミノール標識化を核酸アプタマーに応用できれば、検体タンパク質に結合したアプタマーを起点として、検体タンパク質に結合していないアプタマーがビオチンを介して連鎖的に複合体を形成するため、検出感度を大幅に上昇させることが可能となる。すなわち、本研究の結果より本法は、網羅的タンパク質解析のための超高感度核酸アプタマー検出に応用可能であることが示唆された。本研究では、マイクロチップ上で、細胞内に発現している極微量の遺伝子(mRNA, DNA)やタンパク質を検出できる超高感度発光性プローブの開発研究を行う。具体的には、固相に吸着している遺伝子mRNAやDNAの相補鎖DNAあるいは生理活性タンパク質などを特異的かつ高感度に検出するために、ターゲット分子に対する特異性と結合能をそれぞれ損なわずに、かつ強い検出用シグナルを与えるプローブとして、4種類の核酸塩基がリン酸エステル結合で繰り返し結合している高分子量の核酸分子を新しい検出用プローブとして開発するものである。そこで、本年度の研究では、高分子量の核酸を発光プローブとして活用させるために、アビジンタンパク質に強く結合する低分子量のビオチン並びに強化学発光性の低分子量物質イソルミノールを高分子量の核酸に数多く結合させる化学反応の開発研究を開始した。まず、高分子量の核酸のリボースに結合している多数のリン酸エステル基と結合できる化合物として、イソルミノールに反応基としてエポキシドを導入している新規有機化合物の合成法について検討した。その結果、各種機器分析によって、設計通りの化合物が得られていることが分かった。今後、核酸との反応性を調べる。さらに、高分子量の核酸に直接、イソルミノールを数多く結合させる有機反応条件について検討した。その結果、高分子量核酸に約6%(W/W)のイソルミノールが結合している化学発光性核酸プローブを得ることができた。今後、より高感度なプローブにするために、反応収率をさらに高める検討を行う。
ビタミンD受容体障害の分子遺伝学的解析とビタミンD作用の発現調節に関する研究

核に存在する転写因子であるビタミンD受容体(VDR)は、ヒトオステオカルシン遺伝子のビタミンD反応領域(VDRE)に結合して発現を調節する。VDRの障害であるビタミンD依存性くる病II型(VDDR II)の中で、VDR遺伝子の同一変異を有する患者においても症状の程度は多様である。さらに、くる病所見が治療により正常化したのちに、治療を中止しても骨病変は再発しない。このような臨床的知見を説明することは、ビタミンDおよびVDRの作用およびその機序を明らかにするために重要である。そこで、作用機序および受容体の構造がVDRに極めて類似しているレチノイン酸(RA)およびトリヨードサイロニン(T3)が活性型ビタミンD(1.25(OH)_2D_3)の作用を代償している可能性について検討した。すなわち、1,25(OH)_2D_3、RAおよびT3を加えて培養した皮膚線維芽細胞の核抽出蛋白とVDREを反応させて、複合体の形成能について検討した。正常細胞に0.1nM,1nM,10nM,1,25(OH)_2D_3、100nM RAおよび100nM T3を単独で作用させると、何も作用させない時に比して複合体の形成は、それぞれ322%,235%,148%,123%および306%に増加した。しかし、1,25(OH)_2D_3とRAあるいは1,25(OH)_2D_3とT3に組み合わせて作用させても、単独使用時と同様の結果であった。一方、VDRの障害している患者細胞の複合体形成能は、何も作用させていないときは正常の45%であったが、1nMおよび10nMの1,25(OH)_2D_3を作用させると、それぞれ87%および61%に増加した。またRAあるいはT3によっても増加したが、1,25(OH)_2D_3と共に作用させても明かな併用効果は見られなかった。このように、オステオカルシン遺伝子の転写調節には1,25(OH)_2D_3だけではなく、RAやT3も関与していることが示唆された。したがってVDDR II患者で認められた臨床症状の多様性や再発しない理由として、RAやT3が1,25(OH)_2D_3の作用を代償して作用することにより説明できるものと考えられた。正常対照およびビタミンD受容体(VDR)障害患者の培養皮膚線維芽細胞を0,10^<-10>M10^<-8>MのVDおよび10^<-7>Mレチノイン酸(RA)あるいは10^<-7>M甲状腺ホルモン(T3)と培養後、核粗抽出液を得た。抽出伏を^<32>Pでラベルしたオステオカルシン遺伝子のVD反応エレメント(VDRE)[5'-CCGGGTGAACGGGGGCATT-3']と、あるいはVDREにAP-1結合部位を含むVDRE-AP[5'-TTGGTGACTCACCGGGTGAACGGGGGCACC-3']と室温で反応させたのちバンドシフトアッセイにより蛋白と結合したVDREおよびVDRE-APを検出した。

VDREとの反応:正常細胞ではVD非添加細胞に比し、10^<-10>M10^<-8>MVDによりVDR・VDRE複合体の形成は増加した。その効果は10^<-10>Mで最大で、10^<-9>Mおよび10^<-8>Mでは漸減した。10^<-7>MRAあるいは10^<-7>MT3は、それぞれ単独で、あるいはVDと共存しても複合体形成に対する明かな効果を示さなかった。患者細胞では10^<-9>Mおよび10^<-8>MVDによっても複合体は増加しなかった。また10^<-7>MRAあるいは10^<-7>MT3をVD非添加および10^<-9>MVD添加細胞に加えても変化は見られなかったが、10^<-8>MVD添加細胞に加えると複合体形成は低下した。VDRE-APとの反応:正常ではVDR・VDRE複合体と同じ移動度を示すVDR・VDR-AP複合体の増加の程度はVDREとの反応に比して軽度であった。またRAおよびT3の明かな効果も見られなかった。しかしこのバンドより移動度の少し速いバンドが10^<-10>Mおよび10^<-9>MVD添加細胞、さらに10^<-7>MRAおよび10^<-7>MT3を加えたVD非添加、10^<-10>M,10^<-9>M,10^<-8>MVD添加細胞で著明に増加した。患者細胞でVDR・VDRE複合体と同じ移動度を示すバンドは10^<-7>MRAおよび10^<-7>MT3を加えたVD非添加群で増加し、10^<-8>MVD添加細胞では減少した。以上の結果より患者においてVDによるオステオカルシン遺伝子の転写は障害されているがRAおよびT3は代償して作用することが示された。新たなビタミンD依存性くる病II型(VDDR II)患者のビタミンD受容体(VDR)遺伝子を解析した。第3エクソンの+140のGがAに変異し、47番目のアルギニンがグルタミンに置換していた。この遺伝子変異は以前に報告している患者の変異と同じであるが、臨床症状は軽く、治療に要したビタミンD製剤の量も少なくて短期間に改善した。このようにVDR遺伝子の同一変異を有する患者においても症状の程度は多様である。さらに、くる病所見が治療により正常化したのちに、治療を中止しても骨病変は再発していない。VDRは、ヒトオステオカルシン遺伝子のビタミンD反応領域(VDRE)に結合して発現を調節する。そこで本研究において、作用機序および受容体の構造がVDRに極めて類似しているレチノイン酸(RA)およびトリヨードサイロニン(T3)が活性型ビタミンD(1,25(OH)_2D_3)の作用を代償している可能性について検討した。すなわち、1,25(OH)_2D_3、RAおよびT3を加えて培養した皮膚線維芽細胞の核抽出蛋白とVDREを反応させて、複合体の形成能について検討した。正常細胞に0.1nM,1nM,10nM 1,25(OH)_2D_3、100nM RAおよび100nM T3を単独で作用させると、何も作用させない時に比して複合体の形成は、それぞれ322%,235%,148%,123%および306%に増加した。しかし、1,25(OH)_2D_3とRAあるいは1,25(OH)_2D_3とT3を組み合わせて作用させても、単独使用時と同様の結果であった。一方、VDRの障害している患者細胞の複合体形成能は、何も作用させていないときは正常の45%であったが、1nMおよび10nMの1,25(OH)_2D_3を作用させると、それぞれ87%および61%に増加した。またRAあるいはT3によっても増加したが、1,25(OH)_2D_3と共に作用させても明かな併用効果は見られなかった。
ナノ組織制御によるハイブリッドエネルギー材料の創生

エネルギー材料として期待される熱電変換材料や超伝導材料などの機能性材料の高性能化のため、薄膜結晶成長技術や新規ナノ制御技術を駆使した新規な薄膜成長プロセス、微細な組織を創生する組成や組織の制御、薄膜特有の結晶成長、膜積層技術などをナノ技術、界面制御技術などの観点から融合することにより新たな機能を生成するための知見を得た。エネルギー材料として期待される熱電変換材料や超伝導材料などの機能性材料の高性能化のため、薄膜結晶成長技術や新規ナノ制御技術を駆使した新規な薄膜成長プロセス、微細な組織を創生する組成や組織の制御、薄膜特有の結晶成長、膜積層技術などをナノ技術、界面制御技術などの観点から融合することによる、次元性の異なる機能を生成するための知見を得る。酸化物系機能性材料は、基板上にc軸配向した薄膜を作製することでab面方向の電気伝導性が飛躍的に向上すると考え、結晶性が良好なc軸配向薄膜の作製を行う。薄膜作製方法として、物理気相蒸着法の一種であるパルスレーザ蒸着法(PLD)を用いて作製する。ナノ組織技術の構築は、本来の目的の減少を最小限に抑えるために、ナノ(究極に小さく、しかも均一に分散)技術の確立が、必要である。例えば、超伝導分野に必要な磁場とは、ナノサイズに分散した磁束線の制御であり、熱電分野では熱、すなわちフォノンの制御であることから、ナノ組織や組成の制御が重要である。さらに低温成膜法(LTG法)やVapor-Liquid-Solid法(VLS法)などの界面制御技術の構築は、新たな性能を生み出すだけでなく、一般的な気相膜に比べ、結晶粒界が少ない単結晶材料に近い膜を基板上に簡単に作製することができる。それらを比較することにより、物性面からナノ組織を制御する指針が得られると期待される。「超伝導や熱電変換などの機能性薄膜」の高性能化のため、以下の方法で磁束線やフォノンの制御技術を確立することを目的とし、エネルギー応用に向けて界面制御技術とナノ組織制御技術の融合を用いたハイブリッド材料薄膜の技術開発を構築するとともに、微細組織観察などから結晶成長メカニズムの解明などを検討する。超伝導薄膜では、界面制御手法および組織制御を用いて作製技術を構築する。界面制御技術は、PLD法、Layer by Layer法(積層法)などの成膜方法以外にLTG法やVLS法などを用いる。さらにナノ組織制御は様々な方法を用いて検討したが、例えばナノ陽イオン組成制御(Sm元素過剰相(低Tc相、BaZrO3(BZO)ナノロッド、BZOナノアイランドなど)、ナノ欠陥、転移制御、ナノ陰イオン組成制御(低酸素相など)などを行う。一方、熱電変換では高品質な熱電薄膜を作製した上で更なる熱電特性の向上を目指すために、熱伝導率の低減が求められる。フォノン熱伝導率の低減には、欠陥の導入により格子振動を乱すことが有効であると考えられるが、同時にキャリアの伝導を妨げないことも重要となってくる。つまり、適切な大きさ・間隔を持ったナノサイズの欠陥を熱電変換材料内部に導入することで、フォノンの熱伝導率のみを低減させることが可能であると考えられる。H19年度は、ナノ組織技術と界面制御技術の融合技術構築の一環として、ナノ組織制御を行った熱電変換薄膜の高性能化や液層介在型薄膜プロセスVapor-Liquid-Solid(VLS)成長を用いた超伝導薄膜の高性能化を中心に検討した。具体的には、「ナノBaZrO_3材料を添加したCa_3Co_4O_9熱電薄膜の熱電特性」、「異なるBa/Cu組成比のliquid層を用いて作製したVLS-LaBCO薄膜の超伝導特性」、「薄膜成長制御によるLaBa_2Cu_3O_y薄膜の超伝導転移温度向上」などの課題を解明した。特に、微細組織制御(ナノ欠陥、転移制御)と熱電変換薄膜では、高い性能を持つCa_3Co_4O_9(CCO)材料に着目し、フォノン熱伝導率(κp)を低減させることにより、性能の向上を試みた。検討項目は、熱伝導率の低減による性能の向上を目的に、微細構造観察から10nm程度と観察されたBaZrO_3ナノ粒子を添加したCCO薄膜を作製し、導入された異物質がCCO薄膜の熱電特性に与える影響について検討を行った。BaZrO_3ナノ粒子添加により熱伝導率が大きく減少した結果、熱電性能は1.3倍以上向上した。また、分子線エピタキシー法とVLS法を組み合わせた方法によって(111)Si単結晶基板上にGaAsナノワイヤを作製することを試みている。さらに成長条件を制御することにより、ナノワイヤ集合による高効率熱電変換素子の作製および熱電性能評価技術の構築を図っている。H20年度は、ナノ組織技術と界面制御技術の融合技術構築の一環として、ナノ組織制御を行った高温超伝導薄膜の高性能化、特に、低温成膜法Low temperature growth (LTG)法や液層介在型薄膜プロセスVapor-Liquid-Solid (VLS)成長を用いた超伝導薄膜の高性能化を中心に検討した。

具体的には、「(Sm_<1-z>Ba_z)-Zr-Oの微細構造制御によるSmBa_2Cu_3O_y薄膜の磁場中特性向上に関する研究」、「異なる中間層上に低温成膜法で作製したGd_<1+x>Ba_<2-x>Cu_3O_y薄膜の配向機構に関する研究」、などの課題を解明した。SmBCO+(Sm_<1-z>Ba_z)-Zr-O薄膜は、SBZO(z)のSm/Ba組成比zを変化させることで、微細構造及び超伝導特性の異方性の制御が可能であることが分かった。超伝導薄膜の特性を向上するための新たな人工ピン材料を提案することができた。また、LTG法の配向機構を検討するためにLTG-GdBCO、GdBCO/STO、GdBCO/BTO薄膜を作製、評価した。その結果、seed-layerの主な役割は格子ミスフィットの緩和であると考えられた。また、中間層を用いてGdBCO薄膜を作製することにより磁場中J_cが約5倍向上することが確認された。超伝導層の界面制御を材料及び形状(アイランドや層状など)と変化させて、形状の異なるナノ組織が超伝導膜の結晶格子内で成長するメカニズム、超伝導特性に与える影響に関して知見を得てきたエネルギー材料として期待される超伝導や熱電変換材料の高性能化のため、薄膜結晶成長技術や新規ナノ制御技術を駆使した新規な薄膜成長プロセス、微細な組織を創生する組成や組織の制御、薄膜特有の結晶成長、膜積層技術などをナノ技術、界面制御技術などの観点から融合することによる、次元性の異なる機能を生成することが期待させる。具体的には、「超伝導や熱電変換などの機能性薄膜」の高性能化のため、以下の方法で磁束線やフォノンの制御をより厳密に制御技術を確立する。本年度はナノ欠陥、転移制御やナノ陰イオン組成制御による機能性薄膜の特性向上を目的とした。前者は、目的機能を有しない析出物を微細に薄膜中に導入する、または結晶途中に混入することにより欠陥や転移を整列配置し、新たな性能を生み出す。また、後者は酸化物と窒化物の融合など、目的薄膜の陰イオンの組成制御を行い、あらたな機能を生み出す。ことにより性能向上が期待される。ナノ欠陥、転移制御ではYBa_2Cu_3O_7(YBCO)薄膜の結晶欠陥を利用したピンイングセンターの導入を目的として、酸素アニール条件を変化させてYBCO薄膜の作製を行った。その結果超伝導特性の一種である臨界電流密度(J_c)の磁場印加角度依存性においてB//cにJ_cピークが確認され、またアニール条件毎にピークの大きさが変化した。X線逆格子マッピング測定からはYBCO薄膜の酸素不均質性は確認できなかった。しかしながら微細構造観察(断面TEM観察)から、YBCO薄膜には潮方向に伸びた結晶欠陥が観察され、それらはCu-O面がずれた逆位相境界である事がわかった。さらにSTO基板表面のステップが、逆位相境界の生成に寄与していることが確認された。エネルギー材料として期待される超伝導や熱電変換材料の高性能化のため、薄膜結晶成長技術や新規ナノ制御技術を駆使した新規な薄膜成長プロセス、微細な組織を創生する組成や組織の制御、薄膜特有の結晶成長、膜積層技術などをナノ技術、界面制御技術などの観点から融合することによる、次元性の異なる機能を生成することが期待させる。
土木構造物のライフサイクルにおける情報構造分析とマネジメントに関する研究

土木構造物のデザインプロセスの中で,「情報」は抽象から具体へのピラミッド構造を有するという仮定の下,建設プロジェクトを対象とした情報フロー分析により情報構造の存在を実証的に明らかにした.またライフサイクル間における情報継承が人による暗黙の技術継承に依存していることから,今後,意思決定段階で生成される情報を包含した知識マネジメントシステムが必要であることを示した.さらにコンピュータの高度利用を前提とした設計プロセス,設計基準,運用方法を提案するとともに,設計者,システム開発者,検証者の三者の関係を表した.そして土木構造物のライフサイクルの中での組織的な情報マネジメントのための階層構造を示した.本研究は土木構造物のデザインプロセスの情報フロー分析に基づき,情報構造物の存在を実証的に明らかにするとともに,現実の土木構造物と仮想的に定義される情報構造物を有機的に関連させた情報マネジメントの構築を目指すものである.本年度の研究では,設計情報の生成プロセスとして道路幾何設計に注目し,これまでの研究で明らかとした道路幾何構造の最適化モデルをベースとして,既往の設計プロセスおよび設計基準の問題点を明らかにするとともに,コンピュータの高度利用を前提として最適な情報生成プロセスを実現する設計プロセス,設計基準,運用方法について検討を行った.その結果,現行の設計基準に包含されているロジックを設計支援システムに包含すべきであること,設計基準は上位項目を規定する性能基準として再定義すべきあること,システムに包含されているロジックが正しいか否かを検証するシステムが必要であることを示した.また情報生成の上流工程である概念設計を支援する手法として,バブルダイアグラムをベースとした表記法による概念モデル作成支援ツールの開発,設計段階における情報構造物AR技術により実世界に重畳して表示するシステムの開発を行った.これまでの研究により設計段階における最適な情報生成プロセスが明らかとなったことから,今後は,最適化されたプロセスの中で情報構造物を構築していくためのシステムの開発を進めるとともに,対象とする建設プロセス・分野を拡大してライフサイクル全体での情報生成プロセスの研究を進める.また生成された情報構造物のマネジメントに関する研究を進める.本研究は土木構造物のデザインプロセスにおける情報フローの分析に基づき,情報構造物の存在を実証的に明らかにするとともに,現実の土木構造物と仮想的に定義される情報構造物を有機的に関連させた情報マネジメントの構築を目指すものである.研究プロセスは,(1)建設プロジェクトにおける情報構造の分析,(2)情報構造のライフサイクル分析,(3)情報の蓄積・マネジメント手法の検討の3段階から構成される.本年度の研究では(1)建設プロジェクトの情報構造分析を行うことを目的として,道路建設プロジェクトを対象として,その設計プロセスにおける情報の取得・生成プロセスの分析を行い,設計プロセスにおける情報の拡大フローを図化した.そして現状の道路設計プロセスの分析を行い,現在の概略設計から詳細設計へと進むプロセスが対象エリアを細分化するセクショニングを繰り返しながら精緻化を図る手法が取り入れられており,このプロセスをマルチスパイラルウォータフォールモデルとして表現できることを示した.また情報構造物の表現手法についての検討を開始し,AR技術を適用した3次元表現手法を取り入れたシステム開発に着手するとともに,そのインターフェースについても検討を行った.本年度の研究により,情報構造物が抽象から具体へのピラミッド構造により表現できるという本研究の前提をより実証的に明らかにするとともに,効率的な情報フローを実現するための基盤となる現状の情報フローモデルを構築することができた.今後はこれらの研究成果をもとに上述(2)(3)へと研究を進展させていく予定である.本研究は土木構造物のデザインプロセスの情報フロー分析に基づき,情報構造物の存在を実証的に明らかとするとともに,現実の土木構造物と仮想的に定義される情報構造物を有機的に関連させた情報マネジメントシステムの構築を目指すものである.前年度の研究において提案した道路幾何構造の最適化モデルを基盤とし,それに基づいた道路設計プロセスに関するフロー図の作成,海外(米国)の現行道路設計基準等に基づく設計基準の最適化の検討,また最適化された設計プロセスの中での設計者,システム開発者,評価者の関連図の作成を行い,これらの成果を国際会議論文として発表した.また現実環境の中でのデザインプロセスの比較実験が難しいことから,汎用ゲームエンジンにより構築される仮想空間内での比較実験の可能性を評価することを目的として,擬似的な事象の再現性やAR技術の適用可能性についての調査及び避難行動シミュレーション等の簡易システムの構築を行った.これまでの研究により,最適化された情報モデルとそれに対応した設計基準のあり方,運用体制が示されたこと,仮想環境の中でのプロジェクトシミュレーションの構築の可能性が示されたことなどから,最終年度では仮想環境の中でのデザインシステムのプロトタイプを構築し,それに基づくプロジェクト評価について検討を行うとともに,近年大きな課題として注目されている社会インフラの維持管理を重視した情報マネジメント手法に関する考察を行う.本研究は土木構造物のデザインプロセスにおける情報フローの分析に基づき,情報構造物の存在を実証的に明らかにするとともに,現実の土木構造物と仮想的に定義される情報構造物を有機的に関連させた情報マネジメントの構築を目指すものである.まず道路建設プロジェクトを対象として,設計プロセスにおける情報の取得・生成プロセスの分析を行い,道路設計における情報連鎖モデルを図化した.そして概略設計から詳細設計へと段階的に進む現行の設計プロセスは,対象エリアを細分化するセクショニングを繰り返しながら精緻化を図るマルチスパイラルウォータフォールモデルとして表現できることを示した.次に,設計情報の生成プロセスとして道路幾何構造設計に注目し,コンピュータの高度利用を前提とした最適な情報生成プロセス,設計基準,運用方法について検討を行った.

その結果,設計基準を規定するロジックを設計支援システムに包含すべきであること,設計基準は上位を規定する性能基準として再定義すべきであること,システムに包含されているロジックが正しく機能しているかを検証する仕組みが必要であることを示した.また情報構造物を概念から形成するシステムとして,バブルダイアグラムをベースとした対話型構築支援ツールを構築するとともに,計画・設計段階における設計物の多角的な評価を支援するツールとしてAR技術やゲームエンジンを適用した体験型システムを構築し,それらについて有用性評価を行った.さらに複数のサイクルを経た歴史的構造物に関する文献調査により,情報構造物は記号化された情報のみではなく,人を介して伝承されていることが明らかとなった.そこで情報構造のピラミッドモデルをベースに,情報の分岐に生成される知識を包含した情報バルジを含むモデルを提案し,意思決定段階で生成される情報を包含した知識マネジメントシステムの必要性を示した.土木構造物のデザインプロセスの中で,「情報」は抽象から具体へのピラミッド構造を有するという仮定の下,建設プロジェクトを対象とした情報フロー分析により情報構造の存在を実証的に明らかにした.またライフサイクル間における情報継承が人による暗黙の技術継承に依存していることから,今後,意思決定段階で生成される情報を包含した知識マネジメントシステムが必要であることを示した.さらにコンピュータの高度利用を前提とした設計プロセス,設計基準,運用方法を提案するとともに,設計者,システム開発者,検証者の三者の関係を表した.そして土木構造物のライフサイクルの中での組織的な情報マネジメントのための階層構造を示した.以下の理由により,(3)やや遅れていると評価する.(1)道路プロジェクトにおける情報構造分析道路設計を対象とした情報構造分析については,最適化モデルを抽出するともに,海外設計基準を含めた基準の検討等を実施しており,概ね達成できたと考えている.(2)情報の蓄積・マネジメント手法の検討これまでに概念レベルから情報を生成するシステムの構築やARシステムの適用等で一定の研究成果は上がっているが,情報構造物のライフサイクル分析を仮想的に行うためにゲーム環境の導入を検討することとしたため,当初予定に比べ若干の遅れが生じ,当初計画を1年間延長することになった.土木情報学(1)仮想環境の中でのプロジェクト評価の実現仮想環境の中でのプロジェクト再現及び評価手法のためのシステム構築を行い,その評価を行う.(2)社会インフラの維持管理を重視した情報マネジメント手法に関する考察これまでの研究成果を踏まえ,近年注目されている社会インフラの維持管理を着実かつ効率的に行うための情報マネジメント手法についての検討を行う.
粉粒体のクリープ運動と履歴現象

粉粒体は我々の日常生活の中において、固液気の物質の3態と並んで非常に良く見られる存在形態のひとつである。しかしながら、これまでの研究の主流は、おもに工学的制御を目的とした、それぞれの応用的問題として発展した経緯があり、各現象を統一的に理解する普遍的法則性についての探求は、まだあまり進んでいないというのが現状である。本研究では、粉粒体の固化と流動化の境目に着目する実験の実測データに基づき、深層内部での粒子のクリープ運動の解析を行ない、その粒子運動の統計性を研究してきた。粒子運動の時間スケールは、深さに対して指数関数的増大を示す事が、本研究によって判った。このことは、ガラス的振舞をする諸現象との繋がりを強く想起させるものであり、粉体のガラス様振舞は深さによってスケールされ、ガラスにおける急冷後待ち時間と深さの対応があるのではないかと考えられる。この点を明らかにすることについては、今後の課題となっている。また、非平衡条件下における粒子運動の対称性の破れを研究した。平衡条件下では周期ポテンシャルを全く対称な反応経路によって山越えしていくのに対して、非平衡条件下では、動的に反応経路が選択され、方向によって励起エネルギーが異なる反応経路を取る事で、運動の非対称性が生み出されている事が判った。この研究に関しては投稿中となっている。我々の日常生活の中において、粉粒体という存在形態は固液気の物質の3態と並んで非常に良く見られるもののひとつである。しかしながら、従来の研究の殆どは、おもに工学的制御を目的とした個別的問題として発展してきており、各現象を統一的に理解する普遍的法則性についてはまだあまり解っていないというのが現状である。本研究では、固化と流動化の境目を詳しく調べるという観点から、粉粒体で出来た斜面上のなだれ現象の物理的観点からの詳細な実験と解析を行なった。その結果深層内部での粒子運動の統計性に、奇麗な特徴があることがわかった。これらの統計性について、フランスのエコールノルマルシューペリウールドリヨンにおいて、情報交換と有益な議論を行なった。また、同所においては、周期ポテンシャル中における粒体運動の研究に関して興味深い方向への進展があった。これに関しては発表準備中である。また、物質表面の接触および摩擦によって生じる帯電は、粉体現象に付随する非常に面白い現象のひとつであることから、この帯電現象の振舞を明確に観測する為の実験系を新たに作成し、帯電現象の観測を手掛けた。絶縁物質としてプラスチック素材を数種類しらべ、特に同種物質同士の摩擦に際して起こる帯電現象を詳しく調べてきた。
渦スペクトルセンシングに関する研究

新しい光科学技術である軌道角運動量を有した光渦はそのユニークな特性とともに,DNAや細胞の制御など,応用分野でも注目を集めている。現在までに光渦の発生法や微小物体の制御に関する研究は提案されているが,センシングに関する研究は多くなかった。本研究では,渦スペクトルの生成と,渦スペクトルがもつ特異な光学特性を応用し,生体分子の挙動や物質の組成に関わる情報を引き出すことを目的に研究を行った。作製された軸対称1/4波長板を用いた渦スペクトルセンシングによってホモジニアスでない物性の偏光特性の検出を明らかにした。本研究は、偏光と位相の特異点を有した渦スペクトルの生成とこれを応用した光センシング法の確立を目的に研究を進めている。初年度は、渦スペクトルを生成させるために、液晶空間位相変調器を用いた。とくに、偏光状態が循環的に変化するときに生じる幾何学的位相を考慮することで、渦スペクトルの生成に成功した。得られた渦スペクトルは位相特異点に加えて、偏光特異点を有していた。渦スペクトルを偏光分布と位相分布の両方から観察した結果、0次から7次までの渦スペクトルの生成が確認された。液晶空間位相変調器を用いているため、半径方向に異なる渦を同時に生成することにも成功した。渦スペクトルの生成に加えて、光センシングへの応用も行った。上記に示された渦スペクトルの1次と5次の光渦を組み合わせることでトポロジカルセンシングを可能にした。これにより物質の偏光特性を現すミュラー行列をワンショットで測定できることを明らかにした。従来のミュラー行列測定法は機械的および電気的な測定であったため、時系列の偏光変調を必要としていた。つまり、物質が時系列に変化している場合、ミュラー行列を測定することは原理上不可能であった。提案された方法は、従来技術の問題点をブレイクスルーできることから、従来の方法に比べて極めて強力なセンシングツールに成り得る。同時に、生体高分子の挙動を偏光特性から捉えることができる。特に時間分解観察の可能性を持っていることが示された。従来の偏光・ミュラー行列計測法は,時系列の偏光変調を用いて計測が行われてきた。しかしながら,これでは時系列に変化する現象を捉えることはできない。本研究は、偏光と位相の特異点を有した渦スペクトルを生成し,これを応用した偏光・ミュラー行列のリアルタイム・ワンショットセンシング法の確立を目的に研究を行った。本研究を用いれば,リアルタイムかつワンショットの計測が可能となる。従来技術の問題点をブレイクスルーできるため,強力なセンシングツールに成り得る。トポロジカル光波を生成するために,シクロオレフィンポリマーを三角形のセグメントに切断し,これを同心円状に配列した軸対称1/4波長板を作製した。トポロジカル光波の次数がN=1,2,3,5となる素子を作製した。セグメントの分割数は30分割および60分割の素子を作製したが,30分割のほうが良質な光波が得られたため,センシングには30分割の素子を用いた。また,トポロジカルなミュラー行列計測装置を開発するために,光受光器とA/D変換器としてCCDカメラを用いた計測を行った。これにより軸対称1/4波長板を透過した光波をセグメントごとに平均化することができ,カメラのフレームレートで高精度な計測ができるようになった。従来の計測法では評価することができなかったホモジニアスでない材料として,ラジアル偏光子の偏光特異点部分を,開発した装置を使って計測した。その結果,従来の計測法ではビーム内部に閉じ込められてしまう情報(偏光特異点の位置情報)を引き出すことにも成功した。
非接触原子間力顕微鏡を用いた金属酸化物単結晶薄膜の原子スケール評価

(1)二酸化チタン表面に吸着した水素原子の位置選択操作原子スケールの位置分解能をもつ走査トンネル顕微鏡の探針に通常より高い電圧をかけると表面原子を操作できる。これを利用してワイドバンドギャップをもつ光機能材料として注目される二酸化チタン表面に吸着した水素原子を原子操作した。(2)二酸化チタン表面に液相から吸着させた色素分子の顕微鏡観察化学吸着した色素から二酸化チタンへの光励起電子移動は色素増感太陽電池としての実用化をめざして研究が進んでいる。走査トンネル顕微鏡は個々の吸着色素分子を画像化する分解能をもつが、原子レベルで平坦な表面構造を保持して蒸気圧の低い色素を吸着させることが難しかった。トリメチル酢酸イオン単分子層が大気中で安定な保護膜となることを見いだして、アセトン溶液からフルオレセイン系色素を交換吸着させて顕微鏡観察した。個々の色素分子を明瞭に識別することができた。この手法はCOOH基をもつ有機物一般に拡張できるため、色素増感太陽電池に利用されるルテニウム錯体をはじめとして種々の色素化合物を用いた研究への道がひらけた。(3)二酸化チタン表面へのアンモニア吸着二酸化チタンに窒素をドープすることにより可視光による光励起が可能になる。窒素ドーパントの位置と光機能を顕微鏡計測することを目的として、原子スケールで平坦な二酸化チタン表面をアンモニア気流中で加熱して窒素原子をドープする試みを始めた。第一歩として、室温で化学吸着したアンモニア分子の顕微鏡画像を捉えた。(4)非接触原子間力顕微鏡によるMgO表面とBaO薄膜の観察MgO(100)単結晶面とそこに蒸着したBaO薄膜を非接触AFMで観察して、原子分解能画像を得ることに成功した。絶縁体表面の高分解能画像を得ることはいまだ難しく、世界的にみても成功例は少ない。可視光を吸収する色素分子膜で被覆した二酸化チタン薄膜は、色素増感太陽電池として実用化をめざす開発研究が活発に行われている。ところが、色素分子と酸化物結晶との化学結合形態が、光励起電子移動におよぼす影響は明らかになっていない。組成と原子レベル構造を規定したルチル型二酸化チタン(110)単結晶表面をフルオレセイン色素誘導体で被覆して、走査トンネル顕微鏡で観察した。一般に色素分子は大きな分子量をもち熱安定性が不十分なため、真空槽のなかで単結晶基板に蒸着することが難しい。色素増感太陽電池を作成するプロセスにおいては、二酸化チタン薄膜を色素溶液に浸漬して色素を吸着させている。しかし、超高真空中で作成した原子レベルで規則正しい構造をもつ単結晶基板を大気中にとりだして色素溶液に浸漬しても、大気中の水・二酸化炭素・有機物などの汚染のために、稠密かつ秩序性のある色素分子膜が得られない。そこで、超高真空中で作成したルチル型二酸化チタン(110)表面を嵩高い置換基をもったカルボン酸イオン(ピバル酸イオン:(CH_3)_3CCOO^-)を吸着させて保護したうえで大気中にとりだした。ピバル酸イオン単分子膜で保護した結晶を色素溶液に浸漬し、カルボン酸官能基をもった色素分子がピバル酸イオンを交換して吸着させた。この方法で作成した色素分子膜を超高真空槽に挿入して顕微鏡観察すると、ひとつひとつの色素分子をナノサイズの小粒子として識別することができた。最終年度となる17年度には、より実用的な酸化チタン材料として知られるアナターゼ型二酸化チタン単結晶膜を合成し、その上に吸着した色素分子を非接触原子間力顕微鏡およびその発展形であるケルビンプローブ顕微鏡で観察する。本研究で開発した分子膜作成法は色素以外の機能性分子にも応用できる。生体物質を含む種々の有機化合物と二酸化チタンとの接合界面を作成する手法として有望である。