hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
核―マントルの地震・電磁気観測

3.外核最下部の速度構造推定にPKP(BC)走時の周波数依存性とPKP(BC)-PKP(CD)走時差を用いるという新たな手法を開発した。日本の稠密地震観測網データに適用して北西太平洋直下の構造を明らかにし、論文として出版した。(大滝)4.日本の稠密地震観測網データを用いて内核反射波の周波数特性を調べた結果、東アジア直下における内核表面は滑らかではなく、高さと幅がともに1-2kmの凸凹があると推定した。その結果を論文として出版した。(田中)5.過去400年間の磁場の解析を行い、移動成分と停留成分が400年前から存在することを確認し、論文として出版した。(清水)6.外核の物理特性に関するレビューを出版した。(Helffrich)一方、新たな観測については、タイ・マヒドン大学理学部との連携を深めるために国際共同研究協定を結ぶための協議を始めた。さらにタイ全土約40カ所を周ってノイズ調査と土地交渉を行い、観測予定地点を決定した。(田中、河合)ほぼ当初の計画通りである。タイにおける広帯域地震観測網(Thai Seismic Array: TSAR)設置のために以下のような準備を行った。1.タイ・マヒドン大学理学部と広帯域地震観測に関する国際共同研究協定を結ぶための協議を行い、協定案を作成し最終稿に至った。2.悪環境下でも動作する広帯域地震計とデータ収録器の購入し、初期動作テストを行った。3.データを収集するためのサーバーを整備した。4.タイにおける観測点設置場所の選定と交渉などを行なった。5.ある観測予定点は想定以上に過酷な環境であるため、予算を繰越して地震計の修理・改良などを施した。他には、既存データを使った予備的解析ではいくつかの成果を上げることができた。本年度は以下の結果を論文として公表した。1.マントル遷移層の厚さを全地球規模で測定し、最新の鉱物物理による結果を用いて解釈した結果、マントル遷移層における含水量は現在地表に存在する海水量より少ないことがわかった。(Houser)2.全マントルトモグラフィーを粘性率の違いを考慮に入れたマントル対流シミュレーションで解釈した結果、下部マントルの大規模S波程速度領域とプレート沈み込み帯の中間領域が何十億年もの間、安定して存在することがわかった。(Houser)3.波形インバージョン法によって、中央アメリカ、北太平洋、ハワイ直下などのマントル最下部D"層の3次元地震波速度構造を推定し、地震波高速度域・低速度域が複雑に入り組んでいる様子を明らかにした。特に、北西太平洋直下のマントル最下部に沈み込んだプレートの残骸を発見し、新たなマントル上昇流が発生している様子を見出した。(河合)4.地震散乱シミュレーション及び統計論的地震波トモグラフィーの手法及びソフトウェアを開発した。その結果、散乱による地震波減衰と非弾性による地震波減衰の分離に成功した。(竹内)5.過去400年間の磁場の永年変化のデータを解析した結果、磁場移動性成分の移動速度が低緯度で速いことを見出した。(清水)
ポアソン多様体の量子化と非可換幾何学

研究代表者はコペンハーゲン大学のR.Nest氏、ミュンスター大学のI.Peter氏との共同研究において閉シンプレクティック多様体はある位相的条件下で必ず厳密量子化を持つこと示した。厳密量子化は解析的変形理論であり、代数的変形理論である変形量子化の存在は80年代以降知られていた。本研究の目標はシンプレクティック多様体を一般化したポアソン多様体に対して厳密量子化の存在を示すことである。ポアソン多様体に対する変形量子化の存在は長い間の懸案であったが、97年M.Kontsevichにより示された。研究計画は3つの段階から成る。第1段階ではシンプレクティック多様体の厳密量子化の証明を再検討し、存在のメカニズムをより深く理解することである。特に存在証明の鍵となったB.Fedosovによる変形量子化の存在証明の見直しが重要である。第2段階ではポアソン多様体の変形量子化の理解とFedosovの方法を睨みながらの書き直しである。最終段階では実際に厳密量子化を構成する。Nest氏との度々のディスカッションを通してシンプレクティック多様体に対する存在のメカニズムがより明らかになり、我々の結果を精密化することができた。Kontsevichの証明より簡明な証明が最近現れたこともあり、第2段階の達成もほぼ見通しがたった。本研究の本来の目標と平行して、ニューヨーク州立大学のC.L.Olsen氏との共同研究において、上記Nest、Peter両氏との共同研究ではカバーされていない場合を考察した。特に2次元球面の或ポアソン構造に対して、厳密量子化を構成することに成功した。構成の過程において、新しい「非可換球面」を得た。これは非可換ポアソン多様体の新しい例である。計画年度内に最終的な目的であるポアソン多様体に対する厳密量子化の存在証明を得るには至らなかったが、今後も研究を継続する予定であり、近い将来の目標達成が期待される。本年は2年計画の初年度にあたる.本研究の目標はシンプレクティック多様体を一般化したポアソン多様体のC^*-環的変形量子化の存在を証明することである.研究計画は3つの段階から成り立っている.第1段階ではコペンハーゲン大学のR.Nest氏、ミュンスター大学のI.Peter氏との共同研究で得られたシンプレクティック多様体のC^*-環的変形量子化の存在証明を再検討し、存在のメカニズムをより深く理解することである.特に証明の鍵となるFedosovによる形式的変形量子化の存在証明の見直しが重要である.第2段階ではKontsevichによるポアソン多様体の形式的変形量子化の理解と(Fedosovの方法をにらみながらの)書き直しである.第3の段階では実際にC^*-環的変形量子化の存在を証明することである.初年度は最初の2つの段階を達成することを目標とした.ポアソン多様体の重要な例である奇数次元球面のC^*-環的変形量子化の存在を研究代表者はニューヨーク州立大学のC.L.Olsen氏との共同研究において示した.Nest氏との集中的議論、Olsen氏の招へいを通して、存在のメカニズムの理解を深めることができた.初年度において第2段階は時間的制約、Kontsevichによる証明の複雑さにより、残念ながら達成することはできなかった.

以上述べたように、当初の予定より遅れてはいるが、Kontsevichの証明より、はるかに簡明なものが最近現われたこともあり、本研究の目標そのものの達成は次年度中に達成可能であると考える.本年度は2年計画の最終年度にあたる.本計画ではシンプレクティック多様体を一般化したポアソン多様体に対して厳密量子化の存在を考察する.ポアソン多様体に対する(形式的)変形量子化の存在は1997年M.Kontsevichにより示されたが,解析的変形理論である厳密量子化の存在に関する一般論は確立されていない.以下の結果が得られた.コペンハーゲン大学のR.Nestミュンスター大学のI.Peter両氏との共同研究で得られた閉シンプレクティック多様体に対する厳密量子化の存在定理を精密化し,存在のメカニズム,本質が明確化された.特に,Nest氏との共同研究において得られた非可換リーマン面の構成で用いられたアイデアを,一般のシンプレクティック多様体に対する厳密量子化の構成に適用することに成功し,Nest,Peter両氏との共同研究において当初得られた構成法を改良することができ,存在のメカニズムが非常に鮮明になった.又,非可換リーマン面の構成と共に構成のキーとなったB.Fedosovによる(形式的)変形量子化の構成法への理解が深まった.Kontsevichによるポアソン多様体の変形量子化の存在証明よりはるかに簡明な証明が最近現れたこともあり,ポアソン多様体に対する厳密量子化の存在証明に見通しが立った.これらの方法により得られる厳密量子化に現れるC^*環の構造,性質,例えばK理論を解析することは甚だ困難である.具体的なポアソン多様体に対しては,そこに現れるC^*環が具体的であり解析可能である厳密量子化を構成することが望ましい.ニューヨーク州立大学のC.L.Olsen氏との共同研究において,最も基本的なポアソン多様体である2次元球面を考察し,両極で退化するタイプのポアソン構造に対して,厳密量子化を構成し,そこに現れるC^*環の構造を解析することに成功した.これらのC^*環は新しい「非可換球面」であり、今後非可換幾何学において重要な役割を果たすことが期待される.
海馬神経回路の持続的新生のメカニズムと生理機能の解明

大脳辺縁系の一部である海馬体は記憶・学習などの脳高次機能に関与する重要な脳部位である。従来は神経細胞は分裂しないと考えられてきたが、海馬体の神経細胞の約半数を占める顆粒細胞(の前駆細胞)は成体においても増殖することが近年明らかにされている。一方で、顆粒細胞の寿命は数ヶ月程度と短く、成熟後の脳でも顆粒細胞の入れ替わりが継続している。これに伴い、顆粒細胞の作るネットワークもまた短い周期で次々と作り替えられていくと想定される。本研究では、神経細胞としては例外的なネットワーク新生・代替を、「(1)歯状回がなぜ行っているのか」「(2)この特異な現象がどのような機構で生じているのか」「(3)次々に入れ替わってしまう顆粒細胞がどのようにして長期の記憶の保持に寄与できるのか」についての解明を目指している。本年度は特に(2)、(3)において有意義な成果を収めたのでここに報告する。(2)顆粒細胞の生存の維持にアクチン繊維の流動的な再編成の持続が必要であることを示した。また、このアクチン再編成の依存性は、顆粒細胞に特異的であり、かつ、神経活動や細胞外からのカルシウム流入に依存しないこと、また貫通線維からの入力や苔状線維への出力も必要しないことも併せて示した。さらに、苔状線維の軸索の誘導課程に神経伝達物質であるグルタミン酸が必要であるという驚くべき証拠をつかんだ。この現象はグループII代謝型グルタミン酸受容体を介していた。また、苔状線維の形成過程ではまずNMDA受容体のみがシナプス伝達に関与し、引き続いてAMPA受容体も参加するというサイレントシナプスを経由する発達パターンを示すことも突き止めた。(3)苔状線維のシナプス情報は、CA3の連合線維に短期的に、また貫通線維に長期的にtransferされることを明らかにした。前者のケースでは亜鉛イオンが情報転位を媒介していることを示したが、後者の機構は依然として不明であり、さらなる検討が必要である。
国分寺の造営過程に関する考古学的研究

本研究の目的は、8世紀中頃の日本の律令国家の成熟度を、地方と中央との関係において明らかにすることにある。その手段として、奈良時代の一代プロジェクト事業である国分寺の造営過程に的をしぼり、(1)思想・制度(2)組織・技術(3)資料の集成など、国分寺を多角的に検討することを目標として研究を実施した。これは、国分寺に関する資料が膨大ため、多くが、個別国分寺の研究段階にとどまり、国分寺をトータルとして把握する視点が欠如しているためである。(1)と(2)については、実施済および予定、(3)については膨大な資料のため、現在も進行中である。「国分寺の創建を読むI-思想・制度論-」「国分寺の創建を読むII-組織・技術論-」国分寺国分尼寺の思想吉田一彦国分寺と官衙大橋泰夫日本の寺院制度と国分寺国分尼寺佐藤信国分寺と建築箱崎和久国分寺と山林寺院上原真人国分寺と造瓦梶原義実国分寺と七重塔須田勉国分寺と文字瓦山路直充国分寺と東大寺吉川真司国分寺と出土文字資料市大樹国分寺の法会川尻秋生国分寺造営の諸段階(考古)須田勉国分寺の空間構成山路直充国分寺造営の段階(文献)川尻秋生国分寺の「寺田」荒井秀規国分寺造営と在地佐藤信国分寺と国師佐竹昭国分寺と郡衙周辺寺院志賀崇国分寺と「上野国交替実録帳」前沢和之上野国分寺の諸段階高井佳弘国分寺と窯業生産菱田哲郎以上、思想・制度論、組織・技術論などからの多角的研究は、これまでの長い国分寺研究の中でも画期的なものであり、この分野の研究が飛躍的に進展すると確信する。本研究は、国分寺の創建期に的をしぼり、寺院地内の諸施設の整備やその空間構成、造営に対する組織・労働編成の方法、さらには、各国の国分寺造営に対する認識がどのようなものであったのかを具体的に検討する。そこから、各国分寺の独自性や共通性をひきだすことによって、律令制という政治理念のもとで、各国が長い間に培ってきた風土や歴史的条件を考古学的に読みとり、それを古代仏教全体の中に位置づけることで、東アジア世界の中での日本の仏教の特質を解明することを目的とする。今年度は、3ヶ年計画の初年のため、遺構・遺物の修正を中心に作業を行った。遺構では、塔・金堂・講堂・僧坊・回廊・中門・南門などの主要建物を建物ごとに規模・構造が比較できるよう同一縮尺での集成を行った。個別の国分寺での分析はあるが、全国規模での集成は未だできていないというのが国分寺研究の現状だからである。建物では、出土瓦の研究を中心に行った。特に、造営に対する組織や労働編成の方法は、畿内的方法を導入した国分寺、多賀城など国分寺造営以前の造営方法を模倣した国、さらに、在地における氏寺での方法を拡大した国など、各国ともきわめて多様である。国分寺研究の多くは、そうした多様性を生んだ各国の社会的・歴史的条件などをいかに読み解くかであり、瓦を中心とした分析は、さらに進めていきたい。国分寺の研究は、日本の古代史や仏教史を考えるうえで、欠くことのできない研究対象として、考古学や文献史学のうえで重要な位置づけがなされてきた。戦前では、個々の国分寺における考古学的研究成果を集大成した角田文衛編『国分寺の研究上・下』に基礎が据えられた。戦後は、井上薫氏の文献史学からの総合的研究である『奈良朝仏教史の研究』や、考古学的成果をもとに諸国国分寺の伽藍配置や堂塔の規模・規格性を強調した石田茂作氏の『東大寺と国分寺』があり、著しい進展をみせた。こうして、国分寺研究の関心は、制度的側面から実態面での研究に移りつつあり、その点で、角田文衛編『新修国分寺の研究』

全7巻は、現段階での国分寺研究の到達点ともいうべきものである。しかし、その内容には、今日的な考古学上の成果が十分生かされていない部分も認められ、石田茂作氏の研究以来、伽藍地内の伽藍配置や堂塔の規模、さらには、寺院の規格性や計画性が強調され、そうした画一的理解に対する疑問の解明は、いまだ不十分といわざるを得ない。そうした研究上の遅滞をまねいている原因は、資料の膨大さにある。このため、本研究は、今後における研究上の至便さを考えて、遺構・遺物に関する個別の資料集成を実施する。すでに、30余国の国分寺についてまとめたが、平成19年度を含め全国的な集成を果たしたい。平成19年度は、本研究の最終年度にあたるため、国分寺の造営過程を多角的に検討することを目的としたシンポジウムを実施した。シンポジウムの構成にあたっては、本研究の目的に合致するようなテーマと人選に配慮した。「国分寺の創建を読むI-思想・制度論-」国分寺国分尼寺の思想吉田一彦(名古屋市立大学教授)日本の寺院制度と国分寺国分尼寺佐藤信(東京大学教授)国分寺と山林寺院上原真人(京都大学教授)国分寺と七重塔須田勉(国士館大学教授)国分寺と東大寺吉川真司(京都大学准教授)国分寺の法会川尻秋生(早稲大学准教授)国分寺の空間構成山路直充(市立市川考古博物館)国分寺の「寺田」荒井秀規(藤沢市教育委員会)国分寺と国師佐竹昭(広島大学教授)国分寺と「上野国交替実録帳」前沢和之(日本女子大学非常勤講師)以上、思想・制度論からの多角的研究は、これまでの長い国分寺研究のなかでも、大きな画期であると確信する。
反応性ルテナサイクル中間体を経由する触媒的新規機能性有機分子の創製

新しい有機材料を創製することは、社会的に常に強く期待、要請されている重要な研究課題であり、最も有力な手段の一つは、新しい概念に基づく高選択的炭素骨格形成新反応による新しい型の機能性有機分子(モノマー)の合成である。本研究では、まず、従来の有機金属化学において錯体レベルでの研究が主であったメタラサイクル錯体を触媒的新規機能性有機分子の合成反応に利用することを試みた。さらに多元素環状化合物の新合成法の一つとして、ルテニウム錯体触媒を用いるアミノアルケン類の分子内酸化的アミノ化反応の開発を行った。1.ルテニウム錯体触媒を用いるシクロプロペノン類の新規開環カルボニル化/二量化反応分子内にカルボニル基と不飽和結合を併せ持ち、かつ適度な歪を有する環状化合物である「シクロプロペノン」類を基質に選び、ルテニウム錯体触媒存在下、そのカルボニルα-位炭素-炭素結合の切断、生成したルテナシクロブテノン中間体への一酸化炭素の挿入、さらにもう1分子のシクロプロペノンとの反応による新規機能性有機分子「ピロノピロン」誘導体の触媒的新合成法を開発した。Ru_3(CO)_<12>/Et_3N触媒系が最も高い触媒活性を示し、シクロプロペノンの新規開環カルボニル化/二量化反応により、対応するピロノピロン誘導体が最高収率87%で得られた。さらに本反応条件下、シクロプロペノンとアセチレンとの新規交差カルボニル化反応が進行し、非対称置換ピロノピロン誘導体が高収率(82%)で得られることを見出した。新規化合物「ピロノピロン」は、同一分子内に不飽和結合と2つのエステル基を有する芳香族性を有する化合物であり、その物性および高分子材料モノマーとしての利用が期待される。2.ルテニウム錯体触媒を用いるアミノアルケン類の分子内酸化的アミノ化反応多元素環状化合物の新合成法の一つとして、ルテニウム錯体触媒を用いるアミノアルケン類の分子内酸化的アミノ化反応による新規環状イミン合成法の開発を行った。その結果、炭酸カリウムおよび酢酸アリル共存下、新規ルテニウム触媒系[RuCl_2(CO)_3]_2/dppp[dppp=1,3-ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン]を用いることにより、アミノアルケン類の分子内酸化的アミノ化反応が良好に進行し、対応する5、6員環の環状イミンならびにインドール誘導体が高収率かつ高選択的に得られることを見出した。本反応では、アミノ基の求核性を下げるためのトシル基の導入や、酸性条件下で反応を行うという必要は全くない。本反応は、高価なアミノアルキン類を用いることなく、安価なアミノアルケン類から環状イミン類、およびインドール類を直接合成する有機合成上、極めて有用な反応である。

本反応は、高価なアミノアルキン類を用いることなく、安価なアミノアルケン類から環状イミン類、およびインドール類を直接合成する有機合成上、極めて有用な反応である。
家畜遺伝資源特に国内在来家畜の保存と評価に関する研究

1.遺伝資源としての在来家畜集団を保有する為の交配体系については,野澤が近交度を低く保つ為の三つの交配系について比較検討を行った.2.牛については,佐々木は黒毛和種集団の階層構造を分析し,階層構造の下部を構成する増殖地は県集団相互間の遺伝的関連性から幾つかのグループに分けられることを明らかにした.辻は過去70年間にわたって閉鎖された但馬牛集団について種々のデータを用いて総合的に分析し,集団の動向と遺伝子頻度の推移との関係を明らかにした.3.馬については,村松は我国の在来7馬種について核型分析を行い, 7馬種とも核型には全く差異のないことを明らかにした.上田は北海道和種馬について,その集団の有効な大きさは実際の大きさの約60%であることを示した.体尺測定による分析は北海道和種(上田),トカラ馬(橋口),与那国馬及び宮古馬(新城)について行われた.4.山羊については,新城は沖縄在来山羊の体尺測定を行うと共に,外部遺伝形質を用いてザーネン種からの移入率を推定した.5.鶏については,岡田は日本鶏各品種についてその保存状況の実態調査を行うと共に,各品種内における地域分化の程度は小さいことを明らかにした.日本鶏各品種の類縁関係については,田名部は蛋白質多型座位を用い,西田は形態計測学的方法を用いて分析した.その結果,尾長鶏は東天紅に近く,小国とは遠いこと,又形態測定学的方法が系統の比較に非常に有効であることなどが示された.一方,橋口は薩摩鶏の飼料効率,新城はウタイチャーンの外部遺伝形質について遺伝学的分析を行った.6.ウズラについては,木村は野生ウズラと家禽化ウズラとを比較し,家禽化ウズラでは野生ウズラに比べ遺伝的分化がかなり大きいことを示した.1.遺伝資源としての在来家畜集団を保有する為の交配体系については,野澤が近交度を低く保つ為の三つの交配系について比較検討を行った.2.牛については,佐々木は黒毛和種集団の階層構造を分析し,階層構造の下部を構成する増殖地は県集団相互間の遺伝的関連性から幾つかのグループに分けられることを明らかにした.辻は過去70年間にわたって閉鎖された但馬牛集団について種々のデータを用いて総合的に分析し,集団の動向と遺伝子頻度の推移との関係を明らかにした.3.馬については,村松は我国の在来7馬種について核型分析を行い, 7馬種とも核型には全く差異のないことを明らかにした.上田は北海道和種馬について,その集団の有効な大きさは実際の大きさの約60%であることを示した.体尺測定による分析は北海道和種(上田),トカラ馬(橋口),与那国馬及び宮古馬(新城)について行われた.4.山羊については,新城は沖縄在来山羊の体尺測定を行うと共に,外部遺伝形質を用いてザーネン種からの移入率を推定した.5.鶏については,岡田は日本鶏各品種についてその保存状況の実態調査を行うと共に,各品種内における地域分化の程度は小さいことを明らかにした.日本鶏各品種の類縁関係については,田名部は蛋白質多型座位を用い,西田は形態計測学的方法を用いて分析した.その結果,尾長鶏は東天紅に近く,小国とは遠いこと,又形態測定学的方法が系統の比較に非常に有効であることなどが示された.一方,橋口は薩摩鶏の飼料効率,新城はウタイチャーンの外部遺伝形質について遺伝学的分析を行った.6.ウズラについては,木村は野生ウズラと家禽化ウズラとを比較し,家禽化ウズラでは野生ウズラに比べ遺伝的分化がかなり大きいことを示した.1.牛については、佐々木は黒毛和種集団を種牛の供給県と増殖県とに分けて、両集団間の血縁度について分析し、新しい増殖県ほど平均近交係数が低く、特定の供給県と高い血縁関係をもつことを明らかにした。また、辻は閉鎖小集団を対象にして、閉鎖群育種が繁殖性,体型,血液蛋白型,乳蛋白型等に及ぼす影響について20年以上にわたるデータを用いて分析した。2.馬については、野澤は日本在来馬8馬種の保存の現況に関する最新の情報に基づき、保存集団の有効な大きさの推定を行った。また、遺伝資源保存に向けての集団遺伝学的モデルを提出した。上田は北海道和種馬の繁殖構造を調査し、現在飼養されている馬の平均世代間隔は約8年、平均近交係数は2%、集団の有効な大きさは実数の約60%にしか過ぎないことを明らかにした。また、村松は在来馬について核型の面から研究を進め、Gバンド,Cバンドなどについて詳細な分析を行った。3.山羊については、新城が沖縄県の在来山羊について分析した。外部形態の遺伝形質から推定した沖縄肉用山羊への日本ザーネン種からの遺伝子の流入率は約67%と推定された。産子数は平均1.7頭であった。4.鶏については、岡田は日本鶏13品種,外国在来種3品種,改良種3品種を用いて血液型遺伝子頻度を比較し、日本鶏の遺伝子構成が改良種とはかなり異なることを明らかにした。田名部は岐阜地鶏について血液蛋白型から分析し、岐阜地鶏は蜀鶏に近く、尾長鶏,東天紅などとはかなり異ることを示した。橋口は核型分析を行い、日本鶏と野鶏との比較を行った。

一方、西田は中国原産ユーチンと我国の地鶏を交雑して作出された名古屋,土佐九斤,熊本の3品種について形態学的分析を行い、これらの間に有意差を見出した。5.ウズラについては、木村は家禽化ウズラと野生ウズラを比較し、更に野生ウズラの地域分化について検討した。
均衡問題に関する逐次アルゴリズムとパワーコントロールへの応用

既存の電力制御問題では、基地局から遠く離れたユーザーは最低限のサービスさえ得られる保証がない。その問題点を解消するために、平成19年度では、「すべてのユーザーが十分なサービスを得ることができる電力制御問題」の提案をした。既存の電力制御問題の戦略集合にすべてのユーザーが最低限の品質を得られるような新たな条件を加えることで問題を導入することができている。しかしながら、新たな条件を与えたために、この問題の解明は大変困難なものになった。平成19年度では、この電力制御問題を解くための逐次アルゴリズムと問題の解への収束性について提案している。しかしながら、このアルゴリズムは「平均手法」を利用しているため、計算時間量が大変多くなり、実用性の観点から見て理想的とは言えない。平成20年度では、平均手法の問題点を解消することができるアルゴリズムを提案することができた。提案アルゴリズムは「平均手法」の代わりに「凸結合」を利用しており、計算量を大幅に減少させることに成功している。提案アルゴリズムに関する解への収束性についても数学的に証明することができている。これらの結果は応用数学や数理工学の観点から見ても新しくまた画期的でもある。この結果やそれに至るまでのアイデアは、「ロバスト制御」や「ネットワーク制御」といった実践的な工学の諸問題を解決する上で本質的な部分を占めており、今後の研究の基礎部分を構築することができる。上回り回線での電力制御の問題は「ナッシュ均衡問題」として定式化することができる。また、既存の電力制御問題を解くためのアルゴリズムはいくつか提案されているが、それらに関する解への収束性は数学的に証明されていない。本年度では、それらの問題点を解決するための以下の二つを提案することに成功した。1.すべてのユーザーが十分なサービスを得られるような電力制御問題の導入;2.その問題を解決するための新たなアルゴリズムの提案。1.については、既存の電力制御問題の戦略集合にすべてのユーザーが最低限の品質を得られるような新たな条件を加えることで問題を導入することができている。しかしながら、新たな戦略集合を与えたため、導入した新問題を解くことは大変困難であった。その問題を解くための道具として「非拡大写像の不動点理論」があることに気付き、その理論を用いることである種の均衡問題である「非拡大写像の不動点集合上の変分不等式問題」に帰着できることに気付いた。この問題は博士課程から研究を進めており、また、受入研究者である山田功准教授との共同研究でもいくつかの成果を得ているが、残念なことに、1.で得られた「変分不等式問題」の条件が非常に弱いため、今までに提案されているアルゴリズムを適用することができない。そのため、2.では、「平均手法」を用いた(エルゴード手法とも呼ばれる)アルゴリズムを提案し、収束定理についても数字的証明を与えた。この結果は工学及数字の両観点から見ても新しくまた画期的である。
皮膚組織の保護による拮抗筋アクチュエータの空気中での駆動

これまでに骨格筋を用いたバイオアクチュエータが多数提案されているが、骨格筋は培養液中でのみ収縮運動が可能であり、空気中では乾燥によって細胞死が引き起こされるため活動することができなかった。そこで本研究では、細胞組織によって骨格筋周囲を覆うことによって、空気中でも駆動可能な骨格筋アクチュエータの構築を目指した。結果として、固定部材にて皮膚組織の端部を固定することで、曲面構造を有する血管構造付き皮膚組織を構築可能なことを明らかにした。さらに、曲面構造を有する細胞組織にて骨格筋周囲を覆うことによって乾燥からの保護が実現され、空気中にて骨格筋アクチュエータが駆動可能になることを示した。本研究では、マイクロ工学技術を応用し、皮膚を保護部・骨格筋線維束の拮抗筋構造を駆動源とする生体模倣アクチュエータの構築を目指している。本年度は曲面形状を有する皮膚組織と骨格筋組織から成るアクチュエータを構築する技術をそれぞれ確立することに成功した。皮膚組織においては、固定部材を端部に設けることにより、曲面形状を維持しながらの培養を実現した。さらに固定端部を動かすことで皮膚の伸展培養を行うことにより、皮膚組織の形態やタンパク質発現量が変わることも明らかにした。本結果より、固定部材を利用することで様々な形状の皮膚組織を作れることが判明し、目的のアクチュエータを覆う皮膚組織を構築するための基盤技術を構築できたと考えている。骨格筋アクチュエータとしては、筋芽細胞含有のゲルシートをマイクロモールディング技術にて加工し、加工されたシートをデバイス上に積層させることで、骨格筋アクチュエータを実現した。この時シートの形状を制御することにより、様々な大きさの骨格筋組織をデバイス上に構築することに成功した。作製された骨格筋組織の両端は固定部材により固定されており、固定部材はデバイス上のリンク機構と接合しているため、骨格筋組織の収縮運動によりリンク機構が回転し、骨格筋アクチュエータとして動作できることを確認した。この時、骨格筋組織の収縮力および収縮量はそれぞれ断面積と長さにより基本的に変化するため、様々な大きさの骨格筋組織の組み合わせにより、多様な運動を骨格筋アクチュエータが実現できるようになった。既に、骨格筋組織付きデバイスをコラーゲン膜中に包埋することによる空気中での運動を実現できており、本骨格筋アクチュエータを皮膚細胞付きコラーゲン膜中に包埋することで、空気中で動作可能な骨格筋アクチュエータが構築できると考えている。当初の予定通り、曲面形状を有する皮膚組織の構築ならびに骨格筋アクチュエータの構築を本年度に達成することができた。この際、両者の構築に固定部材が必要なことを明らかにし、その形状の最適化にも成功した。さらに、当初予期していない成果として、固定部材を動かすことによる皮膚組織または骨格筋組織の伸展培養により、皮膚組織においては表皮層の厚みおよびタンパク質発現量の増大、骨格筋組織においては糖代謝量の増大を導くことに成功した。以上のように、当初の計画通りの進捗に加えて予期していない成果を得ることにも成功したため、本研究提案は順調に推移していると判断している。本研究では、空気中でも駆動可能な骨格筋アクチュエータの構築を目指した。本年度は、皮膚組織の端部を固定した曲面構造を有する血管構造付き皮膚組織の形態・機能の評価を行い、生体に近い形態・機能を有した皮膚組織が構築できていることを明らかにした。さらに、曲面構造を有する細胞組織にて骨格筋周囲を覆うことによって、空気中にて骨格筋アクチュエータが駆動可能になることを示した。皮膚組織の形態評価として、組織切片の免疫染色を行った結果、表皮の下層のマーカー(サイトケラチン15)、および上層のマーカー(サイトケラチン10)が所定の位置に発現しており、表皮に相当する形態である角化が起きていることが明らかになった。さらに、表皮バリア機能の評価を実施するために、表皮に生理食塩水を滴下したところ、表皮によって弾かれ、撥水性を皮膚組織が有していることを明らかにした。また、バリア機能と相関があるキャパシタンスを測定したところ、真皮に比べて表皮のキャパシタンスが有意に低く、バリア機能が形成されていることが確認された。上記結果から、表皮に相当する機能を有していることが明らかになった。上記の曲面形状を有する皮膚組織の構築法を応用し、曲面形状を有する保護組織にて覆われた骨格筋アクチュエータの構築に成功した。生死判定試験により、ほとんどの細胞が生きた状態で保護組織にて骨格筋アクチュエータを覆うことが可能であることが明らかになった。さらに,保護組織によって被覆された骨格筋アクチュエータを吊り下げた状態で空気中にて固定し、電気刺激(強さ2.5 V/mm (30 Vを12 mm間隔)、時間20ms)を与えることで、骨格筋組織の収縮運動にて保護組織ごとアクチュエータが変形することを明らかにした。本結果より、保護組織にて被覆することで、電気刺激を介した骨格筋組織の運動を空気中にて実現できることが示された。

さらに、曲面構造を有する細胞組織にて骨格筋周囲を覆うことによって乾燥からの保護が実現され、空気中にて骨格筋アクチュエータが駆動可能になることを示した。今後は当初の計画通り、本年度実現した曲面形状を有する皮膚組織と骨格筋アクチュエータの統合に試み、骨格筋の周囲が皮膚組織で保護された生体模倣アクチュエータの創出を実現する。両組織の統合にあたり、培養液中での操作や位置の固定を組織にダメージを与えることなく行う必要があると想定される。本課題に対しては、これまで培ってきたゲルの加工技術を用いて、ゲルを支持体として適切に使用しながら操作・固定を行うことで解決を計る予定である。組織工学
がん遺伝子を介した幹細胞性制御機構の新たな分子基盤の解明

胚性幹細胞(ES細胞)は、初期胚に由来する細胞株で自己複製能と多分化能を保持した細胞株である。マウスES細胞は培地にサイトカインLIFを添加することで、未分化状態を維持したまま増殖する細胞株である。最近の研究から、がん細胞、特に低分化型のがん細胞の遺伝子発現様式は、ES細胞と類似していることが示されている。本研究では、「がん細胞とES細胞の類似性」に着目し、ES細胞の自己複製能と多分化能を制御する新たな分子基盤の解明を目指す。我々は、これまでの研究からがん遺伝子ETV4/5が、ES細胞の増殖能と多分化能を制御していることを報告し、またいくつかのがん組織で過剰発現しているBaf53aを遺伝子破壊すると、ES細胞の生存が停止することを報告している。本年度は、昨年度に引き続き、がん細胞で認められた変異型遺伝子をES細胞に導入し、ES細胞の多分化能や自己複製能へどのように影響するか検証した。変異型転写因子は、野生型転写因子と比べて非常に高い転写活性化能を保持していた。変異型転写因子をES細胞に遺伝子導入し、自己複製能への影響を評価した。その結果、変異型転写因子を遺伝子導入したES細胞は、LIFを添加しなくても未分化状態が維持され、LIF非依存的な自己複製が認められた。興味深いことに、LIFの有無により増殖能が大きく変化し、変異型転写因子を導入したES細胞は、LIF刺激があると増殖能が低下し、LIF刺激がないと、増殖能が大きく亢進した。このことから、がん細胞で認められた変異型転写因子を導入されたES細胞は、外部からの刺激により増殖能が変化することが明らかとなった。「低分化型の悪性腫瘍ではES細胞様の遺伝子発現様式を示す」や「乳がん幹細胞画分では、ES細胞様の遺伝子発現が認められる」などの報告がなされている。このことから、多能性幹細胞とがん細胞では、共通の分子基盤の存在が考えられる。このような背景のもと、我々はがん遺伝子を介した幹細胞性制御機構の解明を推進してきた。その結果、がん細胞で認められた変異型転写因子が、マウスES細胞のLIFに依存しない自己複製を見出し、さらに増殖能を制御していることを解明した。このことから、おおむね順調に進んでいると判断した。今後は、引き続きがん遺伝子を介した幹細胞性制御機構の分子基盤を解明する。変異型転写因子を導入したES細胞と野生型ES細胞について、ChIP-seq解析を遂行することで、変異型転写因子特有な下流遺伝子群を同定する。得られた候補遺伝子の遺伝子破壊ES細胞を樹立し、変異型転写因子を導入しても、自己複製が維持されるか否かを検証する。また、ES細胞で認められた知見を、あらためてがん細胞に導入することで、がん細胞の幹細胞性獲得の分子機構の解明を目指す。マウスES細胞は培地にサイトカインLIFを添加することで、多分化能を維持したまま自己複製することが可能である。一方、培地からLIFを除去すると細胞は分化する。ES細胞は、より未分化な状態であるナイーブ型と、やや分化の進んだプライム型の2つの状態をとることが示され、GSK3とERKの阻害剤(2 inhibitors; 2i)を培地に添加することで、ナイーブ型のマウスES細胞を維持できる。我々は、これまでの研究からがん遺伝子ETV4/5が、ES細胞の増殖能と多分化能を制御していることを報告した。本年度は、がん細胞で認められた変異型遺伝子をES細胞に導入し、ES細胞の多分化能や自己複製能へどのように影響するか検証した。いくつかのがん細胞では、ある転写因子の遺伝子変異が知られている。そこで、この変異型転写因子をPCRで作製し、ES細胞の自己複製能への影響を評価した。まず変異型転写因子の転写活性化能をレポーターアッセイで解析した。その結果、変異型転写因子は、野生型転写因子と比べて非常に高い転写活性化能を保持していた。次に変異型転写因子をES細胞に遺伝子導入し、自己複製能への影響を評価した。興味深いことに、LIFを添加するとコンパクトなコロニー形成能が促進され、ナイーブ状態が亢進している表現型が得られた。このことから、本研究で着目したがん細胞由来の変異型転写因子は、ES細胞のLIF非依存的な自己複製を促進する可能性を見出した。がん細胞とES細胞では、「両者とも未分化状態で増殖する」や「ES細胞をヌードマウスに移植すると奇形腫を作る」といった知見に加え、「低分化型の悪性腫瘍ではES細胞様の遺伝子発現様式を示す」や「乳がん幹細胞画分では、ES細胞様の遺伝子発現が認められる」などの報告がなされている。その結果、上述の通りがん細胞で報告された変異型転写因子が、マウスES細胞ではLIF非依存的な自己複製を促進する知見を得た。

胚性幹細胞(ES細胞)は、初期胚に由来する細胞株で自己複製能と多分化能を保持した細胞株である。マウスES細胞は培地にサイトカインLIFを添加することで、未分化状態を維持したまま増殖する細胞株である。最近の研究から、がん細胞、特に低分化型のがん細胞の遺伝子発現様式は、ES細胞と類似していることが示されている。本研究では、「がん細胞とES細胞の類似性」に着目し、ES細胞の自己複製能と多分化能を制御する新たな分子基盤の解明を目指す。我々は、これまでの研究からがん遺伝子ETV4/5が、ES細胞の増殖能と多分化能を制御していることを報告し、またいくつかのがん組織で過剰発現しているBaf53aを遺伝子破壊すると、ES細胞の生存が停止することを報告している。本年度は、昨年度に引き続き、がん細胞で認められた変異型遺伝子をES細胞に導入し、ES細胞の多分化能や自己複製能へどのように影響するか検証した。変異型転写因子は、野生型転写因子と比べて非常に高い転写活性化能を保持していた。変異型転写因子をES細胞に遺伝子導入し、自己複製能への影響を評価した。その結果、変異型転写因子を遺伝子導入したES細胞は、LIFを添加しなくても未分化状態が維持され、LIF非依存的な自己複製が認められた。興味深いことに、LIFの有無により増殖能が大きく変化し、変異型転写因子を導入したES細胞は、LIF刺激があると増殖能が低下し、LIF刺激がないと、増殖能が大きく亢進した。このことから、がん細胞で認められた変異型転写因子を導入されたES細胞は、外部からの刺激により増殖能が変化することが明らかとなった。「低分化型の悪性腫瘍ではES細胞様の遺伝子発現様式を示す」や「乳がん幹細胞画分では、ES細胞様の遺伝子発現が認められる」などの報告がなされている。このことから、多能性幹細胞とがん細胞では、共通の分子基盤の存在が考えられる。このような背景のもと、我々はがん遺伝子を介した幹細胞性制御機構の解明を推進してきた。その結果、がん細胞で認められた変異型転写因子が、マウスES細胞のLIFに依存しない自己複製を見出し、さらに増殖能を制御していることを解明した。このことから、おおむね順調に進んでいると判断した。今後は、がん遺伝子を介した幹細胞性制御機構の分子基盤を解明する。変異型転写因子を導入したES細胞と野生型ES細胞について、RNA-seqやChIP-seq解析などを遂行して、類似点と相違点を明らかにする。また、変異型転写因子の下流で機能する遺伝子群を同定し、機能解析を進める。さらに、得られた候補遺伝子の遺伝子破壊ES細胞を樹立し、変異型転写因子を導入しても、自己複製が維持されるか否かを検証する。今後は、引き続きがん遺伝子を介した幹細胞性制御機構の分子基盤を解明する。変異型転写因子を導入したES細胞と野生型ES細胞について、ChIP-seq解析を遂行することで、変異型転写因子特有な下流遺伝子群を同定する。得られた候補遺伝子の遺伝子破壊ES細胞を樹立し、変異型転写因子を導入しても、自己複製が維持されるか否かを検証する。また、ES細胞で認められた知見を、あらためてがん細胞に導入することで、がん細胞の幹細胞性獲得の分子機構の解明を目指す。
医食同源の視点から薬用食物中の抗アレルギー及び抗糖尿症作用成分の探索

今日では食物と考えられるものの中には、漢方処方中に配剤される生薬や、かつて薬物として位置づけされていたものが数多く認められる。このような薬効が伝承されている薬用植物の中で、抗アレルギー作用や抗糖尿病効果が期待されるショウガ、クワイ、タラノメ、トチノキ、サトウダイコン、ギムネマについて活性成分を探索した。ショウガ根茎は、生姜(新鮮根茎)や乾姜(乾燥根茎)として漢方方剤中に配剤される生薬であり、また、クワイ塊茎は慈胡と称される漢薬として知られている。ショウガやクワイの伝承薬効の考察から抗アレルギー作用を有すると考えられたことから、ラット腹腔肥満細胞からのヒスタミン遊離抑制作用やラット48時間受身皮膚アナフィラキシ-(PCA)反応抑制作用などのin vitro抗アレルギー試験を用いて検討した。その結果、ショウガの主成分6-shogaolや6-gingerolに顕著な抗アレルギー活性を見い出すとともに、クワイから抗アレルギー活性を示す新規ジテルペンtrifolione A,B,C,Dなどを明らかにした。タラノキ頂芽(タラノメ)、トチノキ種子、サトウダイコン、ギムネマ葉にラットの小腸からの糖吸収抑制作用のあることを見い出し、その活性成分を探索した。その結果、新規サポニン成分として、タラノメからelatosides G,H,I,J,K、トチノキ種子からescins Ia,Ib,IIa,IIb,IIIa,IIIb,IV,V、サトウダイコンからBetavulgarosides I,II,III,IV,V,VI,VII,VIII,IX,X、ギムネマ葉からgymnemosides a,bを単離し、それらの化学構造を明らかにした。さらに、これらのサポニン及びプロサポゲノールなど各種誘導体について糖吸収抑制活性を検討した結果、サポニン構造と活性に関する興味深い知見を得た。薬用食物4種、ショウガ(根茎)[生薬名:生姜、乾姜]、クワイ(塊茎)[慈姑]、タラノキ(根茎)[刺老鳥]及びトチノキ(種子)[婆羅子]について以下の知見を得た。1.抗アレルギー活性成分の探索:ショウガ乾燥根茎とクワイ塊茎のメタノール抽出エキスに、in vitroでの作用の薬効評価法であるラット腹腔肥満細胞からのヒスタミン遊離抑制作用などやin vivo試験として、マウスモノクロナールIgEで感作したラット受身皮膚アナフィラキシ-(PCA)反応に対する抑制作用が認められた。そこで、これらのin vitro及びin vivoでの抗I型エレルギー作用試験結果を指標にして活性成分を探索した結果、ショウガ乾燥根茎から6-及び8-shogaolと6-gingerolに強い活性のあることを見い出した。また、クワイ塊茎から新規活性成分として、trifolione A,B,C,Dを単離し、それらの化学構造を明らかにした。2.血糖値上昇の抑制作用成分の探索:ラットのグルコース及びショ糖強制付加モデルを用いて、タラノキ根皮及びトチノキ種子の糖吸収抑制成分を探索した。その結果、新規活性成分としてタラノキ根皮からelatosideA,B,Eなどを得るとともに、トチノキ種子からescin Ia,Ib,IIa,IIb,IIIaを単離して、それらの化学構造を明らかにした。さらに、脱アシル化誘導体や糖鎖構造の異なる類縁化合物を化学誘導し、それらの抑制活性を比較検討した結果、糖鎖構造の違いやアシル基及びカルボキシル基の有無が活性発現に大きく寄与するなど構造と活性について興味深い知見を得た。この様に平成6年度に計画した研究目的や研究計画をほぼ完全に達成した。平成6年度の検討によって、ショウガ成分にin vitro

抗アレルギー作用が認められたことから、今年度は6-shogaolや6-gingenolなどのショウガの所要成分についてIIV型アレルギーモデルを用いて検討した。その結果、6-shogaolにはラット48時間受身皮膚アナフィラキシ-(PCA)反応に対する顕著な抑制作用やラット腹腔内肥満細胞を用いたヒスタミン遊離抑制作用のあることが判明した。また、6-shogaolには用量依存的ではないが、in vivo抗I型アレルギー作用が認められるなど、薬用食物ショウガにはアトピーなどのI型アレルギーに対して抑制作用のあることが証明された。しかし、マウスIgE産生能に対する作用など他のアレルギーモデルに対しては、ショウガ成分には顕著な抑制効果は認められなかった。山菜として食用に供されるタラノキ頂芽(タラノメ)から主サポニン成分としてelatoside G,H,I,J,Kを単離し、それらの化学構造を明らかにするとともに、これらのサポニン成分にラットの小腸からの糖吸収を顕著に抑制することが判明した。これまでタラノキ根皮や樹皮が漢方医学や日本民間薬として糖尿病の予防や治療に有効であると伝承されていたが、食用とされるタラノメに糖吸収抑制効果が認められたことは、糖尿病の予防効果を有する食品としての開発が期待され興味深い。平成6年度に、西洋トチノキ種子から5種の糖吸収抑制活性サポニンを単離し、それらの化学構造を明らかにした。今年度は、トチモチなどとして我国で食用に供される日本(京都府)産トチノキ種子について検討し、escin IIIb,IV,Vと称する新規サポニンを単離し、それらの化学構造を明らかにするとともに、顕著な糖吸収抑制活性のあることを見い出すなど当初計画をほぼ達成することができた。
進化分子工学によるコラーゲン結合性血管内皮細胞成長因子の創成

生理活性タンパク質に結合性を付与して応用する試みの一つとして、コラーゲン結合性血管内皮細胞成長因子(VEGF)の調製を進化分子工学の手法で行った。従来タンパク質に結合性を付与する場合には、結合性ペプチドを遺伝子組み換え技術で導入することが行われてきた。コラーゲン結合性を付与する場合、生体中のコラーゲン結合性領域の配列を成長因子に融合導入することで行われた。しかし、この手法では、融合前の結合性配列のコンフォメーションが融合後に成長因子の配列で別のコンフォメーションに誘起されて結合性が喪失してしまう恐れがある。そこで、本研究では、成長因子に直接ランダム配列ペプチドを融合したライブラリーを調製し、その中から進化分子工学によって、コラーゲンに結合する成長因子タンパク質を選別する方法をとった。すなわち、結合性をもとにテーラーメイドでコラーゲン結合性成長因子を合成することを目指した。成長因子には、皮膚科医用や心筋梗塞の治療薬としても検討されているVEGFを選んだ。このカルボキシル末端にランダム配列のペプチドライブリーを付与して、進化分子工学の手法の一つであるリボソーム・ディスプレイで選別を行った。選別された結合性成長因子を遺伝子工学で作成した。そして、このコラーゲン結合性を検討すると、単に既存のコラーゲン結合性ペプチドを融合した場合に比べて高い結合活性を持つことがインビトロ・アッセイにより分かった。そこで、これを皮膚潰瘍モデルと心筋梗塞モデルのマウスに投与して、生体内での活性を調べたところ、両モデルで、皮膚再生や心筋再生が観測される結果となった。蛍光ラベル化した結合性VEGFを使って、損傷部位への集積も観測された。このように結合性タンパク質を進化分子工学で設計する方法を新たに"all-in-one"試験管内選別法と名付けた。29年度が最終年度であるため、記入しない。これまでの方法は、生体中のコラーゲン結合性領域の配列を成長因子に融合導入することで行われてきた。これが実現されることで、生物工学と生体材料学を融合した新しい学問的発展が期待できる。第一には、天然のアミノ酸だけからなるペプチドライブラリーから選別を行った。選別された結合性成長因子を遺伝子工学で作成し、検討すると確かに単にコラーゲン結合性ペプチドを融合した場合に比べて高い結合活性を持つことが分かった。第二には、貽貝が分泌する水中接着タンパク質の活性部位に含まれることで知られる3,4ージヒドロキシフェニルアラニンを含むぺチドライブラリーからの選別も行い、選別されたタンパク質が高い接着活性も持つことが明らかになった。順調に進化分子工学による選別が進んでおり、結合性評価でも想定の結果が得られている。選別された結合性成長因子の生体内外での生理活性評価を行ってゆく。
フェムトパルストレインビームを用いた局在熱エネルギー場の光励起加工技術の開発

本研究では,複数のパルスのピークを時間的に近接させたパルストレインビームを照射した時に,第1のパルス照射後に,ターゲット表面に生じる瞬間的な光励起現象を低照度レーザー加工を実現することを目指している.本課題では,フェムト秒レーザー照射直後10psから100ps程度の時間に生じる格子系の励起現象が形成されたターゲット表面に光パルスを照射して加工した時の加工形態の変化について,時間分解観察を行い,その加工基礎過程を調べる本研究では,コヒーレントフォノンの励起過程における格子振動エネルギーの空間的な局在性と,パルストレインビーム入射時の格子振動の振動応答の高速性に着目し,その加工応用を目指す.フェムト秒レーザーパルスを試料に照射すると,その高強度電場により,調和的で位相の揃った格子振動(コヒーレントフォノン)が励起される.レーザー照射点近傍でコヒーレントフォノンが励起されると,格子イオンに伝達されたエネルギーが拡散する前に,コヒーレントフォノンに起因する格子振動による温度上昇によって,局在する熱エネルギー場を形成すると考えられる.本研究では,この空間的に局在する熱エネルギー場において,フェムトパルスと格子振動の相互作用による高速な振動応答を利用して,格子温度を上昇させ,高速かつ高精度な局所レーザー加工を実現する技術を確立することを目指す.本研究では,コヒーレントフォノンを励起する過程における格子振動エネルギーの空間的な局在性と,パルストレインビーム入射時の格子振動の振動応答の高速性に着目し,その加工応用を目指す.本計画では,提案するパルストレインビームを用いたコヒーレントフォノン励起加工現象について,パルストレインビームによる加工面のコヒーレントフォノンの励起現象を観測するため,ダブルパルス励起加工システムを構築した.また,ダブルパルスビームを照射し,その遅延時間を変化させて,基板表面の加工量を評価する基礎的な実験を遂行した.本研究では,コヒーレントフォノンの励起勝ち得における格子振動エネルギーの空間的な局在性と,パルストレインビーム入射時の格子振動の振動応答の高速性に着目し,その加工応用を目指す.フェムト秒レーザーパルスを試料に照射すると,その高強度電場により,調和的で位相の揃った格子振動(コヒーレントフォノン)が励起される.レーザー照射点近傍でコヒーレントフォノンが励起されると,格子イオンに伝達されたエネルギーが拡散する前に,格子振動による温度上昇によって局在する熱エネルギー場が形成されると考えられる.本研究では,この空間的に局在する熱エネルギー場において,高速な応答を利用した高精度な局所レーザー加工を実現する技術を確立することを目指す.本計画では,コヒーレントフォノン励起加工現象の実験的な確認と,その加工量と光照射エネルギーの関係,光照射方法との関連性を詳細に調べるため,2つの時間的に近接したフェムト秒レーザーパルスを精密に制御された時間間隔で照射可能なダブルパルスレーザー加工システムを構築し,ダブルパルスのパルス間の時間間隔を変化させて,基板表面の加工形態の変化,照射エネルギーと加工量の関係を調査した.上記の実験の結果から,コヒーレントフォノン励起の有無にかかわらず,第一パルスによって励起された加工面を第二パルス照射によって加工する場合に,励起無しの場合と比べて低照度なビームで加工が可能であることがわかった.また,これらの実験の結果から,基板表面のプラズマ励起の効果が,基板表面の励起現象の主要因であり,同励起によって空間的に局在する熱エネルギー場を形成し,その影響は,psの時間オーダーで解消され,パルス時間間隔の制御によってコントロール可能であることがわかった.本研究では,複数のパルスのピークを時間的に近接させたパルストレインビームを照射した時に,第1のパルス照射後に,ターゲット表面に生じる瞬間的な光励起現象を低照度レーザー加工を実現することを目指している.本課題では,フェムト秒レーザー照射直後10psから100ps程度の時間に生じる格子系の励起現象が形成されたターゲット表面に光パルスを照射して加工した時の加工形態の変化について,時間分解観察を行い,その加工基礎過程を調べるフェムト秒レーザーによるパルストレインビームを用いた表面励起エネルギー分布の評価には,FDTD法を用いた電磁場解析実験を実施予定で有り,2年目の研究において予定通り計画を実施できる予定である.また,数値解析実験の結果と照合するための表面加工基礎実験については,パルストレインビームを用いた表面加工システムの構築が前倒しで進んでおり,実験も順調に進んでいることから,総合的に判断しておおむね順調に進展していると考えられる.最終年度である本年度には,当初の予定通り数値解析実験および,表面加工基礎実験を行った結果を照合し,提案手法による表面励起加工メカニズムを解明することを目指す.光加工,計測まず,当初の計画通り,パルストレインビームを照射した時の電界強度を詳細に解析した後,格子振動の変位量の定量化を行う.本計画では,構築したパルストレインビームによるレーザー加工装置において,加工対象となる基本的な材料(Ge, Si, SiO2等)に,基本のフェムト秒単パルスを照射した際に,励起されるコヒーレントフォノンの振動変位を記録し,一方で,上記と同じ照射条件で,同様のフルエンス,パルス幅,波長分布を持つフェムト秒シングルパルスを用いて励起したコヒーレント振動の振幅を同様に測定する.次に,これらの実験データの比較照合を行い,コヒーレント振動の振幅変位を定量化する.以上のプロセスを経て,格子振動振幅の時間応答を計測した際の格子変位量を定量化し,コヒーレントフォノン励起面の格子温度評価を実現することを目指す.

次に,Ge, Siなどの基本的な半導体材料について,フェムト秒パルスレーザーによって励起される格子振動の過渡的な応答について詳細に調べ,パルストレインビーム照射時のフルエンスを調整し,コヒーレントフォノンが励起される場合と励起されない場合の加工条件を設定して,加工基礎実験を行い,その結果について考察することによって,コヒーレントフォノン励起加工における加工原理を解明することを目指す.
水を電子源とする異方的反応場における可視光誘起人工光合成システムの構築

申請者らが既に見出している金属ポルフィリン錯体やルテニウムなどの遷移金属ポルフィリン錯体による極めて生成物選択性の高い、水を電子源とする人工光合成型光エポキシ化反応を足がかりとする光機能材料の開発研究において前年度に得られた研究成果を基礎にして本年度は以下の研究展開を行った。1)ミクロエマルジョン系などの不均一系、半導体微粒子分散系、層状半導体などの異方性を有する反応場における物質変換反応への展開を図るため、ナノ層状半導体層間への有機物、特に増感色素類の新規インターカレーション法を開発した。増感色素としてRuビビリジン錯体類および金属ポルフィリン類を用いた。2)上記の無機/有機ハイブリッド型機能材料は従来、可視領域において光学的に不透明であったが、ニオブ酸などの層状半導体については一度アルキルアミン類を層間に挿入したのち、増感剤を挿入する二段階法を開発し透明な薄膜状無機/有機ハイブリッド材料の作成法方法を発見した。さらにペロブスカイト系など他の系への適用が可能であることを示した。3)可視領域において光学的に透明な薄膜型無機/有機ハイブリッド材料の微細構造について主にXRD,元素分析、熱重量分析法などにより検討した。積層型ナノ層状シート間で単分子膜状あるいは二分子膜状に配列してインターカレーションしていることを明らかにした。4)層状半導体を電子受容体、電子リレーとする犠牲試薬を用いない系を構築するために、典型例としてRu錯体をナノ層状空間にインターカレーションした系について電気化学的応答性および光電化学的応答性について検討した。極めて迅速な光応答性と再現性の良い繰り返し応答性を得ることができた。