hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
日本語ディクテーションシステムの環境への適応化アルゴリズムの研究および評価

話者適応、環境雑音適応、タスク向き話し言葉言語モデル構築の研究が大いに進展し、当初の目的を十分に達成した。以下、簡単に項目ごとにまとめる。1教師なし話者適応アルゴリズムの考案と評価話者選択と十分統計量に基づく教師なし話者適応アルゴリズムを考案した。発声者が任意の1文を発声するだけで、その発声者に近い話者のHMM十分統計量から発声者に適応した高精度な音韻モデルが構築できた。2教師なし環境雑音適応アルゴリズムの考案と評価十分統計量を用いた教師なし話者適応アルゴリズムを、環境雑音適応と同時に実行できるアルゴリズムに拡張した。さらに、スペクトルサブトラクション法の導入により、話者・環境同時適応の性能を向上させた。3タスク向き話し言葉言語モデルと音声対話システムの構築Webの検索エンジンと、言語識別として文字トライグラムを用いたコーパス自動収集システムを構築して、言語モデルの自動作成アルゴリズムを開発した。さらに、受付案内ロボットによる音声認識応答による学内案内システムを構築して、開発してきたアルゴリズムの実環境下における有効性の確認およびデータ収集を開始した。4開発アルゴリズムの普及開発してきた話者適応、環境適応、タスクアルゴリズムを、研究代表者が代表をつとめている情報処理学会の「連続音声認識コンソーシアム」を通して、企業、大学への普及の努力を行ってきた。本科学研究補助金の関連発表は、平成10年から13年までで、学術論文15件、著書1件、解説3件、国際会議19件、研究会22件、大会講演33件である。統計的言語モデルのタスク適応化の研究と、音響モデルの発声環境適応化の研究を並行して進めた。以下、研究の進展状況をまとめておく。(1)統計的言語モデルのタスク適応化(a)形態素解析プログラムChaSenの改良と読みの付与プログラムChaWanの作成をIPAのプロジェクトと共同で行った。(b) ChaSenとChaWanの結果を用いて言語モデル(単語トライグラム)の作成を行い、従来より精度よくかつ効率よく作成できるようになった。(c)クロスエントロピーによる評価尺度を用いて、単語トライグラムの性能を下げずにパラメータを1/31/10に圧縮するアルゴリズムを考案し、2万語のディクテーションシステムで有効性を評価した。(d)クロスエントロピーによる評価尺度によるタスク適応アルゴリズムを提案した。(e) 4年分の新聞記事からの言語モデルと7年分の新聞記事からの言語モデルの比較を行い、7年分の言語モデルがあきらかに優れていることを確認した。(2)音韻モデルの適応アルゴリズム(a)ディクテーション用のHMM音韻モデルの適応プログラム(NOVO)を作成した。(b)ハンズフリー音声認識の残響への適応アルゴリズムの研究を行った。基本的な言語モデルのタスク適応化アルゴリズムとHMM音韻モデルの環境適応アルゴリズムの基本プログラムを作成したので、実環境の音声データをさらに収録して、アルゴリズムの本格的な評価を行う予定である。IPA(情報処理振興事業協会)「日本語ディクテーション基本ソフトウエア」のプロジェクトで公開した新聞記事のディクテーションプログラムは、2万単語を含む連続発声音声を、10%以下の単語誤り率で認識することができる。しかし、この性能は、静かな部屋で新聞記事を読み上げた条件での値である。実環境下では、(a)ディクテーションの対象(タスク)への言語モデルの適応、(b)音韻モデルの話者および発生環境への適応、が必要となってくる。今年度は、上記の(a)、(b)の項目に関して、下記の研究を行なった。(a)言語モデルの適応(1)ディクテーションシステムの語彙数を2万語から6万語に拡張して性能を調べた。とくに、未知語に対して有効な言語モデルとして、読みを考慮した言語モデルを取り上げて性能の評価を行なった。(2)新聞記事の掲載面の情報をトピックスとみなして、トピックスごとの言語モデルの有効性を調べたが、有意な結果は得られなかった。(b)音韻モデルの環境適応(1)自動車内のでの環境を考慮した音韻モデルの作成を行なった。

クリーンな音声データベースを擬似的に車内音声に変更するために、車内で収集した雑音とインパルスレスポンスを利用して擬似車内音声データベースを作成して、音韻モデルを学習することが非常に有効であることを確かめた。(2)発声者の少量の音声から、発声者に近い話者データベースを検索して、発声者に適した音韻モデルを簡単に構築するアルゴリズムを考案し、有効性を確かめる準備を始めた。今年度は、話者適応、環境雑音適応、タスク向き話し言葉言語モデルの研究で大いに進展した。以下、簡単に項目ごとに報告する。(1)教師なし話者適応アルゴリズムの考案と評価話者選択と充足統計量に基づく教師なし話者適応アルゴリズムを考案した。JNAS連続音声データベース(306人)を用いて、このアルゴリズムの有効性を20k(2万語)の新聞記事ディクテーションタスクで評価した。発声者が任意の1文を発声するだけで、その発声者に近い話者を数十人選択し、あらかじめ蓄えておいた個々の発声者のHMM充足統計量から十数秒で発声者に適応した音韻モデルが構築できた。従来からの教師あり学習のMLLRと比較して、MLLRの50文発声と同等の単語認識率の改善率が達成できた。(2)教師なし環境雑音適応アルゴリズムの考案と評価上記の教師なし話者適応アルゴリズムを拡張して、教師なし環境雑音適応アルゴリズムを考案した。雑音環境下での話者選択技術と、選択された話者の音声データベースに雑音を重畳してMLLRで適応するアルゴリズムである。もっともよい音韻モデルとされてきた雑音重畳データベースからのE-M学習(1日以上)によるマッチドモデルと同等の単語認識率が、15dBから25dBの20kの新聞記事ディクテーションタスクで達成できた。適応時間は数10秒である。(3)タスク向き話し言葉言語モデルWebの掲示板からタスク向き言語モデルを作成した。この言語モデルは、丁寧な話し言葉の言語モデルとして、有効であることが、20kのタスク(グルメ&レシピ、健康相談)での高齢者音声データベースを用いた大語彙連続音声認識実験で確かめられた。さらに、Webの検索エンジンと、言語識別として文字トライグラムを用いたコーパス自動収集システムを構築して、言語モデルの自動作成アルゴリズムを開発した。この言語モデルも丁寧な話し言葉の認識ができることが確かめられた。話者適応、環境雑音適応、タスク向き話し言葉言語モデル構築の研究を続け、最終年度として、当初の目的を十分に達成した。以下、簡単に項目ごとにまとめる。1教師なし話者適応アルゴリズムの考案と評価昨年度考案した話者選択と十分統計量に基づく教師なし話者適応アルゴリズムの改良を行い、話者選択基準などについて検討した。この教師なし話者適応アルゴリズムは、発声者が任意の1文を発声するだけで、その発声者に近い話者のHMM十分統計量から発声者に適応した高精度な音韻モデルが構築できるものである。
マイクロアレイを用いた骨軟部腫瘍診断法の確立のための基礎的な病理学的研究

遺伝子検索に用いる骨軟部腫瘍症例約100例につき、画像情報、免疫組織化学の結果をふまえ組織学的に再評価を行った。その結果これらの症例の病理診断は妥当であると判断された。染色体分析を行い得た症例では、これまでに知られている腫瘍特異的な染色体転座を確認できた。明細胞肉腫(CCS)では8例全例でEWS-ATF1が検出された。興味深いことに1例を除き切断点の異なる複数の融合遺伝子が検出され、スプライシングにより生じる可能性が考えられた。これらの研究成果をふまえ、融合遺伝子検出用アレイ作製のための基礎的実験を行った。融合遺伝子の亜型が2種類と少なく、かつその切断点のバリエーションがほとんどない滑膜肉腫をモデルとしたマルチプレックスRT-PCRを用いた系では、SYT-SSX1、SYT-SSX2それぞれの融合遺伝子を区別して検出できることを確認した。さらに、SYT、SSX1、SSX2それぞれの遺伝子断片を貼り付けたアレイを作製しPCR産物をハイブリダイズさせたが、電気泳動で確認された融合遺伝子と同じ遺伝子配列と反応し、他の遺伝子配列とは反応しないことを確認し、マイクロアレイによる融合遺伝子検出が実現可能な方法であることがわかった。さらに、融合遺伝子のうちのひとつが同じ遺伝子で構成される異なった腫瘍群、すなわち,Ewing肉腫(EWS-Fli1,EWS-ERG)、明細胞肉腫(EWS-ATF1)、骨外性粘液型軟骨肉腫(EWS-CHN)、線維形成性小円形細胞腫瘍(EWS-WT1)についてマルチプレックスRT-PCR法により滑膜肉腫と同様に融合遺伝子の検出を試みた。その結果、これらの腫瘍群では、PCRのサイクル数や反応温度により目的とする融合遺伝子が検出できなかったり、非特異的反応が見られたりして、至適条件の設定が容易ではないことがわかった。この結果は、腫瘍の種類や融合遺伝子の組み合わせにより条件設定が必ずしも容易ではないが、融合遺伝子を有する肉腫のマイクロアレイを用いた遺伝子診断の実現に向けて重要な基礎的データとなると考えられる。遺伝子検索に用いる骨軟部腫瘍症例約100例につき画像情報、免疫組織化学の結果をふまえ組織学的に再評価を行った。Ewing肉腫/末梢性神経外胚葉性腫瘍の1例において、これまでに報告のないt(4;19)という染色体転座を示した。この例についてはFISH法でも既知の転座がないことを確認した。染色体転座により生じる融合遺伝子の検出の検討では、先天性線維肉腫(CFS)のETV6-NTRK3、骨外性粘液型軟骨肉腫(ESMC)のEWS-CHNおよびTAF2N-CHN、明細胞肉腫(CCS)のEWS-ATF1についてパラフィン包埋検体を用いて行った。CFSでは7/10例にETV6-NTRK3が検出された。融合遺伝子のvariationはなかった。また、成人型繊維肉腫や線維腫症ではこの融合遺伝子は検出されなかった。ESMCでは、18例中12例にEWS-CHNが、3例でTAF2N-CHNが検出されたが、3例では融合遺伝子が検出されなかった。

EWS-CHNでは切断点の異なる2種類の融合遺伝子が検出された。CCSでは8例全例でEWS-ATF1が検出されたが、興味深いことに1例を除き切断点の異なる複数の融合遺伝子が検出された。このような結果は他の肉腫では報告がなく、スプライシングにより生じる可能性が考えられる。以前確認した粘液型脂肪肉腫(M-LPS)のTLS-CHOPや滑膜肉腫(SS)のSYT-SSX1およびSYT-SSX2の結果と考えると、本研究の結果は肉腫の融合遺伝子は腫瘍に比較的単一なものからvariationに富んだものまでさまざまであり、また、その発現頻度にも違いがあり、マイクロアレイを用いた肉腫の遺伝子診断の基礎的データとなるものと考える。昨年度の研究成果をふまえ、融合遺伝子検出用アレイ作製のための基礎的実験を行った。融合遺伝子の亜型が2種類と少なく、かつその切断点のバリエーションがほとんどない滑膜肉腫をモデルとした系で検討を行った。すでに融合遺伝子の亜型がSYT-SSX1であるのかSYT-SSX2であるのかが、確認されている滑膜肉腫症例のホルマリン固定パラフィン包埋切片を用いた。SYT-SSX1、SYT-SSX2それぞれを区別して検出する切断点近傍の配列でプライマー設定を行い、これらのプライマーを混合したプローブ群を用いて、滑膜肉腫検体についてRT-PCR法にて融合遺伝子が検出されるかどうか検討した。その結果、この方法を用いても融合遺伝子の亜型まで区別して確実に検出できることを確認した。さらに、SYT、SSX1、SSX2それぞれの遺伝子断片を貼り付けたアレイを作製しPCR産物をハイブリダイズさせた。その結果、電気泳動で確認された融合遺伝子と同じ遺伝子配列と反応し、他の遺伝子配列とは反応しないことを確認した。また、滑膜肉腫ではないこれらの融合遺伝子を発現しない検体では反応は示さなかった。しかしながら、PCRの反応のサイクル数により検出感度は異なった。今後、既知の融合遺伝子について、混合プライマー数を増やし、他の肉腫についても同様の検討を行っていく必要があるが、この結果は融合遺伝子を有する肉腫のマイクロアレイを用いた遺伝子診断の試みの重要な基礎的データとなると考えられる。融合遺伝子の亜型が2種類と少なく、かつその切断点のバリエーションがほとんどない滑膜肉腫をモデルとしたマルチプレックスRT-PCRを用いた系では,SYT-SSX1、SYT-SSX2それぞれの融合遺伝子を区別して検出できることを確認した。さらに、SYT、SSX1、SSX2それぞれの遺伝子断片を貼り付けたアレイを作製しPCR産物をハイブリダイズさせたが,電気泳動で確認された融合遺伝子と同じ遺伝子配列と反応し、他の遺伝子配列とは反応しないことを確認し,マイクロアレイによる融合遺伝子検出が実現可能な方法であることがわかった.さらに,融合遺伝子のうちのひとつが同じ遺伝子で構成される異なった腫瘍群,すなわち,Ewing肉腫(EWS-Fli1,EWS-ERG),明細胞肉腫(EWS-ATF1),骨外性粘液型軟骨肉腫(EWS-CHN),繊維形成性小円形細胞腫瘍(EWS-WT1)についてマルチプレックスRT-PCR法により滑膜肉腫と同様に融合遺伝子の検出を試みた.その結果,これらの腫瘍群では,PCRのサイクル数や反応温度により目的とする融合遺伝子が検出できなかったり,非特異的反応が見られたりして,至適条件の設定が容易ではないことがわかった.
くも膜下出血後の脳血管攣縮病態解明を通じ分子生物学的手法のPit Fallに迫る

[方法]イヌ二回出血モデルを用い、摘出した脳底動脈サンプルからは、血管内皮を除去した。今回、Housekeeping Geneの中でも分子生物学的手法において多用されている18S Ribosomal RNA、β-actin、glyceraldehyde-3-phosphate(GAPDH)以上3遺伝子の発現量変動を定量的Real-time PCRを用いて検索した。同時に、サンプル血管切片内の平滑筋細胞数を実測すべくDAPI染色を施行。同時にMIB1、PCNA、などの免疫化学的手法により、攣縮脳血管における平滑筋細胞分裂の程度を検索した。[結果]GAPDH(566%,p<0.01)、β-actin(441%,p<0.02)、18S Ribosomal RNA(320%,p<0.05)のいずれも全て発現量が増大していた。攣縮血管より抽出されたtotal mRNAは、genomic DNAとの相対的値において、157%(p<0.01)増量していた。攣縮血管における平滑筋細胞数においては、明らかな増加は認められなかった。攣縮血管中膜における、細胞分裂の程度においては、MIB1、PCNAのいずれの免疫染色方法においても、コントロール群と比較し有意な変化は認められなかった。[結論]Housekeeping Geneは、くも膜下出血後の標的遺伝子の変化を相対的に求めるためのコントロール遺伝子としては問題を生じることが予想された。今後は、genomic DNA量にて補正したmRNAの絶対量をもとに解析を進めることがより正確な手法であると考えられた。まずは、雑種成犬を用いた脳血管攣縮モデルの作成を行った。自家血注入モデルである実験動物を術後2日、7日、および14日の4群(n=5)に分け、それぞれ全身麻酔下に脳血管撮影を施行した。脳血管攣縮が発生していることを確認した後、脳底動脈を摘出し迅速に-80度に保存、対照群は脳血管撮影後、生理食塩水にて潅流後scarifyし脳底動脈を摘出した。次に、摘出したそれぞれの脳主幹動脈よりtotal RNAを抽出し、逆転写酵素とオリゴ(dT)プライマーを用いてcDNAを合成し、抽出量を正確に測定した。これを鋳型とし、Real-time quantitative PCRを施行し、正常血管と壁縮血管でのHouse keeping gene (beta-actin, GAPDH, Ribosomal 18s)遺伝子の発現量の定量測定を半分程終了した。また、同一サンプルよりそれぞれGenomic DNA、proteinを抽出しその絶対量を測定し終了した。上記の候補遺伝子のうち、イヌ遺伝子の塩基配列が既知の物質はその配列を解析に用いた。イヌ遺伝子の塩基配列が未知の物質においては、ヒト遺伝子とその他生物の遺伝子(例:ラット)の塩基配列を比較し、両者において相同性の高い部分の塩基配列のdegenerate primerを作成し、測定を施行した。来年度は、引き続き抽出したproteinを用いて、Western blotting法により蛋白レベルでの変化の裏づけを行い、同時にMIB1,PCNA、CD31によるimmunohisto-chemical法にて細胞分裂の程度を確認する予定である。また、DAPI染色にて血管平滑筋細胞核数そのものの変化に変動があるか否かを突き止める。
アブシジョンのメカニズムの解析に関する研究

アカウキクサで認められる3つのタイプのアブシジョン(自然に起こる,エチレンによって誘導される時間のかかる,呼吸阻害剤によって誘導される短時間で終了するアブシジョン)の詳細を理解するため,本年度は,前年度に引き続き,ペクチンに対するモノクローナル抗体(methylesterified pectinとunesterified pectinをそれぞれ別々に認識するモノクローナル抗体)を使った免疫電顕の手法よって,ミドルラメラ崩壊の過程をより詳しく調べた.その結果,アブシジョンの過程における離層細胞でのミドルラメラの崩壊は,polygalacturonaseの活性変動だけでなく,ペクチン組成(methylesterified pectinとunesterified pectin組成比)にも密接に関係しているこを、明らかした.この実験結果をえたことによって,なぜ,3つにタイプのアブシジョンではミドルラメラペクチンの消失のし方の違うのかについて,説明できるようになった.この結果は論文にまとめて投稿した(J.Exp.Bot.投稿中).また,いろいろなアカウキクサストレインを用いて,3つにタイプのアブシジョンがどの様な条件でどの様にして起こるかについて詳細に調べた.得られた結果から,それぞれのタイプのアブシジョンの生理生態学的な意味について推察した.この結果も論文にまとめて投稿した(Aquatic.Bot.投稿中).一方酵素的な面からアプローチするため,前年度より,アブシジョンに関与していると思われるpolygalacturonaseおよびcellulaseの単離精製を試みてきた.しかし,両酵素とも当初考えていたよりその量はずっと少なく精製はい未だ完了していない.イオン交換カラムおよびゲル濾過カラムによって部分的な精製は完了したが,生化学的,免疫学的な研究に使える程度の純度には至っていない.今後も精力的に進めていかなければならない課題であると考えている.アカウキクサでは,通常の植物とは異なり,3つのタイプのアブシジョン(自然に起こる,エチレンによって誘導される時間のかかる,呼吸阻害剤によって誘導される短時間で終了するアブシジョン)が認められ,それぞれ別々のメカニズムで起こっているものと推察される.本研究は,この3つのタイプのアブシジョンの詳細をあきらかにすることを目的とする.本年度は,それぞれのアブシジョンの進行に伴って起こる離層細胞の細胞壁の分解の過程の構造的な詳細を、電子顕微鏡を用いて調べた.特に,ペクチンに対するモノクローナル抗体(methylesterified pectinとunesterified pectinをそれぞれ別々に認識するモノクローナル抗体)を使った免疫電顕の手法によって,ミドルラメラの崩壊の過程を調べた。その結果,自然に起こるアブシジョンおよび呼吸阻害剤によって誘導される短時間で終了するアブシジョンでは,ペクチンの崩壊が認められること;それに対してエチレンによって誘導される時間のかかるアブシジョンではアブシジョンの後もミドルラメラが残ること;その際methylesterified pectinのみが分解されないこで残ることなどを明らかにした.この実験結果及びその生理学的な意味について論文にまとめ投稿した.また、polygalacturonase,cellulaseが,それぞれのアブシジョンの過程で,どの様に挙動するかを明らかにするため,アブシジョンの過程に特異的に関与していると思われる両酵素のアイソザイムのを単離精製を試みた.本年度は,分析用の高速液体カラムクロマトグラフィーを用いて,カラムクロマトグラフィー上での両酵素の特徴を明らかにした.アカウキクサで認められる3つのタイプのアブシジョン(自然に起こる,エチレンによって誘導される時間のかかる,呼吸阻害剤によって誘導される短時間で終了するアブシジョン)の詳細を理解するため,本年度は,前年度に引き続き,ペクチンに対するモノクローナル抗体(methylesterified pectinとunesterified pectinをそれぞれ別々に認識するモノクローナル抗体)を使った免疫電顕の手法よって,ミドルラメラ崩壊の過程をより詳しく調べた.その結果,アブシジョンの過程における離層細胞でのミドルラメラの崩壊は,polygalacturonaseの活性変動だけでなく,ペクチン組成(methylesterified pectinとunesterified pectin組成比)にも密接に関係しているこを、明らかした.この実験結果をえたことによって,なぜ,3つにタイプのアブシジョンではミドルラメラペクチンの消失のし方の違うのかについて,説明できるようになった.この結果は論文にまとめて投稿した(J.Exp.Bot.投稿中).また,いろいろなアカウキクサストレインを用いて,3つにタイプのアブシジョンがどの様な条件でどの様にして起こるかについて詳細に調べた.得られた結果から,それぞれのタイプのアブシジョンの生理生態学的な意味について推察した.この結果も論文にまとめて投稿した(Aquatic.Bot.投稿中).一方酵素的な面からアプローチするため,前年度より,アブシジョンに関与していると思われるpolygalacturonaseおよびcellulaseの単離精製を試みてきた.しかし,両酵素とも当初考えていたよりその量はずっと少なく精製はい未だ完了していない.イオン交換カラムおよびゲル濾過カラムによって部分的な精製は完了したが,生化学的,免疫学的な研究に使える程度の純度には至っていない.今後も精力的に進めていかなければならない課題であると考えている.
バンチフィードバックによるビームサイズ増大現象の研究

横方向バンチフィードバックシステムに由来するノイズがビームに与える影響について、KEKB加速器を用いてシステムに注入するノイズを制御することにより定量的に測定し、シミュレーションの結果と比較し、良い一致を得た。並行して不要なノイズを発生しにくく、バンチ間分離が良いバンチ位置検出回路を開発し、DAFNE加速器フィードバックシステムを用いて検証し、ルミノシティに対しての影響を測定し、ルミノシティに影響が出ないことを確認した。ビーム衝突状態でフィードバックシステムがビームに与える影響を調べるため、KEKBリング衝突時にビームをフィードバックシステムを使って位相フィードバックを使った方法、及び単一周波数で強制振動する方法の両方で励振し、ビーム応答、ビームサイズ、ルミノシティに関する影響を調べる実験を行い、(1)ビームビームチューンシフト領域で大きな応答があり、ルミノシティを急激に悪化させることが分かった。(2)ビームビームチューンシフト領域からかなり離れた領域では、ビームサイズ、ルミノシティへの影響は見えないほど小さいものの、ビームが応答、励振出来ることが確認できた。振幅とビームサイズの実測値は、シミュレーションから予測されるルミノシティ悪化を引き起こす値と大きく食い違っており、今までのモデルでは説明できないことが分かった。引き続き来年度は、より精密で定量的なビーム応答実験と、シミュレーションモデルの再考を行う予定である。低ノイズバンチ位置検出回路については、部品の選定、手配を行い、現在KEKB用の2GHz検出システムを構築中である。また、DAFNEリングは有限角度衝突であり、クラブ空洞を使用する以前のKEKBと似た条件であるため、同様な実験を行い比較することが有益であるため、現地で打ち合わせを行い、来年度フィードバックノイズに関しての実験を共同で行うことで同意し、実験に向けての作業分担および大まかなスケジュールを決め、DAFNEリング用のシステム構築を開始した。低ノイズ、高アイソレーションの特性を持つフィードバック位置検出装置を製造、調整し、KEKB-LERバンチフィードバック装置に組み込み、iGp汎用デジタルフィルターと組み合わせてバンチフィードバック装置を構成、ビームを使ったフィードバックのノイズ効果に関する実験を行い、既存のバンチディテクタ及び2タップFIRフィルターを使ったシステムでフィードバックシステムが不安定化する大ゲインでも安定に動作する事を確認した。実験後は新装置で衝突実験を行い、衝突実験時でのビームサイズ増大現象が大ゲインでも起きない事を確認した。また、衝突中実験中に、LERフィードバック装置の外部信号口を使い外部からノイズ信号を導入し、ビームビーム領域内外での単一周波数信号、またホワイトノイズ信号を用い、周波数、振幅を変化させる事でビームの振動振幅、鉛直方向ビームサイズ、ルミノシティの変化を求める実験を行い、結果をsimulationと比較している。ビームに与えた振幅とルミノシティの変化については、実験結果とsimulationの結果は良く一致する事が分かったが、ルミノシティ低下を起こさせるためにフィードバックシステム自体に加えたノイズ量は非常に大きく、さらに検討が必要である。また、KEKB用に製作したフィードバックディテクタの検出周波数を改造し、INFN-LNF DAFNE加速器用にし、DAFNE陽電子リングで同様な実験を行うため、準備を行い、現地にディテクタを移送し調整まで行ったが、DAFNEリング側の急な重故障及び東日本大震災に伴う日本側の影響のため実験は来年度に延期となった。低ノイズ、高アイソレーション特性バンチ位置検出装置について、広帯域特性を保ったままノイズフィギアを改善するため、各種の高周波増幅回路の特性を測定し、また検出回路に組み込みビームシミュレーターを用いて実際のパルス応答を比較し、部品の選定および回路方式の改善を行った。イタリアフラスカティ研究所のDAFNEリングにおいて本研究で製作したバンチ位置検出回路の特性を測定する実験を行うため、現地に測定装置を移送し、さらに現地で実際のビームからの信号、リングおよび環境からのノイズを見ながら特性を改善する調整を行った。調整したフィードバック装置を陽電子リング鉛直方向フィードバックシステムのiGp12デジタルフィルターのフロントエンドに組み込み、フィードバックゲインを既存のシステムより大きくした状態で実際のビームを用いて単独ビーム単バンチ、多バンチ状態、および衝突状態でのフィードバックループ内の信号を測定するとともに、衝突ビームのビームサイズ、およびルミノシティの比較測定を24時間かけて行い、ビームサイズおよびルミノシティとも同等であったという結果を得た。残念ながらDAFNEリングは重故障が続発し運転時間が非常に限られており、さらに性能上も非常に不調な状態であり、これ以上の実験は不可能であったが、得られたノイズデータをもちいてシミュレーションとの比較を続行する予定である。本研究について、DIPAC2011で報告を行うとともに、横方向ノイズのビームに与える影響についてPRST-AB誌に投稿をし、掲載されている。
機能発現スクリーニングを用いたマメ科生態生理活性物質の生合成機構の解析

主にマメ科植物に存在するイソフラボノイドは、多様な生態生理機能を持っ。イソフラボノイド生合成系には未だ未同定の酵素遺伝子がある。酵素遺伝子を同定し、発現制御機構を明らかにすれば、有用植物の分子育種に結びつく可能性がある。イソフラボノイドを蓄積する植物からcDNAライブラリーを作成し、主に機能発現スクリーニング法を用いて、生合成に関わる新規の酵素cDNAをクローニングした。取得した遺伝子を酵母や植物で発現させ、組換え生物でイソフラボノイド生産を行った。本研究では,タンパク質・遺伝子の配列情報を必要とせず,きわめて短時間に確実に酵素遺伝子が同定できる手法,すなわち機能発現スクリーニング法を用いて,植物二次代謝産物の生合成酵素遺伝子の同定を行う.本課題では,酵素反応の精密な生化学的解析,生合成経路(機構)の解明を主とするが,取得した遺伝子を用いた有用物質生産,二次代謝産物の生体内外での役割の解明も順次行う.本年度は実用植物として注目度の高いマメ科ダイズ(Glycine max)を主な材料とし,生合成機構が不明のイソフラボノイド系化合物,クメステロールやグリセオリンをターゲットとした.ダイズ培養細胞に各種エリシターを処理し、クメステロール、グリセオリンの誘導条件を確立した.現在,タイムコース実験を行っており,各成分の誘導時間を明らかにする予定である.また機能発現スクリーニングのため,エリシター処理したダイズからcDNAライブラリーを作成した.クメステロール,グリセオリン合成系には膜結合性の酸化酵素(P450)の関与が想定される.P450のレドックスパートナーであるP450還元酵素cDNAをミヤコグサから3種取得し,そのうちの2種について酵母系を用いて機能を確認した.今後アッセイ用の基質をダイズ培養細胞から調製するとともに,酵母にミヤコグサP450還元酵素cDNAとダイズcDNAライブラリーを導入し,機能発現スクリーニングを行う予定である.本研究では,タンパク質・遺伝子の配列情報を必要とせず,短時間に酵素遺伝子が同定できる,機能発現スクリーニング法を用いて植物二次代謝産物の生合成酵素遺伝子の同定を行う.プテロカルパン生合成:マメ科植物のファイトアレキシンの多くはプテロカルパン骨格を持つ.生合成系の前半の酵素遺伝子はほとんど同定されたが,これまでのところプテロカルパン生合成の最終酵素(脱水酵素)遺伝子は未同定である.Isoflavone 2'-hydroxylase,isoflavone reductase,vestitone reductase cDNAを取得し,組換え酵母や大腸菌を用いて2'-hydroxyformononetinから脱水酵素の基質(7,2'-dihydroxy-4'-O-methoxyisoflavanol)を調製した.今後エリシター処理したカンゾウcDNAライブラリーを用いて脱水酵素cDNAを同定する予定である.非マメ科植物のイソフラボノイド生合成:イソフラボノイドは主にマメ科植物に分布するが,非マメ科植物のアヤメ属植物もイソフラボノイドを蓄積する.しかしこれまで非マメ科植物のイソフラボノイドの生合成機構は不明である.イソフラボノイドを蓄積するIris germanica(アヤメ属)不定根からcDNAライブラリーを作成した.酵母系を用いた発現スクリーニングにより,イソフラボノイド骨格合成酵素cDNAを取得した.マメ科のイソフラボノイド型ファイトアレキシン生合成に関わる酵素には未だ未同定の酵素遺伝子がある.酵素遺伝子を同定し,発現制御機構を明らかにすれば,将来有用植物の分子育種に結びつく可能性がある.ダイズのプレニル化イソフラボノイド生合成に関わるプレニル基転移酵素(PT)遺伝子の候補をEST,ゲノムデーターベースから取得し,酵母で発現させて機能を解析した.グリセオリンII生合成に関わるPTを同定するとともにイソフラボン,クメステロールを基質とするPTを同定した.遺伝子発現と成分の蓄積に相関が見られた.マメ科植物のファイトアレキシンの多くはプテロカルパン骨格を持つ.生合成系の前半の酵素遺伝子はほとんど同定されたが,これまでのところプテロカルパン生合成の最終酵素(脱水酵素)遺伝子は未同定である.Isoflavone2'-hydroxylase,isoflavone reductase,vestitone reductase cDNAを取得し,組換え酵母や大腸菌を用いて2'-hydroxyoformononetinから脱水酵素の基質(7,2'-dihydroxy-4'-(O-methoxyisoflavanol)を調製した.エリシター処理したカンゾウcDNAライブラリーを用いて機能発現スクリーニングにより脱水酵素cDNAを同定した.また配列情報を元にミヤコグサ,ダイズから脱水酵素cDNAを同定した.これによりファイトアレキシンの基本骨格を作る酵素遺伝子の同定が達成された.
ナノ高次構造制御による高機能マイクロマテリアルとμTASシステムの創生

本研究では,ナノ構造を平面・立体で分布制御した構造を用いてこれまでにない,高機能のマイクロスマートマテリアルを創生することを目的とした.この高次構造は複雑であるため,達成しようとする機械的機能・動作特性を実現する構造・原理を機能を定義することにより自動的に求めるシミュレーション手法が必要であり,本研究ではナノ高次構造を求めるため,機能・特性を定義することで,それを実現するナノ高次構造を求めることができる解析システムを開発を目的のひとつとした,さらに,それを用いて新たなフレキシブルμTAS(Micro-Total-Analysis-System)の創製を試みた.まずマイクロ構造の動作特性に影響を及ぼす空気の影響を明らかにし,その上でマイクロマシンの動作特性を支配する方程式を求めた.そして,所望の動作特性を発揮する構造および材料特性の分布を,GAを用いた最適化理論と求めた支配法的式群を有限要素法を用いて求める手法を研究した.その結果,本研究が提案する方法が所望の機能を発揮するマイクロマシンの構造(材料分布を含む)を求めるために有効であることを,実験結果を用いて示した.また,マイクロマシンのアクチュエータとして一般的に用いられる圧電薄膜の圧電特性に及ぼす残留応力や負荷ひずみの影響を明らかにした.これは,一般的には成膜時の基板温度や成膜に用いるガスやターゲット材料の組成により作製する薄膜の電気的特性及び機械的特性を制御し,所望の薄膜材料を作製するのであるが,本研究では,明らかにした薄膜の特性を利用して成膜後に電気的特性および機械的特性を改変する方法について検討し,有効な方法を提案した.さらに,材料および構造を分散させることにより,近年マイクロマシンの応用分野として注目を集めているマイクロTASの基本デバイスであるマイクロポンプとマイクロミキサーの高機能化を上記の方法を基にした考え方により実現した.本研究では,ナノ構造を平面・立体で分布制御した構造を用いてこれまでにない,高機能のマイクロスマートマテリアルを創生することを目的とした.この高次構造は複雑であるため,達成しようとする機械的機能・動作特性を実現する構造・原理を機能を定義することにより自動的に求めるシミュレーション手法が必要であり,本研究ではナノ高次構造を求めるため,機能・特性を定義することで,それを実現するナノ高次構造を求めることができる解析システムを開発を目的のひとつとした,さらに,それを用いて新たなフレキシブルμTAS(Micro-Total-Analysis-System)の創製を試みた.まずマイクロ構造の動作特性に影響を及ぼす空気の影響を明らかにし,その上でマイクロマシンの動作特性を支配する方程式を求めた.そして,所望の動作特性を発揮する構造および材料特性の分布を,GAを用いた最適化理論と求めた支配法的式群を有限要素法を用いて求める手法を研究した.その結果,本研究が提案する方法が所望の機能を発揮するマイクロマシンの構造(材料分布を含む)を求めるために有効であることを,実験結果を用いて示した.また,マイクロマシンのアクチュエータとして一般的に用いられる圧電薄膜の圧電特性に及ぼす残留応力や負荷ひずみの影響を明らかにした.これは,一般的には成膜時の基板温度や成膜に用いるガスやターゲット材料の組成により作製する薄膜の電気的特性及び機械的特性を制御し,所望の薄膜材料を作製するのであるが,本研究では,明らかにした薄膜の特性を利用して成膜後に電気的特性および機械的特性を改変する方法について検討し,有効な方法を提案した.さらに,材料および構造を分散させることにより,近年マイクロマシンの応用分野として注目を集めているマイクロTASの基本デバイスであるマイクロポンプとマイクロミキサーの高機能化を上記の方法を基にした考え方により実現した.本研究では、材料組成を1次・結晶構造を2次として結晶構造の分布を3次構造とし、3次構造の平面的配置や立体的な配置を高次構造と呼ぶ。ナノ高次構造制御とは、ナノ構造を平面・立体で分布制御することで、本研究ではこの構造を用いてこれまでにない、高機能のマイクロスマートマテリアルを創生することを目的とする。この高次構造は複雑であるため、達成しようとする機械的機能・動作特性を実現する構造・原理を機能を定義することにより自動的に求めるシミュレーション手法が必要であり、本研究ではナノ高次構造を求めるため、機能・特性を定義することで、それを実現するナノ高次構造を求めることができる解析システムを開発する、さらに、それを用いて新たなフレキシブルμTAS(Micro-Total-Analysis-System)を創製するものである。12年度の成果;PZT薄膜の材料特性(圧電・誘電率)と機械的ひずみの関係を明らかにし,材料特性を制御する方法について検討し,その可能性を明らかにした.また,GAを用いた解析システムを開発し,面内での材料分散により,所望の変形形状を実現することが可能なアクチュエータの設計を可能にした.さらに,マイクロTASにおいて重要になる,液滴の搬送理論について研究を行い,電界駆動による液滴搬送原理を明らかにすると共に,マクロ領域からマイクロ領域への低電圧駆動可能なマイクロアクチュエータの基本構造・原理について考察した.本研究では,材料組成を1次・結晶構造を2次として結晶構造の分布を3次構造とし,3次構造の平面的配置や立体的な配置を高次構造と呼ぶ.ナノ高次構造制御とは,ナノ構造を平面・立体で分布制御することで,本研究ではこの構造を用いてこれまでにない,高機能のマイクロスマートマテリアルを創生することを目的とする.

この高次構造は複雑であるため,達成しようとする機械的機能・動作特性を実現する構造・原理を機能を定義することにより自動的に求めるシミュレーション手法が必要であり,本研究ではナノ高次構造を求めるため,機能・特性を定義することで,それを実現するナノ高次構造を求めることができる解析システムを開発する,さらに,それを用いて新たなフレキシブルμTAS(Micro-Total-Analysis-System)を創製するものである.平成13年度は,高次構造を制御した高機能μTASとして次の2つの研究を行った.(1)面内に材料特性を分布させたアクチュエータをPZTを用いて作成し,マイクロアクチュエータの高機能化をについて検討した.(2)マイクロTASデバイスとして,液滴の注入や分離を行うための搬送・分離デバイスを3次元で実現する.2次元構造における液滴搬送メカニズムに関する研究成果をもとに,3次元構造を作成する方法について検討を加え,進行波を用いて流体を搬送できるマイクロポンプと,流体界面の不安定性理論に基づく検討を行い,流体ミキサーを考案したが,設計通り機能しなかった.次年度に再度検討する本研究では,材料組成を1次・結晶構造を2次として結晶構造の分布を3次構造とし,3次構造の平面的配置や立体的な配置を高次構造と呼ぶ.ナノ高次構造制御とは,ナノ構造を平面・立体で分布制御することで,本研究ではこの構造を用いてこれまでにない,高機能のマイクロスマートマテリアルを創生することを目的とする.この高次構造は複雑であるため,達成しようとする機械的機能・動作特性を実現する構造・原理を機能を定義することにより自動的に求めるシミュレーション手法が必要であり,本研究ではナノ高次構造を求めるため,機能・特性を定義することで,それを実現するナノ高次構造を求めることができる解析システムを開発する,さらに,それを用いて新たなフレキシブルμTAS(Micro-Total-Analysis-System)を創製するものである.平成14年度は,前年度までの結果を得て,考案した進行波型マイクロポンプの構造とその性能に関して考察し,また,流体ミキサーについては流体界面の不安定性理論に基づく検討を行い問題点とその解決方法についてあたらな提案を行つた。また,3次元構造を作製する方法について検討し,転写技術の検討を行った.さらに,本研究の応用デバイスとして,マイクロパッチクランプデバイスの検討を行った.
Z選択的ホルナー・エモンズ試薬の開発

ジアリールホスホノ酢酸エチルをアルキル化した後、ホルナーエモンズ反応を行えば3置換オレフィンの合成が可能である。本研究ではメチル基、n-ブチル基、i-プロピル基で置換された試薬を合成しそれらの選択性を調べた。ジフェニルホスホノ酢酸エチルの場合アルキル化はDMSO中NaHまたはt-BuOKを用いて行い、収率はメチル体66%、n-ブチル体77%、i-プロビル体68%であった。これらと種々のタイプのアルデヒドとの反応を行った。メチル体試薬については、trans-ヘキセナールとの反応を除くと95%以上という非常に高いZ-選択性が得られている。n-ブチル体試薬については、無置換体やメチル体に比べ反応条件と選択性の関係が大きく変化していることがわかった。つまり、これまでベンズアルデヒドとの反応はTriton Bを用いることにより良い結果を得ていたが、n-ブチル体試薬では選択性が2:1にまで低下したのに対し、NaHを用いると97%の選択性が得られた。また脂肪族アルデヒドとの反応では、比較的嵩高いアルデヒドの場合高選択的に反応は進行したが(95-97%)、n-オクチルアルデヒドとの反応では通常の条件下(-78度からO度まで昇温)2:1の選択性しか得られなかった。反応を0度で行なうと選択性は上昇し83:17の選択性が得られた。つまり、低温ではE一体がより多く生成したことになる。ジメチルフェニルの試薬を用いトルエン中BuLi-LiBrを塩基として用いれば94%つ選択性が得られた。i-プロピル体試薬についてはZ-選択性は全て高いものの反応性の低下が顕著で、特に嵩高い脂肪族アルデヒドとの反応は低収率となった。反応操作は容易であり、高価な薬品も必要とせず、収率も一部を除いてほぼ定量的であるため、合成的価値の高い方法になると考えている。
骨軟部腫瘍の免疫チェックポイント機構の解析

がん精巣抗原などの免疫チェックポイント機構は、ここ数十年で悪性腫瘍の診断マーカーや治療のターゲットとして、注目されてきた。最近PD-1, PD-L1, NY-ESO-1, MAGE-A4などの分子が、様々な新生物で発現していることが報告されている。しかし、高悪性度軟部肉腫においての報告は少ない。我々は、PD-L1が高悪性度軟部肉腫において発現していることや、NY-ESO-1とMAGE-A4が滑膜肉腫に高発現していること、NY-ESO-1が発現している軟部肉腫の予後が比較的良好であることなどを発見し、今後のがん免疫療法への進歩へとつながると考えている。近年骨軟部腫瘍の治療成績は、抗腫瘍薬治療の進歩、画像診断技術の進歩、手術手技の改良など集学的治療法の進歩により大きく改善してきた。しかし、限局型の高悪性度軟部肉腫の累積5年生存率は依然60%程度であり、約半数の症例は肺転移をはじめとする遠隔転移をきたし予後不良の経過をとる。従ってこれら高悪性度骨軟部肉腫に対する、低侵襲で有効かつ安全な治療法の開発が強く望まれている。近年、がんに対する免疫療法が盛んに研究・臨床応用されており、持続的治療効果が示されてきた。肉腫の分野においても、新たな治療法として期待されている。しかし、稀な腫瘍である軟部腫瘍のがん精巣抗原(NY-ESO-1、MAGE-A4)や免疫チェックポイント機構(PD-L1)などの基礎的研究は、未だ十分に行われていない。そこで我々はまず、軟部肉腫患者の手術時臨床検体を用いて、これら腫瘍免疫関連タンパクの発現に関する、臨床病理学的検討を計画した。軟部肉腫の手術時患者検体を用いてPD-L1を、さらに滑膜肉腫患者検体を用いてNY-ESO-1の免疫組織化学的染色法を行い、評価した。結果、PD-L1は軟部肉腫においても発現していることが分かった。さらに、PD-L1陽性の軟部肉腫は、予後不良の傾向にあった。また、NY-ESO-1は、滑膜肉腫において高発現していた。しかし、予後などの臨床成績との関連性を見出すことはできなかった。これにより、PD-L1陽性軟部肉腫において抗PD-L1抗体を用いることで抗腫瘍効果が期待できる可能性を見出した。さらに、滑膜肉腫においてがん精巣抗原であるNY-ESO-1を標的とするがんワクチンや腫瘍特異的T細胞輸注療法の良い分子標的となりうる可能性を見出した。研究計画書であげた平成27年の計画に従い、免疫染色による臨床病理学的検討を行った。研究計画書であげた平成28年の計画に従い、免疫染色による臨床病理学的検討を行った。

しかし、稀な腫瘍である軟部腫瘍のがん精巣抗原(NY-ESO-1、MAGE-A4)や免疫チェックポイント機構(PD-L1)などの基礎的研究は、未だ十分に行われていない。そこで我々はまず、軟部肉腫患者の手術時臨床検体を用いて、これら腫瘍免疫関連タンパクの発現に関する、臨床病理学的検討を計画した。軟部肉腫の手術時患者検体を用いてPD-1、PD-L1を、さらに滑膜肉腫患者検体を用いてNY-ESO-1の免疫組織化学的染色法を行い、評価した。結果、PD-L1は軟部肉腫においても発現していることが分かった。さらに、PD-L1陽性の軟部肉腫は、予後不良の傾向にあった。また、NY-ESO-1は、滑膜肉腫において高発現していた。しかし、予後などの臨床成績との関連性を見出すことはできなかった。これにより、PD-L1陽性軟部肉腫において抗PD-L1抗体を用いることで抗腫瘍効果が期待できる可能性を見出した。さらに、MAGE-A4の免疫染色を行うことで、MAGE-A4が滑膜肉腫に高発現していることを見出し、滑膜肉腫においてがん精巣抗原であるNY-ESO-1、MAGE-A4を標的とするがんワクチンや腫瘍特異的T細胞輸注療法の良い分子標的となりうる可能性を見出した。がん精巣抗原などの免疫チェックポイント機構は、ここ数十年で悪性腫瘍の診断マーカーや治療のターゲットとして、注目されてきた。最近PD-1, PD-L1, NY-ESO-1, MAGE-A4などの分子が、様々な新生物で発現していることが報告されている。しかし、高悪性度軟部肉腫においての報告は少ない。我々は、PD-L1が高悪性度軟部肉腫において発現していることや、NY-ESO-1とMAGE-A4が滑膜肉腫に高発現していること、NY-ESO-1が発現している軟部肉腫の予後が比較的良好であることなどを発見し、今後のがん免疫療法への進歩へとつながると考えている。平成27年度の検討から、軟部肉腫においてPD-L1が発現していることがわかり、予後との関連性がうかがえた。また、NY-ESO-1に関しては、滑膜肉腫に高発現していることが分かったが予後などとは関連性は認めなかった。平成28年度は、平成27年度の計画を継続・発展させ、NY-ESO-1の滑膜肉腫以外の軟部肉腫での発現を確認するとともに、がん抗原であるMAGE-A4の免疫染色を行い、予後との関連をみることを計画している。さらに、NY-ESO-1の細胞株における遺伝子発現をRT-PCR、イムロブロッティング、蛍光免疫染色法により確認することを計画している。さらに、平成28年度の検討で、NY-ESO-1は粘液型脂肪肉腫に高発現していることがわかった。また、免疫チェックポイント分子であるMAGE-A4が滑膜肉腫に高発現していることがわかった。平成29年度は、平成27,28年度の計画を継続・発展させ、MAGE-A4の免疫染色の追加を行い、予後との関連をみることを計画している。整形外科
電析法を用いた汎用性ナノロッドアレイ形成プロセス

テンプレートのオリジナル1次元構造体となる酸化亜鉛ナノロッドアレイの形成を硝酸還元に基づく水溶液電解析出法で検討した。電解浴への添加剤や基板材料を工夫することで基板に対して垂直性が高く、かつポーラスなナノロッド構造体を作製することができた。また、テンプレートとなる充填剤として、ポリマー系と無機系材料の検討を実施し、ナノロッド間への充填条件とテンプレート形状の相関に関する基礎的知見を得ることができた。本研究は、酸化亜鉛の電解析出技術を使用してナノロッドアレイ形成用のテンプレートを形成し、更にそのテンプレートを利用してナノロッド形状を有する種々の酸化物半導体および金属を電解析出法で形成することを目的とする。酸化亜鉛は、六方晶ウルツ鉱構造をもつ酸化物半導体であり、結晶表面エネルギーに大きな異方性を有することから、自発的にロッド形状に成長する特徴をもつ。成膜法としては、スパッタなどの気相成長法および水熱合成法などの溶液成長法など多岐にわたるが、本研究では、平衡状態に近い結晶成長の場を提供でき、かつ大面積化が容易な電解析出法を用いている。今年度は、電解析出法で形成した酸化亜鉛ナノロッドアレイをベースとしたポリマーテンプレートの開発を実施した。ポリマーの種類や塗布方法など種々検討した結果、酸化亜鉛ナノロッド間の隙間に充填可能な条件を見出すことができた。一方で、酸化亜鉛ナノロッド間に隙間がなく、ポリマーが基板まで到達してない箇所も存在することが明らかとなった。この課題を解決するため、酸化亜鉛ナノロッドの成長密度を従来よりも小さくし、ナノロッド間に十分な隙間ができる電解析出条件の検討を行った。ナノロッドの成長密度は、全ての電解析出パラメーター(溶液濃度、温度、析出速度、基板)が複合的に影響し合っているため、成長密度だけを制御することは困難である。そこで、従来の電解析出条件に加えて新たに添加剤の検討を行い、種々実験した結果、ナノロッドの粒径を維持しつつ、成長密度を減少して酸化亜鉛ナノロッドを形成することに成功した。本研究は、酸化亜鉛の電解析出技術を使用してナノロッドアレイ形成用のテンプレートを形成し、そのテンプレートを利用して種々の半導体および金属を電解析出で得ることを目的とする。酸化亜鉛は、六方晶ウルツ鉱構造を有する酸化物半導体であり、結晶表面エネルギーに大きな異方性を有することから、自発的にロッド形状に成長する特徴をもつ。成膜法としては、スパッタなどの気相成長法および水熱法などの溶液成長法など多岐にわたるが、本研究では、結晶形態制御と大面積化が可能な電解析出法を用いている。今年度は、テンプレートのオリジナル構造体として適用可能な酸化亜鉛ナノロッドアレイを形成することを第一の目標とした。本目的では、基板に対する垂直性が高く、粒径がそろった酸化亜鉛ナノロッドアレイを形成する必要があるため、Si基板に酸化亜鉛ナノロッドアレイをエピタキシャル成長させることを試みた。基板との格子ミスマッチを緩衝し、また導電性を付与させるため、Au(111)を蒸着したSi基板を使用した。また電解浴には、硝酸亜鉛水溶液を使用した。基板にカソード電流を印可すると、溶存酸素や硝酸イオンの還元反応が進行し、生成した水酸化物イオンが亜鉛イオンと反応して脱水反応を経ることで、酸化亜鉛結晶が基板上に成長する。このとき、酸化亜鉛結晶の長さや粒径は、析出条件に大きく依存することから、硝酸亜鉛濃度や析出温度、析出電流密度等の条件を種々変えて実験を行った。その結果、直径約100200 nm、長さ約2 umの酸化亜鉛ナノロッドアレイを基板から垂直に成長させることに成功した。この構造体は、先述した要件を満たしていることから、テンプレートのオリジナル構造体として期待できる。酸化亜鉛は、六方晶ウルツ鉱構造をもつ酸化物半導体であり、結晶の表面エネルギーに大きな異方性を有することから、自発的にロッド形状に成長する特徴をもつ。成膜法としては、スパッタリングなどの気相成長法および水熱合成法などの溶液成長法など多岐にわたるが、本研究では、平衡状態に近い結晶成長の場を提供でき、かつ大面積化が容易な電解析出法を用いて実施した。最終年度は、酸化亜鉛ナノロッドの形態制御とテンプレート形成に重点をおいて、研究を実施した。酸化亜鉛ナノロッドの形態制御では、前年度に開発した添加剤による成長密度制御法に加え、本年度はエピタキシャル成長法も新たに取り入れ、テンプレートひな形として利用可能な、適度な隙間と垂直性に優れたナノロッドを得ることに成功した。テンプレートの形成では、前年度のポリマー系充填剤に加えて、無機系の充填剤も新たに検討し、酸化亜鉛ナノロッドへの充填条件とテンプレート形状の相関を調べた。研究期間を通して、酸化亜鉛ナノロッドの成長形態制御を実施し、テンプレート形成に適した形成条件を見出すとともに、ポリマー系と無機系充填剤の探索を実施し、充填条件とテンプレート形状に関する基礎的データを得ることができた。

無機薄膜材料オリジナルテンプレートとなる酸化亜鉛ナノロッドの成長密度制御およびポリマー塗布条件を見出しており、次のステップに進むことができるため。当初第一の目標としていたナノロッドアレイ形成用テンプレートのオリジナル構造体を電解析出法で形成することに成功し、次のステップに進むことができるため。今後の方針として、今年度の研究で得られた隙間のある酸化亜鉛ナノロッド及びポリマー塗布条件を組み合わせてテンプレートを作製し、これをもって酸化物半導体や金属のナノロッドアレイ形成を試みる。得られたナノロッドの形状、密着性等を評価し、テンプレート形成プロセスの確立を目指す。今後の方針として、今年度の研究で得られた酸化亜鉛ナノロッドアレイをオリジナル構造とするテンプレートの作製を実施する。テンプレートの形成には、酸化亜鉛との離形性や基板との密着性、また適度なエッチング耐性が要求される。これらの点に特に注意しながら、テンプレート形成プロセスを確立する。計画的かつ継続可能な研究を実施するため。次年度の研究遂行に必要な基板や試薬などの購入に使用する。実験の継続的な遂行に必要な基板や試薬などの消耗品を購入するために使用する。