hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
サル免疫系を持つマウスの作製ーウイルス感染病態解明のための新規小動物モデルの開発

rHSCs移植後、マウス末梢血中にサルCD4陽性T細胞が持続的に検出され、サル化マウスが作製できることがわかった。さらに、病原性の異なるSIVを感染させたところ、各々のSIV感染でサル個体に認められる病態と同様の症状がサル化マウスでも観察された。以上から、AIDSの病態研究にサル化マウスが利用できる可能性が示唆された。今後の研究の推進方策としては、本年度の成果を基盤とし、以下の研究を遂行したい。1)細胞指向性あるいは病原性の異なるSIVのサル化マウスへの感染実験SIVには本年度サル化マウスへの感染実験に用いたT細胞指向性分子クローンのSIVmac239株以外に、急性腸管症状を示す病原性クローンのSIVpbj株や脳症を引き起こすSIVB670などが存在し、それぞれアカゲザル個体にエイズを発症させることがわかっている。これらのウイルスをサル化マウスに感染させ、その感染病態を比較検討し、サル化マウスのエイズ病態解明研究への利用について検討する。2)異なるサル個体の全骨髄細胞移植により作製されたサル化マウス間でのウイルス感受性及び病態の差異についての検討サルはマウスと異なり遺伝学的コントロールがなされていない。したがって、多様な遺伝的背景による個体差が大きく実験結果にばらつきがでるなど、実験には困難を伴う。そこで、異なるサル個体から得た全骨髄細胞の移植により作製されたサル化マウス間においてSIV感染による病態進行に差異があるかどうか検討する。また、骨髄提供サル個体についてウイルス感染抵抗性宿主因子の発現について検討し、ウイルス感受性や病態の差異との関連について明らかにしていきたい。ウイルス学
APDによるシンチレーティングタイル・ファイバー型カロリメーターの読み出し

今年度は、はじめに、シンチレーティングタイル・ファイバー型カロリメーターの中で用いるシンチレーティングタイルの本格的な読み出しテストを行った。シンチレーティングタイルにMinimum Ionizing Particle(MIP)を照射したときの光信号をアバランシェフォトダイオード(APD)で読み出し、その波高分布を詳しく分析した。特に、カロリメーターのエネルギー分解能に影響する可能性のあるAPDのノイズ特性や過剰雑音係数(二次電子増倍率のゆらぎ)などを、APDの温度やバイアス電圧の関数として詳しく測定した。その結果、(1)APDのノイズは、APDの二次電子増倍率が200倍を超えない限り、冷却しなくても、室温中で既に十分小さいこと、(2)過剰雑音係数はAPDの二次電子増倍率のみの関数となり、APDの温度にはよらないこと、などが分かった。次に、以上のようにAPDを用いてタイル中でのMIPのエネルギー損失を実測したときの波高分布を、シャワーの発生によってタイルに入射してくる荷電粒子の数だけ重ね合わせるという手法によって、カロリメーターのエネルギー分解能を求めた。シャワー中の荷電粒子の数はGEANT4によるシミュレーションによって求めた。その結果、APDの二次電子増倍率を20倍程度の比較的低い値に設定することによって、過剰雑音係数を小さく保ちつつ、必要十分なS/N比を確保することができ、最も高いエネルギー分解能が得られることが分かった。本研究によって得られたカロリメーターのエネルギー分解能を、従来のように光電子増倍管でシンチレーティングタイルの光信号を読み出す場合と比較した結果、光電子増倍管を用いるよりも、APDを用いた方が高いエネルギー分解能が得られることが明らかになった。はじめに、シンチレーティングタイル・ファイバー型カロリメーターで用いるシンチレーティングタイルの雛形を作製した。シンチレーティングタイルの構造については、これまで多くの研究者によって発表された文献等を参考にしながら、コンピューターによるシミュレーションを行い、カロリメーターの構造とエネルギー分解能との関係を実際に計算した上で決定することにした。その結果、本研究では、厚さ4mmおよび2mm、面積100mm×100mmの大きさの青色プラスチックシンチレーターの板に溝を掘り、波長変換材(WLS)で出来た直径1mmの光ファイバーを埋め込んだ構造のものを作製し、テストすることにした。次に、作製した雛形シンチレーティングタイルにMinimum Ionizing Particle(MIP)を照射し、タイルに埋め込んだWLSファイバーから得られる光をAPDで読み出し、その出力波高分析を行うための実験装置の準備を進めた。受光面1.5mm径のAPDを16個配列したアレイ型APDを真空容器の中に設置し、冷却用ペルチエ素子で-50°Cまで冷却できるようにした。WLSファイバーは真空容器のアクリル窓に開けた穴を通して容器の中に引き込み、APDの受光面に結合させた。今年度、既に4mm厚の雛形タイルを用いて実験を始めた。APDはまだ冷却せず、室温中で測定を行っているが、1個のMIPから得られる平均光電子数が約90個となり、光電子増倍管を使った場合の45倍に上ることが分かった。一方、あらかじめ予測されていたことではあるが、APDが光電子増倍管に比べて大きな過剰雑音係数を持つことも確認された。しかし、光電子数が増える効果のおかげで、APDを用いた方がエネルギー分解能は若干ながら良くなることが分かった。APDの冷却によってエネルギー分解能がさらにどこまで向上するかを確かめることが今後の課題である。
ソノプロセス:ソノケミストリーと化学工学の融合

液体に超音波を照射すると超音波キャビテーションにより局所的に極限反応場(数ミクロンの領域で5000K、10MPa、100m/sの超高温・超高圧・超高速流動場)が生成する。超音波キャビテーションに起因する化学的・物理的作用を扱う分野であるソノケミストリーは、1980年代から急速に成長し、現在、日本の研究は世界のトップレベルにあるが、今後も発展し続けるためには、超音波反応場の制御と化学プロセスへの応用が不可欠である。そこで、ソノケミストリーを実用的に使える技術とし、これに基づく新しい化学プロセスを創成することを意義として、『ソノプロセス:ソノケミストリーと化学工学の融合』を提案する。このためには、単一分野からのアプローチでは不十分であり、ソノケミストリー分野の研究者と化学工学の様々な単位操作の研究者との総合化が要求される。このような多様な分野の研究者からなるチームを単一研究機関から組織化するのは限界がある。従って、超音波を様々な化学プロセスで使える技術とするためには、様々な分野の専門家が横断的な議論を行える総合的な研究の場が必要不可欠である。本研究では超音波場を制御するための学理を創り、これに立脚した反応・分離などの要素技術の展開を研究の目的とする。このため、1)反応場の制御、2)物質循環プロセス、3)物質分離プロセス、4)物質創製プロセスの4項目の実用性の高い分野を抽出する。外国人研究者を招聘を含む2回の全体会議、World Congress on Ultrasonics 2003における調査研究におこない,ソノプロセスの具体内容についてまとめ、シンプルで高度化された新しいプロセス工学に体系化するための指針を得た。
肺癌定位照射の肺毒性とその生物学的および物理学的先行指標に関する研究

肺癌定位照射後の臨床的肺臓炎は約10%に見られ、そのほとんどが治療後6ヶ月以内に生じる。また、これらの予測においては、性別、計画的標的体積、治療前の血清KL-6値、SP-D値が有用と考えられた。定位照射後の肺臓炎には、DVHパラメーターなどの物理的因子以上に患者側因子(生物学的要因)が、その発症リスク評価の上でより重要である。小型肺腫瘍(I期肺癌や肺転移など)に対する定位放射線治療は、高い線量集中性とそれによる線量増加により、従来の通常分割照射に比べて効果が高く、手術にも匹敵する有効な治療法と期待されている。しかし、従来の放射線治療に比べ線量分布が複雑であること、1回大線量の短期照射であることなどから、副作用の面においてまだ不明な点も多い。本研究では、定位照射を行う小型腫瘍(原発性および転移性肺癌)症例を対象に、肺定位照射における正常肺組織の影響を物理学的および生物学的側面から詳細に検討するとともに、定位照射に関連する肺毒性に深く関与するりすく要因を治療関連因子と患者側因子の両面から明らかにすることを目的としている。「目的と方法」肺腫瘍に対する定位照射の治療成績を解析し、治療後の肺毒性予測に関する肺炎分子マーカー(KL-6およびSP-D)の有用性を明らかにすることを日的とし、2003年4月2006年3月までに定位照射を施行し、6ヶ月以上の経過観察を行った原発性肺癌92例、転移性肺癌17例、計109例を対象として解析した。定位照射は、固定6-8門、1回6-12Gy、総線量48-60Gy、4-17日間で行った。計画的標的体;PTVは7-166cm^3(中央値32cm^3)であった。これらの症例の生存率、局所制御率および肺毒性(CTCAE v3.0)について解析した。また、治療前の血清間質性肺炎マーカー(KL-6、SP-D)を測定し、その血清中レベルと治療後の肺毒性との関係について検討した。観察期間は6-32ヶ月(中央値14ヶ月)であった。「結果」全体の2年粗、原病生存率および局所制御率は、それぞれ89.9%、96.2%、90.2%と良好であったが、Grade3以上の肺有害事象は11例(10%)であり、これら全例は治療後6ヶ月以内に認められることがわかった。5Gy,10Gyおよび20Gy以上照射される正常肺の照射容積(V5,V10およびV20)は、それぞれ5.5-43.0%(中央値19.5%),3.5-30.2(中央値11.0%),1.7-16.5(中央値5.4%)、平均肺線量は1.4-10.1Gy(中央値3.8Gy)、治療前の血清中のKL-6、SP-D値は、それぞれ129-1853U/ml(中央値300U/ml)、17-312ng/ml(中央値62ng/ml)と症例により比較的大きなばらつきがあった。これらの諸因子とGrade3以上の肺毒性との単変量解析を行った結果、KL-6:300U/ml以上(55例)、SP-D:62ng/ml以上(57例)、PTV:32cm^3以上(55例)では、それぞれ20%の症例でGrade3以上の肺毒性が認められたのに対し、それぞれの対照群(1-2%)と比較し有意に高かった(p=0.002-0.007)。「結論」肺腫瘍に対する定位照射の治療成績は良好であるが、10%に治療を要する肺毒性がみられた。血清中KL-6、SP-D値、腫瘍体積は肺癌の定位照射を行う際、治療後の肺毒性を予測する有用な因子であることが示唆された。現在、論文準備中である。また、さらに症例を蓄積するとともに、その他の血清マーカーについても解析中である。「目的と方法」肺腫瘍に対する定位照後の肺毒性予測に関する生物・物理学的先行指標を明らかにすることを目的とし、2003年4月2006年3月までに定位照射を施行し、6ケ月以上の経過観察を行った原発性肺癌92例、転移性肺癌17例、計109例を対象としてさらに解析を進めた。また、治療前の血清間質性肺炎マーカー(KL-6、SP-D)を測定し、その血清中レベルと治療後の肺毒性との関係について検討した、また、喫煙歴、慢性閉塞性肺疾患の有無、治療計画パラメータとの関連を解析した。

なお、今回の検討では、ステロイド投与を要した肺臓炎は全てGrade3以上とした。検討した因子は、年齢、性別、治療前の血清LDH、KL-6、SP-D値、処方線量、計画的標的体積(PTV)、平均肺線量(MLD)、5Gy、10Gyおよび20Gy以上照射される相対的肺容積(V5、V10、V20)である。「結果」定位照射後の肺臓炎の重症度は、Grade0-1:82.7%、Grade2:6.4%、Grade3:7.3%、Grade4:2.7%であった。Grade3以上の肺臓炎の発症時期は治療後27ケ月、中央値4ケ月であった。単変量解析の結果、性別、血清KL-6値、血清SP-D値およびPTVがGrade3以上の肺臓炎の発生率と有意に相関した。多変量解析では、血清KL-6値が有意因子であり、SP-D、PTVも有意傾向を示した。これらの結果は、I期非小細胞肺癌に対する検討でも同様な傾向が見られた。「結論」肺腫瘍に対する定位照射の治療成績は良好であるが、10%に治療を要する肺毒性がみられた。血清中KL-6、SP-D値、腫瘍体積は肺癌の定位照射を行う際、治療後の肺毒性を予測する有用な因子であることが示唆された。現在、論文準備中である。「目的と方法」肺腫瘍に対する定位照後の治療効果と肺毒性予測に関する生物・物理学的先行指標を明らかにすることを目的とし、2003年4月2007年12月までに組織・細胞学的検査により確認されたI期非小細胞肺癌102例(T1:173例、T2:29例)。男性67例、女性35例、年齢中央値76才、腫瘍型は8-50mmである。定位照射は、固定6-8門照射、線量/分割は48Gy/4回:99例、60Gy/10回:3例。「結果」2年粗生存率、無病生存率、局所制御率は、それぞれ86%(T1:92%,T2:63%)、73%(T1:84%,T2:52%)、84%(T1:92%,T2:62%)とT2で有意に不良であった。再発形式は、局所13例(T1:5例、T2:8例)、リンパ節11例(T1:6例、T2:5例)、遠隔8例(T1:4例、T2:4例)であった。T2では局所再発、所属リンパ節転移、遠隔転移ともに高頻度であった。治療効果では局所制御率と腫瘍体積(腫瘍径)とに相関も見られた。Grade3以上の肺毒性は7%(T1:5%、T2:10%)であり、Grade3以上の肺臓炎は治療後6ヵ月以内に生じる傾向にあった。肺毒性予測については、治療前の血清KL-6値、SP-D値、計画的標的体積(PTV)が、定位照射後の臨床的肺臓炎発症と相関したが、肺V5-V20などのDVHパラメーターとの相関はなく、治療後1-2ヶ月での血清肌-6,SP-D値の変化率と臨床的肺臓炎との関連は見出せなかった。また、これらの血清マーカーは治療後1年程度で正常化する症例が多く、画像的変化と比較的一致した。「考察」治療前の間質性肺炎の分子マーカーである血清KL-6値、SP-D値が、肺癌定位照射後の肺臓炎の予測に有用である。定位照射では、肺の照射容積は高線量域が小さく、低線量域が大きい傾向にあるため、患者側因子(生物学的因子)がより重要である可能性が示唆された。今後、T2病変の治療成績向上のため、線量増加や補助化学療法の併用を検討する必要があるが、標的体積が大きいものが多く含まれるため、肺毒性に関する治療前のリスク評価は更にに重要性を増すと考えられる。「目的と方法」肺腫瘍に対する定位照後の肺毒性、特に臨床的放射線肺臓炎の治療前予測或いは治療後早期診断に有用な生物・物理学的先行指標を明らかにすることを目的とし、2003年4月2008年12月までに組織・細胞学的検査により確認されたI期非小細胞肺癌130例(T1:96例、T2:34例)。男性87例、女性43例、年齢中央値76才、腫瘍型は8-50mmである。定位照射は、固定6-8門照射、線量/分割は48 Gy/4回:127例、60 Gy/10回:3例。
渇水の時間的・空間的特性に関する災害事象の統計的研究

渇水の事象は気象要因だけでなく,人為的な水管理方法などに影響され,定量化が難しく,統計量として対処し難い性質をもっている。本研究では,渇水の原因となる少雨現象について,少雨の出現構造を明らかにし,過去の降水履歴に基づいた少雨の確率的予測法を検討した。少雨現象の季節的・地域的な現われ方を見るために,世界約100か所の50年以上の月間雨量資料を収集し,降水量の度数分布を解析した。その結果,渇水の常襲地域は少雨側あるいは多雨側に最頻値をもつbimode型,あるいは雨季・乾季が明確に現われる型に分けられ,降水量の変動が大きい傾向を示した。一方,渇水災害をもたらすような異常な水不足は,ある特定の月に雨が少ないことによって生じるのではなく,数か月あるい1年といった長期の降水量が平年を大きく下回る場合に発生している。このような少雨の出現特性を検討するには,一定期間の降水量のみを対象にしては十分な説明ができない。そこで,任意の月を起点とした過去あるいは未来の任意期間の降水量に注目した「期間降水量」の概念を提案した。この期間降水量に基づき,少雨量と期間との関係,すなわち5DepthーDuration解析を行った。その結果,期間を長くとるに従って少雨の程度は回復し,平年値に近づくとともに少雨の生起率も指数関数的に減少するという関係が得られた。この少雨の時間的な経緯と空間的な分布状況の特性を利用した世界の渇水に関するハザ-ド・マップを作成した。またこのマップは沙漠化地域の予測にも利用できることを未した。
障害者の入所施設から地域の住まいへの移行に関する研究

1.目的オーストラリア、ノルウェー、オランダ、日本における地域移行プロセス・地域生活支援の取り組みの実態を把握し、比較検討すること。2.方法4カ国で、2004年から2005年にかけ、入所施設利用経験のある障害者本人各20人(現在は地域で暮らしている人)、その家族各10人、職員各10人を対象に面接調査を行い、質的に分析された。3.検討課題4カ国の研究結果を比較検討し、地域移行に関する個別支援プログラムの作成、移行後地域に定着し地域住民として定着していくために必要な地域生活支援システムの構築等を検討すること。4.結論入所施設、地域移行、地域自立生活をミクロ、メゾ、マクロレベルでの問題点や課題を整理したところ、次のような結論を見出すことができた。(1)障害当事者の想いや願いに基づいた移行となるよう、そのプロセスに障害当事者の声が十分反映されるようなシステム構築や支援体制を作る必要がある。(2)入所施設は障害当事者ではなく職員中心の集団管理的支援が中心で、入所者の声は反映されず、安心感も持てず、居住の場としては様々な問題を構造的に内包している。(3)地域生活を「ミニ施設化」しないためには、障害当事者の想いや願いに基づいた個別支援が原則とならなければならない。そのため、地域生活支援職員増と居住・日中活動規模を小さくすることが求められる。(4)障害当事者会の開催やその支援、また支援者の再教育などが求められている。(5)日本で地域移行を促進させるためには、期限をつけた全ての入所施設者の地域移行計画の策定や地域生活支援の予算配分が求められる。また、障害者差別禁止法や条例の制定も求められる。本研究は、入所施設から地域の住まいへの移行をどうしたらスムーズに行うことができるのか、また、移行後の地域生活をどう支援していったらよいのかを検討する目的で行われた。目的達成のため、2003年8月から2004年2月にかけ、オランダ・ユトレヒト、オーストラリア・ブリスベン、日本・宮城(船形コロニー)・群馬(国立のぞみの園)・長崎(コロニー雲仙)で、実態調査が行われた。日本では、地域移行に関する職員の意識調査も同時に行われた。現在各種調査の分析が行われているところである。本報告では、日本で行われた3施設での調査結果に焦点をしぼり、その概要を記す。調査対象となった日本の3施設には相互関連が見られていた。すなわち、コロニー雲仙の大幅な地域移行のあり方を学んだ船形コロニーが2011年までに同コロニーを解体することを宣言、この2施設や海外の施設解体の動向さらには国立コロニーを取り巻く状況の変化を踏まえ厚生労働省が国立コロニー独立法人化検討委員会の報告を受ける形で大幅な地域移行を決断したというものであった。地域移行は、コロニー雲仙が最も進んでおり、次に船形コロニー、国立のぞみの園ではやっと施設内自活訓練事業が始まったばかりであった。コロニー雲仙のように入所施設を通過施設と位置づけているところでは、入所定員を大幅に縮小し、利用者に社会適応訓練を実施しながら地域生活に向けた取り組みを行っていた。こうした施設では、利用者・家族・職員間に地域移行は当然という考え方が見られていた。一方船形コロニーや国立のぞみの園では、理事長や国の地域移行促進の方針決定に戸惑いを感じている人たちが数多くおり、受け止め方が一様ではなかった。こうした施設では、地域移行に関して利用者にも家族にも納得のいく形で分かり易く説明され、安心して地域移行がなされようとしているわけではなかった。移行後の地域生活はどの利用者も、様々な課題を抱えながらも、肯定的な体験と受け止めており、自分たちの生活や人生を取り戻すものとなっていることが判明した。また、地域生活支援システムの構築が急ぎ求められていることも判明した。

本研究は、入所施設から地域の住まいへの移行をどうしたらスムーズに行うことができるのか、また、移行後の地域生活をどう支援していったらよいのかを検討する目的で行われた。目的達成のため、2004年8月から2005年2月にかけ、オランダ・ユトレヒト、オーストラリア・ブリスベン、ノルウェー・ボードー、日本・北海道(伊達)などで知的障害者本人及びその関係者への面接調査を行った。なお日本においては、同様の実態調査が身体障害領域でも開始され始めた。今年度実施した面接調査における対象者は、原則として(1)入所施設での居住経験がある地域生活者20人、(2)その家族10人、(3)関わりのあった職員10人とした。対象者の選定は、旧施設を管轄していた協会(施設)の幹部職員や担当職員(地域コーディネーター等)にお願いをした。面接調査にあたっては、対象者基礎調査用紙、対象者用面接調査用紙、家族用面接調査用紙、職員用面接調査用紙を用意した。これらの調査用紙を参考にしながら、予め準備したインタビューガイド(個別情報、地域の住まいへの移行プロセス、居住状況、日中活動、余暇活動、会議への参加、対人関係、自己理解・自己決定、地域生活支援システムなどの質問項目を盛り込んだもの)に沿って、一人ずつ面接形式で行った。対象者本人に対する面接は、対象者が最もリラックスできる場や環境が用意できるように、対象者の家や部屋、所属機関の会議室等で行い、お茶などを飲みながら行った。面接時間は、30分から3時間と、対象者によって幅があった。家族に対しては、施設に来ていただいたり、家庭訪問をして面接調査を実施した。調査内容は、施設移行プロセス、障害者本人支援の在り方、地域生活支援システムに関してであり、本人の現在の生活状態や満足度といったものについても意見聴取を行った。職員には、主に施設を所管している協会等の建物の一室を利用して面接調査を実施した。調査内容は、家族と同様であった。対象者の了解を得てテープ録音を行ったが、現在、対象者の逐語記録を作成し、グランデッドセオリー的手法を用いて質的に分析を行っているところである。分析作業はまだ継続中だが、入所施設の構造的問題や地域移行プロセス・地域生活支援の現状と課題が明らかになりつつある。本研究は、オーストラリア、ノルウェー、オランダにおける地域移行・地域生活支援の取り組みの実態を把握し、日本の取り組みとを比較することにあった。実態把握は、4カ国で、2004年から2005年にかけ、面接調査法を用い、入所施設を利用したことのある障害者本人各20人(現在は地域で暮らしている人)、その家族各10人、職員各10人を対象に行われた。調査結果は、逐語録を起こし、質的に分析された。研究最終年度の今年度は4カ国の研究結果を比較検討し、地域移行に関する個別支援プログラムの作成、移行後地域に定着し地域住民として定着していくために必要な地域生活支援システムの構築に向けた検討を積み重ねてきた。
内耳血管条中間細胞(色素細胞)の内リンパ直流電位産生における役割

1,内向き整流性K^+チャネル(K_<ir>4.1)の血管条中間細胞への局在ラットK_<ir>4.1のC未端側14アミノ酸残基の合成ペプチドに対するウサギポリクローナル抗体を作成し、免疫組織化学的手法により,ラットおよびスナネズミの内耳血管条内でのK_<ir>4.1の局在を明らかにした.単離細胞の免疫染色および血管条組織の免疫電顕法から,K_<ir>4.1の免疫活性は中間細胞の細胞膜のみに認められた.先に,パッチクランプ法で見出された中間細胞の内向き整流性K^+チャネル(Neurosci.Lett.247:175-178,1998)は,K_<ir>4.1である可能性が高い、(Cell& Tissue Res.298:179-183,1999).2,血管条中間細胞に新たに見出された電位依存性K^+チャネル中間細胞に見出された内向き整流性K^+チャネル(Neurosci.Lett.247:175-178,1998)に加えて,新たに電位依存性K^+チャネルの存在をパッチクランプ法で明らかにした.このチャネルは,中間細胞の膜電位の安定化に寄与し,内向き整流性K^+チャネルとは別のK^+の分泌ルートになりうると考えられ,内向き整流性K^+チャネルとともに,内リンパ直流電位の生成と維待に主要な役割を果たしている可能性が高い(Am.J.Physiol.277:C91-C99.1999).中間細胞におけるカリウムコンダクタンスの電気生理学的特徴スナネズミ血管条から中間細胞を単離し,whole-cellパッチクランプ法にて,中間細胞の膜電位形成に主要な役割を果たしている内向き整流性カリウムコンダクタンスの存在を証明した.さらに,このコンダクタンスの薬剤感受性を検討したところ,過去の報告のEP生成に直接関与しているカリウムコンダクタンスのそれに類似しており,中間細胞が血管条内のカリウム輸送に直接的に関与している可能性を示した(Neuroscience Leters247:175-178,1998).中間細胞と血管構成細胞との細胞間連絡色素注入法により,中間細胞とその他の血管条構成細胞とのgap junctionを介する細胞間連絡を調べたところ,これまでに報告があった以外に.中間細胞が血管内皮細胞および周皮細胞とも細胞間結合していることを証明した.この結果は上記の報告(中間細胞のカリウムコンダクタンス)を考慮すれば.中間細胞だけでなく血管系もEP生成に関与する可能性を示す(Cell and Tissue Research 293:271-275,1998).1,内向き整流性K^+チャネル(K_<ir>4.1)の血管条中間細胞への局在ラットK_<ir>4.1のC未端側14アミノ酸残基の合成ペプチドに対するウサギポリクローナル抗体を作成し、免疫組織化学的手法により,ラットおよびスナネズミの内耳血管条内でのK_<ir>4.1の局在を明らかにした.単離細胞の免疫染色および血管条組織の免疫電顕法から,K_<ir>4.1の免疫活性は中間細胞の細胞膜のみに認められた.先に,パッチクランプ法で見出された中間細胞の内向き整流性K^+チャネル(Neurosci.Lett.247:175-178,1998)は,K_<ir>4.1である可能性が高い、(Cell& Tissue Res.298:179-183,1999).2,血管条中間細胞に新たに見出された電位依存性K^+チャネル中間細胞に見出された内向き整流性K^+チャネル(Neurosci.Lett.247:175-178,1998)に加えて,新たに電位依存性K^+チャネルの存在をパッチクランプ法で明らかにした.このチャネルは,中間細胞の膜電位の安定化に寄与し,内向き整流性K^+チャネルとは別のK^+の分泌ルートになりうると考えられ,内向き整流性K^+チャネルとともに,内リンパ直流電位の生成と維待に主要な役割を果たしている可能性が高い(Am.J.Physiol.277:C91-C99.1999).
当事者参加型調査による親亡き後の支援の検討に関する研究

本研究では親亡き後に際して、知的障害者が何を必要としているのか、あるいは、実際に親亡き後に直面した知的障害者にとって何が必要であったのかということについて研究を通して明らかにする。この知的障害者の親亡き後の問題については、それまで母親の視点からしか検証がなされてこなかったが、親亡き後の問題の当事者は知的障害者自身であり、知的障害者本人の視点から親亡き後に際して必要とされる支援等について検証することが求められる。そこで、本研究では知的障害者の親亡き後において必要となる支援要素について、調査員も調査対象者も親亡き後対策が必要とされる知的障害者からなる参加型アクションリサーチを通して明らかにする。
脱窒細菌の芳香族化合物分解反応を利用する有用物質生産

本年度は、フェノールからp-ヒドロキシ安息香酸合成のための条件を検討するとともに、さらに広範囲のスクリーニングを行い、新規な脱窒性芳香族化合物分解細菌を見出した。1)フェノールのカルボキシル化によるp-ヒドロキシ安息香酸の合成:この合成には、フェノールのリン酸化とカルボシキル化反応の2段階酵素反応を必要とする。大量培養して得たAzoarcusCC-11株の無細胞抽出液を用いて、それぞれの反応を探索したところ、第1段目の反応はその逆反応で見知できるものの、正反応に必要なリン酸供与体を特定するには至らなかった。一方、フェノールリン酸のCO_2によるカルボキシル化反応は、高い活性で認められた。無細胞抽出液による酵素実験とは異なり、菌体反応によっては、フェノールからp-ヒドロキシ安息香酸の著量蓄積を認めた。また、培養条件の検討により、その蓄積量を向上させることができた。これらの検討より、この合成反応の律速段階は、フェノールのリン酸化にあることが判明し、さらに蓄積量を高めるためには、そのリン酸供与体の解明と、その反応の増強が必要であることが明かとなった。2)新規な脱窒性芳香族化合物分解菌の単離:フェノールを単一炭素源とする連続培養より、らせん状の細菌、CC-26株を分離し、16rDNAの塩基配列の解析より、Proteobacteriaのα-subclassに属するMagnetospirillumに近縁な細菌であることを認めた。本菌の鉄イオンに対する要求性の低いことに注目して、鉄イオン制限培地を用いて、広範囲にスクリーニングし、多くの類似な細菌を見出し、系統分類の位置を確定した。これらの菌株は、これまでと同様に、ベンジルCoAを経る代謝経路で、芳香族化合物の分解を行うことも明らかにした。1)脱窒性芳香族分解細菌の大量菌体調製方法の確立:脱窒条件下でそれぞれフェノールおよびトルエンを分解するAzoarcus cc-11とTauera sp.DNT1株をジャーファーメンターで培養し、菌体大量調製法を確立した。いずれの場合にも、炭素源である芳香族化合物を一度に大量に添加することはできず、予め設定した炭素源と硝酸の消費の比率に従い、硝酸濃度をモニターしながら各炭素源と硝酸を逐次添加する方法が最適であった。2)代謝経路の確立:代謝産物の同定により脱窒条件下での代謝経路を確立した。Azoarcuscc11のフェノール分解経路は、フェノールリン酸を経てベンゾイルCoAに至るものであり、Tauerasp.DNT1では、トルエンはベンジルコハク酸を経てベンゾイルCoAに至るものであった。3) Azoarcus cc-11を用いるフェノールから4-ヒドロキシ安息香酸の合成:フェノールはフェノールキナーゼおよびフェノールリン酸カルボキシラーゼ反応を経て4-ヒドロキシ安息香酸になる。この代謝経路に従って、菌体反応による4-ヒドロキシ安息香酸の生産条件を設定した。これによって従来困難であった安息香酸4位の特異的水酸化を高収率で行うことを可能にした。4) Tauera sp.DNT1を用いるベンジルコハク酸の合成:本菌のトルエン分解経路の初期反応ではトルエンとフマル酸からベンジルコハク酸が生成する。この反応はベンジルコハク酸シンターゼ(BSS)によって触媒されるものである。当該菌体反応での著量蓄積を認め、さらに生産性向上のため、BSS遺伝子のクローニングを行い、そのサブユニットに相当する読み粋を特定できた。さらに近接する他のサブユニットのクローニングを行い、大量生産用の菌株の創製を行う。
楽器演奏型ビデオゲームを用いた脳梗塞リハビリテーション効果の神経科学的アプローチ

本研究では、脳梗塞によって引きおこされた上肢運動症状ならびに認知症状に対する新規のリハビリテーション法として、持続的な訓練効果が見込める楽器演奏型のビデオゲームを用いることで運動機能や判断能力がどのくらい向上されるかについて、運動学的および神経科学的に検討している。脳梗塞を含む脳卒中患者の新規リハビリテーションを提示する際には、まずはコントロールとなる健常被験者を対象とした運動や認知に関わる脳機能のメカニズムを解明することが重要となる。脳梗塞患者の運動機能および認知機能が新規リハビリテーションによりどこまで回復したかは、そのデータを基に比較検討した上で、判断することとなる。従って2018年度は、fNIRS(近赤外線分光法)を用い、主に健常被験者から得られたデータを基に解析を進め、研究成果をまとめた。その結果、繰り返し鍛錬をし形式化された運動と、背側前頭前野(DLPFC)(左脳ブロードマン46野)における還元型ヘモグロビンの血流量の減少には高い相関があることが確認された。このようなDLPFCにおける賦活の変容は、トレーニングによって得られる運動機能改善に伴う実行性や判断力の回復を裏付けたものと考えられる。本成果は、第124回日本解剖学会総会・全国学術集会およびSociety for functional near-infrared spectroscopyにて発表した。また、現在査読付き国際誌にも投稿中であり、次年度の成果へとつなげることを予定している。当初申請した科研費の計画書の内容に対し、予定していた人数ほど被験者を獲得することが困難であったため、進捗状況はやや遅れをとっている。そのため、科研費の計画を1年間延長し、当初予定していた被験者数などの見直しを図り研究を行う期間を設けることとした。また、このような進捗状況に対処するため、2018年度はコントロールとなる健常被験者を対象とした運動や認知に関わるfNIRSの脳機能データや行動学的データ、主観的なアンケートのデータ等の解析に従事することとした。これらの研究成果は、第124回日本解剖学会総会・全国学術集会やSociety for functional near-infrared spectroscopyなどでの学会発表を行うことで社会に公表することとした。また、健常被験者から得られたデータは脳梗塞被験者に対し有用なコントロールとなったため、詳細なデータ解析を行った後にそれをまとめ、査読付き国際誌へ投稿し、現在査読中の状態である。脳梗塞(脳卒中)患者の被験者の公募方法を改善するとともに、思うように被験者数が集まらない場合でも、健常者によるコントロール被験者のデータを収集・解析を行うことで対応する。また、多発性硬化症など他の脳神経疾患患者における同様のトレーニング効果をfNIRSによる脳機能計測や行動学的な計測、主観的なアンケート評価などから解析を行い、脳梗塞(脳卒中)患者での効果と比較・検証を行うなどの柔軟な態勢を取り、科研費の最終年度としてプロジェクトをまとめる。脳梗塞(脳卒中)以外の脳神経疾患患者を対象とした追加実験を行う場合は、事前に獨協医科大学の生命倫理委員会に研究プロジェクトの追加変更事項を申請し、承認を得た上で行うこととする。これにより得られた成果は日本解剖学会での発表や、査読付き国際誌への論文投稿などにより公表していくこととする。研究代表者および研究分担者、研究協力者全員により、楽器演奏型ビデオゲームを用いた脳神経疾患リハビリテーション法の有用性を行動学的および神経科学的両側面から検討し、それらを統合的に評価することを予定している。脳梗塞は、日本人の死亡原因の中でも多くを占める高頻度な疾患であり、後遺症を残して介護が必要となることが多く、福祉の面でも大きな課題を伴う。研究代表者らは、これまでにパーキンソン病運動症状に対するリハビリ法としてバーチャルリアリティによるダンスビデオゲーム(DDR, Konami)のトレーニングを用いた際の効果を運動学的および神経科学的観点から評価する独創的なプロジェクトを立ち上げ、成果を出してきた。その際、同様のトレーニング法を脳梗塞の経験があるボランティア被験者に取り入れたところ有意な運動および認知機能の向上がみられた。そのような行動学的効果のメカニズムについて、本研究ではビデオゲームによるトレーニングと先端的な脳機能イメージング法を用い神経科学的に解明することで、新しいリハビリ法を確立して脳梗塞患者の「生活の質」の向上を目指し、幅広く社会に貢献することを目的とした。脳梗塞の程度や脳部位によっては、起立姿勢維持やステップが困難な場合もありうる為、また過度な全身運動は再発の懸念もある為、DDRと同様の様式を手指の運動で行うことが可能なギター型のコントローラーによる楽器演奏の要素を含んだゲーム「Rock Band, PlayStation, Sony」を用いることとした。このビデオゲームは、世界的に普及し市販されている安価なものであり、一般的な運動療法と異なり、モニター画面やスピーカーからの視覚情報・聴覚情報を外界のキューとして、自発的にタイミングや空間認知を養う要素が多様に含まれていることが特徴としてあげられる。ビデオゲームによる脳梗塞患者のリハビリ法導入の有効性を、行動学的観点からだけでなく神経科学的側面からも裏付けを行い、本トレーニングによって運動制御および認知機能のメカニズムの改善がどのようになされるのか脳神経系のシステマティックな変化を解明することを目指す。当初申請した科研費の計画書の内容と同等の進捗状況である。研究初年度となる2016年度は、本研究の実施にあたり研究分担者、連携研究者、研究協力者らと共に、倫理委員会への申請、および実験環境のセットアップを行い体制を整えると共に、光トポグラフィ(fNIRS)を用い健常被験者における研究コンセプトを検証する為の予備実験を行った。これにより、認知課題のスキルに応じた前頭極と背外側前頭前野における活動での機能的な役割分担を相違が確認された。

具体的には、前頭極では長期記憶や情動に関連する機能、背外側前頭前野では短期記憶や自己制御に関連する機能を担っていることが示唆された。これらの結果は第122回日本解剖学会総会全国学術集会にて報告を行うと共に、査読付き国際誌への投稿を行う予定である。更に、前述の予備実験を行いながら本実験における研究内容について、研究代表者が所属する学内の倫理委員会に申請を済ませ、承認後には速やかに脳梗塞被験者および健常被験者のグループに分けてボランティア被験者を募り、fNIRSのデータを取り始めることで本実験の着手に至っている。連携研究者として新たに獨協医科大学・神経内科の辰元宗人准教授が参加したことで脳梗塞被験者の募集ルートが追加されると共に、楽器演奏型ビデオゲームのトレーニング前後で行うスケール診断(徒手筋力テスト、ミニメンタルステート検査等)の詳細な結果を得ることも可能となった。また、トレーニング前後での運動機能の向上を確認する方法として、タッピングテストやピンチテスト等も追加で取り入れることとした。このような現在までの進捗状況を基に、次年度の研究体制を築いていく予定である。脳梗塞によって引きおこされた上肢運動症状ならびに認知症状に対するリハビリテーションとして、持続的な訓練効果が見込めるビデオゲームを用いることで運動機能や判断能力がどのくらい向上されるか、運動学的および神経科学的に検討した本検討では、左被核、内包後脚、放線冠梗塞により顔面を含む右不全片麻痺を呈し、発症後4年経過した男性を対象とした。手指運動でプレイするギター型コントローラを用いるビデオゲームを貸し出し、ゲーム未経験時と30日間のトレーニング後との行動学的および神経科学的変化について検証・評価した。行動学的変化については、トレーニング前後で種々の上肢筋における徒手筋力テスト・ゲームの得点変化(反応時間の短縮)・ピンチ力・母指タッピング動作等に有意な向上が認められた。脳機能変化についてはfNIRS(近赤外線分光法)を用い、トレーニング前後で実際にゲームをプレイしている最中の脳血流変化(Oxy-Hb、DeOxy-Hb)を計測した。その結果、背側前頭前野(DLPFC)(左脳ブロードマン9野)でのOxy-Hb増加およびDeOxy-Hb減少が確認された。トレーニング後におけるDLPFCの賦活変化は、行動学的評価で得られた運動機能改善に伴う実行性や自発性、判断力の回復を裏付けたものと考えられる。本成績は、脳梗塞後遺症の新規リハビリテーション法として、楽器演奏型ビデオゲームの有用性を示唆する。本成果は、第123回日本解剖学会総会・全国学術集会にて発表した。当初申請した科研費の計画書の内容と同等の進捗状況である。
問題解決型学習における計画書作成支援と計画書データベース化による学習支援

本研究は,問題解決型学習(本文中ではPBLと記述)を支援するシステムを開発するもので、このシステムにより、PBLの学習者がコンピュータと対話形式でテーマ決定や研究計画書の作成ができるしくみを構築した.本システムを一部の学生に導入し試行した結果、PBLの上流工程(研究タイトルの決定や研究計画書の作成)において、大幅な工程の短縮が実現し、研究計画書の標準化も実現できたと評価する.本研究は,問題解決型学習(本文中ではPBLと記述)を支援するシステムを開発するもので、このシステムにより、PBLの学習者がコンピュータと対話形式でテーマ決定や研究計画書の作成ができるしくみを構築した.本システムを一部の学生に導入し試行した結果、PBLの上流工程(研究タイトルの決定や研究計画書の作成)において、大幅な工程の短縮が実現し、研究計画書の標準化も実現できたと評価する.<研究目的>我が国の大学における「卒業論文」や「卒業研究」は,学生が卒業後に社会人として要求される問題解決能力やコミュニケーション能力など多くの能力が養われる最適な学習機会と考える.一方,学生の基礎学力や学習への動機付けの低下,それによる教員の指導の負担増などで,このような学習が円滑かつ効果的に運用されているとは言い難い面も出てきている.本研究は,このような問題を解決する支援システムを開発し,このような学習機会の効果的で効率的な運用を実現し,さらに普及・発展させることを目的とする.<研究実施計画>卒業研究を上流工程(研究テーマの決定,研究計画書の策定),中流工程(研究活動のうち調査や実験および分析),そして下流工程(全体のまとめと発表)に分けた場合,平成21年度は,現在まで開発してきた上流工程を対象としたシステムの評価と改善を行い,その後に中流工程・下流工程を支援する部分をシステムに追加する計画であった.しかし,当初に行った上流工程の評価から,この工程における学習者に提供する情報の不足から必ずしも有効に運用されているとは言い難い結果が得られた.そこで,中流工程および下流工程の支援の部分を先送りし,本年度は,上流工程における学習者に対する情報を,従来のシステム内に組み込まれた限られた情報提供のしくみから外部データベースを活用する方法にシステムを一部変更し,試行的に運用を行ってみた.このことについては,連携研究者の山下(数学),上山(経営学),研究協力者の西本(心理学)からの協力を得て,幅広い視点からの意見を聴取するとともに,教育システム情報学会での研究発表や国際会議への投稿・査読を通して検証した.同時に,システムの開発用言語であるPHPの習得に努め,中流工程および下流工程の開発のための準備も行った.<研究目的>我が国の大学における「卒業論文」や「卒業研究」は,学生が卒業後に社会人として要求される問題解決能力やコミュニケーション能力など多くの能力が養われる最適な学習機会と考える.一方,学生の基礎学力や学習への動機付けの低下,それによる教員の指導の負担増などで,このような学習方法が効果的かつ円滑に運用されているとは言い難い問題点もある.本研究は,このような問題を解決する支援システムを開発し,卒業論文や卒業研究などの学習機会を効果的で効率的に運用でき,さらに普及・発展させることを目的とする。<研究実施状況>平成22年度は,平成21年度で改善し機能を追加した支援システムを,研究代表者の所属している学部において,最初の工程である「テーマ決定」および「研究計画書の作成」の上流工程から,実験や調査の結果や途中経過のポートフォリをデータベースに格納していく中流工程,さらに卒業研究結果の発表(論文や口頭発表)の下流工程までのすべての工程に適用して,システムの全体を評価し,その有効性や課題点を探った.また,その過程において,連携研究者のからの評価や意見を徴収した.なお,本研究は,その進捗の都度に国際会議において発表し,世界のさまざまな研究者からの評価や意見も聴取した.諸外国では,我が国のように卒業研究という制度に良く似た制度であるPBL(Problem Based Learning)が存在するため,その視点からの意見や知見を得た.現在,これらのシステムの試行結果や様々な評価や意見を踏まえてシステムを改善中である大学において実施されている卒業研究や卒業論文などは問題解決型学習(PBL : Problem Based Learning)と呼ばれ、学生の問題解決能力の向上に効果があるとされてきた。しかし、このような学習方法においては、教員の指導時における大きな負担などの問題が有り、大学によっては、カリキュラムから除くことや、必修科目から選択科目に移行するなど、最近では、理工系の学部以外では消極的な扱いになってきている。我々は、平成21年度から本科学研究費補助金を受け、上記の問題を解決するためのPBLの学習支援システムを開発し,効果的で効率的なPBLの運用を目指す研究を続けてきた。具体的には,PBLの中の上流工程(テーマ決定,研究計画書作成)を支援するシステムを開発するもので、学習者がコンピュータと対話形式でテーマ決定や研究計画書の作成ができるしくみを構築した。平成22年度までの研究では、この支援システムについてはほぼ完成し、何度かの試行も行ってきた。しかし、研究タイトルの決定を支援する部分において、学習者に広すぎる選択肢を与えていたため、自由で創造的な検討が可能な反面、戸惑いや躊躇を与えることになってしまっていた。また、指導教員の方も自身の専門分野を超えた分での指導も余儀なくされることもあった。

そこで、平成23年度では、支援システム内にあらかじめ卒業研究の指導を担当する教員の専門分野や経験を踏まえた情報が格納されたデータベースを構築し、学習者は、その中から必要な情報を選択できるようにシステムを改善した。そして、新たな卒業研究のプロジェクトに適用し、その有効性を評価した。その結果、研究タイトルの決定や研究計画書の作成の工程におおいて、大幅な工程の短縮が実現し、教員の指導範囲も教員の専門分野に狭められたため、教員・学生双方に余裕があり的確なPBLが実現できた。
非可換幾何学における対称性とその弦理論的起源の研究

弦理論の対称性としてのホップ代数の構造と非自明な背景B場が存在する場合の作用素代数の変形の構造が,弦理論の世界面における量子化に我々の提唱した弦理論のホップ代数の捩れ要素による量子化の方法を応用することにより,量子化の場合の作用素代数の変形と背景B場による変形が同じレベルで単一の変形として構成できることが明らかになった.このことは,弦理論レベルの一般座標変換の対称性を含むホップ代数が,量子化と背景B場による変形で変形された一般座標変換対称性を含む量子群に拡張されることを意味する.弦理論の対称性としてのホップ代数の構造と非自明な背景B場が存在する場合の作用素代数の変形の構造が,弦理論の世界面における量子化に我々の提唱した弦理論のホップ代数の捩れ要素による量子化の方法を応用することにより,量子化の場合の作用素代数の変形と背景B場による変形が同じレベルで単一の変形として構成できることが明らかになった.このことは,弦理論レベルの一般座標変換の対称性を含むホップ代数が,量子化と背景B場による変形で変形された一般座標変換対称性を含む量子群に拡張されることを意味する.今年度の研究は,以下のことに関して重点的に行った.・非可換超対称空間上の微分代数の解析をホップ代数の変形の方法と比較を行いながら調べるとともに,より一般的な非可換空間への拡張を行う.・弦理論の中に,非可換幾何学で見られるような変形されたホップ代数の構造があることを示す.今年度の研究の結果,特に2番目の問題に関して弦理論の中のホップ代数の構造の理解に進歩があった.その結果,弦理論の量子化そのものが,我々の構成した弦理論中のホップ代数の変形と関係していることが分かってきた.ホップ代数の変形が加群の積の構造を変えることが知られている.今の場合加群は,弦の頂点作用素などの作る代数であるが,弦理論で考えているホップ代数の変形の影響を調べると,変形を引き起こす代数の元(捩れの作用素)が,弦の量子化自身も記述することが分かってきた.これは,いわゆる弦理論においてB場の影響で非可換空間上のゲージ理論が現れる時の構造とは異なる.これらの結果は,昨年のトリエステおよびウィーンの国際会議において発表した.さらに,変形に伴う一般座標変換の作るホップ代数の捩れに関する結果をまとめて現在論文を執筆中である。今年度の研究は,以下のことに関して重点的に行った.・非可換空間上の微分代数の解析をホップ代数の変形の方法と比較を行いながらその構造をより一般的な加群代数,特に弦理論の頂点演算子の代数への拡張を行う.・特に弦理論の中に,非可換幾何学で見られるような変形されたホップ代数の構造があることを示し, B場のある場合との関係を明らかにする.今年度の研究の結果,特に2番目のB場の存在する場合を含む弦理論の中のホップ代数の構造の理解に進歩があった.我々は,それまでの研究結果を踏まえてB場の背景が存在する場合での研究を進め,弦理論の中のホップ代数の構造,特にB場が存在する場合の変形の構造が,弦理論の量子化を我々の構成した弦理論中のホップ代数の変形の方法を使うことにより,量子化の場合の変形と同じレベルで構成できることが明らかになった.ホップ代数の変形は加群の積の構造を変える.特に,弦理論で考えている頂点作用素などの作る加群に,ホップ代数の変形を引き起こす代数の元(振れの作用素)が引き起こす積の変形は,弦の量子化とB場による変形を同時に記述するのである.さらに,ホップ代数の変形を分割することにより,従来通り量子化とB場の影響で非可換空間性の現れを分離することもできることも明らかにした.今年度の研究は,以下のことに関して重点的に行った.・昨年度に引き続き非可換空間上の微分代数の解析をホップ代数の変形の方法と比較を行いながらその構造をより一般的な加群代数への拡張を行う.特に弦理論の中の,変形されたホップ代数の構造とB場のある場合との関係を明らかにする.今年度の研究の結果,B場の存在する場合を含む弦理論の中のホップ代数の構造の理解において,ゼロモードの取り扱いに関する研究に進歩があった.とくに,期待値の取り方を背景に依存する部分と依存しない部分に分け,背景に依存する部分を新たな変形の形で書けることを示した.このことは,変形量子化によって期待値をとる操作の背景による部分を,計量やB場の変形と同じレベルで構成でき,一方で期待値の定義は背景によらない代数的な操作になる.この結果をまとめた論文は,浅川氏との共著論文としてまとめ現在投稿中である.2番目の課題に関しては,進行中でありこれまで理解できたことに関して物理学会(岡山大)において報告した.
自発的秩序構造を利用した半導体ナノ・マイクロ規則構造の作製とその応用

シリコンを始めとする半導体基板, GaAsに代表される化合物半導体基板,さらにアルミニウム,チタンなどの軽金属基板上に,既存のフォトリソグラフィー技術を用いずに,物質固有の自己組織化能を最大限に活かした湿式プロセスで,規則性を持つナノ・マイクロ構造体を容易かつ高精度に作製するプロセスを開発した。本研究では,シリコンを始めとする半導体基板,GaAsに代表される化合物半導体,さらにアルミニウム,チタンなどの軽金属基板上に,既存のフォトリソグラフィー技術を用いずに,物質固有の自己組織化能を最大限に活かし,高精度のナノ・マイクロ規則構造体を容易に作製するプロセスを開発し応用することを目的とする。(1)代表的な半導体であるシリコン基板を加工対象として,シリコン基板上に形成したポリスチレン微粒子の自己集積膜をマスクとして用いた,湿式プロセスによるナノ・マイクロメートルオーダーの規則的な周期を持つ二次元パターンの形成法を確立する。さらに,機能発現を目指した汎用性のある材料創製技術として種々の半導体(GaAs,InPなど)・金属材料への適用を展開する。(2)化学反応(めっき,化学エッチング),化学修飾(自己組織化単分子被覆),電気化学反応(アノード酸化,電解エッチング)などの湿式プロセスを組み合わせた二次加工により,さらに複雑な高次構造を持つナノ・マイクロ構造体を構築する。これらを適用し高度化したトライボロジー特性,誘電特性,光学特性を持つナノ・マイクロデバイスを創製する。(3)表面形態あるいは高次構造を高度に制御した材料の特殊な反応場を活用し,生体材料を高速・高精度に分離・検出するバイオチップの開発を検討する。コロイド結晶を出発マスクとしたパターニングプロセスに基づきSiウエハの限定された位置に,Ag,Au,Ptなどの貴金属を微粒子状あるいは薄膜状に付与する手法を確立した。また,位置選択的に付与した貴金属の触媒作用を利用した化学エッチングによってSi凸型構造とSiホールアレイ構造の二種類のSi微細構造を作製した。ポリスチレン製のハニカムマスクを用いてスパッタリングによりPt-PdまたはAu薄膜を付与しエッチングを行った結果,両金属共にホールアレイを作製できた。Auを触媒として用いることでサイドエッチングの影響を低減できることが分かり,高アスペクト比を持つホールアレイの作製が実現した。本手法は,コロイド結晶テンプレート法と金属触媒エッチングを融合した新規のリソグラフィー技術であり,Si基板以外にもGaAsやInPなどの化合物半導体において,同プロセスが適用できることを確認した。平成21年度は汎用性のある材料創製技術の確立を目的に,前年度実施したシリコン以外に他の化合物半導体としてInPあるいはGaAs上への規則構造の作製を検討した。コロイド結晶を出発マスクとしたパターニングプロセスに基づき各種半導体基板の限定された位置に,Ptなどの貴金属を薄膜状に付与した。位置選択的に付与した貴金属の触媒作用を利用した化学エッチングにより,基板上にマイクロメートルオーダーの周期性を持つドット構造あるいはホール構造を形成した。また,コロイド結晶を直接マスクとした触媒形成以外にも既存のフォトレジストを用いたパターン形成法にも着手し,ライン/スペースの周期構造を貴金属の触媒作用を利用したウエットエッチングにより実現した。その際のエッチング速度は,エッチャント組成,エッチング時の光照射強度にも影響を受けることを見出し,研究成果は論文として公開した。平成22年度は前年度に引き続き,汎用性のある材料創製技術の確立を目的に,シリコン以外にもGaAs,InPなど他の半導体あるいは金属材料へ申請者らが提案する構造転写プロセスの適用性を検討した。前年度までは基板をエッチングする際に,金属触媒エッチングを主に利用していたが,本年度は電解エッチングを利用し,二次元平面の構造転写に留まらず,基板深さ方向にも規則構造を維持した三次元規則構造体の作製条件の最適化に努めた。また,これまではコロイド結晶を直接マスクとした単純なネガポジプロセスを中心に研究を進めてきたが,既存のフォトレジストを用いたパターン形成技術を導入することで,従来よりも規則性,再現性に優れた,マスクの作製条件を見出した。ハニカム状に開口部を持つマスクを介した電解エッチングにより,GaAs,InP基板上に高アスペクト比構造を持つ規則的なポーラス構造を形成し,研究成果は論文として公開した。特にGaAsに関しては,電解エッチング時の孔発生を誘導するプレピットを化学エッチングで形成し,二次元平面における規則的な周期パターンを制御した上で,電解エッチングを施すことにより基板深さ方向に高アスペクト比(孔深さ/孔径の比:350)を持つポーラス構造を作製することに成功した。さらに二次処理として,結晶方位に依存した異方的エッチングを行うことで,ポーラス構造の孔径を拡大し,隣接する三つの孔の三重点位置に三角形の断面構造を持つGaAsピラー構造を得た。平成23年度は前年度に引き続き,汎用性のある材料創製技術の確立を目的に,Si以外にもGaAs,InPなどの半導体あるいは金属材料へ申請者らが提案する構造転写プロセスの適用性を検討した。平成21年度までは基板をエッチングする際に,金属触媒エッチングを主に利用していたが,22年度以降は主に電解エッチングを利用し,二次元平面の構造転写に留まらず,基板深さ方向にも規則構造を維持した三次元規則構造体の作製条件の最適化に努めた。