hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
再構成型HPCシステムにおけるデバイス間の高速通信基盤の開発

本研究では,複数のFPGAを用いた高性能演算基盤を前提に,FPGA間を接続する非同期バスとして,環状のバスを動的に接続する分散型リングセグメントバス(RSB)を提案した.特にその制御を担うアービタについては,FPGA間のバス遅延に基づいて最短経路を構築することで優れた拡張性を実現している.これに基づいた分散型RSBシステムを非同期式順序回路として設計し,4つのFPGA (Xilinx KC705)に対する回路実装を通じて所望の動作を確認した.さらに,実装時の回路遅延を用いてモンテカルロ法に基づいた性能評価を行い,FPGA数とバス遅延が速度性能に与える影響を明らかにした.リングセグメントバス(RSB)を再構成型HPCシステムの通信基盤として応用するための第一段階として,1.階層型RSBシステムおよび2.分散型グローバルアービタの設計を行った.まず,1.については,従来の単層RSBにおいて環状の非同期バスを制御するグローバルアービタの機能をローカルアービタに拡張し,各階層における環状バスの制御を実現した.特に,各階層を接続するバスコネクタを二重化することにより,同一クロックドメイン(CD)からの複数の非同期転送を可能としている.この二重化に伴って,非同期バスを構成するセグメントの制御が複雑化するが,本研究ではセグメントの占有状況を表す状態レジスタを2倍の長さに拡張し,2ビットを単位として各セグメントを制御することにより,その制御アルゴリズムを簡略化している.そして,これに基づいたRSBシステムをHDLにより設計した結果,シミュレーションを通じて所望の動作を確認した.次に,2.については,グローバルアービタの機能をセルとして各CDに分散化し,環状のバス形態を利用した制御を実現した.具体的な回路構成としては,グローバルアービタの機能を(1)競合処理,(2)最短経路算出処理,(3)転送経路の構築処理の3つに分類した上で,各処理を実現する回路機構をCDの状況に応じてスイッチングする方針を採っている.まず(1)については,環状のバス形態を利用したトークンリング方式を採用し,(2)では,環状のバス上に双方向へ要求信号を発し,転送先から先に承認信号が返送された経路を以って最短経路を算出する.また,承認信号の返送時に(3)を処理しながら転送経路を構築することにより効率的なバス制御を実現している.これに基づいた分散型グローバルアービタを非同期式回路合成ツールPetrifyにより設計し,シミュレーションを通じて所望の動作を確認した.提案したリングセグメントバス(RSB)型GALSシステムに対する分散型アービタのFPGA実装とその性能評価を行った.まず,RSBにおけるFPGA間の通信は,アービタ間で非同期的に交わされるパラレル通信と,バスを接続後にFPGA内のコンポーネント間で交わされるシリアル通信に大別される.前者については,バスの構築頻度を勘案すると高速な伝送速度は冗長となるため,GPIOを用いたシングルエンド伝送とする.一方,後者には大容量のデータ転送を想定し,SMAケーブルを用いた高速な差動伝送により実現する.以上の異なる伝送方式を実現するため,本研究ではXilinx XM105拡張カード(GPIO×40)とXM104(SMA×8)により,同社製FPGA KC705のIOを拡張し,これを単位として4つのFPGAからなるRSBの実装環境を構築した.これに分散型アービタを実装し,ロジックアナライザにより内部信号を観測した結果,バスの構築・解放動作および並列構築など,分散型アービタにおける所望の動作を全て確認することができた.次に,RSBの性能を明らかとするとためGALSシステムの性能評価ツールを開発した.本ツールでは,確率時限ペトリネット(STPN)によりモデル化されたGALSシステムを入力として,モンテカルロ法に基づいて速度性能を算出するものであり,STPNの入力インタフェースと行列圧縮による高速評価機能を備えている.また,モデル化の際における動作の正しさを保証するため,モデル検査によるSTPNの自動検証手法を導入している.以上に基づいて,FPGA実装時のシミュレーション結果から動作ごとの遅延情報を抽出して性能評価を行った.その結果,RSBは既存のバス構成に比して約3倍の速度性能を実現可能であり,特にFPGA数が少なくその間のバス遅延が小さい場合にその傾向が顕著に現れることが示唆された.本研究では,複数のFPGAを用いた高性能演算基盤を前提に,FPGA間を接続する非同期バスとして,環状のバスを動的に接続する分散型リングセグメントバス(RSB)を提案した.特にその制御を担うアービタについては,FPGA間のバス遅延に基づいて最短経路を構築することで優れた拡張性を実現している.これに基づいた分散型RSBシステムを非同期式順序回路として設計し,4つのFPGA (Xilinx KC705)に対する回路実装を通じて所望の動作を確認した.さらに,実装時の回路遅延を用いてモンテカルロ法に基づいた性能評価を行い,FPGA数とバス遅延が速度性能に与える影響を明らかにした.当初の平成26年度研究実施計画に従って,1.階層型RSBおよび2.分散型グローバルアービタをそれぞれ設計し,シミュレーションを通じていずれも所望の動作を確認しており,実施計画の大部分は完了している.計算機工学平成26年度実施計画で行った1.階層型RSBおよび2.分散型グローバルアービタの回路実装と性能評価が急務である.前者の回路実装については,当初の平成27年度実施計画に従い,複数FPGAを用いた再構成型HPCシステムの構築と平行して実施する予定である.

具体的には,PCI接続のFPGAボード6枚を用い,各ボードのGPIOを介して環状のバスを形成した上で,各FPGAをCDに見立ててそれぞれにGCellを実装する.一方,後者の性能評価については,分散型グローバルアービタはその制御形態からセグメントの配線遅延が速度性能に影響することから,各CDからの要求発生頻度といった機能レベルの動作仕様だけでなく,配線遅延などの静的なパラメータを併用した性能評価法を開発する.特にこれは単に分散型グローバルアービタの性能評価だけでなく,本課題の最終目標である上述のRSBに基づいた再構成型HPCシステムの性能評価も想定して検討・開発する予定である.当初予定していた国際会議での発表が見送りとなったため.平成27年度も国際会議旅費を別途計上しているため,平成26年度の未使用額は,より様々な評価結果を得るために物品費(FPGA M505)の拡充に使用する予定である.
BUBR1による中心体複製制御の分子機構の解析

中心体は正確な細胞分裂、染色体分配に重要な細胞内小器官である。中心体過剰複製は有糸分裂期に染色体分配の不均衡を生じさせ、細胞の癌化を引き起こす要因の1つと考えられている。我々はこれまでに有糸分裂期チェックポイントタンパク質であるBubR1がp53ノックアウトマウス細胞株において中心体過剰複製を抑制することを明らかとした。このことからBubR1は腫瘍抑制効果を有し、新たな癌分子標的治療ターゲットになりうることが期待された。本研究ではヒト膀胱癌細胞株におけるBubR1の腫瘍抑制効果を検討した。1,BubR1の腫瘍抑制効果の検討BubR1発現ベクターを7種類のヒト膀胱癌細胞株に遺伝子導入した後、抗γ-tubulin抗体を用いた免疫染色、ならびにColony Formation Assayを行うことで中心体数の計測と腫瘍抑制効果を検討した。BubR1の遺伝子導入によりすべてのヒト膀胱癌細胞株で中心体過剰複製の抑制、コロニー形成数の減少が認められた。2,BubR1による腫瘍抑制機構の解析BubR1発現ベクターと共に遺伝子導入マーカーとしてGFP発現ベクターをヒト膀胱癌細胞株に遺伝子導入した後、継時的にGFP陽性細胞率の計測、またTUNEL法を用いてアポトーシス率を検討ならびに有糸分裂期細胞数の計測を行った。BubR1を遺伝子導入したヒト膀胱癌細胞株において時間の経過とともにGFP陽性細胞率の減少、また有糸分裂期細胞数ならびにアポトーシス細胞数の増加が認められ、BubR1による腫瘍抑制機構は、ヒト膀胱癌細胞を有糸分裂期で細胞周期を停止させアポトーシスの活性化であることが示唆された。以上の結果によりBubR1は新たなヒト膀胱癌の分子標的治療ターゲットになりうる可能性が示唆された。平成16年度、我々は長期継代におけるBubR1の発現の増加が普遍的な現象かどうかを解析する為、p53ノックアウトマウス皮膚線維芽細胞(p53-/-MSFs)をp53-/-MEEs細胞株と同様に長期継代し、BubR1の発現をウエスタンブロットにより調べた。p53-/-MEEs細胞株と同様に、p53-/-MSFs長期継代細胞株でも中心体過剰複製の抑制ならびにBubR1の発現の増加が認められた。これにより、長期継代におけるBubR1の増加はp53-/-MEEs細胞株に特異的な現象ではなく、普遍的な現象であり、Genomic convergenceにBubR1が関与していることが強く示唆された(Oikawa et al., In press)。p53-/-MEEsPE細胞株では、BubR1の低発現による有糸分裂期チェックポイント機能の減弱が強く疑われた。これを証明するために、次に,p53-/-MEEs PE細胞株とPL細胞株における有糸分裂期チェックポイント機能のさらなる解析を行った。初めに有糸分裂期チェックポイント機能の欠損または減弱により引き起こされることが報告されている、Lagging chromosomeならびにChromosome bridgeの発現率を両細胞株で計測したところ、BubR1の発現の低いp53-/-MEEsPE細胞株で、これらの発現率の著しい増加が認められた。さらにp53-/-MEEs PE、PL細胞株に紡錘体形成阻害薬として知られるノコダゾールを添加後、計時的に細胞を回収し、抗cyclin B抗体で免疫沈降後、有糸分裂期の指標であるCDK1/cyclin B活性の測定を行った。p53-/-MEEs PL細胞株でPE細胞株よりもCDK1/cyclin B活性の持続が認められ、これらの結果により、p53-/-MEEsPE細胞株ではBubR1の低発現により有糸分裂期チェックポイント機能の減弱が存在することを明らかとした(Oikawa et al., In press)。中心体は正確な細胞分裂ならびに染色体分配にとって必要不可欠な細胞内小器官である。中心体の複製が1細胞周期中複数回起こる(中心体過剰複製)と染色体分配の不均衡が生じ、細胞の癌化を引き起こすと考えられている。以前p53ノックアウトマウス上皮系細胞を長期継代すると中心体過剰複製が抑制されること(Genomic Convergence)が明らかとなった。Genomic Convergenceのメカニズムとして、我々は有糸分裂期チェックポイント蛋白であるBubR1の発現が継代中に増加し、中心体過剰複製を抑制すること、またp53とBubR1の発現は相関しており、BubR1は直接的または間接的にp53によって転写活性化されている可能性を明らかとした。本研究はp53によるBubR1の転写活性化は直接的または間接的かを明らかにすることを目的とした。p53は遺伝子の上流プロモーターまたはイントロン上の特定結合配列を認識して結合し、遺伝子を転写活性化する。マウスBubR1のp53特定結合領域の同定は、Luciferase活性化の測定とChromatin immunoprecipitation(ChIP) assayにより検討した。マウスBubR1上流プロモーター(-867-848 from ATG)とイントロン4(1088110901 from ATG)の2カ所において、Luciferase活性化の増加が認められた。また、ChIP assayにより、これら2カ所の配列に置いてp53の結合が確認できた。これらの実験結果から、p53はBubR1の上流プロモーター(-867-848 from ATG)とイントロン4(1088110901 from ATG)の2カ所に結合し直接的に転写活性化している可能性が推測された。

現在は、さらなるp53によるBubR1の転写活性化メカニズムを解析中である。中心体は正確な細胞分裂、染色体分配に重要な細胞内小器官である。中心体過剰複製は有糸分裂期に染色体分配の不均衡を生じさせ、細胞の癌化を引き起こす要因の1つと考えられている。我々はこれまでに有糸分裂期チェックポイントタンパク質であるBubR1がp53ノックアウトマウス細胞株において中心体過剰複製を抑制することを明らかとした。このことからBubR1は腫瘍抑制効果を有し、新たな癌分子標的治療ターゲットになりうることが期待された。本研究ではヒト膀胱癌細胞株におけるBubR1の腫瘍抑制効果を検討した。1,BubR1の腫瘍抑制効果の検討BubR1発現ベクターを7種類のヒト膀胱癌細胞株に遺伝子導入した後、抗γ-tubulin抗体を用いた免疫染色、ならびにColony Formation Assayを行うことで中心体数の計測と腫瘍抑制効果を検討した。BubR1の遺伝子導入によりすべてのヒト膀胱癌細胞株で中心体過剰複製の抑制、コロニー形成数の減少が認められた。2,BubR1による腫瘍抑制機構の解析BubR1発現ベクターと共に遺伝子導入マーカーとしてGFP発現ベクターをヒト膀胱癌細胞株に遺伝子導入した後、継時的にGFP陽性細胞率の計測、またTUNEL法を用いてアポトーシス率を検討ならびに有糸分裂期細胞数の計測を行った。BubR1を遺伝子導入したヒト膀胱癌細胞株において時間の経過とともにGFP陽性細胞率の減少、また有糸分裂期細胞数ならびにアポトーシス細胞数の増加が認められ、BubR1による腫瘍抑制機構は、ヒト膀胱癌細胞を有糸分裂期で細胞周期を停止させアポトーシスの活性化であることが示唆された。以上の結果によりBubR1は新たなヒト膀胱癌の分子標的治療ターゲットになりうる可能性が示唆された。
電子サイクロトロン共鳴スパッタ法による超伝導酸化物薄膜の作製

超伝導酸化物膜のデバイスヘの応用のためには、薄膜化が不可欠である。現在、PVD法やCVD法などで薄膜化が試みられているが、Y系(YBa_2Cu_3O_<7-x>、Bi系(Bi-(Pb)-Sr-Ca-Cu-O)ともに、作製温度が高いことや作製後に熱処理が必要であることなどが、応用への障害となっている。一方、電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマスパッタは、高真空下で高活性のプラズマを発生することから低温での薄膜形成に期待がよせられているが、これまで超伝導酸化物膜の作製に用いられた例はなかった。そこで本研究では、後の熱処理がなくとも超伝導を示すY系およびBi系酸化物膜をECRプラズマスパッタによって作製することを目的とした。基板にはMgO(100)単結晶板を用い、基板温度(Tsub)は最高650°Cとした。Y系の場合、Tsub=600°C以下では超伝導を示さず半導体挙動を示したが、Tsub=650°CではC軸配向の顕著な膜が得られ、超伝導を示し、Tcは73Kであった。Tsub=650°Cで得られた膜のC軸の格子定数は約11.74Åであり、格子定数の値から求めた酸素欠陥(x)の値は約0.20.4であった。Bi系では、Pbをド-プしない場合には、Tsub=560°Cでは超伝導を示さなかったが、Tsub=590°Cでは超伝導を示し、Tc=30Kであった。Pbをド-プした場合には、Tsub=560°C以下では超伝導を示さなかったが570°C以上で超伝導を示し、Tsub=570590°CのときTc=5864Kであった。Tsub=590°Cで得られた膜はC軸配向が顕著であった。Pbをド-プしない場合は30Å相と37Å相のピ-ク分離が不明瞭であるが、Pbをド-プした場合には両ピ-クの分離が明瞭であり、37Å相のピ-クが顕著になった。膜の表面観察により、Pbをド-プした膜では、結晶粒径我24倍に増大するとともに、結晶性が向上することが確認された。
エネルギー解析白色中性子ホログラフィー法の開発とドープ系機能性材料への応用

H30年度において白色中性子ホログラフィーの開発は大きく進展し、いくつか重要な機能性材料において学術的な成果をあげた。まず、白色LEDとして注目されているSiCでのドーパント位置の決定に成功した。SiCはBをドープすることで輝度が大幅に向上することが知られているが、Bがどの位置に入るのかは測定法がなく、未解決であった。本基盤Cでの実験により、BがCと置換していることを解明した。この結果は第18回日本中性子科学会化学会年会で優秀ポスター賞を受賞した。熱電材料Mg2Siは軽量、安価、安全というメリットがあり、新しいエネルギー材料として注目されている。Mg2Siの性能向上にはBなどのドープが必要だが、本基盤Cでの実験により、Mg2SiにドープされたBはMg位置にはいっていることを解明した。希土類強相関原子系であるSmドープRB6t(R: Yb, La)において、原子像の虚部に物理的意味があることを示した。これは従来の理論では指摘されていないことで、散乱現象の新たな知見となった。この成果は、ヨーロッパ結晶学会国際会議ECM31においてJacek Grochowski Memorial Poster Prizeを受賞した。現段階での中性子ホログラフィーの課題は、大型の単結晶が必要な点である。その解決のため、H30年度には、粉末中性子ホログラフィーの開発を開始し、BドープSi粉末において有望な結果をえることができた。この結果は、新学術領域「3D活性サイト科学」報告会において大門賞を受賞した。ホログラフィーにおいて定量的解析には、シミュレーション計算との比較が必要だが、これまで中性子ホログラフィーでは公開されたシミュレーションソフトは存在しなかった。そこで本基盤Cの枠組みでソフト開発を行い、信頼できるシミュレーションソフトを構築した。上述のように多くの重要な機能性材料でドープ効果について具体的な新しい知見を得ることに成功し、2年目にして、中性子ホログラフィーの手法としてはほぼ確立することができた。その結果として、学会などで多数の受賞をしている。また中性子ホログラフィーとしては世界初となるシミュレーションソフトの開発にも成功し、定量的解析を可能にした。これらは、当初計画をかなり上回る早さでの進展である。最終年度であるH31年度には、実際の機能性材料でのドープ効果の解明をすすめると同時に、粉末ホログラフィーの実現、および水素化物への挑戦を行う。最終年度であることから、発表を重視する。当該課題の研究では、大強度陽子加速器施設J-PARCにおいて、そこで発生する強力な白色中性子を駆使することで、高精度の中性子ホログラフィーが実現できることを実証した。特に平成29年度においては、BドープSi半導体、エネルギー材料BドープSiC,強相関電子系SmドープEB6(R:Yb, La)において中性子ホログラフィー実験を行い、ドーパント周りの原子像の再生に成功し、この手法が様々な物質に応用できることを実証した。また、Bを含まないSi単結晶でも測定を行っており、Bドープ系との比較から、ドープされたBがSiと置換していることを証明できた。これはすでに広く知られていることであるが、実験的に直接の証拠がえられたのは世界初である。その意味で重要な結果がえられた。中性子ホログラフィーはハンガリーのグループが先駆者であるが、従来の中性子ホログラフィーの精度は実際の先端的研究には不十分であった。その主な原因は原子炉での単色の中性子を用いたことにあり、本質的な弱点であった。本研究でJ-PARCでの白色(多波長)中性子を用いたことで、精度を飛躍的に向上させ、実際の先端的研究が実現できた。物質科学に強い日本において、さらに国際競争力の高い技法が確立できたことは日本にとっても重要なことである。また、実験数がふえたことで、測定の可否についてある程度定量的に判断がつくようになった。その結果、より多くの元素が観測対象になることがわかってきた。とくに水素は環境材料にとって重要な元素であるが、水素吸蔵物質での水素の位置を決定することも将来的には可能となることが見積もられている。当初計画では、BドープSiでのB位置決定、およびBまわりのSi構造の観測を目的としたが、それは達成できている。かつ、上述のように、多くのドープ系化合物においてドーパントまわりの局所原子構造の観測に成功している。これらの実験を通して、第1期の実験技術としては完成できたといえる。また、理論グループと連携し、中性子でのホログラフィーデータのもつ物理的意味の検討もすすめることができ、X線とは異なる新しい視点が生まれつつ有るのも進展である。さらに、H29年度には多くの招待講演を依頼されており、この課題研究が物理学、材料科学において注目度があがっていることも重要であろう。

Mg2Siの性能向上にはBなどのドープが必要だが、本基盤Cでの実験により、Mg2SiにドープされたBはMg位置にはいっていることを解明した。希土類強相関原子系であるSmドープRB6t(R: Yb, La)において、原子像の虚部に物理的意味があることを示した。これは従来の理論では指摘されていないことで、散乱現象の新たな知見となった。この成果は、ヨーロッパ結晶学会国際会議ECM31においてJacek Grochowski Memorial Poster Prizeを受賞した。現段階での中性子ホログラフィーの課題は、大型の単結晶が必要な点である。その解決のため、H30年度には、粉末中性子ホログラフィーの開発を開始し、BドープSi粉末において有望な結果をえることができた。この結果は、新学術領域「3D活性サイト科学」報告会において大門賞を受賞した。ホログラフィーにおいて定量的解析には、シミュレーション計算との比較が必要だが、これまで中性子ホログラフィーでは公開されたシミュレーションソフトは存在しなかった。そこで本基盤Cの枠組みでソフト開発を行い、信頼できるシミュレーションソフトを構築した。上述のように多くの重要な機能性材料でドープ効果について具体的な新しい知見を得ることに成功し、2年目にして、中性子ホログラフィーの手法としてはほぼ確立することができた。その結果として、学会などで多数の受賞をしている。また中性子ホログラフィーとしては世界初となるシミュレーションソフトの開発にも成功し、定量的解析を可能にした。これらは、当初計画をかなり上回る早さでの進展である。これまではBやSm, Euなど、発生ガンマ線が非常に強い物質で実験をおこなったが、それらが成功したことをうけ、ガンマ線の発生の少ない元素にとりくむ。たとえば、太陽電池を想定して(InGa)Se2でのInまわりの局所構造観測をめざす。ただし、当初計画ではエネルギー分解能の高いGe型ガンマ線検出器の利用を計画していたが、Ge検出器の不調が発生し、H30年度に使用できるか危ぶまれる。その場合は、比較的エネルギー分解能が高いCeBr3検出器を複数本利用することで、対応できるか検討する。最終年度であるH31年度には、実際の機能性材料でのドープ効果の解明をすすめると同時に、粉末ホログラフィーの実現、および水素化物への挑戦を行う。最終年度であることから、発表を重視する。分担者の年度末の出張計画に急な変更(キャンセル)が生じたため、次年度使用とした。これは分担者への分担金(旅費)にあてる。
ヒト未分化白血病細胞株から産生される新しい造血因子とその生物学的意義

慢性骨髄性白血病(CML)ブラストーマ由来ヌードマウス移植株のMB-1が肥満細胞増殖刺激活性を有することを見出した。肥満細胞に作用するサイトカインは造血幹細胞にも働く可能性が大きく、その同定ならびに遺伝子クローニングを試みた。また、その他のヒト未分化白血病細胞についても、その株化ならびにそれを用いた新しい造血因子の探索を行うことを計画した。MB-1細胞については、その増殖動態を検討すると共に、TPA刺激により得た培養上清中の肥満細胞増殖刺激活性を調べ、その部分精製とcDNAクローニングを試みた。いずれもまだ最終段階には至らず、さらに検討を進めているが、このMB-1由来の因子が新奇のサイトカインであることを示唆するデータが得られている。その他のヒト未分化白血病細胞については、in vitroの系ならびにSCIDマウスを用いたin vivoの系により細胞株の樹立を試みた。in vitro液体培養法では、9;11転座を有する単球性白血病細胞株IMS-M1を樹立することができ、その性状解析を行った。SCIDマウスへの移植では予想外に腫瘤形成効率は低かったが、適切なヒト造血因子の補充の必要性が考えられた。その他、白血病細胞の特性に関する分子生物学的解析、新しい造血因子の開発を目的とした別のアプローチなどを試み、それぞれ一定の成果をあげることができた。例えば、造血系細胞への遺伝子導入による悪性形質転換とその性状解析、G-CSF刺激によりCML細胞で誘導される新しい遺伝子(GIG-1)のクローニング、マウス胚由来線維芽細胞株C3H10T1/2の5-azacytidine処理による高い造血支持活性を持つ前脂肪細胞株の樹立、ヒト胎児肝細胞由来cDNAライブラリーの作製などである。いずれも今後の研究の発展が期待できるものであると考えている。慢性骨髄性白血病(CML)の芽球転化症例から樹立し、ヌ-ドマウスによって継代されているMB1細胞株を用いて研究を進めた。本細胞株は骨髄芽球の形態を維持し染色体分析上double Ph_1染色体を有している。移植されたヌ-ドマウスの脾臓は著明に腫大し、造血前駆細胞頻度が著増するため、MB1細胞の産生する造血系サイトカインの解析を開始した。TPA刺激MB1細胞培養上清は、担癌ヌ-ドマウス、正常マウスの脾臓、骨髄細胞を標的にした場合、顆粒球・マクロファ-ジ(GM)コロニ-形成を支持し、MB1細胞がGーCSF,ILー6産生能を有することが遺伝子解析でも確認された。一方正常マウスの腹腔単核細胞を標的に活性を検討すると、ILー3と共同で働きマウス肥満細胞コロニ-形成支持活性のあることが明らかになった。ヒト由来のサイトカインがマウス肥満細胞に関与する例はなく、新しいサイトカインの可能性が高く精製を試みている。セファデックスGー100カムラで得た150分画中、アルブミン分画の直後の分画5960に腹腔肥満コロニ-形成活性がILー3単独に比べ約3倍高いピ-クとして認められた。硫安分画の上清、沈渣をそれぞれセファデックスGー100カラムで80,75分画に分けたところ、上清由来の分画4148、沈渣4546に約6倍、10倍の活性ピ-クを認めた。今後更に精製を進める予定である。MB1細胞自体の生物学的特性として、マウス骨髄、ヒト胎児胸腺、肝臓由来のストロ-マ細胞との共

培養系で、本細胞蓮みやかにストロ-マ細胞下にもぐり込み増殖することが明らかになり、ヒト白血病細胞の増殖ストロ-マ細胞の相互作用を検討するためのモデル系になる可能性があり、並行して解析していく予定である。1)白血病細胞由来の造血サイトカイン:慢性骨髄性白血病のヌードマウス継代MB1細胞株は担癌マウスの脾造血を増幅し、造血系サイトカインを産生している可能性が高い。MB1細胞のTPA刺激培養上清は、マウス腹腔肥満細胞コロニー形成をマウスIL-3共存下に支持することが明らかになり、またMB1細胞はIL-6,G-CSFの産生を示す以外には肥満細胞系に働くIL-3,IL-4,SCF等のサイトカイン産生をmRNAレベルでは示さず、新規の肥満細胞サイトカインを産生している可能性が高い。肥満細胞は造血幹細胞をターゲットとする種々のサイトカイン(IL-3,IL-4,SCF)に反応性があり、自己複製するなど幹細胞に似た生物学的特性を有するため、MB1細胞の産生するサイトカインは幹細胞にも機能する可能性がある。現在TPA刺激MB1細胞のcDNAライブラリー20,000個をCOS細胞にトランスフェクトさせ選別スクリーニング中で、これまでに3次スクリーニングまで終了した。2)MB1細胞株の増殖支持サイトカイン:MB1細胞はヌードマウスに継代することで増殖を支持できるがin vitro系では既知サイトカイン(IL-3,6,G-CSF,GM-CSF,SCF,EPO)存在下に増殖しない。表面マーカー上はCD^<34->,CD33^+とやや分化した形質を有しているが、in vitroでのこの細胞の増殖を支持できるサイトカインが同定できれば新規のものの可能性があると考えられる。MB1細胞や血管内皮細胞培養上清、MB1腫瘍由来のストローマ細胞、入手可能なストローマ細胞とその培養上清等を検討しているが、現在までのところまだ候補となるサンプルは得られず、本細胞株は未知の造血サイトカインの有効なターゲットとなると考えられる。ヒト慢性骨髄性白血病急性転化症例より確立され、ヌードマウスに植え継ぎ継代可能となった白血病細胞株、MB-1細胞は、TPA刺激培養上清中にマウス腹腔肥満細胞コロニー形成を支持する活性が認められ、その純化を継続している。肥満細胞はサイトカイン要求性、自己複製能、細胞周期の属性など造血幹細胞に似た特性を有しているため、肥満細胞に作用するサイトカインは造血幹細胞にも働く可能性があると我々は予想している。TPA刺激MB-1細胞よりcDNAを作製し、約2万個をCOS7細胞に遺伝子導入し、3次スクリーニング(1遺伝子/細胞)まで進めたところ、最終的には明瞭な陽性分画が得られなかった。遺伝子導入の効率化を図り、導入細胞を選択し引き続き検討している。TPA刺激MB-1細胞培養上清を分画するため硫安沈澱を行った所、硫安80%にてほぼ全ての活性が沈澱部分に回収された。それを10倍濃縮しセファデックスG-100カラムにて分子ふるいにかけ、約100本に分画したところ、活性の殆どは分画55-65に回収された。別に培養上清を塩析クロマトグラフィーを用いて、硫安2.75-0Mで溶出させたところ、約150の分画のうち活性の殆どは分画100-145に回収された。。現在ゲルろ過、疎水クロマトグラフィー、イオン強度を用いた分画法の組合せで更に精製を進めている。
線維肝における細胞外マトリックス作用調節を介した肝再生抑制の解除

ラット線維肝および急性肝壊死巣におけるTGFβ1の発現と肝再生の局在相互関係を下記の如く検討した。Fisher系雄性ラットを用いて、ブタ血清(0.5ml/100gBW)の長期投与により肝線維症モデルを作成した。それらの一部には,更に四塩化炭素(CCl_4;0.1ml/100gBW)を一回投与し急性肝壊死を合併させた。2/3部分肝切除後、transforming growthfactor(TGF)β_1に対するポリクローナル抗体を用いてその発現を検討すると、切除前では線維隔壁の近傍に散見されたTGFβ_1は、切除後48時間をピークとし増強された。この発現の程度は、対照群に比して、有意に高かった。一方、CCl_4急性肝壊死巣では、TGFβ_1はその周辺部に強く誘導され、一部はKupffer cellと思われる細胞にも発現されていた。この際、BrdUを用いてS期肝細胞の局在を検討してみると、血管周囲以外の線維隔壁近傍領域では再生が乏しいことが判明した。以上より、線維肝における肝再生抑制の一部にTGFβ_1が関与していることが推定された。このTGFβ_1を介する肝再生抑制の生体内の情報伝達の詳細を解明するが今後の課題である。したがって、TGFβ_1の産生細胞の同定と局所での活性化機序にアプローチすべく、まず最初に、そのmRNAレベルでの局在を検討し、in vitroでtranscell cultureの方法で、TGFβ_1の活性化を起こす原因となる細胞とその活性化機序を細胞外マトリックスとの関係で解明する実験を準備している。平成7年度報告ラット線維肝および急性肝壊死巣におけるTGFβ1の発現と肝再生の局在相互関係を下記の如く検討した。Fisher系雄性ラットを用いてブタ血清(0.5ml/100g BW)の長期投与により肝線維症モデルを作成した。それらの一部には更に四塩化炭素(CC14;0.1ml/100g BW)を一回投与し急性肝壊死を合併させた。2/3部分肝切除後、TGFβ1に対するポリクローナル抗体を用いてその発現を検討すると、切除前では線維隔壁の近傍に散見されたTGFb1は、切除後48時間をピークとし増強された。一方、CC14急性肝壊死巣では、TGFβ1はその周辺部に強く誘導され、一部はKupffer cellと思われる細胞にも発現されていた。以上より、線維肝における肝再生抑制の一部にTGFβ1が関与していることが推定されたが、血流を介した増殖因子のsupplyの側面からの検討も不可欠であると推察された。したがって、次年度はラベルしたHGFを用いた肝潅流実験を行い、線維肝での増殖因子のsupplyと細胞外マトリックスへのtrapの問題にアプローチしたいと考える。また、TGFβ1の産生細胞の同定と局所での活性化機序にもアプローチすべく、まず最初にそのmRNAレベルでの局在を検討する。Fisher系雄性ラットを用いて、ブタ血清(0.5ml/100g BW)の長期投与により肝線維症モデルを作成した。それらの一部には,更に四塩化炭素(CCl_4;0.1ml/100g BW)を一回投与し急性肝壊死を合併させた。

この発現の程度は、対照群に比して、有意に高かった。一方、CCl_4急性肝壊死巣では、TGFβ_1はその周辺部に強く誘導され、一部はKupffer cellと思われる細胞にも発現されていた。この際、BrdUを用いてS期肝細胞の局在を検討してみると、血管周囲以外の線維隔壁近傍領域では再生が乏しいことが判明した。以上より、線維肝における肝再生抑制の一部にTGFβ_1が関与していることが推定された。このTGFβ_1を介する肝再生抑制の生体内の情報伝達の詳細を解明するが今後の課題である。したがって、TGFβ_1の産生細胞の同定と局所での活性化機序にアプローチすべく、まず最初に、そのmRNAレベルでの局在を検討し、in vitroでtranscell cultureの方法で、TGFβ_1の活性化を起こす原因となる細胞とその活性化機序を細胞外マトリックスとの関係で解明する実験を準備している。
ヒトパピローマウイルスに対する抗ウイルス剤の開発をめざした基礎的な検討

我々はこれまで子宮頸癌についてHPV感染を指標にした分子診断の可能性について検討してきた。まず、HPV16型のE7蛋白質に対する抗体が、HPV16型のDNAが検出される進行子宮頸癌患者の血清中から検出が可能な症例があることを明らかにした(Fujii et al.:Jpn J Cancer Res 86:28-34,1995)。さらに子宮頸癌の前癌病変を認めた患者より子宮頚部擦過細胞を採取し、RT-PCR法にてE6・E7の転写産物が病変の進行に伴い検出率が上昇することを明らかにした(Fujii et al : Gynecol Oncol 58:210-215,1995)。これらの結果はE6・E7遺伝子産物が臨床的にも癌の発生や維持に深く関与していることを示している。E2蛋白質はE6・E7遺伝子の発現を調節しているDNA結合蛋白質であることから、ウイルス発癌の機構を解析する上で極めて重要な蛋白質といえる。そこで、E2蛋白質に結合し、その転写機能を阻害するペプチドを単離することを目的とした。HPV16型のE2蛋白質を大腸菌で発現させ蛋白質を精製した。このE2蛋白質をプレートに固相化し、任意のアミノ酸配列がファージのファイバー蛋白質に発現しているライブラリーを用いて、E2蛋白質に結合するファージクローンを単離した。その結果、トリプトファンを含むペプチド配列が単離された。そこで、このトリプトファンをアラニンに置換したのち、E2蛋白質との結合性を比較したところ、変異ペプチドでは、その結合能が低下した。さらに、単離されたペプチド配列に核移行シグナルを付加した合成ペプチドを作成し、E2遺伝子の転写活性に及ぼす影響についてルシフェラーゼアッセイ法にて検討したところ、転写活性の低下が認められた。以上のことから、単離されたペプチドはE2蛋白質に結合し、その転写活性を抑制することが判明した。まず、HPV16型のE7蛋白質に対する抗体が、HPV16型のDNAが検出される進行子宮頸癌患者の血清中から検出が可能な症例があることを明らかにした(Fujii et al: Jpn J Cancer Res 86:28-34,1995)。さらに子宮頸癌の前癌病変を認めた患者より子宮頚部擦過細胞を採取し、RT-PCR法にてE6・E7の転写産物が病変の進行に伴い検出率が上昇することを明らかにした(Fujii et al: Gynecol Oncol 58: 210-215,1995)。HPV16型のE2蛋白質を大腸菌で発現させ蛋白質を精製する。このE2蛋白質をプレートに固相化する。任意のアミノ酸配列がファージのファイバー蛋白質に発現しているライブラリーを用いて、E2蛋白質に結合するファージクローンを単離した。

さらに,単離されたペプチド配列をタンデムに組み込んだ発現ベクターを作製し、E2遺伝子の転写活性に及ぼす影響についてルシフェラーゼアッセイ法にて検討したところ、転写活性が低下した。以上のことから、単離されたペプチドはE2蛋白質に結合し、その転写活性を抑制することが判明した。我々はこれまで子宮頸癌についてHPV感染を指標にした分子診断の可能性について検討してきた。まず、HPV16型のE7蛋白質に対する抗体が、HPV16型のDNAが検出される進行子宮頸癌患者の血清中から検出が可能な症例があることを明らかにした(Fujii et al. : Jpn J Cancer Res 86 : 28-34,1995)。さらに子宮頸癌の前癌病変を認めた患者より子宮頸部擦過細胞を採取し、RT-PCR法にてE6・E7の転写産物が病変の進行に伴い検出率が上昇することを明らかにした(Fujii et al. : Gynecol Oncol 58 : 210-215,1995)。これらの結果はE6・E7遺伝子産物が臨床的にも癌の発生や維持に深く関与していることを示している。E2蛋白質はE6・E7遺伝子の発現を調節しているDNA結合蛋白質であることから、ウイルス発癌の機構を解析する上で極めて重要な蛋白質といえる。そこで、E2蛋白質に結合し、その転写機能を阻害するペプチドを単離することを目的とした。HPV16型のE2蛋白質を大腸菌で発現させ蛋白質を精製した。このE2蛋白質をプレートに固相化し、任意のアミノ酸配列がファージのファイバー蛋白質に発現しているライブラリーを用いて、E2蛋白質に結合するファージクローンを単離した。その結果、トリプトファンを含むペプチド配列が単離された。そこで、このトリプトファンをアラニンに置換したのち、E2蛋白質との結合性を比較したところ、変異ペプチドでは、その結合能が低下した。さらに,単離されたペプチド配列に核移行シグナルを付加した合成ペプチドを作成し、E2遺伝子の転写活性に及ぼす影響についてルシフェラーゼアッセイ法にて検討したところ、転写活性の低下が認められた。
フェノ-ル酸を介在した細胞壁成分間の架橋形成による細胞伸長成長の制御

高さ約6mのモウソウチクの幼竹を1m毎に切断し、構成成分を分析した。アルコ-ル・ベンゼン抽出物は上部にいく程増加する傾向が認められた。しかし、リグニン含量は逆に下部にいく程増大した。この傾向は、ペントサン、ホロセルロ-スやα-セルロ-スについても認められた。また、各資料中の中性糖組成を分析したところ、ペントサンの多い下部程キシロ-スとグルコ-スの含量比が大きくなっていくこともわかった。次に、乾燥させた資料を2NのH_aOH水溶液でケン化し、遊離してくるフェノ-ル酸をTMS化し、GC及びGC-MSを用いて分析した。その結果、フェノ-ル酸の種類とその量はいずれも上部と下部でかなりの差があることがわかった。特にリグニンと結合したp-クマ-ル酸と比較して糖と結合したフェルラ酸は上部に多く含まれている特長があることがわかった。さらに、各資料より水可溶性のリグニン・ヘミセルロ-ス・フェノ-ル酸結合体を単離し、分子量分布を分析したところ、排除体積の位置に溶出されるW-1画分、重量平均分子量が7x10^5のW-2画分及び45x10^3のW-3画分に分離されたが、上部へ行くに従いW-1、W-2画分が減少した。また、化学組成分析の結果、上部程リグニン含量が低く、糖の占める割合が高くなり、糖部分はアラビノグルクロノキシランが主成分でフェルラ酸がエステルで結合していることがわかった。さらに、これらのLCCをセルラ-ゼ製剤で処理した結果、フェルラ酸がエステル結合した3^2-L-arabinofuranosyl-D-xylotrioseと2^2-L-arabinofuranosyl-D-xylobioseを単離し構造決定することができた。これらのエステル架橋形成によりセルロ-スミクロフィブリルとキシラン間の相互作用は低下するが、リグニンとヘミセルロ-ス間の相互作用は増大し伸長成長が制御されると思われた。
多理論統合モデルを用いた介護予防プログラム介入のランダム化比較試験

述べ1519人の地域在住高齢者を対象に行った調査結果から、高齢者の介護予防プログラムを考える場合、バランス機能や注意機能、および主観的睡眠状況を把握し、それらを改善する対策が重要であることが明らかとなった。また、介護予防・生きがい対策事業などの地域活動への参加を促し、運動を習慣化させるよう行動変容のステージを高めていく必要がある。本研究の成果をまとめて、健康づくりのための解説冊子「高齢者向け健康づくりガイド」と「元気はつらつサポートブック」を作成した。さらに、高齢者を対象に運動機能向上・維持を目的としたDVDを作成し、集団的介護予防プログラムの普及に取り組んでいる。<福岡県福智町及び佐賀県神埼市に在住する高齢者の身体・認知・精抑心理機能の実態調査>本年度は、福岡県福智町および佐賀県神埼市に在住している65歳以上の高齢者298名(男性68名、女性230名)の身体・認知・精神心理機能の実態調査を実施した。調査は転倒経験の有無、身体機能評価として握力、下肢筋力、柔軟性、上肢巧緻性、立位バランス、歩行能力、活動能力を評価した。認知機能の評価としてはMini-Mental StateExaminationの他に注意力としてTrail making testを評価した。また、心理面の評価として主観的健康感、生活満足度、生きがい感、人間関係に対する満足度をVisual AnalogueScaleで評価した。身体機能について、年代と性別を比較すると、年代別では、Timed Up&Go testにのみ有意差が認められた。性別でみると、握力、上体起こし、大腿四頭筋筋力は男性が有意な高値を示した。一方、長座位前屈距離は、女性の方が有意に高かった。これらの結果から、高齢者の身体機能は、年代差よりも性差があることが考えられる。そのため、効果的な健康指導に繋げるためには、特に性差に注目した運動指導が必要と考えられた。また、転倒リスクが高いとされる運動器不安定症に該当する高齢者が女性で73名、男性が6名存在し、圧倒的に女性が多かった。さらに、年齢を調整した共分散分析において、女性では筋力や歩行能力に有意差が認められ、該当者は非該当者よりも低値を示した。これらのことから、より女性の転倒予防を含めた介護予防対策の必要性が示された。25年度は、自宅でも簡単に行える介護予防プログラム(個別的介護予防プログラム)を作成し、そのプログラムの介護予防効果を検証した。対象は、福岡県飯塚市および佐賀県神埼市に在住している65歳以上の高齢者80名とした。なお、対象とした80名の高齢者には、昨年度に研究対象とした90名は含めなかった。対象とした高齢者は、TTMの構成概念であるステージアルゴリズム尺度に当てはめると、維持期が35%、実行期が15%、準備期が20%、熟考期が15%、前熟考期が15%であった。個別プログラムのうち、最も実施率が高かったのはウォーキング、次いでラジオ体操であり、ボール体操やバランス体操の実施率は低かった。ただし、体力、とくに高齢者の転倒との関連が強いバランス機能の向上効果が認められたのは、ボール体操やバランス体操を継続できた高齢者であった。これらの知見から、高齢者にとって継続できる運動は、馴染みのある運動種目であること、ただし、バランス機能の向上にはボール体操やバランス体操の方が優れていることが示された。このことから、高齢者の運動による介護予防には、個別運動と集団運動の組み合わせが効果的である可能性が示された。24年度は、効果的な集団的介護予防プログラムの検証をランダム化比較試験によって検証した。対象は、福岡県飯塚市および佐賀県神埼市に在住している65歳以上の高齢者90名とした。介入方法は、ウォーキング群、太極拳群、レジスタンストレーニング群、特別な運動を行わない統制群それぞれ30名ずつを無作為割付けし、12週間の介入前後の効果判定を行った。効果判定は、身体・認知・心理機能について評価したが、認知機能評価としてのMMSを実施した後、身体機能評価として握力、下肢筋力、柔軟性、片足立ち保持時間、歩行能力、活動能力を評価した。また、心理面の評価として主観的健康感、生活満足度、生きがい感、人間関係に対する満足度を評価した。その結果、最も実施率が高かったのはウォーキングであり、それに太極拳が続きレジスタンストレーニングが最も継続できていなかった。介入前後の測定値を比較すると、週3日、1回につき30分のウォーキングを12週間継続できた介入群25名の測定値は、介入後6分間歩行距離が延長し、主観的健康感、生活満足度、生きがい感といった心理面の向上が認められた。一方、その他の指標とした上下肢筋力や立位バランスなどの身体機能、および認知機能には有意差は認められなかった。なお、その他の介入群および統制群については、すべての測定値に有意差は認められなかった。これらの知見から、ウォーキングによる運動介入は、地域在住高齢者の介護予防や健康増進に有用である可能性が示唆された。ただし、身体機能や認知機能を向上させるためには、本研究における介入の期間や頻度、および運動強度では十分ではないことが明らかとなった。本年度は、これまでの研究によって得られた介護予防プログラムの妥当性を検証するため、新たに募集した滋賀県野洲市在住の高齢者392名を対象に調査を実施した。対象者の募集は野洲市地域包括支援センターを通じて、約750名の高齢者に町内回報などを通じて研究への参加を積極的に呼びかけた。

測定結果は、参加したすべての高齢者にフィードバックし、より効果的な介護予防プログラムを実施できるようにアドバイスを行った。本研究は、高齢者の身体・認知・精神心理機能を総合的かつ客観的に評価し、前向き研究法により、高齢者が要介護状態に陥る要因の解明を目指す実証的研究と、効果的で継続性のある介護予防プログラムの開発をランダム化比較試験を用いた介入研究により行う実践的研究からなる。本年度は、滋賀県野洲市で行っている高齢者の追跡調査と、4年間実施してきた本研究の成果を複数の学術論文として報告した。述べ1519人の地域在住高齢者を対象に行った調査結果から、高齢者の介護予防プログラムを考える場合、バランス機能や注意機能、および主観的睡眠状況を把握し、それらを改善する対策が重要であることが明らかとなった。また、介護予防・生きがい対策事業などの地域活動への参加を促し、運動を習慣化させるよう行動変容のステージを高めていく必要がある。本研究の成果をまとめて、健康づくりのための解説冊子「高齢者向け健康づくりガイド」と「元気はつらつサポートブック」を作成した。さらに、高齢者を対象に運動機能向上・維持を目的としたDVDを作成し、集団的介護予防プログラムの普及に取り組んでいる。本年度は、新たに募集した地域在住高齢者392名を対象に調査を実施できた。さらに、調査結果から、高齢者が自身の身体・認知・心理機能をチェックし、それらの機能を高めるようなプログラムを提案した。これらのことから、当初予定していた研究計画通りに概ね行えたと判断した。27年度が最終年度であるため、記入しない。老年看護学27年度は最終年度であるため、今年度作成した介護予防プログラムの検証作業を行う。また、研究成果を広く公表するために、滋賀県健康福祉部と連携して個別的介護予防プログラムの普及を図る。今年度は、効果的な集団的介護予防プログラムを立案するためのベースライン調査を行った。対象者数が計画よりもわずかに少なかったが、研究を進めるうえで支障がない範囲の高齢者の調査が行えた。調査の内容は計画通りの項目が評価できた。本年度は、個別的介護予防プログラムの効果判定について、予定よりも多くの対象者で検討できた。ただし、継続率が予定よりも少なく、多変量解析などを用いて詳細な分析ができなかった点が課題として残された。本年度は、集団的介護予防プログラムの効果判定がほぼ計画通りに行えた。ただし、対象者数が計画よりもわずかに少なかったこと、運動負荷量の設定が不十分であったことが課題として残された。本研究は、当初の計画通り進める予定である。24年度は、対象高齢者に介護予防プログラムを実施し、ランダム化比較試験によって、どの介入方法が介護予防に効果的であるのかを検証する。さらに、25年度以降に個別最適化した介護予防プログラムの構築を目指す。具体的には、介護予防に効果が認められた介入方法について、その継続性と介護予防との関連について4年間フォローアップし、1年毎に比較検討する。
走査型非線形誘電率顕微法による極性反転圧電薄膜の層状構造測定法の研究

最近の研究で、ZnOやAlNなどの圧電薄膜を用いて、層状に極性反転した構造の作製が可能になってきており、今後の圧電デバイスの開発に重要である。本研究では、走査型非線形誘電率顕微法(SNDM)を応用し、非破壊で表面から層構造を測定する方法の開発を行った。その結果、反転層が1層ある場合については、具体的な測定と層厚の決定手順を確立した。実験結果は実際の層厚によく一致し、更に、層厚の面内分布の計測も可能となった。次に、反転層が2層ある場合についても同様に検討した。探針の押し込み量を調節して電界分布を変える実験を行い、押し込み量による出力信号の変化を確認し、多層構造での層厚推定の可能性を示した。近年、圧電体の極性を、成膜条件を変えることで制御する研究が行われており、今後の圧電・強誘電デバイスの開発で重要な技術である。しかし、層状に極性反転した構造を、基板表面から非破壊で測定できる計測法がない。本研究は、従来、面内の分極構造の測定に用いられていた走査型非線形誘電率顕微鏡の測定深さを制御することで、層状の極性反転構造を簡便に測定でき、且つ、面内の均一性も測定できる技術を築くことを目的としている。今年の成果は次の4点である。(1)試料表面に層状に極性反転層が形成されている構造について、探針を球と仮定して電気影像法でシミュレーションを行い、探針半径で規格化した反転層厚さ、線形誘電率、非線形誘電率と、信号強度との関係を求めた。これにより、反転層の大まかな厚さがわかったとき、どの程度の先端半径の探針を用いればよいかの指針が得られた。また、本測定では、直接的には、プローブの発振周波数やその変化を測定しており、それらの値と信号強度との関係の定式化を行った。(2)次に、極性反転層の層厚を測定結果から求める具体的な測定手順を確立した。これには、校正用試料を用いて、未知である浮遊容量や試料の線形および非線形誘電率を校正する手順も含んでいる。これによって、測定結果と(1)で求めたシミュレーション結果から反転層厚を定量的に導くことが可能となった。(3)実際に、ScドープAlNの極性反転圧電薄膜を作製し、それを本方法で測定し層厚の推定結果と比較検討して、本手法での測定結果の妥当性を確認した。(4)接触状態の情報を得るために高次の非線形誘電率を計測することを考ええ、そのシミュレーションを行った。これらの結果は、極性反転層が1つの場合であるが、多層構造に応用可能である。そのためには、探針半径を変化させて測定できるプローブが必要であり、次年度以降検討する。本年度計画していた4つの項目のうち3項目については完全に目標を達成している。残り1項目(高次非線形誘電率の測定で接触状態の情報を得て接触状態の補正を行うこと)もシミュレーションを行い、測定を試みるところまでは行った。しかし、実装の可能性の可否については、z軸の制御機構の改善し更に検討が必要な状況である。これについては来年度も検討する。昨年度までの研究で、反転層が1層だけ形成された場合について、探針半径で規格化した反転層厚さ、線形誘電率、非線形誘電率と信号強度との関係を電気影像法により求め、それを用いて、測定結果から反転層厚を求める手順の導出、及び、その定式化を行い、実験により有効性を確認している。本年度は、それの結果を踏まえ、反転層が2層になった場合について検討を行った。当初計画では2層以上の多層構造についての検討は、平成29年度に行う予定であったが、その結果により製作する実験装置が異なる可能性があるため、順序を入れ替え、本年度にシミュレーションを行い2層の場合の層厚の導出方法について検討を行った。その結果、次の3つの方法で、反転層厚を求めることができるという見解を得た。(1)2種類の異なる半径を持つ探針で測定する。(2)探針半径を変えたとき、信号強度が極値をとる点とそのときの値から求める。(3)接触したときの信号強度と、そこから僅かに探針を試料へ押し付けたときとの変化量から求める。(1)は昨年度までと同じ装置で測定可能であるが、測定手順が増える。(2)は当初計画のとおり、探針半径を連続的に変化させる装置の作製が不可欠であるが、実現した場合、最も精度が高いのではないかと予想される。(3)は装置の改良が少なくてすみ、測定手順も少ないため有効な方法であるが、探針下の電界分布を電気影像法では求められないため、有限要素法での解析が必要である。それぞれ一長一短であるが、それぞれの場合についての実験を来年度行い、測定精度について確認していく予定である。接触状態の判定に高次の非線形誘電率を測定することを考えてていたが、実際に実験してみると、発振周波数(線形誘電率に対応)を用いた方が安定したため、その機能を測定システムにに導入した。当初計画では、本年度は探針半径を可変する装置の作製を行う予定であったが、研究の順序を入れ替えて、平成29年度に行う予定であった2層構造について本年度に検討を行った。