hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
協奏的反応機構に基づく有機触媒結合形成反応の開発

結合の形成と切断が同時に進行する協奏的反応は、しばしば高い選択性を与えることから、強力な有機合成反応となる。本研究では、このような協奏的反応の機構を積極的に取り入れ、かつ、入手容易で安全なケイ素やホウ素化合物と高価で有毒な金属を含まない有機分子触媒を活用することで、様々な新しい有機合成反応を見出すことができた。トリクロロシランによるα,β-不飽和ケトンの共役還元反応が、有機Lewis塩基触媒を用いることに六員環遷移状態を経由して協奏的に進行することを見出したことを契機に、本(平成20)年度から3年間の本助成を受けて「協奏的反応機構を積極的に取り入れた効率的な有機触媒結合形成反応の開発」を目的として研究を開始した。本年度の成果を以下に要約する。1.α,β-不飽和ケトンの共役還元反応に続くアルデヒドとのアルドール反応(還元的アルドール反応)が、不斉Lewis塩基触媒の存在下ワンポットで進行し、良好なエナンチオ選択性が得られることを見出した。また、本条件下では、アルデヒドは1,2-還元を受けず、α,β-不飽和アルデヒドは共役還元も受けないことを見出した。2.4H-1,3-オキサジンの初めてのエナンチオ選択的合成が、不斉Lewis塩基触媒によるN-アシルβ-アミノケトンとトリクロロシランとの反応により実現できることを見出した。また、光学活性な4H-1,3-オキサジンは、種々の反応条件で、様々なキラル化合物へとラセミ化を伴うことなく誘導できることが分かった。3.イノンに対する塩化物イオンの共役付加を伴うアルドール反応(クロロ化アルドール反応)が不斉Lewis塩基触媒と四塩化ケイ素を用いると高収率で進行することを見出した。また、エナンチオ選択性はまだ不十分であるが、フェノキサフスフィン環を有する新規なキラルボスフィンオキシドが本反応に有効であることが分かった。4.これまで利用されてこなかったキラルなビスニトロンが、ビスヒドロキシルアミンと種々のアルデヒドとの縮合反応により容易に調製でき、新規なLewis塩基触媒として機能することを見出した。トリクロロシランによるα,β-不飽和ケトンの共役還元反応が、有機Lewis塩基触媒を用いることで六員環遷移状態を経由して協奏的に進行することを見出したことを契機に、平成20年度から3年間の本助成を受けて「協奏的反応機構を積極的に取り入れた効率的な有機触媒結合形成反応の開発」を目的として研究を開始した。本年度は前年度の知見をさらに展開した結果、新たな成果を得ることができた。以下にそれを要約する。1.不斉Lewis塩基触媒によるα,β-不飽和ケトンとアルデヒドとのエナンチオ選択的な還元的アルドール反応において、新規なものを含む様々なキラルLewis塩基触媒を検討したところ、選択性をさらに向上させることができた。また、本反応がα,β-不飽和カルボン酸誘導体にも適用可能であることを見出した。2.キラルなジニトロンがアリルトリクロロシランによるアルデヒドの不斉アリル化反応において、新規なLewis塩基触媒として有効に機能することを見出した。3.イノンのクロロ化アルドール反応の反応条件を精査した結果、エナンチオ選択性をさらに向上できることを明らかにした。4. Lewis塩基触媒を用いるアルデヒド・エナミン・トリクロロシランのタンデム反応によりγ-アミノアルコールが高いジアステレオ選択性で合成できることを見出した。5.ボロン酸のα,β-不飽和ケトンへの不斉共役付加反応において、キラルなヒドロキシカルボン酸が有効な不斉有機触媒として機能することを見出した。α,β-不飽和ケトンの共役還元反応が、有機Lewis塩基触媒によるトリクロロシランの活性化により、六員環遷移状態を経由して協奏的に進行することを見出したことを契機に、平成20年度から3年間の本助成を受けて、「有機分子に触媒される協奏的結合形成反応の探索」を行っている。最終年度となる本年度は、これまでの知見をさらに展開し、新たな成果を得ることができた。1.開発したキラルなジニトロンが、アリルトリクロロシランによる不斉アリル化反応のみならず、我々の見出したトリクロロシランによる還元的アルドール反応にも、不斉Lewis塩基触媒として有効に機能することを明らかにした。反応によって最適な触媒が異なり、ジニトロンの構造修飾性が活かされた。2.構造修飾の容易なホスフィンオキシド型Lewis塩基触媒としてのDIOPジオキシド(DIOPO)誘導体の汎用的合成法を確立した。得られたDIOPO誘導体を還元的アルドール反応やイノンのクロロ化アルドール反応に適用したところ、良好な選択性を得ることができた。3.アルデヒド・エナミン・トリクロロシランの三成分からの新しいタンデム反応により、γ-アミノアルコール構造が一挙に構築できることを前年度見出しているが、この反応を用いて、中枢神経系の機能研究に用いられるγ-アミノアルコールを一工程で得ることに成功した。現在、本反応の概念を他の有用構造の構築に展開している。

4.昨年度見出したキラルなヒドロキシカルボン酸よるボロン酸の活性化についてさらに検討を続け結果、触媒の構造用件、反応機構、他の反応への展開に関する知見を得ることができた。
3次元GISを用いた河内・大和における終末期古墳の景観の可視化と類型化

本研究課題では、3次元GISを用いて河内・大和における終末期古墳の立地に関わる景観を可視化して各古墳の景観の特徴を明らかにした上で、それらを類型化することにより、終末期古墳の立地原則を、古代の思想(死生観)と自然景観との関係から解明することを目的としている。当年度は、河内・大和における終末期古墳の基礎情報および古代の思想(死生観)の把握のための文献調査(2-1)、終末期古墳の現況把握と分類および微地形の測量のための現地調査(2-2)、3次元GISによる終末期古墳の立地に関わる景観の可視化(2-3)を行った。2-1.文献調査:86基の基礎情報(地形図、推定築造年代、古墳の形態、石室・石槨の開口方向等)の文献調査が完了。2-2.現地調査:127基(再調査含む)について現況把握と分類のための現地調査実施。a)見晴らしが良いもの26基、b)見晴らしの一部が遮られているもの20基、c)見晴らしが悪いもの25基(移設・破壊されたものも含む)の3つに現況を分類。2大和の19基についてUAVを用いたSfM多視点ステレオ写真測量による古墳周辺の微地形の測量実施。2-3.3次元GISによる景観の可視化:1当年度UAV写真測量を実施した19基の微地形の3次元モデル作成が完了。2前年度UAV写真測量を実施した4基を対象に、3次元GISを用いて、微地形の3次元モデルと、国土地理院配布の5m・10mメッシュ等により作成した広域の3次元地形モデルを統合する方法を検討した。微地形の3次元地形モデルから作成した高精細なDSMとオルソ画像を広域の3次元地形モデルに重ねることにより、古墳の石室・石槨や墳丘の形態、開口方向と古墳から見た自然景観の関係を示すシミュレーション画像の作成が可能になった。3今後、上記19基についても自然景観のシミュレーション画像の作成を行い、各古墳の立地の特徴を分析する予定。2-1.文献調査:概ね予定通りに進行しており、86基の古墳について完了。2-2.現地調査:古墳の現況把握と分類のための現地調査は、やや遅れており71基について完了。UAVを用いた微地形の測量のための現地調査は、前年度は河内の4基、当年度は大和の19基について完了。下記の理由によりUAVを用いた微地形の測量は、詳細な地形図が手に入らない全ての古墳を対象に行うことが困難であるため、今後は調査済みの古墳に対象を限定して研究を進める予定である。1UAV飛行のため古墳の土地所有者または管理者の了解を得るための調整に想定以上に時間と手間を要する。2特に民有地にある古墳は土地所有者または管理者の特定が困難である場合が多い。3特定できてもUAV飛行の了解を得られなかった場合もある。2-3. 3次元GISによる景観の可視化:1UAV写真測量によって、計23基の古墳とその周辺の微地形の3次元モデルの作成が完了。得られたオルソ画像をGNSS測量による高精細な位置情報によってジオリファレンスすることにより、横口式石槨・石室の正確な開口方向等の測定が可能になった。2前年度に調査した4基を対象に、古墳から見た景観の可視化方法を検討した。3次元GISを用いて、UAV写真測量による3次元モデルから作成した高精細なDSMとオルソ画像を広域の3次元地形モデルに重ねて表示することにより、古墳の石室・石槨や墳丘の形態、開口方向と自然景観の関係を示すシミュレーション画像の作成が可能になった。研究成果は、論文で社会に公開した。3UAV飛行の了解が得られなかった陵墓については、陵墓地形図集成の等高線から3次元地形モデルを作成した。GISでの統合方法は検討中である。4今後、当年度に調査済みの19基の古墳から見た自然景観のシミュレーション画像を作成し、各古墳の立地の特徴を分析する予定である。令和元年度の前半は、河内・大和における終末期古墳を対象に3次元GISによる終末期古墳の立地の可視化(2-3)を行い、各古墳の立地に関わる景観の特徴を明らかにする。最新の研究動向を把握・反映するため河内・大和における終末期古墳の基礎情報および古代の思想(死生観)の把握のための文献調査(2-1)、終末期古墳の現況把握と分類および微地形の測量のための現地調査(2-2)を補足的に行う。当年度の研究成果である、古墳の石室・石槨や墳丘の形態や開口方向と古墳から見た自然景観の関係を示すシミュレーション画像の作成方法について、iaSU(国際シルクロード大学連合)国際会議、学会大会(日本建築学会)で口頭発表し社会に公開する予定である。UAVを用いた微地形の測量のための現地調査は、詳細な地形図がない全ての古墳を対象に行うことは、上記の理由により困難なため、調査済みの古墳に対象を限定して研究を進める予定である。UAV飛行の了解が得られなかった陵墓については、地形図から作成した3次元地形モデルをGIS上で統合する方法についての検討を経て、景観の特徴を分析する予定である。景観の可視化のうち、古墳を見た自然景観のシミュレーション画像の作成は、視点の選定方法等の検討を経て行う予定である。

令和元年度の後半は河内・大和における終末期古墳の立地に関わる景観の類型化(2-4)を行い、過年度の研究成果とあわせて分析・考察することで、河内・大和における終末期古墳の立地原則を解明する。研究成果は、学会大会(日本建築学会)や学術論文(日本建築学会)等で社会に公開する。本研究課題では、3次元GISを用いて河内・大和における終末期古墳の立地に関わる景観を可視化して各古墳の景観の特徴を明らかにした上で、それらを類型化することにより、終末期古墳の立地原則を、古代の思想(死生観)と自然景観との関係から解明することを目的としている。当年度は、河内・大和における終末期古墳の基礎情報および古代の思想(死生観)の把握のための文献調査(2-1)、終末期古墳の現況把握と分類および微地形の測量のための現地調査(2-2)、3次元GISによる河内における終末期古墳の立地に関わる景観の可視化(2-3)を行った。2-1.文献調査: 64基の基礎情報(地形図、推定築造年代、古墳の形態、石室・石槨の開口方向等)の文献調査が完了。2-2.現地調査: 70基について1GPSデータロガーによる位置情報測定、コンパスによる石室・石槨の開口方向測定、2古墳から見える自然景観、古墳を見た自然景観の写真撮影が完了。3a)見晴らしが良いもの29基、b)見晴らしの一部が遮られているもの17基、c)見晴らしが悪いもの24基(移設・破壊されたものも含む)の3つに現況を分類。4観音塚古墳、小口山古墳、鉢伏山西峰古墳、お亀石古墳のUAV(ドローン)を用いたSfM多視点ステレオ写真測量による古墳周辺の微地形の測量実施。2-3.3次元GISによる景観の可視化:13次元GISによる古墳および周辺の地形モデル作成:広域な範囲は国土地理院配布の5m・10mメッシュ等により作成。上記4つの古墳とその周辺の微地形の3次元地形モデルの作成が完了。3次元GISで両データを統合する方法は現在検討中である。2古墳から見える自然景観のシミュレーション画像の作成は25基について完了。古墳を見た自然景観のシミュレーション画像の作成方法について現在検討中である。各古墳の立地の特徴の分析は今後行う予定。2-1.文献調査:河内・大和における終末期古墳の基礎情報および古代の思想(死生観)の把握のための文献調査については概ね予定通りに進行しており、64基の古墳について完了している。2-2.現地調査:古墳の現況把握および分類のための現地調査は、概ね予定通りに進行しており70基について完了している。UAVを用いた微地形の測量のための現地調査は、観音塚古墳、小口山古墳、鉢伏山西峰古墳、お亀石古墳の4つの古墳について完了している。下記の理由によりUAVを用いた微地形の測量は、詳細な地形図が手に入らない全ての古墳を対象に行うことが困難であるため、今後は対象を限定して行う予定である。1UAV飛行のため古墳の土地所有者または管理者の了解を得るための調整に想定以上に時間と手間を要する。2特に民有地にある古墳は土地所有者または管理者の特定が困難である場合が多い。3特定できてもUAV飛行の了解を得られなかった場合もある。2-3. 3次元GISによる景観の可視化:UAVを用いた写真測量によって、上記の4基の古墳とその周辺の微地形の3次元モデルの作成が完了した。得られたオルソ画像をGNSS測量による高精細な位置情報によってジオリファレンスすることにより、正確な横口式石槨の開口方向などの測定が可能になった。陵墓については、UAVで上空を飛行する許可が得られなかったため、UAVを用いた写真測量は断念し、陵墓地形図集成の地形図の等高線から地形モデルを作成するための作業を進めている。
癌および胎児組織にみられる細胞接着分子フィブロネクチンの異常とその生理的意義

本研究の目的は、細胞接着分子フィブロネクチン(FN)の癌胎児性構造変化の実体を明らかにし、その生理的意義を癌転移との関連において明らかにすることにある。この目的に沿って本年度は、(1)成人および胎児肺組織に含まれるFNの構造を解析し、個体発生に伴うFNの構造変化の実体を明らかにする、(2)細胞型FNに特異的な抗体を作製する、の2点に重点を置いて研究を行った。1.成人および胎児組織に含まれるFNの構造解析.成人および胎児肺組織に含まれるFNの構造を、プロテアーゼによる限定分解とイムノブロット法を組みあわせ、タンパクを可溶化することなく解析した。その結果、成人肺組織のFNは、これまで考えられていたような"細胞型"ではなく、基本的には"血漿型"であった。一方、胎児肺組織のFNは、基本的に"細胞型"であった。実際、胎盤から精製したFNは"細胞型"とほぼ同一であった。これらの結果から、FNの構造が個体発生の過程で、"細胞型(胎児型)"から"血漿型(成人型)"に変化することが推定された。2.細胞型FNを特異的に認識する抗体の作製.FN遺伝子のゲノムDNAおよびcDNAの塩基配列の解析から、細胞型FNには、血漿型FNには存在しないペプチドが少なくとも3箇所存在することが推定されている。このペプチド部分を化学合成し、それに対する抗体を作製した。その結果、△2ペプチドに対する抗体は、細胞型FNと強く反応する他、血漿型FNに少量混在する一部のサブユニット鎖とも反応した。一方、EDペプチドに対する抗体は、細胞型FNとのみ特異的に反応した。また、細胞型FNには、分子量の少しずつ異なる少なくとも4種のサブユニット鎖が存在し、それらの違いは、EDおよび△2ペプチドの有無の組み合わせによって生じることが明らかとなった。
血管細胞における抗酸化酵素遺伝子発現機構と遺伝子導入に関する研究-虚血性心疾患に対する抗酸化酵素遺伝子治療の可能性の探究-

活性酸素産生に伴う血管床における酸化的ストレスの増大は動脈硬化や高血圧性血管障害など種々の病態の形成や、虚血性心疾患の発症にも大きく関わっている。血管床の酸化的ストレスは、活性酸素産生系とそれを消去する活性酸素防御系とのバランスにより決まり、それぞれが巧妙に調節されている活性酸素防御系としては、superoxide dismutase(SOD)、catalaseやglutathione peroxidase(GPx)、thioredoxin(TRX)、glutaredoxin(GRX)などの抗酸化酵素が、協調的に酸化的ストレスに対する生体防御系として働いている。本研究は、血管細胞における活性酸素防御系としての抗酸化酵素の遺伝子発現調節機構を検討し、抗酸化酵素遺伝子導入による血管病変形成に対する遺伝子治療の可能性の探究するものである。ズリ応力や、伸展張力などの機械的刺激は、血管細胞における遺伝子発現調節に深く関わっている。そこで、ズリ応力の培養血管内皮細胞におけるGPx遺伝子調節における影響を検討した。血管内皮細胞にズリ応力を負荷することにより、GPx遺伝子は強度依存性、時間依存性に増加した。また、この効果は、内皮型NO合成酵素の阻害剤にても影響されないことより、一酸化窒素は関係しないと考えられた。次に、冠動脈平滑筋細胞におけるTRX/GRX系の発現調節に検討した。培養冠動脈平滑筋細胞(HCASMC)に、過酸化水素を負荷することにより、TRX/GRX系の発現は増強したが、TNFを負荷することにより、TRX/GRX系の発現は減弱した。このように、培養血管細胞にいては、炎症性サイトカインや機械的刺激によりその発現が調節されていることが明らかとなった。さらに、ヒト冠動脈における抗酸化酵素の発現動態を検討するために、剖検時の冠動脈標本を用いて免疫組織学検討を行った。動脈硬化を伴う冠動脈では、TRX/GRX、GPxの発現亢進が、中膜平滑筋細胞や浸潤する炎症細胞において認められた。このように、血管床においては、種々の抗酸化酵素が、炎症性サイトカインや血行力学的外力により巧妙に調節されており、血管局所において、生体防御系として重要な働きをしている。これらの所見は、遺伝子導入によりこれら抗酸化酵素を修飾することが、新たな血管病変形成の治療法となりうるものを示唆するものである。活性酸素産生に伴う血管床における酸化的ストレスの増大は動脈硬化や高血圧性血管障害など種々の病態の形成に関与しているだけでなく、動脈硬化粥腫の不安定化に深く関わっていmatrix metalloproteinase(MMP)の活性調節を介して虚血性心疾患の発症にも大きく関わっている。本研究は、血管細胞における活性酸素防御系としての抗酸化酵素の遺伝子発現調節機構を分子生物学的レベルにて明らかにすることを目的とし、さらに、抗酸化酵素の遺伝子導入による動脈硬化などの血管病変形成に対する効果を明らかにし、虚血性心疾患に対する抗酸化酵素遺伝子治療の可能性の探究を模索するものである。H2O2の生体において種々のストレス反応を引き起こすことを知られており、H2O2の分解に一義的な役割を果たしているGPxの重要性が注目されている。

血管内皮細胞に、ズリ応力を負荷すると、GPxの遺伝子発現が、強度依存性、時間依存性に増強した。一方、機械的伸展刺激は、その効果が認められなかった。活性酸素産生源として重要な役割を果たしているp22phox及び、H2O2消去系のGRxの冠動脈病変の発現様式を、剖検にて得られた標本を用いて検討した。正常冠動脈では、同様、H2O2の分解に重要な役割を果たしているが、動脈硬化病巣での発現に検討は、p22phox、GRxはごく軽度発現しているだけであるが、動脈硬化の進展に伴い血管全層にわたり発現の増加が認められた。今後は、HVJLiposome法を用いた系でGPx、及び、GRxの培養血管細胞及び、血管障害モデル動物に対して遺伝子導入を試みる予定である。本研究は、血管細胞における活性酸素防御系としての抗酸化酵素の遺伝子発現調節機構及び、抗酸化酵素の遺伝子導入による血管病変形成に対する遺伝子治療の可能性の探究を模索するものである。平成11年度において、血行力学的外力であるズリ応力の培養血管内皮細胞におけるglutathione peroxidase(GPx)遺伝子調節における及ぼす影響を検討し、ズリ応力を負荷することにより、GPx遺伝子は強度依存性、時間依存性に増強することを明らかにした。これらの所見は、抗酸化酵素が、血行力学的外力によっても巧妙に調節されていることを示すのものである。平成12年度においては、アポトーシスや細胞内情報伝達系に深く関与している還元酵素であるthioredoxin(TRX)/glutaredoxin(GRX)の発現調節について検討した。培養冠動脈平滑筋細胞(HCASMC)において、過酸化水素を負荷することにより、TRX/GRX系の発現は増強したが、TNFαを負荷することにより、TRX/GRX系の発現は減弱した。さらに、ヒト冠動脈における抗酸化酵素の発現動態を検討するために、剖検時の冠動脈標本を用いて免疫組織学検討を行った。正常冠動脈においては、GPxは、血管内皮細胞中心にその発現が認められ、TRX/GRX、Cu/Zn superoxide dismutase(SOD)は、中膜平滑筋細胞中心にその発現が認められた。動脈硬化を伴う冠動脈では、中膜平滑筋細胞や浸潤する炎症細胞において、TRX/GRX、GPxの発現亢進の亢進が認められた。このように、血管床においては、種々の抗酸化酵素が、炎症性サイトカインや血行力学的外力により巧妙に調節されており、血管局所において、生体防御系として重要な働きをしている。これらの所見は、遺伝子導入によりこれら抗酸化酵素を修飾することが、新たな血管病変形成の治療法となりうるものを示唆するものである。
直接シミュレ-ションモンテカルロ法のプログラム自動作成用エキスパ-トシステム

直接シミュレ-ションモンテカルロ法エキスパ-トシステムに関連して、以下の研究成果が得られた。ベクトル計算機のための高加速率プログラムを開発した。ベクトル化が困難とされているBird法に関し、分子移動ル-チン、分子所属セル算出ル-チン、分子番号再配列ル-チンおよび分子間衝突ル-チンのいずれにおいても、加速率を大幅に改善したプログラミング手法を開発した。平均衝突時間に対する時間スケ-ル比が非常に大きな現象を解析するための"時間重み"の導入を行った。計算過程に「時間重み」の概念を導入し、時間スケ-ルが平均衝突時間より数桁大きい現象もDSMC法を用いて解析可能であることを示した。計算領域自動セル分割に関するニュ-ラルネットを利用したソフトウェアを開発した。ホップフィ-ルド型ニュ-ラルネットを用いて二重セル構造によるDSMC法の空間分割を試み、いくつかの流れ場に適用して満足のいく結果を得た。並列計算用に作製されたトランスピュ-タを用いて、DSMC法並列計算システムのソフトウェア開発を行った。計算領域の境界自動調整(トランスピュ-タの計算負荷調整)を行うことにより、加速率に関しては、2台で1.95、3台で2.85、4台で3.70の高速化を達成した。計算領域を、直線境界と円弧境界から成るサブ空間に分割し、それぞれの領域での分子移動を、あらかじめ所有するサブル-チン群から処理プログラムを抜き出して加工結合し、それをまとめて全領域での分子移動プログラムを自動コ-ディングするソフトウェアを現在開発中である。直接シミュレーションモンテカルロ法における、分子移動ルーチンのプログラム自動作成用エキスパートシステム開発に関し、本年度は、その対象として、「希薄気体中におかれたスパイン(円柱フィン)からの熱伝達問題」をとり上げ、自動プログラミングのための問題点を列挙した。この希薄気体熱伝達問題は、軸対称三次元問題であり、凸表面と凹表面とに囲まれ、流れ場形状としては典型的なものといえる。任意の点から出発した分子軌跡が、境界と交わりそして反射する様子を、計算機のディスプレイ上に表示することによって、プログラム作成時の分子軌跡の可視化を行った。分子軌跡の出発点を乱数により任意に与え、さらに分子の速度成分も任意に与えて、空間のある点から出発した分子が、どの境界面と最も衝突し易いかを調べ、それにより、その点の付近から出発した分子に対して、どの境界から順に衝突の有無を計算していくべきかを決定した。なお、このシミュレーションにおいては、将来、空間のセル分割に、微細方形セル法が有力な手段になり得るとの考えから、本来の計算セル(微細セルの集合体)が、微細セルをいかに効率よく取り込んで、空間中にとり残される微細セルが存在することなく、かつ、各計算セルは、不自然な空間分割形状とならないようにするための支援システムを構築した。さらに、分子移動の時間スケールが、巨視的現象経過時間に対して非常に小さいことによって生じる、このシミュレーション法の適用限界性に関して、従来行われている分子数に関する「重み」の取扱いを、時間的な「重み」に拡張することによってこれを解決する方法を見出した。また、ベクトル計算機によって計算速度を増加させるための並列性に対する考察も行い、自動プログラミングへの適応性も検討した。これらの一連の研究は、それだけで完全なものではなく、次年度以降の研究を進めるための基礎となるものとして位置づけている。直接シミュレ-ションモンテカルロ法(DSMC法)分子移動ル-チンの自動プログラミングに関するエキスパ-トシステム開発において、本年度は、二次元流れ場中に置かれた物体と分子との衝突計算に重点をおいてプログラム作成時の問題点を検討した。流れ場中の物体が円形(円筒形)で、しつ、多数ある円形物体の直径が相等しいときには、分子軌跡に物体直径を重ね合わせることにより、物体中心位置のみデ-タとして与えれば分子・物体衝突の計算が即座に行えるプログラムを開発した。円形物体の直径が異なる場合には異なる直径毎にデ-タを与える必要があるが、その場合でもとくに大きな問題はない。

物体が円形以外の場合についてはこのプログラミング法を改良することを考えているが、現在のところ完成されていない。なお、昨年度の二重円筒空間の移動ル-チンと同様、分子軌跡を計算機ディスプレイ上に表示させて可視化することによりプログラム開発の効率化を図った。DSMC法では、分子移動ル-チン実行後、分子間衝突の計算を微小体積要素(セル)毎に行うが、その際、各分子が移動によってどのセルに到達したかを計算する必要がある。いかなる複雑な流れ場に対してもこの計算処理を高速に行うために、本研究代表者は「大セルー小セル法」を提案しているが、そのためには、それぞれの小セルがどの大セルに属するかを記述するための表を作成する必要がある。この表作成を計算機で行うために、ニュ-ラルネットの手法を検討した。ニュ-ラルネット研究の中でホップフィ-ルド型のモデルは、通常の計算法では実行不可能な規模の組合わせ最適化問題を近似的に解くことができる。DSMC法において、各小セルがどの大セルに属するかをニュ-ロンモデルに対応させて解法を行った。結果に関してはまだ十分なものとは言えないので、現在、パラメ-タ等を検討中である。直接シミュレ-ションモンテカルロ法エキスパ-トシステムに関連して、以下の研究成果が得られた。ベクトル計算機のための高加速率プログラムを開発した。ベクトル化が困難とされているBird法に関し、分子移動ル-チン、分子所属セル算出ル-チン、分子番号再配列ル-チンおよび分子間衝突ル-チンのいずれにおいても、加速率を大幅に改善したプログラミング手法を開発した。平均衝突時間に対する時間スケ-ル比が非常に大きな現象を解析するための“時間重み"の導入を行った。計算過程に「時間重み」の概念を導入し、時間スケ-ルが平均衝突時間より数桁大きい現象もDSMC法を用いて解析可能であることを示した。計算領域自動セル分割に関するニュ-ラルネットを利用したソフトウェアを開発した。ホップフィ-ルド型ニュ-ラルネットを用いて二重セル構造によるDSMC法の空間分割を試み、いくつかの流れ場に適用して満足のいく結果を得た。並列計算用に作製されたトランスピュ-タを用いて、DSMC法並列計算システムのソフトウェア開発を行った。計算領域の境界自動調整(トランスピュ-タの計算負荷調整)を行うことにより、加速率に関しては、2台で1.95、3台で2.85、4台で3.70の高速化を達成した。計算領域を、直線境界と円弧境界から成るサブ空間に分割し、それぞれの領域での分子移動を、あらかじめ所有するサブル-チン群から処理プログラムを抜き出して加工結合し、それをまとめて全領域での分子移動プログラムを自動コ-ディングするソフトウェアを現在開発中である。
多能性幹細胞の維持・再生機構の解明

体細胞にDNA変異が蓄積するのを防ぐため、動物では重篤なDNA損傷を受けた細胞は細胞死を起こす。一方、植物の場合はDNA損傷に応答して幹細胞でのみ細胞死が起き、同時に幹細胞ニッチの細胞が分裂を開始することにより、幹細胞を新たに補給する仕組みが備わっている。そこで、本研究では植物における幹細胞の細胞死と再生の機構、および動植物における幹細胞ゲノムの恒常性維持機構を明らかにし、植物幹細胞の維持に働く制御基盤を理解する。これまでの研究から、DNA損傷に応答して植物幹細胞が細胞死を起こす際に、オーキシンシグナルの低下がゲノムを不安定化させ、細胞死を誘導することが示唆されている。また、オーキシンはクロマチンを凝縮させる作用をもつことも明らかになりつつある。そこで、オーキシンがどのようにクロマチン構造を制御しているのかを明らかにするために、レポーター系統を用いて発現解析を行った結果、根端で発現し、オーキシン応答性を示すエピジェネティック制御因子を見出すことができた。また、オーキシンシグナルの抑制と幹細胞死に働く因子を同定することにも成功した。一方、根端の幹細胞の再生に関しては、ブラシノステロイド受容体の下流で働く転写因子がQC細胞の分裂を活性化し、さらにブラシノステロイド受容体の発現誘導にも関与していることが明らかになった。ES細胞において遺伝学手法を用いてdNTP産生を操作したところ、dNTP量が多能性幹細胞の生育に大きく影響する点で、線維芽細胞とは異なることが明らかになった。また、ES細胞におけるdNTP産生量は実際に線維芽細胞と比較して低いという定量データが得られたことから、ES細胞では他の非多能性幹細胞とは異なるdNTP量に順応した形のシステムを備えていると考えられた。DNA損傷に応答してオーキシンシグナルを抑制する因子を見出したので、幹細胞のクロマチン構造を制御する上流の分子メカニズムにアプローチできるようになった。また、ブラシノステロイド受容体の下流で働く転写因子は、逆に受容体の発現制御にも関与することが示唆されたので、研究に新たな視点が生まれた。動物細胞では、dNTP量と多能性の相関を見出すことができたのが大きな成果である。エピジェネティック制御因子の多重変異体を作成し、表現型やクロマチン構造の解析を進めていく。また、ブラシノステロイド受容体と、その下流で働く転写因子に関しては、それらがブラシノステロイドシグナルの増強とQC細胞の分裂活性化に関与しているかどうかを、具体的に検証していく必要がある。さらに、ES細胞においてdNTP産生量が低く保たれていることが多能性維持とどのように関係しているのか、また通常dNTP量が低下することにより遺伝子変異導入率が増大することが知られているが、多能性幹細胞はこれをどのように回避しているのか、という点に着目して解析を進める。

これまでの研究から、DNA損傷に応答して植物幹細胞が細胞死を起こす際に、オーキシンシグナルの低下がゲノムを不安定化させ、細胞死を誘導することが示唆されている。また、オーキシンはクロマチンを凝縮させる作用をもつことも明らかになりつつある。そこで、オーキシンがどのようにクロマチン構造を制御しているのかを明らかにするために、オーキシンに応答するエピジェネティック制御因子のレポーター系統を網羅的に作出した。一方、根端の幹細胞に接するQC細胞は分裂して、幹細胞を再生するが、これにはブラシノステロイドが関与していることが示唆されている。そこで、ブラシノステロイド関連遺伝子がDNA損傷応答経路の下流で直接制御されているかどうか調べたところ、受容体の一つが直接誘導され、QC細胞の分裂を活性化していることが明らかになった。哺乳類胚性幹細胞(ES細胞)はDNA損傷に対して高感受性を示す。これまでの研究から、これはDNA複製フォーク速度の低下と相関性があるが、複製フォークの遅延はヌクレオシド投与により回復することから、dNTP量の不足によることが考えられた。そこで、dNTP量を遺伝学的に操作するために、ヌクレオチド産生の要となっている因子の活性を制御できるセルラインを構築した。エピジェネティック制御因子のレポーター系統が揃ったので、発現解析のステップに移行することができる。また、ブラシノステロイド受容体がQC細胞の分裂に関与していることが明らかとなり、今後の研究のターゲットを絞ることができた。ES細胞を用いた研究も順調に進んでいる。エピジェネティック制御因子の多重変異体を作成し、表現型やクロマチン構造の解析を進めていく。また、ブラシノステロイド受容体と、その下流で働く転写因子に関しては、それらがブラシノステロイドシグナルの増強とQC細胞の分裂活性化に関与しているかどうかを、具体的に検証していく必要がある。さらに、ES細胞においてdNTP産生量が低く保たれていることが多能性維持とどのように関係しているのか、また通常dNTP量が低下することにより遺伝子変異導入率が増大することが知られているが、多能性幹細胞はこれをどのように回避しているのか、という点に着目して解析を進める。エピジェネティック制御因子の発現解析を行い、根端で発現する因子を見出すとともに、オーキシンに対する応答性を解析する。また、ブラシノステロイド受容体の下流でQC細胞の分裂を制御する因子を明らかにし、QC細胞が幹細胞とは異なる挙動を示す主要因を見出す。さらに、ES細胞においてdNTP産生量が低く保たれていることが多能性維持とどのように関係しているのかを精査する。
環境・経済要素等を含めた渋滞解析が可能な道路交通シミュレータの開発

本研究では,渋滞解析を主な目的とした道路交通シミュレータMITRAMをファジィ推論を導入して構築し,4つの問題について,シミュレーション解析を行った.まずMITRAMの構築において内部の追従運転モデル,右折判断モデル,信号判断モデルについて,交通工学の理論値および実測値に基づいて検証を行い,妥当な結果を得た.また多数の車両の車群を形成したとき,一般の交通流の特性を有することを確認した.つづいて,以下のMITRAMの適用研究を行った.1.実際の市街地での感知器データをMITRAMへそのまま取り込みシミュレーションが行えるようにするため,交差点ネットワークモデルを構築した.MITRAMへこのモデルを導入し高知市市街地の41交差点からなる比較的広域を対象としたシミュレーションを行い,精度のよい交通現象の再現が可能なことを確認した.またオフピークによる交通需要の平坦化が渋滞軽減に効果的なことを定量的に検証した.2.MITRAMによる各車両の走行データから窒素酸化物(NOx),および二酸化炭素(CO_2)の排出量を推定する機能をMITRAMにもたせ,調布市市街地における道路交通シミュレーションにより市街地各地でのそれぞれの排出量を算出した.この機能により,信号制御と排出量の関係等が可能となった.3.市街地にある鉄道踏切が道路交通を阻害して渋滞を引き起こすことが問題となっているが,その1つの対策として踏切の信号機化がある.京浜急行蒲田駅付近の第一京浜国道の踏切を対象にMITRAMによりシミュレーション解析したところ,信号機化により60%程度交通容量が増加し,渋滞解消に非常に効果があることが分かった.4.MITRAM上の車両に経路選択の機能を付加し,交通情報を提供することにより,どの程度渋滞解消に有効か,またそれによって別の箇所が混雑するかシミュレーション解析を行った.シミュレーションの結果,交通情報が交通流にかなり影響を与え,渋滞緩和に有効であるが,一方で周辺道路への混雑度の波及があることが把握できた.本研究では,渋滞解析を主な目的とした道路交通シミュレータMITRAMをファジィ推論を導入して構築し,4つの問題について,シミュレーション解析を行った.まずMITRAMの構築において内部の追従運転モデル,右折判断モデル,信号判断モデルについて,交通工学の理論値および実測値に基づいて検証を行い,妥当な結果を得た.また多数の車両の車群を形成したとき,一般の交通流の特性を有することを確認した.つづいて,以下のMITRAMの適用研究を行った.1.実際の市街地での感知器データをMITRAMへそのまま取り込みシミュレーションが行えるようにするため,交差点ネットワークモデルを構築した.MITRAMへこのモデルを導入し高知市市街地の41交差点からなる比較的広域を対象としたシミュレーションを行い,精度のよい交通現象の再現が可能なことを確認した.またオフピークによる交通需要の平坦化が渋滞軽減に効果的なことを定量的に検証した.2.MITRAMによる各車両の走行データから窒素酸化物(NOx),および二酸化炭素(CO_2)の排出量を推定する機能をMITRAMにもたせ,調布市市街地における道路交通シミュレーションにより市街地各地でのそれぞれの排出量を算出した.この機能により,信号制御と排出量の関係等が可能となった.3.市街地にある鉄道踏切が道路交通を阻害して渋滞を引き起こすことが問題となっているが,その1つの対策として踏切の信号機化がある.京浜急行蒲田駅付近の第一京浜国道の踏切を対象にMITRAMによりシミュレーション解析したところ,信号機化により60%程度交通容量が増加し,渋滞解消に非常に効果があることが分かった.4.MITRAM上の車両に経路選択の機能を付加し,交通情報を提供することにより,どの程度渋滞解消に有効か,またそれによって別の箇所が混雑するかシミュレーション解析を行った.シミュレーションの結果,交通情報が交通流にかなり影響を与え,渋滞緩和に有効であるが,一方で周辺道路への混雑度の波及があることが把握できた.今日、自動車の交通・輸送手段としての役割は計り知れないものがあり、社会的、経済的に不可欠なものとなっている。しかし、自動車の普及、台数の増大によって交通事故、渋滞、大気汚染、騒音など負の影響も深刻化している。本研究では、この中で特に都市部における渋滞現象を取り上げ、その解析を行いかつ対策を立てるためのツールとなる道路交通シミュレータの開発を行っている。本シミュレータは1台1台の車両の動きをファジィ手法を導入してモデル化しており、自律・分散型の微視的シミュレータで、高精度の道路交通状況の復元を可能にしている。今年度の実績として、市街地を想定した交通環境下での交差点を対象としたシミュレーションにおいて、交通工学的知見との比較を行うことでシミュレータの精度の検証を行った。そして、信号機における右折矢信号など、解析的手法による最適設計が困難な事例に対しても本シミュレータの有効性を示した。さらに複数交差点を関連付けて制御する系統信号制御に関しても同様にシミュレータを用いることで最適な設計が可能であることを明らかにした。さらに、具体的な交通解析として東京都調布市の調布駅前一帯を対象としたシミュレーションを行った。当該地区での交通観測も行い、それとの比較でシミュレーション結果の精度を検証するとともに、本シミュレータによる渋滞の様々な要因の解析を行った。また本シミュレータをさらに精度・汎用性を向上させるため、道路合流部での車両挙動をモデル化し、シミュレータに取り入れた。これを用いることで、合流部で発生する交通流のボトルネック解析が可能となった。研究室で開発した微視的道路交通シミュレータMITRAMを用いて、道路交通における様々な問題について解析を進めている。平成16年度は以下の解析、研究を行なった。・MITRAMをより広域のシミュレーションも容易に行なえるように、道路ネットワークモデルを考案し、MITRAMへ搭載して有効性を確認した。

・立体交差における合流や高速道路入口での合流を扱う合流モデルおよび、駐車自動車等障害物を回避してすり抜けるすり抜け運転動作モデルを構築し、MITRAMに搭載した、・高知市の幹線道路について、感知器のデータに基づいてMITRAMでシミュレーションを行い、信号制御の解析を行なった。またこのシミュレーションを高知県警交通管制センターで実行・提示し、色々な観点から討議した。・富山市丸の内交差点について、市電に対する2通りの信号現示の評価をMITRAMを用いて行なった。またこのシミュレーションも富山県警交通管制センターで実行・提示した。・MITRAMへ経路選択モデルを組み込み、道路状況情報の影響を解析した。・MITRAMにおいて、各車両の運転状況から大気汚染物質排出量を推定するモデルを作成し、調布市市街について窒素酸化物排出量を各地域毎に算出、推定した。平成17年度は,我々の開発した微視的道路交通シミュレータMITRAMに新たに以下に示す機能を加え,それらを用いて道路交通と環境との関わり等の研究を行った.1.実際の市街地で一般に交通量データとして得られるのは交差点等に設置された感知器によるものである.これらの感知器データをMITRAMへそのまま取り込みシミュレーションが行えるようにするため,交差点ネットワークモデルを構築した.MITRAMへこのモデルを導入し,高知市市街地の広域にわたるシミュレーションを行い,精度のよい交通現象の再現が可能なことを確認した.2.MITRAMへ実際の信号制御機を複数接続できるようにし,高知市市街地の実データに基づくシミュレーションを行い,種々の信号制御アルゴリズムの評価を行った.このシステムによって検証された信号制御アルゴリズムは,そのままの形で実際の信号機に搭載でき,信号制御アルゴリズムの設計に極めて有効である.3.MITRAMの各車両に,道路状況に応じて経路選択を行う機能をもたせ,道路情報の有無による経路毎の混雑具合を調べた.この機能により,道路情報の渋滞回避の効果や渋滞の伝播の解析等を行えるようにした.4.MITRAMによる各車両の走行データから二酸化炭素(CO_2),および窒素酸化物(NOx)の排出量を推定する機能をもたせ,調布市市街地における道路交通シミュレーションにより市街地各地でのそれぞれの排出量を算出した.この機能により,電気自動車やハイブリッド車の効果やアイドリングストップの削減効果,また信号制御と排出量の関係の解析等が可能となった.5.踏切の信号化の効果を,国道15号線(第一京浜国道)と京浜急行の踏切(大田区蒲田)を対象にMITRAMによってシミュレーション調査を行った.以上の成果の一部を既に論文発表し,また残りの成果についても今後学会発表をする予定である.
実践的触媒的不斉ディールスアルダー反応の創製を基盤としたガルスベリンAの全合成

Dieneとして4-methyl-2-(triisopropylsilanyloxy)-3-(triisopropylsilanyloxymethyl)-penta-1,3-diene、dienophileとして3-acryloyl-oxazolidin-2-oneを用いた触媒的不斉Diels-Alder反応を検討し、10モル%の臭化鉄、20モル%のヘキサフルオロアンチモン銀、12モル%のp-EtO-Ph-pyboxを組み合わせた触媒系においてモレキュラーシーブス4A存在下、86%の不斉収率でほぼ定量的に成績体のシクロヘキサノン誘導体が得られた.次にこの触媒系を様々な基質に適用したところ、種々の3置換、4置換ジエンに対して高い収率、エナンチオ選択性、及び中程度から高度のジアステレオ選択性で反応が進行し、様々なキラル多置換シクロヘキサノン誘導体を得ることができた.これは非環状の4、4-2置換ジエンを用いた触媒的不斉Diels-Alder反応の初めての例である.特にhyperforin合成の基質となり得るジエン、3E-4,8-Dimethyl-2-(triisopropylsiloxy)-3-(triisopropylsiloxymethyl)nona-1,3,7-trieneの場合、96%のエナンチオ選択性で、完全にエキソ選択的に、かつ定量的に成績体を与えた.さらにこのDiels-Alder成績体からhyperforinの不斉全合成に向けたルートを開発しつつある.Dieneとしてtert-Butyl-dimethyl-(3-methyl-merhylene-but-2-enyloxy)-silane、dienophileとして3-Acryloyl-oxazolidin-2-oneを用いて触媒的不斉Diels-Alder反応の検討を行った.種々検討の結果、当初予定していたルイス酸-ルイス塩基型の触媒では高い選択性が発現しなく、カチオン性の中心金属と配位子の組み合わせにより選択性が発現することがわかった.中心金属として臭化鉄、添加剤として2当量のヘキサフルオロアンチモン銀、配位子としてPh-pyboxを用い、モレキュラーシーブスを添加することによってジクロロメタン中で90%以上の収率、選択性が発現することがわかった.しかしながらこのDiels-Alder反応の成績体はgarsubellin A合成の中間体へ誘導できないことがわかった.そこで、dieneを4-Methyl-2-(triisopropyl-silanyloxy)-3-(triisopropyl-silanyloxymethyl)-penta-1,3-dieneに変更して、同様の反応を行った.この場合も、配位子をp-EtO-Ph-pyboxに変更することによって85%以上の収率、選択性で成績体を得ることができた.成績体は数工程の変換の後、シクロヘキサノンの2位と6位に適切な置換基を有するgarsubellin A合成の重要中間体へと変換することができた。一方でhyperforin合成の重要中間体も同様のDiels-Alder反応を鍵行程として高い選択性で得ることができた.Dieneとして4-methyl-2-(triisopropylsilanyloxy)-3-(triisopropylsilanyloxymethyl)-penta-1,3-diene、dienophileとして3-acryloyl-oxazolidin-2-oneを用いた触媒的不斉Diels-Alder反応を検討し、10モル%の臭化鉄、20モル%のヘキサフルオロアンチモン銀、12モル%のp-EtO-Ph-pyboxを組み合わせた触媒系においてモレキュラーシーブス4A存在下、86%の不斉収率でほぼ定量的に成績体のシクロヘキサノン誘導体が得られた.次にこの触媒系を様々な基質に適用したところ、種々の3置換、4置換ジエンに対して高い収率、エナンチオ選択性、及び中程度から高度のジアステレオ選択性で反応が進行し、様々なキラル多置換シクロヘキサノン誘導体を得ることができた.これは非環状の4、4-2置換ジエンを用いた触媒的不斉Diels-Alder反応の初めての例である.特にhyperforin合成の基質となり得るジエン、3E-4,8-Dimethyl-2-(triisopropylsiloxy)-3-(triisopropylsiloxymethyl)nona-1,3,7-trieneの場合、96%のエナンチオ選択性で、完全にエキソ選択的に、かつ定量的に成績体を与えた.さらにこのDiels-Alder成績体からhyperforinの不斉全合成に向けたルートを開発しつつある.
O^6-アルキルグアニン-アルキル転移酵素の制がんと発がんにおける役割

1.ヒトのメチル転移酵素(MGMT)遺伝子の発現制御機構MGMT遺伝子のプロモーター領域とその近傍について、CATアッセイ法を用いて解析した結果、従来から考えられていた5'側上流の領域に加えて、第1イントロンを含む下流域も遺伝子の効率的な発現に必須であることを明らかにした。また、第1エクソンを含む348塩基対の部分をプローブとして核蛋白抽出液のゲルシフトアッセイを行い、第1エクソン部分に結合して転写を調節する因子の存在を認めた。2.ヒトのMGMTに対する抗体の作製ポリクローナル抗体をヒトおよびマウスのMGMTを結合させたアフィニティカラムを通すことによって、高純度の抗MGMT抗体を作製した。これを用いた免疫染色法によって、Mer^+細胞とMer^-細胞を完全に識別することが可能になった。3.Mer^-型腫瘍の選択的化学療法悪性グリオーマの手術摘出組織についてMGMT活性を測定すると共に、ACNUによる治療効果との相関を検討した。MGMT活性の高いグリオーマでは治療効果が認められなかったが、活性の無い3例(20%)のMer^-腫瘍については、ACNU治療後にCT画像上で腫瘍の縮小が観察された。4.アルキル化剤のがん原性の機構メチルニトロソウレアで誘発したラットの乳腺腫瘍65個のうち、65%に12番目のコドンが変化した活性化H-rasを検出した。しかし、p53遺伝子の突然変異の頻度は20%と低く、p53の関与は少ないことが示唆された。
電子線照射による機能性酸化物薄膜の常温結晶成長と工学的応用

本研究により,結晶性薄膜の成長中に電子線照射などの手段を使うことにより,機能性酸化物単結晶薄膜の低温成長,特に室温での成長に成功し,低温成長のための基盤的要素技術の確立に有用な知見を得ることができた。単結晶アルミナ(サファイア:α-Al2O3)薄膜においては,電子線照射部の選択的室温エピタキシャル成長を達成し、非晶質部の選択エッチングによりサファイアの微継パターンを形成することができた。また、断面構造を高分解能透過型電子顕微鏡などで評価した結果、電子線照射の有無で結晶性た明瞭な違いが確認され、さらにTEM観察中にも非晶質膜において基板との境界面から結晶化が起こることが見出された。本研究で開発した電子励起の室温エピタキシー(単結晶化)技術により、サファイア基板上にマイクロウォールやマイクログループといった、ナノレベルで高さを制御した微細加工プロセスを確率することができた。これらのサファイア基板上マイクロパターンは、サファイアの持つ高い化学的耐久性や透明性から、集積化した化学チップやバイオセンサー、光電子デバイスなどの分野への応用が期待誉れる。また、この室温プロセスを用いた太陽電池の作製や種々の酸化物表面上の微細パターン形成といった工学的な応用例にも成功した。このようにセラミックスの成形・加工技術は高温を必要とするのが常識であったが、レーザー・電子線・ナノテクノロジーを巧みに組み合わせることにより、新たなセラミックス要素技術を確立することができた。酸化物は強誘電性、強磁性、電気絶縁性、超伝導性、透明伝導性などの優れた機能を有し、これまでに数多くの電子デバイスなどに応用されるとともに、新規電子デバイスの要素材料として今後ますます重要になると期待されている。これまで酸化物エピタキシャル(単結晶性)薄膜の合成は、およそ500°C以上で行う必要があり、他の材料との積層や接合を形成するには、相当複雑なプロセスを経る必要性があった。そこで本研究では、異種材料界面での乱れの低減と他の機能材料との組合せ方の増加による新しい機能デバイスの構築をめざして、酸化物の原子層制御を可能にするレーザーMBEプロセスに電子ビーム照射を新たに加えた、アルミナ(A1203)などのワイドギャップ酸化物薄膜の室温合成プロセスの基盤技術の確立に焦点をあてて研究を行った。その結果、本研究で開発した電子励起室温エピタキシー技術により、サファイア基板上にマイクロウォールやマイクログルーブといった、ナノレベルで高さを制御した微細加工プロセスを確立することができた。これらのサファイア基板上マイクロパターンは、サファイアの持つ高い化学的耐久性や透明性から、集積化した化学チップやバイオセンサー、光電子デバイスなどの分野への応用が期待される。そこで本研究では、異種材料界面での乱れの低減と他の機能材料との組合せ方の増加による新しい機能デバイスの構築をめざした。すなわち、酸化物の原子層制御を可能にするレーザーMBEプロセスに電子ビーム照射等を新たに加え、サファイア(単結晶アルミナ:α-Al2O3)などのワイドギャップ酸化物薄膜の室温合成プロセスの基盤技術の確立に焦点をあてて研究を行った。その結果、本研究で開発した電子励起室温エピタキシー技術により、サファイア基板上にマイクロウォールやマイクログルーブといった、ナノレベルで高さを制御した微細加工プロセスを確立し、それを使ったケミカルチップ用の基盤を作製することができた。これらのサファイア基板上マイクロパターンは、サファイアの持つ高い化学的耐久性や透明性から、集積ミクロ化学ファクトリーやバイオセンサー、光電子デバイスなどの分野への応用が期待される。これまで酸化物エピタキシャル(単結晶性)

薄膜の合成は、およそ500°C以上で行う必要があり、他の材料との積層や接合を形成するには、相当複雑なプロセスを経る必要性があった。そこで本研究では、異種材料界面での乱れの低減と他の機能材料との組合せ方の増加による新しい機能デバイスの構築をめざした。すなわち、酸化物の原子層制御を可能にするレーザーMBEプロセスに電子ビーム照射等を新たに加え、サファイア(単結晶アルミナ:α-A12O3)などのワイドギャップ酸化物薄膜の室温合成プロセスの基盤技術の確立に焦点をあてて研究を行った。その結果、本研究で開発した電子励起室温エピタキシー技術により、サファイア基板上にマイクロウォールやマイクログルーブといった、ナノレベルで高さを制御した微細加工プロセスを確立し、それを使ったケミカルチップ用の基盤を作製することができた。これらのサファイア基板上マイクロパターンは、サファイアの持つ高い化学的耐久性や透明性から、集積ミクロ化学ファクトリーやバイオセンサー、光電子デバイスなどの分野への応用が期待される。