hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
動脈硬化発症過程における血管壁へのリポタンパク繁留とその制御因子に関する研究

動脈硬化症の発症機構は傷害反応仮説によって説明されてきた。しかしながら、必ずしも血管内皮の損傷が無くても動脈硬化が進展することが明らかにされた。動脈壁に繁留・沈着したリポタンパクの脂質の変性によって惹起された炎症性反応が、細胞増殖の背景として注目されている。ヘパリン親和性を共有するアポEやリポタンパクリパーゼ(LPL)が、アポBのプロテオグリカンとの相互作用に影響する可能性を想定した。そこで、アポB-100とアポB-48の2種類のアポBイソタンパクの動脈壁の繁留性を比較するために、アポB-48生成機構であるアポBmRNAeditingを触媒するAPOBEC-1を欠損するマウスを樹立した。更に、交配によりアポEとAPOBEC-1を欠損するマウスを作製した。アポE欠損マウスのアポBはほとんどアポB-48であるが、アポEとAPOBEC-1を欠損するマウスのアポBはすべてアポB-100である。同程度の血清脂質値の時には大動脈の動脈硬化に差はなく、アポB-48はアポB-100と同程度の動脈壁繁留性をもつと考えられた。次に骨格筋にLPLのトランスジーンを過剰発現するアポE欠損マウスを作製した。アポE欠損マウスと比較して血中のコレステロールとアポBの濃度は変わらないのに動脈硬化は1/2に抑制された。HDLの増加傾向があり、動脈硬化抑制の一部はそのためと考えられるが、アポB-48の血管壁への繁留に対してLPLが抑制的に作用している可能性が示唆された。同様に、肝臓にアポEを過剰発現するLDLレセプター欠損マウスを作製した。LDLレセプター欠損マウスに比較して、血中のコレステロールとアポBの濃度は減少し、それに平行した動脈硬化の抑制が観察された。以上の結果から、アポB-48とアポB-100は同等の動脈壁繁留性を持ち、LPLはこれに拮抗的に作用し、アポEは中性的な作用を有することが明らかになった。動脈硬化の発症過程におけるリポタンパク繋留反応仮説の妥当性を検証するために、リポタンパクリパーゼ(LPL)がリポタンパク繋留に及ぼす作用を検討した。LPLを過剰に発現するトランスジェニックマウスをアポEノックアウトマウスに交配して、LPLを過剰に発現するアポE欠損マウス(LPL/APOEKO)を作製した。このマウスとアポE欠損マウス(APOEKO)の脂質代謝ならびに動脈硬化について検討した。LPL/APOEKOの血清TG値は、APOEKOこ比較して著明に抑制されていたが、血清TC値には大きな変化は認められなかった。HPLC法、アガロース電気泳動、超遠心法によってリポタンパクの組成変化を検討したところ、リポタンパクの小粒子化が観察された。動脈硬化は1/2に抑制された。動脈硬化抑制の機序を明かにするために、それぞれのマウスから得られたVLDLならびに、d<1.063g/ml分画のマクロファージに対する泡沫化能を検討した。VLDLによるコレステロールエステル形成能には差は認められなかったが、LPL/APOEKO由来のd<1.063g/ml分画は、APOEKO由来に比較して、20%ほどコレステロールエ-ステル形成能が抑制されていた。これらの結果から、LPLの過剰発現はアポE欠損状態こおいても抗動脈硬化作用を有しており、これはリポタンパク粒子の組成変化に起因すると考えられた。

しかしながら、マクロフアァージの泡沫化へのリポタンパクの影響は少なく、血管壁内細胞間質へのリポタンパク繋留の変化に起因する可能性が高いと考えられた。現在、その定量系を確立するとともに、LPLの作用機作を明かにする目的で、変異LPLのトランスジェニックマウスを作製している。動脈硬化の発症過程に3けろリポタンパク繋留反応仮説の妥当性を検証するために、アポリポプロテイン(アポ)Eのリポタンパク繋留に及ぼす作用を検討した。アポEを過剰に発現するトランスジェニックマウス(ETg)とLDLレセプターノックアウトマウス(LDLRKO)に交配して、アポEを過剰に発現するLDLレセプターノックアウトマウス(ETg/LDLRKO)を作製した。ETg/LDLRKOとLDLRKOの脂質代謝ならびに動脈硬化についで検討した。ETg/LDLRKOの血清アポE値は増加し、その増加分はトランスジーンでコードされるラットアポEに由来するものであった。血中のnon-HDL分画のコレステロール値はLDLRKOに比較して抑制された。また、Etgを1コピーもつヘテロ接合体(Etg÷/-/LDLRKO)に比較して2コピーもつホモ接合体(Etg÷/+/LDLRKO)において、上記の変化は顕著であった。超遠心で分画したリポタンパクの中のアポタンパクの分布を調べると、VLDLのアポE含量増加と、LDLに含まれるアポB-100の含量の低下が観察された。ETg/LDLRKO由来とLDLRKO由来のVLDLを同一の遺伝型のマウスに静脈注射して血液中からの消失速度を比較すると、ETg/LDLRKO由来VLDLの代謝速度が亢進していることが明らかになった。高コレステロール食負荷後に大動脈のアテローム病変はは約1/2に抑制された。
科学技術ガバナンスの形成のための科学教育論の構築に関する基礎的研究

日本において、「参画を促進し、個々人が主体的に科学技術を学ぶ」ことに繋がる学習論・教授論が見出されているとは言い難い。あらゆる科学技術工学数学等が抱えるリスクを伴う次世代型の課題を解決するための科学教育の構築が求められている。本研究ではアメリカにおけるSTEM教育改革を解決策の有用なモデルとし、詳しい調査を行った。科学技術ガバナンスを埋め込んだ科学技術工学数学教育を、小学5・6年生、中学生を対象に県立青少年の家において実践でき分析が行えた。アメリカのASTEにおいて発表を行っただけでなく、アイオワとミネソタ大学を訪問し、STEM教育の研究交流ができ、報告書としてまとめることができた。本研究の本年度の研究内容である(1)文献調査では、第一に、科学技術ガバナンス論とその関連研究に関して、第二に、科学教育に関連するガバナンス教育論、STS教育・STSアプローチ論、シチズンシップ教育論、ESD論に関して、文献・資料の収集・分析を行った。科学技術ガバナンスの具体的な事例としては、日本の原子力行政においてかなりのインパクトを与えたものとして知られる、「原子力政策円卓会議」として行われた「コンセンサス会議」などが挙げられるので資料を集めた。一方、後者については、今日的なテーマである科学技術ガバナンスの観点から、これまで科学教育で理論的・実践的な研究の蓄積のあるSTS教育論を対象にして、再検討して、新しい方向性を見出す努力をおこなった。また、同様に、市民的な資質・能力の育成を目指したシチズンシップ教育論、ESD論との共通点および差異についても文献調査を行った。(2)国際比較調査では、科学技術ガバナンスやそれに関連した活動、科学技術のガバナンス教育、STS教育、シチズンシップ教育、ESDなどが盛んに展開されているヨーロッパ諸国(オーストリア・フランス・ドイツ)を訪問して、実地調査を行った。現地では、科学技術ガバナンスの仕組み、各種コミュニケーション活動の内容構成、方法論、科学教育カリキュラムとの接続、科学教育カリキュラム・教材などの観点について、国内外の実態に詳しい大学等を訪問しインタビュー調査を行った。(3)フィールド調査では、日本国内で開催されているサイエンスコミュニケーション、リスクコミュニケーション、科学技術ワークショップなどに参加し、参加者の問題意識や社会文化的な背景、学校歴、市民的資質・能力の実態などを調査した。また、全体会議は4回開催できた。本研究は「不確定要素を含み、科学者にも単純には答えられない問題ではあるが、今現実に社会的な合意を必要としている問題」を科学教育ではどのように対処していくかが、主たる研究テーマである。日本において、よりよい科学技術ガバナンスの実現を目指すという、「社会及び公共のための科学技術イノベーション政策」が示された。ところが、日本という文脈においては、「参画を促進し、個々人が主体的に科学技術を学ぶ」ことは極めて希薄であり、これらに繋がる学習論・教授論が見出されているとは言い難い。科学研究費基盤研究(B)「科学技術ガバナンスの形成のための科学教育論の構築に関する基礎的研究」メンバーは、様々な観点から研究課題に立ち向かってきた。これまで3年間の研究成果として明確になってきたことは、福島の原子力発電所での事故に関連して放射線リスクをどのように科学教育として展開するかや、あらゆる科学技術工学数学等が抱えるリスクを伴う次世代型の課題を解決するための教育の構築が求められるということである。アメリカにおける壮大なSTEM教育改革の一端を調査することができ、最終報告書としてまとめることができた。特に3年目の成果としてメンバーは、香港で開催された東アジア科学教育学会にて発表を行ない、7月には科学技術ガバナンスを埋め込んだ科学技術工学数学教育(STEM教育)を、インフォーマル教育として1泊2日のSTEM教育キャンプを主に小学5・6年生、中学生を対象に焼津市の県立青少年の家において実践できた。次に、9月に入り日本科学教育学会にて課題研究として7つの発表を行い、大変好評であった。2014年1月にはアメリカのASTEにおいて発表を行っただけでなく、2月のアイオワ大学、ミネソタ大学での調査訪問時に、STEM教育の研究交流が出来き多くの示唆をいただくことができた。2年目の研究実績としての中間報告書としてまとめた。第1章は現在のアメリカが科学技術ガバナンスを達成するための科学教育をどのように転換してきたかをまとめた。第2章では第4期科学技術基本計画と新学習指導要領が示している共通の方向性と具体的な先進的な取り組みを行っている学校の事例を示した。第3章では、「国際社会における放射線リスク認知:ドイツ」と題して、ドイツの原子力・放射線リスクに対するガバナンスの在り方が、東日本大震災に伴う原子力発電所事故を契機としてどのように変化したのかについてまとめた。第4章では、「放射線リスクを理解するためのリテラシーの向上」と題して、放射線のリスクコミュニケーションにおける問題点を福島原発事故の前後で整理し、今後の在り方および放射線教育ならびにリスク/安全/健康に関する科学教育にとって必要な要素に関する考察がなされた。

第5章では、科学技術ガバナンスの必要性を論じた上で2012年に幼稚園、小学校、中学校の管理職の先生方を対象に放射線教育・減災教育を行ないアンケート調査の結果の報告、「高レベル放射性廃棄物の地層処分選定に関する日本型合意形成モデルの構築」と題した研究、「静岡県の防災・減災と原子力」教育についてまとめられた。さらに「社会的な文脈における討議とその能力の育成に向けて」と題して、科学技術ガバナンス力を高めるための教育モデル構築のための理論的な背景と考え方がまとめられた。そして、「ミニ・パブリックス」の事例研究をし、大学生対象に調査した結果などがまとめた。第6章では、「産学連携・地域連携・イノベーションの視座からのフィールド調査報告」と題して、ワークショップの報告と分析をした後「科学技術イノベーション政策」に言及し、アメリカで起こっている科学教育改革であるSTEM教育が実は科学技術ガバナンスの延長線にあることを明確化した。本研究が採択されてから、東日本大震災があり、「科学技術ガバナンスの形成のための科学教育論の構築」に関する基礎研究を推進することよりも先に、我々も含めて、日本全体が国難に向けて手探りの対策に追われている。本研究はこのような事態になる前に、対策を講じるための戦略を組み立てる筈であった。しかし、めまぐるしく変わる日本の本研究を取り巻く状況の変化が激しすぎ、また、海外の動きも週レベルで変化し、それらの情報を収集するだけでも膨大な時間を要してきたため。25年度が最終年度であるため、記入しない。前回も示したが、本研究が採択されてから、東日本大震災があり、「科学技術ガバナンス形成のための科学教育論の構築」の基礎研究を推進することよりも、日本全体な国難に向けて、様々な対策に追われてきた。その一方で、震災から2年を経過し、少しずつではあるが、問題点や課題が整理されつつある内容も出てきた。昨年度は本研究の2年目であり、夏の日本科学教育学会の年会では、課題研究として研究分担者の研究成果の発表ができただけでなく、研究代表者はアメリカに3か月間の短期滞在ができ、アメリカにおける科学技術ガバナンスの大きな流れを獲得できた。そして、2013年の3月にそれぞれの2年目までの研究のまとめとして、中間報告書をまとめられたのは大きな成果であり、やや遅れ気味ではあるが、着実な研究成果が達成されているといえる。研究対象は,原子力発電所の事故と放射線汚染に対して、科学・技術コミュニティがどのような状況におかれ、そしてどのように展開してきたか、また、どのように社会に対して責任を果たそうと努力してきたか、さらに、国はどのような施策を打ち出し、展開してきたかも重要な研究対象となる。巨大な地震や津波に対する科学・技術(防災・減災科学やメカニズムの解明に関する科学・技術、発生予知に関する科学等)、に対しても同様の分析がなされる必要がある。
電子構造に基づく非経験的合金設計手法の開発

材料の力学特性は結晶構造によって大きく異なり,体心立方格子(BCC)を持つ金属の力学特性は,合金元素や濃度,温度によって複雑な挙動を示す.本研究ではBCC金属の変形の基礎となる転位運動がキンク機構によることに注目する.そして,合金元素の熱活性化過程への影響を定量的に評価し,有限温度の転位運動を解析するとともに力学特性を評価する枠組みを構築するとともに,これらを包括的に理解することで電子状態に基づくユニバーサルな合金設計手法を構築する.材料の力学特性は結晶構造によって大きく異なり,体心立方格子(BCC)を持つ金属の力学特性は,合金元素や濃度,温度によって複雑な挙動を示す.本研究ではBCC金属の変形の基礎となる転位運動がキンク機構によることに注目する.そして,合金元素の熱活性化過程への影響を定量的に評価し,有限温度の転位運動を解析するとともに力学特性を評価する枠組みを構築するとともに,これらを包括的に理解することで電子状態に基づくユニバーサルな合金設計手法を構築する.
肥大筋と萎縮筋における収縮特性の変化と筋細胞内膜系の構造変化の関連性に関する研究

本研究では特に、運動トレーニングに伴う肥大筋及び不活動に伴う萎縮筋の興奮収縮連関の機能発現を支える筋細胞内膜系(T管、SRその両者によって形成されるトライアド)及びトライアドに存在するカルシウムチャンネルにおける構造的上の適応変化の特徴を直接可視化して観察することにより、活動性肥大筋と退行性萎縮筋の機能的な変化(収縮特性)が構造上の変化と関連するか否か、あるいはどのように関連して進行するかを明らかにすることを目的とした。トレーニング群については小動物用トレッドミルを用いて、12週間の持久的ランニングトレーニングを行わせた。走行速度及び時間はトレーニング開始4週目までは漸次増加させ、以後一定に保つ。一定負荷として毎分35mの速度で90分間の連続走行を行わせた。ギプス固定についてはトレーニング群と週齢を合わせるため、生後4週齢よりギプス固定を行った。下肢関節の屈曲角度により下肢骨格筋の長さが変化し、屈筋群と伸筋群では萎縮の程度に差が生ずることが報告されているため、3種類の異なる足関節角度(最大屈曲位、90°、最大伸展位)によりギプス固定を行った。筋肉の細胞内内膜系を電子顕微鏡により直接観察して写真撮影を行った。従来報告されている結果と同様にトレーニングにより骨格筋は肥大し、ギプス固定により萎縮した。肥大筋の筋細胞内膜系はコントロール筋との間に顕著な形態的差異は認めず、持久的トレーニングに伴う収縮速度の遅延化は筋蛋白質の質的変化に依存する可能性が示唆された。一方、萎縮筋においては、筋細胞内膜系の構造上の乱れが生ずると共に、収縮速度の遅延化、単位断面積当たりの発揮張力の低下が観察された。萎縮筋の機能低下は筋細胞内膜系の質的変化に加えて、収縮蛋白質の質的変化も関与するものと考えられる。活動性肥大筋と退行性萎縮筋の機能的変化は異なる構造上の変化に依存するものと推察された。
エナメル質を保全できる矯正歯科治療―量子力学・錯体化学・プラズマ物理学的展開―

エナメル質損傷を低減・回避できる矯正歯科治療法の構築に向け、以下の成果を得た。まず、Tris (1,3-diphenyl-1,3-propanedionato) (1,10-phenanthroline) Eu(III) [Eu (DBM)3 Phen]を用い、PMMA/MMA-BPO/アミン系レジンおよび4-META/MMA-TBB系レジンへの添加の効果について評価した。前者ではEu錯体含有率依存的に蛍光強度が増加するのに対し、後者ではほとんど蛍光を発しないことを明らかにした。前者では395 nmに励起極大波長が、579, 591, 613および652 nmにそれぞれEu3+イオンの5D0 →7F0, 5D0 →7F1, 5D0 →7F2および5D0 →7F3遷移による蛍光が認められ、613 nmが蛍光極大波長であることを確認した。後者の原因は、n-TBBによるDBMの異性化とそれに伴う配位圏内でのカスケード遷移の不成立であると結論づけた。次に、ジメタクリレートをベースとする7種の光重合型蛍光ボンディング材を試作し、光学・色彩学的評価を行った。自然光下での色は、カンファーキノンおよびEu錯体の含有率をともに0.1 wt%まで下げることで無色に近い淡黄色にできた。すべての試料で395 nmに励起極大波長、613 nmに蛍光極大波長が現れ、蛍光強度はEu錯体含有率依存的に増加した。最大蛍光強度yは、Eu錯体含有率(x)が0.1 wt%以下の場合には指数関数的に増加するが、0.1 wt%を超えると増加が鈍化することを明らかにした。色彩については、EU錯体含有率0.2, 0.4 wt%の試料の蛍光は鮮やかではあるものの明度が高すぎるため、0.1 wt%未満の試料では励起光(青ー青紫)が優勢となるため、臨床応用には0.1 wt%が好適であると結論付けた。新規性の高い材料開発の領域では、その作製方法に通法と呼べるものは特にないため、作製方法のプロトコール確立に多大な時間と作業が必要となる。初年度からジメタクリレートおよび光重合開始剤、還元剤、重合阻害剤の調合に関する配合比ならびに合成手法に目途を立てられたことは非常に大きな成果であった。また、高い品質管理を保って評価用重合体試料の作製が可能となっていること、ならびに各実験から今後の展開にとって有益な結果が得られたことは特筆に値する。特に、発光中心(Eu3+)の励起波長として利用し得る253 nm(間接励起)および395 nm(直接励起)のうち、前者は強い蛍光を得られるものの生体に対する破壊性が極めて高いUVCであるため口腔内での使用は禁忌である。そのような観点からも、ほぼ可視光域に近い395 nmに励起極大波長を持つEuを選択し、蛍光の量子効率を最大限に引き出せるEu錯体[Eu (DBM)3 Phen]とジメタクリレートベースのボンディング材との相性に高い実用可能性を見いだせたことは非常に大きな成果であったといえる。また、既に、蛍光ボンディング材の開発に関しては、さらに様々なジメタクリレートの利用や、より優れた配合比を検証するための実験プラン、ならびに牛歯エナメル質への接着強さの評価を行うための準備が、大気圧低温プラズマの応用に関しては、牛歯エナメル質の表面化学結合の分析ならびに剪断試験による接着強さの評価を開始できる準備が整っており、第2年度の研究遂行に向けて順調な進捗状況にある。これらの実験の継続実施および展開によって、研究期間全体を通して予定どおりの成果が得られる見込みであると判断している。まず、平成30年度の研究成果に基づいた検証実験に加え、ウレタンジメタクリレート(UDMA)とトリエチレングリコールジメタクリレート(TEGDMA)の混合比の変化が光学・色彩学的特性および粘度、重合度、重合体の機械的特性およぼす効果に関する実験へ最優先で取り組む。続いて、Bis-GMAなどのジメタクリレートも候補に加え、同様に評価していく予定である。これらの進捗次第で、早ければ2019年度内に牛歯エナメル質への接着強さの評価を開始することも視野に入ってくると考えている。また、並行して行っているユウロピウム賦活酸化イットリウム(Y2O3:Eu3+)ナノ粒子の合成について効果的な原子比および尿素濃度、焼成温度を特定するとともに、ジメタクリレート内への分散についてナノ粒子の表面改質を主とする実験的評価ならびに制御法の考案を進める。また、X線回折装置(XRD)によるナノ粒子の微細構造評価ならびにエネルギー分散型X線分析装置(EDS)による元素マッピングに基づく構成元素」解析を行い、Y2O3へのEu3+ドーピングの限界を物理量として明らかにしていく。さらに、2020年度以降の実施が予定される疑似口腔環境で長期経過させた試料の蛍光特性、透明度、接着強さ等の実験の具体的構想を策定する。一方で、窒素ガス大気圧低温プラズマによる表面改質については、XPSによる牛歯エナメル質試料表面の化学結合状態の解析ならびに接着強さに関する剪断試験、引張試験を行う。また、八フッ化プロパン(C3F8)ガス大気圧低温プラズマによるエナメル質表面の疎水化処理を開始する。これは、ブラケット接着後に周囲エナメル質を疎水化することで細菌叢吸着の抑制、耐酸性の向上を試みる実験として位置付けられる。

さらには、当該研究課題の研究期間全体を通して得られる成果を、展開領域へとつなげる戦略的検討の基礎としていく予定である。エナメル質損傷を低減・回避できる矯正歯科治療法の構築に向け、以下の成果を得た。まず、Tris (1,3-diphenyl-1,3-propanedionato) (1,10-phenanthroline) Eu(III) [Eu (DBM)3 Phen]を用い、PMMA/MMA-BPO/アミン系レジンおよび4-META/MMA-TBB系レジンへの添加の効果について評価した。前者ではEu錯体含有率依存的に蛍光強度が増加するのに対し、後者ではほとんど蛍光を発しないことを明らかにした。前者では395 nmに励起極大波長が、579, 591, 613および652 nmにそれぞれEu3+イオンの5D0 →7F0, 5D0 →7F1, 5D0 →7F2および5D0 →7F3遷移による蛍光が認められ、613 nmが蛍光極大波長であることを確認した。後者の原因は、n-TBBによるDBMの異性化とそれに伴う配位圏内でのカスケード遷移の不成立であると結論づけた。次に、ジメタクリレートをベースとする7種の光重合型蛍光ボンディング材を試作し、光学・色彩学的評価を行った。自然光下での色は、カンファーキノンおよびEu錯体の含有率をともに0.1 wt%まで下げることで無色に近い淡黄色にできた。すべての試料で395 nmに励起極大波長、613 nmに蛍光極大波長が現れ、蛍光強度はEu錯体含有率依存的に増加した。最大蛍光強度yは、Eu錯体含有率(x)が0.1 wt%以下の場合には指数関数的に増加するが、0.1 wt%を超えると増加が鈍化することを明らかにした。色彩については、EU錯体含有率0.2, 0.4 wt%の試料の蛍光は鮮やかではあるものの明度が高すぎるため、0.1 wt%未満の試料では励起光(青ー青紫)が優勢となるため、臨床応用には0.1 wt%が好適であると結論付けた。新規性の高い材料開発の領域では、その作製方法に通法と呼べるものは特にないため、作製方法のプロトコール確立に多大な時間と作業が必要となる。初年度からジメタクリレートおよび光重合開始剤、還元剤、重合阻害剤の調合に関する配合比ならびに合成手法に目途を立てられたことは非常に大きな成果であった。また、高い品質管理を保って評価用重合体試料の作製が可能となっていること、ならびに各実験から今後の展開にとって有益な結果が得られたことは特筆に値する。特に、発光中心(Eu3+)の励起波長として利用し得る253 nm(間接励起)および395 nm(直接励起)のうち、前者は強い蛍光を得られるものの生体に対する破壊性が極めて高いUVCであるため口腔内での使用は禁忌である。そのような観点からも、ほぼ可視光域に近い395 nmに励起極大波長を持つEuを選択し、蛍光の量子効率を最大限に引き出せるEu錯体[Eu (DBM)3 Phen]とジメタクリレートベースのボンディング材との相性に高い実用可能性を見いだせたことは非常に大きな成果であったといえる。また、既に、蛍光ボンディング材の開発に関しては、さらに様々なジメタクリレートの利用や、より優れた配合比を検証するための実験プラン、ならびに牛歯エナメル質への接着強さの評価を行うための準備が、大気圧低温プラズマの応用に関しては、牛歯エナメル質の表面化学結合の分析ならびに剪断試験による接着強さの評価を開始できる準備が整っており、第2年度の研究遂行に向けて順調な進捗状況にある。
吊り下げ型高速打音検査装置の開発

本研究課題の最終目標は,「構造物の壁面を毎分15メートル平米検査可能な打音検査装置の開発」である。そこで,目標実現に向けて,当初次の四つの開発を計画した。(1)300RPMインパクタの開発,(2)屋上左右スライダの開発,(3)フィールド試験・問題点の改良,(4)はつり用ハンマの開発(チャレンジ)。(1)の300RPMインパクタは,カム機構を取り入れて,平成29年度にすでに完成している。平成30年度はこの装置を用いて,計画通りフィールド試験を実施した。その結果,装置の安定性に課題があることがわかった。これは検査装置が壁面の障害物,例えば窓などを乗り越えるときに,検査装置が回転することがあるのである。この問題は,従来1個のファンで吸着していたところを,4個のファンでおこなうことによって,回転をコントロールできるようにした。また,平成29年度にも取り組んでいた,ファンの騒音問題も,3Dプリンタで8枚プロペラを開発することによって,さらにノイズの低減に成功した。フィールド試験をおこなって,(4)のはつりについても検討をおこなったが,高所のビルにおいて“はつり"をおこなうと,かなり危険であることがわかった。そこで,最終年度は,検査速度に大きく影響する(2)屋上スライダの開発に取り組むこととした。これは,人が壁面を点検するときに用いるゴンドラを参考に開発する。壁面検査装置は,人が乗るゴンドラに比べて,10分の1以下の重量であるので,スライダ機構は問題なく開発できると思われる。当初の計画は,「構造物の壁面を毎分15メートル平米検査可能な打音検査装置の開発」であった。その目標実現に向けて,次の四つの開発を計画していた。(1)の300RPMインパクタの開発は前年度に完成済で,(3)のフィールド試験・問題点の改良に取り組んだ結果,ファンの騒音問題と装置安定性の課題も解決した。(4)のはつり用ハンマの開発はもともとチャレンジ課題であったこともあるが,フィールド試験で検討した結果,危険を伴う作業であることが判明した。そこで,最後の開発課題である屋上左右スライドの開発を最終年度に実施することによって,当初計画の装置開発は完了する。最終年度は,検査装置の吊り具の左右スライド装置の開発をおこなう。この装置は検査装置を吊るしたままの状態で,左右にスライドできる装置である。この機構は効率的な点検に欠かせない。人が乗るゴンドラでは,ゴンドラを地上に下ろした状態で,吊り具を左右に移動させる。この方法では,上昇あるいは降下の一方向しか点検ができない(同じ個所を上下移動するため)。本研究で開発中の検査装置は,人が乗るゴンドラに比べて10分の1以下の重量であるので,吊るした状態での左右スライド機構の実現が可能なのである。左右スライド吊り具の開発によって,当初計画した開発はすべて完了する。本研究課題である「吊り下げ型高速打音検査装置の開発」の初年度(平成29年度)の主要な研究テーマは,300RPMインパクタの開発であった.300RPMとは,一秒間に5回のインパクトである.本研究では,最終的にはカム式のインパクタで300RPMインパクタを実現した.これによって,上下移動速度毎秒0.5メートルに対して,0.1メートル間隔の打撃が実現した.上下方向の移動方法についても改良を行った.当初の装置では検査装置にモーターを搭載して上下方向の移動を行っていたが,構造物の上部にウインチを設置して検査装置を上下させることとした.これによって,検査装置は大幅に軽量化された.また,壁面に吸着するためのファンの騒音についても対策を講じた.ファンの騒音の周波数は,ファンのプロペラの数と回転数の積となる.したがって,プロペラの枚数を増やすとファンの騒音の周波数が上昇する.本研究では8枚プロペラを開発し,ファンの騒音の周波数を2キロヘルツ以上にすることに成功した.この結果,ファンの騒音の周波数は,一般的な欠陥の打音時に生じる周波数より高くなり,欠陥の打音検査音を周波数スペクトル上で分離することに成功した.初年度(平成29年度)の主要な研究テーマであった「300RPMインパクタの開発」が成功裏に完成したため.本検査装置は,約0.5メートルの幅に4個のインパクタを搭載した.その結果,一回の上下方向の移動で,0.5メートル幅の検査が可能となった.「300RPMインパクタ」によって,水平幅15cm,垂直幅10cmの間隔で検査可能である.検査速度は,毎秒0.25平米であり,水平移動時間を考慮しない場合,1時間値900平米の検査がとなった.本研究課題の最終目標は,「構造物の壁面を毎分15メートル平米検査可能な打音検査装置の開発」である。

平成30年度はこの装置を用いて,計画通りフィールド試験を実施した。その結果,装置の安定性に課題があることがわかった。これは検査装置が壁面の障害物,例えば窓などを乗り越えるときに,検査装置が回転することがあるのである。この問題は,従来1個のファンで吸着していたところを,4個のファンでおこなうことによって,回転をコントロールできるようにした。また,平成29年度にも取り組んでいた,ファンの騒音問題も,3Dプリンタで8枚プロペラを開発することによって,さらにノイズの低減に成功した。フィールド試験をおこなって,(4)のはつりについても検討をおこなったが,高所のビルにおいて“はつり"をおこなうと,かなり危険であることがわかった。そこで,最終年度は,検査速度に大きく影響する(2)屋上スライダの開発に取り組むこととした。これは,人が壁面を点検するときに用いるゴンドラを参考に開発する。壁面検査装置は,人が乗るゴンドラに比べて,10分の1以下の重量であるので,スライダ機構は問題なく開発できると思われる。当初の計画は,「構造物の壁面を毎分15メートル平米検査可能な打音検査装置の開発」であった。その目標実現に向けて,次の四つの開発を計画していた。(1)300RPMインパクタの開発,(2)屋上左右スライダの開発,(3)フィールド試験・問題点の改良,(4)はつり用ハンマの開発(チャレンジ)。(1)の300RPMインパクタの開発は前年度に完成済で,(3)のフィールド試験・問題点の改良に取り組んだ結果,ファンの騒音問題と装置安定性の課題も解決した。(4)のはつり用ハンマの開発はもともとチャレンジ課題であったこともあるが,フィールド試験で検討した結果,危険を伴う作業であることが判明した。そこで,最後の開発課題である屋上左右スライドの開発を最終年度に実施することによって,当初計画の装置開発は完了する。「屋上左右スライダの開発」を今後中心に行う.検査装置のさらなる軽量化を図り,水平方向の移動装置を開発する.また,現時点では,窓なども障害物の乗り越えはマニュアル操作であるが,吸着ファンの作動の自動化を図ることによって,障害物を乗り越える速度の改善を行う予定である.最終年度は,検査装置の吊り具の左右スライド装置の開発をおこなう。この装置は検査装置を吊るしたままの状態で,左右にスライドできる装置である。この機構は効率的な点検に欠かせない。人が乗るゴンドラでは,ゴンドラを地上に下ろした状態で,吊り具を左右に移動させる。この方法では,上昇あるいは降下の一方向しか点検ができない(同じ個所を上下移動するため)。本研究で開発中の検査装置は,人が乗るゴンドラに比べて10分の1以下の重量であるので,吊るした状態での左右スライド機構の実現が可能なのである。左右スライド吊り具の開発によって,当初計画した開発はすべて完了する。
電場増強ナノ構造を用いる光電変換反応の研究

化学的手法(自己組織化、静電吸着、液液界面配列など)や電気化学的手法を駆使して、球状の金・銀ナノ粒子、および棒状の金ナノ粒子(金ナノロッド)が集積化したナノ構造体と有機色素から成る光電変換素子を作製した。作製した光電変換素子について、各種電子顕微鏡観察、吸収法、蛍光法、表面プラズモン共鳴法などを駆使して増強電場の分布や強度を定量的に評価解析するとともに、光電流強度との相間を定量的に検討した。特に、色素/金属ナノ構造系について集中的に検討した。試作した分光計測システムを用いて、増強電場に基づく光電流増強の検証に成功した。光活性有機色素については、低分子と高分子を用いた。低分子を用いては、ナノ構造の三次元化により、平面電極に比べて2桁の光電流向上を実現した。高分子系については、2極式光電池においても増強電場の効果を検証するところまで到達した。一方、班間連携による新奇光エネルギー変換ミッションを立ち上げ、色素/金属ナノ構造系、半導体/金属ナノ構造系について情報交換と討議を行い、すぐれた光エネルギー変換システムとしての電場増強光電変換系の創出と太陽電池への展開を実現した。金や銀のナノ粒子やナノ構造体は、可視近赤外域の光電場とカップリング(表面プラズモン共鳴)して著しく増強された電場を局所的に作り出す。このような電場増強ナノ空間は、通常の均一場に比べて光と分子が強く相互作用する「光-分子強結合反応場」として位置づけられるもので、光応用技術に革新的な発展をもたらすものとして多大の注目を集めている。申請者らは、金ナノ粒子を組織化した三次元ナノ構造体を電極上に構築し、増強電場による光電変換の向上に世界で初めて成功した。しかしその作用機構や増強特性については未解明である。本研究では、本特定領域研究における班内、班間での緊密な連携研究・情報交換を基に、目的に応じた電場増強ナノ・マイクロ構造をボトムアップ法で構築し、電場増強現象の理論解析や三次元モルフォロジーの化学的制御技術を確立する。このような知見を基に、格段に優れた光電変換反応場として機能するナノ・マイクロ構造を創出することを目的とする。貴金属ナノ構造が発現する電場増強ナノ空間は「光-分子強結合反応場」として位置づけられ、革新的な光エネルギー変換技術を作り出すものとして多大の注目を集めている。本研究では、合目的的な電場増強ナノ・マイクロ構造をボトムアップ法で構築する手法を確立し、電子移動反応に基づく光電変換ならびにその高効率化を目指す。本年度の成果は以下の通りである。(1)ナノ粒子、色素の合成(秋山)球状ナノ粒子は合成した。金ナノロッドは形状制御が困難であったが、遠心分離機等を整備して反応機構を詳しく解析し、形状制御の条件を明らかにした。色素は合成する他、他の班員の合成品を用いた。一方、光電変換機能向上のためのフラーレン集合体も合成した。(2)ナノ構造体の構築(山田、秋山)自己組織化法、電解法等を併用してナノ構造体を電極表面や高分子薄膜表面に構築した。高真空蒸着装置を購入し、金電極や透明電極を作製した。また、金ナノロッドについては、有機分子や生体分子との複合化による安定なナノ構造体の構築に成功した。(3)ナノ構造体の観察(山田)ナノ構造体のモルフォロジーを各種電子顕微鏡により評価した。電子顕微鏡は九州大学共通機器を用いた。ホットサイト構造の解析については、3次元構造マッピングの必要性が明らかとなったので、次年度に計画する。一方、班内共同による電場のイメージングを開始した。(4)光電変換の検討(山田、秋山)光導波路型の表面界面分光測定装置を購入し、既存のSPR分光計測システムを参考にして、光電流、蛍光、吸収を計測できるシステムの試作を開始した。試作システムの性能評価をSPR法や既存の直射型システムと比較しつつ、高感度化のための改善を継続中である.一方、計面班内で光電変換ミッションを立ち上げ、集中的な検討を開始した。昨年度に引き続き、サイズや形状の異なる金・銀ナノ粒子からなるナノ構造体をボトムアップの手法で作製し、ナノ構造体のモフフォロジーを精微かつ効率的に構造解析した。

また、高感度な吸収・蛍光スペクトル測定と光電気化学の測定を行い、電場増強場の効果を定量的に評価した。(1)ナノ粒子、色素の合成(連携研究者:秋山)球状の金・銀ナノ粒子は化学還元法により合成した。粒子径10-60nmのものを合成した。金ナノロッドは企業より合成品を提供してもらった。色素としてポルフィリン、フタロシアニン、フラーレン類を検討した。(2)集積構造体の作製(山田)自己組織化法やLayer-by-Layer法を駆使して構造的に堅固なナノ構造体の作製を行った。ナノ構造体をガラス基板や電極表面に移しとり、ナノ粒子のサイズ、密度、ナノ粒子-色素問距離を変えて系統的に比較検討し、電場増強効果の存在を明確化した。フラーレンについては、C60とC70では著しく異なる構造体が形成されることを見出した。金属ナノ粒子との複合化により、電子移動の効率化を図った。(3)集積構造体の電場増強特性評価(山田、連携研究者:米村)ナノ構造体のモルフォロジーを各種電子顕微鏡により評価した。また走査プローブ顕微鏡を購入し、ナノ構造体の三次元構造特性と電場増強特性の関係の検討に着手した。一方、窒素レーザーやロックイアンプを購入して光電流アクションスペクトル、蛍光スペクトル測定の高感度化を実現した。これにより、エバネッセント電場と増強電場による励起効率の比較についても定量的解析を可能とした。今年度は、金・銀ナノ粒子の比較と最適化を中心に検討を進めた。偏光機能を付与した近赤外蛍光分光測定装置を整備し、発光の高感度測定を可能にした。その結果、金・銀ナノ構造の密度と光電変換との関係を定量化することに成功した。(1)ナノ粒子・ナノ構造の作製(研究分担者:秋山、テクニカルスタッフ)銀イオンの還元条件め最適化を進め、50nm程度のナノ粒子を安定に作製する条件を確立した。金ナノロッドについては、高分子による被覆条件が不十分で、検討を継続する。色素については予定通り合成を進めた。(2)光電変換素子の作製と特性評価(山田、研究分担者:桑原、連携研究者:米村)光電変換反応における金属ナノ構造の寄与について明確化するため、二通りの方法で検討した。先ず、液-液界面法により金ナノ粒子の単粒子膜を作製した。全反射法でプラズモンを励起し、発生する光電流と蛍光を比較検討し、プラズモン励起による光電流発生と全光電流に対する寄与を定量的に解析することに成功した。一方、静電吸着法を用いて、銀ナノ粒子のナノ構造体を作製した。銀ナノ粒子の吸着密度と光電流、蛍光、ラマン信号強度を相互に比較し、プラズモン電場による光電流発生の最適化条件をほぼ明らかにした。また、金ナノ構造と銀ナノ構造について比較し、後者が高効率であることを明らかにした。(3)新奇光エネルギー変換ミッション(山田)申請者ら(低分子色素を担当)では金属ナノ構造/有機系を継続して推進した。及川ら(A01班:共役高分子)、色素/半導体系については立間ら(A01班)と光電変換機構や効率について比較検討し、最適化、デバイス化に向けた検討を共同で進めた。最終年度にあたり、光電変換機構の解明とデバイス化に取り組んだ。
複数利用者からの視野要求に応じる遠隔地状況映像の撮影・提示システム

複数利用者からの視野要求に応じた首振りビデオカメラによる映像の撮影と提示を行うネットワークカメラシステムの研究として、本年度は、昨年に引き続きカメラの首振り撮影プラニングの高性能化と、仮想視野映像の合成手法の改良を中心に研究を行った。首振り撮影プラニングの高性能化では、ユーザの視野要求の重なりを分析し、ある撮影視野を仮定したときに、それぞれのユーザの要求をどの程度満たしているかを、撮影領域と要求視野領域との重なりの面積で評価し、全てのユーザの要求に対して、最も高い評価値を与える次の撮影視線方向を決定する方法を開発した。また、静的な状況でひとつの撮影方位のみに偏ることを抑えるため、撮影による各要求視野の更新履歴を利用した。この方法により、昨年度までのシステムに比べて、12倍程度高い更新頻度を得ることができた。仮想視野の映像合成手法の改良としては、幾何学的合成として、合成画像における撮影画像とパノラマ画像をシームレスにつなぎ合わせるための方法について検討した。カメラの焦点距離やレンズ歪みを考慮し、これを補正するため、視野の中央だけを使って首振り撮影した理想的パノラマ画像と、実際の撮影画像が最もよく重なる焦点距離、歪み係数を算出して合成に利用することで、幾何学的にずれの無い合成視野画像を得ることができた。上記の内容については、本課題の実施年度内に対外的な発表が行えなかったが、平成16年度中に発表を予定している。システム全体の性能評価については、要求視野と撮影視野の重なりに基づく、更新部分の面積とその更新頻度に基づく評価が有効であるという知見が得られ、今後の研究への適用を考えている。また、本年度当初からの予定であった、動的役割分担の実現については、その基礎検討を行うにとどまった。複数の利用者からの視野要求に応じた首振りビデオカメラによる映像の撮影と提示システムの研究として、本年度は、ビデオカメラの視線制御方式の開発、仮想視野映像の合成手法の開発、基本的なシステムの実装の3点について研究を行った。ビデオカメラの制御方式としては、複数利用者からのそれぞれの視野要求とそれぞれの視野を覆うような撮影領域の間の包含関係を解析することで、撮影可能視野全体が6回の首振りで撮影できる状況で、4回、あるいは、1回の限定的視野のみを撮影して一巡の撮影回数を低減して各クライアントでの視野の更新頻度を高く保つ方法を開発した。さらに、領域の重複部分が多くなるように撮影することで、1つの画面内のより多くの部分領域の映像を更新する撮影・提示方法を開発した。現在、カメラの動特性を考慮した撮影制御戦略のプラニング法について検討を進めている。仮想視野映像の合成手法の開発としては、視点固定型の首振りビデオカメラの特性を利用した幾何学的合成手法に対して、カメラの視線制御命令と実際の視線方位とのズレが生じることが確認されたので、その対策として、画像上の輝度変化が生じているエッジ領域を重ね合わせ、両者のズレを補正する方法を開発した。基本的なシステムの実装では、1台の計算機をビデオカメラ制御・撮影用サーバ、2台の計算機を映像要求・提示用クライアントとし、それらをネットワークで接続する構成のシステムを構築した。さらに、実際に首振りビデオカメラを使って手法の検証を行った。サーバ、クライアント間での処理の動的割り当て制御については現在検討中である。
科学的知識と科学に対する態度の関係性についての日独比較研究

日本とドイツの成人(日本の場合は、教師、大学生、保護者グループを設定)を対象に、科学に対する態度と科学的知識を問うアンケート調査を実施し、調査結果の比較考察を行なった。また、以前に行なった高校1年生の科学に対する態度の調査結果との比較考察により、わが国の科学に対する教育の実態の解明と問題点の追究を目指した。本研究は、学校での理科や数学の学習はその後の人生において有用な知識やリテラシーの習得を目指して行われるものであるとの観点に立ち、その後の人生を生きていく中で、人々が科学的な知識をどれだけ保持しているのか、また、科学に対してどのような態度を持っているのかを調査し、学校教育の意義を再考するものである。本年度は具体的には、全体会議を開催し、まず3年間の研究スケジュールを策定した。そこでは調査対象、調査問題、分析方法、分析手順及び研究成果の公開方法について議論した。その結果、(1)調査対象を子どもを持つ親、教師(理系教科の教師とそれ以外)、大学生(理系と文系)の3つの集団とすることを決定し、それぞれを調査対象として調査を行うべく、(2)学校で学習した知識の定着度を測る問題及び科学的リテラシーや科学に対する態度を問う問題からなるオリジナルの調査問題を開発し、(3)日独で同じ調査問題となるように調整を行い、(4)初年度は子どもを持つ親に対する調査を実施することとした。初年度の調査データは現在入力中である。また、調査問題の妥当性の評価と結果の解釈の正当性に関する尺度として、日独以外の第3国で調査を実施し比較データを得ることが必要であるとの考えから、本年度は調査問題の一部(態度に関する調査問題)を用いた調査をフィリピンの高校1年生に対して実施しデータを得た。こちらのデータについてはデータ入力を完了し、現在分折中である。結果は、これまでの日独の高校生を対象とした調査結果と比較する予定である。本年度は3年計画の2年目に当たる。年度初めは昨年度の調査データの分析を行い、(1)フィリピンの子どもたちの実態と、(2)わが国及びドイツの保護者の実態について明らかにした。それらの結果を元に10月に全体会議を開いて検討会を行った。意外にも子どもたちの態度面の得点については、フィリピンが最も高く、続いてドイツ、日本は最下位となり、国際学力調査の結果とは逆の結果となったため、引き続き細かな分析を追加することとした。保護者のデータからは、子どもたち(高校1年生)よりも科学的知識に優れ、また科学的な態度面の得点も高いことがうかがえた。これは学校教育以降の要因が作用していることを示すのであろうか、さらに研究を進める必要がある。ただし、成人の被験者を得ることは日独ともに困難が大きく、引き続き被験者を増やす努力を続けて、1集団の人数が100人程度を目指すこととした。集団は、保護者、教師、大学生の3集団とすることとした。全体会議以降は両国において追加の成人調査を行うこととし、日本はすべての3つの集団で100名以上のデータを収集し終えて分析を開始した。一方ドイツは進捗状況が芳しくないが、少なくとも平成20年の8月までには完了する予定で調査を進めている。本年度は3年計画の3年目に当たる。本年度は、2年目までに収集した調査データを整理し、追加分の調査データを入力し、再分析を行なった。それらの結果を元に8月に全体会議を開いて討論会を行なった。母集団は、日本では保護者、教師、大学生の3つのグループについて100名強のデータを得た。ドイツにおいては様々な事情から、全体で65名分のデータを得るに留まった。しかしながら統計的分析には十分と考えて、独立したグループとして比較分析を行なった。全体会議以降に、追加の分析と日独間の調整を行い、その後は報告書の作成を行なった。分析の結果から、わが国の高校1年生に見られた科学に対する悲観的状況は、成人グループではそれほど深刻ではなかった。認知面においては過去の国際調査データとの比較でそれを上回っており、情意面においてはドイツの成人と接近する結果となった。総じてわが国の成人の科学に対する知識や態度は、子どもたち程深刻ではないとすると、それでは、子どもたちの現在の状況は何に起因するのかは今後の課題である。

また、学校を卒業後社会生活を続ける中で科学に対する認知面や情意面の成績が改善されるとするならば、その要因はなぜか、学校の成績とはどのような関係にあるのか、さらに研究を進めるべき課題が多く見つかった。
MEMS/共鳴トンネル素子集積化によるTHzサンプリング及び波形生成技術の研究

本研究は、THz動作が可能な電子デバイスである共鳴トンネル素子(RTD)と微小電子機械システム(MEMS)、これらを統合する異種材料デバイス集積技術を基盤として、全電子式のTHzスペクトロスコピーをオンチップで実現するものである。ここでは、そのための要素技術の検討、プロトタイプデバイスの試作を行った。具体的には、RTDパルス生成器、MEMS位相シフタ、広帯域可変発振器などの信号源や、超再生検波などの検出器、それらを合わせたTHzサンプリング回路の試作を行い、その基本動作を実証した。本研究は、THz動作が可能な電子デバイスである共鳴トンネル素子(RTD)とMEMS、これらを統合する異種材料デバイス集積技術を基盤として、全電子式のTHzサンプリング、THz信号生成、さらにはTHz波形直接合成(THz-DDS,THz Direct Digital Synthesizer)技術をオンチップで実現しようとするものである。THz波は様々な分野で興味を集めているが、その多くは光学的な発生/検出手段によっており、大がかりな実験装置を要する。これをRTDやMEMSを用いて実現すれば、オンチップのTHzシステムとなり、その応用範囲は格段に広がる。例えば、THz波通信・レーダーや、Lab-On-A-ChipへのTHz分光の導入が可能となり、大きなインパクトが期待できる。本年度は、上記実現のための要素部品について検討を進めた。また、これらを集積するための異種材料デバイス集積技術について検討した。具体的な成果は以下のとおりである。まず、極短パルス生成器においては、テーパー線路を用いたインピーダンス変換器による出力振幅増大を試作により実証した。次にTHz受信部に関しては、RTD発振器の特性を生かし、高次高調波を用いた超再生検波方式を提案した。また、本研究の中心課題の一つであるRTDパルス生成器とRTD検波器を用いたサンプリング回路についても第一回目の試作を行い、その問題点を明らかにした。異種材料デバイス集積技術に関しては、Fluidic Self-Assembly技術の検討を進め、Ga溶融バンプを用いたRTDのSi基板上への配置配線を可能とした。さらに、MEMS位相シフタ、共振器に関して、その構造、プロセス技術の検討を進めた。本年度も昨年に引き続き、上記実現のための要素部品とその作製プロセスについて検討を進めた。本研究の中心課題の一つであるRTDパルス生成器とRTD検波器を用いたサンプリング回路に関し、検討を進めた。特に、サンプリングタイミングのスイープに必要な位相シフターについて検討を進め、新しい原理に基づくMEMS位相シフターを提案した。これは、線路上に設けたGNDプレーンの高さを変えるにより、実効誘電率を変化させるのもであり、超広帯域用途に適している。これまでにその可能性をシミュレーション、及び、簡単な実験により確認した。また、昨年度提案した、高次高調波を用いた超再生検波方式について実験による検証を行った。その結果、基本周波数を越える、高周波信号の検波を確認するとともに、問題点を明らかにした。異種材料デバイス集積技術に関しては、Ga溶融バンプをFluidic Self-Assembly技術の検討を進めた。パッチアンテナとRTDパルス生成器の集積化の検討を進め、プロセス上の問題点を明らかにした。本年度は、上記実現のための要素部品とその作製プロセスについて検討を進めるとともに、サンプリング回路の試作を試みた。中心課題の一つであるRTDパルス生成器とRTD検波器を用いたサンプリング回路に関し、検討を進めた。昨年までの結果を基に回路設計を進め、その後、電磁界解析を用いた回路パターンの設計を行った。第一回目の試作では、プロセス上の問題が生じ、回路動作は得られなかったが、今後、再度試作を行う予定である。一方、超再生検波方式によるTHz信号検出についても検討を進めた。より感度良く、信号を検出するため、HEMTによる出力アンプを搭載することとした。ここでは、内部発振周波数が、検出すべき信号の周波数よりかなり小さく出来ることを利用して、プリント基板上のHEMTアンプと、InP基板上RTD回路のハイブリッド構成を採用し、設計・試作した。その結果、入力周波数50GHzでの動作を確認した。今後、100GHz信号での実験を行う予定である。

なお、この検討において、RTDにおいて大きな問題であった、入出力分離を周波数領域を用いて容易に行う方法を提案した。最終目標の一つである、サンプリング回路の設計が終了し、試作段階に入っている。また、新たに提案した周波数の大きく異る超再生検波方式の動作を実証した。さらに、これらの検討を通して、RTDにおける大きな問題であった入出力分離を解決するための方法を見出した。本研究は、THz動作が可能な電子デバイスである共鳴トンネル素子(RTD)とMEMS、これらを統合する異種材料デバイス集積技術を基盤として、全電子式のTHzサンプリング、THz信号生成、さらにはTHz波形直接合成(THz-DDS,THz Direct Digital Synthesizer)技術をオンチップで実現しようとするものである。THz波は様々な分野で興味を集めているが、その多くは光学的な発生/検出手段によっており、大がかりな実験装置を要する。これをRTDやMEMSを用いて実現すれば、オンチップのTHzシステムとなり、その応用範囲は格段に広がる。ここで目標としているTHzスペクトロスコピーや波形合成システムにおいて、もっとも重要な要素技術は、周波数及び時間のスイープ技術である。RTDパルス生成器とRTD検波器を用いた時間領域スペクトロスコピーでは、パルスが検波器に入るタイミングを入力信号に対してスイープすることが必要となる。また、RTD発振器からのTHz波の吸収を測定する周波数領域のスペクトロスコピーでは、発振周波数の連続的なスイープが必要となる。どちらも非常に広帯域が要求されるため、従来技術では難しい。この両者について、重要な進捗があった。まず、THzパルスに対応する新しいタイミングスイープ方式を提案、基本動作を実証した。また、これを応用し、広い周波数スイープを可能とする共鳴トンネル発振器を提案し、プロトタイプ試作により動作を確認した。さらに、この共鳴トンネル発振器を活かす新しいセンサ方式の提案も行った。本研究は、THz動作が可能な電子デバイスである共鳴トンネル素子(RTD)と微小電子機械システム(MEMS)、これらを統合する異種材料デバイス集積技術を基盤として、全電子式のTHzスペクトロスコピーをオンチップで実現するものである。ここでは、そのための要素技術の検討、プロトタイプデバイスの試作を行った。具体的には、RTDパルス生成器、MEMS位相シフタ、広帯域可変発振器などの信号源や、超再生検波などの検出器、それらを合わせたTHzサンプリング回路の試作を行い、その基本動作を実証した。要素技術の検討に関しては、概ね順調に進展している。さらに、新しいMEMS位相シフターを提案したことは重要な進展である。これまでの検討結果を総合し、THzサンプリング回路、超再生方式THz波検出回路を試作し、動作原理の実証を行う。さらに、アンテナとの集積化など、我々の持つ、異種材料集積技術を応用した、新しいデバイスを提案していく。