hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
パーキンソン病と多系統萎縮症に共通するα-synucleinの蓄積と神経細胞死

平成11年度はパーキンソン病と多系統萎縮症におけるグリア封入体の出現に関し免疫組織化学的・電顕的検討を行ない、グリア細胞におけるα-synucleinの異常蓄積は、多系統萎縮症ではオリゴデンドログリア内に生じ、中枢神経系に広範に分布しているのに対し、パーキンソン病ではアストロサイトとオリゴデンドログリア内に形成され、その出現には比較的長い経過を必要とし、脳幹にほぼ限局して出現することを明らかにした。平成12年度はα-synuclein結合蛋白のひとつであるsynphilin-1に対する抗体を用い、レビー小体病(パーキンソン病およびレビー小体型痴呆)と多系統萎縮症の免疫組織化学的検討を行なった。正常脳ではsynphilin-1抗体はニューロピルを細顆粒状に染め出し、シナプス前終末に存在すると考えられた。パーキンソン病およびレビー小体型痴呆では脳幹型レビー小体の大部分がsynphilin-1陽性を呈した。α-Synuclein抗体ではレビー小体のcoreよりもhaloがより強く染色されリング状を呈するものが多いのに対し、synphilin-1抗体ではレビー小体のcoreがより強く染色された。皮質型レビー小体も少数ながらsynphilin-1陽性であった。一方、、α-synuclein陽性であるpalebodyおよびLewy neuritesはsynphilin-1陰性であった。多系統萎縮症では多数のグリア封入体がsynphilin-1陽性を呈した。α-Synuclein抗体では神経細胞の胞体、突起および核内にも陽性構造物が認められたが、synphilin-1抗体ではそのような構造物は認められなかった。アルツハイマー病に認められる神経原線維変化および老人斑はsynphilin-1陰性であった。すなわち、synphilin-1はレビー小体とグリア封入体に発現していること、しかし、その局在は必ずしもα-synucleinとは同一でないことが明らかにされた。さらに、本研究ではレビー小体型痴呆では神経細胞のみならずグリア細胞にもα-synucleinの異常蓄積が広範に生じていることを明らかにした。また、多系統萎縮症の長期経過例では前頭・側頭葉、特に白質が高度に侵されること、さらにそうした例では神経細胞とグリア細胞の両者にα-synucleinとリン酸化tauの細胞内共存が起こりうることを初めて示した。本年度はパーキンソン病(PD)と多系統萎縮症(MSA)におけるグリア封入体の出現に関し免疫組織化学的・電顕的検討を行った。その結果、PDでは30例中24例にα-synuclein陽性のグリア封入体が認められた。それらはコイル状の形態を呈し、しばしばユビキチン陽性であったが、タウならびにチュブリン陰性であった。二重免疫染色ではα-synuclein陽性の封入体を有するグリア細胞にはアストロサイトとオリゴデンドログリア由来のものが存在することが示された。電顕的に上記の封入体は25-40nm径のfilamentous structureから成っていた。グリア封入体は黒質の背内側部に好発する傾向があり、中脳被蓋部にも認められた。少数は青斑核を含む脳幹被蓋にも認められたが、他の部位には認められなかった。Incidental Lewybody diseaseおよび対照例にはグリア封入体は認められなかった。PDでは黒質における神経細胞脱落の程度とグリア封入体の数(一側黒質および半側中脳)の間に相関(Pく0.03およびPく0.001)が認められ、さらに罹病期間とグリア封入体の数(半側中脳)の間にも相関(Pく0.001)が認められた。一方、MSAではすべてのグリア封入体がα-synuclein強陽性を呈した。免疫電顕ではオリゴデンドログリア内の異常フィラメントにα-synucleinの反応性が認められた。本研究から、グリア細胞におけるα-synucleinの異常蓄積は、MSAではオリゴデンドログリア内に生じ、中枢神経系に広範に分布しているのに対し、PDではアストロサイトとオリゴデンドログリア内に形成され、その出現には比較的長い経過を必要とし、中脳にほぼ限局して出現することが明らかにされた。一方、、α-synuclein陽性であるpale

bodyおよびLewy neuritesはsynphilin-1陰性であった。多系統萎縮症では多数のグリア封入体がsynphilin-1陽性を呈した。α-Synuclein抗体では神経細胞の胞体、突起および核内にも陽性構造物が認められたが、synphilin-1抗体ではそのような構造物は認められなかった。アルツハイマー病に認められる神経原線維変化および老人斑はsynphilin-1陰性であった。すなわち、synphilin-1はレビー小体とグリア封入体に発現していること、しかし、その局在は必ずしもα-synucleinとは同一でないことが明らかにされた。さらに、本研究ではレビー小体型痴呆では神経細胞のみならずグリア細胞にもα-synucleinの異常蓄積が広範に生じていることを明らかにした。また、多系統萎縮症の長期経過例では前頭・側頭葉、特に白質が高度に侵されること、さらにそうした例では神経細胞とグリア細胞の両者にα-synucleinとリン酸化tauの細胞内共存が起こりうることを初めて示した。本年度はα-synuclein結合蛋白のひとつであるsynphilin-1に対する抗体を用い、レビー小体病(パーキンソン病およびレビー小体型痴呆)と多系統萎縮症の免疫組織化学的検討を行なった。対象として、パーキンソン病5例、レビー小体型痴呆5例、多系統萎縮症5例、アルツハイマー病5例、正常対照5例の剖検脳組織を用いた。正常脳ではsynphilin-1抗体はニューロピルを細顆粒状に染め出し、シナプス前終末に存在すると考えられた。パーキンソン病およびレビー小体型痴呆では脳幹型レビー小体の大部分がsynphilin-1陽性を呈した。α-Synuclein抗体ではレビー小体のcoreよりもhaloがより強く染色されリング状を呈するものが多いのに対し、synphilin-1抗体ではレビー小体のcoreがより強く染色された。皮質型レビー小体も少数ながらsynphilin-1陽性であった。一方、α-synuclein陽性であるpalebodyおよびLewy neuritesはsynphilin-1陰性であった。本研究から、synphilin-1はレビー小体とグリア封入体に発現していること、しかし、その局在は必ずしもα-synucleinとは同一でないことが明らかにされた。
高親和性リコンビナント抗サイトカイン抗体の作成法に関する研究

抗ILー1α抗体高値の患者の末梢血リンパ球より作成したファージ抗体ライブラリーよりパンニングにより抗ILー1α抗体発現ファージを分離した。数十のFabクローンについて可溶性Fabを作成し、ILー1αとの結合活性を調べたが、scFvの場合と同様、数クローンにのみのみ弱いILー1α結合活性が見られた。以上の結果よりFabあるいはscFvが大腸菌内で作られる過程でmisfoldingを起こし、抗体活性が失われる可能性が示唆された。以上の点を検討するため、モノクローナル抗DNA抗体産生細胞株を用いて、同じ重鎖、軽鎖の組み合わせからなるリコンビナント抗体Fabを作成し、抗体活性を調べた。数十のFabクローンをこの方法で作成し抗体活性を調べたところ、わずかに数クローンにのみDNA結合活性が見られた。結合活性はもとのIgM抗体よりはるかに弱かった。一方、抗体活性をFabを発現したファージを直接用いて調べたところ、はるかに少ない抗体分子の量(濃度)でDNAに対する結合活性が証明され、ファージ上では可溶化したよりはるかに安定的に機能を保った状態でFabを発現していることが判明した。以上の研究結果から、この方法で得られた可溶性Fabでは、もとの抗体より結合活性が見かけ上はるかに低くなること、これは、Fabが産生される過程でmisfoldingが起こり、多くのFab分子の機能が失われることによることがわかった。一方、ファージ上に発現されたFabは安定的に抗体活性を保持していることがわかった。以上の結果より、我々はすでに高親和性の抗ILー1α抗体Fabを得ている可能性が高く、今後、ファージ上に発現させた状態で抗ILー1α抗体活性を再度調べる予定である。高親和性の抗体が得られていたら、抗体分子の作成は、通常のキメラ抗体作成技術でIgG分子を構築し、抗体活性を調べてゆく予定である。これまで得られた抗IL- 1α抗体(single- chain Fv; scFv)を用いて免疫学的特性を調べた。その結果、抗体はIL- 1αに特異的に結合したが親和定数が低く、1000pMの濃度でIL- 1αを作用させても結合が飽和されず、親和定数は10^<- 6>M程度とかなり弱いことが判明した。また、IL- 1α活性に対する抑制作用はほとんど検出されなかった。したがって、抗体の親和性を上げる工夫が必要であることが判明した。これまでの方法ではscFvを作成するシステムのため、重鎖可変領域(VH)と軽鎖可変領域のDNAを、短いペプチドをコードするリンカーDNAを介してつなげるアセンブリのステップが必要であり、この段階で抗体遺伝子(VH,VL)のレパトワの一部が欠落する問題があった。非常に大きな抗体のレパトワを持つライブラリーの作成が親和性、特異性の高い抗体を作るのに不可欠であることから、Fabを作成するシステムの導入をおこなった。この方法では重鎖(VH)、軽鎖(VL)を大腸菌内で別々に合成させ、会合させてFabを作成させるのでアセンブリのステップがなく、増幅させた抗体遺伝子は欠落することなくファージ抗体ライブラリーとして得られ、親和性、特異性の高い抗体が得られるチャンスが高まると考えられる。数人の自己免疫疾患患者のリンパ球からFabを発現したファージ抗体ライブラリーを作成した。そして、新しいシステムにより実際にリコンビナント抗体が作成できるかを、非常に大量に産生されているいくつかの自己抗体(抗核抗体のうち抗RNP抗体とSS- A抗体)について作成を試み、血清中の自己抗体と活性の変抗体と抗IL- 6抗体について、取り直しを行っている。抗IL-1α抗体高値の患者リンパ球より、ファージディスプレイ法でリコンビナントFabの作成を行った。

今回もビオチン化IL-1αを溶液中でFabファージライブラリーと反応させ、IL-1αに結合したFabファージを固相化アビジンで捕捉する方法で抗IL-1αFabファージをクローン化した。こうして作成した可溶性FabのIL-1αへの結合能は様々であり、最も良く結合するものでも以前single-chain Fvで作成したのと大差なく、低親和性で中和活性は示さなかった。数クローンについて塩基配列を決定したところ、驚くことに同じ配列の抗体遺伝子をもつにもかかわらず、IL-1αに結合するもの、しないものがあることが判明した。この結果は、可溶性Fabの産生過程でmis-foldingが起こり、抗体活性が失われる可能性を示唆する。この点を明らかにするため、モノクローナル抗DNA抗体産生細胞株(NE-1)よりファージディスプレイ法で可溶性リコンビナントFabを作成し、個々のFabのDNA結合能と抗体遺伝子の配列を調べた。その結果、抗IL-1α抗体と同様、同一の抗体遺伝子を持つにもかかわらず、この方法で作られた可溶性Fabの各クローンにDNA結合性を持たないものが数多く存在することがわかり、mis-foldingが実際起こっていることが確認された(これらの産生された分子は重鎖、軽鎖の複合体構造にはなっていることは確認している)。一方、ファージ表面にFabとして発現させたFab-ファージはいずれのクローンもDNA結合性を示した。以上の結果は、Fabがファージ表面での発現では、安定的に抗体活性を示すのに、可溶性Fabにすると抗体活性が失われやすいという、ファージディスプレイ法の新たな特徴が判明した。こうした実験結果より、リコンビナントFabの抗体の特異性、親和性はファージに発現した状態で安定的に測定できることがわかったので、IL-1αに結合するFab-ファージ抗体を、可溶性Fabにしない状態で特異性、親和性の測定を行った。その結果、IL-1αに対する親和系数は可溶性Fabよりはるかに高いことがわかった。以上の実験結果より、高親和性の抗体を発現したファージから抗体V遺伝子(重鎖、軽鎖)を分離し、キメラ抗体を作成する手法で抗サイトカイン抗体を作成する現実的可能性が開けた。
職業性手根管症候群のスクリーニングおよび健康管理システムの開発

職業性手根管症候群のスクリーニングと健康管理システムの開発を行うために、1)症候群の発生状況の把握,2)発生要因の解明,3)スクリーニング方法の評価,4)健康管理のための危険度評価プログラムの健康調査・研究を実施した。その結果,1)職業性手根管症候群の発生率は4.5%であることが認められた(給食調理員)。2)同疾患の危険要因として,手首の繰り返し作業,手首の不自然な位置をとる作業,手首への加圧,重量物の取扱いなどが挙げられることが明らかとなった(症例-対照研究,有症率比分析,多変量解析)。3)スクリーニング検査として最も有効なものは,自覚症状チェックリストおよび神経伝導速度であることが認められた。両者の感度・特異度は,それぞれ90%・88%,100%・87%であった。ただし,効率の点から見ると,前者の費用・効果比(一症例発見当り費用)は2500円と,後者の37400円に比べて優れていることが認められた。4)健康危険度評価は,16項目の職業性要因により効果的に実施できる可能性が認められた(多重ロジスティック分析)。その正判別率は,99%と高率であった。1)職業性手根管症候群の有病率と病像:職業性手根管症候群の把握を目的とした,特定の地域の給食調理員全員(200人)に対する健康診断を実施した。手根管症候群の診断の黄金律としては,世界的な基準である神経導電速度を用いて行った結果,当疾患の有病率は17.3%であった(重症者は6.4%)。なお、有病率は職場により3倍近い変動が認められた。病像としては,手根管単独型,頸肩腕障害合併型,など複数の病型が存在することが明かとなった。2)危険要因の定量的把握:危険要因の分析について,Rate Ratioを指標として検討した結果,配缶作業(10.0),食器洗浄時間(9.1),不自然な手首の曲げ(7.1),給食数(5.4),手首の繰り返し作業(4.2),経験年数(3.8),材料切断(3.7),重量物取扱(3.6)が主な要因として挙げられた。また,年齢を対応させた症例-対照研究,およびマリティプル・ロジスティック・リグレッション分析による分析でも同様の結果が得られた。手根管症候群の早期発見を効果的に実施するために,スクリーニングに用いる検査および診察項目の有効性を評価した結果,感度・特異度が高い検査項目として,自覚症状チェックリスト,正中神経伝導速度(知覚神経)が挙げられた。それぞれの値は,90%・88%,100%・87%であった。スクリーニングの経済的に効率的な戦略は,自覚症状チェックリストであり,1症例発見当り2500円と,神経伝導速度の37400円の1/15であった。また,自覚症状から神経伝導速度への限界効果に対する限界費用は,352000円と極めて高かった。また,職場において手根管症候群の健康管理を行うために,発症要因の分析から得られた結果に基づき,各種要因を総合的に評価する健康危険度評価(Health Risk Appraisal)の方法について検討を行った。危険度評価について,多重ロジスティック回帰分析に結果,16項目の要因により正判別率99.0%によって,症例の推定が行われていた(p<0.001)。症例の判別は,Prob(event)=1/(1+e^-^z),Z=B_0+B_1X_1+B_2X_2+・・・・+B_nX_n.によって得られた(Bは回帰係数を示す)。回帰係数から,とくに重要な項目としては,手指の不自然作業時間,手首への負荷時間,一人当り給食数,重量物取扱(取扱重量),全給食数,手指の反復時間,休憩時間の取得困難が挙げられた。
内分泌かく乱物質による晩発障害発生の分子メカニズムの解析

ショウジョウバエ・ポリコーム遺伝子群であるMel-18とBmi-1遺伝子産物の機能を分子レベルで明確にしていくことが,本研究の目的であり、それらの作用機序について以下のように解析を行った。(1)HoxクラスターにおけるMel-18結合領域同定の試み。染色体上のMel-18結合領域を明らかにするために、クロマチンDNAとMel-18の複合体の免疫共沈を試みた。パラフォルムアルデヒドを用いて、マウス11.5日胚を固定し、超音波処理によりクロマチンDNA/Mel-18複合体を可溶化した。約1kBの断片として可溶化する条件を明らかにした。セシウム濃度勾配を用いて、フリーのタンパク、クロマチンDNA/タンパク複合体、フリーのクロマチンDNAを分画したところ、Mel-18とBmi-1とBmi-1遺伝子産物は、クロマチンDNA/タンパク複合体の分画にのみ存在することが明らかになった。これとは対照的に、Mel-18とBmi-1のインターラクターであるRing1Bは、クロマチンに結合している分画だけではなく、結合していない分画にも含まれることが明らかになった。Ring1Bも、Hoxクラスターの転写制御に寄与することを明らかにしているので、クロマチン結合型のRing1Bが、Mel-18とBmi-1と複合体を構成してポリコーム複合体として機能することが示唆された。Mel-18と免疫共沈されてくるクロマチンDNAに含まれるHoxクラスターの頻度をHoxb7/b8/b9に焦点を絞って系統的に検索している。(2)155kDaスプライセオソーム結合タンパク(SAP155)によるポリコーム複合体機能の調節Mel-18とRing1Bのインターラクターとして同定したSAP155は、マウス胚においても構成的にMel-18とRing1Bに結合していることが明らかになった。SAP155を欠損したマウスは、8細胞期におこるコンパクションを維持できず、それ以上に発生は進まない。SAP155とMel-18やMph1二重へテロ接合体では、それぞれのへテロ接合体では観察されないホメオチック変異が中軸骨格系で観察された。また、クロマチン結合分画にもSAP155が見られたことから、一部のSAP155はポリコーム複合体のコンポーネントとしても作用する可能性が示された。(3)DESによるHox発現の変化の検索胎児期にDESを連続投与することにより、子宮においてHox遺伝子発現が誘導されることを明らかにした。
簡単なカオス系の熱力学的理論

多様な経済・社会現象に数理科学的方法を適用するために、系の大局的性質を記述する有効理論を発展させたい。特に代表的な有効理論である、熱力学の拡張を試みた。申請者は前年度までに、従来の大自由度の熱力学系ではなく、小数自由度ハミルトニアン系における熱・統計統計力学について研究を行った。平成14年度はその応用研究として、経済現象への統計統計力学の構築を試みた。株式投資のみを行うトレーダーからなる孤立した理想的な人工金融市場を考え、トレーダーの資産形成を統計力学的視点から考察した。各トレーダーは、金融市場で株の売買を行い、各々の資産を形成する。もし多数のトレーダーが活発に売買を行うなら、全資産一定の制限の下でその資産分布は平衡に達するかもしれない。この平衡分布を基にして、金融市場における新しい統計力学が構築できる。気体の分子運動論を基礎におく物理系の特徴は、平均エネルギーの回りに分布が集中する安定化の機構が存在し、全体としてマクスウェル・ボルツマン分布が実現することである。金融系を統計力学的視点で眺めると、エネルギーに対応するものは資産であり、気体分子間の衝突はトレーダー間の取り引きに対応する。一般的に金融系には、物理系のような強いランダムさや安定化の機構が存在しない。しかし、同種のトレーダーで構成される金融市場ではランダムさが保たれ、定常な資産分布が実現した。一方、異種のトレーダーが競合する場合、トレーダーに強弱の差が生じ、資産分布は安定な正規分布のような分布ではなく寡分布になった。以上の研究成果は、「電子情報通信学会非線形問題研究会(2002年7月,茨城大学)」「第一回統数研/総研大「経済学」研究会(2002年7月,統計数理研究所)」「The Nikkei Symposium on Application of Econophysics(2002年11月,日本経済新聞社本社)」にて発表された。
矯正学的歯の移動における多血小板血漿(PRP)の効果について

多血小板血漿=Platelet-rich-Plasma(以下PRPと略す)とは血小板を多く含んだ自己血の血餅である。血小板は創傷の治癒の全過程に影響を及ぼすため血小板数の増加が治癒(骨形成)を促進する。本研究はこの代謝促進に着目し、矯正歯科治療へ応用。PRP併用によって歯の移動が速くなり矯正治療期間の短縮化が可能となることを発見した。背景:多血小板血漿=(以下PRPと略す)とは血小板を多く含んだ自家血の血餅である。現在PRPは骨形成の促進、組織の代謝活性といった特性が注目され、移植、インプラント植立、美容医学といった分野にまで幅広く応用されているが、歯科矯正分野においてはPRPの応用は現在のところほとんどない。しかし歯の移動のメカニズムは骨の吸収と形成の繰り返しで行われており、PRPはこの骨改造を効率よく作用させることが可能となる。骨改造の効率化はそのまま歯の移動の急速化へと繋がる可能性がある。目的:本研究は矯正治療でのPRP応用の可能性を特色として、特に(1)矯正治療期間の短縮(2)矯正治療前後での歯槽骨レベルの変化(3)矯正治療に適したPRP使用法の確立の3点を臨床目標とし、具体的には(1)骨のリモデリング(歯の移動)におけるPRP効果の解明(2)PRP投与による歯の移動後の歯槽骨形成の動態解明を初年度の基礎研究目標とした。方法: Wister系ラットを用いて歯の移動モデルを作製し、PRP投与群とコントロール群(生理食塩水投与)とにわけて、歯の移動1, 3, 7, 14日後の歯の移動量と移動周囲の骨の形態学的影響と骨形成の動態について光顕およびマイクロCTにて分析し、グループ別に比較検討した。結果:歯の移動側においてPRP群がコントロール群に比べて早期に歯の移動と破骨細胞の出現が認められ、牽引側においても早期に骨形成が開始した。7日例においてはPRP群は有意に歯の移動量が多く14日例において有意差はみとめられなかった。考察及び結論:以上の結果よりPRP群はコントロール群に比べ骨代謝が促進される傾向があり、PRPは歯の移動の急速化に効果がある可能性が示唆された。今後は引き続き骨形成の動態と中でも破骨細胞の分化誘導因子組織学的変化について検討していく予定である。多血小板血漿(以下PRPと略す)とは血小板を多く含んだ自己血の血餅である。血小板は創傷の治癒の全過程に影響を及ぼすため血小板数の増加が治癒を促進する。本研究はこの代謝促進に着目し、矯正歯科治療へ応用、PRP併用によって歯の移動が速くなり矯正治療期間の短縮化が可能となることを発見した。目的本研究はPRPの矯正治療への有用性の確立及びPRPの骨のリモデリング特に骨吸収・破骨細胞への影響の解析を目的とした。方法Wister系ラットを用いて歯の移動モデルを作製し、PRP投与群とコントロール群とにわけて、歯の移動1,3,7日後の歯の移動量と移動周囲の骨の形態学的影響と骨吸収の動態について光顕およびマイクロCTにて分析し、グループ別に比較検討した。成果(歯の移動)全体的にPRP群がコントロール群に比べて歯の移動量が多く経時的にその差は広がり、7日例において有意差が認められた。以上の結果よりPRP群はコントロール群に比べ骨代謝が促進される傾向があり、PRPは歯の移動の急速化に効果がある可能性が示唆された。(骨量と形態)骨量は両群とも経時的に減少し、同日で比べるとPRP群がやや低い骨量を示したが両群に有意差は認められなかった。一方骨表面積は両群とも経時的に増加し、同日で比べるとPRP群が高い表面積量を示し、3日例において有意差が認められた。考察7日例においてのみPRP群が有意な歯の移動を示したことは、PRPの明確な歯の移動の迅速化にはPRP投与直後からおきるのではなく、時間差があることがわかった。PRP群が3日例で破骨細胞が急増し7日例において急激に減少したことから、PRPは骨吸収能を一時的に急激に高め、また急激に下げる効果があることがわかった。また、組織所見より、その効果は歯根膜内に限定しないことが示された。以上よりPRPは
中国北朝隋唐時代における仏教寺院の造営制度－瓦の動態的研究を中心に－

今年度は、瓦資料の調査と基礎分析を中心に研究を進め、中国北朝隋唐時代の皇室寺院に使用された瓦の特徴と変化を明らかにした。調査と基礎分析により、以下三つの結論を出し、一部の成果を論文と口頭発表として発表した。1様式と技術:北魏平城時代前期には、布目平瓦、無文丸瓦と文字瓦当は皇室寺院に使用された。その後、黒色磨研瓦と蓮華文瓦当が現れ、主流になり、唐代まで使い続けられた。様式の変化につれて、技術革新も進んだ。洛陽遷都の直前には、黒色磨研の技法が瓦生産の表面調整段階において生み出された。瓦当の製作技術も木笵技法から子母笵技法へ変化した。一つの母笵を使って、複数の陶製の子笵を作ることができるようになった。それによって、瓦当の大量生産ができるようになった。2生産管理:北魏平城時代後期の瓦工房には、特殊な技術を持つ工人集団が働いていた。黒色磨研瓦と蓮華文瓦当の創製とともに、瓦の表面に工人の名前を残す生産管理制度が現れた。平城時代後期と洛陽時代の瓦銘は箆書きであるが、東魏北斉に入った後、一気に刻印に変わった。この現象は、瓦生産の主体が世襲の雑戸から、徭役が課された平民に移行して、生産管理の手法がより効率化になったことによって説明できると考える。隋唐時代には、造瓦組織の工人は北斉と同じように平民によって構成されたと考えられるが、生産管理制度は、北朝における個人責任制から、官営工房ごとの生産・流通管理へと発展したと考えられる。3使用状況:瓦の類型と出土位置により、寺院の屋根景観を復元した。さらに、出土した瓦の表面状態と法量を通じて、寺院における建物の等級を推測した。その結果、これまで関連研究者が指摘してこなかった中国古代瓦の生産・使用状況を明らかにすることが可能になり、古代寺院の造営過程についても研究を進展させることになった。今年度の目標は、瓦の生産・使用状況を明らかにして、実物資料である瓦から宗教活動である寺院造営の実態を解明することであった。2018年5月中旬から8月中旬まで、中国の大同とギョウ城に行って、瓦の整理作業に参加した。大同雲崗石窟研究院に所蔵された雲崗石窟窟上寺院遺跡の瓦と、ギョウ城博物館に所蔵された核桃園建築遺跡の瓦において、模様と表面痕跡を観察し、遺物を実測し、瓦に含む情報を引き出した。整理作業の後、今年度の資料を一昨年度に入手した西安青龍寺、西安西明寺、洛陽永寧寺の瓦資料と合わせて検討して、中国北朝隋唐時代における寺院用瓦の基礎分析を行った。基礎分析には三つの段階がある。1表面状態、法量、模様によって、瓦を分類した。2製作痕、修正痕及び文字瓦を通じて、瓦の製作技術、瓦を生産した工人集団の構成、生産管理方法について、分析を行った。3瓦の類型と出土位置を合わせて分析することで、瓦と遺跡の関係を明らかにして、寺院の屋根景観を復元した。今年の調査と基礎分析により、中国北朝隋唐時代の皇室寺院に使用された瓦の特徴と変化、さらに瓦に関する寺院の造営過程を明らかにした。今年度の研究はおおむね順調に進展していると判断できる。二年目には、文献資料を利用して、寺院造営工程に反映された社会様相の変遷を探究する。手工業の状況と信仰の特徴という二つの視点から分析を進める。造営工程に現れた手工業の状況は瓦の製作技術と工人組織、及び工程管理制度に具現化される。一方、信仰の特徴は建築材料の様式、建物の配置及び造営順序として現れる。具体的な事項は一年目の復元研究によりすでに明らかにしたが、文献資料と合わせて分析することで、寺院造営の実態に関する情報をさらに補充でき、そのうえ北朝隋唐の歴史における寺院造営の位置付けも解明できる。そのため、正史、仏教典籍、地方誌における寺院造営の記録を熟読する必要がある。また、北朝隋唐仏教史、経済史、建築史、および日本古代寺院の先行研究を把握する必要がある。二年目の目標、即ち、本研究の最終目標は、瓦から寺院造営の実態を復元し、さらにこれに関連する北朝隋唐時代の社会的変遷を探究することである。

平城時代後期と洛陽時代の瓦銘は箆書きであるが、東魏北斉に入った後、一気に刻印に変わった。この現象は、瓦生産の主体が世襲の雑戸から、徭役が課された平民に移行して、生産管理の手法がより効率化になったことによって説明できると考える。隋唐時代には、造瓦組織の工人は北斉と同じように平民によって構成されたと考えられるが、生産管理制度は、北朝における個人責任制から、官営工房ごとの生産・流通管理へと発展したと考えられる。3使用状況:瓦の類型と出土位置により、寺院の屋根景観を復元した。さらに、出土した瓦の表面状態と法量を通じて、寺院における建物の等級を推測した。その結果、これまで関連研究者が指摘してこなかった中国古代瓦の生産・使用状況を明らかにすることが可能になり、古代寺院の造営過程についても研究を進展させることになった。今年度の目標は、瓦の生産・使用状況を明らかにして、実物資料である瓦から宗教活動である寺院造営の実態を解明することであった。2018年5月中旬から8月中旬まで、中国の大同とギョウ城に行って、瓦の整理作業に参加した。大同雲崗石窟研究院に所蔵された雲崗石窟窟上寺院遺跡の瓦と、ギョウ城博物館に所蔵された核桃園建築遺跡の瓦において、模様と表面痕跡を観察し、遺物を実測し、瓦に含む情報を引き出した。整理作業の後、今年度の資料を一昨年度に入手した西安青龍寺、西安西明寺、洛陽永寧寺の瓦資料と合わせて検討して、中国北朝隋唐時代における寺院用瓦の基礎分析を行った。基礎分析には三つの段階がある。1表面状態、法量、模様によって、瓦を分類した。2製作痕、修正痕及び文字瓦を通じて、瓦の製作技術、瓦を生産した工人集団の構成、生産管理方法について、分析を行った。3瓦の類型と出土位置を合わせて分析することで、瓦と遺跡の関係を明らかにして、寺院の屋根景観を復元した。今年の調査と基礎分析により、中国北朝隋唐時代の皇室寺院に使用された瓦の特徴と変化、さらに瓦に関する寺院の造営過程を明らかにした。今年度の研究はおおむね順調に進展していると判断できる。二年目には、文献資料を利用して、寺院造営工程に反映された社会様相の変遷を探究する。手工業の状況と信仰の特徴という二つの視点から分析を進める。造営工程に現れた手工業の状況は瓦の製作技術と工人組織、及び工程管理制度に具現化される。一方、信仰の特徴は建築材料の様式、建物の配置及び造営順序として現れる。具体的な事項は一年目の復元研究によりすでに明らかにしたが、文献資料と合わせて分析することで、寺院造営の実態に関する情報をさらに補充でき、そのうえ北朝隋唐の歴史における寺院造営の位置付けも解明できる。そのため、正史、仏教典籍、地方誌における寺院造営の記録を熟読する必要がある。また、北朝隋唐仏教史、経済史、建築史、および日本古代寺院の先行研究を把握する必要がある。二年目の目標、即ち、本研究の最終目標は、瓦から寺院造営の実態を復元し、さらにこれに関連する北朝隋唐時代の社会的変遷を探究することである。
BAAモチーフのシグナル伝達系における役割

本年度は、BAAモチーフを持つMARCKS、GAP-43、及びMARCKSの短いホモログであるF52タンパク質のカルモジュリン結合部位に相当するペプチドを合成し、フォスファチジルセリン、フォスファチジルグリセロール等の酸性リン脂質との相互作用を検討した.これらの合成ペプチドは、水溶液中では円偏光二色性の測定よりランダムコイル構造を取っているが、酸性リン脂質と結合するとα-ヘリックス含量が増加する事が見出された.さらに、トリフルオロエタノールを50%程度まで加え、溶媒の疎水性を増すことで、同様のランダムコイル-α-ヘリックス転移が観測された.また酸性リン脂質の極性部分の種類によりペプチドとの親和性、CDスペクトルの形に相違が見られ、単なる荷電のみならず、極性基の構造をペプチド側が認識することが明らかとなった.同じペプチド、及びMARCKSタンパク質のCキナーゼによるリン酸化は酸性リン脂質により阻害されたが、親和性の高い脂質ほど低濃度で高い阻害度を示し、Cキナーゼと酸性リン脂質がMARCKSの同じ部位に競合して結合することを示唆した.これらのペプチドに関しては2次元NMRによる立体構造の解析を現在進めている.また、F52タンパク質、さらに、GAP-43の短いホモログであるニューログラニンに関しては、全立体構造の解析に向けて、リコンビナントタンパク質の大量発現系を構築中である.質量分析法の応用によるリン酸化反応の解析に関しては、MARCKSペプチドに含まれる4つのリン酸化部位のリン酸化に協同性が見られることを見出した.支出した研究費は以上の研究に要した消耗品、実験補助に対する謝金が主なものである.本年度は、BAAモチーフを持つMARCKS、GAP-43、及びMARCKSの短いホモログであるF52タンパク質のカルモジュリン結合部位に相当するペプチドを合成し、フォスファチジルセリン、フォスファチジルグリセロール等の酸性リン脂質との相互作用を検討した.これらの合成ペプチドは、水溶液中では円偏光二色性の測定よりランダムコイル構造を取っているが、酸性リン脂質と結合するとα-ヘリックス含量が増加する事が見出された.さらに、トリフルオロエタノールを50%程度まで加え、溶媒の疎水性を増すことで、同様のランダムコイル-α-ヘリックス転移が観測された.また酸性リン脂質の極性部分の種類によりペプチドとの親和性、CDスペクトルの形に相違が見られ、単なる荷電のみならず、極性基の構造をペプチド側が認識することが明らかとなった.同じペプチド、及びMARCKSタンパク質のCキナーゼによるリン酸化は酸性リン脂質により阻害されたが、親和性の高い脂質ほど低濃度で高い阻害度を示し、Cキナーゼと酸性リン脂質がMARCKSの同じ部位に競合して結合することを示唆した.これらのペプチドに関しては2次元NMRによる立体構造の解析を現在進めている.また、F52タンパク質、さらに、GAP-43の短いホモログであるニューログラニンに関しては、全立体構造の解析に向けて、リコンビナントタンパク質の大量発現系を構築中である.質量分析法の応用によるリン酸化反応の解析に関しては、MARCKSペプチドに含まれる4つのリン酸化部位のリン酸化に協同性が見られることを見出した.支出した研究費は以上の研究に要した消耗品、実験補助に対する謝金が主なものである.
急性期から回復期の高次脳機能障害者への精神症状対応モデルと介入プログラムの開発

本研究は、第1段階で高次脳機能障害患者へのケアモデルを先行研究に基づいて作成し、第2段階で、臨床での看護師の具体的な実践場面を分析し、精神症状で混乱する高次脳機能障害の患者への症状対応モデルへと統合することを試みている。今年度は、第2段階のデータをさらに集積した。研究対象には、脳卒中分野のエキスパートである認定看護師を選定し、面接法により、看護の実践場面を、具体的な事例をあげて語ってもらうこと、およびケアモデルを提示し、意見を求めるブレインストーミングを合わせて行った。その結果、データは15名(男性6名、女性9名、年齢3650歳の範囲、職位はスタッフ13名、主任級が2名)から得られ、全員が認定看護師の資格取得後2年以上の臨床経験を有した。面接は1対1およびグループで行い、面接時間は40分から90分、グループ面接は約3時間であった。内容分析法をもとに分析したところ、ケア事例からは、急性期では、「疎通性のない患者のニーズの把握」「暴言暴力の背景にあるニーズの把握」「急性期症状の鑑別のしにくさ」「リスクの回避と安全の確保」の状況が上がり、「予測できるすべてのリスク回避をケアに盛り込む」「とりあえず自由にして行動の意味を探る」などの対応が抽出できた。回復期では、「意味不明な言動の理解」「予期しない易怒性」「他者への迷惑行為」「器物の破損の回避」などの状況が上がり、「教え・諭す」「繰り返し説明する」「約束をして行動を調整する」「行為を見守る」などの対応があった。いずれの時期にも対応の背景には、ケア目標として、「リスク回避」「安全の確保」「人間性を育てる」「社会性を再獲得する」が含まれた。症状アセスメントの困難と対応は、十分に語れるものと、困難感を吐露するにとどまるものとが混在する傾向があり、ケア現場の手掛かりとなる症状対応モデルを示す必要があることが示唆された。本研究は、急性期から回復期にある高次脳機能障害者の日常生活場面にみられる精神症状への対応技術を明確化し、精神症状のために混乱している患者への症状対応技術を記述し、生活自立を目指す患者・家族への介入プログラムを開発することを目的とした。2段階に分けた研究プロセスの初期の取り組みとして、国内の先行文献を収集し、介入方法の研究を分析し、評価した。結果、介入の種類は、神経心理学的モデルに即して1傾眠傾向、集中力低下への介入、2注意の障害・半側空間無視への介入、3状況の理解に関する介入、4記憶障害への介入、5遂行機能障害への介入、6病識獲得への介入、7判断や意志決定への介入、8活動睡眠への介入、9生活リズムの調整への介入、10薬物の自己管理、11役割遂行、12社会的相互作用に分類された。また具体的な介入方法については看護師がどのように介入を立案しているかについては十分一致していないことが明らかになった。具体的な介入評価については、多職種による評価には、WAISIII、三宅式記銘力評価、RBMT、かな拾いテスト、TMT、PASAT、KWCST、WAB失語症検査などがあるものの、看護師が介入によって評価できる指標はBIやFIMのような他の疾患でも使用されているツールのみが散見され、高次脳機能障害者の日常生活の状態を客観的にとらえるツールは十分開発されていなかった。今後は、実態としての介入を通して、具体的な介入方法を記述しモデル化することが課題となった。研究は大きく2段階に分けて行うよう計画しており、初期段階としての先行研究の洗い出しはおおむね進めてきた。年度後半にはそれらを分析し、現時点での文献上の介入の動向を明らかにできた。今後は27年度後半から進めている介入の実態を調査し、記述する手順へと進めるよう準備している。本研究は、急性期から回復期にある高次脳機能障害患者の日常生活場面にみられる精神症状への対応技術を明確化し、生活自立を目指す患者・家族への介入プログラムを開発することを目的としている。研究は2段階に分けて行っており、初年度は、文献検討により「神経心理学モデル」に基づいた12種類の介入技術を分類し、急性期からの症状に対して症状対応技術を分類し、行動モデルとして記述した。(これは2016年度に出版した書籍の中で公表した。)本年は、臨床で実際に看護師が用いている技術の適用状況、使用実態を明らかにすることを目的として、現場で用いている精神症状対応について探索した。方法は、回復期病棟で勤務する臨床看護師に対して面接法を用い、質的にデータを収集し、それをすでに構成化した12項目の症状対応技術に当てはめ、看護師が技術をどのように意識化し、実践しているかを抽出した。その結果、回復期にある高次脳機能障害の症状対応技術として語られた内容は、一人当たり510種類の技術の範囲にとどまっており、対応技術として意識化されているものは少ない状況にあった。とくに困難に感じる患者への対応については、12種類に段階付けた技術とは異なる構造を持ち、1安楽に危険のない状態を維持するケア、2刺激の調整、3社会的行動障害の引き金となる行動の特定と対応(これは独立して論文として公表した)、3頓服薬の使用等、4クールダウンさせるためのタイムアウト、5行動療法に準じた正の強化、6不適切な行動の指摘、7行動への対価を与えるであり、行動療法的介入によって、介入内容を語る傾向があった。

今後、実際に用いている対応技術が異なる構造を持つ可能性があることを踏まえ、臨床のケア場面での参加観察、あるいは12項目で構成した質問紙を用いて、実態を明らかにすることで、看護師が臨床で用いている精神症状の対応モデルと介入プログラムの作成につなげる。研究者の異動に伴い、本来臨床での業務量が著しく増加した。またそのために新たなフィールドでのデータ収集準備が必要となった。本研究は、急性期から回復期にある高次脳機能障害者の日常生活場面に見られる精神症状への対応技術を明確化し、精神症状のために混乱している患者への症状対応モデルを構築し、生活自立を促す対応モデルを用いた患者・家族への介入プログラムを開発することを目的とする。研究は大きく3段階に分けて年度単位で行っており、初年度は、文献検討により「神経心理学モデル」に基づいた12種類の介入技術を分類し、急性期からの症状に対して症状対応技術を分類し、行動モデルとして記述した。(2016年度に共著の書籍の中で公表した。)次に臨床で実際に看護師が用いている技術の適用状況、使用実態を明らかにすることを目的として、回復期病棟で勤務する臨床看護師に対して面接法により質的にデータを収集し、行動モデル12項目と比較検討した。その結果、回復期にある高次脳機能障害の症状対応技術は、一人当たり510種類の技術の範囲にとどまり、対応技術として、抽出できるものは少ない実態にあった。とくに困難に感じる患者への対応については、前年度に12種類に段階付けた技術とは異なる構造を持ち、1危険のない状態を維持するケア、2刺激の調整、3社会的行動障害の引き金となる行動の特定と対応(論文として公表)等、行動療法的介入によって、介入内容を語る傾向があった。これを受けて今年度は実際に用いている対応技術を再構築するために、臨床の脳卒中看護認定看護師のケア場面から、臨床技術に長けた看護師が意図的に用いている対応技術を、実践知から抽出することを試みた。現在まで7名の語りから質的に分析した結果では、急性期・回復期のケア現場による高次脳機能障害へのケアの次元の違いがあり、体験されるエピソード・ケアの視点・目的・チームの体制・ケアの評価等において異なっていた。現在追加データの収集を引き続き行っており、研究期間延長を申請したところである。研究者および共同研究者ともに所属施設の異動があり、業務のために年度初めの着手の時期が遅れたこと、研究フィールド確保に時間が必要であったこと、共同研究者の長期病休があり、現在も病休中であること等のため、最終年度の研究結果を出すまでの時間が不足した。そのため、研究の期間延長申請をし、承認されたところである。本研究は、第1段階で高次脳機能障害患者へのケアモデルを先行研究に基づいて作成し、第2段階で、臨床での看護師の具体的な実践場面を分析し、精神症状で混乱する高次脳機能障害の患者への症状対応モデルへと統合することを試みている。今年度は、第2段階のデータをさらに集積した。研究対象には、脳卒中分野のエキスパートである認定看護師を選定し、面接法により、看護の実践場面を、具体的な事例をあげて語ってもらうこと、およびケアモデルを提示し、意見を求めるブレインストーミングを合わせて行った。その結果、データは15名(男性6名、女性9名、年齢3650歳の範囲、職位はスタッフ13名、主任級が2名)から得られ、全員が認定看護師の資格取得後2年以上の臨床経験を有した。面接は1対1およびグループで行い、面接時間は40分から90分、グループ面接は約3時間であった。
金属フタロシアニン誘導体固定化シリカゲルを用いた順相系HPLC用カラムの開発

表題の目的のため,先ず,M-PCS_D(M=Cu^<2+>,Ni^<2+>)カラムを用い,無極性移動相中で置換基を持たない4環までのPAHsが分離可能かどうか検討したところ,芳香環の数に応じて保持時間は長くなり,PAHsの分離ができることがわかった。そこで,無極性移動相中での分離挙動を極性移動相中での分離挙動と比較,シリカゲル上のM-PCS固定化量の影響,移動相にπ電子を持つ化合物を加えた際の影響等を検討したところ,M-PCS_DとPAHsとの無極性移動相中での相互作用は主にシリカゲル上に固定されたM-PCSのπ電子とPAHsのπ電子との相互作用であることを明らかにできた。次に,中心金属の影響を検討するため,中心金属を持たないH_2-PCS_Dカラムも調製し,中心金属の影響を検討した。4環のPAHsを試料として検討したところ,保持係数k値は,Ni->Cu->H_2-の順となり,中心金属もPAHsとの相互作用に大きく関わっていることがわかった。更に,π電子の関与する相互作用を持つ市販カラムPYEカラムとNPEカラムを用いて無極性溶媒中でのPAHsの分離挙動を比較したところ,Cu-PCS_Dカラムでは,PYEカラムと同様に主にπ電子の関与する相互作用が働き,Ni-PCS_Dカラムでは,それに加えてπ電子のNiへの配位など別の相互作用も加わっていることがわかった。ついで,無極性移動相でのM-PCS_Dカラムの応用として,先ず,医薬品への応用としてステロイド化合物の分離を検討した。その結果,n-Hexane-クロロホルムを移動相とすれば,ステロイド化合物の分離にも利用できることもわかった。更に,米国環境保護局の規制する17種のPAHsもn-Hexane-クロロホルムを移動相とするグラディエントHPLCで分離できることがわかった.以上のように,順相系HPLC用カラムとしてM-PCS_D(M=Cu^<2+>,Ni^<2+>)カラムを開発できた。まず,M-PCS_D(M=Ni^<2+,>Cu^<2+>)カラムを用い,無極性移動相中での4環までのPAHsの分離挙動を,極性移動相中での分離挙動と相関図を用いて比較した.その結果,両移動相でのPAHsの保持係数は一次の相関を示し,M-PCS_Dカラムは,無極性移動相中でも極性移動相と同じくM-PCSのもつπ電子の関与する相互作用によりこれらのPAHsを分離できると考えた.また,π電子の関与する相互作用を持つ市販のPYEカラムと,無極性移動相中でのこれらのPAHsの分離挙動を比較し,Cu-PCS_DカラムではPYEカラムと同様主にπ電子の関与する相互作用が働き,Ni-PCS_Dカラムではそれに加えて別の相互作用も加わっているものと考えた.次いで,M-PCSDカラムのPAHsの分離にM-PCSが関与しているかを確かめるため,充填剤上のM-PCS固定化量の変化や,移動相にPAHsを添加した際の試料PAHsの分離挙動への影響を検討した.

その結果,M-PCS_DとPAHsとの無極性移動相中での相互作用は主に固定化されたM-PCSのπ電子とPAHsのπ電子との相互作用であることがわかった.まず,chloro-,bromo-及びmethyl-基を持つnaphthalene及びAnthracene誘導体の保持係数を上記4種のカラムで比較したところ,いずれのカラムでもほぼ一次の相関を示した.このことは,これらの誘導体に関しては,M-PCS_D(M=Ni^<2+,>Cu^<2+>)カラムでも,PYE及びNPEカラムでも同じ相互作用(π電子の関与する相互作用)が働いているものと考えられる.しかし,Nitro-及びamino基を持つnaphthalene及びAnthracene誘導体に関しては,PYE及びNPEカラムに比べM-PCS_Dカラムでは,強く保持されることがわかった.このことは,これらの誘導体に対して,M-PCS_Dカラムは,昨年明らかにしたπ電子の関与する相互作用及びπ-d相互作用に加えて双極子も含む静電的相互作用も働いている可能性のあることを示唆している.今までの検討より,極性移動相中のNi-PCSDによる複素環式化合物の分離には,中心金属NiへのN原子の配位が関与することを明らかにしている.このことより非極性溶媒中での複素環式化合物の分離挙動を確認するためfluoreneを基本骨格とし,構造中に配位元素であるN原子を持つcarbazole及びnorharmanについてfluoreneに対する分離係数を算出して検討を行った.その結果,M-PCS_Dカラムにおいて複素環式化合物の保持が長くなることがわかった.PYE及びNPEカラムでもM-PCS_Dカラムより弱いながらも同じ傾向を示した.これらの結果とNi-PCSDのみならずCu-PCSDカラムでも複素環式化合物が配位するとは考えにくいことより,非極性溶媒中ではM-PCDSDカラムと複素環式化合物との間に静電的相互作用が働いている可能性があると考えた.Cu-PCSの固定化量を考慮すると80%以上のアミノ基が残存している.そこで,methylsulfonyl chlorideを用い,アミノ基のマスキングを行った.その結果,順相系移動相では,マスキングを行ったカラムにおいて3環以上のPAHの保持時間がわずかながら短くなり,残存アミノ基もPAHと弱いながらも相互作用していることがわかった.しかし,Cu-PCSの固定化量の影響の方が大きいため,マスキングなしでも,順相系移動相中でPAHの分離に利用可能であると考えた.更に,Cu-PCS_D、カラムを用い,順相系移動相において米国環境保護局により規制されている26環の17種の多環性芳香族炭化水素(PAH)の分離を試みた.単純なn-Hexaneのみを移動相とすると,5環以上のPAHの溶出が遅く2時間以上かかり,分離も不十分であった.n-Hexaneにethylacetate(20%)を加え移動相としたが,同様な結果であった.そこで,移動相を,n-Hexaneとchloroformの混液としてグラディエント溶出を試みた.その結果,試料注入後15分まで100%n-Hexaneのみを通液して,15分からchloroform濃度を20%まで上昇させ,30分以降に100% chloroformに変化させる段階的グラディエント溶出を行うと,AnthraceneとPyreneを除いて約40分で17種のPAHをほぼ分離できることがわかった.これらのことより,Cu-PCS_Dカラムを逆相系移動相だけでなく,順相系移動相でもPAH分離ができる充填剤として開発できた.
半導体量子ドットの物性評価とデバイス応用

量子カスケードレーザーは半導体量子構造のサブバンド間光学遷移を用いた半導体レーザーで、1つの電子を何度も発光に寄与させることができるために、高い光出力が得られる。これまでに多重量子井戸カスケードレーザーについて、中赤外領域発振、およびテラヘルツ領域発振が実現されており、ガスセンサー、光通信、検査装置など幅広い分野での応用にむけた知見が得られている。本研究では、電子を3次元方向から閉じ込める量子ドット構造を活性層領域に有する量子カスケードレーザーについて、デザイン設計のシミュレーションを目的としている。昨年度は、シミュレーションソフトnextnano3を基礎とした量子カスケードレーザーのデザイン設計ツールを開発した。そこで本年度は、このデザイン設計ツールを用いて、活性層に量子井戸と量子ドット層を有する量子カスケードレーザーの設計について検討を行った。量子井戸と量子ドットとの間の電子トンネル確率についてTransfer Hamiltonian methodにより計算を行った。伝導体バンドオフセットエネルギーの印加電圧依存性を求めることにより、適当な電圧(たとえば50kV/cm)における量子ドット材料を決定することができる。また、伝導体バンドオフセットエネルギーやバリア層幅による電子トンネル確率を見積もり、LOフォノン放出または吸収を伴ったトンネル効果や電子-電子散乱を考慮に入れることで、量子ドットカスケードレーザーの最適な構造設計についての知見を得ることができた。量子カスケードレーザーは半導体量子構造のサブバンド間光学遷移を用いた半導体レーザーで、発光過程が電子と正孔の再結合過程によるものではなく、1つの電子を何度も発光に寄与させることができるために高い光出力が得られる。これまでに中赤外領域発振(420μm)およびテラヘルツ領域発振(80110μm)が実現されており、室温連続動作についても報告されている。これにより、量子カスケードレーザーはガスセンサー、光通信、検査装置など幅広い分野での応用が期待されている。現在実現されている量子カスケードレーザーの活性領域には多重量子井戸が用いられている。これに対して、電子を3次元方向から閉じ込める量子ドット構造はさらなる低しきい値電流密度、高効率、高温動作が期待されることから、本研究では量子ドットを活性領域に持つ量子ドットカスケードレーザーのデザイン設計のシミュレーションおよび作製を目的としている。量子ドットカスケードレーザーの実現において、電子の波動関数の制御が重要となり、デザイン設計とシミュレーションが必須である。そこで、本年度はまずシミュレーションソフトnextnano3を基礎として、電子-電子散乱レート、発光レート、フォノン放出レートといった量子カスケードレーザー特有のパラメータを導入してデザイン設計をするツールの開発を行った。さらに、これまで実現されているデザインの量子井戸カスケードレーザー構造をMBE法により作製し、レーザー発振を観測すると共に、FTIR測定を用いて設計通りの波長領域の構造ができていることを確認した。これにより基礎的な作製、測定に関する知見を得ることができ、量子ドットカスケードレーザーの実現に向けた基礎を築き上げた。