hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
テイラー・ディーン流れカオス混合の速度・濃度同時計測による混合促進メカニズム解明

[4]流路断面の上壁面と内壁面を移動壁面とする場合,混合過程において2液界面の変形が複雑になり混合は促進される.研究代表者らは,曲がり流路内流であるディーン流れと同軸回転二重円筒内流であるテイラー流れを組み合わせたテイラー・ディーン流れを利用したカオス混合によって混合の促進を図るマイクロミキサを開発している.本研究では,12種類のマイクロミキサモデル機の可視化実験による時系列PIV / LIF同時計測とCFDによる数値解析により,テイラー・ディーン流れの流れ場と混合場の時間発展を調査した.そして,曲がり流路断面のアスペクト比および壁面の移動が混合に及ぼす影響を明らかにし,テイラー・ディーン流れによる混合促進メカニズムを検討した.次年度は,まず当該年度に追加計算をしたマイクロミキサのモデル機を製作し,二次流れと断面混合場の時間発展のPIVおよびLIF同時計測を実施する.そして,3次元カオス流れ場の時間発展をPIVおよびLIFによって同時計測し,さらにCFD結果を用いることで,カオス混合の混合促進メカニズムについて明らかにしていく.粒子法による3次元流れ場の数値シミュレーションも実施し,壁ー流体間,流体ー流体間の引力の強さをパラメータとした混合の評価も検討する.そして,平成27年度から平成29年度の結果を総括して,テイラー・ディーン流れを利用したカオス混合の評価法を確立することを最終目標とする.流体工学
超音波を応用した歯冠修復物の口腔内寿命予測

歯科医療における再治療の判断を,歯科医師の経験のみでなく客観的に判定し,口腔内の健康維持に貢献するための効果的な方法を確立することを目的として,超音波測定装置を用いて,口腔内を想定した環境での修復物の変化について検討した。その結果,超音波測定装置の使用は,口腔内での修復物の劣化状況を知るために有効な方法であることが判明した。レジンセメントの初期硬化挙動および弾性率は,審美性修復物の口腔内寿命に影響を及ぼすことから重要な性質と考えられている。そこで,再修復を行う際の客観的指標(Evidence)を確立することを目的として,超音波パルス法を用いてレジンセメントの初期硬化挙動および弾性率を非破壊的に検討した。超音波伝播時間の測定には,超音波送受信装置であるパルサーレシーバー(Model 5900,Panametrics),探触子として内径5mmの縦波用トランスデューサー(V112,Panametrics)およびオシロスコープ(Wave Runner LT584,Lecroy)を使用した。各製造者指示に従って練和したセメント泥を,試料台に静置した白色テフロン型に填塞し,ラッピングフィルムを介してトランスデューサーを接触させ,超音波の伝播時間を経時的に測定し,各試片の厚みとから音速を求めた。照射条件は600mW/cm^2,200mW/cm^2および照射なしの3条件で,その各条件にプライマー塗布したものと塗布しないものの計6条件とした。また,試片の密度をElectronic Densimeter(ED-120T,Mirage)を用いて測定し,計算式に代入して弾性率を算出した。その結果,供試したいずれのセメントにおいても光線照射開始から,セメント内部を伝播する音速は上昇したが,その傾向は製品によって異なるものであった。すなわち,光線照射の影響を受けやすく短時間で音速が上昇するものと,緩やかに上昇するものとに分けられた。また,光強度やプライマーの有無によって,初期硬化挙動に明らかな違いが認められた。弾性率の測定においても,製品間で光強度とプライマーの有無による違いがあり,24時間後の測定では弾性率が上昇する傾向が示された。したがって,レジンセメントの物性向上には,適切な強度の光線照射およびプライマーの使用が必要であり,これによって審美性修復物の予後を安定させることができるものと考えられた。レジンセメントを用いて歯冠修復物を装着する際,余剰セメントの除去にあたってプレキュアが行なわれるが,プレキュアを行う時間が,セメントの除去性に及ぼす影響については不明な点が多い。そこで,プレキュア時間の変更がレジンセメントの初期硬化挙動に及ぼす影響について検討した。超音波伝播時間の測定は,超音波送受信装置を用いて測定した。すなわち,各製造者指示に従って練和したセメント泥を,試料台に静置したテフロン型に填塞し,ラッピングフィルムを介してトランスデューサーを接触させ,経時的に測定し,各試片の厚みとから音速を求めた。すなわち,照射を行わない条件では,練和開始から3分まで10秒毎に,その後15分まで30秒毎に測定した。照射を行う条件では,照射中は5秒毎に,照射終了後15分まで10秒毎に測定した。セメントの硬化挙動の測定は,照射を行わない,あるいは600mW/cm^2の条件で30秒間照射を行う2条件で行った。また,1および24時間経過した試片についても測定するとともに,セメント練和からビカー針が侵入不可能となった時間における音速についても測定した。その結果,供試したいずれのセメントにおいても,照射を行わない条件ではセメント内部を伝播する音速の変化は練和開始3分後までは緩徐であるのに対し,照射を行なった条件では照射開始から短時間で上昇し,照射終了後も継続する傾向を示した。また,その傾向は製品によって異なるものであった。一方,ビカー針を用いて硬化と判定された時間における音速の値は,照射条件および製品間で異なるものであり,また,24時間後の音速と有意差が認められなくなる時間もさまざまであった。以上より,セルフアドヒーシブタイプのレジンセメントの硬化性は,照射に影響を受けるとともに,製品によって異なることが判明した。
ステビア発酵液の殺菌物質の同定及び本物質を利用した病原細菌除去技術の開発

本研究者らは新規殺菌物質を探索する目的で、パラグアイ原産のキク科植物、ステビアの熱水抽出物を自然発酵させたステビア発酵液の殺菌作用を検討した。その結果、ステビア発酵液はサルモネラなど食中毒菌に対して強力な殺菌作用を示すが、正常な腸管フローラ保持に有用なビフィズス菌および乳酸菌を殺菌しないことが明らかになった。本展開研究においては、(1)ステビア発酵液の酢酸エチル画分をODSカラムクロマトグラフィ、陰イオン交換カラムクロマトグラフィ、シリカゲル薄層クロマトグラフィによって分画して殺菌活性画分を得た。この画分は1mg/mlの濃度で37°Cで1時間、大腸菌に対して作用させると、10^8個/mlの生菌数を10^2個/mlにまで低下させた。この殺菌成分は、可視光に曝露されると暗紫色に変化して殺菌活性を失った。核磁気共鳴法、質量分析法によって構造決定を進めている。(2)子ウシ(60kg)に10^9個のネズミチフス菌を経口投与し、感染の成立を確かめた後に、ステビア発酵液の経口投与(200ml,3回)をおこなった。糞便中のサルモネラ生菌数は10^7個/mlから10^5個/mlへ低下し、サルモネラの腸管組織浸襲を低減した。(3)抗生物質を使用しない豚肉生産を目指して、ステビア発酵液を小豚に投与して生育を検討した。離乳期の子豚20頭を1グループとして、離乳前後42日間、1頭につき1日当たり発酵液5mlを投与した。その結果、下痢の発症率が著しく低下して、発育不全の豚がなくなり、良好な生育が見られた。体重増加が高まり、体重105Kgに達する日数が約1カ月短縮され、筋肉質の体型となった。(4)採卵鶏にステビア発酵液(0.08%)を15日間投与した結果、ブドウ球菌の感染率に有意な低下が見られた。(1)ステビア発酵液の酢酸エチル画分をODSカラムによる高速液体クロマトグラフィにより分画した。大腸菌に対する殺菌活性を調べた結果、2つの殺菌画分、および、殺菌活性を増強する画分を得た。2つの殺菌画分の内1つは乳酸であった。残り1つの殺菌画分については、展開溶媒の異なるODSカラムクロマトグラフィ、陰イオン交換カラムクロマトグラフィ、シリカゲル薄層クロマトグラフィによってさらに精製した。この画分は約1mg/mlの濃度で37°Cで1時間、大腸菌に対して作用させると、10^8個/mlの生菌数を<10^2個/mlにまで低下させた。現在、核磁気共鳴法、質量分析法によって構造決定を進めている。(2)子ウシ(5060kg)に対して10^9個のサルモネラ(Salmonella typhimurium)を経口投与した。投与の24時間後に発熱などの指標により感染の成立を確かめた後に、ステビア発酵液の単独経口投与(200ml,3回)をおこなって臨床症状を観察した。糞便中のサルモネラ生菌数は10^7個/mlから10^5個/mlへ低下した。さらに、腸管におけるサルモネラの菌数及び組織侵襲を低減した。これらの結果から、ウシの腸管内においてもステビア発酵液によるサルモネラ殺菌効果が示された。

(3)哺乳子ブタ(500頭)に対してステビア発酵液の3ミリリットル相当分を毎日投与した結果、下痢発症初期の子ブタについては投与後13日の内に下痢症状が軽減され、その後の生育についても良好な成績を得た。(1)ステピア発酵液の酢酸エチル画分をODSカラムより分画して大腸菌に対する殺菌活性を調べた結果、殺菌画分および殺菌活性を増強する画分を得た。殺菌画分について、展開溶媒の異なるODSカラムクロマトグラフィ、シリカゲル薄層クロマトグラフィ、および陰イオン交換カラムクロマトグラブィによって部分精製を進めた。この画分は約1mg/mlの濃度で37°Cで1時間、大腸菌に対して作用させると、108個/mlの生菌数を<102個/mlにまで低下させた。この殺菌成分は、精製度が進むと殺菌活性を失いやすく、可視光に曝露されると暗紫色に変化して殺菌活性を失った。核磁気共鳴法によると、共役二重結合を多く含む物質であることが推定されているが、構造決定をするには至っていない。現在、カーポンカラムクロマトグラフィにより精製を進めている。(2)抗生物質を使用しない豚肉生産を目指して、ステビア発酵液の投与による子豚の生育の向上について検討した。離乳期の子豚20頭を1グループとして、離乳前12日から離乳後30日までの42日間、子豚1頭につき1日当たり発酵液5mlを飲水で1000倍希釈して投与した。その結果、下痢の発症率が著しく低下して、発育不全の豚がなくなり、生育について良好な結果が得られた。豚の体重増加速度が高まり、体重が105kgに達する日数が約1ヵ月短縮され、しかも筋肉質の体型となった。(3)母豚について、ステピア植物体粉末を1頭当たり59、出産前60日間投与した。その結果、小さいが元気な子豚を出産する傾向が見られ、生まれた子豚の健康状態が改善された。(4)ステピア発酵液投与による採卵鶏の細菌感染率への効果を検討した。採卵鶏(ジュリア種)にステピア発酵液(0.08%)を15日間投与した結果、大腸菌、サルモネラ、プドウ球菌の感染率に有意な低下が見られた。
配偶子間相互作用を司る分子の構造と機能に関する研究

本研究は、細胞性粘菌の有性生殖をモデルシステムとして、配偶子間相互作用の遺伝子支配を明らかにする目的で行われ、以下のような研究成果が得られた。1.免疫化学的手法による研究の成果:配偶子間相互作用をブロックする抗体の標的分子gp138をコードすると考えられていたGP138遺伝子群の解析を行った。新たにGP138C、GP138Dの2種類とORFが短い偽遺伝子2種類を単離した。また、GP138A-D4種の全ノックアウト株を作製し、その解析によって、GP138遺伝子群は真のgp138をコードせず、無性生殖過程に関係しているという可能性が示された。2.挿入突然変異の誘発による研究の成果:有性生殖過程が異常となった変異体を単離し、ベクター挿入部位周辺のゲノム配列を解析した。原因遺伝子と考えられる2箇所のイントロンを含む6.3KbのORFを同定し、当該遺伝子をmacAと名付けた。3.逆遺伝学的研究の成果:配偶子で機能している遺伝子の網羅的解析を試みた。配偶子で発現する遺伝子のcDNAライブラリーを作製し、約1,000クローンの塩基配列解析を行った結果、基本的生命活動に関わる遺伝子が大半を占めていることが明らかになった。そこで、配偶子特異的な差分化ライブラリーを作製し、得られた901クローン全ての配列解析と、内100クローンの発現解析を行い、60%以上が配偶子特異的であることを確認した。このライブラリーには細胞間相互作用に関わると考えられる遺伝子も含まれており、今後の解析に役立つと期待される。細胞性粘菌Dictyostelium discoideumにおける有性生殖異常の挿入突然変異体MCF1を用いて変異の原因遺伝子として単離されたmacAは、D.discoideumの細胞融合に不可欠である。また、受精に関わる既知の遺伝子と全く相同性のない、新規な遺伝子である。この興味深い遺伝子がコードするタンパク質MacAの構造と機能を、以下の二つのアプローチで解析している。現在得ているmacA遺伝子の配列は染色体DNAのものであるので、産物の解析にはcDNAのクローニングが必要である。染色体DNAの配列を利用してプライマーを作製し、RT-PCR、TA-クローニングし、ORFの全長をカバーする断片的なmacA cDNAを得た。現在これらをつなぎあわせて発現ベクターに組み込む作業を行っている。全長cDNAが得られれば細胞性粘菌内で過剰発現させ、産物であるMacAを同定する、あるいは局在を調べる等の実験が可能になる。B.ペプチド抗体を用いたMacAの解析macAの配列から想定されるアミノ酸配列をもとにして抗原性の高い部位を予測し、その部位に相当するペプチドを人工合成した。得られた合成ペプチドを用いてウサギを免疫感作し、特異的な抗ペプチド抗体を作製した。現在、野生型細胞の全タンパク質に対するウエスタンブロッティング、免疫沈降などの方法によって、抗ペプチド抗体の標的分子を同定する作業を行っている。細胞性粘菌Dictyosteliumdiscoideumの有性生殖における配偶子間相互作用に重要な役割を持つとされていた遺伝子、GP138およびmacAの解析を行った。GP138に関してはこれまでに多重遺伝子であることを明らかにしてきたが、このたび4種類の類似した遺伝子が縦につながっていることを示して染色体DNAの構造を明らかにするとともに、それら全てを失った破壊株の作成に成功した。macAは配偶子間の融合が不能になっている挿入突然変異体の原因遺伝子として同定されたが、遺伝子の詳細な解析および産物であるMacAタンパク質の解析は全く行われていなかった。そこで、D.discoideum細胞内でタグ付融合タンパク質を強制発現させることによってこれらの解析を進めることとした。染色体DNAの配列しかわかっていなかったmacAについて、未単離だった両末端部をクローニングするとともに、イントロンを除去して連結し、完全長cDNAをクローニングした。

次に、これをタグのついた発現ベクターにリクローニングし、D.discoideumの野生型細胞に形質転換した。しかしながら、抗体による発色パターンの結果から導入した融合遺伝子が機能していないことが懸念されたため、現在別のベクターにリクローニングしたmacA融合タンパク質を変異体で発現させ、機能回復を確認するシステムを構築している。また、macA遺伝子の機能を知るひとつの手がかりとして遺伝子の発現解析を行った。RT-PCRの結果によると、macAは性的成熟に伴って発現が増加するものの、増加率としてはわずか1.8倍で、細胞融合能を持たない細胞にも発現していることが明らかとなった。このことから、macAは直接細胞融合に関わる以外の機能も持っていることが予想された。細胞性粘菌Dictyosteliumdiscoideumの有性生殖における配偶子間相互作用の分子機構に関して、以下の研究を行なった。1.GP138遺伝子ファミリーの解析:昨年度までに作製したGP138遺伝子ファミリーの4種類の遺伝子、GP13A,GP138B,GP138C,GP138Dのすべてを破壊した完全欠損株、及び各々の過剰発現株について、表現型解析を行なった。完全欠損株は予期に反して増殖、無性的・有性的発生に何ら異常を示さなかった。完全欠損株でタンパク質の発現が確認されたことから、細胞融合阻害交代の標的分子は別に存在する可能性が浮上した。一方、完全欠損株で、無性的・有性的発生過程で発現が誘導される遺伝子33種類について発現パターンを解析したところ、無性的発生で形成される予定胞子細胞に特異的な遺伝子の発現が減少、あるいは遅滞することが示され、GP138遺伝子ファミリーは無性的発生過程で機能していることが示唆された。2.配偶子特異的遺伝子プールの構築と解析:性的に成熟した配偶子で発現している細胞のmRNAから、未成熟な細胞で発現している細胞のmRNAを差し引いた差分化ライブラリー(FC-IC)を、SSH法で構築し、全ライブラリー901クローンの構造解析を行なった。これらのクローンは276の非重複遺伝子に由来し、約1/3が無性世代の細胞性粘菌EST約80,000配列に含まれない新規なものであった。また、ランダムに選んだ45遺伝子について発現を調べたところ、53%が配偶子特異的であり、代謝関係のハウスキーピング遺伝子の割合も激減するなど、差分化ライブラリーとして極めて有用なものであることがわかった。相同性検索によって有性生殖への関わりが強く示唆されている他生物の遺伝子もヒットしており、現在それらについて詳細な解析を進めている。
多臓器不全発生機序解明の新たなる挑戦

多臓器不全の発生機序をDAMPsという新しい視点から解明し、侵襲病態に対する新たなるパラダイムを確立した。DAMPsの研究では敗血症時にATPが大量に放出され白血球の活性化に関与すること、多臓器不全ではATPは枯渇し、細胞内ミトコンドリア機能不全が示唆された。DIC病態における白血球活性化に関する研究では急性期DICスコアと白血球変形能、活性化指標であるCD11bに有意な相関を認め、白血球の活性化はDICの発症と重症化に関連していることを明らかにした。ATPの可視化に関する研究では、2種類の蛍光プローブを用いて好中球ATPを染色し、ミトコンドリア内および細胞膜表面の局在の可視化に成功した。過大侵襲時には白血球が活性化され、過剰の活性酸素や蛋白分解酵素が放出されて多臓器不全へと進展する。この時、損傷細胞や組織から様々な内在性のDAMPs(damage-associated molecular pattern)が産生され、初期免疫応答や白血球の活性化に関与する。しかしDAMPs産生の機序は明らかでない。本研究目的は、多臓器不全の発生機序をDAMPsという新しい視点から解明し、侵襲病態の新たなるパラダイムを確立することである。我々はSIRS・敗血症・多臓器不全の病態において、活性化された好中球が重要な役割を果たし、その制御が最も効果的であることを明らかにした。これまでに好中球が感染部位あるいはダメージを受けた組織に遊走する際に、fMLPなどの刺激下でpannexin-1ヘミチャンネルを介してDAMPsの一つである、アデノシン3リン酸(ATP)を放出し、好中球機能活性化に必須であることを明らかにした。本年度はATPの役割をさらに詳細に解析する目的で、蛍光プローブを用いた好中球ATPを染色しその局在の可視化を試みた。健常人の好中球を用いて、蛍光ATPプローブ(膜表面およびミトコンドリア)の染色法とフローサイトメトリーを用いた定量化法を確立した。さらにSIRS・敗血症・多臓器不全の患者を対象に好中球ATPの蛍光イメージングを行った。蛍光プローブとして、3-2Zn(II),および2-2Zn(II)の2種類を使用した。前者はミトコンドリア内のATPを、後者は細胞膜表面のATPを特異的に染色する。2種類のプローブで好中球を同時染色することで共焦点顕微鏡下での細胞内外のATPの動態を可能とした。1)侵襲時のDAMPsの定量化に関する研究。敗血症や心停止蘇生後(全身性虚血・再灌流障害)における血漿中adenylates(ATP, ADP, adenosine)の測定系をHPLCを用いて確立した。敗血症患者および心肺停止後蘇生に成功した患者を対象に測定を行った。その結果、敗血症患者では健常者に比し炎症を惹起するATPが高値で、抗炎症作用をもつadenosineが有意に低値であった。ATPの上昇と並行して白血球活性化の指標であるCD11bは高値を示した。一方多臓器不全を呈した最重症例ではATPが低値となった。この結果は敗血症時にはATPがダメージを受けた細胞から大量に放出され白血球の活性化に関与する一方、多臓器不全の状態ではATPは枯渇しており、細胞内ミトコンドリア機能不全との関与が示唆された。心肺停止蘇生後の状態ではATPが高値を示し、血中乳酸値や心肺停止時間(虚血時間)と正の相関が認められた。再灌流障害におけるATPの関与について今後検討を進める。2)DIC時の白血球活性化とレオロジー、薬物の効果多臓器不全の病態としてDICに着目し、白血球活性化の指標として白血球変形能とDICの相関性を明らかにした。敗血症患者のうちDICに陥った症例を対象に、白血球変形能をMCFANを用いて定量評価した。また、白血球の活性化の指標としてCD11bを評価した。その結果、急性期DICスコアと白血球変形能は有意な相関を認めた。また白血球変形能と活性化の指標であるCD11bにも有意な相関を認めた。以上より、炎症の惹起に伴う好中球の活性化はDICの発症と重症化に密接に関連していることが明らかとなった。また、白血球変形能はベッドサイドで容易に測定が可能であり、DICの重症度評価や治療効果判定に有効で簡便なバイオマーカーとなる可能性が示唆された。1)侵襲時のDAMPsの定量化に関する研究では、測定系の確立と各種病態での測定はすでに開始されている。今後はさらに症例数を増やす必要がある。

2)蛋白分解酵素および活性酸素産生がDAMPs産生に及ぼす影響に関する研究では、心肺停止蘇生後の病態でDAMPsのうちATPの測定を開始しており、前述した結果が得られている。さらに同病態における活性酸素の産生ならびに抗酸化状態の評価も行っている。一方、ATPの産生にどのように活性酸素の産生や蛋白分解酵素が関与するかについては、今後の検討が必要である。3)白血球、血管内皮とDAMPsのクロストークに関する研究では、血管内皮細胞障害と白血球、DAMPsのクロストークに関する研究を行い、実績概要で記載した通り炎症の惹起に伴う好中球の活性化はDICの発症と重症化に密接に関連していることを明らかにした。また、白血球変形能はベッドサイドで容易に測定が可能であり、DICの重症度評価や治療効果判定に有効で簡便なバイオマーカーとなる可能性が示唆された。今後はDIC病態における白血球変形能に対するDAMPs(ATP)の関与について検討を要すると考える。4)薬物や血液浄化によるDAMPs除去効果の検討では、すでに敗血症、DIC、心肺停止蘇生後におけるDAMPs測定、白血球活性化の検討は開始されている。しかし、各種病態における薬物によるDAMPs除去効果の検討ならびに白血球の活性化の制御の可能性に関する検討については、今後さらに症例数を増やして検討していく必要がある。5)現在基礎研究は準備段階であり、今後基礎研究を進める必要がある。基礎研究の進捗状況としては、好中球からのATPの局在を共焦点レーザー顕微鏡を用いて評価する測定系を構築している。さらに、ATPの細胞内定量化を行い、ミトコンドリア機能不全を証明する予定である。1.症例を重ねて、DAMPsとしてのATPの時間的変化と白血球活性化の相関関係を明らかにする。2.DAMPsを介した多臓器不全時のミトコンドリア機能不全を証明する。3.ATPの産生にどのように活性酸素の産生や蛋白分解酵素が関与するか、検討を進める。4.血管内皮細胞障害としてのDIC病態における白血球変形能に対するDAMPs(ATP)の関与について検討を進めていく。5.各種病態における薬物によるDAMPs除去効果の検討ならびに白血球の活性化の制御の可能性に関する検討を、今後症例数を増やして検討していく。6.基礎研究では、好中球からのATPの局在を共焦点レーザー顕微鏡を用いて評価する測定系を確立し、ATPの細胞内定量化を行う。1.得た研究成果を関連学会(日本救急医学会、アジア救急医学会、日本集中治療学会、炎症・再生学会、国際ショック学会、米国外傷外科学会など)に参加し発表していく。2.測定試薬の購入。ATPの測定、白血球活性化マーカー(CD11b、顆粒球エラスターゼ)に関する試薬の購入ならびに、HPLCやフローサイトメトリ関連の試薬の購入に使用する。3.細胞分離の試薬購入。共焦点レーザー顕微鏡にて白血球のATP局在を評価するための、細胞分離、蛍光試薬などを購入する。4.マウスを用いた敗血症モデル作成を行うため、動物購入ならびに実験関連の機器などの購入を行う。5.実験補助(データ整理)に対する賃金に使用する。
MRIのトラクトグラフィーを指標とした下顎枝矢状分割術術後の知覚異常評価法の確立

昨年度の基礎的検討により拡散テンソルトラクトグラフィーにて下歯槽神経の描出が可能であるという研究結果を得ることができた。22年度は、定量的な評価を可能にするために撮像条件の最適化を図り、臨床にて使用するための条件を決定し、下歯槽神経における安定した拡散テンソルトラクトグラフィーの描出方法を確立する事を目的とした。検討方法は、SW知覚検査にて知覚異常がないことが確認できた20名のボランティア(男性10名、女性10名、平均年齢33.4歳)に対してトラクトグラフィーを作成し、描出能の比較を行った。撮像条件はスライス厚3mm、加算回数(2回、4回、10回)MPG印加軸数(6軸、15軸、32軸)とし検討を行った。撮像時間を一定(臨床を想定し約5分とした)に設定し、MPG印加軸数と加算回数のパラメータを変化させトラクトグラフィーの描出能を比較した。描出能は先ず、拡散テンソルトラクトグラフィーの解析ソフトウェアであるdTV.II SR(東大医学部附属病院放射線科画像情報処理・解析研究室において開発されたソフトウェアである。)にて描出した神経画像をキャプチャーしA4用紙に出力する。出力された画像を使用し、神経走行の正確性およびノイズを5段階評価にて6名の歯科医師および診療放射線技師にて評価を行った。検討の結果、MPG印加軸数を優先して増加するほど描出能の向上が顕著であり、使用した撮像シーケンスでは、MPG印加軸数32軸、加算回数2回が最も描出能の良い傾向であった。また全20例において下顎孔からオトガイ孔までの下歯槽神経の良好な描出が可能であった。今後は本結果を用い臨床評価を行っていく。本年度は、下歯槽神経における安定した拡散テンソルトラクトグラフィーの描出方法を確立する事を目的とした。MRIの基本撮像条件はSE型エコープラナー法、MPG6軸、b値1000とし、スライス厚、加算回数、撮像コイルや頭部の固定方法等による描出能について検討した。なお、MRI装置は1.5T(フィリップス社製)、トラクトグラフィー作成には、東大医学部附属病院放射線科画像情報処理・解析研究室において開発されたMR拡散テンソノヒ解析ソフトウェアであるdTV.IISRを使用した。検討を行った結果、一般的に脳白質に用いられている撮像条件では信号強度不足であり、スライス厚、加算回数を大きくし、小径コイルを用いるほど描出能がよくなる傾向であった。さらに、スポンジを咬ませ、頭部をチンネックバンドで固定し、動きの抑制を行うことで描出能は向上した。小径の撮像コイルでは感度領域に制限がある為、コイルを片側に2つ配置し一側のみの撮像とすることで下顎孔からオトガイ孔まで描出することができた。また、エコープラナー法および拡散テンソル画像由来のアーティファクトによる描出不良が見られたが、スライス角度を咬合平面と水平に撮像した方が頭側および尾側に角度を付けた場合よりもアーティファクトが少なく描出能が良い傾向であった。来年度は、さらい撮像方法および撮像条件(細部のパラメータまで含めて)を改良し最適化を図るとともに、トラクトグラフィー作成時のROIやパラメータの設定など撮像条件以外の検討も行い、定量的な評価を可能にしていく。
過老令化ミクロコズムの生物的化学的性質と、その生態学的意味

1.ガラス容器に棉栓を施し生物のみを外界から幅離した生物的閉鎖系と安定期(25日目)にゴム栓を施し生物のほかにガス態物質も外界から融離した物質的閉鎖系(液相:気相の比率が2:1)の2種類のミクロコズムを作製したところ、物質的閉鎖系にしても生物的閉鎖系の場合と同じく生物群集は生存できた。また水圏における溶存酸素濃度の変化は物質的閉鎖系と生物的閉鎖系の間でほとんど差は認められず、物質的閉鎖系の気相の酸素濃度はゴム栓を施した後でもほとんど変化はなかった。以上から、本ミクロコズムは少なくとも安定期に入ってからは物質的に外界から隔離しても生物的閉鎖系と同等の個体群と光合成・呼吸活性を維持しうることが明かとなった。2.生物的閉鎖系において多世代後の生物種の形質変化を知るために、ミクロコズムの構成バクテリアを種類毎にserial transferを1525回繰り返すことによって多世代を経過したバクテリア種を得て、その形質を調べることによって、過老令化ミクロコズムの生物的諸性質を評価した。1).バクテリアを単独でserial transferを繰り返すと増殖率の高いバクテリアが優占するようになるが、serial transferを2種のバクテリア共存下で行なうと、増殖率の増加はほとんど認められず、親株と同等かあるいはそれ以下の値を示した。この事実は明らかに親争の結果と言える。2).低濃度培地でserial transferを繰り返して多世代培養したバクテリア(BacーL)の増殖率は基質濃度が低いときは高濃度培地でserial transferを行ったバクテリア(BacーH)のそれよりも高くなり、基質濃度が高いときには、BacーLの増殖率はBacーHのそれよりも低くなった。また、低濃度状態に遭遇すると、アミノ酸合成にかかわる酵素系を具備したミュータントが優占化し、このことによって種の存続がはかられ、このことがミクロコズムの安定性を保障していることを示す。1.過老令化ミクロコズムの持つ生物的化学的意味を究明するために,ここに至る過程の成熟期の開放系と閉鎖系を作製し,気相の液相をガス態の変化および可溶分画における高分子有機物と低分子有機物を測定した. 1).ミクロコズムの成熟期に密栓をし物質的に隔離した閉鎖系を作製したところ,気相および液相における酸素濃度の変化には開放系のそれと差異が認められず,このミクロコズムは生産性の側面よりみると成熟期以降外界とほぼ独立的であることが示唆された.しかし,生物相をみると,閉鎖系では大型消費者である水生ミミズの消失が見られた.2).可溶分画における有機物は開放系と閉鎖系で280mmのスペクトルに差が認められたので,この分画を分子量的に分離し測定したところ,開放系と閉鎖系で成分は同じであるが相対比に小さいが差がみられた.2.構成種の適応的変化を究明するために,構成種の単離を行なった. 1).バクテリアに関してはミクロコズムより4種類を単離し,形態的および生理的性質を調べた.2).原生動物を他の動物,植物のいない分画に分け,ペニシリン,テトラサイクリン,ストレプトマイシンで処理することによって無菌の原生動物を作ることに成功した. 3).クロレラに関しても無機塩類培地上で無菌化を行なった.このようにして,各種バクテリア,原生動物およびクロレラからなる様々な段階のサブシステムを作製することが可能となり,構成種の適応的変化を実験的に解析する研究体制が確立した.

3.開放系でのミクロコズムの研究において,藻類バイオマスのアンモニア吸収能力の増大と光合成活性の低下が群集形成とその維持に基本的な貢献を行なっていることが推察された.本研究においては、16年経過した過老令化ミクロコズムは数が限られており、より広範な実験を行なうことは難しいため、かわりに3年前に移植したミクロコズムの構成バクテリアを種類毎に移植、増殖、定常、希釈の処理(serial transfer)を1525回繰り返し、このような操作によって多世代を経過したバクテリア種の形質を調べることによって、過老令化ミクロコズムの生物的諸性質を評価することを試みた。1.ミクロコズムの高希釈液をペプトン寒天培地の平板上にプレートアウトして4種類のバクテリアを単離した。serial transferを繰り返すことによって多世代培養を行い、これらの増殖率を親株のそれと比較した。4種類のバクテリアは、いづれもserial transferを繰り返すことによって増殖率の高いバクテリアが優占するようになった。2.serial transferを2種類のバクテリア共存下で行なうと、増殖率の増加はほとんど認められず、親株と同等かあるいはそれ以下の値を示した。この事実は明らかに競争の結果と言える。3.構成種のうちグラム陰性の桿菌を高濃度培地と低濃度培地でserial transferを繰り返した多世代培養後の増殖率を調べたところ、次の結果を得た。低濃度培地でserial transferを行ったバクテリアの増殖率は基質濃度が低いときは高濃度培地でserial transferを行ったバクテリアのそれよりも高くなり、基質濃度が高いときには、低濃度培地でserial transferを行ったバクテリアの増殖率は高濃度でserial transferを行ったバクテリアのそれより低くなった。また、低濃度状態に遭遇すると、アミノ酸合成にかかわる酵素系を具備したミュータントが優占化し、このことによって種の存続がはかられ、このことがミクロコズムの安定性を保障していることが示された。
神経疾患患者の嚥下障害定量評価に対する舌圧測定法の応用

独自に開発した極薄型の口腔内センサを用いて,脳卒中患者およびパーキンソン病患者が液体を飲み込む際に舌が上あごに接触して生じる圧(舌圧)を計測し,その発現様相(各部位の発現順序,持続時間,最大値,積分値などの因子)を分析した.その結果,両疾患において,嚥下障害の有無と密接に関連する舌圧の因子が見出され,舌圧測定法がこれら疾患の嚥下障害の診断に有用であることが示唆された独自に開発した極薄型の口腔内センサを用いて,脳卒中患者およびパーキンソン病患者が液体を飲み込む際に舌が上あごに接触して生じる圧(舌圧)を計測し,その発現様相(各部位の発現順序,持続時間,最大値,積分値などの因子)を分析した.その結果,両疾患において,嚥下障害の有無と密接に関連する舌圧の因子が見出され,舌圧測定法がこれら疾患の嚥下障害の診断に有用であることが示唆された1)脳卒中患者の嚥下障害の発現と舌圧の異常との関連について、国立循環器病センターの入院患者64名を対象に、水嚥下時舌圧波形の異常と最大舌圧の低下を指標に分析し、70%以上の敏感度と特異度をもって嚥下障害の発現を予測できることが明らかとなった。2)大阪府立急性期総合医療センターにおいて脳卒中患者の嚥下障害と舌圧の変化を発症から経時的に評価し、舌圧発現パターンと最大値の改善にともなって嚥下障害が回復することを明らかにした。3)国立病院機構刀根山病院において、筋ジストロフィー患者の舌圧発現様相を評価し、デュシェンヌ型筋ジストロフィー患者と筋強直性ジストロフィー患者に特徴的な舌圧発現パターンが存在し、それらは両疾患に特異的な舌および口蓋の形態と関連していることを明らかにした。4)大阪大学医学部附属病院におけるパーキンソン病患者の嚥下時舌圧を評価し、重症度が高くなるほど舌圧波形の正常パターシを喪失する割合が高くなること、またパーキンソン病患者においては同年代の健常者と比較して、舌圧の最大値、持続時間ともに低下することを明らかにした。以上の結果より、各種神経疾患の嚥下障害の診断・評価において、舌圧測定法は有用である可能性が示唆された。1)脳卒中患者の嚥下障害の発現と舌機能との関連について検討するために、国立循環器病センターに入院中の脳卒中急性期患者31名を対象に、嚥下障害あり群(19名)となし群(12名)に分類し、正中部に3点、側方後縁部に2点の感圧点を持つ舌圧センサシートを用いて計測した最大押し付け時舌圧と水嚥下時舌圧、唾液嚥下時舌圧について比較した。その結果、最大押し付け時舌圧に関しては、嚥下障害あり群は側方後縁部においてなし群より有意に低い値を示したが、正中部においては有意差を認めなかった。しかし、水嚥下時舌圧ならびに唾液嚥下時舌圧に関しては、正中後方部を除くすべての部位において、嚥下障害あり群はなし群と比較して低い値を示した。以上の結果より、舌の最大筋力の低下よりもパターン化された嚥下運動における舌のMotor controlの低下が嚥下障害の発現に関与している可能性が示唆された。2)パーキンソン病患者15名(男性8名、女性7名、平均年齢66.1歳)について、舌圧センサシートを用いて水嚥下時の舌圧を測定し、健常高齢者31名(男性16名、女性15名、平均年齢66.0歳)と比較を行った。その結果、正中後方部を除くすべての部位でパーキンソン病患者の舌圧最大値は健常者よりも低下していた。また、「舌接触部位の欠損」、「正中部の接触順序の異常」の2つの異常所見について15名の患者の舌圧データを精査したところ、Yahrの重症度分類が高くなるにつれて異常の割合が高くなった。以上の結果より、パーキンソン病患者の嚥下時舌運動は口蓋との接触が低下しており、疾患の進行とともにその傾向が強くなることが示唆された。
3次元多様体の幾何構造

「3次元多様体の幾何構造」本研究は,開始時に平成7年10月ら分担者吉田の都立大学から名古屋大学への移動が決まっていたため,申請時に企画した研究集会開催をとりやめ,後期に頻繁に相互研究連絡を行うことにより,そもそもの目的であった代表者と分担者による有機的な相互研究協力体制を作った.この体制により日常的に討論を行うことが可能になり,相互啓発がすすみ,3次元多様体の研究に関する以下の進展を得た.3次元多様体上に幾何構造を構成しようとする場合,すでに存在している構造を変形させて得る方法が考えられる.そのためにはDehn手術理論を大域化するのが自然であり,さらに構造変形が基本群の表現の変形と対応することを示す剛体性の研究が重要になる.代表者は,3次元双極錐多様体について,局所剛性体からある錐角条件のもとで大域剛性体が得られることを見いだした.一方3次元多様体のHeegaard分解に随伴する基本群の表現の空間は,斜行幾何構造とLagrangian部分多様体を自然にもち,Floerが定義したホモロジーを対応させることができる.このホモロジーは,やはりFloerが3次元多様体にゲージ理論を経由して定義したInstantonホモロジーと本質的に一致していることが予想されていたが.分担者は,この極めて深い命題をほぼ証明した.「3次元多様体の幾何構造」本研究は,開始時に平成7年10月ら分担者吉田の都立大学から名古屋大学への移動が決まっていたため,申請時に企画した研究集会開催をとりやめ,後期に頻繁に相互研究連絡を行うことにより,そもそもの目的であった代表者と分担者による有機的な相互研究協力体制を作った.この体制により日常的に討論を行うことが可能になり,相互啓発がすすみ,3次元多様体の研究に関する以下の進展を得た.3次元多様体上に幾何構造を構成しようとする場合,すでに存在している構造を変形させて得る方法が考えられる.そのためにはDehn手術理論を大域化するのが自然であり,さらに構造変形が基本群の表現の変形と対応することを示す剛体性の研究が重要になる.代表者は,3次元双極錐多様体について,局所剛性体からある錐角条件のもとで大域剛性体が得られることを見いだした.一方3次元多様体のHeegaard分解に随伴する基本群の表現の空間は,斜行幾何構造とLagrangian部分多様体を自然にもち,Floerが定義したホモロジーを対応させることができる.このホモロジーは,やはりFloerが3次元多様体にゲージ理論を経由して定義したInstantonホモロジーと本質的に一致していることが予想されていたが.分担者は,この極めて深い命題をほぼ証明した.
低配位ホウ素アニオンの配位子特性に基づく感応性金属錯体の創製と触媒機能

本研究を通して以下の項目を達成した。(1)新規な合成法を用いることで、含ホウ素配位子ライブラリに新しく5種の配位子を追加した。(2) PBP配位子ライブラリの配位子群に対して白金、ルテニウム、ロジウム、イリジウムを導入し、対応する錯体を合成、その性質を解明することに成功した。(3) PBP白金錯体触媒によりアルケンのヒドロシリル化が進行、PBPルテニウム錯体触媒によりアルデヒドの水素化が進行、PBPイリジウム錯体触媒によりアルカンおよびアミンボランの脱水素化が進行することを明らかにした。既に単離した[PBP]Rh錯体をベンゾシクロブテノンと反応させると、Rhへの酸化的付加によりC-C結合が切断されたベンゾロダシクロペンテノン錯体が得られることが明らかになった。既報のRh錯体とベンゾシクロブテノンの反応は130 °Cという高温を要する上に選択性が低いのに対し、本反応においては室温で反応が完了した上、カルボニル基とそのα位のC-C結合が切断された化合物が唯一の生成物として得られた。一方、同じPBP配位子を有する[PBP](μ-H)2Ru(BH4)錯体がアルデヒド類に対する水素化活性を示すことを明らかにした。触媒回転数は31500に達し、既存のアルデヒド水素化触媒の中では比較的活性が高い部類にあることもわかった。これらの検討の中で、[PBP]Ru(H)(CO)2錯体に対してNMOを作用させることで、B-Ru結合に酸素原子が挿入した形の[PBPO]Ru(H)(CO)2錯体が生成した。錯体の結晶構造ではB-O-Ru角度が直角に近いことから、O-Ru間でのpπ-dπ相互作用が小さいことを明らかにした。また、既に本研究にて報告した[PBP]PtCl錯体を用いてアルケンのanti-Markovnikov水和反応を試みたところ、目的の反応は進行せず、アルケンの異性化のみが進行することを見いだした。この結果は失敗に終わった内容であるが、異性化反応の機構は将来の触媒化学に対して重要な知見を与えると考えられたため、論文として出版した。上記検討と並行して、新規なdiborane(4)化合物であるpinB-BMes2が一酸化炭素およびイソニトリルと反応することを見いだした。特に後者の反応では、イソニトリルのCN三重結合が完全に切断されており、その生成物構造の完全な同定を13Cラベル実験により明らかにした。通常は遷移金属を用いないと穏和な条件で三重結合を切断できないが、本研究では典型元素化合物のみでそれが達成された点が意義深い。(1)低配位ホウ素アニオン配位子ライブラリの構築:iPr基が置換したPBP配位子前駆体および側鎖の長いPBP配位子前駆体の合成経路を確立し、これらとIrとの錯形成に成功した。これらのIr錯体をアルカンの脱水素化に適用したところ、低いながらもアルカンの脱水素化活性を確認した。現在は計算化学における反応機構解析を行いながら論文発表へ向けた詰めを行っている。これらの研究成果は研究項目(3)の「感応性金属錯体を用いた触媒反応開発」における成果であるとも言える。(2)低配位ホウ素アニオン配位子を有する感応性金属錯体ライブラリの構築:(2-3) Ru錯体の合成と性質の解明:PBP配位子を有するRu錯体を系統的に合成することでライブラリを作製し、そのうち一つの錯体がアルデヒド類に対する高い水素化活性を示すことを明らかにした。これらの結果は1報の論文として発表した。(4)非対称diborane(4)化合物の合成と反応性の解明25年度中に新規な非対称diborane(4)化合物であるpinB-BMes2が一酸化炭素およびイソニトリルと反応することを見いだしていたが、DFT計算によりこの反応は多数の転位反応を経由することを新しく見いだした。また、非対称diborane(4)が異常に高い電子受容能を持つことを電気化学測定により明らかにすると共に、対応する一電子還元体であるラジカルアニオンの単離にも成功した。この高い電子受容能はBpin基がπアクセプター性の置換基としてMes2B基に作用することでLUMOエネルギーの低下を誘発していることをDFT計算により明らかにした。この結果は論文2報として発表した。(1)-(i)低配位ホウ素アニオン配位子ライブラリの構築:リン原子上にiPr基が置換した側鎖の長い(メチレン3個)PBP配位子、側鎖の長さが少し長い(メチレン4個)tBu基置換PBP配位子、ホウ素上にアルキル置換アミノ基を有するtBu基置換PBP配位子の合成経路の確立に成功した。(2)-(i)上記のうち一部の配位子については既にIrとの錯形成に成功した。得られたIr錯体をアルカンの脱水素化に適用したところ、側鎖がメチレン3個のtBu基置換PBP-Ir錯体の触媒活性は「26年度中に発見、27年度に論文として報告を行った側鎖の短いiPr置換PBP配位子を有するIr錯体」の触媒活性を大幅に上まわることを見出した。現在はこの研究成果の論文執筆を進めているところである。

また、ホウ素上にアルキル置換アミノ基を有するtBu基置換PBP配位子を有するRh錯体の合成に成功した。(3)-(i)上記で一部述べたが、新しく合成した配位子を導入したIr錯体を触媒として用いてアルカンの脱水素化反応を行ったところ、触媒活性の向上が認められた。また、触媒活性向上の理由を探るべく、領域内共同研究を通じたDFT計算に着手した。これまでに側鎖にメチレンを3個有するtBu基PBP-Ir錯体の反応機構と自由エネルギーまで算出した。(4)非対称diborane(4)化合物の合成と反応性の解明非対称diborane(4)とアルキンの反応によりホウ素化アルケンを合成する手法を見出した。ここではその基質適用範囲の解明、生成物の立体選択性および反応速度に対する塩基添加剤の効果の解明、中間体として考えられるボラタアレンの単離、分子内にN-BMes2配位結合を有する蛍光発光性分子の短工程合成法の確立とその光学特性の解明、などを達成した。この研究成果は現在論文投稿中である。研究項目(1)においては当初の計画通り異なる構造の配位子の合成を順調に達成しており、研究項目(2)でそれらを金属と錯形成させることで、多様な金属錯体ライブラリを構築することに成功している。研究項目(3)では得られた金属錯体群のうち、PtおよびRuについては、アルケンのヒドロシリル化、アルデヒドの水素化に対して触媒活性を有することを見いだした。また、研究項目(1)で新しく合成した配位子を有するIr錯体が、アルカンの脱水素化触媒として作用することを明らかにするとともに、研究期間中盤から合成に成功した側鎖の長い配位子が、高活性触媒を与えることも見出すことに成功した。これらの触媒反応の開発および改良により、当初の計画通り進展していると言える。研究項目(4)では研究途中に新しくその合成法と珍しい反応を発見した非対称diborane(4)の化学を展開しており、既に論文を複数発表、現在も投稿中であるため、予測していなかったとはいえ重要な研究成果を得たと言えるだろう。(1)28年度は側鎖が長くtBu基が置換したPBP配位子の合成および側鎖が長く脂肪族骨格を持つtBu基が置換したPBP配位子の合成を達成した。(2)ではこれらのPBP配位子群に対してIrを導入することで5配位の(PBP)Ir(H)Cl錯体を合成した。X線結晶構造解析によりこれらの錯体はホウ素平面と(PBP)Ir平面が大きくねじれた構造を取っていることがわかった。NMRスペクトルよりねじれた構造のフリッピングが起こっていることも判明した。また、これらの錯体に対してn-BuLiを作用させると、(PBP)Ir(H)2錯体が生成した。まずn-BuLiがクロロ配位子と置換反応してアルキルヒドリド錯体が生成した後に、β-ヒドリド脱離および1-buteneの解離(1H NMRスペクトルにより確認)を伴ってジヒドリド錯体が生成したと考えている。(3) (2)で合成した側鎖が長くtBu基が置換した5配位の(PBP)Ir(H)Cl錯体および(PBP)Ir(H)2錯体をシクロオクタンの脱水素移動反応に適用した。側鎖が短い誘導体では全く触媒活性を示さなかったのに対し、この錯体は最高でTON 126の活性を示した。これはアルカンのC-H結合がIr(I)に酸化的付加した際に発生するアルキルヒドリドIr(III)錯体からホウ素と水素が脱離することでIr(I)
デジタルフォトニクスの実現を目指す超低閾値光信号2値論理プロセッサの研究

量子井戸半導体マイクロリングレーザの隣接発振波長間の切り替わりを利用したインバータ動作を基本として,2段縦列接続による全光2値論理デバイスの実現を目指して,一方向選択発振の条件探索を行い,帰還光の位相が大きく関係することを発見して一方向発振マイクロリングレーザを設計した.また,同一のデバイスでフリップフロップ動作とインバータ動作を帰還光の位相によって周期的に切り替えられることを実験的に発見し,この現象がカー効果による振幅の非線形性と帰還光のバスライン導波路内でのファブリペロー共振に起因するバスライン結合部における位相の非線形性によって説明できることを理論的に明らかにした.本研究で実現を目指す光信号2値論理デバイスは,量子井戸半導体マイクロリングレーザによるインバータ素子の鋭い閾値特性を利用して,この光インバータを2段縦列に接続して2値論理を実現することを基本原理としている.このデバイスには,後段のマイクロリングレーザの発振光が前段に入射すると2値論理動作が困難になるため,後段のマイクロリングレーザは右回り発振光と左回り発振光の間で一方向にだけ強く発振する非対称発振が必要になる.そこで初年度はまず,マイクロリングレーザ型光インバータの入射端側バスライン導波路に方向性結合器導波路を設置して,その先端部にマイクロリングレーザから入射端方向へ向かう光を反射させるループミラーを設けた非対称方向性発振マイクロリングレーザを設計した.まずレート方程式を用いた解析によって非対称方向性発振を得るためのループミラーからの帰還量とそれを実現するためのループミラー部の長さを計算して,その解析結果より非対称方向性発振マイクロリングレーザを設計し,試作した.この設計では注入電流量を増やした時のマイクロリングの右回り発振光と左回り発振光の間で光出力の増加率(微分量子効率)に非対称性が発現するはずであるが,ループミラーからの帰還量(反射増幅率)を増やしても非対称方向性発振は観測されなかった.一方,ループミラー部とマイクロリング部の中間部分の量子井戸半導体導波路に電流を注入すると,非対称発振が増強された.これらの測定結果から,非対称発振を得るにはループミラーからの帰還増幅量だけでなく帰還光の位相も制御する必要があることが判明した.一方,入出力導波路部の低損失化については,SiO2膜をカバー層に用いた赤外線急速加熱炉による選択的急速熱アニール法によって量子井戸の無秩序化を行い,加熱到達温度と加熱時間の調整によって動作波長帯での低損失化の見通しを得た.当初の計画通り,まずレート方程式を用いた解析によってループミラー部に必要とされる反射増幅量とそれに必要なループミラー部の長さを設計して,初年度において非対称方向性発振マイクロリングレーザを設計・試作した.その結果,インバータ動作を確認した上で,非対称方向性発振を得るための条件に,これまでに考えられていたループミラー部からの帰還量だけでなく,帰還光の位相制御も重要であることを見出して今後の設計への新しい知見を得たこと,および入出力導波路部の低損失化に関しても,赤外線急速熱アニール法による多重量子井戸導波路の低損失化を確認したことから,上記のように判断した.本研究で実現を目指す光信号2値論理デバイスは,量子井戸半導体マイクロリングレーザによるインバータ素子の鋭い閾値特性を利用して,この光インバータを2段縦列に接続して2値論理を実現することを基本原理としている.このデバイスには,後段のマイクロリングレーザの発振光が前段に入射すると2値論理動作が困難になるため,後段のマイクロリングレーザは右回り発振光と左回り発振光の間で一方向にだけ強く発振する非対称発振が必要になる.この非対称発振のために初年度に,マイクロリングレーザ型光インバータの入射端側バスライン導波路に方向性結合器を介して入射端方向へ向かう光を反射させるループミラーを設けた非対称方向性発振マイクロリングレーザを設計し,その発振方向比を測定した.その結果,約7dBの非対称性は得られたものの,ループミラー部への注入電流を増加させて反射増幅率を増大させても発振方向比はほとんど変化がせず,ループミラー部とマイクロリング部の中間部分に電流を注入すると非対称発振が増強されることから,帰還光の位相制御が重要であるとの結論を得た.そこで平成28年度には,新たにマッハツェンダー干渉計の一方の光路にLiNbO3位相変調器を,もう一方の光路に被測定対象の量子井戸半導体導波路を挿入して,量子井戸半導体デバイスへの注入電流量に対する位相変化量の関係を測定した.この測定系は,位相変化量が2πに満たない微小な位相変化(したがって干渉波形が正弦波1周期分に満たない変化)も測定できる,新しい測定方式である.その結果,従来の2倍の長さの位相制御部を必要とすることが判明した.非対称発振マイクロリングレーザの実現に必要なループミラー構造の原理に,これまでの物理モデルでは説明できない帰還光の位相まで考慮する必要が出たため,その位相制御特性の基礎データを測定するために時間を要して,非対称発振マイクロリングレーザの設計と製作が約半年遅れた.今後はこの効果も含めた設計によって全光2値論理デバイスの製作を進め,実証を目指す.本研究で実現を目指した光信号2値論理デバイスは,量子井戸半導体マイクロリングレーザによるインバータ素子の鋭い閾値特性を利用して,この光インバータを2段縦列に接続して2値論理を実現することを基本原理としている.