hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
南天銀河の広域サーベイ観測による銀河系の全体構造の研究

その過程で、東大側が用意した望遠鏡光学系とオンサラ天文台が用意した受信機光学系との間にミスマッチが発見された。また、受信機の心臓部に当たるミクサ-が故障したことも2度あった。これらの問題は、オンサラ天文台及びヨーロッパ南天天文台から派遣されたエンジニアの協力を得て、東大のグループが解決した。●銀河面サーベイ銀河系第4象限を中心に、銀経-90度から+20度までを銀経1度おきに111点について、CO分子の波長1.3mmスペクトル線を観測した。この「パイロットサーベイ」は、銀河系内分子ガスの物理状態、特に分子雲における星形成に深く関わるガス密度の、全体的な分布を調べるのが目的である。観測結果を、チリ大学の研究分担者が提供した同じ分子の波長2.6mmスペクトル線のデータと比較した結果、分子ガスの物理状態が、北半球から見える銀河系第一象限とは異なった分布を示すことがわかった。その原因を考察した結果、南北の違いは、分子ガスの状態が銀河系の渦巻きの腕に対応するところで著しく変化するたであろうと推論された。この発見をさらに追求するために、銀河系第4象限の特定領域の、さらに詳細な二次元マッピング観測を開始した。これまでに約50平方度、3000点以上のデータが取得された。この観測は次年度以降さらに発展させる方針である。●大マゼラン雲の観測大マゼラン雲は、銀河系が誕生したころの星形成の様子を今に残す「生きた化石」である。チリ大学の共同研究者の協力を得て大マゼラン雲内の28点を選び、高感度観測をおこなって、そこでのガスの性質を調べた。その結果、大マゼラン雲の不規則な見かけとは裏腹に、ガスの性質は規則的に変化していることが見いだされた。すなわち、大マゼラン雲の回転中心からの距離が遠くなるにつれて、ガスの密度が下がるのである。これは全く予想外の発見で、学会等で議論を呼んでいる。●研究打ち合わせ共同研究者とは、電子メール、郵便などによる連絡の他に、観測や国際会議などの際にできるだけ機会を見つけて打ち合わせ会議を持った。特に1995年5月には、アメリカ合衆国に共同研究者・研究協力者が集まり、観測の計画や、観測データの解析に関する突っ込んだ打ち合わせ会を行った。北天のサーベイを行っているアメリカ合衆国の共同研究者を含めたこの際の議論は、北天のサーベイと南天のサーベイの相互比較や、銀河系と大マゼラン雲との相互比較という観点を明確にするという点で、大きな収穫があり、その後の観測に生かされた。●今後の計画平成9年度以降の観測については、国際学術研究(共同研究)の採択内々定の通知を得ている。本研究で得られた知見をさらに確かなものにするとともに、さらに詳細なデータに基づいて全く新しい研究を展開すべく、観測を続行する予定である。また、観測の効率を上げるために、観測装置のグレードアップすべく、日本の実験室でそのための装置開発を進めている。●ヨーロッパ南天天文台に設置した60cm電波望遠鏡による観測の実施以下のように4回にわたりチリ共和国のヨーロッパ南天天文台に研究者および研究協力者を派遣し、60cm電波望遠鏡による観測および装置の整備を行った。その結果、以下の研究成果を得た。平成7年5月28日- 7月15日:瀬田益道および佐藤功美子
心の理論の創発に関する構成的研究

本研究では,構成的手法を用いて心の理論の創発に関する進化的基盤を理解し,それに基づくシステム構築のための知見を得た.1)シグナリングに基づく交渉とゲーム戦略決定という2段階から成るモデルを設計し,進化シミュレーションを行った.譲る合図を示すタイミングで調停する「収束型」と両者のシグナルの共振で調停する「振動型」という2つのコミュニケーションが創発することが示された.2)視線制御形質に基づく,読心と読心を前提とした他者操作の間の共進化に基づくコミュニケーション成立機構を検討した.進化シミュレーションの結果,コストにもかかわらず視線を動かすことの適応性が示された.3)心の理論と密接に関連する表現型可塑性に関する進化シミュレーションの結果,原初的文法が2段階の進化(ボールドウィン効果)を経て創発すること,一般的な量的形質において3段階から構成される進化シナリオがありうること,多峰性の適応度地形においてボールドウィン効果が繰り返し生じ,高適応度を獲得することが示された.4)心の理論の創発において利他性が必要条件となる可能性を考え,マルチレベル選択における集団構造の維持条件を検討した.進化シミュレーションの結果,環境応答移住と進化によって,少数の協力者からなるグループが拡がる創始者効果が相乗的に働くことや,環境悪化に特異的に反応して移住することが協力者と非協力者のグループを分離し,協力進化を促進することが示された.5)具現化進化型ロボット実験システムに対して,制御器との共進化系としての先行評価系を導入して,心の原初的段階を検討した。プロトタイプ評価実験の結果,先行評価系による実評価個体の選別により低レベル個体の適応度評価を抑制しロボット行動を安定化することや,先行評価系も実環境へ適応するように進化していることが示された.本研究では,構成的手法を用いて心の理論の創発に関する進化的基盤を理解し,それに基づくシステム構築のための知見を得た.1)シグナリングに基づく交渉とゲーム戦略決定という2段階から成るモデルを設計し,進化シミュレーションを行った.譲る合図を示すタイミングで調停する「収束型」と両者のシグナルの共振で調停する「振動型」という2つのコミュニケーションが創発することが示された.2)視線制御形質に基づく,読心と読心を前提とした他者操作の間の共進化に基づくコミュニケーション成立機構を検討した.進化シミュレーションの結果,コストにもかかわらず視線を動かすことの適応性が示された.3)心の理論と密接に関連する表現型可塑性に関する進化シミュレーションの結果,原初的文法が2段階の進化(ボールドウィン効果)を経て創発すること,一般的な量的形質において3段階から構成される進化シナリオがありうること,多峰性の適応度地形においてボールドウィン効果が繰り返し生じ,高適応度を獲得することが示された.4)心の理論の創発において利他性が必要条件となる可能性を考え,マルチレベル選択における集団構造の維持条件を検討した.進化シミュレーションの結果,環境応答移住と進化によって,少数の協力者からなるグループが拡がる創始者効果が相乗的に働くことや,環境悪化に特異的に反応して移住することが協力者と非協力者のグループを分離し,協力進化を促進することが示された.5)具現化進化型ロボット実験システムに対して,制御器との共進化系としての先行評価系を導入して,心の原初的段階を検討した。プロトタイプ評価実験の結果,先行評価系による実評価個体の選別により低レベル個体の適応度評価を抑制しロボット行動を安定化することや,先行評価系も実環境へ適応するように進化していることが示された.心の理論とは,ある個体が他者(または自己)の心の状態,目的,信念,推測などを推測する心の機能のことである.本研究では,構成的手法を用いて心の理論の創発に関する進化的基盤を理解し,その成果を応用したシステム構築のための知見を得ることを目的とする.本年度は,特に,行動予測装置,及びコミュニケーション基盤としての心の理論の側面を追究した.第一に,不平等な調整的状況における動的シグナリングの進化的獲得と,獲得されたシグナリングのダイナミクスに焦点を合わせ,行動の前に相互にシグナルを送りあい,その後同時に行動をするというモデルを設計した.不平等な調整ゲームを用いて進化シミュレーションを行った結果,不平等度が高ければコミュニケーションは進化しないが,それほど不平等でないような状況であればシグナルを用いてうまく両者の行動の組を決定するように進化した.第二に,視線制御の形質に基づく,心を読むことと,読まれることを前提とした他者操作の間の共進化に基づくコミュニケーションの成立メカニズムを検討した.衝突回避タスクを対象として各エージェントが他個体の視線方向に応じて自分の視線を制御するエージェントベーストモデルを設計した.進化シミュレーションを行った結果,視線を進行方向からそらすコストの存在にもかかわらず,視線を動かすことの適応性が示された.さらに,視線のもつ役割に関して相互情報量などを用いて詳細に解析した.第三に,心の理論と密接に関連する原初的な文法の処理能力を支える表現型の可塑性について,進化と学習の相互作用の観点から計算的モデルを構築した.進化シミュレーションの結果,原初的な文法が2段階の進化の過程(ボールドウィン効果)を経て創発することが示された.さらに,より一般的な量的形質が進化するモデルを構築し,3ステップに分かれるような進化シナリオがありうることを示した.本研究の目的は,心の理論(他者や自己の心の状態,目的,信念,推測などを推測する心の機能)の創発に関する構成的手法を用いた進化的基盤の理解,及び,その成果を応用したシステム構築のための知見の獲得である.成果は以下の通りである.

1)シグナリングに基づく交渉とゲーム戦略決定という2段階から構成されるエージェントベースモデルを設計し,進化シミュレーションを行った.その結果,譲る合図を示すタイミングで調停する「収束型」と両者のシグナルの共振で調停する「振動型」という2つのコミュニケーションが創発することが示された.2)心の理論の創発において利他性が必要条件となる可能性を考え,マルチレベル選択における集団構造が如何に継続しうるかを検討した.進化シミュレーションの結果,環境応答移住と進化メカニズムによって,少数の協力者からなるグループが生成され集団中に拡がる創始者効果が相乗的に働くことや,環境悪化に特異的に反応して移住することが協力者と非協力者のグループを分離し,協力進化を促進することが示された.3)心の理論と密接に関連する進化と学習の相互作用を明らかにするために,形質の適応性とエピスタシスの影響に相関が存在する多峰性の適応度地形を用い,表現型可塑性の進化に関する計算機実験を行った.その結果,ボールドウィン効果が繰り返し生じ,集団は進化のみの場合と比較してより高い適応度を獲得することが示された.4)プロトタイプを構築している具現化進化型ロボット実験システムに対して,コントローラとの共進化系としての先行評価系を導入して心の原初的段階を検討した.プロトタイプの評価実験の結果,先行評価系による実評価個体の選別により低レベル個体の適応度評価を抑制し安定したロボット行動を実現することや,先行評価系も実環境へ適応するように進化していることが明らかになった.
地域環境ガバナンスにおけるモラルの尊重とルールの構築に関する倫理的価値構造の分析

本研究では、自然環境の保全や資源管理をめぐる倫理的課題を分析し、ボトムアップの保全・再生事業を支える理念と実践プロセスを考察した。地域環境のガバナンスを考えていくうえで、風景や環境の価値認識の差異、土地所有から生じる権利や義務の問題、資源管理を支援・規制するための社会制度、地域のソーシャルキャピタル、人びとの価値観や思いなどといった視点から課題を整理していく必要がある。本研究では、新潟県佐渡市で進めた地域環境整備に向けた対話と協働の実践を通して、これらの課題について分析し、ガバナンスの推進において「多層的コモンズの包括的認識」と「プロセスと成果のオーナーシップの獲得」が重要であることを示した。本研究の目的は、地域住民参画による環境ガバナンスにおいて、「自然環境保全と資源管理における各主体のモラルの尊重」と「共有可能なルールの構築」をいかに実現するか、環境倫理学的な視点から課題を明らかにすることを目的とする。平成25年度は、国内の環境保全事業を対象に、事業の推進体制の調査や関係者への聞き取りを行い、持続可能な環境ガバナンスに向けた課題の整理を行った。主な調査対象である新潟県佐渡市の加茂湖の環境保全では、平成24年度までの実践成果が大きな評価を得たことで、今年度より事業規模が大幅に拡大している。規模拡大に従い、関与者の増大が必要となるが、企画から参加する人の数は殆ど増えておらず、労働力を提供しているだけの人数が増加している。関与者が増えるにつれ、各人のかかわり方が希薄化する傾向にあり、参加意識の深まりが課題となってくる。一方、加茂湖の環境保全の波及効果として始まった福浦集落の市民主導型環境保全事業は、既存の集落が実施主体となっているため、情報共有の流れが明確で、人びとの連携やガバナンスのための合意形成も図りやすい状態にある。住みやすい地域づくりのために、津波避難道の自主的整備、歴史文化伝統の調査などを精力的に行っているが、若手の参加の低迷という深刻な課題もあり、サステナブルなガバナンスに向けた工夫が必要となっている。これらの事例とステークホルダー数が非常に大きい東京都善福寺川の自然再生を比較しながら、異なる空間的・社会的規模からガナバンスの課題と条件を整理するための分析軸を抽出している。また、今年度より、海外の市民参加事業との比較研究を開始した。オランダやフランスのランドスケープ研究者(Wybe Kuitert氏、Alban Mannisi氏)と情報共有や意見交換を行い、市民性や統治システムの違いがガナバンスモデルにどう影響するかを今後考察する。本研究の目的は、環境ガバナンスを地域住民の参画のもと進めていくうえで、「自然環境保全と資源管理における各主体のモラルの尊重」と「共有可能なルールの構築」をいかに実現するか、環境倫理学的な視点から課題を明らかにすることである。これまで、新潟県佐渡市加茂湖の環境保全の事例を中心に調査を進め、市民主導型の保全においてどのような課題が生じているか(生じる可能性があるか)について整理をしてきた。H26年度は、佐渡島の事例に加え、多様な条件のもと進められている事例について現状と課題を調査し、異なる空間的・社会的規模の事例の比較を行った。九州、近畿、東海エリアで行政機関が主導的に進めている事業において、いかに市民参加のプロセスを構築し、地域環境の維持管理を目指そうとしているかを調査した。また、今年度は歴史的インフラ整備の事例として、行基(668-749)と角倉了以(1554-1614)についての調査も行った。政府主導の事業を市民参画によって真の公共事業へと発展させた行基と、企業の力で公共事業を進めた角倉了以の思想と実践から、現代の環境ガバナンスに生かせる視点を考察した。どのように公共善を個人のインタレストと合わせて定義づけていくかが重要であり、そのために多様な価値を包括する思想やしくみを発展させる必要がある。「持続可能性」という一見したところ公共性の高いコンセプトでさえも、後継者不足・少子化などの問題によってその価値が実感できなくなっているという現状を踏まえ、価値の共有と深化の場づくりを進めていくことが、ガバナンスの基盤づくりにつながる。さまざまな倫理的課題を踏まえて何らかの実践的成果を生み出していくうえで、対話や合意形成といったコミュニケーションは不可欠である。本研究の成果は、佐渡島での環境保全に向けた合意形成、ならびに宮城県仙台市で進めている子どもたちの対話力教育につなげ、社会還元を図っている。本研究の目的は、地域住民参画による環境ガバナンスにおいて、「自然環境保全と資源管理における各主体のモラルの尊重」と「共有可能なルールの構築」をいかに実現するか、環境倫理学的な視点から課題を考察し、ボトムアップの環境保全・自然再生事業を支えるための理念を明らかにすることである。本研究では、新潟県佐渡市の加茂湖流域で環境ガバナンスの主体形成と実践を進め、また、他地域の事例の比較調査を通して、考察を進めてきた。実践的な成果として、加茂湖の保全に向けた協働のプラットホームの強化と、流域集落で始まった住民主導型防災地域づくりがある。この地域づくりは、70-90代の高齢者が中心となって進めたもので、高齢化が進む社会での持続可能なまちづくりのモデルとして、EcoJapanCupや市民普請対象などで評価された。実践活動の深化によって、ガバナンスの理論の考察も具体的な成果にもとづくものとなった。

最終年度である平成27年度は、主要研究フィールドである新潟県佐渡市加茂湖流域の環境ガバナンスに中心的にかかわってきた地域住民を対象にヒアリング調査を行い、これまでの実践成果をふりかえりながら、ボトムアップで公共空間を保全していくことの意義と、その過程で直面する課題について整理、分析した。地域環境の持続的な保全に向けてボトムアップの取り組みが益々重視されるなか、実践的成果へとつながる研究を生み出すためには、成果を研究者間だけでなく、行政、市民等に対しても広く共有することが望ましい。こうした考えのもと、成果を小冊子としてまとめ配布した。この冊子では、加茂湖流域だけでなく、他地域の事例も参考に、現場で見えてくる課題について「多角的価値認識の意義」「私有と公有の問題」「風景のコモンズ化」「保全の主体形成」「オーナーシップの獲得」という5つの視点から考察した。本研究では、自然環境の保全や資源管理をめぐる倫理的課題を分析し、ボトムアップの保全・再生事業を支える理念と実践プロセスを考察した。地域環境のガバナンスを考えていくうえで、風景や環境の価値認識の差異、土地所有から生じる権利や義務の問題、資源管理を支援・規制するための社会制度、地域のソーシャルキャピタル、人びとの価値観や思いなどといった視点から課題を整理していく必要がある。本研究では、新潟県佐渡市で進めた地域環境整備に向けた対話と協働の実践を通して、これらの課題について分析し、ガバナンスの推進において「多層的コモンズの包括的認識」と「プロセスと成果のオーナーシップの獲得」が重要であることを示した。他地域の事例調査を進めることで、主な研究対象地域である新潟県佐渡市での環境ガバナンスに関する課題やアプローチの特徴が明らかとなり、考察を深めることができた。調査した事例は、行政主導の市民参加、行政と市民の協働、市民の草の根活動と、タイプが異なるため、環境ガバナンスの多様な形態を踏まえて課題やメリットを整理・分析することができた。また、歴史的なインフラ整備事業の調査では、当時の人びとのwell-beingをいかにして実現していくかという観点が充実していることで、参加者の輪が広がっていることや、長い時を超えて現代の人びとの福祉にも大きく貢献していることが確認できた。包括的視点で公共事業を進めていくことの重要性を再認識することにつながり、また、日本の文化や風土に根ざしたガバナンスというものを考えていくうえで鍵となる視座を得るに至った。環境倫理蓄積された多様な事例のデータについて「モラルの課題」と「ルールの構築」を軸に分析を行う。新潟県佐渡市の事例については、引き続き実践的立場から事業推進のプロセスを構築し、社会的・倫理的諸課題を整理する。他地域の調査については、これまでの成果を佐渡市の事例との比較において掘り下げながら、必要があれば追加調査を行う。最終年度にあたるため、研究成果のまとめと発信、特に国外での成果共有に重点を置いて研究を進める。Carnegie Council for Ethics in International Affairs、Oxford Uehiro Center for Practical Ethics、公益財団法人上廣倫理財団共催の国際シンポジウム(10月開催)にて、本研究の成果の一部を発表する予定である。また、主な調査フィールドである新潟県佐渡市では、研究成果を地域に還元するための市民向け研究会を開催する。また、研究成果は小冊子等にまとめ、共有を図る。
システム生物学的方法論による乳癌幹細胞の自己複製と分化の分子機構の解明

システム生物学的解析手法の一つであるGene set enrichment analysis(GSEA)法により、乳癌幹細胞において炎症性免疫応答関連シグナルが亢進していることを見出し、転写因子NF-κBが乳癌幹細胞の自己複製能を制御することを明らかにした。近年、高い腫瘍形成能を保持する癌幹細胞の存在が明らかとなってきているが、その特徴については未解明な部分が多い。そこで乳癌幹細胞に特異的な遺伝子を同定することを目的として、まずヒト乳癌細胞株から癌幹細胞画分であるCD24-/low CD44+画分と、対照群としてCD24+CD44+画分をソーティングし、マウス移植モデルにおいて癌幹細胞画分の高い腫瘍形成能を確認した。次に、両画分の遺伝子発現パターンについてcDNAマイクロアレイによる解析を行なった。GSEA(Gene set enrichment analysis)によりアレイデータを解析した結果、癌幹細胞画分ではTGF-βpathways, Ras pathways, TNF responseならびにIFN responseに関する遺伝子セットの濃縮が認められた。また、GSEA解析から得られた癌幹細胞画分で高発現している遺伝子についてqRT-PCRによるValidationを行い、VEGFA、CCL5、IL8、SDF2LならびにTLR1の癌幹細胞画分における高発現を確認した。さらに、TNF、IFNパスウェイ共通の因子であるNF-κBの活性を検討した結果、乳癌幹細胞画分では対照群と比べてNF-κBの活性化が認められた。以上より乳癌幹細胞ではNF-κB等の炎症性免疫応答関連遺伝子群が活性化していることが示唆された。癌幹細胞による腫瘍形成の新たな分子機構を明らかにするために、今後これらの遺伝子群の癌幹細胞における役割についてさらに詳細な解析を進めていく。本研究は乳癌幹細胞の維持に関わる分子機構の解明を目的としており、昨年度行なったシステム生物学的解析から、乳癌幹細胞ではNF-κB等の炎症性免疫応答関連遺伝子群が活性化していることを見出している。しかしNF-κBを介した癌幹細胞制御の分子機構については未だ不明瞭な部分が多いため、本年度はNF-κBシグナルの乳癌幹細胞における役割の解明を試みた。まず乳癌幹細胞の培養法であり、in vitroでの自己複製能を検討するためのアッセイ法であるスフィア培養系を構築した。この系を用いてヒト乳癌細胞株中の癌幹細胞画分の培養を行なったところ、通常の接着培養時の細胞に比べてスフィア細胞ではNF-κBの活性が上昇していることが明らかとなった。さらに乳癌スフィアは、NF-κBインヒビターの投与やNF-κB抑制型mutantであるIκB-SRの発現によりその形成能が阻害されることを見出した。これらの知見から、NF-κBは乳癌幹細胞の自己複製能の維持に関わることが示唆された。また、NF-κBはPI3K/Akt経路による制御をうけることが報告されている。そこでまず、乳癌細胞株をPI3Kインヒビターで処理したところ、NF-κB活性の減少が認められた。次に、乳癌スフィアの形成にPI3K/Akt経路が関わるかどうかを検討したところ、PI3Kインヒビターの投与によりスフィアの形成は阻害された。以上より乳癌幹細胞の自己複製はPI3K/Akt経路を介したNF-κB活性により規定されていることが示唆された。これらの知見はNF-κBを介した癌幹細胞制御機構の一端を明らかにしたものであり、今後より詳細な分子メカニズムを明らかにすることで、癌幹細胞の選択的治療法の確立につながることが期待される。
契約不適合責任と契約類型

本年度は,各種の契約類型のうち,売買における契約不適合責任に照準を合わせて,わが国の民法改正の背景と議論状況の整理・分析を行った。これは,わが国の改正民法が「売買」を中心に契約不適合責任に関する規定を整備していることから,他の契約類型における契約不適合責任の内容を考えるにあたっても,売買における契約不適合責任の規律内容が考察の出発点となると考えられるためである。具体的には,とりわけ次の点について整理・分析を行った。第1に,改正民法における契約不適合の判断基準及び判断基準時について,法制審議会民法(債権関係)部会の関係資料を精査し,他の関連規定との関係を考察することによって,その内容を明らかにした。第2に,改正民法において買主の追完請求権が新設されるに至った経緯・理由について,上述した関係資料を精査することによって,その内容を明らかにした。買主の追完請求権は,改正民法における新たな契約不適合責任の内容を特徴づけるものであり,他の問題にも影響を与える点で本研究の課題にとって大きな重要性を有している。第3に,改正民法における追完に代わる損害賠償(契約不適合があった場合の追完に代えて請求することができる損害賠償)の要件をどのように解すべきかについて,関連する資料等をもとに考察を行い,その成果を公表した。第4に,契約不適合責任と密接に関連する種類債権の特定の制度について,従来の判例法理が改正民法のもとでどのような意義を有するかの検討を行い,その成果を公表した。本年度に予定していた研究作業は,改正民法における売主の契約不適合責任の内容を,関連する資料を精査すること等によって明らかにすることにあったが,上記の通り,その中心的部分に関しては,実際に成果をあげるに至っており,また,そのうちのいくつかについては,すでに研究成果の公表も完了している。また,いまだ成果の公表に至っていないものについても,公表に向けた準備を進めており,次年度において成果の公表を行う予定である。今後は,本年度の研究成果を踏まえて,まずは,すでに明らかになった研究成果の公表を順次すすめていくことを予定している。そのうえで,2年目以降は,わが国の契約不適合責任の内容について,これまでに明らかになった成果を基礎として,外国法(とりわけドイツ法)との比較法的分析を行うことを予定している。さらには,売買以外の契約類型についても考察対象を順次拡大することを予定している。とりわけ,新しい契約不適合責任の規律を特徴づける買主の追完請求権の制度については,できるだけ早い時期に,その研究成果を取りまとめて書籍として公表することを予定している。当該年度の年度末に本研究で使用する文献の出版が予定されていたことから,その購入のための費用を確保していたところ,その出版に遅れが生じたため,年度末までに購入することができなかった。そのため,その分の支出予定について,次年度使用額が生じた。これについては,翌年度分として請求した助成金と合わせて,本研究で使用する文献の購入費等のために使用することを計画している。
遺伝子の自在な装填を可能にする高効率タンパク質－核酸ハイブリッド型ベクターの創製

膜透過ペプチドとしてHIV-1由来のTAT,核移行シグナルとしてSV40由来のNLSを付加したEGFPを用い,EGFPのSf9昆虫細胞への輸送挙動を共焦点レーザー顕微鏡により調べた。その結果, TATとNLSをこの順にEGFPに結合させることにより,EGFPはSf9の細胞膜を透過して30分以内に核内まで輸送されることが分かった。次に,TAT-NLSを付加した活性型および不活性型ストレプトアビジンの1:3四量体を作成し,さらにこれにビオチン化遺伝子と結合させ,TATとNLSを有する新規な遺伝子ベクターを構築した。現在,Sf9細胞を用いてこの遺伝子ベクターの輸送能および輸送条件を検討している。培養細胞による組換えタンパク質の生産や遺伝子治療などにおいては、外来遺伝子を宿主細胞に効率的に導入する必要がある。本研究では、ウイルス感染による遺伝子導入プロセスを模倣し、タンパク質(protein)と核酸(nucleic acid)から構成され、かつ遺伝子の自在な装填を可能にする新規なハイブリッド(hybrid)型ベクター(hPN)を創製することを目的とする。ウイルス感染の模倣には核局在化シグナル(NLS)および膜融合ペプチド(TAT)を選択し、これらシグナル配列の細胞核内への輸送能力を調べるために強化緑色蛍光タンパク質と(EGFP)との結合体を作成し、Sf9昆虫細胞と混合してそのトラフィキングを蛍光顕微鏡により観察した。その結果、EGFPおよびNLS-EGFPは細胞内に進入できないが、膜融合ペプチドを有するTAT-EGFPとTAT-NLS-EGFPは細胞内に進入でき、さらに核局在化シグナルと膜融合ペプチドの両方を有するTAT-NLS-EGFPのみが核膜も透過して細胞核内に局在化することを明らかにした。次に、核内まで運搬することが出来たシグナル配列TAT-NLSと目的遺伝子を自在に結合させるために、TAT-NLS結合ストレプトアビジン(TAT-NLS-aSA:活性型とTAT-NLS-dSA:不活性型)を生産する組換え大腸菌を構築した。さらに、組換え大腸菌の大量培養によりTAT-NLS-aSAとTAT-NLS-dSAを生産し、Hisタグによるアフィニティークロマトグラフィーにより精製した。また、細胞核内に移送するモデル遺伝子として、昆虫ポリヒドリンプロモーターの5'側に制限酵素認識部位を有し3'側にEGFPのcDNAを連結させたものを作成した。培養細胞による組換えタンパク質の生産や遺伝子治療などにおいては,細胞内へ遺伝子を効率的に導入することが求められる。本研究では,ウイルス感染を模倣して,タンパク質(Protein)と核酸(Nucleic acid)から成り,遺伝子の自在な装填を可能にする新規なハイブリッド(hybrid)型ベクター(PNh)を創製することを目的とする。ウイルス感染機構の模倣には,これまで報告されているウイルスのシグナルペプチドライブラリーの中から,有望と思われる核局在シグナル(NLS)および膜融合ペプチド(TAT)を選択し,さらに,シグナルペプチドを有し,かつ遺伝子を自在に装填できるタンパク質には,ビオチン化を介してDNAと強く結合出来るストレプトアビジンを用いることとした。なお,ストレプトアビジンは4量体を形成するため,4個のビオチン結合サイトを有することになることから,比較検証のためにストレプトアビジンは活性型(SAv-a)と不活性型(SAv-d)の2種類を用いた。シグナルペプチドと各ストレプトアビジン,さらに精製のためのヒスチジンタグを有する融合タンパク質(TAT-NLS-SAv-a,TAT-NLS-SAv-d,TAT-SAv-a,TAT-SAv-d,NLS-SAv-a,NLS-SAv-d)を発現する大腸菌の形質転換体(6種)を作成した。一方, NLSとTATの有効性を確認するために,上記と並行して,ストレプトアビジンに代えて強化緑色蛍光タンパク質(EGFP)を有する融合タンパク質(TAT-NLS-EGFP,TAT-EGFP,NLS-EGFP)を発現する大腸菌の形質転換体(3種)を作成した。培養細胞による組換えタンパク質の生産や遺伝子治療などにおいては,外来遺伝子を宿主細胞に効率的に導入する必要がある。本研究では,ウイルス感染による遺伝子導入プロセスを模倣し,タンパク質(Protein)と核酸(Nucleic acid)から構成され,かつ遺伝子の自在な装填を可能にする新規なハイブリット(Hybrid)型ベクター(hPN)を創製することを目的とする。昨年度において,膜透過ペプチド(TAT)YGRKKRRQRRおよび核移行シグナル(NLS)PKKKRKVをこの順に結合させた強化緑色蛍光タンパク質(TAT-NLS-EGFP)は,Sf9昆虫細胞に輸送されて30分以内に核内に局在化することを見出した。

本年度はさらにTATとNLSの順序を逆にしたNLS-TAT-EGFPの細胞輸送挙動を調べたところ,NLS-TAT-EGFPは細胞内に輸送されるものの,核内には到達できないことが分った。これは,細胞内でTAT部位が加水分解され,EGFPからNLSが欠落したためと推察された。さらに,hPN本体のタンパク質部分を構成し,細胞輸送を可能にするTAT-NLSを結合させたストレプトアビジン(TAT-NLS-aSA:活性型およびTAT-NLS-dSA:不活性型)について,大腸菌による生産を試みたところ,その殆どは水不溶な沈殿として発現してしまう問題が生じた。そこで,組換えタンパク質の可溶化発現に有利とされるコールドショックプロモーターを利用した組換え大腸菌を構築した。その結果,可溶化TAT-NLS-aSAとTAT-NLS-dSAの収量が大幅に向上した。現在,Hisタグによるアフィニティクロマトグラフィーにより精製したTAT-NLS-aSAとTAT-NLS-dSAの4量体にビオチン化遺伝子を結合させたhPNを調製中であり,そのSf9昆虫細胞へのトランスフェクションを検討している。生物化学工学平成24年度において、用意しておいた細胞培養系に大規模なコンタミネーションが発生し、新たに細胞を準備して無血清培地に順化させるために時間を要し、研究計画に大きな遅れが生じた。さらに、平成25年度においては研究施設が入っている建物の改修工事が決まり、十分な実験環境と時間が確保できない等の事態が生じたために、予定していた実験の一部は断念せざるを得ない状況となった。なお、この改修工事は平成25年度内に終了する予定であったが、東日本大震災復興事業等の影響による建築資材コストの上昇ならびに建築工事作業者不足などのために、工事期間が平成26年度前半まで約4ヶ月間延長されることになった。当初は,NLSおよびTATとEGFPを融合させたタンパク質(TAT-NLS-EGFP,TAT-EGFP,NLS-EGFP)を用い,これを昆虫細胞系に添加して細胞内トラフィキングを蛍光顕微鏡によって観察し,NLSおよびTATのシグナルペプチドとしての性能を評価するところまで研究を行う予定であったが,この最後の段階は実施することが出来なかった。これは,用意していた昆虫細胞にコンタミネーションが生じ,凍結保存していた細胞を解凍して無血清培地に馴化させるまでに多くの時間がかかってしまったことが原因である。しかし,この時間を利用して,当初は予定していなかった不活性型ストレプトアビジンの融合タンパク質の発現系を構築した。改修工事のために実験環境が制約された条件で研究を行わざるを得なくたったため、最終年度に計画していた動物実験を含む応用研究の実施が非常に厳しくなった。そこで、最終年度は培養細胞系を用いる研究内容の充実を図ることとし、応用研究の不足分を補完する。ストレプトアビジンは4量体を形成してそれぞれがビオチンと結合するが、単量体のままではビオチンと結合しない。したがって、通常の活性型ストレプトアビジンを用いた場合にはその4量体に目的遺伝子4つが結合した巨大分子が形成されることになり、この分子の巨大化が細胞内移動を抑制してしまうことが危惧される。
ストレス刺激下における骨芽細胞の神経ペプタイド受容体発現の検討

歯周病は,歯周病関連細菌の感染により起こる炎症性疾患であり,宿主の免疫応答によりその進行が調節される.我々は,歯周病のリスクファクターの1つであるストレスと歯周病の関係を解明するために,実験的歯周炎を惹起したラットに拘束ストレスを与えた結果,歯槽骨吸収が著明に進行することを報告した.しかしながら拘束中のクレンチングが歯周病の進行を助長している可能性があると考え、咬頭を削合した状態で拘束ストレスを与えた結果,同様に歯槽骨吸収が進行した.この結果より,咬合因子は歯槽骨吸収には関与せず,拘束ストレスが歯槽骨吸収促進に直接関与している可能性が示唆された.また,ラットに拘束ストレスを与えると,炎症性歯周組織の血管周囲付近における神経線維の密集像と数珠状化,および神経末端部が黒く膨隆した房状像が多く認められた.そこで、我々は神経ペプチドの1つであるサブスタンスP(SP)に着目し,そのレセプターのメッセンジャーRNA(mRNA)がラット歯槽骨周囲の細胞に発現しているか否かを検索した.SPは,脳,脊髄,腸,骨組織,歯周組織に広く存在し,痛覚伝達や平滑筋の収縮,血管拡張などの作用を調節すると報告されている.また,単球やマクロファージ,Tリンパ球,Bリンパ球などの免疫担当細胞中にSPのレセプター(SPR)が存在し,免疫系の調節にも関与していることが報告されている.さらにSPRが,骨細胞,骨芽細胞,破骨細胞など,骨に関連する細胞中に発現している可能性も報告されており,SPがSPRを介して,直接,骨代謝も調節している可能性がある.そこで今回,歯槽骨周囲におけるSPRのmRNA発現と局在をin situ hybridization法により検索した結果,歯槽骨周囲にSPRのmRNA発現細胞が多く認められた.また,これらのに多くがTRAP陽性を示し,SPR mRNA陽性細胞とTRAP陽性細胞が同一の細胞であると思われる細胞も多く確認された.これらの結果から,ラットに拘束ストレスを与えると,末梢神経終末から放出されたSPが歯槽骨周囲の骨代謝関連細胞(骨芽細胞,破骨細胞)のSPRに作用することにより,活性化させる結果,歯槽骨吸収を促進させることが示唆され,ストレスと歯周病進行とを関連づける意義のある知見が得られた.歯周病は,歯周病関連細菌の感染により起こる炎症性疾患であり,宿主の免疫応答によりその進行が調節される.我々は,歯周病のリスクファクターの1つであるストレスと歯周病の関係を解明するために,実験的歯周炎を惹起したラットに拘束ストレスを与えた結果,歯槽骨吸収が著明に進行することを報告した.しかしながら拘束中のクレンチングが歯周病の進行を助長している可能性があると考え、咬頭を削合した状態で拘束ストレスを与えた結果,同様に歯槽骨吸収が進行した.この結果より,咬合因子は歯槽骨吸収には関与せず,拘束ストレスが歯槽骨吸収促進に直接関与している可能性が示唆された.また,ラットに拘束ストレスを与えると,炎症性歯周組織の血管周囲付近における神経線維の密集像と数珠状化,および神経末端部が黒く膨隆した房状像が多く認められた.そこで、我々は神経ペプチドの1つであるサブスタンスP(SP)に着目し,そのレセプターのメッセンジャーRNA(mRNA)がラット歯槽骨周囲の細胞に発現しているか否かを検索した.SPは,脳,脊髄,腸,骨組織,歯周組織に広く存在し,痛覚伝達や平滑筋の収縮,血管拡張などの作用を調節すると報告されている.また,単球やマクロファージ,Tリンパ球,Bリンパ球などの免疫担当細胞中にSPのレセプター(SPR)が存在し,免疫系の調節にも関与していることが報告されている.さらにSPRが,骨細胞,骨芽細胞,破骨細胞など,骨に関連する細胞中に発現している可能性も報告されており,SPがSPRを介して,直接,骨代謝も調節している可能性がある.そこで今回,歯槽骨周囲におけるSPRのmRNA発現と局在をin situ hybridization法により検索した結果,歯槽骨周囲にSPRのmRNA発現細胞が多く認められた.また,これらのに多くがTRAP陽性を示し,SPR mRNA陽性細胞とTRAP陽性細胞が同一の細胞であると思われる細胞も多く確認された.これらの結果から,ラットに拘束ストレスを与えると,末梢神経終末から放出されたSPが歯槽骨周囲の骨代謝関連細胞(骨芽細胞,破骨細胞)のSPRに作用することにより,活性化させる結果,歯槽骨吸収を促進させることが示唆され,ストレスと歯周病進行とを関連づける意義のある知見が得られた.【方法】実験動物には,生後7週齢のウイスター系雄性ラット100匹を用い,A群(拘束ストレス負荷群)とB群(非拘束群)の各群50匹ずつに分けた.動物の歯周組織に炎症性変化を惹起させる目的で,上顎右側第2臼歯(M2)の歯頚部にナイロン糸を結紮し,B群にはストレスを与えず,A群は糸挿入後,隔日間隔で金網による拘束を夜間12時間行った.血液検査として,血漿副腎皮質刺激ホルモン(ACTH),およびアドレナリン濃度測定を,実験開始直前および開始後2,4,16,8,10日目に行った.同時に屠殺も行い,通法に従い作製した組織切片を光学顕微鏡下で,M2根分岐部の歯周組織を組織学的,組織形態計測学的に検索した.【結果】

両群とも順調な体重増加が認められたが,A群ではストレス負荷後,低い体重増加を示した.血液検査では,A群のACTH,アドレナリン濃度が高い値を示し,また,胸腺の相対重量は有意に減少しており,A群でストレスに応答していることが推察された.組織学的には,A群のM2根分岐部における骨吸収がB群に比して進行しており,さらに,神経変性度をコード化し,歯根膜における神経線維の変性度合について検索した結果,コード数が高いほど,炎症性細胞が多くみられた.【考察】以上の平成13年度の研究結果により,歯周病の進行にストレスが関与し,さらに,ストレスの影響の1つとして,病変部に神経原性炎症の惹起が関与しているものと示唆された.すなわち,拘束ストレスにより交感神経の活動が亢進することにより,神経末端部で神経ペプチドが分泌され,炎症性細胞が活性化されてその周囲に炎症性細胞を集積させる,神経原性炎症が生じ,本研究における実験的歯周炎の進行を増強したことが推測された.この所見をもとに,来年度は神経ペプタイドの1つであるサブスタンスPのレセプターの発現を検索していく予定である.平成13年度の結果より,ラットにおいて拘束ストレスが,歯槽骨吸収を促進することが判明した.そこで,平成14年度は,より詳細に解明するため,歯槽骨周囲での神経ペプタイド受容体の発現を検索した.【方法】実験動物にはウイスター系雄性ラット60匹を用いた.炎症性変化を惹起させるため,ラットの第2臼歯(M2)歯頚部に,縫合用糸を結紮した.その後,S群(拘束ストレス群)とN群(非拘束ストレス群)の2群に分けた。S群には実験期間中,毎夜12時間,金網による拘束ストレスを与えた.糸結紮後2,4,6,8,10日目に,各群5匹ずつ,末梢血を採取して血漿アドレナリン濃度を測定した.さらに,胸腺重量,胃潰瘍数を測定して,拘束ストレスの指標とした.また,上顎骨を摘出し,M2の近遠心方向の連続組織切片を作製した.組織切片は,H-E染色,神経ペプタイドの1つであるサブスタンスPレセプター(SPR)発現に対するin situ hybridization法,およびTRAP染色にて検索し,光学顕微鏡下で主としてM2根分岐部の歯周組織を組織学的,および組織形態計測学的に検索した.【結果】平成13年度の結果と同様に,S群に胸腺の萎縮,血漿アドレナリン濃度の上昇,および胃潰瘍の発症が認められ,さらに,S群ではN群と比較して,ストレス負荷後8,10日目において,M2根分岐部歯槽骨の吸収が著明に認められた.SPRに関して,S群4日目以降において,N群と比較して著明にSPRのmRNA陽性細胞数が多かった.また,S群では2日目以降多くのTRAP陽性細胞が認められた.SPRのmRNA陽性細胞は歯槽骨周囲に発現しており,TRAP陽性細胞と同一の細胞であると思われる箇所も確認された.【考察】これらより,拘束ストレス負荷状態では,SPRが骨周囲細胞に多く発現し,骨代謝細胞を活性化させ,歯槽骨吸収の促進に関与していることが示唆された.歯周病は,歯周病関連細菌の感染により起こる炎症性疾患であり,宿主の免疫応答によりその進行が調節される.我々は,歯周病のリスクファクターの1つであるストレスと歯周病の関係を解明するために,実験的歯周炎を惹起したラットに拘束ストレスを与えた結果,歯槽骨吸収が著明に進行することを報告した.しかしながら拘束中のクレンチングが歯周病の進行を助長している可能性があると考え、咬頭を削合した状態で拘束ストレスを与えた結果,同様に歯槽骨吸収が進行した.この結果より,咬合因子は歯槽骨吸収には関与せず,拘束ストレスが歯槽骨吸収促進に直接関与している可能性が示唆された.
非接触光導波路分光法の確立と基板界面上のタンパク質の解析

導波路測定において、入射光に偏光を用いることによる分子の配向解析をさらに発展させることを目的とした。DNA塩基対からなるLB膜中に導入したアクリジンオレンジ分子の存在状態について解析を行った。その結果、縦方向のTM偏光と横方向のTE偏光を用いた場合で、その吸光度は大きく異なった。赤外域の内部反射測定法であるATR法で用いられる分子の傾きを算出する式から、アクリジンオレンジがDNAの膜に対して約30°傾いた状態で存在していることが示唆された。さらに、メチレンブルー水溶液が導波路上で風乾していく間に生じる配向、および会合状態についてリアルタイムでの追跡を行った。その結果、メチレンブルー水溶液中の分子は風乾が進むにしたがい、徐々に会合次数を上げながら導波路上に立った状態となり、会合が生じなかった分子は寝た状態で導波路上に残ることがスペクトル変化から示された。さらに、導波路上に作成する電気化学セルシステムを用いて、電気化学で汎用される金電極上に存在する分子の電極応答について検討を行った。金電極の表面の性質を変える、あるいは分子の固定化方法として、広く研究が行われているチオール分子を用いたSAM修飾電極表面に、代表的な電子伝達タンパク質であるチトクロムc (cyt.c)を固定化して解析を行った。その結果、固定化されたcyt.cの電子移動に基づくスペクトル変化が安定に観測され、さらに得られた吸光度変化から酸化還元電位を算出することができた。このようにして算出された酸化還元電位は、同時に得られたCV測定の結果とよく一致した。非接触光導波路分光法を用いた電気化学応答解析により、電極上の分子の電極応答に関する情報を得ることが可能であることを示した。基盤の種類に関わらず、界面に存在する分子について吸収スペクトル解析可能な非接触光導波路分光法をさらに発展させることを目的とした。まず、三角形の測定基盤を作成し、基板の長さ(サンプルの量)を変化させながらスペクトルに及ぼす影響について検討を行った。その結果、サンプル量と吸光度が比例することを確認でき、非接触測定による定量解析の可能性が示唆された。既に明らかにしている吸光度が導波路と基板との間の距離(gap厚)に依存する吸光度のgap厚依存性からも、非接触測定で得られる吸収スペクトル解析によって、基板上の定性的解析だけでなく、定量解析に利用可能であることを示した。また、導波路上に作成する電気化学セルシステムを用い、電極界面に存在する分子の電子移動反応の解析についての検討を進めた。異なる種類の酸化還元活性分子を同一電極上に固定化し、電位印加に伴うスペクトル変化について非接触測定を行った。その結果、それぞれの分子の電極応答に基づく変化をリアルタイムで追跡することができた。さらに、これらの分子の固定化方法を変えて測定を行った結果、スペクトル強度や電極応答が変化することが観測されたことから、分子同士の相互作用や、吸着が起こる際の影響などについての解析も可能であることが示唆された。さらに、入射光に偏光を用いて、導波路上に存在する分子の吸収モーメントについての解析を行った。導波路上に濃度の異なるメチレンブルー溶液をキャストし、これらの試料についてそれぞれ偏光測定による解析を行った。その結果、濃度の増加に伴いメチレンブルーのスタッキング数が増加することに基づくλmaxのシフトが観測された。さらに、高濃度の条件でキャストしたメチレンブルー分子のλmaxの吸収は、偏光角が90度で最大となり、0度で最小となった。これは、分子の長軸方向に平行な遷移モーメントを持つメチレンブルーが導波路に対し垂直に立って配向していることを示している。また、低濃度の条件でキャストしたメチレンブルー分子では逆の角度依存症を示し、スタッキング数の少ないメチレンブルー分子は導波路上に寝て配向していることが示唆された。このように、偏光を用いることで界面に存在する分子の配向についても簡便に検討可能であることを示した。

このようにして算出された酸化還元電位は、同時に得られたCV測定の結果とよく一致した。非接触光導波路分光法を用いた電気化学応答解析により、電極上の分子の電極応答に関する情報を得ることが可能であることを示した。
シリコンCMOSフォトニクスに関する研究

本研究では、光素子材料のCMOS互換化路線を走る現在のシリコンフォトニクスとは質的に異なる、光素子の体系を徹底的にスリム化した新世代シリコンフォトニクスの構築を目指した。その結果、具体的な機能統合化素子を概念設計しそのプロトタイプ化に成功し、さらにその基本構造を光計算に適用し現在のコンピュータ性能を遙かに凌ぐ2ビット加算を実証し、所期の目的を達成た。本研究では複数の光素子機能を束ねる新素子(以下機能統合化素子と呼ぶ)の提案・プロトタイプ化を通じて、電子・光融合CMOSのキー技術であるシリコンCMOSフォトニクスを確立する。今年度の目標および進捗は以下の通りである。1.SiGeエピ成長装置の導入超高真空・気相成長(UHV-CVD)成長装置の仕様を決定した。同型の装置を用いた装置メーカにおける成長実験により6インチSi基板上にGeエピ結晶を成長し、平面性のよいGeエピ結晶が成長できること、Photoreflectance法によるエピ結晶のバンドギャップ収縮(於マサチューセッツ工科大(MIT))の生じること、を確認した。これまでに報告者がMITで成長してきたGeと同程度の結晶が得られる可能性を明らかにした、今後、受光素子を試作し素子性能の測定を通じ、この装置の性能確認を完了する。現在は武田先端知クリーンルーム(本郷キャンパス)において、当該成長装置の立ち上げ/調整実験を進めている。計画ではH18°に予定したGeのB因子決定のための予備実験をMITにおいて先行推進した。製作したGe-pn受光素子を用い、電界強度の増大に伴う吸収係数の増大を定量的に測定した。この解析によりフランツ・ケルディッシュ効果によるものであることを示唆する結果を得た。H18°にGeの光学遷移パラメタを明確化し、MS#4であるB因子を決定する。2.機能統合化素子の構造設計2次元有限領域時間差分(2d-fdtd)法により機能統合化素子の構造設計を進めた。本シミュレータは、MITから提供を受けた。今回は、シミュレータテストとして二分決定図(BDD)用のプラズマ反射光スイッチを設計した。この結果、スイッチ速度は数十psと高速に動作し、消光比は10dBを示し、BDDスイッチとして良好な性能を確認することができ、構造設計をすることができた。機能統合化素子の構造を決定するため、パーセル効果による発光促進の基本的なパラメタである、微小共振器の品質因子Qと共振器中のモード数mを決定した。同時にNTTへ素子試作を発注し、シリコンリング共振器の要求条件を満たす素子構造を明確化した。以上により、計画したマイルストンを全て達成し、一部H18°の分まで先行達成した。本研究ではSi-CMOS技術を用いて電子・光集積回路をSi基板上に製作する。現在主流であるすべての光素子をCMOS技術を用いて製作するアプローチとは異なる光機能統合化素子の概念と製作と可能性について明確化する。トランジスターと配線のみからなる電子集積回路に対し、光素子集積回路では発光、導光および受光の三要素に加え変調、フィルター、増光など多くの光素子が必要となるきわめて複雑な体系である。そこで、本研究では、この光素子の種類を低減する素子機能の統合化の実現可能性を明確化し、実際に機能統合化素子による電子・光集積回路を製作することを目的とする。これまでに、機能統合化を実現する基本構造として共振器を選定し、統合化の必要条件である共振器の品質因子(Q)を求めた。変調とフィルター機能の統合化にはQ>10,000が、さらに共振器量子電気力学より発光を統合化するためにはQ/m>1,000がおのおの必要条件であることが明らかにした。ここで、mは共振器の長さと共振器内の光の波長の比、言い換えると共振器に生じた定常波を構成する光の波長数を示す。この必要条件を満たすことが共振器製作の課題である。本年度は日本電信電話株式会社(NTT)への開発委託を通じ、Siリング共振器の製作を進め、半径が2.6-10ミクロンのリング共振器が上記必要条件を満たすことを見いだした。以上により、リング共振器によって光素子機能の統合化が可能であることを明らかにした。さらに、光通信においてはIII-V族半導体のフランツケルディッシュ(FK)効果が共振器における屈折率変調原理として知られる。一般に、IV族系半導体ではFK効果は弱いと考えられ、電流注入によるプラズマ効果が使われている。本研究ではGeにおけるこの効果を測定し、InPなどIII-V族半導体と同程度のFK効果が得られることを明らかにした。以上により、光素子機能の統合化が原理的に可能であることをしめした。1.機能統合化素子の実現可能性の明確化リング共振器の屈折率を電気光学的に変調すること(EO変調)による、変調と波長可変フィルター機能の統合化を当初計画で提案した。

Siでは屈折率のEO変調比(Δn/neff)は10-4程度であり、今回の定式化した共振器の黄金律(式(1))より共振波長のシフト比(Δλ/λ)も同様の値をとる。このため、共振器の品質因子(Quality Factor(Q=λ/Δλ))としては、Q〓104を満たす必要がある。具体的には、半径r=2.6-10μmの範囲でQ〓104を実現できることを明らかにした。さらに、mをリング内定在波の波長数とすると、この半径においてQ/m〓103も同時に満足できることを明らかにした(MS-#6を達成)。この条件はPurcell係数に換算すると、約100倍の発光促進が得られることを示す。本研究で取り上げる発光材料であるEr添加Siの欠点である、室温での温度消光を克服できる可能性が明らかにした。以上は、本提案における最重要課題である機能統合化が原理的に可能であることを初めて定量的に実証したものである。EO変調原理として本研究において提案した、GeのFK効果を初めて定量化した。MITにおいてSi上に製作したGe-pin受光器を用い、直接遷移バンド端近傍の吸収係数の印加電界強度依存性を測定・解析した。図2に示すように、14kV/cmと70kV/cmに対する吸収係数は理論的に再現でき、GeにおけるFK効果によるバンドギャップ収縮が生じていることを明らかにした。この結果から求めたFK効果を特長づけるB因子は約2.5となり、FK変調が報告されているIII-V族半導体と同程度となることが分かった(MS-#4を達成)。今後、プラズマ効果をとともに、FK効果をEO変調に活用する計画である。3.SiGe成長装置の導入と高品質エピの成長産学連携には大型のSi基板にGeエピ結晶を選択成長し、CMOSラインに供給できる装置が必要である。そこで、超高真空気相成長(UHV-CVD)装置の選定・導入を進め、これまでに4および6インチSi基板への鏡面Geエピ成長条件を確立した。図3にSi上のGeエピ断面の透過電子顕微鏡像を示すように、820°Cでの熱処理により貫通転位のない試料を製作できることを明らかにした。4.SiGeダイオードの試作Si導光路上の特定の領域にGeを選択成長するため、低温Geバッファ成長条件を確立し、Ge-pinダイオードを試作した結果、概ね良好な特性を得た。図4に成長したGeメサの原子間力顕微鏡像および製作したダイオードの電流-電圧特性を示す。表面の平坦性は良く、フッティングによりi-Ge層の逆方向電圧印加時のキャリア生成寿命は約10nsであることが明らかとなった。これはMIT、IntelおよびIBMから報告されている値とほぼ一致し、このSi上のGeエピは受光器としても十分な結晶品質を有していると考えられる。また、逆方向電流値も電気増幅に許容されるリーク電流値、10-6Aを下回った。H20年度は計画した機能統合化素子の試作を継続した。1.エピ結晶昨年度までにSiGeエピ成長の基本となる成長装置および条件の最適化を終了し、電子集積回路に光回路を集積する上で最大の問題であった、成長後のGeの高温熱処理について研究を進め、原理的には400°C以下の温度で十分に高性能なpnダイオードを製作する手法を明確化した。