hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
就労支援の観点に基づく我が国の社会貢献活動発展の諸条件に関する実証的研究

本研究では、犯罪者が無償で一定の作業に従事する点で共通する、我が国の社会貢献活動とニュージーランドの社会内労働について文献・面接調査により比較した。その結果、(1)社会内労働の経験を通じて就労に至った例を知ることができ、(2)社会内労働が対象者に対する職業訓練の要素を有していること等の意義を見出し、(3)我が国の社会貢献活動に対し、職業訓練的な要素を加味することや、社会貢献活動の時間的枠組みについて柔軟に対応すべきであることを提言するに至った。今年度は、1矯正及び更生保護における就労支援の現状(法的根拠、意義等を含む)、2就労支援の課題(就労支援の成功例と就労困難者及び雇用主側の問題等)、3現行の社会参加(奉仕)活動の現状と課題、4社会貢献活動導入に向けた動向及び社会参加活動・社会奉仕活動との比較等を中心に、文献及び実務家等への聞取りによる調査を実施した。本研究では、1対象者の就労確保により安定へと向かった事例も存在し、また刑務所出所者等総合的就労支援の導入以降、協力雇用主数も増加傾向にある一方、対象者自身の意識・態度等の問題、雇用主側のニーズとの相違等により、就労にはなおも困難な要素があること、2刑務所出所者等総合的就労支援におけるトライアル雇用は、保護観察所のニーズに合致した制度との評価がある一方、期間中における対象者自身の自己都合による退社等の問題点の指摘もあること、3就労支援及び社会貢献活動は、双方とも再犯防止策の一環と理解されているが、それぞれ別個に位置づけられていること、4社会貢献活動(平成二三年度より一部試行)と社会参加(奉仕)活動とを比較した場合、対象者や法的根拠等で相違があるが、活動内容には類似性があり、社会参加(奉仕)活動における課題(活動内容が限定的など)が、社会貢献活動における課題ともなる可能性があること等を見出し、我が国の就労支援の意義と課題を整理できたことが研究の意義であると考える。またこれらの点は、平成二三年度のニュージーランドでの社会内労働の調査の際における、1社会内労働のトライアル雇用・職場体験講習としての要素の有無、2作業内容決定時における就労の観点の有無、3社会内労働を通じた就労の成功例と失敗例の把握、4社会内労働の委託先確保等のための方策、5犯罪者処遇における就労支援の位置づけ等の調査事項と関連するものであり、これらの調査の土台作りを行ったことが研究の重要性であると考える。今年度は、ニュージーランドにおける社会内労働を通じた対象者の就労を中心とした研究に従事した。本研究では、(1)社会内労働の目的の1つとして実用的なスキルを習得もしくは行使する機会を得ることが挙げられており、また施設内処遇の現場でも受刑者を対象とした職を得るための技術及び機会を与えるためのプログラムが実施されるなど、ニュージーランドにおいても犯罪者処遇における就労支援の重要性が認識されており、その背景には再犯防止もあると思われること、(2)社会内労働の運用についてに、プロベーション・サービスの職員による直接監視の下で行われる場合と、代理人に委託される場合の2通りが存在するが、社会内労働を通じた就労の成功例の大部分は後者であること(ただしこの場合でも、就労に至った例は全体の10%から15%程度)、'(3)対象者の就労の成功要因として、1)情熱、2)やる気、3)関心、4)年齢、5)罪種、6)再犯等のリスク、7)基礎的な生活スキル等が考えられること、(4)対寒者が就労に至るための条件として、プロベーション・オフィサーが対象者の経験・知識・特技等を正確に見極めた上で社会内労働の作業内容を決定すること、及び対象者の経験・知識・特技等を出来る限り活かせるための多種多様な代理人の確保が考えられること(このための方策として、社会内労働代理人基金と呼ばれる制度がある)、(5)代理人による対象者の受入は、トライアル雇用としての側面があること等を見出し、ニュージーランドにおける社会内労働を通じた就労の状況について調査できたことが今年度における研究の意義であると考える。これらの点は、我が国の就労支援における課題等と相通じるものがあり、また我が国における社会貢献活動発展の条件を考察する上で示唆に富むものと思われる。本研究の重要性は、これらの点を見出し、就労支援の観点から社会貢献活動を考察するための土台作りを行ったことにあると考える。本年度は、ニュージーランドにおける社会内労働の就労支援上の意義ならびに同制度が我が国の社会貢献活動に対して示唆する事項を中心に研究に従事した。

本研究では、ニュージーランドにおける社会内労働について、1当該制度の対象者の受入れ先である代理人のもとで作業に従事することが、実地における職業訓練の機会となり、より実践的な知識・技術等を学ぶことにつながること、2社会内労働の最長時間が400時間であることに加え、一部の対象者は社会内労働期間終了後にもボランティアとして代理人の下で活動に従事する場合もあり、このことが就労に必要な知識・技能を学ぶための時間の確保につながり、またボランティア活動が就労の際の評価につながる可能性があること(同国ではボランティア活動が社会的に評価される傾向にあり、ボランティア活動が社会人として働く前に実務経験を積む機会としてもとらえられているとの指摘もある)、3代理人側も、対象者の受入れにより無償による労力提供を受けるのみならず、困難と判断した場合には中途で受入れを中止することができ、また社会内労働代理人基金を用いて対象者の作業に必要な物品を購入できる等のメリットがあり、これらが代理人による対象者の受入れ及び訓練指導を促進する要素となりえること等を見出した。また我が国における社会貢献活動への示唆として、1社会貢献活動に職業訓練的な要素を加えることについて検討すべきであること、2社会貢献活動の時間的枠組みについて柔軟に対応すべきであることを見出した。ニュージーランドにおける社会内労働に関する調査を通じ、我が国が参考にすべき事項を指摘するに至ったことが、本研究の意義であると考える。また本研究の重要性とは、再犯防止の観点から就労支援の重要性が指摘されている昨今の我が国において、社会貢献活動の枠組みを利用した就労支援の一方策を提示することにあると考える。平成23年度においては、ニュージーラシドにおける社会内労働を通じた対象者の就労支援の状況を中心に研究を進める予定であったが、これについてプロベーション・オフィサーに直接面会し、当該状況についてインタビューする機会を得ることができ、社会内労働の現場を見学することもできたため。また我が国における社会貢献活動の動向等についても、刑法学会における報告ならびに水戸保護観察所の保護観察官等より情報を得ることができたため。24年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度においては、(1)23年度のニュージーランドにおける調査終了後に生じた疑問点等(代理人の登録資格、代理人側の意識・対象者のやる気等を継続させるための措置等)について調査し、併せてニュージーランドを中心とした諸外国における社会内労働類似の制度を通じた対象者の就労に関する文献・資料等を引き続き収集し、社会内労働を通じた対象者の就労を促進させるための条件について一定の結論を出すこと、(2)我が国における犯罪者等に対する就労支援を促進するための条件について再度検討すること、(3)我が国における社会貢献活動の動向等について引き続き調査し、これに(1)及び(2)を踏まえた上で、社会貢献活動に就労支援の要素を加味するための条件について考察し、最後に3年間の研究成果として纏めることを考えている。
準結晶の構造完全性制御と物性制御

準結晶の構造完全性の評価法とその制御法を確立し、その結果を基礎として準結晶に固有の物性を明らかにすることを目的として研究を行った。具体的には、高い構造完全性を有する正20面体相が平衡相として形成されるZn-Mg-HoとAl-Pd-Mn合金系を対象として研究を行った。両合金系において、組成と焼鈍温度を系統的に変えた試料を作製し、電子顕微鏡と粉末X線回折法による試料評価と磁化率・電気抵抗・磁気抵抗測定による物性評価を行った。その結果、Al-Pd-Mn系においては、Al71Pd21Mn8付近の組成においては、F型正20面体相は約750C以上で安定な高温相であること、複雑な回折像を示す立方準結晶(いわゆるF2M型)が低温相であることを見いだした。また、従来、低温相と解釈してきた高次規則相(F2型)はF型からF2M型への変態の過程で生じる中間相であることが判明した。また、Zn-Mg-Ho系においては規則格子反射の強度が合金組成に著しく依存すること、規則格子反射が強い正20面体相はZn60Mg30Ho10の組成近傍でのみ形成されることを確認した。さらに、この組成において、約480C563Cの高温側で、焼鈍温度の上昇とともに規則格子反射の強度が低下する事実を見いだした。これは、規則合金結晶と同様に、正20面体準結晶においても高温側で規則性が低下することを示している。6次元構造モデルに基づいて、Zn-Mg-Ho正20面体相の規則度を定義し、高温における規則度の低下が、Ho原子の配置の不規則化に関連していること、さらに電気抵抗の温度依存性と磁気抵抗の温度・磁場依存性が規則度の低下と明らかな相関を持つことなどを見いだした。これは、正20面体相準結晶の物性がその構造完全性によって制御可能であることを意味している点で重要である。具体的には、高い構造完全性を有する正20面体相が平衡相として形成されるZn-Mg-HoとAl-Pd-Mn合金系を取り上げ研究を行った。その結果、Al-Pd-Mn系においてはAl71Pd 21Mn8付近の組成においては、F型正20面体相は約750C以上で安定な高温相であること、複雑な回折像を示す立方準結晶(いわゆるF2M型)が低温相であることを見いだした。また、従来、低温相と考えられてきた高次規則相(F2型)はF型からF2M型への変態の過程で生じる中間相であることが判明した。また、Zn-Mg-Ho系においては良質な正20面体相の単相試料はZn60Mg30Ho10の組成近傍でのみ形成されることを確認した。さらに、約480C563Cの温度範囲で、焼鈍温度の上昇とともに規則格子反射の強度が低下する事実を見いだした。

6次元構造モデルに基づいて、Zn-Mg-Ho正20面体相の規則性を表す尺度(規則度)を定義した。高温における規則度の低下が、Ho原子の配置の不規則化に関連していること、さらに電気抵抗の温度依存性の変化が規則度の低下と明らかな相関を持つことを見いだした。これは、正20面体相準結晶の物性がその構造完全性によって制御可能であることを意味している点で重要である。準結晶の構造完全性の評価法とその制御法を確立し、その結果を基礎として準結晶に固有の物性を明らかにすることを目的として研究を行った。具体的には、高い構造完全性を有する正20面体相が平衡相として形成されるZn-Mg-HoとAl-Pd-Mn合金系を対象として研究を行った。両合金系において、組成と焼鈍温度を系統的に変えた試料を作製し、電子顕微鏡と粉末X線回折法による試料評価と磁化率・電気抵抗・磁気抵抗測定による物性評価を行った。その結果、Al-Pd-Mn系においては、A171Pd21Mn8付近の組成においては、F型正20面体相は約750C以上で安定な高温相であること、複雑な回折像を示す立方準結晶(いわゆるF2M型)が低温相であることを見いだした。また、従来、低温相と解釈してきた高次規則相(F2型)はF型からF2M型への変態の過程で生じる中間相であることが判明した。また、Zn-Mg-Ho系においては規則格子反射の強度が合金組成に著しく依存すること、規則格子反射が強い正20面体相はZn60Mg30Ho10の組成近傍でのみ形成されることを確認した。さらに、この組成において、約480C563Cの高温側で、焼鈍温度の上昇とともに規則格子反射の強度が低下する事実を見いだした。これは、規則合金結晶と同様に、正20面体準結晶においても高温側で規則性が低下することを示している。6次元構造モデルに基づいて、Zn-Mg-Ho正20面体相の規則度を定義し、高温における規則度の低下が、Ho原子の配置の不規則化に関連していること、さらに電気抵抗の温度依存性と磁気抵抗の温度・磁場依存性が規則度の低下と明らかな相関を持つことなどを見いだした。
レーザー励起非線形分光法を用いた単一分子検出による界面での分子分光と動的挙動解析

1.研究目的界面や表面などの極微小領域に存在する分子に対して,界面の構造を明かにするために,レーザーを用いた高感度分析手法の開発を行なった.2.研究成果レーザー非線形光学効果であるレーザー多光子イオン化法と,レーザー励起蛍光顕微法により,溶液や固体表面の定量分析を行ない,検出感度の向上を達成し有益な情報を得た.(1)装置の試作:イオン化法では,高感度電流計を購入し,サブfAまでの感度でイオン化電流を計測した.顕微鏡下でパルスレーザー光を集光するための光学系を作製し,1ミクロン領域で発生するイオン化信号や蛍光信号を得ることができた.(2)イオン化法の電場依存性:電極構造の最適化により,100kV/cmまでの高電圧を初めて印加でき,84kV/cm以上では,イオン化信号がなだれ的に増加することを見出し,高感度定量を可能にした.(3)イオン化法の波長依存性:多光子イオン化信号の波長依存性を測定し,イオン化しきい値を決定した.2段階のしきい値が存在し,高いしきい値はバルク全体の溶媒分子との相互作用の影響を受け,低いしきい値は標的分子周囲の1層分の溶媒分子からのみ影響を受けることを見出し,分子の局所構造を明かにした.(4)蛍光法での検出感度:有機分子含有溶液中にレーザー照射し,発生する蛍光を時間分解のリアルタイム測定を行ない,1個の分子の蛍光を検出した.蛍光信号の時間分布から拡散定数の算出を行ない,波長依存性のスペクトルから会合状態の解析を行なった.ガラス表面近傍とバルクでは,拡散挙動や会合状態が異なることを,実験的に示すことができた.3.まとめ検出感度として,蛍光法では単分子検出を,多光子イオン化法では約2fmolの検出を達成することができた.また,界面とバルクの挙動が拡散と会合状態で異なることを見出すことができ,局所領域の分子構造を明らかにすることができた.1.研究目的界面や表面などの極微小領域に存在する分子をレーザーを用いて高感度に計測し、界面の構造を明らかにすることを目的とした。2.研究成果レーザー非線形光学効果であるレーザー多光子イオン化法を用いて、溶液や固体表面の定量分析を行い、検出感度とシステムの最適化を行い、有益な知見を得た。(1)装置の試作......超高感度電流・電荷計を購入し、システムを構築した。Nd;YAGの第3高調波光(355nm)を励起源とし、集光のための光学系を試作した。(2)集光状態......レーザー光は、CCDカメラの実測で、約1μmまで集光したが、試料より発生する蛍光信号は、濃度換算で、約10nmol/Lであった。(3)多光子イオン化......より高感度が望めるレーザー励起の2光子イオン化法を適用した。(4)電極構造......電極は先端が1μmの微小化を達成し、印加電圧も10kV/cmとすることができた。(5)最適レーザー密度......集光された状態で、120mJ/pulse/cm^2においてSN比が最も高く、試料の損傷もないことが分かった。(6)検出感度......非極性溶媒中のアントラセン分子で、検出濃度は1nmol/L(検出分子個数で3fmol=百万個)の感度を得ることができた。(7)固体試料......アントラセン分子の滴下膜において、3pmol/cm^2(検出分子個数で20fmol)の感度を得ることができた。この時の測定対象領域は、約1μm^2であった。3.まとめ検出分子個数では、まだまだ多いが、装置の最適化(電流計の安定化と印加電圧の増加)によりSN比は約6桁の向上が望めるので、単分子検出も可能である。同時に蛍光信号も測定することで、分子の高感度分析と、状態解析を試みる。1.研究目的界面や表面などの極微小領域に存在する分子に対して,界面の構造を明かにするために,レーザーを用いた高感度分析手法の開発を行なった.2.研究成果レーザー非線形光学効果であるレーザー多光子イオン化法と,レーザー励起蛍光顕微法により,溶液や固体表面の定量分析を行ない,検出感度の向上を達成し有益な情報を得た.(1)装置の試作:イオン化法では,高感度電流計を購入し,サブfAまでの感度でイオン化電流を計測した.顕微鏡下でパルスレーザー光を集光するための光学系を作製し,1ミクロン領域で発生するイオン化信号や蛍光信号を得ることができた.(2)イオン化法の電場依存性:電極構造の最適化により,100kV/cmまでの高電圧を初めて印加でき,84kV/cm以上では,イオン化信号がなだれ的に増加することを見出し,高感度定量を可能にした.(3)イオン化法の波長依存性:多光子イオン化信号の波長依存性を測定し,イオン化しきい値を決定した.2段階のしきい値が存在し,高いしきい値はバルク全体の溶媒分子との相互作用の影響を受け,低いしきい値は標的分子周囲の1層分の溶媒分子からのみ影響を受けることを見出し,分子の局所構造を明かにした.(4)蛍光法での検出

感度:有機分子含有溶液中にレーザー照射し,発生する蛍光を時間分解のリアルタイム測定を行ない,1個の分子の蛍光を検出した.蛍光信号の時間分布から拡散定数の算出を行ない,波長依存性のスペクトルから会合状態の解析を行なった.ガラス表面近傍とバルクでは,拡散挙動や会合状態が異なることを,実験的に示すことができた.3.まとめ検出感度として,蛍光法では単分子検出を,多光子イオン化法では約2fmolの検出を達成することができた.また,界面とバルクの挙動が拡散と会合状態で異なることを見出すことができ,局所領域の分子構造を明らかにすることができた.
新規な液晶表示素子の分子配向定量評価法に関する研究

2年度目である本年は、初年度に構築した多波長発振レーザーを用いた測定装置を使い、当初の目的である分子配向定量評価が達成できるか検討を行った。本研究では、液晶素子のデバイスパラメーターである、液晶配向のねじれ角及びセル厚の測定系を確立する。従来のHe-Neレーザーの波長ではmauguin minimumが原因となって測定が行えなかった測定試料に対して、別の波長を選択することによって、ツイステッドネマティック液晶素子のねじれ角が精度良く測定できることを明らかにした。また、測定結果の数値解析についても、多重反射・干渉を考慮した4×4matrix法によって解析することによって高精度かつ高速に解析が行えることを実証した。これらの成果は、日本液晶学会討論会にて報告した。この測定法は見方を変えれば種の偏光解析であり、回転検光子法同様に機械的に試料及び偏光子を回転させているのが特徴だが、この機械的要素が測定精度に影響を及ぼすことも併せて明らかとなった。また、比較検討のために、新たな分子配向定量評価法として、エリプソメトリー測定装置を用いた測定手法の検討を行った。その結果、エリプソメトリーを用いることによってもmauguin minimumが原因となる測定限界を克服することが出来ることを明らかにした。この成果は春季応用物理学連合講演会及び日本液晶学会討論会にて報告した。この手法では、捩れ角の決定はフィッティングで行うことになるため、捩れ角の定量評価には多波長発振レーザーを用いた測定装置の方が優れていることが明らかとなった。初年度である本年は、多波長発振レーザーを用いた測定装置の構築を行い、当初の目的である分子配向定量評価が達成できるか検討を行った。また、測定結果の数値解析についても、多重反射・干渉を考慮した4×4 matrix法によって解析することによって高精度かつ高速に解析が行えることを実証した。この測定法は見方を変えれば一種の偏光解析であり、回転検光子法同様に機械的に試料及び偏光子を回転させているのが特徴だが、この機械的要素が測定精度に影響を及ぼすことも併せて明らかとなった。よって、測定精度を向上させるためには、光軸合わせに新たなる工夫が必要である。また、別の分子配向定量評価法として、エリプソメトリー測定装置を用いた測定手法の構築にも取り掛かった。その結果、ユリプソメトリーを用いることによってもmauguin minimumが原因となる測定限界を克服することが出来ることを明らかにした。この成果は春季応用物理学連合講演会にて報告する予定である。この手法では、測定精度も比較的高い反面、測定結果の解析に要する手順が若干複雑となる。今後は、両測定手法の更なる改良を行う予定である。
痛覚神経回路の構築を制御するシグナル伝達系の解明

痛覚神経軸索が表皮の神経成長因子(nerve growth factor, NGF)に誘引される過程で、軸索先端部(成長円錐)はより高濃度のNGFに応答し続けるため、成長円錐は応答可能なNGF濃度域を調節する機構を備えているはずである。前年度までに本研究代表者らが行った研究結果は、野生型の痛覚神経軸索の成長円錐を誘引可能なNGF濃度域と比べて、イノシトール3リン酸(IP3)受容体タイプ3を欠損した成長円錐を誘引可能な至適NGFは低濃度側にシフトしていることを示した。そこで平成30年度は、IP3受容体タイプ3が軸索のNGF応答感受性を制御するか否かを、動物個体レベルで検証した。野生型とIP3受容体タイプ3遺伝子ノックアウトマウスを用いて、NGFの供給源である表皮への痛覚神経軸索の誘引を定量的に解析した。表皮は抗NGF抗体を用いて、痛覚神経軸索は抗TrkA抗体を用いた間接免疫蛍光染色により標識し、表皮へ投射するTrkA陽性軸索の直線性を数値化して比較解析した。IP3受容体タイプ3を欠損した痛覚神経軸索は皮膚組織内を直進せず蛇行したが、この投射異常は表皮でのNGF発現量をRNA干渉法により低減させることで改善した。すなわち、NGFに対して過剰応答性を示すIP3受容体タイプ3欠損軸索は、標的組織(表皮)のNGFを実験的に低濃度側へシフトすることで、野生型軸索と同様の投射機能を獲得することができた。以上の研究により、痛覚神経軸索の皮膚投射をモデルとしてIP3受容体タイプ3の新規機能を明らかにし、神経軸索が細胞外ガイダンス因子の濃度変化に順応するための細胞内分子メカニズムの一端を解明した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。神経成長因子(NGF)が痛覚神経軸索を誘引する過程で、軸索先端部(成長円錐)でのホスファチジン酸の役割を明らかにした。ホスファチジン酸結合蛍光プローブを遺伝子導入した神経細胞を培養し、成長円錐の片側からNGFの濃度勾配を作成し、成長円錐形質膜で生成されるホスファチジン酸を全反射蛍光顕微鏡で定量したところ、NGF投与側でホスファチジン酸の増加が検出された。次に、NGF下流でホスファチジン酸産生を触媒する酵素を同定した。ホスホリパーゼD(PLD)アイソフォーム特異的阻害剤の存在下でNGFへの応答性(成長円錐の旋回角度)を定量したところ、PLD2ではなくPLD1がホスファチジン酸産生を担うことが示された。さらに、PLD1発現をRNA干渉法で抑制した成長円錐はNGFに旋回応答性を示さなかった。PLD1の薬理学的および遺伝学的阻害は、いずれもNGFによるホスファチジン酸産生を抑制した。以上の結果から、NGFはPLD1を介して非対称ホスファチジン酸シグナルを生成し成長円錐を誘引することが示された。NGFは、成長円錐でのvesicle-associated membrane protein 2(VAMP2)依存的エキソサイトーシスを非対称化することで軸索突起を誘引することが知られている。このエキソサイトーシス非対称化にPLD1が関与するか否かを検証するため、PLD1阻害剤存在下でNGFによるエキソサイトーシス制御を解析した。成長円錐に発現させたpH感受性蛍光タンパク質付加VAMP2の蛍光強度を定量することでエキソサイトーシスを可視化したところ、PLD1阻害剤はNGFによるエキソサイトーシスの非対称化を阻害した。よって、NGF→PLD1→ホスファチジン酸→VAMP2依存的エキソサイトーシス→誘引生ガイダンスというカスケードが証明された。「研究実績の概要」の欄に記載した通り、本課題は当初の計画通りに進捗し、平成28年度の目標を全て達成した。表皮が産生する神経成長因子(NGF)は痛覚神経軸索を誘引して、皮膚での痛覚受容のための神経ネットワークの構築に関与する。この誘引の過程で、軸索先端部(成長円錐)はより高濃度のNGFに応答し続ける必要があるため、成長円錐は応答可能なNGF濃度域を調節しなければならない。本研究代表者らが行った予備実験では、イノシトール3リン酸(IP3)受容体タイプ3が軸索のNGFへの感受性を抑制する役割を担うことが示唆された。そこでこの仕組みを分子レベルで解き明かすため、野生型あるいはIP3受容体タイプ3ノックアウトマウスから培養した痛覚神経軸索の片側からNGFを投与し、成長円錐内に導入した蛍光IP3プローブあるいはCa2+センサーによりこれらシグナル分子の挙動を定量的に解析した。NGFに遭遇した成長円錐では、IP3受容体タイプ3の発現の有無に関わらず、NGF遭遇側に限局して細胞質IP3濃度が上昇した。野生型の成長円錐ではこのIP3濃度上昇域に一致して細胞質Ca2+濃度も上昇したが、IP3受容体タイプ3を欠損した成長円錐ではIP3濃度が上昇しない反対側においても細胞質Ca2+濃度が上昇した。すなわち、IP3受容体タイプ3を欠損した成長円錐では、空間的に非対称な細胞外NGFシグナルに対して、細胞質IP3の非対称性は保持されるが、その下流のCa2+シグナルでは非対称性が失われていた。

このことは、IP3受容体タイプ3がIP3誘発性Ca2+放出の感受性を制御している可能性を示唆しており、この受容体がNGFによる軸索ガイダンスに必要である理由の説明が可能となった。さらに動物個体での表皮への痛覚神経軸索の投射を解析したところ、IP3受容体タイプ3を欠損すると軸索は異常に湾曲した形態を呈し、正常な神経投射にこの受容体が必要であることが示された。マウス表皮への効率的な遺伝子導入法の確立に想定外の時間を要し、表皮NGFに対するRNA干渉を用いた実験のみが完了していない。しかし、平成29年度に実施を計画していた他の全ての課題を完了しており、仮説を支持する実験結果を得ている。よって、現在までの研究は概ね順調に進展していると評価できる。痛覚神経軸索が表皮の神経成長因子(nerve growth factor, NGF)に誘引される過程で、軸索先端部(成長円錐)はより高濃度のNGFに応答し続けるため、成長円錐は応答可能なNGF濃度域を調節する機構を備えているはずである。前年度までに本研究代表者らが行った研究結果は、野生型の痛覚神経軸索の成長円錐を誘引可能なNGF濃度域と比べて、イノシトール3リン酸(IP3)受容体タイプ3を欠損した成長円錐を誘引可能な至適NGFは低濃度側にシフトしていることを示した。そこで平成30年度は、IP3受容体タイプ3が軸索のNGF応答感受性を制御するか否かを、動物個体レベルで検証した。野生型とIP3受容体タイプ3遺伝子ノックアウトマウスを用いて、NGFの供給源である表皮への痛覚神経軸索の誘引を定量的に解析した。表皮は抗NGF抗体を用いて、痛覚神経軸索は抗TrkA抗体を用いた間接免疫蛍光染色により標識し、表皮へ投射するTrkA陽性軸索の直線性を数値化して比較解析した。IP3受容体タイプ3を欠損した痛覚神経軸索は皮膚組織内を直進せず蛇行したが、この投射異常は表皮でのNGF発現量をRNA干渉法により低減させることで改善した。すなわち、NGFに対して過剰応答性を示すIP3受容体タイプ3欠損軸索は、標的組織(表皮)のNGFを実験的に低濃度側へシフトすることで、野生型軸索と同様の投射機能を獲得することができた。以上の研究により、痛覚神経軸索の皮膚投射をモデルとしてIP3受容体タイプ3の新規機能を明らかにし、神経軸索が細胞外ガイダンス因子の濃度変化に順応するための細胞内分子メカニズムの一端を解明した。研究計画を変更せず、当初の計画通りに推進する。野生型あるいはIP3受容体タイプ3ノックアウトマウスの表皮でのNGF発現レベルをRNA干渉法により抑制し、その結果として引き起こされる痛覚神経軸索投射パターンを解析することで、生体内における軸索誘導の感受性制御機構の存在と意義を明らかにする。RNA干渉法によりマウス表皮での内在性NGFの発現を抑制できることは確認済みであり、TrkA(痛覚神経細胞のマーカー)を免疫標識することで表皮での痛覚神経軸索投射パターンを定量的に解析する方法も確立している。以上の技術を組み合わせることで、平成30年度に本申請の全ての課題を完了することが可能となり、痛覚神経回路の構築を制御するシグナル伝達系の解明という当初の目標を達成することができる見込みである。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
低線量放射線による細胞の放射線適応応答メカニズムの解明

細胞死などに有意な変化を検出できない0.1mGy-100mGyといったごく低線量の放射線照射による細胞応答について、定量PCR法を用いて遺伝子発現変化を調べた。その結果、神経細胞芽腫NB-1細胞において、p53やMnSODなどの遺伝子発現が有意に変化することが明らかとなった。また、ミトコンドリアDNA突然変異を従来のRFLP法とSSCP法、および新しい方法であるTaqMan probeを用いた方法で比較検討した。その結果、TaqMan probeを用いた方法が、最も簡便に、かつ従来法より再現性良く突然変異を検出できることがわかった。これまで微量な線量の放射線影響は検出が困難であったが、このようなごく低線量の放射線照射による細胞応答を定量PCR法を用いて検出を試みた。H24年度は低線量放射線照射による遺伝子発現変化について検討した。ヒト神経芽細胞腫NB1およびSK-N-SHを培養し、細胞に0.1, 1, 10, 100 mGyのX線照射を行い、RNAを抽出した。これらのRNAを用い、現有のABI社ABIPRISM7000により、SYBR Greenを用いた定量PCRを行った。その結果、NB-1細胞においてはTCA Cycle,ネクローシス,アポトーシス,解糖系遺伝子,ヒートショックタンパク質遺伝子において非照射サンプルに比べて有意な遺伝子発現の差が見られる遺伝子の存在を明らかにした。有意に変化した遺伝子発現に関して、特にp53に関しては、10mGyおよび100mGy照射において、照射後30分、2時間後ともに遺伝子発現が有意に活性化されていたが、それ以外の遺伝子については非照射サンプルに比べ発現が抑制されていた。さらに、上記遺伝子に関して、SK-N-SH細胞においても同様に有意な発現の差が見られるか調べたところ、同じような遺伝子発現変化の傾向は見られたものの、有意な差は見られなかった。H25年度はミトコンドリアDNA障害についての検討を行った。ミトコンドリアDNA突然変異を検出するため、ミトコンドリア点突然変異のひとつであるA3243G変異を、RFLP法、SSCP法、TaqMan probeを用いた方法の3つで検出し、その感度、簡易性について比較した。その結果、TaqMan probeを用いた方法が、最も簡便で、かつ感度良く検出できることがわかった。以上より、低線量放射線照射に応答して発現が変化する遺伝子の存在が明らかとなり、またDNA突然変異を簡便かつ高感度で検出する系を確立できた。これまで微量な線量の放射線影響は検出が困難であったが、このようなごく低線量の放射線照射による細胞応答を定量PCR法を用いた遺伝子発現変化を指標として検出を試みた。ヒト神経芽細胞腫NB1およびSK-N-SHを培養し、細胞に0.1, 1, 10, 100 mGyのX線照射を行い、照射後30分と2時間で細胞を回収、RNAを抽出した。これらのRNAを用い、予備的なDNAアレイ法による実験で変化した遺伝子について現有のABI社ABIPRISM7000により、SYBRGreenを用いた定量PCRを行った。その結果、NB-1細胞においてはTCA Cycleに関与するIDH2,ネクローシスに関与するCyp40,アポトーシスに関与するAIF, BAx, MnSOD, p53, VDAC1,解糖系遺伝子であるPFKL,ヒートショックタンパク質であるHSPA6, BIPの10遺伝子について非照射サンプルに比べて有意な遺伝子発現の差が見られた。有意に変化した遺伝子発現に関して、p53に関しては、10mGyおよび100mGy照射において、照射後30分、2時間後ともに遺伝子発現が有意に活性化されていたが、それ以外の遺伝子については非照射サンプルに比べ発現が抑制されていた。さらに、これらの10遺伝子に関して、SK-N-SH細胞においても同様に有意な発現の差が見られるか調べたところ、同じような遺伝子発現変化の傾向は見られたものの、有意な差は見られなかった。以上より、低線量放射線照射に応答して発現が変化する遺伝子の存在が明らかとなった。24年度の研究実施計画は、低線量X線照射(0.1, 1, 10, 100 mGy)により発現変化をきたす遺伝子群を明らかにする。という予定であった。実際には、研究実績概要にあるとおり、NB-1およびにSK-N-SH低線量X線を照射し、これら細胞よりRNAを抽出し、定量PCRを行うことにより、NB-1細胞において非照射サンプルに比べ有意に発現の差が見られる遺伝子が存在することを見いだした。また、この低線量放射線照射による遺伝子発現変化は、SK-N-SH細胞では同様の傾向は見られたものの、有意な差は見られなかった。これらのことから、細胞の種類により低線量放射線照射による細胞応答が異なることも明らかとなった。以上より研究計画はおおむね順調に進展している。

24年度の結果より、低線量放射線照射により発現の変化する遺伝子を明らかとすることができた。25年度は、遺伝子発現ではなく、ミトコンドリアDNA障害についての検出をTaqMan probeを用いた高感度突然変異率検出法を用いて行う。具体的には、24年度と同様に細胞を培養後、低線量X線(0.1, 1, 10, 100 mGy)の照射を行い、照射後、30分または2時間で細胞を回収し、DNAを抽出する。mtDNA突然変異率検出に関しては、突然変異が起きると重篤な症状を示す変異を検出できるようTaqManプローブ/プライマーのセットを設計、注文する。次に野生型及び突然変異型のDNAを持つ細胞株(現有)を培養後、細胞からDNAを抽出する。抽出したそれらDNAを混ぜ合わせ、突然変異型の比率を0-100 %まで変化させたDNA (合計各10 ngずつ)を準備する。これらDNAを野生型または突然変異を認識する2種類のTaqMan probeとともに定量PCRし、その結果より0-100%突然変異率の標準曲線を得る。0.1, 1, 10, 100 mGyを照射した細胞から抽出したDNAを用いて同様にTaqMan probeを用いた定量PCRを行い、その結果と標準曲線よりX線照射によるmtDNAの突然変異率を求め、低線量放射線照射による細胞応答を検討する予定である。25年度の計画を遂行するにあたり、細胞培養用試薬として、培地、血清等の消耗品が必要となる。また、放射線照射後のDNAを回収し、DNAを抽出するための分子生物学用試薬も合わせて必要である。その後、抽出したDNAを定量PCRするために、TaqMan probe,プライマー、定量PCR用buffer, 96穴プレート、カバー等の消耗品が必要となる。これらの試薬を購入するために当該研究費を使用する予定である。
不均一性を前提とした海中浮遊物の利用による環境負荷の低い三次元水流計測システム

環境保全や水産業支援において、海中生物の生態を解明する上で、環境情報、特に水流情報が重要な意味を持つ。しかし、空間的に高密度且つ長時間の水流計測は極めて困難である。本研究では、水中に常時存在し、水流追従性の高い、藻類等の海中微小体(海中浮遊物)を利活用することで、「観測対象への影響が軽微で」「環境に優しく」「空間的に密で」「継続的に計測が可能な」水流情報を計測するシステムを開発する。具体的には、カメラにて海中の浮遊物を追跡し、その移動ベクトルから局所的な水流情報を推定するシステムの開発を行う。本年度は、水流計測システムの根幹である海中微小体を抽出するための方法を検討した。水中映像には、移動体として、水流を直接的に反映している海中微小体に加えて、魚類等が共存しており、これらを分離する必要がある。一般的に、魚類等と海中微小体を比べると、前者に比べて後者の方が移動速度が速い。この性質を利用し、カルマンフィルタとトラッキング技術を組み合わせることで、比較的高速に移動する海中微小体(前景)と低速に移動する魚類等(背景)とを安定且つ高精度に分離する技術を構築した。疑似的に移動ノイズを付与したシミュレーション映像に対して提案手法を適用することで、有効性を検証するのと同時に、抽出精度の定量的な評価を実施した。また、コンブ漁場における実海域の映像に対して試験的に提案手法を適用し、適切に海中微小体が抽出できることを確認した。概ね研究計画通りであり、特段の問題や研究計画の変更等は見当たらない。現状では特に大きな問題等は見受けられず、次年度以降も研究計画に従って研究を着実に遂行する予定である。特に平成31年度に検討予定であった海中浮遊物の抽出とその「動き」情報の推定については、先行して本年度に検討を開始しているため、これをさらに進めるのと同時に、「三次元形状」「比重」の推定手法についても順次検討を進める予定である。当初計画では、複数台のカメラを新規に購入する予定であったが、迅速に試行実験を行う都合上、一時的に手持ちのものを流用したため、研究費に残額が生じた。継続的に安定して記録を行うために、次年度以降にて、新規にカメラシステムを購入する予定である。
加工食品中の遺伝子組換え農産物定量分析の実現

加工食品中の組換え農産物の定量分析を可能にする技術開発を目指し、研究を実施した。増幅長の異なる複数のリアルタイムPCRを利用し、食品の加工の程度を定量評価する手法を開発した。また、増幅長の異なる複数のリアルタイムPCRで加工後のDNAを分析した結果から、加工前の標的DNAのコピー数を推定できることを見出した。組換え体定量分析には、組換え遺伝子検出用リアルタイムPCRと内在性遺伝子検出用リアルタイムPCRの2つが必要とされる。このうち、後者の増幅長を意図的に長く設計し、加工品の混入率を加工前よりも過大評価することで、加工食品のスクリーニング検査が可能になることを見出した。食品の安全性、信頼性を確保するため、遺伝子組換え農産物の安全性審査制度、食品表示制度が定められており、それに対応した組換え体の混入管理が行われている。混入管理のための検査には、リアルタイムPCRによる遺伝子定量分析が広く用いられているが、分析対象はトウモロコシやダイズの穀粒・粉末等、原料段階のものに限定されており、加工食品からの定量分析は未だ不可能とされている。これは、加工の過程で生じるDNAの断片化の影響によって、リアルタイムPCRで標的遺伝子の数を正確に測定できないためである。そこで、本研究では、加工食品中の組換え農産物の定量測定の実現を目指し、研究を実施する。まず、18SrRNA遺伝子上に増幅長の異なる複数のリアルタイムPCRを設計し、加熱によるDNAの断片化がリアルタイムPCRの結果に及ぼす影響を評価した。その結果、PCRの増幅長とリアルタイムPCRのサイクル閾値との関係から、DNAの断片化の程度を定量的に評価できることを見出した。また、この結果から、加工後のDNAを測定した結果から加工前のDNAのコピー数を推定可能であることが予想された。実際に、ダイズのレクチン1遺伝子上に増幅長の異なる2つのリアルタイムPCRを設計し、ダイズDNAを加熱する前後で測定したところ、加熱後のDNAのコピー数と断片化の程度の情報から、加熱前のおおよそのコピー数を推定可能であることを確認した。加工食品中の組換え農産物の正確な定量分析の実現を目指し、研究を実施した。まず、真核生物に共通する18SrRNA遺伝子上に増幅長の異なる複数のリアルタイムPCRを設計し、加熱によるDNAの断片化がリアルタイムPCRの結果に及ぼす影響を評価した。その結果、生物種を問わず、加熱の影響でDNAの断片化がランダムに生じ、増幅長が長いほど鋳型となるDNAのコピー数が低下することを確認した。また、増幅長の異なる複数のリアルタイムPCRを利用することでDNAの断片化の程度を定量的に評価できること、加工後のDNAを測定した結果から加工前のDNAのコピー数を推定できることが示唆された。遺伝子組換えダイズの検査においてPCRの標的として頻用されるレクチン1遺伝子配列上に増幅長の異なる2つのリアルタイムPCRを設計し、ダイズDNAを加熱する前と後でコピー数測定を行った。その結果、加熱後のレクチン1遺伝子のコピー数と、増幅長の異なる2つのリアルタイムPCRの増幅(Cq値)の差から、加熱前のコピー数を推定可能であった。この結果により、加工食品中の組換え体混入率定量分析の可能性が示された。さらに、組換え体定量分析に必要となる組換え遺伝子検出用PCRと内在性遺伝子検出用PCRのうち、後者の増幅長を意図的に長く設計することで、加工前に比べて加工後の混入率を過大に算出できることを見出した。組換え農産物の実際の検査では、混入率を実際よりも過大評価する傾向の分析法がスクリーニング検査に広く採用されている。このことから、既存検査法の内在性遺伝子検出用PCRを増幅長の長いものに変更することによって、加工食品についてもスクリーニング検査が可能であることが示唆された。食品分析増幅長の異なる複数のリアルタイムPCRを利用することで、DNAの断片化の程度を定量的に評価可能であることを明らかにした。原理の検証のために検討した18SrRNA遺伝子を標的とする反応系については、食品加工度評価法として確立した。ダイズのレクチン1遺伝子上に増幅長の異なる複数のリアルタイムPCRを設計して分析を行ったところ、加工処理後のDNAの分析結果から、加工処理前のコピー数を推定可能であった。以上の結果から、研究はおおむね計画通りに進捗していると判断した。平成25年度に検討した内在性遺伝子に加え、組換え農産物に導入されている組換え遺伝子を標的として同様の検討を行い、組換え遺伝子の加工前コピー数推定法の確立を目指す。リアルタイムPCRで組換え農産物の混入率を算出する際には、一般的に内標比と呼ばれる補正係数が用いられていることから、本研究で開発する定量分析法に固有の内標比を決定する。最後に、組換え農産物で模擬調製した加工食品を、確立した組換え農産物定量分析法で分析し、混入率を評価可能であることを確認する。なお、組換え遺伝子はPCRの標的となる領域が短いなどの制約があり、プライマーの設計が困難な場合もある。

その場合には、内在性遺伝子検出反応の増幅長のみを調節して、加工食品中の組換え農産物の混入率を評価する手法について検討を行う。研究の進捗に応じて、必要な研究費を使用した結果、当初見込んだ予算に比べて執行額が小さくなった。研究計画に変更はなく、前年度の研究費も含めて、当初の予定通りの研究を進めていく予定である。次年度計画している組換え遺伝子のリアルタイムPCR検出系の構築は難航が予想されることから、前年度の研究費は検討に必要となる試薬消耗品費に充てることを予定している。成果報告のための学会参加と論文校閲についても支出を予定している。本研究課題の推進のため、次年度の研究費は、交付申請時の計画どおり、物品費、謝金、旅費、その他に使用する。なお、次年度使用額は、今年度の研究費を効率的に使用して発生した残額であり、次年度の研究費と合わせて、研究計画遂行のために適切に使用する。
クレジット多重債務者の家計破綻原因と生活再建支援に関する研究

わが国では近年、家計の債務化が急速に進み、家計支出の4分の一以上を消費者信用への返済に充てている。長い不況下で、2003年には個人破産が24万人を超えるにいたった。しかし、破産をしても生活全般の改善が見られない人も多く、家計改善の支援と精神的なサポートの両方が必要になっている。本研究者はこの問題に取り組むにあたって、アメリカにおける消費者破産の状況と債務者カウンセリングおよび債務者教育を調査した。アメリカでは消費者破産の乱用が問題となっており、カウンセリングや教育を通じて生活再建を推奨するための政策が検討され、ついに本年連邦破産法の改正が議会を通過した。本研究者は米国調査を通じて、日本で今後必要となるであろう4つの施策を提言した。1債務者のための利用しやすい相談窓口を整備する。2緊急に必要な小口貸付を、社会福祉の観点から利用しやすいように制度改善を行う。3生活支援アドバイザーを養成し、全国に配置する。4子どもの頃からの金銭管理教育を推進する。多重債務者の家計破綻原因の究明と債務者救済方法に関する米国における事前調査を行い、以下の点が判明した。経済不況の環境下で、多重債務者は米国においても増加傾向にある。今回のアイオワ州立大学でのヒラ教授からのヒアリングおよび、シカゴ連邦管財人事務所、シカゴCCS教育担当からの情報収集によってこのことは明らかとなった。また、多重債務者に対するカウンセリングが重視され、検討の進む連邦破産法の改正においてもクレジットカウンセリング前置主義が採用される見通しのなかで、ビジネスとしての債務者カウンセリングを行おうとする業者が次々と現れている状況が見られた。一方、NEFE(個人金融管理教育協会)は生活設計を軸とじた高校レベルのパーソナルファイナンス教育を展開し、一定の評価を得ている状況も把握できた。債務者救済としてのクレジットカウンセリングと、事前教育としてのクレジットを含む総合的金融教育の必要性が改めて確認された。また、2002年8月より多重債務者問題研究会を発足させ、研究者のほか司法書士、消費生活アドバイザー、消費生活相談員、NPO関係者、業界関係者による家計破綻にいたる原因究明と救済の方法のあり方をめぐる勉強会を定例開催している。本研究は3カ年にわたる継続的研究のため、正式な成果の公表は16年度の研究終了の後になる予定である。14年度に引き続き、多重債務者の生活再建支援のあり方に関する研究を行った。昨年夏に発足させた多重債務者問題研究会を継続させ、社会福祉士の行う援助との相互協力の可能性を探り、また、消費生活センター相談員の行う相談業務との関連を検討した。同研究会では、多重債務の相談体制と生活支援に関する行政等への意見書を16年度の早い時期に公表する予定である。10月には本研究の協力者であるアイオワ州立大学ヒラ教授を招き、クレジットカウンセリングセミナーの開催に協力し、関係者の交流を図った。また、11月には米国出張を行い、AFCPE(全米金銭管理カウンセリング計画教育学会)の20周年記念大会に出席し、米国における生活再建支援の実情に関する多くの報告を聞くことができた。今回の学会参加では、学会認定のファインシャルカウンセラーが債務者の家計管理支援を行っている現状を把握できた。同時に、NFCC(全米クレジットカウンセリング協会)および、若年層の金融教育の中軸となっているジャンプスタート本部を訪問しヒアリングを行った。米国の債務者生活再建支援では、それをビジネスチャンスとする営利目的のカウンセリング団体も活動の幅を広げており、消費者団体から問題視されていることがわかった。一方で、多重債務者を発生させないための堅実な家計管理を促す金融教育も、中高生に向けて活発になっている状況を垣間見ることもできた。来年度が本研究の最終年度となるので、一連の成果公表は16年度に行う予定である。14年度、15年度に引き続き、多重債務者の生活再建支援のあり方に関する研究を行った。また、最終年度としての研究の総括を行い、報告書の執筆を行った。16年8月に国際家政学会が京都で開催されたので、これまでの研究成果を多重債務者問題の日米韓の比較研究として、昭和女子大学大学院宮坂順子氏、東京学芸大学大学院李賢眞氏と共同で、ポスターセッションにて発表した。また、同学会に講演者として来日したアイオワ州立大学のヒラ教授を研究会へ招き、最新の米国の破産事情についての講演会を開催し、また情報の交換を行った。

14年度の夏に発足させた多重債務者問題研究会を継続し、家計破綻原因としての生活費不足を補うための生活資金貸付制度の検証、相談体制の整備の方途、多重債務者の生活支援全般を目的とした生活支援アドバイザー制度導入の可能性、ならびに予防的対策としての金融教育・金銭管理教育の徹底などにつき検討し、研究会意見書としてまとめあげて、16年12月に金融庁等へ提出した。さらに、一般へ公表して意見を求めていくために、17年1月には、横浜市において、市民フォーラムを開催した。また、昨年度の訪米調査の際に入手した関連資料を精査し、資料性の高いものを翻訳した。以上の結果を科研費報告書として編集、整理した。
ヘテロエピタキシャル層のひずみ緩和機構の理論解析

1半導体へテロエピタキシャル層の表面うねりに対して、弾性異方性を考慮した線形安定性解析を行った。Si_1-_XGe_X/Si系に対する数値計算の結果から、(1)自由エネルギーの減少の度合いは、<110>方向のうねりより<100>方向のうねりの場合の方が大きく、<100>方向のうねりの方が実現しやすいこと、(2)Si_<0.82>Ge_<0.18>/Si系に対する本理論による臨界波長は444nmであり、実験値440nmと良く一致すること、(3)Ge含有分率が0.5より小さい場合にはミスフィット転位生成が、Ge含有分率が0.5を超える場合には表面うねりの形成が主たるひずみ緩和機構となることが明らかとなった。2シリコン薄膜表面からの転位の核生成の分子動力学シミュレーションを行った。原子間相互作用の計算にはStillinger-Weberポテンシャルを用い、二軸ひずみの状態にあるエピタキシャル層の原子構造の変化に対する表面ステップの存在と温度の影響を調べた。その結果、(1)表面ステップのありなしに関わらず、温度が500Kと1000Kのいずれの場合も、引張・圧縮いずれの場合も、臨界ひずみを超えれば系のエネルギー低下が起こる、(2)エネルギー低下は、表面ステップがある場合には表面ステップの位置から、表面ステップがない場合には任意の位置から、(111)面の積層欠陥がシリコン薄膜内部に進行していき、ひずみエネルギーが低下することにより起こる、(3)S_Aステップ、S_Bステップいずれも表面から積層欠陥が生成される際の起点となるが、積層欠陥生成に対する臨界ひずみはS_Aステップの場合の方が12%ほど小さいことが明らかとなった。3 GaAs/InAs/GaAsピラミッド型量子ドット構造のひずみ分布の数値計算を行った。Stillinger-Weberポテンシャルにより表される系のエネルギーを共役勾配法により最小化して、最安定な原子構造を求め、ひずみ分布を計算した。(1)ドットの上のキャップ表面には、結晶成長面に平行な方向の引張ひずみを生じ、さらに次の層が成長する際には、下の島の頂上にInAsが積層しやすい状況となる、(2)キャップ表面のひずみの大きさはドットの密度の影響を受けないが、wetting layerの厚さが厚くなると大きくなる、(3)スタック型量子ドット構造内部のひずみ分布は介在物理理論による結果と定性的に一致することが明らかとなった。1.半導体ヘテロエピタキシャル層の表面うねりに対して、弾性異方性を考慮した線形安定性解析を行った。系の自由エネルギーは、表面エネルギーと弾性ひずみエネルギーの和で表されると考え、また、アニールの実験条件に対応して、体積一定の仮定を設けた。Si_<1-x>Ge_x/Si系に対する数値計算の結果から、(1)自由エネルギーの減少の度合いは、<110>方向のうねりより<100>方向のうねりの場合の方が大きく、

<100>方向のうねりの方が実現しやすいこと、(2)Si_<0.82>Ge_<0.18>/Si系に対する本理論による臨界波長は444nmであり、実験値440nmと良く一致すること、(3)ミスフィット転位に対する臨界膜厚と表面うねりの絶対安定領域を境界づける膜厚を比較することにより、Ge含有分率が0.5より小さい場合にはミスフィット転位生成が、Ge含有分率が0.5を超える場合には表面うねりの形成が主たるひずみ緩和機構となることが明らかとなった。2.半導体ヘテロエピタキシャル層の転位の形成過程の一形態として、層表面のステップあるいはレッジがミスフィットひずみによって崩壊し、そこから転位が核生成するという説が報告されている。本年度はStillinger-Weberポテンシャルを用いた三次元分子動力学シミュレーションによって、Si/Ge系とGe/Si系の表面ステップと表面レッジに対して、この説の妥当性の検討を行った。シミュレーションの結果から、(1)ヘテロエピタキシャル層では、引張りひずみ状態より圧縮ひずみ状態の方が表面再構成を起こしやすいこと、(2)<100>方向のステップおよびレッジよりも層の結晶構造の変化の度合いが大きいこと、(3)一原子層の高さを持つステップで最も結晶構造の変化を起こしやすいのは、圧縮ひずみ状態にある<110>方向のS_Aステップであること、(4)Zimmerman-Gaoの結果とは異なり、転位の形成は見られないことが明らかとなった。1.シリコン薄膜表面からの転位の核生成の分子動力学シミュレーションを行った。原子間相互作用の計算にはStillinger-Weberポテンシャルを用い、二軸ひずみの状態にあるエピタキシャル層の原子構造の変化に対する表面ステップの存在と温度の影響を調べた。その結果、(1)表面ステップのありなしに関わらず、温度が500Kと1000Kのいずれの場合も、また、引張・圧縮いずれの場合も、臨界ひずみを超えれば系のエネルギー低下が起こる、(2)エネルギー低下は、表面ステップがある場合には表面ステップの位置から、表面ステップがない場合には任意の位置から、(111)面の積層欠陥がシリコン薄膜内部に進行していき、ひずみエネルギーが低下することにより起こる、(3)S_Aステップ、S_Bステップいずれも表面から積層欠陥が生成される際の起点となるが、積層欠陥生成に対する臨界ひずみはS_Aステップの場合の方が12%ほど小さい、(4)系の温度が500Kの場合に対して、系の温度が1000Kの場合の方が積層欠陥生成に対する臨界ひずみは1%ほど減少することが明らかとなった。2.GaAs/InAs/GaAsピラミッド型量子ドット構造のひずみ分布の数値計算を行った。Stillinger-Weberポテンシャルによる表される系のエネルギーを共役勾配法により最小化して、最安定な原子構造を求め、ひずみ分布を計算した。単層の量子ドットのほか、スタック型量子ドットについても計算を行い、(1)ドットの上のキャップ表面には、結晶成長面に平行な方向の引張ひずみが生じ、さらに次の層が成長する際には、下の島の頂上にInAsが積層しやすい状況となる、