hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
低温における規則合金中の原子の拡散過程

深さの測定は本補助金により購入した表面粗さ測定器で行った。その結果、B^<10>、B^<11>、V^<50>、V^<51>、および、Ti^<46>、Ti^<47>、Ti^<48>、Ti^<49>、Ti^<50>の拡散定数はB2→DO_3規則化が起こる温度以下ではこの温度以上からの外挿値よりも大きくなることが分かった。また、これらの原子の拡散のための活性化エネルギ-はいずれもB2→DO_3規則化が起こる温度付近より大きく減少し、B2→DO_3規則化に伴い拡散機構が変化することが明らかとなった。さらに、B^<10>、B^<11>、V^<50>、V^<51>、およびTi^<46>、Ti^<47>、Ti^<48>、Ti^<49>、Ti^<50>の拡散定数より同位体効果が求められ、拡散機構を詳細に解明するための手がかりを得ることができた。本研究では、磁性材料や耐熱材料として開発が期待される金属間化合物Fe_3Al,及び電子材料への応用が望まれる金属間化合物CuAuの表面よりB,V,Ni,あるいはTiの拡散係数,アイソト-プ効果を求めた。つぎに得られたデ-タを検討し,低温における金属間化合物Fe_3AlのB2→DO_3規則化,及びCuAuのα→Ll_0規則化に伴うV,V,NiあるいはTiの拡散機構の変化を明らかにした。具体的には先ず,金属間化合物Fe_<0.74>及びAl_<0.26>及びCuAuを高周波真空溶解により作製した。つづいて,作製した金属間化合物の表面を研磨し、研磨面をB,V,NiあるいはTiで蒸着により被覆した後,被覆層をそれぞれの金属間化合物でさらに被覆した。つぎに真空炉を用いて、低温から高温までの広い温度範囲で拡散処理し,SIMSを用いて深さ方向のB,V,Ni及びTiの濃度分析を行った。その結果,Fe_<0.74>Al_<0.26>においては,B,V,Tiの拡散係数はB2→DO_3規則化が起こる温度以下ではこの温度以上からの外挿値よりも大きくなり,Niの拡散係数は外挿値よりも小さくなることが分かった。B,V,Tiの拡散のための活性化エネルギ-はB2→DO_3規則化に伴い減少を続けるのに対して,Niのそれは大きくなり原子の種類と規則化によって拡散機構が変化することが明らかとなった。Bのアイソト-プ効果は全温度領域で0.2程度を示し,拡散が強い相関のある原子移動機構に基づいていることを示した。さらに,CuAuにおいてはBの拡散係数はAl→Ll_0規則化が起こる温度以下ではこの温度以上からの外挿値よりも小さくならず,アイソト-プ効果はAl→Ll_0規則化に伴い0.1から0.8程度まで増加する等,拡散機構が規則化によって大きく変化することが明らかとなった。
成年後見法における行為能力剥奪のあり方の検討

本研究は、日本法をスイス法およびオーストリア法と比較することによって、日本の成年後見制度がとる行為能力の制限という手段が国連障害者権利条約に抵触していることを示し、改正の必要性を示すことを目的としていた。結果として、オーストリアおよびスイスは、近年の改正により、本人の必要性および判断能力の程度に合わせて行為能力の制限を実施できるよう成年後見制度を改正し、さらに行為能力の制限を伴わない他制度を創設していることが判明した。ここから、日本の現行の成年後見制度が本人の行為能力を過剰かつ自動的に制限していることが明らかになり、制度改正が不可避であることを示すことができた。申請者は、昨年度1月にスイスおよびオーストリアへ出張し、成年者保護制度の専門家(スイス・ベルン大学ヴォルフ教授、ベルン成年者保護官庁ファスビンド氏、オーストリア・インスブルック大学ガナー教授)と面会し、申請者のテーマである成年者保護制度における法定代理について議論し、資料を収集した。本年度は、当該出張で得た資料をもとに、論文の執筆および公表を行った。論文では、スイス法に関し、現行のスイス民法典が法定代理という制度によっていかに本人の能力を制限しつつ、本人を保護してきたかという点に焦点をあてた。スイス民法典は、1912年に施行された。このため、申請者は、法定代理を論じる前提として、スイス民法典制定の歴史を明らかにしたうえで、1912年から現行法に至るまでの法定代理における本人の能力制限の流れを解明した。ここでは、スイス成年後見制度の法定代理においては、民法典施行からすでに本人の能力制限を行わない類型が存在し、2013年の新法によってさらに抑制的に行う類型が創設されたことを明らかにし、日本の成年後見制度が本人の能力を必要以上に制限していることを説いた。本論文は、青木仁美「スイス成年後見法における法定代理権の変遷」五十嵐慶喜=近江幸治=楜澤能生(編)『民事法学の歴史と未来ー田山輝明先生古稀記念論文集』(成文堂、2014年3月)579ー603頁として公表した。本論文は、今後予定している成年者保護制度研究の基礎となる意義を有する。また、申請者は現在博士論文をもとにした単著『オーストリア成年後見法制』(成文堂、2014年9月発行予定)の校正段階にあるが、本年度の研究をもとに、本書においてもスイス後見法の知見を加えた。さらに、本年度の研究成果をもとに、2014年4月26日に「オーストリアおよびスイスにおける成年者のための医療代諾権」と題した発表を行った。研究の具体的内容これまでの日本法におけるスイス法の先行文献を分析し、旧スイス後見法の把握に努めた。これを前提知識として、2013年1月1日施行の改正法に関するドイツ語の文献を、日本において手に入れられる範囲で複数講読した。2013年1月に、現地調査を実施し、スイスベルン大学のStephan Wolf教授およびオーストリア・インスブルック大学Michael Ganner教授、ベルン成年者保護官庁責任者であるPatrick Fassbind氏と面会し、今後の研究について指導を得ることができた。とりわけ、Wolf教授からはスイスの新法に関する重要文献を指摘してもらうとともに、旧法であるスイス後見法、新法である成年者保護法に関する関係資料を多数持ち帰った。研究の意義・重要性申請者が本研究で目指すのは、成年後見制度における自動的行為能力剥奪からの脱却である。この点、新法のスイス成年後見法では、その新類型において、法定代理人に取消権を付与せずに、代理権のみを与えるという類型が創設された。この類型は、行為能力の自動的剥奪からの突破口となる内容を有している。そこで、スイス法に文献を多数持ち帰るとともに、専門家であるWolf教授およびFassbind氏と知遇を得たことは、今後の研究に大いなる異議を有すると考える。さらに、いまだに行為能力の自動的制限を有するオーストリアでも、インスブルックの調査において、その改正が提唱されていることが明らかとなるなど、申請者の研究の方構成が有効であることが明らかとなった。本年度は、4月に比較後見法制研究所において「オーストリアとスイスにおける後見人医療代諾権」という題目で発表を行った。その後、本発表をもとに論文「オーストリアおよびスイスにおける成年者のための医療代諾権」を5月に脱稿した。本稿は、田山輝明(編著)『成年後見人の医療代諾権』(三省堂、2015年5月末発刊予定)において公表される。この論文は、成年後見人の医療同意権の必要性を示すものであるまた、学位論文をもとにした単著の校正段階において、スイス後見法の新法改正の内容について言及した。そして、オーストリアのみならず、スイスの法改正からも、行為能力制限という観点から、日本の成年後見制度の改正が必要といえると結論づけた。

同論文は、2015年3月に『オーストリアの成年後見法制』(成文堂)として出版された。申請者は、これまでの研究から生じた疑問を解決するために、2015年2月にスイスへ海外出張を行った。この出張において、ベルン成年者保護官庁の責任者にインタビューを行った。ここでは、新法が施行されて約2年経過したことを踏まえて、新法を施行し、新制度である任意後見制度、親族の法定代理権を定めても成年後見制度が必要となる場合はいかなる場合か、行為能力を制限することなく財産管理権を成年後見人に与える類型はいかなる場合に用いられるのか、本人の行為能力をすべて制限する成年後見が必要となる場合はいかなる場合かといった、新制度の改正のきっかけとなった点について、聞き取り調査を実施した。また、ベルン大学において、日本の成年後見制度に関する問題点について発表を行った。民事法学申請者は、日本の成年者保護制度に必要な主たる改正点として、1成年後見制度における法定代理の抑制的利用方法、2成年後見制度以外の保護制度の創設の2点を挙げている。本年度の研究により、1を証明するための基礎となる論文を公表できたと考える。また、本論文の公表により、2の成年後見制度以外の成年者保護制度の研究へ移行することができる。申請者は、スイス後見法の歴史から研究をスタートさせた。これに関する先行文献は、日本語およびドイツ語のものが複数入手できたため、これにより旧制度を把握することができた。さらに、今年度の主たる目的のひとつであった、現地調査による文献入手および専門家とのコンタクトであるが、これについても、2013年1月に実施することができた。この調査により、2013年1月施行のスイスの新法に関する文献が入手できたとともに、専門家であるWolf教授およびFassbind氏と面識を得た。さらにWolf研究室においては、ドイツ語で日本の成年後見法に関する発表も行い、国際的な学問的交流を図ることができたと共に、Wolf研究室の助手とも知り合いとなり、今後の文献入手について援助してもらうことを委託した。オーストリアでも、現在の法状況を把握し、改正を提唱するための調査を行うことだできた。ここから、申請者の研究は、おおむね順調に進展していると評価できる。社会は、高齢化し、かつ法化している。高齢者を含めた成年者保護が成年後見制度の一択しかなければ、そこには常に法定代理による本人の能力制限が伴う。今後の研究は、成年後見制度以外の成年者保護をどのように法的に整備するかについて行う。たとえば、医療同意見や居所決定権、近親者に与える簡易な法定代理権といった点である。本領域では、スイス、オーストリアおよびドイツにおいて近年法整備が進んでいる。このため、研究は、当該3か国を対象に、文献調査および関係研究者に対する調査を行うという方法で進め、本年度中の論文公表を目指す。前年度の現地調査において入手した文献を分析し、旧後見法および新法の成年者保護法の把握を続行する。これを基盤にして、論文の執筆を開始するとともに、研究会でも積極的に発表を行う。スイスおよびオーストリアの専門家とコンタクトを取り続け、文献では明らかにならない制度運用実態に関して質問する。
身体化ハプティクス：道具の身体適応を促す適切な触覚付与の設計論

触覚は外界の知覚だけでなく,自身の身体認識や運動制御に大きく関係する.道具使用における道具上の触覚検出と使用者への触覚呈示は道具の身体化を促し,操作性付与による使用者の能力活用・拡張と道具性能の引出し,さらに身体認識に繋がる.本研究は,腹腔鏡下手術用触診システムおよび触覚付き義手を具体的な開発対象とし,道具の身体化を促す触覚付与の設計論構築を目指している.本年度は,共通基盤として,手や前腕の異なる部位による振動検出閾値の調査や感覚における個人差,各開発対象については,走査型触診システムにおける触覚提示の評価や押込型触診システムにおける触覚提示の検討,装飾義手における多指化について主に研究開発を進めた.振動検出閾値の調査では,指先,手の甲,腕の順で特に高周波の振動検出閾値が大きくなることが確認され,機械受容器の分布量や振動伝搬との関連性が考察された.また,粗さ感を例に,複数種の刺激が関与する感覚では,各刺激の関与の重みに個人差があり,同じ対象でも異なる感覚を各人が持つことが示された.走査型触診システムでは,昨年度開発した,空気圧式の指輪型触覚提示装置について評価実験を行い,感度の向上に加え,確信度の向上も確認でき,足への触覚提示に比べて,道具を用いている手に触覚提示する効果が示された.さらに,押込型触診システムの開発を進め,指輪型触覚提示装置の接触部の面積を小さくする改良を行い,硬さ評価を行いやすくした.触覚付義手では,昨年度の検討を基に,義手の骨格の外周に厚みをつけることで,望まない振動を遮断して義手に配置した触覚センサの受容領域を設計可能にし,複数指に触覚センサを有する装飾義手を開発した.当初の計画のように,走査型触診システムにおける触覚提示の実装と有効性評価,押込型触診システムへの展開,装飾義手における多指化,また,感度に関する触覚の基礎研究が進んでおり,順調である.触覚の知覚に関する個人差については,今後に繋がる重要な基礎的知見が得られ,また,得られた知見を基にした人と機械の協調に関する新たな方向性も見いだすことができ,研究が広く進展した.平成30年度に得られた結果を基にして,様々な身体部位に対する感度や振動特性,個人差の検討を継続して進めるとともに,複数の触覚情報の統合性について検討する.触診システムについては,押込型における硬さ知覚の増強や触覚提示の有効性の検証,さらに,把持型の展開を始める.義手については,開発した多指化した触覚付装飾義手について,身体化の有効性を検証し,さらに装飾義手で得られた知見を基に,電動義手への触覚付与を進める.触覚は対象知覚だけでなく,自身の身体認識や運動制御に大きく関係する.道具における触覚検出と道具使用者への触覚呈示は道具の身体化を促し,操作性付与による使用者の能力活用・拡張と道具性能の引出し,さらに身体認識に繋がる.本研究は,腹腔鏡下手術で触診が行えるシステムおよび義手への触覚付与を具体的開発対象とし,道具の身体化を促す触覚付与の設計論の構築を目的としている.本年度は,共通基盤として,身体の様々な部位の触覚感度を計測するための簡易型触刺激システムの開発,各対象については,走査型触診システムにおける触覚提示,装飾義手における振動触覚の検出と提示について主に研究開発を進めた.走査型触診システムでは,鉗子先端で検出した力を足の甲に提示する装置を開発してきたが,これを用いて足の感度を調査し,また,しこり検出に対して足への触覚提示による操作性や感度の向上について検討を行った.その結果,操作性は向上するものの,感度については十分には向上しない傾向が見られ,触覚をフィードバックする提示部位が鉗子を操作する手から離れている影響が推察された.そこで,鉗子操作に干渉しないことも考慮し,鉗子を操作する手の指に圧力提示する空気圧を用いた指輪型の触覚提示装置の開発を進め,臨床実験を行い良好な傾向を得た.触覚付義手では,身体認識向上のための触覚情報として,広い領域を高感度で検出できる義手上を伝搬する振動に注目をした.適切に検出領域を設計可能にするため,伝搬する振動を遮断する方法の基礎検討を行い,構造的工夫による遮断を見出した.また,その提示について,エラストマー型振動子を用いて,人の空間的知覚特性から接触面積を考慮した設計,および装着方法について検討を行った.当初の計画のように,触覚提示による身体認識や操作性,感度向上の効果や提示部位による違い,義手への触覚付与のための構造設計や人の触知覚特性を考慮した提示装置の開発が進んでおり,おおむね順調に進展している.触覚は外界の知覚だけでなく,自身の身体認識や運動制御に大きく関係する.道具使用における道具上の触覚検出と使用者への触覚呈示は道具の身体化を促し,操作性付与による使用者の能力活用・拡張と道具性能の引出し,さらに身体認識に繋がる.本研究は,腹腔鏡下手術用触診システムおよび触覚付き義手を具体的な開発対象とし,道具の身体化を促す触覚付与の設計論構築を目指している.本年度は,共通基盤として,手や前腕の異なる部位による振動検出閾値の調査や感覚における個人差,各開発対象については,走査型触診システムにおける触覚提示の評価や押込型触診システムにおける触覚提示の検討,装飾義手における多指化について主に研究開発を進めた.

振動検出閾値の調査では,指先,手の甲,腕の順で特に高周波の振動検出閾値が大きくなることが確認され,機械受容器の分布量や振動伝搬との関連性が考察された.また,粗さ感を例に,複数種の刺激が関与する感覚では,各刺激の関与の重みに個人差があり,同じ対象でも異なる感覚を各人が持つことが示された.走査型触診システムでは,昨年度開発した,空気圧式の指輪型触覚提示装置について評価実験を行い,感度の向上に加え,確信度の向上も確認でき,足への触覚提示に比べて,道具を用いている手に触覚提示する効果が示された.さらに,押込型触診システムの開発を進め,指輪型触覚提示装置の接触部の面積を小さくする改良を行い,硬さ評価を行いやすくした.触覚付義手では,昨年度の検討を基に,義手の骨格の外周に厚みをつけることで,望まない振動を遮断して義手に配置した触覚センサの受容領域を設計可能にし,複数指に触覚センサを有する装飾義手を開発した.当初の計画のように,走査型触診システムにおける触覚提示の実装と有効性評価,押込型触診システムへの展開,装飾義手における多指化,また,感度に関する触覚の基礎研究が進んでおり,順調である.触覚の知覚に関する個人差については,今後に繋がる重要な基礎的知見が得られ,また,得られた知見を基にした人と機械の協調に関する新たな方向性も見いだすことができ,研究が広く進展した.平成29年度に得られた結果を基にして,様々な身体部位に対する感度や振動特性の検討を進めるとともに,装飾義手,走査型触診への適用を継続し,臨床実験や,心理物理実験や脳波測定を通した詳細実験による,触覚提示の有効性の検証を行う.さらに,装飾義手では複数指への触覚の検出と提示の対応,触診では押込み型のための触覚提示方法について検討を行う.また,皮膚特性や感度の個人差を考慮した触覚提示の適合技術について検討する.平成30年度に得られた結果を基にして,様々な身体部位に対する感度や振動特性,個人差の検討を継続して進めるとともに,複数の触覚情報の統合性について検討する.触診システムについては,押込型における硬さ知覚の増強や触覚提示の有効性の検証,さらに,把持型の展開を始める.義手については,開発した多指化した触覚付装飾義手について,身体化の有効性を検証し,さらに装飾義手で得られた知見を基に,電動義手への触覚付与を進める.
細胞の酸性環境への適応とリソソーム機能の制御

本研究ではがん組織で特徴的に見られる酸性環境の中でがん細胞がどのようにして活発に増殖できるのか、具体的な分子機構を明らかにするとともに、その医学生物学的重要性について追究している。培養細胞、マウス、線虫の3つの実験材料を用いて多面的な解析に取り組んでいる。培養細胞を用いた解析では、PRL高発現による酸性環境適応との関連が示唆されるlysosomeexocytosisとの関わりについて調べた。リソソーム内腔に局在する複数の酵素が、PRL高発現やその結合標的分子CNNMのノックアウトによって特異的に細胞外により多く分泌されていることを見つけた。また、PRL高発現細胞の弱アルカリ条件で起こる細胞死の回避を指標とした関連遺伝子スクリーニングにも着手した。マウス生体内での腫瘍形成との関わりを調べるため、PRL高発現での効果が明確に示されているB16メラノーマ細胞で薬剤誘導性にPRLを発現調節できる細胞株を樹立した。実際にin vitroでの培養条件では発現誘導がかかることや、酸性環境でよく増殖することも確認できた。線虫を用いた解析では既に作成済みのPRLオルソログ変異体の解析を行った。その結果、偏光や自家蛍光を利用した解析によりリソソーム関連オルガネラの異常が確認できた。またリソソームに局在するLMP-1の蛍光融合タンパク質を発現する線虫との掛け合わせを行い、リソソームの挙動に関するイメージング解析が可能な実験系を作出した。さらにPRLの結合標的分子であるCNNMの線虫オルソログの変異体を利用する実験も実施した。5つのファミリー遺伝子のうちcnnm-1とcnnm-3を二重欠損させると、不稔や寿命短縮などの表現型を示すので、この変異体と上記のリソソーム可視化線虫の掛け合わせも進めた。本研究ではがん組織で特徴的に見られる酸性環境の中でがん細胞がどのようにして活発に増殖できるのか、培養細胞、マウス、線虫など様々な実験材料を用いて解析に取り組んでいる。29年度およびその繰越金を利用した研究によって、交付申請に記載した研究計画の重要項目をほぼ実施することができた。さらに、PRLの結合標的分子として見つけたCNNMに関して他の研究で作成していた変異体を本研究でも利用することで、PRLとCNNMの機能的に密接に関連する両分子からの重層的な解析を進めることができるようになった。これらの理由から、29年度およびその繰越金を利用した研究は概ね順調に進展していると判断した。順調に進展した上記の研究成果を受けて、基本的には申請時の大まかな方向に沿って、今後の研究を発展させながら進めてゆくことを計画している。またそれと共に、明確な表現型を示すCNNM変異体線虫を利用できるようになったので、それを用いてリソソームやその関連オルガネラの解析も進める。これらの研究計画を総合的に実施することで当初の想定よりも高いレベルで本研究の目的を達成できる可能性がある。

順調に進展した上記の研究成果を受けて、基本的には申請時の大まかな方向に沿って、今後の研究を発展させながら進めてゆくことを計画している。またそれと共に、明確な表現型を示すCNNM変異体線虫を利用できるようになったので、それを用いてリソソームやその関連オルガネラの解析も進める。これらの研究計画を総合的に実施することで当初の想定よりも高いレベルで本研究の目的を達成できる可能性がある。
統計的因果推論の方法を用いたヒストリカルデータの活用

当該年度は、ヒストリカルデータから用いる情報量を新規試験データとの類似度に応じて連続的に決定する方法についての研究を推進し、論文作成を行った。具体的に、動的利用を伴うベイズ流の手法は階層モデル、test then pool法、power prior、modified power prior、commensurate prior, commensurate power priorなど様々あるが、このうち特に正規近似を用いた場合に解析的に扱いやすい階層モデルに着目し、ヒストリカルデータなどの事前情報に基づいて構成した興味のある統計量の事前分布について、事前平均を誤特定してしまった場合のバイアスの解析的な評価を研究者自身の知る限り初めて行い、動的利用がなぜうまくいくかについて考察した結果を利用して、データに基づいてそのバイアスの補正やバイアスの最大値の制御を行う試みをさらに推進し、具体的なデータ解析手法を開発した。ベイズ流階層モデルに基づく推定量を修正することで、標準化バイアスの最大値(あるいはαエラーの最大値)を臨床試験のデザイン時に定めた値以下に抑える方法を提案し、シミュレーションにより既存の階層モデルに基づく推定量、新規試験だけを用いた結果、過去試験のデータを完全に用いた結果等と比較し良好な結果を得た。また、適用事例として実際の臨床試験データを用いたデータ解析を行った。これらの結果を考察とともに学術論文にまとめ、論文投稿中である(Taguri, M., Sakamaki, K. and Morita, S. (2019). Incorporating historicalinformation for randomized clinical trials: dynamic borrowing with bias reduction. Unpublished manuscript)。当該年度は、主な適用データと考えている臨床試験データのデータ解析を進めた。本試験では過去の臨床試験データを新規試験の既存治療群のヒストリカルデータとして用いることで、全体の対象者数を変えずに新治療群への割付比率を上げることが行われている。新規試験内では2:1割付が行われており、既存治療群に対し、新治療群の1/2に当たる情報量をヒストリカルデータから代用する方法について検討し、適切な解析計画書を作成した上で実装を行った。学術論文は現在投稿中である。その次の段階として、ヒストリカルデータから用いる情報量を新規試験データとの類似度に応じて連続的に決定する方法を検討している。適用を目指す臨床試験データの学術論文報告のための解析を一通り終えたことで、データの特徴を適切に把握することができた。また、提案する方法に関する理論的検討も同時並行で進めていたため、投稿中の学術論文が受理され次第、研究用の解析に取り組む準備が整っていると考えている。関連した方法として当該年度中に発表されたZhang(2016)などの方法についてもシミュレーション実験での比較を行うことなどを検討している。当該年度は、主な適用データと考えている臨床試験データの論文化が進んでおり、進捗状況としては、ほぼアクセプトの段階であり、本試験では過去の臨床試験データを新規試験の既存治療群のヒストリカルデータとして用いることで、全体の対象者数を変えずに新治療群への割付比率を上げることが行われている。新規試験内では2:1割付が行われており、既存治療群に対し、新治療群の1/2に当たる情報量をヒストリカルデータから代用している。その次の段階としてヒストリカルデータから用いる情報量を新規試験データとの類似度に応じて連続的に決定する方法についての研究を進めている。類似度は変量効果モデル(あるいはベイズ法)に基づいて交換可能なパラメータ間の分散でモデル化されることが多いが、現実には、新規試験とデザインや対象集団がよく似たヒストリカル試験の数が多くないことが想定され、結果的に分散を経験的に推定するのが困難になってしまうという問題がある。この部分の解決に取り組んでいくつかのアイデアを得ている。提案する方法に関する方法論的な検討に関して、当初の計画通り文献レビューをほぼ終えている。シミュレーション研究については計画していた評価がまだできていないが、代りに理論的な検討と実データ解析については計画よりも進んでいるため、全体として順調に進展していると考えている。本年度はシミュレーション研究と実データ解析を行い、学術論文の投稿ができると考えている。関連した方法として当該年度中に発表されたHeld and Sauter(2017)の方法についてもシミュレーションでの比較を行うことなどを検討している。当該年度は、主な適用データと考えている臨床試験データの論文化が進み、出版された(Tanaka et al., Int J Clin Oncol. 2017;22(6):1052-1059.)。その次の段階としてヒストリカルデータから用いる情報量を新規試験データとの類似度に応じて連続的に決定する方法についての研究を引き続き進めている。具体的に、動的利用を伴うベイズ流の手法のうち、階層モデルに着目し、ヒストリカルデータなどの事前情報に基づいて構成した興味のある統計量の事前分布について、事前平均を誤特定してしまった場合のバイアスの解析的な評価を行い、動的利用がなぜうまくいくかについて考察した。また、データに基づいてそのバイアスの補正やバイアスの最大値の制御を行う試みを行い、良好なシミュレーション結果を得ている。

当該年度中に当該研究に関連した統計理論の査読付き原著論文を筆頭著者で1報(Taguri and Kuchiba, 2018)、共著で1報(Takeda, Taguri and Morita, in press)発表した。これらはいずれも本研究で目標としている治療効果の推定方法に関する研究であり、有意義であると考えている。提案する方法に関する方法論的な検討に関して、他業務の都合により論文化が遅れているが、シミュレーション研究と理論的な検討は順調に進展しているため、既に発表できる段階にある。本年度はシミュレーション研究と実データ解析を行い、学術論文の投稿ができると考えている。関連した方法としてHeld and Sauter(2017)やvan Rosmalen et al.(2017)等で紹介されている最新の方法についてもシミュレーションでの比較を行うことなどを検討している。当該年度は、ヒストリカルデータから用いる情報量を新規試験データとの類似度に応じて連続的に決定する方法についての研究を推進し、論文作成を行った。具体的に、動的利用を伴うベイズ流の手法は階層モデル、test then pool法、power prior、modified power prior、commensurate prior, commensurate power priorなど様々あるが、このうち特に正規近似を用いた場合に解析的に扱いやすい階層モデルに着目し、ヒストリカルデータなどの事前情報に基づいて構成した興味のある統計量の事前分布について、事前平均を誤特定してしまった場合のバイアスの解析的な評価を研究者自身の知る限り初めて行い、動的利用がなぜうまくいくかについて考察した結果を利用して、データに基づいてそのバイアスの補正やバイアスの最大値の制御を行う試みをさらに推進し、具体的なデータ解析手法を開発した。ベイズ流階層モデルに基づく推定量を修正することで、標準化バイアスの最大値(あるいはαエラーの最大値)を臨床試験のデザイン時に定めた値以下に抑える方法を提案し、シミュレーションにより既存の階層モデルに基づく推定量、新規試験だけを用いた結果、過去試験のデータを完全に用いた結果等と比較し良好な結果を得た。また、適用事例として実際の臨床試験データを用いたデータ解析を行った。これらの結果を考察とともに学術論文にまとめ、論文投稿中である(Taguri, M., Sakamaki, K. and Morita, S. (2019). Incorporating historicalinformation for randomized clinical trials: dynamic borrowing with bias reduction. Unpublished manuscript)。前年度に引き続き「提案法の開発(推定量の正規近似を行う場合)」を進めていく予定である。当該年度に行った理論的検討を基に、開発した統計手法の評価をシミュレーションデータを用いて行う。
非小細胞肺癌術中迅速リンパ節転移診断のためのCDCA1-OSNA法の開発

(方法)2014年の肺癌切除症例において、肺癌組織および正常部肺でのCDCA1の発現をreal-time PCR法で定量し、そのマーカーとしての有用性と発現と臨床病理学的因子との関連性を検討した。また、2017年の肺癌切除症例で郭清リンパ節におけるCDCA1およびCK19のmRNA発現を解析し、その転移マーカーとしての有用性を検討した。(結果) 96例の肺癌切除症例において、正常肺でのmRNA発現と比較して癌部での発現は有意に高値であり(p<0.001)、ROC曲線においてdelta-delta CT法でのRelative-expression (RE)の閾値を0.101とするとその感度は75%、特異度は79%となった。臨床病理学的因子ではその発現高値と組織学的グレードおよび脈管浸潤が有意に相関し、術後再発と有意に相関した(RE閾値0.193, p=0.003)。扁平上皮癌、大細胞癌では高値、浸潤性の腺癌でも高値だが、肺胞上皮置換性有意の小型肺腺癌(AIS, MIA)では低値であった。肺小細胞癌でも高値を示した。また、肺門リンパ節での解析で、有意に転移リンパ節で発現高値であり、(p<0.001)CK19と比較し良好なマーカーであることが示された。(感度83%,特異度77%)。CDCA1のPCRのみ陽性の症例では、病理標本、PCRともに陰性であった症例よりも予後が不良である傾向があった。CDCA1は肺癌組織において高率に高発現しており、その高発現は予後因子としても有用であった。また、リンパ節転移の分子マーカーとしての有用性も示され、今後縮小手術適応決定のためのリンパ節転移術中迅速診断へと応用できる可能性が示された。以上の結果を日本肺癌学会総会に発表し、現在論文発表準備中である。また、臨床応用へ向けてOSNA法へ応用できるプライマーの開発を行っている。本研究期間内で行いたかった研究内容は以下のとおりである(CDCA1の非小細胞肺癌における発現率の検討)当科にて手術を施行する非小細胞肺癌症例において正常肺および原発巣に加え、該当する肺葉の肺門リンパ節を凍結保存する。それぞれからmRNAを抽出しcDNAに転換。Real-time PCR法にてCDCA1発現を定量し、それらを比較検討する。(CDCA1の発現の転移リンパ節における発現の検討)凍結したリンパ節からもmRNAを抽出、cDNAを作成し、Real time-PCRにて陰性、陽性を判定。組織診断での陰性、陽性と対比し、感度、特異度を判定する。(CDCA1-OSNA法の確立)Real-time PCR法にてCDCA1 mRNA発現の有用性が証明した場合、シスメックス株式会社のご協力のもと、OSNAで使用できる試薬の開発を行う。現在手術検体から腫瘍部、正常肺に加え、肺門、縦隔の代表的なリンパ節の一部を凍結保存し、逐次mRNAを抽出、CDCA1ならびにCK19のmRNAをReal-Time PCRを用いて測定している。腫瘍組織での検討ではCDCA1のReal-Time PCRがCK19よりも偽陽性が少なく、優れた分子マーカーであることが明らかになった。今後も症例を蓄積し、100例ほど集積した時点で解析を行う予定。CDCA1の免疫染色についても現在症例蓄積中で、近日中にはそのReal-Time PCRとの整合性ならびに臨床情報との関連につきて解析する予定。リンパ節からのmRNAの検出については現在症例を蓄積中である。組織からのmRNAの抽出、cDNAの作成は順調に進行中である。順調に症例を蓄積できており、現在のところCDCA1 mRNA検出が転移リンパ節の同定に有用であるというデータが明らかになりつつある。

また、リンパ節転移の分子マーカーとしての有用性も示され、今後縮小手術適応決定のためのリンパ節転移術中迅速診断へと応用できる可能性が示された。さらなる症例の蓄積と、DATAの解析。一定数症例が集まったらその臨床情報との対比を行い、臨床応用に向けてのさらなる検討に向かいたい以上の結果を日本肺癌学会総会に発表し、現在論文発表準備中である。また、臨床応用へ向けてOSNA法へ応用できるプライマーの開発を行っている。症例蓄積が不十分だったため、遺伝子解析などの物品費を次年度に回しました。予定していた実験が進行していない部分があり、次年度使用分が生じた
細胞外マトリックス異常による難聴に関する研究

従来、難聴の原因としては、内耳の有毛細胞の細胞死、血管条・ラセン靭帯などのイオンサイクルの破綻などが注目されてきたが、近年、細胞外マトリックス(蓋膜構成因子ネットワーク)の破錠による難聴が知られるようになってきた。本研究では、内耳における細胞外マトリックス(特に蓋膜構成因子)に注目し、蓋膜構成因子の細胞内局在を明らかにするとともに、蓋膜構成成分の遺伝子変異による難聴の探索を行ない、新規遺伝子変異を見出した。細胞外マトリックスに関連した遺伝子の変異解析<目的>我々は最近世界に先駆け難聴患者におけるIX型コラーゲンの変異スクリーニングを行い、3家系に変異が認められることを報告した。現在これらの臨床症例の検討とともにIX型コラーゲンノックアウトマウスを用いた研究を行っており内耳の蓋膜を構成するIX型コラーゲンとII型、V型コラーゲン、α-tectorinなどの他の細胞外マトリックスとの相互作用に注目している。これまでに蓋膜を構成する細胞外マトリックスであるII型、IV型、XI型コラーゲンやα-tectorin、β-tectorin、otogelinなどの蛋白異常により難聴を呈することが報告されているが、共に蓋膜の構成蛋白の異常であるにもかかわらずそれらの表現型は様々であり、難聴のメカニズム解明にはさらなる変異解析と蛋白レベルでの解明が必要不可欠であると考えられる。<内容><方法>今までに収集した約3000症例のDNAサンプルをベースに、先天性難聴から後天性難聴まで様々な難聴患者を対象とした。直接シークエンス法により細胞外マトリックスに関連した難聴原因遺伝子の変異スクリーニングを行い、変異の同定されたものについては聴力の正常なコントロール群と比較検討した。<結果>現時点で新たな変異は同定されていないが、さらに変異スクリーニングを継続して行っている。難聴モデルマウスを用いた細胞外マトリックスの内耳での局在解析〈内容〉ゲノム解析が進んでいるマウスや蛋白質研究が進んでいるラットを使用した。また難聴モデルマウスとして,IX型コラーゲンノックアウトマウスを使用した。マウス及びラットをネンプタール麻酔下におき,共焦点レーザー顕微鏡による解析には4%パラホルムアルデヒドによる経鼓膜及び経心灌流固定を行って側頭骨を固定後,蝸牛及び末梢前庭器を摘出して凍結切片を作成。ABC法に従って難聴原因蛋白質に対する特異抗体(必要に応じてそれぞれ作成)と特異細胞に対する抗体などとの蛍光二重染色を行い,共焦点レーザー顕微鏡によって解析を行った。電顕レベルでの解析には4%パラホルムアルデヒド+0.5%(0.1%)グルタールアルデヒドにて外リンパ灌流及び経心灌流固定を行い側頭骨を固定後,蝸牛及び末梢前庭器を摘出し急速凍結,凍結置換法にて超低温下でアクリル樹脂(HM20)に重合,包埋し,超薄切片を作製した。現在,内耳に局在している数種類のコラーゲンについて解析し,その結果について検討中である。〈意義〉我々は最近世界に先駆けIX型コラーゲン遺伝子変異による難聴について報告してきた。これまでに蓋膜を構成する細胞外マトリックスであるII型,IV型,XI型コラーゲンやα-tectorin,β-tectorin,otogelinなどの蛋白異常により難聴を呈することが報告されているが,共に蓋膜の構成蛋白の異常であるにもかかわらずそれらの表現型は様々であり,難聴の原因を突き止めるためには原因蛋白質が内耳のどの細胞内でどのような局在を示すのか,また他の共存する蛋白質との相互作用がどうなっているのかが明らかにされなければならないと考えられる。平成20年度は、優性遺伝形式をとる遺伝性難聴患者を対象に、細胞外マトリックス構成遺伝子について変異の検索を行なうとともに、臨床情報との比較検討を行い、遺伝子変異と難聴との関連性について詳細に検討した。その結果、内耳に発現する細胞外マトリックスの構成成分のひとつであるTECTA遺伝子の新規変異を2家系より見出した。2家系はいずれもZPドメイン領域の変異であり、臨床的には進行性の中音域の難聴になることが明らかとなった(moteki, et.al.,投稿準備中)。また、認められたTECTA遺伝子変異の機能解析を目的として、オワンクラゲ緑色蛍光タンパク(GFP)との融合タンパクを作成し、培養細胞に導入し細胞内の局在の解析を行った。その結果、日本人難聴患者より見出された変異のいくつかは、細胞質に局在し、細胞膜に移行しないことが明らかとなった(moteki, et.al.,投稿準備中)。従って、細胞外に分泌されないことにより、蓋膜の構成成分が異なることにより難聴となることが示唆された。また、他の細胞外マトリクス構成蛋白質の候補として、各種のコラーゲンについて、内耳での発現をリアルタイムPCRで調べるとともに、いくつかについては組織免疫染色法を用いて内耳における局在を検討している。

また、難聴モデルマウスとして、IX型コラーゲンノックアウトマウスを用い、難聴原因遺伝子の賛成する蛋白に対する特異抗体と特異細胞に対する抗体の蛍光2重染色を行い、蛋白の局在を明らかにした。
アオウキクサ(Lemna)を用いた酸性水モニタリングの研究

アオウキクサは熱帯から寒帯まで幅広く分布する淡水性浮漂植物である。小型で均一の固体を同時に多数得られ増殖サイクルが極めて速い等,実験用生物として理想的な性質を持つ。また重金属を始め水汚染物質に敏感に反応することも知られており,これまでアオウキクサを水汚染の指標植物として,また水汚染物質の除去回収に用いる試みを行なってきた。本研究では,酸性水の指標にアオウキクサを用いる試みについて検討した。1.各種pH条件下でのアオウキクサの生育・増殖アオウキクサ増殖速度は培養液のpHが46の時に最大となることが,明らかとなった。またpH3.6以下の培養液では,植え込み後24時間以内に枯死することも示された。2.各種pH条件下での重金属の吸収重金属に対するアオウキクサの感受性は培養液pHにより変化し,pH6において最大となった。このpH値ではカドミウム0.1ppmに対しても50%の増殖阻害を示した。重金属に対する感受性の変化は,培養液からの重金属の吸収量と関連していることも明らかとなった。3.各種河川水,下水処理場水,雨水によるアオウキクサ育成雨水によるアオウキクサ育成においては,増殖・生育は極めてわずかであったが,酸性度が高い雨水ほど増殖・生育量は少なくなる傾向が見られた。また下水処理場水,河川水を用いたアオウキクサ育成では,やはりpHが高い程,また栄養塩濃度が高い程,増殖度が大となる傾向が見られた。アオウキクサは,小型で均一な個体を同時に多数得ることが出来,増殖速度が極めて早く,生育環境諸条件の変化に鋭敏な反応を示す,等,実験生物として有利な多くの条件を備え,かつ水環境では極めて普通に見られる浮標高等植物である。これを用いて,現在問題となっている酸性水のモニタリングを行うと共に,水域の汚染や酸性化が生態系に及ぼす影響についても検討を行うことが本研究の目的である。本年度は各種河川水,湖沼水,雨水を採取してアオウキクサ育成を試み,同時にpHのちがいに対するアオウキクサの反応について,検討を行った。1.河川水,湖沼水,雨水を用いたアオウキクサの育成各処より採取した水のそのままアオウキクサを生育させると,第一に藻類,菌類の増殖が著しく,第二に栄養塩が十分でない為,一週間以内に植え込んだアオウキクサは枯死した。そこで試料水を高圧滅菌してから用い,また普通アオウキクサ培養に用いる培養液条件となるよう栄養塩を添加する等の前処理を行った。この育成実験の結果アオウキクサはpH4.14.6に調整した試験水において最も良好な増殖を行うことが明らかとなった。また試料水中のリン,及び硝酸イオン,アンモニウムイオン濃度がアオウキクサ生育量及びその開花にも関わることが推察された。2.各種pH条件下におけるアオウキクサ増殖と重金属取り込み1の結果に見られるように,pH4.14.6の範囲でアオウキクサの増殖速度は最大となることが示された。pHによる増殖度の差が明確になるのは植え込み後5日目であった。しかしカドミウム0.1ppmを添加した培養液では,3日目に既にpHによる増殖度の差が明らかとなっており,これは,pHにより初期の重金属取り込み量が著しく異なるためと推察された。アオウキクサは熱帯から寒帯まで幅広く分布する淡水性浮標植物である。小型で均一の個体を同時に多数得られ増殖サイクルが極めて速い等、実験用生物として理想的な特質を持つ。また重金属を始め水汚染物質に敏感に反応することも知られており、これまでアオウキクサを水汚染の指標植物として、また水汚染物質の除去回収に用いる試みを行ってきた。本研究では、酸性水の指標にアオウキクサを用いる試みについて検討した。1.各種pH条件下でのアオウキクサの生育・増殖アオウキクサ増殖速度は培養液のpHが46の時に最大となることが、明らかとなった。

またpH3.6以下の培養液では、植え込み後24時間以内に枯死することも示された。2.各種pH条件下での重金属の吸収重金属に対するアオウキクサの感受性は培養液pHにより変化し、pH6において最大となった。このpH値ではカドミウム0.1ppmに対しても50%の増殖阻害を示した。重金属に対する感受性の変化は、培養液からの重金属の吸収量と関連していることも明らかとなった。3.各種河川水、下水処理場水、雨水によるアオウキクサ育成雨水によるアオウキクサ育成においては、増殖・生育は極めてわずかであったが、酸性度が高い雨水ほど増殖・生育量は少なくなる傾向が見られた。また下水処理場水、河川水を用いたアオウキクサ育成では、やはりpHが高い程、また栄養塩濃度が高い程、増殖度が大となる傾向が見られた。
メラノーマの転移機序をCirculating tumor cellsから捉える

メラノーマは悪性度の高い皮膚癌である。血行性に肺などの他臓器へ遠隔転移すると5年生存率は10%前後となり、血行性転移をするかどうかで生命予後は大きく異なる。血管内を浮遊する腫瘍細胞はCirculating tumor cell (CTC)と呼ばれる。CTCは遠隔転移する前に必ず出現し、血行性転移を反映する。効果的な化学療法が存在する乳癌や前立腺癌などでは、CTC値が化学療法の効果判定の指標として利用される。メラノーマにおいてはCTC検出手技の報告はあるものの、広く臨床応用されるまでには至っていない。我々は、マウスを用いてメラノーマの転移様式を様々な角度から研究してきた実績を持つ。その経験を生かし、マウスメラノーマ移植モデルを用いてCTCを捉えることによってメラノーマの血行性転移の機序を解明することを本研究の目的とした。まずはマウスメラノーマ移植モデルにおいて、再現性があり高い感度でCTCを検出できる手技手法を確立することを目指した。過去の他の癌腫の報告に準じて、腫瘍細胞のサイズ、密度、細胞表面マーカーなどの分子生物学的性質の違いを利用した各種検査をマウス血液検体を用いて実施した。評価方法として重要なCTC検出法の確立にやや難渋している。これまで密度勾配遠心分離法、免疫磁性分離法、共培養法、蛍光顕微鏡観察法などの手法を用いて検討してきた。CTC検出には複数の検査方法を組み合わせることが必要であることが明らかになっており、現時点で密度勾配遠心分離法による、腫瘍細胞の濃縮は可能であることを確認した。それ以外の方法において再現性のある検出法を確立するに至らず、現在検討している。他の癌腫におけるCTC検出法の過去報告を参考に、検出法を検討していく。現在施行中である免疫磁性分離法における抗体濃度、種類、反応条件などを複数試行し、より再現性の高い検出法を検討する。またrealtime RT-PCR、FACSなどのより高感度な検出法を試行する。検出法をある程度確立できた段階で、in vivoのマウスを用いた実験と組み合わせ、原発巣および転移巣周囲の分子生物学的性質の解析を行っていく。
カーボンドープベース・超高速ヘテロ接合バイポーラトランジスタの開発研究

本研究ではヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)の更なる高性能化の為に、ベース層に正孔濃度が10^<21>cm^<-3>という超高濃度カーボンドープp形GaAs薄膜を用いたカーボンドープベース超高速HBTの実現を目的としている。まず初めに、p形ベース層の正孔濃度が1×10^<21>cm^<-3>以上という超高濃度ドープベースInGaP/GaAsHBTの特徴・利点を静特性、動特性及びデジタル回路応用に関する理論的検討で明らかにした。静特性ではベース幅の最適化により10以上の電流利得を得る事が可能である事を明らかにし、動特性ではハイブリッドπ型等価回路を用い、最大発振周波数f_<max>=160GHz、電流遮断周波数f_T=130GHzが予測された。また、回路シミュレータを用いてスイッチング特性を検討した結果、1ゲート当たりの伝搬遅延時間は約1psと見積もられ、ベース層の低抵抗化(高濃度ド-ピング)がHBTの高速化にとって非常に重要な技術である事を指摘した。この様な理論的背景のもと、初年度(平成5年度)ではHBTの高速化に不可欠なカーボンドープベース材料(GaAs、InGaAs)と燐(P)系エミッタ材料(InGaP)の有機金属分子線エピタキシ-(MOMBE)結晶成長技術を開発し、初期的なデバイスの作製を行った。今年度(平成6年度)は更なる成長技術の洗練を行い、1)より高速性に富む材料を用いたデバイス構造の提案と実現、を図り、2)P形ベース層の正孔濃度が1.5×10^<21>cm^<-3>というInGaP/GaAs HBT構造の検討による高電流利得化、に関して研究を行った。具体的な成果として、1)ではInP/InGaAs材料系HBTに着目し、P原料としてタ-シャリブチルフォスフィン(TBP)を用いたMOMBE法によりカーボンドープn形InPのMOMBE成長技術を開発し、エミッタ、ベース双方のドーパントにカーボンを用いたInP/InGaAsHBTを世界ではじめて提案・作製し、小信号電流利得h_<fe>=20、直流利得h_<FE>=11を得た。更に2)では、ベース幅15nmのデバイスを試作し、h_<fe>=16、h_<FE>=12を得る事に世界ではじめて成功し、また、1000分間の通電劣化試験においても電流利得の低下現象は観測されなかった。これは、10^<21>cm^<-3>ベースInGaP/GaAsHBTに於けるベースドーパントとしてのカーボンの安定性を実証し、アナログ・デジタル回路応用への可能性を示す重要な結果であると考えられる。

申請者らは、カーボンがGaAsのアクセプタとして非常に安定なドーパントで、且つ1.5×10^<21>cm^<-3>もの超高濃度ドーピングが可能であることを見い出し、HBTのベース層として用いることを世界に先駆け提案してきた。更に、HBTの更なる高性能化を目指し、従来までのGaAsに加えて、InGaAs、GaAs/InGaAs超格子をベース層に用いる事を提案した。初年度(平成4年度)はHBTの基礎研究を行う目的から、これまで未知であったInGaAsへのカーボンドーピング特性を有機金属分子線エピタキシー法により詳細に検討した。その結果、InGaAs中ではカーボン濃度がGaAsに比較して減少することが明かとなった。これはカーボンとインジウムの結合エネルギーの方がカーボンとガリウムの結合エネルギーに比較して小さいことで説明される。そこで、成長膜中へのカーボンの取り込み量を増加させる事を目的として低温成長法を採用し、InPに格子整合するカーボンドープInGaAsで正孔濃度p=5×10^<19>cm^<-3>のカーボンドーピングに成功した。この値は、InPに格子整合するas-grownのカーボンドープInGaAsとしては世界最高値である。更に、ラマン散乱分光法を用いて、高濃度カーボンドープp形InGaAsの高い正孔濃度に起因する物性を、p形の3元混晶として初めて評価した。また、新しいカーボンソースガスとしてネオペンタン(C(CH_3)_4)を提案し、MBE法によりGaAaへのカーボンドーピングを行った。その結果、良好なカーボンドーピング特性が確認され、正孔濃度p=1.6×10^<20>cm^<-3>のカーボンドーピングに成功した。このような超高濃度ドーピング技術の開発と平行し、全層GaAsから成る、バンドギャップナローイング効果を利用した擬HBT(GaAspseudo-HBT)の提案・試作と静特性評価を行い、良好なトランジスタ動作を初めて確認した。正孔濃度が10^<21>cm^<-3>という超高濃度カーボンドープp形GaAs薄膜を用いたカーボンドープベース超高速HBTの実現を目的としている。初年度(平成5年度)はこの超高速HBTの作製に不可欠な要素技術である1)超高濃度ドーピング半導体薄膜の作製技術の確立と、2)新しいエミッタ材料の開発、3)それらのHBTへの応用と高周波HBTの設計指針を得ること、が目的である。更に本研究では、有機金属分子線エピタキシー(MOMBE)法により、アルシン(AsH_3)やフォスフィン(PH_3)等の非常に有毒な成長原料ガスを用いない、より安全な結晶成長技術の提案・開発も行っている。具体的な成果として、1)はMOMBE法を用いることでHBTへの応用に十分である高濃度カーボンドープp形GaAs、InGaAs半導体薄膜の作製技術を確立した。特に、GaAsにおいては1.5x10^<21>cm^<-3>,In_<0.5>Ga_<0.5>Asでは5x10^<19>cm^<-3>の高濃度カーボンドーピング技術の開発に成功した。2)は従来から用いられてきたAlGaAsに代わる新しいエミッタ材料としてIn_<0.5>Ga_<0.5>Pを提案した。In_<0.5>Ga_<0.5>PはAlGaAsと比べて表面再結合速度やGaAsに対する価電子帯の不連続量が大きい事から新世代HBTのエミッタ材料として期待されている。これらリン系エミッタ材料の結晶成長には毒性の高いPH_3を用いるのではなく、より低毒性な有機金属ガスであるターシャリブチルフォスフィン(TBP)を用いたMOMBE法により行った。その結果、In_<0.5
融液凝固法による単結晶育成プロセスにおける流動・伝熱過程に関する研究

本研究は、チョクラルスキ-法による単結晶育成において生じている流動・伝熱過程について理解を深めること、特に凝固の際に結晶内に出現する成長縞の発生機構を伝熱学的に解明することを目的とするものである。第1年度には、チョクラルスキ-法におけるるつぼ内の流動・伝熱過程を模擬するための実験装置を作り、感温液晶を液層中に懸濁させる手法によって流れと温度分布の同時可視化を行った。その結果、るつぼおよび結晶の回転数、加熱・冷却の条件、および液体の物性値の組合せがある範囲の値をとる場合には、るつぼ内の液体の流れおよび温度分布に軸対称で周期的な振動が起ることを見出した。また、このような実験と並行して、大型計算機による数値シミュレ-ションを行い、実験で観測されたものとまったく同様の流れおよび温度分布の周期的振動を得ることができた。そしてこの結果から、実際のチョクラルスキ-法においても、るつぼ内では、浮力による自然対流と回転による強制対流の干渉のために、流れと温度場の変動が生じているものと推測した。そこで、ガリウムひ素(GaAs)の物性値を用いて再度数値シミュレ-ションを行った結果、90秒程度の周期で変動する流れが得られ、この値が、実際の成長縞の周期とほぼ一致することから、成長縞の成因はこのような流れの振動であろうという結論に達した。本年度は、このような融液内の変動流を抑制する手段として有効と考えられる外部磁場の効果について理論的検討を行った。まず近似解析によって、導電性流体の自然対流に及ぼす磁場の影響について調べ、ある臨界値以上の磁場を印加すると、液体の流速が急激に減少すること、そして流速の減少の割合は磁場の強さの2乗に比例することを明らかにした。次に、チョクラルスキ-法による実際の単結晶育成プロセスについて、ガリウムひ素(GaAs)の物性値を与えた数値計算を行い、ある程度以上の強さの磁場を印加することにより、融液内の流れの変動を完全に抑制できることを確認した。最近、電子デバイスやエネルギー変換に使用する新材料として、各種の単結晶が製造されており、特に高品質で大口径の単結晶に対する需要が増大しつつある。大口径単結晶の製法として現在もっとも多く用いられているのは引上げ凝固法(チョクラルスキー法)であるが、この方法では凝固過程における熱・物質移動および融液の流動が、得られる単結晶の品質に大きな影響を与える。本研究は、チョクラルスキー法による単結晶育成において生じている流動・伝熱過程について理解を深めること、特に凝固の際に結晶内に出現する成長縞(ストライエーション)の発生機構を伝熱学的に解明することを目的とするものである。第1年度には、チョクラルスキー法におけるつぼ内の流動・伝熱過程を模擬するための実験装置を作り・感温液晶を液層中に懸濁させる手法によって流れと温度分布の同時可視化を行った。その結果、るつぼおよび結晶の回転数、加熱・冷却の条件、および液体の物性値の組合せがある範囲の値をとる場合には、るつぼ内の液体の流れおよび温度分布に軸対称で周期的な振動が起こることを見出した。また、このような実験と並行して、大型計算機による数値シミュレーションを行い、実験で観測されたものとまったく同様の流れおよび温度分布の周期的振動を得ることができた。